KR20200047634A - 핫 스탬프 성형품 및 핫 스탬프용 강판 그리고 그들의 제조 방법 - Google Patents

핫 스탬프 성형품 및 핫 스탬프용 강판 그리고 그들의 제조 방법 Download PDF

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KR20200047634A
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Abstract

이 핫 스탬프 성형품은, 전부 또는 일부가, 질량％로, C: 0.001％ 이상 0.080％ 미만, Si: 2.50％ 이하, Mn: 0.01％ 이상 0.50％ 미만, P: 0.200％ 이하, S: 0.0200％ 이하, sol. Al: 0.001 내지 2.500％, N: 0.0200％ 이하, Cr: 0.30％ 이상 2.00％ 미만을 포함하고, 잔부: Fe 및 불순물인 화학 조성을 갖고, 금속 조직이, 체적％로, 페라이트: 60.0％ 초과, 마르텐사이트: 0％ 이상 10.0％ 미만, 베이나이트: 0％ 이상 20.0％ 미만을 포함하고, 인장 강도가 700MPa 미만이고, 170℃에서 20분간의 열처리를 실시한 후의, 상기 인장 강도의 저하량인 ΔTS가 100MPa 이하이다.

Description

핫 스탬프 성형품 및 핫 스탬프용 강판 그리고 그들의 제조 방법
본 발명은 핫 스탬프 성형품 및 핫 스탬프용 강판 그리고 그들의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2017년 10월 02일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2017-193095호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 본 명세서에 원용한다.
산업 기술 분야가 고도로 분업화한 오늘, 각 기술분야에 있어서 사용되는 재료에는, 특수하고 또한 고도의 성능이 요구되고 있다. 예를 들어 자동차용 강판에 대해서는, 지구 환경에 대한 배려로, 차체 경량화에 의한 연비의 향상을 위해 높은 강도가 요구되고 있다. 고강도 강판을 자동차의 차체에 적용한 경우, 강판의 판 두께를 얇게 하여 차체를 경량화하면서, 원하는 강도를 차체에 부여할 수 있다.
그러나, 자동차의 차체 부재를 형성하는 공정인 프레스 성형에 있어서는, 사용되는 강판의 두께가 얇을수록 갈라짐 및 주름이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, 자동차용 강판에는, 우수한 프레스 성형성도 필요해진다.
프레스 성형성의 확보와 강판의 고강도화는 상반되는 요소이므로, 이들 특성을 동시에 충족시키는 것은 곤란하다. 또한, 고강도 강판을 프레스 성형하면, 부재를 금형으로부터 취출한 때에 스프링백에 의해 부재의 형상이 크게 변화하므로, 부재의 치수 정밀도를 확보하는 것이 곤란해진다. 이와 같이, 프레스 성형에 의해 고강도의 차체 부재를 제조하는 것은 용이하지 않다.
지금까지, 초고강도의 차체 부재를 제조하는 방법으로서, 예를 들어, 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같이, 가열한 강판을 저온의 프레스 금형을 사용하여 프레스 성형하는 기술이 제안되어 있다. 이 기술은 핫 스탬프 또는 열간 프레스 등이라고 불리고 있고, 고온으로 가열되어 연질 상태인 강판을 프레스 성형하므로, 복잡한 형상의 부재를 높은 치수 정밀도로 제조할 수 있다. 또한, 금형과의 접촉에 의해 강판이 급랭되므로, ?칭에 의해, 프레스 성형과 동시에 강도를 대폭으로 높이는 것이 가능하게 된다. 예를 들어 특허문헌 1에는, 인장 강도가 500 내지 600MPa인 강판을 핫 스탬프함으로써, 인장 강도가 1400MPa 이상인 부재가 얻어지는 것이 기재되어 있다.
그런데, 차체 부재 중에서도, 센터 필러 및 사이드 멤버와 같은 골격 구조 부품에서는, 자동차가 충돌했을 때의 부재의 변형 상태를 제어하기 위해서, 부재 내에 경질의 부위와 연질의 부위가 마련되는 경우가 많다.
핫 스탬프에 의해 연질부를 갖는 부재를 제조하는 방법으로서, 특허문헌 2에는, 유도 가열 또는 적외선 가열에 의해 강판의 가열 온도를 부분적으로 변화시켜서, 저온으로 가열한 부분을 연질화하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 강판을 로 가열할 때에 강판의 일부에 단열재를 장착하여, 부분적으로 가열 온도를 저하시켜서 연질화하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 4 및 특허문헌 5에는, 성형 시의 강판과 금형의 접촉 면적을 바꿈으로써 강판의 냉각 속도를 부분적으로 변화시켜서, 냉각 속도가 낮은 부분을 연질화하는 방법이 개시되어 있다. 특허문헌 6에는, 2매의 소판을 용접하여 연결시킨, 소위 테일러드 블랭크재를 사용하여 핫 스탬프하는 기술이 개시되어 있다.
핫 스탬프에서는, 통상, 강판을 오스테나이트 영역까지 가열한 후, 임계 냉속 이상의 냉각 속도로 냉각함으로써, 마르텐사이트의 단일 조직을 형성하여 고강도화시킨다. 한편, 특허문헌 2 내지 5에 기재되는 방법에서는, 상술한 바와 같이 부분적으로 강판의 가열 온도 또는 냉각 속도를 저하시켜서, 마르텐사이트 이외의 조직을 생성시켜 연질화를 도모하고 있다. 그러나, 마르텐사이트 이외의 조직의 분율은, 가열 온도 및 냉각 속도에 민감하게 반응하여 변화하기 때문에, 특허문헌 2 내지 5의 방법에서는, 연질부의 강도가 안정적이지 않다고 하는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 6에 기재되는 기술에서는, 한쪽 소판에 ?칭성이 낮은 강판을 사용함으로써, 일정한 가열 냉각 조건 하에서 연질부를 형성할 수 있다. 그러나, 연질부의 금속 조직 및 강도 특성은, 강판의 성분 조성에 크게 의존함에도 불구하고, 특허문헌 6에서는, ?칭성이 낮은 강판의 성분 조성에 대하여 전혀 배려가 이루어져 있지 않다.
이와 같은 과제에 대하여 특허문헌 7 및 8에는, 경질부와 연질부를 포함하는 핫 스탬프 부재, 또는 전체적으로 연질의 핫 스탬프 부재에 있어서, 연질부의 강도를 안정화시키는 방법이 개시되어 있다.
구체적으로는, 특허문헌 7에는, C 함유량을 조금 낮게 함과 함께 ?칭 원소를 일정량 이상 함유시켜, 냉각 중에 페라이트, 펄라이트 및 마르텐사이트의 형성을 억제한 600 내지 1200MPa급 자동차용 고강도 부재 및 그의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 8에는, C 함유량을 조금 낮게 제한함과 함께 Ti를 함유시켜, 마르텐사이트의 생성량을 제어한, 인장 강도가 500MPa 이상인 핫 스탬프 부재와 그의 제조 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 7 및 8에 기재되는 기술에 의하면, 부재 내에 있어서의 강도나 신장의 균일성을 높이는 것이 가능하게 된다. 그러나, 본 발명자들 검토에 의하면, 금속 조직에 베이나이트, 마르텐사이트 등의 경질 조직이 포함되기 때문에, 열적 안정성이 낮고, 부재에 도장 베이킹 처리를 실시한 때에 강도가 저하하는 경우가 있음을 알았다. 자동차 부재에서는, 도장 베이킹 처리가 행하여지는 경우가 많으므로, 특허문헌 7, 8에 기재된 기술에는 개선의 여지가 남아 있다.
일본 특허 공개 2002-102980호 공보 일본 특허 공개 2005-193287호 공보 일본 특허 공개 2009-61473호 공보 일본 특허 공개 2003-328031호 공보 국제 공개 제2006/38868호 팸플릿 일본 특허 공개 2004-58082호 공보 일본 특허 공개 2005-248320호 공보 국제 공개 제2008/132303호 팸플릿
상술한 바와 같이, 핫 스탬프에 의해 연질의 부재 또는 연질부를 포함하는 부재를 제조하는 것은 용이하지 않고, 특히, 일부 또는 전부에 연질부를 포함하는, 열적 안정성이 우수한 저강도의 핫 스탬프 부재를 제조하는 것은, 종래 기술에 있어서는 곤란하였다.
본 발명은 상기 과제를 해결하여, 열적 안정성이 우수하며, 보다 구체적으로는 도장 베이킹 처리에 수반하는 도장 베이킹 처리 전후에서의 강도(인장 강도)의 변동이 작은, 인장 강도가 700MPa 미만인 부분을 갖는 핫 스탬프 성형품, 및 그의 소재로서 적합한 핫 스탬프용 강판, 그리고 그들의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 하기의 핫 스탬프 성형품 및 핫 스탬프용 강판 그리고 그들의 제조 방법을 요지로 한다.
(1) 본 발명의 일 형태에 관한 핫 스탬프 성형품은, 핫 스탬프 성형품이며, 상기 핫 스탬프 성형품의 전부 또는 일부가, 질량％로, C: 0.001％ 이상 0.080％ 미만, Si: 2.50％ 이하, Mn: 0.01％ 이상 0.50％ 미만, P: 0.200％ 이하, S: 0.0200％ 이하, sol. Al: 0.001 내지 2.500％, N: 0.0200％ 이하, Cr: 0.30％ 이상 2.00％ 미만, Ti: 0 내지 0.300％, Nb: 0 내지 0.300％, V: 0 내지 0.300％, Zr: 0 내지 0.300％, Mo: 0 내지 2.00％, Cu: 0 내지 2.00％, Ni: 0 내지 2.00％, B: 0 내지 0.0200％, Ca: 0 내지 0.0100％, Mg: 0 내지 0.0100％, REM: 0 내지 0.1000％, Bi: 0 내지 0.0500％, 잔부: Fe 및 불순물인 화학 조성을 갖고, 금속 조직이, 체적％로, 페라이트: 60.0％ 초과, 마르텐사이트: 0％ 이상 10.0％ 미만, 베이나이트: 0％ 이상 20.0％ 미만을 포함하고, 인장 강도가 700MPa 미만이고, 170℃에서 20분간의 열처리를 실시한 후의, 상기 인장 강도의 저하량인 ΔTS가 100MPa 이하이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 핫 스탬프 성형품에서는, 상기 화학 조성이, 질량％로, Ti: 0.001 내지 0.300％, Nb: 0.001 내지 0.300％, V: 0.001 내지 0.300％, 및 Zr: 0.001 내지 0.300％로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 핫 스탬프 성형품은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Mo: 0.001 내지 2.00％, Cu: 0.001 내지 2.00％, 및 Ni: 0.001 내지 2.00％로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프 성형품은, 상기 화학 조성이, 질량％로, B: 0.0001 내지 0.0200％를 함유해도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프 성형품은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Ca: 0.0001 내지 0.0100％, Mg: 0.0001 내지 0.0100％, 및 REM: 0.0001 내지 0.1000％로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.
(6) 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프 성형품은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Bi: 0.0001 내지 0.0500％를 함유해도 된다.
