KR20200077588A - 냉간 압연 및 열처리된 강판 및 이의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉간 압연된 강 시트에 관한 것으로서, 강은, 중량% 로, 0.18% ≤ 탄소 ≤ 0.24%, 1.5% ≤ 망간 ≤ 2.5%, 1.2% ≤ 규소 ≤ 2%, 0.01% ≤ 알루미늄 ≤ 0.06%, 0.2% ≤ 크롬 ≤ 0.5%, 인 ≤ 0.02%, 황 ≤ 0.03%, 및 선택적으로, 이하의 원소들: 니오븀 ≤ 0.06%, 티타늄 ≤ 0.08%, 바나듐 ≤ 0.1%, 칼슘 ≤ 0.005% 중 하나 이상 및 잔부로서 철 및 불가피한 불순물들을 포함하고, 상기 강판은 면적 분율로 0 % 내지 15 % 의 템퍼링된 마르텐사이트, 10 % 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 선택적으로 최대 30% 의 페라이트, 베이나이트로 이루어진 잔부를 포함하는 미세조직을 가지며, 베이나이트 함량은 적어도 55 % 이며, 상기 강판은 상기 강판의 두 표면에 3 미크론 이하의 내부 산화물 층을 가진다. 본 발명은 또한 제조 방법 및 차량 부품들에 대한 이런 등급의 사용에 관한 것이다.

Description

냉간 압연 및 열처리된 강판 및 이의 제조 방법

본 발명은 자동차용 강판으로서 사용하기에 적합한 냉간 압연 및 열처리된 강판에 관한 것이다.

자동차 부품들은 2 개의 모순된 필요성, 즉 성형의 용이성 및 강도를 만족시키는 것이 요구되지만, 최근에는 글로벌 환경 문제의 관점에서 자동차들에 대한 연료 소모의 개선에 대한 제 3 요건이 부여된다. 따라서, 이제 자동차 부품들은 복잡한 자동차 어셈블리에서의 끼워 맞춤의 용이성에 대한 기준에 맞추기 위하여 고성형성을 갖는 재료로 제조되어야 하고, 그리고 동시에 연료 효율을 향상시키기 위하여 차량의 중량을 줄이면서 차량의 내충격성과 내구성에 대한 강도를 향상시켜야 한다.

따라서, 재료의 강도를 증가시킴으로써 자동차에 이용되는 재료의 양을 줄이는데 집중적인 연구 개발 노력들이 행해지고 있다. 반대로, 강판의 강도 증가는 성형성을 감소시키고, 따라서 고강도 및 고성형성 모두를 가진 재료들의 개발이 필요하게 되었다.

고강도 및 고성형성 강판의 분야에서의 초기 연구 개발들은 고강도 및 고성형성 강판을 제조하기 위한 여러 가지 방법들을 야기하게 되었고, 그 중 일부는 본 발명의 확실한 이해를 위해 여기에 열거된다.

US 9 074 272 는 0.1-0.28% C, 1.0-2.0% Si, 1.0-3.0% Mn, 및 잔부가 철 및 불가피한 불순물들로 이루어진 화학적 조성을 갖는 강들을 기술한다. 미세조직은 5 내지 20% 의 잔류 오스테나이트, 40 내지 65% 의 베이나이틱 페라이트, 30 내지 50% 의 폴리고날 페라이트 및 5% 미만의 마르텐사이트를 포함한다. US 9 074 272 는 우수한 연신율을 갖는 냉간 압연된 강판에 관한 것이지만, 여기에 기재된 발명은 복잡한 자동차 부품을 견고하게 유지하면서 중량의 감소를 요구하는 900 MPa 의 강도를 달성하는데 실패했다.

US 2015/0152533 에서는 C: 0.12 ~ 0.18%, Si: 0.05 ~ 0.2%, Mn: 1.9 ~ 2.2%, Al: 0.2 ~ 0.5%, Cr: 0.05 ~ 0.2%, Nb: 0.01 ~ 0.06%, P: ≤ 0.02%, S: ≤ 0.003%, N: ≤ 0.008%, Mo: ≤ 0.1%, B: ≤ 0.0007%, Ti: ≤ 0.01%, Ni: ≤ 0.1%, Cu: ≤ 0.1% 및 잔부로서 철 및 불가피한 불순물들을 함유하는 고강도 강의 제조 방법을 개시한다. 특허 출원 US 2015/0152533 에 기재된 방법에 의해 제조된 강판은, 베이나이틱 페라이트를 포함하여 50-90 부피% 페라이트, 5-40 부피% 마르텐사이트, 최대 15 부피% 잔류 오스테나이트 및 최대 10 부피% 다른 구조적 성분으로 구성되는 미세조직을 가져야 한다. US 2015/0152533 는 여전히 900 MPa 의 인장 강도 레벨을 달성하지 못하는 상당한 양의 마르텐사이트 (즉, 최대 40%) 를 함유한다.

