KR102154986B1 - 고망간 3세대 진화 고강도 강 - Google Patents

고망간 3세대 진화 고강도 강 Download PDF

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Abstract

고강도 강은 최대 약 0.25 wt%의 C, 최대 약 2.0 wt%의 Si, 최대 약 2.0 wt%의 Cr, 최대 14%의 Mn, 및 0.5% 미만의 Ni를 포함한다. 고강도 강은 열간 압연 후에 적어도 1000 MPa의 인장강도 및 적어도 약 25%의 전연신을 가질 수 있다. 고강도 강은 열간 압연 후에 적어도 1200 MPa의 인장강도 및 적어도 약 20%의 전연신을 가질 수 있다.

Description

고망간 3세대 진화 고강도 강
유선권
본 출원은 그 개시 내용이 참조에 의해 본원에 통합되는, 고 망간 오스테나이트 3세대 진화 고강도 강"이라는 명칭으로 2015년 5월 21일 출원된 미국 특허 가출원 제62/164,643호에 대해 우선권을 주장한다.
자동차 산업은 더욱 효율적인 연비 차량을 위해 더욱 가볍고 향상된 내충돌성(crash-resistance)을 위해 더욱 강하지만 여전히 성형 가능한 더욱 경제적인 강을 지속적으로 찾고 있다. 3세대 진화 고강도 강(AHSS)은 현재 이용 가능한 고강도 강보다 높은 인장강도 및/또는 더 높은 전연신(total elongations)을 나타내는 것이다. 이러한 특성은 강이 복잡한 형상으로 성형되는 한편 높은 강도를 제공하는 것을 가능하게 한다. 본 출원에서의 강은 1000 MPa 이상의 높은 인장강도 및 15% 위 및 50 % 이상 까지의 높은 전연신을 가지는 필요한 3세대 진화 고강도 강의 기계적 특성을 제공한다.
오스테나이트계 강은 전형적으로 더욱 높은 전연신과 결합된 더욱 높은 인장강도를 가진다. 오스테나이트 미세 구조(austenitic microstructure)는 연성(ductile)이며, 높은 전인장신율(total tensile elongations)을 생성하는 잠재성을 가진다. 오스테나이트 미세 구조는 때때로 상온에서 안정하지 못하며(또는 준안정 상태임), 강이 소성 변형될 때, 오스테나이트는 종종 마르텐사이트(응력/변형률 유도 마르텐사이트)로 변형된다. 마르텐사이트는 더욱 높은 강도를 가진 미세 구조이며, 오스테나이트와 마르텐사이트를 더한 것과 같은 미세 구조의 혼합물을 가지는 조합된 효과는 전체적인 인장강도를 증가시키는 것이다. 오스테나이트의 안정성, 또는 즉 소성 변형 동안 오스테나이트가 마르텐사이트로의 변할 가능성은 대부분 합금 함유량에 의존한다. C, Mn, Cr, Cu, Ni, N 및 Co와 같은 원소는 열역학적으로 오스테나이트를 안정화하도록 사용된다. Cr, Mo 및 Si와 같은 다른 원소들 또한 간접 효과(예를 들어, 운동학적 효과)를 통해 오스테나이트 안정성을 증가시키도록 사용될 수 있다.
고강도 강은 최대 약 0.25 wt%의 C, 최대 약 2.0 wt%의 Si, 최대 약 2.0 wt%의 Cr, 최대 14 wt%의 Mn, 및 0.5 wt% 미만의 Ni를 포함한다. 고강도 강은 Mo 및 Cu 중 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 고강도 강은 50 ℃ 미만의 Ms 온도를 가진다. 고강도 강은 열간 압연(hot rolling) 후에 적어도 1000 ㎫의 인장강도 및 적어도 25%의 전연율을 가질 수 있다. 고강도 강은 열간 압연 후에 적어도 1200 MPa의 인장강도 및 적어도 약 20%의 전연신을 가질 수 있다
본 발명의 강은 실질적으로 상온에서 오스테나이트 미세 구조를 포함한다. 오스테나이트는 높은 연신율, 또는 연성을 초래하는 속도로 소성 변형될 때 마르텐사이트로 변형될 것이다. 이러한 변태를 제어하는 주된 합금 원소는 C 및 Mn, Cr, 및 Si이다.
C의 양은 마르텐사이트의 강도가 탄소 함유량에 직접적으로 의존하기 때문에 강의 최종 인장강도에 영향을 줄 수 있다. 1000 MPa를 초과하는 강의 강도를 유지하도록, 탄소는 최대 약 0.25 wt%의 양으로 존재한다.
Si의 하나의 특징은 탄화물 형성을 억제하는 그 능력이며, 또한 고용체 강화제이다. 규소는 페라이트 형성제(ferrite former)이며; 그러나 Ms 온도를 더욱 낮추고, 상온에서 오스테나이트를 안정화시키는 것으로 알려졌다. Si는 최대 약 2.0 wt%의 양으로 포함된다.
