KR20220004213A - 연속 주조 열간 압연 고강도 강판 제품의 제조 방법 - Google Patents

연속 주조 열간 압연 고강도 강판 제품의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

고강도 연속 주조 열간 압연 강판 제품의 제조 방법이 제공된다. 본 방법은, 강 슬래브를 연속적으로 주조한 다음, 열간 스트립 밀에서 마무리 압연을 갖는 열간 압연을 하고, 열간 스트립 밀에서 ??칭하여 주로 마르텐사이트성 미세조직을 형성하며, 임계간 온도에서 소킹한 후 더 낮은 온도로 유지하는 것을 포함하는 열 순환 단계를 수행하는 것을 포함한다. 생성된 열간 압연 강판 제품은 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 갖는다. 본 발명에 따라 처리된 강은 양호한 극한 인장 강도와 총 신장율의 조합(UTS·TE) 특성을 나타내며, 자동차 제조업체를 비롯한 다양한 산업 분야에서 바람직한 3세대 첨단 고강도 강의 범주에 속할 수 있다.

Description

연속 주조 열간 압연 고강도 강판 제품의 제조 방법
관련 출원의 상호 참조
본 출원은 2019년 8월 19일에 출원된 미국 특허출원 제16/544,127호의 일부 계속 출원이고, 이는 2017년 5월 10일자로 출원된 미국 특허출원 제15/591,344호(현재 미국 특허 제10,385,419호)의 일부 계속 출원이며, 이는 2016년 5월 10일에 출원된 미국 가출원 제62/334,189호 및 2016년 9월 19일에 출원된 미국 가출원 제62/396,602호에 대한 우선권을 주장한다. 본 출원은 또한 2019년 5월 7일에 출원된 미국 가출원 제62/844,301호에 대한 우선권을 주장한다. 전술한 모든 출원은 본원에 참고로 포함된다.
본 발명은 연속 주조 열간 압연 고강도 강판 제품을 제공하는 방법으로서, 열간 스트립 밀(hot strip mill)에서 마무리 압연된 강판을 ??칭(quenching)하여 주로 마르텐사이트성(martensitic) 미세조직을 생성한 다음, 임계간 영역(intercritical regime)의 온도에서 소킹(soaking)하고 더 낮은 온도로 유지하여 주로 페라이트(ferrite) 및 잔류 오스테나이트(retained austenite)인 미세조직을 생성하는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다.
지난 몇 년 동안 전세계 철강 산업은 자동차 시장을 위한 제3세대 첨단 고강도 강(AHSS: advanced high strength steel)의 개발에 집중해 왔다. 이러한 3세대 강은 전형적으로 약 20,000 MPa% 이상의 UTS-TE 범위에서 인장 강도와 신장율의 균형이 양호하다. 그러나, 철강 산업은, 대부분의 접근 방식이 높은 합금 함량, 예를 들어 전형적으로 4 중량% 초과의 망간을 필요로 하고, 이는 이러한 강을 통상적인 강 제조 장비로 제조할 때 어려움을 초래하기 때문에 3세대 AHSS를 상용화하는 데 어려움을 겪었다. 또한, 현재 이용 가능한 AHSS는 스폿(spot) 용접과 같은 기술로 용접하기가 어려웠고 아연계 갈바닉(galvanic) 코팅으로 코팅하기가 어려웠으며 광범위한 용도에 필요한 얇은 게이지 시트로 제조하기가 어려웠다.
본원에 참고로 포함되는 미국 특허 제10,385,419호 및 미국 출원 공개 US 2020/0040422호는 고강도 강 제품을 제조하기 위한 어닐링 공정을 개시하고 있다.
본 발명은 연속 주조 열간 연연 강판 제품의 제조 방법으로서, 강 슬래브를 연속적으로 주조한 다음, 열간 스트립 밀에서 마무리 압연을 갖는 열간 압연을 하고, 열간 스트립 밀에서 ??칭하여 주로 마르텐사이트성 미세조직을 형성하며, 임계간 온도에서 소킹한 후 더 낮은 온도로 유지하는 것을 포함하는 열 순환 단계를 수행하는 것을 포함하는 방법을 제공한다. 열 순환 단계는 연속 도금 라인 또는 연속 어닐링 라인에서 일어날 수 있다. 생성된 열간 압연 강판 제품은 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 갖는다. 본 발명에 따라 처리된 강은 예를 들어 25,000 MPa-% 초과의 양호한 극한 인장 강도와 총 신장율의 조합(UTS-TE) 특성을 나타낸다. 이러한 특성을 갖는 강은 3세대 첨단 고강도 강의 범주에 속할 수 있으며, 자동차 제조업체를 비롯한 다양한 산업 분야에서 매우 요구되고 있다.
본 발명의 양태는 고강도 연속 주조 열간 압연 강판 제품의 제조 방법을 제공하는 것이며, 본 방법은, 0.15 내지 0.5 중량%의 C, 1 내지 3 중량%의 Mn, 및 0.8 내지 3 중량%의 Si와 Al의 조합물을 포함하는 강 슬래브를 연속 주조하는 단계; 적어도 820℃의 마무리 압연 온도를 갖는 열간 스트립 밀에서의 마무리 압연 단계를 포함하는, 연속 주조 강 슬래브를 열간 압연하여 열간 스트립 밀에서 열간 압연 강판 제품을 형성하는 단계; 열간 스트립 밀에서 열간 압연된 강판 제품을 ??칭하여 주로 마르텐사이트성 미세조직을 형성하는 단계; ??칭된 열간 압연 강판 제품에 대해 720 내지 850℃의 온도에서 임계간 영역에서 강판 제품을 소킹한 다음 360 내지 445℃의 온도로 강판 제품을 유지하는 것을 포함하는 열 순환 단계를 실시하는 단계; 및 열 순환된 강판 제품을 실온으로 ??칭하는 단계를 포함하며, 여기서 강판 제품은 페라이트 및 잔류 오스테나이트 입자를 포함하고 25,000 MPa% 초과의 극한 인장 강도와 총 신장율의 조합 UTS-TE를 갖는다.
