KR20220068250A - 열연 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

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쇼헤이 야부
구니오 하야시
고오타로오 하야시
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

이 열연 강판은, 소정의 화학 조성을 갖고, 금속 조직이, 면적％로, 베이나이트: 80.0％ 이상, 페라이트: 10.0％ 이하, 잔부 조직: 10.0％ 이하, 상기 베이나이트 내의, <110> 방향을 축으로 하여, 결정 방위차가 7°인 입계의 길이 L7 및 결정 방위차가 68°인 입계의 길이 L68의 밀도의 합계가 0.35 내지 0.60㎛/㎛2이고, 인장 강도가 780MPa 이상이다.

Description

열연 강판 및 그 제조 방법
본 발명은 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 고강도이며, 또한 연성, 구멍 확장성 및 인성이 우수한 열연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본원은 2019년 11월 6일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2019-201427호에 기초하여 우선권을 주장하며, 그 내용을 여기에 원용한다.
근년, 지구 환경 보호의 관점에서, 많은 분야에 있어서 탄산 가스 배출량의 삭감이 추진되고 있다. 자동차 메이커에 있어서도 저연비화를 목적으로 한 차체 경량화의 기술 개발이 활발히 행해지고 있다. 그러나, 탑승자의 안전 확보를 위해 충돌 특성의 향상에도 중점을 두기 때문에, 차체 경량화는 용이하지 않다.
차체 경량화와 충돌 특성을 양립시키기 위해, 고강도 강판을 사용하여 부재를 박육화하는 것이 검토되고 있다. 이를 위해, 높은 강도와 우수한 성형성을 겸비하는 강판이 강하게 요망되고 있다. 성형성 중에서도, 특히 연성 및 구멍 확장성이 우수한 강판이 요망되고 있다. 또한, 자동차 차체에 적용되는 강판에는, 충돌 시의 충격을 충분히 흡수하기 위해, 인성이 우수할 것도 요구된다.
예를 들어, 특허문헌 1에는, 베이나이트 분율이 80％ 이상이고, 석출물의 평균 입경 r(nm)이 식 (r≥207÷(27.4×(V)+23.5×(Nb)+31.4×(Ti)+17.6×(Mo)+25.5×(Zr)+23.5×(W))를 충족하고, 평균 입경 r과 석출물 분율 f가 식 (r/f≤12000)을 충족하는 것을 특징으로 하는 피로 특성 및 신장 플랜지성이 우수한 고강도 열연 강판이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 강판 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 위치에 있어서의 강 조직이, 면적％로, 베이나이트: 60％ 이상, 폴리고날 페라이트: 5％ 이상 30％ 미만, 잔류 오스테나이트: 3％ 미만, 베이나이트, 잔류 오스테나이트 및 폴리고날 페라이트를 제외한 잔부: 10％ 이하이며, 강판 표면으로부터 100㎛ 깊이 위치의 폴리고날 페라이트 면적률과 판 두께의 1/4 깊이 위치의 폴리고날 페라이트 면적률이 식 (Vαs>1.5Vαq, 단, Vαs는 강판 표면으로부터 100㎛ 깊이 위치에서의 폴리고날 페라이트의 면적률(％), Vαq는 강판 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 위치에서의 폴리고날 페라이트의 면적률)을 만족하는 것을 특징으로 하는 열연 강판이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2009-84637호 공보 일본 특허 공개 제2016-50335호 공보
그러나, 특허문헌 1 및 2에서는, 인성에 대하여 고려되어 있지 않다. 본 발명자들은 차체 경량화 및 충돌 특성의 양립을 실현하기 위해서는, 연성 및 구멍 확장성을 향상시킬 뿐만 아니라, 인성을 확보할 필요가 있는 것을 지견하였다.
본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 높은 강도를 가짐과 함께, 우수한 연성, 구멍 확장성 및 인성을 갖는 열연 강판, 그리고 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 자동차 차체에 적용되는 강판은, 상술한 특성에 추가하여 또한, 펀칭 특성이 우수할 것이 필요한 경우가 있다. 그를 위해, 본 발명은, 바람직하게는 상술한 특성에 추가하여 또한, 펀칭 특성도 우수한 열연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상술한 과제를 감안하여, 열연 강판의 화학 조성 및 금속 조직과 기계 특성의 관계에 대하여 예의 연구를 거듭한 결과, 이하의 지견 (a) 내지 (e)를 얻어, 본 발명을 완성하였다.
(a) 우수한 연성 및 구멍 확장성을 얻기 위해서는, 베이나이트의 면적률을 합계로 80.0％ 이상으로 하는 것이 필요하다.
(b) 베이나이트 내의 특정 방위를 갖는 입계 밀도를 제어함으로써, 연성, 구멍 확장성 및 인성을 보다 향상시킬 수 있다.
(c) 베이나이트 내의 특정 방위를 갖는 입계 밀도를 원하는 범위 내로 하기 위해서는, 권취 온도 및 권취 후의 유지 온도 및 유지 시간을 제어할 필요가 있다.
(d) 펀칭 특성을 향상시키기 위해서는, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경 및 애스펙트비를 제어할 필요가 있다.
(e) 구 오스테나이트 입자의 원하는 평균 입경 및 애스펙트비를 얻기 위해서는, 열간 압연 조건을 보다 엄격하게 제어할 필요가 있다. 구체적으로는, 열간 압연 공정에서의, 조압연의 총 압하율 및 마무리 압연의 후단 3단의 압하율을 엄격하게 제어할 필요가 있다.
상기 지견에 기초하여 이루어진 본 발명의 요지는, 이하와 같다.
(1) 본 발명의 일 양태에 관한 열연 강판은, 화학 조성이, 질량％로,
C: 0.030 내지 0.200％,
Si: 0.05 내지 2.50％,
Mn: 1.00 내지 4.00％,
sol.Al: 0.001 내지 2.000％,
Ti: 0.030 내지 0.200％,
P: 0.020％ 이하,
S: 0.020％ 이하,
N: 0.010％ 이하,
Nb: 0 내지 0.200％,
B: 0 내지 0.010％,
V: 0 내지 1.00％,
Mo: 0 내지 1.00％,
Cu: 0 내지 1.00％,
W: 0 내지 1.00％,
Cr: 0 내지 1.00％,
Ni: 0 내지 1.00％,
Co: 0 내지 1.00％,
Ca: 0 내지 0.010％,
Mg: 0 내지 0.010％,
REM: 0 내지 0.010％, 및
Zr: 0 내지 0.010％
를 포함하고, 잔부가 철 및 불순물로 이루어지고,
금속 조직이, 면적％로,
베이나이트: 80.0％ 이상,
페라이트: 10.0％ 이하,
잔부 조직: 10.0％ 이하이고,
상기 베이나이트 내의, <110> 방향을 축으로 하여, 결정 방위차가 7°인 입계의 길이 L7 및 결정 방위차가 68°인 입계의 길이 L68의 밀도의 합계가 0.35 내지 0.60㎛/㎛2이고,
인장 강도가 780MPa 이상이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 열연 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Nb: 0.005 내지 0.200％,
B: 0.001 내지 0.010％,
V: 0.005 내지 1.00％,
Mo: 0.005 내지 1.00％,
Cu: 0.005 내지 1.00％,
W: 0.005 내지 1.00％,
Cr: 0.005 내지 1.00％,
Ni: 0.005 내지 1.00％,
Co: 0.005 내지 1.00％,
Ca: 0.0005 내지 0.010％,
Mg: 0.0005 내지 0.010％,
REM: 0.0005 내지 0.010％, 및
Zr: 0.0005 내지 0.010％
로 이루어지는 군 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 열연 강판은, 상기 금속 조직에 있어서,
구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 10 내지 30㎛이고,
상기 구 오스테나이트 입자의 장축 ld와 단축 Sd의 비 ld/Sd가 2.0 이하여도 된다.
