KR20240000646A - 구멍 확장비가 높은 열간 압연된 강 시트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

중량% 로: 0.15% ≤ C ≤ 0.20%, 0.50% ≤ Mn ≤ 2.00%, 0.25% ≤ Si ≤ 1.25%, 0.10% ≤ Al ≤ 1.00%, 여기서 1.00% ≤ (Al+Si) ≤ 2.00%, 0.001% ≤ Cr ≤ 0.250%, P ≤ 0.02%, S ≤ 0.005%, N ≤ 0.008%, 및 선택적으로 다음 중 하나 이상의 원소들; 0.005% ≤ Mo ≤ 0.250%, 0.005% ≤ V ≤ 0.250%, 0.0001% ≤ Ca ≤ 0.003% 및 0.001% ≤ Ti ≤ 0.025% 을 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물인 화학 조성물을 갖는 열간 압연된 강 시트에 관한 것이고, 미세조직은 표면 분율로, 합이 5% 초과 및 엄격하게는 20% 미만인 페라이트 및 베이나이트를 포함하고, 잔부는 템퍼링된 마르텐사이트로 구성된다.

Description

구멍 확장비가 높은 열간 압연된 강 시트 및 이의 제조 방법{HOT ROLLED STEEL SHEET WITH HIGH HOLE EXPANSION RATIO AND MANUFACTURING PROCESS THEREOF}
본 발명은 780 MPa 내지 1000 MPa 의 항복강도, 950 MPa 내지 1150 MPa, 바람직하게는 980 MPa 내지 1150 MPa 의 인장 강도, 및 45% 초과의 구멍 확장비를 갖는 열간 압연된 강 시트에 관한 것이고, 이는 자동차의 구조 부품의 제조에 사용될 수 있다.
CO2 배출량을 저감시키기 위해 차량의 중량을 감소시키는 것이 자동차 산업에서 주요한 과제이다. 이러한 중량 절감은 안전 요건에 부합되어야 한다. 이러한 요건을 충족시키기 위해 제강 산업에 의해 새로운 고강도 강이 지속적으로 개발되고 있다. 자동차 적용시에 고강도 강의 사용이 증가함에 따라, 증가된 강도 및 구멍 확장 성능에 대한 개선 둘 다를 가진 강에 대한 수요가 증가하고 있다. 따라서, 다양한 강도 수준을 제공하는 여러 군들의 강들이 제안되었다.
공보 EP 1138796 호에는 자동차 부품용으로 사용가능한, 1000 MPa 보다 높은 인장 강도를 갖는 열간 압연된 강 시트가 개시되어 있다. 이러한 열간 압연된 강 시트의 제조는, 경화 영향으로 인해, 완전 베이나이트 (fully bainitic) 조직 및 높은 기계적 특성을 얻을 수 있는 몰리브덴, 및 미세한 질화물 및 탄화물 그리고 높은 수준의 인장 기계적 특성을 얻을 수 있는 바나듐과 같은 필수적인 고가의 합금 원소들을 필요로 한다.
공보 WO 2018108653 호에서는, 인장 강도 800 ~ 1500 MPa, 항복 강도 700 MPa 이상, 연신율 7 ~ 25%, 및 구멍 확장값 20% 초과의 열간 압연된 플랫 강 시트를 제조한다. 이러한 마르텐사이트 열간 압연된 강 시트는 소위 담금질 및 분할 공정에 의해 제조되며, 상기 강 시트는 먼저 마르텐사이트 변태가 불완전한 범위에서 냉각된다. 이후, 상기 강 시트는, 상기 탄소가 분할되고, 즉 마르텐사이트로부터 확산되어 오스테나이트를 풍부하게 하여 안정화시키는 온도 범위에서 재가열된다. 그 후, 강 시트는 실온으로 냉각된다. 따라서, 상기 최종 강 시트는 분할된 마르텐사이트, 새로운 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트를 함유한다. 그러나, 이러한 공정을 구현하기 위해서는 특정 디바이스와 생산 라인이 필요하다.
공보 WO 2012130434 에는, 금속 스트립의 폭에 걸쳐 맞춤형 기계적 특성을 갖는 금속 시트를 얻기 위해, 이중상 또는 마르텐사이트 미세구조를 갖는 코팅된 시트의 폭에 걸쳐 가변적인 열처리가 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에서는 특정 및 전용 생산 장비가 필요하다. 또한, 국부적인 열처리는 잔류 응력 및 평탄도 문제를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 하나의 목적은 많은 양의 값비싼 원소들을 첨가할 필요없이 고강도 열간 압연된 강 시트를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 제조비용을 증가시키지 않으면서 종래의 생산 라인을 이용하여 열간 압연된 강 시트를 제조하는 것이다.
