KR101678511B1

KR101678511B1 - 열간 프레스용 강판, 그의 제조 방법 및, 그것을 이용한 열간 프레스 부재의 제조 방법

Info

Publication number: KR101678511B1
Application number: KR1020147024895A
Authority: KR
Inventors: 타츠야 미요시; 세이지 나카지마; 사토루 안도
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2016-11-22
Also published as: KR20140128409A; CN104136650B; US20150027596A1; JPWO2013132816A1; US10253386B2; TW201348512A; EP2808417A4; EP2808417B1; JP5861766B2; TWI555879B; EP2808417A1; WO2013132816A1; CN104136650A

Abstract

도료 밀착성, 천공 내식성, 이음매 내식성이 우수한 열간 프레스 부재를 확실하게 얻을 수 있는 열간 프레스용 강판, 그의 제조 방법 및, 그것을 이용한 열간 프레스 부재의 제조 방법을 제공한다. 강판 표면의 평균 페라이트 입경이 20㎛ 이하인 강판 상에, 부착량이 10∼90g/㎡인 Zn계 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.

Description

열간 프레스용 강판, 그의 제조 방법 및, 그것을 이용한 열간 프레스 부재의 제조 방법{STEEL SHEET　FOR HOT PRESS-FORMING, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND METHOD FOR PRODUCING HOT PRESS-FORMED PARTS USING THE SAME}

본 발명은, 자동차의 하부 부재나 차체 구조 부재 등을 열간 프레스로 제조하는 데에 적합한 열간 프레스용 강판, 그의 제조 방법 및, 그것을 이용한 열간 프레스 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터, 자동차의 하부 부재나 차체 구조 부재 등의 대부분은, 소정의 강도를 갖는 강판을 프레스 가공하여 제조되고 있다. 최근, 지구 환경의 보전이라는 관점에서, 자동차 차체의 경량화가 열망되고, 사용하는 강판을 고강도화하여, 그 판두께를 저감하는 노력이 계속되고 있다. 그러나, 강판의 고강도화에 수반하여 그 프레스 가공성이 저하되기 때문에, 강판을 소망하는 부재 형상으로 가공하는 것이 곤란해지는 경우가 많아지고 있다.

그 때문에, 특허문헌 1에는, 다이(die)와 펀치(punch)로 이루어지는 금형을 이용하여 가열된 강판을 가공함과 동시에 급랭함으로써 가공의 용이화와 고강도화의 양립을 가능하게 한 열간 프레스로 불리는 가공 기술이 제안되고 있다. 그러나, 이 열간 프레스에서는, 열간 프레스 전에 강판을 950℃ 전후의 높은 온도로 가열하기 때문에, 강판 표면에는 스케일(scales; 철산화물)이 생성되고, 그 스케일이 열간 프레스시에 박리되어, 금형을 손상시키거나, 또는 열간 프레스 후의 부재 표면을 손상시킨다는 문제가 있다. 또한, 부재 표면에 남은 스케일은, 외관 불량이나 도장 밀착성의 저하의 원인이 되기도 한다. 이 때문에, 통상은 산세정(pickling)이나 쇼트 블라스트(shot blasting) 등의 처리를 행하여 부재 표면의 스케일은 제거되지만, 이것은 제조 공정을 복잡하게 하고, 생산성의 저하를 초래한다. 또한, 자동차의 하부 부재나 차체 구조 부재 등에는 우수한 내식성도 필요시되지만, 전술한 바와 같은 공정에 의해 제조된 열간 프레스 부재에서는 도금층 등의 방청 피막이 형성되어 있지 않기 때문에, 내식성이 매우 불충분하다.

이러한 점에서, 열간 프레스 전의 가열시에 스케일의 생성을 억제함과 함께, 열간 프레스 후의 부재의 내식성을 향상시키는 것이 가능한 열간 프레스 기술이 요망되고, 표면에 도금층 등의 피막을 형성한 강판이나 그것을 이용한 열간 프레스 방법이 제안되고 있다. 예를 들면, 특허문헌 2에는, Zn 또는 Zn 베이스 합금으로 피복된 강판을 열간 프레스하고, Zn-Fe 베이스 화합물 또는 Zn-Fe-Al 베이스 화합물을 표면에 형성한 내식성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조 방법이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, 합금화 용융 Zn 도금 강판을 700∼1000℃에서 2∼20분 가열하고 나서 열간 프레스를 행하고, Fe-Zn 고용상(solid solution phase)을 포함하는 도금층을 표면에 형성한 가공성, 용접성, 내식성이 우수한 열간 프레스 성형품(부재)이 개시되어 있다.