(4) 본 발명의 다른 양태에 관한 열연 강판의 제조 방법은,
상기 (1)에 기재된 화학 조성을 갖는 슬래브를, 1200℃ 이상의 가열 온도에서 1.0시간 이상 유지하는 가열 공정과,
조압연 완료 온도가 1000℃ 이상이며, 또한 총 압하율이 65％ 초과가 되도록 조압연을 실시하고, 마무리 압연 완료 온도가 860 내지 980℃가 되도록 마무리 압연을 실시하는 열간 압연 공정과,
평균 냉각 속도 20℃/s 이상으로 570 내지 620℃의 온도 영역까지 냉각하여 권취한 후, 500 내지 580℃의 온도 영역에서 2.0 내지 12.0시간 유지하고, 그 후 실온까지 냉각하는 냉각 공정을 구비한다.
(5) 상기 (4)에 기재된 열연 강판의 제조 방법은,
상기 열간 압연 공정에 있어서,
상기 조압연에 있어서의 상기 총 압하율을 70％ 이상으로 하고,
상기 마무리 압연의 후단 3단의 압하율이 모두 25％ 미만이 되도록 상기 마무리 압연을 실시해도 된다.
본 발명에 관한 상기 양태에 따르면, 높은 강도를 가짐과 함께, 우수한 연성, 구멍 확장성 및 인성을 갖는 열연 강판, 그리고 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 본 발명에 관한 상기의 바람직한 양태에 따르면, 상술한 특성에 추가하여, 펀칭 특성도 우수한 열연 강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 열연 강판(이하, 단순히 강판이라고 기재하는 경우가 있음)의 화학 조성 및 금속 조직에 대하여, 이하에 보다 구체적으로 설명한다. 단, 본 발명은 본 실시 형태에 개시된 구성에만 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다.
이하에 「내지」를 사이에 두고 기재하는 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다. 「미만」 또는 「초과」라고 나타내는 수치에는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다. 이하의 설명에 있어서, 화학 조성에 관한 ％는 특별히 지정하지 않는 한 질량％이다.
화학 조성
본 실시 형태에 관한 열연 강판은, 질량％로, C: 0.030 내지 0.200％, Si: 0.05 내지 2.50％, Mn: 1.00 내지 4.00％, sol.Al: 0.001 내지 2.000％, Ti: 0.030 내지 0.200％, P: 0.020％ 이하, S: 0.020％ 이하, N: 0.010％ 이하, 그리고 잔부: Fe 및 불순물을 포함한다. 이하에 각 원소에 대하여 상세하게 설명한다.
C: 0.030 내지 0.200％
C는, 열연 강판의 강도를 향상시킴과 함께, ??칭성을 향상시킴으로써 베이나이트의 생성을 촉진하는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해, C 함유량은 0.030％ 이상으로 한다. 바람직하게는 C 함유량은 0.040％ 이상이다.
한편, C 함유량이 0.200％를 초과하면, 베이나이트의 생성을 제어하는 것이 곤란해져, 마르텐사이트가 다량으로 생성되어, 열연 강판의 연성 및 구멍 확장성의 양쪽 또는 어느 한쪽이 저하된다. 따라서, C 함유량은 0.200％ 이하로 한다. C 함유량은 0.180％ 이하가 바람직하다.
Si: 0.05 내지 2.50％
Si는, 고용 강화에 기여하는 원소이며, 열연 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 또한, Si는, 탈산에 의해 강을 건전화하는(강에 블로우 홀 등의 결함이 생기는 것을 억제하는) 작용을 갖는다. Si 함유량이 0.05％ 미만이면, 상기 작용에 의한 효과를 얻을 수 없다. 따라서, Si 함유량은 0.05％ 이상으로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.50％ 이상이고, 보다 바람직하게는 1.00％ 이상이다.
한편, Si는 경질의 마르텐사이트(이하, 단순히 마르텐사이트라고 기재하는 경우에는, 프레시 마르텐사이트를 나타냄) 및 잔류 오스테나이트의 혼합물(MA)의 생성을 촉진하는 원소이다. Si 함유량이 2.50％ 초과이면, MA가 생성되어, 열연 강판의 구멍 확장성이 저하된다. 따라서, Si 함유량은 2.50％ 이하로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 2.30％ 이하이고, 보다 바람직하게는 2.00％ 이하이다.
Mn: 1.00 내지 4.00％
Mn은, 강 중에 고용되어 열연 강판의 강도 증가에 기여함과 함께, ??칭성 향상에 의해 베이나이트의 생성을 촉진하여, 열연 강판의 구멍 확장성을 향상시킨다. 이러한 효과를 얻기 위해, Mn 함유량은 1.00％ 이상으로 한다. 바람직하게는 Mn 함유량은 1.30％ 이상이다.
한편, Mn 함유량이 4.00％를 초과하면, 베이나이트의 생성 제어가 곤란해져, 원하는 양의 베이나이트를 얻을 수 없게 되어, 열연 강판의 연성 및 구멍 확장성의 양쪽 또는 어느 한쪽이 저하된다. 그 때문에, Mn 함유량은 4.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 Mn 함유량은 3.50％ 이하이다.
sol.Al: 0.001 내지 2.000％
Al은, Si와 마찬가지로, 강을 탈산하여 강을 건전화하는 작용을 갖는다. sol.Al 함유량이 0.001％ 미만이면 상기 작용에 의한 효과를 얻을 수 없다. 따라서, sol.Al 함유량은 0.001％ 이상으로 한다. sol.Al 함유량은, 바람직하게는 0.010％ 이상이다.
한편, sol.Al 함유량이 2.000％ 초과이면, 산화물계 개재물의 증가를 야기하여, 열연 강판의 구멍 확장성이 저하된다. 그 때문에, sol.Al 함유량은 2.000％ 이하로 한다. sol.Al 함유량은, 바람직하게는 1.500％ 이하이고, 보다 바람직하게는 1.300％ 이하이다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 sol.Al이란, 산 가용성 Al을 의미하며, 고용 상태로 강 중에 존재하는 고용 Al을 나타낸다.
Ti: 0.030 내지 0.200％
Ti는, 강 중에 탄화물 또는 질화물로서 석출되고, 피닝 효과에 의해 금속 조직을 미세화하여, 열연 강판의 강도를 향상시키는 작용을 갖는다. Ti 함유량이 0.030％ 미만이면 상기 작용에 의한 효과를 얻을 수 없기 때문에, Ti 함유량은 0.030％ 이상으로 한다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.050％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.080％ 이상이다.
한편, Ti 함유량을 0.200％ 초과로 하면, 구 오스테나이트 입자가 재결정되기 어려워지고, 압연 집합 조직이 발달함으로써, 열연 강판의 구멍 확장성이 저하된다. 따라서, Ti 함유량은 0.200％ 이하로 한다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.170％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.150％ 이하이다.
P: 0.020％ 이하
P는, 강 중에 고용되어 열연 강판의 강도 증가에 기여하는 원소이다. 그러나, P는, 입계, 특히 구 오스테나이트 입계에 편석되어, 입계 편석에 의한 입계 파괴를 조장함으로써, 열연 강판의 가공성의 저하를 야기하는 원소이기도 하다. P 함유량은 최대한 낮추는 것이 바람직하지만, 0.020％까지의 P의 함유는 허용할 수 있다. 그 때문에, P 함유량은 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는 P 함유량은 0.015％ 이하이다.
