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特表2023-507801耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板およびその製造方法
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  • 特表-耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板およびその製造方法 図1
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-02-27
(54)【発明の名称】耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
   C22C 38/00 20060101AFI20230217BHJP
   C22C 38/14 20060101ALI20230217BHJP
   C21D 9/46 20060101ALI20230217BHJP
【FI】
C22C38/00 301S
C22C38/00 301T
C22C38/14
C21D9/46 G
C21D9/46 J
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022538241
(86)(22)【出願日】2020-12-14
(85)【翻訳文提出日】2022-08-01
(86)【国際出願番号】 KR2020018270
(87)【国際公開番号】W WO2021125724
(87)【国際公開日】2021-06-24
(31)【優先権主張番号】10-2019-0170977
(32)【優先日】2019-12-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】592000691
【氏名又は名称】ポスコホールディングス インコーポレーティッド
(74)【代理人】
【識別番号】100083806
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 秀和
(74)【代理人】
【識別番号】100095500
【弁理士】
【氏名又は名称】伊藤 正和
(74)【代理人】
【識別番号】100111235
【弁理士】
【氏名又は名称】原 裕子
(72)【発明者】
【氏名】ヨ、 ミンホ
(72)【発明者】
【氏名】ホン、 ヨン-クァン
【テーマコード(参考)】
4K037
【Fターム(参考)】
4K037EA01
4K037EA04
4K037EA11
4K037EA13
4K037EA16
4K037EA17
4K037EA18
4K037EA19
4K037EA20
4K037EA23
4K037EA25
4K037EA27
4K037EA31
4K037EB02
4K037EB03
4K037EB06
4K037FA03
4K037FB00
4K037FC07
4K037FE02
4K037FE03
4K037FG00
4K037FH01
4K037FH03
4K037FH08
4K037FJ04
4K037FJ05
4K037FM02
4K037GA05
4K037JA06
(57)【要約】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、重量%で、C:0.002~0.01%、Mn:0.1~1.0%、P:0.01%未満(0%を除く。)、N:0.01%以下(0%を除く。)、Nb:0.01~0.05%、およびTi:0.01~0.08%を含み、残部Feおよび不可避な不純物を含み、再結晶粒の面積分率が5面積%以下であり、電位密度が1x1015/m以下である微細組織を有する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重量%で、C:0.002~0.01%、Mn:0.1~1.0%、P:0.01%未満(0%を除く。)、N:0.01%以下(0%を除く。)、Nb:0.01~0.05%、およびTi:0.01~0.08%を含み、残部Feおよび不可避な不純物を含み、
再結晶粒の面積分率が5面積%以下であり、電位密度が1x1015/m以下である微細組織を有する耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板。
【請求項2】
Si:0.5%以下(0%を除く。)、Al:0.08%以下(0%を除く。)、およびS:0.01%以下(0%を除く。)のうちの1種以上をさらに含む、請求項1に記載の耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板。
【請求項3】
下記式1で定義される析出指数が10以上である、請求項1に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板。
[式1]
析出指数=[Min([Ti]、[N])+4xMin([Nb]、[C])+2xMin([Ti]-[N]、[C]-[Nb])]x10
(式1で、[Ti]、[N]、[Nb]、[C]は、各成分含有量の重量%を原子量で割った値である。Min(A、B)は、AとBのうち小さい値を意味し、Min(A、B)が負の値である場合、0を意味する。)
【請求項4】
降伏強度が450MPa以上である、請求項1に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板。
【請求項5】
延伸率が4%以上である、請求項1に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板。
