KR102606157B1 - 핫 스탬프용 강판 - Google Patents

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KR102606157B1
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유리 도다
가즈오 히키다
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명에 따른 핫 스탬프용 강판은, 소정의 화학 조성을 갖는 모재 강판의 표면에, 부착량이 10g/㎡ 이상, 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상, 25질량％ 이하이며, 잔부가 Zn 및 불순물을 포함하는 도금층을 갖고, 표층 영역에 있어서, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립을 면적％로 15.0％ 이상 포함하며, 또한, 평균 전위 밀도가 4×1015m/㎥ 이상이다.

Description

핫 스탬프용 강판
본 발명은, 핫 스탬프용 강판에 관한 것이다. 본원은, 2019년 5월 31일에, 일본에서 출원된 일본 특허 출원 제2019-101986호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
근년, 환경보호 및 자원 절약화의 관점에서 자동차 차체의 경량화가 요구되고 있으며, 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 부재로의 성형성이 과제로 된다. 이와 같은 과제를 해결하기 위해서, 강판이 연질화하는 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 성형성과 자동차 부재의 강도 확보를 양립하는 기술로서 주목받고 있다.
그러나, 핫 스탬프에 의해 제조된 종래의 핫 스탬프 성형체는, 판 두께 방향의 전역이 경질 조직(주로 마르텐사이트)으로 형성되어 있기 때문에, 변형능이 부족하다. 자동차용 부재에 있어서 더욱 우수한 충돌 특성을 얻기 위해서는, 충격 에너지의 흡수능을 높일 필요가 있다. 충돌 시의 변형 모드를 고려하면, 변형능 중에서도 특히 굽힘성을 높이는 것이 필요하다. 또한, 강판의 전위 밀도가 높아지면, 수소 취화 감수성이 높아지고, 근소한 수소량으로 수소 취화 균열이 발생하게 되기 때문에, 종래의 핫 스탬프 성형체에서는, 내수소 취화 특성의 향상이 큰 과제로 되는 경우가 있다. 즉, 자동차용 부재에 적용되는 핫 스탬프 성형체는 (핫 스탬프용 강판으로서는 핫 스탬프한 후에), 굽힘성 및 내수소 취화 특성 중 적어도 한쪽이 우수한 것이 바람직하다.
특허문헌 1에는, 열간 압연 공정에서의 마무리 압연으로부터 권취까지의 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 압연으로부터 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 ZnO와 강판과의 계면이나 ZnO와 Zn계 도금층과의 계면에 생성되는 공극을 저감시켜서, 천공 내식성 등을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같은 기술에서는, 충분한 강도 및 굽힘성 또는 내수소 취화 특성을 얻지 못하는 경우가 있다.
국제 공개 제2016/132545호 일본 특허 공개 제2012-172203호 공보 일본 특허 제5861766호 공보
T. Ungar 외 3명, Journal of Applied Crystallography, 1999년, 제32권, 제992페이지∼제1002페이지
본 발명은, 종래 기술의 과제를 감안하여, 핫 스탬프 후에, 우수한 강도를 갖고, 또한 굽힘성 또는 내수소 취화 특성에도 우수한 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있는, 핫 스탬프용 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하는 방법에 대하여 예의 검토한 결과, 이하의 지견을 얻었다.
본 발명자들은, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성에 대하여 검토하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의, 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역의 금속 조직이, 면적％로, 80.0％ 이상인 마르텐사이트 및 8.0％ 이상인 잔류오스테나이트를 포함하며, 또한 표층 영역의 Ni 농도가 8질량％ 이상이면 핫 스탬프 성형체의 굽힘성이 향상되는 것을 지견하였다.
또한, 본 발명자들은, 핫 스탬프 성형체의 내수소 취화 특성에 대하여 검토하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의 표층 영역의 금속 조직이, 마르텐사이트를 면적％로 90.0％ 이상 포함하며, 또한 표층 영역의 구 오스테나이트 입계의 Ni 농도가 5.5질량％ 이상이면, 핫 스탬프 성형체의 내수소 취화 특성이 향상되는 것을 지견하였다.
