KR20170054554A

KR20170054554A - 연성이 향상된 높은 규소 베어링 이중상 강들

Info

Publication number: KR20170054554A
Application number: KR1020177012146A
Authority: KR
Inventors: 현조 전; 나라얀 에스 포토레; 니나 미차일로브나 폰스테인
Original assignee: 아르셀러미탈 인베스티가시온 와이 데살롤로 에스엘
Priority date: 2011-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2017-05-17
Also published as: KR20200106559A; EP2785889A4; RU2014126384A; IN2014CN04226A; WO2013082171A1; EP2785889A1; CA2857281C; BR112014012756A2; RU2601037C2; US20190010585A1; US10131974B2; MX371405B; MA35720B1; US20200080177A1; MX2014006415A; US11198928B2; JP2014534350A; ZA201403746B; CN104350166B; CN104350166A

Abstract

이중상 강 (마르텐사이트 + 페라이트) 은 적어도 980 MPa 의 인장 강도 및 적어도 15% 의 총 연신을 가진다. 이중상 강은 적어도 18% 의 총 연신을 가질 수도 있다. 이중상 강은 또한 적어도 1180 MPa 의 인장 강도를 가질 수도 있다. 이중상 강은 0.5 ~ 3.5 중량% Si, 보다 바람직하게는 1.5 ~ 2.5 중량% Si 를 포함할 수 있다.

Description

연성이 향상된 높은 규소 베어링 이중상 강들 {HIGH SILICON BEARING DUAL PHASE STEELS WITH IMPROVED DUCTILITY}

본 출원은 35 U.S.C. 119(e) 에 의하여 2011년 11월 28일자로 출원한 미국가특허출원 61/629,757 의 이점을 주장한다.

본 발명은 일반적으로 이중상 (DP) 강들에 관한 것이다. 보다 자세하게는, 본 발명은 0.5 ~ 3.5 중량% 범위의 높은 규소 함량을 가진 DP 강에 관한 것이다. 가장 자세하게는, 본 발명은 수냉 (water quenching) 연속 소둔을 통하여 연성이 향상된 높은 Si 베어링 DP 강들에 관한 것이다.

자동차 적용들에서 고강도 강들의 사용이 증가함에 따라서, 성형성 (formability) 을 해치지 않으면서 강도가 증가된 강들에 대한 요구가 증가하고 있다. 이중상 (DP) 강들이 통상적으로 선택되는데, 이는 이중상 강들이 강도 및 연성에 있어서 양호한 밸런스를 제공하기 때문이다. 새로 개발된 강들에서 마르텐사이트 체적 분획물이 계속 증가함에 따라, 강도를 보다 더 증가시키고, 연성은 제한된 인자가 된다. 규소는 DP 강들에서 강도-연성 곡선을 우상향으로 이동시키는 것으로 밝혀졌기 때문에, 이 규소는 유리한 합금 원소이다. 하지만, 규소는 아연 코팅들과의 접착 문제를 발생시킬 수 있는 산화물을 형성하므로, 필요한 기계적 특성들을 얻으면서 규소 함량을 최소화하려는 압박이 있다.

WO 2004/079022 A1

그리하여, 당업계에서는 약 980 MPa 이상의 극한 인장 강도 및 약 15% 이상의 총 연신 (total elongation) 을 가진 DP 강들에 대한 필요가 있다.

본 발명은 이중상 강 (마르텐사이트 + 페라이트) 이다. 이중상 강은 적어도 980 MPa 의 인장 강도 및 적어도 15% 의 총 연신을 가진다. 이중상 강은 적어도 18% 의 총 연신을 가질 수도 있다. 이중상 강은 또한 적어도 1180 MPa 의 인장 강도를 가질 수도 있다.

이중상 강은 0.5 ~ 3.5 중량% Si, 보다 바람직하게는 1.5 ~ 2.5 중량% Si 를 포함할 수 있다. 이중상 강은 0.1 ~ 0.3 중량% C, 보다 바람직하게는 0.14 ~ 0.21 중량% C, 가장 바람직하게는 0.19 중량% 미만의 C, 예를 들어 약 0.15 중량% C 를 더 포함할 수 있다. 이중상 강은 1 ~ 3 중량% Mn, 보다 바람직하게는 1.75 ~ 2.5 중량% Mn, 가장 바람직하게는 약 1.8 ~ 2.2 중량% Mn 을 더 포함할 수 있다.

