KR20170070168A

KR20170070168A - 고강도 고연성 강판

Info

Publication number: KR20170070168A
Application number: KR1020177013013A
Authority: KR
Inventors: 도시오 무라카미; 시게오 오타니
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2015-11-20
Publication date: 2017-06-21
Also published as: US20170335423A1; KR102111923B1; EP3222741A4; JP2016098413A; CN107109557A; JP6282576B2; WO2016080534A1; EP3222741A1

Abstract

특정한 합금 성분을 포함하고, 강 조직이, 잔류 오스테나이트 및 페라이트를 특정 비율로 포함하고, 잔부가 베이나이트, 마텐자이트, 템퍼링 베이나이트 및 템퍼링 마텐자이트 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어짐과 더불어, 특정한 잔류 오스테나이트 중의 평균 탄소 농도 및 탄소 농도 분포를 갖는다.

Description

고강도 고연성 강판{HIGH STRENGTH HIGH DUCTILITY STEEL PLATE}

본 발명은 자동차 박강판 등으로서 유용한 고강도 고연성 강판에 관한 것이고, 상세하게는, 강판의 강도·연성 밸런스 향상 기술에 관한 것이다.

예를 들면 자동차의 골격 부품 등에 사용되는 강판에는, 충돌 안전성이나 차체 경량화에 의한 연비 경감 등을 목적으로 해서 더한층의 고강도가 요구됨과 더불어, 형상이 복잡한 골격 부품으로 가공하기 위해서 우수한 성형 가공성에 더하여, 추가로 부품끼리를 접합해서 어셈블리로 조립할 때의 용접성도 요구된다. 이 때문에, 구체적으로 요구되는 기계적 특성(이하, 간단히 「특성」이라고도 한다)으로서는, 탄소량을 0.3질량% 이하로 억제하면서, 인장 강도(TS)가 980MPa 이상이고, 인장 강도(TS)×신도(EL)가 25000MPa·% 이상을 확보할 수 있는 강판의 개발이 요망되고 있다.

980MPa급 이상의 고강도 강판에 있어서, 고강도화와 고연성 확보를 양립시키기 위해서는, 잔류 오스테나이트에 의한 TRIP 효과를 활용한 TRIP 강이나 TBF 강 등을 이용하는 것이 유효하다. 이들 강의 강도-연성 밸런스를 더 향상시키도록, 잔류 오스테나이트의 양, 평균 탄소 농도, 형태에 대해서 여러 가지 검토가 이루어져, 보다 양호한 특성을 갖는 강판이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 1∼3 참조).

예를 들어, 특허문헌 1에는, 강 조직 중의 잔류 오스테나이트의 형태를 라스 형상과 섬 형상으로 분류한 경우, 섬 형상의 잔류 오스테나이트의 비율을 일정한 범위로 제어함으로써, 신도와 프레스 성형 안정성이 우수한 고강도 박강판이 제안되어 있다. 이 기술에서는, 실온에서의 양호한 신도에 더하여, 100∼200℃의 온간에서의 양호한 신도가 실현되고 있지만, 충돌 특성으로서 유효한 재료 인자인 YR과 강도-연성 밸런스가 충분히 확보되어 있지 않다고 상정되어, 상기 요망 레벨을 만족시키는 것이라고는 생각되지 않는다.

또한, 특허문헌 2에는, 강 조직 중에 있어서의 오스테나이트상의 결정 방위의 집적도를 높임으로써, 압연 방향에 대해서 45° 방향의 균일 신도를 현저히 개선한 고강도 냉연 강판이 제안되어 있다. 그러나, 일반적인 연성 평가 방향인, 압연 방향 및 압연 직각 방향의 특성은 특필하는 것이 아니어서, 상기 요망 레벨을 만족시키는 것이라고는 생각되지 않는다.

또한, 특허문헌 3에는, 강 조직 중의 잔류 오스테나이트립의 표면과 내부에 C 농도차를 부여함으로써, 도장 베이킹 경화성과 강도-연성 밸런스가 개선된 고강도 박강판이 제안되어 있다. 그러나, 이 기술에 있어서의, 잔류 오스테나이트립으로의 C 농도차의 부여는, 도장 베이킹 경화성의 개선을 주목적으로 한 것에 지나지 않고, 본 발명과 같이, 잔류 오스테나이트의 안정성을 개선함으로써 연성을 높이기 위해서, 잔류 오스테나이트에 필요한 탄소 농도 분포를 부여하는 것을 의도한 것은 아니어서, 본원 발명과는 완전히 기술적 사상을 달리하는 것이다.

