KR20220073762A - 구멍 확장성이 높은 복합조직강 및 그 제조 방법 - Google Patents

구멍 확장성이 높은 복합조직강 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20220073762A
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실리앙 장
펭 양
야핑 니
진타오 왕
한롱 장
밍 왕
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Abstract

본 발명은 구멍 확장성이 높은 복합조직강을 개시한다. 그 미세 조직은 페라이트+베이나이트이다. 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 화학 원소 질량백분율은 C: 0.06 내지 0.09%, Si: 0.05 내지 0.5%, Al: 0.02 내지 0.1%, Mn: 1.5 내지 1.8%, Cr: 0.3 내지 0.6%, Nb≤0.03%, Ti: 0.05 내지 0.12%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다. 또한 본 발명은 상기 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 제조 방법을 더 개시한다. 여기에는 (1) 제련 및 주조 단계; (2) 가열 단계: (3) 열간 압연 단계; (4) 디스케일링 단계; (5) 층류 냉각 단계 - 완화 시간은 0 내지 8s로, 층류 냉각의 냉각 속도는 40 내지 70℃/s로 제어함 - ; (6) 권취 단계; (7) 조질 압연 단계; 및 (8) 산세척 단계를 포함한다. 상기 구멍 확장성이 높은 복합조직강은 비교적 우수한 구멍 확장성과 가소성의 요건을 동시에 충족시킬 수 있다.

Description

구멍 확장성이 높은 복합조직강 및 그 제조 방법
본 발명은 강종 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복합조직강 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 경량화 기술이 발달함에 따라, 점점 더 많은 차종에 80kg급의 열간 압연 산세척 강판을 채택하여 컨트롤 암, 타이 로드, 스프링 시트 등과 같은 자동차 섀시 부재를 생산한다. 예를 들어 컨트롤 암과 같은 자동차 섀시 부재는 성형 과정에서 스탬핑, 플랜징, 구멍 확장 등을 포함한다. 따라서 강도 및 연신율에 대한 일정한 요건이 있을 뿐만 아니라 구멍 확장성에 대해서도 일정한 요건이 있다.
공개 번호가 CN103602895A이고 공개일이 2014년 2월 26일이며 명칭이 "인장 강도 780MPa급의 구멍 확장성이 높은 강판 및 그 제조 방법"인 중국 특허문헌은 인장 강도 780MPa급의 구멍 확장성이 높은 강판 및 그 제조 방법을 개시하였다. 그 Si 함량은 0.5 내지 1.5%이며, 함량이 비교적 높아 철감람석(2FeO-SiO2) 스케일이 형성되기 쉽고 제거가 어렵다. 따라서 비교적 높은 등급 표면의 띠강을 획득하기 어렵다. 동시에 강판 표면의 적스케일은 제어가 비교적 어렵기 때문에 열간 압연 과정에서 정확한 온도 측정이 어려워 제품 성능이 불안정하다.
공개 번호가 CN108570604A이고 공개일이 2018년 9월 25일이며 명칭이 "780MPa급 열간 압연 산세척의 구멍 확장성이 높은 강대 및 그 생산 방법"인 중국 특허문헌은 780MPa급 열간 압연 산세척의 구멍 확장성이 높은 철강 및 그 생산 방법을 개시하였다. 그 성분 Al 함량이 0.2 내지 0.6%이며 함량이 상대적으로 높아 연속주조 과정에서 쉽게 산화되는 동시에 3단 냉각 방식을 채택하믈 생산 안정성이 비교적 낮다.
공개 번호가 CN105483545A이고 공개일이 2016년 4월 13일이며 명칭이 "800MPa급 열간 압연의 구멍 확장성이 높은 강판 및 그 제조 방법"인 중국 특허문헌은 800MPa급 열간 압연의 구멍 확장성이 높은 강판 및 그 제조 방법을 개시하였다. 그 성분에는 0.2 내지 1.0% Si가 포함되며, Si 함량이 상대적으로 비교적 높아 표면에 적스케일이 쉽게 형성되므로 표면 및 권취 온도의 제어에 도움이 되지 않는다. 동시에 0.03 내지 0.08Nb를 함유하며, Nb 함량도 상대적으로 비교적 높고, 비용이 비교적 높다. 또한 압연 후 단계적 냉각을 수행해야 하며 냉각 공정이 복잡하다.
종래 기술에서는 재료의 강도가 높을수록 재료의 길이 및 폭 안정성을 제어하기가 더 어렵다. 이를 기반으로 우수한 구멍 확장성과 냉간 성형 성능을 모두 갖추고 안정적인 제조 및 생산을 구현할 수 있는 구멍 확장성이 높은 복합조직강을 획득할 필요가 있다.
