KR20170027708A - 용융침지아연 기반 코팅, 고 강도 및 고 성형성을 가지는 강 스트립 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용융 아연도금 기반 코팅을 가지는 강 스트립에 대한 것으로, 이 강 스트립은, 중량%로, 이하의 조성을 가지며: C: 0.17 - 0.24%, Mn: 1.8 - 2.5%, Si: 0.65 - 1.25%, Al: ≤ 0.3%, 선택적으로, Nb:≤ 0.1% 및/또는 V:≤ 0.3% 및/또는 Ti:≤ 0.15% 및/또는 Cr:≤ 0.5% 및/또는 Mo:≤ 0.3%, 잔부는 철 및 불가피한 불순물이며, Si/Mn 비가 ≤0.5 이고 Si/C 비는 ≥3.0, Mn은 등가량 ME가 최대 3.5%이고, 여기서 ME = Mn + Cr + 2 Mo (중량%)이며, 이하의 미세 조직(체적%)을 가지며; 페라이트: 0 - 40%, 베이나이트: 20 - 70%, 마르텐사이트: 7 - 30%, 잔류 오스테나이트: 5 - 20%, 펄라이트 ≤2%, 세멘타이트 ≤1%이고, 960 - 1100 MPa의 인장강도, 적어도 500 MPa의 항복강도, 및 적어도 12%의 균일한 연신율을 가진다.

Description

용융침지아연 기반 코팅, 고 강도 및 고 성형성을 가지는 강 스트립{STEEL STRIP HAVING HIGH STRENGTH AND HIGH FORMABILITY, THE STEEL STRIP HAVING A HOT DIP ZINC BASED COATING}

본 발명은 고 강도 및 고 성형성을 가지는 강 스트립 및 그의 제조방법에 대한 것으로서, 이 강 스트립에는 자동차 산업에 이용되는 용융침지아연 기반 코팅이 구비된다.

본 발명은 세트를 이루는 균형된 성질들로서, 960 -1100 MPa 범위의 인장 강도와, 적어도 500MPa의 항복 강도 및 적어도 12%의 균일한 연신율을 가지는 강 스트립에 대한 것이다. 이러한 세트를 이루는 균형된 특성을 갖는 강 스트립들은 다른 특성을 손상시킴이 없이 예컨대 자동차 산업에서 중량 감소를 구현할 수 있는 가능성을 가진다.

강도와 성형성에 대해 균형된 특성을 가지는 강 스트립이 이 기술 분야에 공지되어 있다. 그럼에도 불구하고 강 유형의 개발 및 이에 대한 점증하는 연구 조사가 진행되고 있으며, 그 중에서 단일 특성 및/또는 특성들의 균형이 향상된다.

비교할만한 특성들의 평형을 가진 강 스트립이 공지되었고 연속 라인에서 제조될 수 있으나, 아연도금 보호 없이 제조될 수 있다. 그러므로 이들 강 스트립의 적용가능성은 아연도금 보호를 필요로 하지 않는 용도들, 예컨대, 자동차 용도들에서 시트들과 내부 부품들에 한정된다. 이들 적용 중 많은 것에서 강도와 성형 특성이 충족된다.

도색전 차체(BIW)의 자동차 용도용 복잡한 형상의 부품들은 두께 감소(down gauging)를 수행할 수 있도록 (초)고 강도에서 향상된 (냉간) 성형성을 필요로 한다. 두께 감소에 의한 중량 감소는 환경 규제의 점증하는 요구를 충족하기 위하여 중요하다. 더욱이, 이들 도색전 차체의 용도에서의 허용 가능한 사용 수명을 보장하기 위하여 아연도금 보호가 필요하다.

현재, 성형성, 강도 및 아연도금 보호의 이들 요건들을 충족하는 제품들은 개별 공정 단계들을 포함하는 공정에서 제조된다. 제1 단계에서, 강 스트립은 연속 어닐링 라인에서 연속으로 어닐링 처리된다. 이어서, 이와 같이 제조된 강 스트립은 종래의 전기 아연도금 기술을 이용하여 개별 단계에서 오프-라인으로 코팅된다. 그러나, 고강도 및 초고강도 강 스트립의 전기 아연도금은 강 스트립의 수소 이온에 의한 전기도금 및 충전 동안 수소 이온의 방출에 의하여 발생된 수소 취성(embrittlement)에 의한 지연 파괴(delayed fracture)의 불가피한 위험성을 가진다.

수소 취성의 위험을 회피하는 PVD와 같은 대안적인 냉각-코팅 기술은 상용 강들의 대량의 상업적인 제조에 대하여 검증되지 않았다. 그러므로 용융침지아연은 여전히 전기 아연도금 및 대안적인 냉각-코팅 기술에 비해 선호된다.