P 함유량은 0％로 하는 것이 바람직하지만, 0.0001％ 미만으로 저감하면 제조 비용이 상승하기 때문에, P 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
S: 0.020％ 이하
S는, 용접성, 그리고 주조 시 및 열간 압연 시의 제조성에 악영향을 미치는 원소이다. S는 Mn과 결부되어 조대한 MnS를 형성한다. 이 MnS는, 열연 강판의 굽힘성 및 구멍 확장성을 열화시키거나, 지연 파괴의 발생을 조장한다. S 함유량은, 최대한 낮추는 것이 바람직하지만, 0.020％까지의 S의 함유는 허용할 수 있다. 그 때문에, S 함유량은 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는 S 함유량은 0.015％ 이하이다.
S 함유량은 0％로 하는 것이 바람직하지만, 0.0001％ 미만으로 저감하면, 제조 비용이 상승하여 경제적으로 불리하다는 점에서, S 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
N: 0.010％ 이하
N은 강 중에 조대한 질화물을 형성하는 원소이다. 이 질화물은, 열연 강판의 굽힘성 및 구멍 확장성을 열화시킨다. 그 때문에, N 함유량은 0.010％ 이하로 한다. 바람직하게는 N 함유량은 0.008％ 이하이다.
N 함유량을 0.0001％ 미만으로 저감하면 제조 비용의 대폭적인 증가를 야기하기 때문에, N 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
본 실시 형태에 관한 열연 강판의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물로 이루어진다. 본 실시 형태에 있어서, 불순물이란, 원료로서의 광석, 스크랩, 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 것, 및/또는 본 실시 형태에 관한 열연 강판에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
본 실시 형태에 관한 열연 강판은, Fe의 일부에 추가하여, 이하의 원소를 임의 원소로서 함유해도 된다. 하기 임의 원소를 함유시키지 않는 경우의 함유량의 하한은 0％이다. 이하, 각 임의 원소에 대하여 상세하게 설명한다.
Nb: 0 내지 0.200％
Nb는, 열간 압연 시에 탄화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 열연 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해, Nb 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, Nb 함유량이 0.200％를 초과하면, 구 오스테나이트 입자의 재결정 온도가 지나치게 높아져, 집합 조직이 발달해 버려, 열연 강판의 구멍 확장성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Nb 함유량은 0.200％ 이하로 한다.
B: 0 내지 0.010％
B는, 구 오스테나이트 입계에 편석되어, 페라이트의 생성 및 성장을 억제하여, 열연 강판의 강도 및 구멍 확장성 향상에 기여하는 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해, B 함유량은 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 0.010％를 초과하여 B를 함유시켜도 상기 효과가 포화된다. 그 때문에, B 함유량은 0.010％ 이하로 한다.
V: 0 내지 1.00％
V는, 열간 압연 시에 탄질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 열연 강판의 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해, V 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, V 함유량이 1.00％를 초과하면, 슬래브 중에 조대한 탄화물을 생성하여, 가열 공정에서의 갈라짐 발생의 요인이 된다. 그 때문에, V 함유량은 1.00％ 이하로 한다.
Mo: 0 내지 1.00％
Mo는, 강의 ??칭성을 향상시킴으로써 베이나이트의 형성을 촉진하여, 열연 강판의 강도 및 구멍 확장의 향상에 기여하는 원소이다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해, Mo 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, Mo 함유량이 1.00％를 초과하면, 마르텐사이트가 생성되기 쉬워져, 열연 강판의 연신 및 구멍 확장성의 양쪽 또는 어느 한쪽이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Mo 함유량은 1.00％ 이하로 한다.
Cu: 0 내지 1.00％
Cu는, 열연 강판의 강도를 안정되게 확보하기 위해 효과가 있는 원소이다. 따라서, Cu를 함유시켜도 된다. 그러나, 1.00％를 초과하여 함유시켜도, 상기 작용에 의한 효과는 포화되기 쉬워 경제적으로 불리해지는 경우가 있다. 따라서, Cu 함유량은 1.00％ 이하로 한다. Cu 함유량은, 바람직하게는 0.80％ 이하, 보다 바람직하게는 0.50％ 이하이다. 또한, 상기 작용에 의한 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서는, Cu 함유량은 0.005％ 이상인 것이 바람직하다.
W: 0 내지 1.00％
W는, 고체, 혹은 석출에 의해, 열연 강판의 강도 향상에 효과가 있는 원소이다. 그러나, 1.00％를 초과하여 함유시켜도, 상기 작용에 의한 효과는 포화되기 쉬워 경제적으로 불리해지는 경우가 있다. 따라서, W 함유량은 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.80％ 이하, 보다 바람직하게는 0.50％ 이하이다. 또한, 상기 작용에 의한 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서는, W 함유량은 0.005％ 이상인 것이 바람직하다.
Cr: 0 내지 1.00％
Cr은, ??칭성을 향상시킴과 함께, 열연 강판의 강도 향상에 효과적인 원소이다. 그러나, 1.00％를 초과하여 함유시켜도, 상기 작용에 의한 효과는 포화되기 쉬워 경제적으로 불리해지는 경우가 있다. 따라서, Cr 함유량은 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.80％ 이하, 보다 바람직하게는 0.50％ 이하이다. 또한, 상기 작용에 의한 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서는, Cr 함유량은 0.005％ 이상인 것이 바람직하다.
Ni: 0 내지 1.00％
Ni는, ??칭성을 향상시킴과 함께, 열연 강판의 강도 향상에 효과적인 원소이다. 그러나, 1.00％를 초과하여 함유시키면, 과도하게 ??칭성이 높아져, 마르텐사이트의 조직 분율이 높아짐으로써, 열연 강판의 구멍 확장성을 열화시키는 경우가 있다. 따라서, Ni 함유량은 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.80％ 이하, 보다 바람직하게는 0.50％ 이하이다. 또한, 상기 작용에 의한 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서는, Ni 함유량은 0.005％ 이상인 것이 바람직하다.
Co: 0 내지 1.00％
Co는, 고용 강화에 의해, 열연 강판의 강도 향상에 효과적인 원소이다. 그러나, 1.00％를 초과하여 함유시켜도, 상기 작용에 의한 효과는 포화되기 쉬워 경제적으로 불리해지는 경우가 있다. 따라서, Co 함유량은 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.80％ 이하, 보다 바람직하게는 0.50％ 이하이다. 또한, 상기 작용에 의한 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서는, Co 함유량은 0.005％ 이상인 것이 바람직하다.
Ca: 0 내지 0.010％
Mg: 0 내지 0.010％
REM: 0 내지 0.010％
Zr: 0 내지 0.010％
Ca(칼슘), Mg(마그네슘), REM(희토류 원소), Zr(지르코늄)은, 모두 개재물 제어, 특히 개재물의 미세 분산화에 기여하여, 열연 강판의 인성을 높이는 작용을 갖는 원소이다. 따라서, 이들 원소를 함유시켜도 된다. 그러나, 어느 원소에 대해서도, 각각 0.010％를 초과하여 함유시키면, 표면 성상의 열화가 현재화되는 경우가 있다. 따라서, 이들 원소의 함유량은, 각각 0.010％ 이하로 한다. 이들 원소의 함유량은, 각각 바람직하게는 0.005％ 이하, 보다 바람직하게는 0.003％ 이하이다. 또한, 상기 작용에 의한 효과를 보다 확실하게 얻기 위해서는, 어느 원소에 대해서도, 각각 0.0005％ 이상인 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 REM이란, Sc, Y 및 란타노이드로 이루어지는 합계 17원소를 가리키며, 상기 REM의 함유량은, 이들 원소의 합계 함유량을 가리킨다. 란타노이드의 경우, 공업적으로는 미슈메탈의 형태로 첨가된다.
열연 강판의 화학 조성은, 일반적인 분석 방법에 의해 측정하면 된다. 예를 들어, ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)나 발광 분광 분석(OES: Optical Emission Spectroscopy)을 사용하여 측정하면 된다. 또한, C 및 S는 연소-적외선 흡수법을 사용하고, N은 불활성 가스 융해-열전도도법을 사용하여 측정하면 된다.
