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KR20240117158A - 고강도 용융 아연도금 강 스트립 및 그 제조 방법 - Google Patents

고강도 용융 아연도금 강 스트립 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20240117158A
KR20240117158A KR1020247024683A KR20247024683A KR20240117158A KR 20240117158 A KR20240117158 A KR 20240117158A KR 1020247024683 A KR1020247024683 A KR 1020247024683A KR 20247024683 A KR20247024683 A KR 20247024683A KR 20240117158 A KR20240117158 A KR 20240117158A
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KR
South Korea
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strip
steel strip
dip galvanized
hot
rolled
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020247024683A
Other languages
English (en)
Inventor
크레벨 주스트 윌렘 헨드릭 반
코르넬리아 이오네스큐
Original Assignee
타타 스틸 이즈무이덴 베.뷔.
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 타타 스틸 이즈무이덴 베.뷔. filed Critical 타타 스틸 이즈무이덴 베.뷔.
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Abstract

본 발명은 질량%로, 0.10-0.21% C, 1.45-2.20% Mn, 최대 1.50% Si, 0.1-1.50% Al, 0.001-0.04% P, 0.0005-0.005% B, 0.005-0.30% V, 및, 선택적으로, 최대 0.015% N, 최대 0.05% S, 최대 0.004% Ca, 최대 0.10% Nb, 최대 0.50% Cr, 최대 0.20% Mo, 최대 0.20% Ni, 최대 0.20% Cu, 및 최대 0.20% Ti의 하나 이상의 성분, 및 Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 잔여량의 조성물로 구성되는 고강도 용융 아연도금 강 스트립에 대한 것이다. 이 강은 양호한 표면 마무리 및 증가된 기계적 강도, 특히 높은 총 강도, 연성 및 소성을 가진다. 본 발명은 또한 고강도 용융아연도금 강 스트립의 제조 방법 및 그 제품에 대한 것이다.

Description

고강도 용융 아연도금 강 스트립 및 그 제조 방법{HIGH STRENGTH HOT DIP GALVANISED STEEL STRIP}
본 발명은 양호한 표면 마무리와 증가된 기계적 강도, 특히 높은 전체 강도, 연성 및 소성을 가지는, 고강도 용융 아연도금 강 스트립에 대한 것이다. 본 발명은 또한 고강도 용융 아연도금 강 스트립의 제조 방법 및 그 제품에 대한 것이다.
지난 10여년 동안 자동차 산업에서는 차량 중량을 감소시키고, 승객 안전 및 연료 경제성을 증가시키기 위한 필요가 존재하였다. 새로운 도전에 대한 철강 산업의 대응은 더 강한 강들의 신속한 개발이었다. 이와 같이, 고강도 강판들이 제안되었다. 이들 강들은 종래의 강 등급에 비교해서 향상된 기계적 특성을 특징으로 하고, 2상(DP;dual phase) 강, 트립강(TRIP) 강, 트립 지원 2상(TADP) 강, 및 복합상(Complex phase) 강의 일반 명칭으로 공지되었다. 트립 지원 2상 강은 잔류 오스테나이트의 존재를 통해 추가적인 연성을 가진 2상 강이다. 잔류 오스테나이트를 포함하는 더 많은 조직들이 있으므로 정확한 명칭은 TRIP지원 복합상 강일 것이나 편의상 이 문서에서는 TRIP 지원 2상으로 불린다.
복합상 강(Complex phase steel)은 다른 조직들, 통상적으로 2상 강보다 베이나이트를 더 함유하여, 더 큰 Rp, 더 작은 연성을 가지나 향상된 인장-플랜지성(stretch-flangeability)을 가진다. TRIP 지원강은 예컨대 애니메시 탈라파트라, 제이야티 다타, 엔.알. 밴디하이오파디야이(Animesh Talapatra, Jayati Datta, N. R. Bandhyopadhyay), 케미컬 앤 머티리얼스 엔지니어링 1(1):18-27,2013에서 공지되었다. 복합상 강은 예컨대 강 제품 물리금속의 기초(Fundamentals of Steel Product Physical Metallurgy), 2007, 저자들: 비.시. 드 쿠먼 앤 제이.지.스피어(B.C. De Cooman and J.G. Speer), AIST International®에서 간행, Association for iron and steel Technology, Chapter 7 Low-Carbon Steel, Sub chapter 7.4.4 High Strength bainitic, ferrite-bainite and complex phase steels, page 410, 및 수년간 간행된 VDA 239-100 냉간성형용 시트 강(Sheet Steel for Cold Forming), VDA-material sheet에서 공지되었다.
TRIP 지원 강의 기계적 거동은, 통상 결합되어, 강의 미세 조직과 특성을 매우 중요한 문제로 만드는, 화학 조성, 입자 크기, 응력-상태와 같은 파라미터들과 결합된다. TRIP강과 비교해서, TRIP 지원 강은 용접성과 치수 크기 대 성형성 사이의 균형을 제공하는 감소된 합금 성분을 가진다. TRIP 지원강에 대해 상당한 양의 공개된 논문들이 있지만, 성형 작업 동안 잘 작동하는 미세 조직을 가지는 강 조성을 규정하는 것은 여전히 아주 어렵다.
TRIP지원강의 높은 합금 함량은 치수 범위를 제한하고 용접 동안 문제를 발생하여, 용접 공정의 범위를 한정한다.
용접 공정의 제한들을 최소화하고 치수 한정을 최대화하기 위하여 합금성분이 더욱 적은 것이 매우 중요하다. 일부 합금 성분들은 발암성(carcinogenic)으로 의심되므로, 일부 합금 성분들은 합금성분이 적으면 제조 가격을 감소시키고, 더욱 친환경적인 강을 제조할 수 있다. 더 적게 합금화된 강 조성이 과거 제안되었으나 더 적은 성분으로 합금된 강의 강도는 불충분하였다.
합금 성분이 적은 강에서 코일 길이 및 폭에 걸쳐 양호한 동질성을 가지는 것과 다른 변형 방향으로, 즉, 압연 방향에 대해 길이방향, 가로방향, 및 대각선 방향으로, 일정한 변형 특성을 가지는 것이 매우 중요함을 명심하여야 한다.
또한, 아연도금 강이 양호한 아연도금 표면 특성을 가지도록 하는 것이 매우 중요하다.
그러므로 강도와 연성의 양호한 조화를 가지는 TRIP 지원 2상 합금을 제공할 필요가 있다.
추가로, 강도, 최종 인장 강도, 총 균일 연신 및 변형-경화 지수(n-값)의 향상된 증거를 가지는 강 스트립을 제공할 필요가 있다.
추가로, 강의 가격을 감소시키도록 작은 양의 합금 성분을 가지는 강 스트립을 제공할 필요가 있다.
추가로 강 스트립의 양호한 코팅 품질과 제조 용이성에 대한 필요가 있다.
그러므로 강 스트립은 높은 강도, 양호한 용접성을 가져야 하고, 양호한 표면 품질을 구현하여야 한다. 이들 요건들은 예컨대 백색 차체 내로 스팟 용접되거나 레이저 용접되는, 자동차 부품으로 성형되어야 하는, 산업적으로 제조된 TRIP 지원 2상 강 유형의 경우, 특히 중요하다.
대신해서, 상기 부품들은 백색 차체에 접착제로 접합되거나 또는 다른 공지의 방법으로 접합될 수 있다.
복합상 강들은 균등한 인장 강도에서 상당히 더 큰 항복 강도를 보인다. 그들은 충격 동안의 높은 에너지 흡수, 높은 잔류변형 성능, 양호한 구멍 팽창, 에지 연성 및 굽힘성을 특징으로 한다. 이는 성형성을 희생한 것이다.
또한 코일 길이 및 폭에 걸쳐 양호한 균질성을 유지하는 것이 중요하다.
그러므로 균일한 인장 강도에서의 높은 항복 강도, 충격 동안의 높은 에너지 흡수, 높은 잔류 변형 성능, 양호한 구멍 팽장, 및 에지 연성과 굽힘성을 가지는 복합상의 강 스트립을 제공할 필요가 있다.
CP 및 TADP 강 등급에서의 강도는 추가적으로 석출 경화에 의하여 달성될 수 있으나 이는 치수 범위를 제한하고 가끔 코일 폭 및 길이에 걸쳐 균질성을 감소시킨다. 바람직하게는 또한 다른 방향으로의 최소 연신 이방성을 가진다.
그러므로 본 발명의 목적은 스트립의 성형성과 가공 처리성 사이의 균형을 달성하는 고강도 용융 아연도금 강 스트립을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 용융 아연도금 동안 양호한 코팅성을 가지는 용융 아연도금 강 스트립을 제공하는 것이다.
본 발명의 여전히 추가적인 목적은 현저히 인장 하중 아래 다른 변형 모드들에서 향상된 변형과 양호한 용접성을 결합하는 고강도 용융 아연도금 강 스트립을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 부드러운 상의 형태가 압연 방향에 비교해서 세 가지 방향으로, 0°, 45°및 90°에서 형상 변형에 대해 최적화될 수 있고, 단단한 상의 형태가 강도와 TRIP 효과를 제공하는, TRIP 지원 강을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 양호한 표면 품질을 갖는 고강도 용융 아연도금 강 스트립을 제공하는 것이다.
