KR20190107585A - 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 및 그 제조방법 - Google Patents

마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 및 그 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20190107585A
KR20190107585A KR1020190027469A KR20190027469A KR20190107585A KR 20190107585 A KR20190107585 A KR 20190107585A KR 1020190027469 A KR1020190027469 A KR 1020190027469A KR 20190027469 A KR20190027469 A KR 20190027469A KR 20190107585 A KR20190107585 A KR 20190107585A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
precipitation hardening
steel
martensitic precipitation
lightweight steel
martensite
Prior art date
Application number
KR1020190027469A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102222244B1 (ko
Inventor
이영국
이석진
남재훈
Original Assignee
연세대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 연세대학교 산학협력단 filed Critical 연세대학교 산학협력단
Publication of KR20190107585A publication Critical patent/KR20190107585A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102222244B1 publication Critical patent/KR102222244B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
    • C21D2211/008—Martensite

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 조성은 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함한다.
본 발명에 따른 경량철강은 주조직을 마르텐사이트로 하여 강도를 혁신적으로 높이는 효과가 있다.

Description

마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 및 그 제조방법{MARTENSIT-BASED PRECIPITATION HARDENING TYPE LIGHTWEIGHT STEEL AND MANUFACTURING METHOD FOR THE SAME}
본 발명은 고강도 경량철강 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 저온에서의 카파석출 및 마르텐사이트를 주 조직으로 형성하는 고강도 마르텐사이트계 경량철강에 관한 것이다.
본 발명은 저비중과 고강도가 요구되는 자동차 강판, 자동차의 범퍼 임팩트 빔이나 필라 같은 충격 흡수재에 이용되는 고강도 탄소강을 대체하는 마르텐사이트계 경량철강의 합금설계에 관한 것이다. 보다 상세하게는 석출경화에 의해 항복강도 1.0 GPa 이상, 인장강도 1.5 GPa 이상의 초고강도를 갖는 마르텐사이트계 경량철강과 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 대기오염과 같은 환경문제가 대두되면서 자동차의 연비 효율을 높이기 위한 많은 방법이 제기되고 있다. 특히 자동차의 경량화가 중요한 부분으로 부각되면서 높은 성형성 뿐만 아니라 높은 강도를 가지는 고강도 강판이 요구되고 있다.
또한 범퍼 보강재 혹은 도어내의 충격 흡수재와 같은 자동차 부품은 승객 안전과 직접적으로 관계되는 부품이기 때문에 인장강도 980 MPa 이상의 초고강도 강판이 사용되고 있고, 고강도를 가져야 한다. 이러한 부품도 마찬가지로 높은 강도의 강을 사용하는 비율이 증가함에 따라 고강도 강의 상업화에 대한 연구가 증가하고 있는 실정이다.
이러한 사회적 요구에 따라 중 망간강에 알루미늄을 첨가한 경량철강에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 경량철강은 주조직이 오스테나이트 또는 페라이트로 우수한 연신율과 알루미늄 첨가에 따른 저비중을 지니고 있으나, 낮은 강도가 문제로 대두되고 있다. 이러한 경량철강의 낮은 강도를 보완하고자 연구는 진행되어지고 있으나, 1GPa이상의 강도를 얻기 위한 뚜렷한 방안이 없으며, 경량철강의 주조직이 마르텐사이트인 연구는 전무한 현실이다.
본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 기존 경량철강과는 달리 주조직을 마르텐사이트로 하여 강도를 혁신적으로 높이는 효과가 있다.
둘째, 알루미늄을 첨가함에 따라 경량화 및 석출물(카파석출물, 시멘타이트, 입실론카바이드)의 생성 효과가 있다.
셋째, 저온 템퍼링을 통하여 석출물들을 미세하게 석출시켜, 강도를 향상시키는 효과가 있다.
