KR102312426B1 - 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.39~0.45%, 실리콘(Si): 0.30~0.60%, 망간(Mn) : 0.50~1.00%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.2~0.5%, 보론(B): 0.0015~0.003%, 티타늄(Ti): 0.015~0.035%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며, 인장강도(TS) : 2,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 1,200MPa 이상, 연신율(EL) : 5% 이상 및 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 갖는다.
Description
본 발명은 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 충돌 부재용 중요 부품인 B-필러(Pillar)에는 주로 150K급 이상의 열처리강이 사용된다. 이는 측면 충돌시 운전자의 생존공간을 확보하는데 매우 중요한 역할을 하고 있다. 또한 충돌 부재로 사용되는 고인성의 강부재는 측면 충돌 시 운전자의 안전을 위협하는 취성파단 현상이 발생하므로, 취성이 발생하는 B-필러 하단부에 저인성의 강 부재를 연결하여 충돌 흡수 능력을 향상시킨다. 이러한 강 부재를 테일러 웰디드 강재(Taylor Welded Blank, TWB)용 강재라 한다. 상기 TWB용 강재는 열연, 냉연 공정 후 핫 스탬핑(Hot stamping) 등의 열간 프레스 공정을 통하여 제조된다.
본 발명과 관련한 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제0851805호(2008.08.06. 등록, 발명의 명칭 : 충격인성이 우수한 고탄소 강판의 제조 방법)가 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예는, 점용접성이 향상되고 굽힘 성능과 충돌 성능이 우수한 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품이 개시된다. 상기 핫 스템핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.39~0.45%, 실리콘(Si): 0.30~0.60%, 망간(Mn) : 0.50~1.00%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.2~0.5%, 보론(B): 0.0015~0.003%, 티타늄(Ti): 0.015~0.035%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며, 인장강도(TS) : 2,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 1,200MPa 이상, 연신율(EL) : 5% 이상 및 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 갖는다.
상기 핫 스템핑 부품에서, 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다.
상기 핫 스템핑 부품에서, 상기 마르텐사이트의 분율은 90면적% 이상이고, 상기 베이나이트의 분율은 10면적% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법이 개시된다. 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법은 (a) 중량%로, 탄소(C): 0.39~0.45%, 실리콘(Si): 0.30~0.60%, 망간(Mn) : 0.50~1.00%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.2~0.5%, 보론(B): 0.0015~0.003%, 티타늄(Ti): 0.015~0.035%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열한 슬라브를 마무리압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 강판을 권취하는 단계; (d) 상기 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계; (e) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리하는 단계; (f) 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계; 및 (g) 상기 도금 처리된 판재를 핫 스탬핑하는 단계;를 포함한다.
상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법에서, 상기 (a) 단계는 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계는 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계를 포함하고, 상기 (c) 단계는 상기 강판을 급냉하고 600℃ 이하에서 권취하는 단계를 포함하고, 상기 (d) 단계는 30~50%의 압하율로 냉간압연하는 단계를 포함하고, 상기 (e) 단계는 730~830℃의 온도로 소둔 처리하는 단계를 포함하고, 상기 (f) 단계는 40~100g/m2의 도금량으로 Al-Si 도금 처리하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법에서, 상기 (g) 단계는 6℃/sec 이상의 가열속도로 830~880℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 30℃/sec 이상의 냉각속도로 360~460℃까지 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법에서, 상기 (g) 단계 이후, 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 점용접성이 향상되고 굽힘 성능과 충돌 성능 등의 기계적 물성이 우수한 핫 스탬핑 부품을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
도 2는 본 발명의 핫 스탬핑 부품의 최종 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 핫 스탬핑 부품의 최종 미세조직을 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
자동차의 충돌 부재용 중요 부품인 B-필러(Pillar)에는 주로 150K급 이상의 열처리강이 사용된다. 이는 측면 충돌시 운전자의 생존공간을 확보하는데 매우 중요한 역할을 하고 있다. 충돌 부재로 사용되는 Al-Si 도금 냉연 제품으로 가열, 냉각한 150K급 핫스탬핑 부품은 경량화를 위한 충돌 흡수부, 고강도 두께 감소 시 차체 적용 비율 향상이 가능하다. 자동차용 부품들은 부위별 연결을 위해 점용접 기술을 사용하는데 이는 탄소 증가에 따라 성능(강도)이 감소할 수 있다.