열연 강판의 금속 조직
다음에, 본 실시 형태에 관한 열연 강판의 금속 조직에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 관한 열연 강판은, 금속 조직이, 면적％로, 베이나이트: 80.0％ 이상, 페라이트: 10.0％ 이하, 잔부 조직: 10.0％ 이하이고, 상기 베이나이트 내의, <110> 방향을 축으로 하여, 결정 방위차가 7°인 입계의 길이 L7 및 결정 방위차가 68°인 입계의 길이 L68의 밀도의 합계가 0.35 내지 0.60㎛/㎛2이다.
또한, 본 실시 형태에 관한 열연 강판은, 상기 금속 조직에 있어서, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 10 내지 30㎛이고, 구 오스테나이트 입자의 장축 ld와 단축 Sd의 비 ld/Sd가 2.0 이하여도 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 금속 조직에 대해서는, 압연 방향에 평행인 단면에서, 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 또한 판 폭 방향 중앙 위치에 있어서의 금속 조직을 규정한다. 그 이유는, 이 위치에 있어서의 금속 조직이, 강판의 대표적인 금속 조직을 나타내기 때문이다.
베이나이트: 80.0％ 이상
베이나이트란, 라스상의 베이니틱 페라이트와, 베이니틱 페라이트의 사이 및/또는 내부에 Fe계 탄화물을 갖는 조직을 의미한다. 베이니틱 페라이트는, 폴리고날 페라이트와는 달리, 형상이 라스상이며 또한 내부에 비교적 높은 전위 밀도를 갖고 있기 때문에, SEM이나 TEM을 사용하여 다른 조직과 용이하게 구별할 수 있다.
베이나이트의 면적률이 80.0％ 미만이면, 열연 강판의 인성 및 구멍 확장성의 저하가 현저해진다. 그 때문에, 베이나이트의 면적률은 80.0％ 이상으로 한다. 바람직하게는 85.0％ 이상이고, 보다 바람직하게는 90.0％ 이상이다. 베이나이트의 면적률은 높을수록 바람직하지만, 페라이트, 시멘타이트, 혹은 MA(잔류 오스테나이트 및 마르텐사이트의 혼합물)의 존재에 의해 97.5％ 이상의 면적률의 달성은 곤란하다는 점에서, 실질적인 상한은 97.5％로 해도 된다.
페라이트: 10.0％ 이하
페라이트란, 폴리고날 페라이트를 말하며, 베이니틱 페라이트는 페라이트에 포함되지 않는다. 페라이트의 면적률이 10.0％ 초과이면, 원하는 인장 강도를 얻을 수 없다. 그 때문에, 페라이트의 면적률은 10.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 5.0％ 이하이다. 연성의 확보의 관점에서, 페라이트의 면적률은 1.0％ 이상으로 해도 된다.
잔부 조직(시멘타이트, 펄라이트, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트): 합계로 10.0％ 이하
시멘타이트, 펄라이트, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트는 모두 변형 시에 보이드의 기점이 되어, 열연 강판의 구멍 확장성을 열화시키는 조직이다. 이들 잔부 조직의 면적률이 합계로 10.0％ 초과이면, 원하는 연성 및 구멍 확장성을 얻을 수 없다. 그 때문에, 잔부 조직(시멘타이트, 펄라이트, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트)의 면적률은 10.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 5.0％ 이하이다.
한편, 조직 제어에 있어서, 잔부 조직의 면적률을 1.0％ 미만으로 제어하는 것은 실질적으로 곤란하기 때문에, 잔부 조직의 면적률은 1.0％ 이상으로 해도 된다.
또한, 잔부 조직 중, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 면적률의 합계가 작을수록, 안정적으로 우수한 구멍 확장성이 얻어지기 때문에, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 면적률의 합계는 5.0％ 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 3.0％ 이하이다.
이하에, 각 조직의 면적률의 측정 방법에 대하여 설명한다.
열연 강판으로부터, 압연 방향에 평행인 단면에서, 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 또한 판 폭 방향 중앙 위치에 있어서의 금속 조직을 관찰할 수 있도록 시험편을 채취한다.
상기 시험편의 단면을 #600 내지 #1500의 탄화규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리한다. 다음에, 실온에서 알칼리성 용액을 포함하지 않는 콜로이달 실리카를 사용하여 연마하여, 샘플의 표층에 도입된 변형을 제거한다. 샘플 단면의 긴 변 방향의 임의의 위치에 있어서, 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 위치가 중심이 되도록, 길이 50㎛, 표면으로부터 판 두께의 1/8 깊이 내지 표면으로부터 판 두께의 3/8 깊이의 영역을, 0.1㎛의 측정 간격으로 전자 후방 산란 회절법에 의해 측정하여 결정 방위 정보를 얻는다.
측정에는, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL제 JSM-7001F)과 EBSD 검출기(TSL제 DVC5형 검출기)로 구성된 EBSD 해석 장치를 사용한다. 이때, EBSD 해석 장치 내의 진공도는 9.6×10-5Pa 이하, 가속 전압은 15kv, 조사 전류 레벨은 13, 전자선의 조사 레벨은 62로 한다. 얻어진 결정 방위 정보를 EBSD 해석 장치에 부속된 소프트웨어 「OIM Analysis(등록상표)」에 탑재된 「Phase Map」 기능을 사용하여, 잔류 오스테나이트의 면적률을 산출한다. 또한, 결정 구조가 fcc인 것을 잔류 오스테나이트라고 판단한다.
다음에, 결정 구조가 bcc인 것을 베이나이트, 페라이트, 및 「잔류 오스테나이트 이외의 잔부 조직(시멘타이트, 펄라이트, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트)」이라고 판단한다. 이들 영역에 대하여, EBSD 해석 장치에 부속된 소프트웨어 「OIM Analysis(등록상표)」에 탑재된 「Grain Orientation Spread」 기능을 사용하여, 15°입계를 결정립계의 정의로 한 조건 하에서, 「Grain Orientation Spread」가 1°이하인 영역을 페라이트로서 추출한다. 추출한 페라이트의 면적률을 산출함으로써, 페라이트의 면적률을 얻는다.
계속해서, 잔부 영역(「Grain Orientation Spread」가 1°초과인 영역) 중, 5°입계를 결정립계의 정의로 한 조건 하에서, 페라이트 영역의 「Grain Average IQ」의 최댓값을 Iα라고 하였을 때, Iα/2 초과가 되는 영역을 베이나이트, Iα/2 이하가 되는 영역을 「잔류 오스테나이트 이외의 잔부 조직(시멘타이트, 펄라이트, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트)」으로서 추출한다. 추출한 베이나이트의 면적률을 산출함으로써, 베이나이트의 면적률을 얻는다. 또한, 추출한 「잔류 오스테나이트 이외의 잔부 조직(시멘타이트, 펄라이트, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트)」의 면적률을 산출하고, 상기 잔류 오스테나이트의 면적률을 더함으로써, 잔부 조직(시멘타이트, 펄라이트, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트)의 면적률을 얻는다.
상기 추출한 「잔류 오스테나이트 이외의 잔부 조직(시멘타이트, 펄라이트, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트)」에 대하여, 하기 방법에 의해 시멘타이트, 펄라이트, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트를 구별할 수 있다. 우선, EBSD 측정 영역과 동일 영역을 SEM으로 관찰하기 위해, 관찰 위치 근방에 비커스 압흔을 타각한다. 그 후, 관찰면의 조직을 남겨, 표층의 오염물을 연마 제거하고, 나이탈 에칭한다. 다음에, EBSD 관찰면과 동일 시야를 SEM에 의해 배율 3000배로 관찰한다.
