KR20200013246A - 냉간 압연 어닐링된 이중상 강, 강판 및 이들의 제조 방법 - Google Patents

냉간 압연 어닐링된 이중상 강, 강판 및 이들의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

페라이트 및 마르센사이트의 미세구조를 갖고, 질량 백분율 기준으로 0.08% 내지 0.1%의 C, 1.95% 내지 2.2%의 Mn, 0.1% 내지 0.6%의 Si, 0.020% 내지 0.050%의 Nb, 0.020% 내지 0.050%의 Ti, 0.015% 내지 0.045%의 Al, 0.40% 내지 0.60%의 Cr, 0.2% 내지 0.4%의 Mo, 0.001% 내지 0.005%의 Ca, 및 나머지로 Fe 및 그 밖의 불가피한 불순물의 화학 원소를 포함하는, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강이 제공된다. 또한, (1) 제련 및 주조 단계; (2) 열간 압연 단계; (3) 냉간 압연 단계; (4) 어닐링 단계; (5) 조질 압연 단계를 포함하는, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강을 제조하는 방법이 제공된다.

Description

냉간 압연 어닐링된 이중상 강, 강판 및 이들의 제조 방법
본 발명은 강(steel), 및 이를 제조하는 방법, 및 더욱 특히 이중상 강, 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
자동차 산업에서는 무게를 줄이기 위해 더 높은 강도의 강판이 요구된다. 따라서, 인장 강도가 980 Mpa 이상인 초고강도 이중상 강이 자동차 산업에 우선 선정되고 있는데, 왜냐하면 이러한 강도 등급의 강은 차체 무게를 효과적으로 줄이고 안전성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 차체의 자체 무게를 줄이고 에너지 소비를 줄이려는 목적을 달성하기 위해, 차체의 안전 성능을 보장하면서 고강도 강, 특히 고급 고강도 강이 차체 설계에서 점점 더 많이 사용된다. 이중상 강은 낮은 항복 강도, 높은 인장 강도 및 높은 초기 가공 경화율과 같은 뛰어난 성질로 인해 자동차 부품 생산에 널리 사용된다. 그러나, 박형화에 대한 요구가 점점 높아짐에 따라, 사용자는 심지어 특히 카시트(car seat)의 사용에서 두께가 0.5 내지 0.7 mm인 강을 요구한다.
그러나, 현재, 초고강도 등급의 냉간 압연 어닐링된 이중상 강의 두께는 대부분 1.0 내지 2.3 mm이다.
이를 고려하여, 산업 요구 사항을 충족시키기 위해 초박형 1000 MPa 등급 이중상 강을 얻는 것이 요망된다.
발명의 개요
본 발명의 목적 중 하나는 1000 MPa 이상의 인장 강도, 12% 이상의 파단 신장률 및 뛰어난 굽힘 성질을 갖는, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 냉간 압연 어닐링된 이중상 강으로서, 강이 페라이트 및 마르텐사이트의 미세구조를 갖고, 질량 백분율 기준으로 0.08% 내지 0.1%의 C, 1.95% 내지 2.2%의 Mn, 0.1% 내지 0.6%의 Si, 0.020% 내지 0.050%의 Nb, 0.020% 내지 0.050%의 Ti, 0.015% 내지 0.045%의 Al, 0.40% 내지 0.60%의 Cr, 0.2% 내지 0.4%의 Mo, 0.001% 내지 0.005%의 Ca, 및 나머지로 Fe 및 그 밖의 불가피한 불순물의 화학 원소를 포함하는, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강을 제공한다.
본 발명자들은 본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강의 화학 원소를 설계하였으며, 설계 원리는 다음과 같다:
탄소: 본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강에서, 탄소는 재료의 높은 강도를 얻도록 하기 위한 고용체 강화 원소이다. 탄소의 질량 백분율이 너무 높거나 너무 낮으면 강 성능에 도움이 되지 않는다. 따라서, 탄소의 질량 백분율은 0.08 내지 0.1%이다. 탄소의 질량 백분율이 0.08% 미만인 경우, 동일한 임계 영역(페라이트 및 오스테나이트)에서 가열될 때 오스테나이트 함량이 낮아 강도가 불충분하게 된다. 탄소의 질량 백분율이 0.1% 초과인 경우, 탄소 당량이 증가하고 용접성이 바람직하지 않다.