페라이트 형성제이지만 마르텐사이트 변태 온도(transformation temperature, Ms)를 낮추는 것에 의해 오스테나이트를 안정화시키는 또 다른 원소는 Cr이다. 크롬은 응고 동안 델타-페라이트(delta-ferrite)를 촉진시키는 것과 같은 다른 강 처리 이점을 가지며, 이러한 것은 강의 주조를 용이하게 한다. 본 발명의 강에서, Cr의 양은 최대 약 2.0 wt%이어야 한다.
망간은 최대 약 14 wt%로 존재하여, 적어도 일부 오스테나이트를 상온으로 안정화시킨다.
Ms 온도가 상온에 가깝거나 낮도록 합금 화학제를 설계하는 것은 오스테나이트가 상온에서 안정화될 수 있다는 것을 보장하는 하나의 방법이다. Ms와 합금 함유량의 관계는 아래의 수학식 1에 기술된다:
[수학식 1]
Ms = 607.8-363.2*[C]-26,7*[Mn]-18.1*[Cr]-38.6*[Si]-962.6*([C]-0.188)2
오스테나이트 안정화에 도움이되는 것으로 생각되는 Mo, Cu 및 Ni와 같은 다른 원소들이 이러한 합금에 첨가될 수 있다. Ni는 첨가되면 0.5 wt% 미만의 양으로 첨가된다. Mo는 첨가되면 0.5 wt% 미만의 양으로 첨가된다. 일부 합금에서, Al은 주조를 용이하게 하는 델타-페라이트 응고를 촉진하고 또한 Ae1 및 Ae3 변태 온도를 증가시키는 것으로 알려져 있음에 따라서 첨가되었다. 다른 실시예에서, Al은 최대 약 2.0 wt%의 양으로 첨가될 수 있다. 다른 실시예에서, Al은 최대 약 3.25 wt%의 양으로 첨가될 수 있다. 일부 실시예에서, Al은 약 1.75 내지 3.25 wt%의 양으로 첨가될 수 있다.
예 1
본 합금은 다음과 같이 처리되었다. 합금은 전형적인 실험실 방법을 사용하여 용융되고 주조되었다. 합금의 강 조성이 표 1에 제시되었다. 잉곳들은 열간 압연 전에 1250 ℃의 온도까지 재가열되었다. 잉곳들은 900 ℃의 최종 온도와 함께 8번 통과하여 약 3.3 mm의 두께로 열간 압연되었다. 열간 밴드들은 650 ℃의 노에 즉시 배치되었으며, 권취 온도(coiling temperature) 및 열간 밴드 코일 냉각을 시뮬레이션하도록 24 시간 동안 상온으로 냉각하도록 허용되었다.
Figure 112017125166812-pct00001
기계적 인장 특성은 열간 밴드의 횡방향으로 테스트되었으며; 특성은 표 2에 제시되어 있다. 이러한 열간 밴드들 중 일부는 합금 54, 56 및 59와 같이 3세대 진화 AHSS 인장 특성들을 보여주었으며, 이러한 것은 1000MPa를 초과하는 인장강도 및 약 25%의 전연신을 보인다.
모든 표에 대해 YS = 항복 강도; YPE = 항복점 연신율; UTS = 최대 인장강도이다. YPE가 존재할 때, 보고된 YS 값은 상한 항복점이며, 그렇지 않으면 연속 항복이 발생했을 때 0.2% 옵셋 항복강도가 보고된다.
Figure 112017125166812-pct00002
냉각 후에, 열간 밴드는 비드-블라스팅되고, 스케일을 제거하도록 묽은 산 용액으로 씻겨졌다(pickled). 열간 밴드 스트립들은 1100℃에서 어닐링된 합금 58을 제외하고, 제어된 분위기로 튜브 노(tube furnace)에서 침지에 의해 900℃의 오스테나이트화 온도로 열처리되었다. 인장 시편은 어닐링된 스트립으로부터 제작되고, 기계적 인장 특성이 평가되었다. 어닐링된 열간 밴드의 인장 특성을 표 3에 제시되었다. 보다 높은 Mn 및 상온에 더욱 가까운 Ms 온도를 가지는 합금은 합금 51, 56 및 59와 같은 높은 인장강도 및 높은 전연신 값을 가지는 우수한 특성을 보였다.
Figure 112017125166812-pct00003
14 wt%에 가까운 Mn(합금 51, 54, 56 및 59)을 함유한 합금의 씻겨진 열간 밴드 스트립들은 약 1.5mm의 최종 두께까지 약 50% 냉간 감소되었다. 냉간 감소된 스트립들은 제어된 분위기의 튜브 로에서 침지하는 것에 의해 900 ℃의 오스테나이트화 온도에서 열처리되었다. 열처리된 시편은 어닐링된 스트립들로부터 제작되엇으며, 기계적 인장 특성이 평가되었고, 표 4에 제시되어있다.
Figure 112017125166812-pct00004
열처리된 샘플은 1220 MPa의 UTS 및 51.8 %의 전연신을 보이는 합금 51 및 56과 같은 3세대 AHSS 인장 특성을 보였다.

