KR101688363B1

KR101688363B1 - 핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판 및 강 부품의 제조 방법

Info

Publication number: KR101688363B1
Application number: KR1020157030098A
Authority: KR
Inventors: 다케시 미노와; 다케시 고지마; 히로시 이리에
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2014-04-22
Publication date: 2016-12-20
Also published as: MX2015014795A; EP2990501A4; US10406780B2; CN105189806A; US20160067947A1; BR112015027077B1; JP2014224311A; EP2990501A1; KR20150131386A; ES2715106T3; TR201904325T4; CN108977642B; WO2014175256A1; JP5852690B2; CN108977642A; EP2990501B1; BR112015027077A2

Abstract

소지 강판이 Si를 0.7% 이상 포함하고, 스폿 용접부의 접합 강도가 우수하며, 또한 핫 스탬핑 공정을 거의 제약하지 않더라도 핫 스탬핑 및 도장 후의 도막 밀착성이 우수한 핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판을 제공한다. 해당 합금화 용융 아연도금 강판은, 질량%로, 소지 강판이 C: 0.10∼0.5%, Si: 0.7∼2.5%, Mn: 1.5∼3% 및 Al: 0.01∼0.5%를 함유하는 합금화 용융 아연도금 강판으로서, 도금층 중의 Mn 농도가 0.20% 이상임과 더불어, 도금 부착량이 75g/m² 이하이며, 또한 도금층과 소지 강판의 계면의 산소 농도가 0.50% 이하인 점에 특징을 갖는다.

Description

핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판 및 강 부품의 제조 방법{ALLOYED HOT-DIP GALVANIZED STEEL SHEET FOR HOT STAMPING USE, AND METHOD FOR MANUFACTURING STEEL PART}

본 발명은 핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판 및 강 부품의 제조 방법에 관한 것이다. 바람직하게는 주로 자동차 차체에 적용되는 박(薄)강판 성형품의 분야에서 적합하게 이용되는 핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판과, 해당 합금화 용융 아연도금 강판을 이용한 강 부품의 제조 방법에 관한 것이다. 한편, 이하에서는, 상기 강 부품을 「핫 스탬핑 성형품」 또는 간단히 「부품」이라고 하는 경우가 있다.

최근에는, 고강도화와 복잡한 형상의 양립이 가능한 기술로서, 강판(열간 압연에 산세(酸洗)를 실시하여 얻어지는 열연 산세 강판이나, 냉연 강판, 이들을 소지(素地) 강판으로 한 도금 강판)을 고온에서 프레스하여 제조하는 핫 스탬핑 기술이 제안되고 있다. 핫 스탬핑은 열간 성형, 핫 프레스 등으로도 불리고 있고, 상기 강판을 오스테나이트 + 페라이트의 온도역(Ac₁ 변태점) 이상의 고온으로 가열하여, 프레스 가공하는 방법이다. 핫 스탬핑법에 의하면, 고강도이면서 복잡한 형상의 자동차용 부품이 얻어진다.

특허문헌 1에는, 상기 핫 스탬핑법에 이용되는 강판으로서, 열연 산세 강판이나 냉연 강판이 개시되어 있다. 해당 열연 산세 강판이나 냉연 강판의 Si량을 0.7% 이상으로 높이는 것에 의해서, 스폿 용접부의 접합 강도(「스폿 용접부의 용접 강도」라고도 한다. 이하 동일)가 향상된다는 것이 나타나 있다. 또한 특허문헌 1에는, Ti와 N의 관계를 적절히 제어하여 B를 고용시킨 상태로 존재시키면, Si량의 증가에 의한 열간 성형성의 열화가 억제된다는 것이 개시되어 있다.

자동차용 부품을 프레스 성형하여 제조하는 경우, 해당 프레스 성형에 제공하는 강판으로서, 전술한 열연 산세 강판이나 냉연 강판이 이용되는 것 외에, 내식성 향상의 관점에서 이들 강판에 도금을 실시한 도금 강판도 사용된다. 도금 강판은 주로 아연계 도금 강판과 Al계 도금 강판으로 대별되는데, 내식성 등을 고려하여 아연계 도금 강판이 범용되고 있다.

상기 아연계 도금 강판의 도금층을 구성하는 아연은 융점이 419℃, 비점이 907℃여서, 핫 스탬핑을 행하는 온도역에서는 액상 또는 기상이 된다. 핫 스탬핑 공정에서는, 대기 중에서 가열을 행하는 것이 일반적이기 때문에, 상기 액상 또는 기상의 상태에 있는 활성인 아연이 산화되기 쉬워, 강판 표면에 산화 아연(산화막)이 생기기 쉽다.

자동차용 부품은 핫 스탬핑 후, 화성 처리 및 전착 도장을 실시하여 얻어지는데, 핫 스탬핑 공정에서 소지 강판의 표면에 산화 아연(산화막)이 두껍게 형성되면, 상기 도장에 의해 형성된 도막이 벗겨지기 쉽다(도막 밀착성이 저하된다)는 것과 같은 문제가 생긴다.

이 문제를 회피하는 수법으로서, 특허문헌 2에서는 다음 기술이 개시되어 있다. 즉, 핫 스탬핑 후의 화성 처리에 있어서, Ti, Zr, Si 등을 포함하는 산화 피막을 형성하는 것에 의해서 도막 밀착성을 향상시킨 기술이 나타나 있다. 그러나, 이와 같은 화성 처리는 일반적인 인산염 처리와는 상이하기 때문에, 처리액을 변경할 필요가 있는 등 제조 공정에 제약이 가해져, 바람직하지 않다. 또한, 특허문헌 2의 기술은 가열로를 두 개 이용함으로써 핫 스탬핑 공정의 가열 온도의 제어·가열 시간을 단축하고, 이에 의해 아연 산화막의 성장을 제어하고 있다. 그러나, 핫 스탬핑 공정에서는 통상 1대의 가열로를 사용하는 바, 상기 기술에서는 2대의 가열로가 필요해지기 때문에, 설비·제조 공정에 있어서의 비용 증가를 초래한다. 또한, 특허문헌 2에 개시된 소지 강판은 Si 농도가 0.5% 이하여서, 스폿 용접부의 높은 용접 강도가 얻어지지 않는다는 것과 같은 문제가 있다.

일본 특허공개 2007-169679호 공보 일본 특허공개 2007-56307호 공보

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것으로서, 그 목적은, Si를 0.7% 이상 포함하여 스폿 용접부의 접합 강도가 우수한 합금화 용융 아연도금 강판을 핫 스탬핑에 이용한 경우에, 핫 스탬핑 공정을 거의 제약하지 않더라도 핫 스탬핑 및 도장 후의 도막 밀착성이 우수한 핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판을 제공하는 것에 있다. 나아가서는, 상기 합금화 용융 아연도금 강판을 이용한 강 부품의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판은, 질량%로, 소지 강판이 C: 0.10∼0.5%, Si: 0.7∼2.5%, Mn: 1.5∼3% 및 Al: 0.01∼0.5%를 함유하는 합금화 용융 아연도금 강판으로서, 도금층 중의 Mn 농도가 0.20% 이상임과 더불어, 도금 부착량이 75g/m² 이하이며, 또한 도금층과 소지 강판의 계면의 산소 농도가 0.50% 이하인 점에 특징을 갖는다. 상기 도금 부착량은 편면당 도금 부착량을 말한다(이하 동일).

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 소지 강판은, 질량%로, 추가로 B를 0% 초과 0.005% 이하 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 소지 강판은, 질량%로, 추가로 Ti를 0% 초과 0.10% 이하 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 소지 강판은, 질량%로, 추가로 Cr 및 Mo 중 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 2.5% 이하 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 소지 강판은, 질량%로, 추가로 Nb, Zr 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소를 합계로 0% 초과 0.1% 이하 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시형태에 있어서, 상기 소지 강판은, 질량%로, 추가로 Cu 및 Ni 중 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 1% 이하 포함한다.

