KR20220128659A - 고강도 냉간압연 합금화용융아연도금 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판으로서, 중량% 로, C 0.15~0.25%, Mn 2.4~3.5%, Si 0.30~0.90%, Cr 0.30~0.70%, Mo 0.05~0.35%, Al 0.001~0.09%, Ti 0.01~0.06, B 0.0010~0.0040%, Nb 0.01~0.05%, P≤0.020%, S≤0.010% 및 N≤0.008% 을 포함하는 조성을 갖고, 조성의 잔부가 철 및 제련으로 인한 불가피한 불순물이며, 상기 강판은, 표면 분율로, 80% 내지 90% 의 마르텐사이트, 잔부인 페라이트 및 베이나이트로 이루어진 미세조직을 갖는, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판에 관한 것이다.

Description

고강도 냉간압연 합금화용융아연도금 강판 및 그 제조 방법

본 발명은 고강도 냉간압연 합금화용융아연도금 강판 및 그러한 강판의 제조 방법에 관한 것이다.

CO₂ 배출을 줄이기 위해 차량의 중량을 감소시키는 것이 자동차 산업에서 주요한 도전이다. 이러한 중량 절감은 안전 요건과 결합되어야 한다. 이러한 요건을 충족시키기 위해, 1450 MPa 보다 높은 인장 강도를 갖는 초고강도 강의 증가된 요구는 제강 산업으로 하여금 지속적으로 새로운 그레이드를 개발하게 하였다.

이러한 강은 보통 내식성과 같은 특성을 향상시키는 금속 코팅으로 코팅된다. 금속 코팅은 강판의 어닐링 후에 용융아연도금 (hot-dip galvanizing) 에 의해 디포짓팅될 수 있다. 개선된 스폿 용접성을 얻기 위해, 용융도금에 이어서 합금화 처리를 수행하여 합금화용융아연도금 강판 (galvannealed steel sheet) 을 얻을 수 있고, 따라서 강판의 철이 아연 코팅을 향해 확산되어 강판 상에 아연-철 합금을 얻을 수 있다.

공보 WO2019188190 은 1470 MPa 보다 높은 인장 강도를 갖는, 고강도 아연도금 또는 합금화용융아연도금 강판에 관한 것이다. 이러한 수준의 인장 강도를 수득하기 위해, 강판의 탄소 함량은 0.200 중량% 내지 0.280 중량% 이고, 이는 강판의 용접성을 감소시킬 수 있다. 또한, 페라이트 및 베이나이트 (펄라이트를 갖는 이 둘의 합의 총량이 2% 미만) 의 형성이 회피되어 양호한 수준의 인장 강도를 보장한다. 그렇게 하기 위해, 냉간압연 후의 소킹 단계가 Ac3 초과의 온도에서 수행되어야 한다.

공보 WO2016199922 는 1470 MPa 보다 높은 인장 강도를 갖는 고강도 합금화용융아연도금 강판에 관한 것이다. 0.25% 내지 0.70% 의 높은 양의 탄소는 이러한 높은 수준의 인장 강도를 얻을 수 있게 한다. 하지만, 강판의 용접성이 감소될 수 있다. 합금화 단계 후, 강판은 냉각 종료 시에 10% 초과의 잔류 오스테나이트를 수득하기 위해 제어된 방식으로 냉각되어야 한다. 이러한 냉각 단계 후, 원하는 최종 미세조직: 10% 내지 60% 의 잔류 오스테나이트, 5% 미만의 고온 템퍼드 마르텐사이트, 5% 미만의 저온 템퍼드 마르텐사이트, 10% 미만의 프레시 마르텐사이트, 15% 미만의 페라이트, 10% 미만의 펄라이트, 잔부인 베이나이트를 수득하기 위해, 합금화용융아연도금 강판에 템퍼링 단계를 수행하여, 템퍼드 마르텐사이트를 수득하고, 베이나이트 변태를 촉진하고, 탄소를 잔류 오스테나이트에 농축되게 한다. 이러한 제어된 냉각 및 템퍼링 단계들은 제조 프로세스를 복잡하게 한다.

