KR20180014843A

KR20180014843A - 높은 인장강도 및 연성을 갖는 강판의 제조 공정, 및 이렇게 제조된 판

Info

Publication number: KR20180014843A
Application number: KR1020187002754A
Authority: KR
Inventors: 파스칼 드릴레; 다미앙 옴스통
Original assignee: 아르셀러미탈 프랑스
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2008-07-09
Publication date: 2018-02-09
Also published as: UA98798C2; RU2010105699A; ZA201000290B; PL2171112T3; KR101892423B1; WO2009034250A1; US20180148806A1; EP2020451A1; CN101784688A; BRPI0814514A2; US10428400B2; US20100221573A1; CA2694069A1; US20180163282A9; JP2010533791A; BRPI0814514B1; EP2171112B1; KR20130010030A; RU2451764C2; US20150203932A1

Abstract

본 발명은 800 MPa 을 초과하는 인장 강도 및 10 % 초과의 파단시 연신율을 갖는 열간 압연된 강판 또는 강 부품에 관한 것이고, 이 강판 및 강 부품의 조성은 중량% 로 표현되는 하기의 함량을 포함하고: 0.050 % ≤ C ≤ 0.090 %, 1 % ≤ Mn ≤ 2 %, 0.015 % ≤ Al ≤ 0.050 %, 0.1 % ≤ Si ≤ 0.3 %, 0.10 % ≤ Mo ≤ 0.40 %, S ≤ 0.010 %, P ≤ 0.025 %, 0.003 % ≤ N ≤ 0.009 %, 0.12 % ≤ V ≤ 0.22 %, Ti ≤ 0.005 %, Nb ≤ 0.020 %, 및, 선택적으로, Cr ≤ 0.45 % 이고, 상기 조성의 잔부는 철 및 제련으로부터 생긴 불가피한 불순물로 구성되고, 상기 판 또는 상기 부품의 미세구조는, 표면 분율로서, 적어도 80 % 의 상부 베이나이트를 포함하고, 가능한 보체는 하부 베이나이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어지고, 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 함량의 합은 5 % 미만이다.

Description

높은 인장강도 및 연성을 갖는 강판의 제조 공정, 및 이렇게 제조된 판{PROCESS FOR MANUFACTURING STEEL SHEET HAVING HIGH TENSILE STRENGTH AND DUCTILITY CHARACTERISTICS, AND SHEET THUS PRODUCED}

본 발명은 매우 높은 인장 강도 및 냉간 또는 온간 성형 작업이 실행될 수 있도록 해주는 변형성을 동시에 갖는 소위 "다상 (multiphase)" 강으로 만들어진 열간 압연 판 또는 부품의 제조에 관한 것이다. 본 발명은 보다 구체적으로는, 800 MPa 초과의 인장 강도 및 10 % 초과의 파단시 연신율을 갖는 주로 베이나이트계 미세구조를 갖는 강에 관한 것이다.

자동차 산업은 특히 이러한 열간 압연 강판의 특정 적용 분야를 구성한다.

특히 이 산업에서는, 차량의 경량화와 그 안정성의 증가에 대한 지속적인 요구가 있어 왔다. 따라서, 이들 증가하는 요건을 만족시키기 위해서 다양한 군의 강이 제안되어 왔다:

먼저, 미세합금 원소를 포함하는 강이 제안되었고, 이 강은 동시에 침전 및 결정립 미세화에 의해 경화된다. 이러한 강의 개발은 "이상 (dual-phase)" 강의 개발로 이어졌고, 이러한 이상강에서는 페라이트 매트릭스 내에 마르텐사이트를 존재시켜 우수한 냉간 성형성과 결합하여서 450 MPa 을 초과하는 인장 강도가 얻어지도록 해준다.

더 높은 강도 레벨을 달성하기 위해서, 특성 (강도/변형성) 의 유리한 조합을 갖는 TRIP (Transformation Induced Plasticity: 변태 유기 소성) 거동을 보이는 강이 개발되었다. 이들 특성은, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 페라이트 매트릭스로 구성되는, 이러한 강의 구조에 의한 것이다. 변형의 효과 하에서, TRIP 강 부품의 잔류 오스테나이트는 마르텐사이트로 점진적으로 변태하고, 그 결과 넥킹 (necking) 의 출현시에 상당한 고화 및 지연이 있게 된다.

높은 항복 강도/인장 강도비 및 더 높은, 즉 800 MPa 초과의 인장 강도를 동시에 달성하기 위해서, 대부분 베이나이트계 구조를 갖는 다상 강이 개발되었다. 자동차 산업에서, 또는 일반적인 산업에서, 이들 강은 구조 부품을 제조하는데 유익하게 이용되고 있다. 그러나, 이들 부품의 성형성은 동시에 충분한 연신율을 요구한다. 또한 이 요구는 부품이 용접된 후에 성형될 때 적용될 수도 있다. 이 경우에, 용접된 조인트는 충분한 성형성을 가져서 조인트에서 조기 파단을 야기하지 않아야 한다.

본 발명의 목적은, 압연 방향 및 횡방향 모두에서, 10 % 초과의 파단시 연신율과 함께 800 MPa 초과의 인장 강도를 갖는 열간 압연 강판을 제공함으로써 전술된 문제점을 해결하는 것이다.

또한 본 발명은 기계적 공정에 의해 절단될 때의 손상에 대해 매우 둔감한 강판을 제공한다.

