KR20190028758A - 고강도 냉연 박강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

980 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 고연성, 또한 고구멍 확장성을 겸비하는 저항 용접성이 우수한 고강도 냉연 박강판 및 그 제조 방법을 제공한다. 특정한 성분 조성과, 체적률로, 35 ％ 이하의 페라이트와, 1 ％ 이상 10 ％ 이하의 잔류 오스테나이트와, 2 ％ 이상 12 ％ 이하의 퀀칭된 상태의 마텐자이트와, 합계로 25 ∼ 70 ％ 의 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트를 포함하는 강 조직을 갖고, 페라이트의 평균 결정 입경 : 5.0 ㎛ 이하이며, 잔류 오스테나이트의 평균 결정 입경 : 2.0 ㎛ 이하이고, 퀀칭된 상태의 마텐자이트의 평균 결정 입경 : 3.0 ㎛ 이하이며, 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트상의 평균 결정 입경 : 4.0 ㎛ 이하이고, 퀀칭된 상태의 마텐자이트의 평균 입자간 거리가 1.0 ㎛ 이상을 만족시키는 고강도 냉연 박강판으로 한다.

Description

고강도 냉연 박강판 및 그 제조 방법
본 발명은, 980 ㎫ 이상의 인장 강도 (TS) 를 가져, 자동차 부품용으로서 바람직한 고강도 냉연 박강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 분야에 있어서, 차체 경량화에 의한 연비 향상을 목적으로, 자동차 부품의 고강도 강판 적용에 의한 박육화가 촉진되고 있어, 인장 강도 (TS) 가 980 ㎫ 이상인 고강도 강판의 적용이 진행되고 있다. 자동차의 구조 부재나 보강 부재용 강판은, 성형성이 우수한 것이 요구되어, 복잡 형상을 갖는 부품의 성형에는 높은 연성이나 연신 플랜지성 (구멍 확장성) 의 양립이 요구된다. 또, 자동차 부품은 주로 저항 용접 (스폿 용접) 에 의해 접합되기 때문에, 저항 용접성 (용접성) 이 우수한 것도 요구된다.
성형성이 우수한 고강도 냉연 박강판으로서, 연질인 페라이트와 경질인 마텐자이트의 복합한 조직으로 이루어지는 DP 강판이 알려져 있다. 예를 들어, 특허문헌 1 에서는, 질량％ 로, C : 0.07 ∼ 0.25 ％, Si : 0.3 ∼ 2.50 ％, Mn : 1.5 ∼ 3.0 ％, Ti : 0.005 ∼ 0.09 ％, B : 0.0001 ∼ 0.01 ％, P : 0.001 ∼ 0.03 ％, S : 0.0001 ∼ 0.01 ％, Al : 2.5 ％ 이하, N : 0.0005 ∼ 0.0100 ％, O : 0.0005 ∼ 0.007 ％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 강 조직이, 체적률로 50 ％ 이상인 페라이트와, 블록 사이즈가 1 ㎛ 이하인 마텐자이트이며, 마텐자이트 중의 C 농도가 0.3 ∼ 0.9 ％ 인, 연성이 양호한 인장 최대 강도 900 ㎫ 이상을 갖는 고강도 강판을 개시하고 있다. 그러나, DP 강판은, 강판 조직 중에 고경도를 갖는 마텐자이트가 존재하기 때문에, 타발 가공시에 연질인 페라이트와의 계면에 보이드가 발생하여, 구멍 확장성이 열등하다는 결점이 있다.
또, 고연성과 고강도를 겸비한 강판으로서, 잔류 오스테나이트를 함유한 TRIP 강판이 알려져 있다. 잔류 오스테나이트는, 변형 중에 마텐자이트로 가공 유기 변태되기 때문에, 이로써, 고강도와 고연성의 양립이 가능해진다. 그러나, TRIP 강판도 또한, 타발 가공시에 잔류 오스테나이트가 마텐자이트로 변태됨으로써, 연질인 페라이트와의 계면에 보이드가 발생하기 쉬워져, 구멍 확장성이 열등한 결점이 있다. 그래서, 특허문헌 2 에서는, 질량％ 로, C : 0.05 ∼ 0.35 ％, Si : 0.05 ∼ 2.0 ％, Mn : 0.8 ∼ 3.0 ％, P : 0.0010 ∼ 0.1 ％, S : 0.0005 ∼ 0.05 ％, N : 0.0010 ∼ 0.010 ％, Al : 0.01 ∼ 2.0 ％ 를 만족시키고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, 강 조직은 페라이트 또는 베이나이트 또는 템퍼드 마텐자이트를 주체로 하고, 잔류 오스테나이트상을 3 ％ 이상 30 ％ 이하 포함하는 강판에 있어서, 상기 잔류 오스테나이트상의 중심 농도 (Cgc) 와 잔류 오스테나이트립의 입계의 농도 (Cgb) 가 Cgb/Cgc ＞ 1.3 을 만족시키는 범위에 있는 잔류 오스테나이트립을 50 ％ 이상 함유시킴으로써, 잔류 오스테나이트상 계면의 안정성을 높여, 연신과 구멍 확장성이 우수한 고강도 박강판을 개시하고 있다.
또한, 고강도 냉연 박강판은, 강판의 성형성에 더하여, 저항 용접시에 우수한 이음매 강도를 얻기 위해, 용접시에 균열이 생기지 않는 것이 요구되고 있다. 그러나, 강판의 고강도화에 수반하여, 특히 아연 도금 강판에서는, 저항 용접시에 강판 표면의 아연이 용융되고, 또한 용접부 근방에 인장 응력이 생김으로써, 액체 금속 취화가 발생하여 강판에 균열이 생기는 경우가 있다. 그래서, 특허문헌 3 에서는, 질량％ 로, C : 0.015 ∼ 0.072 ％, Si : 1.2 ％ 이하, Mn : 0.5 ∼ 3.0 ％ 이하, P : 0.020 ％ 이하, S : 0.030 ％ 이하, sol. Al : 0.002 ∼ 1.20 ％, Si＋sol. Al＋0.4×Mn ≤ 1.4 ％ 를 만족시키고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분을 갖는, 인장 강도가 450 ㎫ 이상인 강판에 아연 도금을 실시한, 저항 용접시의 내표면 균열성이 우수한 고장력 아연 도금 강판이 개시되어 있다.
일본 특허 제4925611호 일본 공개특허공보 2011-195956호 일본 특허 제3758515호
고강도 냉연 박강판에 있어서, 높은 연성과 구멍 확장성을 겸비하려면, C, Si, Mn 등의 첨가가 필요하지만, 이것들의 함유량이 증가하면 저항 용접성이 저하되는 문제가 있다. 특허문헌 1 의 강판은 50 ％ 이상의 페라이트와, C 농도가 0.3 ∼ 0.9 ％ 인 마텐자이트를 얻기 위해서 Si 를 적극적으로 활용하고 있으나, 구멍 확장성이나 용접성에 관해서는 고려되어 있지 않다.
또, 특허문헌 2 의 고강도 박강판도, 잔류 오스테나이트를 얻기 위해서 C, Si 를 다량으로 첨가하고 있으나, 용접성에 관해서는 고려되어 있지 않다.
저항 용접 (스폿 용접) 에 있어서, 통상 강판은 전극에 대하여 수직으로 접촉하는데, 자동차 부품의 조립시, 용접 지점에 따라서는 강판 또는 전극이 기울어, 강판과 전극의 각도에 수직으로부터의 어긋남 (타각) 이 생겨 버린다. 그 경우, 용접시에 강판에 부여되는 응력 부하가 불균일해져, 부하가 큰 지점에서는 균열이 발생하기 쉬워진다. 그러나, 특허문헌 3 의 강판은 타각이 생긴 경우의 용접 균열에 관해서는 고려되지 않고, 구멍 확장성에 대해서도 고려되어 있지 않다.
