KR20150023745A

KR20150023745A - 연질화 처리용 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150023745A
Application number: KR1020157000900A
Authority: KR
Inventors: 다카시 고바야시; 노부유키 나카무라; 데츠야 메가
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-06-27
Filing date: 2012-06-27
Publication date: 2015-03-05
Also published as: EP2868764B1; EP2868764A1; CN104411848B; KR101701652B1; WO2014002287A1; CN104411848A; EP2868764A4; US10077489B2; US20150299830A1

Abstract

성형성 및 연질화 처리 후의 강도 안정성이 우수한 연질화 처리용 강판을 제공한다. 질량％ 로, C : 0.05 ％ 이상 0.10 ％ 이하, Si : 0.5 ％ 이하, Mn : 0.7 ％ 이상 1.5 ％ 이하, P : 0.05 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01 ％ 이상 0.06 ％ 이하, Cr : 0.5 ％ 이상 1.5 ％ 이하, Nb : 0.005 ％ 이상 0.025 ％ 이하, N : 0.005 ％ 이하를 C 및 Nb 가 0.10 ≤ Nb/C ≤ 0.30 (C, Nb : 각 원소의 함유량 (질량％)) 을 만족하도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 페라이트 및 펄라이트를 함유하고, 상기 페라이트 및 펄라이트 이외의 조직의 비율이 1 ％ 이하인 복합 조직이고 또한 상기 페라이트에서 차지하는 폴리고날 페라이트의 비율이 50 ％ 미만인 조직을 갖는 연질화 처리용 강판으로 한다.

Description

연질화 처리용 강판 및 그 제조 방법{STEEL SHEET FOR SOFT NITRIDING AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 자동차의 변속기 부품 등, 피로 강도나 내마모성이 요구되는 기계 구조용 부품에 바람직한 연질화 처리용 강판에 관련되고, 특히 연질화 처리 전의 성형성 및 연질화 처리 후의 강도 안정성이 우수한 연질화 처리용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차의 변속기 부품 등, 장시간 계속해서 응력 부하된 상태에서 사용되는 기계 구조용 부품에는 피로 강도나 내마모성이 요구된다. 그 때문에, 이들 기계 구조용 부품은 통상적으로 강 소재를 원하는 부품 형상으로 가공한 후, 표면 경화 열처리를 실시함으로써 제조된다. 표면 경화 열처리를 실시하면, 강 표면이 경화됨과 함께 강 표층부에 압축 잔류 응력이 도입되기 때문에, 부품의 피로 강도 및 내마모성이 향상된다.

상기 표면 경화 열처리의 대표적인 것으로는, 침탄 처리와 질화 처리를 들 수 있다. 침탄 처리는, 강을 A₃ 변태점 이상의 온도로 가열하여 강의 표층부에 탄소를 확산·침투 (침탄) 시키는 처리이고, 통상적으로 고온 상태에 있는 침탄 후의 강을 그대로 퀀칭함으로써, 강의 표면 경화를 도모하고 있다. 이 침탄 처리에서는, A₃ 변태점 이상의 고온역에서 강 표층부에 탄소를 확산·침투시키기 때문에, 탄소가 강 표면으로부터 비교적 깊은 위치까지 확산·침투한 결과, 큰 경화층 깊이가 얻어진다.

그러나, 표면 경화 열처리로서 침탄 처리를 채용했을 경우, 퀀칭시의 변태 변형나 열 변형에서 기인하는 부품 형상 정밀도의 저하를 피할 수 없다. 또, 침탄 후에 퀀칭한 상태에서는 강의 인성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, 침탄 처리를 실시하여 부품을 제조하는 경우, 퀀칭 후에 부품 형상의 교정이나 인성 회복을 목적으로 한 템퍼링 (예를 들어 프레스 템퍼 처리) 을 실시하는 것이 필수가 되어, 제조 공정수가 많아지기 때문에, 제조 비용면에서 매우 불리해진다.

한편, 질화 처리는 강을 A₁ 변태점 이하의 온도로 가열하여 강 표층부에 질소를 확산·침투 (질화) 시키는 처리이고, 침탄 처리와 같이 퀀칭하지 않고, 강의 표면 경화를 도모하는 것이다. 즉, 질화 처리는 처리 온도가 비교적 저온인 데다, 강의 상변태를 수반하지 않기 때문에, 질화 처리를 실시하여 부품을 제조하면, 부품의 형상 정밀도를 양호하게 유지할 수 있다. 단, 암모니아 가스를 사용하는 가스 질화의 경우, 질화에 필요로 하는 시간이 약 25 ∼ 150 시간으로 현저하게 길기 때문에, 대량 생산을 전제로 하는 자동차 부품 등에는 적합하지 않다.

가스 질화로 관찰되는 상기 문제를 유리하게 해결하는 것으로서, 최근 보급되고 있는 것이 연질화 처리이다. 연질화 처리는, 침탄성 분위기를 이용함으로써 질화 반응을 신속히 진행시키는 질화 처리이다. 이 연질화 처리에 의하면, 얻어지는 강 표면 경도는 종래의 질화 처리 (가스 질화) 보다 낮아지지만, 질화 처리 시간의 대폭적인 단축이 가능해진다.

