KR20180125458A - 열간 성형된 강재 구성성분을 생산하기 위한 방법 및 열간 성형된 강재 구성성분 - Google Patents

열간 성형된 강재 구성성분을 생산하기 위한 방법 및 열간 성형된 강재 구성성분 Download PDF

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Abstract

본 발명은 강재로 구성된 예비 제품을 열간 성형함으로써 구성성분을 생산하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 예비 제품은 60℃ 초과 내지 Ac3 변태 온도 미만의 온도까지 가열된 후, 이러한 온도 범위 내에서 성형되며, 이때 상기 구성성분은 700MPa의 최소 인장 강도 및 높은 파단 신율을 갖고, 상기 예비 제품은 하기 합금 조성을 갖고: C: 0.0005 내지 0.9중량%; 및 Mn: 3.0중량% 초과 내지 12중량%; 여기서 나머지는 하나 이상의 하기 성분이 임의적으로 부가된 불가피한 강재 연관 성분을 포함하는 철이다: Al: 최고 10중량%; Si: 최고 6중량%; Cr: 최고 6중량%; Nb: 최고 1.5중량%; V: 최고 1.5중량%; Ti: 최고 1.5중량%; Mo: 최고 3중량%; Cu: 최고 3중량%; Sn: 최고 0.5중량%; W: 최고 5중량%; Co: 최고 8중량%; Zr: 최고 0.5중량%; Ta: 최고 0.5중량%; Te: 최고 0.5중량%; B: 최고 0.15중량%; P: 많아도 0.1중량%, 특히 0.04중량% 미만; S: 많아도 0.1중량%, 특히 0.02중량% 미만; N: 많아도 0.1중량%, 특히 0.05중량% 미만; 및 Ca: 최고 0.1중량%. 또한 본 발명은 강재로부터 생산된 열간 성형된 구성성분에 관한 것이다.

Description

열간 성형된 강재 구성성분을 생산하기 위한 방법 및 열간 성형된 강재 구성성분
본 발명은 강재(steel)로 이루어진 예비 제품(pre-product)을 열간 성형함으로써 구성성분을 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 이하 열간 성형을 위한 예비 제품은, 예를 들어 코일 또는 플레이트 블랭크(plate blank)로부터 절단되거나 종종 부가적으로 냉간 인발될 수 있는 무용접 파이프(seamless pipe) 또는 용접 파이프로부터 절단된 시트인 것으로 이해된다. 또한 본 발명은 강재로부터 생산된 열간 성형된 구성성분에 관한 것이다.
열간 성형에 의해 생산된 이 같은 구성성분은 주로 자동차 및 상용차 산업에서 사용되지만, 또한 백색 가전제품(white goods)을 생산하기 위한 공학에서 응용 가능하거나 건설 산업에서 응용 가능하다.
시장 경쟁이 치열하다는 것은, 자동차 생산자들이 가능한 가장 높은 수준의 안락함 및 승객 보호를 유지하면서 플리트 소모(fleet consumption)를 낮추기 위한 해결방안을 찾도록 지속적으로 강요 받고 있다는 것을 의미한다. 한편, 모든 차량 구성성분의 중량 감소(weight saving)가 중용한 역할을 하는 반면, 다른 한편으로는 작동 도중 및 충돌 발생 시에 높은 정적 및 동적 하중이 가해질 때 개별 구성성분의 가능한 가장 바람직한 거동이 중요한 역할을 한다.
더욱이, 전체 제조 체인(manufacturing chain)에 따른 CO2 배출의 감소는 공정 기술 측면에서 혁신적인 해결방안에 의해 충족되는 구체적인 해결과제(challenge)를 나타낸다. 특히, 화석 연료의 소비에 직접 또는 간접적으로 기반을 두고 있는 공정 단계에 초점이 맞춰져 있다.
예비 재료(pre-material)의 공급자들은 고강도 및 초고강도 강재를 제공함으로써 벽 두께를 감소시킬 수 있으면서 동시에 제조 및 작동 도중에 구성성분 거동의 향상을 달성할 수 있다는 점에서 이러한 요건을 고려하려고 시도하고 있다.
따라서 이들 강재는 강도, 신장성(extensibility), 인성(toughness), 에너지 소비 및 내식성 및 냉간 성형 및 용접 도중에 예를 들어 이들의 가공성의 측면에서 비교적 엄격한 요건을 만족해야 한다.
상술한 양태들 중에서, 열간 성형 가능한 강재가 구성성분의 물성에 대한 증가된 요건을 충족시키기에 이상적이기 때문에 이들 강재로 이루어진 구성성분의 생산은 유의성 증가를 구현하며, 그 결과 재료비 지출이 감소한다.
성형 도구에서 열간 성형에 의해 프레스 경화 가능한 강재로 이루어진 예비 제품의 켄칭(quenching)함으로써 이루어진 구성성분의 생산은 특허 문헌{DE 601 19 826 T2}에 공지되어 있다. 이러한 경우, 사전에 오스테나이트화 온도(austenitization temperature)를 초과하여 800 내지 1,200℃의 온도까지 가열되고, 가능하게는 아연의 금속성 도막이 제공되거나 아연에 기반을 둔 시트 플레이트는 열간 성형에 의해 종종 냉각된 도구에서 성형되어 구성성분을 생산하며, 이때 성형 도중 또는 열간 성형 이후에 신속한 열 추출로 인해 상기 성형 도구 내의 시트 또는 구성성분은 켄칭 경화(quench-hardening)(프레스 경화)를 겪게 되며, 그 결과 소정의 미세구조 물성 및 강도 물성을 얻게 된다.
금속성 도막은 전형적으로는 연속 용융 도금 방법(continuous hot-dipping method)으로 부식 방지액(corrosion protection)으로서 열간 스트립 또는 냉간 스트립 상에 도포되거나, 예를 들어 용융 아연 도금(hot-dip galvanising) 또는 알루미늄 코팅으로서 이들로부터 생산된 예비 제품 상에 도포된다.
후속적으로, 상기 플레이트는 성형 도구를 이용하는 열간 성형 절차에 적합한 크기로 절단된다. 각각의 경우에 성형될 가공물(workpiece) 또는 블랭크에 용융 도막을 제공하는 것이 또한 가능하다.
이러한 방법의 경우 열간 성형 이전에 성형될 예비 제품 상에 금속성 도막을 도포하는 것이 유리한데, 이는 도막으로 인해 프레스 경화 도중에 기재의 스케일링(scaling)에 의해 야기된 강재 기판의 표면에서의 불리한 변화를 효과적으로 피할 수 있고, 부가적인 윤활 효과로 인해 과도한 도구 마모를 효과적으로 피할 수 있기 때문이다.
프레스 경화에 적합한 이러한 응용을 위해 공지된 강재는, 예를 들어 망간-붕소 강재인 "22MnB5"이다.
충분히 높은 수준의 인성을 유지하면서 980MPa 초과의 매우 높은 강도를 갖는 구성성분을 수득하기 위해, 초기 상태에는 주로 페라이트(ferrite) 상태이고 프레스 성형 경화(press-form hardening)에 의해 펄라이트(perlite) 비율을 갖게 되는 미세구조를 갖는 강재를 상응하게 형성하고, 단계적 공정 제어에 의해 완성된 구성성분 상에서 베이나이트(bainite), 템퍼드 마르텐사이트(tempered martensite) 및 잔류 오스테나이트(austenite)로 이루어진 미세구조를 조절하는 것이 공개공보 문헌{EP 2 546 375 A1}에 공지되어 있다. 이러한 경우, 상기 성형될 시트는 초기에는 750 내지 1,000℃의 온도까지 가열되고, 5 내지 1,000초 동안 이러한 온도로 유지된 후, 상기 시트는 350 내지 900℃에서 성형되고, 50 내지 350℃까지 냉각된다. 최종적으로, 상기 시트는 350 내지 490℃의 온도까지 재가열되고, 이러한 온도는 5 내지 1,000초의 기간 동안 유지된다. 상기 완성된 구성성분 상의 미세구조는 10 내지 85%의 마르텐사이트, 5 내지 40%의 잔류 오스테나이트 및 적어도 5%의 베이나이트로 이루어져 있다.