영국특허공보 제1490535호 일본특허공보 제3663145호 일본특허공보 제4039548호

그러나, 특허문헌 2에 기재된 방법으로 제조된 열간 프레스 부재나 특허문헌 3에 기재된 열간 프레스 부재에서는, 도료 밀착성이 저하되거나, 화성 처리 피막(chemical conversion film)이나 전착 도막(electrodeposited film)이 붙어있지 않은 부위에서 일어나기 쉬운 천공 부식에 대한 내식성(이후, 천공 내식성(perforation corrosion resistance)이라고 부름)이나, 강판의 중첩부의 내식성(이후, 이음매 내식성(joint corrosion resistance)이라고 부름)이 저하되는 경우가 있다.

본 발명은, 도료 밀착성, 천공 내식성, 이음매 내식성이 우수한 열간 프레스 부재가 높은 확률로 얻어지는 열간 프레스용 강판, 그의 제조 방법 및, 당해 제조 방법을 이용한 열간 프레스 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기의 목적으로 하는 열간 프레스용 강판에 대해서 예의 검토를 행한 결과, 이하의 인식을 얻었다.

ⅰ) 특허문헌 2나 3에 기재된 열간 프레스 부재에 있어서의 도료 밀착성, 천공 내식성, 이음매 내식성의 저하의 원인은, 열간 프레스 전의 가열시에 생성되는 ZnO와 강판이나 Zn계 도금층과의 계면에 공극(voids)이 형성되기 때문이다.

ⅱ) 이 공극의 생성을 억제하려면, 도금층의 하지(base) 강판 표면의 평균 페라이트 입경(grain diameter)을 20㎛ 이하로 하는 것이 효과적이다.

본 발명은, 이러한 인식에 기초하여 이루어진 것으로, 강판 표면의 평균 페라이트 입경이 20㎛ 이하인 강판 상에, 부착량이 10∼90g/㎡인 Zn계 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판을 제공한다.

본 발명의 열간 프레스용 강판에서는, Zn계 도금층이 10∼25질량％인 Ni를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층인 것이 바람직하다.

본 발명의 열간 프레스용 강판에서는, Zn계 도금층 중에 포함되는 η상의 양이 5질량％ 이하, 더욱 바람직하게는 2질량％ 이하인 것이 바람직하다.

또한, Zn계 도금층의 하지 강판으로서는, 질량％로, C: 0.15∼0.5％, Si: 0.05∼2.0％, Mn: 0.5∼3％, P: 0.1％ 이하, S: 0.05％ 이하, Al: 0.1％ 이하, N: 0.01％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 강판을 이용할 수 있다.

이 하지 강판에는, 추가로, 질량％로, Cr: 0.01∼1％, Ti: 0.2％ 이하, B: 0.0005∼0.08％ 중으로부터 선택된 적어도 1종이나 Sb: 0.003∼0.03％가, 개별적으로 혹은 동시에 함유되는 것이 바람직하다.

본 발명의 열간 프레스용 강판은, 상기의 성분 조성을 갖는 강판을, 760∼840℃의 열처리 후, 부착량이 10∼90g/㎡인 Zn계 도금층을 형성함으로써 제조할 수 있다.