본 발명에는, 상기 합금화 용융 아연도금 강판을 이용하여, 핫 스탬핑을 행하는 것을 특징으로 하는 강 부품의 제조 방법도 포함된다.

본 발명에 의하면, 강 중 Si 농도가 0.7% 이상이기 때문에 스폿 용접부의 접합 강도가 우수하고, 또한 핫 스탬핑 공정을 거의 제약하지 않고서 핫 스탬핑 및 도장 후의 도막 밀착성이 우수한 핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판을 제공할 수 있다.

도 1a는 실시예에 있어서의 표 2의 실험 No. 3의 글로우 방전 발광 분광 분석(GD-OES, Glow Discharge-Optical Emission Spectroscopy) 결과를 나타내는 도면이다.
도 1b는 실시예에 있어서의 표 2의 실험 No. 9의 글로우 방전 발광 분광 분석(GD-OES) 결과를 나타내는 도면이다.

본 발명자들은, 소지 강판의 Si량을 0.7% 이상으로 높이는 것에 의해서 스폿 용접부의 접합 강도 향상을 도모한 합금화 용융 아연도금 강판으로서, 핫 스탬핑 및 도장 후의 도막 밀착성이 우수한 합금화 용융 아연도금 강판을 얻기 위해 검토를 거듭해 왔다. 그 결과,

(A) 도금층 중의 Mn 농도를 높이는 것;

(B) 도금 부착량을 일정 이하로 억제하는 것; 및

(C) 도금층과 소지 강판의 계면의 산화물을 억제하는 것(계면 산소 농도를 일정 이하로 억제하는 것);

이 대단히 유효하다는 것을 발견했다. 이하, 상기 (A)∼(C)의 요건에 대하여, 본 발명에 상도한 경위를 포함해서 하기에 상술한다. 한편, 상기 소지 강판은 열연 산세 강판 또는 냉연 강판을 말한다. 이하 동일하다.

우선 본 발명자들은, 핫 스탬핑 및 도장 후의 도막 밀착성이 열화되는 원인에 대하여 조사한 바,

(i) 핫 스탬핑 공정의 가열 시에, 도금층의 표면(대기와 접하는 측의 면)에 형성된 표층 산화물(Si, Mn, Fe, Zn 등의 소지 강판 중 또는 도금층 중의 성분의 단일 산화물 또는 복합 산화물을 가리킨다. 이하 동일)이 도금층과 밀착성이 낮은 것;

(ii) 특히 상기 표층 산화물의 성장이 진행되는 것에 의해서, 해당 표층 산화물(층)과 도금층 사이에 공극이 발생하고, 이 공극이 밀착성을 보다 저하시키고 있는 것;

이 원인인 것을 밝혀냈다.

그래서, 핫 스탬핑 공정의 가열 시에 표층 산화물의 성장을 억제함과 더불어, 생성된 표층 산화물과 도금층의 밀착성을 높이는 수단에 대하여 예의 연구를 행했다. 그 결과, 핫 스탬핑 공정의 가열 시에, 도금층의 대기와 접하는 측의 표층부(이하 「도금 표층부」라고 하는 경우가 있음)로 확산되어 온 Mn이, 표층 산화물의 성장을 억제하는(즉, 표층 산화물로서, 성장 속도가 느린 Mn 함유 산화물이 형성되는) 효과;를 발휘함과 더불어, 생성된 표층 산화물과 도금층의 밀착성을 높이는 효과;를 발휘하여, 도막 밀착성을 향상시킨다는 것을 발견했다.

더욱이 이 작용 효과를 충분히 실현시키기 위해서는, 핫 스탬핑 공정의 가열 시, 표층 산화물이 다량으로 생성·성장되기 전에, 도금 표층부에 Mn이 존재(도달)해 있을 필요가 있다. 본 발명자들은 그를 위한 구체적 수단으로서, 상기 (A)와 같이, 도금층 중에 미리 Mn을 일정 이상 존재시키는 것을 발견했다.

Mn은 소지 강판에 포함되는 성분이지만, 소지 강판 중의 Mn을 도금 표층부에 도달시키기 위해서는, 가열 시간을 길게 할 필요가 있다. 그러나 핫 스탬핑 공정의 가열 시간이 길어지면, 소지 강판 중의 Mn이 도금 표층부에 도달하기 전에, 도금층과의 밀착성이 낮은 표층 산화물이 생성·성장된다. 따라서 상기와 같이, 도금층 중에 미리 Mn을 일정 이상 존재시켜, 핫 스탬핑 공정의 가열 시에, 도금 표층부로 신속하게 또한 다량의 Mn을 확산시키는 것이 유효하다.

본 발명자들은 나아가, 상기 효과를 발현시키기 위한 도금층 중의 Mn 농도에 대하여 검토했다. 그 결과, 해당 Mn 농도(질량%)를 0.20% 이상으로 하면, 우수한 도막 밀착성이 얻어진다는 것을 알 수 있었다. 상기 도금층 중의 Mn 농도는, 바람직하게는 0.22% 이상, 보다 바람직하게는 0.24% 이상, 더 바람직하게는 0.30% 이상, 보다 더 바람직하게는 0.35% 이상이다. 한편, 본 발명에 있어서의 소지 강판의 성분 조성이나 후술하는 제조 조건을 감안하면, 상기 도금층 중의 Mn 농도의 상한은 대략 2.0%가 된다.

상기 도금층 중의 Mn은 도금층 중에 고용 상태(고용 Mn의 상태)로 존재해 있는 것이 바람직하다. 상기 작용 효과는 산화물 등의 화합물 상태의 Mn이 아니라, 고용 상태의 Mn에 의해서 발휘되는 것으로 생각되기 때문이다.

상기와 같이 도금층 중의 Mn 농도를 높이기 위해서는, 후술하는 바와 같이, 강 중 Mn 농도 및 도금 전의 환원 소둔 조건(환원성 분위기 하에서의 소둔 온도(균열(均熱) 온도) 및 소둔 시간(균열 시간))을 적절히 제어하는 것이 추천된다.

또한, 표층 산화물의 성장을 억제하기 위해서는, 하기에 설명하는 바와 같이, (B) 도금 부착량을 일정 이하로 제어할 것도 필요하다.

핫 스탬핑 공정의 가열 시에는, 전술한 도금 표면의 산화가 생김과 더불어, 소지 강판으로부터 도금층으로 합금 성분이 확산되어 도금층의 합금화가 진행된다. 통상, 도금층의 합금화가 진행되면 도금층의 융점은 상승하기 때문에, 전술한 아연의 액상화(용융 아연의 형성)가 억제되고, 그 결과, 산화 아연(산화막)의 형성도 억제된다. 그러나, 도금층의 부착량(도금 부착량)이 많아지면, 소지 강판으로부터 도금 표층부까지 합금 성분이 충분히 확산되지 않고, 즉 합금화가 진행되지 않고, 그 결과, 도금 표층부에 용융 아연이 생겨, 산화 아연(산화막)의 형성이 촉진된다는 것과 같은 문제가 생긴다.

