KR20190052683A - 망간 함유 평탄 강으로 이루어지는 평탄 강 제품을 제조하는 방법 및 이러한 평탄 강 제품 - Google Patents

망간 함유 평탄 강으로 이루어지는 평탄 강 제품을 제조하는 방법 및 이러한 평탄 강 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 TRIP/TWIP 효과를 갖는 중망간 강으로 이루어지는 평탄 강 제품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 충분한 제조된 평탄 강 제품의 잔류 변형성이 얻어질 때 항복 강도의 향상을 달성하는 것이다. 이러한 목적은: 열간 또는 냉간 스트립을 냉간 압연하는 단계, 냉간 압연된 열간 또는 냉간 스트립을 500 내지 840℃에서 1분 내지 24시간 동안 어닐링하는 단계, 0.3% 내지 60%의 변형도를 갖는 평탄 강 제품을 형성하도록 어닐링된 열간 또는 냉간 스트립을 템퍼 압연하거나 마무리하는 단계에 의해 달성된다. 본 발명은 추가로 이러한 방법에 따라 제조된 평탄 강 제품 및 그에 대한 용도에 관한 것이다.

Description

망간 함유 평탄 강으로 이루어지는 평탄 강 제품을 제조하는 방법 및 이러한 평탄 강 제품
본 발명은 TRIP/TWIP 효과를 갖는 중망간 강으로 구성된 평탄 강 제품을 제조하는 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 평탄 강 제품 및 이에 대한 용도에 관한 것이다.
유럽 특허 출원 EP 2 383 353 A2는 900 내지 1500 MPa의 인장 강도를 갖는 망간 강으로 구성되는 평탄 강 제품을 개시하며, 망간 강은 다음 원소로 이루어진다(중량 %의 함량이며 용강(steel melt)과 관련됨): C: 0.5 이하; Mn: 4 내지 12.0; Si: 1.0 이하; Al: 3.0 이하; Cr: 0.1 내지 4.0; Cu: 4.0 이하; Ni: 2.0 이하; N: 0.05 이하; P: 0.05 이하; S: 0.01 이하이며, 나머지는 철 및 불가피한 불순물임. 선택적으로, “V, Nb, Ti” 그룹으로부터 하나 이상의 원소가 제공되며, 이들 원소의 함량의 합은 최대 0.5이다. 이 강은 고 망간 강보다 더 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있으며, 동시에 높은 파단 신장률 값을 가지며, 이와 관련하여, 상당히 개선된 변형성을 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 독일 공개 특허 공보 DE 10 2012 013 113 A1은 이미 변형 동안 마르텐사이트로 전환될 수 있는 혼입된 잔류 오스테나이트(incorporated residual austenite)를 갖는 주로 페라이트계 미세구조를 갖는 소위 TRIP 강을 설명한다(TRIP 효과). TRIP 강은 강냉 경화(intense cold-hardening)로 인해 균일한 신장률과 인장 강도에 대한 높은 값을 얻는다. TRIP 강은 특히 시트 금속 블랭크 및 맞춤형 용접 블랭크와 같은 구조 부품, 샤시 부품 및 차량의 충돌 관련 부품에 사용하기 위해 적합하다.
독일 공개 특허 공보 DE 10 2015 111 866 A1은 0.8 중량% 이하의 안티몬(Sb)을 합금화하여 첨가하고 480 내지 770℃에서 1분 내지 48시간 동안 목표된 열 처리함으로써 향상된 재료 특성을 가지며 TRIP/TWIP 특성 및 3 내지 30 중량%의 망간 함량을 갖는 변형가능한 경량 강을 개시한다. 특히, 이 강은 향상된 인장 강도 및 파단 신장률에 더하여 수소 유도 균열 형성(hydrogen-induced crack formation) 및 수소 취화(hydrogen embrittlement)에 대해 증가된 저항을 갖는다.
독일 공개 특허 공보 DE 10 2005 052 774 A1은 TRIP 및/또는 TWIP 특성 및 높은 인장 강도를 갖는 열간 스트립을 제조하는 방법을 개시한다. Fe, Mn, Si 및 Al의 주요 원소로 구성된 경량 강은 보호 가스에서 최종 치수에 근사하는 예비 스트립으로 주조되며, 이 예비 스트립은 그 후에 균질화 구역(homogenisation zone)을 통과한다. 그 후, 70%를 초과하는 미리 설정된 전체 변형도가 달성될 때까지 열간 압연이 발생한다. 열간 스트립은 냉간 성형 전에 재결정화 방식으로 어닐링된다. 다음에, 완성된 열간 스트립(finished hot strip)이 복수 회 냉간 압연되고 냉각되며, 중간 어닐링 공정이 개별 냉간 압연 공정 사이에서 필요에 따라 수행된다.
