KR20160007647A - 양호한 연성을 나타내는 고강도 스틸 그리고 용융 아연 욕 하류의 인-라인 열처리를 통한 생산 방법 - Google Patents

Abstract

고강도 및 양호한 성형성을 가지는 스틸이 스틸 내에 오스테나이트 및 마르텐사이트 미세조직을 형성하기 위한 조성물 및 방법으로 생산된다. 비-마르텐사이트 성분을 위한 변태 온도를 낮추는 것, 및/또는 스틸의 경화능을 증가시키는 것과 같은 메커니즘에 의해서, 탄소, 망간, 몰리브덴, 니켈, 구리 및 크롬이 상온 안정적(또는 준안정적) 오스테나이트의 형성을 촉진할 수 있을 것이다. 재가열이 후속되는, 마르텐사이트 시작 온도 미만의 급속 냉각을 이용하는 열적 사이클이, 탄소가 오스테나이트로부터 마르텐사이트로 확산하는 것을 허용하는 것에 의해서, 상온 안정 오스테나이트의 형성을 촉진할 수 있을 것이다.

Description

양호한 연성을 나타내는 고강도 스틸 그리고 용융 아연 욕 하류의 인-라인 열처리를 통한 생산 방법{HIGH STRENGTH STEEL EXHIBITING GOOD DUCTILITY AND METHOD OF PRODUCTION VIA IN-LINE HEAT TREATMENT DOWNSTREAM OF MOLTEN ZINC BATH}

본원은 2013년 5월 17일자로 출원된"양호한 연성을 나타내는 고강도 스틸 및 용융 아연 욕 하류의 인-라인 분리 처리를 통한 생산 방법("High-Strength Steel Exhibiting Good Ductility and Method of Production via In-Line Partitioning Treatment Downstream of Molten zinc Bath)"라는 명칭의 가특허출원 제61/824,699호; 및 2013년 5월 17일자로 출원된 "양호한 연성을 나타내는 고강도 스틸 및 아연 욕에 의한 인-라인 분리 처리를 통한 생산 방법(High-Strength Steel Exhibiting Good Ductility and Method of Production via In-Line Partitioning Treatment by Zinc Bath)"이라는 명칭의 가특허출원 제61/824,643호를 기초로 우선권을 주장한다. 출원 제61/824,643호 및 제61/824,699호의 개시 내용이 본원에서 참조로서 포함된다.

고강도 및 양호한 성형성(formability) 특성을 가지는 스틸을 생산하는 것이 바람직하다. 그러나, 그러한 특성을 나타내는 스틸의 상업적인 생산이 어려운데, 이는 비교적 낮은 합금 첨가물의 바람직함 및 산업적인 생산 라인의 열처리 능력에 대한 제한과 같은 인자에 기인한다. 본 발명은 스틸 조성물, 및 결과적인 스틸이 고강도 및 냉간 성형성을 나타내도록 용융-침지 아연도금(hot-dip galvanizing)/갈바닐링(galvannealing)(HDG) 프로세스를 이용하는 스틸의 생산을 위한 프로세싱 방법에 관한 것이다.

본 스틸이, 일반적으로 (다른 성분들 중에서) 마르텐사이트 및 오스테나이트로 이루어진 결과적인 미세조직을 함께 생성하는, 조성물 및 수정된(modified) HDG 프로세스를 이용하여 생산된다. 그러한 미세조직을 달성하기 위해서, 조성물이 특정 합금 첨가물을 포함하고, HDG 프로세스가 특정 프로세스 수정을 포함하고, 이들 모두는 오스테나이트의 마르텐사이트로의 변태를 구동하는 것(driving)과 적어도 부분적으로 관련되고, 그러한 변태 이후에 상온에서의 오스테나이트의 부분적인 안정화가 이루어진다.

본 명세서의 일부에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부 도면이 실시예를 설명하고, 전술한 전반적인 설명 및 이하에서 주어지는 실시예에 관한 구체적인 설명과 함께, 본 개시 내용의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은, HDG 온도 프로파일의 개략도를 도시하며, 분리 단계가 갈바나이징/갈바닐링 이후에 실시된다.
도 2는, HDG 온도 프로파일의 개략도를 도시하며, 분리 단계가 갈바나이징/갈바닐링 중에 실시된다.
도 3은 일 실시예의 도표를 도시하며, 록웰(Rockwell) 경도가 냉각률에 대해서 도표화되어 있다.
도 4는 다른 실시예의 도표를 도시하며, 록웰 경도가 냉각률에 대해서 도표화되어 있다.
도 5는 다른 실시예의 도표를 도시하며, 록웰 경도가 냉각률에 대해서 도표화되어 있다.
도 6은 여러 가지 냉각율로 냉각된 샘플로부터 취한 도 3의 실시예의 6개의 현미경 사진을 도시한다.
도 7은 여러 가지 냉각율로 냉각된 샘플로부터 취한 도 4의 실시예의 6개의 현미경 사진을 도시한다.
도 8은 여러 가지 냉각율로 냉각된 샘플로부터 취한 도 5의 실시예의 6개의 현미경 사진을 도시한다.
도 9는 몇몇 실시예에 대한 오스테나이트화 온도의 함수로서의 인장 데이터의 도표를 도시한다.
도 10은 몇몇 실시예에 대한 오스테나이트화 온도의 함수로서의 인장 데이터의 도표를 도시한다.
도 11은 몇몇 실시예에 대한 ?치 온도의 함수로서의 인장 데이터의 도표를 도시한다.
도 12는 몇몇 실시예에 대한 ?치 온도의 함수로서의 인장 데이터의 도표를 도시한다.

