KR102253720B1

KR102253720B1 - 핫 프레스 부재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR102253720B1
Application number: KR1020197024434A
Authority: KR
Inventors: 고이치 나카가와; 요시키요 다마이
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2021-05-18
Also published as: JPWO2018179839A1; EP3604594A4; CN110475891B; CN110475891A; JP6428970B1; US20190390295A1; US10995385B2; KR20190110577A; EP3604594A1; WO2018179839A1

Abstract

소정의 성분 조성으로 함과 함께, 강 조직을, 두께 방향으로 표층부가 연질층, 내부가 경질층, 그 연질층과 그 경질층 사이가 천이층이 되는 경사 조직으로 한다.

Description

핫 프레스 부재 및 그 제조 방법 {HOT PRESSED PART AND METHOD OF MANUFACTURING SAME}

본 발명은 강판을 핫 프레스하여 이루어지는 부재, 즉 핫 프레스 부재에 관한 것이다. 또, 본 발명은 특히, 두께 방향으로 조직이 변화되는 경사 조직을 갖는, 고강도와 고굽힘성을 겸비한 핫 프레스 부재에 관한 것이다.

최근, 지구 환경의 보전이라는 관점에서, 자동차의 연비 향상이 요망되고 있으며, 그 때문에, 자동차 차체의 경량화가 요구되고 있다. 이와 같은 요구에 대응하기 위해서는, 자동차용 부재를 얇게 해도 안전성이 저해되지 않도록, 부재의 소재가 되는 강판을 고강도화할 필요가 있다.

또, 자동차의 충돌시의 에너지를 흡수하는 능력 (충격 에너지 흡수능) 을 높이는 관점에서는, 자동차용 부재의 굽힘성을 높게 하는 것이 효과적이다. 그 때문에, 고강도이면서, 굽힘성도 우수한 자동차용 부재가 강하게 요망되고 있다.

이와 같은 요망에 대해, 예를 들어, 특허문헌 1 에는,

「mass％ 로, C : 0.15 ∼ 0.30 ％, Si : 0.01 ∼ 1.8 ％, Mn : 1.5 ∼ 3.0 ％, P : 0.05 ％ 이하, S : 0.005 ％ 이하, Al : 0.005 ∼ 0.05 ％, N : 0.005 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 이하의 (1) 및 (2) 로 규정하는 식을 만족하는 강판 표층 연질부를 갖고,

Hv(S)/Hv(C) ≤ 0.8 ····· (1)

Hv(S) : 강판 표층 연질부의 경도, Hv(C) : 강판 중심부의 경도

0.10 ≤ t(S)/t ≤ 0.30 ····· (2)

t(S) : 강판 표층 연질부의 두께, t : 판 두께

또한 상기 강판 표층 연질부는 템퍼드 마텐자이트가 체적률 90 ％ 이상이고, 상기 강판 중심부의 조직은 템퍼드 마텐자이트이고, 인장 강도가 1270 ㎫ 이상인 것을 특징으로 하는 굽힘성이 우수한 초고강도 냉연 강판.」이 개시되어 있다.

그러나, 일반적으로, 강도가 높아짐에 따라 성형성이 저하되기 때문에, 특허문헌 1 과 같은 강판을 소재로 하여 냉간 성형에 의해 자동차용 부재를 제조하는 경우, 성형이 곤란해지거나 형상 동결성이 악화되는, 특히는, 성형 후에 스프링백이 발생하므로, 원하는 부품 형상 정밀도가 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.

그래서, 상기 문제에 대해, 강판에 핫 프레스 공법을 적용하여, 고강도의 자동차용 부재를 제조하는 기술이 제안되어 있다.

핫 프레스 공법에서는, 강판은 오스테나이트역으로 가열된 후, 프레스기까지 반송되고, 프레스기 내에서, 금형에 의해 원하는 형상의 부재로 성형됨과 동시에 급랭된다. 이 금형 내에서의 냉각 과정 (급랭) 에 있어서, 부재의 조직은 오스테나이트상에서 마텐자이트상으로 상변태하고, 이로써, 원하는 형상의 고강도 부재가 얻어진다.

이와 같은 핫 프레스 공법에 의해 얻어진 자동차 부재로서, 예를 들어, 특허문헌 2 에는,

「표층의 두께가 1 ㎚ ∼ 300 ㎛ 이고, 그 표층의 전위 밀도가 내층강의 전위 밀도의 1/100 이하이고, 내층강의 화학 성분이 질량％ 로 C : 0.1 ∼ 0.8 ％, Mn : 0.5 ∼ 3 ％ 를 함유하고, 인장 강도가 980 N/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 자동차 부재.」

가 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2011-179030호 일본 공개특허공보 2006-104546호

그러나, 특허문헌 2 의 자동차용 부재는, 충분한 굽힘성이 얻어지지 않는다는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 개발된 것으로서, 인장 강도 (TS) : 1100 ㎫ 이상의 고강도와, 굽힘 각도 : 70 도 이상의 고굽힘성을 겸비한 핫 프레스 부재를, 그 유리한 제조 방법과 함께 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 굽힘 각도란, 독일 자동차 공업회 (VDA) 규격 : VDA238-100 에 준거한 굽힘 시험에 의해 측정되는 굽힘 각도 α 이다.

그런데, 발명자들은, 핫 프레스 부재에 있어서, 고강도이면서, 고굽힘성을 실현하기 위해 다양한 검토를 거듭하여, 이하의 지견을 얻었다.

(A) 상반되는 특성인 고강도와 고굽힘성을 동시에 실현하려면, 핫 프레스 부재의 강 조직을, 두께 방향으로 조직이 변화되는 경사 조직으로 하는, 구체적으로는, 두께 방향으로, 강도에 기여하는 경질층과, 굽힘성에 기여하는 연질층과, 경질층과 연질층 사이의 천이층으로 구성되는 경사 조직으로 하고, 각 층의 조직과 두께를 적정하게 제어하는 것이 중요하다.

(B) 또, 상기 경사 조직을 얻기 위해서는, 핫 프레스 부재의 소재 강판 (이하, 핫 프레스용 강판이라고도 한다) 의 제조 조건, 특히, 냉간 압연 후의 어닐링에 있어서 노점과 어닐링 온도, 어닐링 시간을 적절히 조정하고, 또한 프레스 성형시의 성형 개시 온도를 적절히 조정하는 것이 중요하다.

본 발명은, 상기 지견에 기초하여, 추가로 검토를 더한 끝에 완성된 것이다.

즉, 본 발명의 요지 구성은 다음과 같다.

1. 핫 프레스 부재로서,

그 핫 프레스 부재는,

질량％ 로,

C : 0.18 ∼ 0.40 ％,

Si : 0.01 ∼ 2.0 ％,

Mn : 0.5 ∼ 2.5 ％,

P : 0.05 ％ 이하,

S : 0.05 ％ 이하,

Al : 0.005 ∼ 0.1 ％ 및

N : 0.01 ％ 이하

를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과,

상기 핫 프레스 부재의 두께 방향으로 표층부가 연질층, 내부가 경질층, 그 연질층과 그 경질층 사이가 천이층인 강 조직을 갖고,

상기 연질층은, 상기 연질층 전체에 대한 체적률로 90 ％ 이상의 페라이트를 갖고, 그 페라이트의 평균 결정립경은 2 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이고, 상기 연질층의 합계 두께는 상기 핫 프레스 부재 두께의 5 ％ 이상 25 ％ 이하이고,

상기 천이층은, 그 합계 두께가 상기 핫 프레스 부재 두께의 5 ％ 이상 25 ％ 이하이고,

상기 경질층은, 상기 경질층 전체에 대한 체적률로 90 ％ 이상의 마텐자이트를 갖는, 핫 프레스 부재.

