KR20230024905A - 가소성이 우수한 초고강도 강 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20230024905A
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strength steel
high strength
steel
excellent plasticity
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KR1020227044159A
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멩씨아오 첸
용 종
멩 첸
리 왕
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바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사
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Abstract

본 발명은 가소성이 우수한 초고강도 강을 개시하며, 이의 화학 원소 질량 백분율은: C: 0.26~0.30wt%; Si: 0.8~1.00wt%; Mn: 2.80~3.30wt%; 및 Al: 0.04~0.08wt%이며; 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다. 또한, 본 발명은 상술한 가소성이 우수한 초고강도 강의 제조 방법을 추가로 개시한다. 여기에는 (1) 제련 및 얇은 슬래브 연속 주조 단계 ― 여기에서 연속 주조 배출구의 슬래브 두께는 55 내지 60mm로 제어됨 ― ; (2) 가열 단계; (3) 열간 압연 단계 ― 열간 압연 후 강대 표면 스케일 두께는 ≤6μm이고, 열간 압연 후 강대 표면 스케일 중의 (FeO+Fe3O4)는 ≤40wt%임 ― ; (4) 산세척 또는 산세척+냉간 압연 단계; 및 (5) 연속 어닐링 단계 ― 800 내지 920℃에서 어닐링되고, 3 내지 10℃/s의 냉각 속도로 690 내지 760℃까지 완속 냉각되어, 일정 비율의 페라이트가 획득되고, 250 내지 350℃까지 급속 냉각되고, 냉각 속도는 50 내지 100℃/s이고, 오스테나이트 부분은 마르텐사이트로 변태된 후, 다시 360 내지 460℃까지 가열되고 100 내지 400s 동안 온도가 유지되며, 마지막으로 실온으로 냉각됨 ― 가 포함된다.

Description

가소성이 우수한 초고강도 강 및 이의 제조 방법
본 발명은 강종 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 강 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안 차체 경량화, 에너지 절약 및 배출 감소, 충돌 안전성 향상 및 제조 비용 절감을 위해 자동차용 첨단 고강도 강이 자동차 제조 산업에서 널리 사용되고 있다. 첨단 고강도 강은 강판 강도를 증가시켜 강판 두께를 감소시키는 동시에, 우수한 성형 성능을 유지할 수 있으며, 현재 가장 종합적인 경쟁력을 갖춘 차체 경량화용 소재이다.
변형 유도 가소성(TRIP) 효과 기반의 첨단 고강도 강은 높은 강도를 유지하는 동시에, 연성이 비교적 우수하다. 미세 조직에서 볼 때, TRIP 강은 페라이트, 베이나이트 및 잔부의 오스테나이트로 구성되고, 이러한 상 구조는 강도의 추가적인 향상을 제한하며, 베이나이트 대신 마르텐사이트를 주요 강화상으로 사용하면 TRIP 강의 강도를 지속적으로 향상시킬 수 있다. TRIP 효과 기반의 첨단 고강도 강의 경우, 그 연성을 결정하는 주요 요인은 강 내 잔부의 오스테나이트의 형상, 부피 분율 및 안정성이며, 잔부의 오스테나이트의 안정성은 그 크기, 탄소 함량과도 밀접한 관련이 있다.
강판의 강도와 연성을 보장하기 위해, 종래의 첨단 고강도 강은 대부분 탄소망간 강 성분을 기반으로 하고, 비교적 많은 Cr, Mo, Nb, Ti, B 등의 합금원소를 첨가하며, 이는 재료 비용을 증가시킬 뿐만 아니라 제련, 열간 압연, 냉간 압연의 제조 가능성의 난이도를 높인다.
예를 들어, 공개 번호가 CN104245971A이고, 공개일이 2014년 12월 24일이며, 명칭이 "고강도 냉간 압연 강판 및 그 강판의 생산 방법"인 중국 특허문헌은 고강도 강판을 개시하였다. 해당 특허문헌에 개시된 기술적 해결책에 있어서, 이의 성분은 C: 0.1%~0.3%, Si: 0.4%~1.0%, Mn: 2.0%~3.0%, Cr≤0.6%, Si+0.8Al+Cr: 1.0%~1.8%, Al: 0.2%~0.8%, Nb＜0.1%, Mo＜0.3%, Ti＜0.2%, V＜0.1%, Cu＜0.5%, Ni＜0.5%, S≤0.01%, P≤0.02%, N≤0.02%, B＜0.005%, Ca＜0.005%, Mg＜0.005% 및 REM＜0.005%이며, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이다. 미세조직(부피%)은: 잔부의 오스테나이트 5 내지 20%, 베이나이트 + 베이나이트 페라이트 + 템퍼링 마르텐사이트≥80%, 다각형 페라이트≤10%, 마르텐사이트-오스테나이트 성분≤20%이다. 그 기술적 해결책에 언급된 강종 성분은 일정량의 Cr 및 Mo를 첨가해야 하기 때문에, 인장 강도가 ≥980MPa이지만, 연신율은 약 14%에 불과하여, 자동차 부품용 강재의 비용 및 성형성 측면의 장점이 현저하지 않음에 유의한다.