본 발명의 목적 중 하나는 구멍 확장성이 높은 복합조직강을 제공하는 데에 있다. 상기 구멍 확장성이 높은 복합조직강은 비교적 우수한 구멍 확장성과 가소성 요건을 동시에 충족시킨다. 또한 종래에 사용하는 재료인 저합금 고강도강, 페라이트 마르텐사이트 이상조직강에 비해, 상기 구멍 확장성이 높은 복합조직강은 이상이 페라이트, 베이나이트이다. 따라서 경도차가 비교적 작아 우수한 구멍 확장성과 냉간 성형 성능을 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 구멍 확장성이 높은 복합조직강을 제공한다. 그 미세 조직은 페라이트+베이나이트이며, 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 화학 원소 질량백분율은,
C: 0.06 내지 0.09%, Si: 0.05 내지 0.5%, Al: 0.02 내지 0.1%, Mn: 1.5 내지 1.8%, Cr: 0.3 내지 0.6%, Nb≤0.03%, Ti: 0.05 내지 0.12%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다.
본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 각 화학 원소의 설계 원리는 하기와 같다.
C: 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 탄소 함유량의 정도가 강판의 인장 강도 수준을 크게 결정짓는다는 점을 고려하여, 탄소는 고용 강화 및 충분한 석출 강화상을 형성하는 데 사용되어 철강의 강도를 보장한다. 그러나 탄소의 비교적 높은 질량백분율은 탄화물 입자를 거칠게 만들어 구멍 확장성에 도움이 되지 않는다. 또한 탄소의 질량백분율이 너무 낮아 강판의 강도가 낮아질 수 있다. 강종의 강도를 보장한다는 전제 하에서 높은 구멍 확장성을 구현하고 우수한 성형 및 용접 성능을 갖추기 위해, 본 발명에 따른 기술적 해결책에서는 C의 질량백분율을 0.06 내지 0.09%로 제어한다.
Si: 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 실리콘은 고용 강화 작용을 일으켜 강판의 강도를 향상시킨다. 또한 실리콘을 첨가하면 가공 경화율 및 주어진 강도에서의 균일한 연신율과 총 연신율을 향상시켜 강판의 연신율 개선에 도움이 된다. 또한 실리콘은 탄화물의 석출을 방지하고 펄라이트상의 출현을 감소시킬 수도 있다. 그러나 철강 중의 실리콘은 강판 표면에 철감람석(2FeO-SiO2) 스케일의 표면 결함을 형성하기 쉬워 표면 품질에 부정적인 영향을 미친다. 동시에 적스케일의 출현은 열간 압연 과정 중 온도 제어에 도움이 되지 않으며, 최종적으로 제품 성능 안정성에 부정적인 영향을 미친다. 이를 기반으로, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강은 실리콘의 질량백분율을 0.05 내지 0.5%로 제어한다.
Al: 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, Al은 철강의 탈산원소로서 철강 중의 산화물 개재물을 감소시키고 강질을 정제하므로 강판의 성형 성능을 향상시키는 데 도움이 된다. 그러나 알루미늄의 질량백분율이 비교적 높아 산화가 발생해 연속주조 생산에 영향을 미칠 수 있다. 이를 기반으로, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에서 Al의 질량백분율을 0.02 내지 0.1%로 제어한다.
Mn: 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 망간은 고용 강화 원소이다. 망간의 질량백분율이 비교적 낮으면 강도가 충분하지 않을 수 있다. 그러나 망간의 질량백분율이 비교적 높으면 강판의 가소성이 저하될 수 있다. 망간은 동시에 펄라이트 변태를 지연시키고, 철강의 경화능을 향상시키며 베이나이트 변태 온도를 낮춰 철강의 조직 하부 구조를 미세화한다. 또한 슬래브 하부 구조 조직을 획득하도록 보장하고, 제품 인장 강도를 보장한다는 전제 하에 우수한 성형성을 구비한다. 이를 기반으로, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에서 Mn의 질량백분율을 1.5 내지 1.8%로 제어한다.
Cr: 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 크롬은 CCT 곡선에서 펄라이트와 페라이트의 잠복기를 증가시키고, 펄라이트와 페라이트의 형성을 억제한다. 이는 베이나이트 조직의 형성에 도움이 되며 궁극적으로 강도 및 구멍 확장율 향상에 도움이 된다. 크롬의 질량백분율이 0.15% 미만이면, CCT 곡선에 미치는 영향이 현저하지 않다. 그러나 Cr의 질량백분율이 비교적 높으면 비용이 비교적 높아질 수 있다. 이를 기반으로, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에서 Cr의 질량백분율을 0.3 내지 0.6%로 제어한다.
Nb: 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 니오븀은 중요한 석출 강화 및 세립 강화 원소 중 하나로서 압연 종료 후 냉각 중 또는 권취 후 미세 석출의 형태로 존재하며 석출 강화를 이용해 강도를 향상시킨다. 동시에 니오븀의 존재는 결정립 미세화에 도움이 되고, 강도 및 인성을 향상시킨다. 또한 페라이트와 베이나이트 매트릭스 사이의 강도차를 축소시키므로, 구멍 확장률의 개선에 도움이 된다. 그러나 Nb의 질량백분율이 0.03%보다 높으면, Nb의 강화 효과가 포화에 가깝고 비용이 비교적 높다. 따라서 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, Nb의 질량백분율을 Nb≤0.03%로 제어한다. Nb의 질량백분율이 0.015% 미만일 경우, NbC 석출이 부족하여 석출 강화의 목적을 달성하기 어려운 점을 고려하여, 일부 바람직한 실시방식에서는 Nb의 질량백분율을 0.015 내지 0.03%로 설정하는 것이 바람직할 수 있다.
