KR102354183B1

KR102354183B1 - 핫 스탬프용 중첩 블랭크, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법, 및 중첩 핫 스탬프 성형체

Info

Publication number: KR102354183B1
Application number: KR1020207025447A
Authority: KR
Inventors: 소시 후지타; 유키 스즈키; 마사히로 후다; 준 마키; 히데아키 이리카와; 마사히로 나카타
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-04-06
Filing date: 2019-04-05
Publication date: 2022-01-21
Also published as: MX2020010274A; TW201943867A; EP3733321A4; US20210197525A1; US11364707B2; KR20200116496A; CN110582359B; CN110582359A; EP3733321A1; WO2019194308A1; JP6642777B1; CA3061938A1; JPWO2019194308A1; EP3733321B1; TWI690605B; CA3061938C

Abstract

중첩부와 1매부의 승온 속도의 차에 관한 문제를 해결하여, 핫 스탬프 후의 도금의 내식성을 더욱 향상시키는 것. 제1 강판과, 제1 강판 표면에 용접점을 통해 접속된, 상기 제1 강판보다도 면적이 작은 적어도 1매의 제2 강판을 구비하고, 제1 강판은, 당해 제1 강판의 양면에 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며, 또한, 제2 강판은, 당해 제2 강판의 양면에 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며, 제1 강판에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량은, 양면에서의 평균 부착량으로 W1(g/㎡)이며, 제2 강판에 있어서, 제1 강판과 접하지 않는 측의 표면에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량은, W2(g/㎡)이며, W1 및 W2가, 모두 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하의 범위 내이며, 또한, 식 (1) 및 식 (2)의 관계를 충족시키는, 핫 스탬프용 중첩 블랭크.

Description

핫 스탬프용 중첩 블랭크, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법, 및 중첩 핫 스탬프 성형체

본 발명은, 핫 스탬프용 중첩 블랭크, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법, 및 중첩 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다.

근년, 자동차용 강판의 용도에 있어서, 고강도와 고성형성을 양립시키는 강판이 요망되고 있으며, 고강도와 고성형성을 양립시키는 강판에 대응하는 것의 하나로서, 잔류 오스테나이트의 마르텐사이트 변태를 이용한 TRIP(Transformation Induced Plasticity) 강이 있다. 이 TRIP 강철에 의해, 성형성이 우수한 1000MPa급 정도의 강도를 갖는 고강도 강판을 제조하는 것은 가능하다. 그러나, TRIP 강철의 기술을 이용하여, 고강도(예를 들어 1500MPa 이상)를 더 갖는 초고강도 강으로 성형성을 확보하는 것은 곤란하며, 나아가, 성형 후의 형상 동결성이 나빠 성형품의 치수 정밀도가 떨어진다는 문제가 있다.

상기와 같은, 실온 부근에서 성형하는 공법(소위 냉간 프레스 공법)에 대해서, 최근 주목을 받고 있는 공법이, 핫 스탬프(핫 프레스, 열간 프레스, 다이 ??치, 프레스 ??치 등이라고도 호칭됨)이다. 이 핫 스탬프는, 강판을 Ac3점 이상(예를 들어 800℃ 이상)까지 가열하여 오스테나이트화한 직후에 열간에서 프레스함으로써 성형성을 확보시켜, 하사점 유지의 사이에 금형으로 Ms점 이하(예를 들어 400℃ 이하)까지 급랭함으로써 재료를 마르텐사이트화시켜 ??칭함으로써, 프레스 후에 원하는 고강도의 재질을 얻는 부품의 제조 방법이다. 본 공법에 의하면, 성형 후의 형상 동결성도 우수한 자동차용 부품을 얻을 수 있다.

한편, 자동차의 차체를 구성하는 부품에 사용되는 각종 프레스 성형체에는, 정적 강도, 동적 강도, 충돌 안전성, 나아가 경량화 등의 여러 관점에서, 다양한 성능이나 특성의 향상이 요구되고 있다. 예를 들어, A 필러 레인포스, B 필러 레인포스, 범퍼 레인포스, 터널 레인포스, 사이드 실 레인포스, 루프 레인포스 또는 플로어 크로스 멤버 등의 자동차 부품에는, 각각의 자동차 부품에 있어서의 특정 부위만이, 이 특정 부위를 제외한 일반 부위보다도 내충돌 특성을 갖는 것이 요구된다.

그래서, 자동차 부품에 있어서의 보강이 필요한 특정 부위에 상당하는 부분만큼 복수매의 강판을 중첩해서 용접한 후, 얻어진 강판을 핫 스탬프 성형하여, 중첩 핫 스탬프 성형체를 제조하는 공법이, 2007년경부터 실제로 채용되고 있다(특허문헌 1 및 특허문헌 2를 참조). 이 공법에 의하면, 프레스 금형 수를 삭감하면서 중첩 핫 스탬프 성형체의 특정 부위만을 부분적으로 강화할 수 있으며, 또한, 불필요하게 부품 두께를 증가하는 일이 없기 때문에 부품 경량화에도 기여할 수 있다. 또한, 이와 같이 중첩해서 용접함으로써 제작한 블랭크를, 중첩 블랭크라고 칭한다(패치워크 블랭크라고도 함). 또한, 블랭크란, 프레스를 포함하는 성형 가공의 재료가 되는, 강판 등의 금속판이다.

중첩되는 강판이 비도금 강판인 경우, 열간 프레스 성형에 수반되는 고온 가열에 의해, 제조되는 중첩 열간 프레스 부재의 표면에 산화 스케일이 생성된다. 그 때문에, 열간 프레스 성형 후에, 예를 들어 쇼트 블라스트 처리에 의해 생성된 산화 스케일을 제거할 필요가 발생하거나, 혹은 제조된 중첩 열간 프레스 부재의 내식성이 저하되기 쉽거나 하는 문제가 있다. 또한, 중첩 블랭크의 소재로서 비도금 강판을 사용한 경우의 특유의 문제로서, 중첩되지 않은 부분(이하, 「1매부」라고도 칭함)은 쇼트 블라스트 처리가 가능하지만, 중첩된 부분(이하, 「중첩부」라고도 칭함)의 강판 사이에 형성된 산화 스케일은 쇼트 블라스트 처리에서의 제거가 곤란하여, 내식성이 특히 저하되기 쉽다는 문제가 있다.

중첩되는 강판이 도금 강판이면, 열간 프레스 성형 후의 중첩 열간 프레스 부재에 쇼트 블라스트 처리를 행할 필요성은 해소된다. 핫 프레스용으로서 사용되는 도금 강판으로서는, 일반적으로, Zn계 도금 강판과 Al계 도금 강판을 들 수 있다. Zn계 도금 및 Al계 도금 중 어느 것에 대해서도, Fe가 도금 중에 확산하는 합금화 반응에 의해, 핫 스탬프 가열 후에, Zn계 도금은 Zn-Fe계 도금이 되고, Al계 도금은 Al-Fe계 도금이 된다.

특허문헌 2 및 특허문헌 3에 나타낸 바와 같이, Zn계 도금 강판(즉, Zn을 50질량％ 이상 함유하는 도금 강판(Zn 도금, 또는 Zn-Fe 합금, Zn-Ni 합금, Zn-Fe-Al 합금 등의 Zn계 합금 도금))은, 산화 스케일의 생성을 억제하여, 쇼트 블라스트 처리가 필요해진다는 문제는 해소된다. 그러나, 중첩 블랭크 소재로서 Zn계 도금 강판을 사용하고, 핫 스탬프 성형 시에 중첩부에 굽힘 성형을 실시하는 경우, 지철에 균열이 발생하여, 내충돌 특성에 문제가 발생하는 경우가 있다. 이것은, 비교적 저융점인 아연이 존재하는 경우, Zn이 액체 금속으로 되어 도금 표면으로부터 지철에 침입하기 때문이며, 소위 액체 금속 취화라고 불리는 문제에 의한 것이다. 또한, 굽힘 성형은, 내충돌 특성을 형상의 면으로부터 확보하는 수단이며, 중첩부에 굽힘 성형을 실시하는 것은, 매우 중요한 중첩 성형체의 이용 방법이다.

특허문헌 2 및 특허문헌 3에 나타낸 바와 같이, Zn계 도금 강판을 핫 스탬프로서 사용하는 경우에 채용되는 액체 금속 취화의 대책으로서, 일반적으로는, 핫 스탬프 가열 시에 Zn-Fe 합금화 반응을 진행시켜 도금을 고융점화하는 대책 및 핫 스탬프의 굽힘 성형 시의 성형 온도를 낮춰 아연이 고체화하는 것을 기다리는 대책을 들 수 있다. 그러나, 중첩 블랭크의 소재로서 아연계 도금 강판을 사용한 경우의 특유의 문제로서, 중첩부의 판 두께가 1매부보다 두껍기 때문에 승온 속도 및 냉각 속도의 양자가 느려서, 핫 스탬프 가열 시에 Zn-Fe 합금화 반응을 진행시키는 것이 곤란하다는 문제가 있다. 나아가, 핫 스탬프 성형 시의 성형 온도에 대하여, 중첩부가 냉각되기를 기다리면 1매부가 빠르게 냉각되어 버려, 마르텐사이트 조직을 확보할 수 없는 문제도 존재한다. 또한, 1매부에서는, Zn은 산화아연의 막으로 되어 Zn의 증발을 억제하지만, 중첩부의 강판 사이의 분위기에서는 산소의 결핍이 일어나기 때문에 Zn이 증발하여, 중첩부의 내식성의 저하, 액체 금속 취화의 문제가 더욱 커진다.

특허문헌 4에 나타낸 바와 같은 Al계 도금 강판(즉, Al을 50질량％ 이상 함유하는 도금 강판(Al 도금, 또는 Al-Si 합금, Al-Fe-Si 합금 등의 Al계 합금 도금))에서는, Zn과 마찬가지로 산화 스케일의 생성을 억제하여, 쇼트 블라스트 처리가 필요해진다는 문제는 해소되고, 나아가, 액체 금속 취화의 문제를 일으키지 않기 때문에, 중첩 블랭크의 소재로서 사용하기에는 바람직하다.

일본 특허 공개 제2011-88484호 공보 일본 특허 제6178301호 공보 일본 특허 공개 제2016-124029호 공보 국제 공개 제2002/103073호

그러나, 중첩 블랭크의 소재로서, 특허문헌 4에 개시되어 있는 바와 같은 Al계 도금 강판을 사용한 경우, 핫 스탬프 시의 가열 시에, 중첩부의 승온 속도가 느리다는 문제가 있다. 특허문헌 3에 기재되어 있는 바와 같이, 핫 스탬프 시의 가열로 진행되는 도금의 Al-Fe 합금화 반응은, 도금의 내식성 향상에 중요하다. 승온 속도가 느릴 경우에는 합금화 반응이 도금의 표면까지 충분히 진행되지 않기 때문에, 핫 스탬프 후의 성형품의 내식성이 저하된다는 문제가 있다. 이러한 문제에 대한 대책으로서, 핫 스탬프 시의 가열의 시간을 길게 함으로써 합금화 반응을 진행시킬 것이 고려되지만, 이러한 대책에서는, 핫 스탬프의 생산성이 저하될뿐만 아니라, 1매부에서는 합금화 반응이 과잉으로 과도하게 진행되어 Fe 농도의 높은 도금으로 되고, 이 경우에도 도금의 내식성이 저하되어 버린다는 문제가 있다.

