KR102569628B1 - 열간 프레스 부재, 열간 프레스용 냉연 강판 및 그들의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

TS 가 1850 ㎫ 이상인 고강도와, 우수한 내지연 특성을 겸비하는 열간 프레스 부재를 제공한다. 소정의 성분 조성을 갖고, 구오스테나이트 평균 결정 입경이 8 ㎛ 이하이고, 마텐자이트의 체적 분율이 95 ％ 이상이고, 또한 입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 체적 분율이 0.10 ∼ 4.0 ％ 인 마이크로 조직을 갖고, 표층에 Ni 확산 영역이 깊이 방향으로 2.0 ㎛ 이상 존재하고, 또한 인장 강도가 1850 ㎫ 이상인, 열간 프레스 부재이다.

Description

열간 프레스 부재, 열간 프레스용 냉연 강판 및 그들의 제조 방법{HOT-PRESSED MEMBER, COLD-ROLLED STEEL SHEET FOR HOT PRESSING, AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR}

본 발명은 열간 프레스 부재, 열간 프레스용 냉연 강판 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 환경 문제가 높아져 CO₂ 배출 규제가 엄격화되고 있고, 자동차 분야에 있어서는 연비 향상을 향한 차체의 경량화가 과제로 되고 있다. 그 때문에, 자동차 부품에 대한 고강도 강판의 적용에 의한 박육화 (薄肉化) 가 진행되고 있어, 인장 강도 (TS) 가 1850 ㎫ 이상인 강판의 적용이 검토되고 있다. 자동차의 구조용 부재나 보강용 부재에 사용되는 고강도 강판은 성형성이 우수한 것이 요구되지만, 1850 ㎫ 이상의 강판은 통상적으로, 연성이 낮기 때문에, 냉간 프레스 성형 시에 균열이 발생할 수 있다. 또, 항복 강도가 높기 때문에, 스프링·백이 크게 발생하고, 냉간 프레스 성형 후에 높은 치수 정밀도가 얻어지기 어렵다. 나아가서는, 냉간 프레스 성형 후에는 잔류 응력이 강판 내에 잔존하기 때문에, 사용 환경으로부터 진입하는 수소에 의한 지연 파괴 (수소 취화 (脆化)) 의 우려가 있다.

이와 같은 상황 아래, 고강도화의 수법으로서, 열간 프레스 (핫 스탬프, 다이 ??치, 프레스 ??치 등이라고도 호칭된다) 에 의한 프레스 성형이 주목받고 있다. 열간 프레스란, 강판을 오스테나이트 단상의 온도역까지 가열한 후에, 고온인 채로 성형 (가공) 함으로써, 높은 치수 정밀도에서의 성형을 가능하게 하여, 성형 후의 냉각에 의해 ??칭을 실시함으로써 고강도화를 가능하게 한 성형 방법이다. 이 열간 프레스에서는, 냉간 프레스와 비교해서 프레스 성형 후의 잔류 응력이 저하되기 때문에, 내지연파괴 특성도 개선된다.

그러나, 자동차 조립 공정 대부분에서 사용되는 저항 스폿 용접 시에는, 자동차 차체 전체의 강성을 유지하기 위해서, 열간 프레스 후의 부재에도 응력이 가해지기 때문에, 프레스 성형 후의 지연 파괴의 우려를 불식할 수는 없다. 또한 저항 스폿 용접부의 지연 파괴도 우려된다. 그 때문에, 열간 프레스 부재의 내지연파괴 특성을 향상시키는 것이 요망되고 있다.

지금까지, 열간 프레스 부재의 내지연파괴 특성을 향상시키는 수단은 몇 가지 보고되어 있다.

특허문헌 1 에는, 합금 탄질화물이나 시멘타이트의 석출량을 제어함으로써, 내지연파괴 특성을 개선하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 2 에는, 열간 프레스 후에 잔류 오스테나이트를 형성함으로써, 내지연파괴 특성을 개선하는 기술이 개시되어 있다.

일본 공개특허공보 2015-113500호 일본 공개특허공보 2014-122398호

그러나, 특허문헌 1 의 방법에서는, TS 가 1850 ㎫ 이상인 고강도 영역에 있어서의 개선을 도모하는 것은 곤란하다. 특허문헌 2 의 방법에서는, 모재의 지연 파괴 특성은 향상하지만, 잔류 오스테나이트의 농도 분포가 요인이 되어, 저항 스폿 용접 후에 편석이 발생하고, 그곳으로부터 균열이 생겨 버린다.

이와 같이, 용접 조건에 관계없이, TS 가 1850 ㎫ 이상인 열간 프레스 부재에 대해, 내지연파괴 특성을 개선하는 것은 곤란하다고 여겨져, 그 밖의 강판을 포함시켜도, 이들 특성을 겸비하는 것은 개발되어 있지 않은 것이 실정이다.

본 발명은, 상기 실정을 감안하여 개발된 것으로서, TS 가 1850 ㎫ 이상인 고강도와, 우수한 내지연파괴 특성을 겸비하는 열간 프레스 부재를, 그 제조 방법과 함께 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 본 발명은, 상기 열간 프레스 부재를 가져올 수 있는, 열간 프레스용 냉연 강판을, 그 제조 방법과 함께 제공하는 것을 목적으로 한다.

여기서, 우수한 내지연파괴 특성이란, 모재 뿐만 아니라, 저항 스폿 용접부에 있어서도, 내지연파괴 특성이 우수한 것을 말하며, 구체적으로는, 실시예의 모재 평가에 있어서, 1000 ㎫ 의 하중하, 모재를 시험액에 100 시간 침지해도 파단이 발생하지 않고, 실시예의 용접체의 평가에 있어서, 하중 부하 후, 시험액에 침지해도 박리가 보이지 않았던 것을 말한다.

본 발명자들은, 예의 검토를 거듭한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

열간 프레스 부재를 이용하여 자동차 차체를 완성하고, 제조한 자동차에 대해, 실제로 주행을 반복하면, 비 등에 의해 전기 화학적으로 수소가 부재 상에 발생하고, 일부는 부재에 침입한다. 부재에 응력이 발생하고 있지 않으면, 이 수소를 요인으로 한 지연 파괴는 발생하지 않지만, 저항 스폿 용접에 의해 응력이 발생하고 있는 경우가 있기 때문에, 지연 파괴의 우려를 불식할 수 없다.

여기서, 비 등에 의한 부식 반응의 캐소드 반응은 산소의 환원 반응이 주인 바, 일부, 수소의 환원 반응이 담당한다. 전기 화학적인 수소의 발생은, 이 환원 반응에 따른다.

이들에 대해서는, 이하가 유효하다.

(1) 부재에 침입한 수소의 영향을 억제하려면, 부재 중에 입상 (粒狀) 탄화물을 분산시켜, 수소의 트랩 사이트로 하는 것이 유효하다.

(2) 전기 화학적인 수소의 발생을 억제하려면, 부재 표층에 Ni 확산 영역을 존재시켜, 전위를 높게 시프트시킴과 함께, 부재 중에 Cu 를 함유시켜 수소 과전압을 상승시키는 것의 양방이 유효하다.

본 발명은 상기의 지견에 입각하는 것이며, 그 요지 구성은 이하와 같다.