다른 예를 들면, 공개 번호가 CN106574342A이고, 공개일이 2017년 4월 19일이며, 명칭이 "고강도 강판 및 이의 제조 방법, 및 고강도 아연 도금 강판의 제조 방법"인 중국 특허문헌은 고강도 강판을 개시하였다. 해당 특허문헌에 개시된 기술적 해결책에 있어서, 그 제조 방법은 다음과 같다: 성분 조건을 충족하는 강재 슬래브는 1100 내지 1300℃까지 가열되고, 마무리 압연 출구측 온도는 800 내지 1000℃이고, 평균 권취 온도는 450 내지 700℃이고, 산세척 후 강판을 450 내지 Ac1 온도에서 900 내지 36000s 동안 유지되고, 30% 이상의 압하율로 냉간 압연이 수행되고, 강판은 820 내지 950℃까지 가열되어 1차 어닐링이 수행된 후, 500℃까지 평균 냉각 속도 15℃/s 이상의 조건 하에서 Ms 온도 이하로 냉각되고, 다시 740 내지 840℃까지 가열되어 2차 어닐링이 수행되며, 1 내지 15℃/s의 냉각 속도로 150 내지 350℃까지 냉각된 다음, 다시 350 내지 550℃까지 가열되어 10s 이상 온도가 유지된다. 그 특허문헌에 개시된 기술적 해결책은 가열과 압연이 필요하고, 2회의 어닐링 처리를 거쳐야 하므로, 제조 공정이 복잡하고, 제조 비용이 증가하기 때문에, 그 고강도 강판은 자동차 분야에서의 적용이 크게 제한된다.
또 다른 예를 들면, 공개 번호가 WO2018/116155이고, 공개일이 2018년 6월 28일이며, 명칭이 "HIGH-STRENGTH COLD ROLLED STEEL SHEET HAVING HIGH FORMABILITY AND A METHOD OF MANUFACTURING THEREOF"인 국제 특허출원은 성형성이 높은 고강도 냉간 압연 강판을 개시하였다. 해당 특허문헌에 개시된 기술적 해결책에 있어서, 그 성분은: C: 0.19%~0.24%, Mn: 1.9%~2.2%, Si: 1.4%~1.6%, Al: 0.01%~0.06%, Cr: 0.2%~0.5%, P≤0.02% 및 S≤0.003%이고, 선택적으로: Nb: 0.0010%~0.06%, Ti: 0.001%~0.08%, V: 0.001%~0.1% 및 Ca: 0.001%~0.005% 중 하나 혹은 여러 개를 포함하고, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물이다. 그 기술적 해결책에 언급된 강종의 인장 강도는 ≥1150MPa이고, 연신율은 ≥13%이고, 구멍 확장률은 ≥30%이며, 그 인장 강도는 비교적 높지만, 비교적 많은 Cr 및 Nb, Ti 원소가 첨가되므로, 비용이 매우 엄격하게 관리되는 자동차용 강재에 적합하지 않음에 유의한다.
본 발명의 목적은 가소성이 우수한 초고강도 강을 제공하는 데에 있고, 그 가소성이 우수한 초고강도 강은 간단한 성분 설계를 채택하며, 이는 C, Si 및 Mn 원소의 재료 변태에 대한 영향 규칙을 충분히 활용하여, 강판의 강도 및 연성을 보장하며, 그 항복 강도는 850 내지 1000MPa이고, 인장 강도는 1180 내지 1300MPa이고, 균일 연신율은 ≥11%이며, 파단 연신율은 15% 내지 20%로, 사용 전망과 가치가 높다.
상기 목적을 구현하기 위해, 본 발명은 가소성이 우수한 초고강도 강을 제공하며, 그 화학 원소 질량 백분율은:
C: 0.26~0.30wt%;
Si: 0.8~1.00wt%;
Mn: 2.80~3.30wt%; 및
Al: 0.04~0.08wt%;
잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다.
본 발명의 기술적 해결책은 일반 탄소-규소-망간 강의 성분 설계를 채택하고, C, Si, Mn 원소의 재료 변태에 대한 영향 규칙을 충분히 활용하여서, 본 발명에 따른 고강도 강이 고강도와 고연성 측면에서 일관성을 갖도록 하며, 최종적으로 성능이 우수한 강판 제품이 획득된다. 각각의 화학 원소의 설계 원리는 구체적으로 하기와 같다:
C: 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에서, C는 가장 중요한 고용 강화 원소이며, 강재의 강도를 효과적으로 보장할 수 있다. 강재에서 C 원소의 질량 백분율이 높을 수록, 잔부의 오스테나이트의 분율이 많아지고, 배분할 때 잔부의 오스테나이트에서의 C의 농축도가 높을 수록, 잔부의 오스테나이트 안정성이 강화되고 TRIP 효과를 나타내, 재료 연성을 향상시키는 데 도움이 된다. 강재에서 C 함량이 너무 높으면 강재의 용접성이 저하될 수 있으며, 강재에서 C의 질량 백분율이 0.30%를 초과하면, 담금질 후 비교적 많은 쌍정이 발생되기 쉽고, 균열 감수성이 증가됨에 유의한다. 이를 기반으로, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에서는, C의 질량 백분율이 0.26 내지 0.30wt%로 제어된다.