본 발명은, 또한, 상기와 같은 열간 프레스용 강판을, Ac₃ 변태점(transformation point)∼1000℃의 온도 범위로 가열 후, 열간 프레스하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 부재의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 의해, 도료 밀착성, 천공 내식성, 이음매 내식성이 우수한 열간 프레스 부재가 높은 확률로 얻어지는 열간 프레스용 강판을 제조할 수 있게 되었다. 본 발명인 열간 프레스용 강판을 이용하여, 본 발명인 열간 프레스 부재의 제조 방법으로 제조한 열간 프레스 부재는, 외관도 양호하고, 자동차의 하부 부재나 차체 구조 부재에 적합하다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

1) 열간 프레스용 강판

1-1) Zn계 도금층

본 발명에서는, 열간 프레스 전의 가열시에 스케일의 생성을 억제하기 위해, 강판 표면에 부착량이 10∼90g/㎡인 Zn계 도금층을 형성한다. 여기에서, 도금층의 부착량(강판의 한쪽 면당)을 10∼90g/㎡로 한 것은, 10g/㎡ 미만에서는 Zn의 희생 방식 효과(sacrificial anticorrosion effect)가 충분히 발휘되지 않고, 90g/㎡를 초과하면 그 효과가 포화하여, 비용 상승을 초래하기 때문이다.

Zn계 도금층으로서는, 순 Zn의 도금층(예를 들면, 전기 Zn 도금 라인이나 용융 Zn 도금 라인으로 형성되는 도금층) 외에, Zn-Ni 합금 도금층, Zn-Fe 합금 도금층(용융 Zn 도금 라인으로 합금화 처리가 행해진 도금층), Zn-Cr 합금 도금층, Zn-Mn 합금 도금층, Zn-Co 합금 도금층, Zn-Cr-Ni 합금 도금층, Zn-Cr-Fe 합금 도금층, Zn-Cr-Co 합금 도금층, Zn-Al 합금 도금층(예를 들면, Zn-5％Al 도금층이나 Zn-55％Al 도금층), Zn-Mg 합금 도금층, Zn-Al-Mg 합금 도금층(예를 들면, Zn-6％Al-3％Mg 도금층이나 Zn-11％Al-3％Mg 도금층) 등을 들 수 있다. 또한, 이러한 Zn계 도금층에는, 금속 산화물이나 폴리머 등을 분산시킨 Zn계 복합 도금층(예를 들면, Zn-SiO₂ 분산 도금층)도 적용 가능하고, 이러한 Zn계 도금층을 복수 적층한 도금층으로 할 수도 있다.

특히, Ni 함유율이 10∼25질량％인 Zn-Ni 합금 도금층으로 하는 것이 바람직하다. 이것은, 이 Zn-Ni 합금계에서는 Ni₂Zn₁₁, NiZn₃, Ni₅Zn₂₁ 중 어느 결정 구조를 갖는 융점이 881℃로 높은 γ상이 형성되기 때문에, 열간 프레스 전의 가열시에 있어서의 스케일이나 ZnO의 생성 반응을 최소한으로 억제할 수 있기 때문이다. 또한 융점이 높기 때문에, 열간 프레스시에 페라이트립(ferrite grain) 내로의 도금 성분의 확산 속도가 억제되고, 도금층의 감소가 작아지는 점에서 내식성의 열화(deterioration)가 적어진다. 또한, 가열시에는 Zn-Fe 금속 화합물이 형성되지 않기 때문에, 크랙의 발생에 수반되는 스케일의 생성도 억제된다. 또한, 열간 프레스 완료 후에도, 도금층은 γ상으로서 잔존하기 때문에, Zn의 희생 방식 효과에 의해 우수한 내식성을 발휘한다. 또한, Ni 함유율이 10∼25질량％에 있어서의 γ상의 형성은, Ni-Zn 합금의 평형 상태도와는 반드시 일치하지 않는다. 이것은, 전기 도금법 등에서 행해지는 도금층의 형성 반응이 비(非)평형으로 진행되기 때문이라고 생각할 수 있다. Ni₂Zn₁₁, NiZn₃, Ni₅Zn₂₁의 γ상은, X선 회절법이나 TEM(Transmission Electron Microscopy)을 이용한 전자선 회절법에 의해 확인할 수 있다. 또한, 도금층의 Ni 함유율을 10∼25질량％로 함으로써 전술하는 바와 같이 γ상이 형성된다. 단, 전기 도금의 조건 등에 따라서는 γ상에 더하여 다소의 η상이 혼재되는 경우가 있다. 이때, 가열시에 있어서의 ZnO의 생성 반응을 최소한으로 억제하기 위해, η상의 양은 5질량％ 이하인 것이 바람직하다. 또한 바람직하게는 η상의 양을 2질량％ 이하로 하는 것이다. 2질량％ 이하에서는 상기 ZnO의 생성을 억제함과 함께, 열간 프레스시에 금형으로의 도금의 부착을 억제할 수 있고, 연속 프레스시의 재료로의 재부착이나 금형 손질(maintenance)의 삭감을 실현할 수 있기 때문이다. η상의 양은, 도금층의 전체 중량에 대한 η상의 중량비로 정의되고, 예를 들면 애노드 용해법(anodic dissolution method) 등에 의해 정량할 수 있다.

