KR101463666B1

KR101463666B1 - 냉간 단조용 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101463666B1
Application number: KR1020127019284A
Authority: KR
Inventors: 마사유끼 아베; 겐고 다께다; 슈지 야마모또; 야스시 쯔까노; 신이찌 야마구찌
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2010-01-25
Filing date: 2011-01-25
Publication date: 2014-11-19
Also published as: JPWO2011090205A1; KR20120099500A; JP4837806B2; MX2012008539A; ES2578352T3; CN102725431A; US8945719B2; BR112012019585A2; US20120295123A1; WO2011090205A1; CA2787564C; CA2787564A1; EP2530177A1; PL2530177T3; MX341381B; EP2530177B1; CN102725431B; EP2530177A4

Abstract

이 냉간 단조용 강판은, 열연 강판을 구비하고, 상기 열연 강판은, 질량％로, C:0.13 내지 0.20％, Si:0.01 내지 0.8％, Mn:0.1 내지 2.5％, P:0.003 내지 0.030％, S:0.0001 내지 0.008％, Al:0.01 내지 0.07％, N:0.0001 내지 0.02％ 및 O:0.0001 내지 0.0030％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 수학식 1로 나타내어지는 A값이 0.0080 이하이고, 상기 열연 강판의 두께가 2㎜ 이상, 25㎜ 이하이고, 상기 열연 강판의 압연 방향에 평행한 판 두께의 단면 중, 판 두께를 t로 하였을 때에 4/10t 내지 6/10t의 범위의 단면에 있어서, 길이 1㎜ 이상의 펄라이트 밴드의 면적 백분율이, 하기 수학식 2로 나타내어지는 K값 이하이다.
[수학식 1]

[수학식 2]

Description

냉간 단조용 강판 및 그 제조 방법{STEEL PLATE FOR COLD FORGING AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 자동차의 엔진이나 트랜스미션 등의 부품을 냉간 가공(판 단조 프레스)에 의해 제조하기 위한 소재로서 적합한 냉간 단조용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 상세하게는, 가공성의 이방성이 작은 열연 강판을 구비하는 냉간 단조용 강판, 냉간 단조에 견딜 수 있는 우수한 윤활성을 갖는 표면 처리 피막을 더 구비하는 냉간 단조용 강판 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2010년 1월 25일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-013446호 및 2010년 1월 25일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-013447호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

철강 재료나 스테인리스 등의 금속 재료를 소성 변형시킴으로써 가공하는 방법으로서는, 주로, 강재를 가열하면서 성형하는 열간 단조와, 금형을 사용하여 상온에서 강재를 성형하는 냉간 단조가 있다.

최근, 지구 환경 보호의 관점에서, 자동차의 CO₂ 배출량의 저감 등을 목적으로 자동차 차체의 경량화가 진행되고 있고, 440㎫ 이상의 고강도 강판의 사용이 진행되고 있다. 또한 자동차 회사나 부품 메이커에서는, 종래, 열간 단조로 제조하고 있었던 부품을 냉간 단조 프레스로 제조하는 것 등에 의해, 공정의 간략화를 행하고 있다. 공정의 간략화에 의한 제조 프로세스 자체의 에너지 절약화나 저비용화를 진행함으로써 효율화를 진행하고 있다. 특히, 제조 프로세스의 효율화의 관점에서는, 종래, 봉강 등의 재료를 열간 단조하여 절삭 가공에 의해 부품 정밀도를 확보하고 있었던 부품에 대해, 열간 단조를 생략하고, 판재에 대해 냉간 단조 프레스를 실시하여 제조하는 방법, 이른바 판 단조 프레스가 적용되고 있다.

그런데, 상기한 440㎫급 이상의 판재에 대해, 냉간에 의한 판 단조 프레스를 실시하면, 재료의 균열의 문제가 열간 단조와 비교하여 현저하게 발생한다. 또한, 압연에 기인하는 판 면내의 이방성에 의한 성형성의 불균일성이 보인다. 이 성형성의 불균일성은, 봉강과 같은 축 대상재에서는 발생하기 어려웠다. 이러한 특정 방향으로의 균열의 발생이나 가공 후의 형상의 불균일성 등과 같이 해결해야 할 과제가 많다. 현재 상태에서는, 균열이 발생하지 않는 형상으로 변경하는 것이나, 교축 가공 후에 발생한 불균일부, 이른바 에지라 불리는 부위를 절제하는 공정을 실시하는 것이 필요해지고 있어, 보다 가공성이 우수하고, 균일한 특성을 갖는 재료가 요구되고 있다.

이상과 같이, 부품의 제조시에 있어서, 종래보다도 대폭 공정을 간략화하기 위해서는, 소재에 요구되는 가공성의 개선이 필요하다. 특히, 재료를 봉강으로부터 강판으로 변경하기 위해서는, 압연 방향과 그 직각 방향의 이방성의 개선이 요망되고 있다.

특히, 냉간에 의한 판 단조 프레스에 있어서는, 종래의 1㎜ 정도의 강판의 프레스와는 달리, 엔진이나 트랜스미션 등의 부품용 재료로서는, 종래의 보디 부품에 사용되고 있었던 강판보다도 두껍고, 2㎜ 내지 25㎜ 정도의 열연 강판이 대상으로 된다. 이로 인해, 가공시에 요구되는 극한 변형능이 중요한 특성이다.

극한 변형능과 형상 동결성이 우수한 고강도 열연 강판으로서, 집합 조직의 제어와 연성의 이방성의 제어를 행하여 얻어진 열연 강판이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 그러나 특허문헌 1에는, 냉간에서 판 단조 프레스하는 것에 대해, 구체적으로 개시되어 있지 않다.

또한, 냉간 단조는, 생산성이나 치수 정밀도가 매우 높다. 또한, 냉간 단조에 의해 가공된 가공품은 마모성이 좋아져, 냉간 가공 경화에 의해 강도가 상승하는 등의 장점이 있다. 그러나 냉간 단조에서는, 높은 면압으로 금속 재료를 금형 등에 접촉시켜 프레스하므로, 프레스시에, 금속 재료와 금형 사이의 마찰에 의해 금속 재료와 금형의 접촉 부분의 온도가 비교적 고온(약 300℃ 이상)으로 된다. 그로 인해, 표면 처리를 실시하고 있지 않은 금속 재료 등을 냉간 단조하는 경우 등과 같이, 금속 재료와 금형 사이의 윤활성이 충분하지 않은 경우에는, 금속 재료(소재)와 금형 사이에 시징이나 스커핑을 발생시키는 경우가 있다. 시징이나 스커핑은, 금형의 국소적인 파손이나 급격한 마모의 원인으로 되어, 금형의 수명이 현저하게 단축될 뿐만 아니라, 가공 자체가 불가능해지는 경우도 있다.

이러한 시징이나 스커핑을 방지하기 위해, 통상은, 냉간 단조를 행하는 금속 재료의 표면에 윤활성을 부여하기 위한 표면 처리(이하,「윤활 처리」라 칭하는 경우도 있음)를 금속 재료에 실시한다. 이러한 윤활 처리로서는, 종래부터, 인산염 화합물(인산아연, 인산망간, 인산칼슘, 인산철 등)로 이루어지는 인산염 피막을 금속 재료의 표면에 형성하는 인산염 처리(본데라이트 처리)가 알려져 있다.

인산염 처리의 시징ㆍ스커핑 방지 성능은 비교적 높다. 그러나 전술한 바와 같이, 최근의 환경 대책을 배경으로, 에너지 소비가 많은 열간 단조나 다량의 재료 손실이 발생하는 절삭 가공 등의 형상 변형이 큰 가공 분야로부터 냉간 단조로의 이행이 행해지고 있고, 냉간 단조에서는, 더욱 엄격한 소성 가공이 요구되도록 되고 있다. 이러한 관점에서, 인산염 피막 상에 또한 금속 비누(예를 들어, 스테아린산 나트륨 등)로 이루어지는 층을 적층시킨 복합 피막이 널리 사용되도록 되고 있다. 이 복합 피막은, 냉간 단조시의 높은 면압의 프레스에 의한 엄격한 마찰 조건하에 있어서도, 우수한 시징ㆍ스커핑 방지 성능을 갖는다.

이 복합 피막을 사용한 윤활 처리에 따르면, 금속 비누가 인산염 피막과 반응함으로써 높은 윤활성을 발휘한다. 그러나 이 윤활 처리는, 세정 공정이나 금속 비누와 인산염 피막을 반응시키는 반응 공정 등의 많은 번잡한 처리 공정이 필요해진다. 상기 반응 공정에서는, 처리액의 관리나, 반응시의 온도 관리 등도 필요해진다. 또한, 뱃치 처리이므로 생산성이 저하된다고 하는 문제도 있다. 또한, 복합 피막을 사용한 윤활 처리에서는, 처리시에 발생하는 폐액 처리 등의 문제도 있어, 환경 보전의 관점에서도 바람직하지 않다.

그로 인해, 최근에는, 상기한 복합 피막을 사용한 윤활 처리를 대체하기 위한 윤활 처리의 방법이 여러 가지 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 2에서는, 수용성 고분자 또는 그 수성 에멀전을 기재(基材)로서 포함하고, 또한 고체 윤활제와 화성 피막 형성제가 배합된 윤활제 조성물 등이 제안되어 있다. 그러나 특허문헌 2의 윤활제 조성물 등에서는, 상기한 복합 피막에 필적할 윤활성이나 시징ㆍ스커핑 방지 성능은 얻어지고 있지 않다.

또한, 예를 들어 특허문헌 3에서는, (A) 수용성 무기염, (B) 고체 윤활제, (C) 광유, 동식물 유지 및 합성유로부터 선택되는 적어도 1종의 오일 성분, (D) 계면 활성제 및 (E) 물로 이루어지고, 고체 윤활제 및 오일 성분이 균일하게 각각 분산 및 유화된 금속의 냉간 소성 가공용 수계 윤활제가 제안되어 있다. 그러나 오일 성분이 유화되어 있으므로, 이 기술에 의한 윤활제는, 공업적으로 사용하기에는 불안정하며, 높은 윤활성을 안정적으로 발휘하는 데는 이르고 있지 않다.

이에 대해, 예를 들어 특허문헌 4에서는, 베이스층과 윤활층으로 이루어지는 경사형 2층 윤활 피막을 구비하는 소성 가공용 금속 재료가 제안되어 있다. 이 특허문헌 4에서는, 간편한 처리로 높은 윤활성을 갖는 피막을 생성할 수 있다고 기재되어 있다.

그러나 상기 특허문헌 4의 기술에서는, 피막과 소지(素地)인 금속과의 밀착성이 불충분하므로, 가공시, 특히 강(强)가공시에, 피막이 금속으로부터 박리되기 쉽다. 피막이 박리된 개소에 있어서 금형과 금속이 접촉하므로, 이 박리 개소에서 시징이 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있었다.

일본 특허 출원 공개 제2005-15854호 공보 일본 특허 출원 공개 소52-20967호 공보 일본 특허 출원 공개 평10-8085호 공보 일본 특허 출원 공개 제2002-264252 공보

본 발명은 상기에 비추어 이루어진 것이며, 종래, 열간 단조 등에 의해 제조되고 있었던 엔진이나 트랜스미션용 부품을, 판 단조 프레스라 불리는 냉간 성형에 의해 제조할 때의 가공성을 개선할 수 있는 냉간 단조용 강판 및 그 제조 방법의 제공을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하는 방법에 대해 예의 검토하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 가공성의 이방성을 저감하기 위해서는, 단순히 압연 조건을 변경한 것만으로는 실현할 수 없고, 성분과 그것에 관련되는 조직 제어를 열간 압연 공정까지 일관적으로 행하여 최적화하는 것이 중요한 것을 발견하였다. 구체적으로는, 제련시의 산화물량, S량 및 Al량을 규정하고, 또한 열간 압연으로부터 권취까지의 조건의 최적화를 행함으로써 조직 제어한다. 이에 의해, 상기 과제를 해결하여, 가공성의 이방성을 안정적으로 개선할 수 있는 것을 밝혔다. 특히, 판 두께 중심 영역의 비금속 개재물이나 펄라이트 밴드라 불리는 탄화물이 밀집된 상태로 존재하는 부위에 기인하여 소성 변형능이 저하되면, 압연 방향과 그 직각 방향의 가공성의 이방성이 커진다. 펄라이트 밴드가 압연에 의해 압연 방향으로 길게 연속되는 형태를 취하는 것이 소성 변형능의 이방성을 조장하고 있다. 펄라이트 밴드의 면적 백분율과 성분의 관계를 규정함으로써, 가공성의 이방성의 증대를 억제할 수 있는 것을 발견하였다. 또한, 열간 압연의 압연 조건, 냉각 조건 및 권취 조건을 일련으로 제어함으로써, 펄라이트 밴드의 압연 방향으로의 전신도(展伸度)나 비율을 제어할 수 있는 것도 발견하였다.

또한, 표면 처리 피막에 대해서도 예의 검토하였다. 그 결과, 폐액 처리의 문제를 발생하지 않는 간편한 처리 방법에 의해, 소지로 되는 강판과의 밀착성을 확보하기 위한 밀착층과, 윤활제를 유지하기 위한 베이스층과, 윤활성을 향상시키기 위한 윤활제층의 3층으로 이루어지는 경사형의 표면 처리 피막을 형성하고, 각 층의 두께를 제어함으로써, 강판에 우수한 윤활성을 부여할 수 있는 것을 발견하였다.