그러므로, 본 발명의 목적은 상기한 문제를 해결하고 인장 강도가 1450 MPa 이상이고 종래의 프로세스 루트에서 용이하게 처리 가능한 합금화용융아연도금 강판을 제공하는 것이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 항복 강도 YS 는 1050 MPa 이상이다.

본 발명의 목적은 청구항 1 에 따른 강판을 제공함으로써 달성된다. 강판은 청구항 2 내지 5 중 어느 하나의 특징을 또한 포함할 수 있다. 다른 목적은 청구항 6 에 따른 방법을 제공함으로써 달성된다. 방법은 청구항 7 내지 8 중 어느 하나의 특징을 또한 포함할 수 있다.

이제, 제한을 도입함이 없이 본 발명을 상세하게 설명하고 예로써 보여줄 것이다.

이하에서, Ac3 는 온도로서, 이 온도 초과에서 미세조직이 완전히 오스테나이트인 온도를 나타내고, Ac1 은 온도로서, 이 온도 초과에서 오스테나이트가 형성되기 시작하는 온도를 나타낸다.

이제, 본 발명에 따른 강의 조성을 설명하며, 함량은 중량% 로 표현된다.

탄소 함량은 만족스러운 강도를 확보하기 위해 0.15% 내지 0.25% 이다. 탄소 함량이 너무 높으면, 강판의 용접성이 불충분하다. 0.15% 미만의 탄소 함량 수준은 충분한 인장 강도를 달성할 수 없게 한다.

망간 함량은 만족스러운 강도를 확보하고 베이나이트 변태를 제한하기 위해 2.4% 내지 3.5% 이다. 3.5% 초과로 첨가하면, 중심 편석 위험이 증가하여 연성을 손상시킨다. 오스테나이트를 안정화시키고 강판의 강도 및 경화능을 제공하기 위해 적어도 2.4% 의 망간의 양이 필수적이다. 바람직하게는, 망간 함량은 2.5% 내지 3.2% 이다.

본 발명에 따르면, 규소 함량은 0.30% 내지 0.90% 이다. 규소는 고용체 경화에 참여하는 원소이다. 적어도 0.30% 의 규소 첨가는 페라이트 및 베이나이트의 충분한 경화를 얻을 수 있게 한다. 0.90% 초과에서, 표면에 산화 규소가 형성되고, 이는 강의 코팅성을 손상시킨다. 더욱이, 규소는 용접성을 손상시킬 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 규소 함량은 0.30% 내지 0.70% 이다. 다른 바람직한 실시형태에서, 규소 함량은 0.30% 내지 0.50% 이다.

본 발명에 따르면, 크롬 함량은 0.30% 내지 0.70% 이다. 크롬은 고용체 경화에 참여하는 원소이다. 0.30% 미만의 크롬 함량 수준은 충분한 인장 강도를 달성할 수 없게 한다. 크롬 함량은 만족스러운 파단 연신율을 얻고 비용을 제한하기 위해 0.70% 이하여야 한다.

본 발명에 따르면, 몰리브덴 함량은 0.05% 내지 0.35% 이다. 적어도 0.05% 의 몰리브덴 첨가는 강의 경화성을 향상시키고, 용융도금 전 및 동안 베이나이트 변태를 제한한다. 0.35% 초과의 몰리브덴 첨가는 비용이 많이 들고, 요구되는 특성의 관점에서 비효과적이다. 바람직하게는, 몰리브덴 함량은 0.05% 내지 0.20% 이다.

