KR20220068245A - 고강도 강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20220068245A
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KR1020227013338A
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카즈키 엔도
요시야스 가와사키
유키 도지
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제이에프이 스틸 가부시키가이샤
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Abstract

소정의 성분 조성을 갖고, 면적률로, 페라이트가 30％ 이상 80％ 이하, 마르텐사이트가 5％ 이상 35％ 이하이고, 잔류 오스테나이트가 8％ 이상이고, 애스펙트비가 2.0 이상 또한 단축이 1㎛ 이하인 잔류 오스테나이트의 면적률을 전체 잔류 오스테나이트의 면적률로 나눈 값이 0.3 이상이고, 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 1.5 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값에 잔류 오스테나이트의 평균 애스펙트비를 곱한 값이 3.0 이상이고, 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 페라이트 중의 평균 C량(질량％)으로 나눈 값이 3.0 이상이고, 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 0.05 미만인 강 조직을 갖는 것을 특징으로 하는, 고강도 강판.

Description

고강도 강판 및 그의 제조 방법
본 발명은, 자동차, 전기 등의 산업 분야에서 사용되는 부재로서 적합한, 성형성이 우수한 고강도 강판 및 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 0.70 초과의 높은 항복비(YR)를 갖고, 또한, 980㎫ 이상의 TS(인장 강도)를 갖고, 연성뿐만 아니라, 구멍 확장성(stretch flangeability)과 굽힘성도 우수한 고강도 강판을 얻고자 하는 것이다.
최근, 지구 환경의 보전의 견지로부터, 자동차의 연비 향상이 중요한 과제가 되고 있다. 이 때문에, 차체 재료의 고강도화에 의해 박육화를 도모하고, 차체 그 자체를 경량화하고자 하는 움직임이 활발해지고 있다. 한편으로, 강판의 고강도화는 성형성의 저하를 초래하는 점에서, 고강도와 고성형성을 겸비하는 재료의 개발이 요망되고 있다. 또한, TS가 980㎫ 이상인 강판은 자동차용 골격 부재로서 적용할 때에, 고성형성에 더하여, 탑승자를 보호하기 위해, 높은 YR(항복비)이 요구된다.
고강도 또한 연성이 우수한 강판으로서, 잔류 오스테나이트의 가공 유기 변태를 이용한 고강도 강판이 제안되어 있다. 이러한 강판은, 잔류 오스테나이트를 가진 조직을 나타내고, 강판의 성형 시에는 잔류 오스테나이트에 의해 성형이 용이한 한편, 성형 후에는 잔류 오스테나이트가 마르텐사이트화하기 때문에 고강도를 구비한 것이 된다.
예를 들면, 특허문헌 1에서는, 인장 강도가 1000㎫ 이상이고, 전체 신장(EL)이 30％ 이상인 잔류 오스테나이트의 가공 유기 변태를 이용한 매우 높은 연성을 갖는 고강도 강판이 제안되어 있다. 이러한 강판은, C, Si, Mn을 기본 성분으로 하는 강판을 오스테나이트화한 후에, 베이나이트 변태 온도역으로 퀀칭(quenching)하여 등온 보존유지하는(holding), 소위 오스템퍼 처리(austempering treatment)를 행함으로써 제조된다. 이 오스템퍼 처리에 의한 오스테나이트로의 C의 농화에 의해 잔류 오스테나이트가 생성되지만, 다량의 잔류 오스테나이트를 얻기 위해서는 0.3％를 초과하는 다량의 C 첨가가 필요해진다. 그러나, 강 중의 C 농도가 높아지면 스폿 용접성(spot weldability)이 저하하고, 특히 0.3％를 초과하는 바와 같은 C 농도에서는 그 저하가 현저하여, 자동차용 강판으로서는 실용화가 곤란해지고 있다. 또한, 상기 특허문헌에서는, 고강도 박강판의 연성을 향상시키는 것을 주목적으로 하고 있기 때문에, 구멍 확장성이나 굽힘성에 대해서는 고려되어 있지 않다.
특허문헌 2에서는, 고Mn 강을 이용하여, 페라이트와 오스테나이트의 2상역에서의 열처리를 실시함으로써, 높은 강도-연성 밸런스가 얻어지고 있다. 그러나, 특허문헌 2에서는, 미변태 오스테나이트 중으로의 Mn 농화에 의한 연성의 향상에 대해서는 검토되어 있지 않아, 가공성의 개선의 여지가 있다.
또한 특허문헌 3에서는, 중Mn 강을 이용하여, 페라이트와 오스테나이트의 2상역에서의 열처리를 실시함으로써, 미변태 오스테나이트 중으로 Mn을 농화시킴으로써, 안정적인 잔류 오스테나이트를 형성시켜 전체 신장을 향상시키고 있다. 그러나, 항복비, 신장, 구멍 확장성, 굽힘성의 양립에 대해서는 고려하고 있지 않다. 또한, 잔류 오스테나이트나 마르텐사이트로 이루어지는 제2상 중의 Mn뿐만 아니라 C의 분배 제어에 의한 구멍 확장성이나 굽힘성의 향상에 대해서는 검토되어 있지 않다. 특허문헌 3의 제조 방법에서는 열처리 시간이 짧고, Mn의 확산 속도는 느리기 때문에, 신장 외에, 항복비, 구멍 확장성이나 굽힘성을 양립시키기 위해서는, Mn의 농화가 불충분하다고 추찰된다.
또한 특허문헌 4에서는, 중Mn 강을 이용하여, 열연판에 페라이트와 오스테나이트의 2상역에서 장시간 열처리를 실시함으로써, 미변태 오스테나이트 중으로의 Mn 농화를 촉진시킨 애스펙트비(aspect ratio)가 큰 잔류 오스테나이트를 형성시켜 균일 신장과 구멍 확장성을 향상시키고 있다. 그러나, 상기 문헌은, Mn 농화에만 기초한 고강도 강판의 연성과 구멍 확장성의 향상의 검토를 하고 있고, 잔류 오스테나이트나 마르텐사이트로 이루어지는 제2상 중의 C와 Mn의 분배 제어에 의한 항복비의 향상이나 굽힘성에 대해서는 검토되어 있지 않다.
일본공개특허공보 소61-157625호 일본공개특허공보 평1-259120호 일본공개특허공보 2003-138345호 일본특허 제6123966호 공보
본 발명은, 상기와 같은 현상을 감안하여 이루어진 것으로, 0.70 초과의 높은 항복비(YR)를 갖고, 또한, 980㎫ 이상의 TS(인장 강도)를 갖고, 또한 우수한 성형성을 갖는 고강도 강판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것에 있다. 여기에서 말하는 성형성이란, 연성과 구멍 확장성 및, 굽힘성을 나타낸다.
본 발명자들은, 상기한 과제를 해결하기 위해, 강판의 성분 조성 및 제조 방법의 관점에서 예의 연구를 거듭한 결과, 이하의 점을 발견했다.