본 발명의 일 형태에 관한 냉간 단조용 강판은, 열연 강판을 구비하고, 상기 열연 강판은, 질량％로, C:0.13 내지 0.20％, Si:0.01 내지 0.8％, Mn:0.1 내지 2.5％, P:0.003 내지 0.030％, S:0.0001 내지 0.008％, Al:0.01 내지 0.07％, N:0.0001 내지 0.02％ 및 O:0.0001 내지 0.0030％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 수학식 1로 나타내어지는 A값이 0.0080 이하이다. 상기 열연 강판의 두께는 2㎜ 이상, 25㎜ 이하이고, 상기 열연 강판의 압연 방향에 평행한 판 두께의 단면 중, 판 두께를 t로 하였을 때에 4/10t 내지 6/10t의 범위의 단면에 있어서, 길이 1㎜ 이상의 펄라이트 밴드의 면적 백분율이, 하기 수학식 2로 나타내어지는 K값 이하이다.

[여기서, O％, S％, Al％, C% 및 Mn%는, 각각 상기 열연 강판에 함유되는 O, S, Al, C 및 Mn의 단위가 질량%의 함유량을 나타냄]

본 발명의 일 형태에 관한 냉간 단조용 강판에서는, 상기 열연 강판은, 질량％로, Nb:0.001 내지 0.1％, Ti:0.001 내지 0.05％, V:0.001 내지 0.05％, Ta:0.01 내지 0.5％ 및 W:0.01 내지 0.5％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유해도 좋다.

상기 열연 강판은, 질량％로, Cr:0.01 내지 2.0％를 더 함유하고, 상기 길이 1㎜ 이상의 펄라이트 밴드의 면적 백분율이, 하기 수학식 3으로 나타내어지는 K'값 이하라도 좋다.

[여기서, C%, Mn% 및 Cr%는, 각각 상기 열연 강판에 함유되는 C, Mn 및 Cr의 단위가 질량%의 함유량을 나타냄]

상기 열연 강판은, 질량％로, Ni:0.01 내지 1.0％, Cu:0.01 내지 1.0％, Mo:0.005 내지 0.5％ 및 B:0.0005 내지 0.01％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유해도 좋다.

상기 열연 강판은, 질량％로, Mg:0.0005 내지 0.003％, Ca:0.0005 내지 0.003％, Y:0.001 내지 0.03％, Zr:0.001 내지 0.03％, La:0.001 내지 0.03％ 및 Ce:0.001 내지 0.03％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유해도 좋다.

상기 열연 강판의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 설치되고, Si-O-X(X는, 상기 열연 강판의 구성 성분인 금속)로 나타내어지는 실라놀 결합에 기인하는 성분, 내열 수지, 무기산염 및 윤활제를 포함하는 표면 처리 피막을 더 구비해도 좋다. 상기 표면 처리 피막은, 상기 실라놀 결합에 기인하는 성분, 상기 내열 수지, 상기 무기산염 및 상기 윤활제가 막 두께 방향으로 농도 구배를 가짐으로써, 상기 표면 처리 피막과 상기 열연 강판의 계면측으로부터 차례로, 밀착층과 베이스층과 윤활제층의 3층으로 식별 가능한 경사형의 3층 구조를 가져도 좋다. 상기 밀착층은, 상기 실라놀 결합에 기인하는 성분을 상기 3층 중에서 가장 많이 포함하고, 0.1㎚ 이상 100㎚ 이하의 두께를 갖는 층이라도 좋다. 상기 베이스층은, 상기 내열 수지 및 상기 무기산염을 상기 3층 중에서 가장 많이 포함하고, 또한 상기 무기산염의 함유량이, 상기 내열 수지 100질량부에 대해 1질량부 이상 100질량부 이하이고, 0.1㎛ 이상 15㎛ 이하의 두께를 갖는 층이라도 좋다. 상기 윤활제층은, 상기 윤활제를 상기 3층 중에서 가장 많이 포함하고, 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 두께를 갖는 층이라도 좋다. 상기 베이스층의 두께에 대한 상기 윤활제층의 두께의 비는, 0.2 이상 10 이하라도 좋다.

상기 무기산염은, 인산염, 붕산염, 규산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물이라도 좋다.

상기 내열 수지는, 폴리이미드 수지라도 좋다.

상기 윤활제는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 산화아연 및 그래파이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종이라도 좋다.

본 발명의 일 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 제조 방법은, 강편을 1150 내지 1300℃로 가열하는 공정과, 상기 가열된 강편을 1020℃ 이상에서 조(粗)압연하여 조바로 하는 공정과, 상기 조바를, 마무리 온도가 Ae₃ 이상인 조건으로 마무리 압연하여 압연재로 하는 공정과, 상기 마무리 압연 후에, 상기 압연재를 1초 이상, 10초 이하 동안 공냉하는 공정과, 상기 공냉 후에, 10 내지 70℃/s의 냉각 속도로 권취 온도까지 상기 압연재를 냉각하는 공정과, 상기 냉각된 압연재를 400 내지 580℃의 권취 온도로 권취하여 열연 강판으로 하는 공정을 구비한다. 상기 강편은, 질량％로, C:0.13 내지 0.20％, Si:0.01 내지 0.8％, Mn:0.1 내지 2.5％, P:0.003 내지 0.030％, S:0.0001 내지 0.006％, Al:0.01 내지 0.07％, N:0.0001 내지 0.02％ 및 O:0.0001 내지 0.0030％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 수학식 1로 나타내어지는 A값이 0.0080 이하이다. 상기 조압연은, 제1 압연과, 상기 제1 압연의 종료로부터 30초 이상 경과한 후에 행하는 제2 압연을 갖는다. 상기 제1 압연은, 온도가 1020℃ 이상이고, 또한 압하율의 합계가 50％ 이상인 조건으로 행해지고, 상기 제2 압연은, 온도가 1020℃ 이상이고, 또한 압하율의 합계가 15 내지 30％인 조건으로 행해지고, 상기 Ae₃는, 하기 수학식 4에 의해 산출되는 값이며, 상기 Ae₃의 단위는 ℃이다.

[수학식 1]

[여기서, O％, S％, Al％, C％, Si％, Mn%, P%, Cr% 및 Ni％는, 각각 열연 강판에 함유되는 O, S, Al, C, Si, Mn, P, Cr 및 Ni의 단위가 질량％의 함유량을 나타냄]

본 발명의 일 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 제조 방법은, 수용성 실란 커플링제, 수용성 무기산염, 수용성 내열 수지 및 윤활제를 포함하는 수계의 표면 처리액을 상기 열연 강판의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 도포하여 도막을 형성하는 공정과, 상기 도막을 건조시킴으로써, 상기 열연 강판의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 표면 처리 피막을 형성하는 공정을 더 구비해도 좋다.

또한, Ae₃은, 이하의 식에 의해 산출되는 값이다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 자동차용 부품의 재료로서 사용되는 강도 440㎫급 내지 780㎫급의 고강도를 갖고, 두께가 2㎜ 이상으로 비교적 두껍고, 또한 압연 방향과 그 직각 방향의 가공성의 이방성이 저감된 냉간 단조용 강판을 제공할 수 있다. 상세하게는, 냉간에서의 단조 프레스 가공시의 극한 변형능의 이방성(극한 변형비)이 0.9 이상으로 가공성의 이방성이 작고, 단조 프레스 가공시의 균열을 방지할 수 있는 냉간 단조용 강판(열연 강판)을 제공할 수 있다.

또한, 전술한 밀착층, 베이스층 및 윤활제층의 3층으로 이루어지는 경사형의 표면 처리 피막을 더 구비함으로써, 간편한 처리 공정으로 제조할 수 있고, 또한 지구 환경 보전의 관점에서도 적합한 동시에, 우수한 윤활성, 시징ㆍ스커핑 방지 성능을 갖는 냉간 단조용 강판을 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일 형태에 관한 냉간 단조용 강판에 따르면, 판 단조 프레스라 불리는 냉간 성형에 있어서의 가공성을 개선할 수 있다. 이에 의해, 종래, 열간 단조 등에 의해 제조되고 있었던 엔진이나 트랜스미션용 부품을 판 단조 프레스에 의해 제조할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 형태에 관한 냉간 단조용 강판은, 자동차 부품의 제조 공정 등의 공정의 간략화나 비용 저감에 유효하고, 에너지 절약에 기여한다.

도 1은 0.15％C-0.2％Si-0.3％Mn-0.5％Cr-0.002％B를 기본 성분으로서 함유하는 열연 강판의 A값과, 극한 변형능의 이방성(φc/φL)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 2는 0.14％C-0.25％Si-1.45％Mn을 기본 성분으로서 함유하는 열연 강판의 A값과, 극한 변형능의 이방성(φc/φL)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 3은 0.19％C-0.15％Si-0.66％Mn-0.65％Cr-0.015％P-0.0017％S-0.024％Al-0.0018％O-0.0016％B의 화학 성분을 갖는 열연 강판에 있어서, 판 두께 중심부의 펄라이트 밴드의 면적 백분율(％)과, 극한 변형능의 이방성(φc/φL)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 4는 0.15％C-0.2％Si-1.51％Mn-0.02％P-0.0015％S-0.032％Al-0.0021％O의 화학 성분을 갖는 열연 강판에 있어서, 판 두께 중심부의 펄라이트 밴드의 면적 백분율(％)과, 극한 변형능의 이방성(φc/φL)의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5a는 제1 실시예의 열연 강판의 조직 사진(배율 50배)이다.
도 5b는 제1 실시예의 열연 강판의 조직 사진으로, 도 5a 중의 사선부의 배율 100배의 사진이다.
도 5c는 제1 실시예의 열연 강판의 조직 사진으로, 도 5b 중의 사선부의 배율 200배의 사진이다.
도 6은 제2 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 구성을 모식적으로 도시하는 설명도이다.
도 7a는 스파이크 시험 방법을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7b는 스파이크 시험 방법에 의한 가공 전후의 시험편의 형상을 도시하는 도면이다.
도 8은 (펄라이트 밴드의 면적 백분율)/(K값 또는 K'값)의 비와, 극한 변형능의 이방성(φc/φL)의 관계를 나타내는 도면이다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

(제1 실시 형태)

[제1 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판]

제1 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판은, 열연 강판만으로 이루어진다. 이 열연 강판은, 가공성의 이방성이 작아 가공성이 우수하다. 열연 강판에 대해, 이하에 설명한다.

우선, 열연 강판의 성분에 의한 특성에의 영향을 조사하기 위해, 이하의 화학 성분을 갖는 50㎏의 강괴를 실험실에서 진공 용해하였다.

(i) 0.15％C-0.2％Si-0.3％Mn-0.5％Cr-0.002％B를 기본 성분으로서 함유하고, 또한 S, O, Al의 함유량이 여러 값인 강괴. (ii) 0.14％C-0.25％Si-1.45％Mn을 기본 성분으로서 함유하고, 또한 S, O, Al의 함유량이 여러 값인 강괴.

각각의 강괴를 1200℃로 가열하고, 이어서 두께를 100㎜로부터 10㎜로 하는 조건으로 열간 압연하였다. 열간 압연을 900℃에서 종료한 후, 3초간 공냉하였다. 이어서, 냉각 속도 30℃/s로 500℃까지 냉각하였다. 그리고 500℃의 노(爐)에 1시간 유지하고, 이어서 노냉함으로써, 실기(實機)에서의 권취 공정을 시뮬레이트하였다.

얻어진 열연 강판의 압연 방향을 따라 직경 8㎜의 환봉 인장 시험편을 채취하였다. 마찬가지로, 압연 방향에 대해 직각 방향을 따라 직경 8㎜의 환봉 인장 시험편을 채취하였다. 이들 시험편을 사용하여 인장 시험을 행하였다. 시험 후의 시험편의 단면 수축률로부터 극한 변형능을 측정하였다. 압연 방향의 극한 변형능을 φL이라 하고, 압연 방향에 대해 직각 방향의 극한 변형능을 φc라 하여, 그 비(φc/φL)와 성분의 관계를 조사하였다. 여기서, 극한 변형능은, 이하의 식에 의해 산출된다. 또한, 비(φc/φL)가 1에 가까운 값일수록, 가공성의 이방성이 작은 것을 의미한다.

극한 변형능φ＝ln(S₀/S)

(여기서, S₀:인장 시험 전의 시험편의 단면적, S:인장 시험 후의 파단부의 단면적을 의미함.)

도 1은 상기 (i)의 화학 성분을 갖는 열연 강판의 A값과, 극한 변형능의 이방성(φc/φL)의 관계를 나타내는 도면이다. 또한, 도 2는 상기 (ii)의 화학 성분을 갖는 열연 강판의 A값과, 극한 변형능의 이방성(φc/φL)의 관계를 나타내는 도면이다.

압연 방향의 극한 변형능과, O량(O％), S량(S％) 및 Al량(Al％)의 관계에 대해 회귀 분석한 결과, 하기 수학식 1로 나타내어지는 A값을 결정하였다.

[수학식 1]

[여기서, O％, S％ 및 Al％는, 각각 열연 강판에 함유되는 O, S 및 Al의 함유량(질량％)을 나타냄]

A값을 나타내는 관계식에 있어서, Al량의 계수(0.033)에 비해, S량 및 O량의 계수(1)가 커, 압연 방향의 극한 변형능에 대한 S량 및 O량의 영향이 큰 것을 알 수 있다. 일반적으로 개재물이 계면에 편재되는 것 등이 극한 변형능에 영향을 미친다고 생각되고 있다. 상기 A값을 나타내는 관계식에 있어서 Al량, S량 및 O량의 계수가 다른 것은, 상기 개재부의 편재에 미치는 영향이 성분에 따라 다른 것을 나타내고 있다고 생각된다.

