KR20230059806A - 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강 및 이의 제조 방법 - Google Patents

980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강 및 이의 제조 방법 Download PDF

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펭 양
첸 장
애나 양
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바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사
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Abstract

980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강 및 이의 제조 방법이 제공되며, 구멍 확장성이 매우 높은 강의 화학 성분의 중량 백분율에서 C: 0.05 내지 0.10%, Si: ≤2.0%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: ≤0.02%, S: ≤0.003%, Al: 0.02 내지 0.08%, N: ≤0.004%, Mo: 0.1 내지 0.5%, Ti: 0.01 내지 0.05%, O: ≤0.0030%이고, 나머지는 Fe 및 다른 불가피한 불순물이다. 본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 항복 강도는 ≥800 MPa이고, 인장 강도는 ≥980 MPa이며, 구멍 확장률은 60% 이상에 달할 수 있고, 컨트롤 암 및 보조 프레임과 같은 고강도 및 박형화가 필요하고 성형이 복잡한 승용차 섀시 부품에 적용할 수 있다.

Description

980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강 및 이의 제조 방법
본 발명은 고강도 철강 분야에 관한 것으로, 특히 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
국민 경제가 발전함에 따라, 자동차의 생산도 크게 증가하였고, 판재의 사용량도 계속해서 증가하고 있다. 중국 자동차 산업의 많은 차량 모델 부품의 기존 설계에는 열간 압연 또는 산세척판이 사용되도록 요구되며, 예를 들어 자동차의 섀시 부재, 토션 빔, 승용차의 서브프레임, 휠 스포크 및 휠 림, 전면 및 후면 차축 어셈블리, 차체 구조 부재, 시트, 클러치, 안전 벨트, 트럭 적재함 플레이트, 보호망, 자동차 빔 등의 부품이 있다. 여기에서, 섀시용 철강이 승용차 총 철강 사용량에서 차지하는 비율은 24% 내지 34%에 달할 수 있다.
승용차의 경량화는 자동차 산업의 발전 추세일 뿐만 아니라, 법률 및 법규의 요구 사항이기도 하다. 법률 및 법규에는 연비가 규정되어 있는데, 이는 실제 차체 경량화에 대한 변형된 형태의 요구사항이며, 재료에 반영된 요구 사항은 고강도의 박형화 및 경량화이다. 고강도 경량화는 후속적인 신차 모델의 필연적인 요구 사항이며, 이는 반드시 철강 사용 레벨을 더욱 높이고, 섀시 구조 측면에서도 필연적으로 변화를 가져올 것이다. 예를 들어, 부품이 더 복잡해지면, 재료 성능, 표면 등의 요건 및 유압 성형, 핫 스탬핑, 레이저 용접 등과 같은 성형 기술 측면에서의 진보가 이루어지고, 나아가 재료의 고강도, 스탬핑, 플랜징, 스프링백 및 피로 등의 성능 상에서 변화가 일어난다.
중국의 구멍 확장성이 높은 고강도 철강의 개발은 외국과 비교했을 때 강도 레벨이 상대적으로 비교적 낮을 뿐만 아니라, 성능 안정성도 좋지 않다. 예를 들어, 중국 자동차 부품 기업이 사용하는 구멍 확장성이 높은 철강은 기본적으로 인장강도가 600MPa 이하인 고강도 철강이며, 440MPa 이하 레벨의 구멍 확장성이 높은 철강은 경쟁이 치열하다. 인장강도 780MPa 레벨의 구멍 확장성이 높은 철강은 현재 점차 대량으로 사용되기 시작했으나, 연신율과 구멍 확장률이라는 중요한 두 성형 지표에 대한 요구 수준이 비교적 높다. 980MPa 레벨의 구멍 확장성이 높은 철강은 현재 연구개발 및 인증 단계에 있으며, 아직 대량 사용 단계에 이르지 못하였다. 그러나 강도와 구멍 확장성이 더욱 높은 980MPa 레벨의 구멍 확장성이 높은 철강은 미래의 필연적인 발전 추세이다. 미래 사용자의 잠재적 수요를 더욱 잘 충족시키기 위해서는, 구멍 확장 성능이 우수한 980MPa급의 높은 구멍 확장성의 철강을 개발할 필요가 있다.
현재 대부분의 관련 특허 문헌은 모두 780MPa 및 그 이하 레벨의 구멍 확장성이 높은 철강이다. 980MPa 레벨의 구멍 확장성이 높은 철강이 언급된 문헌은 극히 적다. 중국 특허출원 CN106119702A는 980MPa급 열간 압연의 구멍 확장성이 높은 철강을 개시하였으며, 이의 성분 설계 주요 특징은 저탄소 V-Ti 미세합금화 설계라는 것이고, 미세 조직은 입상 베이나이트와 소량의 마르텐사이트이며, 동시에 미량의 Nb와 Cr을 첨가한다. 성분, 공정 및 조직 측면에서 본 발명과 매우 다르다.
문헌에서 알 수 있듯이, 통상적인 상황 하에서, 재료의 연신율은 구멍 확장률과 반비례하며, 즉 연신율이 높을수록, 구멍 확장률이 낮아지고, 반대로, 연신율이 낮을수록, 구멍 확장률이 높아진다. 따라서 고연신율 및 높은 구멍 확장률을 가지면서 고강도를 갖는 구멍 확장성이 높은 철강을 얻는 것은 매우 어렵다. 또한, 동일하거나 유사한 강화 메커니즘에서 재료의 강도가 높을수록 구멍 확장률이 낮다.