US 2014/170439 는 냉간 압연된 강판을 제공한다. 강판은 1000 MPa 보다 큰 강도, 12% 보다 큰 균일한 연신율 및 90°보다 큰 V-굽힘성을 가진다. 강판의 조성은, 중량 백분율로, 0.15%≤C≤0.25%, 1.8%≤Mn≤3.0%, 1.2%≤Si≤2%, 0%≤Al≤0.10%, 0%≤Cr≤0.50%, 0%≤Cu≤1%, 0%≤Ni≤1%, 0%≤S≤0.005%, 0%≤P≤0.020%, Nb≤0.015%, Ti≤0.020%, V≤0.015%, Co≤1%, N≤0.008%, B≤0.001% 를 포함하고, Mn+Ni+Cu≤3% 이다. 조성의 잔부는 철 및 처리로부터 기인한 불가피한 불순물들로 구성된다. 미세조직은, 면적 백분율로, 5 내지 20 % 폴리고날 페라이트, 10 내지 15 % 잔류 오스테나이트, 5 내지 15 % 마르텐사이트 및 잔부인 베이나이트를 포함한다. 베이나이트는 라스들의 형태이고 라스들 사이의 탄화물을 포함한다. 표면적 단위당 0.1 마이크로미터보다 큰 라스간 탄화물의 개수 (N) 는 50000/mm² 이하이다. 제조 방법 및 자동차가 또한 제공된다. 하지만, US 2014/170439 는 강의 인산염처리 (phosphatabilty) 에 대해서는 언급하지 않는다.

고강도 및 고성형성 강판들의 제조와 관련된 공지된 선행 기술은, 하나 또는 다른 라쿠나 (lacuna) 에 의해서 영향을 받게 되고: 따라서 1000 MPa 보다 큰 강도를 가진 냉간 압연된 강판 및 이의 제조 방법이 필요하다.

본 발명의 목적은, 이하를 동시에 갖는 이용가능한 냉간 압연된 강판을 제조함으로써, 상기 문제점을 해결하는 것이다:

- 1000 MPa 이상, 바람직하게는 1180 MPa 초과, 또는 심지어 1220 MPa 초과의 극한 인장 강도,

- 표면의 적어도 96 % 의 우수한 인산염처리.

바람직한 실시형태에서, 본 발명에 따른 강판은 700 MPa 보다 큰 항복 강도값을 가질 수 있다.

바람직하게는, 이러한 강은 또한 양호한 용접성 및 코팅성을 가지면서 성형, 특히 압연에 대하여 양호한 적합성을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 또한 제조 파라미터들의 시프트들에 대해 강경하면서 종래의 산업적 적용들과 양립할 수 있는 이러한 강판의 제조 방법을 이용가능하게 하는 것이다.

본 발명의 냉간 압연 열처리된 강판은, 내식성을 향상시키기 위해 아연 또는 아연 합금, 또는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 선택적으로 코팅될 수 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 것이 아니다. 도 1 은 냉간 압연된 강판 표면의 내부 산화물 및 이에 형성된 내부 산화물 층에 의해 형성된 균열을 나타내는 현미경사진이다. 균열을 설명하기 위해 균열 중 하나가 10 으로 표시된다. 냉간 압연된 강판은 표 1 의 강 등급 7 에 속한다.
도 2 는 본 발명에 따른 냉간 압연된 강판의 표면을 나타내는 현미경사진이다. 냉간 압연된 강판에는 내부 산화물 층이 없다. 냉간 압연된 강판은 표 1 의 강 등급 2 에 속한다.
도 3 은 본 발명에 따른 것이 아니다. 도 3 은 냉간 압연 및 열처리된 강판 표면의 내부 산화물 및 이에 형성된 내부 산화물 층에 의해 형성된 균열을 나타내는 현미경사진이다. 균열을 설명하기 위해 균열 중 하나가 20 으로 표시된다. 냉간 압연된 강판은 표 1 의 강 등급 7 에 속한다.
도 4 는 본 발명에 따른 냉간 압연 및 열처리된 강판의 표면을 나타내는 현미경사진이다. 냉간 압연된 강판은 3 미크론 미만의 내부 산화물 층을 갖는다. 냉간 압연된 강판은 표 1 의 강 등급 2 에 속한다.
도 5 는 본 발명에 따르지 않는 냉간 압연 및 열처리된 강판상의 인산염처리 (phosphatation) 를 나타내는 현미경사진이다. 도 5 는 적용 범위에서 다공성을 보여준다. 다공성 마크 중 하나가 30 으로 강조표시된다. 도 5 는 표 1 의 강 등급 7 에 속한다.
도 6 은 본 발명에 따른 냉간 압연 및 열처리된 강판상의 인산염처리를 나타내는 현미경사진이다. 시연된 강판은 100% 인산염처리 적용 범위를 가진 표 1 의 강 등급 2 에 속한다.

본원의 다른 특징 및 장점은 이하의 본원의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

탄소는 강에서 0.18% 내지 0.24% 로 존재한다. 탄소는 마르텐사이트와 같은 저온 변태상을 생성함으로써 강판의 강도를 증가시키는데 필요한 원소이다. 게다가, 탄소는 또한 오스테나이트 안정화에서 중추적인 역할을 한다. 0.18% 미만의 함량은 오스테나이트의 안정화를 허용하지 않으므로, 강도 뿐만 아니라 연성을 감소시킨다. 다른 한편으로는, 0.24% 초과의 탄소 함량에서, 용접부 및 열 영향부 (heat-affected zone) 는 현저하게 경화되고, 그에 따라서 용접부의 기계적 특성들은 손상된다.