도 1은 특정 화학적 조성(이하에서 보다 구체적으로 설명됨)을 가지는 스틸 시트에서 고강도 및 냉간 성형성을 달성하기 위해서 이용되는 열적 사이클을 개략적인 표상을 도시한다. 특히, 도 1은 전형적인 용융-침지 갈바나이징 또는 갈바닐링 열적 프로파일(10)을 도시하며, 프로세스 수정이 쇄선으로 도시되어 있다. 일 실시예에서, 프로세스는 일반적으로 오스테나이트화를 포함하고, 그러한 오스테나이트화에 후속하여, 오스테나이트를 마르텐사이트로 부분적으로 변태시키기 위해서 특정의(specific) ?치 온도로 급랭시키는 것(rapid cooling), 그리고 탄소가 마르텐사이트의 외부로 그리고 잔류 오스테나이트 내부로 확산될 수 있게 하기 위해서, 높은 온도(elevated temperature), 즉 분리 온도(partitioning temperature)에서 유지하고, 그에 따라 오스테나이트를 상온에서 안정화시키는 것이 이어진다. 일부 실시예에서, 도 1에 도시된 열적 프로파일이 통상적인 연속적인 용융-침지 갈바나이징 또는 갈바닐링 생산 라인과 함께 이용될 수 있을 것이나, 그러한 생산 라인이 요구되는 것은 아니다.

도 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 스틸 시트가 먼저 피크 금속 온도(12)로 가열된다. 도시된 예에서, 피크 금속 온도(12)가 적어도 오스테나이트 변태 온도(A₁) 보다 높은 것으로 도시되어 있다(예를 들어, 이중 상(phase), 오스테나이트 + 페라이트 영역). 그에 따라, 피크 금속 온도(12)에서, 스틸의 적어도 일부가 오스테나이트로 변태될 것이다. 비록 도 1이 피크 금속 온도(12)가 A₁ 보다 높은 것으로만 도시하고 있지만, 일부 실시예에서, 피크 금속 온도가 또한, 페라이트가 오스테나이트로 완전히 변태되는 온도(A₃)(예를 들어, 단일 상, 오스테나이트 영역) 보다 높은 온도를 포함할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

다음에 스틸 시트가 급랭을 거친다. 스틸 시트가 냉각됨에 따라, 일부 실시예가 갈바나이징 또는 갈바닐링을 위한 냉각의 짧은 중단을 포함할 수 있을 것이다. 갈바나이징이 이용되는 실시예에서, 스틸 시트가 일정한 온도(14)를 짧게 유지할 수 있는데, 이는 용융 아연 갈바나이징 욕으로부터의 열 때문이다. 또 다른 실시예에서, 갈바닐링 프로세스가 이용되고, 스틸 시트의 온도가, 갈바닐링 프로세스가 실시될 수 있는 갈바닐링 온도(16)까지 약간 상승될 수 있을 것이다. 그렇지만, 다른 실시예에서, 갈바나이징 또는 갈바닐링 프로세스가 전체적으로 생략될 수 있고, 스틸 시트가 연속적으로 냉각될 수 있을 것이다.