Ti: 본 발명의 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 티타늄은 중요한 석출 강화 및 세립 강화 원소 중 하나이다. 본 발명에서 티타늄은 두 가지 역할을 한다. 하나는 철강의 불순물 원소인 질소와 결합하여 TiN을 형성하는 것이다. 이는 철강 중 유리된 질소 원자의 철강에 대한 충격 인성에 좋지 않기 때문이다. 미량의 티타늄을 첨가하면 유리된 질소를 고정할 수 있어 구멍 확장율과 충격 인성을 향상시키는 데 도움이 된다. 다른 하나는 니오븀과 협력하여 가장 바람직한 오스테나이트 결정립을 미세화하는 작용 및 석출 강화 작용을 일으키는 것이다. 그러나 본 발명에서 Ti의 질량백분율은 너무 많아서는 안 된다. 치수가 비교적 큰 TiN을 형성하기 쉬워 철강에 대한 충격 인성에 좋지 않기 때문이다. 따라서 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, Ti의 질량백분율을 0.05 내지 0.12%로 제어한다.
또한 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, Nb 원소 함량은 0.015 내지 0.03%이다.
또한 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 기타 불가피한 불순물 중 P≤0.03%, S≤0.02%, N≤0.005%이다.
상기 방안에 있어서, 불가피한 불순물 원소는 가능한 낮게 제어되어야 한다. 그러나 비용 제어 및 공정 제약을 고려하면 P≤0.03%，S≤0.02%，N≤0.005%로 제어할 수 있다. 여기에서 N의 질량백분율은 N≤0.005%로 제어한다. 그 이유는 다음과 같다. 질소는 고온 조건에서 티타늄과 반응하여 TiN 입자 석출을 형성하며, 과도하게 큰 TiN 입자는 강판의 국부적 변형과 미세 균열이 되어 결국 구멍 확장율에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 반드시 철강 중 질소 함량을 제어해야 한다.
P의 경우, P의 질량백분율을 P≤0.03%로 제어한다. 그 이유는 다음과 같다. 철강 중 인은 일반적으로 페라이트에 고용되어 철강의 인성을 저하시킨다. 그러나 높은 인은 용접성에 좋지 않으며 결정계에 인이 편석되어 띠강의 구멍 확장 성능에 도움이 되지 않는다. 따라서 인 함량을 최소화해야 한다.
상기 방안에 있어서, S의 질량백분율을 S≤0.02%로 제어한다. 그 이유는 다음과 같다. 황 함량과 황화물의 형태는 성형성에 영향을 미치는 주요 요인이므로, 황화물의 수량이 많을수록, 치수가 클수록 구멍 확장 성능에 더욱 불리하다.
또한 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 그 화학 원소 질량백분율 함량은,
0.2%≤Cr-0.5(Si+Al)≤0.42%; 및
0.08%≤3.3Nb+Ti≤0.20% 각 식 중 적어도 하나를 충족시킨다.
상기 방안에 있어서, 0.2%≤Cr-0.5(Si+Al)≤0.42%로 제어하여, 펄라이트와 페라이트 변태대를 오른쪽으로 이동시키고, 펄라이트와 페라이트의 변태를 지연하시킨다. 이는 베이나이트상의 형성에 도움이 되므로 강도 및 높은 구멍 확장성의 목적이 달성된다.
또한 본 발명의 기술적 해결책에 있어서, Nb 및 Ti의 질량백분율은 0.08%≤3.3Nb+Ti≤0.20%를 충족하도록 제한되어, 상기 석출 강화를 약 100 내지 200MPa로 제어한다. 또한 높은 티타늄 성분 설계를 채택할 경우, 니오븀을 첨가하지 않으며 동시에 본 발명에서 요구하는 높은 구멍 확장성 및 가소성 요건의 목적을 달성할 수 있다. 또한 비용 절감의 목적도 달성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 그 미세 조직은 미세합금 석출물을 구비하고, 미세합금 석출물은 (Ti, Nb)C 및 NbN을 포함한다.
또한 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 그 인장 강도와 화학 원소 질량백분율 함량은,
인장 강도 Rm=343+789×C+170×Si+132×Mn+195×Cr+843×(Nb+Ti)-207×Al를 충족한다. 인장 강도 Rm 치수는 MPa이다.
본 발명의 기술적 해결책에 있어서, 상기 공식과 본 기술적 해결책의 화학 원소 성분 배합비를 기반으로, 인장 강도 Rm은 일반적으로 790 내지 850MPa이다.