그러나 프레스 경화를 이용한 열간 성형에 의한 구성성분의 생산은 몇몇 단점을 갖는다.
한편, 이러한 방법에는 오스테나이트화 온도까지의 예비 제품의 가열 그 자체로 인해, 그리고 부가적으로는 페라이트의 오스테나이트로의 전환으로 인해 다량의 에너지가 요구되며, 상기 방법은 비용이 많이 들게 되며, 상당한 양의 CO2 배출을 초래한다.
더욱이, 시트 표면의 과도한 스케일링을 피하기 위해, 상술한 바와 같이, 부가적인 금속성 보호층 또는 부가적인 래커 기반 보호층이 요구되거나, 가열 및 성형에 의해 스케일링되었던 표면에 대해 상당량의 재작업이 요구된다.
더욱이, Ac3 온도 초과, 일반적으로 800℃보다 유의하게 높은 온도에서 성형이 수행되기 때문에 온도 안정성 측면에서 극도로 엄격한 요건이 이들 보호층에 적용되며, 따라서 아연에 기반을 둔 예비 제품의 음극성 부식 방지액은 이러한 경우에 제한된 정도까지만 이용될 수 있으며, 아연이 이러한 높은 온도에서 증발하기 때문에 공정비 지출이 증가할 수 있다. 그 결과, 프레스 경화 공정에서는 주로 AlSi 코팅을 갖지만 상기 성형된 구성성분의 임의의 음극성 부식 방지를 제공하지 않는 강재 시트가 사용된다.
추가의 단점은, 상기 성형된 구성성분이 목적하는 수준의 강도를 달성하기 위해 상기 성형 도구 자체 또는 성형 프레스 외부의 추가의 도구에서 가속화 방식으로 냉각되어야 하거나, 기체 또는 액체 매질을 이용하여 냉각되어야 한다는 것이다. 이러한 냉각 절차의 기간은 시간 단위 당 구성성분의 처리량을 상당히 감소시키며, 그 결과 경제성이 감소하게 된다.
요약하면, 오스테나이트화 온도(Ac3) 초과의 온도에서 프레스 경화를 이용한 열간 성형에 의해 강재로 이루어진 구성성분을 생산하기 위한 공지된 방법은 높은 제조 비용 및 에너지 비용을 초래하며, 그 결과 긴 가열 시간 및 상기 공정 말기에 요구된 바와 같이 상기 도구에서 구성성분의 냉각과 연관된 대형 가열로의 필요성으로 인해 높은 구성성분 비용을 초래한다는 것이 언급될 수 있다. 더욱이 가열 및 성형 이전에 코팅의 도포에 의해 임의의 음극성 부식 방지액을 확보하는 것이 불가능하다.
공개공보 문헌{DE 10 2011 108 162 A1}에는 Ac1 전환 온도 미만에서 강재로 이루어진 예비 제품을 세미 열간 성형(semi-hot-forming)함으로써 구성성분을 생산하기 위한 방법이 개시되어 있으며, 이때 상기 구성성분에서의 소정의 강도 증가는 성형 온도까지 가열하기 이전에 예비 제품을 냉간 성형함으로써 달성된다. 임의적으로, 상기 구성성분에서의 부가적인 강도 증가는 베이나이트 강재, 마르텐사이트 강재, 미세 합금 강재 및 2상 또는 다중 상 강재와 같이 보다 고강도의 재료를 이용함으로써 달성될 수 있다. 이러한 경우에 단점은 성형 온도까지 가열하지 이전에 필요한 냉간 성형에 의해 야기된 부가적인 비용 지출이다. 열간 성형 도중에 2상 강재는 또한 성형 도중에 모서리 균열 유도 실패(edge crack-induced failure)에 대한 민감성이라는 단점을 갖는다. 구체적으로 관찰될 합금 조성에 대한 언급이 개시되지 않거나, 보다 고강도의 강재를 사용할 때 세미 열간 성형 이후에 구성성분의 기계적 물성을 구체적으로 조절하기 위한 예비 제품의 미세구조에 대한 설명이 개시되어 있지 않다.
공개공보 문헌{DE 10 2013 009 232 A1}에는 강재로 이루어진 예비 제품을 세미 열간 성형함으로써 구성성분을 생산하기 위한 방법이 개시되어 있으며, 이때 상기 예비 제품은 성형 온도까지 가열된 후, 성형되며, 성형 이후에는 상기 구성성분은 800MPa의 최소 인장 강도를 갖는 베이나이트 미세구조를 갖는다. Ac1 전환 온도 미만의 온도에서 가열이 수행되며, 이때 상기 예비 제품은 이미 적어도 50%의 베이나이트의 미세구조를 갖는 강재로 이루어져 있으며, 상기 예비 제품은 하기 합금 조성을 갖는다: C: 0.02 내지 0.3중량%; Si: 0.01 내지 0.5중량%; Mn: 1.0 내지 3.0중량%; P: 최대 0.02중량%; S: 최대 0.01중량%; N: 최대 0.01중량%; Al: 최고 0.1중량%; Cu: 최고 0.2중량%; Cr: 최고 3.0중량%; Ni: 최고 0.2중량%; Mo: 최고 0.2중량%; Ti: 최고 0.2중량%; V: 최고 0.2중량%; Nb: 최고 0.1중량% 및 B: 최고 0.01중량%.
이러한 합금 개념이 800MPa 초과의 매우 높은 인장 강도 및 10% 초과의 팽창율을 갖는 구성성분을 생산하고 아연으로 이루어진 음극성 부식 방지액을 생산하기 위해 사용될 수 있을지라도, 이러한 재료의 성형 능력은 복잡한 구성성분의 기하학구조를 생산하기 위한 대부분의 엄격한 요건을 여전히 충족시키지 못한다. 특히, 상기에서 달성된 파단 신율 및 강도는 많은 요건에 대해 여전히 매우 낮다.
본 발명의 목적은 Ac3 전환 온도 미만의 온도에서 강재로 이루어진 예비 제품을 열간 성형함으로써 구성성분을 생산하기 위한 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은 비용 효율적이며, 이러한 방법에 의해 상기 강재 재료의 한 번 더 향상된 성형 능력이 700MPa의 최소 인장 강도를 갖는 구성성분에서 구현된다. 세미 열간 성형에 의해 생산되는 상응하는 구성성분이 또한 제공되는 것이다.
본 발명에 따른 방법은 특허청구범위 제 1 항 내지 제 33 항에 개시되어 있으며, 본 발명에 따른 열간 성형된 구성성분은 특허청구범위 제 34 항 내지 제 38항에 개시되어 있다.
