KR20200124289A - 고강도 아연 도금 강판, 고강도 부재 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

고강도 아연 도금 강판, 고강도 부재 및 그들의 제조 방법 Download PDF

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KR20200124289A
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Abstract

본 발명의 과제는, 도금성 및 굽힘성이 우수한 고강도 아연 도금 강판, 고강도 부재 및 그들의 제조 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 고강도 아연 도금 강판은, 소정의 성분 원소를 함유하고, 강 중의 Mn 함유량에 대한 Si 함유량의 질량비(Si/Mn)가 0.2 이상이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과, 표면에서 판두께 1/3 위치까지의 범위에 존재하는 개재물의 평균 입경이 50㎛ 이하, 상기 개재물의 평균 최근접 거리가 20㎛ 이상인 강 조직을 갖는 강판과, 상기 강판의 표면에, 편면당의 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하의 아연 도금층을 구비하고, 강 중에 포함되는 확산성 수소량이 0.25질량ppm 미만이고, 상기 아연 도금층 바로 아래의 하지 강판 표면으로부터 100㎛ 이내의 강판 표층부에, 소정의 원소를 함유하는 산화물이 편면당 0.010g/㎡ 이상이고, 인장 강도가 1100㎫ 이상이다.

Description

고강도 아연 도금 강판, 고강도 부재 및 그들의 제조 방법
본 발명은, 도금성 및 굽힘성이 우수하고, 건재(建材)나 자동차의 내(耐)충돌 부품에 적합한 고강도 아연 도금 강판, 고강도 부재 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차의 충돌 안전성 및 연비 개선이 강하게 요구되고 있는 작금, 부품 소재인 강판은, 그의 고강도화가 진행되고 있다. 또한, 세계 규모로 자동차의 보급이 확대되고 있어, 다종 다양한 지역이나 기후 안에서, 여러 가지의 용도로 자동차가 사용되는 것에 대하여, 부품 소재인 강판에는 높은 방청성이 요구되고 있다.
일반적으로, 강판 강도가 높아지면 그의 가공 성능은 저하해 간다. 특히, 도금을 실시하지 않는 강판에 비해, 도금을 실시한 강판에서는 가공 성능이 뒤떨어지는 경향이 있다.
그리고 고강도화를 위해 다량의 합금 원소를 포함하게 되면 강판에 양질인 도금 피막을 형성시키는 것이 어려워진다. 또한, Zn이나 Ni 등의 도금이 실시되면, 제조 과정에서 침입한 수소는 강 중으로부터 방출하기 어려운 것이 알려져 있다.
또한, 우수한 굽힘성을 갖는 강판은 종래부터 개발이 행해지고 있다. 그의 가공 방법의 특징으로부터, 굽혔을 때에 가장 엄격한 가공 조건, 즉 응력 집중하는 개소를 어떻게 궁리하는가가 과제 해결로서 나타나고 있다. 특히, 강 조직이 경도가 상이한 2종 이상으로 이루어지는 강판의 경우, 강 조직의 계면에 변형이 집중되어 마이크로 보이드의 결함이 발생하기 쉽고, 이 결과 굽힘성이 열화한다.
또한, 양질인 도금을 부착시키기 위해, 어닐링·도금 공정의 로 내 분위기를 제어하는 것도 추진되고 있다.
비특허문헌 1 및 2에서는, 강판의 강 조직을 페라이트 및 마르텐사이트로 하면서도, 일단 페라이트 및 마르텐사이트의 강 조직으로 한 후에, 템퍼링을 행하여 마르텐사이트를 연화시켜 굽힘성을 향상시킨다.
특허문헌 1에서는, 강판 표면의 록웰 경도의 표준 편차에 따라 주어지는 강판의 균질성을 나타내는 지표가 되는 조직 균질성 지표가 0.4 이하가 되는 연성 및 굽힘성이 양호한 인장 최대 응력 900㎫ 이상을 갖는 고강도 강판과 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 굽힘성에 영향을 주는 인자로서 주조 시의 응고 조직의 불균질성을 개선한 결과 얻어진 수법으로, 이 방법에 의해 인장 최대 응력 900㎫ 이상에서 굽힘성이 우수한 강판이 제안되고 있다.
또한, 특허문헌 1에서는, 이때, 양질인 도금성을 확보하기 위해, 연속 용융 아연 도금 라인의 어닐링로 내에 있어서, 수소 농도 1∼60vol％, 잔부 N2, H2O, O2 및 불가피적 불순물로 이루어지는 분위기로 하고, 당해 분위기 중의 수분압과 수소 분압의 로그 log(PH2O/PH2)를 －3≤log(PH2O/PH2)≤－0.5로 규정하고 있다.
특허문헌 2에서는, 베이나이트를 50％ 이상, 잔류 오스테나이트를 3∼30％ 포함하는 복합 조직 강판에 있어서, 강판 표층의 경도 Hvs와 강판의 1/4 두께의 경도 Hvb의 비가 0.35∼0.90인 것을 규정하고 있다. 또한, log(수분압/수소 분압)가 －3.0∼0.0의 분위기에서 어닐링함으로써 고합금계에서 도금성을 확보하고 있다.
특허문헌 3에서는, 탈탄 페라이트층을 규정함으로써 굽힘성을 확보하고, 도금 강판을 제조하기 위한 수법으로서, 2∼20vol％의 수소와 질소 및 불순물을 포함하는 잔부로 이루어지고, 또한 노점이 －30℃ 초과 20℃ 이하인 분위기로 조정하는 방법이 개시되어 있다.
일본공개특허공보 2011-111670호 일본공개특허공보 2013-163827호 일본공개특허공보 2017-048412호
하세가와 고헤이, 외 5명, 「980㎫급 초고강도 강판의 굽힘 가공성에 미치는 금속 조직의 영향」, CAMP-ISIJ, vol.20(2007), p.437, 일본 철강 협회 발행 나카무라 노부유키, 외 3명, 「초고강도 냉연 강판의 신장 플랜지 성형성에 미치는 조직의 영향」, CAMP-ISIJ, vol.13(2000), p.391, 일본 철강 협회 발행
지금까지, 강판의 굽힘성의 향상에는 강 조직의 최적화가 주로 이루어져 왔지만 그것은 어느 일정 수준의 개선이고, 더 한층의 향상이 요구되고 있다. 또한, 고합금계의 강판에 도금을 실시하는 경우에, 도금 공정에 있어서의 분위기 중의 수소가, 강판 제품에 잔존하는 강 중 수소가 된다고 생각된다. 이 강 중 수소에 의해, 굽힘성의 개선이 방해된다고 생각된다. 또한, 굽힘성의 개선과 도금성의 양립도 필요하다.
본 발명은, 도금 강판의 굽힘성을 새로운 시점에서 개선하여, 도금성 및 굽힘성이 우수한 고강도 아연 도금 강판, 고강도 부재 및 그들의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 명세서에서 말하는, 고강도란, 인장 강도(TS)가 1100㎫ 이상인 것을 말한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해, 예의 연구를 거듭했다. 그 결과, 도금 강판의 굽힘성의 향상에는, 판두께 표층 근방으로부터 판두께 중심 부근에 있어서의 개재물의 존재 상태에 더하여, 강 중에 잔존하는 수소량을 적절히 조정할 필요가 있는 것을 발견했다. 또한, 개재물의 제어와 강 중 수소량의 조정에 더하여, 강판을 특정의 성분 조성으로 하고, 특히 강 중의 Mn 함유량에 대한 Si 함유량의 질량비(Si/Mn)를 소정의 범위로 조정하고, 또한, 강판 표층부에 소정의 원소를 함유하는 산화물량이 소정의 범위 내가 되도록 조정함으로써, 양호한 굽힘성 및 도금성을 갖는 고강도 아연 도금 강판이 얻어지는 것을 발견했다.
또한, 재결정 어닐링 시의 로 내 분위기의 조건 등, 각 제조 공정의 조건을 적절히 조정함으로써, 본 발명의 고강도 아연 도금 강판을 제조할 수 있는 것을 발견했다. 특히, 본 발명자들은, 본 발명의 아연 도금 강판의 제조 조건을 검토하는 과정에서, 어닐링 공정에 있어서의 로 내 분위기의 노점을 특정의 범위로 제어함으로써, 아연 도금 강판의 도금성을 비약적으로 향상할 수 있는 것을 처음으로 발견했다. 이는, 노점을 제어함으로써, 강판 표층부의 산화물량을 소정의 범위 내가 되도록 조정할 수 있고, 이에 따라 Si 및 Mn의 외부 산화를 억제할 수 있었기 때문이라고 생각된다. 구체적으로는 본 발명은 이하의 것을 제공한다.