이중상 강은 0.05 ~ 1 중량% Al, Nb, Ti 및 V 로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 총 0.005 ~ 0.1 중량% 1 개 이상의 원소들 및 0 ~ 0.3 중량% Mo 를 더 포함할 수 있다.

도 1a 및 도 1b 는 1.5 ~ 2.5 중량% 에서 변하는 규소에 대하여 0.15C - 1.8Mn - 0.15Mo - 0.02Nb - XSi 및 0.20C - 1.8Mn - 0.15Mo - 0.02Nb - XSi 에 대한 TE 대 TS 를 도시한다.
도 2a 및 도 2b 는 2 개의 Si 레벨 (도 2a 는 1.5% Si 에서 그리고 도 2b 는 2.5% Si 에서) 에서 약 1300 MPa 의 유사한 TS 를 가진 0.2% C 강들로부터의 SEM 현미경 사진이다.
도 3a 및 도 3b 는 강들의 미세조직들이 포착될 수 있는 580℃ 및 620℃ 각각의 CT 에서 고온 밴드들의 SEM 현미경 사진이다.
도 4a 및 도 4b 는 720℃ 의 가스 제트 냉각 (GJC) 온도 및 400℃ 의 시효 (OA) 온도로 소둔 온도 (AT) 에 따라서 인장 특성 강도 (TS 및 YS 둘 다) 및 TE 각각을 도시한다.
도 5a ~ 도 5d 는 소둔된 샘플들의 미세조직을 보여주고, 도 5a = 750℃, 도 5b = 775℃, 도 5c = 800℃, 및 도 5d = 825℃ 에서 소둔된 샘플들의 SEM 현미경 사진이다.
도 6a ~ 도 6e 는 표 4a 의 샘플들에 대하여 인장 특성 대 소둔 온도를 도시한다.
도 6f 는 표 4a 의 샘플들에 대하여 TE 대 TS 를 도시한다.
도 7a ~ 도 7e 는 표 4b 의 샘플들에 대하여 인장 특성 대 소둔 온도를 도시한다.
도 7f 는 표 4b 의 샘플들에 대하여 TE 대 TS 를 도시한다.

본 발명은 이중상 (DP) 미세조직 (페라이트 + 마르텐사이트) 강들의 군이다. 강들은 오스테나이트를 보유하지 않도록 경미하다. 본원의 강들은 높은 인장과 성형성의 유일한 조합을 한다. 본 발명의 인장 특성들은 다수의 강 제품들에 대하여 바람직하게 제공된다. 하나의 이러한 제품은 18% 이상의 총 연신 (TE)과 980 MPa 이상의 극한 인장 강도 (UTS) 를 가진다. 다른 제품은 1180 MPa 이상의 UTS 및 15% 이상의 TE 를 가질 것이다.

광범위하게, 합금은 C : 0.1 ~ 0.3; Mn : 1 ~ 3, Si : 0.5 ~ 3.5; Al : 0.05 ~ 1, 선택적으로 Mo : 0 ~ 0.3, Nb, Ti, V : 총 0.005 ~ 0.1, 잔부는 철 및 S, P, N 등의 불가피한 잔류물들을 포함하는 조성 (중량%) 을 가진다. 보다 바람직하게는, 탄소는 0.14 ~ 0.21 중량% 범위이고, 그리고 양호한 용접성을 위해서는 0.19 중량% 미만인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는, 탄소는 합금의 약 0.15 중량% 이다. 망간 함량은 보다 바람직하게는 1.75 ~ 2.5 중량%, 가장 바람직하게는 약 1.8 ~ 2.2 중량% 이다. 규소 함량은 보다 바람직하게는 1.5 ~ 2.5 중량% 이다.

실시예들

WQ-CAL (수냉 연속 소둔 라인) 은 유일한 수냉 용량으로 인해 희박한 (lean) 화학 베이스의 마르텐사이트 및 DP 등급들을 생성하는데 사용된다. 그리하여, 본 발명자들은 WQ-CAL 을 통하여 DP 미세조직에 촛점을 맞추었다. DP 강들에서, 페라이트 및 마르텐사이트는 주로 연성 및 강도를 각각 지배한다. 그리하여, 높은 강도 및 연성을 동시에 얻기 위해서는 페라이트 및 마르텐사이트 둘 다의 보강이 필요하다. Si 의 첨가는 페라이트의 강도를 효과적으로 증가시키고 그리고 동일한 강도 레벨을 생성하는데 사용될 마르텐사이트의 낮은 분획물을 향상시킨다. 그 결과, DP 강들에서의 연성이 향상된다. 그리하여, 높은 Si 베어링 DP 강은 메인 야금 개념으로 선택되었다.

