KR20100113492A - 코팅경화된 강철의 부품의 제조방법 및 코팅경화가능한 강철 스트립 - Google Patents

코팅경화된 강철의 부품의 제조방법 및 코팅경화가능한 강철 스트립 Download PDF

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마틴 페루찌
요한 슈트루첸베르거
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Abstract

본 발명은 경화가능한 강철로 이루어지는 경화된 부품의 제조방법에 관한 것이며, 여기에서 강철 스트립이 오븐 내에서 증가된 온도에 노출되고, 그리고 그에 따라 산화처리에 노출되어 표면 산화물층이 생성되게 되고, 그리고 후속적으로 금속 또는 금속 합금을 사용하는 코팅이 수행된다. 적어도 부분적으로 경화된 부품을 생산하기 위하여 상기 스트립이 가열되고 그리고 적어도 부분적으로 오스테나이트화되고, 그리고 후속하여 냉각되고 그리고 그에 의하여 경화된다. 본 발명은 또한 상기 방법에 따라 생상된 강철 스트립에 관한 것이다.

Description

코팅경화된 강철의 부품의 제조방법 및 코팅경화가능한 강철 스트립{METHOD FOR THE PRODUCTION OF COATED AND HARDENED COMPONENTS MADE OF STEEL, AND COATED AND HARDENABLE STEEL STRIP THEREFOR}
본 발명은 경화가능한 강철로부터 경화된 부품의 제조방법 및 이를 위한 경화가능한 강철 스트립에 관한 것이다.
경화가능한 강철로부터 부품, 특히 경화된 부품을 생산하는 것은 공지되어 있다. 이하에서는, 경화가능한 강철들은 가열 동안에 기본물질(basic material)의 상전이(phase transition)가 일어나고, 그리고 급랭경화(quench hardening) 동안에 이전의 구조적 변형(structural transformation)으로부터 그리고 선택적으로 추가의 구조적 변형들로부터 출발물질(starting material)에 비해 명백하게 더 단단하거나 또는 더 높은 인장강도(tensile strength)를 갖는 물질이라는 결과를 가져오는 강철들로 이해되어야 한다.
예를 들면, 소위 프레스 경화(press hardening)의 방법이 독일특허 제DE 24 52 486 C2호에서 공지되어 있으며, 여기에서는 경화가능한 강철 물질의 플레이트가 소위 오스테나이트화 온도(austenitizing temperature) 이상으로 가열되고, 그리고 가열된 상태에서, 성형도구(forming tool) 내로 삽입되어 성형되고, 그리고 동시적으로 이 성형도구 내에서 냉각되며, 이는 한편으로는 소정의 구성요소의 종국적인 기하학적 구조(final geometry)의 결과를 가져오고, 다른 한편으로는 원하는 경도나 강도의 결과를 가져온다. 이 방법은 널리 사용되고 있다.
음극부식보호(cathodic corrosion protection)에 의해 경화가능한 강철시트로부터 경화된 부품이 생산되며, 여기에서 부품이 금속-코팅된 상태에서 이미 냉간 성형(cold-formed)되어 마감 경화(finished hardened)된 부품의 공칭(nominal)의 최종 규격 보다 0.5 내지 2% 더 작도록 되는 방법이 유럽특허 제EP 1 651 789 A1으로부터 공지되었다. 계속해서 상기 부품은 가열되고 그리고 소정의 상기 부품의 최종 규격에 정확하게 대응하는 도구 내로 삽입된다. 코팅된 부품은 열팽창에 의해 이 최종 규격으로 정확하게 팽창되며, 모든 측면들에 대하여 고정되고, 그리고 소위 성형도구 내에서 냉각되며, 이는 경화가 일어나도록 하는 원인이 된다.