일부 바람직한 구현예에 있어서, C 원소의 질량 백분율은 0.26 내지 0.28wt%로 제어될 수 있다.
Si: 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에서, Si 원소는 배분 처리 과정에서 시멘타이트 형성을 강하게 억제할 수 있기 때문에, 탄소가 잔부의 오스테나이트에 농축되도록 촉진하여, 잔부의 오스테나이트의 안정성을 향상시킨다. 시멘타이트를 효과적으로 억제하기 위해 필요한 Si 원소의 함량은 적어도 0.8%이며, 강재에서 Si 원소 함량이 너무 높으면, 강재의 고온 가소성이 낮아지고, 열간 압연 결함 발생률이 증가한다는 점에 유의한다. 또한, Si 함량이 너무 높으면 강판 표면에 안정적인 산화물이 형성되어, 후속 산세척 공정에 악영향을 미칠 수 있다. 이를 기반으로, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에서는 Si의 질량 백분율이 0.8 내지 1.00wt%로 제어된다.
일부 바람직한 구현예에 있어서, Si 원소의 질량 백분율은 0.9 내지 1.00wt%로 제어될 수 있다.
Mn: 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에서 Mn 원소는 오스테나이트 상 영역을 확장하고, Ms 및 Mf 점을 저하시킬 수 있으며, 오스테나이트 안정성 및 강재의 담금질성을 효과적으로 향상시키고, 임계 변태 속도를 낮춰, 잔부의 오스테나이트를 실온으로 보존하는 데 도움이 된다. 또한, Mn도 비교적 중요한 고용 강화 요소이지만, 강재에 Mn 원소 함량이 너무 높으면, 내식성 및 용접 성능이 저하될 수 있고, 결정립 조대화 경향도 심화되어, 강재의 가소성 및 인성을 떨어뜨릴 수 있음에 유의한다. 이를 기반으로, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에서는 Mn의 질량 백분율이 2.80 내지 3.30wt%로 제어된다.
일부 바람직한 구현예에 있어서, Mn 원소의 질량 백분율은 2.9 내지 3.1wt%로 제어될 수 있다.
Al: 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에서, Al 원소가 고용 상태로 존재하면, 적층 결함 에너지를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 시멘타이트 석출 및 γ에서 마르텐사이트로의 변태도 억제하고, 오스테나이트의 안정성을 향상시킬 수 있다. 또한, Al 원소는 C 및 N과 미세하게 분산된 난용성 입자를 형성할 수도 있고, 결정립을 미세화할 수 있지만, Al의 강화 효과는 Si보다 약하고, 오스테나이트를 안정화시키는 능력도 Si보다 약하다. 강재 중 Al 원소의 질량 백분율이 너무 높으면, 대량의 산화물 개재물이 형성되기 쉬워, 용강의 청정도에 도움이 되지 않는다. 따라서, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에서는 Al의 질량 백분율이 0.04 내지 0.08wt%로 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에 있어서, 각각의 화학 원소의 질량 백분율은:
C: 0.26~0.28wt%;
Si: 0.9~1.00wt%; 및
Mn: 2.9~3.1wt% 중 적어도 하나를 충족한다.
또한, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에 있어서:
0＜Cr≤0.05wt%;
0＜Mo≤0.05wt%;
0＜Nb≤0.03wt%;
0＜Ti≤0.05wt%;
0＜V≤0.03wt%; 및
0＜B≤0.001wt% 원소 중 적어도 하나를 추가로 포함한다.
상술한 Cr, Mo, Nb, Ti, V 및 B 원소는 모두 본 발명에 따른 고강도 강의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 예를 들어, Cr 및 Mo 원소는 강재의 담금질성을 향상시키고, 강재의 강도를 조정할 수 있으나, Cr은 강판 표면에 농축되어, 용접 성능에 영향을 미칠 수 있고, Mo는 질량 백분율이 비교적 높아 강재의 냉간 압연 변형 저항을 증가시킬 수 있다. 다른 예를 들면, Nb, Ti, V 원소는 C와 미세한 탄화물을 형성하여, 조직 미세화를 촉진할 수 있으나, 이러한 미세 탄화물의 형성은 C가 잔부의 오스테나이트로 농축되는 것과 잔부의 오스테나이트의 안정화에 도움이 되지 않는다. B 원소의 주요 기능은 강재의 담금질성을 향상시키는 것이며, B는 오스테나이트 결정계에서 편석되기 쉽고, 오스테나이트가 페라이트로 변태되는 것을 지연시키며, 함량이 비교적 낮으면 현저한 효과가 있고, B의 질량 백분율이 너무 높으면 강재 강도를 높일 수 있어, 우수한 성형에 도움이 되지 않는다. 따라서, B의 질량 백분율은 0＜B≤0.001%로 제어될 수 있다.