일본 특허공개 2012-41573호 공보 일본 특허공개 2012-21225호 공보 일본 특허공개 2012-31505호 공보

그래서 본 발명의 목적은, 인장 강도(TS)가 980MPa 이상이고, 인장 강도(TS)×신도(EL)가 25000MPa·% 이상으로, 강도-연성 밸런스가 우수한 고강도 고연성 강판을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 제 1 발명에 따른 고강도 고연성 강판은,

성분 조성이, 질량%로,

C: 0.10∼0.30%,

Si+Al: 0.5∼2.0%,

Mn: 1.0∼4.0%,

P: 0∼0.05%,

S: 0∼0.01%

이고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지며,

강 조직이,

전체 조직에 대한 면적률로,

잔류 오스테나이트가 8% 이상,

페라이트가 5% 초과 50% 이하

이고, 잔부가 베이나이트, 마텐자이트, 템퍼링 베이나이트 및 템퍼링 마텐자이트 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어짐과 더불어,

상기 잔류 오스테나이트 중의 탄소 농도에 관하여,

그의 평균 탄소 농도가 0.8∼1.1질량%,

그의 탄소 농도 분포의 표준 편차가 0.25질량% 이상,

그의 탄소 농도가 1.3질량% 이상인 영역이 전체 조직에 대한 면적률로 1.0% 이상인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 제 2 발명에 따른 고강도 고연성 강판은,

상기 제 1 발명에 있어서,

성분 조성이, 질량%로, 추가로,

Cu, Ni, Mo, Cr 및 B 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 1.0% 이하 포함하는 것이다.

본 발명의 제 3 발명에 따른 고강도 고연성 강판은,

상기 제 1 또는 제 2 발명에 있어서,

성분 조성이, 질량%로, 추가로,

V, Nb, Ti, Zr 및 Hf 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.2% 이하 포함하는 것이다.

본 발명의 제 4 발명에 따른 고강도 고연성 강판은,

상기 제 1∼제 3 발명 중 어느 하나의 발명에 있어서,

성분 조성이, 질량%로, 추가로,

Ca, Mg 및 REM 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.01% 이하 포함하는 것이다.

본 발명에 의하면, 잔류 오스테나이트의 양(면적률)과 평균의 탄소 농도를 규정할 뿐만 아니라, 탄소 농도의 분포도 제어함으로써, 변형의 초기부터 후기까지 TRIP 현상을 발현시켜 높은 가공 경화율을 실현하는 것에 의해, 인장 강도(TS)가 980MPa 이상이고, 인장 강도(TS)×신도(EL)가 25000MPa·% 이상을 확보할 수 있는, 강도-연성 밸런스가 우수한 고강도 고연성 강판을 제공할 수 있게 되었다.

도 1은 X선 회절법에 의해 측정된 잔류 γ의 회절 피크를 모식적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 고강도 고연성 강판을 제조하기 위한 열처리 조건을 모식적으로 나타내는 도면이다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서, TRIP 강으로 이루어지는 강판에 있어서, 그의 기계적 특성으로서, 인장 강도(TS)가 980MPa 이상이고, 인장 강도(TS)×신도(EL)가 25000MPa·% 이상을 확보할 수 있는 방책에 대해서 여러 가지 검토를 거듭해 왔다. 그 결과, 이하의 사고 연구에 의해, 상기 원하는 특성을 확보할 수 있다는 것에 도달했다.

즉, 강도-연성 밸런스를 종래 기술보다도 더 향상시키기 위해서는, TRIP 현상을 촉진하는 잔류 오스테나이트(이하, 「잔류 γ」라고도 표기한다)를 보다 유효하게 활용할 필요가 있다. 그런데, 강판의 용접성을 확보하는 관점에서 강판 중의 C 함유량에는 상한 제약이 존재하기 때문에, 잔류 γ량 및 잔류 γ 중의 평균 탄소 농도를 증가시키는 데에는 한계가 있다.

그래서, 본 발명자들은, 잔류 γ 중의 탄소 농도 분포에 주목했다. 즉, TRIP 현상에 의해, 고강도 및 고연성을 달성하기 위해서는, 변형의 초기부터 중기에 걸쳐 높은 가공 경화율을 실현하는 것이 중요하고, 그것을 위해서는, 탄소 농도가 낮은 불안정한 잔류 γ가 일부 존재할 필요가 있다. 한편으로, 변형량이 커졌을 때, 즉 변형의 후기에 있어서도 높은 가공 경화율을 유지하기 위해서는, 탄소 농도가 높고 안정한 잔류 γ도 제작할 필요가 있다.

즉, 잔류 γ는 안정도가 높기만 해도, 또는 안정도가 낮기만 해도 안 되고, 안정도, 즉, 탄소 농도 분포가 폭넓게 존재하고 있는 것이 중요하다.

본 발명자들은, 상기 지견에 기초해서 더 검토를 진행한 결과, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 우선 본 발명에 따른 고강도 고연성 강판(이하, 「본 발명 강판」이라고도 한다)을 특징짓는 강 조직(이하, 간단히 「조직」이라고 하는 경우도 있다)에 대해서 설명한다.

〔본 발명 강판의 강 조직〕

전술한 바와 같이, 본 발명 강판은, TRIP 강의 조직을 베이스로 하는 것이지만, 특히, 소정의 탄소 농도의 잔류 γ를 소정량 함유한 뒤에, 그 잔류 γ 중의 탄소 농도 분포가 제어되어 있다는 점에서, 상기 종래 기술과 상위하다.