본 발명에 따르면, 정교화 (elaboration) 동안 액상의 강을 탈산시키는 데 매우 효과적인 원소이므로, 알루미늄 함량은 0.001% 내지 0.09% 이다. 알루미늄 함량은 임계간 소킹 후 냉각 동안 페라이트 형성 및 산화 문제를 피하기 위해 0.09% 미만이다. 바람직하게는, 알루미늄 함량은 0.001% 내지 0.06% 이다.

석출 강화를 제공하고 BN 의 형성에 대해 붕소를 보호하기 위해, 티타늄이 0.01% 내지 0.06% 의 양으로 첨가된다.

본 발명에 따르면, 붕소 함량은 0.0010% 내지 0.0040% 이다. 몰리브덴처럼 붕소는 강의 경화성을 향상시킨다.

연속 주조 동안 슬래브 파괴 위험을 피하기 위해, 붕소 함량은 0.0040% 미만이다. 열간압연 동안 오스테나이트 결정립을 미세화하고 석출 강화를 제공하기 위해, 니오븀이 0.01% 내지 0.05% 로 첨가된다.

강의 조성의 잔부는 철 및 제련으로 인한 불순물이다. 이 점에서, P, S 및 N 은 적어도 불가피한 불순물인 잔류 원소로서 간주된다. S 함량은 0.010 % 미만, P 함량은 0.020 % 미만, N 함량은 0.008 % 미만이다.

이제, 본 발명에 따른 냉간압연 합금화용융아연도금 강판의 미세조직을 설명한다.

냉간압연 후, 냉간압연 강판을 소킹 온도 T_soak 로 가열하고, 유지 시간 t_soak 동안 상기 온도에서 유지하며, 둘 모두는 이러한 임계간 소킹의 종료 시에, 85% 내지 95% 의 오스테나이트 및 5% 내지 15% 의 페라이트로 이루어진 미세조직을 갖는 강판을 수득하도록 선택된다.

오스테나이트의 일부는 용융도금 동안, 임계간 소킹 후 냉각 후에 베이나이트로 변태된다.

합금화용융아연도금 단계 후, 실온에서 냉각 단계 동안, 오스테나이트는 마르텐사이트로 변태한다. 냉간압연 합금화용융아연도금 강판은 표면분율로 80% 내지 90% 의 마르텐사이트, 잔부인 페라이트 및 베이나이트로 이루어진 최종 미세조직을 갖는다.

이러한 80% 내지 90% 의 마르텐사이트는 양호한 수준의 인장 강도를 보장한다. 이 마르텐사이트는 오토 템퍼드 마르텐사이트 및 프레시 마르텐사이트를 포함한다.

합금화용융아연도금 단계가 성공적임을 보장하기 위해, 페라이트와 베이나이트의 합계는 10% 내지 20% 이다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 페라이트는 5% 이상이다. 본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 베이나이트는 5% 이상이다.

본 발명에 따른 냉간압연 합금화용융아연도금 강판은 1450 MPa 이상의 인장 강도 TS 를 갖는다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 항복 강도 YS 는 1050 MPa 이상이다. TS 및 YS 는 ISO 표준 ISO 6892-1 에 따라 측정된다.

본 발명에 따른 강판은 임의의 적절한 제조 방법에 의해 제조될 수 있고, 당업자는 이를 규정할 수 있다. 그렇지만, 이하의 단계들을 포함하는 본 발명에 따른 방법을 사용하는 것이 바람직하다:

전술한 강 조성을 갖는, 추가로 열간압연될 수 있는 반제품이 제공된다. 열간압연을 용이하게 하기 위하여, 반제품은 1150℃ 내지 1300℃ 의 온도로 가열되며, 최종 열간압연 온도 FRT 는 850℃ 내지 950℃ 이다.

그 다음, 열간압연 강은 냉각되고, 250℃ 내지 650℃ 의 온도 Tcoil 에서 코일링된다.

코일링 후에, 강판은 산화를 제거하기 위해 산세될 수 있다.