그래서 본 발명에서는, 도금 부착량을 일정 이하로 제어하여, 핫 스탬핑 공정에서 생기는 용융 아연량을 감소시켜, 표층 산화물의 생성·성장을 억제한다. 구체적으로는, 도금 부착량을 75g/m² 이하로 한다. 도금 부착량의 바람직한 상한은 70g/m² 이하, 나아가서는 68g/m² 이하, 나아가서는 65g/m² 이하, 나아가서는 63g/m² 이하, 나아가서는 60g/m² 이하, 나아가서는 58g/m² 이하, 나아가서는 55g/m² 이하이며, 가장 바람직하게는 50g/m² 이하이다. 상기 표층 산화물의 생성·성장을 억제하는 관점에서는, 합금화 용융 아연도금층의 부착량은 적은 편이 바람직하다. 그러나, 도금층 본래의 역할인 우수한 내식성을 충분히 발휘시키는 관점에서, 상기 도금 부착량은 30g/m² 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 35g/m² 이상, 더 바람직하게는 40g/m² 이상, 보다 더 바람직하게는 45g/m² 이상이다.

나아가, 상기 소지 강판으로부터 도금층으로의 합금 성분의 확산을 촉진시키기 위해서는, (C) 도금층과 소지 강판의 계면에, 상기 합금 성분 확산의 장벽이 되는 산화물(이하 「계면 산화물」이라고 하는 경우가 있음)이 최대한 존재하지 않도록 하는 것이 좋다. 본 발명에서는, 상기 계면 산화물의 양을 정량적으로 파악하기 위해, 후술하는 실시예에서 구하는 바와 같이, 해당 도금층과 소지 강판의 계면의 산소 농도(이하 「계면 산소 농도」라고 하는 경우가 있음)를, 계면 산화물량의 평가 지표에 이용하는 것으로 했다. 그리고, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이, 우수한 도막 밀착성을 확보하기 위해서는, 해당 계면 산소 농도(질량%)를 0.50% 이하로 하면 된다는 것을 발견했다. 상기 계면 산소 농도는, 바람직하게는 0.48% 이하, 보다 바람직하게는 0.46% 이하이다. 한편, 생산성 등의 관점에서, 상기 계면 산소 농도의 하한치는 대략 0.10% 정도가 된다. 상기 계면 산소 농도는 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 구해진다.

상기 계면 산소 농도를 0.50% 이하로 하기 위해서는, 후술하는 바와 같이, 소둔 조건을 적절히 제어하는 것이 추천된다.

본 발명의 합금화 용융 아연도금 강판은 상기 구성의 도금층을 소지 강판의 적어도 편면에 갖는다.

다음으로, 본 발명의 합금화 용융 아연도금 강판의 소지 강판의 성분 조성에 대하여 설명한다. 본 발명에서 이용하는 원판(소지 강판)의 성분 조성은, 스폿 용접부의 접합 강도를 높이기 위해, Si량을 0.7% 이상으로 하는 것을 전제로 하는 것이다. 또한 상기 성분 조성은, 상기 도금층 중의 Mn 농도를 일정 이상으로 하기 위해, 하기에 나타내는 바와 같이, 강 중 Mn량을 일정 이상으로 한다는 점에 특징이 있다.

[C: 0.10∼0.5%]

C는 고용 강화 원소로서, 핫 스탬핑 후의 강판, 즉 강 부품의 고강도화에 기여하는 원소이다. 핫 스탬핑에 의해, 희망하는 980MPa 이상의 고강도를 얻기 위해서, C량을 0.10% 이상으로 한다. C량은, 바람직하게는 0.13% 이상, 보다 바람직하게는 0.15% 이상, 더 바람직하게는 0.17% 이상이다. 그러나, C량이 과잉이 되면, 핫 스탬핑 성형품의 용접성이 저하되기 때문에, C량은 0.5% 이하로 한다. C량은, 바람직하게는 0.40% 이하, 보다 바람직하게는 0.35% 이하, 더 바람직하게는 0.30% 이하이다.

[Si: 0.7∼2.5%]

Si는 핫 스탬핑 성형품의 스폿 용접부의 접합 강도 향상에 기여하는 원소이다. 또한 Si는, 핫 스탬핑으로 성형한 후의 서냉 공정에서의 뜨임을 방지하여 부품의 강도를 유지하는 효과를 갖고 있다. 게다가 Si는, 잔류 오스테나이트를 생성하여 부품의 연성 향상에도 기여하는 원소이다. 이들 효과를 유효하게 발휘시키기 위해, Si량을 0.7% 이상으로 한다. Si량은, 바람직하게는 0.75% 이상이며, 보다 바람직하게는 0.80% 이상, 더 바람직하게는 0.90% 이상, 보다 더 바람직하게는 1.0% 이상이다. 그러나, Si량이 과잉이 되면, 강도가 지나치게 높아져 소지 강판 제조 시의 압조 부하가 증대된다. 나아가서는, 열간 압연 시에 소지 강판 표면에 SiO₂를 포함하는 스케일이 발생하여, 도금 후의 강판의 표면 성상이 악화된다. 따라서 Si량은 2.5% 이하로 한다. Si량은, 바람직하게는 2.3% 이하이며, 보다 바람직하게는 2.1% 이하이다.

[Mn: 1.5∼3%]

Mn은 전술한 도금층 중의 Mn 농도를 일정 이상으로 하여 우수한 도막 밀착성을 확보하기 위해서 필요한 원소이다. 도금층 중의 Mn 농도를 일정 이상으로 하기 위해서는, 도금 강판 제조 시의 합금화 과정에서, 소지 강판으로부터 도금층으로 Mn을 충분히 확산시킬 필요가 있다. 소지 강판 중의 Mn량을 높이는 것에 의해서, 상기 Mn의 확산을 촉진할 수 있어, 도금층 중의 Mn 농도를 보다 효율적으로 높일 수 있다. 또한 Mn은, 담금질성을 높여, 핫 스탬핑 성형품의 고강도 편차를 억제하기 위해서 유용한 원소이기도 하다. 이들 효과를 충분히 발휘시키기 위해, Mn량을 1.5% 이상으로 한다. Mn량은, 바람직하게는 1.7% 이상, 보다 바람직하게는 1.9% 이상, 더 바람직하게는 2.1% 이상이다. 한편, Mn량이 과잉이 되면, 강도가 지나치게 높아져 소지 강판 제조 시의 압연 부하가 증대되기 때문에, Mn량을 3% 이하로 한다. Mn량은, 바람직하게는 2.8% 이하, 보다 바람직하게는 2.5% 이하이다.

[Al: 0.01∼0.5%]

Al은 탈산을 위해서 필요한 원소이며, 그 때문에, Al량을 0.01% 이상으로 한다. Al량은 바람직하게는 0.03% 이상이다. 그러나, Al량이 과잉이 되면 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라, 알루미나 등의 개재물이 증가하여 가공성이 열화된다. 따라서 Al량을 0.5% 이하로 한다. Al량은 바람직하게는 0.3% 이하이다.

본 발명의 핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판을 구성하는 소지 강판은 상기 성분을 기본적으로 포함하고, 잔부: 철 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로서는, 예컨대 P, S, N 등을 들 수 있다.

P는 스폿 용접부의 접합 강도에 악영향을 미치는 원소이다. P량이 과잉이면, 스폿 용접으로 형성되는 너깃(nugget)의 최종 응고면에 편석하여 너깃이 취화되어, 접합 강도가 저하된다. 따라서 P량은 0.02% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.015% 이하이다.

S도 P와 마찬가지로, 스폿 용접부의 접합 강도에 악영향을 미치는 원소이다. S량이 과잉이면, 너깃 내의 입계 편석에 의한 입계 파괴가 조장되어, 스폿 용접부의 접합 강도가 저하된다. 따라서 S량은 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.008% 이하이다.

N은 B와 결합하여 고용 B량을 감소시켜, 담금질성에 악영향을 준다. 또한 N량이 과잉이면, 질화물의 석출량이 증대되어, 인성에 악영향을 준다. 그래서 N량은 0.01% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.008% 이하이다. 한편, 제강상의 비용 등을 고려하면, N량은 통상 0.001% 이상이다.

