KR20200129163A - 저합금 3세대 첨단 고강도 강 및 제조방법 - Google Patents

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Abstract

선행 기술의 3세대 첨단 고강도 강은 균열을 발생시키는 경향이 있는 잉곳 및 핫 밴드를 생성할 수 있다. 3세대 첨단 고강도 강에 대한 최대 0.50wt%의 양의 몰리브덴 및 최대 1.5wt%의 양의 니켈 중 하나 이상의 첨가가, 잉곳의 균열을 제거하고 핫 밴드의 외관을 개선하는 것으로 밝혀졌다. 보다 구체적으로는, 신규한 예시적인 합금은 잉곳 및 핫 밴드의 강인성을 개선하는 것으로 나타났다.

Description

저합금 3세대 첨단 고강도 강 및 제조방법
우선권
본 발명은 2018년 3월 30일에 출원된 "저합금 3세대 첨단 고강도 강 및 제조방법"이라는 명칭의 미국 가특허출원 제62/650,620호에 대하여 우선권을 주장하며, 이의 전문은 인용에 의해 본원에 포함된다.
자동차 산업은, 보다 더 연비 효율적인 차량을 위해 보다 더 가볍고, 향상된 충돌 저항을 위해 보다 더 강하면서도 성형 가능한, 보다 더 비용 효율적인 강을 지속적으로 찾고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위해 개발 중인 강은 일반적으로 3세대 첨단 고강도 강으로 알려져 있다. 이러한 재료의 목표는, 성형성 및 강도를 모두 향상시키면서도 조성물 중 값비싼 합금의 양을 감소시킴으로써, 다른 첨단 고강도 강에 비해 비용을 낮추는 것이다.
1세대 첨단 고강도 강으로 간주되는 이중상 강은, 우수한 강도-연성(ductility) 비를 제공하는 페라이트와 마르텐사이트의 조합으로 구성된 미세 구조를 가지며, 페라이트는 상기 강에 연성을 제공하고 마르텐사이트는 강도를 제공한다. 3세대 첨단 고강도 강의 미세 구조들 중 하나는 페라이트, 마르텐사이트 및 오스테나이트(잔류 오스테나이트로도 나타냄)를 사용한다. 이러한 3상 미세 구조에서, 오스테나이트는 강이 가소성 변형을 더욱 확장할 수 있게 (또는 인장 신장률을 증가시키게) 한다. 오스테나이트가 가소성 변형되면 마르텐사이트로 변형되어, 강의 전체 강도를 증가시킨다.
오스테나이트 안정성은 오스테나이트에 온도, 응력 또는 변형이 가해질 때 마르텐사이트로의 변형에 대한 저항성이다. 오스테나이트 안정성은 이의 조성에 의해 제어된다. 탄소, 망간, 니켈 및 몰리브덴과 같은 원소는 오스테나이트의 안정성을 증가시킨다. 규소 및 알루미늄은 페라이트 안정제이다. 그러나, 경화성(hardenability), 마르텐사이트 개시 온도(Ms) 및 카바이드 형성에 대한 규소 및 알루미늄의 영향으로 인해, Si 및 Al의 첨가는 오스테나이트 안정성도 증가시킬 수 있다.
선행 기술의 3세대 첨단 고강도 강은 균열을 발생시키는 경향이 있는 잉곳 및 핫 밴드(hot band)를 생성할 수 있다. 3세대 첨단 고강도 강에 대한 최대 0.50wt%의 양의 몰리브덴 및 최대 1.5wt%의 양의 니켈 중 하나 이상의 첨가가, 잉곳 및 핫 밴드의 균열을 제거하는 것으로 밝혀졌다. 보다 구체적으로는, 신규한 예시적인 합금은 잉곳 및 핫 밴드의 강인성을 개선하는 것으로 나타났다.
본 발명의 합금의 양태는, 0.20 내지 0.30wt%의 탄소; 3.0 내지 5.0wt%의 망간, 바람직하게는 3.0 내지 4.0wt% 망간; 0.5 내지 2.5wt%의 규소, 바람직하게는 1.0 내지 2.0wt%의 규소; 0.5 내지 2.0wt%의 알루미늄, 바람직하게는 1.0 내지 1.5wt%의 알루미늄; 0 내지 0.5wt%의 몰리브덴, 바람직하게는 0.25 내지 0.35wt%의 몰리브덴; 0 내지 1.5wt%의 니켈; 0 내지 0.050wt%의 니오븀; 0 내지 1.0wt%의 크롬, 바람직하게는 0 내지 0.65wt%의 크롬의 원소들을 포함하고, 나머지는 철 및 제강(steelmaking)과 관련된 불순물이다.