2. 상기 성분 조성이 추가로, 질량％ 로, 하기 A ∼ E 군 중에서 선택된 1 군 또는 2 군 이상을 함유하는, 상기 1 에 기재된 핫 프레스 부재.

A 군 : Ni : 0.01 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.01 ∼ 5.0 ％, Cr : 0.01 ∼ 5.0 ％ 및 Mo : 0.01 ∼ 3.0 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

B 군 : Ti : 0.005 ∼ 3.0 ％, Nb : 0.005 ∼ 3.0 ％, V : 0.005 ∼ 3.0 ％ 및 W : 0.005 ∼ 3.0 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

C 군 : REM : 0.0005 ∼ 0.01 ％, Ca : 0.0005 ∼ 0.01 ％ 및 Mg : 0.0005 ∼ 0.01 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상

D 군 : Sb : 0.002 ∼ 0.03 ％

E 군 : B : 0.0005 ∼ 0.05 ％

3. 표면에 도금층을 갖는, 상기 1 또는 2 에 기재된 핫 프레스 부재.

4. 상기 도금층이, Zn 계 도금층 또는 Al 계 도금층인, 상기 3 에 기재된 핫 프레스 부재.

5. 상기 Zn 계 도금층이, Ni : 10 ∼ 25 질량％ 를 함유하는, 상기 4 에 기재된 핫 프레스 부재.

6. 질량％ 로,

C : 0.18 ∼ 0.40 ％,

Si : 0.01 ∼ 2.0 ％,

Mn : 0.5 ∼ 2.5 ％,

P : 0.05 ％ 이하,

S : 0.05 ％ 이하,

Al : 0.005 ∼ 0.1 ％ 및

N : 0.01 ％ 이하

를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 슬래브를 가열하고, 열간 압연하여, 열연 강판을 얻는 공정과,

상기 열연 강판을 냉간 압연하여, 냉연 강판을 얻는 공정과,

상기 냉연 강판을, 노점 : 50 ℃ 이상, 90 ℃ 이하의 분위기 중에서, Ac₁ － 50 ℃ 이상 Ac₃ 점 미만의 온도역으로 가열한 후, 그 분위기 중 또한 그 온도역에서 5 분 이상 90 분 이하 유지하고, 그 후 냉각시킴으로써, 핫 프레스용 강판을 얻는 공정과,

상기 핫 프레스용 강판을, Ac₃ 점 이상 1000 ℃ 이하의 온도역으로 가열하고, 그 온도역에서 10 초 이상 900 초 이하 유지하고, 이어서, 성형용 금형을 사용하여 성형 개시 온도 : Ac₃ 점 － 50 ℃ 이하 600 ℃ 이상으로 하여, 프레스 성형과 동시에 ??칭을 실시함으로써, 상기 1 에 기재된 강 조직을 갖는 핫 프레스 부재를 얻는 공정을 구비하는, 핫 프레스 부재의 제조 방법.

7. 상기 성분 조성이 추가로, 질량％ 로, 하기 A ∼ E 군 중에서 선택된 1 군 또는 2 군 이상을 함유하는, 상기 6 에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

D 군 : Sb : 0.002 ∼ 0.03 ％

E 군 : B : 0.0005 ∼ 0.05 ％

8. 상기 어닐링 공정 후에, 상기 핫 프레스용 강판의 표면에 도금층을 형성하는 공정을 추가로 갖는, 상기 6 또는 7 에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

9. 상기 도금층이, Zn 계 도금층 또는 Al 계 도금층인, 상기 8 에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

10. 상기 Zn 계 도금층이, Ni : 10 ∼ 25 질량％ 를 함유하는, 상기 9 에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

11. 상기 도금층의 부착량이, 편면당 10 ∼ 90 g/㎡ 인 상기 8 ∼ 10 중 어느 한 항에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 인장 강도 (TS) : 1100 ㎫ 이상의 고강도와, 굽힘 각도 : 70 도 이상의 고굽힘성을 겸비한 핫 프레스 부재가 얻어진다. 그리고, 이 핫 프레스 부재를 자동차용 부재에 적용함으로써, 높은 안전성하에서, 자동차 차체의 경량화를 도모하는 것이 가능해진다.

도 1 은 본 발명의 일 실시형태의 핫 프레스 부재가 갖는 강 조직의 모식도이다.

1. 핫 프레스 부재

＜성분 조성＞

먼저, 본 발명의 일 실시형태의 핫 프레스 부재의 성분 조성에 대해 설명한다. 이하, 특별히 언급하지 않는 한, 「질량％」는 간단히 「％」라고 기재한다.

C : 0.18 ∼ 0.40 ％

C 는, 강의 강도를 증가시키는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻어, 인장 강도 TS : 1100 ㎫ 이상을 확보하기 위해, C 함유량은 0.18 ％ 이상으로 한다. 한편, C 함유량이 0.40 ％ 초과하는 경우, C 에 의한 고용 강화량이 지나치게 커지기 때문에, 핫 프레스 부재가 과도하게 고강도화될 우려가 있다. 따라서, C 함유량은 0.18 ％ 이상 0.40 ％ 이하로 한다.

Si : 0.01 ∼ 2.0 ％

Si 는, 고용 강화에 의해, 강의 강도를 증가시키는 원소이다. 이와 같은 효과를 얻기 위해, Si 함유량은 0.01 ％ 이상으로 한다. 한편, Si 함유량이 2.0 ％ 를 초과하는 경우, 열간 압연시에 적스케일로 불리는 표면 결함의 발생이 증대됨과 함께, 압연 하중의 증대나 열연 강판의 연성의 저하를 초래한다. 따라서, Si 함유량은 0.01 ％ 이상 2.0 ％ 이하로 한다. 또한, 바람직하게는 0.02 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 1.2 ％ 이하이다.

Mn : 0.5 ∼ 2.5 ％

Mn 은, ??칭성을 향상시키는 데에 효과적인 원소이다. 이와 같은 효과를 발현시키기 위해, Mn 함유량은 0.5 ％ 이상으로 한다. 한편, Mn 함유량이 2.5 ％ 를 초과하면, Mn 이 편석되어, 소재가 되는 핫 프레스용 강판, 나아가서는 핫 프레스 부재의 특성에 편차가 발생하기 쉬워진다. 따라서, Mn 함유량은 0.5 ％ 이상 2.5 ％ 이하로 한다. 또한, 바람직하게는 0.8 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 2.2 ％ 이하이다.

P : 0.05 ％ 이하

P 는, 강 중에서는 불가피적 불순물로서 존재하고, 결정립계 등에 편석되어, 부재의 인성을 저하시키는 등의 악영향을 미치는 원소이다. 이 때문에, P 는, 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.05 ％ 까지는 허용할 수 있다. 따라서, P 함유량은 0.05 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.02 ％ 이하이다.

단, 과도한 탈 P 처리는 정련 비용의 고등 (高騰) 을 초래하기 때문에, P 함유량은 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

S : 0.05 ％ 이하

S 는, 불가피적으로 함유되며, 강 중에서는 황화물계 개재물로서 존재하고, 핫 프레스 부재의 연성, 인성 등을 저하시킨다. 이 때문에, S 는 가능한 한 저감시키는 것이 바람직하지만, 0.05 ％ 까지는 허용할 수 있다. 따라서, S 함유량은 0.05 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.005 ％ 이하이다.

단, 과도한 탈 S 처리는 정련 비용의 고등을 초래하기 때문에, S 함유량은 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Al : 0.005 ∼ 0.1 ％

Al 은, 탈산제로서 작용하는 원소이다. 이와 같은 효과를 발현시키기 위해, Al 함유량은 0.005 ％ 이상으로 한다. 한편, Al 함유량이 0.1 ％ 를 초과하는 경우, Al 이 질소와 결합하여 다량의 질화물을 생성하고, 이로 인해, 소재로 하는 강판의 블랭킹 가공성이나 ??칭성이 저하된다. 따라서, Al 함유량은 0.005 ％ 이상 0.1 ％ 이하로 한다. 또한, 바람직하게는 0.02 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다.