또한, 독일 특허 DE 10 2004 054 444 B3은 강의 냉간 성형에 의해 가소성(plasticity) 및 고강도를 갖는 반제품 또는 금속 부품을 제조하는 방법을 개시한다. 강의 냉간 성형은 TWIP(쌍정 유기 소성) 또는 SIP(전단띠 유기 소성) 효과에 의해 경화되는 것으로 알려져 있다. 완전 연신의 경우 변형도는 10 내지 70%이다. 변형은 최종 단계 또는 결정화 어닐링 후에 출발 값의 적어도 30%의 강도 증가가 달성되고 금속의 잔류 인장 신율(tensile elongation)이 20% 이상으로 될 때까지 발생한다. 높은 신장률을 갖는 이러한 변형 공정은 고강도 값에도 불구하고 통상적인 성형 기술에 의해 최종 부품으로 후속적인 최종 성형이 가능한 소성 예비율(plasticity reserve)이 유지된다는 점에서 유리하다고 알려져 있다. 이를 위해 선택된 강은 10 내지 30 중량%의 Mn 함량을 특징으로 한다. 이러한 고 망간 합금 강은 합금 원소의 함량이 높기 때문에 중망간 강보다 더 비싸다.
이로부터 계속하여, 본 발명의 목적은 중망간 강으로 구성되는 평탄 강 제품을 제조하는 방법, 이러한 방법에 의해 제조되는 평탄 강 제품 및 그에 대한 용도를 제공하는 것이며, 이 목적은 제조된 평탄 강 제품의 충분한 잔류 변형 능력을 얻는 동시에 항복 강도의 향상을 특징으로 한다.
이 목적은 제1항의 특징을 갖는 TRIP/TWIP 효과를 구비하는 중망간 강으로 구성되는 평탄 강 제품을 제조하는 방법, 제12항의 특징을 갖는 이러한 방법에 의해 제조되는 평탄 강 제품 및 제13항에 따른 이러한 평탄 강 제품에 대한 용도에 의해 달성된다. 본 발명의 유리한 실시예가 종속항에 기재된다.
본 발명에 따르면, - 열간 또는 냉간 스트립을 냉간 압연하는 단계, - 냉간 압연된 열간 또는 냉간 스트립을 500 내지 840℃에서 1분 내지 24시간 동안 어닐링하는 단계, - 0.3% 내지 60%의 변형도를 갖는 평탄 강 제품을 형성하도록 어닐링된 열간 또는 냉간 스트립을 템퍼 압연(temper rolling) 또는 조질 압연(skin pass rolling)하는 단계를 포함하는 TRIP/TWIP 효과를 갖는 중망간 강으로 구성되는 평탄 강 제품을 제조하는 방법에 의해, 평탄 강 제품의 템퍼 압연 또는 조질 압연에 의해 평탄 강 제품의 항복 강도가 증가하는 것이 달성된다. 통상적인 방식으로, 변형도는 평탄 강 제품의 두께 방향과 관련된다. 항복 강도의 증가로 인해, 이 평탄 강 제품으로부터 더 작은 시트 두께를 갖는 최적화된 부품이 제조될 수 있다. 템퍼 압연 또는 조질 압연은 어닐링된 열간 또는 냉간 스트립의 준안정 오스테나이트를 변형 쌍정(TWIP 효과) 및 마르텐사이트(TRIP 효과)로 부분적으로 전환시키며, 오스테나이트의 3%의 적어도 일부는 마르텐사이트로 전환되고 오스테나이트의 10%의 적어도 일부는 면심 입방 상(face-centred cubic phase)으로 유지된다.
템퍼 압연과 관련하여, 어닐링된 열간 또는 냉간 스트립은 10 내지 40%의 변형도로 템퍼 압연되는 것이 바람직하다.
조질 압연과 관련하여, 어닐링된 열간 또는 냉간 스트립은 0.6 내지 2.2%의 변형도로 조질 압연되는 것이 바람직하다.
어닐링된 열간 또는 냉간 스트립은 0 내지 400℃의 온도에서 템퍼 압연 또는 조질 압연되는 것이 바람직하다. 다른 유형의 강의 전위 밀도와 유사한 방식으로 항복 강도 및/또는 탄성 한계를 증가시키는 변형 쌍정이 형성된다(TWIP 효과).
바람직한 실시예에서, 어닐링된 열간 또는 냉간 스트립은 평탄 강 제품이 템퍼 압연 또는 조질 압연 이전의 상태에 비해 적어도 50 MPa만큼 증가된 항복 강도를 가질때까지 평탄 강 제품을 형성하도록 템퍼 압연 또는 조질 압연된다.
특히 바람직한 방식으로, 평탄 강 제품은 1300 MPa 초과의 인장 강도 및 3% 초과의 파단신장률(A80)을 갖는다.
방법의 유리한 실시예에서, 열간 또는 냉간 스트립은 60℃ 이상 Ac3 미만, 바람직하게는 60℃ 내지 450℃의 열간 또는 냉간 스트립의 온도에서 제1 압연 패스에서 냉간 압연된다. 열간 또는 냉간 스트립은 60℃ 이상 Ac3 미만, 바람직하게는 60℃ 내지 450℃의 온도로 제1 압연 패스에 이어지는 후속 압연 패스 사이에서 선택적으로 중간 가열 또는 중간 냉각된다. 요구되는 변형력의 감소는 또한 제1 압연 패스 이전의 온도의 증가와 관련된다. 3% 초과의 파단신장률에서 800 MPa 초과 2000 MPa 이하의 인장 강도를 갖는 냉간 압연된 열간 또는 냉간 스트립의 잔류 변형 능력의 증가는 또한 최대로 변형된 영역에서 생성된다. 열간 또는 냉간 스트립은 코일 또는 권취(wound) 스트립 또는 패널 재료에 대해 예열될 수 있다. 제1 변형 단계 이전에 열간 또는 냉간 스트립의 예열과 함께 냉간 압연하는 방식으로, 준안정 오스테나이트의 마르텐사이트로의 전환(TRIP 효과)은 압연 공정 중에 완전히 또는 부분적으로 억제되며, 변형 쌍정(TWIP 효과)이 오스테나이트에서 형성될 수 있다. 압연력(rolling force)의 유리한 감소가 달성되고, 전체 변형 능력이 증가된다.