넷째, 잔류 오스테나이트가 존재함으로써 변형 중 변태유기소성(트립)현상이 발생하여 연신율을 증가시키는 효과가 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강은 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함한다.
본 발명에 있어서, 경량철강에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0 중량% 더 함유될 수 있다.
본 발명에 있어서, 경량철강은 열간압연 및 냉각압연 공정을 거친 후, Ac3 이상의 오스테나이트 단상 영역인 900-1100℃에서 어닐링 공정이 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 어닐링 공정은 오스테나이트 부피분율이 80% 이상으로 형성되는 온도 영역에서 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 어닐링 후 급냉을 하여 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 될 수 있다.
본 발명에 있어서, 잔류 오스테나이트의 부피분율은 최대 20%가 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 어닐링시 형성된 페라이트가 잔류하여 최대 20%의 부피분율인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 마르텐사이트 부피 분율이 60% 이상인 상기 경량철강은 템퍼링 공정을 거친 후 마르텐사이트 내부에 카파석출물, 시멘타이트 및 입실론카바이드가 석출물로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 경량철강의 항복강도는 1.0 GPa 이상, 인장강도는 1.5 GPa 이상, 연신율은 15% 이상인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법은 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하는 조성합금 또는 상기 조성에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0 중량% 더 함유된 조성합금을 가열하여 균질화하는 S1 단계; 상기 균질화된 조성합금을 오스테나이트 단상영역의 온도구간인 1000℃-1200℃에서 소정 시간 재가열을 하고, Ac3온도~1000℃에서 열간 마무리 압연을 실시한 후, Ms온도~Ac3 온도에서 권취하고, 서냉하며 열연강판을 제조하는 S2 단계; 상온에서 냉간압연을 실시하여 냉연강판을 제조하는 S3 단계; 상기 강판은 900℃-1100℃에서 소정시간 가열되며 어닐링되는 S4 단계; 및 상기 강판은 100℃-300℃에서 템퍼링되는 S5 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, S1 단계의 균질화는 1000℃-1400℃에서 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, S2 단계의 서냉시 Ms온도 이하에서 마르텐사이트 변태가 시작되며, 상온에서의 최종 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트 및 오스테나이트의 4상인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 서냉시 마르텐사이트 내부에 시멘타이트가 석출될 수 있다.
본 발명에 있어서, S4 단계의 어닐링 공정은 오스테나이트 부피분율이 80% 이상으로 형성되는 온도 영역에서 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, S4 단계의 어닐링 공정의 열처리시간은 합금원소가 균일하게 고용되는 시간인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, S4 단계의 어닐링 공정의 냉각속도는 50~200℃/초이며, 상온까지 급냉될 수 있다.
본 발명에 있어서, 급냉후 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 잔류 오스테나이트의 부피분율은 최대 20%가 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, S4 단계의 어닐링 공정에서 형성된 페라이트가 잔류하여 최대 20%의 부피분율인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, S5 단계에서 템퍼링시 마르텐사이트 내부에 카파석출물, 시멘타이트 및 입실론카바이가 석출물로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 기존 경량철강과는 달리 주조직을 마르텐사이트로 하여 강도를 혁신적으로 높이는 효과가 있다.
둘째, 알루미늄을 첨가함에 따라 경량화 및 석출물(카파석출물, 시멘타이트, 입실론카바이드) 생성 효과가 있다.
셋째, 저온 템퍼링을 통하여 석출물들을 미세하게 석출시켜, 강도를 향상시키는 효과가 있다.
넷째, 잔류 오스테나이트가 존재함으로써 변형 중 변태유기소성(트립)현상이 발생하여 연신율을 증가시키는 효과가 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 조성과 제조 및 열처리 공정을 도식화한 그림이다.
도 2는 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 TCFE 9 프로그램을 이용한 온도에 따른 미세조직의 분율을 열역학적으로 계산한 결과를 나타낸 그림이다.