최근에 용융침지아연 도금 처리가 실행될 수 있도록 소위 "고가 조성(rich chemistry)"을 가진 강 조성물이 제조될 수 있음이 알려졌다. 그러나 이들 조성물들은 적절한 제어 및 공정 설비에서 높은 자본 투자를 포함하는 노 분위기의 신중하고 정밀한 제어를 통해 열처리 단계들 동안 표면의 산화 상태를 신중하게 제어하는 것이 필요하다. 통상적으로, 그러한 제조 라인은 또한 다른 강 제품을 제조하기 위하여 사용된다. 그러므로 문제되는 제조 라인의 전체 제품 포트폴리오를 위한 공정의 생산성이 영향을 받는다. 고가 조성의 제품들은 대량의 상업 제품에 비해 소량으로 제조되므로 자본 투자가 불리하다. 또한 금속학적 관점에서, 고가 조성을 가지는 이들 강 조성물들은 민감성 성분의 내부 산화를 증대시키면 표면 영역 근처에서 취약한 산화물을 형성하여, 연성의 상실을 초래할 수도 있으며, 굽힘성과 같은 특성의 악화 및 표면 품질의 열화를 초래하고, 최종적으로 이들 강 제품들이 사용될 수 있는 용도들의 형태 또는 수가 감소되는 단점을 가진다.

아연도금에서, 기재 또는 아연 욕에의 희토류 원소들의 첨가는 액체 아연의 습윤성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. 이들 희토류 원소들은 고가이며 점증적으로 공급이 부족하다.

어닐링 단계와 HDG 단계의 분리는 추가 비용을 포함하며 물류의 복잡성(logistic complexity)을 증가시킨다. 더욱이, HDG 처리를 위한 적절한 온도로 재가열하면 스트립 성질이 허용할 수 없을 정도로 열화된다.

본 발명은, 강 기재의 조성물 및/또는 아연 욕이 상술한 결점들이 없고, 어닐링 및 코팅 단계들을 다른 공정 라인들로, 또는 적어도 이에 준하는 라인들로부터 분리시키지 않고, 960 - 1100MPa 범위의 고강도에서, 적어도 500MPa의 항복 강도 및 적어도 12%의 균일한 연신율로 표현되는 높은 성형성과, 단일 제조 라인을 이용하여 연속 공정에서 적용될 수 있는 접착성, 연속 아연도금 보호층을 가지는 강 스트립을 제공함을 목적으로 한다.

본 발명의 제1 측면에 따르면, 용융침지도금 아연 기반 코팅을 가지는 강 스트립이 제공되고, 상기 강 스트립은 중량%로 이하의 조성을 가지며:

C: 0.17 - 0.24%

Mn: 1.8 - 2.5%

Si: 0.65 - 1.25%

Al: ≤ 0.3%

선택적으로:

Nb:≤ 0.1% 및/또는 V:≤ 0.3% 및/또는 Ti:≤ 0.15% 및/또는 Cr:≤ 0.5% 및/또는 Mo:≤ 0.3%을 함유하고, 잔부는 철이고 불가피한 불순물이며,

Si/Mn 비가 ≤0.5이고 Si/C 비가≥ 3.0이며, Mn 등가량(equivalent) ME가 최대 3.5%이고, 여기서 ME = Mn + Cr + 2 Mo (중량%)이며, 이하의 미세조직(체적%)을 가지며:

페라이트(ferrite): 0 - 40%

베이나이트(bainite): 20 - 70%

마르텐사이트(martensite): 7 - 30%

잔류 오스테나이트(retained austenite): 5 - 20%

펄라이트(pearlite): ≤ 2%

세멘타이트(cementite): ≤ 1%이고,

960 - 1100 MPa의 인장강도, 적어도 500 MPa의 항복강도, 및 적어도 12%의 균일한 연신율을 가진다.

상기 설명된 바와 같은 미세 조직과 조성을 가지며 또한 아연 기반 코팅을 가진 강 스트립은 어닐링 단계, 로의 분위기 및 제어 설비, 아연도금 기술(galvanizing technology)의 면에서 제조 라인을 전면적으로 수정할 필요 없이, 그리고 기재 및/또는 아연 욕의 조성에서 거의 유용하지 않은 요소들을 도입할 필요 없이, 스트립의 균형된 기계적 특성들과 아연도금 보호에 관하여 상기 목적을 충족하는 것이 발견되었다.

제2 측면을 따르면, 본 발명은 연속으로 고강도 용융침지아연 코팅된 강 스트립의 제조방법을 제공하는 데, 상기 방법은 이하의 단계들:

1) 중량%로, 이하의 조성을 가지는 강 스트립을 제공하며:

C: 0.17 - 0.24%

Mn: 1.8 - 2.5%

Si: 0.65 - 1.25%

Al: ≤0.3%

선택적으로:

Nb: ≤0.1% 및/또는 V: ≤0.3% 및/또는 Ti: ≤0.15% 및/또는 Cr: ≤0.5% 및/또는 Mo:≤ 0.3%를 함유하며, 잔부는 철 및 불가피한 불순물이고,

Si/Mn 비가≤ 0.5 이고 Si/C 비가≥ 3.0이며, Mn 등가량 ME가 최대 3.5%이고, 여기서 ME = Mn + Cr + 2 Mo (중량%):

2) 완전히 또는 부분적으로 오스테나이트 미세 조직을 형성하기 위하여, (Ac3+20) - (Ac3-30) 범위의 온도(T1)(℃)로 상기 스트립을 가열하고:

3) 2 - 4℃/s 범위의 냉각 속도에 의하여 620 - 680 ℃ 범위의 온도(T2)로 상기 스트립을 서냉시키며;

4) (Ms-20) - (Ms+100) 범위의 온도(T3)(℃)로 25 - 50℃/s의 냉각 속도에 의하여 상기 스트립을 급냉시키고;

5) 30 - 220초 동안 420 - 550℃ 범위의 유지(holding) 또는 서냉 온도(T4)에서 상기 스트립을 유지하며;

6) 아연 기반 코팅을 상기 스트립에 제공하기 위하여 아연 욕에서 상기 강 스트립을 용융침지 코팅하고;

7) 300℃ 미만의 온도로 적어도 5 ℃/s의 냉각 속도에서 코팅된 강 스트립을 냉각하는 것을 포함한다.