[1] 강 조성이 질량％로,
C: 0.08％ 이상 0.20％ 이하,
Si: 2.0％ 미만,
Mn: 1.5％ 이상 3.5％ 이하,
P: 0.02％ 이하,
S: 0.002％ 이하,
Al: 0.10％ 이하 및,
N: 0.006％ 이하를 함유하고,
강 중의 Mn 함유량에 대한 Si 함유량의 질량비(Si/Mn)가 0.2 이상이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과,
표면에서 판두께 1/3 위치까지의 범위에 존재하는 Al, Si, Mg 및 Ca의 적어도 1종을 함유하는 개재물의 평균 입경이 50㎛ 이하, 상기 개재물의 평균 최근접 거리가 20㎛ 이상인 강 조직을 갖는 강판과,
상기 강판의 표면에, 편면당의 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하의 아연 도금층을 구비하고,
강 중에 포함되는 확산성 수소량이 0.25질량ppm 미만이고,
상기 아연 도금층 바로 아래의, 하지(base) 강판 표면으로부터 100㎛ 이내의 강판 표층부에, Fe, Si, Mn, Al, P, B, Nb, Ti, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni 중으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 함유하는 산화물이, 편면당 0.010g/㎡ 이상이고,
인장 강도가 1100㎫ 이상인 고강도 아연 도금 강판.
[2] 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, 하기 (1)∼(3) 중 적어도 하나를 함유하는 [1]에 기재된 고강도 아연 도금 강판.
(1) Ti, Nb, V 및 Zr 중 1종 이상을 합계로 0.005％ 이상 0.1％ 이하
(2) Mo, Cr, Cu 및 Ni 중 1종 이상을 합계로 0.01％ 이상 0.5％ 이하
(3) B: 0.0003％ 이상 0.005％ 이하
[3] 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, Sb: 0.001％ 이상 0.1％ 이하 및 Sn: 0.001％ 이상 0.1％ 이하 중 적어도 1종을 함유하는 [1] 또는 [2]에 기재된 고강도 아연 도금 강판.
[4] 상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, Ca: 0.0005％ 이하를 함유하는 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 고강도 아연 도금 강판.
[5] 상기 강 조직은, 면적률로, 30％ 이상 85％ 이하의 마르텐사이트, 60％ 이하(0％를 포함함)의 페라이트, 15％ 이하(0％를 포함함)의 베이나이트, 또한 5％ 미만(0％를 포함함)의 잔류 오스테나이트를 갖고,
페라이트의 평균 입경이 15㎛ 이하인 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 고강도 아연 도금 강판.
[6] [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 성분 조성을 갖는 강을, 주형 메니스커스 근방의 응고 계면의 용강 유속이 16㎝/초 이상이 되는 조건으로 주조하여 강 소재로 하는 주조 공정과,
상기 주조 공정 후의 강 소재를 열간 압연하는 열연 공정과,
상기 열연 공정 후의 강판을 산 세정하는 산 세정 공정과,
상기 산 세정 공정 후의 강판을, 압하율 20％ 이상 80％ 이하에서 냉간 압연하는 냉연 공정과,
상기 냉연 공정 후의 강판을, 연속 어닐링 라인에서, 500℃ 이상의 온도역의 로 내 분위기의 수소 농도를 0vol％ 초과 12vol％ 이하, 또한 740℃ 이상의 온도역에서의 노점이 －25℃ 이상인 로 내 분위기에서, 어닐링 온도 740℃ 이상 (Ac3＋20)℃ 이하에서 가열한 후, 어닐링 온도에서 적어도 600℃까지를 평균 냉각 속도 3℃/초 이상으로 냉각하는 어닐링 공정과,
상기 어닐링 공정 후의 강판을, 도금 처리하고, 당해 도금 처리 후 450℃에서 250℃까지의 온도역을 평균 냉각 속도 3℃/초 이상으로 냉각하는 도금 공정을 갖는 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법.
[7] 상기 도금 공정 후, 폭 트림을 행하는 폭 트림 공정을, 추가로 갖는 [6]에 기재된 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법.
[8] 상기 어닐링 공정 후 또는 상기 도금 공정 후, 수소 농도가 5vol％ 이하, 노점이 50℃ 이하의 분위기에서, 50∼400℃의 온도역에서 30초 이상 가열하는 후처리 공정을 추가로 갖는 [6] 또는 [7]에 기재된 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법.
[9] 상기 도금 공정에 있어서, 상기 도금 처리 직후에 합금화 처리를 행하는 [6] 내지 [8] 중 어느 하나에 기재된 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법.
[10] [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 고강도 아연 도금 강판이, 성형 가공 및 용접의 적어도 한쪽이 되어 이루어지는 고강도 부재.
[11] [6] 내지 [9] 중 어느 하나에 기재된 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법에 의해 제조된 고강도 아연 도금 강판을, 성형 가공 및 용접의 적어도 한쪽을 행하는 공정을 갖는, 고강도 부재의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 도금성 및 굽힘성이 우수한 고강도 아연 도금 강판, 고강도 부재 및 그들의 제조 방법을 제공할 수 있다. 본 발명의 고강도 아연 도금 강판을 자동차 차체의 골격 부재에 적용한 경우는, 충돌 안전성의 향상이나 경량화에 크게 공헌할 수 있다.
도 1은 강 중의 확산성 수소량과 R/t과의 관계의 일 예를 나타내는 도면이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시 형태에 한정되지 않는다.
본 발명의 고강도 아연 도금 강판은, 강판과, 강판 표면에 형성되는 아연 도금층을 갖는다. 우선, 강판의 성분 조성(강 조성)에 대하여 설명한다. 강판의 성분 조성의 설명에 있어서, 성분의 함유량의 단위인 「％」는 「질량％」를 의미한다.
C: 0.08％ 이상 0.20％ 이하
C는 강판의 고강도화에 유효한 원소이고, 강 조직의 경질상(相)의 하나인 마르텐사이트를 형성함으로써 고강도화에 기여한다. 또한, 제조 방법에 따라서는 Nb나 Ti, V 및 Zr과 같은 탄화물 형성 원소와 미세한 합금 화합물 혹은 합금 탄질화물을 형성하는 것으로도 고강도화에 기여한다. 이들 효과를 얻기 위해서는, C 함유량은 0.08％ 이상으로 하는 것이 필요하다. 한편, C 함유량이 0.20％를 초과하면, 마르텐사이트가 과잉으로 경질화하여, 개재물이나 강 중 수소량을 제어해도 굽힘 가공성이 개선하지 않게 되는 경향이 있다. 따라서 C 함유량은 0.08％ 이상 0.20％ 이하로 한다. TS를 안정적으로 1100㎫ 이상으로 하는 관점에서는, C 함유량은 0.09％ 이상이 바람직하다.
Si: 2.0％ 미만
Si는 주로 고용 강화에 의해 고강도화에 기여하는 원소이고, 강도 상승에 대하여 연성의 저하가 비교적 적고, 강도 뿐만 아니라 강도와 연성의 균형 향상에도 기여한다. 연성의 향상은 굽힘성의 개선으로 이어진다. 한편으로, Si는 강판 표면에 Si계 산화물을 형성하기 쉬워, 불(不)도금의 원인이 되는 경우가 있음과 함께, 과잉으로 함유하면 열간 압연 시에 현저한 스케일이 형성되어 강판 표면에 스케일 흠이 생겨, 표면 성상이 나빠지는 경우가 있고, 또한 산 세정성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, 강도 확보에 필요한 분만큼 첨가하면 좋지만, 도금성의 관점에서, Si 함유량은 2.0％ 미만으로 한다. Si 함유량은 바람직하게는 1.8％ 이하이다. Si 함유량의 하한은 특별히 규정되지 않지만, 0.001％ 미만에서는 제조에서의 제어가 어려워지는 경향이 있기 때문에, Si 함유량은 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Si는 강도 확보에 필요한 양을 첨가하면 좋고, 강도 향상의 효과를 유효하게 얻는 관점에서는, Si 함유량은 보다 바람직하게는 0.3％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 0.4％ 이상이고, 특히 바람직하게는 0.5％ 이상이다.
Mn: 1.5％ 이상 3.5％ 이하
Mn은 고용 강화 및 마르텐사이트 형성에 의해 고강도화에 기여하는 원소로서 유효하고, 이 효과를 얻기 위해 1.5％ 이상의 함유가 필요하다. Mn 함유량은 바람직하게는 1.9％ 이상이다. 한편, Mn 함유량이 3.5％를 초과하면 Mn의 편석 등에 기인하여 강 조직에 불균일이 발생하기 쉬워져, 가공성의 저하를 초래하는 것 외에, Mn은 강판 표면에 산화물 혹은 복합 산화물로서 외부 산화하기 쉽고, 불도금의 원인이 되는 경우가 있다. 그 때문에 Mn 함유량은 3.5％ 이하로 한다.