따라서, 본 발명은 780 MPa 내지 1000 MPa 의 항복 강도, 950 MPa 내지 1150 MPa, 바람직하게는 980 MPa 내지 1150 MPa 의 인장 강도 (TS), 8% 보다 높은 총 연신율, 및 45% 보다 높은 확장비 (HER) 를 갖는 플랫 열간 압연된 고강도 강을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 균열 개시 및 전파에 대한 저항이 높아, 강 시트로부터 제조된 부품의 어떠한 취성 파괴를 방지할 수 있도록 하는 강 시트를 제공하는 것이다. 이를 위해, 본 발명은 20 ℃ 에서 50 J/㎠ 초과의 샤르피 V 파단 에너지를 갖는 플랫 열간 압연된 강 시트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 중량% 로: 0.15% ≤ C ≤ 0.20%, 0.50% ≤ Mn ≤ 2.00%, 0.25% ≤ Si ≤ 1.25%, 0.10% ≤ Al ≤ 1.00%, 여기서 1.00 ≤ (Al + Si) ≤ 2.00, 0.001% ≤ Cr ≤ 0.250%, P ≤ 0.02%, S ≤ 0.005, N ≤ 0.008% 및 선택적으로 다음 중 하나 이상의 원소들; 0.005% ≤ Mo ≤ 0.250%, 0.005% ≤ V ≤0.250%, 0.0001% ≤ Ca ≤ 0.0030% 및 0.001% ≤ Ti ≤ 0.025% 을 포함하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물인 화학 조성물을 갖는 열간 압연된 강 시트에 관한 것이고, 미세조직은 표면 분율로, 합이 5% 초과 및 엄격하게는 20% 미만인 페라이트 및 베이나이트를 포함하고, 잔부는 템퍼링된 마르텐사이트로 구성된다.
바람직한 실시형태에서, 규소 함량은 0.40% ~ 0.90% 이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 알루미늄 함량은 0.30% ~ 0.90% 이다.
다른 바람직한 실시형태에서, 알루미늄 및 규소 함량의 합은 1.20% 내지 2.00% 이다.
본 발명의 열간 압연된 강 시트는 780 MPa 내지 1000 MPa 의 항복 강도 (YS) 및 950 MPa 내지 1150 MPa, 바람직하게는 980 MPa 내지 1150 MPa 의 인장 강도 (TS) 를 가진다.
본 발명에 따라서, 상기 강의 총 연신율은 8% 초과이다.
본 발명에 따라서, 상기 강의 구멍 확장값은 45% 초과이다.
본 발명에 따라서, 상기 강의 샤르피 V 에너지는 20 ℃ 에서 50 J/㎠ 보다 높다.
본 발명의 강의 두께는 1.8 내지 4.5 mm, 바람직하게는 1.8 내지 3.5 mm 이다.
본 발명에 따라서, 열간 압연된 강 시트는 표면에서 상기 열간 압연된 강 시트의 두께의 5% 미만의 두께를 갖는 페라이트 층을 포함한다.
본 발명에 따라서, 열간 압연된 강 시트는 아연 또는 아연계 합금으로 코팅된다.
제 1 실시형태에서, 아연계 코팅은 0.01 내지 8.0 중량% 의 Al, 선택적으로 0.2 내지 8.0 중량% 의 Mg 를 포함하고, 잔부는 Zn 이다.
제 2 실시형태에서, 아연계 코팅은 0.15 내지 0.40 중량% 의 Al, 잔부인 Zn 을 포함한다.
본 발명은 이하의 연속적인 단계들을 포함하는 열간 압연된 강 시트의 제조 방법을 제공한다:
- 전술한 조성을 갖는 강 반제품을 제공하는 단계,
- 875 ℃ 내지 950 ℃ 의 최종 압연 온도로 상기 강 반제품을 열간 압연하여 강 시트를 얻는 단계,
- 상기 강 시트를 50 ℃/s 보다 높은 냉각 속도 (VR1) 로 냉각하여 냉각된 강 시트를 얻는 단계,
- 160 ℃ 미만 그리고 Mf 미만의 온도 (Tcoil) 에서 코일링하여 코일링된 강 시트를 얻는 단계,
- 상기 코일링된 강 시트를 기간 (tA) 동안 열처리 온도 (θA) 까지 열처리하는 단계로서, θA 및 tA 는, PA = θA (22 + log10 tA) 가 15400 내지 17500 이도록 되고, θA 는 K 로 나타내고, tA 는 시간으로 나타내는, 상기 열처리하는 단계.
본 발명의 제 1 실시형태에서, 제조 공정의 열처리 단계는 400 ℃ 내지 475 ℃ 의 열처리 온도 (θA) 에서, 불활성 또는 HNX 분위기에서 배치 처리에 의해 실시되고, 상기 열처리 온도에서 기간 (tA) 은 10 내지 25 h 이다.
본 발명의 제 2 실시형태에서, 상기 열처리 단계는 500 ℃ 내지 600 ℃ 의 열처리 온도 (θA) 까지 연속 어닐링 라인에서 실시되고, 상기 열처리 온도에서 기간 (tA) 은 40 s 내지 100 s, 바람직하게는 50 s 내지 100 s 이다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, PA 파라미터는 15500 내지 17000 의 범위내이다.