우수한 가소성, 구멍 확장 및 플랜징 성능을 갖는 철강 재료를 얻기 위해, 양자 사이의 더 나은 균형이 필요하다. 물론, 재료의 구멍 확장률은 많은 요인과 밀접한 관련이 있는데, 가장 주요한 요인은 조직의 균일성, 개재물 및 편석 제어 수준, 상이한 조직 유형 및 구멍 확장률의 측정 등을 포함한다. 통상적으로, 단일 균일 구조는 더 높은 구멍 확장률을 얻는 데 유리하나, 이중상 또는 다중상 조직은 통상적으로 구멍 확장률의 향상에 불리하다.
본 발명의 목적은 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이며, 그 구멍 확장성이 높은 철강의 항복 강도는 ≥800 MPa이고, 인장 강도는 ≥980 MPa이며, 구멍 확장률은 60% 이상에 달할 수 있고, 컨트롤 암 및 보조 프레임과 같은 고강도 및 박형화가 필요하고 성형이 복잡한 승용차 섀시 부품에 적용할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 기술적 해결수단은 하기와 같다.
본 발명의 성분 설계는 비교적 낮은 C 함량을 사용하여, 사용자가 사용할 때 우수한 용접성을 갖도록 보장하고, 얻은 베이나이트 조직이 우수한 강도 및 구멍 확장률의 매칭을 갖도록 보장할 수 있다.
구체적으로, 본 발명에 따른 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강의 화학 성분의 중량 백분율에서 C: 0.05 내지 0.10%, Si: ≤2.0%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: ≤0.02%, S: ≤0.003%, Al: 0.02 내지 0.08%, N: ≤0.004%, Mo: 0.1 내지 0.5%, Ti: 0.01 내지 0.05%이고, 나머지는 Fe 및 다른 불가피한 불순물이다.
추가적으로, Cr≤0.5%, B≤0.002%, Ca≤0.005%, Nb≤0.06%, V≤0.05%, Cu≤0.5%, Ni≤0.5% 중 하나 또는 하나 이상의 원소를 더 포함하며; 상기 Nb, V의 함량은 바람직하게는 각각 ≤0.03%이다. 일부 구현예에서, 본 발명에 따른 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강은 Cr 및/또는 B를 포함하고, Cr의 함량은 바람직하게는 0.20 내지 0.50%이며, B의 함량은 바람직하게는 0.0005 내지 0.002%이다. 상기 Cu, Ni의 함량은 바람직하게는 각각 ≤0.3%이고; 상기 Cr의 함량은 바람직하게는 0.2 내지 0.4%이며; 상기 B의 함량은 바람직하게는 0.0005 내지 0.0015%이고, 상기 Ca의 함량은 바람직하게는 ≤0.002%이다.
일부 구현예에서, 본 발명에 따른 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강은 그 화학 성분의 중량 백분율이 C: 0.05 내지 0.10%, Si: ≤2.0%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: ≤0.02%, S: ≤0.003%, Al: 0.02 내지 0.08%, N: ≤0.004%, Mo: 0.1 내지 0.5%, Ti: 0.01 내지 0.05%, Cr: ≤0.5%, B: ≤0.002%, Ca: ≤0.005%, Nb: ≤0.06%, V: ≤0.05%, Cu: ≤0.5%, Ni: ≤0.5%이고, 나머지는 Fe 및 다른 불가피한 불순물이며, 상기 풀-베이나이트 구멍 확장성이 매우 높은 강은 적어도 Cr, B, Ca, Nb, V, Cu 및 Ni 중 하나 또는 하나 이상의 원소를 포함하고, 바람직하게는 적어도 Cr 및/또는 B를 포함한다.
바람직하게는, C의 함량은 0.06 내지 0.09%이다. 바람직하게는, Mn의 함량은 1.4 내지 1.8%이다. 바람직하게는, S의 함량을 0.0015% 이하로 제어한다. 바람직하게는, Al의 함량은 0.02 내지 0.05%이다. 바람직하게는, N의 함량을 0.003% 이하로 제어한다. 바람직하게는, Ti의 함량은 0.01 내지 0.03%이다. 바람직하게는, Mo의 함량은 0.15 내지 0.35%이다. 바람직하게는, O의 함량을 30 ppm 이내로 제어한다. 바람직하게는, Si의 함량은 0.05 내지 2.0%이다.
본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 미세조직은 풀-베이나이트이다.
본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 항복 강도는 ≥800 MPa이고, 바람직하게는 ≥830 MPa이며, 보다 바람직하게는 ≥850 MPa이고, 보다 더 바람직하게는 ≥880 MPa이며, 인장 강도는 ≥980 MPa이고, 바람직하게는 ≥1000 MPa이며, 보다 바람직하게는 ≥1020 MPa이고, 횡방향 연신율 A50은 ≥10%이며, 구멍 확장률은 ≥60%이고, 바람직하게는 70%이며, 냉간 굽힘 성능 테스트(d≤4a, 180°)를 통과한다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 -40℃의 충격 인성은 ≥40J이고, 바람직하게는 ≥50J이며, 보다 바람직하게는 ≥60J이다. 특히 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 -40℃의 충격 인성은 ≥70J이다.
바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 항복 강도는 ≥850 MPa이고, 인장 강도는 ≥1020 MPa이며, 횡방향 연신율 A50은 ≥10%이고, 구멍 확장률은 ≥70%이며, -40℃의 충격 인성은 ≥50J이고, 냉간 굽힘 성능 테스트(d≤4a, 180°)를 통과한다.
