KR20150086354A

KR20150086354A - 열연 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150086354A
Application number: KR1020157016246A
Authority: KR
Inventors: 다이스케 마에다; 오사무 가와노; 준지 하지; 후미노리 다사키
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2015-07-27
Also published as: CN104838026B; US10273566B2; PL2933346T3; US20150315683A1; JPWO2014091554A1; BR112015013061A2; BR112015013061B1; MX2015007274A; KR101744429B1; EP2933346A1; CN104838026A; ES2689230T3; WO2014091554A1; EP2933346B1; EP2933346A4

Abstract

본 발명의 열연 강판은, 질량％로, C: 0.030 내지 0.10％, Mn: 0.5 내지 2.5％ 및 Si+Al: 0.100 내지 2.5％를 함유하는 화학 조성을 갖고, 면적률로, 페라이트: 80％ 이상, 마르텐사이트: 3 내지 15.0％, 펄라이트: 3.0％ 미만을 갖고, 강판 표면으로부터 강판의 판 두께 1/4의 깊이 위치에 있어서의 원 상당 직경 3㎛ 이상의 마르텐사이트의 개수 밀도가 5.0개/10000㎛² 이하이고, 또한 하기 식 (1)을 만족하는 마이크로 조직을 갖는다.
R/D_M ²≥1.00 …식 (1)
여기서, R: 하기 식 (2)에서 규정하는 평균 마르텐사이트 간격(㎛), D_M: 마르텐사이트 평균 직경(㎛)
R={12.5×(π/6V_M)^0.5-(2/3)^0.5}×D_M …식 (2)
여기서, V_M: 마르텐사이트 면적률(％), D_M: 마르텐사이트 평균 직경(㎛)

Description

열연 강판 및 그 제조 방법{HOT-ROLLED STEEL SHEET AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 신장과 구멍 확장성이 우수한 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 세계적인 환경 의식의 고조로부터, 자동차 분야에서는 이산화탄소 배출량의 삭감이나 연비 향상이 강하게 요구되고 있다. 이들 과제에 대해서는 차체의 경량화가 매우 유효하며, 고강도 강판의 적용에 의한 경량화가 추진되고 있다. 현재, 자동차의 바퀴 부분의 부품에는 인장 강도가 440㎫급인 열연 강판이 많이 사용되고 있지만, 차체 경량화에 대응하기 위해, 한층 더 고강도 강판의 적용이 요망되고 있다.

자동차의 바퀴 부분의 부재는 높은 강성을 확보하기 위해서, 형상이 복잡한 것이 많다. 따라서 프레스 성형에 있어서는 버링 가공, 신장 플랜지 가공, 신장 가공 등 복수의 가공이 실시되기 때문에, 소재가 되는 열연 강판에는 이들에 대응한 가공성이 요구된다. 일반적으로, 버링 가공성과 신장 플랜지 가공성은, 구멍 확장 시험에서 측정되는 구멍 확장률과 상관이 있고, 구멍 확장률을 높이기 위한 연구가 많이 이루어지고 있다.

페라이트와 마르텐사이트로 구성되는 Dual Phase 강(이하, DP 강이라고 표기함)은 고강도이면서 신장이 우수하지만, 구멍 확장성은 낮다. 이것은 페라이트와 마르텐사이트의 강도 차가 크기 때문에, 성형에 수반하여 마르텐사이트 근방의 페라이트에 큰 변형, 응력 집중이 발생하여, 크랙이 발생하는 것이 이유이다. 이 지견을 바탕으로, 조직 간 강도 차를 저감함으로써 구멍 확장률을 높인 열연 강판이 개발되어 있다.

특허문헌 1에서는 베이나이트 또는 베이니틱페라이트를 주상(主相)으로 하여 강도를 확보하고, 구멍 확장성을 크게 향상시킨 강판이 제안되고 있다. 단일 조직 강으로 함으로써 상술한 바와 같은 변형, 응력 집중이 발생하지 않아, 높은 구멍 확장률이 얻어진다는 것이다. 그러나, 베이나이트나 베이니틱페라이트의 단일 조직 강으로 함으로써 높은 신장을 확보하는 것이 곤란해지므로, 신장과 구멍 확장성을 고차원으로 양립시키는 것은 용이하지 않다.

최근에는 단일 조직 강의 조직으로서 신장이 우수한 페라이트를 이용하여, Ti, Mo 등의 탄화물을 이용하여 고강도화를 도모한 강판이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 2, 3). 그러나 특허문헌 2에서 제안된 강판은 다량의 Mo를 함유하고, 특허문헌 3에서 제안된 강판은 다량의 V를 함유한다.

또한 특허문헌 4에서는 DP 강 중의 마르텐사이트를 베이나이트로 하여, 페라이트와의 조직 간 강도 차를 작게 함으로써 구멍 확장성을 높인 복합 조직 강판이 제안되어 있다. 그러나, 강도를 확보하기 위하여 베이나이트 조직의 면적률을 높인 결과, 높은 신장을 확보하는 것이 곤란해지므로, 신장과 구멍 확장성을 고차원으로 양립시키는 것은 용이하지 않다. 또한, 특허문헌 5에서는, 구멍 확장성과 성형성을 구비하기 위해서, 켄칭과 켄칭 후의 마르텐사이트의 템퍼링에 더하여, 켄칭 전의 페라이트 중의 고용 C량을 제어하여, 우수한 연성을 갖는 페라이트와 템퍼링 마르텐사이트를 사용한 강도와 구멍 확장성의 양립을 도모한, 구멍 확장성과 성형성이 우수한 고강도 강판이 개시되어 있다. 그러나, 최근에는 더욱 신장-구멍 확장성의 밸런스를 향상시키는 것이 요망되고 있다.