본 발명에서는 핫 스탬핑, 템퍼링(도장 소둔, paint baking) 공정 후 200K 성분계 개발에 대한 것이다. 망간(Mn) 성분을 하향하여 편석대 제어 컨셉을 기반으로 200K급 핫스탬핑 강에 대한 성분을 정하고, 결정립 미세화를 통한 성능 향상을 적용하였다.
핫 스탬핑 부품의 제조방법
본 발명의 일 실시예에 따르는 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법은 강 슬라브 재가열 단계(S10), 열간압연단계(S20), 권취 단계(S30), 냉간압연단계(S40), 소둔 단계(S50),도금 단계(S60) 및 핫 스탬핑 단계(S70)를 포함한다.
좀 더 구체적으로, 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법은 중량%로, 탄소(C): 0.39~0.45%, 실리콘(Si): 0.30~0.60%, 망간(Mn) : 0.50~1.00%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.2~0.5%, 보론(B): 0.0015~0.003%, 티타늄(Ti): 0.015~0.035%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계(S10); 상기 재가열한 슬라브를 마무리압연하는 단계(S20); 상기 열간압연된 강판을 권취하는 단계(S30); 상기 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계(S40); 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리하는 단계(S50); 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계(S60); 및 상기 도금 처리된 판재를 핫 스탬핑하는 단계(S70);를 포함한다.
구체적인 예를 들면, 상기 단계(S10)는 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S20)는 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S30)는 상기 강판을 급냉하고 600℃ 이하에서 권취하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S40)는 30~50%의 압하율로 냉간압연하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S50)는 730~830℃의 온도로 소둔 처리하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S60)는 40~100g/m2의 도금량으로 Al-Si 도금 처리하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S70)는 6℃/sec 이상의 가열속도로 830~880℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 30℃/sec 이상의 냉각속도로 360~460℃까지 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계(S70) 이후 구현되는 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 강 슬라브 재가열 단계
상기 단계는 중량%로, 탄소(C): 0.39~0.45%, 실리콘(Si): 0.30~0.60%, 망간(Mn) : 0.50~1.00%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.2~0.5%, 보론(B): 0.0015~0.003%, 티타늄(Ti): 0.015~0.035%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계이다.
이하, 상기 강 슬라브에 포함되는 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
탄소(C)
상기 탄소(C)는 강의 강도, 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑(또는 열간 프레스) 공정 이후, 강재의 인장강도를 확보하는 목적으로 첨가된다. 또한 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 탄소는 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.39~0.45 중량%로 포함될 수 있다. 상기 탄소가 0.39 중량% 미만으로 포함되는 경우, 본 발명의 기계적 강도를 달성하기 어려우며, 0.45 중량%를 초과하는 경우, 강재의 인성 저하 문제 또는 강의 취성 제어 문제가 야기될 수 있다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 강판 내 페라이트 안정화 원소로 작용한다. 페라이트를 청정하게 해줌으로써 연성을 향상시키며, 저온역 탄화물 형성을 억제함으로써 오스테나이트 내 탄소 농화도를 향상시키는 기능을 수행할 수 있다. 나아가, 열연, 냉연, 핫 스탬핑 조직 균질화(펄라이트, 망간 편석대 제어) 및 페라이트 미세 분산의 핵심 원소이다. 한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.30~0.60 중량%로 포함될 수 있다. 상기 실리콘이 0.30 중량% 미만으로 포함되는 경우, 상술한 기능을 충분히 발휘하지 못하며, 0.60 중량%를 초과하는 경우, 열연, 냉연 부하가 증가하며 열연 붉은형 스케일이 과다해지고 용접성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 열처리시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 망간은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.50~1.00 중량% 포함된다. 상기 망간을 0.50 중량% 미만으로 포함시 소입성 미달로 핫스탬핑 후 재질이 미달할 가능성이 높으며, 1.0 중량%를 초과하여 포함시 망간 편석 또는 펄라이트 밴드에 의한 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 불균질 미세조직이 발생할 수 있다.
