KR101406650B1 - 미소크랙이 억제된 열간 프레스 성형품 - Google Patents

미소크랙이 억제된 열간 프레스 성형품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도금된 열간 프레스 성형용 강재에 대한 열간 프레스 성형품에 관한 것으로서, 자동차용 부품 등에 적합하게 사용될 수 있는 미소크랙이 억제된 열간 프레스 성형품에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 도금 강재의 도금층 상부에 일정두께의 산화물층을 포함하도록 함을 특징으로 한다.

Description

미소크랙이 억제된 열간 프레스 성형품 {HOT PRESS FORMED MATERIAL HAVING LESS MICROCRACK}
본 발명은 도금된 열간 프레스 성형용 강재에 대한 열간 프레스 성형품에 관한 것으로서, 자동차용 부품 등에 적합하게 사용될 수 있는 미소크랙이 억제된 열간 프레스 성형품에 관한 것이다.
열간 프레스 성형(Hot Press Forming, HPF) 기술은 형상이 복잡한 고강도 부재를 제조하는 방법으로서, 자동차용 부품 등의 제조에 이용되고 있다.
통상, 열간 프레스 성형 기술은 900℃ 전ㆍ후의 온도로 강판을 가열한 후, 금형(mold)에서 프레스 가공하는 기술로서, 성형 및 소입 열처리가 동시에 행해진다.
열간 프레스 성형 기술에 사용되는 강판으로는 탄소(C) 및 망간(Mn)의 함량이 높아 소입 강도가 높은 특징을 갖는 것이 바람직하게 사용된다.
이러한 소입 강도가 높은 강판에 열간 프레스 성형 기술을 적용할 시, 고온 가열 공정으로부터 강판 표면의 보호 및 내식성의 향상을 위해 용융도금 또는 용융합금도금을 적용할 수 있다.
특히, 아연 도금을 적용한 열간 프레스 부재는 고강도를 갖고, 복잡한 형상으로의 성형이 가능하고, 이에 더불어 고내식 특성을 보이므로 자동차용 부품으로 각광받고 있다.
그러나, 용융도금 또는 용융합금도금으로 형성시킨 아연계 도금층을 갖는 도금 강재를 열간 프레스 성형함에 있어서, 가공도가 심하고 금형과의 표면마찰이 심한 가공부위에서는 표면 응력에 의해 미세한 균열이 발생하는 문제가 있다. 발생된 균열의 크기는 수μm 내지 수십μm 정도의 크기이며, 이러한 균열은 도금층 뿐만 아니라 소지강판의 표면까지 연결되어 형성된다.
따라서, 아연계 도금층을 갖는 도금강재를 부품으로 열간 프레스 성형할 시 발생되는 미세한 균열은 부품의 내구성을 저해할 소지가 있으므로, 균열 발생을 완전히 제거하거나 최소화할 필요가 있다.
본 발명의 일 측면은, 열간 프레스용 도금 강재를 이용하여 열간 프레스 성형 시, 금형과 도금층의 표면 마찰을 최소화시킴으로써 미세한 균열(micro crack, 미소크랙) 발생을 최소화시킨 열간 프레스 성형품을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 소지강판;
상기 소지강판 표면에 형성된 도금층; 및
상기 도금층 상부에 형성된 평균 두께 5 내지 20μm의 산화물층
을 포함하는 열간 프레스 성형품을 제공한다.
본 발명에 따라 열간 프레스 성형시 도금 강재의 도금층 상부에 산화물층을 적절히 형성시키게 되면, 열간 프레스 성형시 금형과의 표면 마찰이 큰 가공면의 도금층에서 발생되는 미소크랙의 발생을 억제할 수 있을 뿐만 아니라, 발생된 미소크랙이 소지강판으로까지 전파되는 것을 저지할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라 제조되는 열간 프레스 부재는 내구성을 우수하게 확보할 수 있을 것이다.
도 1은 열간 프레스 성형시 사용되는 형상의 일 예를 나타낸 것이다.
