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KR20190071755A - 1500MPa 이상의 인장 강도 및 우수한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강 및 그 제조방법 - Google Patents

1500MPa 이상의 인장 강도 및 우수한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20190071755A
KR20190071755A KR1020197014024A KR20197014024A KR20190071755A KR 20190071755 A KR20190071755 A KR 20190071755A KR 1020197014024 A KR1020197014024 A KR 1020197014024A KR 20197014024 A KR20197014024 A KR 20197014024A KR 20190071755 A KR20190071755 A KR 20190071755A
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KR
South Korea
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rolled steel
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high strength
cold rolled
strength
Prior art date
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Application number
KR1020197014024A
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English (en)
Inventor
슈 주
영 종
리 왕
Original Assignee
바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사 filed Critical 바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사
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Abstract

본 발명은 1500MPa 이상의 인장 강도를 가지고, 훌륭한 성형성을 가지며, 화학 원소들의 질량 백분율로 0.25~0.40%의 C, 1.50~2.50%의 Si, 2.0%~3.0%의 Mn, 0.03%~0.06%의 Al, 0.02%이하의 P, 0.01% 이하의 S, 0.01% 이하의 N을 포함하되, 0.1~1.0%의 Cr과 0.1~0.5%의 Mo중 적어도 하나를 포함하며, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물인 고강도 냉간 압연 강에 관한 것이다. 상기 고강도 냉간 압연 강의 미세 조직은 5%-20%의 잔류 오스테나이트 및 70%-90%의 마르텐사이트를 포함하고, 상기 마르텐사이트의 탄소 농도에 대한 상기 잔류 오스테나이트의 탄소 농도의 비율은 3.5 초과이고 15 미만이다. 상기 고강도 냉간 압연 강은 합리적인 재료 설계 및 미세 조직 제어를 통해 높은 강도 및 우수한 성형성을 가진다.

Description

1500MPa 이상의 인장 강도 및 우수한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강 및 그 제조방법
본 발명은 강재 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉간 압연 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차의 중량을 줄이고, 에너지를 절약하며, 충돌 안정성을 개선하고, 제조 비용을 줄이기 위해서, 차량의 복잡한 차체 구조 및 안전을 위한 부품의 설계에 1000MPa 이상의 인장 강도를 가지는 강판이 사용되고 있다. 그러나, 강판의 강도가 증가함에 따라 성형성은 급격히 떨어지며, 부품들의 스탬핑에 대한 프레스 균열 문제는 점점 더 분명해지고 있다. 따라서, 고강도 강판의 성형성을 향상시키고 스탬핑 금형 시 균열을 방지하는 것은 매우 중요한 목표이다.
2011년 10월 26일 공개 된 (공개번호: CN104160055A) 중국 특허문헌 “우수한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강판, 고강도 아연 도금 강판 및 그 제조방법”은 1180MPa의 TS 및 신장 플랜지성과 구부림성을 포함하는 더욱 우수한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강판, 고강도 아연 도금 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다. 해당 특허는 연속 어닐링에 의해 마르텐사이트 상, 페라이트 상 및 잔류 오스테나이트 상을 가지는 강판을 제공하고, 상기 마르텐사이트의 함량은 30% 이상이고, 페라이트에 대한 마르텐사이트의 함량비는 0.45~1.5이다. 하지만, 해당 특허에 개시된 상기 강판의 인장강도는 1180MPa 이상이고 1500MPa 이상의 강도 요건을 만족시킬 수 없다.
2014년 11월 19일 공개 된 (공개번호: CN104160055A) 중국 특허문헌 “고강도 냉간 압연 강판 및 그 제조방법”에서는 고강도 냉간 압연 강판을 개시되어 있다. 그러나, 상기 냉간 압연 강판은 1180MPa 이상의 인장 강도를 가지고, 파단 연신율은 16% 이상이며, 1500MPa 이상의 강도 요건을 만족시킬 수 없다.
1500MPa 이상의 높은 강도 및 양호한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강판을 만드는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 강판은 경량 차량의 요구 조건에 부합하는 복잡한 차체 구조 및 안전을 위한 부품의 제조에 특히 적합하다. 동시에, 상기 강판의 제조방법을 얻는 것 또한 바람직하며, 이는 공정이 간단하고 적용 가능성이 높으며 대부분의 기존 생산 라인에 적용 될 수 있다.
본 발명은 1500MPa 이상의 인장 강도 및 우수한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강에 관한 것으로, 다음와 같은 질량 백분율로 화학 원소들을 포함한다:
0.25~0.40%의 C, 1.50~2.50%의 Si, 2.0%~3.0%의 Mn, 0.03%~0.06%의 Al, 0.02%이하의 P, 0.01% 이하의 S, 0.01% 이하의 N을 포함하되, 0.1~1.0%의 Cr과 0.1~0.5%의 Mo중 적어도 하나를 포함하며, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다.
