KR20190032543A

KR20190032543A - 고강도 도금 강판 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20190032543A
Application number: KR1020197005594A
Authority: KR
Inventors: 링링 양; 노리아키 고사카; 타츠야 나카가이토; 요시마사 후나카와
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-09-30
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2019-03-27
Also published as: EP3521474B1; EP3521474A1; EP3521474A4; JP6432705B2; MX2019002138A; CN109642290A; US20190211413A1; KR102210100B1; CN109642290B; US11142805B2; WO2018062342A1; JPWO2018062342A1

Abstract

고속 변형(high-speed deformation)에서의 비틀림 강도(tortional strength)가 높은 저항 스폿 용접부(resistance spot weld zone)를 형성 가능하고, 항복 강도 550㎫ 이상의 강도를 갖는 고강도 도금 강판 및 그의 제조 방법을 제공한다. 특정의 성분 조성과, 압연 직각 방향의 판두께 단면의 관찰에 있어서, 체적률로 50∼80％의 마르텐사이트상을 함유하고, 상기 마르텐사이트상 전체에 차지하는 템퍼링 마르텐사이트의 체적률이 50％ 이상 85％ 이하이고, 또한 페라이트상을 함유하고, 당해 페라이트상의 평균 입경이 13㎛ 이하, 페라이트상 전체에 있어서의 애스펙트비가 2.0 이하인 페라이트립의 체적률이 70％ 이상인 마이크로 조직을 갖는 강판과, 당해 강판의 표면에 형성된 도금층을 구비하고, 항복 강도(YP)가 550㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 도금 강판으로 한다.

Description

고강도 도금 강판 및 그의 제조 방법

본 발명은, 주로 자동차의 부품용 소재로서 이용되는 고강도 도금 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 항복 강도가 550㎫ 이상의 고강도이고, 또한 용접성이 우수한 고강도 도금 강판에 관한 것이다.

최근, 예를 들면 자동차 업계에 있어서는, 지구 환경의 보전이라는 관점에서, 탄산 가스(CO₂) 배출량을 삭감하기 위해, 자동차의 연비를 개선하는 것이 항상 중요한 과제가 되어 왔다. 자동차의 연비 향상에는, 자동차 차체의 경량화를 도모하는 것이 유효하지만, 자동차 차체의 강도를 유지하면서 차체의 경량화를 도모할 필요가 있다. 자동차 부품용 소재가 되는 강판을 고강도화하고, 구조를 간략화하여 부품 점수를 삭감하거나, 소재를 얇게 하거나 할 수 있으면, 경량화를 달성할 수 있다.

그러나, 항복 강도가 550㎫ 이상의 고강도 강판에서는, 통상, 고강도화를 위해 필요한 합금 원소를 많이 함유하기 때문에, 용접부의 인성, 특히 저항 스폿 용접(resistance spot welding)에서는 너깃(nugget)으로 불리는 용융 응고부(melt-solidified zone) 주변의 열 영향부의 인성이 부족하여, 자동차가 충돌했을 때에 용접부가 파단하고, 자동차 전체의 충돌 강도를 유지할 수 없다는 것이 빈번히 일어난다. 현재까지 여러 가지 기술이 제안되고 있지만, 이 용접부의 조인트의 강도 개선을 직접 목적으로 한 것은 아니다.

예를 들면, 특허문헌 1에는 TS가 980㎫ 이상이고, 성형성 및 내충격성이 우수한 고강도 용융 도금 강판 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 우수한 가공성을 갖는 TS: 590㎫ 이상의 고강도 용융 도금 강판 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는 780㎫ 이상이고, 성형성이 우수한 고강도 용융 도금 강판 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 4에는 우수한 성형 가공성 및 용접성을 갖는 고장력 냉연 강판 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 5에는 TS가 800㎫ 이상이고, 내수소 취화(hydrogen embrittlement resistance), 용접성, 구멍 확장성 및 연성이 우수한 고강도 박강판 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 2011-225915호 일본공개특허공보 2009-209451호 일본공개특허공보 2010-209392호 일본공개특허공보 2006-219738호 일본공개특허공보 2004-332099호

특허문헌 1에 기재된 고강도 용융 도금 강판에서는, 항복 강도 550㎫ 이상의 고강도를 얻는 것이 어려워짐과 함께 열 영향부의 인성이 낮고, 저항 스폿 용접부의 고속 변형(high-speed deformation)에서의 비틀림 강도(tortional strength)는 개선의 여지가 있다.

특허문헌 2에 기재된 고강도 용융 도금 강판에서는, 면적률로 30％ 이상 90％ 이하의 페라이트상과 3％ 이상 30％ 이하의 베이나이트상과 5％ 이상 40％ 이하의 마르텐사이트상을 갖기 때문에, 항복 강도 550㎫ 이상의 고강도를 얻는 것이 어려워짐과 함께 열 영향부의 인성이 낮고, 저항 스폿 용접부의 고속 변형에서의 비틀림 강도는 개선의 여지가 있다.

특허문헌 3에 기재된 고강도 용융 도금 강판에서는, 항복 강도 550㎫ 이상의 고강도를 얻는 것이 어려워짐과 함께 열 영향부의 인성이 낮아 열 영향부의 인성이 열화하기 때문에, 저항 스폿 용접부의 고속 변형에서의 비틀림 강도는 개선의 여지가 있다.