N : 0.01 ％ 이하

N 은, 통상, 강 중에 불가피적으로 함유되는 원소이다. 그러나, N 함유량이 0.01 ％ 를 초과하는 경우, 열간 압연이나 핫 프레스의 가열시에 AlN 등의 질화물이 생성되고, 소재로 하는 강판의 블랭킹 가공성이나 ??칭성이 저하된다. 따라서, N 함유량은 0.01 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0050 ％ 이하이다.

또, N 이 불가피적으로 함유되는 경우, N 함유량은 0.0025 ％ 미만 정도이다. 또, 정련 비용이 증가하기 때문에, N 함유량은 0.0025 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0030 ％ 이상이다.

이상, 기본 성분에 대해 설명했지만, 상기한 기본 성분에 더하여, 추가로 이하의 A ∼ E 군 중에서 선택된 1 군 또는 2 군 이상을 함유시켜도 된다.

Ni, Cu, Cr 및 Mo 는 모두, 강의 강도를 증가시킴과 함께, ??칭성 향상에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 1 종 또는 2 종 이상을 선택하여 함유할 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해, 각 원소의 함유량은 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 재료 비용의 증가를 피하는 관점에서, Ni, Cu 및 Cr 함유량은 5.0 ％ 이하, Mo 함유량은 3.0 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

따라서, Ni, Cu, Cr 및 Mo 를 함유하는 경우, 이것들의 함유량은 각각, Ni : 0.01 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.01 ∼ 5.0 ％, Cr : 0.01 ∼ 5.0 ％ 및 Mo : 0.01 ∼ 3.0 ％ 로 한다. 또한, 각 원소의 보다 바람직한 함유량은 모두 0.01 ％ 이상이다. 또, 각 원소의 보다 바람직한 함유량은 모두 1.0 ％ 이하이다.

Ti, Nb, V 및 W 는 모두, 석출 강화에 의해 강의 강도 증가에 기여함과 함께, 결정립의 미세화에 의해 인성 향상에도 기여하는 원소이며, 필요에 따라 1 종 또는 2 종 이상을 선택하여 함유시킬 수 있다.

여기에, Ti 는, 강도 증가 및 인성 향상의 효과에 더하여, B 보다 우선적으로 질화물을 형성하고, 고용 B 에 의한 ??칭성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이와 같은 효과를 얻는 관점에서, Ti 함유량은 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ti 함유량이 3.0 ％ 를 초과하는 경우, 열간 압연시에 압연 하중이 극단적으로 증대됨과 함께, 핫 프레스 부재의 인성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, Ti 를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.005 ％ 이상 3.0 ％ 이하로 한다. 또한, 보다 바람직하게는 0.01 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 1.0 ％ 이하이다.

또, 상기한 강도 증가 및 인성 향상의 효과를 얻는 관점에서, Nb 함유량은 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Nb 함유량이 3.0 ％ 를 초과하는 경우, Nb 탄질화물의 양이 증대되고, 연성이나 내지연 파괴 특성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, Nb 를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.005 ％ 이상 3.0 ％ 이하로 한다. 또한, 보다 바람직하게는 0.01 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이하이다.

V 는, 강도 증가 및 인성 향상의 효과에 더하여, 석출물이나 정출물로서 석출되고, 수소의 트랩 사이트로서 내수소 취성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이와 같은 효과를 얻는 관점에서, V 함유량은 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, V 함유량이 3.0 ％ 를 초과하는 경우, V 탄질화물의 양이 증대되어, 연성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, V 를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.005 ％ 이상 3.0 ％ 이하로 한다. 또한, 보다 바람직하게는 0.01 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 2.0 ％ 이하이다.

W 는, 강도 증가 및 인성 향상의 효과에 더하여, 내수소 취성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이와 같은 효과를 얻는 관점에서, W 함유량은 0.005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, W 함유량이 3.0 ％ 를 초과하는 경우, 연성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, W 를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.005 ％ 이상 3.0 ％ 이하로 한다. 또한, 보다 바람직하게는 0.01 ％ 이상이다. 또, 보다 바람직하게는 2.0 ％ 이하이다.

REM, Ca 및 Mg 는, 모두 개재물의 형태 제어에 의해, 연성이나 내수소 취성을 향상시키는 원소이며, 필요에 따라 선택하여 1 종 또는 2 종 이상을 함유시킬 수 있다. 이와 같은 효과를 얻는 관점에서, 각 원소의 함유량은 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 열간 가공성을 저하시키지 않는 관점에서, REM 함유량 및 Ca 함유량은 0.01 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또, 조대한 산화물이나 황화물의 생성에 의해 연성을 저하시키지 않는 관점에서, Mg 함유량은 0.01 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

따라서, REM, Ca 및 Mg 를 함유하는 경우, 이것들의 함유량은 각각, REM : 0.0005 ∼ 0.01 ％, Ca : 0.0005 ∼ 0.01 ％ 및 Mg : 0.0005 ∼ 0.01 ％ 로 한다. 각 원소의 보다 바람직한 함유량은 모두 0.0006 ％ 이상 0.01 ％ 이하이다.

D 군 : Sb : 0.002 ∼ 0.03 ％

Sb 는, 강판의 표면에 농화되어 내마모성을 향상시키는 원소이며, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 이와 같은 효과를 얻는 관점에서, Sb 함유량은 0.002 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Sb 함유량이 0.03 ％ 를 초과하는 경우, 압연 하중의 증대를 초래하고, 생산성을 저하시킨다. 따라서, Sb 를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.002 ％ 이상 0.03 ％ 이하로 한다. 보다 바람직하게는 0.002 ％ 이상 0.02 ％ 이하이다.

E 군 : B : 0.0005 ∼ 0.05 ％

B 는, 핫 프레스시의 ??칭성 향상이나 핫 프레스 후의 인성 향상에 기여하기 때문에, 필요에 따라 함유시킬 수 있다. 이와 같은 효과를 얻는 관점에서, B 함유량은 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, B 함유량이 0.05 ％ 를 초과하는 경우, 열간 압연시의 압연 하중의 증가나, 열간 압연 후에 마텐자이트나 베이나이트가 생성됨으로써, 강판에 균열이 발생하는 경우가 있다. 따라서, B 를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.0005 ％ 이상 0.05 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0005 ％ 이상 0.01 ％ 이하이다.

상기 이외의 성분은 Fe 및 불가피적 불순물이다.

즉, 본 발명의 핫 프레스 부재는, C : 0.18 ∼ 0.40 ％, Si : 0.01 ∼ 2.0 ％, Mn : 0.5 ∼ 2.5 ％, P : 0.05 ％ 이하, S : 0.05 ％ 이하, Al : 0.005 ∼ 0.1 ％ 및 N : 0.01 ％ 이하와, 임의로 상기한 A ∼ E 군 중에서 선택된 1 군 또는 2 군 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이 되는 성분 조성을 갖는다.

또한, 불가피적 불순물로는, 예를 들어, O (산소) 를 들 수 있으며, O 는 0.0100 ％ 이하이면 허용할 수 있다.

＜강 조직＞

다음으로, 본 발명의 일 실시형태의 핫 프레스 부재의 강 조직에 대해 설명한다.

본 발명의 일 실시형태의 핫 프레스 부재는, 두께 방향으로 표층부가 연질층, 내부가 경질층, 그 연질층과 그 경질층 사이가 천이층인 강 조직 (이하, 간단히 경사 조직이라고도 한다) 을 갖는다.

