KR20200070293A - 갈바닐링된 강 시트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 특정 강 시트의 제공 단계, 재결정화 어닐링 단계, 용융아연도금 단계 및 합금화 처리 단계를 포함하고, 또한 본 발명은 갈바닐링된 강 시트 및 상기 갈바닐링된 강 시트의 용도에 관한 것이다.

Description

갈바닐링된 강 시트
본 발명은 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법 및 갈바닐링된 강 시트에 관한 것이다. 본 발명은 자동차 산업에 특히 상당히 적합하다.
차량의 중량을 줄이기 위해, 자동차 제조에 고강도 강을 사용하는 것이 공지되어 있다. 예를 들어, 구조 부품의 제조를 위해, 그러한 강의 기계적 특성이 개선되어야 한다. 강의 기계적 특성을 향상시키기 위해 합금화 원소들을 추가하는 것이 공지되어 있다. 따라서, TRIP (변태 유기 소성; Transformation-Induced Plasticity) 강, DP (이중상; Dual Phase) 강, HSLA (고강도 저합금; High-Strength Low Alloyed) 강, TRIPLEX, DUPLEX 을 포함하는 높은 기계적 특성들을 가지는 고강도 강 또는 초고강도 강이 제조되고 또한 사용된다.
일반적으로, DP 강은 페라이트-마텐자이트 미세조직을 갖는다. 이는 2 차 상으로서 마텐자이트 섬 (islands of martensite) 을 포함하는 소프트 페라이트 매트릭스로 이루어지는 미세조직을 초래한다 (마텐자이트가 인장 강도를 증가시킴). DP 강의 전반적인 거동은 강의 화학 조성에 더하여 특히 상들의 체적 분율 및 형태학 (입자 크기, 양태, 비율 등) 에 의해 좌우된다. DP 강은 낮은 초기 항복 응력 (페라이트 상에 의해 제공됨) 및 높은 초기-단계 변형 경화와 결합된 높은 극한 인장 강도 (UTS, 마텐자이트에 의해 가능해짐) 을 갖는다. 이러한 기능은 DP 강을 자동차 관련 시트 성형 작업에 이상적인 재료로 만든다.
이의 장점은, 낮은 항복 강도, 낮은 항복 강도 대 인장 강도 비, 높은 초기 가공경화율 (strain hardening rates), 양호한 균일 연신율, 높은 변형률 속도 민감지수 (strain rate sensitivity) 및 양호한 내피로성이다.
일반적으로, 이러한 강은 내식성, 인산염처리성 (phosphatability) 등과 같은 특성들을 향상시키는 금속 코팅으로 코팅된다. 금속 코팅은 강 시트의 어닐링 후에 용융아연도금 (hot-dip galvanizing) 에 의해 디포짓될 수 있다. 때때로, 합금화 처리가 후속되어, 강 시트의 철이 갈바닐링된 강 시트라 불리는 강 시트 상에 아연-철 합금을 얻기 위하여 아연 코팅을 향해 확산된다. 이러한 갈바닐링된 강 시트는 양호한 용접 거동을 갖는다.
하지만, 특히 DP 강들에 대해, 연속 어닐링 라인에서 수행된 어닐링 동안, 망간 (Mn), 알루미늄 (Al), 규소 (Si) 또는 크롬 (Cr) 과 같은 (철에 비해) 산소에 대한 더 높은 친화력을 갖는 합금화 원소가 산화되고, 또한 표면에서 산화물의 형성으로 이어진다. 예를 들어 산화망간 (MnO) 또는 산화규소 (SiO2) 인 이러한 산화물은 강 시트의 표면에 연속적인 또는 불연속적인 필름의 형태로 존재할 수 있다. 이는 도포되는 금속 코팅의 적절한 점착을 방지하고, 또한 최종 제품에 코팅이 없는 구역 또는 코팅의 박리와 관련된 문제를 초래할 수 있다.
DP 강을 갈바닐링 (galvannealing) 하는 것은 강 시트에서의 어닐링 동안 형성된 산화물들이 Fe-Zn 형성을 방해할 수 있기 때문에 어려운 과제이다. 실제로, 철 확산이 방해되기 때문에 형성된 산화물은 갈바닐링을 지연시킬 수 있다. 갈바닐링은 특히 강 시트의 표면에서의, 강 시트 내의 산화물의 분포, 산화물의 형태학 및 때때로 형성된 산화물의 성질에 의존한다.
특허 출원 EP2415896 은, 질량 기준으로, 0.01% ~ 0.18% 의 C, 0.02% ~ 2.0% 의 Si, 1.0% ~ 3.0% 의 Mn, 0.001% ~ 1.0% 의 Al, 0.005% ~ 0.060% 의 P, 및 0.01% 이하의 S 를 포함하고 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물인 강 시트 상에 배치된, 20 g/m2 ~ 120 g/m2 의 단위 면적 당 질량을 갖는, 아연 도금층을 포함하는 고강도 아연도금 강 시트를 제조하기 위한 방법을 개시하고, 또한 연속 아연도금 라인에서 강 시트를 어닐링 및 아연도금하는 것을 포함한다. A℃ ~ B℃ 의 노 온도를 갖는 온도 구역은 600 ≤ A ≤ 780 및 800 ≤ B ≤ 900 인 가열 프로세스에서 -5℃ 이상의 분위기 이슬점 온도에서 수행된다. A℃ ~ B℃ 의 구역과는 상이한 어닐링 노에서의 분위기의 이슬점 온도는 특히 제한되지 않고, 또한 바람직하게는 -50℃ ~ -10℃ 이다. 아연 도금층 내 Fe 의 함량이 7 ~ 15 중량% 내에 있도록 아연도금 후에 450 ~ 600 ℃ 의 온도로 강 시트를 가열함으로써 강 시트를 합금화하는 것을 추가로 포함하는 방법이 또한 개시된다.