스틸 시트의 급랭이 스틸 시트에 대한 마르텐사이트 시작 온도(M_s) 아래로 미리 결정된 ?치 온도(18)까지 계속되는 것으로 도시되어 있다. M_s 까지의 냉각률이 충분히 커서 피크 금속 온도(12)에서 형성된 오스테나이트의 적어도 일부가 마르텐사이트로 변태될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다. 다시 말해서, 냉각률이 충분히 커서, 비교적 작은 냉각률에서 변태되는 페라이트, 펄라이트, 또는 베이나이트와 같은 다른 비-마르텐사이트 성분 대신에 마르텐사이트로 오스테나이트가 변태될 수 있을 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, ?치 온도(18)가 M_s 미만이다. ?치 온도(18)와 M_s 사이의 차이가 이용되는 스틸 시트의 개별적인 조성에 따라서 달라질 수 있을 것이다. 그러나, 많은 실시예에서, ?치 온도(18)와 M_s 사이의 차이가 충분히 커서, 오스테나이트를 안정화시키기 위한 그리고 최종 냉각 시에 과다한 "신선(fresh)" 마르텐사이트를 생성하는 것을 피하기 위한, 탄소 공급원으로서 작용하기에 적절한 양의 마르텐사이트를 형성할 수 있을 것이다. 부가적으로, ?치 온도(18)가 충분히 높아서, 초기 ?치 중에 너무 많은 오스테나이트를 소모하는 것을 피할 수 있을 것이다(예를 들어, 주어진 실시예에서 오스테나이트를 안정화시키기 위해서 필요한 것 보다 더 많은 오스테나이트의 과다한 탄소 부화(excessive carbon enrichment of austenite)를 피할 수 있을 것이다).

많은 실시예에서, ?치 온도(18)가 약 191 ℃ 내지 약 281 ℃ 사이에서 변경될 수 있을 것이나, 그러한 제한이 요구되는 것은 아니다. 부가적으로, ?치 온도(18)가 주어진 스틸 소정에 대해서 계산될 수 있을 것이다. 그러한 계산에 대해서, ?치 온도(18)는, 분리 후의 상온의 M_s 온도를 가지는 잔류 오스테나이트(retained austenite)에 상응한다. ?치 온도(18)를 계산하기 위한 방법이 당업계에 공지되어 있고 J. G. Speer, A. M. Streicher, D. K. Matlock, F. Rizzo, 및 G. Krauss의 "Quenching And Partitioning : A Fundamentally New Process to Create High Strength Trip Sheet Microstructures," Austenite Formation and Decomposition, pp. 505-522, 2003; 및 A. M. Streicher, J. G. J. Speer, D. K. Matlock, 및 B. C. De Cooman의 "Quenching and Partitioning Response of a Si-Added TRIP Sheet Steel," in Proceedings of the International Conference on Advanced High Strength Sheet Steels for Automotive Applications, 2004에서 설명되어 있으며, 그러한 것의 주된 내용(subject matter)이 본원에서 참조로서 포함된다.

?치 온도(18)가 (M_s 에 대해서) 충분히 낮아서, 오스테나이트를 안정화시키기 위한 그리고 최종 ?치 시에 과다한 "신선" 마르텐사이트를 생성하는 것을 피하기 위한, 탄소 공급원으로서 작용하기에 적절한 양의 마르텐사이트를 형성할 수 있을 것이다. 대안적으로, ?치 온도(18)가 충분히 높아서, 초기 ?치 중에 너무 많은 오스테나이트를 소모하는 것을 피할 수 있고 잔류 오스테나이트의 잠재적인 탄소 부화가 상온에서의 오스테나이트 안정화에 필요한 것 보다 큰 상황을 생성하는 것을 피할 수 있을 것이다. 일부 실시예에서, 적합한 ?치 온도(18)가, 분리 후의 상온의 M_s 온도를 가지는 잔류 오스테나이트에 상응할 수 있을 것이다. Speer 및 Streicher 등(상기의 내용 참조)은, 바람직한 미세조직을 초래할 수 있는 프로세싱 선택사항(option)을 조사하는데 대한 지침을 제공하는 계산을 제공하였다. 그러한 계산은, 이상적인 전체(full) 분리를 가정하고, Koistinen-Marburger(KM) 관계식을 2차례

- 먼저 ?치 온도(18)에 대해서 초기 ?치로 이어서 상온에서 취종 ?치로(이하에서 더 설명되는 바와 같음) - 적용하는 것에 의해서 실시될 수 있을 것이다. KM 표현식(expression) 내의 Ms 온도가 오스테나이트 화학식(당업계에 공지된 Andrew의 선형 표현식의 오스테나이트 화학식과 같음)을 기초로 하는 실험적 공식을 이용하여 추정될 수 있다:

Ms(℃) = 539 - 423C - 30.4Mn - 7.5Si + 30Al

Speer 등에 의해서 설명되는 계산식의 결과가, 최대량의 잔류 오스테나이트를 유도할 수 있는 ?치 온도(18)를 나타낼 수 있을 것이다. 최대량의 잔류 오스테나이트를 가지는 온도를 초과하는 ?치 온도(18)에 대해서, 오스테나이트의 상당한 분율이 초기 ?치 이후에 존재하나; 이러한 오스테나이트를 안정화시키기 위한 탄소 공급원으로 작용하기 위한 충분한 마르텐사이트가 존재하지 않는다. 그에 따라, 보다 높은 ?치 온도의 경우에, 최종 ?치 중에, 증가하는 양의 신선한 마르텐사이트가 형성된다. 최대량의 잔류 오스테나이트를 가지는 온도 미만의 ?치 온도의 경우에, 만족스럽지 못한 양의 오스테나이트가 초기 ?치 중에 소비될 수 있을 것이고 그에 의해서 마르텐사이트로부터 분리될 수 있는 과다량의 탄소가 존재할 수 있을 것이다.