<잔류 오스테나이트: 전체 조직에 대한 면적률로 8% 이상>

잔류 γ는 연성의 향상에 유용하고, 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 전체 조직에 대한 면적률로 8% 이상, 바람직하게는 9% 이상, 더 바람직하게는 10% 이상 존재시키는 것이 필요하다. 한편, 잔류 γ의 면적률은 20% 이하가 바람직하고, 더 바람직하게는 18% 이하이다.

<페라이트: 전체 조직에 대한 면적률로 5% 초과 50% 이하>

페라이트를 도입함으로써, 페라이트-경질상간에서의 왜곡 분배를 일으키게 하는 것에 의해, 강도-연성 밸런스를 향상시키기 위함이다. 페라이트의 존재에 의해 특히 잔류 γ로의 왜곡 집중을 억제함으로써, 탄소 농도가 낮은 잔류 γ로도 특성 향상에 기여할 수 있게 되는 효과가 얻어진다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 페라이트를 전체 조직에 대한 면적률로 5% 초과, 바람직하게는 8% 이상, 더 바람직하게는 10% 이상 존재시키는 것이 필요하다. 단, 페라이트가 과잉으로 존재하면 강판의 강도를 확보할 수 없게 되므로, 페라이트의 전체 조직에 대한 면적률은 50% 이하, 바람직하게는 45% 이하, 더 바람직하게는 40% 이하로 제한한다.

<잔부: 베이나이트, 마텐자이트, 템퍼링 베이나이트 및 템퍼링 마텐자이트 중 1종 또는 2종 이상>

잔류 γ 및 페라이트 이외의 잔부 조직으로서, 미세하고 균일한 조직인 베이나이트나 마텐자이트, 및/또는 그들의 템퍼링 조직으로 모상을 구축함으로써, 모상 조직의 미세화에 의해, 저하중 시에 있어서의 변형 방지에 의한 항복 강도 YS의 상승이 가능해진다.

<잔류 γ 중의 평균 탄소 농도(%C_γR): 0.8∼1.1질량%>

%C_γR은 변형 시에 잔류 γ가 마텐자이트로 변태되는 안정도에 영향을 주는 지표이다. %C_γR이 지나치게 낮으면 잔류 γ가 불안정하므로, 응력 부여 후, 소성 변형하기 전에 가공 유기 마텐자이트 변태가 일어나기 때문에, 필요한 신도가 얻어지지 않게 된다. 한편, %C_γR이 지나치게 높으면 잔류 γ가 지나치게 안정하게 되어서, 가공을 가하더라도 가공 유기 마텐자이트 변태가 일어나지 않기 때문에, 역시 필요한 신장 플랜지성이 얻어지지 않게 된다. 필요한 신도를 얻기 위해서는, %C_γR은 0.8∼1.1질량%로 할 필요가 있다. %C_γR의 바람직한 하한은 0.9질량%이다.

<잔류 γ 중의 탄소 농도 분포의 표준 편차: 0.25질량% 이상>

변형의 초기부터 후기에 걸쳐 가공 경화율을 높이고 유지하기 위해서, 잔류 γ 중의 탄소 농도 분포를 넓힘으로써, 안정성이 상이한 잔류 γ를 제작하기 위함이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 잔류 γ 중의 탄소 농도 분포의 표준 편차는 0.25질량% 이상, 바람직하게는 0.30질량% 이상, 더 바람직하게는 0.35질량% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 본 발명에 따른 고강도 고연성 강판에 있어서는, 잔류 γ 중의 탄소 농도 분포의 표준 편차는 실제상, 0.60질량% 정도가 상한이고, 바람직하게는 0.55질량% 이하, 더 바람직하게는 0.50질량% 이하이다.

<잔류 γ 중의 탄소 농도가 1.3질량% 이상인 영역: 전체 조직에 대한 면적률로 1.0% 이상>

신도를 높이기 위해서는, 왜곡량이 증가했을 때에 있어서의, 잔류 γ의 안정도가 높은 것이 중요하고, 그것을 위해서는, 평균적으로 탄소 농도가 높은 것만으로는 충분하지 않고, 안정도가 높은, 즉 탄소 농도가 높은 잔류 γ가 일정량 이상 존재하는 것이 필요하다. 구체적으로는, 잔류 γ 중의 탄소 농도가 1.3질량% 이상인 영역이 전체 조직에 대한 면적률로 1.0% 이상, 바람직하게는 1.5% 이상, 더 바람직하게는 2.0% 이상 존재하게 할 필요가 있다. 한편, 본 발명에 따른 고강도 고연성 강판에 있어서는, 잔류 γ 중의 탄소 농도가 1.3질량% 이상인 영역의 전체 조직에 대한 면적률은 전체 잔류 γ 면적의 1/2 정도가 상한이고, 바람직하게는 2/5 이하, 더 바람직하게는 1/3 이하이다.

