KR101813914B1

KR101813914B1 - 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR101813914B1
Application number: KR1020167013339A
Authority: KR
Inventors: 코이치로 후지타; 유스케 기마타; 코헤이 하세가와; 코조 하라다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2013-10-22
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2018-01-02
Also published as: MX2016005137A; CN105899696A; JP5817805B2; JP2015081360A; WO2015059903A1; KR20160074623A

Abstract

자동차 부품이나 전기(電機)용 부품에 적합한 항복 강도(YP)가 400㎫ 이상으로 고강도이고, 연신의 면내 이방성을 저감함으로써 프레스 성형성이 우수한 고강도 강판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 질량％로, C: 0.060∼0.099％, Si: 0.09％ 이하, Mn: 1.0∼1.49％, P: 0.050％ 이하, S: 0.03％ 이하, sol.Al: 0.01∼0.09％, N: 0.005％ 이하, Nb: 0.035∼0.080％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 마르텐사이트상(相) 및 잔류 오스테나이트상을 포함하지 않고, 강판의 1/4 판두께 위치에 있어서의 판면의 집합 조직에 있어서, ODF(결정 방위 분포 함수)로 나타나는 α파이버(φ1＝0°, φ2＝45°, Φ＝0°∼55°) 중 Φ＝25°∼35°의 범위에서의 평균 결정 방위 밀도 I_α가 2.0 이상 4.0 이하이며, γ파이버(φ1＝0°∼60°, φ2＝45°, Φ＝55°)의 평균 결정 방위 밀도 I_γ가 2.0 이상 10.0 이하인 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.

Description

연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판 및 그의 제조 방법{HIGH-STRENGTH STEEL SHEET HAVING SMALL PLANAR ANISOTROPY OF ELONGATION AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은, 자동차용, 전기(電機)용 등의 용도에 유용한, 연신(elongation)의 면내 이방성이 작은 고강도 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 지구 환경 보전의 관점에서, CO₂의 배출량을 억제하기 위해, 자동차의 연비 개선이 요구되고 있다. 더하여, 충돌시에 있어서의 승객의 안전을 확보하기 위해, 자동차 차체의 충돌 특성을 중심으로 한 안전성 향상도 요구되고 있다. 이 때문에, 자동차 차체의 경량화 및 강화가 적극적으로 진행되고 있다. 자동차 차체의 경량화와 강화를 동시에 충족시키기 위해서는, 부품 소재를 고강도화하여, 강성에 대하여 문제가 되지 않는 범위에서 판두께를 박육화하는 것이 효과적이며, 최근에는 고강도 강판이 자동차용 부품에 적극적으로 사용되고 있다. 또한, 전기의 분야에서는, 제품 운반시나 불의의 낙하시의 변형을 억제하는 목적으로, 부품 강도를 높이는 요구(needs)가 높아, 예를 들면, 항복 강도(YP)가 300㎫ 이상인 강판을 사용하는 동향이 있다.

한편으로, 강판을 소재로 하는 자동차 부품이나 전기용 부품의 대부분은, 프레스 가공에 의해 성형되기 때문에, 강판은 우수한 프레스 성형성을 갖고 있는 것이 필요하다. 그러나, 고강도 강판은, 통상의 연강판에 비해 프레스 성형성, 연성이 크게 열화되기 때문에, 그 개선이 요구되고 있다.

고강도 강판으로서는, 예를 들면 항복 강도(YP)가 440㎫급에서는, 성형성이 우수한 극저탄소 강판에 Ti, Nb를, 고용(solid solution) C, 고용 N을 고착하는 양(量) 첨가하고, IF화(Interstitial free)한 강(鋼)을 베이스로 하고, 여기에 Si, Mn, P 등의 고용 강화 원소를 첨가한 강판이 있다.

또한, 항복 강도(YP)가 500㎫ 이상에서는, 복합 조직 강판이 실용화되고 있으며, 페라이트와 마르텐사이트의 2상(dual-phase) 조직을 갖는 DP 강판이나, 잔류 오스테나이트를 활용한 TRIP 강판이 있다. 전자는, 마르텐사이트의 주위에 있어서의 잔류 변형에 의해, 저항복 강도 또한 가공 경화능이 높다는 특징이 있다. 후자는, 소성 유기(plasticity-inducing) 마르텐사이트 변태에 의해, 균일 연신이 높아진다는 특징이 있다.

일반적으로, 고강도 강판의 기계적 특성은, 압연 직각 방향 등의 특정 방향에 있어서의 인장 특성에 의해 평가된다. 그러나, 실제의 프레스 성형을 해석한 바, 부품 성형성, 예를 들면 장출 성형(stretch forming)이나 에릭센 시험(Erichsen test)에서의 성형 가능 높이는, 연신의 면내 이방성에 크게 영향을 받는 것도 판명되어 왔다. 따라서, 연신의 면내 이방성을 저감함으로써, 프레스 성형성의 개선을 기대할 수 있다.

면내 이방성이 작은 강판에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 1에는, 소성 경화성이 우수하고, 또한 면내 이방성이 작은 냉연 강판 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 이 기술은, C량 및 냉간 압연시에 있어서의 압하율에 의해 Δr을 규정하여, 면내 이방성과 내덴트성(high dent resistance)을 양립할 수 있다고 되어 있다. 또한, 열간 압연 후 2초 이내에 냉각을 개시하여, 100℃ 이상의 온도역에 걸쳐 70℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각할 필요가 있다. 그러나, 여기에서 말하는 면내 이방성은 Δr로서, 연신의 면내 이방성과는 반드시 일치하지는 않는다.

