KR20220146419A - 열간 압연 강판 - Google Patents

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KR20220146419A
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고헤이 나카다
다케시 도요다
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

소정의 화학 조성을 갖고, 마이크로 조직이 면적률로 펄라이트: 90 내지 100％ 및 초석 페라이트: 0 내지 10％이고, 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 0.08 내지 0.30㎛이고, 펄라이트를 구성하는 시멘타이트 중 장축의 길이가 0.3㎛ 초과이며 또한 애스펙트비가 3.0 미만인 시멘타이트의 비율이 15％ 미만인 열간 압연 강판이 제공된다.

Description

열간 압연 강판
본 발명은, 열간 압연 강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 자동차 등의 구조 부재에 사용되는 열간 압연 강판이며, 고강도이면서 연성이 우수하고, 또한 펀칭 시의 보이드 생성 억제를 가능하게 하는 열간 압연 강판에 관한 것이다.
근년, 자동차 업계에서는, 연비 향상의 관점에서 차체의 경량화가 요구되고 있다. 한편, 충돌 안전성에 관한 규제의 강화에 의해, 차체 골격에 있어서의 보강 부품의 추가 등이 필요하게 되어, 중량의 증가로 이어지고 있다. 차체의 경량화와 충돌 안전성을 양립하기 위해서는, 사용하는 강판의 고강도화가 유효한 방법의 하나이며, 이러한 배경으로부터 고강도 강판의 개발이 진행되고 있다.
한편, 자동차 부재의 대부분은 프레스 성형에 의해 제작되어 있다. 일반적으로, 고강도화와 함께 강판의 성형성은 저하되고, 예를 들어, 연신율이나 구멍 확장률과 같은 연성 지표가 저하된다. 이들 연성 지표가 일정 이하이면 원하는 대로의 부재 형상으로 성형할 수 없으므로, 고강도 강판의 개발에 있어서는, 이들 기계적 특성을 일정 이상 담보하면서 고강도화를 도모하는 것이 중요한 과제로 되어 있다.
예를 들어, 강판의 연성 지표를 담보한 상태로 고강도화를 도모하기 위해, 종래 기술에 있어서, 강판의 조직 중에 펄라이트를 소정량 포함하는 것이 제안되어 있다.
특허문헌 1에서는, 성분 조성이, 질량％로, C: 0.4 내지 0.8％, Si: 0.8 내지 3.0％, Mn: 0.1 내지 0.6％를 포함하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 강 조직이, 전체 조직에 대한 면적률로, 펄라이트를 80％ 이상, 잔류 오스테나이트를 5％ 이상 포함함과 함께, 상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 0.5㎛ 이하이고, 방위차 15° 이상의 대각입계로 둘러싸인 페라이트의 유효 결정 입경이 20㎛ 이하이며, 또한 원 상당 직경 0.1㎛ 이상의 탄화물이 400㎛2당 5개 이하인 것을 특징으로 하는 고강도 고연성 강판이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 1에서는, 상기의 고강도 고연성 강판에 의하면, 펄라이트를 주요 조직으로 하면서, 그 라멜라 간격을 작게 하여 항복 강도(YS)를 높임과 함께, 유효 페라이트 입자를 미세화함으로써 신장 플랜지성(λ)을 높이고, 또한 잔류 오스테나이트를 분산시킴으로써 연신율(EL)을 높임으로써, 인장 강도(TS)가 980㎫ 이상에서, 항복비 YR(=YS/TS)이 0.8 이상, 인장 강도(TS)×연신율(EL)이 14000㎫ㆍ％ 이상에서, 신장 플랜지성(λ)이 35％ 이상을 확보할 수 있다고 기재되어 있다.
특허문헌 2에서는, 중량％로, C: 0.60 내지 1.20％, Si: 0.10 내지 0.35％, Mn: 0.10 내지 0.80％, P: 0보다는 크고 0.03％ 이하, 및 S: 0보다는 크고 0.03％ 이하를 포함하고, Ni: 0.25％ 이하(0을 포함함), Cr: 0.30％ 이하(0을 포함함), 및 Cu: 0.25％ 이하(0을 포함함) 중 어느 하나 이상을 포함하고, 잔부 Fe 및 그 밖의 불가피 불순물로 이루어지고, 또한 시멘타이트의 폭은 0보다 크고 0.2㎛ 이하이고, 상기 시멘타이트와 시멘타이트의 간격이 0보다는 크고 0.5㎛ 이하인 미세 펄라이트 조직을 갖는 것을 특징으로 하는 고탄소 열연 강판(열간 압연 강판)이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 미세 펄라이트 조직의 분율이 90％ 이상인 것이 기재되고, 또한 상기의 고탄소 열연 강판은, 미세 펄라이트 조직을 가지므로, 최종 제품에 내구성과 강도를 갖게 할 수 있다고 기재되어 있다.
특허문헌 3에서는, 성분 조성은, mass％로, C: 0.3 내지 0.85％, Si: 0.01 내지 0.5％, Mn: 0.1 내지 1.5％, P: 0.035％ 이하, S: 0.02％ 이하, Al: 0.08％ 이하, N: 0.01％ 이하, Cr: 2.0 내지 4.0％를 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 조직은, 압연 가공 펄라이트 조직으로 이루어지고, 소정의 식에 의해 산출되는 고용 C양의 비율이 50％ 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 강판이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 3에서는, 상기의 고강도 강판에 의하면, 굽힘 가공성이 우수하고, 인장 강도 1500㎫ 이상의 고강도화를 실현할 수 있다고 기재되어 있다.
특허문헌 4에서는, 소정의 화학 조성을 갖고, 금속 조직이, 면적률로, 펄라이트: 90 내지 100％, 의사 펄라이트: 0 내지 10％, 및 초석 페라이트: 0 내지 1％이며, 상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 0.20㎛ 이하이고, 상기 펄라이트의 평균 펄라이트 블록 직경이 20.0㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 열간 압연 강판이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 4에서는, 상기의 구성에 의하면, 인장 강도가 980㎫ 이상의 고강도이면서 연성, 구멍 확장성 및 펀칭성이 우수한 열간 압연 강판을 얻을 수 있다고 기재되어 있다. 특허문헌 4는, 본원의 우선일 후에 공개된 것이며, 공지된 선행 기술이 아니라 관련 기술에 상당하는 것이다.
일본 특허 공개 제2016-098414호 공보 일본 특허 공표 제2011-530659호 공보 일본 특허 공개 제2011-099132호 공보 국제 공개 제2020/179737호
펄라이트를 비교적 많이 포함하는 강판의 경우, 강판을 펀칭 가공 또는 전단 가공할 때, 펀칭 단부면 또는 전단 단부면에 있어서 탄화물 또는 탄화물과 모상의 계면을 기점으로 하여 미소한 보이드가 발생하기 쉬워진다. 이 보이드는, 펀칭 가공 또는 전단 가공 후의 강판의 성형성, 및/또는 내피로성을 열화시키는 원인이 된다. 따라서, 펄라이트를 비교적 많이 포함하는 강판을 이용하는 경우, 펀칭 가공 또는 전단 가공 후의 강판의 보이드 발생이 과제가 된다. 예를 들어, 특허문헌 4에서는, 펀칭성의 개선에 대하여 검토되어 있기는 하지만, 이러한 보이드의 발생을 억제한다는 관점에서는 반드시 충분한 검토가 이루어져 있지는 않다.