본 발명의 여전히 또 다른 목적은 적은 양의 합금 성분을 가져서, 가능한 제조 비용이 낮은 고강도 용융 아연도금 강 스트립을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 더 큰 포과 두께 범위를 의미하는 더 큰 크기의 창을 갖는 고강도 용융 아연도금 강 스트립을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 코일 폭과 길이에 걸쳐 고강도 용융 아연도금 강 스트립을 관통하여 기계적 특성이 가능한 작은 변형을 보이는 고강도 용융 아연도금 강 스트립을 제공하는 것이다.
본 발명의 추가적인 목적은 위에 설명된 바와 같은 향상된 특성을 가지는 복합상의 강 스트립 또는 TRIP 지원 2상의 강 스트립인, 고강도 용융 아연도금 강 스트립을 제공하는 것이다.
이들 목적들의 하나 이상은, 질량%로서, 이하의 성분들을 포함하는 고강도 용융 아연도금 강 스트립을 제공함으로써 본 발명에 따라 달성된다:
0.10-0.21% C
1.45-2.20% Mn
최대 1.50% Si
0.1-1.50% Al
0.001-0.04% P
0.0005-0.005% B
0.005-0.30% V
최대 0.015% N
최대 0.05% S
및, 선택적으로
최대 0.004% Ca
최대 0.10% Nb
최대 0.50% Cr
최대 0.20% Mo
최대 0.20% Ni
최대 0.20% Cu
최대 0.20% Ti로부터 선택된 하나 이상의 성분
Fe와 불가피한 불순물로 이루어지는 조성물의 잔여량.
바람직한 실시예에서, 고강도 용융 아연도금 강 스트립은 질량%로 상기 설명된 성분들을 포함한다.
바람직한 실시예에서, 고강도 용융 아연도금 강 스트립은 TRIP 지원 2상 강 스트립 또는 복합상 강 스트립이다.
용융 아연도금(Hot-dip galvanizing)은 용융 아연 합금욕에서 실행된 아연합금 층으로 강 스트립을 코팅하는 공정을 의미한다. 상기 공정에 의하여 얻어진 코팅된 강 스트립은 용융 아연도금 강 스트립이다.
발명자들은 강의 주요 구성 성분들의 양을 신중하게 선택함으로써, 고강도 용융 아연도금 강 스트립은 소정의 특성, 특히 필요한 성형성, 균질성(homogeneity), 낮은 이방성(anisotropy), 가공성, 강도 및 연신, 그리고 동시에 소정 용접성, 코팅성 및 표면 품질을 가지도록 제조될 수 있다.
발명자들은 특히 강 조성에 붕소(boron)와 바나듐을 첨가하는 것이 효과적임을 발견하였다.
본 발명은 양호한 용접성과 결합하여 양호한 성형성을 가지는 강 조성물을 제공한다. 이것은 조성물이 입계 편석(segregation)을 통해 용접 성능을 향상시키는 붕소를 사용하기 때문이다.
붕소를 첨가함으로써, 냉간-압연 중간 강 제품은 충분히 신속히 냉각될 수 있으므로 추가적인 가공을 위한 적절한 미세 조직을 제공하는 권취 온도(Cj)를 얻을 수 있다. 더욱이, 발명자들은 붕소의 첨가에 의하여 최종 제품의 특성이 높은 정도의 균질성을 가지며 고강도의 강 스트립이 제조될 수 있음을 발견하였다. 산업, 특히 자동차 산업으로부터, 더 큰 치수, 즉, 입체적인 크기에 걸쳐 기계적 특성이 유지되거나 또는 향상되는 현재 제조되는 것보다 확장된 폭 및 확장된 측정 범위를 가지는, 고강도 강 스트립을 제조하기 위한 지속적인 수요가 있다.
붕소는 오스테나이트 냉각 동안 페라이트 형성을 억제하는 것으로 알려져 있다. 이는 스트립에서 국부적인 탄소 부화를 최소화한다. TRIP 지원 강이 제조되면,그러므로 붕소는 정상적으로 피해진다. 그러나, 발명자들은 놀랍게도 본 발명에 따른 붕소 함유 강 조성물이 페라이트 핵생성이 필요없도록 임계간 영역에서 냉간-압연 스트립의 연속 어닐링에 의하여 매우 양호한 TRIP 지원 강 등급을 얻을 수 있음을 발견하였다.
더욱이, 붕소의 첨가에 의하여 강의 경화성(hardenability)이 향상되어 합금 송분을 더 적게 사용할 수 있다. 이로써 강 스트립에 대해 향상된 치수 창이 발생되고, 확장된 폭과 두께 범위로 더 높은 디자인 정밀도를 달성하고, 동시에 스트립의 폭에 걸쳐 강의 기계적 특성이 소정 범위 내로 유지된다.
또한, 붕소가 입계로 분리되어 입계에서 인을 대체하며, 이는 용접성을 향상시키거나 또는 양호한 용접성을 여전히 달성하면서 강에서 더 높은 인 함량을 가질 수 있도록 한다.
발명자들은 또한 강 조성에 바나듐(V)을 첨가하면 효과적이고 바나듐은 본 발명에 따른 강 스트립의 제조를 위한 필요 성분임이 발견되었다. 바나듐에 의하여 석출 경화가 달성되고, 이는 입계 세밀화 및 합금화 보강을 발생한다. 바나듐 석출물 형성은 최종 어닐링 동안 발생하고 열간 및 냉간 압연 동안 발생하지 않는다. 이로써 소정의 치수 창이 생성된다.
선택적으로, Nb, Cu, Ti와 같은 불순물과 다른 합금 성분들이 추가적인거나 혼합 석출물을 형성함으로써 석출 경화에 기여할 수 있다. 작은 석출물은 추가적인 강도를 제공한다. 그러나, 석출물 크기가 크면, 바나듐 석출물의 잠재적인 경화는, 고강도 냉간-압연 및 어닐링된 강 스트립을 제조할 때, 매우 특히 완전히 활용되지 않는다. 후자의 경우, 발명자들은 후속의 어닐링 단계 동안 발생하는 미세한 석출 경화를 보다 완전히 활용하기 위하여 냉간-압연 단계에서 바나듐 석물을 제한하는 것이 필요한 것을 보여 주었다. 발명자들은 놀랍게도 본 발명에 따르면 냉간-압연 제품에서 석출물이 없거나 한정된 양만큼 존재하는 것을 발견하였다. 이는 알루미늄을 첨가함으로써 실현될 수 있으므로, 용해성이 더 작은, 질화물 함유 석출물은 더 큰 용해성을 가진 더욱 탄화물이 풍부한 석출물에 비해 피해질 수 있다. 더욱이, 중간 열간압연 제품에서 바나듐 석출물을 제한함으로써 향상된 치수 크기를 가진 고강도 제품을 얻을 수 있다.
위의 설명을 기초로 발명자들은 본 발명에 의하면 열간 및 이어지는 냉간 압연에 대해 더 큰 치수 범위가 달성될 수 있음을 발견하였다. 연속 어닐링 동안 석출물이 형성되고 이들이 석출 강화에 기여한다. 추가적인 강도에 의하여 최종 제품에서 잔류 오스테나이트의 추가적인 형성이 이루어지고, 이로써 강도가 필요한 650MPa 이상으로 유지되면서 연성과 경화의 증가를 달성할 수 있다.
주 구성 원소들의 양 및 그의 이유가 이하와 같다:
C: 0. 10-0.2 1 질량%. 탄소(C)는 종래의 어닐링/아연도금 공정에서 유용한 냉각 속도에서 마르텐사이트와 베이나이트의 형성 및 경화성을 보장하기에 충분히 높은 양으로 존재하는 것이 필요하다. 마르텐사이트는 충분한 강도를 공급하기 위하여 필요하다. 유리 탄소는 또한 생성되는 강도 수준에 대해 향상된 작업 경화성과 양호한 성형성을 제공하는 오스테나이트의 안정화를 가능하게 한다. 0.10 질량%의 하한 값은 이들 이유로서 필요하다. 0.21 질량%의 최대 값은 양호한 용접성을 확보하기 위하여 필요한 것으로 발견되었다. 아마, 탄소 양은 0.10-0.20 질량%, 보다 바람직하게는 0.11-0.19 질량%, 그리고 가장 바람직하게는 0.12-0.18 질량%이다. 이러한 범위에서, 강의 용접성이 붕소의 존재에 의하여 향상되지만, 강의 경화성이 최적이다.
Mn: 1.45-2.20 질량%. 망간은 종래의 연속 어닐링/용융 도금 라인의 냉각 속도 성능 범위 내에서 마르텐사이트나 베이나이트와 같은 단단한 상의 형성을 더욱 용이하게 촉진하도록 경화성을 증가시키기 위하여 첨가된다. 망간은 또한 인장 강도를 증가시키고 페라이트 상을 강화하고, 또한 잔류 오스테나이트를 안정화하도록 보조하는 고용 강화에 기여한다. 망간은 TRIP 지원 2상 강의 변태온도 범위를 저하시켜, 종래의 연속 어닐링 도금 라인에서 용이하게 달성될 수 있는 수준으로 필요한 어닐링 온도를 저하시킨다. 1.45 질량%의 하한값은 상기 이유들로서 필요하다. 이러한 하한 값은 붕소와 같은 다른 성분의 첨가에 비추어 가능하다. 2.20 질량%의 최대값은 중간 열간 압연 제품의 연성 변태 제품의 페라이트 및 펄라이트)로의 충분한 변태를 보장함으로써 열간 압연기에서의 허용가능한 압연 힘을 보장하고 냉간 압연기에서의 허용가능한 압연 힘을 보장하기 위하여 설정된 것이다. 이러한 최대 값은 더 높은 값에서 주조 및 스트립의 마르텐사이트 밴드 형성 동안 더욱 강력한 분리를 위하여 제공된다. 바람직하게는, 망간의 양은 1.45-2.10 질량%, 그리고 보다 바람직하게는 1.50-2.10 질량%이다.
