KR20220127912A - 강판 및 강판의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 우수한 연성(전체 신장≥15％), 고강도(TS≥500㎫), 저항복 신장(≤10％) 및 충분한 상항복 응력(≥400㎫)을 겸비하고, 특히 용기용에 제공하는 판두께가 0.1㎜ 이상 1.0㎜ 이하의 고강도 박강판을 제공한다. 상기 강판은, 소정의 성분 조성을 갖고, 면적률로, 84.0％ 이상의 페라이트, 0.5％ 이상 10.0％ 이하의 마르텐사이트 및 0.1％ 이상 10.0％ 이하의 베이나이트를 포함하는 금속 조직을 갖는 강판이다.

Description

강판 및 강판의 제조 방법

본 발명은, 특히 용기용 재료에 적합한, 연성, 강도, 저항복 신장(low yield point elongation) 및 상항복 응력(upper yield point)이 우수한 강판 그리고 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 캔용 강판에 있어서는, 환경 부하의 저감 그리고 캔 제조 비용 저감을 위해, 고강도화에 의한 박육화(薄肉化)가 요구되고 있다. 그 때, 단순히 강판을 박육화하면 캔체 강도가 저하하기 때문에, 극박으로 해도 강도를 유지하는 강판이 필요하다. 그러기 위해서는, 적어도 500㎫ 이상의 강도가 필요하다.

추가로 박육화로 저하한 강성이나 강도를 보완하기 위해, 3피스 캔의 몸통부에 비드 가공이나 기하학적 형상을 부여하여 강성이나 강도를 높인 이형캔(specially shaped can)의 적용 니즈가 높아지고 있다. 그러한 비드 가공이나 기하학적 형상의 가공에서는 강판에 높은 성형성이 필요하게 된다. 그러기 위해서는, 적어도 15％ 이상의 연성(전체 신장)이 필요하다.

캔체에 비드 가공이나 기하학적 형상을 부여한 경우, 스트레처 스트레인(stretcher strain)이라고 불리우는 주름이 발생하는 경우가 있다. 이는 항복 신장(YP-El)과의 관련이 크다고 되어 있어, 항복 신장을 저감함으로써 주름 발생을 억제하는 것이 가능하다. 따라서, 저항복 신장을 갖는 강판의 개발이 요망되고 있다. 구해지는 값은 가공도에 의해 변동하지만, 적어도 10％ 이하로 하는 것이 요구되고 있다.

또한, 가공도가 낮은 캔 저부에서는 강판의 가공 경화에 의한 강도 상승이 작기 때문에, 박육화한 강판을 이용하여 캔 제조한 경우, 캔 운반 시에 낙하 등의 충격을 받음으로써 패임 등이 발생하여, 상품 가치가 저하된다는 문제가 생긴다. 이러한 문제를 회피하기 위해서는, 저가공도의 부재에 있어서도 우수한 캔체 강도를 가질 필요가 있고, 그러기 위해서는, 적어도 400㎫ 이상의 상항복 응력이 필요하다.

이상의 이유로부터, 우수한 연성과 인장 강도, 저항복 신장 및 고(高)상항복 응력을 겸비한 극박 강판의 개발이 요망되고 있다.

이들 요구에 대하여, 특허문헌 1에는, 마르텐사이트 분율이 5％ 이상 30％ 미만인 페라이트와 마르텐사이트와의 복합 조직을 갖고, 마르텐사이트 입경, 제품 판두께, 마르텐사이트 경도 및 30T 경도를 각각 규정한 캔 제조용 고강도 박강판이 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 페라이트상을 주상으로 하고, 제2상으로서 마르텐사이트상 및/또는 잔류 오스테나이트상을 면적 분율의 합계로 1.0％ 이상 포함하는 강판이 개시되어 있다.

일본공개특허공보 2009-84687호 국제공개 제2016/075866호

그러나, 특허문헌 1은, 강도와 연성에 대한 서술은 있기는 하지만, 상항복 응력 및 저항복 신장에 관한 서술은 없다. 또한, 조직은 페라이트와 마르텐사이트의 2상 조직이다. 따라서, 저가공도의 부재에 있어서는 충분한 캔체 강도를 확보할 수 없어, 캔체에 비드 가공이나 기하학적 형상을 부여한 경우, 주름이 발생할 우려가 있다.

또한, 특허문헌 2에도, 상항복 응력 및 저항복 신장에 관한 서술이 없고, 특허문헌 1과 마찬가지로, 가공 후의 캔체 강도의 저하나 캔체로의 주름이 발생해 버릴 우려가 있다. 더하여, 2차 압연을 실시하지 않으면 안되어 고비용이라는 문제가 있다.

따라서, 우수한 성형성을 갖고 캔체에 비드 가공이나 기하학적 형상을 부여할 수 있고, 어떠한 가공도에 있어서도 주름이 발생하지 않고, 우수한 캔체 강도를 갖는 극박 강판 및 그의 제조 방법의 실현이 요구되고 있다.

본 발명은, 전술의 종래 기술에 따른 문제를 감안하여 이루어진다. 즉, 우수한 연성(전체 신장≥15％), 고강도(TS≥500㎫), 저항복 신장(≤10％) 및 충분한 상항복 응력(≥400㎫)을 겸비하고, 특히 용기용에 제공하는 판두께가 0.1㎜ 이상 1.0㎜ 이하의 고강도 박강판 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명자들은, 상기의 과제를 해결하기 위해 예의 연구했다. 그 결과, 금속 조직을 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트를 포함하는 복합 조직으로 함으로써, 특히, 항복 신장이 10％ 이하 또한 상항복 응력이 400㎫ 이상의 고강도 강판이 얻어지는 것을 발견했다. 즉, 연성 향상에 기여하는 연질인 페라이트, 강도 향상 및 항복 신장 저감에 기여하는 경질인 마르텐사이트의 2상 조직에 더하여, 베이나이트를 형성함으로써, 연성의 저하나 항복 신장의 증가를 저감하면서, 강의 항복 강도를 증가시키는 것에 성공했다.