〔잔류 γ의 면적률, 잔류 γ 중의 평균 탄소 농도(%C_γR) 및 그의 탄소 농도 분포의 각 측정 방법〕

여기에서, 잔류 γ 및 페라이트의 면적률, 및 잔류 γ 중의 평균 탄소 농도(%C_γR) 및 탄소 농도 분포의 각 측정 방법에 대해서 설명한다.

잔류 γ의 면적률(V_γR) 및 잔류 γ 중의 평균 탄소 농도(%C_γR)에 대해서는, 강판의 1/4의 두께까지 연삭한 후, 화학 연마하고 나서 X선 회절법에 의해 측정했다(ISIJ Int. Vol. 33, (1933), No. 7, p. 776). 한편, 본 발명에 있어서는, X선 회절 장치로서 (주)리가쿠제 2차원 미소부 X선 회절 장치(RINTRAPID II)를 이용하고, X선으로서 Co-Kα선을 이용했다.

잔류 γ 이외의 조직에 대해서는, 강판을 나이탈 부식시키고, 광학 현미경(배율 400배)으로 관찰해서 잔류 γ 이외의 조직을 동정하여, 그 중 페라이트에 대해서는 면적률을 구했다.

계속해서, 잔류 γ 중의 탄소 농도의 분포에 대해서는, 상기 X선 회절 장치로 측정된, (200)γ, (220)γ 및 (311)γ의 3개의 회절 피크를 이용하여 이하와 같이 해서 구했다.

우선, 도 1의 모식도에 나타내는 바와 같이, (200)γ, (220)γ 및 (311)γ의 3개의 회절 피크에 대해서, 각각 회절 강도가 최대가 되는 2θ(2θ_avg(hkl))과 그의 반가폭 Δ2θ(hkl)을 구했다. 여기에, (hkl)은 (200), (220) 또는 (311)을 의미하는 것으로 한다(이하 동일).

계속해서, 상기 2θ_avg(hkl)로부터, 브래그 조건: λ=2dsinθ(d: 회절 격자 상수, λ: Co-Kα선의 파장)를 이용해서, 하기 식(1)로부터 d(hkl)을 구했다.

d(hkl)=λ/{2sin(2θ_avg(hkl)/2)}…식(1)

그리고, 하기 식(3)에 의해, 결정 격자 상수 a₀(hkl)을 구하고, 그들 3개의 결정 격자 상수 a₀(hkl)을 산술 평균해서 결정 격자 상수 a₀을 구했다.

a₀(hkl)=d(hkl)√(h²+k²+l²)…식(2)

그리고, 하기 식(3)에 나타내는 Dyson의 식(Dyson D. J., Holmes B. (1970), "Effect of alloying additions on the lattice parameter austenite", J. Iron Steel Inst., 208: 469-474.)을 이용해서 탄소 농도 %C_avg(단위:질량%)를 구했다. (한편, 이 탄소 농도 %C_avg는 탄소 농도 분포를 규정하기 위한 지표로서만 이용하는 것이고, 별도 측정된 상기 평균 탄소 농도 %C_γR과는 엄밀하게는 반드시 일치한다고는 할 수 없다는 것을 주기해 둔다.)

%C_avg=(1/0.033)·(a₀-0.0012·%Mn+0.00157·%Si-0.0056·%Al)…식(3)

여기에서, %Mn, %Si, %Al은 각각 강판 중의 Mn, Si, Al의 함유량(질량%)이다.

다음으로, 잔류 γ 중의 탄소 농도 분포의 반가폭 Δ％C를 이하의 순서로 구했다.

우선, 각 피크의 회절 각도 2θ(hkl)의 반가폭 Δ2θ(hkl)의 상하한에 있어서의 회절 각도를 하기 식(4) 및 (5)로 구했다(도 1 참조).

2θ_L(hkl)=2θ_avg(hkl)-Δ2θ(hkl)/2…식(4)

2θ_H(hkl)=2θ_avg(hkl)+Δ2θ(hkl)/2…식(5)

그래서, 상기 2θ_L(hkl) 및 2θ_H(hkl)을 각각 이용해서, 상기와 마찬가지의 순서로 브래그 조건 및 상기 식(1)∼(3)을 이용함으로써, 탄소 농도 분포의 반가폭의 상하한값 %C_L 및 %C_H를 구했다. 그리고, 탄소 농도 분포의 반가폭 Δ％C를 하기 식(6)으로 구했다.

Δ％C=%C_H-％C_L…식(6)

그리고, 탄소 농도 분포가 정규 분포라고 가정하여, 이하와 같이 해서, 상기 반가폭 Δ％C로부터 표준 편차 σ_％C를 산출했다.

