KR102163319B1 - 강판 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 강판 부재의 제조 방법은, 오스테나이트 변태 완료 온도(A3)보다도 고온으로 강판 부재(10, 50)를 가열한 후, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 상기 강판 부재(10, 50)를 냉각하는 것과, 상기 강판 부재(10, 50)를 냉각한 후의 상기 강판 부재(10, 50)를 재가열하여 연화시키는 것을 포함한다.

Description

강판 부재 및 그 제조 방법{STEEL PLATE MEMBER AND METHOD OF PRODUCING THE SAME}
본 발명은 강판 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이며, 특히 마르텐사이트를 포함하는 경질 영역과 그것보다도 연질인 연질 영역을 구비하는 강판 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 예를 들어 자동차용 구조 부재로서, 충격에 견디는 경질 영역과 다른 금속 부재와 접합하기 위한 연질 영역을 구비한 강판 부재가 개발되어 있다. 일본 특허 공개 제2012-144773에는, 강판 부재의 일부 영역만을 오스테나이트 변태 완료 온도 A3보다도 고온까지 가열하여 ??칭함으로써, 1매의 강판 부재에 경질 영역과 연질 영역을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
발명자들은, 경질 영역과 연질 영역을 구비하는 강판 부재 및 그 제조 방법에 관하여, 이하의 문제점을 발견하였다. 일본 특허 공개 제2012-144773에 개시된 바와 같이, 강판 부재의 일부의 영역만을 오스테나이트 변태 완료 온도 A3보다도 고온까지 가열한 경우, 이 영역의 마이크로 조직은 오스테나이트 단상으로 변화된다. 그 때문에, ??칭 후, 이 영역은 마르텐사이트를 포함하는 경질 영역이 된다. 한편, 오스테나이트 변태 개시 온도 A1보다도 저온까지밖에 가열되지 않은 영역에서는, 오스테나이트는 발현되지 않는다. 그 때문에, ??칭 후에도, 이 영역은 ??칭 전과 마찬가지로 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 연질 영역이 된다.
여기서, 경질 영역과 연질 영역 사이의 경계 영역에서는, 필연적으로 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 가열되어, 페라이트 및 펄라이트의 일부가 오스테나이트로 변화된다. 그 때문에, ??칭후, 경계 영역은 경질인 마르텐사이트와 연질인 페라이트 및 펄라이트가 혼재된 불안정한 마이크로 조직을 갖게 된다. 그 결과, 경질 영역과 연질 영역 사이의 경계 영역에 있어서 균열이 발생하기 쉽고, 국부 연성이나 굽힘성이 떨어진다는 문제가 있었다.
본 발명은, 경질 영역과 연질 영역 사이의 경계 영역에 있어서의 균열이 억제된 강판 부재 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 제1 양태에 관한 강판 부재의 제조 방법은, 오스테나이트 변태 완료 온도보다도 고온으로 강판 부재를 가열한 후, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 상기 강판 부재를 냉각하는 것(??칭 스텝)과, 상기 강판 부재를 냉각한 후의 상기 강판 부재를 재가열하여 연화시키는 것(템퍼링 스텝)을 구비한 강판 부재의 제조 방법이며, 상기 템퍼링 스텝에 있어서, 상기 강판 부재의 제1 영역은 재가열하지 않고, 상기 강판 부재의 제2 영역을 오스테나이트 변태 개시 온도와 상기 오스테나이트 변태 완료 온도 사이의 온도로 재가열한 후, 상기 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 상기 강판 부재를 냉각함으로써, 상기 제1 영역에 마르텐사이트를 포함하는 경질 영역이 형성되고, 상기 제2 영역에 마르텐사이트와 템퍼링 마르텐사이트를 포함하는 연질 영역이 형성되고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 경계 영역에, 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 영역이 형성되는 것이다.
본 발명의 제1 양태에 관한 강판 부재의 제조 방법에서는, 템퍼링 스텝에 있어서, 강판 부재의 제1 영역은 재가열하지 않고, 강판 부재의 제2 영역을 오스테나이트 변태 개시 온도와 오스테나이트 변태 완료 온도 사이의 온도로 재가열한 후, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 상기 강판 부재를 냉각한다. 이에 의해, 상기 제1 영역에 마르텐사이트를 포함하는 경질 영역이 형성되고, 상기 제2 영역에 마르텐사이트와 템퍼링 마르텐사이트를 포함하는 연질 영역이 형성되고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 경계 영역에, 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 영역이 형성된다. 즉, 경계 영역에 경질인 마르텐사이트와 연질인 페라이트 및 펄라이트가 혼재된 불안정한 마이크로 조직이 형성되지 않기 때문에, 경계 영역에 있어서의 균열을 억제할 수 있다.
상기 제1 양태는, 상기 템퍼링 스텝에 있어서, 유도 가열에 의해 상기 제2 영역을 재가열해도 된다. 이와 같은 구성에 의해, 강판 부재의 제2 영역을 급속 가열할 수 있음과 함께, 오스테나이트 변태 개시 온도와 오스테나이트 변태 완료 온도 사이의 온도로 고정밀도로 유지할 수 있다.