더욱이, 경화가능한 강철로 이루어지며 또한 금속성 코팅(metallic coating)을 수반하는 금속 시트가 오스테나이트화 온도를 상회하는 온도까지 가열되고 그리고 계속해서 열간-성형도구(hot-forming tool) 내로 이송되고, 여기에서 상기 가열된 금속시트가 성형되며 동시적으로 냉각과정에 의하여 냉각되고 그리고 경화되는 방법이 유럽특허 제EP-A 0 971 044호로부터 공지되어 있다.
열간 성형에 대한 앞서 언급된 방법들의 단점은, 상기 강철 서브스트레이트, 즉 강철 기판(steel substrate) 상에 금속성 코팅이 존재하거나 또는 부재와는 무관하게, 상기 강철 기판 내에서 특히 열간 성형의 큐어링(curing) 동안에 뿐만 아니라 또한 성형과정이 완료되지 않은 냉간-예비성형(cold-preformed)된 부품에서도 미세균열(micro-cracks)들이 발생한다는 것이다.
특히, 이들 미세균열들은 성형되는 영역들, 특히, 높은 정도의 성형을 수반하는 영역들 내에서 발생한다. 이들 미세균열들은 표면 및/또는 상기 금속성 코팅 내에 위치되며, 또한 상기 기본물질들 내로 상대적으로 멀리 연장될 수 있다. 이 경우에 있어서는, 상기 부품이 긴장(stress)에 적용되는 경우, 이러한 균열들이 성장을 계속하는 것과, 긴장이 경우에서 이들이 상기 부품에 파손(failure)을 야기할 수 있는 손상을 구성한다는 것은 불리한 것이다.
강철들 상의 금속성 코팅들은 알루미늄, 알루미늄 합금 코팅, 특히 알루미늄-아연 합금 코팅, 아연 코팅 및 아연 합금 코팅들의 형태로 오랫동안 알려져 왔다.
이러한 코팅들은 부식에 대하여 상기 강철물질을 보호하기 위한 목적을 갖는다. 알루미늄 코팅들의 경우에 있어서는, 소위 장벽보호(barrier protection)의 수단에 의해 유효하게 되며, 여기에서 상기 알루미늄은 부식성의 매질(corrosive media)의 진입(admission)에 대한 장벽을 형성한다.
아연 코팅들의 경우에 있어서는, 상기 아연의 소위 음극효과(cathodic effect)의 수단들에 의하여 유효하게 된다.
지금까지는, 이러한 코팅들은 특히 보통강도(normal-strength)의 강철 합금들, 특히 자동차(motor vehicle) 구축, 건축산업(building industry) 뿐만 아니라 또한 가정용품 산업(household appliance industry)에서 사용되어 왔다.
이들은 용융도금(hot-dip coating), PCD 또는 CVD법들 또는 전착(electrodeposition)에 의해 상기 강철 물질 상으로 적용될 수 있다.
보다 높은 강도의 강철 품질들을 사용하는 것에 의하여, 강철을 용융도금 등으로 코팅하고자 하는 시도가 또한 이루어졌다.
예를 들면, 독일특허 제DE 10 2004 059 566 B3로부터 보다 높은 강도의 강철의 스트립을 용융도금하는 방법이 공지되었으며, 여기에서 상기 스트립은 일차로 환원분위기(reducing atmosphere) 중에서 연속로(continuous furnace) 내에서 대략 650℃의 온도까지 가열된다. 이 온도에서, 상기 보다 높은 강도의 강철의 합금 구성성분들(alloy constituents)은 단지 소량으로 상기 스트립의 표면에로 확산된다고 여겨진다. 이 경우에서는 일차적으로는 순수한 철로 구성되는 상기 표면은 상기 연속로 내에 일체화된 환원챔버(reduction chamber) 내에서 750℃ 까지의 높은 온도에서 매우 짧은 열처리에 의해 산화철층(iron oxide layer)으로 전환된다. 이 산화철층은 후속의 환원분위기 내에서의 보다 높은 온도에서의 어닐링 공정(annealing process)에서 상기 합금 구성성분들이 상기 스트립의 표면 쪽으로 확산되는 것을 방지하는 것으로 여겨진다. 상기 환원분위기 내에서, 상기 산화철층은 보다 순수한 철층(iron layer)으로 전환되고 용융도금조(hot-dip bath) 내에서 그 위로 아연 및/또는 알루미늄이 적용되어 적절하게 부착되도록 한다. 이 방법의 수단들에 의해서 적용되는 산화물층(oxide layer)은 최대로 300㎚의 두께를 갖는 것으로 여겨진다. 실제로, 상기 층의 두께는 대부분 대략 150㎚로 설정된다.