더 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 항복 강도는 ≥830 MPa이고, 인장 강도는 ≥1000 MPa이며, 횡방향 연신율 A50은 ≥10%이고, 구멍 확장률은 ≥70%이며, -40℃의 충격 인성은 ≥60J이고, 냉간 굽힘 성능 테스트(d≤4a, 180°)를 통과한다.
더 바람직한 구현예에서, 본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 항복 강도는 ≥900 MPa이고, 인장 강도는 ≥1040 MPa이며, 횡방향 연신율 A50은 ≥10%이고, 구멍 확장률은 ≥65%이며, -40℃의 충격 인성은 ≥40J이고, 냉간 굽힘 성능 테스트(d≤4a, 180°)를 통과한다.
본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 성분 설계에서:
탄소는, 철강의 기본 원소이자 본 발명의 중요한 원소 중 하나이다. 탄소는 오스테나이트 상 영역을 확장시키고, 오스테나이트를 안정화시킨다. 탄소는 철강의 격자간 원자로서, 철강 강도의 향상에 매우 중요한 작용을 일으키고, 철강의 항복 강도 및 인장 강도에 가장 큰 영향을 미친다. 본 발명에서, 초고강도 및 매우 높은 구멍 확장률을 얻기 위해, 단일상의 균일한 저탄소 베이나이트 조직을 얻어야 한다. 인장 강도가 980 MPa급에 달하는 고강도 철강을 얻기 위해, 탄소의 함량을 0.05% 이상으로 보장해야 하고, 그렇지 않으면 탄소의 함량이 0.05% 이하일 때 형성된 베이나이트 조직의 인장 강도는 980 MPa에 달할 수 없다; 탄소의 함량은 0.10%보다 높아서는 아니 된다. 탄소의 함량이 너무 높으면, 형성된 저탄소 베이나이트 조직에 많은 마오(馬奧) 구성 요소가 발생하기 쉽고, 연신율 및 구멍 확장률에 불리하다. 따라서, 탄소의 함량은 0.05 내지 0.10%, 바람직하게는 0.06 내지 0.09%의 범위 내에서 제어되어야 한다.
규소는, 철강의 기본 원소이자 본 발명의 중요한 원소 중 하나이다. 전술한 바와 같이, 상이한 규소의 함량은 철강의 특성, 특히 연신율 및 구멍 확장률에 중요한 영향을 미친다. 규소의 함량이 낮은 경우, 조직의 잔류 오스테나이트는 적고, 연신율은 상대적으로 낮으며; 규소의 함량의 0.8% 이상에 달하는 경우, 동일한 공정에서 조직의 잔류 오스테나이트의 함량은 증가하고, 연신율 향상에 유리하다. 본 발명의 규소 함량 범위 내에서, 상이한 규소의 함량은 주로 연신율 지표에 영향을 미치고, 구멍 확장률에 미치는 영향이 작다. 철강에 많은 규소를 첨가하면 압연기의 부하를 증가시키기 쉽고 철강의 표면에도 불리하다. 따라서, 철강의 표면 품질을 개선하는 동시에 실제 압연력을 감소시키기 위해, 철강의 Si 함량은 너무 높으면 아니 되고, 통상적으로 2.0%를 초과하지 않는다. 실제 사용자의 다양한 요구사항에 따라, 성분 설계는 저규소 및 고규소의 두 가지 아이디어를 각각 사용할 수 있다.
망간은, 철강의 기본 원소이며, 동시에 본 발명에서 가장 중요한 원소 중 하나이기도 하다. 모두가 알고 있는 바와 같이, Mn은 오스테나이트상 영역을 확대하는 중요 원소이며, 철강의 임계 담금질 속도를 낮추고, 오스테나이트를 안정화하며, 결정립을 미세화하고, 오스테나이트가 펄라이트로 변태되는 것을 지연시킬 수 있다. 본 발명에서, 강판의 강도를 보장하고, 동시에 잔류 오스테나이트를 안정화시키기 위해, Mn 함량은 일반적으로 1.0% 이상으로 제어되어야 한다; 동시에, Mn의 함량은 일반적으로 2.0%를 초과해서는 안 되며, 그렇지 않으면 제련 시 Mn 편석이 일어나기 쉽고, 동시에 슬래브 연속주조 시에도 열균열이 발생하기 쉽다. 따라서, 철강의 Mn 함량은 일반적으로 1.0% 내지 2.0%로 제어되며, 바람직한 범위는 1.4% 내지 1.8%이다.
인은, 철강의 불순물 원소이다. P는 결정계 상에 편석되기 매우 쉬우며, 철강의 P 함량이 비교적 높으면(≥0.1%), Fe2P가 형성되어 결정립 주위에서 석출되고, 철강의 가소성과 인성이 저하되므로, 그 함량이 낮을수록 좋고, 일반적으로 0.02% 이내에서 제어되는 것이 비교적 좋으며 제련 비용을 상승시키지 않는다.
황은, 철강의 불순물 원소이다. 철강에서 S는 통상적으로 Mn과 결합하여 MnS 개재물을 형성하며, 특히 S와 Mn의 함량이 모두 비교적 높으면, 철강에 비교적 많은 MnS가 형성되고, MnS 자체는 일정한 가소성을 가지므로, 후속 압연 과정에서 MnS가 압연 방향을 따라 변형되어, 철강의 횡방향 가소성을 저하시킬 뿐만 아니라, 조직의 이방성을 증가시키고, 구멍 확장 성능에 불리하다. 따라서 철강의 S 함량은 낮을수록 좋으며, 본 발명에서 Mn의 함량이 반드시 비교적 높은 수준이어야 함을 감안하여, MnS의 함량을 줄이기 위해, S 함량을 엄격하게 제어하여, S 함량을 0.003% 이내로 제어해야 하며, 바람직한 범위는 0.0015% 이하이다.