본 발명은, 상기한 종래 기술의 문제를 유리하게 해결하여, 980 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 고연성, 또한 고구멍 확장성을 겸비하는 저항 용접성이 우수한 고강도 냉연 박강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 980 ㎫ 이상의 인장 강도 (TS) 를 갖고, 연성뿐만 아니라, 구멍 확장성이 우수하고, 나아가 용접성도 우수한 고강도 냉연 박강판 및 그 제조 방법을 얻기 위해 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 미세한 페라이트, 잔류 오스테나이트, 마텐자이트 (퀀칭된 상태의 마텐자이트), 베이나이트, 템퍼드 마텐자이트를 만들고, 또한 마텐자이트 (퀀칭된 상태의 마텐자이트) 의 입자간 거리를 제어함으로써, C, Si 의 함유량을 억제하면서, 우수한 연성과 구멍 확장성을 겸비하고, 나아가 용접성도 우수한 고강도 냉연 박강판이 얻어지는 것을 알아내었다. 또한, 본 명세서에 있어서, 간단히 「마텐자이트」라고 표기한 것은 「퀀칭된 상태의 마텐자이트」를 의미한다.
구멍 확장 시험에 있어서, 연질상과 경질상의 계면에 발생한 보이드는, 성장, 연결에 의해 균열이 된다. 따라서, 높은 구멍 확장성을 얻으려면 보이드의 발생을 억제하는 것에 더하여, 보이드의 성장 및 연결을 억제하는 것도 필요하다. 그래서, 본 발명자들은, 이 요구를 만족시키기 위한 검토를 실시하였다. 그 검토 결과, 연질상과 경질상의 체적 분율 및 평균 결정 입경을 조정하고, 또한 경질상인 마텐자이트의 입자간 거리를 제어함으로써 구멍 확장성이 양호해지는 범위를 밝혔다.
적정 형태의 강 조직을 얻기 위해서, Ti 및 Nb 를 소정량 첨가한 강에 대하여, 열간 압연 후의 냉각 정지 온도를 제어하고, 또한 냉간 압연을 적절한 조건 범위에서 실시하고, 또한 어닐링의 조건도 적절히 제어함으로써, 최종적인 강 조직에 있어서, 페라이트, 잔류 오스테나이트, 마텐자이트, 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트의 결정립을 미소로 하는 것을 가능하게 하였다. 또한, 마텐자이트의 입자간 거리를 제어하는 것을 가능하게 하여, C, Si 의 첨가량을 억제하면서도, 980 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 우수한 연성과 구멍 확장성뿐만 아니라, 용접성도 우수한 고강도 냉연 박강판이 얻어지는 것을 알아내었다.
본 발명은, 이상의 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 이하의 특징을 구비하고 있다.
[1] 질량％ 로, C : 0.04 ％ 이상 0.12 ％ 이하, Si : 0.15 ％ 이상 0.95 ％ 이하, Mn : 2.00 ％ 이상 3.50 ％ 이하, P : 0.050 ％ 이하, S : 0.0050 ％ 이하, N : 0.0100 ％ 이하, Al : 0.010 ％ 이상 2.0 ％ 이하, Ti : 0.005 ％ 이상 0.075 ％ 이하, Nb : 0.005 ％ 이상 0.075 ％ 이하, B : 0.0002 ％ 이상 0.0040 ％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과,
체적률로, 35 ％ 이하의 페라이트와, 1 ％ 이상 10 ％ 이하의 잔류 오스테나이트와, 2 ％ 이상 12 ％ 이하의 퀀칭된 상태의 마텐자이트와, 합계로 25 ∼ 70 ％ 의 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트를 포함하는 강 조직을 갖고, 상기 페라이트의 평균 결정 입경 : 5.0 ㎛ 이하이며, 상기 잔류 오스테나이트의 평균 결정 입경 : 2.0 ㎛ 이하이고, 상기 퀀칭된 상태의 마텐자이트의 평균 결정 입경 : 3.0 ㎛ 이하이며, 상기 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트상의 평균 결정 입경 : 4.0 ㎛ 이하이고, 상기 퀀칭된 상태의 마텐자이트의 평균 입자간 거리가 1.0 ㎛ 이상을 만족시키는 고강도 냉연 박강판.
[2] 상기 성분 조성은, 추가로 질량％ 로, V : 0.005 ％ 이상 0.200 ％ 이하, Cr : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Mo : 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Cu : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Ni : 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Sb : 0.002 ％ 이상 0.100 ％ 이하, Sn : 0.002 ％ 이상 0.100 ％ 이하, Ca : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, Mg : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, REM : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하 중에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 [1] 에 기재된 고강도 냉연 박강판.
[3] 표면에, 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 혹은 전기 아연 도금층 중 어느 것을 갖는 [1] 또는 [2] 에 기재된 고강도 냉연 박강판.
[4] [1] 또는 [2] 중 어느 하나에 기재된 성분 조성으로 이루어지는 강 슬래브를, 열간 압연 개시 온도 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하, 마무리 압연 온도 800 ℃ 이상 1000 ℃ 이하에서 열간 압연하고, 그 열간 압연 후, 700 ℃ 로부터 냉각 정지 온도까지의 온도역의 평균 냉각 속도가 5 ℃/s 이상 50 ℃/s 이하인 조건으로 500 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시킨 후에 권취하는 열간 압연 공정과, 상기 열간 압연 공정에서 얻어진 열연 강판에, 산세 처리를 실시하는 산세 공정과, 상기 산세 공정에서 산세된 열연 강판에, 압연율이 30 ％ 이상 70 ％ 이하인 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 공정과, 상기 냉간 압연 공정에서 얻어진 냉연 강판을 750 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 온도역에서 10 초 이상 900 초 이하 유지하고, 그 유지 후, 5 ℃/s 이상의 평균 냉각 속도로, 100 ℃ 이상 250 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시킨 후, 300 ℃ 이상 400 ℃ 이하의 재가열 온도역까지 가열하고, 재가열 온도역에서 10 초 이상 1800 초 이하 유지하는 어닐링 공정을 갖는 고강도 냉연 박강판의 제조 방법.
[5] 상기 어닐링 공정 후에, 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 혹은 전기 아연 도금층 중 어느 것을 형성하기 위한 도금 처리를 실시하는 도금 공정을 갖는 [4] 에 기재된 고강도 냉연 박강판의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 980 ㎫ 이상의 인장 강도를 갖고, 우수한 연성과 구멍 확장성을 겸비하고, 나아가 용접성도 우수한 고강도 냉연 박강판이 얻어진다. 본 발명의 고강도 냉연 박강판을, 자동차 구조 부재에 적용함으로써, 자동차 차체의 경량화에 크게 기여할 수 있어, 자동차의 연비 향상에 크게 공헌할 수 있다는 효과도 있다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다.
본 발명의 고강도 냉연 박강판은, 질량％ 로, C : 0.04 ％ 이상 0.12 ％ 이하, Si : 0.15 ％ 이상 0.95 ％ 이하, Mn : 2.00 ％ 이상 3.50 ％ 이하, P : 0.050 ％ 이하, S : 0.0050 ％ 이하, N : 0.0100 ％ 이하, Al : 0.010 ％ 이상 2.0 ％ 이하, Ti : 0.005 ％ 이상 0.075 ％ 이하, Nb : 0.005 ％ 이상 0.075 ％ 이하, B : 0.0002 ％ 이상 0.0040 ％ 이하를 포함하고,, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는다.
또, 상기 성분 조성은, 추가로 질량％ 로, V : 0.005 ％ 이상 0.200 ％ 이하, Cr : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Mo : 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Cu : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Ni : 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Sb : 0.002 ％ 이상 0.100 ％ 이하, Sn : 0.002 ％ 이상 0.100 ％ 이하, Ca : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, Mg : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, REM : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하 중에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유해도 된다.
이하, 각 성분에 대하여 설명한다. 성분의 설명에 있어서, 성분의 함유량을 나타내는 「％」는 「질량％」를 의미한다.
C : 0.04 ％ 이상 0.12 ％ 이하
C 는, 높은 고용 강화능을 가져, 강판 강도의 증가에 유효함과 함께, 본 발명에 있어서의 잔류 오스테나이트, 마텐자이트, 베이나이트, 및 템퍼드 마텐자이트의 형성에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.04 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. C 가 0.04 ％ 미만에서는, 원하는 잔류 오스테나이트 및 마텐자이트를 얻는 것이 곤란해진다. 한편, 0.12 ％ 를 초과하는 다량의 함유는, 잔류 오스테나이트, 마텐자이트, 베이나이트, 및 템퍼드 마텐자이트가 과잉으로 생성되기 때문에, 연성과 구멍 확장성이 저하되고, 또한 용접성의 저하를 초래한다. 따라서, C 함유량은 0.04 ％ 이상 0.12 ％ 이하로 한다. 하한에 대하여 바람직한 C 함유량은 0.05 ％ 이상이다. 보다 바람직하게는 0.06 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.07 ％ 이상이다. 상한에 대하여 바람직한 C 함유량은 0.11 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하나 0.10 ％ 미만, 더욱 바람직하게는 0.09 ％ 이하이다.