또한 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 그 횡방향 인장 강도는 ≥780MPa이고, 항복 강도는 ≥700MPa이고, 연신율은 A50≥15%이고, 천공홀 구멍 확장율은 ≥50%이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 천공홀 구멍 확장율은 ≥70%이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 항복 강도는 ≥730MPa이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 횡방향 인장 강도는 ≥8000MPa이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강에 있어서, 횡방향 인장 강도는 ≥800MPa이고, 항복 강도는 ≥730MPa이고, 연신율은 A50≥15%이고, 천공홀 구멍 확장율은 ≥70%이다.
이에 상응하여, 본 발명의 또 다른 목적은 상기 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 제조 방법을 제공하는 데에 있다. 상기 제조 방법을 통해 우수한 구멍 확장 성능과 냉간 성형 성능을 가진 구멍 확장성이 높은 복합조직강을 획득할 수 있다.
상기 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 상기 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 제조 방법을 제공한다. 여기에는,
(1) 제련 및 주조 단계;
(2) 가열 단계;
(3) 열간 압연 단계 - 총 압하율은 ≥80%로 제어하고, 조압연이 재결정 영역에서 압연되도록 제어하고, 조압연 출구 온도는 1020 내지 1100℃이고, 마무리 압연 과정은 준정속도 압연 공정을 채택하고, 마무리 압연 속도는 6 내지 12m/s로 제어하고, 철강 압연 가속도는 ≤0.005m/s2로 제어하고, 최종 압연 온도는 840 내지 900℃로 제어함 - ;
(4) 디스케일링 단계;
(5) 층류 냉각 단계 - 완화 시간은 0 내지 8s로 제어하고, 층류 냉각의 냉각 속도는 40 내지 70℃/s임 - ;
(6) 권취 단계;
(7) 조질 압연 단계; 및
(8) 산세척 단계가 포함된다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 열간 압연의 총 압하율은 ≥80%으로 제어한다. 동시에 조압연이 재결정 영역에서 압연되도록 보장하고, 오스테나이트 영역의 미세 합금 석출을 방지한다. 조압연 출구 온도를 1020 내지 1100℃로 제어한다. 마무리 압연 과정에서 준정속도 압연 공정을 채택하며, 철강 압연 가속도는 ≤0.005m/s2이다. 마무리 압연의 속도는 6 내지 12m/s로 제어된다. 최종 압연 온도는 840 내지 900℃ 사이로 제어된다. 재결정되지 않는 영역에서의 압연은 결정립을 미세화하는 데 사용되며 변형 유발 석출에 도움이 된다. 목표 온도를 보장한다는 전제 하에, 정속도 압연은 때때로 공랭 시간의 안정성을 보장하며 완화 냉각 시간의 제어에 도움이 된다.
또한 층류 냉각에서 전단 냉각 및 완화 제어 냉각 모드를 채택하면 결정립의 회복과 미세 합금 석출에 도움이 된다. 주로 마무리 압연 띠강의 속도와 시작 밸브의 위치를 제어함으로써, 완화 시간을 0 내지 8s로, 층류 냉각의 냉각 속도는 40 내지 70℃/s으로 제어한다.
또한 일부 바람직한 실시방식에 있어서, 연속주조 공정을 채택하고 과열도, 2차 냉수 및 적당한 경압하를 제어하여, 연속주조의 중심 편석을 제어한다.
또한 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 단계 (2)에서 가열 온도는 1200 내지 1260℃이다.
상기 기술적 해결책에 있어서, Ti와 Nb를 충분히 고용시키기 위해서는 가열 온도를 1200 내지 1260℃로 설정할 수 있다. 또한 1 내지 3시간 보온하여 보다 유리한 효과를 얻을 수 있다. 온도가 1260℃를 초과하면, 결정립이 조대화되는 경향이 있어 강판의 인성에 도움이 되지 않는다. 또한 스케일이 비교적 두꺼워 스케일의 디스케일링에 도움이 되지 않는다. 따라서 바람직하게는 가열 온도를 1200 내지 1260℃로 설정한다.
또한 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 단계 (4)에서 디스케일링 압력은 15 내지 35MPa로 제어한다.
상기 기술적 해결책에 있어서, 철감람석(2FeO-SiO2)이 철강의 산화층을 치밀하게 만들 수 있는 점을 고려하면, 열간 압연 표면 스케일의 디스케일링 효과가 좋지 않을 경우, 파쇄된 스케일 표면이 비교적 큰 거칠기로 인해 층류 냉각 과정에서 물의 유동을 감소시킬 수 있다. 국부적 물의 축적은 띠강의 국부적 성능에 더욱 영향을 미치고, 띠강의 국부적 냉각 불균일에 영향을 미칠 수 있다. 따라서 디스케일링 효과가 좋지 않아 재료 표면의 차이를 유발하고 성능의 차이를 유발할 수 있다. 이를 기반으로 고압 디스케일링수 시스템이 바람직할 수 있으며, 디스케일링 압력을 15 내지 35MPa로 제어한다.
또한 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 단계 (6)에서 권취 온도는 480 내지 560℃이다.
