KR20180136455A - 시트로부터 마르텐사이트 스테인리스 강 부품을 제조하기 위한 방법 - Google Patents

시트로부터 마르텐사이트 스테인리스 강 부품을 제조하기 위한 방법 Download PDF

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Abstract

마르텐사이트 스테인리스 강 부품을 제조하는 방법으로서, 이 방법에 따라 다음의 조성으로 스테인리스 강 시트가 제조되며: 0.005% ≤ C ≤ 0.3%; 0.2% ≤ Mn ≤ 2.0%; 미량(traces) ≤ Si ≤ 1.0%; 미량 ≤ S ≤ 0.01%; 미량 ≤ P ≤ 0.04%; 10.5% ≤ Cr ≤ 17.0%; 미량 ≤ Ni ≤ 4.0%; 미량 ≤ Mo ≤ 2.0%; Mo + 2 × W ≤ 2.0%; 미량 ≤ Cu ≤ 3%; 미량 ≤ Ti ≤ 0.5%; 미량 ≤ Al ≤ 0.2%; 미량 ≤ O ≤ 0.04%; 0.05% ≤ Nb ≤ 1.0%; 0.05% ≤ Nb + Ta ≤ 1.0%; 0.25% ≤ (Nb + Ta)/(C + N) ≤ 8; 미량 ≤ V ≤ 0.3%; 미량 ≤ Co ≤ 0.5%; 미량 ≤ Cu + Ni + Co ≤ 5.0%; 미량 ≤ Sn ≤ 0.05%; 미량 ≤ B ≤ 0.1%; 미량 ≤ Zr ≤ 0.5%; Ti + V + Zr ≤ 0.5%; 미량 ≤ H ≤ 5 ppm, 미량 ≤ N ≤ 0.2%; (Mn + Ni) ≥ (Cr - 10.3 - 80 × [(C + N)2]); 미량 ≤ Ca ≤ 0.002%; 미량 ≤ 희토류원소(rare earths) 및/또는 Y ≤ 0.06%; 불순물과 철인 잔부(rest); 여기서 Ms 온도가 ≥ 200℃이며; Mf 온도가 ≥ -50℃이며; 미세 조직(microstructure)이 페라이트(ferrite) 및/또는 템퍼드(tempered) 마르텐사이트 및 0.5부피% 내지 5부피%의 카바이드(carbides)로 구성되며; 페라이트 입자의 크기가 1μm 내지 80μm이며; 오스테나이트화가 수행되어, 최대 0.5%의 카바이드 및 최대 20%의 잔류 페라이트를 포함하는 미세 조직을 얻고; 시트는 제1 성형 공구(shaping tool)로 이동되는 동안 시트는 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하며; 제1 성형 또는 절단 단계가 수행되며, 시트는 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하며; 시트의 이동은 제2 성형 공구 상에서 수행되거며; 제2 성형 단계가 수행되며, 그 동안에 시트는 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하며;
- TPn이 최종 성형 단계의 종료 시에 시트에 의해 도달되는 온도이며 ∑ti가 이동 및 성형 단계의 기간들의 합이라면, (TP0-TPn)/∑ti는 적어도 0.5℃/s이며;
- 시트는 냉각되어 최대 0.5%의 카바이드 및 최대 20%의 잔류 페라이트를 포함하는 미세 조직을 갖는 최종 부품이 된다.

Description

시트로부터 마르텐사이트 스테인리스 강 부품을 제조하기 위한 방법
본 발명은, 시트로부터의 스테인리스 강에 복잡한 형상 및 예외적인 기계적 속성을 주기 위해 이들 강을 열간 성형(hot forming)하는 것에 관한 것이며, 여기서 이들 강은 예컨대 자동차 산업용이다.
차량의 중량을 경량화하며 그래서 그 연료 소모를 제한하며 그에 따라 그 CO2 배출량을 제한하기 위해, 제조사들은 오늘날 초고강도의 탄소 강 또는 스테인리스 강 시트를 사용하여, 과거에 사용한 종래의 강과 비교하여 시트의 두께를 감소시키게 한다.
마르텐사이트 강(또는, 더욱 일반적으로는 50% 초과의 마르텐사이트 조직을 갖는 강)은 그러한 기계적 특징을 갖지만, 냉간 성형되는 이들의 성능은 제한된다. 그러므로, 페라이트 상태에서 이들을 냉간 성형한 후 부품을 열처리하여 마르텐사이트 조직을 얻어야 하거나, 오스테나이트 상태에서 이들을 열-성형하여 ?칭(quenching)으로 처리를 마무리하여 마르텐사이트 조직을 얻어야 한다.
이 제2 방법이 알려진 강(붕소 함유 탄소 강...)을 사용한 복잡한 기하학적 모양을 갖는 부품의 제조는, 그러나 이들 부품의 제한된 경화성(hardenability)의 제약이나, 고온 야금 변태(high temperature metallurgical transformations) - 성형(shaping) 및 템퍼링의 진행의 우수한 제어를 유지하기 어렵게 함 - 의 존재로 인해 어렵게 된다. 대부분 마르텐사이트가 아니며 그에 따라 의도한 기계적 특징에 대응하지 않는 기계적 특징을 갖는 복잡한 부품을 얻을 상당한 위험이 있거나, 이 방법이, 예컨대 레이저 절단에 의해 정정될 수 있는 형상을 갖는 간단한 기하학적 모양의 마르텐사이트 부품을 얻는 것으로 제한되어야 한다는 상당한 위험이 있다.
성형을 진행하며 결함이 발생할 위험을 제한하기 위해, 그 용도가 종래에 알려진 강으로부터 시작하여 프레스 이동/공구에 관한 고온 성형의 여러 단계를 실행하는 것을 생각해 볼 수 있다. 그러나 얻은 부품은 80부피% 미만의 마르텐사이트로 구성될 것이며, 그 기계적 속성 및 그 회복력은 열화될 것이다: 목표 인장 강도(RM), 탄성 한계(RPp0.2), 파단시 신장율(elongation at break)(A), 접힘의 용이성 또는 회복력 중 적어도 하나는 달성하지 못할 것이다. 적어도 2개의 성형 단계, 2개의 이동 단계 및 ?칭 단계를 얻도록 마르텐사이트 변태 종료 온도(Mf)를 초과하여 통과하는데 필요한 시간은 너무 오래이며, 오스테나이트는 부분적으로 페라이트/카바이드/펄라이트로 변태될 것이다.
적어도 80부피%의 마르텐사이트의 최소치로 구성되는 조직을 얻는 것은 알려진 강으로 이미 가능하지만, ?칭 동안의 냉각 속도는 평균 30℃/s보다 커야 한다. 오스테나이트화(austenitization) 후, 뒤따르는 공구로의 프레스 또는 이동 프레스를 사용한 다중 통과 방법이, 30℃/s의 최소 냉각 속도를 보장하도록 공구에서의 ?칭 전에, 성형 또는 고온 절단 단계가 뒤이어 오는 하나보다 많은 이동 단계를 허용하지 않을 것이다.
본 발명의 목적은, 시트로부터 복잡한 형상의 부품을 제조할 수 있게 하는, 열 변태된 마르텐사이트 강 부품을 제조하기 위한 방법을 제안하는 것이며, 게다가 이 최종 부품은, 특히 이 제품이 자동차 산업에 사용하기에 그에 따라 적절하게 하는 큰 기계적 속성을 갖는다.