연질화 처리는, 염욕 중에서 질화하는 방법과 가스 중에서 질화하는 방법으로 크게 분류된다. 염욕 중에서 질화하는 방법 (염욕 연질화 처리) 에서는, 시안계의 욕이 사용되기 때문에 환경 오염 방지 대책이 필수가 된다. 한편, 가스 중에서 질화하는 방법 (가스 연질화 처리) 에서는, 암모니아를 주성분으로 하는 혼합 가스를 사용하기 때문에 환경 오염의 원인이 되는 배출물이 적다. 이상의 이유에 의해, 연질화 처리 중, 특히 가스 중에서 질화하는 가스 연질화 처리의 보급률이 높아지고 있다.

한편, 자동차의 변속기 부품과 같은 기계 구조용 부품은, 종래, 주조나 단조에 의해 얻어진 중간품에 기계 가공을 실시하여, 원하는 형상으로 가공·접합하여 제조되는 것이 일반적이었지만, 최근, 소재로서 강판 (박 (薄) 강판) 이 적극적으로 사용되게 되고, 강판 (박강판) 에 프레스 가공 등을 실시하여, 원하는 형상으로 성형하여 제조하게 되어 있다. 이로써, 종래보다 제조 공정이 단축되어, 제조 비용의 대폭적인 삭감이 가능하게 되어 있다. 이와 같은 배경으로부터, 자동차의 변속기 부품 등, 기계 구조용 부품의 소재에 바람직한 성형성이 우수한 연질화 처리용 강판의 요망이 높아지고, 현재까지 여러 가지 기술이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에는, 중량비로 C : 0.01 ∼ 0.08 ％ 미만, Si : 0.005 ∼ 1.00 ％, Mn : 0.010 ∼ 3.00 ％, P : 0.001 ∼ 0.150 ％, N : 0.0002 ∼ 0.0100 ％, Cr : 0.15 초과 ∼ 5.00 ％, Al : 0.060 초과 ∼ 2.00 ％ 를 함유하고, 또한 Ti : 0.010 ％ 이상 및 4 C［％］미만, V : 0.010 ∼ 1.00 ％ 의 1 종 또는 2 종을 함유하는 조성의 강을 열간 압연 후 500 ℃ 이상에서 권취하거나, 그 후 50 ％ 이상의 압하율로 냉간 압연을 실시하고, 재결정 어닐링을 실시하는 성형성이 우수한 질화용 강판의 제조 방법, 및 상기한 조성을 갖는 성형성이 우수한 질화용 강판이 개시되어 있다. 또, 이러한 기술에 의하면, 성형성에 악영향을 미치는 C 함유량을 0.08 ％ 미만으로 억제함과 함께, Cr, Al 등을 질화 촉진 원소로서 함유함으로써, 성형성 및 질화성이 우수한 질화용 강판이 되는 것으로 되어 있다.

또, 특허문헌 3 에는, 질량％ 로, C : 0.03 ％ 이상 0.10 ％ 미만, Si : 0.005 ∼ 0.10 ％, Mn : 0.1 ∼ 1.0 ％, Cr : 0.20 ∼ 2.00 ％ 를 함유하고, 불순물로서, S : 0.01 ％ 이하, P : 0.020 ％ 이하, sol.Al : 0.10 ％ 이하, N : 0.01 ％ 이하이고, 잔부가 실질적으로 Fe 로 이루어지는 조성으로 하고, JIS G 0552 로 규정되는 페라이트 결정 입도를 입도 번호로 5 이상 12 이하로 하는 연질화 처리용 강이 제안되어 있다. 그리고, 이러한 기술에 의하면, Ti, V 등의 고가의 원소를 첨가하지 않기 때문에 저렴한 강판이 얻어짐과 함께, 강의 결정 입경을 미세화함으로써 프레스 가공성이 우수한 강판이 얻어지는 것으로 되어 있다.

또, 특허문헌 4 에는, 질량％ 로, C : 0.01 ％ 초과, 0.09 ％ 이하, Si : 0.005 ∼ 0.5 ％, Mn : 0.01 ∼ 3.0 ％, Al : 0.005 ∼ 2.0 ％, Cr : 0.50 ∼ 4.0 ％, P : 0.10 ％ 이하, S : 0.01 ％ 이하 및 N : 0.010 ％ 이하, 혹은 또한 V : 0.01 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.01 ∼ 1.0 ％ 및 Nb : 0.01 ∼ 1.0 ％ 중에서 선택한 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는 조성으로 하고, 단위 체적당의 입계 면적 Sv 를 80 ㎜^-1 이상, 1300 ㎜^-1 이하로 하는 질화 처리용 박강판이 제안되어 있다. 그리고, 이러한 기술에 의하면, Cr, Al, V, Ti, Nb 와 같은 질화물 형성 원소를 강판의 성형성을 저해하지 않는 범위에서 함유시키는 데다, 단위 체적당의 입계 면적을 소정의 범위로 제어함으로써, 질화 처리 후에 높은 표면 경도와 충분한 경화 깊이의 양자가 아울러 얻어지는 것으로 되어 있다.

또, 특허문헌 5 에는, C : 0.03 ∼ 0.10 mass％, Si : 0.5 mass％ 이하, Mn : 0.1 ∼ 0.6 mass％, P : 0.04 mass％ 이하, S : 0.04 mass％ 이하, Al : 0.005 ∼ 0.08 mass％, Cr : 0.4 ∼ 1.2 mass％, Nb : 0.002 mass％ 이상 0.01 mass％ 미만 및 N : 0.01 mass％ 이하를 함유하는 조성으로 하는 연질화 처리용 강판이 제안되어 있다. 그리고, 이러한 기술에 의하면, Nb 를 미량으로 함유시킴으로써, 가공성과 피로 특성을 겸비한 연질화 처리용 강판이 얻어지는 것으로 되어 있다.