도 2a는 상기 도 1의 형상으로 열간 프레스 성형을 실시하는 과정을 나타낸 것이며, 도 2b는 상기 도 2a에 따라 열간 프레스 성형 전ㆍ후의 A 및 B 영역의 냉각속도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 발명예 1의 도금층 및 소지강판 계면에 형성된 금속간 화합물(Fe2Al5)의 입자를 전자주사현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 발명예 2의 단면 형상을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 발명예 3의 단면 형상을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 비교예 3의 단면 형상을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
본 발명자들은 도금 강재를 이용하여 열간 프레스 성형 공정을 행하는 경우에 있어서, 금형 표면이 강판 표면과 접촉함에 따라 표면 마찰로 인해 가공되는 부위에서 미소크랙(micro crack)이 발생되는 문제점을 해결하기 위한 방안을 제시한다.
미소크랙(micro crack)은 도금 강재를 열간 프레스 성형시 도금층 표면에서 발생한 마찰력이 도금층에 균열이 발생하는 것으로, 이 균열은 도금층과 소지강판 사이의 계면을 지나 소지강판 내부로까지 전파된다. 이때, 도금층에서 시작한 균열은 계면에서 분산되거나 소지강판 표면에서 흡수된다면, 소지강판 방향으로 10μm 또는 그 이상으로 전파하게 된다.
보다 구체적으로, 도금 강재를 열간 프레스 성형시 도금층에 미소크랙(micro crack)이 발생되는 메카니즘은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명할 수 있다.
열간 프레스 성형시 일 예로 도 1의 형상을 이용하는 경우, 가열로에서 가열된 도금 강재를 도 2a와 같은 금형 내에 도금 강재를 위치시킬 수 있다. 이와 같이, 금형 내부에 도금 강재를 위치시킬 시, 도 2a에 나타낸 바와 같이 HPF 적용 전의 A 영역은 상온상태인 금형의 영향을 받아 냉각이 진행되고 있는 상태이며, B 영역은 A 영역에 비해 상대적으로 금형과 분리되어 있는 상태이므로 냉각 진행이 A 영역에 비해 더디게 진행된다. 즉, 금형 내에 위치시킨 도금 강재는 금형 내에 위치된 영역별로 서로 다르게 냉각이 진행된다. 특히, A 영역 중에서도 중심부에 비해 표층부가 금형과 거의 밀접하게 위치되어 있어 영향을 더 많이 받는다.
이러한 도금 강재에 HPF를 적용하게 되면, A 영역과 B 영역의 냉각패턴이 달라지게 된다. 즉, A 영역은 HPF 적용 전 금형 온도의 영향으로 이미 냉각이 진행된 상태이므로 HPF 적용시점의 온도가 B 영역에 비해 낮으며, 이는 도 2b의 A 영역의 그래프를 통해 확인할 수 있다. 또한, 가공이 시작되면 상태도에서 페라이트 영역이 확대되므로 가공 변형이 시작될 때 A 영역 소지강판의 표층부에 초기 오스테나이트(prior austenite) 입계면을 따라 연한 페라이트상이 부분적으로 형성되며, 가공에 의해 A 영역의 도금층에 형성된 미소크랙(micro crack)은 상기 페라이트상이 형성된 부위를 따라 전파하게 된다 (도 2b의 A 영역 단면 관찰 결과 참조).
즉, A 영역 중 cut direction 방향에 속하는 부위는 성형시 가공이 심하게 받는 심가공(deep drawing) 부위로서, 이 부위는 가공도가 심하고 금형과의 표면 마찰이 크기 때문에 A 영역의 도금층 표면에는 미세한 크랙(micro crack; 미소크랙)이 발생하게 된다. 이때, A 영역의 도금층에서 발생된 미소크랙은 소지강판으로까지 전파되는데, 이때 소지강판 표층부에서 부분적으로 연질의 페라이트상이 형성되기 때문에 미소크랙이 쉽게 소지강판 내부로 전파하게 된다. 그러나 B 영역의 경우에는 소비강판 표층부가 전체 마르텐사이트 조직으로 형성되어 있어 미소크랙이 소지강판 표층부에 도달하였을 때 이를 차단할 수 있다 (도 2b의 B 영역 단면 관찰 결과 참조).