이를 위해, 본 발명의 목적은, 열간 성형에 의해 시트로부터 마르텐사이트 스테인리스 강 부품을 제조하는 방법으로서:
- 중량 백분율로, 하기 조성:
* 0.005% ≤ C ≤ 0.3%;
* 0.2% ≤ Mn ≤ 2.0%;
* 미량(traces) ≤ Si ≤ 1.0%;
* 미량 ≤ S ≤ 0.01%;
* 미량 ≤ P ≤ 0.04%;
* 10.5% ≤ Cr ≤ 17.0%; 바람직하게는 10.5% ≤ Cr ≤ 14.0%;
* 미량 ≤ Ni ≤ 4.0%;
* 미량 ≤ Mo ≤ 2.0%;
* Mo + 2 × W ≤ 2.0%;
* 미량 ≤ Cu ≤ 3%; 바람직하게는 미량 ≤ Cu ≤ 0.5%;
* 미량 ≤ Ti ≤ 0.5%;
* 미량 ≤ Al ≤ 0.2%;
* 미량 ≤ O ≤ 0.04%;
* 0.05% ≤ Nb ≤ 1.0%;
* 0.05% ≤ Nb + Ta ≤ 1.0%;
* 0.25% ≤ (Nb + Ta)/(C + N) ≤ 8;
* 미량 ≤ V ≤ 0.3%;
* 미량 ≤ Co ≤ 0.5%;
* 미량 ≤ Cu + Ni + Co ≤ 5.0%;
* 미량 ≤ Sn ≤ 0.05%;
* 미량 ≤ B ≤ 0.1%;
* 미량 ≤ Zr ≤ 0.5%;
* Ti + V + Zr ≤ 0.5%;
* 미량 ≤ H ≤ 5 ppm, 바람직하게는 미량 ≤ H ≤ 1 ppm;
* 미량 ≤ N ≤ 0.2%;
* (Mn + Ni) ≥ (Cr - 10.3 - 80 × [(C + N)2]);
* 미량 ≤ Ca ≤ 0.002%;
* 미량 ≤ 희토류원소(rare earths) 및/또는 Y ≤ 0.06%;
* 제강(steelmaking)의 결과인 불순물과 철인 잔부(rest)
를 갖는 스테인리스 강 시트를 제조하고;
- 시트의 마르텐사이트 변태(martensitic transformation) 개시 온도(Ms)가 ≥ 200℃이며;
- 시트의 마르텐사이트 변태 종료 온도(Mf)가 ≥ -50℃이며;
- 시트의 미세 조직(microstructure)이 페라이트(ferrite) 및/또는 템퍼드(tempered) 마르텐사이트 및 0.5부피% 내지 5부피%의 카바이드(carbides)로 구성되며;
- 시트의 페라이트 입자의 크기가 1μm 내지 80μm, 바람직하게는 5μm 내지 40μm이며;
- 이 방법은 시트의 하나 이상의 열간 및/또는 냉간 변태(hot and/or cold transformations)를 선택적으로 포함하며;
- 시트는 Ac1보다 높은 온도에서 이를 유지시킴으로써 오스테나이트화되어 (austenitized), 부피 분율(volume fraction)로 최대 0.5%의 카바이드 및 부피 분율로 최대 20%의 잔류 페라이트를 포함하는 그 미세 조직을 얻고;
- 오스테나이트화된 시트는 제1 성형 공구 또는 절단 공구(cutting tool)로 이동되며, 여기서 이 이동(transfer)은 시트가 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하는, 지속기간(duration)(t0)을 가지며, 여기서 시트는 이 이동의 종료 시에 온도(TP0)에 있으며;
- 시트의 제1 성형 또는 절단 단계는, 시트가 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하는 기간인, 기간(period)(t1) 동안 수행되며;
- 성형 또는 절단된 시트의 이동은 제2 성형 공구 또는 절단 공구 상에서 수행되거나, 또는 제1 성형 공구 또는 절단 공구의 구성은, Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하는 동안에 시트 금속이 절단되는 기간인, 기간(t2) 동안 변경되며;
- 시트의 제2 성형 또는 절단 단계는, 시트가 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하는 기간인, 시간 기간(t3) 동안 수행되며;
- 선택적으로, 절단 또는 성형된 시트를 다른 절단 공구 또는 성형 공구에 이동시키거나, 또는 이전의 단계에서 사용된 성형 공구 또는 절단 공구의 구성을 변경하기 위한 다른 단계가 수행될 수 있으며, 여기서 각각의 단계 후에 성형 또는 절단 단계가 뒤따르며, 여기서 시트를 이동시키거나 또는 공구의 구성을 변경하는 것을 수반하는 단계들 각각 및 성형 또는 절단 동작의 각각 동안에 시트가 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하며;
- TPn이 최종 절단 또는 성형 단계의 종료 시에 성형 또는 절단된 시트에 의해 도달되는 온도를 나타내는데 사용되고 ∑ti가 이동 및/또는 공구 구성 변경 단계 및 성형 또는 절단 단계의 기간들의 합(sum)인 경우, 크기(magnitude) (TP0-TPn)/∑ti는 적어도 0.5℃/s이며;
- 선택적으로, 미세 조직이 마르텐사이트, 적어도 5%의 오스테나이트 및 최대 20%의 페라이트로 구성되는 영역(domain)에서, 추가적인 성형 또는 절단 단계가 Ms와 Mf 사이의 온도에서 수행될 수 도 있으며,
- 시트를 주위 온도(ambient temperature)로 냉각되도록 하여 최종 부품을 얻고, 여기서 최종 부품은 부피 분율로 최대 0.5%의 카바이드 및 부피 분율로 최대 20%의 잔류 페라이트를 포함하는 미세 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법이다.
시트는 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) ≤ 400℃를 가질 수 도 있다.
시트의 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms)가 390℃와 220℃ 사이일 수 도 있다.
시트의 두께는 0.1mm와 10 mm 사이일 수 도 있다.
오스테나이트화 온도가 적어도 850℃일 수 도 있다.
오스테나이트화 온도가 925℃와 1200℃ 사이일 수 도 있다.
시트는 시트의 이동 및/또는 공구 구성 변경 단계 또는 시트의 성형 또는 절단 단계 중 적어도 하나 동안에 재가열될 수 도 있다.
그 거칠기(roughness) 또는 그 피로 특성(fatigue properties)을 증가시키고자 하는 최종 부품에 대한 표면 처리가 수행될 수 있다.
최종 부품이 10초 내지 1시간 동안 90℃와 500℃ 사이로 유지된 다음, 자연적으로 공기 중에서 냉각될 수 있다.
이해될 바와 같이, 본 발명은 다음의 결합을 기초로 한다:
- 스테인리스 강 마르텐사이트 조성의 선택; 및
- 이 조성을 갖는 강에 특정 고온 성형 방법의 적용뿐만 아니라 최종 부품 또는 중간 부품 - 그 기계적 및/또는 표면적 속성 중 일부의 미세한 최적화를 목적으로 하는 동작을 그 후 겪게 될 것임 - 을 얻도록 이 방법을 사용할 수 있게 하는 정밀한 초기 조직 특징.
이 방법은 시트의 오스테나이트화로, 즉 시작 미세 조직을 구성하는 페라이트 및 카바이드 대신에 그리고 가능한 한 시트의 표면적 탈탄 및 산화를 제한하는 조건 하에서 오스테나이트를 성형하기 위해 강의 온도(Ac1)를 초과하게 시트의 온도를 상승시킴으로써 시작한다.
그 후 여러 단계(적어도 2개)가 연속해서 실행되어, 오스테나이트화 후 얻은 페라이트 + 카바이드 조직이 성형 전반에서 보유되도록 온도 및 지속기간의 조건 하에서 시트를 성형한다. 필요하다면, 성형되는 그리고 성형 동작 사이에서(공구 사이에서 시트의 이동 동안 또는 시트가 동일한 공구 상에 남아 있다면 공구 구성 변화 동안) 시트의 온도가 Ms(마르텐사이트 변태 개시 온도) 밑으로 떨어지지 않도록, 가열 공구에 의한 성형 단계 사이에서 또는 그 동안에 온도를 증가 또는 유지할 수 있다.