일본 공개특허공보 평9-25513호 일본 공개특허공보 평9-25543호 일본 공개특허공보 2003-105489호 일본 공개특허공보 2003-277887호 일본 공개특허공보 2009-68057호

그러나, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 에서 제안된 기술에서는, 질화 촉진 원소로서 다량의 Al 을 함유하기 때문에, Al 개재물에서 기인하는 내부 결함 및 표면 결함의 발생이 염려된다. 또, 정련시에 Al 계 슬래그가 많이 생성되기 때문에, 용제 (溶製) 비용의 고등 (高騰) 을 초래한다는 문제도 보인다.

또, 특허문헌 3 에서 제안된 기술에서는, 고가의 원소를 함유하지 않기 때문에 저렴한 연질화 처리용 강판이 얻어지지만, 그 강도는 인장 강도로 기껏해야 420 ㎫ 정도이기 때문에, 고응력 부하 상태에서 사용되는 부품에 대한 적용은 제한된다.

또, 특허문헌 4 에서 제안된 기술에서는, 500 ㎫ 를 초과하는 인장 강도를 갖는 질화 처리용 박강판이 얻어지지만, 질화 처리 후의 판두께 방향의 경도 분포에 대한 고려가 이루어지지 않고, 실제로 질화 처리가 실시된 경우의 부품 내구성능이 필요 충분한 수준에 이르지 않는 경우가 많다.

또, 특허문헌 5 에서 제안된 기술에서는, 가공성이 우수한 연질화 처리용 강판이 얻어지지만, 그 강도는 인장 강도로 기껏해야 400 ㎫ 정도이기 때문에, 특허문헌 3 에서 제안된 기술과 동일하게, 고응력 부하 상태에서 사용되는 부품에 대한 적용은 제한된다.

또한, 강판에 연질화 처리를 실시하는 경우, 통상적으로 강판은 약 550 ∼ 600 ℃ 의 처리 온도로 가열되고, 그 처리 온도로 약 1 ∼ 5 시간 유지되기 때문에, 강판 표층부의 경도가 현저하게 상승하는 한편, 강판 내부 (비질화부) 의 강도가 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 가령 연질화 처리 전에 원하는 강도 (인장 강도) 를 가지고 있어도, 연질화 처리에 의해 강판 내부 (비질화부) 의 강도가 대폭 저하되어, 연질화 처리 후의 부품에 원하는 강도 (피로 강도) 를 부여할 수 없는 경우가 생각된다.

이상의 이유에 의해, 연질화 처리용 강판에 있어서는, 연질화 처리를 통해 강판 내부 (비질화부) 의 강도가 대폭 저하되지 않고, 연질화 처리 전후에 있어서의 강판 내부 (비질화부) 의 강도 변화가 작은 것, 즉 연질화 처리 후의 강도 안정성을 갖는 것이 하나의 중요한 특성이 된다. 그러나, 상기한 어느 종래 기술에 있어서도, 연질화 처리 후의 강도 안정성에 대해 전혀 검토가 이루어지지 않았다.

본 발명은, 상기한 종래 기술이 안고 있는 문제를 유리하게 해결하여, 원하는 강도 (인장 강도 : 440 ㎫ 이상) 를 갖고, 또한 연질화 처리 전의 성형성 및 연질화 처리 후의 강도 안정성이 우수한 연질화 처리용 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 연질화 처리용 강판의 강도, 성형성, 그리고 연질화 처리 전후에 관찰되는 강판 내부 (비질화부) 의 강도 변화에 미치는 각종 요인에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 이하와 같은 지견을 얻었다.

1) 강판 조직을 페라이트 및 펄라이트를 함유하는 복합 조직으로 함으로써, 연질화 처리 후의 강도 저하가 억제되어, 강도 안정성이 우수한 강판이 얻어지는 것.

2) 상기 페라이트에서 차지하는 폴리고날 페라이트의 비율이 높아지면, 강판 강도가 저하되고, 또, 연질화 처리 전후에 있어서의 강판 내부 (비질화부) 의 강도 변화가 커지기 쉬워지는 것.

3) 강판 조성에 관해, 원하는 양의 Nb 를 함유시키는 것이 강판 강도의 증가와 상기 페라이트에서 차지하는 폴리고날 페라이트의 비율의 저감에 유효한 것.

4) 강판 조성에 관해, Nb, C 를 소정의 관계 (0.10 ≤ Nb/C ≤ 0.30) 를 만족하도록 함유시킴으로써, 연질화 처리 전후에 있어서의 강판 내부 (비질화부) 의 강도 변화가 작아지는 것.

본 발명은 상기의 지견에 기초하여 완성된 것으로, 그 요지는 다음과 같다.

(1) 질량％ 로,

C : 0.05 ％ 이상 0.10 ％ 이하, Si : 0.5 ％ 이하,

Mn : 0.7 ％ 이상 1.5 ％ 이하, P : 0.05 ％ 이하,

S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01 ％ 이상 0.06 ％ 이하,

Cr : 0.5 ％ 이상 1.5 ％ 이하, Nb : 0.005 ％ 이상 0.025 ％ 이하,

N : 0.005 ％ 이하

를 C 및 Nb 가 하기 (1) 식을 만족하도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 페라이트 및 펄라이트를 함유하고, 상기 페라이트 및 펄라이트 이외의 조직의 비율이 1 ％ 이하인 복합 조직이고 또한 상기 페라이트에서 차지하는 폴리고날 페라이트의 비율이 50 ％ 미만인 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 연질화 처리용 강판.