【請求項6】
前記冷延鋼板は、表面にアルミニウムまたは亜鉛メッキ層が形成された、請求項1に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板。
【請求項7】
重量%で、C:0.002~0.01%、Mn:0.1~1.0%、P:0.01%未満(0%を除く。)、N:0.01%以下(0%を除く。)、Nb:0.01~0.05%、およびTi:0.01~0.08%を含み、残部Feおよび不可避な不純物を含むスラブを加熱する段階;
前記スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造する段階;
前記熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を製造する段階;および
前記冷延鋼板を500℃~Rの温度で焼鈍する段階;を含む耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
(ここで、Rは、再結晶開始温度であって、再結晶粒の面積分率が5面積%である温度である。)
【請求項8】
前記スラブを加熱する段階で、
前記スラブを1200℃以上加熱する、請求項7に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
【請求項9】
前記熱延鋼板を製造する段階で、
仕上げ圧延温度は、Ar以上である、請求項7に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
【請求項10】
前記熱延鋼板を製造する段階の後、
前記熱延鋼板を550~750℃で巻き取る段階をさらに含む、請求項7に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
【請求項11】
前記冷延鋼板を製造する段階は、
50~95%圧下率で冷間圧延して冷延鋼板を製造するものである、請求項7に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
【請求項12】
前記冷延鋼板を製造する段階の後、
前記冷延鋼板表面にアルミニウムまたは亜鉛をメッキする段階;をさらに含む、請求項7に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板およびその製造方法に関する。具体的に、加工後、熱に露出され得る環境に使用する鋼板であって、高い温度でも本来の強度を維持することができる耐熱性と各種形態の構造物として加工され得る成形性に優れた鋼板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
冷延鋼板は、各種表面処理後、建設資材など多くの用途の構造材として使用されている。構造材として使用時、強度が高い場合に同じ断面積に対して高い荷重に耐えることができるため、素材の使用量を減らすことができるという利点がある。特に、変形が始まる荷重は降伏強度により決定されるため、高い降伏強度を有することが重要である。
【0003】
鋼板の強度を高めるための方法として固溶強化、析出強化、加工硬化、硬質相制御など多様な方法が使用されている。そのうち、固溶強化は多量の合金元素の添加を必要とし、硬質相を制御する方法も硬化能を高めるために多量の合金元素を添加したり焼鈍後急冷工程を必要としたりして製造時に経済性を落とすという短所がある。析出強化も析出物を形成するために高価の合金元素の添加を必要とし、過多に析出物を形成させる場合、冷間圧延性を大きく低下するという短所がある。
【0004】
前記方法とは異なり、加工硬化の場合には合金元素を添加せず、単純な冷間圧延による高い電位生成で強度を向上させることができるため、経済的な方法で活用され得る。しかし、加工硬化後、電位密度が高くて成形性が大きく低下し、再結晶温度以上の温度で熱処理時、再結晶により強度が再び低下するため、耐熱性が劣位にある短所がある。特に耐熱性が劣位にある時には、Zn、Alなど各種溶融メッキのための温度に露出時、強度が減少するため、高温配管などの耐熱性が必要な構造材として活用が難しい。メッキ浴のうち、比較的に温度が高いAlメッキ浴に一定時間露出時に強度低下が大きくてはならない。
【0005】
このような点などを克服するための方法として、微細析出物を形成させることによって再結晶温度を高め、再結晶温度より低い温度で回復焼鈍を実施することによって一定以上の延伸率を得る方法がある。再結晶温度の向上効果が高いTiおよびNbを活用してTiN、NbC、TiCを微細に析出させ、回復焼鈍を行うことによって高強度鋼を製造する方法がそれである。しかし、前記技術は高い強度を確保するためにPを多量添加しているが、Pは常温靭性を低下させることによって加工を困難にし、最終製品の組織の均一性を落とすという短所がある。また前記技術では、TiとNbの比率によりTiとNb添加量を制御しているが、析出物の析出挙動はTiとNb以外にもCとNの含有量により決定されるため、CとNの含有量が共に制御される必要性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板およびその製造方法を提供する。具体的に、加工後、熱に露出され得る環境に使用する鋼板であって、高い温度でも本来の強度を維持することができる耐熱性と各種形態の構造物として加工され得る成形性に優れた鋼板とその製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、重量%で、C:0.002~0.01%、Mn:0.1~1.0%、P:0.01%未満(0%を除く。)、N:0.01%以下(0%を除く。)、Nb:0.01~0.05%、およびTi:0.01~0.08%を含み、残部Feおよび不可避な不純物を含み、再結晶粒の面積分率が5面積%以下であり、電位密度が1x1015/m以下である微細組織を有する。