본 발명의 교시에 따르면, 이러한 목적은 강재로 이루어진 예비 제품을 열간 성형함으로써 구성성분을 생산하기 위한 방법에 의해 달성되며, 이때 상기 예비 제품은 60℃ 초과 내지 Ac3 전환 온도 미만의 온도까지 가열된 후, 형성되며, 여기서 상기 구성성분은 22% 초과의 파단 신율과 함께 700MPa의 최소 인장 강도를 가지며, 상기 예비 제품은 하기 합금 조성을 갖고:
C: 0.0005 내지 0.9중량%; 및
Mn: 3.0중량% 초과 내지 12중량%,
여기서 나머지는 하나 이상의 하기 성분을 합금함으로써 임의적으로 부가된 불가피한 강재 연관 성분을 포함하는 철이다: Al: 최고 10중량%, Si: 최고 6중량%, Cr: 최고 6중량%, Nb: 최고 1.5중량%, V: 최고 1.5중량%, Ti: 최고 1.5중량%, Mo: 최고 3중량%, Cu: 최고 3중량%, Sn: 최고 0.5중량%, W: 최고 5중량%, Co: 최고 8중량%, Zr: 최고 0.5중량%, Ta: 최고 0.5중량%, Te: 최고 0.5중량%, B: 최고 0.15중량%, P: 최대 0.1중량%, S: 최대 0.1중량%, N: 최대 0.1중량% 및 Ca: 최고 0.1중량%.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 강재는 페라이트, 마르텐사이트, 베이나이트 및/또는 잔류 오스테나이트로 이루어진 다중 상 미세구조를 갖는다. 상기 잔류 오스테나이트의 비율은 5% 내지 80% 범위일 수 있다. 상기 잔류 오스테나이트는 기계적 응력이 존재하는 경우에 TRIP 효과에 의해 마르텐사이트로 부분적으로 전환되거나 완전히 전환될 수 있다. 본 발명에 따른 합금은 이에 따라 기계적 응력이 가해지는 경우에 TRIP 및/또는 TWIP 효과를 갖는다. 상기 TRIP 및/또는 TWIP 효과에 의해 유도되고 전위 밀도(dislocation density)의 증가에 의해 유도된 강력한 응고(solidification; 냉간 응고와 유사함)로 인해, 상기 강재는 파단 신율, 특히 균일한 신율 및 인장 강도의 측면에서 매우 높은 값을 달성한다. 이러한 물성은 망간 함량이 3중량% 초과로만 존재하는 잔류 오스테나이트에 의해 유리한 방식으로 달성된다.
함량 범위에 대한 정의에서, 예를 들어 0.01 내지 1중량%와 같이 "내지"란 용어의 사용은 극한값(실싱예에서 0.01 및 1)이 또한 포함된다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 강재는 성형 도중에 매우 양호한 성형 능력을 가질 뿐만 아니라 작동 상태에서 높은 강도 및 파단 신율을 갖는 세미 열간 성형에 의해 복합적으로 성형된 구성성분을 생산하는데 특히 적합하며, 유리하게도 여기에는 아연계 음극성 부식 방지액이 제공된다.
유리하게는, 초기 상태의 강재는 상기에서 달성된 적어도 3 내지 40%의 인장 강도에 따라 파단 신율(A80)과 함께 700MPa 초과 내지 2,000MPa의 인장 강도(Rm)를 갖는다.
DE 601 19 826 T2 또는 EP 2 546 375 A1에 공지된 프레스 경화에 의해 구성성분을 생산하기 위한 방법과는 대조적으로, 본 발명에 따른 방법은 가열 절차에 대한 상당히 낮은 에너지 요건과 함께 잔류 오스테나이트를 갖는 초기 상태의 다중 상 강재의 사용은 세미 열간 성형용으로 공지된 강재로 이루어진 구성성분의 기계적 물성보다 훨씬 양호한 인장 강도 및 파단 신율의 기계적 특성값을 갖는 구성성분을 제공하는 역할을 한다는 점에서 이점을 갖는다. 또한 프레스 경화와 비교하여 보다 낮은 가열 온도로 인해 에너지 비용이 절감된다.
중질 망간(medium manganese)을 함유하고 3중량% 초과의 망간 함량을 포함하는 강재는 평판 제품(열간 스트립 또는 냉간 스트립)으로서 제공되거나, 부식 방지층(Zn, Zn 합금, Zn이 구비된 무기 또는 유기 코팅, AlSi 또는 기타 무기 또는 유기 코팅)을 갖는 무용접 또는 용접 파이프로서 제공되며, 후속적으로 온간 성형(warm-forming; HWU)된다. 이러한 경우 상기 예비 제품을 700℃ 미만, 바람직하게는 450℃ 미만, 보다 바람직하게는 350℃ 내지 60℃의 온도까지 가열한 이후에 온간(warm)은 성형으로서 정의되며, 여기서 상기 예비 제품 중의 오스테나이트의 비율은 성형 도중에 완전히 또는 부분적으로 유지되고, TRIP 효과의 가능한 발생(onset)은 완전히 또는 부분적으로 억제된다. 450℃ 미만, 바람직하게는 350℃ 미만까지의 가열에 의해 음극성 아연계 부식 방지액의 사용이 용이하게 한다.
더욱이, 세미 열간 성형은 실온에서의 성형과 비교하여 성형 물성을 개선시키고, 유리하게도 수소 취화(hydrogen embrittlement) 및 지연 균열 형성(delayed crack formation)에 대한 내성을 증가시킨다. 냉각은 여전히 대기 중에서 수행되며, 즉 프레스 경화와 비교하여 이는 임의의 가속화 및/또는 조절 냉각이 요구되지 않는다.
상기 구성성분은 임의적으로는 세미 열간 성형 이후에 기류, 오일, 물 또는 기타 활성 매질에 의해 가속화 방식으로 기술적으로 냉각될 수 있다.
상기 예비 제품 및 이로부터 제조된 열간 성형된 구성성분은 세미 열간 성형 전후에 3% 초과 내지 40%, 바람직하게는 6% 초과 내지 30%의 팽창율(A80)에서 700 내지 2,000MPa, 바람직하게는 850 내지 1,800MPa, 특히 바람직하게는 1,000MPa 초과 내지 1,800MPa의 인장 강도를 갖는다. 보다 높은 소정의 팽창율은 보다 낮은 강도를 야기하는 경향이 있으며, 그 반대도 동일하다.
따라서 소정의 인장 강도와 달성된 파단 신율의 곱(Rm x A80)은 이들 구성성분 물성을 특성화하는데 결정적인 것으로 사료될 수 있다.
완성된 구성성분에 대한 시험에 따르면, 즉 열간 성형 이후에 유리하게도 Rm와 A80의 곱에 대한 하기 결과가 우수한 것으로 증명된다:
Rm이 700 내지 800MPa이면 Rm x A80은 15,400 내지 최고 50,000MPa%이고;
Rm이 800MPa 초과 내지 900MPa이면 Rm x A80은 14,400 내지 최고 50,000MPa%이고;
Rm이 900MPa 초과 내지 1,100MPa이면 Rm x A80은 13,500 내지 최고 45,000MPa%이고;
Rm이 1,100MPa 초과 내지 1,200MPa이면 Rm x A80은 13,200 내지 최고 45,000MPa%이고;
Rm이 1,200MPa 초과 내지 1,350MPa이면 Rm x A80은 11,200 내지 최고 45,000MPa%이고;
Rm이 1,350MPa 초과 내지 1,800MPa이면 Rm x A80은 8,000 내지 최고 45,000MPa%이고;
Rm이 1,800MPa 초과이면 Rm x A80은 4,000 내지 최고 30,000MPa%이다.
온간 성형될 재료의 가열은 바람직하게는 방사선에 의해 유도성 또는 대안적으로 수행되거나 전도성으로 수행된다. 임의적으로는, 상기 재료의 가열은 상기 성형 도구 내에서 직접 세미 열간 성형 이전에 수행되며, 따라서 부가적인 로 유닛(furnace unit)의 비용을 절약하고 공정 단계를 생략하는 것이 가능하게 된다. 이는 450℃ 미만, 바람직하게는 350℃ 미만의 가열 온도에서 특히 고려된다.
따라서 최고 1,500MPa의 소정의 인장 강도(Rm)를 갖는 고강도 강재와 함께 음극성 부식 방지액에 대한 고객 요건은 3중량% 초과 내지 12중량%의 망간을 함유하는 강재를 포함하는 본 발명의 예비 제품을 세미 열간 성형함으로써 유리한 방식으로 충족될 수 있다. 더욱이, Ac3 미만의 가열 온도는 유리하게는 상기 예비 제품의 강도의 소량의 감소만을 야기하는 반면, 동시에 실온에서의 성형과 비교하여 개선된 성형 물성을 제공하며, 이때 상기 TRIP/TWIP 효과의 발생이 일어날 수 있다. 세미 열간 성형 이후에 상기 미세구조의 전환이 존재하지 않거나 부분적인 전환만이 존재한다는 사실로 인해, 상기 구성성분은 냉각 도중에 단지 약간의 왜곡을 겪게 된다.