일본 특허 공개 제2003-193190호 공보 일본 특허 공개 제2003-089848호 공보 일본 특허 공개 제2007-063668호 공보 일본 특허 공개 제2004-204326호 공보 일본 특허 공개 제2007-302918호 공보

본 발명은 고가의 원소를 함유시키지 않아도 우수한 신장과 구멍 확장성을 얻을 수 있는 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법의 제공을 목적으로 하는 것이다.

본 발명자들은, 고강도이면서 높은 신장을 갖는 DP 강의 조직 구성과 신장 및 구멍 확장성의 관계에 대하여 상세한 조사를 행하고, 종래 강 종류에 대하여 신장과 구멍 확장성을 모두 향상시키는 방법에 대하여 검토하였다. 그 결과, 마르텐사이트의 분산 상태를 제어함으로써, DP 강의 높은 신장을 유지한 채 구멍 확장성을 향상시키는 방법을 알아내었다. 즉, 페라이트와 마르텐사이트처럼 강도 차가 크고, 일반적으로 구멍 확장성이 낮다고 여겨지는 DP 조직이어도, 마르텐사이트의 면적률, 평균 직경을 제어하여, 후술하는 R/D_M ²≥1.00의 관계를 만족함으로써, 높은 신장을 유지한 채 구멍 확장성을 높일 수 있는 것을 밝혀냈다.

본 발명은 이러한 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 본 발명의 제1 형태는, 질량％로, C: 0.030 내지 0.10％, Mn: 0.5 내지 2.5％, Si+Al: 0.100 내지 2.5％, P: 0.04％ 이하, S: 0.01％ 이하, N: 0.01％ 이하, Nb: 0 내지 0.06％, Ti: 0 내지 0.20％, V: 0 내지 0.20％, W: 0 내지 0.5％, Mo: 0 내지 0.40％, Cr: 0 내지 1.0％, Cu: 0 내지 1.2％, Ni: 0 내지 0.6％, B: 0 내지 0.005％, REM: 0 내지 0.01％, Ca: 0 내지 0.01％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖고, 면적률로, 페라이트: 80％ 이상, 마르텐사이트: 3 내지 15.0％, 펄라이트: 3.0％ 미만을 갖고, 강판 표면으로부터 강판의 판 두께 1/4의 깊이 위치에 있어서의 원 상당 직경 3㎛ 이상의 마르텐사이트의 개수 밀도가 5.0개/10000㎛² 이하이고, 또한 하기 식 (A)를 만족하는 마이크로 조직을 갖는 열연 강판이다.

R/D_M ²≥1.00 …식 (A)

여기서, R: 하기 식 (B)에서 규정하는 평균 마르텐사이트 간격(㎛), D_M: 마르텐사이트 평균 직경(㎛)

R={12.5×(π/6V_M)^0.5-(2/3)^0.5}×D_M …식 (B)

여기서, V_M: 마르텐사이트 면적률(％), D_M: 마르텐사이트 평균 직경(㎛)

(2) 상기 (1)에 기재된 열연 강판에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, Nb: 0.005 내지 0.06％ 및 Ti: 0.02 내지 0.20％ 중 적어도 1종을 함유해도 된다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 열연 강판에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, V: 0.02 내지 0.20％, W: 0.1 내지 0.5％ 및 Mo: 0.05 내지 0.40％ 중 적어도 1종을 함유해도 된다.

(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 열연 강판에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, Cr: 0.01 내지 1.0％, Cu: 0.1 내지 1.2％, Ni: 0.05 내지 0.6％ 및 B: 0.0001 내지 0.005％ 중 적어도 1종을 함유해도 된다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 열연 강판에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, REM: 0.0005 내지 0.01％ 및 Ca: 0.0005 내지 0.01％ 중 적어도 1종을 함유해도 된다.

(6) 본 발명의 제2 형태는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖는 슬래브를 1150 내지 1300℃로 한 후에 다패스 조압연에 제공하고, 최종 4패스 이상을 1000 내지 1050℃의 온도 영역, 또한 30％ 이상의 합계 압하율로 압연하여 조(粗) 바아로 하는 조압연 공정과 ; 상기 조 바아에, 상기 조압연 완료 후 60초간 이내에 압연을 개시함과 함께, 850 내지 950℃의 온도 영역에서 압연을 완료하는 마무리 압연을 실시하여 마무리 압연 강판을 얻는 마무리 압연 공정과; 상기 마무리 압연 강판을 50℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 600 내지 750℃의 온도 영역으로 냉각하고, 5 내지 10초간 공냉한 후, 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 400℃ 이하의 온도 영역까지 냉각해서 권취하여, 열연 강판을 얻는 냉각 및 권취 공정;을 갖는 열연 강판의 제조 방법이다.

본 발명에 따르면, 고가의 원소를 함유시키지 않고도, 신장과 구멍 확장성이 모두 우수한 고강도 열연 강판을 얻을 수 있어, 산업상의 공헌이 매우 현저하다.

도 1은 마르텐사이트 평균 직경(㎛) D_M과 마르텐사이트 면적 분율 V_M(％)과의 관계를 도시하는 도면이고, 괄호 내의 수치는 구멍 확장율(％)을 나타낸다.
도 2는 평균 마르텐사이트 간격 R을 마르텐사이트 평균 직경 D_M의 제곱으로 나눈 R/D_M ²와 구멍 확장율(％)과의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은 강판 표면으로부터 강판의 판 두께의 1/4의 깊이 위치에 있어서의 원 상당 직경 3㎛ 이상의 마르텐사이트의 개수 밀도 N_M(개/10000㎛²)과 구멍 확장률(％)과의 관계를 도시하는 도면이다.