특허문헌 4에 기재된 고강도 용융 도금 강판에 대해서, Ceq값 0.25 이하로 함으로써 용접성이 우수한 강판이 얻어진다고 되어 있다. 그러나, 종래의 정적인 인장 전단, 박리 강도(static tensile shear and peeling strength)에는 유효하기는 하지만, 페라이트상에 관한 구성을 고려하면, 인성이 충분하다고는 할 수 없어, 저항 스폿 용접부의 고속 변형에서의 비틀림 강도는 개선의 여지가 있다.

특허문헌 5에서 제안된 마이크로 조직에서는, 베이나이트, 베이니틱 페라이트의 일방 또는 쌍방을 면적률로 합계 34∼97％이고, 저항 스폿 용접부의 고속 변형에서의 비틀림 강도에 대해서 개선의 여지가 있다.

전술한 바와 같이, 종래의 기술에서는, 모두 저항 스폿 용접부의 고속 변형에서의 비틀림 강도에 과제가 있고, 실용상 보강 부재를 이용하여 회피하는 경우가 있는 등, 경량화 효과는 충분하다고는 할 수 없는 것이 실상이다.

본 발명은, 상기한 종래 기술이 알고 있는 문제를 유리하게 해결하는 것이며, 고속 변형에서의 비틀림 강도가 높은 저항 스폿 용접부를 형성 가능하고, 항복 강도 550㎫ 이상의 강도를 갖는 고강도 도금 강판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명에 있어서 「우수한 용접성」이란, 고속 변형에서의 비틀림 강도가 높은 것을 의미한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은, 저항 스폿 용접부의 고속 변형에서의 비틀림 강도에 대해서 예의 검토한 결과, 열 영향부의 인성을 높이기 위해 용접의 열 영향을 받기 전의 조직을 변화시켜, 하기에 나타내는 인식을 얻었다.

(1) 고속 변형에서의 비틀림 시험을 한 경우, 열 영향부의 균열은 너깃에 있어서 압연 방향에 수직인 방향(판두께 방향)으로 발생한다.

(2) 이 방향의 균열은, 압연 방향에 직각 방향으로 잘랐을 때의 판두께 단면의 조직을, 압연 직각 방향의 판두께 단면의 관찰에 있어서, 체적률로 50∼80％의 마르텐사이트상을 함유하고, 상기 마르텐사이트상 전체에 차지하는 템퍼링 마르텐사이트의 체적률이 50％ 이상 85％ 이하이고, 또한 페라이트상을 함유하고, 당해 페라이트상의 평균 입경이 13㎛ 이하, 페라이트상 전체에 있어서의 애스펙트비(aspect ratio)가 2.0 이하인 페라이트립의 체적률이 70％ 이상인 마이크로 조직으로 제어함으로써 억제할 수 있다.

(3) 열 영향부에서는, 모상(parent phase)에서 판폭 방향으로 전신하는(elongated) 페라이트립이 다수 존재하면, 판폭 방향으로 전신한 입자의 선단에 응력 집중하기 때문에, 입자의 선단이 경질인 마르텐사이트 등과 인접하면, 보이드(void)가 발생하기 쉽다. 그리고, 보이드가 연결됨으로써 용이하게 너깃 주위에 균열이 발생한다. 이와 같이 되면, 고속 변형에서의 비틀림 시험에서, 균열이 너깃에 있어서 압연 방향에 수직인 방향(판두께 방향)으로 발생하여, 강도가 저하한다. 본 발명의 마이크로 조직으로 하면, 템퍼링 마르텐사이트가 경질인 마르텐사이트와 연질인 페라이트의 경도차를 완화하기 때문에, 보이드가 발생하기 어렵고, 강도가 상승한다.

본 발명은 이상의 인식에 기초하여 완성된 것으로서, 보다 구체적으로는, 본 발명은 이하의 것을 제공한다.

[1] 질량％로, C: 0.05∼0.15％, Si: 0.01∼1.80％, Mn: 1.8∼3.2％, P: 0.05％ 이하, S: 0.02％ 이하, Al: 0.01∼2.0％를 함유하고, B: 0.0001∼0.005％, Ti: 0.005∼0.04％, Mo: 0.03∼0.50％ 중 1종 이상을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과, 압연 직각 방향의 판두께 단면의 관찰에 있어서, 체적률로 50∼80％의 마르텐사이트상을 함유하고, 상기 마르텐사이트상 전체에 차지하는 템퍼링 마르텐사이트의 체적률이 50％ 이상 85％ 이하이고, 또한 페라이트상을 함유하고, 당해 페라이트상의 평균 입경이 13㎛ 이하, 페라이트상 전체에 있어서의 애스펙트비가 2.0 이하인 페라이트립의 체적률이 70％ 이상인 마이크로 조직을 갖는 강판과, 당해 강판의 표면에 형성된 도금층을 구비하고, 항복 강도(YP)가 550㎫ 이상인 고강도 도금 강판.

[2] 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, Cr을 1.0％ 이하 함유하는 [1]에 기재된 고강도 도금 강판.

[3] 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, Cu, Ni, Sn, As, Sb, Ca, Mg, Pb, Co, Ta, W, REM, Zn, Nb, V, Cs, Hf 중 어느 1종 이상을 합계로 1％ 이하 함유하는 [1] 또는 [2]에 기재된 고강도 도금 강판.