이러한 도금층의 형성 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 도금층의 형성 방법은, 공지의 전해법(electrolytic method; 수용액 중이나 비수용액 중에서의 전해), 용융법(hot dip method), 기상법(gas phase method) 등을 적용할 수 있다.

1-2) 하지 강판의 성분 조성

980㎫ 이상의 강도를 갖는 열간 프레스 부재를 얻으려면, 도금층의 하지 강판으로서, 예를 들면, 질량％로, C: 0.15∼0.5％, Si: 0.05∼2.0％, Mn: 0.5∼3％, P: 0.1％ 이하, S: 0.05％ 이하, Al: 0.1％ 이하, N: 0.01％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 열연 강판이나 냉연 강판을 이용할 수 있다. 각 성분 원소의 한정 이유를, 이하에 설명한다. 여기에서, 성분의 함유량을 나타내는 「％」는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미한다.

C: 0.15∼0.5％

C는, 강의 강도를 향상시키는 원소로서, 열간 프레스 부재의 TS를 980㎫ 이상으로 하려면, 그 양을 0.15％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, C량이 0.5％를 초과하면, 소재의 강판의 블랭킹 가공성(blanking workability)이 현저하게 저하된다. 따라서, C량은 0.15∼0.5％로 한다.

Si: 0.05∼2.0％

Si는, C와 동일하게, 강의 강도를 향상시키는 원소로서, 열간 프레스 부재의 TS를 980㎫ 이상으로 하려면, 그 양을 0.05％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Si량이 2.0％를 초과하면, 열간 압연시에 적 스케일(red scale)로 불리는 표면 결함의 발생이 현저하게 증대함과 함께, 압연 하중이 증대하거나, 열연 강판의 연성(ductility)의 열화를 초래한다. 또한, Si량이 2.0％를 초과하면, Zn이나 Al을 주체로 한 도금 피막을 강판 표면에 형성하는 도금 처리를 행할 때에, 도금 처리성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, Si량은 0.05∼2.0％로 한다.

Mn: 0.5∼3％

Mn은, 페라이트 변태(ferrite transformation)를 억제하여 담금질성(hardenability)을 향상시키는 데에 효과적인 원소이고, 또한, Ac₃ 변태점을 저하시키기 때문에, 열간 프레스 전의 가열 온도를 저하하는 것에도 유효한 원소이다. 이러한 효과의 발현을 위해서는, 그 양을 0.5％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Mn량이 3％를 초과하면, 편석하여 소재의 강판 및 열간 프레스 부재의 특성의 균일성이 저하된다. 따라서, Mn량은 0.5∼3％로 한다.

P: 0.1％ 이하

P량이 0.1％를 초과하면, 편석하여 소재의 강판 및 열간 프레스 부재의 특성의 균일성이 저하됨과 함께, 인성(toughness)도 현저하게 저하된다. 따라서, P량은 0.1％ 이하로 한다.

S: 0.05％ 이하

S량이 0.05％를 초과하면, 열간 프레스 부재의 인성이 저하된다. 따라서, S량은 0.05％ 이하로 한다.

Al: 0.1％ 이하

Al량이 0.1％를 초과하면, 소재의 강판의 블랭킹 가공성이나 담금질성을 저하시킨다. 따라서, Al량은 0.1％ 이하로 한다.

N: 0.01％ 이하

N량이 0.01％를 초과하면, 열간 압연시나 열간 프레스 전의 가열시에 AlN의 질화물을 형성하고, 소재의 강판의 블랭킹 가공성이나 담금질성을 저하시킨다. 따라서, N량은 0.01％ 이하로 한다.