【0008】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、Si:0.5%以下(0%を除く。)、Al:0.08%以下(0%を除く。)、およびS:0.01%以下(0%を除く。)のうちの1種以上をさらに含むことができる。
【0009】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、下記式1で定義される析出指数が10以上であり得る。
[式1]
析出指数=[Min([Ti]、[N])+4xMin([Nb]、[C])+2xMin([Ti]-[N]、[C]-[Nb])]x10
この時、式1で、[Ti]、[N]、[Nb]、[C]は、各成分含有量の重量%を原子量で割った値である。Min(A、B)は、AとBのうち小さい値を意味し、Min(A、B)が負の値である場合、0を意味する。
【0010】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、降伏強度が450MPa以上であり得る。
【0011】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、延伸率が4%以上であり得る。
【0012】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、表面にアルミニウムまたは亜鉛メッキ層が形成され得る。
【0013】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板の製造方法は、重量%で、C:0.002~0.01%、Mn:0.1~1.0%、P:0.01%未満(0%を除く。)、N:0.01%以下(0%を除く。)、Nb:0.01~0.05%、およびTi:0.01~0.08%を含み、残部Feおよび不可避な不純物を含むスラブを加熱する段階;前記スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造する段階;前記熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を製造する段階;および前記冷延鋼板を500℃~Rの温度で焼鈍する段階;を含む。
【0014】
は、再結晶開始温度であって、再結晶粒の面積分率が5面積%である温度である。
【0015】
前記スラブを加熱する段階で、前記スラブを1200℃以上加熱することができる。
【0016】
前記熱延鋼板を製造する段階で、仕上げ圧延温度は、Ar以上であり得る。
【0017】
Ar温度は、下記式で計算され得る。
Ar温度=910-(310x[C])-(80x[Mn])-(20x[Cu])-(15x[Cr])-(55x[Ni])-(80x[Mo])-(0.35x(25.4-8))
この時、[C]、[Mn]、[Cu]、[Cr]、[Ni]、[Mo]は、各元素の重量%である。
【0018】
前記熱延鋼板を製造する段階の後、前記熱延鋼板を550~750℃で巻き取る段階をさらに含むことができる。
【0019】
前記冷延鋼板を製造する段階は、50~95%圧下率で冷間圧延して冷延鋼板を製造するものであり得る。
【0020】
前記冷延鋼板を製造する段階の後、前記冷延鋼板表面にアルミニウムまたは亜鉛をメッキする段階をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【0021】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、高価の合金成分を多量添加しないため、経済性を有しながらも、耐熱性と成形性に優れている。
【0022】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、加工後、熱に露出され得る環境に使用する鋼板であって、高い温度でも本来の強度を維持することができる耐熱性と各種形態の構造物として加工され得る成形性を有する。
【図面の簡単な説明】
【0023】
図1】本発明の開発鋼1による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板断面の光学顕微鏡の微細組織の観察結果の写真である。
【発明を実施するための形態】
【0024】
第1、第2および第3などの用語は、多様な部分、成分、領域、層および/またはセクションを説明するために使用されるが、これらに限定されない。これら用語は、ある部分、成分、領域、層またはセクションを他の部分、成分、領域、層またはセクションと区別するためだけに使用される。したがって、以下で叙述する第1部分、成分、領域、層またはセクションは、本発明の範囲を逸脱しない範囲内で第2部分、成分、領域、層またはセクションと言及され得る。
【0025】
ここで使用される専門用語は、単に特定の実施形態を言及するためのものであり、本発明を限定することを意図しない。ここで使用される単数の形態は、文言がこれと明確に反対の意味を示さない限り、複数の形態も含む。明細書で使用される「含む」の意味は、特定の特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または成分を具体化し、他の特性、領域、整数、段階、動作、要素および/または成分の存在や付加を除外させるものではない。
【0026】