?치 온도(18)에 일단 도달하면, 스틸 시트의 온도가 ?치 온도에 비해서 증가되거나 주어진 기간 동안 ?치 온도에서 유지된다. 특히, 이러한 스테이지가 분리 스테이지로서 지칭될 수 있을 것이다. 그러한 스테이지에서, 스틸 시트의 온도가 적어도 ?치 온도에서 유지되어, 탄소가 급속한 냉각 중에 형성된 마르텐사이트로부터 임의의 잔류 오스테나이트로 확산할 수 있게 한다. 그러한 확산은 잔류 오스테나이트가 상온에서 안정적(또는 준-안정적(meta-stable)이 될 수 있게 하고, 그에 따라 스틸 시트의 기계적 성질을 개선할 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 스틸 시트가 M_s를 초과하는 비교적 높은 분리 온도(20)까지 가열될 수 있고 그 후에 높은 분리 온도(20)에서 유지된다. 이러한 스테이지 중에 스틸 시트를 가열하기 위해서 다양한 방법이 이용될 수 있을 것이다. 단지 예로서, 스틸 시트가 유도 가열, 및/또는 토치(torch) 가열, 등을 이용하여 가열될 수 있을 것이다. 대안적으로, 다른 실시예에서, 스틸 시트가 M_s 보다 약간 낮은, 상이하고 더 낮은 분리 온도(22)로 가열될 수 있을 것이다. 이어서, 스틸 시트가 특정 기간 동안 낮은 분리 온도(22)에서 유사하게 유지될 수 있을 것이다. 다른 제3의 대안적인 실시예에서, 다른 대안적인 분리 온도(24)가 이용될 수 있을 것이고, 여기에서 스틸 시트가 단지 ?치 온도에서 유지된다. 물론, 본원에서의 교시 내용에 비추어 볼 때 당업자에게 자명한 바와 같이, 임의의 다른 적합한 분리 온도가 이용될 수 있을 것이다.

스틸 시트가 희망하는 분리 온도(20, 22, 24)에 도달한 후에, 마르텐사이트로부터 오스테나이트로의 탄소의 분리를 허용하는 충분한 시간 동안, 스틸 시트가 희망하는 분리 온도(20, 22, 24)에서 유지된다. 이어서, 스틸 시트가 상온으로 냉각될 수 있을 것이다.

도 2는 도 1에 대해서 설명된 열적 사이클의 대안적인 실시예를 도시한다(전형적인 갈바나이징/갈바닐링 열적 사이클이 실선(40)으로 도시되어 있고 전형적인 것으로부터의 이탈이 쇄선으로 도시되어 있다). 특히, 도 1의 프로세스에서와 유사하게, 스틸 시트가 먼저 피크 금속 온도(42)로 가열된다. 도시된 실시예에서 피크 금속 온도(42)가 적어도 A₁를 초과하는 것으로 도시되어 있다. 그에 따라, 피크 금속 온도(42)에서, 스틸 시트의 적어도 일부가 오스테나이트로 변태될 것이다. 물론, 도 1의 프로세스와 유사하게, 본 실시예가 또한 A₃를 초과하는 피크 금속 온도를 포함할 수 있을 것이다.

다음에, 스틸 시트가 급속히 ?치될 수 있을 것이다(44). ?치(44)가 충분히 신속하여 피크 금속 온도(42)에서 형성된 오스테나이트의 일부가 마르텐사이트로 변태하는 것을 개시할 수 있을 것이고, 그에 따라 페라이트, 펄라이트, 및/또는 베이나이트, 등과 같은 비-마르텐사이트 성분으로의 과다 변태를 피할 수 있을 것이다.

이어서, ?치(44)가 ?치 온도(46)에서 중단될 수 있을 것이다. 도 1의 프로세스와 유사하게, ?치 온도(46)가 M_s 미만이다. 물론, Ms 미만의 양이, 이용되는 재료에 따라서 달라질 수 있을 것이다. 그러나, 전술한 바와 같이, 많은 실시예에서, ?치 온도(46)와 M_s 사이의 차이가, 충분한 양의 마르텐사이트를 형성할 수 있을 정도로 충분히 크면서도 너무 많은 오스테나이트가 소비되는 것을 막을 수 있을 정도로 또한 충분히 작을 수 있을 것이다.