DP 강은 연질의 페라이트 중에 경질의 마르텐사이트를 분산시킨 강판이며, 고강도이면서 높은 신장을 실현하고 있다. 그러나 변형 시에는, 페라이트와 마르텐사이트의 강도 차에 기인한 변형, 응력 집중이 발생하여, 연성 파괴를 야기하는 보이드가 생성되기 쉽다. 이로 인해, 구멍 확장성은 매우 낮다. 그러나 보이드 생성 거동에 관한 상세한 조사는 행하여지고 있지 않고, DP 강의 마이크로 조직과 연성 파괴의 관계는 반드시 명확하지는 않았다.

따라서 본 발명자들은 여러 가지 조직 구성을 갖는 DP 강에 있어서, 조직과 보이드 생성 거동과의 관계 및 보이드 생성 거동과 구멍 확장성과의 관계에 대하여 상세한 조사를 행하였다. 그 결과, DP 강의 구멍 확장성에는 경질 제2상 조직인 마르텐사이트의 분산 상태가 크게 영향을 미치고 있는 것을 밝혀냈다. 또한 식 (1)로 구해지는 평균 마르텐사이트 간격을 마르텐사이트의 평균 직경의 제곱으로 나눈 값을 1.00 이상으로 함으로써 DP 강처럼 조직 간 강도 차가 큰 조직이어도 높은 구멍 확장성이 얻어지는 것을 알아내었다.

구멍 확장 가공에 있어서의 균열의 발생 및 진전은 보이드의 생성, 성장, 연결을 기본 과정으로 하는 연성 파괴에 의해 야기된다. DP 강처럼 강도 차가 큰 조직에 있어서는, 경질의 마르텐사이트를 기인으로 하여 많은 변형, 응력의 집중이 발생하기 때문에 보이드가 형성되기 쉽고, 구멍 확장성이 낮다.

그러나, 조직과 보이드 생성 거동의 관계 및 보이드 생성 거동과 구멍 확장성의 관계를 상세하게 조사한 결과, 경질 제2상인 마르텐사이트의 분산 상태에 따라서는, 보이드의 생성, 성장, 연결이 지연되고, 높은 구멍 확장성이 얻어지는 경우가 있는 것이 밝혀졌다.

구체적으로는 마르텐사이트 사이즈의 미세화에 의해 보이드 생성이 지연되는 것이 명확해졌다. 이것은 마르텐사이트가 작아짐과 함께, 그 근방에 형성되는 변형, 응력 집중 영역이 좁아지기 때문이라고 생각된다. 또한 마르텐사이트의 개수 밀도나 평균 직경에 따라 변화하는 마르텐사이트 간의 간격이 크면, 마르텐사이트를 기점으로 하여 형성되는 보이드 간의 거리도 동시에 확대되어, 연결되기 어려워지는 것을 알아내었다.

상기의 지견을 바탕으로, 높은 구멍 확장성을 갖는 DP 조직에 대하여 검토를 행하였다. 그 결과, 마르텐사이트 평균 직경(㎛) D_M과 마르텐사이트 면적 분율V_M(％)과의 관계를 나타내는 도 1에 도시하는 바와 같이, 마르텐사이트의 면적률과 사이즈를 일정 범위로 제어함으로써 높은 구멍 확장성이 얻어지는 것을 알았다. 또한, 도 1에 있어서, 괄호 내의 수치는 구멍 확장율(％)을 나타낸다.

또한 평균 마르텐사이트 간격 R을 마르텐사이트 평균 직경 D_M의 제곱으로 나눈 R/D_M ²와 구멍 확장율(％)과의 관계를 나타낸다. 이 도 2에 도시하는 바와 같이, 하기 식 (1)의 좌변인 R/D_M ²는, 구멍 확장율(％)과 명확한 상관 관계를 갖고 있고, R/D_M ²를 1.00 이상으로 함으로써 DP 조직이어도 높은 구멍 확장성이 얻어지고, 신장과 구멍 확장성이 우수한 열연 강판이 얻어지는 것을 알았다.

R/D_M ²≥1.00 …식 (1)

여기서, R: 하기 식 (2)에서 규정하는 평균 마르텐사이트 간격(㎛), D_M: 마르텐사이트 평균 직경(㎛)

R={12.5×(π/6V_M)^0.5-(2/3)^0.5}×D_M …식 (2)

식 (1)은 보이드 생성, 연결의 어려움을 나타내고 있고, 마르텐사이트의 면적률, 평균 직경으로부터 식 (2)에 의해 구해지는 평균 마르텐사이트 간격 R을 마르텐사이트의 평균 직경의 제곱으로 나눈 형태로 되어 있다. 본 명세서에 있어서, 마르텐사이트의 평균 직경은 원 상당 직경 1.0㎛ 이상의 마르텐사이트에 관한 산술 평균을 의미한다. 이것은 1.0㎛ 미만의 마르텐사이트는 보이드의 생성·연결에 영향을 미치지 않기 때문이다. 마르텐사이트 간의 거리가 확대될수록 마르텐사이트를 기점으로 생성되는 보이드가 연결되기 어려워지는 점, 마르텐사이트의 미세화에 의해 보이드 생성, 연결이 억제되는 점을 나타내고 있다.

마르텐사이트의 미세화에 의해 보이드의 연결이 억제되는 이유는 분명치는 않지만, 보이드의 성장이 크게 지연되는 것이 이유라고 생각된다. 마르텐사이트가 작으면, 마르텐사이트를 기점으로 생성되는 보이드의 사이즈도 미세화된다. 생성된 보이드는 성장하여 연결에 이르지만, 보이드 사이즈의 미세화와 함께 보이드 표면적/보이드 체적의 비가 커져, 즉 표면 장력이 커지기 때문에 보이드의 성장이 지연되기 때문이라고 생각된다.

