KR20090089311A - 상대적으로 고강도의 2상 강을 포함하는 강 스트립의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
상대적으로 고강도의 2상 강을 포함하는 강 스트립의 제조방법으로서, 열간 또는 냉간 스트립의 연속 어니일링에 적합한 강을 제공하는 것을 목적으로 하며, 이러한 목적은, 우수한 성형성을 가지며 특히 경량 차량의 제작에 적합한 냉간압연 또는 열간압연된 강 스트립용으로서 상대적으로 고강도의 2상 강에 의해 달성되며, 상기 2상 강은 청구항 1에 개재된 원소들과 나머지량으로서 통상적인 강의 원소들을 포함하는 철을 포함하며, 선택적으로 첨가된 Ti를 포함하며, 요구되는 2상 마이크로구조가 연속 어니일링(continuous annealing) 과정에서 제조되며, 상기 냉간압연 또는 열간압연된 강 스트립이 연속 어니일링 로(furnace)에서 원스텝 공정으로 (one-step process) 820 내지 1000℃, 바람직하기로는 840 내지 1000℃ 범위의 온도로 가열되고, 어니일링된 강 스트립은 어니일링 온도로부터 15 내지 30℃/s의 냉각속도로 냉각된다.
2상 강, 강 스트립, 어니일링, 냉간압연, 열간압연
Description
본 발명은 성형성이 뛰어나며, 상대적으로 고강도의 2상 강의 냉간압연 또는 열간압연된 강 스트립을 제조하는 방법에 관한 것으로, 특히 청구항 1의 서두 부분에 따른 경량 차량 제작용 강 스트립의 제조방법에 관한 것이다.
치열한 경쟁의 자동차 시장은 자동차 제조업체들로 하여금 가능한 최대의 안락함과 가능한 최대의 승객보호성능을 유지하면서 연비를 낮추기 위한 방안을 지속적으로 연구해내도록 하고 있다. 차량의 모든 부품의 중량을 감소시키는 것은, 한편으로는 작동 중에 높은 정적 및 동적 스트레스에 노출될 때 및 다른 한편으로는 충돌의 경우에 개별 부품들의 유익한 거동에 중요한 역할을 한다. 공급업자들은 이러한 요구사항을 고려해서 고강도 및 초고강도의 강을 이용하여 벽(wall)의 두께를 줄이는 것과 동시에 제조 과정 및 작동 과정 중의 부품의 거동을 개선하기 위해 노력하였다. 따라서, 이러한 강은 예를 들어 냉간성형(cold forming), 용접 및/또는 표면처리에 의해, 강도, 스트레칭 커패시티, 강성, 에너지 소비 및 작업성(workability) 면에서, 상당히 높은 기준을 만족시켜야 한다.
소위 2상 강은 이러한 강의 뛰어난 성형성과 함께 고강도로 인해 이 분야에서 그 용도가 증가하고 있다. 2상 강은 주로 철-마르텐사이트 구조를 가지고 있다.
본 명세서에서 고려되는 것은 열간압연 뿐만 아니라 냉간압연된 2상 강의 강 스트립이다.
경제적인 이유로, 냉간압연된 강 스트립은 통상적으로 연속 어니일링 공정을 통한 재결정 어니일링에 의해 성형하기가 용이한 금속 시이트로 가공된다.
요구되는 마이크로구조와 기계적인 특성에 따라, 합금의 조성과 강의 두께에 따라 로(furnace)의 파라미터들 (런-쓰루 속도, 어니일링 온도, 냉각속도)이 조정된다.
2상 강 마이크로구조는, 냉각시, 요구되는 철-마르텐사이트 마이크로구조가 형성되는 온도로 연속 어니일링 로에서 냉욕(cold bath)을 가열함으로써 조절된다.
고부식성 표준(standard)이, 열간 또는 냉간 스트립의 표면에 대해 열간침지(hot dipping)를 통한 도금(galvanizing) 처리를 필요로 하는 경우에는, 통상 도금욕의 상류의 연속 어니일링 로에서 어니일링 처리가 실시된다.
열간 스트립의 경우에도 또한, 가능한 한 균질의 오스테나이트 마이크로구조를 기준으로 하여 요구되는 기계적인 특성을 구현할 수 있도록 하기 위해, 연속 로에서 어니일링 처리 과정에서만 합금 개념에 따라 필요한 2상 마이크로구조가 때때로 조절된다.
열간압연 또는 냉간압연된 강의 연속 어니일링에 이용되는 기술로서 예를 들 어 특허 문헌, EP 0 152 665 B1, EP 0691 415 B1 및EP 0510 718 B1에 의해 공지된 2상 강에 대한 합금 개념은, 스트립의 전체 길이에 걸처 균일한 기계적인 성질을 보장하는 어니일링 파라미터에 대한 프로세스 윈도우(process window)가 너무 좁기때문에 문제가 많다.
