KR20120112813A

KR20120112813A - 초고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20120112813A
Application number: KR1020127021878A
Authority: KR
Inventors: 마사타카 요시노; 고헤이 하세가와
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2011-03-09
Publication date: 2012-10-11
Also published as: WO2011118459A1; JP2011202195A; CN102822375B; KR101288701B1; JP4947176B2; CN102822375A

Abstract

연속 소둔에 있어서의 켄칭시의 강판 형상의 악화를 억제함으로써, 높은 평탄도를 갖는 마텐자이트 단상 조직의 초고강도 냉연 강판을 얻는다. mass% 로 C : 0.05?0.40 %, Si : 2.0 % 이하, P : 0.05 % 이하, S : 0.02 % 이하, Al : 0.01?0.05 %, N : 0.005 % 미만, Mn : 1.0?3.0 % 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 냉간 압연 후의 강판을 연속 소둔하여 인장 강도 980 ㎫ 이상의 초고강도 냉연 강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 연속 소둔에서는, Ac₃ 변태점 이상의 균열 온도로부터 Ms 점?Ms 점+200 ℃ 의 온도 범위까지 20 ℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 1 차 냉각시키고, 상기 온도 범위로 0.1?60 초간 유지한 후, 100 ℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 100 ℃ 이하까지 2 차 냉각시킴으로써, 강판의 평탄도가 10 ㎜ 이하인 초고강도 냉연 강판으로 한다.

Description

초고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법 {ULTRA HIGH STRENGTH COLD ROLLED STEEL SHEET AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 주로 프레스 가공이나 롤 성형 등으로 제조되는 자동차의 센터 필러나 도어 임팩트빔 등의 차체 구조용 부재에 사용되는 인장 강도가 980 ㎫ 이상인 초고강도 냉연 강판과 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 대기 중의 CO₂농도의 상승에서 기인된 지구 온난화에 대한 배려로부터, CO₂의 이동 발생원인 자동차로부터의 CO₂배출량을 삭감하기 위해, 자동차의 연비 개선이 강하게 요구되고 있다. 자동차의 연비를 개선하기 위해서는 차체의 경량화가 유효하다. 그러나, 승무원의 안전성을 확보하는 것도 필요하기 때문에, 차체 중량을 저감시키면서, 충돌 안전성을 종래 이상으로 확보하는 것이 필요하게 된다. 그래서, 차체 경량화와 충돌 안전성의 확보의 양립을 도모하기 위해, 고비강도 재료의 적용에 따른 박육화가 진행되고 있고, 최근에는 인장 강도가 980?1180 ㎫ 급인 초고강도 박강판이 센터 필러나 도어 임팩트빔으로 대표되는 차체 구조용 부재에 적용되어 오고 있다.

그러나, 차체 경량화에 대한 요구는 더욱 강해지고 있고, 1180 ㎫ 급보다도 고강도의 박강판을 채용함으로써, 더욱 차체의 경량화가 검토되고 있다. 일반적으로, 박강판의 강도를 높이는 수단으로는, 금속 조직 중에 마텐자이트상을 포함시키는 것이 유효하고, 특히 적은 합금 성분의 첨가량으로 고강도를 달성하기 위해서는, 금속 조직을 마텐자이트 단상으로 하는 것이 유효하다. 그리고, 이 마텐자이트 단상 조직 강판은, 저합금 성분이면서, 높은 항복비 (항복 응력/인장 강도) 를 갖고, 신장 플랜지성도 우수하므로, 차체 구조용 부재로서 매우 유망시되고 있다.

그런데, 마텐자이트 단상 조직 강판은, Ac₃ 변태점 이상의 온도에서 균열 (均熱) 처리하여 오스테나이트상 단상 조직으로 한 강판을, 페라이트상이나 펄라이트상으로 대표되는 제 2 상이 생성되지 않는 상부 임계 냉각 속도 이상의 냉각 속도로 Ms 점 이하까지 냉각시킴 (이후, 이 냉각을 「켄칭」이라고도 한다) 으로써 제조되는 것은 일반적으로 이해되어 있다.

그러나, 상기 제조 방법으로 마텐자이트 단상 조직 강판을 얻는 경우에는, Ac₃ 변태점 이상의 고온으로부터의 고속 냉각에 수반되는 체적 수축과, Ms 점 이하까지 연속 냉각되었을 때 일어나는 마텐자이트 변태에 수반되는 체적 팽창에 의해, 순간적으로 강판 내에 불균일한 내부 응력이 발생한다. 그리고, 이 내부 응력이 강판의 항복 응력을 초과하면, 강판 형상이 악화되고, 특히 판폭 방향으로 현저한 휨이 발생한다는 문제가 있다.