높은 Si 베어링 DP 강들의 야금 효과를 분석하기 위해서, 진공 유도 용융에 의해 다양한 양의 Si 의 실험 열 (laboratory heats) 이 생성되었다. 조사된 강들의 화학적 조성은 표 1 에 열거되어 있다. 처음 6 개의 강들은 Si 함량이 0 ~ 2.5 중량% 인 0.15C - 1.8Mn - 0.15Mo - 0.02 Nb 에 기초한다. 다른 것은 1.5 ~ 2.5 중량% 의 Si 와 0.2 % C 를 가진다. 이러한 강들이 0.15 중량% Mo 를 포함하지만, WQ-CAL 을 통하여 DP 미세조직을 생성하기 위해서 Mo 첨가는 필요하지 않음을 알아야 한다. 따라서, Mo 는 본 발명의 합금 군에서 선택적인 원소이다.

목적 FT 870℃ 및 CT 580℃ 로 열간 압연 후에, 고온 밴드들의 양측들을 기계 연마하여, 약 50% 의 압하율 (reduction) 로 냉간 압연하기 전에 탈탄 층들 (decarburized layers) 을 제거하였다. 전체 경질 재료들은 150 초 동안 750 ~ 875℃ 의 고온 염 포트 (salt pot) 에서 소둔되었고, 물 탱크로 신속 전달된 후, 150 초 동안 400/420℃ 에서 탬퍼링 처리를 하였다. 강들의 홀 팽창 및 굽힘성을 향상시키기 위해서 높은 시효 (overaging) 온도가 선택되었다. 각각의 조건에 대해서 2 개의 JIS-T 인장 시험들이 실시되었다. 도 1a 및 도 1b 에서는 1.5 ~ 2.5 중량% 에서 변하는 규소에 대하여 0.15C - 1.8Mn - 0.15Mo - 0.02Nb - XSi 및 0.20C - 1.8Mn - 0.15Mo - 0.02Nb - XSi 에 대한 TE 대 TS 를 도시한다. 도 1a 및 도 1b 에서는 인장 강도 및 총 연신 사이의 밸런스에 대한 Si 첨가의 영향을 도시한다. Si 함량 증가는 0.15% C 및 0.20% C 강들 둘 다에서 동일한 인장 응력 레벨에서 연성을 명백하게 향상시킨다. 도 2a 및 도 2b 는 2 개의 Si 레벨에서 약 1300 MPa 의 유사한 TS 를 가진 0.2% C 강들로부터 SEM 현미경 사진이다. 도 2a 는 1.5 중량% Si 에서 그리고 도 2b 는 2.5 중량% Si 에서 도시한다. 도 2a 및 도 2b 에서는, Si 가 더 높아짐에 따라 유사한 인장 강도 (약 1300 MPa 의 TS) 에서 페라이트 분획물이 더 많아짐을 확인해준다. 추가로, XRD 결과들에서는 Si 를 첨가함으로써 TRIP 영향이 없는 소둔된 강들에서 보유 오스테나이트가 없는 것으로 밝혀졌다.

2.5% Si 베어링 강의 소둔 특성들

Si 가 2.5 중량% 인 0.2% C 강에서 유용한 인장 특성을 얻기 때문에, 도 1 에 도시된 바와 같이, 0.2 중량% C 및 2.5 중량% Si 강의 추가의 분석이 실시되었다.

열간/냉간 압연

580℃ 및 620℃ 의 상이한 권취 온도 (CT) 및 870℃ 의 동일한 목적 마무리 온도 (FT) 의 2 개의 열간 압연 스케쥴들은 0.2 중량% C 및 2.5 중량% Si 강을 사용하여 실시되었다. 생성된 고온 밴드들의 인장 특성들은 표 2 에 요약되어 있다. 더 높은 CT 는 더 높은 YS, 더 낮은 TS 및 더 양호한 연성을 발생시킨다. 더 낮은 CT 는 더 낮은 YS, 더 높은 TS 및 더 낮은 TE 를 유발하는 베이나이트 (베이나이트계 페라이트) 형성을 향상시킨다. 하지만, 메인 미세조직은 CT 둘 다에서 페라이트 및 펄라이트로 구성된다. 도 3a 및 도 3b 는 강들의 미세조직들이 포착될 수 있는 580℃ 및 620℃ 각각의 CT 에서 고온 밴드들의 SEM 현미경 사진이다. CT 둘 다 GA DP T980 보다 낮은 강도를 갖기 때문에 냉간 밀 (mill) 하중에 대한 주요한 문제가 없다. 추가로, WQ-CAL 을 가진 DP 미세조직을 생성하기 위해서는 Mo 첨가가 필요하지 않다. Mo 없는 조성은 CT 의 모든 범위에서 고온 밴드 강도를 연화시킬 수 있다. 기계적 연마를 하여 탈탄 층들을 제거한 후에, 고온 밴드들은 실험 냉간 밀에서 약 50% 로 냉간 압연되었다.