본 발명에서는, 상기 성분 외에, 추가로 하기의 선택 원소를 필요에 따라 첨가할 수 있다.

[B: 0% 초과 0.005% 이하]

B는 강재의 담금질성을 향상시키는 원소이다. 이 효과를 발휘시키기 위해서는, B를 0.0003% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. B량은 보다 바람직하게는 0.0005% 이상, 더 바람직하게는 0.0010% 이상이다. 한편, B량이 0.005%를 초과하면, 핫 스탬핑 성형품 중에 조대한 붕화물이 석출되어 성형품의 인성이 열화된다. 따라서 B량은 0.005% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.004% 이하이다.

[Ti: 0% 초과 0.10% 이하]

Ti는 N을 고정하고, B에 의한 담금질 효과를 확보하는 역할을 가지는 원소이다. 또한 Ti는, 조직을 미세화하는 효과도 아울러 가진다. 조직이 미세화됨으로써 부품 연성이 향상된다. 이러한 작용을 충분히 발휘시키기 위해, Ti량은 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.02% 이상이다. 그러나, Ti량이 과잉이면, 강판의 연성이 열화되기 때문에, Ti량을 0.10% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.07% 이하이다.

[Cr 및 Mo 중 적어도 1종의 원소: 합계로 0% 초과 2.5% 이하]

Cr 및 Mo는 소지 강판의 담금질성을 향상시키기 위해서 유효한 원소이며, 이들 원소를 함유시키는 것에 의해서, 핫 스탬핑 성형품에 있어서의 경도 격차의 저감을 기대할 수 있다. 이들 원소는 단독으로 첨가해도 되고, 2종류를 병용해도 된다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 이들 원소의 합계량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 합계량은 단독으로 포함할 때는 단독의 양이며, 2종류를 병용할 때는 합계량을 말한다. 상기 합계량은 보다 바람직하게는 0.05% 이상, 더 바람직하게는 0.10% 이상이다. 그러나, 이들 합계량이 과잉이 되면, 상기 효과가 포화됨과 더불어, 비용도 상승하기 때문에, 그의 상한을 2.5% 이하로 하는 것이 바람직하다. 상기 합계량은, 나아가서는 2.2% 이하, 나아가서는 1.9% 이하, 나아가서는 1.6% 이하, 나아가서는 1% 이하, 나아가서는 0.5% 이하, 가장 바람직하게는 0.3% 이하이다.

[Nb, Zr 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0% 초과 0.1% 이하]

Nb, Zr, V는 조직을 미세화하는 효과를 갖고 있으며, 조직이 미세화됨으로써 부품의 연성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이와 같은 효과를 유효하게 발휘시키기 위해서는, 이들 원소의 합계량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.02% 이상이다. 상기 합계량은 단독으로 포함할 때는 단독의 양이며, 2종류를 병용할 때는 합계량을 말한다. 그러나, 이들 원소의 합계량이 과잉이 되면, 그의 효과가 포화되고 비용의 상승을 초래하기 때문에, 그의 상한을 0.1% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05% 이하이다.

[Cu 및 Ni 중 적어도 1종의 원소: 합계로 0% 초과 1% 이하]

Cu 및 Ni는 핫 스탬핑 성형품에 내지연파괴성을 부여하고 싶을 때에, 필요에 따라 첨가되는 원소이다. 이들 원소는 단독으로 첨가해도 되고, 2종류를 병용해도 된다. 이와 같은 작용을 유효하게 발휘시키기 위해서는, 이들 원소의 합계량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상기 합계량은 단독으로 포함할 때는 단독의 양이며, 2종류를 병용할 때는 합계량을 말한다. 상기 합계량은 보다 바람직하게는 0.05% 이상이다. 그러나, 이들의 양이 과잉이 되면, 강판 제조 시에서의 표면 흠집의 발생 원인이 되기 때문에, 그의 상한을 1% 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.5% 이하이다.

본 발명은 상기 합금화 용융 아연도금 강판의 제조 방법까지 규정하는 것은 아니고, 소정 성분의 강을 주조→가열→열간 압연→산세(→필요에 따라, 냉간 압연)→소둔 공정→용융 아연도금 공정→합금화 공정의 공정을 거쳐서 제조할 수 있지만, 상기 도금층 중의 Mn 농도를 전술한 범위 내로 하기 위해서는, 하기에 상술하는 바와 같이, 상기 소둔 공정에 있어서의 소둔(환원성 분위기 하에서의 열처리)의 조건(소둔 온도 및 소둔 시간)을 적절히 제어하는 것이 바람직하다.

이하, 상기 제조 방법을 공정순으로 설명한다.

우선, 상기 성분을 만족하는 강을 주조하여 가열한다. 가열 조건은 특별히 한정되지 않고, 통상 이용되는 조건을 적절히 채용할 수 있지만, 대략 1100∼1300℃의 온도에서 행하는 것이 바람직하다.

이어서, 열간 압연을 행한다. 열간 압연 조건은 특별히 한정되지 않고, 통상 이용되는 조건을 적절히 채용할 수 있다. 바람직한 조건은 대략 이하와 같다.

마무리 압연 온도(FDT, Finisher Delivery Temperature): 800∼950℃

권취 온도(CT, Coiling Temperature): 500∼700℃

상기 열간 압연하여 얻어지는 강판(열연 강판)의 바람직한 판 두께의 상한은 3.5mm 이하이다. 해당 판 두께는, 보다 바람직하게는 3.0mm 이하, 더 바람직하게는 2.5mm 이하이다.

열간 압연한 후, 산세하여, 열연 산세 강판을 제작한다. 이 산세 공정에서는, 산세에 의해, 적어도 열연 스케일을 제거할 수 있으면 된다. 예컨대 열연 후의 권취 온도가 높은 코일에는, 열연 스케일과 소지 강판의 계면 근방에 Si나 Mn의 산화물에 의한 입계 산화층이 형성되어 있는 경우가 있다. 그러나 해당 입계 산화층의 잔존은, 비도금 등의 도금 처리성에 악영향을 미치지 않기 때문에, 당해 산성 공정에 있어서, 반드시 상기 입계 산화층까지 제거할 필요는 없다. 단, 외관이나 조도 등의 표면 성상 안정화의 관점에서는, 상기 입계 산화층을 가능한 한 제거하는 것이 바람직하고, 입계 산화층 제거를 위해서 통상 이용되는 산세 방법을 적절히 채용할 수 있다. 예컨대, 80∼90℃로 가열한 염산 등을 이용하여, 20∼300초 산세하는 것이 바람직하다. 이때, 염산 중에는 적량의 산세 촉진제(예컨대 머캅토기를 갖는 화합물)나 인히비터(예컨대 아민계 유기 화합물)를 가하는 것이 바람직하다.

이렇게 해서 얻어진 열연 산세 강판의 바람직한 두께도 상기 열연 강판과 대략 동일하다.

상기 산세 후, 필요에 따라, 추가로 냉간 압연하여, 냉연 강판을 제작해도 된다. 본 발명의 도금 강판은, 특히 자동차의 경량화 등을 목적으로 해서 자동차 부재에 적합하게 이용되기 때문에, 소지 강판은 치수 정밀도나 평탄도의 관점에서 냉연 강판인 것이 바람직하다.

냉연율은, 공장에서의 생산성 등을 고려하면, 대략 20∼70%의 범위 내로 제어하는 것이 바람직하다. 이렇게 해서 얻어지는 냉연 강판의 바람직한 판 두께의 상한은 2.5mm 이하이다. 상기 판 두께는, 보다 바람직하게는 2.0mm 이하, 더 바람직하게는 1.8mm 이하이다.