상기 켄칭에 수반되는 강판 형상의 악화는, 연속 소둔 공정에서의 조업성이나 그 후의 공정에서의 제조성을 저해한다는 문제뿐만 아니라, 당해 강판을 프레스 성형이나 롤 성형 등으로 차체 구조용 부재로 가공할 때에도, 성형 라인에서의 조업 트러블이나 제품의 치수 정밀도에 악영향을 미치는 등의 문제를 야기한다. 그 때문에, 마텐자이트 단상 조직 강판을, 자동차 차체의 구조 부재의 소재로서 안정적으로 사용하기 위해서는, 고강도인 것 외에, 강판의 평탄도도 우수한 것도 중요하고, 예를 들어 도 1 에 나타내는 제품 강판의 폭 방향의 휨 높이는 10 ㎜ 이하인 것이 요구되고 있다.

이러한 강판 형상의 악화라는 문제에 대해서는, 몇 개의 개선 기술이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 인장 강도가 1470 ㎫?1960 ㎫ 인 연속 소둔 후의 강판의 휨 높이와, 금속 조직 중의 마텐자이트 체적률의 관계를 조사한 결과에 기초하여, 강판의 금속 조직을 체적률로 80?97 % 의 마텐자이트상과 잔부가 페라이트상으로 이루어지는 2 상 조직으로 함으로써, 소정의 기계 특성과, 우수한 강판 형상을 얻는 기술이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2 에는, 연속 소둔하여 인장 강도가 1049?1240 ㎫ 인 마텐자이트 단상 조직 강판으로 한 후, 강판 표면의 평균 조도 Ra 가 1.4 ㎛ 이상이 되도록 조질 압연을 실시함으로써, 양호한 강판 형상을 얻는 기술이 개시되어 있다.

일본 특허 제2528387호 일본 공개특허공보 2009-79255호

그러나, 특허문헌 1 의 기술에서는, 강판 조직이, 신장 플랜지성 등의 기계적 특성에 미치는 영향에 대해서는 고려되어 있지 않다. 즉, 상기 강도 레벨의 강판에서는, 주상 (主相) 이 마텐자이트상이고, 미량의 페라이트상을 포함하는 금속 조직으로 한 경우, 경질의 마텐자이트상과 연질의 페라이트상 사이에 큰 경도차가 발생하므로, 신장 플랜지성이 저하되는 것이 알려져 있다. 또한, 마텐자이트상과 페라이트상의 계면을 기점으로 하여, 수소 취화 균열이 조장될 우려도 있다.

또한, 특허문헌 2 의 기술과 같이, 강판 형상을 조질 압연으로 교정하는 방법은, 켄칭시에 발생하는 강판 형상의 악화 그 자체를 억제하는 기술은 아니기 때문에, 연속 소둔 공정에서의 조업성의 개선으로는 이어지지 않는다. 또한, 조질 압연에 의한 형상 교정은, 예를 들어 인장 강도가 1320 ㎫ 이상인 고강도 강판에서는, 매우 높은 압연 하중이 필요하게 되어, 기존의 압연 설비로는 충분한 형상 교정 효과가 얻어지지 않는다. 또한, 강판의 표면 조도의 증대는, 표면의 미려성이 요구되는 용도에는 부적절하고, 또한, 표면 조도의 증가에서 기인된 피로 특성의 저하도 우려된다는 문제점이 있다.

그래서, 본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 연속 소둔에 있어서의 켄칭시의 강판 형상의 악화 그 자체를 억제함으로써, 높은 평탄도를 갖는 초고강도 냉연 강판을 제공함과 함께, 그 유리한 제조 방법을 제안하는 것에 있다.

발명자들은, 종래 기술이 갖는 상기 문제점의 해결을 위해 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 켄칭시의 고속 냉각에 수반되는 체적 수축과 마텐자이트 변태에 수반되는 체적 팽창에 의해 발생하는 마텐자이트 단상 조직 강판의 형상 악화는, 연속 소둔에서의 켄칭시에 있어서의 냉각을, 균열 온도로부터 Ms 점 직상 (直上) 근방까지 냉각시키는 1 차 냉각과, Ms 점 직상 근방으로부터 100 ℃ 이하까지 냉각시키는 2 차 냉각으로 나누고, 그 사이에 강판을 Ms 점 직상 근방 온도로 소정 시간 유지하여 강판 온도를 균일화하는 것이 유효한 것을 알아내어, 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명은, C : 0.05?0.40 mass%, Si : 2.0 mass% 이하, Mn : 1.0?3.0 mass%, P : 0.05 mass% 이하, S : 0.02 mass% 이하, Al : 0.01?0.05 mass%, N : 0.005 mass% 미만을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 금속 조직이 마텐자이트 단상이고, 인장 강도가 980 ㎫ 이상, 강판의 평탄도가 10 ㎜ 이하인 초고강도 냉연 강판이다.

