KR101414524B1

KR101414524B1 - 화성 처리성이 우수한 부재의 가공 방법

Info

Publication number: KR101414524B1
Application number: KR1020117009572A
Authority: KR
Inventors: 야스히데 이시구로; 아키오 사토; 야스히사 시미즈
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤; 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2014-07-04
Also published as: CN102177277B; JP2010089127A; US20110247727A1; WO2010041764A1; KR20110066192A; CN102177277A; JP5334519B2

Abstract

0.7 질량％를 초과하는 고Si 함유 고강도 부재의 가공 방법을 제공하는 것이다.
구체적으로는, 질량％로, C： 0.05％ 이상, Si： 0.7％ 초과 Mn： 0.8％ 이상을 함유하는 고강도 강재(鋼材)에 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 5％ 이상이 되도록 조정한 가공을 행하여, 소정 형상의 부재로 한다. 이에 따라, Si를 0.7％ 초과하여 함유해도, 특히, 기계적 연삭, 화학적인 산세척 처리 등을 행하는 일 없이, 화성(chemical conversion) 처리성이 현저하게 향상된 부재로 할 수 있다.

Description

화성 처리성이 우수한 부재의 가공 방법{WORKING PROCESS FOR MANUFACTURING MEMBERS EXCELLENT IN CHEMICAL CONVERSION TREATABILITY}

본 발명은, 자동차의 차체 구조용 고강도 부재(high-strength steel for auto body structure)의 가공 방법에 관한 것으로, 특히 질량％로, Si를 0.7％ 초과 함유하는 고Si 함유 고강도 강재(鋼材)를 가공하여 이루어지는 부재의 화성 처리성(chemical conversion treatability)의 향상 방법에 관한 것이다.

최근, 지구 환경(global environment)의 보호의 관점에서, 자동차 차체(automotive body)의 경량화를 도모하여, 자동차의 연비(mileage) 향상을 목표로 하는 움직임이 진행되고 있다. 그리고, 이 자동차의 연비 향상은, 법률에서도 의무화되게 되었다. 또한 최근에는, 자동차 차체 구조용 재료를 고강도 강재로서 게이지 다운(gauge down)(판 두께 감소)에 의한 경량화를 도모함과 함께, 추가로 강관(steel tube)과 같은 폐단면 구조(closed cross section structure)로서 부재의 고강성화를 도모하는 것도 검토되고 있다.

이러한 고강도 강재에서는, 일반적으로, 고강도와 고가공성을 겸비시키기 위해, Si를 대략, 0.7 질량％ 이상이나 함유시키는 것을 기본으로 하여, 설계되어 있는 경우가 많다. 그러나, Si의 함유는, 화성 처리성을 현저하게 저하시킨다는 문제를 필연적으로 수반한다. Si를 다량으로 함유한 강재(鋼材)의 화학 처리성이 저하되는 기구에 대해서는, 현재까지 어느 정도 분명해지고 있어, 다음과 같이 생각되고 있다.

Si를 함유하면, 강재의 표층에는, Si를 주체로 하는 산화물(그 외에 Si계 산화물, Si 함유 산화물, Si 산화물, Si기 산화물 등의 많은 표현이 있지만, 이들은, 모두 동일한 산화물을 의미한다. 이후, 특별히 언급하지 않는 한 Si를 주체로 하는 산화물이라고 칭함)이 농화된다. 이 Si를 주체로 하는 산화물이, 화성 처리시에, 애노드·캐소드 반응(anode reaction and cathode reaction)에 기초하는 인산철 아연 결정(Zn₂Fe(PO₄)₂·4H₂O)(iron-zinc phosphate crystal)의 형성을 저해한다. 이 때문에, 강재의 표면에 치밀하고(dense) 그리고 미세한(fine) 인산철 아연 결정이 형성되지 않게 된다. Si 함유량이 높은 강재에 화성 처리를 행하면, 예를 들면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 조대(粗大)하고 그리고 드문드문하게, 인산철 아연 결정이 형성되지 않은 부분(iron-zinc phosphate crystal non formed area or iron-zinc phosphate crystal free area)(이후, 결정이 형성되지 않은 부분(crystal free area)이라고 칭함)이 보이는 인산철 아연 결정이 형성된다. 이에 대하여, Si 함유량이 낮은 일반 연강(mild steel)(JIS-SPCC-grade steel sheet)에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 매우 치밀한 인산철 아연 결정이 형성된다.

냉연 강판(cold rolled steel sheet)에서는, 냉간 압연(cold rolling) 전의 상태이면, 열연 강판(hot rolled steel sheet)을 산세척(pickling)하기 때문에, 어느 정도, Si를 주체로 하는 산화물이 제거되어 있다. 그러나, 냉연 강판은, 냉간 압연 후에, 연속 소둔(continuous annealing)이나 배치 소둔(batch annealing) 등의 소둔 공정이 시행되기 때문에, 로(爐)　내의 노점(dew point)이 매우 낮은 경우라도, 필연적으로, Si를 주체로 하는 산화물이 재차, 판 표층에서 농화된다. 이 때문에, 냉연 강판에 있어서도, 화성 처리성이 저하되는 경우가 많다. 또한, 소둔 공정(annealing process)에 있어서, 로 내 환경이 천천히 변동하는 경우가 있는 데다가, 추가로 강 중의 성분 불균일이나, 제조 조건의 불균일 등에 의해, 강판의 위치에 의해 Si를 주체로 하는 산화물의 형성이 불균일해지는 경우가 많다. Si를 주체로 하는 산화물의 형성은, 강(鋼) 중의 성분 불균일이나 제조 조건의 불균일이 복잡하게 서로 영향을 주는 일이 있어, 이들 개개의 영향 인자의 관리로 화성 처리성을 제어하는 것은 어려운 것이 실상이다.

그 때문에, 종래에는, 제조된 강재(강판)를, 기계적 방법(mechanical process)으로 표면을 연삭하거나, 산세척(pickling) 등의 화학적 방법(chemical process)으로 표면을 녹여, 화성 반응을 저해하는 Si를 주체로 하는 산화물 자체를 제거하는 것이 행해져 왔다. 예를 들면, 특허문헌 1에는, 산소 분압(oxygen partial pressure)을 특정 범위로 제어한 분위기 중에서 소둔을 행하고, 이어서 특정 온도 범위를 급냉하는 냉각을 행한 후, 추가로 표면을 연삭하고 추가로 산세척을 행하여 산화막(oxide film)을 제거하는, 인산염 피막 처리성(phosphate coating treatability)이 우수한 고Si 함유 고장력 강판의 제조 방법이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 3에는, Si 함유량/Mn 함유량을 0.4 이상으로 하는 냉연 강판을, 노점이 ―20∼0℃의 분위기 중에서 연화 소둔하고, Si기 산화물(Si group oxide)의 표면 피복률(fraction of surface coverage)이 20％ 이하, Si기 산화물의 직경이 원 상당 지름으로 5㎛ 이하로 하고, 그 후에, 물담금질, 템퍼링을 행한 후 염산(hydrochloric acid) 혹은 황산(sulfuric acid)에 침지하는 산세척을 행하는, 화성 처리성이 우수한 고강도 냉연 강판의 제조 방법이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 12에는, Si: 0.5질량％ 이하, Mn: 1.5질량％ 이하, P: 0.05질량％ 이하를 포함하는 조성의 강판에, 열연판 산세척으로, 외표층 및 내표층을 제거하는 처리를 행한 후, 냉간 압하율: 10∼60％로 냉간 압연하고, 냉간 압연인 채로의 강대(鋼帶)의 폭방향의 양 단부를 전봉 용접(ERW(electric resistance welding))하여 용접 강관(welded steel tube)으로 하는 화성 처리성이 우수한 고강도 전봉 강관의 제조 방법이 기재되어 있다.