그러나, 강판 표면으로부터 강판의 판 두께의 1/4의 깊이 위치에 있어서의 원 상당 직경 3㎛ 이상의 마르텐사이트의 개수 밀도 N_M(개/10000㎛²)과 구멍 확장률(％)과의 관계를 나타내는 도 3에 도시하는 바와 같이, 식 (1)을 만족하고 있어도, 조대한 마르텐사이트가 존재하면, 국소적인 파괴가 진행되어, 구멍 확장성이 낮아져 버리는 경우도 판명되었다. 이것을 방지하기 위해서는 판 두께의 1/4 두께 위치에 있어서의 원 상당 직경 3㎛ 이상의 마르텐사이트의 개수 밀도를 5.0개/10000㎛² 이하로 할 필요가 있다. 또한, 도 3은 원 상당 직경 3㎛ 이상의 마르텐사이트의 개수 밀도(개/10000㎛²)가 5.0 이상이면 구멍 확장성이 낮아지는 것을 나타내고 있다. 이 그래프에는 R/D_M ²가 1.00 이상인 데이터만을 게재하고 있다.

이하, 본 발명의 열연 강판의 화학 조성에 대하여 상세하게 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량을 나타내는 「％」는 질량％를 의미한다.

(C: 0.030 내지 0.10％)

C는 마르텐사이트를 생성시켜, 강화에 기여하는 중요한 원소이다. C 함유량이 0.030％ 미만에서는, 마르텐사이트를 생성시키는 것이 곤란해진다. 따라서, C 함유량은 0.030％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이상이다. 한편, C 함유량이 0.10％를 초과하면, 마르텐사이트의 면적률이 높아지고, 구멍 확장성이 저하된다. 따라서, C 함유량은 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.07％ 이하이다.

(Mn: 0.5 내지 2.5％)

Mn은 페라이트의 강화 및 켄칭성에 관계되는 중요한 원소이다. Mn 함유량이 0.5％ 미만에서는, 켄칭성을 높이고, 마르텐사이트를 생성시키는 것이 곤란하다. 따라서, Mn 함유량은 0.5％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.8％ 이상, 더욱 바람직하게는 1.0％ 이상이다. 한편, Mn 함유량이 2.5％를 초과하면, 페라이트를 충분히 생성시키는 것이 곤란해진다. 따라서, Mn 함유량은 2.5％ 이하로 한다. 바람직하게는 2.0％ 이하, 더욱 바람직하게는 1.5％ 이하이다.

(Si+Al: 0.100 내지 2.5％)

Si 및 Al은 페라이트의 강화 및 페라이트의 생성에 관계되는 중요한 원소이다. Si 및 Al의 합계 함유량이 0.100％ 미만에서는, 페라이트의 생성이 불충분해지고, 목적으로 하는 마이크로 조직을 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, Si 및 Al의 합계 함유량은 0.100％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.5％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.8％ 이상이다. 한편, Si 및 Al의 합계 함유량을 2.5％ 초과로 하여도, 그 효과가 포화되어, 비용이 증대된다. 따라서, Si 및 Al의 합계 함유량은 2.5％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.5％ 이하, 더욱 바람직하게는 1.3％ 이하이다.

여기서, Si는 Al에 비하여 페라이트의 강화능이 높고, 페라이트를 보다 효율적으로 강화하는 것이 가능하다. 따라서, 페라이트의 효율적인 강화를 도모하는 관점에서는, Si 함유량은 0.30％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.60％ 이상이다. 한편, Si 함유량이 높으면, 강판 표면에 적색 스케일이 생성되어, 미관성이 상실되는 경우가 있다. 따라서, 적색 스케일의 생성을 억제하는 관점에서는, Si 함유량은 2.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 1.5％ 이하이다.

또한, Al은, Si와 마찬가지로 페라이트의 강화 및 페라이트의 생성을 촉진하는 작용을 갖는 점에서, Al 함유량을 높이는 것에 의해 Si 함유량을 억제하는 것이 가능하게 되고, 그 결과, 상기 적색 스케일의 생성을 억제하는 것이 용이해진다. 따라서, 이러한 관점에서, Al 함유량은 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.040％ 이상이다. 한편, 상술한 바와 같이 페라이트의 강화를 도모하는 관점에서는 Si 함유량을 높이는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 관점에서는 Al 함유량은 0.300％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.200％ 미만이다.

(P: 0.04％ 이하)

P는, 일반적으로 불순물로서 함유되는 원소이고, 0.04％를 초과하면 용접부의 취화가 현저해진다. 따라서, P 함유량은 0.04％ 이하로 한다. P 함유량의 하한값은 특별히 정하지 않지만, 0.0001％ 미만으로 하는 것은, 경제적으로 불리하다. 따라서, P 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(S: 0.01％ 이하)

S는, 일반적으로 불순물로서 함유되는 원소이고, 용접성, 주조 시 및 열연 시의 제조성에 악영향을 미친다. 따라서, S 함유량은 0.01％ 이하로 한다. 또한, S를 과잉으로 함유하면, 조대한 MnS를 형성하여, 구멍 확장성을 저하시키므로, 구멍 확장성 향상을 위해서는, S 함유량을 저감하는 것이 바람직하다. S 함유량의 하한값은 특별히 정하지 않지만, 0.0001％ 미만으로 하는 것은, 경제적으로 불리하다. 따라서, S 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(N: 0.01％ 이하)

N은, 일반적으로 불순물로서 함유되는 원소이고, N 함유량이 0.01％를 초과하면, 조대한 질화물을 형성하여, 굽힘성이나 구멍 확장성을 열화시킨다. 따라서, N 함유량은 0.01％ 이하로 한다. 또한, N의 함유량이 증가하면, 용접 시의 블로홀 발생의 원인이 되는 점에서 저감하는 것이 바람직하다. N 함유량의 하한은, 적은 쪽이 바람직하고, 특별히 정하지 않지만, N 함유량을 0.0005％ 미만으로 하기 위해서는 제조 비용이 상승한다. 따라서, N 함유량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 강판 화학 조성은, 또한, 임의 성분으로서 Nb, Ti, V, W, Mo, Cr, Cu, Ni, B, REM, Ca를 함유해도 된다. 이들 원소는 임의 성분으로서 강에 함유되기 때문에, 하한값은 특별히 규정되는 것은 아니다.