본 발명의 초고강도 냉연 강판은, 금속 조직이 템퍼링된 마텐자이트 단상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 초고강도 냉연 강판은, 인장 강도가 1320 ㎫ 이상인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 초고강도 냉연 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ti : 0.1 mass% 이하, Nb : 0.1 mass% 이하, B : 0.0005?0.0030 mass% 및 Cu : 0.20 mass% 이하 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은, C : 0.05?0.40 mass%, Si : 2.0 mass% 이하, P : 0.05 mass% 이하, S : 0.02 mass% 이하, Al : 0.01?0.05 mass%, N : 0.005 mass% 미만, Mn : 1.0?3.0 mass% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 냉간 압연 후의 강판을 연속 소둔하여 인장 강도 980 ㎫ 이상의 초고강도 냉연 강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 연속 소둔에서는, Ac₃ 변태점 이상의 균열 온도로부터 하기 (1) 식으로 구해지는 Ms 점?Ms 점+200 ℃ 의 온도 범위까지 20 ℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 1 차 냉각시키고, 상기 온도 범위로 0.1?60 초간 유지한 후, 100 ℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 100 ℃ 이하까지 2 차 냉각시키는 것을 특징으로 하는 초고강도 냉연 강판의 제조 방법을 제안한다.

Ms(℃)=550-361×C-39×Mn-35×V-20×Cr-17×Ni-10×Cu-5×(Mo+W)+15×Co+30×Al …(1)

여기서, 상기 식 중의 원소 기호는, 각각의 원소의 함유량 (mass%) 을 나타낸다.

또한, 본 발명의 초고강도 냉연 강판의 제조 방법은, 2 차 냉각 후, 재가열하고, 100?250 ℃×120?1800 초의 템퍼링 처리를 실시하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 초고강도 냉연 강판의 제조 방법은, 1 차 냉각 및 2 차 냉각을 수냉각으로 실시하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 제조 방법에 있어서의 냉간 압연 후의 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ti : 0.1 mass% 이하, Nb : 0.1 mass% 이하, B : 0.0005?0.0030 mass% 및 Cu : 0.20 mass% 이하 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 연속 소둔 공정에서의 강판 켄칭시에 발생하는 형상의 악화 그 자체를 억제할 수 있기 때문에, 연속 소둔 공정 등에서의 제조성의 향상뿐만 아니라, 조질 압연 등에 의한 형상 교정 비용의 삭감에도 크게 기여한다. 또한, 본 발명의 기술은, 조질 압연 등에서의 형상 교정이 곤란하다고 생각되는 인장 강도가 1320 ㎫ 이상인 초고강도 강판에도 적용할 수 있기 때문에, 초고강도 마텐자이트 단상 조직 강판의 용도 확대에도 기여한다. 또한, 본 발명에 의하면, 충분한 평탄도를 갖는 초고강도 냉연 강판을 안정적으로 얻을 수 있기 때문에, 프레스 성형이나 롤 성형 등으로 자동차용 구조 부재를 제조할 때의 제조성의 향상이나 치수 정밀도 등의 품질 향상에도 크게 기여할 수 있다.

도 1 은 강판에 발생한 최대 휨 높이를 측정하는 방법을 설명하는 도면이다.

먼저, 본 발명의 기본적 기술 사상에 관해서 설명한다.

연속 소둔 공정에서의 켄칭시에 마텐자이트 단상 조직 강판에 발생하는 형상 악화는, 고속 냉각에 수반되는 체적 수축과 마텐자이트 변태에 수반되는 체적 팽창에 의해, 강판 내부에 불균일한 응력이 발생하는 것에서 기인된다. 일반적으로, 고속 냉각에 수반되는 체적 수축 및 그것에 의해 발생하는 응력은, 냉각을 개시하는 온도와 냉각 종료 온도의 온도차에 비례하여 커지는 것으로 생각된다. 한편, 마텐자이트 변태에 수반되는 체적 팽창은, 최종 냉각 후의 금속 조직이 마텐자이트 단상 조직인 경우에는 균일하다. 따라서, 냉각에 수반되는 체적 수축과 그것에 따라 발생하는 응력이 작은 경우, 켄칭에 의한 강판 형상에 대한 영향은, 거의 마텐자이트 변태에 수반되는 균일한 체적 팽창만으로 생각할 수 있고, Ms 점 이하의 온도역에 있어서의 냉각 속도가 강판 형상에 미치는 영향은 작은 것으로 생각된다.

따라서, 켄칭시의 체적 수축에 따라 강판 내부에 발생하는 응력을 저감시키기 위해서는, 냉각 개시 온도와 냉각 종료 온도의 차이를 작게 하면 되는 것으로 생각된다. 그래서, 본 발명에서는, 연속 소둔 공정에서의 강판의 켄칭을, Ac₃ 변태점 이상의 균열 온도로부터 Ms 점 직상 근방 온도까지 냉각시키는 1 차 냉각 후, 강판 온도를 Ms 점 직상 근방 온도로 소정 시간 유지하여 강판 내의 온도 분포를 균일화한 후, Ms 점 직상 근방 온도로부터 100 ℃ 이하까지 2 차 냉각시키고, 마텐자이트 변태를 일으키도록 하였다. 이렇게 하여, 켄칭시의 체적 수축에 따라 발생하는 응력을 최소한으로 억제함으로써, 본 발명의 강판을 제조할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 초고강도 냉연 강판의 성분 조성의 한정 이유에 관해서 설명한다.