[1] 질량％ 로,

C : 0.31 ％ 이상 0.55 ％ 미만,

Si : 0.01 ％ 이상 1.0 ％ 이하,

Mn : 1.0 ％ 이상 2.5 ％ 이하,

P : 0.05 ％ 이하,

S : 0.005 ％ 이하,

Al : 0.01 ％ 이상 0.50 ％ 이하,

N : 0.01 ％ 이하, 및

Cu : 0.002 ％ 이상 0.25 ％ 이하를 함유하고,

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,

구(舊)오스테나이트 평균 결정 입경이 8 ㎛ 이하이고, 마텐자이트의 체적 분율이 95 ％ 이상이고, 또한 입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 체적 분율이 0.10 ％ 이상 4.0 ％ 이하인 마이크로 조직을 갖고,

표층에 Ni 확산 영역이 깊이 방향으로 2.0 ㎛ 이상 존재하고, 또한

인장 강도가 1850 ㎫ 이상인, 열간 프레스 부재.

[2] 상기 성분 조성이, 질량％ 로, 또한

Mo : 0.005 ％ 이상 0.35 ％ 이하,

Cr : 0.005 ％ 이상 0.35 ％ 이하,

Nb : 0.001 ％ 이상 0.05 ％ 이하,

Ti : 0.001 ％ 이상 0.050 ％ 이하,

B : 0.0002 ％ 이상 0.0050 ％ 이하,

Ca : 0.005 ％ 이하,

V : 0.05 ％ 이하,

Sb : 0.001 ％ 이상 0.020 ％ 이하, Ni : 0.50 ％ 이하 및 Sn : 0.50 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, [1] 에 기재된 열간 프레스 부재.

[3] 표면에, 또한 Ni 함유 Zn 계 도금층을 구비하는, [1] 또는 [2] 의 열간 프레스 부재.

[4] 질량％ 로,

C : 0.31 ％ 이상 0.55 ％ 미만,

Si : 0.01 ％ 이상 1.0 ％ 이하,

Mn : 1.0 ％ 이상 2.5 ％ 이하,

P : 0.05 ％ 이하,

S : 0.005 ％ 이하,

Al : 0.01 ％ 이상 0.50 ％ 이하,

N : 0.01 ％ 이하, 및

Cu : 0.002 ％ 이상 0.25 ％ 이하를 함유하고,

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,

입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 체적 분율이 1.0 ％ 이상 25 ％ 이하인 마이크로 조직을 갖는, 열간 프레스용 냉연 강판.

[5] 상기 성분 조성이, 질량％ 로, 또한

Mo : 0.005 ％ 이상 0.35 ％ 이하,

Cr : 0.005 ％ 이상 0.35 ％ 이하,

Nb : 0.001 ％ 이상 0.05 ％ 이하,

Ti : 0.001 ％ 이상 0.050 ％ 이하,

B : 0.0002 ％ 이상 0.0050 ％ 이하,

Ca : 0.005 ％ 이하,

V : 0.05 ％ 이하,

Sb : 0.001 ％ 이상 0.020 ％ 이하,

Ni : 0.50 ％ 이하 및 Sn : 0.50 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는, [4] 의 열간 프레스용 냉연 강판.

[6] 표면에, 또한 두께 0.5 ㎛ 이상의 Ni 함유 도금층을 구비하는, [4] 또는 [5] 의 열간 프레스용 냉연 강판.

[7] Ni 함유 도금층이, Ni 함유 Zn 계 도금층인, [6] 의 열간 프레스용 냉연 강판.

[8] [4] 또는 [5] 의 성분 조성을 갖는 강 슬래브를, 마무리 압연 종료 온도 : 840 ℃ 이상 950 ℃ 이하에서 열간 압연하여 열연 강판으로 하고,

상기 열연 강판을, 제 1 차 냉각으로서, 55 ℃/s 이상의 제 1 차 평균 냉각 속도로, 700 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시키고, 이어서, 제 2 차 냉각으로서, 5 ℃/s 이상 60 ℃/s 이하의 제 2 차 평균 냉각 속도로, 650 ℃ 이하의 권취 개시 온도까지 냉각시킨 후, 권취하고, 산 세정을 실시하고,

상기 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판으로 하고,

상기 냉연 강판을, 1 ℃/s 이하의 평균 가열 속도로, 550 ℃ 이상 680 ℃ 이하의 균열 온도까지 가열하고, 상기 온도에서 60 분 이상 3000 분 이하 유지하고, 이어서 실온까지 냉각시키는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 냉연 강판의 제조 방법.

[9] 상기 냉연 강판의 표면에, Ni 함유 도금으로 도금 처리를 실시하는, [8] 의 열간 프레스용 냉연 강판의 제조 방법.

[10] [4] ∼ [7] 중 어느 하나의 열간 프레스용 냉연 강판을 850 ℃ 이상 1000 ℃ 이하의 온도역으로 가열한 후, 열간 프레스하는, 열간 프레스 부재의 제조 방법.

본 발명에 의하면, TS 가 1850 ㎫ 이상인 고강도와, 우수한 내지연파괴 특성을 겸비하는 열간 프레스 부재가, 그 제조 방법과 함께 제공된다.

또, 본 발명에 의하면, 상기 열간 프레스 부재를 가져올 수 있는, 열간 프레스용 냉연 강판이, 그 제조 방법과 함께 제공된다.

본 발명의 열간 프레스 부재를 자동차용 부재에 적용함으로써, 차체 경량화에 의한 연비 개선을 도모할 수 있기 때문에, 본 발명의 산업적인 이용 가치는 크다.

이하, 본 발명에 대해서 구체적으로 설명한다.

[열간 프레스 부재 및 열간 프레스용 냉연 강판의 성분 조성]

본 발명의 일 실시형태에 관련된 열간 프레스 부재 및 열간 프레스용 냉연 강판의 성분 조성에 대해서 설명한다. 성분 조성에 있어서의 단위는 모두 「질량％」 이지만, 특별히 언급하지 않는 한, 간단히 「％」 로 나타낸다.

C : 0.31 ％ 이상 0.55 ％ 미만

C 는 고강도화에 유효한 원소이고, 열간 프레스 후에 원하는 마텐자이트의 체적률을 확보하여, 부재의 강도를 높이는 데 중요하다. 또한, 본 발명에 있어서, C 는 수소의 트랩 사이트가 되는 입상 탄화물을 부재 중에 존재시켜, 내지연파괴 특성을 개선하는 데 중요하다.

C 의 함유량이 0.31 ％ 미만이면, 원하는 마텐자이트의 체적률의 확보가 곤란해져, 원하는 강도가 얻어지지 않는다. 또한, 어닐링, 열간 프레스 후에 원하는 입상 탄화물의 체적 분율이 얻어지지 않고, 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성이 저하된다. 이 때문에, 그 함유량은 0.31 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.32 ％ 이상이다.

한편, C 의 함유량이 0.55 ％ 이상이면, 모재의 내지연파괴 특성이 저하된다. 또한, 어닐링, 열간 프레스 후에 입상 탄화물의 체적 분율이 과잉이 되어, 용접부의 내지연파괴 특성이 저하된다. 이 때문에, 그 함유량은 0.55 ％ 미만으로 한다. 바람직하게는 0.45 ％ 미만이며, 더욱 바람직하게는 0.42 ％ 미만이다.

Si : 0.01 ％ 이상 1.0 ％ 이하

Si 는 페라이트를 고용 강화함으로써, 고강도화에 기여하는 원소이지만, 함유량이 과잉이면, 화성 (化成) 처리성이 열화한다. 이 때문에, 그 함유량은 1.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.8 ％ 이하이다. 하한은 특별히 한정되지 않지만, 매우 낮은 Si 화는 비용을 상승시키기 때문에, 0.01 ％ 이상으로 한다.

