KR20140091748A - 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

질량％로, C:0.05∼0.30％, Si:3.0％ 이하(0％를 포함하지 않음), Mn:0.1∼5.0％, P:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음), S:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음), Al:0.01∼1.0％, N:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음)를 각각 포함하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물을 포함하는 성분 조성을 갖고, 연질 제1 상인 페라이트를 면적률로 20∼50％ 포함하고, 잔량부가 경질 제2 상인, 템퍼링 마르텐사이트 및/또는 템퍼링 베이나이트를 포함하는 조직을 갖고, 상기 페라이트의 입자 내에 적절한 사이즈의 시멘타이트 입자를 적정한 수밀도로 존재하도록 제어한 고강도 냉연 강판이다.

Description

강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법 {HIGH-STRENGTH COLD-ROLLED STEEL SHEET HAVING SMALL VARIATIONS IN STRENGTH AND DUCTILITY, AND METHOD FOR PRODUCING SAME}
본원 발명은 자동차 부품 등에 사용되는 가공성이 우수한 고강도 강판 및 그 제조 방법에 관한다.
최근, 자동차의 연비 개선, 충돌 안전성을 양립시키기 위해, 구조 부품의 재료로서 인장 강도 590㎫ 이상의 고강도 강판의 요구가 높아지고 있고, 그 적용 범위가 넓어지고 있다. 그러나, 고강도 강판은 연강에 비해 항복 강도나 인장 강도, 가공 경화 지수 등의 기계적 특성의 편차가 크기 때문에, 프레스 성형 시에 스프링백의 양이 변화됨으로써 프레스 성형품의 치수 정밀도를 확보하는 것이 곤란해지는 것이나, 강도가 변동되어도 프레스 성형품의 필요 강도를 확보하기 위해, 강판의 평균 강도를 높게 설정할 필요가 있으므로 프레스 금형의 수명이 짧아지는 등의 과제가 있다.
이와 같은 과제를 해결하기 위해, 고강도 강판에 있어서의 기계적 특성의 편차 억제에 관한 다양한 대처가 이루어져 오고 있다. 고강도 강판에 있어서 상기와 같은 기계적 특성의 편차가 발생하는 원인은 화학 성분의 변동과 제조 조건의 변동에 의해 구할 수 있고, 기계적 특성의 편차 저감 방법으로서 이하와 같은 제안이 이루어져 있다.
[종래 기술 1]
예를 들어, 특허문헌 1에는 A＝Si＋9×Al로 정의하는 A가 6.0≤A≤20.0을 만족시킨, 페라이트와 마르텐사이트의 2상 조직강으로 하고, 이 강판을 제조할 때에는, 재결정 어닐링ㆍ템퍼링 처리를, Ac1 이상 Ac3 이하의 온도에서 10s 이상 유지하고, 500∼750℃까지를 20℃/s 이하의 냉각 속도로 완냉각하고, 그 후, 100℃ 이하까지를 100℃/s 이상의 냉각 속도로 급냉하고, 300∼500℃에서 템퍼링을 행함으로써, 강재의 A3점을 상승시킴으로써, 완냉각 종료 시점의 온도인 급냉 개시 온도가 변동되었을 때의 상기 2상 조직의 안정성을 높여, 기계적 특성의 편차를 저감시키는 방법이 개시되어 있다.
[종래 기술 2]
또한, 특허문헌 2에는 미리 강판의 판 두께, 탄소 함유량, 인 함유량, 켄칭 개시 온도, 켄칭 정지 온도 및 켄칭 후의 템퍼링 온도와 인장 강도의 관계를 구해 두고, 대상 강판의 판 두께, 탄소 함유량, 인 함유량, 켄칭 정지 온도 및 켄칭 후의 템퍼링 온도를 고려하여, 목표 인장 강도에 따라서 켄칭 개시 온도를 산출하고, 구한 켄칭 개시 온도에서 켄칭함으로써, 강도의 편차를 저감시키는 방법이 개시되어 있다.
[종래 기술 3]
또한, 특허문헌 3에는 3％ 이상의 잔류 오스테나이트를 포함하는 조직을 갖는 강판을 제조하는 데 있어서, 열연 강판을 냉간 압연한 후의 어닐링 처리에 있어서, 800℃ 초과 Ac3점 미만에서 30초∼5분간 균열한 후, 450∼550℃의 온도 범위까지 1차 냉각을 행하고, 계속하여 450∼400℃까지의 1차 냉각 속도에 비해 작은 냉각 속도로 2차 냉각을 행한 후, 또한 450∼400℃에서 1분간 이상 유지함으로써, 판 폭 방향에 있어서의 신장 특성의 편차를 개선하는 방법이 개시되어 있다.
상기 종래 기술 1은 Al의 첨가량을 늘려 Ac3점을 높임으로써 Ac1∼Ac3의 2상 온도 영역을 확대하고, 상기 2상 온도 영역 중에 있어서의 온도 의존성을 저감시킨 것에 의해, 어닐링 온도의 변동에 의한 조직 분율의 변화를 억제하는 것을 특징으로 하는 것이다. 이에 대해, 본원 발명은 페라이트립 내에 미세한 시멘타이트 입자를 상당수 분산시켜 석출 강화함으로써, 페라이트의 경도를 상승시키는 한편, 경질 제2 상의 C 함유량을 감소시켜 그 경도를 저하시키고, 이에 의해 각 조직 사이의 경도의 차이를 작게 함으로써, 조직 분율의 변화에 의한 기계적 특성의 변동을 억제하는 것을 특징으로 하는 것이다. 따라서, 상기 종래 기술 1은 본원 발명의 기술적 사상을 시사하는 것은 아니다. 또한, 상기 종래 기술 1은 Al의 첨가량을 증가시킬 필요가 있으므로, 강판의 제조 비용이 상승하는 문제도 있다.
또한, 상기 종래 기술 2는 화학 성분의 변화에 따라서 켄칭 온도를 변경하므로, 강도의 편차는 저감시킬 수 있다고 해도, 조직 분율이 코일 사이에서 변동되므로, 신장이나 신장 플랜지성의 편차는 저감시킬 수 없다.
또한, 상기 종래 기술 3은 신장의 편차의 저감에 대해는 언급되어 있지만, 신장 플랜지성의 편차의 저감에 대해는 시사되어 있지 않다.
일본 특허 출원 공개 제2007-138262호 공보 일본 특허 출원 공개 제2003-277832호 공보 일본 특허 출원 공개 제2000-212684호 공보
따라서, 본원 발명의 목적은 화학 성분의 조정에 의한 제조 비용의 상승을 초래하지 않고, 어닐링 조건의 변동에 영향을 받지 않는, 기계적 특성(특히 강도와 연성)의 편차가 적은 고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
청구항 1에 기재된 발명은,
질량％로(이하, 화학 성분에 대해 동일함),
C:0.05∼0.30％,
Si:3.0％ 이하(0％를 포함하지 않음),
Mn:0.1∼5.0％,
P:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음),
S:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음),
Al:0.01∼1.0％,
N:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음)
를 각각 포함하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물을 포함하는 성분 조성을 갖고,
연질 제1 상인 페라이트를 면적률로 20∼50％ 포함하고,
잔량부가 경질 제2 상인, 템퍼링 마르텐사이트 및/또는 템퍼링 베이나이트를 포함하는 조직을 갖고, 또한 하기 (a) 또는 (b)를 만족시키는 것을 특징으로 하는 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판이다.
(a) 상기 페라이트의 입자 내에 존재하는, 원 상당 직경 0.05㎛ 이상 0.3㎛ 미만의 시멘타이트 입자의 분산 상태가, 상기 페라이트 1㎛2당 0.15개 초과 0.50개 이하이다.
(b) 상기 페라이트의 입자 내에 존재하는, 원 상당 직경 0.3㎛ 이상의 시멘타이트 입자의 분산 상태가, 상기 페라이트 1㎛2당 0.05∼0.15개이다.