본 발명의 목적은 경화가능한 강철을 가지고 하는 성형 거동(forming behavior), 특히 또한 열간 성형 거동(hot-forming behavior)이 개선되는, 경화가능한 강철로부터 경화된 부품을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 청구항 제1항 기재의 특징들을 갖는 방법에 의해 달성된다. 유리한 개발점들은 종속항들에서 특정된다.
본 발명의 다른 목적은 개선된 성형성(formability), 특히 열간 성형성(hot-formability)을 갖는 강철 스트립을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 목적은 청구항 제10항 기재의 특징들을 갖는 강철 스트립에 의해 달성된다.
유리한 개발점들은 그의 종속항들에서 특정된다.
본 발명은 열간 압연 또는 냉간 압연(hot or cold-rolled)된 강철 스트립을 표면적으로 산화시키는 것, 계속해서 금속성 코팅을 수행하는 것, 그리고 필요한 경우, 상기 부품을 생산하기 위한 목적으로 대응되도록 코팅된 금속 시트로부터 플레이트를 절단하는 것, 상기 플레이트의 후속의 성형 및 냉각 동안에 적어도 부분적으로 경화된 구조물 또는 부분적으로 경화된 부품이 형성되도록 하는 방법으로 이를 가열하는 것에 의하여 적어도 부분적으로 오스테나이트화 되도록 상기 플레이트를 가열하는 것을 제공한다. 놀랍게도, 명백하게 오스테나이트화의 목적을 위한 가열 동안 및/또는 성형 및 냉각 동안 상기 스트립의 표면상의 산화에 의하여 상기 경화가능한 강철로부터 연성층(ductile layer)이 표면적으로 형성되며, 상기 층은 성형 동안의 긴장(tensions)들을 잘 소멸시킬 수 있어서 더 이상 미세균열이 형성되지 않도록 한다. 이 과정에 있어서, 상기 금속성 코팅은 표면상의 탈탄소화(superficial decarburization)로부터 보호하도록 기능하며, 당연히 이 금속성 코팅으로 인하여 부식보호 등과 같은 다른 기능(tasks)들을 담당할 수 있다.
오스테나이트화의 목적을 위하여 금속성 코팅 대신에 가열 동안에 보호 가스 분위기(protective gas atmosphere)가 또한 생성될 수 있으며; 특히, 산화분위기(oxidizing atmosphere) 내에서 예를 들면 약 700℃까지의 표면상의 산화(superficial oxidation)가 일어날 수 있으며, 불활성 가스 분위기 하에서 그 이상의 가열이 수행되어 그 이상의 산화 및/또는 탈탄소화가 일어나지 않도록 할 수 있다.
필요한 경우, 상기 금속성 코팅의 적용을 위한 상기 강철 스트립의 산화는 반응성 표면의 달성을 위하여 표면적으로 환원될 수 있다.
그러나, 통상의 예비-산화(pre-oxidation)에서의 경우와 마찬가지로 아연도금(galvanizing)의 목적을 위하여 상기 산화물층은 어떠한 경우에도 대량으로 제거되지 않는다. 더욱이, 본 발명에 따른 상기 산화는 선행기술에 따른 예비-산화에 비해 훨씬 더 큰 정도로 실행된다. 선행기술에 따른 예비-산화는 최대로 300㎚의 두께까지 일어나며, 본 발명에 따른 산화는 더 큰 정도로 일어나서 환원이 실행된 이후에도 여전히 바람직하게는 적어도 300㎚ 두께의 산화된 층이 잔류하도록 한다.