제조 공정은 상기 코일링 단계 후 및 열처리 전에 산세 단계를 더 포함한다.
제조 공정은 상기 열처리 단계 후에 산세 단계를 더 포함한다.
본 발명의 제 1 냉각 기법 실시형태에서, 냉각은 75 ℃/s 보다 높은 냉각 속도 (VR1) 로 수냉에 의해 수행된다.
제 2 냉각 기법에서, 냉각 속도 (VR1) 에서의 냉각은, 500 내지 550 ℃ 의 중간 온도 (Ti) 에 도달할 때까지 실시한 후, Ti 에서부터 시작하여,
- 1 내지 5 초 동안 기간 (t2) 동안 추가 공랭이 수행된 후,
- 시트는 40 ℃/s 보다 높은 냉각 속도 (VR2) 로 냉각된다.
본 발명의 바람직한 실시형태에서, 상기 공랭은 2 내지 3 초 동안 기간 (t2) 동안 수행된다.
본 발명에 따른 강 시트는 자동차의 구조 부품의 제조에 사용될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하지만 제한을 도입하지 않고서 설명될 것이다.
도 1 은, 본 발명에 따른 강 조성에 대해, 열처리 파라미터 PA = θA (22 + log10 tA) 의 함수로서 구멍 확장비 (HER) 의 발생을 도시한다.
도 2 는, 본 발명에 따른 강 조성에 대해, 파라미터 PA 의 함수로서 인장 강도의 발생을 도시한다.
도 3 은 본 발명에 따른 열간 압연된 강 시트의 미세조직의 일 예를 도시한다.
도 4 는 본 발명에 해당되지 않는 열간 압연된 강 시트의 미세조직의 일 예를 도시한다.
도 5 는 본 발명에 따른 일 실시형태의 미세조직을 도시하고, 강 시트는 그 표면에 페라이트 층을 함유한다.
본 발명의 이하의 설명에서, 강 시트의 항복 응력 (YS), 인장 강도 (TS) 및 총 연신율은 표준 JIS Z2241 을 나타낸다. 구멍 확장비 (HER) 는 표준 ISO 16630:2009 를 나타낸다.
원하는 미세조직 및 기계적 특징에 도달하기 위해, 화학적 조성 및 공정 파라미터는 중요한 것이다. 중량% 로 나타낸 강 조성은 다음과 같다:
- 0.15% ≤ C ≤ 0.20% : 탄소 함량이 0.15% 미만이면, 950 MPa 의 인장 강도에 도달하지 못할 수도 있다. 탄소 함량이 0.20% 를 초과하면, 항복 강도 및 인장 강도가 각각 1000 MPa 및 1150 MPa 를 초과할 수 있고, 총 연신율이 8% 보다 낮을 수 있다.
- 0.50% ≤ Mn ≤ 2.00% : 망간 함량이 0.50% 미만이면, 강의 담금질성 (quenchability) 이 저하되고, 페라이트 및 베이나이트 표면 분율의 합이 엄격하게는 20% 보다 낮을 수 없어서, 인장 강도가 950 MPa 보다 낮을 수 있다. 망간 함량이 2.00% 를 초과하면, 중심 편석의 위험이 높아져 항복 강도, 인장 강도 및 구멍 확장값에 해롭다.
- 0.25% ≤ Si ≤ 1.25% : 규소는 액체 단계에서 탈산화 및 용액 경화를 얻는데 사용되는 원소이다. Si 함량이 0.25% 미만이면, 강의 담금질성이 저하된다. 그러나, Si 가 1.25% 를 초과하면, 탄화물 형성의 운동성 (kinetics) 이 감소한다. 따라서, 상기 페라이트 함량은 20% 보다 높을 수 있고, 인장 강도는 950 MPa 보다 낮을 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 규소 함량은 0.40% ~ 0.90% 이다.
- 0.10% ≤ Al ≤ 1.00% : 알루미늄 첨가는 액체 단계에서 효율적인 탈산화에 기여하고 페라이트의 안정화에 유리하다. 알루미늄의 함량이 0.10% 미만이면, 열간 압연된 시트의 페라이트 및 베이나이트 표면 분율의 합이 5% 보다 낮을 수 있어서, 시트의 총 연신율이 8% 보다 낮을 수 있다. 1.00% 를 넘으면, 냉각시 너무 많은 페라이트가 형성될 수 있으므로, 본 발명에서 요구하는 수율 및 인장 강도 수준을 달성할 수 없다. 바람직한 실시형태에서, 알루미늄 함량은 0.30% ~ 0.90% 이다.
- 1.00 ≤ Al + Si ≤ 2.00 : 규소 및 알루미늄의 함량의 합이 1.00% 내지 2.00% 인 경우에, 페라이트 및 베이나이트를 5% 초과 20% 미만으로 함유하는 미세조직을 얻을 수 있고, 그리하여 증가된 연성 및 연신율을 얻을 수 있다. 바람직한 실시형태에서, 강 시트의 주표면에서 페라이트 층의 형성을 촉진하기 위하여, 규소 및 알루미늄 함량의 합은 1.20% 내지 2.00% 이다. 페라이트 층은, 압연 방향으로 1 보다 낮고 그리고 횡단 방향으로 1.5 보다 낮은, 시트 두께로 나눈 굽힘 반경을 얻을 수 있다.
