KR101382981B1 - 온간프레스 성형용 강판, 온간프레스 성형 부재 및 이들의 제조방법 - Google Patents

온간프레스 성형용 강판, 온간프레스 성형 부재 및 이들의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온간프레스 성형에 의해 높은 강도를 갖는 동시에 우수한 연신율을 확보하여 충돌특성이 우수한 온간프레스 성형용 강판과 이를 이용한 온간프레스 성형 부재를 제공하고자 하는 것으로,
중량%로, C: 0.01~0.5%, Si: 3.0%이하(0은 제외), Mn: 3~15%, P: 0.0001~0.1%, S: 0.0001~0.03%, Al: 3.0%이하(0은 제외), N: 0.03%이하(0은 제외), Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 온간프레스 성형용 강판과 이를 이용한 온간프레스 성형 부재 및 이들의 제조방법을 제공한다.

Description

온간프레스 성형용 강판, 온간프레스 성형 부재 및 이들의 제조방법{STEEL SHEET FOR WARM PRESS FORMING, WARM PRESS FORMED PARTS AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 자동차 구조부재 또는 보강재에 사용되는 강판으로서, 보다 상세하게는 온간프레스 성형 후 높은 강도를 갖는 동시에 우수한 연신율을 확보하여 충돌 흡수능과 도금재의 내식성을 향상시킬 수 있는 온간프레스 성형용 강판과 이를 이용한 온간프레스 성형 부재 및 이들의 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차산업에서 친환경 및 승객 안정성 규제를 위하여 연비 향상 및 내충돌성 향상에 대한 요구가 높아지고 있다. 이를 위하여 차체의 고강도화를 통한 자동차 경량화 및 내충돌성 향상에 대한 연구 및 적용이 활발히 진행되고 있다.
이와 같은 요구에 대응하기 위하여, 높은 강도를 가지면서도 우수한 성형성을 확보하고 형상 제어능력이 우수한 방법으로서 열간성형 방법이 제시되고 있다. 이와 같은 방법은 특허문헌 1 및 2 등에 제안되어 있다. 위와 같은 방법들은 열처리 전의 낮은 강도와 높은 가공성을 이용하여 오스테나이트 단상역에서 열처리 및 프레스 성형을 행한 후, 금형에 의한 빠른 냉각을 실시함으로써 최종 제품에서 주상을 마르텐사이트로 하는 초고강도강판을 얻는 제조방법이 제안되어 있다.
그러나, 상기 기술은 오스테나이트 단상역의 높은 가열온도에 의하여 비도금재의 경우 제조 후 표면산화 스케일을 제거해야 되고, 높은 온도를 확보하기 위하여 많은 비용이 요구된다.
또한, Zn도금이나 Al도금재의 경우 도금재의 휘발이나 롤 융착이 되어 생산성을 떨어뜨릴 수 있다. Zn는 융점이 500℃이하이고, Al의 융점도 700℃를 넘지 않기 때문에, 상기와 같이, 고온으로 열처리를 실시하게 되면, Zn나 Al이 일부 융해되기 때문에 도금재로서의 특성을 확보하기 어려운 점이 있고, Zn나 Al이 가공시 성형틀에 융착되어 성형에 악영향을 미치는 문제가 있다.
또한, 상기와 같은 고온 성형은 강도를 향상시키는 효과가 있지만, 부품측면에서 미세조직이 90% 이상의 마르텐사이트로 구성되어 10% 미만의 낮은 연신율을 갖기 때문에 충분한 내충돌특성을 확보하기 어려워 적용할 수 있는 자동차용 부품에 한계가 있다.
한국 공개특허공보 2007-0057689호 미국 등록특허 US6296805
본 발명의 일측면은 온간프레스 성형에 의해 높은 강도를 갖는 동시에 우수한 연신율을 확보하여 충돌특성이 우수한 온간프레스 성형용 강판과 이를 이용한 온간프레스 성형 부재를 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 일측면은 도금된 강판의 경우에 온간프레스 성형과 같은 열처리에 의하더라도 우수한 내식성을 확보할 수 있는 온간프레스 성형용 강판과 온간프레스 성형 부재를 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 중량%로, C: 0.01~0.5%, Si: 3.0%이하(0은 제외), Mn: 3~15%, P: 0.0001~0.1%, S: 0.0001~0.03%, Al: 3.0%이하(0은 제외), N: 0.03%이하(0은 제외), Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 온간프레스 성형용 강판을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 조성을 만족하는 강 슬라브를 1000~1400℃의 온도로 가열하는 단계;
상기 가열된 강 슬라브를 열간압연하고, Ar3~1000℃의 온도에서 마무리 열간압연하는 단계; 및
상기 열간압연 후 Ms 온도 초과 800℃ 이하에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계를 포함하는 온간프레스 성형용 강판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 조성을 만족하고, 온간프레스 성형 및 냉각 후 미세조직이 잔류오스테나이트가 부피분율로 3~50%를 포함하고, 나머지는 페라이트, 마르텐사이트, 템퍼드 마르텐사이트 및 베이나이트 중 1종 이상인 온간프레스 성형 부재를 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 조성을 만족하는 강판에 대해 온간프레스 성형을 행하는 단계; 및
상기 온간프레스 성형 후 냉각하는 단계를 포함하고, 상기 온간프레스 성형은 1~1000℃/초의 승온속도로 Ac1~Ac3℃의 온도범위까지 가열하고, 상기 가열 후 1~10000초간 온도를 유지하는 열처리를 포함하는 온간프레스 성형 부재의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 자동차 구조부재 및 보강재, 특히 충돌흡수가 필요한 부재에 사용될 수 있는 초고강도강판 제조방법 및 온간프레스 성형에 의한 제조된 그 부재에 관한 것으로, 온간프레스 성형의 열처리에 의하여 인장강도 800MPa 이상의 초고강도와 연성이 우수한 강판 제조방법과 이를 이용한 열처리 부재를 제공함으로써, 열처리형 초고강도강을 충돌 부재까지 확대 적용이 가능하다.