명백하게, 물론 상기 합금 구성성분들의 산화물들을 포함하는 산화철층(iron oxide layer)은 본 발명에 따른 산화에 의하여 표면적으로 형성될 뿐만 아니라 이는 상기 합금 구성성분들이 또한 이 층 아래를 부분적으로 산화시키는 것으로 나타난다.
경화 후, 본 발명의 방법에 따라 생성된 부품은 표면 상에서 상기 강철 기판과 상기 코팅 사이에 박층(thin layer)을 나타내며, 이는 도 4의 미세영역(microsection) 내에서 약간 하얀 층(whitish layer)으로 나타난다. 이러한 연성층에 대한 현재 가장 개연성 있는 원인은 경화 동안에 표면적으로 산화된 영역 내에서의 상전이(phase transition)에 대하여는 획득할 수 없는 것이거나 또는 이 전이를 지체(delayed) 또는 지연(impeded)시키는 산화된 합금 성분들이다. 그러나, 그 정확한 메카니즘은 아직까지 설명되지 않았다.
놀랍게도, 코팅 금속으로의 실제 코팅에 대하여는 필수적이지 않은 이러한 산화가 또한 금속 코팅 후 표면 영역 내에서의 경화된 기판의 증가된 연성을 야기한다. 놀랍게도, 300㎚를 초과하는 층두께를 갖는 산화철층을 형성하는 산화를 사용하여, 또한 열간 성형의 경우 및 경화의 목적을 위하여 예를 들면, 22MnB5 타입의 적절한 강철에 대하여 850℃ 이상 또는 개별적인 오스테나이트화 온도의 열처리 동안에서 미세균열들이 없이 성형될 수 있는 금속 시트가 수득될 수 있다.
첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 실시예의 방법으로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공정흐름의 계층도(schematic view)를 나타내는 도면이다.
도 2는 선행기술과 비교하여 본 발명에서의 만곡 각도(bending angle)에서의 향상을 나타내는 도표를 나타내는 도면이다.
도 3은 경화 후, 선행기술과 비교하여 본 발명에 따른 층구조를 계층적인 방법으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 강철 스트립의 표면의 현미경의 미세영역 이미지(microscopic microsection image)를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따르지 않은 비교예의 현미경의 미세영역 이미지를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 비교예의 주사전자현미경의 미세영역 이미지를 나타내는 도면이다.
도 7은 에너지 분산형 X-선 분석(EDX)으로부터의 선-아연농도 프로파일(line-zinc concentration profile)과 함께 도 6의 주사전자현미경의 미세영역 이미지로부터의 상세를 나타내는 도면이다.
도 1에 있어서, 예를 들면 용융도금된 강철 스트립, 특히 Z140-코팅으로 도금된 22MnB5의 아연도금된 강철 스트립에 대한 본 발명에 따른 방법이 공정흐름(process flow)의 수단들에 의해 설명된다.
도 1 및 도 3들에 나타낸 층두께들에는 척도(scale)가 나타나지 않았으나, 보다 나은 묘사를 위하여 서로에 대해 다른 척도로 왜곡시켰다.
밝은 강철 스트립(1)이 용융도금에 앞서 산화에 적용되며, 그에 따라 상기 스트립(2)에는 산화물층(2)이 제공된다.
이 산화는 650 내지 800℃ 사이의 온도에서 실행된다. 용융도금에 요구되는 통상의 예비-산화에 대하여는 산화물층 두께가 150㎚에서 완전하게 충분하게 되는 반면에, 본 발명에 따른 산화는 상기 산화물층 두께가 300㎚ 이상이 되도록 수행된다. 금속성 용융도금, 예를 들면, 용융아연도금(hot-dip galvanization) 또는 알루미늄도금(aluminization)에 적용하기 위해서는, 표면에서의 상기 산화물들의 부분적인 환원이 수행되어 실질적으로 순수한 철로 이루어지는 박막형태의 환원층(4)이 생성되게 된다. 잔존하는 산화물층(3)은 그 아래에 남게 된다.
