KR20150003918A - 저밀도 열간 또는 냉간 압연 강, 상기 강을 구현하기 위한 방법 및 상기 강의 용도 - Google Patents

저밀도 열간 또는 냉간 압연 강, 상기 강을 구현하기 위한 방법 및 상기 강의 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 600 MPa 이상의 기계적 강도와 20 % 이상의 파괴 신율을 가지는 압연 강판 뿐만 아니라, 상기 압연 강판의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 판의 화학 조성은, 0.10 % ≤ C ≤ 0.30 %, 6.0 % ≤ Mn ≤ 15.0 %, 6.0 % ≤ Al ≤ 15.0 %, 선택적으로 Si ≤ 2.0 %, Ti ≤ 0.2 %, V ≤ 0.6 % 및 Nb ≤ 0.3 % 중에서 선택된 1 종 이상의 원소들을 포함하고, 조성의 잔부는 철과 제조 프로세스에서 기인하는 불가피한 불순물들을 포함한다. 망간 대 알루미늄의 중량 비는 Mn/Al > 1.0 이도록 되어있다. 본 발명에 따른 판의 미세조직은 페라이트, 오스테나이트, 및 표면 분율로서 최대 5 % 의 카파 석출물들로 구성된다.

Description

저밀도 열간 또는 냉간 압연 강, 상기 강을 구현하기 위한 방법 및 상기 강의 용도{LOW-DENSITY HOT- OR COLD-ROLLED STEEL, METHOD FOR IMPLEMENTING SAME AND USE THEREOF}
본 발명은, 600 MPa 이상의 기계적 강도 및 20 % 이상의 파단 신율을 가지는 압연 강 뿐만 아니라 상기 압연 강의 제조 방법에 관한 것이다.
환경 규제는 자동차 제조사들이 그들 차량의 CO2 배출을 계속해서 감소시키도록 강요하고 있다. 이를 위해서, 자동차 제조사들은 여러가지 옵션들을 가지고, 그 중 주요한 옵션들은 차량들의 중량을 감소시키거나 차량 엔진 시스템들의 효율성을 개선하는 것이다. 두 가지 접근법들의 조합에 의해 종종 진전이 이루어진다. 본 발명은 첫 번째 옵션, 즉 모터 차량들의 중량 감소에 관한 것이다. 이런 매우 특정한 분야에서, 두 가지 방향의 (two-track) 대안예가 있다:
Figure pct00001
첫 번째 방향은 강들의 기계적 강도 레벨들을 증가시키면서 강들의 두께들을 감소시키는 것으로 구성된다. 불행하게도, 이 해결책은, 기계적 강도 증가와 연관된 연성의 불가피한 손실은 말할 것도 없이 임의의 자동차 부품들의 강성의 엄청난 (prohibitive) 감소 및 탑승자에게 불편한 조건들을 조성하는 청각적 문제점들의 발생 때문에 한계가 있다.
Figure pct00002
두 번째 방향은, 강들을 보다 가벼운 다른 금속들과 합금함으로써 강들의 밀도를 감소시키는 것으로 구성된다. 이 합금들 중에서, 철-알루미늄 합금들로 불리는 저밀도 합금들은 중량을 크게 감소시키는 것을 가능하게 하면서 유리한 (attractive) 기계적, 물리적 특성을 갖는다. 이 경우에, 저 밀도는 7.3 이하의 밀도를 의미한다.
철에 비하여 낮은 밀도 때문에, 알루미늄을 철에 부가하는 것은 자동차의 구조 부품들에 대한 실질적인 중량 감소를 기대하는 것을 가능하게 하였다. 이 점과 관련하여, 특허 출원 EP2128293 은, 0.2 ~ 0.8 % 의 C, 2 ~ 10 % 의 Mn, 3 ~ 15 % 의 Al 로 된 조성과 99 % 미만의 페라이트와 1 % 초과의 잔류 오스테나이트를 함유한 조직을 가지는 열간 압연 또는 냉간 압연 판을 설명한다. 판은 600 ~ 1,000 MPa 범위의 기계적 강도, 7.2 미만의 밀도를 가지고 코팅가능하다. 열간 압연 판의 제조 방법은 1,000 ~ 1,200 ℃ 로 가열하고, 700 ~ 850 ℃ 의 최종 압연 온도로 압연하고, 600 ℃ 미만의 온도에서 권취하는 (coiling) 것으로 구성된다. 냉간 압연 판을 위해, 열간 압연 판이 40 ~ 90 % 의 압하로 냉간 압연되고, 1 ~ 20 ℃/s 의 속도로, 재결정화 온도와 900 ℃ 사이의 온도까지 10 ~ 180 초 동안 재가열된다. 이 특허 출원의 목적은 Mn/Al 비를 0.4 ~ 1.0 사이의 값으로 제한함으로써 "로핑 (roping)" 과 압연 균열의 발생을 방지하는 것이다. 1.0 의 비를 초과하면, 냉간 압연은 균열을 발생시킨다.
특허 출원 JP2006118000 은 높은 강도 뿐만 아니라 양호한 연성을 보이는 경량의 강을 설명한다. 이를 달성하기 위해서, 제안된 강의 조성은 0.1 ~ 1.0 중량% 의 C, 3.0 중량% 미만의 Si, 10.0 ~ 50.0 중량% 의 Mn, 0.01 중량% 미만의 P, 0.01 중량% 미만의 S, 5.0 ~ 15.0 중량% 의 Al 및 0.001 ~ 0.05 중량% 의 N 을 함유하고, 잔부는 철과 불가피한 불순물들이고; 하기 식 (1) 이 충족된다면, 강은 7.0 이하의 밀도를 가질 것이다.