연신의 면내 이방성에 관한 강판에 대해서는, 예를 들면 특허문헌 2에는, 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 이러한 강판은, 페라이트상을 면적률로 85％ 이상 99％ 이하로 하고, 면적률로 1％ 이상 13％ 이하의 마르텐사이트를 포함하는 복합 조직강(composite-microstructure steel)이며, 강판의 1/4 판두께 위치에 있어서의 판면의 ODF(결정 방위 분포 함수)로 나타나는 α파이버(φ1＝0°, φ2＝45°, Φ＝0∼55°) 중 Φ＝25°∼35°의 범위에서의 평균 결정 방위 밀도 I가 2.0 이상 4.0 이하인 것을 특징으로 하고 있다. 그러나, 마르텐사이트를 포함하는 복합 조직강은, 항복 강도(YP)가 낮아지기 때문에, 제품 운반시나 불의의 낙하시의 변형 억제 효과가 작아진다는 문제가 있다. 마르텐사이트를 포함하고 있어도, 고합금화하여 인장 강도(TS)를 높이면, 항복 강도(YP)도 높아진다. 그러나, 이 경우, 제조 비용의 상승을 초래한다는 문제가 있다.

또한, 고강도 강판의 이방성을 저감하는 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 3에는, 열간 압연 완료 후에, 바람직하게는 400℃/초 이상의 냉각 속도로, 720℃까지 0.4sec 이내에 냉각함으로써, r값의 면내 이방성을 저감할 수 있다고 되어 있다. 그러나, 여기에서 말하는 면내 이방성은 Δr로서, 연신의 면내 이방성과는 반드시 일치하지는 않는다. 그리고, 400℃/초 이상의 냉각 속도로 판두께 2㎜ 이상의 열연 강판을 냉각한 경우, 강판 표층과 내부의 온도차가 크고, 조직의 불균일을 초래하여 재질의 불균일을 발생시킨다는 문제도 있다. 또한, 400℃/초 이상의 냉각 속도로 판두께 2㎜ 이상의 열연 강판을 냉각하기 위해서는, 대규모의 설비가 필요하여, 비용 상승을 초래한다.

이 외, 잔류 γ조직을 이용하면서 면내 이방성을 개선하는 기술로서, 예를 들면, 특허문헌 4가 개시되어 있다. 그러나, 모두 합금 성분이 많은 점에서 고비용이다. 또한, TS로 590㎫ 이상으로 현저하고 고강도이기 때문에, 성형에 필요로 하는 하중이 높고, 대규모 프레스기가 필요해지기 때문에 고비용을 초래한다.

일본공개특허공보 2004-197155호 일본공개특허공보 2009-132981호 일본공개특허공보 2011-144414호 일본공개특허공보 2012-21225호

본 발명은, 상기의 문제를 유리하게 해결하는 것으로, 자동차 부품이나 전기용 부품에 적합한 항복 강도(YP)가 400㎫ 이상으로 고강도이고, 연신의 면내 이방성을 저감하여 프레스 성형성이 우수한 고강도 강판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

일반적으로, 냉연 강판의 압연 집합 조직은, <100> 방향이 Rolling Direction에 평행해지는 α파이버와, <111> 방향이 Normal Direction에 평행해지는 γ파이버가 발달한다. 그러나, 어닐링 공정에서 재결정이 진행되면, α파이버가 약해지고, γ파이버가 강해진다. α파이버는, 압연 방향에 대하여 45° 방향의 연신을 저하시키기 때문에, 통상의 공정에서 제조한 냉연 강판은, 압연 방향에 대하여 45° 방향의 연신이 낮아, 연신의 이방성이 강해진다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 압연 방향에 대하여 45° 방향의 연신을 높여 이방성을 저감하기 위해서는, 강판의 1/4 판두께 위치에 있어서의 판면의 집합 조직에 있어서, ODF(결정 방위 분포 함수)로 나타나는 α파이버(φ1＝0°, φ2＝45°, Φ＝0°∼55°) 중 Φ＝25°∼35°의 범위에서의 평균 결정 방위 밀도 I_α가 2.0 이상 4.0 이하이고, γ파이버(φ1＝0°∼60°, φ2＝45°, Φ＝55°)의 평균 결정 방위 밀도 I_γ가 2.0 이상 10.0 이하로 하는 것이 중요하다는 것을 발견했다. 또한, 상기 집합 조직을 얻기 위해서는, 성분 조성의 제어, 특히 Nb의 함유량 제어와, 제조 조건의 제어가 중요하다는 것을 발견했다.

본 발명은, 상기의 인식에 기초하여 이루어진 것으로서, 그 요지는 이하와 같다.

[1] 질량％로, C: 0.060∼0.099％, Si: 0.09％ 이하, Mn: 1.0∼1.49％, P: 0.050％ 이하, S: 0.03％ 이하, sol.Al: 0.01∼0.09％, N: 0.005％ 이하, Nb: 0.035∼0.080％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상을 포함하지 않고, 강판의 1/4 판두께 위치에 있어서의 판면의 집합 조직에 있어서, ODF(결정 방위 분포 함수)로 나타나는 α파이버(φ1＝0°, φ2＝45°, Φ＝0°∼55°) 중 Φ＝25°∼35°의 범위에서의 평균 결정 방위 밀도 I_α가 2.0 이상 4.0 이하이고, γ파이버(φ1＝0°∼60°, φ2＝45°, Φ＝55°)의 평균 결정 방위 밀도 I_γ가 2.0 이상 10.0 이하인 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.

[2] 추가로, 질량％로, Ti: 0.010∼0.050％를 함유하는 [1]에 기재된 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.

[3] 하기 (1)식으로 나타나는 ΔEl이 －2％∼2％인 [1] 또는 [2]에 기재된 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.

ΔEl＝(El₀－2El₄₅＋El₉₀)/2…(1)

단, El₀, El₄₅ 및 El₉₀은, 강판의 압연 방향에 대하여 0°, 45° 및 90°의 방향에서 측정한 파단 연신의 값으로 한다.

[4] 항복 강도 YP가 400㎫ 이상이고, 항복 강도 YP와 인장 강도 TS의 비(比)인 항복비 YR(YR＝YP/TS)이 0.79 이상인 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.