0.10 ≤ Nb/C ≤ 0.30 … (1)

(C, Nb : 각 원소의 함유량 (질량％))

(2) 강편을 가열하여, 조압연과 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 후, 냉각시키고, 권취하여, 열연 강판으로 함에 있어서,

상기 강편을, 질량％ 로,

C : 0.05 ％ 이상 0.10 ％ 이하, Si : 0.5 ％ 이하,

Mn : 0.7 ％ 이상 1.5 ％ 이하, P : 0.05 ％ 이하,

S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01 ％ 이상 0.06 ％ 이하,

Cr : 0.5 ％ 이상 1.5 ％ 이하, Nb : 0.005 ％ 이상 0.025 ％ 이하,

N : 0.005 ％ 이하

를 C 및 Nb 가 하기 (1) 식을 만족하도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로 하고, 상기 열간 압연의 가열 온도를 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하로 하고, 상기 마무리 압연의 마무리 온도를 Ar₃ 변태점 이상 (Ar₃ 변태점 + 100 ℃) 이하로 하고, 상기 냉각의 평균 냉각 속도를 30 ℃／s 이상으로 하고, 상기 권취의 권취 온도를 500 ℃ 이상 650 ℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 연질화 처리용 강판의 제조 방법.

0.10 ≤ Nb/C ≤ 0.30 … (1)

(C, Nb : 각 원소의 함유량 (질량％))

본 발명에 의하면, 원하는 강도 (인장 강도 : 440 ㎫ 이상) 를 갖고, 또한 연질화 처리 전의 성형성 및 연질화 처리 후의 강도 안정성이 우수한 연질화 처리용 강판이 얻어진다. 그 때문에, 자동차의 변속기 부품 등, 고응력 부하 상태에서 사용되는 부품이어도, 강판 소재를 사용하여 제조 비용을 대폭 삭감하는 것이 가능해져, 산업상 각별한 효과를 발휘한다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명 강판의 성분 조성의 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 이하의 성분 조성을 나타내는 ％ 는 특별히 언급하지 않는 한 질량％ 를 의미하는 것으로 한다.

C : 0.05 ％ 이상 0.10 ％ 이하

C 는 고용 강화 및 제 2 상의 형성을 통해 강의 고강도화에 기여하는 원소이다. C 함유량이 0.05 ％ 미만인 경우, 자동차의 변속기 부품 등, 고응력 부하 상태에서 사용되는 부품의 소재로서 요구되는 강판 강도를 확보할 수 없다. 한편, C 함유량이 0.10 ％ 를 초과하면, 강판 강도가 과도하게 높아지고, 성형성이 저하된다. 따라서, C 함유량은 0.05 ％ 이상 0.10 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.05 ％ 이상 0.08 ％ 이하이다.

Si : 0.5 ％ 이하

Si 는 고용 강화 원소이고, 강의 고강도화에 유효한 원소임과 함께, 탈산제로서도 작용한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.03 ％ 이상 함유시키는 것이 바람직하지만, Si 함유량이 0.5 ％ 를 초과하면, 난박리성 스케일이 생성되어 강판의 표면 성상이 현저하게 악화된다. 따라서, Si 함유량은 0.5 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.1 ％ 이하이다.

Mn : 0.7 ％ 이상 1.5 ％ 이하

Mn 은 고용 강화 원소이고, 강의 고강도화에 유효한 원소이다. 또, 강 중에 불순물로서 존재하는 S 를 석출물로서 고정시켜, 강에 대한 S 기인의 악영향을 저감시키는 원소로서도 작용한다. Mn 함유량이 0.7 ％ 미만인 경우, 원하는 강판 강도를 확보할 수 없다. 한편, Mn 함유량이 1.5 ％ 를 초과하면, 강판 강도가 과도하게 높아지고, 성형성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 0.7 ％ 이상 1.5 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.0 ％ 이상 1.5 ％ 이하이다. 더욱 바람직하게는 1.2 ％ 이상 1.5 ％ 이하이다.

P : 0.05 ％ 이하

P 는 강판의 성형성이나 인성을 저하시키는 원소이고, 본 발명에서는 P 를 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, P 함유량은 0.05 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.03 ％ 이하이다.

S : 0.01 ％ 이하

S 는, P 와 동일하게, 강판의 성형성이나 인성을 저하시키는 원소이고, 본 발명에서는 S 를 최대한 저감시키는 것이 바람직하다. 따라서, S 함유량은 0.01 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.005 ％ 이하이다.

Al : 0.01 ％ 이상 0.06 ％ 이하

Al 은, 탈산제로서 작용하는 원소이고, 그 효과를 확실하게 얻기 위해 Al 함유량은 0.01 ％ 이상으로 한다. 한편, Al 함유량이 0.06 ％ 를 초과하면, 탈산 효과가 포화하는 데다, Al 계 개재물이 증가하여 강판의 내부 결함 및 표면 결함을 초래한다. 따라서, Al 함유량은 0.01 ％ 이상 0.06 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상 0.05 ％ 이하이다.