본 발명의 강의 망간 함량은 1.5% 내지 2.5% 이다. 망간은 잔류 오스테나이트를 얻기 위하여 오스테나이트를 안정화시킬 뿐만 아니라 강도를 부여하는 원소이다. 적어도 약 1.5 중량% 의 망간의 양은 오스테나이트를 안정화시킬 뿐만 아니라 강판의 강도 및 경화능을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 1.9 내지 2.2% 와 같은 더 높은 백분율의 망간이 바람직하다. 하지만, 망간이 2.5 % 를 초과하면, 이는 베이나이트 변태를 위한 등온 유지 동안에 오스테나이트의 베이나이트로의 변태를 둔화시키는 것과 같은 악영향을 초래하여, 연성의 감소를 유발한다. 게다가, 2.5% 초과의 망간 함량은 또한 본 발명의 강의 용접성을 감소시킬 것이다.

본 발명의 강의 규소 함량은 1.2% 내지 2% 이다. 구성성분으로서 규소는 오스테나이트로부터 탄소의 석출을 지연시킨다. 따라서, 1.2% 의 규소가 존재하기 때문에, 탄소가 풍부한 오스테나이트는 실온에서 안정화된다. 하지만, 2% 초과의 규소 첨가는 상기 언급된 효과를 향상시키지 못하고, 그리고 열간 압연 취성 (hot rolling embrittlement) 과 같은 문제점들을 유발한다. 따라서, 농도는 2% 의 상한 내에서 제어된다.

본 발명의 강의 알루미늄 함량은 0.01 내지 0.06% 이다. 이러한 범위 내에서, 알루미늄은 강 중에서 질소와 결합하여 결정립의 크기를 감소시키도록 질화 알루미늄을 형성한다. 하지만, 본 발명에서 알루미늄 함량이 0.06% 를 초과할 때 마다, 이는 Ac3 점을 증가시켜, 생산성을 저하시킬 것이다.

본 발명의 강의 크롬 함량은 0.2% 내지 0.5% 이다. 크롬은 강에 강도 및 경화를 제공하는 필수 원소이지만, 0.5% 를 초과하여 사용될 때, 강의 표면 마무리를 손상시킨다.

본 발명의 강의 인 함량은 0.02% 로 제한된다. 인은 고용체에서 경화되고 또한 탄화물들의 형성을 방해하는 원소이다. 따라서, 적어도 0.002% 인 소량의 인이 유리할 수 있지만, 인은, 특히 망간과의 공동 편석 (co-segregation) 경향 또는 결정립계에서 편석 경향으로 인하여, 스폿 용접성 및 고온 연성의 감소와 같은 역효과들을 가진다. 이러한 이유들로, 그 함량은 바람직하게는 최대 0.015% 로 제한된다.

황은 필수 원소는 아니지만 강에서 불순물로서 포함될 수도 있다. 황 함량은 가능한 한 낮은 것이 바람직하지만, 제조 비용면에서 0.03% 이하, 바람직하게는 최대 0.003% 이다. 게다가, 강에서 보다 많은 황이 존재한다면, 이는 특히 Mn 및 Ti 와 황화물을 형성하도록 결합하고, 그리고 본 발명에 대한 이들의 유리한 영향을 감소시킨다.

니오븀은 0% 내지 0.06%, 바람직하게는 0.0010 내지 0.06% 로 강에 첨가될 수 있는 선택적인 원소이다. 이는 석출 경화에 의해서 본 발명에 따른 강에 강도를 부여하도록 탄질화물들을 형성하는데 적합하다. 니오븀은 가열 동안 재결정화를 지연시키기 때문에, 유지 온도의 끝에서 그리고 그 결과 완전한 어닐링 후에 형성되는 미세조직은 더 미세해지고, 이는 제품의 경화를 유발한다. 하지만, 니오븀 함량이 0.06% 를 초과하면, 다량의 탄질화물들이 강의 연성을 감소시키는 경향이 있으므로, 상기 탄질화물들의 양은 본 발명에 대해서 바람직하지 않다.

티타늄은 0% 내지 0.08%, 바람직하게는 0.001% 내지 0.08% 로 본 발명의 강에 첨가될 수도 있는 선택적인 원소이다. 니오븀으로서, 이는 경화시 중요한 역할을 하도록 탄질화물들에 수반된다. 하지만, 이는 또한 주조 제품의 응고 동안 나타나는 TiN 을 형성하도록 수반된다. Ti 의 양은 구멍 확장성에 유해한 조대한 TiN 를 방지하도록 0.08% 로 제한된다. 티타늄 함량이 0.001% 미만인 경우에, 이 티타늄은 본 발명의 강에 어떠한 영향도 주지 않는다.

바나듐은 0% 내지 0.1%, 바람직하게는 0.001% 내지 0.01% 로 본 발명의 강에 첨가될 수도 있는 선택적인 원소이다. 니오븀으로서, 이는 경화시 중요한 역할을 하도록 탄질화물들에 수반된다. 하지만, 이는 또한 주조 제품의 응고 동안 나타나는 VN 을 형성하도록 수반된다. V 의 양은 구멍 확장성에 유해한 조대한 VN 를 방지하도록 0.1% 로 제한된다. 바나듐 함량이 0.001% 미만인 경우에, 이는 본 발명의 강에 어떠한 영향도 주지 않는다.

칼슘은 0% 내지 0.005%, 바람직하게는 0.001% 내지 0.005% 로 본 발명의 강에 첨가될 수도 있는 선택적인 원소이다. 칼슘은 특히 개재물 (inclusion) 처리 동안 선택적인 원소로서 본 발명의 강에 첨가된다. 칼슘은 황을 구상화할 때 유해한 황 함량을 저지함으로써 강의 정련에 기여한다.