알루미늄은, 철강에서 주로 탈산 및 질소 고정 작용을 한다. Ti, Nb, V 등과 같은 강한 탄화물 형성 원소가 존재한다는 전제 하에, Al의 주요 작용은 탈산과 결정립 미세화이다. 본 발명에서, Al은 일반적인 탈산 원소 및 결정립 미세화 원소로서, 그 함량은 통상적으로 0.02% 내지 0.08%로 제어되면 된다; Al 함량이 0.02%보다 낮으면, 결정립 미세화 작용을 나타내지 않으며; 마찬가지로, Al 함량이 0.08%보다 높으면, 그 결정립 미세화 효과가 포화에 이른다. 따라서, 철강의 Al 함량은 0.02% 내지 0.08% 사이로 제어되면 되며, 바람직한 범위는 0.02% 내지 0.05% 사이이다.
질소는, 본 발명에서 불순물 원소에 속하며, 그 함량이 낮을수록 좋다. 그러나 질소는 제련 과정에서 불가피한 원소이다. 비록 그 함량이 비교적 적지만, Ti 등과 같은 강한 탄화물 형성 원소와 결합하며, 형성된 TiN 입자는 철강의 성능에 매우 불리한 영향을 가져오며, 특히 구멍 확장 성능에 매우 불리하다. TiN은 사각형이므로, 그 뾰족한 모서리와 매트릭스 사이에 매우 큰 응력이 집중되며, 구멍 확장 변형 과정에서, TiN과 매트릭스 사이의 응력 집중이 균열을 형성하기 쉬워, 재료의 구멍 확장 성능을 크게 저하시킨다. 질소 함량을 가능한 제어한다는 전제 하에, Ti 등의 강한 탄화물 형성 원소 함량은 낮을수록 좋다. 본 발명에서, TiN으로 인한 악영향을 가능한 줄이기 위해, 미량의 Ti를 첨가하여 질소를 고정한다. 따라서, 질소의 함량은 0.004% 이하로 제어해야 하며, 바람직한 범위는 0.003% 이하이다.
티타늄은, 본 발명의 중요한 원소 중 하나이다. Ti는 본 발명에서 주로 두 가지 작용이 있는데, 하나는 철강의 불순물 원소 N과 결합하여 TiN을 형성하여, 부분적으로 “질소 고정” 작용을 하고; 다른 하나는 재료의 후속 용접 과정에서 일정량의 분산된 미세한 TiN을 형성하여, 오스테나이트 결정립 사이즈를 억제하며, 조직을 미세화하고 저온 인성을 개선하는 작용을 한다. 따라서, 철강의 Ti 함량을 0.01 내지 0.05%, 바람직하게는 0.01 내지 0.03%의 범위 내에서 제어한다.
몰리브덴은, 본 발명에서 중요한 원소 중 하나이다. 몰리브덴이 철강에 첨가되면 페라이트와 펄라이트 변태를 크게 지연시킬 수 있다. 몰리브덴의 이러한 작용은 실제 압연 과정에서 다양한 공정의 조정에 도움이 되는데, 예를 들어 최종 압연 종료 후 단계적 냉각을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 먼저 공랭을 수행한 다음 수냉 등을 수행할 수도 있다. 본 발명에서는, 먼저 공랭 후 수냉을 진행하거나 압연 후 곧바로 수냉을 진행하는 공정을 채택하는데, 몰리브덴의 첨가는 공랭 과정에서 페라이트 또는 펄라이트 등의 조직이 형성되지 않도록 보장할 수 있으며, 동시에, 공랭의 과정에서 변형 오스테나이트는 동적 회복을 발생시킬 수 있어, 조직 균일성 향상에 도움이 된다; 몰리브덴은 매우 강한 용접 연화 저항성의 특성을 갖는다. 본 발명의 주요 목적은 단일한 저탄소 마르텐사이트와 소량의 잔류 오스테나이트의 조직을 획득하는 데에 있으며, 저탄소 마르텐사이트는 용접 후 연화 현상을 일으키기 매우 쉽기 때문에, 일정량의 몰리브덴을 첨가하면 용접 연화 정도를 효과적으로 낮출 수 있다. 따라서, 몰리브덴의 함량은 0.1% 내지 0.5% 사이로 제어되어야 하며, 바람직한 범위는 0.15% 내지 0.35% 사이이다.
크롬은, 본 발명에서 첨가 가능한 원소 중 하나이다. 소량의 크롬 원소를 첨가하는 것은 철강의 담금질성을 향상시키기 위한 것이 아니라, B상과 결합시키기 위한 것이며, 이는 용접 후 용접열 영향부에 침상 페라이트 조직을 형성하는 데 도움이 되고, 용접열 영향부의 저온 인성을 크게 향상시킬 수 있다. 본 발명이 관련된 최종 적용 부품은 승용차 섀시류 제품이므로, 이의 용접열 영향부의 저온 인성은 매우 중요한 지표이다. 용접열 영향부의 강도가 너무 많이 낮아지지 않도록 보장하는 것 이외에, 용접열 영향부의 저온 인성은 일정한 요건도 충족시켜야 한다. 그 외, 크롬 자체도 일정한 용접 연화 저항성 작용을 갖는다. 따라서, 철강의 크롬 원소 첨가량은 일반적으로 ≤0.5%이며, 바람직한 범위는 0.2% 내지 0.4%이다.