Mn : 1.0 ％ 이상 2.5 ％ 이하

Mn 은 열간 프레스 시의 ??칭성을 높이기 때문에, 열간 프레스 후의 마텐자이트 형성, 즉 고강도화에 기여하는 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 1.0 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 1.2 ％ 이상이다. 한편, 함유량이 과잉이면, Mn 밴드가 과잉으로 생성되어, 용접부의 전위가 낮게 기울어지는 지점이 생기기 때문에, 내지연파괴 특성에 악영향을 줄 수 있다. 이 때문에, 그 함유량은 2.5 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 2.2 ％ 이하이고, 더욱 바람직하게는 2.0 ％ 이하이다.

P : 0.05 ％ 이하

P 는 고용 강화에 의해 고강도화에 기여하는 원소이지만, 함유량이 과잉이면, 입계 (粒界) 에 대한 편석이 현저해져 입계를 취화시키기 때문에, 내지연파괴 특성에 악영향을 줄 수 있다. 이 때문에, 그 함유량은 0.05 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.04 ％ 이하이다. 하한은 특별히 한정되지 않지만, 매우 낮은 P 화는 제강 비용을 상승시키기 때문에, 0.0005 ％ 이상이 바람직하다.

S : 0.005 ％ 이하

S 는 함유량이 많아지면, MnS 등의 황화물의 생성이 많아지고, 그 개재물이 기점이 되어 균열이 발생하기 때문에, 내지연파괴 특성에 악영향을 줄 수 있다. 이 때문에, 그 함유량은 0.005 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.004 ％ 이하이다. 하한은 특별히 한정되지 않지만, 매우 낮은 S 화는 P 와 마찬가지로, 제강 비용을 상승시키기 때문에, 0.0002 ％ 이상이 바람직하다.

Al : 0.01 ％ 이상 0.50 ％ 이하

Al 은 탈산에 필요한 원소이며, 이 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.01 ％ 이상으로 한다. 한편, 0.50 ％ 를 초과하면 효과가 포화하기 때문에, 그 함유량은 0.50 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.40 ％ 이하이다.

N : 0.01 ％ 이하

N 은 조대 (粗大) 한 질화물을 형성하여 내굽힘압궤성을 열화시킨다. N 이 0.01 ％ 를 초과하면, 이 경향이 현저해진다. 이 때문에, 그 함유량은 0.01 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.008 ％ 이하이다. 하한은 특별히 한정되지 않지만, 매우 낮은 N 화는 비용을 상승시키기 때문에, 0.0005 ％ 이상이 바람직하다.

Cu : 0.002 ％ 이상 0.25 ％ 이하

Cu 는 고용 강화에 의해 고강도화에 기여하는 원소이며, 또, 본 발명에 있어서, Cu 는 수소 과전압을 상승시키고, 전기 화학적인 수소의 발생 억제를 통해서, 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성을 개선하기 때문에, 중요한 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.002 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.005 ％ 이상이다. 한편, 함유량이 0.25 ％ 를 초과하면 효과가 포화하고, 또, Cu 에서 기인하는 표면 결함이 발생하기 쉬워져, 내지연파괴 특성에 악영향을 줄 수 있다. 이 때문에, 그 함유량은 0.25 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.23 ％ 이하이다.

본 발명의 열간 프레스 부재 및 열간 프레스용 냉연 강판은, 이하 성분의 1 종 또는 2 종 이상을, 추가로 함유할 수 있다.

Mo : 0.005 ％ 이상 0.35 ％ 이하

Mo 는 열간 프레스 시의 ??칭성을 높이기 때문에, 열간 프레스 후의 마텐자이트 형성, 즉 고강도화에 기여하는 원소이다. Mo 를 함유시키는 경우, 이 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.005 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.01 ％ 이상이다. 한편, 다량으로 함유시켜도 효과는 포화하고, 오히려 비용 증가를 초래하며, 또, 화성 처리성이 열화할 수 있다. 이 때문에, 그 함유량은 0.35 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.30 ％ 이하이다.

Cr : 0.005 ％ 이상 0.35 ％ 이하

Cr 도 Mo 와 마찬가지로 열간 프레스 시의 ??칭성을 높이기 때문에, 열간 프레스 후의 마텐자이트 형성, 즉 고강도화에 기여하는 원소이다. Cr 을 함유시키는 경우, 이 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.005 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.01 ％ 이상이다. 한편, 다량으로 함유시켜도 효과는 포화하고, 또, 표면 산화물을 형성하기 때문에 도금성이 열화할 수 있다. 이 때문에, 그 함유량은 0.35 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.30 ％ 이하이다.

Nb : 0.001 ％ 이상 0.05 ％ 이하

Nb 는 미세한 탄질화물을 형성함으로써, 고강도화에 기여함과 함께, 열간 프레스 시의 오스테나이트 입경을 미세화하기 때문에, 내지연파괴 특성의 향상에 기여하는 원소이다. Nb 를 함유시키는 경우, 이들 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.001 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.005 ％ 이상이다. 한편, 다량으로 함유시켜도 효과는 포화하고, 비용 증가를 초래한다. 이 때문에, 그 함유량은 0.05 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.03 ％ 이하이다.

Ti : 0.001 ％ 이상 0.050 ％ 이하

Ti 는 미세한 탄질화물을 형성함으로써, 고강도화에 기여함과 함께, 열간 프레스 시의 오스테나이트 입경을 미세화하기 때문에, 내지연파괴 특성의 향상에 기여하는 원소이다. Ti 를 함유시키는 경우, 이 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.001 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.005 ％ 이상이다. 한편, 다량으로 함유하면, 열간 프레스 후의 연신이 현저하게 저하된다. 이 때문에, 그 함유량은 0.050 ％ 이하로 한다. 바람직하게 0.040 ％ 이하이다.

B : 0.0002 ％ 이상 0.0050 ％ 이하

B 는 열간 프레스 시의 ??칭성을 높이기 때문에, 열간 프레스 후의 마텐자이트 형성, 즉 고강도화에 기여하는 원소이며, 또, 입계에 편석함으로써 입계 강도를 향상시키기 때문에, 내지연파괴 특성에 유효한 원소이다. B 를 함유시키는 경우, 이들 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.0002 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.0005 ％ 이상이다. 한편, 다량으로 함유하면, N 과 함께 조대한 석출물을 생성하고, 내지연파괴 특성에 악영향을 줄 수 있다. 이 때문에, 그 함유량은 0.0050 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0035 ％ 이하이다.

Ca : 0.005 ％ 이하

Ca 는 황화물 및 산화물의 형상을 제어하고, 조대한 MnS 의 생성을 억제하기 때문에 내지연 파괴성에 유효한 원소이다. Ca 를 함유시키는 경우, 이들 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.0005 ％ 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.0008 ％ 이상이다. 한편, 함유량이 다량이면, 가공성을 열화시킨다. 이 때문에, 그 함유량은 0.005 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0035 ％ 이하이다.

V : 0.05 ％ 이하

V 는 미세한 탄질화물을 형성함으로써, 강도 상승에 기여하는 원소이다. V 를 함유시키는 경우, 이 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.01 ％ 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.015 ％ 이상이다. 한편, 함유량이 다량이면, 내지연파괴 특성에 악영향을 줄 수 있다. 이 때문에, 그 함유량은 0.05 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.035 ％ 이하이다.

Sb : 0.001 ％ 이상 0.020 ％ 이하

Sb 는 강판의 가열, 냉각 시에, 표층에 있어서의 탈탄층을 억제하는 데 유효하고, 표면의 전위 분포를 균일하게 하기 때문에, 내지연파괴 특성의 향상에 기여하는 원소이다. Sb 를 함유시키는 경우, 이들 효과를 얻기 위해서, 그 함유량을 0.001 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.002 ％ 이상이다. 한편, 함유량이 다량이면, 압연 부하 하중을 증대시키고, 생산성을 저하시킨다. 이 때문에, 함유량은 0.020 ％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.018 ％ 이하이다.

