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KR20170026407A - 향상된 강도, 연성 및 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법 - Google Patents

향상된 강도, 연성 및 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법 Download PDF

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KR20170026407A
KR20170026407A KR1020167037062A KR20167037062A KR20170026407A KR 20170026407 A KR20170026407 A KR 20170026407A KR 1020167037062 A KR1020167037062 A KR 1020167037062A KR 20167037062 A KR20167037062 A KR 20167037062A KR 20170026407 A KR20170026407 A KR 20170026407A
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KR
South Korea
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sheet
temperature
seconds
quenching
mpa
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라쉬미 란잔 모한티
현조 전
동웨이 판
Original Assignee
아르셀러미탈
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Publication date
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Abstract

적어도 850 ㎫ 의 항복 강도 YS, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도 TS, 적어도 14 % 의 총 연신율, 및 적어도 30 % 의 구멍 확장비 HER 을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법. 강의 화학 조성은, 0.15% ≤ C ≤ 0.25%, 1.2% ≤ Si ≤ 1.8%, 2% ≤ Mn ≤ 2.4%, 0.1% ≤ Cr ≤ 0.25%, Nb ≤ 0.05 %, Ti ≤ 0.05 %, Al ≤ 0.50% 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이다. 시트는 30 초 초과의 시간 동안 Ac3 초과 1000 ℃ 미만의 어닐링 온도 TA 에서 어닐링되고, 켄칭 직후에 오스테나이트 (오스테나이트의 함량은 최종 조직이 페라이트 없이 3 % 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 85 내지 97 % 의 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 함유할 수 있게 한다) 와 적어도 50 % 의 마텐자이트로 이루어진 조직을 갖기에 충분한 냉각 속도로 275 ℃ 내지 325 ℃ 의 켄칭 온도 QT 로 냉각되고, 420 ℃ 내지 470 ℃ 의 파티셔닝 온도 PT 까지 가열되고 이 온도에서 50　초 내지 150 초의 시간 동안 유지되고, 실온까지 냉각된다.

Description

향상된 강도, 연성 및 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING A HIGH STRENGTH STEEL SHEET HAVING IMPROVED STRENGTH, DUCTILITY AND FORMABILITY}
본 발명은 향상된 강도, 연성 및 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법 및 그 방법으로 획득되는 시트에 관한 것이다.
자동차용 보디 구조 부재 및 보디 패널의 부품과 같은 다양한 장비를 제조하기 위해, DP (dual phase) 강 또는 TRIP (transformation induced plasticity) 강으로 이루어진 시트를 사용하는 것이 일반적이다.
예를 들어, 마텐자이트 조직 및/또는 일부 잔류 오스테나이트를 포함하고 약 0.2 % 의 C, 약 2 % 의 Mn, 약 1.7 % 의 Si 를 함유하는 그러한 강은, 약 750 ㎫ 의 항복 강도, 약 980 ㎫ 의 인장 강도, 8 % 초과의 총 연신율을 갖는다. 이 시트는 Ac3 변태점보다 높은 어닐링 온도로부터 Ms 변태점보다 높은 켄칭 온도까지 켄칭한 후 Ms 점보다 높은 과시효 온도로 가열하고 그 온도에서 주어진 시간 동안 시트를 유지함으로써 연속 어닐링 라인에서 생산된다. 그리고 나서, 시트는 실온으로 냉각된다.
지구 환경 보전의 관점에서 연료 효율을 향상시키기 위해 자동차의 중량을 줄이려는 소망 때문에, 향상된 수율 및 인장 강도를 갖는 시트를 구비하는 것이 바람직하다. 그러나, 이러한 시트는 양호한 연성 및 양호한 성형성 그리고 더 구체적으로 양호한 신장 플랜지성을 가져야 한다.
이와 관련하여, 적어도 850 ㎫ 의 항복 강도 YS, 약 1180 ㎫ 의 인장 강도 TS, 적어도 14 % 의 총 연신율, 및 ISO 표준 16630: 2009 에 따라 측정된 적어도 30 % 의 구멍 확장비 HER 을 갖는 시트를 구비하는 것이 바람직하다. 측정 방법의 차이로 인해, ISO 표준에 따른 구멍 확장비 HER 의 값들이 JFS T 1001 (일본 철강 연맹 표준) 에 따른 구멍 확장비 λ 의 값들과 매우 상이하고 비교가능하지 않다는 것을 강조해야 한다.