Si: 최대1.50 질량%. 실리콘(Si)은 고용 강화를 제공하여 고강도를 달성할 수 있고, 페라이트 매트릭스의 강화를 통해 오스테나이트의 안정화를 달성한다. 실리콘은 과시효 동안 탄화물의 형성을 지연시키며, 이로써 오스테나이트 안정화를 위하여 용액 중에 탄화물을 유지시킨다. 실리콘의 높은 수준이 감소된 고착에 기인하는 허용할 수 없는 코팅 품질을 유발하므로, 1.50 질량%의 최대 수준은 강 스트립의 코팅성을 위하여 설정된다. 바람직하게는, 실리콘의 양은 0.05-1.0 질량%, 보다 바람직하게는 0.20-0.80 질량%, 그리고 가장 바람직하게는 0.30-0.70 질량%이다.
Al: 0.1-1.50 질량%. 알루미늄(Al)은 탈산을 위하여 액상 강에 첨가된다. 적절한 양에서 알루미늄은 또한 베이나이트 변태를 촉진하고, 이로써 종래의 연속 어닐링/용융 도금 라인의 어닐링 단계에서 정해진 시간 제한 내에서 베이나이트 형성을 가능하게 한다. 알루미늄은 또한 탄화물의 형성을 지연시키고 용액 내에 탄소를 유지시켜, 과시효 동안 오스테나이트로의 파티셔닝(partitioning)을 유발하고, 오스테나이트의 안정화를 증대시킨다. 더욱이, Al은 높은 온도에서 질소에 의하여 석출물을 형성할 수 있으며, 바나듐으로 하여금 더 높은 용해성을 가지는 바나듐 탄화물을 형성할 수 있다. 이로써 열간 압연 중간 제품에서 바나듐 석출물 형성 없이 더 넓은 권취 온도 범위를 선택할 수 있다. AlN 석출물/개재물은 또한 슬래브 재가열 동안 또는 연속 슬래브 주조 후에 오스테나이트 입자 크기들을 조정한다. 높은 알루미늄 함량은 주조 몰드 슬래그의 독성 및 따라서 몰드 슬래그 점성의 증가를 유발하고, 이로써 부정확한 열 전달 및 주조 중의 윤활을 유발하므로, 1.50 질량%의 최대 수준은 주조성을 위하여 설정된다. 바람직하게는, 알루미늄의 양은 0.1-1.0 질량%, 보다 바람직하게는 0.2-0.9 질량%, 그리고 가장 바람직하게는 0.2-0.80 질량%이다. 알루미늄의 증가된 하한 값은 실리콘의 상한 양과 같은 효과를 가지나, 강의 강도를 거의 증가시키지 않으며 양호한 코팅성을 보장한다. 알루미늄의 하한 값은 강의 주조성을 향상시킨다.
P: 0.001-0.04 질량%. 인(P)은 입자 경계에서 분리하는 것으로 알려져 있으나 오스테나이트를 안정화 유지하도록 지원한다. 그 함량은 충분한 고온 연성을 유지하고 점-용접 조립체에 실행되는 인장-전단 시험 동안 박리 파괴를 피하기 위하여 0.04 질량%로 한정되어야 한다. 바람직하게는, 인의 양은 0.002-0.030 질량%이고, 보다 바람직하게는 0.004-0.020 질량%이다.
V: 0.005-0.30 질량%이고 N: 최대 0.015 질량%이다. 바나듐(V)과 질소(N)는 본 발명에 따라 규정된 양으로 존재한다. 바나듐 함량이 0.005 질량%보다 작으면, 바나듐 석출 강화는 불충분하다. 바나듐 함량이 0.30 질량%보다 크거나, 질소 함량이 0.015 질량%보다 더 크면, 석출은 미세한 석출물의 형태로 열간 압연의 동안 또는 후에 이른 단계에서 발생하고, 이는 석출 강화를 감소시키는 연속 어닐링 동안 조립화하거나 또는 치수 크기를 감소시킨다. 바나듐 양은 0.005-0.30 질량%이고, 바람직하게는 0.01-0.20 질량%이며, 보다 구체적으로 0.03-0.20 질량%이며, 가장 바람직하게는 0.04-0.15 질량%이다. 질소의 함량은 연속 주조 공장에서 종래와 같이, 최대 0.015 질량%로 한정된다. 질소 양은 바람직하게는 0.001-0.01 질량%, 보다 바람직하게는 0.001-0.008 질량%, 가장 바람직하게는 0.001-0.005 질량%이다.
B: 0.0005-0.005 질량%. 붕소(B)를 첨가하면 강의 경화능을 향상시키며, 다른 합금 상분을 덜 사용할 수 있다. 붕소 양은 0.0005-0.005 질량%, 바람직하게는 0.001-0.005 질량%, 보다 바람직하게는 0.001-0.004 질량%이다.
S: 최대0.05 질량%이다. 황(S)은 피해지는 것이 바람직한 데, 강 제조공정에서 불가피하게 존재한다. 하한이 낮을수록 성형성이 더 좋다. 황이 0.05 질량%보다 많으면, 성형성을 크게 감소시키는 망간 및/또는 칼슘 황화물의 형태로 과도하게 석출한다. 바람직하게는, 황의 양은 0.0001-0.003 질량%이고, 보다 바람직하게는 0.0002-0.002 질량%이다.
선택적으로 Ti, Cr, Mo, Nb, Ni, Cu, Ca로부터 선택된 하나 이상의 성분들이 강 조성물에 첨가될 수 있거나, 불순물로 존재할 수 있다.
Ca: 최대0.004 질량%. 선택적으로 칼슘이 첨가될 수 있다. 칼슘의 첨가는 망간 황화물의 개재물의 형태를 변형시킨다. 칼슘이 첨가될 때 개재물은 길다란 형상보다 글러브 형상이다. 스트링거(stringer)로 또한 불리는, 개재물 함유 황은 취약면으로 작용할 수 있으며 이를 따라 라멜라 균열(lamellar tearing)과 박리 파괴(delamination fracture)가 발생할 수 있다. 황 함량이 매우 낮을 때, 칼슘을 첨가하지 않을 수 있다. 바람직하게는, Ca의 양은 바람직하게는 0-0.003 질량%, 보다 바람직하게는 0-0.002 질량%이다.
Ti: 최대0.20 질량%. 선택적으로 티타늄은 강을 강화하고 질소를 결속하기 위하여 첨가될 수 있다. 0.20 질량%의 최대 수준은 강의 가격을 한정하기 위하여 정해진다. Ti을 첨가하지 않을 수 있다. 티타늄은 0.0001-0.1 질량%이고, 보다 바람직하게는 0.001-0.01 질량%, 가장 바람직하게는 0.001-0.005 질량%이다.
Cr: 최대 0.50 질량%, Mo: 최대 0.20 질량%. 선택적으로, 베이나이트 변태를 지연시키고 고용 경화를 증대시키는, 크롬(Cr)과 몰리브데늄(Mo)과 같은 성분은 0.50 질량%를 초과하지 않는 양으로 그리고 각각 0.20 질량% 첨가될 수 있다. 크롬은 페라이트 형성을 증대시키고 경화성을 증가시키기 위하여 첨가된다. 0.50 질량%의 최대 수준은 잔류 오스테나이트 또는 비용에서 너무 많은 마르텐사이트가 형성되지 않도록 정해진다. 바람직하게는, Cr의 양은 0.001-0.50 질량%, 보다 바람직하게는 0.001-0.35 질량%, 가장 바람직하게는 0.001-0.30 질량%이다. Mo의 양은 강의 가격을 제한하고 치수 크기를 가능한 크게 유지하기 위하여 바람직하게는 0.005-0.20 질량%, 보다 바람직하게는 0.005-0.10 질량%이다. Mo은 강도를 향상시키기 위하여 아연 코팅의 품질을 향상시키기 위하여 첨가될 수 있다. Mo은 또한 석출물 형성을 통해 강을 강화시키도록 지원한다.
Nb은 최대0.10 질량%. 선택적으로, 니오븀(Nb)은 바람직하게는 0.001-0.10 질량% 양으로, 그리고 보다 바람직하게는 0.001-0.08 질량%, 그리고 가장 바람직하게는 0.001-0.03 질량%로 첨가될 수 있다. Nb을 첨가하면 보충적인 탄질화물 석출물에 의하여 강도를 증가시키나, 치수 크기를 감축시키는 열간 압연힘을 부가한다.
Ni: 최대 0.20 질량%. 선택적으로 니켈(Ni)은 바람직하게는 0.005-0.10 질량%, 보다 바람직하게는 0.005-0.050 질량%, 가장 바람직하게는 0.005-0.020 질량%이다. Ni을 첨가하지 않을 수 있다. Ni은 불순물로서 존재할 수 있다.