이어서, 스틸 시트가 후속하여 분리 온도(50, 52)로 재가열된다(48). 도 1의 프로세스와 달리, 본 실시예에서의 분리 온도(50, 52)가 (갈바나이징 또는 갈바닐링이 이용되는 경우에) 갈바나이징 또는 갈바닐링 아연 욕 온도를 특징으로 할 수 있을 것이다. 예를 들어, 갈바나이징이 이용되는 실시예에서, 스틸 시트가 갈바나이징 욕 온도(50)까지 재가열될 수 있을 것이고, 후속하여 갈바나이징 프로세스의 지속시간 동안 그러한 온도에서 유지될 수 있을 것이다. 갈바나이징 프로세스 중에, 전술한 분리와 유사하게 분리가 발생될 수 있을 것이다. 그에 따라, 갈바나이징 욕 온도(50)가 또한 분리 온도(50)로서 기능할 수 있을 것이다. 유사하게, 갈바닐링이 이용되는 실시예에서, 더 높은 욕/분리 온도(52)를 제외하고, 프로세스가 실질적으로 동일할 수 있을 것이다.

최종적으로, 스틸 시트가 상온으로 냉각(54)되며, 여기에서 적어도 일부 오스테나이트가 전술한 분리 단계로부터 안정적(또는 준안정적)이 될 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 스틸 시트가, 주로 오스테나이트계 및 마르텐사이트계 미세조직을 형성하려는 스틸 시트의 경향(propensity)을 개선하기 위해서 및/또는 스틸 시트의 기계적인 성질을 개선하기 위해서, 특정 합금 첨가물을 포함할 수 있을 것이다. 스틸 시트의 적절한 조성이, 중량 백분율로, 0.15-0.4% 탄소, 1.5-4% 망간, 0-2% 실리콘 또는 알루미늄 또는 그 일부 조합, 0-0.5% 몰리브덴, 0-0.05% 니오븀, 다른 부수적인 원소, 및 나머지(balance) 철 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다.

또한, 다른 실시예에서, 스틸 시트의 적절한 조성이, 중량 백분율로, 0.15-0.5% 탄소, 1-3% 망간, 0-2% 실리콘 또는 알루미늄 또는 그 일부 조합, 0-0.5% 몰리브덴, 0-0.05% 니오븀, 다른 부수적인 원소, 및 나머지 철 중 하나 이상을 포함할 수 있을 것이다. 부가적으로, 다른 실시예가, 니오븀에 더하여 또는 그 대신에, 바나듐 및/또는 티탄의 첨가물을 포함할 수 있을 것이나, 그러한 첨가는 전적으로 선택적인 것이다.

일부 실시예에서, 오스테나이트를 안정화시키기 위해서 탄소가 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 탄소 증가가 Ms 온도를 낮출 수 있고, 다른 비-마르텐사이트 성분(예를 들어, 베이나이트, 페라이트, 펄라이트)을 위한 변태 온도를 낮출 수 있으며, 비-마르텐사이트 생성물의 형성에 필요한 시간을 증가시킬 수 있을 것이다. 부가적으로, 탄소 첨가물은 재료의 경화능을 개선할 수 있을 것이고 그에 따라, 냉각률이 지역적으로 억제될 수 있는 재료의 중심(core) 근처에서, 비-마르텐사이트 성분의 형성을 저지(retaining)할 수 있을 것이다. 그러나, 상당한 탄소 첨가물이 용접성에 유해한 영향을 초래할 수 있음에 따라, 탄소 첨가물이 제한될 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

일부 실시예에서, 망간이, 전술한 바와 같이, 다른 비-마르텐사이트 성분의 변태 온도를 낮춤으로써, 오스테나이트의 부가적인 안정화를 제공할 수 있을 것이다. 망간이, 경화능을 증가시키는 것에 의해서 주로 오스테나이트계 및 마르텐사이트계 미세조직을 형성하고자 하는 스틸 시트의 경향을 추가적으로 개선할 수 있을 것이다.

다른 실시예에서, 경화능을 증가시키기 위해서 몰리브덴이 이용될 수 있을 것이다.

다른 실시예에서, 탄화물의 형성을 줄이기 위해서 실리콘 및/또는 알루미늄이 제공될 수 있을 것이다. 탄화물 형성의 감소가 일부 실시예에서 바람직할 수 있는데, 이는 탄화물의 존재가 오스테나이트 내로의 확산을 위해서 이용할 수 있는 탄소의 레벨(level)을 감소시킬 수 있기 때문이라는 것을 이해하여야 할 것이다. 그에 따라, 실리콘 및/또는 알루미늄 첨가물이 상온에서 오스테나이트를 추가적으로 안정화시키기 위해서 이용될 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 오스테나이트를 안정화시키기 위해서 니켈, 구리, 및 크롬이 이용될 수 있을 것이다. 예를 들어, 그러한 원소가 M_s 온도의 감소를 유도할 수 있을 것이다. 부가적으로, 니켈, 구리, 및 크롬이 스틸 시트의 경화능을 추가적으로 증가시킬 수 있을 것이다.