상기 방법에 의해 얻어진 갈바닐링된 강 시트는, Fe, Si, Mn, Al, P, B, Nb, Ti, Cr, Mo, Cu, 및 Ni 로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상의 산화물이 도금층 바로 아래에 있고 또한 단위 면적 당 0.010 g/m2 ~ 0.50 g/m2 로 베이스 강 시트의 표면으로부터 100 ㎛ 내에 있는 강 시트의 표면 부분에 형성되는 텍스쳐 또는 미세조직을 갖고, 또한 결정질 Si 산화물, 결정질 Mn 산화물, 또는 결정질 Si-Mn 복합 산화물은 도금층으로부터 아래로 10 ㎛ 내의 구역에 존재하고 또한 결정립계로부터 1 ㎛ 내에 있는 베이스 금속 입자들에서 석출된다.
하지만, 전술한 방법을 사용함으로써, FeO 와 같은 중요한 외부 산화물 층이 강 시트의 표면에 형성되는 위험이 있다. 이러한 경우에, 외부 산화물 모두를 환원시키기 어려워, 강 표면에 아연의 나쁜 습윤성 및 나쁜 코팅 접착성으로 이어지고, 합금화 처리 동안, 아연 코팅으로의 철의 확산이 상당히 지연될 위험이 있다. 따라서, 이러한 경우에, 갈바닐링된 강 시트를 얻기 위해 합금화 처리를 수행하는데에는 관심이 없다.
특허 출원 JP2008156734 는 고강도 용융아연도금된 강 시트를 제조하기 위한 방법을 개시하고, 상기 방법은
- 청구항 1 또는 청구항 2 에 개시된 성분들로 구성된 강을 열간 압연, 산세 및 냉간 압연하고, 생성된 강 시트를 용융아연도금 처리하여, 용융아연도금된 강 시트를 제조하는 단계를 포함하고;
- 열간 압연에서, 슬래브 가열 온도는 1150 ~ 1300℃ 로 설정되고, 마무리 압연 온도는 850 ~ 950℃ 로 설정되고, 또한 와인딩 온도는 400 ~ 600℃ 로 설정되고;
- 산세에서, 욕 온도는 10℃ 초과 그리고 100℃ 미만으로 설정되고, 또한 염산의 농도는 1 ~ 20% 로 설정되고;
- 용융아연도금 처리에서, 600℃ 이상으로의 온도-상승 프로세스로부터 어닐링 온도를 통해 450℃ 로의 냉각 온도로의 열처리 노에서 분위기의 수소 농도는 2 ~ 20% 로 설정되고, 분위기의 이슬점은 -60 ~ -10℃ 으로 설정되고, 또한 냉간 압연된 강 시트는 10 ~ 500 초 동안 760 ~ 860℃ 의 어닐링 온도로 유지되고, 그런 다음 1 ~ 30℃/sec 의 평균 냉각 속도로 냉각된다. 방법은 또한 갈바닐링된 강 시트를 얻기 위하여 10 내지 120 초 동안 450 ~ 600℃ 의 온도 범위에서 합금화 처리를 또한 포함할 수 있다.
강 시트의 내부에, Si-계 및 Mn-계 산화물이 결정 입자 경계와 입자 내에 형성된다는 것이 언급된다.
하지만, 실시예들에서, 합금화 처리 시간은 언급되지 않는다. 또한, 산화물이 강 표면에 근접하기 때문에, 이러한 산화물의 존재가 강 시트 내에 불연속 신화물 필름을 형성하여 아연 코팅으로의 철의 확산을 억제할 위험이 있다. 따라서, 합금화 처리가 지연될 위험이 있다.
특허 출원 JP2000212648 는 우수한 가공성 및 도금 접착성을 갖는 고강도 용융아연도금된 강 시트를 제조하기 위한 일 단계 방법을 개시하고, 상기 방법은
- 0.10 wt% 이하의 P 를 포함하는 강 슬래브를 열간 압연 후 산세하는 단계, 또는 그렇지 않으면 강 슬래브를 냉간 압연하는 단계;
- 가열 온도 (T) 가 750℃ 이상 그리고 1000℃ 이하이고 이하의 식 (2) 를 만족시키는 분위기에서 가열하는 단계로서, 분위기 가스의 이슬점 (t) 은 이하의 식 (3) 을 만족시키고, 또한 분위기 가스의 수소 농도는 1 ~ 100 vol% 인, 상기 가열하는 단계; 및
용융아연도금 단계
를 포함한다:
0.85 ≤ {[P(wt%)+(2/3)]*1150}/{T(℃)} ≤ 1.15 (2);
0.35 ≤ {[P(wt%)+(2/3)]*(-30)}/{t(℃)} ≤ 1.8 (3).
방법은 또한 갈바닐링된 강 시트를 얻기 위하여 추가의 합금화 처리를 개시한다.
일 단계 열 처리 방법이 수행되는 JP2000212648 의 모든 실시예들 (실시예 18 ~ 실시예 26) 은 가열 온도 (T) 가 810 ~ 850℃ 이고, 이슬점이 매우 건조하거나 (≤ -35℃) 매우 습한 (≥ 35℃) 열 감소 처리를 포함하여 코팅 접착력을 허용한다. 750 ~ 1000℃ 의 열 감소 처리에는 합금화 처리가 후속된다.
