KR20170138509A - 강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉간 성형성과 열처리 후 연성이 우수한 강판과 그의 제조 방법을 제공한다. 본 발명의 강판은, 성분 조성이, 질량％로, C: 0.10 내지 0.40％, Si: 0.30 내지 1.00％, Mn: 0.30 내지 1.00％, Al: 0.001 내지 0.10％, P: 0.0001 내지 0.02％, S: 0.0001 내지 0.01％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강판에 있어서, 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수(A)에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수(B)의 비율(B/A)이 1을 초과하고, 페라이트 입경이 5㎛ 이상 50㎛ 이하이고, 탄화물의 평균 입자 직경이 0.4㎛ 이상 2.0㎛ 이하이고, 펄라이트 면적률이 6％ 이하이고, 비커스 경도가 120HV 이상 170HV 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

강판 및 그의 제조 방법
본 발명은 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차용 부품, 칼날, 그 외 기계 부품은, 펀칭, 굽힘, 프레스 가공 등의 가공 공정을 거쳐서 제조된다. 그 가공 공정에 있어서, 제품 품질의 향상과 안정화나, 제조 비용의 저감을 도모하기 위해서, 소재인 탄소 강판의 가공성을 향상시킬 필요가 있다. 특히, 구동계 부품을 가공하는 경우, 탄소 강판이 고속 회전 등에 의해 변형되고, 또한, 연성 부족에 의해 파단하는 경우가 있으므로, 열처리 후에 있어서의 연성이 필요해진다.
일반적으로, 탄소 강판에는, 냉간 압연과 구상화 어닐링이 실시되고, 페라이트와 구상화 탄화물로 이루어지는 가공성이 좋은 연질 소재로서, 탄소 강판이 사용되고 있다. 그리고, 지금까지, 탄소 강판의 가공성을 개선하는 기술이 몇 가지 제안되고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, C: 0.15 내지 0.90질량％, Si: 0.40질량％ 이하, Mn: 0.3 내지 1.0질량％, P: 0.03질량％ 이하, 전체 Al: 0.10질량％ 이하, Ti: 0.01 내지 0.05질량％, B: 0.0005 내지 0.0050질량％, N: 0.01질량％ 이하, Cr: 1.2질량％ 이하를 포함하고, 평균 탄화물 입경 0.4 내지 1.0㎛로 구상화율 80％ 이상인 탄화물이 페라이트 매트릭스로 분산된 조직을 갖고, 노치 인장 신율이 20％ 이상인 정밀 펀칭용 고탄소 강판과 그의 제조법이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, C: 0.3 내지 1.3질량％, Si: 1.0질량％ 이하, Mn: 0.2 내지 1.5질량％, P: 0.02질량％ 이하, S: 0.02질량％ 이하를 함유하고, 페라이트 결정립계 상의 탄화물 CGB와 페라이트 결정립 내의 탄화물수 CIG 사이에 CGB/CIG≤0.8의 관계가 성립되도록 탄화물을 분산시킨 조직을 갖고, 단면 경도가 160HV 이하인 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 중·고탄소 강판 및 그의 제조법이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, C: 0.30 내지 1.00질량％, Si: 1.0질량％ 이하, Mn: 0.2 내지 1.5질량％, P: 0.02질량％ 이하, S: 0.02질량％ 이하를 포함하고, 페라이트 결정립계 상의 탄화물 CGB와 페라이트 결정립 내의 탄화물수 CIG 사이에, CGB/CIG≤0.8의 관계가 성립됨과 함께, 모든 탄화물의 90％ 이상을, 장축/단축이 2 이하인 구상화 탄화물로 차지하는 탄화물이 페라이트 중에 분산된 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 가공성이 우수한 중 ·고탄소 강판이 개시되어 있다.
이들 종래 기술에 있어서는, 페라이트 입자 내에 있어서의 탄화물의 비율이 많을수록 가공성이 향상된다는 것을 전제로 하고 있다.
특허문헌 4에는, C: 0.1 내지 0.5질량％, Si: 0.5질량％ 이하, Mn: 0.2 내지 1.5질량％, P: 0.03질량％ 이하, S: 0.02질량％ 이하로 이루어지는 조성과, 페라이트 및 탄화물을 주체로 하는 조직을 갖고, Sgb={Son/(Son+Sin)}×100(여기서, Son: 단위 면적당에 존재하는 탄화물 중, 입계 상에 존재하는 탄화물의 총점유 면적, Sin: 단위 면적당에 존재하는 탄화물 중, 입자 내에 존재하는 탄화물의 총점유 면적)으로 정의되는 페라이트 입계 탄화물량 Sgb가 40％ 이상인 것을 특징으로 하는 FB 가공성, 금형 수명 및 FB 가공 후의 성형 가공성이 우수한 강판이 개시되어 있다.
특허문헌 5에 기재된 기술은, 거의 100％의 펄라이트 조직을 갖는 열연판에 적정한 열연판 어닐링을 실시함으로써, 탄화물의 구상화를 촉진함과 함께, 페라이트의 입성장을 억제하고, 탄화물의 대부분을 페라이트 결정립계 상에 존재시키는 것을 특징으로 하고 있다.
특허문헌 6에 기재된 기술은, 페라이트를 주체로 하고, 제2상을, 마르텐사이트 분율을 낮게 억제하고, 시멘타이트 등의 탄화물을 주체로 하는 조직 구성으로서, Si를 적극 활용함으로써 페라이트의 고용 강화에 의한 강도를 확보하고, 페라이트 자체의 가공 경화능 향상에 의한 연성을 확보하는 것을 특징으로 하고 있다.
특허문헌 7은, 페라이트 입경을 10㎛ 이상으로 제어함으로써, 고주파 ??칭성이 우수한 연질 중탄소 강판을 제조하는 기술을 개시하고 있다. 특허문헌 7에 개시된 제조 방법은, 600℃ 내지 750℃까지 가열하는 상자 어닐링에 의해 강판의 페라이트 입자를 조대화시켜, 강판의 연질화를 도모하는 것을 특징으로 하고 있다.
특허문헌 8에 개시된 강판은, C 함유량의 10 내지 50％가 흑연화되어, 단면의 강 조직이, 크기 3㎛의 흑연 입자를 C중량％×102개/㎟ 이상 C중량％×103개/㎟ 이하 포함한, 구상화 시멘타이트가 분산한 페라이트 상인 것을 특징으로 하고 있다. 특허문헌 8에 개시된 제조 방법은, 강판의 흑연화 관점에서, 열연판을 600℃ 내지 720℃의 범위로 어닐링하는 것을 특징으로 하고 있다.
특허문헌 9에 개시된 강판은, 면적률로 90％ 이상의 베이나이트 상을 포함하고, 해당 베이나이트 상 중에 석출하고 있는 전 Fe계 탄화물 중, 베이니틱 페라이트 입자 내에 석출하고 있는 Fe계 탄화물의 개수 비율이 30％ 이상, 상기 베이니틱 페라이트 입자 내에 석출하고 있는 Fe계 탄화물의 평균 입경이 150㎚ 이하인 조직을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
특허문헌 10에 개시된 강판은, 강판 표층으로부터 판 두께 방향 200㎛까지의 영역에서, (110)면이 강판 표면에 비해 ±5° 이내의 평행도로 수납되는 결정 방위의 집적도가 2.5 이상인 것을 특징으로 하고 있다.
일본 특허 제4465057호 공보 일본 특허 제4974285호 공보 일본 특허 제5197076호 공보 일본 특허 제5194454호 공보 일본 특허 공개 제2007-270330호 공보 일본 특허 공개 제2012-36497호 공보 일본 특허 공개 제2012-62496호 공보 일본 특허 공개 평8-120405호 공보 일본 특허 공개 제2015-160986호 공보 일본 특허 공개 제2015-117406호 공보
특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 페라이트 입경과 탄화물의 조대화를 목표로하고, 연질화를 위해서 AC1점 이상의 온도에서 어닐링을 행하고 있지만, AC1점 이상의 온도에서 어닐링을 행한 경우, 어닐링 중에, 봉상·판상의 탄화물이 석출된다. 이 탄화물은, 가공성을 저하시킨다고 하므로, 경도를 저하시킬 수는 있어도, 가공성에는 불리하게 작용한다.