Si : 0.15 ％ 이상 0.95 ％ 이하
Si 는, 페라이트 중에서 높은 고용 강화능을 가져, 강판 강도의 증가에 기여함과 함께, 탄화물 (세멘타이트) 의 생성을 억제하여, 잔류 오스테나이트의 안정화에 기여한다. 또, 페라이트에 고용된 Si 는, 가공 경화능을 향상시켜, 페라이트상 자체적인 연성 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.15 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, Si 함유량이 0.95 ％ 를 초과하면, 잔류 오스테나이트 안정화의 기여는 포화되고, 또한 용접성의 저하도 초래한다. 이 때문에, Si 함유량은 0.15 ％ 이상 0.95 ％ 이하의 범위로 한다. 또한, 하한에 대하여 바람직한 Si 함유량은 0.25 ％ 이상이다. 보다 바람직하게는 0.30 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.35 ％ 이상이다. 상한에 대하여 바람직한 Si 함유량은 0.85 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.80 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.70 ％ 이하이다.
Mn : 2.00 ％ 이상 3.50 ％ 이하
Mn 은, 고용 강화 혹은 퀀칭성 향상에 의해, 강판의 강도 증가에 기여함과 함께, 오스테나이트 안정화 원소이기 때문에, 원하는 잔류 오스테나이트 및 마텐자이트의 확보에 필요 불가결한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 2.00 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 한편, 3.50 ％ 를 초과하는 함유는, 용접성을 저하시키는 데다, 잔류 오스테나이트 및 마텐자이트를 과잉으로 생성시키고, 또한 구멍 확장성의 저하를 초래한다. 이 때문에, Mn 함유량은 2.00 ％ 이상 3.50 ％ 이하의 범위로 한다. 또한, 하한에 대하여 바람직한 Mn 함유량은 2.20 ％ 이상이다. 보다 바람직하게는 2.40 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 2.60 ％ 이상이다. 상한에 대하여 바람직한 Mn 함유량은 3.30 ％ 이하이다. 보다 바람직하게는 3.10 ％ 이하, 더욱 바람직하게는 2.90 ％ 이하이다.
P : 0.050 ％ 이하
P 는, 고용 강화에 의해 강판의 강도 증가에 기여하는 원소이다. 한편, 0.050 ％ 를 초과하는 함유는, 용접성의 저하를 초래함과 함께, 입계 편석에 의한 입계 파괴를 조장한다. 이 때문에, P 함유량은 0.050 ％ 이하로 한다. P 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 과잉으로 P 함유량을 저감시키는 것은 제조 비용의 증가로 이어지기 때문에, P 함유량은 0.0001 ％ 이상이 바람직하다.
S : 0.0050 ％ 이하
S 는, 입계에 편석되어 열간 가공시에 강을 취화시킴과 함께, MnS 등의 황화물로서 강 중에 존재하여 국부 변형능을 저하시키는 원소로서, 0.0050 ％ 를 초과하는 함유는 구멍 확장성의 저하를 초래한다. 이 때문에, S 는 0.0050 ％ 이하로 한정한다. S 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 과잉으로 S 함유량을 저감시키는 것은 제조 비용의 증가로 이어지기 때문에, S 함유량은 0.0001 ％ 이상이 바람직하다.
N : 0.0100 ％ 이하
N 은, 질화물로서 강 중에 존재하여 국부 변형능을 저하시키는 원소로서, 0.0100 ％ 를 초과하는 함유는 구멍 확장성의 저하를 초래한다. 이 때문에, N 함유량은 0.0100 ％ 이하로 한정한다. N 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 과잉으로 N 함유량을 저감시키는 것은 제조 비용의 증가로 이어지기 때문에, N 함유량은 0.0001 ％ 이상이 바람직하다.
Al : 0.010 ％ 이상 2.0 ％ 이하
Al 은, 페라이트 생성 원소로서, Si 와 마찬가지로 탄화물 (세멘타이트) 의 생성을 억제하여, 잔류 오스테나이트의 안정화에 기여하는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.010 ％ 이상 함유할 필요가 있다. 바람직하게는 0.015 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.020 ％ 이상이다. 한편, 2.0 ％ 를 초과하면 효과가 포화되기 때문에, Al 함유량은 2.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 1.8 ％ 이하, 보다 바람직하게는 1.6 ％ 이하이다. 또한, Al 과 Si 의 합계가, 0.95 ％ 이하여도 본 발명의 효과를 발휘한다.
Ti : 0.005 ％ 이상 0.075 ％ 이하
Ti 는, 미세한 탄화물이나 질화물을 형성할 뿐만 아니라, 결정립의 조대화를 억제하여, 가열 후의 강 조직을 미세화시킴으로써, 강도의 상승에 기여하는 원소이다. 또한, B 를 N 과 반응시키지 않기 위해, Ti 의 첨가는 유효하다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ti 를 0.005 ％ 이상 함유할 필요가 있다. 바람직하게는 0.010 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.020 ％ 이상이다. 한편, Ti 함유량이 0.075 ％ 를 초과하면, 탄화물이나 질화물이 과잉으로 생성되어, 연성의 저하를 초래한다. 이 때문에, Ti 함유량은 0.005 ％ 이상 0.075 ％ 이하의 범위로 한다. 또, Ti 함유량은, 0.060 ％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.050 ％ 이하이다.
Nb : 0.005 ％ 이상 0.075 ％ 이하
Nb 는, 미세한 탄화물이나 질화물을 형성할 뿐만 아니라, 결정립의 조대화를 억제하여, 가열 후의 강 조직을 미세화시킴으로써, 강도의 상승에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.005 ％ 이상 함유할 필요가 있다. 0.010 ％ 이상이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.015 ％ 이상이다. 한편, Nb 함유량이 0.075 ％ 를 초과하면, 탄화물이나 질화물이 과잉으로 생성되어, 연성의 저하를 초래한다. 이 때문에, Nb 함유량은 0.005 ％ 이상 0.075 ％ 이하의 범위로 한다. 또, Nb 함유량은, 0.060 ％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.050 ％ 이하이다. 더욱 바람직하게는 0.040 ％ 미만이다.
B : 0.0002 ％ 이상 0.0040 ％ 이하
B 는, 퀀칭성을 향상시켜, 강도의 상승에 기여하는 유효한 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.0002 ％ 이상 함유할 필요가 있다. 바람직하게는 0.0007 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.0011 ％ 이상이다. 한편, 0.0040 ％ 를 초과하는 함유는, 마텐자이트를 과잉으로 생성시키기 때문에, 연성 및 구멍 확장성을 저하시킨다. 이 때문에, B 함유량은 0.0002 ％ 이상 0.0040 ％ 이하의 범위로 한다. 또, B 함유량은 0.0035 ％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.0030 ％ 이하이다.
상기한 성분이 기본 성분이지만, 본 발명에서는 기본 성분에 더하여 추가로, V : 0.005 ％ 이상 0.200 ％ 이하, Cr : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Mo : 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Cu : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Ni : 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하, Sb : 0.002 ％ 이상 0.100 ％ 이하, Sn : 0.002 ％ 이상 0.100 ％ 이하, Ca : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, Mg : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하, REM : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하 중에서 선택되는 적어도 1 종의 원소 (임의 성분) 를 함유할 수 있다.
V 는, V 계의 석출물을 생성시킴으로써, 강판의 강화에 기여함과 함께, 강 조직의 미세립화, 균일화에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻으려면, V 함유량을 0.005 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.007 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.010 ％ 이상이다. 한편, 0.200 ％ 를 초과하는 함유는, V 계의 석출물을 과도하게 생성시켜, 연성이 저하된다. 이 때문에, V 를 함유하는 경우에는, V 함유량은 0.005 ％ 이상 0.200 ％ 이하의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또, V 함유량은, 바람직하게는 0.100 ％ 이하, 보다 바람직하게는 0.050 ％ 이하이다.