그 때문에, 이상 설명한 바와 같은, 지철의 산화 스케일을 억제하고, 또한, 액체 금속 취화의 문제를 일으키지 않기 때문에, 핫 스탬프용 중첩 블랭크의 소재로서 사용하는 데 적합한 알루미늄계 도금 강판에 관하여, 중첩부와 1매부의 승온 속도의 차에 관한 문제를 해결하여, 핫 스탬프 후의 도금의 내식성을 향상시키는 것이 희구되고 있다.

그래서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적으로 하는바는, 알루미늄계 도금 강판을 소재로서 사용한 경우에, 중첩부와 1매부의 승온 속도의 차에 관한 문제를 해결하여, 핫 스탬프 후의 도금의 내식성을 더욱 향상시키는 것이 가능한, 핫 스탬프용 중첩 블랭크, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법, 및 중첩 핫 스탬프 성형체를 제공하는 데 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 거듭하고, 알루미늄계 도금 강판의 도금 부착량과 승온 속도의 관계에 착안한 결과, 도금 부착량이 적을수록 승온 속도가 커진다는 것을 발견하였다. 이것은, 알루미늄계 도금 강판의 핫 스탬프 가열 시의 승온 속도의 특징으로서, 알루미늄계 도금 강판의 외관에 관하여, 도금 중에 Fe가 확산하는 합금화 반응이 진행되지 않은 은백색의 표면 방사율은 낮은 데 비하여, 합금화 반응이 표면까지 진행된 후에는 표면이 검은 빛을 띠는 결과, 표면의 방사율이 높아진다. 그 때문에, 표면까지의 합금화가 빠르게 진행되는 도금 부착량이 적은 쪽이, 표면 방사율이 높아지는 것이 빠르다는 점에서, 승온 속도가 커진 것이라고 생각하고 있다.

상기와 같은 지견에 기초하여, 핫 스탬프용 중첩 블랭크의 중첩부와 1매부의 승온 속도차의 문제에 대해서, 최적의 도금 부착량을 검토한 결과, 강판 두께가 커서 승온 속도가 느려진 중첩부에서는, 도금의 부착량을 낮추는 것이 중요하며, 반대로 승온 속도가 빠른 1매부에서는, 도금의 부착량을 높여 승온 속도를 내리는 것이 중요하다는 것을 알아내었다. 보다 구체적으로는, 핫 스탬프용 중첩 블랭크의 중에서, 핫 스탬프 후의 성형체의 베이스가 되는 면적이 큰 강판(제1 강판)에, 중첩부에 상당하는 면적이 작은 강판(제2 강판)이 예를 들어 스폿 용접되고, 제1 강판을 도금 부착량이 큰 알루미늄계 도금 강판으로 하고, 제2 강판을 도금 부착량이 작은 알루미늄계 도금 강판으로 함으로써, 1매부와 중첩부의 승온 속도차의 문제를 해결할 수 있다는 것을 알아내었다.

상기 지견에 기초하여 완성된 본 발명의 요지로 하는 바는, 이하와 같다.

[1] 제1 강판과, 상기 제1 강판 표면에 용접점을 통해 접속된, 상기 제1 강판보다도 면적이 작은 적어도 1매의 제2 강판을 구비하고, 상기 제1 강판은, 당해 제1 강판의 양면에 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며, 또한, 상기 제2 강판은, 당해 제2 강판의 양면에 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며, 상기 제1 강판에 있어서의 상기 알루미늄계 도금층의 부착량은, 양면에서의 평균 부착량으로 W1(g/㎡)이며, 상기 제2 강판에 있어서, 상기 제1 강판과 접하지 않는 측의 표면에 있어서의 상기 알루미늄계 도금층의 부착량은, W2(g/㎡)이며, 상기 W1 및 상기 W2가, 모두 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하의 범위 내이며, 또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2)의 관계를 충족시키는, 핫 스탬프용 중첩 블랭크.

30≤(W1-W2)≤100 ···· 식 (1)

(W1/W2)²×(t1/t2)≥1.5 ···· 식 (2)

단, 상기 식 (2)에 있어서, t1(㎜)는, 상기 제1 강판의 판 두께이며, t2(㎜)는, 상기 제2 강판의 판 두께이다.

[2] 상기 용접은, 스폿 용접이며, 상기 스폿 용접의 타점 밀도는, 1점/200㎠ 이상인, 상기 [1]에 기재된 핫 스탬프용 중첩 블랭크.

[3] 상기 제1 강판은, 핫 스탬프 성형에 제공된 후에 상기 제1 강판만으로 이루어지는 플랜지부로 되는 부분을 가지며, 상기 제1 강판과 상기 제2 강판의 중첩부 중 적어도 일부는, 핫 스탬프 성형에 제공된 후에 굽힘부로 되는 부분을 가지며, 상기 스폿 용접의 적어도 하나의 타점은, 핫 스탬프 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 존재하는, 상기 [2]에 기재된 핫 스탬프용 중첩 블랭크.

[4] 상기 제1 강판의 판 두께 t1(㎜)와, 상기 제2 강판의 판 두께 t2(㎜)는, 이하의 식 (3)의 관계를 충족시키는, 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 중첩 블랭크.

(t2/t1)≤2.0 ···· 식 (3)

[5] 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 각각이 갖는 알루미늄계 도금층은, 표면으로부터 모재 강판을 향하는 순으로, 알루미늄층과 알루미늄-철계 합금층의 2층 구조로 되어 있으며, 또한, 상기 제1 강판의 상기 알루미늄-철 합금층의 두께 d1(㎛)와, 상기 제2 강판의 상기 알루미늄-철계 합금층의 두께 d2(㎛)가, 이하의 식 (4)의 관계를 충족시키는, 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 중첩 블랭크.

2≤(d2-d1)≤10 ···· 식 (4)

[6] 상기 제2 강판에 있어서, 상기 제1 강판과 접하지 않는 측의 상기 알루미늄계 도금층의 표면에, 방사율 0.7 이상의 탄소계 피막을 더 갖는, 상기 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 중첩 블랭크.

[7] 상기 제2 강판의 표면에 위치하는 상기 알루미늄계 도금층의 표면에, ZnO 또는 TiO₂ 중 적어도 어느 한쪽으로 이루어지고, 편면당 부착량이 0.2g/㎡ 이상인 피막을 더 갖는, 상기 [1] 내지 [6] 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 중첩 블랭크.

[8] 제1 강판과, 상기 제1 강판 표면에 용접점을 통해 접속된, 상기 제1 강판보다도 면적이 작은 적어도 1매의 제2 강판을 구비하고, 상기 제1 강판은, 당해 제1 강판의 양면에 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며, 또한, 상기 제2 강판은, 당해 제2 강판의 양면에 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며, 상기 제1 강판에 있어서의 상기 알루미늄계 도금층의 부착량은, 양면에서의 평균 부착량으로 W1(g/㎡)이며, 상기 제2 강판에 있어서, 상기 제1 강판과 접하지 않는 측의 표면에 있어서의 상기 알루미늄계 도금층의 부착량은, W2(g/㎡)이며, 상기 W1 및 상기 W2가, 모두 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하의 범위 내이며, 또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2)의 관계를 충족시키는 핫 스탬프용 중첩 블랭크를 가열하고, 당해 가열의 후에 성형하는 핫 스탬프 성형 시에, 상기 제1 강판과 상기 제2 강판의 중첩부의 적어도 일부에, 굽힘 가공이 실시된 굽힘부를 마련하는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.

30≤(W1-W2)≤100 ···· 식 (1)

(W1/W2)²×(t1/t2)≥1.5 ···· 식 (2)

[9] 상기 용접은, 스폿 용접이며, 상기 스폿 용접의 타점 밀도는, 1점/200㎠ 이상인, 상기 [8]에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.

[10] 상기 스폿 용접의 적어도 하나의 타점은, 핫 스탬프 성형 후에 상기 굽힘부로 되는 부분에 존재하는, 상기 [9]에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.

[11] 상기 제1 강판의 판 두께 t1(㎜)와, 상기 제2 강판의 판 두께 t2(㎜)는, 이하의 식 (3)의 관계를 충족시키는, 상기 [8] 내지 [10] 중 어느 하나에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.

(t2/t1)≤2.0 ···· 식 (3)

[12] 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 각각이 갖는 알루미늄계 도금층은, 표면으로부터 모재 강판을 향하는 순으로, 알루미늄층과 알루미늄-철계 합금층의 2층 구조로 되어 있으며, 또한, 상기 제1 강판의 상기 알루미늄-철 합금층의 두께 d1(㎛)와, 상기 제2 강판의 상기 알루미늄-철계 합금층의 두께 d2(㎛)가, 이하의 식 (4)의 관계를 충족시키는, 상기 [8] 내지 [11] 중 어느 하나에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.

2≤(d2-d1)≤10 ···· 식 (4)

[13] 상기 제2 강판에 있어서, 상기 제1 강판과 접하지 않는 측의 상기 알루미늄계 도금층의 표면에, 방사율 0.7 이상의 탄소계 피막을 더 갖는, 상기 [8] 내지 [12] 중 어느 하나에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.

[14] 상기 제2 강판의 표면에 위치하는 상기 알루미늄계 도금층의 표면에, ZnO 또는 TiO₂ 중 적어도 어느 한쪽으로 이루어지며, 편면당 부착량이 0.2g/㎡ 이상인 피막을 더 갖는, 상기 [8] 내지 [13] 중 어느 하나에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.

[15] 판 두께가 T1(㎜)인 제1 강판과, 상기 제1 강판 표면에 용접점을 통해 접속되어 있으며, 상기 제1 강판보다도 면적이 작으며, 또한, 판 두께가 T2(㎜)인 적어도 1매의 제2 강판을 구비하고, 상기 제1 강판은, 당해 제1 강판의 양면에, 양면에서의 평균 도금 두께가 K1(㎛)인 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며, 상기 제2 강판은, 상기 제1 강판과 접하지 않는 측의 표면에 있어서의 도금 두께가 K2(㎛)인 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며, 하기 식 (11) 및 식 (12)의 관계를 충족시키는, 중첩 핫 스탬프 성형체.