EBSD 측정에 있어서, 잔부 조직이라고 판별된 영역 중, 입자 내에 하부 조직을 가지며, 또한 시멘타이트가 복수의 배리언트를 갖고 석출되어 있는 영역을 템퍼링 마르텐사이트라고 판단한다. 시멘타이트가 라멜라상으로 석출되어 있는 영역을 펄라이트라고 판단한다. 휘도가 크고 입경(원 상당 직경)이 2㎛ 이하인 구상 입자는 시멘타이트라고 판단한다. 휘도가 크고, 또한 하부 조직이 에칭에 의해 현출되어 있지 않은 영역을 「마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트」라고 판단한다. 각각의 면적률을 산출함으로써, 템퍼링 마르텐사이트, 펄라이트, 마르텐사이트, 그리고 「마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트」의 면적률을 얻는다. 마르텐사이트의 면적률에 대해서는, 얻어진 「마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트」의 면적률로부터, 상술한 EBSD에 의해 구한 잔류 오스테나이트의 면적률을 차감함으로써 얻을 수 있다.
또한, 관찰면 표층의 오염물 제거에 대해서는, 입자경 0.1㎛ 이하의 알루미나 입자를 사용한 버프 연마, 혹은 Ar 이온 스퍼터링 등의 방법을 사용하면 된다.
베이나이트 내의, <110> 방향을 축으로 하여, 결정 방위차가 7°인 입계의 길이 L7 및 결정 방위차가 68°인 입계의 길이 L68의 밀도의 합계: 0.35 내지 0.60㎛/㎛2
베이나이트 내의, <110> 방향을 축으로 하여, 결정 방위차가 7°인 입계의 길이 L7 및 결정 방위차가 68°인 입계의 길이 L68의 밀도의 합계를 0.35 내지 0.60㎛/㎛2로 함으로써, 열연 강판의 연성, 구멍 확장성 및 인성을 향상시킬 수 있다.
L7 및 L68의 밀도의 합계가 0.35㎛/㎛2 미만이면, 베이나이트의 인성이 현저하게 저하되어, 열연 강판에 있어서 원하는 인성을 얻을 수 없다. 그 때문에, L7 및 L68의 밀도의 합계는 0.35㎛/㎛2 이상으로 한다. 바람직하게는 0.40㎛/㎛2 이상이다. 한편, L7 및 L68의 밀도의 합계가 0.60㎛/㎛2 초과이면, 베이나이트의 연성이 저하되어, 열연 강판에 있어서 우수한 연성 및 구멍 확장성을 얻을 수 없다. 그 때문에, L7 및 L68의 밀도의 합계는 0.60㎛/㎛2 이하로 한다. 바람직하게는 0.55㎛/㎛2 이하이다.
또한, <110> 방향을 축으로 하여 결정 방위차가 X°인 입계란, 어떤 입계에서 인접하는 2개의 결정립 A와 결정립 B를 특정하였을 때, 한쪽의 결정립 B를 <110>축으로 X°회전시킴으로써, 결정립 A와 결정립 B의 결정 방위가 일치하는 결정학적 관계를 갖는 입계를 말한다. 단, 결정 방위의 측정 정밀도를 고려하면, 일치하는 방위 관계로부터 ±4°의 방위차를 허용한다.
본 실시 형태에서는, 상기와 같은 입계의 길이 L7 및 L68을 EBSP-OIM(Electron Back Scatter Diffraction Pattern-Orientation Image Microscopy)법을 사용하여 측정한다. EBSP-OIM법에서는, 주사형 전자 현미경(SEM) 내에서 고경사된 시료에 전자선을 조사하고, 후방 산란하여 형성된 기쿠치 패턴을 고감도 카메라로 촬영하고, 촬영 사진을 컴퓨터에서 화상 처리함으로써, 조사점의 결정 방위를 단시간에 측정할 수 있다. EBSP-OIM법은, 주사형 전자 현미경과 EBSP 해석 장치를 조합한 장치 및 AMETEK사제의 OIM Analysis(등록상표)를 사용하여 행한다.
EBSP-OIM법에서는, 시료 표면의 미세 구조 및 결정 방위를 해석할 수 있기 때문에, 특정의 결정 방위차를 갖는 입계의 길이를 정량적으로 구할 수 있다. 또한, EBSP-OIM법의 분석 가능 에어리어는, SEM으로 관찰할 수 있는 영역이다. SEM의 분해능에 따라 다르지만, EBSP-OIM법에 따르면, 최소 20nm의 분해능으로 분석할 수 있다.
압연 방향에 평행인 단면에서, 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 또한 판 폭 방향 중앙 위치에 있어서의 금속 조직에 있어서의 특정 입계의 길이의 밀도의 측정 시에는, 1000배의 배율, 50㎛×50㎛의 영역에서, 적어도 5시야에 있어서 해석을 행하여, 베이나이트 내의, <110> 방향을 축으로 하여, 결정 방위차가 7°인 입계의 길이의 평균값을 산출함으로써 L7을 얻는다. 마찬가지로, 베이나이트 내의 <110> 방향을 축으로 하여 결정 방위차가 68°인 입계의 길이의 평균값을 산출함으로써 L68을 얻는다. 또한, 전술한 바와 같이, ±4°의 방위차를 허용한다.
얻어진 L7 및 L68을 측정 면적으로 나눔으로써, 베이나이트 내의, <110> 방향을 축으로 하여, 결정 방위차가 7°인 입계의 길이 L7 및 결정 방위차가 68°인 입계의 길이 L68의 밀도의 합계를 얻는다. 베이나이트만을 추출하여 특정 입계의 길이의 밀도의 측정을 행하기 위해서는, 베이나이트의 면적률을 구할 때와 마찬가지로, Iα/2 초과가 되는 영역을 베이나이트로서 추출하면 된다.
구 오스테나이트 입자의 평균 입경: 10 내지 30㎛
구 오스테나이트 입자의 장축 ld와 단축 Sd의 비 ld/Sd: 2.0 이하
본 실시 형태에 관한 열연 강판에서는, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 10 내지 30㎛이고, 구 오스테나이트 입자의 장축 ld와 단축 Sd의 비 ld/Sd가 2.0 이하여도 된다. 구 오스테나이트 입자의 평균 입경과 ld/Sd를 상기 범위 내로 제어함으로써, 열연 강판의 펀칭 특성을 향상시킬 수 있다.
이하에, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경 및 구 오스테나이트 입자의 장축 ld와 단축 Sd의 비 ld/Sd의 측정 방법에 대하여 설명한다.
열연 강판으로부터, 압연 방향에 평행인 단면에서, 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 또한 판 폭 방향 중앙 위치에 있어서의 금속 조직을 관찰할 수 있도록 시험편을 채취한다. 관찰면을 피크르산 포화 수용액으로 부식시킴으로써, 구 오스테나이트 입계를 현출시킨다. 부식 처리한 압연 방향에 평행인 단면의, 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 또한 판 폭 방향 중앙 위치의 확대 사진을, 주사형 전자 현미경(SEM)으로 배율 1000배로 5시야 이상 촬영한다. 각 SEM 사진에 포함되는, 적어도 20개의, 원 상당경(직경)이 2㎛ 이상인 구 오스테나이트 입자의 원 상당경(직경)을 화상 처리에 의해 구하고, 이들의 평균값을 산출함으로써, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경을 얻는다. 원 상당경이 2㎛ 미만인 구 오스테나이트 입자가 포함되는 경우, 이것을 제외하고 상술한 측정을 실시한다.
