KR20230004795A - 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트 및 그 제조 방법 - Google Patents

냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20230004795A
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아스트리드 페를라드
캉잉 주
미하엘 슈톨츠
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아르셀러미탈
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Abstract

본 발명은 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트에 관한 것으로, 이 강 시트는, 중량% 로, C: 0.05 - 0.18%, Mn: 6.0 - 11.0%, Mo: 0.05 - 0.5%, B: 0.0005 - 0.005%, S ≤ 0.010%, P ≤ 0.020%, N ≤ 0.008% 를 포함하고, 선택적으로 중량 백분율로 다음의 원소들: Al < 3%, Si ≤ 1.20%, Ti ≤ 0.050%, Nb ≤ 0.050%, Cr ≤ 0.5%, V ≤ 0.2% 중의 하나 이상을 포함하고, 잔부가 철 및 제련으로 인한 불가피한 불순물인 조성을 갖는 강으로 만들어지고, 상기 강 시트는, 표면 분율로, - 존재하는 경우에 1.0 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 0% 내지 30% 의 페라이트; - 8% 내지 40% 의 잔류 오스테나이트, 여기서 0.5㎛ 초과의 크기를 갖는 오스테나이트 아일랜드의 분율이 5% 이하임; - 30 내지 92% 의 파티셔닝된 마르텐사이트; - 3% 미만의 프레시 마르텐사이트; - ([C]A²x [Mn]A) / (C%²x Mn%) 비율이 18.0 미만이도록 하는, 중량% 표시의 오스테나이트 중의 탄소 [C]A 및 망간 [Mn]A 함량, 여기서 C% 및 Mn% 는 중량% 의 탄소 및 망간의 공칭 값임; 를 포함하는 미세조직을 갖는다.

Description

냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트 및 그 제조 방법
본 발명은 용접성이 우수한 고강도 강 시트 및 이러한 강 시트를 얻는 방법에 관한 것이다.
자동차의 차체 구조 부재 및 차체 패널의 부품과 같은 다양한 품목을 제조하기 위해, DP (2상) 강 또는 TRIP (변태 유기 소성) 강으로 만들어진 시트를 사용하는 것이 알려져 있다.
자동차 산업의 주요 과제들 중 하나는, 안전 요건을 무시하지 않고서, 지구 환경 보전의 관점에서 연료 효율을 향상시키기 위해 차량의 무게를 줄이는 것이다. 이러한 요건을 충족시키기 위해, 제강 업계에서는 항복 강도 및 인장 강도가 개선되고 연성 및 성형성이 양호한 시트를 만들기 위해 새로운 고강도 강을 지속적으로 개발하고 있다.
기계적 특성을 개선하기 위한 개발들 중 하나는, 강 중의 망간 함량을 높이는 것이다. 망간의 존재는 오스테나이트의 안정화 덕분에 강의 연성을 높이는 데 도움이 된다. 그러나 이러한 강은 취성의 약점을 나타낸다. 이 문제를 극복하기 위해, 붕소와 같은 원소가 첨가된다. 이러한 붕소-첨가 화학물질은 열간 압연 단계에서 매우 인성이 있으나, 추가 처리하기에는 열간 밴드가 너무 경질이다. 열간 밴드를 연질화하는 가장 효율적인 방법은 배치 (batch) 어닐링이지만, 인성을 잃게 된다.
이러한 기계적 요건 외에도, 이러한 강 시트는 LME (액체 금속 취화) 에 대한 양호한 내성을 보여야 한다. 아연 또는 아연-합금 도금 강 시트는 내식성에 매우 효과적이어서 자동차 산업에서 널리 사용된다. 그러나, 특정 강의 아크 또는 저항 용접은 액체 금속 취화 ("LME") 또는 액체 금속 보조 균열 ("LMAC") 이라는 현상으로 인해 특정 균열이 나타날 수 있다는 것을 경험했다. 이 현상은, 구속, 열팽창 또는 상 변태로 인한 내부 응력 또는 인가 응력 하에서, 하부 강 기재의 결정립계를 따라 액체 Zn 이 침투하는 것을 특징으로 한다. 탄소 또는 규소와 같은 원소를 추가하면 LME 내성에 해로운 것으로 알려져 있다.
자동차 산업은 일반적으로 다음 식에 따라 계산된 소위 LME 인덱스의 상한값을 제한하여 이러한 내성을 평가한다:
LME 인덱스 = C% + Si%/4,
여기서 C% 및 Si% 는 각각 강 중의 탄소 및 규소의 중량 백분율을 나타낸다.
공보 WO2020011638 은 탄소 함량이 감소된 미디엄 및 중간 망간 (3.5 내지 12% 의 Mn) 냉간압연 강을 제공하는 방법에 관한 것이다. 두 가지 공정 경로가 설명된다. 첫 번째는 냉간압연 강 시트의 임계간 어닐링에 관한 것이다. 두 번째는 냉간압연 강 시트의 이중 어닐링에 관한 것으로, 첫 번째는 완전 오스테나이트이고 두 번째는 임계간이다. 어닐링 온도의 선택 덕분에, 인장 강도와 연신율의 양호한 절충이 얻어진다. 어닐링 온도를 낮추면 오스테나이트의 농축이 얻어지며, 이는 양호한 파단 두께 변형 값을 의미한다. 그러나, 해당 발명에 사용된 탄소 및 망간의 적은 양은 강 시트의 인장 강도를 980MPa 이하의 값으로 제한한다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제를 해결하고 1270 MPa 이상의 인장 강도 TS, 10.0% 이상의 균일 연신율 UE 및 14.0% 이상의 총 연신율 TE, 적어도 15% 의 구멍 확장비를 갖고 식 (TS×TE)/(C%+Si%/4)>50 000 MPa.% (여기서, C% 및 Si% 는 강의 C 및 Si 의 공칭 wt% 를 나타냄) 를 만족하는 높은 기계적 특성의 조합을 갖는 강 시트를 제공하는 것이다.