また、特に言及しない限り、%は重量%を意味し、1ppmは0.0001重量%である。
【0027】
本発明の一実施形態で追加元素をさらに含むことの意味は、追加元素の追加量の分、残部である鉄(Fe)を代替して含むことを意味する。
【0028】
異なって定義しなかったが、ここで使用される技術用語および科学用語を含む全ての用語は、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が一般的に理解する意味と同一の意味を有する。通常使用される辞書に定義された用語は、関連技術文献と現在開示された内容に符合する意味を有すると追加解釈され、定義されない限り、理想的または非常に公式的な意味に解釈されない。
【0029】
以下、本発明の実施形態について本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な異なる形態に実現することができ、ここで説明する実施形態に限定されない。
【0030】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、各種構造材として使用される冷延鋼板に関する。当該用途の素材は、形状を作るための成形性と構造物の形態を維持するための強度が確保されなければならない。それだけでなく、十分な耐熱性を有してメッキ、コーティングなどの表面処理や高温使用時に強度の低下が起きてはならない。
【0031】
前記の物性のために合金元素を過多に添加する場合、素材の原価が増加して経済性が落ちる結果を招く。したがって、高価の合金元素を多量添加することなく、耐熱性および成形性を同時に確保できる方法が必要である。
【0032】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、重量%で、C:0.002~0.01%、Mn:0.1~1.0%、P:0.01%未満(0%を除く。)、N:0.01%以下(0%を除く。)、Nb:0.01~0.05%、およびTi:0.01~0.08%を含み、残部Feおよび不可避な不純物を含む。
【0033】
以下、各成分別に詳細に説明する。
【0034】
炭素(C):0.002~0.01重量%
Cは、含有量が低い場合、強度が低くて構造材として使用され難く、含有量を過度に低めるためには精錬工程が追加的に必要となり生産性が落ちる。Cは、NbおよびTiと結合して析出することによって強度を大きく向上させることができる。本発明ではNbCおよびTiCの析出効果を得るためのCの含有量は前記の含有量で十分である。C含有量が過多な場合、固溶炭素による時効を防止し難いこともある。したがって、Cを0.002~0.01重量%含むことができる。より具体的に、0.002~0.0095重量%含むことができる。
【0035】
マンガン(Mn):0.1~1.0重量%
Mnは、鋼中の固溶Sと結合してMnSで析出されることによって固溶Sによる赤熱脆性(Hot shortness)を防止する元素である。このような効果を出すためにMnは0.1重量%以上含まれ得る。しかし、Mnを過度に多く添加する場合には材質が硬化して軟性を落とすことがある。またMnを過度に少なく添加する場合には固溶されたSがMnSで十分に析出されず、熱間圧延時に脆性が顕著に増加する短所がある。したがって、Mnを0.1~1.0重量%含むことができる。より具体的に、Mnを0.15~0.35重量%、さらに具体的には0.18~0.22重量%含むことができる。
【0036】
リン(P):0.01重量%未満(0%を除く。)
一定量以下のP添加は、鋼の軟性を大きく減少させずに強度を上げることができる元素であるが、多量のPを添加すると結晶粒系に偏析して鋼を過度に硬化させ、延伸率が落ちるため、0.01重量%未満に制限することができる。また、多量のPを添加させると、Pが常温靭性を低下させることによって加工を困難にし、最終製品の組織の均一性を落とす短所があるため、鋼板の成形性および均一性を落とすことがある。より具体的に、0.008重量%以下であり得る。さらに具体的に、0.006重量%以下であり得る。
【0037】
窒素(N):0.01重量%以下(0%を除く。)
Nは、鋼中に不可避な元素として含有されており、本発明でTiと結合して析出硬化に用いられ得る。しかし、過多であるため析出されずに固溶された状態で存在するNは、軟性を落とし、耐時効性を悪化させるだけでなく、成形性を落とす。したがって、Tiと結合して全て析出され得る含有量を考慮して0.01重量%以下であり得る。より具体的に、0.009重量%以下であり得る。
【0038】
チタン(Ti):0.01~0.08重量%
Tiは、CおよびNと結合して析出することによって強度上昇に効果的に用いられ得る。またこのような析出物は、鋼中に微細に分散されて冷間圧延後焼鈍時に析出物が電位および結晶粒の動きを妨害することによって再結晶温度を上昇させることができる。再結晶温度の上昇は、耐熱性の向上に直接的な影響を与えるため、本発明での再結晶温度の上昇は非常に重要である。可視的な効果を得るためには、Tiは、0.01重量%以上添加され得る。過度に少なく添加時、析出物形成量が少なくて強度上昇および耐熱性向上の効果が微々である短所がある。過多に添加時、Tiは、CおよびNと結合せずに固溶状態で存在し、固溶状態で存在するTiは強度向上および再結晶温度の上昇効果をほとんど有することができず、経済性を落とすため、その上限は0.08重量%であり得る。より具体的に、0.01~0.07重量%であり得る。
【0039】
ニオビウム(Nb):0.01~0.05重量%
