KR20210108462A - 냉연 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, C: 0.15% 이상 0.40% 이하, Si: 0.50% 이상 4.00% 이하, Mn: 1.00% 이상 4.00% 이하, sol.Al: 0.001% 이상 2.000% 이하를 포함하고, 금속 조직이, 35 내지 65면적%인 페라이트상과, 35 내지 65면적%인 경질 제2 상과, 0 내지 5면적%의 잔부상으로 이루어지고, 페라이트상의 60% 이상이 재결정 페라이트상이고, 15° 입계로 규정되는 평균 결정 입경이 5.0㎛ 이하이고, 경질 제2 상의 최대 연결률이 10% 이상이고, 상기 경질 제2 상의 이차원 등주 상수가 0.20 이하인, 냉연 강판에 관한 것이다.
Description
본 발명은, 냉연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 형상 동결성 및 가공성이 우수한 냉연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차의 연비 향상과 충돌 안전성 확보의 양립이 요구되고 있고, 자동차용 강판의 경량화 및 고강도화가 진행되고 있다. 따라서, 자동차용 강판으로서는, 높은 인장 강도를 갖는 고강도 강판이 많이 사용되어 오고 있다.
또한, 자동차용 강판은, 그 대부분이 프레스 가공에 의해 성형되기 때문에, 자동차용 강판에 사용되는 고강도 강판에는 우수한 가공성이 요구된다. 우수한 가공성을 확보하기 위해서는, 성형 시에 균열되지 않고 성형하는 것을 가능하게 하는 균일 연신이 요구된다. 또한, 고강도 강판에는, 목적의 부품 형상으로 높은 치수 정밀도로 성형하기 위한 형상 동결성이 요구된다.
특히 근년, 자동차 경량화에 대한 요망이 높아지고 있고, 고강도강, 예를 들어 인장 강도: 1180㎫ 이상의 고강도강에 있어서, 상기와 같은 우수한 형상 동결성 및 가공성을 갖는 강판이 필요해지고 있다.
그러나, 강판의 고강도화에 수반하여, 강도와 트레이드오프의 관계에 있는 연성을 충분히 확보하는 것은 곤란하게 되어 있다. 또한, 강판이 고강도화되면, 프레스 가공 시의 스프링백양이 커져, 목적의 부품 형상으로 높은 치수 정밀도로 성형하는 것이 곤란해지는 문제가 발생하고 있다. 스프링백이란, 강판이 금형 내에서 프레스 가공될 때 구속 상태로 굽힘 모멘트를 받은 굽힘부가, 금형으로부터 제거된 때, 모멘트가 작아지도록 변형되어, 프레스 가공 후의 강판의 형상에 금형 형상으로부터의 어긋남이 발생하는 현상을 말한다. 이러한 스프링백은 강판의 강도가 높을수록 현저해져, 프레스 가공상의 과제로 된다. 스프링백을 억제하기 위해서는, 항복비(항복점/인장 강도)를 저감시키는 것이 유효하기 때문에, 높은 치수 정밀도가 요구되는 부위에 적용되는 고강도 강판에는, 낮은 항복비를 갖는 것이 강하게 요구되고 있다.
이러한 과제에 대하여, 특허문헌 1에는, 복합 조직형 고장력 냉연 강판의 제조 방법이 기재되어 있다. 구체적으로는, 특허문헌 1에는, C: 0.003 내지 0.03%, Si: 0.1 내지 1%, Mn: 0.3 내지 1.5%, Ti: 0.02 내지 0.2%, Al: 0.01 내지 0.07%를 포함하고, (Si%+2·Mn%)=1 내지 3%, (유효 Ti)/(C+N)의 원자 농도비 0.4 내지 0.8을 포함하는 강을, 열간 압연, 냉간 압연한 후, Ac1 변태점 이상 900℃ 이하의 온도로 30초 내지 10분 가열하고, 30℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각하는 연속 어닐링을 실시하는, 복합 조직형 고장력 냉연 강판의 제조 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 당해 제조 방법으로부터, 페라이트와, 마르텐사이트 및/또는 베이나이트로 이루어지는 제2 상으로 이루어지는 복합 조직을 갖는 강판이 얻어져, 당해 강판이, 1.4 이상인 r값과, 50% 이하인 항복비를 갖고, 인장 강도-연신 밸런스가 우수한 강판인 것을 교시하고 있다.
한편, 특허문헌 2에서는, C: 0.01% 이상 0.15% 이하, Si: 0.01% 이상 1.5% 이하, Mn: 1.5% 이상 3.5% 이하, P: 0.1% 이하, S: 0.01% 이하, Al: 0.10% 초과 1.5% 이하 및 N: 0.010% 이하를 함유하고, α=Mn+Si×0.5+Al×0.4로 규정되는 α값이 1.9 이상인 화학 조성을 갖고, 강판 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 위치에 있어서의 페라이트의 체적률이 40% 이상 또한 마르텐사이트의 체적률이 3% 이상인 강 조직을 갖는 냉연 강판이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 당해 냉연 강판이, 판 두께의 1/4 깊이 위치에 있어서의 페라이트의 평균 결정 입경 dF(㎛)를 4.5㎛ 이하로 미세화함으로써, 우수한 기계 특성을 갖는 페라이트-마르텐사이트의 복합 조직을 갖는 것을 교시하고 있다.
그러나, 특허문헌 1에 기재된 기술에서는, C 함유량이 적고, 1180㎫ 이상과 같은 더 높은 인장 강도를 갖는 고강도강을 얻는 것은 곤란하다. 한편, 특허문헌 2에 기재된 바와 같은 페라이트의 평균 결정 입경의 미세화만으로는, 높은 인장 강도를 유지하면서, 항복비를 저감시키는 것은 곤란하다.
일반적으로, 더 높은 인장 강도를 실현시키는 방법으로서는, 마르텐사이트 혹은 템퍼링 마르텐사이트를 활용한 조직 강화가 알려져 있다. 그러나, 마르텐사이트나 템퍼링 마르텐사이트를 활용한 경우, 고강도이기는 하지만 균일 연신이 매우 낮아, 양호한 가공성을 확보하는 것은 곤란하다. 또한, 마르텐사이트 단상에서는 항복비를 저감시키는 것은 곤란하고, 형상 동결성의 확보도 곤란하다.
이 문제를 해결하는 고강도 강판으로서, 연질상(페라이트)과 경질상(마르텐사이트·템퍼링 마르텐사이트)으로 이루어지는, 복합 조직 강판을 생각할 수 있다. 복합 조직 강판에서는, 연질상으로 연성을 확보하고, 경질상으로 강도를 확보한다. 또한, 연경질상 사이의 강도차에 기초하여, 연질상측에서 조기에 항복 현상이 발생하기 때문에, 항복점을 대폭으로 저감시키는 것이 가능하다. 그러나, 이러한 복합 조직 강판에 있어서, 강판의 더 높은 인장 강도를 확보하기 위해서는, 경질상의 체적률을 충분히 높게 할 필요가 있다. 경질상의 체적률을 증가시키는 경우, 종래 기술에서는, 균일 연신의 저하와 항복비의 향상이 불가피하기 때문에, 1180㎫ 이상과 같은 높은 강도 클래스에 있어서, 우수한 균일 연신과 저항복비를 실현하는 것은 매우 곤란한 과제였다.
특허문헌 3에서는, 강판 조직이 페라이트를 주로 하고, 마르텐사이트를 포함하고, 페라이트의 체적률이 60% 이상이고, 마르텐사이트의 블록 사이즈가 1㎛ 이하이고, 마르텐사이트 중의 C 농도를 0.3% 내지 0.9%로 함으로써, 경질 조직인 마르텐사이트의 체적률을 증가시키지 않고 마르텐사이트 조직의 강도를 높이는 것에 의해, 연성 확보에 기여하는 페라이트 체적을 확보하면서, 인장 최대 강도 900㎫ 이상(900 내지 1582㎫) 또한 항복비(YR)가 0.75 이하를 확보한 강판이 제안되어 있다.
그러나, 특허 문헌 3에 기재하는 기술에서는, 페라이트-마르텐사이트의 입경 제어는 행하고 있지만, 그 조직 형태에 대해서는, 전혀 제어를 행하고 있지 않고, 인장 강도의 향상 및 항복비의 저감에 관하여 여전히 개선의 여지가 있었다.
복합 조직 강판에 관련하여, 특허문헌 4에서는, (A) 질량%로, C: 0.020% 초과 0.30% 미만, Si: 0.10% 초과 3.00% 이하, Mn: 1.00% 초과 3.50% 이하, P: 0.10% 이하, S: 0.010% 이하, sol.Al: 2.00% 이하 및 N: 0.010% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 슬래브에, Ar3점 이상의 온도역에서 압연을 완료하는 열간 압연을 실시하여 열연 강판으로 하고, 상기 열연 강판을 상기 압연의 완료 후 0.4초간 이내에 780℃ 이하의 온도역까지 냉각하고, 400℃ 미만의 온도역에서 권취하는 열간 압연 공정; (B) 상기 공정 (A)에서 얻은 열연 강판에 300℃ 이상의 온도역으로 가열하는 열연판 어닐링을 실시하여 열연 어닐링 강판으로 하는 열연판 어닐링 공정; (C) 상기 열연 어닐링 강판에 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판으로 하는 냉간 압연 공정; 및 (D) 상기 냉연 강판에 (Ac3점-40℃) 이상의 온도역에서 균열 처리를 실시한 후, 500℃ 이하 300℃ 이상의 온도역까지 냉각하고, 해당 온도역에서 30초간 이상 유지하는 어닐링 공정을 포함하는 주상이 저온 변태 생성상이고 제2 상에 잔류 오스테나이트 및 폴리고날페라이트를 포함하는 금속 조직을 구비하는 냉연 강판의 제조 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 4에서는, 상기한 방법에 의하면, 프레스 성형 등의 가공에 적용할 수 있는 충분한 연성, 가공 경화성 및 연신 플랜지성을 갖는 고장력 냉연 강판이 얻어진다고 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 4에서는, 고강도를 유지하면서 항복비를 저감시킨다는 관점에서는 반드시 충분한 검토는 이루어져 있지 않고, 따라서 특허문헌 4에 기재된 발명에 있어서는, 형상 동결성 등의 향상에 관하여 여전히 개선의 여지가 있었다.
그래서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 신규의 구성에 의해, 우수한 균일 연신을 갖고, 항복비 YR이 개선된 가공성 및 형상 동결성이 우수한 고강도의 냉연 강판, 그리고 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하여, 가공성 및 형상 동결성이 우수한 고강도의 냉연 강판을 제조하기 위해, 예의 연구를 진행하였다. 이하에 본 기술의 상세에 대하여 설명한다.
본 발명자들은, 예의 검토한 결과, 강판의 금속 조직을 연질상과 경질상을 포함하는 조직으로 하고, 각 상을 균일하고 또한 미세하게 분산시켜, 경질상과 연질상이 복잡하게 뒤얽힌 계면 형상을 갖는 조직 형태로 제어함으로써, 연질상에 의한 연성 향상과 경질상에 의한 강도 확보를, 최대한 상보적으로 기능시키는 것이 가능한 것을 알아냈다. 이러한 입경과 2상의 계면 형상의 조직 형태의 제어에 더하여, 화학 성분 및 각 상의 면적률을 적절한 범위로 제어하고, 또한 연질상의 재결정율을 제어함으로써, 1180㎫ 이상의 인장 강도와 우수한 균일 연신을 양립하고, 또한 항복비(YR): 60% 이하를 갖는 강판이 실현 가능해지는 것을 알아냈다.