Cr 은, 고용 강화에 의해 강판의 강도 증가에 기여함과 함께, 퀀칭성을 향상시키고, 마텐자이트의 생성을 촉진시킴으로써 강도 증가에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻으려면, 0.05 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 보다 바람직하게는 0.06 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.07 ％ 이상이다. 한편, 0.20 ％ 를 초과하여 Cr 을 함유하면, 마텐자이트가 과잉으로 생성되어, 연성이나 구멍 확장성이 저하된다. 이 때문에, Cr 을 함유하는 경우에는, Cr 함유량은 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또, Cr 함유량은 0.15 ％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.
Mo 는, 고용 강화에 의해 강판의 강도 증가에 기여함과 함께, 퀀칭성을 향상시키고, 마텐자이트의 생성을 촉진시킴으로써 강도 증가에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻으려면, 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 보다 바람직하게는 0.02 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.04 ％ 이상이다. 한편, 0.20 ％ 를 초과하여 함유하면, 마텐자이트가 과잉으로 생성되어, 연성이나 구멍 확장성이 저하된다. 이 때문에, Mo 를 함유하는 경우에는, Mo 함유량은 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또, Mo 함유량은 0.15 ％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.
Cu 는, 고용 강화에 의해 강판의 강도 증가에 기여함과 함께, 퀀칭성을 향상시키고, 마텐자이트의 생성을 촉진시킴으로써 강도 증가에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.05 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 바람직하게는 0.06 ％ 이상, 보다 바람직하게는 0.07 ％ 이상이다. 한편, 0.20 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, 강도 증가의 효과가 과도해져, 연성이나 구멍 확장성이 저하된다. 이 때문에, Cu 를 함유하는 경우에는, Cu 는 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또, Cu 함유량은 0.15 ％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.
Ni 는, 고용 강화에 의해 강판의 강도 증가에 기여함과 함께, 퀀칭성을 향상시키고, 마텐자이트의 생성을 촉진시킴으로써 강도 증가에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 0.01 ％ 이상의 함유를 필요로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 한편, 0.20 ％ 를 초과하여 다량으로 함유하면, 강도 증가의 효과가 과도해져, 연성이나 구멍 확장성이 저하된다는 문제가 있다. 이 때문에, Ni 를 함유하는 경우에는, Ni 함유량은 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하의 범위로 한정하는 것이 바람직하다. 또, Ni 함유량은 0.15 ％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.
Sb 및 Sn 은, 강판 표면의 산화에 의해 생기는, 강판 표층 (표면으로부터 판두께 방향으로 수십 ㎛ 정도의 영역) 의 탈탄을 억제하는 작용을 갖는다. 이와 같은 강판 표층의 탈탄을 억제하면, 강판 표층에 있어서 마텐자이트의 생성량이 감소하는 것을 방지할 수 있어, 원하는 강판 강도의 확보에 유효해진다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Sb, Sn 을 각각 0.002 ％ 이상 함유시키는 것을 필요로 한다. 한편, Sb, Sn 을 각각, 0.100 ％ 를 초과하여 함유하면 그 효과는 포화된다. 이 때문에, 이것들을 함유하는 경우에는, Sb, Sn 은 각각 0.002 ％ 이상 0.100 ％ 이하의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.
Ca, Mg, REM 은 모두, 탈산에 사용하는 원소임과 함께, 황화물의 형상을 구상화하여, 황화물의 국부 연성 및 구멍 확장성에 대한 악영향을 개선하는 작용을 갖는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Ca, Mg, REM 의 함유량은, 각각 0.0005 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 0.0050 ％ 를 초과하여 과잉으로 함유하면, 개재물 등의 증가를 초래하여, 표면 결함이나 내부 결함의 발생에 의해, 연성 및 구멍 확장성이 저하된다. 이 때문에, 이것들을 함유하는 경우에는, Ca, Mg, REM 은, 각각 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하의 범위로 한정하는 것이 바람직하다.
상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 또한, 상기 임의 성분을 상기 하한치 미만으로 포함하는 경우, 그 원소를 불가피적 불순물로서 포함하는 것으로 한다.
다음으로, 본 발명의 고강도 냉연 박강판의 강 조직에 대하여 설명한다. 상기 강 조직은, 체적률로, 35 ％ 이하의 페라이트와, 1 ％ 이상 10 ％ 이하의 잔류 오스테나이트와, 2 ％ 이상 12 ％ 이하의 퀀칭된 상태의 마텐자이트를 포함하고, 잔부가 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트로 이루어진다.
또, 페라이트의 평균 결정 입경 : 5.0 ㎛ 이하이며, 잔류 오스테나이트의 평균 결정 입경 : 2.0 ㎛ 이하이고, 마텐자이트의 평균 결정 입경 : 3.0 ㎛ 이하이며, 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트상의 평균 결정 입경 : 4.0 ㎛ 이하이고, 마텐자이트의 평균 입자간 거리가 1.0 ㎛ 이상을 만족시킨다.
페라이트 : 체적률 35 ％ 이하 또한, 평균 결정 입경 5.0 ㎛ 이하
페라이트는, 연성 (연신) 의 향상에 기여하는 조직이다. 그러나, 체적률이 35 ％ 를 초과하면, 원하는 양의 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트를 얻는 것이 곤란해지거나 하여, 구멍 확장성이 저하되어 버리기 때문에, 페라이트는, 체적률로 35 ％ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는 33 ％ 이하, 보다 바람직하게는 30 ％ 이하이다. 또, 연성 향상의 관점에서 페라이트의 체적률은 10 ％ 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 15 ％ 이상, 더욱 바람직하게는 20 ％ 이상이다.
또, 페라이트의 평균 결정 입경이 5.0 ㎛ 를 초과하면, 구멍 확장시의 타발 단부 (端部) 에 생성된 보이드가 구멍 확장 중으로 연결되기 쉬워지기 때문에, 양호한 구멍 확장성이 얻어지지 않는다. 이 때문에, 페라이트의 평균 결정 입경은 5.0 ㎛ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는 4.5 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 4.0 ㎛ 이하이다. 또, 페라이트의 평균 결정 입경은, 통상 1.0 ㎛ 이상이나 2.0 ㎛ 이상이다.
잔류 오스테나이트 : 체적률 1 ％ 이상 10 ％ 이하 또한, 평균 결정 입경 2.0 ㎛ 이하
잔류 오스테나이트는, 그 자체 연성이 풍부한 상이지만, 변형 유기 변태되어 더욱 연성의 향상에 기여하는 조직으로, 연성의 향상 및 강도-연성 밸런스의 향상에 기여한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, 잔류 오스테나이트는, 체적률로 1 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 2 ％ 이상, 보다 바람직하게는 3 ％ 이상이다. 한편, 10 ％ 를 초과하여 많아지면, 구멍 확장성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 잔류 오스테나이트는, 체적률로 1 ％ 이상 10 ％ 이하의 범위로 한다. 또, 잔류 오스테나이트는, 8 ％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 6 ％ 이하이다.
또, 잔류 오스테나이트의 평균 결정 입경이 2.0 ㎛ 를 초과하면, 구멍 확장 시험시에 생긴 보이드의 성장이 일어나기 쉬워져, 구멍 확장성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 잔류 오스테나이트의 평균 결정 입경은 2.0 ㎛ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는 1.5 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 1.0 ㎛ 이하이다. 또, 잔류 오스테나이트의 평균 결정 입경은 통상 0.1 ㎛ 이상이나 0.3 ㎛ 이상이다.
마텐자이트 : 체적률 2 ％ 이상 12 ％ 이하 또한, 평균 결정 입경 3.0 ㎛ 이하
마텐자이트는, 980 ㎫ 이상의 인장 강도를 얻기 위해서, 체적률로 2 ％ 이상 필요하다. 바람직하게는 4 ％ 이상, 보다 바람직하게는 6 ％ 이상이다. 한편, 12 ％ 를 초과하면, 구멍 확장 시험시에 페라이트와의 계면에 보이드가 생기기 쉬워져, 구멍 확장률의 저하를 초래한다. 이 때문에, 마텐자이트는, 체적률로 2 ％ 이상 12 ％ 이하의 범위로 한다. 또, 마텐자이트의 체적률은 11 ％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 10 ％ 이하이다. 또한, 여기서 말하는 마텐자이트는, 퀀칭된 상태의 마텐자이트로서, 후술하는 템퍼드 마텐자이트와는 구별된다.