(7) 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프 성형품은, 표면에 도금층을 가져도 된다.
(8) 본 발명의 다른 양태에 관한 핫 스탬프용 강판은, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.001％ 이상 0.080％ 미만, Si: 2.50％ 이하, Mn: 0.01％ 이상 0.50％ 미만, P: 0.200％ 이하, S: 0.0200％ 이하, sol. Al: 0.001 내지 2.500％, N: 0.0200％ 이하, Cr: 0.30％ 이상 2.00％ 미만, Ti: 0 내지 0.300％, Nb: 0 내지 0.300％, V: 0 내지 0.300％, Zr: 0 내지 0.300％, Mo: 0 내지 2.00％, Cu: 0 내지 2.00％, Ni: 0 내지 2.00％, B: 0 내지 0.0200％, Ca: 0 내지 0.0100％, Mg: 0 내지 0.0100％, REM: 0 내지 0.1000％, Bi: 0 내지 0.0500％, 잔부: Fe 및 불순물이며, 금속 조직이, 철 탄화물을 포함하고, 상기 철 탄화물 중의 Mn 함유량 및 Cr 함유량이 하기 (i)식을 충족한다.
[Mn]θ+[Cr]θ>2.5 …(i)
단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.
[Mn]θ: 철 탄화물에 포함되는 Fe, Mn 및 Cr의 합계 함유량을 100원자％로 했을 때의, 원자％로의 철 탄화물 중의 Mn 함유량
[Cr]θ: 상기 철 탄화물에 포함되는 Fe, Mn 및 Cr의 합계 함유량을 100원자％로 했을 때의, 원자％로의 철 탄화물 중의 Cr 함유량
(9) 상기 (8)에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Ti: 0.001 내지 0.300％, Nb: 0.001 내지 0.300％, V: 0.001 내지 0.300％, 및 Zr: 0.001 내지 0.300％로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.
(10) 상기 (8) 또는 (9)에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Mo: 0.001 내지 2.00％, Cu: 0.001 내지 2.00％, 및 Ni: 0.001 내지 2.00％로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.
(11) 상기 (8) 내지 (10) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로, B: 0.0001 내지 0.0200％를 함유해도 된다.
(12) 상기 (8) 내지 (11) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Ca: 0.0001 내지 0.0100％, Mg: 0.0001 내지 0.0100％, 및 REM: 0.0001 내지 0.1000％로부터 선택되는 1종 이상을 함유해도 된다.
(13) 상기 (8) 내지 (12) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로, Bi: 0.0001 내지 0.0500％를 함유해도 된다.
(14) 상기 (8) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 표면에 도금층을 가져도 된다.
(15) 본 발명의 다른 양태에 관한 핫 스탬프 성형품의 제조 방법은, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프 성형품을 제조하는 방법이며, (8) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 강판을 가열 온도 T℃까지 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정 후의 상기 핫 스탬프용 강판에 대하여 핫 스탬프를 행하는 핫 스탬프 공정을 구비한다.
(16) 본 발명의 다른 양태에 관한 핫 스탬프 성형품의 제조 방법은, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프 성형품을 제조하는 방법이며, (8) 내지 (13) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 강판을, 접합용 강판과 접합하여 접합 강판으로 하는 접합 공정과, 상기 접합 공정 후의 접합 강판을 가열 온도 T℃까지 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정 후의 상기 접합 강판에 대하여 핫 스탬프를 행하는 핫 스탬프 공정을 구비한다.
(17) 본 발명의 다른 양태에 관한 핫 스탬프 성형품의 제조 방법은, 상기 (7)에 기재된 핫 스탬프 성형품을 제조하는 방법이며, (14)에 기재된 핫 스탬프용 강판을 가열 온도 T℃까지 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정 후의 상기 핫 스탬프용 강판에 대하여 핫 스탬프를 행하는 핫 스탬프 공정을 구비한다.
(18) 본 발명의 다른 양태에 관한 핫 스탬프 성형품의 제조 방법은, 상기 (7)에 기재된 핫 스탬프 성형품을 제조하는 방법이며, (14)에 기재된 핫 스탬프용 강판을, 접합용 강판과 접합하여 접합 강판으로 하는 접합 공정과, 상기 접합 공정 후의 접합 강판을 가열 온도 T℃까지 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정 후의 상기 접합 강판에 대하여 핫 스탬프를 행하는 핫 스탬프 공정을 구비한다.
(19) 상기 (15) 내지 (18) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프 성형품의 제조 방법은, 상기 가열 공정에 있어서, 상기 가열 온도 T℃가, 상기 핫 스탬프용 강판의 Ac1점을 초과하는 온도이며, 상기 핫 스탬프 공정에 있어서, 핫 스탬프 개시 온도가 (T-300)℃ 이상의 온도여도 된다.
(20) 본 발명의 다른 양태에 관한 핫 스탬프용 강판의 제조 방법은, (8) 내지 (14) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 강판을 제조하는 방법이며, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.001％ 이상 0.080％ 미만, Si: 2.50％ 이하, Mn: 0.01％ 이상 0.50％ 미만, P: 0.200％ 이하, S: 0.0200％ 이하, sol. Al: 0.001 내지 2.500％, N: 0.0200％ 이하, Cr: 0.30％ 이상 2.00％ 미만, Ti: 0 내지 0.300％, Nb: 0 내지 0.300％, V: 0 내지 0.300％, Zr: 0 내지 0.300％, Mo: 0 내지 2.00％, Cu: 0 내지 2.00％, Ni: 0 내지 2.00％, B: 0 내지 0.0200％, Ca: 0 내지 0.0100％, Mg: 0 내지 0.0100％, REM: 0 내지 0.1000％, Bi: 0 내지 0.0500％, 잔부: Fe 및 불순물인 슬래브에 대하여, 열간 압연을 실시한 후, 800℃ 이하의 온도역에서 권취하여 열연 강판으로 하는 열간 압연 공정과, 상기 열연 강판에 650℃를 초과하는 온도역까지 가열하는 열연판 어닐링을 실시하여 열연 어닐링 강판으로 하는 열연판 어닐링 공정을 구비한다.
(21) 상기 (20)에 기재된 핫 스탬프용 강판의 제조 방법은, 추가로, 상기 열연판 어닐링 공정 후의 상기 열연 어닐링 강판에, 임의로, 냉간 압연, 및 어닐링 중 어느 것 또는 양쪽을 행한 후, 도금을 행하는 도금 공정을 구비해도 된다.
본 발명에 따르면, 도장 베이킹 처리에 수반하는 강도의 변동이 작고(열적 안정성이 우수하고), 인장 강도가 700MPa 미만인 부분을 갖는 핫 스탬프 성형품을 얻는 것이 가능해진다.
도 1은 실시예 1에서 제조한 핫 스탬프 성형품의 형상을 도시하는 모식도이다.
도 2는 실시예 2에서 제조한 핫 스탬프 성형품의 형상을 도시하는 모식도이다.
본 발명자들은, 인장 강도가 700MPa 미만인 핫 스탬프 성형품에 대해서, 도장 베이킹 처리 시의 강도 저하를 억제하는 방법을 예의 검토하였다. 그 결과, 이하의 지견을 얻었다.
(A) 핫 스탬프 성형품의 금속 조직에 마르텐사이트 또는 베이나이트 등의 경질 조직이 다량으로 포함되면, 도장 베이킹 처리에 의해 성형품의 인장 강도가 크게 저하된다. 이것은, 경질 조직이 템퍼링되어서 연질화하기 때문이라고 생각된다.
(B) 한편, 경질 조직의 분율이 낮고, 페라이트를 포함하는 연질 조직을 주체로 하는 금속 조직을 갖는 핫 스탬프 성형품이어도, 성분 조성에 따라서는 도장 베이킹 처리에 의해 인장 강도가 크게 저하되는 경우가 있다.
(C) 페라이트를 포함하는 연질 조직을 주체로 하는 금속 조직을 갖는 핫 스탬프 성형품에 있어서, Mn 함유량을 조금 낮게 제한함과 함께 소정량의 Cr을 함유시키는 것, 및 핫 스탬프 전의 강판에 있어서, 철 탄화물 중의 Mn 함유량, Cr 함유량을 일정 이상으로 제어함으로써, 도장 베이킹 처리에 의한 인장 강도의 저하가 억제된다.
이 이유는 명백하지는 않으나, (a) Mn 함유량이 과잉이면, 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태 온도가 저하되어, 핫 스탬프 후의 냉각 과정에 있어서, 페라이트 중에 미세한 철 탄화물 또는 미세한 철 탄소 클러스터가 생성되어, 페라이트가 경질화하는 것, (b) Cr을 함유시켜, 철 탄화물 중의 Mn 함유량, Cr 함유량을 일정 이상으로 함으로써 철 탄화물이 안정화되어, 페라이트 중에 있어서의 미세한 철 탄화물 또는 미세한 철 탄소 클러스터의 생성이 억제되는 것, 및 (c) 페라이트 중에 존재하는 미세한 철 탄화물 또는 미세한 철 탄소 클러스터는, 도장 베이킹 시의 열처리에 의해 조대한 철 탄화물로 변화하여, 페라이트의 강도가 저하되는 것에 기인 한다고 추정된다.
이상 (A) 내지 (C)의 결과로부터, Mn 함유량을 조금 낮게 제한함과 함께 일정량 이상의 Cr을 함유시켜, 철 탄화물 중의 Mn 함유량, Cr 함유량을 일정 이상으로 제어한 핫 스탬프용 강판을 사용하여 핫 스탬프함으로써, 페라이트를 주체로 하는 금속 조직을 갖고, 열적 안정성이 우수하고 도장 베이킹 처리에 의한 강도 저하가 작은 핫 스탬프 성형품을 제조할 수 있음을 지견하였다.
이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품(본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품), 및 그의 소재로서 적합한 핫 스탬프용 강판(본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판), 그리고 그들의 제조 방법의 각 요건에 대하여 상세하게 설명한다.
<핫 스탬프 성형품의 화학 조성>
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품의 전부 또는 일부는, 이하에 나타내는 화학 조성을 갖는다. 각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 이하의 설명에 있어서 함유량에 관한 「％」는, 「질량％」를 의미한다. 핫 스탬프 성형품이, 700MPa 미만의 인장 강도를 갖는 부분과, 700MPa 이상의 인장 강도를 갖는 부분을 구비하고 있는 경우, 적어도 인장 강도가 700MPa 미만이 되는 부분이 이하의 화학 조성을 갖고 있으면 된다.
C: 0.001％ 이상, 0.080％ 미만
C는, 핫 스탬프 후의 강판(핫 스탬프 성형품이 구비하는 강판)의 인장 강도를 상승시키는 효과를 갖는 원소이다. C 함유량이 0.001％ 미만이면, 핫 스탬프에 의한 인장 강도의 상승을 기대할 수 없다. 바람직한 C 함유량은 0.010％ 이상, 0.020％ 이상, 또는 0.030％ 이상이다.