상기 제1 양태는, 상기 ??칭 스텝에 있어서, 상기 강판 부재를 가열한 후, 상기 강판 부재를 냉각하기 전에 상기 강판 부재를 프레스 성형해도 된다. 이와 같은 구성에 의해, 냉간 프레스에 있어서 발생하는 스프링백을 회피하면서, 프레스 성형 후의 냉각에 의해 고강도인 강판 부재를 얻을 수 있다.
상기 제1 양태는, 상기 제2 영역이, 코일과 고주파 전원을 포함하는 고주파 유도 가열 장치에 의해 재가열되고, 상기 코일이, 단면 U자 형상의 판형 부재이며, 상기 제2 영역이 상기 코일의 내부에 삽입되어, 유도 가열되어도 된다.
본 발명의 제2 양태에 관한 강판 부재는, 마르텐사이트를 포함하는 상기 경질 영역과, 상기 경질 영역보다도 연질인 연질 영역과, 상기 경질 영역과 상기 연질 영역 사이에 위치한 경계 영역을 구비한 강판 부재이며, 상기 연질 영역은 마르텐사이트와 템퍼링 마르텐사이트를 포함하고, 상기 경계 영역은 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 영역을 포함하는 것이다.
상기 제2 양태에 관한 강판 부재에서는, 경계 영역에 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 영역이 형성되고, 경계 영역에 경질인 마르텐사이트와 연질인 페라이트 및 펄라이트가 혼재된 불안정한 마이크로 조직이 형성되지 않기 때문에, 경계 영역에 있어서의 균열을 억제할 수 있다.
상기 제2 양태의 당해 강판 부재는, 차량을 구성하는 필러용 강판 부재이며, 상기 연질 영역에 있어서 다른 금속 부재와 접합되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의해, 접합 후의 균열을 억제할 수 있다.
상기 제2 양태의 당해 강판 부재의 단부에 마련된 플랜지부에, 상기 연질 영역이 포함되어 있어도 된다. 이와 같은 구성에 의해, 유도 가열에 의해 용이하게 연질 영역을 형성할 수 있다.
본 발명에 의해, 경질 영역과 연질 영역 사이의 경계 영역에 있어서의 균열이 억제된 강판 부재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예의 특징, 이점 및 기술적 및 산업적 의의는 유사 요소들을 유사 도면 부호로 나타낸 첨부 도면을 참조로 하여 후술될 것이다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 도시하는 온도 차트이다.
도 2a는 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 강판 부재의 마이크로 조직 변화를 도시하는 모식 평면도이다.
도 2b는 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 강판 부재의 마이크로 조직 변화를 도시하는 모식 평면도이다.
도 2c는 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 강판 부재의 마이크로 조직 변화를 도시하는 모식 평면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 모식 평면도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재의 제조 방법을 도시하는 온도 차트이다.
도 5는 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재의 모식 평면도이다.
도 6은 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에 사용하는 유도 가열 장치의 모식 사시도이다.
도 7은 두께가 상이한 강판을 유도 가열한 경우의 온도 차트이다.
도 8a는 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 일례의 사시도이다.
도 8b는 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 일례의 사시도이다.
도 9는 제2 실시 형태의 실시예에 관한 부분 템퍼링의 조건을 도시하는 온도 차트이다.
도 10은 제2 실시 형태의 실시예에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재의 경도 분포를 도시하는 그래프이다.
도 11은 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재의 마이크로 조직 사진이다.
도 12는 실시예에 관한 강판 부재의 경계 영역(13)의 경도와 한계 굽힘 각도에 대하여 비교예에 관한 강판 부재의 경계 영역(23)과 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 적용한 구체적인 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 단, 본 발명이 이하의 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명을 명확히 하기 위해, 이하의 기재 및 도면은 적절히 간략화되어 있다.
(제1 실시 형태)
<강판 부재의 제조 방법>
우선, 도 1을 참조하여, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법은, 충격에 견디는 경질 영역과 다른 금속 부재와 접합하기 위한 연질 영역을 구비한 예를 들어 자동차용의 강판 부재의 제조 방법으로서 적합하다. 자동차용의 강판 부재의 일례로서, 차량을 구성하는 필러용 강판 부재를 들 수 있다.
도 1은, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 도시하는 온도 차트이다. 도 1의 횡축은 시간(s), 종축은 온도(℃)이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법은, ??칭 스텝과 부분 템퍼링 스텝을 구비하고 있다. 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에서는, ??칭 스텝을 행한 후, 부분 템퍼링 스텝을 행한다.
우선, ??칭 스텝에서는, 오스테나이트 변태 완료 온도 A3보다도 고온으로 강판 부재 전체를 가열한다. 이때, 강판 부재 전체의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트로부터 오스테나이트 단상으로 변화된다. 그 후, 상부 임계 냉각 속도(마르텐사이트 조직만을 생기도록 하는 최소의 냉각 속도, upper　critical　cooling　rate)보다도 빠른 냉각 속도로 강판 부재를 냉각한다. 이에 의해, 강판 부재가 마르텐사이트 변태되고, 강판 부재 전체의 마이크로 조직은 경질인 마르텐사이트로 변화된다.