또한, 상술한 각 SEM 사진에 포함되는, 적어도 20개의, 원 상당경(직경)이 2㎛ 이상인 구 오스테나이트 입자의 장축 및 단축을 측정한다. 각 구 오스테나이트 입자에 대하여 측정하여 얻어진 장축과 단축의 평균값을 산출함으로써, 구 오스테나이트 입자의 장축 ld와 단축 Sd를 얻는다. 이들의 비를 산출함으로써, 구 오스테나이트 입자의 장축 ld와 단축 Sd의 비 ld/Sd를 얻는다.
인장 강도: 780MPa 이상
본 실시 형태에 관한 열연 강판은, 인장(최대) 강도가 780MPa 이상이다. 인장 강도가 780MPa 미만이면, 적용 부품이 한정되어, 차체 경량화의 기여가 작다. 인장 강도는 980MPa 이상인 것이 바람직하다. 상한은 특별히 한정할 필요는 없지만, 금형 마모 억제의 관점에서, 1800MPa로 해도 된다.
전연신율: 14.0％ 이상
본 실시 형태에 관한 열연 강판은, 전연신율이 14.0％ 이상이어도 된다. 전연신율의 상한은 특별히 한정할 필요는 없지만, 30.0％ 이하 또는 25.0％ 이하로 해도 된다.
인장 강도 및 전연신율은, JIS Z 2241:2011의 5호 시험편을 사용하여, JIS Z 2241:2011에 준거하여 측정한다. 인장 시험편의 채취 위치는, 판 폭 방향 중앙 위치로 하고, 압연 방향에 수직인 방향을 긴 변 방향으로 하면 된다. 크로스헤드 속도는 3mm/min으로 한다.
구멍 확장률: 50％ 이상
본 실시 형태에 관한 열연 강판은, 구멍 확장률이 50％ 이상이어도 된다. 구멍 확장률의 상한은 특별히 한정할 필요는 없지만, 90％ 이하 또는 85％ 이하로 해도 된다.
구멍 확장률은, JIS Z 2256:2010에 준거하여 구멍 확장 시험을 행함으로써 얻는다.
-40℃에서의 충격값: 60J/㎠ 이상
본 실시 형태에 관한 열연 강판은, -40℃에서의 충격값이 60J/㎠ 이상이어도 된다. -40℃에서의 충격값의 상한은 특별히 한정할 필요는 없지만, 180J/㎠ 이하 또는 175J/㎠ 이하로 해도 된다.
열연 강판의 임의의 위치로부터 서브사이즈의 샤르피 충격 시험편을 채취하고, JIS Z 2242:2005에 기재된 시험 방법에 따라 -40℃에 있어서의 충격값을 구한다.
판 두께: 0.6 내지 8.0mm
본 실시 형태에 관한 열연 강판의 판 두께는 특별히 한정되지 않지만, 0.6 내지 8.0mm로 해도 된다. 강판의 판 두께가 0.6mm 미만이면, 압연 완료 온도의 확보가 곤란해짐과 함께 압연 하중이 과대해져, 열간 압연이 곤란해지는 경우가 있다. 따라서, 본 실시 형태에 관한 강판의 판 두께는 0.6mm 이상으로 해도 된다. 바람직하게는 1.2mm 이상 또는 1.4mm 이상이다. 한편, 판 두께가 8.0mm 초과이면, 금속 조직, 특히 구 오스테나이트 입자의 미세화가 곤란해져, 조직 분율의 점에서, 상술한 금속 조직을 확보하기가 곤란해지는 경우가 있다. 따라서, 판 두께는 8.0mm 이하로 해도 된다. 바람직하게는 6.0mm 이하이다.
도금층
상술한 화학 조성 및 금속 조직을 갖는 본 실시 형태에 관한 열연 강판은, 표면에 내식성의 향상 등을 목적으로 하여 도금층을 구비시켜 표면 처리 강판으로 해도 된다. 도금층은 전기 도금층이어도 되고 용융 도금층이어도 된다. 전기 도금층으로서는, 전기 아연 도금, 전기 Zn-Ni 합금 도금 등이 예시된다. 용융 도금층으로서는, 용융 아연 도금, 합금화 용융 아연 도금, 용융 알루미늄 도금, 용융 Zn-Al 합금 도금, 용융 Zn-Al-Mg 합금 도금, 용융 Zn-Al-Mg-Si 합금 도금 등이 예시된다. 도금 부착량은 특별히 제한되지 않으며, 종래와 마찬가지로 해도 된다. 또한, 도금 후에 적당한 화성 처리(예를 들어, 실리케이트계의 무크롬 화성 처리액의 도포와 건조)를 실시하여, 내식성을 더 높이는 것도 가능하다.
다음에, 본 실시 형태에 관한 열연 강판의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에 관한 열연 강판의 바람직한 제조 방법은, 이하의 공정을 구비한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 슬래브의 온도 및 강판의 온도는, 슬래브의 표면 온도 및 강판의 표면 온도를 말한다.
소정의 화학 조성을 갖는 슬래브를 1200℃ 이상의 가열 온도에서 1.0시간 이상 유지하는 가열 공정,
조압연 완료 온도가 1000℃ 이상이며, 또한 총 압하율이 65％ 초과가 되도록 조압연을 실시하고, 마무리 압연 완료 온도가 860 내지 980℃가 되도록 마무리 압연을 실시하는 열간 압연 공정,
평균 냉각 속도 20℃/s 이상으로 570 내지 620℃의 온도 영역까지 냉각하여 권취한 후, 500 내지 580℃의 온도 영역에서 2.0 내지 12.0시간 유지하고, 그 후 실온까지 냉각하는 냉각 공정.
상기 열간 압연 공정에 있어서, 상기 조압연에 있어서의 상기 총 압하율을 70％ 이상으로 하고, 마무리 압연의 후단 3단의 압하율이 모두 25％ 미만이 되도록 상기 마무리 압연을 실시해도 된다.
이하, 각 공정에 대하여 상세하게 설명한다.
가열 공정
가열 공정에서는, 상술한 화학 조성을 갖는 슬래브를 1200℃ 이상의 가열 온도로 가열하여, 1.0시간 유지한다. 슬래브 단계에서 존재하는 조대한 석출물은, 압연 중의 갈라짐이나 재료 특성의 저하를 야기하기 때문에, 열간 압연 전의 강 소재를 가열하여, 조대한 탄화물을 고용하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 가열 온도는 1200℃ 이상으로 하고, 유지 시간은 1.0시간 이상으로 한다. 바람직한 가열 온도는 1230℃ 이상이고, 바람직한 유지 시간은 3.0시간 이상이다.
한편, 가열 온도가 지나치게 높아지거나, 유지 시간이 지나치게 길어져도, 스케일 발생량이 많아짐으로써 수율이 저하되는 경우가 있기 때문에, 가열 온도는 1400℃ 이하로 하고, 유지 시간은 20.0시간 이하로 해도 된다.
또한, 가열하는 슬래브는, 제조 비용의 관점에서 연속 주조에 의해 생산하는 것이 바람직하지만, 그 밖의 주조 방법(예를 들어 조괴법)으로 생산해도 상관없다.
열간 압연 공정
1000℃ 미만에서 조압연을 행하면, 구 오스테나이트 입자가 충분히 재결정되지 않기 때문에, 집합 조직이 발달하여, 원하는 구멍 확장성을 얻을 수 없다. 그 때문에, 조압연 완료 온도가 1000℃ 이상이 되도록 조압연을 행한다. 바람직하게는 1050℃ 이상이다. 한편, 조압연을 1300℃ 초과에서 행하면, 스케일 발생량이 많아짐으로써 수율이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 조압연 완료 온도는 1300℃ 이하여도 된다.
조압연에 있어서의 총 압하율이 낮은 경우, 구 오스테나이트 입자의 결정 입경이 불균일해져, 인성 저하의 요인이 되기 때문에, 조압연에 있어서의 총 압하율은 65％ 초과로 한다. 조압연에 있어서의 총 압하율은, 바람직하게는 68％ 이상이고, 보다 바람직하게는 70％ 이상이고, 한층 더 바람직하게는 80％ 이상이다. 조압연에 있어서의 총 압하율의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 90％ 이하로 해도 된다.