본 발명의 다른 양태는 전술한 방법으로 제조된 고강도 연속 주조 열간 압연 강판 제품을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 다른 양태는 하기 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 2단계 어닐링 공정을 나타내는 온도 대 시간 플롯을 포함한다.
도 2는 2단계 어닐링 공정을 나타내는 온도 대 시간 플롯을 포함한다.
도 3은 단일 제조 시설에서 2단계 열 공정과 선택적인 아연계 용융(hot-dipped) 코팅 작업을 조합하는 2단계 어닐링 공정을 나타내는 온도 대 시간의 플롯이다.
도 4는 열 사이클에서 소킹 및 유지 구역을 정의하는 어닐링 공정의 제2 단계에 대한 온도 대 시간의 플롯이다.
도 5 및 6은 고강도 강판 제품의 미세조직을 나타내는 전자 후방산란 회절(EBSD: electron backscatter diffraction) 현미경 사진이다.
도 7은 도 1에 도시된 열 공정이 실시된 강판 제품의 광학 현미경 사진으로, 더 어두운 페라이트 입자 및 더 밝은 오스테나이트 입자를 보여준다.
도 8은 도 7에 도시된 오스테나이트 입자의 종횡비를 나타내는 막대 그래프이다.
도 9 및 10은 오스테나이트 및 페라이트 입자 크기 분포를 보여주는 고강도 강판 제품에 대한 그래프이다.
도 11은 도 1에 도시된 바와 같이 처리된 고강도 강판 제품의 미세조직을 나타내는 EBSD 현미경 사진이다.
도 12 및 13은 도 2에 도시된 바와 같이 처리된 강판 제품을 보여주는 EBSD 현미경 사진이다.
도 14는 도 3에 도시된 바와 같이 처리된 강판 제품의 EBSD 현미경 사진이다.
도 15는 본 발명의 범위를 벗어나 처리된 다른 강판 제품과 비교하여 고강도 강판 제품에 대한 총 신장율 대 극한 인장 강도의 그래프이다.
도 16은 밀(mill) 시험에서 제조된 고강도 강 제품에 대한 총 신장율 대 극한 인장 강도의 그래프이다.
도 17은 열 사이클로 처리된 냉간 압연 및 열간 압연 기재에 대한 온도 대 시간의 플롯이다.
도 18은 도 17에 도시된 열처리가 실시된 냉간 압연 강판 기재의 EBSD 현미경 사진으로, 더 어두운 페라이트 입자 및 더 밝은 잔류 오스테나이트 입자를 보여준다.
도 19는 도 17에 도시된 열처리가 실시된 열간 압연 강판 기재의 EBSD 현미경 사진으로, 더 어두운 페라이트 입자 및 더 밝은 잔류 오스테나이트 입자를 보여준다.
도 20은 본 발명의 실시형태에 따라 열간 압연 시트가 런아웃(runout) 테이블 상에서 ??칭되어 마르텐사이트를 형성하는 2단계 열처리 공정의 제1 단계를 나타내는 온도 대 시간의 플롯이다.
도 21은 도 17의 ??칭 어닐링된 시트에 열 순환 단계를 실시하는 본 발명의 실시형태에 따른 2단계 열처리 공정의 제2 단계를 나타내는 온도 대 시간의 플롯이다.
본 발명의 고강도 강판 제품은 제어된 어닐링 공정과 조합하여 바람직한 미세조직 및 고강도 및 초고성형성을 포함하는 양호한 기계적 특성을 생성하는 제어된 조성을 갖는다. 특정 실시형태에서, 강 조성물은 탄소, 망간 및 규소를 당업자에게 공지된 임의의 다른 적합한 합금 첨가물과 함께 포함할 수 있다. C, Mn, Si, Al, Ti 및 Nb의 범위를 포함하는 강 조성의 예가 하기 표 1에 나열되어 있다.
[표 1] 강 조성(중량%)
Figure pct00001
표 1에 나열된 C, Mn, Si, Al, Ti 및 Nb의 양 외에도, 강 조성은 소량 또는 불순물 양의 기타 원소, 예컨대 최대 0.015 중량%의 S, 최대 0.03 중량%의 P, 최대 0.2 중량%의 Cu, 최대 0.02 중량%의 Ni, 최대 0.2 중량%의 Cr, 최대 0.2 중량%의 Mo, 최대 0.1 중량%의 Sn, 최대 0.015 중량%의 N, 최대 0.1 중량%의 V 및 최대 0.004 중량%의 B를 포함할 수 있다. 본원에서 사용되는 "실질적으로 없는"이라는 용어는 강판 제품의 조성을 언급할 때 특정 요소 또는 물질이 의도적으로 조성물에 첨가되지 않고 단지 불순물로서 또는 미량으로 존재함을 의미한다.
본 발명의 강판 제품에서, C는 증가된 강도를 제공하고 잔류 오스테나이트의 형성을 촉진한다. Mn은 경화를 제공하고 고용체 강화제로서 작용한다. Si는 열처리 동안 탄화철 석출을 억제하고 오스테나이트 유지율을 증가시킨다. Al은 열처리 동안 탄화철 석출을 억제하고 오스테나이트 유지율을 증가시킨다. Ti 및 Nb는 강도 향상 입자 미세화제(refiner)로서 작용할 수 있다.