이에, 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 도금 강재를 열간 프레스 성형하기 전 도금층 상부에 일정두께의 산화물층을 형성시킨다면 크랙의 형성 및 전파를 저지할 수 있을 것으로 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
[열간 프레스 성형품]
본 발명의 일 측면인 도금 강재를 이용한 열간 프레스 성형품에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 열간 프레스 성형품은 소지강판; 상기 소지강판 표면에 형성된 도금층; 및 상기 도금층 상부에 형성된 평균 두께 5 내지 20μm의 산화물층을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 열간 프레스 성형품에 적용되는 소지강판은 특별히 한정되지는 않으며, 일반적인 열간 프레스 성형에 적용되는 강판이면 충분하다.
예를들면, 탄소(C): 0.19~0.30 중량%, Mn: 0.5~4.0중량%로 포함하고, Si, B 등의 원소를 추가적으로 함유하며, 열간 프레스 성형 후 1300MPa 이상의 소재 강도 등의 물성을 얻을 수 있는 적절한 성분계를 갖는 강재가 사용될 수 있을 뿐만 아니라, C의 함량이 0.01~0.10 중량%인 강재를 열간 프레스 적용 후 500~800MPa 정도의 소재 강도를 갖는 소재에 대해서도 적용가능하다.
상기 소지강판을 열간 프레스 성형품으로 적용하기에 앞서, 상기 소지강판을 도금하여 도금 강재로 제조함이 바람직하며, 상기 도금 강재는 아연계 도금 강재이고, 도금 방법은 용융도금, 합금화 용융도금 또는 전기도금 등의 방법으로 제조될 수 있으며, 특별히 한정하는 것은 아니다.
도금 후 형성된 도금층은 용융아연 도금층 또는 용융아연합금 도금층일 수 이 있다.
상기 도금 강재는 소지강판 상에 아연계 도금층을 포함하는 구조이며, 여기에 더하여 상기 소지강판과 도금층 사이에는 Al과 Fe을 주로하는 평균 두께 0.01~0.10μm의 금속간 화합물층(Fe2Al5)을 더 포함할 수 있다.
상기 금속간 화합물층을 이루는 결정입자는 95% 이상이 직경 500nm 이하로 구성되어 있다. 따라서, 일반적인 아연계 도금층에 비해 미세한 입자가 연속적으로 형성된 형태를 갖는다. 직경이 500nm를 초과하는 결정입자의 비율이 5% 이상으로 형성될 경우, 이후의 열간 프레스 성형을 위해 가열로에서 가열시 Fe이 아연계 도금층으로 불균일하게 확산되고, 확산되는 속도가 느려 Zn을 50% 함유하는 액상이 형성될 수 있다. 도금층 내에 액상이 형성되면, 강재를 성형하는 과정에서 액상 취화 현상(Liquid Metal Embrittlement)이 발생하여 거시적인 결함을 유발할 수 있다.
상기 금속간 화합물의 결정입자의 입도를 제어하는 방법으로는, 소지강판을 도금하기 전 강판이 가열되는 온도를 600℃ 이하로 제어하거나, 도금 전 Ni 등의 특정 금속을 강판 표면에 확산시킴으로써 금속간 화합물층의 생성속도를 느리게 하여 결정입자를 작고 미세하게 성장시키는 방법이 적용될 수 있다.
상술한 바와 같은 도금 강재의 도금층 상부에는 산화물층을 포함할 수 있다.
상기 산화물층은 도금 강재를 열간 프레스 성형하기 위한 가열로에서의 가열을 실시할 때 고온(예컨대, 880~950℃)에서 형성되거나, 또는 가열 후 성형을 위해 금형으로 이동시 대기와 접촉함에 따라 산화물층이 형성될 수 있으며, 본 발명에서는 형성되는 산화물층의 두께를 제어함으로써 목적하는 효과를 얻을 수 있다.
상기 도금층 표면에 형성된 산화물층은 5 내지 20μm의 평균 두께를 갖고, 전체 중량의 70% 이상이 아연-산화물(Zn-oxide)로 구성되고, 잔부는 망간-산화물(Mn-oxide) 또는 알루미늄-산화물(Al-oxide)로 구성됨이 바람직하다.