본 발명은 통상의 (종래) 어닐링 라인의 냉각 성능에 대해 변태 거동을 조화(balance)시키고 가열 및 균열(soaking) 동안 표면으로의 필수 원소의 확산 속도를 제어하며 이로써 아연 욕에 진입하기 전에 해로운 표면 산화 상태로의 진행을 지연시키도록 강 조성의 합금 함량을 조화시키는 단계를 포함한다. 기본적으로, 표면 산화의 미세 조직과 제어는 조성에 의하여 달성되고, 즉, 화학 원소의 상대적이고 절대적인 함량을 조화시킴으로써 달성된다. 따라서 본 발명 조성의 화학 원소들은 종래 강에서 이용된 공지 성분들이다.

기계적 성질에 관하여, 960 -1100 MPa의 인장 강도가 상술한 두께 감소 및 중량 감소의 가능성을 부여한다. 조질(temper rolling) 압연 전의 적어도 500MPa의 항복 강도에 의하여 형상화 후의 최종 부품의 강도 차이를 최소화하며, 허용가능한 탄성 복귀 수준을 제공하고 연성과 신장된 에지 연성 사이의 실제적인 타협을 제공한다.

강 스트립의 조성에 대해, 이하의 세부 내용이 제공된다.

탄소(C): 0.17 - 0.24 중량%. 탄소는 강도를 제공하고 잔류 오스테나이트의 안정화를 제공하도록 작용한다. 탄소 함량은 상류의 가공성(processability)과 국부 용접성을 고려하여 바람직하게 0.18 - 0.22 중량%이다. 최적의 특성을 위하여, 이 범위에서 0.20 중량% 이상의 C 함량이 보다 바람직하다. 이 범위 아래에서는, 자유 탄소(free carbon)의 수준은 소정 비율의 오스테나이트를 안정화시키기에 충분하지 못할 수 있다. 따라서 소정 수준의 연성(ducility) 및/또는 균일한 연신이 달성되지 못할 수도 있다. 이 범위를 초과하면 종래의 제조 라인에서의 가공성과 최종 사용자에서의 제조성이 악화된다. 특히 용접성이 문제로 된다.

망간(Mn): 1.8-2.50 중량%. 탄소와 같이, 망간은 강도 강화(strengthening) 작용을 가진다. 망간은 또한 최종 특성을 얻기 위하여 중요한 등온 제5 단계의 억제된 냉각(arrested cooling) 동안 미세한 균질 베이나이트 상이 용이하게 형성되도록 페라이트 형성 지연 및 변태 온도 억제와 관련하여 중요하다. 2.50 중량%의 상한을 초과하면 이러한 조성을 가지는 강 스트립의 습윤성(wettability)은 손상된다. 1.8 중량%의 하한보다 Mn 함량이 적으면, 강도와 변태 거동은 악화된다. 탄소와 망간 함량이 너무 높으면, 국부 용접성이 손상된다.

규소(Si): 0.65 - 1.25 중량%. Mn과 유사하게, 규소는 충분한 강도와 적절한 변태 거동을 보장한다. 더욱이, Si는 세멘타이트에서의 극히 낮은 용해성에 기인하여 탄화물 형성을 억제하며, 이는 오스테나이트 안정화에 필요한 탄소를 소비할 것이다. 탄화물 형성은 또한 연성과 기계적 일체성에 영향을 미친다. 이에 비추어 본 발명에서 Si/C 비율은 3.0보다 크며, 바람직하게 가공 조건들, 특히 이하에서 설명되는 바와 같은 냉각 조건들에 비추어 4.0보다 크다. 바람직하게 Si는 탄화물 형성의 억제 및 오스테나이트 안정화의 촉진과 결합하여 습윤성에 비추어 0.8 - 1.2 중량% 범위이다.

Si/Mn 비는 Si의 표면으로의 확산 속도를 제어하기 위하여 0.5보다 작으며, 따라서 접착성 산화물(adherent oxides)의 형성 속도를 허용가능한 최소로 유지하고 이로써 액체 아연의 습윤성과 높은 수준의 접착성(adhesion)을 보장할 수 있다. Si/Mn 비는 또한 허용가능한 최소값으로의 1차 냉각(primary cooling) 동안 펄라이트와 거친 탄화물과 같은 바람직하지 않는 변태 산물의 생성을 방지하는 데 기여한다. 따라서, 인장 연성, 신장된 에지 연성 및 굽힘성과 같은 기계적 특성은 상기 비율에 따른 규소와 망간 사이의 평형으로부터 이점을 가진다.