붕소는, 본 발명에서 첨가 가능한 원소 중 하나이다. 붕소는 철강에서의 작용이 주로 원래 오스테나이트 결정계에 편석되어, 초석 페라이트의 형성을 억제하는 것이며; 붕소를 철강에 첨가하면 철강의 담금질성을 크게 향상시킬 수도 있다. 그러나 본 발명에서, 미량의 붕소 원소를 첨가하는 주요 목적은 담금질성을 향상시키기 위한 것이 아니라, 크롬상과 결합하여, 용접열 영향부 조직을 개선하고, 인성이 우수한 침상 페라이트 조직을 획득하기 위한 것이다. 철강에 대한 붕소 원소의 첨가는 일반적으로 0.002% 이하로 제어하며, 바람직한 범위는 0.0005% 내지 0.0015% 사이이다.
칼슘은, 본 발명에서 첨가 가능한 원소 중 하나이다. 칼슘은 MnS와 같은 황화물의 형태를 개선할 수 있으며, 긴 띠 모양의 MnS 등의 황화물을 구형 CaS로 변형시켜, 개재물 형태를 개선하는 데 도움이 되고, 나아가 긴 띠 모양의 황화물이 구멍 확장 성능에 미치는 악영향을 감소시킬 수 있으나, 너무 많은 칼슘의 첨가는 산화칼슘의 양을 증가시켜, 구멍 확장 성능에 도움이 되지 않는다. 따라서, 철강의 칼슘 첨가량은 통상적으로 ≤0.005%이며, 바람직한 범위는 ≤0.002%이다.
산소는, 제강 과정에서 불가피한 원소이며, 본 발명의 경우, 철강의 O 함량은 탈산 후 일반적으로 모두 30ppm 이하에 도달할 수 있고, 강판의 성능에 현저한 악영향을 미치지 않는다. 따라서, 철강의 O 함량은 30ppm 이내로 제어하면 된다.
니오븀은, 본 발명에 첨가 가능한 원소 중 하나이다. 니오븀은 티타늄과 유사하게, 철강의 강한 탄화물 원소이고, 철강에 니오븀을 첨가하면 철강의 비재결정화 온도를 크게 높일 수 있고, 마무리 압연 단계에서 전위 밀도가 더 높은 변형 오스테나이트를 획득할 수 있으며, 후속 변태 과정에서 최종 상 변태 조직을 미세화할 수 있다. 그러나 니오븀의 첨가량은 너무 많아서는 안 되며, 한편으로는 니오븀의 첨가량이 0.06%를 초과하면, 조직에 비교적 조대한 니오븀의 탄질화물이 형성되기 쉽고, 일부 탄소 원자를 소모시키며, 탄화물의 석출 강화 효과를 저하시킨다. 동시에, 니오븀의 함량이 비교적 많으면, 열간 압연 상태 오스테나이트 조직의 이방성도 쉽게 초래되고, 후속적인 냉각 변태 과정에서 최종 조직에게 유전되어, 구멍 확장 성능에 도움이 되지 않는다. 따라서, 철강의 니오븀 함량은 통상적으로 ≤0.06%로 제어하며, 바람직한 범위는 ≤0.03%이다.
바나듐은, 본 발명에 첨가 가능한 원소 중 하나이다. 바나듐은 티타늄, 니오븀과 유사하게, 마찬가지로 강한 탄화물 형성 원소이다. 그러나 바나듐의 탄화물 고용 또는 석출 온도는 낮고, 마무리 압연 단계에서 통상적으로 오스테나이트에 모두 고용된다. 바나듐은 온도가 낮아져 변태가 시작될 때에만, 페라이트에서 형성되기 시작한다. 페라이트에서 바나듐의 탄화물의 고용도가 니오븀과 티타늄의 고용도보다 크기 때문에, 페라이트에서 바나듐의 탄화물이 형성하는 크기가 비교적 커, 석출 강화에 도움이 되지 않으며, 철강의 강도에 대한 기여도가 티타늄보다 훨씬 작지만, 바나듐의 탄화물 형성에도 일정한 탄소 원자가 소모되므로, 철강의 강도 향상에 불리하다. 따라서, 철강의 바나듐 첨가량은 통상적으로 ≤0.05%이며, 바람직한 범위는 ≤0.03%이다.
구리는, 본 발명에 첨가 가능한 원소 중 하나이다. 구리를 철강에 첨가하면 철강의 내식성을 향상시킬 수 있으며, 구리와 P 원소를 함께 첨가하면, 내식성 효과가 더욱 우수하다; Cu 첨가량이 1%를 초과하면, 일정 조건 하에서, ε-Cu 석출상을 형성하여, 비교적 강한 석출 강화 효과를 나타낼 수 있다. 그러나 Cu의 첨가는 압연 과정에서 "Cu 취화" 현상을 형성하기 쉬우며, 일부 적용 상황에서 Cu의 내식성 개선 효과를 충분히 이용하는 동시에, 현저한 "Cu 취화" 현상이 일어나지 않도록 하기 위해서는, 통상적으로 Cu 원소의 함량을 0.5% 이내로 제어하며, 바람직한 범위는 0.3% 이내이다.