[4] [1]∼[3] 중 어느 것에 기재된 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 열간 압연 후, 평균 냉각 속도가 10∼30℃/s인 조건으로 냉각하고, 권취 온도가 470∼700℃인 조건으로 권취하는 열연 공정과, 상기 열연 공정에서 얻어진 열연 강판을 냉간 압연하는 냉연 공정과, 상기 냉연 공정에서 얻어진 냉연 강판을, 750∼900℃의 어닐링 온도역까지 가열하고, 당해 어닐링 온도역에서 30∼200초 유지하고, 당해 유지에 있어서, 반경 200㎜ 이상의 롤로 굽힘 굽힘되돌림(reverse bending)을 합계 8회 이상 행하고, 상기 유지 후, 평균 냉각 속도가 10℃/s 이상, 냉각 정지 온도가 400∼600℃인 조건으로 냉각하는 어닐링 공정과, 상기 어닐링 공정 후, 도금 처리하고, 당해 처리 후 10∼25℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하는 도금 공정을 갖는 고강도 도금 강판의 제조 방법.

본 발명의 고강도 도금 강판은, 항복 강도 550㎫ 이상이고, 저항 스폿 용접 조인트의 고속 비틀림 강도가 우수하다.

도 1은 고속 변형에서의 비틀림 시험의 시험 방법을 나타내는 개략도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되지 않는다.

본 발명의 고강도 도금 강판은, 강판과, 당해 강판의 표면에 형성된 도금층을 구비한다.

본 발명의 고강도 도금 강판의 강판 부분의 성분 조성은, 질량％로, C: 0.05∼0.15％, Si: 0.01∼1.80％, Mn: 1.8∼3.2％, P: 0.05％ 이하, S: 0.02％ 이하, Al: 0.01∼2.0％를 함유하고, B: 0.0001∼0.005％, Ti: 0.005∼0.04％, Mo: 0.03∼0.50％ 중 1종 이상을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어진다.

또한, 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, Cr: 1.0％ 이하 함유해도 좋다.

또한, 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, Cu, Ni, Sn, As, Sb, Ca, Mg, Pb, Co, Ta, W, REM, Zn, Nb, V, Cs, Hf 중 어느 1종 이상을 합계: 1％ 이하 함유해도 좋다.

이하, 상기 성분 조성의 각 성분에 대해서 설명한다. 성분의 함유량을 나타내는 「％」는 「질량％」를 의미한다.

C: 0.05∼0.15％

C는 마르텐사이트를 생성시켜 강도를 상승시키기 위해 필요한 원소이다. C 함유량이 0.05％ 미만에서는, 마르텐사이트에 의한 강도 상승 효과가 충분하지 않고, 항복 강도가 550㎫ 이상이 되지 않는다. 한편, C 함유량이 0.15％를 초과하면 열 영향부에 시멘타이트가 다량으로 생성되어 열 영향부에서 마르텐사이트가 된 부분의 인성을 저하시켜, 고속 변형에서의 비틀림 시험에서 강도가 저하한다. 따라서, C 함유량은 0.05∼0.15％로 한다. 하한에 대해서 바람직한 C 함유량은 0.06％ 이상이다. 보다 바람직하게는 0.07％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.08％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직한 C 함유량은 0.14％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.12％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.10％ 이하이다.

Si: 0.01∼1.80％

Si는 고용 강화에 의해 강판의 강도를 높이는 작용을 갖는 원소이다. 항복 강도를 안정적으로 확보하기 위해, Si 함유량은 0.01％ 이상으로 하는 것이 필요하다. 한편, Si 함유량이 1.80％를 초과하면, 시멘타이트가 미세하게 마르텐사이트 중에 석출되어 고속 변형에서의 비틀림 강도가 저하한다. 또한, 열 영향부의 균열 발생을 억제하는 관점에서, 그의 상한을 1.80％로 한다. 하한에 대해서 바람직한 Si 함유량은 0.50％ 이상이다. 보다 바람직하게는 0.60％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.90％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직한 Si 함유량은 1.70％ 이하이다. 보다 바람직하게는 1.60％ 이하, 더욱 바람직하게는 1.55％ 이하이다.

Mn: 1.8∼3.2％

Mn은 고용 강화에 의해 강판의 강도를 높이는 작용을 갖는 원소이다. Mn은, 페라이트 변태나 베이나이트 변태 등을 억제하여 마르텐사이트를 생성시켜 소재의 강도를 상승시키는 원소이다. 항복 강도를 안정적으로 확보하기 위해, Mn 함유량은 1.8％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Mn 함유량이 많아지면, 템퍼링으로 시멘타이트가 생성됨과 함께, 열 영향부의 인성이 저하하여, 고속 변형에서의 비틀림 강도가 저하한다. 이 때문에 Mn 함유량은 3.2％ 이하로 한다. 상한에 대해서 바람직한 Mn 함유량은 2.8％ 이하이다.

P: 0.05％ 이하

P는 입계에 편석하여(segregated) 인성을 저하시킨다. 그 때문에, P 함유량을 0.05％ 이하로 했다. 바람직하게는 0.03％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.02％ 이하이다. P 함유량은 적을수록 바람직하지만, P 함유량 저감을 위한 비용을 고려하면, P 함유량은 0.0001％ 이상이 바람직하다.

S: 0.02％ 이하

S는, Mn과 결합하여 조대한(coarse) MnS를 형성하여, 인성을 저하시킨다. 이 때문에, S 함유량은 저감하는 것이 바람직하다. 본 발명에 있어서 S 함유량은 0.02％ 이하이면 좋다. 바람직하게는 0.01％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.002％ 이하이다. S 함유량은 적을수록 바람직하지만, S 함유량 저감을 위한 비용을 고려하면, S 함유량은 0.0001％ 이상이 바람직하다.