또한 본 발명자들은, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의 표층 영역에 있어서 상술한 금속 조직을 얻기 위해서는, 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 강판의 표층 영역에 있어서, 평균 전위 밀도를 4×1015m/㎥ 이상으로 하고, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종 이상의 결정립 비율을 면적％로 15.0％ 이상으로 하고, 또한 소정의 조건에서 핫 스탬프를 실시하는 것이 필요함을 지견하였다.
본 발명은 상기의 지견에 기초하여, 검토를 더욱 진행하여 이루어진 것으로서, 그 요지는 이하와 같다.
[1] 본 발명의 일 형태에 따른 핫 스탬프용 강판은, 화학 성분으로서, 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, 0.0100％ 이하 및
REM: 0％ 이상, 0.30％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하는 모재 강판과,
상기 모재 강판의 표면에, 편면당 부착량이 10g/㎡ 이상, 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상, 25질량％ 이하이며, 잔부가 Zn 및 불순물을 포함하는 도금층을 갖고,
상기 모재 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역의 금속 조직이, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종 이상의 결정립을 면적％로 15.0％ 이상 포함하고,
상기 표층 영역의 평균 전위 밀도가 4×1015m/㎥ 이상이다.
[2] 상기 [1]에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 상기 모재 강판에, 화학 성분으로서, 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, 0.0100％ 이하 및
REM: 0.0005％ 이상, 0.30％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
본 발명에 따른 상기 양태에 의하면, 강도 및 굽힘성 또는 내수소 취화 특성이 우수한 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있는, 핫 스탬프용 강판을 제공할 수 있다.
도 1은 구 오스테나이트 입계의 Ni 농도의 측정에 사용하는 시험편을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예의 내수소 취화 특성의 평가에 사용한 시험편을 나타내는 도면이다.
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판은, 모재 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역에 있어서, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립을 면적％로 15.0％ 이상 포함하며, 또한 평균 전위 밀도가 4×1015m/㎥인 것을 특징으로 한다. 이 특징을 가짐으로써, 핫 스탬프용 강판이 소정의 조건에서 핫 스탬프된 경우에, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판, 다시 말해, 핫 스탬프 후의 모재 강판의 표층 영역에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 있고, 강도 및 굽힘성 또는 내수소 취화 특성이 우수한 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 「우수한 강도를 갖는다」라고 함은, 인장(최대) 강도가 1500MPa 이상인 것을 말한다.
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 사용하여 제조된, 우수한 강도 및 굽힘성을 갖는 핫 스탬프 성형체(이하, 제1 적용예라고 기재하는 경우가 있음)는, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판의 표층 영역의 금속 조직이, 면적％로, 80.0％ 이상인 마르텐사이트 및 8.0％ 이상인 잔류오스테나이트를 포함하며, 또한 표층 영역의 Ni 농도가 8질량％ 이상인 것을 특징으로 한다.
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 사용하여 제조된, 우수한 강도 및 내수소 취화 특성을 갖는 핫 스탬프 성형체(이하, 제2 적용예라고 기재하는 경우가 있음)는, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판의 표층 영역의 금속 조직이, 마르텐사이트를 면적％로 90.0％ 이상 포함하며, 또한 표층 영역의 구 오스테나이트 입계의 Ni 농도가 5.5질량％ 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명자들은 예의 검토한 결과, 이하의 방법에 의해 상기 금속 조직을 갖는 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체가 얻어짐을 지견하였다.
제1 단계로서, 열간 압연 공정에 있어서, 마무리 압연 종료 후, 5초 이내에, 모재 강판 표면에 있어서의 평균 냉각 속도가 80℃/s 이상이 되도록 냉각을 개시하고, 500℃ 미만의 온도역까지 냉각해서 열연 강판을 권취한다. 권취한 후의 열연 코일에 대해서도 실온(40℃ 정도 이하)이 될 때까지 수랭을 계속한다. 이와 같이, 종래 기술보다도 평균 냉각 속도를 빠르게 하고, 또한 권취 온도를 낮게 함으로써, 탄화물의 생성, 페라이트 변태 및 베이나이트 변태를 억제할 수 있다. 이에 의해, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역의 금속 조직에 있어서, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립의 비율을 면적％로 15.0％ 이상으로 하고, 또한 표층 영역의 평균 전위 밀도를 4×1015m/㎥ 이상으로 할 수 있다.