바람직하게는, 강 시트는 1000 MPa 이상의 항복 강도를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 강 시트는 0.36 미만의 LME 인덱스를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 강 시트는 0.4% 미만의 탄소 당량 Ceq 를 가지며, 탄소 당량은 다음과 같이 정의된다:
Ceq = C%+Si%/55+Cr%/20+Mn%/19-Al%/18+2.2P%-3.24B%-0.133*Mn%*Mo%
원소들은 중량 퍼센트로 표시된다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 강 시트의 2개의 강 부품의 저항 스폿 용접부는 적어도 30 daN/mm2 의 α 값을 갖는다.
본 발명의 목적은 청구항 1 에 따른 강 시트를 제공함으로써 달성된다. 강 시트는 또한 단독으로 또는 조합하여 취해진 청구항 2 내지 11 의 특징들 중 임의의 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 청구항 12 에 따른 2개의 강 부품의 저항 스폿 용접부이다.
본 발명의 다른 목적은 청구항 13 에 따른 프레스 경화 및 파티셔닝된 강 부품이다.
도 1 은 (실온에서 1 에 비하여 0.7 로 노르말라이징된) 70% 의 마르텐사이트의 백분율에 대응하는 값이 Ms70% 로서 규정된 것을 나타낸다.
도 2 는 시험 13 및 시험 1-8 의 열간압연 및 열처리된 강 시트의 섹션을 나타낸다.
도 3 은 시험 13 및 시험 1-8 의 누적 면적 분율을 나타내는 곡선을 나타낸다.
본 발명은 이제 제한 없이 예들에 의해 상세하게 설명되고 예시될 것이다.
본 발명에 따르면, 탄소 함량은 만족스러운 강도 및 양호한 용접 특성을 보장하기 위해 0.05% 내지 0.18% 이다. 0.18% 초과의 탄소에서는, 강 시트의 용접성 및 LME 에 대한 내성이 저하될 수 있다. 소킹 온도는 탄소 함량에 따라 다르다: 탄소 함량이 높을수록, 소킹 온도가 낮아져 오스테나이트가 안정화된다. 탄소 함량이 0.05% 미만이면, 파티셔닝된 마르텐사이트의 강도가 UTS 를 1270MPa 이상으로 얻기에 충분하지 않다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 탄소 함량은 0.08% 내지 0.15% 이다. 본 발명의 또 다른 바람직한 실시형태에서, 탄소 함량은 0.10 내지 0.15% 이다.
망간 함량은 6.0% 내지 11.0% 이다. 첨가량이 11.0% 를 초과하면, 강 시트의 용접성이 저하되고, 부품 조립의 생산성이 저하될 수 있다. 또한, 중심 편석의 위험이 증가하여 기계적 특성이 손상된다. 소킹 온도 역시도 망간 함량에 따라 달라지므로, 소킹 후에, 목표로 하는 미세조직 및 강도를 얻기 위해, 오스테나이트를 안정화시키기 위해 최소한의 망간이 규정된다. 바람직하게는, 망간 함량은 6.0% 내지 9% 이다.
본 발명에 따르면, 알루미늄 함량은 주조 동안 망간 편석을 감소시키기 위해 3% 미만이다. 알루미늄은 정교화 과정에서 액상 강을 탈산시키는데 매우 효과적인 원소이다. 3% 이상 첨가시, 강 시트의 용접성이 저하되어 주조성이 저하될 수 있다. 또한, 1270 MPa 이상의 인장 강도를 달성하기 어렵다. 또한, 알루미늄 함량이 높을수록, 오스테나이트를 안정화시키기 위해 소킹 온도가 높아진다. 알루미늄은 임계간 범위를 확대하여 제품 강건성을 향상시키고 용접성을 향상시키기 위해 0.2% 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 또한, 개재물 및 산화 문제의 발생을 피하기 위해 알루미늄을 첨가할 수 있다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 알루미늄 함량은 0.2% 내지 2.2%, 더 바람직하게는 0.7 내지 2.2% 이다.
몰리브덴 함량은 주조 중에 망간 편석을 줄이기 위해 0.05% 내지 0.5% 이다. 또한, 몰리브덴을 0.05% 이상 첨가하면 취성에 대한 내성이 제공된다. 0.5% 초과에서는, 몰리브덴의 첨가는 요구되는 특성의 관점에서 비용이 많이 들고 비효율적이다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 몰리브덴 함량은 0.15% 내지 0.35% 이다.
본 발명에 따르면, 붕소 함량은 열간압연 강 시트의 인성 및 냉간압연 강 시트의 스폿 용접성을 향상시키기 위해 0.0005% 내지 0.005% 이다. 0.005% 초과에서는, 이전 오스테나이트 결정립계에서의 보로-카바이드의 형성이 촉진되어, 강이 더 취성으로 된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 붕소 함량은 0.001% 내지 0.003% 이다.