이에 따라, 어떠한 가공도에 있어서도 주름을 발생시키는 일 없이 우수한 캔체 강도를 갖는 이형캔에 최적인 고강도 강판이 얻어진다.

또한, 제조 조건으로서는, 어닐링 공정의 가열 속도, 어닐링 온도, 어닐링 후의 냉각 속도 및 냉각 정지 온도에서의 보존유지 시간, 보존유지 후의 냉각 속도를 적정하게 제어하는 것이, 상기 복합 조직의 제어에 적합한 것을 아울러 발견했다.

본 발명은 이상의 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 그의 요지는 이하와 같다.

1. 질량％로,

C: 0.03％ 이상 0.13％ 이하,

Si: 0.05％ 이하,

Mn: 0.01％ 이상 0.6％ 이하,

P: 0.025％ 이하,

S: 0.020％ 이하,

Al: 0.01％ 이상 0.20％ 이하,

N: 0.0001％ 이상 0.02％ 이하,

Ti: 0.005％ 이상 0.02％ 이하 및

B: 0.0005％ 이상 0.02％ 이하,

를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물의 성분 조성을 갖고,

면적률로, 84.0％ 이상의 페라이트, 0.5％ 이상 10.0％ 이하의 마르텐사이트 및 0.1％ 이상 10.0％ 이하의 베이나이트를 포함하는 금속 조직을 갖는, 강판.

2. 상기 성분 조성에 더하여 질량％로,

Mo: 0.05％ 이하,

Ni: 0.15％ 이하,

Cr: 0.10％ 이하,

V: 0.02％ 이하,

Nb: 0.02％ 이하 및

Cu: 0.02％ 이하

로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 상기 1에 기재된 강판.

3. 상기 페라이트의 평균 결정 입경이 10㎛ 이하인, 상기 1 또는 2에 기재된 강판.

4. 캔용 강판인, 상기 1∼3 중 어느 것에 기재된 강판.

5. 상기 1∼4 중 어느 것에 기재된 강판을 제조하는 방법으로서,

상기 1 또는 2에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를 1150℃ 이상으로 가열하고, 마무리 온도 800℃ 이상 950℃ 이하, 권취 온도 700℃ 이하에서 열간 압연을 실시하는 열간 압연 공정, 당해 열간 압연 공정을 거친 열연판에 압하율 80％ 이상의 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 공정 및, 당해 냉간 압연 공정을 거친 냉연판에 평균 가열 속도 10℃/s 이상으로 가열을 실시하고, 700℃ 이상 900℃ 이하의 온도역에서 5초 이상 90초 이하 보존유지 후, 평균 냉각 속도 50℃/s 이상으로 150℃ 이상 600℃ 이하의 온도역까지 냉각하는 어닐링 공정을 구비하는, 강판의 제조 방법.

6. 상기 어닐링 공정을 거친 어닐링판을 상기 150℃ 이상 600℃ 이하의 온도역에서 300초 이하로 보존유지하고, 그 후, 추가로 평균 냉각 속도 10℃/s 이상으로 150℃ 미만의 온도역까지 냉각하는, 상기 5에 기재된 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 15％ 이상의 전체 신장, 500㎫ 이상의 인장 강도, 10％ 이하의 저항복 신장, 400㎫ 이상의 상항복 응력을 갖는 고강도 극박 강판이 얻어진다.

또한, 본 발명에 의해 얻어지는 고강도 강판을 이형캔에 적용한 경우, 높은 연성(전체 신장)을 갖기 때문에, 캔 확장 가공·비드 가공 등의 강한 캔 몸통 가공이나, 플랜지 가공 등을 행하는 것이 가능해진다. 더하여, 강판의 고강도화에 의해 캔의 박육화의 진행에 수반하는 강도 저하를 보상하여, 높은 캔체 강도를 확보하는 것이 가능하다. 또한, 낮은 항복 신장을 갖는 점에서, 캔체에 주름이 발생하는 일도 없다.

이하, 본 발명의 고강도 강판의 성분 조성과 조직의 적정 범위 및 그의 한정 이유에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 성분 조성을 나타내는 「％」는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미하는 것으로 한다. 또한, 연성과 저항복 신장의 양쪽이 우수한 경우를, 가공성이 우수했다고도 칭한다. 추가로, 인장 강도와 상항복 응력의 양쪽이 우수한 경우를, 고강도라고도 칭한다.

C: 0.03％ 이상 0.13％ 이하

C는, 강의 강도에 기여하는 원소로서, 고용 강화 및 석출 강화 혹은 마르텐사이트 및 베이나이트의 형성에 의해 강의 강도를 증가시킨다. C 함유량이 0.03％ 미만이 되면, 마르텐사이트 및 베이나이트의 면적률이 저하하여 강도가 저하한다. 그 때문에, C 함유량은 0.03％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 과도의 함유는 강도 상승에 의한 연성의 저하를 초래함과 함께, 과잉의 마르텐사이트의 형성, 고용 C의 증가에 의한 항복 신장의 증가의 원인이 되는 경우가 있기 때문에, 상한은 0.13％로 한다. 따라서, 본 발명에 있어서, C는 0.03％ 이상 0.13％ 이하로 한다. 강도와 성형성을 높은 수준으로 양립시키기 위해, 하한은 바람직하게는 0.05％ 이상이다. 상한은 바람직하게는 0.09％ 이하이다.

