KR102604058B1 - 핫 스탬프 성형체 - Google Patents

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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

이 핫 스탬프 성형체는, 소정의 화학 조성을 갖는 강판과, 상기 강판의 표면에, 부착량이 10g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상 25질량％ 이하이고, 잔부가 Zn 및 불순물로 이루어지는 도금층을 갖는다. 상기 핫 스탬프 성형체는, 상기 강판의 표층 영역에 있어서, 금속 조직이 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 이상을 주상으로 하고, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 상기 입계의 길이의 비율이 35％ 이상이다.

Description

핫 스탬프 성형체
본 발명은, 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은, 인성이 필요로 되는 자동차 또는 구조물의 구조 부재 및 보강 부재에 적용되는, 강도 및 인성이 우수한 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다.
본원은, 2019년 5월 31일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2019-101984호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
근년, 환경 보호 및 자원 절약화의 관점에서 자동차 차체의 경량화가 요구되고 있고, 자동차용 부재에 대한 고강도 강판의 적용이 가속되고 있다. 자동차용 부재는 프레스 성형에 의해 제조되지만, 강판의 고강도화에 수반하여 성형 하중이 증가할뿐만 아니라, 성형성이 저하되기 때문에, 고강도 강판에 있어서는, 복잡한 형상의 부재에 대한 성형성이 과제로 된다. 이와 같은 과제를 해결하기 위해, 강판이 연질화되는 오스테나이트 영역의 고온까지 가열한 후에 프레스 성형을 실시하는, 핫 스탬프 기술의 적용이 진행되고 있다. 핫 스탬프는, 프레스 가공과 동시에, 금형 내에 있어서 ??칭 처리를 실시함으로써, 자동차용 부재에 대한 성형과 강도 확보를 양립하는 기술로서 주목받고 있다.
그러나, 일반적으로, 강판 강도의 상승에 수반하여 인성은 저하되기 때문에, 충돌 변형에 있어서 균열이 발생하면, 자동차용 부재에 요구되는 내력이나 흡수 에너지가 얻어지지 않는 경우가 있다.
특허문헌 1에는, 열간 압연 공정에 있어서의 마무리 압연부터 권취까지 냉각 속도를 제어함으로써, 베이나이트 중의 결정 방위차를 5 내지 14°로 제어하여, 신장 플랜지성 등의 변형능을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 열간 압연 공정의 마무리 압연부터 권취까지의 제조 조건을 제어함으로써, 페라이트 결정립 중 특정한 결정 방위군의 강도를 제어하여, 국부 변형능을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, 핫 스탬프용 강판을 열처리하여 표층에 페라이트를 형성시킴으로써, 열간 프레스 전의 가열 시에 ZnO과 강판의 계면이나 ZnO과 Zn계 도금층의 계면에 생성되는 공극을 저감시켜, 천공 내식성 등을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 4에는, 강판의 양측에, 표층용 강판을 적층하여 얻어지는, 굽힘성이 우수한 핫 스탬프 성형체가 개시되어 있다.
그러나, 더 높은 차체 경량화 효과를 얻기 위해서는, 더 우수한 강도 및 인성이 필요하다.
국제 공개 제2016/132545호 일본 특허 공개 2012-172203호 공보 일본 특허 제5861766호 공보 국제 공개 제2018/151332호
본 발명은, 종래 기술의 과제를 감안하여, 우수한 강도 및 인성을 갖는 핫 스탬프 성형체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하는 방법에 대하여 예의 검토한 결과, 이하의 지견을 얻었다.
본 발명자들은, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판의 표면 내지 표면으로부터 깊이 50㎛ 위치의 영역인 표층 영역에 있어서, 금속 조직이 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 이상을 주상으로 하고, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 상기 입계의 길이의 비율을 35％ 이상으로 함으로써, 균열 진전을 억제하는 효과를 높일 수 있어, 종래보다도 우수한 인성을 갖는 핫 스탬프 성형체가 얻어지는 것을 발견했다.
본 발명은 상기한 지견에 기초하여, 더 검토를 진행시켜 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 본 발명의 일 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 화학 조성이, 질량％로,
C: 0.15％ 이상 0.70％ 미만,
Si: 0.005％ 이상 0.250％ 이하,
Mn: 0.30％ 이상 3.00％ 이하,
sol.Al: 0.0002％ 이상 0.500％ 이하,
P: 0.100％ 이하,
S: 0.1000％ 이하,
N: 0.0100％ 이하,
Nb: 0％ 이상 0.150％ 이하,
Ti: 0％ 이상 0.150％ 이하,
Mo: 0％ 이상 1.000％ 이하,
Cr: 0％ 이상 1.000％ 이하,
B: 0％ 이상 0.0100％ 이하,
Ca: 0％ 이상 0.010％ 이하 및
REM: 0％ 이상 0.30％ 이하
를 함유하고,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강판과,
상기 강판의 표면에, 부착량이 10g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상 25질량％ 이하이고, 잔부가 Zn 및 불순물로 이루어지는 도금층을 갖고,
상기 강판의 상기 표면 ~ 상기 표면으로부터 깊이 50㎛ 위치의 영역인 표층 영역에 있어서, 금속 조직이 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 이상을 주상으로 하고, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 상기 입계의 길이의 비율이 35％ 이상이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Nb: 0.010％ 이상 0.150％ 이하,
Ti: 0.010％ 이상 0.150％ 이하,
Mo: 0.005％ 이상 1.000％ 이하,
Cr: 0.005％ 이상 1.000％ 이하,
B: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하,
Ca: 0.0005％ 이상 0.010％ 이하 및
REM: 0.0005％ 이상 0.30％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
본 발명에 따르면, 고강도이면서, 종래보다도 우수한 인성을 갖는 핫 스탬프 성형체를 제공할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 특징은, 이하와 같다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판의 표면 내지 표면으로부터 깊이 50㎛ 위치의 영역인 표층 영역에 있어서, 금속 조직이 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 이상을 주상으로 하고, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 비율을 35％ 이상으로 함으로써, 균열 진전을 억제하는 것을 특징으로 한다. 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 이하의 방법에 의해 상기 조직이 얻어지는 것을 알아내었다.