본 발명에 따른 평탄 강 제품은 냉간 템퍼 압연된 두꺼운 플레이트, 열간 스트립 및/또는 냉간 스트립을 의미하는 것으로 이해된다.
특히 바람직한 방식으로, 평탄 강 제품은 기술된 이점을 달성하기 위해 다음의 화학적 조성물로 제조된다(중량%로):
C: 0.0005 내지 0.9, 바람직하게는 0.05 내지 0.35
Mn: 4 내지 12, 바람직하게는 5 초과 10 미만
나머지는 불가피한 강 관련 원소를 포함하는 철이며,
다음이 합금화에 의해 선택적으로 첨가된다:
Al: 0 내지 10, 바람직하게는 0.05 내지 5, 특히 바람직한 방식으로 0.5 초과 3 이하
Si: 0 내지 6, 바람직하게는 0.05 내지 3, 특히 바람직한 방식으로 0.1 내지 1.5
Cr: 0 내지 6, 바람직하게는 0.1 내지 4, 특히 바람직한 방식으로 0.5 초과 2.5 이하
Nb: 0 내지 1, 바람직하게는 0.005 내지 0.4, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.1
V: 0 내지 1.5, 바람직하게는 0.005 내지 0.6, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.3
Ti: 0 내지 1.5, 바람직하게는 0.005 내지 0.6, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.3
Mo: 0 내지 3, 바람직하게는 0.005 내지 1.5, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.6
Sn: 0 내지 0.5, 바람직하게는 0.2 미만, 특히 바람직한 방식으로 0.05 미만
Cu: 0 내지 3, 바람직하게는 0.5 미만, 특히 바람직한 방식으로 0.1 미만
W: 0 내지 5, 바람직하게는 0.01 내지 3, 특히 바람직한 방식으로 0.2 내지 1.5
Co: 0 내지 8, 바람직하게는 0.01 내지 5, 특히 바람직한 방식으로 0.3 내지 2
Zr: 0 내지 0.5, 바람직하게는 0.005 내지 0.3, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.2
Ta: 0 내지 0.5, 바람직하게는 0.005 내지 0.3, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.1
Te: 0 내지 0.5, 바람직하게는 0.005 내지 0.3, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.1
B: 0 내지 0.15, 바람직하게는 0.001 내지 0.08, 특히 바람직한 방식으로 0.002 내지 0.01
P: 0.1 미만, 바람직하게는 0.04 미만
S: 0.1 미만, 바람직하게는 0.02 미만
N: 0.1 미만, 바람직하게는 0.05 미만
중망간 TRIP(Transformation Induced Plasticity) 및/또는 TWIP(Twinning Induced Plasticity) 강으로 구성된 이 평탄 강은 우수한 냉간 성형성 및 온간 성형성, 아연 도금된 상태(galvanized state)에서 용접 동안 액체 금속 취화(liquid metal embrittlement, LME) 및 수소 취화, 수소 유도 지연 균열 형성(hydrogen-induced delayed crack formation)(지연 파단)에 대한 증가된 저항을 가진다.