또한 본 발명의 목적은 이 강으로 제조된 용접 어셈블리, 특히 레이저 용접에 의해 얻어진 어셈블리를 형성하는데 우수한 능력을 갖는 강판을 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 또한 비코팅되고, 전기아연도금 또는 아연도금, 또는 알루미늄-코팅된 상태의 강판을 제조하기 위한 공정을 제공하는 것이다. 이에 따라 이는 이 강의 기계적 특성이 연속적인 아연 용융 코팅 공정과 관련한 열 사이클에 대해 상당히 둔감할 것을 요구한다.

본 발명의 목적은 또한 작은 두께, 예컨대 1 ~ 5 ㎜ 로도 가능한 열간 압연 강판 또는 부품을 제공하는 것이다. 이에 따라 상기 강의 열간 경도 (hot hardness) 는 압연을 용이하게 하기 위해서 너무 높으면 안된다.

이를 위해서, 본 발명의 일 주제는 800 MPa 을 초과하는 인장 강도 및 10 % 초과의 파단시 연신율을 갖는 열간 압연된 강판 또는 강 부품으로서, 이 강판 및 강 부품의 조성은 중량% 로 표현되는 하기의 함량을 포함하고: 0.050 % ≤ C ≤ 0.090 %, 1 % ≤ Mn ≤ 2 %, 0.015 % ≤ Al ≤ 0.050 %, 0.1 % ≤ Si ≤ 0.3 %, 0.10 % ≤ Mo ≤ 0.40 %, S ≤ 0.010 %, P ≤ 0.025 %, 0.003 % ≤ N ≤ 0.009 %, 0.12 % ≤ V ≤ 0.22 %, Ti ≤ 0.005 %, Nb ≤ 0.020 %, 및 Cr ≤ 0.45 % 이고, 상기 조성의 잔부는 철 및 제련으로부터 생긴 불가피한 불순물로 구성되고, 상기 판 또는 상기 부품의 미세구조는, 표면 분율로서, 적어도 80 % 의 상부 베이나이트를 포함하고, 보체는 하부 베이나이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어지고, 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 함량의 합은 5 % 미만이다.

상기 강의 조성은 바람직하게는 중량% 로 표현된 하기의 함량을 포함한다: 0.050 % ≤ C ≤ 0.070 %.

바람직하게는, 상기 조성은 중량% 로 표현된 하기의 함량을 포함한다: 0.070 % ＜ C ≤ 0.090 %.

바람직한 실시형태에 따르면, 상기 조성은 1.4 % ≤ Mn ≤ 1.8 % 를 포함한다.

바람직하게는, 상기 조성은 0.020 % ≤ Al ≤ 0.040 % 을 포함한다.

상기 강의 조성은 바람직하게는 0.12 % ≤ V ≤ 0.16 % 을 포함한다.

바람직한 실시형태에 따르면, 상기 강의 조성은 0.18 % ≤ Mo ≤ 0.30 % 을 포함한다.

바람직하게는, 상기 조성은 Nb ≤ 0.005 % 을 포함한다.

바람직하게는, 상기 조성은 0.20 % ≤ Cr ≤ 0.45 % 을 포함한다.

일 특정 실시형태에 따르면, 판 또는 부품은 아연계 또는 알루미늄계 코팅으로 코팅된다.

본 발명의 다른 주제는, 상기에 규정된 조성 및 미세구조를 갖는 강 부품이고, 상기 강 부품은 400 ~ 690 ℃ 의 온도 T 에서 가열된 후에, 350 ℃ ~ (T - 20℃) 의 온도 범위에서 온간-드로잉된 다음, 최종적으로 대기 온도까지 냉각시킴으로써 얻어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 주제는, 상기 실시형태 중 하나에 따른 강판 또는 강 부품으로부터 생성된, 고 에너지 밀도 빔에 의해 용접된 어셈블리이다.

본 발명의 다른 주제는, 800 Mpa 을 초과하는 인장 강도 및 10 % 초과의 파단시 연신율을 갖는 열간 압연된 강판의 제조 공정이고, 이 공정에서는 상기 조성의 강이 제공되고, 반제품이 주조되고, 이 반제품은 1150 ℃ 초과의 온도까지 가열된다. 상기 반제품은 판을 얻도록, 강의 미세구조가 전체적으로 오스테나이트화되는 온도 범위에서 압연 종료 온도 T_ER 까지 열간 압연된다. 그 후에 판은, 75 ~ 200 ℃/s 의 냉각 속도 V_c 로 냉각된 다음, 상기 판은 500 ~ 600 ℃ 의 온도 T_coil 에서 코일링된다.

바람직한 실시형태에 따르면, 상기 압연 종료 온도 T_ER 은 870 ~ 930 ℃ 이다.

바람직하게는, 상기 냉각 속도 V_c 는 80 ~ 150 ℃/s 이다.

바람직하게는, 상기 판은 산세척된 다음, 선택적으로 조질 압연된 후에, 아연 또는 아연 합금으로 코팅된다.

바람직한 실시형태에 따르면, 상기 코팅은 용융 아연 도금에 의해 연속적으로 실행된다.