C ≤ -0.020XMn+Al/15+0.53 (1).
그것은 페라이트와 오스테나이트를 함유하는 미세조직을 가질 것이다. 기계적 강도와 총 신율의 곱은 다음 부등식을 충족시켜야 한다: TS x El ≥ 20,000 (MPa x %). 이러한 높은 농도의 합금 원소들 Mn 과 Al 을 갖는 강들의 압연 특징은 균열 발생의 주요 위험이 되는 것으로 알려져 있다.
특허 출원 WO2007/024092 의 목적은, 용이하게 스탬핑될 수 있는 열간 압연 판을 이용할 수 있도록 하는 것이다. 이 출원은, 기계적 강도와 신율의 곱이 24,000 MPa% 인, 0.2 ~ 1 % 의 C 와 8 ~ 15 % 의 Mn 을 함유하는 판에 관한 것이다. 이 출원은, 전적으로 오스테나이트인 조직이 압연하기에 특히 어려울지라도, 이 유형의 미세조직에 관한 것으로 보인다.
본 발명의 목적은,
Figure pct00003
7.3 이하의 밀도
Figure pct00004
600 MPa 이상의 기계적 강도
Figure pct00005
20 % 이상의 파단 신율
Figure pct00006
성형, 특히 압연을 위한 양호한 적합성
Figure pct00007
양호한 용접성 및 양호한 코팅가능성을 동시에 가지는 열간 압연 또는 냉간 압연 강판을 이용가능하게 함으로써 상기 문제점들을 해결하는 것이다.
본 발명의 목적들 중 하나는, 또한, 제조 조건들에 비교적 민감하지 않으면서 종래의 산업상 적용과 호환가능한 이 판들의 제조 방법을 이용가능하게 하는 것이다.
본 발명의 제 1 대상은 압연 강판으로서, 강판의 밀도는 7.3 이하이고, 강판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때 다음과 같고,
0.10 ≤ C ≤ 0.30 %
6.0 ≤ Mn ≤ 15.0 %
6.0 ≤ Al ≤ 15.0 %
선택적으로
Si ≤ 2.0%
Ti ≤ 0.2 %
V ≤ 0.6 %
Nb ≤ 0.3 % 중에서 선택된 1 종 이상의 원소들이고,
상기 조성의 잔부는 철과 프로세싱으로 인한 불가피한 불순물들로 구성되고, 망간의 중량 대 알루미늄의 중량 비는 Mn/Al ＞ 1.0 이도록 되어있고, 상기 판의 미세조직은 페라이트, 오스테나이트, 및 면적 분율로 최대 5 % 의 카파 (Kappa) 석출물들로 구성된다.
본 발명의 한 가지 바람직한 실시형태에서, 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때, 다음을 포함한다:
0.18 ≤ C ≤ 0.21 %
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때, 다음을 포함한다:
7.0 ≤ Mn ≤ 10.0 %.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때, 다음을 포함한다:
6.0 ≤ Al ≤ 12.0 %.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때, 다음을 포함한다:
6.0 ≤ Al ≤ 9.0 %.
본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때, 다음을 포함한다:
Si ≤ 1%.
바람직하게, 망간 함유량 대 알루미늄 함유량의 중량 비는, Mn/Al ≥ 1.1 이 되도록, 더욱 바람직하게, 비는 Mn/Al ≥ 1.5 가 되도록, 또는 더욱더 바람직하게, 비는 Mn/Al ≥ 2.0 이 되도록 되어 있다.
본 발명에 따른 판은 다시 바람직하게 기계적 인장 강도가 600 MPa 이상이고 파단 신율은 20 % 이상이도록 되어있다.
본 발명의 제 2 목적은, 7.3 이하의 밀도를 가지는 압연 강판의 제조 방법으로서,
- 본 발명에 따른 조성을 가지는 강을 입수하고,
- 상기 강을 주조하여 반제품을 형성하고,
- 상기 반제품을 1,000 ℃ ~ 1,280 ℃ 의 온도 (Trech) 로 재가열하고,
- 페라이트의 존재 하에 적어도 하나의 패스 (pass) 로 상기 반제품을 열간 압연하여 판을 획득하고,
- 최종 압연 패스가 850 ℃ 이상인 최종 압연 온도 (TFL) 에서 수행되고,
- 상기 판을, 냉각 속도 (Vref1) 로, 600 ℃ 이하의 권취 온도 (Tbob) 로 냉각시키고,
- 그 후, 상기 냉각된 판을 온도 (Tbob) 로 권취하는 것으로 구성된 단계들을 포함한다.
본 발명의 부가적 대상은, 상기 반제품이 얇은 슬래브들 또는 얇은 스트립의 형태로 직접 주조되도록 압연 판을 제조하는 방법이다.
최종 압연 온도 (TFL) 는 바람직하게 900 ~ 980 ℃ 이다.
냉각 속도 (Vref1) 는 바람직하게 55 ℃/s 이하이다.
권취 온도는 바람직하게 450 ~ 550 ℃ 이다.