*소둔

염 포트들을 사용하여, CT 620℃ 로 고온 밴드들로부터 제조된 전체 경질 강들에서 소둔 시뮬레이션을 실시하였다. 전체 경질 재료들은 150 초 동안 775 ~ 825℃ 다양한 온도들에서 소둔된 후, 50 초 동안 720℃ 에서 처리되어 가스 제트 냉각을 시뮬레이팅한 후, 신속 수냉되었다. 수냉된 샘플들은 그 후에 150 초 동안 400℃ 에서 시효되었다. 홀 팽창 및 굽힘성을 개선하기 위해서 400℃ 의 고온 OAT 가 선택되었다. 도 4a 및 도 4b 는 720℃ 의 가스 제트 냉각 (GJC) 온도 및 400℃ 의 시효 (OA) 온도에 대해 소둔 온도 (AT) 에 따라서 인장 특성 강도 (TS 및 YS 둘 다) 및 TE 각각을 도시한다. YS 및 TS 둘 다는 TE 를 희생하고 AT 와 함께 증가한다. GJC 720℃ 및 OAT 400℃ 에 대해 800℃ 의 소둔 온도는 약 950 MPa 의 YS, 약 1250 MPa 의 TS, 및 약 16% 의 TE 를 가진 강을 제조할 수 있다. 이러한 조성은 980 ~ 1270 MPa 의 변하는 TS 레벨에서 다수의 등급들의 강을 제조할 수 있다: 1) YS = 800 MPa, TS = 1080 MPa 및 TE = 20%; 그리고 2) YS = 1040 MPa, TS = 1310 MPa 및 TE = 15% (표 3 참조). 도 5a ~ 도 5d 는 소둔된 샘플들의 미세조직을 보여주고, 도 5a = 750℃, 도 5b = 775℃, 도 5c = 800℃, 및 도 5d = 825℃ 에서 소둔된 샘플들의 SEM 현미경 사진이다. AT 750℃ 에서 소둔된 샘플은 높은 TE 및 YPE 를 유발하는 전체 재결정된 페라이트 매트릭스에 용해되지 않은 세멘타이트를 여전히 포함한다. AT 775℃ 에서 시작하여, 페라이트 및 템퍼링된 마르텐사이트의 이중상 미세조직을 생성한다. AT 800℃ 에서 처리된 샘플은 약 40% 의 마르텐사이트 분획물을 포함하고 그리고 약 1180 MPa 의 TS 를 나타내며; 또한 약 40% 마르텐사이트를 포함하는 더 낮은 Si 함량의 980 의 TS 를 가진 현재 산업용 DP 강과 유사하다. 825℃ 및 그 보다 높은 AT 에서 처리된 높은 Si DP 강들에서 더 높은 TS 및 TE 의 잠재적인 조합을 예상할 수 있다. 800℃ 에서 소둔된 샘플들에서 홀 팽창 (HE) 및 90°자유 V 굽힘 시험들이 실시되었다. 홀 팽창 및 굽힘성에서는 평균 22% (3% 의 std.dev. 및 4 개의 시험들에 기초함) 및 1.1 r/t 각각을 나타내었다.

표 4a 에서는 Si 가 1.5 ~ 2.5 중량% 변하는 기본적인 포뮬라 0.15C - 1.8Mn - Si - 0.02Nb - 0.15Mo 를 가진 본 발명의 합금들의 인장 특성들을 나타낸다. 냉간 압연된 합금 시트들은 750 ~ 900℃ 의 변하는 온도에서 소둔되었고 200℃ 에서 시효 처리되었다.

표 4b 에서는 Si 가 1.5 ~ 2.5 중량% 변하는 기본적인 포뮬라 0.15C - 1.8Mn - Si - 0.02Nb - 0.15Mo 를 가진 본 발명의 합금들의 인장 특성들을 나타낸다. 냉간 압연된 합금 시트들은 750 ~ 900℃ 의 변하는 온도에서 소둔되었고 420℃ 에서 시효 처리되었다.

