KR20110102498A

KR20110102498A - 매우 높은 기계적 강도의 강 및, 아연 또는 아연 합금으로 코팅된 강판의 제조방법

Info

Publication number: KR20110102498A
Application number: KR1020117018107A
Authority: KR
Inventors: 안토니 모울린; 진-류크 라포인테
Original assignee: 아르셀러미탈 프랑스
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2003-09-04
Publication date: 2011-09-16
Also published as: DE60317520T2; CN100422352C; EP1534869B1; CA2497870C; FR2844281A1; AU2003278256A8; WO2004022793A3; BR0314470A; EP1534869A2; BR0314470B1; MXPA05002509A; WO2004022793A2; US20110223441A1; CN1688724A; KR20050036990A; AU2003278256A1; KR101072961B1; ES2294334T3; RU2005109922A; ATE378431T1

Abstract

본 발명은 매우 높은 기계적 강도의 강에 대한 것으로, 상기 강은 그 화학적 조성이 중량%로 하기를 포함한다: 0.060% ≤ C ≤0.250%; 0.400% ≤ Mn ≤ 0.950%; Si ≤ 0.300%; Cr ≤ 0.300%; 0.100% ≤ Mo ≤ 0.500%; 0.020% ≤ Al ≤ 0.100%; P ≤ 0.100%; B ≤ 0.010%; Ti ≤ 0.050%; 나머지는, 철과 제조공정으로부터 발생된 불순물. 본 발명은 또한 아연 또는 아연 합금으로 코팅된 상기 강의 시트 제조방법에 관한 것이다.

Description

매우 높은 기계적 강도의 강 및, 아연 또는 아연 합금으로 코팅된 강판의 제조방법{VERY HIGH MECHANICAL STRENGTH STEEL AND METHOD FOR MAKING A SHEET THEREOF COATED WITH ZINC OR ZINC ALLOY}

본 발명은 매우 높은 강도의 강 및, 상기 강의 아연 또는 아연 합금으로 코팅된 강판의 제조방법에 관한 것이다.

매우 높은 강도의 강은 그들의 조성 및 미세 구조에 있어 상이한 수개의 군이 존재한다. 따라서, 복합조직강(dual phase steel)이라 불리우는 강은, 페라이트(ferrite) 및 마텐자이트(martensite)로 이루어진 미세구조를 가지며, 이로써 400 MPa 내지 1200MPa 이상의 범위의 인장강도를 가질 수 있다.

유리한 기계적 물성을 수득할 수 있게 하는 미세구조를 제공하기 위해, 크롬, 규소, 망간, 알루미늄 또는 인과 같은 원소가 이러한 그래이드(grade)들에 상당히 많이 부가된다. 그러나, 이들 그래이드들은, 예를 들면, 용융 아연 도금(hot dip galvanisation)에 의해 부식에 대한 보호코팅으로 코팅될 것이 요구되는 경우, 문제가 있다.

판금(sheet metal)의 표면은, 아연 또는 아연 합금에 대한 젖음성(wettability)이 매우 좋지 않은 것으로 밝혀졌다. 따라서, 상기 판금은 부식이 발생하기에 적합한 영역이 되는 미코팅 부분을 포함한다.

이러한 문제를 극복하기 위해, 다양한 접근방안이 제안되어 있다. 공지된 방법은, 아연에 대한 보다 좋은 접착 베이스를 제공할 수 있는 금속으로 예비코팅을 수행하는 것이 있다. 이를 위해, 철, 알루미늄, 구리 및 다른 금속들이 일반적으로 전해 침전(electrodepositing)에 의해 침적되는 것이 제안되어 있다. 이들 방법은 아연 도금 이전에 보충적 단계를 추가해야 하는 문제가 있다.

또한, 판금으로 하여금 특히, 철을 선택적으로 산화시켜 아연이 효과적으로 침적되는 철 산화물층이 형성되는 특정한 분위기의 어닐링 로(annealing furnace)를 통과하도록 하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 이러한 방식은 매우 민감한 조절을 필요로 하며, 산화 조건의 엄격한 통제가 요구된다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래 기술에 따른 조성의 단점을 가지지 않고, 유리한 기계적 강도를 보유하면서도 특히 아연 또는 아연 합금의 코팅에 적합한 강 조성물을 제공하기 위한 것이다.