세륨, 붕소, 마그네슘 또는 지르코늄과 같은 다른 원소들은 이하의 비율들로 개별적으로 또는 조합으로 첨가될 수 있고: Ce ≤ 0.1%, B ≤ 0.01%, Mg ≤ 0.05% 및 Zr ≤ 0.05%. 표시된 최대 함량 레벨들까지, 이들 원소들은 응고 동안 결정립을 미세화하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 강에 존재하는 합금 원소들 중에서, 규소, 망간, 알루미늄 및 크롬은 철보다 산화성이 높으며, 언급된 원소들은 코일링, 열연판 어닐링 (hot band annealing), 어닐링 또한 다른 유사한 열처리 공정들 동안 철에 추가하여 선택적 산화를 받아서 내부 산화물을 형성하는 것은 잘 알려져 있다.

도 1 은 본 발명에 따르지 않는 냉간 압연된 강판을 나타내는 현미경사진이고, 냉간 압연된 강판은 내부 산화물 층을 가지며, 이러한 선택적인 산화물은 산소의 저감된 부분압으로 인해 열간 압연된 강판상에서의 코일링 동안 형성되고, 이러한 선택적인 산화물은 또한 냉간 압연된 강판상에서의 냉간 압연 동안 결정립계에서 균열을 발생시킨다. 도 1 에서, 냉간 압연된 강판의 표면상에 균열 (10) 이 또한 도시되어 있다. 도 1 은 또한 1 미크론 초과의 두께를 가진 냉간 압연된 강판의 표면상의 내부 산화물을 도시한다. 유사하게, 선택적인 산화가 또한 어닐링 동안 발생한다.

도 2 는 본 발명에 따른 냉간 압연된 강판을 나타내는 현미경사진이고, 냉간 압연된 강판에는 내부 산화물이 없다.

도 3 은 본 발명에 따르지 않는 열처리된 냉간 압연된 강판을 나타내는 현미경사진이며, 열처리된 냉간 압연된 강판은 내부 산화물 층을 가지고, 이러한 선택적인 산화물은 산소의 저감된 부분압으로 인해 열간 압연된 강판상에서의 코일링 동안 또는 열간 압연된 강판상에서의 열연판 어닐링 또는 냉간 압연된 강판상에서의 어닐링 동안 형성되고, 이러한 선택적인 산화물은 또한 냉간 압연된 강판상에서의 냉간 압연 동안 결정립계에서 균열 발생을 유발하고, 이는 어닐링 동안 악화된다. 도 3 에서, 열처리된 냉간 압연된 강판의 표면상에 균열 (20) 이 또한 도시되어 있다. 도 3 은 또한 3 미크론 초과의 두께의 냉간 압연된 강판의 표면상의 내부 산화물을 도시한다.

도 4 는 본 발명에 따른 열처리된 냉간 압연된 강판을 나타내는 현미경사진이고, 열처리된 냉간 압연된 강판은 내부 산화물 층을 가지며, 본 발명에 따라서 최대 3 미크론의 두께의 산화물 층은 열처리된 냉간 압연된 강판상에서 허용된다.

따라서, 본 발명은 코일링 온도를 500 ℃ 미만으로 유지하고 내부 산화물 형성을 제어하기 위해 냉간 압연 전에 적어도 하나의 필수적인 산세를 수행하는 것과 같은 특정 공정 파라미터를 배치하는 것을 고려한다. 본 발명은 최종 냉간 압연 및 열처리된 강판에서 내부 산화물 층을 최대 3 미크론으로 유지한다. 바람직한 실시형태에서, 이러한 층은 철, 규소, 망간 및 크롬으로 만들어진다.

다른 실시형태에서, 냉간 압연 후에 냉간 압연된 강판상에 1 미크론 이하의 두께의 내부 산화물 층이 존재하는 것이 바람직하다.

강의 조성 중 잔부는 철 및 가공으로 인한 불가피한 불순물들로 이루어진다.

본 발명에 따른 강판의 미세조직은, 면적 분율로, 0% 내지 15% 의 템퍼링된 마르텐사이트, 10% 내지 15% 의 잔류 오스테나이트, 및 선택적으로 최대 30% 의 페라이트, 베이나이트로 이루어진 잔부를 포함하고, 베이나이트의 함량은 적어도 55% 이다.

베이나이트는 강의 매트릭스이고, 그리고 최소 55%, 바람직하게는 60% 가 함유된다. 본 발명의 프레임에서, 베이나이트는 라스 베이나이트 및 입상 베이나이트로 이루어진다. 입상 베이나이트는 매우 낮은 밀도의 탄화물들을 갖는 베이나이트이고, 이는 강이 100 ㎛² 의 면적 단위당 100 개 미만의 탄화물들을 포함한다는 것을 의미한다. 라스 베이나이트는 라스들 사이에 탄화물이 형성된 얇은 페라이트 라스들의 형태이다. 라스들 사이에 존재하는 탄화물들의 크기는 0.1 미크론 보다 큰 탄화물들의 개수가 50,000/mm² 미만이 되도록 한다. 라스 베이나이트는 강에 적절한 구멍 확장성을 제공하는 반면에 입상 베이나이트는 향상된 연신율을 제공한다.

템퍼링된 마르텐사이트는 0 내지 15% 의 양으로 함유된다. 1000 MPa 이상의 강도 레벨을 달성하기 위한 템퍼링된 마르텐사이트의 함량을 갖는 것이 바람직하고, 마르텐사이트 양이 15 % 를 초과하면, 연성에 해로운 영향을 미칠 것이다.

