KR102050175B1

KR102050175B1 - 열간 프레스 부재의 제조 방법

Info

Publication number: KR102050175B1
Application number: KR1020187002274A
Authority: KR
Inventors: 세이지 나카지마; 사토루 안도
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-07-29
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2019-11-28
Also published as: KR20180021125A; WO2017017905A1; US20180216219A1; EP3330016A4; MX2018001125A; EP3330016B1; CN107921509A; EP3330016A1; JP6409878B2; JPWO2017017905A1

Abstract

대폭적인 비용 상승을 초래하지 않고, 균일하고 또한 양호한 표면 외관을 갖는 열간 프레스 부재를 안정적으로 제조하는 것을 가능하게 하는, 표면 외관이 우수한 열간 프레스 부재의 제조 방법을 제공한다. 아연계 도금 강판을 Ac3 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열 후, 열간 프레스 가공, 냉각을 실시하는 열간 프레스 부재의 제조 방법으로서, 가열에 앞서, 아연계 도금 강판에 대해 표면 청정화 처리를 실시한다. 아연계 도금 강판을 냉간 프레스 가공 후, Ac3 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열하고, 냉각을 실시하는 열간 프레스 부재의 제조 방법으로서, 가열에 앞서, 아연계 도금 강판에 대해 표면 청정화 처리를 실시한다. 아연계 도금 강판으로는, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 편면당의 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층을 편면 또는 양면에 갖는 Zn-Ni 합금 도금 강판인 것이 바람직하다.

Description

열간 프레스 부재의 제조 방법 {METHOD FOR PRODUCING HOT-PRESSED MEMBER}

본 발명은, 자동차의 섀시 부재나 차체 구조 부재 등에 대한 적용에 바람직한 열간 프레스 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터, 자동차의 섀시 부재나 차체 구조 부재 등의 다수는, 소정 강도를 갖는 강판을 프레스 가공하여 제조되고 있다. 최근, 지구 환경 보전이라는 관점에서, 자동차 차체의 경량화가 열망되어, 사용하는 강판을 고강도화하고, 그 판두께를 저감시키는 노력이 계속되고 있다. 그러나, 강판의 고강도화에 수반하여 프레스 가공성이 저하되기 때문에, 강판을 원하는 부재 형상으로 가공하는 것이 곤란해지는 경우가 많아지고 있다.

상기를 고려하여, 특허문헌 1 에는, 가열된 강판을 다이와 펀치로 이루어지는 금형을 사용하여 가공함과 동시에 급랭시킴으로써 가공의 용이화와 고강도화의 양립을 가능하게 한 열간 프레스로 불리는 가공 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 열간 프레스에서는, 열간 프레스 전에 강판을 950 ℃ 전후의 높은 온도로 가열하기 때문에, 강판 표면에는 스케일 (철 산화물) 이 생성되고, 그 스케일이 열간 프레스시에 박리되어, 금형을 손상시키거나 또는 열간 프레스 후의 부재 표면을 손상시킨다는 문제가 있다. 또, 부재 표면에 남은 스케일은, 외관 불량이나 도장 밀착성 저하의 원인이 되기도 한다. 이 때문에, 통상적으로는 산세나 숏 블라스트 등의 처리를 실시함으로써, 부재 표면의 스케일이 제거된다. 그러나, 이것은 제조 공정을 복잡하게 하여, 생산성의 저하를 초래한다.

또한, 자동차의 섀시 부재나 차체 구조 부재 등에는 우수한 내식성도 필요시된다. 그러나, 상기 서술한 바와 같은 공정에 의해 제조된 열간 프레스 부재에서는 도금층 등의 방청 피막이 형성되어 있지 않기 때문에, 내식성이 매우 불충분하다.

이상으로부터, 열간 프레스 전의 가열시에 스케일의 생성을 억제함과 함께, 열간 프레스 후의 부재의 내식성을 향상시키는 것이 가능한 열간 프레스 기술이 요망되고 있으며, 표면에 도금층 등의 피막을 형성한 강판이나 그것을 사용한 열간 프레스 방법이 제안되어 있다.

예를 들어, 특허문헌 2 에는, 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.

또, 특허문헌 3 에는, 내스케일성, 도장 밀착성, 도장 후 내식성, 내수소 침입성이 우수한 열간 프레스 부재로서, 강판의 표층에 Ni 확산 영역, Zn-Ni 합금의 γ 상에 상당하는 금속간 화합물층, 및 ZnO 층을 갖는 열간 프레스 부재가 개시되어 있다.