상기 산화물층은 이후에 수행되는 열간 프레스 성형시 금형과의 마찰이 도금층으로까지 전달되지 않고, 산화물층이 금형과 직접적으로 맞닿으면서 도금층 대신 산화물층이 파괴되면서 금형 표면으로부터 전가되는 마찰력을 흡수할 수 있으며, 이때 산화물층의 두께가 두꺼울수록 마찰력을 흡수하는 효과가 더 크다.
다만, 산화물층의 두께가 너무 두꺼우면 다량의 산화물 생성에 의한 도금층의 소모되거나, 일부 산화물이 금형 표면에 붙어 작업성을 저해할 소지가 있으므로 그 상한을 20μm로 제한함이 바람직하며, 또한 산화물층이 5μm 미만의 두께로 형성될 경우에는 소지강판으로의 미소크랙 전파를 효과적으로 저지하지 못하는 문제가 있다. 따라서, 이러한 사항을 고려하여 5~20μm의 평균 두께를 갖도록 산화물층을 형성함이 바람직하다. 보다 바람직하게 10~20μm 두께로 형성시킴이 미소크랙 전파의 저감이 더 우수하다.
상기 산화물들이 생성되는 원리는 다음과 같은 원리로 설명될 수 있다.
HPF를 위해 도금 강재의 가열시 도금층은 99% 이상의 Zn 및 1% 미만의 Al을 포함하고 있으며, Al은 Zn에 비해 산소 친화도가 월등히 높아 초기 가열시 대기와의 접촉에 의해 두께 100nm 이하의 Al2O3 산화물층이 형성된다. 이후, 열처리가 지속 될수록 소지강판으로부터 Fe 및 Mn이 도금층 내로 확산되고, 이로 인해 도금층은 Zn-Fe-Mn 등의 합금화가 진행된다. 이때, Fe에 비해 산화성이 큰 Zn 및 Mn이 Al2O3를 침투하여 외부로 확산됨으로써 ZnO 및 MnO가 생성된다.
따라서, 도금 강재의 가열 및 대기와의 접촉에 의해 형성되는 산화물층은 주로 Al2O3, ZnO 및 MnO 산화물을 포함하게 된다.
도금 강재를 열간 프레스 성형시 금형과의 접촉에 의해 도금층 표면에서 발생한 마찰력에 의해 도금층에 미세한 균열(micro crack, 미소크랙)이 형성되며, 이 미세한 균열은 도금층을 지나 소지강판 내부로까지 전파된다.
따라서, 도금층과 금형과의 마찰을 최소화시키면 미소크랙(micro crack)의 발생을 저지할 수 있으며, 미소크랙이 형성되더라도 소지강판으로의 전파를 저지할 수 있다.
이에, 본 발명에서는 산화물층을 갖는 도금 강재를 열간 프레스 성형시 금형과의 직접적인 마찰을 도금층이 아닌 산화물층에서 이루어지도록 함으로써, 기존의 열간 프레스 성형시 도금층에서 발생 되었던 미소크랙(micro crack)의 발생을 저지할 수 있으며, 소지강판으로의 미소크랙 전파를 억제할 수 있다.
상기 산화물층의 두께는 여러 요인에 의해 달라질 수 있으며, 본 발명에서는 목적하는 두께의 산화물층을 얻기 위해 다음과 같이 제어할 수 있다.
첫째로, 도금층의 두께를 제어함으로써 산화물층을 일정두께로 성장시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 목적하는 두께의 산화물층을 얻기 위해, 도금층을 5~9μm 두께로 형성시킴이 바람직하다.
도금층의 두께가 9μm를 초과하여 너무 두꺼우면, 열간 프레스 성형을 위한 가열로에서의 가열시 도금층의 Fe 합금화가 진행되는데에 오랜 시간이 소요되기 때문에, 목적하는 두께의 산화물층을 얻는데에도 시간이 과도하게 걸린다. 반면, 도금층의 두께가 5μm 미만으로 얇은 경우에는 충분한 내식성을 얻기 어렵다.