즉, 2.50질량％ 이상 8.00질량％ 이하의 Mn을 함유하고, 필요에 따라서 Ti 등의 그 외의 합금 원소의 성분 조성을 적정하게 조정한 강 슬래브(steel slab)를 열간 압연 후에 300℃ 이상 750℃ 이하에서 권취한다. 이어서, 필요에 따라서, Ac1 변태점 이하의 온도역에서 1800s 초과 보존유지하고, 냉간 압연한다. 그 후, Ac3 변태점－50℃ 이상의 온도역에서 20s 이상 1800s 이하 보존유지 후, 마르텐사이트 변태 개시 온도 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각한다. 이에 따라, 계속되는 어닐링 공정에 있어서, 애스펙트비가 큰 미세한 잔류 오스테나이트의 핵이 되는 필름 형상 오스테나이트를 생성시키는 것이 중요한 것을 발견했다. 상기 냉각 정지 후, Ac1 변태점 이상 Ac1 변태점＋150℃ 이하의 온도역의 재가열 온도까지 재가열 후, 상기 재가열 온도에서 20s 이상 1800s 이하 보존유지 후, 냉각한다. 그 후, 필요에 따라서 추가로 아연 도금 처리를 실시한다. 또한 필요에 따라서, 450℃ 이상 600℃ 이하에서 아연 도금의 합금화 처리를 실시한다. 이에 따라, 면적률로, 페라이트가 30％ 이상 80％ 이하, 마르텐사이트가 5％ 이상 35％ 이하이고, 잔류 오스테나이트가 8％ 이상인 강 조직이 얻어진다. 또한, 당해 강 조직에 있어서, 애스펙트비가 2.0 이상 또한 단축(minor axis length)이 1㎛ 이하인 잔류 오스테나이트의 면적률을 전체 잔류 오스테나이트의 면적률로 나눈 값이 0.3 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 1.5 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값에 잔류 오스테나이트의 평균 애스펙트비를 곱한 값이 3.0 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 페라이트 중의 평균 C량(질량％)으로 나눈 값이 3.0 이상이고, 또한, 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 0.05 미만인, 우수한 성형성을 가진 고강도 강판의 제조가 가능해지는 것을 알 수 있었다.
본 발명은, 이상의 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 그의 요지는 이하와 같다.
[1] 질량％로, C: 0.030％ 이상 0.250％ 이하, Si: 0.01％ 이상 3.00％ 이하, Mn: 2.50％ 이상 8.00％ 이하, P: 0.001％ 이상 0.100％ 이하, S: 0.0001％ 이상 0.0200％ 이하, N: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하, Al: 0.001％ 이상 2.000％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과, 면적률로, 페라이트가 30％ 이상 80％ 이하, 마르텐사이트가 5％ 이상 35％ 이하이고, 잔류 오스테나이트가 8％ 이상이고, 애스펙트비가 2.0 이상 또한 단축이 1㎛ 이하인 잔류 오스테나이트의 면적률을 전체 잔류 오스테나이트의 면적률로 나눈 값이 0.3 이상이고, 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 1.5 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값에 잔류 오스테나이트의 평균 애스펙트비를 곱한 값이 3.0 이상이고, 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 페라이트 중의 평균 C량(질량％)으로 나눈 값이 3.0 이상이고, 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 0.05 미만인 강 조직을 갖는, 고강도 강판.
[2] 상기 성분 조성이, 질량％로, Ti: 0.200％ 이하, Nb: 0.200％ 이하, V: 0.500％ 이하, W: 0.500％ 이하, B: 0.0050％ 이하, Ni: 1.000％ 이하, Cr: 1.000％ 이하, Mo: 1.000％ 이하, Cu: 1.000％ 이하, Sn: 0.200％ 이하, Sb: 0.200％ 이하, Ta: 0.100％ 이하, Ca: 0.0050％ 이하, Mg: 0.0050％ 이하, Zr: 0.0050％ 이하, REM: 0.0050％ 이하 중으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 추가로 함유하는, [1]에 기재된 고강도 강판.
[3] 표면에, 추가로 아연 도금층을 갖는, [1] 또는 [2]에 기재된 고강도 강판.
[4] 상기 아연 도금층이, 합금화 아연 도금층인, [3]에 기재된 고강도 강판.
[5] [1], 또는 [2]에 기재된 성분 조성을 갖는 강 슬래브를, 열간 압연 후, 300℃ 이상 750℃ 이하에서 권취하여, 냉간 압연을 실시하고, Ac3 변태점－50℃ 이상의 온도역에서 20s 이상 1800s 이하 보존유지 후, 마르텐사이트 변태 개시 온도 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각하고, Ac1 변태점 이상 Ac1 변태점＋150℃ 이하의 온도역의 재가열 온도까지 재가열 후, 상기 재가열 온도에서 20s 이상 1800s 이하 보존유지 후, 냉각하는, 면적률로, 페라이트가 30％ 이상 80％ 이하, 마르텐사이트가 5％ 이상 35％ 이하이고, 잔류 오스테나이트가 8％ 이상이고, 또한, 애스펙트비가 2.0 이상 또한 단축이 1㎛ 이하인 잔류 오스테나이트의 면적률을 전체 잔류 오스테나이트의 면적률을 나눈 값이 0.3 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 1.5 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값에 잔류 오스테나이트의 평균 애스펙트비를 곱한 값이 3.0 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 페라이트 중의 평균 C량(질량％)으로 나눈 값이 3.0 이상이고, 또한, 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 0.05 미만인 강 조직을 갖는, 고강도 강판의 제조 방법.
[6] 상기 권취 후, 냉간 압연 전에, Ac1 변태점 이하의 온도역에서 1800s 초과 보존유지하는, [5]에 기재된 고강도 강판의 제조 방법.
[7] 고강도 강판을 제조한 후, 아연 도금 처리를 실시하는, [5] 또는 [6]에 기재된 고강도 강판의 제조 방법.
[8] 상기 아연 도금 처리에 계속해서, 450℃ 이상 600℃ 이하의 온도역에서 아연 도금의 합금화 처리를 실시하는, [7]에 기재된 고강도 강판의 제조 방법.
본 발명에 의하면, 0.70 초과의 높은 항복비(YR)를 갖고, 또한, 980㎫ 이상의 TS(인장 강도)를 갖고, 성형성, 특히 연성뿐만 아니라 구멍 확장성과 굽힘성이 우수한 고강도 강판이 얻어진다. 본 발명의 제조 방법에 의해 얻어진 고강도 강판을, 예를 들면, 자동차 구조 부재에 적용함으로써 차체 경량화에 의한 연비 개선을 도모할 수 있어, 산업상의 이용 가치는 매우 크다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 또한, 성분 원소의 함유량을 나타내는 「％」는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미한다.
(1) 본 발명에 있어서 강의 성분 조성을 상기의 범위로 한정한 이유에 대해서 설명한다.
C: 0.030％ 이상 0.250％ 이하
C는, 마르텐사이트 등의 저온 변태상을 생성시켜, 강도를 상승시키기 위해 필요한 원소이다. 또한, 잔류 오스테나이트의 안정성을 향상시키고, 강의 연성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. C량이 0.030％ 미만에서는 소망하는 마르텐사이트의 면적률을 확보하는 것이 어려워, 소망하는 강도가 얻어지지 않는다. 또한, 충분한 잔류 오스테나이트의 면적률을 확보하는 것이 어려워, 양호한 연성이 얻어지지 않는다. 한편, C를, 0.250％를 초과하여 과잉으로 첨가하면, 경질인 마르텐사이트의 면적률이 과대가 되어, 구멍 확장 시험 시에, 마르텐사이트의 결정립계에서의 마이크로 보이드(microvoids)가 증가하고, 또한, 균열의 전파가 진행되어 버려, 구멍 확장성이 저하한다. 또한, 용접부 및 열 영향부의 경화가 현저하여, 용접부의 기계적 특성이 저하하기 때문에, 스폿 용접성, 아크 용접성 등이 열화한다. 이러한 관점에서 C량을, 0.030％ 이상 0.250％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.080％ 이상 0.200％ 이하이다.