냉간 스트립이 재결정 어니일링 처리될 때, 강이 요구되는 2상 마이크로구조를 구현하기에 충분한 변태 부동성(transformation inertia)을 획득하기 위해서, 공지의 강은 예를 들어 Cr, Mo, Nb 또는 B를 가지고 있다. 특히, 값비싼 Cr과 Mo는 2상 강의 제조비용에 불리한 영향을 미친다.
좁은 프로세스 윈도우는, 본 명세서에서, 스트립에 있어서 균일한 온도 분포와 요구되는 2상 마이크로구조 및 냉각 시 기계적인 특성을 달성하기 위해서는 어니일링될 스트립의 두께에 따라 런-쓰루 속도를 조절해야 할 필요성이 있다는 것으로 이해되어야 한다.
프로세스 윈도우가 넓은 경우에는, 어니일링될 스트립들이 상이한 두께를 가지는 한편 로의 파라미터가 동일한 경우에도 요구되는 스트립 성질이 구현될 수 있다.
제조 과정에서 때때로 사양에 따라 예를 들어 1.5 mm, 2.0 mm 등의 상이한 두께의 연속적인 스트립들을 어니일링할 필요가 있다.
균일한 온도 분포는 구현하기가 어려운데, 두께가 서로 상이해서, 프로세스 윈도우가 지나치게 작은 합금 조성의 경우에, 어니일링 로를 통과하는 보다 얇은 스트립의 진행이 너무 느려서 생산성을 낮추거나 또는 어니일링 로를 통과하는 보 다 두꺼운 스트립의 진행이 너무 빨라서 균일한 온도 분포 및 이에 따른 요구되는 기계적 특성을 구현하지 못할 위험성이 제기되는 상황을 초래할 때, 하나의 스트립에서 다른 스트립으로의 전이 영역 (transition zone)에서 특히 균일한 온도 분포를 구현하기가 어렵하다. 그 결과, 폐기물이 증가하고 고객들의 불만에 직면하게 된다.
지나치게 좁은 프로세스 윈도우의 문제는, 스트립의 길이 방향 및 경우에 따라 폭방향으로 시이트 두께가 다르게, 즉 플렉시블하게 압연된 열간 또는 냉간 스트립으로 부하-최적화된 성분 (load-optimized component)을 제조해야 하는 경우에 어니일링 처리 과정에서 특히 심각하다. 스트립의 길이에 걸쳐 두께가 다른 강 스트립을 제조하는 방법은 예를 들어 DE 100 37 867 A1에 기재되어 있다.
2상 강에 대한 공지의 합금 개념을 적용하는 경우에, 프로세스 윈도우가 좁으면, 두께가 다른 스트립들의 연속적인 어니일링이 이미 이루어진 경우에 각각의 스트립의 전체 길이에 걸쳐 균일한 기계적인 특성의 구현이 어려워지게 된다.
프로세스 윈도우가 너무 작은 경우에, 공지의 조성의 강으로 플렉시블하게 열간 또는 냉간압연된 스트립에 있어서 시이트 두께가 보다 작은 영역은 냉각 과정에서 변태 공정에 비추어 페라이트의 비율이 상당히 커서 강도가 너무 낮거나, 또는 시이트 두께가 보다 큰 영역은 마르텐사이트 비율이 상당히 커서 강도가 너무 높다. 연속 어니일링 시 공지의 합금 개념을 이용하는 경우에, 스트립의 길이 방향으로 또는 폭방향으로 균일한 기계적인 특성을 얻기가 사실상 불가능하다.
그러므로, 본 발명은 두께가 상이한 스트립 외에도 스트립의 길이 방향으로 및 경우에 따라 스트립의 폭방향으로 두께가 상이한 강 스트립이 가능한 한 균일한 기계적인 특성을 가진 것으로서 제조될 수 있도록 열간 또는 냉간 스트립의 연속 어니일링에 대해 프로세스 윈도우의 확대를 가능하게 하는 2상 마이크로구조를 가진, 상대적으로 고강도의 강을 위한 보다 비용 효율적인 합금 개념을 제공하고자 하는 목적을 토대로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 목적은 하기 성분들을 하기 함량(질량%)으로 포함하는 강에 의해 달성된다.