상술한 바와 같은 두께를 갖는 도금층은 35~65g/m2의 도금 부착량으로 형성시킬 수 있다.
둘째로, 도금층 내의 Fe 합금화도를 제어함으로써 산화물층을 일정두께로 성장시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 도금 강재를 열간 프레스 성형 전 도금층 내의 Fe 합금화도를 5~15%로 제어함이 바람직하다.
도금층은 Fe 합금화가 진행될수록 방사율이 증가하여 합금화가 더욱 빠르게 진행되고, 충분한 합금화에 의해 도금층 내 Fe 함량이 60~70% 수준에 도달하게 되면 도금층 표면에서의 산화물 형성 속도가 빨라지게 된다.
따라서, 도금층의 Fe 합금화도를 제어하게 되면, 산화물의 형성 속도를 조절함과 동시에 산화물층의 두께를 조절할 수 있다.
도금층 내의 Fe 합금화도는 5~15%로 제어함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 7~12%로 제어함이 바람직하다. 상기 범위를 만족할 경우 도금층 표면에 산화물층 특히, Al2O3 산화물이 균일하게 형성되어 표면을 효과적으로 보호할 수 있다. 그러나, Fe 합금화도가 5% 미만이면 산화물 형성을 빠르게 진행할 수 없어 산화물 성장 효과가 저하되며, 반면 Fe 합금화도가 15%를 초과할 경우에는 도금층에 취성이 발생하고, 많은 균열이 형성되어 이후의 열간 프레스 성형시 내열성이 저하되는 문제가 있다.
셋째로, 도금층 상부에 유기피막층을 더 포함함으로써 산화물층을 일정두께로 성장시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 도금 강재를 가열로에서 가열하기 전 도금 강재의 도금층 상부에 Zn, P, Mn 및 B로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속이온 화합물을 포함하는 유기피막을 도포하여 유기피막층을 형성시킴이 바람직하다. 이때, 금속이온 화합물은 전체 유기피막 총 중량의 1~90%로 포함될 수 있다.
상기 유기피막은 통상의 수지(Resin)계열이거나, 폴리머(Polymer)계열의 물질에 유기물과 무기물을 분자단위에서 복합화한 계열로서 Zn, P, Mn 또는 B의 금속 이온 화합물을 포함하는 조성물일 수 있다.
상기 금속이온을 포함하는 유기피막층을 포함하는 도금 강재를 가열로에서 가열시, 상기 유기피막층은 도금층 표면의 산화반응을 촉진시키는 역할을 하며, 이로 인해 충분한 두께의 산화물층을 형성할 수 있다.
이때, 본 발명에서 제시하는 두께로 산화물층을 얻기 위해서는, 500~5500mg/m2의 도포량으로 유기피막을 도포함이 바람직하다.
본 발명에서는 도금층 상부에 산화물층을 형성함에 있어서, 상술한 방안들에 의할 경우 목적하는 두께의 산화물층을 형성할 수 있으며, 상기 산화물층의 형성으로 도금 강재를 열간 프레스 성형할 시 금형과의 마찰을 산화물층에서 흡수하도록 함으로써, 도금층 표면에 특히 가공이 심한 부위에 형성되는 미소크랙(micro crack)의 발생을 억제하고, 미소크랙(micro crack)이 형성되더라도 소지강판으로의 전파를 저지할 수 있다.
이하, 상기와 같은 산화물층을 갖는 도금 강재를 이용한 열간 프레스 성형품을 제조하기 위하여 본 발명자들에 의해 도출된 가장 바람직한 방법에 대하여 하기에 구체적으로 설명한다.
[열간 프레스 성형품 제조방법]
본 발명에 따른 도금 강재의 열간 프레스 성형품을 제조하는 방법으로의 일 예는, 소지강판 상에 도금층이 형성된 도금 강재를 준비한 후, 상기 도금 강재를 가열로에서 가열한 후, 열간 프레스 성형 및 냉각하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 도금 강재를 이용하여 열간 프레스 성형하기 위해서, 먼저 도금층이 형성된 도금 강재를 가열로에서 가열하는 단계를 수행할 수 있다. 이때, 가열은 880~950℃에서 5~15분간 수행함이 바람직하다.