그러나, 연삭(grinding)이나 산세척은, 그 자체가, 공정수가 들고, 게다가, 완전하게, Si를 주체로 하는 산화물을 깎아내는 것은 곤란한 데다가, Si를 주체로 하는 산화물 자체는 유리(glass)로, 염산이나 황산 등의 일반적인 산에는 용해되지 않는다. 산세척으로는, Si를 주체로 하는 산화물만을 선택적으로는 제거할 수 없기 때문에, Si를 주체로 하는 산화물을 제거하기 위해서는, 하지(base) 강판을 많이 용해하는 것이 필요해진다.

또한, 특허문헌 2에는, 강재를, 우선 황산 이온 농도(sulfate ion concentration) 및 불화 수소 농도(hydrogen fluoride concentration)가 특정 범위의 황산(sulfuric acid)과 불산(hydrofluoric acid)의 혼산(mixed acid) 중에 침지한 후, 염화물 이온 농도(chloride ion concentration)가 특정 범위의 염산 중에 침지하는 강재 표면의 처리 방법이 기재되어 있다. 불산계의 약제(fluorinated acid type agent)를 사용하여 산세척하면, Si를 주체로 하는 산화물을 완전 제거할 수 있지만, 불산계의 약제를 취급하기 때문에, 약간 위험도가 증가하는 등의 문제가 있다.

또한, 예를 들면 특허문헌 4∼8에는, 난용성의 Si를 주체로 하는 산화물이 형성되는 것을 회피하고, 산에 용해하기 쉬운 Si-Mn 복합 산화물(Si-Mn composite oxide)을 형성시킴으로써, 화성 처리성을 개선시키는 기술이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 4에는, Si, Mn 함유량을 Si/Mn비로 0.4 이하로 조정하여, (Mn-Si)이 0.5mass％ 이상의 미세 Mn-Si 복합 산화물이 표층(깊이 2㎛ 길이 10㎛의 영역)에 10개 이상 존재하고, 그리고 Si를 주체로 하는 산화물이 강판의 표면 길이에서 차지하는 비율이 10％ 이하인, 도막 밀착성(coating adhesion)이 우수한 복합 조직 강판이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 5에는, Si, Mn 함유량을 Si/Mn비로 0.4 이하로 조정하여, Mn/Si가 0.5 이상의 미세 Mn-Si 복합 산화물이 10개/100㎛²이상 존재하고, Si를 주체로 하는 산화물의 표면 피복률이 10％ 이하가 되어, 소정 범위의 크기의 크랙이 존재하지 않는, 도막 밀착성이 우수한 복합 조직 고강도 냉연 강판이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 6에는, Si, Mn 함유량을 Si/Mn비로 0.4 이하로 조정하여, 복합 조직에서, Mn/Si가 0.5 이상의 미세 Mn-Si 복합 산화물이 10개/100㎛² 이상 존재하고, Si를 주체로 하는 산화물의 표면 피복률이 10％ 이하가 되는, 인장 강도가 390MPa 이상으로 강도-연신 밸런스(balance)가 우수한, 즉, 강도에 대하여 연신이 큰, 고강도 냉연 강판이 기재되어 있다.

특허문헌 7에는, 표면으로부터 깊이 방향으로 네트워크 형상(network like) 또는 모근 형상(hair root like)으로 파생하는 Si 및/또는 Mn 함유 산화물의 강판 표면에 있어서의 기점의 평균 간격이 5㎛ 이상이고, 그리고 상기 산화물의 총 길이가 10㎛/(깊이 12×폭 20㎛) 이하인, 도막 밀착성이 우수한 고강도 강판이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 8에는, Si, Mn 함유량을 Si/Mn비로 0.4 이하로 조정하여, Si-Mn 산화물의 복합 조직을 갖고, 표면에, 미세한 Si-Mn 산화물이 10개/100㎛² 이상 존재하고, Si를 주체로 하는 산화물의 표면 피복률이 10％ 이하가 되는, 도막 밀착성이 우수한 고강도 강판이 기재되어 있다.

Si-Mn 복합 산화물도, Si를 주체로 하는 산화물과 동일하게, 화성 처리성에는 악영향을 미치지만, Si-Mn 복합 산화물은 산에 녹기 쉽기 때문에, 특허문헌 4∼8에 기재된 기술에서는, 냉연 강판의 제조 라인에 설치되어 있는 경우가 많은 「인라인 산세척(in line pickling)」으로, Si-Mn 복합 산화물을 제거하는 것을 의도하고 있다. 그러나, 특허문헌 4∼8에 기재된 기술에서는, Mn 함유량을, Si 함유량에 의존하여 결정하기 때문에, 강의 성분 설계의 자유도가 제한된다는 문제가 있고, 게다가, 화성 처리성 향상의 효과가 한정적인 경우가 많다는 문제도 있다.

또한, 윤활제와 함께 사용함으로써, 소성 가공을 용이하게 하는 기계 윤활용의 인산 아연 처리막은, 전(前)처리로서 쇼트 블라스트(shot blasting) 등을 행함으로써, 화성 처리성이 향상되는 것이 알려져 있다. 예를 들면, 특허문헌 9에는, 규사(silica sand)를 첨가한 인산 아연 화성 처리액(zinc phosphate chemical conversion treatment liquids)을 표면에 분사하여 표면을 청정화한 후, 인산 아연 화성 처리액을 추가로 분사하여, 표면에 화성 피막(conversion coating)을 형성하는 방법이 기재되어 있다. 화성 처리 전에 쇼트 블라스트를 시행하면, 화성 처리성이 개선되는 기구(mechanism)는, 쇼트 블라스트에 의해, 표면이 기계 화학적(mechanochemical)으로 활성화(activation)되기 때문이라고 생각되고 있다(비특허문헌 1 참조). 그러나, 쇼트 블라스트 처리된 표면을 공기 중에 방치하거나 소 둔하거나 하면, 표면의 기계 화학적 활성이 감쇠하여, 소망하는 화성 처리성의 개선을 도모할 수 없다.

또한, 도장의 전(前)처리(pretreatment)로서 쇼트 블라스트를 채용해도, 실조업에서는, 쇼트 블라스트를 행하고 나서 도장까지, 상당한 시간을 요한다. 이 때문에, 실제조업에서는, 화성 처리성 개선의 효과가 현저하게 감소하여, 그다지 효과가 있다고는 생각하기 어렵다. 또한, 쇼트 블라스트를 행하고 나서 도장까지의 시간을 단축하기 위해, 쇼트 블라스트를 인라인에서 연속적으로 적용하는 것은, 설비 비용이 들기 때문에, 실현성이 결여된다고 말할 수 있다.

또한, 특허문헌 10에는, Si를 0.5∼2.5mass％ 함유하는 조성으로, C와 Ti를 특정 관계를 만족하도록 함유시키고, 평균 결정 입경(average grain diameter)을 3.0㎛ 이하, 표면 거칠기(surface roughness)를 산술 평균 거칠기(Ra)로 1.5㎛ 이하로 조정한, 화성 처리성과 내식성이 우수한 고장력 열연 강판이 기재되어 있다. 특허문헌 10에 기재된 기술에서는, 결정 입경을 작게 하고, 그리고 표면을 매끄럽게 함으로써, 화성 처리성이 현저하게 향상된다고 하고 있다.