냉간압연성을 향상시키기 위해, 강판은 500℃ 내지 650℃ 의 어닐링 온도 T_A 로 어닐링되고, 유지 시간 t_A 동안 상기 온도 T_A 에서 유지된다.

어닐링 후에, 강판은 산화를 제거하기 위해 산세될 수 있다.

이어서, 강판을 20% 내지 80% 의 압하율로 냉간압연하여, 예를 들어 0.7 mm 내지 3 mm, 또는 더 양호하게는 0.8 mm 내지 2 mm 일 수 있는 두께를 갖는 냉간압연 강판을 수득한다. 냉간 압하율은 바람직하게는 20% 내지 80% 이다. 20$ 미만에서, 후속 열처리 동안의 재결정이 바람직하지 않고, 이는 냉간압연 합금화용융아연도금 강판의 연성을 손상시킬 수 있다. 80% 초과에서는, 냉간압연 동안 변형에 요구되는 힘이 너무 높을 것이다.

이어서, 냉간압연 강판을 Ac1 내지 Ac3 의 소킹 온도 T_soak 로 재가열하고, 30s 내지 200s 의 유지 시간 t_soak 동안 상기 T_soak 에서 유지하여, 이러한 임계간 소킹의 종료 시에, 85% 내지 95% 의 오스테나이트 및 5% 내지 15% 의 페라이트를 포함하는 미세조직을 얻는다.

이어서, 냉간압연 강판을 440℃ 내지 480℃ 의 온도로 냉각시켜, 강판이 코팅 욕에 가까운 온도에 도달하게 한 후, 450℃ 내지 480℃ 의 온도 T_Zn 의 아연 욕에서 연속 침지에 의해 코팅한다. 이어서, 용융도금 강판을 510℃ 내지 550℃ 의 합금화용융아연도금 온도 T_GA 로 재가열하고, 10s 내지 30s 의 유지 시간 t_GA 동안 상기 온도 T_GA 에서 유지한다.

이어서, 강판을 실온까지 냉각시켜 냉간압연 합금화용융아연도금 강판을 얻는다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 열간압연 강판의 어닐링 단계는 500℃ 내지 650℃ 의 열처리 온도 T_A 에서 불활성 분위기에서 배치(batch)로 수행되고, 1800s 내지 36000s 의 유지 시간 t_A 동안 상기 온도 T_A 에서 유지된다.

본 발명의 다른 바람직한 실시형태에서, 열간압연 강판의 어닐링 단계는 550℃ 내지 650℃ 의 열처리 온도 T_A 에서 연속 어닐링에 의해 수행되고, 30s 내지 100s 의 유지 시간 t_A 동안 상기 온도 T_A 에서 유지된다.

이제, 절대 제한적이지 않은 이하의 예에 의해 본 발명을 설명한다.

예

2 개의 그레이드 (그 조성은 표 1 에 수집되어 있음) 가 반제품으로 주조되었고, 표 2 에 수집된 공정 파라미터를 따라 강판으로 가공되었다.

표 1 - 조성

시험된 조성은 아래의 표에 수집되어 있고, 원소 함량은 중량% 로 표현된다:

강 A 는 본 발명에 따른 것이다. 강 B 는 본 발명 외이다.

밑줄 친 값: 본 발명에 해당하지 않음

주어진 강에 대해, Ac1 및 Ac3 은 팽창계 시험 및 금속조직 분석을 통해 측정된다.