한편, C 함유량이 0.080％ 이상이면 핫 스탬프 후의 금속 조직에 있어서 마르텐사이트 및/또는 베이나이트의 체적률이 증가하고, 핫 스탬프 성형품의 인장 강도가 700MPa 이상이 된다. 이 경우, 후술하는 바와 같이 Mn 및 Cr 함유량을 조정해도, 핫 스탬프 성형품의 열적 안정성을 확보할 수 없게 된다. 따라서, C 함유량은 0.080％ 미만으로 한다. 바람직한 C 함유량은 0.075％ 미만, 0.070％ 미만, 0.060％ 미만, 또는 0.050％ 미만이다.
Si: 2.50％ 이하
Si는, 강 중에 불순물로서 함유되는 원소이다. Si 함유량이 2.50％를 초과하면, 용접성이 열화됨과 함께, 변태점이 너무 높아져서, 핫 스탬프의 가열 과정에서 변태점 이상의 온도로 강판을 가열하는 것이 곤란해진다. 그 때문에, Si 함유량은 2.50％ 이하로 한다. 바람직한 Si 함유량은 2.00％ 이하, 1.50％ 이하, 또는 1.00％ 이하이다. 핫 스탬프용 강판으로서 도금 강판을 사용하는 경우에는, 도금성을 확보하기 위하여 Si 함유량을 0.50％ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 0.40％ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다.
Si 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않지만, Si 함유량을 과도하게 저하시키는 것은 제강 비용의 상승을 초래하기 때문에, Si를 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, Si는, 핫 스탬프 후의 강판의 인장 강도를 높이는 작용을 가지므로, 적극적으로 함유시켜도 된다. 고강도화의 관점에서는, 바람직한 Si 함유량은 0.10％ 이상, 0.20％ 이상, 또는 0.30％ 이상이다.
Mn: 0.01％ 이상, 0.50％ 미만
Mn은, 핫 스탬프 성형품의 열적 안정성을 열화시키는 원소이다. 특히, Mn 함유량이 0.50％ 이상이면 핫 스탬프 후의 성형품의 열적 안정성이 현저하게 열화된다. 따라서, Mn 함유량은 0.50％ 미만으로 한다. Mn 함유량은 바람직하게는 0.40％ 미만, 0.35％ 미만, 0.30％ 미만, 또는 0.25％ 미만이다.
한편, Mn은, 불순물인 S와 결합하여 MnS를 형성하여, S에 의한 폐해를 억제하는 작용을 갖는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서, Mn 함유량은 0.01％ 이상으로 한다. Mn 함유량은 바람직하게는 0.05％ 이상, 0.10％ 이상, 또는 0.15％ 이상이다.
P: 0.200％ 이하
P는, 강 중에 불순물로서 함유되는 원소이다. P 함유량이 0.200％를 초과하면 용접성 및 핫 스탬프 후의 인성이 현저하게 열화되기 때문에, P 함유량은 0.200％ 이하로 한다. 바람직한 P 함유량은 0.100％ 이하, 0.050％ 이하, 또는 0.020％ 이하이다.
P 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않지만, P 함유량을 과도하게 저하시키는 것은 제강 비용의 상승을 초래하기 때문에, 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, P는, 핫 스탬프 후의 성형품의 인장 강도를 높이는 작용을 가지므로, 적극적으로 함유시켜도 된다. 고강도화의 관점에서는, 바람직한 P 함유량은 0.010％ 이상, 0.020％ 이상, 또는 0.030％ 이상이다. 핫 스탬프용 강판으로서 도금 강판을 사용하는 경우에는, 도금성을 확보하기 위하여 P 함유량을 0.05％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.040％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
S: 0.0200％ 이하
S는, 강 중에 불순물로서 함유되어, 강을 취화시키는 원소이다. 그 때문에, S 함유량은 적을수록 바람직하지만, S 함유량이 0.0200％를 초과하면 그의 악영향이 특히 커지므로, S 함유량은 0.0200％ 이하로 한다. 바람직한 S 함유량은 0.0100％ 이하, 0.0050％ 이하, 또는 0.0030％ 이하이다.
S 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않지만, S 함유량을 과도하게 저하시키는 것은 제강 비용의 상승을 초래하므로, 0.0001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
sol. Al: 0.001 내지 2.500％
Al은, 용강을 탈산하는 작용을 갖는 원소이다. sol. Al 함유량이 0.001％ 미만이면 탈산이 불충분해진다. 그 때문에, sol. Al 함유량을 0.001％ 이상으로 한다. sol. Al 함유량은 바람직하게는, 0.010％ 이상, 0.020％ 이상, 또는 0.040％ 이상이다.
한편, sol. Al 함유량이 너무 높을 경우, 변태점이 상승하여, 핫 스탬프의 가열 과정에서 변태점 이상의 온도로 강판을 가열하는 것이 곤란해진다. 그 때문에, sol. Al 함유량은 2.500％ 이하로 한다. sol. Al 함유량은 바람직하게는 1.000％ 이하, 0.500％ 이하, 0.100％ 이하, 또는 0.060％ 이하이다.
N: 0.0200％ 이하
N은, 강 중에 불순물로서 함유되어, 강의 연속 주조 중에 질화물을 형성하는 원소이다. 이 질화물은 핫 스탬프 후의 인성을 열화시키므로, N 함유량은 낮은 편이 바람직하다. N 함유량이 0.0200％ 초과이면, 그의 악영향이 특히 커지므로, N 함유량은 0.0200％ 이하로 한다. N 함유량은 바람직하게는 0.0100％ 미만, 0.0080％ 미만, 또는 0.0050％ 미만이다.
N 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않지만, N 함유량을 과도하게 저하시키는 것은 제강 비용의 상승을 초래하므로, N을 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
Cr: 0.30％ 이상, 2.00％ 미만
Cr은, 페라이트를 주체로 하는 금속 조직을 갖는 핫 스탬프 성형품(핫 스탬프 후의 강판)의 열적 안정성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. Cr 함유량이 0.30％ 미만인 경우, 상기 작용에 의한 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 따라서, Cr 함유량은 0.30％ 이상으로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 0.50％ 이상, 0.70％ 이상, 또는 0.90％ 이상이다.
한편, Cr 함유량이 2.00％ 이상이면 핫 스탬프 성형품의 금속 조직에 포함되는 마르텐사이트 및/또는 베이나이트의 체적률이 과잉이 되어, 핫 스탬프 성형품의 열적 안정성이 열화된다. 따라서, Cr 함유량은 2.00％ 미만으로 한다. Cr 함유량은 바람직하게는 1.50％ 이하, 1.20％ 이하, 또는 1.00％ 이하이다.
또한, 핫 스탬프 성형품의 열적 안정성은, Mn 함유량이 적고 Cr 함유량이 많을수록 향상된다. 그 때문에, Cr 함유량([Cr])과 Mn 함유량([Mn])의 비([Cr]/[Mn])를 1.00 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 1.05 이상, 1.50 이상, 2.50 이상, 또는 3.00 이상이다.
Ti: 0 내지 0.300％
Nb: 0 내지 0.300％
V: 0 내지 0.300％
Zr: 0 내지 0.300％
Ti, Nb, V 및 Zr은 금속 조직의 미세화를 통해, 핫 스탬프 성형품의 인장 강도를 상승시키는 작용을 갖는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서, Ti, Nb, V 및 Zr으로부터 선택되는 1종 이상을 필요에 따라서 함유시켜도 된다.
상기 효과를 얻고자 하는 경우에는, Ti, Nb, V 및 Zr으로부터 선택되는 1종 이상을, 각각 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, 0.005％ 이상의 Ti, 0.005％ 이상의 Nb, 0.010％ 이상의 V, 및 0.005％ 이상의 Zr 중 어느 1종 이상을 함유시키는 것이 보다 바람직하다.
Ti를 함유시키는 경우에는, Ti 함유량을 0.010％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0.020％ 이상으로 하는 것이 특히 바람직하다. Nb를 함유시키는 경우에는, Nb 함유량을 0.020％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하고, 0.030％ 이상으로 하면 특히 바람직하다. V를 함유시키는 경우에는, V 함유량을 0.020％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다. Zr을 함유시키는 경우에는, Zr 함유량을 0.010％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, Ti, Nb, V 및 Zr의 함유량이, 각각 0.300％를 초과하는 경우, 효과가 포화하는 동시에, 강판의 제조 비용이 상승한다. 그 때문에, 함유시키는 경우에도, Ti, Nb, V 및 Zr의 함유량은, 각각 0.300％ 이하로 한다.
또한, Ti, Nb, V 및 Zr의 함유량이 많은 경우, 이들 원소의 탄화물이 다량으로 석출되어 핫 스탬프 후의 인성이 손상될 것이 염려된다. 따라서, Ti 함유량은 바람직하게는 0.060％ 미만, 더욱 바람직하게는 0.040％ 미만이다. Nb 함유량은 바람직하게는 0.060％ 미만, 더욱 바람직하게는 0.040％ 미만이다. V 함유량은 바람직하게는 0.200％ 미만, 더욱 바람직하게는 0.100％ 미만이다. Zr 함유량은 바람직하게는 0.200％ 미만, 더욱 바람직하게는 0.100％ 미만이다.
Mo: 0 내지 2.00％
Cu: 0 내지 2.00％
Ni: 0 내지 2.00％
Mo, Cu 및 Ni는, 핫 스탬프 성형품(핫 스탬프 후의 강판)의 인장 강도를 높이는 작용을 갖는다. 따라서, Mo, Cu 및 Ni로부터 선택되는 1종 이상을 필요에 따라서 함유시켜도 된다.
상기 효과를 얻고자 하는 경우에는, Mo, Cu 및 Ni로부터 선택되는 1종 이상을 각각 0.001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 바람직한 Mo 함유량은 0.05％ 이상이며, 바람직한 Cu 함유량은 0.10％ 이상이며, 바람직한 Ni 함유량은 0.10％ 이상이다.
한편, Mo, Cu 및 Ni의 함유량이, 각각 2.00％를 초과하면, 핫 스탬프 후의 성형품의 금속 조직에 포함되는 마르텐사이트 및/또는 베이나이트의 체적률이 과잉이 되어, 핫 스탬프 성형품의 열적 안정성이 열화된다.
그 때문에, 함유시키는 경우에도, Mo, Cu 및 Ni의 함유량은, 각각 2.00％ 이하로 한다. 바람직한 Mo 함유량은 0.50％ 이하이고, 바람직한 Cu 함유량은 1.00％ 이하이고, 바람직한 Ni 함유량은 1.00％ 이하이다.
B: 0 내지 0.0200％
B는, 입계에 편석하여 핫 스탬프 후의 강판의 인성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서, 필요에 따라 함유시켜도 된다.
상기 효과를 얻고자 하는 경우에는, B 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하다. B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0006％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.0010％ 이상이다.
한편, B 함유량이 0.0200％를 초과하는 경우, 핫 스탬프 성형품의 금속 조직에 포함되는 마르텐사이트 및/또는 베이나이트의 체적률이 과잉이 되어, 핫 스탬프 성형품의 열적 안정성이 열화된다. 따라서, 함유시키는 경우에도, B 함유량은 0.0200％ 이하로 한다. B 함유량은, 바람직하게는 0.0050％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.0030％ 이하이다.
