KR20130025961A

KR20130025961A - 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130025961A
Application number: KR1020137002766A
Authority: KR
Inventors: 요시야스 가와사키; 다츠야 나카가이토; 신지로 가네코; 야스노부 나가타키; 게이스케 후쿠시
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-03-12
Also published as: EP2594656A1; TW201213561A; CN103003460B; JP2012036497A; CN103003460A; US9765413B2; TWI425100B; EP2594656A4; US20130266821A1; WO2012008597A1; KR101485271B1; JP5765092B2; EP2594656B1

Abstract

590 ㎫ 이상의 인장 강도 (TS) 를 갖고, 또한, 연성과 구멍 확장성이 우수하고, 고항복비인 용융 아연 도금 강판 및 그 제조 방법을 제공한다. 성분 조성은, 질량％ 로 C ： 0.04 ％ 이상 0.13 ％ 이하, Si ： 0.9 ％ 이상 2.3 ％ 이하, Mn ： 0.8 ％ 이상 2.4 ％ 이하, P ： 0.1 ％ 이하, S ： 0.01 ％ 이하, Al ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, N ： 0.008 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 조직은, 면적률로, 페라이트가 94 ％ 이상, 마텐자이트가 2 ％ 이하이고, 페라이트의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하, 페라이트의 비커스 경도가 140 이상, 또한, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 평균 결정 입경이 0.5 ㎛ 이하, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 어스펙트비가 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.

Description

연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판 및 그 제조 방법{HIGH YIELD RATIO HIGH-STRENGTH HOT-DIP GALVANIZED STEEL SHEET WITH EXCELLENT DUCTILITY AND HOLE EXPANSION PROPERTIES, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 자동차의 산업 분야에서 사용되는 부재로서 바람직한 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 지구 환경의 보호 의식의 고조로부터, 자동차의 CO₂ 배출량 삭감을 향한 연비 개선이 강하게 요구되고 있다. 이에 수반하여, 차체 재료의 고강도화에 의한 박육화를 도모하여, 차체를 경량화하고자 하는 움직임이 활발해져 오고 있다. 그러나, 강판의 고강도화에 의해, 연성이나 구멍 확장성의 저하가 염려된다. 이 때문에, 고연성과 고구멍 확장성을 겸비한 고강도 강판의 개발이 요망되고 있다. 또한, 측면 충돌시의 승무원 보호에 대응하는 내좌굴성 확보의 관점에서, 고항복비의 강판에 대한 요망도 높아지고 있다. 또, 방청성을 고려한 부재에서는 고강도 용융 아연 도금 강판의 요구가 높아지고 있다.

고강도 강판의 구멍 확장성의 향상에 대해, 예를 들어 특허문헌 1 에서는, 화학 성분을 규정하고, 복합 조직 중의 페라이트의 면적률과 결정 입경, 페라이트 중에 존재하는 미세 석출물의 사이즈와 양 및 잔류 오스테나이트의 면적률을 규정 함으로써, 재질 안정성과 구멍 확장성이 우수한 고강도 합금화 용융 아연 도금 강판과 그 제조 방법이 제안되어 있다. 또, 고강도 강판의 구멍 확장성의 향상 및 항복비의 상승에 대해, 특허문헌 2 에서는, 화학 성분을 규정하고, 마텐자이트, 잔류 오스테나이트 및 베이나이트의 경질상 조직이 페라이트 매트릭스 중에 미세 분산된 복합 조직을 만들어 넣음으로써, 성형성이 우수한 고강도 열연강판 및 고강도 용융 아연 도금 강판과 그 제조 방법이 제안되어 있다. 또한, 특허문헌 3 에서는, 화학 성분을 규정하고, 페라이트가 주체인 조직에서 Ti 량과 C 량의 비를 제어함으로써, 피로 특성과 연신 플랜지성이 우수한 열연강판 및 그 제조 방법이 제안되어 있다.

일본 공개특허공보 2008-291314호 일본 공개특허공보 2001-335892호 일본 공개특허공보 2008-274416호

그러나, 특허문헌 1 에서는, 구멍 확장성의 향상을 주목적으로 하고 있기 때문에, 연성의 향상 및 항복비의 상승에 대해서는 고려되어 있지 않다. 또, 특허문헌 2, 3 에서는, 구멍 확장성의 향상과 항복비의 상승에 대하여 고려하고 있는데, 연성의 향상에 대해서는 검토되어 있지 않다. 그 때문에, 고연성과 고구멍 확장성과 고항복비를 겸비한 고강도 용융 아연 도금 강판의 개발이 과제가 된다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여, 고강도 (590 ㎫ 이상의 인장 강도 (TS)) 를 갖고, 또한, 연성과 구멍 확장성이 우수하고, 고항복비인 용융 아연 도금 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 고강도 (590 ㎫ 이상의 인장 강도 (TS)) 를 갖고, 또한, 연성과 구멍 확장성이 우수하고, 고항복비인 용융 아연 도금 강판을 얻기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 이하의 것을 알아내었다.