한편, 비특허문헌 2에는, 강판의 표면 거칠기를, Ra로 0.5∼1.7㎛, PPI로 110∼250, Wz로 1∼8㎛의 범위로 변화시켜도, 화성 처리성에 영향이 대부분 없는 것이 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 11에는, C: 0.01mass％ 이하, N: 0.01mass％ 이하 포함하고, Ti를 함유하는 강판을 소둔한 후, 조질 압연의 압하율(rolling reduction)이 0.8％ 이상 5％ 이하의 조질 압연을 행함으로써, 강판의 프레스 성형성을 손상시키는 일 없이, 인산염 처리성을 효과적으로 개선할 수 있는 냉연 강판의 제조 방법이 기재되어 있다. 또한 조질 압연의 압하율이, 2.7％ 이상에서는, 화성 처리성이 포화된다고 하고 있다.

일본공개특허공보 2003-226920호 일본공개특허공보 2004-256896호 일본공개특허공보 2004-323969호 일본공개특허공보 2005-248281호 일본공개특허공보 2005-281787호 일본공개특허공보 2005-290440호 일본공개특허공보 2006-144106호 일본공개특허공보 2005-187863호 일본특허공보 소46-6327호 일본공개특허공보 2002-226944호 일본공개특허공보 소62-116723호 일본공개특허공보 2004-292926호

타마노이(玉井), 모리(森): 금속 표면 기술, vol. 31, (1980), pp. 482 486. 스다(須田) 외: 철과 강, vol. 66, (1980), pp. S1130.

그러나, 제품으로서 출하된 강판 등은, 추가로 프레스 가공(stamping)이나 굽힘 가공(bending)이라는 가공이 행해져 부재가 된다. 이 때문에, 강판 등의 표면은, 프레스 다이(press die)의 표면 성상이 전사되거나, 변형이 가해지거나 하여, 원래대로의 표면 성상이 유지되는 경우는 드물다. 그 때문에, 특허문헌 10, 11에 기재된 기술로 제조된 강판에서는, 가공이 시행된 후까지도, 우수한 화성 처리성이 항상 유지된다고는 생각하기 어렵다.

또한, 조질 압연(skin pass rolling)을 행하면 경화되어, 고강도재가 될수록, 조질 압연을 행하는 것이 서서히 곤란해진다. 인장 강도(tensile strength): 780MPa급 이상의 강재에서는, 1％ 이상의 압하율의 조질 압연을 행하는 것은 곤란하다.

590MPa급의 강재의 조질 압연에서도, 적용할 수 있는 압하율은 고작 2％ 정도까지이다. 이 때문에, 압하율: 0.8％ 이상 5％ 이하의 조질 압연을 행하는, 특허문헌 11에 기재된 기술을, 고강도재에 응용하는 것은 문제를 남기고 있었다.

이와 같이, 상기한 종래 기술에서는 모두, 질량％로, 0.7％를 초과하는 고Si 함유 강재의 화성 처리성을 현저하게 개선할 수 있기까지에 이르지 않았다는 것이 실정이다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 현상을 감안하여 이루어진 것으로, 화성 처리성이 양호하다고는 말할 수 없는 고강도 강재를 소재로 하여, 우수한 화성 처리성을 갖는 고강도 부재로 하는, 부재의 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

더욱 상세하게는, 본 발명은, 질량％로 0.7％를 초과하는 Si를 함유하여, 열연판이나 냉연 소둔판 등과 같이, 특히 Si를 주체로 하는 산화물이 고농도로 표층에 농화된 고Si 함유 고강도 강재를 이용한 고강도 부재의 화성 처리성의 향상을 목적으로 한다. 또한, 강재에는, 강판(강대), 강관, 봉강 등을 포함한다. 또한, 여기에서 말하는 Si를 주체로 하는 산화물의 농화는, Si를 주체로 하는 산화물이나, Si 및 타원소를 포함하는 산화물의 농화 및, 이들을 포함한 복합 산화물, 공정 산화물(eutectic oxide), 포정 산화물(peritectic oxide) 등의 농화를 포함하는 것으로 한다.

본 발명자들은, 상기한 목적을 달성하기 위해, 고Si 함유 고강도 강재의 화성 처리성에 미치는 각종 요인에 대해서 예의 연구를 행했다. 그 결과, 강재를 가공할 때에, 표면에 부여되는 가공 변형(processing strain)을 활용하는 것을 생각해냈다. 그리고, 강재를 가공하여 부재로 할 때에, 표면에 부여되는 가공 변형(표면 변형)을 소정값 이상이 되도록 가공 조건을 조정함으로써, Si를 다량으로 함유하는 고강도 강재를 이용하여 제조된 부재의 화성 처리성이 현저하게 향상된다는 인식을 얻었다. 그리고, 그 부가되는 가공 변형으로서, 가공시의 각 공정에 있어서 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합을 채용함으로써, 화성 처리성의 향상을 제대로 설명할 수 있음을 발견했다. 또한, 본 발명자들은, 가공시의 각 공정에 있어서 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 5％ 이상이 되는 가공을 행함으로써, 0.7％를 초과하는 Si를 함유하고, 나아가서는, Si를 주체로 하는 산화물이 고농도로 표층에 농화된 강재를 이용한 부재에 있어서도, 화성 처리성이 현저하게 향상된다는 인식을 얻었다.

Si를 주체로 하는 산화물이 표면에 농화된 강판이라도, 표면에 5.0％ 이상의 표면 변형을 부가함으로써, 화성 처리성이 양호해지는 메커니즘은, 충분히 해명되어 있지 않지만, 이하와 같이 생각하고 있다.

고Si계 조성의 강판 표면에는, 종래부터 막 형상의 Si를 주체로 하는 산화물이 농화되는 점이 지적되는 경우가 많지만, 실제의 CAL(연속 소둔 라인)을 통하여 생산되는 경우, 인라인의 경(輕)산세척 등에 의해, 입상(粒狀)의 Si를 주체로 하는 산화물이 농화되어 있는 형태가 주이고, 어느 경우나, 이에 소정 이상의 표면 변형을 가하여, 화성 처리를 행하면 입상의 Si를 주체로 하는 산화물이 매우 용이하게 강판 표면으로부터 제거되는 것이라고 생각하고 있다.

본 발명은, 이러한 인식에 기초하여, 추가로 검토를 더하여 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 요지는 다음과 같다.

(1) 질량％로, C: 0.05％ 이상, Si: 0.7％ 초과, Mn: 0.8％ 이상을 포함하고, 바람직하게는 추가로 Al: 0.1％ 이하, N: 0.010％ 이하를 함유하고, 혹은 추가로 Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B :0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성의 고강도 강재에 가공을 시행하여 부재로 함에 있어서, 상기 가공을, 당해 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 5％ 이상이 되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 부재의 가공 방법.

(2) (1)에 있어서, 상기 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합을, 서로 직교하는 2방향으로 각각 부가되는 표면 변형의 절대값의 합으로 하는 것을 특징으로 하는 부재의 가공 방법.

(3) (1) 또는 (2)에 있어서, 상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합이, 상기 강 소재의 제조시에 부가된 표면 변형의 절대값의 합과의 합계로, 공칭 변형으로 5％ 이상이 되도록, 상기 가공의 조건을 조정하는 것을 특징으로 하는 부재의 가공 방법.

(4) (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 상기 강재가, 열연재 또는 냉연재인 것을 특징으로 하는 부재의 가공 방법.

(5) (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 상기 조성이, 질량％로, C: 0.05％ 이상, Si: 1％ 이상, Mn: 1.5％ 이상을 함유하고, 바람직하게는 추가로 Al: 0.1％ 이하, N: 0.010％ 이하를 함유하고, 혹은 추가로 Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성인 것을 특징으로 하는 부재의 가공 방법.

(6) (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 있어서, 상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 7％ 이상인 것을 특징으로 하는 부재의 가공 방법.

