KR101928194B1 - Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품 및 그 제조방법 - Google Patents

Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따르는 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품은, 상기 아연합금도금층은, 마그네슘(Mg) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 실리콘(Si) 0.005 중량% 내지 5 중량%, 산소(O) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 철(Fe) 40 중량% 내지 85 중량%, 및 나머지 아연(Zn) 및 불가피한 불순물로 이루어진다. 상기 아연합금도금층은 상기 아연합금도금층 내부에서 측면 방향으로 연장되며, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 실리콘(Si)으로 이루어지는 띠 형태의 패턴을 포함하고, 편면 도금 부착량이 30 내지 150 g/m2 이다.

Description

Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품 및 그 제조방법{HOT PRESS FORMING PRODUCT HAVING Zn-Al-Mg BASED PLATING LAYER AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 열간 프레스 성형 부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
열간 프레스 성형(Hot Press Forming) 기술은 성형이 복잡한 고강도 부재를 제조하는 방법으로, 자동차용 부품 등의 제조에 이용되고 있다. 상기 열간 프레스 성형 기술은 열간 소입성이 큰 강재를 오스테나이트 변태점 이상의 온도로 가열하여, 성형 가공함으로써 복잡한 부품 형상을 구현함과 동시에, 고강도를 확보할 수 있다.
상기 열간 프레스 성형시에는 오스테나이트 변태점 이상의 온도로 가열하기 때문에, Al 도금 강판, 용융아연도금강판, 합금화아연도금강판 등과 같은 도금 강판이 적용되고 있다.
최근에는, 도금 강판의 내식성을 향상시키기 위해,Zn-Al-Mg계 합금으로 이루어지는 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형용 강판이 출현하고 있다.
관련 선행기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2003-0054469호(2003.07.02, 내식성 및 도금작업성이 우수한 Zn-Al-Mg계 합금도금강판)가 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 내식성, 액체금속유발취성(Liquid Metal Induced Embrittlement)에 대한 저항성이 향상된 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 외관성이 추가적으로 향상된 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일측면에 따르는 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품은, 강판 모재; 및 상기 강판 모재상에 형성된 아연합금도금층을 포함한다. 상기 아연합금도금층은, 마그네슘(Mg) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 실리콘(Si) 0.005 중량% 내지 5 중량%, 산소(O) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 철(Fe) 40 중량% 내지 85 중량%, 및 나머지 아연(Zn) 및 불가피한 불순물로 이루어진다. 상기 아연합금도금층은 상기 아연합금도금층 내부에서 측면 방향으로 연장되며, 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg) 및 실리콘(Si)으로 이루어지는 띠 형태의 패턴을 포함하고, 편면 도금 부착량이 30 내지 150 g/m2 이다.
일 실시 예에 있어서, 상기 아연합도금층은 칼슘 0.003 중량% 내지 1 중량%을 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 강판 모재는, 중량%로 탄소(C) 0.19% 내지 0.25 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) 1.1% 내지 1.4%, 인(P) 0 초과 0.025% 이하, 황(S) 0 초과 0.015 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0 초과 0.08% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr) 0 초과 0.3% 이하, 보론(B) 0.0008% 초과 0.005% 이하, 및 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 일측면에 따르는 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조 방법은 중량%로 알루미늄(Al) 1% 내지 6%, 마그네슘(Mg) 0.3% 내지 3%, 실리콘 0.005% 내지 2%, 나머지 아연 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 도금욕을 준비하는 단계; 상기 도금욕에 소지 강판을 침지하여, 상기 강판 표면에 도금액을 부착시키는 단계; 상기 도금액이 부착된 소지 강판을 가스와이핑하여 도금층의 부착량을 조절하여 도금 강판을 형성하고, 상기 도금 강판을 강판을 냉각하는 단계; 상기 도금 강판을 680~950℃로 가열후 금형에서 열간 프레스 성형하는 단계; 및 상기 성형된 도금 강판을 냉각하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, 상기 도금욕은 중량%로 칼슘 0.005% 내지 0.2%를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 있어서, 상기 도금욕 내의 상기 도금액은 400℃ 내지 500℃의 온도를 유지할 수 있다.