P: 0.02％ 이하
P는, 고용 강화에 의해 강판의 고강도화에 기여하는 유효한 원소이지만, 한편으로 도금성에 영향을 준다. 특히 강판과의 젖음성의 열화, 도금층의 합금화 속도의 지연을 초래하고, 특히 고강도 강판을 얻는 바와 같은 고합금계에서는 영향이 크다. 그 때문에, P 함유량은 0.02％ 이하로 했다. P 함유량은, 바람직하게는 0.01％ 이하이다. P 함유량의 하한은 특별히 규정하지 않지만 0.0001％ 미만에서는 제조 과정에 있어서 생산 능률 저하와 탈인 비용 증가를 초래하기 때문에, P 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
S: 0.002％ 이하
S는 강 중에서 황화물계의 개재물을 형성하기 쉽다. 특히 고강도화이기 때문에 Mn을 다량으로 첨가하는 경우는 MnS계의 개재물을 형성하기 쉬워진다. 이는 굽힘성을 해치는 원인도 되는 것 외에, S는 열간 취성을 일으키는 원인이 되어 제조 공정에 악영향을 미치기 때문에, 최대한 저감하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 0.002％까지는 허용할 수 있다. S 함유량의 하한은 특별히 규정하지 않지만 0.0001％ 미만에서는 제조 과정에 있어서 생산 능률 저하와 비용 증가를 초래하기 때문에, S 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
Al: 0.10％ 이하
Al은 탈산제로서 첨가된다. 탈산제로서 Al을 첨가하는 경우, 그의 효과를 얻기 위해, Al을 0.001％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, Al 함유량이 0.10％를 초과하면 제조 공정 중에서 개재물을 형성하기 쉬워져, 굽힘성을 열화시킨다. 그 때문에, Al 함유량은 0.10％ 이하로 하고, 바람직하게는 강 중의 sol.Al로서 0.08％ 이하이다.
N: 0.006％ 이하
N 함유량이 0.006％를 초과하면 강 중에 과잉의 질화물이 생성되어 가공성을 저하시키는 것 외에, 강판의 표면 성상의 악화를 초래하는 경우가 있다. 이 때문에 N 함유량은 0.006％ 이하, 바람직하게는 0.005％ 이하로 한다. 페라이트가 존재하는 경우, 그의 청정화에 의한 연성 향상의 관점에서는 함유량은 최대한 적은 쪽이 바람직하지만, 제조 과정에 있어서의 생산 능률 저하와 비용 증가를 초래하기 때문에, N 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
강 중의 Mn 함유량에 대한 Si 함유량의 질량비(Si/Mn)가 0.2 이상
우수한 도금성을 얻기 위해서는 강 중에서 산화하기 쉬운 원소의 제어가 중요하고, Mn의 외부 산화를 억제하는 관점에서, SiMn 복합 산화물을 강판 내부에 형성하는 것을 목표로 하고 있다. 강 중의 Mn 함유량에 대한 Si 함유량의 질량비(Si/Mn)가 0.2 미만이 되면, 아연 도금층 바로 아래의 하지 강판 표면(이하, 간단히 「하지 강판 표면」이라고도 칭함)으로부터 100㎛ 이내의 강판 표층부에 충분한 산화물량이 얻어지지 않게 된다. 그 때문에, 강 중의 Mn 함유량에 대한 Si 함유량의 질량비(Si/Mn)는 0.2 이상으로 한다. 강판 표층부에 충분한 산화물량을 얻는 관점에서는, 강 중의 Mn 함유량에 대한 Si 함유량의 질량비(Si/Mn)는 0.20 이상인 것이 바람직하고, 0.25 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 강 중의 Mn 함유량에 대한 Si 함유량의 질량비(Si/Mn)의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 본 발명의 성분 조성에 있어서는 1.3 이하가 되는 경우가 많다.
본 발명의 강은 상기 성분 조성을 기본적으로 함유하고, 잔부는 철 및 불가피적 불순물이다. 상기 성분 조성에는, 본 발명의 작용을 해치지 않는 범위에서, 추가로, 하기의 성분을 임의 성분으로서 포함해도 좋다. 또한, 하기의 임의 원소를 하기의 하한값 미만으로 포함하는 경우, 그 임의 성분은 불가피적 불순물로서 포함되는 것으로 한다. 또한, 성분 조성에는, Mg, La, Ce, Bi, W, Pb를 합계로 0.002％까지 불가피적 불순물로서 포함해도 상관없다.
상기 성분 조성은, 임의 성분으로서, 추가로, 질량％로, 하기 (1)∼(3) 중 적어도 하나를 함유해도 좋다.
(1) Ti, Nb, V 및 Zr 중 1종 이상을 합계로 0.005％ 이상 0.1％ 이하
(2) Mo, Cr, Cu 및 Ni 중 1종 이상을 합계로 0.01％ 이상 0.5％ 이하
(3) B: 0.0003％ 이상 0.005％ 이하
Ti, Nb, V 및 Zr은, C나 N과 탄화물이나 질화물(탄질화물의 경우도 있음)을 형성한다. 미세 석출물로 함으로써 강판의 고강도화에 기여한다. 특히 연질인 페라이트에 석출시킴으로써 그의 강도를 높여, 마르텐사이트와의 강도차를 저감하는 효과는 굽힘성 외에 신장 플랜지성의 개선에도 기여한다. 추가로 이들 원소는 열연 코일의 조직을 미세화하는 작용이 있어, 그 후의 냉연·어닐링 후의 강 조직을 미세화하는 것으로도 강도 상승이나 굽힘성 등의 가공성 향상에 기여한다. 이 효과를 얻는 관점에서, Ti, Nb, V 및 Zr 중 1종 이상을 합계로 0.005％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 그러나 과잉의 첨가는, 냉간 압연 시의 변형 저항을 높여 생산성을 저해하는 것 외에, 과잉의 혹은 조대한 석출물의 존재는 페라이트의 연성을 저하시키고, 강판의 연성이나 굽힘성을 저하시키는 경향이 있다. 이 때문에, Ti, Nb, V 및 Zr 중 1종 이상을 합계로 0.1％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
Mo, Cr, Cu 및 Ni의 원소는 퀀칭성을 높여 마르텐사이트를 생성시키기 쉽게하기 때문에, 고강도화에 기여하는 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해, 상기 하한 0.01％를 바람직한 하한이라고 규정하고 있다. Mo, Cr, Cu 및 Ni에 대해서는, 그의 과잉의 첨가는 효과의 포화나 비용 증가로 이어지는 것 외에, Cu에 대해서는 열간 압연 시의 깨짐을 유발하여 표면 흠의 발생 원인이 된다. 그 때문에, Mo, Cr, Cu 및 Ni 중 1종 이상을 합계로 0.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ni에 대해서는 Cu 첨가에 의한 표면 흠의 발생을 억제하는 효과가 있기 때문에 Cu 첨가 시는 동시에 첨가하는 것이 바람직하다. 특히 Cu량의 1/2 이상 함유하는 것이 바람직하다.
B에 대해서도 어닐링 냉각 과정에서 일어나는 페라이트 생성의 억제 효과를 얻기 위한 하한을 형성하는 것 외에, 그의 과잉의 첨가는 효과의 포화를 이유로 상한을 형성하는 것으로 한다. 과잉의 퀀칭성은 용접 시의 용접부 깨짐 등의 불이익도 있다. 그래서, B 함유량은 0.0003％ 이상 0.005％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
상기 성분 조성은, 임의 성분으로서, 추가로, 하기의 성분을 함유해도 좋다.
Sb: 0.001％ 이상 0.1％ 이하 및 Sn: 0.001％ 이상 0.1％ 이하 중 적어도 1종
Sb나 Sn은 탈탄이나 탈질소, 탈붕소 등을 억제하고, 강판의 강도 저하 억제에 유효한 원소이기 때문에 0.001％ 이상의 함유가 바람직하다. 그러나 과잉의 첨가는 표면 성상을 저하시키기 때문에 그의 상한을 0.1％로 하는 것이 바람직하다.
Ca: 0.0005％ 이하
Ca를 소량 첨가하면, 황화물의 형상을 구상화시켜, 강판의 굽힘성을 향상시키는 효과가 얻어진다. 한편, 과잉으로 첨가하면, Ca는 강 중에서 황화물이나 산화물을 과잉으로 형성하고, 강판의 가공성, 특히 굽힘성을 저하시키기 때문에 Ca 함유량을 0.0005％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Ca 함유량의 하한은 특별히 규정되지 않지만, Ca를 함유하는 경우는, Ca 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 많다.
이어서, 강판의 강 조직에 대해서 설명한다.