이어서, 상기한 바와 같이 해서 얻어진 열연 산세 강판 또는 냉연 강판(이하, 소지 강판으로 대표시키는 경우가 있음)을 환원로 방식의 연속 도금 공정에 회부한다. 일반적으로, 환원로 방식의 용융 아연도금 라인에서 행해지는 공정은 전처리 공정, 소둔 공정, 도금 공정(합금화 처리를 포함함)으로 나뉘어져 있다. 용융 아연도금 라인의 소둔 공정은 통상 환원로와 냉각대로 구성되어 있고, 본 발명에서는, 환원로에 있어서의 소둔 조건(환원성 분위기 하에서의 열처리 온도와 시간)을 후술하는 바와 같이 적절히 제어하는 것이 바람직하다. 물론, 본 발명의 방법은 상기 태양에 한정하는 취지는 아니고, 예컨대 상기 용융 아연도금 라인을 무산화로 방식의 연속 소둔 라인에서 행할 수도 있다. 이하에서는, 상기 태양에 기초하여 설명한다.

우선, 상기 소지 강판에 전처리를 행한다. 전처리는 강판 표면의 오일(유지)이나 오염을 제거하기 위해서 통상 행해지는 것이며, 대표적으로는 알칼리 탈지에 의해서 행해진다. 알칼리 탈지에 이용되는 알칼리는 유지 등을 수용성 비누로서 제거할 수 있는 것이면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 가성 소다나 규산염이 바람직하게 이용된다. 또한, 탈지성을 향상시키기 위해서, 전해 세정, 스크러버 처리, 탈지액 중으로의 계면 활성제·킬레이트제의 첨가 처리를 행할 수도 있다. 본 발명에서는, 강판 표면이 적절히 탈지되면 전처리의 방법은 한정되지 않고, 전술한 처리를 어떻게 조합해도 된다. 전처리로서 알칼리 탈지를 행했을 때에는, 강판에 부착된 탈지액을 떨어뜨리기 위해, 핫 린스(탕세(湯洗))되고, 드라이어 등으로 건조된다.

다음으로, 전처리된 상기 소지 강판을 환원로에 투입하고, 환원로에서 소둔(환원성 분위기 하에서의 열처리)한다. 이때의 소둔 조건으로서, 500∼700℃의 범위(소둔 온도, 「균열 온도」라고도 함)에서의 체재 시간(소둔 시간, 「균열 시간」이라고도 함)을 30∼270초로 하는 것이 바람직하다. 상기 온도역에서의 소둔 처리를 균열 처리라고도 부른다. 소둔 온도의 하한치는, 보다 바람직하게는 530℃ 이상, 더 바람직하게는 560℃ 이상, 보다 더 바람직하게는 600℃ 이상이다. 소둔 온도의 상한치는, 보다 바람직하게는 680℃ 이하, 더 바람직하게는 660℃ 이하이다. 소둔 시간의 하한치는, 보다 바람직하게는 60초 이상, 더 바람직하게는 90초 이상이다. 소둔 시간의 상한치는, 보다 바람직하게는 240초 이하, 더 바람직하게는 210초 이하이다. 한편, 에너지 절약의 관점에서, 환원로에 들어가기 전에, 배기 가스를 이용한 환원성 분위기의 예열로에서 전처리 후의 강판을 예열해도 된다. 이때의 예열 조건은 환원성 분위기이면 특별히 한정되지 않는다.

상기의 소둔 조건은, (1) 이 소둔 공정에서는, 소지 강판 표면에 Si나 Mn이 농화(濃化)되어 Si계 산화물이나 Mn계 산화물(계면 산화물)이 생성되는 것을 억제하여, 후술하는 합금화 처리 공정에서 소지 강판으로부터 도금층으로의 Mn 확산을 촉진시켜, 도금층 중의 Mn 농도를 높인다; 및 (2) 소지 강판 표면에의 Si의 농화(Si계 산화물의 생성)를 억제하고, 소지 강판 표면에 형성되는 극히 얇은 Fe계 산화물을 환원시켜 비도금을 없앤다;는 관점에서, 많은 기초 실험에 의해서 결정되는 것이다.

상기 (1)의 관점에서, 소둔 온도가 상한을 초과하여 지나치게 높거나, 소둔 시간이 지나치게 길면, 소지 강판 표면에 Si계 산화물이나 Mn계 산화물이 표면에 형성되기 쉽다. 이들 산화물이 소지 강판과 도금층 사이에 존재해 있으면, 합금화 과정에서, 소지 강판으로부터 도금층으로의 Mn 확산이 저해된다. 그 결과, 도금층 중의 Mn 농도를 일정 이상 확보하는 것이 곤란해진다. 또한 Mn계 산화물은, 도금 처리 공정 시에 도금층 중에 혼입되었다고 하더라도, 전술한 바와 같이 핫 스탬핑 후의 도막 밀착성 개선에 기여하지 않는다.

상기 (2)의 관점에서는 다음의 것을 말할 수 있다. 즉, 소둔 온도의 상한·하한, 소둔 시간의 상한·하한의 각각이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 비도금이 발생한다. 특히, 소둔 온도가 지나치게 높거나, 소둔 시간이 지나치게 길면, Si계 산화물이 표면에 형성되기 쉬워져, 비도금이 발생하기 쉬워진다. 한편, 소둔 온도가 지나치게 낮거나, 소둔 시간이 지나치게 짧으면, Fe계 산화물이 잔존하기 쉬워져, 역시 비도금이 발생하기 쉬워진다 . 구체적으로는, 상기 소둔 조건은, 비도금이 발생하지 않도록, 소둔 시의 온도와 시간의 밸런스에 의해서 적절히 제어하는 것이 바람직하다. 예컨대, 소둔 온도가 높은 경우에는 소둔 시간을 짧게 할 수 있고, 한편 소둔 온도가 낮은 경우에는 소둔 시간을 길게 할 수 있다.

상기 도금층 중의 Mn 농도를 용이하게 높이는 관점에서는, 소둔 온도를 상기 범위(500∼700℃) 중에서도 낮은 편으로 하는 것이 바람직하다. 예컨대, 상기 소둔 온도를 500∼650℃로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 500∼600℃이다. 또한, 이와 같이 소둔 온도를 낮은 편으로 하는 경우, 소둔 시간은 긴 편으로 하는 것이 바람직하며, 소둔 시간을, 예컨대 45초 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 60초 이상이다.

한편, 핫 스탬핑 용도를 떠나, 일반적으로, 본 발명과 같이 다량의 Si를 포함하는 강을 아연도금하는 경우, 비도금의 발생을 방지하기 위해, 예컨대 소둔 공정 전에 예비 도금을 행하는 방법이나, 환원로에서의 환원 소둔 전에 산화를 행하는 산화 환원법을 행하는 방법 등이 채용되고 있다. 그러나 본 발명에서는, 이하에 상술하는 바와 같이 적절한 환원 소둔을 행한 후에 도금을 행하기 때문에, 이들 방법은 불필요하다. 예비 도금을 행하는 방법은 특별한 설비의 도입이 비용 상승으로 이어진다. 또한, 산화 환원법으로 제조한 경우, Mn과 같이 산화되기 쉬운 원소가 도금층 중으로부터 검출된다(후술하는 실시예에 있어서의 표 2의 실험 No. 9나 10). 그러나 이 검출된 Mn은, 도막 밀착성의 향상에 기여하는 고용 Mn이 아니라, Mn계 산화물을 형성하는 Mn이라고 생각된다. 상기 Mn계 산화물은 계면 산화물로서 잔존하기 쉽고, 해당 계면 산화물은 합금화 처리 시에 소지 강판으로부터 도금층으로의 Mn 확산을 저해하기 때문에, 우수한 도막 밀착성을 얻는 데 있어서 바람직하지 않다.