특정 양태에서, Si + Al의 양이 3wt% 이하일 때 보다 우수한 성질들이 얻어졌다.
도 1은, 합금 61, 인 첨가된 합금 61 및 인과 몰리브덴이 첨가된 합금 61에 대한 샤르피 V-노치(Charpy V-notched) 충격 시험을 도시한다.
도 2는, 합금 61 + Mo, 합금 81 및 합금 84의 다양한 온도들에서의 샤르피 V-노치 충격 시험을 도시한다.
도 3은, 핫 밴드 배취 어닐링된(BA), 핫 밴드 연속 어닐링된(PA), 냉간 압연된 그리고 마무리 어닐링된 합금 83, 합금 84, 합금 85 및 합금 86의 인장 기계적 성질의 요약을 도시한다.
도 4는, 핫 밴드 배취 어닐링, 냉간 압연 및 마무리 어닐링된 합금 84 미세 구조의 주사 전자 현미경 이미지를 도시한다.
도 5는, 핫 밴드 배취 어닐링, 냉간 압연 및 마무리 어닐링된 합금 84 미세 구조의 주사 전자 현미경 이미지를 도시한다.
본 발명의 개발은, 선행 기술의 저합금 3세대 첨단 고강도 강, 예를 들면, 2016년 5월 20일에 출원된 발명의 명칭이 "저합금 3세대 첨단 고강도 강"인 미국 특허출원 제15/160,714호에 기재된 합금의 가공을 단순화하며, 상기 문헌의 내용은 인용에 의해 본원에 포함된다.
본 발명의 합금은 장비를 개조할 필요 없이 기존의 공정 라인을 사용하여 3세대 첨단 고강도 강을 제조할 수 있게 한다. 본 발명의 합금은 표준 가공을 가능하게 하는 동시에 슬래브 및 핫 밴드 상태의 강의 낮은 강인성과 같은 문제를 방지한다.
선행 기술의 3세대 첨단 고강도 강은 균열을 발생시키는 경향이 있는 잉곳 및 핫 밴드를 생성할 수 있다. 잉곳 또는 슬래브에 균열이 존재하면 큰 문제 없이 가공하기가 매우 어렵다. 3세대 첨단 고강도 강 핫 밴드는 인장 강도가 1,000MPa를 훨씬 초과하여 매우 강하다. 핫 밴드의 높은 강도는 낮거나 부족한 강인성과 조합되어, 핫 밴드를 가공하기 어렵고 종종 가공이 불가능하게 한다. 최대 0.50wt%의 양의 몰리브덴 및 최대 1.5wt%의 양의 니켈 중 하나 이상을 3세대 첨단 고강도 강에 첨가하면, 잉곳의 균열이 제거되고 핫 밴드의 외관이 개선되는 것으로 밝혀졌다. 보다 구체적으로는, 신규한 예시적인 합금은 잉곳 및 핫 밴드의 강인성을 향상시키는 것으로 나타났다.
강의 결정립계(grain boundary)로의 인의 편석(segregation)은 강인성을 불량하게 할 수 있다. 인은 잔류 원소로서 강에 존재하며, 이를 감소시키는 것은 매우 비용이 많이 들고, 완전히 제거하는 것은 불가능할 것이다. 핫 밴드의 강인성 거동에 영향을 미치는 인 이외에도, 선행 기술의 3세대 첨단 고강도 강은, 켄칭된 상태의 강은 마르텐사이트의 체심 사면체 결정 구조를 가지고 있으며, 어닐링된 상태에서는 미세 구조가 페라이트와 카바이드의 체심 입방 결정 구조이기 때문에, 자연적으로 불량한 강인성 거동을 나타낼 수 있다. 상기 두 미세 구조에서 강인성 거동은 온도 의존적이다. 강인성은 주어진 온도 초과에서 상부 흡수(upper shelf)라고 불리는 상부 값을 가지며, 모든 방식에서 온도에 따라 하부 흡수(lower shelf)라는 하부 값까지 급격히 감소된다. 강인성이 하부 흡수로 감소되면, 강은 취성 방식으로 거동한다.