Ni : 0.50 ％ 이하

Ni 는 내식성을 향상시키고, 또한, 용접부와 너트나 볼트의 전위차를 저감할 수 있기 때문에, 내지연파괴 특성에 유효한 원소이다. Cu 와 동시에 함유시키면, Cu 기인의 표면 결함을 억제하는 효과가 있기 때문에, Cu 를 필수 성분으로 하는 본 발명에 있어서 유효한 원소이다. Ni 를 함유시키는 경우, 이들 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.005 ％ 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. 한편, 함유량이 다량이면, 내굽힘압궤성이 저하되어 인장 전단 응력이 저하된다. 이 때문에, 그 함유량은 0.50 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35 ％ 이하이다.

Sn : 0.50 ％ 이하

Sn 은 내식성을 향상시키기 때문에, 내지연파괴 특성의 향상에 유효한 원소이다. Sn 을 함유시키는 경우, 이 효과를 얻기 위해서, 그 함유량은 0.01 ％ 이상이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 0.05 ％ 이상이다. 한편, 함유량이 다량이면, 내지연파괴 특성에 악영향을 줄 수 있다. 이 때문에, 그 함유량은 0.50 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.35 ％ 이하이다.

본 발명의 열간 프레스 부재 및 열간 프레스용 냉연 강판에 있어서, 상기 이외의 잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 한다. 불가피적 불순물로는, 예를 들어, Zn, Co, Zr, Ta, W 등을 들 수 있고, 이들 함유량의 허용 범위는, Zn : 0.01 ％ 이하, Co : 0.10 ％ 이하, Zr : 0.10 ％ 이하, Ta : 0.10 ％ 이하, W : 0.10 ％ 이하이다.

[열간 프레스 부재의 마이크로 조직]

본 발명의 일 실시형태인 열간 프레스 부재의 마이크로 조직 등에 대해서 상세하게 설명한다. 본 발명의 열간 프레스 부재는, 구오스테나이트 평균 결정 입경이 8 ㎛ 이하이고, 마텐자이트의 체적 분율이 95 ％ 이상이고, 또한 입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 체적 분율이 0.10 ％ 이상 4.0 ％ 이하인 강 (鋼) 의 마이크로 조직을 갖는다.

열간 프레스 부재의 마이크로 조직에 있어서의 체적 분율은, 이하와 같이 하여 구할 수 있다.

열간 프레스 부재의 해트 (hat) 천판부 또는 그것에 준하는 부분으로부터, 압연 방향으로 평행하고, 또한 해트 천판면에 수직인 면이 관찰면이 되도록, 조직 관찰용 시험편을 채취한다. 관찰면을 연마하고, 3 vol.％ 나이탈액으로 부식하여 조직을 드러내고, 판두께 1/4 이 되는 위치의 조직에 대해, 10 시야 (1 시야는 30 ㎛ × 25 ㎛) 를, 주사형 전자 현미경 (SEM, 배율 : 5000 배) 으로 관찰하고, 포인트 카운트법 (ASTM E562-83 (1988) 에 준거) 에 의해, 마텐자이트 및 입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 면적률을 측정하고, 각각에 대해, 산술 평균의 면적률을 구하고, 이 면적률을 체적 분율로 한다.

여기서, 입상 탄화물의 입경은, 상기 SEM 관찰에 있어서, 입상물로서 관찰되는 탄화물에 관하여, 그 원 상당 직경을 말한다.

이와 같이 하여 구해지는 체적 분율은, 열간 프레스 부재의 전체에 대한 체적 분율이다.

열간 프레스 부재의 마이크로 조직의 구오스테나이트 평균 결정 입경은, 이하와 같이 하여 구할 수 있다.

열간 프레스 부재의 해트 천판부 또는 그것에 준하는 부분으로부터, 압연 방향으로 평행하고, 또한 해트 천판면에 수직인 면이 관찰면이 되도록, 조직 관찰용 시험편을 채취한다. 관찰면을 연마하고, 3 vol.％ 나이탈액으로 부식하여 조직을 드러내고, 표면으로부터 판두께 방향으로 1/4 의 위치의 조직에 대해, 10 시야 (1 시야는 50 ㎛ × 40 ㎛) 를, 주사형 전자 현미경 (SEM, 배율 : 3000 배) 으로 관찰하고, Media Cybernetics 사의 Image-Pro 를 사용하여, 구오스테나이트립(粒) 의 원 상당 직경을 측정하고, 산술 평균을 구하고, 구오스테나이트 평균 결정 입경으로 한다.

마텐자이트의 체적 분율이 95 ％ 미만이면, 원하는 인장 강도가 얻어지지 않는다. 이 때문에, 마텐자이트의 체적 분율은 95 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 98 ％ 이상이다.

입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 체적 분율이 0.10 ％ 미만이면, 수소 트랩 사이트로서 기능하지 않기 때문에, 내지연파괴 특성이 저하된다. 이 때문에, 체적 분율은 0.10 ％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.30 ％ 이상이다. 또, 체적 분율이 4.0 ％ 를 초과하면, 저항 스폿 용접 후의 열 영향부에 과잉으로 편석하기 때문에, 내지연파괴 특성이 저하된다. 이 때문에, 체적 분율은 4.0 ％ 이하로 한다. 바람직하게는 3.2 ％ 이하이다.

강의 마이크로 조직은, 기본적으로 마텐자이트 및 입상 탄화물에 의해 구성되지만, 이들 이외의 잔부 조직으로서, 베이나이트, 페라이트, 시멘타이트, 펄라이트 등이 미량이라면 포함되어 있어도 된다. 이들 잔부 조직의 합계 체적 분율은, 100 ％ 로부터 마텐자이트 및 입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 체적 분율을 뺌으로써 구할 수 있다. 잔부 조직의 허용량은 4.90 ％ 미만 (0 ％ 를 포함한다) 이며, 바람직하게는 4 ％ 이하 (0 ％ 를 포함한다) 이다.

구오스테나이트 평균 결정 입경이 8 ㎛ 를 초과하면, 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성이 열화한다. 이 때문에, 구오스테나이트의 평균 결정 입경은 8 ㎛ 이하로 한다. 바람직하게는 7 ㎛ 이하이다. 한편, 하한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 3 ㎛ 이상으로 할 수 있고, 4 ㎛ 이상이 보다 바람직하다.

[열간 프레스 부재의 표층의 Ni 확산 영역]

본 발명의 일 실시형태인 열간 프레스 부재의 표층의 Ni 확산 영역에 대해서, 상세하게 설명한다. 본 발명의 열간 프레스 부재는, 표층에 Ni 확산 영역이 깊이 방향으로 2.0 ㎛ 이상 존재한다. 이에 따라, 전위를 낮게 시프트시키고, 전기 화학적인 수소의 발생을 억제하고, 나아가서는, 내지연파괴 특성을 개선할 수 있다. Ni 확산 영역의 두께는, 바람직하게는 2.5 ㎛ 이상이다. 또, 두께는, 용접성의 점에서, 200 ㎛ 이하로 할 수 있고, 바람직하게는 150 ㎛ 이하이다. 두께는 2.0 ㎛ 이상이면 되고, 50 ㎛ 이하여도 된다.

열간 프레스 부재의 표층의 Ni 확산 영역은, 이하와 같이 하여 구할 수 있다.