본 발명의 다른 주제는, 온간-드로잉된 부품의 제조 공정이고, 이 공정에서는 상기의 특징 중 하나에 따르거나, 상기 특징 중 하나에 따른 공정에 의해 제조된 강판이 제공되고, 이어서 상기 판은 블랭크를 얻도록 절단된다. 상기 블랭크는 가열된 블랭크를 얻도록 400 ~ 690 ℃ 의 온도 T 까지 부분적으로 또는 완전하게 가열되고, 15 분 미만의 시간 동안 유지된 후에, 상기 가열된 블랭크는 속도 V'_c 로 대기 온도까지 냉각된 부품을 얻기 위해서 350 ~ T - 20 ℃ 의 온도에서 드로잉된다.

일 특정 실시형태에 따르면, 상기 속도 V'_c 는 25 ~ 100 ℃/s 이다.

본 발명의 다른 주제는, 자동차 분야에서 구조 부품 또는 보강 부재의 제조를 위한, 상기 실시형태 중 하나에 따르거나, 상기 실시형태 중 하나에 따른 공정에 의해 제조된 열간 압연된 강판의 사용이다.

본 발명의 다른 특징 및 이점이 실시예에 의해 주어진 이하의 설명 및 여기에 첨부된 도면을 참조하여 명백해질 것이다.

본 발명은 고가의 원소를 과도하게 첨가하지 않고 베이나이트계 매트릭스를 갖는 강으로 만들어진 판 또는 부품을 제조할 수 있다. 이들 판 또는 부품은 고강도와 고연성을 결합시킨다. 본 발명에 따른 강판은 유리하게는 자동차 분야 및 일반 산업에서 구조 부품 또는 보강 부재를 제조하는데 이용된다.

도 1 은 레이저빔을 이용하여 생성된 맞대기 용접된 (butt-welded) 조인트의 종방향으로의 연신율에 대한 탄소 함량의 영향을 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 강판 또는 강 부품의 미세구조를 도시한다.
도 3 은 본 발명에 따른 온간-드로잉된 (warm-drawn) 강 부품의 미세구조를 도시한다.

강의 화학적 조성과 관련하여, 탄소 함량은 미세구조의 형성 및 기계적 특성에 있어서 매우 중요한 역할을 한다.

본 발명에 따르면, 탄소 함량은 0.050 ~ 0.090 중량% 이다. 0.050% 미만이면, 불충분한 강도가 얻어질 수 없다. 0.090 % 를 초과하면, 형성된 미세구조가 주로 하부 베이나이트 (lower bainite) 로 구성되고, 이 구조는 페라이트-베이나이트 라스 (ferrite-bainite laths) 내에서 침전된 탄소의 존재를 특징으로 한다: 이렇게 얻어진 기계적 강도는 높지만, 그 후에 연신율은 상당히 감소된다.

본 발명의 일 특정 실시형태에 따르면, 탄소 함량은 0.050 ~ 0.070 % 이다. 도 1 은 레이저 빔에 의해 생성된 맞대기 용접된 조인트의 종방향으로의 연신율에 대한 탄소 함량의 영향을 도시한다. 약 17 ~ 23 % 의 특히 높은 파단시 연신율은 0.050 ~ 0.070 % 범위의 탄소 함량과 관련이 있다. 이들 높은 연신율값은, 응력 집중을 야기하는 용접된 비드의 기하학적 특이성, 또는 용융 금속 내의 미세다공 등의 가능한 국부적 결함을 고려할 때도, 레이저 용접된 판이 만족스럽게 드로잉될 수 있다는 것을 보장해준다. 종래 기술의 0.12 % C 강과 비교하면, 탄소 함량의 감소가 용접성을 향상시킬 수 있다는 것이 기대되었다. 그러나, 탄소 함량의 상당한 감소는 높은 파단시 연신율을 얻는 것뿐만 아니라, 동시에 0.050 % 만큼 탄소 함량이 낮다고 기대되지 않았던 경우에도, 800 MPa 초과의 레벨에서 강도를 유지할 수 있도록 해준다.

다른 바람직한 실시형태에 따르면, 탄소 함량은 0.070 % 초과이지만 0.090 % 를 초과하지는 않는다. 이 범위가 높은 연성을 야기하지는 않더라도, 레이저 용접의 파단시 연신율은 베이스 강판과 비교하여 15 % 를 초과하여 유지된다.

1 ~ 2 중량% 의 양의 망간은 경화성을 증가시키고 압연 후의 냉각시에 페라이트의 형성을 방지해준다. 망간은 또한 제련 동안에 액상에서 강의 환원에 기여한다. 망간의 첨가는 또한 효과적인 고용 경화 및 더 높은 강도를 얻는 것에 기여한다. 바람직하게는, 망간 함량은 1.4 ~ 1.8 % 이고, 이렇게 함으로써, 유해한 밴드 구조 (banded structure) 의 출현의 위험 없이 완전하게 베이나이트계인 구조가 형성된다.

0.015 % ~ 0.050 % 의 함량 범위 내의 알루미늄은 강의 환원을 위한 효과적인 원소이다. 이 유효성은, 알루미늄 함량이 0.020 ~ 0.040 % 일 때 특히 저렴하고 안정적인 방식으로 얻어진다.

0.1 % 를 초과하지 않는 양의 규소는 액상의 환원 및 고용 경화에 기여한다. 그러나, 0.3 % 를 초과하는 규소의 첨가는 접착성이 높은 산화물의 형성을 야기하고, 특히 용융 아연 도금 작업시에 젖음성의 결핍으로 인한 표면 결함을 야기한다.