특정 실시형태에서, Al은 적어도 0.1 중량% 또는 적어도 0.2 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 예를 들어, Al은 특정 실시형태에서 0.5 내지 1.2 중량%, 또는 0.7 내지 1.1 중량%의 양으로 존재할 수 있다. 대안적으로, 강판 제품은 Al이 실질적으로 없을 수 있다.
상기와 같은 조성을 갖는 강판 제품은 아래에서 더욱 충분히 설명하는 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 거친다. 생성된 강판 제품은 바람직한 극한 인장 강도, 높은 신장율, 높은 람다 값, 높은 굽힘성 및 높은 항복비(YS/UTS)를 포함하는 양호한 기계적 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다.
특정 실시형태에서, 강판 제품의 극한 인장 강도(UTS)는 700 내지 1,100 MPa 또는 그 이상의 범위이다. 특정 실시형태에서, 강판 제품은 700 MPa 초과, 예를 들어 720 내지 1,100 MPa, 또는 750 내지 1,050 MPa의 극한 인장 강도를 갖는다.
특정 실시형태에서, 강판 제품은 전형적으로 22% 초과, 예를 들어, 27% 초과, 또는 33% 초과의 총 신장율(TE)을 갖는다. 예를 들어, 강판 제품은 적어도 20% 또는 적어도 25% 또는 적어도 27%, 예를 들어, 22 내지 45%, 또는 25 내지 40%의 총 신장율을 가질 수 있다.
강판 제품은 표준 구멍 확장(hole expansion) 시험에 의해 측정할 때 전형적으로 20% 초과, 예를 들어, 25% 초과, 또는 30% 초과, 또는 35% 초과의 람다(l) 값을 가질 수 있다. 전체 확장 비 또는 람다는 20% 초과, 예를 들어 22 내지 80%, 또는 25 내지 60%일 수 있다.
특정 실시형태에서, 총 신장율(TE) 및 구멍 확장(λ) 둘 모두의 증가된 값은 우수한 전체 성형성 및 국부 성형성을 나타내는 강판 제품을 초래한다.
본 발명의 강판 제품은 25,000 초과의 강도 신장율 균형(UTS·TE)이 관찰되어 자동차 산업과 같은 산업에서 매우 요구되는 3세대 강의 범주에 속한다. 특정 실시형태에서, UTS-TE 값은 26,000 초과, 또는 27,000 초과, 또는 30,000 초과일 수 있다.
본 발명의 특정 실시형태에 따르면, 강판 제품의 최종 미세조직은 주로 페라이트, 예를 들어 적어도 50% 내지 최대 80% 또는 그 초과를 포함할 수 있고, 잔류 오스테나이트는 더 적은 양, 예를 들어 5 내지 25%이고, 새로운 마르텐사이트는 소량, 예를 들어 0 내지 10% 또는 15%이다. 페라이트, 오스테나이트 및 마르텐사이트의 양은 표준 EBSD 기술에 의해 측정될 수 있다. 대안적으로, 잔류 오스테나이트 함량은 자기 포화 방법에 의해 측정될 수 있다. 본원에 달리 명시되지 않는 한, 잔류 오스테나이트의 부피%는 EBSD 기술에 의해 측정된다.
특정 실시형태에서, 잔류 오스테나이트는 1 내지 25 부피%, 예를 들어 5 내지 20 부피%를 차지한다. 새로운 마르텐사이트의 양은 15 부피% 미만, 또는 10 부피% 미만, 또는 5 부피% 미만을 차지할 수 있다. 특정 실시형태에서, 강판 제품은 새로운 마르텐사이트가 실질적으로 없다. 새로운 마르텐사이트 양이 15%보다 크면 구멍 확장 값이 크게 감소하며, 예를 들어 국부 성형성이 크게 감소하는 것으로 밝혀졌다.
페라이트의 적어도 일부는 후술하는 바와 같이 마르텐사이트의 재결정화 및/또는 템퍼링에 의해 소킹 또는 가열 섹션 동안, 또는 오스테나이트 분해에 의해 열 순환 공정의 냉각 및 유지 섹션 동안 형성될 수 있다. 페라이트의 일부는 베이나이트 페라이트로 간주될 수 있다. 페라이트, 오스테나이트 및 마르텐사이트 상은 예를 들어 10 미크론 미만, 예를 들어 5 미크론 미만, 또는 3 미크론 미만의 평균 입자 크기를 갖는 미세 입자이다. 예를 들어, 페라이트 입자 크기는 10 미크론 미만, 예를 들어 8 미크론 미만, 또는 6 미크론 미만의 범위일 수 있다. 평균 오스테나이트 입자 크기는 2 미크론 미만, 예를 들어 1 미크론 미만, 또는 0.5 미크론 미만의 범위일 수 있다. 존재하는 경우, 마르텐사이트 입자 크기는 10 미크론 미만, 예를 들어 8 미크론 미만, 또는 6 미크론 미만의 범위일 수 있다.
오스테나이트 입자는 예를 들어 3:1 미만 또는 2:1 미만, 예를 들어 약 1:1의 평균 종횡비를 갖는 실질적으로 등축일 수 있다. 잔류 오스테나이트의 양이 약 5% 미만이면 총 신장율(TE)이 크게 감소한다는 것이 밝혀졌다. 25%를 초과하는 잔류 오스테나이트의 양이 매우 높은 탄소 수준에서만 얻어질 수 있으며, 이는 용접성을 불량하게 만든다는 것이 추가로 밝혀졌다.