강 조직은, 표면에서 판두께 1/3 위치까지의 범위에 존재하는 Al, Si, Mg 및 Ca의 적어도 1종을 함유하는 개재물의 평균 입경이 50㎛ 이하, 개재물의 평균 최근접 거리가 20㎛ 이상이다. 개재물의 평균 입경 및 평균 최근접 거리를 상기 범위로 조정하고, 또한, 강 중의 확산성 수소량을 특정의 범위로 하면, 굽힘성을 향상할 수 있다. 또한, 개재물의 최근접 거리의 측정에는, Al, Si, Mg 및 Ca의 적어도 1종을 함유하는 개재물 이외에는 카운트하지 않는다.
개재물의 평균 입경은, 50㎛ 이하이고, 바람직하게는 30㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 20㎛ 이하이다. 개재물의 평균 입경은 작은 쪽이 좋기 때문에, 하한은 특별히 규정되지 않지만, 1㎛ 이상이 되는 경우가 많다.
개재물의 평균 최근접 거리는, 20㎛ 이상이고, 바람직하게는 30㎛ 이상이고, 보다 바람직하게는 50㎛ 이상이다. 개재물의 평균 최근접 거리는, 상한은 특별히 규정되지 않지만, 500㎛ 이하가 되는 경우가 많다.
개재물의 평균 입경 및 개재물의 평균 최근접 거리는, 실시예에 기재된 방법으로 측정하고 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 강판의 강 조직은, 면적률로, 30％ 이상 85％ 이하의 마르텐사이트, 60％ 이하(0％를 포함함)의 페라이트, 15％ 이하(0％를 포함함)의 베이나이트, 또한 5％ 미만(0％를 포함함)의 잔류 오스테나이트를 갖고, 페라이트의 평균 입경이 15㎛ 이하인 것이 바람직하다.
마르텐사이트: 30％ 이상 85％ 이하
마르텐사이트는 경질이고, 강판 강도를 높이기 위해 유효 또한 필수이다. 인장 강도(TS) 1100㎫ 이상을 확보하기 위해 면적률로 30％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. TS의 안정 확보의 관점에서는 45％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 여기에서 말하는 마르텐사이트는, 제조 중에 자기 템퍼링된 오토템퍼드 마르텐사이트나 경우에 따라서는 그 후의 열처리로 템퍼링된 템퍼링 마르텐사이트를 포함한다. 또한, 굽힘성과 강도와의 균형의 관점에서 마르텐사이트는 85％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
페라이트: 60％ 이하(0％를 포함함)
수소가 존재하는 분위기 중에서 열처리 및 도금을 부여하는 공정을 실시한 경우, 강 중에 수소가 침입 및 잔존한다. 최종 제품의 강 중 수소를 최대한 저감하는 하나의 수법으로서, 도금을 부여하기 전의 강 조직에 BCC 구조인 페라이트나 베이나이트를 출현시킨다. 이는, FCC 구조인 오스테나이트보다도 BCC 구조인 페라이트나 베이나이트의 쪽이 수소의 고용도가 작은 것을 이용하는 것이다. 또한 연질인 페라이트는 강판의 연성을 향상시켜, 굽힘성을 향상시킨다. 그러나, 페라이트가 60％를 초과하면 강도를 확보할 수 없게 되기 때문에 바람직한 상한을 60％로 한다. 또한, 페라이트는 2％ 이상이 되는 경우가 많다.
페라이트의 평균 입경은 15㎛ 이하가 바람직하다. 페라이트 입경이 작을수록, 굽힘 표면에서의 보이드의 생성이나 연결을 억제할 수 있고, 굽힘성을 높일 수 있다. 페라이트의 평균 입경은, 보다 바람직하게는 10㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 4㎛ 이하이다.
베이나이트: 15％ 이하(0％를 포함함)
베이나이트는 굽힘성 향상에 기여하기 때문에, 포함해도 좋지만, 과잉으로 포함하면 소망하는 강도가 얻어지지 않기 때문에, 15％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 베이나이트는 2％ 이상이 되는 경우가 많다.
잔류 오스테나이트가 5％ 미만(0％를 포함함)
오스테나이트는 fcc상이고, 페라이트(bcc상)에 비해, 수소의 흡장능이 높고 또한 강 중에서의 확산이 늦기 때문에 강 중에 잔존하기 쉽다. 추가로 이 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트에 가공 유기 변태한 경우에는, 강 중의 확산성 수소를 증가시킬 우려가 있다. 그 때문에, 본 발명에서는, 잔류 오스테나이트는 5％ 미만이 바람직하다.
또한 강 조직은 상기한 조직(상) 이외의 조직으로서, 잔부에 펄라이트, 탄화물 등의 석출물을 포함하는 경우가 있고, 이들은 강판 표면으로부터 판두께 1/4 위치에 있어서의 합계 면적률로 10％ 이하이면 허용할 수 있다. 바람직하게는 5％ 이하(0％를 포함함)로 한다.
또한, 상기 강 조직의 개재물, 면적률은, 실시예에 기재된 방법으로 확인한다.
이어서, 아연 도금층에 대해서 설명한다. 아연 도금층은, 편면당의 도금 부착량이 20∼120g/㎡이다. 부착량이 20g/㎡ 미만에서는 내식성의 확보가 곤란하게 된다. 따라서, 부착량은 20g/㎡ 이상으로 하고, 바람직하게는 25g/㎡ 이상, 보다 바람직하게는 30g/㎡ 이상이다. 한편, 120g/㎡를 초과하면 내도금 박리성이 열화한다. 따라서, 부착량은 120g/㎡ 이하, 바람직하게는 100g/㎡ 이하, 보다 바람직하게는 80g/㎡ 이하이다.
아연 도금층의 조성은 특별히 한정되지 않고, 일반적인 것이면 좋다. 예를 들면, 용융 아연 도금층이나 합금화 용융 아연 도금층인 경우, 일반적으로는, Fe: 20질량％ 이하, Al: 0.001 질량％ 이상 1.0질량％ 이하를 함유하고, 추가로, Pb, Sb, Si, Sn, Mg, Mn, Ni, Cr, Co, Ca, Cu, Li, Ti, Be, Bi 및 REM으로부터 선택하는 1종 또는 2종 이상을 합계로 0질량％ 이상 3.5질량％ 이하 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성이다. 본 발명에서는, 편면당의 도금 부착량이 20∼120g/㎡의 용융 아연 도금층, 이것이 추가로 합금화된 합금화 용융 아연 도금층을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 도금층이 용융 아연 도금층인 경우에는 도금층 중의 Fe 함유량이 7질량％ 미만이고, 합금화 용융 아연 도금층인 경우에는 도금층 중의 Fe 함유량은 7∼20질량％인 것이 바람직하다.
본 발명의 고강도 아연 도금 강판은, 실시예에 기재된 방법으로 측정하여 얻어지는 강 중의 확산성 수소량이 0.25질량ppm 미만이다. 강 중의 확산성 수소는, 굽힘성을 열화시킨다. 강 중의 확산성 수소량이 0.25질량ppm 이상이 되면, 비록 개재물이나 강 조직을 적정하게 만들어져도 굽힘성은 나빠진다.
본 발명에서는, 강 중의 확산성 수소량을 0.25질량ppm 미만으로 함으로써 안정적인 개선 효과가 있는 것을 분명히 했다. 바람직하게는 0.20질량ppm 이하, 보다 바람직하게는 0.15질량ppm 이하이다. 하한은 특별히 한정하지 않지만, 적을수록 바람직하기 때문에, 하한은 0질량ppm이다. 본 발명에서는, 강판을 성형 가공이나 용접을 하기 전에, 강 중의 확산성 수소가 0.25질량ppm 미만인 것이 필요하다. 단, 강판을 성형 가공이나 용접한 후의 제품(부재)에 대해서, 일반적인 사용 환경에 두어진 당해 제품으로부터 샘플을 잘라내어 강 중의 확산성 수소량을 측정했을 때에, 강 중의 확산성 수소가 0.25질량ppm 미만이면, 성형 가공이나 용접을 하기 전도 0.25질량ppm 미만이었다고 간주할 수 있다.