제2 단계로서, 10 내지 25질량％의 Ni를 포함하는 Zn계 도금층을, 편면당 부착량이 10 내지 90g/㎡가 되도록 모재 강판 표면에 형성시켜서, 핫 스탬프용 강판으로 한다.
제3 단계로서, 핫 스탬프 전의 가열의 평균 가열 속도를 제어함으로써, 모재 강판 표면에 배치된 도금층 중의 Ni를 모재 강판의 표층 영역에 확산시킨다.
일반적으로, 0.15질량％ 이상의 C를 포함하고, 금속 조직이 마르텐사이트를 포함하며, 또한 템퍼링이 실시되지 않은 고전위 밀도의 열연 강판에서는, 연성, 인성 및 내수소 취화 특성이 현저하게 열화된다. 또한, 권취 후에 냉간 압연을 실시하는 경우, 상기와 같은 열연 강판은 연성이 좋지 않기 때문에, 균열이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 상기와 같은 열연 강판은, 열간 압연 후, 후속 공정으로 가기 전에 템퍼링이 실시되는 것이 일반적이다. 열연 강판의 굽힘성 및 내수소 취화 특성을 향상시키기 위해서는, 표층 영역의 연성을 향상시키는 것이 중요하기 때문에, 상기와 같은 강판은 표층 영역을 연화시키는 처리(예를 들어 표층 탈탄 처리 등)를 실시하는 경우도 있다.
또한, 일반적으로, 0.15질량％ 이상의 C를 포함하는 강판에 핫 스탬프를 실시하면, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성 또는 내수소 취화 특성이 좋지 않은 경우가 있다.
그러나, 본 실시 형태에서는, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역의 금속 조직을 바람직한 상태로 하고, 핫 스탬프 전의 가열에 의해 모재 강판 표면에 배치된 도금층 중의 Ni를 모재 강판의 표층 영역에 확산시킴으로써, 핫 스탬프 후에 템퍼링을 실시하지 않아도, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성 또는 내수소 취화 특성을 향상시킬 수 있다.
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판의 표층 영역의 금속 조직은, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립을 면적％로 15.0％ 이상 포함한다. 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 결정립 내부는 전위 밀도가 높고, 또한 이들 결정립은 결정 입경이 작다. 그 때문에, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판은, 핫 스탬프 전의 가열에 의해, 도금층에 포함되는 Ni가 모재 강판의 표층 영역의 결정립계 및 전위를 경로로 하여, 표층 영역에 확산하기 쉽다. Ni는 오스테나이트 안정화 원소이기 때문에, 모재 강판의 표층 영역에 도금층 중의 Ni가 확산하여, 모재 강판의 표층 영역의 Ni 농도가 높아지면, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의 표층 영역에 잔류오스테나이트가 잔존하기 쉬워진다. 핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의 표층 영역에, C뿐만 아니라 Ni를 사용하여 소정량의 잔류오스테나이트를 잔존시킴으로써, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 향상시킬 수 있다. 본 발명자들은, 모재 강판의 표층 영역에 Ni를 확산시켜서, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의 표층 영역에 원하는 양의 잔류오스테나이트를 잔존시키기 위해서는, 핫 스탬프 전의 가열의 평균 가열 속도를 100℃/s 미만으로 할 필요가 있음을 지견하였다. 핫 스탬프 전의 가열의 평균 가열 속도를 100℃/s 미만으로 함으로써, 모재 강판의 표층 영역에 있어서의 결정립계뿐만 아니라, 전위까지도 경로로 하여 Ni가 확산하고, 표층 영역에 균일하게 Ni를 확산시킬 수 있다.