본 발명에 의하면, Si를, 질량％로 0.7％ 초과하여 함유하는, 고Si 함유 고강도 강재를 소재로 하여 제조된 부재에 있어서도, 기계적 연삭, 화학적인 산세척 처리 등을 행하는 일 없이, 양호한 화성 처리성을 구비하는 고강도 부재로 할 수 있어, 산업상 현격한 효과를 나타낸다. 또한, 본 발명에 의하면, 소재로서 사용하는 강재의 이력에 관계없이, 양호한 화성 처리성을 갖는 부재를 제조할 수 있다는 효과도 있다.

도 1은 고Si 강의 화성 처리 후의 표면 조직을 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 2는 연강의 화성 처리 후의 표면 조직을 나타내는 주사형 전자 현미경 사진이다.
도 3은 스크라이브드·서클(scribed circle)(6)의 일 예를 나타내는 설명도이다.
도 4는 가공 패턴(a)의 가공 방법을 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 5는 가공 패턴(b)의 가공 방법을 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 6은 가공 패턴(c1)으로 가공된 부재의 형상을 모식적으로(schematically) 설명하는 설명도이다.
도 7은 가공 패턴(c2)으로 가공된 부재의 형상을 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 8은 도장 후의 도막의 내식성을 평가하는 SDT 시험 방법을 모식적으로 설명하는 설명도이다.
도 9는 본 발명 용접 강관의 제조에 매우 적합한, 제조 설비의 일 예를 나타내는 설명도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

본 발명에서는, 질량％로 0.7％를 초과하는 Si를 함유하는 고Si 함유 고강도 강재를 소재로 하여, 당해 소재에 가공을 시행하여 고강도 부재로 한다. 또한 여기에서 말하는 「고강도」 강재란, 인장 강도: 590MPa 이상을 갖는 강재를 말한다. 강재에는, 강판(강대), 강관, 봉강 등을 포함하는 것으로 한다.

우선, 소재로서 이용하는 고강도 강재의 바람직한 조성에 대해서 설명한다. 또한, 특별히 언급하지 않는 한, 질량％는 단순히 ％로 기재한다.

C:0.05％ 이상

C는, 강의 강도를 증가시키는 원소로, 인장 강도: 590MPa 이상의 고강도를 확보하기 위해서는, 0.05％ 이상의 함유를 필요로 한다. 이 때문에, C는 0.05％ 이상으로 한정했다. 한편, 1.0％를 초과하는 함유는, 연성이 저하된다. 또한, 용접성이 요구되는 용도에서는, 0.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 0.5％를 초과하는 함유는, 용접부의 건전성, 인성(靭性)이 저하된다. 이 때문에, 바람직하게는 0.5％ 이하, 보다 바람직하게는 0.3％ 이하이다. 또한, C의 화성 처리성에 미치는 영향은 매우 작다.

Si: 0.7％ 초과

Si는, 페라이트의 안정화에 기여함과 함께, 고용 강화(solid solution hardening)나 담금질성(quenching hardenability) 향상을 통하여, 강의 강도를 증가시키고, 추가로 가공성을 향상시키는 작용도 갖는 원소이다. Si를 다량으로 함유시키면, 일반적으로, 연신값이 높아져 가공성이 향상되지만, 화성 처리성이 현저하게 저하된다. Si가 0.7％ 이하의 경우에는, 화성 처리성의 저하는, 허용되는 범위 내에서 문제가 되지 않는 레벨이기 때문에, 본 발명에서는, 종래부터 화성 처리성이 현저하게 저하된다고 말해지고 있는 0.7％ 초과를 Si의 하한치로 했다. 또한, 바람직하게는 1％ 이상이다. Si를 1％ 이상 함유하는 경우에는, 강재의 화성 처리성에는 문제를 남기고 있지만, 본 발명에 의하면, 종래부터 화성 처리성이 현저하게 저하된다고 말해지고 있는 이러한 범위의 Si를 함유하고 있어도, 우수한 화성 처리성을 갖는 부재로 할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 Si 함유의 상한은, 특별히 한정할 필요는 없지만, 재질의 제작의 관점에서 2.5％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Si의 화성 처리성으로의 악영향은, Si를 주체로 하는 산화물의 표면 농화(surface enrichment)에 의한 것으로, Si 단체(單體)의 표면 농화에 의한 것은 아니다. Si를 주체로 하는 산화물의 표면 농화는, 열간 압연시에 일어날 수 있지만, 이 경우는, 그 후의 산세척 처리에서 어느 정도는 제거할 수 있다. 또한, 소둔시에도, 소둔로　내에서, 재차 표면 농화된다. Si를 주체로 하는 산화물의 농화의 정도를, 강판 제조시에 제어하는 것은 곤란하다.

Mn: 0.8％ 이상

Mn은, C와 동일하게, 고용 강화, 또한 담금질성의 향상을 통하여, 강의 강도를 증가시키는 원소로, 소망하는 고강도를 확보하기 위해, 본 발명에서는 0.8％ 이상의 함유를 필요로 한다. 또한, Mn은, 강 중 S를, MnS로 하여 고정하고, S를 무해화하는 작용도 갖는다. 이러한 점에서, Mn은 0.8％ 이상으로 한정했다. 또한, 인장 강도: 780MPa 이상을 확보하기 위해서는, 1.5％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 한편, 5％를 초과하는 과잉의 함유는, 연성을 현저하게 저하시킨다. 이 때문에, Mn은 5％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다.

상기한 성분이 기본이지만, 추가로 Al: 0.1％ 이하, N: 0.010％ 이하를 포함하는 조성으로 하는 것이 바람직하다.

Al: 0.1％ 이하

Al는, 탈산제로서 작용함과 함께, N을 AlN으로 하여 고정하고, N의 악영향을 방지하는 작용을 갖는 원소이다. 이러한 효과는 0.01％ 이상의 함유로 현저해진다. 한편, 0.1％를 초과하는 함유는, Al계 개재 물량이 증가하여, 강의 청정도를 저하시킨다. 이 때문에, Al는 0.1％ 이하로 한정했다. 보다 바람직하게는 0.06％ 이하이다.

N: 0.010％ 이하

N은, C와 동일하게, 고용하여 강의 강도를 증가시키는 원소이지만, 다량으로 함유하면 연성이 저하된다. 이 때문에, N은 0.010％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 0.0050％ 이하이다.

상기한 조성에 더하여, 추가로 Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상, 및/또는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종을 필요에 따라서 선택하여 함유할 수 있다.

Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Ti, Nb, V는 모두, 탄질화물(carbonitride)을 형성하여, 결정립의 조대화 방지, 나아가서는 석출 강화에 의한 강도 증가에 기여하는 원소로, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 이러한 효과는, Ti: 0.01％ 이상, Nb: 0.005％ 이상, V: 0.01％ 이상의 각각의 함유로 인정된다. 한편, Ti: 0.03％, Nb: 0.1％, V: 0.1％를 각각 초과하는 함유는, 연성의 저하가 현저하다. 그 때문에, 함유하는 경우에는, Ti: 0.03％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, V: 0.1％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각 Ti: 0.025％ 이하, Nb: 0.05％ 이하, V: 0.05％ 이하이다.

Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

Cr, Mo, Ni, Cu, B는 모두, 고용 강화 혹은 담금질성 향상을 통하여, 강의 강도 증가에 기여하는 원소로, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 이러한 효과는, Cr: 0.03％ 이상, Mo: 0.02％ 이상, Ni: 0.03％ 이상, Cu: 0.02％ 이상, B: 0.001％ 이상의 함유로 인정된다. 또한, Cu는 내식성, 내지연 파괴성의 향상에도 기여한다. 한편, Cr: 1％, Mo: 1％, Ni: 1％, Cu: 1％, B: 0.01％를 초과하는 함유는, 용접성, 전봉 용접부의 건전성에 악영향을 미친다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Cr: 1％ 이하, Mo: 1％ 이하, Ni: 1％ 이하, Cu: 1％ 이하, B: 0.01％ 이하로, 각각 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각 Cr, Mo, Ni, Cu는 0.5％ 이하, B는 0.005％ 이하이다.

Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하 중으로부터 선택된 1종 또는 2종

Ca, REM은 모두, 개재물의 형태를 제어하고, 연성의 향상에 기여하는 원소로, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종을 함유할 수 있다. 이러한 효과는, Ca: 0.002％ 이상, REM: 0.02％ 이상의 함유로 현저해지지만, Ca: 0.1％, REM: 0.05％를 초과하는 함유는, 개재 물량이 과잉이 되어, 오히려 연성을 저하시킨다. 이 때문에, 함유하는 경우에는, Ca: 0.1％ 이하, REM: 0.05％ 이하로 한정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각 Ca는 0.01％ 이하, REM은 0.01％ 이하이다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물이다. 불가피적 불순물로서는, P: 0.02％ 이하, S: 0.005％ 이하를 허용할 수 있다. 또한, P: 0.02％, S: 0.005％를 각각 초과하여 함유하면, 인성 및 용접성의 저하가 현저해진다.

또한, 본 발명에서 소재로서 사용하는, 상기한 조성을 갖는 강재의 조직은 특별히 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 페라이트를 주체로 한 조직, 냉연 후의 소둔시에 급냉 처리가 행해져 생성된 마르텐사이트를 주체로 하는 조직, 잔류 오스테나이트나 베이나이트를 포함하는 조직 등, 어떠한 조직의 강재도, 본 발명에서 사용하는 강재로서 적용 가능하다. 또한, 본 발명에서 소재로서 사용하는 강재의 제조 방법에 대해서도 특별히 한정되지 않는다. 열연 강판, 냉연 강판, 강관, 나아가서는 소둔의 유무 등, 어떠한 제조 방법의 강재도, 본 발명에서 소재로서 적용 가능하다.

본 발명에서는, 강재의 Si 함유량이 0.7％를 넘기 때문에, 강재 표면에, 화성 처리성을 열화시키는 Si를 주체로 하는 산화물이 존재하는 경우가 상정된다. 강재 표면의 Si를 주체로 하는 산화물은, 열간 압연 공정, 및/또는, 소둔 공정으로 형성된다.

예를 들면, 가공하여 사용되는 경우가 많은 박막 분야를 예를 들면, 열연판은 대부분이 산세척하여 출하된다. 산세척에 의해, 표면에 형성된 Si를 주체로 하는 산화물은 어느 정도 제거된 상태의 강판이 부재 제조의 소재로 된다. 흑피(黑皮)인 채로는, 화성 처리가 시행되는 가공용 소재라고는 생각하기 어렵다.

또한, 냉연판은, 열연판을 산세척, 그것에 이어지는 냉간 압연, 혹은 나아가서는 연속 소둔 등의 소둔이 행해져 제조된다. 연속 소둔 등의 소둔이 행해진 경우에는, 소둔로　내의 환경에서, 표면에 Si를 주체로 하는 산화물이 재차 형성된다. Si를 주체로 하는 산화물의 형성 정도는, 소둔 로의 로 내 환경, 즉 로　내 분위기(노점 등), 라인 속도, 전후의 라인 정지 타이밍이나, 로　내 개방 등의 이상 상황 등에 크게 영향을 받아, 프로세스·파라미터로부터는 완전하게는 추측할 수 없다. 본 발명에서는, 이러한 Si의 농화 정도가 상이한 강판도 소재로서 적용 가능하다.

본 발명에서는, 바람직하게는 상기한 조성의 고강도 강재에, 가공을 행하여 소정 형상의 부재(고강도 부재)로 함에 있어서, 강재에 부가되는 소정 방향의 표면 변형이, 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합으로, 공칭 변형으로 5％ 이상이 되도록 조정한 가공을 행한다.

강재에 가공을 행하면, 강재에는, 필연적으로 변형이 부가된다. 부가되는 변형은, 예를 들면, 서로 직교하는 3방향(x, y, z방향), 즉, 표면에 있어서의 직교하는 2방향 및, 그것에 직교하는 두께 방향의 3방향으로 분해하여 이해할 수 있다.

본 발명에서는, 피가공재인 강재의 표면에, 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합이 공칭 변형으로 5％ 이상이 되는 가공을 시행한다. 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합이, 5％ 미만에서는, 화성 처리성의 현저한 개선을 바랄 수 없다. 더욱 바람직하게는 7％ 이상이다. 또한, 소정 방향으로서는, 가장 변형되는 방향으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 소정 방향을, 소정 방향과 그것에 직교하는 방향의 2방향으로 하고, 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합을, 서로 직교하는 2방향으로 각각 부가되는 표면 변형의 절대값의 합, 즉, 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합과, 당해 소정 방향으로 직교하는 방향의 표면 변형의 절대값의 합과의 합계로 해도 좋다.

또한, 본 발명에서는 강재의 가공시에, 강재의 판 두께(두께) 방향으로 부가되는 가공 변형에 대해서는, 문제로 하지 않는다. 그렇다고 하는 것은, 얻어진 부재의 화성 처리성의 좋고 나쁨이, 가공시에 부가된 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합으로 가장 잘 정리할 수 있었기 때문이다.

또한, 소재로서 사용하는 강재가, 제조시에 표면 변형이 부가된 상태인 경우에는, 강재에 가하는 가공을, 당해 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 소정 방향의 표면 변형의 절대값의 합이, 강재의 제조시에 부가된 표면 변형의 절대값의 합과의 합계로, 공칭 변형으로 5％ 이상이 되도록, 조정한 조건의 가공이라고 해도 좋다. 강재의 제조시에 부가된 가공 변형(표면 변형)의 절대값과, 그 후에 강재에 부가된 가공 변형(표면 변형)의 절대값과의 합계가, 5％ 이상이 되는 경우에도, 우수한 화성 처리성을 갖는 부재가 된다.

본 발명에서 말하는 「화성 처리성이 우수하다」란, 인산철 아연 결정의 조직과, 도장 후의 내식성이 함께 양호한 경우를 말한다. 즉, 인산철 아연 결정이, 치밀한 균일 입자로, 결정이 형성되지 않은 부분이 없는 조직을 갖고, 그리고, 도장 후의 도막이, 부식 환경에 노출되었을 때 알칼리 블리스터(alkali blister), 캐소드 팽창(puff at cathode area)이라고 불리는 현상의 발생이 경미한 레벨에 머무는, 우수한 내식성을 갖는 경우를 말한다. 또한, 알칼리 블리스터, 캐소드 팽창이라고 불리는 현상은, 젖은 도막 환경을 전제로 하여 크로스컷부(2)가 애노드가 되고, 최종적으로 팽창이 되는 부분이 캐소드가 되어, 도막을 개재하여 셀(cell)이 생기는 것에 기초하는 현상이다.

또한, 인산철 아연 결정 조직에 있어서의 「균일 입자」란, 외관상 균질하게 보이는 것에 대해서는, 평균 결정 입경의 ±20％ 이내이거나, 외관상 분명하게 조대립(粗大粒)과 미소립(微小粒)이 섞여 있는 경우에는, 조대립의 입경이 미소립의 입경의 3배 이하인 경우를 말한다.