여기서, 강판 부재를 가열한 후, 강판 부재를 냉각하기 전에, 강판 부재를 프레스 성형하는 것이 바람직하다. 열간 프레스이기 때문에, 냉간 프레스에 있어서 발생하는 스프링백을 회피하면서, 프레스 성형 후의 ??칭에 의해 고강도인 강판 부재를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 열간 프레스는, 일반적으로 핫 스탬프라 불린다. 특별히 한정되지 않지만 핫 스탬프용 강판으로서는, 예를 들어 두께 1 내지 4mm 정도의 망간·보론강으로 이루어지는 강판이 사용된다.
이어서, 부분 템퍼링 스텝에서는, 강판 부재의 일부의 영역만을 재가열하여 연화시킨다. 구체적으로는, 도 1에 도시한 바와 같이, 강판 부재의 제1 영역(11)은 재가열하지 않고, 강판 부재의 제2 영역(12)만을 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 재가열한다. 이때, 제1 영역(11)과 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)은, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해 오스테나이트 변태 개시 온도 A1보다도 저온으로 가열되어, 열 영향을 받는다. 또한, 통상의 템퍼링 온도는, 오스테나이트 변태 개시 온도 A1보다 저온이기 때문에, 제1 실시 형태에 관한 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 가열 온도는, 통상의 템퍼링 온도보다도 고온이다.
그 후, 제2 영역(12)이 마르텐사이트 변태되도록, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 강판 부재를 냉각한다. 여기서, 도 1에는, CCT(Continuous Cooling Transformation)도에 있어서의 마르텐사이트 변태 개시 온도 Ms, 마르텐사이트 변태 종료 온도 Mf, 페라이트/펄라이트의 노즈가 모식적으로 도시되어 있다. 즉, 도 1에는, 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 재가열된 제2 영역(12)이, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 냉각되는 모습이 모식적으로 도시되어 있다.
여기서, 도 2a 내지 2c는, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 강판 부재의 마이크로 조직 변화를 도시하는 모식 평면도이다. 우선, 도 2a에 도시하는 부분 템퍼링 스텝 전, 즉 ??칭 스텝 후의 강판 부재(10)의 마이크로 조직에 대하여 설명한다. 도 2a에 도시한 바와 같이, 부분 템퍼링 스텝 전의 강판 부재(10)의 마이크로 조직은, 전체가 마르텐사이트 M을 포함한다.
이어서, 도 2b에 도시하는 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 가열 중의 강판 부재(10)의 마이크로 조직에 대하여 설명한다. 도 1의 온도 차트에 도시한 바와 같이, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 가열 중, 강판 부재(10)의 제2 영역(12)만이 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 재가열된다.
그 때문에, 도 2b에 도시한 바와 같이, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 가열 중, 제2 영역(12)에서는 마르텐사이트 M이 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 변화됨과 함께, 템퍼링 마르텐사이트 TM의 일부가 오스테나이트 A로 더 변화된다. 즉, 제2 영역(12)의 마이크로 조직은, 템퍼링 마르텐사이트 TM과 오스테나이트 A의 혼합 조직이 된다. 여기서, 경계 영역(13) 근방에서는, 가열되는 제2 영역(12)의 온도가 오스테나이트 변태 개시 온도 A1에 접근하기 때문에, 오스테나이트 A의 양이 적어지고, 템퍼링 마르텐사이트 TM이 많아진다. 또한, 본 명세서에 있어서의 템퍼링 마르텐사이트 TM은, 재가열에 의해 연화된 마르텐사이트 M의 총칭이며, 트루스타이트나 솔바이트를 포함한다.
한편, 강판 부재(10)의 제1 영역(11)은 재가열되지 않아, 열 영향을 받지 않는 영역이다. 그 때문에, 제1 영역(11)의 마이크로 조직은 마르텐사이트 M으로부터 변화되지 않는다. 여기서, 제1 영역(11)과 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)은, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해 오스테나이트 변태 개시 온도 A1보다도 저온으로 가열되어, 열 영향을 받는다. 그 때문에, 경계 영역(13)의 마이크로 조직은, 마르텐사이트 M으로부터 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 변화된다.
보다 구체적으로는, 경계 영역(13)에서는 제2 영역(12)으로부터의 거리가 가까울수록, 오스테나이트 변태 개시 온도 A1에 가까운 고온으로 가열되어 있다. 그 때문에, 경계 영역(13)의 대부분인 제2 영역(12)측의 마이크로 조직은, 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 이루어진다. 또한, 경계 영역(13)에 있어서의 제1 영역(11) 근방에서는, 템퍼링 마르텐사이트 TM과 마르텐사이트 M이 혼재하고, 마르텐사이트 M을 포함하는 제1 영역(11)에 접근함에 따라, 템퍼링 마르텐사이트 TM이 적어짐과 함께, 마르텐사이트 M이 많아진다. 이와 같이, 경계 영역(13)에서는 제2 영역(12)으로부터의 거리가 가까울수록, 고온으로 가열된 템퍼링 마르텐사이트 TM을 포함하기 때문에, 경질인 제1 영역(11)측으로부터 연질인 제2 영역(12)측을 향해 서서히 연질이 된다.