여기서, 이 경사 조직은, 핫 프레스 부재의 두께 방향으로 조직이 변화되는 조직이며, 구체적으로는, 도 1 에 나타내는 바와 같은, 핫 프레스 부재의 두께 방향으로, 일방의 표면 (이하, 간단히 표면이라고도 한다) 에서 타방의 표면 (이하, 간단히 이면이라고도 한다) 을 향해, 연질층 (표면측)/천이층 (표면측)/경질층/천이층 (이면측)/연질층 (이면측) 의 순서가 되는 강 조직이다.

이하, 연질층, 천이층 및 경질층에 대해 설명한다.

·연질층

연질층에 있어서의 페라이트의 체적률 : 90 ％ 이상

연질층은, 페라이트를 주체로 하는 조직이며, 핫 프레스 부재의 굽힘성의 향상에 기여한다. 즉, 강판의 표층부에 형성되는 페라이트를 주체로 하는 연질층은, 굽힘시에 변형되기 쉬워, 굽힘성의 향상에 기여한다. 여기서, 연질층에 있어서의 페라이트의 체적률이 90 ％ 미만이 되면, 연질층이 경화되어, 원하는 굽힘 각도를 얻을 수 없다.

따라서, 연질층에 있어서의 페라이트의 체적률은 90 ％ 이상으로 한다. 또, 연질층에 있어서의 페라이트의 체적률은 100 ％ 여도 된다.

또한, 연질층에 있어서의 페라이트 이외의 잔부 조직으로는, 마텐자이트나 시멘타이트, 펄라이트, 베이나이트 등을 들 수 있는데, 이러한 잔부 조직의 체적률로는 10 ％ 까지는 허용할 수 있다.

연질층에 있어서의 페라이트의 평균 결정립경 : 2 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하

연질층의 페라이트는, 핫 프레스 부재의 굽힘성의 향상에 기여한다. 그러나, 연질층의 페라이트의 평균 결정립경이 2 ㎛ 미만이 되면, 결정립의 과도한 미세화에 의해 연질층이 경화되어, 원하는 굽힘성을 얻을 수 없다. 한편, 연질층의 페라이트의 평균 결정립경이 50 ㎛ 를 초과하면, 연질층이 과도하게 연화되어 원하는 강도를 얻을 수 없다.

따라서, 연질층의 페라이트의 평균 결정립경은, 2 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 4 ㎛ 이상이다. 또, 바람직하게는 40 ㎛ 이하이다.

연질층의 합계 두께 : 핫 프레스 부재 두께의 5 ％ 이상 25 ％ 이하

연질층은, 상기 서술한 바와 같이, 핫 프레스 부재의 굽힘성의 향상에 기여하고, 그러기 위해서는 어느 정도의 두께가 필요해진다. 여기서, 연질층의 합계 두께가, 핫 프레스 부재 두께의 5 ％ 미만에서는, 핫 프레스 부재의 굽힘성이 충분히는 얻어지지 않는다. 한편, 연질층의 합계 두께가, 핫 프레스 부재 두께의 25 ％ 를 초과하면, 원하는 강도를 얻을 수 없다.

따라서, 연질층의 합계 두께는, 핫 프레스 부재 두께의 5 ％ 이상 25 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 8 ％ 이상이다. 또, 바람직하게는 20 ％ 이하이다.

또한, 연질층의 두께란, 핫 프레스 부재의 두께 방향에 있어서의 연질층의 두께이다. 또, 연질층의 합계 두께란, 핫 프레스 부재의 표면측에 형성된 연질층의 두께와, 이면측에 형성된 연질층의 두께를 서로 더한 것이다. 후술하는 천이층의 두께 및 천이층의 합계 두께에 대해서도 동일하다.

·천이층

천이층의 합계 두께 : 핫 프레스 부재 두께의 5 ％ 이상 25 ％ 이하

천이층은, 연질층과 경질층의 중간층이며, 굽힘 변형에 대한 응력 구배를 서변 (徐變) 시키기 위해 불가결해지는 층이다. 여기서, 천이층의 합계 두께가 핫 프레스 부재 두께의 5 ％ 미만에서는, 굽힘 변형에 의해 핫 프레스 부재에 균열이 발생하기 때문에, 원하는 굽힘성을 얻을 수 없다. 한편, 천이층의 합계 두께가 핫 프레스 부재 두께의 25 ％ 를 초과하면, 원하는 강도를 얻을 수 없다.

또한, 천이층은, 핫 프레스 부재의 두께 방향으로, 페라이트의 면적률이 10 ％ 초과 90 ％ 미만의 범위에서 변화되는 층이다.

따라서, 두께 방향에 있어서의 천이층과 경질층의 경계 및 천이층과 연질층의 경계는 각각, 페라이트의 면적률이 10 ％ 이하에서 10 ％ 초과가 되는 두께 위치, 및, 페라이트의 면적률이 90 ％ 이상에서 90 ％ 미만이 되는 두께 위치로서 획정된다.

또, 천이층의 조직은, 기본적으로 페라이트 및 마텐자이트에 의해 구성되지만, 페라이트 및 마텐자이트 이외의 잔부 조직으로서, 시멘타이트나 펄라이트, 베이나이트 등이 20 ％ 정도 함유되어 있어도 된다.

·경질층

경질층에 있어서의 마텐자이트의 체적률 : 90 ％ 이상

경질층은 마텐자이트를 주체로 하는 조직이며, 제 2 영역에 있어서 원하는 인장 강도 TS : 1100 ㎫ 이상을 확보하기 위해서는, 경질층에 있어서의 마텐자이트의 체적률을 90 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 95 ％ 이상이다.

또한, 경질층에 있어서의 마텐자이트 이외의 잔부 조직으로는, 페라이트나 시멘타이트, 펄라이트, 베이나이트 등을 들 수 있는데, 이러한 잔부 조직의 체적률로는 10 ％ 까지는 허용할 수 있다.

여기서, 상기한 연질층, 천이층 및 경질층의 획정, 각 층의 두께의 측정, 그리고, 각 층에 있어서의 금속 조직의 체적률의 측정은, 이하와 같이 하여 실시한다.

즉, 핫 프레스 부재의 햇 천판부로부터, 압연 방향으로 평행하면서, 또한 햇 천판면에 수직인 면이 관찰면이 되도록, 조직 관찰용 시험편을 채취한다. 이어서, 관찰면을 연마하고, 3 vol.％ 나이탈액으로 부식시켜 조직을 노출시키고, 다양한 두께 위치에 있어서의 조직을 주사형 전자 현미경 (배율 : 1500 배) 으로 관찰하여, 촬상한다. 얻어진 다양한 두께 위치에 있어서의 조직 사진으로부터, 화상 해석에 의해, 각 두께 위치에 있어서의 조직을 동정 (同定) 한다. 여기서, 비교적 평활한 면이고 검게 관찰되는 상은 페라이트로 하고, 결정립계에 필름상 또는 괴상으로 희게 관찰되는 상은 시멘타이트로 하고, 페라이트와 시멘타이트가 층상으로 형성된 상을 펄라이트로 하고, 라스 사이에 탄화물이 생성된 상 및 입 (粒) 내에 탄화물을 갖지 않는 베이나이틱 페라이트로 구성되는 상을 베이나이트로 동정한다. 또, 상기 이외의 영역을 마텐자이트로 한다.

그리고, 각 조직 사진 중의 각 상의 점유 면적률을 도출하여 페라이트의 면적률이 10 ％ 이하에서 10 ％ 초과가 되는 두께 위치, 및, 페라이트의 면적률이 90 ％ 이상에서 90 ％ 초미만이 되는 두께 위치를 구하고, 이들 두께 위치로부터, 연질층, 천이층 및 경질층을 획정하여, 각 층의 두께를 구한다.