열간 프레스 부재의 해트 천판부 또는 그것에 준하는 부분으로부터, 압연 방향으로 평행한 판두께 단면 (斷面) 이 관찰면이 되도록, 조직 관찰용 시험편을 채취, 관찰면을 연마 후, 전자선 마이크로 애널라이저 (EPMA) 로, 10 시야 (1 시야는 200 ㎛ × 200 ㎛) 의 표층에 대해 Fe 및 Ni 의 원소 분포를 매핑한다. 매핑에 있어서, Fe 가 매트릭스로서 검출되고, 또한 Ni 의 농도가 주위보다 농화되어 있는 영역을 Ni 확산 영역으로 하고, 그 깊이 방향의 길이의 평균을 구하고, Ni 확산 영역의 두께로 할 수 있다. 열간 프레스 부재에 있어서의 표층은, 열간 프레스 부재를 구성하는 강판의 표층을 말하는 것으로 한다. 열간 프레스 부재의 표면에는 도금층이 형성되어 있어도 되지만, 강판의 표층에는, 이 도금층은 포함되지 않는 것으로 한다.

열간 프레스 부재는, 표면에 도금층 (예를 들어, Zn 도금층) 을 구비하고 있어도 된다. 표면에 도금층을 구비하는 냉연 강판을 열간 프레스함으로써, 그러한 열간 프레스 부재를 얻을 수 있다. Ni 확산 영역은, Ni 를 함유하는 도금층 (예를 들어, Ni 함유의 Zn 계 도금층) 을 구비하는 냉연 강판을 열간 프레스함으로써, 도금층 중의 Ni 가 표층으로 확산한 것이어도 된다.

[열간 프레스용 냉연 강판의 마이크로 조직]

본 발명의 일 실시형태에 관련된 열간 프레스용 냉연 강판의 마이크로 조직등에 대해서, 상세하게 설명한다.

열간 프레스 부재로서 원하는 특성을 얻기 위해서는, 열간 프레스용 냉연 강판의 마이크로 조직을 제어해 두는 것이 중요하고, 본 발명의 열간 프레스용 냉연 강판은, 입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 체적 분율이 1.0 ％ 이상 25 ％ 이하이다. 입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 체적 분율이 이와 같이 제어되고 있으면, 열간 프레스용 냉연 강판의 마이크로 조직은 특별히 한정되지 않는다.

입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 체적 분율이 1.0 ％ 미만 또는 25 ％ 초과이면, 열간 프레스 후에 원하는 입상 탄화물의 체적 분율이 얻어지지 않아, 내지연파괴 특성이 저하된다. 체적 분율은, 바람직하게는 3.0 ％ 이상이고, 또, 바람직하게는 20 ％ 이하이다. 입경, 체적 분율의 정의 및 측정에 관해서는, 열간 프레스 부재에 있어서의 정의 및 측정과 동일하다.

본 발명의 일 실시형태에 있어서, 열간 프레스용 냉연 강판은, 표면에 도금층을 구비한다.

[도금층]

본 발명의 열간 프레스용 냉연 강판은, 표면에 Ni 함유 도금층을 구비할 수 있다. Ni 함유 도금층을 구비하는 냉연 강판을 열간 프레스함으로써, 도금층 중의 Ni 가 강판의 표층으로 확산하고, 표층에 Ni 확산 영역이 존재하는 열간 프레스 부재가 얻어진다.

Ni 함유 도금층으로는, Ni 함유의 Zn 계 도금층을 들 수 있으며, 예를 들어, Ni 를 7 질량％ 이상 25 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층을 들 수 있다. Ni 함유의 Zn 계 도금층은, 용융 아연 도금 처리, 합금화 아연 도금 처리, 전기 아연 도금 처리 등의 도금 처리에 의해 형성할 수 있다.

Ni 함유 도금층은, 열간 프레스 부재의 Ni 확산 영역 형성의 점에서, 두께 0.5 ㎛ 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 1.0 ㎛ 이상이다. 용접성의 점에서, 두께는 200 ㎛ 이하로 할 수 있고, 바람직하게는 150 ㎛ 이하이다. 두께는 50 ㎛ 이하여도 된다.

Ni 함유 도금층의 두께는, 이하와 같이 하여 구할 수 있다.

압연 방향으로 평행한 판두께 단면이 관찰면이 되도록, 조직 관찰용 시험편을 채취, 관찰면을 연마 후, 전자선 마이크로 애널라이저 (EPMA) 로, 10 시야 (1 시야는 200 ㎛ × 200 ㎛) 의 표층에 대해 Fe 및 Ni 의 원소 분포를 매핑한다. 매핑에 있어서, Ni 가 주위보다 농화되어 있는 영역을 Ni 함유 도금층으로 하고, 그 깊이 방향의 길이의 평균을 구하고, 두께로 할 수 있다.

[열간 프레스용 냉연 강판의 제조 방법]

본 발명의 일 실시형태에 관련된 열간 프레스용 냉연 강판의 제조 방법에 대해서, 상세하게 설명한다. 이 제조 방법은,

상기의 성분 조성을 갖는 강 슬래브를, 마무리 압연 종료 온도 : 840 ℃ 이상 950 ℃ 이하에서 열간 압연하여 열연 강판으로 하고,

상기 열연 강판을, 제 1 차 냉각으로서, 55 ℃/s 이상의 제 1 차 평균 냉각 속도로, 700 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시키고, 이어서, 제 2 차 냉각으로서, 5 ℃/s 이상 60 ℃/s 이하의 제 2 차 평균 냉각 속도로, 650 ℃ 이하의 권취 개시 온도까지 냉각시킨 후, 권취하고, 산 세정을 실시하고,

상기 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판으로 하고,

상기 냉연 강판을, 1 ℃ 이하의 평균 가열 속도로, 550 ℃ 이상 680 ℃ 이하의 균열 온도까지 가열하고, 상기 온도에서 60 분 이상 3000 분 이하 유지하고, 이어서 실온까지 냉각시키는

것을 특징으로 하는 것이다.

＜열간 압연 공정＞

상기 성분 조성의 강 슬래브를 제조한 후, 열간 압연한다. 강 슬래브의 열간 압연 개시 온도는, 바람직하게는 1150 ℃ 이상 1270 ℃ 이상이다. 본 발명에 있어서는, 강 슬래브를 주조 후, 재가열하는 일 없이 1150 ℃ 이상 1270 ℃ 이하의 온도에서 열간 압연을 개시하거나, 혹은 1150 ℃ 이상 1270 ℃ 이하의 온도로 재가열한 후, 열간 압연을 개시하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 있어서는, 강 슬래브를 제조한 후, 일단 실온까지 냉각시키고, 그 후, 재가열하는 종래법에 더하여, 냉각시키는 일 없이, 온편 (溫片) 인 채로 가열로에 장입하는 방법, 혹은 보열을 실시한 후에 즉시 압연하는 방법, 혹은 주조 후 그대로 압연하는 직송 압연·직접 압연하는 방법 등의 에너지 절약 프로세스도 문제없이 적용할 수 있다.

·마무리 압연 종료 온도 : 840 ℃ 이상 950 ℃ 이하

열간 압연은, 강판 내의 조직 균일 미세화, 재질의 이방성 저감에 의해, 어닐링, 열간 프레스 후의 모재 및 열간 프레스 부재의 용접부의 내지연파괴 특성을 향상시키기 때문에, 오스테나이트 단상역에서 종료할 필요가 있다. 이 때문에, 마무리 압연 종료 온도는 840 ℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 880 ℃ 이상이다. 한편, 마무리 압연 종료 온도가 950 ℃ 초과에서는, 열연 조직이 조대가 되어, 어닐링 후의 결정립도 조대화한다. 이 때문에, 마무리 압연 종료 온도는 950 ℃ 이하로 한다. 바람직하게는 930 ℃ 이하이다.