본 발명의 특정 실시형태에서, 2단계 열처리 공정이 사용되어 전술한 것과 같은 양호한 기계적 특성을 갖는 첨단 고강도 강 제품을 제조한다. 제1 단계는 열간 스트립 밀에서 마무리 압연 단계를 포함하여 강 슬라브를 연속적으로 주조하고 열간 압연한 후 열간 스트립 밀에서 수행된다. 마무리 압연 강판은 열간 스트립 밀에서 ??칭되어 주로 마르텐사이트성 미세조직을 형성하고, 제2 단계는 강판을 임계간 영역에서 소킹한 후 더 낮은 온도로 유지하는 것을 포함한다. 제2 단계는 연속 어닐링 라인 또는 연속 아연 도금 라인에서 수행될 수 있다. 최종 강판 제품은 페라이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하며, 즉 주로 페라이트 및 잔류 오스테나이트인 미세조직을 갖는다.
특정 실시형태에서, 강판 제품은 연속 주조 및 열간 압연의 조합된 라인에서 제조될 수 있으며, 여기서 용강은 연속적으로 주조되어 강 슬래브를 형성하며, 이는 두께를 줄이기 위해 초기 거친 열간 압연을 거친 후 두께를 추가로 줄이기 위해 최종 열간 압연을 거칠 수 있다. 연속 주조/열간 압연 라인은 무한 스트립 제조(ESP: endless strip production) 공정 등을 포함할 수 있다. 최종 열간 압연 후, 시트는 런아웃 냉각 테이블로 공급될 수 있으며, 여기서 예를 들어 도 20에 도시된 바와 같은 열기계적 일정을 사용하여 MF 미만의 온도로 ??칭 공정을 거칠 수 있다. 그 다음, 결과적으로 ??칭된 열간 압연 시트는 예를 들어 도 21에 도시된 바와 같은 2단계 열 사이클을 채택함으로써 공정의 제2 단계를 거칠 수 있다.
특정 실시형태에서, 2-단계 공정의 단계 1은 Arvedi의 미국 특허 제5,329,688호; 제5,497,821호; 제6,125,916호; 제7,343,961호; 제7,832,460호; 제7,967,056호; 제8,025,092호; 제8,162,032호; 제8,257,647호; 및 제9,186,721호에 개시된 바와 같은 연속 주조 및 열간 압연 장비 및 공정을 사용하여 수행될 수 있으며, 상기 특허는 참고로 본원에 포함된다.
각각의 제1 및 제2 어닐링 또는 열 순환 단계 내에서, 열처리를 수행하기 위한 여러 방법론이 사용될 수 있다. 미국 특허 제10,385,419호 및 미국 출원 공개 US 2020/0040422호에 기재된 바와 같은 2단계 어닐링 공정의 예가 도 1 내지 3에 도시되고 후술된다. 도 1은 연속 어닐링 라인(CAL)에 이어 연속 어닐링 라인(CAL) 제조 경로를 나타낸다. 도 2는 CAL + 연속 아연 도금 라인(CGL) 제조 경로를 나타낸다. 도 3은 단일 시설에서 CAL + CAL 또는 CAL + CGL 단계가 모두 일어날 수 있게 하는 특별히 설계된 라인을 나타낸다. 직접 연소 퍼니스(DFF: direct-fired furnace)에 이은 복사 튜브(RT: radiant tube) 퍼니스의 실시형태가 도 3에 도시되어 있지만, 모든 복사 튜브, 전기 복사 가열 등과 같은 다른 실시형태가 원하는 열 사이클을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
단계 1
공정의 제1 단계의 목표는 연속 주조 및 열간 압연 강판 제품에서 주로 마르텐사이트성 미세조직을 달성하는 것이다. 제1 단계에서, 열간 압연 강판은 A3 초과의 마무리 압연 온도를 가지며, 예를 들어 적어도 820℃의 마무리 압연 온도가 ??칭 전에 열간 스트립 밀에 제공될 수 있다. 특정 실시형태에서, ??치 어닐링 온도는 전형적으로 830 내지 980℃, 예를 들어 830 내지 940℃, 또는 840 내지 930℃, 또는 860 내지 925℃의 범위일 수 있다.
연속 주조 및 마무리 압연 강판은 아래에서 보다 자세히 설명되는 바와 같이 실온 또는 실온 초과의 제어된 온도로 ??칭된다. ??치 온도는 반드시 실온일 필요는 없지만, 주로 마르텐사이트성 미세조직을 형성하기 위해 마르텐사이트 시작 온도(Ms) 미만, 바람직하게는 마르텐사이트 마무리 온도(MF) 미만이어야 한다.
MF 미만(전형적으로 250℃ 미만)으로의 ??칭은 수 ??칭, 침수 나이프/노즐 수 ??칭, 기체 냉각, 차가운, 따뜻한 또는 뜨거운 물과 기체의 조합을 사용한 급속 냉각, 수용액 냉각, 기타 액체 또는 기체 유체 냉각, 냉각 롤 ??치, 물 미스트 스프레이, 습식 플래시 냉각, 비산화 습식 플래시 냉각 등과 같은 통상적인 기술에 의해 수행될 수 있다. 예를 들어, 수 ??칭은 통상적인 열간 스트립 밀, CSP 밀 또는 ESP 밀의 런아웃 테이블에서 마무리 압연 후 스트립을 냉각하기 위해 전형적으로 사용되는 바와 같이 단계 1에서 사용될 수 있다. 30 내지 1,000℃/초의 ??치 속도가 전형적으로 사용될 수 있다.