알루미늄(Al): 최대 0.3 중량%. Al의 주 기능은 주조 전의 용융 강의 환원이다. 또한, 소량의 Al이 냉각 억제 동안 변태 온도 및 속도(kinetics)를 조정하기 위하여 사용될 수 있다. Al이 탄화물 형성을 억제하고 이로써 자유 탄소에 의한 오스테나이트의 안정화를 촉진시킬 수 있더라도, 더 많은 양의 Al은 바람직하지 않다. Si와 반대로, 강도 강화에 중대한 영향을 미치지 않는다. Al의 높은 수준은 또한 페라이트의 오스테나이트로의 변태 온도 범위를 종래 장치와 양립할 수 없는 수준으로 증대시킬 수 있다.

선택적으로, 이하의 성분들의 하나 이상이 강 조성에 함유될 수 있다: Nb≤ 0.1 중량% (비용, 회복/재결정의 바람직하지 않은 지연 및 열간압연 밀에서의 큰 압연 하중에 비추어, 바람직하게 0.01 - 0.04 중량%), V≤ 0.3 및/또는 Ti≤ 0.15 중량%이며, 이들 원소들은 열간압연 중간 산물과 최종 산물에서 미세 조직을 정련하기 위하여 사용될 수 있다. 이 원소들은 또한 강도 강화 효과를 가진다. 그들은 또한 신장된 에지 연성과 굽힘성과 같은 용도 의존 특성의 최적화에 긍정적으로 기여한다.

다른 선택적인 원소들은 강도를 고려하여 Cr ≤0.5 중량% 및/또는 Mo≤ 0.3 중량%이다. 망간 함량(%), 크롬 함량 및 몰리브데늄 함량의 두 배(ME=Mn + Cr + 2*Mo)의 합과 같은 망간 등가량(ME)은 3.5보다 작게, 바람직하게 3보다 작게 유지되어야 한다.

최종 강 스트립의 복잡한 미세조직(microstructure)은 페라이트, 베이나이트(bainite), 마르텐사이트(martensite), 잔류 오스테나이트, 및 선택적으로 상기 제공된 한도 내에서 소량의 펄라이트(pearlite) 및 세멘타이트를 포함한다. 성형가능하고 가공 경화 가능한 기재를 제공하기 위하여 임계간(intercritical) 페라이트 또는 신규(재변태된) 페라이트일 수 있는 페라이트가 필수적이다. 어닐링 온도로부터의 서냉 동안 형성된 재변태된 페라이트의 일부는 증가된 항복 강도가 목표인 경우에 바람직하다. 베이나이트는 강도를 제공할 뿐만 아니라 그의 형성은 오스테나이트 잔류에 필수적이다. 실리콘 존재 하의 베이나이트의 변태는 오스테나이트 상으로의 탄소의 분할을 구동하고, 이로써 오스테나이트 상에서의 탄소 농축 수준을 증대시킬 수 있으므로 분위기 온도(ambient temperature)에서의 (메타) 안정상을 형성할 수 있다. 베이나이트는 또한 변형의 더 작은 미소-크기의 국부화를 발생하여 그에 따라 이중 상의 강들에 대한 파괴 저항을 향상시키므로 강도 강화 상으로서 마르텐사이트보다 이점을 가진다. 마르텐사이트는 어닐링의 최종 ??칭 동안 형성되고 항복점 연신을 억제하고 최종 프레스 가공된 제품에서 안정되고 한계가 없는(neck-free) 변형 및 연신 균일을 달성하기에 바람직한 n-값(가공 경화 성분)을 증가시킨다. 최종 강 스트립에서의 신규 마르텐사이트의 7 체적%의 하한 값은 강 스트립에 종래의 이중 상 강에 비교할만한 인장 응답 및 이에 따른 프레스 거동을 제공한다. 본 발명에 따른 강 스트립은 적절한 비율의 베이나틱 페라이트와 마르텐사이트에 의하여 상 강도 강화로부터 강도를 생성한다. 준안정 잔류 오스테나이트 부분에 의하여 강도와 연성 특성의 평형된 조합(balanced combination)이 달성된다. 잔류 오스테나이트에 의하여 TRIP 효과를 통해 연성을 부분적으로 향상시키는 데, 이는 균일한 연신의 관찰된 증가에 의하여 입증된다. 최종 특성은 또한 복잡한 미세조직들의 다양한 상들 사이의 상호 작용에 의존한다. 여기서, 탄화물과 탄화물 상의 낮은 수준 및 페라이트와 베이나틱 페라이트의 모두의 존재는 기계적 일체성을 향상시키고 조기 공극 형성 및 파괴를 억제함으로써 각각 오스테나이트의 안정화에 기여하고 또한 직접 연성의 향상에 기여한다.

바람직하게 미세조직은 체적%로 하기한 것을 포함한다.

임계간(intercritical) 페라이트: 최대 30 체적%. 이 상한을 초과하면, 최종 미세 조직은 충분한 베이나이트 및/또는 마르텐사이트를 함유하지 않아서, 강도가 너무 낮아질 것이다.

재변태 페라이트: 최대 40 체적%. 이 상한치를 초과하면, 최종 미세 조직은 충분한 베이나이트 및/또는 마르텐사이트를 함유하지 않아서, 강도가 너무 낮아질 것이다.

베이나이트: 20-70 체적%. 이 하한치보다 낮으면 충분한 오스테나이트 안정화가 없다. 상한치를 초과하면 충분한 마르텐사이트가 없으므로, 강도가 너무 낮아질 것이다.