＜열간 압연 후의 냉각 공정＞

· 제 1 차 냉각 공정 : 55 ℃/s 이상의 제 1 차 평균 냉각 속도로 700 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각

열간 압연 종료 후의 냉각 과정에서 오스테나이트가 페라이트 변태하지만, 고온에서는 페라이트가 조대화하기 때문에, 열간 압연 종료 후에는 급랭시킴으로써, 조직을 가능한 한 균질 미세화한다. 이 때문에, 먼저, 제 1 차 냉각으로서, 55 ℃/s 이상의 제 1 차 평균 냉각 속도로, 마무리 압연 종료 온도로부터 700 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시킨다.

제 1 차 평균 냉각 속도가 55 ℃/s 미만에서는, 페라이트가 조대화되기 때문에, 열연 강판의 마이크로 조직이 불균질하게 되고, 어닐링, 열간 프레스 후의 구오스테나이트 입경이 조대화하여, 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성의 저하를 초래한다. 이 때문에, 제 1 차 평균 냉각 속도는 55 ℃/s 이상으로 한다. 바람직하게는 60 ℃/s 이상이다. 한편, 상한은 특별히 한정되지 않지만, 150 ℃/s 이하로 할 수 있고, 130 ℃/s 이하가 바람직하다.

제 1 차 냉각에 있어서의 냉각 정지 온도가 700 ℃ 초과에서는, 열연 강판의 마이크로 조직에 펄라이트가 과잉으로 생성되고, 최종적으로, 어닐링, 열간 프레스 후의 마이크로 조직이 불균질하게 되어, 균일 미세립이 얻어지지 않고, 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성이 저하된다. 이 때문에, 냉각 정지 온도는, 700 ℃ 이하로 한다. 바람직하게는 680 ℃ 이하이다.

· 제 2 차 냉각 공정 : 5 ℃/s 이상 60 ℃/s 이하의 제 2 차 평균 냉각 속도로 650 ℃ 이하의 권취 개시 온도까지 냉각

제 2 차 냉각으로서, 상기 냉각 정지 온도로부터 권취 개시 온도까지 냉각시키지만, 제 2 차 평균 냉각 속도가 5 ℃/s 미만에서는, 열연 강판의 마이크로 조직에 페라이트 혹은 펄라이트가 과잉으로 생성되고, 어닐링, 열간 프레스 후의 마이크로 조직이 불균질하게 되어, 균일 미세립이 얻어지지 않고, 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성이 저하된다. 이 때문에, 제 2 차 평균 냉각 속도는 5 ℃/s 이상으로 한다. 바람직하게는 7 ℃/s 이상이다. 한편, 제 2 차 평균 냉각 속도가 60 ℃/s 를 초과하면, 페라이트 혹은 펄라이트의 과잉인 생성을 억제하는 효과는 포화한다. 이 때문에, 제 2 차 평균 냉각 속도는, 60 ℃/s 이하로 한다. 바람직하게는 40 ℃/s 이하이다.

또한, 650 ℃ 초과 온도까지의 냉각에서는, 열연 강판의 마이크로 조직에 조대한 페라이트 또는 펄라이트가 과잉으로 생성되기 때문에, 역시 내지연파괴 특성이 저하된다. 상기 평균 냉각 속도로, 650 ℃ 이하의 권취 개시 온도로 냉각시키고, 계속해서 권취를 개시한다. 권취 개시 온도의 하한은, 특별히 한정되지 않지만, 권취 시의 온도가 지나치게 저온이 되어, 경질인 마텐자이트가 과잉으로 생성되고, 냉간 압연 부하가 증대하는 것을 회피하는 점에서, 300 ℃ 이상이 바람직하다.

＜권취 공정＞

·권취 온도 : 650 ℃ 이하

권취 온도가 650 ℃ 초과에서는, 열연 강판의 마이크로 조직에 페라이트 및 펄라이트가 조대화하고, 최종적인 강판 조직이 불균질하게 되어, 어닐링, 열간 프레스 후에 원하는 입상 탄화물의 체적 분율이 얻어지지 않고, 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성이 저하된다. 권취 온도는, 바람직하게는 610 ℃ 이하이다. 또, 권취 온도는, 300 ℃ 이상이 바람직하다.

＜산 세정 공정＞

권치 후, 산 세정을 실시하고, 열연 강판 표층의 스케일을 제거한다. 이 산 세정 처리는 특별히 한정되지 않고, 통상적인 방법에 따라 실시하면 된다.

＜냉간 압연 공정＞

얻어진 열연 강판을, 소정의 판두께의 냉연 강판에 압연하는 냉간 압연 공정을 실시한다. 이 냉간 압연 공정은 특별히 한정되지 않고, 통상적인 방법에 따라 실시하면 된다. 판두께는 특별히 한정되지 않으며, 0.4 ㎜ 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.5 ㎜ 이상이고, 또, 4.0 ㎜ 이하로 할 수 있고, 바람직하게는 3.8 ㎜ 이하이다.

＜어닐링 공정＞

이 어닐링 공정은, 냉간 압연 후의 재결정을 진행시킴과 함께, 입상 탄화물을 생성하기 위한 공정이며, 1 ℃/s 이하의 평균 가열 속도로 550 ℃ 이상 680 ℃ 이하의 균열 온도까지 가열하고, 상기 균열 온도에서 60 분 이상 3000 분 이하 유지하고, 이어서 실온까지 냉각시킨다.

·평균 가열 속도 : 1 ℃/s 이하

어닐링 공정에 있어서의 가열 속도를 제어함으로써, 어닐링 후의 결정립을 미세화시킬 수 있다. 급속히 가열하면 입상 탄화물의 생성이 불충분해져, 어닐링, 열간 프레스 후에 원하는 입상 탄화물의 체적 분율이 얻어지지 않고, 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성이 저하되기 때문에, 평균 가열 속도는 1 ℃/s 이하로 한다. 바람직하게는 0.8 ℃/s 이하이다. 또, 생산 효율의 점에서, 평균 가열 속도는 0.01 ℃/s 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.05 ℃/s 이상이다.

·균열 온도 : 550 ℃ 이상 680 ℃ 이하, 유지 시간 : 60 분 이상 3000 분 이하

균열 온도는, 재결정 온도보다 높은 온도로 한다. 이 균열 온도가 550 ℃ 미만에서는 재결정이 충분히 실시되지 않고, 입상 탄화물도 크게 성장하지 않기 때문에, 어닐링, 열간 프레스 후에 원하는 입상 탄화물의 체적 분율이 얻어지지 않고, 열간 프레스 후의 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성이 저하된다. 이 때문에, 균열 온도는 550 ℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 570 ℃ 이상이다. 한편, 균열 온도가 지나치게 높으면, 결정립이 조대화, 어닐링, 열간 프레스 후에 원하는 입상 탄화물의 체적 분율이 얻어지지 않고, 열간 프레스 후의 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성이 저하된다. 이 때문에, 균열 온도는 680 ℃ 이하로 한다. 바람직하게는 650 ℃ 이하이다. 보다 바람직하게는 620 ℃ 이하이다.

상기의 균열 온도에 있어서, 충분한 입상 탄화물을 생성시키고, 열간 프레스 후의 모재 및 용접부의 내지연파괴 특성을 확보하기 위해서는, 유지 시간은 60 분 이상 필요하다. 바람직하게는, 100 분 이상이다. 한편, 유지 시간이 3000 분을 초과하면, 입상 탄화물의 체적 분율이 증가하고, 저항 스폿 용접 후의 열 영향부에 과잉으로 편석하여, 용접부의 내지연파괴 특성이 저하된다. 바람직하게는 2400 분 이하이다.