페라이트를 주체로 한 조직에 Si 를 첨가함으로써, 페라이트 자체의 가공 경화능 향상에 의한 연성의 향상과, 페라이트의 고용 강화에 의한 강도 확보 및 제 2 상과의 경도차 저감에 의한 구멍 확장성의 향상이 가능해졌다. 또, 페라이트의 결정립계에 존재하는 세멘타이트 등의 탄화물의 사이즈와 어스펙트비를 제어함으로써, 타발에 의한 구멍뚫기 가공시에 발생하는 마이크로 보이드의 양을 저감시키고, 나아가 구멍 확장 가공시의 균열 전파를 억제시켜, 더 나은 구멍 확장성의 향상을 가능하게 하였다. 추가로, 마텐자이트의 분율을 낮게 억제한 조직을 만들어 넣음으로써, 고항복비가 가능해졌다. 이상에 의해, 인장 강도 (TS) 가 590 ㎫ 이상인 강도 레벨의 강판에 대해, 고연성과 고구멍 확장성을 갖고, 나아가 고항복비를 갖는 것이 가능해졌다.

본 발명은 이상의 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 이하의 특징을 구비하고 있다.

[1] 성분 조성은, 질량％ 로 C ： 0.04 ％ 이상 0.13 ％ 이하, Si ： 0.9 ％ 이상 2.3 ％ 이하, Mn ： 0.8 ％ 이상 2.4 ％ 이하, P ： 0.1 ％ 이하, S ： 0.01 ％ 이하, Al ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, N ： 0.008 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 조직은, 면적률로, 페라이트가 94 ％ 이상, 마텐자이트가 2 ％ 이하이고, 페라이트의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하, 페라이트의 비커스 경도가 140 이상, 또한, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 평균 결정 입경이 0.5 ㎛ 이하, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 어스펙트비가 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.

[2] 추가로, 강 조직을 3000 배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했을 때, 결정립 내에 탄화물을 5 개 이상 함유하는 페라이트의 결정립이 0.005 개/μ㎡ 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 에 기재된 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.

[3] 추가로, 성분 조성으로서, 질량％ 로, Cr ： 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하, V ： 0.005 ％ 이상 0.5 ％ 이하, Mo ： 0.005 ％ 이상 0.5 ％ 이하, Ni ： 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하, Cu ： 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.

[4] 추가로, 성분 조성으로서, 질량％ 로, Ti ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, Nb ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, B ： 0.0003 ％ 이상 0.005 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] ～ [3] 중 어느 하나에 기재된 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.

[5] 추가로, 성분 조성으로서, 질량％ 로, Ca ： 0.001 ％ 이상 0.005 ％ 이하, REM ： 0.001 ％ 이상 0.005 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] ～ [4] 중 어느 하나에 기재된 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.

[6] 추가로, 성분 조성으로서, 질량％ 로, Ta ： 0.001 ％ 이상 0.010 ％ 이하, Sn ： 0.002 ％ 이상 0.2 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] ～ [5] 중 어느 하나에 기재된 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.

[7] 추가로, 성분 조성으로서, 질량％ 로, Sb ： 0.002 ％ 이상 0.2 ％ 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 [1] ～ [6] 중 어느 하나에 기재된 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.

[8] 상기 [1], [3] ～ [7] 중 어느 하나에 기재된 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 마무리 출측 온도 850 ℃ 이상에서 열간 압연하고, 450 ～ 600 ℃ 에서 권취한 후, 산세하고, 600 ～ 750 ℃ 의 온도역에서 50 ～ 550 s 유지하여 어닐링한 후, 냉각시키고, 이어서, 용융 아연 도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.

[9] 용융 아연 도금을 실시한 후, 470 ～ 600 ℃ 의 온도역에서 아연 도금의 합금화 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 상기 [8] 에 기재된 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.

또한, 본 명세서에 있어서, 강의 성분을 나타내는 ％ 는, 모두 질량％ 이다. 또, 본 발명에 있어서, 「고강도 용융 아연 도금 강판」은, 인장 강도 (TS) 가 590 ㎫ 이상인 용융 아연 도금 강판이다.

또, 본 발명에 있어서는, 합금화 처리를 실시하거나, 실시하지 않는 것에 관계없이, 용융 아연 도금 방법에 의해 강판 상에 아연을 도금한 강판을 총칭하여 용융 아연 도금 강판이라고 호칭한다. 즉, 본 발명에 있어서의 용융 아연 도금 강판은, 합금화 처리를 실시하지 않은 용융 아연 도금 강판, 합금화 처리를 실시한 합금화 용융 아연 도금 강판의 양방을 포함하는 것이다.