도 1은 통상의 열간프레스 성형(Hot Press Forming)에 관한 열이력을 나타낸 그래프임.
도 2는 본 발명의 온간프레스 성형(Warm Press Forming)에 관한 열이력을 나타낸 그래프임.
본 발명에서 온간프레스 성형이라 함은 강판을 일정한 형태로 가공하는 것을 의미하며, 앞선 언급한 오스테나이트 단상역 초과의 온도로 열처리하여 가공하는 열간성형과 대비하여, 오스테나이트 단상역 이하의 온도영역으로 열처리하여 가공하는 것을 의미한다.
본 발명에서 상기 온간프레스 성형은 열처리 및 성형을 포함하는 것으로, 그 종류에는 먼저 열처리를 하고 성형하는 방식뿐만 아니라, 성형을 행한 후 열처리하는 방식을 모두 포함하는 의미이다.
본 발명자들은 온간프레스 성형을 통해 부재(부품)을 제조함에 있어서, 성분과 미세조직 그리고 온간프레스 성형시 열처리 온도를 적절히 제어할 경우, 부재의 연신율을 향상시킬 수 있음을 인지하여 본 발명에 이르게 되었다.
통상의 열간열처리 부재의 제조방법은 부재에서 마르텐사이트를 주상으로 확보하고 페라이트 생성을 억제하기 위해여 오스테나이트 단상역 초과까지 가열한 후 강판을 성형하고 Mf(마르텐사이트 생성 종료)온도 미만까지 급냉시켜 마르텐사이트를 주상으로 하는 고강도 부재를 제조한다.
그러나, 본 발명에서는 오스테나이트 단상역 이하의 온도까지 열처리 및 성형하고 냉각하는 온간프레스 성형법을 이용하는 것을 특징으로 한다, 오스테나이트 단상역 이하에서 가열 및 유지시에는 입계 또는 입내에 생성되는 오스테나이트로 C, Mn 등이 농화되어 생성된 오스테나이트를 성형 후 냉각시 상온까지 안정화시킬 수 있다는 점에 착안한 것이다.
이하, 본 발명의 온간프레스 성형용 강판에 대하여 상세히 설명한다.
(온간프레스 성형 강판)
먼저, 본 발명의 온간프레스 성형 강판의 조성에 대하여 상세히 설명한다(이하, 중량%)
탄소(C): 0.01~0.5%
상기 C는 강판의 강도를 증가시키는 필수적인 원소일 뿐만 아니라, 본 발명에서 구현하고자 하는 잔류오스테나이트를 확보하기 위하여 적정하게 첨가할 필요가 있다. C 함유량이 0.01% 미만에서는 충분한 강도를 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 부재가 온간프레스 성형시 3부피% 이상의 잔류오스테나이트를 확보하기 어렵기 때문에 위와 같은 특징을 발휘하기 위해서는 0.01%이상(바람직하게는 0.05%이상) 첨가한다. 또한 0.5%를 넘게 함유하게 되면, 열연강판의 냉간압연성을 떨어뜨릴 뿐만 아니라, 너무 높은 강도를 얻게 되어 원하는 연신율을 확보하기 어렵고 용접성이 저하가 일어나기 쉽기 때문에 0.5%이하(바람직하게는 0.4%이하, 보다 바람직하게는 0.3%이하) 첨가한다.
실리콘(Si): 3.0%이하(0은 제외)
상기 Si은 제강에서 탈산제의 역할 뿐만 아니라 열처리시 탄화물 생성을 억제하는 원소로서 첨가를 한다. Si 함유량이 3% 초과하게 되면 강판의 도금성을 저하시키기 때문에 3% 이하(바람직하게는 2.5%이하, 보다 바람직하게는 2%이하)를 첨가한다.