이어서, 도 2c에 도시하는 부분 템퍼링 스텝 후의 강판 부재(10)의 마이크로 조직에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 냉각 과정에서는, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 강판 부재(10)를 냉각한다. 그 때문에, 도 2c에 도시한 바와 같이, 가열 중에 발현된 제2 영역(12)의 오스테나이트 A가 마르텐사이트 M으로 변화된다. 그 결과, 제2 영역(12)의 마이크로 조직은, 템퍼링 마르텐사이트 TM과 마르텐사이트 M의 혼합 조직이 된다. 제1 영역(11)의 마이크로 조직은 마르텐사이트 M으로부터 변화되지 않는다. 경계 영역(13)의 마이크로 조직도, 템퍼링 마르텐사이트 TM으로부터 변화되지 않는다.
<강판 부재의 구성>
이어서, 도 3을 참조하여, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재에 대하여 설명한다. 도 3은, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 모식 평면도이다. 제1 실시 형태에 관한 강판 부재는, 도 1에 도시한 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재(10)는 제1 영역(11), 제2 영역(12), 경계 영역(13)을 구비하고 있다. 도 3에는, 제1 영역(11), 제2 영역(12), 경계 영역(13) 각각의 마이크로 조직이 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 3에 도시된 강판 부재(10)의 마이크로 조직은, 도 2c에 도시된 부분 템퍼링 스텝 후의 강판 부재(10)의 마이크로 조직과 일치하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 제1 영역(11)은, 경질인 마르텐사이트 M을 포함하는 경질 영역이다. 제2 영역(12)은, 마르텐사이트 M과 템퍼링 마르텐사이트 TM을 포함하는 연질 영역이다. 제2 영역(12)에 있어서의 경계 영역(13) 근방에서는, 경계 영역(13)에 접근함에 따라 마르텐사이트 M의 양이 서서히 적어진다. 연질의 제2 영역(12)은, 주로 강판 부재(10)를 다른 금속 부재와 스폿 용접이나 레이저 용접 등에 의해 접합하기 위해 마련되어 있다. 경질 영역이 아니라 연질 영역에 있어서 접합함으로써, 접합 후의 균열을 억제할 수 있다.
경계 영역(13)은, 제1 영역(11)과 제2 영역(12) 사이에 형성되어 있다. 경계 영역(13)의 대부분인 제2 영역(12)측에서는, 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 이루어지는 마이크로 조직이 된다. 또한, 경계 영역(13)에 있어서의 제1 영역(11) 근방에서는, 템퍼링 마르텐사이트 TM과 마르텐사이트 M이 혼재하고, 제1 영역(11)에 접근함에 따라 템퍼링 마르텐사이트 TM이 적어짐과 함께, 마르텐사이트 M이 많아진다.
<비교예에 관한 강판 부재 및 그 제조 방법>
여기서, 도 4, 도 5를 참조하여, 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 4는, 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재의 제조 방법을 나타내는 온도 차트이다. 도 5는, 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재의 모식 평면도이다. 우선, 도 4를 참조하여, 비교예에 관한 강판 부재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 4의 횡축은 시간(s), 종축은 온도(℃)이다. 도 4에 도시한 바와 같이, 비교예에 관한 강판 부재의 제조 방법은 부분 ??칭 스텝만을 구비하고 있다.
부분 ??칭 스텝에서는, 강판 부재의 일부의 영역만을 오스테나이트 변태 완료 온도 A3보다도 고온으로 가열한다. 구체적으로는, 도 4에 도시한 바와 같이, 강판 부재의 제2 영역(22)은 가열하지 않고, 강판 부재의 제1 영역(21)만을 오스테나이트 변태 완료 온도 A3보다도 고온으로 가열한다. 그 때문에, 제1 영역(21)의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트로부터 오스테나이트 단상으로 변화된다. 또한, 제2 영역(22)은, 오스테나이트 변태 개시 온도 A1보다도 저온으로 가열된 영역을 포함한다. 제2 영역(22)의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트로부터 변화되지 않는다.
그리고, 제1 영역(21)과 제2 영역(22) 사이의 경계 영역(23)은, 제2 영역(22)으로부터의 열 전도에 의해 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 가열된다. 그 때문에, 경계 영역(23)의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트의 일부가 오스테나이트로 변화된다. 즉, 경계 영역(23)의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트와 오스테나이트의 혼합 조직이 된다.
그 후, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 강판 부재를 냉각한다. 이에 의해, 모든 오스테나이트가 마르텐사이트 변태되고, 제1 영역(21)의 마이크로 조직은 경질인 마르텐사이트로 변화된다. 또한, 경계 영역(23)의 마이크로 조직은, 연질인 페라이트 및 펄라이트와 경질인 마르텐사이트의 혼합 조직이 된다. 또한, 제2 영역(22)의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트로부터 변화되지 않는다.
이어서, 도 5를 참조하여, 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재에 대하여 설명한다. 비교예에 관한 강판 부재는, 도 4에 도시한 비교예에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재이다. 도 5에 도시한 바와 같이, 비교예에 관한 강판 부재(20)는 제1 영역(21), 제2 영역(22), 경계 영역(23)을 구비하고 있다. 도 5에는, 제1 영역(21), 제2 영역(22), 경계 영역(23) 각각의 마이크로 조직이 모식적으로 도시되어 있다.
도 5에 도시한 바와 같이, 제1 영역(21)은 경질인 마르텐사이트를 포함하는 경질 영역이다. 제2 영역(22)은, 연질인 페라이트 F 및 펄라이트 P(페라이트/펄라이트 FP)를 포함하는 연질 영역이다. 경계 영역(23)은, 제1 영역(21)과 제2 영역(22) 사이에 형성되어 있으며, 연질인 페라이트/펄라이트 FP와 경질인 마르텐사이트 M의 혼합 조직이 된다.
