KR20200108067A - 고탄소 냉연 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents

고탄소 냉연 강판 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

파인 블랭킹 가공성이 우수한 고탄소 냉연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것.
소정의 조성을 갖는 주편을, 직접, 또는 일단 냉각시키고 재가열한 후, 조압연을 실시하고, 조압연 종료 후, Ar3 변태점 이상의 온도역에서 마무리 압연을 종료하는 마무리 압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 온도로부터 660 ℃ 까지의 온도역을 평균 냉각 속도 30 ℃/s 이상 70 ℃/s 이하로 냉각시키고, 500 ℃ 이상 660 ℃ 이하에서 권취한 열연 강판을, 그대로, 혹은 산세한 후, 650 ∼ 720 ℃ 의 온도역의 어닐링 온도에서 유지하는 1 차 박스 어닐링을 실시하고, 그 후, 20 ∼ 50 ％ 의 압하율로 냉간 압연을 실시한 후에, 650 ∼ 720 ℃ 의 온도역의 어닐링 온도에서 유지하는 2 차 박스 어닐링을 실시함으로써, 상기 고탄소 냉연 강판을 제조한다.

Description

고탄소 냉연 강판 및 그 제조 방법
본 발명은 고탄소 냉연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 자동차 부품, 체인 부품 등의 소재 가공으로서 적합한 파인 블랭킹 가공시에, 피로 수명의 원인이 되는 파단면을 줄인 단면 (端面) 이 얻어지며, 또한 금형이 잘 마모되지 않는 파인 블랭킹 가공성이 우수한 고탄소 냉연 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 구동계 부품 및 체인 부품용의 소재로서 고탄소 냉연 강판이 사용되는 경우가 있다. 자동차 구동계 부품 및 체인 부품은, 매끄러운 형상을 갖는 타발 (打拔) 단면을 얻기 위해 파인 블랭킹 가공에 의해 제조되는 경우도 많고, 한편 파인 블랭킹 가공은 클리어런스가 작은 가공 방법이기 때문에, 높은 하중이 금형, 특히 타발 펀치에 높은 부하가 가해져, 펀치 마모 등을 원인으로 한 금형 수명이 과제이다. 또, 이들 소재로서 사용되는 고탄소 냉연 강판은, 열처리 후 소정의 경도를 얻기 위해 일정 이상의 탄소를 함유시킨다. 이 고 C 함유량의 고탄소 냉연 강판은, ??칭 템퍼링 등의 열처리가 실시됨으로써, 강도가 상승하여 피로 수명도 향상된다.
고탄소 냉연 강판은, C 함유량이 높기 때문에, 강 중의 탄소는 경질인 시멘타이트로서 석출되고, 그 양이 많기 때문에, 열간 압연의 상태에서는 가공이 곤란하다. 이 때문에, 통상은 열간 압연 후에 어닐링을 실시하여 시멘타이트를 구상화 (球狀化), 적당히 분산시켜, 가공성을 개선하여 사용된다.
도 1 을 사용하여, 본 발명에서 대상으로 하는 파인 블랭킹 가공에 대해 설명한다. 본 발명이 대상으로 하는 파인 블랭킹 가공은, 고탄소 강판을 소재로 하고, 다이와 펀치를 사용하여, 25 ㎛ 이하의 클리어런스로 가공하는 파인 블랭킹 가공을 가리킨다. 도 1 은 파인 블랭킹 가공 후의 타발 단면을 나타낸 개념도이다. 또한, 이하, 본 명세서에 있어서, 타발 단면을 간단히 「단면」이라고도 한다. 파인 블랭킹 가공 후의 단면은, 통상, 절삭날에 접하여 소성 변형되어 매끄럽게 절단되어 발생한 전단면 (도 1 중의 a) 과 균열이 발생하여 재료가 분리될 때에 발생하는 파단면 (도 1 중의 b) 으로 구성되어 있다. 열처리 후, 소정의 피로 수명을 확보하려면, 단면의 조도가 큰 파단면을 최대한 억제하는 것이 바람직하고, 또 전단면의 표면 조도를 작게 할 필요가 있다. 또, 파인 블랭킹 가공은 클리어런스가 작은 가공 방법이기 때문에, 높은 하중이 금형, 특히 타발 펀치에 높은 부하가 가해져, 통상의 타발 가공에 비해 금형 수명이 짧아진다. 금형 수명을 늘리기 위해서도 전단면의 표면 조도가 작은 편이 바람직하다.
강판의 연성이 지나치게 커도 지나치게 작아도 금형 수명은 짧아진다. 예를 들어, 시멘타이트의 구상화 어닐링시에 지나치게 연질화하면 블랭킹 가공 (타발 가공) 시의 강판의 유동성은 좋은 방향으로 작용하지만, 유동성이 지나치게 양호하기 때문에 강판이 펀치에 지나치게 접촉하여 펀치 마모를 크게 하여 펀치 수명이 저하된다. 한편, 어닐링시에 시멘타이트의 구상화가 불충분하고 강판이 지나치게 경질이면 펀치 마모 결손 등이 발생하여, 역시 펀치 수명이 저하된다. 이 때문에, 블랭킹 가공에 사용되는 고탄소 냉연 강판은, 길이 방향이나 폭 방향을 포함한 전체 폭 전체 길이가 적정한 경도 영역이 되도록, 열간 압연 후 어닐링하여 시멘타이트를 구상화한 후에 냉간 압연을 실시하여 경도를 조정하는 경우를 자주 볼 수 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, 질량％ 로, C : 0.20 ∼ 0.80 ％, Si : 0.3 ％ 이하, Mn : 0.60 ∼ 1.60 ％, sol.Al : 0.010 ∼ 0.100 ％, Ca : 0.0100 ％ 이하를 함유하는 강을, 열간 압연하여 550 ∼ 680 ℃ 에서 권취하고, 산세 후, 압하율 10 ∼ 80 ％ 로 1 회째의 냉간 압연을 실시하고, 650 ∼ 725 ℃ 에서 중간 어닐링을 실시한 후, 압하율 5 ∼ 25 ％ 로 2 회째의 냉간 압연을 실시하고, 그 후 열처리를 실시하지 않고 제품으로 하는 고탄소 강대의 제조 방법이 제안되어 있다.
특허문헌 2 에는, 질량％ 로, C : 0.10 ∼ 0.70 ％, Si : 0.01 ∼ 1.0 ％, Mn : 0.1 ∼ 3.0 ％, P : 0.001 ∼ 0.025 ％, S : 0.0001 ∼ 0.010 ％, Al : 0.001 ∼ 0.10 ％, N : 0.001 ∼ 0.01 ％ 를 함유하고, 페라이트 입경이 10 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이고, 시멘타이트 입자경이 0.1 ㎛ 이상 2.0 ㎛ 이하이고, 시멘타이트의 구상화율이 85 ％ 이상인 조직을 갖고, 경도 HV 100 이상 160 이하인 타발성이 우수한 중·고탄소 열연 강판이 제안되어 있다.
특허문헌 3 에서는, 중량％ 로, C : 0.20 ∼ 1.20 ％, Si : 0.05 ∼ 0.30 ％, P : 0.020 ％ 미만을 함유하고, 열간 압연 후에 20 ∼ 80 ％ 의 냉간 압연과 650 ∼ 720 ℃ 의 어닐링을 1 회 혹은 2 회 이상 반복하여 제조하는 냉간 가공성과 열처리 후의 피로 수명이 우수한 고탄소 강대의 제조 방법이 제안되어 있다.