또다른 실시 예에 있어서, 상기 도금층의 부착량을 조절하는 단계는 편면 도금 부착량을 30 내지 150 g/m2로 제어하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 도금욕의 합금 성분 및 함량을 제어하여 용융아연도금공정을 수행함으로써, 열간 프레스 성형 후에도, 내식성, 액체금속유발취성에 대한 저항성이 개선된 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품을 제조할 수 있다.
본 발명에 의하면, 도금욕의 합금 성분 및 함량을 추가로 제어하여, 외관성이 향상된 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 단면를 나타내는 전자 현미경 사진이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 서술되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 방법 또는 제조방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
Zn-Al- Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품
본 발명의 하나의 관점은 강판 모재 및 상기 강판 모재상에 형성된 아연합금도금층을 포함하는 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 의한 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품(100)은 강판 모재(110) 및 강판 모재(110) 상에 형성되는 아연합금도금층(120)을 포함한다. 아연합금도금층(120)은 일 예로서, 3 내지 30 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
강판 모재(110)는 슬라브 재가열, 열간압연 및 냉각 권취되어 제조된 열연강판일 수 있다. 또한, 상기 강판 모재(110)는 상기 열연강판을 산세, 냉간압연 및 소둔처리하여 제조된 냉연강판일 수 있다. 즉, 상기 강판 모재(110)로서, 열연강판 및 냉연강판 어느 것이라도 제한없이 적용될 수 있다. 강판 모재(110)는 후술하는 바와 같이, 아연합금도금층(120)이 강판 모재(110) 상에 형성된 후에 열간 프레스 성형됨으로써, 열간 프레스 성형 부품(100)으로 제조될 수 있다.
일 실시 예에서, 강판 모재(110)는 중량%로 탄소(C) 0.19% 내지 0.25 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) 1.1% 내지 1.4%, 인(P) 0 초과 0.025% 이하, 황(S) 0 초과 0.015 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0 초과 0.08% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr) 0 초과 0.3% 이하, 보론(B) 0.0008% 초과 0.005% 이하, 및 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
상기 아연합금도금층(120)은 강판 모재(110) 표면에 위치할 수 있다. 이때, 상기 아연합금도금층(120)은 마그네슘(Mg) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 실리콘(Si) 0.005 중량% 내지 5 중량%, 산소(O) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 철(Fe) 40 중량% 내지 85 중량%, 및 나머지 아연(Zn) 및 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 아연합금도금층은 칼슘 0.003 중량% 내지 1 중량%을 더 포함할 수 있다.
상기 아연합금도금층(120)의 성분 및 함량은 후술하는 융융도금욕 내의 합금 원소 성분, 함량 및 도금 부착량에 의해 구체적으로 결정될 수 있다. 또한, 상기 아연합금도금층(120)의 성분 및 함량은 상기 강판 모재(101) 및 아연합금도금층(120)이 680~950℃로 가열후 금형에서 열간 프레스 성형을 거치는 동안, 합금 성분끼리의 확산 및 화학반응을 통해 결정될 수 있다.
도 1을 참조하면, 아연합금도금층(120)은 제1 도금층(122), 및 제2 도금층(126)을 포함할 수 있다. 또한, 아연합금도금층(120)은 제1 도금층(122) 내에 띠형태의 패턴(124)를 구비할 수 있다.
제1 도금층(122)은 아연, 알루미늄, 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 박막층일 수 있다. 제2 도금층(126)은 아연, 알루미늄, 마그네슘, 산소 기타 불가피한 불순물을 포함하는 박막층일 수 있다. 띠 형태의 패턴(124)은 마그네슘과 실리콘의 함량이 패턴(124)의 외부보다 높으며, 제1 도금층(122) 내에서 부식 장벽의 역할을 수행할 수 잇다.
이하, 아연합금도금층(120) 내의 합금 원소의 기능에 대해 살펴본다.
마그네슘(Mg)
마그네슘(Mg)은 아연합금도금층에 접하고 있는 공기 중의 산소와 결합해 부동태 피막을 형성함으로써, 합금층 내부에 산소가 확산하는 것을 방지해 추가 부식 현상을 저지하고 내식성을 개선시키기 위한 목적에서 포함된다.