[5] 표면에 아연계 도금 피막을 갖는 [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.

[6] [1] 또는 [2]에 기재된 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 준비하고, 상기 강 슬래브를 가열하여, 슬래브 가열 온도 1150℃ 이상의 온도역에서 60분 이상 유지한 후, 조압연(rough rolling)을 행하고, 그 후 마무리 압연(finish rolling) 온도를 820∼920℃ 및 마무리 압연의 최종 패스 압연율을 15∼25％로 마무리 압연을 행하여, 마무리 압연 후 2초 이내에 수랭을 개시하여 냉각하고, 열연 강판을 제조한 후, 상기 열연 강판에 산세정(pickling) 및 냉간 압연을 행하고, 그 후 연속 어닐링을 행할 때에 있어서, 830℃ 이상의 온도역에서 10∼250초 유지하는 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판의 제조 방법.

[7] 상기 조압연의 후, 수랭에 의해 마무리 압연 입측 온도를 1050℃ 이하로 하고, 그 후 상기 마무리 압연을 행하는 [6]에 기재된 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판의 제조 방법.

[8] [6] 또는 [7]에 기재된 고강도 강판의 제조 방법에 있어서, 어닐링 후의 강판에 아연 도금 처리를 행하는 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판의 제조 방법.

또한, 본 발명에 있어서의 고강도란, 항복 강도 YP가 400㎫ 이상을 말한다.

본 발명에 의하면, 연신의 면내 이방성이 작고, 프레스 성형성이 우수한 고강도 강판을 얻을 수 있다. 또한, 항복 강도(YP)가 높기 때문에, 제품 운반시나 불의의 낙하시의 변형이 억제된다. 본 발명의 고강도 강판은, 자동차용 부품이나 전기용 부품에 적용할 수 있어, 매우 유용하다.

도 1은, α파이버 중의 Φ＝25°∼35°에 있어서의 평균 결정 방위 밀도 I_α와, γ파이버 중의 Φ＝55°에 있어서의 평균 결정 방위 밀도 I_γ와, ΔEl의 관계를 나타내는 그래프이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다.

우선, 성분 조성의 이유에 대해서 설명한다. 또한, 각 원소의 함유량의 단위는, 특별히 언급이 없는 한 질량％로 한다.

C: 0.060∼0.099％

C는, 결정을 세립화하고, 고강도화하기 위해 필요한 원소이다. 또한, 후술의 Nb와의 석출물을 형성하여, 특히 항복 강도(YP)를 높이는 효과를 갖는다. C량이 0.060％ 미만에서는, 세립화에 의한 강도 상승 효과가 낮기 때문에, 0.060％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. 한편, C량이 0.099％를 초과하면, 제2상을 형성하기 쉬워져, 연신이 저하된다. 따라서, C량은 0.060∼0.099％의 범위로 한다. 바람직하게는 0.060∼0.090％의 범위이다.

Si: 0.09％ 이하

Si는, 미량으로 열간 압연에서의 스케일 생성을 지연시켜 표면 품질을 개선하는 효과가 있다. 이 외에, 페라이트상의 가공 경화능을 올리는 효과 등이 있다. 이와 같은 관점에서, 0.01％ 정도 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 그러나, Si량이 0.09％를 초과하면, 잔류 γ상이 형성되기 쉬워진다. 따라서, Si량은 0.09％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.049％ 이하로 한다.

Mn: 1.0∼1.49％

Mn은, 고용강화, 결정의 세립화 효과를 통하여, 강판 강도를 높이는 데 유용한 원소이다. Mn량이 1.0％ 미만에서는, 고용 강화, 세립화 효과가 낮기 때문에, 1.0％ 이상 함유하는 것을 필요로 한다. 한편, Mn량이 1.49％를 초과하면, 마르텐사이트상을 형성하기 쉬워져, 항복 강도(YP)가 저하된다. 따라서, Mn량은 1.0∼1.49％의 범위로 한다.

P: 0.050％ 이하

P량이 0.050％를 초과하면, 용접성의 열화나 편석에 의한 표면 결함이 발생한다. 따라서, P량은 0.050％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.040％ 이하이다.

S: 0.03％ 이하

S는, 강판의 1차 스케일의 박리성을 향상시켜, 외관 품질을 향상시키는 작용이 있다. 그러나, S량이 많아지면, 강 중에 석출하는 MnS가 많아진다. 이 때문에, 강판의 연신이나 연신 플랜지성과 같은 연성을 저하시켜, 프레스 성형성을 저하시킨다. 또한, 슬래브를 열간 압연할 때의 열간 연성을 저하시켜, 표면 결함이 발생하기 쉬워진다. 이와 같은 관점에서, S량은 0.03％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이하, 보다 바람직하게는 0.005％ 이하, 더욱 바람직하게는 0.002％ 이하이다.

sol.Al: 0.01∼0.09％

sol.Al은, 강의 탈산 원소로서 유용한 외, 불순물로서 존재하는 고용 N을 고정하여 성형성을 향상시키는 작용이 있다. 이 때문에, sol.Al량은 0.01％ 이상으로 한다. 한편, sol.Al량이 0.09％를 초과하면, 비용 상승으로 이어지고, 나아가서는 표면 결함을 유발한다. 따라서, sol.Al량은 0.01∼0.09％의 범위로 한다. 바람직하게는 0.02∼0.07％이다.

N: 0.005％ 이하

N은, 양이 지나치게 많으면, 성형성을 열화시킴과 함께, 고용 N을 고정하기 위해 다량의 Al 첨가가 필요하다. 이 때문에, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하다. 이와 같은 관점에서, N량은 0.005％ 이하로 한다.