C : 0.05?0.40 mass%

C 는, 오스테나이트상을 안정화시키는 원소임과 함께, 강판 강도를 확보하는 데에 필요한 원소이다. C 가 0.05 mass% 미만에서는, 원하는 인장 강도 (980 ㎫ 이상) 의 마텐자이트 단상 조직 강판을 얻는 것은 곤란하다. 한편, C 량이 0.40 mass% 를 초과하면, 연속 소둔 공정 전의 압연이 곤란해지거나, 마텐자이트 변태에 수반되는 변태 변형 및 변태 응력이 현저히 증대하여, 켄칭 균열을 일으킬 우려가 있기 때문에, 제조상 바람직하지 않다. 따라서, 본 발명에서는, C 를 0.05?0.40 mass% 의 범위로 한다. 바람직하게는 0.15?0.30 mass% 의 범위이다.

Si : 2.0 mass% 이하

Si 는, 강판의 가공성을 저해하지 않고 고강도화하는 데에 유효한 치환형 고용 강화 원소이다. 그러나, Si 는 Ac₃ 변태점을 고온측으로 이행시키는 원소이기도 하므로, 과도한 Si 첨가는, 소둔 온도의 상승, 나아가서는 소둔 비용의 상승을 초래하기 때문에 바람직하지 않다. 또한 Si 를 과잉으로 첨가하면, 열간 압연에서의 스케일 생성이 현저해져, 최종 제품의 표면 결함이 증가하고, 품질상도 바람직하지 않다. 따라서, Si 는 2.0 mass% 이하로 한다. 바람직하게는 1.5 mass% 이하이다.

Mn : 1.0?3.0 mass%

Mn 은, 오스테나이트상을 안정화시켜, 마텐자이트 조직을 얻기 쉽게 하는 원소이다. 그러나, Mn 이 1.0 mass% 미만에서는, 강의 켄칭성이 충분하지 않고, 소둔시의 균열 온도로부터의 냉각 중에, 페라이트상이나 펄라이트상, 베이나이트상이 조기에 생성을 개시하고, 본 발명이 의도하는 마텐자이트 단상 조직을 안정적으로 얻는 것이 곤란해진다. 한편, 3.0 mass% 를 초과하여 첨가하면, 편석이 현저해지거나, 가공성이 저하될 우려가 있다. 또한, 내지연 파괴 특성도 저하된다. 따라서, Mn 은 1.0?3.0 mass% 의 범위로 한다. 바람직하게는 1.5?2.5 mass% 의 범위이다.

P : 0.05 mass% 이하

P 는, 입계에 편석하여 입계 파괴를 조장하는 원소이기도 하므로, 낮을수록 바람직하다. 따라서, P 는 0.05 mass% 이하로 한다. 바람직하게는 0.02 mass% 이하, 보다 바람직하게는 0.01 mass% 이하이다. 또, 용접성을 향상시키는 관점에서는, 0.008 mass% 이하가 바람직하다.

S : 0.02 mass% 이하

S 는, MnS 등의 황화물계 개재물이 되어, 내충격 특성이나 내지연 파괴 특성의 저하를 유인하기 때문에, 최대한 낮은 것이 바람직하다. 따라서, S 의 상한은 0.02 mass% 로 한다. 바람직하게는 0.002 mass% 이하이다.

Al : 0.01?0.05 mass%

Al 은, 제강 공정에서 탈산을 위해 첨가되는 원소이고, 충분한 탈산 효과를 얻기 위해서는 0.01 mass% 이상 첨가할 필요가 있다. 한편, 과잉으로 첨가하면, 강판 중의 개재물이 증가하고, 연성의 저하를 초래한다. 따라서, Al 은 0.01?0.05 mass% 의 범위로 한다.

N : 0.005 mass% 미만

N 은, 질화물을 형성하는 원소이다. 특히 함유량이 0.005 mass% 이상이 되면, 질화물의 형성에 의한 고온 및 저온에서의 연성의 저하가 커진다. 따라서, N 은 0.005 mass% 미만으로 제한한다.

본 발명의 초고강도 냉연 강판은, 상기 필수 원소 외에, 목적에 따라, Nb, Ti, B 및 Cu 를 하기의 범위로 첨가할 수 있다.

Nb : 0.1 mass% 이하, Ti : 0.1 mass% 이하

Nb 및 Ti 는, 결정립을 미세화시키고, 강판의 강도를 상승시키는 데에 유효한 원소이다. 그러나, Nb, Ti 는, 각각 0.1 mass% 를 초과하여 첨가해도, 그 효과는 포화되므로, 경제적으로 바람직하지 않다. 따라서, Nb 및 Ti 를 첨가하는 경우에는, 각각 0.1 mass% 이하로 한다.

B : 0.0005?0.0030 mass%

B 는, 켄칭성을 높여, 강판 강도를 상승시키는 데에 유효한 원소이다. 그러나, B 가 0.0005 mass% 미만에서는, 상기 강도 상승 효과를 기대할 수 없다. 한편, B 가 0.0030 mass% 를 초과하면, 열간 가공성이 저하되기 때문에, 제조상 바람직하지 않다. 따라서, B 를 첨가하는 경우에는, 0.0005?0.0030 mass% 의 범위로 한다.