당업자에게 공지된 다양한 유형의 냉각 및 ??칭 시스템 및 공정이 본 발명의 공정에 사용하기 위해 개조될 수 있다. 상업적으로 통상적으로 사용되는 적절한 냉각/급냉 시스템 및 공정은 수 ??칭, 물 미스트 냉각, 건식 플래시 및 습식 플래시, 산화 및 비산화 냉각, 알칸 유체-기체 상 변화 냉각, 2단계 수 ??칭을 포함하는 열수 ??칭, 롤 ??칭, 높은 백분율의 수소 또는 헬륨 가스 제트 냉각 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, Fives Stein의 공개된 PCT 출원 W02015/083047호에 개시된 것과 같은 건식 플래시 및/또는 습식 플래시 산화 및 비산화 냉각/급냉이 사용될 수 있다. 본 발명의 공정에 사용하기 위해 개조될 수 있는 냉각/급냉 시스템 및 공정을 설명하는 다른 Fives Stein의 특허 문서는 미국 특허 제6,464,808B2호; 제6,547,898B2호; 및 제8,918,199B2호, 및 미국 특허 출원 공개 US2009/0158975A1호; US2009/0315228A1호; 및 US2011/0266725A1호를 포함한다. 본 발명의 공정에 사용하기 위해 개조될 수 있는 냉각/??칭 시스템 및 공정의 다른 예는 미국 특허 제8,359,894B2호; 제8,844,462B2호; 및 제7,384,489B2호, 및 미국 특허 출원 공개 2002/0017747A1호 및 2014/0083572A1호에 개시된 것들을 포함한다.
특정 실시형태에서, 강이 ??칭되어 마르텐사이트를 형성한 후, 마르텐사이트는 선택적으로 템퍼링되어 강을 다소 연화시켜 추가 처리를 보다 실현 가능하게 할 수 있다. 템퍼링은 실온 범위에서 약 500℃로, 예를 들어 30에서 500℃로 강의 온도를 상승시키고 최대 600초 동안, 예를 들어 1 내지 600초 동안 유지함으로써 연속 어닐링 공정에서 일어날 수 있다. 템퍼링은 또한 배치 어닐링 공정을 사용하여 일어날 수도 있으며, 여기서 동일한 온도가 며칠의 기간에 걸쳐 도달될 수 있다. 예를 들어, 중간 배치 템퍼링은 최대 7일 동안 125 내지 500℃의 온도에서 수행될 수 있다. 템퍼링이 사용되는 경우, 템퍼링 온도는 일정하게 유지되거나, 이 바람직한 범위 내에서 변할 수 있다.
템퍼링 후, 온도는 실온으로 점차 저하될 수 있다. 이러한 점차 저하의 속도는 전형적으로 최대 40℃/초, 예를 들어 0.1 내지 20℃/초의 범위일 수 있다.
단계 2
열처리 공정의 제2 단계는 비교적 높은 소킹 온도에서 수행되는 제1 소킹 단계 및 비교적 낮은 온도에서 수행되는 제2 유지 단계를 포함할 수 있다. 이들 단계들은 도 4 및 21에 기재된 바와 같이 "소킹" 및 "보유" 영역으로서 정의될 수 있다. 온도는 최종 제품에서 원하는 미세조직의 형성을 촉진하기 위해 제어된다.
제2 단계의 제1 소킹 단계에서, Ai와 A3 사이의 임계간 영역에서의 소킹 구역 온도가 사용될 수 있으며, 예를 들어 적어도 720℃의 소킹 온도가 사용될 수 있다. 특정 실시형태에서, 소킹 온도는 전형적으로 720 내지 850℃, 예를 들어 760 내지 825℃의 범위일 수 있다. 특정 실시형태에서, 피크 어닐링 온도는 전형적으로 적어도 15초, 예를 들어 20 내지 300초, 또는 30 내지 150초 동안 유지될 수 있다.
제2 단계의 제1 단계 동안, 소킹 구역 온도는 0.5 내지 50℃/초, 예를 들어 2 내지 20℃/초의 평균 속도로 Ms 미만의 비교적 낮은 온도, 예를 들어 실온으로부터 강철을 가열함으로써 달성될 수 있다. 특정 실시형태에서, 점차 상승(ramp-up)은 25 내지 800초, 예를 들어 100 내지 500초가 걸릴 수 있다. 제2 단계의 제1 단계 가열은 복사 가열, 유도 가열, 직접 연소 퍼니스 가열 등과 같은 임의의 적절한 가열 시스템 또는 공정에 의해 달성될 수 있다.
소킹 온도가 도달되어 원하는 시간 동안 유지된 후, 강은 유지 구역까지 실온보다 높은 제어된 온도로 냉각될 수 있다. 특정 실시형태에서, 강판 제품은 제2 단계 소킹 공정과 제2 단계 유지 공정 사이에서 300℃ 초과의 온도로 유지된다. 소킹 구역에서 유지 구역으로의 냉각은 물 냉각, 가스 냉각 등과 같은 통상적인 기술에 의해 달성될 수 있다. 5 내지 400℃/초의 평균 냉각 속도가 전형적으로 사용될 수 있다. 전술한 것을 포함하여 임의의 적합한 유형의 냉각 및 ??칭 시스템이 소킹 온도로부터 유지 온도로의 냉각에 사용하기 위해 개조될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따르면, 유지 구역 단계는 360 내지 445℃, 예를 들어 370 내지 440℃의 전형적인 온도에서 수행된다. 유지 구역은 최대 800초, 예를 들어 30초 내지 600초 동안 유지될 수 있다.
유지 구역 온도는 일정하게 유지될 수 있거나 바람직한 온도 범위 내에서 다소 변할 수 있다. 유지 후, 강이 용융 코팅되어야 하는 경우, 강은 우수한 코팅 결과를 위해 적절한 온도에서 용융 코팅 포트에 들어가기 위해 유도 또는 기타 가열 방법 등에 의해 재가열될 수 있다.
특정 실시형태에서, 유지 구역 온도가 원하는 기간 동안 유지된 후, 온도는 실온으로 점차 저하될 수 있다. 그러한 점차 저하는 전형적으로 10 내지 1,000초, 예를 들어 약 20 내지 500초가 걸릴 수 있다. 이러한 점차 저하의 속도는 전형적으로 1 내지 1,000℃/초, 예를 들어 2 내지 20℃/초의 범위일 수 있다.