특허문헌 2 및 3에는, 모두, 입계에 석출되는 탄화물(「입계 탄화물」이라고 함)의 구상화율이 낮은 것이 가공성을 악화시키는 원인인 것이 기재되어 있다. 그러나, 특허문헌 2 및 3에 기재된 기술은, 모두 입계 탄화물의 구상화율의 향상에 의한 가공성의 향상을 과제로 하고 있지 않다. 특허문헌 4에 기재된 기술에서는, 조직 인자가 규정되고 있을 뿐이며, 가공성과 기계 특성의 관계는 검토되어 있지 않다.
특허문헌 5 내지 9에는, 페라이트 입계로의 탄화물의 석출 촉진이라는 관점에서 어닐링 공정의 조건이 특정되어 있지 않다. 또한, 특허문헌 5 내지 9에는 상기 어닐링 공정 후의 냉각 조건이 특정되어 있지 않기 때문에, 특허문헌 5 내지 9에 개시된 제조 방법에서는, 어닐링 후에 생성된 오스테나이트가 펄라이트로 변태하여 강판의 경도가 증가하고, 냉간 성형성이 저하될 우려가 있다.
특허문헌 10은, 마무리 압연 후의 강판을 400℃ 이상 650℃ 미만의 권취 온도로 권취한 후, 680℃ 이상 720℃ 이하의 1회째의 어닐링과, 730℃ 이상 790℃ 이하로 2회째의 어닐링을 행하고, 2회째의 어닐링 후에, 시멘타이트의 구상화율의 관점에서, 20℃/hr의 냉각 속도로 강판을 어닐링하는 것을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 10의 제조 방법에서는, 마무리 압연을 600℃ 이상, Ae 3-20℃ 미만으로 종료시키고 있으므로, 페라이트 및 오스테나이트의 2상 영역에서 강판을 압연하게 된다. 그로 인하여, 압연 후에 페라이트 상과 펄라이트 상이 생성되고, 압연 후의 강판 중인 탄화물의 분산 상태가 불균일해져, 경도가 상승할 우려가 있다.
본 발명은 종래 기술을 근거로 하여, 강판에 있어서, 냉간 성형성과 열처리 후 연성을 향상시키는 것을 과제로 하고, 해당 과제를 해결하는 강판과 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
여기서, 상기의 냉간 성형성은, 강판을, 냉간 가공이나 냉간 단조 등에서 필요한 형상으로 소성 변형시킬 때, 결함이 없는 필요한 형상으로 용이하게 소성 변형할 수 있는 강판의 변형능을 의미한다. 또한, 상기의 열처리 후 연성은, 열처리 후의 강판의 연성이다.
상기의 과제를 해결하고, 구동계 부품 등의 소재에 적합한 강판을 얻기 위해서는, ??칭성을 높이는데 필요한 C를 함유한 강판에 있어서, 페라이트의 입경을 크게 하고, 탄화물(주로 시멘타이트)을 적절한 입경으로 하여, 펄라이트 조직을 적게 하면 되는 것을 이해할 수 있다. 이것은, 이하의 이유에 의한다.
페라이트 상은 경도가 낮고, 연성이 높다. 따라서, 페라이트를 주체로 한 조직으로, 그의 입경을 크게 함으로써, 소재 성형성을 높이는 것이 가능해진다.
탄화물은, 금속 조직 중에 적절하게 분산시킴으로써, 소재 성형성을 유지하면서, 우수한 내마모성이나 전동 피로 특성을 부여할 수 있으므로, 구동계 부품에는 없어서는 안되는 조직이다. 또한, 강판 중인 탄화물은, 미끄러짐을 방해하는 견고한 입자이며, 탄화물을 페라이트 입계에 존재시킴으로써, 결정립계를 초과하는 미끄러짐의 전파를 방지하여, 전단대의 형성을 억제할 수 있고, 냉간 단조성을 향상시키고, 동시에, 강판의 성형성도 향상시킨다.
단, 시멘타이트는 단단해서 취화되는 조직이며, 페라이트와의 층상 조직인 펄라이트의 상태로 존재하면, 강이 단단하고, 취화되므로, 구상으로 존재시킬 필요가 있다. 냉간 단조성이나, 단조 시의 균열의 발생을 고려하면, 그 입경은 적절한 범위일 필요가 있다.
그러나, 상기 조직을 실현하기 위한 제조 방법은 지금까지 개시되어 있지 않다. 그래서, 본 발명자들은 상기의 조직을 실현하기 위한 제조 방법에 대해 예의 연구했다.
그 결과, 열간 압연 후의 권취 후의 강판의 금속 조직을 라멜라 간격이 작은 미세한 펄라이트 또는 미세한 페라이트 중에 시멘타이트가 분산된 베이나이트 조직으로 하기 위하여, 비교적 저온(400℃ 내지 550℃)에서 권취한다. 비교적 저온에서 권취함으로써, 페라이트 중에 분산한 시멘타이트도 구상화하기 쉬워진다. 이어서, 1단째의 어닐링으로서 Ac1점 바로 아래의 온도에서의 어닐링으로 시멘타이트를 부분적으로 구상화한다. 계속해서, 2단째의 어닐링으로서 Ac1점과 Ac3점간의 온도(소위 페라이트와 오스테나이트의 2상 영역)에서의 어닐링으로, 페라이트 입자의 일부를 남기면서, 일부를 오스테나이트 변태시킨다. 그 후 완만 냉각하여 남긴 페라이트 입자를 성장시키면서, 그곳을 핵으로 하여 오스테나이트를 페라이트 변태시킴으로써, 큰 페라이트 상을 얻으면서 입계에 시멘타이트를 석출시켜, 상기 조직이 실현될 수 있는 것을 알아내었다.
즉, ??칭성과 성형성을 동시에 만족시키는 강판의 제조 방법은, 열연 조건이나 어닐링 조건 등을 단일로 연구해도 실현 곤란하며, 열연·어닐링 공정 등의 이른바 일관 공정에서 최적화를 달성함으로써 실현 가능한 것을 알아내었다.
이와 같이, 본 발명자들은, 성분 조성을 최적화한 강판의 냉간 가공 전의 강판 조직에 있어서 탄화물의 분산 상태와 열연으로부터 어닐링에 이르는 일관 공정에서의 제조 조건을 제휴하여 최적화함으로써 상기 강판 조직을 제어하고, 적절한 입경의 탄화물을 페라이트 입계에 석출시킬 수 있음을 알아내었다.
또한, 본 발명자들은, 페라이트 입경을 5㎛ 이상으로 하고, 비커스 경도를 170 이하로 하면, 강판에 있어서, 우수한 냉간 성형성과 열처리 후 연성을 확보할 수 있음을 알아내었다.
본 발명은 상기 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그의 요지는 다음과 같다.
(1) 성분 조성이, 질량％로,
C: 0.10 내지 0.40％,
Si: 0.30 내지 1.00％,
Mn: 0.30 내지 1.00％,
Al: 0.001 내지 0.10％,
P: 0.02％ 이하,
S: 0.01％ 이하
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강판에 있어서,
페라이트 입자 내의 탄화물의 개수(A)에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수(B)의 비율(B/A)이 1을 초과하고,
페라이트 입경이 5㎛ 이상 50㎛ 이하이고,
탄화물의 평균 입자 직경이 0.4㎛ 이상 2.0㎛ 이하이고,
펄라이트 면적률이 6％ 이하이고,
비커스 경도가 120HV 이상 170HV 이하인 것을 특징으로 하는 강판.
(2) 상기 강판이, 또한 질량％로,
N: 0.01％ 이하,
O: 0.02％ 이하
의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1)에 기재된 강판.