또한 인산철 아연 결정 조직에 있어서의 「결정이 형성되지 않은 부분 없음」이란, 시험 샘플의 중앙 부근에서, 이상(異常) 부분을 제외한 랜덤인 부분을 배율: 1000배로 2시야(visual field) 이상 관찰하여, 「결정이 형성되지 않은 부분」을 볼 수 없는 경우를 말한다. 「결정이 형성되지 않은 부분」이란, 통상, 인산철 아연 결정이 붙어있지 않은 부분을 가리킨다. 그러나, 확대하여 관찰하면, 전혀 인산철 아연 결정이 붙어 있지 않다고 간주할 수 있는 부분과, 주위의 인산철 아연 결정 사이즈에 대하여, 매우 작은 인산철 아연 결정이 드문드문하게, 매우 희박한 밀도로 붙어 있는 부분도 있다. 이 때문에 본 발명에서는, 「결정이 형성되지 않은 부분」이란, 인산철 아연 결정이 균일 입자(평균 결정 입경에 대하여, ±20％ 이내)의 경우에는, 인산철 아연 결정 입경(직경)의 3배를 초과하는 영역에 인산철 아연 결정이 형성되어 있지 않은 개소를 말하고, 인산철 아연 결정이 조대립과 미소립과의 혼립의 경우에는, 조대립의 입경(직경)의 5배를 초과하는 영역에 인산철 아연 결정이 형성되어 있지 않은 개소를 말하는 것으로 한다.

또한, 도장 후의 내식성은 다음과 같이 조사하여 판정하는 것으로 한다.

시험재(1)는, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 부식 시험의 대상 면적으로서, 단부를 테이프로 마스킹(3)한 나머지의 부분(노출된 부분)이 30㎜×100㎜ 이상의 것을 사용하는 것을 전제로 한다. 또한, 대상이 강관인 경우는 반으로 나눈 시험재(1)로 한다. 또한, 시험재(1)로 하는 강관의 지름이 너무 작아서, 1개의 샘플로 상기한 노출 면적을 확보할 수 없는 경우에는, 2개 이상의 시험편(1)을 이용하여 평가해도 좋다. 또한, 부식 시험의 시험재 전역에 걸쳐 일관되게 가공 변형을 부여할 수 없는 경우에는, 시험재(1)의 노출된 부분이 가공 부위를 포함하도록 사이즈를 조정한 시험재(1)를 이용하는 것으로 한다.

그리고, 시험재(1)에, 화성 처리를 행하고, 추가로 전착 도장(electrodeposition coating)시켜 도막을 형성한다. 이어서, 시험편(1)의 표면에 크로스컷(2)을 시행하여, 부식 시험을 실시하고, 크로스컷(2)으로부터의 편측 팽창폭(4)을 측정한다. 이 값이 소정값에 비해 작은 경우를 도장 후 내식성이 양호하다고 한다. 또한, 동시에 일반 연강재(SPCC)에 대해서도 부식 시험하여, 오차의 범위를 가미한 후에, 일반 연강재와 동등 이상의 내식성을 갖고, 그리고 크로스컷(2) 및 크로스컷(2)에 인접하는 부분 이외의 통상 부분에 있어서, 핌플(pimple), 블리스터(blister), 팽창(swelling), 벗겨짐(exposure of substrate) 등이 없는 것을 확인하여, 화성 처리성이 양호하다고 판단해도 좋다. 또한, 부식 시험(corrosion test)의 부식 조건은, 온염수 침지 시험(hot salt dip test), SST 시험(salt spray test), 건습 반복 시험(cyclic corrosion test) 등, 어느 부식 시험을 이용해도 좋다.

또한, 가공의 각 공정에서 부가되는 표면 변형은, 피가공재인 강재 표면에 전사한 스크라이브드·서클(scribed circles method)(SC)(6)(이하, SC라고 생략함)을 이용하여 측정하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 3에 나타내는 바와 같은, 스크라이브드·서클(SC)(6)을 표면에 전사한 강재를 가공한 후, 주목하는 부분의 SC(6)의 길이를 실 형상의 가요성 자 등으로 측정하여, 표면 변형으로 환산한다. 전사한 SC(6)는, 유기 용제(organic solvent)로 지울 수 있기 때문에, 당해 표면 변형을 측정한 부분의 화성 처리성을 평가할 수 있다.

본 발명에서는, 가공의 각 공정에서 부가되는 표면 변형의 계산은, 인장·압축(tensile and compression)이라고 하는 방향을 고려하는 일 없이, 그 절대값(absolute value)으로 취급한다. 즉, 본 발명에서는, 가공의 각 공정마다 부가되는 표면 변형의 크기, 즉, 표면 변형의 절대값의 합을 지표로 한다. 본 발명에 있어서는, 가공의 각 공정에서 부가되는 표면 변형을, 진변형(true strain)이 아니라 공칭 변형(nominal strain)으로 한다. 이는, 화성 처리성의 좋고 나쁨이 가공의 각 공정에서 부가되는 공칭 변형의 절대값의 합으로 잘 정리할 수 있는 것을 발견한 것에 기초한다.

또한, 본 발명에서 말하는 「가공」에는, 판재에 있어서의 프레스 가공(stamping)이나 굽힘 가공(bending), 드로잉 가공(drawing) 등 및 그들을 복합한 가공, 조재(條材)에 있어서의 굽힘 가공, 압축 가공 등 및 그들을 복합한 가공, 관재에 있어서의 하이드로포밍 가공(hydroforming), 굽힘 가공, 확관 가공(pipe expanding) 등 및 그들을 복합한 가공이 포함된다.

추가로 실시예에 기초하여, 본 발명에 대해서 상세히 설명한다.

(실시예)

표 1에 나타내는 조성과, 표 2에 나타내는 인장 특성, 화성 처리성을 갖는 강재 No.A∼No.G를 이용했다. 이들 강재는, 연속 소둔(CAL)이 끝난 냉연 강대(냉연 연속 소둔판), 산세척 처리가 끝난 열연 강대(열연 산세척판) 및, 그들을 모판으로 하여 전봉 조관하여 얻어진 전봉 강관(용접 강관)이다. 또한 전봉 조관 공정은, 도 9에 나타내는 바와 같이, 코일 형상의 강대(7)를 되감아, 레벨러(leveler)(8)로 판 형상을 교정하고 이어서, 롤 성형 공정(roll forming process)(9), 전봉 용접 공정(10)에 의해, 관으로 한 후, 사이저(sizer)에 의한 드로잉 교정 공정(Diameter-reduction-based straightening process)(11)을 행하는 연속 공정을 거친 후, 절단기(12)로 소정 치수로 절단하여 제품관으로 하는 공정이다. 이 전봉 조관 공정에서 적어도 원주 방향의 표면 변형이 부가된다. 또한, 드로잉 교정 공정(11)을 거친 후, 추가로 교정기에 의한 굽힘 교정 공정(straightening process)(13)을 부가해도 좋다. 이들 전봉 강관의 외표층에 부가된 표면 변형을 표 3-1∼3-4에 부기했다.

이들 강재로부터 시험재를 채취하여, 당해 시험재에, 각종 가공을 시행하여, 각종 형상의 부재로 했다. 이어서, 이들 부재로부터, 시험편을 채취하여, 화성 처리성을 평가했다.

가공은 다음의 4종의 가공 패턴으로 행했다.