따라서, 본 발명의 목적은 이러한 시트 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은, 강 시트를 열처리함으로써 향상된 연성 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 시트는 적어도 850 ㎫ 의 항복 강도 YS, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도 TS, 적어도 14 % 의 총 연신율, 및 ISO 표준에 따른 적어도 30 % 의 구멍 확장비 HER 을 갖고, 상기 시트의 강의 화학 조성은, 중량%로,
0.15% ≤ C ≤ 0.25%
1.2% ≤ Si ≤ 1.8%
2% ≤ Mn ≤ 2.4%
0.1% ≤ Cr ≤ 0.25%
Nb ≤ 0.05 %
Ti ≤ 0.05 %
Al ≤ 0.50%
을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이다. 열처리는,
· 30 초 초과의 시간 동안 Ac3 초과 1000 ℃ 미만의 어닐링 온도 TA 에서 상기 시트를 어닐링하는 단계,
· 켄칭 직후에 오스테나이트와 적어도 50 % 의 마텐자이트로 이루어진 조직을 갖기에 충분한 냉각 속도로 상기 시트를 275 ℃ 내지 325 ℃ 의 켄칭 온도 QT 로 냉각시킴으로써 상기 시트를 켄칭하는 단계로서, 상기 오스테나이트의 함량은 최종 조직, 즉 처리와 실온으로의 냉각 후의 최종 조직이 페라이트 없이 3 % 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 85 내지 97 % 의 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 함유할 수 있게 하는, 상기 시트를 켄칭하는 단계,
· 420 ℃ 내지 470 ℃ 의 파티셔닝 (partitioning) 온도 PT 까지 상기 시트를 가열하고, 이 온도에서 50 초 내지 150 초의 파티셔닝 시간 Pt 동안 상기 시트를 유지하는 단계, 및
· 상기 시트를 실온까지 냉각시키는 단계를 포함한다.
특정 실시형태에서, 강의 화학 조성은 Al ≤ 0.05 % 이다.
바람직하게는, 켄칭 동안의 냉각 속도가 적어도 20 ℃/s, 더 바람직하게는 적어도 30 ℃/s 이다.
바람직하게는, 상기 방법은, 시트가 켄칭 온도 QT 로 켄칭된 후 그리고 시트를 파티셔닝 온도 PT 까지 가열하기 전에, 켄칭 온도 QT 에서 2 초 내지 8 초, 바람직하게는 3 초 내지 7 초의 유지 시간 동안 시트를 유지하는 단계를 더 포함한다.
바람직하게는, 어닐링 온도는 Ac3 + 15 ℃ 초과, 특히 850 ℃ 초과이다.
본 발명은 또한 강 시트로서, 그의 화학 조성이, 중량%로,
0.15% ≤ C ≤ 0.25%
1.2% ≤ Si ≤ 1.8%
2% ≤ Mn ≤ 2.4%
0.1% ≤ Cr ≤ 0.25%
Nb ≤ 0.05 %
Ti ≤ 0.05 %
Al ≤ 0.5%
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이고, 상기 시트는 적어도 850 ㎫ 의 항복 강도, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도, 적어도 14 % 의 총 연신율, 및 적어도 30 % 의 구멍 확장비를 갖고, 조직이 페라이트 없이 3 % 내지 15% 의 잔류 오스테나이트 및 85 % 내지 97 % 의 마텐자이트와 베이나이트로 이루어진, 강 시트에 관한 것이다.
항복 강도는 심지어 950 ㎫ 초과일 수도 있다.
특정 실시형태에서, 강의 화학 조성은 Al ≤ 0.05 % 이다.
바람직하게는, 잔류 오스테나이트 중의 탄소의 양이 적어도 0.9 %, 바람직하게는 적어도 1.0 % 이다.
바람직하게는, 평균 오스테나이트 입자 크기가 최대 5 ㎛ 이다.
도 1 은 예 10 에 해당하는 주사 전자 현미경 사진이다.
본 발명은 이제 상세하지만 어떠한 제한을 도입함이 없이 설명될 것이며 도 1 에 의해 보여질 것이다.
본 발명에 따르면, 시트는 중량%로, 다음을 함유하는 화학 조성을 갖는 반제품의 열간 압연 및 선택적으로 냉간 압연에 의해 획득된다:
- 만족스러운 강도를 확보하고 충분한 연신율을 획득하는데 필요한 잔류 오스테나이트의 안정성을 향상시키기 위한, 0.15 % 내지 0.25 %, 바람직하게는 0.17 % 초과 바람직하게는 0.21 % 미만의 탄소. 탄소 함량이 너무 높으면, 열간 압연 시트는 냉간 압연되기에는 너무 단단하고, 용접성이 불충분하다.