0.10 % 를 초과하지 않는 양의 몰리브덴은 압연 후에 냉각 동안에 베이나이트 변태를 지연시키고, 고용 경화에 기여하고 베이나이트 라스의 크기를 개선한다. 본 발명에 따르면, 몰리브덴 함량은, 경화 구조의 초과 형성을 방지하도록 0.40 % 를 초과하지 않는다. 이 제한된 몰리브덴 함량은 또한 제조 비용을 절감시킬 수 있도록 해준다.

바람직한 실시형태에 따르면, 몰리브덴 함량은 0.18 % 이상이지만 0.30 % 를 초과하지는 않는다. 이렇게, 상기 레벨은 열간 압연 후의 냉각 테이블에서 강판의 페라이트 또는 펄라이트의 형성을 방지하도록 이상적으로 조정된다.

0.010 % 초과의 양인 황은 성형성을 크게 감소시키는 황화 망간의 형태로 과도하게 침전하는 경향이 있다.

인은 입계에서의 분리를 위한 원소로 알려져 있다. 그 함량은 충분한 열간 연성을 유지하도록 0.025 % 로 제한되어야만 한다.

선택적으로, 조성은 0.45 % 를 초과하지 않는 양의 크롬을 포함할 수도 있다. 그러나, 조성의 다른 원소 및 본 발명에 따른 공정 덕분에, 그 존재는 반드시 필수적인 것은 아니어서, 비용의 추가를 피할 수 있어서 유리하다.

0.20 ~ 0.45 % 의 크롬의 첨가는 경화성을 증가시키는 다른 원소에 대한 보체 (complement) 로서 만들어질 수도 있다: 0.20 % 미만이면, 경화성에 대한 영향은 확실하진 않지만, 0.45 % 초과일 경우에는 코팅성이 감소될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 강은 0.005 % 이하의 Ti 및 0.020 % 이하의 Nb 를 포함한다. 이 경우가 아니라면, 이들 원소는 질화물 또는 탄화물 형태로 너무 많은 양의 질소를 고착시킨다. 그 다음엔, 바나듐과의 침전에 이용하기에 불충분한 질소가 남아있게 된다. 또한, 니오븀의 초과 침전은 열간 경도를 증가시킬 수도 있고 얇은 열간 압연된 판 제품이 쉽게 생성되도록 할 수 없을 수도 있다.

특히 경제적인 일 실시형태에서, 니오븀 함량은 0.005 % 이하이다.

바나듐은 본 발명에 따른 중요한 원소이다- 강은 0.12 ~ 0.22 % 의 바나듐 함량을 갖는다. 바나듐을 포함하지 않는 강과 비교하면, 탄질화물의 경화 침전 덕분에 강도의 증가가 300 MPa 까지 될 수도 있다. 0.12 % 미만이면, 인장 기계 특성에 대한 상당한 영향이 주목된다. 바나듐이 0.22 % 를 초과하면, 본 발명에 따른 제조 조건 하에서, 기계적 특성에 대한 영향의 포화가 주목된다. 이에 따라 더 높은 바나듐 함량을 갖는 강과 보다 경제적으로 비교하여 0.22 % 이하의 함량은 높은 기계적 특성을 얻을 수 있도록 해준다. 0.12 ~ 0.16 % 의 함량의 바나듐에 있어서, 얻어진 구조 경화 및 미세구조의 정련이 가장 특히 효과적이다.

본 발명에 따르면, 바나듐 탄질화물을 충분한 양으로 침전시키기 위해서는 질소 함량은 0.003 % 이상이다. 그러나, 질소가 고용체로 들어가는 것을 방지하거나 연성을 감소시킬 수도 있는, 더 큰 탄질화물의 형성을 방지하기 위해서 질소 함량은 0.009 % 이하이다.

조성의 잔부는 예컨대 Sb, Sn 및 As 등의, 제련으로부터 생긴 불가피한 불순물로 구성된다.

본 발명에 따른 강판 또는 강 부품의 미세구조는 이하의 것으로 이루어진다:

- 적어도 80 % 의 상부 베이나이트 (upper bainite), 이 구조는 페라이트-베이나이트 라스 및 이들 라스 사이에 위치된 탄화물로 구성되고, 베이나이트 변태 (bainitic transformation) 동안에 침전이 발생한다. 이 매트릭스는 고연성과 결합하여 고강도 특성을 갖는다. 매우 바람직하게는, 미세구조는 적어도 90 % 의 하이어 베이나이트 (higher bainite) 로 구성되고 - 그 후에 미세구조는 매우 균일해지고 국부 변형을 방지하게 된다;

- 가능한 보체로서, 상기 구조는:

- 하부 베이나이트를 포함하고, 하부 베이나이트로부터 탄화물의 침전이 페라이트 라스 내에서 발생한다. 하이어 베이나이트와 비교하면, 하부 베이나이트는 약간 더 높은 강도를 갖지만 연성은 더 낮다; 및

- 가능하게는 마르텐사이트를 포함한다. 마르텐사이트는 주로 M-A (마르텐사이트-잔류 오스테나이트) 화합물의 형태로 잔류 오스테나이트와 연관된다. 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트의 총 함량은 연성을 감소시키지 않기 위해서 5 % 로 제한되어야만 한다.

상기 미세구조 백분율은 폴리싱되고 에칭된 구역에서 측정될 수 있는 표면 분율에 대응한다.