청구항 2에 기재된 발명은, 성분 조성이,
Cr:0.01∼1.0％
를 더 포함하는 것인 청구항 1에 기재된 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판이다.
청구항 3에 기재된 발명은, 성분 조성이,
Mo:0.01∼1.0％,
Cu:0.05∼1.0％,
Ni:0.05∼1.0％의 1종 또는 2종 이상
을 더 포함하는 것인 청구항 1 또는 2에 기재된 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판이다.
청구항 4에 기재된 발명은, 성분 조성이,
Ca:0.0001∼0.01％,
Mg:0.0001∼0.01％,
Li:0.0001∼0.01％,
REM:0.0001∼0.01％의 1종 또는 2종 이상
을 더 포함하는 것인 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판이다.
청구항 5에 기재된 발명은,
청구항 1 내지 4 중 어느 한 항에 나타내는 성분 조성을 갖는 강재를, 하기 (1), (2)에 나타내는 각 조건으로 열간 압연한 후, 냉간 압연하고, 그 후, 하기 (3) 또는 (3') 중 어느 하나의 조건으로 어닐링하고, 또한 하기 (4)의 조건으로 템퍼링하는 것을 특징으로 하는 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판의 제조 방법.
(1) 열간 압연 조건
마무리 압연 종료 온도:Ar3점 이상
권취 온도:450∼600℃
(2) 냉간 압연 조건
냉간 압연율:20∼50％
(3) 어닐링 조건
실온∼600℃의 온도 영역을 5.0℃/s 초과 10.0℃/s 이하의 제1 가열 속도로, 600℃∼어닐링 온도의 온도 영역을 제1 가열 속도의 1/2 이하의 제2 가열 속도로, 각각 승온하고, Ac1 이상(Ac1＋Ac3)/2 미만의 어닐링 온도에서, 3600s 이하의 어닐링 유지 시간만큼 유지한 후, 어닐링 온도로부터, 730℃ 이하 500℃ 이상의 제1 냉각 종료 온도까지를 1℃/s 이상 50℃/s 미만의 제1 냉각 속도로 서냉한 후, Ms점 이하의 제2 냉각 종료 온도까지를 50℃/s 이상의 제2 냉각 속도로 급냉한다.
(3') 어닐링 조건
실온∼600℃의 온도 영역을 0.5∼5.0℃/s의 제1 가열 속도로, 600℃∼어닐링 온도의 온도 영역을 제1 가열 속도의 1/2 이하의 제2 가열 속도로, 각각 승온하고, (Ac1＋Ac3)/2∼Ac3의 어닐링 온도에서, 3600s 이하의 어닐링 유지 시간만큼 유지한 후, 어닐링 온도로부터, 730℃ 이하 500℃ 이상의 제1 냉각 종료 온도까지를 1℃/s 이상 50℃/s 미만의 제1 냉각 속도로 서냉한 후, Ms점 이하의 제2 냉각 종료 온도까지를 50℃/s 이상의 제2 냉각 속도로 급냉한다.
(4) 템퍼링 조건
템퍼링 온도:300∼500℃
템퍼링 유지 시간:300℃∼템퍼링 온도의 온도 범위 내에 60∼1200s
본원 발명에 따르면, 연질 제1 상인 페라이트와, 경질 제2 상인, 템퍼링 마르텐사이트 및/또는 템퍼링 베이나이트를 포함하는 복상 조직강에 있어서, 페라이트립 내에 적절한 사이즈의 시멘타이트 입자를 적극적으로 분산시켜 석출 강화함으로써, 페라이트의 경도를 상승시키는 한편, 경질 제2 상의 C 함유량을 감소시켜 그 경도를 저하시키고, 이에 의해 각 조직 사이의 경도의 차이를 작게 함으로써, 조직 분율의 변동에 의한 기계적 특성의 변동을 억제하여, 강도 및 연성의 편차가 적은 고강도 강판을 제공할 수 있게 되었다.
도 1은 제1 및 제2 실시예의 열처리 패턴을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 제2 실시예에 관한 발명 강판과 비교 강판의 단면 조직 사진이다.
본원의 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해, 연질 제1 상인 페라이트와, 경질 제2 상인, 템퍼링 마르텐사이트 및/또는 템퍼링 베이나이트(이하, 「템퍼링 마르텐사이트 등」이라고 총칭하기도 함)를 포함하는 복상 조직을 갖는 고강도 강판에 착안하여, 그 기계적 특성(이하, 「특성」이라고 약칭하기도 함)의 편차를 저감시키는 방책을 검토하였다.
특성의 편차는 제조 조건의 변동에 따라서 페라이트와 경질 제2 상의 분율이 변동되고, 그 결과 경질 제2 상의 경도가 변화되는 것에 기인한다.
따라서, 이 페라이트와 경질 제2 상의 경도의 차이를 저감시키면, 조직 분율이 변동되어도 특성의 편차를 억제할 수 있다고 생각했다. 그리고, 페라이트와 경질 제2 상의 경도의 차이를 저감시키기 위해서는, 페라이트를 석출 강화하는 한편, C를 페라이트측에 보다 많이 분배하여, 템퍼링 마르텐사이트 등의 강도를 저하시키는 것이 유효하다고 생각했다. 그 실현을 위해서는, 냉연 후의 열처리 조건, 특히 어닐링 조건을 고안하는 것이 필요하다고 생각하여, 이하에 구체적으로 설명하는 2종류의 어닐링 조건을 채용하면 된다는 생각에 이르렀다.
그 제1 어닐링 조건은 냉연재의 어닐링 시에, 우선, 가열의 단계에서 페라이트를 재결정시켜, 시멘타이트를 잔존시킨다. 가열 속도를 소정 범위로 제어함으로써, 페라이트에 상기 잔존한 시멘타이트가 도입되고, 페라이트립 내에 미세한 시멘타이트 입자가 상당수 존재하는 조직이 형성된다.
계속해서, Ac1점∼어닐링 온도(2상 온도 영역)에서 균열할 때 상기 시멘타이트 입자를 지나치게 용해하지 않도록, 상기 어닐링 온도는 2상 온도 영역의 낮은 온도로 하고, 그 후 가능한 한 빠르게 실온 부근까지 급냉함으로써, 상기 가열 시에 형성된, 페라이트립 내에 미세한 시멘타이트 입자를 상당수 분산시킨 조직을 유지할 수 있다. 그리고, 어닐링 후의 템퍼링을 거쳐도 페라이트 중에 상당수의 미세한 시멘타이트가 그대로 잔존하므로, 페라이트의 경도는 상승한다.
한편, 상기 페라이트립 내에 시멘타이트 입자를 상당수 존재시킴으로써, 그 반작용으로서, 경질 제2 상측은 반대로 C가 적게 되어 있는데다가, 또한 템퍼링 시에 경질 제2 상 중의 C가 시멘타이트로서 석출되거나, 미세한 시멘타이트 입자가 조대화되므로, 경질 제2 상의 경도는 저하된다.
이와 같이 하여, 석출 강화된 페라이트와, 일부의 C가 빠진 경질 제2 상의 복합 조직강으로 되므로, 양 상의 경도의 차이가 작아져, 조직 전체가 균일한 강도 분포로 된다.
또한, 이와 같이 하여 얻어진 복합 조직강은 다음과 같은 이점을 갖고 있다. 즉, 페라이트의 분율이 높아지면, 입자 내에 시멘타이트가 존재하는 페라이트가 증가하므로, 경질 제2 상의 C가 적어져, 양 상의 경도의 차이가 보다 작아진다. 반대로, 페라이트의 분율이 낮아지면, 입자 내에 시멘타이트가 존재하는 페라이트는 줄어들지만, 경질 제2 상이 증가하여 동상의 C는 희박화되므로, 마찬가지로 경도의 차이가 보다 작아진다. 따라서, 페라이트의 분율이 변화되어도, 특성의 변동이 작아지는 방향으로 작용하게 된다.