상기 가열로에서의 가열시간은 가열로 내에 장입되는 때부터 출강될 때까지 유지되는 시간과 가열로 내에 장입된 강재의 표면온도가 목표온도(예컨대, 880~950℃)에 도달한 이후 유지되는 시간으로 구분하여 나타낼 수 있다.
이때, 강재의 표면온도가 목표온도에 도달한 후 유지되는 시간은 0~10분으로 설정함이 바람직하다. 강재의 표면온도가 목표온도에 도달하기 전에 가열을 정지하고 열간 프레스 성형하게 되면 재질의 불균일이 발생하여 제품이 취성을 가질 우려가 있으며, 반면 강재의 표면온도가 목표온도에 도달한 이후 10분을 초과하는 시간 동안 가열로 내에서 유지시킬 경우 도금층의 열적 열화가 발생하는 문제가 있으며, 생산성도 저하되는 문제가 있다.
또한, 가열온도가 880℃ 미만이거나 전체 가열시간이 5분 미만일 경우에는 가열이 균일하게 이루어지지 못해 재질이 불균일하게 형성될 우려가 있으며, 반면 가열온도가 950℃를 초과하거나 전체 가열시간이 15분을 초과할 경우에는 도금층이 부분적으로 열화될 우려가 있으므로 바람직하지 않다.
상기와 같이 가열을 완료한 후 도금 강재를 열간 프레스 성형하고, 냉각할 수 있다.
이때, 상기 열간 프레스 성형 및 냉각 수행은 통상의 열간 프레스 성형 방법에 의하면 충분하므로, 본 발명에서는 이를 한정하지 않는다.
한편, 상기 가열로에서 가열하기 전, 상기 도금 강재의 도금층 상부에 유기피막층을 더 형성할 수 있다.
이때, 유기피막층은 유기피막을 도포함으로써 형성시킬 수 있으며, 상기 유기피막은 금속 이온을 포함하는 조성물로서, 보다 구체적으로 상기 유기피막은 통상의 수지(Resin)계열이거나, 폴리머(Polymer)계열의 물질에 유기물과 무기물을 분자단위에서 복합화한 계열로서 Zn, P, Mn 및 B로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속 이온 화합물을 포함하는 조성물일 수 있다.
상기와 같이 조성되는 조성물은 도금 후 도금 강재의 도금층 상부에 도포됨이 바람직하며, 이때 도포방법으로는 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를들면 바-코터, 롤코터 또는 커튼 코터 등의 방법이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 롤코터 방법이 사용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
본 발명의 실시를 위한 소지강판으로 하기 표 1에 나타낸 성분조성(중량%)을 갖는 강재를 사용하였다. 이때, 강 1은 열간 프레스 성형 후 인장강도 1500MPa 이상의 고강도를 갖는 강재이며, 강 2는 열간 프레스 성형 후 인장강도 500~800MPs 정도의 강도를 갖는 강재이다.
하기 표 1의 소지강판 각각의 표면에 하기 표 2에 나타낸 도금 부착량으로 용융아연 도금을 실시하여 도금 강재를 제조한 후, 이 도금 강재를 880~950℃의 가열로에서 4~15분간 가열한 후, 도 1에 나타낸 형상을 이용하여 열간 프레스 성형을 수행하였다. 이때, 열간 프레스 성형은 하기 표 2에 나타낸 조건에 따라 각각 실시하였으며, 가열로에서 가열 후 12초 이내에 열간 프레스 성형이 완료되도록 실시하였다. 또한, 일부 도금 강재에 대해서 열간 프레스 성형을 적용하기 전, 하기 표 2에 나타낸 유기피막 도포량으로 유기피막을 도포하여 유기피막을 형성시켰다.
이후, 형성된 산화물층의 두께 및 소지 강판 내부로 형성된 미소크랙(micro crack)의 최대 깊이를 측정하여 하기 표 2에 함께 나타내었다.