특허문헌 4 에서는, 질량％ 로, C : 0.25 ∼ 0.6 ％, Si : 2 ％ 이하, Mn : 2 ％ 이하, P : 0.02 ％ 이하, S : 0.02 ％ 이하, Cr : 2 ％ 이하, V : 0.05 ∼ 0.5 ％ 를 함유하고, 경도 HV 180 이상 350 이하인 굽힘 가공성 및 타발 가공성이 우수한 강판이 제안되어 있다.
특허문헌 5 에서는, 질량％ 로, C : 0.45 ∼ 0.90 ％, Si : 0.001 ∼ 0.5 ％ 이하, Mn : 0.2 ∼ 2.0 ％, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.005 ％ 이하, Al : 0.001 ∼ 0.10 ％, N : 0.01 ％ 이하를 함유하고, 추가로 Cr : 0.005 ∼ 1.0 ％, Mo : 0.005 ∼ 1.0 ％, Cu : 0.005 ∼ 1.0 ％, Ni : 0.005 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.005 ∼ 0.3 ％, Nb : 0.005 ∼ 0.3 ％, V : 0.005 ∼ 0.3 ％, B : 0.0005 ∼ 0.01 ％, Ca : 0.0005 ∼ 0.01 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 이상을 함유하고, 경도 HV 150 이하이고 깊이 t/2 부와 t/4 부 (t : 판 두께) 의 경도차 ΔHVt 가 10 이하인 가공성이 우수한 고탄소 강판이 제안되어 있다.
특허문헌 6 에서는, 질량％ 로, C : 0.1 ∼ 0.5 ％, Si : 0.5 ％ 이하, Mn : 0.2 ∼ 1.5 ％, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.02 ％ 이하를 함유하고, 필요에 따라 추가로 Al : 0.1 ％ 이하, 추가로 Cr : 3.5 ％ 이하, Mo : 0.7 ％ 이하, Ni : 3.5 ％ 이하, Ti : 0.01 ∼ 0.1 ％, 및 B : 0.0005 ∼ 0.005 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, 페라이트의 평균 입경이 1 ∼ 20 ㎛, 애스펙트비가 2 이하인 페라이트가 전체 페라이트량에 대한 면적률로 70 ％ 이상, 탄화물의 구상화율이 90 ％ 이상, 페라이트 입계 탄화물량이 40 ％ 이상인 파인 블랭킹 가공성이 우수한 강판이 제안되어 있다.
특허문헌 7 에서는, 질량％ 로, C : 0.1 ∼ 0.5 ％, Si : 0.5 ％ 이하, Mn : 0.2 ∼ 1.5 ％, P : 0.03 ％ 이하, S : 0.02 ％ 이하를 함유하고, 추가로 필요에 따라 Al : 0.1 ％ 이하, 추가로 Cr : 3.5 ％ 이하, Mo : 0.7 ％ 이하, Ni : 3.5 ％ 이하, Ti : 0.01 ∼ 0.1 ％, 및 B : 0.0005 ∼ 0.005 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, 페라이트의 평균 입경이 1 ∼ 10 ㎛, 탄화물의 구상화율이 80 ％ 이상, 페라이트 입계 탄화물량이 40 ％ 이상인 파인 블랭킹 가공성이 우수한 강판이 제안되어 있다.
특허문헌 8 에서는, 질량％ 로, C : 0.65 ∼ 0.90 ％, Si : 0.01 ∼ 0.50 ％ 이하, Mn : 0.1 ∼ 2.00 ％, P : 0.0200 ％ 이하, S : 0.0200 ％ 이하, 및 Cr : 0.20 ∼ 2.00 ％ 를 함유하고, 추가로 필요에 따라 Al, Mo, Ni, Cu, B, Nb, V, Ti, W, Ta, Mg, Ca, Y, Zr, La, Ce, N, O, Sn, Sb, As 중 1 종 또는 2 종 이상을 함유하고, 애스펙트비가 3 미만이 되는 탄화물의 개수 비율로 정의되는 구상화율이 80 ∼ 99 ％, 원 상당 직경으로 환산한 평균 입자경이 0.2 ∼ 1.5 ㎛, 탄화물 직경의 표준 편차 σ 가 0.10 ∼ 0.45 가 되도록 탄화물이 분포하는, 장출 (張出) 성형성이 우수한 고탄소 강판이 제안되어 있다.
일본 공개특허공보 평11-264049호 일본 공개특허공보 2015-117406호 일본 공개특허공보 2000-34542호 일본 공개특허공보 2010-235965호 일본 공개특허공보 2017-179596호 일본 공개특허공보 2007-270331호 일본 공개특허공보 2007-231416호 일본 공개특허공보 2016-222990호
특허문헌 1 에서는, 강 중의 시멘타이트의 구상화율을 80 ％ 이상, 평균 입경 0.8 ㎛ 이하로 하고, 강의 인장 강도가 600 ∼ 700 N/㎟ 로 함으로써 타발 가공에 있어서의 파단면을 최대한 줄인 단면이 얻어지는 고탄소 강대를 제안하고 있고, 상기 고탄소 강대를, 열간 압연, 산세한 후에 1 차 냉연, 어닐링, 2 차 냉연을 실시하여 제조하고 있다. 그러나, 열간 압연 후에 권취한 열연 강판을 그대로, 혹은 산세한 후에, 1 차 박스 어닐링, 냉간 압연, 2 차 박스 어닐링을 실시한다는 제조 방법은 기술 (記述) 되어 있지 않고, 또 인장 강도가 600 N/㎟ 미만인 경도의 강에 대해 논의는 되어 있지 않아, 특허문헌 1 에 개시된 고탄소 강대에서는, 충분한 냉간 가공성이 얻어지지 않는다.
특허문헌 2 에 기재된 중·고탄소 열연 강판은, 강의 경도가 HV 100 이상 160 이하이고 냉간 가공성이 우수하지만, 판 두께 3.5 ㎜ 이상으로 한 열연 강판에 관한 기술로, 본 발명에서 대상으로 하는 냉연 강판과는 기술이 상이하며, 냉간 압연이나 그 전후의 어닐링에 관한 기술은 없다.
특허문헌 3 에서는, 냉간 가공성과 열처리 후의 피로 수명이 우수한 고탄소 강대의 제조 방법을 제안하고 있고, 강의 성분과 열간 압연 후의 냉간 압연과 어닐링의 조건을 조정함으로써 소정의 가공성이 얻어지고 있지만, 열간 압연에 관한 기술이 없고, 시멘타이트나 페라이트의 입경에 관한 기술도 없다.
특허문헌 4 에서는, 굽힘 가공성이나 타발 가공성이 우수한 강판이 제안되어 있지만, 템퍼링 연화 저항을 높이기 위해, 강에 Cr 을 0.61 ％ 이상 함유시키고 있고, 0.61 ％ 미만의 Cr 첨가량의 강에 관한 기술은 없다.
특허문헌 5 에서는, 체인도 대상 용도로 하고 있기 때문에, 요구되고 있는 가공성에는 파인 블랭킹 가공성도 고려되고 있는 것으로 추정된다. 그러나, 특허문헌 5 에서는, 열간 압연 후, 어닐링 공정만으로 조직, 경도의 조정을 실시하고 있으며, 냉간 압연 공정에 관한 기재는 없다.