더욱이, Ac3 초과의 온도에서의 프레스 경화와 비교하여 세미 열간 성형 도중에 에너지 절약 잠재성 및 CO2 배출 감소를 달성하는 것이 가능하다.
특히 균일한 동질의 재료 물성은 상기 예비 제품의 강재가 하기 합금 조성을 갖는 경우에 달성될 수 있고:
C: 0.05 내지 0.42중량%; 및
Mn: 5중량% 초과 내지 10중량% 미만,
여기서 나머지는 하나 이상의 하기 성분을 합금함으로써 임의적으로 부가된 불가피한 강재 연관 성분을 포함하는 철이다:
Al: 0.1 내지 5중량%, 특히 0.5중량% 초과 내지 3중량%;
Si: 0.05 내지 3중량%, 특히 0.1중량% 초과 내지 1.5중량%;
Cr: 0.1 내지 4중량%, 특히 0.5중량% 초과 내지 2.5중량%;
Nb: 0.005 내지 0.4중량%, 특히 0.01 내지 0.1중량%;
B: 0.001 내지 0.08중량%, 특히 0.002 내지 0.01중량%;
Ti: 0.005 내지 0.6중량%, 특히 0.01 내지 0.3중량%;
Mo: 0.005 내지 1.5중량%, 특히 0.01 내지 0.6중량%;
Sn: 0.2중량% 미만, 특히 0.05중량% 미만;
Cu: 0.5중량% 미만, 특히 0.1중량% 미만;
W: 0.01 내지 3중량%, 특히 0.2 내지 1.5중량%;
Co: 0.01 내지 5중량%, 특히 0.3 내지 2중량%;
Zr: 0.005 내지 0.3중량%, 특히 0.01 내지 0.2중량%;
Ta: 0.005 내지 0.3중량%, 특히 0.01 내지 0.1중량%;
Te: 0.005 내지 0.3중량%, 특히 0.01 내지 0.1중량%;
V: 0.005 내지 0.6중량%, 특히 0.01 내지 0.3중량%; 및
Ca: 0.005 내지 0.1중량%.
합금 성분은 일반적으로 표적화 방식으로 비물성(specific property)에 영향을 미치도록 상기 강재에 첨가된다. 그 결과, 합금 성분은 상이한 강재에서 상이한 물성에 영향을 미친다. 상기 효과 및 상호작용은 일반적으로 수량, 추가적인 합금 성분의 존재 및 상기 재료 내 용액 상태에 크게 의존한다. 상기 상관관계는 다르거나 복잡하다. 이하에서 본 발명에 따른 합금 내의 합금 성분의 영향이 보다 상세하게 토의될 것이다. 이하에서 본 발명에 따라 사용된 합금 성분의 긍정적 영향이 개시될 것이다:
탄소(C): 이는 탄소화물을 형성하기 위해 요구되고, 오스테나이트를 안정화시키며, 강도를 높인다. 보다 고함량의 C는 용접 물성을 손상시키고, 팽창율 및 인성 물성의 손상을 초래하며, 이로 인해 최대 함량은 0.9중량%로 설정된다. 최소 함량은 0.0005중량%로 설정된다. 바람직하게는, 함량은 0.05 내지 0.42중량%로 설정되는데, 이는 이러한 범위 내에서 기타 상 비율에 대한 잔류 오스테나이트의 비가 특히 유리한 방식으로 조절될 수 있기 때문이다.
망간(Mn): 이는 오스테나이트를 안정화시키고, 강도 및 인성을 높이며, 본 발명에 따른 합금에서 변형 유도 마르텐사이트 형성 및/또는 트위닝(twinning)을 가능케 한다. 3중량% 이하의 함량은 오스테나이트를 안정화시키기에 충분하지 않으며, 따라서 팽창 물성을 손상시키는 반면, 12중량% 이상의 함량에서는 오스테나이트가 지나치게 안정화되며, 그 결과 강도 물성, 특히 항복 강도(yield strength)가 감소한다. 평균 망간 함량을 갖는 본 발명에 따른 망간 강재에 있어서, 5중량% 초과 내지 10중량% 미만의 범위는 이러한 범위 내에서 서로에 대한 상 비율의 비 및 전환 메커니즘(conversion mechanism)이 세미 열간 성형 및 냉간 성형 도중에 유리하게 영향을 받을 수 있기 때문에 바람직하다.
알루미늄(Al): 이는 강도 및 팽창 물성을 개선시키고, 비밀도(specific density)를 감소시키며, 본 발명에 따른 합금의 전환 거동에 영향을 미친다. 10중량% 미만의 Al 함량은 팽창 물성을 손상시키고, 대부분 취성 파괴 거동(brittle fracture behaviour)을 야기한다. 평균 망간 함량을 갖는 본 발명에 따른 망간 강재에 있어서, 0.1 내지 5중량%의 Al 함량은 강도를 높이고 동시에 효과적인 팽창을 유지하는데 바람직하다. 특히, 0.5중량% 초과 내지 3중량%의 함량에서는 강도와 파단 신율의 보다 큰 곱이 가능하게 된다.
실리콘(Si): 이는 탄소의 확산을 방해하고, 상대 밀도를 감소시키며, 강도 및 팽창 물성 및 인성 물성을 증가시킨다. 6중량% 초과의 함량에서는 상기 재료의 취화로 인해 냉간 압연에 의해 추가적인 가공이 방지된다. 따라서 최대 함량은 6중량%로 설정된다. 임의적으로는, 함량은 0.05 내지 3중량%으로 설정되는데, 이는 이러한 범위 내의 함량이 성형 물성에 긍정적으로 영향을 미치기 때문이다. 0.1중량% 초과 내지 1.5중량%의 Si 함량은 성형 및 전환 물성에 특히 유리한 것으로 증명되었다.
크롬(Cr): 이는 강도를 개선시키고, 부식 속도를 감소시키고, 페라이트 및 펄라이트의 형성을 지연시키며, 탄소화물을 형성한다. 보다 높은 함량은 팽창 물성의 손상을 초래하고 실질적으로 보다 높은 비용을 초래하기 때문에 최대 함량은 6중량%으로 설정된다. 평균 망간 함량을 갖는 본 발명에 따른 망간 강재에 있어서, 0.1 내지 4중량%의 Cr 함량은 조질의 Cr 탄소화물의 침전을 감소시키는데 바람직하다. 특히, 0.5중량% 초과 내지 2.5중량%의 함량은 오스테나이트를 안정화시키고 미세한 Cr 탄소화물을 침전시키는데 유리한 것으로 입증되었다.
몰리브덴(Mo): 이는 탄소화물 형성제로서 작용하고, 강도를 증가시키며, 지연 균열 형성 및 수소 취화에 대한 내성을 증가시킨다. 3중량% 초과의 Mo 함량에서는 팽창 물성이 손상되며, 이로 인해 최대 함량은 3중량%로 설정된다. 평균 망간 함량을 갖는 본 발명에 따른 망간 강재에 있어서, 0.005 내지 1.5중량%의 Mo 함량은 매우 큰 Mo 탄소화물의 침전을 피하는데 바람직하다. 특히, 0.01중량% 내지 0.6중량%의 함량에서는 목적하는 Mo 탄소화물의 침전이 야기되며, 동시에 합금 비용이 감소하게 된다.
인(P): 이는 철광석에서 유래한 미량 원소이고, 치환 원자로서 철 격자(iron lattice)에서 용해된다. 인은 혼합 결정 응고에 의해 경도(hardness)를 증가시키고 경화성을 개선시킨다. 그러나 그 중에서도 인이 이의 낮은 확산 속도로 인해 강한 분리 경향을 나타내고 인성 수준을 크게 낮추기 때문에 일반적으로는 가능한 한 많이 인 함량을 낮추려는 시도가 있었다. 입계(grain boundary)에 대한 인의 부착으로 인해 열간 압연 도중에 입계를 따라 균열이 발생할 수 있다. 게다가, 인은 인성 거동 내지 취성 거동에서의 전이 온도를 최고 300℃ 정도 증가시킨다. 상술한 이유로 인해, 인 함량은 0.1중량%의 최대량으로 제한되며, 이때 상술한 이유로 인해 0.04중량% 미만의 함량이 유리하게 요구된다.