일부 실시예에서, 니오븀(또는, 티탄, 및/또는 바나듐 등과 같은 다른 마이크로-합금 원소)을 이용하여 스틸 시트의 기계적인 성질을 높일 수 있을 것이다. 예를 들어, 니오븀이, 탄화물 형성으로부터 초래되는 입계 고정(grain boundary pinning)을 통해서 스틸 시트의 강도를 증가시킬 수 있을 것이다.

다른 실시예에서, 원소의 농도 및 선택되는 특별한 원소의 변경이 이루어질 수 있을 것이다. 물론, 그러한 변경이 이루어지는 경우에, 그러한 변경이, 각각의 주어진 합금 첨가에 대해서 전술한 성질에 따라서, 스틸 시트 미세조직 및/또는 기계적인 성질에 바람직한 또는 바람직하지 못한 영향을 미칠 수 있다는 것을 이해하여야 할 것이다.

예 1:

스틸 시트의 실시예가 이하의 표 1에서 기술된 조성물로 제조되었다.

재료가 이하의 매개변수에 따라서 실험 장비 상에서 프로세스되었다. 각각의 샘플에 구리 냉각형 쐐기 그립(copper cooled wedge grip) 및 포켓 조우 고정구(pocket jaw fixture)를 이용하는 Gleeble 1500 처리를 실시하였다. 샘플을 1100 ℃에서 오스테나이트화하였고, 이어서 1 내지 100 ℃/s의 다양한 냉각률로 상온까지 냉각시켰다.

표 1 - 중량% 단위 화학적 조성

예 2:

상기의 예 1 및 표 1에서 설명된 각각의 스틸 조성물의 록웰 경도를 각각의 샘플의 표면 상에서 취하였다. 테스트의 결과를 도 3 내지 도 5에서 도포화하였고, 록웰 경도를 냉각률의 함수로서 도표화하였다. 적어도 7번의 측정치의 평균이 각각의 데이터 지점에 대해서 도시되었다. 조성물(V4037, V4038 및 V4039)이 각각 도 3, 도 4, 및 도 5에 상응한다.

예 3:

예 1의 조성물의 각각에 대한 각각의 샘플의 중심 근처에서 두께 방향을 통해서 길이방향으로 광학 현미경 사진을 취하였다. 이러한 테트스의 결과를 도 6 내지 도 8에 도시하였다. 조성물(V4037, V4038 및 V4039)이 각각 도 6, 도 7, 및 도 8에 상응한다. 부가적으로, 도 6 내지 도 8 각각이 각각의 조성물에 대한 6개의 현미경 사진을 포함하고, 각각의 현미경 사진이 상이한 냉각률에 노출된 샘플을 나타낸다.

예 4:

예 1의 각각의 조성물에 대한 임계 냉각률이 본원에서 설명된 과정에 따라서 예 2 및 예 3의 데이터를 이용하여 추정되었다. 본원에서의 임계 냉각률은 마르텐사이트를 형성하기 위해서 그리고 비-마르텐사이트 변태 생성물의 형성을 최소화하기 위해서 요구되는 냉각률을 지칭한다. 이러한 테스트의 결과는 다음과 같다:

V4037: 70 ℃/s

V4038: 75 ℃/s

V4039: 7 ℃/s

예 5:

스틸 시트의 실시예가 이하의 표 2에서 기술된 조성물로 제조되었다.

재료가 용융, 열간 압연, 및 냉간 압연에 의해서 프로세스되었다. 이어서, 재료에 대해서 예 6 및 예 7에서 이하에서 보다 구체적으로 설명되는 테스팅을 실시하였다. 표 2에 나열된 모든 조성물은 도 2에 대해서 전술한 프로세스와 함께 이용하기 위한 것이고, 예외적으로 V4039는 도 1에 대해서 전술한 프로세스와 함께 이용하기 위한 것이다. 히트(heat)(V4039)가 도 1에 대해서 전술한 열적 프로파일에 의해서 요구되는 바와 같은 보다 큰 경화능을 제공하도록 의도된 조성을 갖는다. 결과적으로, V4039에 대해서, 열간 압연 이후에, 그러나 냉간 압연 이전에, 100% H₂ 대기 중에서 600 ℃에서 2시간 동안 어닐링하였다. 모든 재료가 약 75%의 냉간 압연 중에 1 mm로 감소되었다. 열간 압연 및 냉간 압연 이후의 표 2에 기재된 재료 조성물의 일부에 대한 결과가 표 3 및 표 4에 각각 기재되어 있다.