도 1에 나타내는 바와 같이, O량(O％), S량(S％) 및 Al량(Al％)으로부터 산출되는 A값이 커지면, 압연 방향에 대해 직각 방향의 극한 변형능(φc)과 압연 방향의 극한 변형능(φL)의 상대비(φc/φL)가 작아져, 가공성의 이방성이 커지는 것을 알 수 있다. 도 1에 나타내는 바와 같이, A값이 0.008 이하로 되면, 압연 방향에 직각 방향의 단면 수축률이 압연 방향의 단면 수축률에 가까운 값으로 되어, φc/φL의 비율이 0.9 이상으로, 가공성의 이방성이 작은 강판을 제조할 수 있는 것이 판명되었다.

마찬가지로, 도 2에 있어서도, 극한 변형능의 이방성(φc/φL)과, A값 사이에 상관 관계가 얻어졌다. A값이 0.007 이하로 되면, 압연 방향에 직각 방향의 단면 수축률이 압연 방향의 단면 수축률에 가까운 값으로 되어, φc/φL의 비율이 0.9 이상으로, 가공성의 이방성이 작은 강판을 제조할 수 있는 것이 판명되었다.

산소 함유량(O％)을 저감시킴으로써, 비금속 개재물의 총량이 감소하여, 이방성이 작아진다고 생각된다. 또한, Al을 과잉으로 첨가하지 않음으로써, 조대한 알루미나계 비금속 개재물의 양이 저감되고, 이에 의해 이방성이 작아진다고 생각된다. 또한, S 함유량(S％)을 저감시킴으로써, S에 의한 MnS 등에의 영향도 O, Al과 함께 제어할 수 있는 것이 판명되었다.

또한, 이하의 화학 성분을 갖는 강편(슬래브)을 사용하여, 제조 조건과, 극한 변형능의 이방성(φc/φL)의 관계를 조사하였다.

(iii) 0.19％C-0.15％Si-0.66％Mn-0.65％Cr-0.015％P-0.0017％S-0.024％Al-0.0018％O-0.0016％B의 성분을 갖는 슬래브.

(iv) 0.15％C-0.2％Si-1.51％Mn-0.02％P-0.0015％S-0.032％Al-0.0021％O의 성분을 갖는 슬래브.

그 결과, 화학 성분 이외에, 펄라이트 밴드의 존재 상태와, 극한 변형능의 이방성 사이에 관련이 있는 것을 알 수 있었다. 특히, 실기에 의해 슬래브로부터 제조된 열연 강판에서는, 판 두께 중심부에 있어서, 압연 방향으로 신장된 펄라이트 밴드의 존재 비율(면적 백분율)이 높다. 판 두께를 t로 하면, 4/10t 내지 6/10t의 범위의 중심 영역에 있어서, 1㎜ 이상의 긴 펄라이트 밴드의 존재 비율이 높을수록, 압연 방향에 직각 방향의 극한 변형능(φc)이 저하되어 극한 변형능의 이방성이 0.9 미만으로 되어, 가공성의 이방성이 커진다.

여기서, 펄라이트 밴드라 함은, 판 두께 방향의 두께 5㎛ 이상의 펄라이트가, 압연 방향으로 20㎛ 이하의 간격으로 연속되고, 밴드 형상이며 길이가 1㎜ 이상인 집합체이다. 펄라이트 밴드의 존재 비율(면적 백분율)(％)은, 이하의 방법에 의해 측정하였다. 압연 방향에 평행한 판 두께의 단면부를 채취하였다. 이 단면부를 연마 처리하고, 이어서 나이탈액(질산 5％ 정도를 포함하고, 잔량부가 알코올인 용액)에 침지하여, 펄라이트를 현출시켰다. 이어서, 판 두께 t에 대해 4/10t 내지 6/10t의 범위의 판 두께 중앙부의 조직을 광학 현미경(배율:100배)으로 촬영하여, 얻어진 화상을 연결하였다. 화상 해석 소프트웨어[미타니 쇼오시(三谷商事) 가부시끼가이샤제 WinROOF Ver.5.5.0]를 사용하여, 연결한 화상을 화상 해석하고, 펄라이트 밴드의 면적 백분율을 구하였다. 얻어진 결과를 도 3, 도 4에 나타낸다. 상술한 (iii), (iv)의 화학 성분계에서는, 판 두께 중앙부에 있어서, 1㎜ 이상의 크기의 펄라이트 밴드의 면적 백분율이 4.6％ 이하인 경우, 극한 변형능의 이방성이 0.9 이상으로 되어, 가공성의 이방성이 작아지는 것이 판명되었다.

발명자들은, 상기한 펄라이트 밴드의 면적 백분율과 극한 변형능의 관계를 더 조사하였다. 그 결과, 극한 변형능의 이방성을 0.9 이상으로 유지하기 위한 펄라이트 밴드의 면적 백분율은, 화학 성분과 크게 관련되는 것을 알 수 있었다. 펄라이트 밴드의 면적 백분율과, 다양한 성분의 함유량의 관계에 대해 회귀 분석을 행하였다. 그 결과, 본 실시 형태의 성분계에서는, 펄라이트 밴드의 면적 백분율이, 하기 수학식 2로 나타내어지는 K값 이하인 경우, 극한 변형능의 이방성이 0.9 이상으로 되는 것을 알 수 있었다. 또한, Cr을 함유하는 경우에는, 펄라이트 밴드의 면적 백분율이, 하기 수학식 3으로 나타내어지는 K'값 이하인 경우, 극한 변형능의 이방성이 0.9 이상으로 되는 것을 알 수 있었다.

[수학식 2]

[수학식 3]

[여기서, C％, Mn％, Cr％는, 각각 열연 강판에 함유되는 C, Mn, Cr의 함유량(질량％)을 의미함]

K값 및 K'값을 나타내는 관계식으로부터, 기본 성분인 C, Mn 및 Cr의 함유량에 의해 펄라이트 밴드의 형성이 강하게 영향을 받는 것을 알 수 있다. 본 실시 형태의 성분계에서는, 펄라이트 밴드의 면적 백분율이, K값 이하 또는 K'값 이하로 되도록, 화학 성분 및 제조 조건을 설정하는 것이 중요하다.

본 실시 형태에 있어서의 열연 강판의 화학 성분은, 이들 지식에 기초하여 설정되어 있다. 본 실시 형태에 있어서의 열연 강판의 성분 조성에 관한 한정 이유에 대해, 이하에 설명한다. 또한, 「％」는「질량％」를 의미한다.

(화학 성분)

C:0.13 내지 0.20％

C는, 열연 강판의 강도를 확보하기 위해 중요한 성분이다. 그러나 본 실시 형태가 대상으로 하는 자동차용 부재로 가공하기 위해서는 피삭성이 필요하다. C 함유량이 0.13％ 미만에서는, 탄화물량이 적어지므로 피삭성이 떨어진다. 이로 인해, 피삭성을 확보하기 위해서는, 0.13％ 이상의 C가 필요하다. 한편, C 함유량이 0.20％를 초과하는 경우, 제조된 상태의 열연 강판에서는 가공성이 저하된다. 이로 인해, C 함유량은 0.13 내지 0.20％로 정한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.13 내지 0.18％이고, 더욱 바람직하게는 0.14 내지 0.17％이다.

Si:0.01 내지 0.8％

Si는, 고용(固溶) 강화 원소로, 비교적 저렴하게 강판의 강도를 상승시킬 수 있다. 또한, 스케일 흠집과의 관계로부터 미량의 첨가는 필요하다. 이로 인해, Si 함유량을 0.01％ 이상으로 하지만, Si 함유량이 0.8％를 초과하는 경우, 효과가 포화된다. 이로 인해 Si 함유량을 0.01 내지 0.8％의 범위로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.03 내지 0.5％이고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 0.3％이다.

Mn:0.1 내지 2.5％

Mn은, 고용 강화 원소로, 원하는 고(高)장력을 확보하기 위해 중요한 성분이다. Mn 함유량이 1.0％ 미만인 경우, 필요한 강도를 확보하기 위해서는, 그 밖의 강화 원소를 함유할 필요가 있어, 비용이 높아지므로 바람직하지 않다. 한편, Mn 함유량이 많아질수록, Mn 편석에 의해, 펄라이트 밴드가 생성되기 쉬워진다. Mn 함유량이 2.5％를 초과하는 경우, 강편(주조편)에서의 중심 편석이 현저해져, 본 실시 형태의 제조 방법으로 제조해도, 열연 강판의 압연 방향에 대해 직각 방향의 가공성이 저하된다. 이로 인해, Mn 함유량을 0.1 내지 2.5％로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.3％ 초과 내지 2.0％이고, 더욱 바람직하게는 0.4 내지 1.7％이고, 가장 바람직하게는 0.6 내지 1.5％이다.

P:0.003 내지 0.030％

P는 고용 강화 원소로, 비교적 저렴하게 강판의 강도를 상승시킬 수 있는 원소이다. 그러나 인성(靭性)의 관점에서는 과잉량의 P를 함유하는 것은 바람직하지 않다. 이로 인해, P 함유량을 0.03％ 이하로 정한다. 또한, 정련의 관점에서, P 함유량을 0.003％ 미만으로 하는 것은 비용의 상승을 초래한다. 이로 인해, P 함유량을 0.003 내지 0.030％로 한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.003 내지 0.020％이고, 더욱 바람직하게는 0.005 내지 0.015％이다.

S:0.0001 내지 0.008％

S는, 강 중에 불순물로서 함유되어, MnS를 형성한다. 이 MnS는, 냉간 가공의 가공성을 좌우하는 강판의 연성이나 인성을 저하시키는 원인으로 된다. 특히, MnS는 가공성의 이방성을 크게 하므로, MnS의 양을 저감시키는 관점에서도, S의 함유량을 저감시키는 것이 필요하다. 이로 인해, S 함유량을 0.008％ 이하로 한다. 또한, S 함유량을 0.0001％ 미만으로 하는 것은 정련 비용을 대폭 상승시킨다. 이로 인해, S 함유량을 0.0001 내지 0.008％로 한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.0001 내지 0.005％이고, 더욱 바람직하게는 0.0001 내지 0.004％이다.

Al:0.01 내지 0.07％

Al은, 강의 탈산을 위해 첨가되는 원소이지만, Al 함유량이 0.01％ 미만인 경우, 탈산 효과가 충분하지 않다. 한편, Al 함유량이 0.07％를 초과하면, 탈산 효과는 포화되어 버린다. 또한, 연속 주조에 의해 만곡형의 주조편을 제조하는 공정에 있어서, 얻어진 주조편의 굽힘 교정을 행할 때, AlN의 석출에 의한 균열을 조장하고, 또한 경제적으로 불리해진다. 이로 인해, Al 함유량을 0.01 내지 0.07％로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.01 내지 0.04％이다.

N:0.0001 내지 0.02％

만곡형의 연속 주조 설비에 의해, 주조편의 굽힘 교정을 행할 때에, N이 질화물로서 석출되면, 주조편의 균열의 원인으로 된다. 이로 인해, N 함유량을 0.02％ 이하로 한다. 또한, N 함유량을 0.0001％ 미만으로 저감시키는 것은 정련 비용의 증가를 초래한다. 이로 인해, N 함유량을 0.0001 내지 0.02％로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0001 내지 0.01％이고, 더욱 바람직하게는 0.0001 내지 0.005％이다.

O:0.0001 내지 0.0030％

O의 일부는 산화물로서 존재하므로, O는 냉간에서의 가공성에 영향을 미치고, 연성이나 인성을 저하시키는 원인이 된다. O 함유량이 높아지면, 개재물도 커진다. 또한 개재물이 응집되면, 현저하게 연성을 낮춘다. 이로 인해, O 함유량을 0.0001 내지 0.0030％로 한다. O 함유량은, 최대한 저감시키는 것이 바람직하고, O 함유량은, 바람직하게는 0.0001 내지 0.0025％이고, 더욱 바람직하게는 0.0001 내지 0.0020％이다.

본 실시 형태에서는, 화학 성분과 제조 조건을 함께 고려한 경우, 하기 식을 만족시킴으로써, 가공성의 저하를 억제할 수 있는 것이 판명되었다. 이로 인해, 산소 함유량(O％)은, S 함유량(S％)과 Al 함유량(Al％)에 따라서, 하기 식을 만족시키도록 조정된다. 하기 식의 A값은, 0.0070 이하인 것이 바람직하다. A값의 하한값은, 바람직하게는 0.0010이다. A값을 0.0010 미만으로 하기 위해서는, 제강 비용의 증대가 현저해지므로 바람직하지 않다.

A값＝O％＋S％＋0.033Al％≤0.0080

다음에, 본 실시 형태의 열연 강판이, 필요에 따라서 선택적으로 함유해도 좋은 성분에 대해 설명한다.

Nb:0.001 내지 0.1％

Nb는, 강판의 강도를 향상시키는 동시에, 미립화 작용에 의해 강판의 인성을 개선하는 효과가 있다. 본 실시 형태에서는, 선택 원소로서 함유해도 좋다. 그러나 Nb 함유량이 0.003％ 미만에서는, 이들의 효과는 충분히 얻어지지 않는다. 한편, Nb 함유량이 0.1％를 초과하면, 효과가 포화되어 경제적으로 불리해진다. 또한, 과잉량의 Nb를 함유하면, 열간 압연시의 재결정 거동을 지연시킨다. 이로 인해, Nb 함유량을 0.001 내지 0.1％로 한다. Nb 함유량은, 바람직하게는 0.003 내지 0.1％이다.

Ti:0.001 내지 0.05％

Ti는, N 고정의 관점에서 첨가해도 좋고, 주조편의 취화나 재질의 안정화에 기여한다. 그러나 Ti 함유량이 0.05％를 초과하면, 효과가 포화된다. 또한. Ti 함유량이 10ppm 이하인 경우, 상기 효과가 얻어지지 않는다. 이로 인해 Ti 함유량을 0.001 내지 0.05％로 한다.