Ca: 0 내지 0.0100％
Mg: 0 내지 0.0100％
REM: 0 내지 0.1000％
Ca, Mg 및 REM은, 개재물의 형상을 조정함으로써 핫 스탬프 후의 인성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻고자 하는 경우에는, Ca, Mg 및 REM으로부터 선택되는 1종 이상을, 각각 0.0001％ 이상 함유시키는 것이 바람직하다.
한편, Ca 혹은 Mg의 함유량이 0.0100％ 초과일 경우, 또는 REM의 함유량이 0.1000％ 초과일 경우, 효과가 포화하여 과잉의 비용이 발생한다. 따라서, 함유시키는 경우에도, Ca 및 Mg의 함유량은 각각 0.0100％ 이하로 하고, REM 함유량은 0.1000％ 이하로 한다.
본 실시 형태에 있어서, REM은 Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17원소를 가리키고, REM 함유량은 이들 원소의 합계 함유량을 의미한다. 란타노이드는 공업적으로는 미슈 메탈의 형으로 첨가된다.
Bi: 0 내지 0.0500％
Bi는, 응고 조직을 미세화함으로써, 핫 스탬프 후의 인성을 향상시키는 작용을 갖는 원소이다. 그 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 상기 효과를 얻고자 하는 경우에는, Bi 함유량은 0.0001％ 이상인 것이 바람직하다. Bi 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0003％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.0005％ 이상이다.
한편, Bi 함유량이 0.0500％를 초과하는 경우, 상기 효과가 포화하여 과잉의 비용이 발생한다. 따라서, 함유시키는 경우에도, Bi 함유량은 0.0500％ 이하로 한다. Bi 함유량은, 바람직하게는 0.0100％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0050％ 이하이다.
상기 화학 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 여기서 「불순물」이란, 강판을 공업적으로 제조할 때에, 광석, 스크랩 등의 원료, 제조 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분이며, 본 발명에 악영향을 주지 않을 범위에서 허용되는 것을 의미한다.
<핫 스탬프 성형품의 금속 조직>
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품의 금속 조직에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품의 전부 또는 일부는, 이하에 나타내는 양의 페라이트, 마르텐사이트 및 베이나이트를 포함하는 금속 조직을 갖는다. 금속 조직에 관한 이하의 설명에 있어서, 「％」는 「체적률％」를 의미한다.
페라이트: 60.0％ 초과
페라이트의 체적률이 60.0％ 이하이면, 핫 스탬프 후의 성형품의 인장 강도가 700MPa 이상이 되어, 열적 안정성을 확보할 수 없다. 그 때문에, 페라이트의 체적률을 60.0％ 초과로 한다. 페라이트의 체적률은, 바람직하게는 70.0％ 초과, 더욱 바람직하게는 80.0％ 초과이다.
페라이트의 체적률의 상한은 특별히 정할 필요가 없지만, 핫 스탬프 성형품의 강도를 상승시키기 위해서, 98.0％ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 96.0％ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하고, 94.0％ 미만으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
상기 페라이트에는, 폴리고날 페라이트 외에, 폴리고날 페라이트보다 전위 밀도가 높은 의사 폴리고날 페라이트 및 그래뉼라 베이니틱 페라이트, 톱니상의 입계를 갖는 침상 페라이트가 포함된다. 열적 안정성의 관점에서, 페라이트 전체에 대한 폴리고날 페라이트의 비율이, 체적률로 10.0％ 이상인 것이 바람직하다.
마르텐사이트: 0％ 이상, 10.0％ 미만
베이나이트: 0％ 이상, 20.0％ 미만
금속 조직이 마르텐사이트 및 베이나이트를 포함하면, 핫 스탬프 성형품의 열적 안정성이 열화된다. 그 때문에, 마르텐사이트의 체적률은 10.0％ 미만, 베이나이트의 체적률은 20.0％ 미만으로 한다. 마르텐사이트의 체적률은, 5.0％ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 2.0％ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하고, 1.0％ 미만으로 하는 것이 더욱 바람직하다. 베이나이트의 체적률은, 10.0％ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 5.0％ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하고, 2.0％ 미만으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
마르텐사이트 및 베이나이트는 반드시 함유될 필요는 없으므로, 마르텐사이트 및 베이나이트의 체적률의 하한은 모두 0％이다.
그러나, 마르텐사이트 및 베이나이트는, 핫 스탬프 성형품의 강도를 상승시키는 작용을 가지므로, 상기 범위 내이면 금속 조직에 포함되어 있어도 된다. 마르텐사이트 및 베이나이트의 체적률이 0.1％ 미만이면, 상기 작용에 의한 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, 강도를 상승시키는 경우에는, 마르텐사이트 및 베이나이트의 체적률의 하한값을, 모두 0.1％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.5％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
금속 조직의 잔부는, 펄라이트 또는 잔류 오스테나이트를 포함하고 있어도 되고, 추가로, 시멘타이트 등의 석출물을 포함하고 있어도 된다. 펄라이트, 잔류 오스테나이트 및 석출물을 함유할 필요는 없으므로, 펄라이트, 잔류 오스테나이트 및 석출물의 체적률의 하한은 모두 0％이다.
펄라이트는 핫 스탬프 성형품의 강도를 상승시키는 작용을 가지므로, 강도를 상승시키는 경우에는, 펄라이트의 체적률을 1.0％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 2.0％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하고, 5.0％ 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
한편, 펄라이트를 과잉으로 함유하는 경우, 핫 스탬프 후의 인성이 열화된다. 그 때문에, 펄라이트의 체적률을 20.0％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 10.0％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
잔류 오스테나이트는 핫 스탬프 성형품의 충격 흡수성을 향상시키는 작용을 갖는다. 그 때문에, 이 효과를 얻는 경우, 잔류 오스테나이트의 체적률을 0.5％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 1.0％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 잔류 오스테나이트를 과잉으로 함유하면, 핫 스탬프 후의 인성이 저하된다. 그 때문에, 잔류 오스테나이트의 체적률을 5.0％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 3.0％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서, 각 금속 조직의 체적률은 이하와 같이 구한다.
먼저, 핫 스탬프 성형품으로부터 시험편을 채취하고, 강판의 압연 방향에 평행한 종단면을 연마한 후, 비도금 강판의 경우에는, 강판 표면으로부터 강판의 판 두께의 1/4 깊이 위치, 도금 강판의 경우에는, 기재의 강판과 도금층의 경계로부터 기재인 강판의 판 두께의 1/4 깊이 위치에 있어서 조직 관찰한다. 핫 스탬프 성형품이, 700MPa 미만의 인장 강도를 갖는 부분과, 700MPa 이상의 인장 강도를 갖는 부분을 구비하고 있는 경우, 인장 강도가 700MPa 미만이 되는 부분으로부터 시험편을 채취하여 관찰을 행한다.
구체적으로는, 연마면을 나이탈 부식한 후, 광학 현미경 및 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 조직 관찰을 행하고, 얻어진 조직 사진에 대하여 화상 해석을 행함으로써, 페라이트와 펄라이트의 각각의 면적률, 및 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트의 합계 면적률을 얻는다. 그 후, 마찬가지의 관찰 위치에 대하여 레페라 부식을 한 후, 광학 현미경 및 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 조직 관찰을 행하고, 얻어진 조직 사진에 대하여 화상 해석을 행함으로써, 잔류 오스테나이트와 마르텐사이트의 합계 면적률을 산출한다.
또한, 마찬가지의 관찰 위치에 대해서, 종단면을 전해 연마한 후, 전자선 후방 산란 패턴 해석 장치(EBSP)를 구비한 SEM을 사용하여, 잔류 오스테나이트의 면적률을 측정한다.
이들 결과에 기초하여, 페라이트와 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트의 각각의 면적률을 얻는다. 그리고, 면적률은 체적률과 동등한 것으로 하고, 측정된 면적률을 각 조직의 체적률로 한다.
<핫 스탬프 성형품의 강도>
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품의 전부 또는 일부는, 모재 강판의 인장 강도로 700MPa 미만이다. 이것은, 인장 강도가 700MPa 이상이면 핫 스탬프 성형품의 열적 안정성을 확보할 수 없게 되기 때문이다. 바람직하게는, 핫 스탬프 성형품의 전부 또는 일부에 있어서, 인장 강도가 600MPa 미만, 또는 560MPa 미만이다. 한편, 핫 스탬프 성형품의 충격 흡수성을 향상시키기 위해서는, 핫 스탬프 성형품의 인장 강도를 440MPa 이상으로 하는 것이 바람직하고, 490MPa 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품은, 성형품 내에 인장 강도가 700MPa 미만인 연질 부분과 700MPa 이상인 경질 부분이 혼재하고 있어도 된다. 강도가 상이한 부위를 마련함으로써, 충돌 시의 핫 스탬프 성형품의 변형 상태를 제어하는 것이 가능하게 되어, 성형품의 충격 흡수성을 향상시킬 수 있다. 강도가 상이한 부위를 갖는 핫 스탬프 성형품은, 후술하는 바와 같이, 성분 조성이 상이한 2종류 이상의 강판을 접합한 후, 핫 스탬프함으로써 제조할 수 있다.
<핫 스탬프 성형품의 열적 안정성>
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품은, 170℃에서 20분간의 열처리를 실시했을 때의, 핫 스탬프 전의 인장 강도에 대한 인장 강도의 저하량(ΔTS)이 100MPa 이하이다. ΔTS는, 60MPa 이하인 것이 바람직하고, 30MPa 이하인 것이 보다 바람직하다.
페라이트를 주체로 하는 조직을 갖는 핫 스탬프 성형품에 있어서, 도장 베이킹 시에 강도가 저하되는 이유는, 페라이트 중에 존재하는 미세한 철 탄화물 또는 미세한 철 탄소 클러스터가, 도장 베이킹 시의 열처리에 의해 조대한 철 탄화물로 변화하기 때문이라고 생각된다. 이 미세한 철 탄화물 또는 미세한 철 탄소 클러스터의 존재 상태를 직접적으로 정량적으로 평가하는 것은 용이하지 않지만, 170℃에서 20분간의 열처리를 실시한 후의, 인장 강도의 저하량(ΔTS)에 의해 간접적으로 평가할 수 있다. ΔTS가 100MPa 이하이면 페라이트 중에 있어서의 미세한 철 탄화물 또는 미세한 철 탄소 클러스터의 생성이 억제되어, 열적 안정성이 우수하다고 판단된다.
<도금층>
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품은, 표면에 도금층을 갖고 있어도 된다. 표면에 도금층을 구비함으로써, 핫 스탬프 시에 있어서의 스케일의 생성을 방지하고, 또한 핫 스탬프 성형품의 내식성을 향상시키는 것이 가능해진다. 도금의 종류는, 상기 목적에 맞는 것이면 되고 특별히 한정되지 않는다. 핫 스탬프 성형품의 도금층은, 후술하는 바와 같이, 도금 강판을 사용하여 핫 스탬프함으로써 형성시킬 수 있다. 도금층의 종류로서, 아연계 도금 강판이나 알루미늄계 도금 강판을 사용하여 핫 스탬프한, 아연계 도금층이나 알루미늄계 도금층이 예시된다.