Claims (12)

  1. 0.22 내지 0.25 wt%의 C, 1.89 내지 2.0 wt%의 Si, 0.003 내지 2.0 wt%의 Cr, 11.58 내지 14 wt%의 Mn, 0.0 보다 크고 0.5 wt% 미만의 Ni, 및 잔부로서 Fe와 불가피한 불순물들을 구비하는 고강도 강으로서,
    상기 고강도 강은 어닐링 후 측정될 때 적어도 1000 MPa의 인장 강도 및 적어도 25%의 전연신(total elongation)을 갖고,
    상기 고강도 강은, Ms가 아래 수식 1:
    Ms = 607.8 - 363.2*[C] - 26.7*[Mn] -18.1*[Cr] - 38.6*[Si] - 962.6*([C] - 0.188)2
    에 따라 섭씨 온도로 계산될 때 50℃ 보다 낮은 Ms 온도를 갖는, 고강도 강.
  2. 제1항에 있어서, 0.003 내지 3.25 wt%의 Al을 더 구비하는 고강도 강.
  3. 제2항에 있어서, 0.003 내지 2.0 wt%의 Al을 구비하는 고강도 강.
  4. 제1항에 있어서, 1.75 내지 3.25 wt%의 Al을 구비하는 고강도 강.
  5. 제1항에 있어서, 0.0 초과 내지 0.5 wt%의 Mo을 더 구비하는 고강도 강.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 강은 열간 압연 및 어닐링 후에 적어도 1000 MPa의 인장강도 및 적어도 25%의 전연신을 갖는 고강도 강.
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서, 상기 강은 냉간 압연 및 어닐링 후에 적어도 1000 MPa의 인장강도 및 적어도 25%의 전연신을 갖는 고강도 강.
  12. 삭제
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