Si: 0.01％ 이상 3.00％ 이하
Si는, 페라이트의 가공 경화능을 향상시키기 때문에, 양호한 연성의 확보에 유효하다. Si량이 0.01％를 충족하지 않으면 그의 첨가 효과가 부족해지기 때문에, 하한을 0.01％로 했다. 그러나, 3.00％를 초과하는 Si의 과잉인 첨가는, 강의 취화에 의한 연성의 저하 및 굽힘성의 저하를 일으킬 뿐만 아니라 적 스케일(red scale) 등의 발생에 의한 표면 성상의 열화를 일으킨다. 또한, 도금 품질의 저하를 초래한다. 그 때문에, Si는 0.01％ 이상 3.00％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.20％ 이상 2.00％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 0.20％ 이상 0.70％ 미만이다.
Mn: 2.50％ 이상 8.00％ 이하
Mn은, 본 발명에 있어서 매우 중요한 첨가 원소이다. Mn은, 잔류 오스테나이트를 안정화시키는 원소로, 양호한 연성의 확보에 유효하고, 또한, 고용 강화에 의해 강의 강도를 상승시키는 원소이다. 또한, Mn은, Mn이 농화한 안정적인 잔류 오스테나이트를 확보하여, 양호한 연성을 얻는 데에 유효하다. 이러한 작용은, 강의 Mn량이 2.50％ 이상에서 확인된다. 단, Mn량이 8.00％를 초과하는 과잉인 첨가는, 경질인 마르텐사이트의 면적률이 과대가 되어, 구멍 확장 시험 시에, 마르텐사이트의 결정립계에서의 마이크로 보이드가 증가하고, 또한, 균열의 전파가 진행되어 버려, 구멍 확장성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 또한, 화성 처리성 및 도금 품질을 악화시킨다. 이러한 관점에서 Mn량을, 2.50％ 이상 8.00％ 이하로 한다. 바람직하게는, 3.10％ 이상 6.00％ 이하이다. 보다 바람직하게는, 3.20％ 이상 4.20％ 이하이다.
P: 0.001％ 이상 0.100％ 이하
P는, 고용 강화의 작용을 갖고, 소망하는 강도에 따라서 첨가할 수 있는 원소이다. 또한, 페라이트 변태를 촉진하기 때문에 복합 조직화에도 유효한 원소이다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, P량을 0.001％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, P량이 0.100％를 초과하면, 용접성의 열화를 초래함과 함께, 아연 도금을 합금화 처리하는 경우에는, 합금화 속도를 저하시켜, 아연 도금의 품질을 해친다. 따라서, P량은 0.001％ 이상 0.100％ 이하, 바람직하게는 0.005％ 이상 0.050％ 이하로 한다.
S: 0.0001％ 이상 0.0200％ 이하
S는, 입계에 편석하여 열간 가공 시에 강을 취화시킴과 함께, 황화물로서 존재하여 국부 변형능을 저하시킨다. 그 때문에, 그의 양은 0.0200％ 이하, 바람직하게는 0.0100％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0050％ 이하로 할 필요가 있다. 그러나, 생산 기술상의 제약으로부터, S량은 0.0001％ 이상으로 할 필요가 있다. 따라서, S량은 0.0001 이상 0.0200％ 이하, 바람직하게는 0.0001％ 이상 0.0100％ 이하, 보다 바람직하게는 0.0001％ 이상 0.0050％ 이하로 한다.
N: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하
N은, 강의 내시효성을 열화시키는 원소이다. 특히, N량이 0.0100％를 초과하면, 내시효성의 열화가 현저해진다. 그의 양은 적을수록 바람직하지만, 생산 기술상의 제약으로부터, N량은 0.0005％ 이상으로 할 필요가 있다. 따라서, N량은 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하, 바람직하게는 0.0010％ 이상 0.0070％ 이하로 한다.
Al: 0.001％ 이상 2.000％ 이하
Al은, 페라이트와 오스테나이트의 2상역을 확대시켜, 기계적 특성의 어닐링 온도 의존성의 저감, 즉, 재질 안정성에 유효한 원소이다. Al의 함유량이 0.001％를 충족하지 않으면 그의 첨가 효과가 부족해지기 때문에, 하한을 0.001％로 했다. 또한, Al은, 탈산제로서 작용하여, 강의 청정도에 유효한 원소로서, 탈산 공정에서 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 2.000％를 초과하는 다량의 첨가는, 연속 주조 시의 강편 균열 발생의 위험성이 높아져, 제조성을 저하시킨다. 이러한 관점에서 Al량을, 0.001％ 이상 2.000％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.200％ 이상 1.200％ 이하이다.
또한, 상기의 성분에 더하여, 질량％로 Ti: 0.200％ 이하, Nb: 0.200％ 이하, V: 0.500％ 이하, W: 0.500％ 이하, B: 0.0050％ 이하, Ni: 1.000％ 이하, Cr: 1.000％ 이하, Mo: 1.000％ 이하, Cu: 1.000％ 이하, Sn: 0.200％ 이하, Sb: 0.200％ 이하, Ta: 0.100％ 이하, Ca: 0.0050％ 이하, Mg: 0.0050％ 이하, Zr: 0.0050％ 이하, REM(Rare Earth Metal의 약어): 0.0050％ 이하 중으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 함유시킬 수 있다.
Ti: 0.200％ 이하
Ti는, 강의 석출 강화에 유효하고, 페라이트의 강도를 향상시킴으로써 경질 제2상(마르텐사이트 혹은 잔류 오스테나이트)과의 경도차를 저감할 수 있어, 보다 양호한 구멍 확장성을 확보 가능하다. Ti를 첨가하는 경우에는, 0.005％ 이상이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 0.010％ 이상이다. 그러나, 0.200％를 초과하면, 경질인 마르텐사이트의 면적률이 과대가 되어, 구멍 확장 시험 시에, 마르텐사이트의 결정립계에서의 마이크로 보이드가 증가하고, 또한, 균열의 전파가 진행되어 버려, 구멍 확장성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, Ti를 첨가하는 경우에는, 그의 첨가량을 0.200％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.100％ 이하로 한다.
Nb: 0.200％ 이하, V: 0.500％ 이하, W: 0.500％ 이하
Nb, V, W는, 강의 석출 강화에 유효하다. 또한, Ti 첨가의 효과와 마찬가지로, 페라이트의 강도를 향상시킴으로써, 경질 제2상(마르텐사이트 혹은 잔류 오스테나이트)과의 경도차를 저감할 수 있어, 보다 양호한 구멍 확장성을 확보 가능하다. Nb, V, W를 첨가하는 경우에는, 각각 0.005％ 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.010％ 이상이다. 그러나, Nb는 0.200％, V, W는 0.500％를 초과하면, 경질인 마르텐사이트의 면적률이 과대가 되어, 구멍 확장 시험 시에, 마르텐사이트의 결정립계에서의 마이크로 보이드가 증가하고, 또한, 균열의 전파가 진행되어 버려, 구멍 확장성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, Nb를 첨가하는 경우에는, 그의 첨가량은 0.200％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.100％ 이하로 한다. V, W를 첨가하는 경우는, 그의 첨가량은 0.500％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.300％ 이하로 한다.