그래서, 본 발명은 신규의 구성에 의해, 고강도이면서 연성이 우수하고, 나아가 펀칭 시의 보이드 생성 억제에도 우수한 열간 압연 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해, 열간 압연 강판의 화학 조성 및 조직에 대하여 검토하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 열간 압연 강판의 조직을 우수한 강도-연성 밸런스를 갖는 펄라이트를 주체로 하고, 게다가 당해 펄라이트의 마이크로 조직을 적절하게 제어하는 것이 중요한 것을 알아냈다. 보다 구체적으로는, 본 발명자들은, 연성 저하의 원인이 되는 베이나이트, 마르텐사이트를 마이크로 조직에 포함시키지 않고, 그 대신에 펄라이트를 열간 압연 강판 중에 면적률로 90％ 이상 함유시킴으로써 연성을 담보하고, 게다가 펄라이트 분율 90％ 이상을 유지한 상태로 당해 펄라이트의 라멜라 간격을 미세화함으로써 연성을 손상시키지 않고 열간 압연 강판의 고강도화를 도모하고, 또한 펄라이트 중의 조대한 구상 시멘타이트의 비율을 저감함으로써 펀칭 시의 보이드 발생을 억제할 수 있는 것을 알아내고, 본 발명을 완성시켰다.
본 발명은, 상기의 지견에 기초하여 완성한 것이며, 구체적으로는 하기와 같다.
(1) 화학 조성이, 질량％로,
C: 0.30 내지 0.80％,
Si: 0.01 내지 0.50％,
Mn: 0.50 내지 2.00％,
P: 0.100％ 이하,
S: 0.0100％ 이하,
Al: 0.100％ 이하,
N: 0.0100％ 이하,
Cr: 0.30 내지 1.00％,
Ti: 0 내지 1.00％,
Nb: 0 내지 0.10％,
V: 0 내지 1.00％,
Cu: 0 내지 1.00％,
Ni: 0 내지 2.00％,
Mo: 0 내지 0.40％,
B: 0 내지 0.0100％,
Ca: 0 내지 0.0050％,
REM: 0 내지 0.005％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물이며,
마이크로 조직이, 면적률로,
펄라이트: 90 내지 100％, 및
초석 페라이트: 0 내지 10％이고,
상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 0.08 내지 0.30㎛이고,
상기 펄라이트를 구성하는 시멘타이트 중 장축의 길이가 0.3㎛ 초과이며 또한 애스펙트비가 3.0 미만인 시멘타이트의 비율이 15％ 미만인 것을 특징으로 하는, 열간 압연 강판.
(2) 상기 화학 조성이, 질량％로,
Ti: 0.01 내지 1.00％,
Nb: 0.01 내지 0.10％,
V: 0.01 내지 1.00％,
Cu: 0.01 내지 1.00％,
Ni: 0.10 내지 2.00％,
Mo: 0.01 내지 0.40％,
B: 0.0005 내지 0.0100％,
Ca: 0.0005 내지 0.0050％, 및
REM: 0.0005 내지 0.005％
로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 열간 압연 강판.
(3) 인장 강도가 780㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 열간 압연 강판.
본 발명에 따르면, 인장 강도가 780㎫ 이상인 고강도이면서 연성이 우수하고, 펀칭 시의 보이드 생성 억제를 가능하게 하는 열간 압연 강판을 얻을 수 있다.
도 1의 (a)는 실시예에 대응하는 열간 압연 강판의 대표적인 마이크로 조직을 도시하는 도면이며, (b)는 비교예에 대응하는 열간 압연 강판에 있어서의 펀칭 후의 보이드 발생을 도시하는 도면이다.
<열간 압연 강판>
본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판은, 질량％로,
C: 0.30 내지 0.80％,
Si: 0.01 내지 0.50％,
Mn: 0.50 내지 2.00％,
P: 0.100％ 이하,
S: 0.0100％ 이하,
Al: 0.100％ 이하,
N: 0.0100％ 이하,
Cr: 0.30 내지 1.00％,
Cr: 0.30 내지 1.00％,
Ti: 0 내지 1.00％,
Nb: 0 내지 0.10％,
V: 0 내지 1.00％,
Cu: 0 내지 1.00％,
Ni: 0 내지 2.00％,
Mo: 0 내지 0.40％,
B: 0 내지 0.0100％,
Ca: 0 내지 0.0050％,
REM: 0 내지 0.005％, 그리고
잔부: Fe 및 불순물이며,
마이크로 조직이, 면적률로,
펄라이트: 90 내지 100％, 및
초석 페라이트: 0 내지 10％이고,
상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 0.08 내지 0.30㎛이고,
상기 펄라이트를 구성하는 시멘타이트 중 장축의 길이가 0.3㎛ 초과이며 또한 애스펙트비가 3.0 미만인 시멘타이트의 비율이 15％ 미만인 것을 특징으로 하고 있다.
먼저, 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판 및 그 제조에 사용하는 슬래브의 화학 조성에 대해서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 열간 압연 강판 및 슬래브에 포함되는 각 원소의 함유량의 단위인 「％」는, 특별히 언급이 없는 한 「질량％」를 의미한다.
[C: 0.30 내지 0.80％]
C는, 열간 압연 강판의 강도 확보를 위해 필수적인 원소이다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해, C 함유량은 0.30％ 이상으로 한다. C 함유량은 0.35％ 이상, 0.36％ 이상, 0.37％ 이상, 0.40％ 이상, 0.45％ 이상 또는 0.50％ 이상이어도 된다. 한편, C를 과도하게 함유하면, 시멘타이트가 석출되어, 충분한 펄라이트 분율이 얻어지지 않는 경우가 있거나 또는 연성이나 용접성이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에, C 함유량은 0.80％ 이하로 한다. C 함유량은 0.77％ 이하, 0.75％ 이하, 0.70％ 이하 또는 0.65％ 이하여도 된다.
[Si: 0.01 내지 0.50％]
Si는, 강의 탈산을 위해 사용되는 원소이다. 그러나, Si 함유량이 과잉이면 화성 처리성이 저하됨과 함께, 강판의 마이크로 조직에 오스테나이트가 잔류됨으로써 강판의 펀칭성이 악화된다. 그 때문에, Si 함유량은 0.01 내지 0.50％로 한다. Si 함유량은 0.05％ 이상, 0.10％ 이상 혹은 0.15％ 이상이어도 되고, 및/또는 0.45％ 이하, 0.40％ 이하 혹은 0.35％ 이하여도 된다.
[Mn: 0.50 내지 2.00％]
Mn은, 강의 상변태를 지연시켜, 냉각 도중에 상변태가 발생하는 것을 방지하기 위해 유효한 원소이다. 그러나, Mn 함유량이 과잉이 되면 마이크로 편석 또는 매크로 편석이 일어나기 쉬워져, 구멍 확장성을 열화시킨다. 그 때문에, Mn 함유량은 0.50 내지 2.00％로 한다. Mn 함유량은 0.60％ 이상, 0.70％ 이상 혹은 0.90％ 이상이어도 되고, 및/또는 1.90％ 이하, 1.70％ 이하 혹은 1.50％ 이하여도 된다.