JP2000212648 의 일 단계 방법의 비교예 (비교예 10) 만이 매우 적은 양의 Si 및 Cr 을 가지는 강 시트로 수행된다. 이러한 경우에, 일 단계 열 처리 방법은 가열 온도 (T) 가 820℃ 이고 이슬점이 0℃ 인 열 감소 처리를 포함한다. 여기에는 합금화 처리가 후속되어 480℃ 에서 수행되었다. 하지만, P-계 산화물은 환원되지 않아서, 합금화 후에 나쁜 코팅 접착성 및 나쁜 외관으로 이어진다.
특허 출원 JP2011117040 는, 질량% 로, 0.01 ~ 0.25% 의 C, 0.3 ~ 2.0% 의 Si, 0.030 ~ 3.0% 의 Mn, 0.050% 이하의 P, 0.010% 이하의 S, 0.0060% 이하의 N, 및 0.5% 이하의 sol. Al, Fe 및 불순물인 잔부를 포함하는 강 조성을 가지는 강 시트 베이스 재료, 및 상기 강 시트 베이스 재료의 표면에, 질량% 로, 8.0 ~ 15% 의 Fe 및 0.15 ~ 0.50% 의 Al 을 포함하는 도금층을 포함하는 합금화 용융아연도금된 강 시트를 개시하고, 상기 강 시트는 Si, Mn 또는 Al 의 단일 산화물, 이들 중 둘 이상을 포함하는 산화물, 또는 이들 중 둘 이상의 산화물 및 Fe 를 포함하는 복합 산화물을 더 포함하고, 단일 산화물, 산화물, 또는 복합 산화물은 도금층과 강 시트 베이스 재료 사이의 경계로부터 2㎛ 의 깊이 내에서 강 시트 베이스 재료 내에 그리고 0.10㎛ 이하의 최대 입자 직경을 가지는 단일 산화물, 산화물 또는 복합 산화물 내에 존재한다.
이는 또한 합금화 용융아연도금된 강 시트의 제조 방법을 개시하고, 상기 방법은
- 질량% 로, 0.01 ~ 0.25% 의 C, 0.3 ~ 2.0% 의 Si, 0.030 ~ 3.0% 의 Mn, 0.050% 이하의 P, 0.010% 이하의 S, 0.0060% 이하의 N, 및 0.5% 이하의 sol. Al 을 포함하는 화학 조성을 가지는 강 슬래브를 열간 압연하고 650℃ 이하의 코일링 온도에서 얻어진 연간 압연된 강 시트를 코일링하는 열간 압연 단계;
- 열간 압연된 강 시트를 산세하는 산세 단계;
- 50% 이상의 두께 감소로 산세 단계에서 산세된 열간 압연된 강 시트를 냉간 압연하는 냉간 압연 단계; 및
- 냉간 압연 단계 후에 냉간 압연된 강 시트를, 1 ~ 30 vol.% 의 수소 농도 및 -30℃ ~ 10℃ 의 이슬점을 갖는 질소-수소 분위기 하에서, 700℃ 이상의 온도 범위에서 강 시트의 표면의 환원을 위해 연속 용융아연도금 라인 내의 환원 어닐링 노에서 어닐링하여 용융아연도금 (hot-dip galvanization) 을 연속적으로 수행하는 용융아연도금 단계;
- 합금화 처리단계
를 포함한다.
그럼에도 불구하고, Si, Mn 또는 Al 의 단일 산화물, 이들 중 둘 이상을 포함하는 산화물, 이들 중 둘 이상 및 Fe 를 포함하는 복합 산화물을 포함하는 완전히 상이한 성질을 가지는 다수의 산화물들이 어닐링 동안 형성될 수 있다. 산화물의 성질, 특히 Al 을 포함하는 산화물 및 이들 중 둘 이상 및 Fe 를 포함하는 복합 산화물은 연속층의 형태로 형성될 수 있어서, 갈바닐링을 지연시키고 코팅 접착성을 감소시킨다.
특허 출원 JP2011153367 은, 질량% 의 관점에서, C: 0.03 ~ 0.20%, Mn: 0.03 ~ 3.0%, Si: 0.1 ~ 2.5%, S: 0.01% 이하, P: 0.1% 이하, sol. Al: 1.0% 이하, N: 0.01% 이하, 및 Bi: 0.0001 ~ 0.05% 를 포함하는 강 시트에 대한 어닐링, 용융아연도금, 및 합금화 처리를 포함하는 갈바닐링된 강을 제조하기 위한 방법을 개시하고, 어닐링에서 재결정화 온도까지의 가열 시에, 어닐링은 적어도 650℃ 에서 재결정화 온도까지의 가열 동안 어닐링 노에서 -25 ~ 0℃ 의 이슬점을 갖는 재결정화 온도에 대해 수행된다.
하지만, 강 내 비스무트의 존재는 강의 기계적 특성을 감소시킬 수 있다. 게다가, 고강도강 및 초고강도강의 갈바닐링을 지연시키고 코팅 접착성을 감소시킬 위험이 있다.
추가적으로, 특허 출원 JP2011153367 의 도 1 에 도시된 바와 같이, 방법은 이슬점이 -60℃ 인 N2-10 vol.% 의 H2 를 갖는 노의 퍼지에 의해 시작된다. 가스는 가열의 시작 시에 미리 결정된 높은 이슬점으로 변경된다. 실제로, 시트 온도가 650℃ 에 도달될 때, 노는 미리 결정된 이슬점, 예컨대 -10℃ 를 가지는 높은 이슬점 가스로 다시 퍼징된다. 그 후, 시트 온도가 재결정화 온도와 같거나 재결정화 온도보다 높은 860℃ 에 도달될 때, 시트의 온도가 도금욕에 침지되기 전에 460℃ 에 도달되어, 가스는 초기 낮은 이슬점 가스, 즉 -60℃ 로 다시 전환된다.