또한, 특허문헌 4 에는, 아연의 증발을 억제하는 ZnO 층을 아연계 도금층의 표층에 미리 형성시킨 열간 프레스용 강판이 개시되어 있고, 이 강판을 사용함으로써, 프레스품의 외관이 양호하고, 또한 도막 밀착성, 도장 후 내식성도 우수한 열간 프레스 성형품이 얻어지는 것이 나타나 있다.

영국 특허공보 제1490535호 일본 특허공보 제3663145호 일본 특허공보 제4849186호 일본 특허공보 제3582511호

상기 종래 기술에도 개시되어 있는 바와 같이, 열간 프레스용 강판으로서 아연계 도금 강판을 사용하는 것은, 내식성의 향상에는 유효하다. 그러나, 아연의 융점은 419 ℃, 비점은 907 ℃ 로 양자 모두 낮기 때문에, 열간 프레스 전의 가열 공정에 있어서, 도금층 중의 아연의 용융이나 도금층으로부터의 아연의 증발이 발생하여, 균일하고 또한 양호한 표면 외관을 갖는 열간 프레스 부재를 안정적으로 제조하는 것은 곤란하였다.

예를 들어, 특허문헌 2 에 기재된 방법으로 제조된 열간 프레스 부재에서는, 융점이 낮은 아연 도금 강판이나 아연 알루미늄 도금 강판을 사용하기 때문에, 열간 프레스 전의 가열 공정에 있어서 도금층의 용융이나 아연의 증발이 격렬하게 발생한다. 그 결과, 최종적으로 얻어지는 열간 프레스 부재가 얼룩상의 불균일 외관을 나타내거나, 백색 혹은 흑색의 점상 결함이 다수 발생하는 등, 균일하고 또한 양호한 표면 외관을 갖는 열간 프레스 부재를 얻는 것은 곤란하였다. 또한, 점상 결함부에서는, 표면 외관의 문제뿐만 아니라 도장 밀착성도 불량해지기 때문에, 점상 결함을 방지하기 위한 기술이 절실히 요망되고 있었지만, 유효한 대책은 지금까지 제안되지 않았다.

특허문헌 3 에 기재된 열간 프레스 부재는, 아연보다 고융점의 Zn-Ni 합금 도금층을 갖는 강판을 사용하여 제조되기 때문에, 아연 도금 강판이나 아연 알루미늄 도금 강판을 사용한 경우보다 열간 프레스 부재의 표면 외관은 개선되지만, 국부적인 점상 결함의 발생을 완전히 방지하는 것에는 이르지 않았었다.

특허문헌 4 에 기재된 열간 프레스용 강판을 사용한 경우, 그 표층에 형성된 ZnO 층의 작용에 의해 열간 프레스 부재의 표면 외관은 어느 정도 개선하였다. 그러나, ZnO 층의 형성 처리가 불균일해진 부분에서, 여전히 국부적인 점상 결함이 발생하는 문제가 있었다. 또, ZnO 층의 형성 처리는, 열에 의한 산화 처리, 용액과의 접촉 처리, 수용액 중에서의 전해 처리, 용액의 도포 건조 처리 등의 방법으로 실시할 필요가 있어, 대폭적인 비용 상승을 초래한다는 문제도 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 종래 기술의 과제를 해결하는 것을 목적으로 하여 이루어진 것으로, 대폭적인 비용 상승을 초래하지 않고, 균일하고 또한 양호한 표면 외관을 갖는 열간 프레스 부재를 안정적으로 제조하는 것을 가능하게 하는, 표면 외관이 우수한 열간 프레스 부재의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 표면 외관이 우수한 열간 프레스 부재의 제조 방법에 대해 예의 검토를 실시하였다. 먼저, 열간 프레스 부재의 표면에 발생하는 점상 결함의 발생 상황에 대해 검토하였다. 그 결과, 동일한 종류의 아연계 도금 강판을 동일한 조건에서 가열한 경우라도, 점상 결함은 일정한 위치에 발생하는 것이 아니고, 또 발생 정도가 많은 경우나 적은 경우가 있는 것을 지견하였다. 또, 용융 아연 도금 강판이나 합금화 용융 아연 도금 강판 등의 비교적 융점이 낮은 도금층을 갖는 아연계 도금 강판보다, 융점이 높은 Zn-Ni 합금 도금층을 갖는 도금 강판을 열간 프레스용 강판으로서 사용하는 편이 점상 결함의 억제에는 유리하지만, Zn-Ni 합금 도금 강판이라고 해도 완전하게는 점상 결함을 방지할 수 없는 것을 지견하였다.