- P ≤ 0.02% : 인 함량이 0.02% 를 초과하면, 결정립계에서 편석이 발생하여 강 시트의 연신율이 저하될 수 있다. 또한, 이러한 높은 양에서 인은 코일링된 강 시트에 추가 열처리를 가할 때 템퍼 취성 (temper embrittlement) 을 유발할 수 있다. 바람직하게는, 기계적 특성에 대한 대응하는 현저한 이점 없이, 제강소에서 낮은 수준의 인 함량을 달성하는 것이 비싸기 때문에 인 함량은 0.0005% 보다 높다.
- S ≤ 0.005% : 황 함량은, 시트 연성에 대하여 해로운 황화물 형성을 낮추도록 0.005% 로 제한된다. 바람직하게는, 황 함량은, 기계적 특성에 대하여 대응하는 현저한 이점없이, 제강시 낮은 수준을 달성하는 것이 매우 값비싸기 때문에, 0.0005% 보다 높다.
- N ≤ 0.008% : 질소 함량이 0.008% 를 초과하면, 특정 원소들이 액체 또는 고체 상태에서 질화물 또는 탄질화물의 형태로 침전될 수 있다. 조대한 침전물은, 열간 압연된 강 시트의 연성을 저하시키기 때문에 방지되어야 한다. 바람직하게는, 질소 함량은 0.001% 보다 높다. 그러나, 질소를 0.001% 미만의 함량으로 낮추는 것은 값비싸고 그리고 기계적 특성을 상당히 개선시키지 못한다.
- 0.001% ≤ Cr ≤ 0.250% : 크롬은 담금질성을 향상시킨다. Cr 함량이 0.001% 미만이면, 담금질성을 얻을 수 없다. Cr 이 0.250% 를 초과하면, 매크로 (macro) 및 미크로 (micro) 편석의 위험이 증가하므로, 인장 강도는 950 MPa 보다 낮을 수 있다.
- 0.005% ≤ Mo ≤ 0.250% : 담금질성을 높이기 위해, 즉 냉각시 마르텐사이트 형성을 보다 용이하게 얻기 위해 몰리브덴을 선택적인 원소로서 첨가할 수 있다. 0.005% 미만에서는 이러한 효과적인 영향을 얻지 못한다. 그러나, 몰리브덴은 값비싼 원소이므로, 그 함량을 0.250% 로 제한하여, 강 시트의 제조가 비용 효율적이다.
- 0.005% ≤ V ≤ 0.250% : 바나듐은, 선택적인 원소로서, 배치 열처리 후 높은 인성을 가진 강 시트를 얻을 수 있다. 그러나, 0.250% 초과의 첨가는 비용 효율적이지 않다.
- 0.0001% ≤ Ca ≤ 0.0030% : 칼슘은 선택적인 원소로서 첨가될 수도 있다. 액체 단계에서 Ca 를 첨가하면 미세 산화물 또는 옥시설파이드를 생성할 수 있다. 이러한 입자들은 티타늄 질화물/탄질화물의 후속 미세 침전물을 위한 핵물질 (nucleant) 로서 작용한다. 탄질화물의 크기를 줄이면, 향상된 구멍 확장 능력을 얻을 수 있다.
- 0.001% ≤ Ti ≤ 0.025% : 티타늄은 또한 선택적인 원소로서 첨가될 수 있고: 티타늄이 0.025% 보다 높은 경우에, 시트 연성을 감소시키는, 조대한 티타늄 질화물 형태로 액상에서 침전되기 쉽다. 그러나, 0.001% 보다 낮은 수준에서 티타늄을 환원시키는 것은 산업 단계에서 어렵고, 기계적 특성에 대한 추가적인 영향을 주지 않는다.
조성의 잔부는 철 및 제련으로부터 기인하는 불가피한 불순물들이다.
이제, 본 발명에 따른 열간 압연된 강 시트의 미세조직에 대해 상세히 설명한다.
본 발명에 따라서, 페라이트 및 베이나이트의 합은 5% 초과이고 엄격하게는 20% 미만이다. 이 합계가 엄격하게는 20% 보다 낮지 않으면, 항복 강도 및 인장 강도가 감소하고 각각 780 MPa 및 950 MPa 의 최소값에 도달할 수 없다. 더욱이, 구멍 확장비는 낮을 것이다. 5% 미만의 페라이트 및 베이나이트에서는 강 시트의 연성이 저하된다.
미세조직의 잔부는 템퍼링된 마르텐사이트로 구성된다. 본 발명의 프레임 내에서, 템퍼링된 마르텐사이트는 최고 템퍼링 온도에서 융합될 수 있는 침전된 시멘타이트를 함유하는 회수된 마르텐사이트로서 규정된다. 이의 특징은, A. Constant, G. Henry, J.C. Charbonnier 의 간행물: “Principes de bases des traitements thermiques, thermom
Figure pat00001
caniques et thermochimiques des aciers”, PYC Edition, 1992, 190 쪽 - 191 쪽에 기재되어 있는 소위 마르텐사이트 템퍼링의 단계 3 에 대응한다.