강인성이 하부 흡수로 떨어지는 온도를 연성-취성 전이 온도(DBTT)로 나타낸다. DBTT의 또 다른 실용적인 정의는 샤르피 V-노치(CVN) 충격 에너지가 27J 초과인 온도이며, 이는 강이 일반적으로 취성 방식으로 거동하지 않는 충격 에너지이다. 27J이라는 값은 일반적으로 산업 분야에서 DBTT를 정의하는 데 사용된다. 종종 DBTT가 실온(RT) 초과이면, RT에서 강을 시험하는 경우 강이 취성 방식으로 거동한다는 것을 의미한다.
27J의 충격 에너지 값은 두께가 10mm이고 노치 아래 깊이가 8mm인 전체 크기(full size) CVN 시편에 대해 고려된다. 두께가 10mm 미만인, 핫 밴드와 같이 보다 더 얇은 시편을 시험하는 경우, 충격 에너지 대신 충격 강도를 사용하여 비교한다. 충격 강도는 충격 에너지를 샘플 면적(샘플 두께에 노치 아래 깊이를 곱한 값)으로 나누어 계산한다. 예를 들면, 두께가 10mm(0.394")이고 노치 아래 깊이가 8mm(0.315")이고 충격 에너지가 27J인 시편의 경우, 충격 강도는 27J을 10mm X 8mm로 나눈 값 또는 영국식 단위로 20ft/lbf를 (0.394X0.315)in^2로 나눈 값 = 1,935in-lbf/in^2이다. 두께가 3mm(0.118")이고 노치 아래 깊이가 8mm(0.315")인 샘플은, 충격 강도가 1,935in-lbf/in^2(강인함(tough)과 동일)로 동일하지만, 충격 에너지는 약 6.0ft-lbf 또는 약 8.1J로 더 낮다.
특히 탄소, 망간 및 규소과 같은 합금 원소는 DBTT를 증가시키며, 종종 RT 초과로 증가시킨다. 니켈은, DBTT를 감소시켜 결정 구조 둘 다: 체심 사면체(BCT), 예를 들면, 마르텐사이트 및 체심 입방체(BCC), 예를 들면, 페라이트에 대한 강의 강인성을 향상시키는 하나의 대체 원소이다.
강에 대한 몰리브덴의 첨가는 DBTT를 감소시키고 상부 에너지 흡수를 증가시킴으로써, 슬래브 또는 잉곳 형태의 강의 강인성을 향상시킨다. 이에 대한 예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서, 인을 포함하지 않는 선행 기술의 합금 61(사각형 기호)에 대하여 다양한 온도들에서 CVN 시험을 실시했다. 강이 27J에 도달하는 온도는 400℉(204℃) 초과이다. 합금이 인을 함유하는 경우(삼각형), 에너지는 모든 경우에 감소되며 27J에 도달하지 않는다. 인을 포함하는 합금 61에 몰리브덴 첨가되는 경우, CVN 충격 에너지는 모든 시험 온도에서 증가되어, 250℉(121℃) 아래의 낮은 DBTT 및 더 높은 상부 에너지 흡수를 나타낸다. 몰리브덴의 이익은 실온 주변에서 가장자리 균열이 발생하지 않는 보다 더 강인한 슬래브로 변환된다. 슬래브 상의 결함을 방지하면 핫 밴드의 결함도 방지된다.
니켈은 망간과 유사한 오스테나이트 안정제이다. 니켈이 강에 첨가되면, 강 중의 망간의 양을 낮출 수 있고 동일한 오스테나이트 안정성을 계속 유지할 수 있다. 니켈을 첨가하고 망간을 낮추면 변형 온도도 영향을 받는다. Si 및 Al의 농도는 변경할 수 있으며, 표준 3세대 첨단 고강도 강과 대략 동일한 온도로 변형 온도를 유지한다. 즉, 니켈을 첨가함으로써 필요한 망간의 양을 감소시킬 수 있어, 강 중의 Si를 낮출 수 있다.