상기 아연합금도금층(120) 중 상기 마그네슘과 아연과의 반응으로 형성된 MgZn2상의 존재는 부식이 진행하는 과정에 있어서 아연의 희생 방식성과 함께 국부 전지의 형성에 의해 부식 속도를 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 알루미늄과 반응해 산소의 확산을 차단하는 효과가 있어 가공 후의 전단면 내식성을 현저하게 개선시킬 수 있다.
마그네슘(Mg)은 아연합금도금층(120) 내에서 0.1 중량% 내지 20 중량%의 함량을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 마그네슘은 아연합금도금층(120) 내 아연(Zn)의 단상역에서는 최소 0.1 중량%로 분포할 수 있다. 또한, 상기 마그네슘은 아연합금도금층(120) 내 Mg-Al-Zn 삼원공정역에서는 최대 20 중량%로 분포할 수 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 내식성 향상에 기여하며, 또한 도금액의 드로스 (Dross) 형성을 억제하는데 기여하기 위한 목적에서 포함된다.
알루미늄(Al)은 아연합금도금층 (120) 내에서 0.1 중량% 내지 20 중량%의 함량을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 알루미늄은 아연합금도금층 (120) 내 아연(Zn)의 단상역에서는 최소 0.1 중량%로 분포할 수 있다. 또한, 상기 마그네슘은 아연합금도금층(120) 내 Mg-Al-Zn 삼원공정역에서는 최대 20 중량%로 분포할 수 있다.
실리콘( Si )
실리콘(Si)은 고온 성형시의 액체금속유기취성에 대한 저항성을 개선시키기 위해 첨가될 수 있다. 실리콘(Si)은 도금시 알루미늄, 또는 망간이 강판 모재로 확산하는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한 고내식성 상인 Mg2Si를 도금층과 강판 모재 사이에 형성함으로써, 열간 성형시 물질확산을 추가적으로 저지시킬 수 있다. 이를 통해, 액체금속유기취성에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다.
열간 성형 후에는 Mg와 Si이 주변보다 높은 띠 형태의 패턴을 형성함으로써, 추가적인 부식 장벽을 형성할 수 있다.
실리콘(Si)은 아연합금도금층(120) 내에서 0.003 중량% 내지 10 중량%의 함량을 가질 수 있다. 특히, 상술한 Mg2Si 상이 형성된 영역에서는 10 중량%의 고함량으로 분포할 수 있다.
칼슘(Ca)
칼슘(Ca)은 마그네슘(Mg)의 산화를 억제함으로써, 표면 외관성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg)의 산화에 의해 도금 손실 및 내식성 저하 현상을 개선할 수 있다. 구체적으로, 열간 프레스 성형시에 도금 표면에 칼슘을 선산화시켜 치밀한 Ca 산화물을 형성함으로써, 마그네슘(Mg)의 산화 및 도금층 증발 손실을 최소화할 수 있다. 칼슘(Ca)은 아연합금도금층(120) 내에서 0.003 중량% 내지 1 중량%의 함량을 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 의하면, 상술한 합금 조성을 가지는 Zn-Al-Mg계 도금층을 가지는 열간 프레스 성형 부품은, 열간 프레스 성형 후에, 내식성, 액체금속유발취성에 대한 저항성 및 외관성이 향상될 수 있다.
Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조방법
본 발명의 다른 하나의 관점은 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조 방법에 관한 것이다. 이하, 본 발명의 일 실시 예에 의한 열간 프레스 성형 부품의 제조방법에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 의한 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정순서도이다.
도 2를 참조하면, Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조방법은 도금욕 준비 단계(S110), 도금강판 형성단계(S120), 및 열간 프레스 성형 단계(S130)를 포함한다.
도금욕 준비 단계(S110)
도금욕 준비단계(S110)는 본 발명의 일 실시 예에 의해 강판 모재에 Zn-Al-Mg계 도금층을 형성하기 위한 목적에서 수행된다.
도금욕 준비단계(S110)에서는, 중량%로 알루미늄(Al) 1% 내지 6%, 마그네슘(Mg) 0.3% 내지 3%, 실리콘 0.005% 내지 2%, 나머지 아연 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 도금욕을 준비한다. 몇몇 다른 실시 예에서는, 상기 도금욕이 중량%로 칼슘 0.005% 내지 0.2%를 더 포함할 수도 있다.