인(P)
상기 인(P)은 편석이 잘 되는 원소로 강의 인성을 저해하는 원소이다. 한 구체예에서 상기 인(P)은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0 중량% 초과 0.02 중량% 이하로 포함된다. 상기 범위로 포함시 인성 저하를 방지할 수 있다. 상기 인을 0.02 중량%를 초과하여 포함시, 공정중 크랙을 유발하고, 인화철 화합물이 형성되어 인성이 저하될 수 있다.
황(S)
상기 황(S)은 가공성 및 물성을 저해하는 원소이다. 한 구체예에서 상기 황은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0 중량% 초과 0.01 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 황을 0.01 중량%를 초과하여 포함시 열간 가공성을 떨어뜨리고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
크롬(Cr)
상기 크롬(Cr)은 상기 강재의 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 크롬은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.2~0.5 중량%로 포함된다. 상기 크롬을 0.2 중량% 미만으로 포함시 크롬 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없으며, 0.5 중량%를 초과하여 포함시 상기 강재의 인성이 저하 및 원가 상승을 유발할 수 있다.
보론(Β)
상기 보론(B)은 마르텐사이트 조직을 확보함으로써, 상기 강재의 소입성 및 강도를 확보하는 목적으로 첨가되며, 오스테나이트 결정립 성장 온도 증가로 결정립 미세화 효과를 가진다. 한 구체예에서 상기 보론은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.0015~0.003 중량%로 포함된다. 상기 보론을 0.0015 중량% 미만으로 포함시 소입성 효과가 부족하며, 0.003 중량%를 초과하여 포함시 입계 취성 발생 위험이 높아지며 연신율 열위 위험성이 증가할 수 있다.
티타늄(Ti)
상기 티타늄(Ti)은 핫 스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향 목적으로 첨가된다. 또한, 고온에서 Ti(C,N) 등의 석출상을 형성하여, 오스테나이트 결정립 미세화에 효과적으로 기여한다. 한 구체예에서 상기 티타늄은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.015~0.035 중량% 포함된다. 상기 티타늄을 0.015 중량% 미만으로 포함시 첨가 효과가 미미하며, 0.035 중량%를 초과하여 포함시, 연주 불량이 발생하며, 강재의 물성을 확보하기 어렵고, 석출물이 조대화되고 연신율이 저하되며, 강재 표면에 크랙이 발생할 수 있다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 탄소를 저감시킨 150K급 이상 핫 스탬핑강의 핵심원소로서, 열간압연 및 핫스탬핑 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대를 통해 강도 향상에 기여할 수 있다. 몰리브덴(Mo)은 강판 전체 중량의 0.1 중량% 내지 0.3 중량%로 첨가될 수 있다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.1 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없고, 0.3 중량%를 초과할 경우, 연신율이 하락하는 위험이 있으며 합금원가의 증가로 경제성이 저하되는 문제를 야기할 수 있다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 마르텐사이트(Martensite) 패캣 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성 증가를 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 니오븀은 상기 강 슬라브 전체 중량에 대하여 0.02 중량% 내지 0.06 중량%로 포함된다. 상기 니오븀을 0.02 중량% 미만으로 포함시 열간압연 및 냉간 압연 공정에서 강재의 결정립 미세화 효과가 미미하고, 0.06 중량%를 초과하여 포함시 제강/연주 슬라브의 크랙 발생 위험이 높으며, 제품 취성 파단 발생 위험이 증가하며, 제강성 조대 석출물이 생성될 수 있으며, 강재 연신율이 저하되고, 원가 측면에서 불리하다.
한 구체예에서 상기 강 슬라브는 슬래브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT): 1,200℃ 내지 1,250℃에서 가열할 수 있다. 상기 강 슬라브 재가열 온도에서, 합금원소 성분의 균질화 효과가 유리하다. 상기 강 슬라브를 1,200℃ 미만에서 재가열시 합금원소 성분(예를 들어, 티타늄, 니오븀, 몰리브덴)의 고용 균질화 효과가 저하되며, 고온일수록 고온 균질화 처리에 유리하나, 1,250℃를 초과하여 재가열시 공정비용이 증가할 수 있다.