통상적인 방식으로, 전술한 평탄 강 제품은 다음에 기술된 생산 경로에 의해 제조된다:
- 용융물의 선택적 진공 처리가 있는 전기 아크로 제강 플랜트(electric arc furnace steel plane) 또는 고로-제강 플랜트(blast furnace-steel plant)의 공정경로를 통해 상술한 화학 조성을 갖는 용강(steel melt)을 용융시키는 단계;
- 최종 치수에 근사하는 수평 또는 수직 스트립 주조 공정에 의한 예비 스트립을 형성하도록 용강을 주조하거나 수평 또는 수직 슬래브 또는 얇은 슬래브 주조 공정에 의한 슬래브 또는 얇은 슬래브를 형성하도록 용강을 주조하는 단계;
- 예비 스트립을 1050 내지 1250℃의 압연 온도로 가열하거나 주조 열(제1 열)로 인-라인 롤 아웃(roll-out)하는 단계,
- 1050 내지 800℃의 최종 압연 온도에서 20 내지 0.8 mm의 두께를 갖는 열간 스트립을 형성하도록 예비 스트립 또는 슬래브 또는 얇은 슬래브를 열간 압연하는 단계,
- 100 초과 800℃ 이하의 온도에서 열간 스트립을 권취(reeling)하는 단계,
- 열간 스트립을 산세척하는 단계,
- 1분 내지 24시간의 어닐링 시간 및 500℃ 내지 840℃의 온도로 연속 어닐링 설비 또는 배치식 어닐링(batch type annealing) 설비 또는 불연속 어닐링 설비에서 열간 스트립을 어닐링하는 단계,
- 상온에서, 바람직하게는 제1 압연 패스 이전에 압연력을 감소시키고 오스테나이트에 변형 쌍정을 형성하도록 60 이상 Ac3 미만의 온도, 바람직하게는 60 내지 450℃로 예열하여 열간 스트립을 냉간 압연하며 필요에 따라 압연 패스 사이에서 60℃ 이상 Ac3 온도 미만, 바람직하게는 60 내지 450℃로 냉각 또는 가열하는 단계,
- 1분 내지 24시간 동안 500℃ 내지 840℃의 온도로 연속 어닐링 설비 또는 배치식 또는 불연속 어닐링 설비를 통해 냉간 압연된 열간 또는 냉간 스트립을 어닐링하는 단계,
- 부드러운 롤 또는 텍스쳐된 롤(예를 들어, PRETEX 텍스쳐링)으로 항복 강도를 증가시키도록 어닐링된 열간 또는 냉간 스트립을 템퍼 압연 또는 조질 압연하는 단계,
- 선택적으로 강 스트립을 전기 아연도금(electrolytically galvanising) 또는 용융 침지 아연도금(hot-dip galvanising)하거나 다른 유기 또는 무기 코팅을 도포하는 단계,
- 1분 내지 24시간 동안 선택적으로 500 내지 840℃로 연속 어닐링 설비 또는 배치식 또는 불연속 어닐링 설비에서 어닐링하는 단계.
예비 스트립의 일반적인 두께 범위는 1 mm 내지 35 mm 이며 슬래브 및 얇은 슬래브의 경우 35 mm 내지 450 mm이다. 슬래브 또는 얇은 슬래브가 열간 압연되어 20 mm 내지 0.8 mm의 두께를 갖는 열간 스트립을 형성하거나 최종 치수에 근사하도록 주조된 예비 스트립은 8 mm 내지 0.8 mm의 두께를 갖는 열간 스트립을 형성하도록 열간 압연되는 것이 바람직하다. 냉간 스트립은 일반적으로 3 mm 미만, 바람직하게는 0.1 내지 1.4 mm의 두께를 갖는다.
본 발명에 따른 상기 방법의 맥락에서, 2-롤러 주조 공정으로 제조되고 최종 치수에 근사하고 3mm 이하, 바람직하게는 1 mm 내지 3 mm의 두께를 갖는 예비 스트립은 이미 열간 스트립으로 이해된다. 따라서, 열간 스트립으로서 제조된 예비 스트립은 반대 방향으로 진행하는 2 개의 롤러의 도입된 변형으로 인해 주조 구조를 갖지 않는다. 따라서, 열간 압연은 2-롤러 주조 공정 중에 인-라인으로 이미 발생하므로 별도의 가열 및 열간 압연이 필요하지 않다.
열간 스트립의 냉간 압연은 상온에서, 또는 유리하게는 제1 압연 패스 이전의 하나의 가열 공정 및/또는 후속 압연 패스 또는 여러 압연 패스 사이에서의 가열 공정으로 상승된 온도에서 일어날 수 있다. 상승된 온도에서의 냉간 압연은 압연력을 감소시키고 변형 쌍정의 형성(TWIP 효과)을 돕기 위해 유리하다. 제1 압연 패스 이전에 압연되는 재료의 유리한 온도는 60℃ 이상 Ac3 온도 미만, 바람직하게는 60 내지 450℃이다.
냉간 압연이 복수의 압연 패스에서 수행되는 경우, 60℃ 이상 Ac3 온도 미만, 바람직하게는 60℃ 내지 450℃의 온도로 압연 패스 사이의 강 스트립을 중간 가열 또는 냉각하는 것이 유리하며, 이는 TWIP 효과가 이 범위에서 특히 유리한 방식으로 나타나기 때문이다. 압연 속도 및 변형도에 따라, 예를 들어 매우 낮은 변형도 및 압연 속도에서의 중간 가열 및 급속 압연 및 높은 변형도를 갖는 재료의 가열에 의해 초래되는 추가 냉각이 수행될 수 있다.
상온에서 열간 스트립의 냉간 압연 후, 강 스트립은 충분한 성형 특성을 회복하기 위해 1분 내지 24시간의 어닐링 시간 및 500 내지 840℃의 온도에서 연속 어닐링 설비 또는 배치식 어닐링 설비 또는 다른 불연속 어닐링 설비에서 어닐링된다. 특정 재료 특성을 달 성하기 위해 필요하다면, 이 어닐링 절차는 상승된 온도에서 강 스트립을 압연하여 수행될 수도 있다.
어닐링 처리 후에, 강 스트립은 유리하게는 250℃ 내지 상온의 온도로 냉각되고 이어서 필요하다면, 시효 처리 과정에서 요구되는 기계적 특성을 조절하기 위해 300 내지 450℃의 온도로 재가열되며, 5분 이하 동안 이 온도가 유지되며, 이어서 상온으로 냉각된다. 시효 처리는 연속 어닐링 장비에서 유리하게 수행될 수 있다.