Si의 감소는 강의 코팅성에 긍정적인 영향을 미친다. 규소는 연속 어닐링 동안 산화물을 형성하여 강의 코팅성을 매우 복잡하게 만든다. 이러한 산화물은 Zn이 강을 습윤시키는 것을 방지하여 코팅성에 부정적인 영향을 미친다. 2.0wt%로부터 예를 들면 1.0wt%로의 Si의 감소는 강의 Zn으로의 코팅을 개선할 수 있는 잠재력이 있어, 복잡한 분위기 조작 없이 기존 코팅 라인에서 코팅을 실시할 수 있게 한다.
본 발명의 합금의 양태는, 0.20 내지 0.30wt%의 탄소; 3.0 내지 5.0wt%의 망간, 바람직하게는 3.0 내지 4.0wt%의 망간; 0.5 내지 2.5wt%의 규소, 바람직하게는 1.0 내지 2.0wt%의 규소; 0.5 내지 2.0wt%의 알루미늄, 바람직하게는 1.0 내지 1.5wt%의 알루미늄; 0 내지 0.5wt%의 몰리브덴, 바람직하게는 0.25 내지 0.35wt%의 몰리브덴; 0 내지 1.5wt%의 니켈; 0 내지 0.050wt%의 니오븀; 0 내지 1.0wt%의 크롬, 바람직하게는 0 내지 0.65wt%의 크롬의 원소들을 포함하고, 나머지는 철 및 제강과 관련된 불순물이다.
특정 양태에서, Si + Al의 양이 3wt% 이하일 때 보다 우수한 성질이 얻어졌다.
본 발명의 합금은, 일반적인 강 가공 장비를 일반적인 라인 속도로 사용하여 표준 제강 관행에 따라 용융, 주조 및 열간 압연될 수 있다. 3세대 첨단 고강도 강 핫 밴드는, 이의 합금 함량으로 인해 대부분 마르텐사이트로 구성된 미세 구조를 가지고 있어, 약 1,000MPa의 항복 강도로 강하고, 연성이 낮다.
열간 압연된 강(종종 핫 밴드라고 함)은 종종 마르텐사이트 구조를 가지고 있어 강성이고 연성이 낮다. 핫 밴드를 냉간 압하시키기 위해, 이를 어닐링하고 연화시켜야 한다. 어닐링 공정은 연속 어닐링 라인에서와 같이 연속적으로 또는 박스 어닐링에서와 같이 배취에서 실시될 수 있다. 일부 양태에서, 바람직한 방법은 연속 어닐링 공정이다.
강이 어닐링/피클링(pickling) 라인에서 어닐링되는 경우, 두 가공 단계 모두 단일 작업으로 실시된다. 강이 배취 어닐링되는 경우, 핫 밴드를 피클링한 다음 냉간 압연할 수 있다. 강은 냉간 압연 후 중간 어닐링된 다음, 추가로 냉간 압연될 수 있다. 냉간 압연된 강은, 예를 들면 핫 딥 갈바나이징(hot dip galvanizing), 핫 딥 갈바어닐링(galvannealing), 핫 딥 알루미나이징(aluminizing) 또는 전기갈바나이징에 의해 코팅될 수 있다.
본 발명의 합금의 양태에 대한 개선된 인장 성질은 강의 양태를 임계간 어닐링(intercritically annealing)함으로써 얻을 수 있다. 임계간 어닐링은 상기 인용된 '714 특허출원에 교시되었으며, 이는 인용에 의해 본원에 포함된다. 임계간 어닐링은 페라이트의 결정 구조와 오스테나이트의 결정 구조가 동시에 존재하는 온도에서의 열처리이다. 카바이드 용해 온도 초과의 임계 온도에서, 페라이트의 탄소 용해도는 최소화되며, 반면 오스테나이트에서의 탄소의 용해도는 상대적으로 높다. 두 상들 사이의 용해도의 차이는 오스테나이트 중에 탄소를 집중시키는 효과가 있다. 예를 들면, 강의 벌크 탄소 조성이 0.25wt%인 경우, 50%의 페라이트와 50%의 오스테나이트가 있으면, 임계 온도에서 페라이트상(ferrite phase) 중의 탄소 농도는 0wt%에 가까운 반면, 이 때의 오스테나이트상 중의 탄소는 약 0.50wt%이다. 임계간 온도에서의 오스테나이트의 탄소 풍부화가 최적이 되려면, 상기 온도가 시멘타이트(Fe3C) 또는 카바이드의 용해 온도, 즉, 시멘타이트 또는 카바이드가 용해되는 온도보다 높아야 한다. 이 온도를 최적의 임계간 온도로 나타낸다. 최적의 페라이트/오스테나이트 함량이 발생하는 최적의 임계간 온도는, 시멘타이트(Fe3C) 용해 온도 초과의 온도 영역 및 실온에서의 생성되는 잔류 오스테나이트 중의 탄소 함량이 최대화되는 온도이다.