Nbは、Tiのような析出強化型元素であり、Tiに比べて相対的に強度および再結晶温度の上昇効果が非常に大きい。Tiと共に複合的に添加される場合、鋼が高温から冷却されることによってTiN、NbC、TiCの順に析出される。そのために、強度および再結晶温度の上昇効果がより大きく現れる。本発明では成分系が与えられる時、TiN、NbC、TiCの含有量の計算と各析出物の相対的効果を考慮して析出物の形成程度と比例する析出指数を開発した。析出指数については後述する。析出指数から再結晶温度の上昇および強度の上昇効果を得るための成分系の適切性を一次的に検証できることを確認した。Nbを過度に少なく添加する場合、析出物の形成が少なくて強度の向上および再結晶温度の上昇効果が微々である短所がある。反面、Nbが過度に添加される場合、熱間圧延の負荷を過度に増加させるため、その含有量を0.05重量%に制限することができる。より具体的に、0.01~0.045重量%、さらに具体的には0.015~0.025重量%であり得る。
【0040】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、Si:0.5%以下(0%を除く。)、Al:0.08%以下(0%を除く。)、およびS:0.01%以下(0%を除く。)のうちの1種以上をさらに含むことができる。
【0041】
ケイ素(Si):0.5重量%以下(0%を除く。)
Siは、脱炭剤として用いられ得る元素であり、固溶強化による強度の向上に寄与することができる。しかし、過多な場合、焼鈍時に表面にSi系酸化物が生成されてメッキ時に欠陥を誘発してメッキ性を落とすことがある。より具体的に、0.3重量%以下であり得る。さらに具体的に、0.01~0.1重量%であり得る。
【0042】
アルミニウム(Al):0.08重量%以下(0%を除く。)
Alは、脱酸効果が非常に大きい元素であり、鋼中のNと反応してAlNを析出させることによって固溶Nによる成形性が低下することを防止する。しかし、多量添加される場合、軟性が急激に低下することがある。より具体的に、0.01~0.05重量%であり得る。
【0043】
硫黄(S):0.01重量%以下(0%を除く。)
Sは、固溶時に赤熱脆性を誘発する元素であるが、製鋼工程で完全に除去することは難しいため、Mnの添加を通じてMnSの析出が誘導されなければならない。過度なMnSの析出は、鋼を硬化させるため好ましくない。生産性と物性を考慮した時、具体的には0.002~0.009重量%であり得る。
【0044】
前述した合金組成以外に残部はFeおよび不可避な不純物を含む。ただし、本発明の一実施形態で他の組成の添加を排除するのではない。前記不可避な不純物は、通常の鉄鋼製造過程では原料または周囲環境から意図せずに混入され得るもので、これを排除することはできない。前記不可避な不純物は、通常の鉄鋼製造分野の技術者であれば理解できる。例えば、Cr:0.02重量%以下、Ni:0.02重量%以下、Cu:0.02重量%以下、およびMo:0.01重量%以下であり得る。
【0045】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、再結晶粒の面積分率が5面積%以下であり、電位密度が1x1015/m以下である微細組織を有する。
【0046】
再結晶粒の面積分率とは、冷延鋼板の断面の全体面積に対する再結晶粒の面積分率を意味する。断面の全体面積および再結晶粒の面積は、鋼板断面の光学微細組織観察およびEBSD(Electron backscatter diffraction)観察から測定することができる。
【0047】
ここで、再結晶粒(Recrystallized grain)とは、再結晶により形成された結晶粒(grain)を意味する。本発明では冷延鋼板の焼鈍により再結晶された結晶粒を意味する。
【0048】
焼鈍により再結晶された結晶粒を除外した部分は、未再結晶粒と定義することができ、結晶粒と未再結晶粒の区分は形状および方位的特徴で区分することができる。未再結晶粒は、圧延方向に長く延伸された特徴を有しており、結晶粒内で方位が不明確な反面、再結晶粒は相対的に球形に近い特徴があり、結晶粒の方位が明確である。
【0049】
一方、電位密度とは、単位面積を貫通する電位数を意味する。電位密度は、XRDを通じて測定することができ、電位密度に応じたピーク(Peak)の位置および幅の変化から定量的に測定することができる。
【0050】
後述する冷延鋼板の焼鈍温度(500℃~R;ここでRは再結晶開始温度であり、冷延鋼板の焼鈍時、再結晶粒の面積分率が5面積%である温度を意味する。)で回復焼鈍する場合、再結晶粒の面積分率は5面積%以下であり、電位密度が1x1015/m以下である。再結晶が過度に進行されて再結晶粒の面積分率が高ければ、鋼板の強度が低くなる短所がある。また、再結晶粒の面積分率が5面積%以下でも、電位密度が過度に大きければ、鋼板の強度は高いが、延伸率が低くて成形性が落ちる短所がある。
【0051】
再結晶粒の面積分率は、より具体的に、4.7面積%以下であり得る。
【0052】
電位密度は、具体的に、9x1014/m以下、より具体的には5~10x1014/m、さらに具体的には5~9x1014/mであり得る。
【0053】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、下記式1で定義される析出指数が10以上であり得る。具体的に、前記析出指数は10~20であり得る。
【0054】
[式1]
析出指数=[Min([Ti]、[N])+4xMin([Nb]、[C])+2xMin([Ti]-[N]、[C]-[Nb])]x10
式1で、[Ti]、[N]、[Nb]、[C]は、各成分含有量の重量%を原子量で割った値である。Min(A、B)は、AとBのうち小さい値を意味し、Min(A、B)が負の値である場合、0を意味する。