Cu : 0.20 mass% 이하

Cu 는, 오스테나이트상을 안정화시키고, 마텐자이트 단상 조직을 얻기 쉽게 함과 함께, 부식 환경하에서 강판 표층에 농화층을 형성함으로써, 강 중으로의 수소의 침입을 억제하고, 내지연 파괴 특성을 향상시키는 효과가 있는 원소이다. 그러나, 첨가량이 0.20 mass% 를 초과하면, 이들 효과가 포화되기 때문에, Cu 는, 0.20 mass% 를 상한으로 하여 첨가하는 것이 바람직하다.

본 발명의 초고강도 냉연 강판은, 상기 원소 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내이면, 그 밖의 원소의 첨가를 거부하는 것은 아니다.

다음으로, 본 발명의 초고강도 냉연 강판의 금속 조직에 관해서 설명한다.

본 발명의 초고강도 냉연 강판은, 그 금속 조직이, 마텐자이트 단상일 필요가 있다. 단, 강판 표면에서 판두께 방향으로 10 ㎛ 의 범위는, 제조 과정에서의 탈탄 등의 영향에 의해, 마텐자이트상이 생성되지 않는 경우가 있기 때문에, 이 범위는 제외할 필요가 있다. 또, 강판 모상 조직 중에는, 오스테나이트상이 잔존하는 경우가 있고, 잔류 오스테나이트상이라고 불린다. 이 잔류 오스테나이트상이 체적률로 하여 0.5 % 미만이면, 마텐자이트 단상 조직으로 간주할 수 있다. 또한, 강판 조직 중에는 불가피적으로 탄화물, 질화물, 개재물도 존재하지만, 이들은 마텐자이트 단상 조직인지의 여부를 판정하는 데에 있어서는 평가 대상에는 포함시키지 않는다.

또한, 본 발명의 초고강도 냉연 강판은, 켄칭 상태의 금속 조직은 마텐자이트 단상인데, 2 차 냉각 후, 후술하는 템퍼링 처리를 실시하는 경우에는, 템퍼링된 마텐자이트 단상 조직이 된다. 단, 이 경우에도, 잔류 오스테나이트상은 체적률로 하여 0.5 % 미만일 필요가 있다.

다음으로, 본 발명의 초고강도 냉연 강판의 제조 방법에 관해서 설명한다.

본 발명의 초고강도 냉연 강판의 제조 방법은, 이하에 서술하는 연속 소둔 공정에 특징이 있고, 그것 이전의 공정, 즉, 제강 공정에서 냉간 압연 공정까지에 대해서는, 종래 공지된 제조 방법을 채용할 수 있다. 이하, 본 발명의 특징인 연속 소둔 공정의 한정 이유에 관해서 설명한다.

균열 공정

본 발명이 의도하는 마텐자이트 단상 조직을 얻기 위해서는, 켄칭 전의 강판 조직을 오스테나이트 단상으로 할 필요가 있으므로, 연속 소둔에 있어서의 균열 온도는 Ac₃ 변태점 이상으로 할 필요가 있다. 여기서, Ac₃ 변태점은, 강판의 화학 성분으로부터, 「금속 열처리 기술 편람 제 3 판」(금속 열처리 기술 편람 편집 위원회 : 일간 공업 신문사, (1966), p.137) 에 기재된 하기 (2) 식 ;

Ac₃(℃)=910-203×C^1/2+44.7×Si-30×Mn-20×Cu+700×P+400×Al+400×Ti …(2)

여기서, 상기 식 중의 원소 기호는, 각 원소의 함유량 (mass%) 을 나타낸다.

를 사용하여 계산할 수 있다.

또, Ac₃ 변태점 이상으로 균열하는 시간은 30?1200 초가 바람직하고, 소둔 비용을 억제하는 관점에서는 300?900 초의 범위가 보다 바람직하다.

1 차 냉각 공정

일반적으로, 켄칭 공정에서의 냉각 정지 온도는 가능한 한 저온인 것이 바람직하다. 그러나, 1 차 냉각 정지 온도를 Ms 점 미만으로 한 경우, 급속 냉각에 의한 체적 수축과 마텐자이트 변태에 의한 체적 팽창의 불균일에서 기인된 응력이 강판 내부에 발생하여, 형상 악화를 일으킨다. 그래서, 본 발명은, 냉각에 수반되는 체적 수축에서 기인되어 발생하는 응력을 저감시키기 위해, 켄칭 공정을 균열 온도로부터 Ms 점 직상 근방 온도까지 냉각시키는 1 차 냉각 공정과, 상기 Ms 점 직상 근방으로부터 100 ℃ 이하까지 냉각시키는 2 차 냉각 공정으로 나누어 제어하는 것으로 하였다.