Al: 0.01∼2.0％

강 중에 산화물이 대량으로 존재하면 인성이 저하하는 점에서 탈산은 중요하다. 또한, Al에는 시멘타이트의 석출을 억제하는 효과가 있고, 그 효과를 얻기 위해, 0.01％ 이상 함유할 필요가 있다. 한편, Al 함유량이 2.0％를 초과하면, 산화물이나 질화물이 응집 조대화하여 인성이 저하하기 때문에, Al 함유량은 2.0％ 이하로 한다. 하한에 대해서 바람직하게는 0.03％ 이상, 보다 바람직하게는 0.04％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직한 Al 함유량은 0.10％ 이하이다. 보다 바람직하게는 0.08％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.06％ 이하이다.

상기한 바와 같이, 상기 성분 조성은, B: 0.0001∼0.005％, Ti: 0.005∼0.04％, Mo: 0.03∼0.50％ 중 1종 이상을 함유한다.

B: 0.0001∼0.005％

B는 입계를 강화하여 인성 향상에 필요한 원소이다. 이 효과를 얻으려면, B의 함유량은 0.0001％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 0.005％를 초과하면, B는 Fe₂₃(CB)₆을 형성하여 인성을 열화시킨다. 이 때문에, B 함유량은 0.0001∼0.005％의 범위에 한정한다. 하한에 대해서 바람직한 B 함유량은 0.0005％ 이상이다. 보다 바람직하게는 0.0010％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.0015％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.004％ 이하, 보다 바람직하게는 0.003％ 이하이다.

Ti: 0.005∼0.04％

Ti는 N과 결합하여, 질화물을 형성함으로써, BN의 형성을 억제하여, B의 효과를 이끌어냄과 함께, TiN을 형성시켜 결정립을 미세화하여 인성을 향상시킨다. 이 효과를 얻기 위해, Ti의 함유량은 0.005％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Ti 함유량이 0.04％를 초과하면, 이 효과가 포화할 뿐만 아니라, 압연 부하를 높이기 때문에, 안정적인 강판 제조가 곤란해진다. 이 때문에, Ti 함유량은 0.005∼0.04％의 범위에 한정한다. 하한에 대해서 바람직한 Ti 함유량은 0.010％ 이상이다. 보다 바람직하게는 0.020％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.03％ 이하이다.

Mo: 0.03∼0.50％

Mo는 본 발명의 효과를 더욱 향상시키는 원소이다. Mo가 시멘타이트의 형성이나 열 영향부의 결정립의 조대화를 방지하여 열 영향부의 인성을 향상시킨다. Mo의 함유량은 0.03％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Mo 함유량이 0.50％를 초과하면, Mo 탄화물이 석출되어 인성이 반대로 열화해 버린다. 이 때문에, Mo 함유량은 0.03∼0.50％의 범위에 한정한다. 또한, 상기 범위에서 Mo를 함유하면, 용접 조인트의 액체 금속 취성 저하(lowering of the liquid-metal embrittlement)도 억제할 수 있고, 조인트의 강도를 향상시킬 수 있다. 하한에 대해서 바람직한 Mo 함유량은 0.08％ 이상이다. 보다 바람직하게는 0.09％ 이상, 더욱 바람직하게는 0.10％ 이상이다. 상한에 대해서 바람직하게는 0.40％ 이하, 보다 바람직하게는 0.35％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.30％ 이하이다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 성분 조성은, 임의 성분으로서 이하의 성분을 포함해도 좋다.

Cr: 1.0％ 이하

Cr은 템퍼링 취화(temper embrittlement)를 억제하는 효과를 갖는 원소이다. 그 때문에, 첨가함으로써 본 발명의 효과는 더욱 증대한다. 이 효과를 얻기 위해서는 Cr 함유량은 0.01％ 이상인 것이 바람직하다. 그러나, 1.0％를 초과하는 함유는 Cr 탄화물의 형성을 가져와 열 영향부의 인성 열화를 초래한다. 그래서, Cr 함유량은 1.0％ 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1％ 이하이다.

또한, Cu, Ni, Sn, As, Sb, Ca, Mg, Pb, Co, Ta, W, REM, Zn, Nb, V, Cs, Hf 중 어느 1종 이상을 합계로 1％ 이하 함유해도 좋다. 바람직하게는 0.1％ 이하, 보다 바람직하게는 0.03％ 이하이다. 또한, 상기 이외의 성분은 Fe 및 불가피적 불순물이다.

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 한다. B 함유량, Ti 함유량 및 Mo 함유량 중 어느 하나가 본 발명 범위 내에 있는 경우로서, B: 0.0001％ 미만, Ti: 0.005％ 미만, Mo: 0.03％ 미만인 경우, 이들은 불가피적 불순물로서 포함되는 것으로 한다.

이상, 성분 조성에 대해서 설명했지만, 본 발명에서 기대한 효과를 얻으려면, 성분 조성을 상기의 범위로 조정하는 것만으로는 불충분하고, 강 조직(마이크로 조직)도 제어하는 것이 중요하다. 그 조건에 대해서 이하 설명한다. 또한, 이하에서 설명하는 조직의 구성은, 압연 방향에 대하여 직각 방향으로 자른 판두께 단면을 관찰했을 때의 조직이다. 또한, 체적률, 평균 입경, 애스펙트비는 실시예에 기재된 방법으로 얻어진 값을 채용한다.