본 발명자들은, (a) 열간 압연 공정-(b) 템퍼링 공정-(c) 냉간 압연 공정-(d) 어닐링 공정을 일관하여 제어함으로써, 종래 기술에서는 실현할 수 없었던, 연질상과 경질상을 균일하고 또한 미세하게 분산시켜, 그 2상의 계면 형상을 복잡하게 뒤얽힌 형태로 제어한 조직을 얻는 것이 가능한 것을 알아냈다. 구체적으로는, 본 발명자들은, (a) 일정한 축적 변형을 부여한 저온 변태상(예를 들어, 마르텐사이트상)으로 제어하는 열간 압연 공정, (b) 균일하고 또한 미세하게 철 탄화물을 석출시키는 템퍼링 공정, (c) 페라이트의 재결정의 구동력을 부여하는 냉간 압연 공정 및 (d) 가열 중에 페라이트를 충분히 재결정시킴과 함께, 재결정 페라이트 입계를 철 탄화물로 피닝하고, 입계에 따른 오스테나이트의 성장을 촉진함으로써, 연질상과 경질상을 균일하고 또한 미세하게 분산시켜, 2상의 계면 형상을 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태로 제어하는 어닐링 공정을 포함하는, 가공성과 형상 동결성이 우수한 냉연 강판의 제조 방법을 알아냈다.
본 발명의 요지는 다음과 같다.
[1]
화학 성분이, 질량%로,
C: 0.15% 이상 0.40% 이하,
Si: 0.50% 이상 4.00% 이하,
Mn: 1.00% 이상 4.00% 이하,
sol.Al: 0.001% 이상 2.000% 이하,
P: 0.020% 이하,
S: 0.020% 이하,
N: 0.010% 이하,
Ti: 0% 이상 0.200% 이하,
Nb: 0% 이상 0.200% 이하,
B: 0% 이상 0.010% 이하,
V: 0% 이상 1.00% 이하,
Cr: 0% 이상 1.00% 이하,
Mo: 0% 이상 1.00% 이하,
Cu: 0% 이상 1.00% 이하,
Co: 0% 이상 1.00% 이하,
W: 0% 이상 1.00% 이하,
Ni: 0% 이상 1.00% 이하,
Ca: 0% 이상 0.010% 이하,
Mg: 0% 이상 0.010% 이하,
REM: 0% 이상 0.010% 이하,
Zr: 0% 이상 0.010% 이하 및
잔부: 철 및 불순물로 이루어지고,
금속 조직이, 페라이트상과, 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상으로 이루어지는 경질 제2 상과, 시멘타이트상 및 베이나이트상으로 이루어지는 잔부상으로 이루어지고,
상기 페라이트상의 면적률이 35% 이상 65% 이하이고,
상기 경질 제2 상의 면적률이 35% 이상 65% 이하이고,
상기 잔부상의 면적률이 0% 이상 5% 이하이고,
상기 페라이트상의 60% 이상이 재결정 페라이트상이고,
15° 입계로 규정되는 평균 결정 입경이 5.0㎛ 이하이고,
상기 경질 제2 상의 최대 연결률이 10% 이상이고,
상기 경질 제2 상의 이차원 등주 상수가 0.20 이하인, 냉연 강판.
[2]
상기 화학 성분이, 질량%로,
Ti: 0.001% 이상 0.200% 이하,
Nb: 0.001% 이상 0.200% 이하,
B: 0.0005% 이상 0.010% 이하,
V: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Cr: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Mo: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Cu: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Co: 0.005% 이상 1.00% 이하,
W: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Ni: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Ca: 0.0003% 이상 0.010% 이하,
Mg: 0.0003% 이상 0.010% 이하,
REM: 0.0003% 이상 0.010% 이하 및
Zr: 0.0003% 이상 0.010% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는, [1]에 기재된 냉연 강판.
[3]
표면에 용융 아연 도금층을 갖는 [1] 또는 [2]에 기재된 냉연 강판.
[4]
표면에 합금화 용융 아연 도금층을 갖는 [1] 또는 [2]에 기재된 냉연 강판.
[5]
[1] 또는 [2]에 기재된 냉연 강판을 제조하는 방법이며,
[1] 또는 [2]에 기재된 화학 성분을 갖는 슬래브를 조압연한 후, 마무리 압연의 최종단의 압하율이 15% 이상 50% 이하이고, 또한 마무리 압연의 종료 온도가 Ar3℃ 이상 950℃ 이하인 마무리 압연을 실시하고, 400℃ 미만의 권취 온도까지 평균 냉각 속도 50℃/초 이상에서 냉각하고, 상기 권취 온도에서 권취하는 열간 압연 공정과,
열간 압연한 강판을, 450℃ 이상 600℃ 미만의 온도역에서, 이하의 식1로 규정되는 템퍼링 파라미터 ξ가 14000 내지 18000인 조건에서 템퍼링하는 템퍼링 공정과,
템퍼링한 강판을, 산세 후, 압연율 30% 이상에서 냉간 압연하는 냉간 압연 공정과,
냉간 압연한 강판을, 500℃부터 Ac1℃까지의 온도역에 있어서 5.0℃/초 이하의 평균 가열 속도로, (Ac1+10)℃ 이상 (Ac3-10)℃ 이하의 최고 가열 온도까지 가열하고, 상기 최고 가열 온도에서 60초 이상 유지 후, (Ac1-50)℃부터 냉각 정지 온도까지의 온도역에 있어서 20℃/초 이상의 평균 냉각 속도로, Ms℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각하는 어닐링 공정을 포함하는, 냉연 강판의 제조 방법.
식1: ξ=(T+273)·log10(t/3600)+20〕
T[℃]: 템퍼링 온도, t[초]: 템퍼링 시간
Ac1[℃]=751-16×[%C]+35×[%Si]-28×[%Mn]
Ac3[℃]=881-353×[%C]+65×[%Si]-24×[%Mn]
Ar3[℃]=910-203×[%C]+44.7×[%Si]-24×[%Mn]-50×[%Ni]
Ms[℃]=521-353×[%C]-22×[%Si]-24×[%Mn]
여기서, %C, %Si, %Mn 및 %Ni은, C, Si, Mn 및 Ni의 함유량 [질량%]이다.
[6]
Ms℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각한 후, 200℃ 이상 450℃ 이하의 온도에서 60초 이상 600초 이하 유지하는, [5]에 기재된 냉연 강판의 제조 방법.
[7]
[3]에 기재된 냉연 강판을 제조하는 방법이며,
상기 어닐링 공정 후에, 430℃ 이상의 온도에서 용융 아연 도금 처리를 행하는, [5] 또는 [6]에 기재된 냉연 강판의 제조 방법.
[8]
[4]에 기재된 냉연 강판을 제조하는 방법이며,
상기 어닐링 공정 후에, 430℃ 이상의 온도에서 용융 아연 도금 처리를 행하고, 그 후, 400℃ 이상 600℃ 이하에서 합금화 처리를 행하는, [5] 또는 [6]에 기재된 냉연 강판의 제조 방법.
본 발명에 따르면, 인장 강도 TS가 1180㎫ 이상이고, 우수한 균일 연신을 갖고, 항복비 YR이 60% 이하인, 가공성과 형상 동결성이 우수한 고강도의 냉연 강판을 얻을 수 있다.
도 1은 강판 조직에 있어서의 최대 연결 영역을 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 2는 이차원 등주 상수를 설명하는 2치화 화상의 모식도이다.
도 2는 이차원 등주 상수를 설명하는 2치화 화상의 모식도이다.
<냉연 강판>
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 냉연 강판에 대하여 상세하게 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 개시된 구성만으로 제한되는 일 없이, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 또한, 하기하는 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다. 「초과」 또는 「미만」이라고 나타내는 수치는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다. 각 원소의 함유량에 관한 「%」는 「질량%」를 의미한다.
[화학 성분]
먼저, 본 발명에 관한 냉연 강판의 화학 성분 및 그 한정 이유에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 냉연 강판은, 화학 성분으로서, 기본 원소를 포함하고, 필요에 따라 선택 원소를 포함하고, 잔부가 철 및 불순물로 이루어진다.
본 실시 형태에 관한 냉연 강판의 화학 성분 중, C, Si, Mn, Al, P, S 및 N가 기본 원소이다.
(C: 0.15% 이상 0.40% 이하)
C(탄소)는, 강판 강도를 확보하는 데 중요한 원소이다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해, C 함유량은 0.15% 이상으로 하고, 바람직하게는 0.17% 이상 또는 0.20% 이상, 보다 바람직하게는 0.23% 이상, 더욱 바람직하게는 0.25% 이상이다. 한편, C를 과도하게 함유하면, 용접성이 나빠지는 경우가 있다. 따라서, C 함유량은, 0.40% 이하로 하고, 바람직하게는 0.35% 이하, 보다 바람직하게는 0.30% 이하이다.
(Si: 0.50% 이상 4.00% 이하)
Si(규소)는, 시멘타이트를 고온까지 유지하는 데 중요한 원소이다. Si 함유량이 낮으면, 가열 중에 시멘타이트가 용해되어, 결정립을 미세화하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 따라서, Si 함유량은 0.50% 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.80% 이상 또는 0.90% 이상, 더욱 바람직하게는 1.00% 이상이다. 한편, Si를 과도하게 함유하면, 표면 성상의 열화를 야기하는 경우가 있기 때문에, Si 함유량은 4.00% 이하로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 3.50% 이하 또는 3.20% 이하, 보다 바람직하게는 3.00% 이하이다.
(Mn: 1.00% 이상 4.00% 이하)
Mn(망간)은, 강판의 ??칭성을 높이는 데 유효한 원소이다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해, Mn 함유량은 1.00% 이상으로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 1.20% 이상 또는 1.50% 이상이고, 보다 바람직하게는 2.00% 이상이다. 한편, Mn을 과잉으로 첨가하면, Mn 편석에 의해 조직이 불균일해져, 연신 플랜지 성형성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Mn 함유량은 4.00% 이하로 하고, 바람직하게는 3.50% 이하 또는 3.00% 이하, 보다 바람직하게는 2.80% 이하 또는 2.60% 이하로 한다.
(sol.Al: 0.001% 이상 2.000% 이하)
Al(알루미늄)은, 강을 탈산하여 강판을 건전화하는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 효과를 확실하게 얻기 위해, sol.Al 함유량은 0.001% 이상으로 한다. 단, 탈산이 충분히 필요한 경우, sol.Al 함유량은, 0.010% 이상의 첨가가 보다 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.020% 이상 또는 0.025% 이상이다. 한편, sol.Al 함유량이 너무 높으면, 용접성의 저하가 현저해짐과 함께, 산화물계 개재물이 증가하여 표면 성상의 열화가 현저해지는 경우가 있다. 따라서, sol.Al 함유량은 2.000% 이하로 하고, 바람직하게는 1.500% 이하이고, 보다 바람직하게는 1.000% 이하이고, 가장 바람직하게는 0.800% 이하 또는 0.600% 이하로 한다. 또한, sol.Al이란, Al2O3 등의 산화물로 되어 있지 않고, 산에 가용하는 산가용 Al을 의미한다.
(P: 0.020% 이하)
P(인)은, 일반적으로 강에 함유되는 불순물이다. P 함유량이 과잉이면 용접성의 열화가 현저해진다. 따라서, P 함유량은 0.020% 이하로 한다. P 함유량은 바람직하게는 0.015% 이하 또는 0.010% 이하이다. P 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않고 0%여도 되지만, 제조 비용의 관점에서 P 함유량은 0% 초과, 0.0001% 이상 또는 0.001% 이상이어도 된다.
(S: 0.020% 이하)
S(황)은, 일반적으로 강에 함유되는 불순물이고, 용접성의 관점에서는 적을수록 바람직하다. S 함유량이 과잉이면 용접성의 저하가 현저해짐과 함께, MnS의 석출량이 증가하여, 굽힘성 등의 가공성이 저하된다. 따라서, S 함유량은 0.020% 이하로 한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.010% 이하, 더욱 바람직하게는 0.005% 이하이다. S 함유량은 0%여도 되지만, 탈황 비용의 관점에서, S 함유량은 0% 초과, 0.0001% 이상 또는 0.001% 이상이어도 된다.