Si: 0.05％ 이하

Si는, 0.05％를 초과하여 함유하면 내식성이 현저하게 손상된다. 따라서, Si 함유량은 0.05％ 이하로 한다. 보다 우수한 내식성을 얻기 위해, 바람직하게는 0.03％ 이하이다. 한편, Si는 고용 강화에 의한 강의 고강도화에 기여하는 원소이다. 이 작용을 얻기 위해서는 0.01％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

Mn: 0.01％ 이상 0.6％ 이하

Mn은 본 발명에 있어서 중요한 첨가 원소 중 하나이다. Mn은, 고용 강화 혹은 마르텐사이트, 베이나이트를 소망량 생성시킴으로써, 강의 고강도화에 기여하는 원소이다. 따라서, 본 발명에서 목적으로 하는 강판의 강도 및 성형성을 얻기 위해서는, Mn 함유량은 0.01％ 이상으로 할 필요가 있다. Mn 함유량이 0.01％를 충족하지 않으면, 마르텐사이트 및 베이나이트를 소망량 생성시킬 수 없고, 목적의 강도 및 성형성을 얻을 수 없다. 한편, 0.6％를 초과하여 함유하면, 퀀칭성의 향상에 의해, 마르텐사이트가 과잉으로 생성되어, 소망량의 베이나이트를 생성할 수 없다. 이와 같이 소망량의 베이나이트를 생성할 수 없으면, 저가공도에 있어서의 캔체 강도를 담보하는 상항복 응력이 저하하고, 저가공도에 있어서의 캔체 강도가 저하함으로써 제품 불량의 원인이 된다. 따라서, Mn은 0.01％ 이상 0.6％ 이하의 범위로 한다. 바람직하게는 0.3％ 이상 0.6％ 이하의 범위이다.

P: 0.025％ 이하

P는, 0.025％를 초과하면 강판이 과잉으로 경화하여 연성이 저하하는 것 외에, 용접성을 저하시킨다. 따라서, P 함유량은 0.025％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.020％ 이하이다. 한편, P는, 강 중에 불가피적으로 혼입하는 원소이지만, 강의 강화에는 유효하다. 그 때문에, 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다.

S: 0.020％ 이하

S는, 강 중에 불가피적으로 혼입하는 원소로서, MnS 등의 개재물을 생성하여 연성을 저하시킨다. 그 때문에, S 함유량은 0.020％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.015％ 이하이다. 한편, S 함유량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 공업적으로는 0.001％ 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 0.005％ 미만으로 하면 강의 정제에 과잉의 비용이 들기 때문에, 0.005％ 이상 포함되는 것으로 해도 본 발명에 영향을 주지 않는다.

Al: 0.01％ 이상 0.20％ 이하

Al은, 탈산제로서 함유시키는 원소로서, 추가로 강 중의 N과 AlN을 형성함으로써, 강 중의 고용 N을 감소시켜, 항복 신장의 저하에 기여한다. 이 작용을 얻기 위해서는 0.01％ 이상의 함유를 필요로 하고, 바람직하게는 0.03％ 이상이다. 한편, 과잉으로 첨가하면 알루미나가 다량으로 생성하여 연성을 저하시키기 때문에, Al 함유량을 0.20％ 이하로 할 필요가 있다. 바람직하게는 0.08％ 이하이다.

N: 0.0001％ 이상 0.02％ 이하

N은, Al 등의 탄질화물 형성 원소와 결부됨으로써 석출물을 형성하고, 강도 향상이나 조직의 미세화에 기여한다. 이 효과를 얻기 위해서는, 0.0001％ 이상의 함유가 필요하다. 한편, 고용 N은 항복 신장을 증가시키는 작용이 있기 때문에, N의 0.02％ 초과의 첨가는, 항복 신장의 증가에 의한 주름 발생의 원인이 된다. 따라서, N은 0.0001％ 이상 0.02％ 이하로 한다. 하한은 바람직하게는 0.0015％ 이상이다. 상한은 바람직하게는 0.01％ 이하이다.

Ti: 0.005％ 이상 0.02％ 이하

Ti는, 본 발명에 있어서 중요한 첨가 원소 중 하나이다. Ti는, 석출 강화 원소로서 강도 증가에 유효한 것 외에, 강 중의 N과 TiN을 형성하여 BN의 생성을 억제함으로써, B의 퀀칭성 향상 효과를 충분히 얻을 수 있다. 이 작용을 얻기 위해서는, 0.005％ 이상의 함유가 필요하다. 한편으로, Ti의 과잉 첨가는 강도 상승에 의한 가공성의 저하를 초래하기 때문에, 상한은 0.02％이다. 따라서, Ti 함유량은 0.005％ 이상 0.02％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.005％ 이상 0.015％ 이하이다.

B: 0.0005％ 이상 0.02％ 이하

B는 본 발명에 있어서 중요한 첨가 원소 중 하나이다. B는, 퀀칭성을 향상시키는 효과가 있고, 어닐링 냉각 과정에서 일어나는 페라이트의 생성을 억제하여, 소망량의 마르텐사이트 및 베이나이트의 생성에 기여한다. 이 작용을 얻기 위해서는, 0.0005％ 이상의 함유가 필요하다. 한편으로, 그의 효과는 0.02％에서 포화한다. 따라서, B는 0.0005％ 이상 0.02％ 이하로 한다. 하한은 바람직하게는 0.0015％ 이상이다. 상한은 바람직하게는 0.01％ 이하이다.

본 발명의 강판은, 이상의 성분 원소를 필수로서, 잔부는 철 및 불가피적 불순물로 한다. 상기의 필수 원소를 함유함으로써, 본 발명의 강판은 목적으로 하는 특성이 얻어지지만, 상기의 필수 원소에 더하여, 추가로 필요에 따라서 이하의 원소를 함유할 수 있다.