상기 고강도 냉간 압연 강의 미세 조직은 5~20%의 잔류 오스테나이트 및 70~90%의 마르텐사이트를 포함하고, 상기 마르텐사이트의 탄소 농도에 대한 상기 잔류 오스테나이트의 탄소 농도의 비율은 3.5 초과이고 15 미만이다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강에서, 상기 고강도 냉간 압연 강의 미세 조직은 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트 및 페라이트를 포함하거나, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트 및 베이나이트를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강에 있어서, 화학 원소들의 질량 백분율은 Mn+Cr+Mo≤3.8%를 더 만족한다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강에서 있어서, 화학 원소의 질량 백분율은 C+Si/30+Mn/20+2P+4S≤0.56%를 더 만족한다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강은 0.01-0.1%의 Nb, 0.01-0.2%의 V 및 0.01-0.05%의 Ti중 적어도 하나를 더 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강은 12% 이상의 파단 연신율을 갖는다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상술한 고강도 냉간 압연 강의 제조 방법에 관한 것으로, 다음과 같은 단계를 포함한다.
(1) 제련 및 주조 단계
(2) 열간 압연 단계
(3) 산세 단계
(4) 냉간 압연 단계
(5) 연속 어닐링 단계: 강판을 800~900℃의 균열 온도로 가열하여 60초 이상 유지하고, 상기 강판을 30~80℃s의 속도로 150~300℃까지 냉각시키고, 상기 강판을 350~440℃까지 재가열하여 30~300초 간 유지한 후, 최종적으로 상기 강판을 실온으로 냉각시킨다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, (2)단계에서는 가열 단계로써 슬래브가 1200~1300°C로 가열되고 0.5~4시간 동안 유지된다. 압연 단계에서 최종 압연 온도는 850°C 이상으로 제어되고 권취 온도는 400~600°C로 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, (3)단계에서의 산세 속도는 80~120m/min으로 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, (4)단계에서의 냉간 압연 감소량은 40~60%로 제어된다.
본 발명은 인장 강도가 1500MPa 이상이고 우수한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강에 관한 발명이다. 성분의 적절한 설계 및 미세 조직의 제어를 통해, 상기 고강도 냉간 압연 강은 12% 이상의 파단 연신율 및 높은 강도를 가지면서도 성형성이 우수하다.
상기 이점들 이외에도, 본 발명에 따른 제조 방법을 통해서는, 특히 연속 어닐링 공정 조건의 설정과 같이 제조 조건을 제어함으로써 높은 강도 및 우수한 성형성을 가진 고강도 냉간 압연 강을 얻을 수 있다. 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강판은 차량의 구조에 대한 부품의 용도 측면에서 유망하고, 높은 성형성 및 강도를 요구하는 차체의 구조에 대한 부품 및 안전 부품의 제조에 특히 적합하다.
본 발명의 목적 중 하나는 1500MPa 이상의 인장 강도 및 우수한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강을 제공하는 것이다. 성분의 적절한 설계 및 미세 조직에 대한 제어를 통해, 상기 고강도 냉간 압연 강은 우수한 성형성, 고강도 및 12% 이상의 파단 연신율을 갖는다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 1500MPa 이상의 인장 강도 및 우수한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강에 관한 것으로, 다음와 같은 질량 백분율로 화학 원소들을 포함한다:
0.25~0.40%의 C, 1.50~2.50%의 Si, 2.0%~3.0%의 Mn, 0.03%~0.06%의 Al, 0.02%이하의 P, 0.01% 이하의 S, 0.01% 이하의 N을 포함하되, 0.1~1.0%의 Cr과 0.1~0.5%의 Mo중 적어도 하나를 포함하며, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다.
상기 고강도 냉간 압연 강의 미세 조직은 5~20%의 잔류 오스테나이트 및 70~90%의 마르텐사이트를 포함하고, 상기 마르텐사이트의 탄소 농도에 대한 상기 잔류 오스테나이트의 탄소 농도의 비율은 3.5 초과이고 15 미만이다.
본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강의 상기 화학 원소들에 대한 설계 원리는 다음과 같다.
탄소: C는 강의 강도를 확보하기 위해 필수적인 원소를 보강하는 고용체이고, 오스테나이트를 안정화시키는 원소이다. C의 질량 백분율이 0.25% 미만일 경우, 잔류 오스테나이트의 양은 불충분하며, 상기 강의 강도는 낮아지고, C의 질량 백분율이 0.40% 초과일 경우, 상기 강의 용접성은 현저하게 저하된다. 따라서, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강의 탄소에 대한 질량 백분율은 0.25~0.40%로 제어된다.
일부 바람직한 실시 예에서, 탄소의 질량 백분율은 0.28~0.32%로 제어된다.
규소: 본 발명에 따른 과제 해결 수단에 있어서, Si는 오스테나이트 상에서 탄소의 농축을 촉진하고 탄화물의 형성을 억제함으로써, 잔류 오스테나이트 상을 안정화 시킨다. Si의 질량 백분율이 1.50% 미만일 경우, 그 효과는 불분명하다. 그러나 Si가 질량 백분율로 2.50%를 초과하여 첨가될 경우, 강판의 취성은 악화되어, 냉간 압연 중 상기 강판의 가장자리에 균열을 일으키고, 그 결과 생산 효율을 저하시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강의 규소에 대한 질량 백분율은 1.5~2.5%로 제어된다.