(3) 상기 강판이, 또한 질량％로,
Ti: 0.10％ 이하,
Cr: 0.50％ 이하,
Mo: 0.50％ 이하,
B: 0.01％ 이하,
Nb: 0.10％ 이하,
V: 0.10％ 이하,
Cu: 0.10％ 이하,
W: 0.10％ 이하,
Ta: 0.10％ 이하,
Ni: 0.10％ 이하,
Sn: 0.05％ 이하,
Sb: 0.05％ 이하,
As: 0.05％ 이하,
Mg: 0.05％ 이하,
Ca: 0.05％ 이하,
Y: 0.05％ 이하,
Zr: 0.05％ 이하,
La: 0.05％ 이하,
Ce: 0.05％ 이하
의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 강판.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 강판을 제조하는 제조 방법이며,
(i) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 성분 조성의 강편을 직접, 또는 일단 냉각 후 가열하여 열간 압연에 제공하고, 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도 영역에서 마무리 압연을 완료한 열연 강판을 400℃ 이상 550℃ 이하로 권취하고,
(ⅱ) 권취된 열연 강판을 불출하고, 산세를 실시한 후, 650℃ 이상 720℃ 이하의 온도 영역에서 3시간 이상 60시간 이하 유지하는 1단째의 어닐링을 실시하고, 또한, 725℃ 이상 790℃ 이하의 온도 영역에서 3시간 이상 50시간 이하 유지하는 2단째의 어닐링을 실시하는, 2단 스텝형의 어닐링을 실시하고,
(ⅲ) 상기 어닐링 후의 열연 강판을, 1℃/시간 이상 30℃/시간 이하로 제어한 냉각 속도로 650℃까지 냉각하고, 계속해서, 실온까지 냉각하는
것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법.
(5) 상기 열간 압연에 제공하는 강편의 온도가 1000 내지 1250℃인 것을 특징으로 하는 상기 (4)에 기재된 강판의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 냉간 성형성과 열처리 후 연성이 우수한 강판과 그의 제조 방법을 제공할 수 있다. 본 발명의 강판은, 열처리 후에 고연성을 갖고, 열처리 전의 판 성형성이 우수하며, 반복 응력이 가해지는 피로 부품, 예를 들어 자동차 서스펜션 구조 부품 등에 적합하게 이용할 수 있다.
먼저, 본 발명의 강판의 성분 조성의 한정 이유에 대해 설명한다. 이하, ％는, 질량％를 의미한다.
[C: 0.10 내지 0.40％]
C는, 탄화물을 형성하고, 강의 강화 및 페라이트 입자의 미세화에 유효한 원소이다. 냉간 성형 시, 강판 표면에 크레이프가 발생하는 것을 억제하고, 냉간 성형품의 표면 미관을 확보하기 위해서는, 페라이트 입자의 조대화를 억제할 필요가 있다. 0.10％ 미만이면, 탄화물의 체적률이 부족하여, 어닐링 중, 페라이트 입자의 조대화를 억제할 수 없으므로, C는 0.10％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.14％ 이상이다. 한편, C가 0.40％를 초과하면, 탄화물의 체적률이 증가하여, 냉간 성형성 및 열처리 후 연성이 저하되므로, C는 0.40％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.38％ 이하이다.
[Si: 0.30 내지 1.00％]
Si는, 탄화물의 형태에 영향을 미치고, 열처리 후의 연성의 향상에 기여하는 원소이다. 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수를 저감시키고, 페라이트 입계의 탄화물의 개수를 증가시키기 위해서는, 2단 스텝형의 어닐링(이하 「2단 어닐링」이라는 경우가 있음)에 의해, 어닐링 중에 오스테나이트상을 생성시키고, 일단, 탄화물을 용해시킨 후, 서랭하여, 페라이트 입계에 대한 탄화물의 석출을 촉진할 필요가 있다.
Si가 0.30％ 미만이면 첨가에 의한 상기 효과가 충분히 얻어지지 않으므로, Si는 0.30％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.35％ 이상이다. 한편, 1.00％를 초과하면, 페라이트의 고용 강화에 의해 경도가 상승하여 냉간 성형성이 저하되고, 균열이 발생하기 쉬워지는 것 외에도, A3점이 상승하고, ??칭 온도를 높게 할 필요가 있으므로, Si는 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.90％ 이하이다.
[Mn: 0.30 내지 1.00％]
Mn은, 2단 어닐링에 있어서, 탄화물의 형태를 제어하는 원소이다. 0.30％ 미만이면, 2단 어닐링 후의 서랭에 있어서, 페라이트 입계에, 탄화물을 생성시키는 것이 곤란해지므로, Mn은 0.30％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.33％ 이상이다. 한편, 1.00％를 초과하면, 페라이트의 경도가 증대되고, 냉간 성형성이 저하되므로, Mn은 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.96％ 이하이다.
[Al: 0.001 내지 0.10％]
Al은, 탈산제로서 작용함과 함께, 페라이트를 안정화하는 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 상기 효과가 충분히 얻어지지 않으므로, Al은 0.001％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.004％ 이상이다. 한편, 0.10％를 초과하면, 페라이트 입계의 탄화물의 개수가 감소하고, 냉간 성형성이 저하되므로, Al은 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.09％ 이하이다.
[P: 0.02％ 이하]
P는, 페라이트 입계에 편석하여, 페라이트 입계에 있어서의 탄화물의 생성을 억제하는 작용을 이루는 원소이다. 그로 인하여, P의 함유량은, 적을수록 바람직하고, 0％여도 되지만, 0.0001％ 미만으로 저감되면, 정련 비용이 대폭 상승하므로, 0.0001％ 이상으로 해도 된다. P의 함유량은 0.0013％ 이상이어도 된다. 한편, P가 0.02％를 초과하면, 페라이트 입계에 있어서의 탄화물의 생성이 억제되어서, 탄화물의 개수가 감소하고, 냉간 성형성이 저하되므로, P는 0.02％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이하이다.
[S: 0.01％ 이하]
S는, MnS 등의 비금속 개재물을 형성하는 원소이다. 비금속 개재물은, 냉간 성형 시에 균열의 기점이 되므로, S는, 적을수록 바람직하고, 0％이어도 되지만, 0.0001％ 미만으로 저감되면, 정련 비용이 대폭 상승하므로, 0.0001％ 이상으로 해도 된다. S의 함유량은 0.0012％ 이상으로 해도 된다. 한편, 0.01％를 초과하면, 비금속 개재물이 생성하고, 냉간 성형성이 저하되므로, S는 0.01％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.009％ 이하이다.
본 발명의 강판은, 상기 원소 외에도, 다음의 원소를 함유해도 된다.
[N: 0.01％ 이하]
N은, 다량으로 존재하면, 페라이트를 취화시키는 원소이다. 그로 인하여, N은 적을수록 바람직하고, N의 함유량은 0이어도 되지만, 0.0001％ 미만으로 저감되면, 정련 비용이 대폭 상승하므로, 0.0001％ 이상으로 해도 된다. N의 함유량은 0.0006％ 이상으로 해도 된다. 한편, 0.01％를 초과하면, 페라이트가 취화하여, 냉간 성형성이 저하되므로, N은 0.01％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.007％ 이하이다.
[O: 0.02％ 이하]
O는, 다량으로 존재하면, 조대한 산화물을 형성하는 원소이다. 그로 인하여, O는, 적을수록 바람직하고, 0％이어도 되지만, 0.0001％ 미만으로 저감되면, 정련 비용이 대폭 상승하므로, 0.0001％ 이상으로 해도 된다. O의 함유량은 0.0011％ 이상으로 해도 된다. 한편, 0.02％를 초과하면, 강 중에 조대한 산화물이 생성되어, 냉간 성형 시에 균열의 기점이 되므로, O는 0.02％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이하이다.
본 발명의 강판에 있어서는, 상기 원소 외에도, 또한, 다음 원소를, 1종 혹은 2종 이상 함유해도 된다. 또한, 이하의 원소는, 본 발명의 효과를 얻기 위하여 필수가 아니므로, 함유량은 0％여도 된다.
[Ti: 0.10％ 이하]
Ti는, 질화물을 형성하고, 결정립의 미세화에 기여하는 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과가 충분히 얻어지지 않으므로, Ti는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.005％ 이상이다. 한편, 0.10％를 초과하면, 조대한 Ti 질화물이 생성하고, 냉간 성형성이 저하되므로, Ti는 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.07％ 이하이다.
[Cr: 0.50％ 이하]
Cr은, ??칭성의 향상에 기여하는 한편, 탄화물에 농화하고 탄화물을 안정화하고, 오스테나이트상 내에서도 안정된 탄화물을 형성하는 원소이다. 0.001％ 미만이면, ??칭성 향상 효과를 얻을 수 없으므로, Cr은 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.007％ 이상이다. 한편, 0.50％를 초과하면, 오스테나이트 상 내에서 안정된 탄화물이 생성하고, ??칭 시에 탄화물의 용해가 지연되고, 필요한 ??칭 강도를 얻을 수 없으므로, Cr은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.48％ 이하이다.