선택적으로 일부 원소들이 본 발명에 따른 강의 조성에 첨가될 수 있다.
LME 내성을 향상시키기 위해 규소 함량의 최대 첨가는 1.20% 로 제한된다. 또한, 이러한 낮은 규소 함량은 열간 밴드 어닐링 전에 열간압연 강 시트를 산세하는 단계를 생략함으로써 공정을 단순화할 수 있게 한다. 바람직하게는 첨가되는 최대 규소 함량은 1.0% 이다.
티타늄은 석출 강화를 제공하기 위해 0.050% 까지 첨가될 수 있다. 바람직하게는, BN 형성에 대해 붕소를 보호하기 위해 붕소에 추가로 최소 0.010% 의 티타늄이 첨가된다.
니오븀은 열간압연 동안 오스테나이트 입자를 미세화하고 석출 강화를 제공하기 위해 최대 0.050% 까지 선택적으로 첨가될 수 있다. 바람직하게는, 첨가되는 니오븀의 최소량은 0.010% 이다.
크롬과 바나듐은 강도 향상을 위해 각각 0.5% 와 0.2% 까지 선택적으로 첨가될 수 있다.
강 조성의 나머지 부분은 철과 제련 과정에서 발생하는 불순물이다. 이와 관련하여, P, S 및 N 은 적어도 불가피한 불순물인 잔류 원소로서 간주된다. 이들의 함량은 S 의 경우에 0.010% 이하, P 의 경우에 0.020% 이하, N 의 경우에 0.008% 이하이다.
이하, 본 발명에 따른 강 시트의 미세조직에 대하여 설명한다. 이는, 표면 분율로, 다음을 포함한다:
- 존재하는 경우에 1.0 ㎛ 미만의 입자 크기를 갖는 0% 내지 30% 의 페라이트,
- 8% 내지 40% 의 잔류 오스테나이트, 0.5㎛ 초과의 크기를 갖는 오스테나이트 아일랜드의 분율이 5% 이하임,
- 30 내지 92% 의 파티셔닝된 마르텐사이트,
- 3% 미만의 프레시 마르텐사이트,
- ([C]A²x [Mn]A) / (C%²x Mn%) 비율이 18.0 미만이도록 하는, 중량% 표시의 오스테나이트 중의 탄소 [C]A 및 망간 [Mn]A 함량, 여기서 C% 및 Mn% 는 중량% 의 탄소 및 망간의 공칭 값임.
본 발명에 따른 강 시트의 미세조직은 8% 내지 40% 의 잔류 오스테나이트를 함유한다. 오스테나이트가 8% 미만이거나 40% 를 초과하는 경우, 균일 연신율 및 총 연신율 UE 및 TE 가 각각의 최소값인 10.0% 및 14.0% 에 도달할 수 없다.
이러한 오스테나이트는 열간압연 강 시트의 임계간 어닐링 과정에서 형성되지만, 냉간압연 강 시트의 어닐링 과정에서도 형성된다. 열간압연 강 시트의 임계간 어닐링 동안, 망간 함량이 공칭값보다 높은 영역과 망간 함량이 공칭값보다 낮은 영역이 형성되어, 망간의 불균일한 분포를 생성한다. 탄소는 그에 따라 망간과 함께 분리된다. 이 망간 불균일성은 열간압연 강 시트의 망간 분포의 슬로프로 인해 측정되며, 이는 도 3 에 나타내고 나중에 설명하는 바와 같이 -50 이상이어야 한다.
중량% 로 표시되는 오스테나이트 중의 탄소 [C]A 및 망간 [Mn]A 함량은 ([C]A²x [Mn]A) / (C%²x Mn%) 비율이 18.0 미만이도록 된다. 비율이 18.0 이상이면, 변형 동안 충분한 TRIP-TWIP 효과를 제공하기에 잔류 오스테나이트가 너무 안정적이다. 이러한 TWIP-TRIP 효과는 "Observation-of-the-TWIP-TRIP-Plasticity-Enhancement-Mechanism-in-Al-Added-6-Wt-Pct-Medium-Mn-Steel", DOI: 10.1007/s11661-015-2854-z, 광물, 금속 및 재료 학회 및 ASM International 2015, p. 2356 46A권, 2015년 6월 (S. LEE, K. LEE 및 B. C. DE COOMAN) 에 특히 설명되어 있다.
또한, 0.5 초과의 크기를 갖는 오스테나이트 아일랜드의 분율은 구멍 확장비가 적어도 15% 와 동일하게 유지되는 것을 보장하도록 5% 이하로 유지되어야 한다. 실제로, 이러한 커다란 오스테나이트 아일랜드는 충분히 안정적이지 않다.
본 발명에 따른 강 시트의 미세조직은 존재하는 경우에 입경이 1.0㎛ 미만인 페라이트와 같은 0 내지 30% 의 페라이트를 함유한다. 이러한 페라이트는 냉간압연 강 시트의 Ac1 내지 Ac3 의 온도에서 발생하는 냉간압연 강 시트의 어닐링 동안에 형성될 수 있다. 냉간압연 강 시트의 어닐링이 냉간압연 강 시트의 Ac3 이상에서 발생할 때, 페라이트는 존재하지 않는다. 바람직하게는 페라이트 함량은 0% 내지 25% 이다.