Cr : 0.5 ％ 이상 1.5 ％ 이하

Cr 은, 연질화 처리에 의해 강 중에 질화물을 형성하여 강판 표층부의 경도를 높이는 효과를 갖는 원소이고, 본 발명에 있어서의 중요한 원소의 하나이다. 이와 같은 효과를 현저한 것으로 하기 위해서는, Cr 함유량을 0.5 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Cr 함유량이 1.5 ％ 를 초과하면, 연질화 처리에 의해 얻어지는 표면 경화층 (질화층) 의 취화가 현저해진다. 따라서, Cr 함유량은 0.5 ％ 이상 1.5 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.8 ％ 이상 1.2 ％ 이하이다.

Nb : 0.005 ％ 이상 0.025 ％ 이하

Nb 는 강 중에 탄질화물로서 석출되고, 입자 분산 강화 (석출 강화) 에 의해 강판의 강도를 높임과 함께, 연질화 처리 후의 강판 강도 안정성을 확보하는 데에 있어서 유효한 원소이고, 본 발명에 있어서의 중요한 원소의 하나이다. Nb 함유량이 0.005 ％ 미만인 경우, 원하는 강판 강도 및 강판 강도 안정성을 확보할 수 없다. 한편, Nb 함유량이 0.025 ％ 를 초과하면, 강판 강도가 과도하게 높아지고, 성형성이 저하된다. 따라서, Nb 함유량은 0.005 ％ 이상 0.025 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.010 ％ 이상 0.020 ％ 이하이다.

N : 0.005 ％ 이하

N 은 강판의 성형성을 저하시키는 유해한 원소이다. 또, N 은 연질화 처리 전에 Cr 등의 질화 촉진 원소와 화합하여, 유효한 질화 촉진 원소량의 저하를 초래하는 원소이기도 하다. 따라서, 본 발명에서는 N 함유량을 최대한 저감시키는 것이 바람직하고, 0.005 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.003 ％ 이하이다.

또한, 본 발명 강판은, C 및 Nb 를 상기한 범위에서 또한 (1) 식을 만족하도록 함유한다.

0.10 ≤ Nb/C ≤ 0.30 … (1)

(C, Nb : 각 원소의 함유량 (질량％))

상기 (1) 식은, 연질화 처리 전의 강판 강도를 향상시킴과 함께, 연질화 처리 전후에 있어서의 강판 내부 (비질화부) 의 강도 변화를 작게 하는, 즉, 연질화 처리 후의 강도 안정성을 확보하기 위해 만족시켜야 할 요건이다.

전술한 바와 같이, 본 발명에 있어서는, Nb 탄질화물에 의한 석출 강화를 강판의 고강도화 기구의 하나로서 이용하고 있기 때문에, 연질화 처리에서 기인하는 강판 내부 (비질화부) 의 강도 변화를 억제하는 데에 있어서는, 연질화 처리 전후에 있어서의 석출 강화량의 변동을 억제하는 것이 중요하다. 그리고, 상기 석출 강화량의 변동을 억제하는 데에 있어서는, 강판이 연질화 처리의 열이력을 거쳐도 강판 중의 Nb 탄질화물의 석출 상태 (입경 및 체적률) 가 연질화 처리 전의 석출 상태로부터 대폭 변동되지 않게 할 필요가 있다.

그래서, 연질화 처리 전후의 석출 강화량을 안정시키는 수단에 대해 본 발명자들이 검토한 결과, 강 중의 C 함유량에 대한 Nb 함유량을 상기 (1) 식을 만족하도록 조정하는 것이 유효한 것을 지견하였다. Nb/C 가 상기 (1) 식의 범위 내인 경우, 연질화 처리 중의 Nb 탄질화물의 성장과 추가 석출이 억제되기 때문에, 혹은 미소하고 또한 균형을 이루기 때문으로 추측된다. 따라서, 본 발명에 있어서는, C 및 Nb 가 0.10 ≤ Nb/C ≤ 0.30 을 만족하도록 조정한다.

본 발명의 강판에 있어서, 상기 이외의 성분은 Fe 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로는, 예를 들어, 질량％ 로, Cu : 0.05 ％ 이하, Ni : 0.05 ％ 이하, Mo : 0.05 ％ 이하, Co : 0.05 ％ 이하, Ti : 0.005 ％ 이하, V : 0.005 ％ 이하, Zr : 0.005 ％ 이하, Ca : 0.005 ％ 이하, Sn : 0.005 ％ 이하, O : 0.005 ％ 이하, B : 0.0005 ％ 이하 등을 허용할 수 있다.

다음으로, 본 발명 강판의 조직의 한정 이유에 대해 설명한다.

본 발명의 강판은, 페라이트 및 펄라이트를 함유하는 복합 조직이고 또한 상기 페라이트에서 차지하는 폴리고날 페라이트의 비율이 50 ％ 미만인 조직을 갖는다.

강판 조직에서 차지하는 페라이트의 비율을 높이는 것은, 강판의 성형성을 확보하는 데에 있어서 유효하지만, 강판을 페라이트 단상 조직으로 하면, 강판 강도가 부족하고, 기계 구조용 부품의 소재로서의 적용 범위가 좁아져, 범용성이 부족해진다. 한편, 페라이트 주체의 조직 중에 제 2 상을 생성시킴으로써 조직 강화를 도모하고, 강판 강도를 확보하는 경우에 있어서, 마텐자이트, 베이나이트 등의 경질인 저온 변태상을 제 2 상으로 한 경우에는, 연질화 처리시의 열이력에 의해 상기 저온 변태상이 연화되어, 연질화 처리 전후에 있어서의 강판 내부 (비질화부) 의 강도 변화가 매우 커진다.