이를 위해, 본 발명의 제1 측면은 그 화학적 조성이 중량%로 하기와 같은, 매우 높은 기계적 강도의 강에 대한 것이다:

0.060% ≤ C ≤0.250%

0.400% ≤ Mn ≤ 0.950%

Si ≤ 0.300%

Cr ≤ 0.300%

0.100% ≤ Mo ≤ 0.500%

0.020% ≤ Al ≤ 0.100%

P ≤ 0.100%

B ≤ 0.010%

Ti ≤ 0.050%

나머지는, 철 및 제조 공정으로부터 발생된 불순물.

한 바람직한 구현예에서, 상기 강은 하기를 포함한다:

0.080% ≤ C ≤ 0.120%

0.800% ≤ Mn ≤ 0.950%

Si ≤ 0.300%

Cr ≤ 0.300%

0.100% ≤ Mo ≤ 0.300%

0.020% ≤ Al ≤ 0.100%

P ≤ 0.100%

B ≤ 0.010%

Ti ≤ 0.050%

나머지는, 철 및, 제조공정으로부터 발생된 불순물.

상기 구현예에 따르면 450 MPa 수준의 인장강도를 가지는 판금이 제조될 수 있다.

다른 바람직한 구현예에서, 상기 강은, 하기를 포함한다:

0.080% ≤ C ≤ 0.120%

0.800% ≤ Mn ≤ 0.950%

Si ≤ 0.300%

Cr ≤ 0.300%

0.150% ≤ Mo ≤ 0.350%

0.020% ≤ Al ≤ 0.100%

P ≤ 0.100%

B ≤ 0.010%

Ti ≤ 0.050%

나머지는, 철 및, 제조공정으로부터 발생된 불순물.

상기 구현예에 따르면 500 MPa 수준의 인장강도를 가지는 판금이 제조될 수 있다.

또 다른 바람직한 구현예에서, 상기 강은 하기를 포함한다:

0.100% ≤ C ≤ 0.140%

0.800% ≤ Mn ≤ 0.950%

Si ≤ 0.300%

Cr ≤ 0.300%

0.200% ≤ Mo ≤ 0.400%

0.020% ≤ Al ≤ 0.100%

P ≤ 0.100%

B ≤ 0.010%

Ti ≤ 0.050%

나머지는, 철 및 제조 공정으로부터 발생된 불순물.

상기 구현예에 따르면, 600 MPa 수준의 인장강도를 가지는 판금이 제조될 수 있다.

다른 바람직한 구현예에서, 상기 강은 페라이트 및 마텐자이트로 구성된 미세구조를 가진다.

본 발명의 제2 측면은, 아연 또는 아연합금으로 코팅된, 본 발명에 따른 매우 높은 기계적 강도의 강으로 구성된 강판에 관한 것이다.

본 발명의 제3 측면은, 본 발명의 강의 아연 또는 아연 합금으로 코팅된 강판을 제조하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은

- 본 발명에 따른 조성의 슬래브(slab)를 제조하고, 시트를 제조하기 위해 상기 슬래브를 열간 압연하고 냉간 압연하는 단계;

- 상기 700 내지 900℃의 홀딩 온도(holding temperature)에 도달할 때까지 2 내지 100℃/s 의 속도로 가열하는 단계;

- 그 온도가, 용융 아연 또는 용융 아연 합금을 함유한 욕(bath)의 온도에 가까워질 때까지 상기 시트를 2 내지 100℃/s 의 속도로 냉각시키는 단계;

- 상기 욕에 침지함으로써 상기 시트를 아연 또는 아연 합금으로 코팅하고, 이를 2 내지 100℃/s 의 냉각속도로 상온(ambient temperature)으로 냉각시키는 단계를 포함한다.

다른 바람직한 구현예에서, 상기 시트는 10 내지 1000 초 동안 홀딩 온도에서 유지된다.

다른 바람직한 구현예에서, 용융 아연 또는 아연 합금을 함유하는 상기 욕은 450 내지 480℃의 온도에서 유지하고, 상기 시트의 침지 시간은 2 내지 400초의 수준으로 한다.

다른 바람직한 구현예에서, 상기 욕은 주로 아연을 포함한다.

본 발명의 제4 측면은 아연 또는 아연 합금으로 코팅된 강의 매우 높은 기계적 강도를 가진 강판을 자동차 부품의 생산에서 사용하는 것에 관한 것이다.

본 발명자들은, 망간, 규소 및 크롬의 함량을 청구된 최대 범위까지 제한함에 의해, 이러한 방식으로 제조되는 그래이드에 있어 탁월한 코팅성(coatability)을 달성할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다. 바람직한 수준의 기계적 물성에 따라, 상기 함량을, 상기 코팅성을 손상하지 않는 것으로 밝혀진 탄소 및 몰리브덴과 같은 퀀칭 원소의 면에서, 조절한다.