또 마텐자이트의 평균 결정 입경이 3.0 ㎛ 를 초과하면, 구멍 확장 시험시에 생긴 보이드의 성장이 일어나기 쉬워져, 구멍 확장성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 마텐자이트의 평균 결정 입경은 3.0 ㎛ 이하의 범위로 한다. 2.5 ㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2.0 ㎛ 이하이다. 또, 마텐자이트의 평균 결정 입경은, 통상 0.5 ㎛ 이상이나 0.7 ㎛ 이상이다.
베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트 : 평균 결정 입경 4.0 ㎛ 이하
여기서 말하는 「템퍼드 마텐자이트」란, 어닐링 공정에 있어서, 냉각 온도역까지 냉각시켰을 때에 생성된 마텐자이트가, 재가열 온도역까지 가열되고, 유지되었을 때에 템퍼링된 마텐자이트이다. 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트는, 연질인 페라이트와, 경질인 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트의 경도차를 작게 하여, 구멍 확장성의 향상에 기여한다. 이 때문에, 조직 중에 평균 결정 입경이 4.0 ㎛ 이하인 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트를 함유하는 것이 필요하다. 한편, 4.0 ㎛ 를 초과하면, 구멍 확장시의 타발 파면 (破面) 에 생성된 보이드가 구멍 확장 중으로 연결되기 쉬워지기 때문에, 양호한 구멍 확장성이 얻어지지 않는다. 이 때문에, 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트의 평균 결정 입경은 4.0 ㎛ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는 3.8 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 3.4 ㎛ 이하이다. 또, 상기 평균 결정 입경은, 통상 1.5 ㎛ 이상이나 2.0 ㎛ 이상이다. 또한, 「베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트의 평균 결정 입경」이란, 베이나이트와 템퍼드 마텐자이트를 구별하지 않고 도출한 평균 결정 입경을 의미한다.
베이나이트와 템퍼드 마텐자이트의 합계 체적률은, 연질인 페라이트와, 경질인 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트의 경도차를 작게 하여, 구멍 확장성의 향상에 기여한다는 이유로 25 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 30 ％ 이상, 보다 바람직하게는 35 ％ 이상이다. 또, 합계 체적률이 과잉으로 커지면 연성이 저하된다는 이유로 70 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 65 ％ 이하, 보다 바람직하게는 60 ％ 미만이다. 또, 템퍼드 마텐자이트의 체적률은 59 ％ 이하가 되는 경우가 많다.
마텐자이트의 평균 입자간 거리 : 1.0 ㎛ 이상
보이드는 연질상과 경질상의 계면에 생성되고, 인접하는 보이드끼리가 연결됨으로써 성장하고, 균열이 된다. 보이드끼리의 거리가 작으면 보이드의 연결이 용이하게 생기기 때문에, 국부 변형능이나 구멍 확장성의 저하를 초래한다. 따라서, 양호한 연성이나 구멍 확장성을 확보하려면, 마텐자이트의 평균 입자간 거리를 1.0 ㎛ 이상으로 하는 것이 필요하다. 바람직하게는 1.5 ㎛ 이상, 보다 바람직하게는 2.0 ㎛ 이상이다. 또, 상기 평균 입자간 거리는, 9.0 ㎛ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 7.0 ㎛ 이하이다. 또한, 마텐자이트의 평균 입자간 거리 (Λm) 는 하기 (1) 식을 사용하여 산출하였다 (Tetsu-to-Hagane, vol. 91, (2005), p. 796-802). 또, 상기와 같이, 마텐자이트는 퀀칭된 상태의 마텐자이트를 의미한다. 또, 마텐자이트의 평균 입자간 거리를 상기 범위로 함으로써, 균일 연신 (uEl) 이 높아지는 경향이 있다.
Λm =｛0.9(Vm/100)-1/2-0.8｝× dm … (1)
여기서, Vm : 마텐자이트의 체적률 (％), dm : 마텐자이트의 평균 결정 입경 (㎛) 으로 한다.
또, 상기한 조직 외에, 미재결정 페라이트나 펄라이트, 세멘타이트가 생성되는 경우가 있는데, 상기의 한정이 만족되면, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다. 단, 체적률로, 미재결정 페라이트는 10 ％ 이하, 펄라이트는 5 ％ 이하, 세멘타이트는 5 ％ 이하가 바람직하다.
이상의 면적률, 평균 결정 입경, 평균 입자간 거리는, 실시예에 기재된 방법으로 얻어진 값을 채용한다.
상기 고강도 냉연 박강판의 두께는, 용도에 따라 적절히 설정할 수 있다. 일반적으로는 0.8 ∼ 2.5 ㎜ 이다.
상기한 조성 및 조직을 갖는 고강도 냉연 박강판은, 추가로 표면에 내식성 향상을 위해서, 도금층을 가져도 된다. 도금층으로는, 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 혹은 전기 아연 도금층 중 어느 것으로 하는 것이 바람직하다. 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 전기 아연 도금층은, 공지된 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 전기 아연 도금층이 모두 바람직하다.
본 발명의 고강도 냉연 박강판은, 실시예에서 측정한, 인장 강도 (TS) 가 980 ㎫ 이상, 파단 연신 (El) 이 12 ％ 이상, 구멍 확장률 (λ) 이 40 ％ 이상이다. 이것들의 상한치는 특별히 한정되지 않지만, 본 발명에서는, 통상 TS 가 1200 ㎫ 이하, El 이 20 ％ 이하, λ 가 80 ％ 이하이다. 또, 본 발명의 과제를 해결하기 위해서 필수는 아니지만, uEl 이 9.5 ％ 이상인 경우가 많다. 바람직하게는 uEl 이 10.0 ％ 이상이다.
다음으로, 본 발명의 고강도 냉연 박강판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명에서는, 상기한 조성의 강 소재에, 열간 압연 공정과, 산세 공정과, 냉간 압연 공정과, 어닐링 공정을 순차적으로 실시하여, 고강도 냉연 박강판으로 한다.
열간 압연에 제공하는 강 슬래브는, 전로 등의 상용의 용제 방법으로 상기한 조성의 용강을 용제하고, 성분의 편석이 잘 생기지 않는다는 점에서, 연속 주조법으로 소정 치수의 슬래브 등의 주편 (강 소재) 으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 조괴법이나 박슬래브 주조법으로 얻어진 것이어도 된다.
상기한 조성의 강 소재에 대하여, 열간 압연 공정을 실시하여, 열연판 (열연 강판) 으로 한다.
열간 압연 공정은, 상기한 조성의 강 소재를 재가열하고, 열간 압연을 실시하는 방식 외에, 주조된 강 슬래브를 냉각시키지 않고 온편인 채로 가열로에 삽입하여, 재가열하고 압연하는 방식, 강 슬래브를 냉각시키지 않고 보열을 실시한 후에 즉시 압연하는 방식, 강 슬래브를 주조 직후에 압연하는 방식 등도 적용할 수 있다. 이 열간 압연 공정에 있어서의 구체적 조건에 대하여 이하 설명한다.
열간 압연 개시 온도 : 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하
열간 압연 개시 온도가 1100 ℃ 미만에서는 압연 부하가 증대되어, 생산성이 저하되는 한편, 1300 ℃ 초과에서는 가열 비용이 증대될 뿐이다. 따라서, 열간 압연 개시 온도는, 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하의 범위로 한다.
마무리 압연 온도 : 800 ℃ 이상 1000 ℃ 이하
마무리 압연 온도가 800 ℃ 미만에서는, 강 조직이 불균일해져, 어닐링 공정 후의 연성이나 구멍 확장성이 저하된다. 마무리 압연 온도를 800 ℃ 이상으로 함으로써, 오스테나이트 단상역에서 압연이 완료되어, 균질인 강판 조직이 얻어진다. 바람직하게는 850 ℃ 이상이다. 한편, 마무리 압연 온도가 1000 ℃ 초과에서는 열연 강판의 조직이 조대가 되어, 어닐링 공정 후에 원하는 결정 입경을 갖는 조직이 얻어지지 않는다. 바람직하게는 950 ℃ 이하이다. 따라서, 마무리 압연 온도는 800 ℃ 이상 1000 ℃ 이하로 한다.