용어, "성형 단계"는, 특히 딥 드로잉(deep drawing), 고온 스탬핑, 스웨이징(swaging), 절삭(cut-outs) 및 드릴링과 같은 금속의 변형 또는 제거와 같이 다양한 동작을 포함하며, 이들 단계는 제조사가 정한 임의의 순서로 실행될 수 도 있다.
성형 후, 그렇게 얻은 부품은 냉각에 특정 제약이 없이 냉각된다. 이러한 냉각은, 미세 조직이 적어도 10%의 오스테나이트와 최대 20%의 페라이트로 구성된 반면, 나머지는 마르텐사이트라는 조건 하에서, Ms와 Mf(마르텐사이트 변태 종료 온도) 사이에 실행되는 절단 또는 최종 성형 단계가 선행할 수 도 있다.
본 발명은 이하의 첨부된 도면을 참조하여 주어진 이하의 상세한 설명을 보면 더 잘 이해될 것이다.
도 1은 종래 기술의 롤러 노를 사용하는 본 발명에 따른 방법을 활용한 부품의 제조 및 제조 동안의 강의 온도 전개를 나타내는 도면이다.
도 2는 유도로를 사용하는 본 발명에 따른 방법을 활용한 부품의 제조 및 제조 동안의 강의 온도의 전개를 나타내는 도면이다.
본 발명에 따른 방법에 사용되는 마르텐사이트 스테인레스 강의 조성은 다음과 같다. 모든 백분율은 중량 백분율이다.
그것의 C 함량은 0.005% 와 0.3% 사이에 있다.
0.005%의 최소 함량은 최종 목표된 기계적 특성을 얻기 위해 고온 성형 방법의 제1 단계 동안 미세 조직의 오스테나이트화를 얻는 필요성에 의해 정당화된다. 0.3%를 초과하면, 시트의 용접성, 특히 회복력이 불충분하게 되고, 특히 자동차 산업에 적용하기에는 불충분하다.
그것의 Mn 함량은 0.2%와 2.0% 사이에 있다.
오스테나이트화를 얻으려면 최소 0.2%가 필요하다. 2.0%를 초과하면, 중성 또는 환원 분위기에서 열처리하지 않으면 열처리 중에 산화 문제가 발생할 위험이 있으며, 더이상 원하는 기계적 특성을 얻는 것이 보장되지 않는다.
그것의 Si 함량은 미량(즉, Si가 첨가되지 않은 제형으로부터 생성된 단순 불순물)과 1.0% 사이에 있다.
Si는 첨가 또는 치환될 수 있는 Al과 정확히 동일하게 제형 중에 탈산제로서 사용될 수 있다. 1.0%를 초과하면, Si는 페라이트의 형성에 지나치게 유리하여 오스테나이트화가 곤란한 반면, Si는 시트를 너무 많이 취화시켜 복잡한 부품의 성형이 만족스럽게 진행되지 않을 것으로 간주된다.
그것의 S 함량은 최종 제품에 적합한 용접성과 회복력을 보장하기 위해 미량과 0.01% (100ppm) 사이에 있다.
그것의 P 함량은 최종 제품이 과도하게 부서지지 않도록 미량과 0.04% 사이에 있다. P는 또한 용접성에 좋지 않다.
오스테나이트화 동안보다 빠른 카바이드 용해를 위해, 그 Cr 함량은 10.5 내지 17.0%, 바람직하게는 10.5%와 14.0% 사이에 있다.
10.5%의 최소 함량은 시트의 스테인레스성을 보장하기 위해 정당화된다. 17%를 초과하는 함량은 오스테나이트화를 어렵게 하고 불필요하게 철강 비용을 증가시킨다.
그것의 Ni 함량은 미량과 4.0% 사이에 있다.
Ni의 첨가는 본 발명에 필수적인 것은 아니다. 그러나 규정된 한계인 최대치 4.0% 이내의 Ni의 존재는 오스테나이트화 촉진에 유리할 수 있다. 그러나 4.0% 한계를 초과하면 냉각 후 미세 조직에 잔류 오스테나이트가 과도하게 존재하고 마르텐사이트가 충분하지 않게 된다.
그것의 Mo 함량은 미량과 2.0% 사이에 있다.
Mo의 존재는 필수적인 것은 아니다. 그러나 이것은 부식에 대한 우수한 내성에 유리하다. 2.0%를 초과하면, 오스테나이트화가 방해 받고 강의 비용이 불필요하게 증가할 것이다.
W의 존재도 마찬가지로 가능하지만, W는 강하게 경화되는 원소이기 때문에, 그 존재는 제한되고 Mo 함량과 관련되어야 한다. Mo + 2 × W의 합은 미량과 2.0% 사이에 있어야 한다.
Mo와 W가 강에 미치는 영향의 누적을 고려할 때 가장 관례적인 것과는 반대로 Mo + 2 × W의 관계는 고려해야 하며, Mo + W / 2의 관계는 고려할 필요가 없다. 이 두 원소가 침전물 형성에 미치는 영향을 조절하기 위해 Mo + W / 2의 관계가 고려되어야 하며, W는 동일한 첨가량의 경우 Mo보다 2배 효과적이다. 그러나, 본 발명의 경우, 강의 경도에 Mo 및 W 각각의 영향을 받는 것이 바람직하다. 그리고 W는 동등한 첨가량에 대하여 Mo보다 강한 경화 원소이기 때문에, 본 발명에 따라 고려되어야 하는 것은 Mo + 2 × W의 관계이다. 이 합계 Mo + 2 × W는 미량과 2.0% 사이에 있어야 한다. 이를 넘는 경우엔, 경도가 과도해지고, 다른 모든 것들이 동일하면, 본 발명의 맥락에서 바람직한 기계적 속성, 특히 접힘각 능력 및 회복력이 감소된다.
그것의 Cu 함량은 미량과 3.0% 사이, 바람직하게는 미량과 0.5% 사이에 있다.
이러한 유형의 강에 대한 이러한 Cu 요건은 정상이다. 실제로 이것은 Cu 첨가가 유용하지 않으며, 이 원소의 존재는 사용된 원자재 때문이라는 것을 의미한다. 선택적으로 첨가될 수 있는, 0.5%를 초과하는 함량은 용접성을 떨어뜨릴 수 있으므로 자동차 용도에는 바람직하지 못하다. 그러나, Cu는 오스테나이트화를 보조할 수 있고, 본 발명의 강이 용접을 필요로 하지 않는 분야에 적용되는 경우, Cu 함량은 3.0% 까지 될 수 있다.
그것의 Ti 함량은 미량과 0.5% 사이에 있다.
Ti는 Al 및 Si와 같은 탈산제(deoxidizer)이지만, Al보다 낮은 효율 및 비용 때문에 일반적으로 이 관점에서 사용을 매력적이지 않도록 한다. Ti 질화물 및 탄질화물의 형성이 입자 성장을 제한하고 특정 기계적 속성 및 용접성에 유리하게 영향을 줄 수 있다는 점이 중요할 수 있다. 그러나, Ti는 카바이드의 형성으로 인해 오스테나이트화를 방해하는 반면, TiN은 회복력을 열화 시키므로, 본 발명에 따른 방법의 경우에 이러한 형성은 단점이 될 수 있다. 따라서 0.5%의 최대 함량을 초과해서는 안된다.
V 및 Zr도 회복력을 열화시키는 질화물을 형성할 수 있는 원소이기 때문에, 일반적으로 Ti + V + Zr의 합이 0.5%를 초과하지 않아야 한다.
그것의 Al 함량은 미량과 0.2% 사이에 있다.