또한, 제2 어닐링 조건은 냉연재의 어닐링 시에, 우선, 비교적 천천히 가열함으로써, 페라이트가 재결정되는 과정에 있어서, 전체 조직 중에 이미 석출되어 있던 시멘타이트 입자는 조대화된다. 그리고, 그 시멘타이트 입자가 재결정 페라이트에 도입됨으로써, 페라이트립 내에 큰 시멘타이트 입자가 존재하는 조직이 된다. 또한, 이 비교적 여유 있는 가열 시에, 페라이트 중의 전위 밀도도 충분히 저감된다.
계속해서, Ac1점∼어닐링 온도(2상 온도 영역)에서 가열 유지하여 상기 조대화된 시멘타이트의 일부를 용해시키고, 그 후 가능한 한 빠르게 실온 부근까지 급냉함으로써, 고용 C를 페라이트 중에 농화시킬 수 있다. 그리고, 이 페라이트 중에 농화된 고용 C는 어닐링 후의 템퍼링을 거쳐도 페라이트 중에 그대로 잔존하므로, 페라이트의 경도는 상승한다.
한편, 상기 어닐링 시에 페라이트 중으로의 고용 C의 농화의 반작용으로서, 경질 제2 상측은 반대로 C가 적게 되어 있는 데다가, 또한 템퍼링 시에 경질 제2 상 중의 C가 시멘타이트로서 석출되거나, 미세한 시멘타이트 입자가 조대화되므로, 경질 제2 상의 경도는 저하된다.
이와 같이 하여 얻어진 조직을 갖는 강판을 가공하면, 소성 변형 중, 페라이트의 쪽이 연질이므로 변형이 우선적으로 발생하지만, 동시에 동적 변형 시효가 발생하여, 급격히 가공 경화된다. 그 결과, 경도를 낮게 조정한 경질 제2 상과 경도가 가까워져, 조직 전체가 균일한 강도 분포로 되므로, 연성이 개선된다.
따라서, 상기와 같은 조직을 만들어 넣음으로써 페라이트 분율이 변화되어도, 특성의 변동이 작아진다.
그리고, 상기 사고 실험에 기초하여, 후기 [실시예]에서 설명하는 실증 시험을 실시한 결과, 확증이 얻어졌으므로, 더욱 검토를 추가하여, 본원 발명을 완성하는 데 이르렀다.
이하, 우선 본원의 발명 강판을 특징짓는 조직에 대해 설명한다.
〔발명 강판의 조직〕
상술한 바와 같이, 발명 강판은 연질 제1 상인 페라이트와, 경질 제2 상인 템퍼링 마르텐사이트 등을 포함하는 복상 조직을 베이스로 하는 것이지만, 특히, 페라이트 입자 내의 시멘타이트 입자의 사이즈와 존재 밀도가 제어되어 있는 점을 특징으로 한다.
<연질 제1 상인 페라이트:면적률로 20∼50％>
페라이트-템퍼링 마르텐사이트 등의 복상 조직강에서는, 변형은 주로 변형능이 높은 페라이트가 담당한다. 그로 인해, 페라이트-템퍼링 마르텐사이트 등의 복상 조직강의 신장은 주로 페라이트의 면적률로 결정된다.
목표로 하는 신장을 확보하기 위해서는, 페라이트의 면적률은 20％ 이상(바람직하게는 25％ 이상, 더욱 바람직하게는 30％ 이상)이 필요하다. 단, 페라이트가 과잉이 되면 강도를 확보할 수 없게 되므로, 페라이트의 면적률은 50％ 이하(바람직하게는 45％ 이하, 더욱 바람직하게는 40％ 이하)로 한다.
<하기 (a) 또는 (b)를 만족시킨다.
(a) 상기 페라이트의 입자 내에 존재하는, 원 상당 직경 0.05㎛ 이상 0.3㎛ 미만의 시멘타이트 입자의 분산 상태가, 상기 페라이트 1㎛2당 0.15개 초과 0.50개 이하이다.
(b) 상기 페라이트의 입자 내에 존재하는, 원 상당 직경 0.3㎛ 이상의 시멘타이트 입자의 분산 상태가, 상기 페라이트 1㎛2당 0.05∼0.15개이다.>
페라이트의 경도를 경질 제2 상의 경도에 접근시키기 위해, 페라이트 중에 적절한 사이즈의 시멘타이트 입자를 소정의 존재 밀도(이하, 「수밀도」라고도 함)로 존재시킬 필요가 있다.
여기서, 상기 제1 어닐링 조건에서 설명한 「미세한 시멘타이트」(구체적으로는 원 상당 직경 0.05㎛ 이상 0.3㎛ 미만의 시멘타이트 입자)를 이용하는 경우와, 상기 제2 어닐링 조건에서 설명한 「큰(조대한) 시멘타이트 입자」(구체적으로는, 원 상당 직경 0.3㎛ 이상의 시멘타이트 입자)를 이용하는 경우는, 최종적으로 강판 특성으로서 얻어지는 효과는 동일한, 즉 기계적 특성의 편차를 원하는 범위 내로 억제하는 것이지만, 그 강재 조직 중에서의 기능에는 후기하는 바와 같이 차이가 있다. 또한, 각각의 시멘타이트 입자를 적정한 수밀도로 확보하는 조건은 상기한 바와 같이, 제1 어닐링 조건, 제2 어닐링 조건이고, 다른 조건이 필요해진다.
그래서, 본원 발명에 있어서는 상기와 같이, 적정한 페라이트 입자 사이즈와 수밀도를 (a), (b)의 2개로 나누고 있다. 적어도, 이 (a), (b) 중 어느 한쪽의 조건을 만족시킴으로써, 본원 발명의 원하는 효과를 발휘할 수 있는 것이다.
우선 상기 (a)의 조건에 대해 설명한다.
기계적 특성의 편차를 원하는 범위 내로 억제하기 위해서는, 원 상당 직경 0.05㎛ 이상 0.3㎛ 미만의 미세한 시멘타이트 입자의 존재 밀도는 페라이트 1㎛2당 0.15개 초과(바람직하게는, 0.20개 이상)가 필요하다. 단, 미세한 시멘타이트 입자가 지나치게 많아지면, 연성이 열화되므로, 상기 시멘타이트 입자의 존재 밀도는 페라이트 1㎛2당 0.50개 이하(바람직하게는, 0.45개 이하)로 제한한다.
여기서, 미세한 시멘타이트 입자의 사이즈(원 상당 직경)에 대해, 그 상한을 0.3㎛ 미만으로 한 것은, 시멘타이트 입자의 사이즈가 0.3㎛ 이상이 되면, 시멘타이트 입자 사이의 간격이 지나치게 넓어지므로 전위의 이동을 방해할 수 없고, 석출 강화에 기여할 수 없게 된다는 이유에 의하고, 그 하한을 0.05㎛로 한 것은 시멘타이트 입자의 사이즈가 0.05㎛보다도 작아지면, 전위의 이동에 의해 시멘타이트 입자가 절단되어 버리므로 충분히 전위의 이동을 방해할 수 없고, 마찬가지로 석출 강화에 기여할 수 없게 된다는 이유에 의한다.
다음에, 상기 (b)의 조건에 대해 설명한다.
기계적 특성의 편차를 원하는 범위 내로 억제하기 위해서는, 원 상당 직경 0.3㎛ 이상의 조대한 시멘타이트 입자의 존재 밀도는 페라이트 1㎛2당 0.05개 이상(바람직하게는, 0.06개 이상)이 필요하다. 단, 조대한 시멘타이트 입자가 지나치게 많아지면, 연성이 열화되므로, 상기 시멘타이트 입자의 존재 밀도는 페라이트 1㎛2당 0.15개 이하(바람직하게는, 0.14개 이하)로 제한한다.