알루미늄(Al): 3.0%이하(0은 제외)
상기 Al은 제강에서 탈산 작용을 하여 강의 청정성을 높일 뿐만 아니라, Si과 유사하게 열처리시 탄화물 생성을 억제하는 원소로서 첨가한다. Al은 첨가량이 증가함에 따라 2상역이 확장되어 소둔온도 작업범위가 확장되는 장점이 있으나, Al 함유량이 3% 초과하게 되면 강판의 도금성 저하 뿐만 아니라 제조 비용이 상승하므로 상한을 3% 이하(바람직하게는 2.5%이하, 보다 바람직하게는 2%이하)를 첨가한다.
망간(Mn): 3~15%
상기 Mn은 본 발명에 있어서 매우 중요한 역할을 한다. Mn은 고용강화 원소로서 뿐만 아니라 Ms온도(마르텐사이트변태 시작 온도)를 낮추는 역할을 하여 오스테나이트의 상온 안정성을 높인다. 또한, Mn으니 Ac1 및 Ac3 온도를 낮추어 본 발명에서 추구하는 온간프레스 성형을 위하여 중요한 원소이다. 뿐만 아니라, Ac1~Ac3온도에서 온간프레스 성형 열처리 시 생성되는 오스테나이트로 Mn이 확산되어 오스테나이트의 상온 안정성을 더욱 높힐 수 있다. Mn 함유량이 3% 미만에서는 충분한 강도는 상기 작용을 하는데 부족하기 때문에 3%이상(바람직하게는 4%이상, 보다 바람직하게는 5%이상) 첨가한다. 또한 15%를 넘게 되면 제조 비용의 상승뿐만 아니라, 너무 많은 잔류 오스테나이트가 생성되어 연신율은 충분하게 상승시킬 수 있으나 충분한 강도를 확보하기 어렵기 때문에 15%이하(바람직하게는 13%이하, 보다 바람직하게는 11%이하) 첨가한다.
인(P): 0.0001~0.1%
상기 P은 Si과 유사하게 마르텐사이트를 열처리 시 탄화물 생성을 억제시키는 효과를 보이지만, 과다하게 함유되면 용접성이 열화되고 입계가 취약해지기 때문에 상한을 0.1%로 한정한다. P이 0.0001% 미만을 위해서는 많은 제조비용이 들기 때문에 하한을 0.0001%로 한정한다.
황(S): 0.0001~0.03%
상기 S은 강 중에 불순물로서 존재하여, 강판의 연성 및 용접성을 저해하는 원소이다. S 함량이 0.03% 이하에서는 이러한 악영향이 크지 않기 때문에 그 상한을 0.03%로 한다. S이 0.0001% 미만을 위해서는 많은 제조비용이 들기 때문에 하한을 0.0001%로 한정한다.
질소(N): 0.03%이하(0은 제외)
상기 N은 강 중에 불순물로 포함되거나, 질화물을 형성시켜 수소에 의한 내지연파괴특성을 향상시키기 위하여 첨가된다. N 함량이 0.03% 초과되면 연주 시 슬라브 크랙 민감성이 증가하고, 슬라브 내 기공이 발생하기 쉽기 때문에 그 상한을 0.03%(바람직하게는 0.02%이하, 더 바람직하게는 0.01%이하)로 한다.
본 발명에서는 상기 조성이외에 추가적으로, 경화능 향상 원소인 Cr, Mo 및 W 중 1종 이상, 석출강화원소인 Ti, Nb, Zr 및 V 중 1종 이상, 강도향상 원소인 Cu 및 Ni 중 1종 이상, 입계강화 및 경화능 원소로서 B, 도금성 향상을 위한 Sb 및 Sn 중 1종 이상이 첨가될 수 있다.
Cr, Mo 및 W 중 1종 이상의 합: 0.001~2.0%
상기 Cr, Mo 및 W은 경화능 및 석출강화효과로, 고강도를 더욱 확보할 수 있는 효과가 크다. Cr, Mo 또는 W의 함량이 0.001% 미만에서는 충분한 경화능 및 석출강화 효과를 얻을 수 없고, 2.0% 초과에서는 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 제조 비용이 상승하기 때문에 그 상한을 2.0%로 한다.
Ti, Nb, Zr 및 V 중 1종 이상의 합: 0.001~0.4%
상기 Ti, Nb, Zr 및 V은 강판의 강도 상승, 결정립 미세화 및 열처리 특성을 향상시키는 원소이다. 상기 Ti, Nb, Zr 및 V의 함량이 0.001% 미만의 경우에는 위와 같은 효과를 기대하기 어렵고, 그 함량이 0.4%를 초과하게 되면, 과도한 제조 비용이 상승하게 된다. 따라서 그 함량을 0.001~0.4%로 제한하는 것이 바람직하다.