[Mo: 0.50％ 이하]
Mo는, Mn과 마찬가지로, 탄화물의 형태 제어에 유효한 원소이며, 또한, 조직을 미세화하여 연성의 향상에 기여하는 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, Mo는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.017％ 이상이다. 한편, 0.50％를 초과하면, r값의 면내 이방성이 저하되고, 냉간 성형성이 저하되므로, Mo는 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.45％ 이하이다.
[B: 0.01％ 이하]
B는, ??칭성의 향상에 기여하는 원소이다. 0.0004％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, B는 0.0004％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상이다. 한편, 0.01％를 초과하면, 조대한 B화물이 생성하여, 냉간 성형성이 저하되므로, B는 0.01％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.008％ 이하이다.
[Nb: 0.10％ 이하]
Nb는, 탄화물의 형태 제어에 유효한 원소이며, 또한, 조직을 미세화하여 연성의 향상에 기여하는 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, Nb는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.002％ 이상이다. 한편, 0.10％를 초과하면, 미세한 Nb 탄화물이 다수 생성되어, 강도가 과도하게 상승함과 함께, 페라이트 입계의 탄화물의 개수가 저하되고, 냉간 성형성이 저하되므로, Nb는 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.09％ 이하이다.
[V: 0.10％ 이하]
V도, Nb와 마찬가지로, 탄화물의 형태 제어에 유효한 원소이며, 또한, 조직을 미세화하여 연성의 향상에 기여하는 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, V는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.004％ 이상이다. 한편, 0.10％를 초과하면, 미세한 V 탄화물이 다수 생성하고, 강도가 과도하게 상승함과 함께, 페라이트 입계의 탄화물의 개수가 저하되고, 냉간 성형성이 저하되므로, V는 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.09％ 이하이다.
[Cu: 0.10％ 이하]
Cu는, 페라이트 입계에 편석하는 원소이며, 또한, 미세한 석출물을 형성하여 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 0.001％ 미만이면, 강도 향상의 효과를 얻을 수 없으므로, Cu는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.004％ 이상이다. 한편, 0.10％를 초과하면, 페라이트 입계에 대한 편석이 적열취성을 초래하고, 열간 압연에서의 생산성이 저하되므로, 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.09％ 이하이다.
[W: 0.10％ 이하]
W도, Nb, V와 마찬가지로, 탄화물의 형태 제어에 유효한 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, W는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003％ 이상이다. 한편, 0.10％를 초과하면, 미세한 W 탄화물이 다수 생성되어 강도가 과도하게 상승함과 함께, 페라이트 입계의 탄화물의 개수가 감소하고, 냉간 성형성이 저하되므로, W는 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.08％ 이하이다.
[Ta: 0.10％ 이하]
Ta도, Nb, V, W와 마찬가지로, 탄화물의 형태 제어에 유효한 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, Ta는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.007％ 이상이다. 한편, 0.10％를 초과하면, 미세한 Ta 탄화물이 다수 생성하고, 강도가 과도하게 상승함과 함께, 페라이트 입계의 탄화물의 개수가 감소하고, 냉간 성형성이 저하되므로, Ta는 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.09％ 이하이다.
[Ni: 0.10％ 이하]
Ni는, 연성의 향상에 유효한 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, Ni는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.002％ 이상이다. 한편, 0.10％를 초과하면, 페라이트 입계의 탄화물의 개수가 감소하고, 냉간 성형성이 저하되므로, Ni는 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.09％ 이하이다.
[Sn: 0.05％ 이하]
Sn은, 강 원료로부터 불가피하게 혼입되는 원소이다. 그로 인하여, Sn은, 적을수록 바람직하므로, 0％여도 되지만, 0.001％ 미만으로 저감되면, 정련 비용이 대폭 상승하므로, Sn은 0.001％ 이상으로 해도 된다. Sn의 함유량은, 0.002％ 이상으로 해도 된다. 한편, 0.05％를 초과하면, 페라이트가 취화하고, 냉간 성형성이 저하되므로, Sn은 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.04％ 이하이다.
[Sb: 0.05％ 이하]
Sb는, Sn과 마찬가지로, 강 원료로부터 불가피하게 혼입되고, 페라이트 입계에 편석하여, 페라이트 입계의 탄화물의 개수를 저감시키는 원소이다. 그로 인하여, Sb는, 적을수록 바람직하므로, 0％여도 된다. 단, 0.001％ 미만으로 저감되면, 정련 비용이 대폭 상승하므로, Sb는 0.001％ 이상으로 해도 된다. Sb의 함유량은 0.002％ 이상으로 해도 된다. 한편, 0.05％를 초과하면, Sb가 페라이트 입계에 편석하여, 페라이트 입계의 탄화물의 개수가 감소하고, 냉간 성형성이 저하되므로, Sb는 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이하이다.
[As: 0.05％ 이하]
As는, Sn, Sb와 마찬가지로, 강 원료로부터 불가피하게 혼입되고, 페라이트 입계에 편석하는 원소이다. 그로 인하여, As는, 적을수록 바람직하므로, 0％여도 된다. 단, 0.001％ 미만으로 저감되면, 정련 비용이 대폭 상승하므로, As는 0.001％ 이상으로 해도 된다. 바람직하게는 0.002％ 이상으로 해도 된다. 한편, 0.05％를 초과하면, As가 페라이트 입계에 편석하여, 페라이트 입계의 탄화물의 개수가 감소하고, 냉간 성형성이 저하되므로, As는 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이하이다.
[Mg: 0.05％ 이하]
Mg는, 미량의 첨가로 황화물의 형태를 제어할 수 있는 원소이다. 0.0001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, Mg는 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0008％ 이상이다. 한편, 0.05％를 초과하면, 페라이트가 취화하고, 냉간 성형성이 저하되므로, Mg는 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이하이다.
[Ca: 0.05％ 이하]
Ca는, Mg와 마찬가지로, 미량의 첨가로 황화물의 형태를 제어할 수 있는 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, Ca는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003％ 이상이다. 한편, 0.05％를 초과하면, 조대한 Ca 산화물이 생성되어, 냉간 성형 시에 균열의 기점이 되므로, Ca는 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이하이다.
[Y: 0.05％ 이하]
Y는, Mg, Ca와 마찬가지로, 미량의 첨가로 황화물의 형태를 제어할 수 있는 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, Y는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003％ 이상이다. 한편, 0.05％를 초과하면, 조대한 Y 산화물이 생성되어, 냉간 성형 시에 균열의 기점이 되므로, Y는 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.03％ 이하이다.
[Zr: 0.05％ 이하]
Zr은, Mg, Ca, Y와 마찬가지로, 미량의 첨가로 황화물의 형태를 제어할 수 있는 원소이다. 0.001％ 미만이면, 첨가에 의한 효과를 얻을 수 없으므로, Zr은 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.004％ 이상이다. 한편, 0.05％를 초과하면, 조대한 Zr 산화물이 생성되어, 냉간 성형 시에 균열의 기점이 되므로, Zr은 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이하이다.
[La: 0.05％ 이하]
La는, 미량의 첨가로 황화물의 형태를 제어할 수 있는 원소이지만, 페라이트 입계에 편석하여, 페라이트 입계의 탄화물의 개수를 저감시키는 원소이기도 하다. 0.001％ 미만이면, 황화물의 형태 제어 효과를 얻을 수 없으므로, La는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003％ 이상이다. 한편, 0.05％를 초과하면, 페라이트 입계에 편석하여, 페라이트 입계의 탄화물의 개수가 감소하고, 냉간 성형성이 저하되므로, La는 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이하이다.
[Ce: 0.05％ 이하]
Ce는, La와 마찬가지로, 미량의 첨가로 황화물의 형태를 제어할 수 있는 원소이지만, 페라이트 입계에 편석하여, 페라이트 입계의 탄화물의 개수를 저감시키는 원소이기도 하다. 0.001％ 미만이면, 황화물의 형태 제어 효과를 얻을 수 없으므로, Ce는 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003％ 이상이다. 한편, 0.05％를 초과하면, 페라이트 입계에 편석하여, 페라이트 입계의 탄화물의 개수가 감소하고, 냉간 성형성이 저하되므로, Ce는 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.04％ 이하이다.