일부 바람직한 실시 예에서, 규소의 질량 백분율은 1.6~2.0%로 제어된다.
망간: 본 발명에 따른 과제 해결 수단에 있어서, Mn은 오스테나이트의 안정성을 향상시키고, 강철 담금질 동안 임계 냉각 온도 및 마르텐사이트의 변태 온도인 Ms를 감소시킴으로써, 강판의 강도를 향상시킨다. 또한, Mn은 원소를 보강하는 고용체이고 강판의 강도 향상에 유리하다. 망간의 질량 백분율이 3.0%을 초과하는 경우, 강의 슬래브에 균열이 발생하고, 상기 강의 용접 성능에 영향을 준다. 따라서, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강의 Mn에 대한 질량 백분율은 2.0~3.0%로 제어된다.
일부 바람직한 실시 예에서, 망간의 질량 백분율은 2.6~2.9%로 제어된다.
알루미늄: 본 발명에 따른 과제 해결 수단에 있어서, Al은 강의 탈산을 위해 첨가된다. Al의 질량 백분율이 0.03% 미만일 경우, 탈산은 일어날 수 없다. 그리고 Al의 질량 백분율이 0.06% 초과일 경우, 탈산 효과는 포화된다. 따라서, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강의 알루미늄에 대한 질량 백분율은 0.03~0.06%로 제어된다.
크롬 및 몰리브덴: Cr 및 Mo는 경화능을 향상시킴으로써 강의 강도를 증가시킨다. 강의 경화능을 확보하기 위해 본 발명에서는 0.1~1.0%의 Cr과 0.1~0.5%의 Mo 중 적어도 하나의 질량 백분율을 가지도록 Cr 및 Mo의 질량 백분율을 제어한다.
인: 본 발명에 따른 과제 해결 수단에 있어서, P는 용접성을 저하시키고, 강의 냉간 취성을 향상시키며, 강의 가소성을 감소시킨다. 따라서, P의 질량 백분율은 0.02% 이하로 제어된다.
황: 본 발명에 따른 과제 해결 수단에 있어서, S는 유해 원소로써, 용접성을 저하시키고 강의 가소성을 감소시킨다. 따라서, S의 질량 백분율은 0.01% 이하로 제어된다.
질소: 본 발명에 따른 과제 해결 수단에 있어서, N은 AIN 분자를 형성하기 위해 Al과 결합하고, 강판의 연성 및 열가소성에 영향을 준다. 따라서, N의 질량 백분율은 0.01% 이하로 제어된다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강에 있어서, 상기 고강도 냉간 압연 강의 미세 조직은 다음과 같은 이유로 5~20%의 잔류 오스테나이트 및 70~90%의 마르텐사이트를 갖는다. 고강도 냉간 압연 강의 변형 공정 중에, 일정량의 잔류 오스테나이트는 마르텐사이트로 변태되며, 이는 상 변태에 의한 소성 효과(즉, TRIP 효과)를 일으키고, 결국 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강은 1500MPa의 인장 강도를 가지면서도 우수한 성형성을 갖도록 한다. 잔류 오스테나이트의 양이 5% 미만일 경우, 상기 TRIP 효과는 불분명하고, 강판의 높은 성형성은 보증될 수 없다. 잔류 오스테나이트의 양이 20% 초과일 경우, 강판의 마르텐사이트의 양은 그에 상응하여 적어지고, 강판은 높은 강도를 가질 수 없다. 강판의 경질을 나타내는 상으로, 마르텐사이트는 강판에 높은 강도를 제공한다. 1500MPa 이상의 강도를 갖기 위해, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강은 마르텐사이트의 양을 70%~90%로 제어한다. 또한, 본 발명에 따른 냉간 압연 강에서 마르텐사이트에 대한 잔류 오스테나이트의 탄소 농도의 비율은 다음과 같은 이유로 3.5 초과이며 15 미만이다. 잔류 오스테나이트의 탄소 농도는 잔류 오스테나이트의 안정성을 나타낸다. 마르텐사이트에 대한 잔류 오스테나이트의 탄소 농도의 비율이 3.5 미만일 경우, 잔류 오스테나이트의 안정성이 불충분하기 때문에 상기 잔류 오스테나이트는 변형 공정의 초기에 마르텐사이트 변태가 일어나게 되고, 불충분한 TRIP 효과를 일으킴으로써 강판의 성형성을 크게 향상시키지는 못한다. 상기 마르텐사이트에 대한 상기 잔류 오스테나이트의 탄소 농도의 비율이 15 초과일 경우, 상기 잔류 오스테나이트는 변형 공정 동안 마르텐사이트 변태가 진행되기에는 지나치게 안정적이어서, 불충분한 TRIP 효과를 일으키고, 강판의 성형성을 향상시키지 못한다. 따라서, 본 발명에 따른 과제 해결 수단에 있어서, 상기 마르텐사이트에 대한 상기 잔류 오스테나이트의 탄소 농도의 비율은 3.5 초과이며 15 미만이다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강에서, 상기 고강도 냉간 압연 강의 미세 조직은 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트 및 페라이트를 포함하거나, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트 및 베이나이트를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강에 있어서, 화학 원소들의 질량 백분율은 Mn+Cr+Mo≤3.8%를 더 만족한다. 이는 Cr, Mn 및 Mo의 질량 백분율의 합이 3.8%보다 큰 경우, 강판은 뚜렷한 띠 구조 및 큰 냉간 압연 저항을 가지는 경향이 크기 때문이다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강에서 있어서, 화학 원소의 질량 백분율은 C+Si/30+Mn/20+2P+4S≤0.56%를 더 만족한다. 본 발명의 발명자는 많은 실험을 통해, C, Si, Mn, P 및 S의 질량 백분율이 C+Si/30+Mn/20+2P+4S≤0.56%의 식을 만족하는 경우의 고강도 냉간 압연 강은 높은 강도 및 우수한 용접 성능을 가짐을 알게 되었다. 상기 화학 원소들의 질량비가 상기 식을 만족하는 경우, 강 내부의 조직 경화 및 고용체 경화에 대한 효과가 개선되기 때문이다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강은 12% 이상의 파단 연신율을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강은 0.01-0.1%의 Nb, 0.01-0.2%의 V 및 0.01-0.05%의 Ti중 적어도 하나를 더 포함한다.