Cu 및 Ni 중 1종 이상의 합: 0.005~2.0%
상기 Cu는 미세한 Cu 석출물을 생성하여 강도를 향상시키는 원소이다. 상기 Cu 함량이 0.005% 미만인 경우, 충분히 원하는 강도를 얻을 수 없고, 2.0%를 초과하면 조업성을 열위시키기 대문에, 그 함량을 0.005~2.0%로 제한하는 것이 바람직하다. 또한 상기 Ni은 강도 상승 및 열처리성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 그러나, 0.005% 미만에서는 그 효과를 얻을 수 없고, 2.0% 초과에서는 제조 비용 상승이 발생하기 때문에, 그 함량을 0.005~2.0%로 한정한다.
B: 0.0001~0.01%
상기 B은 경화능이 큰 원소로서, 미량 첨가하여도 열처리강에서 높은 강도를 확보할 수 있다. 또한 결정입계를 강화시켜 본 발명의 고Mn강에서 입계취성을 억제할 수 있다. 그러나, 0.0001% 미만에서는 이러한 효과를 얻을 수 없고, 0.01% 초과에서는 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 열간 가공성의 열화를 초래하므로, 그 상한을 0.01% 제한하는 것이 바람직하다.
Sb 및 Sn 중 1종 이상의 합: 0.0001~1.0%
상기 Sb 및 Sn은 표면 및 입계 농화 원소로서, 본 발명에서 첨가되는 많은 Mn이 소둔 시 표면 농화되어 산화물이 생성되어 도금성이 열위해지는 것을 억제할 수 있다. 그러나, 0.0001% 미만에서는 이러한 효과를 얻을 수 없고, 1.0%가 초과하게 되면 열간 가공성이 열위하게 되어, 그 상한을 1.0%로 제한하는 것이 바람직하다.
나머지는 Fe 및 불가피한 불순물을 포함한다. 그러나 이로써, 상기 조성이외에 다른 조성이 포함될 수 있음을 배제하는 것은 아니다.
본 발명의 온간프레스 성형용 강판은 열연강판, 냉연강판 및 도금강판 중 어느 하나인 것이 바람직하며, 그 종류를 특별히 한정하는 것은 아니다. 상기 도금강판은 Zn계 도금강판 또는 Al계 도금강판인 것이 바람직하다.
상기 온간 프레스 성형용 강판의 미세조직의 주상은 마르텐사이트, 베이나이트 또는 이들의 합이 30부피% 이상인 것이 바람직하다. 상기 마르텐사이트, 베이나이트 또는 이들의 합이 30부피% 미만에서는 온간프레스 성형의 열처리시 충분한 오스테나이트 확보가 어려울 뿐만 아니라, 요구되는 강도를 충분히 확보하기 어렵다.
이하, 본 발명의 온간프레스 성형용 강판의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
(온간프레스 성형용 강판의 제조방법)
상기 조성을 만족하는 강 슬라브를 1000~1400℃에서 가열한 후 열간압연을 실시한다. 상기 가열온도가 1000℃ 미만에서는 연주 조직의 균질화가 충분히 확보되지 않고, 1400℃ 초과에서는 제조비용의 상승이 발생한다.
이후, Ar3 온도 이상 1000℃이하에서 열간마무리압연을 실시한다. 상기 열간마무리압연 온도가 Ar3 온도 미만에서는 이상역 압연이 되어 열연혼립 발생 및 조업성을 열위시키며, 1000℃ 초과에서는 결정립 조대화 및 많은 산화스케일을 생성시킨다.
이후 Ms 온도 초과 800℃ 이하에서 권취한다. Ms 온도 이하에서는 열연 권취기 부하를 야기시킬 수 있고, 800℃를 초과하게 되면, 열연강판 산화층의 두께가 증가하는 단점이 있다.
이렇게 제조된 열연강판을 직접 온간프레스 성형에 사용하거나, 추가적으로 산세를 행하고 사용할 수 있다. 또한, 상기 산세된 강판에 Zn계 또는 Al계 도금을 실시한 도금강판을 온간프레스 성형에 사용할 수 한다.
상기 열연강판에 대해 산세 및 냉간압연을 행하여 냉연강판을 제조할 수 있다. 상기 산세는 통상의 방법에 의하며, 상기 냉간압연시의 냉간압하율은 본 발명에서 한정하지 않고 통상의 냉연강판 제조방법에 의한다.