V:0.001 내지 0.05％

V는, 탄질화물의 석출에 의해 열연 강판을 강화한다. 이를 위해, 필요에 따라서 V를 첨가해도 좋다. V 함유량이 0.001％ 미만에서는, 그 효과는 작다. 또한, V 함유량이 0.05％를 초과하면, 효과는 포화된다. 이로 인해, V 함유량을 0.001 내지 0.05％로 한다.

Ta:0.01 내지 0.5％

Ta는, Nb, V와 마찬가지로, 탄질화물을 형성하여, 결정립의 조대화의 방지나 인성의 개선 등에 유효한 원소로, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. Ta 함유량이 0.01％ 미만에서는, 첨가에 의한 효과가 작으므로, Ta 함유량의 하한을 0.01％로 한다. Ta 함유량이 0.5％를 초과하면, 첨가 효과가 포화되는 동시에, 비용이 증가한다. 또한, 과잉량의 탄화물이 형성되어 재결정의 지연 등이 발생하여, 가공성의 이방성을 증가시킨다. 이로 인해, Ta 함유량의 상한을 0.5％로 한다.

W:0.01 내지 0.5％

W는, Nb, V, Ta와 마찬가지로, 탄질화물을 형성하여, 결정립의 조대화의 방지나 인성의 개선 등에 유효한 원소로, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. W 함유량이 0.01％ 미만에서는, 첨가에 의한 효과가 작으므로, W 함유량의 하한을 0.01％로 한다. W 함유량이 0.5％를 초과하면, 첨가에 의한 효과가 포화되는 동시에, 비용이 증가한다. 또한, 과잉량의 탄화물이 형성되어 재결정의 지연 등이 발생하여, 가공성의 이방성을 증가시킨다. 이로 인해, W 함유량의 상한을 0.5％로 한다.

Cr:0.01 내지 2.0％

Cr은, 강판의 강화에 유효하고, 특히 Mn의 대체 원소로서 사용하는 것이 가능하여, 선택 원소로서 첨가해도 좋다. 단, Cr 함유량이 0.01％ 미만에서는, 효과가 없다. Cr 함유량이 2.0％를 초과하는 경우, 본 실시 형태에 있어서는 효과가 포화된다. 이로 인해, Cr 함유량을 0.01 내지 2.0％로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 0.1％ 초과 내지 1.5％이고, 더욱 바람직하게는 0.3％ 초과 내지 1.1％이다.

Ni:0.01 내지 1.0％

Ni는, 강판의 인성이나 강화에 유효하며, 선택 원소로서 첨가해도 좋다. 단, Ni 함유량이 0.01％ 미만에서는 효과가 없다. Ni 함유량이 1.0％를 초과하는 경우, 본 실시 형태에 있어서는 효과가 포화된다. 이로 인해, Ni 함유량을 0.01 내지 1.0％로 한다.

Cu:0.01 내지 1.0％

Cu는 Cr, Ni와 마찬가지로, 강판의 강도를 확보하기 위해 유효하며, 선택 원소로서 첨가해도 좋다. 단, Cu 함유량이 0.01％ 미만에서는 효과가 없다. Cu 함유량이 1.0％를 초과하는 경우, 본 실시 형태에 있어서는 효과가 포화된다. 이로 인해, Cu 함유량을 0.01 내지 1.0％로 한다.

Mo:0.005 내지 0.5％

Mo는, 조직의 강화나 인성의 개선에 효과적인 원소이며, 선택 원소로서 첨가해도 좋다. Mo 함유량이 0.001％ 미만에서는 그 효과는 작다. 또한, Mo 함유량이 0.5％를 초과하는 경우, 본 실시 형태에 있어서는 효과가 포화된다. 이로 인해, Mo 함유량을 0.005 내지 0.5％로 한다.

B:0.0001 내지 0.01％

B는, 미량의 첨가로 켄칭성을 향상시킨다. 또한, 펄라이트 변태를 억제하여 펄라이트 밴드의 양을 저감시키기 위해 유효한 원소로, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. B 함유량이 0.0001％ 미만에서는, 첨가에 의한 효과가 없으므로, B 함유량의 하한을 0.0005％로 한다. 또한, B 함유량이 0.01％를 초과하면, 주조성이 저하되어, 주조편의 균열을 조장한다. 이로 인해, B 함유량의 상한을 0.01％로 한다. B 함유량은, 바람직하게는 0.0005 내지 0.005％이다.

Mg:0.0005 내지 0.003％

Mg는, 미량의 첨가로 산화물, 황화물의 형태 제어에 유효한 원소로, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. Mg 함유량이 0.0005％ 미만에서는, 그 효과는 얻어지지 않는다. 또한, Mg 함유량이 0.003％를 초과하는 경우, 그 효과는 포화된다. 이로 인해, Mg 함유량을 0.0005 내지 0.003％로 한다.

Ca:0.0005 내지 0.003％

Ca는, Mg와 마찬가지로, 미량의 첨가로 산화물, 황화물의 형태 제어에 유효한 원소로, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. Ca 함유량이 0.0005％ 미만에서는, 그 효과는 얻어지지 않는다. 또한, Ca 함유량이 0.003％를 초과하는 경우, 그 효과는 포화된다. 이로 인해, Ca 함유량을 0.0005 내지 0.003％로 한다.

Y:0.001 내지 0.03％

Y는, Ca, Mg와 마찬가지로, 산화물, 황화물의 형태 제어에 유효한 원소로, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. Y 함유량이 0.001％ 미만에서는, 그 효과는 얻어지지 않는다. 또한, Y 함유량이 0.03％를 초과하는 경우, 그 효과는 포화되고, 또한 주조성을 열화시킨다. 이로 인해, Y 함유량을 0.001 내지 0.03％로 한다.

Zr:0.001 내지 0.03％

Zr은, Y, Ca, Mg와 마찬가지로, 산화물, 황화물의 형태 제어에 유효한 원소로, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. Zr 함유량이 0.001％ 미만에서는, 그 효과는 얻어지지 않는다. 또한, Zr 함유량이 0.03％를 초과하는 경우, 그 효과는 포화되고, 또한 주조성을 열화시킨다. 이로 인해, Zr 함유량을 0.001 내지 0.03％로 한다.

La:0.001 내지 0.03％

La는, Zr, Y, Ca, Mg와 마찬가지로, 산화물, 황화물의 형태 제어에 유효한 원소로, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. La 함유량이 0.001％ 미만에서는, 그 효과는 얻어지지 않는다. 또한, La 함유량이 0.03％를 초과하는 경우, 그 효과는 포화되고, 또한 주조성을 열화시킨다. 이로 인해, La 함유량을 0.001 내지 0.03％로 한다.

Ce:0.001 내지 0.03％

Ce는, La, Zr, Y, Ca, Mg와 마찬가지로, 산화물, 황화물의 형태 제어에 유효한 원소로, 필요에 따라서 첨가해도 좋다. Ce 함유량이 0.001％ 미만에서는, 그 효과는 얻어지지 않는다. 또한, Ce 함유량이 0.03％를 초과하는 경우, 그 효과는 포화되고, 또한 주조성을 열화시킨다. 이로 인해, Ce 함유량을 0.001 내지 0.03％로 한다.

그 밖의 성분에 대해서는, 특별히 규정하지 않지만, Sn, Sb, Zn, Zr, As 등의 원소가, 원료의 스크랩으로부터 불가피적 불순물로서 혼입되는 경우가 있다. 그러나 불순물로서 혼입되는 레벨의 함유량으로는, 본 실시 형태에 있어서의 열연 강판의 특성에는 현저한 영향을 미치지 않는다.

(판 두께)

본 실시 형태의 열연 강판의 판 두께는, 판 단조 프레스에의 적용 형태를 고려하면, 2㎜ 이상, 25㎜ 이하이다. 판 두께가 2㎜ 미만에서는, 판 단조에 있어서의 두께 증대 공정 등에 있어서 가공이 어려워져, 판 단조 프레스성이 떨어진다. 판 두께가 25㎜를 초과하는 경우, 프레스 하중이 커진다. 또한, 본 실시 형태의 제조 방법에 있어서의 냉각 제어나 권취 등에서 사용되는 설비에 제약이 발생하기 쉬워진다. 이로 인해, 판 두께의 상한을 25㎜로 한다.

(마이크로 조직)

압연 방향에 평행한 판 두께의 단면 중, 판 두께를 t로 하였을 때에 4/10t 내지 6/10t의 범위의 단면에 있어서, 펄라이트 밴드의 면적 백분율은, 하기 식으로 나타내어지는 K값 이하이다.

열연 강판이 Cr을 함유하는 경우에는, 펄라이트 밴드의 면적 백분율은, 상기 K값 이하 대신에, 하기 식으로 나타내어지는 K'값 이하이다.

펄라이트 밴드라 함은, 판 두께 방향의 두께가 5㎛ 이상인 펄라이트 상(相)의 집합체이며, 이들 펄라이트 상이, 20㎛ 이하의 간격으로 압연 방향으로 연속되어 형성되고, 압연 방향의 길이가 1㎜ 이상인 밴드 형상의 집합체이다.

도 8은 (펄라이트 밴드의 면적 백분율)/(K값 또는 K'값)과, 극한 변형능의 이방성(φc/φL)의 관계를 나타내는 도면이다. 도 8에 나타내어진 바와 같이, (펄라이트 밴드의 면적 백분율)/(K값 또는 K'값)의 비가 1 이하인 경우, 즉, 펄라이트 밴드의 면적 백분율이 K값 이하 또는 K'값 이하인 경우, 극한 변형능의 이방성이 0.9 이상으로 되어, 압연 방향과 그 직각 방향의 가공성의 이방성을 저감시킬 수 있는 것을 알 수 있다.

펄라이트 밴드의 면적 백분율은, 4.6％ 이하인 것이 바람직하고, 이에 의해 도 3, 도 4에 나타내어진 바와 같이 극한 변형능의 이방성이 0.9 이상으로 되어, 확실하게 가공성의 이방성을 작게 할 수 있다.

[제1 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 제조 방법]

전술한 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판은, 열연 강판만으로 이루어진다. 이 열연 강판의 제조 방법에 대해, 이하에 설명한다.

열연 강판의 제조 방법은, 강편을 가열하는 공정과, 상기 가열된 강편을 조압연하여 조바로 하는 공정과, 상기 조바를 마무리 압연하여 압연재로 하는 공정과, 상기 마무리 압연 후에, 상기 압연재를 공냉하는 공정과, 권취 온도까지 상기 압연재를 냉각하는 공정과, 상기 냉각된 압연재를 권취하여, 열연 강판으로 하는 공정을 구비한다.

(강편의 가열 공정)

전술한 본 실시 형태의 화학 성분을 갖는 강편(연속 주조 주조편 또는 강괴)을, 직접 가열로에 삽입하거나, 또는 일단 냉각하고, 이어서 가열로에 삽입한다. 그리고 강편을 1150 내지 1300℃로 가열한다.

가열 온도가 1150℃ 미만인 경우, 다음 공정의 열간 압연시의 압연 온도가 저하된다. 이에 의해, 조압연시의 재결정 거동이나 연속 열연 후의 공냉 중의 재결정 거동이 진행되지 않아, 전신(展伸) 입자가 잔존하거나, 가공성의 이방성이 증가한다. 이로 인해, 가열 온도의 하한값을 1150℃ 이상으로 한다. 가열 온도가 1300℃를 초과하는 경우, 가열 중인 결정립이 조대화되어, 가공성의 이방성이 커진다. 따라서, 가열 온도는, 1150 내지 1300℃이고, 바람직하게는 1150 내지 1250℃이다.

또한, 가열된 강편(연속 주조 주조편 또는 강괴)은, 다음 공정의 열간 압연에 제공되지만, 강편을 직접 가열로에 삽입하는 경우와, 일단 냉각하고, 이어서 가열로에 삽입하는 경우에 있어서, 강판 특성에 차이는 거의 없다. 또한, 다음 공정의 열간 압연은, 통상의 열간 압연 및 마무리 압연에 있어서 조바를 접합하는 연속화 열간 압연 중 어느 쪽이라도 좋고, 강판 특성에 차이는 거의 없다.

(조압연의 공정)

조압연은, 제1 압연과, 제1 압연의 종료로부터 30초 이상 경과한 후에 행하는 제2 압연을 갖는다. 제1 압연은, 온도가 1020℃ 이상이고, 또한 압하율의 합계가 50％ 이상인 조건으로 행해진다. 제2 압연은, 온도가 1020℃ 이상이고, 또한 압하율의 합계가 15 내지 30％인 조건으로 행해진다.

펄라이트 밴드는, Mn, P 등의 합금 원소의 편석에 의해 생성된다. 이로 인해, 펄라이트 밴드의 면적률을 저감시키기 위해서는, 합금 원소의 편재를 억제하는 것(합금 원소의 편재의 비율을 저감시키는 것)이 유효하다. 종래에는, 합금 원소의 편재를 억제하는 수단으로서, 열간 압연 전에 강편(슬래브)을 높은 온도로 장시간 가열하는 방법이 행해지고 있었다. 이 종래의 방법에서는, 생산성이 저하되고, 또한 비용이 증가한다. 또한, 에너지의 소비량이 막대해져, CO₂의 발생량의 증가의 원인으로 된다.

본 발명자들은, 합금 원소의 확산이 가공 변형이나 입계 이동에 의해 촉진되는 것에 착안하여, 조압연의 조건을 이하와 같이 제어함으로써, 합금 원소를 확산시켜 합금 원소의 편재를 억제할 수 있는 것을 발견하였다.