700 ℃ 로부터 냉각 정지 온도까지의 평균 냉각 속도 : 5 ℃/s 이상 50 ℃/s 이하
열간 압연 후, 700 ℃ 로부터 냉각 정지 온도까지의 평균 냉각 속도를 5 ℃/s 이상 50 ℃/s 이하로 함으로써, 열연 강판은 베이나이트를 주체로 하는 조직으로 제어된다. 5 ℃/s 미만에서는, 열연 강판의 조직에 페라이트 혹은 펄라이트가 과잉으로 생성되어 버린다. 바람직하게는 15 ℃/s 이상이다. 한편, 50 ℃/s 를 초과하면 페라이트 혹은 펄라이트의 생성을 억제하는 효과가 포화된다. 그래서, 상기 평균 냉각 속도를 5 ℃/s 이상 50 ℃/s 이하로 한다. 또한, 열간 압연 후부터 700 ℃ 까지에 대해서는, 방랭이어도 되고, 냉각 수단에 의한 냉각이어도 되며, 냉각 조건은 특별히 한정되지 않는다.
냉각 정지 온도 : 500 ℃ 이하
상기 냉각의 냉각 정지 온도를 500 ℃ 이하로 함으로써, 열연 강판은 베이나이트 주체의 조직으로 균질화된다. 이 균질화에 의해, 어닐링 공정 후의 강 조직, 특히 페라이트나 마텐자이트가 미세화되는 데다, 원하는 마텐자이트의 입자간 거리를 얻을 수 있는 효과가 얻어진다. 한편, 500 ℃ 를 초과하면 열연 강판의 강 조직에 페라이트 혹은 펄라이트가 과잉으로 생성되어, 어닐링 공정 후의 강 조직이 불균질해진다. 이 불균질에 의해, 원하는 평균 결정 입경을 갖는 페라이트 또는 마텐자이트가 얻어지지 않는 데다, 원하는 마텐자이트의 평균 입자간 거리를 얻을 수 없게 되기 때문에, 구멍 확장성이 열화된다. 또한, 냉각 정지 온도의 하한은 특별히 규정하지 않지만, 350 ℃ 미만에서는, 열연 강판의 조직에 경질인 마텐자이트가 과잉으로 생성되어, 냉간 압연시의 압연 부하가 증대되는 경우가 있다. 이 때문에, 냉각 정지 온도는 350 ℃ 이상이 바람직하다.
이어서, 얻어진 열연판에, 산세 공정을 실시하여, 강판 표층의 스케일을 제거한다. 산세 조건은, 특별히 한정할 필요는 없으며, 염산, 황산 등을 사용하는 상용의 산세 방법을 모두 적용할 수 있다.
냉간 압연 공정은, 산세 공정을 거친 열연판에 냉간 압연을 실시하여, 소정 판두께의 냉연판 (냉연 강판) 으로 하는 공정으로 한다.
냉간 압연의 압연율 : 30 ％ 이상 70 ％ 이하
냉간 압연에서는, 강판에 가공 변형이 도입된다. 이로써, 다음 공정인 어닐링 공정에서, 어닐링 온도역에서의 재결정을 촉진시켜, 최종 조직의 결정 입경을 제어한다. 압하율이 30 ％ 미만에서는, 강판에 가해지는 가공 변형이 부족하여, 어닐링 공정에서 재결정이 충분히 달성되지 않기 때문에, 최종 조직의 강 조직에는, 미재결정 페라이트가 과잉으로 생성되는 데다, 원하는 마텐자이트의 평균 입자간 거리를 얻을 수 없게 되기 때문에, 연성과 구멍 확장성이 열화된다. 한편, 70 ％ 를 초과하는 압하율은, 강판에 가공 변형이 과도하게 도입되어 버려, 어닐링 공정에서, 어닐링 온도역에서의 재결정이 과도하게 촉진되어, 페라이트, 마텐자이트, 베이나이트 또는 템퍼드 마텐자이트의 평균 결정 입경이 조대가 된다. 따라서, 냉간 압연의 압연율은 30 ％ 이상 70 ％ 이하의 범위이다.
이어서, 얻어진 박냉연판은 어닐링 공정이 실시된다.
어닐링 공정은, 강판에 원하는 페라이트, 잔류 오스테나이트, 마텐자이트, 베이나이트 및 마텐자이트를 형성하기 위해서 실시되고, 이로써 고연성, 고구멍 확장성을 겸비하는 고강도 냉연 박강판으로 한다. 이 어닐링 공정의 구체적 조건은 이하와 같다.
어닐링 온도 : 750 ℃ 이상 900 ℃ 이하
어닐링 온도가 750 ℃ 미만에서는, 어닐링 온도역의 오스테나이트의 체적 분율이 적어지기 때문에, 페라이트가 과잉으로 생성될 뿐만 아니라, 재결정도 충분히 진행되지 않기 때문에, 미재결정 페라이트도 과잉으로 생성되어, 구멍 확장성이 저하된다. 한편, 어닐링 온도가 900 ℃ 를 초과하면, 오스테나이트립이 과도하게 조대화되어, 원하는 결정 입경을 얻는 것이 곤란해진다. 이 때문에, 어닐링 온도는 750 ℃ 이상 900 ℃ 이하로 한다. 하한에 대하여 바람직한 어닐링 온도는 770 ℃ 이상이다. 상한에 대하여 바람직한 어닐링 온도는 880 ℃ 이하이다. 또한, 어닐링 온도까지의 가열 조건은 특별히 한정되지 않는다.
어닐링 온도역에서의 유지 시간 : 10 초 이상 900 초 이하
어닐링 온도역에서의 유지 시간이 10 초 미만에서는, 재결정이 충분히 진행되지 않을 뿐만 아니라, 어닐링 온도역에서 오스테나이트를 충분히 생성시킬 수 없어, 최종적으로 미재결정 페라이트 및 페라이트가 과잉으로 생성된다. 또, 900 초를 초과하여 유지해도, 최종적으로 얻어지는 강 조직이나 기계적 특성에 영향은 미치지 않는다. 이 때문에, 어닐링 온도역에서의 유지 시간은 10 초 이상 900 초 이하의 범위로 한다. 또한, 여기서 「유지」란, 등온 유지 이외에, 당해 온도역에서의 서랭, 가열도 포함하는 것으로 한다.
냉각 정지 온도까지의 평균 냉각 속도 : 5 ℃/s 이상
어닐링 온도로부터 냉각 정지 온도까지의 평균 냉각 속도가 5 ℃/s 미만에서는, 냉각 중에 페라이트뿐만 아니라, 펄라이트가 과잉으로 생성될 뿐만 아니라, 원하는 양의 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트를 얻는 것이 곤란해진다. 또한, 냉각은, 가스 냉각이 바람직하지만, 노냉 (爐冷), 미스트 냉각, 롤 냉각, 수랭 등을 조합하여 실시하는 것도 가능하다. 또, 평균 냉각 속도의 상한은, 특별히 한정되지 않지만, 통상 50 ℃/s 이하이다.
냉각 정지 온도 : 100 ℃ 이상 250 ℃ 이하
냉각 정지 온도가 100 ℃ 미만에서는, 냉각 정지시에 다량의 마텐자이트가 생성되어, 재가열시에 다량의 템퍼드 마텐자이트가 되기 때문에, 연성이 저하된다. 한편, 냉각 정지 온도가 250 ℃ 를 초과하면, 최종적으로 얻어지는 마텐자이트가 과잉이 될 뿐만 아니라, 원하는 평균 입자간 거리 (Λm) 를 얻을 수 없게 되어, 구멍 확장성이 저하된다. 따라서, 냉각 정지 온도는 100 ℃ 이상 250 ℃ 이하의 냉각 정지 온도역의 온도로 한정하였다.
재가열 온도 : 300 ℃ 이상 400 ℃ 이하
재가열은, 냉각 중에 생성된 마텐자이트를 템퍼링함과 함께, 미변태 오스테나이트를 베이나이트 변태시켜, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트를 얻기 위해서 실시된다. 재가열 온도가 300 ℃ 미만에서는, 마텐자이트의 템퍼링이 충분히 실시되지 않아, 최종적으로 얻어지는 마텐자이트상이 과잉이 되는 데다, 원하는 평균 입자간 거리 (Λm) 를 얻을 수 없게 되어, 연성 및 구멍 확장성이 저하된다. 한편, 재가열 온도가 400 ℃ 를 초과하면, 페라이트가 과잉으로 생성될 뿐만 아니라, 원하는 양의 마텐자이트를 얻을 수 없게 된다. 따라서, 재가열 온도는, 300 ℃ 이상 400 ℃ 이하로 한정하였다. 또한, 재가열 온도까지의 가열 조건은 특별히 한정되지 않는다.
