KR970001412B1 - 내(耐)지연파괴 특성이 우수한 초고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

내(耐)지연파괴 특성이 우수한 초고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR970001412B1
KR970001412B1 KR1019940700928A KR19940070928A KR970001412B1 KR 970001412 B1 KR970001412 B1 KR 970001412B1 KR 1019940700928 A KR1019940700928 A KR 1019940700928A KR 19940070928 A KR19940070928 A KR 19940070928A KR 970001412 B1 KR970001412 B1 KR 970001412B1
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세이시 쓰야마
요시히로 호소야
도모요시 오오기따
쇼오지 가네또오
야스유끼 다까다
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엔 케이 케이 코오포레이숀
다이라 다다아끼
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Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]
내(耐)지연파괴 특성이 우수한 초고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법
[도면의 간단한 설명]
제1도는 초고강도 냉연 강판에 있어서의 내지연파괴 특성 평가와 내지연파괴 특성 지수(PDF) 사이의 관계를 나타내는 그래프.
제2도는 초고강도 냉연 강판에 있어서의 잔류 강도율(Rr)과 인장 강도(TS)가 내지연파괴 특성 지수(PDF)에 미치는 영향을 나타내는 그래프.
제3도는 초고강도 냉연 강판에 있어서의 Ceq(=C+(Si/24)+(Mn/6)가 인장 강도(TS)의 하한치에 미치는 영향을 나타내는 그래프.
제4도는 초고강도 냉연 강판에 있어서의 제조 조건이 내지연파괴 특성 지수(PDF)에 미치는 영향을 나타내는 그래프.
제5도는 초고강도 냉연 강판에 있어서의 잔류 강도율(Rr)을 측정하는 순서를 나타내는 개략 설명도.
제6도는 초고강도 냉연 강판에 있어서의 내지연파괴 특성 평가용 시험편을 제조하는 순서를 나타내는 개략 설명도.
[발명의 상세한 설명]
[기술분야]
본 발명은 내지연파괴 특성(delayed fracture resistance)이 우수한 초고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
[배경기술]
자동차의 경량화 또는 승객의 안전성 확보를 위하여 범퍼 보강재 및 도어 보호 봉재(棒材)(door guard bar)등의 자동차의 보안부품용재로서 각종 구조물의 고강도화 및 경량화를 가능하게 하는 높은 인장 강도를 가진 냉연 강판이 널리 사용되고 있다. 이와 같은 높은 인장 강도를 가진 냉연 강판으로서 100kgf/mm2을 초과하는 인장 강도를 가진 초고강도 냉연 강판이 다음과 같이 제안되어 있다.
(1) 1986년 1월 9일자로 공개된 일본 특허 공개 공보 제61-3,843호에 개시된 아래와 같이 되어 있는 초고강도 내연 강판 :
탄소(C) : 0.02~0.30wt.%,
실리콘(Si) : 0.01~2.5wt.%,
망간(Mn) : 0.5~2.5wt.%,
및 나머지가 철(Fe) 및 불가피한 불순물(이하, 선행기술 1이라 함).
(2) 1986년 9월 27일자로 공개된 일본 특허 공개 공보 제61-217,529호에 개시된 아래와 같이 되어 있는 초고강도 냉연 강판 :
탄소(C) : 0.12~0.70wt.%,
실리콘(Si) : 0.4~1.0wt.%,
망간(Mn) : 0.2~2.5wt.%,
가용성 알루미늄(Sol.Al) : 0.01~0.07wt.%,
질소(Total N) : 0.02wt,% 이하,
및 나머지가 철(Fe) 및 불가피한 불순물(이하, 선행기술 2라 함).
그러나, 위에 나온 선행기술 1과 2는 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.
확실히 선행기술 1과 2의 냉연 강판은 가공성이 우수하고 100kgf/mm2이상의 높은 인장 강도를 가지고 있다. 100kgf/mm2이상의 인장 강도를 가진 초고강도 냉연 강판은 통상적으로 벤딩(bending) 가공에 의하여 성형된다. 그러나, 선행기술 1과 2의 냉연 강판에 있어서는 강판의 인장 강도가 100kgf/mm2을 초과하여 높아지면 냉연 강판의 벤딩가공에 의하여 성형을 한 부분에 시간 경과에 따른 부식 반응 등에 의해 강판 내부에 침입한 수소에 기인하는 파괴현상(이하, 지연파괴라 함)이 돌연히 발생한다. 따라서, 설사 높은 인장 강도를 가지고 있다 하더라도 지연파괴 현상이 발생하는 냉연 강판은 예컨대 자동차의 보안부품용재로서 치명적인 결함을 가지고 있다.
이러한 사정하에서 지연파괴의 발생을 억제하는 특성(이하, 내(耐)지연파괴 특성이라 함)이 우수하고 100kgf/mm2이상의 높은 인장 강도를 가진 초고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법의 개발이 강하게 요망되고 있으나, 이러한 초고강도 냉연 강판과 그 제조 방법은 아직 제안되어 있지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 내지연파괴 특성이 우수하고 100kgf/mm2이상의 높은 인장 강도를 가진 초고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법을 제공함에 있다.
[발명의 개시]
본 발명의 특징중 한가지에 따라 본질적으로 아래와 같이 되어 있는 내지연파괴 특성이 우수한 초고강도 냉연 강판을 제공한다.