본 발명에 의하면, 고강도 (590 ㎫ 이상의 인장 강도 (TS)) 를 갖고, 또한, 연성과 구멍 확장성이 우수하고, 고항복비인 용융 아연 도금 강판이 얻어진다. 본 발명의 고강도 용융 아연 도금 강판을, 예를 들어, 자동차 구조 부재에 적용함으로써 차체 경량화에 의한 연비 개선을 도모할 수 있어, 산업상 이용 가치는 매우 크다.

이하에, 본 발명의 상세를 설명한다.

일반적으로, 연질인 페라이트와 경질인 마텐자이트의 2 상 조직 구성에서는, 연성의 확보는 가능하지만, 페라이트와 마텐자이트의 경도차가 크기 때문에, 충분한 구멍 확장성이 얻어지지 않는 것이 알려져 있다. 또, DP 조직 (페라이트 ＋ 마텐자이트) 에서는, 높은 항복비가 얻어지지 않는 것이 알려져 있다. 한편, 페라이트를 주체로 하고, 제 2 상을 세멘타이트 등의 탄화물로 함으로써, 경도차가 큰 이상 (異相) 계면의 양을 저감시킴으로써 구멍 확장성이 확보되고, 또한 마텐자이트를 함유하지 않음으로써 높은 항복비가 얻어지지만, 충분한 강도와 연성이 얻어지지 않는 것이 알려져 있다. 그래서, 본 발명자는, 페라이트를 주체로 하고, 제 2 상을, 마텐자이트분율을 낮게 억제하여, 세멘타이트 등의 탄화물을 주체로 하는 조직 구성으로 하여, Si 를 적극 활용함으로써 페라이트의 고용 강화에 의한 강도의 확보와, 페라이트 자체의 가공 경화능 향상에 의한 연성 확보의 가능성에 주목하여 검토를 실시하였다. 또한, 페라이트의 결정립계에 존재하는 세멘타이트 등의 탄화물의 사이즈 및 어스펙트비를 작게 함으로써, 타발에 의한 구멍뚫기 가공시에 발생하는 마이크로 보이드의 양을 저감시키고, 나아가 구멍 확장 가공시의 균열 전파를 억제시켜, 더 나은 구멍 확장성의 향상의 가능성에 주목하여 검토를 실시하였다. 그 결과, 인장 강도 (TS) 가 590 ㎫ 이상인 강도 레벨의 강판에 대해, 고연성과 고구멍 확장성을 갖고, 나아가 고항복비를 갖는 것이 가능해졌다.

이상이 본 발명을 완성하기에 이른 기술적 특징이다.

그리고, 본 발명은 성분 조성은, 질량％ 로 C ： 0.04 ％ 이상 0.13 ％ 이하, Si ： 0.9 ％ 이상 2.3 ％ 이하, Mn ： 0.8 ％ 이상 2.4 ％ 이하, P ： 0.1 ％ 이하, S ： 0.01 ％ 이하, Al ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, N ： 0.008 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 조직은, 면적률로, 페라이트가 94 ％ 이상, 마텐자이트가 2 ％ 이하이고, 페라이트의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하, 페라이트의 비커스 경도가 140 이상, 또한, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 평균 결정 입경이 0.5 ㎛ 이하, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 어스펙트비가 2.0 이하인 것을 특징으로 한다.

(1) 먼저, 성분 조성에 대하여 설명한다.

C ： 0.04 ％ 이상 0.13 ％ 이하

C 는 오스테나이트 생성 원소이며, 조직을 복합화하여, 강도와 연성 향상에 주요한 원소이다. C 량이 0.04 ％ 미만에서는, 강도의 확보가 어렵다. 한편, C 량이 0.13 ％ 를 초과하여 과잉으로 첨가되면, 연신 플랜지 균열의 기점이 되는 탄화물의 양이 증가하여, 구멍 확장성이 저하된다. 따라서, C 는 0.04 ％ 이상 0.13 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.06 ％ 이상 0.11 ％ 이하이다.

Si ： 0.9 ％ 이상 2.3 ％ 이하

Si 는 페라이트 생성 원소이며, 페라이트의 고용 강화에 유효한 원소이기도 하다. 강도와 연성의 밸런스의 향상 및 페라이트의 경도 확보를 위해서는 0.9 ％ 이상의 첨가가 필요하다. 그러나, Si 의 과잉 첨가는, 적색 스케일 등의 발생에 의해 표면 성상의 열화나, 도금 부착·밀착성의 열화를 일으킨다. 따라서, Si 는 0.9 ％ 이상 2.3 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, 1.0 ％ 이상 1.8 ％ 이하이다.