또한, 핫 프레스 부재의 햇 천판부로부터, 압연 방향으로 평행하면서, 또한 햇 천판면에 수직인 면을 미리 매크로 관찰하고, 두께 방향에 있어서의 조직의 변화를 확인해 둠으로써, 효율적으로, 페라이트의 면적률이 10 ％ 이하에서 10 ％ 초과가 되는 두께 위치, 및, 페라이트의 면적률이 90 ％ 이상에서 90 ％ 초미만이 되는 두께 위치를 구하는 것이 가능해진다.

또, 페라이트의 면적률이 10 ％ 이하에서 10 ％ 초과가 되는 두께 위치, 및, 페라이트의 면적률이 90 ％ 이상에서 90 ％ 초미만이 되는 두께 위치를 구함에 있어서의 두께 방향에 있어서의 관찰 간격은 1 ㎛ 로 한다.

또한, 연질층에 있어서의 각 상의 체적률은, 연질층마다, 두께 방향으로 100 ㎛ 피치 (각 층 계면의 근방은 50 ㎛ 피치) 로 관찰하고, 이것들의 조직 사진으로부터, 상기와 같이 하여 각 상의 동정 및 점유 면적률의 도출을 실시하고, 이것들을 평균함으로써 구한 것이다. 또한, 천이층이나 경질층에 있어서의 각 상의 체적률에 대해서도, 연질층과 동일하게 하여 구한 것이다.

또, 연질층에 있어서의 페라이트의 평균 결정립경은, 연질층마다의 두께 1/4 위치, 두께 1/2 위치, 및, 두께 3/4 위치에 있어서의 조직 사진으로부터, 화상 해석에 의해 각 페라이트립의 면적을 구하고, 원 상당 직경을 산출하여, 그것들의 값을 평균함으로써 구한 것이다. 또한, 페라이트의 평균 결정립경을 구할 때에는, 입경이 0.01 ㎛ 이상인 결정립을 측정하는 것으로 한다.

＜도금층＞

또, 본 발명의 일 실시형태에 의한 핫 프레스 부재에서는, 그 표면에 도금층을 갖고 있어도 된다.

여기서, 핫 프레스용 강판이 도금 강판인 경우에는, 얻어진 핫 프레스 부재의 표면에 도금층이 잔존한다. 이 경우, 핫 프레스의 가열시에 스케일 생성이 억제된다. 그 때문에, 표면의 스케일 박리를 실시하지 않고 핫 프레스 부재를 사용에 제공할 수 있어, 생산성이 향상된다.

여기서, 도금층은, Zn 계 도금층 또는 Al 계 도금층으로 하는 것이 바람직하다. 내식성이 필요시되는 경우에는, Al 계 도금층보다 Zn 계 도금층이 우수하다. 이것은, 아연의 희생 방식 (防食) 작용에 의해, 지철의 부식 속도를 저하시킬 수 있기 때문이다. 또, 도금 강판을 핫 프레스하는 경우, 핫 프레스 공정에 있어서의 가열 초기에 산화아연막이 형성되어, 그 후의 핫 프레스 부재의 처리에 있어서 Zn 의 증발을 방지할 수 있다.

또한, Zn 계 도금으로는, 일반적인 용융 아연 도금 (GI), 합금화 용융 아연 도금 (GA), Zn-Ni 계 도금 등을 예시할 수 있지만, 그 중에서도, Zn-Ni 계 도금이 바람직하다. Zn-Ni 계 도금층은, 핫 프레스 가열시의 스케일 생성을 현저하게 억제하는 것에 더하여, 액체 금속 취화 균열도 방지할 수 있다. 이 효과를 얻는 관점에서, Zn-Ni 계 도금층은 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하는 것이 바람직하다. 또한, Ni 함유량이 25 질량％ 를 초과하면, 이 효과는 포화된다.

또, Al 계 도금층으로는, Al-10 질량％ Si 도금을 예시할 수 있다.

＜그 외＞

핫 프레스 부재 두께는, 0.5 ∼ 2.5 ㎜ 정도이다. 또한, 핫 프레스 부재 두께에는, 도금층의 두께는 포함하지 않는다.

2. 핫 프레스 부재의 제조 방법

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 핫 프레스 부재의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 일 실시형태에 관련된 핫 프레스 부재의 제조 방법은, 상기 성분 조성을 갖는 슬래브를 가열하고, 열간 압연하여, 열연 강판을 얻는 공정과,

상기 열연 강판을 냉간 압연하여, 냉연 강판을 얻는 공정과,

상기 핫 프레스용 강판을, Ac₃ 점 이상 1000 ℃ 이하의 온도역으로 가열하고, 그 온도역에서 10 초 이상 900 초 이하 유지하고, 이어서, 성형용 금형을 사용하여 성형 개시 온도 : Ac₃ 점 － 50 ℃ 이하 600 ℃ 이상으로 하여, 프레스 성형과 동시에 ??칭을 실시함으로써, 전술한 강 조직을 갖는 핫 프레스 부재를 제조하는 것이다.

이하, 각 공정에 대해 설명한다.

＜열연 강판을 얻는 공정＞

열연 강판을 얻는 공정은 특별히 한정되지 않으며, 정해진 방법에 따르면 된다.

예를 들어, 상기 성분 조성을 갖는 용강을, 전로 등에서 용제하고, 매크로 편석을 방지하기 위해 연속 주조법에 의해 슬래브로 한다. 또한, 연속 주조법 대신에, 조괴법, 혹은 박 슬래브 연속 주조법을 사용해도 된다.

이어서, 얻어진 슬래브를, 일단 실온까지 냉각시킨 후, 재가열을 위해 가열로에 장입한다. 또한, 슬래브를 실온까지 냉각시키지 않고, 온편인 채로 가열로에 장입하는 프로세스나, 슬래브를 단시간 보열 (保熱) 한 후, 곧바로 열간 압연하는 프로세스 등의 에너지 절약 프로세스도 적용할 수 있다.

그 후, 슬래브를 소정의 가열 온도로 가열한 후, 열간 압연하여, 열연 강판으로 한다. 이 때의 가열 온도로는, 예를 들어 1000 ∼ 1300 ℃ 이다. 또, 통상, 열간 압연에 있어서의 마무리 압연 입측 온도는 1100 ℃ 이하, 마무리 압연 출측 온도는 800 ∼ 950 ℃ 이다.

열간 압연 후, 열연 강판은, 통상, 평균 냉각 속도 : 5 ℃/초 이상으로 냉각되고, 300 ∼ 750 ℃ 의 권취 온도에서 코일상으로 권취된다.

＜냉연 강판을 얻는 공정＞

그 후, 열연 강판을 냉간 압연하여, 냉연 강판으로 한다. 냉간 압연시의 총 압하율은, 그 후의 어닐링이나 핫 프레스 직전의 가열을 실시할 때의 이상 입 성장을 방지하기 위해, 30 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50 ％ 이상으로 한다. 또, 압연 부하가 증가하고, 생산성이 저하되기 때문에, 총 압하율은 85 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, 냉간 압연을 실시하기 전의 열연 강판에 대해, 산세 등에 의한 스케일 박리를 실시해도 된다. 또, 냉간 압연에서의 압연 부하가 높아지는 경우에는, 열연 강판에 대해, 연화 어닐링을 실시해도 된다.

＜어닐링 공정＞

이어서, 냉연 강판을, 노점 : 50 ℃ 이상 90 ℃ 이하의 분위기 중에서, Ac₁ － 50 ℃ 이상 Ac₃ 점 미만의 온도역으로 가열한 후, 그 분위기 중 또한 그 온도역에서 5 분 이상 90 분 이하 유지하고, 그 후 냉각시키는, 어닐링을 냉연 강판에 실시함으로써, 핫 프레스용 강판을 얻는다.