탄소(C) : 0.1~0.25wt.%,
실리콘(Si) : 1wt.% 이하,
망간(Mn) : 1~2.5wt.%,
인(P) : 0.020wt.% 이하,
황(S) : 0.005wt.% 이하,
가용성 알루미늄(Sol.Al) : 0.01~0.05wt.%,
질소(N) : 0.0010~0.0050wt,%,
및 나머지가 철(Fe) 및 불가피한 불순물 ; 그리고 상기 냉연 강판은 아래의 식(1)과 (2)를 만족하고 있다 :
상기 식(1)에 있어서 :
및
상기 식(2)에 있어서 :
단, 상기 식(1)과 (2)에 있어서 :
PDF: 내지연파괴 특성 지수,
TS : 인장 강도(kgf/mm2), 및
Rr : 압연 방향과 직각인 방향으로 반지름 5mm에서 90°V-벤딩(bending)을 한 강판의 [벤딩/스트렛칭(stretching) 인장 강도]÷(인장 강도)×100으로 나타내어지는 잔류 강도율(%).
위에 나온 초고강도 냉연 강판은 아래와 같이 되어 있는 군으로부터 선택한 적어도 한가지 성분을 다시 추가적으로 함유하여도 좋다 :
니오브(Nb) : 0.005~0.05wt.%,
티탄(Ti) : 0.005~0.05wt.%,
및
바나듐(V) : 0.01~0.1wt.%
위에 나온 초고강도 냉연 강판은 아래와 같이 되어 있는 군으로부터 선택한 적어도 한가지 성분을 다시 추가적으로 함유하여도 좋다 :
구리(Cu) : 0.1~1.0wt.%,
니켈(Ni) : 0.1~1.0wt.%,
붕소(B) : 0.0005~0.0030wt.%,
크롬(Cr) : 0.1~1.0wt.%,
및
몰리브덴(Mo) : 0.1~0.5wt.%.
본 발명의 다른 특징에 따라 아래의 스텝으로 된 내지연파괴 특성이 우수한 초고강도 냉연 강판을 제조하기 위한 방법을 제공한다.
(가) 위에 나온 성분 조성을 가진 소재를 준비하고, 이어서
(나) 상기 소재에 열간 압연, 산 세척 및 냉간 압연을 하여 냉연 강판을 제조한 다음,
(다) 이와 같이 제조된 상기 냉연 강판에 아래의 스텝으로 된 연속 열처리를 한다 ;
(1) 상기 냉연 강판에 Ac3로부터 900℃의 범위내의 온도에서 30초~15분 동안 균열 처리를 한 다음, 400℃/초 이상의 급속 냉각 속도로 아래 식으로 나타내어지는 급속 냉각 개시 하한 온도(TQ) 이상의 온도로부터 100℃ 이하의 온도까지 상기 냉연 강판을 급속 냉각하고
(2) 이어서, 100~300℃의 범위내의 온도에서 1~15분 동안 상기 냉연 강판을 템퍼링(tempering)한다.
[발명을 실시하기 위한 최선의 형태]
위에 나온 관점으로부터 내지연파괴 특성이 우수하고 100kgf/mm2이상의 높은 인장 강도를 가진 초고강도 냉연 강판과 그 제조 방법을 개발하고자 예의 연구를 거듭하였다.
그 결과, 다음과 같은 사실을 얻었다.
가공후에 지연파괴가 생기기 쉬운 100kgf/mm2이상의 높은 인장 강도를 가진 초고강도 냉연 강판에 관하여 내지연파괴 특성에 영향을 미치는 여러 가지 요인과 그 영향에 대하여 검토하였다. 그 결과, 가공후의 초고강도 냉연 강판의 내지연파괴 특성은 냉연 강판의 인장 강도와 가공에 의해 생기는 냉연 강판의 재질의 열화도(劣化度)에 따라 결정된다는 것이 판명되었다.
즉,
(1) 냉연 강판의 인장 강도가 높아짐에 따라 냉연 강판의 내지연파괴 특성이 열화한다.
(2) 가공에 의해 생기는 냉연 강판의 재질의 열화도가 커짐에 따라 냉연 강판의 내지연파괴 특성이 열화한다.
(3) 가공에 의해 생기는 냉연 강판의 재질의 열화도는 냉연 강판의 조직의 균질성이 저하함에 따라 커진다.
따라서, 냉연 강판의 조직의 균질성을 높이고 냉연 강판의 인장 강도에 대응하는 강판의 재질의 열화도를 구성함으로써 가공후에 있어서도 우수한 내지연파괴 특성을 가지며, 100kgf/mm2이상의 높은 인장 강도를 가진 초고강도 냉연 강판을 제조할 수 있다.
본 발명은 위에 나온 사실에 근거하여 완성된 것이다. 이하, 내지연파괴 특성이 우수하고 100kgf/mm2이상의 높은 인장 강도를 가진 본 발명의 초고강도 냉연 강판과 그 제조 방법을 상세히 설명한다.
본 발명의 냉연 강판의 화학 성분 조성을 위에 나온 범위내로 한정한 이유를 설명한다.