이를 위해, 예를 들어, 하기와 같은 임계 퀀칭 속도 V (℃/s)의 십진 로그를 제공하는 종래 기술에 따른 공식이 사용될 수 있다:

Log(V) = 4.5 -2.7% C_γ - 0.95%Mn - 0.18%Si - 0.38% Cr - 1.17%Mo - 1.29(%C x %Cr) - 0.33(%Cr x %Mo)

상기 식에서, C_γ 은 냉각 전 오스테나이트(austenite)의 탄소 함량을 나타낸다.

본 발명에 따른 강 조성은 0.060% 내지 0.250 중량%의 탄소를 함유한다. 0.060 중량% 미만의 탄소 함량의 경우, 그래이드는 더 이상 퀀칭되지 않고 소망하는 유리한 기계적 물성을 얻을 수 없다는 것을 확인하였다. 0.250 중량% 초과의 경우, 산소는 그래이드의 단접성(weldability)를 저해한다.

상기 조성은 또한, 0.400 내지 0.950 중량%의 망간을 포함한다. 탄소의 경우와 마찬가지로, 하한선은 강(steel)의 퀀칭 가능한 그래이드를 얻기 위하여 요구되는 한편, 상한선은 그래이드의 양호한 코팅성을 보장하기 위해 준수되어야 한다.

상기 조성은 0.300중량% 이하의 규소를 함유한다. 상한선은 그래이드의 양호한 코팅성을 보장하기 위해 준수되어야 한다.

상기 조성은 0.300중량% 이하의 크롬을 함유한다. 상한선은 그래이드의 양호한 코팅성을 보장하기 위해 준수되어야 한다.

마지막으로, 본 발명에 따른 조성은 0.100 내지 0.500 중량%의 몰리브덴을 포함해야 한다. 상기 함량이 0.100% 미만인 경우, 그래이드는 더 이상 바람직한 물성을 얻을 수 없는 것으로 밝혀졌다. 0.500 중량% 초과의 경우, 몰리브덴은 그래이드의 단접성을 현저하게 저해한다.

본 발명에 따른 조성은, 선택에 따라, 0.010 중량% 이하의 붕소를 함유하며, 이는 최대함량 0.050 중량% 의 티타늄에 의해 보호될 수 있다. 상기 마지막 원소는 붕소보다 질소에 큰 친화성을 가지므로, 티타늄 질화물을 형성함에 의해 붕소를 트랩(trap)한다.

강 조성은 또한, 다양한 필수 잔류 원소 예를 들어, N, Nb, Cu, Ni, W, V를 포함한다.

강을 시효(ageing)에 영향받기 쉽게 만드는 상기 질소의 함량을 한정하는 것이 특히 바람직하다.

향상된 아연도금능(galvanisability)으로 인해, 본 발명에 따른 강은 특히 자동차 부품을 제조하기 위한 분야 및, 보다 특별히는, 종래 기술에 따른 강을 사용하여 제조되는 것과 대조적으로, 페인팅 후 매력적인 외관을 가지는 차체구조 부재와 같은 시각적 부품을 제조하기 위한 분야의 응용에서 사용된다.

본 발명을, 이하, 하기의 관찰 및 실시예에 기초하여 더욱 상세히 서술하지만, 이는 제한적이지 않은 실시예이다. 표 1은 10^-3 중량%로, 시험된 강의 화학적 조성을 나타낸다.

* 본 발명에 따른 것

이들 상이한 조성을 15kg의 잉곳(ingot)의 형태로 제조한다. 상기 잉곳은 이어서 1250℃에서 45분간 가열되고, 7 패스로 열간 압연한 후, 900℃의 온도로 최종 압연한다.

이런 방식으로 제조된 시트는 25℃/s 정도의 냉각속도로 억제제(retardant)로 워터 퀀칭(water quenching)하여 냉각하고, 냉각되기 전에 550℃로 권취하였다.

이어서, 이들을 하기의 열적 순환에 투입하여 70%의 압하 속도(reduction rate)로 냉간압연하였다:

- 80 내지 150m/min의 범위의 라인 속도를 시뮬레이션(simulation)하기 위해, 50 내지 80 초의 시간동안 770℃ 내지 810℃의 홀딩 온도에 도달할 때까지 30℃/s 정도의 속도로 가열하는 단계; 및,

- 470℃에 도달할 때까지 10℃/s 정도의 속도로 상기 시트를 냉각하는 단계.