본 발명에 따라서, 열간 압연 공정을 통해 강 시트를 제조한다. 이는 2개의 주 평행 표면 및 대향 표면을 갖는 강 시트를 얻을 수 있게 하며, 강 시트는 또한 이차 표면들로 지정될 수 있는 에지들을 가진다. 본 발명의 실시형태에 따라서, 열간 압연된 강 시트는 상기 열간 압연된 강 시트의 두께의 5% 미만의 두께를 갖는, 주 표면에서 페라이트 층을 포함한다.
이제 열간 압연된 시트를 제조하는 공정이 설명된다.
추가로 열간 압연될 반제품에는 전술한 강 조성이 제공된다. 이러한 반제품은 연속 주조에 의해 얻어지는 잉곳 또는 슬래브의 형태일 수 있고, 두께는 통상적으로 약 200 mm 이다. 대안적으로, 이러한 반제품은 또한 역회전 롤러들 사이의 직접 주조에 의해 얻어지는 시트 또는 수십 밀리미터 정도의 두께를 갖는 얇은 슬래브의 형태일 수 있다. 반제품을 1150 ℃ 초과의 온도로 가열하여, 875 ℃ 내지 950 ℃ 의 최종 열간 압연 온도로, 열간 압연을 용이하게 할 수 있다. 875 ℃ 미만의 온도에서 열간 압연은 오스테나이트를 촉진시킨 후, 냉각시 페라이트의 과도한 형성을 유도하여 성형성을 감소시킨다. 열간 압연 온도가 950 ℃ 를 초과하면, 스케일을 생성하는 경향이 증가되어, 제품의 표면 품질이 불량하다.
그 다음, 열간 압연된 제품은, 160 ℃ 미만 및 또한 Mf 미만의 코일링 온도가 될 때까지, 페라이트 형성을 방지하기 위해 적어도 50 ℃/s 의 냉각 속도 (VR1) 로 냉각되고, Mf 는 오스테나이트의 마르텐사이트로의 변태 종료 온도를 나타낸다. Malcom Blair 및 Thomas L Stevens, "Steel castings Handbook - 6th edition" 의 공개에 따르면, 마르텐사이트 종료 온도 (Mf) 는 마르텐사이트 시작 온도 (Ms) 보다 245 ℃ 더 낮고, 이는 Journal of the Iron and Steel Institute, 203, 721-727, 1965 에 공개된 Andrews 에 의해 유도된 공식으로부터 계산될 수 있다:
Ms(℃) = 785 - 453%C - 16.9%Ni - 15%Cr - 9.5%Mo + 217 (%C)² - 71.5%C ×%Mn - 67.6%C ×%Cr
바람직한 실시형태에서, 상기 열간 압연된 제품은 160 ℃ 미만 및 (Mf-10 ℃) 미만의 온도에서 코일링된다. 이러한 방식으로, 모든 강 스트립을 따라서 높은 미세조직 균질성이 얻어진다.
냉각 기법의 일 실시형태에서, 상기 냉각 단계는, 표면적으로 합이 5% 초과 및 엄격하게는 20% 미만인 페라이트 및 베이나이트를 함유하는 마르텐사이트 미세조직 매트릭스를 얻기 위해, 75 ℃/s 보다 높은 냉각 속도 (VR1) 에서의 수냉으로 단일 단계 냉각에 의해 수행된다.
냉각 기법의 다른 실시형태에서, 상기 냉각 단계는, 500 내지 550 ℃ 의 중간 온도 (Ti) 에 도달하도록 상기 냉각 속도 (VR1) 에서의 제 1 냉각 단계로, 다단계 냉각에 의해 수행된다. 그 후, 40 ℃/s 보다 높은 냉각 속도로 마지막 냉각 단계 전에, 1 내지 5 초, 바람직하게는 2 내지 3 초의 기간 (t2) 동안 공랭이 즉시 수행된다. 다단계 냉각은 부분적인 페라이트 또는 베이나이트 변태를 달성할 수 있게 하고, 따라서 마르텐사이트 매트릭스 내에서 5 내지 20% 의 페라이트 플러스 베이나이트를 얻게 된다.
냉각 기법이 무엇이든지 간에, 열간 압연된 강은 그 후에 기간 (tA) 동안 온도 (θA) 에서 냉각후 열처리되고, tA 는 온도 (θA) 에서의 기간을 나타내고, θA 및 tA 는 열처리 파라미터, PA= θA (22 + log10 tA) 가 15400 내지 17500 이도록 한다. 따라서, PA 는 온도와 기간의 조합된 열적 영향을 고려한다.