Cu: 최대0.20 질량%. 선택적으로 구리(Cu)는 0.005-0.10 질량%, 바람직하게는 0.005-0.050 질량%, 보다 바람직하게는 0.005-0.020 질량%의 양으로 첨가될 수 있다. Cu는 잔류 오스테나이트의 안정성을 향상시키고 석출 강화를 제공할 수 있다. Cu를 첨가하지 않을 수 있다. Cu는 불순물로서 존재할 수 있다.
위에 주어진 사유들에 부가해서, 탄소, 망간, 실리콘, 알루미늄, 붕소, 바나듐, 및 질소의 범위의 적절한 한도값은 가능한 동질성의 변태를 공급하도록 권취 냉각 동안, 강 스트립이 냉간-압연되는 것을 보장하도록 설정된다. 초기 조직이 달성되고, 어닐링 공정에서 탄소의 신속 용해를 가능하게 해서 경화성을 향상시키며 본 발명에 따른 적절한 페라이트/베이나이트 변태를 증대시킨다. 더구나, 베이나이트 변태를 알루미늄이 촉진하고 붕소는 지연시키며, 알루미늄과 붕소 사이의 적절한 값은 한정된 과시효 영역을 가진 종래의 용융 아연도금 라인에 의하여 허용되는 시간 범위 내에서 베이나이트의 적절한 한계 양을 제조할 수 있도록 존재하여야 한다.
위에 설명된 바와 같은 성분들의 절대적인 함량과 달리, 또한 소정 성분의 상대적인 양이 중요하다.
바람직한 실시예에 따라, Al과 Si의 양은 Al + Si가 0.70-1.60 질량 %이도록 선택된다.
알루미늄과 실리콘은 적절한 조성으로 소정의 성형성을 연장하기 위하여 함께 최종 제품에서 탄화물을 억제하고 충분한 양의 오스테나이트를 안정화시키도록 0.70과 1.60 질량% 사이로 유지되어야 한다. Al + Si의 양은 바람직하게는 0.70-1.50 질량%, 보다 바람직하게는 0.80-1.40 질량%, 가장 바람직하게는 0.80-1.20 질량%이다.
바람직하게는 용융 아연도금 강 스트립은 650MPa 이상의, 바람직하게는 650-1160MPa, 보다 바람직하게는 700-1150 MPa, 가장 바람직하게는 730-1130MPa의 최종 인장 강도(Rm)를 가지며 및/또는 템퍼 압연 후의 300-700 MPa의 0.2% 내력 강도(Rp)를 가지며, 바람직하게는 강 스트립의 중간 및 에지들 사이의 차이는 Rp 및/또는 Rm에 대해 60MPa보다 작고, 보다 바람직하게는 차이는 40MPa보다 작고, 가장 바람직하게는 30MPa보다 작다. 이들 강도 수준은 본 발명에 따른 조성 및 처리 공정에 의하여 달성될 수 있다.
코일 폭 및 길이에 걸친 높은 강도와 별도로, 낮은 이방성을 가지는 것이 중요하다. 낮은 이방성은 변형 특성의 변동, 즉, 압연 방향을 가로지르는 대각선, 세로방향의 인장 강도가 40MPa 미만, 바람직하게는 20MPa 미만, 가장 바람직하게는 10MPa 미만이다. 따라서, 낮은 이방성을 보장하는 미세 조직과 구성을 설계하는 것이 본 발명의 일부이다.
본 발명의 주제는 상기 조성의 강 스트립으로, 그 미세 조직은 페라이트, 베이나이트, 잔류 오스테나이트 및, 선택적으로 마르텐사이트, 및/또는 석출물로 강화된 시멘타이트로 구성된다. 이하에서, 잔류 오스테나이트(retained austenite)라는 용어가 또한 잉여 오스테나이트(residual auatenite) 대신에 사용된다. 본 발명에서는 잔류(retained) 오스테나이트라는 용어와 잉여(residual) 오스테나이트라는 용어가 같은 의미를 가진다.
본 발명에 따르면, 이하의 단계를 포함하는 고강도 용융 아연도금 강 스트립의 제조방법이 제공된다:
(a) 주조 강이 2.0-4.0mm 두께로 냉간-압연되고 권취된 열간 압연 강 스트립으로 권취 온도(CT)에서 권취되며,
(b) 상기 스트립이 산세되고,
(c) 이어서 상기 스트립이 40% 이상의 압하율로 냉간 압연되고,
(d) 상기 스트립이 임계 사이에서 어닐링되고,
(e) 상기 스트립이 과잉 섹션에서 후-어닐링되고, 선택적으로, ??칭(quenching) 및 파티셔닝(partitioning) 또는 ??칭 및 템퍼링이 수행되고,
(f) 상기 스트립이 용융-아연도금되고,
(g) 상기 스트립이 템퍼 압연되는 단계.
용융 아연도금(Hot-dip galvanizing)은 연속 공정으로 실행될 수 있다. 선택적으로 강 스트립은 합금화 아연도금(galvanneal)될 수 있다.
TRIP 지원 2상 강 제조용 바람직한 방법에 따르면, 냉간 압연 소재가 위의 (d) 단계에 따라 임계 사이에서 어닐링되고, 최대 40℃/s의 가열 속도가 사용되고, 및/또는 Ac1 온도를 달성하기 전에 1-100초의 중간 소킹(soaking) 시간이 사용되고, 이로써 TRIP 지원 2상 강에서 존재하는 페라이트 분율의 90% 이상의 재결정 페라이트를 가지는 스트립을 제조하고 0.18 또는 그보다 큰 n4-6 값을 생성한다.
바람직한 실시예에 따르면, 강 스트립은 아연 합금 코팅층으로 용융아연도금 공정에서 코팅되고, 코팅은 용융아연 합금 욕에서 실행되고, 아연 합금은 0.3-2.3wt.%, 바람직하게는 1.6-2.3 wt.% 마그네슘, 0.6-2.3wt.%, 바람직하게는 1.6-2.3 wt.% 알루미늄, 0.0010wt.%보다 작은 실리콘, 선택적으로 0.2wt.%보다 작은 하나 이상의 추가 성분, 불가피한 불순물, 잔여량의 아연으로 구성된다.
냉간 압연에 적합한 표면 마무리를 제공하기 위하여 공지 방법들에 따라 고강도 열간 압연 스트립이 산세된다. 냉간 압연은 예컨대 냉간-압연된 스트립의 두께를 2.0-4.0 mm에서 0.7-2.0 mm로 압하함으로써 표준 조건 아래 실행된다.
바람직한 실시예에 따르면, 고강도 용융 아연도금 강 스트립은 복합상 강 스트립이다.
바람직한 실시예에 따르면, 용융 아연도금 강 스트립은 TRIP 지원 2상 강 스트립이다.
본 발명에 따르면, 냉간-압연 강 스트립의 제조 방법이 제공되는 데, 주조 강은 2.0-4.0mm 두께로 냉간-압연되고 Bs+50℃와 Ms 온도 사이, 바람직하게는 Bs와 Ms 사이, 가장 바람직하게는 Bs-20℃와 Ms+60℃ 사이에서 권취된다.
매우 높은 권취 온도(CT)는 표면 아래의 산화를 유발하고, 이는 아연도금 단부 코팅의 품질을 감소시키며, 균질성을 감소시킨다.
정해진 범위 내의 온도(CT)는 냉간 압연되고 연속 어닐링된 최종 제품의 충분한 강도를 달성하기 위하여 합금화 성분이 덜 필요하다. 탄소(C)가 매우 적으면 치수 범위를 감소시키는 데, 소재가 너무 단단해지고 이는 균질성을 감소시키기 때문이다. 더욱이, 매우 낮은 권취 온도(CT)에서, 마르텐사이트가 형성되고 이는 가공가능한 스트립 형상을 제공하지 않기 때문이다.
발명자들은 중간 열간 압연 제품의 양호한 스트립 형상과 양호한 균질성을 보장하는 최적의 권취 온도(CT)범위를 발견하였다.
Bs+50℃와 Ms 사이, 바람직하게는 Bs와 Ms 사이, 그리고 가장 바람직하게는 Bs-20℃와 Ms+60℃ 사이의 권취 온도(Cr)에서의 권취에 기인하여, 본 발명에 따른 소정의 강도와 특성을 가진 아연도금 강 스트립을 얻기 위하여 적절한 압하율을 가진 냉간 압연 및 적절한 온도에서의 어닐링과 이후의 아연도금이 실행될 수 있는 양호하게-형성된 미세 조직이 달성된다.
열간 압연된 스트립은 40-80 부피%의 페라이트, 바람직하게는 50-70 부피%의 페라이트, 20-50 부피%의 펄라이트 및/또는 베이나이트, 바람직하게는 30-50 부피%의 펄라이트 및/또는 베이나이트, 및 10 부피%보다 작은 시멘타이트 및 석출물/개재물로 구성된 미세 조직을 가진다. 총량은 100%에 이른다.
이러한 미세 조직에서, 냉간-압연 스트립은 냉간-압연 후의 추가적인 처리, 특히 어닐링 단계를 위한 적절한 특성을 가진다. 미세조직의 구성은 낮은 이방성을 보장하도록 구성된다.