10≤(K1-K2)≤33 ···· 식 (11)

(K1/K2)²×(T1/T2)≥1.5 ···· 식 (12)

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 알루미늄계 도금 강판을 소재로서 사용한 경우에, 중첩부와 1매부의 승온 속도의 차에 관한 문제를 해결하여, 핫 스탬프 후의 도금의 내식성을 더 향상시키는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법, 및 중첩 핫 스탬프 성형체의 일례를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 2는 동 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크의, 알루미늄층, 알루미늄-철계 합금층을 갖는 알루미늄계 도금층의 구조를 모식적으로 나타낸 설명도이다.
도 3은 동 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크의, 알루미늄층, 알루미늄-철계 합금층을 갖는 알루미늄계 도금층의 구조, 및 그 표면에 탄소계 피막 또는 ZnO, TiO₂를 더 함유하는 피막을 갖는 구조를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 4는 스폿 용접의 타점 밀도를 증가시켜 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 스폿 용접의 타점을 갖는 동 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크 및 중첩 핫 스탬프 성형품의 제조 방법, 중첩 성형품의 일례를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 5는 실시예의 중첩부, 1매부의 승온 속도를 측정하는 방법으로서, 열전대의 설치 위치를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 6은 실시예의 성형품 내식성을 평가하기 위해 사용한 금형에 의한 성형품의 형상을 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 7는 도 5에 비하여 실시예의 스폿 용접의 타점 밀도를 증가시키고, 또한, 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 스폿 용접의 타점을 갖는 본 발명예에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크, 및 중첩 핫 스탬프 성형품의 제조 방법, 중첩 성형품의 일례를 모식적으로 나타내는 설명도이다.
도 8은 도 7에 비하여 실시예의 스폿 용접 타점 밀도를 감소시키고, 또한, 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 스폿 용접의 타점을 갖는 본 발명예에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크, 및 중첩 핫 스탬프 성형품의 제조 방법, 중첩 성형품의 일례를 모식적으로 나타내는 설명도이다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법, 및 중첩 핫 스탬프 성형체의 일례를 모식적으로 나타내는 설명도이다.

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 소재로서 사용된다.

도 1에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)는, 제1 강판(1)과, 제1 강판보다 면적이 작은 제2 강판(2)을, 용접(3)함으로써 구성된다. 이때, 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4) 중에서, 제2 강판(2)이 중첩된 부분을, 중첩부(4a)라고 칭하고, 중첩되지 않은 부분을, 1매부(4b)라고 칭한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)에 있어서, 제2 강판(2)은, 도 1에 모식적으로 나타낸 바와 같이, 제1 강판(1)으로부터 비어져 나온 부분이 존재하지 않도록, 제1 강판(1)의 내측에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 제1 강판(1)의 표면에는, 제2 강판(2)과 접하는 측의 면(1a)과, 제2 강판(2)과 접하지 않는 측의 면(1b)의 양면에 대해서, 알루미늄계 도금(도시생략) 이 실시되어 있으며, 제2 강판(2)에 대해서도 마찬가지로, 제1 강판(1)과 접하는 측의 면(2a)과, 제1 강판(1)과 접하지 않는 측의 면(2b)의 양면에 대해서, 알루미늄계 도금(도시생략)이 실시되어 있다.

핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)는, 본 실시 형태에 따른 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법으로서, 가열로(5)에서 Ac3점 이상까지 가열됨으로써, 강판은 오스테나이트화되고, 노로부터 취출한 직후에 금형(6)으로 프레스 성형 및 급랭됨으로써, 강판은 마르텐사이트 변태한다. 이에 의해, 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)는, 내충돌 특성이 우수한 본 실시 형태에 따른 중첩 핫 스탬프 성형체(12)로 된다. 이때, 중첩부(4a)의 적어도 일부에는, 중첩 핫 스탬프 성형체(12)로 될 때 굽힘부(8)가 되는 부분이 존재한다.

도 1에서는, 중첩 핫 스탬프 성형체(12)의 일례로서, 해트 형상의 금형을 사용한 성형품을 도시하고 있으며, 핫 스탬프 성형체(12)의 부위의 호칭을, 헤드 정상부(7), 헤드 정상부의 굽힘부(8), 종벽부(10), 플랜지부(11), 플랜지부의 굽힘부(9)라 한다.

또한, 도 1에서는, 본 실시 형태에 따른 제2 강판(2)은, 헤드 정상부(7)측의 외측에 배치되어 있지만, 제2 강판(2)이 헤드 정상부(7)의 내측에 배치됨으로써도, 본 발명의 목적은 달성된다.

(1. 핫 스탬프용 중첩 블랭크)

이하, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)에 대하여, 상세히 설명한다.

상기한 바와 같이 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)는, 제1 강판(1)과, 제1 강판(1)의 표면에 용접점을 통해 접속된(즉, 제1 강판(1)에 용접된), 제1 강판(1)보다 면적이 작은 제2 강판(2)을 갖고 있으며, 제1 강판(1) 및 제2 강판(2) 각각의 양면에는, 알루미늄계 도금이 실시되어 있다. 즉, 본 실시 형태에 따른 제1 강판(1) 및 제2 강판(2)은, 모재가 되는 강판의 양쪽 표면 위에 알루미늄계 도금층을 갖는 알루미늄 도금 강판이다.

<모재>

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)에 있어서, 제1 강판(1) 및 제2 강판(2)의 각각에 있어서의 모재의 화학 성분은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 예를 들어 1500MPa 이상의 인장 강도(하중을 9.81N으로 했을 때의 비커스 경도로 400HV 이상 정도)를 얻을 것을 목적으로, 질량％로, C: 0.19％ 이상 0.5％ 이하, Si: 0.01％ 이상 1.5％ 이하, Mn: 0.4％ 이상 2％ 이하, Cr: 0.01％ 이상 1.0％ 이하, Ti: 0.001％ 이상 0.1％ 이상, B: 0.0005％ 이상 0.005％ 이하, Nb: 0.1％ 이하, Mo, Ni, Cu, Co, W, Sn, V, Sb: 각각 0.5％ 이하, Mg, Ca, Zr, REM: 각각 0.005％ 이하, 잔부 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 성분을 갖는 모재를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 화학 성분의 범위 내에서, 제1 강판(1)의 모재 화학 성분과, 제2 강판(2)의 모재 화학 성분은 동일해도 되고, 상이해도 된다.

상기 화학 조성을 모재로 한 알루미늄계 도금 강판의 제조 방법은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 통상의 방법의 제철 공정, 및 제강 공정을 거쳐, 열연, 산세, 냉연, 센지미어식 용융 알루미늄 도금의 공정에서 제조된 것을 이용 할 수 있다.

본 실시 형태에 있어서, 선택적으로, 제1 강판(1)의 판 두께 t1(㎜)과, 제2 강판(2)의 판 두께 t2(㎜)의 비(t2/t1)는, 이하의 식 (3)에 나타낸 바와 같이, 2.0 이하인 것이 바람직하다.

(t2/t1)≤2.0 ···· 식 (3)

상기 (3)을 충족시키는 것이 바람직한 이유를, 이하에 설명한다.

본 실시 형태에 있어서 알루미늄계 도금 강판에 요구되는 특성에는, 중첩 블랭크로서 사용하는 경우의 과제인, 중첩부(승온 속도가 느림)와 1매부(승온 속도가 빠름)의 승온 속도의 차이를 보다 한층 억제하는 것이 중요하기 때문에, 제2 강판(2)의 판 두께 t2는, 제1 강판(1)의 판 두께 t1에 비해서, 어느 정도까지 억제되는 것이 중요하다고 생각된다. 비(t2/t1)의 값이 2.0을 초과하는 경우에는, 제2 강판(2)의 판 두께 t2가 과도하게 커져서, 중첩부의 승온 속도가 1매부보다도 과도하게 커질 가능성이 높아진다. 비(t2/t1)의 값은, 보다 바람직하게는, 0.9 이하이다. 한편, 비(t2/t1)의 하한값은, 특별히 규정하는 것은 아니지만, 비(t2/t1)의 값이 0.3 미만이 되는 경우에는, 승온 속도의 차이의 억제에는 문제가 없지만, 자동차 부품으로서 사용하기 위한 내충돌 특성을 중첩부에 의해 향상시킨다는 관점에서는 불충분해질 가능성이 있다. 따라서, 비(t2/t1)의 값은, 0.3 이상인 것이 바람직하다.

또한, 제1 강판(1)의 판 두께 t1 및 제2 강판(2)의 판 두께 t2는, 마이크로미터를 이용하여 측정하는 것이 가능하다. 또한, 상기 판 두께 t1, t2는, 모재의 판 두께에 더하여, 양면에 마련된 알루미늄계 도금층의 두께도 포함한 판 두께로 한다.

<알루미늄계 도금층>

제1 강판(1)의 양면에 실시되는 알루미늄계 도금층의 부착량 W1(g/㎡)과, 제2 강판(2)의 양면에 실시되는 알루미늄계 도금층의 부착량 W2(g/㎡)는, W1, W2의 어떤 경우에도 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하이며, 또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2)의 관계를 충족시킨다. 여기서, 제1 강판(1)에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량 W1은, 제1 강판(1)의 양면에서의 평균 부착량을 나타내고 있다. 즉, 제1 강판(1)에 있어서 편면의 알루미늄계 도금층의 부착량이 각각 W1a, W1b(g/㎡)인 경우, W1=0.5×(W1a+W1b)로 된다. 또한, 제2 강판(2)에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량 W2는, 제1 강판(1)과 접하지 않는 측의 표면에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량을 나타내고 있다. 제2 강판(2)에 있어서, 제1 강판(1)과 접하지 않는 측의 표면은, 제조된 중첩 블랭크가 핫 스탬프 시에 가열될 때, 가열을 위한 열원에 노출되는 면으로 된다.

30≤(W1-W2)≤100 ···· 식 (1)

(W1/W2)²×(t1/t2)≥1.5 ···· 식 (2)

본 실시 형태에 따른 알루미늄계 도금층에 요구되는 특성으로서는, (a) 핫 스탬프 가열 시의 Fe 스케일의 발생을 억제하는 것, (b) 핫 스탬프 성형 시의 도금의 활락('파우더링'이라고도 함)에 의한 도금의 깨짐이나 압흔을 억제하는 것을 들 수 있다. 파우더링은, 성형 시에 발생하는 굽힘부의 내측 면에서 도금에 가해지는 압축 응력이나, 성형 시의 금형으로부터의 미끄럼 이동에 의해 도금에 가해지는 전단 응력 등을 원인으로 하여 발생한다. 각 강판에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량 W1, W2가 20g/㎡ 미만인 경우에는, 도금의 두께가 얇아져서, Fe 스케일의 억제가 불충분해지는 문제가 발생한다. 그 때문에, 각 강판에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량 W1, W2는, 각각 독립적으로, 20g/㎡ 이상으로 한다. 각 강판에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량 W1, W2는, 각각 독립적으로, 바람직하게는 30g/㎡ 이상이며, 보다 바람직하게는 35g/㎡ 이상이다. 한편, 각 강판에 있어서의 편면당 도금의 부착량 W1, W2가 120g/㎡를 초과하는 경우에는, 파우더링의 억제가 불충분해지는 문제가 발생한다. 그 때문에, 본 실시 형태에 있어서, 각 강판에 있어서의 편면당 도금의 부착량 W1, W2는, 각각 독립적으로, 120g/㎡ 이하로 한다. 각 강판에 있어서의 편면당 도금의 부착량 W1, W2는, 각각 독립적으로, 바람직하게는 115g/㎡ 이하이고, 보다 바람직하게는 100g/㎡ 이하이다.