(N: 0.010% 이하)
N(질소)는, 일반적으로 강에 함유되는 불순물이고, 용접성의 관점에서는 적을수록 바람직하다. N 함유량이 과잉이면 용접성의 저하가 현저해진다. 따라서, N 함유량은 0.010% 이하로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.005% 이하, 더욱 바람직하게는 0.003% 이하이다. N 함유량은 0%여도 되지만, 제조 비용의 관점에서, N 함유량은 0% 초과, 0.0001% 이상 또는 0.001% 이상이어도 된다.
본 실시 형태에 관한 냉연 강판은, 상기에서 설명한 기본 원소에 더하여, 이하의 선택 원소를 함유해도 된다. 예를 들어, 상기한 잔부인 Fe의 일부 대신에, 선택 원소로서, Ti, Nb, B, V, Cr, Mo, Cu, Co, W, Ni, Ca, Mg, REM 및 Zr 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다. 이들 선택 원소는, 그 목적에 따라 함유시키면 된다. 따라서, 이들 선택 원소의 하한값을 제한할 필요가 없고, 하한값이 0%여도 된다. 또한, 이들 선택 원소가 불순물로서 함유되어도, 본 실시 형태의 효과는 손상되지 않는다.
(Ti: 0% 이상 0.200% 이하)
Ti(티타늄)은, TiC으로서, 강판의 냉각 중에 석출되어, 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 따라서, Ti을 함유시켜도 된다. 한편, Ti을 과잉으로 첨가하면, 강판의 저온취성 열화의 요인이 된다. 따라서, Ti 함유량은 0.200% 이하로 한다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.180% 이하, 보다 바람직하게는 0.150% 이하이다. 상기한 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Ti 함유량은 0.001% 이상이면 된다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.020% 이상, 보다 바람직하게는 0.050% 이상이다.
(Nb: 0% 이상 0.200% 이하)
Nb(니오븀)은, Ti과 마찬가지로, NbC으로서 석출하여, 강도를 향상시키는 원소이다. 따라서, Nb을 함유시켜도 된다. 한편, Nb을 과도하게 함유하면, 집합 조직이 발달하여, 재료의 이방성이 커지는 경우가 있다. 따라서, Nb 함유량은 0.200% 이하로 한다. Nb 함유량은, 바람직하게는 0.150% 이하, 보다 바람직하게는 0.100% 이하이다. 상기한 효과를 확실하게 얻기 위해서는, Nb 함유량은 0.001% 이상이면 된다. Nb 함유량은, 바람직하게는 0.005% 이상, 보다 바람직하게는 0.010% 이상이다.
또한, 본 실시 형태에 관한 냉연 강판에서는, 화학 성분으로서, 질량%로, Ti: 0.001% 이상 0.200% 이하 및 Nb: 0.001% 이상 0.200% 이하 중 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다.
(B: 0% 이상 0.010% 이하)
B(붕소)는, 입계에 편석하여, 입계 강도를 향상시킴으로써, 재료의 인성을 높일 수 있다. 따라서, B를 함유시켜도 된다. 한편, B 함유량이 너무 높아도, 상기 효과는 포화되어, 경제적으로 불리해지므로, B 함유량의 상한은 0.010%로 한다. B 함유량은, 바람직하게는 0.005% 이하, 보다 바람직하게는 0.003% 이하이다. 상기한 효과를 확실하게 얻기 위해서는, B 함유량은 0.0005% 이상 또는 0.001% 이상이면 된다.
(V: 0% 이상 1.00% 이하)
(Cr: 0% 이상 1.00% 이하)
(Mo: 0% 이상 1.00% 이하)
(Cu: 0% 이상 1.00% 이하)
(Co: 0% 이상 1.00% 이하)
(W: 0% 이상 1.00% 이하)
(Ni: 0% 이상 1.00% 이하)
V(바나듐), Cr(크롬), Mo(몰리브덴), Cu(구리), Co(코발트), W(텅스텐) 및 Ni(니켈)은, 모두 강도를 안정적으로 확보하기 위해 효과가 있는 원소이다. 따라서, 이들 원소를 함유시켜도 된다. 그러나, 어느 원소든 과도하게 함유시켜도, 상기 작용에 의한 효과는 포화되기 쉬워 경제적으로 불리해지는 경우가 있다. 따라서, 이들 원소의 함유량은 각각 1.00% 이하로 한다. 이들 원소의 함유량은 각각, 바람직하게는 0.80% 이하, 보다 바람직하게는 0.50% 이하이다. 또한, 상기 작용에 의한 효과를 더 확실하게 얻기 위해서는, 어느 원소에 대해서도, 각각 0.005% 이상이면 되고, 0.01% 이상이면 바람직하고, 0.05% 이상이면 보다 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 관한 냉연 강판에서는, 화학 성분으로서, 질량%로, V: 0.005% 이상 1.00% 이하, Cr: 0.005% 이상 1.00% 이하, Mo: 0.005% 이상 1.00% 이하, Cu: 0.005% 이상 1.00% 이하, Co: 0.005% 이상 1.00% 이하, W: 0.005% 이상 1.00% 이하 및 Ni: 0.005% 이상 1.00% 이하 중 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다.
(Ca: 0% 이상 0.010% 이하)
(Mg: 0% 이상 0.010% 이하)
(REM: 0% 이상 0.010% 이하)
(Zr: 0% 이상 0.010% 이하)
Ca(칼슘), Mg(마그네슘), REM(희토류 원소) 및 Zr(지르코늄)은, 모두 개재물 제어, 특히 개재물의 미세 분산화에 기여하여, 인성을 높이는 작용을 갖는 원소이다. 따라서, 이들 원소를 함유시켜도 된다. 그러나, 어느 원소든 과도하게 함유시키면, 표면 성상의 열화가 현재화되는 경우가 있다. 따라서, 이들 원소의 함유량은 각각 0.010% 이하로 한다. 이들 원소의 함유량은 각각, 바람직하게는 0.008% 이하 또는 0.005% 이하, 보다 바람직하게는 0.003% 이하이다. 또한, 상기 작용에 의한 효과를 더 확실하게 얻기 위해서는, 어느 원소에 대해서도, 각각 0.0003% 이상이면 된다. 또한, REM은, 희토류 원소, 즉 Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb 및 Lu의 총칭이고, REM의 함유량이란 이들 원소의 합계 함유량을 의미한다.
또한, 본 실시 형태에 관한 냉연 강판에서는, 화학 성분으로서, 질량%로, Ca: 0.0003% 이상 0.010% 이하, Mg: 0.0003% 이상 0.010% 이하, REM: 0.0003% 이상 0.010% 이하 및 Zr: 0.0003% 이상 0.010% 이하 중 적어도 1종을 함유하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 냉연 강판에 있어서, 상술 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어진다. 불순물이란, 냉연 강판을 공업적으로 제조할 때, 광석이나 스크랩 등과 같은 원료를 비롯하여, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분 등이다.
상기한 강의 화학 성분은, 강의 일반적인 분석 방법에 의해 측정하면 된다. 예를 들어, 강의 화학 성분은, 유도 결합 플라스마 발광 분광 분석: ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)를 사용하여 측정하면 된다. 또한, C 및 S는 연소-적외선 흡수법을 사용하고, N는 불활성 가스 융해-열전도도법을 사용하고, O는 불활성 가스 융해-비분산형 적외선 흡수법을 사용하여 측정하면 된다.
본 실시 형태에 관한 냉연 강판의 금속 조직에 대하여 설명한다.
[금속 조직]
본 실시 형태에 관한 냉연 강판은, 금속 조직이, 페라이트상과, 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상으로 이루어지는 경질 제2 상과, 시멘타이트상 및 베이나이트상으로 이루어지는 잔부상으로 이루어지고, 페라이트상의 면적률이 35% 이상 65% 이하, 경질 제2 상의 면적률이 35% 이상 65% 이하, 잔부상의 면적률이 0% 이상 5% 이하이고, 상기 페라이트상의 60% 이상이 재결정 페라이트상이고, 15° 입계로 규정되는 평균 결정 입경이 5.0㎛ 이하이고, 또한 경질 제2 상의 최대 연결률이 10% 이상이고, 경질 제2 상의 이차원 등주 상수가 0.20 이하이다.
(페라이트상의 면적률: 35% 이상 65% 이하)
본 실시 형태에 관한 냉연 강판은, 면적률로, 35% 이상 65% 이하의 페라이트상을 갖는다. 이러한 조직을 가짐으로써, 연성 향상에 기여하는 연질상을 충분히 확보할 수 있어, 우수한 균일 연신 및 60% 이하의 항복비(YR)를 달성하는 것이 가능하게 된다. 페라이트상의 면적률이 35% 미만인 경우, 경질 제2 상이 주체조직으로 되어, 우수한 균일 연신과 YR 60% 이하를 달성할 수 없다. 페라이트상의 면적률은, 예를 들어 38% 이상, 40% 이상 또는 45% 이상이어도 된다. 한편, 페라이트상의 면적률이 65% 초과인 경우, 경질 제2 상의 면적률이 부족하기 때문에 1180㎫ 이상의 인장 강도를 달성할 수 없다. 페라이트상의 면적률은, 예를 들어 60% 이하, 58% 이하 또는 55% 이하여도 된다.
(경질 제2 상의 면적률: 35% 이상 65% 이하)
본 실시 형태에 관한 냉연 강판은, 면적률로, 35% 이상 65% 이하의 경질 제2 상을 갖는다. 경질 제2 상은, 프레시 마르텐사이트상, 템퍼링 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상으로 이루어진다. 또한, 단순히 「마르텐사이트상」이라고 기재한 경우는, 「프레시 마르텐사이트상」 및 「템퍼링 마르텐사이트」의 양쪽을 포함한다. 이러한 조직을 가짐으로써, 강도 향상에 기여하는 경질상을 충분히 확보할 수 있어 1180㎫ 이상의 인장 강도(TS)를 달성하는 것이 가능하게 된다. 경질 제2 상의 면적률이 35% 미만인 경우, 강도를 담보하는 마르텐사이트상이나 잔류 오스테나이트상이 부족해, 1180㎫ 이상의 인장 강도를 달성할 수 없다. 경질 제2 상의 면적률은, 예를 들어 38% 이상, 40% 이상 또는 45% 이상이어도 된다. 한편, 경질 제2 상의 면적률이 65% 초과인 경우, 연질상인 페라이트상의 면적률이 부족하기 때문에, 우수한 균일 연신과 YR 60% 이하를 달성할 수 없다. 경질 제2 상의 면적률은, 예를 들어 63% 이하, 60% 이하 또는 55% 이하여도 된다.
(잔부상의 면적률: 0% 이상 5% 이하)
본 실시 형태에 관한 냉연 강판은, 면적률로, 0% 이상 5% 이하의 잔부상을 갖는다. 잔부상은, 시멘타이트상 및 베이나이트상으로 이루어진다. 잔부에 불가피하게 포함되는 시멘타이트 또는 베이나이트가 5% 초과이면, 강도-균일 연신의 밸런스가 저하되기 때문에, 강도를 유지한 채, 우수한 균일 연신 및 저항복비를 실현할 수 없다. 그 때문에, 잔부상의 면적률은 0% 이상 5% 이하로 한다. 바람직하게는, 잔부상의 면적률은 4% 이하, 3% 이하, 2% 이하, 또는 1% 이하이다.