Al은 제강시 탈산제로 사용된다. 기계적 특성을 열화시키는 과도한 양의 AlN을 형성할 위험이 있고, 또한 마르텐사이트 미세 조직을 얻는데 어려움을 겪을 수 있기 때문에, 탈산(deoxidation) 후에 강 중에 0.2%를 초과하는 양이 잔류할 필요가 없다.
그것의 O 함량은 미량과 0.04%(400㎛) 사이에 있다.
O 함량에 대한 요건은, 개재물로부터 시작하여 균열 없이 강을 형성하기 위한 능력 및 최종 부품까지 추구되는 기계적 특성의 품질의 함수로서, 마르텐사이트 스테인레스 강에는 일반적이며, 이는 산화된 개재물이 과도하게 존재하는 경우는 변화될 수 있다. 반대로, 시트의 최소 피삭성이 바람직하다면, 그 조성이 절단 공구용 윤활제로서 작용할 정도로 충분히 가단성(malleable)으로 만드는 경우, 상당수의 산화된 개재물을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 산화된 개재물의 수와 조성을 제어하는 이 기술은 철강 업계에서 일반적으로 사용된다. 산화물 조성의 제어는 유리하게는 Ca의 제어된 첨가 및/또는 액상 강이 접촉하는 슬래그 조성의 조정에 의해 및 제조 중에 화학적 평형에서 얻어질 수 있다.
제강 중 본질적으로 탈산제 Al, Si, Ti, Zr의 첨가 및 아마도 Ca의 첨가가 수행되고, 다음으로 처리는 액상 강 내의 산화된 개재물의 디켄테이션(decantation)이 수행되고, 고체화된 강 내에 이들 탈산제의 존재(subsistence)는 O의 최종 함량을 결정한다. 개별적으로 취해진 이들 원소 각각은 부재하거나 단지 약간만 존재할 수 있지만, 그럼에도 불구하고 이들 중 적어도 하나(대부분 Al 및/또는 Si)가 최종 시트의 O의 함량은 부품의 부드러운 성형을 위해 및 부품의 향후 적용을 위해 너무 높지 않음을 보장하기에 충분한 양으로 존재할 필요가 있다. 강의 탈산 및 이들의 산화된 개재물의 조성 및 양의 제어를 관장하는 이러한 메카니즘은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 본 발명의 맥락에서 완전히 정상적인 방식으로 적용된다.
그것의 Nb 함량은 0.05%와 1.0% 사이에 있다.
그것의 총 Nb + Ta 함량은 0.05%와 1.0% 사이에 있다.
Nb 및 Ta는 양호한 회복력을 얻기 위한 중요한 원소이며, Ta는 피팅(pitting)을 통해 내식성을 향상시킨다. 그러나 오스테나이트화를 방해할 수 있기 때문에 위에 규정된 양을 초과하여서는 안된다. 또한, Nb 및 Ta는 C 및 N으로 형성된 탄질화물을 포착하여, 오스테나이트화 동안 오스테나이트 입자의 과도한 성장을 방지한다. 이것은 -100 ℃에서 0℃ 사이에서 매우 우수한 냉도 회복력을 얻기에 유리하다. 반면에, Nb 및/또는 Ta 함량이 너무 높으면, C 및 N은 탄질화물 내에 완전히 포획될 것이며, 이들은 원하는 기계적 특성, 특히 회복력 및 기계적 내성을 달성하기 위해 충분히 용해되지 않을 것이다.
따라서 20℃ 이상에서 50J/cm² 정도의 회복력을 얻으려면 0.25 ≤ (Nb + Ta)/(C + N) ≤ 8이 필요하다.
그것의 V 함량은 미량과 0.3% 사이에 있다.
Ti와 마찬가지로, V는 질화물을 형성하기 쉬운 취성 원소이며, 너무 많은 양으로 존재해서는 안된다. 위에서 언급한 바와 같이, Ti + V + Zr은 0.5%를 초과하지 않아야 한다.
그것의 Co 함량은 미량과 0.5% 사이에 있다. Cu와 같은 이러한 원소는 오스테나이트화에 도움이 될 것이다. 그러나 오스테나이트화가 덜 비싼 수단으로 보조될 수 있기 때문에, 0.5% 이상 첨가하는 것은 의미가 없다.
Cu, Ni 및 Co의 총 함량은 마르텐사이트 변태 후 너무 많은 잔류 오스테나이트를 남기지 않고 필요로 하는 응용 분야에서 용접성을 열화시키지 않기 위해 미량과 5.0% 사이에 있어야 한다.
그것의 Sn 함량은 미량과 0.05%(500ppm) 사이에 있다. 이 원소는 용접성 및 강이 열 변태될 수 있는 능력에 해를 끼치기 때문에 바람직하지 않다. 0.05% 한계는 허용 오차이다.
그것의 B 함량은 미량과 0.1% 사이에 있다.
B는 의무적이지는 않지만, 그 존재는 오스테나이트의 경화능 및 가단성(forgeability)에 유리하다. 따라서 성형을 용이하게 한다. 0.1%(1000ppm)를 초과하는 첨가는 현저한 추가 개선을 초래하지 않는다.
Zr 함량은 미량과 0.5% 사이에 있는데, 이는 회복력을 감소시키고 오스테나이트화를 방해하기 때문이다. 또한 Ti + V + Zr의 총 함량이 0.5%를 초과해서는 안된다고 재언급된다.
그것의 H 함량은 미량과 5ppm 사이, 바람직하게는 1ppm 이하이다. 과량의 H 함량은 마르텐사이트를 취화시키는 경향이 있다. 따라서 액체 상태의 강을 생산하는 방법을 선택하는 것이 필요하며, 이 방법은 H가 거의 존재하지 않음을 보장한다. 일반적으로 액상 강의 철저한 가스 제거를 보장하기 위해 처리가 선택된다("AOD"라 불리는, 액상 강에 아르곤을 대량 주입하는 잘 알려진 방법에 의해, 또는 "VOD"라 불리는 방법인, 강이 CO 방출을 통해 탈탄(decarburized)되는 진공 하의 통로에 의해).
N 함량은 미량과 0.2%(2000ppm) 사이에 있다. N은 불순물로서 H 함량을 감소시키고, 그 존재를 제한하거나 심지어 실질적으로 감소시키는 것을 가능하게 하는 동일한 처리가 있다. 특히 N 함량이 특별히 낮을 필요는 없지만, 위에서 주어진 이유로, 질화물 또는 탄질화물을 형성하기 위하여 결합할 수 있는 원소의 함량과 함께 그 함량은 8 ≥ (Nb + Ta) / (C + N) ≥ 0.25 관계를 순응할 필요가 있다.
또한, (Mn + Ni) ≥ (Cr -10.3 - 80 × [(C + N)²]) 관계를 고려하면 열 기계 처리의 초기 단계 동안 강의 양호한 오스테나이트화가 바람직하다. 위에 규정된 다른 조건 외에도 이 조건이 충족되면 충분한 회복력이 달성된다. 충분한 양의 감마제닉(gammagenic) 원소가 Cr의 알파제닉(alphagenic) 효과를 상쇄하고 적어도 80%의 정확한 오스테나이트화를 보장하는데 필요하지만, C + N 합계의 효율은 이 관점에서 선형적이지 않다.
그것의 Ca 함량은 ≤ 0.002% (20ppm) 이다.
희토류와 Y의 총 함량은 미량과 0.06%(600ppm) 사이에 있다. 이들 원소는 매우 높은 온도에서의 오스테나이트화 동안 산화에 대한 내성을 향상시킬 수 있다.
나머지 강은 제강에서 초래되는 철과 불순물로 구성된다.
강의 조성에 대한 다른 요건은 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) 및 마르텐 사이트 변태 종료 온도(Mf)와 관련이 있다.