본 발명의 고강도 아연 도금 강판은, 아연 도금층 바로 아래의 하지 강판 표면으로부터 100㎛ 이내의 강판 표층부에 Fe, Si, Mn, Al, P, B, Nb, Ti, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni 중으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 함유하는 산화물이, 편면당 0.010g/㎡ 이상이다. 강 중에 Si 및 다량의 Mn이 첨가된 용융 아연 도금 강판에 있어서, 양호한 외관과 가공 시의 도금 밀착성을 만족시키기 위해서는, 고가공(高加工) 시의 깨짐의 기점이 될 가능성이 있는 도금층 바로 아래의 지철 표층의 산화물량을 제어할 필요가 있다. 그래서, 본 발명에서는 후술의 어닐링 공정에 있어서, 산소 포텐셜을 제어하기 위해 노점 제어를 행했다. 이에 따라, 산소 포텐셜을 높임으로써 이(易)산화성 원소인 Si나 Mn 등이, 도금 직전에 미리 내부 산화하여 지철 표층부에 있어서의 Si, Mn의 활량이 저하함으로써, 외부 산화가 억제되고, 결과적으로 도금 외관이나 밀착성의 향상으로 이어진다. 이 향상 효과는, 하지 강판 표면으로부터 100㎛ 이내의 강판 표층부에 Fe, Si, Mn, Al, P, B, Nb, Ti, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni 중으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 함유하는 산화물을, 편면당 0.010g/㎡ 이상 존재시킴으로써 현저해진다. 또한, 당해 산화물은, 바람직하게는 0.060g/㎡ 이상이다. 한편으로, 당해 산화물을 0.30g/㎡를 초과하여 존재시켜도 이 효과는 포화하기 때문에, 0.30g/㎡ 이하로 하는 것이 바람직하다. 하지 강판 표면으로부터 100㎛ 이내의 강판 표층부에 Fe, Si, Mn, Al, P, B, Nb, Ti, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni 중으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 함유하는 산화물은, 실시예에 기재된 방법으로 측정하고 있다.
본 발명의 고강도 아연 도금 강판은, 높은 인장 강도(TS)를 갖는다. 구체적으로는, 실시예에 기재된 방법으로 측정한 인장 강도(TS)가 1100㎫ 이상이다. 또한, 본 발명의 고강도 아연 도금 강판에 있어서의 강판의 판두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.5㎜ 이상 3㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 본 발명의 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 제조 방법은, 주조 공정, 열연 공정, 산 세정 공정, 냉연 공정, 어닐링 공정, 도금 공정을 갖는다. 이하, 각 공정에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 슬래브(강 소재), 강판 등을 가열 또는 냉각할 때의 온도는, 특별히 설명이 없는 한, 슬래브(강 소재), 강판 등의 표면 온도를 의미한다.
주조 공정이란, 상기 성분 조성을 갖는 강을, 주형 메니스커스 근방의 응고 계면의 용강 유속이 16㎝/초 이상이 되는 조건으로 주조하여 강 소재로 하는 공정이다.
강 소재(슬래브(주편)) 제조
본 발명의 제조 방법에서 사용하는 강은, 일반적으로 슬래브라고 불리우는 연속 주조 방법으로 제조된 것을 이용하지만, 이는 합금 성분의 매크로 편석을 방지하는 목적이고, 조괴법이나 박슬래브 주조법 등으로 제조해도 좋다.
개재물을 제어하는 관점에서, 연속 주조하는 경우, 주형 메니스커스 근방의 응고 계면의 용강 유속(이하, 간단히 용강 유속이라고도 함)이 16㎝/초 이상이 되는 조건으로 주조한다. 용강 유속은, 바람직하게는 17㎝/초 이상이다. 용강 유속을 빠르게 함으로써 본 발명에 따른 강판을 얻기 쉬워지기 때문에, 상한은 특별히 규정되지 않지만, 조업 안정성의 관점에서는, 50㎝/초 이하로 하는 것이 바람직하다. 「주형 메니스커스 근방」이란 주형 내의 연속 주조 시에 사용하는 파우더와 용강의 계면을 의미한다. 조괴의 경우, 응고 중 개재물을 충분히 부상시키고 또한 그 부상 집합한 개소를 잘라내 버려 다음 공정으로 이용하는 것이 바람직하다.
열연 공정이란, 주조 공정 후의 강 소재를 열간 압연하는 공정이다.
강 슬래브를 제조한 후에는, 일단 실온까지 냉각하여 그 후 재가열하는 종래법에 더하여, 실온 부근까지 냉각하지 않고 온편인 채로 가열로에 장입하여 열간 압연하는 방법이나, 약간의 보열을 행한 후에 곧바로 열간 압연하는 방법, 혹은 주조 후 고온 상태를 유지한 채로 열간 압연하는 방법도 문제 없이 행할 수 있다.
열간 압연의 방법은 특별히 규정은 없지만, 이하의 조건으로 행하는 것이 바람직하다.
강 슬래브의 가열 온도는, 1100℃ 이상 1350℃ 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이는 강 슬래브 중에 존재하는 석출물은 조대화하기 쉽고, 예를 들면 석출 강화에 의한 강도 확보를 하는 경우에는 불리해진다. 혹은 조대한 석출물을 핵으로 하여 후의 어닐링 과정에 있어서 조직 형성에 악영향을 미칠 가능성이 있기 때문이다. 또한, 가열에 의해 슬래브 표면의 기포나 결함 등을 스케일 오프시킴으로써 강판 표면의 균열이나 요철을 저감하여, 평활한 강판 표면을 달성하는 것은 제품 품질로서 유익하다. 이러한 관점에서 슬래브 가열 온도를 규정한다. 이와 같은 효과를 얻기 위해 1100℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편으로 1350℃를 초과하면 오스테나이트립의 조대화가 일어나, 최종 제품의 강 조직도 조대화하고, 강판의 강도나 굽힘성을 저하시키는 원인이 되기 때문에, 바람직한 상한을 규정한다.
조압연 및 마무리 압연을 포함하는 열간 압연 공정에서는, 일반적으로 강 슬래브는 조압연으로 시트 바가 되고, 마무리 압연에 의해 열연 코일이 되지만, 밀 능력 등에 따라서는 그러한 구분에 관계없이, 소정의 사이즈가 되면 문제 없다.
열간 압연 조건으로서는 이하가 바람직하다.
마무리 압연 온도는, 800℃ 이상 950℃ 이하의 범위로 하는 것이 바람직하다. 800℃ 이상으로 함으로써, 열연 코일로 얻어지는 조직을 균일하게 하고, 최종 제품의 조직도 균일하게 되는 것을 목표로 한다. 조직이 불균일하다면, 굽힘성이 저하하는 경향이 있다. 한편 950℃를 초과하면 산화물(스케일) 생성량이 많아져 지철과 산화물의 계면이 거칠어져 산 세정 및 냉간 압연 후의 표면 품질이 열화하는 경향이 있다. 또한 결정립 지름이 조대하게 됨으로써, 강 슬래브와 동일하게 강판의 강도나 굽힘성을 저하시키는 원인이 되는 경향이 있다.
상기 열간 압연을 종료한 열연 코일(열연판)은, 조직의 미세화나 균일화를 위해, 마무리 압연 종료 후 3초 이내에 냉각을 개시하고, [마무리 압연 온도]∼[마무리 압연 온도－100]℃의 온도역을 10∼250℃/s의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 450∼700℃의 온도역에서 코일로 권취하는 것이 바람직하다.
산 세정 공정이란, 열연 공정 후의 강판을 산 세정하는 공정이다. 산 세정에 의해 스케일을 떨어뜨린다. 산 세정 조건은 적절히 설정하면 좋다.
냉연 공정이란, 산 세정 공정 후의 강판을, 압하율 20％ 이상 80％ 이하에서 냉간 압연하는 공정이다.
압하율 20％ 이상으로 하는 것은, 계속해서 행하는 어닐링 공정에 있어서 균일 미세한 강 조직을 얻기 위함이다. 20％ 미만에서는 어닐링 시에 조립(粗粒)이 되기 쉽거나 불균일한 조직이 되기 쉬워, 전술한 바와 같이 최종 제품판에서의 강도나 가공성 저하가 우려된다. 상한에 대해서는, 높은 압하율은 압연 부하에 의한 생산성 저하 외에, 형상 불량이 되는 경우가 있기 때문에 80％로 한다. 또한, 냉간 압연 후에 산 세정을 해도 좋다.
어닐링 공정이란, 냉연 공정 후의 강판을, 연속 어닐링 라인에서, 500℃ 이상의 온도역의 로 내 분위기의 수소 농도를 0vol％ 초과 12vol％ 이하, 또한 740℃ 이상의 온도역에서의 노점이 －25℃ 이상인 로 내 분위기에서, 어닐링 온도 740℃ 이상 (Ac3＋20)℃ 이하에서 가열한 후, 어닐링 온도에서 적어도 600℃까지를 평균 냉각 속도 3℃/초 이상으로 냉각하는 공정이다. 냉각의 냉각 정지 온도는 특별히 한정되지 않는다. 또한, Ac3 변태점(본 명세서에서는, 간단히 Ac3이라고도 기재함)은, 이하와 같이 산출하고 있다.
Ac3(℃)＝910－203(C)1/2＋44.7Si－30Mn－11P＋700S＋400Al＋400Ti로 한다.
상기 식에 있어서의 원소 기호는 각 원소의 함유량(질량％)을 의미하고, 함유하지 않는 성분은 0으로 한다.