산화로 인하여, 상기 산화물층(3) 아래에 "내측 산화(inner oxidation)"(3a)의 영역이 잔류할 것으로 여겨진다. 이 영역(3a)에 있어서, 상기 합금 성분들은 명백하게 부분적으로 산화되거나 또는 산화된 형태로 부분적으로 존재한다.
계속해서 코팅 금속(coating metal)으로의 용융도금이 수행되어 상기 코팅 금속으로부터 하나의 층(5)이 상기 잔존하는 산화물층(3) 상에 형성되도록 한다. 이제 상기 경화된 부품을 수득하기 위하여, 상기 스트립(1)을 오스테나이트화 온도까지 가열시키고, 그리고 적어도 부분적으로 오스테나이트화되고, 그에 의하여 다른 것들 중에서도 상기 금속성 코팅(5)과 상기 스트립(1)의 표면이 서로에 대하여 합금된다. 이 과정에 있어서, 상기 스트립(1)과 상기 금속성 코팅(5) 사이에서의 확산 과정(diffusion processes)들로 인하여, 상기 산화물층(3)이 부분적으로 또는 완전히 소모되거나, 또는 고온처리 동안에 검출될 수 없다.
아연도금에 의하여 적용되는 금속성 코팅의 경우에 있어서, 상기 산화물층 상에의 증착(deposition)은 선행의 환원 없이 또는 선택적으로 환원과 함께 수행될 수 있으나, 에칭과정(etching process)이 또한 수행된다.
경화되거나 또는 부분적으로 경화된 부품을 수득하기 위하여는, 오스테나이트화의 정도에 따라, 성형 및 냉각이 도구 내에서 일어나며, 여기에서 상기 층(6)은 선택적으로 상들에 대하여 전이되고, 그리고 여기에서 상기 스트립(1) 내에서 또한 상전이가 일어난다. 경화 후, 밝은 연성층(light, ductile layer)(7)이 상기 스트립(1)과 상기 금속성 코팅(6) 사이의 미세영역 내에서 관측될 수 있으며(도 4), 이는 명백하게 미세균열들이 없는 경화된 부품로 되는 최종 제품(final product)에 대응된다. 이 연성층(7)은 아마도 경화의 목적을 위한 가열 동안에 이미 형성되는 것으로 여겨지며, 따라서 열간 성형 동안에 이미 존재하는 것으로 여겨진다.
명백하게, 이 밝은층(light layer)(7)에 대한 가장 가능한 원인은, 수행된 상기 산화로 인하여, 망간 등과 같은 경화에 요구되는 상기 합금 성분들이 상기 금속성 코팅에 앞서 상기 표면에 근접하는 영역 내에서 산화되고, 그리고 전이에 대해 이용될 수 없거나 또는 전이를 지연시켜서 상기 강철 스트립이 상기 표면에 근접하는 박막형태의 영역 내에 이 연성층(7)을 형성시키도록 하며, 이는 명백하게도 성형 동안에 균열들이 형성되지 않도록 하고 그리고 상기 균열들이 전개되지 않도록 하는 방법으로 상기 표면에 근접하는 긴장들을 보상하기에 충분하다.
이와 관련하여 상기 합금 성분들의 상기 "내측 산화"의 상기 영역(3a)이 중요하다는 것이 또한 가정된다.
본 발명에 따라 생산되거나 또는 경화된 금속 시트를 예를 들면 3점만곡시험(three-point bending test)에 적용시키는 경우에 경화 후에 상기 방법의 잇점이 나타나거나 또는 경화 후 검출될 수 있다. 이는 또한 충돌 거동(crash behavior)에 대해 긍정적인 영향을 가질 수 있다.