Mo: 0.05％ 이하, Ni: 0.15％ 이하, Cr: 0.10％ 이하, V: 0.02％ 이하, Nb: 0.02％ 이하 및, Cu: 0.02％ 이하로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상

Mo, Ni, Cr, V, Nb는, 모두 퀀칭성을 향상시키는 작용을 갖고, 강의 강화 원소로서 유용하다. 또한, Nb 및 Cu는 석출 강화 원소로서, 강도 증가를 도모하는 데에 있어서 특히 유효하다. 따라서, 임의로, 이러한 원소로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 첨가할 수 있다. 또한, 각각의 상한을 초과하여 첨가해도 그 이상의 첨가 효과의 향상은 기대할 수 없는 점에서, 모두 상기의 범위가 적절하다. 하한은 0％이다.

본 발명의 고강도 강판은, 판두께 T가 0.10㎜ 이상 1.0㎜ 이하인 것이 바람직하다. 판두께가 1.0㎜ 이하이면, 결정립의 미세화에 필요한 냉간 압연율을 확보하는 것이 용이해진다. 한편, 제품 판두께가 0.10㎜ 이상이면, 비교적 작은 하중으로 압연이 가능해지기 때문에, 압연기로의 부하를 작게 할 수 있다. 또한, 판두께가 0.40㎜ 이하이면, 본 발명의 효과가 한층 더 현저하게 나타나기 때문에, 보다 바람직하게는 0.10㎜ 이상 0.40㎜ 이하이다.

다음으로, 본 발명의 고강도 강판의 중요한 요건인 금속 조직에 대해서 설명한다. 본 발명의 고강도 강판의 강 조직은, 주로 페라이트와 마르텐사이트와 베이나이트와의 복합 조직이다.

페라이트의 면적률: 84.0％ 이상

페라이트는 강의 연성 향상에 기여한다. 페라이트의 면적률이 84.0％ 미만이 되면, 소망하는 연성의 확보가 곤란해지기 때문에, 페라이트의 면적률은, 84.0％ 이상으로 한다. 바람직하게는 90.0％ 이상이다. 한편으로, 페라이트의 면적률이 99.4％ 초과가 되면 마르텐사이트 및/또는 베이나이트의 소망하는 면적률을 확보할 수 없어, 소망하는 강도 및 성형성을 얻을 수 없다. 따라서, 페라이트의 면적률은, 84.0％ 이상 99.4％ 이하로 한다. 하한은 바람직하게는 90.0％ 이상이다. 상한은 바람직하게는 98.0％ 이하이다.

마르텐사이트의 면적률: 0.5％ 이상 10.0％ 이하

마르텐사이트의 면적률이 10.0％ 초과가 되면 강도가 과잉으로 상승하여, 연성이 저하하기 때문에, 마르텐사이트의 면적률은 10.0％ 이하로 한다. 한편으로, 마르텐사이트의 면적률이 0.5％ 미만이면 소망하는 강도를 얻을 수 없다. 따라서, 마르텐사이트의 면적률은, 0.5％ 이상 10.0％ 이하로 한다. 하한은 바람직하게는 3.0％ 이상이다. 상한은 바람직하게는 8.0％ 이하이다.

베이나이트의 면적률: 0.1％ 이상 10.0％ 이하

베이나이트는 본 발명에 있어서 중요한 조직이다. 베이나이트는, 강의 신장을 저하시키거나 항복 신장을 증가시키는 일 없이, 상항복 강도와 인장 강도를 증가시킬 수 있다. 그 때문에, 강 중에 베이나이트를 적정량 생성시킴으로써, 강도와 성형성의 양쪽이 우수한 강을 얻을 수 있다. 이러한 작용을 얻기 위해서는, 베이나이트의 면적률이 0.1％ 이상 필요하다. 한편으로, 베이나이트의 면적률이 10.0％를 초과하면 강도가 과잉으로 증가하고, 연성이 저하한다. 따라서, 베이나이트의 면적률은 0.1％ 이상 10.0％ 이하로 한다. 하한은 바람직하게는 0.5％ 이상이다. 상한은 바람직하게는 5.0％ 이하이다.

또한, 상기 금속 조직에 있어서, 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트 이외의 잔부는 특별히 한정할 필요는 없다. 예를 들면, 잔류 오스테나이트, 시멘타이트, 펄라이트 등이 포함되어 있어도 좋은 것으로 한다. 이러한 잔부의 조직은 면적률로 10.0％ 이하이면, 본 발명에 영향을 주지 않는다. 물론, 잔부의 조직이 없어도(0％라도) 좋다.

페라이트 평균 결정 입경: 10.0㎛ 이하

본 발명의 고강도 강판의 조직에 있어서의 페라이트 평균 결정 입경을 10.0㎛ 이하로 함으로써, 결정립 미세화 강화에 의해 강도의 향상을 도모할 수 있다. 그 밖에도, 페라이트립의 세립화에 의해 입계가 증가하고, 오스테나이트의 석출 사이트가 되는 입계 삼중점이 증가함으로써, 어닐링 중에 오스테나이트가 석출하기 쉬워지는 것이나, 미세립화에 의해 페라이트립 중의 고용 C와 입계 삼중점의 거리가 짧아져, 고용 C가 입계에 토출되기 쉬워짐으로써, 어닐링 중에 오스테나이트의 면적률이 증가하고, 냉각 중의 마르텐사이트 및 베이나이트의 형성에 기여하여, 퀀칭성을 향상시키는 효과가 있다. 따라서, 페라이트 평균 결정 입경은 10.0㎛ 이하가 바람직하다. 보다 바람직하게는, 7.0㎛ 이하이다. 페라이트 평균 결정 입경의 하한에 제한은 없지만, 연성의 저하 방지의 관점에서는 3.0㎛ 이상이 바람직하다.

다음으로, 본 발명의 고강도 강판의 제조 방법에 대해서 설명한다.