또한, 상술한 원소의 첨가는 재료의 비용을 증가시킬 수 있으며, 성능과 비용 제어를 종합적으로 고려하여, 본 발명의 기술적 해결책에서 바람직하게는 상술한 원소 중 적어도 하나를 첨가할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에 있어서, 각각의 화학 원소는:
0＜Cr≤0.03wt%;
0＜Mo≤0.03wt%;
0＜Nb≤0.01wt%;
0＜Ti≤0.03wt%; 및
0＜V≤0.01wt% 중 적어도 하나를 충족한다.
또한, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에서, 기타 불가피한 불순물의 P≤0.01wt%, S≤0.01wt%, N≤0.006wt%이다.
상술한 해결책에서, P, S, N 원소는 모두 불순물 원소이며, 여기에서, P는 고용 강화 역할을 하고, 탄화물 형성을 억제할 수 있고, 잔부의 오스테나이트의 안정성을 개선하는 데 도움이 될 수 있으나, P의 질량 백분율이 너무 높으면 결정계가 약화되어, 재료 취성이 증가하고, 용접 성능이 열화될 수 있다, 즉, P 원소의 긍정적인 작용이 그 부정적인 작용보다 약하므로, 바람직하게는 P의 질량 백분율은 P≤0.01wt%로 제어된다. N의 경우, N의 질량 백분율이 너무 높으면 제련, 연속 주조가 어려울 수 있으며, 개재물 제어에 도움이 되지 않기 때문에, 바람직하게는 N의 질량 백분율이 N≤0.006wt%로 제어된다. 이에 상응하여, 강재의 S 원소 질량 백분율이 너무 높으면 재료의 가소성이 현저하게 열화될 수 있으므로, S의 질량 백분율은 S≤0.01wt%로 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강의 화학 원소 질량 백분율은:
C: 0.26~0.30wt%, 바람직하게는 0.26~0.28wt%;
Si: 0.8~1.00wt%, 바람직하게는 0.9~1.00wt%;
Mn: 2.80~3.30wt%, 바람직하게는 2.9~3.1wt%;
Al: 0.04~0.08wt%;
Cr: ≤0.05wt%, 바람직하게는 0.03wt%;
Mo: ≤0.05wt%, 바람직하게는 0.03wt%;
Nb: ≤0.03wt%, 바람직하게는 0.01wt%;
Ti: ≤0.05wt%, 바람직하게는 0.03wt%;
V: ≤0.03wt%, 바람직하게는 0.01wt%;
B: ≤0.001wt%;
P: ≤0.01wt%;
S: ≤0.01wt%;
N≤0.006wt%이며;
잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다.
또한, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에 있어서, 이의 미세 조직(부피비)은 20 내지 40%의 페라이트 + 50 내지 70%의 마르텐사이트 + 잔부의 오스테나이트이다.
또한, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강의 페라이트에서, 10μm 이하 결정립의 비율은 90% 이상이고, 5μm 이하 결정립의 비율은 60% 이상이다.
또한, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에 있어서, 잔부의 오스테나이트의 평균 결정립 크기는 ≤2μm이고/이거나; 잔부의 오스테나이트의 평균 C 함량은 ≥1.1wt%이다. 일부 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강의 잔부의 오스테나이트의 평균 결정립 크기는 0.6 내지 1.6μm이다. 일부 구현예에 있어서, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강의 잔부의 오스테나이트의 평균 C 함량은 1.1 내지 1.35wt%이다.
또한, 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강에 있어서, 초강도 강의 항복 강도는 850 내지 1000MPa이고, 인장 강도는 1180 내지 1300MPa이고, 균일 연신율은 ≥11%이고, 파단 연신율은 15 내지 20%이다.
이에 상응하여, 본 발명의 또 다른 목적은 상술한 가소성이 우수한 초고강도 강의 제조 방법을 제공하는 것에 있고, 그 제조 방법은 얇은 슬래브 연속 주조 공정과 산세척 또는 산세 압연 공정을 채택하여, 연속 어닐링 후 가소성이 우수한 초고강도 강을 획득하는 것이다. 그 제조 방법은 생산이 간단하며, 획득된 고강도 강은 동일한 강도 조건에서 강재의 연신율을 더욱 향상시킨다.