제1 단계로서, 열간 압연 공정에 있어서, 1050℃ 이상의 온도역에 있어서 40％ 이상의 누적 압하율로 조압연을 행함으로써, 오스테나이트의 재결정을 촉진시킨다. 이어서, A3점 이상의 온도역에 있어서 5％ 이상 20％ 미만의 최종 압하율로 마무리 압연을 행함으로써, 재결정 완료 후의 오스테나이트에 미량의 전위를 도입한다. 마무리 압연 종료 후에는 0.5초 이내에 냉각을 개시하고, 또한 650℃ 이하의 온도역까지의 평균 냉각 속도를 30℃/s 이상으로 한다. 이로써, 오스테나이트에 도입된 전위를 유지한 채, 오스테나이트로부터 베이닉트 페라이트에 대한 변태를 개시시킬 수 있다.
이어서, 550℃ 이상 650℃ 미만의 온도역에서 오스테나이트로부터 베이닉트 페라이트로 변태시킨다. 당해 온도역에서는, 베이닉트 페라이트에 대한 변태가 지연되기 쉽고, 통상, 0.15질량％ 이상의 C를 포함하는 강판에서는, 베이닉트 페라이트에 대한 변태 속도가 느려지기 때문에, 원하는 양의 베이닉트 페라이트를 얻는 것은 어렵다. 본 실시 형태에서는, 압연 공정에서는 강판의 표층에 전위(변형)를 도입하고, 또한 전위가 도입된 오스테나이트로 변태시킨다. 이로써, 베이닉트 페라이트에 대한 변태가 촉진되어, 강판의 표층 영역에 있어서, 원하는 양의 베이닉트 페라이트를 얻을 수 있다.
550℃ 이상 650℃ 미만의 온도역에서는, 1℃/s 이상 10℃/s 미만의 평균 냉각 속도로 완냉각함으로써, 오스테나이트로부터 베이닉트 페라이트에 대한 변태를 촉진하여, 베이닉트 페라이트의 입계의 평균 결정 방위차를 0.4° 이상 3.0° 이하로 제어할 수 있다. 초기의 베이닉트 페라이트는, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계를 갖지만, Fe이 확산 가능한 온도역(550℃ 이상 650℃ 미만의 온도역)에서 완냉각을 행함으로써, 베이닉트 페라이트의 입계 근방에 있어서 전위의 회복이 일어나, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하로 되는 아립계가 생성된다. 이때, 강 중의 C는, 아립계보다도 주위의 대경각 입계로 확산되기 때문에, 아립계에 있어서의 C의 편석량은 감소한다.
이어서, 550℃ 이하의 온도역을 40℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각함으로써, 베이닉트 페라이트에 함유되어 있는 C가 아립계로 확산되는 것을 억제한다.
제2 단계로서, 10 내지 25질량％의 Ni을 포함하는 Zn계 도금층을, 부착량이 10 내지 90g/㎡로 되도록 형성시켜, 핫 스탬프용 강판으로 한다.
제3 단계로서, 핫 스탬프 가열 시의 승온 속도를 제어함으로써, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 아립계가 Ni의 확산을 촉진시켜, 강판 표층의 결정립 내에 Ni을 함유시킬 수 있다.
핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 평균 가열 속도를 100℃/s 미만으로 제어한 경우, 최초에, 도금층에 함유되는 Ni이 강판 표층의 아립계를 경로로 하여 강판 내부로 확산된다. 이때, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 아립계가 Ni의 확산을 촉진함으로써, 강판 표층의 결정립 내에 Ni을 함유시킬 수 있다. 이것은, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 아립계에서는 C의 입계 편석이 억제되어 있어, 이 아립계가 Ni의 확산 패스로서 유효하게 기능하기 때문이다.
이어서, 강판 표층의 아립계와 강판 표층의 결정립 내에 있어서의 화학 포텐셜 구배에 따라, Ni이 아립계로부터 결정립 내로 확산된다. 가열 온도가 A3점 이상에 도달하면, 오스테나이트에 대한 역변태가 완료된다. 그때, 오스테나이트와, 변태 전의 모상인 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립 사이에는 특정한 결정 방위 관계가 존재하기 때문에, 생성되는 오스테나이트의 결정 방위는 변태 전의 모상의 결정립의 특징을 이어간다. 핫 스탬프 공정에 있어서의 가열 유지, 성형 후의 냉각에 있어서, 오스테나이트 결정립으로부터 체심 구조의 상을 갖는 결정립(예를 들어, 하부 베이나이트, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트)로 변태될 때, 이들 결정립의 결정 방위의 조합은, 변태 전의 오스테나이트의 결정 방위와, 가열 공정에 있어서 강판 표층에 함유된 Ni의 영향을 받는다.
핫 스탬프용 강판에 있어서 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내에 있어서의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립을 생성시켜, 결정립 내에 Ni을 고용시킴으로써, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 결정 방위를 제어할 수 있다. 구체적으로는, 본 발명자들은, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 비율을 35％ 이상으로 제어할 수 있는 것을 발견했다. 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계는, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 결정립의 입계 중에서 가장 입계 각도가 크기 때문에, 균열의 신전을 억제하는 효과가 높아, 강재가 취성적으로 파괴되는 것을 억제한다. 그 결과, 핫 스탬프 성형체에 있어서 인성을 높일 수 있다.
이하, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체 및 그 제조 방법에 대하여 상세하게 설명한다. 먼저, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판의 화학 조성의 한정 이유에 대하여 설명한다.
또한, 이하에 기재하는 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다. 「미만」, 「초과」라고 나타내는 수치에는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다. 화학 조성에 대한 ％는 모두 질량％를 나타낸다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판은, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.15％ 이상 0.70％ 미만, Si: 0.005％ 이상 0.250％ 이하, Mn: 0.30％ 이상 3.00％ 이하, sol.Al: 0.0002％ 이상 0.500％ 이하, P: 0.100％ 이하, S: 0.1000％ 이하, N: 0.0100％ 이하, 그리고 잔부: Fe 및 불순물을 포함한다.
「C: 0.15％ 이상 0.70％ 미만」
C는, 핫 스탬프 성형체에 있어서 1500㎫ 이상의 인장 강도를 얻기 위해 중요한 원소이다. C 함유량이 0.15％ 미만이면, 마르텐사이트가 연하여, 1500㎫ 이상의 인장 강도를 확보하는 것이 곤란하다. 그 때문에, C 함유량은 0.15％ 이상으로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.18％ 이상, 0.19％ 이상, 0.20％ 초과, 0.23％ 이상 또는 0.25％ 이상이다. 한편, C 함유량이 0.70％ 이상이면, 조대한 탄화물이 생성되어 파괴가 발생하기 쉬워져, 핫 스탬프 성형체의 인성이 저하된다. 그 때문에, C 함유량은 0.70％ 미만으로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.50％ 이하, 0.45％ 이하 또는 0.40％ 이하이다.