도 3은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강(Fe-8.8Mn-0.31C-5.0Al)의 1100도 재가열 직후 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 템퍼링에 따른 미세조직을 나타내는 사진이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 템퍼링 온도에 따른 석출물을 나타내는 SEM 사진이다.
도 10 내지 도 11은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 템퍼링 온도에 따른 석출물을 나타내는 TEM 사진이다.
도 12은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 템퍼링 온도에 따른 인장 성질을 나타내는 그래프이다.
도 13은 본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 100℃ 템퍼링 시편에서의 변형율에 따른 미세조직의 변화를 나타내는 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
일반적으로 철강을 경량화하기 위하여, 알루미늄(Al)을 많이 이용하고 있다. 그런데 알루미늄(Al)은 본래적으로 강도가 취약한 문제점이 제기된다.
이에 종래기술은 알루미늄 합금에서 형성되는 카파석출물(kappa carbide) 등을 활용하여 일정한 강도를 만족시켰다. 이를 위하여, 상변태 중에 형성되는 오스테나이트와 페라이트를 유지하면서, 카파석출물(kappa carbide)을 형성시키는 방식으로 강도를 보완하여 왔다.
한편, 합금강의 강도 관점에서 '마르텐사이트' 조직이 고강도에 중요한 역할을 하는 것은 주지의 사실이다. 그런데 종래기술은 알루미늄-망간 합금에서 마르텐사이트를 주 조직으로 어떻게 형성시킬지는 알지 못하였다. 보다 정확히는, 종래기술에서도 마르텐사이트가 일부 형성이 되기는 하나, 강도에 영향을 미칠 정도로 유의미한 비율로 형성시키지는 못하였다. 그래서 종래기술은 차라리 오스테이나트 단일조직으로 상변화시키는 것을 선택하였다.
하지만, 본 발명은 마르텐사이트를 주 조직으로 형성시키고, 나아가 석출물들도 형성시켜, 초고강도를 구현하는 기술을 제시한다.
본 명세서에서의 %는 중량%(wt%)를 의미한다.
본 명세서에서는 기존 고강도 탄소강을 대체하는 카파석출물의 석출 및 잔류 오스테나이트의 트립 현상에 따른 초고강도 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 을 제시한다. 이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.
(1) 중망간계 합금 설계
본 발명에 따른 합금은, 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하여 조성된다.
상기 합금에는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0중량% 더 함유될 수 있다.
이하, 상기한 강의 화학성분 범위의 한정 이유에 대하여 설명한다.
망간(Mn) : 8-10 중량%
8-10 중량% Mn 함량을 통해 고온에서 오스테나이트의 안정성을 향상시켜, 냉각 중 페라이트 변태를 억제하여 상온에서 부피분율 60% 이상의 마르텐사이트 조직을 얻을 수 있다.
만약, Mn 함량이 명시된 8 중량% 미만이면, 오스테나이트 안정성이 떨어져서, 열간 압연 이후 냉각 도중 페라이트가 생성 되어 상온에서 마르텐사이트 분율이 60% 이하로 떨어진다. 반면, Mn 함량이 10 중량%를 초과한다면, 어닐링에서 형성되는 고온의 오스테나이트가 안정해져서, 냉각시 마르텐사이트 변태가 잘 일어나지 않게 된다. 마르텐사이트 분율이 적어지면, 강재의 강도가 저하된다. 또한, 원재료비 및 제조비용의 증가를 가져올 뿐만 아니라 Mn 산화물이 표면에 형성되어 용접성이 저하되고 게재물인 MnS 다량으로 형성되는 문제가 발생할 수 있다. MnS 개재물은 취성이 강한 개재물로서 다량 형성 시 성형 중 급격한 파괴를 일으킬 수 있다. 따라서 본 발명에서는 Mn 함량을 8-10 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
탄소(C) : 0.2-0.4 중량%
0.2-0.4 중량%의 C 함량을 통해 고온에서 오스테나이트의 안정성을 확보할 수 있고, 상온에서 마르텐사이트 내부에 고용되어 강도를 향상시킬 수 있다.