본 발명의 고강도 강판의 제조 방법은, 상기의 강 조성을 갖는 강 소재를 1150℃ 이상으로 가열하고, 마무리 온도 800℃ 이상 950℃ 이하, 권취 온도 700℃ 이하에서 열간 압연을 실시하는 열간 압연 공정과, 이어서, 압하율 80％ 이상에서 냉간 압연을 행하는 냉간 압연 공정과, 어닐링 온도까지의 평균 가열 속도를 10℃/s 이상으로 하여 가열하고, 어닐링 온도를 700℃ 이상 900℃ 이하의 범위의 온도로 하여 5초 이상 90초 이하에서 보존유지 후, 150℃ 이상 600℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 평균 냉각 속도 50℃/s 이상으로 냉각하는 어닐링 공정을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 필요에 따라서, 상기 어닐링 공정을 거친 어닐링판을, 150℃ 이상 600℃ 이하의 온도역에서 300초 이하 동안 보존유지한 후, 10℃/s 이상의 냉각 속도로 150℃ 미만의 온도역까지 냉각할 수 있다.

강 소재의 가열 온도: 1150℃ 이상

열간 압연 전에 있어서의 강 소재의 가열 온도가 지나치게 낮으면 TiN의 일부가 미용해가 되어, 성형성을 저하시키는 조대(coarse) TiN의 생성 요인이 될 우려가 있기 때문에, 가열 온도를 1150℃ 이상으로 한다. 한편, 강 소재의 가열 온도의 상한에 제한은 없지만, 강의 가열 비용의 저감과 가열로의 내구성 유지를 위해, 바람직하게는 1250℃ 이하이다.

마무리 온도: 800℃ 이상 950℃ 이하

열간 압연의 마무리 온도가 950℃를 초과하면, 열간 압연 후의 조직이 조대화하고, 그 후의 냉연 강판의 입경이 증가함으로써 강도 저하의 원인이 되는 것 외에, 오스테나이트의 석출 사이트가 되는 입계 삼중점이 감소하여, 소망하는 조직 및 특성이 얻어지지 않게 될 우려가 있다. 또한, 마무리 온도가 800℃를 충족하지 않는 경우에는, 페라이트와 오스테나이트와의 2상역(two-phase region)에서의 압연이 되어, 강판 표층에 페라이트의 조대립이 발생하여 그 후의 냉연 강판의 입경이 증가하는 것 외에, 압연 후의 냉각 및 권취 처리 시에 펄라이트가 발생하고, 그 펄라이트 중의 시멘타이트가 후의 어닐링 공정에서도 용해하지 않고 남아, 마르텐사이트 등의 제2상의 생성을 저해하여, 강도 저하나 YP-El의 증가를 초래할 우려가 있다. 따라서, 마무리 압연 온도는 800℃ 이상 950℃ 이하의 범위에 한정한다. 바람직하게는 850℃ 이상 950℃ 이하이다.

권취 온도: 700℃ 이하

권취 온도가 700℃를 초과하면, 권취 시에 결정립이 조대화하고 그 후의 냉연 강판의 입경이 증가함으로써 강도 저하의 원인이 된다. 그 밖에도 열연 강판에 조대한 탄화물이 형성되어, 어닐링 시에 당해 조대한 탄화물이 미고용이 되어 제2상의 생성을 저해하고, 강도 저하나 YP-El의 증가를 초래할 우려가 있다. 따라서, 권취 온도는 700℃ 이하로 한다. 하한은 특별히 한정되지 않지만, 지나치게 낮으면 열연 강판이 과잉으로 경화하여 냉간 압연의 작업성을 저해할 우려가 있기 때문에, 권취 온도는 450℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 450℃ 이상 650℃ 이하이다.

냉간 압연에 있어서의 압하율: 80％ 이상

냉간 압연에 있어서의 압하율을 80％ 이상으로 함으로써, 냉간 압연 후의 결정립이 미세해져, 강도의 증가에 기여한다. 또한, 오스테나이트의 석출 사이트가 되는 입계 삼중점의 감소나 페라이트립 중의 고용 C와 입계 삼중점의 거리의 감소에 의해, 어닐링판의 마르텐사이트 및 베이나이트의 형성에 기여하고, 퀀칭성을 향상시키는 효과가 있다. 한편, 압하율이 95％를 초과하면 압연 하중이 대폭으로 증가하여, 압연기로의 부하가 높아진다. 따라서, 압하율은 80％ 이상인 것이 필요하고, 95％ 이하인 것이 바람직하다.

냉간 압연 공정은, 1회만 행해도, 중간 어닐링 공정을 사이에 두어 2회 이상 행해도 좋다. 1회 또는 2회 이상의 냉간 압연 공정을 행한 직후에 어닐링 공정을 행해도 좋다. 혹은, 1회 또는 2회 이상의 냉간 압연 공정을 행한 후, 어닐링 공정 전에 적절히 다른 상법에 따르는 공정, 예를 들면, 산 세정 등의 클리닝 공정이나 레벨러 가공 등의 형상 교정 공정을 행해도 좋다. 냉간 압연 공정이 2회 이상의 경우는, 어느 것의 압하율이 80％ 이상이면 좋다.

어닐링 온도까지의 평균 가열 속도가 10℃/s 이상

어닐링 온도까지의 평균 가열 속도가 10℃/s 미만이 되면, 어닐링 온도에 도달하기 전에 강 중의 오스테나이트에 퀀칭성 원소의 분배가 완료되어 버려, 그 후의 냉각 공정에서 베이나이트를 얻는 것이 곤란해진다. 따라서, 어닐링 온도까지의 평균 가열 속도는 10℃/s 이상으로 한다. 한편, 상한은 특별히 제한은 없지만, 공업적으로는, 50℃/s 이하가 바람직하다.