특허문헌 6 에서는, 파인 블랭킹 가공성이 우수한 냉연 강판이 제안되어 있고, 모재의 조직에 관해서도 페라이트 입경, 탄화물의 구상화율 및 페라이트 결정립계의 탄화물량 등은 규정되어 있고, 그것이 파인 블랭킹 가공성의 지표가 되는 타발 단면의 Rz 에 영향을 미치는 것을 설명하고 있지만, 탄화물의 평균 입자 간격, 나아가 그것이 파인 블랭킹 가공에 미치는 영향에 관한 기재는 없다. 또한, 소정의 파인 블랭킹 가공성을 얻기 위한 Cr 량에 관한 기재도 없다.
특허문헌 7 에서는, 파인 블랭킹 가공성이 우수한 열연 강판이 제안되어 있고, 본 발명에서 대상으로 하는 냉연 강판과는 기술이 상이하며, 냉간 압연이나 그 전후의 어닐링에 관한 기술은 없다.
특허문헌 8 에서는, 장출 성형성이 우수한 고탄소 강판이 제안되어 있고, 1 차 냉연 후의 2 차 어닐링을 연속 어닐링로에서 1800 초 이하로 실시하는 방법이 기재되어 있으며, 2 차 어닐링을 박스 어닐링으로 실시하는 방법은 기재되어 있지 않다. 또한 파인 블랭크 가공성의 지표에 대해서도 기재되어 있지 않다.
본 발명은 파인 블랭킹 가공성이 우수한 고탄소 냉연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상세하게는, 0.10 ％ 이상 0.40 ％ 미만의 Cr 을 함유하는 강 소재에 대해, 소정의 마무리 압연 종료 온도, 권취까지의 평균 냉각 속도, 권취 온도로 하고, 1 차 박스 어닐링, 냉간 압연 및 2 차 박스 어닐링을 실시하여 냉연 강판을 제조함으로써, 시멘타이트의 평균 입자경이 0.40 ㎛ 이상 0.75 ㎛ 이하, 시멘타이트 사이의 평균 간격이 1.5 ㎛ 이상 8.0 ㎛ 이하, 시멘타이트의 구상화율이 75 ％ 이상이며, 또한, 페라이트의 평균 입자경이 4.0 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하인 조직을 갖고, 타발 펀치와 다이스의 클리어런스를 25 ㎛ 이하로 한 금형으로 블랭킹 가공한 후의 타발 단면의 전단면율이 90 ％ 이상이며, 또한, 타발 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 가 1.0 ㎛ 미만이 되는, 파인 블랭킹 가공성이 우수한 고탄소 냉연 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 명세서에 있어서, 고탄소 냉연 강판이란, C 함유량이 0.45 질량％ 이상인 냉연 강판을 말한다.
또, 본 명세서에 있어서, 파인 블랭킹 가공성이 우수한 냉연 강판이란, 타발 펀치와 다이스의 클리어런스를 25 ㎛ 이하로 한 금형으로 파인 블랭킹 가공한 후의 타발 단면의 전단면율이 90 ％ 이상이며, 또한, 타발 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 가 1.0 ㎛ 미만이 되는 냉연 강판을 말한다.
본 발명자들은, 0.10 ％ 이상 0.40 ％ 미만의 Cr 을 함유한 강의 마무리 압연 온도, 권취까지의 냉각 속도, 권취 온도, 1 차 어닐링 온도, 냉간 압연의 압하율 및 2 차 어닐링 온도와, 파인 블랭킹 가공성의 관계에 대해 예의 검토하였다.
그 결과, 고탄소 냉연 강판의 파인 블랭킹 가공성에는, 강 조직 중의 시멘타이트의 평균 입자경 및 시멘타이트의 구상화율, 또한 페라이트의 평균 입자경이 크게 영향을 미치고, 시멘타이트의 평균 입자경을 0.40 ㎛ 이상 0.75 ㎛ 이하, 시멘타이트 사이의 평균 간격이 1.5 ㎛ 이상 8.0 ㎛ 이하, 시멘타이트의 구상화율을 75 ％ 이상, 페라이트의 평균 입자경을 4.0 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하로 함으로써 파인 블랭킹 가공 후의 단면의 전단면율이 90 ％ 이상, 전단면 산술 평균 조도 (Ra) 가 1.0 ㎛ 미만을 얻을 수 있다는 지견을 얻었다.
본 발명은 이와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 이하를 요지로 한다.
[1] 질량％ 로,
C : 0.45 ∼ 0.75 ％,
Si : 0.10 ∼ 0.50 ％,
Mn : 0.50 ∼ 1.00 ％,
P : 0.03 ％ 이하,
S : 0.01 ％ 이하,
sol.Al : 0.10 ％ 이하,
N : 0.0150 ％ 이하,
Cr : 0.10 ％ 이상 0.40 ％ 미만
을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과,
시멘타이트의 평균 입자경이 0.40 ㎛ 이상 0.75 ㎛ 이하, 시멘타이트 사이의 평균 간격이 1.5 ㎛ 이상 8.0 ㎛ 이하, 시멘타이트의 구상화율이 75 ％ 이상이며, 또한, 페라이트의 평균 입자경이 4.0 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하인 조직을 갖고,
타발 펀치와 다이스의 클리어런스를 25 ㎛ 이하로 한 금형으로 파인 블랭킹 가공한 후의 타발 단면의 전단면율이 90 ％ 이상이며, 또한, 타발 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 가 1.0 ㎛ 미만이 되는, 고탄소 냉연 강판.
[2] 단면 경도가 HV 160 이하인, [1] 에 기재된 고탄소 냉연 강판.
[3] 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 고탄소 냉연 강판의 제조 방법으로서,
상기 조성을 갖는 주편을, 직접, 또는 일단 냉각시키고 재가열한 후, 조 (粗) 압연을 실시하고,
조압연 종료 후, Ar3 변태점 이상의 온도역에서 마무리 압연을 종료하는 마무리 압연을 실시하고,
마무리 압연 종료 온도로부터 660 ℃ 까지의 온도역을 평균 냉각 속도 30 ℃/s 이상 70 ℃/s 이하로 냉각시키고, 500 ℃ 이상 660 ℃ 이하에서 권취한 열연 강판을, 그대로, 혹은 산세한 후,
650 ∼ 720 ℃ 의 온도역의 어닐링 온도에서 유지하는 1 차 박스 어닐링을 실시하고, 그 후, 20 ∼ 50 ％ 의 압하율로 냉간 압연을 실시한 후에, 650 ∼ 720 ℃ 의 온도역의 어닐링 온도에서 유지하는 2 차 박스 어닐링을 실시하는, 고탄소 냉연 강판의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 파인 블랭킹 가공성이 우수한 고탄소 냉연 강판을 제공할 수 있다.
본 발명의 고탄소 냉연 강판은, 소재 강판에 파인 블랭킹 가공성이 필요시되는 자동차 부품, 체인 부품용의 소재로서 바람직하고, 특히 타이밍 체인 등의 자동차 구동계 부품용의 소재로서 바람직하다.
도 1 은 파인 블랭킹 가공 후의 타발 단면을 나타낸 개념도이다.
이하에, 본 발명의 고탄소 냉연 강판 및 그 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 성분의 함유량의 단위인 「％」는 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미하는 것으로 한다.