본 발명의 소킹 및 유지 열 순환 단계에서 사용하기 위해 개조될 수 있는 가열 시스템의 예는 미국 특허 제5,798,007호; 제7,368,689호; 제8,425,225호; 및 제8,845,324호, 미국 특허 출원 제2009/0158975호, 및 PCT 출원 공개 WO/2015083047호(Fives Stein에 양도됨)에 개시되어 있다. 본 발명의 소킹 및 유지 열 순환 단계에 사용하기 위해 개조될 수 있는 가열 시스템의 추가 예는 미국 특허 제7,384,489호(Drever International에 양도됨) 및 미국 특허 제9,096,918호(Nippon Steel and Sumitomo Metal Corporation에 양도됨)를 포함한다. 임의의 다른 적합한 공지된 유형의 가열 시스템 및 공정이 단계 1 및 단계 2에서 사용하기 위해 개조될 수 있다.
특정 실시형태에 따르면, 제2 단계 열 순환 공정은 연속 어닐링 라인(CAL)에서 수행될 수 있다. CAL 공정을 거친 후, 강은 전기 아연 도금되어 아연계 코팅 제품을 제조할 수 있다.
특정 실시형태에서, 어닐링된 강판은 유지 구역의 말단에서 용융 아연 도금된다. 아연도금 온도는 전형적으로 440 내지 480℃, 예를 들어 450 내지 470℃의 범위일 수 있다. 특정 실시형태에서, 아연도금 단계는 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이 연속 아연도금 라인(CGL)에서 제2 단계 유지 구역 공정의 일부로서 수행될 수 있다. 이 CGL 공정은 아연계 또는 아연 합금계 용융 아연도금 제품을 모두 제조하거나, 코팅 후 재가열하여 철-아연 갈바닐 유형 코팅 제품을 제조하는 데 사용될 수 있다. 선택적 니켈계 코팅 단계는 아연 코팅 특성을 개선하기 위해 공정의 CGL 단계 전에 수행될 수 있다. 제2 단계에서 연속 아연 도금 라인을 사용하면 코팅된 GEN3 제품의 제조 효율을 증가시킬 수 있다.
하기 실시예는 본 발명의 범위를 제한하려는 것이 아니다.
실시예 1
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 1에 대해 도 1에 나타낸 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 생성된 제품의 미세조직은 도 5 및 6에 도시되어 있다. 상업적인 ED AX 배향 이미징 현미경 소프트웨어를 사용하는 EBSD 기술은 도 5에서 어두운 페라이트 입자 및 밝은 오스테나이트 입자를 보여준다.
실시예 2
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 2에 대해 도 1에 나타낸 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 생성된 제품의 미세조직은 도 11에 도시되어 있다. 샘플 번호 2의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다. 오스테나이트 및 페라이트의 입자 크기 분포는 각각 도 9 및 10에 도시되어 있다. 평균 오스테나이트 입자 크기는 1 미크론 미만이고 평균 페라이트 입자 크기는 10 미크론 미만이다.
미세조직은 평균 입자 크기가 약 5 미크론인 페라이트 약 80 부피%, 실질적으로 등축성 입자 및 약 0.5 미크론의 평균 입자 크기를 갖는 잔류 오스테나이트 약 10 부피%, 및 평균 입자 크기가 약 5 미크론인 새로운 마르텐사이트 약 10 부피%를 포함한다. 샘플 번호 1의 기계적 성질은 하기 표 2에 나열되어 있다.
실시예 3
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 3에 대해 도 2에 나타낸 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 생성된 제품의 미세조직은 도 12 및 13에 도시되어 있다. 도 13에서 오스테나이트는 밝은 색이고 페라이트는 어두운 색이다. 샘플 번호 3의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다.
실시예 4
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 4에 대해 도 3에 나타낸 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 생성된 제품의 미세조직은 도 14에 도시되어 있다. 도 14에서 오스테나이트는 밝은 색이고 페라이트는 어두운 색이다. 샘플 번호 4의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다.
실시예 5
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 5에 대해 도 1에 나타낸 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 샘플 번호 5의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다.
실시예 6
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 6에 대해 도 1에 나타낸 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 샘플 번호 6의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다. 도 7은 도 1에 도시된 2단계 어닐링 공정을 실시한 도 2에 도시된 강인 샘플 번호 6의 미세조직을 보여주는 광학 이미지이다. 도 7에서, 현미경 사진의 어두운 영역은 페라이트 입자인 반면, 밝은 영역은 오스테나이트 입자이다. 도 8은 도 7에 도시된 오스테나이트 입자의 종횡비를 나타내는 그래프이다. 도 7의 광학 이미지는 상업적으로 입수 가능한 소프트웨어로 이미지 분석을 사용하여 오스테나이트 입자의 종횡비를 측정하는 데 사용되었다. 도 7은 오스테나이트 입자에 대한 평균 종횡비가 3:1 미만임을 보여준다.
실시예 7
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 7에 대해 도 2에 나타낸 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 샘플 번호 7의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다.
실시예 8
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 8에 대해 도 3에 나타낸 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 샘플 번호 8의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다.
실시예 1 내지 8의 강은 700 내지 1,100 MPa 범위의 UTS 수준을 나타내었다.
비교예 1 내지 4
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 C1 내지 C4에 대해 도 1에 나타낸 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 샘플 번호 C1 내지 C4의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다. 비교예 1 내지 4의 강은 700 MPa 미만의 UTS 수준을 나타내었다.