망간: Mn은 오스테나이트의 경화성을 강하게 향상시키고, 강의 강도를 효과적으로 증가시키는 원소이지만 용접에는 불리하다. 따라서, Mn의 질량 백분율은 1.95 내지 2.2%이다. Mn의 질량 백분율이 1.95% 미만이면, 강의 강도가 불충분하다. Mn의 질량 백분율이 2.2% 초과면, 강의 강도도 탄소 당량도 너무 높다.
규소: Si는 고용체 강화 원소이다. 한편으로, Si는 재료의 강도를 향상시킬 수 있고, 다른 한편으로, Si는 탄소의 오스테나이트로의 분리를 가속화하고 페라이트를 정제함으로써 최종 생성물의 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 페라이트 상에 용해된 규소는 가공 경화를 촉진하여 신장률을 증가시키고 국소 응력 변형을 향상시킴으로써 굽힘 성질의 향상에 기여할 수 있다. 그러나, 강에 첨가된 과도한 규소는 표면에 쉽게 집중되어 제거하기 어려운 산화물 막을 형성한다. 따라서, 본 발명의 기술적 해결책에서, Si의 질량 백분율은 0.1 내지 0.6%이다.
니오븀: Nb은 탄화질화물의 석출 원소이다. Nb는 입자를 미세화하고 탄화질화물을 침전시키며 재료 강도를 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강에서 Nb의 질량 백분율은 0.020 내지 0.050%이다.
티타늄: Ti는 탄화질화물의 석출 원소이며 질소를 고정하고 입자를 미세화하는 데 사용된다. 따라서, 본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강에서 Ti의 질량 백분율은 0.020 내지 0.050%이다.
Al: Al은 강에서 결정 입자를 탈산 및 미세화하는 효과가 있다. 따라서, Al의 질량 백분율은 0.015 내지 0.045%로 조절된다.
크롬: Cr은 강의 경화성을 향상시키고, 마르텐사이트 구조의 형성을 용이하게 할 수 있다. 따라서, Cr의 질량 백분율은 0.40 내지 0.60%로 조절된다.
몰리브덴: Mo는 강의 경화성을 향상시키고, 강의 강도를 효과적으로 높이고, 탄화물의 분포를 향상시키고, 강의 전체 성능을 향상시킬 수 있다. B를 첨가하지 않는 경우, 본 발명의 기술적 용액은 Mo를 0.2 내지 0.4%의 질량 퍼센트로 포함한다. Mo의 질량 백분율이 0.2% 미만인 경우, 그 효과는 명백하지 않으며, 탄화물은 분산될 수 없다. Mo의 질량 백분율이 0.4% 초과인 경우, 강도가 너무 높다.
칼슘: Ca는 S를 CaS 형태로 석출시키고, 균열 발생을 억제하며, 굽힘 성질을 향상시키는 데 유리하다. 상기 효과를 달성하기 위해, Ca의 질량 백분율을 0.001% 이상으로 조절할 필요가 있다. 그러나, Ca의 질량 백분율이 0.005%를 초과하면 그 효과는 포화된다. 따라서, 본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강에서 Ca의 질량 백분율은 0.001 내지 0.005%이다.
질소: N은 강의 불순물 원소이다. 과도한 N 함량은 슬래브 표면에 균열을 일으키는 경향이 있다. 따라서 N의 질량 백분율이 낮을수록 더 좋다. 제조 비용 및 공정 조건을 고려하면, N의 질량 백분율은 0.005% 이하로 조절된다.
인: P는 강의 불순물 원소이다. P의 질량 백분율이 낮을수록 더 좋다. 제조 비용 및 공정 조건을 고려하면, P는 0.015% 이하이다.
황: S는 강의 불순물 원소이다. S의 질량 백분율이 낮을수록 더 좋다. 제조 비용 및 공정 조건을 고려하면, S는 0.005% 이하이다.