또한, 본 발명의 강판에 있어서, 상기 성분 조성의 잔부는 Fe 및 불가피 불순물이다.
본 발명의 강판에 있어서는, 상기 성분 조성에 추가로, (a) 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수(A)에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수(B)의 비율(B/A)이 1을 초과하고, (b) 페라이트 입경이 5㎛ 이상 50㎛ 이하이고, (c) 탄화물의 평균 입자 직경이 0.4㎛ 이상 2.0㎛ 이하이고, (d) 펄라이트 면적률이 6％ 이하이고, (e) 비커스 경도가 120HV 이상 170HV 이하인 것을 특징 요건으로 한다.
본 발명의 강판은, 상기 성분 조성 외에, 상기 (a) 내지 (e)의 특징 요건을 구비함으로써, 우수한 냉간 성형성과 열처리 후 연성을 가질 수 있다. 이것은, 본 발명자들이 찾아낸 신규의 지견이다. 이하, 설명한다.
[특징 요건 (a)]
본 발명의 강판의 조직은, 실질적으로 페라이트와 탄화물로 구성되는 조직이다. 그리고, 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수(A)에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수(B)의 비율(B/A)이 1을 초과하는 조직으로 한다.
또한, 탄화물은, 철과 탄소의 화합물인 시멘타이트(Fe3C)에 추가로, 시멘타이트중의 Fe 원자를, Mn, Cr 등의 합금 원소로 치환한 화합물이나, 합금 탄화물(M23C6, M6C, MC 등[M: Fe 및 기타 합금으로서 첨가한 금속 원소])이다.
강판을 소정의 형상으로 성형할 때, 강판의 매크로 조직에는 전단대가 형성되고, 전단대의 근방에서, 미끄러짐 변형이 집중해서 일어난다. 미끄러짐 변형은 전위의 증식을 수반하여, 전단대의 근방에는, 전위 밀도가 높은 영역이 형성된다. 강판에 부여하는 변형량의 증가에 수반하여, 미끄러짐 변형이 촉진되어, 전위 밀도가 증가한다. 냉간 성형성을 향상시키기 위해서는, 전단대의 형성을 억제하는 것이 유효하다.
마이크로 조직의 관점에서는, 전단대의 형성은, 어떤 하나의 결정립에서 발생한 미끄러짐이, 결정립계를 넘어, 인접 결정립으로 연속적으로 전파하는 현상으로서 이해된다. 따라서, 전단대의 형성을 억제하기 위해서는, 결정립계를 초과하는 미끄러짐의 전파를 방지할 필요가 있다. 강판 중의 탄화물은, 미끄러짐을 방해하는 견고한 입자이며, 탄화물을 페라이트 입계에 존재시킴으로써, 결정립계를 초과하는 미끄러짐의 전파를 방지하고, 전단대의 형성을 억제할 수 있고, 냉간 성형성을 향상시키는 것이 가능해진다.
이론 및 원칙에 기초하면, 냉간 성형성은, 페라이트 입계의 탄화물의 피복률의 영향을 강하게 받는다고 생각되어, 그의 고정밀도의 측정을 구할 수 있다. 그러나, 3차원 공간에 있어서 페라이트 입계의 탄화물의 피복률 측정에는, 주사형 전자 현미경 내에서 FIB에 의한 샘플 절삭과 관찰을 반복해서 행하는, 시리얼 섹셔닝 SEM 관찰, 또는 3차원 EBSP 관찰이 필수가 되어, 방대한 측정 시간을 요함과 함께, 기술 노하우의 축적이 불가결하게 된다.
본 발명자들은, 상기 관찰 방법을 일반적인 분석 방법이 아니라고 하여 채용하지 않고, 보다 간편하고 정밀도가 높은 평가 지표를 탐색했다. 그 결과, 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수(A)에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수(B)의 비율(B/A)을 지표로 하면, 냉간 성형성을 정량적으로 평가하는 것 및 상기 비율(B/A)이 1을 초과하면, 냉간 성형성이 현저하게 향상되는 것을 알아내었다.
강판의 냉간 성형 시에 일어나는, 좌굴, 꺾임, 접힘, 모두가 전단대의 형성에 수반하는 변형의 국소화에 의해 야기되는 것이므로, 페라이트 입계에 탄화물을 존재시킴으로써, 전단대의 형성 및 변형의 국소화를 완화시켜, 좌굴, 꺾임, 접힘의 발생이 억제된다.
[특징 요건 (b)]
어닐링 후의 강판 조직에 있어서, 페라이트 입경을 5㎛ 이상으로 함으로써 냉간 성형성을 개선할 수 있다. 페라이트 입경이 5㎛ 미만이면 경도가 증가하여, 냉간 성형 시에 균열이나 크랙이 발생하기 쉬워지므로, 페라이트 입경은 5㎛ 이상으로 한다. 바람직하게는 7㎛ 이상이다. 한편, 페라이트 입경이 50㎛를 초과하면, 미끄러짐의 전파를 억제하는 결정립계의 탄화물의 개수가 감소하고, 냉간 성형성이 저하되므로, 페라이트 입경은 50㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 38㎛ 이하이다.
[특징 요건 (c)]
본 발명의 강판의 조직에 함유되는 탄화물의 평균 입자 직경이 0.4㎛ 미만이면 강판의 경도가 현저하게 증가하고, 냉간 성형성이 저하되므로, 상기 탄화물의 평균 입자 직경은 0.4㎛ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.6㎛ 이상이다. 한편, 본 발명의 강판의 조직에 함유되는 탄화물의 평균 입자 직경이 2.0㎛를 초과하면, 냉간 성형 시에 탄화물이 균열의 기점이 되므로, 상기 탄화물의 평균 입자 직경은 2.0㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 1.95㎛ 이하이다.
[특징 요건 (d)]
펄라이트 면적률이 6％를 초과하면, 강판의 경도가 현저하게 증가하고, 냉간 성형성이 저하되므로, 펄라이트 면적률은 6％ 이하로 한다. 바람직하게는 5％ 이하이다.
[특징 요건 (e)]
강판의 비커스 경도를 120HV 이상 170HV 이하로 함으로써, 냉간 성형성을 향상시킬 수 있다. 비커스 경도가 120HV 미만이면 냉간 성형 시에 좌굴이 발생하기 쉬워지므로, 비커스 경도는 120HV 이상으로 한다. 바람직하게는 130HV 이상이다. 한편, 비커스 경도가 170HV를 초과하면, 연성이 저하되고, 냉간 성형 시에 내부 균열이 일어나 쉬워지므로, 비커스 경도는 170HV 이하로 한다. 바람직하게는 160HV 이하이다.
계속해서, 상기 조직의 관찰 및 측정 방법에 대해 설명한다.
탄화물의 관찰은, 주사형 전자 현미경으로 행한다. 관찰에 앞서, 조직 관찰용 시료를, 에머리 종이에 의한 습식 연마 및 1㎛의 평균 입자 크기를 갖는 다이아몬드 지립에 의해 연마하고, 관찰면을 경면으로 마무리한 후, 3％ 질산-알코올 용액으로 조직을 에칭한다. 관찰의 배율은, 3000배 중에서, 페라이트와 탄화물의 조직을 판별할 수 있는 배율을 선택한다. 선택한 배율로, 판 두께 1/4층에 있어서의 30㎛×40㎛의 복수의 시야를 랜덤하게 촬영한다. 예를 들어, 서로 중복하지 않는 영역을 8매이상 촬영한다.
얻어진 조직 화상에 대해, 탄화물의 면적을 측정한다. 탄화물의 면적으로부터 원 상당 직경(=2×√(면적/3.14))을 구하고, 그 평균값을 탄화물 입자 직경으로 한다. 탄화물의 면적 측정에는, 화상 해석 소프트웨어(예를 들어, 미타니 쇼지 가부시키가이샤제 Win ROOF)를 사용하여, 해석 영역에 포함되는 탄화물의 면적을 상세하게 측정해도 된다. 또한, 노이즈에 의한 측정 오차의 확대를 억제하기 위하여, 면적이 0.01㎛2 이하인 탄화물은 평가의 대상으로부터 제외한다.