1) 조성
C : 0.45 ∼ 0.75 ％
C 는, ??칭 후의 강도를 얻기 위해 중요한 원소이다. C 함유량이 0.45 ％ 미만인 경우, 강판을 부품으로 가공한 후의 ??칭, 템퍼링 등의 열처리에 의해 원하는 경도가 얻어지지 않기 때문에, C 함유량은 0.45 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 그러나, C 함유량이 0.75 ％ 를 초과하면 경질화되어, 인성이나 파인 블랭킹 가공성 등의 냉간 가공성이 열화된다. 따라서, C 함유량은 0.45 ∼ 0.75 ％ 로 한다. ??칭 후, 보다 우수한 경도를 얻으려면, C 함유량을 0.50 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.51 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.53 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 또, 가공성이 엄격한 부품, 즉 가공도가 높고, 난성형의 부품의 가공에 사용되는 경우에는, C 함유량을 0.70 ％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.67 ％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.65 ％ 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다.
Si : 0.10 ∼ 0.50 ％
Si 는 강을 정련할 때에 Al 과 함께 탈산제로서 첨가된다. 그러나, 과도하게 Si 를 함유시키면 열처리시에 Si 산화물이 입계에 생성되고, 피로 강도를 저하시킬 우려가 증가한다. 그 때문에, Si 함유량은 0.50 ％ 이하로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.45 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.40 ％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.35 ％ 이하이다. 한편 Si 는 열처리 후의 템퍼링 연화 저항을 증가시키는 원소이다. ??칭 후 폭넓은 온도역에서 템퍼링해도 원하는 경도를 얻기 위해 Si 함유량은 0.10 ％ 이상으로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.15 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.16 ％ 이상이다.
Mn : 0.50 ∼ 1.00 ％
Mn 은 ??칭성을 향상시킴과 함께, 고용 강화에 의해 강도를 상승시키는 원소이다. Mn 함유량이 1.00 ％ 를 초과하면, Mn 의 편석에서 기인한 밴드 조직이 발달하여, 조직이 불균일해지며, 또한 고용 강화에 의해 강이 경질화되어 냉간 가공성이 저하된다. 따라서, Mn 함유량은 1.00 ％ 이하로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.95 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.90 ％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.85 ％ 이하이다. 한편, 0.50 ％ 미만이 되면 이머젼 ??칭성이 저하되기 시작하기 때문에, Mn 함유량은 0.50 ％ 이상으로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.52 ％ 이상이고, 보다 바람직하게는 0.55 ％ 이상이다.
P : 0.03 ％ 이하
P 는 고용 강화에 의해 강도를 상승시키는 원소이다. P 함유량이 0.03 ％ 를 초과하여 증가하면 입계 취화를 초래하여, ??칭 후의 인성이 열화된다. 따라서, P 함유량은 0.03 ％ 이하로 한다. 보다 우수한 ??칭 후의 인성을 얻으려면, P 함유량은 0.02 ％ 이하가 바람직하다. P 는, 냉간 가공성 및 ??칭 후의 인성을 저하시키기 때문에, P 함유량은 적을수록 바람직하지만, 과도하게 P 를 저감시키면 정련 비용이 증대되기 때문에, P 함유량은 0.005 ％ 이상이 바람직하다.
S : 0.01 ％ 이하
S 는 황화물을 형성하여, 고탄소 냉연 강판의 냉간 가공성 및 ??칭 후의 인성을 저하시키기 때문에, 저감시켜야 하는 원소이다. S 함유량이 0.01 ％ 를 초과하면, 고탄소 냉연 강판의 냉간 가공성 및 ??칭 후의 인성이 현저하게 열화된다. 따라서, S 함유량은 0.01 ％ 이하로 한다. 보다 우수한 냉간 가공성 및 ??칭 후의 인성을 얻으려면, S 함유량은 0.004 ％ 이하가 바람직하고, 0.0040 ％ 이하가 보다 바람직하다. S 는 냉간 가공성 및 ??칭 후의 인성을 저하시키기 때문에, S 함유량은 적을수록 바람직하지만, 과도하게 S 를 저감시키면 정련 비용이 증대되기 때문에, S 함유량은 0.0005 ％ 이상이 바람직하다.
sol.Al : 0.10 ％ 이하
sol.Al 의 함유량이 0.10 ％ 를 초과하면, ??칭 처리의 가열시에 AlN 이 생성되어 오스테나이트립이 지나치게 미세화되고, 냉각시에 페라이트상의 생성이 촉진되어, 조직이 페라이트와 마텐자이트가 되어, ??칭 후의 경도가 저하된다. 따라서, sol.Al 함유량은 0.10 ％ 이하로 한다. sol.Al 함유량은, 바람직하게는 0.06 ％ 이하이다. 또한, sol.Al 은 탈산의 효과를 갖고 있고, 충분히 탈산하기 위해서는, sol.Al 함유량을, 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.010 ％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하며, 0.015 ％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
N : 0.0150 ％ 이하
N 함유량이 0.0150 ％ 를 초과하면, AlN 의 형성에 의해 ??칭 처리의 가열시에 오스테나이트립이 지나치게 미세화되고, 냉각시에 페라이트상의 생성이 촉진되어, ??칭 후의 경도가 저하된다. 따라서, N 함유량은 0.0150 ％ 이하로 한다. 또한, 하한은 특별히 규정하지 않지만, N 은, AlN, Cr 계 질화물을 형성하고, 이로써 ??칭 처리의 가열시에 오스테나이트립의 성장을 적당히 억제하여, ??칭 후의 인성을 향상시키는 원소이기 때문에, N 함유량은 0.0005 ％ 이상이 바람직하다.
Cr : 0.10 ％ 이상 0.40 ％ 미만
Cr 은 강 중의 시멘타이트의 구상화를 지연시키는 원소이며, 또한 열처리에 있어서 ??칭성을 높이는 중요한 원소이다. 0.10 ％ 미만인 경우, 시멘타이트의 구상화가 지나치게 진행되어 소정의 시멘타이트 평균 입자경이 얻어지지 않고, 또 ??칭성에 관해서도 ??칭시에 페라이트가 발생하기 쉬워져 충분한 효과가 확인되지 않기 때문에, Cr 함유량을 0.10 ％ 이상으로 한다. 한편, Cr 함유량이 0.40 ％ 이상이 되면, 시멘타이트의 구상화가 잘 진행되지 않게 되어 소정의 시멘타이트 구상화율이 얻어지지 않는다. 그 결과, ??칭 전의 강판이 경질화되고, 소정의 시멘타이트 사이의 평균 간격이 얻어지지 않고, 예를 들어 파인 블랭킹 가공했을 때에, 단면에 파단면이 발생하기 쉽거나, 단면의 전단면의 표면 조도 (Ra) 가 커지기 쉬워지게 된다. 그 때문에, Cr 함유량은 0.40 ％ 미만으로 한다. 특히 단면의 전단면의 표면 조도 (Ra) 나 단면에 파단면이 발생하기 쉬운 부품을 가공할 때에는, 보다 더 우수한 가공성을 필요로 하기 때문에, Cr 함유량은 0.35 ％ 이하가 바람직하다.
상기 이외의 성분은, Fe 및 불가피적 불순물이다. 또한 본 발명의 고탄소 냉연 강판의 원료로서 스크랩을 사용한 경우, 불가피적으로 Sn, Sb, 및, As 의 1 종 또는 2 종 이상이 0.003 ％ 이상 혼입되는 경우가 있지만, 어느 원소도, 0.02 ％ 이하이면, 본 발명의 고탄소 냉연 강판의 ??칭성을 저해하지 않기 때문에, 본 발명의 고탄소 냉연 강판에 있어서는, Sn : 0.003 ∼ 0.02 ％, Sb : 0.003 ∼ 0.02 ％, 및 As : 0.003 ∼ 0.02 ％ 의 1 종 또는 2 종 이상의 함유를 불가피적 불순물로서 허용한다.