본 발명의 부가적 목적은, 7.3 이하의 밀도를 가지는 냉간 압연 및 소둔된 (annealed) 강판의 제조 방법으로서,
- 압연 강판을 입수하고, 그 후
- 상기 압연 판을 35 ~ 90 % 의 압하율로 냉간 압연하여 냉간 압연 판을 획득하고, 그 후
- 상기 판을 600 초 미만의 기간 (tm) 동안 800 ~ 950 ℃ 의 유지 온도 (Tm) 까지 속도 (Vc) 로 가열하고, 그 후
- 상기 판을 500 ℃ 이하의 온도까지 속도 (Vref2) 로 냉각하는 것으로 구성된 단계들을 포함한다.
온도 (Tm) 는 바람직하게 800 ~ 900 ℃ 이다.
냉각 속도 (Vref2) 는 바람직하게 30 ℃/s 이상이다.
냉각 속도 (Vref2) 는 바람직하게 500 ℃ ~ 460 ℃ 의 온도로 유지된다.
냉각된 판은 바람직하게 아연, 아연 합금 또는 아연계 합금으로 코팅된다.
본 발명에 따른 강판은 엔진 동력의 육상 차량들을 위한 구조 부품들 또는 스킨 (skin) 부품들의 제조를 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 특징들 및 장점들은 하기에서 보다 상세히 설명될 것이다. 첨부 도면들은 비제한적인 예로서 제공된다.
도 1 은 본 발명에 따른 열간 압연 강판의 미세조직을 도시한다.
도 2 는 본 발명의 조건들을 충족시키지 못하는 열간 압연 강판의 미세조직을 도시한다.
도 3 은 ℃ 단위의 인장 온도의 함수로서 열간 압연 특징을 나타내는, 트랙션 (traction), 고온 하에 기계적 거동을 도시한다.
도 4 는 본 발명의 조건들을 충족시키지 못하는 열간 압연 강판의 미세조직을 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 냉간 압연 강판의 미세조직을 도시한다.
도 6 은 본 발명에 따른 열간 압연 강판에서 카파 석출물 식별을 가능하게 하는 구역 [110] 의 축선방향 회절 이미지이다.
도 7 은 본 발명의 조건들을 충족시키지 못하는 냉간 압연 판의 미세조직을 도시한다.
도 8 은 알루미늄 함유량의 함수로서 밀도 곡선을 도시한다.
본 발명은, 성형성, 기계적 강도, 용접성 및 만족스러운 코팅가능성의 기계적 특징들을 유지하면서 종래의 강들과 비교해 감소된 밀도를 가지고 (그것의 밀도는) 7.3 이하인 열간 압연 또는 냉간 압연 강판들에 관한 것이다. 본 발명은 또한 페라이트, 오스테나이트 및 면적 분율로 최대 5 % 의 카파 석출물들을 포함하는 미세조직을 가지는 열간 압연 또는 냉간 압연 판을 획득하기 위해서 본 발명에 따른 강을 열간 압연 또는 냉간 압연하는 것을 가능하게 하는 제조 방법에 관한 것이다.
이를 위해서, 강의 화학 조성은 판의 기계적 거동 및 판의 프로세싱 양자에 대해 매우 중요하다. 하기 설명된 화학 조성들은 중량 퍼센트로 제공된다.
- 본 발명은, 탄소 함유량이 0.10 ~ 0.30% 임을 알려준다. 탄소는 감마 유도성 (gammagenous) 원소이다. 망간과 함께, 탄소는 오스테나이트의 발생을 촉진시키고, 알루미늄과 함께, 화학량론 (Fe,Mn)3AlCx 기반의 카파 석출물들의 발생을 촉진시키고, 여기에서 x 는 엄격하게 1 미만이다. 0.10 % 미만에서는, 600 MPa 의 기계적 강도가 달성되지 않는다. 탄소 함유량이 0.30 % 를 초과하면, 카파 석출물들의 형성은 과도해질 것이고, 예로 5 % 초과할 것이고, 강판의 압연은 균열을 이끌 것이다. 바람직하게, 탄소 함유량은 압연 균열의 발생 위험을 최소화하도록 0.21 % 이하로 제한될 것이다. 바람직하게, 최소 탄소 함유량은 보다 용이하게 600 MPa 의 기계적 강도를 달성하도록 또한 0.18 % 이상일 것이다.
- 망간 함유량은 6.0 % ~ 15.0 % 이어야 한다. 이 원소도 또한 감마 유도성이다. 망간을 부가하는 목적은 본질적으로 페라이트 이외에 오스테나이트를 함유하는 조직을 획득하는 것이다. 망간은 또한 고용체 경화 효과와 오스테나이트 안정화 효과를 갖는다. 망간 함유량 대 알루미늄 함유량의 비는 압연 후 획득되는 조직들에 강한 영향을 미칠 것이다. 6.0 % 미만의 망간 함유량에 대해, 20 % 의 파단 신율은 달성되지 않고 열간 압연 밀로부터 출구 및 소둔 라인 양자에서 오스테나이트는 급속 냉각 중 마텐자이트로 조기 변태될 위험을 안고 불충분하게 안정화될 것이다. 15.0 % 를 초과하면, 망간의 감마 유도성 효과 때문에, 망간은 과도하게 오스테나이트의 부피 분율을 증가시켜서, 사실상 오스테나이트 상의 탄소 농도 감소를 유발하는데, 이것은 600 MPa 의 강도를 달성하는 것을 불가능하게 할 것이다. 바람직하게, 망간의 부가는 10.0 % 로 제한될 것이다. 하한치에 대해, 보다 용이하게 20 % 의 신율을 달성하도록 망간 함유량은 바람직하게 7.0 % 일 것이다.