따라서, 방법은 세 개의 퍼지들:
- 이슬점이 -60℃ 인 가스로 방법을 개시할 때의 일 퍼지,
- 어닐링 동안 이슬점이 -10℃ 인 가스로 강 시트의 온도가 650℃ 에 도달할 때의 일 퍼지, 그리고
- 어닐링 동안 낮은 이슬점이 -60℃ 인 가스로 강 시트의 온도가 850℃ 에 도달할 때의 다른 일 퍼지
를 요구한다.
이러한 방법은 산업 규모, 특히 연속 어닐링 라인에서 관리하기 매우 어렵다.
따라서, 재결정화 어닐링 방법, 화학 조성 및 강 미세조직에 더하여, 재결정화 어닐링 동안 형성되는 산화물 성질 및 산화물 재분할 (oxides repartition) 은 또한 DP 강의 갈바닐링 동역학 (galvannealing kinetics) 을 향상시기 위해 고려되어야 하는 중요한 특성이다.
결과적으로, 고강도 강 및 초고강도 강, 특히 일정양의 합금화 원소를 포함하는 DP 강의 습윤성 및 코팅 접착성을 향상시키기 위한 방법을 찾을 필요가 있다.
그러므로, 본 발명의 목적은 합금화 원소들을 포함하는 화학 조성을 가지는 갈바닐링된 강 시트를 제공하는 것이고, 합금화 처리 시간은 감소되어 산업적 구현을 허용한다. 다른 목적은 고품질, 즉 강으로의 철의 확산이 충분히 수행된 갈바닐링된 강 시트를 얻기 위한 것이다. 마지막으로, 상기 갈바닐링된 강 시트의 제조를 위한 구현하기 쉬운 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적은 청구항 1 에 따른 방법을 제공함으로써 달성된다. 이 방법은 또한 청구항 2 내지 청구항 13 의 임의의 특징들을 포함할 수 있다.
다른 목적은 청구항 14 에 따른 갈바닐링된 강 시트를 제공함으로써 달성된다. 갈바닐링된 강 시트는 청구항 15 내지 청구항 17 의 임의의 특징들을 또한 포함할 수 있다.
마지막으로, 상기 목적은 청구항 18 에 따른 갈바닐링된 강 시트의 용도를 제공함으로써 달성된다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명을 설명하기 위해, 다양한 실시형태들 및 비제한적인 실시예들의 시험들이 특히 이하의 도면들을 참조하여 설명될 것이다.
도 1 은 특허 출원 JP2011153367 에서 개시된 종래 기술의 일 방법을 도시한다.
도 2 는 본 발명에 따른 방법의 일 실시예를 도시한다.
이하의 용어들이 정의될 것이다:
- "vol%" 는 체적 백분율을 의미하고,
- "wt.%" 는 중량 백분율을 의미한다.
본 발명은 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법에 관한 것으로,
A. 중량% 로
0.05 ≤ C ≤ 0.20%,
1.5 ≤ Mn ≤ 3.0%,
0.10 ≤ Si ≤ 0.45%,
0.10 ≤ Cr ≤ 0.60%,
Al ≤ 0.20%,
V < 0.005%,
및, 순전히 선택적인 기준에 따라, 다음과 같은 하나 이상의 원소들
P < 0.04%,
Nb ≤ 0.05%,
B ≤ 0.003%,
Mo ≤ 0.20%,
Ni ≤ 0.1%,
Ti ≤ 0.06%
S ≤ 0.01%,
Cu ≤ 0.1%,
Co ≤ 0.1%,
N ≤ 0.01%,
철 및 정교화로부터 유래하는 불가피한 불순물로 구성되는 잔부
의 화학 조성을 가지는 강 시트의 제공 단계,
B. 이하의 하위 단계들을 포함하는, 가열 섹션, 소킹 섹션, 냉각 섹션, 선택적으로 균등화 섹션을 포함하는 전 복사 튜브로에서의 상기 강 시트의 재결정화 어닐링 단계:
i. 이슬점 (DP1) 이 -18℃ ~ +8℃ 인 불활성 가스 및 0.1 ~ 15 체적% 의 H2 를 포함하는 분위기 (A1) 를 가지는 상기 가열 섹션에서 주위 온도로부터 700 ~ 900℃ 의 온도 (T1) 로 상기 강 시트를 가열하는 단계,
ii. 분위기 (A2) 가 A1 과 동일하고 이슬점 (DP2) 이 DP1 와 동등한 상기 소킹 섹션에서 T1 으로부터 700 ~ 900℃ 의 온도 (T2) 로 상기 강 시트를 소킹하는 단계,
iii. 이슬점 (DP3) 이 -30℃ 이하인 불활성 가스 및 1 ~ 30 체적% 의 H2 를 포함하는 분위기 (A3) 를 가지는 상기 냉각 섹션에서 T2 로부터 400 ~ 700℃ 의 T3 로 상기 강 시트를 냉각시키는 단계,
iv. 선택적으로, 이슬점 (DP4) 이 -30℃ 이하인 불활성 가스 및 1 ~ 30 체적% 의 H2 를 포함하는 분위기 (A4) 를 가지는 상기 균등화 섹션에서 온도 (T3) 로부터 400 ~ 700℃ 의 온도 (T4) 로 상기 강 시트를 균등화하는 단계,
C. 아연 욕에서의 어닐링된 강 시트의 용융아연도금 단계, 및
D. 1 ~ 45 초의 시간 (t5) 동안 460 ~ 600℃ 의 온도 (T5) 에서 수행된 합금화 처리 단계
를 포함한다.