- 오스테나이트를 안정화시키고, 고용 강화를 제공하고, 과시효 동안 탄화물의 형성을 지연시키기 위한, 1.2 % 내지 1.8 %, 바람직하게는 1.3 % 초과 1.6 % 미만의 규소.
- 연성에 해로운 편석 (segregation) 문제의 발생을 회피하고 1180 ㎫ 초과의 인장 강도, 적어도 65 % 의 마텐자이트를 함유하는 조직을 획득하기 위해 충분한 경화능을 갖기 위한, 2 % 내지 2.4 %, 바람직하게는 2.1 % 초과 바람직하게는 2.3 % 미만의 망간.
- 과시효 중에 베이나이트의 형성을 지연시키도록 잔류 오스테나이트를 안정화시키고 경화능을 증가시키기 위한, 0.1 % 내지 0.25 % 의 크롬.
- 탈산 목적으로 액체 강에 보통 첨가되는 최대 0.5 % 의 알루미늄. Al 함량이 0.5 % 를 초과하면, 어닐링 온도가 도달하기에 너무 높아질 것이고, 강은 산업상 가공하기 어려워질 것이다. 바람직하게는, Al 함량은 불순물 레벨로, 즉 최대 0.05 % 로 제한된다.
- Nb 함량은 0.05 % 로 제한되는데, 이 값을 초과하면, 큰 침전물 (precipitates) 이 형성되고 성형성이 감소하여 14 % 의 총 연신율에 도달하기가 더 어려워질 것이기 때문이다.
- Ti 함량은 0.05 % 로 제한되는데, 이 값을 초과하면, 큰 침전물이 형성되고 성형성이 감소하여 14 % 의 총 연신율에 도달하기가 더 어려워질 것이기 때문이다.
잔부는 철 및 제강으로부터 생기는 잔류 원소이다. 이 점에 있어서, 적어도 Ni, Mo, Cu, V, B, S, P 및 N 이 불가피한 불순물인 잔류 원소로 간주된다. 그러므로, 이들의 함량은 Mo: 0.02 %, Cu: 0.03 %, V: 0.007 %, B: 0.0010 %, S : 0.007 %, P : 0.02 %, N : 0.010 %, Ni: 0.05 % 미만이다.
시트는 본 기술분야의 통상의 기술자에게 알려진 방법에 따라 열간 압연 및 선택적으로 냉간 압연에 의해 준비된다.
압연 후, 시트는 산세 또는 세척되고 나서 열처리된다.
바람직하게는 조합된 연속 어닐링 라인에서 행해지는 열처리는 다음의 단계들을 포함한다:
- 조직이 전적으로 오스테나이트인 것을 확신하도록 강의 Ac3 변태점 초과, 바람직하게는 Ac3 + 15℃ 초과, 즉 본 발명에 따른 강에 대해 850 ℃ 초과이지만 오스테나이트 입자를 너무 많이 조대화하지 않도록 1000 ℃ 미만인 어닐링 온도 TA 에서 시트를 어닐링하는 단계. 시트는 화학 조성을 균질화하기에 충분한 시간 동안 어닐링 온도에서 유지, 즉 TA - 5 ℃ 내지 TA + 10 ℃ 에서 유지된다. 이 시간은 바람직하게는 30 초 초과이지만, 300 초 초과일 필요는 없다.
- 페라이트 및 베이나이트 형성을 방지하기에 충분한 냉각 속도로 Ms 변태점 미만의 켄칭 온도 QT 까지 냉각시킴으로써 시트를 켄칭하는 단계. 켄칭 온도는, 켄칭 직후에 오스테나이트와 적어도 50 % 의 마텐자이트로 이루어진 조직을 갖도록 275 ℃ 내지 325 ℃ 이고, 오스테나이트 함량은 최종 조직, 즉 처리와 실온으로의 냉각 후의 최종 조직이 페라이트 없이 3 % 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 85 내지 97 % 의, 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 함유할 수 있게 한다. 냉각 속도는 적어도 20 ℃/s, 바람직하게는 적어도 30 ℃/s 이다. 어닐링 온도로부터 냉각 중에 페라이트 형성을 방지하기 위해 적어도 30 ℃/s 의 냉각 속도가 요구된다.
- 420 ℃ 내지 470 ℃ 의 파티셔닝 온도 PT 까지 시트를 재가열하는 단계. 재가열 속도는 인덕션 히터에 의해 재가열이 행해지는 때에 높을 수 있지만, 5 내지 20 ℃/s 의 재가열 속도는 시트의 최종 특성에 분명한 영향을 미치지 않았다. 따라서, 재가열 속도는 바람직하게는 5 ℃/s 내지 20 ℃/s 이다. 바람직하게는, 켄칭 단계와 시트를 파티셔닝 온도 PT 로 재가열하는 단계 사이에, 시트는 2 초 내지 8 초, 바람직하게는 3 초 내지 7 초의 유지 시간 동안 켄칭 온도에서 유지된다.