상기 핫 스탬프 성형품을 제조하기에 적합한 핫 스탬프용 강판에 대하여 설명한다.
<핫 스탬프용 강판의 화학 조성>
핫 스탬프에 의해 화학 조성은 실질적으로 변화하지 않으므로, 핫 스탬프용 강판의 화학 조성은, 상술한 핫 스탬프 성형품과 동일한 화학 조성을 갖는다.
<핫 스탬프용 강판의 금속 조직>
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 금속 조직은, 철 탄화물을 포함하고, 철 탄화물의 화학 조성(철 탄화물 중의 Mn 함유량 및 Cr 함유량)이 하기 (i)식을 충족한다.
[Mn]θ+[Cr]θ>2.5 …(i)
단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.
[Mn]θ: 철 탄화물에 포함되는 Fe, Mn 및 Cr의 합계 함유량을 100원자％로 했을 때의, 철 탄화물 중의 Mn 함유량(원자％)
[Cr]θ: 철 탄화물에 포함되는 Fe, Mn 및 Cr의 합계 함유량을 100원자％로 했을 때의, 철 탄화물 중의 Cr 함유량(원자％)
핫 스탬프용 강판의 금속 조직에 포함되는 철 탄화물의 화학 조성이, 상기 (i)식을 충족함으로써, 핫 스탬프 후의 강판의 열적 안정성을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 상기 (i)식의 좌변값은, 3.0 초인 것이 바람직하고, 4.0 초인 것이 보다 바람직하다.
한편, 철 탄화물 중에 있어서의 Mn 함유량과 Cr 함유량을 높이기 위해서는, 후술하는 열연판 어닐링 공정에 있어서, 열연 강판을 고온에서 어닐링할 필요가 발생하여, 강판의 제조성이 손상된다. 그 때문에, 상기 (i)식의 좌변값은, 30.0 미만인 것이 바람직하고, 20.0 미만인 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 있어서, 철 탄화물의 화학 조성은 이하의 수순에 의해 측정한다.
먼저, 강판의 임의의 위치로부터 시험편을 채취하고, 강판의 압연 방향에 평행한 종단면을 연마한 후, 강판 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 위치에 있어서 레플리카법에 의해 석출물을 추출한다. 이 석출물을, 투과형 전자 현미경(TEM)을 사용하여 관찰하고, 전자선 회절 및 에너지 분산형 X선 분석(EDS)에 의해 석출물의 동정 및 조성 분석을 한다.
EDS에 의한 철 탄화물의 정량 분석은, Fe, Mn 및 Cr의 3 원소에 대하여 행하고, 그들의 합계 함유량을 100원자％로 했을 때의, Mn 함유량(원자％) 및 Cr 함유량(원자％)을 각각 [Mn]θ 및 [Cr]θ로서 구한다. 이 정량 분석을 복수의 철 탄화물에 대하여 행하고, 그의 평균값을 그의 강판에 있어서의 철 탄화물 중의 Mn 함유량과 Cr 함유량으로 한다. 측정하는 철 탄화물의 수는 10개 이상으로 하고, 측정수는 많을수록 바람직하다. 철 탄화물이란, 펄라이트를 구성하는 시멘타이트 외에, 금속 조직 중에 고립되어 존재하는 시멘타이트를 포함한다.
본 실시 형태에서는, 열연 어닐링 강판, 냉연 강판 또는 어닐링 강판의 경우에는 강판 표면으로부터 판 두께의 1/4 깊이 위치, 도금 강판의 경우에는 기재인 강판과 도금층의 경계로부터 기재인 강판의 판 두께의 1/4 깊이 위치에 있어서, 상술한 금속 조직을 규정한다.
철 탄화물의 체적률은 특별히 정할 필요는 없지만, 핫 스탬프 후의 금속 조직을 세립화하여 인장 강도를 높이기 위해서, 철 탄화물의 체적률은 1％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 3％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
한편, 철 탄화물의 체적률이 과잉이 되면, 핫 스탬프 후의 강판의 인장 강도가 너무 높아짐과 함께, 열적 안정성이 손상된다. 따라서, 철 탄화물의 체적률은 20％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 15％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 금속 조직의 잔부는, 페라이트를 주체로 하지만, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트를 포함하고 있어도 되고, 추가로, 철 탄화물 이외의 석출물을 포함하고 있어도 된다. 단, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트는, 핫 스탬프 후의 인성을 열화시키므로, 이들 조직의 체적률은 적을수록 바람직하다. 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 베이나이트 및 잔류 오스테나이트의 체적률은, 모두 1.0％ 미만인 것이 바람직하고, 0.5％ 미만인 것이 보다 바람직하다.
핫 스탬프용 강판의 금속 조직에 있어서의 체적률은, 핫 스탬프 성형품의 경우와 동일한 방법으로 구할 수 있다.
<제조 방법>
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품 및 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.
[핫 스탬프 성형품의 제조 방법]
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품의 제조 방법은, 상술한 화학 조성 및 금속 조직을 갖는 핫 스탬프용 강판을 가열하는 공정과, 가열된 핫 스탬프용 강판에 대하여 핫 스탬프를 행하는 공정을 포함한다. 핫 스탬프 공정에서는, 금형에 의한 냉각 및 성형이 행하여져, 핫 스탬프 성형품이 얻어진다.
핫 스탬프용 강판을 가열하는 가열 공정에서는, 가열 온도 T(℃)는 Ac1점 초과로 하는 것이 바람직하다. Ac1점이란, 소재 강판을 가열한 때에 금속 조직 중에 오스테나이트가 생성되기 시작하는 온도이며, 가열 공정에서의 강판의 열팽창 변화로부터 구할 수 있다. 가열 온도를 높이면, 탄화물의 용해가 촉진되어 핫 스탬프 성형품의 강도가 상승한다. 핫 스탬프 성형품의 인장 강도를 440MPa 이상으로 하는 경우에는, 가열 온도를 Ac1점 초과로 한다.
탄화물의 용해를 촉진함과 함께, 핫 스탬프 성형품의 금속 조직에 있어서 마르텐사이트 또는 베이나이트의 생성을 억제하고, 성형품의 열적 안정성을 향상시키기 위해서는, 가열 온도를 Ac3점 초과로 하는 것이 바람직하다. Ac3점이란, 핫 스탬프에 제공하는 강판을 가열한 때에, 금속 조직 중에서 페라이트가 소실되는 온도이며, 가열 공정에서의 강판의 열팽창 변화로부터 구할 수 있다.
가열 온도의 상한은 특별히 한정하지 않지만, 가열 온도가 너무 높으면 오스테나이트가 조대화하여, 핫 스탬프 성형품의 강도가 저하된다. 그 때문에, 가열 온도는 1000℃ 이하인 것이 바람직하고, 950℃ 이하인 것이 보다 바람직하고, 900℃ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
상기 강판에 대하여 핫 스탬프를 실시하는 공정에서는, 핫 스탬프의 개시 온도는, 상기 가열 온도를 T(℃)라 한 경우에, (T-300)℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 핫 스탬프의 개시 온도를 높이면, 핫 스탬프 개시까지 발생하는 탄화물의 재석출이 억제되어, 핫 스탬프 성형품의 강도가 상승한다. 핫 스탬프 성형품의 인장 강도를 440MPa 이상으로 하는 경우에는, 핫 스탬프의 개시 온도를 (T-300)℃ 이상으로 한다. 탄화물의 재석출을 방지함과 함께, 핫 스탬프 성형품의 금속 조직에 있어서 마르텐사이트 또는 베이나이트의 생성을 억제하고, 핫 스탬프 성형품의 열적 안정성을 향상시키기 위해서는, 핫 스탬프의 개시 온도를 Ar3점 초과로 하는 것이 바람직하다. Ar3점이란, 소재 강판을 냉각한 때에 금속 조직 중에 페라이트가 생성되기 시작하는 온도이며, 가열 공정 후, 강판을 냉각할 때의 열팽창 변화로부터 구해진다.
또한, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형품의 다른 제조 방법은, 상술한 화학 조성 및 금속 조성을 갖는 강판(핫 스탬프용 강판)을, 접합용 강판과 접합하여 접합 강판으로 하는 접합 공정과, 상기 접합 강판을 가열하는 공정과, 그 후에, 상기 가열된 접합 강판에 대하여 핫 스탬프하는 공정을 포함한다. 접합에 대해서는, 예를 들어 핫 스탬프용 강판과 접합용 강판을 맞대거나, 또는 겹쳐서, 용접에 의해 접합할 수 있다.
상기 접합 강판의 가열 온도 T(℃)를 핫 스탬프용 강판의 Ac1점 초과로 하고 핫 스탬프의 개시 온도를, (T-300)℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 이 경우에 있어서의, 보다 바람직한 가열 온도는, 상기 강판의 Ac3점 초과이며, 보다 바람직한 핫 스탬프의 개시 온도는, 상기 강판의 Ar3점 초과이다. 이 이유는, 접합 공정을 포함하지 않은 경우와 동일하다.
접합용 강판의 화학 조성 및 기계 특성에 대해서는 특별히 한정하지 않는다. 그러나, 핫 스탬프 성형품의 충격 흡수 에너지를 높이기 위해서, 핫 스탬프 후의 인장 강도가 700MPa 이상인 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 핫 스탬프 후의 인장 강도는, 1000MPa 초과, 1200MPa 초과, 또는 1500MPa 초과이다.
핫 스탬프 후의 접합용 강판의 인장 강도를 확보하기 위해서, 접합용 강판의 C 함유량은, 0.080％ 이상인 것이 바람직하다. 바람직한 C 함유량의 하한은, 0.100％, 0.120％, 또는 0.200％이다. 마찬가지의 이유로부터, 접합용 강판의 Mn 함유량은, 0.50％ 이상인 것이 바람직하다. 바람직한 Mn 함유량의 하한은, 0.80％, 1.00％, 또는 1.20％이다.
상기 소재로서 사용되는 강판(핫 스탬프용 강판)은 후술하는 바와 같이 열연판 어닐링이 실시되어 있는 것이 바람직하다. 열연판 어닐링 후에, 추가로 냉간 압연, 또는 냉간 압연 및 어닐링이 행하여지고 있어도 된다. 한편, 접합용 강판으로서는, 열연 강판, 열연 강판에 냉간 압연을 실시한 냉연 강판, 열연 강판에 어닐링을 실시한 열연 어닐링 강판, 및 냉연 강판에 어닐링을 실시한 냉연 어닐링 강판 중 어느 것이어도 된다.
또한, 핫 스탬프 성형품의 내식성을 향상시키기 위해서, 핫 스탬프용 강판, 접합용 강판에는, 표면에 도금이 실시된 도금 강판을 사용해도 된다. 도금 강판의 종류는 특별히 한정하지 않지만, 용융 아연 도금 강판, 합금화 용융 아연 도금 강판, 용융 알루미늄 도금 강판, 용융 Zn-Al 합금 도금 강판, 용융 Zn-Al-Mg 합금 도금 강판, 용융 Zn-Al-Mg-Si 합금 도금 강판, 전기 아연 도금 강판 및 전기 Ni-Zn 합금 도금 강판 등이 예시된다.