이러한 사실로부터, 점상 결함의 발생은 도금의 종류나 가열 조건만으로 정해지는 것이 아닌, 표면의 오염 등의 다른 인자가 관여하고 있다는 가설에 기초하여, 표면을 오염시키거나 청정화하거나 한 후에 아연계 도금 강판을 가열하는 검증 실험을 실시하였다. 그 결과, 열간 프레스 부재의 표면에 발생하는 점상 결함은, 도금층의 표면에 부착된 티끌이나 먼지, 지문 등의 오염에서 기인되는 것을 알았다. 즉, 열간 프레스 가공 전의 가열 공정에 있어서, 이들 오염 성분에서 유래하는 부착물이 연소하여 국부적인 온도 상승을 일으킴으로써, 아연계 도금층의 표면을 덮고 있던 ZnO 층을 파괴하여 아연의 증발을 조장하거나, 나아가 이 부분에 있어서 스케일을 생성시키거나 하고 있는 것이 분명해졌다. 그리고, 이들 오염 성분을 제거하기 위해서 표면 청정화 처리를 가열 공정 전에 실시해 둠으로써, 점상 결함의 발생을 현저하게 억제할 수 있는 것을 새롭게 알아냈다. 또한, 가열에 앞선 표면 청정화 처리에 의한 점상 결함의 억제 효과는, 아연계 도금 강판을 가열 후, 열간 프레스 가공, 냉각을 실시하는 공정에 있어서 효과를 가질 뿐만 아니라, 아연계 도금 강판을 냉간 프레스 가공 후, 가열하고, 냉각을 실시하는 공정에 있어서도 효과를 갖는 것을 지견하여, 본 발명의 완성에 이르렀던 것이다.

본 발명의 열간 프레스 부재의 제조 방법은, 이와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

[1] 아연계 도금 강판을 Ac3 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열 후, 열간 프레스 가공, 냉각을 실시하는 열간 프레스 부재의 제조 방법으로서, 상기 가열에 앞서, 아연계 도금 강판에 대해 표면 청정화 처리를 실시하는 표면 외관이 우수한 열간 프레스 부재의 제조 방법.

[2] 아연계 도금 강판을 냉간 프레스 가공 후, Ac3 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열하고, 냉각을 실시하는 열간 프레스 부재의 제조 방법으로서,

상기 가열에 앞서, 아연계 도금 강판에 대해 표면 청정화 처리를 실시하는 표면 외관이 우수한 열간 프레스 부재의 제조 방법.

[3] 상기 아연계 도금 강판은, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 편면당의 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층을 편면 또는 양면에 갖는 Zn-Ni 합금 도금 강판인 [1] 또는 [2] 에 기재된 열간 프레스 부재의 제조 방법.

또한, 본 명세서에 있어서, 강의 성분을 나타내는 ％, 도금의 성분을 나타내는 ％ 는 모두 질량％ 이다.

본 발명에 의하면, 대폭적인 비용 상승을 초래하지 않고, 균일하고 또한 양호한 표면 외관을 갖는 열간 프레스 부재를 안정적으로 제조하는 것이 가능해진다. 본 발명에 의해 제조되는 열간 프레스 부재는, 자동차의 섀시 부재나 차체 구조 부재에 바람직하다.

도 1 은, 열간 프레스 부재의 대표적인 외관을 나타내는 도면으로, 각각 (a) 외관 양호품, (b) 점상 결함 발생품의 외관 사진이다.
도 2 는, 점상 결함의 대표적인 외관을 나타내는 도면으로, 각각 (a) 백색 결함, (b) 흑색 결함의 확대 사진이다.

1) 아연계 도금 강판

본 발명의 열간 프레스 부재의 제조 방법에서는, 강판 표면의 편면 또는 양면에 아연계 도금층을 갖는 아연계 도금 강판을 사용한다. 아연계 도금으로는, 용융 아연 도금, 합금화 용융 아연 도금, 용융 아연-알루미늄 합금 도금, 용융 아연-알루미늄-마그네슘 합금 도금, 전기 아연 도금, 전기 아연-니켈 합금 도금 등이 예시되지만, 이들에 한정되는 것은 아니며, 아연을 포함하는 공지된 아연계 도금 모두가 적용 가능하다.