여기서, 조대한 시멘타이트 입자의 사이즈를 원 상당 직경 0.3㎛ 이상으로 한 것은 이하의 이유에 의한다. 즉, 상기한 바와 같이, 시멘타이트 입자의 사이즈가 0.3㎛ 이상이 되면, 시멘타이트 입자 사이의 간격이 지나치게 넓어지므로 전위의 이동을 방해할 수 없고, 석출 강화에 기여할 수 없게 되지만, 한편, 시멘타이트 입자를 크게 함으로써 시멘타이트 입자 내에 보다 많은 Mn을 농화시킬 수 있고, 그와 같은 큰 시멘타이트 입자도 적정 수밀도로 확보함으로써, 경질 제2 상측의 C 농도를 저하시켜, 페라이트상과의 경도차를 보다 작게 할 수 있다는 이유에 의한다.
이하, 각 상의 면적률 및 시멘타이트 입자의 사이즈 및 그 존재 밀도의 측정 방법에 대해 설명한다.
〔각 상의 면적률의 측정 방법〕
우선, 각 상의 면적률에 대해는, 각 공시 강판을 경면 연마하고, 3％ 나이탈액으로 부식하여 금속 조직을 현출시킨 후, 개략 40㎛×30㎛ 영역 5시야에 대해 배율 2000배의 주사형 전자 현미경(SEM)상을 관찰하고, 점산법으로 1시야에 대해 100점의 측정을 행하여 페라이트의 면적을 구하였다. 또한, 화상 해석에 의해 시멘타이트를 포함하는 영역을 경질 제2 상으로 하고, 남은 영역을, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트와 마르텐사이트의 혼합 조직으로 하였다. 그리고, 각 영역의 면적 비율로부터 각 상의 면적률을 산출하였다.
〔시멘타이트 입자의 사이즈 및 그 존재 밀도의 측정 방법〕
시멘타이트 입자의 사이즈 및 그 존재 밀도에 대해서는, 이하와 같이 측정한다.
우선, 각 공시 강판의 추출 레플리카 샘플을 작성한다. 계속해서, 상기 (a)의 조직 상태에 관해서는, 6㎛×4㎛의 영역 3시야에 대해 배율 20000배의 투과형 전자 현미경(TEM)상을 관찰하고, 또한 상기 (b)의 조직 상태에 관해서는, 12㎛×8㎛의 영역 3시야에 대해 배율 10000배의 TEM상을 관찰한다.
그리고, 얻어진 TEM상의 화상의 콘트라스트로부터 백색 부분을 시멘타이트 입자로 판별하여 마킹하고, 화상 해석 소프트에 의해, 상기 마킹한 각 시멘타이트 입자의 면적 A로부터 원 상당 직경 D[D＝2×(A/π)1/2]를 산출함과 함께, 단위 면적당에 존재하는 소정의 사이즈의 시멘타이트 입자의 개수를 구하였다. 또한, 복수개의 시멘타이트 입자가 중첩되는 부분은 관찰 대상으로부터 제외하였다.
다음에, 본원의 발명 강판을 구성하는 성분 조성에 대해 설명한다. 이하, 화학 성분의 단위는 모두 질량％이다.
〔발명 강판의 성분 조성〕
C:0.05∼0.30％
C는 경질 제2 상의 면적률 및 페라이트 중에 존재하는 시멘타이트량에 영향을 미치고, 강도, 신장 및 신장 플랜지성에 영향을 미치는 중요한 원소이다. 0.05％ 미만에서는 강도를 확보할 수 없게 된다. 한편, 0.30％ 초과에서는 용접성이 열화된다. C 함유량의 범위는, 바람직하게는 0.10∼0.25％, 더욱 바람직하게는 0.14∼0.20％이다.
Si:3.0％ 이하(0％를 포함하지 않음)
Si는 페라이트를 고용 강화함으로써, 경질 제2 상과의 강도차를 경감시킬 수 있고, 신장과 신장 플랜지성의 양립에 기여하는 유용한 원소이다. 3.0％ 초과에서는 가열 시에 있어서의 오스테나이트의 형성을 저해하므로, 경질 제2 상의 면적률을 확보할 수 없고, 신장 플랜지성을 확보할 수 없다. Si 함유량의 범위는, 바람직하게는 0.50∼2.5％, 더욱 바람직하게는 1.0∼2.2％이다.
Mn:0.1∼5.0％
Mn은 경질 제2 상의 변형능을 높임으로써, 신장과 신장 플랜지성의 양립에 기여한다. 또한, 켄칭성을 높임으로써, 경질 제2 상이 얻어지는 제조 조건의 범위를 확장하는 효과도 있다. 0.1％ 미만에서는 상기 효과가 충분히 발휘되지 않으므로, 신장과 신장 플랜지성을 양립할 수 없고, 한편, 5.0％ 초과로 하면 역변태 온도가 지나치게 낮아져, 재결정을 할 수 없게 되므로, 강도와 신장의 밸런스를 확보할 수 없게 된다. Mn 함유량의 범위는, 바람직하게는 0.50∼2.5％, 더욱 바람직하게는 1.2∼2.2％이다.
P:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음)
P은 불순물 원소로서 불가피하게 존재하고, 고용 강화에 의해 강도의 상승에 기여하지만, 구오스테나이트 입계에 편석하여, 입계를 취화시킴으로써 신장 플랜지성을 열화시키므로, 0.1％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.05％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.03％ 이하이다.
S:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음)
S도 불순물 원소로서 불가피하게 존재하고, MnS 개재물을 형성하여, 구멍 확장 시에 균열의 기점이 됨으로써 신장 플랜지성을 저하시키므로, 0.02％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.015％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.010％ 이하이다.
Al:0.01∼1.0％
Al은 탈산 원소로서 첨가되어, 개재물을 미세화하는 효과를 갖는다. 또한, 페라이트를 고용 강화시킴으로써, 경질 제2 상과의 강도차를 경감하는 효과도 갖는다. 0.01％ 미만에서는 강 중에 고용 N이 잔존하므로, 변형 시효가 일어나, 신장과 신장 플랜지성을 확보할 수 없고, 한편, 1.0％ 초과에서는 강 중의 개재물이 파괴의 기점이 되기 쉬워, 신장 플랜지성을 확보할 수 없게 된다.
N:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음)
N도 불순물 원소로서 불가피하게 존재하고, N는 내부 결함 발생의 원인이 되기 쉬워, 신장과 신장 플랜지성을 저하시키므로, 낮은 쪽이 바람직하고, 0.01％ 이하로 한다.
본원 발명의 강은 상기 성분을 기본적으로 함유하고, 잔량부가 실질적으로 철 및 불순물이지만, 그 밖에, 본원 발명의 작용을 손상시키지 않는 범위에서, 이하의 허용 성분을 첨가할 수 있다.
Cr:0.01∼1.0％
Cr은 페라이트를 고용 강화시킴으로써, 경질 제2 상과의 강도차를 경감시킬 수 있어, 신장 플랜지성을 개선할 수 있는 유용한 원소이다. 0.01％ 미만의 첨가에서는 상기와 같은 작용을 유효하게 발휘할 수 없고, 한편, 1.0％를 초과하는 첨가에서는 조대한 Cr7C3이 형성되게 되어, 신장 플랜지성이 열화되어 버린다.
Mo:0.01∼1.0％,
Cu:0.05∼1.0％,
Ni:0.05∼1.0％의 1종 또는 2종 이상
이들 원소는 고용 강화에 의해 성형성을 열화시키지 않고 강도를 개선하는 데 유용한 원소이다. 각 원소 모두 상기 각 하한값 미만의 첨가에서는 상기와 같은 작용을 유효하게 발휘할 수 없고, 한편, 각 원소 모두 1.0％를 초과하는 첨가에서는 비용이 지나치게 높아진다.
Ca:0.0001∼0.01％,
Mg:0.0001∼0.01％,
Li:0.0001∼0.01％,
REM:0.0001∼0.01％의 1종 또는 2종 이상
이들 원소는 개재물을 미세화하여, 파괴의 기점을 감소시킴으로써, 신장 플랜지성을 향상시키는 데 유용한 원소이다. 각 원소 모두 0.0001％ 미만의 첨가에서는 상기와 같은 작용을 유효하게 발휘할 수 없고, 한편, 각 원소 모두 0.01％를 초과하는 첨가에서는 반대로 개재물이 조대화되어, 신장 플랜지성이 저하된다.