선행 기술로부터, 구멍 확장값 및 총 연신율과 같은 일부 기계적 특성들은 파라미터 PA 의 높은 값으로 개선된다. 반대로, 파라미터 PA 가 증가하면, 항복 강도 및 인장 강도값이 낮아진다. 마르텐사이트 강에 대해, 공보 WO 2012130434 에는, PA 가 13000 내지 15000 일 때 기계적 특성이 최적임이 개시되어 있다. 특히, PA 에 따라 연속적으로 구멍 확장값이 증가한다. 놀라운 방식으로, 도 1 에 도시된 바와 같이, 본 발명은 구멍 확장값이 ~ 16000 의 PA 특정값보다 상당한 비율로 감소한다는 증거를 나타낸다. 따라서, 도 1 및 도 2 에 의해 도시된 바와 같이, 본 발명은 PA 값이 15400 내지 17500, 특히 15500 내지 17000 의 범위에 있을 때 원하는 기계적 특성을 얻을 수 있게 한다.
본 발명에 따라서, 열처리 단계는 불연속 (배치) 또는 연속 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명의 제 1 실시형태에서, 제조 공정의 열처리 단계는, 400 ℃ 내지 475℃ 의 열처리 온도 (θΑ) 에서 불활성 또는 HNX 분위기를 가진 노에서 열간 압연된 시트의 코일을 배치 처리함으로써 수행되고, 상기 열처리 온도에서의 기간 (tA) 은 양호한 성형성 및 인장 특성을 조합하는 템퍼링된 마르텐사이트 매트릭스를 얻도록 10 내지 25 h 이다.
본 발명의 제 2 실시형태에서, 상기 열처리 단계는 500 ℃ 내지 600 ℃ 의 열처리 온도 (θA) 까지 연속 어닐링 라인상에서 실시되고, 상기 열처리 온도에서 기간 (tA) 은 양호한 성형성 및 인장 특성을 조합하는 템퍼링된 마르텐사이트 매트릭스를 얻도록 40 s 내지 100 s, 바람직하게는 50 s 내지 100 s 이다.
표면 산화물을 제거하기 위해 제 1 산세 단계는 코일링 후에 그리고 제 2 산세 단계는 열처리 후에 첨가될 수 있다.
선행 기술로부터, 이후 템퍼링되고 서서히 냉각되는 마르텐사이트 강은 낮은 인성을 나타낼 수 있는 것으로 알려져 있다. 본 발명에서, 상기 강 조성 및 열처리 조건은 최종 열간 압연된 강 시트 상에서 20℃ 에서 적어도 50 J/㎠ 의 샤르피 V 에너지를 얻도록 규정되어 있다. 따라서, 얻어진 강 시트에는 템퍼 취성이 없다.
열간 압연된 강 시트의 두께는 통상적으로 1.8 내지 4.5 mm, 바람직하게는 1.8 내지 3.5 mm 이다.
본 발명은 이제 제한적이지 않은 방식으로 이하의 예들에 의해 설명된다.
실시예 1
28 내지 40 mm 의 두께를 가진 캐스트 형태의 반제품에 표 1 에 상세 설명된 조성이 제공되었다. 상이한 조성에 대해서, 칼슘 함량은 0.002 wt% 였고, 조성의 잔부는 철 및 제련으로 인한 불순물이다. 마르텐사이트 종료 온도는 마르텐사이트 시작 온도의 값으로부터 다음과 같이 계산되었다: Mf = Ms - 245 ℃. 이러한 반제품들은 1150 ℃ 초과의 온도에서 가열되었고 1.8 내지 4.5 mm 의 두께로 추가로 열간 압연되었다. 표 2 는 적용된 제조 조건을 상세 설명한다. 시험 1-15 는 전술한 제 1 냉각 기법 실시형태에 대응하고, 시험 16-18 은 전술한 제 2 냉각 기법 조건에 대응한다. 산세 단계는 코일링 후 및 열처리 후에 수행되었다. 시험 4 및 9 에서, 열간 압연된 강 시트는 갈바나이징 (GI) 된다.
Figure pat00002
Figure pat00003
열처리된 강 시트의 미세조직은 Nital 로 에칭된 연마된 시편에 대해 결정되었고 광학 및 주사 전자 현미경으로 관찰되었다. 미세조직의 상이한 성분의 표면 분율은 정량화 (quantification) 와 결합된 이미지 분석을 통해 측정되었다. 또한, 강 시트의 주표면에 페라이트 층이 최종 존재하는 것을 평가하였다. 성분의 비율 및 최종 페라이트 층의 두께를 표 3 에 나타내었다. 표 4 는 최종 열처리된 강 시트의 기계적 특성을 정리한 것이다. 항복 응력 (YS), 극한 인장 강도 (TS) 및 총 연신율은 표준 JIS Z2241 에 따라 결정되었다. 구멍 확장비는 ISO 16630:2009 에 따라 결정되었다.
샤르피 V 에너지는 20 ℃ 에서 하위 두께 크기의 시편에 대해 측정되었고, 측정된 파단 에너지는 시험 시편의 V 노치 아래의 인대 면적 (ligament area) 에 의해 나누어진다.