황(S): 인과 같이 이는 철광석 내 미량 원소로서 결합되어 있다. 황은 강한 분리 경향을 나타내고 우수한 취화 효과(embrittling effect)를 갖고, 이로 인해 팽창율 및 인성 물성이 손상되기 때문에 이는 일반적으로 강재에서는 바람직하지 않다. 따라서 용융물 중에서 (예를 들어, 딥 진공 처리(deep vacuum treatment)에 의해) 가능한 한 낮게 황의 양을 구현하기 위한 시도가 있었다. 상술한 이유로 인해, 황 함량은 0.1중량%의 최대량으로 제한된다. MnS의 침전을 줄이기 위해 S 함량을 0.2중량% 미만으로 제한하는 것이 특히 유리하다.
질소(N): N은 마찬가지로 강재 생산과 연관된 성분이다. 용해된 상태에서, 이는 4중량% 이상의 높은 함량의 망간(Mn)을 함유하는 강재에서 강도 및 인성 물성을 개선시킨다. 유리 질소와 함께 4중량% 미만의 보다 높은 함량의 Mn-합금 강재는 강력한 에이징 효과(ageing effect)를 나타내는 경향이 있다. 심지어 질소는 저온에서 확산하여 전위되고, 이러한 전위를 차단한다. 따라서 이는 인성의 신속한 손실과 연관된 강도의 증가를 야기한다. 질화물 형태인 질소의 결합은, 예를 들어 알루미늄, 바나듐, 니오븀 또는 티타늄을 합금함으로써 가능하다. 상술한 이유로 인해, 질소 함량은 0.1중량%의 최대량으로 제한되며, 이때 0.05중량% 미만의 함량은 바람직하게는 실질적으로 AlN의 형성을 피하기 위해 요구된다.
미세합금 성분은 일반적으로 매우 소량(각 성분에 대해 0.1중량% 미만)으로만 첨가된다. 상기 합금 성분과는 대조적으로, 이들은 주로 침전 형성에 의존하여 작용하지만, 용해된 상태에서는 물성에 또한 영향을 미칠 수 있다. 소량으로 첨가될지라도 미세합금 성분은 생산 조건 및 가공 물성 및 최종 물성에 크게 영향을 미친다.
전형적인 미세합금 성분으로는 바나듐, 니오븀 및 티타늄이 있다. 이들 성분은 철 격자 내에 용해될 수 있고, 탄소 및 질소와 함께 탄소화물, 질화물 및 탄질화물(carbonitride)을 형성할 수 있다.
바나듐(V) 및 니오븀(Nb): 이들은 특히 탄소화물을 형성함으로써 입자 미세화(grain refining) 방식으로 작용하며, 이로 인해 강도, 인성 및 팽창 물성이 동시에 개선된다. 1.5중량% 초과의 함량은 임의의 추가적인 이점을 제공하지 않는다. 임의적으로는, 바나듐 및 니오븀의 경우 0.005중량% 이상의 최소 함량 및 0.6중량%(V) 또는 0.4중량%(Nb)의 최대 함량이 바람직하게 제공되며, 이때 상기 합금 성분은 유리하게는 입자 미세화를 제공한다. 더욱이, 경제성을 향상시키고 동시에 최적의 입자 미세화를 달성하기 위해, V의 함량은 0.01중량% 내지 0.3중량%로 제한될 수 있고, Nb의 함량은 0.01 내지 0.1중량%로 제한될 수 있다.
탄탈룸(Ta): 탄탈룸은 니오븀과 유사하게 입자 미세화 방식으로 탄소화물 형성제로서 작용하며, 그 결과 강도, 인성 및 팽창 물성이 동시에 개선된다. 0.5중량% 초과의 함량에서는 상기 물성에서 임의의 추가적인 개선이 나타나지 않는다. 따라서 최대 함량은 0.5중량%로 임의적으로 설정된다. 바람직하게는, 최소 함량은 0.005중량%로 설정되고, 최대 함량은 0.3중량%로 설정되며, 이때 입자 미세화가 유리하게 발생할 수 있다. 경제성을 향상시키고 입자 미세화를 최적화하기 위해, 0.01중량% 내지 0.1중량%의 함량이 특히 바람직하게 요구된다.
티타늄(Ti): 이는 입자 미세화 방식으로 탄소화물 형성제로서 작용하며, 이로 인해 강도, 인성 및 팽창 물성이 동시에 개선되고, 입계 부식(intercrystalline corrosion)이 감소한다. 1.5중량% 초과의 Ti 함량에서는 팽창 물성이 손상되며, 이로 인해 Ti의 최대 함량은 1.5중량%로 설정된다. 임의적으로, 최소 함량은 0.005중량%로 설정되고, 최대 함량은 0.6중량%로 설정되며, 이때 Ti는 유리하게 침전된다. 바람직하게는, 0.01중량%의 최소 함량 및 0.3중량%의 최대 함량이 제공되며, 이는 낮은 합금 비용과 함께 최적의 침전 거동을 보장한다.
주석(Sn): 주석은 강도를 증가시키지만, 구리와 유사하게 보다 고온에서는 스케일층(scale layer) 하부에 축적하고 입계에 축적한다. 상기 입계 내로의 침투로 인해 이는 저융점 상(low melting point phase)의 형성을 초래하고, 이와 연관된 미세구조에서의 균열 및 땜납 취성(solder brittleness)을 초래하며, 이로 인해 0.5중량% 이하의 최대 함량이 임의적으로 제공된다. 상술한 이유로 인해, 함량은 바람직하게는 0.2중량% 미만으로 조절된다. 0.05중량% 미만의 함량은 특히 유리하게는 상기 미세구조 내의 저융점 상 및 균열을 피하는데 바람직하다.
구리(Cu): 이는 부식 속도를 줄이고, 강도를 높인다. 3중량% 이상의 함량에서는 주조 및 열간 압연 도중에 저융점 상을 형성하여 생산성이 손상되며, 이로 인해 최대 함량은 3중량%로 설정된다. 임의적으로는, 최대 함량은 0.5중량%로 설정되며, 이때 주조 및 열간 압연 도중의 균열의 발생이 유리하게 방지될 수 있다. 0.1중량% 미만의 Cu 함량은 저융점 상을 피하고 균열을 피하는데 특히 유리한 것으로 증명되었다.
텅스텐(W): 이는 탄소화물 형성제로서 작용하며, 강도 및 내열성을 증가시킨다. 5중량% 초과의 W 함량에서는 팽창 물성이 손상되며, 이로 인해 W의 최대 함량은 5중량%로 설정된다. 임의적으로는, 최대 함량은 3중량%로 설정되고, 최소 함량은 0.01중량%로 설정되며, 이때 탄소화물의 침전이 유리하게 발생한다. 특히, 0.2중량%의 최소 함량 및 1.5중량%의 최대 함량이 바람직하게 제공되며, 이는 낮은 합금 비용과 함께 최적의 침전 거동을 가능케 한다.
코발트(Co): 이는 강재의 강도를 증가시키고, 오스테나이트를 안정화시키며, 내열성을 개선시킨다. 8중량% 초과의 함량에서는 팽창 물성이 손상되며, 이로 인해 최대 함량은 8중량%로 설정된다. 임의적으로는, 최대 함량은 5중량% 이하로 설정되고, 최소 함량은 0.01중량%로 설정되며, 이는 유리하게는 강도 및 내열성을 개선시킨다. 바람직하게는, 0.3중량%의 최소 함량 및 2중량%의 최대 함량이 제공되며, 이는 유리하게는 강도 물성과 함께 오스테나이트 안정성에 영향을 미친다.