이에 따라 미세구조는 1 차 또는 초석 페라이트를 포함하지 않는다 - 이에 따라 미세구조가 매우 균일해지는데 왜냐하면 매트릭스 (상부 베이나이트) 와 다른 가능한 성분 (하부 베이나이트 및 마르텐사이트) 사이의 기계적 특성의 편차가 작기 때문이다. 강이 기계적으로 응력을 받을 때, 변형은 일정하게 분포된다. 상당한 양의 1 차 페라이트 (이 상에서는 항복점이 매우 낮음), 또는 매우 높은 강도 레벨을 갖는 마르텐사이트를 갖는 구조에서 관찰될 수도 있는 것과는 달리, 성분들 사이의 경계에서는 전위 축적이 발생하지 않고 조기 손상이 회피된다. 이렇게, 본 발명에 따른 강판은 특히 구멍의 팽창, 절삭 에지의 기계적 응력 및 폴딩 등의 변형의 특정 요구 모드를 받을 수 있다.

본 발명에 따른 열간 압연된 강판 또는 강 부품의 제조 공정은 이하와 같이 실행된다:

- 본 발명에 따른 강이 제공되어 그로부터 반제품을 형성하기 위해 주조된다. 이 주조가 실행되어서 잉곳이 형성될 수도 있거나, 연속적으로 약 200 ㎜ 의 두께를 갖는 슬라브가 형성될 수도 있다. 주조는 또한 대향-회전 강 롤 사이에서 수십 밀리미터의 두께를 갖는 얇은 슬라브 또는 얇은 스트립을 형성하도록 실행될 수도 있다.

주조 반제품은 먼저, 압연 동안 강이 받을 고온 변형에 바람직한 임의의 지점의 온도에 도달하도록 1150 ℃ 초과의 온도까지 가열된다.

당연히, 대향-회전 롤 사이의 얇은 슬라브 또는 얇은 스트립을 바로 주조하는 경우에는, 이 경우에는 중간 재가열 단계가 불필요하도록 1150 ℃ 초과에서 시작하여, 이들 반제품을 열간 압연하는 단계가 주조 후에 바로 실행될 수도 있다.

반제품은, 강의 구조가 완전하게 오스테나이트화되는 온도 범위에서 압연 종료 온도 T_ER 까지 열간 압연된다. 상기 온도 T_ER 는, 뒤따르는 베이나이트 변태에 적합한 입경을 얻도록 바람직하게는 870 ~ 930 ℃ 이다.

다음으로, 상기 제품은 75 ~ 200 ℃/s 의 속도 V_c 로 냉각된다. 75 ℃/s 의 최소 속도는 펄라이트 및 초석 페라이트의 형성을 방지하여 주고, 200 ℃/s 를 초과하지 않는 속도 V_c 는 마르텐사이트의 과도한 형성을 방지하여 준다.

선택적으로, 속도 V_c 는 80 ~ 150 ℃/s 이다. 80 ℃/s 의 최소 속도는 우수한 기계적 특성과 결합하여, 매우 작은 라스 크기를 갖는 상부 베이나이트를 형성하게 해준다. 150 ℃/s 이하의 속도는 마르텐사이트의 형성을 상당히 많이 방지해준다.

본 발명에 따른 냉각 속도 범위는, 사상 압연기 (finishing mill) 의 출구에서, 판의 두께에 따라, 물 또는 공기/물 혼합물 스프레이에 의해 얻어질 수도 있다.

- 이 신속한 냉각 단계 이후에, 열간 압연된 판은 500 ~ 600 ℃ 의 온도 T_coil 에서 코일링된다. 베이나이트 변태는 이 코일링 단계 동안에 발생한다. 이렇게, 너무 높은 코일링 온도에 의해 야기되는, 초석 페라이트 또는 펄라이트의 형성이 방지되고, 너무 낮은 코일링 온도에 의해 야기될 수도 있는 경화 성분의 형성도 방지된다. 또한, 이 코일링 온도 범위 내에서 발생하는 탄질화물의 침전은 추가적인 경화가 얻어지도록 할 수 있다.

판은 표면에 아무것도 안 덮힌 상태 (the bare state) 또는 코팅된 상태에서 사용될 수도 있다. 코팅하는 경우에, 코팅은 예를 들어 아연 또는 알루미늄에 기초한 코팅일 수도 있다. 예상된 사용에 따라서, 판은 그 자체로 알려진 공정을 이용하여 압연 후에 산세척되어서, 다음의 코팅 작업의 실행에 대해 도움이 되는 표면 처리를 얻게 된다.

인장 시험시에 관찰되는 플래토 (plateau) 를 제거하기 위해서, 판은 선택적으로 통상 1 % 미만인 약간의 냉간 변형을 받을 수도 있다 (조질 압연 (skin pass)). 판은 그 다음에, 예를 들어 전기 아연 도금에 의해 또는 연속 용융 아연 도금에 의해 아연 또는 아연계 합금으로 코팅된다. 후자의 경우에, 주로 하부 베이나이트로 구성된 강의 특정 미세구조가 그 다음의 아연 도금 처리의 열 조건에 둔감하여서, 연속적으로 용융 아연 도금되는 판의 기계적 특성이 이들 조건의 부적절한 변동의 경우에도 매우 안정적이라는 것이 입증되었다. 이에 따라 아연 도금된 상태의 판은 비코팅된 상태의 판과 매우 유사한 기계적 특성을 갖는다.

다음으로, 판은 성형 작업에 적합한 블랭크를 얻도록 그 자체로 알려진 공정에 의해 절단된다.