이 3점만곡시험에 있어서, 30㎜의 직경을 갖는 2개의 베어링들을 상기 시트 두께의 2배의 거리에 위치시켰다. 상기 경화된 시트를 그 위에 위치시키고, 계속해서 상기 베어링들로부터 각각 동일한 거리에서 0.2㎜의 반경을 갖는 만곡레일(bending rail)로 긴장을 적용시켰다.
상기 만곡레일의 샘플과의 접촉의 시간, 거리 및 힘들을 측정하였다.
상기 거리로부터 계산되는 각도에 대하여 힘과 거리 또는 힘-만곡각도 곡선들을 기록하였다. 시험기준은 최대힘에서의 만곡각도이다.
코팅 Z140을 갖는 22MnB5 타입의 강철에 대한 비교를 도 2에 나타내었으며, 이로부터 상기 경화된 냉간 샘플에서 본 발명에 따라 생산된 상기 연성층에 의해 상당히 큰 만곡각도가 수득될 수 있다는 것이 명백하게 나타났다.
본 발명과 선행기술을 또한 도 3에서 다시 비교하였으며, 이에 따르면, 선행기술에서는 상기 경화된 기판에 부착하는 경화 후 금속성 코팅이 존재하기는 하나, 그러나 연성층은 없었다.
본 발명에 있어서는, 경화 반응 후에 상기 경화된 기판와 상기 코팅 사이에 상기 연성층(7)이 위치된다.
이 층의 평균 층두께는 0.3㎛ 보다 더 크며, 여기에서 상기 층은 연속적일 수 있으나, 본 발명의 성공을 위하여 완전히 연속적이어야 할 필요는 없다.
도 6은 본 발명에 따른 비교예의 주사전자현미경 미세영역 이미지를 나타내고 있다. 기본 물질의 마르텐사이트(basic material martensite)의 방향 내에서의 확산과정들로 인하여 아연 함량이 대략 40%로부터 5% 아연 이하까지 급격하게 강하되는 것을 볼 수 있다. 상기 기본 물질에 근접하여, 철-아연 층(iron-zinc layer)의 입자들은 단지 매우 낮은 아연 함량을 가지며; 미세영역 내에서 약간 하얀 색상으로 나타나는 이 철-풍부 층(Fe-rich layer)은 다른 층 본체들(layer bodies) 사이에서 연성의 중간층(ductile intermediate layer)으로서 작용한다.
도 7은 에너지 분산형 X-선 분석(EDX)으로부터의 선-아연농도 프로파일(line-zinc concentration profile)과 함께 도 6의 주사전자현미경의 미세영역 이미지로부터의 상세를 나타내고 있다. 다시 한번, 상기 기본 물질의 방향 내에서 상기 아연 함량이 강하한다는 것이 분명하게 된다.
도 4 및 도 5 각각은 상기 기판(1), 그 위에 놓여지는 전이된 금속성 층(6) 및 상기 미세영역 내에서 명백하게 보여지는 이들 사이의 연성층(7)을 갖는 본 발명(도 4) 및 선행기술(도 5)의 경화된 강철 스트립의 미세영역 이미지를 나타낸다.
도 5는 선행기술에 따른 층 구조를 나타내며, 여기에서 아연도금된 스트립(101)은 그 위에 아연-철 층(103)이 적용된 보다 높은 강도의 강철의 강철 기판(102)을 갖는다. 연성층은 존재하지 않는다.
본 발명에 따르면, 지점(point)이 순전히 임의의 탈탄소화에 대응하기 때문에, 상기 금속성 코팅은 모든 통상의 금속성 코팅들로부터 선택될 수 있다. 따라서, 상기 코팅들은 알루미늄과 아연들로부터의 합금 코팅들(갈바륨(Galvalume)) 및 아연 또는 실질적으로 아연의 코팅들과 마찬가지로 순수한 알루미늄 또는 알루미늄-실리콘 코팅(aluminum-silicon coatings)들이 될 수 있다. 그러나, 짧은 기간 동안의 경화 동안 높은 온도를 견딜 수 있는 한 금속들 또는 합금들로부터의 다른 코팅들이 또한 적절하다.