(Nb: 0 내지 0.06％)

(Ti: 0 내지 0.20％)

Nb 및 Ti는 페라이트의 석출 강화에 관한 원소이다. 따라서, 이들 원소의 1종 또는 2종을 함유시켜도 된다. 그러나, Nb를 0.06％를 초과하여 함유시키면 페라이트 변태가 대폭으로 지연되어, 신장이 열화되어버린다. 따라서, Nb 함유량은 0.06％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.03％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.025％ 이하이다. 또한, Ti를 0.20％를 초과하여 함유시키면 페라이트가 과잉으로 강화되어, 높은 신장이 얻어지지 않게 된다. 따라서, Ti 함유량은 0.20％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.16％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.14％ 이하이다. 페라이트를 보다 확실하게 강화하기 위해서는, Nb 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.01％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하며, 0.015％ 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다. 또한, Ti 함유량은 0.02％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.06％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하며, 0.08％ 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다.

(V: 0 내지 0.20％)

(W: 0 내지 0.5％)

(Mo: 0 내지 0.40％)

V, W 및 Mo는 강화에 기여하는 원소이다. 따라서, 이들 원소 중 적어도 1종을 함유시켜도 된다. 그러나, 과잉으로 함유하면 성형성이 열화되는 경우가 있다. 따라서, V 함유량은 0.20％ 이하, W 함유량은 0.5％ 이하, Mo 함유량은 0.40％ 이하로 한다. 고강도화의 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서는 V 함유량은 0.02％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, W 함유량은 0.02％ 이상으로 하는 것이 바람직하며, Mo 함유량은 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(Cr: 0 내지 1.0％)

(Cu: 0 내지 1.2％)

(Ni: 0 내지 0.6％)

(B: 0 내지 0.005％)

Cr, Cu, Ni 및 B는 강을 고강도화하는 작용을 갖는 원소이다. 따라서, 이들 원소 중 적어도 1종을 함유시켜도 된다. 그러나, 과잉으로 함유하면 성형성의 열화를 초래하는 경우가 있다. 따라서, Cr 함유량은 1.0％ 이하, Cu 함유량은 1.2％ 이하, Ni 함유량은 0.6％ 이하, B 함유량은 0.005％ 이하로 한다. 고강도화의 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서는, Cr 함유량은 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, Cu 함유량은 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, Ni 함유량은 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하며, B 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

(REM: 0 내지 0.01％)

(Ca: 0 내지 0.01％)

REM 및 Ca는, 산화물이나 황화물 형태의 제어에 유효한 원소이다. 따라서, 이들 원소의 1종 또는 2종을 함유시켜도 된다. 그러나, 어느 원소도 그 함유량이 과잉이 되면 성형성을 손상시키는 경우가 있다. 따라서, REM 함유량은 0.01％ 이하, Ca 함유량은 0.01％ 이하로 한다. 산화물이나 황화물의 형태를 보다 확실하게 제어하기 위해서는, REM 함유량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, Ca 함유량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명에 있어서, REM이란 La 및 란타노이드 계열의 원소를 가리키는 것이고, 미슈메탈로 첨가되는 경우가 많으며, La나 Ce 등의 계열의 원소를 복합적으로 함유한다. 금속 La나 금속 Ce를 함유해도 된다.

잔량부는 Fe 및 불순물이다.

이하, 본 발명의 마이크로 조직에 대하여 상세하게 설명한다.

(페라이트: 80％ 이상)

페라이트는 신장을 확보하는 데 있어서 가장 중요한 조직이다. 페라이트의 면적률이 80％ 미만에서는 종래의 DP 강이 갖는 높은 신장을 실현할 수 없다. 따라서, 페라이트의 면적률은 80％ 이상으로 한다. 한편, 페라이트 면적률의 상한은, 후술하는 바와 같이 마르텐사이트의 면적률에 의해 결정되고, 페라이트 면적률이 97％를 초과하면, 마르텐사이트가 과소로 되기 때문에, 마르텐사이트에 의한 강화를 활용하는 것이 곤란해진다. 또한, 기타의 방법, 예를 들어 석출 강화량을 높임으로써 강도를 확보했다고 하더라도 균일 신장이 저하되어버리기 때문에, 높은 신장을 얻는 것이 곤란하다.

(마르텐사이트: 3 내지 15.0％)

(평균 직경 3㎛ 이상의 마르텐사이트의 개수 밀도: 5.0개/10000㎛² 이하)

마르텐사이트는 강도 및 신장을 확보하는 데 있어서 중요한 조직이다. 마르텐사이트의 면적률이 3％ 미만이 되면, 우수한 균일 신장을 확보하는 것이 어렵다. 따라서, 마르텐사이트 면적률은 3％ 이상으로 한다. 한편, 마르텐사이트 면적률이 15％를 초과하면 구멍 확장성이 열화된다. 따라서, 마르텐사이트 면적률은 15.0％ 이하로 한다.

또한, 조대한 마르텐사이트가 존재하면, 국소적으로 파괴가 진행되어, 구멍 확장성이 저하된다. 이것을 억제하기 위하여 평균 직경 3㎛ 이상의 마르텐사이트의 개수 밀도를 5.0개/10000㎛² 이하로 한다.

(펄라이트: 3.0％ 미만)

펄라이트는 구멍 확장성을 열화시키기 위해서, 존재하지 않는 것이 바람직하다. 단, 면적률 3.0％ 미만이면 실해는 없기 때문에, 이것을 상한으로 하여 허용한다.