본 발명의 목적은 고강도 냉간-압연 TRIP 지원 2상 강 스트립을 제공하는 것으로, 냉간-압연된 강 스트립은 40% 이상의 압하율, 바람직하게는 45 및 75%의 압하율로 냉간-압연되고, Ac1과 Ac3 온도 사이, 바람직하게는 Ac1+50℃와 Ac1-30℃ 사이 온도에서 연속으로 어닐링되고, Bs 온도 미만 온도, 바람직하게는 Bs-50℃ 미만에서 과시효되어 베이나이트 및/또는 템퍼링된 마르텐사이트를 형성하고 동시에 잔류 오스테나이트는 부분적으로 탄소 속에서 부화된다. 선택적으로 스트립은 과시효 구간에서 ??칭 및 파티셔닝 또는 ??칭 및 템퍼링이 수행된다.
이어서 스트립은 용융 아연도금, 열 분무 및 전착(electrodeposition)을 포함하는, 공지의 아연도금 방법들에 따라 코팅되고, 바람직하게는 아연 코팅된다. 용융 아연도금(Hot-dip galvanizin)은 배치(batch) 공정 또는 연속 공정으로 실행될 수 있다. 선택적으로 강 스트립은 합금화 아연도금될 수 있다. 스트립은 이어서 0.7%보다 작은, 바람직하게는 0.5%보다 작은 연신율로 템퍼 압연된다. 바람직하게는, 스트립은 용융 아연도금된다.
본 발명의 또 다른 목적은 고강도 냉간-압연 TRIP 지원 2상 강 스트립의 제조 방법을 제공하는 것으로, 이 방법은:
(a) 권취된 냉간-압연된 스트립은, 총량으로 100%에 도달하고, 40-80 부피%의 페라이트, 바람직하게는 50-70 부피% 페라이트, 20-50 부피%의 펄라이트 및/또는 베이나이트, 바람직하게는 30-50 부피%의 펄라이트 및/또는 베이나이트, 10 부피%보다 작은 시멘타이트 및 개재물/석출물로 구성되는 미세 조직을 가지는, 본 발명에 따라 제조된 냉간-압연 강 스트립이 제공되고,
(b) 상기 스트립이 산세되고,
(c) 이어서 상기 스트립이 40% 이상의 압하율, 바람직하게는 45% 내지 75% 사이의 압하율로 냉간 압연되고, 및
(d) 상기 강의 미세 조직이 페라이트, 베이나이트, 잔류 오스테나이트 및 선택적으로 마르텐사이트, 및/또는 시멘타이트 및 개재물/석출물로 구성되도록 상기 스트립이 변태 온도(Ac1과 Ac3) 사이, 바람직하게는 Ac1+50℃와 Ac3-30℃ 사이에서 어닐링 열처리되고, 이어서 온도가 Ac3 미만일 때 냉각 속도(Vcs)에서 하나 이상의 냉각이 이어지고, 과시효 시간(toa) 동안 과시효 온도(Toa)에서 과시효가 이어지고,
(e) 선택적으로 상기 스트립이 과시효 영역에서 ??칭 및 파티셔닝 또는 ??칭 및 템퍼링이 수행되고,
(f) 상기 스트립이 용융-아연도금되고,
(g) 상기 스트립이 0.7% 이하의, 바람직하게는 0.5% 이하의 연신율로 템퍼 압연되는 것을 포함한다.
미세 조직의 구성은 최종 제품에서 작은 이방성이 보장되도록 구성된다.
선택적으로 단계(f)의 스트립은 합금화아연도금될 수 있다.
고강도 냉간-압연 스트립은 공지 방법들에 따라 냉간 압연을 위하여 적절한 표면 마무리를 제공하기 위하여 산세된다. 냉간 압연은 표준 조건들 아래, 예컨대, 열간 압연된 스트립의 두께를 2.0-4.0 mm에서 0.7-2.0 mm로 압하함으로써 실행된다.
바람직한 실시예에 따르면, TRIP 지원 2상 강을 제조하기 위하여 위에 설명된 방법은, 냉간 압연된 소재가 입계 사이에 어닐링되도록 실행되고, 최대 40 ℃/s의 가열 속도, 바람직하게는 최대 20℃/s의 가열 속도가 사용되고, 및/또는 1-100초, 바람직하게는 1-60초의 중간 소킹이 Ac1 온도, 바람직하게는 350℃-Acl 온도의 범위를 달성하기 전에 사용됨으로써, TRIP 지원 2상 강에 존재하는 페라이트 분율의 90% 이상의 재결정 페라이트를 가지는 스트립을 제조하고 0.18이상의 값을 생성한다. 여기서 중간 소킹은 정해진 시간에서 느린 가열 또는 느린 냉각, 또는 양자 모두를 의미한다.
또 다른 바람직한 실시예에 따라, 어닐링 열 처리는 냉간-압연 TRIP 지원 2상 강 스트립의 미세조직이 총량으로 100%에 도달하고, 20-50 부피% 페라이트, 바람직하게는 25-45 부피% 페라이트, 15-25 부피%의 잔류 오스테나이트 및 마르텐사이트와 5-15 부피%의 잔류 오스테나이트 함량, 바람직하게는 5-13 부피%의 잔류 오스테나이트, 잔여량의 템퍼링된 마르텐사이트, 베이나이트, 시멘타이트 및 개재물/석출물로 구성되도록 선택된다. 이어서 미세조직은 낮은 이방성을 생성하도록, 특히 세로와 가로 및 대각선 방향으로 인장 강도의 작은 변화가 존재하도록 구성된다. 잔류 오스테나이트 고립부/길다란부(needle)들의 평균 크기는 20 미크론을 초과하지 않으며, 바람직하게는 10미크론을 초과하지 않으며, 가장 바람직하게는 5미크론을 초과하지 않는다.
미세조직은 50nm보다 작은 크기, 바람직하게는 30nm보다 작은 크기, 가장 바람직하게는 20nm보다 작은 크기를 가지는 석출물(바나듐 탄질화물)에 의하여 경화된다.
본 발명의 또 다른 목적은 본 발명에 따른 냉간-압연된 TRIP 지원 2상 강 스트립의 제조 방법을 제공하는 것이며, 냉간-압연된 강 스트립은 10℃/s 이상의 가열 속도(Vhs)에서 가열하고, Ac1과 Ac3 사이, 바람직하게는 Ac1+50℃와 Ac3-30℃ 사이에서 0과 450s, 바람직하게는 0과 400s 사이 시간 동안 어닐링하고, 이어서 온도가 Ac3보다 낮을 때 5℃/s보다 큰, 바람직하게는 10℃/s보다 큰 냉각 속도(Vcs)에서 냉각하고, 온도가 Ac3보다 낮을 때, Bs 아래의 과시효 온도(Toa)로, 바람직하게는 Bs-50℃로, 20s 와 500s 사이, 바람직하게는 30s와 450s 사이 시간(toa) 동안 냉각하는 것을 포함하는 어닐링 열처리를 수행한다. 선택적으로, 과시효는 ??칭 및 파티셔닝을 포함하거나 ??칭 및 템퍼링을 포함한다. 선택적으로 스트립은 위에서 설명된 바와 같이 코팅되고, 바람직하게는 아연 코팅되고, 선택적으로 0.7%보다 작은, 바람직하게는 0.5%보다 작은 템퍼 압연 연신율이 이어지는 어닐링이 실행된다. 선택적으로 스트립은 합금화 어닐링된다. 바람직하게는 스트립은 용융 아연도금된다.
본 발명의 추가적인 측면에 따라, 본 발명의 제1 측면에 따른 고강도 용융 아연도금 복합상 강 스트립의 제조 방법이 제공되며, 주조 강은 2.0-4.0 mm 두께로 냉간-압연되고 Bs와 Ms 온도, 바람직하게는 Bs-20℃ 온도와 Ms+60℃ 온도 사이의 권취 온도(CT)에서 권취된다. 냉간-압연에서 권취 온도는 냉간-압연 후의 이어지는 어닐링 동안 석출을 위하여 고체 용액 중에서 바나듐을 더욱 유용하도록 유지하기 위하여 Bs 온도 미만, 바람직하게는 Bs-20℃로 선택된다.
Bs와 Ms 사이의 온도(CT), 바람직하게는 Bs와 Ms 사이, 바람직하게는 Bs-20℃와 Ms+60℃ 사이에서의 권취에 기인해서, 본 발명에 따른 소정의 강도와 특성을 가진 아연도금 강 스트립을 얻기 위하여 적절한 압하율에 의한 냉간 압연, 어닐링 및 아연도금될 수 있는 잘-형성된 미세 조직이 얻어진다.
그러한 미세 조직에 의하여, 냉간-압연 스트립은 냉간-압연 후, 특히 어닐링 단계를 위한 추가적인 가공을 위한 적절한 특성을 가진다.
바람직한 실시예에 따르면, 스트립은 40% 이상의, 바람직하게는 45와 75% 사이의 압하율로 냉간 압연된다.
이어서 어닐링 처리는 본 발명에 따른 특별한 미세 조직을 제공하고 가공-경화된 조직을 재결정하기 위하여 적절히 실행된다. 이 처리는 바람직하게는 가열 공정, 소킹 공정, 및 과시효를 포함하는 연속 어닐링에 의하여 실행된다.
