KR20080081969A

KR20080081969A - 변형가능한 경량 구조강

Info

Publication number: KR20080081969A
Application number: KR1020087016987A
Authority: KR
Inventors: 칼-하인츠 슈피처; 헬프리트 아이홀츠; 비앙카 스프린겁; 룬 슈미트-에르겐센; 마르쿠스 셰퍼쾌터
Original assignee: 잘쯔기터 플래시슈탈 게엠베하
Priority date: 2005-12-20
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2008-09-10
Also published as: AU2006332301B2; DE202005021771U1; RU2008129694A; EP1969151A1; AU2006332301A1; CN101405420A; UA88994C2; EP1969151B1; WO2007076748A1; ZA200805306B; US20090196785A1; RU2430184C2; DE102005062221B3

Abstract

본 발명은 수소 취화에 대해 내성을 나타내며, TRIP 및 TWIP 성질을 가지는 변형가능한 경량 구조강으로서, C: 0.05 중량% 내지 ≤1.0 중량%, Al: 0.0 중량% 내지 ≤11.0 중량%, Si: 0.0 중량% 내지 ≤6.0 중량%, Al + Si: ＞0.05 중량%, Mn: 9.0 중량% 내지 ≤25.0 중량%, H: 20 ppm, 및 잔량으로서 통상적인 부수적 강 동반 원소를 포함하는 철로 이루어짐으로써, 합금 조성에 따라 상이한 상들이 존재하는 경량 구조강에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 상기 경량 구조강은, 상대적으로 높은 C 함량이 상대적으로 낮은 Mn 함량과 결부되는 반면, 상대적으로 낮은 C 함량은 상대적으로 높은 Mn 함량과 결부되며, C-Mn 값의 쌍은 C-Mn 좌표 시스템에서, 오스테나이트 상과 마르텐자이트 상 사이에서 균형을 이룬 C-Mn 값의 쌍의 연결선으로부터 이격되어 있는 직선 연결선 상에 근접하게 위치하는 것을 특징으로 한다.

구조강, 오스테나이트, 마르텐자이트, 분산 대역, 수소 취화, 지연 균열 형성

Description

변형가능한 경량 구조강{DEFORMABLE LIGHTWEIGHT STRUCTURAL STEEL}

본 발명은 청구의 범위 제1항의 전제부에 따른 TRIP(변형 유도 가소성) 및 TWIP(결합 유도 가소성) 특성을 가진 변형가능한 경량 구조강에 관한 것이다.

변형가능한 경량 구조강은 이미 알려져 있다(DE 10 2004 061 284 A1, DE 197 27 759 A1, DE 101 285 44 A1). 물질 내에 존재하는 잔류 응력은 구조 및 강도에 따라서 이러한 강 및 비교되는 강에 있어서, 수소에 의해 촉발되는 지연 취화(lagging embrittlement) 및 궁극적으로는 균열을 초래할 수 있다.

이러한 문제를 극복하기 위해, 수소 함량을 20 ppm 미만, 바람직하게는 5 ppm 미만으로 제한하는 것이 제안되었다(DE 10 2004 061 284 A1).

이 제안은 도움이 되기는 하지만, 수소 함량을 낮게 설정한 경우에도 수소의 취화 효과는 여전히 일어날 수 있기 때문에 적합하지 않다. 더욱이, 수소에 대한 최대 설정값은 여러 가지 이유에서 강의 제조시 여전히 과도할 수 있고, 이러한 사실은 합금화 동안에는 용인될 수 있지만, 수소 취화에 봉착할 위험성을 증가시킨다.

본 발명의 목적은, 수소에 의한 지연 취화가 없이 매우 양호한 기계적 성질(연성(ductility), 강도)을 갖는 형태의 경량 구조강을 제공하는 것이다.

전문에 의거하여, 이 목적은 청구의 범위 제1항의 특징과 결합하여 해결된다. 유리한 개선 사항은 종속 청구항들의 대상이다.

본 발명의 교시에 따르면, 전술한 문제점은 새로운 합금화(alloying) 개념에 의해 해결된다. 이것은 고함량의 탄소(C)를 저함량의 망간(Mn)에 결합시키고 저함량의 탄소를 고함량의 망간에 결합시키며, C-Mn 값의 쌍은 C-Mn 좌표 시스템에서, γ 상(오스테나이트 fcc)과 α' 상(마르텐자이트 bcc) 사이에서 균형을 이룬 C-Mn 값의 쌍의 연결선에 대해 이격되어 있는 직선 연결선 상에 근접하게 위치하는 것을 특징으로 한다.

이 새로운 합금화 개념은 γ 오스테나이트(fcc) 상과 ε 마르텐자이트(hcp) 상이 높은 수소 용해도를 가지는 반면, α' 마르텐자이트(bcc) 상은 현저히 작은 수소 용해도를 가진다는 사실을 토대로 한다. TRIP 효과가 존재하는 상태에서, α' 마르텐자이트 상은 부분적으로 준안정한 ε 마르텐자이트 상을 경우하여 합금화 조성물에 따라 형성된다. 예를 들면 압력 응력으로 인해 물질이 변형되는 영역에는, 최소 억제 원리에 따른 변형 후에도 더 조밀하게 패킹된 ε 마르텐자이트 상이 존재할 수 있고, 이완되었을 때 α' 마르텐자이트 상으로 변환된다.