(기타 조직)

기타 조직으로서 베이나이트가 존재해도 된다. 베이나이트는 필수는 아니며, 면적률 0％여도 상관없다. 베이나이트는 고강도화에 기여하는 조직이다. 단, 다량으로 활용하여 고강도화되면, 상기 페라이트 면적률을 확보하는 것이 곤란해져, 높은 신장을 달성할 수 없게된다.

본 발명의 열연 강판은 인장 강도가 590㎫ 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 630㎫ 이상, 특히 바람직하게는 740㎫ 이상이다.

이하, 본 발명의 열연 강판 제조 방법에 대하여 설명한다.

먼저 통상의 방법에 의해 강을 용제하고, 주조, 경우에 따라 분괴 압연을 실시하여 슬래브를 제조한다. 주조는 생산성의 관점에서 연속 주조가 바람직하다.

상기 화학 조성을 갖는 슬래브를 1150 내지 1300℃로 한 후에 다패스 조압연에 제공한다. 조압연에 제공하는 슬래브의 온도가 1150℃ 미만에서는, 조압연 시의 압연 하중이 현저하게 높아지기 때문에 생산성이 저해된다. 따라서, 조압연에 제공하는 슬래브의 온도는 1150℃ 이상으로 한다. 한편, 조압연에 제공하는 슬래브의 온도를 1300℃ 초과로 하는 것은 제조 비용상 바람직하지 않다. 따라서, 조압연에 제공하는 슬래브의 온도는 1300℃ 이하로 한다. 또한, 조압연에 제공하는 슬래브는 주조한 슬래브를 열간인 채로 직송 압연해도 된다. 석출 강화에 의한 고강도화 효과를 얻기 위해서는, Nb, Ti 등의 원소를 용체화할 필요가 있기 때문에, 조압연에 제공하는 슬래브의 온도를 1200℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

상기 슬래브는 다패스 조압연에 제공되고, 최종 4 패스 이상을 1000 내지 1050℃의 온도 영역, 또한 30％ 이상의 합계 압하율로 압연되어 조 바아로 된다.

조대한 마르텐사이트의 생성을 억제하기 위해서는, 열연 공정에 있어서 오스테나이트를 미세화하는 것이 중요하다. 이것에는 마무리 압연 전의 조압연 공정에 있어서 오스테나이트를 반복해서 재결정시키는 것이 효과적이다. 여기서, 1050℃ 초과의 온도 영역의 압연에서는 재결정 후의 입성장이 현저하게 빠르기 때문에, 오스테나이트를 미세화하는 것이 곤란하다. 한편, 1000℃ 미만의 온도 영역의 압연에서는 완전히 재결정되지 않은 채 다음 압하가 행해져, 미재결정 부분과 재결정 부분에서의 입경이 불균일해진다. 그 결과, 평균 직경 3㎛ 이상의 마르텐사이트의 개수 밀도가 증가한다. 또한, 합계 압하율이 30％ 미만에서는 충분히 미세화할 수 없다. 또한, 30％ 이상의 합계 압하율로 압연을 행해도, 압하 패스수가 4회 미만에서는 오스테나이트 입경이 불균일해지고, 그 결과, 조대한 마르텐사이트가 생성된다.

따라서, 상기 슬래브는 다패스 조압연에 의해, 최종 4패스 이상을 1000 내지 1050℃의 온도 영역, 또한 30％ 이상의 합계 압하율로 압연하여 조 바아로 한다.

상기 조 바아는, 상기 조압연 완료 후 60초간 이내에 압연을 개시함과 함께, 850 내지 950℃의 온도 영역에서 압연을 완료하는 마무리 압연이 실시되어, 마무리 압연 강판이 얻어진다.

상술한 바와 같이, 조대한 마르텐사이트의 생성을 억제하기 위해서는, 열연 공정에 있어서 오스테나이트를 미세화하는 것이 중요한데, 상기 조압연을 행해도, 조압연 완료 후 마무리 압연 개시까지의 시간이 60초간을 초과하면 오스테나이트가 조대화되어 버린다. 따라서, 조압연 완료 후 마무리 압연 개시까지의 시간은 60초간 이내로 한다.

마무리 온도가 950℃를 초과하면 마무리 압연 완료 후의 오스테나이트가 조대화되기 때문에, 페라이트 변태의 핵 생성 사이트가 감소되고, 페라이트 변태가 대폭으로 지연된다. 따라서, 마무리 온도는 950℃ 이하로 한다. 한편, 마무리 온도가 850℃ 미만에서는 압연 부하가 커진다. 따라서, 마무리 온도는 850℃ 이상으로 한다.

그 후, 마무리 압연 강판에 대하여 1차 냉각을 행하고, 공냉한 후, 또한 2차 냉각을 행하고, 권취한다. 1차 냉각 속도는 50℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 한다. 1차 냉각 속도가 낮으면 페라이트 입경이 조대화된다. 마르텐사이트는 페라이트 변태가 진행된 잔량부 오스테나이트가 변태하여 얻어지는 것이다. 페라이트 입경이 조대화되면, 잔량부의 마르텐사이트도 조대화되어 버린다. 1차 냉각 속도의 상한은 특별히 정하지 않지만 100℃/s를 초과하는 경우에는 설비 비용이 과잉이 되기 때문에 바람직하지 않다.

1차 냉각 정지 온도는 600 내지 750℃로 한다. 600℃ 미만에서는 공냉 시에 페라이트 변태를 충분히 진행시킬 수 없다. 또한 750℃를 초과하면 페라이트 변태가 과잉으로 진행되어, 그 후의 냉각 시에 펄라이트 변태가 일어나고, 구멍 확장성도 열화된다.