여기서, Nb는 다음과 같은 이유로 첨가된다. Nb 원소는 석출 경화를 통해 강을 보강할 수 있으며, 오스테나이트 입자의 과성장을 억제함으로써 입자를 가공하고, 결국 강의 강도와 파단 연신율을 향상시킨다. Nb의 질량 백분율은 다음과 같은 이유로 0.01%~0.10%로 제어된다. Nb의 질량 백분율이 0.01% 미만일 경우, 아무런 영향을 끼치지 않는다. Nb의 질량 백분율이 0.10% 초과일 경우, 상기 석출 경화가 과도하게 일어나게 됨으로써 고강도 냉간 압연 강의 성형성은 감소되고 제조 비용은 증가하게 된다.
V는 탄화물을 형성하기 때문에 첨가되고, 이는 강의 강도를 증가시킨다. V의 질량 백분율은 다음과 같은 이유로 0.01~0.20%로 제어된다. V의 질량 백분율이 0.01% 미만일 경우, 석출 경화 효과는 불확실하고, V의 질량 백분율이 0.2%를 초과할 경우, 상기 석출 경화 효과는 과도하게 발생하여 강판의 성형성은 감소된다.
Ti는 C, S 및 N과 함께 석출물을 형성하기 위해 첨가되고, 이는 효과적으로 강판의 강도 및 인성을 향상시킨다. Ti의 질량 백분율은 다음과 같은 이유로 0.01~0.05%로 제어된다. Ti의 질량 백분율이 0.01% 미만일 경우, 위와 같은 효과는 불확실하다. Ti의 질량 백분율이 0.05%을 초과할 경우, 강에 내용물을 더욱 증가시키는 개선 효과가 불확실하다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상술한 고강도 냉간 압연 강의 제조 방법에 관한 것으로, 다음과 같은 단계를 포함한다.
(1) 제련 및 주조 단계
(2) 열간 압연 단계
(3) 산세 단계
(4) 냉간 압연 단계
(5) 연속 어닐링 단계: 강판을 800~900℃의 균열 온도로 가열하여 60초 이상 유지하고, 상기 강판을 30~80℃s의 속도로 150~300℃까지 냉각시키고, 상기 강판을 350~440℃까지 재가열하여 30~300초 간 유지한 후, 최종적으로 상기 강판을 실온으로 냉각시킨다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, 요점은 (5)단계의 연속 어닐링 공정에 대한 조건을 선택하는 것이다. 상기 연속 어닐링 공정은 마르텐사이트 내의 과포화 된 탄소를 잔류 오스테나이트로 확산시킴으로써, 오스테나이트가 풍부한 탄소를 가지도록 하면서 상온에서 안정적으로 유지되도록 하며, 상기 잔류 오스테나이트는 TRIP 효과를 만들어 내기 위한 변형 중에 마르텐사이트 변태를 거치고, 결국 본 발명에 따른 상기 고강도 냉간 압연 강의 높은 성형성을 보장한다. 한편, 미세 조직 내에서의 다량의 마르텐사이트는 본 발명에 따른 고강도 냉간 압연 강의 높은 강도를 보장한다.
따라서, 본 발명은 상기 미세 조직의 내부에 충분한 잔류 오스테나이트 및 마르텐사이트를 확보하기 위해 어닐링 공정 조건을 설정한다. 조건에 대한 설계 원리는 다음과 같다.