이하, 이 어닐링 공정에 있어서의 각 조건에 대해 설명한다.

노점 : 50 ℃ 이상 90 ℃ 이하

어닐링 분위기의 노점은 50 ℃ 이상 90 ℃ 이하로 하여, 어닐링시에 생성되는 산화 스케일의 발생을 억제할 필요가 있다. 즉, 강판 표면에 산화 스케일이 다량으로 발생하면, 제품 판 두께가 감소하기 때문에, 핫 프레스시의 금형과의 간극이 생겨 ??칭 불량의 원인이 되는 경우가 있다. 또, 핫 프레스 후의 제품 판 두께를 저해시키는 경우가 있다. 여기서, 노점이 50 ℃ 미만인 경우, Fe0 가 생성되어 산화 스케일의 성장이 조장된다. 한편, 산화 스케일의 발생을 억제하는 효과는, 노점이 어느 정도까지 높아지면 포화된다. 이 때문에, 어닐링 분위기의 노점의 상한은, 생산 관리상의 면에서, 90 ℃ 로 한다. 또한, 바람직하게는 60 ℃ 이상이다. 또, 바람직하게는 80 ℃ 이하이다.

가열 온도 (어닐링 온도) : Ac₁ 점 － 50 ℃ 이상 Ac₃ 점 미만

가열 온도는 Ac₁ 점 － 50 ℃ 이상 Ac₃ 점 미만으로 할 필요가 있다. 즉, 가열 온도가 Ac₁ 점 － 50 ℃ 미만에서는, 탄소의 확산 속도가 느려, 탈탄을 충분히 진행시킬 수 없다. 이 때문에, 이와 같이 하여 얻어진 핫 프레스용 강판에, 핫 프레스를 실시하여 핫 프레스 부재를 제조하는 경우, 핫 프레스시의 급랭에 있어서, 표층 근방에서도 마텐자이트가 생성되고, 원하는 연질층을 갖는 경사 조직이 얻어지지 않는다. 한편, 가열 온도가 Ac₃ 점 이상에서는, 핫 프레스용 강판에 망간 밴드가 생성되고, 핫 프레스 부재의 굽힘성을 열화시킨다. 바람직하게는 Ac₁ － 25 ℃ 이상이다. 또, 바람직하게는 Ac₃ － 25 ℃ 이하이다.

또한, Ac₁ 점 (℃) 및 Ac₃ 점 (℃) 은 각각, 다음 식을 사용하여 산출한 것이다.

Ac₁ 점 (℃) ＝ 751 － 16C ＋ 11Si － 28Mn － 5.5Cu － 16Ni ＋ 13Cr ＋ 3.4Mo

Ac₃ 점 (℃) ＝ 910 － 203C^1/2 ＋ 44.7Si － 4Mn ＋ 11Cr

여기서, 식 중의 C, Si, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo 는, 핫 프레스용 강판에 있어서의 각 원소의 함유량 (질량％) 이다. 또한, 식 중의 원소가 함유되어 있지 않은 경우에는, 당해 원소의 함유량을 영으로 하여 Ac₁ 점 및 Ac₃ 점을 산출한다.

유지 시간 : 5 분 이상 90 분 이하

상기 가열 온도역에서의 유지 시간 (어닐링 시간) 은, 5 분 이상 90 분 이하로 할 필요가 있다. 즉, 유지 시간이 5 분 미만인 경우, 표층 근방에서의 탈탄의 진행이 불충분해진다. 이 때문에, 이와 같이 하여 얻어진 핫 프레스용 강판에, 핫 프레스를 실시하여 핫 프레스 부재를 제조하는 경우, 핫 프레스시의 급랭에 있어서, 표층 근방에서도 마텐자이트가 생성되고, 원하는 연질층을 갖는 경사 조직이 얻어지지 않는다. 한편, 유지 시간이 90 분을 초과하면, 탈탄이 과도하게 진행되어 연질층의 두께의 증가를 초래하여, 원하는 핫 프레스 부재의 강도를 얻을 수 없게 된다.

따라서, 유지 시간은 5 분 이상 90 분 이하로 한다. 바람직하게는 10 분 이상이다. 또, 바람직하게는 60 분 이하이다.

가열 유지 후의 냉각은, 특별히 한정되지 않으며, 사용하는 가열로 등에 따라 적절히, 방랭 (서랭), 혹은 제어 냉각으로 하는 것이 바람직하다.

또, 이 어닐링은, 배치 어닐링로에서 실시하는 것이 바람직하다. 배치 어닐링로에서의 처리 조건은, 상기한 조건 이외에는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 가열 속도는 150 ℃/hr 이하로 하고, 가열 유지 후의 냉각은 40 ℃/hr 이상으로 하는 것이, 코일 내의 온도 균일화의 관점에서 바람직하다. 또, 분위기는, 비산화성 분위기 (아르곤, 수소, 수소-질소 혼합) 에서 실시하면, 산화 스케일의 발생이 억제되기 때문에 바람직하다.

＜도금 공정＞

상기 어닐링 공정 후에, 핫 프레스용 강판의 표면에 도금층을 형성하는 공정을 추가로 갖고 있어도 된다. 이 경우, 도금 강판을 핫 프레스용 강판으로서 사용하여, 표면에 도금층을 갖는 핫 프레스 부재를 제조하는 것이 가능해지기 때문에, 생산성의 면에서 매우 유리해진다.

또, 핫 프레스용 강판의 표면에 도금층을 형성하지 않는 경우, 후술하는 핫 프레스 공정 후에, 핫 프레스 부재에 숏 블라스트 등의 산화 스케일의 박리 처리를 실시할 필요가 있다. 그러나, 핫 프레스용 강판의 표면에 도금층이 있는 경우에는, 핫 프레스의 가열시에 산화 스케일의 생성이 억제되기 때문에, 핫 프레스 공정 후의 산화 스케일의 박리 처리가 불필요해져, 이 점에서도 생산성이 향상된다.

여기서, 도금층의 부착량은, 편면당 10 ∼ 90 g/㎡ 로 하는 것이 바람직하다. 도금층의 부착량이 10 g/㎡ 이상이면, 가열시의 산화 스케일의 생성을 억제하는 효과가 충분히 얻어진다. 보다 바람직하게는 30 g/㎡ 이상이다. 한편, 도금층의 부착량이 90 g/㎡ 이하이면, 생산성이 저해되지 않는다. 보다 바람직하게는 70 g/㎡ 이하이다. 또, 도금층의 성분에 대해서는 상기 서술한 바와 같다.

또한, 상기한 각 공정 사이에, 산세를 하는 공정이나, 조질 (調質) 압연을 하는 공정을 적절히 넣어도 되는 것은 물론이다.

＜핫 프레스 공정＞

상기와 같이 하여 얻은 핫 프레스용 강판을, Ac₃ 점 이상 1000 ℃ 이하의 온도역으로 가열하고, 그 온도역에서 10 초 이상 900 초 이하 유지하고, 이어서, 성형용 금형을 사용하여 성형 개시 온도 : Ac₃ 점 － 50 ℃ 이하 600 ℃ 이상으로 하여, 프레스 성형과 동시에 ??칭을 실시함으로써, 상기한 강 조직을 갖는 핫 프레스 부재를 얻는다.

이하, 이 핫 프레스 공정에 있어서의 각 조건에 대해 설명한다.

가열 온도 : Ac₃ 점 이상 1000 ℃ 이하

가열 온도가 오스테나이트 단상역인 Ac₃ 점보다 낮으면, 오스테나이트화가 불충분해져, 핫 프레스 부재에 원하는 마텐자이트량을 확보할 수 없고, 나아가서는 원하는 인장 강도가 얻어지지 않는다.