- 알루미늄 함유량은 또한 6.0 % ~ 15.0 % 이어야 한다. 알루미늄은 알파 유도성 (alphagenous) 원소이고 따라서 오스테나이트 범위를 감소시키고, 이 원소는 탄소와 조합함으로써 카파 석출물들의 형성을 촉진하는 경향이 있다. 알루미늄은 2.7 의 밀도를 가지고 기계적 특성에 강한 영향을 미친다. 알루미늄 함유량이 증가함에 따라, 파단 신율은 감소할지라도 기계적 강도와 탄성 한계는 또한 증가하고, 이것은 전위 (dislocations) 이동도의 감소에 의해 설명된다. 6.0 % 미만에서, 알루미늄의 존재로 인해 영향을 받는 밀도 감소는 덜 이롭게 될 것이다. 15.0 % 를 초과하면, 5 % 초과의 면적 밀도를 갖는 비제어 카파 석출이 발생하고 재료의 연성에 악영향을 미친다. 바람직하게, 알루미늄 함유량은 취성 금속간 석출을 방지하도록 엄격하게 9.0 % 미만으로 제한될 것이다. 도 7 은, 카파 석출물들이 비제어 방식으로 형성된 미세조직을 도시한다.
- 망간의 함유량 대 알루미늄의 함유량의 중량 비는, 그것이 제조 사이클 동안 형성된 조직들의 성질 및 오스테나이트의 안정성을 좌우하므로 극히 중요하다. 1.0 이하의 비에서, 냉간 압연 판들의 열간 압연 후 그리고 재결정화 소둔 후 모두, 형성된 상들의 성질은 냉각 속도에 너무 많이 의존한다. 그것은 오스테나이트로부터 마텐자이트를 형성하는 위험, 또는 심지어 도 7 에 도시된 대로 페라이트 및 카파 석출물들을 위한 오스테나이트의 소멸을 야기한다. 본 발명에 따른 판의 미세조직은 마텐자이트의 존재를 배제하고 안정적인 오스테나이트의 존재를 보장한다. 게다가, 양호한 압연성과 제조 조건들에 민감하지 않은 판을 보장하기 위해서 비 Mn/Al ≤ 1.0 를 가지는 것은 바람직하지 못하다.
1.0 이상의 망간 함유량 대 알루미늄 함유량의 중량 비에서, 제조된 판은 열간 압연 및 냉간 압연 양자에 대해 용이하게 압연가능하도록 유지되면서 제조 조건들에 비교적 민감하지 않다. 이 감도의 감소는 비를 증가시킴으로써 개선될 수 있고, 그 결과로서 1.1 이상의 비, 바람직하게 1.5 이상의 비, 또는 더욱더 바람직하게 2.0 이상의 비가 바람직하다.
- 알루미늄과 같이, 규소는 강의 밀도를 감소시키고 적층 결함 에너지를 감소시키는 것을 가능하게 하는 원소이다. 이 감소는 본 기술분야의 당업자에게 잘 알려진 TRIP 효과를 획득하는 것을 가능하게 한다. 그럼에도 불구하고, 규소의 함유량은 2.0 % 로 제한되는데 왜냐하면 그 레벨을 초과하면 이 원소는 표면 결함들을 발생시키는 강한 접착성 산화물을 형성하는 경향을 가지기 때문이다. 표면 산화물들의 존재는 예를 들어 잠재적인 용융 아연 도금 (hot-dip galvanizing) 작동 중 습윤성 결함을 이끈다. Si 함유량은 바람직하게 1 % 로 제한될 것이다.
- 티타늄, 바나듐 및 니오븀과 같은 미세 합금 원소들이 부가적 석출 경화를 획득하기 위해서 0.2 % 미만, 0.6 % 미만 및 0.3 % 미만의 각각의 양으로 부가될 수 있다. 티타늄과 니오븀은 특히 고형화 중 입도를 제어하는 것을 가능하게 한다. 그럼에도 불구하고, 그것을 초과하면 포화 효과가 달성되기 때문에 몇 가지 제한이 필요하다.
세륨, 붕소, 마그네슘 또는 지르코늄과 같은 다른 원소들이, 다음 비율, Ce ≤ 0.1 %, B ≤ 0.01, Mg ≤ 0.010 및 Zr ≤ 0.010 으로, 개별적으로 또는 조합하여 부가될 수 있다. 표시된 최대 함유량 레벨까지, 이 원소들은 고형화 중 페라이트 입자를 미세화 (refine) 하는 것을 가능하게 한다.
조성의 잔부는 철 및 프로세싱에 기인한 불가피한 불순물들로 구성된다.