지르코늄(Zr): 이는 탄소화물 형성제로서 작용하며, 강도를 개선시킨다. 0.5중량% 초과의 Zr 함량에서는 팽창 물성이 손상되며, 이로 인해 최대 함량은 0.5중량%로 설정된다. 임의적으로는, 최대 함량은 0.3중량%로 설정되고, 최소 함량은 0.005중량%로 설정되며, 이때 탄소화물은 유리하게 침전된다. 바람직하게는, 0.01중량%의 최소 함량 및 0.2중량%의 최대 함량이 제공되며, 이는 유리하게는 낮은 합금 비용과 함께 최적의 탄소화물 침전을 가능케 한다.
붕소(B): 이는 오스테나이트 전환을 지연시키고, 강재의 열간 성형 물성을 개선시키며, 실온에서 강도를 증가시킨다. 이는 매우 낮은 합금 함량으로도 이의 효과를 달성한다. 0.15중량% 초과의 함량에서 팽창율 및 인성 물성이 크게 손상되며, 이로 인해 최대 함량은 0.15중량%로 설정된다. 임의적으로는, 최소 함량은 0.001중량%로 설정되고, 최대 함량은 0.08중량%로 설정되며, 이때 붕소의 강도 증가 효과가 유리하게 사용된다. 더욱이, 0.002중량%의 최소 함량 및 0.01중량%의 최대 함량이 바람직하며, 이는 강도를 증가시키고, 동시에 전환 거동을 개선시키기 위한 최적의 사용을 가능케 한다.
텔루륨(Te): 이는 기계 가공 능력(machining capability)뿐만 아니라 내식성(corrosion resistance) 및 기계적 물성을 개선시킨다. 더욱이, Te는 MnS의 강도를 증가시키며, 그 결과 열간 압연 및 냉간 압연 도중에 압연 방향(rolling direction)으로 보다 적은 정도로 연장된다. 0.5중량% 초과의 함량에서는 팽창율 및 인성 물성이 손상되며, 이로 인해 최대 함량은 0.5중량%로 설정된다. 임의적으로는, 최소 함량이 0.005중량%로 설정되고, 최대 함량은 0.3중량%로 설정되며, 이는 유리하게는 기계적 물성을 개선시키고, 존재하는 경우 MnS의 강도를 증가시킨다. 더욱이, 0.01중량%의 최소 함량 및 0.1중량%의 최대 함량이 바람직하며, 이는 기계적 물성의 최적화를 가능케 하는 반면, 동시에 합금 비용을 줄인다.
칼슘(Ca): 이는 비금속성 산화 봉입체(oxidic inclusion)를 개질하기 위해 사용되며, 그렇지 않는 경우 이는 상기 미세구조 내의 봉입체의 결과로서 합금의 원치 않는 실패를 초래할 수 있으며, 이는 응력 집중점(stress concentration point)으로 작용하고, 금속 복합체를 약화시킨다. 더욱이, Ca는 본 발명에 따른 합금의 균질성(homogeneity)을 개선시킨다. 상응하는 효과를 달성하기 위해, 0.0005중량%의 최소 함량이 임의적으로 요구된다. 0.1중량% 초과의 Ca 함량에서는 봉입체의 개질에서 임의의 추가적인 이점이 제공되지 않고, 생산성이 손상되며, 이로 인해 이는 강재 용융물에서의 Ca의 높은 증기 압력으로 인해 피해야 된다. 따라서 0.1중량%의 최대 함량이 제공된다.
본 발명에 따라 열간 성형되고 예비 제품으로서 금속 시트 또는 파이프로부터 생산되는 구성성분의 전형적인 응용은 특히 자동차 공학에 관한 것이지만, 예를 들어 이동식 기중기 건설 및 자동차 및 트레일러에서의 종방향 및 횡방향 빔(beam) 또는 승용차 및 화물차에서의 안전 및 섀시 부품에 관한 것이다.
예를 들어, 시트 금속 플레이트 또는 파이프는 예비 제품으로서 사용될 수 있다. 상기 시트 금속 플레이트는 열간 스트립 또는 냉간 스트립으로부터 제조될 수 있고, 상기 파이프는 열간 스트립 또는 냉간 스트립으로부터 생산된 무용접 열간 압연 파이프 또는 용접 파이프일 수 있다.
열간 압연되거나 용접된 파이프는 1회 또는 다수의 인발 및/또는 어닐링 공정(annealing process)에 의해 생산 이후에 한 번 더 온간 성형될 수 있거나, 예를 들어 내부 고압 성형(IHU)에 의해 수압 확장 공정(hydraulic expanding process)으로 온간 성형될 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따르면 유리하게는 개개의 성형 단계를 본 발명에 따른 온도 범위 내에서 상이한 온도 및 상이한 속도로 수행하는 것이 가능하다. 예를 들어, 유리하게는 성형 물성을 개선시키고 추가의 성형을 조장하기 위해, 예를 들어 제 1 단계에서 마르텐사이트 형성을 방지하는 것이 가능하며, 마지막 성형 단계에서는 강도를 증가시킬 목적으로 상기 미세구조의 부분적인 마르텐사이트 전환을 가능케 하는 온도 범위를 선택하는 것이 가능하다. 더욱이, 유리하게는 보다 적은 횟수의 중간 가열 절차와 함께 몇몇 성형 절차를 수행하는 것이 가능하며, 따라서 하나의 확장된 온도 범위 내에서 이들 성형 절차를 수행하는 것이 가능하며, 이로 인해 상기 중간 가열 절차의 횟수가 유리하게 감소될 수 있다. 유사하게는, 상이한 성형 속도로 인해 상기 구성성분 내에서의 마르텐사이트 전환 및 응력 분포에 대한 표적화 영향이 가능하게 된다.
더욱이, 본 발명에 따르면 다단계 방법이 유리하게 수행될 수도 있으며, 이때 세미 열간 성형 공정이 이루어진 이후에 최종 냉간 성형 절차(예를 들어, 압연, 압착, 딥-인발(deep drawing), 점진적 성형(incremental forming))가 이루어지며, 이로 인해 냉간 성형 단독에 비해 전체적으로 보다 높은 성형 능력이 달성될 수 있다.
상기 예비 제품 및 이로부터 생산된 구성성분은 충분히 높은 팽창율과 함께 매우 높은 인장 강도를 특징으로 한다. 더욱이, 상기 화학 조성으로 인해 효과적인 용접 능력이 제공된다.
더욱이, 상기 예비 제품에는 공지된 방식으로 래커 기반 스케일링 억제층 또는 부식 억제층이 제공될 수 있거나, 금속성 도막이 제공될 수 있다. 상기 금속성 도막은 아연, 마그네슘, 알루미늄 및/또는 실리콘을 함유할 수 있다. 예비 제품으로서 파이프는 내측 및 외측 둘 모두에 코팅될 수 있다.
확립된 제조 경로와는 대조적으로, 심지어 표면 코팅된 열간 스트립 또는 냉간 스트립 또는 파이프도 세미 열간 성형에 의해 접착력 및 연성(ductility)이 유지되기 때문에 가열 이후부터 성형에 사용될 수 있다. 상기 금속성 도막은 세미 열간 성형 이전의 재가열 및 실제 세미 열간 성형에 견디도록 기판의 Ac3 온도 미만의 온도에서 기판/코팅 (강재 스트립/코팅) 조합의 단기적 재가열에 대해 내성을 갖는다.
비교적 소량의 열로 인해, 대형 재가열 유닛, 예를 들어 터널로(tunnel furnace) 또는 챔버로(chamber furnace) 상의 재가열 유닛은 신속 작용 및 직접 작용 시스템(도구 내의 유도성, 전도성 및 직접 시스템 및 특히 방사선)의 지원으로 생략될 수 있다.