표 2 - 공정 파라미터

주조된 채의 강 반제품을 1200℃ 로 재가열하고, 910℃ 의 마무리 압연 온도 FRT 로 열간압연하고, 550℃ 의 온도 T_coil 에서 코일링하였다. 일부 강판을 먼저 600℃ 의 온도 T_A 로 어닐링하고, 유지 시간 t_A 동안 상기 온도 T_A 에서 유지한 후, 산세한다. 이어서, 강판을 45% 의 압하율로 냉간압연한다. 냉간압연 강판을 소킹 온도 T_soak 로 재가열하고, t_soak 동안 상기 온도에서 유지하고, 460℃ 의 온도 T_Zn 의 아연 욕에서 용융도금에 의해 코팅하고, 이어서 510℃ 내지 550℃ 의 합금화용융아연도금 온도 T_GA 로 합금화용융아연도금하고 20s 의 t_GA 동안 상기 온도에서 유지한다. 다음의 특정 조건이 적용되었다:

냉간압연 강판을 소킹 후 분석하였고, 해당 미세조직 엘리먼트들을 표 3 에 수집하였다.

표 3: 소킹 후 냉간압연 강판의 미세조직

소킹 종료 시에 이 미세조직을 정량화하기 위해, 강판을 소킹 후에 켄칭하여 오스테나이트 100% 를 마르텐사이트로 변태시키며, 오스테나이트는 실온에서 불안정하다. 따라서, 마르텐사이트 양은 소킹 종료 시에 오스테나이트 양에 대응한다. 그리고, 이미지 분석을 통해 마르텐사이트 및 페라이트 양을 정량화한다.

그리고, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판을 분석하였고, 해당 미세조직 엘리먼트들 및 특성들을 표 4 및 표 5 에 각각 수집하였다.

표 4: 냉간압연 합금화용융아연도금 강판의 미세조직

표면 분율은 다음의 방법을 통해 결정된다: 냉간압연 합금화용융아연도금 강판에서 시편을 잘라내어, 미세조직이 드러나도록 연마하고 시약 (Nital) 으로 에칭한다. 각 성분의 표면 분율은 광학 현미경을 통한 이미지 분석으로 결정된다: 마르텐사이트는 페라이트 및 베이나이트보다 더 어두운 콘트라스트를 갖는다. 베이나이트는 소킹 후 켄칭된 샘플과 합금화용융아연도금 후 냉각된 샘플의 마르텐사이트 분율들의 차이를 측정함으로써 정량화된다. 베이나이트는 이 베이나이트 안의 탄화물 덕분에 확인된다.

표 5: 냉간압연 합금화용융아연도금 강판의 특성

합금화용융아연도금 단계의 성공은 코팅 내 철의 양을 측정함으로써 확인된다. 코팅 내 철 함량이 7% 내지 12% 라면, 강은 합금화용융아연도금된다.

예들은 본 발명에 따른 강판, 즉 예 1 및 2 가 그들의 특정 조성 및 미세조직 덕분에 합금화용융아연도금이 성공한, 모든 목표 기계적 특성을 나타내는 것임을 보여준다. 80% 내지 90% 의 마르텐사이트 덕분에 기계적 특성이 보장된다. 총 10% 내지 20% 의 페라이트와 베이나이트의 존재 덕분에 합금화용융아연도금 단계가 보장된다.

시도 3 및 4 에서, 강 A 는 소킹 종료 시에 85% 내지 95% 의 오스테나이트 및 5% 내지 15% 의 페라이트를 보장하는 온도 T_soak 초과로 가열되어서, 너무 많은 오스테나이트를 형성하고 충분한 페라이트를 형성하지 않는다. 이는 용융도금 종료 시에 10% 미만의 페라이트와 베이나이트 합계의 형성을 초래하여, 합금화용융아연도금 단계를 방해한다.

시도 5 에서, 베이나이트 변태를 지연시키는 경화 원소인 몰리브덴의 부존재는 용융도금 종료 시에 25% 의 페라이트와 베이나이트의 합계의 형성을 초래한다. 그리고, 마지막 냉각 단계 동안 형성된 마르텐사이트가 80% 미만이고, 이는 낮은 값의 기계적 특성을 초래한다.