2) 조직
본 발명의 고탄소 냉연 강판은, 페라이트와 시멘타이트를 함유하는 조직을 갖는다. 본 발명의 고탄소 냉연 강판의 조직 중, 페라이트와 시멘타이트의 합계는, 면적률로 95 ％ 이상이다. 페라이트와 시멘타이트의 합계는, 면적률로 97 ％ 이상이 바람직하고, 100 ％ 여도 된다. 페라이트와 시멘타이트의 면적률이 100 ％ 미만인 경우의 잔부는, 펄라이트, 베이나이트에서 선택되는 1 종 또는 2 종이다.
2-1) 시멘타이트의 평균 입자경 : 0.40 ㎛ 이상 0.75 ㎛ 이하
입경이 큰 시멘타이트가 존재하면 파인 블랭킹 가공시에 파쇄되고, 이것을 기점으로 하여 단면에 파단면이 발생하기 때문에, 시멘타이트의 평균 입자경은 0.75 ㎛ 이하로 한다. 시멘타이트의 평균 입자경은, 0.73 ㎛ 이하가 바람직하고, 0.71 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 한편, 시멘타이트가 지나치게 미세화되면 0.1 ㎛ 이하의 시멘타이트의 개수도 증가하고, 강의 경도가 높아져, 파인 블랭킹 가공시의 단면에서 파단면이 증가하기 때문에, 시멘타이트의 평균 입자경은 0.40 ㎛ 이상으로 한다. 시멘타이트의 평균 입자경은, 0.42 ㎛ 이상이 바람직하고, 0.44 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 이 평균 입자경은, 강판의 판 폭 중앙으로부터 채취한 시험편의 압연 방향에 평행한 단면 (斷面) 을 연마하고, 부식한 후, 판 두께 1/4 위치에 있어서 주사형 전자 현미경으로 배율 2000 배로 검출되는 모든 시멘타이트의 원 상당 직경을 산출하여 구한 평균치이다.
2-2) 시멘타이트 사이의 평균 간격 : 1.5 ㎛ 이상 8.0 ㎛ 이하
파인 블랭킹 가공시의 대변형이 가해진 위치에 있어서, 페라이트 입계 상의 시멘타이트 사이에서 보이드가 발생하고, 성장하여 균열이 발생하기 쉬워진다. 이들 균열이 파인 블랭킹 가공 후의 성형 가공시에 진전되어 파단면이 발생한다. 시멘타이트 사이의 평균 간격이 1.5 ㎛ 미만에서는 보이드의 기점이 지나치게 증가하여 균열이 발생하기 쉬워지고, 단면의 파단면 길이가 증가하기 때문에, 파인 블랭킹 가공성이 저하된다. 그 때문에 시멘타이트 사이의 평균 간격은, 1.5 ㎛ 이상으로 한다. 시멘타이트 사이의 평균 간격은, 1.7 ㎛ 이상이 바람직하고, 2.0 ㎛ 이상이 보다 바람직하다. 또, 시멘타이트 사이의 평균 간격이 8.0 ㎛ 초과가 되면 1 개당의 시멘타이트가 지나치게 조대해져, 균열이 발생하기 쉬워지고, 단면의 파단면 길이가 증가하는 지점이 발생한다. 그 때문에, 시멘타이트 사이의 평균 간격은 8.0 ㎛ 이하로 한다. 시멘타이트 사이의 평균 간격은, 7.7 ㎛ 이하가 바람직하고, 7.5 ㎛ 이하가 보다 바람직하다. 시멘타이트 사이의 평균 간격은, 강판의 판 폭 중앙으로부터 채취한 시험편의 압연 방향에 평행한 단면 (판 두께 1/4 위치) 을 배율 2000 배로 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 화상 해석 소프트 GIMP 를 사용하여, 시멘타이트와, 시멘타이트 이외를 2 치화하고, 해석 소프트 Image-J 를 사용하여 시멘타이트의 각각의 간격을 구하고, 그 합계를, 카운트한 간격수로 나누어 구하였다.
2-3) 시멘타이트의 구상화율 : 75 ％ 이상
시멘타이트는 구상화되어 있는 편이 강의 연성이 개선되어 가공성이 양호해지기 때문에 바람직하다. 시멘타이트의 구상화율이 75 ％ 이상이면 타발 가공시의 단면에 있어서의 파단면의 발생이 대폭 억제되고, 소정의 전단면율이 얻어지기 쉬워지기 때문에, 본 발명의 고탄소 냉연 강판의 조직 중의 시멘타이트의 구상화율은 75 ％ 이상으로 한다. 시멘타이트의 구상화율은, 77 ％ 이상이 바람직하고, 80 ％ 이상이 보다 바람직하다. 본 발명에 있어서의 시멘타이트의 구상화율을 구하는 방법은 하기와 같다. 강판의 판 폭 중앙으로부터 채취한 시험편의 압연 방향에 평행한 단면 (판 두께 1/4 위치) 을 배율 2000 배로 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 화상 해석 소프트 GIMP 를 사용하여, 시멘타이트와, 시멘타이트 이외를 2 치화하고, 해석 소프트 Image-J 를 사용하여 각 시멘타이트의 면적과 주위 길이를 구하여, 하기 식으로 각 시멘타이트의 원형도 계수를 산출하고, 그 평균을 구하여, 시멘타이트의 구상화율로 한다.
원형도 계수 ＝ 4π·면적/(주위 길이)2
2-4) 페라이트의 평균 입자경 : 4.0 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하
페라이트의 평균 입자경은, 강판의 경도 및 파인 블랭킹 가공성을 포함한 가공성을 크게 지배하는 인자이다. 페라이트 입경이 작으면 강의 미세화 강화에 의해 강판의 경도가 높아져, 가공성이 저하된다. 소정의 경도와 가공성을 얻기 위해서는 페라이트의 평균 입자경은 4.0 ㎛ 이상으로 한다. 바람직하게는 5.0 ㎛ 이상이다. 한편, 페라이트의 평균 입자경이 10.0 ㎛ 초과가 되면 파인 블랭킹 가공시에 단면에서 처짐이 발생하기 쉬워져, 파인 블랭킹 가공성이 저하된다. 그 때문에 페라이트의 평균 입자경은 10.0 ㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 8.0 ㎛ 이하이다. 페라이트의 평균 입자경은, 실시예에 기재된 방법에 의해 절단법 (JIS G 0551 로 규정) 을 이용하여 구하였다.
3) 파인 블랭킹 가공성
3-1) 단면의 전단면율 90 ％ 이상
열처리 후, 소정의 피로 수명을 확보하려면, 단면에 있어서의 표면 조도가 큰 파단면을 최대한 억제하는 것이 바람직하고, 또 단면의 표면 조도를 작게 할 필요가 있기 때문에, 단면의 전단면율은 90 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 95 ％ 이상이다. 또한, 단면의 전단면율은 하기 식으로 구한다.