또한, REM은 희토류 원소, 즉 주기율표의 3A족 원소를 가리킨다.
다음에, 본원의 발명 강판을 얻기 위한 바람직한 제조 방법을 이하에 설명한다.
〔발명 강판의 바람직한 제조 방법〕
상기와 같은 냉연 강판을 제조하기 위해서는, 우선, 상기 성분 조성을 갖는 강을 용제하여, 조괴 또는 연속 주조에 의해 슬래브로 한 후 열간 압연을 행한다. 열간 압연 조건으로서는, 마무리 압연의 종료 온도를 Ar3점 이상으로 설정하여, 적절히 냉각을 행한 후, 450∼600℃의 범위에서 권취한다. 열간 압연 종료 후에는 산세한 후 냉간 압연을 행하지만, 냉간 압연율(이하, 「냉연율」이라고도 함)은 20∼50％의 범위로 하는 것이 좋다.
그리고, 상기 냉간 압연 후, 계속해서, 하기 제1 어닐링 조건 또는 제2 어닐링 조건 중 어느 하나의 조건으로 어닐링하고, 그 후, 템퍼링을 더 행한다.
[제1 어닐링 조건]
제1 어닐링 조건으로서는, 실온∼600℃의 온도 영역을 5.0℃/s 초과 10.0℃/s 이하의 제1 가열 속도로, 600℃∼어닐링 온도의 온도 영역을 제1 가열 속도의 1/2 이하의 제2 가열 속도로, 각각 승온하고, Ac1 이상 (Ac1＋Ac3)/2 미만의 어닐링 온도에서, 3600s 이하의 어닐링 유지 시간만큼 유지한 후, 어닐링 온도로부터, 730℃ 이하 500℃ 이상의 제1 냉각 종료 온도(서냉 종료 온도)까지를 1℃/s 이상 50℃/s 미만의 제1 냉각 속도(서냉 속도)로 서냉한 후, Ms점 이하의 제2 냉각 종료 온도(급냉 종료 온도)까지를 50℃/s 이상의 제2 냉각 속도(급냉 속도)로 급냉하는 것이 좋다.
<실온∼600℃의 온도 영역을 5.0℃/s 초과 10.0℃/s 이하의 제1 가열 속도로 승온>
냉연재의 어닐링 시에, 우선, 가열의 단계에서 소정의 가열 속도로 가열함으로써, 페라이트를 재결정시켜, 상당수의 미세한 시멘타이트를 잔존시키기 위해서이다.
상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 제1 가열 속도는 5.0℃/s 초과(보다 바람직하게는 6.0℃/s 이상)로 하는 것이 좋다. 단, 제1 가열 속도가 지나치게 낮으면 시멘타이트가 조대해지고, 제1 가열 속도가 지나치게 높으면 페라이트립 내에 존재하는 미세한 시멘타이트가 부족해, 특성의 편차를 충분히 억제할 수 없게 되므로, 10.0℃/s 이하(보다 바람직하게는 9.0℃/s 이하)로 하는 것이 좋다.
<600℃∼어닐링 온도의 온도 영역을 제1 가열 속도의 1/2 이하의 제2 가열 속도로 승온>
계속해서, 600℃∼어닐링 온도(2상 온도 영역)에서 소정 시간 가열 유지하여 상기 상당수의 미세한 시멘타이트의 일부를 용해시켜, 미세한 시멘타이트의 수밀도를 적정하게 하기 위해서이다.
상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 제2 가열 속도를 제1 가열 속도의 1/2 이하(보다 바람직하게는 1/3 이하)로 하는 것이 좋다.
<Ac1 이상 (Ac1＋Ac3)/2 미만의 어닐링 온도에서, 3600s 이하의 어닐링 유지 시간만큼 유지>
어닐링 가열 시에 면적률 20％ 이상의 영역을 오스테나이트로 변태시킴으로써, 그 후의 냉각 시에 충분한 양의 경질 제2 상을 변태 생성시키기 위해서이다.
어닐링 온도가 Ac1 미만에서는, 오스테나이트로 변태되지 않고, 한편, 어닐링 온도가 (Ac1＋Ac3)/2 이상이 되면, 시멘타이트가 모두 용해되어 버려, 그 결과, 템퍼링 마르텐사이트 등의 경도가 높아지고, 연성이 열화된다. 어닐링 온도의 보다 바람직한 상한은 (2AC1＋Ac3)/3, 특히 바람직한 상한은 (3Ac1＋Ac3)/4이다.
또한, 어닐링 유지 시간이 3600s를 초과하면, 생산성이 극단적으로 악화되므로 바람직하지 않다. 어닐링 유지 시간의 보다 바람직한 하한은 60s이다.
<730℃ 이하 500℃ 이상의 제1 냉각 종료 온도까지를 1℃/s 이상 50℃/s 미만의 제1 냉각 속도로 서냉>
면적률로 20∼50％의 페라이트 조직을 형성시킴으로써, 신장 플랜지성을 확보한 상태에서 신장의 개선을 도모할 수 있기 때문이다.
500℃ 미만의 온도 또는 1℃/s 미만의 냉각 속도에서는 페라이트가 과잉으로 형성되어, 강도와 신장 플랜지성을 확보할 수 없게 된다.
<Ms점 이하의 제2 냉각 종료 온도까지를 50℃/s 이상의 제2 냉각 속도로 급냉>
냉각 중에 오스테나이트로부터 페라이트가 형성되는 것을 억제하여, 경질 제2 상을 얻기 위해서이다.
Ms점보다 높은 온도에서 급냉을 종료시키거나, 냉각 속도가 50℃/s 미만이 되면, 오스테나이트가 실온에서도 잔류하게 되어, 신장 플랜지성을 확보할 수 없게 된다.
[제2 어닐링 조건]
제2 어닐링 조건으로서는, 실온∼600℃의 온도 영역을 0.5∼5.0℃/s의 제1 가열 속도로, 600℃∼어닐링 온도의 온도 영역을 제1 가열 속도의 1/2 이하의 제2 가열 속도로, 각각 승온하고, (Ac1＋Ac3)/2∼Ac3의 어닐링 온도에서, 3600s 이하의 어닐링 유지 시간만큼 유지한 후, 어닐링 온도로부터, 730℃ 이하 500℃ 이상의 제1 냉각 종료 온도(서냉 종료 온도)까지를 1℃/s 이상 50℃/s 미만의 제1 냉각 속도(서냉 속도)로 서냉한 후, Ms점 이하의 제2 냉각 종료 온도(급냉 종료 온도)까지를 50℃/s 이상의 제2 냉각 속도(급냉 속도)로 급냉하는 것이 좋다.
<실온∼600℃의 온도 영역을 0.5∼5.0℃/s의 제1 가열 속도로 승온>
냉연재의 어닐링 시에, 우선, 비교적 천천히 가열함으로써, 페라이트가 재결정되는 과정에 있어서, 전체 조직 중에 이미 석출되어 있던 시멘타이트 입자를 조대화시켜, 그 시멘타이트 입자가 재결정 페라이트에 도입됨으로써, 페라이트립 내에 큰 시멘타이트 입자가 존재하는 조직으로 하기 위해서이다. 또한, 이 가열 시에, 페라이트 중의 전위 밀도도 충분히 저감시킬 수 있다.
상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 제1 가열 속도는 5.0℃/s 이하(보다 바람직하게는 4.8℃/s 이하)로 하는 것이 좋다. 단, 제1 가열 속도가 지나치게 낮으면, 시멘타이트가 지나치게 조대해져 연성을 열화시키므로, 0.5℃/s 이상(보다 바람직하게는 1.0℃/s 이상)으로 하는 것이 좋다.