바람직한 실시예에 따르면, 어닐링 열처리가, 냉간-압연 복합상 강 스트립의 미세조직이 총량으로 100%에 도달하고, 20-50 부피% 페라이트, 바람직하게는 25-45 부피% 페라이트, 15-25 부피%의 잔류 오스테나이트 및 마르텐사이트와 5-15 부피%의 잔류 오스테나이트 함량, 바람직하게는 5-13 부피%의 잔류 오스테나이트, 보다 바람직하게는 3-13 부피%의 잔류 오스테나이트, 가장 바람직하게는 3-12 부피%의 잔류 오스테나이트, 및 잔여량의 템퍼링된 마르텐사이트, 베이나이트, 시멘타이트 및 석출물/개재물로 구성되도록 선택된다.
발명자들은 가열 동안, 가공-경화된 조직의 재결정화; 시멘타이트의 용해; 변태 온도(Ac1) 이상에서 오스테나이트의 성장; 페라이트 속에서의 상기 바나듐의 탄질화물의 석출을 관찰하였다. 이들 탄질화물 석출물은 매우 작으며, 통상적으로 50나노미터보다 작고, 바람직하게는 이러한 가열 후에 30nm보다 작다.
본 발명의 또 다른 목적은 고강도 냉간-압연 복합상 강 스트립의 제조 방법을 제공하는 것으로, 이하의 단계들을 포함한다:
(a) 총합이 100%에 이르는, 40-80 부피%의 페라이트, 바람직하게는 50-70 부피%의 페라이트, 20-50 부피%의 펄라이트 및/또는 베이나이트, 바람직하게는 30-50 부피%의 펄라이트 및/또는 베이나이트, 및 10 부피%보다 작은 시멘타이트/석출물/개재물로 구성되는 미세 조직을 가지는, 본 발명에 따라 제조된 냉간-압연된 강 스트립이 제공되고,
(b) 상기 스트립이 산세되고,
(c) 이어서 상기 스트립이 40% 이상의 압하율, 바람직하게는 45% 내지 75% 사이의 압하율로 냉간 압연되고, 및
(d) 상기 강 스트립의 미세 조직이 페라이트, 베이나이트, 잔류 오스테나이트 및 선택적으로 마르텐사이트, 및/또는 시멘타이트, 석출물 및 개재물로 구성되도록 상기 스트립이 Ac1 +50℃ 이상에서 어닐링 열처리되고, 이어서 온도가 Ac3보다 아래일 때 냉각 속도(Vcs)에서 하나 이상의 냉각 공정이 이어지고, 과시효 시간(toa) 동안 과시효 온도(Toa)에서 냉각 공정이 이어지고,
(e) 선택적으로 상기 스트립이 과시효 영역에서 ??칭 및 파티셔닝 또는 ??칭 및 템퍼링이 수행되고,
(f) 상기 스트립이 아연 코팅되고, 바람직하게는 용융-아연도금되고,
(g) 상기 스트립이 0.4-2.0%의 압하율, 바람직하게는 0.4-1.2%의 압하율로 템퍼 압연되는 것을 포함한다.
선택적으로, 스트립은 단계(f)에서 합금화 아연도금된다.
단계(a)의 미세조직의 구성은 최종 제품의 낮은 이방성을 보장하도록 구성된다.
바람직한 실시예에서, 냉간 압연된 복합상 강 스트립은 10℃/s 이상의 가열 속도(Vhs)에서 가열하는 단계, Ac1+50℃ 이상, 바람직하게는 Ac1+80℃ 이상으로 0과 450s 사이, 바람직하게는 0과 400s 사이 시간 기간 동안 어닐링하고, 온도가 Ac1아래일 때, 5℃/s보다 큰, 바람직하게는 10℃/s보다 큰 냉각 속도(Vcs)에서 냉각하는 단계, Bs-50℃ 아래, 바람직하게는 Bs-100℃의 과시효 온도(Toa)로 20s와 500s 사이, 바람직하게는 30s와 450s 사이의 시간(toa) 동안 냉각하는 단계를 포함하는 어닐링 열 처리를 실행한다.
선택적으로, 스트립은 ??칭 및 파티셔닝 또는 ??칭 및 템퍼링이 수행된다. 선택적으로, 과시효 단계 후에, 용융 아연도금, 열 분무 및 전착(electrodeposition)을 포함하는, 공지의 아연도금 방법들에 따라, 스트립은 코팅, 바람직하게는 아연코팅된다. 용융 아연도금은 배치 공정 또는 연속 공정으로 실행될 수 있다. 선택적으로 강 스트립은 합금화 아연도금된다. 바람직하게는 스트립은 용융 아연도금된다.
본 발명에 따른 고강도 용융 아연도금 복합상 강 스트립은 이어서 0.4-2.0%의 압하율로, 바람직하게는 0.4-1.2%의 압하율로 인장 압연(tension rolling)된다. 이러한 인장 압연 비율은 적절한 항복 및 인장 강도와 같은 양의 기계적 특성을 스트립에 제공할 수 있고, 다른 기계적 특성은 복합상 소재의 소정의 범위 내에 유지된다. 발생되는 복합상 강 스트립은 선택된 CT, 규정된 어닐링, 과시효 온도 및 템퍼 압연 연신 범위에 기인할 수 있다.
본 발명에 따른 강 스트립 유형은 바람직하게는 자동차 산업에서 구조 부품이나 보강 부재의 제조를 위하여 사용된다.
이후 본 발명이 설명될 것이다. 비제한적인 예들로서, 이하의 결과는, 본 발명에 의하여 제공되는 효과적인 특징을 보여준다.
A1-미세 조직이 페라이트(α-Fe)와 오스테나이트의 혼합물로 구성되는 온도; 연성 초고강도 냉간-압연 강의 개발, 포스코 기술 보고서, 1996, 50-128에 기재된 에스.에이치. 박(S.H. Park) 등에 의해 설명된 식에 따라 산출되었다.
A3-그 이상의 온도에서 미세조직이 완전히 오스테나이트로 구성된 온도이다. Ac3 온도는 고 탄소 냉간-압연 강 시트와 그 제조방법에서 카리야 엔(KARIYA,N)에 의하여 설명된 식에 따라 산출되었다(유럽특허출원 EP 2.103.697.A1, 23.09.2009, 15p).
A1와 A3에서 첨자(c 및 r)들은 각각 가열 및 냉각 사이클에서 변태를 표시한다.
n-값: 가공 경화 지수 또는 n-값은 균일한 연신에 밀접하게 관련된다. 대부분의 시트 성형 공정에서 성형성의 한계는 국부적인 박막화(thinning) 또는 “네킹(necking)"에 대한 내성에 의하여 결정된다.
단일 축방향 인장 시험의 네킹은 균일한 연신 영역에서 시작되고, 인장 시험에서 얻어진 n-값과 균일한 연신은 시트 강의 성형성의 지표로서 취급될 수 있다. 스트립 강의 성형성을 향상시키려는 경우, n-값과 균일한 연신은 가장 적절한 최적화 파라미터들을 표시한다.
n4-6-값은 4%와 6% 연신 사이의 특수한 경화성 값이다.
Rm(MPa): 최대 강도에 대응하는 인장강도-응력.
Rp(MPa): 항복강도-응력으로, 정밀신장계의 게이지 길이(Le)의 특정 비율과 비례적이지 않은 연신이 같은 부위이다. Rp0,2와 같은 정해진 비율을 표시하는 첨자에 사용된 부호가 이어진다.
Ag(%): 균일 연신-최대 강도에서 비례적이지 않은 연신의 비율이다.
A80(%): 파단까지의 총 연신이다.
구멍 팽창(hole expansion)은 강 시트들의 성형성 특성을 평가하기 위한 지표로서, 이는 통상 원통형 또는 원추형 펀치를 사용하는 구멍 팽창 시험에 의하여 얻어지고 엠.더블유.보일(M.W.BOYLES)에 따른 방법이다[구동 절차CP/04/OP/04 구멍 팽창 시험 절차, 영국 강 스트립 제품(1997)[Operating Procedure CP/04/OP/04 Procedure for Hole Expansion Testing, British Steel Strip Products ( 1997)].
Bs는 베이나이트 개시 온도이고 Ms는 마르텐사이트 개시 온도이다. Bs와 Ms는 에스.엠.시. 반 보이만(S.M.C. van Bohemen)의 탄소에 대한 지수함수적인 의존성에 의하여 산출된 베이나이트와 마르텐사이트의 개시 온도[Bainite and martensite Start Temperature calculated with exponential carbon dependence][Materials Science and Technology 28, 4 (2012) 487-495]에 설명된다.
본 발명의 고강도 용융 아연도금 강 스트립은 높은 강도와 연성, 우수한 성형성, 균질한 기계적 특성, 향상된 용접성, 양호한 표면 품질 및 비용 효율성을 동시에 제공하는 효과를 가진다.
도 1 : 수평축은 코일 단면의 폭, 좌측 에지, 중간 및 우측 에지를 표시하고, 코일 길이를 따라 두부, 중간 및 미부에서의 조성(LI)의 항복 및 인장 강도 인장 값을 표시하는 그래프도;
도 2-상부: 바나듐이 없는 시편(To)과 바나듐이 있는 시편(T1)의 일련의 연속 어닐링된 합금의 경화성 지수(n-값) 대 인장강도(Rm)를 표시하는 그래프도로서, 소재는 어닐링된 후에 템퍼 압연되지 않았다.