(재결정 페라이트상: 페라이트상의 60% 이상)
본 발명에 있어서, 페라이트상은, 재결정화하는 것에 의해 입자 내에 전위를 포함하지 않는 재결정 페라이트상과, 입자 내에 냉간 압연 공정에서의 가공에 의해 도입된 높은 전위 밀도를 포함하는 미재결정 페라이트상으로 분류된다. 페라이트상과 경질 제2 상을 포함하는 복상 조직 강에서는, 항복점이, 연질의 페라이트상의 강도에 강하게 영향을 받기 때문에, 저항복비를 실현시키는 데 있어서, 페라이트상의 대부분을 더 연질의 재결정 페라이트상으로 제어하는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 페라이트상의 60% 이상이 재결정 페라이트상이고, 바람직하게는 70% 이상, 보다 바람직하게는 80% 이상이 재결정 페라이트상이다. 페라이트상 중 재결정 페라이트상이 60% 미만인 경우, 페라이트상의 항복점이 향상되어, 항복비 60% 이하를 달성할 수 없게 된다. 또한, 우수한 균일 연신도 달성할 수 없을 우려가 있다. 페라이트상 중 재결정 페라이트상의 비율의 상한은, 특별히 한정되지 않고, 100%, 95% 또는 90%여도 된다.
(각 상의 면적률의 측정 방법)
금속 조직의 각 상의 면적률은, 이하와 같이, SEM-EBSD법(전자선 후방 산란 회절법) 및 SEM 2차 전자상 관찰에 의해 평가한다.
먼저, 강판의 압연 방향에 평행인 판 두께 단면을 관찰면으로 하여 시료를 채취하고, 관찰면을 기계 연마하여 경면으로 마무리한 후, 전해 연마를 행한다. 이어서, 관찰면에 있어서의 모재 강판의 표면으로부터 1/4 두께를 중심으로 한 1/8 두께 내지 3/8 두께의 범위의 하나 내지 복수의 관찰 시야에 있어서, 합계로 2.0×10-9㎡ 이상의 면적에 대하여, SEM-EBSD법에 의해 결정 구조 및 방위 해석을 행한다. EBSD법에 의해 얻어진 데이터의 해석에는 TSL사제의 「OIM Analysys 6.0」을 사용한다. 또한, 평점간 거리(step)는 0.03 내지 0.20㎛로 한다. 관찰 결과로부터 FCC철이라고 판단되는 영역을 잔류 오스테나이트라고 한다. 또한, 결정 방위 차가 15도 이상으로 되는 경계를 입계로 하여 결정립계 맵을 얻는다.
이어서, EBSD 관찰을 실시한 것과 동일 시료에 대하여 나이탈 부식을 행하고, EBSD 관찰과 동일 시야에 대하여 2차 전자상 관찰을 행한다. EBSD 측정 시와 동일 시야를 관찰하기 위해, 비커스 압흔 등의 표시를 미리 붙여 두면 된다. 얻어진 2차 전자상으로부터, 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 프레시 마르텐사이트, 시멘타이트의 면적률을 각각 측정한다. 입자 내에 하부 조직을 갖고, 또한 시멘타이트가 복수의 밸리언트를 갖고 석출되어 있는 영역을 템퍼링 마르텐사이트라고 판단한다. 휘도가 작고, 또한 하부 조직이 보이지 않는 영역을 페라이트라고 판단한다. 휘도가 크고, 또한 하부 조직이 에칭에 의해 현출되어 있지 않은 영역을 프레시 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트라고 판단한다. 상기 영역의 어느 것에도 해당하지 않는 영역을 베이나이트라고 판단한다. 각각의 면적률을, 포인트 카운팅법에 의해 산출함으로써, 각 상의 면적률로 한다.
(재결정 페라이트상의 비율의 측정 방법)
상기에서 구한 전체 페라이트 영역 중, 재결정 페라이트의 영역은, 상기 SEM 관찰한 영역과 동 영역을 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM) 및 OIM 결정 방위 해석 장치를 사용하여, 측정면 100㎛ 평방 영역을 0.2㎛ 간격으로 결정 방위 데이터군을 취득하고, 얻어진 결정 방위 데이터군을 해석 소프트웨어(TSL OIM Analysis)로 해석하고, 페라이트 결정립 내에 있어서의 제1 근접 측정점 사이의 Kernel Average Misorientation(KAM값)이 1.0° 이하인 영역을 재결정 영역으로서 정의하고, 그 영역의 전체 영역에 대한 면적률을 산출하여, 페라이트상에 있어서의 재결정 페라이트상의 비율을 결정한다.
(15° 입계로 규정되는 평균 결정 입경: 5.0㎛ 이하)
결정 입경을 미세화함으로써, 각 금속 조직의 강도를 향상시키는 것이 가능해진다. 또한, 페라이트상과 경질 제2 상을 포함하는 복상 조직 강에 있어서는, 변형의 균일화의 효과가 크고, 변형이 균일화됨으로써 균일 연신을 확보하면서 강도를 확보할 수 있다. 15° 입계로 규정되는 평균 결정 입경이 5.0㎛ 초과이면, 변형이 불균일하게 일어나기 쉬워져, 강도와 균일 연신의 양립이 곤란해진다. 그 때문에, 15° 입계로 규정되는 평균 결정 입경은 5.0㎛ 이하로 한다. 바람직하게는, 3.0㎛ 이하, 보다 바람직하게는 2.5㎛ 이하이다. 본 발명에 있어서는, 페라이트상과 경질 제2 상의 입계는 모두 15°입계에 의해, 개개 입자를 판별하는 것이 가능하기 때문에, 15° 입계에 의해 구별되는 각 입자의 면적을 원 상당 직경으로서 산출한 것을 입경으로서 사용한다.
(평균 결정 입경의 측정 방법)
평균 결정 입경의 측정은 SEM/EBSD법에 의해 행한다. 강판의 표면으로부터 1/4 두께에 있어서, 강판의 압연 방향에 평행인 판 두께 단면을 관찰면으로 하여 시료를 채취하고, 강판 표면에 경면 연마 및 콜로이드성 연마를 실시하고, 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM) 및 OIM 결정 방위 해석 장치를 사용하여, 측정면 200㎛ 평방 영역을 0.2㎛ 간격으로 결정 방위 데이터군을 취득한다. 얻어진 결정 방위 데이터군을 해석 소프트웨어(TSL OIM Analysis)로 해석하여, 15° 이상의 방위차를 갖는 계면을 결정립계로서 정의하고, 해당 결정립계로 둘러싸인 영역의 면적으로부터 원 상당 직경으로서 결정 입경을 산출한다. 이들 결정 입경의 히스토그램으로부터 메디안 직경(D50)으로서 평균 결정 입경을 산출한다.
본 발명에 있어서, 1180㎫ 이상의 인장 강도, 우수한 균일 연신 및 60% 이하의 항복비를 동시에 달성함에 있어서, 상술한 화학 성분, 각 상의 면적률, 페라이트상에 있어서의 재결정 페라이트상의 비율 및 평균 결정 입경의 제어에 더하여, 강판의 조직 형태를 제어하는 것이 가장 중요한 포인트로 된다. 즉, 상술한 바와 같이 연질의 재결정 페라이트상 및 경질의 경질 제2 상(마르텐사이트상 또는 잔류 오스테나이트상)을 각각 일정량 이상 함유하는 복상 조직에 있어서, 페라이트상에 의한 연성 향상과 경질 제2 상에 의한 강도 확보가 상보적으로 기능하는 조직 형태로 제어함으로써, 상술한 목표 특성을 달성할 수 있다.
본 발명자들은, 페라이트상에 의한 연성 향상과 경질 제2 상에 의한 강도 확보를 최대한 상보적으로 기능시키는 데 있어서, 이들 2개의 상이 서로 복잡하게 뒤얽힌 구조를 갖는 것이 효과적인 것을 알아냈다.
복잡하게 뒤얽힌 구조를 갖는 조직은, 경질 제2 상끼리가 연결되어 있는 것 및 동일한 면적을 갖는 진원 형상의 입자와 비교하여, 계면 면적이 많은 것이 특징이다. 복잡하게 뒤얽힌 구조를 가질 때, 상술한 효과가 얻어지는 요인은 반드시 명확하지는 않지만, 변형의 국소화를 억제하여 연경질상 사이에서 변형을 분배함과 함께, 조직 전체적으로 균일하게 항복 현상이 발생하는 것에 의한 것이라고 추정된다. 본 발명에 있어서는, 경질 제2 상끼리가 연결되어 있는 것을 나타내는 지표로서 「경질 제2 상의 최대 연결률」 및 연질상과 경질상의 계면 면적이 많은 것의 지표로서 「경질 제2 상의 이차원 등주 상수」를 사용한다.
(경질 제2 상의 최대 연결률: 10% 이상)
상술한 효과를 얻기 위해서는, 경질 제2 상의 최대 연결률이 10% 이상인 것이 필요하다. 경질 제2 상의 최대 연결률이 10% 이상인 경우, 연질상과 경질상이 충분히 복잡하게 뒤얽힌 구조를 갖고 있기 때문에, 금속 조직 전체적으로 균일하게 항복 현상이 발생하고, TS 1180㎫ 이상 또한 YR 60% 이하를 동시에 달성할 수 있다. 경질 제2 상의 최대 연결률은, 바람직하게는 15% 이상, 보다 바람직하게는 20 이상, 더욱 바람직하게는 25% 이상, 가장 바람직하게는 30% 이상이다. 상한은 특별히 규정하지 않지만, 100% 이하, 90% 이하, 80% 이하, 또는 70% 이하여도 된다.
(경질 제2 상의 이차원 등주 상수: 0.20 이하)
또한, 상술한 효과를 얻기 위해서는, 경질 제2 상의 이차원 등주 상수가 0.20 이하인 것이 필요하다. 경질 제2 상의 이차원 등주 상수가 0.20 이하인 경우, 금속 조직이 충분히 균일한 네트워크를 형성하고 있기 때문에, 경질 제2 상에서 강도를 담보하고, 변형 시에는 페라이트상의 연성을 발휘하여, TS 1180㎫ 이상 또한 YR 60% 이하를 동시에 달성할 수 있다. 경질 제2 상의 이차원 등주 상수는, 바람직하게는 0.15 이하, 보다 바람직하게는 0.12 이하, 더욱 바람직하게는 0.10 이하이다. 하한은 특별히 규정하지 않지만, 0.01 이상, 0.02 이상 또는 0.03 이상이어도 된다.
경질 제2 상의 최대 연결률과 이차원 등주 상수에 대하여 이하에 더 상세하게 설명한다. 도 1에, 강판 조직에 있어서의 최대 연결 영역 1을 모식적으로 도시한다. 최대 연결 영역 1은, 경질 제2 상이 그물눈상으로 연속하여 연결된 조직이고, 도 1에 있어서, 가는 사선의 부분이 최대 연결 영역 1이고, 백색의 부분이 페라이트 조직 영역 2이고, 거친 사선의 부분이 최대 연결 영역 1이 아닌 경질 제2 상 영역 3(비최대 연결 영역 3)이다. 또한, 구별을 용이하게 하기 위해, 최대 연결 영역 1과 비최대 연결 영역 3은, 사선의 경사지는 방법을 서로 반대로 나타내고 있다. 최대 연결 영역 1 중에 복수의 페라이트 영역(백색부)이 서로 분리된 상태로 존재하고 있다. 또한, 비최대 연결 영역 3은, 최대 연결 영역 1로부터 분리되어 있고, 비최대 연결 영역 3은, 페라이트 영역(백색부)으로 둘러싸여 있다.