니켈은, 본 발명에서 첨가 가능한 원소 중 하나이다. 철강에 니켈을 첨가하면 일정한 내식성을 갖게 되지만, 내식 효과가 구리보다 약하며, 철강에 니켈을 첨가하면 철강의 인장 성능이 미치는 영향이 크지 않지만, 철강의 조직과 석출상을 미세화할 수 있고, 철강의 저온 인성이 크게 향상된다; 동시에 구리 원소가 첨가된 철강에, 소량의 니켈을 첨가하면 "Cu 취화"의 발생을 억제할 수 있다. 비교적 많은 니켈의 첨가는 철강 자체의 성능에 명백한 악영향을 미치지 않는다. 하지만, 구리와 니켈을 동시에 첨가하면, 내식성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 철강의 조직과 석출상을 미세화하고, 저온 인성을 크게 향상시킬 수 있다. 구리와 니켈은 모두 비교적 귀중한 합금 원소에 속한다. 따라서, 합금 설계의 원가를 가능한 낮추기 위해, 니켈의 첨가량은 통상적으로 ≤0.5%이며, 바람직한 범위는 ≤0.3이다.
본 발명에 따른 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강의 제조 방법은 다음과 같다.
1) 제련 및 주조 단계
상기 성분에 따라 전로 또는 전기로에서 제련하고, 진공로에서 2차 정련한 후 빌릿 또는 잉곳으로 주조한다.
2) 빌릿 또는 잉곳 재가열 단계
가열 온도는 1100 내지 1200℃이고, 온도 유지 시간은 1 내지 2시간이다.
3) 열간 압연 단계
압연 시작 온도는 950 내지 1100℃이고, 950℃ 이상에서 3 내지 5패스의 고압하에 누적 변형량은 ≥50%, 바람직하게는 ≥70%이며, 주요 목적은 오스테나이트 결정립을 미세화하는 것이고; 그 후 중간 빌릿의 온도가 930 내지 950℃로 된 다음, 5 내지 7패스의 마무리 압연을 수행하고 누적 변형량은 ≥70%, 바람직하게는 ≥80%이며; 압연 종료 온도는 800 내지 930℃이다.
4) 냉각 단계
동적 회복 및 동적 재결정화를 위해 0 내지 10초의 공랭 후, 수냉을 수행하고, ≥10℃/s의 냉각 속도로, 바람직하게는 10 내지 60℃/s의 냉각 속도로 스트립 강을 베이나이트 상변태 온도 범위, 즉 Bs 내지 Bf 사이로 수냉하며, 권취 후 풍냉(냉각 속도＞20℃/h)으로 철강 코일의 온도를 실온으로 빠르게 냉각시키고; 바람직하게는 권취 온도는 410 내지 550℃이다.
5) 산세척 단계
스트립 강의 산세척 작동 속도를 30 내지 100 m/min 범위 내에서 조정하고, 산세척 온도를 75 내지 85℃ 사이로 제어하며, 형상 교정률(拉矯率)을 ≤2%로 제어하여, 스트립 강의 연신율 손실을 감소시키고; 35 내지 50℃의 온도 범위에서 세척하며, 120 내지 140℃에서 스트립 강 표면을 건조하고, 도유한다.
바람직하게는, 단계 5)에서 산세척 후, 35 내지 50℃의 온도 범위에서 세척하고, 120 내지 140℃에서 스트립 강 표면을 건조시키고 도유한다.
본 발명의 혁신점은 하기와 같다:
본 발명은 성분 설계에서 단일상 저탄소 베이나이트 설계 아이디어를 사용하고, 적합한 압연 종료 온도 및 압연 후 공랭 또는 직접 수냉을 사용하며, 권취 후 철강 코일은 철강 코일의 온도가 가능한 한 실온으로 빠르게 냉각되도록 풍냉 또는 다른 철강 코일의 냉각을 가속화하는 모드를 사용하여, 최종적으로 조직이 균일하고 미세한 단일상 베이나이트를 얻음으로써, 높은 가소성 및 인성과 우수한 냉간 굽힘 성능 및 매우 높은 구멍 확장률을 나타낸다.
압연 공정 설계에서, 압연 과정의 리듬은 조압연 및 마무리 압연 단계에서 가능한 한 빠르게 완료되어야 한다. 최종 압연 종료 후 먼저 상이한 시간의 공랭을 수행할 수 있고, 최종 압연 종료 후 층류 냉각을 직접 수행할 수도 있다. 공랭의 주요 목적은 다음과 같다. 성분 설계에서 망간 및 몰리브덴의 함량이 높고, 망간은 오스테나이트를 안정화시키는 원소인 반면, 몰리브덴은 페라이트와 펄라이트의 상변태를 크게 지연시킨다. 따라서, 일정 시간의 공랭 과정에서 압연을 거친 변형된 오스테나이트는 상변태를 일으키지 않고, 즉 페라이트 조직을 형성하지 않으며, 동적 재결정화 및 이완 과정을 일으킨다. 변형된 오스트나이트는 동적 재결정화를 일으켜 조직이 균일한 거의 등축 오스테나이트를 형성할 수 있고, 이완 후 오스테나이트 결정립 내부의 전위는 크게 감소하며, 양자의 결합은 후속 수냉 층류 냉각 과정에서 조직이 균일하고 미세한 단일상 베이나이트를 얻을 수 있다. 베이나이트 조직을 얻기 위해, 스트립 강의 수냉 속도는 ≥10℃/s이어야 한다.
본 발명에 관련된 미세조직은 저탄소 베이나이트이므로, 최종 압연 종료 후 스트립 강이 ≥10℃/s의 냉각 속도로 베이나이트 상변태 온도 범위, 즉 Bs 내지 Bf 사이로 냉각되어 권취되기만 하면 된다. 베이나이트 상변태 시간은 길기 때문에, 철강 코일은 권취된 후 여전히 상변태를 일으킬 수 있다. 따라서, 강도, 가소성 및 구멍 확장률이 우수한 고강도 철강을 얻기 위해, 권취된 철강 코일은 최대한 짧은 시간 내에 풍냉 또는 다른 강제 냉각 모드(냉각 속도＞20℃/h, 바람직하게는 ≥25℃/h)를 통해 실온으로 온도를 낮추어야 하며, 이로써 균일하고 미세한 단일상 베이나이트 조직을 얻는다. 이러한 혁신적인 성분 및 공정 설계 아이디어에 기반하여, 본 발명은 강도, 가소성, 인성, 냉간 굽힘 및 구멍 확장 성능이 우수한 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강을 얻을 수 있다.