우선, 온도가 1020℃ 이상이고, 또한 압하율의 합계(총 압하율)가 50％ 이상인 조건으로 제1 압연을 행한다. 이에 의해, 전위 밀도를 증가시키는 동시에, 오스테나이트의 재결정에 수반되는 입계 이동에 의해 합금 원소의 확산을 촉진한다. 제1 압연의 온도의 상한값은, 바람직하게는 1200℃이다. 온도가 1200℃를 초과하는 경우, 탈탄하기 쉬워지므로 바람직하지 않다. 제1 압연의 압하율의 합계(총 압하율)는, 바람직하게는 60％ 이상이고, 더욱 바람직하게는 70％ 이상이다. 압하율의 합계(총 압하율)의 상한값은, 바람직하게는 90％이다. 압하율의 합계(총 압하율)가 90％를 초과하는 경우, 1020℃ 이상에서 압연을 종료시키는 것이 곤란해지므로 바람직하지 않다.

다음에, 제1 압연의 종료로부터 30초 이상 경과한 후에 제2 압연을 행한다. 제2 압연은, 온도가 1020℃ 이상이고, 또한 압하율의 합계(총 압하율)가 15 내지 30％인 조건으로 행해진다. 이에 의해, 재결정 오스테나이트립이 성장하고, 이동하는 입계에 당겨져 합금 원소가 확산된다. 제1 압연의 종료로부터 제2 압연의 개시까지의 경과 시간은, 바람직하게는 45초 이상이고, 더욱 바람직하게는 60초 이상이다. 제2 압연의 온도의 상한값은, 바람직하게는 1200℃이다. 온도가 1200℃를 초과하는 경우, 탈탄하기 쉬워지므로 바람직하지 않다.

또한, 제1 압연 및 제2 압연을 행하는 횟수는 특별히 한정되지 않는다. 압연 온도, 압하율의 합계(총 압하율) 및 제1 압연의 종료로부터 제2 압연의 개시까지의 경과 시간이 상기한 범위 내이면, 제1 압연 및 제2 압연을 각각 1회씩 행해도 좋지만, 2회 이상 행해도 좋다. 어떠한 경우라도 동일한 효과가 얻어진다.

(마무리 압연의 공정)

조압연하여 얻어진 조바를, 마무리 온도가 Ae₃ 이상인 조건으로 마무리 압연한다.

Ae₃은, 이하의 식에 의해 산출되는 값이다.

[여기서, C％, Si％, Mn％, P％, Cr％ 및 Ni％는, 각각 열연 강판에 함유되는 C, Si, Mn, P, Cr 및 Ni의 함유량(질량％)을 나타냄]

마무리 압연의 온도(마무리 온도, 마무리 압연의 종료 온도)를 Ae₃ 이상으로 함으로써, 재결정을 촉진시킨다. 통상, 마무리 압연의 종료 온도의 목표로서 Ar₃이 사용된다. 마무리 압연의 종료 온도가 Ar₃인 경우, 오스테나이트 조직에서 마무리 압연이 종료되지만, 과냉 상태에 있어, 재결정이 충분히 일어나지 않아, 가공성의 이방성의 증가를 조장한다. 이로 인해, 본 실시 형태에서는, 마무리 온도(마무리 압연의 종료 온도)를 Ae₃ 이상으로 한다.

(공냉 공정)

마무리 압연 후에, 압연재를 1초 이상, 10초 이하 동안 공냉한다. 공냉 시간이 10초를 초과하는 경우, 온도의 저하가 현저해져, 재결정 거동이 완만해진다. 이로 인해, 가공성의 이방성을 개선하는 효과가 포화된다.

(공냉 후의 냉각 및 권취 공정)

공냉 후에, 10 내지 70℃/s의 냉각 속도로 400 내지 580℃의 권취 온도까지 압연재를 냉각한다. 냉각 속도가 10℃/s 미만인 경우, 조대한 페라이트와 조대한 펄라이트 조직이 형성된다. 이로 인해, 전술한 열간 압연(조압연 및 마무리 압연)을 행해도, 조대한 펄라이트 조직에 의해 변형능 자체가 저하된다. 이로 인해 냉각 속도의 하한값을 10℃/s 이상으로 한다. 또한, 냉각 속도가 70℃/s를 초과하는 경우, 강판의 폭 방향의 냉각 불균일이 발생한다. 특히, 에지 근방은 과냉되어 경질화되므로, 재질의 편차가 발생한다. 이로 인해, 에지의 트림(trim) 등의 추가 공정이 필요해져, 수율을 저하시킨다. 따라서, 냉각 속도의 상한값을 70℃ 이하로 한다.

다음에, 냉각된 압연재를 400 내지 580℃의 권취 온도로 권취한다. 권취 온도가 400℃ 미만인 경우, 강판의 일부에서 마르텐사이트 변태가 발생하거나, 강판의 강도가 높아져, 가공성이 저하된다. 또한, 되감기시의 핸들링이 곤란해진다. 한편, 권취 온도가 580℃를 초과하는 경우, 페라이트 변태시에 배출된 C(탄소)가 오스테나이트 중에 농축되어 조대한 펄라이트 조직이 생성된다. 조대한 펄라이트 조직은, 펄라이트 밴드의 생성을 조장하므로, 펄라이트 밴드의 면적률이 높아진다. 이로 인해, 변형능이 저하되는 동시에, 가공성의 이방성이 증대된다.

권취 온도를 580℃ 이하로 함으로써, 조직을 미세화하고, 조대한 펄라이트 조직의 생성을 억제하여, 변형능의 저하나 가공성의 이방성의 증대를 억제할 수 있다.

(제2 실시 형태)

[제2 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판]

우선, 도 6을 참조하면서, 제2 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 구성에 대해 설명한다. 도 6은 제2 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판을 모식적으로 도시하는 설명도이다.

도 6에 도시하는 바와 같이, 제2 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판(1)은, 소지인 열연 강판(10)과, 열연 강판(10)의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 형성된 표면 처리 피막(100)을 구비한다.

[열연 강판(강판 본체부, 소지)(10)]

냉간 단조용 강판(1)의 소지로 되는 열연 강판(10)은, 전술한 제1 실시 형태에 기재된 열연 강판이다. 이로 인해, 열연 강판(10)에 관한 상세한 설명을 생략한다.

[표면 처리 피막(100)]

표면 처리 피막(100)은, 이 피막 중의 각 성분이 막 두께 방향으로 농도 구배를 가짐으로써, 표면 처리 피막(100)과 열연 강판(10)의 계면측으로부터 표면 처리 피막(100)의 표면측을 향해, 밀착층(110), 베이스층(120), 윤활제층(130)의 순으로 3층이 식별 가능하게 형성된 경사형의 3층 구조를 갖는다.

여기서, 본 실시 형태에 있어서의 「경사형」이라 함은, 표면 처리 피막(100)에 포함되는 밀착층(100), 베이스층(120) 및 윤활제층(130)의 각 층이 완전히 분리되어 3층으로 나뉘어져 있는 것(어느 층의 성분이 다른 층에는 존재하지 않음)이 아닌, 상기한 바와 같이, 표면 처리 피막(100) 중에 포함되는 성분이, 피막의 막 두께 방향으로 농도 구배를 갖는 것을 의미한다. 즉, 표면 처리 피막(100) 중의 주된 성분으로서는, 소지인 열연 강판(10)의 표면의 금속과의 사이에 형성되는 실라놀 결합(상세한 것은 후술함)에 기인하는 성분, 내열 수지, 무기산염 및 윤활제가 있지만, 이들 성분이, 표면 처리 피막(100)의 막 두께 방향으로 농도 구배를 갖고 있다. 보다 상세하게는, 표면 처리 피막(100)과 열연 강판(10)의 계면측으로부터 표면 처리 피막(100)의 표면측을 향해, 윤활제(131)의 농도는 증가하고, 반대로, 내열 수지 및 무기산염의 농도는 감소한다. 또한, 표면 처리 피막(100)과 열연 강판(10)의 계면의 근방에 근접함에 따라서, 실라놀 결합에 기인하는 성분이 증가해 간다.

이하, 표면 처리 피막(100)을 구성하는 각 층의 구성에 대해 상세하게 설명한다.

<밀착층(110)>

밀착층(110)은, 냉간 단조시의 가공에 대해, 표면 처리 피막(100)과 소지인 열연 강판(10)의 밀착성을 확보하여, 냉간 단조용 강판(1)과 금형의 시징을 방지하는 역할을 갖는다. 구체적으로는, 밀착층(110)은, 표면 처리 피막(100)과 열연 강판(10)의 계면측에 위치하고, 실라놀 결합에 기인하는 성분을, 표면 처리 피막(100)을 구성하는 3층 중에서 가장 많이 포함하는 층이다.

여기서, 본 실시 형태에 있어서의 실라놀 결합은, Si-O-X(X는, 상기 열연 강판의 구성 성분인 금속)로 나타내어지고, 표면 처리 피막(100)과 열연 강판(10)의 계면 근방에 형성된다. 이 실라놀 결합은, 표면 처리 피막(100)을 형성하기 위한 표면 처리액 중에 포함되는 실란 커플링제와, 열연 강판(10) 표면의 금속[예를 들어, 열연 강판(10)에 도금이 실시되어 있는 경우는, 이 도금의 금속종(Zn, Al 등), 혹은 열연 강판(10)이 비도금 강판인 경우는 Fe]의 산화물과의 공유 결합이라고 추정된다. 또한, 실라놀 결합이 존재하고 있는 것은, 시료의 깊이 방향에 있어서의 원소 분석이 가능한 방법[예를 들어, 고주파 글로 방전 발광 분광 분석 장치(고주파 GDS)]에 의해, 표면 처리 피막(100)의 막 두께 방향에 있어서의 실라놀 결합에 기인하는 성분(Si, O, X) 원소의 스펙트럼 강도를 측정하고, 이 스펙트럼 강도로부터 각 원소를 정량함으로써 확인할 수 있다. 또한, FE-TEM(전계 방사형 투과 전자 현미경) 등을 사용한 시료 단면의 직접 관찰이나, 미소부 원소 분석[예를 들어, 에너지 분산형 X선 분광기(EDS)을 사용한 분석 방법] 등으로부터도 확인할 수 있다.

또한, 밀착층(110)의 두께는, 0.1㎚ 이상 100㎚ 이하인 것이 필요하다. 밀착층(110)의 두께가 0.1㎚ 미만에서는, 실라놀 결합의 형성이 불충분하므로, 표면 처리 피막(100)과 열연 강판(10) 사이의 충분한 밀착력이 얻어지지 않는다. 한편, 밀착층(110)의 두께가 100㎚를 초과하면, 실라놀 결합의 수가 지나치게 많아지고, 냉간 단조용 강판(1)의 가공시에 있어서 밀착층(110) 내의 내부 응력이 높아져, 피막이 취화된다. 이로 인해, 표면 처리 피막(100)과 열연 강판(10) 사이의 밀착력이 저하된다. 표면 처리 피막(100)과 열연 강판(10) 사이의 밀착력을 보다 확실하게 확보한다고 하는 관점에서는, 밀착층(110)의 두께는, 0.5㎚ 이상 50㎚ 이하인 것이 바람직하다.

<베이스층(120)>

베이스층(120)은, 냉간 단조시에 있어서의 강판 추종성을 향상시키는 역할을 갖는다. 또한, 베이스층(120)은, 윤활제(131)을 유지하여, 금형과의 시징에 대한 경도 및 강도를 냉간 단조용 강판(1)에 부여하는 역할을 갖는다. 구체적으로는, 베이스층(120)은, 밀착층(110)과 윤활제층(130) 사이에 중간층으로서 위치하고, 내열 수지 및 무기산염을 주성분으로 하여, 표면 처리 피막(100)을 구성하는 3층 중에서 가장 많이 포함한다. 상세하게는, 베이스층(120)은, 층 전체에 포함되는 내열 수지 및 무기산염의 함유량이 3층 중에서 가장 많다.

베이스층(120)에 주로 포함되는 성분으로서, 무기산염을 선택한 이유는, 본 실시 형태와 같은 경사형의 3층 구조의 피막을 형성하는 것이 가능하고, 또한 상술한 베이스층(120)의 역할을 하기 위해 적합하기 때문이다. 또한, 본 실시 형태에서는, 수계의 표면 처리액을 사용하여 표면 처리 피막(100)을 형성한다. 이로 인해, 이 표면 처리액의 안정성을 고려하여, 본 실시 형태에 있어서의 무기산염은 수용성인 것이 바람직하다. 단, 물에 불용 또는 난용인 염이라도, 예를 들어 산에 가용인 것이면, 물에 가용성인 무기산염(예를 들어, 질산아연)과 산(예를 들어, 인산)을 조합하여 사용함으로써, 인산 아연을 포함하는 피막을 형성할 수 있다.

이상과 같은 역할로부터, 본 실시 형태에 있어서의 무기산염으로서는, 예를 들어 인산염, 붕산염, 규산염, 몰리브덴산염, 또는 텅스텐산염을 단독으로, 혹은 복수 조합하여 사용할 수 있다. 보다 구체적으로는, 무기산염으로서, 예를 들어 인산아연, 인산칼슘, 붕산나트륨, 붕산칼륨, 붕산암모늄, 규산칼륨, 몰리브덴산칼륨, 몰리브덴산나트륨, 텅스텐산칼륨, 텅스텐산나트륨 등을 사용할 수 있다. 단, 이들 중, 밀착층(100), 베이스층(120) 및 윤활제층(130)의 각 층의 두께를 측정할 때의 편의 등의 이유로부터, 무기산염으로서는, 특히 인산염, 붕산염 및 규산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물인 것이 바람직하다.