마르텐사이트: 7-30 체적%. 이 하한치보다 낮으면 DP 인장 응답(변형시 DP 강과 같은 가공 경화)이 충분하지 못하다. 상한치를 초과하면 강도가 너무 크게 될 것이다.

잔류 오스테나이트: 5-20 체적%. 5 체적%보다 낮으면 소정 수준의 연성 및/또는 균일한 연신이 달성되지 않을 것이다. 상한치는 조성에 의하여 설정된다.

강 스트립은 아연 기반 코팅을 가진다. 바람직하게 아연 기반 코팅은 아연 도금되거나 또는 합금화 아연도금 코팅(galvannealed coating)이다. Zn 기반 코팅은 합금 원소로서 Al을 함유하는 Zn 합금을 포함할 수 있다. 바람직한 아연 욕 조성은 0.10-0.35 중량% Al, 잔부 아연 및 불가피한 불순물을 포함한다. Mg와 Al을 주 합금 원소로 포함하는 또 다른 바람직한 Zn 욕은 이하의 조성을 가지며: 0.5 - 3.8 중량% Al, 0.5 - 3.0 중량% Mg, 선택적으로 추가 원소들의 하나 이상 0.2중량%; 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 포함한다. 추가 원소들은 Pb, Sb, Ti, Ca, Mn, Sn, La, Ce, Cr, Ni, Zr 또는 Bi이다.

본 발명에 따른 강 스트립의 연속 제조 방법에서, 제1 단계에서, 위에 설명된 바와 같은 조성과 소정의 스트립 크기를 가지는 강 제품은 후속 어닐링 및 용융침지아연 도금 단계들의 중간체로서 제공된다. 적절하게 조성이 준비되고 슬래브로 주조된다. 이어서, 주조 슬래브는 소정 크기의 강 스트립을 얻기 위하여 열간 및 냉간 압연 단계를 이용하여 가공되며, 이 강 스트립은 열처리되고 이후 단계들에서 규정되는 용융침지 코팅 처리가 실행된다. 바람직하게 제1 단계는 액체 규소 산화물 형성을 억제하기 위하여 재가열 없이 얇은 슬래브 주조 및 직접 시트 압연을 포함한다. 그러한 액체 규소 산화물은 달성될 수 있는 폭과 두께의 조합에 관한 한정된 크기의 윈도우(window)를 발생하는 압연 부하에 해롭다. 이들 산화물들은 또한 표면 오염 문제를 초래한다. 얇은 슬래브 주조 및 직접 시트 압연은 액체 규소 산화물로부터 야기된 문제가 없으며, 따라서, 윈도우의 크기가 더 넓어지며, 표면 상태 및 산세능(pickleability)이 향상된다. 그러나 단계(1)에서 재가열이 사용되면, 그러면 액체 규소 산화물의 형성을 제한하기 위하여 바람직하게 1150 - 1270℃ 온도 범위에서 워킹 빔(walking beam) 및 푸셔 유형의 종래 오븐이 사용될 수 있다. 통상적으로 슬래브의 열간 압연은 추가적인 냉간 압연에 적합할 수 있는 최종 크기로 5 - 7 스탠드에서 실행된다. 통상적으로, 마무리(finish) 압연은 800 ℃이상, 바람직하게 850 ℃ 이상의 완전 오스테나이트 상태에서 실행된다. 열간 압연 단계로부터의 스트립은 580℃ 이상의 코일링 온도에서 권취될 수 있으며, 이로써 단단한 제품으로의 변태를 피할 수 있으며 본질적으로 오스테나이트 상태에서 권취될 수 있다. 즉, 주행 테이블(run-out table) 위에서 10초 후에 단지 수 퍼센트의 변태만이 발생하였다. 추가의 냉간 압연 전에 열간 압연 스트립은 산세된다. 냉간 압연은 본 발명에 따라 열 처리 및 코팅 단계(단계 2 및 추가)가 실행된 강 스트립 제품을 얻기 위하여 실행된다. 열간 및 냉간 압연 단계들의 기능은 충분한 균질성(homogeneity), 미세 조직의 정련, 표면 상태 및 크기의 윈도우를 제공하기 위함이다. 주조만으로서 이들 특성을 제공하면, 그러면 열간 및/또는 냉간 압연은 아마도 배제될 것이다.