C: 0.1 내지 ≤0.16
Al 0.02 내지 ≤0.05
Si 0.40 내지 ≤0.60
Mn 1.5 내지 ≤2.0
P 0.1 ≤0.020
S 0.1 ≤0.003
N 0.1 ≤0.01
Nb = 0.01
V = 0.02
나머지: 선택적으로 Ti가 첨가된, 통상적인 강 원소를 포함하는 철
연속 어니일링 시 요구되는 2상 마이크로구조가 제조되며, 냉간압연 또는 열간압연된 강 스트립이 연속 어니일링 로에서 원스텝 공정으로 (one-step process) 820 내지 1000℃, 바람직하기로는 840 내지 1000℃ 범위의 온도로 가열되고, 어니일링된 강 스트립은 어니일링 온도로부터 15 내지 30℃/s의 냉각속도로 냉각된다.
경량 차량 제작을 위한 본 발명에 따른 상대적으로 고강도의 2상 강은 값비싼 합금 원소인 Mo 또는 Cr을 배제시키고 V와 Nb를 첨가함으로써, 매우 높은 공정 신뢰도로 스트립의 길이 방향 또는 스트립의 폭방향으로 두께가 상이한 스트립들이 이용되는 경우에도 완전한 오스테나이트 매트릭스로부터 연속 어니일링되는 과정에서 균일한 기계적인 특성을 가지고 있는, 요구되는 2상 마이크로구조의 조절을 가능하게 하기에 충분한, 높은 변태 부동성을 초래하는 것을 특징으로 한다.
수많은 실험 결과, 놀랍게도 Nb와 조합하여 V를 첨가함으로써 연속 어니일링 시 상당한 수준으로 확대된 프로세스 윈도우를 허용하는 2상 강을 제조할 수 있다는 것을 발견했다. 상이한 두께의 스트립들 또는 일정한 로 파라미터에서 두께가 상이한 스트립이 어니일링되는 경우에도 스트립에 있어서 마이크로구조의 형성과 함께 기계적인 특성이 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 강은 공지의 강과 비교하여 크게 확대된 프로세스 윈도우의 장점을 제공한다. 그 결과, 연속 어니일링 시 또는 2상 마이크로구조를 가진 냉간 및 열간 스트립의 열간침지 도금 과정에서 공정 신뢰도가 개선된다. 그러므로, 스트립의 기계적인 특성이 연속적으로 어니일링되는 열간 또는 냉간 스트립에서 뿐만 아니라 열간침지 도금처리되는 스트립에서도 확보될 수 있다. 이는, 상이한 스트립 두께를 가진 연속적인 스트립들의 연속 어니일링 및 특히 스트립의 길이방향 및/또는 스트립의 폭방향으로 상이한 시이트 두께를 가진 스트립에 대해서도 적용된다.
본 발명에 따르면, 상대적으로 고강도의, 시이트 두께가 상이한 열간 또는 냉간 스트립을 연속 어니일링 공정에 의해 제조할 수 있으며, 부하-최적화된 부품들이 상기 스트립으로부터 성형을 통해 바람직하게 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면, 2상 강은 약 800 Mpa의 강도 급(class)으로 섬의 형태로 임베드된 약 20%의 마르텐사이트를 가지고 있으며, 특히 연속 어니일링 공정 뿐만 아니라 열간침지 도금에 이용된다.
Ti를 0.01% 이하의 함량으로 선택적으로 첨가함으로써, 강의 질소 함량에 따라 질화물 또는 탄화질화물의 형성을 통해 마이크로구조의 미세입자 구조 및 기계적인 특성이 본 발명에 따라 조절될 수 있다.
압연 방향에 대해 길이 방향 및 횡방향으로 플렉시블한 스트립 두께로 압연하는 강의 이용 분야는 열처리 과정에서의 공정 변동(process fluctuation)에 대한 스트립의 둔감성으로 인해 넓게 열려 있다.
이러한 둔감성은 냉각 시 변태 부동 영역(transformation inert zone) 또는 비변형 영역(transformation free zone)을 생성하는 Nb, 특히 V에 의해 달성된다.
각각의 효과를 얻기 위해서, 본 발명에 따른 강은 0.02% 이상의 V 함량과 0.01% 이상의 Nb 함량을 가지고 있다. Nb는 결정립 미세화 원소(grain refining element)로서 작용하며, Nb 첨가량은 강의 C 및 N의 실제 함량에 따라 적절하게 조정한다.
본 발명에 있어서, V의 첨가량도 C와 N의 함량에 따라 조절되는데, 충분한 변형 부동성을 구현하기 위해 충분한 V가 용액에 유지되도록 하는 양으로 첨가된다. 연속 어니일링 공정 과정에서 가능한 한 변형 부동상태로 하여 최대로 가능한 프로세스 윈도우를 구현하는 거동이 필요한 경우에는, V 함량은 적어도 0.06 내지 0.10%이고, Nb 함량은 적어도 0.02 내지 0.05% 이다. V와 Nb 함량이 그 이상으로 증가해도, 강의 변태의 지연 효과 및 이에 따른 연속 공정 시 프로세스 윈도우의 확대 효과는 더 이상 개선되지는 않는다.