유지 후의 냉각은, 특별히 한정되지 않고, 사용하는 가열로 등에 따라 적절히, 방랭 (서랭) 또는 제어 냉각시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 열간 프레스용 냉연 강판의 제조 방법은, 추가로 Ni 함유 도금에 의한 도금 처리 공정을 포함한다.

＜도금 공정＞

열간 프레스용 냉연 강판을 Ni 함유 도금으로 도금 처리하고, Ni 함유 도금층을 형성한다. Ni 함유 도금층을 구비하는 냉연 강판을 열간 프레스함으로써, 도금층 중의 Ni 가 강판의 표층으로 확산하고, 표층에 Ni 확산 영역이 존재하는 열간 프레스 부재가 얻어진다.

Ni 함유 도금층으로는, Ni 함유의 Zn 계 도금층을 들 수 있고, Ni 를 10 질량％ 이상 25 질량％ 이하 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층을 들 수 있다. 이와 같은 Zn 계 도금층은, 용융 아연 도금 처리나 합금화 아연 도금 처리, 전기 아연 도금 처리와 같은 도금 처리에 의해 형성할 수 있다.

Ni 함유 도금층은, 열간 프레스 부재의 Ni 확산 영역의 형성의 점에서, 두께 0.5 ㎛ 이상으로 할 수 있고, 바람직하게는 0.8 ㎛ 이상이다. 생산성의 점에서, 두께는 100 ㎛ 이하로 할 수 있고, 바람직하게는 70 ㎛ 이하이다.

또한, 냉연 강판에 대하여 조질 (調質) 압연을 실시해도 된다. 이 때의 적합한 연신율은 0.05 ％ 이상 2.0 ％ 이하이다.

[열간 프레스 부재의 제조 방법]

다음으로, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 열간 프레스 부재의 제조 방법에 대해서 상세하게 설명한다. 본 발명의 열간 프레스 부재의 제조 방법은, 열간 프레스용 냉연 강판을 850 ℃ 이상 1000 ℃ 이하의 온도역으로 가열한 후, 열간 프레스하는 것을 특징으로 한다. 제조 방법은, 특별히 한정되지 않고, 공지된 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들어, 이하를 들 수 있다.

가열 온도 : 850 ℃ 이상 1000 ℃ 이하

충분한 강판의 ??칭을 실시하기 위해서, 가열 온도는 850 ℃ 이상으로 한다. 충분한 오스테나이트화를 도모하고 마텐자이트 양을 확보하기 위해서, 바람직하게는 Ac3 점 이상이다. 한편, 경제성 및 산화물 형성의 억제의 점에서, 가열 온도는 1000 ℃ 이하로 한다. 가열 온도는, 바람직하게는 950 ℃ 이하이다.

가열 온도에 대한 평균 가열 속도는, 특별히 한정되지 않고, 1 ℃/s 이상 400 ℃/s 이하로 할 수 있다. 평균 가열 속도가 1 ℃/s 이상이면, 생산성이 손상되지 않고, 또, 400 ℃/s 이하이면, 온도 제어의 불안정화를 회피할 수 있다. 평균 가열 속도는, 바람직하게는 10 ℃/s 이상 150 ℃/s 이하이다.

유지 시간은, 특별히 한정되지 않고, 1 초 이상 1000 초 이하로 할 수 있다. 유지 시간이 1 초 이상이면, ??칭성을 충분히 확보 가능하고, 또, 1000 초 이하이면, 결정 입경의 조대화가 억제된다. 유지 시간은, 바람직하게는 5 초 이상 850 초 이하이다.

가열 방법은 특별히 한정되지 않고, 전기로, 가스로, 적외선 가열, 고주파 가열 및 직접 통전 가열 등을 들 수 있다. 가열 시의 분위기도 특별히 한정되지 않고, 대기 중이나 불활성 가스 분위기 중 등을 들 수 있다.

상기와 같이 하여, 가열한 냉연 강판을, 다이와 펀치를 갖는 금형에 세트하여, 프레스 성형을 실시하고, 원하는 냉각 조건으로 냉각시킴으로써, 열간 프레스 부재를 제조할 수 있다.

실시예

이하, 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다.

본 발명은, 이하의 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 본 발명의 취지에 적합할 수 있는 범위에 있어서 적당하게 변경을 더하여 실시하는 것도 가능하며, 그것들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.

표 1 에 나타내는 성분 조성의 강을 용제 (溶製) 하고, 표 2 에 나타내는 조건으로 연속 주조에 의해 슬래브로 한 후, 1250 ℃ 로 가열 후, 마무리 압연 종료 온도 (FDT) 를 표 2 에 나타내는 조건으로 열간 압연을 실시하였다. 이어서, 열연 강판을, 표 2 에 나타내는 제 1 차 평균 냉각 속도 (냉속 1) 로 냉각 정지 온도 (제 1 냉각 온도) 까지 냉각시킨 후, 제 2 차 평균 냉각 온도 (냉속 2) 로 권취 개시 온도 (CT) 까지 냉각시키고, 코일에 권취하였다.

이어서, 얻어진 열연 강판을, 산 세정 후, 표 2 에 나타내는 압하율로 냉간 압연을 실시하여, 동 (同) 표에 나타내는 열처리를 실시하고, 냉연 강판 (판두께 : 1.4 ㎜) 으로 하였다.

얻어진 냉연 강판을, 배치 어닐링로 (BAF) 에 있어서, 표 2 에 나타내는 조건으로 어닐링 처리를 실시하고, 냉연 강판 (CR) 을 얻었다. 표 중, (CR) 은, 배치 어닐링로 (BAF) 에서 어닐링 처리만 실시하고, 도금 처리를 실시하지 않은 냉연 강판 (도금 안한 강판) 이다. 냉연 강판의 일부에 대해서는, 배치 어닐링 후에 연속 용융 도금 라인 (CGL) 에 있어서, Ni 를 함유하는 용융 아연 도금 강판 (GI, Ni 함유량 : 12 질량％) 을 얻었다. 또한, CGL 을 통과한 강판의 일부에 대해서는, 용융 아연 도금 처리를 실시한 후, 추가로 550 ℃ 에서 합금화 처리를 실시하여, 합금화 용융 아연 도금 강판 (GA, Ni 함유량 : 12 질량％) 을 얻었다. 또한, 일부는 배치 어닐링 후에 전기 아연 도금 라인 (EGL) 에 있어서, 전기 아연니켈 도금 강판 (EZN, Ni 함유량 : 12 질량％) 을 얻었다.

얻어진 냉연 강판 (도금 강판) 에 대하여, 열간 프레스를 실시하였다.

열간 프레스에서 사용한 금형은, 펀치 폭 70 ㎜, 펀치 숄더 R4 ㎜, 다이 숄더 R4 ㎜ 이고, 성형 깊이는 30 ㎜ 이다. 냉연 강판에 대한 가열은, 가열 속도에 따라 적외선 가열로 또는 분위기 가열로 중 어느 것을 사용하고, 대기 중에서 실시하였다. 또, 프레스 후의 냉각은, 강판의 펀치·다이 사이에서의 끼워넣기와 끼워넣기로부터 개방된 다이 상에서의 공랭을 조합하여 실시하고, 프레스 (개시) 온도로부터 150 ℃ 까지 냉각시켰다.

열간 프레스 부재, 냉연 강판의 마이크로 조직, Ni 확산 영역, 도금층의 두께 측정은, 전술한 방법에 의해 실시하였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.

특성 평가는 이하와 같이 하여 실시하였다. 결과를 표 3 에 나타낸다.