[P: 0.100％ 이하]
P 함유량은 낮을수록 바람직하고, 과잉이면, 성형성이나 용접성에 악영향을 미침과 함께, 피로 특성도 저하시키므로, 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.050％ 이하, 보다 바람직하게는 0.040％ 이하 또는 0.030％ 이하이다. P 함유량은 0％여도 되지만, 과잉의 저감은 비용 상승을 초래하므로, 바람직하게는 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
[S: 0.0100％ 이하]
S는, MnS를 형성하여 파괴의 기점으로서 작용하여, 강판의 구멍 확장성을 현저하게 저하시킨다. 그 때문에, S 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. S 함유량은 0.0090％ 이하인 것이 바람직하고, 0.0070％ 이하 또는 0.0060％ 이하인 것이 보다 바람직하다. S 함유량은 0％여도 되지만, 과잉의 저감은 비용 상승을 초래하므로, 바람직하게는 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
[Al: 0.100％ 이하]
Al은, 강의 탈산을 위해 사용되는 원소이다. 그러나, Al 함유량이 과잉이면 개재물이 증가하여, 강판의 가공성을 열화시킨다. 그 때문에, Al 함유량은 0.100％ 이하로 한다. Al 함유량은 0％여도 되지만, 0.001％ 이상 또는 0.003％ 이상인 것이 바람직하다. 한편, Al 함유량은 0.070％ 이하, 0.050％ 이하 또는 0.040％ 이하여도 된다.
[N: 0.0100％ 이하]
N은, 강 중의 Al과 결부되어 AlN을 형성하고, 피닝 효과에 의해 펄라이트 블록 직경의 대경화를 저해함으로써 강의 인성을 향상시킨다. 그러나, N 함유량이 과잉이 되면 그 효과는 포화되고, 오히려 인성 저하를 야기한다. 그 때문에, N 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. N 함유량은 0.0090％ 이하 또는 0.0070％ 이하인 것이 바람직하다. 이러한 관점에서는 N 함유량의 하한을 마련할 필요는 없고 0％여도 되지만, N 함유량을 0.0010％ 미만으로 저감하기 위해서는 제강 비용이 늘어난다. 그 때문에, N 함유량은 0.0010％ 이상인 것이 바람직하다.
[Cr: 0.30 내지 1.00％]
Cr은, 펄라이트의 라멜라 간격을 미세화시키는 효과를 갖고, 이에 의해 강판의 강도를 담보할 수 있다. 또한, Cr은 시멘타이트의 구상화를 억제하는 효과를 가져, 권취 후의 강판의 시멘타이트의 구상화를 억제할 수 있다. 따라서, 펄라이트 중의 조대한 구상 시멘타이트의 비율을 저감하여 펀칭 시의 보이드 발생을 억제하기 위해, Cr을 일정 이상 함유시킬 필요가 있다. 이 때문에, Cr 함유량의 하한을 0.30％, 바람직하게는 0.40％, 보다 바람직하게는 0.45％ 또는 0.50％로 한다. 또한, Cr은 시멘타이트를 안정화시킨다는 점에서, Cr을 함유함으로써 펄라이트의 생성 영역을 저탄소측으로 확장시킬 수 있다. 이 때문에, Cr을 적절한 양, 즉 0.30％ 이상의 양에 있어서 함유함으로써, 비교적 낮은 C 함유량의 경우라도 90％ 이상의 펄라이트 분율을 달성하는 것이 가능해진다. 한편, Cr을 과잉으로 첨가함으로써 펄라이트 변태가 지연되고, 베이나이트나 마르텐사이트와 같은 경질 조직이 발생해 버려, 펄라이트 분율 90％ 이상으로 하는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 혹은 또한, Cr이 과잉이면, 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 너무 작아져, 인장 강도의 향상에 수반하여 연성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Cr 함유량의 상한을 1.00％, 바람직하게는 0.90％, 보다 바람직하게는 0.85％ 또는 0.80％로 한다.
본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판 및 그 제조에 사용하는 슬래브의 기본 성분 조성은 상기한 바와 같다. 또한 당해 열간 압연 강판 및 슬래브는, 필요에 따라서, 이하의 임의 원소를 함유하고 있어도 된다. 또한, 당해 임의 원소를 함유시키지 않는 경우의 함유량의 하한은 0％이다.
[Ti: 0 내지 1.00％]
[Nb: 0 내지 0.10％]
[V: 0 내지 1.00％]
Ti, Nb 및 V는, 탄화물 석출에 의해 강판 강도의 향상에 기여하는 원소이다. Ti, Nb 및 V 함유량은 0％여도 되지만, 상기 효과를 얻기 위해, 필요에 따라서 이들로부터 선택되는 1종을 단독으로, 또는 2종 이상을 복합하여 함유해도 된다. 그러나, 어느 원소도 과잉으로 함유하면, 다량의 탄화물이 생성되어, 강판의 인성을 저하시킨다. 그 때문에, Ti 함유량은 1.00％ 이하 또는 0.60％ 이하, Nb 함유량은 0.10％ 이하 또는 0.08％ 이하, V 함유량은 1.00％ 이하 또는 0.60％ 이하인 것이 바람직하다. 한편, 상기 효과를 충분히 얻기 위해서는, Ti, Nb 및 V 함유량의 하한값은, 어느 원소도 0.01％ 또는 0.05％인 것이 바람직하다.
[Cu: 0 내지 1.00％]
Cu는 강에 고용되어 인성을 손상시키지 않고 강도를 높일 수 있는 원소이다. Cu 함유량은 0％여도 되지만, 상기 효과를 얻기 위해, 필요에 따라서 함유해도 된다. 그러나, 그 함유량이 과잉이면 석출물의 증가에 의해 열간에서의 가공 시, 표면에 미소한 균열을 발생시키는 경우가 있다. 따라서, Cu 함유량은 1.00％ 이하 또는 0.60％ 이하인 것이 바람직하다. 상기 효과를 충분히 얻기 위해서는, Cu 함유량은 0.01％ 이상인 것이 바람직하고, 0.05％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
[Ni: 0 내지 2.00％]
Ni는 강에 고용되어 인성을 손상시키지 않고 강도를 높일 수 있는 원소이다. Ni 함유량은 0％여도 되지만, 상기 효과를 얻기 위해, 필요에 따라서 함유시켜도 된다. 그러나, Ni는 고가의 원소이며, 과잉 첨가는 비용의 상승을 초래한다. 따라서, Ni 함유량은 2.00％ 이하 또는 1.00％ 이하인 것이 바람직하다. 상기 효과를 충분히 얻기 위해서는, Ni 함유량은 0.10％ 이상인 것이 바람직하고, 0.20％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
[Mo: 0 내지 0.40％]
Mo는 강의 강도를 높이는 원소이다. Mo 함유량은 0％여도 되지만, 상기 효과를 얻기 위해, 필요에 따라서 함유시켜도 된다. 그러나, 그 함유량이 과잉이면, 강도 증가에 수반되는 인성의 저하가 현저해진다. 따라서, Mo의 함유량은 0.40％ 이하 또는 0.20％ 이하인 것이 바람직하다. 상기 효과를 충분히 얻기 위해서는, Mo 함유량은 0.01％ 이상인 것이 바람직하고, 0.05％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
[B: 0 내지 0.0100％]
B는, 입계에 편석되어, 입계 강도를 높이는 효과를 갖는다. B 함유량은 0％여도 되지만, 상기 효과를 얻기 위해, 필요에 따라서 함유해도 된다. 그러나, 그 함유량이 과잉이면, 효과가 포화되어 원료 비용이 늘어난다. 그 때문에, B 함유량은 0.0100％ 이하인 것이 바람직하다. B 함유량은 0.0080％ 이하 또는 0.0060％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 효과를 충분히 얻기 위해서는, B 함유량은 0.0005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0010％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
[Ca: 0 내지 0.0050％]
Ca는, 파괴의 기점이 되어 가공성을 열화시키는 원인이 되는 비금속 개재물의 형태를 제어하여, 가공성을 향상시키는 원소이다. Ca 함유량은 0％여도 되지만, 상기 효과를 얻기 위해, 필요에 따라서 함유해도 된다. 그러나, 그 함유량이 과잉이면 효과가 포화되어 원료 비용이 늘어난다. 그 때문에, Ca 함유량은 0.0050％ 이하인 것이 바람직하다. Ca 함유량은 0.0045％ 이하 또는 0.0040％ 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 효과를 충분히 얻기 위해서는, Ca 함유량은 0.0005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.0010％ 이상인 것이 보다 바람직하다.