이하에서는, 도금욕 내의 합금 성분 및 함량과 관련하여 설명하도록 한다.
마그네슘(Mg)
마그네슘(Mg)은 아연합금도금층에 접하고 있는 공기 중의 산소와 결합해 부동태 피막을 형성함으로써, 합금층 내부에 산소가 확산하는 것을 방지해 추가 부식 현상을 저지하고 내식성을 개선시키기 위한 목적에서 준비된다.
도금욕 내 마그네슘(Mg)은 도금욕 전체 중량의 0.3 중량% 내지 3 중량%의 함량을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 마그네슘이 0.3 중량% 미만으로 첨가될 때, 내식성을 향상시키는 공정상을 충분히 형성할 수 없다. 반면에, 마그네슘이 3 중량%를 초과하여 첨가될 때, 열간 프레스 성형 부품의 제조시에 마그네슘 산화에 의한 생산성 감소 및 외관성이 저하될 수 있다.
알루미늄(Al)
알루미늄(Al)은 내식성 향상에 기여하며, 또한 도금액의 드로스(Dross) 형성을 억제하는데 기여하기 위한 목적에서 포함된다.
도금욕 내 알루미늄(Al)은 도금욕 전체 중량의 1 중량% 내지 6 중량%의 함량을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 알루미늄이 1 중량% 미만으로 첨가될 때, 내식성을 향상시키는 공정상을 충분히 형성할 수 없다. 반면에, 알루미늄이 6 중량%를 초과하여 첨가될 때, 도금층 내에 알루미늄 단상이 증가하여 열간 프레스 성형시 불균일한 합금층이 성장함으로써 외관성이 저하될 수 있다.
실리콘( Si )
실리콘(Si)은 고온 성형시의 액체금속유기취성에 대한 저항성을 개선시키기 위해 첨가될 수 있다. 실리콘(Si)은 도금시 알루미늄, 또는 망간이 강판 모재로 확산하는 것을 방지하는 역할을 수행할 수 있다. 또한 고내식성 상인 Mg2Si를 도금층과 강판 모재 사이에 형성함으로써, 열간 성형시 물질확산을 추가적으로 저지시킬 수 있다. 이를 통해, 액체금속유기취성에 대한 저항성을 향상시킬 수 있다.
열간 성형 후에는 Mg와 Si이 주변보다 높은 띠 형태의 패턴을 형성함으로써, 추가적인 부식 장벽을 형성할 수 있다.
도금욕 내 실리콘(Si)은 도금욕 전체 중량의 0.005 중량% 내지 2 중량%의 함량을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 실리콘이 0.005 중량% 미만으로 첨가될 때, 도금 물질이 강판 모재로 확산하는 현상을 저지하기에 충분하지 않아 액체금속유기취성에 대한 저항성을 충분히 확보할 수 없다. 반면에, 실리콘이 2 중량%를 초과하여 첨가될 때, 도금층 내에 실리콘 단상이 증가하여 내식성을 저해할 수 있다.
칼슘(Ca)
칼슘(Ca)은 마그네슘(Mg)의 산화를 억제함으로써, 표면 외관성 저하를 방지할 수 있다. 또한, 마그네슘(Mg)의 산화에 의해 도금 손실 및 내식성 저하 현상을 개선할 수 있다.
도금욕 내 칼슘(Ca)은 도금욕 전체 중량의 0.005 중량% 내지 0.2 중량%의 함량을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 칼슘이 0.005 중량% 미만으로 첨가될 때, 도금층 표면에 칼슘 산화 필름 형성이 불균일하게 되어 외관성 저하 및 도금층 아연 손실이 발생할 수 있다. 반면에, 칼슘이 0.2 중량%를 초과하여 첨가될 때, 도금층 내에 덩어리 형태의 칼슘 산화물을 형성함으로써, 외관성을 저해할 수 있다.
도금강판 형성단계(S120)
도금강판 형성단계(S120)는, 소지 강판을 상기 준비된 도금욕에 침지하여, 상기 강판 표면에 도금액을 부착시킨다.