경질 제2 상의 최대 연결률은, 하기의 방법에 의해 결정한다. 표면으로부터 깊이 3/8t의 위치로부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 1000배(측정면 200㎛ 평방 영역)의 FE-SEM에 의해 측정한 2차 전자상을 상기한 방법으로 2치화하고, 그 2치화 화상에 있어서 경질 제2 상 영역을 나타내는 하나의 픽셀을 선택한다. 그리고, 이 선택된 픽셀(경질 제2 상 영역을 나타내는 픽셀임)에 대하여, 상하 좌우 4방향의 어느 방향에 인접하는 픽셀이 경질 제2 상 영역을 나타내는 것인 경우는, 이들 두 픽셀은 동일한 연결 영역이라고 판정한다. 마찬가지로 하여, 순차, 상하 좌우 4방향의 각각의 방향에 인접하는 픽셀에 대하여 연결 영역으로 되어 있는지 여부를 판정하여, 단일의 연결 영역의 범위를 정한다. 또한, 인접하는 픽셀이 경질 제2 상 영역을 나타내는 픽셀이 아닌 경우는(즉, 인접하는 픽셀이 페라이트 영역을 나타내는 픽셀인 경우는), 그 부분이 연결 영역의 에지의 부분으로 된다. 이렇게 하여 정해지는, 경질 제2 상의 연결 영역 중, 최대의 픽셀 수를 갖는 영역을, 최대 연결 영역이라고 특정한다.
경질 제2 상의 최대 연결 영역의 전체 경질 제2 상 영역에 대한 면적률, 즉 경질 제2 상의 최대 연결률 Rs는, 최대 연결 영역의 면적 Sm을 구하고, 전체 경질 제2 상 영역의 면적 Ss와의 비:Rs=Sm/Ss로부터 산출한다.
최대 연결률 Rs(%)는, 하기 식으로 산출한다.
Rs={경질 제2 상의 최대 연결 영역의 면적 Sm/전체 경질 제2 상 영역의 면적 Ss}×100
전체 경질 제2 상 영역의 면적 Ss=최대 연결 영역의 면적 Sm+비최대 연결 영역의 전체 면적 Sm'
이차원 등주 상수 K는 하기 식으로 산출한다. 또한, 최대 연결 영역의 주위 길이 Lm은, 상기 FE-SEM에 의해 측정한 조직 화상에 있어서 실측할 수 있다. 단, 주위 길이를 산출할 때, 화상 데이터 외측의 프레임의 4변의 어느 것이, 최대 연결 영역의 주위 길이의 일부에 해당하는 경우, 해당하는 외측 프레임의 길이도, 최대 연결 영역의 주위 길이의 일부로서 취급한다.
π·(Lm/2π)2·K=Sm
K=4πSm/Lm2
Lm: 경질 제2 상의 최대 연결 영역의 주위 길이
도 2는, 이차원 등주 상수를 설명하는 2치화 화상의 모식도이다. 도 2의 (a)는 경질 제2 상의 최대 연결 영역이 거의 진원인 경우의 모식도를 나타내고 있다. 한편, 도 2의 (b)는, 최대 연결 영역이 도 2의 (a)와 동일한 면적(Sm)을 갖고 또한 경질상과 연질상이 복잡하게 뒤얽힌 계면 형상을 갖는 경우의 모식도를 나타내고 있다. 예를 들어, 도 2의 (a)의 조직에 대하여 최대 연결 영역의 주위 길이 Lm을 측정하고, 상기 식에 기초하여 이차원 등주 상수 K를 산출하면 K=0.92로 된다. 한편, 도 2의 (b)는, 도 2의 (a)와 최대 연결 영역의 면적 Sm은 동일하기는 하지만, 최대 연결 영역의 주위 길이 Lm이 길기 때문에, 마찬가지로 이차원 등주 상수 K를 산출하면 K=0.03으로 된다. 도 1에 관련하는 설명, 그리고 도 2의 (a) 및 (b)의 대비 등으로부터, 본 실시 형태에 있어서 규정되도록 경질 제2 상의 최대 연결률을 10% 이상으로 하면서, 당해 경질 제2 상의 이차원 등주 상수를 0.20 이하로 함으로써, 경질상과 연질상이 복잡하게 뒤얽힌 계면 형상을 갖는 비교적 큰 최대 연결 영역을 금속 조직 중에 형성할 수 있는 것을 알 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에 따르면, 연질상에 의한 연성 향상과 경질상에 의한 강도 확보를 상보적으로 기능시키는 것이 가능하게 된다.
본 발명에 관한 냉연 강판은, 내식성 향상 등을 목적으로 하여, 표면에 용융 아연 도금층 또는 합금화 용융 아연 도금을 갖고 있어도 된다.
이어서, 본 실시 형태에 관한 냉연 강판의 기계 특성에 대하여 설명한다.
[기계 특성]
(인장 강도 TS: 1180㎫ 이상)
본 실시 형태에 관한 냉연 강판은, 자동차의 경량화에 기여하는 충분한 강도를 갖는 것이 바람직하다. 그 때문에, 인장 강도(TS)는, 1180㎫ 이상으로 한다. 인장 강도는, 바람직하게는 1270㎫ 이상, 보다 바람직하게는 1370㎫ 이상이다. 인장 강도는 높은 것이 바람직하지만, 본 실시 형태의 구성으로 1780㎫ 초과로 하는 것은 곤란하기 때문에, 실질적인 상한이 1780㎫로 된다. 또한, 인장 시험은 JIS Z2241(2011)에 준거하여 행하면 되고, 인장 시험용의 시료는, 냉연 강판의 폭 방향 1/4의 위치로부터, 압연 방향과 수직 방향(C 방향)이 길이 방향으로 되도록 채취하면 된다(JIS5호 시험편).
(우수한 균일 연신 uEL)
우수한 균일 연신의 값은, 강판의 강도 클래스에 따라 다르다. 본 발명에 관한 냉연 강판에서는, 인장 강도가 1180㎫ 이상이지만, 구해지는 균일 연신은 강도 클래스에 따라 다르다. 구체적으로 설명하면, 인장 강도가 1180 내지 1370㎫인 냉연 강판에서는, 인장 강도와 함께 우수한 균일 연신이 필요해진다. 한편, 인장 강도가 1370㎫를 초과하는 경우에는, 균일 연신 특성은 약간 희생시켜도 더 높은 인장 강도가 요구된다. 따라서, 본 발명에 있어서, 「우수한 균일 연신」을 갖는 강판은, 그 인장 강도에 대하여, 하기의 조건을 만족시키는 강판이다. 균일 연신은, 인장 강도의 경우와 마찬가지로, 냉연 강판의 폭 방향 1/4의 위치로부터, 압연 방향과 수직 방향(C 방향)이 길이 방향으로 되도록 채취한 JIS5호 시험편을 사용하여, JIS Z 2241(2011)의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시함으로써 구해진다.
· 인장 강도 TS: 1180 내지 1370㎫의 경우
균일 연신 uEL≥10.0%
· 인장 강도 TS: 1370㎫ 초과의 경우
균일 연신 uEL≥7.0%
(항복비 YR≤60%)
본 실시 형태에 관한 냉연 강판은, 자동차의 경량화에 기여하는 충분한 강도를 가지면서, 양호한 형상 동결성이나 가공성을 구비하고 있는 것이 필요하다. 그 때문에, 항복비 YR 60% 이하로 한다. 바람직하게는, YR 58% 이하, 보다 바람직하게는 YR 55% 이하이다. 항복비 YR은, 인장 강도 TS에 대한 항복점 YS의 비로, YR(%)=(YS/TS)×100으로 표현된다. 항복점에 대해서도, 인장 강도의 경우와 마찬가지로, 냉연 강판의 폭 방향 1/4의 위치로부터, 압연 방향과 수직 방향(C 방향)이 길이 방향으로 되도록 채취한 JIS5호 시험편을 사용하여, JIS Z 2241(2011)의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시함으로써 구해진다.
이어서, 본 실시 형태에 관한 냉연 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
<냉연 강판의 제조 방법>
본 발명에서는, (a) 압연 변형을 축적하면서 균일한 저온 변태상(상부 베이나이트상, 마르텐사이트상, 또는 이것들로 이루어지는 혼합상)으로 제어하는 열간 압연 공정, (b) 균일하고 또한 미세하게 철 탄화물을 석출시키는 템퍼링 공정, (c) 페라이트의 재결정의 구동력을 부여하는 냉간 압연 공정, (d) 가열 중에 페라이트를 충분히 재결정시킴과 함께, 재결정 페라이트 입계를 철 탄화물로 피닝하고, 입계에 따른 오스테나이트의 성장을 촉진함으로써, 연질상과 경질상을 균일하고 또한 미세하게 분산시켜, 그 2상의 계면 형상을 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태로 제어하는 어닐링 공정의 4개의 공정에 의해, 연질상의 페라이트상과, 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상으로 이루어지는 경질 제2 상을 원하는 면적률로 존재시켜, 각 상을 균일하고 또한 미세하게 분산시킴과 함께, 그 계면 형상을 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태로 제어할 수 있다. 더 자세하게 설명하면 재결정 페라이트 입계 상에 철 탄화물을 배치하여 당해 재결정 페라이트 입계를 피닝함으로써, 단순히 결정립을 미세화할뿐만 아니라, 오스테나이트의 성장 방향이 입계에 따르게 되기 때문에, 페라이트의 간극에 입계에 따른 형태로 복잡한 형태의 오스테나이트를 형성할 수 있다고 생각된다. 따라서, 최종적으로 얻어지는 강판의 금속 조직을 연질상과 경질상이 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태로 제어할 수 있고, 그 결과로서, 예를 들어 경질 제2 상의 이차원 등주 상수가 0.20 이하인 본 발명에 관한 특징적인 금속 조직을 얻는 것이 가능하게 된다. 이하, 본 발명에 관한 냉연 강판의 제조 방법에 있어서의 각 공정에 대하여 상세하게 설명한다.
열간 압연 공정에 선행하는 제조 공정은 특별히 한정하는 것은 아니다. 즉, 고로나 전로 등에 의한 용제에 이어서, 각종 2차 제련을 행하고, 이어서, 통상의 연속 주조, 잉곳법에 의한 주조, 또는 박 슬래브 주조 등의 방법으로 주조하면 된다. 연속 주조의 경우에는, 주조 슬래브를 한번 저온까지 냉각한 후, 다시 가열하고 나서 열간 압연해도 되고, 주조 슬래브를 저온까지 냉각하지 않고, 주조 후에 그대로 열간 압연해도 된다. 원료에는 스크랩을 사용해도 상관없다. 슬래브의 화학 성분은, 위에서 설명한 바와 같은 화학 성분으로 조정된다.
주조한 슬래브에 가열 처리를 실시한다. 이 가열 공정에서는, 예를 들어 슬래브를 1200℃ 이상 1300℃ 이하의 온도로 가열 후, 30분이상 유지하면 된다. 가열 온도가 1200℃ 미만이면, Ti 및 Nb계 석출물이 충분히 용해되지 않으므로 후공정의 열간 압연 시에 충분한 석출 강화가 얻어지지 않을 우려가 있고, 또한 조대한 탄화물로서 강 중에 잔존함으로써 성형성을 열화시키는 경우가 있다. 따라서, 슬래브의 가열 온도는 1200℃ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1220℃ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, 가열 온도가 1300℃ 초과이면, 스케일 생성량이 증대되어, 수율이 저하될 우려가 있기 때문에, 가열 온도는 1300℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 1280℃ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. Ti 및 Nb계 석출물을 충분히 용해시키기 위해, 이 온도 범위에서 30분 이상 유지하는 것이 바람직하고, 예를 들어 45분 이상, 60분 이상, 90분 이상, 또는 120분 이상 유지해도 된다. 또한, 과도한 스케일 손실을 억제하기 위해 유지 시간은 10시간 이하로 하는 것이 바람직하고, 5시간 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
[열간 압연 공정]
(조압연)
본 발명에 있어서의 열간 압연 공정에서는, 조압연을 행한 후, 다단 마무리 압연을 행한다. 먼저, 가열된 슬래브에 조압연을 실시한다. 이 조압연에서는, 슬래브를 원하는 치수 형상으로 하면 되고, 그 조건은 특별히 한정되지 않는다. 또한, 조압연한 강판의 두께는, 마무리 압연 공정에 있어서의 압연 개시 시부터 압연 완료 시까지 발생하는 압연판의 선단으로부터 미단까지의 온도 저하량에 영향을 끼치기 때문에, 이것을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.