[REM: 0 내지 0.005％]
REM은 미량 첨가에 의해 용접부의 인성을 향상시키는 원소이다. REM 함유량은 0％여도 되지만, 상기 효과를 얻기 위해, 필요에 따라서 함유시켜도 된다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 반대로 용접성은 악화된다. 그 때문에, REM 함유량은 0.005％ 이하 또는 0.004％ 이하인 것이 바람직하다. 상기 효과를 충분히 얻기 위해서는, REM 함유량은 0.0005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.001％ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, REM은 Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소의 총칭이며, REM의 함유량은 상기 원소의 합계량을 의미한다.
본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판에 있어서, 상술 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불순물로 이루어진다. 불순물이란, 원료로서의 광석, 스크랩 또는 제조 환경 등으로부터 혼입되는 것이며, 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판에 악영향을 미치지 않는 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
다음에, 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판의 조직의 한정 이유에 대해서 설명한다.
[펄라이트: 90 내지 100％]
강판의 마이크로 조직을 펄라이트가 주체인 조직으로 함으로써, 높은 강도를 유지하면서도 연성이 우수한 강판으로 하는 것이 가능해진다. 펄라이트가 면적률로 90％ 미만이면, 강도 혹은 연성을 확보할 수 없거나 및/또는 조직의 불균일성으로 인해 펀칭 시의 보이드 발생의 기점이 될 수 있는 페라이트-펄라이트 경계가 증가한다. 그 때문에, 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판의 마이크로 조직 중의 펄라이트는, 면적률로 90％ 이상으로 한다. 펄라이트는, 바람직하게는 95％ 이상, 96％ 이상, 97％ 이상, 98％ 이상 또는 99％ 이상이며, 100％여도 된다.
[초석 페라이트: 0 내지 10％]
펄라이트 이외의 잔부 조직은, 면적률로 0％여도 되지만, 잔부 조직이 존재하는 경우에는, 그것은 초석 페라이트로 한정한다. 따라서, 초석 페라이트는 면적률로 0 내지 10％로 한다. 잔부 조직을 초석 페라이트로 함으로써, 양호한 연성 및 펀칭성을 담보하는 것이 가능하다. 본 발명에 있어서, 「초석 페라이트」란, 열간 압연 후의 냉각 단계에 있어서 초정으로서 석출된 실질적으로 시멘타이트를 포함하지 않는, 즉 결정립 내의 시멘타이트의 분율이 면적률로 1％ 미만인 페라이트를 말하는 것이다. 또한, 초석 페라이트는, 예를 들어, 면적률로 5％ 이하, 4％ 이하, 3％ 이하, 2％ 이하 또는 1％ 이하여도 된다. 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판에 있어서는, 마이크로 조직 중에 잔류 오스테나이트, 초석 시멘타이트, 베이나이트 및 마르텐사이트가 존재하지 않거나 또는 실질적으로 존재하지 않는다. 「실질적으로 존재하지 않는다」란, 이들 조직의 면적률이 합계로도 0.5％ 미만인 것을 의미한다. 이러한 미소한 조직의 합계량을 정확하게 측정하는 것은 곤란하며, 또한 그 영향도 무시할 수 있다는 점에서, 이들 조직의 합계량이 0.5％ 미만이 되는 경우에는, 존재하지 않는 것이라고 판단하는 것이 가능하다. 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판은, C 함유량이 0.77％를 초과하는 과공석강의 범위를 포함하는 것이다. 일반적으로, 과공석강에서는, 성분이나 냉각 속도에 의존하여, 냉각 중에 일정 온도 범위 내에서 초석 시멘타이트가 생성될 가능성이 있다. 그러나, 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판과 같이 C 함유량이 0.8％를 초과하지 않는 범위라면, 초석 시멘타이트가 생성되는 온도 범위는 충분히 좁고, 또한 초석 시멘타이트의 생성이 느리므로, 냉각 중에 초석 시멘타이트가 생성되기 전에 강판의 온도가 초석 시멘타이트의 생성 온도 범위를 하회하게 되어, 초석 시멘타이트는 거의 생성되지 않는다. 예를 들어, 나중에 상세하게 설명하는 열간 압연 강판의 제조 방법에서는, 비교적 빠른 냉각 속도로 냉각 공정이 실시되고, 그 결과로서 초석 시멘타이트의 생성 온도 범위 내에서의 유지 시간이 짧아지므로, 가령 C 함유량이 비교적 높은 0.80％의 과공석 범위였다고 해도, 초석 시멘타이트는 생성되지 않거나 또는 거의 생성되지 않는다. 이 때문에, 초석 시멘타이트는, 면적률로 1％ 미만이다.
[펄라이트의 평균 라멜라 간격: 0.08 내지 0.30㎛]
펄라이트의 평균 라멜라 간격은, 강판의 강도와 강한 상관을 갖고, 평균 라멜라 간격이 작을수록 높은 강도가 얻어진다. 평균 라멜라 간격이 크면 인장 강도 780㎫ 이상의 강도가 얻어지지 않으므로, 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판에 있어서의 마이크로 조직 중의 펄라이트의 평균 라멜라 간격은 0.30㎛ 이하, 바람직하게는 0.25㎛ 이하 또는 0.20㎛ 이하로 한다. 또한, 평균 라멜라 간격이 너무 작으면, 인장 강도의 향상에 수반하여 연성이 저하되는 경우가 있다. 따라서, 펄라이트의 평균 라멜라 간격의 하한값을, 0.08㎛로 한다. 펄라이트의 평균 라멜라 간격의 하한값은, 바람직하게는 0.09㎛, 보다 바람직하게는 0.10㎛로 한다.
[펄라이트를 구성하는 시멘타이트 중 장축의 길이가 0.3㎛ 초과이며 또한 애스펙트비가 3.0 미만인 시멘타이트의 비율: 15％ 미만]
시멘타이트의 애스펙트비란, 관찰면에 현출된 시멘타이트의 장축의 길이를 단축의 길이로 나눈 값을 말한다. 또한, 장축의 길이가 0.3㎛ 초과이며 또한 애스펙트비가 3.0 미만인 시멘타이트를 여기서는 조대한 구상 시멘타이트라고 정의한다. 이러한 조대한 구상 시멘타이트는 강판 펀칭 시에 보이드 발생의 기점이 되는 것, 및 조대한 구상 시멘타이트의 전체 시멘타이트에 대한 비율을 일정 이하로 함으로써 강판 펀칭 시의 보이드 발생을 억제하는 효과가 얻어지는 것이 본 발명자들의 검토에 의해 판명되었다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 조대한 구상 시멘타이트는, 펄라이트 중의 전체 시멘타이트에 대한 비율로, 15％ 미만으로 하고, 바람직하게는 14％ 이하, 보다 바람직하게는 12％ 이하 또는 10％ 이하로 한다. 이 비율의 하한은 0％이지만, 1％ 또는 3％로 해도 된다. 또한, 상세는 후술하지만, 애스펙트비란, 화상 처리에 의해, 개개의 시멘타이트에 대해 타원체 근사 처리를 행하고, 당해 타원체의 장축의 길이와 단축의 길이의 비이다.