잔류 오스테나이트는 10 내지 15% 의 양으로 함유된다. 이는 베이나이트 보다 더 높은 탄소 용해도를 갖고, 따라서 효과적인 탄소 트랩으로서 작용하므로, 베이나이트에서 탄화물들의 형성을 지연시킨다. 본 발명의 잔류 오스테나이트는 오스테나이트 중 평균 탄소 함량이 1.00% 이면서 바람직하게는 0.9 내지 1.15% 의 탄소를 함유한다. 오스테나이트는 또한 본 발명 강에 연성을 부여한다.

마르텐사이트 및 오스테나이트는 본 발명에 따른 강에서 분리상들로서 또는 마르텐사이트-오스테나이트 섬들 (islands) 의 형태로 존재할 수 있고, 이는 바람직하다.

페라이트는 강에서 0 % 내지 30 % 로 존재할 수 있다. 이러한 페라이트는 폴리고날 페라이트, 라스 페라이트, 침상 (acicular) 페라이트, 플레이트 페라이트 또는 에피택셜 (epitaxial) 페라이트를 포함할 수 있다. 본 발명에서 페라이트의 존재는 강에 성형성 및 연신율을 부여할 수 있다. 페라이트의 존재는 페라이트가 마르텐사이트 및 베이나이트와 같은 경질상들과의 경도 차이를 증가시키고 국부적인 연성을 감소시키기 때문에 부정적인 영향을 미친다. 페라이트 존재가 30% 를 초과하면, 목표로 하는 인장 강도가 달성되지 않는다.

본 발명에 따른 강판은 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 바람직한 방법은, 본 발명에 따른 화학적 조성을 가진 강의 반제품 주조를 제공하는 것으로 이루어진다. 주조는 잉곳으로 행해질 수 있거나 얇은 슬래브들 또는 얇은 스트립들의 형태로 연속적으로 행해질 수 있는데, 즉 슬래브들의 경우 약 220 mm 에서 얇은 스트립의 경우 수십 밀리미터까지의 두께를 갖는다.

예를 들어, 슬래브는 반제품으로 간주될 것이다. 전술한 화학적 조성을 갖는 슬래브는 연속 주조에 의해서 제조되고, 슬래브는 바람직하게는 주조 동안 직접적인 경압하 (soft reduction) 를 겪게 되어 중심 편석의 제거 및 다공성 감소를 보장한다. 연속 주조 공정에 의해서 제공된 슬래브는 연속 주조 후에 고온에서 직접 사용될 수 있거나, 먼저 실온으로 냉각된 후 열간 압연을 위해 재가열될 수도 있다.

열간 압연을 받게 되는 슬래브의 온도는 바람직하게는 적어도 1000 ℃, 바람직하게는 1200 ℃ 초과이고 1280 ℃ 미만이어야 한다. 슬래브의 온도가 1000℃ 보다 낮은 경우에, 과도한 하중이 압연기에 부여되고, 그리고 또한 강의 온도는 마무리 압연 동안 페라이트 변태 온도로 저하될 수 있으므로, 이에 따라서 강은 변태된 페라이트가 조직에 함유된 상태에서 압연될 것이다. 게다가, 상기 온도는 1280℃ 초과가 되어서는 안되는데, 그 이유는 열간 압연 동안 재결정화하려는 이들 결정립의 능력을 저하시키는 조대한 페라이트 결정립을 생기게 하는 거친 페라이트 결정립을 형성시킬 위험이 있기 때문이다. 초기 페라이트 결정립 크기가 클수록 재결정화가 덜 용이한데, 1280℃ 초과의 재가열 온도는 산업적으로 값비싸고 페라이트의 재결정화면에서 바람직하지 않기 때문에 이 온도는 회피되어야 한다는 것을 의미한다.

슬래브의 온도는 바람직하게는 열간 압연이 오스테나이트계 범위에서 완전히 완료될 수 있도록 충분히 높고, 마무리 열간 압연 온도는 850℃ 초과, 바람직하게는 900℃ 초과로 유지된다. 최종 압연은 850℃ 초과의 온도에서 수행되어야 하는데, 그 이유는 이 온도 미만에서 강판의 압연능이 상당한 저하를 나타내기 때문이다. 900℃ 내지 950℃ 의 최종 압연 온도는 재결정화 및 압연에 유리한 조직을 갖는 것이 바람직하다.

이러한 방식으로 수득된 강판은 그 후에 30 ℃/s 초과의 냉각 속도로 500℃ 미만의 온도로 냉각된다. 망간, 규소 및 크롬과 같은 합금 원소들의 선택적인 산화를 방지하기 위해 냉각 온도는 500 ℃ 미만으로 유지된다. 바람직하게는, 냉각 속도는 65 ℃/s 이하 및 35 ℃/s 초과일 것이다. 그 후에, 열간 압연된 강판이 코일링되고, 열간 압연된 강판이 코일링되어 유지되는 시간 동안 오스테나이트가 베이나이트로의 변태가 실시되고, 코일링된 열간 압연된 강판의 온도는 재열 (recalescence) 로 인해 상승한다. 코일링된 열간 압연된 강판의 온도는, 산화물이 열간 압연된 강판의 표면상에 균열을 형성하기 때문에, 열간 압연된 코일의 표면에서 규소, 망간, 알루미늄 및 크롬의 선택적인 내부 산화를 방지하기 위해 570 ℃ 미만으로 유지되어야 한다. 그 후에, 코일링된 열간 압연된 강판은 실온으로 냉각되도록 허용된다. 그리고 나서, 열간 압연된 강판은 열간 압연 동안 형성된 스케일을 제거하기 위해 산세와 같은 스케일 제거 공정을 받게 되고 열연판 어닐링을 받기 전에 열간 압연된 강판의 표면에 스케일이 없음을 보장한다.