상기 목적을 구현하기 위해, 본 발명은 상술한 가소성이 우수한 초고강도 강의 제조 방법을 제공하며, 여기에는:
(1) 제련 및 얇은 슬래브 연속 주조 단계 ― 여기에서 연속 주조 배출구의 슬래브 두께는 55 내지 60mm로 제어함 ― ;
(2) 가열 단계;
(3) 열간 압연 단계 ― 열간 압연 후 강대 표면 스케일 두께는 ≤6μm이고, 열간 압연 후 강대 표면 스케일 중의 (FeO+Fe3O4)는 ≤40wt%임 ― ;
(4) 산세척 또는 산세척+냉간 압연 단계; 및
(5) 연속 어닐링 단계 ― 800 내지 920℃에서 어닐링되고, 3 내지 10℃/s의 냉각 속도로 690 내지 760℃까지 완속 냉각되어, 일정 비율의 페라이트가 획득되고; 250 내지 350℃까지 다시 급속 냉각되며, 냉각 속도는 50 내지 100℃/s이고, 오스테나이트 부분은 마르텐사이트로 변태되고; 다시 360 내지 460℃까지 가열되고, 100 내지 400s 동안 온도가 유지되며, 마지막으로 실온까지 냉각됨 ― 가 포함된다.
본 발명의 기술적 해결책에 있어서, 단계 (1)에서 채택된 것이 얇은 슬래브 연속 주조이기 때문에, 조압연 공정을 생략할 수 있고, 열간 압연 변형률을 감소시킬 수 있으므로, 후속적인 단계 (4) 및 단계 (5)의 강판 성능을 보장할 수 있다. 또한, 단계 (1)에서 채택된 것이 얇은 슬래브 연속 주조이기 때문에, 슬래브 열을 충분히 활용하고, 가열에 필요한 에너지 소모를 줄여, 보다 균일한 페라이트 또는 페라이트 + 펄라이트 조직이 획득될 수 있고, 이는 후속 단계 (5)의 완제품 미세 조직의 일정량의 미세 결정립 페라이트를 유지하여, 조직 균일도를 높이며, 가소성을 향상시키는 데 도움이 된다.
단계 (3)에 있어서, 열간 압연 후 강대 표면 스케일 두께는 ≤6μm로, 열간 압연 후 강대 표면 스케일의 (FeO+Fe3O4)는 ≤40wt%로 제어되며, 이는 후속 단계 (4)를 수행하는 데 도움이 될 수 있고, 연속 어닐링 후 획득되는 강판 성능에 중요한 영향을 미칠 수 있다, 이는 본 발명의 기술적 해결책에 있어서, FeO와 Fe3O4는 Fe2O3보다 산세척이 어려우며, 본 해결책의 열간 압연 후 강대 표면의 스케일 두께, 및 열간 압연 후 강대 표면 스케일의 (FeO+Fe3O4)가 ≤40wt%로 조절되면, 산세척 효과가 향상되어, 직접 연속 어닐링에 사용할 수 있는 산세척판 표면이 획득될 수 있으며, 산세척판은 연속 어닐링을 직접 수행할 수 있어, 열간 압연 조직 변형률을 감소시키고, 강판 조직은 페라이트와 펄라이트 또는 베이나이트 위주가 되기 때문에, 동일한 연속 어닐링 조건 하에서 재료 강도를 낮출 수 있어, 조직을 더욱 균일하게 하여, 우수한 연성을 얻을 수 있다.
단계 (5)에서, 어닐링 온도를 800 내지 920℃로 제어하여 균일화된 오스테나이트 조직 또는 오스테나이트 + 페라이트 조직을 형성할 수 있다; 그 후 3 내지 10℃/s의 냉각 속도로 690 내지 760℃까지 완속 냉각하고, 조직 중 페라이트의 함량을 더욱 조정하여, 재료의 성형을 향상시킨다; 그 다음 50 내지 100℃/s의 속도로 250 내지 350℃(즉, Ms와 Mf 온도 사이)까지 냉각시킨다, 이는 냉각 과정에서 마르텐사이트 변태만 발생하도록 보장하기 위해, 임계 냉각 속도가 50℃/s 이상이어야 하며, 냉각 속도가 100℃/s를 초과하면 생산 비용이 크게 증가하기 때문이다. 이때, 오스테나이트 부분이 마르텐사이트로 변태하여, 강재가 비교적 높은 강도를 갖도록 보장한다; 다시 360 내지 460℃로 가열되고, 100 내지 400s 동안 유지되어, 마르텐사이트와 오스테나이트에 탄소가 배분되게 하여, 일정량의 탄소가 풍부한 잔부의 오스테나이트가 형성되고, 안정적으로 실온까지 유지되며, TRIP 효과로 인해, 강재의 가공 경화 능력 및 성형성을 현저히 향상시켜, 가소성이 우수한 초고강도 강이 획득될 수 있다. 상술한 배분 공정을 이와 같이 설정하는 이유는 다음과 같다: 재가열 온도가 360℃보다 낮거나 재가열 시간이 100s보다 짧으면, 강재 중 잔부의 오스테나이트 안정화 과정이 불충분하여, 최종적으로 실온에서 획득한 잔부의 오스테나이트 함량이 부족하다; 재가열 온도가 460℃보다 높거나 재가열 시간이 400s보다 길면, 강재에 현저한 템퍼링 연화가 발생하여, 최종적인 재료 강도가 현저하게 낮아질 수 있다.