Mn ： 0.8 ％ 이상 2.4 ％ 이하

Mn 은, 강의 강화에 유효한 원소이다. 또, 오스테나이트 생성 원소이며, Mn 량은 0.8 ％ 미만에서는 강도의 확보가 어렵다. 한편, 2.4 ％ 를 초과하여 과잉으로 첨가하면, 연신 플랜지 균열의 기점이 되는 탄화물의 양이 증가하여, 구멍 확장성이 저하된다. 또 최근, Mn 의 합금 비용이 상승되고 있기 때문에, 비용 상승의 요인이 되기도 한다. Mn 은 0.8 ％ 이상 1.8 ％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.0 ％ 이상 1.8 ％ 이하이다.

P ： 0.1 ％ 이하

P 는, 강의 강화에 유효한 원소이지만, 0.1 ％ 를 초과하여 과잉으로 첨가하면, 입계 편석에 의해 취화를 일으켜, 내충격성을 열화시킨다. 또 0.1 ％ 를 초과하면 합금화 속도를 대폭 지연시킨다. 따라서, P 는 0.1 ％ 이하로 한다.

S ： 0.01 ％ 이하

S 는, MnS 등의 개재물이 되어, 내충격성의 열화나 용접부의 메탈 플로우에 따른 균열의 원인이 되므로 최대한 낮은 것이 좋지만, 제조 비용면에서 S 는 0.01 ％ 이하로 한다.

Al ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하

Al 은, 강을 탈산시키기 위해 첨가되는 원소이며, AlN 에 의한 열간 압연 후의 강 조직을 미세화하여, 재질을 개선하기 위해 유효한 원소이다. Al 량이 0.01 ％에 못 미치면 그 첨가 효과가 부족해지기 때문에, 하한을 0.01 ％ 로 한다. 그러나, Al 의 과잉 첨가는, 산화물계 개재물의 증가에 의한 표면 성상이나 성형성의 열화를 초래하여, 비용이 높아지기도 하기 때문에, Al 은 0.1 ％ 이하로 한다.

N ： 0.008 ％ 이하

N 은, 강의 내시효성을 가장 크게 열화시키는 원소이며, 적을수록 바람직하고, 0.008 ％ 를 초과하면 내시효성의 열화가 현저해진다. 따라서, N 은 0.008 ％ 이하로 한다.

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 이들 성분 원소에 추가하여, 이하의 합금 원소를 필요에 따라 첨가할 수 있다.

Cr ： 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하, V ： 0.005 ％ 이상 0.5 ％ 이하, Mo ： 0.005 ％ 이상 0.5 ％ 이하, Ni ： 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하, Cu ： 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종

Cr, V, Mo, Ni, Cu 는 강의 강화에 유효한 원소이며, 본 발명에서 규정한 범위 내이면 강의 강화에 사용하는 데 지장없다. 그 효과는, Cr 은 0.05 ％ 이상, V 는 0.005 ％ 이상, Mo 는 0.005 ％ 이상, Ni 는 0.05 ％ 이상, Cu 는 0.05 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Cr 은 1.0 ％, V 는 0.5 ％, Mo 는 0.5 ％, Ni 는 1.0 ％, Cu 는 1.0 ％ 를 초과하여 과잉으로 첨가하면, 제 2 상의 분율이 과대해져 현저한 강도 상승에 의한 연성 및 구멍 확장성의 저하의 염려가 발생한다. 또, 비용 상승의 요인이 되기도 한다. 따라서, 이들 원소를 첨가하는 경우에는, 그 양을 각각 Cr 은 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하, V 는 0.005 ％ 이상 0.5 ％ 이하, Mo 는 0.005 ％ 이상 0.5 ％ 이하, Ni 는 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하, Cu 는 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하로 한다.

또한, 하기의 Ti, Nb 및 B 중에서 선택되는 1 종 이상의 원소를 함유할 수 있다.

Ti ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, Nb ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, B ： 0.0003 ％ 이상 0.005 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종

Ti, Nb 는 강의 석출 강화에 유효한 원소이다. 그 효과는, Ti 는 0.01 ％ 이상, Nb 는 0.01 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, Ti 는 0.1 ％, Nb 는 0.1 ％ 를 초과하여 과잉으로 첨가하면, 제 2 상의 분율이 과대해져 현저한 강도 상승에 의한 연성 및 구멍 확장성의 저하의 염려가 발생한다. 또, 비용 상승의 요인이 되기도 한다. 따라서, Ti, Nb 를 첨가하는 경우에는, 그 첨가량을 Ti 는 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, Nb 는 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하로 한다.

B 는 강의 강화에 유효한 원소이며, 그 효과는, 0.0003 ％ 이상에서 얻어진다. 그러나, B 는 0.005 ％ 를 초과하여 과잉으로 첨가하면, 제 2 상의 분율이 과대해져 현저한 강도 상승에 의한 연성 및 구멍 확장성의 저하의 염려가 발생한다. 또, 비용 상승의 요인이 되기도 한다. 따라서, B 를 첨가하는 경우에는, 그 양을 0.0003 ％ 이상 0.005 ％ 이하로 한다.