상기 기술적 해결책에 있어서, 권취 온도는 480 내지 560℃로 제어하여, 베이나이트 변태와 미합금 석출을 제어한다. 여기에서 권취 온도가 높으면 페라이트와 펄라이트 함량이 비교적 많아져 구명 확장율의 향상에 도움이 되지 않는다. 권취 온도가 비교적 낮으면 페라이트 함량이 비교적 작은 동시에 석출량이 비교적 많다. 또한 마르텐사이트 조직이 출현할 수 있고 연신율이 비교적 낮다. 따라서 권취 온도를 480 내지 560℃로 제어하면 연신율과 구멍 확장률 사이의 매칭 문제를 해결할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 단계 (7)에서 조질 압연력은 100 내지 800톤으로 제어하고, 조질 압연 연신율은 ≤1.5%를 충족한다.
일부 바람직한 실시방식에 있어서, 단계 (8)에서 산세척 속도는 60 내지 100m/min으로 제어하고, 산세척 과정에서 마지막 산세척 산세조 온도는 80 내지 90℃로 제어하고, 철 이온 농도는 30 내지 40g/L로 제어한다.
본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강은 하기 장점 및 유익한 효과를 갖는다.
본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강은 우수한 구멍 확장성과 가소성 요건을 동시에 충족시킬 수 있다. 또한 종래에 사용하는 재료인 저합금 고강도강, 페라이트 마르텐사이트 이상조직강에 비해, 본 기술적 해결책의 구멍 확장성이 높은 복합조직강은 이상이 페라이트, 베이나이트이다. 따라서 경도차가 비교적 작아 우수한 구멍 확장성과 냉간 성형 성능을 갖는다.
그 외, 본 발명에 따른 제조 방법도 마찬가지로 상기의 장점 및 유익한 효과를 갖는다.
도 1은 실시예 1에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 금상학적 미세조직도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 SEM 미세조직도이다.
도 3은 표면이 우수한 띠강의 표면 스케일의 표면 형태이다.
도 4는 표면 NG1의 띠강의 표면 스케일의 표면 형태이다.
도 5는 상이한 조질 압연 변형량 하에서 실시예 3에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 역학적 성능 변화도이다.
이하에서는 명세서 첨부 도면 및 구제적인 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강 및 그 제조 방법을 보다 상세하게 해석하고 설명한다. 그러나 상기 해석과 설명은 본 발명의 기술적 해결책을 부당하게 한정하지 않는다.
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 6
상기 실시예 1 내지 7의 구멍 확장성이 높은 복합조직강 및 그 제조 방법 및 비교예 1 내지 6의 비교 강판은 하기 단계를 채택해 제조한다.
(1) 표 1에 나타낸 화학 성분에 따라 제련 및 주조를 수행한다. 전로를 채택해 제강하고, 용강은 RH 진공 탈기 처리, LF로 탈황 처리를 거친다. 여기에서 P≤0.015%, S≤0.005%로 제어한다. 연속주조에서 과열도, 2차 냉각수 및 절당한 경합하를 제어하여, 연속주조의 중심 편석을 제어한다.
(2) 가열: 가열 온도는 1200 내지 1260℃이다.
(3) 열간 압연: 총 압하율은 ≥80%로 제어하고, 조압연이 재결정 영역에서 압연되도록 제어하고, 조압연 출구 온도는 1020 내지 1100℃이고, 마무리 압연 과정은 준정속도 압연 공정을 채택하고, 마무리 압연 속도는 6 내지 12m/s로 제어하고, 철강 압연 가속도는 ≤0.005m/s2로 제어하고, 최종 압연 온도는 840 내지 900℃로 제어한다.
(4) 디스케일링: 디스케일링 압력은 15 내지 35MPa로 제어한다.
(5) 층류 냉각: 완화 시간은 0 내지 8s로 제어하고, 층류 냉각의 냉각 속도는 40 내지 70℃/s이다.
(6) 권취: 권취 온도는 480 내지 560℃이다.
(7) 조질 압연: 조질 압연의 압연력은 100 내지 800톤으로 제어하며, 조질 압연 연신율 ≤1.5%를 충족한다.
(8) 산세척: 산세척 속도는 60 내지 100m/min으로 제어하고, 산세척 과정에서 마지막 산세척 산세조 온도는 80 내지 90℃로 제어하며, 철 이온 농도는 30 내지 40g/L로 제어한다.
표 1은 실시예 1 내지 7의 구멍 확장성이 높은 복합조직강 및 그 제조 방법 및 비교예 1 내지 6의 각 화학 원소의 질량백분율 배합비를 나열하였다.