한편, 가열 온도가 1000 ℃ 를 초과하면, C 가 강판의 판 두께 방향으로 균질화되고, 연질층 및 천이층의 두께가 저하되어, 원하는 굽힘 각도를 얻을 수 없게 된다.

따라서, 가열 온도는 Ac₃ 점 이상 1000 ℃ 이하로 한다. 바람직하게는 (Ac₃ 점 ＋ 30) ℃ 이상이다. 또, 바람직하게는 950 ℃ 이하이다.

또한, 가열 온도로의 승온 속도는, 특별히 한정되지 않지만, 1 ∼ 400 ℃/초로 하는 것이 바람직하고, 10 ∼ 150 ℃/초로 하는 것이 보다 바람직하다. 승온 속도가 1 ℃/초 이상이면, 생산성을 저해하지 않고, 400 ℃/초 이하이면, 온도 제어가 불안정해지는 경우가 없다.

유지 시간 : 10 초 이상 900 초 이하

가열 온도역에서의 유지 시간의 경과에 수반하여, C 가 강판의 판 두께 방향으로 균질화되고, 특히 유지 시간이 900 초를 초과하면, 핫 프레스 부재에 있어서 연질층 및 천이층의 두께가 저하되어, 원하는 굽힘 각도를 얻을 수 없게 된다. 한편, 유지 시간이 10 초 미만인 경우, 오스테나이트로의 역변태가 불충분해지고, 원하는 강도를 얻을 수 없게 된다.

따라서, 유지 시간은 10 초 이상 900 초 이하로 한다. 바람직하게는, 30 초 이상이다. 또, 바람직하게는 600 초 이하이다.

성형 개시 온도 : Ac₃ 점 － 50 ℃ 이하 600 ℃ 이상

이어서, 상기와 같이 하여 가열 유지한 핫 프레스용 강판에, 성형용 금형을 사용하여 프레스 성형과 동시에 ??칭을 실시하는 핫 프레스 성형을 실시하여, 소정 형상의 핫 프레스 부재를 얻는다. 또한, 「핫 프레스 성형」은, 가열된 박 (薄) 강판을 금형에 의해 프레스 성형함과 동시에 급랭시키는 공법이며, 「열간 성형」, 「핫 스탬핑」, 「다이 ??칭」등으로도 불린다.

여기서, 상기와 같은 가열 유지를 거친 핫 프레스용 강판에서는, C 농도가 낮은 영역에서부터 페라이트 변태가 개시되고, 연질층이 형성된다. 그러나, 성형 개시 온도가 Ac₃ 점 － 50 ℃ 를 초과하는 경우에는, 연질층의 형성이 불충분하여, 원하는 굽힘성이 얻어지지 않는다. 한편, 성형 개시 온도가 600 ℃ 미만인 경우, 경질층의 형성이 불충분해져, 원하는 강도가 얻어지지 않는다.

따라서, 성형 개시 온도는, Ac₃ 점 － 50 ℃ 이하 600 ℃ 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는 Ac₃ 점 － 60 ℃ 이하이다. 또, 바람직하게는 625 ℃ 이상이다.

또한, 성형용 금형 내에서의 냉각 속도는 특별히 한정되지 않지만, 생산성의 관점에서, 200 ℃ 까지의 평균 냉각 속도를 20 ℃/초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 40 ℃/초 이상이다. 또한, 일반적인 금형 냉각을 실시하면, 200 ℃ 까지의 평균 냉각 속도는 20 ℃/초 이상이 된다.

또, 금형으로부터의 취출 시간과 취출 후의 냉각 속도에 대해서는, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 다이 금형과 펀치 금형으로 이루어지는 성형용 금형을 사용하여, 펀치 금형을 하사점에서 1 ∼ 60 초간 유지하고, 다이 금형과 펀치 금형에 의해 핫 프레스 부재를 냉각시킨다. 그 후, 성형용 금형으로부터 핫 프레스 부재를 취출하여, 냉각시킨다. 성형용 금형 내, 및, 성형용 금형으로부터 취출한 후의 냉각은, 가스나 액체 등의 냉매에 의한 냉각 방법을 조합할 수 있으며, 그에 따라 생산성을 향상시킬 수도 있다.

실시예

표 1 및 표 4 에 나타내는 성분 조성 (잔부는 Fe 및 불가피적 불순물) 을 갖는 용강을 소형 진공 용해로에서 용제하여, 슬래브로 하였다. 얻어진 슬래브를 1250 ℃ 로 가열하고, 추가로 조압연 및 마무리 압연을 포함하는 열간 압연을 하여, 열연 강판을 얻었다. 마무리 압연 입측 온도는 1100 ℃ 이고, 마무리 압연 출측 온도가 850 ℃ 인 조건으로 하였다. 또, 열간 압연 종료 후의 냉각 속도는, 800 ∼ 600 ℃ 의 평균으로 15 ℃/초로 하고, 권취 온도는 650 ℃ 로 하였다.

이어서, 얻어진 열연 강판을 산세하고, 총 압하율 : 54 ％ 로 냉간 압연하여, 냉연 강판 (판 두께 : 1.6 ㎜) 을 얻었다. 나아가, 얻어진 냉연 강판에 표 2 및 표 5 에 나타내는 조건으로 각각 어닐링을 실시하여, 핫 프레스용 강판을 얻었다. 또한, 어닐링 유지 후의 냉각 속도는 모두 40 ℃/hr 로 하였다.

또, 표 2 및 표 5 에 나타내는 바와 같이, 일부의 핫 프레스용 강판에서는, 어닐링 후, 도금 처리를 실시하였다. 또한, 표 2 및 표 5 중, 「Zn-Ni 도금」은 Zn-12 mass％ Ni 도금 처리 (도금층) 이며, 도금층의 부착량은 모두 편면당 60 g/㎡ 로 하였다.

이렇게 하여 얻어진 핫 프레스용 강판을, 표 3 및 표 6 에 나타내는 조건으로 가열, 유지한 후, 프레스기로 반송하고, 표 3 및 표 6 에 나타내는 성형 개시 온도에서 핫 프레스를 실시하여, 햇 단면 형상의 핫 프레스 부재를 얻었다. 핫 프레스는, 폭 : 70 ㎜, 숄더 반경 R : 6 ㎜ 의 펀치 금형과 숄더 반경 R : 6 ㎜ 의 다이 금형을 성형용 금형으로서 사용하고, 성형 깊이 : 30 ㎜ 로 실시하였다.

또한, 상기 가열을, 전기 가열로에 의해 대기 중에서 실시한 경우, 실온에서 750 ℃ 까지의 평균 가열 속도를 7.5 ℃/초, 750 ℃ 에서 가열 온도까지의 평균 가열 속도를 2.0 ℃/초로 하였다. 또, 상기 가열을, 직접 통전 가열 장치에 의해 대기 중에서 실시한 경우, 실온에서 가열 온도까지의 평균 가열 속도를 100 ℃/초로 하였다. 그리고, 가열 온도에 도달 후, 당해 가열 온도에서 유지하였다.

또, 성형용 금형 내에서의 냉각은, 다음과 같이 하여 실시하였다. 즉, 펀치 금형을 하사점에서 15 초간 유지하고, 다이 금형과 펀치 금형에 의한 끼우기와, 끼우기로부터 개방시킨 다이 금형 상에서의 공랭의 조합에 의해, 150 ℃ 이하까지 냉각시켰다. 또한, 성형 개시 온도에서 200 ℃ 까지의 평균 냉각 속도는 100 ℃/초였다.

이렇게 하여 얻어진 핫 프레스 부재의 햇 천판부의 위치로부터 JIS 5 호 인장 시험편 (평행부 : 25 ㎜ 폭, 평행부 길이 : 60 ㎜, GL ＝ 50 ㎜) 을 채취하고, JIS Z 2241 에 준거하여 인장 시험을 실시하여, 인장 강도 TS 및 전연신을 구하였다.