Nb: 0.035∼0.080％

Nb는, 결정을 세립화하고, 고강도화하기 위해 필요한 원소이다. 또한, 전술의 C와 석출물을 형성하여, 특히 항복 강도(YP)를 높이는 효과를 갖는다. 또한, 열간 압연 프로세스의 마무리 압연 공정에 있어서 Nb 석출물을 미세 석출시켜 강의 재결정을 부분적으로 억제하고, 냉간 압연 및 어닐링 후의 α파이버를 높이는 효과를 갖는 점에서, Nb는 본 발명의 가장 중요 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서는, Nb량을 0.035％ 이상 함유하는 것이 필요하다. 한편, 0.080％를 초과하면, 열간 압연 프로세스의 마무리 압연 공정에서의 재결정을 완전히 억제하고, 냉간 압연 및 어닐링 후의 α파이버를 지나치게 높여 연신의 이방성이 열화함과 함께, 열간 압연 하중이 높아진다. 따라서, Nb량은 0.035∼0.080％ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는, 0.060％ 이하이다.

본 발명에서는, 상기 성분의 외에, 다음의 원소를 함유해도 좋다.

Ti: 0.010∼0.050％

Ti는 석출물을 형성하여 항복 강도(YP)를 높이는 효과를 갖는다. 이 때문에, 0.010％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편으로, Nb를 필수 성분으로 하는 본 발명에 있어서는, 과도하게 Ti를 함유시키는 것은 열간 압연 하중이 높아진다. 이 때문에, 0.050％ 이하로 한다. 따라서, Ti량은 0.010∼0.050％ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.029％ 이하이다.

본 발명에서는, 상기 성분의 외에, 다음의 원소를 추가로 함유해도 좋다. 그러나, 다음의 원소는 특히 퀀칭성(hardenability)이 높고, 마르텐사이트상을 형성하기 쉽게 하는 원소이다. 그 때문에, 하기의 범위인 것이 바람직하다.

Cr: 0.05％ 이하

Cr은, Mn과 동일하게, 마르텐사이트상을 형성하기 쉽게 하는 원소로서, 마르텐사이트상이 생성하면 항복 강도(YP)가 저하한다. 이 때문에, Cr량은 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.02％ 이하, 보다 바람직하게는 0.01％ 이하이다. 과도한 저감은 비용 상승을 초래하기 때문에, 그 하한은 0.001％로 하는 것이 바람직하다.

Mo: 0.05％ 이하

Mo는, Mn과 동일하게, 마르텐사이트상을 형성하기 쉽게 하는 원소로서, 마르텐사이트상이 생성하면 항복 강도(YP)가 저하한다. 이 때문에, Mo량은 0.05％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.02％ 이하, 보다 바람직하게는 0.01％ 이하이다. 과도한 저감은 비용 상승을 초래하기 때문에, 그 하한은 0.001％로 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 강판에 있어서, 상기 이외의 성분은 Fe 및 불가피적 불순물이다. 단, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위이면, 상기 이외의 성분의 함유를 거부하는 것은 아니다.

다음으로, 본 발명의 강판에 있어서의, 강 조직, 집합 조직의 한정 이유를 설명한다.

강 조직: 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상을 포함하지 않음

마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상이 생성한 경우, 항복 강도(YP)가 저하하여, 제품 운반시나 불의의 낙하시의 변형 억제 효과가 작아진다. 따라서, 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상을 포함하지 않는 것을 필요로 한다. 또한, 본 발명의 강판의 미크로 조직은, 페라이트＋펄라이트 혹은 추가로 시멘타이트로 이루어지는 조직이며, 본 발명에 있어서의, 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상을 포함하지 않는 것은, 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상은 체적분율로 1％ 이하의 것을 말한다. 또한, 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상을 포함하지 않는 것은, 후술하는 제조 조건에 의해, 제어할 수 있다.

집합 조직: 강판의 1/4 판두께 위치에 있어서의 판면의 집합 조직에 있어서, ODF(결정 방위 분포 함수)로 나타나는 α파이버(φ1＝0°, φ2＝45°, Φ＝0°∼55°) 중 Φ＝25°∼35°의 범위에서의 평균 결정 방위 밀도 I_α가 2.0 이상 4.0 이하이고, γ파이버(φ1＝0°∼60°, φ2＝45°, Φ＝55°)의 평균 결정 방위 밀도 I_γ가 2.0 이상 10.0 이하

종래, 집합 조직의 해석에는 X선 회절(XRD)에 의한 극점도(pole figure)가 이용되어 왔다. 극점도는, 다수의 결정립에 관한 통계적인 결정 방위 분포를 나타내고 있는 점에서, 우선 방위의 결정에 적절한 방법이다. 그러나, 다결정 재료의 집합 조직은 단일의 우선 방위뿐만 아니라, 다수의 우선 방위를 나타내는 경우가 많다. 예를 들면, 어떤 결정축의 주위로 회전한 방위군인 α파이버나 γ파이버와 같은 섬유 집합 조직에서는, 극점도로부터 개개의 방위의 존재 비율을 정확하게 평가하는 것은 곤란하다. 그 때문에, 극점도의 정보에 기초하여 3차원 결정 방위 분포 함수를 작성하여, 개개의 방위의 존재 비율을 평가한다. 상기 3차원 결정 방위 분포 함수의 평가에 있어서, 반사법(reflection method)에 의해 얻어진 (200), (211), (110)의 불완전 극점도로부터, 급수 전개법(series expansion method)으로 구한다. 그 결과, 상기와 같이 마르텐사이트상이나 잔류 오스테나이트상을 포함하지 않는 강 조직에 있어서, α파이버(φ1＝0°, φ2＝45°, Φ＝0°∼55°) 중 Φ＝25°∼35°의 범위에서의 평균 결정 방위 밀도 I_α가 2.0 이상 4.0 이하이고, 또한, γ파이버(φ1＝0°∼60°, φ2＝45°, Φ＝55°)의 평균 결정 방위 밀도 I_γ가 2.0 이상 10.0 이하로 한 경우에, 연신의 면내 이방성이 작아지는 것이 구명되었다. 집합 조직을 상기의 범위로 한 경우에 연신의 면내 이방성이 작아지는 이유는, 반드시 분명하지는 않다. 이유로서는, 압연 방향이나, 압연 방향에 대하여 90°의 방향의 연신을 향상시키는 γ파이버의 존재 비율과, 압연 방향에 대하여 45°의 방향의 연신을 향상시키는 α파이버(φ1＝0°, φ2＝45°, Φ＝0°∼55°) 중의 Φ＝25°∼35°의 존재 비율의 균형이 좋은 점에 의한 것이라고 생각된다.