만약 C 함량이 명시된 0.2% 미만이면, 오스테나이트의 안정성이 떨어져 냉각 도중 페라이트가 생성될 가능성이 있고, 마르텐사이트 내부 고용 C이 적어져 강도가 낮아질 수 있다. 반면에, 만약 C 함량이 0.4%를 초과하면, 열간압연 강판의 강도가 증가하여 냉간압연성이 떨어져 강도가 미달될 가능성이 있고, 용접성도 저하될 수 있다. 따라서 본 발명에서는 C 함량을 0.2-0.4 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
알루미늄(Al) : 4.0-7.0 중량%
Al은 페라이트 안정화 원소이기는 하나, 경량화 목적으로 첨가한다. 1% 첨가시 약 1.6%의 비중 감소 효과를 가진다. Al은 탄소, 망간과 결합하여 페로브스카이트 구조 석출물인 카파석출물을 생성한다. 또한 탈산 작용을 하여 강의 청정성 향상시키는 원소로서도 첨가한다.
만약 Al이 상기된 4.0 중량% 미만이면, 밀도 감소가 적어 경량화 효과가 줄어들고, 카파석출물 생성이 어려워진다. 반면 Al 함량이 7.0 중량%를 초과하면, 오스테나이징의 온도 증가, 원재료비 및 제조비용의 증가, 연속주조, 용접 및 도금의 어려움 등의 문제를 일으킬 수 있다. 따라서 본 발명에서는 Al 함량을 4.0-7.0 중량% 로 제한하는 것이 바람직하다.
Ti, Nb, Mo, Cr, Ni 및 V 중 1종 이상 합: 0.001-5.0 중량%
티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)은 경화능 및 석출강화 효과로, 고강도를 더욱 확보할 수 있는 효과가 큰 원소들이다. 0.001 중량% 미만에서는 충분한 경화능 및 석출강화 효과를 기대하기 어렵고, 5.0 중량%를 초과하게 되면, 석출물이 다량으로 형성되어서 마르텐사이트 내부의 고용된 탄소의 함량이 감소하게 되고, 결국 마르텐사이트의 강도를 저하시키게 된다. 또한, 미량 합금원소의 높은 가격으로 인해 제조비용이 상승한다. 따라서 본 발명에서는 그 함량을 0.001-5.0 중량%로 제한하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 경량철강은 열간압연 및 냉각압연 공정을 거친 후, Ac3 이상의 오스테나이트 단상 영역인 900-1100℃에서 어닐링 공정이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 어닐링 공정은 오스테나이트 부피분율이 80% 이상으로 형성되는 온도 영역에서 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 어닐링 후 급냉을 하여 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 되는 것이 바람직하다. 이때 잔류 오스테나이트의 부피분율은 최대 20%가 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 어닐링시 형성된 페라이트가 잔류하여 최대 20%의 부피분율인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 경량철강의 항복강도는 1.0 GPa 이상이고, 인장강도는 1.5 GPa 이상인 것이 바람직하다.
(2) 제조방법
이하에서는 본 발명에 따른 경량철강의 제조방법을 설명한다.
본 발명에 있어서, 초고강도 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 제조 방법은 열간 및 냉간압연 조건, 어닐링 조건, 템퍼링 조건을 포함한다.
본 발명에 따른 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법은 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하는 조성합금 또는 상기 조성에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0 중량% 더 함유된 조성합금을 가열하여 균질화하는 S1 단계; 상기 균질화된 조성합금을 오스테나이트 단상영역의 온도구간인 1000-1200℃에서 소정 시간 재가열을 하고, Ac3온도~1000℃에서 열간 마무리 압연을 실시한 후, Ms온도~Ac3 온도에서 권취하고, 서냉하며 열연강판을 제조하는 S2 단계; 상온에서 냉간압연을 실시하여 냉연강판을 제조하는 S3 단계; 상기 강판은 900-1100℃에서 소정시간 가열되며 어닐링되는 S4 단계; 및 상기 강판은 100-300℃에서 템퍼링되는 S5 단계를 포함한다.