이러한 방식으로 제조된 평탄 강 제품은 선택적으로 전기 아연 도금 또는 용융 침지 아연 도금될 수 잇다. 하나의 유리한 개발에서, 이러한 방식으로 제조된 강 스트립은 전기 아연 도금 또는 용융 침지 아연 도금 대신에 또는 그 후에 유기 또는 무기 베이시스(basis) 상에 코팅을 얻는다. 예를 들어, 이들은 유기 코팅, 합성 재료 코팅 또는 래커(lacquer) 또는 예를 들어 산화철 층과 같은 다른 무기 코팅일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 기술된 방법에 의해 제조된 부품의 용도는 자동차 산업, 철도 차량 건설, 조선, 플랜트 설계, 기반시설, 항공 우주 산업, 가전 제품 및 맞춤형 용접 블랭크(welded blank)에 유리하게 제공된다.
본 발명에 따른 방법에 따라 제조된 평탄 강 제품은 유리하게 300 내지 1350 MPa의 탄성 한계(Rp0.2), 1100 내지 2200 MPa의 인장 강도(Rm) 및 4% 초과 41% 이하의 파단신장률(A80)을 가지며, 높은 강도는 낮은 파단신장률과 관련이 있으며 그 역도 마찬가지이다:
- 1100 MPa 초과 1200 MPa 이하의 Rm: 25000 이상 45000 이하의 Rm×A80
- 1200 MPa 초과 1400 MPa 이하의 Rm: 20000 이상 42000 이하의 Rm×A80
- 1400 MPa 초과 1800 MPa 이하의 Rm: 10000 이상 40000 이하의 Rm×A80
- 1800 MPa 초과의 Rm: 7200 이상 20000 이하의 Rm×A80
최초 측정 길이 A80을 갖는 시험편 유형 2는 DIN 50 125에 따른 파단신장률 시험을 위해 사용된다.
함량 범위의 정의에서 예를 들어 0.01 내지 1 중량%와 같은 “내지”라는 용어의 사용은 한계 값 - 예에서 0.01 및 1 - 이 또한 포함됨을 의미한다.
합금 원소는 일반적으로 목표된 방식으로 특정 속성에 영향을 주기 위해 강에 추가된다. 합금 원소는 다른 강의 다른 특성에 영향을 줄 수 있다. 효과 및 상호 작용은 일반적으로 양, 추가 합금 원소의 존재 및 재료의 용액 상태에 크게 좌우된다. 상관 관계는 다양하며 복잡하다. 본 발명에 따른 합금 내의 합금 원소의 효과는 이후에 보다 상세하게 논의될 것이다. 본 발명에 따라 사용되는 합금 원소의 긍정적인 효과는 이하에 기술될 것이다.
탄소 C: 탄화물을 형성하는데 필요하고, 오스테나이트를 안정화시키고 강도를 증가시킨다. C 함량이 높을수록 용접 특성이 저하되고 연신 및 인성 특성이 저하되어 최대 함량이 0.9 중량% 바람직하게는 0.35 중량%으로 설정된다. 재료의 강도 및 연신 특성의 원하는 조합을 달성하기 위해 최소 첨가량 0.0005 중량%, 바람직하게는 0.05중량%가 요구된다.
망간 Mn: 오스테나이트를 안정화시키고, 강도 및 인성을 증가시키며, 본 발명에 따른 합금에 변형-유도된 마르텐사이트 형성 및/또는 쌍정화(twinning)를 가능하게 한다. 4 중량% 미만의 함량은 오스테나이트를 안정화시키기에 충분하지 않으며 이에 따라 연신 특성을 손상시키는 반면 12 중량% 이상이면 오스테나이트가 너무 많이 안정화되고 결과적으로 강도 특성, 특히 0.2% 탄성 한계가 감소된다. 중망간 함유량을 갖는 본 발명에 따른 망간강에 있어서, 5 중량% 초과 10 중량% 미만의 범위가 바람직하다.
알루미늄 Al: Al은 강도 및 연신 특성을 향상시키며 상대 밀도를 감소시키고 본 발명에 따른 합금의 전환 거동에 영향을 미친다. 지나치게 높은 Al 함량은 연신 특성을 저하시킨다. 더 높은 Al 함량은 또한 연속 주조 공정에서 주조 거동을 상당히 저하시킨다. 이는 주조시 비용을 증가시킨다. 높은 Al 함량은 본 발명에 따른 합금에서 탄화물의 석출을 지연시킨다. 따라서, 0 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 5 중량%, 특히 바람직한 방식으로 0.5 초과 3 이하 중량%의 Al 함량이 설정된다.
실리콘 Si: Si의 선택적인 첨가는 탄소의 확산을 방해하고, 상대 밀도를 감소시키며, 강도 및 연신 특성 및 인성 특성을 증가시킨다. 또한, 냉간 압연성의 향상은 합금화에 의한 Si 첨가에 의해 알 수 있다. 높은 Si 함량은 예를 들어 아연 도금에 의해 재료의 취화를 초래하고 열간 및 냉간 압연성 및 코팅성에 부정적인 영향을 미친다. 따라서, 0 내지 6 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 3 중량%, 특히 바람직한 방식으로 0.1 내지 1.5 중량%의 Si 함량이 설정된다.