즉, 정규 분포의 확률 밀도 함수 f(x)는, 평균값 u와 표준 편차 σ로부터, 하기 식(7)로 표시된다.

f(x)={1/√(2πσ)}·exp{-(x-u)²/(2σ²)}…식(7)

평균값에 있어서의 확률 f(u)는, 상기 식(7)에 x=u를 대입함으로써 하기 식(8)로 구해진다.

f(u)=1/√(2πσ)…식(8)

그리고, 평균값 u=%C_avg로부터 반가폭 Δ％C의 1/2만 상하로 이동한 값(%C_avg±Δ％C/2)에서의 확률 밀도 f(%C_avg±Δ％C/2)는, 평균값 u=%C_avg에서의 확률 밀도 f(u)=f(%C_avg)의 1/2이 되므로, 식(7) 및 (8)로부터 하기 식(9)의 관계가 얻어진다.

{1/√(2πσ_％C)}·exp{-(Δ％C/2)²/(2σ_％C ²)}=1/{2√(2πσ_％C)}…식(9)

상기 식(9)를 변형함으로써, 반가폭 Δ％C로부터 표준 편차 σ_％C를 구하는 식으로서 하기 식(10)이 도출되므로, 이 식(10)에 반가폭 Δ％C를 대입함으로써 표준 편차 σ_％C를 산출했다.

σ_％C=√{(Δ％C/2)²/(2ln2)}…식(10)

그리고, 상기와 같이 해서 구한 잔류 γ 중의 탄소 농도 분포의 평균값 %C_avg와 σ_％C를 이용해서, 하기 식(11)에 나타내는 누적 밀도 함수 g(x)에 의해, 탄소 농도가 1.3질량% 이상인 영역의 전체 조직에 대한 면적률 V_γR(C≥1.3%)를 구하는 식으로서 하기 식(12)를 도출하여, 이 식(12)를 이용해서 V_γR(C≥1.3%)를 산출했다.

g(x)=(1/2)·[1+erf{(x-u)/√(2σ²)}]…식(11)

V_γR(C≥1.3%)=V_γR{1-g(1.3)}

=V_γR[0.5-erf{(1.3-％C_avg)/√(2σ_％C ²)}]…식(12)

여기에, V_γR은 전체 잔류 γ의 면적률이다.

다음으로, 본 발명 강판을 구성하는 성분 조성에 대해서 설명한다. 이하, 화학 성분의 단위는 전부 질량%이다. 또한, 각 성분의 「함유량」을 간단히 「양」이라고 기재하는 경우도 있다.

〔본 발명 강판의 성분 조성〕

C: 0.10∼0.30%

C는 잔류 오스테나이트의 양(면적률)의 확보에 기여함으로써, 강도와 연성을 확보하기 위해서 필수인 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, C를 0.10% 이상, 바람직하게는 0.12% 이상, 더 바람직하게는 0.14% 이상 함유시킬 필요가 있다. 단, C량이 과잉이 되면 용접성을 열화시키므로, C량은 0.30% 이하, 바람직하게는 0.28% 이하, 더 바람직하게는 0.26% 이하로 한다.

Si+Al: 0.5∼2.0%

Si 및 Al은 잔류 오스테나이트가 분해되어서 탄화물이 생성되는 것을 유효하게 억제하는 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, Si 및 Al을 합계로 0.5% 이상, 바람직하게는 0.7% 이상, 더 바람직하게는 0.9% 이상 함유시킬 필요가 있다. 단, Si 및 Al을 과잉으로 함유시켜도 상기 효과가 포화되어 버려, 경제적으로 쓸데없을 뿐만 아니라, 열간 취성을 야기하기 때문에, Sl 및 Al의 합계량은 20% 이하, 바람직하게는 1.9% 이하, 더 바람직하게는 1.8% 이하로 한다.

Mn: 1.0∼4.0%

Mn은 오스테나이트를 안정화하고, 원하는 잔류 오스테나이트를 얻기 위해서 필요한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, Mn을 1.0% 이상, 바람직하게는 1.3% 이상, 더 바람직하게는 1.6% 이상 함유시키는 것이 필요하다. 단, Mn량이 과잉이 되면 주편(鑄片) 균열이 생기는 등의 악영향이 보여지므로, Mn량은 4.0% 이하, 바람직하게는 3.5% 이하, 더 바람직하게는 3.0% 이하로 한다.

P: 0∼0.05%

P는 불순물 원소로서 불가피적으로 존재하지만, 원하는 잔류 γ를 확보하기 위해서 함유시켜도 되는 원소이다. 단, P를 과잉으로 함유시키면 2차 가공성이 열화되므로, P량은 0.05% 이하, 바람직하게는 0.03% 이하, 더 바람직하게는 0.02% 이하로 한다.

S: 0∼0.01%

S도 불순물 원소로서 불가피적으로 존재하고, MnS 등의 황화물계 개재물을 형성하여, 균열의 기점이 되어서 가공성을 열화시키는 원소이므로, S량은 0.01% 이하, 바람직하게는 0.005% 이하, 더 바람직하게는 0.003% 이하로 한다.

본 발명의 강은 상기 원소를 필수 성분으로서 함유하고, 잔부는 철 및 불가피적 불순물이지만, 기타, 본 발명의 작용을 손상시키지 않는 범위에서, 이하의 허용 성분을 함유시킬 수 있다.