Ca ： 0.001 ％ 이상 0.005 ％ 이하, REM ： 0.001 ％ 이상 0.005 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종

Ca 및 REM 은, 황화물의 형상을 구상화하여 구멍 확장성에 대한 황화물의 악영향을 개선하기 위해 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는, 각각 0.001 ％ 이상 필요하다. 그러나, 과잉 첨가는, 개재물 등의 증가를 일으켜 표면 및 내부 결함 등을 일으킨다. 따라서, Ca, REM 을 첨가하는 경우에는, 그 첨가량은 각각 0.001 ％ 이상 0.005 ％ 이하로 한다.

Ta ： 0.001 ％ 이상 0.010 ％ 이하, Sn ： 0.002 ％ 이상 0.2 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종

Ta 는, Ti 나 Nb 와 마찬자기로, 합금 탄화물이나 합금 탄질화물을 형성하여 고강도화에 기여할 뿐만 아니라, Nb 탄화물이나 Nb 탄질화물에 일부 고용시켜, (Nb, Ta) (C, N) 과 같은 복합 석출물을 형성함으로써, 석출물의 조대화를 현저하게 억제하여, 석출 강화에 의한 강도에 대한 기여를 안정화시키는 효과가 있다고 생각된다. 그 때문에, Ta 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 0.001 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, 과잉으로 첨가한 경우, 상기의 석출물 안정화 효과가 포화될 뿐만 아니라, 합금 비용이 상승하기 때문에, Ta 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량을 0.010 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Sn 은, 강판 표면의 질화, 산화, 혹은 산화에 의해 발생하는 강판 표층의 수 10 ㎛ 영역의 탈탄을 억제하는 관점에서 첨가할 수 있다. 이와 같은 질화나 산화를 억제함으로써 강판 표면에서 마텐자이트의 생성량이 감소되는 것을 방지하여, 피로 특성이나 내시효성을 개선시킨다. 질화나 산화를 억제하는 관점에서, Sn 을 첨가하는 경우에는, 그 함유량은 0.002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.2 ％ 를 초과하면 인성의 저하를 초래하기 때문에, 그 함유량을 0.2 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Sb ： 0.002 ％ 이상 0.2 ％ 이하

Sb 도 Sn 과 마찬가지로 강판 표면의 질화, 산화, 혹은 산화에 의해 발생하는 강판 표층의 수 10 ㎛ 영역의 탈탄을 억제하는 관점에서 첨가할 수 있다. 이와 같은 질화나 산화를 억제함으로써 강판 표면에서 마텐자이트의 생성량이 감소하는 것을 방지하여, 피로 특성이나 내시효성을 개선시킨다. 질화나 산화를 억제하는 관점에서, Sb 를 첨가하는 경우에는, 그 함유량은 0.002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.2 ％ 를 초과하면 인성의 저하를 초래하기 때문에, 그 함유량을 0.2 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

(2) 다음으로, 미크로 조직에 대하여 설명한다.

페라이트의 면적률 ： 94 ％ 이상

양호한 연성과 구멍 확장성을 확보하기 위해서는, 페라이트는 면적률로 94 ％ 이상 필요하다.

마텐자이트의 면적률 ： 2 ％ 이하

높은 항복비와 양호한 구멍 확장성을 확보하기 위해서는, 마텐자이트는 면적률로 2 ％ 이하로 할 필요가 있다.

페라이트의 평균 결정 입경 ： 10 ㎛ 이하

원하는 강도를 확보하기 위해서는, 페라이트의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하일 필요가 있다.

페라이트의 비커스 경도 ： 140 이상

원하는 강도와 양호한 구멍 확장성을 확보하기 위해서는, 페라이트의 비커스 경도가 140 이상일 필요가 있다. 바람직하게는, 페라이트의 비커스 경도가 150 이상이다.

페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 평균 결정 입경 ： 0.5 ㎛ 이하

양호한 구멍 확장성을 확보하기 위해서는, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 평균 결정 입경이 0.5 ㎛ 이하일 필요가 있다.

페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 어스펙트비 ： 2.0 이하

양호한 구멍 확장성을 확보하기 위해서는, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 어스펙트비가 2.0 이하일 필요가 있다.

강 조직을 3000 배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했을 때, 결정립 내에 탄화물을 5 개 이상 함유하는 페라이트의 결정립 ： 0.005 개/μ㎡ 이상

보다 높은 항복비를 확보하기 위해서는, 강 조직을 3000 배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했을 때, 결정립 내에 탄화물을 5 개 이상 함유하는 페라이트의 결정립이 0.005 개/μ㎡ 이상 존재하는 것이 바람직하다. 3000 배의 배율로 관찰하는 것은, 이 배율이 항복비를 높이는 작용이 있는 탄화물의 관찰과 개수 산출에 적합한 배율이기 때문이다.