- 50 초 내지 150 초의 시간 동안 파티셔닝 온도 PT 에서 시트를 유지하는 단계. 파티셔닝 온도에서 시트를 유지하는 것은, 파티셔닝 동안에 시트의 온도가 PT - 10 ℃ 내지 PT + 10 ℃ 로 유지되는 것을 의미한다.
- 페라이트 또는 베이나이트를 형성하지 않도록 바람직하게는 1 ℃/s 초과의 냉각 속도로 시트를 실온까지 냉각시키는 단계. 현재, 이 냉각 속도는 2 ℃/s 내지 4 ℃/s 이다.
이러한 처리로, 시트는 페라이트 없이 3% 내지 15% 의 잔류 오스테나이트 및 85% 내지 97% 의 마텐자이트와 베이나이트로 이루어진 조직을 갖는다. 실제로, Ms 점 아래에 켄칭으로 인해, 조직은 마텐자이트 및 적어도 50% 를 함유한다. 그렇지만, 그러한 강의 경우, 마텐자이트 및 베이나이트는 매우 구별하기 어렵다. 이것이 단지 마텐자이트와 베이나이트의 함량들의 합계만을 고려하는 이유이다. 이러한 조직으로, 적어도　850　㎫ 의 항복 강도 YS, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도, 적어도 14 % 의 총 연신율, 및 ISO 표준 16630:2009 에 따른 적어도 30 % 의 구멍 확장비 HER 을 갖는 시트가 획득될 수 있다.
일례로, 두께가 1.2 ㎜ 이고 다음의 조성: C = 0.19%, Si = 1.5%, Mn = 2.2%, Cr = 0.2% 를 갖고 잔부가 Fe 및 불순물인 시트를 열간 및 냉간 압연에 의해 제조하였다. 이 강의 이론적 Ms　변태점은 375 ℃ 이고 Ac3 점은 835 ℃ 이다.
시트의 샘플들을 어닐링, 켄칭 및 파티셔닝, 즉 파티셔닝 온도로 가열하고 이 온도에서 유지하는 것에 의해 열처리하였고, 기계적 성질을 측정하였다. 시트들을 약 3 초 동안 켄칭 온도에서 유지하였다.
처리 조건 및 획득된 특성을 표 1 에 나타내는데, 어닐링 타입 칼럼은 어닐링이 이상영역 (intercritical) (IA) 또는 완전히 오스테나이트 (full γ) 인지를 나타낸다.
Figure pct00001
이 표에서, TA 는 어닐링 온도, QT 는 켄칭 온도, PT 는 파티셔닝의 온도, Pt 는 파티셔닝의 시간, YS 는 항복 강도, TS 는 인장 강도, UE 는 균일 연신율, TE 는 총 연신율, HER 은 ISO 표준에 따른 구멍 확장비, γ 는 조직 중의 잔류 오스테나이트의 비율, γ 입자 크기는 평균 오스테나이트 입자 크기, γ 중의 C% 는 잔류 오스테나이트 중의 탄소의 양, F 는 조직 중의 페라이트의 양, M + B 는 조직 중의 마텐자이트와 베이나이트의 합계의 양이다.
표 1 에서, 예 10 은 본 발명에 따른 것이고 모든 특성이 요구되는 최소 특성보다 양호하다. 도면에 보여진 것처럼, 그 조직은 11.2% 의 잔류 오스테나이트 및 88.8% 의 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 함유한다.
이상영역 온도에서 어닐링된 샘플들에 관련된 예 1 내지 6 은, 총 연신율이 단지 예 4, 5 및 6 의 경우인 14% 보다 크더라도, 구멍 확장비가 너무 낮다는 것을 보여준다.
종래 기술, 즉 Ms 점 아래에 켄칭되지 않은 (QT 가 Ms 점보다 높고 PT 가 QT 와 동일함) 시트에 관련된 예 13 내지 16 은, 그러한 열처리의 경우, 인장 강도가 매우 양호 (1220 ㎫ 초과) 하더라도, 어닐링이 이상영역인 때에 항복 강도가 매우 높지 않고 (780 미만), 성형성 (구멍 확장비) 이 모든 경우에 충분하지 않다 (30% 미만) 는 것을 보여준다.