본 해결책의 초고강도 강은 고탄소, 고망간의 성분 설계 및 페라이트 결정립 미세화 메커니즘을 채택하므로, 연속 어닐링 과정에서 오스테나이트 역변태의 핵 생성점이 증가하는 동시에, 크기가 더욱 미세해지며, 실온에서 안정적으로 유지되는 잔부의 오스테나이트의 평균 입자 크기는 ≤2μm이고; 잔부의 오스테나이트의 평균 C 함량은 ≥1.1%일 수 있다. 또한, 높은 Si 설계를 채택하므로, 급속 냉각에 의해 형성된 마르텐사이트는 분배 과정에서 기본적으로 분해가 일어나지 않아, 조직의 마르텐사이트 함량을 보장하고, 강재의 강도를 보장한다.
또한, 본 발명의 제조 방법의 단계 (1)에 있어서, 연속 주조 드로잉 속도는 2 내지 5m/min로 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법의 단계 (2)에 있어서, 슬래브는 1200 내지 1300℃까지 가열된다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법의 단계 (3)에 있어서, 최종 압연 온도는 860 내지 930℃로, 권취 온도는 450 내지 600℃로 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법의 단계 (4)에 있어서, 산세척+냉간 압연 단계가 채택될 때, 이의 변형률은 40 내지 70%로 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법의 단계 (5)에 있어서, 연속 어닐링 공정은:
어닐링 온도 820 내지 870℃;
3 내지 10℃/s의 냉각 속도로 700 내지 730℃까지 완속 냉각;
270 내지 330℃까지 급속 냉각;
급속 냉각 후 다시 400 내지 430℃까지 가열하고, 150 내지 300s 동안 온도 유지 및
연속 어닐링 노내 환원성 기체 분위기 중 수소의 체적 함량이 10 내지 15%로 제어되는 조건 중 적어도 하나를 충족하도록 제어된다.
본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강 및 이의 제조 방법은 종래 기술과 비교할 때 하기와 같은 장점 및 유익한 효과를 나타낸다:
본 발명에 따른 고강도 강은 탄소-규소-망간 강을 기본으로 하며, 어떠한 고가의 합금원소도 첨가하지 않고, 탄소-규소-망간 배합비를 최적화하여, 연성이 우수한 고강도 냉간 압연 강판을 획득한다.
본 발명에 따른 제조 방법의 생산 공정은 독특하고, 그 생산공정이 얇은 슬래브 연속 주조 기술을 채택하기 때문에, 조직 균일도 및 편석 제어 측면에서 고유한 장점을 갖는다. 획득한 초고강도 강은 동일한 강도 조건에서 연신율이 현저하게 향상될 수 있으며, 자동차 안전 구조 부재에서 활용 전망이 비교적 밝고, 특히 A/B 필라, 차량 도어 충돌 방지 빔, 크로스 빔, 범퍼 등과 같이 제조 형태가 복잡하고, 높은 성형성이 요구되는 자동차 구조 부재와 안전 부재에 적합하다.
도 1은 실시예 4의 초고강도 강의 미세 조직 사진이다.
도 2는 실시예 4의 초고강도 강의 상 조성 EBSD 사진이다.
이하에서는 명세서 첨부 도면 및 구체적인 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강 및 이의 제조 방법을 보다 상세하게 해석하고 설명하나, 그 해석과 설명은 본 발명의 기술적 해결책을 부당하게 한정하지 않는다.
실시예 1 내지 24 및 비교예 1 내지 3
실시예 1 내지 24의 가소성이 우수한 초고강도 강은 하기 단계를 채택해 제조된다:
(1) 표 1의 화학 성분에 따라 제련 및 얇은 슬래브 연속 주조 수행: 여기에서 연속 주조 배출구의 슬래브 두께는 55 내지 60mm로 제어되고, 연속 주조 슬래브 드로잉 속도는 2 내지 5m/min으로 제어된다.
(2) 가열: 슬래브는 1200 내지 1300℃까지 가열된다.
(3) 열간 압연: 열간 압연 후 강대 표면 스케일 두께는 ≤6μm이고, 열간 압연 후 강대 표면 스케일 중의 (FeO+Fe3O4)는 ≤40wt%이며, 최종 압연 온도는 860 내지 930℃로, 권취 온도는 450 내지 600℃로 제어된다.
(4) 산세척 또는 산세척+냉간 압연: 산세척+냉간 압연 단계를 채택할 때, 이의 변형률은 40 내지 70%로 제어된다.
(5) 연속 어닐링: 800 내지 920℃에서 어닐링되고, 3 내지 10℃/s의 냉각 속도로 690 내지 760℃까지 완속 냉각되어, 일정 비율의 페라이트가 획득된다; 다시 250 내지 350℃까지 급속 냉각되고, 냉각 속도는 50 내지 100℃/s이며, 오스테나이트 부분은 마르텐사이트로 변태된다; 그 후, 다시 360 내지 460℃까지 가열되고 100 내지 400s 동안 온도가 유지되며, 마지막으로 실온으로 냉각된다.