어떠한 이론에도 구속됨 없이, 본 발명에 따른 방법은 특정 화학 조성을 가지는 강 시트의 습윤성 및 코팅 접착성의 높은 향상을 허용하는 것으로 보인다. 추가적으로, 본 발명에 따른 방법으로, 감소된 시간 내에 합금화 처리를 수행하는 것이 가능하다. 실제로, JP 2011153367 (도 1) 에서 개시된 것과 같은 종래 기술의 방법과 달리 그리고 도 2 에 도시된 바와 같이, 본 발명자들은, 본 발명에 따른 재결정화 어닐링 단계가 전 복사 튜브로 (RTF) 에서 수행되고, 여기에서 가열 섹션 및 소킹 섹션은 DP 가 -18℃ ~ +8℃ 인 동일 분위기를 가지고, 0.1 ~ 15 체적% 의 H2 를 포함하는 이러한 분위기는 고품질을 가지고 높은 습윤성을 허용하는 특정 산화물 재분할을 가지는 갈바닐링된 강 시트의 제조를 허용한다는 것을 발견하였다. 특히, MnO, FeO 및 Mn2SiO4 를 포함하는 산화물은 강 시트의 표면에서 재결정화 어닐링 단계 동안 형성되고, 내부적으로 높은 습윤성 및 코팅 접착성을 허용한다. 바람직하게는, 이러한 외부 산화물은 강 시트의 표면에서 구상체들의 형태로 존재한다. 따라서, 합금화 처리 동안, 강의 철은 감소된 시간 내에 코팅을 향해 쉽게 확산될 수 있다.
전술한 특정 강 시트의 재결정화 어닐링 단계가 본 발명에 따라 수행되지 않는 경우, 특히 가열 섹션 및 소킹 섹션이 동일한 분위기를 가지지 않는 경우 그리고 이슬점이 -18℃ 미만인 경우, MnO, FeO 및 Mn2SiO4 과 같은 산화물을 형성할 위험이 있고, 이러한 산화물은 주로 또는 오로지 외부에 있다. 더욱이, 이러한 산화물이 강 시트의 표면에서 두꺼운 연속층을 형성하여 습윤성을 상당히 감소시키는 위험이 있다. 이러한 경우에, 갈바닐링된 강 시트를 얻기 위해 합금화 처리를 수행하는데에는 관심이 없다.
더욱이, 가열 섹션 및 소킹 섹션이 동일한 분위기를 가지지 않는 경우 그리고 이슬점이 8℃ 초과인 경우, MnO 및 FeO 과 같은 외부 산화물 및 Mn2SiO4 과 같은 내부 산화물을 형성할 위험이 있다. 특히, MnO 및 주로 FeO 가 강 시트의 표면에 연속층의 형태로 형성되어 습윤성을 상당히 감소시키는 위험이 있다. 이러한 경우에, 갈바닐링된 강 시트를 얻기 위하여 합금화 처리를 수행하는데 관심이 없다.
강의 화학 조성과 관련하여, 탄소량은 0.05 ~ 0.20 중량% 이다. 탄소 함량이 0.05% 미만인 경우, 인장 강도가 불충분하다는 위험이 있다. 더욱이, 강의 미세조직이 잔류 오스테나이트를 함유하면, 충분한 연신율을 달성하는데 필요한 안정성을 얻을 수 없다. 바람직한 실시형태에서, 탄소 함량은 0.05 ~ 0.15% 이다.
망간은 높은 인장 강도를 획득하는데 기여하는 고용 경화 원소이다. 이러한 효과는 Mn 함량이 적어도 1.5 중량% 일 때 얻어진다. 하지만, 3.0% 초과에서, Mn 첨가는 용접부들의 기계적 특성들에 악영향을 줄 수 있는 지나치게 표시된 편석 구역들 (segregated zones) 을 가진 조직의 형성에 기여할 수 있다. 바람직하게는, 망간 함량은 이러한 효과들을 획득하기 위해 1.5 % 내지 2.9% 이다. 이는, 강의 산업적 제조의 어려움을 증가시키지 않고 또한 용접부들의 경화성을 증가시키지 않으면서, 만족스러운 기계적 강도를 얻을 수 있게 한다.
규소는 기계적 특성 및 용접성의 요구되는 조합을 달성하기 위해 0.1 ~ 0.45 중량%, 바람직하게는 0.1 ~ 0.30 중량% 및 더 바람직하게는 0.1 ~ 0.25 중량% 의 Si 를 포함해야 하고: 규소는, 시멘타이트에서의 낮은 용해도로 인해 그리고 이러한 원소가 오스테나이트에서 탄소의 활성을 증가시킨다는 사실로 인해, 시트의 냉간 압연 후 어닐링 동안 탄화물 석출을 감소시킨다. Si 의 양이 0.45% 를 초과하면, 다른 산화물이 강 시트의 표면에 형성되어 습윤성 및 코팅 접착성을 감소시키는 것으로 보인다.