(2.1) 열간압연 및 냉간압연 조건
본 발명의 상기 조성 합금을 용해 이후, 강 내 균일한 합금원소 분포를 위하여 주조된 괴를 1000-1400℃에서 12시간 균질화를 실시한다(S1 단계). 상기 가열온도가 1000℃ 미만이면, 연주 조직의 균질화가 충분히 확보되지 않는다. 1400℃를 초과하면, 제조비용의 상승이 발생한다.
이후, 오스테나이트 단상영역인 1000-1200도에서 1시간동안 재가열을 실시한다. Ac3 온도 이상 1000도 이하에서 열간 마무리압연을 실시한다. 이후, Ac3 이하 Ms 온도(마르텐사이트 생성 시작온도) 이상에서 권취하고 서냉한다.
서냉 시, Ms 온도를 지나면서 오스테나이트가 마르텐사이트 변태를 시작한다. 이때, 마르텐사이트는 bct(body centered tetragonal) 결정구조로 전위가 내부에 많이 형성되며 탄소 확산이 빨라진다. 따라서, 서냉 시 마르텐사이트 내부에 시멘타이트가 석출된다. 상온에서 최종 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트 및 오스테나이트의 4상으로 이루어진다.
이후, 상기 열간 압연판은 추가적으로 상온에서 냉간 압연을 실시하여 냉간 압연 강판을 제조할 수 있다. 이어서 냉연강판은 550-750℃에서 1-5분 소둔(annealing) 열처리가 포함될 수 있다.
(2.2) 어닐링 조건
상기 합금은 900-1100℃에서 합금원소들이 충분히 고용될 만큼의 시간동안 가열한다. 이는 강도 향상에 가장 중요한 역할을 하는 마르텐사이트 미세조직을 최대치를 얻기 위한 열처리 조건으로, 열역학적 계산을 결과를 통하여 오스테나이트 부피분율이 80% 이상인 온도 영역을 기준으로 한다. 열처리 시간은 합금원소가 모두 균일하게 고용될 때까지로 하고 냉각속도 50-200℃/초로 상온까지 급냉한다. 50℃/초 미만의 경우, 고온의 오스테나이트가 마르텐사이트로 변태하지 못 하여 마르텐사이트의 분율이 적어져 강도가 저하될 수 있다. 200℃/초를 초과하면 제조비용이 상승되므로 본 어닐링 후 냉각속도는 50-200℃/초로 제한하는 것이 바람직하다. 마르텐사이트로 변태하지 못한 오스테나이트는 상온에서 잔류 오스테나이트로 존재하게 되고, 어닐링 시 오스테나이트 외 형성된 페라이트는 냉각 중 잔류하여 상온에서 최대 20%의 부피분율로 존재하게 된다.
(2.3) 템퍼링 조건
다음 석출물(카파석출물, 시멘타이트, 입실론카바이드)들의 생성온도영역인 100-300℃에서 석출물들이 석출되어 평형상에 이를 때 까지 템퍼링한다. 100℃ 미만의 온도에서는 석출물이 충분히 석출되지 않을 수 있으며, 300℃를 초과하면 석출물의 조대화로 인한 기계적 성질 저하 및 제조비용의 상승이 발생한다.
따라서 템퍼링 조건은 100-300℃로 제한한다.
종래연구에서는 카파 석출물을 석출시키기 위해서 높은 템퍼링(시효) 온도로서 400-600℃ 정도가 요구되었지만, 본 발명은 시멘타이트 효과도 같이 보기 위해서 더 낮은 템퍼링(시효) 온도인 100-300℃로 제한되는 것이 바람직하다.