(1) 가공 패턴(a)

가공 패턴(a)의 가공은, 시험재(150㎜ 폭×300㎜ 길이)에, 도 4에 나타내는 바와 같은 굽힘 가공을 시행하는 가공으로 했다. 이 경우의 가공은, 단순한 굽힘으로 하고, 굽힘 중심에 심재(15)를 넣어 행하거나(도 4의 (a)), 혹은 심재(15)를 넣는 일 없이(도 4의 (b)), 굽힘 각도를 변경하여 부가하는 변형량을 변화시켰다. 변형량의 측정은, 미리, 시험재의 표면 및 이면(裏面)에, 도 3에 나타내는 바와 같은 스크라이브드 서클(SC)(6)을 판의 양측에 전사해 두고, 소정의 가공을 시행한 후, 최종적 형상으로 자리잡고 나서, 실 형상의 가요성 자로, 굽힘 방향에 대해서, 굽힘 가공부의 내측 및 외측에서, SC(6)의 크기를 측정하여, 표면 변형으로 환산했다. 또한, 굽힘 방향과 직교하는 방향(폭방향)은 무시할 수 있다고 하여 측정하지 않았다. 즉, (굽힘 방향의 지름_{교정 후}―굽힘 방향의 지름_{교정 전})/굽힘 방향의 지름_{교정 전}으로 산출된다. 또한, 측정하는 SC(6)는, 오리지널의 SC(6): 5㎜Φ를 표준적으로 이용하여, 가공부를 포함하여 3개 이상으로 했다. 그러나, 10개를 초과하면, 미(未)가공부를 포함하는 경우가 있어, 적정한 표면 변형의 측정이 되지 않는다. 또한, 굽힘 반경이 작은 경우에는, 보다 작은 SC(6)를 사용했다.

(2) 가공 패턴(b)

가공 패턴(b)의 가공은, 시험재(16)에, 도 5에 나타내는 바와 같은, 평저(平底) 펀치(flat-bottom punch)(17)를 이용한 장출 성형(stretch forming)을 시행하는 가공으로 했다. 또한, 시험재(16)는 200㎜ 폭×200㎜ 길이를 표준 블랭크·사이즈(blank size)로 하고, 부가하는 표면 변형에 따라서 블랭크·사이즈 한 변의 길이를 조정하여 시험재(16)의 크기를 변화시키고, 추가로 장출 높이(h) 등을 조정하여, 부가되는 표면 변형량을 변화시켰다. 또한, 표면 변형량의 측정은, 미리, 시험재(16)의 표면에, 도 3에 나타내는 바와 같은 스크라이브드 서클(SC)(6)을 전사해 두고, SC(6)의 전사면의 반대측에 소정의 가공을 시행한 후, 펀치 비접촉측에서 실 형상의 가요성 자를 이용하여, 시험재의 거의 중심 위치에서 X방향과 그것에 직교하는 Y방향의 2방향에 대해서, SC(6)의 크기를 측정하여, 표면 변형으로 환산했다. 또한, 측정하는 SC(6)는, 시험재(16)의 변에 평행한 방향에서 평가한다. 또한 표면 변형의 평가 개소를 빼내어, 화성 처리성의 평가를 행했다.

(3) 가공 패턴(c1)

가공 패턴(c1)의 가공은, 시험판을 도 6에 나타내는 실부재 형상(가공품)으로의 가공으로 했다. 또한. 표면 변형의 측정은, 미리, 시험판의 표면에, 도 3에 나타내는 바와 같은 스크라이브드 서클(SC)(6)을 양면 전사해 두고, 소정의 가공을 시행한 후, 가공품의 외측 및 내측에서, 실 형상의 가요성 자(flexibility scale)를 이용하여, X방향과 그것에 직교하는 Y방향의 2방향에 대해서, SC(6)의 크기를 측정하여, 표면 변형으로 환산했다. 또한, 측정하는 SC(6)는, 일관되게 가공되어 있는 넓은 영역에서는, 적어도 3개 이상으로 했다. 또한, 변형이 국부적으로 집중되어 있는 영역에서는, 가공이 국부적으로 집중되는 부분(코너부)을 포함하는 3개 이상으로 했다. 그러나, 10개를 초과하면, 미가공부를 포함하는 경우가 있어, 적정한 표면 변형의 측정이 되지 않는다. 또한, 표면 변형의 평가 개소를 빼내어, 화성 처리성의 평가를 행했다.

(4) 가공 패턴(c2)

가공 패턴(c2)의 가공은, 시험재(강관)를 도 7에 나타내는 실부재 형상(가공품)으로의 가공으로 했다. 또한, 표면 변형의 측정은, 미리, 시험재(강관)의 표면(외면)에, 도 3에 나타내는 바와 같은 스크라이브드 서클(SC)(6)을 전사해 두고, 소정의 가공을 시행한 후, 가공품의 외측에서, 실 형상의 가요성 자를 이용하여, X방향과 그것에 직교하는 Y방향의 2방향에 대해서, SC(6)의 크기를 측정하여, 표면 변형으로 환산했다(또한 내측은 외측과 동일한 레벨의 변형이 부가되어 있다고 추정). 또한, 측정하는 SC(6)는, 일관되게 가공되어 있는 넓은 영역에서는, 적어도 3개로 했다. 또한, 변형이 국부적으로 집중되어 있는 영역에서는, 가공이 국부적으로 집중되는 부분(코너부)을 포함하는 3개 이상으로 했다. 그러나, 10개를 초과하면, 미가공부를 포함하는 경우가 있어, 적정한 표면 변형의 측정이 되지 않는다. 또한, 표면 변형의 평가 개소를 빼내어, 화성 처리성의 평가를 행했다.

표면 변형의 측정 결과를 표 3-1∼3-4에 나타낸다.

상기와 같이 가공이 시행된 시험재로부터, 시험편(1)을 채취하여, 화성 처리성을 평가했다. 화성 처리성의 평가는, SC(6)를 유기 용제로 충분히 지우고 나서, 표면 변형을 측정한 개소로부터 시험편(1)을 채취하여 행했다. 시험편(1)은, 판재이면, 크기: 70㎜ 폭×150㎜ 압연 방향 길이의 시험편(1), 또한, 관 형상재라면, 반으로 나눈 형상으로 하고, 압연 방향으로 100∼150㎜의 길이의 시험편(1)으로 했다. 또한, 가공된 영역이 좁은 경우에는, 복수의 시험편(1)을 채취했다.

이어서, 당해 시험편(1)에, 탈지(degreasing treatment)→물세척(water washing)→표면 조정(surface conditioning)→화성 처리→양이온 전착 도장(cathodic electrodeposition coating)을 순차적으로 시행했다. 또한, 양이온 전착 도장을 시행하지 않고, 화성 처리인 채로의 시험편도 제작했다.

탈지 처리(degreasing treatment)는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액(drug solution made by Nippon Paint Co., Ltd.): SD250HM을 사용하고, 온도: 42℃로 하여, 시험편 표면에 120s간 분사하는 처리로 했다. 또한, 표면 조정 처리는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액: 5N-10을 사용하여, 당해 약액에 실온 환경에서, 30s간 침지하는 처리로 했다. 화성 처리는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액: SD2800을 이용하고, 액온: 43±3℃로 하고, TA(전(全) 인산 농도): 20∼26, FA(유리산 농도(free acid concentration)): 0.7∼0.9, AC(촉진제 농도(accelerator concentration)): 2.8∼3.5의 조건으로, 당해 약액에 120s간 침지한 후, 170℃×20min로 소성(baking)하는 처리로 했다. 또한, 양이온 전착 도장 처리는, 닛폰 페인트 가부시키가이샤 제조 약액: PN-150 그레이를 이용하고, 액온: 28℃, 부가 전압(voltage): 180V, 처리 시간(treating time): 180s의 조건으로, 대략 막두께: 20∼25㎛의 도막을 형성하는 처리로 했다.

양이온 전착 도장까지 시행된 시험편(1)의 외표면 및 내표면에, 도 8(a)에 나타내는 바와 같이, 크로스컷(2)(외경이 40㎜Φ 이하의 소경관의 경우는 길이 방향으로 1개만)을 넣어, 단부 10㎜ 정도를 테이프로 마스킹(3)(masking)한 후, 당해 시험편(1)을 5％ NaCl 수용액(액온: 55℃) 중에, 10일간 침지하는 SDT 시험(염수 침지 시험(salt dip test))을 실시했다. 가공된 영역이 좁은 경우에는, 크로스컷(crosscut)(2)에 의한 흠집의 도입은, 가공 영역(성형 중심 근방)으로 하여, 팽창폭의 평가를 행했다.