상기 시트를, 이어서, 해당 욕의 휴지시간(dwell time)을 (80 내지 150m/min의) 선택된 라인 스피드에 따라 달리하면서 용융 아연 도금시키고, 상온까지 5℃/s의 속도로 냉각하였다.

각각의 시트에 대해 하기와 같은 물성을 구하였다.

- Rm: 인장강도 (Mpa)

- Rel: 탄성한계 (Mpa)

- A: 파단신장 (%)

- Ag: 분배신장 (distributed elongation) (%)

- P: 레벨(level) (%)

시트의 마텐자이트 비는 (%M)임.

시험 1: 몰리브덴 함량 및 붕소 존재의 영향

상기 영향은, 홀딩 온도 790℃ 및 라인스피드 120m/min에서 그래이드 A 내지 F 에 대해 시험하였다.

* 본 발명에 따른 것

본 발명에 따른 그래이드의 경우, 몰리브덴 함량이 증가함에 의해, 마텐자이트 함량이 증가하여 인장강도가 증가하고, 탄성한계가 감소되었다.

그러나, 붕소의 첨가는 마텐자이트 백분율에서의 증가를 가져오지는 않았고, 대신 마텐자이트의 정련(refinement) 및 침탄화된 상(carburized phase)을 가져왔다.

시험 2: 열 처리( thermal processing )의 영향

상기 영향을, 그래이드 D에 대해 3개의 라인 스피드 및 3개의 홀딩 시간으로 시험하였다(m/min):

홀딩 시간 및 라인 스피드는 수득된 기계적 물성에 거의 영향을 주지 않는 것으로 밝혀졌다. 이러한 사실은, 이러한 종류의 변동에 영향을 받아서는 안되는 산업적 응용분야에서는 현저한 이점이다.

그래이드 F에 대해서 상기 영향을 시험하였다:

본 발명에 따른 그래이드에 붕소를 첨가함에 의해 형성된 마텐자이트의 비율이 안정화되어 열 처리 파라미터와 관계없이 거의 변화하지 않았다.

시험 3: 아연도금능( galvanisability )

그래이드 A, B, C 및 F의 시트에 대해 용융 아연 도금(hot dip galvanisation)을 수행하고, 이슬점(dew point)을 -40℃로 조정하였다. 그래이드 A 및 B에서 생산된 시트는 코팅에 갭(gap)을 가진 반면, 그래이드 C 및 F는 연속코팅을 가졌다.

Claims

아연 또는 아연 합금으로 코팅된 강판의 제조방법으로서,
- 중량%로 하기의 화학적 조성을 포함하고, 그 미세구조가 페라이트 및 마르텐자이트로 이루어진 슬래브(slab)를 제공하는 단계;
0.080% ≤ C ≤ 0.120%
0.800% ≤ Mn ≤ 0.950%
0% ＜ Si ≤ 0.300%
0% ＜ Cr ≤ 0.300%
0.150% ≤ Mo ≤ 0.350%
0.020% ≤ Al ≤ 0.100%
0% ＜ P ≤ 0.100%
0% ＜ B ≤ 0.010%
0% ＜ Ti ≤ 0.050%
나머지는, 철 및, 제조공정으로부터 발생된 불순물
- 시트를 제조하기 위해 상기 슬래브를 열간 압연하고 냉간 압연하는 단계;
- 상기 시트를 700 내지 900℃의 홀딩 온도에 도달할 때까지 2 내지 100℃/s 의 속도로 가열하는 단계;
- 그 온도가 용융 아연 또는 아연 합금을 함유한 욕(bath)의 온도 부근까지 상기 시트를 2 내지 100℃/s 의 속도로 냉각하는 단계;
- 상기 시트를 상기 욕에 침지함으로써 아연 또는 아연 합금으로 코팅하고, 이를 2 내지 100℃/s의 냉각속도로 상온으로 냉각시키는 단계를 포함하는 강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 시트를 10 내지 1000초 동안 상기 홀딩 온도에서 유지하는 것을 특징으로 하는 강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 용융 아연 또는 아연 합금을 함유하는 욕은 450 내지 480℃의 온도로 유지하고, 상기 시트의 침지 시간은 2 내지 400초인 것을 특징으로 하는 강판 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 욕에는 다른 성분보다 아연이 더 많이 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 강판 제조방법.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각 단계에서 상기 시트는 450 내지 480℃의 온도로 냉각되는 것을 특징으로 하는 강판 제조방법.