또한, 각 강판에 있어서의 알루미늄계 도금층의 두께(㎛)는, 도금 부착량 (g/㎡)으로부터 개산할 수 있어, Al계 도금층의 화학 조성에 따라 다르지만, 대체로, 이하의 식 (5)에 의해 구할 수 있다.

(도금의 두께)=(도금 부착량)/3 ···· 식 (5)

또한, 본 실시 형태에 따른 알루미늄계 도금층에 요구되는 특성으로서는, (c) 중첩 블랭크로서 사용하는 경우의 과제인, 중첩부(승온 속도가 느림)와 1매부(승온 속도가 빠름)의 승온 속도의 차이를 억제하는 것을 들 수 있다. 중첩부와 1매부의 승온 속도의 차이를 억제하기 위한 대책으로서, 제2 강판(2)에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량 W2는, 제1 강판(1)에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량 W1에 비해서 적은 부착량으로 하고, 구체적으로는, 상기 식 (1)에 나타낸 바와 같이, 도금 부착량의 차분(W1-W2)을 30g/㎡ 이상 100g/㎡ 이하로 한다. 상기 식 (1)에 나타낸 관계가 충족됨으로써, 핫 스탬프의 가열 시에 방사율을 높이는 도금의 합금화 반응을, 표면까지 빠르게 진행시킬 수 있다. 도금 부착량의 차분(W1-W2)이 30g/㎡ 미만인 경우에는, 상기와 같은 승온 속도의 차이의 개선을 충분히 얻을 수 없다. 도금 부착량의 차분(W1-W2)은, 바람직하게는 35g/㎡ 이상이며, 보다 바람직하게는 40g/㎡ 이상이다. 한편, 도금 부착량의 차분(W1-W2)의 상한값에 대하여, 상기와 같은 승온 속도의 차이의 억제라는 관점에서는 특별히 제한은 없지만, 각 강판에 있어서의 편면당 도금 부착량 W1, W2의 하한값 및 상한값이 각각 20g/㎡, 120g/㎡이기 때문에, 계산상 100g/㎡가 상한으로 된다. 또한, 도금 부착량의 차분(W1-W2)이 100g/㎡를 초과하는 경우에는, 도금의 내식성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 도금 부착량의 차분(W1-W2)은, 바람직하게는 90g/㎡ 이하이고, 보다 바람직하게는 80g/㎡ 이하이다. 또한, 상기 식 (1)에 나타낸 관계를 충족시킬 것을 고려하면, 제2 강판(2)에 있어서의 알루미늄계 도금층의 부착량 W2의 상한값은, 실질적으로는 90g/㎡가 상한으로 된다.

또한, 본 실시 형태에 따른 알루미늄계 도금층은, 상기 식 (1)과 함께, 상기 (2)에 나타낸 관계를 충족시킨다. 상기 (2)에 나타낸 관계가 충족됨으로써, 핫 스탬프의 가열 시에 방사율을 향상시키는 도금의 합금 반응을, 표면까지 빠르게 진행시키는 것이 가능해진다. 상기 식 (2)에서는, 판 두께의 비(t1/t2)의 멱수가 1인 데 비하여, 도금 부착량의 비(W1/W2)의 멱수는 2로 되어 있다. 이러한 점에서, 본 발명에 있어서는, 도금 부착량의 비(W1/W2)가, 판 두께의 비(t1/t2)보다도 중요한 위치 부여임을 알 수 있다.

(W1/W2)²×(t1/t2)의 값이 1.5 미만인 경우에는, 승온 속도의 차이의 개선을 충분히 얻을 수 없다. (W1/W2)²×(t1/t2)의 값은, 2 이상인 것이 바람직하고, 2.5 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, (W1/W2)²×(t1/t2)의 상한값에 대해서는, 특별히 규정하는 것은 아니다. 단, 과잉의 (W1/W2)²×(t1/t2)의 값의 증가, 즉 (W1/W2) 또는 (t1/t2)의 증가는, W1이나 t1의 증가에 수반되는 재료 비용의 증가, W2의 저하에 의한 내식성의 저하 및 t2 저하에 의한 내충돌성의 저하를 초래한다. 그 때문에, (W1/W2)²×(t1/t2)의 값은, 80 이하인 것이 바람직하다. (W1/W2)²×(t1/t2)의 값은, 보다 바람직하게는 60 이하이다.

도 2는, 본 실시 형태에 따른 알루미늄계 도금층이 마련된 도금 강판(13)의 편면측의 층 구조를 모식적으로 나타낸 것이다. 선택적으로 실현되는, 본 실시 형태에 따른 알루미늄계 도금층의 보다 바람직한 층 구조에 대하여, 이하에서, 도 2를 참조하면서 설명한다.

알루미늄계 도금층이 처리된 도금 강판(13)의 편면측을 모식적으로 나타낸 경우의 도금 구조에 대해서는, 제1 강판(1) 및 제2 강판(2)에 실시된 알루미늄계 도금층이, 표면으로부터 모재(16)를 향하는 순으로, 알루미늄층(14)과 알루미늄-철계 합금층(15)의 2층 구조인 것이 바람직하다. 여기서, 제1 강판(1)의 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 d1(㎛)은, 1㎛ 이상인 것이 바람직하고, 2㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제2 강판(2)의 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 d2(㎛)는, 2㎛ 이상인 것이 바람직하고, 3㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 제1 강판(1)의 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 d1은, 9㎛ 이하인 것이 바람직하고, 8㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제2 강판(2)의 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 d2는, 10㎛ 이하인 것이 바람직하고, 9㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 제1 강판(1) 및 제2 강판(2)에 실시된 알루미늄계 도금층이 2층 구조를 갖는 것에 더하여, 또한, 제1 강판(1)의 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 d1(㎛)와, 제2 강판(2)의 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 d2(㎛)의 차분(d2-d1)이, 이하의 식 (4)에 나타낸 바와 같이, 2㎛ 이상 10㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다.

2≤(d2-d1)≤10 ···· 식 (4)

이것은, 본 실시 형태에 따른 알루미늄계 도금에 요구되는 특성으로서, 중첩부(승온 속도가 느림)와 1매부(승온 속도가 빠름)의 승온 속도의 차이를 억제하는 것을 들 수 있다. 이때, 중첩부에 대해서는, 핫 스탬프의 가열 시에 방사율을 높이는 도금의 합금화 반응을 표면까지 빠르게 진행시키기 위해서, 핫 스탬프의 가열 전부터 제2 강판(2)의 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 d2를 두껍게 하는 것이 바람직한 한편, 1매부에서는, 반대로 합금화 반응을 늦추기 위해서, 제1 강판(1)의 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 d1은 얇게 하는 것이 바람직하기 때문이다. 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 차분(d2-d1)이 2㎛ 미만이면, 상기 승온 속도의 차이의 개선은 충분히 얻지 못한다. 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 차분(d2-d1)은, 보다 바람직하게는 3㎛ 이상이다. 한편, 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 차분(d2-d1)의 상한에 대하여, 상기 승온 속도의 차이라는 점에서는 특별히 제한은 없지만, 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 d2의 값이 10㎛를 초과하면, 합금화가 과도하게 진행되어 핫 스탬프 시의 성형부에서의 파우더링이 심하게 되기 때문에, 상기와 같이 10㎛가 상한으로 된다. 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께 차분(d2-d1)은, 보다 바람직하게는 8㎛ 이하이다.

또한, 알루미늄계 도금을 강판에 처리하는 방법으로서 일반적인 용융 도금법에 의하면, 용융 알루미늄 도금욕에 강판을 침지하고, 질소나 대기 등에서 가스 와이핑함으로써 부착량이 조정된 알루미늄계 도금 강판을 제조할 수 있다. 그 결과, 필연적으로, 도금층과 모재 강판(본 실시 형태에서는, 모재(16))의 계면에는 용융 도금 시의 Fe의 용출에 의해 알루미늄-철계 합금층(15)이 형성된다. 형성되는 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께는, 용융 도금에 대한 침지 시간을 연장시킴으로써 크게 할 수 있다.

상기 알루미늄계 도금층을 형성하기 위한 용융 알루미늄 도금욕의 화학 조성은, 특별히 한정하지 않는다. 단, 내열성이 우수한 점을 형성하기 위한 용융 알루미늄 도금욕 Al의 함유량은 80질량％ 이상인 것이 바람직하고, 알루미늄-철 합금층(15)의 두께의 제어가 용이한 점에서, 용융 알루미늄 도금욕의 Si의 함유량은 2질량％ 이상인 것이 바람직하다. Si의 함유량이 2질량％ 미만이면 알루미늄-철계 합금층(15)이 과도하게 두꺼워져 성형성이 저하된다. 한편, 용융 알루미늄 도금욕의 Si의 함유량이 15질량％ 초과에서는 핫 스탬프 가열 시의 합금화가 느려져 핫 스탬프의 생산성이 저하된다. 그 때문에, 용융 알루미늄 도금욕의 Si의 함유량은, 15질량％ 이하인 것이 바람직하다.

Si를 2질량％ 이상 15질량％ 이하 함유하는 경우, 알루미늄층(14)에는 상태도에 기초하여 Al과 Si의 공정 조직이 형성된다. 용융 도금법에 의한 경우, 불가피하게 강판으로부터의 용출 성분으로서 Fe를 1질량％ 이상 포함하는 경우가 있다. 다른 불가피적 불순물로서는, 용융 도금 설비의 용출 성분이나 용융 알루미늄 도금욕의 잉곳의 불순물에 기인한 Cr, Mn, V, Ti, Sn, Ni, Cu, W, Bi, Mg, Ca 등의 원소를 들 수 있으며, 이들 원소를 1질량％ 미만 포함하는 경우가 있다.

상기 알루미늄-철계 합금층(15)의 화학 조성으로서는, Al과 Fe의 2원 합금인 θ상(FeAl₃), η상(Fe₂Al₅), ζ상(FeAl₂), Fe₃Al, Fe계의 BCC상(α2, α) 등을 들 수 있으며, 이들 도금 상의 조합으로 알루미늄-철계 합금층(15)이 구성된다. Si를 함유하는 경우의 알루미늄-철계 합금층(15)의 화학 조성으로서는, τ1-Al₂Fe₃Si₃, τ2-Al₃FeSi, τ3-Al₂FeSi, τ4-Al₃FeSi₂, τ5-Al₈Fe₂Si, τ6-Al₉Fe₂Si₂, τ7-Al₃Fe₂Si₃, τ8-Al₂Fe₃Si₄, τ10-Al₄Fe_1.7Si, τ11-Al₅Fe₂Si 등을 들 수 있으며, 주로 τ5로 구성된다.