본 발명의 유익한 효과는 이하와 같다:
(1) 상대적으로 경제적인 성분 설계 아이디어를 사용하는 동시에, 혁신적인 냉각 공정 경로를 사용하여, 강도, 가소성, 인성 및 구멍 확장 성능이 우수한 980 MPa급 구멍 확장성이 매우 높은 강을 얻을 수 있다.
(2) 철강 코일 또는 강판은 우수한 강도, 가소성, 인성 및 구멍 확장률의 매칭을 갖는 동시에 우수한 냉간 굽힘 성능, 구멍 확장 및 플랜징 성능도 겸비하며, 항복 강도가 ≥800 MPa이고, 인장 강도가 ≥980 MPa이며, 두께가 2 내지 6 mm인 열간 압연 또는 산세척 구멍 확장성이 매우 높은 강은 동시에 우수한 연신율(횡방향 A50≥8%), 충격 인성 및 구멍 확장 성능(구멍 확장률≥60%)을 가지며, 자동차 섀시, 보조 프레임과 같은 고강도 및 박형화와 구멍 확장 및 플랜징이 필요하고 성형이 복잡한 부품의 제조에 적용할 수 있고, 매우 광범위한 응용 전망을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강의 제조 방법의 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강의 제조 방법에서 압연 공정 모식도이다.
도 3은 본 발명에 따른 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강의 제조 방법에서 냉각 공정 모식도이다.
도 4는 본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 실시예 3의 전형적인 금속조직학적 사진이다.
도 5는 본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 실시예 5의 전형적인 금속조직학적 사진이다.
도 6은 본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 실시예 7의 전형적인 금속조직학적 사진이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강의 제조 방법은 다음과 같다.
1) 제련 및 주조 단계
상기 성분에 따라 전로 또는 전기로에서 제련하고, 진공로에서 2차 정련한 후 빌릿 또는 잉곳으로 주조한다.
2) 빌릿 또는 잉곳 재가열 단계
가열 온도는 1100 내지 1200℃이고, 온도 유지 시간은 1 내지 2시간이다.
3) 열간 압연 단계
압연 시작 온도는 950 내지 1100℃이고, 950℃ 이상에서 3 내지 5패스의 고압하에 누적 변형량은 ≥50%이며; 그 후 중간 빌릿의 온도가 930 내지 950℃로 된 다음, 5 내지 7패스의 마무리 압연을 수행하고 누적 변형량은 ≥70%이며; 압연 종료 온도는 800 내지 930℃이다.
4) 냉각 단계
동적 회복 및 동적 재결정화를 위해 0 내지 10초의 공랭 후, 수냉을 수행하고, ≥10℃/s의 냉각 속도로 스트립 강을 베이나이트 상변태 온도 범위, 즉 Bs 내지 Bf 사이로 수냉하며, 권취 후 풍냉(냉각 속도＞20℃/h)으로 철강 코일의 온도를 실온으로 빠르게 냉각한다.
5) 산세척 단계
스트립 강의 산세척 작동 속도를 30 내지 100 m/min 범위 내에서 조정하고, 산세척 온도를 75 내지 85℃ 사이로 제어하며, 형상 교정률(拉矯率)을 ≤2%로 제어하고, 35 내지 50℃의 온도 범위에서 세척하며, 120 내지 140℃에서 표면을 건조하고, 도유한다.
본 발명에 따른 구멍 확장성이 매우 높은 강의 실시예의 성분은 표 1을 참조하고, 표 2 및 표 3은 본 발명의 철강 실시예의 생산 공정 매개변수이며, 여기서 압연 공정에서 철강 빌릿의 두께는 230 mm이고; 표 4는 본 발명의 실시예에 따른 강판의 기계적 특성을 나타낸다. 인장 성능(항복 강도, 인장 강도, 연신율)은 ISO6892-2-2018 국제 표준에 따라 검출하고; 구멍 확장률은 ISO16630-2017 국제 표준에 따라 검출하며; 충격 에너지는 ISO14556-2015 국제 표준에 따라 검출한다.
표 4로부터 볼 수 있듯이, 철강 코일의 항복 강도는 ≥800 MPa이고, 인장 강도는 ≥980 MPa이며, 연신율은 통상적으로 10%이고, 충격 에너지는 비교적 안정적이며, -40℃의 저온 충격 에너지는 ≥40J이고, 구멍 확장률은 ≥60%이다. 상기 실시예로부터 볼 수 있듯이, 본 발명에 관련된 980 MPa 고강도 철강은 우수한 강도, 가소성, 인성 및 구멍 확장 성능의 매칭을 갖고, 특히 컨트롤 암과 같이 고강도 및 박형화와 구멍 확장 및 플랜징이 필요한 자동차 섀시 구조 등에 적합하며, 휠과 같은 플랜징이 필요한 복잡한 부품에도 적용할 수 있고, 광범위한 응용 전망을 갖는다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
참고: 충격 에너지는 실제 두께로 측정되고, 비율에 따라 10×10×55 mm의 표준 시료의 충격 에너지로 등가 변환된다.