Cu, Ni, Mo, Cr 및 B 중 1종 또는 2종 이상: 합계로 1.0% 이하

이들 원소는, 강의 강화 원소로서 유용함과 더불어, 잔류 γ의 안정화나 소정량의 확보에 유효한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 이들 원소는 합계량으로 0.001% 이상, 나아가서는 0.01% 이상 함유시키는 것이 권장된다. 단, 이들 원소를 과잉으로 함유시켜도 상기 효과가 포화되어 버려, 경제적으로 쓸데없으므로, 이들 원소는 합계량으로 1.0% 이하, 나아가서는 0.5% 이하로 하는 것이 바람직하다.

V, Nb, Ti, Zr 및 Hf 중 1종 또는 2종 이상: 합계로 0.2% 이하

이들 원소는, 석출 강화 및 조직 미세화의 효과가 있고, 고강도화에 유용한 원소이다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 이들 원소를 합계량으로 0.01% 이상, 나아가서는 0.02% 이상 함유시키는 것이 권장된다. 단, 이들 원소를 과잉으로 함유시켜도 상기 효과가 포화되어 버려, 경제적으로 쓸데없으므로, 이들 원소는 합계량으로 0.2% 이하, 나아가서는 0.1% 이하로 하는 것이 바람직하다.

Ca, Mg 및 REM 중 1종 또는 2종 이상: 합계로 0.01% 이하

이들 원소는, 강 중 황화물의 형태를 제어하여, 가공성 향상에 유효한 원소이다. 여기에서, 본 발명에 이용되는 REM(희토류 원소)으로서는, Sc, Y, 란타노이드 등을 들 수 있다. 상기 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 이들 원소를 합계량으로 0.001% 이상, 나아가서는 0.002% 이상 함유시키는 것이 권장된다. 단, 이들 원소를 과잉으로 함유시켜도 상기 효과가 포화되어 버려, 경제적으로 쓸데없으므로, 이들 원소는 합계량으로 0.01% 이하, 나아가서는 0.005% 이하로 하는 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 본 발명 강판을 얻기 위한 바람직한 제조 조건을 이하에 설명한다.

〔본 발명 강판의 바람직한 제조 방법〕

본 발명 강판은, 상기 성분 조성을 만족하는 강재를 열간 압연하고, 이어서 냉간 압연한 후, 예를 들면 하기의 공정(1)∼(4)의 조건에서 열처리를 행해서 제조할 수 있다(도 2 참조).

[열처리 조건]

(1) 냉연판을 제 2 가열 온도 T2: Ac1∼[0.7×Ac1+0.3×Ac3]로 가열해서 그 온도에서 제 2 유지 시간 t2: 5s 이상 유지한 후,

(2) 추가로 제 3 가열 온도 T3: [0.7×Ac1+0.3×Ac3]∼[0.2×Ac1+0.8×Ac3]이면서 상기 제 2 가열 온도 T2+0.2×(Ac3-Ac1) 이상으로 가열해서 그 온도에서 제 3 유지 시간 t3: 5s 이상 유지한 후,

(3) 상기 제 3 가열 온도 T3으로부터 500℃까지를 평균 냉각 속도 CR1: 20℃/s 이상으로 냉각한 후,

(4) 오스템퍼링 온도 T4: 350∼480℃에서 오스템퍼링 유지 시간 t4: 10∼1800s 유지 후, 실온까지 냉각한다.

이하, 상기 열처리 조건이 권장되는 이유에 대해서 설명한다.

<(1) 제 2 가열 온도 T2: Ac1∼[0.7×Ac1+0.3×Ac3]에서 제 2 유지 시간 t2: 5s 이상 유지>

페라이트/오스테나이트의 2상역의 저온 영역에서 소정 시간 유지함으로써, 이 2상 저온역에서 역변태 중에 Mn 농도 분배를 일으키게 하는 것에 의해, 상기 공정(4)에 있어서의 오스템퍼링 처리 시의 베이나이트 변태의 국소적인 속도차를 크게 하여, 잔류 γ 중의 탄소 농도 분포를 넓게 하기 위함이다.

당해 온도 범위에 있어서의 유지 시간 t2는, 보다 바람직하게는 10s 이상, 더 바람직하게는 20s 이상이지만, 생산성의 관점에서 200s 이하로 하는 것이 권장된다.

한편, Ac1 및 Ac3은, 강판의 화학 성분으로부터, 레슬리 저, 「철강재료과학」, 고다 나리야스 역, 마루젠주식회사, 1985년, p. 273에 기재된 식을 이용해서 구할 수 있다.