알루미늄은 0.20 중량% 이하, 바람직하게는 0.18 중량% 이하이어야 한다. 잔류 오스테나이트의 안정화와 관련하여, 알루미늄은 규소의 것과 비교적 유사한 영향을 갖는다. 그러나, 0.20 중량% 를 초과하는 알루미늄 함량은 Ac3 온도, 즉 어닐링 단계 동안 강에서 오스테나이트로의 완전 변태 온도를 증가시켜 산업 공정을 보다 비싸게 만들 것이다.
크롬은 어닐링 사이클 동안 최대 온도에서 유지된 후 냉각 단계 동안 초석정 페라이트의 형성을 지연시킬 수 있어서, 보다 높은 인장 레벨을 달성할 수 있다. 따라서, 크롬 함량은 비용적인 이유로 그리고 과도한 경화를 방지하기 위해 0.10 ~ 0.60 중량%, 바람직하게는 0.10 ~ 0.50 중량% 이다.
또한, 바나듐은 본 발명의 맥락에서 중요한 역할을 한다. 본 발명에 따라, V 의 양은 0.005% 미만, 바람직하게는 0.0001 ≤ V ≤ 0.005% 이다. 바람직하게는, V 는 석출물을 형성하여 경화 및 강화를 달성한다.
강은 P, Nb, B, Mo, Ni, Ti, S, Cu, Co, N 와 같은 원소들을 선택적으로 함유하여 석출 경화를 달성할 수도 있다.
P 및 S 는 제강으로부터 유래하는 잔류 원소로서 간주된다. P 는 < 0.04 중량% 의 양으로 존재할 수 있다. S 는 0.01 중량% 이하의 양으로 존재할 수 있다.
티타늄 및 니오븀은 또한 석출물을 형성함으로써 경화 및 강화를 달성하기 위해 선택적으로 사용될 수 있는 원소들이다. 그러나, Nb 양이 0.05% 초과이고 그리고/또는 Ti 함량이 0.06% 초과이면, 과도한 석출이 인성의 저하를 유발할 수 있어서, 이는 회피되어야 한다.
강은 0.003% 이하의 양으로 붕소를 또한 선택적으로 함유할 수도 있다. 결정립계에서의 편석에 의해, B 는 결정립계 에너지를 감소시키고, 따라서 액체 금속 취화에 대한 저항을 증가시키는데 유리하다.
0.2% 이하의 양의 몰리브덴은 이 원소가 오스테나이트의 분해를 지연시키므로 경화성을 증가시키고 잔류 오스테나이트를 안정화시키는데 효과적이다.
강은 인성을 향상시키기 위해 0.1% 이하의 양의 니켈을 선택적으로 함유할 수도 있다.
구리는 구리 금속의 석출에 의해 강을 경화시키도록 0.1% 이하의 함량으로 존재할 수 있다.
바람직하게는, 강의 화학 조성은 비스무트 (Bi) 를 포함하지 않는다. 실제로, 어떠한 이론에도 구속됨 없이, 강 시트가 Bi 를 포함하면, 습윤성은 감소하고 따라서 코팅 접착성이 감소하는 것으로 보인다.
바람직하게는, 단계 B.i) 및 단계 B.ii) 에서, A1 은 1 ~ 10 체적% 의 H2 를 포함하고, 더 바람직하게는 A1 은 2 ~ 8 체적% 의 H2 를 포함하고, A2 는 A1 와 동일하다.
유리하게는, 단계 B.i) 및 단계 B.ii) 에서, DP1 는 -15℃ ~ +5℃ 이고, 더 바람직하게는 DP1 는 -10 ~ +5℃ 이고, DP2 는 DP1 와 동등하다.
바람직한 실시형태에서, 단계 B.i) 에서, 강 시트는 초당 1℃, 예를 들어 초당 2 ~ 5℃ 의 가열 속도로 주변 온도로부터 T1 으로 가열된다.
바람직하게는, 단계 B.i) 에서, 가열은 1 ~ 500 초, 유리하게는 1 ~ 300s 의 시간 (t1) 동안 수행된다.
유리하게는, 단계 B.ii) 에서, 소킹은 1 ~ 500 초, 유리하게는 1 ~ 300s 의 시간 (t2) 동안 수행된다.
바람직하게는, 단계 B.ii) 에서, T2 는 T1 과 동등하다. 이러한 경우에, 단계 B.i) 및 단계 B.ii) 에서, T1 및 T2 은 750 ~ 850℃ 이고, T2 은 T1 과 동등하다. 다른 실시형태에서, T2 는 강 시트의 화학 조성 및 미세조직에 따라 T1 이상일 수 있다. 이러한 경우에, 단계 B.i) 및 단계 B.ii) 에서, T1 및 T2 는 서로 무관하게 750 ~ 850℃ 이다.
바람직하게는, 단계 B.iii) 에서, A3 는 1 ~ 20 중량% 의 H2, 더 바람직하게는 1 ~ 10 중량% 의 H2 를 포함한다.
바람직하게는, 단계 B.iii) 에서, DP3 는 -35℃ 이하이다.
바람직한 실시형태에서, 단계 B.iii) 에서, 냉각은 1 ~ 50 초의 시간 (t3) 동안 수행된다.
유리하게는, 단계 B.iii) 에서, 냉각 속도는 초당 10℃ 초과, 바람직하게는 초당 15 ~ 40℃ 이다.
유리하게는, 단계 B.iv) 에서, A4 는 1 ~ 20 중량%, 더 바람직하게는 1 ~ 10 중량% 의 H2 를 포함한다.
바람직하게는, 단계 B.iv) 에서, DP4 는 -35℃ 이하이다.
바람직한 실시형태에서, 단계 B.iv) 에서, 균등화는 1 ~ 100 초, 예를 들어 20 ~ 60 초의 시간 (t4) 동안 수행된다.