B: 0.0050％ 이하
B는, 오스테나이트 입계로부터의 페라이트의 생성 및 성장을 억제하는 작용을 갖고, 페라이트의 강도를 향상시킴으로써, 경질 제2상(마르텐사이트 혹은 잔류 오스테나이트)과의 경도차를 저감할 수 있어, 보다 양호한 구멍 확장성을 확보 가능하다. B를 첨가하는 경우에는, 0.0003％ 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.0005％ 이상이다. 그러나, 0.0050％를 초과하면 성형성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, B를 첨가하는 경우에는, 그의 첨가량은, 0.0050％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0030％ 이하로 한다.
Ni: 1.000％ 이하
Ni는, 잔류 오스테나이트를 안정화시키는 원소로, 보다 양호한 연성의 확보에 유효하고, 또한, 고용 강화에 의해 강의 강도를 상승시키는 원소이다. Ni를 첨가하는 경우에는, 0.005％ 이상이 바람직하다. 한편, 1.000％를 초과하여 첨가하면, 경질인 마르텐사이트의 면적률이 과대가 되어, 구멍 확장 시험 시에, 마르텐사이트의 결정립계에서의 마이크로 보이드가 증가하고, 또한, 균열의 전파가 진행되어 버려, 구멍 확장성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, Ni를 첨가하는 경우에는, 그의 첨가량은, 1.000％ 이하로 한다.
Cr: 1.000％ 이하, Mo: 1.000％ 이하
Cr, Mo는, 강도와 연성의 밸런스를 향상시키는 작용을 갖기 때문에 필요에 따라서 첨가할 수 있다. Cr, Mo를 첨가하는 경우에는, Cr: 0.005％ 이상, Mo: 0.005％ 이상이 바람직하다. 그러나, 각각 Cr: 1.000％, Mo: 1.000％를 초과하여 과잉으로 첨가하면, 경질인 마르텐사이트의 면적률이 과대가 되어, 구멍 확장 시험 시에, 마르텐사이트의 결정립계에서의 마이크로 보이드가 증가하고, 또한, 균열의 전파가 진행되어 버려, 구멍 확장성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, 이들 원소를 첨가하는 경우에는, 그의 양을 각각 Cr: 1.000％ 이하, Mo: 1.000％ 이하로 한다.
Cu: 1.000％ 이하
Cu는, 강의 강화에 유효한 원소로서, 필요에 따라서 첨가할 수 있다. Cu를 첨가하는 경우에는, 0.005％ 이상이 바람직하다. 한편, 1.000％를 초과하여 첨가하면, 경질인 마르텐사이트의 면적률이 과대가 되어, 구멍 확장 시험 시에, 마르텐사이트의 결정립계에서의 마이크로 보이드가 증가하고, 또한, 균열의 전파가 진행되어 버려, 구멍 확장성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, Cu를 첨가하는 경우에는, 그의 양을 : 1.000％ 이하로 한다.
Sn: 0.200％ 이하, Sb: 0.200％ 이하
Sn 및 Sb는, 강판 표면의 질화나 산화에 의해 생기는 강판 표층의 수십 ㎛ 정도의 영역의 탈탄을 억제하는 관점에서, 필요에 따라서 첨가한다. 이러한 질화나 산화를 억제하고, 강판 표면에 있어서 마르텐사이트의 면적률이 감소하는 것을 방지하여, 강도나 재질 안정성의 확보에 유효하다. Sn, Sb를 첨가하는 경우에는, 각각 0.002％ 이상이 바람직하다. 한편으로, 이들 어느 원소에 대해서도, 0.200％를 초과하여 과잉으로 첨가하면 인성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 따라서, Sn 및 Sb를 첨가하는 경우에는, 그의 함유량은, 각각 0.200％ 이하로 한다.
Ta: 0.100％ 이하
Ta는, Ti나 Nb와 마찬가지로, 합금 탄화물이나 합금 탄질화물을 생성하여 고강도화에 기여한다. 더하여, Nb 탄화물이나 Nb 탄질화물에 일부 고용하고, (Nb, Ta)(C, N)과 같은 복합 석출물을 생성함으로써 석출물의 조대화를(coarsening) 현저하게 억제하고, 석출 강화에 의한 강도로의 기여를 안정화시키는 효과가 있다고 생각된다. 이 때문에, Ta를 함유하는 것이 바람직하다. 여기에서, Ta를 첨가하는 경우에는, 0.001％ 이상이 바람직하다. 한편으로, Ta를 과잉으로 첨가해도 석출물 안정화 효과가 포화하는데다가, 합금 비용도 증가한다. 따라서, Ta를 첨가하는 경우에는, 그의 함유량은, 0.100％ 이하로 한다.
Ca: 0.0050％ 이하, Mg: 0.0050％ 이하, Zr: 0.0050％ 이하, REM: 0.0050％ 이하
Ca, Mg, Zr 및 REM은, 황화물의 형상을 구(sphericity) 형상화하고, 구멍 확장성으로의 황화물의 악영향을 개선하기 위해 유효한 원소이다. 이들 원소를 첨가하는 경우에는, 각각 0.0005％ 이상이 바람직하다. 그러나, 각각 0.0050％를 초과하는 과잉인 첨가는, 개재물 등의 증가를 일으켜 표면 및 내부 결함 등을 일으키는 경우가 있다. 따라서, Ca, Mg, Zr 및 REM을 첨가하는 경우는, 그의 첨가량은 각각 0.0050％ 이하로 한다.
상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다.
(2) 다음으로, 강 조직에 대해서 설명한다.
페라이트의 면적률: 30％ 이상 80％ 이하
충분한 연성을 확보하기 위해, 페라이트의 면적률을 30％ 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 980㎫ 이상의 인장 강도 확보를 위해, 연질인 페라이트의 면적률을 80％ 이하로 할 필요가 있다. 또한, 여기에서 말하는 페라이트란, 폴리고널 페라이트나 그래뉼러 페라이트나 어시큘러 페라이트를 가리키며, 비교적 연질이고 연성이 풍부한 페라이트를 말한다. 바람직하게는, 40％ 이상 75％ 이하이다.
마르텐사이트의 면적률: 5％ 이상 35％ 이하
980㎫ 이상의 TS를 달성하기 위해서는, 마르텐사이트의 면적률을 5％ 이상으로 할 필요가 있다. 또한, 양호한 연성과 구멍 확장성의 확보를 위해, 마르텐사이트의 면적률을 35％ 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 5％ 이상 30％ 이하이다. 여기에서, 마르텐사이트란, 퀀칭 마르텐사이트를 가리킨다.
또한, 페라이트, 마르텐사이트의 면적률은, 강판의 압연 방향에 평행한 판두께 단면(L 단면)을 연마 후, 3vol.％ 나이탈(nital)로 부식하고, 판두께 1/4 위치(강판 표면으로부터 깊이 방향으로 판두께의 1/4에 상당하는 위치)에 대해서, SEM(주사형 전자 현미경)을 이용하여 2000배의 배율로 10시야 관찰하고, 얻어진 조직 화상을 이용하여, Media Cybernetics사의 Image-Pro를 이용하여 각 조직(페라이트, 마르텐사이트)의 면적률을 10시야분 산출하고, 그들의 값을 평균하여 구할 수 있다. 또한, 상기의 조직 화상에 있어서, 페라이트는 회색의 조직(하지 조직), 마르텐사이트는 백색의 조직을 나타내고 있다.
잔류 오스테나이트의 면적률: 8％ 이상
충분한 연성을 확보하기 위해, 잔류 오스테나이트의 면적률을 8％ 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 12％ 이상 25％ 이하이다.