공냉 시간은 5 내지 10초로 한다. 5초 미만에서는 페라이트 변태를 충분히 진행시킬 수 없다. 또한 10초를 초과하여 공냉하면, 펄라이트 변태가 일어나고, 구멍 확장성이 열화된다.

2차 냉각 속도는 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 한다. 2차 냉각 속도가 30℃/s 미만에서는 냉각중에 베이나이트 변태가 과잉으로 진행되어, 페라이트의 면적률이 충분히 얻어지지 않기 때문에, 균일 신장이 열화된다. 상한은 특별히 정하지 않지만 100℃/s를 초과하는 경우에는 설비 비용이 과잉이 되기 때문에 바람직하지 않다.

권취 온도는 400℃ 이하로 한다. 권취 온도가 400℃를 초과하면 베이나이트변태가 과잉으로 진행되어, 마르텐사이트가 충분히 얻어지지 않기 때문에, 높은 균일 신장을 확보할 수 없다. 바람직한 범위는 250℃ 이하이고, 더욱 바람직하게는 100℃ 이하이며, 실온이어도 된다.

[실시예]

실험예 1 내지 48로서, 표 1, 표 2에 나타내는 화학 성분을 갖는 강 A 내지 AJ를 용해하고, 주조하여 얻어진 슬래브를 표 3, 표 4에 나타내는 조건으로 압연하였다.

얻어진 강판으로부터 시료를 채취하고, 광학 현미경을 사용하여 판 두께 1/4 두께에 있어서의 금속 조직의 관찰을 행하였다. 시료의 조정으로서, 압연 방향의 판 두께 단면을 관찰면으로 하여 연마하고, 나이탈 시약, 레페라 시약으로 에칭하였다. 나이탈 시약으로 에칭한 배율 500배의 광학 현미경 사진으로부터 화상 해석에 의해 페라이트의 면적률, 펄라이트의 면적률을 구하였다. 또한 레페라 시약으로 에칭한 배율 500배의 광학 현미경 사진으로부터 화상 해석에 의해 마르텐사이트의 면적률, 평균 직경을 구하였다. 평균 직경이란 각 마르텐사이트 입자의 원 상당 직경을 개수 평균한 것이다. 1.0㎛ 미만의 마르텐사이트 입자에 대해서는 개수의 카운트로부터 제외하였다. 베이나이트의 면적률은 페라이트, 펄라이트 및 마르텐사이트의 잔량부로서 구하였다.

인장 강도(TS)는 판 폭 방향 1/4 위치로부터 압연 방향에 수직인 방향으로 채취한 JIS Z 2201:1998의 5호 시험편을 사용하여, JIS Z 2241:2011에 준거하여 평가하였다. 균일 신장(u-El) 및 전체 신장(t-El)은 인장 강도(TS)와 함께 측정하였다. 구멍 확장 시험은 일본 철강 연맹 규격 JFS T 1001-1996에 기재된 시험 방법에 준거하여 평가하였다. 표 5, 표 6에 강판의 조직, 기계적 특성을 나타냈다. 표 5, 표 6에 있어서, V_F는 페라이트, V_B는 베이나이트, V_P는 펄라이트, V_M은 마르텐사이트의 각각의 면적률％이다. D_M은 마르텐사이트 평균 직경(㎛)이고, N_M은 강판 표면으로부터 강판의 판 두께의 1/4의 깊이 위치에 있어서의 원 상당 직경 3㎛ 이상의 10000㎛²당 마르텐사이트의 개수 밀도이다.

결과에 대하여 설명한다. 실험예 3 내지 8, 16, 18, 19, 21, 22, 24, 26 내지 28, 30 내지 32, 37, 39, 40, 42 내지 48은 본 발명의 실시예이다. 이들 실시예에서는, 강성의 화학 조성, 제조 조건 및 마이크로 조직이 본 발명의 요건을 충족시키고 있고, 신장과 구멍 확장성이 모두 우수하다. 한편, 실험예 1, 2, 9 내지 15, 17, 20, 23, 25, 29, 33 내지 36, 38, 41은 비교예이다. 이들 비교예에서는, 다음에 나타내는 이유에 의해 효과를 얻을 수 없었다.

실험예 1에서는, Mn의 함유량이 높은 강 No.A를 사용한 것에 기인하여 페라이트 변태가 충분히 진행되지 않았다. 이로 인해, 페라이트 분율이 80％ 미만이고, 균일 신장이 낮았다.

실험예 2에서는, Nb의 함유량이 높은 강 No.B를 사용한 것에 기인하여 페라이트 변태가 충분히 진행되지 않았다. 이로 인해, 페라이트 분율이 80％ 미만이고, 균일 신장이 낮았다.

실험예 9는 공냉 시간이 너무 길었던 것에 기인하여 펄라이트가 적정 범위를 초과하여 생성되었다. 이로 인해, 구멍 확장성이 낮았다.

실험예 10은 마무리 온도가 너무 높았던 것에 기인하여 페라이트 변태가 충분히 진행되지 않았다. 이로 인해, 페라이트 분율이 80％ 미만이고, 균일 신장이 낮았다.

실험예 11은 공냉 시간이 너무 짧았던 것에 기인하여 페라이트 변태가 충분히 진행되지 않았다. 이로 인해, 페라이트 분율이 80％ 미만이고, 균일 신장이 낮았다.

실험예 12는 1차 냉각 속도가 느렸던 것에 기인하여 마르텐사이트의 평균 직경이 크고, 그 결과 식 (1)을 만족하지 않았다. 이로 인해, 구멍 확장성이 낮았다.

실험예 13 및 실험예 20은 1000 내지 1050℃에서의 압하 패스수가 적었던 것에 기인하여 조대한 마르텐사이트의 개수 밀도가 높았다. 이로 인해, 구멍 확장성이 낮았다.