일부 바람직한 구현예에 있어서, 단계 (5)에서 매개변수는,
어닐링 온도 820 내지 870℃;
3 내지 10℃/s의 냉각 속도로 700 내지 730℃까지 완속 냉각;
270 내지 330℃까지 급속 냉각;
급속 냉각 후 다시 400 내지 430℃까지 가열하고 150 내지 300s 동안 온도 유지; 및
연속 어닐링 노내 환원성 기체 분위기 중 수소의 체적 함량을 10 내지 15%로 제어되는 조건 중 적어도 하나를 충족하도록 추가로 제어될 수 있다.
비교예 1 내지 3은 일반적인 공정으로 제조하여 획득된다.
표 1은 실시예 1 내지 24의 가소성이 우수한 초고강도 강 및 비교예 1 내지 3의 비교 강의 각각의 화학 원소의 질량 백분율을 나열한 것이다.
Figure pct00001
표 2-1 및 표 2-2는 실시예 1 내지 24의 가소성이 우수한 초고강도 강 및 비교예 1 내지 3의 비교 강의 구체적인 공정 매개변수를 나열한 것이다.
Figure pct00002
Figure pct00003
표 3은 실시예 1 내지 24의 가소성이 우수한 초고강도 강 및 비교예 1 내지 3의 비교 강의 역학적 성능 테스트 결과를 나열한 것이다. ISO 6892:1998(금속 재료 상온 인장 시험법), P14(A50) 인장 시편 시험 표준을 채택하여 테스트를 수행한다.
Figure pct00004
표 3에서 알 수 있듯이, 본 실시예 1 내지 24의 가소성이 우수한 초고강도 강은 강도를 보장하는 동시에 연성도 우수하며, 이의 항복 강도(YS)는 850 내지 1000MPa이고, 인장 강도(TS)는 1180 내지 1300MPa이고, 균일 연신율(UEL)은 모두 ≥11%이며, 파단 연신율(TEL)은 15 내지 20%이다.
표 4는 실시예 1 내지 24의 가소성이 우수한 초고강도 강의 미세 조직 관찰 결과이다.
Figure pct00005
표 3 및 표 4에서 알 수 있듯이, 본 실시예 1 내지 24의 가소성이 우수한 초고강도 강의 미세 조직은 20 내지 40%의 페라이트 + 50 내지 70%의 마르텐사이트 + 잔부의 오스테나이트이고, 여기에서 페라이트는 10μm 이하 결정립의 비율이 90% 이상이고, 5μm 이하 결정립의 비율이 60% 이상이며, 잔부의 오스테나이트의 평균 결정립 크기는 ≤2μm이고/이거나; 잔부의 오스테나이트의 평균 C 함량은 ≥1.1wt%이다. 따라서, 본 해결책에 따른 다양한 실시예의 가소성이 우수한 초고강도 강은 일정량의 미세한 결정립 페라이트를 가지며 조직의 균일성이 우수하므로, 각각의 실시예의 고강도 강은 강도가 높은 동시에 가소성도 매우 우수하다.
도 1은 실시예 4의 초고강도 강의 미세 조직 사진이다.
도 2는 실시예 4의 초고강도 강의 상 조성 EBSD 사진이다.
도 1 및 도 2에서 알 수 있듯이, 실시예 4의 초고강도 강의 미세 조직은 20 내지 40%의 페라이트 + 50 내지 70%의 마르텐사이트 + 잔부의 오스테나이트이고, 여기에서 페라이트는 10μm 이하 결정립의 비율이 90% 이상이고, 5μm 이하 결정립의 비율이 60% 이상이며, 잔부의 오스테나이트의 평균 결정립 크기는 ≤ 2μm이고/이거나; 잔부의 오스테나이트 중 평균 C 함량은 ≥1.1wt%이다.
상술한 내용을 요약하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 초고강도 강은 탄소-규소-망간 강을 기반으로 하며, 어떠한 고가의 합금원소도 첨가하지 않고, 탄소-규소-망간의 최적화된 배합비와 얇은 슬래브 연속 주조 기술 채택을 통해, 조직 균일도 및 편석 제어 측면에서 고유한 장점을 갖는다.
본 발명에 따른 제조 방법은 생산 공정이 간단하며, 획득된 초고강도 강은 동일한 강도 조건 하에서 연신율이 현저하게 향상될 수 있고, 자동차 안전 구조 부재에서 활용 전망이 비교적 밝으며, 특히 A/B 필라, 차량 도어 충돌 방지 빔, 크로스 빔, 범퍼 등과 같이 제조 형태가 복잡하고 높은 성형성이 요구되는 자동차 구조 부재와 안전 부재에 적합하다.