[핫 스탬프용 강판의 제조 방법]
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 제조 방법은, 상술한 화학 조성을 갖는 슬래브에 대하여, 열간 압연을 실시한 후, 800℃ 이하의 온도역에서 권취하여 열연 강판으로 하는 열간 압연 공정과, 상기 열연 강판을 650℃를 초과하는 온도역까지 가열하는 열연판 어닐링을 실시하여 열연 어닐링 강판으로 하는 열연판 어닐링 공정을 포함한다.
열간 압연 공정에서는, 열간 압연 후의 권취 온도를 800℃ 이하로 한다. 권취 온도가 800℃ 초과이면, 열연 강판의 금속 조직이 과도하게 조대화하여, 핫 스탬프 후의 강판 인장 강도가 저하된다. 권취 온도는 바람직하게는 650℃ 미만, 보다 바람직하게는 600℃ 미만, 더욱 바람직하게는 550℃ 미만이다.
열간 압연되고, 권취된 강판은, 필요에 따라 공지된 방법에 따라서 탈지 등의 처리가 실시된 후, 어닐링된다. 열연 강판에 실시하는 어닐링을 열연판 어닐링이라고 하고, 열연판 어닐링 후의 강판을 열연 어닐링 강판이라고 한다. 열연판 어닐링 전에, 산 세정 등에 의해 탈스케일을 행해도 된다.
열연판 어닐링 공정에서의 가열 온도는 650℃ 초과로 한다. 이것은, 열연 어닐링 강판의 금속 조직에 있어서, 철 탄화물 중의 Mn 함유량 및 Cr 함유량을 높이기 위해서이다. 열연판 어닐링 공정에서의 가열 온도는 680℃ 초과인 것이 바람직하고, 700℃ 초과인 것이 보다 바람직하다. 한편, 열연판 어닐링 공정에서의 가열 온도가 너무 높아지면, 열연 어닐링 강판의 금속 조직이 조대화하여, 핫 스탬프 후의 인장 강도가 저하된다. 따라서, 열연판 어닐링 공정에서의 가열 온도의 상한값은 750℃ 미만인 것이 바람직하고, 720℃ 미만인 것이 보다 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 제조 방법에 제공되는 슬래브의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 예시되는 슬래브의 바람직한 제조 방법에서는, 상술한 성분 조성을 갖는 강은, 공지된 수단에 의해 용제된 후에, 연속 주조법에 의해 강괴로 되거나, 또는 임의의 주조법에 의해 강괴로 한 후에 분괴 압연하는 방법 등에 의해 강편으로 된다. 연속 주조 공정에서는, 개재물에 기인하는 표면 결함의 발생을 억제하기 위해서, 주형 내에서 전자 교반 등의 외부 부가적인 유동을 용강에 발생시키는 것이 바람직하다. 강괴 또는 강편은, 일단 냉각된 것을 재가열하여 열간 압연에 제공해도 되고, 연속 주조 후의 고온 상태에 있는 강괴 또는 분괴 압연 후의 고온 상태에 있는 강편을 그대로, 혹은 보온하여, 혹은 보조적인 가열을 행하여 열간 압연에 제공해도 된다. 본 실시 형태에서는, 이러한 강괴 및 강편을, 열간 압연의 소재로서 「슬래브」라고 총칭한다.
열간 압연에 제공하는 슬래브의 온도는, 오스테나이트의 조대화를 방지하기 위해서, 1250℃ 미만으로 하는 것이 바람직하고, 1200℃ 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다. 열간 압연은, 압연 완료 후에 오스테나이트를 변태시킴으로써 열연 강판의 금속 조직을 미세화하기 위해서, Ar3점 이상의 온도역에서 완료시키는 것이 바람직하다.
열간 압연이 조 압연과 마무리 압연을 포함하는 경우에는, 마무리 압연을 상기 온도에서 완료하기 위해서, 조 압연과 마무리 압연 사이에서 조 압연재를 가열해도 된다. 이때, 조 압연재의 후단부가 선단부보다도 고온으로 되도록 가열함으로써 마무리 압연의 개시 시에 있어서의 조 압연재의 전체 길이에 걸치는 온도의 변동을 140℃ 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 권취 공정 후 코일 내의 제품 특성의 균일성이 향상된다.
조 압연재의 가열 방법은 공지된 수단을 사용하여 행하면 된다. 예를 들어, 조 압연기와 마무리 압연기 사이에 솔레노이드식 유도 가열 장치를 마련해 두고, 이 유도 가열 장치의 상류측에 있어서의 조 압연재 길이 방향의 온도 분포 등에 기초하여 가열 승온량을 제어해도 된다.
상술한 열연판 어닐링 공정 후, 열연 어닐링 강판에 냉간 압연을 실시하여 냉연 강판으로 해도 된다. 냉간 압연은 통상의 방법에 따라서 행하면 되고, 냉간 압연 전에 산 세정 등에 의해 탈스케일을 행해도 된다. 냉간 압연은, 핫 스탬프 후의 금속 조직을 미세화하고, 인장 강도를 높이기 위해서, 냉압율(냉간 압연에 있어서의 누적 압하율)을 30％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 40％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 냉압율이 너무 높으면, 핫 스탬프 후의 인성이 열화되기 때문에, 냉압율을 60％ 이하로 하는 것이 바람직하고, 50％ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다. 후술하는 바와 같이, 냉간 압연 후에 어닐링을 행하는 경우에는, 어닐링 강판의 금속 조직을 미세화하기 위해서, 냉압율을 60％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 70％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
냉연 강판에 어닐링을 실시하여 어닐링 강판으로 해도 된다. 어닐링은 통상의 방법에 따라서 행하면 되고, 어닐링을 행하기 전에, 공지된 방법에 의해 탈지 등의 처리를 실시해도 된다. 재결정에 의해 어닐링 강판의 금속 조직을 미세화하기 위해서, 어닐링에 있어서의 균열 온도의 하한값을 600℃, 650℃, 또는 700℃로 하는 것이 바람직하다. 한편, 균열 온도가 너무 높거나, 균열 시간이 너무 길면, 입성장에 의해 어닐링 강판의 금속 조직이 조대화하기 때문에, 어닐링에 있어서의 균열 온도를 800℃ 이하, 또는 760℃ 이하로 하는 것이 바람직하고, 균열 시간을 300초 미만, 또는 120초 미만으로 하는 것이 바람직하다. 어닐링은 상자 어닐링, 연속 어닐링의 어느 방법으로 행하든 상관없지만, 생산성의 관점에서는 연속 어닐링으로 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 하여 얻어진 열연 어닐링 강판, 냉연 강판 및 어닐링 강판에는, 통상의 방법에 따라서 조질 압연을 행해도 된다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판은, 핫 스탬프 시에 있어서의 스케일의 생성 방지 및 핫 스탬프 후의 강판의 내식성 향상을 목적으로, 표층에 도금층을 구비하고 있어도 된다. 도금의 종류는, 상기 목적에 맞는 것이면 되고 특별히 한정되지 않지만, 용융 아연 도금 강판, 합금화 용융 아연 도금 강판, 용융 알루미늄 도금 강판, 용융 Zn-Al 합금 도금 강판, 용융 Zn-Al-Mg 합금 도금 강판, 용융 Zn-Al-Mg-Si 합금 도금 강판, 전기 아연 도금 강판 및 전기 Ni-Zn 합금 도금 강판 등이 예시된다.
용융 도금 강판을 제조하는 경우에는, 상술한 방법으로 제조된 열연 어닐링 강판, 냉연 강판 또는 어닐링 강판을 소재 강판으로 하여, 통상의 방법에 따라서 도금을 행하면 된다. 소재 강판에 냉연 강판을 사용하는 경우, 재결정에 의해 도금 강판의 금속 조직을 미세화하기 위해서, 연속 용융 도금의 어닐링 과정에 있어서의 균열 온도의 하한값을, 600℃, 650℃ 또는 700℃로 하는 것이 바람직하다.
한편, 균열 온도가 너무 높으면, 입성장에 의해 어닐링 강판의 금속 조직이 조대화하기 때문에, 소재 강판의 종류에 관계 없이, 연속 용융 도금의 어닐링 과정에 있어서의 균열 온도의 상한값을 800℃ 또는 760℃로 하는 것이 바람직하다. 용융 도금 후에 강판을 재가열하여 합금화 처리를 행해도 된다.
전기 도금 강판을 제조하는 경우에는, 상술한 방법으로 제조된 열연 어닐링 강판, 냉연 강판 또는 어닐링 강판을 소재 강판으로 하고, 필요에 따라 표면의 청정화 및 조정을 위한 주지의 전처리를 실시한 후, 통상의 방법에 따라서 전기 도금을 행하면 된다. 이와 같이 하여 얻어진 도금 강판에는, 통상의 방법에 따라서 조질 압연을 행해도 된다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
(실시예 1)
진공 용해로를 사용하여 용강을 주조하고, 표 1에 나타내는 화학 조성을 갖는 강 A 내지 R을 제조하였다. 표 1 중의 Ac1점 및 Ac3점은, 강 A 내지 R의 냉연 강판을 2℃/초로 가열했을 때의 열팽창 변화로부터 구하였다. 또한, 표 1 중의 Ar3점은, 강 A 내지 M의 냉연 강판을 950℃로 가열한 후 10℃/초로 냉각했을 때의 열팽창 변화로부터 구하였다. 강 A 내지 R을 1200℃로 가열하고 60분간 유지한 후, 표 2에 나타내는 열연 조건에서 열간 압연을 행하였다.
Figure pct00001
Figure pct00002
구체적으로는, Ar3점 이상의 온도역에서, 강 A 내지 R에 10 패스의 압연을 실시하여, 두께 2.0 내지 3.6㎜의 열연 강판으로 하였다. 열간 압연 후, 물 스프레이로, 열연 강판을 490 내지 600℃까지 냉각하고, 냉각 종료 온도를 권취 온도로 하고, 이 권취 온도로 유지한 전기 가열로 중에 열연 강판을 장입하여 60분간 유지하고, 그 후, 열연 강판을 20℃/시간의 평균 냉각 속도로 실온까지 로 냉각하고, 권취후의 서랭을 시뮬레이트하였다.
서냉 후의 열연 강판의 일부에 열연판 어닐링을 실시하였다. 구체적으로는, 열연 강판을 전기 가열로를 사용하여 50℃/시의 평균 가열 속도로 620 내지 710℃까지 가열한 후, 1시간 유지하고, 계속하여 20℃/시의 평균 냉각 속도로 냉각하여 열연 어닐링 강판으로 하였다.