상술한 조직 화상을 사용하여 페라이트 입계에 존재하는 탄화물의 개수를 계수하고, 전체 탄화물수로부터, 페라이트 입계의 탄화물의 수를 감산하여, 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수를 산출한다. 계수 및 산출한 탄화물의 개수에 기초하여, 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수(A)에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수(B)의 비율(B/A)을 산출한다. 또한, 면적이 0.01㎛2 이하인 탄화물은, 카운트하지 않는다.
페라이트 입경은, 상술한 순서로, 시료의 관찰면을 경면으로 연마한 후, 3％ 질산-알코올 용액으로 에칭하고, 에칭한 조직을, 광학 현미경 또는 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 촬영한 화상으로 선분법을 적용하여 측정할 수 있다.
이어서, 본 발명의 제조 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 제조 방법은, 열간 압연 공정의 조건, 권취 공정의 조건 및 2단 어닐링 공정의 조건을 일관하여 제휴 관리하고, 강판의 조직 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
필요한 성분 조성의 용강을 연속 주조한 강편을, 직접, 또는 일단 냉각 후 가열하여 열간 압연에 제공하고, 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도 영역에서, 상기 열간 압연의 마무리 압연을 완료한다. 이러한 열간 압연을 상기 강편에 실시함으로써, 미세 펄라이트와 베이나이트로 이루어진 강판 조직을 얻을 수 있다.
상기 마무리 압연을 완료한 열연 강판을 400℃ 이상 550℃ 이하의 온도 영역에서 권취한다. 권취한 열연 강판을 불출하여, 산세를 실시한 후, 2단 어닐링을 실시하고, 어닐링 후, 1℃/시간 이상 30℃/시간 이하로 제어한 냉각 속도로 650℃까지 냉각하고, 계속해서, 실온까지 냉각한다.
상기 2단 어닐링 공정은, 열연 강판을, 1단째의 어닐링 공정에 있어서, 650℃ 이상 720℃ 이하의 온도 영역에서 3시간 이상 60시간 이하 유지하고, 2단째의 어닐링 공정에 있어서, 725℃ 이상 790℃ 이하의 온도 영역에서 3시간 이상 50시간 이하 유지하는 어닐링 공정이다.
이하에, 열간 압연 공정(특히, 마무리 압연 공정) 및 권취 공정에 대해 상세하게 설명한다.
[열간 압연 공정]
강편을 일단 냉각 후 가열하여 열간 압연에 제공하는 경우, 가열 온도는 1000℃ 이상 1250℃ 이하가 바람직하고, 가열 시간은 0.5시간 이상 3시간 이하가 바람직하다. 강편을, 직접, 열간 압연에 제공하는 경우, 강편 온도는 1000℃ 이상 1250℃ 이하가 바람직하다.
강편 온도 또는 강편 가열 온도가 1250℃를 초과하고, 또는 강편 가열 시간이 3시간을 초과하면, 강편 표층으로부터의 탈탄이 현저하고, ??칭 전의 가열 시에, 강판 표층의 오스테나이트 입자가 비정상적으로 성장하여 냉간 성형성이 저하된다. 이로 인해, 강편 온도 또는 강편 가열 온도는 1250℃ 이하가 바람직하고, 강편 가열 시간은 3시간 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 1200℃ 이하, 2.5시간 이하이다.
강편 온도 또는 강편 가열 온도가 1000℃ 미만이고, 또는 강편 가열 시간이 0.5시간 미만이면 주조로 생성한 마이크로 편석이나 매크로 편석이 해소되지 않아, 강편 내부에, Si나 Mn 등의 합금 원소가 국소적으로 농화하는 영역이 잔존하여 냉간 성형성이 저하된다. 이로 인해, 강편 온도 또는 강편 가열 온도는 1000℃ 이상이 바람직하고, 강편 가열 시간은 0.5시간 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1050℃ 이상, 1시간 이상이다.
[열간 압연에 있어서의 마무리 압연 공정]
열간 압연의 마무리 압연은, 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도 영역에서 완료한다. 마무리 온도가 800℃ 미만이면 강판의 변형 저항이 증가하여, 압연 부하가 현저하게 상승하고, 또한, 롤의 마모량이 증대하여, 생산성이 저하된다. 그로 인하여, 본 발명에 있어서 마무리 온도는 800℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 830℃ 이상이다.
마무리 온도가 900℃를 초과하면, Run Out Table(ROT)을 통과 중에 두꺼운 스케일이 생성하고, 해당 스케일에 기인해서 강판 표면에 흠이 발생하여, 냉간 성형 시에, 흠을 기점으로 해서 균열이 발생한다. 이로 인해, 마무리 온도는 900℃ 이하로 한다. 바람직하게는 870℃ 이하이다.
[마무리 압연 후, 열연 강판의 권취 공정까지의 온도 조건]
마무리 압연 후의 열연 강판을 ROT에서 냉각할 때, 냉각 속도는 10℃/초 이상 100℃/초 이하가 바람직하다. 냉각 속도가 10℃/초 미만이면 냉각 도중에 두꺼운 스케일이 생성되어, 그것에 기인하는 흠집의 발생을 억제할 수 없으므로, 냉각 속도는 10℃/초 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 15℃/초 이상이다.
강판의 표층부터 내부에 걸쳐서, 100℃/초를 초과하는 냉각 속도로 냉각하면, 최표층부가 과잉으로 냉각되어, 베이나이트나 마르텐사이트 등의 저온 변태 조직이 발생한다. 권취 후, 100℃ 내지 실온에서 냉각된 열연 강판 코일을 불출할 때, 저온 변태 조직에 미소 크랙이 발생한다. 이 미소 크랙을, 산세로 제거하는 것은 어렵다. 그리고, 냉간 성형 시에, 미소 크랙을 기점으로 균열이 발생한다. 최표층부에 베이나이트나 마르텐사이트 등의 저온 변태 조직이 발생하는 것을 억제하기 위하여, 냉각 속도는 100℃/초 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 90℃/초 이하이다.
또한, 상기 냉각 속도는, 마무리 압연 후의 열연 강판이 무주수 구간을 통과 후, 주수 구간에서 물 냉각을 받는 시점부터, 권취의 목표 온도까지 ROT 상에서 냉각되는 시점에 있어서, 각 주수 구간의 냉각 설비로부터 받는 냉각능을 가리키고 있고, 주수 개시점으로부터 권취기에 의해 권취되는 온도까지의 평균 냉각 속도를 나타내는 것은 아니다.
[권취 공정]
권취 온도는 400℃ 이상 550℃ 이하로 한다. 권취 온도가 400℃ 미만이면 권취 전에 미변태였던 오스테나이트가 단단한 마르텐사이트로 변태하여, 열연 강판 코일의 불출 시에, 열연 강판의 표층에 크랙이 발생하고, 냉간 성형성이 저하된다. 상기 변태를 억제하기 위하여, 권취 온도는 400℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 430℃ 이상이다.
권취 온도가 550℃를 초과하면, 라멜라 간격이 큰 펄라이트가 생성되어, 열적 안정성이 높은 만큼, 두꺼운 침상 탄화물이 생성된다. 이 침상 탄화물은 2단 어닐링 후에도 잔류한다. 강판의 냉간 성형 시, 이 침상 탄화물을 기점으로 하여 균열이 발생하므로, 권취 온도는 550℃ 이하로 한다. 바람직하게는 520℃ 이하이다.
이하에, 본 발명의 제조 방법의 2단 어닐링 공정에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
열연 강판 코일을 불출하고, 산세를 실시한 후, 2개의 온도 영역에서 유지하는 2단 스텝형의 어닐링(2단 어닐링)을 실시한다. 열연 강판의 2단 어닐링을 실시함으로써, 탄화물의 안정성을 제어하여, 페라이트 입계에 대한 탄화물의 생성을 촉진함과 함께, 페라이트 입계의 탄화물 구상화율을 높일 수 있다. 또한, 열연 강판 코일을 불출 후, 2단 어닐링 공정 및 2단 어닐링 공정 후의 냉각 공정이 완료될 때까지, 상기 열연 강판을 냉간 압연하지 않는다. 냉간 압연에 의해, 페라이트 입자가 미립화되어, 강판이 연질화되기 어려워져, 강판의 비커스 경도가 120HV 이상 170HV 이하가 되지 않을 수도 있다.