(S20) 열간압연 단계
상기 단계는 상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 열간압연은 상기 재가열된 강 슬라브를 마무리 압연온도(FDT): 900℃~950℃ 조건으로 실시할 수 있다. 상기 마무리 압연온도에서 열간압연시 고온일수록 합금원소 성분의 균질화 효과에 유리하며, 상기 강의 강성 및 성형성이 우수할 수 있다.
(S30) 권취 단계
상기 단계는 상기 열간압연된 강판를 권취하여 열연 코일을 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 권취는 권취온도(CT): 600℃ 이하의 조건에서 이루어진다. 더욱 구체적으로, 상기 열간압연된 강판을 600℃ 이하의 권취 온도까지 급냉하여 권취할 수 있다. 상기 권취 온도 조건에서 탄소의 재분배가 용이하게 이루어지며, 충분한 열연 탈탄층 확보 및 열연 코일의 찌그러짐을 방지할 수 있다. 상기 열연 탈탄층이란, 열간압연, 냉각, 권취 단계를 포함하는 열연 공정을 통해, 강재에 생성되는 탈탄층을 의미한다. 상기 열연 탈탄층은 냉연 공정이 완료된 후에도 강재에 잔존할 수 있다. 일 예로서, 냉연, 소둔, 도금 및 핫스탬핑 공정 후에, 강재의 표면에 상기 열연 탈탄층을 잔존시킬 수 있으며, 상기 열연 탈탄층 내에 베이나이트 및 페라이트층이 생성됨으로써, 굽힘 성능이 향상될 수 있다. 상기 향상된 굽힘 성능은 핫스탬핑 제품의 충돌 성능을 향상시킬 수 있다. 상기 권취 온도가 600℃를 초과하면, 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 또는 강도 열화가 발생할 수 있다. 열간압연 단계를 거친 후의 조직은 페라이트와 펄라이트를 포함할 수 있다.
(S40) 냉간 압연 단계
상기 단계는 상기 열연코일을 언코일링하고, 냉간 압연하여 냉연 판재를 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 열연 코일을 언코일링한 다음, 산세 처리한 후, 냉간 압연할 수 있다. 상기 산세는 열연코일 표면에 형성된 스케일을 제거하기 위한 목적으로 실시할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 냉간 압연은 산세 처리된 열연판재를 냉간 압하율 30~50%로 진행할 수 있다. 냉간 압하율이 30% 미만일 경우에는 열연 조직의 변형효과가 작다. 반대로, 냉간 압하율이 50%를 초과하는 경우에는 냉간 압연에 소요되는 비용이 상승할 뿐만 아니라, 드로잉성을 저해하고 강판의 가장자리에 균열의 발생으로 강판이 파단되는 문제를 야기할 수 있으며, 열연 탈탄층 두께 감소로 최종 제품/부품의 탈탄층 잔존 두께가 미미해진다. 상기 냉간 압연 과정에서, 상기 열연 탈탄층의 두께가 감소할 수 있다.
(S50) 소둔 단계
상기 단계는 상기 냉연 판재를 소둔 및 도금 처리 단계이다. 상기 소둔 공정은 730℃~830℃의 공정 온도에서 진행될 수 있다. 한 구체예에서 상기 소둔처리는 수소와 잔부의 질소로 이루어지는 가스 분위기에서 노점 -15℃ 이하로 실시할 수 있다. 상기 소둔 처리는 수소와 잔부의 질소로 이루어지는 가스 분위기에서 실시함으로써, 소둔 공정 중 탈탄의 발생을 방지할 수 있다.
이어서, 소둔 공정이 완료된 판재를 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각은 일 예로서, 20~50℃/sec로 냉각 속도로 진행될 수 있다.
(S60) 도금 단계
상기 소둔 공정이 종료된 후에 상기 판재의 도금 공정이 연속적으로 진행될 수 있다. 상기 도금 공정은 상기 판재의 냉각을 중단하고, 상기 판재를 610~710℃의 도금욕에 침지시킴으로써 진행될 수 있다. 일 예로서, 상기 도금 공정은 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층 형성 공정일 수 있으며, 상기 도금욕은 용융 알루미늄과 용융 실리콘을 포함할 수 있다. 전면 및 후면에 적용되는 도금량은 40~100g/m2일 수 있다. 도금량이 40g/m2 미만일 경우, 후속의 핫 스탬핑 공정 중 모재 산화 및 도금층 열화 현상이 발생할 수 있으며, 도금량이 100g/m2 초과일 경우, 최종 제품, 부품의 탈탄층이 존재하지 않는 현상이 발생할 수 있다. 참고로, 탈탄층이 존재해야 핫 스탬핑 후 마르텐사이트 굽힙 성능과 충돌 성능이 향상도고 수소 취성이 저감되는 효과를 기대할 수 있다.