이들 아연계 도금 강판 표면의 도금 부착량은 편면당 10 ∼ 90 g/㎡ 가 바람직하다. 편면당의 부착량 (이하, 간단히 부착량이라고 칭하는 경우도 있다) 이 10 g/㎡ 이상이면 내식성이 불충분해지는 경우가 없다. 한편, 부착량이 90 g/㎡ 이하이면 비용 상승을 초래하는 경우가 없다. 보다 바람직한 부착량은 20 ∼ 80 g/㎡ 이다. 또한, 부착량은, 습식 분석법에 의해 구할 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어, 6 질량％ 염산 수용액에 인히비터로서 헥사메틸렌테트라민을 1 g/ℓ 첨가한 수용액에, 부착 면적을 이미 알고 있는 시험편의 도금층 전체를 용해하고, 이 때의 질량 감소량으로부터 도금층의 부착량을 구하면 된다.

상기 아연계 도금 강판 중에서도, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층을 편면 또는 양면에 갖는 Zn-Ni 합금 도금 강판인 것이 바람직하다. 도금층 중의 Ni 함유율이 10 ∼ 25 질량％ 이면, 도금층의 상 (相) 구조가 γ 상이 되고, 이 γ 상은 융점이 881 ℃ 로 고온이기 때문에, 점상 결함의 발생을 억제하는 효과가 보다 현저해진다. 또한, γ 상은, Ni₂Zn₁₁, NiZn₃, Ni₅Zn₂₁ 중 어느 결정 구조를 가지며, X 선 회절법에 의해 확인하는 것이 가능하다. 여기서, 또한, 상기 도금층의 하층에, 예를 들어 Ni 를 주체로 하는 도금층 등의 하지 도금층을 형성해도 된다.

2) 하지 강판

본 발명의 열간 프레스 부재를 얻기 위해서는, 아연계 도금층의 하지 강판으로서, 예를 들어, 질량％ 로, C : 0.15 ∼ 0.50 ％, Si : 0.05 ∼ 2.00 ％, Mn : 0.5 ∼ 3.0 ％, P : 0.10 ％ 이하, S : 0.05 ％ 이하, Al : 0.10 ％ 이하, N : 0.010 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 열연 강판이나 냉연 강판을 사용할 수 있다. 이와 같은 성분 조성을 갖는 열연 강판이나 냉연 강판을 하지 강판으로서 사용한 경우, 예를 들어 980 ㎫ 이상의 강도를 갖는 등, 요구되는 고강도가 얻어지는 열간 프레스 부재를 얻을 수 있다.

각 성분 조성의 한정 이유를, 이하에 설명한다.

C : 0.15 ∼ 0.50 ％

C 는, 강의 강도를 향상시키는 원소이며, 열간 프레스 부재의 인장 강도 (이하, TS 라고 칭하는 경우도 있다) 를 980 ㎫ 이상으로 하기 위해서는, 그 양을 0.15 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, C 량이 0.50 ％ 를 초과하면, 소재인 강판의 블랭킹 가공성이 현저하게 저하된다. 따라서, C 량은 0.15 ∼ 0.50 ％ 가 바람직하다.

Si : 0.05 ∼ 2.00 ％

Si 는, C 와 동일하게 강의 강도를 향상시키는 원소이며, 열간 프레스 부재의 TS 를 980 ㎫ 이상으로 하기 위해서는, 그 양을 0.05 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Si 량이 2.00 ％ 를 초과하면, 열간 압연시에 적 (赤) 스케일로 불리는 표면 결함의 발생이 현저하게 증대됨과 함께, 압연 하중이 증대되거나, 열연 강판의 연성의 열화를 초래한다. 또한, Si 량이 2.00 ％ 를 초과하면, Zn 이나 Al 을 주체로 한 도금 피막을 강판 표면에 형성하는 도금 처리를 실시할 때에, 도금 처리성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, Si 량은 0.05 ∼ 2.00 ％ 가 바람직하다.

Mn : 0.5 ∼ 3.0 ％

Mn 은, 페라이트 변태를 억제하여 ?칭성을 향상시키는 데에 효과적인 원소이며, 또, Ac3 변태점을 저하시키기 때문에, 열간 프레스 전의 가열 온도를 저하시키는 데에도 유효한 원소이다. 이와 같은 효과의 발현을 위해서는, 그 양을 0.5 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Mn 량이 3.0 ％ 를 초과하면, 편석되어 소재인 강판 및 열간 프레스 부재의 특성의 균일성이 저하된다. 따라서, Mn 량은 0.5 ∼ 3.0 ％ 가 바람직하다.