【0055】
具体的に、[Ti]は(Tiの含有量)/47.867、[N]は(Nの含有量)/14.007、[Nb]は(Nbの含有量)/92.906、[C]は(Cの含有量)/12.011を意味する。
【0056】
本発明では、合金成分としてNbおよびTiを添加するが、NbおよびTiは鋼が高温から冷却されることによってTiN、NbC、TiCの順に析出される。そのために、強度および再結晶温度の上昇効果がより大きく現れる。本発明では、成分系が与えられる時、TiN、NbC、TiCの含有量の計算と各析出物の相対的効果を考慮して析出物の形成程度と比例する析出指数を開発した。つまり、析出指数は、析出物の形成程度と比例することができる。析出指数から再結晶温度の上昇および強度の上昇効果を得るための成分系の適切性を一次的に検証することができる。
【0057】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板は、降伏強度が450MPa以上であり得、延伸率が4%以上であり得る。また、冷延鋼板の表面にアルミニウムまたは亜鉛メッキ層が形成されたメッキ鋼板であり得る。
【0058】
本発明の一実施形態による耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板の製造方法は、スラブを加熱する段階;スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造する段階;熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を製造する段階;および冷延鋼板を500℃~Rの温度で焼鈍する段階;を含む。
【0059】
以下、各段階別に具体的に説明する。
【0060】
まず、スラブを加熱する。
スラブの合金組成については前述した冷延鋼板で説明したため、重複する説明は省略する。耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板の製造過程で合金成分が実質的に変動しないため、冷延鋼板の合金組成とスラブの合金組成は実質的に同一である。
【0061】
スラブの加熱温度は、1200℃以上になることができる。鋼中に存在する析出物を大部分再固溶させなければならないため、1200℃以上の温度が必要になり得る。より具体的にスラブ加熱温度は1250℃以上になることができる。
【0062】
次に、スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造する。
この時、仕上げ圧延温度は、Ar以上であり得る。
【0063】
Ar温度は、下記式で計算され得る。
Ar温度=910-(310x[C])-(80x[Mn])-(20x[Cu])-(15x[Cr])-(55x[Ni])-(80x[Mo])-(0.35x(25.4-8))
この時、[C]、[Mn]、[Cu]、[Cr]、[Ni]、[Mo]は、各元素の重量%である。
【0064】
これはオーステナイト単相領域で圧延を行うためである。
【0065】
熱延鋼板を製造する段階の後、熱延鋼板を550~750℃で巻き取る段階をさらに含むことができる。550℃以上で巻き取ることによって固溶された状態で残っているNをAlNで追加的に析出させることができるため、優れた耐時効性を確保することができる。550℃未満で巻き取る場合にはAlNで析出されずに残っている固溶Nにより加工性が落ちる危険がある。750℃以上で巻き取る場合には結晶粒が粗大化されて冷間圧延性を落とす要因になり得る。
【0066】
熱延鋼板を製造する段階の後、熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を製造する。この時、圧下率は50~95%であり得る。前記圧下率は、冷延鋼板の最終厚さを決定するものであって、圧下率50%未満である場合に最終目標厚さを確保することが難しく、95%を超える場合、圧延負荷が大きくて冷間圧延が難しいこともある。
【0067】
冷延鋼板を製造する段階の後、冷延鋼板を500℃~Rの温度で焼鈍する。この時の焼鈍は回復焼鈍を意味し得る。また、Rは、再結晶開始温度であり、再結晶粒の面積分率が5面積%である温度と定義する。前記Rは、冷間圧延された冷延鋼板の焼鈍温度に応じた再結晶粒分率を測定することによって確認することができる。再結晶焼鈍温度以下の温度で回復焼鈍することによって冷間圧延時に蓄積された電位が相当量除去される。これによって、延伸率が向上する。過度に低い温度で焼鈍する場合には、冷間圧延時にできた電位が十分になくならず、軟性が落ちることがある。反面、R以上で焼鈍する場合には、再結晶により延伸率は大きく向上するが、強度が急激に落ちることがある。より具体的に、焼鈍温度は600~800℃であり得る。
【0068】
また、500℃~Rの温度での焼鈍時間は10~300秒であり得る。より具体的には20~60秒であり得る。焼鈍時間が過度に短ければ電位が除去され難いという短所があり、反面、焼鈍時間が過度に長ければ再結晶分率が増加して軟質化される短所がある。
【0069】
一方、前記焼鈍工程は、バッチ焼鈍または連続焼鈍工程であり得る。
【0070】
また、前記焼鈍後には、2%以下の修正圧延を実施して形状を校正することができるが、修正圧延をしなくても物性の実現が可能である。
【実施例
【0071】
以下、実施例を通じて本発明をより詳細に説明する。しかし、このような実施例は、単に本発明を例示するためのものであり、本発明がこれに限定されるのではない。
【0072】