또한, 본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강에서, 마르텐사이트 상의 비율은 50% 이상이고, 페라이트 상에 대한 마르텐사이트 상의 비율이 1 초과 및 4 미만이다.
상기 기술적 해결책에서, 강도 및 인성(toughness)의 포괄적 성질의 관점에서, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강의 미세구조는 연질 페라이트 상 및 경질 마르텐사이트 상을 필요로 한다. 초박형 사양 및 높은 강도를 달성하기 위해, 구조에서 마르텐사이트 상의 비율은 적어도 50%이어야 한다. 페라이트 상에 대한 마르텐사이트 상의 비율은 다음과 같은 이유로 1 초과 및 4 미만이다. 페라이트 상에 대한 마르텐사이트 상의 비율이 1보다 크면, 재료의 국소 변형 능력 및 굽힘 성질이 향상된다. 그러나, 페라이트 상에 대한 마르텐사이트 상의 비율이 4를 초과하면, 크게 감소된 페라이트 함량으로 인해 신장률이 크게 감소된다. 페라이트 상에 대한 마르텐사이트 상의 비율은 1 초과 및 4 미만이다.
또한, 본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강에서, 마르텐사이트는 평균 입자 크기가 3 내지 6 ㎛이다.
상기 기술적 해결책에서, 마르텐사이트의 평균 입자 크기가 너무 작으면, 이러한 결정 입자는 국소 균열의 근원이 되는 경향이 있어 국소 변형성을 감소시키고, 최종적으로 굽힘 능력을 감소시킨다. 그러나, 마르텐사이트의 평균 입자 크기가 너무 크면, 오스테나이트화 정도가 너무 높아서, 재료의 강도가 지나치게 높게 되고 신장률이 지나치게 낮게 된다. 따라서, 마르텐사이트의 평균 입자 크기는 3 내지 6 ㎛이다.
또한, 본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강은 1000 MPa 이상의 인장 강도 및 12% 이상의 파단 신장률을 갖는다.
따라서, 본 발명의 다른 목적은 상기 냉간 압연 어닐링된 이중상 강으로 제조된 냉간 압연 어닐링된 이중상 강판을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강판은 0.5 내지 0.7 mm의 두께를 갖는다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 냉간 압연 어닐링된 이중상 강판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 강판은 고강도 및 초박형 크기의 이점을 가지며, 자동차에 사용하기에 적합하고, 특히 시트의 프레임 및 후면 판을 제조하는데 적합하다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상기 냉간 압연 어닐링된 이중상 강판을 제조하는 방법으로서,
(1) 제련 및 주조 단계;
(2) 열간 압연 단계;
(3) 냉간 압연 단계;
(4) 어닐링 단계;
(5) 조질 압연(temper rolling) 단계를 포함하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에서, 단계(2)에서는, 압연 하중의 안정화를 보장하기 위해 가열 온도가 바람직하게는 1200℃ 이상이다. 한편, 산화 연소 손실의 증가를 방지하기 위해, 가열 온도의 상한은 바람직하게는 1260℃이다. 따라서, 슬래브는 1200 내지 1260℃의 온도에서 침지된 후 압연된다. 또한, 어닐링 후의 성형성 및 거친 입자로 인한 구조의 불균일성을 고려하여 피니시 압연 온도는 840 내지 930℃이고, 압연 후, 슬래브는 20 내지 70℃/s의 속도로 냉각된 후, 코일링된다. 코일링 온도는 열간 압연판의 형상 및 표면 산화철 스케일의 관점에서 바람직하게는 500 내지 620℃이다.
또한, 본 발명의 제조 방법에서, 단계(3)에서는, 산 세척(pickling)에 의해 표면 산화철 스케일을 제거한 후, 구조에서 보다 많은 다각형 페라이트를 형성하기 위해, 냉간 압연 감소율이 65 내지 78%로 조절된다.