또한, 상기 알루미늄계 도금층의 부착량의 특정 방법으로서는, 예를 들어, 수산화나트륨-헥사메틸렌테트라민·염산 박리 중량법을 들 수 있다. 구체적으로는, JIS G 3314: 2011의 기재에 준거하여, 소정의 면적 S(㎡)(예를 들어 50×50㎜)의 시험편을 준비하고, 중량 W1(g)을 측정해 둔다. 그 후, 수산화나트륨 수용액과, 헥사메틸렌테트라민을 첨가한 염산수 용액에 순차 침지하고, 도금의 용해에 기인한 발포가 들어갈 때까지 침지한 후, 즉시 수세하여 다시 중량 W2(g)을 측정한다. 이때, 알루미늄계 도금층의 부착량 Wp(g/㎡)는, 이하의 식 (6)으로 구할 수 있다.

Wp=(w1-w2)/S ··· 식 (6)

또한, 시험편의 사이즈가 작은 경우에는, 도금의 단면을 광학 현미경(면적: 100㎛×100㎛)으로 관찰하고, 도금 두께를 측정하는 것을 3시야로 마찬가지로 실시하고, 3시야로 측정한 두께의 평균값으로부터, 식 (5)를 이용하여 부착량으로 환산함으로써 구할 수 있다. 이때 측정하는 도금 두께는, 도 2에 도시한 알루미늄층(14)의 두께와 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께의 합계의 두께이다.

알루미늄-철계 합금층(15)의 두께는, 마찬가지로 도금의 단면을 광학 현미경(면적: 100㎛×100㎛)으로 에칭 없이 관찰하고, 알루미늄-철계 합금층(15)의 두께를 측정하는 것을 3시야로 마찬가지로 실시하고, 3시야로 측정한 두께의 평균값으로서 구할 수 있다.

<피막층>

도 3은, 본 실시 형태에 따른 알루미늄계 도금층, 및 그 표면에 탄소계 피막이 마련된 도금 강판(18)의 편면측의 층 구조, 또는 ZnO, TiO₂를 더 함유하는 피막이 마련된 도금 강판(18')의 편면측의 층 구조를 모식적으로 나타낸 것이다. 선택적으로 실현되는, 본 실시 형태에 따른 알루미늄계 도금층, 및 그 표면에 탄소계 피막, 또는 ZnO, TiO₂를 더 함유하는 피막의 보다 바람직한 층의 구조에 대하여, 이하에서, 도 3을 참조하면서 설명한다.

[피막층(탄소계)]

제2 강판(2)에 있어서, 제1 강판(1)과 접하지 않는 측의 표면에 위치하는 알루미늄계 도금층의 표면에, 방사율 0.7 이상의 탄소계 피막층(17)을 더 마련하는 것이 바람직하다. 이때의 알루미늄계 도금층은, 상술한 바와 같이 모재(16) 위에 표면으로부터 모재(16)를 향하는 순으로, 탄소계 피막층(17), 알루미늄층(14), 및 알루미늄-철계 합금층(15)을 갖는다. 중첩 블랭크로서 사용하는 경우의 과제인 중첩부(승온 속도가 느림)와 1매부(승온 속도가 빠름)의 승온 속도의 차이를 억제하기 위해서, 탄소계 피막층(17)의 방사율을 0.7 이상으로 하는 것이 바람직하다. 방사율이 0.7 미만이면, 개선의 효과가 불충분해진다. 방사율은 원리적으로 1을 상한으로 한다. 방사율이 높은 성분으로서, 예를 들어 금속 산화물이나 금속 질화물 등을 들 수 있지만, 예를 들어 카본 블랙을 함유하는 탄소계 피막이 바람직하다. 탄소를 주성분으로 하는 탄소계 피막으로 함으로써, 핫 스탬프의 가열 시에 피막이 연소하여 CO₂ 등으로서 배출되기 때문에, 핫 스탬프 후에 잔존하기 어려워져, 핫 스탬프 후의 성형품의 내식성의 저하를 방지할 수 있기 때문이다.

상기 방사율의 특정 방법으로서는, 예를 들어 적외선 서모그래피(니혼아비오닉스사 제조, G100EX)를 사용하여 샘플의 방사 온도를 측정하고, 동시에 K형 열전대에서도 샘플의 온도를 측정한 경우에, 방사 온도가 열전대에서 측정한 온도와 가장 일치하는 온도에 있어서의 방사율을 구함으로써 특정할 수 있다. 또한, 탄소계 피막층(17)의 특정 방법으로서는, 고주파 글로우 방전 발광 표면 분석 장치(GDS, 호리바 세이사쿠쇼사 제조)를 사용하여 피막의 깊이 방향 분석을 행한 결과, 20질량％ 이상의 원소 농도로 탄소 원소(C)가 검출되는 경우에, 탄소계 피막층(17)의 존재를 특정하는 방법을 들 수 있다. 탄소계 피막층(17)의 두께는, 방사율이 0.7 이상이면 특별히 한정되지 않지만, 피막 처리의 공업적인 처리의 용이함 때문에, 0.2㎛ 이상인 것이 바람직하고, 0.5㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 탄소계 피막층(17)의 두께는, 과잉으로 두껍게 해도 방사율의 향상 효과가 포화되어 경제적이지 않고, 피막의 강판과의 밀착성이 저하되는 점에서, 5㎛ 이하인 것이 바람직하고, 3㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이러한 탄소계 피막층(17)의 두께는, 상기 GDS에 의한 깊이 방향 분석에 의해 측정하는 것이 가능하다.

[피막층(ZnO, TiO₂)]

또한, 제2 강판(2)의 표면에 실시된 알루미늄계 도금층의, 표면에 대해서, ZnO 또는 TiO₂ 중 적어도 어느 한쪽으로 이루어지며, 또한, 편면당 부착량이 0.2g/㎡ 이상인 피막층(17')을 더 갖는 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 부착량은, 금속 Zn 또는 금속 Ti로서 단위 면적당 부착되는 양을 가리킨다. ZnO 및 TiO₂는, 방사율을 향상시킬뿐만 아니라, 적외선 흡수가 양호한 산화물이다. 그 때문에, 이러한 피막층(17')을 마련함으로써, 중첩 블랭크로서 사용하는 경우의 과제인 중첩부(승온 속도가 느림)와 1매부(승온 속도가 빠름)의 승온 속도의 차이를 억제할 수 있다. 특히, 상술한 탄소계 피막층(17)은 핫 스탬프 가열 중에 연소되는 것과 비교하여, 산화물인 ZnO 및 TiO₂는, 가열 중에도 잔존한다. 그 때문에, 이러한 피막층(17')은, 고온에서의 방사율 향상에 한층 더 기여할 수 있다. 피막층(17')의 부착량이 0.2g/㎡ 미만인 경우에는, 승온 속도의 차이를 억제하는 효과를 충분히 기대할 수 없는 경우가 있다. 피막층(17')의 부착량은, 보다 바람직하게는, 0.3g/㎡ 이상이다. 한편, 피막층(17')의 부착량의 상한은 특별히 정하지 않지만, 부착량이 과도하게 많으면 효과가 포화되어 피막 비용이 높아지기 때문에 실용적이지 않을뿐만 아니라, 핫 스탬프 가열 후에도 ZnO 및 TiO₂는 잔존하기 때문에, 내식성 등이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, 피막층(17')의 부착량은, 3g/㎡ 이하인 것이 보다 바람직하다. ZnO 및 TiO₂의 부착량의 특정 방법으로서는, 형광 X선 분석 장치(RIGAKU사 제조, ZSX Primus)를 사용하여 표면으로부터 원소 분석하고, 금속 Zn 및 금속 Ti를 정량함으로써 구할 수 있다.

이상 설명한 탄소계 피막층(17), ZnO 또는 TiO₂를 갖는 피막층(17')의 처리 방법으로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 수분산형의 카본 블랙(예를 들어, 미츠비시 가가쿠사 제조 RCF#52), ZnO(예를 들어, 씨아이 가세이사 제조, Nano Tek) 또는 TiO₂(예를 들어, 씨아이 가세이사 제조, Nano Tek)를 물에 분산시킨 수계 도장액을 준비하여, 상기 용융 알루미늄 도금 처리를 실시한 후에, 롤 코터로 도장하고, 건조 베이킹 처리를 행함으로써 제조할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 알루미늄계 도금층은, 상기 탄소계 피막층(17)과, ZnO 또는 TiO₂를 갖는 피막층(17')의 양쪽을 구비하고 있어도 된다. 이 경우에, 탄소계 피막층(17)과, ZnO 또는 TiO₂를 갖는 피막층(17')의 배치 순서에 대해서도 특별히 한정되는 것이 아니라, 탄소계 피막층(17)이 ZnO 또는 TiO₂를 갖는 피막층(17')의 상층에 위치해도 되고, ZnO 또는 TiO₂를 갖는 피막층(17')이 탄소계 피막층(17)의 상층에 위치해도 된다.

또한, 이러한 탄소계 피막(17)이나, ZnO, TiO₂를 함유하는 피막층(17')은, 모재가 되는 강판의 양면에 마련되어도 되지만, 모재가 되는 강판에 있어서, 핫 스탬프의 가열 시에 있어서의 열원에 노출되는 측의 면에만 마련되는 것이 보다 바람직하다.

<용접>

제1 강판(1)과 제2 강판(2)을 중첩하여 용접되는 핫 스탬프용 중첩 블랭크에 있어서, 용접이 스폿 용접이며, 스폿 용접의 타점 밀도가, 1점/200㎠ 이상인 것이 바람직하다. 이하에, 그 이유를 설명한다.

중첩부에서는, 제1 강판(1)과 제2 강판(2)의 사이를 양호하게 접촉시킴으로써 전열을 향상시키고, 중첩 블랭크로서 사용하는 경우의 과제인 중첩부(승온 속도가 느림)와 1매부(승온 속도가 빠름)의 승온 속도의 차이를 억제할 수 있다.

용접의 종류로서는, 스폿 용접, 심 용접, 경납땜 용접, 레이저 용접, 플라스마 용접, 아크 용접 등을 선택할 수 있지만, 중첩부를 양호하게 접촉시킨다는 점에서, 중첩부의 내부까지를 복수의 점에서 접촉시키고, 또한, 강판-강판 간에 가압을 걸어 직접 접합할 수 있는 스폿 용접이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 스폿 용접의 타점 밀도는, 1점/200㎠ 이상인 것이 바람직하다. 타점 밀도가 1점/200㎠ 미만이면, 강판끼리의 접촉이 불충분해지고, 중첩부의 승온 개선이 불충분해진다. 스폿 용접의 타점 밀도는, 보다 바람직하게는 1점/40㎠ 이상이다. 한편, 스폿 용접의 타점 밀도에 대하여, 특별히 상한은 정하지 않지만, 밀도가 과도하게 높으면 용접 전류에 분류가 발생하여 용접이 곤란해지기 때문에, 1점/1㎠ 이하인 것이 바람직하다.

상기 스폿 용접의 타점 밀도(점/㎠)는, 블랭크에 처치된 제2 강판(2) 내의 스폿 용접 타점수를, 제2 강판(2)의 면적으로 나눔으로써 구한다.