또한, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 구 오스테나이트 입계는, C 등의 입계 편석 원소나 석출물이 적기 때문에, Ni가 확산하기 쉽다. 그 때문에, 핫 스탬프 전의 가열의 평균 가열 속도를 빠르게 한 경우, 구 오스테나이트 입계에 우선적으로 Ni를 확산시킬 수 있다. 본 발명자들은, 핫 스탬프전의 평균 가열 속도를 100℃/s 이상, 200℃/s 미만으로 하고, 모재 강판의 표층 영역의 구 오스테나이트 입계에 우선적으로 Ni를 확산시킴으로써, 이 구 오스테나이트 입계가 수소 침입에 대한 장해로 되어, 핫 스탬프 성형체의 내수소 취화 특성을 향상시킬 수 있음을 지견하였다.
이하, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다. 우선, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 구성하는 모재 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 따른 핫 스탬프용 강판을 구성하는 모재 강판은, 화학 성분으로서, 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 및 N: 0.0100％ 이하, 잔부: Fe 및 불순물을 포함한다.
「C: 0.15％ 이상, 0.70％ 미만」
C는, 핫 스탬프 성형체에 있어서 1500MPa 이상의 인장 강도를 얻기 위해서 중요한 원소이다. C 함유량이 0.15％ 미만이면, 마르텐사이트가 유연해져서, 1500MPa 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란하다. 또한, C 함유량이 0.15％ 미만이면, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트 면적률이 작아진다. 그 때문에, C 함유량은 0.15％ 이상으로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.20％ 이상이며, 보다 바람직하게는 0.30％ 이상이다. 한편, C 함유량이 0.70％ 이상이면, 조대한 탄화물이 생성되어 파괴가 일어나기 쉬워져서, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성 및 내수소 취화 특성이 저하된다. 그 때문에, C 함유량은 0.70％ 미만으로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.50％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.45％ 이하이다.
「Si: 0.005％ 이상, 0.250％ 이하」
Si는, ??칭성을 확보하기 위해서 함유시키는 원소이다. Si 함유량이 0.005％ 미만이면 상기 효과를 얻지 못하고, 핫 스탬프용 강판에 있어서, 전위 밀도가 저하되는 경우 및 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트를 얻지 못하게 되는 경우가 있어, 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 금속 조직을 얻지 못하게 된다. 그 때문에, Si 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 0.250％ 초과의 Si를 함유시켜도 상기 효과가 포화되기 때문에, Si 함유량은 0.250％ 이하로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.210％ 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 부족하고 마르텐사이트가 유연해져서, 핫 스탬프 성형체에 있어서 1500MPa 이상의 인장 강도를 얻는 것이 곤란하다. 그 때문에, Mn 함유량은 0.30％ 이상으로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.50％ 이상, 또한 0.70％ 이상이다. 한편, Mn 함유량을 3.00％ 초과로 하면, 강 중에 조대한 개재물이 생성되어 파괴가 일어나기 쉬워져서, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성 및 내수소 취화 특성이 저하되므로, 3.00％를 상한으로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 2.50％ 이하, 또는 2.00％ 이하이다.
「sol.Al(산가용성 Al): 0.0002％ 이상, 0.500％ 이하」
Al은, 용강을 탈산하여 강을 건전화하는(강에 블로우홀 등의 결함이 발생하는 것을 억제하는) 작용을 갖는 원소이다. sol.Al 함유량이 0.0002％ 미만이면, 탈산이 충분히 행해지지 않아 상기 효과를 얻지 못하기 때문에, sol.Al 함유량은 0.0002％ 이상으로 한다. sol.Al 함유량은, 바람직하게는 0.0010％ 이상 또는 0.0020％ 이상이다. 한편, sol.Al 함유량이 0.500％를 초과하면, 강 중에 조대한 산화물이 생성되어, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성 및 내수소 취화 특성이 저하된다. 그 때문에, sol.Al 함유량은 0.500％ 이하로 한다. sol.Al 함유량은, 바람직하게는 0.400％ 이하 또는 0.300％ 이하이다.