<(2) 추가로 제 3 가열 온도 T3: [0.7×Ac1+0.3×Ac3]∼[0.2×Ac1+0.8×Ac3]이면서 제 2 가열 온도 T2+0.2×(Ac3-Ac1) 이상에서 제 3 유지 시간 t3: 5s 이상 유지>

전단의 상기 공정(1)에서 페라이트-오스테나이트 2상 저온역에서 유지하는 것에 의해 형성된 Mn 농화 영역에 더하여, 페라이트를 소정량 잔존시키면서, Mn 농도가 낮은 영역을 형성시키기 위해, 전단에서 형성된 Mn 농도 분포를 잔존시키면서, 2상 온도역 중에서, 전단의 가열 온도(제 2 가열 온도 T2)보다도 일정 온도 이상 높은 온도에서 소정 유지 시간의 가열을 실시한다. 유지 시간(제 3 유지 시간 t3)은, 5s 이상이 필요하지만, 오스테나이트 중의 Mn 농도가 균일화되는 것을 억제하기 위해, 종래 강의 소둔 시간에 비해 짧게 할 필요가 있어, 200s 이하, 나아가서는 100s 이하로 제한하는 것이 권장된다.

<(3) 제 3 가열 온도 T3으로부터 500℃까지를 평균 냉각 속도 CR1: 20℃/s 이상으로 냉각>

페라이트의 형성을 억제하여, 베이나이트 주체의 조직으로 하기 위함이다.

이 온도 범위에 있어서의 평균 냉각 속도 CR1은, 보다 바람직하게는 25℃/s 이상, 더 바람직하게는 30℃/s 이상이다.

<(4) 오스템퍼링 온도 T4: 350∼480℃에서 오스템퍼링 유지 시간 t4: 10∼1800s 유지 후, 실온까지 냉각>

베이나이트 변태를 촉진시켜서, 미변태 오스테나이트로 탄소를 농화시킴으로써, 안정한 잔류 γ를 얻기 위함이다. 단, 오스템퍼링 유지 시간 t4를 지나치게 길게 하면 국부적으로 시멘타이트가 형성되어서, 특히 탄소 농도가 높은 영역이 감소해 버리므로, 오스템퍼링 유지 시간 t4의 상한은 1800s로 한다.

[열처리 조건의 변형예]

한편, 상기 공정(1)은 하기 공정(1a)와 같이 구성해도 된다.

(1a) 냉연판을 제 1 가열 온도 T1: [Ac1-30℃]∼[Ac1-10℃]로 가열해서 그 온도에서 제 1 유지 시간: 10s 이상 유지하거나, 또는 동 온도 범위를 2℃/s 이하의 평균 가열 속도로 가열한 후에, 제 2 가열 온도 T2: Ac1∼[0.7×Ac1+0.3×Ac3]에서 제 2 유지 시간 t2: 5s 이상 유지한다.

이와 같이, 미리 페라이트/시멘타이트 2상역 온도 영역에서 소정 시간 유지 또는 서가열함으로써, 시멘타이트 중으로 Mn을 농화시켜 두고, 그 후의 페라이트/오스테나이트 2상역 가열 시에 있어서 페라이트/오스테나이트간의 Mn 농도 분배를 촉진시키는 것에 의해, 상기 공정(4)에 있어서의 오스템퍼링 처리 시의 베이나이트 변태의 국소적인 속도차를 크게 하여, 잔류 γ 중의 탄소 농도 분포를 보다 넓게 할 수 있다.

또한, 상기 공정(4)는 하기 공정(4a)와 같이 구성해도 된다.

(4a) 오스템퍼링 온도 T4: 350∼480℃에서 오스템퍼링 유지 시간 t4: 10s 이상 유지 후, 재가열 온도 T5: 500∼600℃로 재가열하고, 그 온도에서 재가열 유지 시간 t5: 30s 이하 유지한 후에, 실온까지 냉각한다.

이와 같이, 본 발명 강판은, 잔류 γ가 분해되지 않는 온도역으로 재가열해서 도금층을 합금화함으로써, 도금 강판으로 할 수도 있다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당하게 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

실시예

하기 표 1에 나타내는 성분의 강을 진공 용제로 제조한 후, 열간 단조로 판 두께 30mm의 강판으로 한 후, 열간 압연을 실시했다. 열간 압연의 조건은, 본 발명 강판의 최종 조직 및 특성에 본질적인 영향을 미치지 않지만, 본 실시예에서는 1200℃로 가열한 후, 다단 압연으로, 열간 압연의 종료 온도 880℃의 조건에서 판 두께 2.5mm로 했다. 그 후, 500℃까지 30℃/s의 냉각 속도로 냉각해서 냉각을 정지하고, 500℃로 가열한 노에 삽입 후 30min 유지하고, 그 후 노냉해서 열연판으로 했다. 이 열연판에 산세를 실시해서 표면의 스케일을 제거한 후, 1.4mm까지 냉간 압연을 실시해서 냉연판으로 했다.

그리고, 상기 냉연판을 출발재로 해서, 하기 표 2에 나타내는 조건에서 열처리를 실시했다. 한편, 실온으로부터 최초의 가열 온도(유지 온도)까지의 평균 가열 속도는 10℃/s 일정, 다음의 가열 온도(유지 온도)까지의 평균 가열 속도는 20℃/s 일정, 또 다음의 가열 온도(유지 온도)까지의 평균 가열 속도는 10℃/s 일정으로 했다. 또한, 오스템퍼링 온도 T4로부터 재가열 온도 T5까지의 평균 가열 속도는 10℃/s 일정, 오스템퍼링 온도 T4 또는 재가열 온도 T5로부터 실온까지의 평균 냉각 속도는 10℃/s 일정으로 했다.