Ms는 바람직하게는 최대 400℃여야 한다. Ms가 더 높으면, 부품의 다양한 이동과 성형 동작이 충분히 신속하게 이어지지 않으며, Ms보다 높은 온도에서의 모든 성형을 달성하는데 시간이 불충분하다는 위험이 있다. 그러나, 성형 동작 사이에 재가열되거나 온도가 유지되는 부품을 제공하고, 그리고/또는 이러한 동작 시에, 예를 들어 전기 저항기를 포함한, 공지된 유형의 가열 공구를 사용함으로써 상기 위험을 제한하거나 방지할 수 있다. 따라서, 조건 Ms ≤ 400℃는 항상 필수적인 것은 아니고, 산업 조건 하에서 본 발명에 따른 방법의 경제적이며 용이한 응용에 대해서만 권장된다.
특히 800MPa 미만으로 낮춤으로써 Rp0.2가 열화되는, 최종 부품의 잔류 오스테나이트 함량이 너무 높게 존재하는 것을 방지하기 위해서 Ms는 200℃ 이상이어야 한다.
바람직하게는, Ms는 390 내지 320℃이다.
최종 부품에 너무 많은 잔류 오스테나이트가 존재하지 않는 것을 보장하기 위해서 Mf는 -50℃ 이상이어야 한다.
Ms 및 Mf는 바람직하게는, 예를 들어 잘 알려진 팽창계 측정(dilatometric measurements)에 의해 실험적으로 결정되며; 예를 들어, 기사 "마르텐자이트 개시 온도의 팽창계 결정의 불확실성(Uncertainties in dilatometric determination of martensite start temperature)", Yang 및 Badeshia, 매테리얼즈 사이언스 앤 테크놀로지, 2007/5, 556 내지 560쪽을 참조한다.
또한, 근사식은 강의 조성으로부터 그 값을 평가 가능하게 하지만, 실험적 결정이 보다 확실하다.
후술하는 가공 열처리는, 이어서 선택적으로 코팅될 빈 시트(bare sheet) 상, 또는 예를 들어, Al 및/또는 Zn에 기초한 합금에 의해 이미 코팅된 시트 상에서 수행될 수 있음을 이해해야 한다. 전형적으로 1 내지 200μm의 두께를 갖고 시트의 한면 또는 양면에 존재하는 상기 코팅은, 상기 목적으로 종래에 사용되는 임의의 기술에 의해 퇴적될 수 있으며, 오스테나이트화 전에 퇴적되면, 오스테나이트화 및 변형 온도에서 시트가 존재하는 동안 증발하지 않고, 변형 중에 저하되지 않는 것이 단순히 필요하다.
코팅의 특징 및 상기 조건을 만족시키기 위한 퇴적 방식의 선택 및 최적화는 종래의 코팅된 스테인리스 강 시트를 성형할 때에 당업자에게 알려진 것을 넘어서지 않는다. 코팅이 오스테나이트화 전에 일어나면, 오스테나이트화 온도에서 Al이 Zn보다 증발할 가능성이 적기 때문에, Al에 기초한 코팅이 Zn에 기초한 코팅보다 선호될 수 있다.
시트의 제조 및 성형에 응용되는, 본 발명에 따른 방법은 이하와 같다.
제1 단계에서, 비거나 코팅된 초기 스테인리스 강 시트는 통상적으로 상술한 조성 및 전형적으로 0.1 내지 10mm의 두께로 제조된다. 이 제조는 액체 강의 주조 및 고체화로 인한 반제품에 대한 열간 및/또는 냉간 변태 및 절단 동작을 포함할 수 있다. 상기 초기 시트는 페라이트 및/또는 단련된 마르텐사이트 및 0.5부피% 내지 5부피%의 카바이드로 구성된 미세 조직을 가져야 한다. 표준 NF EN ISO 643에 따라 측정된 페라이트 입자의 크기는 1 내지 80μm, 바람직하게는 5 내지 40μm이다. 뒤이어 오게 되는 오스테나이트화를 촉진하여, 원하는 80% 이상의 오스테나이트를 얻기 위해서는, 40μm 이하의 페라이트 입자 크기가 권장된다. 양호한 냉간 성형 용량을 수득하기 위해서는 적어도 5μm의 페라이트 입자 크기가 권장된다.
시트는 우선, Ac1(오스테나이트의 출현의 개시 온도)보다 높은, 따라서 당해 조성물에 대해서는 전형적으로 약 850℃보다 높은 온도 범위에서 노를 통과함으로써 오스테나이트화된다. 이 오스테나이트화 온도는 시트의 전체 부피와 관련되어야 하며, 시트의 두께 및 변태의 동역학이 주어지면 오스테나이트화가 이 부피에 걸쳐 완료되도록 처리가 충분히 길어야 하는 것을 이해해야 한다.
상기 오스테나이트화의 최대 온도는 본 발명의 명확한 특성은 아니다. 단지, 시트는 완전히 고체 상태로 남고(따라서 어떤 경우에도 강의 고상선 온도에서 온도가 더 낮아야 한다), 오스테나이트화를 뒤따르는 오븐과 성형 공구 사이의 이동을 손상 없이 견뎌내기 위해서 너무 무르지 않아야 한다. 또한, 온도는 가열 대기 중에서 시트의 실질적인 표면 산화 및/또는 탈탄을 야기할 정도로 높지 않아야 한다. 표면의 산화는 시트의 표면에 대한 스케일 버캐(incrustation)를 방지하기 위해서 성형되기 전에 기계적으로 또는 화학적으로 시트를 디스케일링할 필요성을 야기하며, 이는 재료의 손실을 야기한다. 과도한 탈탄(탈탄된 표면의 두께 ≥ 100μm)은 시트의 경도 및 인장 강도를 감소시킨다. 공지된 방식으로, 현저한 산화 및/또는 탈탄을 관찰하는 위험은, 오스테나이트화의 온도 및 지속기간뿐만 아니라, 노 처리 분위기에도 의존한다. 바람직하게는 공기에 대해, 비산화성, 따라서 중성 또는 환원성인 분위기(통상적으로는: 아르곤, CO 및 이들의 혼합물 등)는 손상 없이 처리 온도를 증가시킬 수 있게 하고, 이는 최소 시간으로 오스테나이트화를 완료하는 것을 보장 가능하게 한다. 오스테나이트화를 위해 높은 잔류 시간을 요구하는 노에서 순수 질소 또는 고도로 수소화된 분위기가 사용되면, 강에 의한 표면 질화 또는 수소 흡수의 위험이 있다. 이는 처리 분위기의 선택에 있어서 고려되어야 하며, 순수 질소 또는 상대적으로 높은 수소 함량을 함유하는 분위기는 때때로 피해야 한다.
통상적으로, 오스테나이트화는 925 내지 1200℃의 온도에서 10초 내지 1시간 동안(이 기간은 시트가 Ac1을 초과하여 증가할 때이다), 바람직하게는 종래의 오븐에서의 가열에 대해서 2분 내지 10분, 및 유도로에서의 가열에 대해서는 30초 내지 1분 동안 일어난다. 유도로는 공칭 오스테나이트화 온도까지 급속 가열을 제공한다는, 그 자체로도 알려진 이점을 갖는다. 원하는 결과를 달성하기 위해서 종래의 오븐보다 짧은 처리가 가능하다. 상기 온도 및 기간은 나머지 처리가 합당한 기간 내에 마르텐사이트의 충분한 성형을 유도하여, 상기 방법의 사용에 대한 생산성을 양호하게 하는 것을 보장 가능하게 한다.
상기 오스테나이트화의 목적은 초기 페라이트 + 카바이드 구조의 금속을, 부피 분율(volume fraction)로 최대 0.5부피%의 카바이드, 및 부피 분율에서 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 함유하는 오스테나이트 조직으로 패스하는 것이다. 특히, 상기 오스테나이트화의 하나의 목적은, C 원자를 방출하여 오스테나이트 구조를 형성한 후에 상기 방법의 후속 단계에서 마르텐사이트 조직을 형성하기 위해서, 초기에 존재하는 카바이드의 적어도 대부분의 용해를 야기하는 것이다. 최종 제품까지 지속되어야 하는 20%의 최대 잔류 페라이트 함량은, 얻어지는 회복력 및 종래의 항복 강도에 의해 정당화된다.