또한, 상기 스폿 용접의 적어도 하나의 타점이, 핫 스탬프 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 존재하는 것이 바람직하다. 중첩 블랭크로서 사용하는 경우의 과제인 중첩부(승온 속도가 느림)와 1매부(승온 속도가 빠름)의 승온 속도의 차이를 억제하기 위해서는, 중첩부에서의 제1 강판(1)과 제2 강판(2)을 양호하게 접촉시키는 것이 중요하다. 여기서, 도 4에 도시한 바와 같이, 핫 스탬프용 중첩 블랭크(22)를 사용하여 핫 스탬프하고, 핫 스탬프 중첩 성형체(26)를 제조한다. 이때, 굽힘부에 있어서는, 핫 스탬프 성형 시에 헤드 정상부나 종벽부보다 비교적 응력이 걸리기 쉽기 때문에 공극이 발생하기 쉽고, 금형 냉각 시에 충분한 냉각 속도가 얻어지지 않아, 경도가 저하되어 내충돌 특성이 저하된다. 그 때문에, 핫 스탬프 성형체(26)의 굽힘부에 스폿 용접의 타점(용접부(24))을 배치함으로써, 굽힘부의 공극을 억제할 수 있다. 따라서, 핫 스탬프용 중첩 블랭크(22)에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 핫 스탬프 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 스폿 용접의 타점(용접부(20))을 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시 형태에서는, 핫 스탬프 성형 후에, 헤드 정상부가 되는 부분에 스폿 용접의 타점(용접부(19))을 실시하고, 종벽부가 되는 부분에 스폿 용접부의 타점(용접부(21))을 실시해도 된다. 그 결과, 스폿 용접 후에는, 핫 스탬프 성형체(26)의 헤드 정상부에 스폿 용접의 타점(용접부(23))이 배치되고, 핫 스탬프 성형체(26)의 종벽부에 스폿 용접의 타점(용접부(25))이 배치된다.

(2. 중첩 핫 스탬프 성형체 및 그 제조 방법)

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 상술한 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)를, 가열하고, 당해 가열의 직후에 성형할 때, 중첩부의 적어도 일부에 굽힘 가공이 실시된 굽힘부를 마련함으로써, 본 실시 형태의 중첩 핫 스탬프 성형체(12)를 제조한다.

상기 가열의 온도는, 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로, Ac3점(예를 들어 800℃) 이상 1000℃ 이하의 온도 범위로 되고, 가열 직후의 성형 시에는 금형이나 물 등의 냉매를 사용하여 냉각을 행함으로써, 내충돌 특성이 우수한 중첩 핫 스탬프 성형체(12)를 얻을 수 있다. 또한, 상기 가열의 온도는, 중첩부의 강판의 최고 도달 온도를 의미하고, 가열 방법으로서는, 전기로, 가스로, 원적외로, 근적외로 등에 의한 가열, 통전 가열, 고주파 가열, 유도 가열 등을 예시할 수 있다.

상기와 같이 하여 제조되는 본 실시 형태에 따른 중첩 핫 스탬프 성형체(12)는, 판 두께가 T1(㎜)인 제1 강판과, 제1 강판 위에 중첩되어 용접되어 있으며, 제1 강판보다도 면적이 작으며, 또한, 판 두께가 T2(㎜)인 적어도 1매의 제2 강판을 구비한다. 여기서, 중첩 핫 스탬프 성형체(12)에 있어서의 제1 강판은, 당해 제1 강판의 양면에, 양면에서의 평균 도금 두께가 K1(㎛)인 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이다. 또한, 중첩 핫 스탬프 성형체(12)에 있어서의 제2 강판은, 제1 강판과 접하지 않는 측의 표면에 있어서의 도금 두께가 K2(㎛)인 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이다. 또한, 제2 강판에 있어서, 제1 강판과 접하는 측의 표면에 있어서의 알루미늄계 도금층의 도금 두께에 대해서는, 특별히 규정하는 것은 아니다.

여기서, 제1 강판에 있어서의 알루미늄계 도금층의 평균 도금 두께 K1은, 20㎛ 이상인 것이 바람직하고, 25㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제2 강판에 있어서의 알루미늄계 도금층이 제1 강판과 접하지 않는 측의 도금 두께 K2는, 10㎛ 이상인 것이 바람직하고, 15㎛ 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 제1 강판에 있어서의 알루미늄계 도금층의 평균 도금 두께 K1은, 55㎛ 이하인 것이 바람직하고, 50㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 또한, 제2 강판에 있어서의 알루미늄계 도금층이 제1 강판과 접하지 않는 측의 도금 두께 K2는, 45㎛ 이하인 것이 바람직하고, 40㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 평균 도금 두께 K1, K2가 각각 상기와 같은 범위 내로 됨으로써, 중첩 핫 스탬프 성형체(12)의 내식성을 양호한 상태로 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에 따른 중첩 핫 스탬프 성형체(12)는, 하기 식 (11) 및 식 (12)의 관계를 충족시킨다.

10≤(K1-K2)≤33 ···· 식 (11)

(K1/K2)²×(T1/T2)≥1.5 ···· 식 (12)

본 실시 형태에 따른 중첩 핫 스탬프 성형체(12)에 있어서, 도금 두께의 차분(K1-K2)이 10 미만인 경우에는, 중첩 핫 스탬프 성형체(12)의 내식성을 양호한 상태로 유지하는 것이 곤란해진다. 도금 두께의 차분(K1-K2)은, 바람직하게는 12㎛ 이상이며, 보다 바람직하게는 14㎛ 이상이다. 한편, 도금 두께의 차분(K1-K2)이 33을 초과하는 경우에는, 도금의 내식성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 도금 두께의 차분(K1-K2)은, 바람직하게는 30㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 27㎛ 이하이다.

또한, 본 실시 형태에 따른 중첩 핫 스탬프 성형체(12)는, 상기 식 (11)과 함께, 상기 (12)에 나타낸 관계를 충족시킨다. 상기 (12)에 나타낸 관계가 충족됨으로써, 핫 스탬프의 가열 시에 방사율을 향상시키는 도금의 합금 반응이 표면까지 빠르게 진행되는 결과, 중첩 핫 스탬프 성형체(12)는, 양호한 내식성을 나타내게 된다.

(K1/K2)²×(T1/T2)의 값이 1.5 미만인 경우에는, 승온 속도의 차이의 개선을 충분히 얻을 수 없어, 양호한 내식성을 유지하는 것이 곤란해진다. (K1/K2)²×(T1/T2)의 값은, 2 이상인 것이 바람직하고, 2.5 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, (K1/K2)²×(T1/T2)의 상한값에 대해서는, 특별히 규정하는 것은 아니다. 단, 과잉의 (K1/K2)²×(T1/T2)의 값의 증가, 즉 (K1/K2) 또는 (T1/T2)의 증가는, K1이나 T1의 증가에 수반되는 재료 비용의 증가, K2의 저하에 의한 내식성의 저하 및 T2 저하에 의한 내충돌성의 저하를 초래한다. 그 때문에, (K1/K2)²×(T1/T2)의 값은, 80 이하인 것이 바람직하다. (K1/K2)²×(T1/T2)의 값은, 보다 바람직하게는 60 이하이다.

여기서, 상기 도금 두께 K1, K2는, 도금의 단면을 광학 현미경(면적: 100㎛×100㎛)으로 나이탈 에칭 후에 관찰하고, 도금 두께를 측정하는 것을 3시야로 실시하고, 3시야 각각에서 측정한 도금 두께의 평균값으로서 구할 수 있다. 또한, 제1 강판의 도금 두께는, 1매부의 위치와 제2 강판과 접하는 2매부의 위치가 있지만, 승온 속도가 빨라 핫 스탬프에 있어서의 가열 시간이 가장 길어져서 내식성이 열화되기 쉽다는 점에서, 제1 강판의 도금 두께는, 1매부로 측정한다.

본 실시 형태의 중첩 핫 스탬프 성형체(12)를 자동차 부품으로서 사용할 때에는, 일반적으로, 용접, 인산계 화성 처리, 전착 도장 등이 실시되어 사용된다. 따라서, 예를 들어 인산계 화성 처리에 의한 인산 아연 피막 및 인산 피막, 그리고 그 표면에 전착 도장에 의한 5㎛ 이상 50㎛ 이하의 유기계 피막 등이 핫 스탬프 성형체(12)의 표면에 형성되는 경우가 있다. 전착 도장의 후에 외관 품위나 내식성 향상을 위하여, 중도, 상도 등의 도장이 더 실시되는 경우도 있다.

실시예

이하, 실시예를 이용하여 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.

(실시예 1)

표 1에 나타내는 바와 같이, 통상의 열연 공정 및 냉연 공정을 거친, 화학 성분(질량％로, C: 0.21％, Si: 0.2％, Mn: 1.1％, P: 0.01％, S: 0.008％, Cr: 0.3％, Ti: 0.02％, B: 0.002％, 잔부: Fe 및 불순물)을 갖는 강 성분의 냉연 강판을 공시 재료로서, 센지미어식 용융 알루미늄 도금 처리 라인에서 알루미늄 도금 처리를 양면에 행하였다. 도금 후, 가스 와이핑법으로 도금 부착량을 조정하고 그 후 냉각하였다. 이 때의 도금욕 조성으로서는 89％ Al-9％ Si-2％ Fe였다. 판 두께는 2㎜, 도금 부착량은 표 1에 나타내는 바와 같이 제조하고, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 강판(27a)은 300×240㎜, 제2 강판(27b)은 250×120㎜로 하여 절단해서 준비하고, 도 5의 타점(용접부(30))에 도시한 바와 같이 스폿 용접함으로써, 핫 스탬프용 중첩 블랭크(27)를 제작하였다. 본 블랭크를 910℃에서 핫 스탬프 가열함으로써 승온 속도를 조사하고, 바로 금형 냉각함으로써 중첩 핫 스탬프 성형체(31)를 얻었다. 각 수준은, 본원 발명예(이하, 단순히 「발명예」라고 기재함)를 A1 내지 A12, 비교예를 A13 내지 A17로 하여 표 1에 나타내었다. 금형은, 도 6에 도시한 형상 및 사이즈를 갖는 해트 성형 부품이 얻어지는 금형이다. 또한, 이하에 나타내는 표 1에 있어서, 제1 강판의 도금 부착량 W1은, 양면에서의 평균 부착량을 나타내고 있으며, 제2 강판의 도금 부착량 W2는, 핫 스탬프 가열 시에 열원에 노출되는 면(편면)의 부착량을 나타내고 있다.

강판의 판 두께, 도금의 부착량은 상술한 바와 같이, 각각 마이크로 게이지, JIS G 3314: 2011에 기재된 바와 같은 방법으로 측정하였다.

블랭크의 중첩부와 1매부의 승온 속도의 차이를 조사하기 위해서, 도 5에 도시한 핫 스탬프용 중첩 블랭크(27)의 중첩부의 중앙(29)과 1매부(28)에, K형 열전대를 용접시킴으로써 각각의 승온 시간을 구하고, 평가하였다. 승온 시간은, 900℃에 도달한 시간으로 구하고, 중첩부와 1매부의 승온 시간의 차에 기초하여, 평가를 행하였다. 그 평가 기준은, 이하와 같다. 평가 A 내지 E를 '양호'라고 판정하고, 평가 F를 '불량'이라고 판정하였다.