(S70) 핫스탬핑 단계
핫스탬핑 단계에서는, 상기 도금 처리된 판재를 가열하여 소정 형태의 금형에서 핫 스탬핑 한다. 상기 핫스탬핑하는 공정은, 상기 냉연 판재를 재단하여 블랭크를 형성하고, 이어서, 상기 블랭크를 6℃/s 이상의 속도로 830~880℃로 가열한 후에 프레스 금형을 이용하여 열간 성형하는 과정으로 진행될 수 있다. 핫 스탬핑 공정은 성형 후 30℃/sec 이상의 냉각속도로 360~460℃까지 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 냉각종료온도인 360~460℃는 Ms(410℃) ± 50℃으로 이해할 수 있다. 핫 스탬핑 공정 후의 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다. 마르텐사이트의 분율은 90면적% 이상이며, 베이나이트의 분율은 10면적% 이하이며, 잔부는 페라이트와 잔류 오스테나이트로 구성될 수 있다.
핫 스탬핑 부품의 제조방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품
본 발명의 다른 측면은 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 핫 스탬핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.39~0.45%, 실리콘(Si): 0.30~0.60%, 망간(Mn) : 0.50~1.00%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.2~0.5%, 보론(B): 0.0015~0.003%, 티타늄(Ti): 0.015~0.035%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며, 인장강도(TS) : 2,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 1,200MPa 이상, 연신율(EL) : 5% 이상 및 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 가질 수 있다.
본 발명의 핫 스탬핑 부품에서는 망간 함량을 하향함으로써 편석대를 제어하는 개념을 기반으로 200K급 핫 스탬핑 강에 대한 성분을 결정하고, 결정립 미세화를 통한 성능 향상을 구현하였다.
도 2는 본 발명의 핫 스탬핑 부품의 최종 미세조직을 촬영한 사진이다.
도 2를 참조하면, 상기 핫 스탬핑 부품의 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다. 마르텐사이트의 분율은 90면적% 이상이며, 베이나이트의 분율은 10면적% 이하이며, 잔부는 페라이트와 잔류 오스테나이트로 구성될 수 있다. 또한, Mn 중량%를 1.0 미만으로 제어할 경우 밴드구조와 편석대가 형성되지 않을 수 있음을 확인할 수 있다. 만약, 밴드구조와 편석대가 형성될 경우 핫 스탬핑 후 마르텐사이트 굽힘 등의 성능 저하가 발생될 가능성이 높아진다.
실험예
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
표 1은 본 발명의 실험예에 따른 조성(단위: 중량%)을 나타낸 것이다.