침지 종료 후, 시험편(1)의 표면에 셀로판 테이프(Scotch tape or cellophane tape)를 접착하고, 테이프 박리를 행하여, 도 8(b)에 나타내는 바와 같이 크로스컷부(2)(crosscut area)로부터의 최대 편측 팽창폭(4)(maximum swollen width(one side))을, 내표면 및 외표면에 대해서 측정했다. 최대 편측 팽창폭이 2.5㎜ 이하의 경우를 화성 처리성이 양호(OK), 그 이외의 경우를 불량(NG)이라고 판단했다.

또한, 화성 처리까지가 시행된 시험편(5)에 대해서, 주사형 전자 현미경(scanning electron microscope)(배율(magnification ratio): 1000배)을 이용하여, 내표면 및 외표면의 인산철 아연 결정을 관찰했다. 인산철 아연 결정이 치밀한 「균일 입자」이고, 그리고 「결정이 형성되지 않은 부분 없음」의 경우를 화성 처리성 양호(OK), 그 이외를 불량(NG)이라고 판단했다. 또한, 「균일 입자」이고, 그리고 「결정이 형성되지 않은 부분 없음」의 경우의 정의는, 상기한 기초적 실험의 경우와 동일하게 했다.

얻어진 화성 처리성의 평가 결과를, 표 4-1∼4-2에 나타낸다.

부재 No.1, No.7, No.15, No.22는, 소재인 강재(강판)이고, 참고로 기재한 것이지만, 모두 화성 처리성이 나쁘다. 그러나, 가공에 의해 부가된 표면 변형이 소정값(5.0％) 이상이 되거나, 혹은 가공에 의해 부가된 표면 변형이 소정값(5.0％) 미만이지만, 가공에 의해 부가된 표면 변형과 강재 제조시에 부가된 표면 변형과의 합이 소정값(5.0％) 이상이 되는, 부재 No.3∼No.6, No.9∼No.10, No.18∼No.21, No.23, No.25, No.27에서는, 모두 화성 처리성이 향상되고 있다. 한편, 부가된 표면 변형이 소정값 미만의 부재 No.2, No.8, No.16, No.17, No.24, No.26은 화성 처리성의 현저한 향상은 인정되지 않았다. 또한, 가공부의 내측과 외측에서는, 변형의 방향이 반대가 될 뿐으로, 부가되는 표면 변형의 절대값에는 차이가 없고, 모두 화성 처리성이 개선되어 있어, 화성 처리성의 개선 효과에는, 표면 변형의 방향에 의한 차이는 인정되지 않는다.

또한, 부재 No.11은, Si 함유량이 본 발명의 대상이 되는 범위를 벗어나는, 강재(강판)이며, 참고로 기재된 것이지만, 소재로서 화성 처리성은 문제가 없는 레벨이다. 이러한 강재에 가공을 가하여 표면 변형을 부가한 부재 No.12∼No.14와 No.11과의 비교로부터, 근소하지만, 가공에 의한 화성 처리성의 개선이 있다고도 말할 수 있다.

부재 No.28, No.34는, 소재인 강재(강판 No.6, No.8)에서 참고로 기재한 것이지만, 모두 화성 처리성이 나쁘다. 그러나, 이 강재(강재 No.6)를 모판으로 하여 전봉 조관하여 전봉 강관으로 한, 강재 No.7(부재 No.29)에서는, 화성 처리성이 향상되고 있다. 부재 No.29는, 소재인 강재(강재 No.7: 강관)에서 참고로 기재된 것으로, 전봉 조관시에 부가된 표면 변형(원주 방향)이 소정값(5.0％) 이상으로 되어 있다. 이 전봉 조관에 추가로 가공에 의한 표면 변형을 부가함으로써, 더욱 화성 처리성이 향상되어 있다.

한편, 강재 No.8(부재 No.34)를 모판으로 하여 전봉 조관하여 전봉 강관으로 한, 강재 No.9(부재 No.35)는, 전봉 조관시에 부가된 표면 변형(원주 방향)이 소정값(5.0％) 미만으로, 화성 처리성의 개선은 불충분하다. 그러나 이러한 전봉 강관에 추가로 가공에 의한 표면 변형을 부가함으로써, 가공에 의해 부가된 표면 변형과 전봉 조관시에 부가된 표면 변형(원주 방향)과의 합이 소정값(5.0％) 이상이 되는, 부재 No.36, No.37은, 화성 처리성이 향상되어 있다. 이에 대하여, 가공에 의해 표면 변형을 부가해도, 가공에 의해 부가된 표면 변형과 전봉 조관시에 부가된 표면 변형(원주 방향)과의 합이 소정값(5.0％) 미만인, 부재 No.38은 화성 처리성의 현저한 향상은 인정되지 않았다.

1 : 시험편(크로스컷용)
2 : 크로스컷
3 : 마스킹
4 : 최대 편측 팽창폭
5 : 시험편(결정이 형성되지 않은 부분의 유무용)
6 : 스크라이브드·서클
7 : 강대
8 : 레벨러
9 : 롤 성형 공정
10 : 전봉 용접 공정
11 : 드로잉 교정 공정
12 : 관절단기
13 : 굽힘 교정 공정
14 : 시험편(굽힘 가공용)
15 : 심재
16 : 시험편(장출 성형용)
17 : 평저 펀치
h : 장출 높이
[표 1]

[표 2]

[표 3-1]

[표 3-2]

[표 3-3]

[표 3-4]

[표 4-1]

[표 4-2]

Claims

질량％로,
C: 0.05％ 이상 0.5% 이하, Si: 0.7％ 초과 2.5% 이하,
Mn: 0.8％ 이상 5% 이하
를 함유하는 조성의 고강도 강재(鋼材)에 가공을 행하여 부재로 하고, 이 부재의 표면에 인산염 처리를 행하여 화성피막을 형성함에 있어서,
상기 가공의 각 공정에서 직교하는 2방향으로 각각 부가되는 표면 변형의 절대값과, 상기 고강도 강재의 제조시에 부가된 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 5％ 이상이 되도록, 상기 가공시에 강재에 부가되는 변형 정도를 조정하고, 상기 표면변형이 부가된 상태의 부재에 상기 인산염 처리를 행하는 것을 특징으로 하는 화성(chemical conversion) 처리성이 우수한 부재의 가공 방법.
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제1항에 있어서,
상기 고강도 강재가, 열연재 또는 냉연재인 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 부재의 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 조성이, 질량％로,
C: 0.05％ 이상 0.5% 이하, Si: 1％ 이상 2.5% 이하,
Mn: 1.5％ 이상 5% 이하
를 함유하는 조성인 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 부재의 가공 방법.
제1항에 있어서,
상기 고강도 강재의 제조시 및 상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 7％ 이상인 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 부재의 가공 방법.
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제4항에 있어서,
상기 조성이, 질량％로,
C: 0.05％ 이상 0.5% 이하, Si: 1％ 이상 2.5% 이하,
Mn: 1.5％ 이상 5% 이하
를 함유하는 조성인 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 부재의 가공 방법.
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제4항에 있어서,
상기 고강도 강재의 제조시 및 상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 7％ 이상인 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 부재의 가공 방법.
제5항에 있어서,
상기 고강도 강재의 제조시 및 상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 7％ 이상인 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 부재의 가공 방법.
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제9항에 있어서,
상기 고강도 강재의 제조시 및 상기 가공의 각 공정에서 각각 부가되는 표면 변형의 절대값의 합이, 공칭 변형으로 7％ 이상인 것을 특징으로 하는 화성 처리성이 우수한 부재의 가공 방법.
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