또한, 페라이트, 마텐자이트, 세멘타이트 등의 탄화물 이외에, 베이나이틱 페라이트, 퍼라이트, 구상화한 퍼라이트, 잔류 오스테나이트 등을 발생시키는 경우가 있는데, 상기의 페라이트의 면적률 및 마텐자이트의 면적률 등이 만족되어 있으면, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

(3) 다음으로, 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 고강도 용융 아연 도금 강판은, 상기의 성분 조성 범위에 적합한 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 마무리 출측 온도 850 ℃ 이상에서 열간 압연하고, 450 ～ 600 ℃ 에서 권취한 후, 산세하고, 600 ～ 750 ℃ 의 온도역에서 50 ～ 550 s 유지하여 어닐링한 후, 냉각시키고, 이어서, 용융 아연 도금을 실시하고, 필요에 따라, 용융 아연 도금을 실시한 후, 470 ～ 600 ℃ 의 온도역에서 아연 도금의 합금화 처리를 실시하는 방법에 의해 제조할 수 있다.

이하, 상세하게 설명한다.

상기의 성분 조성을 갖는 강은, 통상 공지된 공정에 의해, 용제한 후, 분괴 또는 연속 주조를 거쳐 슬래브로 하고, 열간 압연을 실시하여 열연판으로 한다. 슬래브의 가열에 대해서는, 특별히 조건을 한정하지 않지만, 예를 들어 1100 ～ 1300 ℃ 로 가열 후, 마무리 출측 온도를 850 ℃ 이상에서 열간 압연을 실시하고, 450 ～ 600 ℃ 에서 권취한다.

열연마무리 출측 온도 ： 850 ℃ 이상

열연마무리 출측 온도가 850 ℃ 미만인 경우, 페라이트가 압연 방향으로 신장된 조직이 됨과 함께 세멘타이트 등의 탄화물의 어스펙트비가 커지고, 구멍 확장성이 저하된다. 그 때문에, 열연마무리 출측 온도를 850 ℃ 이상으로 한다.

권취 온도 ： 450 ～ 600 ℃

권취 온도가 450 ℃ 미만인 경우, 열연 조직에 있어서, 마텐자이트나 베이나이트의 경질상이 대부분을 차지하여, 최종적으로 템퍼링하여 마텐자이트 및 베이나이트가 많은 조직이 되고, 현저한 강도 상승에 의해, 연성 및 구멍 확장성이 저하된다. 또한, 그 후의 어닐링 처리 후, 3000 배의 주사형 전자 현미경으로 강 조직을 관찰했을 때, 결정립 내에 탄화물을 5 개 이상 함유하는 페라이트의 결정립을 0.005 개/μ㎡ 이상 확보하는 것이 곤란해져, 높은 항복비가 얻어지지 않는다. 또, 권취 온도가 600 ℃ 를 초과한 경우, 페라이트의 결정 입경이 커져, 원하는 강도가 얻어지지 않는다. 그 때문에, 권취 온도는 450 ～ 600 ℃ 로 한다.

상기에서 얻은 열연판을, 통상 공지된 방법으로 산세하고, 필요에 따라서는, 탈지 등의 예비 처리를 실시하고, 그 후, 이하의 어닐링을 실시한다.

어닐링 ： 600 ～ 750 ℃ 의 온도역에서 50 ～ 550 s 유지

본 발명에서는, 600 ～ 750 ℃ 의 온도역에서, 구체적으로는, 페라이트 단상역에서, 50 ～ 550 s 간 유지하여 어닐링한다. 어닐링 온도가 600 ℃ 미만인 경우나, 유지 시간 (어닐링 시간) 이 50 s 미만인 경우에는, 열연시에 생성된 펄라이트가 잔존하여, 연성이 저하된다. 한편, 어닐링 온도가 750 ℃ 를 초과하면, 페라이트와 오스테나이트의 2 상역에서의 어닐링이 되어, 최종적으로 제 2 상의 대부분이 마텐자이트로 변태되어, 고항복비가 얻어지지 않는다. 또, 유지 시간(어닐링 시간) 이 550 s 를 초과하면, 결정립이 조대화되어, 원하는 강도의 확보가 곤란해진다. 그 때문에, 어닐링은 600 ～ 750 ℃ 의 온도역에서 50 ～ 550 s 유지하는 조건으로 한다.

어닐링 후, 냉각시키고, 강판을 통상적인 욕온의 도금욕 중에 침입시켜 용융 아연 도금을 실시하여, 가스 와이핑 등으로 부착량을 조정한다.