어닐링 온도: 700℃ 이상 900℃ 이하

어닐링 온도(균열 온도)가 700℃보다도 낮은 경우, 소망량의 마르텐사이트 및 베이나이트를 얻을 수 없어, 강판의 강도와 성형성이 저하한다. 한편, 어닐링 온도를 900℃ 초과로 하면, 연속 어닐링에 있어서 히트 버클(heat buckling) 등의 통판 트러블이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 어닐링 온도는 700℃ 이상 900℃ 이하의 범위로 제한한다. 보다 바람직하게는, 750℃ 이상 820℃ 이하이다. 또한, 이러한 어닐링 온도에서의 보존유지 시간은, 5∼90초이다. 5초보다 짧은 경우는, 마르텐사이트 및 베이나이트와 전(前) 조직이 되는 오스테나이트의 생성 및 퀀칭성 원소의 분배가 완료되지 않기 때문에, 그 후의 냉각 공정에서 마르텐사이트 및 베이나이트를 얻는 것이 곤란해진다. 한편, 90초보다 긴 경우는, 강 중의 오스테나이트에 퀀칭성 원소의 분배가 완료되어 버려, 그 후의 냉각 공정에서 베이나이트를 얻는 것이 곤란해진다.

또한, 상기 보존유지 시간 중의 온도는, 700℃ 이상 900℃ 이하의 범위이면 좋고, 반드시 일정 온도일 필요는 없다.

어닐링 보존유지 후, 냉각 정지 온도까지 평균 냉각 속도 50℃/s 이상

평균 냉각 속도가 50℃/s를 충족하지 않는 경우, 냉각 중에 페라이트의 성장 및 베이나이트의 과잉의 생성이 생겨, 마르텐사이트의 생성이 억제되고, 소망량의 마르텐사이트가 얻어지지 않아, 강판의 강도가 저하한다. 따라서, 평균 냉각 속도는 50℃/s 이상으로 한다. 한편, 상한은 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는, 80℃/s 이상 250℃/s 이하이다. 또한, 이 냉각은, 가스 냉각 외에, 로냉(furnace cooling), 기수(air-water) 냉각, 롤 냉각 및 수냉 등의 1종 또는 2종 이상을 조합하여 행하는 것이 가능하다.

냉각 정지 온도: 150℃ 이상 600℃ 이하

어닐링 후의 냉각 정지 온도를 600℃ 이하로 함으로써, 마르텐사이트 변태와 베이나이트 변태가 생겨, 소망량의 마르텐사이트를 얻을 수 있다. 한편, 냉각 정지 온도를 150℃ 미만으로 해도 마르텐사이트의 생성량 증가에 기여하지 않고, 냉각 비용이 과잉이 된다. 따라서, 어닐링 후의 냉각 정지 온도는 150℃ 이상 600℃ 이하로 한다. 바람직한 하한은 200℃ 이상이다. 바람직한 상한은 400℃ 이하이다. 필요로 하는 마르텐사이트 및 베이나이트의 면적률에 따라서 전술한 범위 내에서 냉각 정지 온도를 결정할 수 있다.

150℃ 이상 600℃ 이하의 온도역에서 300초 이하 동안 보존유지

상기 냉각 정지 후에, 600℃에서 150℃까지의 상기 냉각 정지 온도역에서 보존유지함으로써, 미변태인 오스테나이트를 베이나이트로 변태시킬 수 있고, 성형성을 해치는 일 없이 상항복 응력을 상승시킬 수 있다. 이 보존유지 시간이 300초를 초과하는 경우, 이러한 보존유지 중에 마르텐사이트의 템퍼링이 생기기 때문에, 강도가 저하한다. 또한, 본 발명에 있어서는, 150℃ 이상 600℃의 온도역에서 300초 이하의 시간, 강판을 유지할 수 있으면 소망하는 베이나이트를 생성할 수 있다. 그 때문에, 냉각 정지 후에, 냉각 정지 온도와 동일한 온도에서 보존유지하지 않고, 계속해서 완냉각(mild cooling)하는 것도 가능하다. 또한 상기 온도역 내의 소정 온도에서의 보존유지와 완냉각을 임의의 순서 및 횟수로 조합해도 좋다. 또한, 보존유지 온도가 150℃를 하회하면 베이나이트 변태가 생기지 않기 때문에, 소망하는 상항복 강도가 얻어지기 어려워진다. 따라서, 본 발명에서는, 상기 냉각 정지 후에, 600℃에서 150℃까지의 온도역에서의 보존유지 시간을 300초 이하로 한다. 또한, 이러한 보존유지 시간의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 공업적으로는, 20초 정도가 바람직하다.

상기 온도역에서의 보존유지 후, 150℃ 미만의 온도역까지 평균 냉각 속도 10℃/s 이상으로 냉각

상기 150℃ 이상 600℃ 이하의 온도역에서 300초 이하 동안 보존유지한 후, 추가로 150℃ 미만의 온도역의 최종 냉각 정지 온도까지 10℃/s 이상으로 냉각하는 것이 바람직하다. 본 공정에 의해, 필요 이상의 베이나이트를 생성하지 않고, 소망하는 특성에 따른 강 조직을 얻을 수 있다. 또한 마르텐사이트의 템퍼링이 생기는 일 없이, 강도의 저하를 억제할 수 있다. 평균 냉각 속도가 10℃/s 미만이 되면, 과잉의 베이나이트의 생성이나 마르텐사이트의 템퍼링이 생기기 때문에, 상기 보존유지 온도에서 150℃ 미만의 온도역까지 평균 냉각 속도 10℃/s 이상으로 냉각하는 것이 바람직하다. 평균 냉각 속도의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 과잉의 냉각 속도는 냉각 비용의 상승으로 이어지기 때문에, 40℃/s 이하가 바람직하다. 최종 냉각 정지 온도(150℃ 미만의 온도역)의 하한은 실온이다.

조질 압연 공정(temper rolling process)

어닐링 공정 후, 압하율 10％ 이하의 조질 압연을 행해도 좋다. 압하율을 크게 하면, 가공 시에 도입되는 변형이 커져, 전체 신장이 저하한다. 본 발명에서는 15％ 이상의 전체 신장을 확보할 필요가 있기 때문에, 조질 압연 공정을 행하는 경우의 압하율은 10％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 압하율의 하한은 특별히 규정하지 않지만, 조질 압연 공정에는 상항복 응력을 증가시키는 효과나 항복 신장을 저감하는 역할이 있기 때문에, 용도에 따른 압하율로 함으로써 보다 바람직한 고강도 강판을 얻을 수 있다. 하한은 바람직하게는 0.5％ 이상이다. 상한은, 보다 바람직하게는 5％ 이하이다.