본 발명에 따른 강 시트의 미세조직은 30 내지 92% 의 파티셔닝된 마르텐사이트를 함유한다. 이러한 마르텐사이트는 냉간압연 강 시트의 어닐링 후의 냉각시에 대부분 형성되고 냉간압연 강 시트의 파티셔닝 동안에 파티셔닝된다.
프레시 마르텐사이트는 표면 분율로 3% 미만으로 존재할 수 있지만, 본 발명에 따른 강 시트의 미세조직에서 원하는 상이 아니다. 이는 불안정한 오스테나이트의 변태에 의해 실온으로의 최종 냉각 단계에서 형성될 수 있다. 실제로, 탄소 및 망간 함량이 낮은 이 불안정한 오스테나이트는 마르텐사이트 시작 온도 Ms 를 20℃ 이상으로 유도한다. 최종 기계적 특성을 얻기 위해, 프레시 마르텐사이트는 3% 미만이어야 하며, 바람직하게는 2% 미만이거나 더 바람직하게는 0% 로 감소된다.
파티셔닝된 마르텐사이트는 주사 전자 현미경 (SEM) 으로 관찰되는 그 자체로 알려진 시약, 예를 들어 Nital 시약으로 연마 및 에칭된 섹션 또는 전자 후방 산란 회절 (EBSD) 에 의해 분석된 연마된 섹션에서 프레시 마르텐사이트와 구별될 수 있다. 파티셔닝된 마르텐사이트는 강의 공칭 C 함량보다 엄격히 낮은 평균 C 함량을 갖는다. 이러한 낮은 C 함량은 파티셔닝 온도 TP 에서의 유지 동안 강의 Ms 온도 미만의 켄칭시에 생성된 마르텐사이트로부터 오스테나이트로의 탄소의 파티셔닝으로부터 유래한다.
대조적으로, 탄소 강화 오스테나이트가 파티셔닝 단계 후에 마르텐사이트로 변태된 프레시 마르텐사이트는 강의 공칭 탄소 함량보다 높은 C 함량 및 파티셔닝된 마르텐사이트보다 높은 전위 밀도를 갖는다. 제 1 실시형태에서, 미세조직은 5% 내지 25% 의 페라이트, 15% 내지 30% 의 잔류 오스테나이트 및 45% 내지 80% 의 파티셔닝된 마르텐사이트를 포함한다.
다른 실시형태에서, 미세조직은 페라이트를 포함하지 않고, 20% 내지 30% 의 잔류 오스테나이트 및 70% 내지 80% 의 파티셔닝된 마르텐사이트를 포함한다.
본 발명에 따른 강 시트는 1270 MPa 이상의 인장 강도 TS, 10.0% 이상의 균일 연신율 UE 및 14.0% 이상의 총 연신율 TE, 적어도 15% 의 구멍 확장비를 갖고 식 (TS×TE)/(C%+Si%/4)>50 000 MPa.% 를 만족한다.
바람직하게는, 강 시트는 1000 MPa 이상의 항복 강도를 갖는다.
바람직하게는, 냉간 압연 및 어닐링된 강 시트는 0.36 미만의 LME 인덱스를 갖는다.
바람직하게는, 강 시트는 용접성을 향상시키기 위해 탄소 당량 Ceq 가 0.4% 미만이다. 탄소 당량은 Ceq = C% + Si%/55 + Cr%/20 + Mn%/19 - Al%/18 + 2.2P% - 3.24B% - 0.133*Mn%*Mo% 로 정의되며, 원소들은 중량 퍼센트로 표시된다.
용접된 어셈블리는 본 발명에 따른 강 시트로 두 개의 부품을 제조한 다음, 두 개의 강 부품의 저항 스폿 용접을 수행함으로써 제조될 수 있다.
제 1 시트를 제 2 시트에 접합하는 저항 스폿 용접은 교차 인장 시험에서 30 daN/mm2 이상의 α 값으로 정의되는 높은 저항을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 강 시트는 임의의 적절한 제조 방법에 의해 제조될 수 있고 당업자는 이를 정의할 수 있다. 그러나, 하기의 단계들을 포함하는 본 발명에 따른 방법을 사용하는 것이 바람직하다:
추가로 열간 압연될 수 있는 반제품은 전술한 강 조성으로 제공된다. 반제품은 열간압연을 용이하게 하기 위해 1150℃ 내지 1300℃ 의 온도로 가열되며, 최종 열간압연 온도 FRT 는 800℃ 내지 1000℃ 이다. 바람직하게는, FRT 는 850℃ 내지 950℃ 이다.
열간압연된 강은 그 다음으로 20℃ 내지 600℃, 바람직하게는 300 내지 500℃ 의 온도 Tcoil 에서 냉각 및 코일링된다.
그런 다음, 열간압연 강 시트는 실온으로 냉각되고 산세척될 수 있다.
열간압연된 강 시트는 다음으로 Ac1 내지 Ac3 의 어닐링 온도 THBA 로 어닐링된다. 보다 정확하게는, THBA 는 0.8% 미만의 석출 탄화물의 면적 분율을 최소화하고 망간 불균일한 재분할을 촉진하기 위해 선택된다. 이 망간 불균일성은 -50 이상이어야 하는 열간압연 강 시트의 망간 분포의 슬로프 덕분에 측정된다. 바람직하게는, 온도 THBA 는 Ac1+5℃ 내지 Ac3 이다. 바람직하게는, 온도 THBA 는 580℃ 내지 680℃ 이다.