C | Si | Mn | P | S | Nb | Ti | Cr | Mo | B | |
실시예1 | 0.39 | 0.45 | 0.80 | 0.015 | 0.0030 | 0.04 | 0.020 | 0.40 | 0.20 | 0.0020 |
실시예2 | 0.43 | 0.55 | 0.75 | 0.013 | 0.0028 | 0.05 | 0.025 | 0.38 | 0.28 | 0.0028 |
비교예1 | 0.48 | 0.50 | 0.88 | 0.015 | 0.0021 | 0.04 | 0.030 | 0.37 | 0.25 | 0.0024 |
비교예2 | 0.37 | 0.55 | 0.88 | 0.014 | 0.0022 | 0.05 | 0.028 | 0.37 | 0.26 | 0.0019 |
비교예3 | 0.41 | 0.12 | 0.90 | 0.013 | 0.0021 | 0.05 | 0.021 | 0.35 | 0.25 | 0.0018 |
비교예4 | 0.40 | 0.45 | 1.10 | 0.012 | 0.0022 | 0.05 | 0.025 | 0.36 | 0.25 | 0.0019 |
비교예5 | 0.40 | 0.55 | 0.85 | 0.013 | 0.0026 | 0.04 | 0.027 | 0.55 | 0.27 | 0.0023 |
비교예6 | 0.41 | 0.54 | 0.88 | 0.013 | 0.0024 | 0.04 | 0.028 | 0.40 | 0.35 | 0.0020 |
비교예7 | 0.41 | 0.58 | 0.87 | 0.016 | 0.0031 | 0.05 | 0.020 | 0.43 | 0.29 | 0.0040 |
비교예8 | 0.23 | 0.20 | 1.20 | 0.018 | 0.005 | - | 0.030 | 0.20 | - | 0.0030 |
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예1 내지 실시예2는, 중량%로, 탄소(C): 0.39~0.45%, 실리콘(Si): 0.30~0.60%, 망간(Mn) : 0.50~1.00%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.2~0.5%, 보론(B): 0.0015~0.003%, 티타늄(Ti): 0.015~0.035%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)로 조성되는 강재의 조성범위를 만족한다. 이에 반하여, 비교예1 및 비교예2의 조성은 탄소(C): 0.39~0.45%의 범위를 만족하지 못하고, 비교예3의 조성은 실리콘(Si): 0.30~0.60%의 범위를 만족하지 못하고, 비교예4의 조성은 망간(Mn) : 0.50~1.00%의 범위를 만족하지 못하고, 비교예5의 조성은 크롬(Cr): 0.2~0.5%의 범위를 만족하지 못하고, 비교예6의 조성은 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%의 범위를 만족하지 못하고, 비교예7의 조성은 보론(B): 0.0015~0.003%의 범위를 만족하지 못하고, 비교예8의 조성은 탄소(C): 0.39~0.45%, 실리콘(Si): 0.30~0.60%, 망간(Mn) : 0.50~1.00%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%의 범위를 만족하지 못한다.
표 2는 본 발명의 실험예에 따른 핫 스탬핑 부품에 대하여 핫 스탬핑 후 항복강도(YP), 인장강도(TS), 연신율(El), VDA 굽힙각을 나타낸 것이다.
YP(MPa) | TS(MPa) | El(%) | VDA굽힘각 | |
실시예1 | 1250 | 2100 | 6.3 | 51 |
실시예2 | 1310 | 2200 | 5.9 | 50 |
비교예1 | 1450 | 2500 | 3.2 | 35 |
비교예2 | 1200 | 1950 | 6.3 | 54 |
비교예3 | 1200 | 1970 | 6.2 | 47 |
비교예4 | 1280 | 2150 | 5.8 | 40 |
비교예5 | 1366 | 2207 | 4.5 | 45 |
비교예6 | 1378 | 2243 | 4.0 | 43 |
비교예7 | 1299 | 2175 | 5.5 | 45 |
비교예8 | 1000 | 1420 | 6.3 | 50 |
표 2를 참조하면, 표 1의 조성을 가지는 강 슬라브를 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열한 슬라브를 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계; 상기 열간압연된 강판을 전단급냉하고 600℃ 이하에서 권취하여 표면에 열연 탈탄층을 생성하는 단계; 상기 권취된 강판을 산세 후 30~50%의 압하율로 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 판재를 730~830℃의 온도로 소둔 처리하는 단계; 상기 소둔 처리된 판재를 40~100g/m2의 도금량으로 Al-Si 도금 처리하는 단계; 상기 도금 처리된 판재를 830~880℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 360~460℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 제조방법을 동일하게 수행하여 구현한 핫 스탬핑 부품의 항복강도(YP), 인장강도(TS), 연신율(El), VDA 굽힙각을 측정하였다. 즉, 표 2의 비교예들과 실시예들의 핫 스탬핑 부품은 조성만 상이할 뿐 동일한 공정조건을 적용하였다.
본 발명의 실시예1 내지 실시예2는, 인장강도(TS) : 2,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 1,200MPa 이상, 연신율(EL) : 5% 이상 및 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 모두 만족한다.