또한, 잔류 오스테나이트의 면적률은, 강판을 판두께 1/4 위치에서 0.1㎜의 면까지 연마 후, 화학 연마에 의해 추가로 0.1㎜ 연마한 면에 대해서, X선 회절 장치로 CoKα선을 이용하여, fcc철의 {200}, {220}, {311}면 및, bcc철의 {200}, {211}, {220}면의 회절 피크의 각각의 적분 강도비를 측정하고, 얻어진 9개의 적분 강도비를 평균화하여 구했다.
애스펙트비가 2.0 이상 또한 단축이 1㎛ 이하인 잔류 오스테나이트의 면적률을 전체 잔류 오스테나이트의 면적률로 나눈 값이 0.3 이상
애스펙트비가 2.0 이상 또한 단축이 1㎛ 이하인 잔류 오스테나이트의 면적률을 전체 잔류 오스테나이트의 면적률로 나눈 값이 0.3 이상인 것은 본 발명에 있어서 중요한 구성 요건이다. 애스펙트비가 2.0 이상 또한 단축이 1㎛ 이하인 잔류 오스테나이트는 구멍 확장 공정 전의 펀칭 시의 보이드 발생을 억제하기 때문에, 구멍 확장성의 향상에 기여한다. 양호한 구멍 확장성을 확보하기 위해서는, 고연성을 얻는 데에 충분한 잔류 오스테나이트의 면적률을 확보한 후에, 애스펙트비가 2.0 이상 또한 단축이 1㎛ 이하인 잔류 오스테나이트의 면적률은 많을 필요가 있다. 바람직하게는 0.5 이상이다. 애스펙트비의 상한값은 15.0 이하인 것이 바람직하다. 단축의 하한값은, EBSD의 검출 한계인 0.05㎛ 이상인 것이 바람직하다.
마르텐사이트와 잔류 오스테나이트는, EBSD(Electron Backscattered Diffraction)의 Phase Map 식별했다. 또한, 잔류 오스테나이트의 애스펙트비는, Photoshop elements 13을 이용하여, 잔류 오스테나이트립에 외접하는 타원을 묘화하고, 그의 장축 길이를 단축 길이로 나눔으로써 산출했다.
잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값: 1.5 이상
잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 1.5 이상인 것은, 본 발명에 있어서 매우 중요한 구성 요건이다. 양호한 연성을 확보하기 위해서는, Mn이 농화한 안정적인 잔류 오스테나이트의 면적률이 높을 필요가 있다. 바람직하게는 2.0 이상이다. 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량은, 높으면 높을수록 연성이 향상하기 때문에 상한값은 특별히 정하지 않지만, 10.0 이하인 것이 바람직하다.
잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값에 잔류 오스테나이트의 평균 애스펙트비를 곱한 값이 3.0 이상
잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값에 잔류 오스테나이트의 평균 애스펙트비를 곱한 값이 3.0 이상인 것은 매우 중요한 구성 요건이다. 양호한 연성을 확보하기 위해서는, 애스펙트비가 크고, 또한 Mn이 농화한 안정적인 잔류 오스테나이트의 면적률이 높을 필요가 있다. 바람직하게는 4.0 이상이다. 또한, 적합한 상한값은 20.0 이하이다.
잔류 오스테나이트 중의 C량(질량％)을 페라이트 중의 평균 C량(질량％)으로 나눈 값: 3.0 이상
잔류 오스테나이트 중의 C량(질량％)을 페라이트 중의 평균 C량(질량％)으로 나눈 값이 3.0 이상인 것은, 본 발명에 있어서 매우 중요한 구성 요건이다. 잔류 오스테나이트 중의 C량이 증가하면, 굽힘 변형 중에 고변형역까지 잔류 오스테나이트가 잔존하기 때문에 굽힘성이 향상한다. 따라서, 양호한 연성과 굽힘성을 확보하기 위해서는, C가 농화한 안정적인 잔류 오스테나이트의 면적률이 높을 필요가 있다. 바람직하게는 5.0 이상이다. 또한, 바람직한 상한값을 10.0 이하이다.
상기 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 상기 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 0.05 미만
잔류 오스테나이트 중의 C량(질량％)을 잔류 오스테나이트 중의 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 0.05 미만인 것은, 본 발명에 있어서 매우 중요한 구성 요건이다. 고YR을 확보하기 위해서는 C와 Mn이 안정적인 잔류 오스테나이트에 있어서, C보다도, Mn이 보다 다량으로 농화함으로써, 잔류 오스테나이트의 안정성이 증가하여, 항복 응력이 높아진다. 바람직하게는 0.02 이상이고 0.04 이하이다.
잔류 오스테나이트 및 페라이트 중의 C 및 Mn량은, 3차원 아톰 프로브(3DAP: 3 Dimensional Atom Probe)를 이용하여, 판두께 1/4 위치로부터 시료를 잘라 내어, 측정을 행한다. 우선 잔류 오스테나이트 및 페라이트를 포함하는 부위를 채취하고, 집속 이온 빔에 의해 침 형상 시료로 가공한다. 3DAP에 의해 침 형상 시료에 전압을 인가하고, 그 때에 방출되는 C 및 Mn 이온을 분석하고, 잔류 오스테나이트 및 페라이트마다 측정된 C 및 Mn 원자수를 그 외 전체 원자수로 나눔으로써 원자％로서 Mn량을 결정할 수 있다. 이를, 측정 시야 내의 랜덤인 30개의 잔류 오스테나이트립 및 30개의 페라이트립에 대하여 행하고, C, Mn량의 정량 분석 결과의 평균값을 구한다. 잔류 오스테나이트 및 페라이트 중의 C 및 Mn량(질량％)은, 상기 얻어진 C, Mn량(원자％)을 질량％로 환산함으로써 얻어진다.
본 발명의 강 조직에는, 페라이트, 퀀칭 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트 이외에, 템퍼링 마르텐사이트, 베이나이트, 펄라이트, 시멘타이트 등의 탄화물이, 면적률로 10％ 이하의 범위로 포함되어도, 본 발명의 효과가 손상되는 일은 없다.
또한, 강판의 표면에 아연 도금층을 갖고 있어도 좋다. 아연 도금층은, 합금화 처리하여 이루어지는 합금화 아연 도금층이라도 좋다.
(3) 다음으로 제조 조건에 대해서 설명한다.
강 슬래브의 가열 온도
특별히 한정은 하지 않지만, 슬래브의 가열 온도는 1100℃ 이상 1300℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 강 슬래브의 가열 단계에서 존재하고 있는 석출물은, 최종적으로 얻어지는 강판 내에서는 조대한 석출물로서 존재하고, 강도에 기여하지 않기 때문에, 주조 시에 석출한 Ti, Nb계 석출물을 재용해시키는 것이 가능하다. 또한, 슬래브 표층의 기포, 편석 등을 스케일 오프(scale off)하고, 강판 표면의 균열, 요철을 보다 감소하여, 보다 평활한 강판 표면을 달성하는 관점에서도, 강 슬래브의 가열 온도는 1100℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 산화량의 증가에 수반하는 스케일 로스(scale loss)를 줄이는 관점에서, 강 슬래브의 가열 온도는 1300℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 1150℃ 이상 1250℃ 이하로 한다.