- 본 발명에 따른 판의 미세조직은 페라이트, 오스테나이트 및 면적 분율로 최대 5 % 의 카파 석출물들로 구성된다. 페라이트는 온도에 따라 증가하는 탄소 용해성을 갖는다. 하지만, 알루미늄의 존재로 인해 이미 낮은 전위들의 이동도를 탄소가 추가로 감소시키기 때문에 고용체 중 탄소는 저밀도 강을 위해 크게 취화된다. 따라서, 페라이트에서 탄소 포화는 페라이트 내에서 쌍정화 메커니즘의 활성화를 이끌 수 있다. 따라서, 이 이론에 의해 구속되지 않고, 발명자들은, 오스테나이트와 석출물들이 효과적인 탄소 트랩들 (traps) 로서 작용하고 임계간 범위에서 압연을 용이하게 한다는 이론을 제기하고 있다. 이 접근법은 놀라운데, 왜냐하면 오스테나이트 및 석출물들에서 탄소의 용해성은 페라이트에서보다 높을지라도 이런 경질 상들의 형성은 틀림없이 압연을 용이하게 하는 것을 막는 것으로 생각될 수 있기 때문이다. 따라서, 페라이트, 오스테나이트 및 면적 분율로서 최대 5 % 카파 석출물들을 함유한 이런 조직의 조합체는, 압연 중 그리고 구조 부품들의 제조 중 모두 압연성 면에서 필요한 연성을 판에 제공한다. 소둔 후 또는 권취 후 페라이트의 재결정화율은 90 % 초과, 이상적으로 100 % 일 것으로 명시된다. 재결정화된 페라이트 분율이 90 % 미만이면, 획득된 판은 본 발명에 의해 요구되는 20 % 신율을 보이지 않을 것이다.
수많은 금속조직 실험들 및 연구들은, 페라이트 입계들 둘레에서 스페로이드들 (spheroids) 로 카파 유형인 석출물들의 국부적인 존재가 판의 압연성을 감소시키는 것을, 발명자들이, 보여줄 수 있도록 한다.
카파 석출물들의 면적 분율은 5 % 만큼 높을 수 있는데, 5 % 를 초과하면 연성이 감소하고 본 발명의 20 % 의 파단 신율이 달성될 수 없기 때문이다. 게다가, 페라이트 입계들 둘레에서 비제어 카파 석출의 위험이 또한 있는데, 이것은 종래의 산업 규모 강 압연 공구들을 사용할 때 본 발명에 따른 판에 가해지는 압연력을 증가시킬 것이다. 따라서, 바람직한 목표 범위는 2 % 미만의 카파 석출물들일 것이다. 미세조직은 균일하기 때문에, 면적 분율이 부피 분율과 동일하다는 점이 명시된다.
본 발명에 따른 열간 압연 판의 제조 방법은 다음과 같다:
- 본 발명에 따른 조성을 가지는 강의 입수.
- 이 강으로부터 반제품이 주조된다. 잉곳들 (ingots) 로 또는 계속해서 얇은 슬래브들 또는 얇은 스트립의 형태로, 즉 슬래브들에 대해 대략 220 ㎜ 부터 얇은 스트립에 대해 수십 밀리미터까지 범위의 두께로, 주조가 수행될 수 있다.
- 압연 중 겪게 되는 주요 변형들에 알맞은 모든 지점들에서 온도가 존재하도록 주조된 반제품들은 그 후 1,000 ℃ ~ 1,280 ℃ 의 온도로 재가열된다. 1,280 ℃ 를 초과하면, 특히 조대한 (rough) 페라이트 입자들이 형성되는 위험이 있고, 발명자들에 의해 수행되는 수많은 테스트들은 초기 페라이트 입도와 열간 압연 중 재결정화되는 이 입자들의 용량 사이 상관관계를 발견하였다. 초기 페라이트 입도가 클수록, 페라이트는 덜 용이하게 재결정화되는데, 이것은 1,280 ℃ 를 초과하는 재가열 온도는 페라이트의 재결정화 면에서 산업상 고비용이 들고 불리하기 때문에 1,280 ℃ 를 초과하는 재가열 온도는 회피되어야 한다는 것을 의미한다. 그 온도는 또한 "로핑" 으로 불리는 현상을 증폭시킬 수 있다. 로핑은 더 큰 크기의 입자들 내에서 작은 약간 오배향된 입자들 무리 때문에 발생한다. 이 현상은 압연 방향으로 밴드들에서 선호되는 변형 로케이션의 형태로 알아볼 수 있다. 그것은 복원된, 재결정화되지 않은 입자들 때문이다. 그것은 횡방향으로 분배되는 낮은 신율에 의해 측정된다.
1,000 ℃ 미만에서, 850 ℃ 를 초과하는 최종 압연 온도를 가지는 것은 점점 더 어려워진다. 바람직하게, 재가열 온도는 1,150 ~ 1,280 ℃ 이다.
다음 단계들은 로핑 현상을 회피하고 양호한 연성 및 양호한 스탬핑 품질을 달성하는 것을 가능하게 한다:
- 페라이트의 존재 하에, 즉 부분적으로 또는 전적으로 페라이트 범위에서 적어도 하나의 압연 패스로 압연을 수행할 필요가 있다. 그 목적은, 쌍정화를 이끌 수 있는 페라이트에서 탄소 포화를 방지하는 것이다. 오스테나이트 입자들이 또한 효과적인 탄소 트랩들로서 역할을 하는데, 왜냐하면 오스테나이트에서 탄소의 용해성이 페라이트에서 탄소의 용해성보다 높기 때문이다.
- 최종 압연 패스는 850 ℃ 보다 높은 온도에서 수행되는데, 왜냐하면 이 온도 미만에서는, 본 발명에 따른 강판이 도 3 에 도시된 대로 상당한 압연성 강하를 보이기 때문이고, 도 3 은 상이한 온도들에서 고온 조건 하에 트랙션되는 시편들 (test pieces) 의 네킹 (necking) 을 도시한다. 재결정화 및 압연에 유리한 조직을 가지기 위해서 900 ~ 980 ℃ 의 최종 압연 온도가 바람직하다.