A: 130초 이하

B: 130초 초과 140초 이하

C: 140초 초과 150초 이하

D: 150초 초과 160초 이하

E: 160초 초과 170초 이하

F: 170초 초과

표 1에 블랭크의 중첩부와 1매부의 승온 속도의 차이에 대하여 조사한 결과를 정리하였다.

발명예인 A1 내지 A12는, 제1 강판의 도금 부착량 W1, 제2 강판의 도금 부착량 W2는 모두 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하이고, 도금 부착량의 차분(W1-W2)이 30g/㎡ 이상 100g/㎡를 충족하며, 중첩부와 1매부의 승온 속도차는 양호였다. 그러나, 비교예인 A13 내지 A17은, 불량이었다.

또한, 발명예 중에서도 A1 내지 A6, A8, A9, A11의 평가는, D이며, 제1 강판의 도금 부착량 W1과 제2 강판의 도금 부착량 W2의 차가, 상술의 보다 바람직한 범위 내인 35g/㎡ 이상이기 때문에, A7, A10, A12의 평가 E에 비하여, 중첩부와 1매부의 승온 속도차가 양호였다고 생각된다.

또한, 상기 A1 내지 A17과는 별도로, 도금 부착량의 차분(W1-W2)이 100g/㎡ 초과로 되는 것을 제작하였지만, 별도 실시한 내식성 평가에서 충분한 결과를 얻을 수 없었다.

(실시예 2)

실시예 1의 수준 A9와 마찬가지의 제조 조건에서 스폿 용접의 영향을 조사하였다. 스폿 용접의 타점 밀도는 (스폿 용접 타점 수/제2 강판의 면적)으로 구해진다. A9의 타점 밀도는, 도 5에 도시한 바와 같이 6점/300㎠(=1점/50㎠)이며, 중첩부에 있어서, 핫 스탬프 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 스폿 용접의 타점이 존재하지 않는다. 수준 A9와 마찬가지의 제1 강판 및 제2 강판을 사용하여, 스폿 용접을 중첩부의 중심으로 1점 실시한 중첩 블랭크를 사용한 핫 스탬프 성형체의 수준을, A18로 한다. 이러한 수준 A18은, 타점 밀도는 1점/300㎠이며, 마찬가지로 중첩부에 있어서, 핫 스탬프 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 스폿 용접의 타점이 존재하지 않는다. 또한, A9와 마찬가지의 제1 강판 및 제2 강판을 사용하여, 스폿 용접을 도 7에 도시한 바와 같이 실시한 중첩 블랭크를 사용한 핫 스탬프 성형체의 수준을, A19로 한다. 이러한 수준 A19는, 타점 밀도는 10점/300㎠(=1점/30㎠)이며, 중첩부에 있어서, 핫 스탬프 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 스폿 용접의 타점이 존재한다. 마찬가지로, A9와 마찬가지의 제1 강판 및 제2 강판을 사용하여, 스폿 용접을 도 8에 도시한 바와 같이 실시한 중첩 블랭크를 사용한 핫 스탬프 성형체의 수준을, A20으로 한다. 이러한 수준 A20은, 타점 밀도는 5점/300㎠(=1점/60㎠)이며, 중첩부에 있어서, 핫 스탬프 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 스폿 용접의 타점이 존재한다.

A9, A18 내지 A20의 중첩부와 1매부의 승온 속도차를, 실시예 1과 마찬가지로 평가하였다. 그 결과, A9는 상술한 바와 같이 D이며, A18은 E이며, A19는 C이며, A20은 C였다. 스폿 용접의 타점 밀도가 1점/200㎠ 미만인 A18은, 스폿 용접의 타점 밀도가 1점/200㎠ 이상인 A9보다 약간 떨어지고, 스폿 용접의 타점이 핫 스탬프 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 존재하는 A19, A20은 A9보다 우수하다는 것을 알 수 있다.

(실시예 3)

표 3에 나타내는 바와 같이, 실시예 1과 마찬가지로 핫 스탬프용 중첩 블랭크(27)를 제작하였다. 이때, 제1 강판과 제2 강판의 판 두께를 표 3에 나타내는 바와 같이 변경한 블랭크를 제작하고, 본 블랭크를 910℃에서 핫 스탬프 가열함으로써 승온 속도를 조사하였다. 이때, 중첩부와 1매부의 승온 속도차를, 실시예 1과 마찬가지로 평가하였다. 수준으로서는, 발명예인 B1 내지 B4와, 비교예인 B5를 표 2에 나타내었다.

제1 강판과 제2 강판의 판 두께비(t2/t1)에 대하여, (t2/t1)≤0.9를 충족시키는 B4는 B1, B2, B3에 비하여 중첩부와 1매부의 승온 속도차가 보다 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, (W1/W2)²×(t1/t2)의 값이 1.5 미만으로 되는 B5는, 중첩부와 1매부의 승온 속도차는 불량이었다.

(실시예 4)

표 4에 나타내는 바와 같이, 실시예 1과 마찬가지로 통상의 열연 공정 및 냉연 공정을 거친, 화학 성분(질량％로, C: 0.31％, Si: 0.2％, Mn: 1.1％, P: 0.01％, S: 0.008％, Cr: 0.3％, Ti: 0.02％, B: 0.002％, 잔부: Fe 및 불순물)을 갖는 강 성분의 냉연 강판을 공시 재료로 하여, 센지미어식 용융 알루미늄 도금 처리 라인에서 알루미늄 도금 처리를 양면에 행하였다. 이때, 용융 알루미늄 도금욕에 대한 침지 시간을 조절함으로써, 알루미늄-철계 합금층의 두께를 바꾸었다. 도금 후, 가스 와이핑법으로 도금 부착량을 조정하고 그 후 냉각하였다. 이 때의 도금욕 조성으로서는 93％ Al-5％ Si-2％ Fe였다. 판 두께와 도금 부착량은 표 3에 나타낸 바와 같이 제조하고, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 강판(27a)은 300×240㎜, 제2 강판(27b)은 250×120㎜로 하여 절단해서 준비하고, 도 5의 타점(용접부(30))에 도시한 바와 같이 스폿 용접함으로써, 핫 스탬프용 중첩 블랭크(27)를 제작하였다. 본 블랭크를 910℃에서 핫 스탬프 가열함으로써 승온 속도를 조사하고, 바로 금형 냉각함으로써 중첩 핫 스탬프 성형체(31)를 얻었다. 각 수준은, 발명예를 C1 내지 C4로서 표 3에 나타내었다. 금형은, 도 6에 도시한 형상 및 사이즈를 갖는 해트 성형 부품이 얻어지는 금형이다.

표 4에 블랭크의 중첩부와 1매부의 승온 속도의 차이에 대하여 조사한 결과를 정리하였다. 또한, 중첩부와 1매부의 승온 속도차의 평가 기준은, 실시예 1과 마찬가지이다.

제1 강판의 알루미늄-철계 합금층의 두께 d1과 제2 강판의 알루미늄-철계 합금층의 두께 d2의 차분(d2-d1)이, 2≤(d2-d1)≤10의 관계를 만족시키는 발명예인 C2 내지 C4는, 상기 관계를 만족시키지 않는 C1에 비하여 중첩부와 1매부의 승온 속도차가 떨어진다는 것을 알 수 있다.

(실시예 5)

표 5에 나타내는 바와 같이, 실시예 1과 마찬가지로 통상의 열연 공정 및 냉연 공정을 거친, 화학 성분(질량％로, C: 0.35％, Si: 0.2％, Mn: 0.6％, P: 0.01％, S: 0.008％, Cr: 0.3％, Ti: 0.02％, B: 0.002％, 잔부: Fe 및 불순물)을 갖는 강 성분의 냉연 강판을 공시 재료로 하여, 센지미어식 용융 알루미늄 도금 처리 라인에서 알루미늄 도금 처리를 양면에 행하였다. 도금 후, 가스 와이핑법으로 도금 부착량을 조정하고 그 후 냉각하였다. 그 후, 카본 블랙, ZnO 또는 TiO₂를 소정량 함유하는 수계 도장액을, 롤 코터를 사용하여 도장하였다. 막 두께는 단면으로부터 피막을 광학 현미경으로 관찰함으로써 구하고, 카본 블랙을 함유하는 탄소계 피막의 막 두께는 표 5에 나타내는 바와 같이 0.5 내지 3㎛이며, ZnO, TiO₂의 단독 피막의 부착량은 0.5 또는 1.0g/㎡였다. 도금욕 조성으로서는, 86％ Al-12％ Si-2％ Fe였다. 판 두께와 도금 부착량은 표 5에 나타내는 바와 같이 제조하고, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 강판(27a)은 300×240㎜, 제2 강판(27b)은 250×120㎜로 하여 절단해서 준비하고, 도 5의 타점(용접부(30))에 도시한 바와 같이 스폿 용접함으로써 핫 스탬프용 중첩 블랭크(27)를 제작하였다. 본 블랭크를 910℃에서 핫 스탬프 가열함으로써 승온 속도를 조사하고, 즉시 금형 냉각함으로써 중첩 핫 스탬프 성형체(31)를 얻었다. 각 수준은, 발명예를 D1 내지 D10로서 표 5에 나타내었다. 금형은, 도 6에 도시한 형상 및 사이즈를 갖는 해트 성형 부품이 얻어지는 금형이다.

표 5에 블랭크의 중첩부와 1매부의 승온 속도의 차이에 대하여 조사한 결과를 정리하였다. 또한, 중첩부와 1매부의 승온 속도차의 평가 기준은, 실시예 1과 마찬가지이다.

제2 강판에 있어서, 제1 강판과 접하지 않는 측의 표면에 실시된 알루미늄계 도금층의 표면에, 방사율 0.7 이상의 탄소계 피막을 갖는 발명예인 D2 내지 D4는, 탄소계 피막을 갖지 않는 D1에 비하여 중첩부와 1매부의 승온 속도의 차이가 우수하다는 것을 알 수 있다. 또한, 제2 강판의 표면에 실시된 알루미늄계 도금층의 표면에, ZnO, TiO₂ 중 적어도 어느 한쪽으로 이루어지며, 0.2g/㎡ 이상의 부착량의 피막을 갖는 발명예인 D5, D6, D9는, 충족하지 못한 D1에 비하여, 마찬가지로 중첩부와 1매부의 승온 속도의 차이가 우수하다는 것을 알 수 있다. 상기 탄소계 피막과, ZnO, TiO₂ 중 적어도 어느 한쪽으로 이루어지는 피막을 모두 갖는 D7, D8, D10은, D1 내지 D6, D9보다 더 우수하다는 것을 알 수 있다.