그 다음에, 열간 압연된 강판은 1 내지 96 시간 동안 350℃ 내지 750℃ 의 온도에서 열연판 어닐링을 받게 된다. 이러한 열연판 어닐링의 온도 및 시간은 열간 압연된 강판의 냉간 압연을 용이하게 하기 위해 열간 압연된 강판의 연화를 보장하도록 선택된다. 더욱이, 열연판 어닐링의 분위기는 열연판 어닐링 동안 산화를 방지하도록 제어된다. 열연판 어닐링이 1 ~ 96 시간 동안 350℃ ~ 500℃ 온도 범위에서 수행되면, 열연판 어닐링 전 스케일 제거 공정은 필수가 아니며, 이 온도 범위에서는 산화물 층의 두께를 증가시킬 가능성이 매우 적기 때문이다. 하지만, 열연판 어닐링이 500 내지 750 ℃ 에서 수행되면, 이러한 어닐링 이전에 수행될 스케일 제거 공정은 필수적이다.

그러면, 열간 압연된 강판은 실온으로 냉각되어 어닐링된 열간 압연된 강판을 얻게 된다. 그 후에, 어닐링된 열간 압연된 강판은 선택적인 스케일 제거 공정을 받을 수 있다. 본 발명에 따라서, 냉간 압연 전에 적어도 하나의 스케일 제거 공정이 수행되어야 한다.

그리고 나서, 어닐링된 열간 압연된 강판은 35 내지 70 %의 두께 감소로 냉간 압연되어 냉간 압연된 강판을 얻게 된다. 얻어진 냉간 압연된 강판에는 내부 산화물이 실질적으로 없다.

도 2 는 본 발명에 따른 냉간 압연된 강판을 도시하는 현미경사진이고, 냉간 압연된 강판에는 내부 산화물이 없지만, 본 발명에 따라서 산세 및 HBA 후에 냉간 압연된 강판상에 최대 1 미크론의 두께의 산화물 층은 허용가능하다.

그 다음에, 냉간 압연된 강판은 본 발명의 강에 목표로 하는 미세조직 및 기계적 특성들을 부여하기 위하여 어닐링을 받게 된다.

냉간 압연된 강판을 연속적으로 어닐링하기 위하여, 상기 냉간 압연된 강판은 먼저 적어도 100 s, 바람직하게는 1000 s 이하 동안 Ac1 내지 Ac3 + 50℃ 의 소킹 온도까지 1 내지 20 ℃/s, 바람직하게는 3 ℃/s 보다 큰 가열 속도로 가열되어, 최소 70 % 오스테나이트 미세조직을 얻기 위한 적절한 재결정 및 변태를 보장해준다. 본 발명에 따른 강에 대한 Ac1 은 통상적으로 680 내지 750℃ 이다. 본 발명에 따른 강에 대한 Ac3 은 통상적으로 820 내지 900℃ 이다.

그 후에, 강판은 Ms-20℃ 내지 Ms+40℃ 의 냉각 온도 범위에서 10℃/s 초과의 냉각 속도로 냉각되고, 여기서 Ms 는 하기 식에 따라 계산되고:

Ms=565-(31*[Mn]+13*[Si]+10*[Cr]+18*[Ni]+12*[Mo])-600*(1-EXP(-0,96*[C]))

바람직한 실시형태에서, 냉각 속도는 30 ℃/s 보다 크다.

그런 다음, 냉간 압연된 강판의 온도는 Ms+10 내지 Ms+100℃ 의 온도 범위, 일반적으로 350℃ 내지 450℃ 로 되고 거기에서 적어도 200 s 하지만 1000 s 이하의 시간 동안 유지된다. 이런 등온 과시효는 탄소가 풍부한 오스테나이트를 안정화시키고, 그리고 저밀도 탄화물 베이나이트의 형성 및 안정화에 기여하여, 본 발명의 강에 목표로 하는 기계적 특성들을 부여한다.

그 다음에, 냉간 압연된 강판은 200 ℃/s 이하의 냉각 속도로 실온까지 냉각된다. 이러한 냉각 동안, 불안정한 잔류 오스테나이트는 MA 섬들의 형태로 새로운 (fresh) 마르텐사이트로 변태할 수 있다.

그 단계에서, 압하률 (reduction rate) 이 0.8% 이하인 선택적 스킨 패스 작업 또는 레벨러 작업이 수행될 수도 있다.

도 4 는 본 발명에 따른 열처리된 냉간 압연된 강판을 도시하는 현미경사진이고, 이 강판은 강 샘플 2 에 속하며, 열처리된 냉간 압연된 강판은 본 발명에 따른 3 미크론 미만의 내부 산화물 층을 가진다.

그 다음에, 열처리된 냉간 압연된 강판은 전착 또는 진공 코팅 또는 임의의 다른 적합한 공정에 의해서 선택적으로 코팅될 수도 있다.

바람직하게는 12 시간 내지 30 시간 동안 170 내지 210℃ 에서 수행되는 후속 배치 어닐링은, 상들간의 경도 구배를 감소시키고 코팅된 제품들에 대해 탈기를 보장하기 위하여 코팅되지 않은 제품에 대한 어닐링 후 또는 코팅된 제품에 대한 코팅 후에 선택적으로 수행될 수 있다.