(wt%, 잔량은 Fe와 P, S 및 N 이외의 기타 불가피한 불순물임)
No C Si Mn Cr Nb Ti Al Cr-0.5（Si+Al） 3.3Nb+Ti 예측Rm/MPa
실시예1 0.07 0.25 1.65 0.45 0.015 0.08 0.03 0.31 0.13 820
실시예2 0.07 0.2 1.77 0.45 0 0.1 0.03 0.34 0.10 832
실시예3 0.09 0.12 1.65 0.42 0.03 0.05 0.02 0.35 0.15 797
실시예4 0.06 0.5 1.53 0.6 0 0.08 0.08 0.31 0.08 845
실시예5 0.07 0.12 1.79 0.3 0.02 0.12 0.04 0.22 0.19 823
실시예6 0.06 0.05 1.79 0.45 0.015 0.075 0.02 0.42 0.12 795
실시예7 0.07 0.45 1.68 0.55 0 0.075 0.1 0.28 0.08 846
비교예1 0.07 0.8 1.65 0.45 0.015 0.08 0.03 0.14 0.12 914
비교예2 0.07 0.25 1.65 0.22 0.015 0.08 0.03 0.08 0.13 775
비교예3 0.07 0.2 1.77 0.45 0 0.04 0.03 0.34 0.04 781
비교예4 0.07 0.25 1.65 0.45 0.015 0.08 0.03 0.31 0.13 820
비교예5 0.07 0.25 1.65 0.45 0.015 0.08 0.03 0.31 0.13 820
비교예6 0.07 0.25 1.65 0.45 0.015 0.08 0.03 0.31 0.13 820
표 2는 실시예 1 내지 7의 구멍 확장성이 높은 복합조직강 및 그 제조 방법 및 비교예 1 내지 6의 비교 강판의 구체적인 공정 매개변수를 나열하였다.
No 가열온도/℃ 조압연 출구 온도/℃ 마무리 압연 속도/m/s 철강 압연 가속도/m/s2 압하율/% 최종 압연온도/
℃		 디스케일링 압력/MPa 완화 냉각 시간/s 층류 냉각 냉각 속도℃/s 권취 온도/℃ 조질압연/톤 조질압연연신율/%
실시예1 1230 1060 9 0.003 98.4 880 20 4 50 520 148 0.2
실시예2 1250 1070 11 0.003 99.0 890 20 3 60 520 223 0.3
실시예3 1200 1020 6 0.003 97.3 840 20 8 50 540 574 0.8
실시예4 1220 1030 7 0.003 97.5 850 35 7 40 560 706 1.0
실시예5 1260 1100 12 0.003 99.2 900 30 0 60 500 154 0.2
실시예6 1230 1050 8 0.003 98.2 860 15 5 70 480 146 0.2
실시예7 1250 1080 10 0.003 98.5 890 30 2 50 500 451 0.6
비교예1 1230 1060 9 0.003 98.4 880 20 4 50 520 136 0.2
비교예2 1230 1060 9 0.003 98.4 880 20 4 50 520 136 0.2
비교예3 1250 1070 11 0.003 98.4 890 20 3 50 520 198 0.3
비교예4 1150 1060 9 0.003 98.4 880 20 4 50 520 131 0.2
비교예5 1230 1060 9 0.003 98.4 880 20 4 50 430 160 0.2
비교예6 1230 1060 9 0.003 98.4 880 20 4 50 520 785 1.8
ISO/DIS16630 표준에 규정된 구멍 확장율 테스트 방법에 따라 실행한다. 실험 샘플의 치수는 150×150mm이고, 천공홀의 치수는 Φ10mm이며, 클리어런스는 12.5%로 규정한다. 60°의 무거운 원추 헤드를 이용해 전단면으로부터 측정하여 구멍 확장을 수행하며, 균열이 판 두께를 관통할 때의 내경 d를 구한다. 예를 들어 구멍 확장 전의 내경을 d0으로 설정하면, 하기 식에서 극한 구멍 확장값 λ%를 구한다. 극한 구멍 확장값은 λ%=(d-d0)/d0×100%이다. 인장 표준은 횡방향을 따라 JIS 5# 인장 시험 샘플을 취하여 역학적 성능을 측정한다. 180°굽힘 특성은 GB/T232-2010 표준에 따라 수행한다.
표 3은 실시예 1 내지 7의 구멍 확장성이 높은 복합조직강 및 그 제조 방법 및 비교예 1 내지 6의 비교 강판의 역학적 성능 테스트 결과를 나열하였다.
두께/mm 예측Rm/Mpa Rp0.2/MPa Rm/MPa A50/% λ/% 180°냉간 굽힘
실시예1 3.5 820 742 824 17.5 88 1.5a
실시예2 2.2 832 743 833 16.2 87 1.5a
실시예3 6.0 797 718 793 18.5 82 1.5a
실시예4 5.5 845 706 789 20.1 58 1.5a
실시예5 1.8 823 771 859 15.6 78 1.5a
실시예6 4.0 795 732 812 15.1 76 1.5a
실시예7 3.2 846 752 845 16.8 85 1.5a
비교예1 3.5 914 812 895 11.2 54 2.5a
비교예2 3.5 775 678 765 17.5 53 1.5a
비교예3 3.5 781 661 759 16.8 76 1.5a
비교예4 3.5 820 653 768 17.6 82 1.5a
비교예5 3.5 820 798 923 11.4 34 2.5a
비교예6 3.5 820 785 863 14.2 68 2.0a
표 3에서 알 수 있듯이, 본 발명의 각 실시예에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 횡방향 인장 강도는 ≥780MPa이고, 항복 강도는 ≥700MPa이고, 연신율은 A50≥15%이고, 천공홀 구멍 확장율은 ≥50%이다.