상기 강판은 도금층이 형성되는 강판 모재로서 미리 준비될 수 있다. 상기 소지 강판은 열연 강판 또는 냉연 강판일 수 있다. 상기 소지 강판은 일 예로서, 중량%로 탄소(C) 0.19% 내지 0.25 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) 1.1% 내지 1.4%, 인(P) 0 초과 0.025% 이하, 황(S) 0 초과 0.015 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0 초과 0.08% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr) 0 초과 0.3% 이하, 보론(B) 0.0008% 초과 0.005% 이하, 및 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물로 이루어질 수 있다.
상기 도금욕 내의 상기 도금액은 일 예로서, 400℃ 내지 500℃의 온도로 유지될 수 있다. 상기 도금액의 온도가 400℃ 미만일 경우, 아연합금도금액의 유동성이 부족하여 상기 강판 모재의 표면에 도금층이 충분히 형성되기 어려워 외관불량 및 밀착성 저하의 문제가 있고, 반대로, 상기 도금액의 온도가 500℃ 초과일 경우, 도금 밀착성이 저하되고 작업생산성이 감소하고, 특히, 강판의 열적 확산이 빨라져 합금층의 이상 성장을 초래해 가공성이 저하되고 동시에 도금액 내에 Fe 산화물층이 과잉 생성되는 문제가 있다.
상기 강판 모재의 침지 후, 상기 도금액이 부착된 상기 소자 강판을 가스와이핑하여 상기 도금층의 부착량을 조절할 수 있다. 일 예로서, 상기 도금층의 부착량은, 편면 도금 부착량을 30 내지 150 g/m2로 제어할 수 있다. 상기 도금층은 3 내지 30 ㎛의 두께를 가질 수 있다. 이로써, 도금 강판을 형성할 수 있다.
열간 프레스 성형 단계(S130)
상기 도금 강판을 680 내지 950℃로 가열후 금형에서 열간 프레스 성형한다.
상기 도금 강판을 680℃ 미만의 온도로 가열시, 최종 미세조직이 마르텐사이트 조직으로 변태되지 않아 강도 확보가 어려우며, 950℃를 초과하는 온도로 가열시 오스테나이트 결정립이 과대하게 성장하여, 열간 프레스 성형 부품의 강도가 저하되는 현상이 나타날 수 있다.
상기 열간 프레스 성형 후에, 상기 금형에서 냉각시킨다. 일 예로서, 상기 금형을 5 내지 150℃/s의 냉각속도로 냉각할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
실시예 1
하기 표 1의 조성 성분을 포함하는 도금액의 도금욕을 준비한다.
한편, 중량%로서, 탄소(C) 0.22 중량%, 실리콘(Si) 0.25 중량%, 망간(Mn) 1.18%, 인(P) 0.020%, 황(S) 0.010 중량%, 알루미늄(Al) 0.05%, 질소(N) 0.004%, 크롬(Cr) 0.1%, 보론(B) 0.0010% 이하, 및 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 냉연 강판을 소지 강판으로 준비한다.
표 1의 도금욕에, 상기 소지 강판을 침지하여 도금을 진행하였다. 이후에 가스와이핑 처리 및 냉각을 실시하여 편면 도금량이 70g/m2의 도금층을 갖는 합금도금강판을 제조하였다. 이어서, 상기 합금도금강판에 대해, 880℃ 6분 가열 후 금형에서 열간 프레스 성형을 실시하고, 냉각하여, 비교예 1 내지 3 및 실시예 1 내지 4의 시편을 제조하였다.
상기 비교예 1 내지 3, 및 실시예 1 내지 4의 시편에 대해 내식성 평가 및 액체금속유기취성에 대한 저항성 테스트를 진행하였다.
상기 내식성 평가는 염수 노르말농도(N) 5%의 염수분무실험(salt spray test, SST)로 수행하였다. 실험후 표면에 발생한 적청 발생 영역에 대하여 상대적 평가를 실시하되, 표 2에서와 같이, 통상의 용융아연도금강판(GI 강판)과 비교하여 적청 발생 영역이 우수한 경우는 ◎ (내식성 우수), 비슷한 경우는 △ (내식성 보통), 열위한 경우는 X (내식성 열위)로 평가하였다.
또한, 액체금속유기취성에 대한 저항성 테스트는, 880℃, 6분 동안 가열후, 금형에 가공시 표면에 발생하는 크랙 발생 빈도로 평가하였다. 통상의 용융아연도금강판(GI 강판)과 비교하여 크랙 발생 빈도가 작은 경우 ◎ (우수), 비슷한 경우는 △ (보통), 열위한 경우는 X (열위)로 평가하였다.