下記表1の組成を有する鋼を製造し、成分は実績数値を表記したものである。このような表1の組成を有する鋼スラブを1250℃で再加熱し、900℃以上で熱間圧延を実施し、650℃で巻き取り、70%の圧下率で冷間圧延した。
【0073】
【表1】
【0074】
製造された冷延鋼板に対して下記表2のようにR(再結晶開始温度)を測定した。前記再結晶開始温度は、再結晶粒の面積分率が5面積%である温度で決定する。再結晶温度を考慮して焼鈍温度を設定して焼鈍を実施、焼鈍鋼板を製造した。鋼成分が異なるため、再結晶開始温度の差があることを確認することができる。
【0075】
【表2】
【0076】
製造された前記焼鈍鋼板に対して析出指数、再結晶の面積分率、電位密度、降伏強度、延伸率、時効性、耐熱性を計算および測定して下記表3に示した。
【0077】
析出指数は、下記式1を通じて計算した。
【0078】
[式1]
析出指数=[Min([Ti]、[N])+4xMin([Nb]、[C])+2xMin([Ti]-[N]、[C]-[Nb])]x10
【0079】
式1で、[Ti]、[N]、[Nb]、[C]は、各成分含有量の重量%を原子量で割った値である。Min(A、B)は、AとBのうち小さい値を意味し、Min(A、B)が負の値である場合、0で計算した。
【0080】
具体的に、[Ti]は(Tiの含有量)/47.867、[N]は(Nの含有量)/14.007、[Nb]は(Nbの含有量)/92.906、[C]は(Cの含有量)/12.011で計算した。
【0081】
焼鈍後、再結晶粒の面積分率は、鋼板断面の光学微細組織観察結果から測定した。図1は本発明の一実施形態の光学微細組織の観察結果の写真である。図1で球状の明るい領域が再結晶された部分である。その面積分率を求めた。
【0082】
電位密度は、XRD(X-ray Diffraction)を通じて測定し、測定されたピーク(Peak)の幅の変化から測定した。
【0083】
降伏強度および延伸率は、常温引張試験を通じて測定し、圧延方向の板状試片を引張試験して測定した。
【0084】
時効に対する健全性を確認するために100℃で1時間維持して降伏強度が30MPa以下上昇時には良好、超過上昇時には不良と表示した。
【0085】
耐熱性は、650℃で10分間維持後、500MPa以上の降伏強度を有する場合は良好、未満である場合は不良と表示した。
【0086】
【表3】
【0087】
前記表3の開発鋼1~10は、10以上の析出指数を有し、前記表2のように冷延鋼板に対して500℃~Rの温度で焼鈍時、再結晶粒の面積分率が5%以下である。再結晶粒の面積分率が低くて降伏強度が500MPaに高いにもかかわらず、電位密度が1.0X1015/m以下に低くて延伸率が4%以上に構造材として強度と加工性が同時に確保される。また時効性および耐熱性が良好で高強度耐熱素材として特性を全て充足する。
【0088】
比較鋼1は、開発鋼1と成分系が同一であるが、焼鈍温度が500℃未満に非常に低く製造した。その結果、再結晶粒の面積分率が0%に再結晶が全く起きず、電位密度が14.2X1014/mに非常に高くて降伏強度は650MPa以上に高いが、延伸率が2%未満に非常に低くて加工が難しい。
【0089】
比較鋼2~3も、成分系は開発鋼1と同一であるが、焼鈍温度が680℃以上に再結晶開始温度を超えて製造された。これによって、再結晶粒の面積分率が10%以上に高くて電位密度が3X1014/m未満に低くて延伸率は10%以上に高いが、降伏強度が450MPa以下に低くて構造材として使用するには強度が不足する。
【0090】
比較鋼4は、Cの含有量が0.0011%に非常に低い。これによって、炭化物として析出され得るC含有量が低くて析出指数が6.4に非常に低く、再結晶開始温度が610℃に低い。その結果、焼鈍を再結晶温度以下で行う場合に製造直後に降伏強度や延伸率は適正水準が確保されるが、650℃で熱処理時に再結晶が起きることによって降伏強度が大きく落ちて耐熱性が不良である。
【0091】
反面、比較鋼5は、Cの含有量が高くて析出指数が高く、再結晶開始温度も高くて強度、延伸率、耐熱性の全てが良好であるが、析出されずに残る固溶Cにより時効性が不良である。時効性が不良である場合には時効により延伸率が漸次に減少して加工が困難になる。
【0092】
比較鋼6は、Mnが1%以上に非常に高い。Mnの添加により固溶強化による強度の上昇効果が現れて降伏強度が600MPa以上に高い。しかし、延伸率が4%未満に低くて過度なMnの添加は避けなければならない。
【0093】
比較鋼7は、Mnの含有量が低い場合である。他の物性は満足するが、熱延脆性が発生するという短所があった。
【0094】
比較鋼8~9は、Pの含有量が0.015%以上に高い。Pの含有量が増加することによって降伏強度の上昇効果が現れることを確認できる。Pは少量の添加にも大きい強度向上効果を得ることができる元素であるが、過多に添加時、常温脆性が増加して延伸率が落ちる。0.015%以上添加時、延伸率が4%未満に減少することを確認することができるため、加工性の側面からPの含有量は0.01%未満が好ましい。
【0095】
比較鋼10は、Nが0.01%を超えて多量添加された。Nは、高温でTiと結合してTiNで析出されるが、Nが過多な場合、Tiが相対的に不足してNが固溶状態で残存することがある。このような理由で比較鋼9は、時効が発生する短所がある。TiNも析出物として再結晶温度を増加させて耐熱性を高めるのに寄与するが、他の析出物に比べてその効果が相対的に小さく、TiNの析出量増加はTiCの析出量減少をもたらすため、Nの含有量は0.01%を超えないことが好ましい。
【0096】