환원 시의 분위기나 노점은 비도금이 발생되지 않는 범위이면 특별히 한정되지 않지만, 예컨대 H₂-N₂ 혼합 가스에서 H₂ 농도가 1∼30%, -10∼-60℃인 노점 범위로 하는 것이 바람직하다. 상기 노점 범위는, 바람직하게는 -30∼-60℃, 보다 바람직하게는 -35∼-60℃, 더 바람직하게는 -40∼-60℃, 보다 더 바람직하게는 -45∼-60℃이다. 구체적으로는, 전술한 소둔 시의 온도나 시간의 관계로 소둔 시간을 적절히 제어하는 것이 추천된다.

다음으로, 환원로를 나온 소지 강판은 냉각대에서 냉각된다. 통상, 냉각대는 서냉대, 급냉대, 조정대(유지대라고도 불림)로 구성되는데, 냉각 방법은, 비도금이 발생하지 않도록, 통상 이용되는 조건에서 행하면 되고, 예컨대 환원성 분위기의 기체를 강판에 내뿜어 냉각하는 등의 방법을 들 수 있다.

이렇게 해서 연속 소둔 공정을 행한 후, 강판의 표리면에 아연도금을 실시한다. 상세하게는, 용융 아연도금 처리 공정(합금화 처리 공정을 포함함)에 의해 합금화 용융 아연도금층을 형성한다.

상기 용융 아연도금 처리 공정은 특별히 한정되지 않고, 통상 이용되는 방법을 채용할 수 있다. 예컨대, 용융 아연도금욕의 온도는 430∼500℃ 정도로 제어하면 된다. 본 발명에서는, 합금화 용융 아연도금의 부착량이 75g/m² 이하이지만, 해당 도금의 부착량의 조정은 가스 와이핑 등의 방법으로 행할 수 있다.

상기 합금화 처리 공정도 특별히 한정되지 않고, 통상 행해지고 있는 방법을 채용할 수 있다. 예컨대, 합금화 온도는 500∼700℃ 정도로 제어하면 된다. 합금화를 촉진시켜 도금층 중의 Mn 농도를 높이는 관점에서는, 상기 합금화 온도를 560℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 600℃ 이상, 더 바람직하게는 650℃ 이상이다.

이렇게 해서 얻어진 합금화 용융 아연도금 강판은 핫 스탬핑용 강판으로서 적합하게 이용된다.

본 발명에는, 상기 합금화 용융 아연도금 강판을 이용하여, 핫 스탬핑을 행한다는 점에 특징을 갖는 강 부품의 제조 방법도 포함된다. 상기 핫 스탬핑의 공정은 특별히 한정되지 않고, 통상 이용되는 방법을 채용할 수 있다. 상기 핫 스탬핑의 공정은 가열 공정, 스탬핑 공정 및 냉각 공정을 포함한다. 특성이 양호한 강 부품을 얻기 위해서는, 각 공정에서 하기 조건을 채용하는 것이 바람직하다.

[가열 공정]

가열 공정에서는 합금화 용융 아연도금 강판을 가열한다. 가열 온도는 Ac₁점 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 {Ac₁점+(Ac₃점-Ac₁점)/4}℃ 이상, 더 바람직하게는 {Ac₁점+(Ac₃점-Ac₁점)/2}℃ 이상, 보다 더 바람직하게는 {Ac₁점+(Ac₃점-Ac₁점)×3/4}℃ 이상이다. 또한, 상기 가열 온도의 상한은, 바람직하게는 (Ac₃점+180)℃ 이하, 보다 바람직하게는 (Ac₃점+150)℃ 이하이다. 가열 온도를 제한하는 것에 의해, 강 부재를 구성하는 마이크로 조직의 조대화를 억제하여, 연성이나 굽힘성을 높일 수 있다. 또한, 가열 온도를 Ac₃점 미만의 온도로 해도 된다.

상기 Ac₁점, 상기 Ac₃점 및 후기의 Ms점은, 「레슬리철강재료화학」(마루젠주식회사, 1985년 5월 31일 발행, 273페이지)에 기재되어 있는, 각각 하기 식(1), 하기 식(2), 하기 식(3)으로부터 산출할 수 있다. 하기 식(1)∼(3)에 있어서, [ ]는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타내고 있고, 강판에 포함되지 않는 원소의 함유량은 0질량%로 해서 계산하면 된다.

Ac₁점(℃) = 723-10.7×[Mn]-16.9×[Ni]+29.1×[Si]+16.9×[Cr] ···(1)

Ac₃점(℃) = 910-203×([C]^0.5)-15.2×[Ni]+44.7×[Si]+31.5×[Mo]-30×[Mn]-11×[Cr]-20×[Cu]+700×[P]+400×[Al]+400×[Ti] ···(2)

Ms점(℃) = 561-474×[C]-33×[Mn]-17×[Ni]-17×[Cr]-21×[Mo] ···(3)

상기 가열 공정에 있어서, 강판의 온도를 항상 측정할 필요는 없고, 예비 실험에서 강판의 온도를 측정해 두어, 온도 제어에 필요한 조건을 제어할 수 있으면, 제품의 제조 시에 온도를 측정하지 않아도 된다. 가열 시의 최고 온도까지의 승온 속도는 특별히 상관하지 않는다. 가열의 방법으로서, 노(爐) 가열, 통전 가열, 유도 가열 등을 채용할 수 있다.

강판의 온도가 상기 가열 온도에 도달한 후, 해당 가열 온도에서의 유지 시간의 하한치는 특별히 한정되지 않고, 예컨대 15초간 이상, 나아가서는 30초간 이상, 더 나아가서는 60초간 이상으로 할 수 있다. 한편, 오스테나이트의 입자 성장을 억제하여, 열간에서의 조임성이나 성형 부품의 인성 등의 특성 향상의 관점에서는, 상기 유지 시간의 상한을 30분 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 15분 이하, 더 바람직하게는 7분 이하이다. 더욱이, 보다 좋은 도막 밀착성을 확보하는 관점에서, 상기 유지 시간은 보다 더 바람직하게는 6분 이하, 가장 바람직하게는 5분 이하이다.

또한, 가열 분위기는 도금이 발화하지 않는 조건이면 특별히 한정되지 않는다. 도금 표면에 산화막이 형성되면 발화를 억제하는 것이 가능해지기 때문에, 예컨대 대기 분위기가 바람직하지만, 산화성 분위기, 환원성 분위기여도 표면이 산화막으로 덮어지는 조건이면 된다.

[스탬핑 공정]

스탬핑 공정에서는, 상기 가열 공정에 의해서 가열된 강판에 스탬핑(프레스 가공)을 실시한다. 스탬핑(프레스 가공)의 개시 온도는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 상기 가열 온도 이하 Ms점 이상으로 하는 것에 의해서 가공을 용이하게 행할 수 있고, 또한 스탬핑 시의 하중(프레스 하중)을 충분히 저감시킬 수 있다. 스탬핑의 개시 온도는 보다 바람직하게는 450℃ 이상, 더 바람직하게는 500℃ 이상이다. 또한, 스탬핑의 개시 온도는, 예컨대 750℃ 이하이며, 바람직하게는 700℃ 이하, 보다 바람직하게는 650℃ 이하이다.

[냉각 공정]

냉각 공정에서는 상기 가열 공정에 의해서 가열된 강판을 냉각한다. 한편, 여기에서의 냉각은 자연 냉각도 포함하며, 가열 공정의 직후로부터 강판의 냉각이 개시된다. 냉각의 방법은 특별히 한정되지 않고, 물, 기름 또는 미스트 등으로 냉각하는 방법; 스탬핑된 강판을 스탬핑 금형 내에 유지하고, 이 금형에 의해서 냉각하는 방법; 공냉; 또는 이들의 조합; 등을 들 수 있다.