단면의 전단면율 ＝ (전단면의 길이/단면 전체의 길이) × 100
또한, 상기 식 중의 전단면의 길이, 단면 전체의 길이는, 각각, 강판을 타발 펀치와 다이스의 클리어런스를 25 ㎛ 이하로 한 금형으로 파인 블랭킹 가공하고, 길이 40 ㎜ × 폭 60 ㎜ 의 10 mmR 의 4 모서리를 갖는 판을 타발했을 때의 타발판의 판 폭 중앙에 있어서의 판 두께 방향의 전단면의 길이와, 단면 전체의 길이 (전단면과 파단면의 합계의 길이) 이다. 또, 단면의 전단면율은, 상기 타발판에 있어서 2 개 지점 존재하는 판 폭 중앙에 있어서 각각 산출한 값의 평균치를 채용한다. 또한, 타발 펀치와 다이스의 클리어런스를 25 ㎛ 이하로 한 금형으로 파인 블랭킹 가공하는 경우, 강판과 다이스가 접촉하는 지점에서는 다이스에 대해서도 마모 등이 크다. 강도가 부족한 금형에서는 내마모성이 부족하여, 조기에 마모되기 때문에, 금형으로는 소정의 강도를 확보할 수 있는 SKD 강재로 형성된 금형을 사용하는 것이 바람직하다. 또, 상기 금형의 타발 펀치와 다이스의 클리어런스는 2 ㎛ 이상이 바람직하다.
3-2) 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) : 1.0 ㎛ 미만
파인 블랭킹 가공은 타발 펀치와 다이스의 클리어런스가 작은 가공 방법이기 때문에, 높은 하중이 금형, 특히 타발 펀치에 높은 부하가 가해져, 통상의 타발 가공에 비해 금형 수명이 짧아진다. 금형 수명을 늘리기 위해서도 단면의 전단면의 표면 조도가 작은 편이 바람직하기 때문에, 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 는 1.0 ㎛ 미만으로 한다. 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 는, 바람직하게는 0.8 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.5 ㎛ 이하이다.
또한, 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 는, 강판을 타발 펀치와 다이스의 클리어런스를 25 ㎛ 이하로 한 금형으로 파인 블랭킹 가공하고, 길이 40 ㎜ × 폭 60 ㎜ 의 10 mmR 의 4 모서리를 갖는 판을 타발했을 때의 타발판의 판 폭 중앙의 판 두께 중앙에 있어서, 판 폭 방향으로 5.0 ㎜ 의 길이를 측정하여 구한 값이다. 또, 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 는, 상기 타발판에 있어서 2 개 지점 존재하는 판 폭 중앙의 판 두께 중앙에 있어서 각각 구한 값의 평균치를 채용한다.
4) 기계적 성질
체인 등의 제품의 치수 정밀도나 타발 금형의 수명 (마모되기 어려움) 을 양호하게 하려면, 상기 2) 의 항에서 서술한 바와 같이 파인 블랭킹 가공시의 단면의 파단면의 형성을 억제하기 위한 시멘타이트의 형상 제어에 더해, 기계적 성질의 제어도 중요하다. 고탄소 냉연 강판의 경도가 높은 경우에는 단면에서 파단면이 증가하는 경향이 되고, 금형의 손모가 심해지기 때문에, 고탄소 냉연 강판의 경도 (단면 경도) 는 HV 160 이하가 바람직하다. 또한, 단면 경도는, 실시예에 기재된 방법에 의해 구한다. 또, 본 명세서에 있어서는, 가공 후에 실시하는 열처리 조건이나, 열처리 후의 강판의 경도까지 기재하고 있지 않지만, 본 발명의 고탄소 냉연 강판은 가공 후에 열처리 (??칭, 템퍼링) 를 실시하여 사용된다.
5) 제조 방법
본 발명의 고탄소 냉연 강판의 바람직한 제조 방법을 이하에 서술한다. 또한, 본 발명에 있어서, 특별히 언급하지 않는 한, 마무리 압연 종료 온도, 권취 온도 등의 온도는 열연 강판 등의 표면 온도로 하고, 방사 온도계 등으로 측정할 수 있다. 또, 평균 냉각 속도는 특별히 언급하지 않는 한, (냉각 개시 온도 － 냉각 정지 온도)/(냉각 개시 온도로부터 냉각 정지 온도까지의 냉각 시간) 으로 한다.
전술한 1) 의 항에 기재된 조성을 갖는 강을, 전로, 전기로 등의 공지된 방법에 의해 용제 (溶製) 하고, 연속 주조 등 공지된 방법으로 주조하여 주편으로 한 후, 직접, 또는 일단 냉각시키고 재가열한 후, 조압연 및 마무리 압연을 포함하는 열간 압연을 실시한다. 먼저, 주편 (강 슬래브) 은 조압연에 의해 시트 바로 된다. 또한, 조압연의 조건은 특별히 규정할 필요는 없고, 통상적인 방법에 따라서 실시할 수 있다.
5-1) 마무리 압연 종료 온도 : Ar3 변태점 이상
조압연 종료 후, Ar3 변태점 이상의 온도역에서 마무리 압연을 종료하는 마무리 압연을 실시한다. 마무리 압연 종료 온도가 Ar3 변태점 미만에서는, 열간 압연 후 및 어닐링 (1 차 박스 어닐링, 2 차 박스 어닐링) 후에 조대한 페라이트립이 형성되고, 파인 블랭킹 가공성이 현저하게 저하된다. 이 때문에, 마무리 압연 종료 온도는 Ar3 변태점 이상으로 한다. 또한, 마무리 압연 종료 온도의 상한은, 특별히 규정할 필요는 없지만, 마무리 압연 후의 냉각을 원활하게 실시하기 위해서는, 1000 ℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 본 발명에 있어서, Ar3 변태점은 포마스터에 의해 구할 수 있다. 구체적으로는, 3 ㎜Φ 의 원기둥 시험편을 상온으로부터 900 ℃ 까지 일단 가열하고 냉각시켰을 때, Ar3 변태점은 냉각시의 열팽창 곡선의 최초의 변곡점에 상당하는 온도이다.
5-2) 마무리 압연 종료 온도로부터 660 ℃ 까지의 온도역 : 평균 냉각 속도 30 ℃/s 이상 70 ℃/s 이하
마무리 압연 종료 온도로부터 660 ℃ 까지의 온도역의 평균 냉각 속도에 따라 열간 압연 후의 펄라이트가 형성되는 방법이 상이하다. 상기 온도역의 평균 냉각 속도가 작으면 라멜라 간격이 큰 펄라이트가 되고, 1 차 박스 어닐링, 냉간 압연, 2 차 박스 어닐링 후에, 소정의 시멘타이트가 얻어지지 않기 때문에, 상기 온도역의 평균 냉각 속도는 30 ℃/s 이상으로 한다. 한편, 평균 냉각 속도가 지나치게 커지면 베이나이틱페라이트가 얻어지고, 열연 강판 자체가 경질화된다. 그 후의 공정을 거쳐도 강판이 단단해져, 원하는 경도가 얻어지지 않기 때문에 상기 온도역의 평균 냉각 속도는 70 ℃/s 이하로 한다. 상기 온도역의 평균 냉각 속도는, 65 ℃/s 이하가 바람직하고, 60 ℃/s 이하가 보다 바람직하다.
5-3) 권취 온도 : 500 ℃ 이상 660 ℃ 이하
마무리 압연 후의 열연 강판은, 코일 형상으로 권취된다. 권취 온도가 지나치게 높으면 열연 강판의 강도가 지나치게 낮아져, 코일 형상으로 권취되었을 때, 코일의 자중에 의해 변형되는 경우가 있기 때문에, 조업상 바람직하지 않다. 따라서 권취 온도의 상한을 660 ℃ 로 한다. 한편, 권취 온도가 지나치게 낮으면 열연 강판이 경질화되기 때문에 바람직하지 않다. 따라서 권취 온도의 하한을 500 ℃ 로 한다. 권취 온도는, 바람직하게는 550 ℃ 이상이다.