또한, 조압연에 있어서의 총 압하율은, 슬래브 두께 ts와, 조압연 종료 시의 판 두께 tr을 사용하여, (1-tr/ts)×100(％)으로 표시된다.
조압연에 있어서의 총 압하율을 70％ 이상으로 하고, 또한 후술하는 바와 같이 마무리 압연의 후단 3단의 압하율을 엄격하게 제어함으로써, 상술한 구 오스테나이트 입자의 평균 입경 및 애스펙트비를 실현할 수 있다.
마무리 압연 완료 온도가 860℃ 미만이면 구 오스테나이트 입자가 충분히 재결정되지 않기 때문에, 집합 조직이 발달하여, 구멍 확장성이 열화된다. 그 때문에, 마무리 압연 완료 온도는 860℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 900℃ 이상으로 한다. 한편, 마무리 압연 완료 온도가 980℃ 초과이면, 구 오스테나이트 입자가 현저하게 조대화되어, 원하는 인성을 얻을 수 없다. 그 때문에, 마무리 압연 완료 온도는 980℃ 이하로 한다. 바람직하게는 950℃ 이하이다.
본 실시 형태에서는, 상술한 구 오스테나이트 입자의 평균 입경 및 애스펙트비를 실현하여, 열연 강판의 펀칭 특성의 향상을 도모하기 위해, 상기 조압연에 있어서의 총 압하율 및 마무리 압연의 후단 3단의 압하율을 엄격하게 제어해도 된다. 구체적으로는, 상술한 바와 같이 상기 조압연에 있어서의 총 압하율을 70％ 이상으로 하고, 또한 마무리 압연의 후단 3단의 압하율을 모두 25％ 미만으로 해도 된다.
마무리 압연의 후단 3단의 압하율, 즉 마무리 압연의 최종 패스, 최종 패스로부터 2패스째 및 최종 패스로부터 3패스째의 압하율 중, 1개라도 압하율이 25％ 이상이 되면, 압연에 의해, 구 오스테나이트 입자가 편평 형상이 되어, 펀칭 시의 균열 발생의 기점이 되는 애스펙트비가 큰 구 오스테나이트 입자가 형성된다. 그 때문에, 마무리 압연의 후단 3단의 압하율(마무리 압연의 최종 패스, 최종 패스로부터 2패스째 및 최종 패스로부터 3패스째의 압하율)은 모두 25％ 미만으로 해도 된다. 바람직하게는, 모두 20％ 이하이다. 또한, 압하율은, 1패스에 있어서의 압연 후의 판 두께를 h, 압연 전의 판 두께를 h0이라고 하였을 때, (1-h/h0)×100(％)으로 나타낼 수 있다.
냉각 공정
열간 압연 공정 후에는, 평균 냉각 속도 20℃/s 이상으로 570 내지 620℃의 온도 영역까지 냉각한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 평균 냉각 속도란, 설정하는 범위의 시점과 종점의 온도차를, 시점에서부터 종점까지의 경과 시간으로 나눈 값으로 한다.
평균 냉각 속도가 20℃/s 미만이면, 페라이트가 다량으로 석출되어, 원하는 양의 베이나이트를 얻을 수 없다. 그 때문에, 평균 냉각 속도는 20℃/s 이상으로 한다. 바람직하게는 30℃/s 이상이고, 보다 바람직하게는 50℃/s 이상이다. 냉각 설비 증대를 억제하는 관점에서, 평균 냉각 속도는 200℃/s 이하로 해도 된다.
또한, 평균 냉각 속도가 20℃/s 이상인 냉각은, 570 내지 620℃의 온도 영역까지 행한다. 냉각 정지 온도가 620℃ 초과이면, 원하는 양의 베이나이트를 얻을 수 없다. 그 때문에, 냉각 정지 온도는 620℃ 이하로 한다. 냉각 정지 온도는, 620℃ 이하, 또한 500 내지 580℃의 온도 영역에서 유지할 수 있는 온도이면 되지만, 500 내지 580℃의 온도 영역에서 2.0시간 이상 유지하기 위해서는, 냉각 정지 온도는 550℃ 이상의 온도로 하는 것이 바람직하다. 또한, L7 및 L68의 밀도의 합계를 바람직하게 제어하여, 우수한 인성을 얻기 위해, 냉각 정지 온도는 570℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
냉각 정지 온도가 500℃보다 낮아, 다시 가열하고 나서 500 내지 580℃의 온도 영역에서의 유지를 행해도 원하는 양의 베이나이트를 얻을 수 없기 때문에, 냉각 정지 후에 가열하는 것은 바람직하지 않다.
평균 냉각 속도가 20℃/s 이상인 냉각 후에는 권취를 행한다. 권취한 후에는 500 내지 580℃의 온도 영역에서 2.0 내지 12.0시간 유지한다. 유지 온도가 500 내지 580℃의 온도 영역 밖이면, 혹은 유지 시간이 2.0시간 미만 또는 12.0시간 초과이면, 원하는 양의, 베이나이트 내의 L7 및 L68의 밀도의 합계를 얻을 수 없다. 그 때문에, 유지 온도는 500 내지 580℃의 온도 영역으로 하고, 유지 시간은 2.0 내지 12.0시간으로 한다. 유지 온도의 하한은, 바람직하게는 530℃이다. 유지 온도의 상한은, 바람직하게는 560℃이다. 유지 시간의 하한은, 바람직하게는 4.0시간이고, 보다 바람직하게는 6.0시간이다. 유지 시간의 상한은, 바람직하게는 10.0시간이고, 보다 바람직하게는 8.0시간이다.
또한, 500 내지 580℃의 온도 영역에 있어서의 유지에서는, 500 내지 580℃의 온도 영역에서 강판 온도를 변동시켜도 되고, 일정하게 해도 된다. 또한, 평균 냉각 속도가 20℃/s 이상인 냉각의 냉각 정지 온도가 580℃ 미만이라도, 500 내지 580℃의 온도 영역에서 2.0 내지 12.0시간의 유지 시간을 확보할 수 있으면 된다.
500 내지 580℃의 온도 영역에서 상술한 유지를 행한 후에는, 실온까지 냉각한다. 실온까지의 냉각 방법은, 어떠한 방법을 사용해도 되며, 공랭 외에, 미스트 냉각, 수랭조를 사용한 급속 냉각 등, 적절한 방법으로 냉각하면 된다. 또한, 여기서 말하는 실온이란, 20 내지 30℃의 온도 영역이다.
실시예
다음에, 실시예에 의해 본 발명의 일 양태의 효과를 더 구체적으로 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
표 1의 강종 A 내지 AM으로 나타내는 화학 조성을 갖는 강을 용제하고, 연속 주조에 의해 두께가 240 내지 300mm인 슬래브를 제조하였다. 얻어진 슬래브를 사용하여, 표 2 내지 4에 나타내는 제조 조건에 의해, 표 5 내지 7에 나타내는 열연 강판을 얻었다. 또한, 표 2 내지 4에 있어서의 「F1」, 「F2」 및 「F3」은 각각 마무리 압연의 최종 패스의 압하율, 최종 패스로부터 2패스째의 압하율 및 최종 패스로부터 3패스째의 압하율을 나타낸다. 또한, 표 4의 공시재 No.63은, 냉각 정지 후에 다시 가열하고 나서, 500 내지 580℃의 온도 영역에서의 유지를 행하였다.
얻어진 열연 강판에 대하여, 상술한 방법에 의해, 조직 분율, L7 및 L68의 밀도의 합계, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경 및 구 오스테나이트 입자의 장축 ld와 단축 Sd의 비 ld/Sd를 구하였다. 얻어진 결과를 표 5 내지 7에 나타낸다.