여기서, 1 차 냉각에 있어서의 냉각 정지 온도는, Ms 점 직상 근방인 Ms 점?Ms 점+200 ℃ 의 온도 범위로 할 필요가 있다. Ms 점보다 낮은 온도에서는, 마텐자이트 변태가 진행되고, 마텐자이트 변태에 의한 체적 팽창에서 기인된 응력이 발생하기 때문에 형상 악화를 억제하는 효과가 얻어지지 않는다. 한편, Ms 점+200 ℃ 초과의 온도에서는, 그 후의 유지 공정에서, 페라이트상이나 펄라이트상 등의 제 2 상이 생성될 우려가 있고, 및 계속되는 2 차 냉각 개시 온도가 높아지면, 2 차 냉각에 수반되는 체적 수축이 커져, 형상의 악화를 초래한다.

또, Ms 점 (마텐자이트 변태 개시점) 은, 강판의 화학 성분으로부터, 하기 (1) 식 ;

를 사용하여 계산할 수 있다.

또한, 상기 1 차 냉각에 있어서의 평균 냉각 속도는, 20 ℃/초 이상으로 할 필요가 있다. 20 ℃/초 미만의 평균 냉각 속도로는, 1 차 냉각 정지 온도에 도달할 때까지, 페라이트상이나 펄라이트상 등의 제 2 상이 생성되어, 마텐자이트 단상 조직은 얻어지지 않기 때문이다.

유지 공정

상기 1 차 냉각 후의 강판은, 강판 내의 온도를 균일화하기 위해, 1 차 냉각 정지 온도인 Ms 점?Ms 점+200 ℃ 의 온도 범위에 0.1?60 초간 유지할 필요가 있다. 이 유지 공정에서의 유지 시간이 0.1 초보다도 짧은 경우, 강판의 판두께 방향 또는 폭 방향에서의 냉각 속도의 차이에서 기인되는 온도 불균일이 충분히 해결되지는 않기 때문에, 강판 내의 응력 저감에 충분한 효과가 얻어지지 않는다. 한편, 유지 시간이 60 초보다도 길어지면, 유지 중에 페라이트상이나 펄라이트상, 베이나이트상이 생성되어, 마텐자이트 단상 조직이 얻어지지 않게 된다. 따라서, 유지 공정에서의 유지 시간은 0.1?60 초의 범위로 한다. 바람직하게는 2?30 초의 범위이다.

2 차 냉각 공정

유지 공정 종료 후에는, 마텐자이트 단상 조직을 얻기 위해, 1 차 냉각 정지 온도 (Ms 점?Ms 점+200 ℃) 부터 100 ℃ 이하까지를 평균 냉각 속도 100 ℃/초 이상에서 2 차 냉각을 실시할 필요가 있다. 평균 냉각 속도가 100 ℃/초 미만인 경우, 냉각 중에 페라이트상이나 펄라이트상, 베이나이트상 등의 제 2 상이 생성되고, 마텐자이트 단상 조직이 얻어지지 않는다. 또, 이 공정에서 일어나는 냉각에 수반되는 체적 수축과 마텐자이트 변태에 수반되는 체적 팽창에 의해 발생하는 응력은, 상기 1 차 냉각에 의해 마텐자이트 변태점과의 온도차를 저감시키고, 본 공정에서 발생하는 체적 수축량을 저감시키고 있는 것, 및 상기 유지 공정에서 강판 내의 온도를 균일화하고, 강판 폭 방향의 불균일한 응력 발생을 저감시키고 있음으로써, 최소한으로 억제할 수 있다.

상기 켄칭 처리를 실시한 강판은, 소정의 강도와 충분한 평탄도를 겸비하고 있기 때문에, 그대로도 제품으로 할 수 있지만, 인성 및 가공성을 향상시키기 위해, 필요에 따라, 100?250 ℃ 의 온도에서, 120?1800 초의 템퍼링 처리를 실시해도 된다. 템퍼링 온도가 100 ℃ 보다 낮거나, 또는 템퍼링 시간이 120 초보다 짧으면, 템퍼링 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 템퍼링 온도가 250 ℃ 보다 높거나, 또는 템퍼링 시간이 1800 초보다 길면, 마텐자이트상의 연질화가 과도하게 진행되고, 강도가 현저히 저하되는 것에 더하여, 제조 비용의 상승을 초래한다. 보다 바람직한 템퍼링 조건은, 130?220 ℃×300?1200 초의 범위이다. 템퍼링 처리 후의 냉각은, 특별히 제한은 없고, 공랭, 수랭 중 어느 것이어도 된다. 또, 이 템퍼링 처리는, 연속 소둔 라인의 과시효대를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다.

연속 소둔에 있어서의 냉각 방법은, 균일한 냉각과 높은 냉각 속도를 실현하기 위해서는, 수냉각을 사용하는 것이 바람직한데, 롤 냉각이나 가스 냉각, 미스트 냉각 (기수 (氣水) 냉각) 등을 사용해도 된다. 또, 강판 온도를 Ms 점?Ms 점+200 ℃ 의 온도 범위로 유지하는 방법으로는, 1 차 냉각과 겸하여, 온도를 1 차 냉각 정지 온도역으로 조정한 염욕 또는 금속욕에 침지하는 방법으로 해도 되고, 또는 1 차 냉각 정지 후에 유도 가열 장치를 사용하여 1 차 냉각 정지 온도역으로 재가열하는 방법을 사용해도 된다.