또한, 베이스층(120)에는, 주성분으로서 내열 수지가 포함되어 있다. 상술한 바와 같이, 냉간 단조시에는, 소재인 냉간 단조용 강판(1)과 금형 사이의 마찰력에 의해 비교적 고온으로 된다. 이로 인해, 내열 수지를 선택한 이유는, 이러한 고온의 가공 조건하에 있어서도, 표면 처리 피막(100)이 피막으로서의 형상을 유지할 필요가 있기 때문이다. 이러한 관점에서, 본 실시 형태에 있어서의 내열 수지의 내열성은, 냉간 단조시의 도달 온도(약 200℃ 정도)를 초과하는 정도의 온도에서, 피막으로서의 형상을 유지할 수 있는 정도인 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 수계의 표면 처리액을 사용하여 표면 처리 피막(100)을 형성한다. 이로 인해, 이 표면 처리액의 안정성을 고려하여, 본 실시 형태에 있어서의 내열 수지는 수용성인 것이 바람직하다.

이상과 같은 역할로부터, 본 실시 형태에 있어서의 내열 수지로서는, 예를 들어 폴리이미드 수지, 폴리에스테르 수지, 에폭시 수지, 불소 수지 등을 사용할 수 있다. 충분한 내열성이나 수용성을 확보하기 위해서는, 내열 수지로서, 특히 폴리이미드 수지를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 베이스층(120)의 조성도 냉간 단조용 강판(1)의 전체의 조성에 영향을 미친다. 그로 인해, 본 실시 형태에 있어서는, 표면 처리 피막(100)의 가공 추종성 및 내열성 부여를 위해 내열 수지를 베이스층(120)의 주성분으로 하고 있고, 예를 들어 인용문헌 4와 같이, 인산염, 붕산염, 규산염, 몰리브덴산염, 텅스텐산염 등의 무기 성분을 주성분으로 하고 있지 않다. 구체적으로는, 베이스층(120) 내에 있어서, 무기산염의 함유량은, 내열 수지 100질량부에 대해, 1질량부 이상 100질량부 이하이다. 무기산염의 함유량이 1질량부 미만에서는, 표면 처리 피막(100)의 마찰 계수가 상승하여, 충분한 윤활성을 얻을 수 없다. 한편, 무기산염의 함유량이 100질량부를 초과하면, 윤활제(131)를 유지하기 위한 성능이 충분히 발휘되지 않는다.

또한, 베이스층(120)의 두께는, 0.1㎛ 이상 15㎛ 이하인 것이 필요하다. 베이스층(120)의 두께가 0.1㎛ 미만에서는, 윤활제(131)를 유지하기 위한 성능이 충분히 발휘되지 않는다. 한편, 베이스층(120)의 두께가 15㎛를 초과하면, 베이스층(120)의 막 두께가 지나치게 커지므로, 가공(냉간 단조)시에 압입 흠집 등을 발생시키기 쉬워진다. 윤활제(131)를 유지하기 위한 성능을 향상시킨다고 하는 관점에서는, 베이스층(120)의 두께는 0.5㎛ 이상인 것이 바람직하고, 가공시의 압입 흠집을 보다 확실하게 방지한다고 하는 관점에서는, 베이스층(120)의 두께는 3㎛ 이하인 것이 바람직하다.

<윤활제층(130)>

윤활제층(130)은, 표면 처리 피막(100)의 윤활성을 향상시켜, 마찰 계수를 저감하는 역할을 갖는다. 구체적으로는, 윤활제층(130)은, 표면 처리 피막(100)의 최표면측에 위치하고, 윤활제(131)를, 표면 처리 피막(100)을 구성하는 3층 중에서 가장 많이 포함하는 층이다.

본 실시 형태에 있어서, 윤활제(131)로서는, 경사형의 3층 구조를 갖는 표면 처리 피막(100)을 형성 가능하고, 또한 표면 처리 피막(100)의 윤활성을 충분히 향상시키는 것이면 특별히 한정은 되지 않는다. 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 산화아연 및 그래파이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종을 사용할 수 있다.

또한, 윤활제층(130)의 두께는, 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하인 것이 필요하다. 윤활제층(130)의 두께가 0.1㎛ 미만에서는, 충분한 윤활성을 얻을 수 없다. 한편, 윤활제층(130)의 두께가 10㎛를 초과하면, 가공시에 잉여 찌꺼기를 발생시키게 되어, 이 잉여 찌꺼기가 금형 등에 부착되는 등의 문제를 발생한다. 보다 윤활성을 향상시킨다고 하는 관점에서는, 윤활제층(130)의 두께는 1㎛ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 가공시의 잉여 찌꺼기의 발생을 보다 확실하게 방지한다고 하는 관점에서는, 윤활제층(130)의 두께는 6㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상술한 베이스층(120)의 역할이나 윤활제층(130)의 역할을 하기 위해서는, 윤활제층(130)과 베이스층(120)의 두께비도 중요하다. 구체적으로는, 베이스층(120)에 대한 윤활제층(130)의 두께의 비, 즉, (윤활제층의 두께)/(베이스층의 두께)는, 0.2 이상 10 이하일 필요가 있다. (윤활제층의 두께/베이스층의 두께)가 0.2 미만에서는, 표면 처리 피막(100)이 피막 전체적으로 지나치게 단단해지므로, 윤활성이 충분히 얻어지지 않는다. 한편, (윤활제층의 두께)/(베이스층의 두께)가 10을 초과하면, 윤활제(131)의 유지성이 떨어져, 피막 전체적으로 가공 추종성이 부족하다.

<층이 형성되어 있는지 여부의 확인 방법, 각 층의 막 두께의 측정 방법 및 규정 방법, 베이스층 중의 내열 수지 및 무기산염의 함유량의 측정 방법>

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판(1)에 있어서는, 열연 강판(10)측에 밀착층(110), 피막 표면측에 윤활제층(130) 및 이들 사이에 베이스층(120)을 존재하게 하는 것이 중요하고, 어느 층이 결여되어도 본 실시 형태에서 의도하고 있는 냉간 단조에 견딜 수 있는 윤활성을 발휘할 수 없다. 또한, 밀착층(110), 베이스층(120), 윤활제층(130)의 각 층의 두께가 상술한 범위 내가 아닌 경우에도, 본 실시 형태에서 의도하고 있는 냉간 단조에 견딜 수 있는 윤활성을 발휘할 수 없다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 밀착층(110), 베이스층(120), 윤활제층(130)의 각 층이 형성되어 있는지 여부를 확인하는 방법 및 이들의 막 두께를 측정하는 방법도 중요해진다.

우선, 밀착층(110), 베이스층(120), 윤활제층(130)의 각 층이 형성되어 있는지 여부를 확인하는 방법으로서는, 고주파 GDS를 사용하여 표면 처리 피막(100)의 막 두께 방향(깊이 방향)의 원소의 정량 분석을 행하는 방법을 들 수 있다. 즉, 우선, 표면 처리 피막(100)에 포함되는 주성분(실라놀 결합에 기인하는 성분, 무기산염, 내열 수지, 윤활제)의 대표 원소(그 성분에 있어서 특징적인 원소)를 설정한다. 예를 들어, 실라놀 결합에 기인하는 성분에 대해서는, Si를 대표 원소로 한다. 윤활제에 대해서는, 윤활제가 폴리테트라플루오로에틸렌이면 F를 대표 원소로 하고, 이황화몰리브덴이면 Mo를 대표 원소로 하는 것이 적당하다. 다음에, 고주파 GDS의 측정 차트에 있어서, 이들 대표 원소에 상당하는 피크의 강도를 구한다. 구한 피크 강도로부터, 막 두께 방향에 있어서의 위치마다의 각 성분의 농도를 산출할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서의 각 층의 두께의 규정 방법에 대해서는, 이하와 같이 규정하는 것으로 한다. 우선, 표면 처리 피막(100)의 최표면으로부터, 고주파 GDS의 측정 차트에 있어서, 상술한 바와 같이 하여 설정한 윤활제의 대표 원소(예를 들어, F, Mo, W, Zn, C)의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분의 깊이(막 두께 방향의 위치)까지를, 윤활제층(130)의 두께로 한다. 즉, 윤활제의 대표 원소의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분의 막 두께 방향의 위치가, 윤활제층(130)과 베이스층(120)의 계면으로 된다.

또한, 표면 처리 피막(100)과 열연 강판(10)의 계면으로부터, 고주파 GDS의 측정 차트에 있어서, 실라놀 결합에 기인하는 성분의 대표 원소(Si)의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분까지의 깊이(막 두께 방향의 위치)까지를, 밀착층(110)의 두께로 한다. 즉, 실라놀 결합에 기인하는 성분의 대표 원소(Si)의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분의 막 두께 방향의 위치가, 밀착층(110)과 베이스층(120)의 계면으로 된다.

또한, 윤활제의 대표 원소의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분으로부터, 실라놀 결합에 기인하는 성분의 대표 원소(Si)의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분까지를, 베이스층(120)의 두께로 한다. 또한, 예를 들어 표면 처리 피막(100)의 단면을 현미경에 의해 관찰함으로써 표면 처리 피막(100) 전체의 두께를 구해 두고, 이 표면 처리 피막(100) 전체의 두께로부터, 상기한 바와 같이 하여 구한 밀착층(110) 및 윤활제층(130)의 합계의 두께를 감소시킴으로써, 베이스층(120)의 두께를 구해도 좋다.

단, 윤활제(131)로서 그래파이트를 사용한 경우에는, 대표 원소로서 탄소(C)를 설정하면, 내열 수지 등에 유래하는 C 원소와의 구별이 곤란하다. 이로 인해, 대표 원소로서, 무기산염 성분의 대표 원소(예를 들어, P, B, Si)를 사용하여, 윤활제층(130)의 두께를 구한다. 이 경우도, 무기산염 성분의 대표 원소의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분의 막 두께 방향의 위치가, 윤활제층(130)과 베이스층(120)의 계면으로 된다.

또한, 베이스층(120)의 무기산염으로서 규산염을 사용한 경우에는, 대표 원소로서 규소(Si)를 설정하면, 무기산염으로서의 규산염 유래의 Si와, 밀착층(110)의 실라놀 결합에 기인하는 성분 유래의 Si의 구별이 곤란하다. 이로 인해, 대표 원소로서, 베이스층(120)의 내열 수지 성분 유래의 탄소(C)를 대표 원소로서 사용하여, 밀착층(110) 및 베이스층(120)의 두께를 구한다.

또한, 베이스층(120)의 무기산염으로서 몰리브덴산염이나 텅스텐산염을 사용한 경우에는, 대표 원소로서 몰리브덴(Mo)이나 텅스텐(W)을 설정하면, 무기산염 유래의 Mo나 W와, 윤활제(131) 유래의 Mo나 W의 구별이 곤란해지는 경우가 있다. 이 경우에는, 무기산염과 윤활제(131)가 공통적으로 갖고 있지 않은 원소로서, 예를 들어 윤활제(131) 유래의 유황(S)을 대표 원소로서 사용하여, 베이스층(120) 및 윤활제층(130)의 두께를 구한다.

또한, 각 층의 두께의 산출 방법에 대해서는, 상술한 바와 같이 하여, 각 성분의 대표 원소의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분의 위치, 즉, 고주파 GDS에 의한 스퍼터 시간(본 실시 형태의 경우는, SiO₂의 스퍼터 속도로 환산한 시간)으로부터, 표면 처리 피막(100)의 막 두께 방향에 있어서의 각 층의 위치를 구할 수 있다.

베이스층 중의 내열 수지 및 무기산염의 함유량은, 이하의 방법에 의해 측정된다. 마이크로톰 등을 사용하여 표면 처리 피막을 두께 방향으로 연삭하여, 베이스층을 절삭한다. 베이스층으로부터, 분석에 필요한 양의 분석용 시료를 채취하여 마노 유발에서 분쇄한다. 분석용 시료의 초기 중량을 측정하고, 이어서 물 등의 무기산염을 용해시키는 용액을 첨가하여 무기산염을 용해시킨다. 무기산염을 용해시킨 후에, 분석용 시료를 충분히 건조시킨다. 건조 후의 분석용 시료의 중량을 내열 수지의 질량부로 하고, 초기 중량과 건조 후의 중량과의 차분을 무기산염의 질량부로 한다. 그리고 산출된 베이스층 중의 내열 수지 및 무기산염의 함유량으로부터, 내열 수지 100질량부에 대한 무기산염의 함유량(질량부)이 산출된다.

[제2 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 제조 방법]

이상, 제2 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 구성에 대해 상세하게 설명하였지만, 계속해서 이러한 구성을 갖는 제2 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.

제2 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 제조 방법은, 제1 실시 형태의 열연 강판의 제조 방법에 의해 열연 강판(10)을 얻는 공정과, 열연 강판(10)의 주면(표면 및 이면) 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 표면 처리 피막(100)을 형성하는 공정을 갖는다.

열연 강판(10)을 얻는 공정은, 제1 실시 형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.

표면 처리 피막(100)을 형성하는 공정은, 수용성 실란 커플링제, 수용성 무기산염, 수용성 내열 수지 및 윤활제를 포함하는 수계의 표면 처리액을 열연 강판(10)의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 도포하여 도막을 형성하는 공정과, 도막을 건조시킴으로써, 열연 강판(10)의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 표면 처리 피막(100)을 형성하는 공정을 갖는다.

(표면 처리액에 대해)

본 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 제조 방법에 사용하는 표면 처리액은, 수용성 실란 커플링제, 수용성 무기산염, 수용성 내열 수지 및 윤활제를 포함한다. 무기산염, 내열 수지 및 윤활제의 상세에 대해서는 상술하였으므로, 여기서는 설명을 생략한다.

수용성 실란 커플링제로서는, 특별히 한정은 되지 않고, 공지의 실란 커플링제를 사용할 수 있다. 예를 들어, 3-아미노프로필트리메톡시실란, N-2-(아미노메틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란 등을 사용할 수 있다.

또한, 상기 표면 처리액에는, 각종 첨가제를 첨가해도 좋다.