연속 어닐링 중에 균열 온도는 800~900°C로 제어되고 유지 시간은 다음과 같은 이유로 60초 이상으로 한다. 상기 균열 온도가 800°C 미만이거나 상기 유지 시간이 60초 미만일 경우, 고강도 냉간 압연 강의 오스테나이트 변태는 충분히 일어나지 않아서, 불균일한 오스테나이트의 조직 및 높은 페라이트 함유량을 가지게 되고, 후속 공정에서 충분한 양의 잔류 오스테나이트 및 마르텐사이트가 형성 될 수 없으며, 결국 강은 낮은 강도 및 불충분한 파단 연신율을 갖는다. 상기 균열 온도가 900°C보다 높은 경우, 균열(soaking) 이후 강판의 기지 조직은 오스테나이트로 완전히 변태되고, 오스테나이트의 안정성은 감소되며, 결국 어닐링 이후에 강판의 기지 조직 내에서 잔류 오스테나이트의 내용물은 감소되고, 강의 강도는 높아지며 파단 연신율은 불충분해진다.
일부 바람직한 실시 예에서, 상기 균열 온도는 820~870°C로 제어된다.
30~80°C/s의 속도로 150~300°C로 냉각시키는 이유는 다음과 같다. 본 발명에 따른 과제 해결 수단에 있어서, 마르텐사이트의 임계 냉각 속도는 30°C/s이므로, 마르텐사이트의 변태만이 냉각 공정 중에 일어나도록 하기 위해서 냉각 속도는 30°C/s 미만이 되면 안된다. 상기 냉각 속도가 80°C/s 초과인 경우, 제조 중 요구되는 냉각 비용은 크게 증가한다. 또한, 이러한 상기 냉각 속도에서 냉각 종료 온도가 150°C보다 낮은 경우, 모든 오스테나이트는 마르텐사이트로 변태되고, 강이 상온에서 냉각될 때, 잔류 오스테나이트는 형성된 미세 조직 내에서 더 이상 존재하지 않으며, 이는 상기 강이 불충분한 파단 연신율을 가지도록 한다. 이러한 상기 냉각 속도에서 냉각 종료 온도가 300°C 이상일 경우, 마르텐사이트의 상 변태가 불충분하게 되어, 후속 재가열 시 잔류 오스테나이트의 함유량이 불충분하고 잔류 오스테나이트가 불안정하게되고, 결국 강의 강도 및 성형성에 영향을 미친다.
일부 바람직한 실시예에서, 상기 냉각 종료 온도는 180~270°C이다.
본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, (5)단계에서의 재가열 온도는 350-440°C이고 가열 시간은 다음과 같은 이유로 30-300초이다. 재가열 온도가 350°C보다 낮거나 재가열 시간이 30초 미만일 경우, 고강도 냉간 압연 강에서 잔류 오스테나이트의 안정화는 충분히 일어나지 않고, 강이 상온에서 냉각될 때, 미세 조직 내의 잔류 오스테나이트의 함유량은 불충분해진다. 재가열 온도가 440°C보다 높거나 재가열 시간이 300초 초과인 경우, 강의 템퍼링 연화가 현저히 발생함으로써 고강도 냉간 압연 강의 강도가 매우 저하된다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, (2)단계에서는 가열 단계로써 슬래브가 1200~1300°C로 가열되고 0.5~4시간 동안 유지된다. 압연 단계에서 최종 압연 온도는 850°C 이상으로 제어되고 권취 온도는 400~600°C로 제어된다.
위와 같은 조건의 이유는 다음과 같다. 가열 단계에서, 가열 온도가 1300°C 보다 높은 경우, 슬래브는 과열되고 상기 슬래브 내의 입자는 거칠어짐으로써 열간 가공성이 저하된다. 또한, 매우 높은 온도는 슬래브의 표면 상에서 극심한 탈탄을 일으킨다. 가열 온도가 1200°C보다 낮은 경우, 슬래브가 높은 수압에 의해 디스케일링되며 우선적으로 압연되고, 종료 압연 온도가 너무 낮은 경우 블랭크(blank)의 변형 저항이 지나치게 커질 수 있다. 또한, 가열 단계에서의 유지 시간은 0.5~4시간으로 제어된다. 유지 시간이 4시간을 초과하는 경우, 슬래브 내의 입자는 거칠어지고 상기 슬래브의 표면은 극심하게 탈탄된다. 유지 시간이 0.5시간 미만일 경우, 상기 슬래브의 내부 온도는 균일하지 않다.
일부 바람직한 실시 예에서, 상기 가열 단계에서의 상기 가열 온도는 더 바람직하게는 1210~1270°C이다.
또한, 종료 압연 온도 및 권취 시간은 다음과 같은 이유로 제어된다. 상기 종료 압연 온도가 너무 낮은 경우, 슬래브의 변형 저항은 지나치게 크기 때문에 양호한 품질을 가진 완성 제품을 제조하는 것은 어렵고, 권취 온도가 600°C보다 높은 경우 강판의 표면에는 산 세척이 어려운 두꺼운 산화철이 형성되고, 권취 온도가 400°C보다 낮은 경우 권취 강도가 높아짐으로써 냉간 압연을 어렵게하고 생산 효율에 영향을 미치게 된다.