상기 열처리 후의 각 강판에 대해서, 상기 [발명을 실시하기 위한 구체적인 내용]의 항에서 설명한 측정 방법에 의해, 잔류 γ 및 페라이트의 면적률, 및 잔류 γ 중의 평균 탄소 농도(CγR) 및 그의 탄소 농도 분포를 측정했다.

한편, 본 실시예에 있어서 사용한 강판의 조직은 모두, 잔류 오스테나이트 및 페라이트 이외의 잔부는 베이나이트, 마텐자이트, 템퍼링 베이나이트 및 템퍼링 마텐자이트 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것이었으므로, 하기 표 3에서는, 잔류 오스테나이트 및 페라이트의 면적률만을 기재했다.

또한, 상기 열처리 후의 각 강판에 대해서, 강도-연성 밸런스를 평가하기 위해서, 인장 시험에 의해, 항복 강도 YS, 인장 강도 TS 및 신도(전체 신도) EL을 측정했다. 한편, 인장 시험은 JIS 5호 시험편을 제작해서, JIS Z 2241에 따라서 실시했다.

측정 결과를 하기 표 3에 나타낸다. 동 표에 있어서, 상기 열처리 후의 강판의 특성이, 인장 강도(TS)가 980MPa 이상이고 인장 강도(TS)×신도(EL)가 25000MPa·% 이상인 것을 합격(○)으로 하고, 그 이외의 것을 불합격(×)으로 했다.

상기 표 3에 나타내는 바와 같이, 발명강(평가가 ○인 것)인 강 No. 2, 3, 5, 10∼12, 15, 19∼28은 본 발명의 성분 규정의 요건을 만족하는 강종을 이용하여, 권장된 조건에서 열처리한 결과, 본 발명의 조직 규정의 요건을 충족하는 발명강으로, 기계적 특성이 합격 기준을 만족시키고 있어, 강도-연성 밸런스가 우수한 고강도 강연성 강판이 얻어진다는 것을 확인할 수 있었다.

이에 비해서, 비교강(평가가 ×인 것)인 강 No. 1, 4, 6∼9, 13, 14, 16∼18은 본 발명의 성분 규정 및 조직 규정의 요건 중 적어도 어느 하나를 충족하지 않아, 특성이 합격 기준을 만족시키고 있지 않다.

즉, 강 No. 1, 4, 6∼9, 13은 본 발명의 성분 규정의 요건을 만족하는 강종을 이용하고 있지만, 권장된 제조 조건을 일부 벗어나는 조건에서 제조하고 있기 때문에, 조직 규정의 요건을 충족하지 않아, 특성이 뒤떨어져 있다.

한편, 강 No. 14, 16∼18은 권장된 제조 조건에서 제조하고 있지만, 본 발명의 성분 규정의 요건을 일부 벗어나는 강종을 이용하고 있기 때문에, 조직 규정의 요건을 충족하지 않아, 특성이 뒤떨어져 있다.

이상으로부터 본 발명의 적용성이 확인되었다.

본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시태양을 참조하여 설명했지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈함이 없이 다양한 변경이나 수정을 가할 수 있다는 것은 당업자에게 분명하다.

본 출원은 2014년 11월 21일 출원된 일본 특허출원(특원 2014-236928)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.

본 발명의 강판은 인장 강도가 높고, 강도-연성 밸런스가 우수하여, 자동차 박강판 등에 유용하다.

Claims

성분 조성이, 질량%로,
C: 0.10∼0.30%,
Si+Al: 0.5∼2.0%,
Mn: 1.0∼4.0%,
P: 0∼0.05%,
S: 0∼0.01%
이고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지며,
강 조직이,
전체 조직에 대한 면적률로,
잔류 오스테나이트가 8% 이상,
페라이트가 5% 초과 50% 이하
이고, 잔부가 베이나이트, 마텐자이트, 템퍼링 베이나이트 및 템퍼링 마텐자이트 중 1종 또는 2종 이상으로 이루어짐과 더불어,
상기 잔류 오스테나이트 중의 탄소 농도에 관하여,
그의 평균 탄소 농도가 0.8∼1.1질량%,
그의 탄소 농도 분포의 표준 편차가 0.25질량% 이상,
그의 탄소 농도가 1.3질량% 이상인 영역이 전체 조직에 대한 면적률로 1.0% 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 고연성 강판.
제 1 항에 있어서,
성분 조성이, 질량%로, 추가로 하기 (a)∼(c) 중 어느 하나를 포함하는 것인 고강도 고연성 강판.
(a) Cu, Ni, Mo, Cr 및 B 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 1.0% 이하
(b) V, Nb, Ti, Zr 및 Hf 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.2% 이하
(c) Ca, Mg 및 REM 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 0.01% 이하