다음으로, 본 발명자들은, 본 발명의 성분 조성을 갖는 강 슬래브를, 열간 압연하여 열연 강판으로 하고, 산세정 후, 냉간 압연하여 냉연 강판으로 한 후, 어닐링을 행하여 냉연 어닐링 강판으로 하고, 추가로 조질 압연을 행했다. 이렇게 하여 얻어진 각 냉연 어닐링 강판의 1/4 판두께 위치에 있어서의 판면의 X선 회절 결과로부터 구해진 결정 방위 분포 함수(이하, ODF: Orientation Distribution Function이라고 함)를 작성하고, 이 ODF로부터, 특히 연신 등의 가공성에 영향을 준다고 생각되는 α파이버라고 불리는 집합 조직에 주목하여, 이 α파이버와 성형성의 관계에 대해서 조사했다. 그 결과, α파이버의 방위군인 Φ＝0°∼55° 중, 특히 Φ＝25°∼35°의 범위에 있어서의 평균 결정 방위 밀도 I_α 및, γ파이버의 평균 결정 방위 밀도 I_γ가, ΔEl과 상관이 강한 것이 판명되었다. 본 발명에서는, ΔEl의 값이 －2.0％∼2.0％인 경우, 연신의 면내 이방성은 작다고 여겨지고 프레스 성형성이 양호하다고 판단했다. 또한, ΔEl은 다음식 (1)로 구해진다.

ΔEl＝(El₀－2El₄₅＋El₉₀)/2…(1)

단, El₀, El₄₅ 및 El₉₀은, 냉연 어닐링 강판으로부터 압연 방향에 대하여 0°방향(L방향), 45°방향(D방향), 90°방향(C방향)의 방향으로 JIS 5호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241의 규정에 준거하여 크로스 헤드 속도 10㎜/분으로 인장 시험을 행하여 측정한 파단 연신의 값이다.

이와 같이 하여 얻어진 평균 결정 방위 밀도 I_α 및 I_γ와, ΔEl의 절대값(이하, 단순히 ｜ΔEl｜라고 칭하는 경우도 있음)의 관계를 도 1에 나타낸다. 도 1로부터, 평균 결정 방위 밀도 I_α가 2.0 이상 4.0 이하이고, 평균 결정 방위 밀도 I_γ가 2.0 이상 10.0 이하인 경우에, ｜ΔEl｜의 값이 2.0％ 이하라는 양호한 결과가 얻어졌다. 즉, α파이버(φ1＝0°, φ2＝45°, Φ＝0°∼55°) 중 Φ＝25°∼35°의 범위에서의 평균 결정 방위 밀도 I_α가 2.0 이상 4.0 이하이고, γ파이버(φ1＝0°∼60°, φ2＝45°, Φ＝55°)의 평균 결정 방위 밀도 I_γ가 2.0 이상 10.0 이하인 집합 조직을 갖는 고강도 강판이, 연신의 면내 이방성이 작은 것이 판명되었다. 따라서, 본 발명의 강판은, 하기 (1)식으로 나타나는 ΔEl이 －2.0％ 이상 2.0％ 이하인 것이 바람직하다.

ΔEl＝(El₀－2El₄₅＋El₉₀)/2…(1)

본 발명에서는 추가로, 항복 강도, 항복비에 대해서 다음과 같은 한정을 더할 수 있다.

항복 강도 YP가 400㎫ 이상이고, 항복 강도 YP와 인장 강도 TS의 비인 항복비 YR(YR＝YP/TS)이 0.79 이상

항복 강도를 높임으로써, 제품 운반시나 불의의 낙하시의 변형이 억제된다. 이 효과를 얻기 위해서는, 항복 강도 YP가 400㎫ 이상인 것이 바람직하다. 한편, 지나치게 높으면 스프링백이 커져, 부품 형상을 유지하는 것이 곤란해지기 때문에, 550㎫ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 항복비 YR은 0.79 이상인 것이 바람직하다. 또한, 항복 강도에 대하여 인장 강도가 높아지면, 프레스 하중이 필요 이상으로 높아져, 대형 프레스기를 도입해야 한다. 이 때문에, 인장 강도 TS는 580㎫ 이하인 것이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 제조 방법을 설명한다.

우선, 사용하는 강 슬래브는, 성분의 매크로 편석을 방지하기 위해 연속 주조법으로 제조하는 것이 바람직하다. 또한, 조괴법이나 박(薄) 슬래브 주조법으로 제조해도 좋다. 또한, 슬래브를 제조한 후, 일단 실온까지 냉각하고, 그 후, 재차 가열하는 종래법에 더하여, 냉각하지 않고 온편인 채 가열로에 장입하고, 열간 압연하는 직송 압연이나, 근소한 보열을 행한 후, 즉시 열간 압연하는 직접 압연 등의 에너지 절약 프로세스도 문제없이 적용할 수 있다.

다음으로, 열간 압연 공정의 조건에 대해서 설명한다.