유리하게는, 단계 B.iii) 및 단계 B.iv) 에서, A3 는 A4 와 동일하고, DP4 는 DP3 와 동등하다.
바람직하게는, 단계 B.iv) 에서, T4 는 T3 와 동등하다. 이러한 경우에, 단계 B.iii) 및 단계 B.iv) 에서, T3 및 T4 은 400 ~ 550℃ 또는 550 ~ 700℃ 이고, T4 은 T3 과 동등하다. 다른 실시형태에서, T4 는 강 시트의 화학 조성 및 미세조직에 따라 T3 이상일 수 있다. 이러한 경우에, 단계 B.iii) 및 단계 B.iv) 에서, T3 및 T4 은 서로 무관하게 400 ~ 550℃ 또는 550 ~ 700℃ 이다.
바람직하게는, 단계 B.i) 내지 단계 B.iv) 에서, 불활성 가스는 N2, Ar, He 및 Xe 로부터 선택된다.
바람직하게는, 단계 C) 에서, 아연계 코팅은 0.01 ~ 0.4 중량% 의 Al, Zn 인 잔부를 포함한다.
유리하게는, 단계 D) 에서, T5 는 470 ~ 570℃, 더 바람직하게는 470 ~ 530℃ 이다.
바람직하게는, 단계 D) 에서, t5 는 1 ~ 35 초이고, 예를 들어 1 ~ 20s 이다.
바람직한 실시형태에서, 합금화 처리는 공기를 포함하는 분위기 (A5) 에서 수행된다.
본 발명은 또한 갈바닐링된 강 시트에 관한 것으로, 여기에서 아연 코팅은 상기 강 시트로부터 철의 확산을 통해 합금화되어, 상기 아연 코팅이 5 ~ 15 중량% 의 Fe, FeO, Mn2SiO4 및 MnO 을 포함하는 산화물, 아연인 잔부를 포함하고, 상기 강 시트는 강 시트 내에 FeO, Mn2SiO4 및 MnO 을 포함하는 내부 산화물을 포함한다. 바람직하게는 아연 또는 알루미늄 코팅 내에 존재하는 FeO, Mn2SiO4 및 MnO 을 포함하는 산화물은 구상체들의 형태로 있다.
바람직하게는, 코팅의 두께는 1 ~ 15 ㎛ 이다.
바람직하게는, 강의 미세조직은 베이나이트, 마텐자이트, 페라이트 및 선택적으로 오스테나이트를 포함한다. 일 바람직한 실시형태에서, 강의 미세조직은 1 ~ 45% 의 마텐자이트, 1 ~ 60% 의 베이나이트, 오스테나이트인 잔부를 포함한다. 다른 바람직한 실시형태에서, 강의 미세조직은 1 ~ 25% 의 프레시 마텐자이트 (fresh martensite), 1 ~ 10% 의 페라이트, 35 ~ 95% 의 마텐자이트 및 하부 베이나이트 및 10% 미만의 오스테나이트를 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 강 시트의 표면은 탈탄된다. 바람직하게는, 탈탄 깊이는 강 시트의 표면으로부터 최대 100㎛, 바람직하게는 최대 80㎛ 이다. 이러한 경우에, 어떠한 이론에도 구속됨 없이, 강 시트가 강 시트로의 탄소량의 감소로 인해 LME 에 대한 양호한 저항을 가지는 것으로 보인다. 실제로, 탄소는 액체 금속 취성 (LME) 에 대한 매우 민감한 원소인 것으로 보인다. 추가로, 굽힘성이 보다 양호하고 또한 충돌 거동이 보다 양호하다.
마지막으로, 본 발명은 자동차 부품의 제조를 위한 갈바닐링된 강 시트의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 이제 정보만을 위해 수행된 실험들에서 설명될 것이다. 이들은 비제한적이다.
실시예
이러한 실시예에서, 중량% 로 하기의 조성을 가지는 DP 강이 사용되었다:
Figure pct00001
DP 강인 모든 시험들은 표 1 의 조건들에 따른 전체 RTF 노에서 주위 온도로부터 어닐링되었다.
그런 다음, 모든 시험은 0.117 wt.% 의 알루미늄을 함유하는 아연 욕에서 용융도금 코팅되었다.
코팅 디포짓 후에, 시험들은 육안으로, 주사 전자 현미경으로 그리고 오거 분광법 (Auger spectroscopy) 으로 분석되었다. 습윤성에 대해, 0 은 코팅이 연속적으로 디포짓된 것을 의미하고, 1 은 코팅이 연속적으로 디포짓되지 않은 것을 의미한다. 습윤성이 0 이였을 때, 즉 실제로 양호했을 때, 시험들은 갈바닐링된 강 시트를 얻기 위하여 합금화되었다. 습윤성이 1 이였을 때, 즉 매우 나빴을 때, 다수의 원치 않는 산화물들의 존재가 강 시트의 표면에 존재하기 때문에, 코팅의 품질이 매우 나쁘므로, 합금할 필요가 없었다.
결과들은 이하의 표 1 에서 나타난다.
Figure pct00002
본 발명에 따른 시험 4 내지 시험 7 및 실시예 11 및 실시예 12 는 양호한 습윤성을 나타낸다. 그럼에도 불구하고, 시험 4 내지 시험 7 에 대해, 합금화 시간은 시험 11 및 시험 12 에 비해 상당히 감소되었다. 더욱이, 코팅의 표면 양태는 본 발명에 따른 실시예들에 대해 상당히 양호하였다.