상기 냉각 공정에서의 냉각 속도는 특별히 한정되지 않는다. 예컨대 전술한 가열 온도로부터 Ms점까지의 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도를 2℃/초 이상으로 할 수 있다. 상기의 평균 냉각 속도는 보다 바람직하게는 5℃/초 이상, 더 바람직하게는 7℃/초 이상이다. 또한, 상기의 평균 냉각 속도는 바람직하게는 70℃/초 이하, 보다 바람직하게는 60℃/초 이하, 더 바람직하게는 50℃/초 이하이다.

상기 핫 스탬핑 공정의 일례로서, 예컨대 상기 강판을 Ac₃ 변태점 이상의 온도로 가열하여 오스테나이트화한 후, 예컨대 약 550℃ 이상의 온도에서 성형을 완료(금형이 하사점 위치에 도달한 시점)하는 방법을 들 수 있다.

한편, 통상의 핫 스탬핑 공정에서는 강판 전체의 담금질 강화를 행하지만, 가열하는 영역이나 금형과의 접촉 영역을 강판의 일부로 한정하는 것에 의해, 강판의 일부 영역만을 담금질 강화해도 된다.

핫 스탬핑에 의한 강 부품의 제조(바람직하게는 상기 조건에서의 제조)에 본 발명의 강판을 사용하면, 도금층 중에 잔존한 용융 아연에 의한 금형에의 아연의 응착이 발생하기 어려워, 금형의 손질 비용 저감도 가능해진다. 또한, LME(용융 금속 취화, Liquid Metal Embrittlement)도 발생하기 어려워, 품질 안정성이 높은 강 부품이 얻어진다. 얻어진 강 부품은 예컨대 자동차에 이용할 수 있다.

본원은 2013년 4월 26일에 출원된 일본 특허출원 제2013-094129호에 기초하는 우선권의 이익을 주장하는 것이다. 2013년 4월 26일에 출원된 일본 특허출원 제2013-094129호의 명세서의 전체 내용이 본원의 참고를 위해 원용된다.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해서 제한을 받는 것은 아니고, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

표 1에 기재된 화학 성분 조성을 갖는 강으로 이루어지는 슬래브를 1200℃로 가열한 후, 표 1에 기재된 방법으로 열간 압연[마무리 압연→권취]→산세 공정에 의한 디스케일링 처리→냉간 압연을 행하여, 원판으로서 냉연 강판을 얻었다. 한편, 표 1에서는, 마무리 압연 온도를 FDT, 권취 온도를 CT로 나타내고 있다.

이렇게 해서 얻어진 각 냉연 강판을 이용하여, 이하의 각 항목을 측정했다.

(핫 스탬핑 후의 인장 강도의 측정)

상기 냉연 강판을 절단해서 얻어진 단책(短冊) 형상 블랭크(길이: 30mm, 폭: 210mm)를 이용하여, 핫 스탬핑을 모의한 히트 패턴을 이하와 같이 실시했다.

우선, 상기 블랭크를, 도금 전의 소둔을 모의하여 5% H₂-N₂, 노점 -45℃의 환원성 분위기 하에서 600℃×90초로 소둔한 후, 실온까지 냉각했다. 그 후, 상기 블랭크를, 대기 중에서 930℃로 유지한 가열로 내에 재차 투입하여 4분간 체재시키고, 상기 블랭크의 중심의 표면 부분이 930℃(판의 중심의 표면 부분)가 되도록 가열했다. 이어서, 상기 가열로로부터 상기 블랭크를 취출한 후, 즉시 수냉했다.

그리고, 전술한 핫 스탬핑 모의 실험 후의 블랭크로부터 JIS 5호 시험편을 잘라내어, JIS Z 2201에 기재된 방법으로 인장 시험을 행하고, 핫 스탬핑 후의 강판의 인장 강도를 측정했다. 상기 인장 시험에 있어서, 인장 속도는 10mm/min으로 했다. 그리고, 핫 스탬핑 후의 강판의 인장 강도가 980MPa 이상인 경우를 ○(합격), 980MPa 미만인 경우를 ×(불합격)로 평가했다.

(핫 스탬핑 후의 용접 강도의 측정)

상기 핫 스탬핑 모의 실험 후의 블랭크를 이하의 스폿 용접 시험에 제공하여, 접합부의 강도(십자 이음매 파단 하중, 스폿 용접부의 용접 강도)를 측정했다. 용접 전류는 너깃 직경이 4×√t(t: 판 두께)가 되도록 조절했다. 그리고, 상기 용접 강도가 3.0kN 이상인 경우를 ○(합격), 3.0kN 미만인 경우를 ×(불합격)로 평가했다.

시험편 조건: 십자 장력용 시험편(JIS Z 3137에 준거)

용접기: 단상 교류식 스폿 용접기

전극: 선단 직경 φ6mm의 돔 라디우스(dome radius) 타입

가압력: 4kN

초기 가압 시간: 60사이클

통전 시간: 10사이클(전원 주파수 60Hz)

(도금 강판의 제작)

다음으로 얻어진 각 냉연 강판(표 1에 나타내는 각 원판)을 절단하여, 100mm×150mm의 시험편을 얻었다. 이 시험편을, 60℃의 3% 오쏘규산나트륨 중에서 20A, 20초간 전해 탈지한 후, 수돗물 중에서 5초간 유수로 수세했다. 이렇게 해서 알칼리 탈지한 시험편을 이용하여, 도금 시뮬레이터로 5% H₂-N₂, 노점 -45℃의 환원성 분위기 하에서 표 2에 기재된 조건(균열 시간, 균열 온도)에서 소둔을 행한 후, 표 2의 각 균열 온도로부터 460℃까지를 평균 냉각 속도: 5∼15℃/초로 냉각했다. 이어서, 0.13% Al-잔부 Zn으로 이루어지는 아연도금욕(욕 온도: 460℃)으로 도금하고, 와이핑을 행하고, 이어서 표 2에 나타내는 조건에서 합금화 처리를 행하여, 합금화 용융 아연도금 강판을 얻었다. 이하에서는, 해당 합금화 용융 아연도금 강판을 간단히 「도금 강판」이라고 하는 경우가 있다.

표 2 중, 실험 No. 9와 10에서는, 소둔을 산화 환원법으로 행했다. 해당 방법을 포함하는 제조의 조건은, 산화대에서 공연비(空燃比)를 0.9∼1.4로 하고, 환원대에서 수소와 질소를 포함하는 노점: -30∼-60℃의 분위기이면서 800℃∼900℃에서 환원·균열한 후, 평균 냉각 속도: 5∼15℃/초로 460℃까지 냉각하고, 아연도금욕(Al 농도: 0.05∼0.2%, 욕 온도: 450∼470℃)으로 도금하여, 와이핑 후, 표 2에 나타내는 조건에서 합금화 처리를 행했다.

상기 합금화 용융 아연도금 강판을 이용하여, 하기의 평가를 행했다.

(도금 부착량의 측정)

18% 염산에 헥사메틸렌테트라민을 가한 용액 중에, 상기 도금 강판을 침지하여 도금층만을 용해시키고, 용해 전후의 질량 변화로부터 도금 부착량을 구했다.

(도금층 중의 Mn 농도의 측정)

얻어진 합금화 용융 아연도금 강판의 도금층의 성분 조성(특히 Mn 농도)은 다음과 같이 해서 분석했다. 즉, 18% 염산에 헥사메틸렌테트라민을 가한 용액 중에, 상기 도금 강판을 침지하여 도금층만을 용해시키고, 그 용해액을 ICP(Inductively Coupled Plasma) 발광 분광 분석법(사용 장치는 시마즈제작소제, ICPS-7510)으로 분석하여, 도금층 중의 Mn 농도를 구했다.