5-4) 1 차 박스 어닐링 온도 : 650 ∼ 720 ℃ 의 온도역의 어닐링 온도
원하는 판 두께로 하기 위해서는 냉간 압연을 실시할 필요가 있고, 압연기의 부하를 저감시키고 냉간 압연성을 높이며, 또한 최종 제품이 되는 강에서 원하는 경도를 얻을 수 있기 때문에, 1 차 어닐링을 실시할 필요가 있다. 어닐링 온도가 650 ℃ 미만에서는 냉간 압연성이 나쁘며, 또한 시멘타이트의 구상화의 촉진이 느리기 때문에, 최종 제품이 되는 강에서 경질화되므로, 1 차 박스 어닐링의 어닐링 온도는 650 ℃ 이상으로 한다. 1 차 박스 어닐링의 어닐링 온도는, 660 ℃ 이상이 바람직하고, 670 ℃ 이상이 보다 바람직하다. 한편, 1 차 박스 어닐링의 어닐링 온도가 720 ℃ 를 초과하면 구상화가 지나치게 진행되어 시멘타이트가 조대화되기 때문에 1 차 박스 어닐링의 어닐링 온도는 720 ℃ 이하로 한다. 또, 상기 어닐링 온도에서의 유지 시간은, 시멘타이트의 구상화 진행의 면에서, 20 h 이상이 바람직하다. 또, 상기 어닐링 온도에서의 유지 시간은, 조업성의 면에서, 40 h 이하가 바람직하다.
5-5) 냉간 압연의 압하율 : 20 ∼ 50 ％
원하는 판 두께로 하는 것과 소정의 페라이트 입경으로 하기 위해 냉간 압연이 필요하다. 냉간 압연의 압하율이 20 ％ 미만에서는 원하는 판 두께로 하려면 열연 강판의 판 두께를 작게 해야 하고 그 제어가 어려워진다. 또, 잘 재결정되지 않게 되어, 재결정이 진행되지 않고, 원하는 경도가 잘 얻어지지 않게 된다. 그 때문에, 냉간 압연의 압하율은 20 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 냉간 압연의 압하율이 50 ％ 를 초과하면 열연 강판의 두께를 크게 할 필요가 있고, 전술한 평균 냉각 속도로는 전체 두께 방향에서 균일한 조직이 잘 얻어지지 않게 된다. 또, 결정립경이 작아져, 재결정 후 소정의 페라이트 입경보다 작아지기 때문에, 냉간 압연의 압하율은 50 ％ 이하로 할 필요가 있다.
5-6) 2 차 박스 어닐링 온도 : 650 ∼ 720 ℃ 의 온도역의 어닐링 온도
냉간 압연 후에 원하는 경도를 얻기 위해서는 2 차 어닐링은 필요하다. 2 차 박스 어닐링 온도가 650 ℃ 미만이면 재결정이 잘 진행되지 않고, 원하는 경도가 얻어지지 않기 때문에, 2 차 박스 어닐링 온도는 650 ℃ 이상으로 한다. 2 차 박스 어닐링 온도는, 660 ℃ 이상이 바람직하고, 670 ℃ 이상이 보다 바람직하다. 한편, 2 차 박스 어닐링 온도가 720 ℃ 초과에서는 소정의 시멘타이트 평균 입자경이 얻어지지 않기 때문에, 2 차 박스 어닐링 온도는 720 ℃ 이하로 한다. 또, 상기 어닐링 온도에서의 유지 시간은, 원하는 경도를 얻는 점에서, 20 h 이상이 바람직하다. 또, 상기 어닐링 온도에서의 유지 시간은, 조업성의 면에서, 40 h 이하가 바람직하다.
본 발명의 고탄소 냉연 강판은, 2 차 박스 어닐링 후, 필요에 따라 조질 압연을 실시하고, 통상적인 방법에 따라서 탈지 등의 처리를 실시하여, 그대로 파인 블랭킹 가공 등에 제공할 수 있다. 파인 블랭킹 가공은 통상적인 방법에 따라서 실시하며, 양호한 단면을 얻기 위해 통상 실시되고 있는, 예를 들어 다이와 펀치 사이의 클리어런스를 적절히 선택하는 등의 조건으로 실시하는 것이 바람직하다. 가공이 종료된 후에는, 통상적인 방법에 따라서 ??칭, 템퍼링이나 오스템퍼 처리 등의 열처리를 실시할 수 있고, 이로써 원하는 경도나 피로 강도가 얻어진다.
본 발명의 고탄소 냉연 강판은, 특별히 한정되지 않지만, 판 두께가 3.0 ㎜ 이하가 바람직하고, 2.5 ㎜ 이하가 보다 바람직하다. 또, 특별히 한정되지 않지만, 판 두께가 0.8 ㎜ 이상이 바람직하고, 1.2 ㎜ 이상이 보다 바람직하다.
실시예
(실시예 1)
표 1 에 나타내는 강번 A 내지 H 의 성분 조성을 갖는 강을 용제하고 주조한 주편에 대해, 표 2 에 나타내는 제조 조건에 따라서, 마무리 압연 종료 온도를 Ar3 변태점 이상으로 하는 마무리 압연을 실시하고, 마무리 압연 종료 온도로부터 660 ℃ 까지의 온도역을 표 2 에 나타내는 평균 냉각 속도로 냉각시키고, 표 2 에 나타내는 권취 온도에서 코일로 권취하고, 산세한 후, 질소 분위기 중 (분위기 가스 : 질소) 에서 표 2 에 나타내는 조건으로 1 차 박스 어닐링 (구상화 어닐링) 을 실시한 후, 표 2 에 나타내는 압하율로 냉간 압연을 실시하고, 질소 분위기 중에서 표 2 에 나타내는 조건으로 2 차 박스 어닐링을 실시하여, 판 두께 2.0 ㎜ 의 냉연 강판을 제조하였다. 이와 같이 하여 제조한 냉연 강판에 대해, 하기와 같이, 조직, 경도, 및 파인 블랭킹 가공성을 구하였다. 또한, 표 1 에 나타내는 Ar3 변태점은 포마스터에 의해 구한 것이다.
[경도 (단면 경도)]
2 차 박스 어닐링 후의 냉연 강판 (원판) 의 판 폭 중앙부로부터 시료를 채취하여, 압연 방향에 평행한 단면 조직의 1/4 판 두께의 위치에 있어서 비커스 경도계 (하중 1.0 kgf) 를 사용하여 상이한 5 점의 비커스 경도 (HV) 를 측정하고, 그 평균치를 구하였다.