그 후에 오스테나이트화된 시트는 적합한 성형 공구(예를 들어 스탬핑 또는 드로잉 공구) 또는 절단 공구로 이동된다. 최대 0.5%의 카바이드 및 최대 20%의 잔류 페라이트의 오스테나이트 미세 조직를 유지하면서, 상기 이동은 가능한 한 짧은 지속기간(t0)을 갖고, 시트는 상기 이동 동안 Ms보다 높은 온도에서 유지되어야 한다. 상기 이동 후, 시트는 에너지 절약의 명백한 이유로 공칭 오스테나이트화 온도에 가능한 한 가까운 온도 TP0에 있다.
그 후에 성형 또는 절단의 제1 단계가 지속기간(t1), 통상적으로는 0.1 내지 10초 동안 수행된다. (다른 단계들의 지속기간과 같은) 상기 단계의 정확한 지속기간은 그 자체로 본 발명의 근본적인 특징은 아니다. 상기 지속기간은 충분히 짧아야하며, 그래서 시트의 온도가 Ms 미만으로 떨어지지 않고, 따라서 시트의 표면의 현저한 탈탄 및/또는 산화가 일어나지 않아, 최대 0.5%의 카바이드 및 최대 20%의 잔류 페라이트를 갖는 오스테나이트 미세 조직이 동작의 마지막에 항상 존재한다. 비가열 성형 공구와 시트의 접촉은 종종 100℃/초보다 큰 시트의 냉각을 야기하기 때문에, 필요에 따라서, 시트를 가열하기 위한 수단을 구비한 성형 공구를 사용하여, 상기 온도 및 미세 조직 조건이 유지되도록 할 수 있다.
현저한 표면 탈탄 및 산화가 없는 것은, 필요에 따라서, 경험에 비추어 강의 조성을 조정함으로써 달성할 수 있고, 가능하다면, 성형 시에 시트 주위에 중성 또는 환원성 분위기를 유지함으로써 달성할 수 있다.
성형 온도와 그 전개, 및 성형 시의 시트를 둘러싼 분위기에 관한 상기 모든 조건은 또한 하기의 성형 단계들에 대해 유효하다.
이와 같이 성형된 시트는 그 후에 넓은 의미에서 제2 성형 단계를 위해 다른 공구에 이동된다. 그렇지 않으면, 시간을 두고(in the interval) 그 구성을 변경함으로써(예를 들어, 두 단계 각각에서 드로잉이 있는 경우에 펀치를 교체함으로써) 양 단계에서 동일한 공구를 사용할 수 있다. 상기 이동을 위한 지속기간(t2)은 통상적으로 1 내지 10초이며, 이동 시에 시트 온도를 Ms보다 높게 유지하기 위해 충분히 빨라야 하고, 미세 조직이 최대 0.5%의 카바이드 및 최대 20%의 잔류 페라이트를 갖는 오스테나이트로 유지해야 하는 것이 목적이다.
그 후에 통상적으로 0.1 내지 10초의 지속기간(t3)을 갖는 제2 성형 단계가 수행된다. 미세 조직이 최대 0.5%의 카바이드 및 최대 20%의 잔류 페라이트를 갖는 오스테나이트로 유지되는 동안, 시트의 온도는 Ms보다 높게 유지된다.
다른 성형 단계들(상기에 규정된 넓은 의미에서) 및 이들에 상응하는 이동은 상기 제2 성형 단계를 뒤따를 수 있다.
상기 이동 및 성형/절단을 실행하는 동안, 최종 온도(TPn)에서의 최종 단계(n)가 끝날 때까지, 강의 온도가 Ms 미만으로 떨어지지 않고, 최대 0.5%의 카바이드 및 최대 20%의 잔류 페라이트를 갖는 오스테나이트 미세 조직이 유지되는 것이 필수이다. 필요에 따라서, 상술한 바와 같이, 성형 동작들 사이에 시트를 재가열하기 위한 수단뿐만 아니라, 가열된 성형 공구가 사용될 수 있다.
Σti가 이동 및 성형 기간의 합을 구성하는 양((TP0-TPn)/Σti)로 규정되는, TP0와 TPn 사이의 평균 냉각 속도는 적어도 0.5℃/초이어야 한다.
성형 시에 사용되는 강의 조성 및 절차와 결합되는, 상술한 성형 동작의 시작과 끝 사이의 상기 냉각 속도의 결과로, 냉각 시에, 강이 베이나이트 변태에 상응하는 TRC 다이어그램의 "돌출부"로 들어가지 않지만, 마르텐사이트 변태가 일어날 수 있는 영역으로 직접 들어가기 전에 오스테나이트 영역에 남아 있는다. 강의 조성은, 용접될 수 있는 시트의 제조를 위해 자동자 산업에서 가장 흔히 사용되는 탄소강과 비교하여, 상기 돌출부는 더 높은 주기를 향해 이동하므로, 일반적인 성형 공구 상의 베이나이트 영역, 더욱이 페라이트 및 펄라이트 영역을 피할 수 있게 하며, 따라서 오스테나이트의 마르텐사이트로의 변태를 가능한 한 완벽하게 얻도록, 정밀하게 선택된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 개별적으로 취한 각 단계는 최대 0.5%의 카바이드 및 최대 20%의 잔류 페라이트를 갖는 오스테나이트 미세 조직이 유지되도록 해야 하는 것을 명심해야 한다. 따라서, 각 단계의 지속기간/냉각 속도 쌍을 적절히 선택해야 하며, 필요에 따라서, 상기 미세 조직이 모든 단계 동안에 유지될 수 있도록, 성형 또는 절단의 사이 및/또는 도중에 시트의 재가열이 수행되어야 한다.
미세 조직이 적어도 5부피%의 오스테나이트를 포함하는 영역에 있어서, Ms와 Mf 사이의 온도에서 넓은 의미로 적어도 하나의 추가 성형 단계를 선택적으로 수행할 수 있다. 상기 추가 단계가 절단을 포함하면, 공구의 마모를 줄여 부품의 최종 형상을 달성할 수 있으며, 상기 추가 단계가 변형을 포함하면, 마르텐사이트가 때때로 상당히 존재함에도 불구하고 상기 변형이 가능하도록 적어도 5%의 오스테나이트가 충분한 연성을 제공한다.
마지막으로, 예를 들어 야외에서 시트를 주위 온도로 냉각시키고, 따라서 본 발명의 방법에 따른 최종 부품을 얻는다. 적어도, 시트의 외함과 같은, 야외에서의 자연 냉각과 비교하여 냉각을 실질적으로 감속시키는 수단을 사용하지 않으면, 강의 조성은, 주위 온도로 냉각시키는 동안에 마르텐사이트 변태가 일어날 수 있는 영역에 시트가 어떻게든지 유지되는 것을 보장하기 때문에, 상기 냉각 시에 최소 속도를 강제할 필요는 없다. 물론, 상기 냉각은 강제 공기, 또는 물 또는 다른 유체의 투출(projection)에 의해 가속될 수 있다.
부품의 최종 형상을 얻기 위해 적어도 2개의 단계를 사용할 가능성은, 본 발명에 따라 특정되고 처리된 조성을 갖는 강을 사용한 덕분에, 충분한 품질을 갖지 않는 임의의 경우에, 원래의 시트의 단일 성형만을 사용하여 알려진 방법에 의해 성취될 수 없는 최종 부품를 위한 복잡한 성형에 접근하게 한다.