(1) 탄소(C) :
탄소는 저온 변태상(예컨대 마르텐사이트 조직, 베이나이트 조직)의 강도를 높이는 기능을 가진 원소이다. 그러나, 탄소 함유량이 0.1wt.% 미만에서는 위에 나온 소망의 효과를 얻을 수 없다. 한편, 탄소 함유량이 0.25wt.%를 초과하면 내충격성이 현저하게 저하하여 강판의 내지연파괴 특성이 열화한다.
따라서, 탄소 함유량을 0.1~0.25wt.%의 범위내로 한정해야 한다.
(2) 실리콘(Si) :
실리콘은 강판의 연성과 템퍼링 연화 저항을 높이는 기능을 가진 원소이다. 그러나, 실리콘 함유량이 1wt.% 이상이 되면 강판의 표층부에서의 입계(粒界) 산화(grain boundary oxidation)가 현저하게 되어 강판에 응력을 부가했을 때에 입계 산화가 생긴 강판의 표층부에 응력이 집중하며, 그 결과 강판의 내지연파괴 특성이 열화한다. 따라서, 실리콘 함유량을 1wt.% 이하로 한정한다.
(3) 망간(Mn) :
망간은 강의 담금질성을 높이고 저온 변태상을 얻는 기능을 가진 저렴한 원소이다. 그러나, 망간 함유량이 1wt.% 미만에서는 위에 나온 소망의 효과를 얻을 수 없다. 한편, 망간 함유량이 2.5wt.% 이상이면 주조시의 망간의 편석(偏析)에 기인하는 밴드 조직(banded structure)이 강중에서 현저하게 발달하여 강 조직의 균질성을 열화시키고, 그 결과 강판의 내지연파괴 특성을 열화시킨다. 따라서, 망간 함유량을 1~2.5wt.%의 범위내로 한정해야 한다.
(4) 인(P) :
인 함유량이 0.020wt.% 이상이 되면 인이 강의 입계에 편석하여 강판의 내지연파괴 특성을 열화시킨다. 따라서, 인 함유량을 0.020wt.% 이하로 한정해야 한다.
(5) 황(S) :
황 함유량이 0.005wt.% 이상이면 압연 방향으로 신장되는 비금속 개재물(MnS)이 많아져서 강판의 내지 연파괴 특성을 열화시킨다. 따라서, 황 함유량을 0.005wt.% 이하로 한정해야 한다.
(6) 가용성 알루미늄(Sol.Al) :
가용성 알루미늄은 탈산제로서 사용된 알루미늄(Al)의 나머지로서 강중에 함유되어 있다. 그러나, 가용성 알루미늄 함유량이 0.01wt.% 미만에서는 실리케이트 개재물이 강중에 남아 강판의 내지연파괴 특성을 열화시킨다. 한편, 가용성 알루미늄 함유량이 0.05wt.% 이상이 되면 강판의 표면 결함이 증가하여 강판의 지연파괴를 쉽사리 일으키게 된다. 따라서, 가용성 알루미늄 함유량을 0.01~0.05wt.%의 범위내로 한정해야 한다.
(7) 질소(N) :
질소 함율량이 0.0010wt.% 미만에서는 강중의 질화물이 감소하여 강의 조직이 조대화(粗大化)하고, 그 결과 강판의 내지연파괴 특성이 열화한다. 한편, 질소 함유량이 0.0050wt.% 이상이면 강중의 질화물이 조대화하여 강판의 내지연파괴 특성이 열화한다. 따라서, 질소 함유량을 0.0010~0.0050wt.%의 범위로 한정해야 한다.
(8) 본 발명의 초고강도 냉연 강판은 위에 나온 화학 성분 조성외에 아래와 같이 된 군으로부터 선택한 적어도 한가지 성분을 더욱 추가적으로 함유하여도 좋다.
니오브(Nb) : 0.005~0.05wt.%,
티탄(Ti) : 0.005~0.05wt.%.
바나듐(V) : 0.01~0.1wt.%.
니오브, 티탄 및 바나듐은 어느것이나 탄질화물을 형성하여 강의 조직을 미세화하는 기능을 가지고 있다. 그러나, 각각의 함유량의 하한치 미만에서는 위에 나온 소망의 효과를 나타낼 수 없다. 한편, 각각의 함유량의 상한치를 초과하면 위에 나온 소망의 효과가 포화함과 아울러 탄질화물이 조대화하여 강판의 내지연파괴 특성을 열화시킨다. 따라서, 니오브, 티탄 및 바나듐의 각각의 함유량은 위에 나온 범위내로 한정해야 한다.
(9) 본 발명의 초고강도 냉연 강판은 위에 나온 화학 성분 조성외에 아래와 같이 된 군으로부터 선택한 적어도 한가지 성분을 더욱 부가적으로 함유하여도 좋다.
구리(Cu) : 0.1~1.0wt.%,
니켈(Ni) : 0.1~1.0wt.%,
붕소(B) : 0.0005~0.0030wt.%,
크롬(Cr) : 0.1~1.0wt.%,
몰리브덴(Mo) : 0.1~0.5wt.%.
구리, 니켈, 붕소, 크롬 및 몰리브덴은 어느것이나 망간과 마찬가지로 강의 담금질성을 높이는 기능을 가지고 있다. 그러나, 각각의 함유량의 하한치 미만에서는 위에 나온 소망의 효과를 얻을 수 없다. 한편, 각각의 함유량의 상한치를 초과하면 위에 나온 소망의 효과가 포화한다. 따라서, 구리, 니켈, 붕소, 크롬 및 몰리브덴의 각각의 함유량은 위에 나온 범위내로 한정해야 한다.