강종 C Si Mn Sol.Al B Ti Cr N
강1 0.23 0.25 1.25 0.03 0.0026 0.031 0.20 0.0044
강2 0.07 0.20 0.80 0.04 0.0004 0.002 0.02 0.0034
구분 적용
강종		 도금
부착량
(g/m2)		 유기피막
도포량
(mg/m2)		 도금층
합금화도
(Fe %)		 가열로
온도
(℃)		 가열
시간
(min)		 산화물층
두께
(μm)		 미소크랙
최대깊이
(μm)
발명예 1 강1 52 - - 930 12 6 5
발명예 2 강2 53 - 8.2 880 6 12 -
발명예 3 강1 43 - - 940 6 5 4
발명예 4 강1 63 5500 - 900 5 20 -
발명예 5 강1 52 500 - 900 5 7 7
비교예 1 강1 52 250 - 900 4 4.0 21
비교예 2 강2 55 - - 930 4 2.5 30
비교예 3 강1 75 - - 910 8 0.5 45
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 도금층 상부에 산화물층을 형성시키기 위해, 도금층의 두께, 유기피막층 형성 또는 도금층 내 Fe 합금화도를 제어한 발명예 1 내지 5의 경우, 산화물층이 두께 5~20μm로 형성되었으며, 상기 산화물층의 형성으로 미소크랙 발생이 억제되거나, 생성되더라도 그 깊이가 현저하게 저지됨을 확인할 수 있다.
이에 반면, 가열로에서의 가열시간이 충분하지 못한 비교예 2의 경우 및 과량의 도금 부착량으로 인해 10μm 이상의 두께로 두껍게 도금층이 형성된 비교예 3의 경우에는 목적하는 두께 만큼의 산화물층이 형성되지 못함에 따라, 미소크랙 전파를 저지하지 못하였다. 또한, 일정량의 유기피막을 도포한 비교예 1의 경우에도 유기피막 도포량이 충분하지 못하여 목적하는 만큼의 산화물층이 형성되지 못함에 따라, 여전히 미소크랙이 소지강판 내부로 20μm 이상 전파됨을 확인할 수 있다.
또한, 발명예 1의 도금을 용해한 후 도금층과 소지강판 계면에 형성되어 있는 금속간 화합물(Fe2Al5)의 입자를 전자주사현미경(SEM) 및 이미지 어널라이져를 통해 분석한 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 금속간 화합물의 평균 두께가 0.1μm로 관찰되었으며, 입자크기 500nm 이하인 입자들이 97% 이상을 점유하고 있음을 확인하였다.
그리고, 상기 표 2의 발명예 2 및 4와 비교예 3의 단면 형상을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰하여 도 4 내지 6에 나타내었다.
발명예 2를 관찰한 도 4 및 발명예 4를 관찰한 도 5에 보이는 바와 같이, 산화물층이 충분히 형성되었으며, 이로 인해 미소크랙이 소지강판 내로 전파되지 않음을 확인할 수 있다.
이에 반면, 비교예 3을 관찰한 도 6에 보이는 바와 같이, 산화물층의 형성이 불충분하며, 이로 인해 미소크랙이 크게 발달하여 소지강판 내부로까지 깊게 크랙을 형성함을 확인할 수 있다.

Claims (8)

  1. 소지강판;
    상기 소지강판 표면에 형성된 도금층; 및
    상기 도금층 상부에 형성된 평균 두께 5 내지 20μm의 산화물층을 포함하고,
    상기 산화물층은 성형 가열 전 도금강재의 도금층 상부에 유기피막층을 포함함으로써 성장되고,
    상기 유기피막층은 Zn, P, Mn 및 B로 구성된 그룹으로부터 선택된 1종 이상의 금속이온을 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산화물층은 아연-산화물(Zn-oxide), 망간-산화물(Mn-oxide) 및 알루미늄-산화물(Al-oxide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 산화물층은 880~950℃에서 형성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 도금층은 용융아연 도금층 또는 용융아연합금 도금층인 열간 프레스 성형품.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 도금층은 평균 두께가 5~9μm인 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 도금층의 Fe 합금화도가 5~15%인 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품.
  7. 삭제
  8. 삭제
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