구멍 확장 방법은, 스탬핑 전에 구멍의 초기 직경 (Di) (공칭: 10 mm) 을 측정하고, 그 후 구멍의 에지들 상에서 시트의 두께 방향으로 관통 균열이 관찰될 때 결정되는, 스탬핑 후에 구멍의 최종 직경 (Df) 을 측정하는 것으로 이루어진다. 구멍 확장 능력 Ac% 는 다음의 식에 따라 결정된다: Ac = 100*(Df-Di)/Di. 따라서, Ac 는 절단된 오리피스의 수준에서 스탬핑을 견딜 수 있는 시트의 능력을 정량화하는데 사용된다.
Figure pat00004
Figure pat00005
시험 1-7 및 시험 16-17 에서, 조성 및 제조 조건은 본 발명에 대응한다. 따라서, 원하는 미세조직이 얻어진다. 도 3 은 89% 의 템퍼링된 마르텐사이트 및 11% 의 페라이트 및 베이나이트를 함유하는 시험 7 에서 얻어진 미세조직을 도시한다. 그 결과, 높은 인장 특성 및 높은 구멍 확장비가 얻어진다. 20 ℃ 에서의 샤르피 에너지가 50 J/㎠ 를 훨씬 초과하기 때문에 시트의 인성이 높다.
시험 1-3, 시험 6-7, 시험 16-17 에서는 강 시트의 주면상에 페라이트 층이 존재하여, 보다 높은 굽힘 특성을 달성할 수 있다. 특히, 시험 7 의 경우에, 시트 두께에 의해 나누어진 굽힘 반경은 압연 방향으로 1 보다 낮고 횡단 방향으로 1.5 보다 낮으며, 이는 우수한 굽힘 특성을 나타낸다.
도 5 의 (a) 및 (b) 는 제조된 시트 중 시험 7 의 강 시트의 2 개의 대향하는 주면에 각각 존재하는 페라이트 층을 도시한다.
시험 8-11 및 시험 18 은 본 발명의 제조 조건과 일치하지 않는다. 그 결과, 열처리된 강 시트는 요구되는 기계적 특성을 충족시키지 못한다.
실제로, 시험 8 에서, 코일링 온도는 160 ℃ 보다 높고 마르텐사이트 종료 변태 온도를 초과한다. 따라서, 과도한 페라이트량이 발생하여, 인장 강도값 및 구멍 확장비를 저감시킨다.
시험 9 및 시험 10 에서, 파라미터 PA 는 17500 을 초과하고, 배치 열처리 온도는 475 ℃ 를 초과한다. 80% 의 템퍼링된 마르텐사이트는 최종 미세조직 내에 존재하여, 인장 강도는 950 MPa 과 일치하지 않는다.
시험 11 에서, 마무리 열간 압연 온도는 875 ℃ 미만이다. 따라서, 오스테나이트가 촉진되고, 냉각시 과도한 페라이트가 생성된다. 도 4 은 60% 의 템퍼링된 마르텐사이트 및 40% 의 페라이트 및 베이나이트를 함유하는 시험 11 에서 얻어진 미세조직을 도시한다. 따라서, 항복 강도, 인장 강도 및 구멍 확장이 충분하지 않다.
시험 18 에서, 냉각 기법의 중간 기간 (t2) 은 5 s 보다 높다. 따라서, 과도한 양의 페라이트 및 베이나이트가 생성되어 항복 강도, 인장 강도 및 구멍 확장값을 감소시킨다.
시험 12-15 에서, 강 조성은 본 발명의 범위 밖에 있다. 따라서, 최종 강 시트는 기계적 및 미세조직 특징과 일치하지 않는다.
시험 12 에서, 강 조성의 탄소, 망간 및 규소 함량은 본 발명에 의해 규정된 값을 초과한다. 따라서, 불충분한 양의 페라이트 및 베이나이트가 존재하고, 구멍 확장 특성이 불충분하다.
반면, 시험 13 에서, 탄소 함량이 0.15% 보다 낮기 때문에 불충분한 값의 인장 강도 및 구멍 확장이 얻어진다.
시험 14 에서, 강의 탄소, 규소, 알루미늄 및 크롬 함량은 본 발명에 따르지 않는다. 특히, 탄소 함량이 낮기 때문에, 과도한 양의 페라이트 및 베이나이트가 생성되어, 충분한 인장 응력 구멍 확장값을 얻을 수 없다.
마지막으로, 시험 15 에서, 망간 함량은 2% 보다 높다. 따라서, 불충분한 양의 페라이트 및 베이나이트가 얻어지고, 구멍 확장값이 45% 에 도달하지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 강 시트는 자동차의 구조 부품을 제조하기 위한 이익에 사용될 수 있다.