이어서, 냉연 강판의 인장 강도(TS)를 Ceq(=C+(Si/24)+(Mn/6)에 의하여 아래 식(1)과 같이 규정한 이유에 대하여 설명한다.
위에 나온 바와 같이 강중의 망간 함유량이 많아지면 주시의 망간의 편석에 기인하는 강중의 밴드 조직의 형성이 촉진되어 강판의 내지연파괴 특성을 열화시킨다. 이와 같은 망간의 편석에 기인하는 밴드 조직의 형성은, (1) 망간(Mn)이 탄소 (C) 및 실리콘(Si)과 공존함으로써 조장되고, (2) 특히 강의 조직의 복합화(즉, 페라이트상+저온 변태상)가 촉진됨에 따라 보다 현저하게 된다는 특징을 가지고 있다. 더욱이, 강의 조직의 복합화가 진행되면 냉연 강판의 인장 강도가 저하한다.
따라서, 망간이 탄소 및 실리카와 공존함으로써 조장되는 망간의 편석에 기인하는 강중의 밴드 조직의 형성을 억제하고, 강의 조직의 복합화를 억제할 필요가 있다. 즉, 탄소, 실리콘 및 망간의 함유량에 의하여 결정되는 Ceq(=C+(Si/24)+(Mn /6)을 사용하여 강의 조직의 복합화를 억제한다.
위에 나온 바와 같이 강의 조직의 복합화를 진행되면 냉연 강판의 인장 강도가 저하하기 때문에 강의 조직의 균질성을 확보하기 위해서는 강판의 인장 강도의 하한치를 Ceq로 나타내어지는 식(1)에 의하여 제어할 필요가 있다.
이어서, 내지연파괴 특성 지수(PDF)에 대하여 설명한다. 위에 나온 바와 같이 가공후에 있어서도 우수한 내지연파괴 특성을 가진 냉연 강판을 얻기 위해서는 냉연 강판의 인장 강도에 대응하는 강판의 재질 열화도(劣化度)를 규정하는 것이 중요하다. 연구에서 얻은 실험 데이터로부터 아래 식(2)으로 나타내어지는 냉연 강판의 내지연파괴 특성 지수(PDF)가 0 이상이 되면 강판의 내지연파괴 특성이 양호해지는 것을 판명하였다.
위의 식에서,
TS : 인장 강도(kgf/mm2),
Rr : 압연 방향과 직각인 방향으로 반지름 5mm에서 90°V-벤딩을 한 강판의(벤딩/스트렛칭 인장 강도)÷(인장 강도)×100으로 나타내어지는 잔류 강도율(%).
상기 식(2)의 제1항(즉,-ιnTS)은 냉연 강판의 내지연파괴 특성에 미치는 강판의 인장 강도(TS)의 영향을 나타내고 있다. 냉연 강판의 인장 강도(TS)가 커지면 2 PDF는 작아진다.
상기 식(2)의 제2항(즉,exp[Rr/100])은 냉연 강판의 내지연파괴 특성에 미치는 가공에 의해 생기는 냉연 강판의 재질의 열화도의 영향을 나타내고 있다. 가공에 의하여 냉연 강판의 재질이 열화하면 강판의 PDF는 작아진다. 가공에 의하여 생기는 냉연 강판의 재질의 열화도는 초고강도 냉연 강판의 성형에 주로 사용되는 벤딩(bending) 가공에 의하여 생기 재질의 열화도를 나타낸다.
강판의 재질의 열화도는 본 발명에서는 압연 방향과 직각인 방향으로 반지름 5mm에서 90°V-벤딩을 했을때의 냉연 강판의 잔류 강도율(Rr)을 지표로 하여 나타내고 있다. 압연 방향과 직각인 방향을 선정한 이유는 초고강도 냉연 강판의 재질은 압연 방향과 평행한 방향 보다도 직각인 방향이 나쁘기 때문에 보다 가혹한 평가를 하기 위한 것이기 때문이다. 반지름 5mm에서 90°V-벤딩 가공을 한 이유는 위에 나온 가공은 초고강도 냉연 강판에 있어서 가장 표준적으로 사용되는 벤딩 가공법이기 때문이다.
냉연 강판의 잔류 강도율(Rr)의 측정 순서를 제5도에 나타내었다.
제5도에 있는 바와 같이 상기 측정 순서는 아래와 같이 되어 있다. 냉연 강판으로부터 잘라낸 시험편(1)의 부분 a에 압연 방향과 직각인 방향으로 반지름 5mm로 90。 V-벤딩 가공을 하고, 이어서 시험편(1)의 부분 a의 양쪽부 b에 반지름 6mm로 벤딩 가공을 하여 시험편(1)의 양단부의 각각에 그립(grip)부를형성한 다음, 이 그립부를 인장 시험기에 물려 P로 나타낸 방향으로 인장하여 시험편(1)이 부분a에서 파단된 시점에 있어서의 파단 응력을 구한다. 이와 같이 하여 구한 파단응력을(벤딩/스트렛칭 인장 강도)÷(벤딩 가공전의 인장 강도)×100에 의하여 산출한 값을 냉연 강판의 잔류 강도율(Rr)(%)로 하였다.