<600℃∼어닐링 온도의 온도 영역을 제1 가열 속도의 1/2 이하의 제2 가열 속도로 승온>
계속해서, Ac1점∼어닐링 온도(2상 온도 영역)에서 소정 시간 가열 유지하여 상기 조대화된 시멘타이트의 일부를 용해시키고, 그 후의 실온 부근까지의 급냉으로 고용 C를 페라이트 중에 농화시키기 위해서이다.
상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 제2 가열 속도를 제1 가열 속도의 1/2 이하(보다 바람직하게는 1/3 이하)로 하는 것이 좋다.
<(Ac1＋Ac3)/2∼Ac3의 어닐링 온도에서, 3600s 이하의 어닐링 유지 시간만큼 유지>
어닐링 가열 시에 면적률 20％ 이상의 영역을 오스테나이트로 변태시킴으로써, 그 후의 냉각 시에 충분한 양의 경질 제2 상을 변태 생성시키기 위해서이다.
어닐링 온도가 (Ac1＋Ac3)/2 미만에서는, 시멘타이트가 충분히 용해되지 않고, 조대한 상태로 잔존하여, 연성이 열화된다. 한편, 어닐링 온도가 Ac3을 초과하면, 시멘타이트가 모두 용해되어 버려, 그 결과, 템퍼링 마르텐사이트 등의 경도가 높아져, 연성이 열화된다.
또한, 어닐링 유지 시간이 3600s를 초과하면, 생산성이 극단적으로 악화되므로 바람직하지 않다. 어닐링 유지 시간의 보다 바람직한 하한은 60s이다. 가열 시간을 장시간화함으로써 페라이트 중의 변형을 더 제거할 수 있다.
<730℃ 이하 500℃ 이상의 제1 냉각 종료 온도까지를 1℃/s 이상 50℃/s 미만의 제1 냉각 속도로 서냉>
면적률로 20∼50％의 페라이트 조직을 형성시킴으로써, 신장 플랜지성을 확보한 상태로 신장의 개선을 도모할 수 있기 때문이다.
500℃ 미만의 온도 또는 1℃/s 미만의 냉각 속도에서는 페라이트가 과잉으로 형성되어, 강도와 신장 플랜지성을 확보할 수 없게 된다.
<Ms점 이하의 제2 냉각 종료 온도까지를 50℃/s 이상의 제2 냉각 속도로 급냉>
냉각 중에 오스테나이트로부터 페라이트가 형성되는 것을 억제하여, 경질 제2 상을 얻기 위해서이다.
Ms점보다 높은 온도에서 급냉을 종료시키거나, 냉각 속도가 50℃/s 미만이 되면, 오스테나이트가 실온에서도 잔류하게 되어, 신장 플랜지성을 확보할 수 없게 된다.
[템퍼링 조건]
템퍼링 조건으로서는, 상기 어닐링 냉각 후의 온도로부터 템퍼링 온도:300∼500℃까지 가열하고, 300℃∼템퍼링 온도의 온도 범위 내에 템퍼링 유지 시간:60∼1200s 체류시킨 후, 냉각하면 된다.
상기 어닐링 시에 페라이트 중에 잔존시킨 미세 시멘타이트 입자, 혹은 페라이트 중에 농화시킨 고용 C를, 템퍼링을 거쳐도 페라이트 중에 그대로 잔존시켜 페라이트의 경도를 상승시키는 한편, 상기 어닐링 시에 페라이트 중으로의 C의 농화의 반작용으로서 C 함유량이 저하된 경질 제2 상으로부터, 템퍼링으로 C를 시멘타이트로서 더 석출시키거나, 미세한 시멘타이트 입자를 조대화시켜 경질 제2 상의 경도를 저하시키기 위해서이다.
템퍼링 온도가 300℃ 미만, 혹은, 템퍼링 시간이 60s 미만에서는, 경질 제2 상의 연질화가 충분하지 않게 된다. 한편, 템퍼링 온도가 500℃ 초과하면, 경질 제2 상이 지나치게 연질화되어 강도를 확보할 수 없게 되거나, 혹은 시멘타이트가 지나치게 조대화하여 신장 플랜지성이 열화된다. 또한, 템퍼링 시간이 1200s를 초과하면, 생산성이 저하되므로 바람직하지 않다.
템퍼링 온도의 보다 바람직한 범위는 320∼480℃이고, 템퍼링 유지 시간의 보다 바람직한 범위는 120∼600s이다.
실시예
[제1 실시예:상기 (a)의 조직 조건 및 제1 어닐링 조건에 관한 실시예]
하기 표 1에 나타내는 바와 같이 다양한 성분강을 용제하여, 두께 120㎜의 잉곳을 작성하였다. 이를 열간 압연으로 두께 25㎜로 한 후, 다시, 마무리 압연 종료 온도 800∼1000℃, 권취 온도 450∼600℃의 조건으로 열간 압연하여 두께 3.2㎜로 하였다. 이를 산 세정한 후, 두께 1.6㎜로 냉간 압연하여 공시재로 하고, 표 2 내지 표 4에 나타내는 조건(도 1의 열처리 패턴 참조)으로 열처리를 실시하였다.
또한, 표 1 중의 Ac1 및 Ac3은 하기 식 1 및 식 2를 사용하여 구하였다(고다 나리야스 번역 감수, 「레슬리 철강 재료학」, 마루젠 가부시끼가이샤, 1985년, p.273 참조).
식 1:Ac1(℃)＝723＋29.1[Si]－10.7[Mn]＋16.9[Cr]－16.9[Ni]
식 2:Ac3(℃)＝910－203√[C]＋44.7[Si]＋31.5[Mo]－15.2[Ni]
단, []는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
열처리 후의 각 강판에 대해, 상기 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]의 항에서 설명한 측정 방법에 의해, 각 상의 면적률 및 시멘타이트 입자의 사이즈 및 그 존재 밀도를 측정하였다.
또한, 상기 열처리 후의 각 강판에 대해, 인장 강도 TS, 신장률 EL 및 신장 플랜지성 λ를 측정함으로써, 각 강판의 특성을 평가함과 함께, 열처리 조건의 변화에 의한 특성의 편차 정도로부터 각 강판의 특성의 안정성을 평가하였다.
구체적으로는, 열처리 후의 강판의 특성은 TS≥980㎫, EL≥13％, λ≥40％의 모두를 만족시키는 것을 합격(○)으로 하고, 그 이외의 것을 불합격(×)으로 하였다.
또한, 열처리 후의 강판의 특성 안정성은, 동일 강종의 공시재에 대해, 열처리 조건을 실기의 열처리 조건 최대 변동 범위 내에서 변화시켜 열처리를 행하고, TS의 변화 폭 ΔTS≤200㎫, EL의 변화 폭 ΔEL≤2％, λ의 변화 폭 Δλ≤20％의 전체를 만족시키는 것을 합격(○)으로 하고, 그 이외의 것을 불합격(×)으로 하였다.
또한, 인장 강도 TS와 신장률 EL은 압연 방향과 직각 방향으로 장축을 취하여 JIS Z 2201에 기재된 5호 시험편을 작성하고, JIS Z 2241에 따라서 측정을 행하였다. 또한, 신장 플랜지성 λ는 철연 규격 JFST1001에 준하고, 구멍 확장 시험을 실시하여 구멍 확장률의 측정을 행하고, 이를 신장 플랜지성으로 하였다.
측정 결과를 표 5 내지 표 7에 나타낸다.
이들 표로부터, 강 No.1, 2, 5, 6, 8∼17, 19∼24, 26∼31, 67∼71은 본원 발명의 요건을 모두 만족시키는 발명 강이다. 어떤 발명 강이든, 기계적 특성의 절댓값이 우수할 뿐만 아니라, 기계적 특성의 편차가 억제된 균질의 냉연 강판이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 강 No.32∼34, 36∼49, 51, 53, 54, 56∼60, 63, 65, 66도, 본원 발명의 요건을 모두 만족시키고 있다. 이들 강판은, 기계적 특성의 절대값이 우수한 것은 확인되었지만, 기계적 특성의 편차의 평가에 대해는 미실시이다. 그러나, 기계적 특성의 편차도 상기 발명 강과 동일하게 합격 레벨에 있는 것이 유추된다.