Al(중량%) Mg(중량%) Si(중량%) Zn (중량%)
비교예1 0.2 - - 나머지 잔부
비교예2 1 1 - 나머지 잔부
비교예3 1 1 0.002 나머지 잔부
실시예1 1 1 0.1 나머지 잔부
실시예2 2 1 0.2 나머지 잔부
실시예3 2 2 0.2 나머지 잔부
실시예4 3 2 0.3 나머지 잔부

열간 프레스 성형 부품의 재질 특성
Al-Mg-Si 상 생성여부 내식성 평가 액체금속유기취성 평가
비교예1 미생성 X 미평가
비교예2 미생성 △ X
비교예3 미생성 △ X
실시예1 생성 ◎ ◎
실시예2 생성 ◎ ◎
실시예3 생성 ◎ ◎
실시예4 생성 ◎ ◎
표 1 및 표 2를 검토하면, 비교예 1 내지 3의 시편, 즉, Si이 첨가되지 않았거나, 본 발명의 Si 범위보다 낮은 경우, 도금층 내에 Al-Mg-Si 상이 생성되지 않았으며, 내식성 및 액체금속유기취성에 대한 저항성이 열위함을 확인할 수 있다. 반대로, 본 발명의 실시예에 따르는 알루미늄, 마그네슘 및 실리콘의 함량을 만족하는 도금욕을 이용하여 도금한 실시예 1 내지 4의 경우, 도금층 내에 Al-Mg-Si 상이 생성되었으며, 내식성 및 액체금속유기취성에 대한 저항성이 우수하였다.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 의한 Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 단면를 나타내는 전자 현미경 사진이다. 구체적으로, 도 3의 시편은 상기 실시예 1의 시편일 수 있다.
도 3을 참조하면, Zn-Al-Mg계 도금층은 아연, 알루미늄, 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제1 도금층(A), 아연, 알루미늄, 마그네슘, 산소 기타 불가피한 불순물을 포함하는 제2 도금층(C)을 포함함을 관찰할 수 있다. 이때, 띠 형태의 패턴(B)은 마그네슘과 실리콘의 함량이 패턴(B)의 외부보다 높으며, 따라서, 제1 도금층(A) 내에서 부식 장벽의 역할을 수행함을 알 수 있다.
실시예2
표 3의 조성 성분을 포함하는 도금액의 도금욕을 준비한다. 한편, 중량%로서, 탄소(C) 0.22 중량%, 실리콘(Si) 0.25 중량%, 망간(Mn) 1.18%, 인(P) 0.020%, 황(S) 0.010 중량%, 알루미늄(Al) 0.05%, 질소(N) 0.004%, 크롬(Cr) 0.1%, 보론(B) 0.0010% 이하, 및 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 냉연 강판을 소지 강판으로 준비한다.
표 3의 도금욕에, 상기 소지 강판을 침지하여 도금을 진행하였다. 이후에 가스와이핑 처리 및 냉각을 실시하여 편면 도금량이 70g/m2의 도금층을 갖는 합금도금강판을 제조하였다. 이어서, 상기 합금도금강판에 대해, 880℃ 6분 가열 후 금형에서 열간 프레스 성형을 실시하고, 냉각하여, 실시예 5 내지 8의 시편을 제조하였다.
실시예 5 내지 8의 시편의 표면을 관찰하여, 표 3에서와 같이, 파우더 형태의 산화물이 발생하는 경우 X (외관 열위), 파우더 형태의 산화물이 발생하지 않는 경우를 ◎ (외관 우수)로 외관성 평가를 수행하였다.