바람직한 일예로, 상기 냉연강판을 제조함에 있어서, 냉간압연전에 상소둔을 행할 수 있다. 상기 상소둔은 상기와 같이 제조된 열연강판의 강도를 높일 수 있고, 이는 냉간압연 부하를 커지게 하기 때문에, 상소둔을 통하여 열연강판의 강도를 낮추어 냉간압연성을 향상시키기 위함이다. 상기 상소둔에서 열처리 온도는 Ac1~Ac3의 온도 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 상기 Ac1 온도 미만에서는 충분한 강도 하락을 확보할 수 없고, Ac3 온도 초과에서는 제조비용의 상승과 다시 서냉할 때 다량의 마르텐사이트가 생성되어 충분한 열연강도 하향을 얻을 수 없다. 상기 상소둔을 행한 후 냉간압연을 행하여 냉연강판을 제조할 수 있다.
상기 냉연강판을 연속소둔 열처리하여 소둔강판을 제조할 수 있다. 상기 연속소둔 열처리 조건은 특별히 한정하는 것은 아니나, 바람직하게는 700~900℃에서 행하는 것이 바람직하다. 소둔온도가 700℃ 미만에서는 강판의 충분한 재결정을 확보할 수 없고, 900℃ 초과시는 제조비용의 상승 뿐만 아니라, 조업성에도 어려움이 있다. 한편, 상기 소둔강판에 대해 Zn-Ni 전기도금을 행하여, Zn-Ni 전기도금강판을 제조할 수 있다.
또한, 상기 냉연강판에 Zn계 또는 Al계 도금을 행하여, 강판의 내식성 및 내열성을 확보한다. Zn 도금강판의 열처리 및 도금 조건은 특별히 한정하지 않지만, 통상의 용융아연도금(GI) 또는 합금화 용융아연도금강판(GA)인 것이 바람직하다. 또한, Al 도금강판 역시 열처리 및 도금 조건을 특별히 한정하는 것은 아니며, 통상의 제조공정으로 행한다.
이하, 상기와 같이 제조된 강판을 이용하여 온간프레스 성형을 행하여 제조된, 본 발명의 온간프레스 성형 부재에 대하여 상세히 설명한다.
(온간프레스 성형 부재)
본 발명의 온간프레스 성형 부재는 상기 온간프레스 성형 강판의 조성을 만족하고, 미세조직의 잔류오스테나이트가 부피분율로 3~50%를 포함하고, 나머지는 페라이트, 마르텐사이트, 템퍼드 마르텐사이트 및 베이나이트 중 1종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 잔류오스테나이트 분율이 부피%로, 3% 미만에서는 본 발명에서 목표로 하는 초고강도에 높은 연신율 확보하기 어렵고, 50%를 초과하게 제조하려면 강판에 많은 C와 Mn 등을 첨가해야 하므로 제조하기 곤란하다. 잔류오스테나이트 외 나머지 조직은 페라이트, 마르텐사이트, 템퍼드 마르텐사이트, 베이나이트 등을 함유할 수 있다.
상기 페라이트는 후술하는 온간프레스 성형 과정의 열처리시에 생성되거나, 열처리 전에 일부 포함할 수 있다. 이러한 페라이트의 분율은 30% 이하가 바람직하다. 페라이트 분율이 30%를 초과하게 되면 원하는 강도를 충분히 확보하기 어렵다.
상기 마르텐사이트 역시 온간프레스 성형 과정의 열처리 전 생성되어 있거나, 열처리 후 생성될 수 있다. 이 때 마르텐사이트 내에는 일부 탄화물이 생성될 수도 있다. 이와 같은 마르텐사이트는 50~95%가 되는 것이 바람직하다. 마르텐사이트 분율이 50% 미만에서는 원하는 강도를 충분히 확보하기 어렵고, 95% 초과에서는 충분한 잔류오스테나이트를 확보하기 어렵다.
이하, 상기 온간프레스 성형 부재의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
(온간프레스 성형 부재의 제조방법)
연신율이 우수한 부재를 제조하기 위해서, 본 발명에서는 온간프레스 성형 방법을 채용한다. 본 발명자들은 Ac3 온도이하에서 열처리시 도금층의 내열성을 확보할 수 있다는 것을 착안하여 온간프레스 성형으로 원하는 충분한 재질을 확보할 수 있는 방법에 대하여 연구하였다. 이에 상기와 같은 강 성분을 갖는 강판을 이용하여 Ac3 온도 이하에서 열처리하여 잔류오스테나이트를 확보할 수 있음을 규명하였다.
즉, Mn이 첨가된 강에서 적정한 열간압연 및/또는 냉간압연, 소둔을 거쳐, 열처리 전 미세조직을 5㎛ 이하의 매우 미세한 조직을 얻는 데 유용한 것을 발견하였다. 또한, 열처리 전 미세조직을 마르텐사이트 및/또는 베이나이트를 충분히 확보하게 되면 마르텐사이트 및/또는 베이나이트의 나노 크기의 레쓰(Lath) 입계 또는 결정립계에서 Mn과 C 이 온간프레스 성형을 위한 열처리시 오스테나이트로 농화되어 다량의 오스테나이트가 상온까지 안정화되는 것을 규명하였다. 전술한 바와같이, 이때 온간 프레스 성형용 강판의 미세조직의 주상은 마르텐사이트, 베이나이트 또는 이들의 합이 30% 이상인 것이 바람직하다. 이는 그 분율이 적으면 온간프레스 성형 열처리시 충분한 오스테나이트 확보가 어려울 뿐만 아니라, 요구하는 강도를 확보하기 곤란하기 때문이다.