제2 단계에서, 스트립은 완전 또는 부분 오스테나이트 미세조직을 형성하기 위하여 (Ac3+20) - (Ac3-30) 범위의 온도(T1)(℃)로 가열된다. 다음에, 이렇게 가열된 스트립은 2 - 4 ℃/s 범위의 냉각 속도에 의하여 620 - 680℃ 범위의 온도(T2)로 서냉되고 이어서 25 - 50 ℃/s 범위의 냉각 속도에서 (Ms-20) - (Ms+100) 범위의 온도(T3)(℃)로 급냉된다. 이어지는 단계에서 스트립은 420 - 550℃ 범위의 유지 또는 서냉 온도(T4)에서 30-200초 동안 유지된다. 이러한 제5 단계 동안, 복사 손실, 발생하는 변태의 잠열, 또는 양자에 의하여 온도(T4)는 변할 수 있다. 온도 변화(±20℃)는 허용될 수 있다. 바람직하게 T4는 440 - 480℃ 범위이다. 실제로 본 발명에 따른 방법이 종래 제조 라인을 사용하여 실행되면, 바람직하게 등온 유지 시간은 최대 80초이며 따라서 용융침지아연 도금에 비추어 라인 속도는 정상 제조 스케쥴과 양립하고 비교할만하고, 제조 설비의 설계 능력을 충분히 이용할 수 있다. T3<T4이면, 이 단계는 T3에서 T4로의 재가열을 필요로 할 수 있다. 다음 단계는, 이와 같이 열처리된 스트립이 아연 욕 내에서 용융침지 코팅을 실행하여 스트립의 모든 노출된 표면에 전면적인 아연 기반 코팅을 실행하는 코팅 단계이다. 통상적으로, 욕 온도는 예컨대 420 - 440℃ 범위이다. 바람직하게, 아연 욕에 진입할 때의 스트립 온도는 욕 온도보다 최대 30℃이다. 용융침지 코팅 후의 코팅된 스트립은 적어도 5℃/s의 냉각 속도에서 300℃ 아래로 냉각된다. 분위기 온도로의 냉각은 강제 냉각 또는 제어되지 않은 자연 냉각일 수 있다.

선택적으로 조질 압연 처리는 인장강도를 미세 조정하고 사용 목적으로부터의 구체적인 요구에 따른 표면 외관 및 거칠기를 수정하기 위하여 어닐링되고 아연 코팅된 스트립에 의하여 실행될 수 있다.

실험들이 수행되었고 얻어진 스트립들이 시험되었다. 열처리 단계들과 기계적 성질들에 대한 조성과 데이터는 표 1에 열거된다.

50kg 장입 중량의 용해 제조강이 진공 오븐에서 준비되고 25kg의 잉곳이 주조되었다. 주조 블록들은 재가열되고 조면화되며, 열간 스트립 밀 압연 및 코일링 시물레이션이 실행되고 이어서 1mm 두께로 냉간 압연되었다. 기계적 성질을 결정하기 위하여 스트립 샘플들이 실험실의 연속 어닐링 시물레이터를 이용하여 어닐링되었다. 아연도금 성질을 시험하기 위하여 샘플들이 노 내에서 어닐링되고 레스카(Rhesca) 용융도금 공정 시물레이터를 이용하여 용융 금속 욕에서 열간 용융침지아연 도금되었다.

ISO 6892에 따라 서보 유압 시험머신을 이용하여 인장 특성이 측정되었다.

펀칭된 홀, 원추형 펀치로부터 멀리 있는 상부 측의 버(burr)를 가진 샘플들에 대해 ISO 16630에 설명된 시험방법을 이용하여 홀 팽창 시험이 수행되었다.

스트립(600 mm x 110 mm x 1 mm 크기를 가진)이 표시된 양(질량%)의 원소들을 함유한 중간 제품으로서 준비되었다. 이어서 스트립이 실험실의 연속 어닐링 시물레이터에서 이하의 순서로 어닐링되었다. 먼저 중간 스트립이 온도(T1)로 가열되어 완전한 오스테나이트 미세조직이 얻어졌다. 이어서, 스트립이 냉각 속도(3 ℃/s)에서 온도(T2)로 냉각되고, 이어서 냉각 속도(32℃/s)에서 온도(T3)로 추가로 냉각되었다. 다음에 스트립은 온도(T4)(이 경우 T3와 같은)에서 53초 동안 유지되었다. 이어서, 스트립은 465℃로 가열되었고 용융침지아연 도금 단계를 모사하기 위하여 12초 동안 이 온도에 유지되었다. 스트립은 6 ℃/s 속도에서 300℃로 냉각되었다. 이후 스트립은 11℃/s 속도에서 약 40℃로 더욱 냉각되었고, 최종적으로 강 스트립이 제거되었다.

용융침지아연을 위하여, 200 mm x 120 mm x 1 mm 크기의 샘플들이 천을 이용하여 깨끗하게 세척되고, 이어서 아세톤 속에서 10분간 초음파 세척되고, 최종적으로 아세톤으로 천에 의하여 세척된다. 이와 같이 세척된 샘플은 위에 설명된 어닐링 사이클에 따라 어닐링되고 레스카 용융침지아연 공정 시물레이터에서 용융침지아연이 실행되었다. 470 ℃ 온도를 가지는 이와 같이 열처리된 강 스트립이 465 ℃ 온도를 가지는 아연 욕에서 용융침지아연 도금되었다. 아연 욕 조성은 0.2 중량% Al, 및 잔부 Zn이다. 코팅 두께는 약 10 ㎛이었다. 아연 욕에서의 침지 시간은 2 내지 3초이었다.

표면 외관(surface appearance)은 주 측면 위의 필렛 크기 내에 존재하는 노출된 영역(bare spot)의 수와 크기에 의하여 정성적으로 평가되었다.

아연 접착성(adhesion)은 BMW 시험 AA-0509의 수정 버전을 이용하여 평가되었다. 각각의 실험실 코팅 샘플에 대해, 30 x 200 mm의 스트립이 베타마이트(Betamite) 1496V 접착제의 라인에 의하여 도포되었다. 라인은 150mm의 최소 라인 길이와 10mm의 최소 폭 및 약 5mm의 두께를 가졌다. 이어서 베타마이트 접착제가 노 내에서 175 ±3 ℃°에서 30분 동안 경화되었다. 상부 베타마이트를 가진 시험 샘플이 굽힘 장치(HBM UB7)을 이용하여 90 ±5℃로 굽혀졌다. 코팅의 접착성은 시각적으로 평가되었다.