「Si: 0.005％ 이상 0.250％ 이하」
Si는, 오스테나이트로 베이닉트 페라이트에 대한 상변태를 촉진시키는 원소이다. Si 함유량이 0.005％ 미만이면 상기 효과가 얻어지지 않고, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역에 있어서, 원하는 금속 조직이 얻어지지 않게 된다. 그 결과, 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 마이크로 조직이 얻어지지 않게 된다. 그 때문에, Si 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.010％ 이상, 0.050％ 이상 또는 0.100％ 이상이다. 한편, 0.250％ 초과의 Si를 함유시켜도 상기 효과가 포화되기 때문에, Si 함유량은 0.250％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.230％ 이하 또는 0.200％ 이하이다.
「Mn: 0.30％ 이상 3.00％ 이하」
Mn은, 고용 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도의 향상에 기여하는 원소이다. Mn 함유량이 0.30％ 미만이면, 고용 강화능이 부족해 마르텐사이트가 연하게 되어, 핫 스탬프 성형체에 있어서 1500㎫ 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란하다. 그 때문에, Mn 함유량은 0.30％ 이상으로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.70％ 이상, 0.75％ 이상 또는 0.80％ 이상이다. 한편, Mn 함유량을 3.00％ 초과로 하면, 강 중에 조대한 개재물이 생성되어 파괴가 발생하기 쉬워져, 핫 스탬프 성형체의 인성이 저하된다. 그 때문에, Mn 함유량은 3.00％ 이하로 한다. 바람직하게는, 2.50％ 이하, 2.00％ 이하 또는 1.50％ 이하이다.
「P: 0.100％ 이하」
P은, 입계에 편석하여, 입계의 강도를 저하시키는 원소이다. P 함유량이 0.100％를 초과하면, 입계의 강도가 현저하게 저하되고, 핫 스탬프 성형체의 인성이 저하된다. 그 때문에, P 함유량은 0.100％ 이하로 한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.050％ 이하 또는 0.020％ 이하이다. P 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않지만, 0.0001％ 미만으로 저감시키면, 탈P 비용이 대폭으로 상승하여, 경제적으로 바람직하지 않다. 실제 조업상, P 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
「S: 0.1000％ 이하」
S은, 강 중에 개재물을 형성하는 원소이다. S 함유량이 0.1000％를 초과하면, 강 중에 다량의 개재물이 생성되어, 핫 스탬프 성형체의 인성이 저하된다. 그 때문에, S 함유량은 0.1000％ 이하로 한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.0050％ 이하, 0.0030％ 이하 또는 0.0020％ 이하이다. S 함유량의 하한은 특별히 한정되지는 않지만, 0.00015％ 미만으로 저감시키면, 탈S 비용이 대폭으로 상승하여, 경제적으로 바람직하지 않다. 실제 조업상, S 함유량은 0.00015％ 이상으로 해도 된다.
「sol.Al: 0.0002％ 이상 0.500％ 이하」
Al은, 용강을 탈산하여 강을 건전화하는(강에 블로우홀 등의 결함이 발생하는 것을 억제함) 작용을 갖는 원소이다. sol.Al 함유량이 0.0002％ 미만이면, 탈산이 충분히 행해지지 않기 때문에, sol.Al 함유량은 0.0002％ 이상으로 한다. sol.Al 함유량은, 바람직하게는 0.0010％ 이상이다. 한편, sol.Al 함유량이 0.500％를 초과하면, 강 중에 조대한 산화물이 생성되어, 핫 스탬프 성형체의 인성이 저하된다. 그 때문에, sol.Al 함유량은 0.500％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.400％ 이하, 0.200％ 이하 또는 0.100％ 이하이다.
N는, 불순물 원소이고, 강 중에 질화물을 형성하여 핫 스탬프 성형체의 인성을 열화시키는 원소이다. N 함유량이 0.0100％를 초과하면, 강 중에 조대한 질화물이 생성되어, 핫 스탬프 성형체의 인성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, N 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0075％ 이하 또는 0.0060％ 이하이다. N 함유량의 하한은 특별히 한정되지는 않지만, 0.0001％ 미만으로 저감시키면, 탈N 비용이 대폭으로 상승하여, 경제적으로 바람직하지 않다. 실제 조업상, N 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판의 화학 조성의 잔부는 Fe 및 불순물이다. 불순물로서는, 강 원료 혹은 스크랩으로부터 및/또는 제강 과정에서 불가피하게 혼입되어, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 특성을 저해하지 않는 범위에서 허용되는 원소가 예시된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판은, 실질적으로 Ni을 함유하지 않고, 그 함유량은 0.005％ 미만이다. Ni은 고가의 원소이기 때문에, 본 실시 형태에서는, Ni을 의도적으로 함유시켜 Ni 함유량을 0.005％ 이상으로 한 경우에 비해, 비용을 낮게 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판은, Fe의 일부 대신에, 임의 원소로서, 이하의 원소를 함유해도 된다. 이하의 임의 원소를 함유하지 않는 경우의 함유량은 0％이다.
「Nb: 0％ 이상 0.150％ 이하」
Nb은, 고용 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. Nb을 함유시키는 경우, 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해, Nb 함유량은 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Nb 함유량은, 보다 바람직하게는 0.035％ 이상이다. 한편, 0.150％를 초과하여 Nb을 함유시켜도 상기 효과는 포화되므로, Nb 함유량은 0.150％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Nb 함유량은, 보다 바람직하게는 0.120％ 이하이다.
「Ti: 0％ 이상 0.150％ 이하」
Ti은, 고용 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. Ti을 함유시키는 경우, 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해, Ti 함유량은 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.020％ 이상이다. 한편, 0.150％를 초과하여 함유시켜도 상기 효과는 포화되므로, Ti 함유량은 0.150％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.120％ 이하이다.
「Mo: 0％ 이상 1.000％ 이하」
Mo은, 고용 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. Mo를 함유시키는 경우, 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해, Mo 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Mo 함유량은, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 한편, 1.000％를 초과하여 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, Mo 함유량은 1.000％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Mo 함유량은, 보다 바람직하게는 0.800％ 이하이다.