더욱이, 상술한 신규한 방법에 대해 상당히 낮은 열에너지가 요구되거나, 에너지 효율이 프레스 경화에서보다 높다. 그 결과, 공정비용은 낮아지고, CO2 배출은 감소한다. 프레스 경화 가능한 강재와는 대조적으로, 상기 도구 내에서의 기술적 가속화 냉각은 응용에 따라 유리하게 생략될 수 있으며, 따라서 성형 도구 당 반제품의 처리량을 유의하게 증가시킬 수 있다. 가능하게 요구되는 임의의 기술적 가속화 냉각은 상기 도구의 외부에서 수행될 수 있다.
바람직하게는, 재가열은 이러한 경우 에너지 효율은 높고 가열 기간은 짧기 때문에 세미 열간 성형 이전에 유도에 의해 수행된다. 더욱이, 가열은 이러한 경우 효율은 로 내에서의 가열에 비해 상당히 높고 전도성 가열과 유사하며, 표면 특성에 따라 에너지는 보다 신속하고 효율적으로 재료에 입력되기 때문에 방사선에 의해 유리하게 수행될 수 있다.
또한 상기 재료는 부분 가열에 매우 적합하다. 예를 들어, 라디에이터(radiator)를 이용함으로써 성형될 예비 제품의 개별 영역은 성형성 최적화 구역을 수득하고 TRIP에 의해 전환된 마르텐사이트의 비율에 의해 국소적으로 강도를 조절하기 위해 표적화 방식으로 가열될 수 있다. 이로 인해, 유리하게는, 프레스 경화를 위해 요구되는 바와 같이, 복잡한 열간 성형 설비를 생략할 수 있도록 통상적인 냉간 성형용 공정의 사용이 가능하게 된다.
예비 제품(스트립, 시트, 파이프)을 생산하기 위한 강재 스트립은 하기 방법의 단계에 따라 본 발명의 강재로부터 생산될 수 있다:
- 강재 용융물을 제련하는 단계로서, 상기 강재 용융물은 하기 성분을 함유하고: C: 0.0005 내지 0.9중량%; 및 Mn: 3.0중량% 초과 내지 12중량%, 여기서 나머지는 하나 이상의 하기 성분을 합금함으로써 임의적으로 부가된 불가피한 강재 연관 성분을 포함하는 철인 단계:
Al: 최고 10중량%; Si: 최고 6중량%; Cr: 최고 6중량%; Nb: 최고 1.5중량%; V: 최고 1.5중량%; Ti: 최고 1.5중량%; Mo: 최고 3중량%; Cu: 최고 3중량%; Sn: 최고 0.5중량%; W: 최고 5중량%; Co: 최고 8중량%; Zr: 최고 0.5중량%; Ta: 최고 0.5중량%; Te: 최고 0.5중량%; B: 최고 0.15중량%; P: 최대 0.1중량%; S: 최대 0.1중량%; N: 최대 0.1중량%; 및 Ca: 최고 0.1중량%;
- 수평 또는 수직 스트립 주조 공정에 의해 상기 강재 용융물을 주조하여 최종 치수에 근접한 예비 스트립(pre-strip)을 형성하는 단계 또는 수평 또는 수직 슬라브(slab) 또는 박형 슬라브 주조 공정에 의해 상기 강재 용융물을 주조하여 슬라브 또는 박형 슬라브를 형성하는 단계;
- 상기 슬라브 또는 박형 슬라브를 1,050℃ 내지 1,250℃까지 재가열한 후, 상기 슬라브 또는 박형 슬라브를 열간 압연하여 열간 스트립 또는 후판(thick plate)을 형성하는 단계, 최종 치수에 근접한 상기 생산된 예비 스트립, 특히 3㎜ 초과의 두께를 갖는 예비 스트립을 1,000℃ 내지 1,200℃까지 재가열한 후, 상기 예비 스트립을 열간 압연하여 열간 스트립 또는 후판을 형성하는 단계, 또는 주조 열(casting heat)로부터의 재가열 없이 상기 예비 스트립을 열간 압연하여 상기 열간 압연의 개개의 압연 패스(rolling pass) 사이의 선택적인 중간 가열에 의해 열간 스트립 또는 후판을 형성하는 단계;
- 780℃ 내지 실온의 릴링 온도(reeling temperature)에서 상기 열간 스트립 및 임의적으로는 후판을 릴링하는 단계;
- 임의적으로는 하기 변수, 즉 450 내지 900℃의 어닐링 온도 및 1분 내지 48시간의 어닐링 기간으로 상기 열간 스트립 또는 후판을 어닐링하는 단계;
- 임의적으로는 상기 열간 스트립, 또는 상기 최종 치수에 근접한 상기 생산된 예비 스트립, 즉 5㎜ 미만의 두께를 갖는 예비 스트립을 냉간 압연하여 냉간 스트립을 형성하는 단계; 및
- 임의적으로는 하기 변수, 즉 450 내지 900℃의 어닐링 온도 및 1분 내지 48시간의 어닐링 기간으로 상기 냉간 스트립을 어닐링하여 강도, 팽창율 및 변형 물성의 양호한 조합을 갖고 지연 균열 형성 및 수소 취화에 대한 내성 증가를 나타내는 평판 강재 제품을 형성하는 단계로, 상기 평판 강재 제품은 상기 미세구조 내 이의 잔류 오스테나이트 함량으로 인해 기계적 하중 동안에 TRIP 및/또는 TWIP 효과를 갖는 단계.

Claims (38)

  1. 강재(steel)로 이루어진 예비 제품(pre-product)을 열간 성형함으로써 구성성분을 생산하기 위한 방법으로서,
    상기 예비 제품은 60℃ 초과 내지 Ac3 전환 온도 미만의 온도까지 가열된 후, 이러한 온도 범위 내에서 성형되며, 상기 구성성분은 700MPa의 최소 인장 강도를 갖고 동시에 높은 파단 신율을 가지며, 상기 예비 제품은 하기 합금 조성을 갖고:
    C: 0.0005 내지 0.9중량%; 및
    Mn: 3.0 초과 내지 12중량%;
    여기서 나머지는 하나 이상의 하기 성분을 합금함으로써 임의적으로 부가된 불가피한 강재 연관 성분을 포함하는 철인, 구성성분을 생산하기 위한 방법:
    Al: 최고 10중량%;
    Si: 최고 6중량%;
    Cr: 최고 6중량%;
    Nb: 최고 1.5중량%;
    V: 최고 1.5중량%;
    Ti: 최고 1.5중량%;
    Mo: 최고 3중량%;
    Cu: 최고 3중량%;
    Sn: 최고 0.5중량%;
    W: 최고 5중량%;
    Co: 최고 8중량%;
    Zr: 최고 0.5중량%;
    Ta: 최고 0.5중량%;
    Te: 최고 0.5중량%;
    B: 최고 0.15중량%;
    P: 최대 0.1중량%, 특히 0.04중량% 미만;
    S: 최대 0.1중량%, 특히 0.02중량% 미만;
    N: 최대 0.1중량%, 특히 0.05중량% 미만; 및
    Ca: 최고 0.1중량%.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    C: 0.05 내지 0.42중량%.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Mn: 5중량% 초과 내지 10중량% 미만.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Al: 0.1 내지 5중량%, 특히 0.5중량% 초과 내지 3중량%.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Si: 0.05 내지 3중량%, 특히 0.1중량% 초과 내지 1.5중량%.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Cr: 0.1 내지 4중량%, 특히 0.5중량% 초과 내지 2.5중량%.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Nb: 0.005 내지 0.4중량%, 특히 0.01 내지 0.1중량%.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    V: 0.005 내지 0.6중량%, 특히 0.01 내지 0.3중량%.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Ti: 0.005 내지 0.6중량%, 특히 0.01 내지 0.3중량%.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Mo: 0.005 내지 1.5중량%, 특히 0.01 내지 0.6중량%.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Sn: 0.2중량% 미만, 특히 0.05중량% 미만.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Cu: 0.5중량% 미만, 특히 0.1중량% 미만.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    W: 0.01 내지 3중량%, 특히 0.2 내지 1.5중량%.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Co: 0.01 내지 5중량%, 특히 0.3 내지 2중량%.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Zr: 0.005 내지 0.3중량%, 특히 0.01 내지 0.2중량%.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Ta: 0.005 내지 0.3중량%, 특히 0.01 내지 0.1중량%.