[1단째의 어닐링 공정]
1단째의 어닐링은, AC1점 이하의 온도 영역에서 행한다. 이 어닐링에 의해, 탄화물을 조대화시킴과 함께, 합금 원소를 농화시켜서, 탄화물의 열적 안정성을 높인다. 그 후, AC1점 이상 A3점 이하의 온도 영역으로 승온하여, 오스테나이트를 조직 중에 생성시킨다. 그 후, 서랭하여, 오스테나이트를 페라이트로 변태시켜서, 오스테나이트 중의 탄소 농도를 높인다.
서랭에 의해, 오스테나이트에 잔존하는 탄화물에 탄소 원자가 흡착하여, 탄화물과 오스테나이트가 페라이트의 입계를 덮고, 최종적으로, 강판 조직을, 페라이트의 입계에 구상화 탄화물이 다수 존재하는 조직으로 할 수 있다.
AC1점 이상 A3점 이하의 온도 영역에서의 유지 시, 잔류 탄화물이 적으면, 냉각 중에, 펄라이트 및 봉상 탄화물, 판상 탄화물이 생성된다. 펄라이트 및 봉상 탄화물, 판상 탄화물이 생성되면, 강판의 냉간 성형이 현저하게 저하된다. 따라서, AC1점 이상 A3점 이하의 온도 영역에서의 유지 시, 잔류 탄화물의 개수를 증가하는 것이, 냉간 성형성을 향상시키는 데 있어서 중요하다.
상술한 1단째의 어닐링 공정으로 형성하는 강판 조직에 있어서는, AC1점 미만의 온도 영역에서, 탄화물의 열적 안정화가 촉진되므로, 상술한 AC1점 이상 A3점 이하의 온도 영역에서의 유지 시, 잔류 탄화물의 개수의 증가를 도모할 수 있다.
1단째의 어닐링에 있어서의 어닐링 온도(1단째의 어닐링 온도)는 650℃ 이상 720℃ 이하로 한다. 1단째의 어닐링 온도가 650℃ 미만이면 탄화물의 안정화가 충분하지 않고, 2단째의 어닐링 시에, 오스테나이트 중에 탄화물을 잔존시키는 것이 곤란해진다. 이로 인해, 1단째의 어닐링 온도는 650℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 670℃ 이상이다. 한편, 1단째의 어닐링 온도가 720℃를 초과하면, 탄화물의 안정성이 상승하기 전에 오스테나이트가 생성되어, 상술한 조직 변화의 제어가 어려워지므로, 1단째의 어닐링 온도는 720℃ 이하로 한다. 바람직하게는 700℃ 이하이다.
1단째의 어닐링에 있어서의 어닐링 시간(1단째의 어닐링 시간)은 3시간 이상 60시간 이하로 한다. 1단째의 어닐링 시간이 3시간 미만이면 탄화물의 안정화가 충분하지 않아, 2단째의 어닐링 시에, 오스테나이트 중에 탄화물을 잔존시키는 것이 곤란해진다. 이로 인해, 1단째의 어닐링 시간은 3시간 이상으로 한다. 바람직하게는 5시간 이상이다. 한편, 1단째의 어닐링 시간이 60시간을 초과하면, 탄화물의 안정화는 기대할 수 없고, 또한 생산성이 저하되므로, 1단째의 어닐링 시간은 60시간 이하로 한다. 바람직하게는 55시간 이하이다.
[2단째의 어닐링 공정]
2단째의 어닐링에 있어서의 어닐링 온도(2단째의 어닐링 온도)는 725℃ 이상 790℃ 이하로 한다. 2단째의 어닐링 온도가 725℃ 미만이면 오스테나이트의 생성량이 적고, 페라이트 입계에 있어서의 탄화물의 개수(B)가 저하된다. 이로 인해, 2단째의 어닐링 온도는 725℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 715℃ 이하이다. 한편, 2단째의 어닐링 온도가 790℃를 초과하면, 탄화물을 오스테나이트에 잔존시키는 것이 곤란해지고, 상술한 조직 변화의 제어가 어려워지므로, 2단째의 어닐링 온도는 790℃ 이하로 한다. 바람직하게는 770℃ 이하이다.
2단째의 어닐링에 있어서의 어닐링 시간(2단째의 어닐링 시간)은 3시간 이상 50시간 이하로 한다. 2단째의 어닐링 시간이 3시간 미만이면, 오스테나이트의 생성량이 적고, 또한, 페라이트 입자 내의 탄화물의 용해가 충분하지 않아, 페라이트 입계의 탄화물의 개수를 증가시키는 것이 곤란해진다. 이로 인해, 2단째의 어닐링 시간은 3시간 이상으로 한다. 바람직하게는 6시간 이상이다. 한편, 2단째의 어닐링 시간이 50시간을 초과하면, 탄화물을 오스테나이트에 잔존시키는 것이 곤란해지므로, 2단째의 어닐링 시간은 50시간 이하로 한다. 바람직하게는 45시간 이하이다.
2단 어닐링의 후, 강판을, 1℃/시간 이상 30℃/시간 이하로 제어한 냉각 속도로 650℃까지 냉각한다. 2단째의 어닐링에서 생성된 오스테나이트를 서랭하고, 페라이트로 변태시킴과 함께, 오스테나이트에 잔존한 탄화물에 탄소를 흡착시킨다. 냉각 속도는 느린 편이 바람직하지만, 1℃/시간 미만이면, 냉각에 요하는 시간이 증대되고, 생산성이 저하되므로, 냉각 속도는 1℃/시간 이상으로 한다. 바람직하게는 5℃/시간 이상이다.
한편, 냉각 속도가 30℃/시간을 초과하면, 오스테나이트가 펄라이트로 변태하고, 강판의 경도가 증가되고, 냉간 성형성이 저하되므로, 냉각 속도는 30℃/시간 이하로 한다. 바람직하게는 26℃/시간 이하이다.
어닐링 후의 강판을, 상기 냉각 속도로 650℃까지 냉각한 후는 실온까지 냉각한다. 실온까지의 냉각에 있어서, 냉각 속도는 특별히 한정되지 않는다.
또한, 1단째의 어닐링 및 2단째의 어닐링은, 상자 어닐링 혹은 연속 어닐링 중 어느 것이어도 된다. 상자 어닐링은, 상자형 어닐링 로를 사용하여 행해도 된다. 또한, 2단 어닐링에 있어서의 분위기는, 특히, 특정한 분위기에 한정되지 않는다. 예를 들어, 95％ 이상인 질소 분위기, 95％ 이상인 수소 분위기, 대기 분위기 중 어느 분위기여도 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제조 방법에 의하면, 실질적으로 입경 5㎛ 이상 50㎛ 이하인 페라이트와 구상화 탄화물의 조직을 갖고, 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수(A)에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수(B)의 비율(B/A)이 1을 초과하고, 또한, 비커스 경도가 120HV 이상 170HV 이하인 냉간 성형성과 열처리 후 연성이 우수한 강판을 얻을 수 있다.
실시예
이어서, 실시예의 실시예에 대해 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 조건의 일례이며, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
(실시예 1)
성분 조성의 영향을 조사하기 위하여, 표 1-1, 표 1-2(본 발명의 강판의 성분 조성) 및 표 2-1, 표 2-2(비교 강판의 성분 조성)에 나타내는 성분 조성의 연속 주조 주조편(강편)에 대해, 이하의 조건으로 열간 압연 공정으로부터 2단 어닐링 공정까지의 공정을 실시하고, 표 3에 나타나는 특성 평가용 시료(발명강 A-1 내지 Z-1 및 비교강 AA-1 내지 AZ-1)을 제조했다. 또한, 표 1-1, 표 1-2의 No.A 내지 Z의 강편은, 모두 본 발명의 강판의 성분 조성을 갖는다. 한편, 표 2-1, 표 2-2의 No. AA 내지 AZ의 강편의 성분 조성은, 모두 본 발명의 강판의 성분 조성의 범위 외이다.