P : 0.10 ％ 이하

P 량이 0.10 ％ 를 초과하면, 편석되어 소재인 강판 및 열간 프레스 부재의 특성의 균일성이 저하됨과 함께, 인성도 현저하게 저하된다. 따라서, P 량은 0.10 ％ 이하가 바람직하다.

S : 0.05 ％ 이하

S 량이 0.05 ％ 를 초과하면, 열간 프레스 부재의 인성이 저하된다. 따라서, S 량은 0.05 ％ 이하가 바람직하다.

Al : 0.10 ％ 이하

Al 량이 0.10 ％ 를 초과하면, 소재인 강판의 블랭킹 가공성이나 ?칭성을 저하시킨다. 따라서, Al 량은 0.10 ％ 이하가 바람직하다.

N : 0.010 ％ 이하

N 량이 0.010 ％ 를 초과하면, 열간 압연시나 열간 프레스 가공 전의 가열시에 AlN 의 질화물이 형성되고, 소재인 강판의 블랭킹 가공성이나 ?칭성을 저하시킨다. 따라서, N 량은 0.010 ％ 이하가 바람직하다.

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물이다. 추가로 상기 성분 조성에 더하여, 이하의 이유에 의해, Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％, Ti : 0.01 ∼ 0.20 ％, B : 0.0005 ∼ 0.0800 ％ 중에서 선택된 적어도 1 종이나, Sb : 0.003 ∼ 0.030 ％ 가, 개별적으로 혹은 동시에 함유되는 것이 바람직하다.

Cr : 0.01 ∼ 1.0 ％

Cr 은, 강을 강화함과 함께, ?칭성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 이러한 효과의 발현을 위해서는, Cr 량을 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cr 량이 1.0 ％ 를 초과하면, 현저한 비용 상승을 초래하기 때문에, 그 상한은 1.0 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Ti : 0.01 ∼ 0.20 ％

Ti 는, 강을 강화함과 함께, 세립화 (細粒化) 에 의해 인성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 또, 다음에 서술하는 B 보다 우선적으로 질화물을 형성하여, 고용 B 에 의한 ?칭성의 향상 효과를 발휘시키는 데에 유효한 원소이기도 하다. 따라서, Ti 량은 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, Ti 량이 0.20 ％ 를 초과하면, 열간 압연시의 압연 하중이 극단적으로 증대되고, 또 열간 프레스 부재의 인성이 저하되기 때문에, 그 상한은 0.20 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

B : 0.0005 ∼ 0.0800 ％

B 는, 열간 프레스시의 ?칭성이나 열간 프레스 후의 인성 향상에 유효한 원소이다. 이러한 효과의 발현을 위해서는, B 량을 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, B 량이 0.0800 ％ 를 초과하면, 열간 압연시의 압연 하중이 극단적으로 증대되고, 또 열간 압연 후에 마텐자이트상이나 베이나이트상이 생겨 강판의 균열 등이 발생하기 때문에, 그 상한은 0.0800 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Sb : 0.003 ∼ 0.030 ％

Sb 는, 아연계 도금 강판을 가열하고 나서 열간 프레스 가공, 냉각을 할 때까지의 사이에 강판 표층부에 발생하는 탈탄층을 억제하는 효과를 갖는다. 이와 같은 효과의 발현을 위해서는 그 양을 0.003 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Sb 량이 0.030 ％ 를 초과하면, 압연 하중의 증대를 초래하고, 생산성을 저하시킨다. 따라서, Sb 량은 0.003 ∼ 0.030 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

3) 열간 프레스 공정

본 발명의 열간 프레스 부재의 제조 방법에서는, 열간 프레스 공정으로서, 이하의 두 개의 양태 중 어느 공정을 사용함으로써, 열간 프레스 부재를 제조한다.