도 3-바닥: 바나듐이 없는 시편(To)과 바나듐이 있는 시편(T1)의 일련의 연속 어닐링된 합금의 인장강도(Rm) 대 연성(총 연신(A80)과 인장강도(Rm)의 곱)을 표시하는 그래프로서, 소재는 어닐링된 후에 템퍼 압연되지 않았다.
도 4: 쿼터 게이지에서 TRIP 지원 2상 및 복합상 냉간 압연 단부 제품의 미세조직 이미지를 도시하는 도면이다.
예 1 : 강 조성(L2)이 주조되고 대략 920℃의 Ac3 온도 위인 930℃의 마무리 온도로 냉간-압연되고, 대략 100/s의 냉각 속도로 대략 510℃의 권취 온도로 냉각되었다. 소재는 이어서 1℃/분의 냉각 속도로 실온으로 냉각되었다. 단부 게이지는 3.7mm이었다. 소재는 1.2mm로 냉간-압연되었고, 이어서 대략 840℃의 상부 온도에서 연속으로 어닐링되고, 대략 400℃로 냉각되고 이 온도에서 60초간 유지되고, 이어서 아연도금을 위하여 대략 470℃로 가열되고 마침내 실온으로 냉각되었다. 측정된 인장 특성들이 표 3에 기재된다.
예 2: 예 1에서와 동일한 조건들 아래 1.3mm 게이지를 가지는 T1 강 조성의 여러 코일들이 제조되었다. 더욱이, 0.4%의 템퍼 압연 연신이 적용되었다. 균질성 시험은 상기 코일들의 아연 코팅된 스트립 단부 제품에 대해 시행되었다. 인장 특성(Rp 및 Rm)들이 코일의 시작, 중간 및 단부에서 코일 중간폭과 에지 위치들에서 측정되었다. 실험 결과들이 코일의 중간-폭과 에지에서 두부, 중간 및 미부의 항복 및 인장 강도 값을 표시하는 도 1에 도시되었고 이들은 최대 30MPa에서 변하였다.
예 3: 강 조성(T1)으로부터 복합상 강 스트립이 설명에 따라 예 1에서와 같이 열간 압연되고, 1.3mm로 냉간 압연되고, 적어도 40초간 대략 840℃에서 어닐링되어 제조되었다. 용융 아연도금 후에, 스트립은 대략 0.9%의 압하율로 템퍼 압연되었다. 얻어지는 강 스트립은 표 3의 예들에 비교해서 증가된 Rp를 가진 복합상 강이다.
예 4: 바나듐이 없는 시편(T0)과 바나듐이 있는 시편(T1)이 제조되었다. 1.3mm 게이지의 냉간압연 강 조성(T0 및 T1)이 연속으로 어닐링되었다. 어닐링 소킹 온도가 770에서 880℃ 범위로 변하였다. 이어서 시편들이 390와 470℃ 사이에서 과시효되었고, 수 초간 460℃에서 아연 코팅되고 실온으로 냉각되었다. 인장 시험들이 각각의 어닐링 조건들에서 시행되었다.
본 발명에 따른 고강도 용융 아연도금 강 스트립의 개발 동안, 많은 스트립 코일들이 표 1에 표시된 바와 같이 제조되었다. T0-T4는 라인 시험 조성으로 템퍼 압연되고, L1-L4는 본 발명에 따라 템퍼 압연되지 않고 실험실(lab) 주조합금 조성들이다. 표 1은 milli-wt%의 강 조성 및 wt-ppm의 B, N, Ca 및 S.
*ND: 미검출
표 2는 주조 조성의 Al + Si 총량, 산출된 베이나이트 개시 온도(Bs) 및 마르텐사이트 개시 온도(Ms), 및 산출된 상 전이 온도(Ac1 및 Ac3)를 표시한다.
표 3은 항복강도(Rp), 인장강도(Rm), 균일 연신(Ag), 총 연신(A80) 및 중간 코일에서의 가공 경화 또는 n-값을 보여준다. 구멍 팽창은 T0 및 T1에 대해 결정되었다.
표 3에서, 모든 강 스트립들은 730MPa 이상의 높은 강도(Rm)를 보여준다. T1 내지 T3 에 대해 T0를 비교한 것은 명확히 Rm의 상당한 차이를 보여주며, 바나듐이 있으면 800MPa 정도의 더 높은 강도의 강 스트립이 얻어진다. 그러므로 바나듐의 첨가는 강도를 증대시키는 것이 명확하다. 또한 이는 T0와 T1에서의 구멍 팽창이 유사하지만, T1의 인장 강도(Rm)가 T0에 비해서 40MPa만큼 더 큰 사실에 의하여 지지된다.
표 3은 추가로 L4에서의 바나듐 양이 더 크므로 1000MPa를 넘는 높은 인장 강도가 달성될 수 있음을 보여준다. L1과 L3에서 강도(Rm)가 유사하지만, 더 큰 바나듐 함량을 가지는 L3는 더욱 양호한 n-값과 연신(A80)을 보인다. 표 3으로부터 추가로 명확한 것은 바나듐을 갖는 다른 합금의 양의 변동에 의하여 향상된 연신과 n-값을 갖는 고강도 강 스트립이 얻어지는 것이다.
T1 합금은 본 발명에 따른 복합상 어닐링 사이클을 사용하여 열간 압연되고, 냉간 압연되며 그리고 연속 어닐링되며, 그리고 후속으로 0.9%로 템퍼 압연된다. 표 4에 결과들이 표시되는 데, 표 4는 명확하게 복합상 강 특성을 가지는 고강도 강 스트립이 얻어질 수 있는 것을 보인다. 780-920MPa 사이의 높은 Rp와 Rm은 복합상 고강도 강의 통상적인 값들이다.
표 4는 소재(T1)의 중간 코일에서의 인장 특성을 보여준다. 0.9% 템퍼 압연 연신 후에 항복 강도가 측정되었다. L5-L14(템퍼 압연되지 않은)의 인장 강도.
도 2는 인장 시험에 의한 n-값 대 인장 강도의 그래프를 도시하고 도 3은 인장 강도 대 산출된 연성을 도시한다. TRIP 지원 2상 소재의 경우, 경화지수(n)와 연성(A80*RM)을 최대화함과 동시에 인장 강도(Rm)를 최대화하는 것이 중요하므로 성형성과 심인발 특성이 최적이고 고강도가 달성된다.
도 2와 3에서, 백색 다이아몬드 부호와 점선은 바나듐이 없는 시편(T0)의 데이터를 표시한다. 실선과 흑과 회색의 사각형 부호는 바나듐을 가진 시편(T1)를 표시한다.
도 2와 3은 명확하게 바나듐을 가진 강 조성은 800MPa 범위에 강도를 유지하고 800MPa 강도 수준에서 경화성 지수(도 2)와 연성(도 3)의 상당한 향상을 생성하는 것을 보여준다. 이는 향상된 성형성, 특히 향상된 인장 성형성과 심인발 특성을 제공한다.
도 4는 상기 설명된 방법에 따라 제조되고 조성(T1)에 기초하는 TRIP 지원 2상 강 스트립과 복합상 강 스트립의 1/4 두께에서의 미세조직 상을 보여준다.
피크럴(picral) 및 SMB 에칭 후에 광학 현미경 상들이 얻어졌다. 피크럴 그래프에서 흑색 영역은 베이나이트, 마르텐사이트 또는 템퍼 마르텐사이트를 표시한다. 니털(Nital) 그래프에서 백색 외측 영역은 페라이트를 표시한다. SMB 에칭에서 어둔 회색 영역은 마르텐사이트 형성을 밝은 영역은 페라이트 형성을 표시한다.
도 4의 좌측에서의 TRIP 지원 2상 미세조직에서 크기들이 10㎛를 초과하는 백색 외부 영역이 있다. 이들 영역은 페라이트의 존재를 나타내고 페라이트의 큰 크기가 소재에 낮은 항복 응력 특성을 제공한다. 잔류 오스테나이트 함량은 X-선 회절에 의하여 측정되었고 10% 정도에 도달한다. 이는 2상 소재에 TRIP 지원 특성을 제공한다.
좌측의 TRIP 지원 2상 스트립과 우측의 복합상 스트립 사이의 차이는 명확하게 보여진다. 복합상 스트립의 백색 영역은 더욱 미세하고 (템퍼) 마르텐사이트의 형성을 나타내는 SMB 에칭에서 더욱 많은 갈색 영역이 있다.
복합상 미세조직은 더욱 미세한 밝은 백색 외부 영역을 특징으로 하며, 페라이트 입자들이 더욱 미세한 것을 보여준다. SMB 에칭에는 더욱 많은 어둔 회색 영역이 있고 이것들은 낮은 탄소 (템퍼) 마르텐사이트 및/또는 베이나이트의 존재를 의미한다. 이들 현상의 결합은 더 높은 Rp를 유발하고 명확하게 잔류 오스테나이트 함량이 더 낮다. 이는 복합상 유형의 강에서 일반적이다.
표 5는 압연 방향에 대해 0°, 45°및 90°방향에서 시행된 인장 시험의 파라미터들을 표시한다.