추가적인 미세 조직 데이터를 생성하기 위하여 적용된 200-300g의 잉곳을 이용하여 소규모의 실험실 경로로 추가 실험이 수행되었다. 이들 소규모 잉곳들은 유사하게 열간 및 냉간 압연 시물레이션이 실행되었다. 표 2는 핵심 변태 온도들과 같이 사용된 합금들의 리스트를 표시한다. 최종 컬럼은 이들 합금들이 발명 예인지 비교예인지 표시한다.

표 3 및 표 4는 표 2에 기재된 많은 수의 합금들에 대해, 상이한 예들에 대한 공정-특성 조합들을 표시한다. 많은 합금들에 대해, 공정 파라미터들은 본 발명의 방법 특성의 내외측에 존재한다. 표 3 및 표 4는 또한 때로는 본 발명에 따르고 때로는 따르지 않는 Rp와 Rm과 같은 제품 특성을 표시한다. 우측 컬럼은 다시 합금이 공정 및 제품 특성의 측면에서 발명 예인지, 또는 비교 예인지 표시한다.

표 5에는 표 2에 따른 많은 발명 예들이 제공되고, 이에 대한 공정 변형들은 본 발명의 방법 특성의 내외측에 있다. 이들 예들에 대해, 미세 조직이 결정된다. 표 5는 명확하게 우측 컬럼에서 표시된 바와 같이 본 발명에 의하여 제공된 범위 내에 공정 파라미터들이 존재할 때 예들이 특허성이 있는 것을 표시한다.

미세조직 데이터는 이하의 여러 소스들로부터의 냉간 압연 스트립을 이용하여 얻어진다: 전-크기로 제조된 완전히-단단한 샘플, 25kg 연구실 경로로부터의 냉간압연 연구실 공급 재료(feed stock) 및 또한 소규모 연구실 주조로부터 얻어진 냉간압연 공급 재료. 상들의 부피 분율은 참조 문헌[1]로부터 도출된 bcc 및 fcc 격자들의 열 수축에 대한 비-선형 방정식을 이용하여 데이터에 적용된 레버 규칙(혼합물의 선형 법칙)에 의하여 딜라토메터리 데이터로부터 평가되었다. 전 오스테나이트화 후의 냉각, T1 >Ac3에서, 변태들이 발생하지 않는 고온 범위에서 측정된 열수축은 단순히 fcc 격자에 대해 참조 문헌[1]에서 제안된 표현에 의해서 간단하게 설명될 수 있다. 부분 오스테나이트화 후의 냉각, T1 <Ac3에서, 고온 범위에서 측정된 열수축은 혼합물의 법칙에 따라 개별 상 성분들의 열 팽창 계수(CTE)에 의하여 결정된다. 이와 같이 참조 문헌[1]에서 개시된 표현들을 이용하여 딜라토메터리 데이터를 분석함으로써 상 변태들이 발생하지 않을 때 일정한 온도 범위에서의 bcc 및 fcc 상의 부피 분율을 결정할 수 있다. 냉각 동안 변태의 개시는 고온 범위에서의 열 팽창에 의하여 정의된 선으로부터의 딜라토메터리 데이터의 제1 편차에 의하여 확인된다.

고온 딜라토메터리 데이터의 분석 후에, 참조 문헌[2]에서 설명된 방안이 어닐링된 팽창 샘플들에서의 잔류 오스테나이트(RA)의 부피 분율을 판단하기 위하여 사용되었다. 이 비율은 실온에서의 팽창과 전체 bcc 상 비율 사이의 관계를 구체화하였다. 이어서, 레버 규칙을 적용함으로써, bcc 상의 비율이 T1과 실온 사이의 온도의 함수로서 정량화될 수 있다. 이어서, 분율 곡선을 결정한 후에, 특정 온도범위에서 형성된 bcc 상의 분율이 베이나이트 및 마르텐사이트의 변태 개시 온도의 지식을 이용하여 페라이트, 베이나이트 또는 마르텐사이트로 지정될 수 있었다. 이들 개시 온도들은 참조 문헌[3]에 제시된 실험 공식을 이용하여 평가되었다.

표 6은 표 2로부터의 다수의 합금들에 대해 강이 코팅 기준을 충족하는 여부를 표시한다. 시트들은 표시된 바와 같이 예비 산화되거나 되지 않았다. 조성물의 Mn 및 Si 함량은 Si/Mn 비율과 같이 표 2로부터 복제되었다. 별도의 컬럼에서 코팅 기준이 표시되었다. 습윤성(wettability) 등급은 상대적이며 상업적인 AHSS 기준과 시각 비교에 의하여 도달되었다. 접착성(adhesion)은 BMW 시험 AA-0509에 따라 판단되었다. 코팅 성능에 대해 합금이 본 발명에 해당하는지 비교예에 해당하는지는 우측 컬럼에 표시되고, 그 이유의 코멘트는 우측 컬럼에 제공된다.

참조 문헌 [1]: S.M.C. Van Bohemen, Scr.Mater. 69 (2013) 315-318.