제 1 양태는, 아연계 도금 강판을 Ac3 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열 후, 열간 프레스 가공, 냉각을 실시하는 열간 프레스 부재의 제조 방법이며, 이른바 다이렉트 프로세스로 불리는 열간 프레스 공정이다. 가열 온도가 Ac3 변태점 미만에서는, 강판의 ?칭이 불충분해져, 원하는 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다. 또, 가열 온도가 1000 ℃ 를 초과하면, 에너지적으로 경제적이지 못할 뿐만 아니라, 점상 결함의 발생이 현저해져, 균일하고 또한 양호한 표면 외관을 갖는 열간 프레스 부재를 제조하는 것이 곤란해진다. 또, 열간 프레스 가공 후의 냉각은, 열간 프레스 가공과 동시에 금형을 사용하여 실시해도 되고, 혹은 열간 프레스 가공과 동시 또는 직후에 물 등의 냉매를 사용하여 실시해도 된다.

제 2 양태는, 아연계 도금 강판을 냉간 프레스 가공하고, 이어서 Ac3 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열 후, 냉각을 실시하는 열간 프레스 부재의 제조 방법이며, 이른바 인다이렉트 프로세스로 불리는 열간 프레스 공정이다. 이 공정에서는, 아연계 도금 강판을 가열하기 전에 먼저 냉간 프레스 가공을 실시한다. 이어서, 냉간 프레스 가공된 부재를 가열하고, 그 후 냉각을 실시한다. 가열 온도는, 상기와 동일한 이유에 의해 Ac3 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 한다. 냉각은, 부재를 냉각시키기 위한 금형을 사용하여 실시해도 되고, 혹은 물 등의 냉매를 사용하여 실시해도 된다. 또, 금형을 사용하여 냉각시킬 때에, 열간 프레스에 의한 추가 가공을 실시해도 된다.

또한, 여기서 말하는 가열 온도란 강판의 최고 도달 온도를 말한다. 또, 상기 가열을 실시하는 방법으로는, 전기로나 가스로 등에 의한 가열, 화염 가열, 통전 가열, 고주파 가열, 유도 가열 등을 예시할 수 있다.

4) 표면 청정화 처리

본 발명의 열간 프레스 부재의 제조 방법에서는, 아연계 도금 강판을 가열하는 데에 앞서, 도금층의 표면에 부착된 티끌이나 먼지, 지문 등의 오염을 제거할 목적으로, 아연계 도금 강판의 표면 청정화 처리를 실시한다. 이 표면 청정화 처리는, 본 발명에 있어서 중요한 요건이다. 이 표면 청정화 처리를 실시하지 않는 경우에는, 도 1(b) 에 나타내는 바와 같이 점상 결함이 발생한다. 그러나, 표면 청정화 처리를 실시하면, 도 1(a) 에 나타내는 바와 같이 외관 양호품을 제조할 수 있다. 또한, 점상 결함에는, 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 아연계 도금층의 표면을 덮고 있던 ZnO 층이 파괴되고 아연이 격렬하게 증발한 흔적인 백색 결함이나, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 나아가 백색 결함부에 있어서 하지 강판의 산화가 진행되어 스케일이 생성된 흑색 결함 등이 있으며, 어느 점상 결함도 표면 외관을 손상시킬 뿐만 아니라 도장 밀착성도 열화시키기 때문에, 표면 청정화 처리를 실시함으로써 가능한 한 점상 결함을 억제하는 것이 필요하다. 이상과 같이, 본 발명에 있어서 표면 청정화 처리란, 점상 결함에서 기인되는 것을 제거하는 처리이다.

표면 청정화 처리는 가열 공정에 앞서 실시할 필요가 있기 때문에, 상기 제 1 양태 (아연계 도금 강판을 Ac3 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열 후, 열간 프레스 가공) 에 있어서는, 강판 코일의 상태, 또는 강판 코일로부터 잘라내어진 강판 시트 또는 강판 블랭크의 상태에서 표면 청정화 처리를 실시할 필요가 있다. 또, 상기 제 2 양태 (아연계 도금 강판을 냉간 프레스 가공 후, Ac3 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열) 에 있어서는, 강판 코일의 상태, 강판 코일로부터 잘라내어진 강판 시트 또는 강판 블랭크의 상태에서 표면 청정화 처리를 실시하거나, 혹은 냉간 프레스 가공 후의 부재의 상태에서 표면 청정화 처리를 실시하는 것 중 어느 것으로도 가능하다. 또한, 제 1 양태, 제 2 양태 중 어느 것에 있어서도, 가능한 한 가열 직전에 표면 청정화 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 또, 처리가 용이하고 표면 청정화 효과가 높은 점에서, 강판 블랭크의 상태에서 표면 청정화 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