이와 같이, 비교예에 관한 강판 부재(20)에서는, 경계 영역(23)이 경질인 마르텐사이트 M과 연질인 페라이트/펄라이트 FP가 혼재된 불안정한 마이크로 조직을 갖고 있다. 그 때문에, 경질 영역과 연질 영역 사이의 경계 영역에 있어서 균열이 발생하기 쉽다.
<제1 실시 형태에 관한 강판 부재 및 그 제조 방법에 의한 효과>
이어서, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재 및 그 제조 방법에 의한 효과에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 도 5에 도시한 비교예에 관한 강판 부재(20)에서는, 경계 영역(23)이 경질인 마르텐사이트 M과 연질인 페라이트/펄라이트 FP가 혼재된 불안정한 마이크로 조직을 갖고 있다.
이에 비해, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재(10)에서는, 도 3에 도시한 바와 같이, 경계 영역(13)은 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 이루어지는 마이크로 조직을 갖는다. 그 때문에, 경질인 제1 영역(11)과 연질인 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)에 있어서의 균열을 억제할 수 있다. 또한, 경계 영역(13)에 있어서의 제1 영역(11) 근방에서는, 템퍼링 마르텐사이트 TM과 마르텐사이트 M이 혼재하지만, 인접하는 양자의 경도차가 작기 때문에, 균열을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재(10)의 경계 영역(13)에서는, 부분 템퍼링 스텝에 있어서 가열된 제2 영역(12)으로부터의 거리가 가까울수록, 고온으로 가열되어 있기 때문에, 연질이 된다. 즉, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재(10)의 경계 영역(13)에서는, 경질인 제1 영역(11)측으로부터 연질인 제2 영역(12)측을 향해 서서히 연질이 되어 있다. 그 때문에, 경질인 제1 영역(11)과 연질인 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)에 있어서의 균열을 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 비교예에 관한 강판 부재(20)에서는, 연질 영역인 제2 영역(22)이 페라이트/펄라이트 FP를 포함하는 것에 비해, 본 실시 형태에 관한 강판 부재(10)에서는, 연질 영역인 제2 영역(12)이 마르텐사이트 M과 템퍼링 마르텐사이트 TM을 포함한다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 강판 부재(10)의 제2 영역(12)은, 비교예에 관한 강판 부재(20)의 제2 영역(22) 정도로 연질이 아니다. 그러나, 다른 금속 부재와의 접합 후의 균열을 억제하기에는 충분히 연질이다.
또한, 비교예에 관한 강판 부재(20)의 경계 영역(23)과 마찬가지로, 본 실시 형태에 관한 강판 부재(10)의 제2 영역(12)도 혼합 조직을 갖고 있다. 그러나, 비교예에 관한 강판 부재(20)의 경계 영역(23)에 있어서의 마르텐사이트 M과 페라이트/펄라이트 FP의 경도차에 비해, 본 실시 형태에 관한 강판 부재(10)의 제2 영역(12)에 있어서의 마르텐사이트 M과 템퍼링 마르텐사이트 TM의 경도차는 작다. 그 때문에, 제2 영역(12)에 있어서도 균열은 발생하기 어렵다.
(제2 실시 형태)
<강판 부재의 제조 방법>
이어서, 도 6을 참조하여, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 6은, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에 사용하는 유도 가열 장치의 모식 사시도이다. 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에서는, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 강판 부재(10)의 가열 방법은 특별히 한정되지 않는다. 이에 비해, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에서는, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 강판 부재(10)의 가열에 도 6에 도시한 유도 가열 장치(30)를 사용한다. 그 이외에 대해서는 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 유도 가열 장치(30)는 코일(31)과 고주파 전원(32)을 구비한 고주파 유도 가열 장치이다. 도 6에 도시한 바와 같이, 코일(31)은 가로 배치된 단면 U자 형상의 판형 부재이다. 코일(31)의 양쪽의 개방 단부에 고주파 전원(32)이 접속되어 있다. 강판 부재(10)의 제2 영역(12)만이 코일(31)의 내부에 삽입되어, 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 유도 가열된다. 강판 부재(10)의 제1 영역(11)은, 코일(31)로부터 노출되어 있기 때문에, 유도 가열되지 않고, 또한 제2 영역(12)으로부터의 열전도에 의한 열 영향도 받지 않는다. 한편, 제1 영역(11)과 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)은, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해 오스테나이트 변태 개시 온도 A1보다도 저온으로 가열되어, 열 영향을 받는다.
여기서, 고주파 유도 가열에서는, 강판 부재(10)가 자성을 상실하는 퀴리점에서 가열 효율이 급격하게 저하되기 때문에, 퀴리점 근방에서 가열된 영역의 온도가 상승하기 어려워진다. 오스테나이트는 비자성, 마르텐사이트, 페라이트 및 펄라이트는 강자성을 갖고 있기 때문에, 퀴리점은 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이에 존재한다.