시험 번호 3을 제외한 열연 강판 및 열연 어닐링 강판을 산 세정하여 냉간 압연용의 모재로 하고, 압하율 61％로 냉간 압연을 실시하여, 두께 1.4㎜의 냉연 강판으로 하였다. 냉연 강판의 일부를, 연속 어닐링 시뮬레이터를 사용하여, 10℃/초의 평균 가열 속도로 750℃까지 가열하여 60초간 균열하였다. 계속하여 400℃까지 냉각하여 180초간 유지한 후, 실온까지 냉각하여 어닐링 강판으로 하였다.
또한, 냉연 강판의 일부를, 용융 도금 시뮬레이터를 사용하여, 10℃/초의 평균 가열 속도로 표 2에 나타내는 어닐링의 균열 온도까지 가열하여 60초간 균열하였다. 계속하여 소재 강판을 냉각하고, 용융 아연 도금욕 또는 용융 알루미늄 도금욕에 침지하여, 용융 아연 도금 또는 용융 알루미늄 도금을 실시하였다. 일부의 소재 강판에는, 용융 아연 도금 후, 520℃까지 가열하여 합금화 처리를 실시하였다.
이와 같이 하여 얻어진 열연 강판, 열연 어닐링 강판, 냉연 강판, 어닐링 강판, 용융 아연 도금 강판, 합금화 용융 아연 도금 강판, 및 용융 알루미늄 도금 강판(이들 강판을 총칭하여 핫 스탬프용 강판이라고 칭한다)으로부터, 조직 관찰용 시험편을 채취하고, 조직 관찰을 행하였다.
구체적으로는, 비도금 강판의 경우에는, 강판 표면으로부터 강판의 판 두께의 1/4 깊이 위치, 도금 강판의 경우에는, 기재의 강판과 도금층의 경계로부터 기재인 강판의 판 두께의 1/4 깊이 위치로부터 레플리카법에 의해 석출물을 추출하고, TEM을 사용하여 철 탄화물을 동정하였다. 10개의 철 탄화물에 대하여 EDS를 사용하여 Fe, Mn 및 Cr의 3 원소에 대하여 정량 분석을 행하였다. Fe, Mn 및 Cr의 함유량의 합계를 100원자％로 했을 때의, 철 탄화물 중의 Mn 함유량(원자％) 및 Cr 함유량(원자％)을 각각 [Mn]θ 및 [Cr]θ로 하고, [Mn]θ과 [Cr]θ의 합의 평균값을 구하였다.
또한, 상기 핫 스탬프용 강판으로부터, 압연 방향에 직행하는 방향을 따라서 JIS13호 B 인장 시험편을 채취하고, 10㎜/분의 인장 속도로 인장 시험을 행하여, 인장 강도를 구하였다. 표 3에, 핫 스탬프용 강판의 금속 조직을 관찰한 결과, 및 핫 스탬프용 강판의 기계 특성을 조사한 결과를 나타낸다.
Figure pct00003
상기 핫 스탬프용 강판으로부터, 폭 240㎜, 길이 170㎜의 핫 스탬프용 소판을 채취하고, 핫 스탬프에 의해 도 1에 도시하는 형상의 해트 부재를 제조하였다. 핫 스탬프 공정에서는, 가스 가열로를 사용하여, 소판을 표 4에 나타내는 가열 온도에서 4분간 가열한 후, 가열로로부터 취출하여 방랭하고, 표 4에 나타내는 개시 온도에서, 냉각 장치를 구비한 금형에 끼워서 해트 성형하였다.
얻어진 해트 부재(핫 스탬프 성형품)의 일부에, 전기 가열로를 사용하여 170℃에서 20분간의 열처리를 실시하였다.
열처리 전의 해트 부재의 펀치 저부로부터 SEM 관찰용 시험편을 채취하고, 이 시험편의 강판의 압연 방향에 평행한 종단면을 연마한 후, 이 종단면에 나이탈 부식 및 레페라 부식을 행하고, 비도금 강판의 경우에는, 강판 표면으로부터 강판의 판 두께의 1/4 깊이 위치, 도금 강판의 경우에는, 기재의 강판과 도금층의 경계로부터 기재인 강판의 판 두께의 1/4 깊이 위치에 있어서의 금속 조직을 관찰하였다. 화상 처리에 의해, 페라이트, 마르텐사이트, 베이나이트 및 펄라이트의 면적률을 측정하고, 이것을 체적률로 하였다. 보다 구체적으로는, 연마면을 나이탈 부식한 후, 광학 현미경 및 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 조직 관찰을 행하고, 얻어진 조직 사진에 대하여 화상 해석을 행함으로써, 페라이트와 펄라이트의 각각의 면적률, 및 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트의 합계 면적률을 얻었다. 그 후, 마찬가지의 관찰 위치에 대하여 레페라 부식을 한 후, 광학 현미경 및 주사 전자 현미경(SEM)을 사용하여 조직 관찰을 행하고, 얻어진 조직 사진에 대하여 화상 해석을 행함으로써, 잔류 오스테나이트와 마르텐사이트의 합계 면적률을 산출하였다. 또한, 마찬가지의 관찰 위치에 대해서, 종단면을 전해 연마한 후, 전자선 후방 산란 패턴 해석 장치(EBSP)를 구비한 SEM을 사용하여, 잔류 오스테나이트의 면적률을 측정하였다. 이들 결과에 기초하여, 페라이트와 펄라이트, 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트의 각각의 면적률을 얻었다. 그리고, 면적률은 체적률과 동등한 것으로 하고, 측정된 면적률을 각 조직의 체적률로 하였다. 표 4에 결과를 나타낸다. 표 중, 본 발명의 규정을 충족하는 시험 번호에서는, 핫 스탬프 성형품의 금속 조직에 있어서, 페라이트 중에서 차지하는 폴리고날 페라이트의 비율은 10.0％ 이상이었다
또한, 열처리 전후의 해트 부재의 펀치 저부로부터, 부재의 길이 방향을 따라서 JIS13호 B 인장 시험편을 채취하고, 10㎜/분의 인장 속도로 인장 시험을 행하여, 인장 강도를 구하였다. 열처리를 실시하고 있지 않은 해트 부재의 인장 강도와, 열처리를 실시한 해트 부재의 인장 강도의 차(ΔTS)를 구하고, ΔTS가 100MPa 이하이면 해트 부재의 열적 안정성이 양호하다고 판단하였다.
표 4에, 해트 부재의 금속 조직을 관찰한 결과, 및 해트 부재의 기계 특성을 평가한 결과를 나타낸다. 표 4에 있어서, 밑줄을 친 수치는, 본 발명의 범위 밖인 것을 의미한다.
Figure pct00004
본 발명의 규정을 충족하는 시험 번호 1 내지 15, 19 내지 23, 27, 29, 31은, 모두, 핫 스탬프 성형품의 TS가 700MPa 미만이고, 또한 ΔTS가 100MPa 이하이며, 양호한 열적 안정성을 나타내고 있다.
또한, 핫 스탬프 공정에 있어서, Ac1점을 초과하는 온도로 가열하고, 핫 스탬프의 개시 온도가 (가열 온도-300)℃ 이상인 시험 번호 1 내지 4, 7 내지 9, 11 내지 13, 15, 19 내지 23, 27, 29, 31은, 핫 스탬프 성형품의 인장 강도가 440MPa 이상이며, 강도 특성이 특히 양호하였다.
이들에 비하여, 화학 조성이 본 발명이 범위로부터 벗어나는 강판을 사용한 비교예, 및/또는 사용한 핫 스탬프용 강판이 바람직한 조직을 갖고 있지 않았던 비교예의 시험 번호 16 내지 18, 24 내지 26, 28, 30, 32 내지 35는, 핫 스탬프 성형품의 TS가 700MPa 이상이고 또한 ΔTS가 100MPa 이상이거나, 또는 ΔTS가 100MPa 이상이며, 열적 안정성이 떨어져 있었다.
구체적으로는, 강 E를 사용한 시험 번호 16은, 강의 C 함유량이 너무 높기 때문에, 핫 스탬프 성형품의 금속 조직에 있어서 마르텐사이트 체적률이 과잉이 되어, 핫 스탬프 성형품의 인장 강도가 700MPa 이상이며 ΔTS가 컸다.
강 F를 사용한 시험 번호 17은, 강의 Mn 함유량이 너무 높기 때문에, 핫 스탬프 성형품의 인장 강도가 700MPa 이상이며 ΔTS가 컸다.
강 G를 사용한 시험 번호 18은, 강의 Cr 함유량이 너무 낮기 때문에, 핫 스탬프 성형품의 인장 강도가 700MPa 이상이며 ΔTS가 컸다.
강 M을 사용한 시험 번호 24 및 25는, 강의 Cr 함유량이 너무 높기 때문에, 핫 스탬프 성형품의 금속 조직에 있어서 마르텐사이트 체적률이 과잉이 되어, 핫 스탬프 성형품의 인장 강도가 700MPa 이상이며 ΔTS가 컸다.
강 Q를 사용한 시험 번호 32 및 33은, 강의 Mn 함유량이 너무 높기 때문에, ΔTS가 컸다.
강 R을 사용한 시험 번호 34 및 35는, 강의 Cr 함유량이 너무 낮기 때문에, ΔTS가 컸다.
화학 조성은 본 발명의 범위 내이지만, 핫 스탬프용 강판의 금속 조직이 본 발명의 범위로부터 벗어나는 강판을 사용한 비교예의 시험 번호 26, 28, 및 30은, 핫 스탬프 성형품의 ΔTS가 100MPa 이상이며, 열적 안정성이 떨어져 있었다.
구체적으로는, 강 N을 사용한 시험 번호 26, 및 강 P를 사용한 시험 번호 30은, 열연판 어닐링을 행하고 있지 않기 때문에, 핫 스탬프용 강판의 금속 조직에 있어서 철 탄화물 중의 Mn 함유량과 Cr 함유량의 합이 낮고, ΔTS가 컸다.
강 O를 사용한 시험 번호 28은, 열연판 어닐링 공정에서의 가열 온도가 너무 낮기 때문에, 핫 스탬프용 강판의 금속 조직에 있어서 철 탄화물 중의 Mn 함유량과 Cr 함유량의 합이 낮고, ΔTS가 컸다.
(실시예 2)
진공 용해로를 사용하여 용강을 주조하고, 실시예 1에 있어서, 표 1에 나타낸 화학 조성을 갖는 강 A 내지 C를 제조하였다. 강 A 내지 C를 사용하여, 실시예 1과 마찬가지로, 표 5에 나타내는 조건에서, 열간 압연, 열연판 어닐링, 냉간 압연, 및 어닐링을 행하고, 이어서 도금 처리를 행하여, 용융 아연 도금 강판, 합금화 용융 아연 도금 강판, 및 용융 알루미늄 도금 강판(핫 스탬프용 강판)을 제조하였다.
Figure pct00005
이들 핫 스탬프용 강판의 금속 조직 및 기계 특성을, 실시예 1과 마찬가지로 하여 조사하였다. 표 6에, 핫 스탬프용 강판의 금속 조직을 관찰한 결과, 및 핫 스탬프용 강판의 기계 특성을 조사한 결과를 나타낸다.