[조직]
2 차 박스 어닐링 후의 냉연 강판의 조직은, 판 폭 중앙부로부터 채취한 시료를 절단 연마 후, 나이탈 부식을 실시하고, 주사형 전자 현미경을 사용하여, 판 두께 1/4 의 위치의 조직을 관찰하여 페라이트 및 시멘타이트의 면적률을 구하였다. 또, 판 두께 1/4 의 위치의 5 개 지점에서 2000 배의 배율로 촬영한 조직 사진에 대해, 시멘타이트 직경을 평가하였다. 시멘타이트 직경은 장경과 단경을 측정하여, 원 상당 직경으로 환산하고, 전체 시멘타이트의 평균치를 구하여, 상기 평균치를 시멘타이트의 평균 입자경으로 하였다. 시멘타이트 사이의 평균 간격은, 강판의 판 폭 중앙으로부터 채취한 시험편의 압연 방향에 평행한 단면 (판 두께 1/4 위치) 을 배율 2000 배로 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 화상 해석 소프트 GIMP 를 사용하여, 시멘타이트와, 시멘타이트 이외를 2 치화하고, 해석 소프트 Image-J 를 사용하여 시멘타이트의 각각의 간격을 구하고, 그 합계를, 카운트한 간격수로 나누어 구하였다. 또, 시멘타이트의 구상화율을 구하는 방법은 하기와 같다. 냉연 강판의 판 폭 중앙부로부터 채취한 시료의 압연 방향에 평행한 단면 (판 두께 1/4 위치) 을 배율 2000 배로 주사형 전자 현미경으로 관찰하고, 화상 해석 소프트 GIMP 를 사용하여, 시멘타이트와, 시멘타이트 이외를 2 치화하고, 해석 소프트 Image-J 를 사용하여 각 시멘타이트의 면적과 주위 길이를 구하여, 하기 식으로 각 시멘타이트의 원형도 계수를 산출하고, 그 평균을 구하여, 시멘타이트의 구상화율로 하였다. 또한, 페라이트의 평균 입자경은, 냉연 강판의 판 폭 중앙부로부터 채취한 시료의 압연 방향에 평행한 단면 (판 두께 1/4 위치) 에 있어서 절단법 (JIS G 0551 로 규정) 을 이용하여 구하였다.
원형도 계수 ＝ 4π·면적/(주위 길이)2
또한, 표 2 에 나타내는 어느 시료도, 조직 중의 페라이트 면적률은 85 ％ 이상이다.
[파인 블랭킹 가공성]
파인 블랭킹 가공성은 이하의 방법으로 조사하였다. SKD 제의 클리어런스 10 ㎛ 인 금형을 사용하여, 길이 40 ㎜ × 폭 60 ㎜ 의 10 mmR 의 4 모서리를 갖는 판을 최대 하중이 30 t 가 되는 조건으로 타발하였다. 타발한 판의 판 폭 중앙을 마이크로스코프로 100 배로 확대하여 단면의 전단면과, 단면 전체 (전단면과 파단면의 합계) 의 판 두께 방향의 길이를 측정하고, 하기 식으로 단면의 전단면율을 구하였다. 그리고, 단면의 전단면율 95 ％ 이상의 것을 ◎ (특히 우수하다), 90 ％ 이상 95 ％ 미만의 것을 ○ (우수하다), 90 ％ 미만의 것을 × (열등하다) 로 하여 평가하였다. 또한, 단면의 전단면율은, 상기 타발판에 있어서 2 개 지점 존재하는 판 폭 중앙에 있어서 각각 산출한 값의 평균치를 채용하였다.
단면의 전단면율 ＝ (전단면의 길이/단면 전체의 길이) × 100
또한, 타발판의 단면의 전단면의 표면 조도는 산술 평균 조도 (Ra) 를 JIS 2001 에 준거하여 평가하였다. 또한, 타발판의 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 는, 타발판의 판 폭 중앙의 판 두께 중앙에 있어서, 판 폭 방향으로 5.0 ㎜ 의 길이를 측정하여 구한 값이다. 또, 타발판의 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 는, 상기 타발판에 있어서 2 개 지점 존재하는 판 폭 중앙의 판 두께 중앙에 있어서 각각 구한 값의 평균치를 채용하였다. 그리고, 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 가 1.0 ㎛ 미만의 것을 ○ (우수하다), 1.0 ㎛ 이상의 것을 × (열등하다) 로 하여 평가하였다.
파인 블랭킹 가공성은, 단면의 전단면율이 95 ％ 이상이며, 또한 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 가 1.0 ㎛ 미만인 것을 종합 평가 ◎ (특히 우수하다), 단면의 전단면율이 90 ％ 이상 95 ％ 미만이며, 또한 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 가 1.0 ㎛ 미만인 것을 종합 평가 ○ (우수하다) 로 하고, 그 이외의 것을 종합 평가 × (열등하다) 로 하여, 종합 평가가 ◎, ○ 를 합격, × 를 불합격으로 하였다. 결과를 표 2 에 나타낸다.
표 2 로부터 분명한 바와 같이, 본 발명예에서는, 0.10 ％ 이상 0.40 ％ 미만의 Cr 을 함유하는 성분의 강에서, 소정의 시멘타이트 평균 입자경, 시멘타이트 사이의 평균 간격, 시멘타이트 구상화율, 페라이트 평균 입자경을 갖고, 파인 블랭킹 가공성이 우수한 고탄소 냉연 강판이 얻어졌다. 또, 상기 고탄소 냉연 강판의 경도 (단면 경도) 는 HV 160 이하였다. 이것에 대해, 본 발명의 범위를 벗어나는 조건으로 제조한 비교예에서는, 원하는 파인 블랭킹 가공성이 얻어지지 않았다.
Figure pct00001
Figure pct00002

Claims (3)

  1. 질량％ 로,
    C : 0.45 ∼ 0.75 ％,
    Si : 0.10 ∼ 0.50 ％,
    Mn : 0.50 ∼ 1.00 ％,
    P : 0.03 ％ 이하,
    S : 0.01 ％ 이하,
    sol.Al : 0.10 ％ 이하,
    N : 0.0150 ％ 이하,
    Cr : 0.10 ％ 이상 0.40 ％ 미만
    을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과,
    시멘타이트의 평균 입자경이 0.40 ㎛ 이상 0.75 ㎛ 이하, 시멘타이트 사이의 평균 간격이 1.5 ㎛ 이상 8.0 ㎛ 이하, 시멘타이트의 구상화율이 75 ％ 이상이며, 또한, 페라이트의 평균 입자경이 4.0 ㎛ 이상 10.0 ㎛ 이하인 조직을 갖고,
    타발 펀치와 다이스의 클리어런스를 25 ㎛ 이하로 한 금형으로 파인 블랭킹 가공한 후의 타발 단면의 전단면율이 90 ％ 이상이며, 또한, 타발 단면의 전단면의 산술 평균 조도 (Ra) 가 1.0 ㎛ 미만이 되는, 고탄소 냉연 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단면 경도가 HV 160 이하인, 고탄소 냉연 강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 고탄소 냉연 강판의 제조 방법으로서,
    상기 조성을 갖는 주편을, 직접, 또는 일단 냉각시키고 재가열한 후, 조압연을 실시하고,
    조압연 종료 후, Ar3 변태점 이상의 온도역에서 마무리 압연을 종료하는 마무리 압연을 실시하고,
    마무리 압연 종료 온도로부터 660 ℃ 까지의 온도역을 평균 냉각 속도 30 ℃/s 이상 70 ℃/s 이하로 냉각시키고, 500 ℃ 이상 660 ℃ 이하에서 권취한 열연 강판을, 그대로, 혹은 산세한 후,
    650 ∼ 720 ℃ 의 온도역의 어닐링 온도에서 유지하는 1 차 박스 어닐링을 실시하고, 그 후, 20 ∼ 50 ％ 의 압하율로 냉간 압연을 실시한 후에, 650 ∼ 720 ℃ 의 온도역의 어닐링 온도에서 유지하는 2 차 박스 어닐링을 실시하는, 고탄소 냉연 강판의 제조 방법.
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