그 때문에, 고주파 유도 가열을 채용함으로써, 강판 부재(10)의 제2 영역(12)만을 급속 가열할 수 있음과 함께, 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 용이하면서 고정밀도로 유지할 수 있다. 강판 부재(10)의 제2 영역(12)만을 급속 가열할 수 있기 때문에, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해 열 영향을 받는 경계 영역(13)을 좁게 할 수 있다. 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 용이하면서 고정밀도로 유지할 수 있기 때문에, 템퍼링 후의 제2 영역(12)의 조직의 변동을 억제할 수 있다.
도 7은, 두께가 상이한 강판을 유도 가열한 경우의 온도 차트이다. 횡축은 시간, 종축은 온도이다. 강판(PL1, PL2)은, 모두 망간·보론강(22MnB5강)으로 이루어지는 핫 스탬프용 강판이다. 여기서, 강판(PL1)에 비해 강판(PL2)은 1mm 정도 두껍다. 그 때문에, 강판(PL2)은 강판(PL1)보다도 승온에 시간을 요하지만, 고주파 유도 가열을 사용함으로써, 강판(PL1, PL2) 중 어느 것에 대해서도 급속 가열할 수 있었다. 또한, 고주파 유도 가열을 사용함으로써, 두께가 상이한 강판(PL1, PL2) 중 어느 것에 대해서도, 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 용이하면서 고정밀도로 유지할 수 있었다.
<강판 부재의 구성>
이어서, 도 8a, b를 참조하여, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 일례의 구성에 대하여 설명한다. 도 8a, b는, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 일례의 사시도이다. 제2 실시 형태에 관한 강판 부재는, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재이다. 도 8a, b에 도시한 강판 부재(50)는, 차량을 구성하는 필러용 강판 부재이며, 보다 상세하게는 센터 필러 레인포스먼트이다. 도 8a, b에서는, 부분 템퍼링 스텝 전의 강판 부재(50)와 부분 템퍼링 스텝 후의 강판 부재(50)가 도시되어 있지만, 강판 부재(50)의 형상은 부분 템퍼링 스텝의 전후에서 동일하다.
또한, 당연히, 도 8a, b에 도시한 오른손 좌표계 xyz 직교 좌표는, 구성 요소의 위치 관계를 설명하기 위한 편의적인 것이다. 또한, 도 8a, b에 도시한 강판 부재(50)의 용도나 형상은 어디까지나 일례이며, 본 실시 형태에 관한 강판 부재의 용도나 형상은 전혀 한정되지 않는다.
도 8a, b에 도시한 바와 같이, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재(50)는 본체부(51), 상부 플랜지부(52), 하부 플랜지부(53)를 구비하고 있다. 도 8a, b에 도시한 바와 같이, 본체부(51)는 z축 방향으로 연장된 천장판(51a), 측벽(51b) 및 플랜지부(51c)를 구비한 단면 해트형 형상의 부위이다. 보다 상세하게는, z축 방향으로 연장된 천장판(51a)의 폭 방향(x축 방향)의 단부로부터 한 쌍의 측벽(51b)이 상승되어 있다. 또한, 각각의 측벽(51b)의 높이 방향(y축 방향)의 단부로부터 플랜지부(51c)가 외측으로 돌출되어 있다.
또한, 본체부(51)는, 전체적으로 y축 마이너스 방향측으로 돌출되도록 약간 만곡되어 있다. 또한, 본체부(51)의 상단부(z축 플러스 방향측 단부) 및 하단부(z축 마이너스 방향측 단부)는, 폭 방향(x축 방향)으로 넓어져 평면에서 보아 T자 형상으로 형성되어 있다. 여기서, 상단부보다도 하단부쪽이 폭 방향으로 넓어져 있다.
상부 플랜지부(52)는, 본체부(51)의 상단부로부터 y축 마이너스 방향으로 상승된 판면과, 그 면의 높이 방향(y축 방향)의 단부로부터 본체부(51)의 길이 방향 외측(z축 플러스 방향측)으로 돌출된 판면을 구비하고 있다. 즉, 상부 플랜지부(52)는, 폭 방향(x축 방향)으로 연장 설치된 단면 L자 형상의 부위이다. 하부 플랜지부(53)는, 천장판(51a)의 하단부로부터 길이 방향 외측(z축 마이너스 방향측)으로 연장되어 돌출됨과 함께, 폭 방향(x축 방향)으로 연장 설치된 평판 형상의 부위이다.
도 8a, b에 도시한 제2 실시 형태에 관한 강판 부재(50)는, 상술한 ??칭 스텝에 있어서 평판을 프레스 성형함으로써 제조된다. 그 때문에, 도 8a에 도시한 부분 템퍼링 스텝 전의 강판 부재(50)의 마이크로 조직은, 전체가 마르텐사이트 M을 포함한다.
도 8b에 도시한 부분 템퍼링 스텝 후의 강판 부재(50)에서는, 본체부(51)의 한 쌍의 플랜지부(51c)의 각각의 외측 에지부에, 마르텐사이트 M과 템퍼링 마르텐사이트 TM을 포함하는 제2 영역(12a)이 띠 형상으로 형성되어 있다. 즉, 부분 템퍼링 스텝에서는, 제2 영역(12a)이 국소적으로 유도 가열된다. 그리고, 제2 영역(12a)의 내측에는 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 이루어지는 경계 영역(13a)이 형성되어 있다.