또한, 본 발명에서는, 연속 소둔 후의 강판에는, 형상 교정을 목적으로 하는 조질 압연을 실시할 필요는 없는데, 강판의 표면 조도 조정이나 재질 조정의 관점에서, 조질 압연을 적당히 실시해도 된다.

[실시예]

표 1 에 기재한 성분 조성을 갖는 강종 기호 A?S 의 강을 용제하고, 슬래브로 하고, 그 슬래브를 1250 ℃ 로 가열 후, 마무리 압연 종료 온도를 900 ℃ 로 하는 열간 압연에 의해 판두께 2.8 ㎜ 의 열연 강판으로 하고, 권취 온도 650 ℃ 에서 권취하였다. 그 후, 상기 열연 강판을 산세하여 표면 스케일을 제거한 후, 냉간 압연하여 판두께 1.0 ㎜×판폭 800?1400 ㎜ 의 냉연 강판으로 하였다. 이어서, 상기 냉연 강판을, 표 2 에 기재한 조건에서, 균열 후, 1 차 냉각, 유지, 2 차 냉각을 거쳐 켄칭하는 연속 소둔을 실시하고, 또는 추가로 템퍼링 처리를 실시하고, 각종 초고강도 냉연 강판을 얻었다. 또, 표 1 에는, 각 강종의 화학 성분으로부터, 상기 서술한 (1) 식 및 (2) 식으로 구한 Ms 점 및 Ac₃ 변태점을 병기하였다.

상기와 같이 하여 얻은 각종 냉연 강판에 관해서, 폭 방향의 최대 휨 높이를 도 1 에 기재된 방법으로 측정하였다. 구체적으로는, 상기 강판을 정반 상에 재치 (載置) 하고, 강판의 높이가 가장 높은 위치에 있어서의 정반으로부터 강판 하면까지의 거리를 측정하였다.

또한, 당해 강판으로부터 시험편을 채취하여, 금속 조직, 인장 특성 및 신장 플랜지 특성의 평가를 하기와 같이 하여 실시하였다.

(1) 금속 조직의 관찰

상기 각 냉연 강판으로부터 시험편을 채취하고, 압연 방향에 평행한 단면을 경면 연마하고, 나이탈 에칭을 하여 금속 조직을 현출시키고, 광학 현미경 또는 주사형 전자 현미경을 사용하여 미세한 금속 조직을 관찰하고, 마텐자이트상, 템퍼링된 마텐자이트상, 페라이트상 등의 구성상 (相) 의 종류를 동정함과 함께, 촬영한 조직 사진을 화상 해석 장치로 2 치화함으로써, 마텐자이트상과 제 2 상의 체적률을 구하였다. 또, 상기 냉연 강판에는, 잔류 오스테나이트상이 존재할 가능성도 있기 때문에, 발명예의 강판에 관해서는 X 선 (Mo-Kα 선) 측정에 의해 잔류 오스테나이트상의 체적률의 측정을 시도했는데, 그 존재량은 모두 0.5 % 미만으로, 마텐자이트 단상 조직 또는 템퍼링된 마텐자이트 단상 조직으로 간주할 수 있었다.

(2) 인장 시험

상기 각 냉연 강판으로부터 압연 방향에 직각인 방향에 JIS 5 호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z2241 에 준거하여 인장 시험을 실시하고, 0.2 % 내력 (PS), 인장 강도 (TS), 파단 신장 (El) 을 측정하였다.

(3) 신장 플랜지 특성

신장 플랜지 특성은, 일본 철강 연맹 규격 JFST1001 의 규정에 준거하여 구멍 확장 시험을 실시하여 평가하였다. 즉, 상기 각 냉연 강판으로부터 채취한 시험편에 10 ㎜φ 의 펀치 구멍을 뚫고, 버가 외측이 되도록 하여, 꼭지각 60°의 원추 펀치를 사용하여, 판두께를 관통하는 균열이 발생할 때까지 구멍 확장 가공을 실시하고, 하기 식을 사용하여 구멍 확장률 λ 을 구하였다.

λ(%)={(d-d₀)/d₀}×100

여기서, d₀ : 초기 구멍 내경 (㎜), d : 균열 발생시의 구멍 내경 (㎜)

결과를 표 3 에 나타낸다. 본 발명에 적합한 No.1?13 의 발명예의 강판은, 모두 마텐자이트 단상 조직 (템퍼링된 마텐자이트 단상 조직) 이 얻어지고 있고, 또한 강판에 발생한 휨의 최대 휨 높이가 6 ㎜ 이하로, 높은 평탄도가 얻어지고 있는 것에 대해, 종래의 켄칭법을 실시한 No.14 의 비교예에서는, 본 발명이 의도하는 마텐자이트 단상 조직은 얻어지기는 했지만, 휨의 최대 휨 높이가 23 ㎜ 로 커서, 충분한 평탄도가 얻어지지 않았다. 또한, 본 발명예의 강판은, 인장 특성이나, 신장 플랜지 특성의 지표인 구멍 확장률 λ 이, 종래법으로 제조한 마텐자이트 단상 조직 강판 (No.14) 과 동등한 값을 갖고 있다.