＜인장 강도 (TS) 의 측정＞

열간 프레스 부재의 해트 저부 (底部) 의 위치로부터 JIS 5 호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z 2241 에 준거하여 인장 시험을 실시하고, 인장 강도 (TS) 를 측정하였다.

＜내지연파괴 특성 : 모재의 평가＞

열간 프레스 부재의 해트 저부의 위치로부터 JIS 5 호 인장 시험편을 채취하고, 정하중 시험을 실시하였다. 실온에서 염산 용액 (pH 3) 에 침지하면서 하중을 가하여, 파단 유무를 평가하였다. 부하 응력을 1000 ㎫ 로 하여, 100 시간 이상 파단하지 않는 경우에는 내지연파괴 특성을 양호 (○), 100 시간 미만에서 파단한 경우에는 내지연파괴 특성을 열화 (×) 로 하였다.

＜내지연파괴 특성 : 용접체 (저항 스폿 용접 후) 의 평가＞

저항 스폿 용접 후의 지연 파괴에 관해서는, JIS Z 3136 에 준거하여 얻어진 열간 프레스 부재의 해트 저부의 위치로부터의 인장 전단 시험편을 2 매 사용하여 저항 용접 (스폿 용접) 을 실시하였다. 용접기는 2 매의 강판을 겹친 판 세트에 대해, 용접 건에 장착된 서보 모터 가압식으로 단상 직류 (50 ㎐) 의 저항 용접기를 사용하여 저항 스폿 용접을 실시하였다. 용접 조건은 가압력을 4.5 kN, 홀드 타임은 0.1 초로 하였다. 용접 전류와 용접 시간은 너깃 직경이 6.0 ㎜ 가 되도록 조정하였다.

얻어진 용접체를 JIS Z 3136 에 준거한 인장 전단 시험에 의해 강판이 박리 할 때의 하중을 측정하였다. 이 때의 박리 강도를 FS 로 하고, 상기와 동일한 방법으로 인장 전단 시험편을 제조하고, 0.6 × FS 의 하중을 부하시켰다. 그 후에, 실온에서 pH = 3.0 염산 용액에 100 시간 침지하여 강판의 박리 유무를 평가하였다. 박리 없음을 양호 (○), 박리 있음을 열화 (×) 로 하였다.

발명예는 모두, TS 가 1850 ㎫ 이상인 고강도와, 우수한 내지연파괴 특성 (모재, 용접체) 을 겸비하는 열간 프레스 부재인 것을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 질량％ 로,
   C : 0.31 ％ 이상 0.55 ％ 미만,
   Si : 0.01 ％ 이상 1.0 ％ 이하,
   Mn : 1.0 ％ 이상 2.5 ％ 이하,
   P : 0.05 ％ 이하,
   S : 0.005 ％ 이하,
   Al : 0.01 ％ 이상 0.50 ％ 이하,
   N : 0.01 ％ 이하, 및
   Cu : 0.002 ％ 이상 0.25 ％ 이하를 함유하고,
   잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
   구(舊)오스테나이트 평균 결정 입경이 8 ㎛ 이하이고, 마텐자이트의 체적 분율이 95 ％ 이상이고, 또한 입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 (粒狀) 탄화물의 체적 분율이 0.10 ％ 이상 4.0 ％ 이하인 마이크로 조직을 갖고,
   표면에 Ni 함유 도금층을 구비하고,
   표층에 Ni 확산 영역이 깊이 방향으로 2.0 ㎛ 이상 존재하고, 또한
   인장 강도가 1850 ㎫ 이상인, 열간 프레스 부재.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 성분 조성이, 질량％ 로, 또한
   Mo : 0.005 ％ 이상 0.35 ％ 이하,
   Cr : 0.005 ％ 이상 0.35 ％ 이하,
   Nb : 0.001 ％ 이상 0.05 ％ 이하,
   Ti : 0.001 ％ 이상 0.050 ％ 이하,
   B : 0.0002 ％ 이상 0.0050 ％ 이하,
   Ca : 0.005 ％ 이하,
   V : 0.05 ％ 이하,
   Sb : 0.001 ％ 이상 0.020 ％ 이하,
   Ni : 0.50 ％ 이하 및
   Sn : 0.50 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 함유하는, 열간 프레스 부재.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   Ni 함유 도금층이 Ni 함유 Zn 계 도금층인, 열간 프레스 부재.
4. 질량％ 로,
   C : 0.31 ％ 이상 0.55 ％ 미만,
   Si : 0.01 ％ 이상 1.0 ％ 이하,
   Mn : 1.0 ％ 이상 2.5 ％ 이하,
   P : 0.05 ％ 이하,
   S : 0.005 ％ 이하,
   Al : 0.01 ％ 이상 0.50 ％ 이하,
   N : 0.01 ％ 이하, 및
   Cu : 0.002 ％ 이상 0.25 ％ 이하를 함유하고,
   잔부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고,
   입경이 0.1 ㎛ 이상인 입상 탄화물의 체적 분율이 1.0 ％ 이상 25 ％ 이하인 마이크로 조직을 갖고, 표면에 Ni 함유 도금층을 구비하는, 열간 프레스용 냉연 강판.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 성분 조성이, 질량％ 로, 또한
   Mo : 0.005 ％ 이상 0.35 ％ 이하,
   Cr : 0.005 ％ 이상 0.35 ％ 이하,
   Nb : 0.001 ％ 이상 0.05 ％ 이하,
   Ti : 0.001 ％ 이상 0.050 ％ 이하,
   B : 0.0002 ％ 이상 0.0050 ％ 이하,
   Ca : 0.005 ％ 이하,
   V : 0.05 ％ 이하,
   Sb : 0.001 ％ 이상 0.020 ％ 이하,
   Ni : 0.50 ％ 이하 및
   Sn : 0.50 ％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1 종 또는 2 종 이상을 포함하는, 열간 프레스용 냉연 강판.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   Ni 함유 도금층의 두께가 0.5 ㎛ 이상인, 열간 프레스용 냉연 강판.
7. 제 4 항에 있어서,
   Ni 함유 도금층이, Ni 함유 Zn 계 도금층인, 열간 프레스용 냉연 강판.
8. 제 4 항 또는 제 5 항에 기재된 열간 프레스용 냉연 강판의 제조 방법으로서,
   상기 성분 조성을 갖는 강 슬래브를, 마무리 압연 종료 온도 : 840 ℃ 이상 950 ℃ 이하에서 열간 압연하여 열연 강판으로 하고,
   상기 열연 강판을, 제 1 차 냉각으로서, 55 ℃/s 이상의 제 1 차 평균 냉각 속도로, 700 ℃ 이하의 냉각 정지 온도까지 냉각시키고, 이어서, 제 2 차 냉각으로서, 5 ℃/s 이상 60 ℃/s 이하의 제 2 차 평균 냉각 속도로, 650 ℃ 이하의 권취 개시 온도까지 냉각시킨 후, 권취하고, 산 세정을 실시하고,
   상기 산 세정을 실시한 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판으로 하고,
   상기 냉연 강판을, 1 ℃/s 이하의 평균 가열 속도로, 550 ℃ 이상 680 ℃ 이하의 균열 온도까지 가열하고, 상기 온도에서 60 분 이상 3000 분 이하 유지하고, 이어서 실온까지 냉각시키고,
   상기 냉연 강판의 표면에, Ni 함유 도금으로 도금 처리를 실시하는, 열간 프레스용 냉연 강판의 제조 방법.
9. 삭제
10. 제 4 항 또는 제 5 항에 기재된 열간 프레스용 냉연 강판을 850 ℃ 이상 1000 ℃ 이하의 온도역으로 가열한 후, 열간 프레스하는, 열간 프레스 부재의 제조 방법.