선택적으로, 표면의 거칠기를 증가시키고 페인트와 같이 후속적으로 도포될 코팅의 접착력을 향상시키거나 시트의 피로 강도(fatigue strength)를 개선하는 잔류 응력을 생성하기 위해 블라스팅(blasting) 또는 샌딩(sanding)과 같은 표면 처리를 최종 부품에 적용할 수 있다. 이러한 타입의 동작은 그 자체로 알려져 있다.
또한, 최종 열 처리는 주위 온도로 냉각한 후에 최종 부품상에서 수행되어서, 그 파단시 신장율을 개선하여, ISO 표준에 따라 8%보다 큰 값이 되게 할 수 도 있으며, 이 값은 JIS 표준에 따라 실질적으로 10%보다 큰 값에 대응한다. 이러한 처리는 최종 부품을 90℃와 500℃ 사이에 10초 내지 1시간 동안 남겨둔 다음 공기 중에서 자연 냉각을 수행하는 것이다.
본 발명에 따른 방법에 의해 이와 같이 얻어진 부품은 특히 적어도 80%의 높은 마르텐사이트 함량으로 인해 주위 온도에서 높은 기계적 특성을 갖는다. 일반적으로, Rm은 적어도 1000MPa, Re는 적어도 800MPa, ISO 6892에 따라 측정된 파단시 신장율(A)은 적어도 8%인 반면, VDA 238-100에 따라 측정된 1.5mm 두께의 접힘각 성능은 적어도 60°이다.
도 1은 하기 표 1의 예 2의 조성에 따른 조성을 갖는 강 상에서 수행되는 본 발명에 따른 방법의 예시적인 동작 다이어그램을 개략적으로 나타낸 것으로서, 여기서 Ms는 380℃ 및 Mf는 200℃이고, 이 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
- 종래의 롤러 오븐(1)에서 2분 동안, 주위 온도와 950℃와 동일한 TPi 온도 사이에서 1.5mm 두께의 시트(2)를 가열하는 단계;
- 시트(2)를 3분의 시간(tm) 동안 온도 TPi에서 오븐(1)에 유지시키는 단계;
- 1초의 지속기간(t0) 동안 용광로(1)와 고온 드로잉 공구(3) 사이에서 시트(2)를 이동시키는 단계 - 강의 온도는 TP0 = 941℃로 감소함 - ;
- 성형된 시트(4)를 얻기 위해 고온 드로잉 공구(3)에서 0.5초의 시간(t1) 동안 수행되는 제 1 성형(변형) 단계 - 강의 온도는 TP1 = 808℃로 감소함 - ;
- 0.5초의 기간(t2) 동안 고온 드로잉 공구(3)와 드릴링 공구(5) 사이에서 성형된 시트(4)를 이동시키는 단계 - 강의 온도는 TP2 = 799℃로 감소함 - ;
- 성형되고 드릴링된 시트(6)를 얻기 위해 1초의 기간(t3) 동안 드릴링 공구(5)에서 수행되는 드릴링으로 이루어진 제 2 성형 단계 - 강의 온도는 TP3 = 667℃로 감소 - ;
- 성형되고 드릴링된 시트(6)를 절단 공구(7)에 이동시켜 시트(6)의 에지를 절단하여 최종 치수를 제공하고 제품(8)을 얻는 단계;
- 미래의 코팅의 가능한 층의 접착 또는 피로에 대한 그 내성을 최적화하도록 샷 블라스터(shot blaster)(9)에서 제품(8)을 샷 블라스팅하는 단계.
도 2는 하기 표 1의 예 7의 조성에 따른 조성을 갖는 강의 시트(2) 상에서 수행되는 본 발명에 따른 방법에 대한 동작 다이어그램의 다른 예를 개략적으로 나타내고, 여기서 Ms는 380℃이고 Mf 200℃이며, 이 방법은 이하의 단계들을 포함한다:
- 주위 온도와 온도 TPi = 950℃ 사이에서 1.5mm 두께의 시트(2)를 20초 동안 통상적인 유도 용광로에서 가열하는 단계;
- 유도 용광로(10) 내의 시트(2)를 30초의 기간(tm) 동안 온도(TPi)로 유지시키는 단계;
- 유도 용광로(10)와 고온 드로잉 공구(3) 사이에서 시트(2)를 1초의 기간(t0) 동안 이동시키는 단계 - 강의 온도는 TP0 = 941℃로 감소함 - ;
- 고온 드로잉 공구(3)에서 0.5초의 시간(t1) 동안 수행되어 성형된 시트(4)를 얻는 제1 성형(변형) 단계 - 강의 온도는 TP1 = 808℃로 감소함 - ;
- 1초의 지속기간(t2) 동안 고온 드로잉 공구(3)와 드릴링 공구(5) 사이에서 성형된 시트(4)를 이동시키는 단계 - 강의 온도는 TP2 = 799℃로 감소함 - ;
- 드릴링 공구(5)에서 0.5초의 기간(t3) 동안 수행되는 드릴링이며 성형되고 드릴링된 시트(6)를 얻는 제2 성형 단계 - 강의 온도는 TP3 = 667℃로 감소함 - ;
- 시트(6)의 에지를 절단하기 위해, 1초의 기간(t4) 동안 절단 공구(7)에 성형되고 드릴링된 시트(6)를 이동시키는 단계 - 상기 시트의 온도는 TP4 = 658℃로 감소함 - ;
- 그 최종 치수를 제공하고 제품(8)을 얻기 위해 0.5초의 기간(t5) 동안 부품(6)의 에지를 절단하는 제3 성형 단계 - 상기 부품의 온도는 TP5 = 525℃로 감소함 - ;
- 가능한 미래의 코팅층의 접착 또는 피로에 대한 내성을 최적화하기 위해 제품(8)을 샷 블라스팅(9)하는 단계.
따라서, 도 1 및 도 2의 방법은 근본적으로 다르지 않다. 유일한 차이점은 유도 용광로(10)가 종래의 롤러 오븐(1)보다 더 빠른 가열 및 더욱 규칙적인 속도를 허용한다는 것이다. 따라서, 가열 시간 및 유지 기간(tm)은 짧아지고, 이는 설비의 생산성에 유리하다. 유도 가열은 또한 시트의 부피 전체에 걸쳐 시트의 온도의 균질성을 보다 확실하게 보장하며, 이는 성형 단계를 수행하고 최종 목표 특성을 얻는데 유리하다.
다음의 표 1은 전술되고 도 1에 도시된 바와 같은 본 발명에 따른 방법이 적용된 강의 예들의 조성을 나타낸다. 언급되지 않은 원소는 제강으로 인한 미량으로 만 존재한다.
[표 1]
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1 : 시험 샘플의 조성
표 2는 최종 부품의 기계적 특성(인장 강도(Rm), 탄성 한계(Rp0,2), 신장율(A), KCU 회복력, 접힘각 성능)을 갖는 이들 동일한 예들의 최종 야금 조직 및 중간 야금 조직(강의 온도가 Ms를 초과하는 처리 단계 동안)을 나타낸다. 중간 조직에 관련된 열에서, MC는 카바이드의 비율을 나타낸다.
[표 2]
Figure pct00003
표 2 : 표 1의 예들의 중간 및 최종 야금 조직 및 최종 기계적 특성
이 표로부터, 본 발명에 따른 예들이 기계적 특성의 관점에서 모든 목표 목적을 달성하는 것을 가능하게 하는 유일한 예들임을 알 수 있다.
물론, 본 발명의 바람직한 적용이 자동차 산업용 시트의 성형인 경우, 이러한 적용은 독점적인 것이 아니며, 따라서 성형된 시트는 이들이 유리한 임의의 다른 용도, 특히 임의의 구조 기능 부품, 예컨대 항공, 빌딩, 철도를 위하여 설계될 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명에 의해 요구되는 조성을 갖는 시트가 다른 조성을 갖는 시트에 고정되고, 이로써 얻어진 어셈블리가 전술한 방법에 의해 성형되는 경우를 포함한다. 물론, 본 발명에 따른 조직 및 특성은 통상적으로 본 발명의 조성물을 갖는 어셈블리의 일부에서만 얻어질 것이다.