「Cr: 0％ 이상 1.000％ 이하」
Cr은, 고용 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. Cr을 함유시키는 경우, 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해, Cr 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Cr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.100％ 이상이다. 한편, 1.000％를 초과하여 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, Cr 함유량은 1.000％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Cr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.800％ 이하이다.
「B: 0％ 이상 0.0100％」
B는, 입계에 편석하여 입계의 강도를 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. B를 함유시키는 경우, 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해, B 함유량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. B 함유량은, 바람직하게는 0.0010％ 이상이다. 한편, 0.0100％를 초과하여 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, B 함유량은 0.0100％ 이하로 하는 것이 바람직하다. B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0075％ 이하이다.
「Ca: 0％ 이상 0.010％ 이하」
Ca은, 용강을 탈산하여 강을 건전화하는 작용을 갖는 원소이다. 이 작용을 확실하게 발휘시키기 위해서는, Ca 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.010％를 초과하여 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, Ca 함유량은 0.010％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
「REM: 0％ 이상 0.30％ 이하」
REM은, 용강을 탈산하여 강을 건전화하는 작용을 갖는 원소이다. 이 작용을 확실하게 발휘시키기 위해서는, REM 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.30％를 초과하여 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, REM 함유량은 0.30％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 REM이란, Sc, Y 및 란타노이드로 이루어지는 합계 17 원소를 가리킨다. 본 실시 형태에서는, REM의 함유량이란 이들 원소의 합계 함유량을 가리킨다.
상술한 핫 스탬프용 강판의 화학 조성은, 일반적인 분석 방법에 의해 측정하면 된다. 예를 들어, ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)를 사용하여 측정하면 된다. 또한, C 및 S은 연소-적외선 흡수법을 사용하여, N는 불활성 가스 융해-열전도도법을 사용하여 측정하면 된다. sol.Al은, 시료를 산으로 가열 분해한 후의 여액을 사용하여 ICP-AES에 의해 측정하면 된다. 핫 스탬프용 강판이 표면에 도금층을 구비하는 경우는, 기계 연삭에 의해 표면의 도금층을 제거하고 나서, 화학 조성의 분석을 행하면 된다.
이어서, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판의 마이크로 조직 및 이것에 적용되는 핫 스탬프용 강판을 구성하는 강판의 마이크로 조직에 대하여 설명한다.
<핫 스탬프용 강판>
「강판의 표면 ~ 상기 표면으로부터 깊이 50㎛ 위치의 영역인 표층 영역에 있어서, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립의 내부에, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립을 면적％로 80％ 이상」
강판의 표층 영역에 있어서, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립을 면적％로 80％ 이상으로 함으로써, 핫 스탬프 가열 시에 있어서, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 아립계가 Ni의 확산을 촉진시켜, 강판 표층의 결정립 내에 Ni을 함유시킬 수 있다. 상술한 바와 같이, 강판 표층에 페라이트를 생성시키는 종래의 방법에서는, 아립계가 형성되지 않기 때문에, Ni의 확산을 촉진시키는 것이 어렵다. 그러나, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체에 적용되는 핫 스탬프용 강판에서는, 표층 영역에 상기 결정립을 면적％로 80％ 이상 포함하기 때문에, 아립계를 Ni의 확산 패스로서 이용함으로써, 강판 표층에 Ni을 확산시킬 수 있다.
핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 평균 가열 속도를 100℃/s 미만으로 제어한 경우, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 아립계가 Ni의 확산을 촉진시켜, 강판 표층의 결정립 내에 Ni을 함유시킬 수 있다. 이로써, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 상기 입계의 길이의 비율을 35％ 이상으로 제어할 수 있다. 그 결과, 핫 스탬프 성형체의 인성을 높일 수 있다.
상기 효과를 얻기 위해서는, 강판의 표층 영역에 있어서, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립은 면적％로 80％ 이상으로 할 필요가 있다. 그 때문에, 강판의 표층 영역에 있어서, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립은 면적％로 80％ 이상으로 한다. 바람직하게는 85％ 이상, 보다 바람직하게는 90% 이상이다.
강판 중앙부의 마이크로 조직은 특별히 한정되지는 않지만, 통상은, 페라이트, 상부 베이나이트, 하부 베이나이트, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트, 잔류 오스테나이트, 철 탄화물 및 합금 탄화물의 1종 이상이다.
조직 관찰은, 전해 방사형 주사형 전자 현미경(FE-SEM) 및 전자 후방 산란 회절법(EBSD) 등을 사용하여, 통상의 방법에 의해 행하면 된다.
이어서, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립의 면적 분율의 측정 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 표면에 수직인 단면(판 두께 단면)을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 샘플은, 측정 장치에 따라 다르지만, 압연 방향으로 10㎜ 정도 관찰할 수 있는 크기로 한다. 샘플의 단면을 #600 내지 #1500의 탄화규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리한다. 이어서, 실온에 있어서 알칼리성 용액을 포함하지 않는 콜로이달 실리카를 사용하여 8분간 연마하여, 샘플의 표층에 도입된 변형을 제거한다.
샘플 단면의 길이 방향의 임의의 위치에 있어서, 길이 50㎛, 강판의 표면(도금층과 강판의 계면) 내지 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛ 위치의 영역을, 0.2㎛의 측정 간격으로 전자 후방 산란 회절법에 의해 측정하여 결정 방위 정보를 얻는다. 측정에는, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL제 JSM-7001F)과 EBSD 검출기(TSL제 DVC5형 검출기)로 구성된 장치를 사용한다. 이때, 장치 내의 진공도는 9.6×10-5㎩ 이하, 가속 전압은 15kv, 조사 전류 레벨은 13, 전자선의 조사 시간은 0.5초/점으로 한다. 얻어진 결정 방위 정보를 EBSD 해석 장치에 부속의 소프트웨어 「OIM Analysis(등록 상표)」에 탑재된 「Grain Average Misorientation」 기능을 사용하여 해석한다. 이 기능에서는, 체심 입방 구조를 갖는 결정립에 대하여, 인접하는 측정점간의 결정 방위차를 산출한 후, 결정립 내의 모든 측정점에 대하여 평균값(평균 결정 방위차)을 구하는 것이 가능하다. 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립의 면적 분율은, 얻어진 결정 방위 정보에 대하여, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 영역을 결정립이라고 정의하고, 「Grain Average Misorientation」 기능에 의해, 결정립 내의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 영역을 면적 분율로서 산출한다. 이로써, 표층 영역에 있어서의, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립의 면적 분율을 얻는다.