강 슬래브는, 매크로 편석을 방지하기 위해, 연속 주조법으로 제조하는 것이 바람직하지만, 조괴법(ingot casting)이나 박슬래브 주조법(thin-slab casting) 등에 의해 제조하는 것도 가능하다. 또한, 강 슬래브를 제조한 후, 일단 실온까지 냉각하고, 그 후 재차 가열하는 종래법에 더하여, 실온까지 냉각하지 않고, 온편인 채로 가열로(heating furnace)에 장입하거나, 혹은 근소한 보열을 행한 후에 곧바로 압연하는 직송 압연·직접 압연 등의 에너지 절약 프로세스도 문제 없이 적용할 수 있다. 또한, 슬래브는 통상의 조건으로 조압연에 의해 시트 바로 되지만, 가열 온도를 약간 낮게 한 경우는, 열간 압연 시의 트러블을 방지하는 관점에서, 마무리 압연 전에 바 히터 등을 이용하여 시트 바(sheet bar)를 가열하는 것이 바람직하다.
열간 압연의 마무리 압연 출측 온도: 750℃ 이상 1000℃ 이하
가열 후의 강 슬래브는, 조압연 및 마무리 압연에 의해 열간 압연되어 열연 강판이 된다. 이 때, 마무리 온도가 1000℃를 초과하면, 산화물(스케일)의 생성량이 급격하게 증대하고, 지철과 산화물의 계면이 거칠어져, 산 세정, 냉간 압연 후의 표면 품질이 열화하는 경향이 있다. 또한, 산 세정 후에 열연 스케일의 잔사 등이 일부에 존재하면, 연성이나 구멍 확장성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 또한, 결정 입경이 과도하게 조대가 되어, 가공 시에 프레스품(品) 표면 거칠어짐을 발생시키는 경우가 있다. 한편, 마무리 온도가 750℃ 미만에서는 압연 하중이 증대하고, 압연 부하가 커져, 오스테나이트가 미재결정 상태에서의 압하율이 높아져, 이상(異常)의 집합 조직이 발달하는 경우가 있다. 그에 따라, 최종 제품에 있어서의 면 내 이방성이 현저해져, 재질의 균일성(재질 안정성)이 손상될 뿐만 아니라, 연성 그 자체도 저하하는 경우가 있다. 따라서, 열간 압연의 마무리 압연 출측 온도를 750℃ 이상 1000℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 800℃ 이상 950℃ 이하로 한다.
열간 압연 후의 권취 온도: 300℃ 이상 750℃ 이하
열간 압연 후의 권취 온도가 750℃를 초과하면, 열연판 조직의 페라이트의 결정 입경이 커져, 최종 어닐링판에 있어서의 잔류 오스테나이트의 애스펙트비가 감소하여, 구멍 확장성이 저하한다. 한편, 열간 압연 후의 권취 온도가 300℃ 미만에서는, 열연판 강도가 상승하여, 냉간 압연에 있어서의 압연 부하가 증대하거나, 판 형상의 불량이 발생하거나 하기 때문에, 생산성이 저하한다. 따라서, 열간 압연 후의 권취 온도를 300℃ 이상 750℃ 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 400℃ 이상 650℃ 이하로 한다.
또한, 열연 시에 조압연판끼리를 접합하여 연속적으로 마무리 압연을 행해도 좋다. 또한, 조압연판을 일단 권취해도 상관없다. 또한, 열간 압연 시의 압연 하중을 저감하기 위해 마무리 압연의 일부 또는 전부를 윤활 압연으로 해도 좋다. 윤활 압연을 행하는 것은, 강판 형상의 균일화, 재질의 균일화의 관점에서도 바람직하다. 또한, 윤활 압연을 행하는 경우, 윤활 압연 시의 마찰 계수는, 0.10 이상 0.25 이하로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 제조한 열연 강판에, 임의로 산 세정을 행한다. 산 세정은 강판 표면의 산화물의 제거를 가능하게 하여, 화성 처리성이나 도금 품질을 보다 개선하는 점에서, 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 1회의 산 세정을 행해도 좋고, 복수회로 나누어 산 세정을 행해도 좋다.
Ac1 변태점 이하의 온도역에서 1800s 초과 보존유지
Ac1 변태점 이하의 온도역에서, 1800s 초과 보존유지하는 것은, 계속되는 냉간 압연을 실시하기 위한 강판을 연질화시키기 때문에 바람직하다. Ac1 변태점 초과의 온도역에서 보존유지하는 경우, 오스테나이트 중에 Mn이 농화하고, 냉각 후, 경질인 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트가 생성되어, 강판의 연질화가 이루어지지 않는 경우가 있다. 또한, Ac1 변태점 초과의 온도역에서 보존유지하는 경우, 괴상(massive)의 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트가 형성되고, 그 후의 열처리에 있어서도 괴상 조직이 인계되고, 애스펙트비가 저하하여, 구멍 확장성이 저하하는 경우가 있다. 또한, Ac1 변태점 이하의 온도역이라도 1800s 이하에서 보존유지하는 경우, 열간 압연 후의 변형이 제거되기 어려워, 강판의 연질화가 이루어지지 않는 경우가 있다.
또한, 열처리 방법은 연속 어닐링이나 배치(batch) 어닐링의 어느 어닐링 방법이라도 상관없다. 또한, 상기의 열처리 후, 실온까지 냉각하지만, 그 냉각 방법 및 냉각 속도는 특별히 규정하지 않고, 배치 어닐링에 있어서의 로냉, 공냉 및 연속 어닐링에 있어서의 가스 제트 냉각(gas jet cooling), 미스트 냉각(mist cooling), 수냉 등의 어느 냉각이라도 상관없다. 또한, 산 세정 처리를 실시하는 경우는 상법이면 좋다.
냉간 압연
얻어진 강판에 냉간 압연을 실시한다. 냉간 압연율에 제한은 없지만, 15％ 이상 80％ 이하가 바람직하다. 이 범위에서 냉간 압연을 실시함으로써, 충분히 재결정한 소망하는 조직이 얻어져, 연성이 향상한다.
Ac3 변태점－50℃ 이상의 온도역에서 20s 이상 1800s 이하 보존유지
Ac3 변태점－50℃ 미만의 온도역에서 보존유지하는 경우, 오스테나이트 중에 Mn이 농화하고, 냉각 중에 마르텐사이트 변태가 생기지 않아, 애스펙트비가 큰 잔류 오스테나이트의 핵을 얻을 수 없다. 이에 따라, 그 후의 어닐링 공정에 있어서, 잔류 오스테나이트가 입계로부터 형성되어 버려, 애스펙트비가 작은 잔류 오스테나이트가 증가하여, 소망하는 조직이 얻어지지 않는다. Ac3 변태점－50℃ 이상의 온도역이라도 20s 미만에서 보존유지하는 경우, 충분한 재결정이 행해지지 않아, 소망하는 조직이 얻어지지 않기 때문에, 연성이 저하한다. 또한, 그 후의 도금 품질 확보를 위한 Mn 표면 농화가 충분히 행해지지 않는다. 한편, 1800s를 초과하여 보존유지하는 경우, Mn 표면 농화가 포화하고, 표면에 경질인 마르텐사이트나 잔류 오스테나이트가 증가하여, 굽힘성이 저하하는 경우가 있다.
마르텐사이트 변태 개시 온도 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각
마르텐사이트 변태 개시 온도 초과의 냉각 정지 온도의 경우, 변태하는 마르텐사이트량이 적으면, 미변태 오스테나이트가 최종 냉각에서 모두 마르텐사이트 변태해 버려, 애스펙트비가 큰 잔류 오스테나이트의 핵을 얻을 수 없다. 그 결과, 그 후의 어닐링 공정에 있어서, 잔류 오스테나이트가 입계(grain boundaries)로부터 형성되어 버려, 애스펙트비가 작은 잔류 오스테나이트가 증가하여, 소망하는 조직이 얻어지지 않는다. 또한, Mn 농화가 불충분해져, 잔류 오스테나이트의 안정성이 감소하여, 항복 응력이 낮아진다. 바람직하게는, 마르텐사이트 변태 개시 온도－250℃ 이상 마르텐사이트 변태 개시 온도－50℃ 이하이다.