본 발명의 보호 범위의 종래 기술 부분은 본 출원 문서에 제공된 실시예에 제한되지 않음에 유의하며, 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 각각의 기술적 특징의 조합 방식은 본 발명의 특허항에 기재된 조합 방식 또는 구체적인 실시예에 기재된 조합 방식에 한정되지 않으며, 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 않고, 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 (15)

  1. 가소성이 우수한 초고강도 강으로서,
    상기 초고강도 강의 화학 원소 질량 백분율은,
    C: 0.26~0.30wt%;
    Si: 0.8~1.00wt%;
    Mn: 2.80~3.30wt%; 및
    Al: 0.04~0.08wt%이고,
    잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는, 가소성이 우수한 초고강도 강.
  2. 제1항에 있어서,
    각각의 화학 원소의 질량 백분율은,
    C: 0.26~0.28wt%;
    Si: 0.9~1.00wt%; 및
    Mn: 2.9~3.1wt% 중 적어도 하나를 충족하는 것을 특징으로 하는, 가소성이 우수한 초고강도 강.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    0＜Cr≤0.05wt%;
    0＜Mo≤0.05wt%;
    0＜Nb≤0.03wt%;
    0＜Ti≤0.05wt%;
    0＜V≤0.03wt%; 및
    0＜B≤0.001wt% 원소 중 적어도 하나를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 가소성이 우수한 초고강도 강.
  4. 제3항에 있어서,
    각각의 화학 원소는,
    0＜Cr≤0.03wt%;
    0＜Mo≤0.03wt%;
    0＜Nb≤0.01wt%;
    0＜Ti≤0.03wt%; 및
    0＜V≤0.01wt% 중 적어도 하나를 충족하는 것을 특징으로 하는, 가소성이 우수한 초고강도 강.
  5. 제1항에 있어서,
    기타 불가피한 불순물에서 P≤0.01wt%, S≤0.01wt%, N≤0.006wt%인 것을 특징으로 하는, 가소성이 우수한 초고강도 강.
  6. 제1항에 있어서,
    미세 조직이 20 내지 40%의 페라이트 + 50 내지 70%의 마르텐사이트 + 잔부의 오스테나이트인 것을 특징으로 하는, 가소성이 우수한 초고강도 강.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 페라이트에서 10μm 이하 결정립의 비율이 90% 이상이고, 5μm 이하 결정립의 비율이 60% 이상인 것을 특징으로 하는, 가소성이 우수한 초고강도 강.
  8. 제6항에 있어서,
    잔부의 오스테나이트의 평균 결정립 크기는 ≤2μm이고/이거나; 잔부의 오스테나이트의 평균 C 함량은 ≥1.1wt%인 것을 특징으로 하는, 가소성이 우수한 초고강도 강.
  9. 제1항에 있어서,
    항복 강도는 850 내지 1000MPa이고, 인장 강도는 1180 내지 1300MPa이고, 균일 연신율은 ≥11%이고, 파단 연신율은 15 내지 20%인 것을 특징으로 하는, 가소성이 우수한 초고강도 강.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 가소성이 우수한 초고강도 강의 제조 방법에 있어서,
    (1) 제련 및 얇은 슬래브 연속 주조 단계 ― 여기에서 연속 주조 배출구의 슬래브 두께는 55 내지 60mm로 제어함 ― ;
    (2) 가열 단계;
    (3) 열간 압연 단계 ― 열간 압연 후 강대 표면 스케일 두께는 ≤6μm이고, 열간 압연 후 강대 표면 스케일 중의 (FeO+Fe3O4)는 ≤40wt%임 ― ;
    (4) 산세척 또는 산세척+냉간 압연 단계; 및
    (5) 연속 어닐링 단계 ― 800 내지 920℃에서 어닐링되고, 3 내지 10℃/s의 냉각 속도로 690 내지 760℃까지 완속 냉각되어, 일정 비율의 페라이트가 획득되고; 250 내지 350℃까지 다시 급속 냉각되며, 냉각 속도는 50 내지 100℃/s이고, 오스테나이트 부분은 마르텐사이트로 변태되고; 다시 360 내지 460℃까지 가열되고, 100 내지 400s 동안 온도가 유지되며, 마지막으로 실온까지 냉각됨 ― 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    단계 (1)에서 연속 주조 드로잉 속도는 2 내지 5m/min으로 제어하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    단계 (2)에서 슬래브를 1200 내지 1300℃까지 가열하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    단계 (3)에서 최종 압연 온도는 860 내지 930℃로, 권취 온도는 450 내지 600℃로 제어하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    단계 (4)에서 산세척+냉간 압연 단계를 채택할 때, 변형률은 40 내지 70%로 제어하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
  15. 제10항에 있어서,
    단계 (5)에서 연속 어닐링 공정이:
    어닐링 온도 820 내지 870℃;
    3 내지 10℃/s의 냉각 속도로 700 내지 730℃까지 완속 냉각;
    270 내지 330℃까지 급속 냉각;
    급속 냉각 후 다시 400 내지 430℃까지 가열하고, 150 내지 300s 동안 온도 유지; 및
    연속 어닐링 노내 환원성 기체 분위기 중 수소의 체적 함량은 10 내지 15%로 제어하는 조건 중 적어도 하나를 충족하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 제조 방법.
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