열연 강판의 특성의 평가 방법
인장 강도(TS) 및 전연신율(El)
얻어진 열연 강판의 기계적 성질 중 인장 강도(TS) 및 전연신율(El)은, JIS Z 2241:2011의 5호 시험편을 사용하여, JIS Z 2241:2011에 준거하여 측정하였다. 인장 시험편의 채취 위치는, 판 폭 방향 중앙 위치로 하고, 압연 방향에 수직인 방향을 긴 변 방향으로 하였다. 크로스헤드 속도는 3mm/min으로 하였다.
인장 강도(TS)가 780MPa 이상인 경우를 강도가 우수한 것으로서 합격이라고 판정하고, 780MPa 미만인 경우를 강도가 떨어지는 것으로서 불합격이라고 판정하였다. 또한, 전연신율(El)이 14.0％ 이상인 경우를 연성이 우수한 것으로서 합격이라고 판정하고, 14.0％ 미만인 경우를 연성이 떨어지는 것으로서 불합격이라고 판정하였다.
구멍 확장률(λ)
구멍 확장률(λ)은, JIS Z 2256:2010에 준거하여 구멍 확장 시험을 행함으로써 평가하였다.
구멍 확장률(λ)이 50％ 이상인 경우를 구멍 확장성이 우수한 것으로서 합격이라고 판정하고, 50％ 미만인 경우를 구멍 확장성이 떨어지는 것으로서 불합격이라고 판정하였다.
충격값(vE-40)
인성은, -40℃에서의 샤르피 충격 시험을 행하여 충격값을 구함으로써 평가하였다. 열연 강판의 임의의 위치로부터 서브사이즈의 샤르피 충격 시험편을 채취하고, JIS Z 2242:2005에 기재된 시험 방법에 따라 -40℃에 있어서의 충격값을 구함으로써, 인성을 평가하였다.
충격값(vE-40)이 60J/㎠ 이상인 경우를 인성이 우수한 것으로서 합격이라고 판정하고, 60J/㎠ 미만인 경우를 인성이 떨어지는 것으로서 불합격이라고 판정하였다.
펀칭 특성
펀칭 특성은, 펀칭 시험을 행하여 펀칭 단부면 성상을 관찰함으로써 평가하였다. 우선, 구멍 직경 10mm, 클리어런스 12.5％, 펀칭 속도 80mm/s로 펀칭 구멍을 제작하였다. 다음에 펀칭 구멍의 압연 방향에 직각인 단면을 수지에 매립하고, 주사형 전자 현미경으로 펀칭 단부면을 촬영하였다. 얻어진 관찰 사진을 관찰하여, 단부면 거칠어짐이 관찰되지 않은 경우, 펀칭 특성이 특히 양호한 것으로서 표 5 내지 7 중에 「E(Excellent)」라고 기재하였다. 또한, 100㎛ 미만의 작은 결락이 관찰된 경우, 펀칭 특성이 양호한 것으로서 표 5 내지 7 중에 「G(Good)」라고 기재하고, 100㎛ 이상의 큰 결락이 관찰된 경우, 펀칭 특성이 떨어지는 것으로서 표 5 내지 7 중에 「B(Bad)」라고 기재하였다.
표 5 내지 7을 보면, 본 발명예는 높은 강도를 가짐과 함께, 우수한 연성, 구멍 확장성 및 인성을 갖는 것을 알 수 있다. 또한, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 10 내지 30㎛이고, 구 오스테나이트 입자의 장축 ld와 단축 Sd의 비 ld/Sd가 2.0 이하인 본 발명예는, 펀칭 특성이 특히 양호한 것을 알 수 있다.
한편, 비교예는, 강도, 연성, 구멍 확장성 및 인성 중 어느 하나 이상이 떨어지는 것을 알 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
<산업상 이용가능성>
본 발명에 따르면, 높은 강도를 가짐과 함께, 우수한 연성, 구멍 확장성 및 인성을 갖는 열연 강판, 그리고 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 본 발명에 관한 상기의 바람직한 양태에 따르면, 상술한 특성에 추가하여, 펀칭 특성도 우수한 열연 강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 화학 조성이, 질량％로,
    C: 0.030 내지 0.200％,
    Si: 0.05 내지 2.50％,
    Mn: 1.00 내지 4.00％,
    sol.Al: 0.001 내지 2.000％,
    Ti: 0.030 내지 0.200％,
    P: 0.020％ 이하,
    S: 0.020％ 이하,
    N: 0.010％ 이하,
    Nb: 0 내지 0.200％,
    B: 0 내지 0.010％,
    V: 0 내지 1.00％,
    Mo: 0 내지 1.00％,
    Cu: 0 내지 1.00％,
    W: 0 내지 1.00％,
    Cr: 0 내지 1.00％,
    Ni: 0 내지 1.00％,
    Co: 0 내지 1.00％,
    Ca: 0 내지 0.010％,
    Mg: 0 내지 0.010％,
    REM: 0 내지 0.010％, 및
    Zr: 0 내지 0.010％
    를 포함하고, 잔부가 철 및 불순물로 이루어지고,
    금속 조직이, 면적％로,
    베이나이트: 80.0％ 이상,
    페라이트: 10.0％ 이하,
    잔부 조직: 10.0％ 이하이고,
    상기 베이나이트 내의, <110> 방향을 축으로 하여, 결정 방위차가 7°인 입계의 길이 L7 및 결정 방위차가 68°인 입계의 길이 L68의 밀도의 합계가 0.35 내지 0.60㎛/㎛2이고,
    인장 강도가 780MPa 이상인
    것을 특징으로 하는 열연 강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Nb: 0.005 내지 0.200％,
    B: 0.001 내지 0.010％,
    V: 0.005 내지 1.00％,
    Mo: 0.005 내지 1.00％,
    Cu: 0.005 내지 1.00％,
    W: 0.005 내지 1.00％,
    Cr: 0.005 내지 1.00％,
    Ni: 0.005 내지 1.00％,
    Co: 0.005 내지 1.00％,
    Ca: 0.0005 내지 0.010％,
    Mg: 0.0005 내지 0.010％,
    REM: 0.0005 내지 0.010％, 및
    Zr: 0.0005 내지 0.010％
    로 이루어지는 군 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 열연 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 금속 조직에 있어서,
    구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 10 내지 30㎛이고,
    상기 구 오스테나이트 입자의 장축 ld와 단축 Sd의 비 ld/Sd가 2.0 이하인
    것을 특징으로 하는 열연 강판.
  4. 제1항에 기재된 열연 강판의 제조 방법이며,
    제1항에 기재된 화학 조성을 갖는 슬래브를, 1200℃ 이상의 가열 온도에서 1.0시간 이상 유지하는 가열 공정과,
    조압연 완료 온도가 1000℃ 이상이며, 또한 총 압하율이 65％ 초과가 되도록 조압연을 실시하고, 마무리 압연 완료 온도가 860 내지 980℃가 되도록 마무리 압연을 실시하는 열간 압연 공정과,
    평균 냉각 속도 20℃/s 이상으로 570 내지 620℃의 온도 영역까지 냉각하여 권취한 후, 500 내지 580℃의 온도 영역에서 2.0 내지 12.0시간 유지하고, 그 후 실온까지 냉각하는 냉각 공정
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 열연 강판의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 열간 압연 공정에 있어서,
    상기 조압연에 있어서의 상기 총 압하율을 70％ 이상으로 하고,
    상기 마무리 압연의 후단 3단의 압하율이 모두 25％ 미만이 되도록 상기 마무리 압연을 실시하는 것을 특징으로 하는 열연 강판의 제조 방법.
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