(마무리 압연)
마무리 압연에서는, 다단 마무리 압연에 있어서의 최종단의 압하율을 15% 이상 50% 이하, 또한 최종단의 압연 종료 온도를 Ar3℃ 이상 950℃ 이하로 제어함으로써, 열연 시에 구 오스테나이트 입자의 축적 변형을 높여, 철 탄화물의 핵 생성 사이트를 고밀도화시키는 것이 중요해진다.
(마무리 압연의 최종단의 압하율: 15% 이상 50% 이하)
마무리 압연의 최종단의 압하율이 15% 미만이면, 구 오스테나이트 입자의 축적 변형량이 충분하지 않아, 철 탄화물의 석출 사이트가 감소하고, 냉간 압연 공정 후의 어닐링 공정에 있어서 결정립의 미세화를 달성할 수 없어, 원하는 인장 강도 및 균일 연신을 동시에 얻을 수 없다. 따라서, 마무리 압연의 최종단의 압하율은 15% 이상으로 한다. 마무리 압연의 최종단의 압하율은, 바람직하게는 16% 이상, 보다 바람직하게는 18% 이상, 더욱 바람직하게는 20% 이상이다. 한편, 마무리 압연의 최종단의 압하율이 50% 초과이면, 강판 형상이 현저하게 열화되어, 압연이 곤란해지기 때문에, 마무리 압연의 최종단의 압하율은 50% 이하로 한다. 마무리 압연의 최종단의 압하율은, 바람직하게는 45% 이하이고, 보다 바람직하게는 40% 이하이다.
(마무리 압연의 종료 온도: Ar3℃ 이상 950℃ 이하)
마무리 압연의 종료 온도가 Ar3℃ 미만으로 되면, 페라이트-펄라이트가 생성되어, 균일한 저온 변태상 조직을 실현할 수 없고, 재결정 페라이트 입계를 철 탄화물로 피닝할 수 없어, 연질상과 경질상의 계면 형상이 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태로 제어할 수 없을 우려가 있다. 그 때문에, 마무리 압연의 종료 온도는 Ar3℃ 이상으로 한다. 한편, 마무리 압연의 종료 온도를 950℃ 초과로 하면, 구 오스테나이트 입자의 축적 변형이 회복 재결정에 의해 저감되고, 철 탄화물의 석출 사이트가 감소하여, 연질상과 경질상의 계면 형상이 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태로 제어할 수 없을 우려가 있다. 그 때문에, 마무리 압연 종료 온도는 950℃ 이하로 한다. 마무리 압연 종료 온도는, (Ar3+10)℃ 이상이면 바람직하고, (Ar3+20)℃이면 보다 바람직하다. 마무리 압연 종료 온도는, 940℃ 이하이면 바람직하고, 930℃ 이하이면 보다 바람직하다.
(평균 냉각 속도: 50℃/초 이상)
마무리 압연 후의 열연 강판은 권취 온도까지 냉각된다. 마무리 압연 후의 평균 냉각 속도가 50℃/초 미만이면, 냉각 중에 페라이트-펄라이트가 석출되고, 균일한 저온 변태상 조직을 얻을 수 없고, 미세하고 또한 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태를 얻을 수 없기 때문에, 평균 냉각 속도는 50℃/초 이상으로 한다. 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 70℃/초 이상, 보다 바람직하게는 100℃/초 이상이다. 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 마련하지 않지만, 안정 제조의 관점에서, 200℃/초 이하로 하는 것이 바람직하다.
(권취 온도: 400℃ 미만)
400℃ 이상의 온도에서 권취하는 경우에는, 페라이트-펄라이트, 혹은 베이니틱페라이트가 석출됨으로써, 열연 강판의 조직을 균일한 저온 변태상으로 제어할 수 없고, 미세하고 또한 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태를 얻을 수 없다. 그 때문에, 권취는 400℃ 미만의 온도에서 행한다. 권취 온도는, 바람직하게는 380℃ 이하, 보다 바람직하게는 350℃ 이하, 더욱 바람직하게는 100℃ 이하이다.
[템퍼링 공정]
본 발명에서는, 철 탄화물에 의한 재결정 페라이트 입계의 피닝과, 피닝 입자인 철 탄화물로부터의 오스테나이트 생성을 활용함으로써, 미세하고 또한 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태를 실현한다. 따라서, 열연 강판의 템퍼링 공정에 있어서의 철 탄화물의 제어는, 본원 중에서도 매우 중요한 제어 프로세스이다.
권취 후의 열연 강판에 템퍼링 처리를 함으로써, 재결정 페라이트 입계를 피닝하기 위해 필요한 양의 철 탄화물을 석출시킨다. 여기서, 철 탄화물에 의한 재결정 페라이트 입계의 피닝력은, 피닝 입자인 철산화물의 석출량에 비례하고, 철 탄화물의 입경에 반비례하기 때문에, 피닝력을 효과적으로 발생시키기 위해서는, 미세한 철 탄화물을 다량으로 석출시키는 것이 바람직하다. 한편, 철 탄화물의 입경이 클수록, 입계 상의 철 탄화물을 기점으로 한 오스테나이트의 핵 생성 빈도가 높아지므로, 피닝력과 오스테나이트 핵 생성의 양립의 관점에서, 철 탄화물의 입경을 적절한 범위로 제어할 필요가 있다.
본 발명에 있어서는, 온도와 열처리 시간을 적절한 범위에서 템퍼링 처리함으로써, 철 탄화물의 석출량과 입경을 적절하게 제어하여, 재결정 페라이트 입계의 피닝력을 확보함과 함께, 오스테나이트의 핵 생성 사이트로서 입계 상의 철 탄화물의 이용이 가능해지는 것을 알아냈다. 구체적으로는, 템퍼링 온도가 450℃ 이상 600℃ 미만인 온도역에서 템퍼링 파라미터 ξ가 14000 내지 18000으로 되는 템퍼링 열처리를 행한다. 이러한 열처리를 행함으로써, 철 탄화물에 의한 피닝 효과를 충분히 발휘시켜 미세하고 또한 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태를 얻을 수 있고, 그 결과로서, 예를 들어 경질 제2 상의 이차원 등주 상수가 0.20 이하인 금속 조직을 얻는 것이 가능하게 된다.
(템퍼링 온도: 450℃ 이상 600℃ 미만)
템퍼링 온도는 450℃ 이상 600℃ 미만으로 한다. 템퍼링 온도가 450℃ 미만이면, 철 탄화물의 입경이 과도하게 미세해져, 오스테나이트의 핵 생성 사이트로서의 효과를 충분히 얻을 수 없어, 미세하고 또한 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태를 얻을 수 없다. 그 때문에, 템퍼링 온도는 450℃ 이상으로 한다. 템퍼링 온도는, 바람직하게는 500℃ 이상이다. 한편, 600℃ 이상이면 철 탄화물의 오스트발트 성장에 의해, 철 탄화물의 피닝력이 현저하게 저하되어, 미세하고 또한 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태를 얻을 수 없다. 그 때문에, 템퍼링 열 처리 온도는 600℃ 미만으로 한다. 템퍼링 온도는, 바람직하게는 550℃ 이하이다.
(템퍼링 파라미터 ξ: 14000 이상 18000 이하)
템퍼링 파라미터 ξ가 14000 미만이면, 철 탄화물의 석출량이 불충분해져, 철 탄화물에 의한 재결정 페라이트 입계의 피닝력이 부족해, 5.0㎛ 이하의 평균 입경을 실현할 수 없다. 한편, 템퍼링 파라미터 ξ가 18000 초과이면, 철 탄화물의 과성장에 의해, 재결정 페라이트 입계의 피닝력이 부족해, 5.0㎛ 이하의 평균 입경을 실현할 수 없다. 그 때문에, 템퍼링 파라미터 ξ는 14000 이상 18000 이하로 한다. 바람직하게는, 템퍼링 파라미터는 14500 이상, 15000 이상, 또는 15500 이상이다. 또한, 바람직하게는 템퍼링 파라미터는 17500 이하, 17000 이하, 또는 16500 이하이다. 템퍼링 파라미터 ξ는, 이하의 식1에 의해 구할 수 있다.
식1: ξ=(T+273)·〔log10(t/3600)+20〕
T[℃]: 템퍼링 온도, t[초간]: 템퍼링 시간
[냉간 압연 공정]
(압연율: 30% 이상)
상기와 같이 템퍼링한 강판에, 산세 후, 냉간 압연을 행한다. 냉간 압연 공정의 압연율이 30% 미만이면, 페라이트의 재결정의 구동력이 충분하지 않아, 미재결정 페라이트가 잔존하기 때문에, 냉간 압연 공정의 압연율은 30% 이상으로 한다. 당해 압연율은, 바람직하게는 35% 이상, 보다 바람직하게는 40% 이상, 더욱 바람직하게는 45% 이상이다. 한편, 냉간 압연율의 상한은 특별히 마련하지 않지만, 70% 초과의 압연율이면, 압연 하중이 너무 높아 압연할 수 없는 경우나, 압연 중에 강판이 파단될 위험성이 있기 때문에, 70% 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 열간 압연 공정 후의 강판을 템퍼링함으로써 석출시킨 철 탄화물에 의해, 재결정 페라이트 입계를 피닝하여, 모상 페라이트의 연질화와 결정립 미세화를 달성함과 함께, 이들 입계 상의 철 탄화물을 핵 생성 사이트로 한 오스테나이트 변태에 의해, 조직 형태는 복잡하게 뒤얽힌 것으로 된다. 입계 상의 철 탄화물을 오스테나이트 핵 생성 사이트로 함으로써, 조직 형태가 복잡하게 뒤얽힌 형상으로 되는 요인에 대해서는, 반드시 명확하지는 않지만, 철 탄화물에 접하는 페라이트 입계의 경각에 의한, 입계 확산 계수가 다른 것에 기인하여 오스테나이트의 성장 방향으로 이방성이 발생하는 것이 주된 요인이라고 생각된다. 즉, 입계 상의 철 탄화물로부터의 오스테나이트 변태를 활용함으로써, 종래와 같은, 페라이트 입자의 주위를 마르텐사이트 등의 경질 제2 상이 완전히 피복한 조직이 아니라, 페라이트와 경질 제2 상이 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태를 실현할 수 있다.
[어닐링 공정]
(500℃부터 Ac1℃까지의 평균 가열 속도: 5.0℃/초 이하)
상기와 같이 냉간 압연한 강판을, 최고 가열 온도까지 가열하고, 유지 후, 냉각하는 어닐링을 행한다. 500℃부터 Ac1℃까지의 가열 과정에 있어서, 냉간 압연 후의 페라이트상의 재결정화와, 철 탄화물에 의한 재결정 페라이트 입계의 피닝을 행한다. 500℃부터 Ac1℃까지의 평균 가열 속도가 5.0℃/초 초과이면, 페라이트의 재결정이 충분히 일어나지 않고, 또한 재결정 페라이트 입계 상에 충분한 철 탄화물을 배치할 수 없어 오스테나이트 변태가 개시되기 때문에, 연질상과 경질 제2 상이 충분히 복잡하게 뒤얽힌 조직 형태를 실현할 수 없다. 그 때문에, 500℃부터 Ac1℃까지의 평균 가열 속도는 5.0℃/초 이하로 한다. 당해 평균 가열 속도는, 바람직하게는 4.0℃/초 이하, 보다 바람직하게는 3.0℃/초 이하이다.