또한, 본 발명의 제조 방법에서, 단계(4)에서는, 어닐링 동안 침지 온도 및 시간이 오스테나이트화 정도를 결정하고 궁극적으로는 구조에서 페라이트 상에 대한 마르텐사이트 상의 비율을 결정한다. 어닐링 동안 지나치게 높은 침지 온도는 과량의 마르텐사이트 상을 초래하여, 최종적으로 얻어지는 강판의 강도를 과도하게 상승시킨다. 그러나, 어닐링 동안의 침지 온도가 너무 낮으면, 마르텐사이트 상의 비율이 너무 작아서, 궁극적으로 얻어지는 강판의 강도가 낮아진다. 또한, 어닐링 동안 침지 시간이 너무 짧으면 오스테나이트화 정도가 불충분하고; 어닐링 동안 침지 시간이 너무 길면 오스테나이트 입자가 조대화된다. 따라서, 본 발명의 제조 방법에서, 어닐링 동안의 침지 온도는 780 내지 820℃로 조절되고, 어닐링 시간은 40 내지 200초이다. 어닐링 후, 45 내지 100℃/s의 속도로 급속 냉각이 수행된다. 급속 냉각의 개시 온도는 650 내지 730℃이고, 에이징(aging) 온도는 200 내지 260℃이며, 오버에이징(overaging) 시간은 100 내지 400초이다.
또한, 본 발명의 제조 방법에서, 단계(5)에서는, 강판의 평탄성을 확보하기 위해, 소정량의 레벨링이 요구된다. 그러나 레벨링 양이 너무 많으면 항복 강도가 너무 높아질 것이다. 따라서, 본 발명의 제조 방법에서, 레벨링 감소율은 0.3% 이하로 조절된다.
본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강은 1000 MPa 이상의 인장 강도, 12% 이상의 파단 신장률, 및 뛰어난 굽힘 성질을 갖는다. 따라서, 이로부터 제조된 강판은 자동차 산업에서 사용하기에 적합하고, 특히 프레임 및 시트의 후면 판을 제조하는데 적합하다.
본 발명에 따른 제조 방법은 또한 상기 이점을 갖는다.
상세한 설명
이하, 특정 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강 및 이의 제조 방법이 추가로 설명되고 예시될 것이다. 그러나, 설명 및 예시는 본 발명의 기술적 해결책을 과도하게 제한하지 않는다.
실시예 1-6 및 비교 실시예 1-9
표 1은 실시예 1-6의 냉간 압연 어닐링된 이중상 강 및 비교 실시예 1-9의 통상적인 강의 화학 원소의 질량 백분율을 열거한다.
Figure pct00001
실시예 1-6의 냉간 압연 어닐링된 이중상 강 및 비교 실시예 1-9의 통상적인 강은 하기 단계를 포함하는 제조 방법에 의해 강판으로 제조된다:
(1) 표 1에 열거된 화학 원소의 질량 백분율에 따른 제련 및 주조 단계;
(2) 열간 압연: 슬래브를 1200 내지 1260℃의 온도에서 침지시킨 후 압연시키고; 피니시 압연 온도는 840 내지 930℃이고; 압연 후, 20 내지 70℃/s의 속도로 냉각시킨 후, 코일링하고; 코일링 온도는 500 내지 620℃인 단계;
(3) 냉간 압연: 냉간 압연 감소율이 65 내지 78%인 단계;
(4) 어닐링: 어닐링 동안의 침지 온도는 780 내지 820℃이고, 어닐링 시간은 40 내지 200초이고; 어닐링 후, 45 내지 100℃/s의 속도로 급속 냉각을 수행하고; 급속 냉각 개시 온도는 650 내지 730℃이고, 에이징 온도는 200 내지 260℃이며, 오버에이징 시간은 100 내지 400초인 단계;
(5) 0.3% 이하의 감소율로 조질 압연하는 단계.
표 2는 실시예 1-6의 냉간 압연 어닐링된 이중상 강의 제조 방법 및 비교 실시예 1-9의 통상적인 강의 제조 방법의 특정 공정 파라미터를 열거한다.
Figure pct00002
표 3은 실시예 1-6의 냉간 압연 어닐링된 이중상 강 및 비교 실시예 1-9의 통상적인 강으로 제조된 강판의 전형적인 미세구조, 기계적 성질 및 굽힘 성질을 열거한다.