예를 들면, 상기 코팅들은 아연도금 또는 용융도금에 의하거나 또는 PVD 또는 CVD법들에 의하여 적용될 수 있다.
이 경우에 있어서, 그 안에서 가스연소기(gas burner)가 사용되고 그리고 가스-공기 혼합물을 교환하는 것에 의하여 상기 스트립을 감싸는 대기 중에서의 산화 잠재성(oxidation potential)의 증가가 이루어질 수 있는 직접적으로 가열되는 예열기(preheater)를 통하여 상기 스트립을 통과시키는 것에 의하여 전통적인 방법에서 산화가 야기될 수 있다. 따라서 상기 산화 잠재성은 제어될 수 있으며 또한 상기 스트립의 표면 상의 상기 철의 산화를 야기할 수 있다. 이 경우에 있어서, 제어는 상기 선행기술의 산화 보다 상당히 더 크게 달성되도록 하여 수행된다. 후속의 로 라인(furnace line)에 있어서, 선행기술과는 대조적으로 상기 형성된 산화철층, 또는 달성될 수 있는 상기 강철의 내측 산화가 단지 표면적으로 또는 부분적으로 환원된다.
더욱이, 공지된 RTF 예열기(RTF preheater) 내에서 보호 가스 분위기 하에서 역시 실제로 요구되는 것에 비해 상당히 더 큰 정도로 수행되는 산화 또는 예비-산화와 함께 상기 스트립을 어닐링하는 것이 가능하다. 이 경우에 있어서, 산화의 강도는 특히 산화제(oxidizing agent)의 공급을 조절하는 것에 의하여 조정될 수 있다.
더욱이, 상기 로의 분위기의 가습(humidification), 즉, 수증기가 매우 풍부한(통상 보다 풍부한) 분위기 단독 또는 산화제와 함께하는 것이 소정의 효과를 달성한다는 것이 밝혀졌다. 본 발명에서의 필수는 선택적으로 후속하게 되는 환원이 단지 잔존의 산화가 잔류하도록 수행된다는 것이다. 상기 강철의 상기 내측 산화 상태는 단지 수증기-함유 대기를 수반하는 열처리에서는 완전히 복귀되지는 않는다.
상기 산화는 분위기, 선택적으로 더 추가되는 산화제의 농도, 처리 기간, 온도 곡선(temperature curve) 및 로 챔버(furnace chamber) 내의 수증기의 양을 통하여 제어될 수 있다.
도 3 및 도 4에 나타난 바와 같이, 처리된 스트립은 냉간 성형, 가열 및 프레스 경화(heated and press-hardened) 또는 사후성형(post-formed)될 수 있으나, 그러나 또한 월등한 방법으로 그리고 강철 기판 내에 미세균열들이 없는 열간 성형 및 프레스 경화될 수 있다.
이 경우에 있어서, 코팅되지 않은 강철 물질에서의 모서리-탈탄소화(edge-decarburization)와는 대조적으로 본 발명에 따른 산화의 수행은 달성될 수 있는 상기 물질의 최종 강도에 대하여 부정적인 효과들을 갖지 않는다는 것이 나타났다.
성형되고 그리고 경화된 부품의 품질에 대하여 상당하게 개선되도록 하는 보다 간단하고 그리고 안전한 방법을 가능하게 하는 방법 및 강철 스트립을 제공하는 것이 본 발명의 이점이다.