표 1을 결합하면 알 수 있듯이, 비교예 1에서는 Cr-0.5(Si+Al)가 0.2%≤Cr-0.5(Si+Al)≤0.42% 요건을 충족하지 못한다. 실시예 1과 비교할 경우, 이 둘은 동일한 공정 제도를 채택하나, 비교예 1 중 Si 함량이 비교적 높아 철감람석(2FeO-SiO2) 스케일이 형성되기 쉬워 제거하기 어려우며, 비교적 높은 등급 표면의 띠강을 획득하기 어렵다. 또한 표면의 적스케일은 제어하기 비교적 어려워 열간 압연 온도 측정 과정에서 정확한 측정이 어렵다. 따라서 제품 성능이 불안정해지고 철감람석(2FeO-SiO2)의 부위 강도가 너무 높고 연신율이 비교적 낮다. 표 1에서, 비교예 2에서 Cr-0.5(Si+Al)는 0.2%≤Cr-0.5(Si+Al)≤0.42%의 요건을 충족하지 못한다. 실시예 1과 비교하면, 이 둘은 동일한 공정 제도를 채택하나, 비교예 2는 베이나이트 조직의 변태에 유리하지 않다. 조직 중 대량의 다변형 페라이트 및 펄라이트는 강도의 향상 및 구멍 확장률의 향상에 도움이 되지 않는다. 표 1에서 비교예 3과 실시예 2를 비교하면, 비교예 3의 Ti 함량이 비교적 낮고 0.08%≤3.3Nb+Ti≤0.20%를 충족하지 않음을 발견할 수 있다. 이 둘은 동일한 공정 제도를 채택하나, 비교예 3은 결정립 미세화 작용이 비교적 작고 석출 강화 작용이 비교적 약해 인장 강도가 780MPa 이상에 도달할 수 없다.
그 외 표 2에서 알 수 있듯이, 비교예 4에서 가열 온도가 상대적으로 비교적 낮아 Ti와 Nb의 고용에 도움이 되지 않는다. 후속적인 냉각과 권취 과정에서 Nb와 Ti의 미세 탄화물 석출에 불리하며 강도 향상에 도움이 되지 않는다. 비교예 5는 비교적 낮은 권취 온도를 채택하며, 과냉각 조직에는 일정량의 마르텐사이트가 있을 수 있어 연신율과 구멍 확장률의 향상에 도움이 되지 않는다. 비교예 6은 비교적 큰 조질 압연량을 채택하며, 실시예 1에 비해 연신율이 3.4% 손실된다.
열간 압연의 상이한 표면 상태가 역학적 성능의 균일성에 미치는 영향을 비교한다. 실시예 4의 성분 및 공정을 채택하고, 상이한 디스케일링 압력을 설정함으로써, 상이한 표면 상태를 갖는 띠강을 획득한다. 여기에서 표면 처리 효과가 좋지 않을수록, 그 표면 거칠기가 클수록 대응하는 강도가 높아지고 연신율이 더 낮아진다.
표 4는 역학적 성능에 대한 상이한 표면 상태의 영향을 나열하였다. 그 외, 도 3 및 도 4는 각각 상이한 표면 상태의 형태를 나타낸 것이다. 여기에서 도 3은 표면이 우수한 띠강의 표면 스케일의 표면 형태이다. 도 4는 표면이 "NG1"인 띠강의 표면 스케일의 표면 형태이다.
두께/mm 디스케일링 압력/MPa 표면거칠기/㎛ Rp0.2/MPa Rm/MPa A50/%
표면우수 3.5 20 1.33 706 789 20.1
표면NG1 3.5 8 4.78 835 897 13.5
표면NG2 3.5 5 5.34 864 937 11.8
표면NG3 3.5 9 3.15 760 856 14.5
도 1은 실시예 1에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 금상학적 미세조직도이다.
도 2는 실시예 1에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 SEM 미세조직도이다.
도 1 및 도 2를 결합하면 알 수 있듯이, 본 발명에서 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 미세 조직은 페라이트+베이나이트이다. 미세 조직은 미세합금 석출물을 구비하며, 상기 미세합금 석출물은 (Ti, Nb)C 및 NbN이다.
도 5는 상이한 조질 압연 변형량 하에서 실시예 3에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 역학적 성능 변화도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 조질 압연량이 증가함에 따라 강도가 높아지는 경향이 있다.
상기 내용을 종합하면, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강은 우수한 구멍 확장성과 가소성 요건을 동시에 충족시킬 수 있다. 또한 종래에 사용하는 재료인 저합금 고강도강, 페라이트 마르텐사이트 이상조직강에 비해, 본 기술적 해결책의 구멍 확장성이 높은 복합조직강은 이상이 페라이트, 베이나이트이다. 따라서 경도차가 비교적 작아 우수한 구멍 확장성과 냉간 성형 성능을 갖는다. 그 외, 본 발명에 따른 제조 방법도 마찬가지로 상기의 장점 및 유익한 효과를 갖는다.