재가열 온도역에서의 유지 시간 : 10 초 이상 1800 초 이하
재가열 온도역에서의 유지 시간이 10 초 미만에서는, 마텐자이트의 템퍼링이 충분히 실시되지 않아, 최종적으로 생성되는 마텐자이트가 과잉이 되는 데다, 원하는 평균 입자간 거리 (Λm) 를 얻을 수 없게 되어, 구멍 확장성이 저하된다. 한편, 1800 초를 초과해도 강 조직에 영향을 미치지 않는다. 이 때문에, 재가열 온도역에서의 유지 시간은 10 초 이상 1800 초 이하로 하였다. 또한, 여기서 「유지」란, 등온 유지 이외에, 당해 온도역에서의 서랭, 가열도 포함하는 것으로 한다.
또, 재가열 온도역에서의 유지 후의 냉각은, 특별히 규정할 필요가 없으며, 방랭 등의 임의의 방법으로, 실온 등의 원하는 온도까지 냉각시킬 수 있다.
본 발명의 제조 방법에서는, 어닐링 후에 조질 압연을 실시해도 된다. 이 조질 압연에서의 신장률은 특별히 규정하지 않지만, 과도한 신장은 연성이 저하되기 때문에, 바람직하게는 0.1 ％ 이상 2.0 ％ 이하이다.
상기한 어닐링 공정 후에, 추가로 도금 처리를 실시하여, 표면에 도금층을 형성해도 된다. 도금 처리로는, 용융 아연 도금 처리, 혹은 용융 아연 도금 처리 및 합금화 처리, 또는 전기 아연 도금 처리로 하는 것이 바람직하다. 용융 아연 도금 처리, 용융 아연 도금 처리 및 합금화 처리, 전기 아연 도금 처리는, 모두 공지된 처리 방법이 바람직하다.
실시예
표 1 에 나타내는 조성의 용강을 전로로 용제하고, 연속 주조법으로 230 ㎜ 두께의 슬래브로 하였다. 얻어진 강 소재에, 표 2 에 나타내는 조건으로 열간 압연 공정을 실시하여, 열연 강판으로 하였다. 얻어진 열연 강판을 산세하고, 표 2 에 나타내는 냉간 압하율로 냉간 압연 공정을 실시하여, 냉연 강판을 얻었다. 또한, 산세는 염산을 사용하였다. 이어서, 표 2 에 나타내는 조건으로 어닐링하였다.
또한, 일부의 냉연 강판에는, 어닐링 후, 추가로 용융 아연 도금 처리를 실시하고, 표면에 용융 아연 도금층을 형성하여, 용융 아연 도금 박강판 (GI) 으로 하였다. 용융 아연 도금 처리는, 연속 용융 아연 도금 라인을 이용하여, 어닐링된 냉연 어닐링판을 필요에 따라 430 ∼ 480 ℃ 의 범위의 온도로 재가열하고, 용융 아연 도금욕 (욕온 : 470 ℃) 에 침지시켜, 도금층 부착량이 편면당 45 g/㎡ 가 되도록 조정하였다. 또한, 욕 조성을 Zn-0.18 질량％ Al 로 하였다. 또, 일부의 용융 아연 도금 강판에서는, 욕 조성을 Zn-0.14 질량％ Al 로 하고, 도금 처리 후, 520 ℃ 에서 합금화 처리를 실시하여, 합금화 용융 아연 도금 박강판 (GA) 으로 하였다. 또한, 도금층 중의 Fe 농도는 9 질량％ 이상 12 질량％ 이하로 하였다.
또, 일부의 냉연 강판에는, 어닐링 공정 종료 후에 추가로, 전기 아연 도금 라인을 이용하여, 도금 부착량이 편면당 30 g/㎡ 가 되도록 전기 아연 도금 처리를 실시하여, 전기 아연 도금 박강판 (EG) 으로 하였다.
[표 1]
Figure pct00001
[표 2]
Figure pct00002
얻어진 고강도 냉연 박강판 (용융 아연 도금 박강판, 합금화 용융 아연 도금 박강판, 전기 아연 도금 박강판을 포함한다) 으로부터 시험편을 채취하여, 조직 관찰, 인장 시험, 용접 시험을 실시하였다. 시험 방법은 다음과 같이 하였다.
(1) 조직 관찰
우선, 어닐링되거나, 혹은 추가로 도금 처리가 실시된 고강도 냉연 박강판으로부터 조직 관찰용 시험편을 채취하고, 압연 방향 단면 (L 단면) 에서 판두께의 1/4 에 상당하는 위치가 관찰면이 되도록 연마하여, 부식 (3 vol.％ 나이탈액 부식) 시키고, SEM (주사형 전자 현미경) 을 사용하여 5000 배의 배율로 관찰하였다. 얻어진 SEM 화상을 사용하여, 화상 해석에 의해 각 상의 조직 분율 (면적률) 을 구하여, 그 값을 체적률로서 취급하였다. 또한, 화상 해석에서는, 해석 소프트로서 Media Cybernetics 사의 「Image-Pro」(상품명) 를 사용하였다. 또한, SEM 화상에서는, 페라이트는 회색, 퀀칭된 상태의 마텐자이트 및 잔류 오스테나이트, 세멘타이트는 백색을 나타내고, 또한 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트는 회색과 백색의 중간색을 나타내기 때문에, 그 색조로부터 각 상을 판단하였다. 또, 페라이트 중에 잔류 오스테나이트나 세멘타이트가 미세한 선상 또는 점상으로 관찰되는 조직은 베이나이트로 하고, 마텐자이트 중에 세멘타이트가 미세한 선상 또는 점상으로 관찰되는 조직은 템퍼드 마텐자이트로 하였다. 또, 얻어진 SEM 화상을 사용하여, 화상 해석에 의해 각 페라이트립, 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트립의 면적을 구하여, 그 면적으로부터 원 상당 직경을 산출하고, 그것들의 값을 산술 평균내어 평균 결정 입경으로 하였다.
또, 상기 SEM 화상과 동 시야의 지점을 SEM-EBSD (후방 산란 전자 회절) 로 관찰하여, SEM 화상으로 백색을 나타내는 조직 중, Phase Map 로부터 Fe 의 bcc 구조로 식별된 조직을 퀀칭된 상태의 마텐자이트로 하였다. 또, 얻어진 SEM 화상과 Phase Map 를 사용하여, 화상 해석에 의해 퀀칭된 상태의 마텐자이트립의 면적을 구하여, 그 면적으로부터 원 상당 직경을 산출하고, 그것들의 값을 산술 평균내어 평균 결정 입경으로 하였다.
또, 잔류 오스테나이트립의 평균 결정 입경은 TEM (투과형 전자 현미경) 을 사용하여 15000 배의 배율로 관찰하여, 얻어진 TEM 화상으로부터, 화상 해석에 의해 잔류 오스테나이트립의 면적을 구하여, 그 면적으로부터 원 상당 직경을 산출하고, 그것들의 값을 산술 평균내어 평균 결정 입경으로 하였다.
또, 어닐링되거나, 혹은 추가로 도금 처리가 실시된 냉연 강판으로부터 X 선 회절용 시험편을 채취하고, 판두께의 1/4 에 상당하는 위치가 측정면이 되도록 연삭, 및 연마하여, X 선 회절법에 의해 회절 X 선 강도로부터 잔류 오스테나이트량을 구하였다. 또한, 입사 X 선은, CoKα 선을 사용하였다. 잔류 오스테나이트량의 계산시에는, 오스테나이트의｛111｝,｛200｝,｛220｝,｛311｝면과, 페라이트의｛110｝,｛200｝,｛211｝면의 피크의 적분 강도의 모든 조합에 대하여 강도비를 계산하고, 그것들의 평균치를 구하여, 당해 강판의 잔류 오스테나이트량 (체적률) 을 산출하였다.