일부 바람직한 실시 예에서, 상기 권취 온도는 바람직하게는 450~550°C이다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, (3)단계에서의 산세 속도는 다음과 같은 이유로80~120m/min으로 제어된다. 본 발명에 따른 제조 방법에서, 산세 속도가 120m/min보다 큰 경우 강판의 표면 상의 산화 철은 완전히 제거될 수 없고, 결국 상기 강판 상에 불순물을 형성하게 되고, 산세 속도가 80m/min 보다 낮은 경우 압연기의 속도가 너무 느려져서, 강판 형상의 제어에 영향을 미치고 생산 효율을 저하시킨다.
또한, 본 발명에 따른 제조 방법에 있어서, (4) 단계에서의 냉간 압연 감소량은 40~60%로 제어된다. 본 발명에 따른 과제 해결 수단에서, 냉간 압연 감소량의 증가는 후속의 연속 어닐링 공정 상에서 오스테나이트의 변태 속도를 증가시키는 것에 유리하며, 강판에 대한 조직 균일성의 향상에도 유리하고, 결국 상기 강판의 연성을 향상 시킨다. 그러나, 냉간 압연 감소량이 60%보다 높은 경우 가공 경화에 의한 재료의 변형 저항이 극단적으로 높아져, 고강도 냉연 강판의 변형 불량이 일어난다.
본 발명에 따른 1500MPa 이상의 인장 강도 및 우수한 성형성을 가지는 고강도 냉간 압연 강 및 그 제조방법은 아래에서 구체적인 실시 예를 참조하여 설명된다. 그러나 설명 및 예시는 본 발명의 과제 해결 수단을 과도하게 제한하지 않는다.
실시 예 1-8 및 비교 예 1-4
실시 예 1-8의 고강도 냉간 압연 강과 비교 예 1-4의 종래의 강판은 다음과 같은 단계에 따라 제조되었다.
(1) 표 1에 열거 된 화학 원소의 질량비에 따라 슬래브를 제련하고 주조한다.
(2) 열간 압연: 가열 단계에서 슬래브는 1200~1300°C로 가열 되고 0.5~4시간 동안 유지 된다. 압연 단계에서 최종 압연 온도는 850°C로 제어되고 권취 온도는 400~600°C로 제어된다.
(3) 산세: 산세 속도는 80~120m/min으로 제어된다.
(4) 냉간 압연: 냉간 압연 감소량은 40~60%로 제어된다.
(5) 연속 어닐링: 강은 800~900°C의 균열 온도까지 가열되어 60초 이상 유지되고, 30~80°C의 속도로 150~300°C까지 냉각되고, 350~440°C까지 재가열되며 30~300초 동안 유지되고, 결국 상온으로 냉각시킨다.
표 1은 비교 예의 종래 강판 및 실시 예의 고강도 냉간 압연 강에 대한 화학 원소의 질량비를 나타낸다.
(wt%, 잔부는 Fe 및 S, P, N 기타 불가피한 불순물이다.)
화학성분
번호		 C Si Mn Cr Mo P S Al N Ti Nb V Mn+Cr+Mo C+Si/30+Mn/20+2P+4S
A 0.28 1.8 2.7 0.5 ― 0.015 0.002 0.037 0.0042 ― ― 0.05 3.2 0.51
B 0.31 1.7 2.5 ― 0.3 0.01 0.004 0.053 0.0035 0.03 0.03 ― 2.8 0.53
C 0.33 2 2.1 0.2 0.15 0.009 0.005 0.04 0.0028 ― 0.03 ― 2.45 0.54
D 0.36 1.6 2.4 0.1 ― 0.007 0.003 0.032 0.0043 0.02 ― ― 2.5 0.56
E 0.23 1.8 2.5 ― 0.25 0.009 0.01 0.046 0.0032 ― 0.05 ― 2.75 0.47
F 0.3 1.2 2.7 ― ― 0.013 0.008 0.031 0.0029 ― ― ― 2.7 0.53
표 2는 실시 예 및 비교 예의 제조 방법에 있어서 구체적인 공정 조건을 나타낸다.