- 이런 식으로 획득된 판은 그 후 냉각 속도 [Vref1] 로 권취 온도 (Tbob) 까지 냉각된다. 바람직하게, 냉각 속도 (Vref1) 는 카파 석출을 최적으로 제어하기 위해서 55 ℃/s 이하일 것이다.
- 판은 그 후 600 ℃ 미만의 권취 온도에서 권취되는데, 왜냐하면 그 온도를 초과하면 카파 석출을 제어하는 것이 가능하지 않을 수도 있고 도 2 및 도 4 에 도시된 대로 오스테나이트의 상당한 분해의 결과로서 5 % 초과의 카파 석출을 가질 위험이 있기 때문이다. 바람직하게, 판은 450 ~ 550 ℃ 의 온도에서 권취된다.
이 스테이지에서, 열간 압연 판이 획득되고, 예를 들어, 대상물이 5 ㎜ 미만의 두께를 가지는 냉간 압연 판이라면, 다음 단계들이 수행된다:
- 35 ~ 90 % 의 두께 감소를 갖는 냉간 압연.
- 그 후, 냉간 압연 판은, 강하게 가공 경화된 초기 조직의 90 % 초과의 재결정화율을 보장하도록 600 초 미만의 기간 동안 800 ~ 950 ℃ 의 유지 온도 (Tm) 까지 바람직하게 3 ℃/s 초과의 가열 속도 (Vc) 로 가열된다.
- 그 후, 판은 속도 (Vref2) 로 500 ℃ 이하의 온도까지 냉각되어서, 카파 석출물들의 형성을 보다 효과적으로 제어하고 면적 함유량이 5 % 를 초과하지 않도록 30 ℃/s 초과의 냉각 속도가 바람직하다. 500 ℃ 미만에서, 예를 들어, 아연으로 용융 도금의 성막을 용이하게 하는 부가적 열 처리는 본 발명에 따른 판의 기계적 특성을 변화시키지 않을 것이다. 발명자들은, 아연 욕에 침지하기 전 홀드를 수행하도록, 500 ~ 460 ℃ 에서 속도 (Vref2) 로 냉각을 멈춤으로써, 본 발명에 따른 판에 대해 명시된 특성이 불변 상태로 유지되는 것을 보여주었다. 단지 예시를 위해, 비제한적인 예들로서 제공된 하기 테스트들은 본 발명에 따른 강판들의 제조에 의해 달성될 수 있는 유리한 특징들을 보여줄 것이다.
실시예 1: 열간 압연 판
반제품들이 주조 강으로부터 프로세싱되었다. 중량 퍼센트로 표현했을 때, 반제품들의 조성은 하기 표 1 에 제공된다.
표 1 에서 보여주는 강들의 조성의 잔부는 철, 및 프로세싱으로부터 기인하는 불가피한 불순물로 구성된다.
Figure pct00008
제품들은 열간 압연 판들을 획득하기 위해서 열간 압연되었고 제조 조건들은 다음 약어들로 하기 표 2 에 제공된다:
Figure pct00009
Trech: 재가열 온도
Figure pct00010
TFL: 최종 압연 온도
Figure pct00011
Vref1: 최종 압연 패스 후 냉각 온도
Figure pct00012
Tbob: 권취 온도
Figure pct00013
판들 (I1, I2) 은, 그것의 화학 조성과 제조 프로세스가 본 발명에 따르는 판들이다. 2 가지 화학 조성이 상이하고 상이한 Mn/Al 비를 갖는다. 참조 판들 (R1, R2, R3) 은 특히 Mn 함유량 뿐만 아니라 C 와 Mn 함유량 뿐만 아니라 Mn/Al 비에서 본 발명의 요건들을 충족시키지 않는 화학 조성을 갖는다. R2a 및 R2b 는 표 1 에서 동일 등급 R2 에 대해 수행된 2 가지 테스트이다. 페라이트의 존재 하에 적어도 하나의 압연 패스로 열간 압연이 수행되었다. 공기 냉각은 55 ℃/초 미만의 냉각 속도로 수행하였다.
표 3 은 다음과 같은 특징들을 보여준다:
Figure pct00014
페라이트: 권취 후 판의 미세조직에서 90 % 초과의 재결정화율로 재결정화된 페라이트의 존재 또는 부재를 나타낸다.
Figure pct00015
오스테나이트: 권취 후 판의 미세조직에서 오스테나이트의 존재 또는 부재를 나타낸다.
Figure pct00016
K: 5 % 미만의 면적 분율로 미세조직에서 카파 석출물들의 존재를 지정한다. 이 측정은 주사형 전자 현미경을 사용해 행해졌다.
Figure pct00017
Rm (MPa): 압연 방향에 대하여 종방향으로 인장 테스트시 기계적 강도.
Figure pct00018
Atot (%): 압연 방향에 대하여 종방향으로 인장 테스트시 파단 신율을 나타낸다.
Figure pct00019
추정 밀도: Al 함유량에 따라 도 8 을 기반으로 함.
Figure pct00020
균열: 열간 압연 후 육안으로 분명히 볼 수 있는 균열이 판에서 발생했는지 여부를 나타낸다.
Figure pct00021
X 는 측정이 수행되지 않았음을 나타낸다.