  17. 제 1 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Te: 0.005 내지 0.3중량%, 특히 0.01 내지 0.1중량%.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    B: 0.001 내지 0.08중량%, 특히 0.002 내지 0.01중량%.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 강재는 하기 성분을 함유하는 것을 특징으로 하는 방법:
    Ca: 0.005 내지 0.1중량%.
  20. 제 1 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 제품은 열간 성형 온도까지 부분적으로만 가열되고, 상기 부분 가열은 임의적으로는 60℃ 초과에서 Ac3 전환 온도 미만까지 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 제 1 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 제품은 700℃ 미만의 온도까지 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서, 상기 예비 제품은 450℃ 내지 700℃ 미만의 온도 범위에서 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제 21 항에 있어서, 상기 예비 제품은 350℃ 내지 450℃ 미만의 온도 범위에서 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제 21 항에 있어서, 상기 예비 제품은 60℃ 내지 350℃ 미만의 온도 범위에서 가열되는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 예비 제품에는 가열 절차 이전에 금속성 또는 래커 유사 도막(coat)이 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 금속성 도막은 Zn, Mg, Al 및/또는 Si를 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서, 상기 Zn 합금은 ZnMg, ZnAl, ZnNi, ZnFe, ZnCo 또는 ZnAlCe로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제 1 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 성형 온도까지의 가열은 성형 도구에서 유도성 또는 전도성으로 수행되거나 방사선 또는 열전도에 의해 수행되고, 성형 이후에 냉각은 대기에서 실시되거나 상기 성형 도구 내부 또는 외부에서 이동 기체(moving gas), 공기 또는 액체 매질에 의해 기술적 가속화 방식으로 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제 1 항 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서, 시트 금속 플레이트 또는 파이프는 상기 예비 제품으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제 29 항에 있어서, 상기 금속 플레이트는 열간 스트립(hot strip) 또는 냉간 스트립(cold strip)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제 29 항에 있어서, 상기 파이프는 열간 스트립 또는 냉간 스트립으로부터 생산되고 임의적으로는 내부 코팅 및/또는 외부 코팅을 갖는 무용접 열간 압연 파이프(seamlessly hot-rolled pipe) 또는 용접 파이프인 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제 31 항에 있어서, 상기 파이프는 열간 스트립 또는 냉간 스트립으로부터 생산되고 열간 성형 절차 동안에 1회 또는 다수의 인발(drawing) 및/또는 어닐링(annealing) 공정이 적용되는 무용접 열간 압연 파이프 또는 용접 파이프인 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제 1 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서, 열간 성형 이후에 상기 예비 제품에는 최종 냉간 성형이 적용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 강재로 이루어진 예비 제품을 열간 성형함으로써 이러한 강재로부터 생산된 열간 성형된 구성성분으로서,
    상기 강재는 하기 합금 조성을 갖고:
    C: 0.0005 내지 0.9중량%; 및
    Mn: 3.0중량% 초과 내지 12중량%;
    여기서 나머지는 하나 이상의 하기 성분을 합금함으로써 임의적으로 부가된 불가피한 강재 연관 성분을 포함하는 철이고:
    Al: 최고 10중량%;
    Si: 최고 6중량%;
    Cr: 최고 6중량%;
    Nb: 최고 1.5중량%;
    V: 최고 1.5중량%;
    Ti: 최고 1.5중량%;
    Mo: 최고 3중량%;
    Cu: 최고 3중량%;
    Sn: 최고 0.5중량%;
    W: 최고 5중량%;
    Co: 최고 8중량%;
    Zr: 최고 0.5중량%;
    Ta: 최고 0.5 30중량%;
    Te: 최고 0.5중량%;
    B: 최고 0.15중량%;
    P: 최대 0.1중량%, 특히 0.04중량% 미만;
    S: 최대 0.1중량%, 특히 0.02중량% 미만;
    N: 최대 0.1중량%, 특히 0.05중량% 미만; 및
    Ca: 최고 0.1중량%;
    여기서 상기 예비 제품은 60℃ 내지 Ac3 전환 온도 미만의 온도까지 가열된 후, 성형되고,
    상기 구성성분은 700MPa 내지 1,350MPa 초과의 최소 인장 강도를 갖고 동시에 높은 파단 신율(A80)을 가지며, 인장 강도와 파단 신율의 곱(Rm x A80)은 적어도 하기 값을 갖는, 강재로부터 생산된 열간 성형된 구성성분:
    Rm이 700 내지 800MPa이면 Rm x A80은 15,400 내지 최고 50,000MPa%이고;
    Rm이 800MPa 초과 내지 900MPa이면 Rm x A80은 14,400 내지 최고 50,000MPa%이고;
    Rm이 900MPa 초과 내지 1,100MPa이면 Rm x A80은 13,500 내지 최고 45,000MPa%이고;
    Rm이 1,100MPa 초과 내지 1,200MPa이면 Rm x A80은 13,200 내지 최고 45,000MPa%이고;
    Rm이 1,200MPa 초과 내지 1,350MPa이면 Rm x A80은 11,200 내지 최고 45,000MPa%이고;
    Rm이 1,350MPa 초과 내지 1,800MPa이면 Rm x A80은 8,000 내지 최고 45,000MPa%이고;
    Rm이 1,800MPa 초과이면 Rm x A80은 4,000 내지 최고 30,000MPa%이다.
  35. 제 34 항에 있어서, 하기 합금 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 성형된 구성성분:
    C: 0.05 내지 0.42중량%; 및
    Mn: 5중량% 초과 내지 10중량% 미만;
    여기서 나머지는 하나 이상의 하기 성분을 합금함으로써 임의적으로 부가된 불가피한 강재 연관 성분을 포함하는 철이다:
    Al: 0.1 내지 5중량%, 특히 0.5중량% 초과 내지 3중량%;
    Si: 0.05 내지 3중량%, 특히 0.1중량% 초과 내지 1.5중량%;
    Cr: 0.1 내지 4중량%, 특히 0.5중량% 초과 내지 2.5중량%;
    Nb: 0.005 내지 0.4중량%, 특히 0.01 내지 0.1중량%;
    B: 0.001 내지 0.08중량%, 특히 0.002 내지 0.01중량%;
    Ti: 0.005 내지 0.6중량%, 특히 0.01 내지 0.3중량%;
    Mo: 0.005 내지 1.5중량%, 특히 0.01 내지 0.6중량%;
    Sn: 0.2중량% 미만, 특히 0.05중량% 미만;
    Cu: 0.5중량% 미만, 특히 0.1중량% 미만;
    W: 0.01 내지 3중량%, 특히 0.2 내지 1.5중량%;
    Co: 0.01 내지 5중량%, 특히 0.3 내지 2중량%;
    Zr: 0.005 내지 0.3중량%, 특히 0.01 내지 0.2중량%;
    Ta: 0.005 내지 0.3중량%, 특히 0.01 내지 0.1중량%;
    Te: 0.005 내지 0.3중량%, 특히 0.01 내지 0.1중량%;
    V: 0.005 내지 0.6중량%, 특히 0.01 내지 0.3중량%;
    Ca: 0.0005 내지 0.1중량%.
  36. 제 34 항 또는 제 35 항에 있어서, 제 20 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 생산되는 것을 특징으로 하는 열간 성형된 구성성분.
  37. 자동차 및 상용차 산업, 공학 또는 건설에 사용하거나 백색 가전제품(white goods)의 생산에 사용하기 위한 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 생산되는 열간 성형된 구성성분.
  38. 열간 성형 절차 이후에 후속적으로 냉간 성형 절차가 적용되는 제 1 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 따른 열간 성형된 구성성분.
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