마르텐사이트상의 체적률: 50∼80％

마르텐사이트상은, 경질상이고, 변태 조직 강화에 의해 강판의 강도를 증가시키는 작용을 갖고 있다. 또한, 항복 강도를 550㎫ 이상으로 하려면, 마르텐사이트상의 체적률은 50％ 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 53％ 이상, 보다 바람직하게는 56％ 이상이다. 한편, 80％를 초과하면, 마르텐사이트와 다른 조직 계면에서 발생하는 보이드가 국부적으로 집중하게 되어, 열 영향부의 인성이 저하한다. 이 때문에 80％ 이하로 한다. 바람직하게는 79％ 이하, 보다 바람직하게는 75％ 이하, 더욱 바람직하게는 70％ 이하이다.

마르텐사이트상 전체에 차지하는 템퍼링 마르텐사이트의 면적률: 50％ 이상 85％ 이하

템퍼링 마르텐사이트는, ?칭인 채의(as-quenched) 마르텐사이트보다 경도가 낮기 때문에, 경질인 ?칭인 채의 마르텐사이트와 연질인 페라이트의 경도차를 완화할 수 있다. 이를 상기 체적률로 포함시키면, 고속 변형에서의 비틀림 시험에서, 보이드가 발생하기 어렵고, 강도가 상승한다. 그 때문에, 마르텐사이트 중의 템퍼링 마르텐사이트의 체적률을 50％ 이상으로 한다. 바람직하게는 53％ 이상, 보다 바람직하게는 56％ 이상이다. 또한, 마르텐사이트 중의 템퍼링 마르텐사이트의 체적률이 지나치게 많아지면, 항복 강도가 낮아진다. 이 때문에, 마르텐사이트 중의 템퍼링 마르텐사이트의 체적률은 85％ 이하로 한다. 바람직하게는 75％ 이하, 보다 바람직하게는 65％ 이하이다.

본 발명의 강 조직에는, 마르텐사이트상 이외에, 페라이트상이 포함된다. 페라이트상의 체적률은 마르텐사이트 주변에 보이드의 국부적인 집중을 억제하고, 열 영향부의 인성을 향상시키기 위해, 30％ 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 32％ 이상, 더욱 바람직하게는 34％ 이상이다. 또한, 항복 강도가 얻어지기 때문에 50％ 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는 45％ 이하, 더욱 바람직하게는 40％ 이하이다.

또한, 마르텐사이트상, 페라이트상 이외에, 시멘타이트, 펄라이트, 베이나이트상, 잔류 오스테나이트상 등의 그 외의 상을 포함해도 좋다. 그 외의 상은 합계 체적률로 8％ 이하이면 좋다.

페라이트상의 평균 입경: 13㎛ 이하

페라이트상의 평균 입경이 13㎛ 초과가 되면, 강판의 강도가 저하함과 함께 열 영향으로 시효(aging)된 인성이 낮은 페라이트에 의해 인성이 열화한다. 또한, 열 영향부(HAZ부)의 입성장(grain growth)에 의해 용접부의 강도가 저하한다. 따라서, 페라이트상의 평균 입경을 13㎛ 이하로 한다. 하한에 대해서 바람직한 평균 입경은 3㎛ 이상이다. 보다 바람직하게는 5㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 7㎛ 이상이다. 상한에 대해서 바람직한 평균 입경은 12㎛ 이하이다. 보다 바람직하게는 11㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10㎛ 이하이다.

여기에서, 상기 페라이트상의 평균 입경은, 압연 방향에 수직인 판두께 단면(C 단면(C-cross section))의 판두께 1/4의 위치에 대해서, 1체적％ 나이탈(nital)에 의한 부식 현출 조직을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 1000배로 확대하여, 10시야분(field of view) 촬영하고, ASTM E 112-10에 준거한 절단법에 의해 구한다.

페라이트상 전체에 차지하는 애스펙트비가 2.0 이하인 페라이트립의 체적률: 70％ 이상

페라이트립의 애스펙트비가 2.0을 초과하는 것이 많은 경우, 판두께 방향의 입성장은 석출물(precipitate)로 핀 고정(pinning)되어 있기 때문에, 열 영향으로 편평해져 인성이 저하한다. 또한, 본 발명에서 얻어지는 페라이트립의 애스펙트비의 하한은 실질 0.8이다. 본 발명에서는, 인성을 높이기 위해, 페라이트상 전체에 차지하는 애스펙트비가 2.0 이하인 페라이트립의 체적률을 70％ 이상으로 한다.

페라이트립의 애스펙트비를 측정하는 방법은, 압연 방향에 수직인 판두께 단면(C 단면)의 판두께 1/4의 위치에 대해서, 1체적％ 나이탈에 의한 부식 현출 조직을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 1000배로 확대하여, 10시야분 촬영하고, 폭 방향(C 방향(C-direction))의 길이와 판두께 방향의 길이의 비를 애스펙트비로 한다.

상기의 성분 조성, 마이크로 조직을 갖는 강판은, 표면에 도금층을 갖는다. 도금층으로서는, 아연 도금층이 바람직하고, 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층인 것이 더욱 바람직하다. 또한, 아연 이외의 금속의 도금이라도 좋다.

본 발명의 고강도 도금 강판은, 항복 강도가 550㎫ 이상이다. 바람직하게는 600㎫ 이상이다. 항복 강도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 800㎫ 이하인 경우가 많다.

본 발명의 고강도 도금 강판은, 용접성이 우수하다. 구체적으로는, 실시예에 기재된 방법으로 측정한 균열의 길이가 50㎛ 이하(균열이 발생하지 않는 경우도 포함함)이다.