또, 핫 프레스 부재의 햇 천판부의 위치로부터 굽힘 시험편 (폭 60 ㎜, 길이 60 ㎜) 을 채취하고, 독일 자동차 공업회 (VDA) 규격 : VDA238-100 에 준거한 굽힘 시험을 실시하여, 굽힘 각도를 측정하였다. 또한, 굽힘 하중이 떨어지기 시작한 시점을 굽힘 한계로 하여, 그 시점의 펀치 스트로크로부터 굽힘 각도를 산출하였다.

결과를 표 3 및 표 6 에 나타낸다.

또, 얻어진 핫 프레스 부재에 대해, 상기 서술한 방법에 의해, 연질층, 천이층 및 경질층의 획정, 각 층의 두께의 도출, 그리고, 각 층에 있어서의 금속 조직의 체적률 및 연질층에 있어서의 페라이트의 평균 결정립경의 측정을 실시하였다.

결과를 표 3 및 표 6 에 병기한다. 또한, 이들 핫 프레스 부재에서는, 연질층이 형성되지 않았던 프레스 부재 No.2, 그리고, 천이층이 형성되지 않았던 프레스 부재 No.8 및 10 을 제외하고, 도 1 에 나타내는 바와 같은, 두께 방향으로, 표면에서 이면을 향해, 연질층/천이층/경질층/천이층/연질층의 순서가 되는 강 조직이 얻어지고 있었다. 또, 경질층의 두께는, 핫 프레스 부재 두께 (1.6 ㎜) 로부터, 연질층 및 천이층의 합계 두께를 빼는 것에 의해 산출할 수 있다.

표 3 및 표 6 에 나타내는 바와 같이, 발명예에서는 모두, 인장 강도 TS : 1100 ㎫ 이상의 고강도와, 굽힘 각도 : 70 도 이상의 우수한 굽힘성이 얻어졌다. 이에 반해, 비교예에서는, 강도 및 굽힘성 중 적어도 어느 특성을 만족하지 않았다.

Claims

핫 프레스 부재로서,
그 핫 프레스 부재는,
질량％ 로,
C : 0.18 ∼ 0.40 ％,
Si : 0.01 ∼ 2.0 ％,
Mn : 0.5 ∼ 2.5 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.05 ％ 이하,
Al : 0.005 ∼ 0.1 ％ 및
N : 0.01 ％ 이하
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과,
상기 핫 프레스 부재의 두께 방향으로 표층부가 연질층, 내부가 경질층, 그 연질층과 그 경질층 사이가 천이층인 강 조직을 갖고,
상기 연질층은, 상기 연질층 전체에 대한 체적률로 90 ％ 이상의 페라이트를 갖고, 그 페라이트의 평균 결정립경은 2 ㎛ 이상 50 ㎛ 이하이고, 상기 연질층의 합계 두께는 상기 핫 프레스 부재 두께의 5 ％ 이상 25 ％ 이하이고,
상기 천이층은, 그 합계 두께가 상기 핫 프레스 부재 두께의 5 ％ 이상 25 ％ 이하이고,
상기 경질층은, 상기 경질층 전체에 대한 체적률로 90 ％ 이상의 마텐자이트를 갖고, 상기 핫 프레스 부재 두께가 0.5 ~ 2.5 mm 인, 핫 프레스 부재.
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성이 추가로, 질량％ 로, 하기 A ∼ E 군 중에서 선택된 1 군 또는 2 군 이상을 함유하는, 핫 프레스 부재.
A 군 : Ni : 0.01 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.01 ∼ 5.0 ％, Cr : 0.01 ∼ 5.0 ％ 및 Mo : 0.01 ∼ 3.0 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상
B 군 : Ti : 0.005 ∼ 3.0 ％, Nb : 0.005 ∼ 3.0 ％, V : 0.005 ∼ 3.0 ％ 및 W : 0.005 ∼ 3.0 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상
C 군 : REM : 0.0005 ∼ 0.01 ％, Ca : 0.0005 ∼ 0.01 ％ 및 Mg : 0.0005 ∼ 0.01 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상
D 군 : Sb : 0.002 ∼ 0.03 ％
E 군 : B : 0.0005 ∼ 0.05 ％
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
표면에 도금층을 갖는, 핫 프레스 부재.
제 3 항에 있어서,
상기 도금층이, Zn 계 도금층 또는 Al 계 도금층인, 핫 프레스 부재.
제 4 항에 있어서,
상기 Zn 계 도금층이, Ni : 10 ∼ 25 질량％ 를 함유하는, 핫 프레스 부재.
질량％ 로,
C : 0.18 ∼ 0.40 ％,
Si : 0.01 ∼ 2.0 ％,
Mn : 0.5 ∼ 2.5 ％,
P : 0.05 ％ 이하,
S : 0.05 ％ 이하,
Al : 0.005 ∼ 0.1 ％ 및
N : 0.01 ％ 이하
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 슬래브를 가열하고, 열간 압연하여, 열연 강판을 얻는 공정과,
상기 열연 강판을 냉간 압연하여, 냉연 강판을 얻는 공정과,
상기 냉연 강판을, 노점 : 50 ℃ 이상, 90 ℃ 이하의 분위기 중에서, Ac₁ － 50 ℃ 이상 Ac₃ 점 미만의 온도역으로 가열한 후, 그 분위기 중 또한 그 온도역에서 5 분 이상 90 분 이하 유지하고, 그 후 냉각시키는, 어닐링을 상기 냉연 강판에 실시함으로써, 핫 프레스용 강판을 얻는 어닐링 공정과,
상기 핫 프레스용 강판을, Ac₃ 점 이상 1000 ℃ 이하의 온도역으로 가열하고, 그 온도역에서 10 초 이상 900 초 이하 유지하고, 이어서, 성형용 금형을 사용하여 성형 개시 온도 : Ac₃ 점 － 50 ℃ 이하 600 ℃ 이상으로 하여, 프레스 성형과 동시에 ??칭을 실시함으로써, 제 1 항에 기재된 강 조직을 갖는 핫 프레스 부재를 얻는 공정을 구비하는, 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 성분 조성이 추가로, 질량％ 로, 하기 A ∼ E 군 중에서 선택된 1 군 또는 2 군 이상을 함유하는, 핫 프레스 부재의 제조 방법.
A 군 : Ni : 0.01 ∼ 5.0 ％, Cu : 0.01 ∼ 5.0 ％, Cr : 0.01 ∼ 5.0 ％ 및 Mo : 0.01 ∼ 3.0 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상
B 군 : Ti : 0.005 ∼ 3.0 ％, Nb : 0.005 ∼ 3.0 ％, V : 0.005 ∼ 3.0 ％ 및 W : 0.005 ∼ 3.0 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상
C 군 : REM : 0.0005 ∼ 0.01 ％, Ca : 0.0005 ∼ 0.01 ％ 및 Mg : 0.0005 ∼ 0.01 ％ 중에서 선택된 1 종 또는 2 종 이상
D 군 : Sb : 0.002 ∼ 0.03 ％
E 군 : B : 0.0005 ∼ 0.05 ％
제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
상기 어닐링 공정 후에, 상기 핫 프레스용 강판의 표면에 도금층을 형성하는 공정을 추가로 갖는, 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 도금층이, Zn 계 도금층 또는 Al 계 도금층인, 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 Zn 계 도금층이, Ni : 10 ∼ 25 질량％ 를 함유하는, 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 도금층의 부착량이, 편면당 10 ∼ 90 g/㎡ 인 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 도금층의 부착량이, 편면당 10 ∼ 90 g/㎡ 인 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 도금층의 부착량이, 편면당 10 ∼ 90 g/㎡ 인 핫 프레스 부재의 제조 방법.