이에 반하여, 비교예1은 연신율(EL) : 5% 이상 및 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 만족하지 못하고, 비교예2는 인장강도(TS) : 2,000MPa 이상을 만족하지 못하며, 비교예3은 인장강도(TS) : 2,000MPa 이상 및 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 만족하지 못하며, 비교예4는 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 만족하지 못하며, 비교예5 및 비교예6은 연신율(EL) : 5% 이상 및 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 만족하지 못하고, 비교예7은 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 만족하지 못하며, 비교예8은 인장강도(TS) : 2,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 1,200MPa 이상을 만족하지 못한다.
상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 200K 강종 성분을 편석대 제어, 결정립 미세화 컨셉에 기반을 두어 최적 개발하였고, 핫스탬핑 공정상 안정적인 재질을 확보할 수 있는 생산조건을 수립하였다. 특별히 C, Mn량을 최적화하고 Si 첨가량을 증대하고, Cr과 Mo의 첨가 합계량을 제어하여 성능을 확보하는 발명의 기술적 사상을 구현하였다. 이를 통하여 차체 핫스탬핑 적용 분율 향상 가능성을 기대할 수 있다.
본 발명은 개시된 실시예 뿐만 아니라, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 개시된 실시예로부터 도출할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포함한다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
Claims (7)
- 중량%로, 탄소(C): 0.39~0.45%, 실리콘(Si): 0.30~0.60%, 망간(Mn) : 0.50~1.00%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.2~0.5%, 보론(B): 0.0015~0.003%, 티타늄(Ti): 0.015~0.035%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며,
상기 강재는 최종 미세조직이 마르텐사이트 90 면적% 이상, 베이나이트 10 면적% 이하와, 잔부의 페라이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어지는 복합 조직을 가지되,
상기 강재의 표면에는 열연 탈탄층이 형성되고,
상기 열연 탈탄층 내에는 베이나이트층 및 페라이트층이 생성되며,
인장강도(TS) : 2,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 1,200MPa 이상, 연신율(EL) : 5% 이상 및 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 갖는 것을 특징으로 하는,
핫 스탬핑 부품.
- 삭제
- 삭제
- (a) 중량%로, 탄소(C): 0.39~0.45%, 실리콘(Si): 0.30~0.60%, 망간(Mn) : 0.50~1.00%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.2~0.5%, 보론(B): 0.0015~0.003%, 티타늄(Ti): 0.015~0.035%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계;
(b) 상기 재가열한 슬라브를 마무리압연하는 단계;
(c) 상기 열간압연된 강판을 권취하는 단계;
(d) 상기 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계;
(e) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리하는 단계;
(f) 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계; 및
(g) 상기 도금 처리된 판재를 핫 스탬핑하는 단계;를 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조방법이며,
상기 (c) 단계는 상기 강판을 급냉하고 600℃ 이하에서 권취하여, 상기 강판 표면에 열연 탈탄층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 (f) 단계는 상기 소둔처리된 판재를 610~710℃의 도금욕에 침지하여, 40~100g/m2의 도금량으로 Al-Si 도금 처리하는 단계를 포함하되,
상기 (g) 단계 이후 핫 스탬핑 부품의 최종 미세조직은 마르텐사이트 90 면적% 이상, 베이나이트 10 면적% 이하와, 잔부의 페라이트 및 잔류 오스테나이트로 이루어지는 복합 조직을 가지되,
상기 열연 탈탄층 내에는 베이나이트층 및 페라이트층이 생성되며,
상기 핫스탬핑 부품은 인장강도(TS) : 2,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 1,200MPa 이상, 연신율(EL) : 5% 이상 및 VDA 굽힘각 : 50° 이상을 갖는 것을 특징으로 하는,
핫 스탬핑 부품의 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,
상기 (a) 단계는 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계를 포함하고,
상기 (b) 단계는 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계를 포함하고,
상기 (d) 단계는 30~50%의 압하율로 냉간압연하는 단계를 포함하고,
상기 (e) 단계는 730~830℃의 온도로 소둔 처리하는 단계를 포함하는,
핫 스탬핑 부품의 제조방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 (g) 단계는 6℃/sec 이상의 가열속도로 830~880℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 30℃/sec 이상의 냉각속도로 360~460℃까지 냉각하는 단계를 포함하는,
핫 스탬핑 부품의 제조방법. - 삭제
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JPWO2012120692 A1 |
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