강 시트는 망간 확산 및 불균일한 망간 분포의 형성을 촉진하기 위해 0.1 내지 120h 의 유지 시간 tHBA 동안 상기 온도 THBA 에서 유지된다. 또한, 이러한 열간압연 강 시트의 열처리는 열간압연 강 시트의 인성을 유지하면서 경도를 감소시킬 수 있다.
그런 다음, 열간압연 및 열처리된 강 시트는 실온으로 냉각되고 산세척되어 산화를 제거할 수 있다.
그런 다음, 열간압연 및 열처리된 강 시트는 20% 내지 80% 의 압하율로 냉간압연된다.
냉간압연된 강 시트는 T1 내지 930℃ 의 온도 Tsoak 에서 3초에서 1000초의 유지 시간 tsoak 동안 어닐링되며, T1 은 표면 분율로 30% 의 페라이트가 소킹의 끝에서 형성되는 온도이다. Tsoak 가 930℃보다 높으면, 실온에서 충분한 오스테나이트가 안정화될 수 없다. 바람직하게는, Tsoak 는 720 내지 900℃, 보다 바람직하게는 720℃ 내지 870℃ 이고, 시간 tsoak 는 100 내지 1000초이다. 이러한 어닐링은 연속 어닐링에 의해 수행될 수 있다.
냉간압연 및 어닐링된 강 시트는 (Ms70% - 75) 내지 (Ms70% - 20) 범위로 설정된 Tq로 켄칭된다. Ms70% 는 이 켄칭 작업을 통해 강 시트가 마르텐사이트 함량 70% 에 도달하는 온도이다. 이 값은, 실온으로 냉각되고 120℃까지 재가열된 샘플들에 대해 수행된 팽창계 테스트 덕분에, 실온으로의 냉각 동안 마르텐사이트 변태 동역학 곡선을 그려서 결정된다. 도 1 에 도시된 바와 같이, (실온에서 1 과 비교하여 0.7 로 노르말라이징된) 70% 의 마르텐사이트 백분율에 해당하는 값 은 Ms70% 로서 규정된다.
이러한 켄칭은 적어도 0.1℃/s, 바람직하게는 적어도 1℃/s 의 평균 냉각 속도로 발생한다. 소킹의 끝에 존재하는 오스테나이트의 일부는 프레시 마르텐사이트로 변하고, 정확한 비율은 Tq 의 값에 의존한다.
켄칭 후, 강 시트는 5 내지 1000초의 시간 tp 동안 300 내지 550℃ 의 온도 Tp 에서 파티셔닝 단계를 거친다. 바람직하게는, Tp 는 350 내지 500℃ 이고 tp는 100 내지 300초이다.
이 파티셔닝 단계의 끝에서 프레시 마르텐사이트가 파티셔닝된 마르텐사이트로 변형된다. 오스테나이트는 탄소가 추가로 부화된다.
냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트는 실온으로 냉각되고 작은 비율의 프레시 마르텐사이트가 이러한 냉각 동안에 형성될 수 있다. 시트는, 그런 다음에 아연 또는 아연계 합금 또는 알루미늄 또는 알루미늄계 합금의 용융 코팅, 전착 또는 진공 코팅을 비롯한 임의의 적절한 공정으로 코팅될 수 있다.
또 다른 실시형태에서, 전술한 공정은 열간압연 시트 어닐링 후에 또는 냉간압연 후에 또는 코팅 후에 중단될 수 있고, 상응하는 강 시트는 그 다음으로 프레스 경화에 의해 부품을 제조하는 데 사용될 블랭크로 절단될 수 있다. 코팅이 용융 코팅에 의해 발생하는 경우, 일반적으로 시트를 핫멜트 배스에 담그기 직전에 시트의 표면을 준비하기 위해 어닐링을 수행하는 것이 바람직하다.
이러한 프레스 경화 작업은, 냉간압연 강 시트에 대해 위에서 설명한 어닐링과 유사하게, 강 블랭크가 오븐에서 T1 으로부터 930℃ 로 가는 온도로 가열되는 오스테나이트화 단계로 구성된다. 바람직하게는, 이 오스테나이트화 온도는 720 내지 900℃, 보다 바람직하게는 720 내지 870℃ 이고, 오스테나이트화 시간은 30 내지 1000초이다. 가열된 블랭크는 그 다음으로 핫 스탬핑이 일어나는 핫 스탬핑 다이로 옮겨진다.
그런 다음, 부품은 당업자에게 알려진 방식으로 켄칭 작업을 통해 경화가 진행되는 동안 다이에 유지된다. 켄칭은 (Ms70% - 75) 내지 (Ms70% - 20) 의 온도 Tq 에 도달할 때까지 적어도 0.1C/s 의 냉각 속도에 도달하도록 수행된다. 이 켄칭 동안, 부품은 냉간압연 및 어닐링된 강 시트를 대상으로 하는 것과 동일한 미세조직을 얻게 된다.