Al(중량%) Mg(중량%) Si(중량%) Ca(중량%) Zn(중량%) 외관성 평가
실시예4 1 1 0.1 - 나머지 잔부 X
실시예5 2 1 0.1 - 나머지 잔부 X
실시예6 1 1 0.1 0.01 나머지 잔부 ◎
실시예7 1 1 0.2 0.02 나머지 잔부 ◎
표 3을 살펴보면, 실시예 6 및 7에서와 같이, 도금욕 내에 칼슘(Ca)이 소정량 첨가되는 경우, 외관성이 향상되는 것을 관찰할 수 있었다. 상기 외관성 향상은 상기 칼슘 첨가로 인해 마그네슘의 산화가 억제한 것으로 판단된다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100 열간 프레스 성형 부품
110 강판 모재
120 아연합금도금층

Claims (8)

  1. 강판 모재; 및
    상기 강판 모재상에 형성된 아연합금도금층을 포함하고,
    상기 아연합금도금층은, 마그네슘(Mg) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 알루미늄(Al) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 실리콘(Si) 0.005 중량% 내지 5 중량%, 산소(O) 0.01 중량% 내지 20 중량%, 철(Fe) 40 중량% 내지 85 중량%, 및 나머지 아연(Zn) 및 불가피한 불순물로 이루어지며,
    상기 아연합금도금층은 상기 강판 모재 상에서 순차적으로 적층되는 제1 도금층 및 제2 도금층을 포함하고,
    상기 제1 도금층은 상기 제1 도금층 내부에서 측면 방향으로 연장되는 띠 형태의 패턴을 포함하고,
    상기 제1 도금층은 아연, 알루미늄, 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 제2 도금층은 아연, 알루미늄, 마그네슘, 산소 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 띠 형태의 패턴은 상기 띠 형태의 패턴의 외부보다 마그네슘과 실리콘의 함량이 높으며,
    편면 도금 부착량이 30 내지 150 g/m2인
    Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 아연합금도금층은 칼슘 0.003 중량% 내지 1 중량%을 더 포함하는
    Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강판 모재는, 중량%로 탄소(C) 0.19% 내지 0.25 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) 1.1% 내지 1.4%, 인(P) 0 초과 0.025% 이하, 황(S) 0 초과 0.015 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0 초과 0.08% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr) 0 초과 0.3% 이하, 보론(B) 0.0008% 초과 0.005% 이하, 및 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는
    Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품.
  4. 중량%로 알루미늄(Al) 1% 내지 6%, 마그네슘(Mg) 0.3% 내지 3%, 실리콘 0.005% 내지 2%, 나머지 아연 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 도금욕을 준비하는 단계;
    상기 도금욕에 소지 강판을 침지하여, 상기 강판 표면에 도금액을 부착시키는 단계;
    상기 도금액이 부착된 소지 강판을 가스와이핑하여 도금층의 부착량을 조절하여 도금 강판을 형성하는 단계;
    상기 도금 강판을 680~950℃로 가열후 금형에서 열간 프레스 성형하는 단계; 및
    상기 성형된 도금 강판을 냉각하는 단계를 포함하고,
    상기 냉각 후의 상기 아연합금도금층은 상기 강판 모재 상에서 순차적으로 적층되는 제1 도금층 및 제2 도금층을 포함하고, 상기 제1 도금층은 상기 제1 도금층 내부에서 측면 방향으로 연장되는 띠 형태의 패턴을 포함하고,
    상기 제1 도금층은 아연, 알루미늄, 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 제2 도금층은 아연, 알루미늄, 마그네슘, 산소 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 띠 형태의 패턴은 상기 띠 형태의 패턴의 외부보다 마그네슘과 실리콘의 함량이 높으며,
    Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도금욕은
    중량%로 칼슘 0.005% 내지 0.2%를 더 포함하는
    Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 도금욕 내의 상기 도금액은 400℃ 내지 500℃의 온도를 유지하는
    Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조 방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 소지 강판은, 중량%로 탄소(C) 0.19% 내지 0.25 중량%, 실리콘(Si) 0 초과 0.4 중량% 이하, 망간(Mn) 1.1% 내지 1.4%, 인(P) 0 초과 0.025% 이하, 황(S) 0 초과 0.015 중량% 이하, 알루미늄(Al) 0 초과 0.08% 이하, 질소(N) 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr) 0 초과 0.3% 이하, 보론(B) 0.0008% 초과 0.005% 이하, 및 및 나머지 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는
    Zn-Al-Mg계 도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조 방법.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 도금층의 부착량을 조절하는 단계는
    편면 도금 부착량을 30 내지 150 g/m2로 제어하는 단계를 포함하는
    아연합금도금층을 구비하는 열간 프레스 성형 부품의 제조 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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