임계간 어닐링 동안, 망간과 같은 다른 원소도 페라이트로부터 오스테나이트로 분배될 수 있다. 두 상들 사이에 분배되는 양은 강이 임계간 어닐링에서 어닐링되는 시간에 따른다. 예를 들면, 연속 어닐링 공정 동안의 망간 또는 다른 치환 원소들의 분배 양은 배취 어닐링 공정에 비해 적다.
실시예 1
3세대 첨단 고강도 강 핫 밴드
본 발명을 구현하는 여러 합금들을 하기 표 1에 제시된 조성으로, 나머지는 철 및 제강과 관련된 불순물로 하여 제조하였다. 합금 61은 상기 언급한 '714 특허출원에 교시된 바와 같은 선행 기술의 3세대 첨단 고강도 강을 나타낸다.
Figure pct00001
합금을, 진공로(vacuum furnace) 및 일반적인 제강 절차를 사용하여 실험실에서 용융하고 주조하였다. 폭이 약 127mm이고 두께가 약 70mm인 약 14kg의 중량으로 잉곳을 제작하였다. 이어서, 잉곳을 공기 중에서 로(furnace)에서 1,250℃의 온도로 재가열하여 열간 압연하였다. 중간에서 재가열 단계로 잉곳을 9회 통과시켜 70mm로부터 약 3mm의 두께로 열간 압연하였다. 일부 잉곳은 충격 강인성 시험을 위해 70mm로부터 약 12mm의 두께로 열간 압연하였다. 마무리 압연 온도는 약 900℃이었고, 바(bar)를 540℃로 설정된 로에 배치하여, 일반적인 코일링(coling) 냉각 조건을 모의하기 위해 서서히 냉각하였다. 표 2에 나타내는 바와 같이, 핫 밴드의 인장 성질은 항복 강도가 746 내지 948MPa, 인장 강도가 1,082 내지 1,526MPa, 총 연신률이 7.6 내지 20.8로 우수했다.
Figure pct00002
핫 밴드인 합금 61, 합금 61 + Mo, 합금 81, 합금 82, 합금 83 및 합금 84의 강인성 거동을 특성 확인하고 그 결과를 표 3에 나타낸다. 상기 특성 확인은 두께가 10mm인 전체 크기 CVN 시편을 사용하여 실시하였다. 샤르피 V-노치 충격 시험을 실시하였으며, 합금 84의 실온에서의 강인성은 24J로, 강이 더 이상 취성인 것으로 간주되지 않는 충격 시험 에너지인 27J(20ft-lbs)에 가까웠다. 반면, 합금 61 + Mo에서는, 실온에서의 충격 시험 에너지는 10J 미만이었다. 합금 84 및 합금 81은 둘 다 유사한 실온 충격 시험 에너지를 가지고 있지만, 고온에서의 합금 84의 상단 흡수는 합금 81보다 높다. 다른 합금, 예를 들면, 합금 82 및 합금 83의 핫 밴드도, 핫 밴드가 900℉(480℃)에서 코일링되었을 때 우수한 강인성 거동을 나타냈다. 도 2는 합금 61, 61 + Mo, 81 및 84에 대한 샤르피 V-노치 충격 시험을 도시한다. 몰리브덴 및 니켈이 첨가되고 Si + Al 조정된 합금 84는, 합금 61 + Mo에 비해 높은 상부 에너지 흡수 및 낮은 DBTT를 나타냈다. 결과는 몰리브덴의 첨가, 니켈의 첨가, 망간, 니켈 및 Si + Al 사이의 균형을 통해, 실온에서 추가로 가공할 수 있는 높은 강인성 거동을 갖는 핫 밴드를 생성하는 것을 교시한다. 하기 표는 코일링된 핫 밴드인 경우의 합금 61, 61 + Mo, 81, 82, 83 및 84에 대한 900℉(480℃) 및 1,200℉(650℃)에서의 샤르피 V-노치 충격 시험 에너지를 나타낸다.