한편, 1 차 냉각 공정의 냉각 속도가 본 발명 범위보다 낮은 No.15 에서는, 1 차 냉각 중에 모든 오스테나이트상이 페라이트상 또는 펄라이트상으로 변태되었기 때문에, 마텐자이트 단상 조직이 얻어지지 않았다. 동일하게, 1 차 냉각 정지 온도를 본 발명의 범위보다도 고온으로 한 No.16 에서는, 펄라이트상은 생성되지 않았지만, 오스테나이트상의 대부분이 페라이트상으로 변태되어 있어, 소정의 금속 조직이 얻어지지 않았다. 또한, 유지 공정에서의 유지 시간이 본 발명의 범위보다 긴 No.17 에서는, 유지 공정 중에 다량의 페라이트상 및 펄라이트상이 생성되기 때문에, 소정의 금속 조직이 얻어지지 않았다. 또한, 2 차 냉각 공정에서의 냉각 속도를 본 발명의 냉각 속도 미만으로 한 No.18 에서는, 1 차 냉각 정지 온도로부터 Ms 점까지의 냉각 중에 페라이트상 및 펄라이트상이 생성되었기 때문에, 마텐자이트 단상 조직은 얻어지지 않았다.

이상의 결과로부터, 본 발명의 마텐자이트 단상 조직 강판은, 종래법으로 제조한 마텐자이트 단상 조직 강판과 동등한 강도 특성 및 가공 특성을 가지면서도, 우수한 평탄도를 실현할 수 있는 것으로 확인되었다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의해 얻어지는 초고강도 마텐자이트 단상 조직 강판은, 예를 들어 프레스 성형이나 롤 성형에 의해 성형되는 자동차의 도어 임팩트빔이나 센터 필러 등의 자동차용 구조 부재를 높은 생산성 및 치수 정밀도로 제조하는 것에 크게 공헌할 수 있는 것이다.

Claims

C : 0.05?0.40 mass%, Si : 2.0 mass% 이하, Mn : 1.0?3.0 mass%, P : 0.05 mass% 이하, S : 0.02 mass% 이하, Al : 0.01?0.05 mass%, N : 0.005 mass% 미만을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 금속 조직이 마텐자이트 단상이고, 인장 강도가 980 ㎫ 이상, 강판의 평탄도가 10 ㎜ 이하인 초고강도 냉연 강판.
제 1 항에 있어서,
금속 조직이 템퍼링된 마텐자이트 단상인 것을 특징으로 하는 초고강도 냉연 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
인장 강도가 1320 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 초고강도 냉연 강판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ti : 0.1 mass% 이하, Nb : 0.1 mass% 이하, B : 0.0005?0.0030 mass% 및 Cu : 0.20 mass% 이하 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 초고강도 냉연 강판.
C : 0.05?0.40 mass%, Si : 2.0 mass% 이하, P : 0.05 mass% 이하, S : 0.02 mass% 이하, Al : 0.01?0.05 mass%, N : 0.005 mass% 미만, Mn : 1.0?3.0 mass% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 냉간 압연 후의 강판을 연속 소둔하여 인장 강도 980 ㎫ 이상의 초고강도 냉연 강판을 제조하는 방법에 있어서, 상기 연속 소둔에서는, Ac₃ 변태점 이상의 균열 온도로부터 하기 (1) 식으로 구해지는 Ms 점?Ms 점+200 ℃ 의 온도 범위까지 20 ℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 1 차 냉각시키고, 상기 온도 범위로 0.1?60 초간 유지한 후, 100 ℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 100 ℃ 이하까지 2 차 냉각시키는 것을 특징으로 하는 초고강도 냉연 강판의 제조 방법.
Ms(℃)=550-361×C-39×Mn-35×V-20×Cr-17×Ni-10×Cu-5×(Mo+W)+15×Co+30×Al …(1)
여기서, 상기 식 중의 원소 기호는, 각각의 원소의 함유량 (mass%) 을 나타낸다.
제 5 항에 있어서,
2 차 냉각 후, 재가열하고, 100?250 ℃×120?1800 초의 템퍼링 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 초고강도 냉연 강판의 제조 방법.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
1 차 냉각 및 2 차 냉각을 수냉각으로 실시하는 것을 특징으로 하는 초고강도 냉연 강판의 제조 방법.
제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉간 압연 후의 강판은, 상기 성분 조성에 더하여 추가로, Ti : 0.1 mass% 이하, Nb : 0.1 mass% 이하, B : 0.0005?0.0030 mass% 및 Cu : 0.20 mass% 이하 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 초고강도 냉연 강판의 제조 방법.