슬래브 가열 온도: 1150℃ 이상의 온도역에서 60분 이상 유지

슬래브 가열에서는, Nb 석출물을 완전히 용해하여, 열간 압연 프로세스의 마무리 압연 공정에 있어서 Nb 석출물을 미세 석출시켜 강의 재결정을 부분적으로 억제하고, 냉간 압연 및 어닐링 후의 α파이버를 높이기 위해, 가열 온도는 높게, 또한, 유지 시간은 긴 편이 바람직하다. 이와 같은 관점에서, 본 발명에서는 슬래브 가열 온도 1150℃ 이상의 온도역에서 60분 이상 유지한다. 한편, 슬래브 가열 온도가 지나치게 높거나, 유지 시간이 지나치게 긴 경우, 산화 중량의 증가에 수반하는 스케일 손실(scale loss)이 증대하기 때문에, 가열 온도는 1300℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 유지 시간은 500분 이하인 것이 바람직하다.

상기의 조건으로 가열된 강 슬래브에, 조압연 및 마무리 압연으로 이루어지는 열간 압연을 행한다. 여기에서, 강 슬래브는 조압연에 의해 시트 바로 된다. 또한, 조압연의 조건은 특별히 규정할 필요는 없고, 일반적인 방법에 따라 행하면 좋다. 또한, 열간 압연시의 트러블을 방지하거나, 폭 방향의 온도 불균일을 개선하는 목적으로, 시트 바를 가열하는 소위 시트 바 히터나 에지 히터를 활용하는 것이 유효하다.

마무리 압연 공정에 있어서 Nb 석출물을 미세하게 석출시키기 위해서는, 저온에서 마무리 압연을 행하는 것이 적합하고, 마무리 압연 입측 온도가 1050℃ 이하인 것이 바람직하다. 본 발명에서는, 슬래브를 1150℃ 이상의 고온으로 가열하고 있기 때문에, 마무리 압연 입측으로 1050℃까지 냉각하기 위해, 마무리 압연 전에 시트 바를 수랭하는 것이 바람직하다. 한편으로 과도한 저온화는, 열간 압연시의 부하가 높아지기 때문에, 930℃ 이상인 것이 바람직하다.

마무리 압연 온도: 820∼920℃

이어서, 시트 바를 마무리 압연하여 열연 강판으로 한다. 이때, 마무리 압연 온도, 즉 마무리 압연 출측 온도(FT)는 820∼920℃로 한다. 이는, 냉간 압연 및 재결정 어닐링 후에 있어서의 연신의 면내 이방성에 바람직한 집합 조직을 얻기 위함이다. FT가 820℃ 미만에서는, 열간 압연시의 부하가 높아질 뿐만 아니라, 일부의 성분계에서는 페라이트역에서의 압연이 되어, 집합 조직이 크게 변화한다. 한편, FT가 920℃를 초과하면, 조직이 조대화할 뿐만 아니라, 압연된 오스테나이트립이 재결정 완료해 버려, 오스테나이트가 부분 재결정 상태로 압연되지 않기 때문에, 냉연 어닐링 후, 연신의 면내 이방성이 커진다. 이 때문에, 마무리 압연 온도는 820∼920℃, 보다 바람직하게는 820∼890℃로 한다.

마무리 압연의 최종 패스 압연율: 15∼25％

마무리 압연 중의 오스테나이트역에서의 압연에 의한 집합 조직 형성이, 냉간 압연 및 어닐링 후의 α파이버를 높인다. 이 효과는, 마무리 압연의 최종 패스가 가장 강하게 영향을 준다. 마무리 압연의 최종 패스 압연율이 15％ 미만인 경우는, 오스테나이트역에서의 압연에 의한 집합 조직 형성이 불충분하고, 냉간 압연 및 어닐링 후의 α파이버가 강해지지 않기 때문에, 15％ 이상으로 한다. 한편, 25％ 초과에서는, 압연시의 부하가 높아지기 때문에 25％ 이하로 한다.

마무리 압연 후 수랭 개시까지의 시간: 2초 이내

마무리 압연 후, 오스테나이트를 부분 재결정 상태 그대로 변태시킬 필요가 있기 때문에, 오스테나이트역에서의 유지는 바람직하지 않다. 따라서, 마무리 압연 후에는 2초 이내에 수랭을 개시한다. 보다 바람직하게는, 0.5초 이내이다.

마무리 압연 후 코일 권취까지의 냉각 속도는, 특별히 규정하는 것은 아니다. 또한, 냉각 중의 오스테나이트역에서의 재결정 억제를 위해 20℃/초 이상인 것이 바람직하다. 또한, 과도한 냉각은 판두께 방향, 면내 방향의 온도 불균일이 발생하기 쉬워지기 때문에, 200℃/초 이하인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 99℃/초 이하, 더욱 바람직하게는, 40℃/초 이하이다.

코일 권취 온도(CT)는, 특별히 규정하는 것은 아니다. 또한, 400℃ 이상 720℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 특히, CT가 720℃를 초과하면, 결정립(crystal grains)이 조대화(increased)하여, 강도 저하를 초래할 가능성이 있다.

그 후, 산세정, 냉간 압연, 어닐링을 행함으로써, 본 발명의 고강도 강판을 얻을 수 있다.

산세정은, 특별히 규정하지 않고, 일반적인 방법에 의해 행한다. 스케일성 결함 억제를 위해, 산세정 전에 쇼트 블라스트(shot blasting)나 레벨링(leveling)을 행해도 좋다.

냉간 압연은, 특별히 규정하는 것은 아니다. 또한, 압연율은 30∼80％로 하는 것이 바람직하다. 압연율이 30％ 미만에서는, 어닐링시의 재결정이 불안정해져 연신의 저하를 초래할 가능성이 있다. 또한, 압연율이 80％를 초과하면, 압연시의 부하가 높아진다.