Claims (15)

  1. 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강으로서,
    상기 구멍 확장성이 매우 높은 강의 화학 성분의 중량 백분율은 C: 0.05 내지 0.10%, Si: ≤2.0%, Mn: 1.0 내지 2.0%, P: ≤0.02%, S: ≤0.003%, Al: 0.02 내지 0.08%, N: ≤0.004%, Mo: 0.1 내지 0.5%, Ti: 0.01 내지 0.05%, O: ≤0.0030%이고,
    나머지는 Fe 및 다른 불가피한 불순물인, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  2. 제1항에 있어서,
    Cr≤0.5%, B≤0.002%, Ca≤0.005%, Nb≤0.06%, V≤0.05%, Cu≤0.5%, Ni≤0.5% 중 하나 또는 하나 이상의 원소를 더 포함하며; 상기 Nb, V의 함량은 바람직하게는 각각 ≤0.03%이고; 상기 Cu, Ni의 함량은 바람직하게는 각각 ≤0.3%이며; 상기 Cr의 함량은 바람직하게는 0.2 내지 0.4%이고; B의 함량은 바람직하게는 0.0005 내지 0.0015%이며; 상기 Ca의 함량은 바람직하게는 ≤0.002%인 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  3. 제2항에 있어서,
    Cr≤0.5% 및/또는 B≤0.002%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 C의 함량은 0.06 내지 0.09%인 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 Mn의 함량은 1.4 내지 1.8%인 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 S의 함량을 0.0015% 이하로 제어하고, 및/또는 상기 N의 함량을 0.003% 이하로 제어하는 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 Al의 함량은 0.02 내지 0.05%인 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 Ti의 함량은 0.01 내지 0.03%이고, 및/또는 상기 Mo의 함량은 0.15 내지 0.35%인 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 구멍 확장성이 매우 높은 강의 미세조직은 풀-베이나이트인 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  10. 제1항 또는 제9항에 있어서,
    상기 구멍 확장성이 매우 높은 강의 항복 강도는 ≥800 MPa이고, 인장 강도는 ≥980 MPa이며, 횡방향 연신율 A50은 ≥10%이고, 구멍 확장률은 ≥60%이며, 냉간 굽힘 성능 테스트(d≤4a, 180°)를 통과하고; 바람직하게는, -40℃의 충격 인성은 ≥40J인 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 구멍 확장성이 매우 높은 강의 항복 강도는 ≥850 MPa이고, 인장 강도는 ≥1020 MPa이며, 횡방향 연신율 A50은 ≥10%이고, 구멍 확장률은 ≥70%이며, 냉간 굽힘 성능 테스트(d≤4a, 180°)를 통과하고, -40℃의 충격 인성은 ≥50J인 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 구멍 확장성이 매우 높은 강의 항복 강도는 ≥830 MPa이고, 인장 강도는 ≥1000 MPa이며, 횡방향 연신율 A50은 ≥10%이고, 구멍 확장률은 ≥70%이며, 냉간 굽힘 성능 테스트(d≤4a, 180°)를 통과하고, -40℃의 충격 인성은 ≥60J인 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 구멍 확장성이 매우 높은 강의 항복 강도는 ≥900 MPa이고, 인장 강도는 ≥1040 MPa이며, 횡방향 연신율 A50은 ≥10%이고, 구멍 확장률은 ≥65%이며, 냉간 굽힘 성능 테스트(d≤4a, 180°)를 통과하고, -40℃의 충격 인성은 ≥40J인 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강의 제조 방법으로서,
    1) 제련 및 주조 단계 ― 제1항 내지 제8항에 따른 성분에 따라 전로 또는 전기로에서 제련하고, 진공로에서 2차 정련한 후 빌릿 또는 잉곳으로 주조함 ―;
    2) 빌릿 또는 잉곳 재가열 단계 ― 가열 온도는 1100 내지 1200℃이고, 온도 유지 시간은 1 내지 2시간임 ―;
    3) 열간 압연 단계 ― 압연 시작 온도는 950 내지 1100℃이고, 950℃ 이상에서 3 내지 5패스의 고압하에 누적 변형량은 ≥50%, 바람직하게는 ≥70%이며; 그 후 중간 빌릿의 온도가 930 내지 950℃로 된 다음, 5 내지 7패스의 마무리 압연을 수행하고 누적 변형량은 ≥70%, 바람직하게는 ≥80%이며; 압연 종료 온도는 800 내지 930℃임 ―;
    4) 냉각 단계 ― 동적 회복 및 동적 재결정화를 위해 0 내지 10초의 공랭 후, 수냉을 수행하고, ≥10℃/s의 냉각 속도로, 바람직하게는 10 내지 60℃/s의 냉각 속도로 스트립 강을 베이나이트 상변태 온도 범위, 즉 Bs 내지 Bf 사이로 수냉하며, 권취 후 풍냉으로 철강 코일의 온도를 실온으로 냉각시키고; 바람직하게는 권취 온도는 410 내지 550℃임 ―; 및
    5) 산세척 단계 ― 스트립 강의 산세척 작동 속도를 30 내지 100 m/min 범위 내에서 조정하고, 산세척 온도를 75 내지 85℃ 사이로 제어하며, 형상 교정률(拉矯率)을 ≤2%로 제어한 후, 세척하고 스트립 강 표면을 건조시키며 도유함 ― 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    단계 5)에서 산세척 후 35 내지 50℃의 온도 범위에서 세척하고, 120 내지 140℃에서 스트립 강 표면을 건조시키고 도유하는 것을 특징으로 하는, 980 MPa급 풀-베이나이트형의 구멍 확장성이 매우 높은 철강의 제조 방법.
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