그래서, 본 발명에 있어서는, 연질화 처리의 열이력에 의한 강판 내부 (비질화부) 의 강도 변화를 억제하기 위해, 강판의 조직을 페라이트를 주상으로 하고, 제 2 상을 펄라이트로 한 복합 조직으로 한다. 또한, 본 발명에 있어서는, 강판 조직 중의 페라이트 분율을 80 ％ 이상 95 ％ 이하로 하고, 강판 조직 중의 펄라이트 분율을 5 ％ 이상 20 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명의 강판은, 페라이트와 펄라이트로 이루어지는 복합 조직으로 하는 것이 이상적이지만, 그 밖의 상 (조직) 이 불가피적으로 생기는 경우에도, 그 강판 조직 중의 분율이 합계로 1 ％ 이하이면 허용할 수 있다.

또, 폴리고날인 형상의 페라이트는, 연질로 가열시에 입자 성장하기 쉽다. 그 때문에, 폴리고날 페라이트를 많이 함유하는 강판에서는, 강판 강도가 낮아지기 쉽고, 연질화 처리시의 입자 성장에서 기인한 강판 내부 (비질화부) 의 강도 저하도 생기기 쉽다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 상기 페라이트의 50 ％ 이상을 폴리고날 페라이트 이외의 페라이트로 하고, 상기 페라이트의 50 ％ 미만을 폴리고날 페라이트로 한다. 또한, 본 발명에 있어서, 폴리고날 페라이트 이외의 페라이트로는, 아시큘러 페라이트 혹은 베이나이틱 페라이트 등을 들 수 있다.

다음으로, 본 발명 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명은, 상기한 조성을 갖는 강편을 가열하여 조압연과 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 후, 냉각시키고, 권취하여, 열연 강판으로 한다. 이 때, 가열 온도를 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하로 하고, 마무리 온도를 Ar₃ 변태점 이상 (Ar₃ 변태점 + 100 ℃) 이하로 하고, 냉각의 평균 냉각 속도를 30 ℃／s 이상으로 하고, 권취 온도를 500 ℃ 이상 650 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 강의 용제 방법은 특별히 한정되지 않고, 전로 (轉爐), 전기로 등, 공지된 용제 방법을 채용할 수 있다. 또, 용제 후에는, 편석 등의 문제로부터 연속 주조법에 의해 강편 (슬래브) 으로 하는 것이 바람직하지만, 조괴-분괴 압연법, 박슬래브 연주법 등, 공지된 방법으로 강편으로 해도 된다. 또한, 필요에 따라, 각종 예비 처리나 2 차 정련, 강편의 표면 손질 등을 실시해도 된다.

강편의 가열 온도 : 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하

상기와 같이 얻어진 강편에 조압연 및 마무리 압연을 실시하지만, 본 발명에 있어서는, 조압연 전의 강편 중에 Nb 를 충분히 재고용시킬 필요가 있다. 강편의 가열 온도가 1100 ℃ 미만인 경우, Nb 탄질화물을 충분히 분해하여 Nb 를 재고용시킬 수 없어, Nb 를 함유함으로써 얻어지는 상기한 원하는 효과를 발현할 수 없다. 한편, 강편의 가열 온도가 1300 ℃ 를 초과하면, 강편의 가열에 필요로 하는 에너지가 증대되어, 비용면에서 불리해진다. 따라서, 조압연 전의 강편의 가열 온도는 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하로 한다. 바람직하게는 1150 ℃ 이상 1250 ℃ 이하이다.

조압연 전의 강편을 가열할 때에는, 주조 후의 강편을 상온까지 냉각시키고 나서 가열해도 되고, 주조 후 냉각 도중의 강편을 추가 가열 혹은 보열해도 된다. 또, 주조 후의 강편이 충분한 온도를 유지하고 있고, 강 중에 Nb 가 충분히 고용되어 있는 경우에는, 강편을 가열하지 않고 직송 압연해도 된다. 또한, 조압연 조건에 대해서는 특별히 한정할 필요는 없다.

마무리 온도 : Ar₃ 변태점 이상 (Ar₃ 변태점 + 100 ℃) 이하

마무리 온도가 Ar₃ 변태점 미만인 경우, 압연 방향으로 전신 (展伸) 한 페라이트 조직, 및 미재결정 페라이트 조직이 형성되어, 강판의 성형성이 저하된다. 또, 강판의 기계적 특성의 면내 이방성이 강해져, 균질한 성형 가공이 곤란해진다. 한편, 마무리 온도가 (Ar₃ 변태점 + 100 ℃) 를 초과하면, 강판의 표면 성상이 악화되는 경향이 보인다. 따라서, 마무리 온도는 Ar₃ 변태점 이상 (Ar₃ 변태점 + 100 ℃) 이하로 한다. 또한, 여기서 마무리 온도란, 마무리 압연의 최종 패스 출측 (出側) 에서의 강판 온도를 가리킨다.