比較鋼11は、Nbの含有量が0.01%未満に非常に小さくて析出指数が10未満である。Nbは、NbCとして析出して結晶粒の大きさを減らし、再結晶温度を向上させるに大きく寄与するが、比較鋼11の場合、Nbの量が小さくてその効果が微々である。その結果、再結晶開始温度が620℃に低い。低い再結晶温度により高温熱処理時に再結晶が起きて耐熱性が不良であることを確認できる。
【0097】
反面、比較鋼12は、Nb含有量が過度に多くて延伸率が3.8%に小さい方である。また、工程時に熱間圧延の負荷を過度に増加させたことを確認することができた。
【0098】
比較鋼13は、Tiの含有量が0.01%未満に小さい。前記で記述した通り、Tiは、TiNおよびTiCで析出して再結晶向上に寄与するが、その量が微々である場合、その効果が低下して耐熱性が落ちる。またNをTiNとして十分に析出させることができず、Nが固溶状態で残って時効が発生したことを確認できる。
【0099】
本発明は、前記実施形態に限定されるのではなく、互いに異なる多様な形態に製造可能であり、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者は、本発明の技術的な思想や必須の特徴を変更することなく他の具体的な形態に実施可能であることを理解できるはずである。したがって、以上で記述した実施形態は、全ての面で例示的なものであり、限定的なものではないと理解しなければならない。
図1
【手続補正書】
【提出日】2022-08-01
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
重量%で、C:0.002~0.01%、Mn:0.1~1.0%、P:0.01%未満(0%を除く。)、N:0.01%以下(0%を除く。)、Nb:0.01~0.05%、およびTi:0.01~0.08%を含み、残部Feおよび不可避な不純物を含み、
再結晶粒の面積分率が5面積%以下であり、電位密度が1x1015/m以下である微細組織を有する耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板。
【請求項2】
Si:0.5%以下(0%を除く。)、Al:0.08%以下(0%を除く。)、およびS:0.01%以下(0%を除く。)のうちの1種以上をさらに含む、請求項1に記載の耐熱性および成形性に優れた冷延鋼板。
【請求項3】
下記式1で定義される析出指数が10以上である、請求項1または2に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板。
[式1]
析出指数=[Min([Ti]、[N])+4xMin([Nb]、[C])+2xMin([Ti]-[N]、[C]-[Nb])]x10
(式1で、[Ti]、[N]、[Nb]、[C]は、各成分含有量の重量%を原子量で割った値である。Min(A、B)は、AとBのうち小さい値を意味し、Min(A、B)が負の値である場合、0を意味する。)
【請求項4】
降伏強度が450MPa以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板。
【請求項5】
延伸率が4%以上である、請求項1~4のいずれか1項に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板。
【請求項6】
前記冷延鋼板は、表面にアルミニウムまたは亜鉛メッキ層が形成された、請求項1~5のいずれか1項に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板。
【請求項7】
重量%で、C:0.002~0.01%、Mn:0.1~1.0%、P:0.01%未満(0%を除く。)、N:0.01%以下(0%を除く。)、Nb:0.01~0.05%、およびTi:0.01~0.08%を含み、残部Feおよび不可避な不純物を含むスラブを加熱する段階;
前記スラブを熱間圧延して熱延鋼板を製造する段階;
前記熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を製造する段階;および
前記冷延鋼板を500℃~Rの温度で焼鈍する段階;を含む耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
(ここで、Rは、再結晶開始温度であって、再結晶粒の面積分率が5面積%である温度である。)
【請求項8】
前記スラブを加熱する段階で、
前記スラブを1200℃以上加熱する、請求項7に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
【請求項9】
前記熱延鋼板を製造する段階で、
仕上げ圧延温度は、Ar以上である、請求項7または8に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
【請求項10】
前記熱延鋼板を製造する段階の後、
前記熱延鋼板を550~750℃で巻き取る段階をさらに含む、請求項7~9のいずれか1項に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
【請求項11】
前記冷延鋼板を製造する段階は、
50~95%圧下率で冷間圧延して冷延鋼板を製造するものである、請求項7~10のいずれか1項に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
【請求項12】
前記冷延鋼板を製造する段階の後、
前記冷延鋼板表面にアルミニウムまたは亜鉛をメッキする段階;をさらに含む、請求項7~11のいずれか1項に記載の耐熱性と成形性に優れた冷延鋼板の製造方法。
【国際調査報告】