실험예 14는 1000 내지 1050℃에서의 압하율이 작았던 것에 기인하여 마르텐사이트의 평균 직경이 크고, 그 결과 식 (1)을 만족하지 않았다. 이로 인해, 구멍 확장성이 낮았다.

실험예 15는 조압연 종료로부터 마무리 압연 개시까지의 시간이 길었던 것에 기인하여 오스테나이트가 조대화되고, 마르텐사이트의 평균 직경이 컸다. 이로 인해, R/D_M ²가 작아져, 구멍 확장성이 낮았다.

실험예 17은 C의 함유량이 높은 강 No.I를 사용한 것에 기인하여 마르텐사이트 면적률이 높았다. 이로 인해, 구멍 확장성이 낮았다.

실험예 23은 Si+Al의 함유량이 낮은 강 No.O를 사용한 것에 기인하여 페라이트 변태가 충분히 진행되지 않았다. 이로 인해, 균일 신장이 낮았다.

실험예 25는 1차 냉각 속도가 느렸던 것에 기인하여 마르텐사이트의 평균 직경이 크고, 그 결과 식 (1)을 만족하지 않았다. 이로 인해, 구멍 확장성이 낮았다.

실험예 29는 Ti 함유량이 높은 강 No.U를 사용한 것에 기인하여 페라이트가 과잉으로 강화되었다. 이로 인해, 균일 신장이 낮았다.

실험예 33은 1차 냉각 정지 온도가 너무 높았던 것에 기인하여 펄라이트가 생성되었다. 이로 인해, 구멍 확장성이 낮았다.

실험예 34는 권취 온도가 너무 높았던 것에 기인하여 마르텐사이트를 거의 생성시킬 수 없었다. 이로 인해, 균일 신장이 낮았다.

실험예 35는 1차 냉각 정지 온도가 너무 낮았던 것에 기인하여 페라이트 변태가 충분히 진행되지 않았다. 이로 인해, 페라이트 분율이 80％ 미만이고, 균일 신장이 낮았다.

실험예 36은 2차 냉각 속도가 느렸던 것에 기인하여 베이나이트가 생성되었다. 이로 인해, 페라이트 분율이 80％ 미만이고, 균일 신장이 낮았다.

실험예 38은 C 함유량이 낮은 강 No.Y를 사용한 것에 기인하여 마르텐사이트의 면적률이 3％ 미만이 되었다. 이로 인해, 균일 신장이 낮았다.

실험예 41은 Mn 함유량이 낮은 강 No.AC를 사용한 것에 기인하여 마르텐사이트가 생성되지 않았다. 이로 인해, 균일 신장이 낮았다.

본 발명에 따르면, 고가의 원소를 함유시키지 않더라도 우수한 신장과 구멍 확장성이 얻어지는 고강도 열연 강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims

질량％로,
C: 0.030 내지 0.10％,
Mn: 0.5 내지 2.5％,
Si+Al: 0.100 내지 2.5％,
P: 0.04％ 이하,
S: 0.01％ 이하,
N: 0.01％ 이하,
Nb: 0 내지 0.06％,
Ti: 0 내지 0.20％,
V: 0 내지 0.20％,
W: 0 내지 0.5％,
Mo: 0 내지 0.40％,
Cr: 0 내지 1.0％,
Cu: 0 내지 1.2％,
Ni: 0 내지 0.6％,
B: 0 내지 0.005％,
REM: 0 내지 0.01％,
Ca: 0 내지 0.01％,
를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불순물을 포함하는 화학 조성을 갖고,
면적률로, 페라이트: 80％ 이상, 마르텐사이트: 3 내지 15.0％, 펄라이트: 3.0％ 미만을 갖고, 강판 표면으로부터 강판의 판 두께 1/4의 깊이 위치에 있어서의 원 상당 직경 3㎛ 이상의 마르텐사이트의 개수 밀도가 5.0개/10000㎛² 이하이고, 또한 하기 식 (1)을 만족하는 마이크로 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
R/D_M ²≥1.00 …식 (1)
여기서, R: 하기 식 (2)에서 규정하는 평균 마르텐사이트 간격(㎛), D_M: 마르텐사이트 평균 직경(㎛)
R={12.5×(π/6V_M)^0.5-(2/3)^0.5}×D_M …식 (2)
여기서, V_M: 마르텐사이트 면적률(％), D_M: 마르텐사이트 평균 직경(㎛)
제1항에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량％로,
Nb: 0.005 내지 0.06％ 및
Ti: 0.02 내지 0.20％
중 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량％로,
V: 0.02 내지 0.20％,
W: 0.1 내지 0.5％ 및
Mo: 0.05 내지 0.40％
중 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량％로,
Cr: 0.01 내지 1.0％,
Cu: 0.1 내지 1.2％,
Ni: 0.05 내지 0.6％ 및
B: 0.0001 내지 0.005％
중 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 조성이, 질량％로,
REM: 0.0005 내지 0.01％ 및
Ca: 0.0005 내지 0.01％
중 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는, 열연 강판.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖는 슬래브를 1150 내지 1300℃로 한 후에 다패스 조압연에 제공하고, 최종 4 패스 이상을 1000 내지 1050℃의 온도 영역, 또한 30％ 이상의 합계 압하율로 압연하여 조 바아로 하는 조압연 공정과;
상기 조 바아에, 상기 조압연 완료 후 60초간 이내에 압연을 개시함과 함께, 850 내지 950℃의 온도 영역에서 압연을 완료하는 마무리 압연을 실시하여 마무리 압연 강판을 얻는 마무리 압연 공정과;
상기 마무리 압연 강판을 50℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 600 내지 750℃의 온도 영역으로 냉각하고, 5 내지 10초간 공냉한 후, 30℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 400℃ 이하의 온도 영역까지 냉각해서 권취하여, 열연 강판을 얻는 냉각 및 권취 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 열연 강판의 제조 방법.