상기 식(2)의 제3항(즉, +2.95)은 PDF의 임계치를 0으로 하기 위한 보정을 나타내고 있다.
이어서, 본 발명의 제조 방법을 위해 나온 범위내로 한정한 이유를 설명한다.
위에 나온 발견된 사실에 대하여 설명한 바와 같이 냉연 강판의 조직의 균질성을 높이고, 냉연 강판의 인장 강도에 대응하는 강판의 재질의 열화도를 규정함으로써 냉연 강판의 내지연파괴 특성을 높일 수가 있다. 따라서, 본 발명의 제조 방법에서는 냉연 강판의 인장 강도가 높아짐에 따라 열화하는 냉연 강판의 내지연파괴 특성을 냉연 강판의 조직을 균질화하여 벤딩 가공에 의하여 생기는 냉연 강판의 재질의 열화를 억제함으로써 보상하는 것이 중요하다.
따라서, 먼저 특정 화학 성분 조성을 가진 소재에 종래의 방법에 따라 열간 압연, 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판을 제조하고, 이어서 이와 같이 제조된 냉연 강판에 연속 어니일링(annealing)에서 Ac3로부터 900℃까지의 범위내의 온도에서 3초~15분 동안 균열 처리를 한다. Ac3미만의 온도에서 균열 처리를 하면 냉연 강판중에 압연된 그대로의 조직이 잔류하여 강판 조직의 균질성이 열화한다. 한편, 900℃를 초과하는 온도에서 냉연 강판에 균열 처리를 하면 조업상 문제가 생김과 아울러 강의 조직이 조대화(粗大化)하여 강판의 내지연파괴 특성이 열화한다. 30초 미만의 시간에서 냉연 강판에 균열 처리를 하면 안정한 오오스테나 이트상을 얻을 수 없다. 한편, 15분을 초과하는 시간에서 냉연 강판에 균열 처리를 하여도 효과가 포화한다. 따라서, 균열 처리 조건을 위에 나온 범위로 한정한다.
이어서, 강도 레벨을 제어하기 위하여 위에 나온 균열 처리를 한 냉연 강판을 서냉(徐冷)한다. 서냉 속도는 강판의 판폭 방향과 길이 방향에 있어서의 재질의 변화를 적게 하기 위해서는 1~30℃/초의 범위내가 적당하다. 위와 같은 서냉 후 냉연 강판에 급속 냉각을 실시한다. 급속 냉각 개시 온도가 낮으면 석출하는 페라이트상의 체적율이 증가하여 강판 조직의 균질성이 열화한다. 따라서, 급속 냉각 개시 온도는 아래 식으로 나타내어지는 급속 냉각 개시 하한온도(TQ) 이상으로 한정할 필요가 있다.
위에 나온 식에 있어서 C, Si 등의 성분 단위는 wt.%이다. 더욱이,위에 나온 식에 있어서 Ar3변태점을 상승시키는 기능을 가진 Si, Mo 및 Cr은 페라이트상의 석출을 촉진하기 때문에 TQ를 상승시키도록 작용하고, Ar3변태점을 저하시키는 기능을 가진 Mn, Cu, Ni 및 B는 페라이트상의 석출을 억제하기 때문에 TQ를 저하시키도록 작용한다. C는 Mn, Cu, Ni 및 B와 마찬가지로 Ar3변태점을 저하시키는 기능을 가진 원소라 하더라도 TQ에 미치는 영향은 Mn, Cu, Ni 및 B와 다르다. 즉, 동일 체적율의 페라이트상을 가진 강의 조직에 있어서도 C 함유량이 많아지면 저온 변태상과 페라이트상의 경도차가 증대하여 가공시에 계면에 스트레인이 집중되어, 그 결과 강판의 재질의 열화가 현저하게 된다. 따라서, C 함유량이 많아지면 페라이트상의 석출을 억제할 필요가 있다.
이어서, 저온 변태상을 얻기 위해 400℃/초 이상의 급속 냉각 속도로 위에 나온 급속 냉각 개시 하한 온도(TQ) 이상의 온도로부터 100℃ 이하의 온도까지 냉연 강판을 급속 냉각한다. 400℃/초 미만의 냉각 속도에서 냉각 또는 100℃이상의 온도까지 급속 냉각하면 소망의 고강도를 얻기 위해 필요한 성분의 함유량을 증대시킬 필요가 있기 때문에 제조 코스트가 상승됨과 아울러 마르텐사이트 조직외에 베나이트 조직이 혼재하여 강판 조직의 균질성이 열화한다. 따라서, 급속 냉각 속도와 급속 냉각 정지 온도를 위에 나온 범위내로 한정한다.
이어서, 냉연 강판의 급냉된 상태의 마르텐사이트상은 취약하고 열적으로 불안정하기 때문에 냉연 강판에 템퍼링(tempering) 처리를 한다. 템퍼링 처리는 100~300℃의 범위내의 온도에서 1~15분 동안 실시한다. 100℃미만의 온도에서 템퍼링 처리를 하면 마르텐사이트상의 템퍼링이 불충분하다. 한편, 300℃이상의 온도에서 템퍼링 처리를 하면 결정 입계에 탄화물이 석출하여 가공에 의해 생기는 강판의 재질이 현저하게 열화한다. 1분 미만의 시간에서 템퍼링 처리를 하면 마르텐사이트상의 템퍼링이 불충분하다. 15분 이상의 시간에서 템퍼링 처리를 하여도 템퍼링 처리 효과가 포화한다.