본 발명의 과제 해결에 필수는 아니지만, 본 발명의 고강도 도금 강판의 인장 강도는 950㎫ 이상인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1000㎫ 이상이다. 인장 강도의 상한에 대해서, 1200㎫ 이하가 되는 경우가 많다.

본 발명의 과제 해결에 필수는 아니지만, 본 발명의 고강도 도금 강판의 신장은 14.0％ 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 16.0％ 이상이다. 신장의 상한에 대해서, 22.0％ 이하가 되는 경우가 많다.

이하, 본 발명의 고강도 도금 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 고강도 도금 강판의 제조 방법은, 열연 공정, 냉연 공정, 어닐링 공정, 도금 공정을 갖는다. 이하, 이들 각 공정에 대해서 설명한다.

열연 공정은, 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 열간 압연 후, 평균 냉각 속도가 10∼30℃/s인 조건으로 냉각하고, 권취 온도가 470∼700℃인 조건으로 권취하는 공정이다.

본 발명에 있어서, 강 소재(강 슬래브)의 용제 방법은 특별히 한정되지 않고, 전로, 전기로 등, 공지의 용제 방법을 채용할 수 있다. 또한, 용제 후, 편석 등의 문제로부터 연속 주조법에 의해 강 슬래브로 하는 것이 바람직하지만, 조괴-분괴 압연법(ingot casting-slabbing method), 박슬래브 연속 주조법(thin-slab continuos casting method) 등, 공지의 주조 방법으로 슬래브로 해도 좋다. 또한, 주조 후에 슬래브를 열간 압연함에 있어서, 가열로에서 슬래브를 재가열한 후에 압연해도 좋고, 소정 온도 이상의 온도를 유지하고 있는 경우에는, 슬래브를 가열하는 일 없이 직송 압연해도 좋다.

상기의 얻어진 강 소재에, 조압연 및 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연을 실시한다. 본 발명에 있어서는, 조압연 전에 강 소재 중의 탄화물을 용해하는 것이 바람직하다. 슬래브를 가열하는 경우는, 탄화물을 용해시키거나, 압연 하중의 증대를 방지하거나 하기 위해, 1100℃ 이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 스케일 로스(scale loss)의 증대를 방지하기 위해, 슬래브의 가열 온도는 1300℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 전술한 바와 같이, 조압연 전의 강 소재가, 소정 온도 이상의 온도를 유지하고 있어, 강 소재 중의 탄화물이 용해되어 있는 경우에는, 조압연 전의 강 소재를 가열하는 공정은 생략 가능하다. 또한, 조압연 조건, 마무리 압연 조건에 대해서는 특별히 한정할 필요는 없다.

열간 압연 후의 냉각의 평균 냉각 속도: 10∼30℃/s

열간 압연 후, 권취 온도까지의 평균 냉각 속도가 10℃/s 미만이면, 페라이트립이 성장하지 않아, 애스펙트비가 2.0보다 커지기 쉽고, 상기 「페라이트상 전체에 차지하는 애스펙트비가 2.0 이하인 페라이트립의 체적률」이 낮아져, 열 영향부의 인성이 저하한다. 한편, 30℃/s를 초과하면, 페라이트립이 지나치게 성장하여, 강도가 저하한다. 따라서, 평균 냉각 속도가 10∼30℃/s이다. 하한에 대해서 바람직한 상기 평균 냉각 속도는 15℃/s 이상이다. 상한에 대해서 바람직한 상기 평균 냉각 속도는 25℃/s 이하이다. 또한, 냉각 개시 온도인 마무리 압연 종료 온도는 850∼980℃인 것이 열연 강판의 페라이트 입경을 균일하게 성장시켜, 소망하는 애스펙트비를 얻을 수 있기 때문이라는 이유에서 바람직하다.

권취 온도: 470∼700℃

권취 온도가 470℃를 하회하면, 베이나이트 등 저온 변태상이 생성되어, 열 영향부에서 연화가 발생한다. 한편, 권취 온도가 700℃를 초과하면, 페라이트 입경이 조대해져, 열 영향부의 인성이 저하한다. 따라서, 권취 온도는 470∼700℃이다. 하한에 대해서 바람직한 권취 온도는 500℃ 이상이다. 상한에 대해서 바람직한 권취 온도는 600℃ 이하이다.

냉간 압연 공정에서는, 상기의 열간 압연 공정에서 얻어진 열연 강판에 냉간 압연을 실시한다. 냉간 압연의 압연율은 특별히 한정되지 않지만, 통상 30∼60％이다. 또한, 산 세정 후에 냉간 압연해도 좋고, 이 경우, 산 세정의 조건은 특별히 한정되지 않는다.

상기 냉간 압연 공정에서 얻어진 냉연 강판에 대하여, 어닐링 공정을 행한다. 어닐링 공정의 구체적인 조건은 이하와 같다.

어닐링 조건: 750∼900℃의 어닐링 온도역에서 30∼200초 유지

페라이트상의 평균 입경이 13㎛ 이하, 애스펙트비가 2.0 이하인 페라이트립이 전체의 페라이트상에 차지하는 체적률이 70％ 이상인 마이크로 조직으로 하려면, 냉간 압연 후의 강판을 750∼900℃의 어닐링 온도에서 30∼200초 유지하여 어닐링할 필요가 있다. 어닐링 온도가 750℃ 미만이거나 유지 시간이 30초 미만인 경우, 회복의 진행이 늦어져, 소망하는 애스펙트비가 얻어지지 않는다. 한편, 어닐링 온도가 900℃를 초과하면, 마르텐사이트 분율이 높아져, 열 영향부의 인성이 저하한다. 또한, 어닐링 시간이 200초를 초과하면, 철 탄화물의 다량의 석출에 의해 연성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, 어닐링 온도는 750∼900℃, 보다 바람직하게는 800∼900℃, 유지 시간은 30∼200초, 보다 바람직하게는 50∼150초로 한다. 또한, 상기 어닐링 온도역까지의 가열 조건은 특별히 한정되지 않는다.