본 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 제조 방법에 사용하는 표면 처리액에는, 본 실시 형태의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 도포 시공성을 향상시키기 위한 레벨링제나 수용성 용제, 금속 안정화제, 에칭 억제제 및 pH 조정제 등이 함유되어도 좋다. 레벨링제로서는, 비이온계 또는 양이온계의 계면 활성제를 들 수 있고, 예를 들어 폴리에틸렌옥사이드 혹은 폴리프로필렌옥사이드 부가물이나 아세틸렌글리콜 화합물 등을 사용할 수 있다. 수용성 용제로서는, 예를 들어 에탄올, 이소프로필알코올, t-부틸알코올 및 프로필렌글리콜 등의 알코올류, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르 등의 셀로솔브류, 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 에스테르류, 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류 등을 들 수 있다. 금속 안정화제로서는, 예를 들어 EDTA, DTPA 등의 킬레이트 화합물을 들 수 있다. 에칭 억제제로서는, 예를 들어 에틸렌디아민, 트리에틸렌펜타민, 구아니딘 및 피리미딘 등의 아민 화합물류를 들 수 있지만, 특히, 1분자 내에 2개 이상의 아미노기를 갖는 것이 금속 안정화제로서도 효과가 있어, 보다 바람직하다. pH 조정제로서는, 예를 들어 아세트산 및 락트산 등의 유기산류, 불산 등의 무기산류, 암모늄염이나 아민류 등을 들 수 있다.

상술한 각 성분을 수중에 균일하게 용해 혹은 분산시킴으로써, 본 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판의 제조 방법에 사용하는 표면 처리액을 조제할 수 있다.

(표면 처리액의 도포 및 건조)

상기 표면 처리액을 열연 강판(10)에 도포하는 방법으로서는, 예를 들어 열연 강판(10)을 표면 처리액 중에 침지시키는 방법 등을 들 수 있다. 이 경우, 열연 강판(10)을 미리 표면 처리액의 온도보다 높게 가온해 두거나, 그렇지 않으면, 건조시에 온풍으로 건조시키는 것이 필요하다. 구체적으로는, 예를 들어 열연 강판(10)을 80℃ 정도의 온수 중에 1분 정도 침지시키고, 이어서 40℃ 내지 60℃ 정도의 온도의 표면 처리액에 1초 정도 침지시킨다. 그 후, 실온에서 2분간 정도 건조시킨다. 이상에 의해, 밀착층(110), 베이스층(120) 및 윤활제층(130)으로 이루어지는 3층 구조의 경사형의 표면 처리 피막(100)을 형성할 수 있다.

(각 층의 막 두께의 제어 방법)

표면 처리 피막(100)을 구성하는 각 층의 막 두께는, 표면 처리액의 도포량, 표면 처리액 중의 각 성분의 농도, 표면 처리액과 소지인 열연 강판(10)의 반응성, 친수성/소수성을 적절하게 제어함으로써, 상술한 바와 같은 막 두께의 범위로 되도록 조정할 수 있다.

(경사형의 피막이 형성되는 이유)

이상과 같이, 수용성 실란 커플링제, 수용성 무기산염, 수용성 내열 수지 및 윤활제를 물에 용해 또는 분산시킨 표면 처리액을 열연 강판(10)에 도포하고, 이어서 건조시킨다. 이에 의해, 경사형의 표면 처리 피막(100)이 형성되는 이유를, 본 발명자는 이하와 같이 추정하고 있다.

우선, 상기한 바와 같이 열연 강판(10)을 미리 표면 처리액의 온도보다 높게 가온해 두면, 열연 강판(10)의 온도가 표면 처리액의 온도보다 높으므로, 표면 처리액이 열연 강판(10) 상에 도포되어 형성된 도막(박막) 내에서는, 고액(固液) 계면의 온도가 높지만, 기액(氣液) 계면의 온도가 낮아진다. 이로 인해, 도막(박막) 내에 온도차가 발생하여, 용매로 되는 물이 휘발하므로, 도막(박막) 내에서 미소한 대류가 일어난다.

또한, 상온의 열연 강판(10)에 상온의 표면 처리액을 도포하여 도막(박막)을 형성하고, 이어서 온풍에 의해 건조시키는 경우에는, 기액 계면의 온도가 높아져, 기액 계면에서 표면 장력이 저하된다. 이것을 완화하기 위해 도막(박막) 내에서 미소한 대류가 일어난다.

상기한 도포·건조 방법 모두, 대류가 일어나는 동시에, 공기와의 친화력이 높은 성분(예를 들어, 윤활제)과, 금속이나 물과의 친화력이 높은 성분(예를 들어, 무기산염이나 내열 수지)으로 분리된다. 그리고 서서히 물이 휘발하여 막 형상으로 되었을 때에는, 각 성분의 농도 구배를 갖는 경사형의 피막이 형성된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서, 실란 커플링제는, 열연 강판(10) 표면의 금속과의 친화력이 높기 때문에, 도막(박막) 내에서 열연 강판(10)의 근방으로 확산된다. 그리고 열연 강판(10)의 근방에 도달한 실란 커플링제는, 열연 강판(10)의 표면에 존재하는 금속 산화물[예를 들어, 열연 강판(10)에 아연 도금이 실시되어 있는 경우는, 산화아연]과의 사이에서 공유 결합을 형성하여, Si-O-M으로 나타내어지는 실라놀 결합이 형성된다고 생각된다. 이와 같이, 열연 강판(10)의 근방에 실라놀 결합이 형성됨으로써, 표면 처리 피막(100)과 열연 강판(10)의 밀착성이 각별히 향상된다. 이로 인해, 시징이나 스커핑의 발생이 방지된다.

이상 설명한 제2 실시 형태에 관한 냉간 단조용 강판은, 간편한 처리 공정으로 이루어지고, 또한 지구 환경 보전의 관점에서도 적합한 방법으로 제조 가능한 동시에, 우수한 윤활성을 갖는다. 따라서, 최근의 환경 대책을 배경으로, 에너지 소비가 많은 열간 단조나 다량의 재료 손실이 발생하는 절삭 가공 등의 형상 변형이 큰 가공 분야로부터 냉간 단조로의 이행이 행해져, 더욱 엄격한 소성 가공이나 복잡한 가공이 요구되는 경우라도, 금형과의 시징이나 스커핑을 발생하는 일 없이, 문제없이 가공할 수 있다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허청구범위에 기재된 기술 요건의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 이들 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 양해된다.

실시예

다음에, 본 실시 형태의 실시예에 대해 설명하지만, 실시예의 조건은, 본 실시 형태의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용된 일 조건예이며, 본 실시 형태는 이 일 조건예에 한정되지 않는다. 본 실시 형태는, 본 실시 형태의 요지를 일탈하지 않고, 본 실시 형태의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있다.

(제1 실시예)

표 1에 나타내는 성분 조성의 50㎏ 강괴를 실험실에서 진공 용해로 용제하고, 제1 실시 형태에 기재된 요건을 만족시키는 조건으로, 판 두께 10㎜의 열연 강판을 제조하였다. 이 열연 강판으로부터, 압연 방향에 평행한 판 두께의 단면부를 채취하였다. 이 단면부를 연마 처리하고, 이어서 나이탈액(질산 5％ 정도를 포함하고, 잔량부가 알코올인 용액)에 침지하여, 펄라이트를 현출시켰다. 이어서, 판 두께 t에 대해 4/10t 내지 6/10t의 범위의 판 두께 중앙부의 조직을 광학 현미경(배율:50배, 100배 및 200배)으로 촬영하였다. 관찰된 조직의 사진을 도 5a 내지 도 5c에 나타낸다.

도 5a 내지 도 5c로부터, 길이 1㎜ 이상의 펄라이트 밴드를 확인할 수 있었다. 도 5b의 배율 100배의 조직 사진에서는, 펄라이트 밴드는 간극 없이 연결되어 있는 것처럼 보인다. 이에 대해 도 5c의 배율 200배의 조직 사진에서는, 펄라이트 밴드 중에는 간극을 확인할 수 있고, 일부 분단되어 있는 것처럼 보인다. 일반적으로 펄라이트 상은, 페라이트 상의 입계에 존재한다. 실시예에서는, 펄라이트 밴드라 함은, 페라이트 상의 입계에 점재하는 펄라이트 상의 집합체라고 규정하였다. 상세하게는, 집합체를 구성하는 각 펄라이트 상의 판 두께 방향의 두께가 5㎛ 이상이고, 이들 펄라이트 상이, 20㎛ 이하의 간격으로, 압연 방향으로 연속되어 형성된 밴드 형상의 집합체이며, 집합체의 압연 방향의 길이가 1㎜ 이상인 것을 펄라이트 밴드라고 규정하였다.

펄라이트 밴드의 면적 백분율은, 이하의 방법에 의해 측정하였다. 배율 100배로 촬영된 조직 사진을 연결하여 1매의 조직 화상으로 하고, 이 조직 화상에 대해, 화상 해석 소프트웨어(미타니 쇼오시 가부시끼가이샤 WinROOF Ver.5.5.0)를 사용하여 화상 해석을 실시하고, 인식된 펄라이트 밴드의 면적 백분율을 산출하였다.

(제2 실시예)

표 2 내지 표 5에 나타내는 성분 조성의 50㎏ 강괴를 실험실에서 진공 용해로 용제하고, 표 6 내지 표 8에 나타내는 조건으로 판 두께 10㎜의 강판을 제조하였다. 또한, 표 6 내지 표 8의 시료의 화학 조성은, 시료 No.의 숫자가 동일한 강 No.의 강괴의 화학 조성과 동일하다.

얻어진 강판으로부터, 조직 관찰용 샘플과 극한 변형능 측정용 환봉 인장 시험편을 채취하였다.

4/10t 내지 6/10t의 범위에 존재하는 길이 1㎜ 이상의 펄라이트 밴드의 면적률을, 제1 실시예에서 규정한 방법에 의해 구하였다.

열연 강판의 중심부에 있어서, 압연 방향을 따라 직경 8㎜의 환봉 인장 시험편을 채취하였다. 마찬가지로 압연 방향에 대해 직각 방향을 따라 직경 8㎜의 환봉 인장 시험편을 채취하였다. 이들 시험편을 사용하여 인장 시험을 행하였다. 파단 후의 파단부의 면적을 구하여, 시험 후의 시험편의 단면 수축률로부터 극한 변형능의 식에 따라서, 극한 변형능을 구하였다. 압연 방향의 극한 변형능을 φL이라 하고, 압연 방향에 대해 직각 방향의 극한 변형을 φc라 하여, 그 비(φc/φL)를 구하였다. 얻어진 펄라이트 밴드의 면적률 및 극한 변형능비를 표 9, 표 10에 나타냈다.

또한, 표 중의 밑줄의 수치는, 본 실시 형태에 규정된 요건을 만족시키고 있지 않은 것을 의미한다.

(제3 실시예)

표 11, 표 12에 나타내는 성분 조성의 50㎏ 강괴를 실험실에서 진공 용해로 용제하고, 표 13 내지 표 15에 나타내는 조건으로 판 두께 10㎜의 강판을 제조하였다. 또한, 표 13 내지 표 15의 시료의 화학 조성은, 시료 No.의 숫자가 동일한 강No.의 강괴의 화학 조성과 동일하다.

제2 실시예와 마찬가지의 방법에 의해, 펄라이트 밴드의 면적률 및 극한 변형능비를 측정하였다. 얻어진 결과를 표 16, 표 17에 나타낸다.

표 2 내지 표 17에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 성분 범위 및 제조 조건을 만족시키는 강판에서는, 극한 변형능의 이방성(극한 변형비)이 0.9 이상의 양호한 값을 나타냈다. 판 단조 프레스시의 특정 방향의 균열 발생 방지에 유효한 가공성의 지표인 변형능(가공성)의 이방성이 작다고 하는 결과가 얻어졌다. 이에 대해, 성분이 본 실시 형태의 범위를 벗어나거나, 성분이 본 실시 형태의 범위 내라도, 제조 조건이 본 실시 형태를 만족시키지 않은 강판에서는, 극한 변형능비가 0.9 미만으로, 변형능(가공성)의 이방성이 크다.

(제4 실시예)

(표면 처리액의 조제)

우선, 하기하는 표 18, 표 19에 나타내는 성분을 함유하는 표면 처리액(약제) a 내지 s를 조제하였다. 또한, 표 18, 표 19 중에 있어서, 무기 화합물로서 질산아연과, 산으로서 인산을 함유하는 경우, 무기산염으로서 인산아연이 표면 처리액 중에 존재하고 있는 것이 된다. 인산아연은 물에 극히 녹기 어렵지만, 산에는 용해된다. 이로 인해, 물에 가용성인 질산아연과 인산을 첨가함으로써, 인산 아연을 생성시켜, 표면 처리액 중에 존재시키도록 하고 있다.

(냉간 단조용 강판의 제조)

다음에, 상기한 바와 같이 하여 조제된 표면 처리액 a 내지 s를 사용하여, 이하의 방법에 의해, 경사형의 3층 구조의 표면 처리 피막이 열연 강판(소재, 강판 본체부)의 양면에 형성된 냉간 단조용 강판(No.3-1 내지 3-29)을 제조하였다(하기 표 21을 참조).

우선, 표 20에 나타내는 성분의 강을 통상의 전로-진공 탈가스 처리에 의해 용제하고, 강편으로 하였다. 이어서, 제1 실시 형태의 조건으로 열간 압연, 냉각 및 권취를 행하여, 열연 강판(판 두께 0.8㎜)을 얻었다.

열연 강판 상에 표면 처리액 a 내지 s를 도장 #3 바에 의해 도포하여 도막을 형성하고, 이어서 도막을 건조시켰다. 여기서, 도장 #3 바라 함은, 권취선의 직경이 3밀인 바코터이다(1밀＝25㎛). 건조는, 300℃의 열풍 건조로 중에서 도달 판 온도가 150℃로 되는 조건으로 행하였다. 건조 후, 공냉하여 냉간 단조용 강판을 얻었다.