다음에 내지연파괴 특성이 우수한 본 발명의 초고강도 냉연 강판 및 그 제조 방법을 실시예에 따라 비교예와 대비하면서 더욱 상세히 설명한다.
실시예
표 1에 각각 나와 있는 본 발명의 범위내의 화학 성분 조성을 가진 강 A~Z와 본 발명의 범위밖의 화학성분 조성을 가진 강 a~j을 전로(轉爐)로부터 출강(出鋼)한 후, 연속 주조에 의하여 각각의 슬랩을 제조하였다.
이어서, 이와 같이 제조한 슬랩을 1200℃의 가열 온도, 820℃의 마무리 온도 및 600℃의 권취 온도에서 열간 압연하여 3mm 판두께를 가진 열연 강판을 제조한 다음, 산 세척하고 냉간 압연하여 1.4mm의 판두께를 가진 냉연 강판을 제조하였다. 이어서, 이와 같이 제조한 냉연 강판을 물 담금질(water-quenching)과 로울 냉각 겸용 타입의 연속 어니일링 라인에서 표 2와 표 4에 있는 조건에서 열처리를 하였다. 물 담금질은 약 1,000℃/초의 급속 냉각 속도로 하고 로울 냉각은 약 200℃/초의 냉각 속도로 하였다.
이와같이 하여 본 발명의 범위내의 화학 성분 조성을 가지며 본 발명의 범위내의 열처리를 한 본 발명의 냉연 강판의 공시체(供試體)(이하,본 발명 공시체라 함) Nos. 1~3, 6~9, 11, 13, 15, 17~24, 26, 28, 29, 32~38, 40, 42, 43, 48, 50, 52~54, 56, 57, 59~64, 66, 68, 71, 72, 91, 92, 94 및 95와, 본 발명의 범위밖의 화학 성분 조성을 가진 냉연 강판의 공시체 및 본 발명의 범위내의 화학 성분 조성을 가지고 있어도 본 발명의 범위밖의 열처리를 할 냉연 강판의 공시체(이하, 비교용 공시체라 함)
Nos, 4, 5, 10, 12, 14, 16, 25, 27, 30, 31, 39, 41, 44~47, 49, 51, 55, 58, 65, 67, 69, 70, 73~85, 93 및 96~98을 제조하였다.
위에 나온 본 발명 공시체와 비교용 공시체 각각에 있어서 인장 강도(TS), 잔류 강도율(Rr), 내지연파괴 특성 지수(PDF) 및 내지연파괴 특성을 조사하였다.
그 결과는 표 3 및 표 4에 나와 있다.
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄. Ceq=C+Si/24+Mn/6
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄. Ceq=C+Si/24+Mn/6
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄. Ceq=C+Si/24+Mn/6
Ceq=C+Si/24+Mn/6 인장 강도 하한치=320×(Ceq) -155×Ceq+102
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄.
Ceq=C+Si/24+Mn/6 인장 강도 하한치=320×(Ceq) -155×Ceq+102
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄.
Ceq=C+Si/24+Mn/6 인장 강도 하한치=320×(Ceq) -155×Ceq+102
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄.
Ceq=C+Si/24+Mn/6 인장 강도 하한치=320×(Ceq) -155×Ceq+102
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄.
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄.
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄.
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄.
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄.
Ceq=C+Si/24+Mn/6 인장 강도 하한치=32×(Ceq) -155×Ceq+102
*표시는 본 발명의 범위밖인 것을 나타냄.
본 발명 공시체와 비교용 공시체 각각의 위에 나온 잔류 강도율(Rr)은 제5도를 사용하여 설명한 방법에 의하여 구하였다.
본 발명 공시체와 비교용 공시체 각가의 위에 나온 내지연파괴 특성은 아래의 평가 방법으로 평가하였다.
즉, 제6도에 나온 바와 같이 본 발명 공시체와 비교용 공시체 각각으로부터 두께 1.4mm, 폭(C) 30mm 및 길이(d) 100mm의 칫수를 가지며 끝면을 기계로 연삭한 스트립 형상의 시험편(1)을 잘라낸 다음, 이 스트립 형상의 시험편(1)의 양쪽 끝부분 각각에 구멍(2)을 뚫었다. 이어서, 이 시험편(1)의 중앙부에 반경 5mm로 벤딩 가공을 하였다. 이어서, 이종(異種) 금속간의 접촉에 의한 국부 전기의 형성을 방지하기 위한 테트라플루오로에틸렌 수지로 된 두 개의 워셔(washer)(3)를 통해 스테인레스강제의 보울트(4)를 위에 나온 두 개의 구멍(2) 속에 삽입하고 시험편(1)의 서로 마주보는 양쪽 끝 사이의 거리(e)가 10mm가 될 때까지 보울트(4)로 시험편(1)의 양쪽 끝부분을 죄어줌으로써 시험편(1)의 벤딩 가공부에 응력을 부가하였다.
이와 같이 응력이 부가된 본 발명 공시체와 비교용 공시체 각각의 스트립 형상 시험편(1)을 0.1N의 염산중에 침지하여 시험편(1)의 벤딩 가공부에 파괴가 생길때까지의 시간을 측정하였다. 위에 나온 측정에 있어서 24시간 이내에 벤딩 가공부에 파괴가 생겼을때의 내지연파괴 특성 평가를 0점, 100시간 이내에 파괴가 생겼을때의 내지연파괴 특성 평가를 1점, 200시간 이내에 파괴가 생겼을때의 내지연파괴 평가를 2점, 300시간 이내에 파괴가 생겼을때의 내지연파괴 특성 평가를 3점, 400시간 이내(400시간은 제외)에 파괴가 생겼을때의 내지연파괴 특성 평가를 4점, 400시간 경과시에 파괴가 생기지 않았을때의 내지연파괴 특성 평가를 5점으로 하여 본 발명 공시체와 비교용 공시체 각각의 내지연파괴특성을 평가하였다. 그리고, 400시간을 초과하면 시험편(1)의 판두께의 감소와 국부적인 부식 피트(pit)의 발생이 현저하였기 때문에 400시간 경과시를 가지고 측정을 종료하였다.
위에 나온 잔류 강도율과 내지연파괴 특성의 조사 결과를 제1도 내지 제4도에 더욱 상세하게 나타내었다.
제1도는 초고강도 냉연 강판(즉, 본 발명 공시체와 비교용 공시체 각각)에 있어서의 내지연파괴 특성 평가와 내지연파괴 특성 지수(P) 사이의 관계를 나타내는 그래프이다. 제1도에서표시는 본 발명의 범위내의 성분 조성을 가진 강 A~Z 중에서 어느 한가지로 되어 있고 니오브(Nb), 티탄(Ti) 및 바나듐(V)을 함유하지 않은 공시체를 나타내고,표시는 본 발명의 범위내의 성분 조성을 가진 강 A~Z중에서 어느 한가지로 되어 있고 니오브, 티탄 및 바나듐 중에서 적어도 한가지를 함유한 공시체를 나타낸다.표시와표시는 본 발명 공시체 뿐만 아니라 비교용 공시체도 나타내고 있다.표시는 본 발명의 범위밖의 성분 조성을 가진 강 a~j 중에서 어느 한가지로 된 비교용 공시체를 나타내고 있다.
제1도로부터 명백한 바와 같이 0 이상의 PDF(내지연파괴 특성 지수)을 가진 본 발명 공시체는 모두 내지연파괴 특성 평가가 3점 이상이므로 우수한 내지연파괴 특성을 나타내고 있다. 여기에 대하여 비교용 공시체는 설사 PDF가 0 이상이라 하더라도 모두 내지연파괴 특성 평가가 1점 이하이므로 불량한 내지연파괴 특성을 나타내고 있다.
제2도는 초고강도 냉연 강판(즉, 본 발명 공시체와 비교용 공시체 각각)에 있어서의 잔류 강도율(Rr)과 인장 강도(TS)가 내지연파괴 특성 지수(PDF)에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 제2도에서표시는 0 이상의 PDF를 가진 본 발명 공시체를 나타내고,표시는 0 미만의 PDF를 가진 비교용 공시체를 나타낸다. 제2도로부터 명백한 바와 같이 0 이상의 PDF를 가진 본 발명 공시체는 모두 동일 인장 강도(TS)에 관하여 비교용 공시체 보다도 우수한 잔류 강도율(Rr)을 나타내고 있다. 즉, 0 이상의 PDF를 가진 본 발명 공시체는 적어도 60%의 잔류강도율을 나타내고 있고, 그리고 140kgf/mm2이상의 높은 인장 강도를 가진 본 발명 공시체는 70% 이상의 높은 잔류 강도율을 나타내고 있다. 이것은 본 발명 공시체가 높은 인장 강도와 더불어 우수한 내지연파괴 특성을 가지고 있음을 나타내고 있는 것이다.
제3도는 초고강도 냉연 강판(즉, 본 발명 공시체와 비교용 공시체 각각)에 있어서의 Ceq(=C+(Si/24)+(Mn/6))가 인장 강도(TS)의 하한치에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 제3도에서표시는 0 이상의 PDF(내지연파괴 특성 지수)을 가진 본 발명 공시체를 나타내고,표시는 0 미만의 PDF를 가진 비교용 공시체를 나타내며, 곡선은 TS(인장 강도)=320×(Ceq)2-155×Ceq+102를 나타낸다. 제3도로부터 명백한 바와 같이 본 발명 공시체는 모두 0 이상의 높은 PDF와 320×(Ceq)2-155×Ceq+102 이상의 높은 인장 강도를 가지고 있다. 여기에 대하여 몇가지의 비교용 공시체는 320×(Ceq)2-155×Ceq+102 이상의 TS를 가지고 있기는 하지만 0 미만의 낮은 PDF를 가지고 있고, 나머지의 비교용 공시체는 320×(Ceq)2-155×Ceq+102 미만의 낮은 TS와 0 미만의 낮은 PDF를 가지고 있다.
즉, 본 발명 공시체에 있어서는 탄소, 실리콘 및 망간의 함유량에 의해 결정되는 Ceq(=C+(Si/24)+(Mn/6))의 값을 사용하여 Ceq의 값에 따라 냉연 강판의 인장 강도(TS)를 제어함으로써 망간이 탄소와 실리콘과 공존함에 따라 생기는 망간의 편석에 기인한 강중에서의 밴드 조직의 형성을 제어하고, 강의 조직의 복합화를 억제할 수 있다.
제4도는 초고강도 냉연 강판(즉, 본 발명 공시체와 비교용 공시체 각각)에 있어서의 제조 조건이 내지연파괴 특성 지수(PDF)에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다. 제4도에서표시는 균열 온도와 템퍼링 온도가 표 2에 있는 바와 같이 본 발명 범위내에 있는 본 발명 공시체를 나타내고,표시는 균열 온도 및/또는 템퍼링 온도가 마찬가지로 표 2에 있는 바와 같이 본 발명의 범위밖인 비교용 공시체를 나타내며,표시는 표4에 있는 바와 같이 본 발명 공시체 또는 비교용 공시체를 나타낸다. 제4도로부터 명백한 바와 같이 PDF(내지연파괴 특성 지수)를 0 이상이 되게 하자면 균열 온도와 템퍼링 온도를 제어하는 외에 급속 냉각 개시 온도를 급속 개시 하한 온도(TQ) 이상으로 한정할 필요가 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 내지연파괴 특성이 우수하고 100kgf/mm2이상의 높은 인장 강도를 가진 초고강도 냉연 강판과 그 제조 방법을 제공할 수 있으므로 여러 가지로 공업상 유용한 효과를 가져온다.

Claims (4)

  1. 본질적으로 아래와 같은 성분조성으로 되어 있고,
    및 나머지가 철(Fe) 및 불순물 ; 아래와 같이 된 군으로부터 선택한 적어도 한가지 성분을 추가로 함유하고 있으며, 아래의 식(1) 및 식(2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 내지연파괴 특성이 우수한 초고강조 냉연 강판.
    단, 상기 식(1) 및 식(2)에 있어서, PDF: 내지연파괴 특성 지수, TS : 인장 강도(kgf/mm2), 및 Rr : 압연 방향과 직각인 방향으로 반경 5mm로 90°V-벤딩을 한 강판의 (벤딩/스트렛칭 인장 강도)÷(인장 강도)×100으로 나타내어지는 잔류 강도율(%).
  2. 아래의 스텝으로 된 내지연파괴 특성이 우수한 초고강도 냉연 강판의 제조 방법. (가) 본질적으로 아래와 같이 된 소재를 준비하고,
    및 나머지가 철(Fe) 및 불가피한 불순물 ; 상기 소재는 아래와 같이 된 군으로부터 선택한 적어도 한가지 성분을 추가로 함유하고 있음.
    (나) 이어서, 상기 소재에 열간 압연, 산 세척 및 냉간 압연을 하여 냉연 강판을 제조하고, (다) 이어서, 이와 같이 제조한 상기 냉연 강판에 아래의 스텝으로 된 연속 열처리를 한다. (1) 상기 냉연 강판에 Ac3~900℃의 범위내의 온도에서 30초~15분 동안 균열 처리를 한 다음, (2) 400℃/초 이상의 급속 냉각 속도로 아래 식으로 나타내어지는 급속 냉각 개시 하한 온도(TQ) 이상의 온도로부터 100℃이하의 온도까지 상기 냉연 강판을 급속 냉각하고,
    (3) 이어서, 100~300℃의 범위내의 온도에서 1~15분동안 상기 냉연 강판을 탬퍼링한다.
  3. 본질적으로 아래와 같은 성분조성으로 되어 있고,
    및 나머지가 철(Fe) 및 불순물; 아래와 같이 된 군으로부터 선택한 적어도 한가지 성분을 추가로 함유하고 있으며, 아래의 식(1) 및 식(2)를 만족하는 것을 특징으로 하는 내지연파괴 특성이 우수한 초고강도 냉연 강판.
    단, 상기 식(1) 및 식(2)에 있어서, PDF: 내지연파괴 특성 지수, TS : 인장 강도(kgf/mm2), 및 Rr : 압연 방향과 직각인 방향으로 반경 5mm로 90°V-벤딩을 한 강판의 (벤딩/스트렛칭 인장 강도)÷(인장 강도)×100으로 나타내어지는 잔류 강도율(%).
  4. 아래의 스텝으로 된 내지연파괴 특성이 우수한 초고강도 냉연 강판의 제조 방법. (가) 본질적으로 아래와 같이 된 수재를 준비하고,
    및 나머지가 철(Fe) 및 불가피한 불순물; 상기 소재는 아래와 같이 된 군으로부터 선택한 적어도 한가지 성분을 추가로 함유하고 있음.
    (나) 이어서, 상기 소재에 열간 압연, 산 세척 및 냉간 압연을 하여 냉연 강판을 제조하고, (다) 이어서, 이와 같이 제조한 상기 냉연 강판에 아래의 스텝으로 된 연속 열처리를 한다. (1) 상기 냉연 강판에 Ac3~900℃의 범위내의 온도에서 30초~15분 동안 균열 처리를 한 다음, (2) 400℃/초 이상의 급속 냉각 속도로 아래 식으로 나타내어지는 급속 냉각 개시 하한 온도(TQ) 이상의 온도로부터 100℃ 이하의 온도까지 상기 냉연 강판을 급속 냉각하고,
    (3) 이어서, 100~300℃의 범위내의 온도에서 1~15분 동안 상기 냉연 강판을 템퍼링한다.
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