500℃ 이상의 온도역의 로 내 분위기의 수소 농도가 지나치게 높으면 본 발명에서 규정하는 강 중의 확산성 수소량이 상한을 초과한다는 문제가 있고, 지나치게 낮으면 도금 불량이라는 문제가 있기 때문에, 500℃ 이상의 온도역의 로 내 분위기의 수소 농도를 0vol％ 초과 12vol％ 이하로 한다. 또한, 당해 수소 농도는, 바람직하게는 10vol％ 이하이다. 또한, 도금성 향상의 관점에서, 당해 수소 농도는, 1vol％ 이상이 바람직하고, 3vol％ 이상이 보다 바람직하다.
740℃ 이상의 온도역에서의 노점이 －25℃ 미만인 로 내 분위기에 있어서, 본 성분계에서는 Si 및 Mn을 포함하는 복합 산화물이 형성되기 어렵고, 하지 강판 표면으로부터 100㎛ 이내의 강판 표층부에 충분한 산화물량이 얻어지지 않게 되기 때문에, Si 및 Mn의 외부 산화 억제 효과가 불충분해져, 불도금이 발생한다. 그 때문에, 740℃ 이상의 어닐링역의 노점은 －25℃ 이상으로 한다. 740℃ 이상의 어닐링역에 있어서의 노점의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 픽업 등에 롤 열화의 우려로부터 10℃ 이하가 바람직하다.
Si 및 Mn의 산화로의 영향이 작은 740℃ 이하의 노점은 특별히 규정하지 않지만, 로체의 기밀성 확보의 관점에서 －55℃ 이하의 노점의 유지가 매우 곤란한 점, 10℃ 이상의 노점에서는 픽업 등에 의한 롤 열화가 우려되는 점에서, －55℃ 이상 10℃ 이하가 바람직하다.
어닐링 온도가 지나치게 높으면 본 발명에서 규정하는 강 중의 확산성 수소량이 상한을 초과한다는 문제가 있고, 지나치게 낮으면 본 발명에서 규정하는 인장 강도가 얻어지지 않는다는 문제가 있기 때문에, 어닐링 온도를 740℃ 이상 (Ac3＋20)℃ 이하로 한다.
어닐링 온도에서 적어도 600℃까지에 있어서의 평균 냉각 속도가 지나치게 느리면 소망하는 특성을 얻기 위한 마르텐사이트량을 확보할 수 없다는 문제가 있기 때문에, 평균 냉각 속도 3℃/초 이상으로 한다. 어닐링 온도에서 적어도 600℃까지의 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 4℃/초 이상이다. 또한, 어닐링 온도에서 적어도 600℃까지의 온도역에 착목하는 이유는 이 온도역이 마르텐사이트가 되는 오스테나이트량에 영향을 미치는 온도역이기 때문이다. 또한, 어닐링 온도에서 적어도 600℃까지의 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 규정되지 않지만, 냉각 설비의 에너지 절약의 관점에서는, 200℃/s 이하로 하는 것이 바람직하다.
어닐링 온도에서 600℃까지 냉각하고, 계속해서 이 이하의 온도로 일단 냉각하고, 재가열에 의해 450∼550℃의 온도역에서의 체류를 시켜도 좋다. 이 경우, Ms점 이하까지 냉각한 경우에는 마르텐사이트가 생성된 후 템퍼링되는 경우도 있다.
도금 공정이란, 어닐링 공정 후의 강판을, 도금 처리하고, 당해 도금 처리 후 450℃에서 250℃까지의 온도역을 평균 냉각 속도 3℃/초 이상으로 냉각하는 공정이다.
도금 처리 후 450℃에서 250℃까지의 온도역의 평균 냉각 속도가 지나치게 느리면 본 발명의 효과를 얻기 위해 필요한 양의 마르텐사이트가 생성되기 어렵다는 문제가 있기 때문에, 평균 냉각 속도 3℃/초 이상으로 한다. 도금 처리 후 450℃에서 250℃까지의 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 5℃/초 이상이다. 또한, 450∼250℃의 온도역에 착목하는 이유는 도금 및/또는 도금 합금화 온도로부터 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)를 의식한 것이다. 또한, 도금 처리 후 450℃에서 250℃까지의 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 규정되지 않지만, 냉각 설비의 에너지 절약의 관점에서는, 2000℃/s 이하로 하는 것이 바람직하다.
아연 도금은, 예를 들면, 용융 아연 도금욕에 침지하여 실시한다. 용융 아연 도금 처리는 정법으로 행하면 좋고, 편면당의 도금 부착량이 상기 범위가 되도록 조정한다.
아연 도금 처리 직후에, 필요에 따라서 아연 도금의 합금화 처리를 행할 수도 있다. 그 경우, 480∼580℃의 온도역에서 1∼60초 정도 유지하면 좋다.
어닐링 공정 후 또는 도금 공정 후에, 수소 농도가 5vol％ 이하, 노점이 50℃ 이하의 분위기에서, 50∼400℃의 온도역에서 30초 이상 가열하는 후처리 공정을 추가로 갖는 것이, 확산성 수소량 저감의 관점에서 바람직하다. 또한, 후처리 공정은, 어닐링 공정 또는 도금 공정의 다음 공정으로서 실시되는 것이 바람직하다.
후처리 공정의 수소 농도나 노점이 지나치게 높으면 반대로 강 중에 수소가 침입하기 쉬워져 본 발명에서 규정하는 강 중의 확산성 수소량이 상한을 초과할 우려가 있기 때문에, 수소 농도를 5vol％ 이하 및 노점 50℃ 이하의 분위기로 하는 것이 바람직하다.
50∼400℃의 온도역에서의 가열 시간이 짧으면 강 중의 확산성 수소량이 저감하는 효과가 작고, 본 공정이 단순한 공정 증가가 되기 때문에, 50∼400℃의 온도역에서의 가열 시간을 30초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 50∼400℃의 온도역에 착목하는 이유는 이 온도역에서는 수소 침입보다 탈수소 반응의 쪽을 진행하기 위함이라고 생각되고, 또한 이 온도 이상에서는 재질이나 도금층의 성상 열화할 우려가 있다.
도금 공정 후, 폭 트림을 행하는 폭 트림 공정을, 추가로 가져도 좋다. 폭 트림 공정에서는, 강판의 판 폭 방향 단부를 전단한다. 이는 제품 폭의 조정 외에, 전단 단면으로부터 확산성 수소가 제외됨에 따라, 강 중의 확산성 수소량을 저감하는 효과도 있다.
본 발명의 고강도 아연 도금 강판의 제조는, 연속 어닐링 라인 중에서 행해도 좋고, 혹은, 오프 라인에서 행해도 좋다.
<고강도 부재 및 그의 제조 방법>
본 발명의 고강도 부재는, 본 발명의 고강도 아연 도금 강판이, 성형 가공 및 용접의 적어도 한쪽이 되어 이루어지는 것이다. 또한, 본 발명의 고강도 부재의 제조 방법은, 본 발명의 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법에 의해 제조된 고강도 아연 도금 강판을, 성형 가공 및 용접의 적어도 한쪽을 행하는 공정을 갖는다.
본 발명의 고강도 부재는, 굽힘성이 우수하기 때문에, 굽힘 가공 후의 깨짐이 억제되어, 부재로서의 구조면에서의 신뢰성이 높다. 또한, 고강도 부재는, 도금성, 특히 내도금 박리성이 우수하다. 그 때문에, 예를 들면 강판을 프레스 성형하여 부재로 할 때에, 아연 도금 박리에 의한 아연분(粉) 등의 프레스 금형으로의 부착을 억제하고, 당해 부착이 원인으로 일어나는 강판의 표면 결함의 발생을 억제할 수 있다. 따라서, 프레스 성형 시의 생산성이 높다는 효과를 갖는다.
성형 가공은, 프레스 가공 등의 일반적인 가공 방법을 제한 없이 이용할 수 있다. 또한, 용접은, 스팟 용접, 아크 용접 등의 일반적인 용접을 제한 없이 이용할 수 있다. 본 발명의 고강도 부재는, 예를 들면, 자동차 부품에 적합하게 이용할 수 있다.
실시예
[실시예 1]
강 중의 수소량의 영향을 확인하기 위해, 실시예 1에 나타내는 검토를 행했다.
표 1에 나타내는 성분 조성의 용강을 전로에서 용제하고, 주형 메니스커스 근방의 응고 계면의 용강 유속이 평균으로 18㎝/초, 평균 주조 속도 1.8m/min으로 슬래브로 했다. 이 슬래브를 1200℃로 가열하고, 마무리 압연 온도 840℃, 권취 온도 550℃에서 열연 코일로 했다. 이 열연 코일로부터 얻은 열연 강판을 산 세정한 후, 냉간 압하율 50％이고 판두께 1.4㎜의 냉연 강판으로 했다. 이 냉연 강판을, 여러 가지의 수소 농도에서 노점 －20℃의 어닐링로 내 분위기의 어닐링 처리로, 어닐링 온도인 790℃(Ac3점＋20℃ 이하 범위 내)까지 가열하고, 당해 어닐링 온도에서 600℃까지의 평균 냉각 속도 3℃/초로 520℃까지 냉각하고, 50초 체류시킨 후, 아연 도금을 실시하여 합금화 처리를 행하고, 450℃에서 250℃까지 평균 냉각 속도 6℃/초로 냉각하고, 고강도 합금화 아연 도금 강판(제품판)을 제조했다.