표 2 - 중량% 단위 화학적 조성

히트	설명	C	Mn	Si	Al	Mo	Cr	Nb	B
V4037	실험 재료	0.19	1.54	0.11	1.41	0	0.009	0	0.0007
V1307	실험 재료	0.19	1.53	1.48	0.041	0	0	0	0.0005
V4063	실험 재료	0.19	1.6	0.11	1.34	0	0.003	0	0.0007
V4038	실험 재료	0.22	1.68	0.007	1.29	0	0.2	0.021	0.0008
V4039	실험 재료	0.2	2.94	1.57	<0.030	<0.002	0.005	0.002	N/R
V1305	실험 재료	0.2	2.94	1.57	0	0	0	0	0.0006
V4107	실험 재료	0.18	4.03	1.63	0.005	0	0	0	0.0008
V4108	실험 재료	0.18	5.06	1.56	0.004	0	0	0	0.0009
V4060	실험 재료	0.4	1.2	1.97	0.003	0	0.19	0.007	0.0005
V4061	실험 재료	0.41	1.2	0.98	0.003	0	0.003	0	0.0004
V4062	실험 재료	0.39	1.18	0.012	1.16	0	0.003	0	0.0007
V4078-1	실험 재료	0.2	1.67	0.1	1.41	0.28	0.003	<0.003	0.0007
V4078-2	실험 재료	0.2	1.67	0.1	1.41	0.27	<0.003	0.051	0.0007
V4078-1	실험 재료	0.19	1.94	0.098	1.43	<0.003	<0.003	<0.003	0.0007
V4078-2	실험 재료	0.19	1.96	0.099	1.41	<0.003	<0.003	0.051	0.0007

표 3 - 인장 데이터, 열간 압연 후

표 4 - 인장 데이터, 냉간 압연 후

예 7:

예 5의 조성물에 대해서 Gleeble 딜라토법(dilatomety)을 실시하였다. Gleeble 딜라토법을, 25.4 mm 방향을 따른 팽창(dilation)을 측정하는 c-변형 게이지로 101.6 x 25.4 x 1 mm 샘플을 이용하여 진공 내에서 실시하였다. 도표는 결과적인 팽창 대 온도로 생성되었다. 라인 단편(segment)을 팽창 데이터로 대입하였고, 팽창 데이터가 선형 거동으로부터 벗어나는 지점을 관심 변태 온도(예를 들어, A₁, A₃, M_s)로서 취하였다. 결과적인 변태 온도가 표 5에 기재되어 있다.

Gleeble 방법을 또한 이용하여, 예 5의 각각의 조성물에 대한 임계 냉각률을 측정하였다. 전술한 바와 같이, 제1 방법이 Gleeble 딜라토법을 이용하였다. 제2 방법이 록웰 경도의 측정을 이용하였다. 특히, 샘플에 대해서 냉각률 범위에서 Gleeble 테스팅을 실시하였고, 록웰 경도 측정치를 취하였다. 그에 따라, 록웰 경도 측정치가, 냉각률의 범위에 대한 경도의 측정치로 각각의 재료 조성물에 대해서 취해졌다. 이어서 각각의 냉각률에서 주어진 조성물의 록웰 경도 측정치들 사이의 비교가 이루어졌다. 2 지점 HRA의 록웰 경도 편차가 상당한 것으로 간주되었다. 비-마르텐사이트 변태 생성물을 피하기 위한 임계 냉각률이, 최대 경도 보다 경도가 2 지점 HRA 미만인, 가장 큰 냉각률로서 취해졌다. 예 5에 나열된 조성물의 일부에 대해서, 결과적인 임계 냉각률이 또한 표 5에 기재되어 있다.

표 5 - Gleeble 딜라토법으로부터의 변태 온도 및 임계 냉각률

예 8:

예 5의 조성물을 이용하여 ?치 온도 및 잔류 오스테나이트의 이론적 최대치를 계산하였다. 그러한 계산은 전술한 Speer 등의 방법을 이용하여 실시되었다. 예 5에 나열된 조성물의 일부에 대해서, 계산의 결과가 이하의 표 6에 기재되어 있다.