Claims (9)

  1. 열간 성형(hot forming)에 의해 시트(sheet)로부터 마르텐사이트 스테인리스 강 부품(martensitic stainless steel part)을 제조하는 방법으로서:
    - 중량 백분율로, 하기 조성:
    * 0.005% ≤ C ≤ 0.3%;
    * 0.2% ≤ Mn ≤ 2.0%;
    * 미량(traces) ≤ Si ≤ 1.0%;
    * 미량 ≤ S ≤ 0.01%;
    * 미량 ≤ P ≤ 0.04%;
    * 10.5% ≤ Cr ≤ 17.0%; 바람직하게는 10.5% ≤ Cr ≤ 14.0%;
    * 미량 ≤ Ni ≤ 4.0%;
    * 미량 ≤ Mo ≤ 2.0%;
    * Mo + 2 × W ≤ 2.0%;
    * 미량 ≤ Cu ≤ 3%; 바람직하게는 미량 ≤ Cu ≤ 0.5%;
    * 미량 ≤ Ti ≤ 0.5%;
    * 미량 ≤ Al ≤ 0.2%;
    * 미량 ≤ O ≤ 0.04%;
    * 0.05% ≤ Nb ≤ 1.0%;
    * 0.05% ≤ Nb + Ta ≤ 1.0%;
    * 0.25% ≤ (Nb + Ta)/(C + N) ≤ 8;
    * 미량 ≤ V ≤ 0.3%;
    * 미량 ≤ Co ≤ 0.5%;
    * 미량 ≤ Cu + Ni + Co ≤ 5.0%;
    * 미량 ≤ Sn ≤ 0.05%;
    * 미량 ≤ B ≤ 0.1%;
    * 미량 ≤ Zr ≤ 0.5%;
    * Ti + V + Zr ≤ 0.5%;
    * 미량 ≤ H ≤ 5 ppm, 바람직하게는 미량 ≤ H ≤ 1 ppm;
    * 미량 ≤ N ≤ 0.2%;
    * (Mn + Ni) ≥ (Cr - 10.3 - 80 × [(C + N)2]);
    * 미량 ≤ Ca ≤ 0.002%;
    * 미량 ≤ 희토류원소(rare earths) 및/또는 Y ≤ 0.06%;
    * 제강(steelmaking)의 결과인 불순물과 철인 잔부(rest)
    를 갖는 스테인리스 강 시트를 제조하고;
    - 상기 시트의 마르텐사이트 변태(martensitic transformation) 개시 온도(Ms)가 ≥ 200℃이며;
    - 상기 시트의 마르텐사이트 변태 종료 온도(Mf)가 ≥ -50℃이며;
    - 상기 시트의 미세 조직(microstructure)이 페라이트(ferrite) 및/또는 템퍼드(tempered) 마르텐사이트 및 0.5부피% 내지 5부피%의 카바이드(carbides)로 구성되며;
    - 상기 시트의 페라이트 입자의 크기가 1μm 내지 80μm, 바람직하게는 5μm 내지 40μm이며;
    - 상기 시트의 하나 이상의 열간 및/또는 냉간 변태(hot and/or cold transformations)가 선택적으로 수행될 수 있으며;
    - 상기 시트는 Ac1보다 높은 온도에서 이를 유지시킴으로써 오스테나이트화되어(austenitized), 부피 분율(volume fraction)로 최대 0.5%의 카바이드 및 부피 분율로 최대 20%의 잔류 페라이트를 포함하는 그 미세 조직을 얻고;
    - 오스테나이트화된 상기 시트는 제1 성형 공구 또는 절단 공구(cutting tool)로 이동되며, 여기서 상기 이동(transfer)은 상기 시트가 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하는, 지속기간(duration)(t0)을 가지며, 여기서 상기 시트는 이 이동의 종료 시에 온도(TP0)에 있으며;
    - 상기 시트의 제1 성형 또는 절단 단계는, 상기 시트가 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하는 기간인, 기간(period)(t1) 동안 수행되며;
    - 성형 또는 절단된 시트 금속의 이동은 제2 성형 공구 또는 절단 공구 상에서 수행되거나, 또는 제1 성형 공구 또는 절단 공구의 구성은, Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하는 동안에 시트 금속이 절단되는 기간인, 기간(t2) 동안 변경되며;
    - 상기 시트의 제2 성형 또는 절단 단계는, 상기 시트가 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하는 기간인, 기간(t3) 동안 수행되며;
    - 선택적으로, 절단 또는 성형된 시트 금속을 다른 절단 공구 또는 성형 공구에 이동시키거나, 또는 이전의 단계에서 사용된 성형 공구 또는 절단 공구의 구성을 변경하기 위한 다른 단계가 수행될 수 있으며, 여기서 각각의 동작 후에 성형 또는 절단 단계가 뒤따르며, 여기서 상기 시트를 이동시키거나 또는 상기 공구의 구성을 변경하는 각각의 단계 및 성형 또는 절단 동작의 각각 동안에 상기 시트가 Ms보다 높은 온도로 유지되고 최대 0.5부피%의 카바이드 및 최대 20부피%의 잔류 페라이트를 보유하며;
    - TPn이 최종 절단 또는 성형 단계의 종료 시에 성형 또는 절단된 시트에 의해 도달되는 온도를 나타내고 ∑ti가 이동 및/또는 공구 구성 변경 단계 및 성형 또는 절단 단계의 기간들의 합(sum)인 경우, 크기(magnitude) (TP0-TPn)/∑ti는 적어도 0.5℃/s이며;
    - 선택적으로, 상기 미세 조직이 마르텐사이트, 적어도 5%의 오스테나이트 및 최대 20%의 페라이트로 구성되는 영역(domain)에서, 추가적인 성형 또는 절단 단계가 Ms와 Mf 사이의 온도에서 수행되며,
    - 상기 시트를 주위 온도(ambient temperature)로 냉각되도록 하여 최종 부품을 얻고, 여기서 상기 최종 부품은 부피 분율로 최대 0.5%의 카바이드 및 부피 분율로 최대 20%의 잔류 페라이트를 포함하는 미세 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 시트가 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms) ≤ 400℃를 갖는 것을 특징으로 하는, 방법.
  3. 청구항 2에 있어서, 상기 시트의 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms)가 390℃와 220℃ 사이인 것을 특징으로 하는, 방법.
  4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트의 두께가 0.1mm와 10 mm 사이인 것을 특징으로 하는, 방법.
  5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 오스테나이트화 온도가 적어도 850℃인 것을 특징으로 하는, 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 오스테나이트화 온도가 925℃와 1200℃ 사이인 것을 특징으로 하는, 방법.
  7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서, 상기 시트의 재가열(reheating)이 상기 시트의 이동 및/또는 공구 구성 변경 단계 또는 상기 시트의 성형 또는 절단 단계 중 적어도 하나 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 그 거칠기(roughness) 또는 그 피로 특성(fatigue properties)을 증가시키고자 하는 최종 부품에 대한 표면 처리가 수행되는 것을 특징으로 하는, 방법.
  9. 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서, 상기 최종 부품이 10초 내지 1시간 동안 90℃와 500℃ 사이로 유지된 다음, 자연적으로 공기 중에서 냉각되도록 하는 것을 특징으로 하는, 방법.
KR1020187030500A 2016-04-22 2017-03-21 시트로부터 마르텐사이트 스테인리스 강 부품을 제조하기 위한 방법 KR102395730B1 (ko)

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