그런 다음, 강 부품은 300 내지 550℃ 범위의 온도 Tp 에서 2 내지 1000초 범위의 유지 시간 tp 동안 부품을 재가열시키는데 요구되는 파티셔닝 작업을 거치게 되도록 통상적으로 2 내지 100초 내에서 오븐에 전달된다. 바람직하게는, Tp 는 350 내지 500℃ 이고, tp 는 100 내지 300초이다. 그러면 부품은 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트를 대상으로 하는 것과 동일한 미세조직을 얻게 된다.
본 발명은 이제 하기 실시형태에 의해 설명될 것이며, 이는 결코 제한적이지 않다.
예 1 - 냉간 성형을 위한 강 시트
조성이 표 1 에 나타난 6가지 등급을 반제품으로 주조하여 강 시트로 처리하였다.
표 1 - 조성
시험된 조성들은 다음 표에 수집되어 있으며, 여기서 원소 함량은 중량% 로 표시된다.
Figure pct00001
냉간압연 시트의 Ac1, Ac3 및 Ms 온도는 팽창계 테스트 및 금속 조직 분석을 통해 결정되었다.
표 2 - 열간압연 및 열처리된 강 시트의 공정 파라미터
강 반제품은, 주조된 상태로, 1200℃ 에서 재가열되고, 열간압연된 다음, 코일링되었다. 열간압연 및 코일링된 강 시트는 그 다음으로 온도 THBA 에서 열처리되고, 유지 시간 tHBA 동안 상기 온도에서 유지된다. 열간압연 및 열처리된 강 시트를 얻기 위해 다음과 같은 특정 조건이 적용되었다:
Figure pct00002
열간압연 및 열처리된 강 시트를 분석하였고, 상응하는 특성을 표 3 에 정리한다.
표 3 - 열간압연 및 열처리된 강 시트의 미세조직 및 특성
망간 분포의 슬로프와 석출된 탄화물의 분율이 결정되었다.
석출된 탄화물의 분율은 전계 방출 총이 있는 주사 전자 현미경 ("FEG-SEM") 을 통해 검사된 시트 섹션 및 15000x 이상의 배율에서의 이미지 분석 덕분에 결정된다.
열간압연 강 시트의 열처리는 망간이 오스테나이트에서 확산되도록 한다: 망간의 재분할은 망간 함량이 낮은 영역과 망간 함량이 높은 영역에서 이질적이다. 이 망간 이질성은 기계적 특성을 달성하는 데 도움이 되며 망간 프로파일 덕분에 측정할 수 있다.
도 2 는 시험 13 및 시험 1-8 의 열간압연 및 열처리된 강 시트의 섹션을 나타낸다. 흑색 영역은 망간 함량이 적은 영역에 해당하고, 회색 영역은 망간 함량이 높은 영역에 해당한다.
이는 열간압연 및 열처리된 강 시트로부터 시편을 1/4 두께로 절단하고 연마하는 방법으로 구한다.
섹션은 이후에 망간 양을 결정하기 위해 10000x보다 큰 배율에서 전계 방출 총 ("FEG") 이 있는 전자 프로브 마이크로 분석기를 통해 특성화된다. 섹션의 상이한 부분들에 대한 10㎛*10㎛ 의 세 가지 맵이 획득되었다. 이들 맵은 0.01㎛2 의 픽셀들로 구성된다. 중량 퍼센트의 망간 양은 각 픽셀에서 계산된 다음, 망간 양의 함수로서 세 가지 맵의 누적 면적 분율을 나타내는 곡선에 표시된다.
이 곡선은 시험 13 과 시험 1-8 에 대한 도 3 에 표시되어 있다: 시트 섹션의 100% 는 1% 이상의 망간을 포함한다. 시험 1-8 의 경우, 시트 섹션의 10% 가 10% 이상의 망간을 포함한다.
다음으로 얻은 곡선의 슬로프는 누적 면적 분율의 80% 를 나타내는 지점과 누적 면적 분율의 20% 를 나타내는 지점 사이에서 계산된다.
시험 1-8 의 경우, 이 슬로프는 -50 보다 높으며, 이는 망간 재분할이 이질적이며 망간 함량이 낮은 영역과 망간 함량이 높은 영역이 있음을 보여준다.
반대로, 시험 13 의 경우, 열간압연 후에 열처리가 없다는 것은 망간의 재분할이 이질적이지 않다는 것을 의미하며, 이는 망간 분포의 슬로프의 값이 -50 보다 낮은 값으로 알 수 있다.
Figure pct00003
열간압연 강 시트의 열처리는 망간이 오스테나이트에서 확산되도록 한다: 망간의 재분할은 망간 함량이 낮은 영역과 망간 함량이 높은 영역에서 이질적이다. 이 망간 이질성은 기계적 특성을 달성하는 데 도움이 되며 망간 프로파일 덕분에 측정할 수 있다.
표 4 - 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트의 공정 파라미터
시험 1 내지 15 의 경우, 얻어진 열간압연 및 열처리된 강 시트는 냉간압연된다. 그 후 냉간압연된 강 시트는 먼저 온도 Tsoak 에서 어닐링되고 유지 시간 tsoak 동안 상기 온도에서 유지된 후, 2℃/s 의 냉각 속도로 Tq 에서 켄칭된다. 강 시트는 그 다음으로 실온으로 냉각되기 전에 온도 Tp 에서 두 번째로 가열되고 유지 시간 tp 동안 상기 온도에서 유지된다.