비교예 5 내지 8
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 C5 내지 C8에 대해 도 1에 나타낸 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 샘플 번호 C5 내지 C8의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다. 비교예 5 내지 8의 강은 1,100 MPa 초과의 UTS 수준을 나타내었다.
비교예 9 내지 11
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 C9 내지 C11에 대해, 제2 어닐링에서의 소킹 또는 유지 온도가 본 발명의 바람직한 범위를 벗어났다는 점을 제외하고는 도 1에 나타낸 것과 유사한 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 샘플 번호 C9 내지 C11의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다.
비교 실시예 12
표 2에 나열된 바와 같은 조성을 갖는 냉간 압연 강판인 샘플 번호 C12에 대해, 제2 어닐링에서의 유지 구역 온도가 본 발명의 바람직한 범위를 벗어났다는 점을 제외하고는 도 2에 나타낸 것과 유사한 2단계 어닐링 공정을 실시하였다. 샘플 번호 C12의 기계적 특성은 표 2에 나열되어 있다.
[표 2]
Figure pct00002
[표 2](계속)
Figure pct00003
도 15는 실시예 1 내지 8의 샘플 1 내지 8 및 비교예 C1 내지 C12의 샘플 C1 내지 C12의 총 신장율(TE) 및 극한 인장 강도(UTS)를 플롯팅한다. 25,000의 UTS'TE에 대응하는 선이 도 15에 대략적으로 도시된다. 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 고강도 강판 샘플은 비교 샘플에 비해 강도와 신장율의 우수한 조합 특성을 가지며, 즉, 본 발명의 실시예에 대해 높은 UTS 수준에서 높은 총 신장율 특성이 관찰된다. 샘플 1 내지 샘플 8의 강은 자동차 및 기타 산업에서 매우 바람직한 3세대 첨단 고강도 강의 범주에 속한다.
실시예 9
CAL+CAL 또는 CAL+CGL 공정을 사용하여 아래 표 3에서 M1 내지 M5로 표시된 샘플에 대해 밀 시험(mill trial)이 수행되었다. 샘플 M1, M2 및 M5의 경우 도 1에 표시된 CAL+CAL 처리 시간 및 온도가 사용되었다. 샘플 M3 및 M4의 경우 도 2에 표시된 CAL+CGL 처리 시간 및 온도가 사용되었다.
[표 3] 밀 시험 결과
Figure pct00004
도 16은 밀 시험 물질들의 강도-신장율 균형을 보여주는데, 모두 25,000의 최소 UTS-TE를 충족한다. 시험 물질은 20% 초과의 람다 값을 나타냈다.
실시예 10
표 4에서 샘플 번호 9A 내지 12B에 대응하는 0.23 중량%의 C, 2.3 중량%의 Mn, 0.6 중량%의 Si 및 0.8 중량%의 A1의 조성을 갖는 냉간 압연 및 열간 압연 강판에 대해 도 17에 도시된 바와 같이 2단계 어닐링 공정을 실시했다. 표 4에서, 냉간 압연 샘플은 "CR" 기재 유형으로 나열되고, 열간 압연 샘플은 "HR" 기재 유형으로 나열된다. 샘플 번호 9A 내지 12B의 기계적 특성은 표 4에 나열되어 있다. 열간 압연 기재 샘플은 냉간 압연 샘플과 비교할 만한 탁월한 YS, UTS, TE 및 구멍 확장 특성을 보였으며, 이는 2단계 어닐링 공정으로 직접 처리된 열간 압연 기재가 3세대 AHSS 특성을 생성할 수 있음을 보여준다. 또한, 잔류 오스테나이트 입자가 페라이트 입자보다 가벼운 도 18 및 19에 도시된 EBSD 상 맵에 나타낸 바와 같이, 냉간 압연 물질과 비교할 때 열간 압연 물질에서 유사한 오스테나이트 함량, 분포 및 형태가 관찰된다. 도 18은 냉간 압연 샘플 11A의 오스테나이트 함량을 나타내고, 도 19는 열간 압연 시료 12A의 오스테나이트 함량을 나타낸다. 오스테나이트의 미세하고 우세한 등축 분포가 두 미세조직 모두에서 관찰된다.
[표 4]
Figure pct00005
실시예 11
본 발명의 실시형태에 따르면, C = 0.29%, Mn = 1.85%, Si = 1.55%, A1 = 0.04의 조성을 갖고 나머지는 전형적인 강 잔류물인 열간 압연 강판에 대해 도 20 및 21에 나타낸 2단계 공정을 실시했다. 단계 1에서, 도 20에 도시된 열기계 일정을 사용하여 마무리 압연 후 수 ??칭에 의해 열간 스트립 밀에 마르텐사이트가 형성된다. 과시효(overageing) 단계(미도시)가 선택적으로 상기 열 사이클의 끝에 추가되어 후속 처리를 위해 핫 밴드(hot band)를 연화하고 강화할 수 있다. 그 다음, 단계 2에서, 도 21에 도시된 바와 같은 열 사이클이 수행된다. 생성된 기계적 특성은 YS = 864 MPa; UTS = 864 MPa; 총 신장율 = 31.2%; 및 UTS x TE = 26957 MPa %이다.
본원에서 사용된 바와 같이, "포함하는(including)", "함유하는" 및 유사한 용어는 본 출원의 맥락에서 "포함하는(comprising)"과 동의어로 이해되며, 따라서 개방형이며, 추가의 기재되지 않거나 인용되지 않은 요소, 물질, 단계 또는 방법 단계의 존재를 배제하지 않는다. 본원에 사용된 바와 같이, "~로 구성된"은 본 출원의 맥락에서 임의의 특정되지 않은 요소, 물질, 단계 또는 방법 단계의 존재를 배제하는 것으로 이해된다. 본원에 사용된 바와 같이, "본질적으로 구성된"은 본 출원의 맥락에서 적용 가능한 경우 특정된 요소, 물질, 단계 또는 방법 단계를 포함하고, 또한 본 발명의 기본적 또는 신규한 특성에 실질적으로 영향을 미치지 않는 요소, 물질, 단계 또는 방법 단계를 포함하는 것으로 이해된다.