참조 문헌 [2]: S.M.C. Van Bohemen, Scr.Mater. 75 (2014) 22-25.

참조 문헌 [3]: S.M.C.van Bohemen, Mater.Sci. and Technol.28 (2012) 487-495.

Claims (14)

1. 용융침지아연 기반 코팅을 가지는 강 스트립으로서,
   상기 강 스트립은 중량%로 이하의 조성을 가지며:
   C: 0.17 - 0.24%
   Mn: 1.8 - 2.5%
   Si: 0.65 - 1.25%
   Al: ≤ 0.3%
   선택적으로, Nb:≤ 0.1% 및/또는 V:≤ 0.3% 및/또는 Ti:≤ 0.15% 및/또는 Cr:≤ 0.5% 및/또는 Mo:≤ 0.3%, 잔부 철 및 불가피한 불순물이며,
   Si/Mn 비가 ≤0.5 이고 Si/C 비는 ≥3.0이며,
   Mn 등가량 ME가 최대 3.5%이며, 여기서 ME = Mn + Cr + 2 Mo (중량%)이며,
   이하의 미세 조직(체적%)을 가지며:
   페라이트: 0 - 40%
   베이나이트: 20 - 70%
   마르텐사이트: 7 - 30%
   잔류 오스테나이트: 5 - 20%
   펄라이트 ≤2%
   세멘타이트 ≤1%이고,
   960 - 1100 MPa의 인장강도, 적어도 500 MPa의 항복강도, 및 적어도 12%의 균일한 연신율을 가지는, 강 스트립.
2. 제 1 항에 있어서,
   C: 0.18 - 0.22%이며, 바람직하게 0.20 - 0.22%인, 강 스트립.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   Si: 0.8 - 1.2%인, 강 스트립.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   Si/C비가 ≥4.0인, 강 스트립.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   아연 기반 코팅은 아연도금 또는 합금화 아연도금 코팅인, 강 스트립.
6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   아연 기반 코팅은 0.5 - 3.8 중량% Al, 0.5 - 3.0 중량% Mg, 선택적으로 최대 0.2 중량%의 하나 이상의 추가 원소; 불가피한 불순물, 및 잔부 아연을 함유하는 코팅인, 강 스트립.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   원소 Nb는 0.01 - 0.04 %의 양으로 존재하는, 강 스트립.
8. 연속적으로 고강도 용융침지아연 코팅된 강 스트립의 제조방법으로서,
   (1) 이하의 조성을 중량%로 가지는 강 스트립을 제공하는 단계:
   C: 0.17 - 0.24%
   Mn: 1.8 - 2.5%
   Si: 0.65 - 1.25%
   Al: ≤ 0.3%
   선택적으로, Nb: <0.1% 및/또는 V: ≤0.3% 및/또는 Ti: ≤0.15% 및/또는 Cr: ≤0.5% 및/또는 Mo:≤ 0.3%, 및 잔부 철 및 불가피한 불순물을 포함하며,
   Si/Mn 비가 ≤0.5 이고 Si/C 비는≥ 3.0이며,
   Mn 등가량 ME가 최대 3.5%이며, 여기서 ME = Mn + Cr + 2 Mo (중량%)이며;
   (2) 완전히 또는 부분적으로 오스테나이트 미세조직을 형성하기 위하여 (Ac3+20) - (Ac3-30) 범위의 온도(T1)(℃)로 상기 스트립을 가열하는 단계;
   (3) 620 - 680 ℃ 범위의 온도(T2)로 2 - 4 ℃/s 범위의 냉각 속도로 상기 스트립을 서냉시키는 단계;
   (4) (Ms-20) - (Ms+100) 범위의 온도(T3)(℃)로 25 - 50℃/s 범위의 냉각 속도로 상기 스트립을 급냉시키는 단계;
   (5) 30 - 220초의 시간 동안 420 - 550℃ 범위로 유지 또는 서냉 온도(T4)에서 상기 스트립을 유지시키는 단계;
   (6) 아연 기반 코팅을 가진 상기 스트립을 제공하기 위하여 아연 욕에서 상기 강 스트립을 용융침지 아연 코팅하는 단계; 및
   (7) 적어도 5℃/s의 냉각 속도에서 300℃ 미만의 온도로 상기 코팅된 강 스트립을 냉각시키는 단계를 포함하는, 강 스트립의 연속 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 유지 또는 서냉 온도(T4)는 440 - 480℃ 범위인, 강 스트립의 제조 방법.
10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    단계 (5)에서, 온도 변화는 ±20℃인, 강 스트립의 제조 방법.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (5)에서 시간(t)은 30-80초 범위인, 강 스트립의 제조 방법.
12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    단계 (6)에서 아연 욕에 진입할 때의 상기 강 스트립의 온도는 욕 온도보다 최대 30℃ 높은, 강 스트립의 제조 방법.
13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 아연 욕은 0.10-0.35 중량%의 Al, 잔부 Zn 및 불가피한 불순물을 함유하는, 강 스트립의 제조 방법.
14. 제 8 항 내지 제 12 항 중 한 항에 있어서,
    상기 아연 욕은 중량%로, 0.5 - 3.8% Al, 0.5 - 3.0% Mg, 불가피한 불순물, 및 잔부 Zn을 함유하는, 강 스트립의 제조 방법.