표면 청정화 처리의 방법은, 도금층의 표면에 부착된 티끌이나 먼지, 지문 등의 오염을 제거하는 것이 가능한 방법이면 조금도 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 웨이스트 클로스로 강판 표면을 닦아내는 방법, 나일론제 등의 브러시를 사용하여 강판 표면을 브러싱하는 방법, 세정유 등의 강판에 해를 끼치지 않는 액체를 강판 표면에 도포한 후에 표면을 브러싱하는 방법, 알칼리 탈지나 용제 탈지를 실시하는 방법 등이 예시된다. 세정유 도유 (塗油) 와 브러싱의 병용이나, 알칼리 탈지, 용제 탈지 등과 같이, 강판 표면에 액체를 접촉시키는 방법이, 웨이스트 클로스에 의한 닦아내기나 브러싱 등의 물리적인 방법보다 청정화 효과가 높기 때문에, 강판 표면을 완전히 청정화하는 점에서는 강판 표면에 액체를 접촉시키는 방법이 바람직하다. 단, 표면 청정화 처리로서 알칼리 탈지를 실시하는 경우, 알칼리 탈지액의 pH 가 12.5 이상이면 아연계 도금층 자체를 용해하는 작용이 지나치게 강하기 때문에, 불균일한 용해에 의해 오히려 점상 결함의 발생을 조장하거나, 도금 부착량이 감소하여 내식성이 열화되거나 한다. 따라서, 표면 청정화 처리로서 알칼리 탈지를 실시하는 경우에는, 알칼리 탈지액의 pH 는 12.5 미만으로 한다. 또한, 표면 청정화 처리의 공정에 필요로 하는 비용은 저비용인 것이 바람직하다. 냉간 프레스 가공용의 설비로서 세정유 도유와 브러싱의 병용 설비를 보유하고 있는 경우에는, 이 설비를 열간 프레스 가공용으로 사용하면, 저비용이고 또한 청정화 효과가 높은 처리가 가능하기 때문에 바람직하다.

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 ℃ 이고, 판두께 1.6 ㎜ 인 냉연 강판을 사용하였다. 이 냉연 강판의 표면에, 용융 Zn 도금, 용융 Zn-Al 합금 도금 (Al 함유율 : 55 질량％), 합금화 용융 Zn 도금 (Fe 함유율 : 10 질량％), 전기 Zn 도금, 전기 Zn-Ni 합금 도금 (Ni 함유율 : 12 질량％) 중 어느 것을 실시하고, 200 ㎜ × 300 ㎜ 의 사이즈로 전단 (剪斷) 하여 공시재 (供試材) 로 하였다.

이와 같이 하여 제조한 공시재에 표면 청정화 처리를 실시하였다. 표면 청정화 처리로는, A : 웨이스트 클로스 닦아내기, B : 브러싱, C : 세정유 도유와 브러싱의 병용, D : 알칼리 탈지 (pH 는 12.0), E : 용제 탈지 중 어느 것을 실시하였다. 비교예로서, F : 강알칼리 탈지를 실시한 공시재 (pH 는 13.0) 와, 표면 청정화 처리를 실시하지 않은 공시재도 준비하였다.

웨이스트 클로스 닦아내기는, 웨이스트 클로스 (클리닝 흰색 메리야스 웨이스트 (면), 니혼 웨이스트 주식회사 제조) 를 사용하고, 공시재의 표면을 수동으로 2 왕복 닦아냄으로써 실시하였다.

브러싱은, 나일론 섬유 플랜트 브러시 (SK 형 직선 브러시, 쇼와 공업 주식회사 제조) 를 사용하고, 공시재의 표면을 수동으로 2 왕복 닦아냄으로써 실시하였다.

세정유 도유와 브러싱의 병용은, 세정 방청유 (프레톤 R352L, 스기무라 화학 공업 주식회사 제조) 를 도유량이 2.0 g/㎡ 가 되도록 공시재 표면에 도유한 후, 상기와 동일하게 브러싱을 실시하였다.

알칼리 탈지는, 공시재에 알칼리 탈지액 (CL-N364S, 20 g/ℓ, 60 ℃, 니혼 파커라이징 주식회사 제조) 을 10 초간 스프레이하고, 그 후 수세, 건조시킴으로써 실시하였다. 또한, 이 때의 알칼리 탈지액의 pH 는 12.0 이었다.