각각으로부터 샘플을 잘라내어, 강 중의 수소 분석(확산성 수소량) 및 굽힘성을 평가했다. 결과를 도 1에 나타낸다.
강 중의 수소량(확산성 수소량)
강 중의 수소량은 이하의 방법으로 측정했다. 먼저 도금 강판으로부터, 5×30㎜ 정도의 시험편을 잘라내어, 라우터(정밀 그라인더)를 사용하여 시험편 표면의 도금을 제거하여 석영관 안에 넣었다. 이어서, 석영관 안을 Ar로 치환한 후, 200℃/hr로 승온하여, 400℃까지에서 발생한 수소를 가스 크로마토그래피에 의해 측정했다. 이와 같이, 승온 분석법으로 방출 수소량을 측정했다. 실온(25℃)으로부터 210℃ 미만의 온도역에서 검출된 수소량의 누적값을 강 중의 확산성 수소량으로 했다.
굽힘성
제조한 도금 강판으로부터, 압연 방향으로 평행 방향이 단변이 되도록, 25×100㎜의 직사각 시험편을 잘라냈다. 이어서 압연 방향이 굽혔졌을 때의 능선이 되도록 90° V 굽힘 시험을 행했다. 스트로크 속도는 50㎜/min으로 하고, 하중 10톤으로 5초간 다이스에 밀어붙이는 결정 밀기를 했다. V형 펀치의 선단 R을 0.5스텝에서 여러 가지 변화시켜 시험을 행하고, 시험편 능선 근방을 20배의 렌즈로 관찰하여 균열(깨짐)의 유무를 확인했다. 균열이 발생하지 않았던 최소의 R과, 시험편의 판두께(t㎜, 천분의 1의 위치에서 사사오입한 백분의 1의 위치까지의 값을 사용)로부터, R/t을 산출하여, 이를 굽힘성의 지표로 했다. R/t의 값이 작을수록 굽힘성은 양호하다.
강 중의 확산성 수소량이 0.25질량ppm 미만이 되면 굽힘성(R/t)이 안정화하여 우수한 것이 나타났다. 또한, 이 우수한 샘플은 개재물 등의 조건이 본 발명 범위 내였다.
Figure pct00001
[실시예 2]
실시예 2에서는, 이하에 나타내는 아연 도금 강판을 제조하여 평가했다.
표 2에 나타내는 성분 조성의 용강을 전로에서 용제하고, 표 3에 나타내는 조건으로 주조한 슬래브를, 1200℃로 재가열하고, 마무리 온도 800∼830℃에서 열간 압연하고, 코일 권취 시의 온도가 560℃에서 열연 코일을 제조했다. 열연 코일로부터 얻은 열연 강판을 산 세정하고, 이 강판을 표 3에 나타내는 조건으로, 냉연, 어닐링, 도금 처리, 폭 트림 및, 후처리의 공정을 실시함으로써, 1.4㎜ 두께의 아연 도금 강판을 제조했다. 또한, 도금 처리(아연 도금 처리)의 직후에, 500℃에서 20초의 조건으로, 아연 도금의 합금화 처리를 행했다. 또한, 폭 트림 및, 후처리의 공정은, 일부의 제조 조건만으로 실시했다.
이상에 의해, 얻어진 도금 강판으로부터 샘플을 채취하여, 하기의 방법으로 조직 관찰 및 인장 시험을 행하여 인장 강도(TS), 강 중 수소량(확산성 수소량), 굽힘성 및 강 조직의 분율을 평가·측정했다. 또한, 도금성을 평가했다. 평가 방법은 이하와 같다.
또한, 표 3의 제조 조건 No.32에 대해서는, 아연 도금의 합금화 처리를 하지 않았던 것 이외에는 동일한 제조 조건으로, 아연 도금 강판(발명예)도 제조했다. 이 아연 도금 강판은, 후술한 바와 같이, 불도금 결함의 유무로 도금성의 평가를 행했다.
(1) 인장 시험
도금 강판으로부터 압연 방향에 대하여 직각 방향으로 JIS5호 인장 시험편(JISZ2201)을 채취하여, 인장 속도(크로스 헤드 스피드) 10㎜/min 일정하게 인장 시험을 행했다. 인장 강도는 인장 시험에 있어서의 최대 하중을 초기의 시험편 평행부 단면적으로 나눈 값으로 했다. 평행부의 단면적 산출에 있어서의 판두께는 도금 두께 포함의 판두께값을 이용했다.
(2) 강 중 수소량(확산성 수소량)
실시예 1과 동일한 방법으로 행했다.
(3) 굽힘성
실시예 1과 동일한 방법으로 행했다. 또한, 본 평가에서는, R/t≤3.5를 굽힘성이 우수하다고 평가했다.
(4) 조직 관찰
제조한 용융 아연 도금 강판으로부터 조직 관찰용 시험편을 채취하여, L 단면(압연 방향으로 평행한 판두께 단면)을 연마 후, 나이탈액으로 부식하여 SEM으로 1500배의 배율에서 3시야 이상을 관찰하여 촬영한 화상을 해석했다(관찰 시야마다 면적률을 측정하여, 평균값을 산출함). 관찰 위치는, 판두께 표면으로부터 판두께 1/4 부근의 위치로 했다. 단, 잔류 오스테나이트의 체적률(체적률을 면적률로 간주함)에 대해서는 X선 회절 강도에 의해 정량했기 때문에, 각 조직의 합계가 100％를 초과하는 결과가 되는 경우가 있다. 표 4의 F는 페라이트, M은 마르텐사이트(템퍼링 마르텐사이트를 포함함), B는 베이나이트, γ는 잔류 오스테나이트를 의미한다. 페라이트의 평균 입경은 SEM으로 10개의 입자를 관찰하여, 각각의 면적률을 구하고, 원상당 지름을 산출하여, 이를 평균함으로써 구했다.
또한, 상기 조직 관찰에 있어서, 일부의 예에 있어서는, 그 외의 상으로서, 펄라이트, 석출물이나 개재물의 응집이 관찰되었다.
(5) 개재물 관찰
90° V 굽힘 시험을 행한 시험편의 능선부를 강제적으로 파단시키고, 강판의 단면을 SEM으로 관찰했다. 시험편 표층, 즉 굽힘 외측 표면에서 판두께 1/3 위치까지에 존재한 개재물에 관하여, EDX에 의한 정성 분석으로 조성을 확인하고, Al, Si, Mg 및 Ca의 적어도 1종류 이상을 함유하는 산화물을 동정(同定)한 후, 화상 중의 개재물의 최장 지름(입자 폭의 가장 긴 부분의 치수)을 측정하고, 그 최장 지름을 입경으로 간주하여, 그의 평균 입경을 구했다. 또한, 당해 시야 내에서, 표면에서 판두께 1/3 위치까지의 범위에 존재하는 임의의 개재물에 대하여, 최근접에 위치하는 개재물까지의 거리(최근접 거리)를 구하고, 모든 개재물에 대해서 이 거리를 평균하여 평균 최근접 거리를 구했다.
(6) 도금성
제조한 용융 아연 도금 강판의 표면 성상(외관)을 육안으로 관찰하여, 불도금 결함의 유무를 조사했다. 불도금 결함이란 수㎛∼수㎜ 정도의 오더로, 도금이 존재하지 않고 강판이 노출되어 있는 영역을 의미한다.
또한, 제조한 용융 아연 도금 강판의 내도금 박리성(밀착성)을 조사했다. 본 실시예에서는, 용융 아연 도금 강판을 90° 굽힌 가공부에 셀로판 테이프를 밀어붙여 박리물을 셀로판 테이프에 전이시키고, 셀로판 테이프 상의 박리물량을 Zn 카운트 수로 하여 형광 X선법으로 구했다. 측정 조건은, 마스크 지름 30㎜, 형광 X선의 가속 전압 50㎸, 가속 전류 50㎃, 측정 시간 20초로 했다.
이하의 기준으로, 도금성의 평가를 했다. 결과는 표 4에 나타낸다. 본 발명에서는, 불도금 결함이 전혀 없는 하기 랭크 A, B 또는 C를 합격으로 했다.
A: 불도금 결함이 전혀 없고, 또한 Zn 카운트수가 7000 미만이다.