(최고 가열 온도: (Ac1+10)℃ 이상 (Ac3-10)℃ 이하)
어닐링 공정의 최고 가열 온도가 (Ac1+10)℃ 미만이면, 35% 이상의 경질 제2 상을 확보할 수 없으므로, 최고 가열 온도는 (Ac1+10)℃ 이상으로 한다. 한편, (Ac3-10)℃ 초과이면, 오스테나이트 변태가 과도하게 진행되어, 경질 제2 상의 조직 분율이 65% 초과로 되기 때문에, 최고 가열 온도는 (Ac3-10)℃ 이하로 한다. 최고 가열 온도는, 바람직하게는 (Ac1+20)℃ 이상, 보다 바람직하게는 (Ac1+30)℃ 이상이다. 또한, 최고 가열 온도는, 바람직하게는 (Ac3-20)℃ 이하, 보다 바람직하게는 (Ac3-30)℃ 이하이다
(최고 가열 온도에서의 유지 시간: 60초 이상)
최고 가열 온도에서의 유지 시간이 60초 미만이면, 철 탄화물의 용해 시간이 불충분해져, 철 탄화물이 불순물로서 녹아버려, 즉 잔부상의 면적률이 높아지기 때문에, 유지 시간은 60초 이상으로 한다. 한편, 유지 시간이 1200초를 초과하면, 생산을 저해시켜 비용 상승으로 연결되기 때문에, 가열 유지 시간은 1200초 이하로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 최고 가열 온도에서의 유지 시간은, 120초 이상, 180초 이상, 240초 이상, 또는 300초 이상이다.
((Ac1-50)℃부터 Ms℃ 이하의 냉각 정지 온도까지의 평균 냉각 속도: 20℃/초 이상)
(Ac1-50)℃부터 Ms℃ 이하의 냉각 정지 온도까지의 평균 냉각 속도가 20℃/초 미만인 경우, 냉각 중에 펄라이트나 베이니틱페라이트가 형성되어, 잔부상의 면적률이 증가하여, 원하는 항복비가 얻어지지 않는 요인으로 되기 때문에, 당해 평균 냉각 속도는 20℃/초 이상으로 한다. 당해 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 30℃/초 이상, 40℃/초 이상, 또는 50℃/초 이상이다. 또한, 당해 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 100℃/초 이하여도 된다.
(냉각 정지 온도: Ms℃ 이하)
냉각 정지 온도가 Ms℃ 초과인 경우, 냉각 후에 펄라이트나 베이니틱페라이트가 형성되어, 잔부상의 면적률이 증가하고, 인장 강도·균일 연신 밸런스가 저하된다. 그 때문에, 냉각 정지 온도는 Ms점 이하로 한다. 바람직하게는, 냉각 정지 온도는, (Ms-10)℃ 이하, (Ms-20)℃ 이하, 또는 (Ms-30)℃ 이하이다. 냉각 정지 온도의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 실온 정도(예를 들어, 20℃)이면 된다.
상술한 각 변태점: Ac1(℃), Ac3(℃), Ar3(℃) 및 Ms(℃)는, 이하의 식으로부터 계산한다.
Ac1[℃]=751-16×[%C]+35×[%Si]-28×[%Mn]
Ac3[℃]=881-353×[%C]+65×[%Si]-24×[%Mn]
Ar3[℃]=910-203×[%C]+44.7×[%Si]-24×[%Mn]-50×[%Ni]
Ms[℃]=521-353×[%C]-22×[%Si]-24×[%Mn]
여기서, %C, %Si, %Mn 및 %Ni은, C, Si, Mn 및 Ni의 함유량 [질량%]이다.
본 발명에 관한 냉연 강판은, 이상의 4개의 공정, 즉, 열간 압연 공정, 템퍼링 공정, 냉간 압연 공정 및 어닐링 공정을 행함으로써 얻을 수 있다. 이들 공정 외에, 이하의 추가 공정: 재가열 공정, 용융 아연 도금 처리 공정, 그리고 용융 아연 도금 처리 공정 및 합금화 처리 공정을 행해도 된다.
[재가열 공정]
(재가열 온도 200℃ 이상 450℃ 이하)
어닐링 공정에 있어서 Ms℃ 이하의 온도까지 냉각한 후, 균일 연신을 향상시키는 것을 목적으로 하여, 200℃ 이상 450℃ 이하의 온도로 재가열해도 된다. 재가열 온도가 200℃ 미만이면, 균일 연신을 향상시키는 효과를 효과적으로 발휘할 수 없는 경우가 있고, 재가열 온도가 450℃ 초과이면, 시멘타이트가 석출되어, 즉 잔부상의 면적률이 증가하여, 항복비 YR 60% 이하를 달성할 수 없게 되는 경우가 있기 때문에, 재가열 온도는 200℃ 이상 450℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 재가열 온도는, 바람직하게는 250℃ 이상, 보다 바람직하게는 300℃ 이상이다. 또한, 재가열 온도는, 바람직하게는 400℃ 이하, 보다 바람직하게는 350℃ 이하이다.
(재가열 온도에서의 유지 시간: 60초 이상 600초 이하)
재가열 온도에서의 유지 시간이 60초 미만이면, 균일 연신 향상 효과가 충분히 얻어지지 않으므로, 당해 유지 시간은 60초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 재가열 온도에서의 유지 시간이 600초 초과로 되면, 항복점이 향상되어, 항복비 YR 60% 이하가 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 그 때문에, 당해 유지 시간은 600초 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 재가열 온도에서의 유지 시간은 550초 이하, 500초 이하, 450초 이하, 또는 400초 이하이다.
[용융 아연 도금 처리 공정]
용융 아연 도금 처리 공정에서는, 어닐링 공정을 거친 냉연 어닐링판을, Ms점 이하의 냉각 온도부터, 용융 아연 도금 처리에 적합한 소정의 온도까지 가열한 후, 해당 냉연 어닐링판을 용융 아연 도금욕에 침지하여 표면에 용융 아연 도금층을 형성하는 용융 아연 도금 처리를 실시한다. 용융 아연 도금 처리의 조건은 특별히 한정할 필요는 없고, 냉연 어닐링판을 용융 아연 도금욕에 침지하여 표면에, 원하는 두께의 용융 아연 도금층을 형성하는, 통상의 용융 아연 도금 처리 조건을 모두 적용할 수 있다. 예를 들어, 430℃ 이상에서 용융 아연 도금 처리를 행할 수 있다. 또한, 용융 아연 도금욕에 침입할 때의 강판의 판온이 430℃를 밑돌면, 강판에 부착된 아연이 응고될 가능성이 있으므로, 오스텐바 처리 온도가 430℃를 밑도는 경우는, 용융 아연 도금욕에 들어가기 전에 소정의 온도로 가열하는 것이 바람직하다. 또한, 용융 아연 도금 처리한 후, 필요에 따라 도금 부착량 조정을 위해, 와이핑을 행해도 된다. 용융 아연 도금 처리의 온도는, 예를 들어 500℃ 이하여도 된다.
[합금화 처리 공정]
용융 아연 도금층을 형성한 용융 아연 도금 강판에 대하여, 필요에 따라 합금화 처리를 행해도 된다. 그 경우, 합금화 처리 온도가 400℃ 미만이면, 합금화 속도가 느려져 생산성을 손상시킬 뿐만 아니라, 합금화 처리 불균일이 발생하므로, 합금화 처리 온도는 400℃ 이상으로 한다. 한편, 합금화 처리 온도가 600℃를 초과하면, 합금화가 과도하게 진행되어, 강판의 도금 밀착성이 열화되는 경우가 있다. 따라서, 합금화 처리 온도는 600℃ 이하로 한다.
실시예
(냉연 강판 시료의 제작)
표 1에 나타내는 화학 성분의 슬래브에 대하여, 표 2에 나타내는 조건에서 열간 압연 공정, 템퍼링 공정, 냉간 압연 공정 및 어닐링 공정을 행하여, 판 두께 1.5㎜의 냉연 강판으로 했다. 시료 No.19 내지 21 및 34에 대해서는, 어닐링 공정 후에 재가열 공정을 행하였다. 시료 No.22에 대해서는, 450℃에서 용융 아연 도금 처리를 행하여, 표 2에 있어서 「GI」라고 나타냈다. 시료 No.42에 대해서는, 450℃에서 용융 아연 도금 처리를 행하고, 그 후, 460℃에서 합금화 처리를 행하여, 표 2에 있어서 「GA」라고 나타냈다. 또한, 표 2 중의 「RT」는 실온을 의미하는 것이다.
표 1 및 표 2의 각 변태점: Ac1(℃), Ac3(℃), Ar3(℃) 및 Ms(℃)은, 이하의 식으로부터 계산했다.
Ac1[℃]=751-16×[%C]+35×[%Si]-28×[%Mn]
Ac3[℃]=881-353×[%C]+65×[%Si]-24×[%Mn]
Ar3[℃]=910-203×[%C]+44.7×[%Si]-24×[%Mn]-50×[%Ni]
Ms[℃]=521-353×[%C]-22×[%Si]-24×[%Mn]
표 2의 템퍼링 파라미터는, 이하의 식1로부터 계산했다.
식1: ξ=(T+273)·〔log10(t/3600)+20〕
T[℃]: 템퍼링 온도, t[초간]: 템퍼링 시간
(금속 조직의 결정)
표 3의 금속 조직의 각 상의 면적률은, SEM-EBSD법 및 SEM 2차 전자상 관찰에 의해 평가했다. 구체적으로는, 먼저, 강판의 압연 방향에 평행인 판 두께 단면을 관찰면으로 하여 시료를 채취하고, 관찰면을 기계 연마하여 경면으로 마무리한 후, 전해 연마를 행하였다. 이어서, 관찰면에 있어서의 모재 강판의 표면으로부터 1/4 두께를 중심으로 한 1/8 두께 내지 3/8 두께의 범위의 5개소의 관찰 시야에 있어서, 합계로 1.0×10-8㎡의 면적을 SEM-EBSD법에 의해 결정 구조 및 방위 해석을 행하였다. EBSD법에 의해 얻어진 데이터의 해석에는 TSL사제의 「OIM Analysys 6.0」을 사용했다. 또한, 평점간 거리(step)는 0.10㎛로 했다. 관찰 결과로부터 FCC철이라고 판단되는 영역을 잔류 오스테나이트로 하고, 또한 결정 방위차가 15도 이상으로 되는 경계를 입계로 하여 결정립계 맵을 얻었다. 이어서, EBSD 관찰을 실시한 것과 동일 시료에 대하여 나이탈 부식을 행하고, EBSD 관찰과 동일 시야에 대하여 2차 전자상 관찰을 행하였다. 얻어진 2차 전자상으로부터, 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 프레시 마르텐사이트, 시멘타이트의 면적률을 각각 측정했다. 입자 내에 하부 조직을 갖고, 또한 시멘타이트가 복수의 밸리언트를 갖고 석출되어 있는 영역을 템퍼링 마르텐사이트라고 판단하고, 휘도가 작고, 또한 하부 조직이 인정되지 않는 영역을 페라이트라고 판단하고, 휘도가 크고, 또한 하부 조직이 에칭에 의해 현출되어 있지 않은 영역을 프레시 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트라고 판단했다. 상기 영역의 어느 것에도 해당하지 않는 영역을 베이나이트라고 판단했다. 각각의 면적률을, 포인트 카운팅법에 의해 산출함으로써, 각 상의 면적률을 구했다.
(재결정 페라이트상의 비율의 측정)
이렇게 구한 전체 페라이트 영역 중, 재결정 페라이트의 영역은, 상기 SEM 관찰한 영역과 동 영역을 FE-SEM 및 OIM 결정 방위 해석 장치를 사용하여, 측정면 100㎛ 평방 영역을 0.2㎛ 간격으로 결정 방위 데이터군을 취득하고, 얻어진 결정 방위 데이터군을 해석 소프트웨어(TSL OIM Analysis)로 해석하고, 페라이트 결정립 내에 있어서의 제1 근접 측정점 사이의 KAM값이 1.0° 이하인 영역을 재결정 영역으로서 정의하고, 그 영역의 전체 영역에 대한 면적률을 산출하여, 페라이트상에 있어서의 재결정 페라이트상의 비율을 결정했다. 얻어진 재결정 페라이트의 비율을 표 3에 나타낸다.