종래연구에서는 인장강도가 1GPa 이상이고 연신율이 7% 이상인 것이 주된 결과물이었다. 그러나 본 발명은 마르텐사이트가 주 조직이면서 시멘타이트 및 카파석출물의 석출강화가 일어나는 인장강도 1.5 GPa, 연신율 15% 이상인 것을 특징으로 한다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
하기 표 1과 같이 조성되는 강 슬라브를 재가열온도 1150-1250℃ 온도범위에서 2시간 가열하고 열간압연을 실시하였다. 이때, 열간압연은 900-1100℃에서 열간압연을 종료하였으며 로냉하였다. 제조한 열연판은 1100℃에서 15분간 재가열하고 수냉하였다. 이러한 공정 및 열처리 조건을 도 1에 자세히 나타내었다. 재가열 온도는 TCFE9 프로그램을 이용한 열역학적 계산 통해 최대 오스테나이트 분율 영역을 보인 1100℃에서 실시하였고, 열역학적 계산 결과를 도 2에 나타내었다.
수냉한 열연판의 미세조직은 도 3에 나타난다.
강종 Fe Mn C Al S P
발명강 Base 8.8 0.31 5.0 0.002 0.003
이렇게 제조된 열연판을 이용하여 석출물을 석출시키기 위해 템퍼링을 진행하였다. 템퍼링 온도 범위는 60℃에서 400℃로 지정하였으며, 시간은 100분으로 동일하게 진행하였다. 템퍼링 온도에 따른 미세조직을 도 4 내지 도 6에 나타내었다. 템퍼링 전 미세조직과 달리 템퍼링 온도가 증가할수록 마르텐사이트 내부에 석출물영역이 뚜렷하게 구분되며 넓어지는 것을 확인하였다.
한편, 템퍼링은 60-400℃로 온도를 변화하면서 수행되었는데, 본 발명에서 요구되는 물성이 충족이 되는 영역은 100-300℃임을 확인하였다.
템퍼링 온도에 따른 석출물 분석 위해 SEM 분석을 진행하였다. SEM 관찰 사진은 도 7 내지 도 9에 나타난다. 템퍼링 전의 경우 석출물이 존재 하지 않음을 확인하였고, 100℃ 템퍼링 시편의 경우 15-30 nm 두께의 석출물이 10-20 nm 간격으로 마르텐사이트 내부에 석출되었다. 반면에 300℃ 템퍼링 시편의 경우 150-200 nm의 석출물이 400 nm 이상의 간격으로 마르텐사이트 내부에 석출되었음을 확인하였다.
보다 더 자세한 석출물 분석을 위해 TEM 분석을 진행하였다. TEM 관찰 사진은 도 10 및 도 11에 나타난다. 100℃ 템퍼링 시편의 경우 회절패턴 분석을 통해 15-30 nm 두께의 미세한 석출물은 시멘타이트로 관찰되었다. 300℃ 템퍼링 시편의 경우 150-200 nm 두께의 석출물은 카파 탄화물이 형성되었을 확인하였다.
기계적 성질을 확인하기 위해 인장실험을 진행하였다. 발명강의 각 온도에서 100분 템퍼링에 따른 인장곡선을 도 12에 나타내었다. 발명강의 100℃ 템퍼링 시편이 인장강도 1557 MPa, 연신율 17%로 가장 우수한 기계적 성질을 보였다. 이는 템퍼링에 따른 미세한 석출물의 석출로 강도가 향상됨을 확인할 수 있다.