[펄라이트 및 잔부 조직의 인정 방법 및 측정 방법]
펄라이트 및 잔부 조직의 분율은 이하와 같이 하여 구한다. 먼저, 강판의 표면으로부터 판 두께의 1/4 또는 3/4의 위치로부터, 강판의 압연 방향 및 두께 방향과 평행한 단면이 관찰면이 되도록 시료를 채취한다. 계속해서, 당해 관찰면을 경면 연마하고, 피크랄 부식액으로 부식시킨 후, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 조직 관찰을 행한다. 측정 영역은 80㎛×150㎛의 면적, 즉 12,000㎛2의 면적으로 하고, 예를 들어 배율이 5000배 정도인 조직 사진으로부터 점산법을 사용하여 펄라이트의 면적률을 산출한다. 여기서, 페라이트의 결정 방위차가 15° 이상으로 되는 입계에 의해 둘러싸인 영역이며, 페라이트상과 시멘타이트상이 혼재하고, 시멘타이트의 형태가 층상 및/또는 구상인 영역을 펄라이트라고 인정한다. 따라서, 예를 들어, 펄라이트는, 페라이트상과 시멘타이트가 층상(라멜라상)으로 분산된 것에다가, 괴상으로 분산된 시멘타이트를 주체로 하는 조직, 보다 구체적으로는 이러한 괴상의 시멘타이트를 당해 조직 중의 시멘타이트 전량에 대하여 면적률로 50％ 초과 함유하는 조직도 포함하는 것이다. 후자의 괴상으로 분산된 시멘타이트를 주체로 하는 펄라이트는 적게, 전체 펄라이트의 10％ 이하로 해도 된다. 또한, 펄라이트 중의 시멘타이트는, 큰 것이라도 210㎚ 정도이며(평균적으로는 100㎚ 정도), 300㎚를 초과하는 것은 없다. 또한, 라스상의 결정립의 집합체이며, 라스의 내부에 긴 직경 20㎚ 이상의 철계 탄화물을 복수 갖고, 또한 그들 탄화물이 단일의 베리언트, 즉 동일한 방향으로 신장된 철계 탄화물군에 속하는 것을 베이나이트라고 인정한다. 또한, 괴상 또는 필름상의 철계 탄화물이며, 원 상당 직경이 300㎚ 이상인 영역을 초석 시멘타이트라고 인정한다. 펄라이트 조직에 있어서 관찰되는 개재물은 기본적으로 시멘타이트이며, 에너지 분산형 X선 분광기를 구비한 주사 전자 현미경(SEM-EDS) 등을 사용하여, 개개의 개재물을 시멘타이트 또는 철계 탄화물인 것을 동정할 필요는 없다. 시멘타이트 또는 철계 탄화물인 것에 의심스러운 부분이 발생한 경우만, 필요에 따라서, SEM 관찰과는 별도로, SEM-EDS 등을 사용하여 개재물을 분석하는 것이어도 된다. 초석 페라이트와 잔류 오스테나이트는 모두 내부에 시멘타이트의 면적 분율이 1％ 미만이고, 이러한 조직이 있으면 SEM에 의한 조직 관찰 후, 전자선 후방 산란 회절법(Electron Back Scatter Diffraction, EBSD)을 사용하여 분석하여, bcc 구조의 조직을 초석 페라이트라고 판정하고, fcc 구조의 조직을 잔류 오스테나이트라고 판정한다.
[평균 라멜라 간격의 측정 방법]
평균 라멜라 간격은 이하와 같이 하여 구한다. 먼저, 강판의 표면으로부터 판 두께의 1/4 또는 3/4의 위치로부터, 강판의 압연 방향 및 두께 방향과 평행한 단면이 관찰면이 되도록 시료를 채취한다. 계속해서, 당해 관찰면을 경면 연마하고, 피크랄 부식액으로 부식시킨 후, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 조직 관찰을 행한다. 측정 영역은 80㎛×150㎛ 즉 12,000㎛2(배율은 예를 들어 5000배)로 하고, 시멘타이트층이 조직 사진의 지면에 대하여 수직으로 가로지른 개소를 10개 이상 선택한다. 피크랄 부식액으로 부식시켜서 측정함으로써, 깊이 방향의 정보가 얻어지므로, 시멘타이트층을 수직으로 가로지른 개소를 알 수 있다. 그러한 개소를 10개 이상 선택하여 측정함으로써, 각각의 개소에서 라멜라 간격 S를 구하고, 그들의 평균을 취함으로써 평균 라멜라 간격으로 한다. 각 개소에서의 라멜라 간격의 측정 방법은 이하와 같이 한다. 먼저, 시멘타이트층을 10 내지 30개 가로지르도록 시멘타이트층에 대하여 수직으로 직선을 긋고, 그 직선의 길이를 L로 한다. 또한 그 직선이 가로지르는 시멘타이트층의 수를 N으로 한다. 이때, 당해 개소에서의 라멜라 간격 S는, S=L/N에 의해 구해진다. 평균 라멜라 간격의 측정에서는, 페라이트상과 시멘타이트가 층상(라멜라상)으로 분산된 펄라이트를 측정 대상으로 하는 것으로 하고, 괴상으로 분산된 시멘타이트를 주체로 하는 조직은 평균 라멜라 간격의 측정 대상으로는 하지 않는다.
[펄라이트를 구성하는 시멘타이트 중 장축의 길이가 0.3㎛ 초과이며 또한 애스펙트비가 3.0 미만인 시멘타이트의 비율 R의 측정 방법]
상기 R의 값은 이하와 같이 하여 구한다. 먼저, 강판의 표면으로부터 판 두께의 1/4 또는 3/4의 위치로부터, 강판의 압연 방향 및 두께 방향과 평행한 단면이 관찰면이 되도록 시료를 채취한다. 계속해서, 당해 관찰면을 경면 연마하고, 피크랄 부식액으로 부식시킨 후, 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 조직 관찰을 행한다. 측정 영역은 80㎛×150㎛, 즉 12,000㎛2(배율은 예를 들어 5000배)로 하고, 얻어진 화상을 2치화 처리하고, 암부를 페라이트, 명부를 시멘타이트로 한다. 이 중, 개개의 시멘타이트에 대하여, 화상 처리에 의해 타원체 근사를 행하고, 당해 타원체의 장축의 길이, 단축의 길이를 각각 개개의 시멘타이트의 장축의 길이, 단축의 길이라고 정의하고, 개개의 시멘타이트 애스펙트비를 이하의 식으로 정의한다.
[애스펙트비]=[장축의 길이]/[단축의 길이]
80㎛×150㎛의 1시야에 있어서, 상기의 방법으로 정의한 시멘타이트의 장축의 길이가 0.3㎛ 초과이며 또한 애스펙트비가 3.0 미만인 시멘타이트의 면적의 합계를 화상 처리에 의해 산출하고, 이것을 전체 시멘타이트의 합계 면적으로 나눈 것을 백분율로 표현한 값을 본 발명에서 규정하는 R의 값으로 한다.