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 이하의 이유에 의해, 잔부에는, Cr: 0.01∼1％, Ti: 0.2％ 이하, B: 0.0005∼0.08％ 중으로부터 선택된 적어도 1종이나, Sb: 0.003∼0.03％가, 개별적으로 혹은 동시에 함유되는 것이 바람직하다.

Cr: 0.01∼1％

Cr은, 강을 강화함과 함께, 담금질성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 이러한 효과의 발현을 위해서는, Cr량을 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cr량이 1％ 이하이면, 현저한 고비용을 초래하는 경우가 없기 때문에, 그 상한은 1％로 하는 것이 바람직하다.

Ti: 0.2％ 이하

Ti는, 강을 강화함과 함께, 세립화에 의해 인성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 또한, 다음에 서술하는 B보다도 우선하여 질화물을 형성하고, 고용 B에 의한 담금질성의 향상 효과를 발휘시키는 데에 유효한 원소이기도 하다. 이러한 효과의 발현을 위해서는, Ti량을 0.02％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ti량이 0.2％ 이하이면, 열간 압연시의 압연 하중이 극단적으로 증대하는 일이 없고, 또한, 열간 프레스 부재의 인성이 저하되지 않기 때문에, 그 상한은 0.2％로 하는 것이 바람직하다.

B: 0.0005∼0.08％

B는, 열간 프레스시의 담금질성이나 열간 프레스 후의 인성 향상에 유효한 원소이다. 이러한 효과의 발현을 위해서는, B량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, B량이 0.08％ 이하이면, 열간 압연시의 압연 하중이 극단적으로 증대하지 않고, 또한, 열간 압연 후에 마르텐사이트상(martensite phase)이나 베이나이트상(bainite phase)이 발생하는 일이 없고 강판의 균열 등이 발생하지 않기 때문에, 그 상한은 0.08％로 하는 것이 바람직하다.

Sb: 0.003∼0.03％

Sb는, 열간 프레스 전에 강판을 가열하고 나서 열간 프레스의 일련의 처리에 의해 강판을 냉각할 때까지의 사이에 강판 표층부에 발생하는 탈탄층(decarburized layer)을 억제하는 효과를 갖는다. 이러한 효과의 발현을 위해서는 그 양을 0.003％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Sb량이 0.03％ 이하이면, 압연 하중의 증대를 초래하는 일이 없고, 생산성을 저하시키는 일이 없다. 따라서, Sb량은 0.003∼0.03％로 하는 것이 바람직하다.

1-3) 하지 강판의 조직

전술한 바와 같이, 표면에 Zn계 도금층을 형성한 열간 프레스 부재에 있어서의 도료 밀착성, 천공 내식성, 이음매 내식성의 저하의 원인은, 열간 프레스 전의 가열시에 생성되는 ZnO와 강판이나 Zn계 도금층과의 계면에 공극이 형성되기 때문이다. 이 공극의 생성을 억제하려면, 하지 강판 표면의 평균 페라이트 입경을 20㎛ 이하로 하는 것이 효과적이다. 이것은, 페라이트 입경을 20㎛ 이하로 하면 가열시에 도금층 성분의 페라이트립 내로의 확산이 입 내 전역에 발생하여, 도금층의 잔존이 대체로 균일하게 적어진다. 그 결과, 도금 표층에 형성되는 ZnO와 강판이나 도금층과의 사이에 공극이 적어진다고 생각할 수 있다. 또한, 평균 페라이트 입경은, 다음과 같이 하여 구한다. 강판의 판두께 방향의 단면으로서, 압연 방향에 직각인 방향의 단면의 연마 시료를 제작하고, 현미경 관찰에 의해 강판 표면부의 사진을 400배로 촬영한다. 이 화상으로부터, JIS G 0552의 절단법에 준거하여, 강판 표면 근방의, 강판 판두께 방향에 직각인 방향의 임의의 직선에 있어서의 페라이트 입자수를 화상 처리에 의해 산출하여, 평균값을 구한다.

한편, 평균 페라이트 입경이 20㎛를 초과하면, 도금층 성분의 페라이트립 내로의 확산이 진행되지 않고, 페라이트립과 도금층이 접하는 표면 근방만으로 확산이 멈춘다. 그렇게 되면, 잔존한 도금층이 가열 온도에 의해 용융하고 응집함으로써, 잔존하는 도금층이 불균일한 상태가 된다. 이 결과, 도금 표층에 형성되는 ZnO도 불균일한 상태가 되어, 당해 ZnO와 강판이나 도금층의 사이의 공극이 증대하기 때문에 바람직하지 않다.