ε 마르텐자이트 상으로부터 α' 마르텐자이트 상으로의 변환은 상대적으로 낮은 용해도의 결과로서 수소의 유출을 야기하고, 원자적으로 또는 재조합 방식으로 물질 약화를 초래하여, 균열로 이어질 수 있다.

C와 Mn의 합금을 기초로 하여, Al 및/또는 Si를 첨가하는 것은 ε 마르텐자이트 상의 불안정화(destabilization)를 초래한다. 이것은 수소 취화의 위험성을 감소시키고, 수소의 최대치가 초과되는 경우에도 제강 작업자가 쏟아 부은 멜트를 용인할만한 것으로 분류할 수 있는 여지를 증가시킨다. 가치의 절하(devaluation)가 적으면 수율이 증가되고, 그에 따라 공정의 비용 효과가 증가된다.

바람직하게는, Al과 Si의 첨가는 실질적으로 동일하다.

Al 및/또는 Si의 첨가의 효과와 관계없이, 탄소 함량은 오스테나이트 상을 안정화하고 자유 격자 자리로부터 수소를 치환하기 때문에, 제안된 합금화 개념에서 탄소 함량이 결정적 요소이다.

최적 C-Mn 값의 쌍의 연결선 주위의 분산 대역(scatter band)은 C의 함량에 있어서 ±0.15%, 바람직하게는 ±0.1%이고, Mn의 함량에 있어서 ±2.5%, 바람직하게는 ±1.5%이다.

예를 들면, 0.7% C, 15% Mn, 2.5% Al 및 2.5% Si를 함유한 합금, 그리고 0.4% C, 18% Mn, 2.5% Al 및 2.5% Si를 함유한 합금은, 이하에서 설명하는 바와 같이, 우수한 기계적 성질을 나타낼 뿐 아니라 지연 균열 형성(lagging crack formation)("지연된 파열(delayed fracture)")을 나타내지 않는다.

850℃에서의 어닐링 후, 제1 합금예는 480 MPa의 항복점(yield point) R_p0.2, 850MPa의 강도 및 58%의 연신율 A를 가진다. 마찬가지로 850℃에서의 어닐링 후, 제2 합금예에 대한 이들 값은 450MPa의 R_p0 _.2, 790MPa의 R_m 및 53%의 A이다. 제2의 특징적 양은 강도와 연신율의 곱으로서, 물질의 성능에 대한 척도이다. 이 값은 합금예 1의 경우에 49,300에서, 그리고 합금예 2의 경우에 41,870(%×MPa)에서 나타난다.

도 1은 Mn 함량의 함수로서 C 함량을 나타내는 그래프이다.

유일하게 제시된 도면은 좌표 시스템에서 플롯한 Mn 함량의 함수로서 C 함량을 나타낸다. 연속적인 직선형 연결선은, Al 및/또는 Si의 첨가를 고려하여 γ 오스테나이트 상 및 α' 마르텐자이트 상에 관하여 균형을 이룬 C-Mn 값의 쌍을 나타낸다.

밸런스 라인에 대해 이격되어 있는 점선으로 된 연결선은 지연 균열 형성(지연된 파열)이 없이 물질 성질에 관한 최적의 합금화 개념의 값의 쌍을 특징적으로 나타낸다. 점선 연결선을 가로질러 표시된 해칭(hatching)은 정량적 분산 대역을 표시하고자 하는 것으로, 그 범위 내에서 최적의 성질을 예상할 수 있다.

Claims

TRIP 및 TWIP 특성을 구비한 변형가능한 경량 구조강으로서,

C: 0.05 중량% 내지 ≤1.0 중량%,

Al: 0.0 중량% 내지 ≤11.0 중량%,

Si: 0.0 중량% 내지 ≤6.0 중량%,

Al + Si: ＞0.05 중량%,

Mn: 9.0 중량% 내지 ≤25.0 중량%,

H: 20 ppm, 및 잔량으로서 전형적인 부수적 강 원소를 포함하는 철

을 포함하며, 상기 합금 조성에 따라서 상이한 상들이 존재할 수 있고,

상대적으로 높은 C 함량이 상대적으로 낮은 Mn 함량과 결부되고, 상대적으로 낮은 C 함량이 상대적으로 높은 Mn 함량과 결부되며, C-Mn 값의 쌍(pair)은 C-Mn 좌표 시스템에서, γ(오스테나이트) 상과 α'(마르텐자이트) 상 사이에서 균형을 이룬 C-Mn 값의 쌍의 연결선에 대해 이격되어 있는 직선 연결선 상에 근접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 경량 구조강.
제1항에 있어서,

Al 및 Si의 첨가량이 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 경량 구조강.
제1항 또는 제2항에 있어서,

최적의 C-M 값의 쌍의 연결선 주위의 분산 대역(scatter band)이, C의 함량에 있어서 ±0.15%이고, Mn의 함량에 있어서 ±2.5%인 것을 특징으로 하는 경량 구조강.
제3항에 있어서,

상기 분산 대역이 C의 함량에 있어서 ±0.1%이고, Mn의 함량에 있어서 ±1.5%인 것을 특징으로 하는 경량 구조강.