표 6 - ?치 온도 및 잔류 오스테나이트의 이론적 최대치

예 9:

예 5의 조성물의 샘플에 대해서 도 1 및 도 2에 도시된 열적 프로파일을 적용하였고, 피크 금속 온도 및 ?치 온도가 주어진 조성물의 샘플들 사이에서 변경된다. 전술한 바와 같이, 조성물(V4039)에 대해서만 도 1에 도시된 열적 프로파일이 적용되는 반면, 다른 모든 조성물에는 도 2에 도시된 열적 사이클이 적용되었다. 각각의 샘플에 대해서, 인장강도 측정이 이루어졌다. 결과적인 인장 측정치를 도 9 내지 도 12에 도표화하였다. 특히, 도 9 및 도 10은 오스테나이트화 온도에 대해서 도표화된 인장강도 데이터를 도시하고, 도 11 및 도 12는 ?치 온도에 대해서 도표화된 인장강도 데이터를 도시한다. 부가적으로, 열적 사이클이 Gleeble 방법을 이용하여 실시되는 경우에, 그러한 데이터 지점이 "Gleeble"로 표시되었다. 유사하게, 열적 사이클이 염 욕(salt bath)을 이용하여 실시되는 경우에, 그러한 데이터 지점이 "염"으로 표시되었다.

부가적으로, 예 5(이용 가능한 경우)에 나열된 각각의 조성에 대한 유사한 인장 측정이, 이하에 제시된 표 7에 기재되어 있다. 예를 들어 분리 시간 및 온도만이 도시되어 있고, 다른 실시예에서, 그러한 메커니즘(예를 들어, 탄소 분리 및/또는 상 변태)이, 기술된 분리 온도로의 또는 그로부터의 비-등온적(isothermal) 가열 및 냉각 중에 발생되고, 이는 또한 최종적인 재료 성질에 기여할 수 있을 것이다.

표 7 - 인장 데이터, 분리 후

본 발명의 사상 및 범위로부터 벗어나지 않고도 여러 가지 실시예가 이루어질 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그에 따라, 본 발명의 한계가 첨부된 청구항으로부터 결정되어야 할 것이다.

Claims (7)

1. 중량 백분율로:
   0.15-0.4% 탄소;
   1.5-4% 망간;
   2% 이하의 실리콘, 알루미늄 또는 그 일부 조합;
   0.5% 이하의 몰리브덴;
   0.05% 이하의 니오븀; 및
   나머지 철 및 다른 부수적인 불순물을 포함하는, 스틸 시트.
2. 스틸 시트를 가공하기 위한 방법이며:
   (a) 스틸 시트를 제1 온도(T1)로 가열하는 단계로서, T1이, 적어도, 상기 스틸 시트가 오스테나이트 및 페라이트로 변태되는 온도 보다 높은, 스틸 시트를 제1 온도(T1)로 가열하는 단계;
   (b) 냉각률로 냉각하는 것에 의해서 상기 스틸 시트를 제2 온도(T2)로 냉각시키는 단계로서, T2가 마르텐사이트 시작 온도(M_s) 미만이고, 상기 냉각률이 오스테나이트를 마르텐사이트로 변태시킬 수 있을 정도로 충분히 큰, 상기 스틸 시트를 제2 온도(T2)로 냉각시키는 단계;
   (c) 상기 스틸 시트를 분리 온도로 재-가열하는 단계로서, 상기 분리 온도가 상기 스틸 시트의 조직 내에서의 탄소의 확산을 허용할 수 있을 정도로 충분한, 재-가열하는 단계;
   (d) 상기 스틸 시트를 유지 시간 동안 상기 분리 온도에서 유지함으로써 오스테나이트를 안정화시키는 단계로서, 상기 유지 시간이 마르텐사이트로부터 오스테나이트로 탄소가 확산하는 것을 허용할 수 있을 정도로 충분한 기간인, 오스테나이트를 안정화시키는 단계; 및
   (e) 상기 스틸 시트를 상온으로 냉각시키는 단계를 포함하는, 스틸 시트를 가공하기 위한 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 스틸 시트가 T2로 냉각되는 동안에 상기 스틸 시트를 용융-침지 갈바나이징 또는 갈바닐링하는 단계를 더 포함하는, 스틸 시트를 가공하기 위한 방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 용융-침지 갈바나이징 또는 갈바닐링이 M_s를 초과하여 발생되는, 스틸 시트를 가공하기 위한 방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 분리 온도가 M_s를 초과하는, 스틸 시트를 가공하기 위한 방법.
6. 제2항에 있어서,
   상기 분리 온도가 M_s 미만인, 스틸 시트를 가공하기 위한 방법.
7. 제2항에 있어서,
   상기 스틸 시트가: 중량 백분율로,
   0.15-0.4% 탄소;
   1.5-4% 망간;
   2% 이하의 실리콘, 알루미늄 또는 그 일부 조합;
   0.5% 이하의 몰리브덴;
   0.05% 이하의 니오븀; 및
   나머지 철 및 다른 부수적인 불순물을 포함하는, 스틸 시트를 가공하기 위한 방법.
   
   

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