(2) 인장 시험
어닐링되거나, 혹은 추가로 도금 처리가 실시된 고강도 냉연 박강판으로부터, 인장 방향이 압연 방향과 수직인 방향 (C 방향) 이 되도록 JIS 5 호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z 2241 (2011) 의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하여, 인장 특성 (인장 강도 (TS), 파단 연신 (El)) 을 구하였다. 또, 균일 연신 (uEl) 도 구하였다. 또한, TS : 980 ㎫ 급에서는, El : 12.0 ％ 이상인 경우를, 양호한 강도 연성 밸런스라고 하였다. 또, 균일 연신 (uEl) 이 9.5 ％ 이상인 것이 많은 것도 확인하였다.
얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.
(3) 구멍 확장 시험
어닐링되거나, 혹은 추가로 도금 처리가 실시된 고강도 냉연 박강판으로부터, 100 ㎜W × 100 ㎜L 사이즈의 시험편을 채취하고, JIS Z 2256 (2010) 의 규정에 준거하여 클리어런스 12 ± 1 ％ 로, 10 ㎜φ 의 구멍을 타발하고, 60°의 원추 펀치를 상승시켜 구멍을 확장시켰을 때에, 균열이 판두께 방향을 관통한 지점에서 펀치의 상승을 멈추고, 균열 관통 후의 구멍 직경과 시험 전의 구멍 직경으로부터 구멍 확장률 (λ (％)) 을 측정하였다. 또한, TS : 980 ㎫ 급에서는, λ : 40 ％ 이상인 경우를, 양호한 구멍 확장성이라고 하였다.
얻어진 결과를 표 3 에 나타낸다.
(4) 용접 시험
어닐링되거나, 또는 추가로 도금 처리된 고강도 냉연 박강판으로부터, 150 ㎜W × 50 ㎜L 사이즈의 시험편을 1 장 사용하고, 다른 1 장은 590 ㎫ 급 용융 아연 도금 강판을 이용하여 저항 용접 (스폿 용접) 을 실시하였다. 2 장의 강판을 포갠 판 세트에 대하여, 용접 총에 장착된 서보 모터 가압식으로 단상 교류 (50 Hz) 의 저항 용접기를 사용하여 판 세트를 3°기울인 상태로 저항 스폿 용접하였다. 용접 조건은 가압력을 4.0 kN, 홀드 타임을 0.2 초로 하였다. 용접 전류와 용접 시간은 너깃 직경이 4√t ㎜ (t : 고강도 냉연 박강판의 판두께) 가 되도록 조정하였다. 용접 후에는 시험편을 반으로 잘라, 단면을 광학 현미경으로 관찰하고, 0.1 ㎜ 이상의 균열이 확인되지 않은 것을 내저항 용접 균열성이 양호하다고 하여, 「○」으로 평가하고, 0.1 ㎜ 이상의 균열이 확인된 것을 「×」로 하였다.
[표 3]
Figure pct00003
No. 1 ∼ 13 의 본 발명예는 모두, 소정의 페라이트와, 잔류 오스테나이트, 마텐자이트, 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트를 포함하는 조직을 갖고, 인장 강도 (TS) : 980 ㎫ 이상의 고강도와, 전연신 (El) 이 12 ％ 이상을 갖는 고연성이며, 또한 구멍 확장률 (λ) 이 40 ％ 이상을 갖는 고구멍 확장성이고, 또한 저항 스폿 용접성도 우수한 고강도 냉연 박강판으로 되어 있다.
이에 반하여, No. 15, 17, 19 는, 각각 C, Si, Mn 이 과잉으로 함유되어 있기 때문에 용접시에 균열이 발생하고 있으며, 또한 No. 15, 19 는 원하는 조직을 얻지 못하고, El 과 λ 가 부족하였다.
또, No. 14, 16, 18, 20 ∼ 22 는, 강 중의 성분 조성이 한정 범위를 벗어나 있기 때문에, TS, El, λ 중 적어도 1 개의 특성이 열등하였다.
No. 23 ∼ 34 는, 강 중의 성분 조성은 한정 범위 내이지만, 제조 방법이 본 발명 범위를 벗어나 있기 때문에, 최종 강판 조직에 있어서, 적정 형태의 페라이트상과, 잔류 오스테나이트상, 마텐자이트상, 베이나이트상 및 템퍼링 마텐자이트상을 포함하는 조직을 얻지 못하고, TS, El,λ 중 적어도 1 개의 특성이 열등하였다.
이상과 같이, 본 발명예는 고강도이며, 또한 고연성과 고구멍 확장성을 겸비하고, 나아가 용접성도 우수한 고강도 냉연 박강판으로 되어 있다.

Claims (5)

  1. 질량％ 로,
    C : 0.04 ％ 이상 0.12 ％ 이하,
    Si : 0.15 ％ 이상 0.95 ％ 이하,
    Mn : 2.00 ％ 이상 3.50 ％ 이하,
    P : 0.050 ％ 이하,
    S : 0.0050 ％ 이하,
    N : 0.0100 ％ 이하,
    Al : 0.010 ％ 이상 2.0 ％ 이하,
    Ti : 0.005 ％ 이상 0.075 ％ 이하,
    Nb : 0.005 ％ 이상 0.075 ％ 이하,
    B : 0.0002 ％ 이상 0.0040 ％ 이하를 포함하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과,
    체적률로, 35 ％ 이하의 페라이트와, 1 ％ 이상 10 ％ 이하의 잔류 오스테나이트와, 2 ％ 이상 12 ％ 이하의 퀀칭된 상태의 마텐자이트와, 합계로 25 ∼ 70 ％ 의 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트를 포함하는 강 조직을 갖고,
    상기 페라이트의 평균 결정 입경 : 5.0 ㎛ 이하이며, 상기 잔류 오스테나이트의 평균 결정 입경 : 2.0 ㎛ 이하이고, 상기 퀀칭된 상태의 마텐자이트의 평균 결정 입경 : 3.0 ㎛ 이하이며, 상기 베이나이트 및 템퍼드 마텐자이트상의 평균 결정 입경 : 4.0 ㎛ 이하이고,
    상기 퀀칭된 상태의 마텐자이트의 평균 입자간 거리가 1.0 ㎛ 이상을 만족시키는 고강도 냉연 박강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성분 조성은, 추가로 질량％ 로,
    V : 0.005 ％ 이상 0.200 ％ 이하,
    Cr : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하,
    Mo : 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하,
    Cu : 0.05 ％ 이상 0.20 ％ 이하,
    Ni : 0.01 ％ 이상 0.20 ％ 이하,
    Sb : 0.002 ％ 이상 0.100 ％ 이하,
    Sn : 0.002 ％ 이상 0.100 ％ 이하,
    Ca : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하,
    Mg : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하,
    REM : 0.0005 ％ 이상 0.0050 ％ 이하 중에서 선택되는 적어도 1 종의 원소를 함유하는 고강도 냉연 박강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    표면에, 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 혹은 전기 아연 도금층 중 어느 것을 갖는 고강도 냉연 박강판.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성으로 이루어지는 강 슬래브를, 열간 압연 개시 온도 1100 ℃ 이상 1300 ℃ 이하, 마무리 압연 온도 800 ℃ 이상 1000 ℃ 이하에서 열간 압연하고, 그 열간 압연 후, 700 ℃ 로부터 냉각 정지 온도까지의 온도역의 평균 냉각 속도가 5 ℃/s 이상 50 ℃/s 이하인 조건으로 500 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시킨 후에 권취하는 열간 압연 공정과,
    상기 열간 압연 공정에서 얻어진 열연 강판에, 산세 처리를 실시하는 산세 공정과,
    상기 산세 공정에서 산세된 열연 강판에, 압연율이 30 ％ 이상 70 ％ 이하인 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 공정과,
    상기 냉간 압연 공정에서 얻어진 냉연 강판을 750 ℃ 이상 900 ℃ 이하의 온도역에서 10 초 이상 900 초 이하 유지하고, 그 유지 후, 5 ℃/s 이상의 평균 냉각 속도로, 100 ℃ 이상 250 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시킨 후, 300 ℃ 이상 400 ℃ 이하의 재가열 온도역까지 가열하고, 재가열 온도역에서 10 초 이상 1800 초 이하 유지하는 어닐링 공정을 갖는 고강도 냉연 박강판의 제조 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 어닐링 공정 후에, 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 혹은 전기 아연 도금층 중 어느 것을 형성하기 위한 도금 처리를 실시하는 도금 공정을 갖는 고강도 냉연 박강판의 제조 방법.
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