「부착량이 10g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상 25질량％ 이하이고, 잔부가 Zn 및 불순물로 이루어지는 도금층」
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체에 적용되는 핫 스탬프용 강판은, 강판의 표면에, 부착량이 10g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상 25질량％ 이하이고, 잔부가 Zn 및 불순물로 이루어지는 도금층을 갖는다. 이로써, 핫 스탬프 시에 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 아립계가 Ni의 확산을 촉진시켜, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판의 표층 영역에 결정립 내에 Ni을 함유시킬 수 있다.
부착량이 10g/㎡ 미만, 또는 도금층 중의 Ni 함유량이 10질량％ 미만이면, 강판 표층에 농화되는 Ni이 부족해져, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 비율을 35％ 이상으로 할 수 없어, 핫 스탬프 성형체의 인성을 향상시킬 수 없다. 한편, 부착량이 90g/㎡를 초과하는 경우, 또는 도금층 중의 Ni 함유량이 25질량％를 초과하는 경우, 도금층과 강판의 계면에 있어서 Ni이 과잉으로 농화되어, 도금층과 강판의 밀착성이 저하되고, 도금층 중의 Ni을 강판 표층으로 공급하는 것이 어려워져, 핫 스탬프 후의 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 마이크로 조직을 얻을 수 없다. 도금층의 부착량은, 30g/㎡ 이상 또는 40g/㎡ 이상이 바람직하다. 또한, 도금층의 부착량은, 70g/㎡ 이하 또는 60g/㎡ 이하가 바람직하다. 도금층 중의 Ni 함유량은, 12질량％ 이상 또는 14질량％ 이상이 바람직하다. 또한, 도금층 중의 Ni 함유량은, 20질량％ 이하 또는 18질량％ 이하가 바람직하다.
도금 부착량과 도금층 중의 Ni 함유량은, 이하의 방법에 의해 측정한다.
도금 부착량은, JIS H 0401:2013에 기재된 시험 방법에 따라, 핫 스탬프용 강판의 임의의 위치로부터 시험편을 채취하여 측정한다. 도금층 중의 Ni 함유량은, 핫 스탬프용 강판의 임의의 위치로부터, JIS K 0150:2009에 기재된 시험 방법에 따라, 시험편을 채취하고, 도금층의 전체 두께의 1/2 위치의 Ni 함유량을 측정한다. 얻어진 Ni 함유량을 핫 스탬프용 강판에 있어서의 도금층의 Ni 함유량으로 한다.
핫 스탬프용 강판의 판 두께는 특별히 한정되지는 않지만, 차체 경량화의 관점에서, 0.5 내지 3.5㎜로 하는 것이 바람직하다.
이어서, 상술한 핫 스탬프용 강판을 사용하여 제조한, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체에 대하여 설명한다.
「강판의 표면 ~ 상기 표면으로부터 깊이 50㎛ 위치의 영역인 표층 영역에 있어서, 금속 조직이 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 이상을 주상으로 하고, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 비율이 35％ 이상」
핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판의 표층 영역에 있어서, 금속 조직이 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트를 주상으로 하고, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 비율을 35％ 이상으로 제어함으로써, 균열의 진전을 억제하는 효과가 얻어진다. 이로써, 핫 스탬프 성형체에 있어서 우수한 인성을 얻을 수 있다. 회전각이 64° 내지 72°로 되는 상기 입계의 길이의 비율은, 바람직하게는 40％ 이상, 42％ 이상 또는 45％ 이상이다. 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 비율이 많을수록 상기 효과가 얻어지기 때문에, 상한은 특별히 정하지 않지만, 80％ 이하, 70％ 이하 또는 60％ 이하로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트를 주상으로 한다는 것은, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 면적 분율의 합계가 85％ 이상인 것을 말한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 잔부 조직은, 잔류 오스테나이트, 페라이트, 펄라이트, 그래뉼라 베이타이트 및 상부 베이나이트의 1종 이상이다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 체심 구조의 상을 갖는 결정립이란, 체심 입방정, 체심 정방정 등으로 대표되는 체심 구조의 결정을 갖는 상으로 일부 또는 전부가 구성된 결정립을 말한다. 체심 구조를 갖는 상으로서는, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 또는 하부 베이나이트가 예시된다.
「마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 면적 분율의 측정 방법」
핫 스탬프 성형체의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 임의의 위치로부터 표면에 수직인 단면(판 두께 단면)을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 샘플의 크기는, 측정 장치에 따라 다르지만, 압연 방향으로 10㎜ 정도 관찰할 수 있는 크기로 한다.
또한, 핫 스탬프 성형체의 형상에 의해, 핫 스탬프 성형체의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 위치로부터 샘플을 채취할 수 없는 경우는, 가능한 범위에서 단부면으로부터 이격된 위치로부터 샘플을 채취한다.
상기 샘플의 단면을 #600 내지 #1500의 탄화규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리하여, 나이탈 에칭을 실시한다. 이어서, 관찰면에 있어서의, 강판의 표면(도금층과 강판의 계면) 내지 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛ 위치의 영역을 관찰 시야로 하여, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL제 JSM-7001F)을 사용하여 관찰한다. 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 면적％는, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 면적％의 합계를 산출함으로써 구할 수 있다.
템퍼링 마르텐사이트는 라스 형상의 결정립의 집합이고, 내부에 철 탄화물의 신장 방향이 2개 이상인 조직으로 하여 구별한다. 하부 베이나이트는 라스 형상의 결정립의 집합이고, 내부에 철 탄화물의 신장 방향이 하나뿐인 조직으로 하여 구별한다. 마르텐사이트는 나이탈 에칭으로는 충분히 에칭되지 않기 때문에, 에칭되는 다른 조직과는 구별이 가능하다. 단, 잔류 오스테나이트도 마르텐사이트와 마찬가지로 충분히 에칭되지 않기 때문에, 후술하는 방법으로 얻어지는 잔류 오스테나이트의 면적％와의 차분으로 마르텐사이트의 면적％를 구한다. 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 합계의 면적％를 산출함으로써, 표층 영역에 있어서의 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 합계의 면적 분율을 얻는다.