도 6a ~ 도 6e 는 표 4a 의 샘플들에 대하여 인장 특성 대 소둔 온도를 도시한다. 도 6f 는 표 4a 의 샘플들에 대하여 TE 대 TS 를 도시한다.

도 7a ~ 도 7e 는 표 4b 의 샘플들에 대하여 인장 특성 대 소둔 온도를 도시한다. 도 7f 는 표 4b 의 샘플들에 대하여 TE 대 TS 를 도시한다.

볼 수 있는 바와 같이, 200℃ 및 420℃ 시효 온도 둘 다에 대하여 소둔 온도를 증가시킴에 따라 강도 (TS 및 YS 둘 다) 는 증가한다. 또한, 200℃ 및 420℃ 시효 온도 둘 다에 대하여 소둔 온도를 증가시킴에 따라 연신 (TE 및 UE 둘 다) 은 감소한다. 다른 한편으로는, 홀 팽창 (HE) 은 소둔 온도에 의해 어떠한 포착가능한 방식으로 영향을 받지 않는 것으로 보이지만, OA 온도에서의 증가는 평균 HE 를 다소 상승시키는 것으로 보인다. 마지막으로, 상이한 OA 온도들은 TE 대 TS 의 선도에 어떠한 영향을 주지 않는 것으로 보인다.

본원에 기재된 개시는 본 발명을 전체적으로 그리고 완전히 개시하기 위한 목적으로 기재된 상세한 실시형태들의 형태로 되어 있고 그리고 이러한 상세부는 첨부된 청구범위에 개시 및 기재된 바와 같이 본원의 실제 범위를 제한하는 것으로 해석되지 않는다.

[표 4a]

[표 4b]

Claims

이중상 강 시트를 제조하는 방법으로서,
상기 이중상 강 시트는 페라이트 및 템퍼링된 마르텐사이트의 미세조직을 가지고, 적어도 980 MPa 의 인장 강도 및 적어도 15% 의 총 연신을 가지고, 적어도 15% 의 홀 팽창률(HER, Hole Expansion Ratio)을 가지고,
상기 방법은,
페라이트 및 마르텐사이트의 미세조직을 가지고 하기의 조성을 포함하는 이중상 열간 압연된 강 시트를 제공하는 단계;
0.1 ~ 0.3 중량% C;
1.5 ~ 2.5 중량% Si;
1.75 ~ 2.5 중량% Mn;
나머지는 Fe 및 불가피한 불순물;
상기 열간 압연된 강 시트를 750 ~ 875℃ 의 온도에서 소둔하는 단계;
상기 열간 압연된 강 시트를 400 ~ 420℃ 의 온도까지 물 담금질(water quenching)하는 단계; 및
상기 열간 압연된 강 시트 내의 마르텐사이트를 템퍼링된 마르텐사이트로 변환하기 위해 상기 강 시트를 400 ~ 420℃ 의 온도에서 시효 처리하는 단계;
를 포함하고,
상기 시효 처리하는 단계를 통해서, 상기 열간 압연된 강 시트에 상기 적어도 15%의 홀 팽창률을 제공하는 것을 특징으로 하는, 이중상 강 시트를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이중상 열간 압연된 강 시트를 제공하는 단계는, 1.8 ~ 2.2 중량% Mn 을 포함하는 조성을 가지는 이중상 열간 압연된 강 시트를 제공하는 것을 포함하는, 이중상 강 시트를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이중상 열간 압연된 강 시트를 제공하는 단계는, 0.05 ~ 1.0 중량% Al; Nb, Ti 및 V 로 구성된 그룹으로부터 선택된 1 개 이상의 원소들을 총 0.005 ~ 0.1 중량%; 0 ~ 0.3 중량% Mo 을 더 포함하는 조성을 가지는 이중상 열간 압연된 강 시트를 제공하는 것을 포함하는, 이중상 강 시트를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이중상 강 시트는 적어도 1180 MPa 의 인장 강도를 가지는, 이중상 강 시트를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이중상 강 시트는 적어도 18% 의 총 연신를 가지는, 이중상 강 시트를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이중상 강 시트는 적어도 20% 의 홀 팽창률을 가지는, 이중상 강 시트를 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 이중상 강 시트는 적어도 25% 의 홀 팽창률을 가지는, 이중상 강 시트를 제조하는 방법.