[표 1-1]
Figure pct00001
[표 1-2]
Figure pct00002
[표 2-1]
Figure pct00003
[표 2-2]
Figure pct00004
즉, 표 1 및 표 2에 나타내는 성분 조성의 각각의 강편을 1240℃에서 1.8시간 가열한 후, 열간 압연에 제공하고, 마무리 온도 820℃에서 마무리 압연을 완료했다. 그 후, ROT 상에서 45℃/초의 냉각 속도로 냉각하고, 권취 온도 510℃에서 권취를 행하여 열연 강판 코일을 제조했다. 이어서, 상기 열연 강판 코일을 불출하고, 산세 후, 1단째의 어닐링을 행하기 위하여 산세 후의 열연 강판 코일을 상자형 어닐링 로에 장입하고, 95％ 수소 및 5％ 질소를 포함하도록 어닐링 분위기를 제어하고, 실온으로부터 705℃로 가열해서 36시간 유지하고, 열연 강판 코일 내의 온도 분포를 균일화했다. 그 후, 2단째의 어닐링을 행하기 위하여 760℃까지 가열하여 10시간 유지하고, 그 후, 650℃까지, 10℃/시간의 냉각 속도로 냉각하고, 계속해서, 실온까지 노랭하여, 특성 평가용 시료를 제작했다.
상기 시료의 조직을, 상술한 방법으로 관찰하고, 페라이트 입경 및 탄화물의 개수를 측정했다. 계속해서, 상기 시료를 분위기 어닐링 로에 장입하고, 950℃로, 20분 유지하고, 유지 후, 50℃의 유랭을 행했다. 그 후, 경도가 400HV가 되도록 템퍼링을 행했다. 열처리 후 연성은, 어닐링 처리 후의 시료의 표면을 검색하고, 판 두께 2㎜의 JIS5호 시험편을 제작하고, 실온에서 인장 시험을 행하여 구했다. 표점간 거리를 50㎜로 하고, 시험 속도 3㎜/min에서 인장 시험을 행했다. 10％ 이상을 양호라고 했다.
표 3에, 페라이트 입경(㎛), 비커스 경도(HV), 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수 비율(입계 탄화물수/입자 내 탄화물수) 및 열처리 후 연성(％)을 나타낸다.
[표 3]
Figure pct00005
표 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 강판(A-1 내지 Z-1)에 있어서는, 모두, 비커스 경도가 170HV 이하이고, 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수 비율(입계 탄화물수/입자 내 탄화물수)이 1을 초과하고 있다. 경도는 냉간 성형성의 지표이기 때문에, 본 발명의 강판(A-1 내지 Z-1)은, 냉간 성형성이 우수한 것을 알 수 있다.
이에 반하여, 비교 강판 AA-1에서는 Si양이 많고， 비교 강판 AB-1에서는 C양이 많으며，비교 강판 AD-1에서는 Mn양이 많고，모두에서 비커스 경도가 170HV를 초과하고 있다.
비교 강판 AH-1에서 C양이 적고, A3점이 높기 때문에, ??칭이 불가능했다. 비교 강판 AE-1에서는 Si양이 적고, 비커스 경도가 120HV 미만이 될 뿐만 아니라, 열처리 후 연성이 저하되었다. 다른 비교 강판에서는, 성분 조성이 본 발명의 강판의 성분 조성의 범위 외이기 때문에, 열처리 후 연성이 저하되어 있다.
(실시예 2)
열간 압연의 마무리 압연, 강판의 권취 공정 및 2단 어닐링 공정의 각각의 조건의 영향을 조사하기 위하여, 이하와 같이 No.A-2 내지 Z-2의 시험용 강판을 제작했다. 즉, 먼저, 표 1-1 및 표 1-2에 나타내는 성분 조성의 강편 No.A 내지 Z 각각을, 1240℃에서 1.8시간 가열한 후, 열간 압연에 제공하고, 표 4에 나타내는 조건으로, 열간 압연의 마무리 압연을 완료하고, 그 후, ROT 상에서 45℃/초의 냉각 속도로 냉각하여, 표 4에 나타내는 권취 온도로 권취하고, 판 두께 3.0㎜의 열연 강판 코일을 제조했다.
상기 열연 강판 코일을 산세 후, 표 4에 나타내는 어닐링 조건에서, 2단 스텝형의 상자 어닐링을 실시했다. 어닐링 후의 열연 강판으로부터, 판 두께 3.0㎜의 특성 평가용 자료를 채취하고, 페라이트 입경(㎛), 비커스 경도(HV), 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수 비율(입계 탄화물수/입자 내 탄화물수) 및 열처리 후 연성(％)을 측정했다. 결과를, 표 5에 나타낸다.
[표 4]
Figure pct00006
표 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 강판에 있어서는, 모두, 비커스 경도가 170HV 이하이고, 페라이트 입자 내의 탄화물의 개수에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수의 비율이 1을 초과하고 있다. 경도는 냉간 성형성의 지표이기 때문에, 본 발명의 강판은 모두, 냉간 성형성이 우수한 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명의 강판은 모두, 10％ 이상의 열처리 후 연성을 가지므로, 열처리 후 연성에 관하여 양호한 것을 알 수 있다.
이에 반하여, 비교 강판에서는, 제조 조건이 본 발명의 제조 방법의 제조 조건의 범위 외이기 때문에, 비커스 경도가 상승하고 있다. 또한, 일부의 비교 강판에서는, 입계 탄화물수/입자 내 탄화물수도 저하되고 있다.
[표 5]
Figure pct00007
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 냉간 성형성과 열처리 후 연성이 우수한 강판과 그의 제조 방법을 제공할 수 있다. 그래서, 본 발명은 강판 제조 및 이용 산업에 있어서 이용 가능성이 높은 것이다.

Claims (5)

  1. 성분 조성이, 질량％로,
    C: 0.10 내지 0.40％,
    Si: 0.30 내지 1.00％,
    Mn: 0.30 내지 1.00％,
    Al: 0.001 내지 0.10％,
    P: 0.02％ 이하,
    S: 0.01％ 이하
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강판에 있어서,
    페라이트 입자 내의 탄화물의 개수(A)에 대한 페라이트 입계의 탄화물의 개수(B)의 비율(B/A)이 1을 초과하고,
    페라이트 입경이 5㎛ 이상 50㎛ 이하이고,
    탄화물의 평균 입자 직경이 0.4㎛ 이상 2.0㎛ 이하이고,
    펄라이트 면적률이 6％ 이하이고,
    비커스 경도가 120HV 이상 170HV 이하인 것을 특징으로 하는 강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강판이, 또한 질량％로,
    N: 0.01％ 이하,
    O: 0.02％ 이하
    의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강판이, 또한 질량％로,
    Ti: 0.10％ 이하,
    Cr: 0.50％ 이하,
    Mo: 0.50％ 이하,
    B: 0.01％ 이하,
    Nb: 0.10％ 이하,
    V: 0.10％ 이하,
    Cu: 0.10％ 이하,
    W: 0.10％ 이하,
    Ta: 0.10％ 이하,
    Ni: 0.10％ 이하,
    Sn: 0.05％ 이하,
    Sb: 0.05％ 이하,
    As: 0.05％ 이하,
    Mg: 0.05％ 이하,
    Ca: 0.05％ 이하,
    Y: 0.05％ 이하,
    Zr: 0.05％ 이하,
    La: 0.05％ 이하,
    Ce: 0.05％ 이하
    의 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 강판을 제조하는 제조 방법이며,
    (i) 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성의 강편을, 직접, 또는 일단 냉각 후 가열하여 열간 압연에 제공하고, 800℃ 이상 900℃ 이하의 온도 영역에서 마무리 압연을 완료한 열연 강판을 400℃ 이상 550℃ 이하로 권취하고,
    (ⅱ) 권취된 열연 강판을 불출하고, 산세를 실시한 후, 650℃ 이상 720℃ 이하의 온도 영역에서 3시간 이상 60시간 이하 유지하는 1단째의 어닐링을 실시하고, 또한, 725℃ 이상 790℃ 이하의 온도 영역에서 3시간 이상 50시간 이하 유지하는 2단째의 어닐링을 실시하는, 2단 스텝형의 어닐링을 실시하고,
    (ⅲ) 상기 어닐링 후의 열연 강판을, 1℃/시간 이상 30℃/시간 이하로 제어한 냉각 속도로 650℃까지 냉각하고, 계속해서, 실온까지 냉각하는
    것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열간 압연에 제공하는 강편의 온도가 1000 내지 1250℃인 것을 특징으로 하는 강판의 제조 방법.
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