Claims (18)

  1. 갈바닐링된 (galvannealed) 강 시트의 제조 방법으로서,
    A. 중량% 로
    0.05 ≤ C ≤ 0.20%,
    1.5 ≤ Mn ≤ 3.0%,
    0.10 ≤ Si ≤ 0.45%,
    0.10 ≤ Cr ≤ 0.60%,
    Al ≤ 0.20%,
    V < 0.005%,
    및, 순전히 선택적인 기준에 따라, 다음과 같은 하나 이상의 원소들
    P < 0.04%,
    Nb ≤ 0.05%,
    B ≤ 0.003%,
    Mo ≤ 0.20%,
    Ni ≤ 0.1%,
    Ti ≤ 0.06%,
    S ≤ 0.01%,
    Cu ≤ 0.1%,
    Co ≤ 0.1%,
    N ≤ 0.01%,
    철 및 정교화 (elaboration) 로부터 유래하는 불가피한 불순물로 구성되는 잔부
    의 화학 조성을 가지는 강 시트의 제공 단계,
    B. 이하의 하위 단계들을 포함하는, 가열 섹션, 소킹 (soaking) 섹션, 냉각 섹션, 선택적으로 균등화 섹션을 포함하는 전 복사 튜브로 (full radiant tube furnace) 에서의 상기 강 시트의 재결정화 어닐링 단계:
    i. 이슬점 (DP1) 이 -18℃ ~ +8℃ 인 불활성 가스 및 0.1 ~ 15 체적% 의 H2 를 포함하는 분위기 (A1) 를 가지는 상기 가열 섹션에서 주위 온도로부터 700 ~ 900℃ 의 온도 (T1) 로 상기 강 시트를 가열하는 단계,
    ii. 분위기 (A2) 가 A1 과 동일하고 이슬점 (DP2) 이 DP1 와 동등한 상기 소킹 섹션에서 T1 으로부터 700 ~ 900℃ 의 온도 (T2) 로 상기 강 시트를 소킹하는 단계,
    iii. 이슬점 (DP3) 이 -30℃ 이하인 불활성 가스 및 1 ~ 30 체적% 의 H2 를 포함하는 분위기 (A3) 를 가지는 상기 냉각 섹션에서 T2 로부터 400 ~ 700℃ 의 T3 로 상기 강 시트를 냉각시키는 단계,
    iv. 선택적으로, 이슬점 (DP4) 이 -30℃ 이하인 불활성 가스 및 1 ~ 30 체적% 의 H2 를 포함하는 분위기 (A4) 를 가지는 상기 균등화 섹션에서 온도 (T3) 로부터 400 ~ 700℃ 의 온도 (T4) 로 상기 강 시트를 균등화하는 단계,
    C. 아연 욕에서의 어닐링된 상기 강 시트의 용융아연도금 (hot-dip galvanizing) 단계; 및
    D. 1 ~ 45 초의 시간 (t5) 동안 460 ~ 600℃ 의 온도 (T5) 에서 수행된 합금화 처리 단계
    를 포함하는, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단계 A) 에서, 상기 강 시트는 0.30 중량% 미만의 Si 를 포함하는, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    단계 A) 에서, 상기 강 시트는 0.0001 중량% 초과의 V 를 포함하는, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 B.i) 및 단계 B.ii) 에서, A1 은 1 ~ 10 체적% 의 H2 를 포함하고, A2 는 A1 과 동일한, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 B.i) 및 단계 B.ii) 에서, DP1 은 -15℃ ~ +5℃ 이고, DP2 는 DP1 과 동등한, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 B.ii) 에서, T2 는 T1 과 동등한, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 B.i) 및 단계 B.ii) 에서, T1 및 T2 은 750 ~ 850℃ 인, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 B.iii) 및 단계 B.iv) 에서, A3 는 A4 와 동일하고, DP4 는 DP3 와 동등한, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 B.i) 내지 단계 B.iv) 에서, 상기 불활성 가스는 N2, Ar, He 및 Xe 로부터 선택되는, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    아연계 코팅은 0.01 ~ 0.4 중량% 의 Al 을 포함하고, 잔부는 Zn 인, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 D) 에서, T5 는 470 ~ 570℃ 인, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 D) 에서, t5 는 1 ~ 35 초인, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    강의 화학 조성은 비스무트 (Bi) 를 포함하지 않는, 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법으로부터 얻을 수 있는 갈바닐링된 강 시트로서,
    아연 코팅이 상기 강 시트로부터 철의 확산을 통해 합금화되어, 상기 아연 코팅은 5 ~ 15 중량% 의 Fe, FeO, Mn2SiO4 및 MnO 을 포함하는 산화물, 아연인 잔부를 포함하고, 상기 강 시트는 상기 강 시트 내에 FeO, Mn2SiO4 및 MnO 을 포함하는 내부 산화물을 포함하는, 갈바닐링된 강 시트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    아연 코팅 또는 알루미늄 코팅에 존재하는 산화물은 구상체들 (nodules) 의 형태인, 갈바닐링된 강 시트.
  16. 제 15 항에 있어서,
    강의 미세조직은 베이나이트, 마텐자이트, 페라이트 및 선택적으로 오스테나이트를 포함하는, 갈바닐링된 강 시트.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 시트의 표면은 탈탄되는, 갈바닐링된 강 시트.
  18. 자동차 부품의 제조를 위한, 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 따른 갈바닐링된 강 시트 또는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 갈바닐링된 강 시트의 제조 방법으로부터 얻을 수 있는 갈바닐링된 강 시트의 용도.
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