실시예들

여기서 제시된 이하의 시험들 및 실시예들은 본질적으로 제한이 없고 단지 예시의 목적으로 고려되어야 하며, 그리고 본 발명의 유리한 특징들을 나타내고 광범위한 실험들 후에 발명자들에 의해서 선택된 파라미터들의 중요성을 설명하고 또한 본 발명에 따른 강에 의해서 달성될 수 있는 특성들을 확립할 것이다.

본 발명 및 일부 비교 등급들에 따른 강판들의 샘플들은 표 1 에 수집된 조성들 및 표 2 에 수집된 처리 파라미터들로 제조되었다. 이들 강판들의 해당 미세조직들은 표 3 에 수집되었고, 그리고 특성들은 표 4 에 수집되었다.

표 1 은 중량% 로 표시된 조성들을 갖는 강들을 나타낸다.

표 2 는 표 1 의 강들로 구현된 어닐링 공정 파라미터들을 수집한다.

또한, 표 1 은 본 발명 강 및 참조 강의 베이나이트 변태 (Bs) 및 마르텐사이트 변태 (Ms) 온도들을 나타낸다. Bs 및 Ms 의 계산은 이하와 같은 Van Bohemen 공식 (Materials Science and Technology (2012) vol 28, n°4, pp487-495 에 게재됨) 을 사용함으로써 수행되고:

Bs=839-(86*[Mn]+23*[Si]+67*[Cr]+33*[Ni]+75*[Mo])-270*(1-EXP(-1,33*[C]))

Ms=565-(31*[Mn]+13*[Si]+10*[Cr]+18*[Ni]+12*[Mo])-600*(1-EXP(-0,96*[C]))

게다가, 본 발명 강 및 참조 강에 대한 어닐링 처리를 수행하기 전에, 샘플들은 1000℃ 내지 1280℃ 의 온도로 가열된 후, 850℃ 초과의 마무리 온도로 열간 압연을 받게 된다.

표 3 은 본 발명 강 및 참고 시험들 모두의 미세조직 조성을 결정하기 위한 주사 전자 현미경과 같은 상이한 현미경들의 표준들에 따라 실시된 시험 결과들을 수집한다.

표 4 는 본 발명 강 및 참조 강 모두의 기계적 및 표면 특성들을 수집한다. 인장 강도 및 항복 강도는 JIS Z2241 표준에 따라 수행된다.

실시예들은 본 발명에 따른 강판들이 특정 조성 및 미세조직들 덕분에 모든 목표로 하는 특성들을 나타내는 유일한 것임을 보여준다.

Claims (16)