또한, 도금층과 하지 강판과의 계면이 되는 강판 표면의 페라이트 입경을 20㎛ 이하로 함으로써, 융점이 높은 Zn-Ni 합금 도금(10∼25질량％의 Ni를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어짐)을 조합함으로써, 열간 프레스시의 고온 환경에서 발생하는 도금층의 용융에 수반되는 ZnO 생성을 억제하고 도금층의 잔존을 높이는 효과가 특히 증대한다. 또한, 페라이트립 내로의 도금 성분의 확산을 대체로 균일화할 수 있는 효과도 증대한다. 이점으로부터, 도금층과 하지 강판과의 계면이 되는 강판 표면의 페라이트 입경을 20㎛ 이하로 함으로써, 융점이 높은 Zn-Ni 합금 도금(10∼25질량％의 Ni를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어짐)을 조합하면, 추가로 도료 밀착성, 천공 내식성 및 이음매 내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.

또한, 강판 표면이란, 전술한 바와 같이, 도금층과 하지 강판과의 계면이며, 판두께 방향의 단면 관찰했을 때에, 도금층을 형성한 경우의 도금 최하층과 접하는 강판의 최표층부이다.

하지 강판 표면의 평균 페라이트 입경을 20㎛ 이하로 하려면, 상기의 성분 조성을 갖는 강판에, Zn계 도금층의 형성 전에 760∼840℃의 열처리를 행하면 좋다.

2) 열간 프레스 부재의 제조 방법

상기한 본 발명의 열간 프레스용 강판은, Ac₃ 변태점∼1000℃의 온도 범위로 가열 후 열간 프레스되어 열간 프레스 부재가 된다. 열간 프레스 전에 Ac₃ 변태점 이상으로 가열하는 것은, 열간 프레스시의 급랭으로 마르텐사이트상 등의 경질상을 형성하고, 부재의 고강도화를 도모하기 때문이다. 또한, 가열 온도의 상한을 1000℃로 한 것은, 1000℃를 초과하면 도금층 표면에 다량의 ZnO가 생성되기 때문이다. 또한, 여기에서 말하는 가열 온도란 강판의 최고 도달 온도를 말한다.

열간 프레스 전의 가열시의 평균 승온 속도는, 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들면 2∼200℃/s가 적합하다. 도금층 표면에 있어서의 ZnO의 생성이나, ZnO와 강판이나 도금층과의 사이에 있어서의 공극의 형성, 도금층의 결함부에 있어서의 국소적인 스케일의 생성은, 강판이 고온 조건하에 노출되는 고온 체류 시간이 길어질수록 증대하기 때문에, 평균 승온 속도가 빠를수록 적합하다. 또한, 최고 도달 판온에 있어서의 유지 시간에 대해서도 특별히 한정되는 것이 아니며, 상기와 동일한 이유에 의해 단시간으로 하는 것이 적합하고, 바람직하게는 300s 이하, 보다 바람직하게는 120s 이하, 더욱 바람직하게는 10s 이하로 한다.

열간 프레스 전의 가열 방법으로서는, 전기로나 가스로 등에 의한 가열, 화염 가열, 통전 가열, 고주파 가열, 유도 가열 등을 예시할 수 있다.

실시예

하지 강판으로서, 질량％로, C: 0.23％, Si: 0.25％, Mn: 1.2％, P: 0.01％, S: 0.01％, Al: 0.03％, N: 0.005％, Cr: 0.2％, Ti: 0.02％, B: 0.0022％, Sb: 0.008％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, Ac₃ 변태점이 820℃에서, 판두께 1.6㎜의 냉간 압연인 채의 강판을 이용했다. 이 냉간 압연인 채의 강판에, 온도를 바꾸어 어닐링을 행하고, 강판 표면의 평균 페라이트 입경이 상이한 냉연 강판을 제작했다.

어닐링 후의 냉연 강판의 표면에, 전기 도금법이나 용융 도금법에 의해, 표 1에 나타내는 바와 같은 도금종, 부착량, Ni 함유율의 도금층을 갖는 강판 No.1∼32를 제작했다.