이에 대해, 본원 발명의 요건 중 어느 하나를 만족시키지 않는 비교 강은, 각각 이하와 같은 문제를 갖고 있다.
강 No.3, 4는 Mn이 지나치게 많기 때문에, 시멘타이트가 조대화되기 쉽고, 권장 조건으로 열처리해도 시멘타이트가 조대한 상태로 잔존하고, 미세한 시멘타이트의 수밀도(존재 밀도)가 저하되고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
한편, 강 No.18은 Mn이 지나치게 적기 때문에, 권장 조건으로 열처리해도 TS가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.7은 Si가 지나치게 많기 때문에, Si에 의한 고용 강화에서 연성이 열화되고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.25는 C가 지나치게 많으므로, 페라이트 분율이 부족함과 함께, 시멘타이트가 조대화되기 쉬워, 권장 조건으로 열처리해도 시멘타이트가 조대한 상태로 잔존하고, 미세한 시멘타이트의 수밀도가 저하되고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
한편, 강 No.35는 C가 지나치게 적기 때문에, 페라이트 분율이 과잉이 되어, 권장 조건으로 열처리해도 TS가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.50은 어닐링 시의 제2 가열 속도/제1 가열 속도의 비가 크고, 서냉이 없고, 템퍼링 온도가 높기 때문에, 시멘타이트가 충분히 용해되지 않아, 페라이트립 내의 미세한 시멘타이트의 수밀도가 지나치게 높게 되어 있다. 템퍼링 온도가 높으므로, EL, λ는 합격 기준에 도달하고 있지만, TS가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.52는 어닐링 시의 제2 가열 속도/제1 가열 속도의 비가 크기 때문에, 시멘타이트가 용해되지 않아, 페라이트립 내의 미세한 시멘타이트의 수밀도가 지나치게 높아지고, 그 결과, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.55는 어닐링 온도가 높기 때문에, 시멘타이트가 모두 용해되어 버려, 페라이트립 내의 미세한 시멘타이트의 수밀도가 지나치게 낮아지고, 경질 제2 상의 경도가 높아지고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.61은 서냉 종료 온도가 높기 때문에, 페라이트 분율이 부족하고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.62는 템퍼링 온도가 낮기 때문에, 템퍼링 마르텐사이트 등의 경도가 높아지고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
한편, 강 No.64는 템퍼링 온도가 높기 때문에, 템퍼링 마르텐사이트 등의 경도가 지나치게 낮아지고, 그 결과, TS가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
강 No.67∼71, 72∼76은 페라이트 분율이 다르도록 서냉 종료 온도를 순차 변화시킨 것이다. 페라이트립 내의 미세한 시멘타이트의 수밀도가 적정한 강 No.67∼71은 특성을 만족시킴과 함께, 그 편차도 합격 기준을 만족시키고 있다.
한편, 상기 시멘타이트의 수밀도가 규정 범위를 벗어나는 강 No.72∼76은, 특성은 만족시키지만, 그 편차는 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
[제2 실시예:상기 (b)의 조직 조건 및 제2 어닐링 조건에 관한 실시예]
하기 표 8에 나타내는 바와 같이 다양한 성분강을 용제하여, 두께 120㎜의 잉곳을 작성하였다. 이를 열간 압연으로 두께 25㎜로 한 후, 다시, 마무리 압연 종료 온도 900∼1000℃, 권취 온도 450∼600℃의 조건으로 열간 압연하여 두께 3.2㎜로 하였다. 이를 산세한 후, 두께 1.6㎜로 냉간 압연하여 공시재로 하고, 표 9 내지 11에 나타내는 조건(도 1의 열처리 패턴 참조)으로 열처리를 실시하였다.
또한, 표 8 중 Ac1 및 Ac3은 하기 식 1 및 식 2를 사용하여 구하였다(고다 나리야스 번역 감수, 「레슬리 철강 재료학」, 마루젠 가부시끼가이샤, 1985년, p.273 참조).
식 1:Ac1(℃)＝723＋29.1[Si]－10.7[Mn]＋16.9[Cr]－16.9[Ni]
식 2:Ac3(℃)＝910－203√[C]＋44.7[Si]＋31.5[Mo]－15.2[Ni]
단, [ ]는 각 원소의 함유량(질량％)을 나타낸다.
Figure pct00008
Figure pct00009
Figure pct00010
Figure pct00011
열처리 후의 각 강판에 대해, 상기 [발명을 실시하기 위한 형태]의 항에서 설명한 측정 방법에 의해, 각 상의 면적률 및 시멘타이트 입자의 사이즈 및 그 존재 밀도를 측정하였다.
또한, 상기 열처리 후의 각 강판에 대해, 인장 강도 TS, 신장률 EL 및 신장 플랜지성 λ를 측정함으로써, 각 강판의 특성을 평가함과 함께, 열처리 조건의 변화에 의한 특성의 편차 정도로부터 각 강판의 특성 안정성을 평가하였다.
구체적으로는, 열처리 후의 강판의 특성은 TS≥980㎫, EL≥13％, λ≥40％의 모두를 만족시키는 것을 합격(○)으로 하고, 그 이외의 것을 불합격(×)으로 하였다.
또한, 열처리 후의 강판의 특성의 안정성은 동일 강종의 공시재에 대해, 열처리 조건을 실기의 열처리 조건의 최대 변동 범위 내에서 변화시켜 열처리를 행하고, TS의 변화 폭 ΔTS≤200㎫, EL의 변화 폭 ΔEL≤2％, λ의 변화 폭 Δλ≤20％의 모두를 만족시키는 것을 합격(○)으로 하고, 그 이외의 것을 불합격(×)으로 하였다.
또한, 인장 강도 TS와 신장률 EL은 압연 방향과 직각 방향으로 장축을 취하여 JIS Z 2201에 기재된 5호 시험편을 작성하고, JIS Z 2241에 따라서 측정을 행하였다. 또한, 신장 플랜지성 λ는 철연 규격 JFST1001에 준하고, 구멍 확장 시험을 실시하여 구멍 확장률의 측정을 행하고, 이를 신장 플랜지성으로 하였다.
측정 결과를 표 12 내지 14에 나타낸다.
이들 표로부터, 강 No.1∼12, 36∼40, 48∼51, 53∼64는 본원 발명의 요건을 모두 만족시키는 발명 강이다. 어떤 발명 강이든, 기계적 특성의 절댓값이 우수할 뿐만 아니라, 기계적 특성의 편차가 억제된 균질의 냉연 강판이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 강 No.14∼16, 18, 22, 23, 25∼29, 32, 34, 35, 66∼69, 71∼76, 78∼80도, 본원 발명의 요건을 모두 만족시키고 있다. 이 강판은 기계적 특성의 절댓값이 우수한 것은 확인되었지만, 기계적 특성의 편차의 평가에 대해서는 미실시이다. 그러나, 기계적 특성의 편차도 상기 발명 강과 동일하게 합격 레벨에 있는 것이 유추된다.
이에 대해, 본원 발명의 요건 중 어느 하나를 만족시키지 않는 비교 강은 각각 이하와 같은 문제를 갖고 있다.