본 발명자는 또한 드로잉 부품을 이하의 공정에 따라 특히 유리하게 생성하기 위해서 본 발명에 따른 미세구조로부터 이득을 얻을 수 있다는 것을 입증하였다:

- 먼저, 상기에 규정된 블랭크가 400 ~ 690 ℃ 의 온도 T 까지 가열된다. 이 온도에서의 침지 기간은 최종 부품의 인장 강도 R_m 이 800 MPa 미만으로 떨어질 위험 없이 15 분까지 될 수도 있다. 가열 온도는, 강의 항복점을 충분히 낮추고 뒤따르는 드로잉 작업이 낮은 힘으로 실행되어서, 드로잉 부품의 스프링백 또한 최소가 되어서, 우수한 기하학적 정확성으로 부품을 제조할 수 있도록 하기 위해서 400 ℃ 이상이어야 한다. 이 온도는 한편에서는, 가열 동안에, 냉각 동안의 경화 성분의 형성을 초래하는 부분적인 오스테나이트 변태를 회피하기 위해서, 다른 한편으로는, 드로잉 부품 상의 강도가 800 MPa 이하가 되도록 하는 매트릭스의 연화를 방지하기 위해서 690 ℃ 까지 제한된다.

- 다음으로, 이들 가열된 블랭크는 대기 온도까지 냉각되는 부품을 형성하도록 350 ℃ ~ (T - 20 ℃) 의 온도 범위에서 드로잉 작업을 받는다. 이렇게, "온간" 드로잉 작업은 이하의 효과로 실행된다:

- 강의 항복 응력이 감소되어서, 덜 강한 드로잉 프레스를 이용하고 및/또는 냉간-드로잉보다 생성하기에 더 어려운 부품을 제조할 수 있게 된다; 및

- 온간-드로잉의 온도 범위는 블랭크가 노로부터 제거되어서 드로잉 공정으로 이동될 때의 온도의 약간의 감소를 고려한다: 가열 온도 T ℃ 에 대해서, 드로잉은 (T - 20 ℃) 의 온도에서 시작할 수 있다. 그러나 드로잉 온도는 최종 부품에 대한 잔류 응력의 레벨과 스프링백을 제한하도록 350 ℃ 이상이어야 한다. 냉간-드로잉 작업과 비교하여, 스프링백의 이 감소는 부품이 더 나은 최종 기하 공차로 제조되도록 할 수 있다.

- 놀랍게도, 본 발명에 따른 강의 특정 미세구조가 온간-드로잉시에 매우 안정적인 기계적 특성 (강도, 연신율) 을 야기한다는 것이 발견되었는데, 이는 드로잉 온도 또는 드로잉 이후의 냉각 속도의 편차가 미세구조 또는 탄질화물 등의 침전물에서 상당한 변형을 야기하지 않기 때문이다.

- 이에 따라, 본 발명의 조건 하에서, 가열 파라미터 (침지 온도 또는 침지 시간) 또는 냉각 파라미터 (부품과 공구 사이의 더 나은 또는 더 나쁜 접촉) 의 변동 또는 적절하지 않은 변형은 생성된 부품이 폐기물이 되게 하지는 않는다.

- 가열 및 온간-드로잉시에, 처음에 소량으로 존재할 수 있는 M-A 화합물의 변형은 기계적 특성이 열화되도록 하지 않는다. 예를 들어, 잔류 오스테나이트의 불안정성으로 인한 부정적인 영향이 없다는 것을 알아야 한다.

- 온간-드로잉 이후의 미세구조는 드로잉 전의 미세구조와 매우 유사하다. 이렇게, 블랭크 전체가 아닌 일부만이 가열되고 온간-드로잉된다면 (드로잉될 부분이 적절한 수단, 예컨대 유도 가열에 의해 국부적으로 가열된다), 최종 부품의 미세구조 및 특성이 그 다양한 부분에서 매우 균일할 것이다.

실시예 1

이하의 표에 주어진 조성 (중량% 로 표현됨) 을 갖는 강이 생성되었다. 본 발명에 다른 판을 제조하기 위한 강 Ⅰ-1 이외에, 표는 참조 판의 제조에 사용되는 강 R-1 과 R-2 의 조성의 비교를 보여준다.

상기 조성에 따른 반제품은 1220 ℃ 까지 재가열되었고 구조가 전체적으로 오스테나이트화되는 범위 내에서 2.3 ㎜ 의 두께로 열간 압연되었다. 이들 강에 대한 제조 조건 (압연 종료 온도 T_ER, 냉각 속도 V_c, 코일링 온도 T_coil) 은 이하의 표에 나타난다.

얻어진 인장 특성 (항복 강도 R_e, 인장 강도 R_m 및 파단시 연신율 A) 이 이하의 표 3 에 주어진다.

본 발명에 따른 강에 대한 압연 방향 및 횡방향 모두에서 기계적 특성의 높은 값이 얻어진다.

도 2 에 도시된 강 Ⅰ1 의 미세구조는 80 % 이상의 상부 베이나이트를 포함하고, 잔부는 하부 베이나이트와 M-A 화합물로 이루어진다. 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트의 총량은 5 % 미만이다. 이전의 오스테나이트계 입자 및 베이나이트 라스의 패킷의 크기는 약 10 마이크론이다. 라스의 패킷의 크기 및 인접한 패킷 사이의 명확한 오배향의 제한은 임의의 미세균열의 전파에 대한 우수한 저항성이 있도록 해준다. 미세구조의 다양한 성분 사이의 경도의 작은 차이로 인해서, 강은 기계적 공정으로 절단될 때의 손상에 대해 매우 둔감하게 된다.