크롬 Cr: Cr의 선택적인 첨가는 강도를 향상시키고 부식 속도를 감소시키며, 페라이트 및 펄라이트의 형성을 지연시키고 탄화물을 형성한다. 높은 함량은 연신 특성의 저하를 가져온다. 따라서, 0 내지 6 중량%, 바람직하게는 0.1 내지 4 중량%, 특허 비람직한 방식으로 0.5 초과 2.5 이하 중량%의 Cr 함량이 설정된다.
미세 합금 원소는 일반적으로 매우 적은 양으로만 첨가된다. 합금 원소와는 달리, 이들은 주로 침전물 형성에 의해 작용하지만 또한 용해된 상태의 특성에 영향을 줄 수 있다. 소량의 미세 합금 원소가 이미 가공 특성 및 최종 특성에 상당히 영향을 미친다. 특히 열간 성형의 경우, 미세 합금 원소는 유리하게 재결정 거동 및 결정립 미세화에 영향을 미친다.
일반적인 미세 합금 원소는 바나듐, 니오브 및 티타늄이다. 이들 원소는 철 격자 내에 용해되어 탄화물, 질화물 또는 탄소 및 질소를 갖는 탄질화물을 형성할 수 있다.
바나듐 V 및 니오브 Nb: 이들은 특히 탄화물을 형성하여 결정립 미세화 방식으로 작용하여 이로 인해 동시에 강도, 인성 및 연신 특성이 개선된다. 1.5 중량% 또는 1 중량% 초과의 함량은 더 이상의 이점을 제공하지 않는다. 바나듐 및 니오브에 대해 0.005 중량 %의 최소 함량 및 0.6 중량% 또는 0.4 중량%의 최대 함량이 선택적으로 바람직하며, 0.01 중량%의 최소 함량 및 0.3 중량% 또는 0.1 중량%의 최대 함량이 특히 바람직하다.
티타늄 Ti: 탄화물 형성제로서 결정립 미세화 방식으로 작용하여 동시에 강도, 인성 및 연신 특성이 개선되고 입내 부식(inter-crystalline corrosion)이 감소된다. 1.5 중량% 초과의 Ti 함량은 연신 특성을 저하시키므로 1.5 중량%, 바람직하게는 0.6 중량%, 특히 바람직한 방식으로 0.3 중량%의 최대 Ti 함량이 선택적으로 설정된다. 질소를 결합시키고 유리하게 Ti를 석출시키기 위해 0.005 중량%, 바람직하게는 0.01 중량%의 최소 함량이 제공될 수 있다.
몰리브덴 Mo: 탄화물 형성제로서 작용하고, 강도를 증가시키고, 지연 균열 형성 및 수소 취화에 대한 저항을 증가시킨다. 높은 Mo 함량은 연신 특성을 저하시킨다. 따라서, 0 내지 3 중량%, 바람직하게는 0.005 내지 1.5 중량%, 특히 바람직한 방식으로 0.01 초과 0.6 이하 중량 %의 Mo 함량이 선택적으로 설정된다.
주석 Sn: 주석은 강도를 증가시키지만, 구리와 유사하게, 고온에서 스케일층(scale layer) 아래 및 결정립계에 축적된다. 결정립계로의 침투로 인해 저융점 상의 형성 및 이와 관련하여 미세구조의 균열 및 취성 땜납이 발생하기 때문에 0.5 중량%의 최대 함량, 바람직하게는 0.2 중량% 미만, 특히 바람직한 방식으로 0.05 중량% 미만의 최대 함량이 선택적으로 제공된다.
구리 Cu: 부식 속도를 감소시키고 강도를 증가시킨다. 3 중량% 초과의 함량은 주조 및 열간 압연 중에 저융점 상을 형성함으로써 생산성을 저하시키므로 3 중량%, 바람직하게는 0.5 중량% 미만, 특히 바람직한 방식으로 0.1 중량% 미만의 최대 함량이 선택적으로 설정된다.
텅스텐 W: 탄화물 생성제로 작용하여 강도와 내열성을 증가시킨다. W 함량이 5 중량%를 초과하면 연신 특성이 저하되므로, 5 중량%의 최대 함량이 선택적으로 설정된다. 0.01 내지 3 중량%의 함량이 바람직하며, 0.2 내지 1.5 중량%의 함량이 특히 바람직하다.
코발트 Co: 강의 강도를 증가시키고, 오스테나이트를 안정화시키고 내열성을 향상시킨다. 8 중량% 초과의 함량은 연신 특성을 저하시킨다. 따라서, 최대 8 중량% 바람직하게는 0.01 내지 5 중량%, 특히 바람직한 방식으로 0.3 내지 2 중량%의 Co 함량이 설정된다.
지르코늄 Zr: 탄화물 생성제로 작용하며 강도를 향상시킨다. 0.5 중량% 초과의 Zr 함량은 연신 특성을 저하시킨다. 따라서, 0 내지 0.5 중량%, 바람직하게는 0.005 내지 0.3 중량%, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.2 중량%의 Zr 함량이 설정된다.