상기 마무리 온도를 확보하기 위해, 시트바 히터, 에지 히터 등의 가열 장치를 이용하여, 압연 중의 강판을 추가 가열해도 된다. 또한, 강의 Ar₃ 변태점에 대해서는, 오스테나이트 온도역으로부터의 냉각 과정에 있어서의 열수축을 측정하여 열수축 곡선을 작성하여 구할 수 있고, 혹은 합금 원소의 함유량으로부터 개산하여 구할 수도 있다.

평균 냉각 속도 : 30 ℃／s 이상

평균 냉각 속도의 적정화는, 강판을 원하는 조직으로 하는 데에 있어서 중요하고, 본 발명에 있어서는, 마무리 압연 종료 후, 즉시 (1 s 이내에) 냉각을 개시하고, 마무리 온도로부터 권취 온도까지의 평균 냉각 속도를 30 ℃／s 이상으로 한다. 이 평균 냉각 속도가 30 ℃／s 미만인 경우, 고온역에서 생기기 쉬운 폴리고날 페라이트가 대량으로 생성되어, 원하는 조직을 갖는 강판을 얻을 수 없다. 또, 결정립이 과도하게 조대화되어, 강판의 강도나 연성이 저하되는 경우가 있다. 또한, 본 발명에 있어서는, 강판 중에 Nb 탄질화물을 석출시킴으로써 강판의 고강도화를 도모하지만, 상기 평균 냉각 속도가 30 ℃／s 미만인 경우, Nb 탄질화물이 조대해져, 원하는 강판 강도를 얻을 수 없게 되는 경우가 있다. 따라서, 상기 평균 냉각 속도는 30 ℃／s 이상으로 한다.

상기 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 규정되지 않지만, 강수랭에서 기인하는 강판의 형상 불량을 피하기 위해서는, 100 ℃／s 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 강판이 권취 온도에 이를 때까지 냉각된 후에는, 주수 (注水) 등에 의한 강제 냉각은 특별히 불필요하고, 권취까지 대기 중에서 방랭하면 된다.

권취 온도 : 500 ℃ 이상 650 ℃ 이하

권취 온도의 적정화는 강판을 원하는 조직으로 하는 데에 있어서 중요하다. 권취 온도가 500 ℃ 미만인 경우, 저온 변태상이 생성되어 강판이 경질화되고, 성형성이 저하됨과 함께, 연질화 처리 후의 강판 강도 안정성도 저하된다. 한편, 권취 온도가 650 ℃ 를 초과하면, 폴리고날 페라이트량이 증가하여, 원하는 강판 조직이 얻어지지 않는다. 따라서, 권취 온도는 500 ℃ 이상 650 ℃ 이하로 한다. 바람직하게는 550 ℃ 이상 650 ℃ 이하이다.

상기에 의해 얻어진 열연 강판은, 산세, 숏 피닝 등에 의해 산화 스케일을 제거한 후에 연질화 처리용 강판으로서 사용된다. 또, 형상 교정이나 표면 조도의 조정을 목적으로 한 조질 압연을 실시해도 본 발명의 효과가 저해되지 않는다.

또한, 본 발명의 연질화 처리용 강판은, 가스 연질화 처리 및 염욕 연질화 처리 중 어느 처리에 대해서도 적용 가능하다.

실시예

표 1 에 나타내는 조성의 강을 용제하고, 조괴·분괴 압연하여 강편으로 하였다. 이들 강편을 가열한 후, 조압연 및 마무리 압연을 실시하여, 냉각시키고, 권취하여, 판두께 : 2.9 ㎜ 의 열연 강판으로 하였다. 또한, 상기에 있어서의 강편의 가열 온도, 마무리 온도, 마무리 온도로부터 권취 온도까지의 평균 냉각 속도, 권취 온도는 표 2 에 나타내는 바와 같다.

상기에 의해 얻어진 열연 강판을 산세하여 디스케일링하여, 신장률 : 0.5 ％ 의 조질 압연을 실시하였다. 그리고, 조질 압연 후의 강판으로부터 시험편을 채취하고, 이하의 평가에 제공하였다.

(i) 조직 관찰

조질 압연 후 강판의 판폭 1/4 위치에 있어서의 압연 방향에 평행한 판두께 단면의 시료를 채취하고, 경면 연마하여 나이탈로 부식시킨 후, 판두께 1/4 위치를 광학 현미경 혹은 주사형 전자 현미경으로 500 ∼ 3000 배의 적당한 배율로 촬영하였다. 얻어진 조직 사진을 사용하여, 화상 해석에 의해, 조직 전체에 대한 페라이트 면적률 (폴리고날 페라이트를 함유하는 페라이트 전체의 면적률), 폴리고날 페라이트 면적률, 펄라이트 면적률, 그리고 그 밖의 조직의 종류 및 그들의 면적률을 구하고, 각각의 분율로 하였다. 또, 상기에 의해 얻어진 페라이트 분율 및 폴리고날 페라이트 분율로부터 페라이트에서 차지하는 폴리고날 페라이트의 비율 ((폴리고날 페라이트 분율/페라이트 분율) × 100 (％)) 을 구하였다. 얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.

(ii) 인장 시험

조질 압연 후 강판의 판폭 1/4 위치에 있어서, 인장 시험 방향이 압연 방향이 되도록 채취한 JIS Z 2201 (1998) 규정의 5 호 시험편을 사용하여, JIS Z 2241 (1998) 의 규정에 준거한 인장 시험을 실시하여, 인장 강도 (TS) 와 파단 연신 (El) 을 측정하고, 강도·연신 밸런스 (TS × El) 를 구하였다. 또한, 본 실시예에 있어서는, 인장 강도 (TS) : 440 ㎫ 이상, 강도·연신 밸런스 (TS × El) : 17 GPa·％ 이상의 강판을 고강도이고 또한 양호한 성형성을 갖는 것으로 평가하였다.