냉간압연 및 어닐링된 강 시트를 얻기 위해 다음과 같은 특정 조건이 적용되었다:
Figure pct00004
그런 다음 냉간압연 및 어닐링된 시트를 분석하였고, 해당 미세조직 원소, 기계적 특성 및 용접성 특성을 각각 표 5, 6 및 7 에 수집했다.
표 5 - 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트의 미세조직
얻어진 냉간압연 및 파티셔닝된 강 시트의 미세조직의 위상 백분율을 측정하였다.
[C]A 및 [Mn]A 는 오스테나이트 중의 탄소 및 망간의 양을 중량% 로 나타낸 것이다. 이들은 X선 회절 (C%) 및 전계 방출 총이 있는 전자 프로브 마이크로 분석기 (Mn%) 로 측정된다.
미세조직의 상의 표면 분율은 다음 방법을 통해 결정된다: 냉간압연 및 어닐링된 강 시트로부터 시편을 절단하고, 자체 알려진 시약으로 연마 및 에칭하여, 미세조직을 드러낸다. 섹션은 이후 2차 전자 모드에서 5000x보다 큰 배율에서 예를 들어 전계 방출 총이 있는 주사 전자 현미경 ("FEG-SEM") 을 사용하여 주사 전자 현미경을 통해 검사된다.
페라이트의 표면 분율의 결정은 Nital 또는 Picral/Nital 시약 에칭 후에 SEM 관찰 덕분에 수행된다.
잔류 오스테나이트의 부피 분율의 결정은 X선 회절 덕분에 수행된다.
Figure pct00005
표 6 - 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트의 기계적 특성
얻어진 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트의 기계적 특성을 측정하여 하기 표에 정리하였다.
항복 강도 YS, 인장 강도 TS 및 균일 및 총 연신율 UE, TE 는 2009년 10월에 발행된 ISO 표준 ISO 6892-1 에 따라 측정된다. 구멍 확장비에 대한 테스트는 ISO 16630 표준에 따라 수행된다.
Figure pct00006
시험 4, 6, 9 및 10 은 너무 높은 켄칭 온도 Tq 에 적용되어, 충분히 안정적이지 않은 큰 오스테나이트 아일랜드의 높은 분율을 형성하여, 구멍 확장비가 저하되었다.
시험 5 는 너무 낮은 켄칭 온도 Tq 에 적용되어, [C]A 2 x [Mn]A / C%²x Mn% 의 값에서 알 수 있듯이 변형 동안 너무 안정적인 오스테나이트가 생성되었다. 이는 너무 낮은 총 및 균일 연신율 값을 유발한다.
시험 8 은 T1 이상의 소킹 온도에 적용되었지만 Tq 가 너무 높아서, 충분히 안정적이지 않은 큰 오스테나이트 아일랜드의 높은 분율이 형성되었다. 비교적 높은 분율의 페라이트와 함께, 이는 구멍 확장비가 크게 감소하는 것으로 이어진다.
시험 13 은 망간을 충분히 함유하지 않은 조성으로 만들어졌으며 너무 낮은 온도에서 열간 밴드 어닐링을 받았다. 생성된 미세조직은 페라이트에서 비교적 균일한 망간 분포를 갖는 페라이트와 탄화물로 구성된다. 더욱이, 비교적 낮은 소킹은 탄화물의 불충분한 용해로 이어진다. 냉간압연된 강 시트의 어닐링 후의 큰 페라이트 입경은 열간 밴드 배치 어닐링 동안 형성된 매우 큰 페라이트 입경으로부터 계승된다. 탄화물은 열간 밴드 배치 어닐링 동안 페라이트의 비정상적인 입자 성장을 방지할 수 없다. 따라서 페라이트의 입자 크기가 너무 커서, 잔류 오스테나이트 분율과 기계적 안정성이 감소하여, 균일 및 총 연신율이 감소한다.
망간을 충분히 함유하지 않은 조성을 갖는 시험 14 및 15 는 너무 낮은 온도에서 열간 밴드 어닐링에 적용되었다. 생성된 미세조직은 페라이트에서 비교적 균일한 망간 분포를 갖는 페라이트와 탄화물로 구성된다. (UTSxTE)/(C%+Si%/4) 의 낮은 값에서 알 수 있듯이, 켄칭되고 파티셔닝된 시트는 기계적 특성과 LME 내성 사이에 양호한 절충을 보여주지 않는다.
표 7 - 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트의 용접성 특성
표준 ISO 18278-2 조건의 스폿 용접이 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트에 수행되었다.
사용된 테스트에서, 샘플들은 교차 용접된 등가물의 형태로 두 개의 강 시트로 구성된다. 용접 지점을 파괴하도록 힘이 가해진다. 교차 인장 강도 (CTS) 로 알려진 이 힘은 daN 으로 표시된다. 이는 용접 지점의 직경과 금속의 두께, 즉 강과 금속 코팅의 두께에 따라 다르다. 용접 지점의 직경에 기재의 두께를 곱한 곱에 대한 CTS 값의 비율인 계수 α 를 계산할 수 있다. 이 계수는 daN/mm²로 표시된다.
냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트의 용접성 특성을 결정하고 다음 표에 수집했다.