어닐링: 연속 어닐링으로 830℃ 이상의 온도역에서 10∼250초 유지

본 발명의 강판은, Nb를 다량 첨가하고 있기 때문에 재결정이 늦고, 저온으로 어닐링한 경우에는 미(未)재결정 조직이 잔류하기 때문에 연신이 저하되어 버린다. 이 문제를 회피하기 위해서는, 어닐링시에 오스테나이트 단상역까지 가열할 필요가 있다. 이 때문에, 가열 온도는 830℃ 이상으로 10초 이상 가열할 필요가 있다. 필요 이상으로 가열한 경우에는, 오스테나이트역에서의 입(grains) 성장 및 석출물의 용해가 진행됨으로써, 강도가 저하된다. 이 때문에, 어닐링 시간은 250초 이하로 한다. 보다 바람직하게는, 60초 이하이다. 또한, 이와 같은 단시간 열처리가 필요하기 때문에, 연속 어닐링 프로세스로 행하는 것을 필요로 한다. 또한, 어닐링 후의 냉각이 빠른 경우에는, 마르텐사이트상이 생성되기 쉬워지기 때문에, 50℃/sec 이하의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것이 바람직하다.

이상, 본 발명의 제조 방법의 기본 공정에 대해서 설명했다. 또한, 다음의 공정을 더해도 좋다.

상기의 냉연 강판 어닐링 공정의 후에 전기(電氣) 도금 처리, 혹은 용융 도금 처리 등의 표면 처리를 행하는 공정을 더하여, 강판 표면에 도금층을 형성해도 좋다. 또한, 도금층은 순아연 도금이나 아연계 합금 도금에 한정하지 않고, Al 도금이나 Al계 합금 도금 등, 종래 강판 표면에 행해지고 있는 각종 도금층으로 하는 것도 가능하다. 또한, 도금 후에 내식성이나 내지문성을 향상시키는 목적으로, 화성 처리 피막(chemical conversion film)을 도포해도 좋다.

또한, 상기와 같이 제조한 냉연 어닐링판 혹은 도금 강판에, 형상 교정, 표면 조도 등의 조정의 목적으로 조질 압연 또는 레벨러 가공을 행해도 좋다. 조질 압연 혹은 레벨러 가공의 연신율은 합계로 0.2∼15％의 범위 내인 것이 바람직하다. 0.2％ 미만에서는, 형상 교정, 조도 조정의 소기의 목적을 달성할 수 없다. 보다 바람직하게는, 1.3％ 이상이다. 한편, 15％를 초과하면, 현저한 연성 저하를 초래하는 경향이 있기 때문에 바람직하지 않다.

실시예

이하, 실시예에 의해, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

표 1에 나타내는 여러 가지의 조성이 되는 용강을, 전로(converter)로 용제하여, 연속 주조법으로 강 슬래브로 했다. 이들 강 슬래브를 표 2에 나타내는 조건으로 열간 압연을 행하여 3.2㎜ 두께의 열연 강판으로 했다. 이들 열연 강판을, 산세정한 후, 50％의 압하율의 냉간 압연에 의해 1.6㎜ 두께의 as roll재로 했다. 이어서, 이들 as roll재에 연속 어닐링 라인에서, 표 2에 나타내는 조건으로 연속 어닐링을 행했다. 추가로, 얻어진 냉연 어닐링 강판에 연신율 1.3％의 조질 압연을 행했다. 또한, 일부의 as roll재는, 연속 용융 아연 도금 라인에서, 표 2에 나타내는 조건으로 어닐링 후 용융 아연 도금을 행하여, 연신율 1.3％의 조질 압연을 실시했다.

이렇게 하여 얻어진 냉연 어닐링판, 용융 아연 도금 강판에 대해서, 인장 특성, 강 조직 및 집합 조직을 조사했다.

(1) 인장 특성

얻어진 각 냉연 어닐링판의 압연 방향에 대하여 0°(L방향), 45°(D방향) 및 90°(C방향) 방향으로부터 JIS 5호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z 2241의 규정에 준거하여 크로스 헤드 속도 10㎜/분으로 인장 시험을 행하여, 항복 강도(YP), 인장 강도(TS), 연신(El)을 구했다. 여기에서, 항복 강도(YP), 인장 강도(TS), 연신(El), 항복비(YP/TS)의 대표값은, 0°방향으로부터 채취한 시험편의 값으로 했다. 항복 강도 400㎫ 이상을 합격으로 한다.

또한, 연신의 면내 이방성의 지표로서, ΔEl을 이용했다. 이 ΔEl은, 연신의 면내 이방성을 나타내는 것이며, 다음 식 (1)로부터 산출했다.

ΔEl＝(El₀－2El₄₅＋El₉₀)/2…(1)

단, El₀, El₄₅, El₉₀은, 0°(L방향), 45°(D방향) 및 90°(C방향) 방향으로부터 채취한 시험편의 파단 연신을 나타낸다.

ΔEl이 －2％∼2％이면, 연신의 면내 이방성이 우수하다고 말할 수 있다.

(2) 강 조직, 집합 조직

(a) 상의 체적분율

각 상의 체적분율은, 포인트 카운트법(ASTM E562-83(1988)에 준거)에 의해 각 상의 면적률을 측정하고, 그 면적률을, 체적분율로 했다. 각 상의 면적률은, 얻어진 각 냉연 어닐링판으로부터 시험편을 채취하고, 압연 방향에 평행한 수직 단면(L단면)에 대해서, 연마 후 나이탈(nital)로 부식하고, 주사형 전자 현미경(SEM)을 이용하여, 4000배로 관찰하여 상의 종류를 동정(同定)함과 함께, 마르텐사이트상의 면적률(마르텐사이트분율)을 구했다. 또한, 조직 사진에서, 흰 콘트라스트가 붙어 있는 입자를 마르텐사이트로 했다. 또한, 잔류 오스테나이트상의 존재율(잔류 γ분율)은, 판두께 1/4면에 있어서의 판면의 X선 회절을 행하여, α상(페라이트상)의 (211), γ상 (220)의 적분 강도를 측정하고, 규격화하여 구했다.