(1)
단계		 (2) 단계 (3)
단계		 (4)
단계		 (5) 단계
화학 성분 번호 가열 온도(°C) 유지 시간 (h) 종료
압연 온도 (°C)		 권취
온도 (°C)		 산세 속도 (m/min) 냉간 압연 감소량 (%) 균열 온도 (°C) 균열 시간 (min) 급속
냉각 속도 (°C/s)		 급속
냉각 종료
온도(°C)		 재가열
온도 (°C)		 재가열
시간 (s)
실시 예 1 A 1212 1.3 851 547 81 50 835 2.8 45 227 411 235
실시 예 2 A 1271 1.8 890 469 101 55 802 1.3 34 256 364 267
실시 예 3 B 1257 2.0 901 424 117 52 871 1.6 33 192 363 47
실시 예 4 B 1249 3.8 896 540 118 43 821 2.3 68 232 416 202
실시 예 5 C 1264 0.9 861 440 99 49 892 1.7 62 259 390 31
실시 예 6 C 1263 2.5 853 491 84 50 886 1.8 35 178 391 272
실시 예 7 D 1277 2.3 864 549 90 60 853 3 54 262 357 113
실시 예 8 D 1243 3.6 870 458 110 50 880 2.9 40 265 404 84
비교 예 1 B 1223 2 861 511 100 50 930 1.8 45 195 373 265
비교 예 2 C 1206 2 919 531 100 50 829 2 45 320 404 83
비교 예 3 E 1212 2 857 407 100 50 808 1.4 45 174 389 44
비교 예 4 F 1259 2 894 481 100 50 841 2.9 45 167 421 198
참고: 표 2의 급속 냉각 속도는 청구범위에서 정의된 바와 같이 강이 30-80°C/s의 속도로 150-300°C까지 냉각되는 경우에 냉각 속도를 나타낸다. 표 2의 화학 성분 번호는 표 1에 열거 된 화학 성분 번호에 대응 되는 화학 원소들에 대한 질량비를 갖는다. 예를 들어, 실시 예 1에서는 표 1의 화학 성분 A에 대한 질량비가 사용된다.
실시 예에 따른 고강도 냉간 압연 강 및 비교 예에 따른 종래 강판에 대하여 다양한 성능 시험을 수행하였고, 얻어진 시험에 대한 결과를 표 3에 나타내었다. 항복 강도 및 인장 시험은 통상적인 실험으로, 타 실험에 대한 방법은 다음과 같다.
인장 실험 방법: JIS 5호 인장 시험 표본이 사용되었고, 연신 방향은 압연 방향과 평행하도록 하였다.
잔류 오스테나이트 상의 비율(
Figure pct00001
)을 측정하기 위한 방법: 15X15mm의 크기를 가지는 샘플을 강판으로부터 잘라내고, 연마하여 XRD 정량 시험을 수행하였다.
마르텐사이트 상의 비율(Vα)을 측정하기 위한 방법: 15X15mm의 크기를 가지는 샘플을 강판으로부터 잘라내고, 연마하여 EBSD 정량 시험을 수행하였다.
잔류 오스테 나이트의 탄소 농도 시험 방법 (
Figure pct00002
): 강판 조직 내의 각 성분에 대한 상에 있어서 Mn 및 Al 농도가 변화하지 않는다고 가정하고, XRD의 잔류 오스테나이트의 회절 피크 데이터로부터 격자 정수
Figure pct00003
를 구하고, 탄소 농도는 다음과 같은 실험식을 통해 계산된다.
Figure pct00004
여기서
Figure pct00005
,
Figure pct00006
및
Figure pct00007
는 잔류 오스테나이트의 탄소 농도, 망간 농도 및 알루미늄 농도를 각각 나타낸다.
마르텐사이트의 탄소 농도(
Figure pct00008
)를 측정하기 위한 방법:
Figure pct00009
,
Figure pct00010
,
Figure pct00011
및 설계된 성분의 탄소 농도(
Figure pct00012
)를 사용하고, 다음과 같은 식을 통해 마르텐사이트의 탄소 농도를 계산할 수 있다.
Figure pct00013
표 3은 실시예의 고강도 냉간 압연 강과 비교예의 종래 강판에 대한 실험 결과를 나타낸다.
항복 강도
Rp0.2 (MPa)		 인장 강도
Rm (MPa)		 파단 연신율
EL (%)		 잔류 오스테나이트 상의 비율(%) 마르텐사이트 상의 비율(%) 잔류 오스테나이트의 탄소 농도 (%) 마르텐사이트의 탄소 농도(%) 마르텐사이트에 대한 잔류 오스테나이트의 탄소 농도의 비율 (%/%)
실시 예 1 1190 1541 12.8 7 75 1.06 0.27 3.9
실시 예 2 1045 1522 13.2 8 70 1.26 0.26 4.9
실시 예 3 1145 1594 15.2 10 82 1.45 0.21 6.8
실시 예 4 1089 1556 19.3 15 80 1.31 0.15 8.5
실시 예 5 1212 1589 17.7 11 85 1.37 0.23 5.8
실시 예 6 1299 1615 16.1 8 87 1.20 0.29 4.1
실시 예 7 964 1529 15.1 11 74 1.35 0.34 4.0
실시 예 8 866 1571 17.4 11 78 1.03 0.37 2.8
비교 예 1 816 1675 10.5 4 90 1.01 0.31 3.3
비교 예 2 892 1574 9.2 7 80 0.90 0.36 2.5
비교 예 3 1025 1282 14.1 12 72 1.16 0.13 9.2
비교 예 4 1132 1512 11.3 10 80 1.12 0.24 4.7
표 3에서와 같이, 본 출원의 모든 실시 예는 1500MPa 이상의 인장 강도를 가지고 12% 이상의 파단 연신율을 가지며, 본 출원의 실시 예에 따른 고강도 냉간 압연 강은 높은 강도 및 우수한 성형성을 가지는 것을 알 수 있다.