Claims (8)

1. 냉간압연 합금화용융아연도금 강판으로서, 중량% 로,
   C: 0.15 ~ 0.25%
   Mn: 2.4 ~ 3.5%
   Si: 0.30 ~ 0.90%
   Cr: 0.30 ~ 0.70%
   Mo: 0.05 ~ 0.35%
   Al: 0.001 ~ 0.09%
   Ti: 0.01 ~ 0.06%
   B: 0.0010 ~ 0.0040%
   Nb: 0.01 ~ 0.05%
   P ≤ 0.020%
   S ≤ 0.010%
   N ≤ 0.008%
   을 포함하는 화학 조성을 갖고,
   상기 조성의 잔부가 철 및 제련으로 인한 불가피한 불순물이며,
   상기 강판은, 표면 분율로,
   - 80% 내지 90% 의 마르텐사이트,
   - 잔부인 페라이트 및 베이나이트
   로 이루어진 미세조직을 갖는, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판.
2. 제 1 항에 있어서,
   페라이트가 5% 이상인, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판.
3. 제 1 항에 있어서,
   베이나이트가 5% 이상인, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   규소 함량이 0.30% 내지 0.70% 인, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   인장 강도가 1450 MPa 이상인, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판.
6. 이하의 연속적인 단계:
   - 강을 주조하여, 제 1 항에 따른 조성을 갖는 반제품을 수득하는 단계,
   - 슬래브를 1150℃ 내지 1300℃ 의 온도 T_reheat 로 재가열하는 단계,
   - 재가열된 슬래브를, 850℃ 내지 950℃ 의 최종 압연 온도로 열간압연하여, 열간압연 강판을 수득하는 단계,
   - 상기 강판을 250℃ 내지 650℃ 의 코일링 온도 T_coil 로 냉각시키는 단계,
   - 상기 온도 T_coil 에서 상기 강판을 코일링하여, 코일링된 강판을 수득하는 단계,
   - 상기 강판을 산세하는 단계,
   - 상기 강판을 500℃ 내지 650℃ 의 어닐링 온도 T_A 로 어닐링하고, 유지 시간 t_A 동안 상기 강판을 상기 온도 T_A 에서 유지하는 단계,
   - 선택적으로 상기 강판을 산세하는 단계,
   - 상기 열간압연 강판을 20% 내지 80% 의 압하율로 냉간압연하여, 냉간압연 강판을 수득하는 단계;
   - 상기 냉간압연 강판을 Ac1 내지 Ac3 의 소킹 온도 T_soak 로 가열하고, 30s 내지 200s 의 유지 시간 t_soak 동안 상기 강판을 상기 온도 T_soak 에서 유지하여, 85% 내지 95% 의 오스테나이트 및 5% 내지 15% 의 페라이트를 수득하는 단계,
   - 상기 강판을 440℃ 내지 480℃ 의 온도로 냉각시키는 단계,
   - 450℃ 내지 480℃ 의 온도 T_Zn 에서 아연 욕에의 연속 침지에 의해 상기 강판을 코팅하는 단계,
   - 상기 강판을 510℃ 내지 550℃ 의 합금화용융아연도금 온도 T_GA 로 재가열하고, 10s 내지 30s 의 유지 시간 t_GA 동안 상기 강판을 상기 온도 T_GA 에서 유지하는 단계,
   - 재가열된 상기 강판을 실온으로 냉각시켜, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판을 수득하는 단계
   를 포함하는, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판의 제조 방법.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 열간압연 강판의 상기 어닐링은 500℃ 내지 650℃ 의 열처리 온도 T_A 에서 불활성 분위기에서 배치(batch)로 수행되고, 어닐링 온도에서의 지속시간 t_A 이 1800s 내지 36000s 인, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판의 제조 방법.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 열간압연 강판의 상기 어닐링은 550℃ 내지 650℃ 의 열처리 온도 T_A 에서 연속 어닐링에 의해 수행되고, 어닐링 온도에서의 지속시간 t_A 이 30s 내지 100s 인, 냉간압연 합금화용융아연도금 강판의 제조 방법.