이와 같이 하여 얻어진 강판 No.1∼32를, 전기로 또는 직접 통전에 의해 표 1에 나타내는 가열 조건으로 가열 후, Al제 금형으로 사이에 끼워 냉각 속도 50℃/s로 냉각하고, 열간 프레스를 시뮬레이트(simulate)했다.

하지 강판 표면의 평균 페라이트 입경 및, 열간 프레스를 시뮬레이트한 강판의 도료 밀착성, 천공 내식성, 이음매 내식성 및, 내금형 부착성을, 이하의 방법으로 조사했다.

평균 페라이트 입경: 어닐링 후 도금 처리 전의 냉연 강판의 판두께 단면을 연마하고, 나이탈(Nital) 부식 후, 최표층부의 현미경 사진(배율 400배)을 3시야 촬영하고, 각 시야에서 화상 해석에 의해 최표면의 페라이트 입경을 JIS G0552의 절단법에 준거하여 측정하고, 3시야의 평균값을 평균 페라이트 입경으로 하여 구했다.

도장 밀착성: 열간 프레스를 시뮬레이트 후의 강판으로부터 샘플(70㎜×150㎜)을 채취하고, 일본 파카라이징(주) 제조 PB-SX35를 사용하여 표준 조건으로 화성 처리를 행한 후, 칸사이 페인트(주) 제조 전착 도료 GT-10HT 그레이를 170℃×20분 간의 베이킹 조건으로 막두께 20㎛ 성막하고, 도장 시험편을 제작했다. 제작한 도장 시험편을 40℃의 증류수에 10일간 침지하고, 즉시 화성 처리 및 전착 도장을 행한 면에 대하여 커터 나이프로 격자 무늬(10×10개, 1㎜ 간격)의 강소지(base steel sheet)까지 도달하는 컷을 넣고, 접착 테이프에 의해 접착·박리하는 격자 무늬 테이프 박리 시험을 행했다. 이하의 기준으로 평가하고, ◎, ○이면 도장 밀착성이 우수하다고 했다.

◎: 박리 없음

○: 1∼10개의 격자 무늬에서 박리

△: 11∼30개의 격자 무늬에서 박리

×: 31개 이상의 격자 무늬에서 박리

천공 내식성: 열간 프레스를 시뮬레이트 후의 강판으로부터 샘플(70㎜×150㎜)을 채취하고, 샘플의 비평가면 및 단면을 테이프로 시일(seal)한 후, 염수 분무(5질량％ NaCl수용액, 35℃, 2h)→건조(60℃, 상대 습도 20∼30％, 4h)→습윤(50℃, 상대 습도 95％, 2h)을 1사이클로 하는 복합 부식 시험을 150사이클 실시하고, 부식 생성물과 도금층을 염산으로 제거했다. 그 후, 마이크로 미터를 이용하여 부식이 현저한 10개소의 부위의 판두께 Tn(n＝1∼10)과 부식하고 있지 않는 5개소의 시일부의 평균 판두께 T₀를 측정하고, (T₀-Tn)의 최대값, 즉 최대 판두께 감소값을 구하고, 이하의 기준으로 평가하여, ◎, ○, △이면 본 발명의 목적을 충족하고 있다고 했다.