1 : 강철 스트립
2 : 산화물층
3 : 잔류하는 산화물층
4 : 박막형태의 환원층
5 : 금속성 코팅
6 : 금속성 코팅
7 : 밝은 연성층
101 : 아연도금된 스트립
102 : 강철 기판
103 : 아연-철층

Claims (13)

  1. 강철 스트립을 증가된 온도에 적용하고, 그리고 그 과정에서 로 내에서 산화처리를 하여 표면상의 산화물층이 생성되도록 하고, 이어서 금속 또는 금속 합금으로 코팅을 수행하고, 그리고 적어도 부분적으로 경화된 부품을 얻기 위하여 상기 강철 스트립을 가열시키고 적어도 부분적으로 오스테나이트화시키고, 이어서 냉각시켜 경화시키는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 경화된 부품을 제조하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화를 표면적으로 역전시키기 위하여 표면상의 산화물층이 생성된 후에 환원처리를 수행하고, 그리고 후속하여 금속 또는 금속 합금으로의 코팅을 수행하되, 표면상의 환원 및 코팅 후에 산화물층이 상기 코팅과 상기 강철 스트립 사이에 잔류되도록 상기 산화 및 상기 환원을 수행하는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 경화된 부품을 제조하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속성 코팅이 용융된 금속 또는 용융된 금속 합금으로의 용융도금에 의하여 또는 상기 스트립 상에의 하나 이상의 금속들의 전착에 의하여 또는 PVD 및/또는 CVD에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 경화된 부품을 제조하는 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화처리가 산화 로 챔버 분위기 및/또는 수증기 함유 로 챔버 분위기에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 경화된 부품을 제조하는 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화의 정도 및 산화물층 두께는 상기 로 챔버 내의 상기 처리 분위기 내의 산화제의 함량 및/또는 상기 처리의 기간 및/또는 온도 수준 및/또는 수증기 농도에 의하여 조절되는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 경화된 부품을 제조하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    코팅이 알루미늄 또는 실질적으로 알루미늄을 함유하는 합금으로 또는 알루미늄 및 아연의 합금으로 및/또는 실질적으로 아연을 포함하거나 및/또는 아연 및/또는 다른 코팅금속들을 포함하는 다른 아연 합금으로 수행되는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 경화된 부품을 제조하는 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 및/또는 환원이 수행되는 상기 로 챔버가 직접적으로 또는 간접적으로 가열되는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 경화된 부품을 제조하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산화 및/또는 환원이 수행되는 상기 로 챔버가 가스 및/또는 오일 버너 및/또는 대류가열의 수단에 의하여 가열되거나 또는 상기 강철 스트립이 유도가열되는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 경화된 부품을 제조하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    산화의 끝에서 300㎚ 이상의 산화층 두께가 달성되도록 하여 산화가 수행되고, 그리고 후속하여 산화물층이 표면으로부터 부분적으로 환원되도록 하여 환원이 수행되는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 경화된 부품을 제조하는 방법.
  10. 강철 기판(1) 및 그 위에 적용되는 금속성 코팅 또는 층(5)을 포함하는, 경화가능한 강철 스트립으로서,
    상기 강철 기판(1)의 산화층(3)은 상기 금속성 코팅(5)이 상기 강철 기판(1) 위에 놓이도록 형성되는 경계영역 내에 존재하는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 얻어지는 강철 스트립.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 금속성 코팅(5)은 알루미늄 또는 실질적으로 알루미늄, 알루미늄 합금, 알루미늄-아연 합금, 실질적으로 아연을 포함하는 아연 합금, 아연-철 합금 또는 실질적으로 아연으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 경화가능한 강철로부터 얻어지는 강철 스트립.
  12. 제10항 또는 제11항에 따른 강철 스트립의 사용방법으로서, 부품을 냉간 성형하고, 오스테나이트화하고, 이어서 급랭경화하거나, 또는 오스테나이트화하고, 성형하고, 급랭경화하는, 프레스-경화된 부품을 생산하기 위한 강철 스트립의 사용방법.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 생산되며, 경도가 강철 기판의 경도 보다 더 작은 연성층이, 금속성 코팅이 있는 경우 그 아래에서, 경화된 강철 기판의 표면에 존재하는 것을 특징으로 하는 제10항 또는 제11항에 따른 강철 스트립으로부터 생산되는 경화된 부품.
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