또한, 잔부 조직의 면적 분율은, 100％로부터, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 합계의 면적 분율을 뺀 값을 산출함으로써 얻는다.
상기 샘플의 단면을 #600 내지 #1500의 탄화규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리한다. 이어서, 실온에 있어서 알칼리성 용액을 포함하지 않는 콜로이달 실리카를 사용하여 8분간 연마하여, 샘플의 표층에 도입된 변형을 제거한다. 샘플 단면의 길이 방향의 임의의 위치에 있어서, 길이 50㎛, 강판의 표면(도금층과 강판의 계면) 내지 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛ 위치의 영역을, 0.1㎛의 측정 간격으로 전자 후방 산란 회절법에 의해 측정하여 결정 방위 정보를 얻는다. 측정에는, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL제 JSM-7001F)과 EBSD 검출기(TSL제 DVC5형 검출기)로 구성된 장치를 사용한다. 이때, 장치 내의 진공도는 9.6×10-5㎩ 이하, 가속 전압은 15kv, 조사 전류 레벨은 13, 전자선의 조사 시간은 0.01초/점으로 한다. 얻어진 결정 방위 정보를 EBSD 해석 장치에 부속의 소프트웨어 「OIM Analysis(등록 상표)」에 탑재된 「Phase Map」 기능을 사용하여, fcc 구조인 잔류 오스테나이트의 면적％를 산출함으로써, 표층 영역에 있어서의 잔류 오스테나이트의 면적％를 얻는다.
「회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 비율의 측정 방법」
마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트를 포함하는 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대한, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 비율은, 이하의 방법에 의해 얻는다.
먼저, 핫 스탬프 성형체의 임의의 위치로부터 표면에 수직인 단면(판 두께 단면)을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 샘플은, 측정 장치에 따라 다르지만, 압연 방향으로 10㎜ 정도 관찰할 수 있는 크기로 한다.
또한, 핫 스탬프 성형체의 형상에 의해, 핫 스탬프 성형체의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 위치로부터 샘플을 채취할 수 없는 경우는, 가능한 범위에서 단부면으로부터 이격된 위치부터 샘플을 채취한다.
샘플의 단면을 #600 내지 #1500의 탄화규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리한다. 이어서, 실온에 있어서 알칼리성 용액을 포함하지 않는 콜로이달 실리카를 사용하여 8분간 연마하여, 샘플의 표층에 도입된 변형을 제거한다.
샘플 단면의 길이 방향의 임의의 위치에 있어서, 길이 50㎛, 강판의 표면(도금층과 강판의 계면) 내지 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛ 위치의 영역을, 0.1㎛의 측정 간격으로 전자 후방 산란 회절법에 의해 측정하여 결정 방위 정보를 얻는다. 측정에는, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL제 JSM-7001F)과 EBSD 검출기(TSL제 DVC5형 검출기)로 구성된 장치를 사용한다. 이때, 장치 내의 진공도는 9.6×10-5㎩ 이하, 가속 전압은 15kv, 조사 전류 레벨은 13, 전자선의 조사 시간은 0.01초/점으로 한다. 얻어진 결정 방위 정보를 EBSD 해석 장치에 부속의 소프트웨어 「OIM Analysis(등록 상표)」에 탑재된 「Inverse Pole Figure Map」 및 「Axis Angle」 기능을 사용하여, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 비율을 산출한다. 이들 기능에서는, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계에 대하여, 임의의 결정 방향을 회전축으로 하여, 특정한 회전각을 지정함으로써, 당해 입계의 합계의 길이를 산출할 수 있다. 측정 영역에 포함되는 모든 결정립에 대하여, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 <011> 방향을 회전축으로 하여 지정하고, 회전각으로서 57° 내지 63°, 49° 내지 56°, 4° 내지 12°, 64° 내지 72°를 입력하고, 이들 입계의 합계의 길이를 산출하여, 64° 내지 72°의 입계의 비율을 구하면 된다.
「부착량이 10g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상 25질량％ 이하이고, 잔부가 Zn 및 불순물로 이루어지는 도금층」
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판의 표면에, 부착량이 10g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상 25질량％ 이하이고, 잔부가 Zn 및 불순물로 이루어지는 도금층을 갖는다.
부착량이 10g/㎡ 미만, 또는 도금층 중의 Ni 함유량이 10질량％ 미만이면, 강판의 표층 영역에 농화되는 Ni양이 적어져, 핫 스탬프 후의 표층 영역에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 없다. 한편, 부착량이 90g/㎡를 초과하는 경우, 또는 도금층 중의 Ni 함유량이 25질량％를 초과하는 경우, 도금층과 강판의 계면에 있어서 Ni이 과잉으로 농화되어, 도금층과 강판의 밀착성이 저하되고, 도금층 중의 Ni이 강판의 표층 영역에 확산되기 어려워져, 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 없다.
도금층의 부착량은, 30g/㎡ 이상 또는 40g/㎡ 이상이 바람직하다. 또한, 도금층의 부착량은, 70g/㎡ 이하 또는 60g/㎡ 이하가 바람직하다. 도금층 중의 Ni 함유량은, 12질량％ 이상 또는 14질량％ 이상이 바람직하다. 또한, 도금층 중의 Ni 함유량은, 20질량％ 이하 또는 18질량％ 이하가 바람직하다.
핫 스탬프 성형체의 도금 부착량 및 도금층 중의 Ni 함유량은, 이하의 방법에 의해 측정한다.
도금 부착량은, JIS H 0401:2013에 기재된 시험 방법에 따라, 핫 스탬프 성형체의 임의의 위치로부터 시험편을 채취하여 측정한다. 도금층 중의 Ni 함유량은, 핫 스탬프 성형체의 임의의 위치로부터, JIS K 0150:2009에 기재된 시험 방법에 따라, 시험편을 채취하고, 도금층의 전체 두께의 1/2 위치의 Ni 함유량을 측정함으로써, 핫 스탬프 성형체에 있어서의 도금층의 Ni 함유량을 얻는다.