Ac1 변태점 이상 Ac1 변태점＋150℃ 이하의 범위 내의 재가열 온도까지 재가열 후, 상기 재가열 온도에서 20s 이상 1800s 이하 보존유지
Ac1 변태점 이상 Ac1 변태점＋150℃ 이하의 온도역에서 20s 이상 1800s 이하 보존유지하는 것은, 본 발명에 있어서, 매우 중요한 발명 구성 요건이다. Ac1 변태점 미만의 온도역 및 20s 미만에서 보존유지하는 경우, 승온 중에 형성되는 탄화물이 녹지 않고 남아, 충분한 면적률의 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트의 확보가 곤란해져, 인장 강도가 저하한다. 또한, 잔류 오스테나이트로의 C 및 Mn의 농화가 불충분해져, 연성 및 굽힘성이 저하한다. Ac1 변태점＋150℃를 초과하는 온도역에서는 마르텐사이트의 면적률이 증가, 또한 오스테나이트 중으로의 Mn 농화가 포화하고, 충분한 면적률의 잔류 오스텐사이트를 얻을 수 없어 연성이 저하한다. 또한, 괴상의 잔류 오스테나이트가 형성되고, 애스펙트비가 저하하여, 구멍 확장성이 저하한다. 바람직하게는, Ac1 변태점＋100℃ 이하이다. 또한, 1800s를 초과하여 보존유지하는 경우, 오스테나이트의 단축 방향으로의 성장이 촉진되어, 애스펙트비가 저감하기 때문에, 구멍 확장성이 저하한다. 또한, 잔류 오스테나이트 중으로의 C 농화가 진행되고, 소망하는 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 상기 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값을 얻는 것이 곤란해져, 고YR을 확보하는 것이 곤란해진다.
상기 재가열·보존유지의 후, 냉각을 행하는 것이 바람직하다. 냉각 방법은 상법이면 좋고, 예를 들면, 200℃ 이하까지 공냉, 가스 냉각, 또는, 미스트 냉각을 행하고, 계속해서 수냉하는 것이 바람직하다.
아연 도금 처리
용융 아연 도금 처리를 실시할 때는, 상기 어닐링 처리(Ac1 변태점 이상 Ac1 변태점＋150℃ 이하의 범위 내의 재가열 온도까지 재가열 후, 상기 재가열 온도에서 20s 이상 1800s 이하 보존유지)에 계속해서, 가스 제트 냉각, 로 냉각 등에 의해 아연 도금욕온 이상의 온도까지 냉각을 실시한 강판을 440℃ 이상 500℃ 이하의 아연 도금욕 중에 침지하여, 용융 아연 도금 처리를 실시하고, 그 후, 가스 와이핑(gas wiping) 등에 의해, 도금 부착량을 조정한다. 또한, 용융 아연 도금에는 Al량이 0.08％ 이상 0.30％ 이하인 아연 도금욕을 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 용융 아연 도금 처리 외에, 전기 아연 도금 처리 등의 수법을 이용해도 좋다.
아연 도금의 합금화 처리를 실시하는 경우에는, 아연 도금 처리 후에, 450℃ 이상 600℃ 이하의 온도역에서 아연 도금의 합금화 처리를 실시한다. 600℃를 초과하는 온도에서 합금화 처리를 행하면, 미변태 오스테나이트가 펄라이트로 변태하고, 소망하는 잔류 오스테나이트의 면적률을 확보할 수 없어, 연성이 저하하는 경우가 있다. 따라서, 아연 도금의 합금화 처리를 행하는 경우에는, 450℃ 이상 600℃ 이하의 온도역에서 아연 도금의 합금화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.
그 외의 제조 방법의 조건은, 특별히 한정하지 않지만, 생산성의 관점에서, 상기의 어닐링은, 연속 어닐링 설비에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 어닐링, 용융 아연 도금, 아연 도금의 합금화 처리 등의 일련의 처리는, 용융 아연 도금 라인인 CGL(Continuous Galvanizing Line)에서 행하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 「고강도 강판」, 당해 고강도 강판의 표면에 아연 도금층을 갖는 「고강도 아연 도금 강판」에, 형상 교정이나 표면 조도의 조정 등을 목적으로 스킨 패스 압연(skin pass rolling)을 행할 수 있다. 스킨 패스 압연의 압하율은, 0.1％ 이상 2.0％ 이하의 범위가 바람직하다. 0.1％ 미만에서는 효과가 작고, 제어도 곤란한 점에서, 이것이 적합 범위의 하한이 된다. 또한, 2.0％를 초과하면, 생산성이 현저하게 저하하기 때문에, 이를 적합 범위의 상한으로 한다. 또한, 스킨 패스 압연은, 온라인에서 행해도 좋고, 오프 라인에서 행해도 좋다. 또한, 한 번에 목적의 압하율의 스킨 패스를 행해도 좋고, 수회로 나누어 행해도 상관없다. 또한, 수지나 유지 코팅 등의 각종 도장 처리를 실시할 수도 있다.
실시예
표 1에 나타내는 성분 조성을 갖고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을 전로(converter)에서 용제하고, 연속 주조법으로 슬래브로 했다. 얻어진 슬래브를 1250℃까지 재가열한 후, 표 2에 나타내는 조건으로 판두께 1.0 이상 1.8㎜ 이하의 고강도 냉연 강판(CR)을 얻었다. 또한, 아연 도금 처리를 실시하여, 용융 아연 도금 강판(GI)을 얻고, 용융 아연 도금 강판을 합금화 처리함으로써, 합금화 용융 아연 도금 강판(GA)을 얻었다. 용융 아연 도금욕은, 용융 아연 도금 강판(GI)에서는, Al: 0.19질량％ 함유 아연욕을 사용하고, 합금화 용융 아연 도금 강판(GA)에서는, Al: 0.14질량％ 함유 아연욕을 사용하고, 욕온은 465℃로 했다. 도금 부착량은 편면당 45g/㎡(양면 도금)로 하고, GA는, 도금층 중의 Fe 농도를 9질량％ 이상 12질량％ 이하가 되도록 조정했다. 얻어진 강판의 단면강 조직, 인장 특성, 구멍 확장성 및, 굽힘성에 대해서 조사를 행하고, 그 결과를 표 3, 4, 5에 나타냈다.
Figure pct00001
마르텐사이트 변태 개시 온도 Ms점 및, Ac1 변태점과 Ac3 변태점은 이하의 식을 이용하여 구했다.
마르텐사이트 변태 개시 온도 Ms점(℃)
＝550－350×(％C)－40×(％Mn)－10×(％Cu)－17×(％Ni)－20×(％Cr)－10×(％Mo)－35×(％V)－5×(％W)＋30×(％Al)
Ac1 변태점(℃)
＝751－16×(％C)＋11×(％Si)－28×(％Mn)－5.5×(％Cu)－16×(％Ni)＋13×(％Cr)＋3.4×(％Mo)
Ac3 변태점(℃)
＝910－203√(％C)＋45×(％Si)－30×(％Mn)－20×(％Cu)－15×(％Ni)＋11×(％Cr)＋32×(％Mo)＋104×(％V)＋400×(％Ti)＋200×(％Al)
여기에서, (％C), (％Si), (％Mn), (％Ni), (％Cu), (％Cr), (％Mo), (％V), (％Ti), (％V), (％W), (％Al)은, 각각의 원소의 함유량(질량％)이다.