프레스 성형성, 스폿 용접성 및 도료 밀착성을 확보하기 위해, 도금층 중에 강판의 Fe 를 확산시킨, 합금화 용융 아연 도금 강판을 제조할 때에는, 용융 아연 도금을 실시한 후에, 470 ～ 600 ℃ 의 온도역에서 아연 도금의 합금화 처리를 실시한다.

합금화 처리 온도가 600 ℃ 보다 높은 경우, 페라이트의 결정립이 조대화되어, 원하는 강도의 확보가 곤란해진다. 또, 합금화 처리 온도가 470 ℃ 보다 낮은 경우에는 합금화가 진행되지 않고, 합금화 용융 아연 도금 강판이 얻어지지 않는다.

또한, 본 발명의 제조 방법에 있어서의 일련의 열처리에 있어서는, 열이력 조건만 만족되면, 강판은 어떠한 설비로 열처리가 실시되어도 상관없다. 추가로, 용융 아연 도금 후에, 합금화 처리를 실시하는 경우에는 합금화 처리 후에 형상 교정을 위해 본 발명의 강판에 조질 (調質) 압연을 하는 것도 본 발명의 범위에 포함된다.

실시예

표 1 에 나타내는 성분 조성을 갖고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을 전로에서 용제하여, 연속 주조법으로 슬래브로 하였다. 얻어진 슬래브를 1200 ℃ 로 가열 후, 표 2 에 나타내는 마무리 출측 온도에서 2.3 ～ 3.2 ㎜ 의 각 판두께까지 열간 압연을 실시하고, 표 2 에 나타내는 권취 온도에서 권취하였다. 이어서, 얻어진 열연판을 산세하고, 연속 용융 아연 도금 라인에 의해, 표 2 에 나타내는 조건으로 어닐링을 실시한 후, 용융 아연 도금하고, 다시 표 2 에 나타내는 조건의 합금화 처리를 가한 용융 아연 도금 강판 (합금화 용융 아연 도금 강판, 표 3 의 도금종 ： GA) 을 얻었다. 일부 합금화 처리를 실시하지 않은 용융 아연 도금 강판 (표 3 의 도금종 ： GI) 을 얻었다. 용융 아연 도금 욕은 Al ： 0.14 ％ 함유 아연욕을 사용하고, 욕온은 460 ℃ 로 하였다. 아연 도금량은, 편면당 45 g/㎡ 로 조정하고, 합금화 처리는 피막 중 Fe 농도가 9 ～ 12 ％ 가 되도록 조정하였다.

얻어진 용융 아연 도금 강판에 대해, 페라이트, 마텐자이트의 면적률은, 강판의 압연 방향에 평행한 판두께 단면을 연마 후, 3 ％ 나이탈로 부식시켜, 판두께 1/4 위치에 대하여, SEM (주사형 전자 현미경) 을 이용하여 2000 배의 배율로 10 시야 관찰하여, Media Cybernetics 사의 Image-Pro 를 이용하여 각 상의 면적률을 10 시야분 산출하여, 그들의 값을 평균하여 구하였다. 페라이트의 평균 결정 입경은, 상기 서술한 Image-Pro 를 이용하여, 각각의 페라이트 결정립의 면적을 구하고, 원상당 직경을 산출하여, 그들의 값을 평균하여 구하였다. 또, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 평균 결정 입경은, TEM (투과형 전자 현미경) 으로 20 개의 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물을 관찰하여, 각각의 탄화물의 면적을 구하고, 원상당 직경을 산출하여, 그들의 값을 평균하여 구하였다. 또한, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 어스펙트비는, TEM 으로 20 개의 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물을 관찰하여, 상기 서술한 Image-Pro 를 이용하여, 각각의 탄화물의 장축을 단축으로 나눈 값을 평균하여 구하였다.

또, 결정립 내에 탄화물을 5 개 이상 함유하는 페라이트의 결정립의 수에 대해서는, SEM 을 이용하여 강 조직을 3000 배의 배율로 10 시야를 합계로 10000 μ㎡ 관찰하여, 결정립 내에 탄화물을 5 개 이상 함유하는 페라이트의 결정립의 개수를 구하고, 1 μ㎡ 당의 개수로 환산하였다.

페라이트의 비커스 경도는, 비커스 경도계를 이용하여 하중 2 g, 부하 시간 15 s 로 측정하였다. 페라이트의 중앙 부근에 대해 페라이트 10 입자분의 경도를 측정하여, 그 평균값을 페라이트의 비커스 경도로 하였다.

인장 시험은, 인장 방향이 강판의 압연 방향과 직각 방향이 되도록 샘플을 채취한 JIS 5 호 시험편을 이용하여, JIS Z 2241 에 준거하여 실시하여, YS (항복 강도), TS (인장 강도), EL (전체 신장) 을 측정하였다. 여기서, YR (항복비) 은 YS/TS 로 한다. 연성은, TS × EL 의 값으로 평가하였다. 또한, 본 발명에서는, YR ≥ 0.75, TS × EL ≥ 19000 ㎫·％ 의 경우를 양호로 판정하였다.