1. 열처리 및 냉간 압연된 강판으로서,
   강은, 중량%로,
   0.18% ≤ 탄소 ≤ 0.24%,
   1.5% ≤ 망간 ≤ 2.5%,
   1.2% ≤ 규소 ≤ 2%,
   0.01% ≤ 알루미늄 ≤ 0.06%,
   0.2% ≤ 크롬 ≤ 0.5%,
   인 ≤ 0.02%,
   황 ≤ 0.03%,
   및 선택적으로, 이하의 원소들,
   니오븀 ≤ 0.06%,
   티타늄 ≤ 0.08%,
   바나듐 ≤ 0.1%,
   칼슘 ≤ 0.005%
   중 하나 이상
   및 잔부로서 철 및 불가피한 불순물들을 포함하고,
   상기 강판은 면적 분율로 0 % 내지 15 % 의 템퍼링된 마르텐사이트, 10 % 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 선택적으로 최대 30% 의 페라이트, 베이나이트로 이루어진 잔부를 포함하는 미세조직을 가지며, 베이나이트 함량은 적어도 55 % 이며, 상기 강판은 상기 강판의 두 표면에 3 미크론 이하의 내부 산화물 층을 가지는, 열처리 및 냉간 압연된 강판.
2. 제 1 항에 있어서,
   조성은 2.0% 내지 2.3% 의 망간을 포함하는, 열처리 및 냉간 압연된 강판.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   조성은 최대 0.013% 의 인을 포함하는, 열처리 및 냉간 압연된 강판.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 미세조직은 60% 초과의 베이나이트를 포함하는, 열처리 및 냉간 압연된 강판.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   잔류 오스테나이트는 0.9 내지 1.15% 의 탄소 농도를 갖는, 열처리 및 냉간 압연된 강판.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   1000 MPa 이상의 인장 강도 및 96% 이상의 인산염처리 적용 범위 (phosphatation coverage) 를 나타내는, 열처리 및 냉간 압연된 강판.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   1050 MPa 이상의 인장 강도 및 98% 이상의 인산염처리 적용범위를 나타내는, 열처리 및 냉간 압연된 강판.
8. 제 1 항 내지 제 7 항에 있어서,
   두 표면상에 최대 2 미크론 또는 그 이하의 내부 산화물 층 두께를 갖는, 열처리 및 냉간 압연된 강판.
9. 제 8 항에 있어서,
   두 표면상에 최대 1 미크론 또는 그 이하의 내부 산화물 층 두께를 갖는, 열처리 및 냉간 압연된 강판.
10. 열처리 및 냉간 압연된 강판의 제조 방법으로서, 이하의 연속적인 단계들:
    - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 강 조성물을 제공하여 반제품을 얻는 단계,
    - 상기 반제품을 1000°C 내지 1280℃ 의 온도로 재가열하는 단계,
    - 전적으로 오스테나이트 범위에서 상기 반제품을, 열간 압연 마무리 온도가 850℃ 이상으로 압연하여 열간 압연된 강판을 얻는 단계,
    - 상기 강판을 30 ℃/s 초과의 냉각 속도로 500 ℃ 이하의 온도로 냉각하고, 상기 열간 압연된 강판을 코일링하며 코일링된 강판을 570 ℃ 미만으로 유지하는 단계,
    - 상기 열간 압연된 강판을 냉각하는 단계,
    - 상기 열간 압연된 강판에서 스케일 제거 공정을 수행하는 단계,
    - 1 h 내지 96 h 동안 500 내지 750℃ 의 온도에서 상기 열간 압연된 강판을 어닐링하는 단계,
    - 열간 압연되고 어닐링된 상기 강판에서 선택적인 스케일 제거 공정을 수행하는 단계,
    - 35 내지 90% 의 압하율로 상기 열간 압연된 강판을 냉간 압연하여 냉간 압연된 강판을 얻는 단계,
    - 그 다음에, 적어도 100 s 동안 Ac1 내지 Ac3 + 50℃ 의 소킹 온도까지 1 내지 20 ℃/s 의 속도로 상기 냉간 압연된 강판을 연속적으로 어닐링하는 단계로서, 상기 온도 및 시간은 최소 70% 오스테나이트를 얻도록 선택되는, 상기 냉간 압연된 강판을 연속적으로 어닐링하는 단계,
    - 그 다음에, Ms-20℃ 내지 Ms+40℃ 의 온도까지 10 ℃/s 초과의 속도로 상기 강판을 냉각하는 단계로서, Ms 는 냉각 전 초기 오스테나이트의 Ms 온도인, 상기 강판을 냉각하는 단계, 및 그리고 나서
    - 상기 냉간 압연된 강판을 200 내지 1000 s 의 시간 동안 350℃ 내지 450℃ 에서 유지하는 단계, 그리고 나서
    - 200 ℃/s 이하의 냉각 속도로 상기 강판을 실온으로 냉각하는 단계
    를 포함하는, 열처리 및 냉간 압연된 강판의 제조 방법.
11. 열처리 및 냉간 압연된 강판의 제조 방법으로서, 이하의 연속적인 단계들:
    - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따른 강 조성물을 제공하여 반제품을 얻는 단계,
    - 상기 반제품을 1000°C 내지 1280℃ 의 온도로 재가열하는 단계,
    - 전적으로 오스테나이트 범위에서 상기 반제품을, 열간 압연 마무리 온도가 850℃ 이상으로 압연하여 열간 압연된 강판을 얻는 단계,
    - 상기 강판을 30 ℃/s 초과의 냉각 속도로 500 ℃ 이하의 냉각 온도로 냉각하고, 상기 열간 압연된 강판을 코일링하며 코일링된 강판을 570 ℃ 미만으로 유지하는 단계,
    - 상기 열간 압연된 강판을 냉각하는 단계,
    - 1 h 내지 96 h 동안 350℃ 내지 500℃ 의 온도에서 상기 열간 압연된 강판을 어닐링하는 단계,
    - 상기 열간 압연된 강판에 대해 어닐링 전 또는 후에 적어도 하나의 스케일 제거 공정을 수행하는 단계,
    - 35 내지 90% 의 압하율로 상기 열간 압연된 강판을 냉간 압연하여 냉간 압연된 강판을 얻는 단계,
    - 그 다음에, 적어도 100 s 동안 Ac1 내지 Ac3 + 50℃ 의 소킹 온도까지 1 내지 20 ℃/s 의 속도로 상기 냉간 압연된 강판을 연속적으로 어닐링하는 단계로서, 상기 온도 및 시간은 최소 70% 오스테나이트를 얻도록 선택되는, 상기 냉간 압연된 강판을 연속적으로 어닐링하는 단계,
    - 그 다음에, Ms-20℃ 내지 Ms+40℃ 의 온도까지 10 ℃/s 초과의 속도로 상기 강판을 냉각하는 단계로서, Ms 는 냉각 전 초기 오스테나이트의 Ms 온도인, 상기 강판을 냉각하는 단계, 및 그리고 나서
    - 상기 냉간 압연된 강판을 200 내지 1000 s 의 시간 동안 350℃ 내지 450℃ 에서 유지하는 단계, 그리고 나서
    - 200 ℃/s 이하의 냉각 속도로 상기 강판을 실온으로 냉각하는 단계
    를 포함하는, 열처리 및 냉간 압연된 강판의 제조 방법.
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
    상기 열간 압연된 강판의 코일링 온도는 150℃ 내지 500℃ 로 설정되는, 열처리 및 냉간 압연된 강판의 제조 방법.
13. 제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉간 압연된 강판은 100 s 내지 1000 s 동안 800℃ 내지 900℃ 에서 연속 어닐링되는, 열처리 및 냉간 압연된 강판의 제조 방법.
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉간 압연된 강판은 아연 또는 아연계 합금으로 추가로 코팅되는, 열처리 및 냉간 압연된 강판의 제조 방법.
15. 차량의 구조적 및 안전 부품들의 제조를 위한, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 강판 또는 제 10 항 내지 제 14 항에 따른 방법에 따라 제조된 강판의 사용.
16. 제 15 항에 따라 얻어진 부품을 포함하는 차량.

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