또한, 조질 압연 공정 전에 적절히 다른 상법(常法)에 따른 공정, 예를 들면, 산 세정 등의 클리닝 공정이나 레벨러 가공 등의 형상 교정 공정이 포함되어도 좋다. 어닐링 공정의 직후에 조질 압연 공정을 행해도 좋다. 이렇게 하여 얻어진 냉연 강판은, 그 후, 필요에 따라서, 강판 표면에, 예를 들면 전기 도금에 의해, 주석 도금, 크롬 도금, 니켈 도금 등의 도금 처리를 실시하여 도금층을 형성하고, 도금 강판으로서 사용에 제공해도 좋다. 또한, 도장 소부(coating and baking) 처리 공정, 필름 라미네이트 등의 공정을 행해도 좋다. 또한, 도금 등의 표면 처리의 막두께는, 판두께에 대하여 충분히 작기 때문에, 강판의 기계 특성으로의 영향은 무시할 수 있는 정도이다.

이상의 공정을 거쳐, 본 발명의 고강도 강판이 얻어진다. 또한, 상기에 기재가 없는 공정이나 조건은, 강판의 제조에 따른 상법에 의하면 좋다.

실시예

표 1에 나타내는 성분 조성을 함유하고, 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 강을 전로(converter)에서 용제하여, 연속 주조함으로써 강 소재인 강 슬래브를 얻었다. 여기에서 얻어진 강 슬래브에 대하여, 표 2에 나타내는 슬래브 가열 온도, 마무리 압연 온도, 권취 온도에서의 열간 압연을 실시했다. 이어서, 표 2에 나타낸 압하율로 냉간 압연을 행하고, 동일하게 표 2에 나타낸 연속 어닐링 조건에서 연속 어닐링을 행하고, 적절히, 조질 압연(SKP)을 실시하여 시험용의 각 강판을 얻었다. No.44의 강판은, 연속 어닐링 공정에 있어서의 어닐링 보존유지를, 제1 균열 온도: 775℃에 도달한 직후에서 21초에 걸쳐 제2 균열 온도: 755℃까지 저하시키는 완냉각에 의해 실시했다. 당해 제1 및 제2 균열 온도에서의 보존유지는 행하지 않았기 때문에, 어닐링 보존유지 시간은 21초였다. No.47의 강판은, 연속 어닐링 공정에 있어서의 어닐링 후의 냉각을 600℃에서 정지하고, 계속해서 완냉각하면서 150℃까지의 온도역에서 59초간 보존유지했다.

조직 전체에 차지하는 각 조직의 면적률은, 다음과 같이 구했다. 각 강판으로부터 시험편을 채취하고, 압연 방향 단면에서, 압연 방향 단면의 판두께 1/2 위치의 면에서 3％ 나이탈 용액으로 에칭하여 입계를 현출시켰다. 이를, 주사형 전자 현미경을 이용하여 3000배의 배율로 사진 촬영했다. 촬영한 사진에, 화상 처리 소프트웨어(Fiji, WEKA)를 이용하여 화상 처리를 행하고, 시야 전체에 대한 각 조직의 점유 면적률을 구하고, 각 조직의 면적률로 했다. 무작위로 선택한 합계 5개소의 시야에 대해서 마찬가지의 측정을 행하여, 평균값을 구했다.

또한, 비교적 평활한 표면을 갖는 괴상(lump)으로서 관찰되는 백색 영역을 마르텐사이트라고 간주하고, 그의 면적률을 마르텐사이트의 면적률로 했다. 또한, 백색이지만 괴상이 아니라 선상인 영역을 베이나이트로 간주하고, 그의 면적률을 베이나이트의 면적률로 했다. 괴상으로서 관찰되는 흑색 영역에서 내부에 마르텐사이트를 포함하지 않는 것을 페라이트라고 간주하고, 그의 면적률을 페라이트의 면적률로 했다.

페라이트 평균 결정 입경은, 다음과 같이 구했다. 각 강판으로부터 시험편을 채취하여, 압연 방향 단면의 판두께 1/2 위치의 면에서 페라이트 조직을 3％ 나이탈 용액으로 에칭하여 입계를 현출시켰다. 이를, 광학 현미경을 이용하여 400배의 배율로 사진 촬영했다. 촬영한 사진을 이용하여, JIS G 0551의 강-결정 입도의 현미경 시험 방법에 준거하여, 절단법에 의해 평균 결정 입경을 측정하고, 페라이트 평균 결정 입경으로 했다. 무작위로 선택한 합계 3개소에 대해서 마찬가지의 측정을 행하여, 평균값을 구했다.

기계 특성

기계 특성(인장 강도 TS, 상항복 응력 U-YP, 항복 신장 YP-El, 전체 신장 El)은, 압연 방향을 길이 방향(인장 방향)으로 하고, JIS Z 2241에 기재된 5호 시험편을 이용하여, JIS Z 2241에 준거한 인장 시험을 행하여 평가했다.

표 3에 평가 결과를 나타낸다. 발명예는, 모두 15％ 이상의 전체 신장, 500㎫ 이상의 인장 강도, 10％ 이하의 저항복 신장, 400㎫ 이상의 상항복 응력을 갖는다. 따라서, 이형캔에 적용한 경우, 높은 연성(전체 신장)을 갖기 위해, 캔 확장 가공·비드 가공 등의 강한 캔 몸통 가공이나, 플랜지 가공 등을 행하는 것이 가능해진다. 또한, 400㎫ 이상의 상항복 응력과 같은 강판의 고강도화에 의해 캔의 박육화의 진행에 수반하는 강도 저하를 보상하여, 500㎫ 이상의 인장 강도에 의해 높은 캔체 강도를 확보하는 것이 가능하다. 또한, 낮은 항복 신장을 갖는 점에서, 캔체에 주름이 발생하는 일도 없다.