표 3은 코일링된 핫 밴드인 경우의 합금 61, 61 + Mo, 81, 82, 83 및 84에 대한 900℉(480℃) 및 1,200℉(650℃)에서의 샤르피 V-노치 충격 시험 에너지를 나타낸다.
Figure pct00003
Figure pct00004
핫 밴드는 배취 어닐링 및 연속 어닐링의 두 가지 방식으로 어닐링되었다. 두 경우 모두 어닐링 온도는 신규한 합금의 임계 영역인 700 내지 800℃였다.
실시예 2
몰리브덴 첨가된 잉곳의 강인성 향상
도 1은, 합금 61, 인 첨가된 합금 61, 인 및 몰리브덴 첨가된 합금 61에 대한 잉곳의 CVN 충격 시험을 도시한다. 몰리브덴이 없는 합금 61에 비해 합금 61 + Mo의 잉곳의 강인성 거동이 개선된 것을 알 수 있다. 일 양태에서, 도 1은 강이 0.30wt%의 몰리브덴을 함유하는 경우, 하부 흡수 및 상부 흡수의 증가 및 연성에서 취성으로의 전이 온도(DBTT)의 감소를 보여준다. 시험에서, 불량한 강인성 거동의 원인의 주요 메커니즘인, 결정립계로의 인의 편석을 촉진하는 방식으로 잉곳을 열처리하였다. 샤르피 V-노치 시편을 잉곳으로부터 제조하였으며, 도 1에 도시된 바와 같이 다양한 온도들에서 시험하였다.
실시예 3
핫 밴드의 배취 어닐링, 냉간 압연 및 마무리 어닐링
약 740℃에서 약 28℃/시간의 속도로 강을 가열하여 합금 83, 84, 85 및 86의 핫 밴드를 배취 어닐링 열처리하고, 740℃에서 4시간 동안 소킹(soaking)시키고, 약 28℃/시간으로 실온으로 냉각하였다. 이어서, 어닐링된 핫 밴드를 약 1.5mm(약간의 변동 있음)의 두께로 약 50% 냉간 압하시켰다. 이 때의 냉간 압하된 스트립을, 모두 N2 분위기에서 약 3분의 소킹 시간으로 700 내지 760℃의 온도 범위의 벨트로(belt furnace)(Lindberg 벨트로)에서 연속 어닐링하였다. 이 작업은 강이 핫 딥 코팅 라인 또는 연속 어닐링 라인에서 경험하는 것과 유사한 마무리 어닐링을 모의한다.
모든 합금에 대한 어닐링된 강의 인장 성질은 표 4에 요약되어 있다. 특히, 합금 84는, PMT가 734 내지 764℃인 경우 인장 강도-총 연신률 곱이 25,000MPa*% 초과라는, 3세대 AHSS에 대한 바람직한 범위의 성질을 보였다. PMT가 752℃인 경우, 합금 84의 YS는 739MPa였고, YS는 1,153MPa였고, T.E.는 30.5%였다. 이러한 놀라운 성질들은 3세대 첨단 고강도 강에서 예상되는 것보다 훨씬 우수하다.
Figure pct00005
실시예 4
핫 밴드의 연속 어닐링, 냉간 압연 및 마무리 어닐링
합금 61, 61 + Mo, 81, 82, 83, 84, 85 및 86의 핫 밴드를, N2 분위기의 약 760℃의 온도의 벨트로(Lindberg)에서 밴드를 가열하고, 약 3분의 소킹 시간으로 연속 어닐링 열처리했다. 이어서, 어닐링된 핫 밴드를 약 1.5mm(일부 변동 있음)의 두께로 약 50% 냉간 압하하였다. 이 때의 냉간 압하된 스트립을, 모두 N2 분위기에서 약 3분의 소킹 시간으로 700 내지 770℃의 온도 범위에서 동일한 벨트로(Lindberg 벨트로)에서 연속 어닐링하였다.
어닐링된 강의 인장 성질은, 광범위한 PMT에서 인장 강도-총 연신률 곱이 25,000MPa*% 초과라는, 3세대 AHSS에 대한 바람직한 범위의 성질을 일반적으로 나타냈다. 모든 인장 성질은 표 5에 요약되어 있다. 특히, 합금 84는, 709 내지 752℃의 광범위한 PMT에서 30,000MPa*% 초과의 놀라운 인장 강도-총 연신률 곱을 나타냈다.