마찬가지로, 상부 플랜지부(52)의 외측 에지부에도, 마르텐사이트 M과 템퍼링 마르텐사이트 TM을 포함하는 제2 영역(12b)이 띠 형상으로 형성되어 있다. 즉, 부분 템퍼링 스텝에서는, 제2 영역(12b)이 국소적으로 유도 가열된다. 제2 영역(12b)의 내측에는 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 이루어지는 경계 영역(13b)이 형성되어 있다.
마찬가지로, 하부 플랜지부(53)의 외측 에지부에도, 마르텐사이트 M과 템퍼링 마르텐사이트 TM을 포함하는 제2 영역(12c)이 띠 형상으로 형성되어 있다. 즉, 부분 템퍼링 스텝에서는, 제2 영역(12c)이 국소적으로 유도 가열된다. 제2 영역(12c)의 내측에는 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 이루어지는 경계 영역(13c)이 형성되어 있다.
또한, 도 8b에 도시한 부분 템퍼링 스텝 후의 강판 부재(50)에 있어서, 제2 영역(12a, 12b, 12c), 경계 영역(13a, 13b, 13c) 이외의 영역은, 마르텐사이트 M을 포함하는 제1 영역(11)이다.
제조된 강판 부재(50)는, 플랜지부(51c), 상부 플랜지부(52), 하부 플랜지부(53)에 각각 마련된 연질의 제2 영역(12a, 12b, 12c)에 있어서 다른 금속 부재와 스폿 용접 등에 의해 접합된다. 경질 영역이 아니라 연질 영역에 있어서 접합함으로써, 접합 후의 균열을 억제할 수 있다. 또한, 플랜지부(51c), 상부 플랜지부(52), 하부 플랜지부(53)는 강판 부재(50)의 단부에 마련되어 있기 때문에, 유도 가열에 의해 용이하게 연질 영역을 형성할 수 있다.
또한, 도 8a에 도시한 바와 같이, 강판 부재(50)에서는, 제2 영역(12a)이 본체부(51)의 길이 방향 전체에 걸쳐서 띠 형상으로 형성되어 있다. 그 때문에, 부분 템퍼링 스텝의 냉각 과정에 있어서 강판 부재(50)의 치수가 변화되어, 치수 정밀도가 악화되어버릴 우려가 있다. 본 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에서는, 부분 템퍼링 스텝의 냉각 과정에 있어서의 냉각 속도가 빠르기 때문에, 냉각용 금형 등에 의해 강판 부재(50)를 구속하면서 냉각할 수 있다. 따라서, 부분 템퍼링 스텝의 냉각 과정에 있어서의 강판 부재(50)의 치수 변화를 억제할 수 있다.
<실시예>
이하에, 부분 템퍼링에 있어서 강판 부재를 유도 가열하는 제2 실시 형태의 실시예에 대하여 설명한다. 강판 부재로서, 두께 2.0mm, 폭 100mm, 길이 300mm의 망간·보론강(22MnB5강)으로 이루어지는 핫 스탬프용 강판의 ??칭재를 사용하였다.
도 9는, 제2 실시 형태의 실시예에 관한 부분 템퍼링의 조건을 도시하는 온도 차트이다. 횡축은 시간, 종축은 온도이다. 도 9에는, 제1 영역(11), 제2 영역(12), 경계 영역(13)의 제1 영역측, 경계 영역(13)의 제2 영역측의 4개의 영역에 있어서의 온도 프로파일이 도시되어 있다. 도 9에 도시한 바와 같이, 강판 부재의 제2 영역(12)만을 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 가열한 후, 제2 영역(12)이 마르텐사이트 변태되도록, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 강판 부재를 냉각하였다.
상세하게는 후술하는 바와 같이, 실시예에 관한 부분 템퍼링을 행한 결과, 도 9에 도시한 제1 영역(11)에는 마르텐사이트 M을 포함하는 경질 영역이 형성되었다. 도 9에 도시한 제2 영역(12)에는, 마르텐사이트 M과 템퍼링 마르텐사이트 TM을 포함하는 연질 영역이 형성되었다. 도 9에 도시한 경계 영역(13)(제1 영역측) 및 경계 영역(13)(제2 영역측)은, 모두 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 이루어지는 마이크로 조직을 갖고 있었다. 한편, 보다 고온으로 가열된 경계 영역(13)(제2 영역측)의 경도는, 경계 영역(13)(제1 영역측)의 경도보다도 낮았다.
도 10, 도 11에는, 제2 실시 형태의 실시예에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재의 경도 분포 및 마이크로 조직 사진을 도시한다. 도 10은, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재의 경도 분포를 도시하는 그래프이다. 도 11은, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재의 마이크로 조직 사진이다.
도 10에 도시한 바와 같이, 비커스 경도(HV)가 높고 경질인 제1 영역(11)과, 비커스 경도(HV)가 낮고 연질인 제2 영역(12) 사이에 경계 영역(13)이 형성되어 있다. 도 10에 도시한 바와 같이 고주파 유도 가열을 사용함으로써, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해 열 영향을 받는 경계 영역(13)을 40mm 정도로 좁게 할 수 있었다. 또한, 경계 영역(13)에서는, 480HV 정도의 경질인 제1 영역(11)측으로부터 300HV 정도의 연질인 제2 영역(12)측을 향해 서서히 연화되어 있는 것을 알 수 있었다. 여기서, 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 경계 영역(13)의 제2 영역(12) 근방에 있어서 경도가 250HV 정도까지 저하되고, 마르텐사이트와 템퍼링 마르텐사이트를 포함하는 제2 영역(12)에서는 경도가 300HV 정도까지 상승되어 있다.