용제 탈지는, 톨루엔과 에탄올의 1 : 1 혼합 용제에 공시재를 침지하고, 1 분간의 초음파 세정을 실시한 후, 건조시킴으로써 실시하였다.

비교예로서 실시한 강알칼리 탈지는, 공시재를 강알칼리 탈지액 (NaOH 수용액, pH 를 13.0 으로 조정, 50 ℃) 에 5 초간 침지하고, 그 후 수세, 건조시킴으로써 실시하였다.

이어서, 노온 950 ℃ 의 전기로에 투입하여 재로 (在爐) 시간 8 분이 되도록 가열하고, 가열 완료 후 즉시 전기로로부터 꺼내어 Al 제의 평 (平) 금형으로 사이에 끼움으로써 급속 냉각 처리 (냉각 속도 50 ℃/s) 를 실시하였다.

이상에 의해 얻어진 공시재 (아연계 도금 강판) 에 대해, 이하의 방법으로 표면 외관을 평가하였다.

표면 외관의 판정 정밀도를 높이기 위해서 동일한 조건에서 각 10 장의 샘플을 제조하였다. 샘플의 점상 결함의 상태를 육안으로 관찰하고, 이하의 판정 기준에 의해 표면 외관을 판정하여, ◎ 또는 ○ 을 합격으로 하였다. 또한, 본 실시예에서는, 다이렉트 프로세스 또는 인다이렉트 프로세스에 의한 실제의 프레스 성형까지 실시하지 않고, 상기 서술한 바와 같이, 평판을 가열, 냉각시킨 후의 표면 외관을 평가함으로써 본 발명의 효과에 대해 평가하고 있는데, 가열, 냉각 후의 표면 외관은, 표면의 오염 성분의 유무와 그 제거 효과에 의해 정해지는 것이기 때문에, 본 평가 결과는, 양 프로세스에 의한 실제의 프레스 성형 후의 표면 외관의 평가 결과와 동일하다.

◎ : 점상 결함이 발생하지 않았던 샘플이 10 장 중 10 장

○ : 점상 결함이 발생하지 않았던 샘플이 10 장 중 8 ∼ 9 장

△ : 점상 결함이 발생하지 않았던 샘플이 10 장 중 5 ∼ 7 장

× : 점상 결함이 발생하지 않았던 샘플이 10 장 중 0 ∼ 4 장

표면 외관의 평가 결과를 제조 조건과 함께 표 1 에 나타낸다.

본 발명의 제조 방법에 의해 표면 청정화 처리를 실시하여 제조된 아연계 도금 강판 (발명예) 은, 모두 표면 외관이 우수한 것을 알 수 있다. 특히 전기 Zn-Ni 합금 도금 강판을 사용한 경우에 가장 표면 외관이 우수한 것을 알 수 있다. 한편, pH 가 12.5 이상인 강알칼리 탈지를 실시한 아연계 도금 강판 (비교예) 이나, 표면 청정화 처리를 실시하지 않았던 아연계 도금 강판 (비교예) 은, 모두 표면 외관이 열등하다.

Claims

아연계 도금 강판을 Ac3 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열 후, 열간 프레스 가공, 냉각을 실시하는 열간 프레스 부재의 제조 방법으로서,
상기 아연계 도금 강판은, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 편면당의 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층을 편면 또는 양면에 갖는 Zn-Ni 합금 도금 강판이며,
상기 가열에 앞서, 아연계 도금 강판에 대해 표면 청정화 처리를 실시하고,
상기 표면 청정화 처리는, 웨이스트 클로스 닦아내기, 브러싱, 세정유 도유, pH 가 12.5 미만인 알칼리 탈지, 용제 탈지 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상인 표면 외관이 우수한 열간 프레스 부재의 제조 방법.
아연계 도금 강판을 냉간 프레스 가공 후, Ac3 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열하고, 냉각을 실시하는 열간 프레스 부재의 제조 방법으로서,
상기 아연계 도금 강판은, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 편면당의 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층을 편면 또는 양면에 갖는 Zn-Ni 합금 도금 강판이며,
상기 가열에 앞서, 아연계 도금 강판에 대해 표면 청정화 처리를 실시하고,
상기 표면 청정화 처리는, 웨이스트 클로스 닦아내기, 브러싱, 세정유 도유, pH 가 12.5 미만인 알칼리 탈지 중에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상인 표면 외관이 우수한 열간 프레스 부재의 제조 방법.
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