Figure pct00022
강판들 (I1, I2) 은 본 발명에 따른 판들이다. 판 (I1) 의 미세조직은 도 1 에 도시된다. 압연 후 이 판들 중 아무 것도 균열을 보이지 않는다. 기계적 강도는 600 MPa 를 초과하고, 그것의 파단 신율은 20 % 보다 크게 더 높고 판들은 용접가능하고 코팅가능하다. 페라이트와 오스테나이트의 존재는 주사형 전자 현미경을 사용해 확인되었고 카파 석출물들의 존재는 투과 전자 현미경을 사용한 관찰에 따라 획득된 회절 이미지를 인덱싱함으로써 확인되었다 (도 6 참조).
판 (R1) 은 6 % 미만의 Mn 함유량, 1 미만의 Mn/Al 비, 및 1,280 ℃ 초과의 재가열 온도를 갖는다. 이 판은 열간 압연 후 균열을 가졌다. 이 판의 압연성은 불충분하다. 문자 "X" 는, 인장 테스트가 없음을 의미한다.
판들 (R2a, R2b) 은 판 (R2) 으로부터 비롯되었고 1 미만의 Mn/Al 비와 6 % 미만의 망간 함유량을 갖는다. 판 (R2a) 은 600 ℃ 초과의 온도에서 권취되었고, 이것은 도 4 에 도시된 대로 카파 및 페라이트로 오스테나이트의 분해를 이끌었다. 신율은 요구된 20 % 를 달성하지 못하였다.
판 (R2B) 은 본 발명에 따른 압연 조건들을 부여받았지만, 화학 조성이 명시된 조건들, 즉 망간/알루미늄 비가 1 미만이어야 한다는 조건들을 만족시키지 못했기 때문에, 20 % 의 신율은 달성되지 않았다.
판 (R3) 은 1.0 미만의 Mn/Al 비를 가지고; 본 발명에 따른 압연 조건들 및 본 발명에 의해 명시된 범위 내의 합금 원소들에도 불구하고, 열간 압연 중 균열이 발생하였다.
실시예 2: 냉간 압연 및 소둔된 판
반제품들은 강 주조물로부터 준비되었다. 중량 퍼센트로 표현했을 때, 반제품들의 화학 조성은 하기 표 4 에 나타나 있다:
표 4 에 나타낸 강 조성의 잔부는 철, 및 프로세싱에 기인한 불가피한 불순물들로 구성된다.
Figure pct00023
I6 의 밀도는 도 8 에서 곡선을 기반으로 7.1 로 추정되었다.
제품들은 먼저 하기에 나타낸 조건들 하에 열간 압연되었다:
Figure pct00024
판들은 그 후 냉간 압연 및 소둔되었다. 제조 조건들은 다음과 같은 약어들로 표 5 및 표 6 에 나타나 있다:
Figure pct00025
Trech: 재가열 온도임.
Figure pct00026
TFL: 최종 압연 온도임.
Figure pct00027
Vref1: 최종 압연 패스 후 냉각 온도임.
Figure pct00028
Tbob: 권취 온도임.
Figure pct00029
Rate: 냉간 압연 중 압하율임.
Figure pct00030
Vc: 유지 온도 (Tm) 로 가열 속도임.
Figure pct00031
Tm: 재결정화 유지 온도임.
Figure pct00032
tm: 판이 온도 (Tm) 에서 유지되는 기간임.
Figure pct00033
Vref2: 500 ℃ 미만의 온도로 냉각 속도임.
Figure pct00034
판들 (I3a, I3b, I4, I5, I6) 은, 그것의 화학 조성 및 제조 방법이 본 발명에 따른 것인 판들이다.
표 7 은 다음과 같은 특징들을 나타낸다:
Figure pct00035
페라이트: 소둔된 판의 미세조직에서 90 % 초과의 재결정화율로 재결정화된 페라이트의 존재 또는 부재를 나타낸다.
Figure pct00036
오스테나이트: 권취 후 판의 미세조직에서 오스테나이트의 존재 또는 부재를 나타낸다.
Figure pct00037
K: 5 % 미만의 면적 분율로 미세조직에서 카파 석출물들의 존재를 표시한다. 이 측정은 주사형 전자 현미경을 사용해 행해졌다. "없음 (NO)" 은 카파 석출물들의 부재를 나타낸다.
Figure pct00038
Rm (MPa): 압연 방향에 대해 종방향으로 인장 테스트시 기계적 강도이다.
Figure pct00039
Atot (%): 압연 방향에 대해 종방향으로 인장 테스트시 파단 신율을 나타낸다.
Figure pct00040
측정 밀도: 비중측정법에 의해 측정되고 도 8 에 도시된 밀도를 나타낸다.
Figure pct00041
균열: 압연 후 육안으로 분명히 볼 수 있는 균열이 판에서 발생하였는지 나타낸다.
Figure pct00042
표 7 의 냉간 압연 강판들은 본 발명에 따른 판들이다. 판 (I3a) 의 미세조직은 도 5 에 도시된다. 이 판들 중 아무 것도 압연 후 균열을 보이지 않았다. 이 판들의 기계적 강도는 600 MPa 를 초과하고, 판들의 파단 신율은 20 % 를 초과하고, 판들은 용접가능하고 판 (I3a) 은 460 ℃ 로 Zn 욕에서 용융 아연 도금으로 불리는 용융 도금 방법을 이용해 Zn 으로 코팅되었다. 미코팅 상태 (bare) 및 코팅 상태 양자의 판은 양호한 용접성을 갖는다. 본 발명에 따른 강들은 특히 연속 아연도금에 양호한 적합성을 또한 갖는다.