[기계적 특성]
상기의 화학 조성 및 조직을 갖는 열간 압연 강판에 의하면, 높은 인장 강도, 구체적으로는 780㎫ 이상의 인장 강도를 달성할 수 있다. 인장 강도를 780㎫ 이상으로 하는 것은, 자동차에 있어서의 차체의 경량화의 요구를 충족시키기 위함이다. 인장 강도는, 바람직하게는 880㎫ 이상이며, 보다 바람직하게는 980㎫ 이상이다. 상한값에 대해서는 특별히 규정할 필요는 없지만, 예를 들어, 인장 강도는 1500㎫ 이하 또는 1400㎫ 이하여도 된다. 마찬가지로, 상기의 화학 조성 및 조직을 갖는 열간 압연 강판에 의하면, 높은 연성을 달성할 수 있고, 보다 구체적으로는 15％ 이상, 바람직하게는 17％ 이상, 보다 바람직하게는 20％ 이상의 전연신율을 달성할 수 있다. 상한값에 대해서는 특별히 규정할 필요는 없지만, 예를 들어, 전연신율은 40％ 이하 또는 30％ 이하여도 된다. 인장 강도 및 전연신율은, 열간 압연 강판의 압연 방향에 직각인 방향으로부터 JIS Z2241(2011)의 5호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z2241(2011)에 준거하여 인장 시험을 행함으로써 측정된다.
[판 두께]
본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판은, 일반적으로 1.0 내지 6.0㎜의 판 두께를 갖는다. 특별히 한정되지 않지만, 판 두께는 1.2㎜ 이상 혹은 2.0㎜ 이상이어도 되고, 및/또는 5.0㎜ 이하 혹은 4.0㎜ 이하여도 된다.
<열간 압연 강판의 제조 방법>
다음에, 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판의 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다. 이하의 설명은, 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판을 제조하기 위한 특징적인 방법의 예시를 의도하는 것이며, 당해 열간 압연 강판을 이하에 설명하는 바와 같은 제조 방법에 의해 제조되는 것에 한정하는 것을 의도하는 것은 아니다.
본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판의 바람직한 제조 방법은, 상기에서 설명한 화학 조성을 갖는 슬래브를 1150℃ 이상으로 가열하는 공정,
가열된 슬래브를 마무리 압연하는 것을 포함하는 열간 압연 공정이며, 상기 마무리 압연의 최종 패스 압하율이 20％ 이상이고 출측 온도 FT가 750 내지 850℃인 열간 압연 공정,
얻어진 강판을 마무리 압연 출측 온도로부터 하기에 나타내는 1차 냉각 종료 온도까지 40 내지 200℃/초의 평균 냉각 속도로 냉각하고(1차 냉각), 이어서 2 내지 20초 방랭하고, 10 내지 200℃/초의 평균 냉각 속도로 560℃ 이하의 온도까지 냉각(2차 냉각)하는 것을 포함하는 냉각 공정이며, 하기 식 1에서 계산되는 온도 Tc 또는 상기 출측 온도 FT-70℃ 중 낮은 쪽의 온도를 Ts로 한 경우에, 상기 1차 냉각 종료 온도가 Ts 내지 Ts+20℃의 범위 내에 있는 냉각 공정, 및
상기 강판을 권취 온도 400 내지 550℃에서 권취하는 공정
을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
Tc(℃)=412.7+411.9×[C]+21.0×[Si]+2.7×[Mn]+114.4×[Cr] … 식 1
여기서, [C], [Si], [Mn] 및 [Cr]은, 각 원소의 함유량[질량％]이다. 이하, 각 공정에 대해서 상세하게 설명한다.
[슬래브의 가열 공정]
먼저, 상기에서 설명한 화학 조성을 갖는 슬래브가 열간 압연 전에 가열된다. 슬래브의 가열 온도는, Ti 탄질화물 등을 충분히 재고용시키기 위해, 1150℃ 이상으로 한다. 상한값은 특별히 규정하지 않지만, 예를 들어, 1250℃여도 된다. 또한, 가열 시간은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 30분 이상이어도 되고, 및/또는 120분 이하여도 된다. 또한, 사용하는 슬래브는, 생산성의 관점에서 연속 주조법에 있어서 주조하는 것이 바람직하지만, 조괴법 또는 박 슬래브 주조법에 의해 제조해도 된다.
[열간 압연 공정]
(조압연)
본 방법에서는, 예를 들어, 가열된 슬래브에 대해, 판 두께 조정 등을 위해, 마무리 압연 전에 조압연을 실시해도 된다. 조압연은, 원하는 시트바 치수를 확보할 수 있으면 되고, 그 조건은 특별히 한정되지 않는다.
(마무리 압연)
가열된 슬래브 또는 그것에 더하여 필요에 따라서 조압연된 슬래브는, 다음에 마무리 압연이 실시되고, 당해 마무리 압연에 있어서의 최종 패스 압하율은 20％ 이상, 출측 온도 FT는 750 내지 850℃로 제어된다. 마무리 압연의 최종 패스 압하율이 20％ 미만, 및/또는 출측 온도 FT가 850℃ 초과이면, 냉각 중에 있어서의 오스테나이트 중의 가공 변형의 축적이 부족해져 버려, 펄라이트 변태가 지연되고, 권취 전에 펄라이트 변태를 완료하는 것이 곤란해져, 펄라이트 분율이 90％ 이상을 달성할 수 없다. 그 때문에, 마무리 압연에 있어서의 최종 패스 압하율은 20％ 이상, 바람직하게는 25％ 이상, 더욱 바람직하게는 30％ 이상으로 한다. 최종 패스 압하율의 상한값에 대해서는 특별히 규정할 필요는 없지만, 예를 들어, 최종 패스 압하율 50％ 이하여도 된다. 또한, 마찬가지로 90％ 이상의 펄라이트 분율을 달성하기 위해, 마무리 온도의 출측 온도 FT의 상한은 850℃, 바람직하게는 830℃, 더욱 바람직하게는 820℃로 한다. 이러한 관점에서는 Ar3점 이상이면 특별히 마무리 압연의 출측 온도 FT에 하한을 마련할 필요는 없지만, 저온으로 될수록 강판의 변형 저항이 증대되고, 압연기에 다대한 부담을 주어, 설비 트러블의 원인이 될 수 있다. 그 때문에, 마무리 압연의 출측 온도 FT의 하한을 750℃로 한다.
[냉각 공정]
마무리 압연 종료 후, 강판의 냉각을 행한다. 냉각 공정은 또한, 1차 냉각, 방랭(공랭), 및 2차 냉각으로 세분화된다.
(1차 냉각의 평균 냉각 속도: 40 내지 200℃/초)
냉각 공정에 있어서는, 상기의 마무리 압연의 출측 온도 FT로부터, 40℃/초 이상의 평균 냉각 속도로 1차 냉각 종료 온도까지 냉각한다. 상기 1차 냉각 종료 온도까지의 평균 냉각 속도가 40℃/초 미만이면, 초석 페라이트 및/또는 초석 시멘타이트가 많이 석출되어, 상기 펄라이트 분율의 목표값(90％ 이상)을 달성할 수 없게 될 우려가 있다. 평균 냉각 속도는 42℃/초 이상 또는 45℃/초 이상이어도 된다. 평균 냉각 속도는, 원하는 조직을 얻기 위해 200℃/초 이하로 하는 것이 바람직하고, 100℃/초 이하여도 된다. 또한, 1차 냉각 종료 온도는, 하기에서 설명하는 Ts 내지 Ts+20℃의 범위 내에서 적절히 선택할 수 있다.