탄소 함량이 매우 놓고 바나듐 함량이 매우 낮은 강 R1 의 판은 불충분한 파단시 연신율을 갖는다. 강 R2 는 매우 높은 탄소 함량 및 매우 높은 다공인 함량을 갖고, 그 코일링 온도는 또한 매우 낮다. 따라서, 그 파단시 연신율은 실질적으로는 10 % 이하이다.

자가 레이저 용접 (autogenous laser welding) 에 의해 생성된 용접 조인트가 이하의 조건 하에서 생성되었다: 동력: 4.5 ㎾; 용접 속도: 2.5 m/min. 강 Ⅰ-1 의 레이저 용접된 조인트의 종방향으로의 연신율은 17% 였고, 강 R-1 및 R-2 에 있어서는 각각 10% 와 13% 였다. 이들 값은, 특히 강 R1 의 경우에는, 용접된 조인트의 드로잉시에 어려움을 야기한다.

본 발명에 따른 강 Ⅰ1 의 판은 또한 이하의 조건 하에서 아연도금된다: 680 ℃ 까지의 가열 이후에, 판은 455 ℃ 까지 냉각된 다음, 이 온도로 Zn 욕에서 연속적으로 용융 아연 도금되고, 최종적으로 대기 온도까지 냉각된다. 아연도금된 판의 기계적 특성은 이하와 같다: R_e = 824 MPa; R_m = 879 MPa; A = 12 %. 이들 특성은 비코팅 판의 특성과 실질적으로 동일하고, 이는 본 발명에 따른 강의 미세구조가 아연 도금 열 사이클에 대해서 상당히 안정적이라는 것을 보여준다.

실시예 2

이 강에 대해서 표 2 에 규정된 파라미터를 이용하여 제조된, 강 Ⅰ-1 의 판은 블랭크를 얻도록 절단되었다. 400 ℃ 또는 690 ℃ 의 온도 T 까지 가열되고, 이들 온도에서 7 또는 10 분 동안 침지되고 각각 350 ℃ 또는 640 ℃ 의 온도에서 온간-드로잉된 후에, 얻어진 부품은 25 ℃/s 또는 100 ℃/s 의 속도 V'_c 로 대기 온도까지 냉각되었다. 속도 V'_c 는 온도 T 와 대기 온도 사이의 평균 냉각 속도를 나타낸다. 이렇게 얻어진 부품의 인장 강도 R_m 이 표 4 에 보여진다.

본 발명의 조건에 따라 드로잉된 부품은 제조 조건의 변동에 대해 낮은 민감도를 가질 것이다: 400 ℃ 까지의 가열 이후에, 최종 강도는 가열 시간 및/또는 냉각 속도가 변할 시에 거의 변하지 않을 것이다 (10 MPa 정도).

690 ℃ 까지 가열하는 경우에도, 얻어진 부품의 강도는 800 MPa 보다 크다.

처음의 미세구조와 비교하면, 탄화물의 약간의 추가적인 침전이 보인다. 400 ℃ 에서 7 분 동안 재가열된 후에 380 ℃ 에서 드로잉되는 부품과 관련하여 도 3 에 도시된 바와 같이, 구조는 온간-드로잉되지 않은 판의 구조와 실질적으로 동일한 상태로 유지된다.

이렇게, 본 발명은 고가의 원소를 과도하게 첨가하지 않고 베이나이트계 매트릭스를 갖는 강으로 만들어진 판 또는 부품을 제조할 수 있다. 이들 판 또는 부품은 고강도와 고연성을 결합시킨다. 본 발명에 따른 강판은 유리하게는 자동차 분야 및 일반 산업에서 구조 부품 또는 보강 부재를 제조하는데 이용된다.