이와 같은 원리를 이용하여 제조된 부재에서는 잔류오스테나이트가 부피%로, 3%이상 함유되어 우수한 연신율을 갖는다.
본 발명의 온간프레스 성형 부재의 제조방법은 먼저, 상기와 같이 제조된 강판에 대해 온간프레스 성형을 행한다. 상기 온간프레스 성형은 열처리 후 성형하거나, 성형 후 열처리하는 방법을 모두 포함한다.
온간 프레스 성형의 열처리 조건에 대하여 설명하면, 1~1000℃/초의 승온속도로 가열하고, 온도범위는 Ac1~Ac3의 온도범위로 가열한다. 상기 가열 후 1~10000초간 온도를 유지한다.
상기 승온속도가 1℃/초 미만에서는 제조비용 상승 및 생산성이 저하되기 쉽기 때문에 그 하한을 1℃/초로 하는 것이 바람직하며, 승온속도 1000℃/초 초과에서는 과도한 가열설비가 요구될 뿐만 아니라, 본 발명의 작용에 크게 효과가 없기 때문에 그 상한을 1000℃/초로 하는 것이 바람직하다.
상기 Ac1~Ac3의 온도범위는 잔류오스테나이트를 확보하는 데 중요한 역할을 한다. 상기 온도가 Ac1 미만에서는 열처리 전 마르텐사이트 또는 베이나이트 입계 또는 입내에 오스테나이트가 전혀 생성되지 않아 본 발명에서 추구하는 잔류오스테나이트를 확보할 수 없다 (바람직하게는 Ac1 + 10℃ 이상, 보다 바람직하게는 Ac1 + 20℃ 이상). Ac3 초과에서는 오스테나이트로의 C와 Mn의 농화가 충분치 않아 잔류오스테나이트 안정성이 떨어져 원하는 충분한 잔류오스테나이트를 확보하기 어려워 강도는 상승되지만 충분한 연신율을 확보하기 어렵기 때문에 그 상한을 Ac3로 한다(바람직하게는 Ac3 - 10℃이하, 보다 바람직하게는 Ac3 - 20℃이하).
상기 유지시간이 10000초를 초과되면 생산성이 저하될 뿐만 아니라, 열처리 전 마르테사이트가 분해되어 충분한 강도를 확보하기 어렵기 때문에 그 상한을 10000초로 한다.
이후, 온간프레스 성형을 실시한 후 냉각한다. 이때 냉각속도의 범위를 특별히 한정하는 것은 아니나, 바람직하게는 1~1000℃/s의 냉각속도로 행하는 것이 바람직하다. 냉각속도가 1℃/s 미만에서는 충분한 부재 생산성을 확보하기 어려울 뿐만 아니라, 냉각속도를 제어하기 위한 설비가 추가로 필요하므로 제조비용이 상승하고, 냉각속도가 1000℃/s 초과하게 되면, 충분한 급냉을 위한 설비가 필요할 뿐만 아니라, 상기 온간프레스 성형 부재의 조직 확보에 도움이 되지 않는다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 하기 실시예는 본 발명의 이해를 위한 것일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.
(실시예)
하기 표 1의 조성을 만족하는 강 슬라브를 진공용해하고, 가열로에서 재가열온도 1200℃에서 1시간동안 가열하고 열간압연을 실시하였다. 이때 열간압연은 900℃에서 종료하였으며, 노냉온도는 680℃로 하여 열연강판을 제조하였다. 이렇게 제조된 열연강판에 대하여 온간프레스 성형을 모사하여 실시하였다.
한편, 상기 열연강판을 이용하여 산세를 실시하여 산세된 열연강판을 준비하고, 냉간압하율 50%로 냉연강판을 제조하였다. 특히, 강종 M과 N은 냉간압연 후 상소둔 열처리를 실시하였다. 상기 상소둔 열처리 조건은 30℃/h로 승온하고, 600℃에서 10시간 유지한 후 30℃/h의 냉각속도로 냉각하였다. 한편, 상기 상소둔 처리하지 않은 경우에는 연속소둔을 실시하였으며, 연속소둔은 780℃의 온도로 행하였다.
또한, 상기 산세된 열연강판 및 냉연강판에 Zn도금 또는 Al도금을 행하여, 도금강판도 함께 제조하였으며, 상기 Zn도금 또는 Al도금은 소둔온도 780℃에서 열처리 한 후 각각 Zn 및 Al도금욕에 침적하여 제조하였다.