상기 유지에 있어서 반경 200㎜ 이상의 롤로 굽힘 굽힘되돌림: 합계 8회 이상

많은 페라이트립의 애스펙트비가 2.0보다 커져, 상기 「페라이트상 전체에 차지하는 애스펙트비가 2.0 이하인 페라이트립의 체적률」이 소망하는 범위가 되지 않으면, 인성이 열화한다. 상기 「페라이트상 전체에 차지하는 애스펙트비가 2.0 이하인 페라이트립의 체적률」을 소망하는 범위로 하기 위해서는, 어닐링 중에 입성장시키는 것이 필요하다. 그 때문에, 상기 어닐링 온도역에서의 유지에 있어서, 반경 200㎜ 이상의 롤로 굽힘 굽힘되돌림을 합계 8회 이상 행하는 것이 필요하다. 반경 200㎜ 미만의 롤에서는, 굽힘 변형량이 커져, 더욱 강판이 신장되는 결과, 페라이트립의 애스펙트비가 2.0 초과가 되기 쉽다고 생각된다. 그래서, 롤 지름은 200㎜ 이상으로 했다. 또한, 8회 미만에서는 페라이트립의 애스펙트비가 2.0을 초과하기 쉽기 때문에, 8회 이상으로 했다. 바람직하게는 9회 이상이다. 또한, 굽힘 변형량이 대량 유입되면, 열 영향부의 인성이 열화한다는 이유에서 15회 이하인 것이 바람직하다. 또한, 굽힘 굽힘되돌림의 합계가 8회 이상이란, 굽힘의 횟수와 굽힘되돌림의 횟수의 합계가 8회 이상을 의미한다.

어닐링 온도역에서의 유지 후의 냉각의 평균 냉각 속도: 10℃/s 이상

평균 냉각 속도가 10℃/s 미만이 되면, 페라이트립이 조대화하여, 강도 및 열 영향부의 인성이 저하한다. 이 때문에, 냉각 조건은 10℃/s 이상이다. 냉각 속도가 지나치게 빠르면, 소망하는 애스펙트비가 얻어지지 않기 때문에, 바람직하게는, 30℃/s 이하로 한다.

어닐링 온도역에서의 유지 후의 냉각의 냉각 정지 온도: 400∼600℃

냉각 정지 온도를 400℃ 미만으로 하면, 소망하는 마르텐사이트상의 체적 분율이 얻어지지 않기 때문에, 강도가 저하한다. 한편, 냉각 정지 온도가 600℃ 초과가 되면, 페라이트립 성장이 진행되어, 강도 및 열 영향부의 인성이 저하한다. 그래서, 상기 냉각 정지 온도를 400∼600℃로 한다.

상기 어닐링 공정 후에, 하기의 도금 처리를 실시하는 도금 공정을 행한다. 도금 처리의 종류는 특별히 한정되지 않고, 전기 도금 처리, 용융 도금 처리 중 어느 것이라도 좋다. 용융 도금 처리 후에 합금화 처리를 행해도 좋다. 바람직하게는, 용융 아연 도금 처리, 용융 아연 도금 처리 후에 합금화 처리를 행하는 합금화 용융 아연 도금 처리이다.

도금 처리 후의 평균 냉각 속도: 10∼25℃/s

템퍼링 마르텐사이트를 생성시키기 위해, 도금 처리 후의 평균 냉각 속도를 제어하는 것이 중요하다. 평균 냉각 속도를 10℃/s 미만으로 하면, 템퍼링 마르텐사이트가 다량으로 생성되어, 항복 강도가 얻어지지 않게 된다. 한편, 평균 냉각 속도가 25℃/s를 초과하면, 템퍼링 마르텐사이트가 50％ 이하가 되어, 열 영향부의 인성이 열화한다. 그래서, 평균 냉각 속도를 10∼25℃/s로 한다.

실시예

표 1에 나타내는 성분 조성의 슬래브를 표 2에 나타내는 조건으로, 열연 공정, 냉연 공정, 어닐링 공정, 도금 공정을 행하고, 고강도 도금 강판을 제조했다. 또한, 조직 관찰이나 특성 평가의 방법은 다음과 같다.

(1) 조직 관찰

얻어진 강판의 압연 방향에 수직인 방향으로 자른 판두께 단면을 연마하여, 1체적％ 나이탈에 의한 부식 현출시켰다. 주사 전자 현미경으로 1000배로 확대하고, 표면에서 판두께 1/4t부까지의 영역 내를 10시야분 촬영했다. t는 강판의 두께(판두께)이다. 상기 촬영 화상에 기초하여, 각 상의 면적률을 측정하여, 면적률을 체적률로 간주했다. 페라이트상은 입 내에 부식 흠집(corrosion mark)이나 철계 탄화물이 관찰되지 않는 형태를 갖는 조직이다. ?칭인 채의 마르텐사이트상은 입 내에 탄화물이 확인되지 않아, 백색 콘트라스트로 관찰된 조직이다. 템퍼링 마르텐사이트상은 결정립 내 다수의 미세한 철계 탄화물 및 부식 흠집이 확인되는 조직이다. 상기의 마르텐사이트상 면적률을 체적률로 했다. 또한, 그 외의 상으로서 베이나이트, 펄라이트, 잔류 오스테나이트상이 확인되었다.