B: 불도금 결함이 전혀 없고, 또한 Zn 카운트수가 7000 이상 8000 미만이다.
C: 불도금 결함이 전혀 없고, 또한 Zn 카운트수가 8000 이상이다.
D: 불도금 결함이 발생한다.
전술한 합금화 처리를 하지 않았던 아연 도금 강판(발명예)은, 불도금 결함의 유무를 확인하여 도금성의 평가를 행했다. 구체적으로는, 아연 도금 강판의 표면 성상(외관)을 육안으로 관찰하여, 수㎛∼수㎜ 정도의 오더로, 도금이 존재하지 않고 강판이 노출되어 있는 영역의 유무(불도금 결함의 유무)를 조사했다. 조사한 결과, 이 아연 도금 강판에는, 불도금 결함은 없고, 도금성이 양호한 것을 확인했다.
(7) 하지 강판 표면으로부터 100㎛ 이내의 강판 표층부에 존재하는 Fe, Si, Mn, Al, P, B, Nb, Ti, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni 중으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 함유하는 산화물량의 측정
산화물량은, 「임펄스로-적외선 흡수법」에 의해 측정했다. 단, 소재(즉 어닐링을 실시하기 전의 강판)에 포함되는 산소량을 뺄 필요가 있기 때문에, 본 발명에서는, 연속 어닐링 후의 강판의 양면의 표층부를 100㎛ 이상 연마하여 강 중 산소 농도를 측정하고, 그 측정값을 소재에 포함되는 산소량 OH로 하고, 또한, 연속어닐링 후의 강판의 판두께 방향 전체에서의 강 중 산소 농도를 측정하고, 그 측정값을 내부 산화 후의 산소량 OI로 했다. 이와 같이 하여 얻어진 강판의 내부 산화 후의 산소량 OI와, 소재에도 함께 포함되어 있던 산소량 OH를 이용하여, OI와 OH의 차(＝OI－OH)를 산출하고, 추가로 편면의 단위 면적당의 양으로 환산한 값(g/㎡)을 산화물량으로 했다.
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
본 발명의 범위의 성분 및 제조 조건으로 얻어진 본 발명예의 아연 도금 강판은, TS≥1100㎫ 이상에서 고강도이고, R/t≤3.5에서 굽힘성이 우수하고, 또한 도금성이 우수했다. 한편으로, 비교예의 아연 도금 강판은, 이들 중 적어도 하나가 본 발명예에 대하여 뒤떨어지고 있었다.
[실시예 3]
실시예 2의 표 3의 제조 조건 No.1(본 발명예)의 아연 도금 강판을, 프레스 성형을 하고, 본 발명예의 부재를 제조했다. 또한, 실시예 2의 표 3의 제조 조건 No.1(본 발명예)의 아연 도금 강판과, 실시예 2의 표 3의 제조 조건 No.2(본 발명예)의 아연 도금 강판을 스팟 용접에 의해 접합하여, 본 발명예의 부재를 제조했다. 이들 본 발명예의 부재는, 굽힘성 및 도금성이 우수하기 때문에, 자동차 부품 등에 적합하게 이용할 수 있는 것을 확인할 수 있었다.
(산업상 이용가능성)
본 발명의 고강도 아연 도금 강판은, 높은 인장 강도를 가질 뿐만 아니라, 양호한 굽힘성 및 도금성을 갖는다. 따라서, 본 발명의 고강도 아연 도금 강판을, 자동차 차체의 골격 부품, 특히 충돌 안전성에 영향을 주는 캐빈 주변을 중심으로 적용한 경우, 그 안전 성능의 향상과 함께, 고강도 박육화 효과에 의한 차체 경량화에 기여함으로써 CO2 배출 등 환경면에도 공헌할 수 있다. 또한 양호한 표면 성상·도금 품질을 겸비하고 있기 때문에, 서스펜션 등 비와 눈에 의한 부식이 우려되는 개소에도 적극적으로 적용하는 것이 가능하고, 차체의 방청·내부식성에 대해서도 성능 향상을 기대할 수 있다. 이러한 특성은 자동차 부품에 한정되지 않고, 토목·건축, 가전 분야에도 유효한 소재이다.

Claims (11)

  1. 강 조성이 질량％로,
    C: 0.08％ 이상 0.20％ 이하,
    Si: 2.0％ 미만,
    Mn: 1.5％ 이상 3.5％ 이하,
    P: 0.02％ 이하,
    S: 0.002％ 이하,
    Al: 0.10％ 이하 및,
    N: 0.006％ 이하를 함유하고,
    강 중의 Mn 함유량에 대한 Si 함유량의 질량비(Si/Mn)가 0.2 이상이고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과,
    표면에서 판두께 1/3 위치까지의 범위에 존재하는 Al, Si, Mg 및 Ca의 적어도 1종을 함유하는 개재물의 평균 입경이 50㎛ 이하, 상기 개재물의 평균 최근접 거리가 20㎛ 이상인 강 조직을 갖는 강판과,
    상기 강판의 표면에, 편면당의 도금 부착량이 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하의 아연 도금층을 구비하고,
    강 중에 포함되는 확산성 수소량이 0.25질량ppm 미만이고,
    상기 아연 도금층 바로 아래의, 하지(base) 강판 표면으로부터 100㎛ 이내의 강판 표층부에, Fe, Si, Mn, Al, P, B, Nb, Ti, Cr, Mo, V, Cu 및 Ni 중으로부터 선택되는 적어도 1종 이상의 원소를 함유하는 산화물이, 편면당 0.010g/㎡ 이상이고,
    인장 강도가 1100㎫ 이상인 고강도 아연 도금 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, 하기 (1)∼(3) 중 적어도 하나를 함유하는 고강도 아연 도금 강판.
    (1) Ti, Nb, V 및 Zr 중 1종 이상을 합계로 0.005％ 이상 0.1％ 이하
    (2) Mo, Cr, Cu 및 Ni 중 1종 이상을 합계로 0.01％ 이상 0.5％ 이하
    (3) B: 0.0003％ 이상 0.005％ 이하
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, Sb: 0.001％ 이상 0.1％ 이하 및 Sn: 0.001％ 이상 0.1％ 이하 중 적어도 1종을 함유하는 고강도 아연 도금 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성분 조성은, 추가로, 질량％로, Ca: 0.0005％ 이하를 함유하는 고강도 아연 도금 강판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 조직은, 면적률로, 30％ 이상 85％ 이하의 마르텐사이트, 60％ 이하(0％를 포함함)의 페라이트, 15％ 이하(0％를 포함함)의 베이나이트, 또한 5％ 미만(0％를 포함함)의 잔류 오스테나이트를 갖고,
    페라이트의 평균 입경이 15㎛ 이하인 고강도 아연 도금 강판.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖는 강을, 주형 메니스커스 근방의 응고 계면의 용강 유속이 16㎝/초 이상이 되는 조건으로 주조하여 강 소재로 하는 주조 공정과,
    상기 주조 공정 후의 강 소재를 열간 압연하는 열연 공정과,
    상기 열연 공정 후의 강판을 산 세정하는 산 세정 공정과,
    상기 산 세정 공정 후의 강판을, 압하율 20％ 이상 80％ 이하에서 냉간 압연하는 냉연 공정과,
    상기 냉연 공정 후의 강판을, 연속 어닐링 라인에서, 500℃ 이상의 온도역의 로 내 분위기의 수소 농도를 0vol％ 초과 12vol％ 이하, 또한 740℃ 이상의 온도역에서의 노점이 －25℃ 이상인 로 내 분위기에서, 어닐링 온도 740℃ 이상 (Ac3＋20)℃ 이하에서 가열한 후, 어닐링 온도에서 적어도 600℃까지를 평균 냉각 속도 3℃/초 이상으로 냉각하는 어닐링 공정과,
    상기 어닐링 공정 후의 강판을, 도금 처리하고, 당해 도금 처리 후 450℃에서 250℃까지의 온도역을 평균 냉각 속도 3℃/초 이상으로 냉각하는 도금 공정을 갖는 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 도금 공정 후, 폭 트림을 행하는 폭 트림 공정을, 추가로 갖는 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 어닐링 공정 후 또는 상기 도금 공정 후, 수소 농도가 5vol％ 이하, 노점이 50℃ 이하의 분위기에서, 50∼400℃의 온도역에서 30초 이상 가열하는 후처리 공정을 추가로 갖는 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법.
  9. 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도금 공정에 있어서, 상기 도금 처리 직후에 합금화 처리를 행하는 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법.
  10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 고강도 아연 도금 강판이, 성형 가공 및 용접의 적어도 한쪽이 되어 이루어지는 고강도 부재.
  11. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법에 의해 제조된 고강도 아연 도금 강판을, 성형 가공 및 용접의 적어도 한쪽을 행하는 공정을 갖는, 고강도 부재의 제조 방법.
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