이렇게 제조된 산세된 열연강판, 냉연강판 및 도금강판을 이용하여 온간프레스 성형 공정의 열처리 조건을 모사하여 실시하였다. 열처리 조건은 표 2에 나타내었으며, 이때 승온속도는 3℃/s로 하였다.
상기와 같이 온간프레스 성형 공정이 모사된 강판을 JIS Z 2201 5호 인장시험편을 이용하여 기계적 성질을 측정하였다. 또한, 잔류 오스테나이트 분율을 측정하였는 바, 상기 잔류오스테나이트 분율은 X선 회절시험으로부터 얻어진 오스테나이트 (200), (220), (311) 피크의 면적과 페라이트 (200), (211) 피크의 면적을 구하여 수학식 1의 5 피크 방법으로 계산하였다. 상기 관계식에서 Vγ는 오스테나이트 분율, Iα는 페라이트의 피크 면적 및 Iγ는 오스테나이트 피크 면적을 나타낸다.
Figure 112011087715947-pat00001
이로부터 얻어진 최종 강판의 기계적 성질과 잔류오스테나이트 분율을 표 2에 나타내었다.
강종 C Si Mn P S Al N 기타 비고
A 0.08 0.1 5.1 0.014 0.003 0.04 0.004 - 발명강
B 0.07 0.1 7.0 0.012 0.004 0.03 0.003 - 발명강
C 0.07 0.1 10.0 0.014 0.003 0.02 0.004 - 발명강
D 0.15 1.56 6.1 0.010 0.005 2.29 0.004 - 발명강
E 0.16 0.1 5.0 0.014 0.003 0.04 0.004 B: 0.0026 발명강
F 0.31 0.1 5.0 0.014 0.003 0.03 0.004 Ti: 0.02 발명강
G 0.32 1.6 5.0 0.014 0.003 0.04 0.004 Nb: 0.03 발명강
H 0.16 0.1 6.9 0.013 0.003 0.03 0.003 Zr: 0.05 발명강
I 0.30 0.1 6.9 0.013 0.003 0.03 0.003 W: 0.04 발명강
J 0.30 0.7 6.9 0.013 0.003 0.03 0.003 Cr: 0.3 발명강
K 0.29 0.6 7.1 0.015 0.004 0.05 0.005 Mo: 0.05 발명강
L 0.03 0.1 9.1 0.013 0.003 0.02 0.004 Cu: 0.05 발명강
M 0.04 0.1 9.5 0.015 0.003 0.05 0.004 Ni: 0.11 발명강
N 0.15 0.1 9.9 0.014 0.002 0.01 0.004 V: 0.05 발명강
O 0.14 0.1 9.8 0.015 0.005 0.11 0.005 Sb: 0.05 발명강
P 0.02 0.1 14.2 0.014 0.003 0.04 0.004 Sn: 0.04 발명강
Q 0.23 0.2 1.3 0.011 0.003 0.03 0.005 Cr: 0.17, Ti: 0.03, B: 0.0026 비교강
R 0.28 1.5 1.5 0.010 0.003 0.02 0.007 Nb: 0.05, B: 0.003 비교강
강종 품종 열처리조건 기계적성질 잔류오스테나이트분율(%) 비고
온도(℃) 시간(초) 냉각속도(℃/초) TS(MPa) El(%)
A CR 700 300 45 1054 17 7.3 발명예
Zn 700 300 5 1031 18 7.8 발명예
Zn 850 300 45 1201 6 2.1 비교예
B CR 650 300 45 1124 20 9.0 발명예
C HR 500 300 45 1356 15 13.4 발명예
Al 600 300 45 1330 19 20.6 발명예
D CR 740 300 45 1042 31 16.9 발명예
E CR 700 300 45 1127 14 11.6 발명예
F CR 700 300 45 1297 13 9.6 발명예
G Zn 700 300 45 1102 27 10.9 발명예
H CR 600 300 45 1121 20 16.7 발명예
Zn 650 300 5 1249 26 16.8 발명예
I CR 650 300 45 1206 28 18.8 발명예
J CR 650 300 45 1189 23 28.1 발명예
K CR 650 300 45 1236 21 25.6 발명예
L Zn 500 300 45 1052 16 6.9 발명예
M CR 500 300 45 1063 18 8.1 발명예
N CR 500 300 45 1491 18 18.3 발명예
CR 600 300 45 1428 17 22.8 발명예
O CR 600 300 45 1436 17 21.5 발명예
P Zn 550 300 45 1015 26 31.4 발명예
Q Al 600 300 45 541 22 0.5 비교예
Al 900 300 45 1629 6 0.3 비교예
R CR 750 300 45 786 21 1.7 비교예
CR 850 300 45 1899 7 0.7 비교예
상기 발명 조성에 해당하는 강종 A 내지 P의 경우에는 최종 제품에서의 잔류오스테나이트 분율이 3% 이상으로서 우수한 연신율을 보이는 반면, 비교강 Q와 R의 경우에는 어떠한 열처리온도에서도 잔류오스테나이트 분율이 3% 미만으로서 열위한 연신율을 보인다.