Ac3 보다 더 높은 온도에서 어닐링된, 즉 조직이 전적으로 오스테나이트인 샘플들에 모두 관련된 예 7 내지 12 는, 목표 특성에 도달하는 유일한 방법이 켄칭 온도 300℃ (+/-10) 및 파티셔닝 온도 450℃ (+/-10) 라는 것을 보여준다. 그러한 조건으로, 850 ㎫ 초과, 심지어 950 ㎫ 초과의 항복 강도, 1180 ㎫ 초과의 인장 강도, 14 % 초과의 총 연신율, 및 30 % 초과의 구멍 확장비를 획득하는 것이 가능하다. 예 17 은, 470 ℃ 보다 높은 파티셔닝 온도가 목표 특성의 획득을 허용하지 않는다는 것을 보여준다.

Claims (10)

  1. 강 시트를 열처리함으로써 향상된 연성 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법으로서,
    상기 시트는 적어도 850 ㎫ 의 항복 강도 YS, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도 TS, 적어도 14 % 의 총 연신율, 및 적어도 30 % 의 구멍 확장비 HER 을 갖고,
    상기 강의 화학 조성은,
    0.15% ≤ C ≤ 0.25%
    1.2% ≤ Si ≤ 1.8%
    2% ≤ Mn ≤ 2.4%
    0.1% ≤ Cr ≤ 0.25%
    Nb ≤ 0.05 %
    Ti ≤ 0.05 %
    Al ≤ 0.50%
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이고,
    상기 열처리는,
    · 30 초 초과의 시간 동안 Ac3 초과 1000 ℃ 미만의 어닐링 온도 TA 에서 상기 시트를 어닐링하는 단계,
    · 켄칭 직후에 오스테나이트와 적어도 50 % 의 마텐자이트로 이루어진 조직을 갖기에 충분한 냉각 속도로 상기 시트를 275 ℃ 내지 325 ℃ 의 켄칭 온도 QT 로 냉각시킴으로써 상기 시트를 켄칭하는 단계로서, 상기 오스테나이트의 함량은 최종 조직, 즉 처리와 실온으로의 냉각 후의 최종 조직이 페라이트 없이 3 % 내지 15 % 의 잔류 오스테나이트 및 85 내지 97 % 의 마텐자이트와 베이나이트의 합계를 함유할 수 있게 하는, 상기 시트를 켄칭하는 단계,
    · 420 ℃ 내지 470 ℃ 의 파티셔닝 (partitioning) 온도 PT 까지 상기 시트를 가열하고, 이 온도에서 50　초 내지 150 초의 파티셔닝 시간 Pt 동안 상기 시트를 유지하는 단계, 및
    · 상기 시트를 실온까지 냉각시키는 단계를 포함하는, 향상된 연성 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은 Al ≤ 0.05 % 인 것을 특징으로 하는, 향상된 연성 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 켄칭 동안의 냉각 속도가 적어도 20 ℃/s, 바람직하게는 적어도 30 ℃/s 인 것을 특징으로 하는, 향상된 연성 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시트가 상기 켄칭 온도 QT 로 켄칭된 후 그리고 상기 시트를 상기 파티셔닝 온도 PT 까지 가열하기 전에, 상기 켄칭 온도 QT 에서 2 초 내지 8 초, 바람직하게는 3 초 내지 7 초의 유지 시간 동안 상기 시트를 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 향상된 연성 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 어닐링 온도 TA 가 850 ℃ 초과인 것을 특징으로 하는, 향상된 연성 및 향상된 성형성을 갖는 고강도 강 시트의 제조 방법.
  6. 강 시트로서,
    강의 화학 조성이, 중량%로,
    0.15% ≤ C ≤ 0.25%
    1.2% ≤ Si ≤ 1.8%
    2% ≤ Mn ≤ 2.4%
    1.1% ≤ Cr ≤ 0.25%
    Nb ≤ 0.05 %
    Ti ≤ 0.05 %
    Al ≤ 0.5%
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이고, 상기 시트는 적어도 850 ㎫ 의 항복 강도, 적어도 1180 ㎫ 의 인장 강도, 적어도 14 % 의 총 연신율, 및 적어도 30 % 의 구멍 확장비를 갖고, 조직이 페라이트 없이 3 % 내지 15% 의 잔류 오스테나이트 및 85 % 내지 97 % 의 마텐자이트와 베이나이트로 이루어진, 강 시트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 항복 강도가 950 ㎫ 초과인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 강의 화학 조성은 Al ≤ 0.05 % 인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 잔류 오스테나이트 중의 탄소의 양이 적어도 0.9 %, 바람직하게는 적어도 1.0 % 인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    평균 오스테나이트 입자 크기가 최대 5 ㎛ 인 것을 특징으로 하는, 강 시트.
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