탄탈륨 Ta: 탄탈륨은 탄화물 형성제로서 니오브와 유사한 방식으로 결정립 미세화 방식으로 작용하여 강도, 인성 및 연신 특성을 동시에 향상시킨다. 0.5 중량%를 초과하는 함량은 특성의 추가 향상을 제공하지 않는다. 따라서, 0.5 중량%의 최대 함량이 선택적으로 설정된다. 바람직하게는, 결정립 미세화가 유리하게 생성될 수 있는 0.005 중량%의 최소 함량 및 0.3 중량%의 최대 함량이 설정된다. 경제적 타당성을 개선하고 결정립 미세화를 최적화하기 위해, 0.01 중량% 내지 0.1 중량%의 함량이 특히 바람직하게 요구된다.
텔루르 Te: 텔루르는 내부식성 및 기계적 특성 및 기계가공성을 향상시킨다. 또한, Te는 망간 황화물(MnS)의 견고성을 증가시켜, 그 결과 열간 압연 및 냉간 압연 동안 압연 방향으로 더 작은 정도로 늘어나게 된다. 0.5 중량% 초과의 함량은 연신 및 인성 특성을 저하시키므로 최대 함량이 0.5 중량%로 설정된다. 선택적으로, 0.005 중량%의 최소 함량 및 0.3 중량%의 최대 함량이 설정되어 존재하는 MnS의 강도를 증가시키고 기계적 특성을 유리하게 향상시킨다. 또한, 비용을 감소시키는 동시에 기계적 특징의 최적화가 가능하도록 보장하는 0.01 중량%의 최소 함량 및 0.1 중량%의 최대 함량이 바람직하다.
붕소 B: 붕소는 오스테나이트 전환을 지연시키고, 강의 열간 성형 특성을 향상시키고 주위 온도(ambient temperature)에서 강도를 향상시킨다. 매우 낮은 합금 함량에서도 그 효과가 달성된다. 0.15 중량% 초과의 함량은 연신 특성 및 인성 특성을 크게 저하시키므로, 0.15 중량%의 최대 함량이 설정된다. 선택적으로, 보론의 강도 증가 효과를 유리하게 사용하도록 0.001 중량%의 최소 함량 및 0.08 중량%의 최대 함량, 바람직하게는, 0.002 중량%의 최소 함량 및 0.01 중량%의 최대 함량이 설정된다.
인 P: 미량 원소이며, 철광석에서 주로 유래하고 철 격자에 치환 원자로서 용해되어 있다. 인은 고용체 경화를 통해 경도를 증가시키고 경화성을 향상시킨다. 그러나, 낮은 확산 속도로 인하여 편석에 대한 강한 경향을 나타내고 인성의 레벨을 크게 감소시키기 때문에 인 함량을 가능한 한 많이 낮추려는 시도가 일반적으로 행해진다. 결정립계에 인의 부착은 열간 압연동안 결정립계를 따라 균열을 일으킬 수 있다. 또한, 인은 전이 온도를 인성에서 취성 거동으로 300℃까지 증가시킨다. 전술한 이유로, 인 함량은 0.1 중량% 미만, 바람직하게는 0.04 중량% 미만의 값으로 제한된다.
황 S: 인과 마찬가지로 S는 철광석의 미량 원소로 묶이지만, 특히 코크스(coke)의 고로 공정을 통한 생산 경로에서 결합된다. 강에서는 일반적으로 요구되지 않는데, 이는 과도한 편석에 대한 경향을 나타내며 큰 취화 효과를 가져서 연신 및 인성 특성이 저하되기 때문이다. 따라서 가능한 한 낮은(예를 들어 딥 탈황(deep desulphurization)에 의해) 용융물 내의 황의 양을 달성하려는 시도가 이루어진다. 전술한 이유로, 황 함량은 0.1 중량% 미만, 바람직하게는 0.02 중량% 미만의 값으로 제한된다.
질소 N: N은 마찬가지로 강 제조와 관련된 원소이다. 녹은 상태에서 4 중량% Mn 이상의 높은 망간 함량을 가지는 강의 강도 및 인성 특성을 향상시킨다. 자유 질소의 존재 하에 4 중량% 미만의 Mn을 가지는 낮은 Mn 합금강은 강화 시효 효과(strong ageing effect)를 가지는 경향이 있다. 질소는 저온에서조차도 전위로 확산되고 동일하게 차단된다. 따라서 인성의 급격한 감소와 관련하여 강도가 증가한다. 예를 들어 합금화에 의한 알루미늄 또는 티타늄의 첨가에 의해 질화물의 형태로 질소를 결합시키는 것이 가능하며, 특히 질화 알루미늄은 본 발명에 따른 합금의 변형 특성에 부정적인 효과를 갖는다. 전술한 이유로, 질소 함량은 0.1% 중량% 미만, 바람직하게는 0.05 중량% 미만으로 제한된다.