TRIP 지원 2상 강 스트립(T1)의 최소 이방성은 압연 방향에 비교해서 0°, 45°및 90°방향에서 인장 시험을 실행함으로써 측정되었다. 표 5는 이들 세 방향에서 Rp 및 Rm과 Ag, n-값과 랭크포드 계수 또는 r-값에서 최소 차이가 있다. 세 방향에 걸친 인장 값들의 최소 차이는 소재가 압연 방향으로 상관 없이 균일하게 변형가능한 것을 표시한다. 최소 이방성은 균질한 인장 또는 심인발 변형에 효과적이다. N4-6값들은 0.18이거나 이들 값을 초과하며 이는 오스테나이트 형성 전에 낮은 가열 속도 또는 소킹에 관련되고, 오스테나이트가 형성되기 시작하기 전에 페라이트(석출물 함유)의 90% 이상을 재결정시킨다. 이러한 소킹은 1-100초 사이의 Ac1 온도 미만 온도에서 온도 유지 시간일 수 있다. 선택적으로, 소킹 방안의 결합이나 가열 또는 냉각 단계로 소킹이 구성된다. 소킹을 포함한 가열에 상관 없이, 가열된 스트립은 Ac1 온도 미만, 예컨대, 350℃와 Ac1 온도 사이 온도에서 1-100s 동안 유지되도록 공정이 진행된다.

Claims (12)

  1. 고강도 용융 아연도금 강 스트립(hot dip galvanised steel strip)으로서, 질량%로:
    0.10-0.21% C,
    1.50-2.20% Mn,
    0.30-0.70% Si,
    0.2-0.9% Al,
    0.001-0.04% P,
    0.0005-0.005% B,
    0.005-0.30% V,
    0 초과 및 최대 0.015% N,
    0 초과 및 최대 0.05% S, 그리고
    선택적으로,
    최대 0.004% Ca,
    최대 0.10% Nb,
    최대 0.50% Cr,
    최대 0.20% Mo,
    최대 0.20% Ni,
    최대 0.20% Cu,
    최대 0.01% Ti 중에서 선택된 하나 이상의 성분으로 이루어지고,
    Al + Si의 양은 0.70-1.60 질량%이고,
    조성물의 잔여는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지며,
    상기 용융 아연도금 강 스트립은 650 MPa 이상의 최종 인장강도(Rm), 템퍼 압연(Temper Rolling) 후 300-700 MPa의 0.2% 내력 강도(Rp), 10.4% 이상의 균일 연신(Ag), 13.4% 내지 23.5% 사이의 총 연신(A80/JIS), 32% 이하의 구멍팽창, 및 0.21 이하의 중간 코일에서의 가공 경화 또는 n-값을 가지며,
    n4-6 값이 0.18 이상이고 4% 내지 6% 연신율의 특정 경화 능력 값인, 고강도 용융 아연도금 강 스트립.
  2. 제 1 항에 있어서,
    Al+Si의 양은 0.70-1.50 질량%인, 고강도 용융 아연도금 강 스트립.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    C의 양은 0.10-0.20 질량%인, 고강도 용융 아연도금 강 스트립.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    B의 양은 0.001-0.005 질량%인, 고강도 용융 아연도금 강 스트립.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    V의 양은 0.01-0.20 질량%인, 고강도 용융 아연도금 강 스트립.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Al의 양은 0.2-0.8 질량%인, 고강도 용융 아연도금 강 스트립.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    Mn의 양은 1.50-2.10 질량%인, 고강도 용융 아연도금 강 스트립.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 강 스트립은 20-50 부피%의 페라이트, 15-25 부피%의 잔류 오스테나이트 및 마르텐사이트, 5-15 부피%의 잔류 오스테나이트, 그리고 나머지는 템퍼(tempered) 마르텐사이트, 베이나이트, 시멘타이트, 및 석출물과 개재물로서 총량 100%를 구성하는 미세 조직을 가지는, 고강도 용융 아연도금 강 스트립.
  9. 제 1 항에 따른 고강도 용융 아연도금 강 스트립의 제조 방법으로서:
    (a) 주조 강이 2.0-4.0mm 두께로 열간-압연되고 Bs+50℃와 Ms 온도 사이의 권취 온도(CT)에서 권취되는 단계로서, 여기서 상기 권취된 열간-압연 강 스트립은 페라이트를 40-80 부피%, 펄라이트 및 베이나이트 중 하나 이상을 20-50 부피%, 및 시멘타이트, 석출물 및 개재물을 10 부피% 미만으로 총량 100%를 구성하는 미세 조직을 가지는 단계;
    (b) 상기 스트립이 산세되는 단계;
    (c) 이어서 상기 스트립이 40% 이상의 압하율로 냉간-압연되는 단계;
    (d) 상기 스트립이 어닐링되는 단계;
    (e) 상기 스트립이 과시효 영역에서 후(post)-어닐링되고, 선택적으로 ??칭(quenching) 및 파티셔닝(partitioning) 또는 ??칭 및 템퍼링이 수행되는 단계;
    (f) 상기 스트립이 용융 아연도금되는 단계; 및
    (g) 상기 스트립이 템퍼 압연(temper rolling)되는 단계를 포함하며,
    여기서 단계 (c)에서 얻어진 냉간 압연 스트립은 단계 (d)에 따라 어닐링되며, 최대 40℃/s의 가열 속도가 사용되고, Acl 온도에 도달하기 전에 1-100초 동안 중간 소킹이 수행되며, 그 결과 트립 지원 2상(TADP) 강에 존재하는 페라이트 분량의 90% 초과 재결정된 페라이트를 갖고 n4-6 값이 0.18 이상인 스트립이 얻어지며, 여기서 n4-6 값은 4% 내지 6% 연신율의 특정 경화 능력 값인, 고강도 용융 아연도금 강 스트립의 제조 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 강 스트립은 TRIP 지원 2상 또는 복합상 강 스트립인, 고강도 용융 아연도금 강 스트립.
  11. 제 1 항에 따른 고강도 용융 아연도금 강 스트립의 제조 방법으로서:
    (a) 주조 강이 2.0-4.0mm 두께로 열간-압연되고 Bs+50℃와 Ms 온도 사이의 권취 온도(CT)에서 권취되는 단계로서, 여기서 상기 권취된 열간-압연 강 스트립은 페라이트를 40-80 부피%, 펄라이트 및 베이나이트 중 하나 이상을 20-50 부피%, 및 시멘타이트, 석출물 및 개재물을 10 부피% 미만으로 총량 100%를 구성하는 미세 조직을 가지는, 단계;
    (b) 상기 스트립이 산세되는 단계;
    (c) 이어서 상기 스트립이 40% 이상의 압하율로 냉간-압연되는 단계;
    (d) 상기 스트립이 변태 온도 AOi와 Ac3 사이에서 어닐링 열 처리된 후, 온도가 Ac3 미만인 때 5℃/s보다 큰 냉각 속도(Vcs)에서 하나 이상의 냉각 공정이 수행되고, 이어서 20초 내지 500초 사이의 과시효 시간(toa) 동안 Bs 미만의 과시효 온도(Toa)에서 과시효 공정이 수행되며, 여기서 상기 강 스트립의 미세 조직은 페라이트, 베이나이트, 및 잔류 오스테나이트와, 선택적으로, 마르텐사이트 및 시멘타이트 중 적어도 하나로 구성되는, 단계;
    (e) 선택적으로, 상기 어닐링된 스트립이 과시효 단계에서 ??칭 및 파티셔닝 또는 ??칭 및 템퍼링이 수행되는 단계;
    (f) 상기 스트립이 용융 아연도금되는 단계;
    (g) 상기 스트립이 0.7% 미만의 연신율로 템퍼 압연(temper rolling)되는 단계를 포함하는, 고강도 용융 아연도금 강 스트립의 제조방법.
  12. 제 1 항에 따른 고강도 용융 아연도금 강 스트립의 제조 방법으로서:
    (a) 주조 강이 2.0-4.0mm 두께로 열간-압연되고 Bs+50℃와 Ms 온도 사이의 권취 온도(CT)에서 권취되는 단계로서, 여기서 상기 권취된 열간-압연 강 스트립은 페라이트를 40-80 부피%, 펄라이트 및 베이나이트 중 하나 이상을 20-50 부피%, 및 시멘타이트, 석출물 및 개재물을 10 부피% 미만으로 총량 100%를 구성하는 미세 조직을 가지는, 단계;
    (b) 상기 스트립이 산세되는 단계;
    (c) 상기 스트립이 40% 이상의 압하율로 냉간-압연되는 단계;
    (d) 상기 스트립이 변태 온도 AOi+50℃ 이상에서 어닐링 열 처리된 후, 온도가 Ac3 미만인 때, 5℃/s보다 큰 냉각 속도(Vcs)에서 하나 이상의 냉각 공정이 수행되고, 이어서 20초 내지 500초 사이의 과시효 시간(toa) 동안 Bs 미만의 과시효 온도(Toa)에서 과시효 공정이 수행되며, 상기 강 스트립의 미세 조직은 페라이트, 베이나이트, 및 잔류 오스테나이트와, 선택적으로, 마르텐사이트 및 시멘타이트 중 적어도 하나로 구성되는, 단계;
    (e) 선택적으로, 상기 어닐링된 스트립이 과시효 공정에서 ??칭 및 파티셔닝 또는 ??칭 및 템퍼링이 수행되는 단계;
    (f) 상기 스트립이 용융 아연도금되는 단계;
    (g) 상기 스트립이 0.4-2.0%의 압하율로 템퍼 압연(temper rolling)되는 단계를 포함하는, 고강도 용융 아연도금 강 스트립의 제조방법.
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