페라이트상의 평균 입경은, 상기 체적률의 측정에 이용한 샘플을 사용하고, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 1000배로 확대하여, 10시야분 촬영하고, ASTM E 112-10에 준거한 절단법에 의해 구했다. 산출한 페라이트상의 평균 입경을 표 3에 나타냈다.

페라이트립의 애스펙트비에 대해서, 상기 체적률의 측정에 이용한 샘플을 사용하여, 1체적％ 나이탈에 의한 부식 현출 조직을, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 1000배로 확대하여, 10시야분 촬영하고, 폭 방향(C 방향)의 길이와 판두께 방향의 길이의 비를 애스펙트비로 했다. 애스펙트비가 2.0인 페라이트립의 합계 체적률을 산출하고, 상기에서 구한 페라이트상의 체적률을 이용하여, 페라이트상 전체에 있어서의 애스펙트비가 2.0인 페라이트립의 체적률을 산출했다.

(2) 인장 특성

압연 방향과 90°의 방향을 길이 방향(인장 방향)으로 하는 JIS Z 2201에 기재된 5호 시험편을 이용하고, JIS Z 2241에 준거한 인장 시험을 5회 행하여, 평균의 항복 강도(YP), 인장 강도(TS), 맞댐 신장(butt elongation)(EL)을 구했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

(3) 고속 변형에서의 비틀림 시험

압연 방향과 90°의 방향을 길이 방향으로 한 폭 10㎜, 길이 80㎜, 판두께 1.6㎜의 강판을 도 1(a)와 같이 폭 방향을 2매 서로 겹쳐, 너깃 지름이 7㎜가 되도록 스폿 용접을 행하고, 시험편을 제작했다. 제작한 시험편을 도 1(b)와 같이 전용의 금형에 세로로 고정하고, 누름 금구(pressing metallic tool)로 성형 하중 10kN, 하중 속도 100㎜/min으로 시험력(test force)을 가하고, 도 1(c)와 같이 170°가 되도록 변형시켰다. 그 후, 용접부의 균열 유무를 확인하기 위해, 압연 방향의 판두께 단면을 경면 연마(mirror polishing)하고, 노(no) 에칭인 채로 광학 현미경으로 400배로 확대하여, 균열을 관찰했다(도 1(d)). 균열이 발생하지 않았던 경우를 「◎」라고 판정하고, 균열이 발생하여, 균열의 길이가 50㎛ 이하인 경우를 「○」라고 판정하고, 균열의 길이가 50 초과 100㎛ 미만인 경우를 「△」라고 판정하고, 균열의 길이가 100㎛ 이상인 경우를 「×」라고 판정했다. 이들 결과를 표 3에 통합하여 나타낸다. 또한, 본 시험에서 「◎」 또는 「○」의 평가가 되는 것이, 용접성이 우수하고, 고속 변형에서의 비틀림 강도가 높고, 인성이 우수한 것을 의미한다.

Claims

질량％로,
C: 0.05∼0.15％,
Si: 0.01∼1.80％,
Mn: 1.8∼3.2％,
P: 0.05％ 이하,
S: 0.02％ 이하,
Al: 0.01∼2.0％를 함유하고,
B: 0.0001∼0.005％,
Ti: 0.005∼0.04％,
Mo: 0.03∼0.50％ 중 1종 이상을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과,
압연 직각 방향의 판두께 단면의 관찰에 있어서, 체적률로 50∼80％의 마르텐사이트상을 함유하고, 상기 마르텐사이트상 전체에 차지하는 템퍼링 마르텐사이트의 체적률이 50％ 이상 85％ 이하이고, 또한 페라이트상을 함유하고, 당해 페라이트상의 평균 입경이 13㎛ 이하, 페라이트상 전체에 있어서의 애스펙트비가 2.0 이하인 페라이트립의 체적률이 70％ 이상인 마이크로 조직을 갖는 강판과,
당해 강판의 표면에 형성된 도금층을 구비하고,
항복 강도(YP)가 550㎫ 이상인 고강도 도금 강판.
제1항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, Cr을 1.0％ 이하 함유하는 고강도 도금 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, Cu, Ni, Sn, As, Sb, Ca, Mg, Pb, Co, Ta, W, REM, Zn, Nb, V, Cs, Hf 중 어느 1종 이상을 합계로 1％ 이하 함유하는 고강도 도금 강판.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 열간 압연 후, 평균 냉각 속도가 10∼30℃/s인 조건으로 냉각하고, 권취 온도가 470∼700℃인 조건으로 권취하는 열연 공정과,
상기 열연 공정에서 얻어진 열연 강판을 냉간 압연하는 냉연 공정과,
상기 냉연 공정에서 얻어진 냉연 강판을, 750∼900℃의 어닐링 온도역까지 가열하고, 당해 어닐링 온도역에서 30∼200초 유지하고, 당해 유지에 있어서, 반경 200㎜ 이상의 롤로 굽힘 굽힘되돌림(reverse bending)을 합계 8회 이상 행하고, 상기 유지 후, 평균 냉각 속도가 10℃/s 이상, 냉각 정지 온도가 400∼600℃인 조건으로 냉각하는 어닐링 공정과,
상기 어닐링 공정 후, 도금 처리하고, 당해 처리 후 10∼25℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하는 도금 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 고강도 도금 강판의 제조 방법.