(iii) 단면 경도 시험

상기 조질 압연 후의 강판으로부터 시험편을 채취하고, JIS Z 2244 (2009) 에 준거한 방법에 의해, 판두께 1/2 위치에 있어서의 비커스 경도 (HVc) 를 측정하였다.

<측정 방법>

시험력 : 0.98 N

측정 지점 : 5 지점

(iv) 연질화 처리

상기 조질 압연 후의 강판으로부터 소편 (小片) 을 채취하고, 이하에 나타내는 조건의 가스 연질화 처리를 실시하였다.

연질화 분위기 : 암모니아 가스와 흡열형 변성 가스의 등량비 혼합 가스

처리 온도 : 570 ℃

처리 시간 : 3 시간

또한, 상기 처리 온도 (570 ℃) 로 상기 처리 시간 (3 시간) 유지한 후, 소편을 유랭 (油冷) 하였다 (유온 : 70 ℃). 그리고, 유랭 후의 소편을 이하의 평가에 제공하였다.

유랭 후의 소편에 대해, JIS G 0563 (1993) 에 준거하여, 판 표면으로부터 깊이 0.1 ㎜ 위치에 있어서의 비커스 경도 (HV0.1) 를 측정하였다. 또, JIS G 0562 (1993) 의 규정에 준거한 실용 질화층 깊이를 측정하였다. 본 실시예에 있어서는, 비커스 경도 (HV0.1) : 500 이상이고 또한 실용 질화층 깊이 : 0.25 ㎜ 이상의 것을 표면 경화 특성이 양호한 것으로 평가하였다.

또, 상기 (iii) 과 동일한 방법에 의해, 판두께 1/2 위치 (비질화부) 에 있어서의 비커스 경도 (HVc') 를 측정하였다. 그리고, 상기 (iii) 에서 구한 연질화 처리 전의 판두께 1/2 위치에 있어서의 비커스 경도 (HVc) 와, 연질화 처리 후의 판두께 1/2 위치에 있어서의 비커스 경도 (HVc') 로부터, 연질화 처리 전후에 있어서의 판두께 중앙부의 비커스 경도의 변화율 : (HVc' - HVc)/HVc × 100 (％) 을 구하였다. 본 실시예에 있어서는, 변화율의 절대치가 5.0 ％ 이하인 것을 연질화 처리 후의 강도 안정성이 양호한 것 (○) 으로 하고, 그 이외를 × 로 하여 평가하였다.

표 4 로부터 분명한 바와 같이, 본 발명예에서는, 강도, 성형성, 연질화 처리에 의한 표면 경화 특성, 강도 안정성 모두에 있어서 양호한 결과가 얻어지고 있다. 한편, 강 조성이나 조직이 본 발명의 요건을 만족하지 않는 비교예에서는, 상기 어느 특성에 있어서 충분한 결과를 얻지 못하고 있다.

Claims

질량％ 로,
C : 0.05 ％ 이상 0.10 ％ 이하, Si : 0.5 ％ 이하,
Mn : 0.7 ％ 이상 1.5 ％ 이하, P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01 ％ 이상 0.06 ％ 이하,
Cr : 0.5 ％ 이상 1.5 ％ 이하, Nb : 0.005 ％ 이상 0.025 ％ 이하,
N : 0.005 ％ 이하
를 C 및 Nb 가 하기 (1) 식
0.10 ≤ Nb/C ≤ 0.30 … (1)
(C, Nb : 각 원소의 함유량 (질량％))
을 만족하도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 페라이트 및 펄라이트를 함유하고, 상기 페라이트 및 펄라이트 이외의 조직의 비율이 1 ％ 이하인 복합 조직이고 또한 상기 페라이트에서 차지하는 폴리고날 페라이트의 비율이 50 ％ 미만인 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 연질화 처리용 강판.
강편을 가열하여, 조압연과 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 후, 냉각시키고, 권취하여, 열연 강판으로 함에 있어서,
상기 강편을, 질량％ 로,
C : 0.05 ％ 이상 0.10 ％ 이하, Si : 0.5 ％ 이하,
Mn : 0.7 ％ 이상 1.5 ％ 이하, P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하, Al : 0.01 ％ 이상 0.06 ％ 이하,
Cr : 0.5 ％ 이상 1.5 ％ 이하, Nb : 0.005 ％ 이상 0.025 ％ 이하,
N : 0.005 ％ 이하
를 C 및 Nb 가 하기 (1) 식
0.10 ≤ Nb/C ≤ 0.30 … (1)
(C, Nb : 각 원소의 함유량 (질량％))
을 만족하도록 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성으로 하고, 상기 열간 압연의 가열 온도를 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하로 하고, 상기 마무리 압연의 마무리 온도를 Ar₃ 변태점 이상 (Ar₃ 변태점 + 100 ℃) 이하로 하고, 상기 냉각의 평균 냉각 속도를 30 ℃／s 이상으로 하고, 상기 권취의 권취 온도를 500 ℃ 이상 650 ℃ 이하로 하는 것을 특징으로 하는 연질화 처리용 강판의 제조 방법.