(실시예 6)

실시예 1에서 얻어진 A8, A9, A13의 중첩 핫 스탬프 성형체(가열 조건: 910℃×7분)에 대하여, 부식 두께 감소에 관한 내식성을 검증하였다. 보다 상세하게는, A8, A9, A13의 중첩 핫 스탬프 성형체의 플랜지부의 양쪽에 대해서, 편면에서의 도금 부착량이 45g/㎡인 합금화 용융 아연 도금 강판 GA(1.2t)를 편측 3군데, 합계 6군데 스폿 용접한 공시재를, 각각 준비하였다. 그리고, 일본 자동차 기술 협회 규격 JASO610에 규정된, CCT-JASO610에 의거하여, 각 공시험재를 60일간 부식시켰다. 그 후, 부식 후의 용접 접합부의 A8, A9, A13측의 부식 두께 감소를 계측하였다. 그 결과, A8, A9의 부식 두께 감소의 정도(판 감소)는, 용접 상대의 GA재보다도 양호(합격)하였지만, A13의 부식 두께 감소의 정도(판 감소)는, 용접 상대의 GA보다 판 감소가 열위(불합격)였다. 또한, 부식 전의 A8, A9, A13의 성형체의 제1 강판의 평균 도금 두께(K1), 제2 강판의 도금 두께(K2), 및 판 두께(T1, T2)는, 이하의 표 6에 나타낸 바와 같다. 또한, 본 내식성 평가가 플랜지부의 용접부의 판 감소를 확인한 이유로서는, 용접 접합부에서는 핫 스탬프 성형품이 자동차에 사용될 때 일반적으로 처리되는 전착 도장의 액이 들어가기 어렵기 때문에, 부식되기 쉬운 개소로서 위치 부여할 수 있기 때문이다. 들어가기 어려운 것을 모의할 목적으로, 실시예 6에 있어서의 내식성의 평가에서는 전착 도장을 실시하지 않는다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지는 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 사람이라면, 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있음은 명백하며, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

1: 제1 강판
1a: 제1 강판 중 제2 강판과 접하는 면
1b: 제1 강판 중 제2 강판과 접하지 않는 면
2: 제2 강판
2a: 제2 강판 중 제2 강판과 접하는 면
2b: 제2 강판 중 제2 강판과 접하지 않는 면
3: 용접부
4: 핫 스탬프용 중첩 블랭크
4a: 핫 스탬프용 중첩 블랭크 중 중첩부
4b: 핫 스탬프용 중첩 블랭크 중 1매부
5: 핫 스탬프를 위한 가열로
6: 핫 스탬프를 위한 프레스 금형
7: 헤드 정상부
8: 헤드 정상부측의 굽힘부
9: 플랜지측의 굽힘부
10: 종벽부
11: 플랜지부
12: 중첩 핫 스탬프 성형체
13: 알루미늄계 도금 강판의 편측의 표면
14: 알루미늄층
15: 알루미늄-철계 합금층
16: 모재
17: 탄소계 피막
17': ZnO와 TiO₂ 중 적어도 어느 한쪽을 함유하는 피막층
18: 탄소계 피막을 알루미늄계 도금층의 표면에 더 갖는 도금 강판의 편측 표면
18': ZnO와 TiO₂ 중 적어도 어느 한쪽을 함유하는 피막층을 알루미늄계 도금층의 표면에 더 갖는 도금 강판의 편측의 표면
19: 헤드 정상부의 용접부(타점)
20: 굽힘부의 용접부(타점)
21: 종벽부의 용접부(타점)
22: 핫 스탬프용 중첩 블랭크
23: 성형 후의 헤드 정상부의 용접부(타점)
24: 성형 후의 굽힘부의 용접부(타점)
25: 성형 후의 종벽부의 용접부(타점)
26: 중첩 핫 스탬프 성형체
27: 핫 스탬프용 중첩 블랭크
27a: 핫 스탬프용 중첩 블랭크의 제1 강판
27b: 핫 스탬프용 중첩 블랭크의 제2 강판
28: 1매부의 열전대 설치 위치
29: 중첩부의 열전대 설치 위치
30: 용접부
31: 중첩 핫 스탬프 성형체

Claims

제1 강판과,
상기 제1 강판 표면에 용접점을 통해 접속된, 상기 제1 강판보다도 면적이 작은 적어도 1매의 제2 강판을
구비하고,
상기 제1 강판은, 그 양면에 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며, 또한, 상기 제2 강판은, 그 양면에 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며,
상기 제1 강판에 있어서의 상기 알루미늄계 도금층의 부착량은, 양면에서의 평균 부착량으로 W1(g/㎡)이며,
상기 제2 강판에 있어서, 상기 제1 강판과 접하지 않는 측의 표면에 있어서의 상기 알루미늄계 도금층의 부착량은, W2(g/㎡)이며,
상기 W1 및 상기 W2가, 모두 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하의 범위 내이며, 또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2)의 관계를 충족시키는, 핫 스탬프용 중첩 블랭크.
30≤(W1-W2)≤100 ···· 식 (1)
(W1/W2)²×(t1/t2)≥1.5 ···· 식 (2)
단, 상기 식 (2)에 있어서, t1(㎜)는, 상기 제1 강판의 판 두께이며, t2(㎜)는, 상기 제2 강판의 판 두께이다.
제1항에 있어서,
상기 용접은, 스폿 용접이며,
상기 스폿 용접의 타점 밀도는, 1점/200㎠ 이상인, 핫 스탬프용 중첩 블랭크.
제2항에 있어서,
상기 제1 강판은, 핫 스탬프 성형에 제공된 후에 상기 제1 강판만으로 이루어지는 플랜지부로 되는 부분을 가지며,
상기 제1 강판과 상기 제2 강판의 중첩부 중 적어도 일부는, 핫 스탬프 성형에 제공된 후에 굽힘부로 되는 부분을 가지며,
상기 스폿 용접의 적어도 하나의 타점은, 핫 스탬프 성형 후에 굽힘부로 되는 부분에 존재하는, 핫 스탬프용 중첩 블랭크.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 강판의 판 두께 t1(㎜)와, 상기 제2 강판의 판 두께 t2(㎜)는, 이하의 식 (3)의 관계를 충족시키는, 핫 스탬프용 중첩 블랭크.
(t2/t1)≤2.0 ···· 식 (3)
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 강판, 및 상기 제2 강판의 각각이 갖는 알루미늄계 도금층은, 표면으로부터 모재 강판을 향하는 순으로, 알루미늄층과 알루미늄-철계 합금층의 2층 구조로 되어 있으며, 또한, 상기 제1 강판의 상기 알루미늄-철계 합금층의 두께 d1(㎛)와, 상기 제2 강판의 상기 알루미늄-철계 합금층의 두께 d2(㎛)가, 이하의 식 (4)의 관계를 충족시키는, 핫 스탬프용 중첩 블랭크.
2≤(d2-d1)≤10 ···· 식 (4)
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 강판에 있어서, 상기 제1 강판과 접하지 않는 측의 상기 알루미늄계 도금층의 표면에, 방사율 0.7 이상의 탄소계 피막을 더 갖는, 핫 스탬프용 중첩 블랭크.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 강판의 표면에 위치하는 상기 알루미늄계 도금층의 표면에, ZnO 또는 TiO₂ 중 적어도 어느 한쪽으로 이루어지며, 편면당 부착량이 0.2g/㎡ 이상인 피막을 더 갖는, 핫 스탬프용 중첩 블랭크.
제1 강판과,
상기 제1 강판 표면에 용접점을 통해 접속된, 상기 제1 강판보다도 면적이 작은 적어도 1매의 제2 강판을
구비하고,
상기 제1 강판은, 그 양면에 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며, 또한, 상기 제2 강판은, 그 양면에 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며,
상기 제1 강판에 있어서의 상기 알루미늄계 도금층의 부착량은, 양면에서의 평균 부착량으로 W1(g/㎡)이며,
상기 제2 강판에 있어서, 상기 제1 강판과 접하지 않는 측의 표면에 있어서의 상기 알루미늄계 도금층의 부착량은, W2(g/㎡)이며,
상기 W1 및 상기 W2가, 모두 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하의 범위 내이며, 또한, 이하의 식 (1) 및 식 (2)의 관계를 충족시키는 핫 스탬프용 중첩 블랭크를 가열하고, 상기 가열의 후에 성형하는 핫 스탬프 성형 시에,
상기 제1 강판과 상기 제2 강판의 중첩부 중 적어도 일부에, 굽힘 가공이 실시된 굽힘부를 마련하는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
30≤(W1-W2)≤100 ···· 식 (1)
(W1/W2)²×(t1/t2)≥1.5 ···· 식 (2)
단, 상기 식 (2)에 있어서, t1(㎜)는, 상기 제1 강판의 판 두께이며, t2(㎜)는, 상기 제2 강판의 판 두께이다.
제8항에 있어서,
상기 용접은, 스폿 용접이며,
상기 스폿 용접의 타점 밀도는, 1점/200㎠ 이상인, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 스폿 용접의 적어도 하나의 타점은, 핫 스탬프 성형 후에 상기 굽힘부로 되는 부분에 존재하는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 강판의 판 두께 t1(㎜)와, 상기 제2 강판의 판 두께 t2(㎜)는, 이하의 식 (3)의 관계를 충족시키는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
(t2/t1)≤2.0 ···· 식 (3)
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 각각이 갖는 알루미늄계 도금층은, 표면으로부터 모재 강판을 향하는 순으로, 알루미늄층과 알루미늄-철계 합금층과의 2층 구조로 되어 있으며, 또한, 상기 제1 강판의 상기 알루미늄-철계 합금층의 두께 d1(㎛)와, 상기 제2 강판의 상기 알루미늄-철계 합금층의 두께 d2(㎛)가, 이하의 식 (4)의 관계를 충족시키는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
2≤(d2-d1)≤10 ···· 식 (4)
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 강판에 있어서, 상기 제1 강판과 접하지 않는 측의 상기 알루미늄계 도금층의 표면에, 방사율 0.7 이상의 탄소계 피막을 더 갖는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 강판의 표면에 위치하는 상기 알루미늄계 도금층의 표면에, ZnO 또는 TiO₂ 중 적어도 어느 한쪽으로 이루어지며, 편면당 부착량이 0.2g/㎡ 이상인 피막을 더 갖는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
판 두께가 T1(㎜)인 제1 강판과,
상기 제1 강판 표면에 용접점을 통해 접속되어 있으며, 상기 제1 강판보다도 면적이 작으며, 또한, 판 두께가 T2(㎜)인 적어도 1매의 제2 강판을
구비하고,
상기 제1 강판은, 그 양면에, 양면에서의 평균 도금 두께가 K1(㎛)인 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며,
상기 제2 강판은, 상기 제1 강판과 접하지 않는 측의 표면에 있어서의 도금 두께가 K2(㎛)인 알루미늄계 도금층을 갖는 도금 강판이며,
하기 식 (11) 및 식 (12)의 관계를 충족시키는, 중첩 핫 스탬프 성형체.
10≤(K1-K2)≤33 ···· 식 (11)
(K1/K2)²×(T1/T2)≥1.5 ···· 식 (12)