Figure pct00003
표 3에서 알 수 있는 바와 같이, 각각의 실시예 1 내지 6의 냉간 압연 어닐링된 이중상 강은 1000 MPa 이상의 인장 강도, 12% 이상의 파단 신장률, 및 페라이트 및 마르텐사이트의 미세구조를 가지며, 마르텐사이트 상의 비율은 50% 이상이고, 페라이트 상에 대한 마르텐사이트 상의 비율은 1 초과 및 4 미만이고, 마르텐사이트의 평균 입자 크기는 3 내지 6 ㎛이다. 각 실시예의 강판은 0.5 내지 0.7 mm의 두께를 갖는다. 본 발명의 각각의 실시예의 냉간 압연 어닐링된 이중상 강으로 제조된 강판은 고강도, 얇은 두께 및 우수한 굽힘 성질의 이점을 가짐을 알 수 있다.
상기는 단지 본 발명의 특정 실시예를 예시한 것임을 주목해야 한다. 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 많은 유사한 변형이 있음이 명백하다. 본 개시내용으로부터 당업자에 의해 직접 도출되거나 구상될 수 있는 모든 변형은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (11)

  1. 냉간 압연 어닐링된 이중상 강(cold-rolled annealed dual-phase steel)으로서, 상기 강은 페라이트 및 마르텐사이트의 미세구조를 갖고, 질량 백분율 기준으로 0.08% 내지 0.1%의 C, 1.95% 내지 2.2%의 Mn, 0.1% 내지 0.6%의 Si, 0.020% 내지 0.050%의 Nb, 0.020% 내지 0.050%의 Ti, 0.015% 내지 0.045%의 Al, 0.40% 내지 0.60%의 Cr, 0.2% 내지 0.4%의 Mo, 0.001% 내지 0.005%의 Ca, 및 나머지로 Fe 및 그 밖의 불가피한 불순물의 화학 원소를 포함하는, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강.
  2. 제1항에 있어서, 마르텐사이트 상의 비율이 50% 이상이고, 페라이트 상에 대한 마르텐사이트 상의 비율이 1 초과 및 4 미만인, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강.
  3. 제1항에 있어서, 마르텐사이트가 3 내지 6㎛의 평균 입자 크기를 갖는, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강.
  4. 제1항에 있어서, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강이 1000 MPa 이상의 인장 강도 및 12% 이상의 파단 신장률을 갖는, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강으로 제조된, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강판.
  6. 제5항에 있어서, 강판이 0.5 내지 0.7 mm의 두께를 갖는, 냉간 압연 어닐링된 이중상 강판.
  7. 제5항 또는 제6항에 따른 냉간 압연 어닐링된 이중상 강판을 제조하는 방법으로서,
    (1) 제련 및 주조 단계;
    (2) 열간 압연 단계;
    (3) 냉간 압연 단계;
    (4) 어닐링 단계; 및
    (5) 조질 압연(temper rolling) 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 단계(2)에서, 슬래브가 1200 내지 1260℃의 온도에서 침지되고, 피니시 압연 온도가 840 내지 930℃로 조절되고; 압연 후, 생성된 강판이 20 내지 70℃/s의 속도로 냉각된 후; 500 내지 620℃의 온도에서 코일링되는 방법.
  9. 제7항에 있어서, 단계(3)에서, 냉간 압연 감소율이 65 내지 78%로 조절되는 방법.
  10. 제7항에 있어서, 단계(4)에서, 어닐링 동안 침지 온도가 780 내지 820℃이고, 어닐링 시간이 40 내지 200초이고; 어닐링 후, 45 내지 100℃/s의 속도로 급속 냉각이 수행되고, 급속 냉각 개시 온도가 650 내지 730℃이고, 에이징(aging) 온도가 200 내지 260℃이고, 오버에이징(overaging) 시간이 100 내지 400초인 방법.
  11. 제7항에 있어서, 상기 단계(5)에서, 조질 압연이 0.3% 이하의 감소율로 수행되는 방법.
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