Figure pct00007
예 2 - 프레스 경화된 부품
시험 16 및 17 의 경우, 얻어진 열간압연 및 열처리된 강 시트를 냉간압연한다. 그런 다음 냉간압연된 강 시트를 100초 동안 860℃ 에서 어닐링하여 알루미늄 기반 핫 딥 배스에서 추가 코팅을 위해 시트의 표면을 준비한다.
코팅이 응고되고 실온으로 냉각된 후, 강 시트들을 블랭크들로 절단된다. 그런 다음 이러한 블랭크들은 노에 놓여지고, 여기서 온도 Tsoak 에서 어닐링되고 유지 시간 tsoak 동안 상기 온도에서 유지된다. 그런 다음 블랭크들은 프레스 경화 다이로 옮겨지고, 여기서 부품들로 스탬핑되고 2℃/s 의 냉각 속도로 Tq 에서 켄칭된다.
그런 다음 강 부품들은 다시 노로 옮겨지고, 여기에서 온도 Tp 에서 두 번째로 가열되고 유지 시간 tp 동안 상기 온도에서 유지된 후에 실온으로 냉각된다. 강 부품을 얻기 위해 다음과 같은 특정 조건이 적용되었다:
Figure pct00008
얻어진 강 부품의 미세조직의 위상 백분율이 결정되었다:
Figure pct00009
부품의 기계적 특성을 결정하고 다음 표에 수집했다.
항복강도 YS, 인장강도 TS 및 균일 및 총 연신율 UE, TE 는 2009년 10월에 발행된 ISO 표준 ISO 6892-1 에 따라 측정된다. 구멍 확장비에 대한 테스트는 ISO 16630 표준에 따라 수행된다.
Figure pct00010

Claims (13)

  1. 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트로서, 상기 강 시트는
    중량% 로
    C: 0.05 - 0.18%
    Mn: 6.0 - 11.0%
    Mo: 0.05 - 0.5%
    B: 0.0005 - 0.005%
    S ≤ 0.010%
    P ≤ 0.020%
    N ≤ 0.008% 를 포함하고,
    선택적으로 중량% 로 다음의 원소들
    Al < 3%
    Si ≤ 1.20%
    Ti ≤ 0.050%
    Nb ≤ 0.050%
    Cr ≤ 0.5%
    V ≤ 0.2% 중의 하나 이상을 포함하는 조성을 갖는 강으로 만들어지고,
    상기 조성의 잔부가 철 및 제련으로 인한 불가피한 불순물이고,
    상기 강 시트는, 표면 분율로,
    - 존재하는 경우에 1.0 ㎛ 미만의 결정립 크기를 갖는 0% 내지 30% 의 페라이트,
    - 8% 내지 40% 의 잔류 오스테나이트, 여기서 0.5㎛ 초과의 크기를 갖는 오스테나이트 아일랜드의 분율이 5% 이하임,
    - 30 내지 92% 의 파티셔닝된 마르텐사이트,
    - 3% 미만의 프레시 마르텐사이트,
    - ([C]A²x [Mn]A) / (C%²x Mn%) 비율이 18.0 미만이도록 하는, 중량% 표시의 오스테나이트 중의 탄소 [C]A 및 망간 [Mn]A 함량, 여기서 C% 및 Mn% 는 중량% 의 탄소 및 망간의 공칭 값임,
    를 포함하는 미세조직을 갖는, 강 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    탄소 함량이 0.08% 내지 0.15% 인, 강 시트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    망간 함량이 6.0% 내지 9% 인, 강 시트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    알루미늄 함량이 0.2% 내지 2.2% 인, 강 시트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세조직이 5% 내지 25% 의 페라이트, 15% 내지 30% 의 잔류 오스테나이트 및 45% 내지 80% 의 파티셔닝된 마르텐사이트를 포함하는, 강 시트.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세조직이 페라이트를 포함하지 않고, 20% 내지 30% 의 잔류 오스테나이트 및 70% 내지 80% 의 파티셔닝된 마르텐사이트를 포함하는, 강 시트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인장 강도가 1270 MPa 이상이고, 균일 연신율 UE 가 10.0% 이상이고, 총 연신율 TE 가 14.0% 이상이고, TS, TE 와 탄소 및 규소 함량은 다음의 식:
    (TS×TE)/(C%+Si%/4)>50 000 MPa.%
    를 만족하고, C% 및 Si% 는 강의 C 및 Si 의 공칭 wt% 를 나타내는, 강 시트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구멍 확장비가 15% 이상인, 강 시트.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    항복 강도 YS 가 1000 MPa 이상인, 강 시트.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    LME 인덱스가 0.36 미만인, 강 시트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강은 0.4% 미만의 탄소 당량 Ceq 를 갖고, 상기 탄소 당량은
    Ceq = C% + Si%/55 + Cr%/20 + Mn%/19 - Al%/18 + 2.2P% - 3.24B% - 0.133xMn%xMo%
    로서 정의되고, 원소들은 중량% 로 표시되는, 강 시트.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 냉간압연, 어닐링 및 파티셔닝된 강 시트로 제조된 2개의 강 부품의 저항 스폿 용접부로서, 상기 저항 스폿 용접부는 적어도 30 daN/mm2 의 α 값을 갖는, 저항 스폿 용접부.
  13. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 조성 및 미세 조직을 갖는 프레스 경화 및 파티셔닝된 강 부품.
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