Claims

열간 압연된 강판으로부터 제조된 강 부품에 있어서, 상기 강판은 1 ~ 5 ㎜ 의 두께를 갖고, 상기 강판은 800 MPa 을 초과하는 인장 강도 및 10 % 초과의 파단시 연신율을 갖고, 상기 강판은 코일링 단계를 포함하는 공정에 의해 제조되며, 상기 강판의 조성은 중량% 로 표현되는 하기의 함량으로 구성되고:
0.050 % ≤ C ≤ 0.090 %
1 % ≤ Mn ≤ 2 %
0.015 % ≤ Al ≤ 0.050 %
0.1 % ≤ Si ≤ 0.3 %
0.10 % ≤ Mo ≤ 0.40 %
S ≤ 0.010 %
P ≤ 0.025 %
0.003 % ≤ N ≤ 0.009 %
0.12 % ≤ V ≤ 0.22 %
Ti ≤ 0.005 %
Nb ≤ 0.005 %
및,
Cr ≤ 0.45 % 이고,
상기 조성의 잔부는 철 및 제련으로부터 생긴 불가피한 불순물로 구성되고, 상기 판의 미세구조는, 표면 분율로서 적어도 90 % 의 상부 베이나이트, 및 잔부로서 보체로 구성되고, 상기 상부 베이나이트는 페라이트-베이나이트 라스 및 베이나이트 변태 기간에 침전되어 상기 라스 사이에 위치하는 탄화물로 구성되고, 보체는 하부 베이나이트, 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어지고, 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트 함량의 합은 5 % 미만이고,
상기 강 부품은 400 ~ 690 ℃ 의 온도 T 에서 가열된 후에, 350 ℃ ~ (T - 20℃) 의 온도 범위에서 온간-드로잉된 다음, 대기 온도까지 냉각되는 것을 포함하는 공정으로부터 생긴 것을 특징으로 하는 강 부품.
제 1 항에 있어서, 상기 강의 조성은 중량% 로 하기를 함유하는 것을 특징으로 하는, 강 부품:
0.050 % ≤ C ≤ 0.070 %.
제 1 항에 있어서, 상기 강의 조성은 중량% 로 하기를 함유하는 것을 특징으로 하는, 강 부품:
0.070 % ＜ C ≤ 0.090 %.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강의 조성은 중량% 로 하기를 함유하는 것을 특징으로 하는, 강 부품:
1.4 % ≤ Mn ≤ 1.8 %.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강의 조성은 중량% 로 하기를 함유하는 것을 특징으로 하는, 열간 압연된 강판:
0.020 % ≤ Al ≤ 0.040 %.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강의 조성은 중량% 로 하기를 함유하는 것을 특징으로 하는, 강 부품:
0.12 % ≤ V ≤ 0.16 %.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강의 조성은 중량% 로 하기를 함유하는 것을 특징으로 하는, 강 부품:
0.18 % ≤ Mo ≤ 0.30 %.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강의 조성은 중량% 로 하기를 함유하는 것을 특징으로 하는, 강 부품:
0.20 % ≤ Cr ≤ 0.45 %.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판 또는 부품은 아연계 또는 알루미늄계 코팅으로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 강 부품.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 강 부품으로부터 생성된 용접 어셈블리에 있어서, 적어도 하나의 부품은 고에너지 밀도 빔에 의해 용접되는 것을 특징으로 하는 용접 어셈블리.
온간-드로잉된 부품의 제조 공정에 있어서,
- 800 MPa 을 초과하는 인장 강도 및 10 % 초과의 파단시 연신율을 갖는 열간 압연된 강판의 제조로서,
- 강은 중량% 로 표현되는 하기의 함량으로 구성된 조성을 갖고:
0.050 % ≤ C ≤ 0.090 %
1 % ≤ Mn ≤ 2 %
0.015 % ≤ Al ≤ 0.050 %
0.1 % ≤ Si ≤ 0.3 %
0.10 % ≤ Mo ≤ 0.40 %
S ≤ 0.010 %
P ≤ 0.025 %
0.003 % ≤ N ≤ 0.009 %
0.12 % ≤ V ≤ 0.22 %
Ti ≤ 0.005 %
Nb ≤ 0.005 %
및,
Cr ≤ 0.45 % 이고,
상기 조성의 잔부는 철 및 제련으로부터 생긴 불가피한 불순물로 구성되고;
- 상기 강으로부터 반제품이 주조되고;
- 상기 반제품은 1150 ℃ 초과의 온도까지 가열되고;
- 상기 반제품은 판을 얻도록, 강의 미세구조가 전체적으로 오스테나이트화되는 온도 범위에서 압연 종료 온도 T_ER 까지, 두께는 1 ~ 5 ㎜ 에 이를 때까지 열간 압연되고;
- 상기 판은 냉각 속도 V_c 가 75 ~ 200 ℃/s 가 되도록 냉각되고; 이어서
- 상기 판은 500 ~ 600 ℃ 의 온도 T_coil 에서 코일링되어,
열간 압연된 강판을 제조하고;
그 후,
- 상기 판은 블랭크를 얻도록 절단되고;
- 상기 블랭크는 가열된 블랭크를 얻도록 400 ~ 690 ℃ 의 온도 T 까지 부분적으로 또는 완전하게 가열되고, 15 분 미만의 시간 동안 유지되고 상기 온도 T 및 상기 유지 시간은 상기 온간-드로잉된 부품의 인장 강도 R_m이 800 MPa 보다 낮지 않도록 선택되고;
- 상기 가열된 블랭크는 부품을 얻기 위해서 350 ~ T - 20 ℃ 의 온도에서 드로잉되고; 이어서,
- 상기 부품은 속도 V'_c 로 대기 온도까지 냉각되는 것을 특징으로 하는, 온간-드로잉된 부품의 제조 공정.
제 11 항에 있어서, 상기 압연 종료 온도 T_ER 은 870 ~ 930 ℃ 인 것을 특징으로 하는, 온간-드로잉된 부품의 제조 공정.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 냉각 속도 V_c 는 80 ~ 150 ℃/s 인 것을 특징으로 하는, 온간-드로잉된 부품의 제조 공정.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 열간 압연된 강판은 산세척된 다음, 아연 또는 아연 합금 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 온간-드로잉된 부품의 제조 공정.
제 14 항에 있어서, 상기 코팅은 용융 아연 도금에 의해 연속적으로 실행되는 것을 특징으로 하는, 온간-드로잉된 부품의 제조 공정.
제 15 항에 있어서, 상기 속도 V'_c 는 25 ~ 100 ℃/s 인 것을 특징으로 하는, 온간-드로잉된 부품의 제조 공정.
제 11 항 또는 제 12 항에 있어서, 상기 열간 압연된 강판은 산세척된 다음, 조질 압연된 후에, 아연 또는 아연 합금 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 코팅되는 것을 특징으로 하는, 온간-드로잉된 부품의 제조 공정.