또, 이상에 의해 얻어진 용융 아연 도금 강판에 대해, 구멍 확장성을 측정하였다. 구멍 확장성은, 일본 철강 연맹 규격 JFS T 1001 에 준거하여 실시하였다. 얻어진 각 강판을 100 ㎜ × 100 ㎜ 로 절단 후, 클리어런스 12 ％ ± 1 ％ 로 직경 10 ㎜ 의 구멍을 타발한 후, 내경 75 ㎜ 의 다이스를 이용하여 블랭크 홀딩력 8 ton 으로 억제한 상태에서, 60 °원추의 펀치를 구멍에 밀어 넣고 균열 발생 한계에 있어서의 구멍 직경을 측정하여, 하기의 식으로부터, 한계 구멍 확장률 λ(％) 을 구하고, 이 한계 구멍 확장률값으로부터 구멍 확장성을 평가하였다.

한계 구멍 확장률 λ(％) = {(D_f － D₀)/D₀} × 100

단, D_f 는 균열 발생시의 구멍 직경 (㎜), D₀ 는 초기 구멍 직경 (㎜) 이다. 또한, 본 발명에서는, λ ≥ 80 (％) 의 경우를 양호로 판정하였다.

이상에 의해 얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.

본 발명예의 고강도 용융 아연 도금 강판은, 모두 TS 가 590 ㎫ 이상이고, 연성 및 구멍 확장성도 우수하고, 고항복비이다. 한편, 비교예에서는, 강도, 연성, 구멍 확장성, 항복비 중 어느 하나 이상이 뒤떨어져 있다.

산업상 이용가능성

본 발명에 의하면, 고강도 (590 ㎫ 이상의 인장 강도 (TS)) 를 갖고, 또한, 연성과 구멍 확장성이 우수하고, 고항복비인 용융 아연 도금 강판이 얻어진다. 본 발명의 고강도 용융 아연 도금 강판을, 예를 들어, 자동차 구조 부재에 적용함으로써 차체 경량화에 의한 연비 개선을 도모할 수 있다.

Claims

성분 조성은, 질량％ 로 C ： 0.04 ％ 이상 0.13 ％ 이하, Si ： 0.9 ％ 이상 2.3 ％ 이하, Mn ： 0.8 ％ 이상 2.4 ％ 이하, P ： 0.1 ％ 이하, S ： 0.01 ％ 이하, Al ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, N ： 0.008 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 조직은, 면적률로, 페라이트가 94 ％ 이상, 마텐자이트가 2 ％ 이하이고, 페라이트의 평균 결정 입경이 10 ㎛ 이하, 페라이트의 비커스 경도가 140 이상, 또한, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 평균 결정 입경이 0.5 ㎛ 이하, 페라이트의 결정립계 상에 존재하는 탄화물의 어스펙트비가 2.0 이하인 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.
제 1 항에 있어서,
추가로, 강 조직을 3000 배의 주사형 전자 현미경으로 관찰했을 때, 결정립 내에 탄화물을 5 개 이상 함유하는 페라이트의 결정립이 0.005 개/μ㎡ 이상 존재하는 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
추가로, 성분 조성으로서, 질량％ 로, Cr ： 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하, V ： 0.005 ％ 이상 0.5 ％ 이하, Mo ： 0.005 ％ 이상 0.5 ％ 이하, Ni ： 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하, Cu ： 0.05 ％ 이상 1.0 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 성분 조성으로서, 질량％ 로, Ti ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, Nb ： 0.01 ％ 이상 0.1 ％ 이하, B ： 0.0003 ％ 이상 0.005 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 성분 조성으로서, 질량％ 로, Ca ： 0.001 ％ 이상 0.005 ％ 이하, REM ： 0.001 ％ 이상 0.005 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 성분 조성으로서, 질량％ 로, Ta ： 0.001 ％ 이상 0.010 ％ 이하, Sn ： 0.002 ％ 이상 0.2 ％ 이하에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
추가로, 성분 조성으로서, 질량％ 로, Sb ： 0.002 ％ 이상 0.2 ％ 이하를 함유하는 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판.
제 1 항, 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 마무리 출측 온도 850 ℃ 이상에서 열간 압연하고, 450 ～ 600 ℃ 에서 권취한 후, 산세하고, 600 ～ 750 ℃ 의 온도역에서 50 ～ 550 s 유지하여 어닐링한 후, 냉각시키고, 이어서, 용융 아연 도금을 실시하는 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
용융 아연 도금을 실시한 후, 470 ～ 600 ℃ 의 온도역에서 아연 도금의 합금화 처리를 실시하는 것을 특징으로 하는 연성과 구멍 확장성이 우수한 고항복비 고강도 용융 아연 도금 강판의 제조 방법.