(도금 강판의 도금층과 소지 강판의 계면의 산소 농도의 측정)

얻어진 합금화 용융 아연도금 강판의 도금층과 소지 강판의 계면의 산소 농도의 측정은 GD-OES(SPECTRUMA ANALYTIK GmbH제, GDA750)를 이용하여 행했다. 상세하게는, 상기 분석 방법으로, 샘플의 도금층 깊이 방향의 Zn, Fe, O 농도 프로파일을 구하고, 이 농도 프로파일에 있어서, Zn과 Fe가 교차하는 위치(깊이)의 상하 3μm의 범위 내(측정 범위 내)에서 가장 높은 O 농도를 상기 도금층과 소지 강판의 계면의 산소 농도(계면 산소 농도)로서 구했다. 그리고, 이 계면 산소 농도가 0.50% 이하인 경우를 합격 「○」, 0.50% 초과인 경우를 불합격 「×」로 평가했다.

그 일례를 도 1a 및 도 1b에 나타낸다. 한편, 도 1b에서 「Zn×1」, 「Fe×1」, 「O×20」은 각각, 도 1b에 나타낸 농도 프로파일 데이터가, Zn은 측정값의 1배, Fe는 측정값의 1배, O는 측정값의 20배인 것을 나타내고 있다. 이는 도 1a에 대해서도 동일하다. 도 1a는 표 2의 실험 No. 3의 핫 스탬핑 실험 전의 도금 강판의 측정 결과이며, 이 측정 결과로부터 두드러진 O 농도의 피크는 확인되지 않는다. 즉, 실험 No. 3에서는, 합금화 용융 아연도금 강판의 도금층과 소지 강판의 계면에 산화물이 실질적으로 존재하지 않는다는 것을 알 수 있다. 이에 비하여, 도 1b는 표 2의 실험 No. 9의 핫 스탬핑 실험 전의 도금 강판의 측정 결과이지만, 이 실험 결과로부터 O 농도의 피크를 확인할 수 있다. 즉, 실험 No. 9에서는, 합금화 용융 아연도금 강판의 도금층과 소지 강판의 계면에 산화물이 존재하고 있다는 것을 알 수 있다. 표 2의 그 밖의 예에 대해서도, 계면 산소 농도는 상기와 마찬가지로 해서 측정했다.

(도막 밀착성의 평가)

합금화 용융 아연도금 강판(100mm×150mm×1.4mmt)을 표 2의 각 실험 No.당 3장씩 준비하고, 이들에 대하여, 핫 스탬핑을 모의하여 다음의 처리를 행했다. 즉, 대기 중에서 900℃로 유지한 가열로 내에 소정 시간(4∼8분) 유지한 후, 가열로로부터 취출하여 공냉했다. 이때의 Ms점까지의 평균 냉각 속도는 7℃/s였다. 실온 부근까지 온도가 내려간 각 도금 강판에 대하여, 닛폰페인트제 SD6350을 이용하여, 부착량이 3g/m²가 되도록 인산염 처리를 행했다. 더욱이, 인산염 처리를 한 각 도금 강판에 대하여, 간사이페인트제 양이온 ED GT10HT 그레이를 이용하여 200V의 통전 하에서 전착시키고, 150℃에서 20분 소부하는 것에 의해, 두께 15μm의 상도(上塗) 도막을 형성하여, 공시재를 얻었다.

그리고 상기 공시재를 이용하여, 다음과 같이 도막 밀착성을 평가했다. 즉, 상기 공시재를 5질량%의 염수(수온: 50℃)에 500시간 침지시킨 후, 평가면 전체면(100mm×150mm)에 셀로판 테이프(니치반사제 「셀로테이프(등록상표) CT405AP-24」)를 첩부하고, 바로 손으로 벗겨, 도막이 박리된 부분의 면적률(도막 박리 면적률, 면적%)을 구했다. 그리고 하기의 기준으로 도막 밀착성을 평가하고, 본 실시예에서는 ○ 이상(○ 및 ◎)을 합격으로 했다.

(도막 밀착성의 평가 기준)

◎: 도막 박리 면적률이 5% 이하

○: 도막 박리 면적률이 5% 초과 10% 이하

△: 도막 박리 면적률이 10% 초과 25% 이하

×: 도막 박리 면적률이 25% 초과

이들의 결과를 표 2에 병기한다.

표 2로부터, 실험 No. 1, 2 및 11∼23은 규정의 요건을 만족시키고 있기 때문에, 원판의 특성은 양호하고, 또한 얻어진 합금화 용융 아연도금 강판은 도막 밀착성이 우수하다. 특히 핫 스탬핑 가열 시간을 억제한 실험 No. 1, 18, 20 및 22는 보다 우수한 도막 밀착성이 얻어졌다. 이에 비하여, 상기 실험 No. 이외의 예는 어느 규정 요건을 만족시키고 있지 않기 때문에 특성이 뒤떨어지는 것이 되었다.

상세하게는, 실험 No. 3 및 4는 도금 부착량이 과잉이기 때문에, 도막 밀착성이 뒤떨어지는 결과가 되었다.

실험 No. 5∼8은 도금층 중의 Mn 농도가 모자라기 때문에, 도막 밀착성이 열화되었다. 또한 실험 No. 7 및 8(원판 No. C)은 소지 강판의 Si량도 모자라기 때문에, 원판의 특성인 스폿 용접부의 용접 강도도 뒤떨어지는 결과가 되었다.

실험 No. 9 및 10은 계면 산소 농도가 높기 때문에, 즉 도금 강판의 도금층과 소지 강판의 계면에 산화물이 많이 존재했기 때문에, 도막 밀착성이 열화되었다. 계면 산소 농도를 억제하기 위해서는, 소둔을 산화 환원법이 아니라, 본 발명에서 추천하는 조건에서 환원 소둔을 행하는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다. 한편, 실험 No. 9 및 10에서는, 도금층 중의 Mn 농도가 일정 이상 확보되어 있지만, 이는 도금층 중에, 도막 밀착성 향상에 기여하지 않는 Mn 산화물이 많이 포함되어 있기 때문이라고 생각된다.

본 발명의 핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판은, 예컨대 자동차 샤시, 서스펜션 부품, 보강 부품 등의 자동차용 부품에 바람직하게 이용된다.

Claims

소지 강판이, 질량%로, C: 0.10∼0.5%, Si: 0.7∼2.5%, Mn: 1.5∼3% 및 Al: 0.01∼0.5%를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피적 불순물인 합금화 용융 아연도금 강판으로서,
도금층 중의 Mn 농도가 0.20% 이상 2.0% 이하임과 더불어, 도금 부착량이 30g/m² 이상 75g/m² 이하이며, 또한 도금층과 소지 강판의 계면의 산소 농도가 0.10% 이상 0.50% 이하인 핫 스탬핑용 합금화 용융 아연도금 강판.
제 1 항에 있어서,
상기 소지 강판은, 질량%로, 추가로 이하의 (a)∼(e) 중 적어도 하나를 함유하는 합금화 용융 아연도금 강판.
(a) B: 0% 초과 0.005% 이하
(b) Ti: 0% 초과 0.10% 이하
(c) Cr 및 Mo 중 적어도 1종의 원소: 합계로 0% 초과 2.5% 이하
(d) Nb, Zr 및 V로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 원소: 합계로 0% 초과 0.1% 이하
(e) Cu 및 Ni 중 적어도 1종의 원소: 합계로 0% 초과 1% 이하
강판의 핫 스탬핑 후, 도장을 실시하여 강 부품을 얻는 것을 포함하는 강 부품의 제조 방법으로서,
제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 합금화 용융 아연도금 강판을 이용하여, 핫 스탬핑을 행하는 것을 특징으로 하는 강 부품의 제조 방법.