본 발명에 따른 강들은 자동차 산업에서 구조 부품들 또는 스킨 부품들에 대해 유리한 특성들의 양호한 조합을 가지고 있다 (저 밀도, 변형에 대해 양호한 적합성, 양호한 기계적 특성, 양호한 용접성 및 코팅으로 양호한 내식성).

Claims (22)

  1. 압연 강판으로서,
    7.3 이하의 밀도를 가지고, 상기 강판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
    0.10 ≤ C ≤ 0.30 %
    6.0 ≤ Mn ≤ 15.0 %
    6.0 ≤ Al ≤ 15.0 % 의 원소들, 및
    선택적으로
    Si ≤ 2.0%
    Ti ≤ 0.2 %
    V ≤ 0.6 %
    Nb ≤ 0.3 % 중에서 선택된 1 종 이상의 원소들을 포함하고
    상기 조성의 잔부는 철과 프로세싱으로 인한 불가피한 불순물들로 이루어지고,
    Mn/Al ＞ 1.0 이고, 상기 강판의 미세조직은 페라이트, 오스테나이트, 및 면적 분율로 최대 5 % 의 카파 (Kappa) 석출물들로 구성되는, 압연 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
    0.18 ≤ C ≤ 0.21% 인, 압연 강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
    7.0 ≤ Mn ≤ 10.0 % 인, 압연 강판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
    6.0 ≤ Al < 12.0 % 인, 압연 강판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
    6.0 ≤ Al < 9.0 % 인, 압연 강판.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
    Si ≤ 1 % 인, 압연 강판.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 카파 석출물들의 면적 분율은 2 % 이하인, 압연 강판.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 인장 기계적 강도는 600 MPa 이상이고 상기 강판의 파단 신율은 20 % 이상인, 압연 강판.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 Mn 함유량 대 Al 함유량의 비는, Mn/Al ≥ 1.1 이 되도록 된, 압연 강판.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 Mn 함유량 대 Al 함유량의 비는, Mn/Al ≥ 1.5 가 되도록 된, 압연 강판.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 Mn 함유량 대 Al 함유량의 비는, Mn/Al ≥ 2.0 이 되도록 된, 압연 강판.
  12. 7.3 이하의 밀도를 가지는 압연 강판의 제조 방법으로서,
    - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 조성을 가지는 강을 입수하는 단계,
    - 상기 강을 주조하여 반제품을 형성하는 단계,
    - 상기 반제품을 1,000 ℃ ~ 1,280 ℃ 의 온도 (Trech) 로 선택적으로 재가열하는 단계,
    - 페라이트의 존재 하에 적어도 하나의 압연 패스 (pass) 로 재가열된 상기 반제품을 압연하여 판을 획득하는 단계,
    - 최종 압연 온도 (TFL) 가 850 ℃ 이상인 단계,
    - 상기 판을, 냉각 속도 (Vref1) 로, 600 ℃ 이하의 권취 (coiling) 온도 (Tbob) 까지 냉각시키는 단계,
    - 그 후, 냉각된 상기 판을 권취하는 단계에 따른, 압연 강판의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 강판의 반제품은 얇은 슬래브들 또는 얇은 스트립의 형태로 직접 주조되는, 압연 강판의 제조 방법.
  14. 제 11 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 강판의 최종 압연 온도 (TFL) 는 900 ~ 980 ℃ 인, 압연 강판의 제조 방법.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 냉각 속도 (Vref1) 는 55 ℃/s 이하인, 압연 강판의 제조 방법.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강판의 권취 온도는 450 ~ 550 ℃ 인, 압연 강판의 제조 방법.
  17. 7.3 이하의 밀도를 가지는 냉간 압연 및 소둔된 (annealed) 강판의 제조 방법으로서,
    - 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 따른 압연 강판을 입수하는 단계, 그 후
    - 상기 판을 35 ~ 90 % 의 압하율로 냉간 압연하여 냉간 압연 판을 획득하는 단계, 그 후
    - 상기 판을 600 초 미만의 기간 (tm) 동안 800 ~ 950 ℃ 의 유지 온도 (Tm) 까지 속도 (Vc) 로 가열하는 단계, 그 후
    - 상기 판을 500 ℃ 이하의 온도까지 속도 (Vref2) 로 냉각하는 단계로 된, 냉간 압연 및 소둔된 강판의 제조 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 온도 (Tm) 는 800 ~ 900 ℃ 인, 냉간 압연 및 소둔된 강판의 제조 방법.
  19. 제 16 항 또는 제 18 항에 있어서,
    냉각 속도 (Vref2) 는 30 ℃/s 이상인, 냉간 압연 및 소둔된 강판의 제조 방법.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 속도 (Vref2) 는 500 ℃ ~ 460 ℃ 의 온도에서 유지되는, 냉간 압연 및 소둔된 강판의 제조 방법.
  21. 제 11 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    판 금속은 그 후 아연, 아연 합금 또는 아연계 합금으로 코팅되는, 냉간 압연 및 소둔된 강판의 제조 방법.
  22. 강판의 용도로서,
    제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따르거나 제 12 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 따라 획득될 수 있는 강판을, 육상 모터 차량들을 위한 구조 부품들 또는 스킨 (skin) 부품들의 제조를 위해 사용하는 강판의 용도.
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