표 1 및 표 3에서와 같이, 비교 예 3에서는 E에 따른 화학 원소 비율이 적용되어, 탄소의 질량 백분율은 0.25% 미만이며, 이에 따라 비교 예 3에서의 강도는 1500MPa 미만이다. 그리고 비교 예 4에서는 F에 따른 화학 원소 비율이 적용되어, 규소의 질량 백분율은 1.5% 미만이며, 이에 따라 비교 예 4에서는 더 낮은 파단 연신율을 나타난다.
표 2 및 표 3에서와 같이, 비교 예1에서의 균열 온도는 900℃보다 높기 때문에 강판에서는 균열(soaking) 이후에 완전한 오스테나이트 변태가 일어나고, 오스테나이트의 함량은 5% 미만이 된다. 따라서, 비록 비교 예 1에서는 1500MPa을 초과하는 인장 강도를 가지지만, 파단 연신율은 불충분하고 성형성이 부족하다. 비교 예 2에서의 급속 냉각 종료 온도는 300℃보다 높아서 마르텐사이트의 상 변태는 불충분하게 일어나게 되고, 후속 재가열 동안에 잔류 오스테나이트의 함량이 적어지게 되며, 이는 결국 비교 예 2 에서 불충분한 파단 연신율을 갖도록 한다.
상기 내용은 단지 본 발명의 특정 예시를 제시한 것일 뿐이다. 그리고 본 발명은 상기 실시 예들에 한정되지 않고 많은 유사한 변형 예들이 있음은 자명하다. 당업자에 의해 직접 유도되거나 연관 될 수 있는 모든 변형 예들은 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (10)

1500MPa 이상의 인장 강도를 가지고 성형성이 우수한 고강도 냉간 압연 강에 있어서,
상기 고강도 냉간 압연 강은 화학 원소들을 포함하고, 상기 화학 원소들은 질량 백분율로 0.25~0.40%의 C, 1.50~2.50%의 Si, 2.0%~3.0%의 Mn, 0.03%~0.06%의 Al, 0.02%이하의 P, 0.01% 이하의 S 및 0.01% 이하의 N을 포함하되, 0.1~1.0%의 Cr과 0.1~0.5%의 Mo중 적어도 하나를 포함하며, 잔부는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이고,
상기 고강도 냉간 압연 강의 미세 조직은 5~20%의 잔류 오스테나이트 및 70~90%의 마르텐사이트를 포함하고, 상기 마르텐사이트의 탄소 농도에 대한 상기 잔류 오스테나이트의 탄소 농도의 비율은 3.5 초과이고 15 미만인
고강도 냉간 압연 강.
제1 항에 있어서,
상기 미세 조직은 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트 및 페라이트를 포함하거나, 잔류 오스테나이트, 마르텐사이트 및 베이나이트를 포함하는
고강도 냉간 압연 강.
제1 항에 있어서,
상기 화학 원소들의 질량 백분율은 Mn+Cr+Mo≤3.8%을 만족하는
고강도 냉간 압연 강.
제1 항 내지 제3 항에 중 어느 한 항에 있어서,
상기 화학 원소들의 질량 백분율은 C+Si/30+Mn/20+2P+4S≤0.56%을 만족하는
고강도 냉간 압연 강.
제1 항에 있어서,
상기 고강도 냉간 압연 강은 0.01-0.1%의 Nb, 0.01-0.2%의 V 및 0.01-0.05%의 Ti 중 적어도 하나를 더 포함하는
고강도 냉간 압연 강.
제1 항에 있어서,
상기 고강도 냉간 압연 강은 12% 이상의 파단 연신율을 가지는
고강도 냉간 압연 강.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 따른 고강도 냉간 압연 강의 제조 방법에 있어서,
(1) 제련 및 주조 단계;
(2) 열간 압연 단계;
(3) 산세 단계;
(4) 냉간 압연 단계; 및
(5) 연속 어닐링 단계 - 강판을 800~900℃의 균열 온도로 가열하여 60초 이상 유지하고, 상기 강판을 30~80℃s의 속도로 150~300℃까지 냉각시키고, 상기 강판을 350~440℃까지 재가열하여 30~300초 간 유지한 후, 최종적으로 상기 강판을 실온으로 냉각시킴 -;를 포함하는
고강도 냉간 압연 강의 제조 방법.
제7 항에 있어서,
상기 (2) 열간 압연 단계 중, 가열 단계에서 슬래브는 1200~1300℃까지 가열되어 0.5~4시간 동안 유지되고, 압연 단계에서 최종 압연 온도는 850℃ 이상의 온도로 제어되며, 권취 온도는 400~600℃로 제어되는
고강도 냉간 압연 강의 제조 방법.
제7 항에 있어서,
상기 (3) 산세 단계에서 산세는 80~120m/min의 속도로 제어되는
고강도 냉간 압연 강의 제조 방법.
제7 항에 있어서,
상기 (4) 냉간 압연 단계에서의 냉간 압연 감소량은 40~60%로 제어되는
고강도 냉간 압연 강의 제조 방법.

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