Claims (23)

  1. 중량% 로,
    0.15% ≤ C ≤0.20%
    0.50% ≤ Mn ≤2.00%
    0.25% ≤ Si ≤ 1.25%
    0.10% ≤ Al ≤ 1.00%,
    1.00% ≤ (Al+Si) ≤ 2.00%,
    0.001% ≤ Cr ≤ 0.250%
    P ≤ 0.02%
    S ≤ 0.005%
    N ≤ 0.008%
    및 선택적으로 다음 중 하나 이상의 원소들
    0.005% ≤ Mo ≤ 0.250%
    0.005% ≤ V ≤ 0.250%
    0.0001% ≤ Ca ≤ 0.003% 및
    0.001% ≤ Ti ≤ 0.025%,
    을 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물들인 화학 조성을 갖는 열간 압연된 강 시트로서,
    미세조직은, 표면 분율로, 합이 5% 초과 및 엄격하게는 20% 미만인 페라이트 및 베이나이트를 포함하고, 잔부는 템퍼링된 마르텐사이트로 구성되는, 열간 압연된 강 시트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Si 함량은 0.40% 내지 0.90% 인, 열간 압연된 강 시트.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Al 은 0.30% 내지 0.90% 인, 열간 압연된 강 시트.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    Al+Si 함량은 1.20% 내지 2.00% 인, 열간 압연된 강 시트.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    항복 강도 (YS) 가 780 MPa 내지 1000 MPa 이고, 인장 강도 (TS) 가 950 MPa 내지 1150 MPa 인, 열간 압연된 강 시트.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    총 연신율이 8% 보다 높은, 열간 압연된 강 시트.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구멍 확장비 (HER) 가 45% 보다 높은, 열간 압연된 강 시트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    샤르피 V 에너지가 20℃ 에서 50 J/cm²보다 높은, 열간 압연된 강 시트.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    두께가 1.8 내지 4.5 mm 인, 열간 압연된 강 시트.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    표면에서 상기 열간 압연된 강 시트의 두께의 5% 미만의 두께를 갖는 페라이트 층을 포함하는, 열간 압연된 강 시트.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열간 압연된 강 시트는 아연 또는 아연계 합금으로 코팅되는, 열간 압연된 강 시트.
  12. 제 11 항에 있어서,
    아연계 코팅은 0.01 내지 8.0 중량% 의 Al, 선택적으로 0.2 내지 8.0 중량% 의 Mg, 잔부인 Zn 을 포함하는, 열간 압연된 강 시트.
  13. 제 11 항에 있어서,
    아연계 코팅은 0.15 내지 0.40 중량% 의 Al, 잔부인 Zn 을 포함하는, 열간 압연된 강 시트.
  14. 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법으로서, 이하의 연속적인 단계들,
    - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 조성을 갖는 강 반제품을 제공하는 단계,
    - 강 시트를 얻도록 875 ℃ 내지 950 ℃ 의 최종 압연 온도로 상기 강 반제품을 열간 압연하는 단계,
    - 냉각된 강 시트를 얻도록 상기 강 시트를 적어도 50 ℃/s 의 냉각 속도 (VR1) 로 냉각하는 단계,
    - 코일링된 강 시트를 얻도록 160 ℃ 미만 그리고 Mf 미만의 온도 (Tcoil) 에서 코일링하는 단계,
    - 상기 코일링된 강 시트를 기간 (tA) 동안 열처리 온도 (θA) 로 열처리하는 단계로서, θA 및 tA 는, PA = θA (22 + log10 tA) 가 15400 내지 17500 이도록 되고, θA 는 K 단위로 표현되고, tA 는 시간 단위로 표현되는, 상기 열처리하는 단계
    를 포함하는, 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는 400 ℃ 내지 475 ℃ 의 열처리 온도 (θA) 에서 불활성 또는 HNX 분위기에서 배치에 의해 수행되고, 상기 어닐링 온도에서 상기 기간 (tA) 은 10 내지 25 h 인, 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계는 연속 어닐링 라인상에서 500 ℃ 내지 600 ℃ 의 열처리 온도 (θA) 로 수행되고, 상기 열처리 온도에서 상기 기간 (tA) 은 40 s 내지 100 s 인, 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    PA 는 15500 내지 17000 인, 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법.
  18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 코일링하는 단계 후 그리고 상기 열처리하는 단계 전에 산세 단계를 더 포함하는, 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법.
  19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 열처리하는 단계 후에 산세 단계를 더 포함하는, 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법.
  20. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각은 수냉에 의해 수행되고, VR1 은 75 ℃/s 보다 높은, 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법.
  21. 제 14 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각 속도 (VR1) 에서 냉각하는 단계는 500 내지 550 ℃ 의 중간 온도 (Ti) 에 도달하도록 수행되고, 그 후
    - 1 내지 5 초의 기간 (t2) 동안 추가 공랭 단계가 수행되며, 그 후
    - 상기 강 시트는 40 ℃/s 보다 높은 냉각 속도 (VR2) 로 냉각되는, 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 공랭 단계는 2 내지 3 초의 기간 (t2) 동안 수행되는, 열간 압연된 강 시트를 제조하는 방법.
  23. 차량의 구조 부품의 제조를 위한, 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 또는 제 14 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 따라 제조된 열간 압연된 강 시트의 용도.
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