잔류 오스테나이트에서의 변태유기소성(트립) 현상을 분석하기 위해 in-situ EBSD 실험을 진행하였다. EBSD 관찰 사진은 도면 13에 나타난다. 인장 전 15.8%의 잔류 오스테나이트 부피분율이 10.5%, 6.2%, 4.1%로 변형율에 따라 감소하는 것을 확인하였다. 이를 통하여 변태유기소성이 변형율에 따라 천천히 발생한다는 것을 확인하였다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (20)

  1. 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 경량철강에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0 중량% 더 함유된 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 경량철강은 열간압연 및 냉각압연 공정을 거친 후, Ac3 이상의 오스테나이트 단상 영역인 900-1100℃에서 어닐링 공정이 수행되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 어닐링 공정은 오스테나이트 부피분율이 80% 이상으로 형성되는 온도 영역에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 어닐링 후 급냉을 하여 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
  6. 청구항 5에 있어서,
    잔류 오스테나이트의 부피분율은 최대 20%가 형성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
  7. 청구항 4에 있어서,
    어닐링시 형성된 페라이트가 잔류하여 최대 20%의 부피분율인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
  8. 청구항 5에 있어서,
    마르텐사이트 부피 분율이 60% 이상인 상기 경량철강은 템퍼링 공정을 거친 후 마르텐사이트 내부에 카파석출물, 시멘타이트 및 입실론카바이드가 석출물로 형성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 경량철강의 항복강도는 1.0 GPa 이상, 인장강도는 1.5 GPa 이상, 연신율은 15% 이상인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강.
  10. 망간(Mn): 8-10 중량%, 탄소(C): 0.2-0.4 중량% 및 알루미늄(Al): 4.0-7.0 중량%의 성분을 함유하고, 잔부인 철(Fe) 및 기타 불가피하게 함유되는 불순물을 포함하는 조성합금 또는 상기 조성에 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 니켈(Ni) 및 바나듐(V)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001-5.0 중량% 더 함유된 조성합금을 가열하여 균질화하는 S1 단계;
    상기 균질화된 조성합금을 오스테나이트 단상영역의 온도구간인 1000℃-1200℃에서 소정 시간 재가열을 하고, Ac3온도~1000℃에서 열간 마무리 압연을 실시한 후, Ms온도~Ac3 온도에서 권취하고, 서냉하며 열연강판을 제조하는 S2 단계;
    상온에서 냉간압연을 실시하여 냉연강판을 제조하는 S3 단계;
    상기 강판은 900℃-1100℃에서 소정시간 가열되며 어닐링되는 S4 단계; 및
    상기 강판은 100℃-300℃에서 템퍼링되는 S5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    S1 단계의 균질화는 1000℃-1400℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    S2 단계의 서냉시 Ms온도 이하에서 마르텐사이트 변태가 시작되며,
    상온에서의 최종 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트 및 오스테나이트의 4상인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 서냉시 마르텐사이트 내부에 시멘타이트가 석출되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
  14. 청구항 10에 있어서,
    S4 단계의 어닐링 공정은 오스테나이트 부피분율이 80% 이상으로 형성되는 온도 영역에서 수행되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    S4 단계의 어닐링 공정의 열처리시간은 합금원소가 균일하게 고용되는 시간인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    S4 단계의 어닐링 공정의 냉각속도는 50~200℃/초이며, 상온까지 급냉되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 급냉후 마르텐사이트 부피분율이 60% 이상이 되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
  18. 청구항 17에 있어서,
    잔류 오스테나이트의 부피분율은 최대 20%가 형성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
  19. 청구항 14에 있어서,
    S4 단계의 어닐링 공정에서 형성된 페라이트가 잔류하여 최대 20%의 부피분율인 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
  20. 청구항 10에 있어서,
    S5 단계에서 템퍼링시 마르텐사이트 내부에 카파석출물, 시멘타이트 및 입실론카바이가 석출물로 형성되는 것을 특징으로 하는 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강의 제조방법.