Figure pct00006
이들 핫 스탬프용 강판으로부터, 두께 1.4㎜, 폭 240㎜, 길이 170㎜의 핫 스탬프용 소판을 채취하였다. 이 소판을, 동일 치수의 접합용 강판과 레이저 용접에 의해 접합하여, 두께 1.4㎜, 폭 240㎜, 길이 340㎜의 접합 강판을 제작하였다. 접합용 강판에는, 화학 조성이 질량％로, 0.21％ C-0.13％ Si-1.31％ Mn-0.012％ P-0.0018％ S-0.043％ sol. Al-0.0030％ N-0.21％ Cr-0.0018％ B인 냉연 강판을 사용하였다.
접합 강판을, 실시예 1과 마찬가지로, 표 7에 나타내는 조건에서 핫 스탬프하여, 도 2에 도시하는 형상의 해트 부재를 제조하였다. 그 후, 얻어진 해트 부재의 일부에, 전기 가열로를 사용하여 170℃에서 20분간의 열처리를 실시하였다.
그리고, 열처리 전후의 해트 부재에 있어서, 강 A 내지 C를 포함하는 부분의 금속 조직 및 기계 특성을, 실시예 1과 마찬가지로 하여 조사하였다. 표 7에, 해트 부재(핫 스탬프 성형품)의 금속 조직을 관찰한 결과, 및 해트 부재의 기계 특성을 평가한 결과를 나타낸다.
Figure pct00007
시험 번호 36 내지 38의 어느 시험 결과든, 핫 스탬프 성형품의 TS가 700MPa 미만이고, 또한 ΔTS가 100MPa 이하이며, 양호한 열적 안정성을 나타내고 있다. 해트 부재의 접합용 강판 부분의 금속 조직은 마르텐사이트의 단일 조직이며, 인장 강도는 1588MPa였다.
본 발명에 따르면, 도장 베이킹 처리에 수반하는 강도의 변동이 작고, 인장 강도가 700MPa 미만인 부분을 갖는, 열적 안정성이 우수한 핫 스탬프 성형품을 얻는 것이 가능해진다.

Claims (21)

  1. 핫 스탬프 성형품이며,
    상기 핫 스탬프 성형품의 전부 또는 일부가,
    질량％로,
    C: 0.001％ 이상 0.080％ 미만,
    Si: 2.50％ 이하,
    Mn: 0.01％ 이상 0.50％ 미만,
    P: 0.200％ 이하,
    S: 0.0200％ 이하,
    sol. Al: 0.001 내지 2.500％,
    N: 0.0200％ 이하,
    Cr: 0.30％ 이상 2.00％ 미만,
    Ti: 0 내지 0.300％,
    Nb: 0 내지 0.300％,
    V: 0 내지 0.300％,
    Zr: 0 내지 0.300％,
    Mo: 0 내지 2.00％,
    Cu: 0 내지 2.00％,
    Ni: 0 내지 2.00％,
    B: 0 내지 0.0200％,
    Ca: 0 내지 0.0100％,
    Mg: 0 내지 0.0100％,
    REM: 0 내지 0.1000％,
    Bi: 0 내지 0.0500％,
    잔부: Fe 및 불순물인 화학 조성을 갖고,
    금속 조직이, 체적％로,
    페라이트: 60.0％ 초과,
    마르텐사이트: 0％ 이상 10.0％ 미만,
    베이나이트: 0％ 이상 20.0％ 미만을 포함하고,
    인장 강도가 700MPa 미만이고,
    170℃에서 20분간의 열처리를 실시한 후의, 상기 인장 강도의 저하량인 ΔTS가 100MPa 이하인,
    핫 스탬프 성형품.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Ti: 0.001 내지 0.300％,
    Nb: 0.001 내지 0.300％,
    V: 0.001 내지 0.300％, 및
    Zr: 0.001 내지 0.300％
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는,
    핫 스탬프 성형품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Mo: 0.001 내지 2.00％,
    Cu: 0.001 내지 2.00％, 및
    Ni: 0.001 내지 2.00％
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는,
    핫 스탬프 성형품.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    B: 0.0001 내지 0.0200％
    를 함유하는,
    핫 스탬프 성형품.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Ca: 0.0001 내지 0.0100％,
    Mg: 0.0001 내지 0.0100％, 및
    REM: 0.0001 내지 0.1000％
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는,
    핫 스탬프 성형품.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Bi: 0.0001 내지 0.0500％
    를 함유하는,
    핫 스탬프 성형품.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 표면에 도금층을 갖는,
    핫 스탬프 성형품.
  8. 화학 조성이, 질량％로,
    C: 0.001％ 이상 0.080％ 미만,
    Si: 2.50％ 이하,
    Mn: 0.01％ 이상 0.50％ 미만,
    P: 0.200％ 이하,
    S: 0.0200％ 이하,
    sol. Al: 0.001 내지 2.500％,
    N: 0.0200％ 이하,
    Cr: 0.30％ 이상 2.00％ 미만,
    Ti: 0 내지 0.300％,
    Nb: 0 내지 0.300％,
    V: 0 내지 0.300％,
    Zr: 0 내지 0.300％,
    Mo: 0 내지 2.00％,
    Cu: 0 내지 2.00％,
    Ni: 0 내지 2.00％,
    B: 0 내지 0.0200％,
    Ca: 0 내지 0.0100％,
    Mg: 0 내지 0.0100％,
    REM: 0 내지 0.1000％,
    Bi: 0 내지 0.0500％,
    잔부: Fe 및 불순물이며,
    금속 조직이, 철 탄화물을 포함하고, 상기 철 탄화물 중의 Mn 함유량 및 Cr 함유량이 하기 (i)식을 충족하는,
    핫 스탬프용 강판.
    [Mn]θ+[Cr]θ>2.5 …(i)
    단, 상기 식 중의 각 기호의 의미는 이하와 같다.
    [Mn]θ: 철 탄화물에 포함되는 Fe, Mn 및 Cr의 합계 함유량을 100원자％로 했을 때의, 원자％로의 철 탄화물 중의 Mn 함유량
    [Cr]θ: 상기 철 탄화물에 포함되는 Fe, Mn 및 Cr의 합계 함유량을 100원자％로 했을 때의, 원자％로의 철 탄화물 중의 Cr 함유량
  9. 제8항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Ti: 0.001 내지 0.300％,
    Nb: 0.001 내지 0.300％,
    V: 0.001 내지 0.300％, 및
    Zr: 0.001 내지 0.300％
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는,
    핫 스탬프용 강판.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Mo: 0.001 내지 2.00％,
    Cu: 0.001 내지 2.00％, 및
    Ni: 0.001 내지 2.00％
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는,
    핫 스탬프용 강판.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    B: 0.0001 내지 0.0200％
    를 함유하는,
    핫 스탬프용 강판.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Ca: 0.0001 내지 0.0100％,
    Mg: 0.0001 내지 0.0100％, 및
    REM: 0.0001 내지 0.1000％
    로부터 선택되는 1종 이상을 함유하는,
    핫 스탬프용 강판.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Bi: 0.0001 내지 0.0500％
    를 함유하는,
    핫 스탬프용 강판.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 표면에 도금층을 갖는,
    핫 스탬프용 강판.
  15. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 핫 스탬프 성형품을 제조하는 방법이며,
    제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 핫 스탬프용 강판을 가열 온도 T℃까지 가열하는 가열 공정과,
    상기 가열 공정 후의 상기 핫 스탬프용 강판에 대하여 핫 스탬프를 행하는 핫 스탬프 공정을 구비하는,
    핫 스탬프 성형품의 제조 방법.
  16. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 핫 스탬프 성형품을 제조하는 방법이며,
    제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 기재된 핫 스탬프용 강판을, 접합용 강판과 접합하여 접합 강판으로 하는 접합 공정과,
    상기 접합 공정 후의 접합 강판을 가열 온도 T℃까지 가열하는 가열 공정과,
    상기 가열 공정 후의 상기 접합 강판에 대하여 핫 스탬프를 행하는 핫 스탬프 공정을 구비하는,
    핫 스탬프 성형품의 제조 방법.
  17. 제7항에 기재된 핫 스탬프 성형품을 제조하는 방법이며,
    제14항에 기재된 핫 스탬프용 강판을 가열 온도 T℃까지 가열하는 가열 공정과,
    상기 가열 공정 후의 상기 강판에 대하여 핫 스탬프를 행하는 핫 스탬프 공정을 구비하는,
    핫 스탬프 성형품의 제조 방법.
  18. 제7항에 기재된 핫 스탬프 성형품을 제조하는 방법이며,
    제14항에 기재된 핫 스탬프용 강판을, 접합용 강판과 접합하여 접합 강판으로 하는 접합 공정과,
    상기 접합 공정 후의 접합 강판을 가열 온도 T℃까지 가열하는 가열 공정과,
    상기 가열 공정 후의 상기 접합 강판에 대하여 핫 스탬프를 행하는 핫 스탬프 공정을 구비하는,
    핫 스탬프 성형품의 제조 방법.
  19. 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열 공정에 있어서, 상기 가열 온도 T℃가, 상기 핫 스탬프용 강판의 Ac1점을 초과하는 온도이며,
    상기 핫 스탬프 공정에 있어서, 핫 스탬프 개시 온도가 (T-300)℃ 이상의 온도인,
    핫 스탬프 성형품의 제조 방법.
  20. 제8항 내지 제14항 중 어느 한 항에 기재된 핫 스탬프용 강판을 제조하는 방법이며,
    화학 조성이, 질량％로, C: 0.001％ 이상 0.080％ 미만, Si: 2.50％ 이하, Mn: 0.01％ 이상 0.50％ 미만, P: 0.200％ 이하, S: 0.0200％ 이하, sol. Al: 0.001 내지 2.500％, N: 0.0200％ 이하, Cr: 0.30％ 이상 2.00％ 미만, Ti: 0 내지 0.300％, Nb: 0 내지 0.300％, V: 0 내지 0.300％, Zr: 0 내지 0.300％, Mo: 0 내지 2.00％, Cu: 0 내지 2.00％, Ni: 0 내지 2.00％, B: 0 내지 0.0200％, Ca: 0 내지 0.0100％, Mg: 0 내지 0.0100％, REM: 0 내지 0.1000％, Bi: 0 내지 0.0500％, 잔부: Fe 및 불순물인 슬래브에 대하여, 열간 압연을 실시한 후, 800℃ 이하의 온도역에서 권취하여 열연 강판으로 하는 열간 압연 공정과,
    상기 열연 강판에 650℃를 초과하는 온도역까지 가열하는 열연판 어닐링을 실시하여 열연 어닐링 강판으로 하는 열연판 어닐링 공정을 구비하는,
    핫 스탬프용 강판의 제조 방법.
  21. 제20항에 있어서, 추가로, 상기 열연판 어닐링 공정 후의 상기 열연 어닐링 강판에,
    임의로, 냉간 압연, 및 어닐링 중 어느 것 또는 양쪽을 행한 후, 도금을 행하는 도금 공정을 구비하는,
    핫 스탬프용 강판의 제조 방법.
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