(1차 냉각 종료 온도: Ts 내지 Ts+20℃)
상기 냉각은, 온도 Tc 또는 마무리 압연의 출측 온도 FT-70℃ 중 낮은 쪽의 온도를 Ts로 한 경우에, Ts 내지 Ts+20℃의 온도 범위 내에서 종료하는 것으로 한다. 여기서, Tc는 시멘타이트의 석출 온도이며, 하기의 식 1로 나타내어지는 것으로 한다.
Tc(℃)=412.7+411.9×[C]+21.0×[Si]+2.7×[Mn]+114.4×[Cr] … 식 1
여기서, [C], [Si], [Mn] 및 [Cr]은, 각 원소의 함유량[질량％]이다. 1차 냉각 종료 온도가 Ts보다도 낮은 경우, 펄라이트 변태가 지연되어, 후속하는 방랭 중에 펄라이트 변태가 발생하지 않는다. 그 결과, 펄라이트 분율 90％ 이상을 달성할 수 없게 되거나, 또는 권취 후에 펄라이트 변태가 발생하게 된다. 예를 들어, 550℃ 이하의 온도에서 권취 후에 펄라이트 변태가 진행되면, 이러한 저온 하에서 생성되는 펄라이트가 증가함으로써 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 0.08㎛보다도 작아지는 경우가 있다. 또한, 1차 냉각 종료 온도가 Ts+20℃보다도 높은 경우, 펄라이트 변태 전에 페라이트 변태가 발생하여 초석 페라이트가 비교적 많이 생성되므로, 마찬가지로 펄라이트 분율 90％ 이상을 달성할 수 없게 된다. 이 때문에, 1차 냉각 종료 온도를 상기한 바와 같이 지정한다.
(방랭 시간: 2 내지 20초)
상기 1차 냉각의 종료 후, 2 내지 20초간 방랭함으로써 조대한 구상 탄화물이 적은 펄라이트를 생성시킨다. 방랭 시간이 2초 미만 또는 0초이면, 냉각 공정에서 충분히 상변태(펄라이트 변태)가 진행되지 않아, 펄라이트 분율 90％ 이상을 달성할 수 없게 되거나, 또는 권취 후에 펄라이트 변태가 발생하게 된다. 예를 들어, 550℃ 이하의 온도에서 권취 후에 펄라이트 변태가 진행되면, 이러한 저온 하에서 생성되는 펄라이트가 증가함으로써 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 0.08㎛보다도 작아지는 경우가 있다. 따라서, 냉각 공정에 있어서 펄라이트 분율 90％ 이상의 상변태를 완료시키기 위해, 방랭 시간은 2초 이상, 바람직하게는 3초 이상, 더욱 바람직하게는 5초 이상으로 한다. 방랭 시간의 상한은 특별히 마련할 필요는 없지만, 생산성의 관점에서 방랭 시간의 상한을 20초로 한다. 방랭 시간의 상한은 15초여도 된다.
(2차 냉각)
상기의 방랭으로부터 하기의 권취 공정까지의 사이에 2차 냉각이 행해진다. 먼저 설명한 바와 같이 1차 냉각의 종료 후에 2초 이상 방랭함으로써, 펄라이트 분율 90％ 이상의 상변태를 완료시킬 수 있고, 또한 이하에서 설명하는 바와 같이 권취 온도를 550℃ 이하로 함으로써 시멘타이트의 구상화를 억제할 수 있다. 이 때문에, 냉각 공정에서의 2 내지 20초의 방랭과 권취 공정 사이의 냉각은, 10 내지 200℃/초의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것 이외에 특별히 제한은 없다. 2차 냉각의 평균 냉각 속도는 강판의 마이크로 조직에는 큰 영향을 주지는 않지만, 평균 냉각 속도가 높을수록 강판의 온도에 불균일이 발생하기 쉬워진다. 이 때문에, 2차 냉각의 평균 냉각 속도는 200℃/초 이하로 하고, 100℃/초 이하여도 된다. 생산성의 관점에서, 2차 냉각의 평균 냉각 속도는 10℃/초 이상으로 하고, 20℃/초 이상이어도 된다. 또한, 2차 냉각의 종료 온도는 권취 온도와 동일할 필요는 없고, 권취 온도를 제어하는 관점에서 560℃ 이하이면 된다. 2차 냉각 종료 온도의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 2차 냉각 종료 온도는 400℃ 이상이어도 된다. 2차 냉각의 종료 후 즉시 권취를 행해도 되고, 2차 냉각의 종료 후 권취까지의 사이, 방랭(공랭)으로 해도 된다.
[권취 공정]
냉각 공정 후, 냉각 중에 상변태가 일정 이상 완료된 강판을 권취한다. 권취 시의 강판의 온도는 400 내지 550℃로 한다. 권취 온도가 550℃ 초과인 경우, 그 후의 시멘타이트의 구상화ㆍ조대화가 발생하는 온도역에 있는 시간이 길어지므로, 냉각 중의 생성된 펄라이트 중의 층상 시멘타이트가 구상화되어 버려, 펀칭 시의 보이드 기점이 될 수 있는 조대한 구상 시멘타이트가 다수 발생해 버린다. 그 결과로서, 펄라이트를 구성하는 시멘타이트 중 장축의 길이가 0.3㎛ 초과이며 또한 애스펙트비가 3.0 미만인 시멘타이트의 비율이 15％ 미만인 특징을 충족하지 않는 조직이 형성되어 버리는 경우가 있다. 이 때문에, 권취 온도는 550℃ 이하로 하고, 540℃ 이하 또는 530℃ 이하여도 된다. 또한, 권취 온도가 400℃ 미만인 경우, 베이나이트나 마르텐사이트와 같은 경질 조직이 생성되므로, 강판의 연신율이 저하된다. 이 때문에, 권취 온도는 400℃ 이상으로 하고, 420℃ 이상 또는 440℃ 이상이어도 된다. 본 제조 방법에서는, 먼저 설명한 바와 같이, 1차 냉각 종료 후에 2 내지 20초간의 방랭에 의해 냉각 공정에 있어서 펄라이트 변태를 완료시키기 때문에, 권취 온도는 펄라이트의 평균 라멜라 간격에는 특별히 영향을 미치지 않는다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니다.
실시예
이하의 실시예에서는, 본 발명의 실시 형태에 관한 열간 압연 강판을 다양한 조건 하에서 제조하고, 얻어진 열간 압연 강판의 기계적 특성에 대해서 조사하였다.