한편, A강종에서 온간프레스 성형시 열처리온도를 Ac3 이상인 850℃로 하는 경우 강도는 높아지는 반면 충분한 잔류오스테나이트를 확보할 수 없어 연신율은 하락하는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (16)

  1. 중량%로, C: 0.01~0.5%, Si: 3.0%이하(0은 제외), Mn: 3~15%, P: 0.0001~0.1%, S: 0.0001~0.03%, Al: 3.0%이하(0은 제외), N: 0.03%이하(0은 제외), Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 온간프레스 성형용 강판으로서,
    상기 강판의 미세조직은 마르텐사이트, 베이나이트 또는 이들의 합이 30부피% 이상인 온간프레스 성형용 강판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 강판은 추가적으로, Cr, Mo 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종이상이 0.001~2.0% 포함된 온간프레스 성형용 강판.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 강판은 추가적으로 Ti, Nb, Zr 및 V으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상이 0.001~0.4% 포함된 온간프레스 성형용 강판.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 강판은 추가적으로 Cu 또는 Ni의 1종 이상이 0.005~2.0% 포함된 온간프레스 성형용 강판.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 강판은 추가적으로 Sb 또는 Sn의 1종 이상이 0.0001~1.0% 포함된 온간프레스 성형용 강판.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 강판은 추가적으로 B: 0.0001~0.01%를 포함하는 온간프레스 성형용 강판.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 강판은 열연강판, 냉연강판, Zn계 도금강판 및 Al계 도금강판 중 어느 하나인 온간프레스 성형용 강판.
  8. 삭제
  9. 중량%로, C: 0.01~0.5%, Si: 3.0%이하(0은 제외), Mn: 3~15%, P: 0.0001~0.1%, S: 0.0001~0.03%, Al: 3.0%이하(0은 제외), N: 0.03%이하(0은 제외), Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1000~1400℃의 온도로 가열하는 단계;
    상기 가열된 강 슬라브를 열간압연하고, Ar3~1000℃의 온도에서 마무리 열간압연하는 단계; 및
    상기 열간압연 후 Ms 온도 초과 800℃ 이하에서 권취하여 열연강판을 제조하는 단계
    를 포함하는 온간프레스 성형용 강판의 제조방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 열연강판을 상소둔 하는 단계: 및
    상기 상소둔 후 냉간압연하여 냉연강판을 제조하는 단계
    를 포함하는 온간프레스 성형용 강판의 제조방법.
  11. 청구항 9 또는 10에 있어서,
    추가적으로 Zn계 또는 Al계 도금을 행하여 도금강판을 제조하는 단계를 포함하는 온간프레스 성형용 강판의 제조방법.
  12. 중량%로, C: 0.01~0.5%, Si: 3.0%이하(0은 제외), Mn: 3~15%, P: 0.0001~0.1%, S: 0.0001~0.03%, Al: 3.0%이하(0은 제외), N: 0.03%이하(0은 제외), Fe 및 불가피한 불순물을 포함하고,
    온간프레스 성형 및 냉각 후 미세조직이 잔류오스테나이트가 부피분율로 5~50%를 포함하고, 나머지는 페라이트, 마르텐사이트, 템퍼드 마르텐사이트 및 베이나이트 중 1종 이상인 온간프레스 성형 부재.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 온간프레스 성형 부재의 인장강도는 1000MPa 이상이고, 연신율은 10%이상인 온간프레스 성형 부재.
  14. 중량%로, C: 0.01~0.5%, Si: 3.0%이하(0은 제외), Mn: 3~15%, P: 0.0001~0.1%, S: 0.0001~0.03%, Al: 3.0%이하(0은 제외), N: 0.03%이하(0은 제외), Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 강판에 대해 온간프레스 성형을 행하는 단계; 및
    상기 온간프레스 성형 후 냉각하는 단계를 포함하고,
    상기 온간프레스 성형은 1~1000℃/초의 승온속도로 Ac1~Ac3℃의 온도범위까지 가열하고, 상기 가열 후 1~10000초간 온도를 유지하는 열처리를 포함하는 온간프레스 성형 부재의 제조방법.
  15. 청구항 14에 있어서,
    상기 온간프레스 성형은 상기 열처리 후 성형하거나, 성형 후 상기 열처리하여 행하는 온간프레스 성형 부재의 제조방법.
  16. 청구항 14 또는 15에 있어서,
    상기 냉각은 1~1000℃/초의 냉각속도로 행하는 온간프레스 성형 부재의 제조방법.
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