(b) 3차원 결정 방위 분포 함수

얻어진 각 냉연 어닐링판의 판두께 1/4면에 있어서의 판면의 X선 회절을 행하고, 반사법에 의해 얻어진 (200), (211), (110)의 불완전 극점도로부터, 급수 전개법으로 3차원 결정 방위 분포 함수를 구하고, α파이버(φ1＝0°, φ2＝45°, Φ＝0°∼55°) 중 Φ＝25°∼35°의 범위에서의 평균 결정 방위 밀도 I_α 및, γ파이버(φ1＝0°∼60°, φ2＝45°, Φ＝55°)의 평균 결정 방위 밀도 I_γ를 구하여, 평가했다. I_α가 2.0 이상 4.0 이하, I_γ가 2.0 이상 10.0 이하인 강판이, 연신의 면내 이방성이 작다.

결과를 표 3에 나타낸다.

　표 3으로부터 분명한 바와 같이, 본 발명의 범위인 강종 D, E, F, H, I, N은, YP≥400㎫, YR≥0.79의 고강도 또한 고항복비 강판이다. 그리고, 페라이트＋펄라이트＋시멘타이트로 이루어지는 조직을 갖고 있으며, 마르텐사이트상, 잔류 γ상을 포함하지 않고, I_α가 2.0 이상 4.0 이하, I_γ가 2.0 이상 10.0 이하를 충족시키기 때문에, ΔEl이 －2％∼2％로 연신의 면내 이방성이 작은 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명 중에서도, 강종 D와 E를 비교하면, 시트 바를 수랭함으로써 열간 압연 마무리 입측 온도가 1050℃ 이하로서, 마무리 온도가 890℃ 이하인 강종 E 쪽이, 보다 연신의 면내 이방성이 작은 것을 알 수 있다. 또한, 본 발명 중에서도 강종 I와 N을 비교하면, 동(同)성분임에도 불구하고, 강종 N 쪽이 저강도이고 저연성이 되어 있다. 이것은, 열간 압연의 냉각 속도가 높고, 조직이 불균일하게 되어 있기 때문이라고 생각된다.

한편, 성분 혹은 어닐링 시간이 본 발명으로부터 벗어나는 강종 A, O는, YP가 400㎫ 미만의 저강도가 되어 버린다. 또한, 본 발명의 성분 범위로부터 벗어나는 강종 G, P, Q는, 집합 조직 균형이 무너져 버려, 이방성이 커져 버린다. 특히, 마르텐사이트상이나 잔류 오스테나이트상을 포함하는 강판인 강종 G는, 이방성이 클 뿐만 아니라, YR이 낮아져 버린다.

또한, 본 발명의 성분 범위를 충족시키고 있는 강종 B, C, J, L, M은, 슬래브 가열 조건이나 어닐링 온도, 냉각 개시 시간, 마무리 압연의 최종 패스 압연율 등이 본 발명의 범위를 충족시키고 있지 않기 때문에, 집합 조직 균형이 무너져 버려, 이방성이 커져 버린다.

Claims

질량％로, C: 0.060∼0.099％, Si: 0초과 0.09％ 이하, Mn: 1.0∼1.49％, P: 0.050％ 이하, S: 0.03％ 이하, sol.Al: 0.01∼0.09％, N: 0.005％ 이하, Nb: 0.035∼0.080％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 마르텐사이트상 및 잔류 오스테나이트상을 포함하지 않고, 강판의 1/4 판두께 위치에 있어서의 판면의 집합 조직에 있어서, ODF(결정 방위 분포 함수)로 나타나는 α파이버(φ1＝0°, φ2＝45°, Φ＝0°∼55°) 중 Φ＝25°∼35°의 범위에서의 평균 결정 방위 밀도 I_α가 2.0 이상 4.0 이하이고, γ파이버(φ1＝0°∼60°, φ2＝45°, Φ＝55°)의 평균 결정 방위 밀도 I_γ가 2.0 이상 10.0 이하이며,
하기 (1)식으로 나타나는 ΔEl이 －2％∼2％인 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.
ΔEl＝(El₀－2El₄₅＋El₉₀)/2…(1)
단, El₀, El₄₅ 및 El₉₀은, 강판의 압연 방향에 대하여 0°, 45° 및 90°의 방향에서 측정한 파단 연신의 값으로 한다.
제1항에 있어서,
추가로, 질량％로, Ti: 0.010∼0.050％를 함유하는 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.
삭제
제1항 또는 제2항에 있어서,
항복 강도 YP가 400㎫ 이상이고, 항복 강도 YP와 인장 강도 TS의 비(比)인 항복비 YR(YR＝YP/TS)이 0.79 이상인 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.
제1항 또는 제2항에 있어서,
표면에 아연계 도금 피막을 갖는 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.
제1항 또는 제2항에 기재된 성분 조성을 갖는 강(鋼) 슬래브를 준비하고, 상기 강 슬래브를 가열하여, 슬래브 가열 온도 1150℃ 이상의 온도역에서 60분 이상 유지한 후, 조압연을 행하고, 그 후 마무리 압연 온도를 820∼920℃ 및 마무리 압연의 최종 패스 압연율을 15∼25％로 마무리 압연을 행하여, 마무리 압연 후 2초 이내에 수랭을 개시하여 냉각하고, 열연 강판을 제조한 후, 상기 열연 강판에 산세정 및 냉간 압연을 행하고, 그 후 연속 어닐링을 행할 때에 있어서, 830℃ 이상의 온도역에서 10∼250초 유지하는 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 조압연의 후, 수랭에 의해 마무리 압연 입측 온도를 1050℃ 이하로 하고, 그 후 상기 마무리 압연을 행하는 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판의 제조 방법.
제6항에 있어서,
어닐링 후의 강판에 아연 도금 처리를 행하는 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판의 제조 방법.
제4항에 있어서,
표면에 아연계 도금 피막을 갖는 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판.
제7항에 있어서,
어닐링 후의 강판에 아연 도금 처리를 행하는 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 마무리 압연의 최종 패스 압연율을 15~21%로 마무리 압연을 행하는 연신의 면내 이방성이 작은 고강도 강판의 제조 방법.