Figure pct00002
Figure pct00003
인장 시험은, 인장 방향이 강판의 압연 방향과 직각 방향이 되도록 샘플을 채취한 JIS5호 시험편을 이용하여, JISZ 2241(2011년)에 준거하여 행하고, TS(인장 강도), EL(전체 신장), YS(항복 응력), YR(항복비)을 측정했다. 여기에서, YR이란 YS를 TS로 나눈 값이다. 본 발명에서는, 기계적 특성은, YR이 0.70 초과이고, 또한 하기의 경우를 양호라고 판단했다.
TS: 980㎫ 이상 1080㎫ 미만의 경우, EL≥20％
TS: 1080㎫ 이상 1180㎫ 미만의 경우, EL≥16％
구멍 확장성은, JIS Z 2256(2010년)에 준거하여 행했다. 얻어진 각 강판을 100㎜×100㎜로 절단 후, 클리어런스 12％±1％로 직경 10㎜의 구멍을 펀칭한 후, 내경 75㎜의 다이스를 이용하여 주름 누름력(blank holding force) 9ton으로 억제한 상태로, 60° 원추의 펀치(conical punch)를 구멍에 압입하여 균열 발생 한계에 있어서의 구멍 직경을 측정하고, 하기의 식으로부터, 한계 구멍 확장률 λ(％)를 구하고, 이 한계 구멍 확장률의 값으로부터 구멍 확장성을 평가했다.
한계 구멍 확장률 λ(％)＝{(Df－D0)/D0}×100
단, Df는 균열 발생 시의 구멍 지름(㎜), D0은 초기 구멍 지름(㎜)이다. 또한, 본 발명에서는, TS 범위마다 하기의 경우를 양호라고 판단했다.
TS: 980㎫ 이상 1080㎫ 미만의 경우, λ≥15％
TS: 1080㎫ 이상 1180㎫ 미만의 경우, λ≥12％
굽힘 시험은, 각 어닐링 강판으로부터, 압연 방향이 굽힘축(Bending direction)이 되도록 폭 30㎜, 길이 100㎜의 굽힘 시험편을 채취하고, JISZ 2248(1996년)의 V 블록법에 기초하여 측정을 실시했다. 압입 속도 100㎜/초, 각 굽힘 반경에서 n＝3의 시험을 실시하고, 굽힘부 외측에 대해서 실체 현미경으로 균열의 유무를 판정하여, 균열이 발생하고 있지 않는 최소의 굽힘 반경을 한계 굽힘 반경 R로 했다. 또한, 본 발명에서는, 90° V 굽힘에서의 한계 굽힘 R/t≤2.5(t: 강판의 판두께)를 만족하는 경우를, 강판의 굽힘성이 양호라고 판정했다.
본 발명예의 고강도 강판은, 모두 980㎫ 이상의 TS를 갖고, 성형성이 우수한 고강도 강판이 얻어지고 있다. 한편, 비교예에서는, YR, TS, EL, λ, 굽힘성의 적어도 하나의 특성이 뒤떨어져 있다.
Figure pct00004
Figure pct00005
본 발명에 의하면, 0.70 초과의 높은 항복비(YR)를 갖고, 또한, 980㎫ 이상의 TS(인장 강도)를 갖는 성형성이 우수한 고강도 강판이 얻어진다. 본 발명의 고강도 강판을, 예를 들면, 자동차 구조 부재에 적용함으로써 차체 경량화에 의한 연비 개선을 도모할 수 있어, 산업상의 이용 가치는 매우 크다.

Claims (8)

  1. 질량％로,
    C: 0.030％ 이상 0.250％ 이하,
    Si: 0.01％ 이상 3.00％ 이하,
    Mn: 2.50％ 이상 8.00％ 이하,
    P: 0.001％ 이상 0.100％ 이하,
    S: 0.0001％ 이상 0.0200％ 이하,
    N: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하,
    Al: 0.001％ 이상 2.000％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과,
    면적률로, 페라이트가 30％ 이상 80％ 이하, 마르텐사이트가 5％ 이상 35％ 이하이고, 잔류 오스테나이트가 8％ 이상이고,
    애스펙트비가 2.0 이상 또한 단축이 1㎛ 이하인 잔류 오스테나이트의 면적률을 전체 잔류 오스테나이트의 면적률로 나눈 값이 0.3 이상이고,
    잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 1.5 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값에 잔류 오스테나이트의 평균 애스펙트비를 곱한 값이 3.0 이상이고,
    잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 페라이트 중의 평균 C량(질량％)으로 나눈 값이 3.0 이상이고,
    잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 0.05 미만인 강 조직을 갖는, 고강도 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성분 조성이, 질량％로,
    Ti: 0.200％ 이하,
    Nb: 0.200％ 이하,
    V: 0.500％ 이하,
    W: 0.500％ 이하,
    B: 0.0050％ 이하,
    Ni: 1.000％ 이하,
    Cr: 1.000％ 이하,
    Mo: 1.000％ 이하,
    Cu: 1.000％ 이하,
    Sn: 0.200％ 이하,
    Sb: 0.200％ 이하,
    Ta: 0.100％ 이하,
    Ca: 0.0050％ 이하,
    Mg: 0.0050％ 이하,
    Zr: 0.0050％ 이하,
    REM: 0.0050％ 이하
    중으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 추가로 함유하는, 고강도 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    표면에, 추가로 아연 도금층을 갖는, 고강도 강판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 아연 도금층이, 합금화 아연 도금층인, 고강도 강판.
  5. 제1항 또는 제2항에 기재된 성분 조성을 갖는 강 슬래브를, 열간 압연 후, 300℃ 이상 750℃ 이하에서 권취하여, 냉간 압연을 실시하고, Ac3 변태점－50℃ 이상의 온도역에서 20s 이상 1800s 이하 보존유지 후, 마르텐사이트 변태 개시 온도 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각하고, Ac1 변태점 이상 Ac1 변태점＋150℃ 이하의 온도역의 재가열 온도까지 재가열 후, 상기 재가열 온도에서 20s 이상 1800s 이하 보존유지 후, 냉각하는, 면적률로, 페라이트가 30％ 이상 80％ 이하, 마르텐사이트가 5％ 이상 35％ 이하이고, 잔류 오스테나이트가 8％ 이상이고, 또한, 애스펙트비가 2.0 이상 또한 단축이 1㎛ 이하인 잔류 오스테나이트의 면적률을 전체 잔류 오스테나이트의 면적률을 나눈 값이 0.3 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 1.5 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)을 페라이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값에 잔류 오스테나이트의 평균 애스펙트비를 곱한 값이 3.0 이상이고, 또한 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 페라이트 중의 평균 C량(질량％)으로 나눈 값이 3.0 이상이고, 또한, 잔류 오스테나이트 중의 평균 C량(질량％)을 잔류 오스테나이트 중의 평균 Mn량(질량％)으로 나눈 값이 0.05 미만인 강 조직을 갖는, 고강도 강판의 제조 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 권취 후, 냉간 압연 전에, Ac1 변태점 이하의 온도역에서 1800s 초과 보존유지하는, 고강도 강판의 제조 방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    추가로 아연 도금 처리를 실시하는, 고강도 강판의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 아연 도금 처리에 계속해서, 450℃ 이상 600℃ 이하의 온도역에서 아연 도금의 합금화 처리를 실시하는, 고강도 강판의 제조 방법.
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