각 층의 두께(막 두께)는, 표면 처리액의 농도의 조정(희석)이나, 도막의 형성으로부터 건조까지의 시간의 조정에 의해 제어하였다.

(막 두께의 측정)

이 실시예에서는, 고주파 GDS를 사용하여 막 두께의 측정을 행하였다. 상세하게는, 표면 처리 피막의 최표면으로부터, 고주파 GDS의 측정 차트에 있어서, 윤활제의 대표 원소(Mo, C 등)의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분의 깊이(막 두께 방향의 위치)까지를, 윤활제층의 두께로 하였다. 또한, 표면 처리 피막과 열연 강판의 계면으로부터, 고주파 GDS의 측정 차트에 있어서, 실라놀 결합에 기인하는 성분의 대표 원소(Si)의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분까지의 깊이(막 두께 방향의 위치)까지를, 밀착층의 두께로 하였다. 또한, 윤활제의 대표 원소(Mo)의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분으로부터, 실라놀 결합에 기인하는 성분의 대표 원소(Si)의 피크 강도의 최대값의 1/2의 피크 강도를 갖는 부분까지를, 베이스층의 두께로 하였다. 또한, 윤활제층(윤활제 성분)과 베이스층(무기산염 성분)의 대표 원소 및 베이스층(무기산염 성분)과 밀착층(실라놀 결합에 기인하는 성분)의 구성 원소가 동일한 경우에는, 다른 원소에 대해 측정하였다.

단, 윤활제로서 그래파이트를 사용한 경우에는, 무기산염의 대표 원소(P, Si, Mo, W)의 피크 강도를 사용하여 윤활제층 및 베이스층의 두께를 구하였다.

(평가 방법 및 평가 기준)

본 실시예에서는, 하기에 나타내는 평가 방법 및 평가 기준에 의해, 냉간 단조용 강판의 피막 밀착성 및 가공성을 평가하였다.

<피막 밀착성의 평가>

피막 밀착성의 평가는, 평비드 금형을 사용한 인발 미끄럼 이동 시험에 의해 행하였다. 크기가 30×200㎜이고, 에지의 전단 버어가 제거된 것을 시험편으로서 사용하였다. 미끄럼 이동 전의 시험편에 대해, 형광 X선 분석 장치를 사용하여, 피막의 구성 주 원소의 형광 X선 강도를 측정하였다.

평비드 금형으로서, 길이 40㎜, 폭 60㎜, 두께 30㎜이고, 재질이 SKD11, 표면이 #1000의 에머리 페이퍼로 연마된 것을 1세트 준비하였다. 다음에, 시험편을 상기 금형 사이에 끼워 넣고, 에어 실린더로 1000㎏으로 압박하고, 인장 시험기로 샘플을 인발하였다. 인발 후의 시험편에 대해, 다시 형광 X선 분석 장치를 사용하여, 상술한 바와 같은 원소의 형광 X선 강도를 측정하였다. 그리고 잔존율(시험 후의 강도/시험 전의 강도)×100[％]를 산출하였다.

피막 밀착성의 평가 기준으로서는, 잔존율이 70％ 미만인 경우를 C(Bad)라 평가하고, 잔존율이 70％ 이상 90％ 미만인 경우를 B(Good)라 평가하고, 잔존율이 90％ 이상인 경우를 A(Excellent)라 평가하였다.

<가공성의 평가>

가공성의 평가는, 스파이크 시험 방법에 의해 실시하였다. 스파이크 시험은, 도 7a에 나타내는 바와 같이, 로트 형상의 내면 형상을 갖는 다이(3) 상에 원기둥 형상의 스파이크 시험편(2)을 얹는다. 이어서, 플레이트(4)를 개재하고 하중을 가하여 스파이크 시험편(2)을 다이(3) 내에 밀어 넣는다. 이에 의해, 도 7b에 나타내는 바와 같이, 가공 후의 스파이크 시험편(2)의 형상으로 성형한다. 이와 같이 하여 다이 형상에 따라서 스파이크를 형성하고, 이때의 스파이크 높이(㎜)에 의해 윤활성을 평가하였다. 따라서, 스파이크 높이가 높은 쪽이, 윤활성이 우수하다는 평가가 된다.

가공성의 평가 기준은, 이 스파이크 높이로 평가하였다. 종래의 화성 반응/금속 비누 처리에 의해 제작된 샘플의 스파이크 높이는 12.5㎜ 이상 13.5㎜ 이하이다. 따라서, 스파이크 높이가 12.5㎜ 미만인 경우를 C(Bad)라 평가하고, 스파이크 높이가 12.5㎜ 이상 13.5㎜ 이하인 경우를 B(Good)라 평가하고, 스파이크 높이가 13.5㎜ 초과인 경우를 A(Excellent)라 평가하였다.

이상과 같이 하여 얻어진 각 층의 막 두께의 측정 결과와, 피막 밀착성 및 가공성의 평가 결과를 표 21에 나타낸다.

또한, 베이스층 중의 내열 수지의 함유량에 대한 무기산염의 함유량은, 표면 처리액 중의 내열 수지의 함유량에 대한 무기산염의 함유량과 거의 동일해졌다.

상기 표 21에 나타내는 바와 같이, 제2 실시 형태의 발명예(No.3-1 내지 3-19)는, 모두 피막 밀착성 및 가공성이 우수하였다. 한편, 밀착층의 두께가 제2 실시 형태의 범위를 벗어나는 비교예(No.3-24, 3-25)는, 피막 밀착성 및 가공성이 떨어져 있었다. 또한, 제2 실시 형태에서 규정된 요건 중, 어느 하나를 만족시키지 않는 비교예(No.3-20 내지 3-29)는 모두, 가공성(윤활성)이 떨어져 있었다.

본 발명의 일 형태에 따르면, 냉간에서의 단조 프레스 가공시의 극한 변형능의 이방성(극한 변형비)이 0.9 이상으로 가공성의 이방성이 작아, 단조 프레스 가공시의 균열을 방지할 수 있는 냉간 단조용 강판(열연 강판)을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 형태에 관한 표면 처리 피막을 더 구비함으로써, 우수한 윤활성, 시징ㆍ스커핑 방지 성능을 실현할 수 있다. 따라서, 판 단조 프레스라 일컬어지는 냉간 성형에 있어서의 가공성을 개선할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 형태에 관한 냉간 단조용 강판을 재료로서 사용함으로써, 종래, 열간 단조 등에 의해 제조되고 있었던 엔진이나 트랜스미션용 부품을 판 단조 프레스에 의해 제조할 수 있다. 이와 같이 본 발명의 일 형태에 관한 냉간 단조용 강판은, 판 단조 프레스용의 재료로서 널리 이용 가능하다.

Claims

열연 강판을 구비하고,
상기 열연 강판은, 질량％로,
C:0.13 내지 0.20％,
Si:0.01 내지 0.8％,
Mn:0.1 내지 2.5％,
P:0.003 내지 0.030％,
S:0.0001 내지 0.008％,
Al:0.01 내지 0.07％,
N:0.0001 내지 0.02％ 및
O:0.0001 내지 0.0030％를 함유하고,
잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
하기 수학식 1로 나타내어지는 A값이 0.0080 이하이고,
상기 열연 강판의 두께가 2㎜ 이상, 25㎜ 이하이고,
상기 열연 강판의 압연 방향에 평행한 판 두께의 단면 중, 판 두께를 t로 하였을 때에 4/10t 내지 6/10t의 범위의 단면에 있어서, 길이 1㎜ 이상의 펄라이트 밴드의 면적 백분율이, 하기 수학식 2로 나타내어지는 K값 이하인 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판.
[수학식 1]

[수학식 2]

[여기서, O％, S％, Al％, C% 및 Mn%는, 각각 상기 열연 강판에 함유되는 O, S, Al, C 및 Mn의 단위가 질량%의 함유량을 나타냄]
제1항에 있어서, 상기 열연 강판은, 질량％로,
Nb:0.001 내지 0.1％,
Ti:0.001 내지 0.05％,
V:0.001 내지 0.05％,
Ta:0.01 내지 0.5％ 및
W:0.01 내지 0.5％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판.
제1항에 있어서, 상기 열연 강판은, 질량％로,
Cr:0.01 내지 2.0％를 더 함유하고,
상기 길이 1㎜ 이상의 펄라이트 밴드의 면적 백분율이, 하기 수학식 3으로 나타내어지는 K'값 이하인 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판.
[수학식 3]

[여기서, C%, Mn% 및 Cr%는, 각각 상기 열연 강판에 함유되는 C, Mn 및 Cr의 단위가 질량%의 함유량을 나타냄]
제1항에 있어서, 상기 열연 강판은, 질량％로,
Ni:0.01 내지 1.0％,
Cu:0.01 내지 1.0％,
Mo:0.005 내지 0.5％ 및
B:0.0005 내지 0.01％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판.
제1항에 있어서, 상기 열연 강판은, 질량％로,
Mg:0.0005 내지 0.003％,
Ca:0.0005 내지 0.003％,
Y:0.001 내지 0.03％,
Zr:0.001 내지 0.03％,
La:0.001 내지 0.03％ 및
Ce:0.001 내지 0.03％로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판.
제1항에 있어서, 상기 열연 강판의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 설치되고, Si-O-X(X는, 상기 열연 강판의 구성 성분인 금속)로 나타내어지는 실라놀 결합에 기인하는 성분, 내열 수지, 무기산염 및 윤활제를 포함하는 표면 처리 피막을 더 구비하고,
상기 표면 처리 피막은, 상기 실라놀 결합에 기인하는 성분, 상기 내열 수지, 상기 무기산염 및 상기 윤활제가 막 두께 방향으로 농도 구배를 가짐으로써, 상기 표면 처리 피막과 상기 열연 강판의 계면측으로부터 차례로, 밀착층과 베이스층과 윤활제층의 3층으로 식별 가능한 경사형의 3층 구조를 갖고,
상기 밀착층은, 상기 실라놀 결합에 기인하는 성분을 상기 3층 중에서 가장 많이 포함하고, 0.1㎚ 이상 100㎚ 이하의 두께를 갖는 층이고,
상기 베이스층은, 상기 내열 수지 및 상기 무기산염을 상기 3층 중에서 가장 많이 포함하고, 또한 상기 무기산염의 함유량이, 상기 내열 수지 100질량부에 대해 1질량부 이상 100질량부 이하이고, 0.1㎛ 이상 15㎛ 이하의 두께를 갖는 층이고,
상기 윤활제층은, 상기 윤활제를 상기 3층 중에서 가장 많이 포함하고, 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 두께를 갖는 층이고,
상기 베이스층의 두께에 대한 상기 윤활제층의 두께의 비는, 0.2 이상 10 이하인 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판.
제6항에 있어서, 상기 무기산염은, 인산염, 붕산염, 규산염, 몰리브덴산염 및 텅스텐산염으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 화합물인 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판.
제6항에 있어서, 상기 내열 수지는, 폴리이미드 수지인 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판.
제6항에 있어서, 상기 윤활제는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐, 산화아연 및 그래파이트로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판.
강편을 1150 내지 1300℃로 가열하는 공정과,
상기 가열된 강편을 1020℃ 이상에서 조압연하여 조바로 하는 공정과,
상기 조바를, 마무리 온도가 Ae₃ 이상인 조건으로 마무리 압연하여 압연재로 하는 공정과,
상기 마무리 압연 후에, 상기 압연재를 1초 이상, 10초 이하 동안 공냉하는 공정과,
상기 공냉 후에, 10 내지 70℃/s의 냉각 속도로 권취 온도까지 상기 압연재를 냉각하는 공정과,
상기 냉각된 압연재를 400 내지 580℃의 권취 온도로 권취하여, 열연 강판으로 하는 공정을 구비하고,
상기 강편은, 질량％로, C:0.13 내지 0.20％, Si:0.01 내지 0.8％, Mn:0.1 내지 2.5％, P:0.003 내지 0.030％, S:0.0001 내지 0.006％, Al:0.01 내지 0.07％, N:0.0001 내지 0.02％ 및 O:0.0001 내지 0.0030％를 함유하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 하기 수학식 1로 나타내어지는 A값이 0.0080 이하이고,
상기 조압연은, 제1 압연과, 상기 제1 압연의 종료로부터 30초 이상 경과한 후에 행하는 제2 압연을 갖고,
상기 제1 압연은, 온도가 1020℃ 이상이고, 또한 압하율의 합계가 50％ 이상인 조건으로 행해지고,
상기 제2 압연은, 온도가 1020℃ 이상이고, 또한 압하율의 합계가 15 내지 30％인 조건으로 행해지고,
상기 Ae₃는, 하기 수학식 4에 의해 산출되는 값이며, 상기 Ae₃의 단위는 ℃인 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판의 제조 방법.
[수학식 1]

[수학식 4]

[여기서, O％, S％, Al％, C％, Si％, Mn%, P%, Cr% 및 Ni％는, 각각 열연 강판에 함유되는 O, S, Al, C, Si, Mn, P, Cr 및 Ni의 단위가 질량％의 함유량을 나타냄]
제10항에 있어서, 수용성 실란 커플링제, 수용성 무기산염, 수용성 내열 수지 및 윤활제를 포함하는 수계의 표면 처리액을 상기 열연 강판의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 도포하여 도막을 형성하는 공정과,
상기 도막을 건조시킴으로써, 상기 열연 강판의 주면 중 어느 한쪽 또는 양쪽에 표면 처리 피막을 형성하는 공정을 더 구비하는 것을 특징으로 하는, 냉간 단조용 강판의 제조 방법.