본 발명의 넓은 범위를 기재하는 수치 범위 및 파라미터가 근사치임에도 불구하고, 특정 실시예에 기재된 수치 값은 가능한 한 정확하게 보고된다. 그러나, 모든 수치 값은 본질적으로 각각의 시험 측정에서 발견된 표준 편차로부터 필연적으로 발생하는 특정 오차를 포함한다.
또한, 본원에 인용된 임의의 수치 범위는 그 내에 포함된 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된다는 것이 이해되어야 한다. 예를 들어, "1 내지 10"의 범위는 인용된 최소값 1과 인용된 최대값 10 사이에 있는, 즉 1 이상의 최소값과 10 이항의 최대값을 갖는 모든 하위 범위를 포함하도록 의도된다.
본 출원에서, 특별히 달리 언급되지 않는 한, 단수의 사용은 복수를 포함하고 복수는 단수를 포함한다. 또한, 본 출원에서 "또는"의 사용은 달리 특별히 언급되지 않는 한 "및/또는"을 의미하지만, 어떤 경우에는 "및/또는"이 명시적으로 사용될 수 있다. 본 출원 및 첨부된 청구범위에서, 단수 표현은 하나의 지시 대상으로 명백하고 분명하게 제한되지 않는 한 복수의 지시 대상을 포함한다.
본 발명의 특정 실시형태가 예시의 목적으로 위에서 설명되었지만, 본 발명의 세부사항에 대한 수많은 변형이 본 발명을 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것은 당업자에게 명백할 것이다.

Claims (18)

  1. 고강도 연속 주조 열간 압연(continuously cast hot rolled) 강판 제품의 제조 방법으로서,
    0.15 내지 0.5 중량%의 C, 1 내지 3 중량%의 Mn, 및 0.8 내지 3 중량%의 Si와 Al의 조합물을 포함하는 강 슬래브(steel slab)를 연속 주조하는 단계;
    상기 연속 주조 강 슬래브를 열간 압연하는 단계로서, 열간 스트립 밀에서 열간 압연 강판 제품을 형성하기 위해 적어도 820℃의 마무리 압연 온도를 갖는 열간 스트립 밀(hot strip mill)에서의 마무리 압연 단계를 포함하는 단계;
    상기 열간 스트립 밀에서 상기 열간 압연 강판 제품을 ??칭(quenching)하여 주로 마르텐사이트성(martensitic) 미세조직을 형성하는 단계;
    ??칭된 열간 압연 강판 제품에 대해 열 순환 단계를 실시하는 단계로서, 720 내지 850℃의 온도에서 임계간 영역(intercritical regime)에서 상기 강판 제품을 소킹(soaking)한 다음 360 내지 445℃의 온도로 상기 강판 제품을 유지하는 것을 포함하는 단계; 및
    열 순환된 강판 제품을 실온으로 ??칭하는 단계
    를 포함하며, 이때 상기 강판 제품은 페라이트(ferrite) 및 잔류 오스테나이트(retained austenite) 입자(grain)를 포함하고, 25,000 MPa% 초과의, 극한 인장 강도(ultimate tensile strength)와 총 신장율(total elongation)의 조합 UTS TE을 갖는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열간 압연 단계는 상기 연속 주조 단계 직후에 수행되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열간 스트립 밀에서 열간 압연 강판 제품을 ??칭하는 단계는 상기 열간 스트립 밀의 런아웃 테이블(run out table)에서 수행되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 열간 스트립 밀에서 열간 압연 강판 제품을 ??칭하는 단계는 수 ??칭(water quenching)을 포함하는, 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열간 스트립 밀에서 열간 압연 강판 제품을 ??칭하는 단계는 30 내지 1,000℃/초의 ??칭 속도로 수행될 수 있는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 마무리 압연 단계 이전에 열간 압연 단계 동안에 연속 주조 강 슬래브를 초벌(rough) 압연하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 마무리 압연 단계의 마무리 압연 온도가 830 내지 940℃인, 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 열 순환 단계 이전에 상기 ??칭된 열간 압연 강판 제품에 대해 중간 템퍼링(tempering) 단계로 처리하는 것을 추가로 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 중간 템퍼링 단계는 30 내지 500℃의 온도에서 최대 7일 동안 수행되는, 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 중간 템퍼링 단계는 125 내지 500℃의 온도에서 수행되는, 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    C가 0.2 중량% 초과로 포함되는, 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    C는 0.2 내지 0.4 중량%로 포함되고, Mn은 1.3 내지 2.5 중량%로 포함되고, Si는 0.2 내지 1.8 중량%로 포함되며, A1은 최대 1.5 중량%로 포함되는, 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 페라이트는 강판 제품의 적어도 50 부피%로 포함되고, 상기 잔류 오스테나이트는 5 내지 25 부피%로 포함되는, 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 압연된 강판 제품은 15 부피% 미만의 새로운(fresh) 마르텐사이트를 포함하는, 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 압연된 강판 제품은 720 내지 1,100 MPa의 극한 인장 강도 및 적어도 20%의 총 신장율을 갖는, 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 열간 압연 강판 제품은 20% 초과의 구멍 확장 비(hole expansion ratio)를 갖는, 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 열간 압연 강판 제품에 아연계 코팅을 적용하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
  18. 제1항의 방법에 의해 제조된 고강도 연속 주조 압연 강판 제품.
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