Figure pct00006
Figure pct00007
일반적으로, 합금 84는, 배취 어닐링된 핫 밴드 및 연속 어닐링된 핫 밴드의 경우, 광범위한 PMT에서 인장 강도-총 연신률 곱이 35,000MPa*% 초과라는, 3세대 AHSS에 대한 바람직한 범위의 성질을 나타냈다. 도 3에는, 합금 83, 84, 85 및 86의 배취 어닐링된 핫 밴드 및 연속 어닐링된 핫 밴드의 인장 성질이 플롯팅된다. 이 플롯에서, 비교를 위해 합금 84의 성질들이 보다 더 큰 기호로 강조 표시된다.
합금 84는 합금 함량이 망간, 니켈 및 Si + Al에 대해 균형이 잘 잡힌 실시예이다. 강은, 핫 밴드의 강인성이 증가하기 때문에, 실용적인 방식으로, 즉, 일반적인 장비 및 가공을 사용하여 가공할 수 있다. 배취 어닐링 또는 연속 어닐링에 의해 어닐링된 밴드는 냉간 압하될 수 있다. 완성된 강은, 연속 어닐링 공정, 예를 들면, 핫 딥 코팅 라인(Zn 또는 Al 코팅됨) 또는 연속 어닐링 라인에서 실제 온도 범위(예를 들면 700 내지 800℃)로 어닐링할 수 있다. 생성되는 기계적 인장 성질은, 인장 강도-총 연신률 곱이 30,000MPa*% 초과이고 항복 강도가 900MPa 초과인, 3세대 첨단 고강도 강으로 대표되는 범위 내에 있다.
실시예 5
합금 84의, 어닐링되고, 냉간 압하되고, 마무리 어닐링된 핫 밴드의 미세 구조
합금 84에 의해 예시된 현저한 기계적 인장 성질은, 페라이트, 오스테나이트 및 마르텐사이트로 구성되어 생성되는 미세 구조에 의해 달성된다. 배취 어닐링되고, 냉간 압연되고 마무리된 강의 핫 밴드에서, 미세 구조는 15 내지 35%로 추정되는 상당한 양의 잔류 오스테나이트가 있는 미세 페라이트 매트릭스를 함유한다. 미세 구조는 도 4에 도시되어 있으며, SEM-EBSD 이미지는 오스테나이트를 녹색의 보다 더 작은 상으로 보여준다. 도 4의 상단 이미지는. 오스테나이트가 백색으로 식별되고 페라이트가 회색으로 식별되는 EBSD 이미지이다. 하단 이미지는 미세 구조의 2차 전자 이미지이다.
연속 어닐링되고, 냉간 압하되고 마무리된 강의 핫 밴드에서, 미세 구조는 배취 어닐링된 핫 밴드와 유사하지만 훨씬 더 미세하다. 도 5 참조. 상단 이미지는, 오스테나이트가 백색으로 식별되고 보다 더 어두운 회색은 페라이트를 나타내는 EBSD 이미지이다. 하단 이미지는 미세 구조의 2차 전자 이미지이다. 여기서, 전체 미세 구조의 15 내지 50%로 추정되는 미세 오스테나이트는 매우 높은 YS 및 TS의 원인이었다.
실시예 6
강은 0.20 내지 0.30wt%의 탄소, 3.0 내지 5.0wt%의 망간, 0.5 내지 2.5wt%의 규소, 0.5 내지 2.0wt%의 알루미늄, 0 내지 0.5wt%의 몰리브덴, 0 내지 1.5wt%의 니켈, 0 내지 0.050wt%의 니오븀, 0 내지 1.0wt%의 크롬을 포함하고, 나머지는 철 및 제강과 관련된 불순물이다.
실시예 7
실시예 6 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강은 0.25 내지 0.35wt%의 몰리브덴을 추가로 포함한다.
실시예 8
실시예 6 또는 7 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강은 0.50 내지 1.5wt%의 니켈을 추가로 포함한다.
실시예 9
실시예 6, 7, 8 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강은 0.25 내지 0.35wt%의 몰리브덴을 추가로 포함한다.