또한, 도 11에 도시한 바와 같이, 제1 영역(11)의 마이크로 조직은 마르텐사이트를 포함하는 조직이었다. 제2 영역(12)의 마이크로 조직은 마르텐사이트와 템퍼링 마르텐사이트의 혼합 조직이었다. 그리고, 경계 영역(13)의 마이크로 조직은 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 조직이었다. 즉, 도 3에 도시한 마이크로 조직과 마찬가지의 마이크로 조직이 실제로 얻어졌다.
도 12는, 실시예에 관한 강판 부재의 경계 영역(13)의 경도와 한계 굽힘 각도에 대하여 비교예에 관한 강판 부재의 경계 영역(23)과 비교하여 도시한 그래프이다. 한계 굽힘 각도(deg)를 구하기 위한 굽힘 시험은, 독일 자동차 공업회의 규격인 VDA238-100에 준거하여 행하였다. 도 12에 도시한 바와 같이, 실시예에 있어서의 경계 영역(13)의 비커스 경도(HV)는 비교예에 있어서의 경계 영역(23)의 비커스 경도(HV)와 동등하였다.
한편, 도 12에 도시한 바와 같이, 실시예에 있어서의 경계 영역(13)의 한계 굽힘 각도(deg)는, 비교예에 있어서의 경계 영역(23)의 한계 굽힘 각도(deg)의 배 이상이며, 굽힘성이 극적으로 향상되었다. 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 비교예에 있어서의 경계 영역(23)은, 경질인 마르텐사이트 M과 연질인 페라이트/펄라이트 FP가 혼재된 불안정한 마이크로 조직을 갖고 있기 때문에, 굽힘성이 떨어진다. 이에 비해, 실시예에 있어서의 경계 영역(13)은 템퍼링 마르텐사이트로 이루어지는 조직을 갖고 있기 때문에, 굽힘성이 우수한 것으로 생각된다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태로 한정되는 것은 아니며, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. 강판 부재(10, 50)의 제조 방법에 있어서,
    오스테나이트 변태 완료 온도(A3)보다도 고온으로 강판 부재(10, 50)를 가열한 후, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 상기 강판 부재(10, 50)를 냉각하는 것;
    상기 강판 부재(10, 50)를 냉각하는 것의 후의 상기 강판 부재(10, 50)를 재가열하여 연화시키는 것을
    포함하고,
    상기 강판 부재(10, 50)를 연화시킴에 있어서, 상기 강판 부재(10, 50)의 제1 영역(11)은 재가열하지 않고, 상기 강판 부재(10, 50)의 제2 영역(12)을 오스테나이트 변태 개시 온도(A1)와 상기 오스테나이트 변태 완료 온도(A3) 사이의 온도로 재가열한 후, 상기 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 상기 강판 부재(10, 50)를 냉각함으로써, 상기 제1 영역(11)에 마르텐사이트(M)를 포함하는 경질 영역이 형성되고, 상기 제2 영역(12)에 상기 마르텐사이트(M)와 템퍼링 마르텐사이트(TM)를 포함하는 연질 영역이 형성되고, 상기 제1 영역(11)과 상기 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)에, 상기 템퍼링 마르텐사이트(TM)로 이루어지는 영역이 형성되는, 강판 부재(10, 50)의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강판 부재(10, 50)를 연화시킴에 있어서, 유도 가열에 의해 상기 제2 영역(12)을 재가열하는, 강판 부재(10, 50)의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 강판 부재(10, 50)를 가열한 후, 상기 강판 부재(10, 50)를 냉각하기 전에 상기 강판 부재(10, 50)를 프레스 성형하는, 강판 부재(10, 50)의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2 영역(12)은, 코일(31)과 고주파 전원(32)을 포함하는 고주파 유도 가열 장치에 의해 재가열되고, 상기 코일(31)은, 단면 U자 형상의 판상 부재를 포함하며, 상기 제2 영역(12)이 상기 코일(31)의 내부에 삽입되어, 유도 가열되는, 강판 부재(10, 50)의 제조 방법.
  5. 강판 부재(10, 50)에 있어서,
    마르텐사이트(M)를 포함하는 경질 영역;
    상기 경질 영역보다도 연질인 연질 영역;
    상기 경질 영역과 상기 연질 영역 사이에 위치하는 경계 영역(13)을
    포함하고,
    상기 연질 영역은, 마르텐사이트(M)와 템퍼링 마르텐사이트(TM)를 포함하고, 상기 경계 영역은, 템퍼링 마르텐사이트(TM)로 이루어지는 영역을 포함하는, 강판 부재(10, 50).
  6. 제5항에 있어서,
    상기 강판 부재(10, 50)는 차량을 구성하는 필러용 강판 부재(50)이며, 상기 연질 영역에 있어서 다른 금속 부재와 접합되어 있는, 강판 부재(10, 50).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 강판 부재(50)의 단부에 있는 플랜지부(51c, 52, 53)가 상기 연질 영역을 포함하는, 강판 부재(10, 50).
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