KR1020190027469A 2018-03-12 2019-03-11 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 및 그 제조방법 KR102222244B1 (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180028557 2018-03-12
KR20180028557 2018-03-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190107585A true KR20190107585A (ko) 2019-09-20
KR102222244B1 KR102222244B1 (ko) 2021-03-05

Family

ID=68067595

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190027469A KR102222244B1 (ko) 2018-03-12 2019-03-11 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 및 그 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102222244B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111593258A (zh) * 2019-12-16 2020-08-28 北京特冶工贸有限责任公司 一种曲线用高耐磨高强韧贝马复相组织钢轨及其制造方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6213696B1 (ja) * 2016-12-05 2017-10-18 新日鐵住金株式会社 高強度鋼板
KR20180070940A (ko) 2016-12-19 2018-06-27 주식회사 포스코 굽힘 가공성이 우수한 초고강도 강판 및 이의 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6213696B1 (ja) * 2016-12-05 2017-10-18 新日鐵住金株式会社 高強度鋼板
KR20180070940A (ko) 2016-12-19 2018-06-27 주식회사 포스코 굽힘 가공성이 우수한 초고강도 강판 및 이의 제조방법

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111593258A (zh) * 2019-12-16 2020-08-28 北京特冶工贸有限责任公司 一种曲线用高耐磨高强韧贝马复相组织钢轨及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102222244B1 (ko) 2021-03-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101232972B1 (ko) 연성이 우수한 고강도 강 시트의 제조 방법 및 그 제조 방법에 의해 제조된 시트
WO2017092104A1 (zh) 用于冲压成形的钢材及其成形构件与热处理方法
KR101938073B1 (ko) 핫 스탬핑 강 및 그 제조방법
JP2020509208A (ja) 降伏比が低く均一伸びに優れた焼戻しマルテンサイト鋼及びその製造方法
KR20120074798A (ko) 인장강도 1.5ＧＰａ급의 초고강도 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 강판
KR102469278B1 (ko) 열간성형용 강재, 열간성형 부재 및 이들의 제조방법
KR101747034B1 (ko) 항복비가 우수한 초고강도 고연성 강판 및 이의 제조방법
KR101677398B1 (ko) 열간성형용 강재 및 이를 이용한 부재 제조방법
KR101299896B1 (ko) 인장강도 1.5ＧＰａ급의 초고강도 강판의 제조방법
KR101830538B1 (ko) 항복비가 우수한 초고강도 강판 및 그 제조방법
KR102415763B1 (ko) 냉간성형성이 우수한 열연 소둔강판, 부재 및 그 제조 방법
KR101060782B1 (ko) 내충돌특성이 우수한 열간성형 가공용 강판 및 그 제조방법과 고강도 자동차용 구조부재 및 그 제조방법
KR102222244B1 (ko) 마르텐사이트계 석출 경화형 경량철강 및 그 제조방법
KR101726139B1 (ko) 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재 및 그 제조방법
KR20200076797A (ko) 강도 편차가 적은 열연 소둔 강판, 부재 및 이들의 제조방법
KR100946066B1 (ko) 자동차 범퍼 보강재용 초고강도 냉연강판 제조방법
KR20230056822A (ko) 연성이 우수한 초고강도 강판 및 그 제조방법
KR101977491B1 (ko) 냉간 성형성이 우수한 초고강도 고연성 강판 및 그 제조방법
KR20220071035A (ko) 초고강도 냉연강판 및 그 제조방법
KR101988760B1 (ko) 성형성이 우수한 초고강도 강판 및 이의 제조방법
KR101143086B1 (ko) 소부경화 특성이 우수한 고강도 강판의 제조방법
KR101828699B1 (ko) 자동차 부품용 냉연 강판 및 그 제조 방법
KR20190077193A (ko) 고 항복비형 고 강도 강판 및 그 제조방법
KR102312510B1 (ko) 내지연파괴 특성이 우수한 냉간압조용 선재, 부품 및 그 제조방법
KR102209556B1 (ko) 구멍확장성이 우수한 강판, 부재 및 이들의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant