WO2018110779A1 - 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판 - Google Patents

강도 및 연성이 우수한 저합금 강판 Download PDF

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    • C21D8/0226—Hot rolling

Definitions

  • 1 to 4 are photographs showing the degree of edge crack generation during hot rolling of the inventive steel and the comparative steel according to an embodiment of the present invention.
  • the content of Si is 0.7% or more and 2.5% or less.
  • the content of Cu is 0.5% or more and 3.0% or less.
  • Ni plays the same role as Mn as an austenite forming element. Most of Ni is replaced by Mn, and some is present as impurities by scrap or the like. The residual amount is limited to 0.2% or less.
  • the elongation was mostly 40% or more, and the tensile strength was able to secure a value of 650 MPa or more.
  • the values of the stress-strain curve and the tensile strength change greatly according to the deformation behavior of the austenite phase, which is a main phase.
  • Invented steels 5 and 8 in which the calcined organic martensite transformation occurs well, the elongation was 40% or more, and the tensile strength was 1,200 MPa.

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Abstract

본 발명은 합금원소의 첨가를 최소화하여 열간압연 시 표면의 균열을 감소시키고, Cr을 주성분 중 하나로 구성하여 내식성을 확보함과 동시에 고Mn 설계를 통한 TRIP 또는 TWIP 현상을 구현함으로써 우수한 열간가공성, 고강도 및 고연성을 갖는 저합금 강판을 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판은, 중량%로, C: 0.05 내지 0.3%, Si: 0.7 내지 2.5%, Mn: 8 내지 12%, Cr: 13 내지 15.5%, Cu: 0.5 내지 3.0%, N: 0.1 내지 0.2%, Al: 0.25% 이하, Sn: 0.25% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직으로 페라이트상 및 마르텐사이트상 중 적어도 하나 이상을 부피분율 5% 이하로 포함하며, 나머지는 오스테나이트상을 포함한다.

Description

강도 및 연성이 우수한 저합금 강판
본 발명은 자동차, 철도 등의 구조 부재에 적합한 고강도 고연성 강판에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Ni 등의 합금원소를 최소화하고 Cr, Mn을 주성분으로 하여 미세조직을 제어한 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차 차체의 경량화를 위하여 지속적으로 고강도 고연성 강판이 사용되어 왔으며, 최근에는 기존의 석출강화 또는 고용강화강 대비 가공성이 우수한 변태조직강이 개발되어 사용되고 있다. 변태조직강은 소위 DP(Dual Phase)강, TRIP(TRansformation Induced Plasticity)강, CP(Complex Phase)강 등으로 대표되며, 이들 변태조직강은 각각 모상과 제2상의 종류 및 분율에 따라 기계적 성질, 즉 인장강도 및 연신율 수준이 달라지게 된다.
변태조직강 중 하나인 TRIP강은 소둔과정에서 오스테나이트를 형성한 이후 냉각과정에서 냉각속도와 냉각종료온도 등을 제어하여 상온에서 오스테나이트를 일부 잔류 시킴으로써 강도와 연성을 동시에 향상시킬 수 있다. 준안정 잔류 오스테나이트는 변형에 의하여 마르텐사이트로 변태되어 강도증가와 함께 국부적인 응력집중 완화 및 네킹(necking)을 지연함으로써 연신율을 증가시킨다. 그러므로, TRIP강은 오스테나이트를 상온에서 일정 분율 이상 유지하는 것이 중요하며, 이를 위해 다량의 Mn과 함께 오스테나이트 안정화 원소를 첨가하여 상온 잔류 오스테나이트를 일정 분율 이상 유지해야 한다.
한편, 상기 변태조직강 외에 강 중 C 및 Mn을 다량 첨가하여 오스테나이트 단상을 구성하는 TWIP(Twinning Induced Plasticity)강이 있는데, 상기 TWIP강의 경우에는 인장강도와 연신율이 우수한 재질 특성을 나타낸다. 그러나, 일반적으로 TWIP강을 제조하기 위해서, C의 함량이 0.4중량%인 경우에는 Mn의 함량이 약 25중량% 이상, C의 함량이 0.6중량%인 경우에는 Mn의 함량이 약 20중량% 이상이 되지 않으면 모상 중에 쌍정(twinning) 현상을 일으키는 오스테나이트가 안정적으로 확보되지 않고, 가공성에 극히 해로운 HCP 구조의 입실론 마르텐사이트(ε)와 BCT 구조의 마르텐사이트(α')가 형성되기 때문에 상온에서 안정적으로 오스테나이트가 존재할 수 있도록 다량의 오스테나이트 안정화 원소를 첨가하여야 한다.
PCT 공개특허공보 2012/077150은 우수한 기계적 특성 및 성형성을 가지는 고 Mn 함유 TWIP강으로, 냉간압연된 강을 냉연소둔하여 재결정 열처리시킨다. 상기 특허문헌은 오스테나이트 상의 안정화 또는 적층 결함 에너지(SFE)의 제어를 위해 C, Al, Si 등의 합금 원소가 추가적으로 첨가된다.
이와 같이, 합금성분이 다량 첨가되는 TRIP강 및 TWIP강은 제조 시 오스테나이트 단상으로 응고되어 열간가공성이 열위하고, 열간압연 시 Al 등의 개재물에 의한 결함이 쉽게 발생하는 등의 합금성분으로부터 기인하는 문제점 때문에 주조, 압연 공정 등의 제조기술이 매우 어려울 뿐만 아니라 합금 원가의 큰 상승으로 제조비용이 높은 단점이 있다.
(특허문헌 0001) PCT 공개특허공보 제2012-077150호 (2012.06.14. 공개)
본 발명은 합금원소의 첨가를 최소화하여 열간압연 시 표면의 균열을 감소시키고, Cr을 주성분 중 하나로 구성하여 내식성을 확보함과 동시에 고Mn 설계를 통한 TRIP 또는 TWIP 현상을 구현함으로써 우수한 열간가공성, 고강도 및 고연성을 갖는 저합금 강판을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판은, 중량%로, C: 0.05 내지 0.3%, Si: 0.7 내지 2.5%, Mn: 8 내지 12%, Cr: 13 내지 15.5%, Cu: 0.5 내지 3.0%, N: 0.1 내지 0.2%, Al: 0.25% 이하, Sn: 0.25% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직으로 페라이트상 및 마르텐사이트상 중 적어도 하나 이상을 부피분율 5% 이하로 포함하며, 나머지는 오스테나이트상을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강판은, 중량%로 Ni: 0.2% 이하를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강판은, 중량%로 Mo: 0.2% 이하를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강판은 연신율이 40% 이상일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강판은 인장강도가 650MPa 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판은 TRIP 또는 TWIP 현상을 구현함으로써 650MPa 이상의 인장강도와 40% 이상의 연신율을 가져, 다양한 형태의 경량화 박물 제조하여 자동차 부품 또는 타 구조재 용도로 이용할 수 있다.
또한, Cr을 주성분 중 하나로 포함하여 우수한 내식성을 가지며, 합금원소 첨가를 최소화하여 열간가공성이 우수할 수 있다.
도 1 내지 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명강 및 비교강의 열간압연 시 에지 크랙 발생 정도를 나타내는 사진이다.
도 5 내지 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 열연소둔 후 발명강과 비교강의 미세조직을 촬영한 광학현미경 사진이다.
도 11 내지 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명강 9의 열연소둔 온도에 따른 미세조직 변화를 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명강 및 비교강의 인장시험 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판은, 중량%로, C: 0.05 내지 0.3%, Si: 0.7 내지 2.5%, Mn: 8 내지 12%, Cr: 13 내지 15.5%, Cu: 0.5 내지 3.0%, N: 0.1 내지 0.2%, Al: 0.25% 이하, Sn: 0.25% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 미세조직으로 페라이트상 및 마르텐사이트상 중 적어도 하나 이상을 부피분율 5% 이하로 포함하며, 나머지는 오스테나이트상을 포함한다.
이하에서는 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판은, 중량%로, C: 0.05 내지 0.3%, Si: 0.7 내지 2.5%, Mn: 8 내지 12%, Cr: 13 내지 15.5%, Cu: 0.5 내지 3.0%, N: 0.1 내지 0.2%, Al: 0.25% 이하, Sn: 0.25% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명에 따른 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 하기 성분에 대한 %는 중량%를 의미한다.
C의 함량은 0.05% 이상 0.3% 이하이다.
C는 오스테나이트 형성 원소로 고용강화에 의한 재료 강도 증가에 유효한 원소이다. 고강도 확보를 위하여 C를 다량 첨가하는 것이 유리하지만, 과다 첨가 시 내식성의 저하를 초래하여 그 상한을 0.3% 이하로 제한한다. 반면, 하한의 경우 제련 시 탈탄의 부하를 고려하고 최소한의 C에 의한 강도 증가 효과를 얻기 위하여 그 하한을 0.05%로 제한한다. 안정적인 제조와 C에 의한 강도 확보를 위하여 C를 0.05 내지 0.3%의 범위로 첨가하는 것이 바람직하다.
Si의 함량은 0.7% 이상 2.5% 이하이다.
Si는 탈산 효과 및 페라이트 안정화 원소로 작용하므로 일부 첨가한다. 하지만, 과다할 경우 내식성이나 충격인성과 관련된 기계적 특성을 저하시키므로 그 범위를 제한할 필요가 있다. Si를 다량으로 첨가 시, 페라이트 형성원소로서 페라이트 분율을 증가시켜 열간압연 시 표면 균열을 초래하며, 제조 시 부하를 초래하므로 그 상한을 2.5%로 제한한다. 한편, Si 첨가에 의한 오스테나이트 상의 안정성 제어, 소성 유기 마르텐사이트 형성 제어 및 제조의 용이성을 부여하기 위하여 그 하한을 0.7%로 제한한다. Si 첨가에 의한 상분율 제어, 오스테나이트 상의 변형 시 변형기구 제어를 위하여 그 범위를 Si를 0.7 내지 2.5%로 제한함이 바람직하다.
Mn의 함량은 8% 이상 12% 이하이다.
Mn은 오스테나이트 형성원소로, Cr 첨가강에서 오스테나이트 상을 구성하는 주요한 원소이다. 특히, Ni와 같은 효과로 Ni 대체 원소로 활용한다. 제조 시 Mn을 다량으로 함유하는 경우, 산화물계 개재물로 인하여, 제조 시 결함 또는 내식성의 저하를 초래한다. 개재물 저감을 위하여 특수 정련 등의 고용 산소를 감소시키는 추가적인 기술이 필요하므로, 제조 원가가 상승한다. 따라서 그 상한을 12%로 제한한다. Ni 첨가를 극저로 하고, 오스테나이트 단상 또는 일부 페라이트 또는 마르텐사이트의 조직을 확보하기 위한 최소한의 양은 8% 정도이다. 따라서 Mn의 범위는 8 내지 12%로 제한함이 바람직하다.
Cr의 함량은 13.0% 이상 15.5% 이하이다.
Cr은 대표적인 페라이트 형성원소이며, 내식성 증가시키는 원소이다. 특히 N 고용도에 큰 영향을 주는 원소이다. 열간압연 시 표면 균열을 최소화하기 위하여 미량원소, 특히 입계 편석원소인 S, P 등을 극저 제어하지 않도록 응고 시 초정을 페라이트로 제어함이 바람직하다. 또한, 일정한 페라이트 양이 일정량을 초과하는 경우, 고온에서 페라이트와 오스테나이트의 2상으로 존재하여 도리어 열간 가공성 저하를 초래하여 열간압연 시 다량의 균열 발생을 초래한다. 또한 일부는 최종제품 제조 시 필요 이상의 페라이트 상이 존재하게 되어 기계적 성질의 악화를 초래한다. 따라서 Cr의 상한은 15.5% 이하로 제한한다. 반면, Cr의 함량이 너무 낮은 경우, 고온에서 응고 시 오스테나이트 초정으로 응고하여, 입계 편석원소인 P, S를 미량을 제어하여야 하는 문제가 발생하고, 제어가 부족한 경우 제조 시 다량의 표면 균열이 발생한다. 또한, 최소한의 내식성 및 탄소강보다 우위의 내식성을 갖기 위하여 최소한 13.0% 이상이 필요하다. 따라서 Cr은 원하는 합금원소 범위 내에서 초정이 페라이트로 응고하고, 최소한의 스테인리스 수준의 내식성을 유지하기 위해서 13.0 내지 15.5%로 제한함이 바람직하다.
Cu의 함량은 0.5% 이상 3.0% 이하이다.
Cu는 Mn, Ni과 유사한 오스테나이트 형성원소이다. Ni를 대신하여 첨가하는 원소로, 과다하게 첨가하는 경우, 고용도를 초과하여 금속 Cu로 석출되어 가열 시 입계 취화를 초래한다. 따라서 고용도를 초과하지 않고 오스테나이트의 안정도를 제어할 수 있는 최대한의 양은 3.0%이다. 반면, 최소한의 양은 0.5% 이다. 그 이하로 첨가하는 경우, Cu 첨가의 의미가 없고 오스테나이트 안정도 및 형성에 영향을 주지 않는다. 따라서 Cu는 0.5 내지 3.0%로 제한함이 바람직하다.
N의 함량은 0.1% 이상 0.2% 이하이다.
N는 Ni와 더불어 대표적인 오스테나이트 형성원소이며 Cr, Mo와 더불어 소재의 내식성을 향상시키는 원소이다. N 첨가에 의한 효과가 나타나고, C와 더불어 침입형 원소로 소재의 강도를 향상시키는 최소한의 양은 0.1%이다. 다량의 N을 소재에 고용시키기 위하여 대부분 압력을 가하여 N의 용해도를 향상시킨다. N의 고용도를 증가시키는 대표적인 원소인 Cr, Mn이 다량으로 존재하여도 대기 중 압력을 가하지 않고 N을 최대한 고용시킬 수 있는 양은 0.2%이다. 따라서 N의 적절한 첨가량은 0.1 내지 0.2% 범위로 제한함이 바람직하다.
Al의 함량은 0% 이상 0.25% 이하이다.
Al은 Cr 첨가된 스테인리스강에서 페라이트 형성원소이며, 제강 조업 시 탈산을 위해 유용한 원소임과 동시에 오스테나이트 상의 적층 결함에너지를 증가시켜 변형 시 소성 유기 마르텐사이트나, 기계적 쌍정을 형성시키며, 성형 후 발생하는 균열인 지연파괴 저항성을 향상시킨다고 알려져 있다. 그 함유량이 0.25%를 초과하면, 대형의 Al계 개재물이 생성되어 표면 결함의 원인이 된다. 또한, 과도하게 첨가되는 경우 고온에서 다량의 페라이트 상을 함유하여 열간압연 시 균열의 원인이 된다. 따라서, Al의 함유량은 0.25% 이하의 범위로 제한한다.
Sn의 함량은 0% 이상 0.05% 이하이다.
Sn은 소재의 내식성 개선 및 소둔 시 소둔 스케일의 두께를 제어하여 산세성을 개선하는 원소로 알려져 있다. 즉 Si를 다량으로 첨가하는 경우, 냉연 또는 열연소둔 과정에서 발생되는 스케일 표층에 SiO2 산화물의 형성을 억제시키는 효과를 가지고 있어 냉연소둔 공정 효율을 증가시킬 수 있다. 그러나 Sn의 과도한 첨가는 열간가공성 저하 및 제조공정상의 저하를 초래하기 때문에 그 상한을 0.05%로 제한한다. 또한, 내식성의 경우, Sn을 첨가하면 스테인리스 부동태층 표면에 Sn이 첨가되어 공식 저항성을 상승시키는 효과를 가지고 있다. 따라서, Sn의 함유량은 0.05% 이하의 범위로 제한한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 강판은 중량%로 Ni: 0.2% 이하 및/또는 Mo: 0.2% 이하를 더 포함할 수 있다.
Ni는 오스테나이트 형성 원소로 Mn과 동일한 역할을 한다. Ni의 대부분을 Mn으로 대체하고, 일부는 스크랩 등에 의해서 불순물로 존재한다. 그 잔류 양은 0.2% 이하로 제한한다.
Mo는 내식성을 증가시킴과 동시에 페라이트를 형성하는 고가의 원소이다. 첨가하지 않는 상태에서, 그 양은 0.2% 이하로 제한한다.
상기 합금원소 조성 범위를 만족하는 본 발명에 따른 강판은, 미세조직으로 페라이트상 및 마르텐사이트상 중 적어도 하나 이상을 부피분율 5% 이하로 포함하며, 나머지는 오스테나이트상을 포함한다. 또한, 상기 페라이트상 및 마르텐사이트상 이외에 불가피한 석출상을 포함할 수 있으나, 그 부피분율의 합은 5% 이하를 만족할 수 있다.
상기 성분계를 만족하는 용강을 통상의 제조방법에 따라 슬라브의 재가열, 열간압연, 열연소둔, 산세 등의 공정을 거쳐 본 발명에 따른 저합금 강판을 제조할 수 있다.
예를 들어, 슬라브는 통상의 압연온도에서 열간압연할 수 있으며, 열연강판은 900 내지 1,200℃ 범위에서 10 내지 60분 동안 소둔 열처리될 수 있다. 이후, 열연강판은 통상의 방법으로 냉간압연하여 박물로 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 고강도 및 고연성을 가지는 저합금 강판은, 예를 들어, 성형용 일반 제품에 사용될 수 있고, 스트립(strip), 바(bar), 플레이트(plate), 시트(sheet), 파이프(pipe), 또는 튜브(tube)와 같은 제품으로 제조되어 이용될 수 있다.
이하, 실시예들을 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
본 발명에 따른 성분의 조성범위에 해당하는 강들의 시편을 준비하여 열간압연, 열연소둔 후 소재의 상분율, 연신율 및 인장강도를 측정하였다. 하기의 표 1에는 실험 강종에 대한 합금 조성(중량%)을 나타내었다.
구분 C Si Mn Cr Cu N Ni Mo Al Sn
발명강 1 0.078 1.98 10.3 14.1 2.05 0.134 0 0.100 - -
발명강 2 0.080 2.02 8.2 13.9 2.03 0.144 0 0 - -
발명강 3 0.080 1.03 8.9 13.9 2.00 0.157 0.100 0.1 - -
발명강 4 0.078 1.00 9.0 14.1 1.00 0.149 0.060 0.1 - -
발명강 5 0.079 2.01 9.0 14.0 0.51 0.146 0.120 0 - -
발명강 6 0.12 1.79 9.8 14.4 2.0 0.14 0.100 0 0.11 0.003
발명강 7 0.082 2.36 11.8 15.3 2.48 0.133 0.100 0.1 - -
발명강 8 0.082 0.198 9.7 14.1 2.00 0.140 0.050 0.05 - -
발명강 9 0.077 2.05 10.3 13.4 1.98 0.160 0.100 0.1 - -
발명강 10 0.21 1.99 10 14.0 2 0.145 0.1 0 0.002 0.003
발명강 11 0.1 1.23 9.2 14.1 2.03 0.167 0 0 0.2 0.04
비교강 1 0.086 2.01 4.1 15.9 2.02 0.140 0 0 - -
비교강 2 0.085 0.197 4.1 15.8 1.96 0.130 0.100 0.06 - -
비교강 3 0.071 2.04 4.0 15.9 0.27 0.210 0.120 0 - -
비교강 4 0.087 0.200 6.0 17.9 2.00 0.180 0 0
비교강 5 0.019 1.88 10.0 14.1 0.82 0.066 0 0 0.002 0.003
상기 조성과 같이 제조된 소재를 통상의 압연온도에서 열간압연한 후 제조된 열연강판을 열연소둔 처리하여 미세조직 및 상분율 및 관련된 강도와 연신율을 평가하였다.
도 1 내지 4는 발명강과 비교강의 열간가공성을 나타낸 사진이다. 도 1은 발명강 8을, 도 2는 발명강 9를, 도 3은 발명강 11을 나타낸다. 도 1 내지 3을 참조하면, 오스테나이트 단상의 조직을 보이거나 냉각 후 일부 마르텐사이트가 존재하여 열간압연 시 에지 크랙이 거의 없음을 확인하였다. 일부 페라이트 상이 5% 이하로 존재하는 발명강 11의 경우, 일부 에지의 크랙이 발생하나, 문제가 되지 않았다. 그러나, 도 4에 나타난 비교강 4의 경우, 페라이트가 상당히 많이 존재하여 열간압연 시 크랙이 심하게 발생되어, 열간압연 시 문제를 초래하는 것을 알 수 있었다.
한편, 제조된 소재를 통상의 압연온도에서 열간압연한 후 제조된 열연강판을 열연소둔 처리하여 미세조직 및 상분율을 확인하여 하기 표 2에 나타내었다. 1,100℃에서 약 30분 열연소둔 처리 후 수냉하고, 광학 현미경으로 조직을 관찰하였다. 상분율의 측정은 페라이트스코프를 활용하였으며, 광학 현미경 조직 관찰 결과, 마르텐사이트 상이 존재하는 경우는 이미지 어넬라이져(Image Analyzer)를 활용하여, 페라이트스코프 데이터와 비교하여 페라이트 분율과 마르텐사이트 분율을 분리하였다.
구분 잔류 조직
페라이트(%) 마르텐사이트(%)
발명강 1 - -
발명강 2 - 3
발명강 3 - -
발명강 4 - -
발명강 5 - -
발명강 6 4 -
발명강 7 - -
발명강 8 - 2
발명강 9 - -
발명강 10 - -
발명강 11 4 -
비교강 1 20 -
비교강 2 30 -
비교강 3 37 -
비교강 4 42 -
비교강 5 15 62
표 2를 참조하면, 대부분 주요한 발명강의 경우, 모상이 오스테나이트 상이고, 잔류 조직이 성분계에 따라 조금씩 변화하지만 페라이트 또는 마르텐사이트 상이 잔류함을 알 수 있었다. 또한, 그 잔류량이 5% 이하임을 확인할 수 있었다. 그러나, 열간압연 시 심한 에지 크랙이 발생한 비교강의 경우, 대부분 오스테나이트 및 페라이트 상으로 구성된 2상 조직임을 알 수 있었다. 특히 비교강 5의 경우, 열연소둔 후 미세조직의 대부분이 오스테나이트 상에서 마르텐사이트 상으로 변태가 되고, 일부는 잔류 오스테나이트 상으로 존재한다. 그리고 압연 방향으로 길게 연신된 페라이트 상이 상당량 존재함을 확인할 수 있었다. 소둔 온도 범위에서 발명강의 경우, 결정립의 차이점, 일부 페라이트 상 또는 마르텐사이트 상이 존재하는 것을 제외하고는 미세조직의 차이가 거의 없음을 확인하였다.
도 5 내지 10은 열연소둔 온도 1,100℃에서 30분 열처리한 후 수냉한 발명강 및 비교강의 조직을 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 5는 발명강 2의 미세 조직을 나타낸 사진으로, 오스테나이트 상과 잔류 마르텐사이트 상이 관찰되었다.
도 6은 발명강 8의 미세 조직을 나타낸 사진으로, 오스테나이트 상과 잔류 페라이트 상이 관찰되었다.
도 7은 발명강 9의 미세 조직을 나타낸 사진으로, 오스테나이트 상만이 관찰되었다.
도 8은 비교강 1의 미세 조직을 나타낸 사진으로, 오스테나이트 상과 함께 압연 방향으로 길게 연신된 페라이트 상이 관찰되었다.
도 9는 비교강 4의 미세 조직을 나타낸 사진으로, 오스테나이트 상과 페라이트 상이 관찰되었다.
도 10은 비교강 5의 미세 조직을 나타낸 사진으로, 오스테나이트 상과 함께 페라이트 및 마르텐사이트 상이 모두 관찰되었다.
이와 같이, 도 5 내지 10은 표 2에 대응되는 대표적인 조직 사진으로 실제로 측정 결과와 관찰 결과가 잘 일치한다.
한편, 도 11 내지 14는 발명강 9의 합금성분 조성범위를 가지는 시편에 대한 900 내지 1,200℃의 열연소둔 온도에 따른 미세조직의 변화를 나타낸 사진이다.
열연소둔 온도가 900℃ 이상으로 높아지는 경우에도 결정립은 조대화되지만, 충분히 원하는 조직을 확보할 수 있음을 알 수 있었다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 발명강 및 비교강의 인장시험 결과를 나타낸 그래프이다.
도 15를 참조하면, 발명강의 경우 대부분 연신율이 40% 이상이고, 인장강도는 650MPa 이상의 값을 확보할 수 있었다. 또한, 소재를 변형시키거나 응력을 가하는 경우, 주요한 상인 오스테나이트 상의 변형 거동에 따라 응력-변형 곡선 및 인장강도의 값이 크게 변화함을 알 수 있다. 소성 유기 마르텐사이트 변태가 잘 일어나는 경우인 발명강 5 및 8의 경우는 연신율도 40% 이상이고 인장강도가 1,200MPa의 고강도 확보가 가능함을 알 수 있었다.
상술한 바에 있어서, 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다음에 기재하는 특허청구범위의 개념과 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변경 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판은 Ni이 생략된 Cr-Mn 첨가 오스테나이트계 스테인리스강으로, 물성이 우수하여 자동차 구조용 강판 등 구조재 분야에 다양하게 적용 가능하다.

Claims (5)

  1. 중량%로, C: 0.05 내지 0.3%, Si: 0.7 내지 2.5%, Mn: 8 내지 12%, Cr: 13 내지 15.5%, Cu: 0.5 내지 3.0%, N: 0.1 내지 0.2%, Al: 0 초과 0.25% 이하, Sn: 0 초과 0.25% 이하, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    미세조직으로 페라이트상 및 마르텐사이트상 중 적어도 하나 이상을 부피분율 5% 이하로 포함하며,
    나머지는 오스테나이트상을 포함하는 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강판은, 중량%로 Ni: 0.2% 이하를 포함하는 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강판은, 중량%로 Mo: 0.2% 이하를 포함하는 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강판은 연신율이 40% 이상인 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 강판은 인장강도가 650MPa 이상인 강도 및 연성이 우수한 저합금 강판.
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