이어서, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체에 적용되는 핫 스탬프용 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
<핫 스탬프용 강판의 제조 방법>
「조압연」
열간 압연에 제공하는 강편(강재)은, 통상의 방법으로 제조한 강편이면 되고, 예를 들어 연속 주조 슬래브, 박 슬래브 캐스터 등의 일반적인 방법으로 제조한 강편이면 된다. 전술한 화학 조성을 갖는 강재를 열간 압연에 제공하고, 열간 압연 공정에 있어서, 1050℃ 이상의 온도역에 있어서 40％ 이상의 누적 압하율로 조압연을 행하는 것이 바람직하다. 1050℃ 미만의 온도에서 압연한 경우, 또는 40％ 미만의 누적 압하율로 조압연을 종료한 경우에는, 오스테나이트의 재결정이 촉진되지 않아, 다음의 공정에 있어서 과잉으로 전위를 포함한 채 베이닉트 페라이트에 대한 변태가 일어나 버려, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역에 있어서, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내에 있어서, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립의 비율을 면적％로 80％ 이상으로 할 수 없다.
「마무리 압연」
이어서, A3점 이상의 온도역에 있어서 5％ 이상 20％ 미만의 최종 압하율로 마무리 압연을 행하는 것이 바람직하다. A3점 미만의 온도에서 압연한 경우, 또는 20％ 이상의 최종 압하율로 마무리 압연을 종료한 경우, 오스테나이트에 과잉으로 전위가 포함된 채 베이닉트 페라이트에 대한 변태가 일어나 버려, 베이닉트 페라이트의 평균 결정 방위차가 지나치게 커져, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립이 생성되지 않게 된다. 또한, 5％ 미만의 최종 압하율로 마무리 압연을 종료하면, 오스테나이트 중에 도입되는 전위가 적어져, 오스테나이트로 베이닉트 페라이트에 대한 변태가 지연되고, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역에 있어서, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내에 있어서, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립의 비율을 면적％로 80％ 이상으로 할 수 없다. A3점은 하기 식(1)에 의해 표시된다.
Figure 112021131269290-pct00001
또한, 상기 식(1) 중의 원소 기호는, 당해 원소의 질량％에서의 함유량을 나타내고, 함유하지 않는 경우는 0을 대입한다.
「냉각」
마무리 압연 종료 후에는 0.5초 이내에 냉각을 개시하고, 또한 650℃ 이하의 온도역까지의 평균 냉각 속도를 30℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다. 마무리 압연 종료 후, 냉각 개시까지의 시간이 0.5초를 초과하는 경우, 또는 650℃ 이하의 온도역까지의 평균 냉각 속도가 30℃/s 미만인 경우, 오스테나이트에 도입된 전위가 회복되어 버려, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역에 있어서, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립의 비율을 면적％로 80％ 이상으로 할 수 없다.
650℃ 이하의 온도역까지 냉각한 후, 550℃ 이상 650℃ 미만의 온도역을 1℃/s 이상 10℃/s 미만의 평균 냉각 속도로 완냉각하는 것이 바람직하다. 650℃ 이상의 온도역에서 완냉각을 행하면, 오스테나이트로부터 페라이트로의 상변태가 일어나 버려, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 없다. 550℃ 미만의 온도역에서 완냉각을 행하면, 변태 전의 오스테나이트의 항복 강도가 높기 때문에, 변태 응력을 완화하기 위해, 베이닉트 페라이트에 있어서 결정 방위차가 큰 결정립이 인접하여 생성되기 쉬워진다. 그 때문에, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내에 있어서, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립이 생성되지 않게 된다. 상기 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도가 1℃/s 미만이면, 베이닉트 페라이트에 함유되어 있는 C가 아립계에 편석되어 버려, 핫 스탬프의 가열 공정에 있어서, 도금층 중의 Ni이 강판 표층으로 확산될 수 없게 된다. 상기 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도가 10℃/s 이상이면, 베이닉트 페라이트의 입계 근방에 있어서 전위의 회복이 일어나지 않아, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내에 있어서, 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립이 생성되지 않게 된다. 상기 온도역에 있어서의 평균 냉각 속도는, 5℃/s 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다.
550℃까지 완냉각을 행한 후, 550℃ 이하의 온도역을 40℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 냉각하는 것이 바람직하다. 40℃/s 미만의 평균 냉각 속도로 냉각하면, 베이닉트 페라이트에 함유되어 있는 C가 아립계에 편석되어 버려, 핫 스탬프의 가열 공정에 있어서, 도금층 중의 Ni이 강판 표층에 확산될 수 없게 된다. 상기 냉각은, 350 내지 500℃의 온도역까지 행하면 된다.
「도금 부여」
상기 열간 압연 강판을 그대로, 혹은 연질화 열처리를 실시한 후, 혹은 냉간 압연을 실시한 후, 부착량이 10g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상 25질량％ 이하이고, 잔부가 Zn 및 불순물로 이루어지는 포함하는 도금층을 형성한다. 이로써, 핫 스탬프용 강판을 얻는다. 핫 스탬프용 강판의 제조에 있어서는, 도금 부여 전에, 기타, 산세, 조질 압연 등, 공지의 제법을 포함해도 된다. 도금 부여 전에 냉간 압연을 행하는 경우, 냉간 압연에 있어서의 누적 압하율은 특별히 한정되지는 않지만, 강판의 형상 안정성의 관점에서, 30 내지 70％로 하는 것이 바람직하다.
또한, 도금 부여 전의 연질화 어닐링에서는, 강판 표층의 마이크로 조직을 보호하는 관점에서, 가열 온도를 760℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 760℃ 초과의 온도에서 템퍼링을 실시하면, 표층 영역에 있어서, 평균 결정 방위차가 5° 이상인 입계로 둘러싸인 결정립 내의 평균 결정 방위차가 0.4° 이상 3.0° 이하인 결정립의 면적％를 80％ 이상으로 할 수 없어, 결과적으로 원하는 금속 조직을 갖는 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 없다. 그 때문에, C 함유량이 높은 등의 이유에 의해 도금 부여 전에 템퍼링을 실시하는 것이 필요한 경우는, 760℃ 이하의 온도에서 연화 어닐링을 실시한다.
<핫 스탬프 성형체의 제조 방법>
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 상기 핫 스탬프용 강판에 대하여, 500℃ 이상, A3점 이하의 온도역을 100℃/s 미만의 평균 가열 속도로 가열한 후, 가열 개시부터 성형까지의 경과 시간이 200 내지 400초로 되도록 핫 스탬프 성형하여, 성형체를, 실온까지 냉각함으로써 제조한다.
또한, 핫 스탬프 성형체의 강도를 조정하기 위해, 핫 스탬프 성형체의 일부 영역 또는 모든 영역을 200℃ 이상 500℃ 이하의 온도에서 템퍼링함으로써, 연화 영역을 형성해도 된다.