먼저, 연속 주조법에 의해 표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 슬래브를 제조하였다. 이어서, 이들 슬래브로부터 표 2에 나타내는 가열, 열간 압연, 냉각 및 권취 조건에 의해 판 두께 2.5㎜의 열간 압연 강판을 제조하였다. 또한, 표 1에 나타내는 성분 이외의 잔부는 Fe 및 불순물이다. 또한, 제조한 열간 압연 강판으로부터 채취한 시료를 분석한 화학 조성은, 표 1에 나타내는 슬래브의 화학 조성과 동등하였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
이와 같이 하여 얻어진 열간 압연 강판으로부터 압연 방향에 직각인 방향으로부터 JIS Z2241(2011)의 5호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z2241(2011)에 준거하여 인장 시험을 행하여, 인장 강도(TS) 및 전연신율(El)을 측정하였다. 또한, 펀칭 시의 보이드 발생의 유무는 하기의 방법으로 평가하였다. 먼저, 펀칭 클리어런스를 12.5％로 하여 10㎜ 직경의 구멍을 펀칭하고, 구멍의 중심점을 지나고 압연 방향과 평행한 단면에서 강판을 절단한다. 다음에 그 단면을 경면 연마한 후, 피크랄로 마이크로 조직을 현출시키고, SEM에 의해 배율 5000배로 단부면으로부터 50㎛ 이내의 영역을 관찰하고, 원 상당 직경 0.2㎛ 이상의 보이드가 확인되면 「보이드 있음」으로 하고, 확인되지 않으면 「보이드 없음」으로 하였다. TS가 780㎫ 이상이고, 또한 El이 15％ 이상, 및 펀칭 시의 보이드 발생이 없음인 경우를, 고강도이면서 연성 및 보이드 발생 억제에 우수한 열간 압연 강판으로서 평가하였다. 결과를 하기 표 3에 나타낸다. 표 3에 있어서의 잔부 조직은, 펄라이트 이외의 조직을 나타내고 있으며, 따라서 펄라이트를 제외하고 잔부 조직으로서 나타내어지는 조직 이외의 조직을 포함하지 않는 것을 의미하고 있다.
Figure pct00003
표 3으로부터도 명백한 바와 같이, 본 발명의 범위에 포함되는 실시예 1 내지 5, 14, 17 내지 19, 및 24 내지 27에서는, 인장 강도가 780㎫ 이상이고, 또한 El이 15％ 이상, 및 펀칭 시의 보이드 발생이 없다는 점에서, 고강도이면서 연성 및 보이드 발생 억제에 우수한 열간 압연 강판을 얻을 수 있었다. 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 이들 실시예에 대응하는 열간 압연 강판에서는, 마이크로 조직이 펄라이트를 주체로 하고, 당해 펄라이트의 라멜라 간격이 미세화되고, 또한 당해 펄라이트 중의 조대한 구상 시멘타이트의 비율이 저감되어 있는 것을 알 수 있다.
그것들에 비해, 비교예 6에서는 마무리 압연의 최종 패스 압하율이 낮았기 때문에 상변태가 촉진되지 않고, 펄라이트 분율이 저하되어 충분한 인장 강도가 얻어지지 않았다. 비교예 7에서는 마무리 압연의 출측 온도가 고온이었기 때문에 상변태가 촉진되지 않고, 펄라이트 분율이 저하되어 충분한 인장 강도가 얻어지지 않았다. 비교예 8에서는 평균 냉각 속도가 낮았기 때문에 냉각 중에 페라이트 변태가 발생하고, 펄라이트 분율이 저하되어 충분한 인장 강도가 얻어지지 않았다. 비교예 9 및 15에서는 1차 냉각 종료 온도가 낮기 때문에, 베이나이트가 생성되어 버려, 충분한 연성이 얻어지지 않았다. 비교예 10 및 16에서는 1차 냉각 종료 온도가 고온이었기 때문에 방랭 중에 초석 페라이트가 비교적 많이 생성되어 버려, 충분한 인장 강도가 얻어지지 않았다. 비교예 11에서는 방랭 시간이 짧았기 때문에, 냉각 중에 상변태가 완료되지 않고, 권취 공정에서 베이나이트가 생성되어 충분한 연성이 얻어지지 않았다. 비교예 12에서는 권취 온도가 저온이기 때문에 마찬가지로 베이나이트가 생성되어, 충분한 연성이 얻어지지 않았다. 비교예 13에서는 권취 온도가 고온이기 때문에, 권취 후에 시멘타이트가 구상화되어 버려, 조대한 구상 시멘타이트의 비율이 증대되어 펀칭 시에 보이드가 발생해 버렸다. 비교예 20에서는 C 함유량이 낮았기 때문에, 초석 페라이트 분율이 증가하여, 충분한 인장 강도가 얻어지지 않았다. 비교예 21에서는 C 함유량이 과잉이기 때문에 초석 시멘타이트가 생성되어, 충분한 연성이 얻어지지 않았다. 비교예 22에서는 Cr 함유량이 낮았기 때문에, Cr에 의한 시멘타이트의 구상화 억제 효과가 충분히 발휘되지 않고, 조대한 구상 시멘타이트의 비율이 증대되어 펀칭 시에 보이드가 발생해 버렸다. 비교예 23에서는 Cr 함유량이 과잉이었기 때문에, 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 과잉으로 미세화되어, 인장 강도의 향상에 수반하여 연성이 저하되었다. 비교예 28에서는 방랭 시간이 0초였기 때문에, 권취 후에 펄라이트 변태가 발생하고, 또한 권취 온도가 높았기 때문에, 권취 후에 시멘타이트가 구상화되어 버려, 조대한 구상 시멘타이트의 비율이 증대되어 펀칭 시에 보이드가 발생해 버렸다. 비교예 29에서는 방랭 시간이 0초였기 때문에, 저온에서의 권취 후에 펄라이트 변태가 진행되어 버려, 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 과잉으로 미세화되어, 인장 강도의 향상에 수반하여 연성이 저하되었다. 도 1의 (b)는 펀칭 시에 보이드 발생이 관찰된 비교예에 대응하는 열간 압연 강판을 나타내고 있고, 이것을 참조하면 미소한 보이드가 많이 발생되어 있는 것이 확인된다.

Claims (3)

  1. 화학 조성이, 질량％로,
    C: 0.30 내지 0.80％,
    Si: 0.01 내지 0.50％,
    Mn: 0.50 내지 2.00％,
    P: 0.100％ 이하,
    S: 0.0100％ 이하,
    Al: 0.100％ 이하,
    N: 0.0100％ 이하,
    Cr: 0.30 내지 1.00％,
    Ti: 0 내지 1.00％,
    Nb: 0 내지 0.10％,
    V: 0 내지 1.00％,
    Cu: 0 내지 1.00％,
    Ni: 0 내지 2.00％,
    Mo: 0 내지 0.40％,
    B: 0 내지 0.0100％,
    Ca: 0 내지 0.0050％,
    REM: 0 내지 0.005％, 그리고
    잔부: Fe 및 불순물이며,
    마이크로 조직이, 면적률로,
    펄라이트: 90 내지 100％, 및
    초석 페라이트: 0 내지 10％이고,
    상기 펄라이트의 평균 라멜라 간격이 0.08 내지 0.30㎛이고,
    상기 펄라이트를 구성하는 시멘타이트 중 장축의 길이가 0.3㎛ 초과이며 또한 애스펙트비가 3.0 미만인 시멘타이트의 비율이 15％ 미만인 것을 특징으로 하는, 열간 압연 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량％로,
    Ti: 0.01 내지 1.00％,
    Nb: 0.01 내지 0.10％,
    V: 0.01 내지 1.00％,
    Cu: 0.01 내지 1.00％,
    Ni: 0.10 내지 2.00％,
    Mo: 0.01 내지 0.40％,
    B: 0.0005 내지 0.0100％,
    Ca: 0.0005 내지 0.0050％, 및
    REM: 0.0005 내지 0.005％
    로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는, 열간 압연 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    인장 강도가 780㎫ 이상인 것을 특징으로 하는, 열간 압연 강판.
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