(평균 결정 입경의 측정)
평균 결정 입경의 측정은 SEM/EBSD법에 의해 행하였다. 강판의 표면으로부터 1/4 두께에 있어서, 강판의 압연 방향에 평행인 판 두께 단면을 관찰면으로 하여 시료를 채취하고, 강판 표면에 경면 연마 및 콜로이드성 연마를 실시하고, 전계 방출형 주사 전자 현미경(FE-SEM) 및 OIM 결정 방위 해석 장치를 사용하여, 측정면 200㎛ 평방 영역을 0.2㎛ 간격으로 결정 방위 데이터군을 취득했다. 얻어진 결정 방위 데이터군을 해석 소프트웨어(TSL OIM Analysis)로 해석하고, 15° 이상의 방위차를 갖는 계면을 결정립계로서 정의하고, 해당 결정립계로 둘러싸인 영역의 면적으로부터 원 상당 직경으로서 결정 입경을 산출하고, 이들 결정 입경의 히스토그램으로부터 메디안 직경(D50)으로서 평균 결정 입경을 산출했다.
(경질 제2 상의 최대 연결률의 측정)
(경질 제2 상의 이차원 등주 상수의 측정)
경질 제2 상의 최대 연결률은, 하기의 방법에 의해 결정했다. 표면으로부터 깊이 3/8t의 위치부터 깊이 t/2의 위치(t: 강판의 판 두께)까지의 영역에 있어서의 1000배의 FE-SEM에 의해 측정한 조직 화상을 2치화하고, 그 2치화 화상에 있어서 경질 제2 상 영역을 나타내는 하나의 픽셀을 선택했다. 그리고, 이 선택된 픽셀에 대하여, 상하 좌우 4방향의 어느 방향에 인접하는 픽셀이 경질 제2 상 영역을 나타내는 것인 경우는, 이들 두 픽셀은 동일한 연결 영역이라고 판정했다. 마찬가지로 하여, 순차, 상하 좌우 4방향의 각각의 방향에 인접하는 픽셀에 대하여 연결 영역으로 되어 있는지 여부를 판정하여, 단일의 연결 영역의 범위를 정했다. 이렇게 하여 정한, 경질 제2 상의 연결 영역 중, 최대의 픽셀 수를 갖는 영역을, 최대 연결 영역이라고 특정했다. 경질 제2 상의 최대 연결 영역의 전체 경질 제2 상 영역에 대한 면적률, 즉 경질 제2 상의 최대 연결률 Rs는, 최대 연결 영역의 면적 Sm을 구하고, 전체 경질 제2 상 영역의 면적 Ss와의 비:Rs=Sm/Ss로부터 산출했다.
최대 연결률 Rs(%)는 하기 식으로 산출했다.
Rs={경질 제2 상의 최대 연결 영역의 면적 Sm/전체 경질 제2 상 영역의 면적 Ss}×100
전체 경질 제2 상 영역의 면적 Ss=최대 연결 영역의 면적 Sm+비최대 연결 영역의 전체 면적 Sm'
이차원 등주 상수 K는, 하기 식으로 산출했다. 최대 연결 영역의 주위 길이 Lm은, 상기 FE-SEM에 의해 측정한 조직 화상에 있어서 실측했다.
π·(Lm/2π)2·K=Sm
K=4πSm/Lm2
Lm: 경질 제2 상의 최대 연결 영역의 주위 길이
(기계 특성의 측정)
인장 강도, 항복점 및 균일 연신은, 냉연 강판의 폭 방향 1/4의 위치로부터, 압연 방향과 수직 방향(C 방향)이 길이 방향으로 되도록 채취한 JIS5호 시험편을 사용하여, JIS Z 2241(2011)의 규정에 준거하여 인장 시험을 실시하고, 항복점(0.2% 내력) YS, 인장 강도 TS, 균일 연신 uEL을 구했다. 그리고, 항복비 YR=(YS/TS)×100의 식을 사용하여 구했다. 인장 강도 TS가 1180㎫ 이상이고, 균일 연신 uEL이 10.0% 이상(TS: 1180 내지 1370㎫) 또는 7.0% 이상(TS: 1370㎫ 초과)이고, 또한 항복비 YR이 60% 이하인 경우를, 가공성 및 형상 동결성이 우수한 고강도의 냉연 강판으로서 평가했다.
표 1 내지 3 중에서 밑줄을 그은 수치는, 본 발명의 범위 외에 있는 것을 나타내고 있다.
표 2 내지 3 중, 시료 No.1 내지 3, No.5, No.9, No.19, No.22, No.23 및 No.28 내지 44는, 본 발명의 조건을 모두 만족시키는 본 발명예의 강판이다.
본 발명예에서는, 화학 성분을 만족시켜, 적절한 조직 분율과 입경 및 조직 형태를 갖고 있기 때문에, 인장 강도가 1180㎫ 이상이고, 균일 연신이 우수하고, 항복비 YR이 60% 이하를 만족시킨 냉연 강판이 얻어져 있다.
시료 No.26은, 강의 화학 성분이 본 발명에서 규정하는 범위로부터 벗어나 있어, 우수한 1180㎫ 이상의 인장 강도가 얻어져 있지 않다. 또한, No.27은 또한, 본 발명에서 규정하는 강의 화학 성분을 달성할 수 없기 때문에, 우수한 균일 연신과 저항복비가 얻어져 있지 않다.
시료 No.4, No.6 내지 8, No.10 내지 18, No.20, No.21, No.24 및 No.25는, 제조 조건이 본 발명에서 규정하는 범위로부터 벗어나 있기 때문에, 1180㎫ 이상의 인장 강도와 우수한 균일 연신 및 저항복비가 양립되어 있지 않다.
[표 1]
[표 2-1]
[표 2-2]
[표 3-1]
[표 3-2]
본 발명의 상기 양태에 의하면, 1180㎫ 이상의 인장 강도(인장 최대 강도)를 갖고, 가공성이 우수하고, 또한 형상 동결성이 우수한 냉연 강판을 얻을 수 있다. 따라서, 산업상 이용가능성이 높다.
1: 최대 연결 영역
2: 페라이트 조직 영역
3: 비최대 연결 영역
2: 페라이트 조직 영역
3: 비최대 연결 영역
Claims (8)
- 화학 성분이, 질량%로,
C: 0.15% 이상 0.40% 이하,
Si: 0.50% 이상 4.00% 이하,
Mn: 1.00% 이상 4.00% 이하,
sol.Al: 0.001% 이상 2.000% 이하,
P: 0.020% 이하,
S: 0.020% 이하,
N: 0.010% 이하,
Ti: 0% 이상 0.200% 이하,
Nb: 0% 이상 0.200% 이하,
B: 0% 이상 0.010% 이하,
V: 0% 이상 1.00% 이하,
Cr: 0% 이상 1.00% 이하,
Mo: 0% 이상 1.00% 이하,
Cu: 0% 이상 1.00% 이하,
Co: 0% 이상 1.00% 이하,
W: 0% 이상 1.00% 이하,
Ni: 0% 이상 1.00% 이하,
Ca: 0% 이상 0.010% 이하,
Mg: 0% 이상 0.010% 이하,
REM: 0% 이상 0.010% 이하,
Zr: 0% 이상 0.010% 이하 및
잔부: 철 및 불순물로 이루어지고,
금속 조직이, 페라이트상과, 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상으로 이루어지는 경질 제2 상과, 시멘타이트상 및 베이나이트상으로 이루어지는 잔부상으로 이루어지고,
상기 페라이트상의 면적률이 35% 이상 65% 이하이고,
상기 경질 제2 상의 면적률이 35% 이상 65% 이하이고,
상기 잔부상의 면적률이 0% 이상 5% 이하이고,
상기 페라이트상의 60% 이상이 재결정 페라이트상이고,
15° 입계로 규정되는 평균 결정 입경이 5.0㎛ 이하이고,
상기 경질 제2 상의 최대 연결률이 10% 이상이고,
상기 경질 제2 상의 이차원 등주 상수가 0.20 이하인, 냉연 강판. - 제1항에 있어서, 상기 화학 성분이, 질량%로,
Ti: 0.001% 이상 0.200% 이하,
Nb: 0.001% 이상 0.200% 이하,
B: 0.0005% 이상 0.010% 이하,
V: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Cr: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Mo: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Cu: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Co: 0.005% 이상 1.00% 이하,
W: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Ni: 0.005% 이상 1.00% 이하,
Ca: 0.0003% 이상 0.010% 이하,
Mg: 0.0003% 이상 0.010% 이하,
REM: 0.0003% 이상 0.010% 이하 및
Zr: 0.0003% 이상 0.010% 이하
로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는, 냉연 강판. - 제1항 또는 제2항에 있어서, 표면에 용융 아연 도금층을 갖는, 냉연 강판.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 표면에 합금화 용융 아연 도금층을 갖는, 냉연 강판.
- 제1항 또는 제2항에 기재된 냉연 강판을 제조하는 방법이며,
제1항 또는 제2항에 기재된 화학 성분을 갖는 슬래브를 조압연한 후, 마무리 압연의 최종단의 압하율이 15% 이상 50% 이하이고, 또한 마무리 압연의 종료 온도가 Ar3℃ 이상 950℃ 이하인 마무리 압연을 실시하고, 400℃ 미만의 권취 온도까지 평균 냉각 속도 50℃/초 이상에서 냉각하고, 상기 권취 온도에서 권취하는 열간 압연 공정과,
열간 압연한 강판을, 450℃ 이상 600℃ 미만의 온도역에서, 이하의 식1로 규정되는 템퍼링 파라미터 ξ가 14000 내지 18000인 조건에서 템퍼링하는 템퍼링 공정과,
템퍼링한 강판을, 산세 후, 압연율 30% 이상에서 냉간 압연하는 냉간 압연 공정과,
냉간 압연한 강판을, 500℃부터 Ac1℃까지의 온도역에 있어서 5.0℃/초 이하의 평균 가열 속도로, (Ac1+10)℃ 이상 (Ac3-10)℃ 이하의 최고 가열 온도까지 가열하고, 상기 최고 가열 온도에서 60초 이상 유지 후, (Ac1-50)℃부터 냉각 정지 온도까지의 온도역에 있어서 20℃/초 이상의 평균 냉각 속도로, Ms℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각하는 어닐링 공정을 포함하는, 냉연 강판의 제조 방법.
식1: ξ=(T+273)·〔log10(t/3600)+20〕
T[℃]: 템퍼링 온도, t[초]: 템퍼링 시간
Ac1[℃]=751-16×[%C]+35×[%Si]-28×[%Mn]
Ac3[℃]=881-353×[%C]+65×[%Si]-24×[%Mn]
Ar3[℃]=910-203×[%C]+44.7×[%Si]-24×[%Mn]-50×[%Ni]
Ms[℃]=521-353×[%C]-22×[%Si]-24×[%Mn]
여기서, %C, %Si, %Mn 및 %Ni은, C, Si, Mn 및 Ni의 함유량 [질량%]이다. - 제5항에 있어서, Ms℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각한 후, 200℃ 이상 450℃ 이하의 온도에서 60초 이상 600초 이하 유지하는, 냉연 강판의 제조 방법.
- 제5항에 또는 제6항에 있어서, 제3항에 기재된 냉연 강판을 제조하는 방법이며,
상기 어닐링 공정 후에, 430℃ 이상의 온도에서 용융 아연 도금 처리를 행하는, 냉연 강판의 제조 방법. - 제5항에 또는 제6항에 있어서, 제4항에 기재된 냉연 강판을 제조하는 방법이며,
상기 어닐링 공정 후에, 430℃ 이상의 온도에서 용융 아연 도금 처리를 행하고, 그 후, 400℃ 이상 600℃ 이하에서 합금화 처리를 행하는, 냉연 강판의 제조 방법.
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