◎: 최대 판두께 감소값≤0.1㎜

○: 0.1㎜<최대 판두께 감소값≤0.2㎜

△: 0.2㎜<최대 판두께 감소값≤0.3㎜

×: 0.3㎜<최대 판두께 감소값

이음매 내식성: 열간 프레스를 시뮬레이트 후의 강판으로부터 큰 샘플(70㎜×150㎜)과 작은 샘플(40㎜×110㎜)을 채취하고, 큰 샘플의 중앙에 작은 샘플을 겹쳐(이음매), 용접으로 접합하고, 이 샘플을 일본 파카라이징(주) 제조 PB-SX35를 사용하여 표준 조건으로 베이킹 처리를 행한 후, 칸사이 페인트(주) 제조 전착 도료 GT-10HT 그레이를 170℃×20분간의 베이킹 조건으로 막두께 20㎛ 성막하고 이음매 시험편을 제작했다. 제작한 이음매 시험편의 비평가면을 테이프로 시일한 후, 염수 분무(5질량％ NaCl수용액, 35℃, 2h)→건조(60℃, 상대 습도 20∼30％, 4h)→습윤(50℃, 상대 습도 95％, 2h)을 1사이클로 하는 복합 부식 시험을 150사이클 실시하고, 시험 후의 샘플의 용접부에 구멍을 뚫어 해체하고, 이음매 내의 최대 부식 깊이를 구하고, 이하의 기준으로 평가하여, ◎, ○, △이면 본 발명의 목적을 충족하고 있다고 했다.

◎: 최대 부식 깊이≤0.1㎜

○: 0.1㎜<최대 부식 깊이≤0.2㎜

△: 0.2㎜<최대 부식 깊이≤0.4㎜

×: 0.4㎜<최대 부식 깊이

내금형 부착성: 열간 프레스시의 금형으로의 도금 성분의 부착을 평가하기 위해, 열간 프레스 전의 샘플(50×500㎜)을 채취하고, 샘플을 로온 890℃에서 가열하고, 판온 700℃시에 금형으로 샘플을 사이에 두고 50㎜/s로 슬라이드(slide)하고, 금형으로의 도금 성분의 부착 상태를 육안에 의해 관찰했다.

그 상태를 이하의 기준으로 평가하고, ◎, ○이면 양호로 했다.

◎: 부착 없음

○: 근소하게 부착 있음

△: 분명하게 부착 있음

×: 현저하게 부착 있음

결과를 표 1에 나타낸다. 본 발명예에서는, 모두 도료 밀착성, 천공 내식성, 이음매 내식성, 내금형 부착성이 우수한 것을 알 수 있다.

[표 1]

또한, 본 실시예에서는 실제로 열간 프레스에 의한 가공을 행하고 있지 않다. 그러나, 도료 밀착성, 천공 내식성, 이음매 내식성 및, 내금형 부착성은, 열간 프레스 전의 가열에 의한 도금층의 변화에 좌우되기 때문에, 본 실시예의 결과로 열간 프레스 부재의 도료 밀착성, 천공 내식성, 이음매 내식성 및, 내금형 부착성을 평가할 수 있다.

Claims

강판 표면의 평균 페라이트 입경이 20㎛ 이하인 강판 상에, 부착량이 10∼90g/㎡인 Zn계 도금층을 갖고, 상기 Zn계 도금층이, 10∼25질량％의 Ni를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층으로서 상기 강판 표면과 계면을 이루어 형성되고, 상기 Zn계 도금층 중에 포함되는 η상의 양이 5질량％ 이하인 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
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제1항에 있어서,
상기 Zn계 도금층의 하지(base) 강판이, 질량％로, C: 0.15∼0.5％, Si: 0.05∼2.0％, Mn: 0.5∼3％, P: 0.1％ 이하, S: 0.05％ 이하, Al: 0.1％ 이하, N: 0.01％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
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제4항에 있어서,
상기 Zn계 도금층의 하지 강판이, 추가로, 질량％로, Cr: 0.01∼1％, Ti: 0.2％ 이하, B: 0.0005∼0.08％ 중으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
제4항에 있어서,
상기 Zn계 도금층의 하지 강판이, 추가로, 질량％로, Sb: 0.003∼0.03％를 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
제6항에 있어서,
상기 Zn계 도금층의 하지 강판이, 추가로, 질량％로, Sb: 0.003∼0.03％를 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
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제4항, 제6항, 제7항 또는 제8항 중 어느 한 항에 기재된 성분 조성을 갖는 강판을, 760∼840℃의 열처리 후, 10∼25질량％의 Ni를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지며, 부착량이 10∼90g/㎡인 Zn계 도금층으로서, 상기 강판 표면과 계면을 이루어 형성되고, 당해 Zn계 도금층 중에 포함되는 η상의 양이 5질량％ 이하인 Zn계 도금층을 형성하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판의 제조 방법.
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제1항, 제4항, 및 제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 기재된 열간 프레스용 강판을, Ac₃ 변태점∼1000℃의 온도 범위로 가열 후, 열간 프레스하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 부재의 제조 방법.