강 No.13은 어닐링 시의 제1 가열 속도가 느리기 때문에, 시멘타이트가 조대화되어, 페라이트립 내에 잔존하는 조대한 시멘타이트의 수밀도(존재 밀도)가 지나치게 높아지고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.17은 어닐링 시의 제2 가열 속도/제1 가열 속도의 비가 크고, 서냉이 없고, 템퍼링 온도가 높기 때문에, 시멘타이트가 충분히 용해되지 않아, 조대한 상태로 잔존하고, 페라이트립 내의 조대한 시멘타이트의 수밀도가 지나치게 높아지고 있다. 템퍼링 온도가 높기 때문에, EL, λ는 합격 기준에 도달하고 있지만, TS가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.19, 20은 어닐링 시의 제2 가열 속도/제1 가열 속도의 비가 크기 때문에, 시멘타이트가 용해되지 않아, 조대한 상태로 잔존하고, 페라이트립 내의 조대한 시멘타이트의 수밀도가 지나치게 높아지고, 그 결과, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.21은 어닐링 온도가 낮기 때문에, 시멘타이트가 용해되지 않아, 조대한 상태로 잔존하고, 페라이트립 내의 조대한 시멘타이트의 수밀도가 지나치게 높아지고, 그 결과, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
한편, 강 No.24는 어닐링 온도가 높기 때문에, 시멘타이트가 모두 용해되어 버려, 페라이트립 내의 조대한 시멘타이트의 수밀도가 지나치게 낮아지고, 경질 제2 상의 경도가 높아지고, 그 결과, EL이 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.30은 서냉 종료 온도가 높기 때문에, 페라이트 분율이 부족하고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.31은 템퍼링 온도가 낮기 때문에, 템퍼링 마르텐사이트 등의 경도가 높아지고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
한편, 강 No.33은 템퍼링 온도가 높기 때문에, 템퍼링 마르텐사이트 등의 경도가 지나치게 낮아지고, 그 결과, TS가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
강 No.36∼40, 41∼45는 페라이트 분율이 다르도록 서냉 종료 온도를 순차 변화시킨 것이다. 페라이트립 내의 조대한 시멘타이트의 수밀도가 적정한 강 No.36∼40은 특성을 만족시킴과 함께, 그 편차도 합격 기준을 만족시키고 있다.
한편, 상기 시멘타이트의 수밀도가 규정 범위를 벗어나는 강 No.41∼45는 특성은 만족시키지만, 그 편차는 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
강 No.46, 47은 Mn이 지나치게 많기 때문에, 시멘타이트가 조대화되기 쉽고, 권장 조건으로 열처리해도 시멘타이트가 조대한 상태로 잔존하고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
한편, 강 No.52는 Mn이 지나치게 적기 때문에, 권장 조건으로 열처리해도 TS가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.65는 C가 지나치게 많기 때문에, 페라이트 분율이 부족함과 함께, 시멘타이트가 조대화되기 쉬워, 권장 조건으로 열처리해도 시멘타이트가 조대한 상태로 잔존하고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
한편, 강 No.77은 C가 지나치게 적기 때문에, 페라이트 분율이 과잉으로 되어, 권장 조건으로 열처리해도 TS가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
또한, 강 No.70은 Si가 지나치게 많기 때문에, Si에 의한 고용 강화에서 연성이 열화되고, 그 결과, EL, λ가 합격 기준에 도달하고 있지 않다.
덧붙여 말하면, 발명 강(강 No.38)과 비교 강(강 No.43)의, 페라이트립 내에 있어서의 시멘타이트 입자의 분포 상태를 도 2에 예시한다. 도 2는 SEM 관찰의 결과이고, 무지의 흑색 영역이 페라이트 입자이고, 그 페라이트립 내에 존재하는 백색 부분(파선의 원으로 둘러싼 것)이 시멘타이트 입자이다. 도 2로부터 명백한 바와 같이, 발명 강은 비교 강에 비해, 페라이트립 내에 비교적 큰 시멘타이트 입자를 보다 많이 내재시키고 있는 것이 인정된다.
Figure pct00012
Figure pct00013
Figure pct00014
본 발명을 상세하고 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하지 않고 다양한 변형이나 수정을 추가할 수 있는 것은 당업자에게 있어서 명백하다.
본 출원은 2011년 12월 15일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2011-274268) 및 2011년 12월 15일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2011-274269)에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
본 발명의 고강도 강판은 가공성이 우수해, 자동차 부품 등에 적합하다.

Claims (5)

  1. 질량％로(이하, 화학 성분에 대해 동일함),
    C:0.05∼0.30％,
    Si:3.0％ 이하(0％를 포함하지 않음),
    Mn:0.1∼5.0％,
    P:0.1％ 이하(0％를 포함하지 않음),
    S:0.02％ 이하(0％를 포함하지 않음),
    Al:0.01∼1.0％,
    N:0.01％ 이하(0％를 포함하지 않음)
    를 각각 포함하고, 잔량부가 철 및 불가피적 불순물을 포함하는 성분 조성을 갖고,
    연질 제1 상인 페라이트를 면적률로 20∼50％ 포함하고,
    잔량부가 경질 제2 상인, 템퍼링 마르텐사이트 및/또는 템퍼링 베이나이트를 포함하는 조직을 갖고, 또한 하기 (a) 또는 (b)를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판.
    (a) 상기 페라이트의 입자 내에 존재하는, 원 상당 직경 0.05㎛ 이상 0.3㎛ 미만의 시멘타이트 입자의 분산 상태가, 상기 페라이트 1㎛2당 0.15개 초과 0.50개 이하이다.
    (b) 상기 페라이트의 입자 내에 존재하는, 원 상당 직경 0.3㎛ 이상의 시멘타이트 입자의 분산 상태가, 상기 페라이트 1㎛2당 0.05∼0.15개이다.
  2. 제1항에 있어서, 성분 조성이,
    Cr:0.01∼1.0％
    를 더 포함하는 것인, 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 성분 조성이,
    Mo:0.01∼1.0％,
    Cu:0.05∼1.0％,
    Ni:0.05∼1.0％의 1종 또는 2종 이상
    을 더 포함하는 것인, 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 성분 조성이,
    Ca:0.0001∼0.01％,
    Mg:0.0001∼0.01％,
    Li:0.0001∼0.01％,
    REM:0.0001∼0.01％의 1종 또는 2종 이상
    을 더 포함하는 것인, 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 나타내는 성분 조성을 갖는 강재를, 하기 (1), (2)에 나타내는 각 조건으로 열간 압연한 후, 냉간 압연하고, 그 후, 하기 (3) 또는 (3') 중 어느 하나의 조건으로 어닐링하고, 또한 하기 (4)의 조건으로 템퍼링하는 것을 특징으로 하는, 강도 및 연성의 편차가 작은 고강도 냉연 강판의 제조 방법.
    (1) 열간 압연 조건
    마무리 압연 종료 온도:Ar3점 이상
    권취 온도:450∼600℃
    (2) 냉간 압연 조건
    냉간 압연율:20∼50％
    (3) 어닐링 조건
    실온∼600℃의 온도 영역을 5.0℃/s 초과 10.0℃/s 이하의 제1 가열 속도로, 600℃∼어닐링 온도의 온도 영역을 제1 가열 속도의 1/2 이하의 제2 가열 속도로, 각각 승온하고, Ac1 이상 (Ac1＋Ac3)/2 미만의 어닐링 온도에서, 3600s 이하의 어닐링 유지 시간만큼 유지한 후, 어닐링 온도로부터, 730℃ 이하 500℃ 이상의 제1 냉각 종료 온도까지를 1℃/s 이상 50℃/s 미만의 제1 냉각 속도로 서냉한 후, Ms점 이하의 제2 냉각 종료 온도까지를 50℃/s 이상의 제2 냉각 속도로 급냉한다.
    (3') 어닐링 조건
    실온∼600℃의 온도 영역을 0.5∼5.0℃/s의 제1 가열 속도로, 600℃∼어닐링 온도의 온도 영역을 제1 가열 속도의 1/2 이하의 제2 가열 속도로, 각각 승온하고, (Ac1＋Ac3)/2∼Ac3의 어닐링 온도에서, 3600s 이하의 어닐링 유지 시간만큼 유지한 후, 어닐링 온도로부터, 730℃ 이하 500℃ 이상의 제1 냉각 종료 온도까지를 1℃/s 이상 50℃/s 미만의 제1 냉각 속도로 서냉한 후, Ms점 이하의 제2 냉각 종료 온도까지를 50℃/s 이상의 제2 냉각 속도로 급냉한다.
    (4) 템퍼링 조건
    템퍼링 온도:300∼500℃
    템퍼링 유지 시간:300℃∼템퍼링 온도의 온도 범위 내에 60∼1200s
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