500℃ 이상, A3점 이하의 온도역을 100℃/s 미만의 평균 가열 속도로 가열한 경우, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 비율을 35％ 이상으로 제어할 수 있다. 이로써, 핫 스탬프 성형체의 인성을 높일 수 있다. 상기 온도역에 있어서의 평균 가열 속도는, 바람직하게는 80℃/s 미만이다. 하한은 특별히 정하지 않지만, 실제 조업에 있어서, 0.01℃/s 미만으로 하는 것은 제조 비용의 증가를 야기하기 때문에, 0.01℃/s를 하한으로 해도 된다.
또한, 가열 개시부터 성형(핫 스탬프 성형)까지의 경과 시간은 200 내지 400초로 하는 것이 바람직하다. 가열 개시부터 성형까지의 경과 시간이 200초 미만 또는 400초 초과이면, 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 없는 경우가 있다.
핫 스탬프 시의 유지 온도는, A3점＋10℃ 이상 A3점＋150℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 핫 스탬프 후의 평균 냉각 속도는 10℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다.
실시예
이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이고, 본 발명은, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
표 1 내지 4에 나타내는 화학 조성의 용강을 주조하여 제조한 강편에, 표 5, 7, 9 및 11에 나타내는 조건에서 열간 압연, 냉간 압연, 도금을 실시하고, 표 6, 8, 10 및 12에 나타내는 핫 스탬프용 강판을 얻었다. 얻어진 핫 스탬프용 강판에, 표 13, 15, 17 및 19에 나타내는 열처리를 실시하여, 핫 스탬프 성형을 행함으로써, 핫 스탬프 성형체를 얻었다. 또한, 일부의 핫 스탬프 성형체에 대해서는, 핫 스탬프 성형체의 일부분을 레이저 조사하여 템퍼링함으로써, 부분 연화 영역을 형성했다. 레이저 조사에 의한 템퍼링의 온도는 200℃ 이상 500℃ 이하로 했다.
표 14, 16, 18 및 20에, 얻어진 핫 스탬프 성형체의 마이크로 조직 및 기계 특성을 나타낸다. 또한, 표 중의 밑줄은, 본 발명의 범위 외인 것, 바람직한 제조 조건을 벗어나는 것, 특성값이 바람직하지 않은 것을 나타낸다.
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핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체의 마이크로 조직의 측정은, 상술한 측정 방법에 의해 행하였다. 또한, 핫 스탬프 성형체의 기계 특성은, 이하의 방법에 의해 평가했다.
「인장 강도」
핫 스탬프 성형체의 인장 강도는, 핫 스탬프 성형체의 임의의 위치로부터 JIS Z 2201:2011에 기재된 5호 시험편을 제작하여, JIS Z 2241:2011에 기재된 시험 방법에 따라 구했다.
「인성」
인성은, －60℃에서의 샤르피 충격 시험에 의해 평가했다. 핫 스탬프 성형체의 임의의 위치로부터 서브 사이즈의 샤르피 충격 시험편을 채취하고, JIS Z 2242:2005에 기재된 시험 방법에 따라 －60℃에 있어서의 충격값을 구함으로써, 인성을 평가했다.
인장 강도가 1500㎫ 이상이고, 또한 －60℃에서의 충격값이 20J/㎠ 이상인 경우를, 강도 및 인성이 우수하다고 하여, 발명예라고 판단했다. 상기 2개의 성능 중, 어느 하나라도 만족되지 않는 경우는, 비교예라고 판단했다.
또한, 표 14, 16, 18 및 20의 발명예에 있어서, 잔부 조직은 잔류 오스테나이트, 페라이트, 펄라이트, 그래뉼라 베이타이트 및 상부 베이나이트의 1종 이상이었다.
표 14, 16, 18 및 20을 보면, 화학 조성, 도금 조성 및 마이크로 조직이 본 발명의 범위 내인 핫 스탬프 성형체는, 우수한 강도 및 인성을 갖는 것을 알 수 있다.
한편, 화학 조성 및 마이크로 조직 중 어느 하나 이상이 본 발명을 벗어나는 핫 스탬프 성형체는, 강도 및 인성 중 하나 이상이 떨어지는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 고강도이면서, 종래보다도 우수한 인성을 갖는 핫 스탬프 성형체를 제공할 수 있다.

Claims (2)

  1. 화학 조성이, 질량％로,
    C: 0.15％ 이상 0.70％ 미만,
    Si: 0.005％ 이상 0.250％ 이하,
    Mn: 0.30％ 이상 3.00％ 이하,
    sol.Al: 0.0002％ 이상 0.500％ 이하,
    P: 0.100％ 이하,
    S: 0.1000％ 이하,
    N: 0.0100％ 이하,
    Nb: 0％ 이상 0.150％ 이하,
    Ti: 0％ 이상 0.150％ 이하,
    Mo: 0％ 이상 1.000％ 이하,
    Cr: 0％ 이상 1.000％ 이하,
    B: 0％ 이상 0.0100％ 이하,
    Ca: 0％ 이상 0.010％ 이하 및
    REM: 0％ 이상 0.30％ 이하
    를 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강판과,
    상기 강판의 표면에, 부착량이 10g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상 25질량％ 이하이고, 잔부가 Zn 및 불순물로 이루어지는 도금층을 갖고,
    상기 강판의 상기 표면에서 상기 표면으로부터 깊이 50㎛ 위치의 영역인 표층 영역에 있어서, 금속 조직이 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 이상을 주상으로 하고, 체심 구조의 상을 갖는 결정립의 입계 중 <011> 방향을 회전축으로 하여 회전각이 57° 내지 63°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 49° 내지 56°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 4° 내지 12°로 되는 입계의 길이와, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 입계의 길이의 합계의 길이에 대하여, 회전각이 64° 내지 72°로 되는 상기 입계의 길이의 비율이 35％ 이상인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Nb: 0.010％ 이상 0.150％ 이하,
    Ti: 0.010％ 이상 0.150％ 이하,
    Mo: 0.005％ 이상 1.000％ 이하,
    Cr: 0.005％ 이상 1.000％ 이하,
    B: 0.0005％ 이상 0.0100％ 이하,
    Ca: 0.0005％ 이상 0.010％ 이하 및
    REM: 0.0005％ 이상 0.30％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.
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