실시예 10
실시예 6, 7, 8, 9 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강은 0.70 내지 1.2wt%의 니켈을 추가로 포함한다.
실시예 11
실시예 6, 7, 8, 9, 10 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강으로서, Si + Al은 3wt% 이하이다.
실시예 12
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강은 3.0 내지 4.0wt%의 망간을 추가로 포함한다.
실시예 13
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강은 1.0 내지 2.0wt%의 규소를 추가로 포함한다.
실시예 14
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강은 1.0 내지 1.5wt%의 알루미늄을 추가로 포함한다.
실시예 15
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강은 0 내지 0.65wt%의 크롬을 추가로 포함한다.
실시예 16
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강으로서, 상기 강을 포함하는 핫 밴드는, 실온에서 측정시, 샤르피 V-노치 충격 시험 에너지가, 전체 크기 CVN 시편에서 20J(14.7ft-lbf) 초과이거나, 또는 보다 더 얇은 핫 밴드에서 1,427in-lbf/in^2이다.
실시예 17
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강으로서, 상기 강은 700 내지 800℃의 온도에서 임계간 어닐링된다.
실시예 18
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강으로서, 상기 강은 핫 밴드로서 임계간 어닐링된다.
실시예 19
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강으로서, 상기 강은 코팅 라인에서 임계간 어닐링된다.
실시예 20
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 또는 하기 실시예들 중 어느 하나의 하나 이상의 강으로서, 상기 강은 핫 딥 코팅 라인에서 임계간 어닐링된다.
실시예 21
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 또는 하기 실시예 중 하나 이상의 강으로서, 상기 강은 연속 어닐링 라인에서 임계간 어닐링된다.
실시예 22
실시예 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 또는 21 중 하나 이상의 강으로서, 상기 강은 배취 어닐링 공정에서 임계간 어닐링된다.

Claims (16)

  1. 0.20 내지 0.30wt%의 탄소, 3.0 내지 5.0wt%의 망간, 0.5 내지 2.5wt%의 규소, 0.5 내지 2.0wt%의 알루미늄, 0 내지 0.5wt%의 몰리브덴, 0 내지 1.5wt%의 니켈; 0 내지 0.050wt%의 니오븀 및 0 내지 1.0wt%의 크롬을 포함하고, 나머지는 철 및 제강(steelmaking)과 관련된 불순물인, 강.
  2. 제1항에 있어서, 0.25 내지 0.35wt%의 몰리브덴을 추가로 포함하는, 강.
  3. 제1항에 있어서, 0.50 내지 1.5wt%의 니켈을 추가로 포함하는. 강.
  4. 제3항에 있어서, 0.25 내지 0.35wt%의 몰리브덴을 추가로 포함하는, 강.
  5. 제3항에 있어서, 0.70 내지 1.2wt%의 니켈을 추가로 포함하는, 강.
  6. 제1항에 있어서, Si + Al이 3wt% 이하인, 강.
  7. 제1항에 있어서, 3.0 내지 4.0wt%의 망간을 추가로 포함하는, 강.
  8. 제1항에 있어서, 1.0 내지 2.0wt%의 규소를 추가로 포함하는, 강.
  9. 제1항에 있어서, 1.0 내지 1.5wt%의 알루미늄을 추가로 포함하는, 강.
  10. 제1항에 있어서, 0 내지 0.65wt%의 크롬을 추가로 포함하는, 강.
  11. 제1항에 있어서, 상기 강을 포함하는 슬래브가 균열을 나타내지 않는, 강.
  12. 제1항에 있어서, 상기 강을 포함하는 핫 밴드(hot band)가, 실온에서 측정시, 샤르피 V-노치(Charpy V-notch) 충격 시험 에너지가, 전체 크기(full size) CVN 시편에서 20J(14.7ft-lbf) 초과이거나, 또는 보다 더 얇은 핫 밴드에서 1,427in-lbf/in^2인, 강.
  13. 제1항에 기재된 강의 제조방법으로서, 상기 강이 700 내지 800℃의 온도에서 임계간 어닐링(intercritical annealing)되는, 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 강이 핫 밴드로서 임계간 어닐링되는, 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 강이 핫 딥 코팅 라인에서 임계간 어닐링되는, 제조방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 강이 연속 어닐링 라인에서 임계간 어닐링되는, 제조방법.
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