2상 마이크로구조의 조절을 위해 실질적으로 균일한 출발 마이크로구조를 얻기 위해서는, 어니일링된 스트립은 먼저 완전한 오스테나이트 마이크로구조를 생성하는 온도로 가열된다. 본 발명에 따른 강의 경우 어니일링 온도의 범위는 구체적인 합금 조성에 따라 약 820 내지 1000℃이다.
수많은 테스트에서, 본 발명에 따른 강은 800℃보다 낮은 온도에서 실시함에도 불구하고 오스테나이트로부터 페라이트, 바이나이트 또는 마르텐사이트로의 역변태(reverse transformation)를 보이지 않았다. 도금 처리를 위한 도금욕 온도가 열간침지 도금 처리를 위한 온도 수준에 있으므로 온도 범위를 약 450℃로 하는 것이 특히 중요하다.
냉각 시 페라이트 및 오스테나이트 (잔류분)의 조절된 함량은 도금 처리 공정 이후까지 유지된다. 계속되는 냉각 과정에서 잔류하는 오스테나이트가 마르텐사이트로 완전히 변태된다. 도금 파라미터들은 넓은 범위에서 변동가능하다. 도금 처리 속도는 시이트 두께에 따라 60 내지 120 m/min 이다. 도금욕 이전과 이후의 냉각속도는 매우 낮고 10 내지 30℃/sec이다.
제조되는 재료는, 열간침지 도금 라인 또는 순수한 연속 어니일링 설비를 통해 드레싱 처리된 상태 및 드레싱처리되지 않았지만 열처리된 상태(중간 어니일링)로 온욕 뿐만 아니라 냉욕으로서 처리될 수 있다.
또한, 페라이트의 비율을 증가 또는 감소시키기 위해 도금욕 이전에 의도하는 방식으로 냉각 조건을 변화시킬 수 있다. 그 결과, 예를 들어 부분적 마르텐사이트 강(PM)을 제조할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상대적으로 고강도의, 시이트 두께가 상이한 열간 또는 냉간 스트립을 연속 어니일링 공정에 의해 제조할 수 있으며, 부하-최적화된 부품들이 상기 스트립으로부터 성형을 통해 바람직하게 제조될 수 있다.
Claims (8)
- 우수한 성형성을 가지며 상대적으로 고강도인 2상 강의 냉간압연 또는 열간압연된 강 스트립(steel strip)의 제조방법으로서, 상기 스트립은 특히 경량 차량 제작에 이용되며, 상기 강은 하기 성분들을 하기 함량(질량%)으로 포함하며,C: 0.1 내지 ≤0.16Al 0.02 내지 ≤0.05Si 0.40 내지 ≤0.60Mn 1.5 내지 ≤2.0P 0.1 ≤0.020S 0.1 ≤0.003N 0.1 ≤0.01Nb = 0.01V = 0.02 및나머지: 선택적으로 Ti가 첨가된, 통상적인 강 원소를 포함하는 철;연속 어니일링(continuous annealing) 시 요구되는 2상 마이크로구조가 제조되며, 상기 냉간압연 또는 열간압연된 강 스트립이 연속 어니일링 로(furnace)에서 원스텝 공정으로 (one-step process) 820 내지 1000℃, 바람직하기로는 840 내지 1000℃ 범위의 온도로 가열되고, 어니일링된 강 스트립은 어니일링 온도로부터 15 내지 30℃/s의 냉각속도로 냉각되는 것을 특징으로 하는 강 스트립의 제조방법.
- 제1항에 있어서, V 함량이 0.06%인 것을 특징으로 하는 강 스트립의 제조방법.
- 제1항에 있어서, V 함량이 0.08%인 것을 특징으로 하는 강 스트립의 제조방법.
- 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, Nb 함량이 0.02%인 것을 특징으로 하는 강 스트립의 제조방법.
- 제1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, Nb 함량이 0.04%인 것을 특징으로 하는 강 스트립의 제조방법.
- 제1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, Ti 함량이 0.01% 이하인 것을 특징으로 하는 강 스트립의 제조방법.
- 제1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강 스트립이 열간침지 미세화(hot dip refinement) 처리되는 것을 특징으로 하는 강 스트립의 제조방법.
- 제1항 내지 7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강 스트립이 드레 싱(dressing) 처리되는 것을 특징으로 하는 강 스트립의 제조방법.
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