한편, 비교예에서는, 전체 신장, 인장 강도, 항복 신장, 상항복 응력의 어느 하나 이상이 뒤떨어져 있었다.

즉, 퀀칭성이나 강도 향상에 기여하는 원소의 첨가량이 적은 강종(No.1, 19, 21)에서는, 마르텐사이트나 합금 석출물을 충분히 형성할 수 없었기 때문에, 인장 강도나 상항복 응력의 어느 것 또는 양쪽이 요구 특성 미달이 되었다.

반대로 퀀칭성이나 강도 향상에 기여하는 원소가 과잉으로 첨가된 강종(No.6, 9, 18, 20)에 있어서는, 마르텐사이트나 합금 석출물이 과잉으로 형성됨으로써 강도가 향상하기는 했지만, 전체 신장은 저하했다.

마무리 압연 출측 온도가 800℃ 이하인 No.31, 권취 온도가 700℃ 이상인 No.32, 혹은 압하율 80％ 이하인 No.33은, 페라이트립의 조대화가 생김과 함께, 소망하는 마르텐사이트를 형성할 수 없었기 때문에, 강도가 저하했다. 특히, No.31 및 No.32는 열연 시에 생성한 펄라이트 및 탄화물이 어닐링 후도 녹지 않고 남아 있기 때문에, YP-El이 증가했다.

균열 온도가 700℃ 이하인 No.34, 냉각 속도가 50℃/s 이하인 No.35, 냉각 정지 온도가 600℃ 이상인 No.39는, 냉각 중에 페라이트의 성장이 생김과 함께, 마르텐사이트가 아니라 베이나이트가 많이 형성됨으로써 충분한 강도와 저항복 신장이 얻어지지 않았다. 특히, No.39는, 베이나이트 면적률이 10％를 초과하고 있기 때문에, 전체 신장이 저하하여 요구 특성 미달이 되었다.

냉각 정지 후 보존유지 시간이 300초 이상인 No.40에서는, 마르텐사이트의 템퍼링이 생겨, 소망량의 마르텐사이트를 얻을 수 없어 강도가 약간 저하하기는 했지만 실용상은 문제가 없는 정도이다.

조질 압연을 10％ 이상 실시한 No.43에 있어서는, 강도가 증가하여 항복 신장이 저감된 한편으로 연성이 저하하기는 했지만 실용상은 문제가 없는 정도이다.

어닐링 시의 보존유지 시간이 5초 이하인 No.45에서는, 어닐링 시 오스테나이트의 생성을 할 수 없고 소망량의 마르텐사이트를 얻을 수 없어, 강도가 저하하여 항복 강도가 증가했다.

어닐링 온도까지의 평균 가열 속도가 10℃/s 미만인 No.49에서는, 소망량의 베이나이트를 얻을 수 없어, 항복 강도가 저하했다. 어닐링 보존유지 후, 냉각 정지 온도까지 평균 냉각 속도 50℃/s 이하인 No.50에서는, 마르텐사이트의 생성이 억제되어, 소망량의 마르텐사이트가 얻어지지 않아, 강판의 강도가 저하하여 항복 신장이 증가했다.

Claims (6)

1. 질량％로,
   C: 0.03％ 이상 0.13％ 이하,
   Si: 0.05％ 이하,
   Mn: 0.01％ 이상 0.6％ 이하,
   P: 0.025％ 이하,
   S: 0.020％ 이하,
   Al: 0.01％ 이상 0.20％ 이하,
   N: 0.0001％ 이상 0.02％ 이하,
   Ti: 0.005％ 이상 0.02％ 이하 및
   B: 0.0005％ 이상 0.02％ 이하,
   를 함유하고,
   잔부가 철 및 불가피적 불순물의 성분 조성을 갖고,
   면적률로, 84.0％ 이상의 페라이트, 0.5％ 이상 10.0％ 이하의 마르텐사이트 및 0.1％ 이상 10.0％ 이하의 베이나이트를 포함하는 금속 조직을 갖는,
   강판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 성분 조성에 더하여 질량％로,
   Mo: 0.05％ 이하,
   Ni: 0.15％ 이하,
   Cr: 0.10％ 이하,
   V: 0.02％ 이하,
   Nb: 0.02％ 이하 및
   Cu: 0.02％ 이하
   로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 강판.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 페라이트의 평균 결정 입경이 10㎛ 이하인, 강판.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   캔용 강판인, 강판.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 강판을 제조하는 방법으로서,
   제1항 또는 제2항에 기재된 성분 조성을 갖는 강 소재를 1150℃ 이상으로 가열하고,
   마무리 온도 800℃ 이상 950℃ 이하, 권취 온도 700℃ 이하에서 열간 압연을 실시하는 열간 압연 공정,
   당해 열간 압연 공정을 거친 열연판에 압하율 80％ 이상의 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 공정 및,
   당해 냉간 압연 공정을 거친 냉연판에 평균 가열 속도 10℃/s 이상으로 가열을 실시하고, 700℃ 이상 900℃ 이하의 온도역에서 5초 이상 90초 이하 보존유지 후, 평균 냉각 속도 50℃/s 이상으로 150℃ 이상 600℃ 이하의 온도역까지 냉각하는 어닐링 공정을 구비하는, 강판의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 어닐링 공정을 거친 어닐링판을 상기 150℃ 이상 600℃ 이하의 온도역에서 300초 이하로 보존유지하고, 그 후, 평균 냉각 속도 10℃/s 이상으로 150℃ 미만의 온도역까지 냉각하는, 강판의 제조 방법.