Claims (13)

  1. TRIP/TWIP 효과를 갖는 중망간 강으로 구성되는 평탄 강 제품을 제조하는 방법으로서,
    - 열간 또는 냉간 스트립을 냉간 압연하는 단계;
    - 냉간 압연된 상기 열간 또는 냉간 스트립을 500 내지 840℃에서 1분 내지 24시간 동안 어닐링하는 단계; 및
    - 0.3% 내지 60%의 변형도를 갖는 평탄 강 제품을 형성하도록 어닐링된 상기 열간 또는 냉간 스트립을 템퍼 압연(temper rolling) 또는 조질 압연(skin pass rolling)하는 단계;를 포함하는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    어닐링된 상기 열간 또는 냉간 스트립은 10 내지 40%의 변형도로 템퍼 압연되는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    어닐링된 상기 열간 또는 냉간 스트립은 0.6 내지 2.2%의 변형도로 조질 압연되는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 열간 또는 냉간 스트립은 60℃ 이상 Ac3 미만, 바람직하게는 60℃ 내지 450℃의 열간 또는 냉간 스트립의 온도에서 제1 압연 패스에서 냉간 압연되는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 열간 또는 냉간 스트립은 60℃ 이상 Ac3 미만, 바람직하게는 60℃ 내지 450℃의 온도로 제1 압연 패스에 이어지는 후속 압연 패스 사이에서 중간 가열 또는 중간 냉각되는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 적어도 한 항에 있어서,
    어닐링된 상기 열간 또는 냉간 스트립은 0 내지 400℃의 온도에서 템퍼 압연 또는 조질 압연되는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 적어도 한 항에 있어서,
    어닐링된 상기 열간 또는 냉간 스트립은 평탄 강 제품이 템퍼 압연 또는 조질 압연 이전과 비교하여 50 MPa 만큼 증가된 항복 강도를 가질 때까지 평탄 강 제품을 형성하도록 템퍼 압연 또는 조질 압연되는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 평탄 강 제품은 1300 MPa 초과의 인장 강도 및 3% 초과의 파단신장률(A80)을 갖는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 적어도 한 항에 있어서,
    어닐링된 상기 열간 또는 냉간 스트립은 평탄 강 제품의 준안정 오스테나이트가 변형 쌍정(TWIP 효과) 및 마르텐사이트(TRIP 효과)로 부분적으로 전환될 때까지 평탄 강 제품을 형성하도록 템퍼 압연 또는 조질 압연되며,
    준안정 오스테나이트의 3%의 적어도 일부가 마르텐사이트로 전환되고 준안정 오스테나이트의 10%의 적어도 일부가 면심 입방 상(face-centred cubic phase)으로 유지되는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 적어도 한 항에 있어서,
    상기 평탄 강 제품은 중량%로:
    C: 0.0005 내지 0.9, 바람직하게는 0.05 내지 0.35
    Mn: 4 내지 12, 바람직하게는 5 초과 10 미만;인 화학 조성물로 제조되며,
    나머지는 불가피한 강 관련 원소를 포함하는 철이며,
    선택적으로 중량%로:
    Al: 0 내지 10, 바람직하게는 0.05 내지 5, 특히 바람직한 방식으로 0.5 초과 3 이하;
    Si: 0 내지 6, 바람직하게는 0.05 내지 3, 특히 바람직한 방식으로 0.1 내지 1.5
    Cr: 0 내지 6, 바람직하게는 0.1 내지 4, 특히 바람직한 방식으로 0.5 초과 2.5 이하
    Nb: 0 내지 1, 바람직하게는, 0.005 내지 0.4, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.1
    V: 0 내지 1.5, 바람직하게는 0.005 내지 0.6, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.3
    Ti: 0 내지 1.5, 바람직하게는 0.005 내지 0.6, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.3
    Mo: 0 내지 3, 바람직하게는 0.005 내지 1.5, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.6
    Sn: 0 내지 0.5, 바람직하게는 0.2 미만, 특히 바람직한 방식으로 0.05 미만
    Cu: 0 내지 3, 바람직하게는 0.5 미만, 특히 바람직한 방식으로 0.1 미만
    W: 0 내지 5, 바람직하게는 0.01 내지 3, 특히 바람직한 방식으로 0.2 내지 1.5
    Co: 0 내지 8, 바람직하게는 0.01 내지 5, 특히 바람직한 방식으로 0.3 내지 2
    Zr: 0 내지 0.5, 바람직하게는 0.005 내지 0.3, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.2
    Ta: 0 내지 0.5, 바람직하게는 0.005 내지 0.3, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.1
    Te: 0 내지 0.5, 바람직하게는 0.005 내지 0.3, 특히 바람직한 방식으로 0.01 내지 0.1
    B: 0 내지 0.15, 바람직하게는 0.001 내지 0.08, 특히 바람직한 방식으로 0.002 내지 0.01
    P: 0.1 미만, 바람직하게는 0.04 미만
    S: 0.1 미만, 바람직하게는 0.02 미만
    N: 0.1 미만, 바람직하게는 0.05 미만;의 합금화에 의해 첨가되는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 평탄 강 제품 또는 부품은 금속적으로, 무기적으로 또는 유기적으로 코팅되는,
    평탄 강 제품을 제조하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 적어도 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 평탄 강 제품.
  13. 자동차 산업, 철도 차량 건설, 조선, 플랜트 설계, 기반시설, 광업, 항공 우주 산업, 가전 제품 및 맞춤형 용접 블랭크(welded blank)에서의 제1항 내지 제11항 중 적어도 한 항에 따른 방법에 의해 제조되는 평탄 강 제품의 용도.
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