본 발명의 보호 범위 중 종래 기술의 부분은 본 출원 문서에 제공된 실시예에 제한되지 않음에 유의한다. 본 발명의 기술적 해결책과 모순되지 않는 모든 종래 기술은 선행 특허문헌, 선행 공보, 선행 공개 사용 등을 포함하나 이에 한정되지 않으며, 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.
그 외, 본 발명 중 각 기술적 특징의 조합 방식은 본 발명의 특허항에 기재된 조합 방식 또는 구체적인 실시예에 기재된 조합 방식에 한정되지 않는다. 본 발명에 기재된 모든 기술적 특징은 상호 모순이 없는 한 임의 방식으로 자유롭게 조합하거나 결합할 수 있다.
또한 상기에 나열한 실시예는 본 발명의 구체적인 실시예에 불과하다는 점에 유의한다. 물론, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속한 기술분야의 당업자는 본 발명에 개시된 내용으로부터 유사한 변경 또는 변형을 직접 도출하거나 용이하게 연상할 수 있으며, 이는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.

Claims (13)

  1. 구멍 확장성이 높은 복합조직강으로서,
    그 미세 조직은 페라이트+베이나이트이고, 상기 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 화학 원소 질량백분율은,
    C: 0.06 내지 0.09%, Si: 0.05 내지 0.5%, Al: 0.02 내지 0.1%, Mn: 1.5 내지 1.8%, Cr: 0.3 내지 0.6%, Nb≤0.03%, Ti: 0.05 내지 0.12%, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성이 높은 복합조직강.
  2. 제1항에 있어서,
    Nb 원소 함량은 0.015 내지 0.03%인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성이 높은 복합조직강.
  3. 제1항에 있어서,
    기타 불가피한 불순물 중 P≤0.03%, S≤0.02%, N≤0.005%인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성이 높은 복합조직강.
  4. 제1항에 있어서,
    그 화학 원소 질량백분율 함량은,
    0.2%≤Cr-0.5(Si+Al)≤0.42%; 및
    0.08%≤3.3Nb+Ti≤0.20%의 각 식 중 하나를 충족시켜야 하는 것을 특징으로 하는 구멍 확장성이 높은 복합조직강.
  5. 제1항에 있어서,
    그 미세 조직은 미세합금 석출물을 구비하고, 상기 미세합금 석출물은 (Ti, Nb)C 및 NbN을 포함하는 것을 특징으로 하는 구멍 확장성이 높은 복합조직강.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    그 인장 강도와 화학 원소 질량백분율 함량은,
    인장 강도 Rm=343+789×C+170×Si+132×Mn+195×Cr+843×(Nb+Ti)-207×Al를 충족하고, 여기에서 인장 강도 Rm 치수는 MPa인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성이 높은 복합조직강.
  7. 제6항에 있어서,
    그 횡방향 인장 강도는 ≥780MPa이고, 항복 강도는 ≥700MPa이고, 연신율은 A50≥15%이고, 천공홀 구멍 확장율은 ≥50%인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성이 높은 복합조직강.
  8. 제1항에 있어서,
    그 횡방향 인장 강도는 ≥800MPa이고, 항복 강도는 ≥730MPa이고, 연신율은 A50≥15%이고, 천공홀 구멍 확장율은 ≥70%인 것을 특징으로 하는 구멍 확장성이 높은 복합조직강.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 구멍 확장성이 높은 복합조직강의 제조 방법으로서,
    (1) 제련 및 주조 단계;
    (2) 가열 단계;
    (3) 열간 압연 단계 - 총 압하율은 ≥80%로 제어하고, 조압연이 재결정 영역에서 압연되도록 제어하고, 조압연 출구 온도는 1020 내지 1100℃이고, 마무리 압연 과정은 준정속도 압연 공정을 채택하고, 마무리 압연 속도는 6 내지 12m/s로 제어하고, 철강 압연 가속도는 ≤0.005m/s2로 제어하고, 최종 압연 온도는 840 내지 900℃로 제어함 - ;
    (4) 디스케일링 단계;
    (5) 층류 냉각 단계 - 완화 시간은 0 내지 8s로, 층류 냉각의 냉각 속도는 40 내지 70℃/s로 제어함 - ;
    (6) 권취 단계;
    (7) 조질 압연 단계; 및
    (8) 산세척 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 단계 (2)에 있어서, 가열 온도는 1200 내지 1260℃인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 단계 (4)에 있어서, 디스케일링 압력은 15 내지 35MPa로 제어하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 단계 (6)에 있어서, 권취 온도는 480 내지 560℃인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 단계 (7)에 있어서, 조질 압연력은 100 내지 800톤으로 제어하고, 조질 압연 연신율은 ≤1.5%를 충족하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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