「P: 0.100％ 이하」
P는, 입계에 편석하여, 입계의 강도를 저하시키는 원소이다. P 함유량이 0.100％를 초과하면, 입계의 강도가 현저하게 저하되어, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성 및 내수소 취화 특성이 저하된다. 그 때문에, P 함유량은 0.100％ 이하로 한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.050％ 이하이다. P 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않지만, 0.0001％ 미만으로 저감되면, 탈 P 비용이 대폭 상승되어, 경제적으로 바람직하지 않기 때문에, 실제 조업상 0.0001％를 하한으로 해도 된다.
「S: 0.1000％ 이하」
S는, 강 중에 개재물을 형성하는 원소이다. S 함유량이 0.1000％를 초과하면, 강 중에 다량의 개재물이 생성되어, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성 및 내수소 취화 특성이 저하된다. 그 때문에, S 함유량은 0.1000％ 이하로 한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.0050％ 이하이다. S 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않지만, 0.00015％ 미만으로 저감되면, 탈 S 비용이 대폭 상승되어, 경제적으로 바람직하지 않기 때문에, 실제 조업상 0.00015％를 하한으로 해도 된다.
「N: 0.0100％ 이하」
N은, 불순물 원소이며, 강 중에 질화물을 형성하여 핫 스탬프 성형체의 인성 및 내수소 취화 특성을 열화시키는 원소이다. N 함유량이 0.0100％를 초과하면, 강 중에 조대한 질화물이 생성되어, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성 및 내수소 취화 특성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, N 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0075％ 이하이다. N 함유량의 하한은 특별히 한정하지 않지만, 0.0001％ 미만으로 저감되면, 탈 N 비용이 대폭 상승되어, 경제적으로 바람직하지 않기 때문에, 실제 조업상 0.0001％를 하한으로 해도 된다.
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 구성하는 모재 강판의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물이다. 불순물로서는, 강 원료 혹은 스크랩으로부터 및/또는 제강 과정으로 불가피하게 혼입되고, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 핫 스탬프한 후의, 핫 스탬프 성형체의 특성을 저해하지 않는 범위에서 허용되는 원소가 예시된다.
또한, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 구성하는 모재 강판은, 실질적으로 Ni를 함유하지 않고, 그 함유량은 0.005％ 미만이다. Ni는 고가의 원소이기 때문에, 본 실시 형태에서는, Ni를 의도적으로 함유시켜서 Ni 함유량을 0.005％ 이상으로 한 경우에 비하여, 비용을 낮게 억제할 수 있다.
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 구성하는 모재 강판은, 임의 원소로서, 이하의 원소를 함유해도 된다. 이하의 임의 원소를 함유하지 않는 경우의 함유량은 0％이다.
「Nb: 0％ 이상, 0.150％ 이하」
Nb는, 고용 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. Nb를 함유시키는 경우, 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서, Nb 함유량은 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Nb 함유량은, 보다 바람직하게는 0.035％ 이상이다. 한편, 0.150％를 초과해 Nb를 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」
Ti는, 고용 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. Ti를 함유시키는 경우, 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서, Ti 함유량은 0.010％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Ti 함유량은, 바람직하게는 0.020％ 이상이다. 한편, 0.150％를 초과해 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」
Mo는, 고용 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. Mo를 함유시키는 경우, 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서, Mo 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Mo 함유량은, 보다 바람직하게는 0.010％ 이상이다. 한편, 1.000％를 초과해 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 위해서, Cr 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Cr 함유량은, 보다 바람직하게는 0.100％ 이상이다. 한편, 1.000％를 초과해 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％ 이하」
B는, 입계에 편석하여 입계의 강도를 향상시키는 원소이기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. B를 함유시키는 경우, 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서, B 함유량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. B 함유량은, 바람직하게는 0.0010％ 이상이다. 한편, 0.0100％를 초과해 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, B 함유량은 0.0100％ 이하로 하는 것이 바람직하다. B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0075％ 이하이다.
「Ca: 0％ 이상, 0.0100％ 이하」
Ca는, 용강을 탈산하여 강을 건전화하는 작용을 갖는 원소이다. 이 작용을 확실하게 발휘시키기 위해서는, Ca 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 0.0100％를 초과해 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, Ca 함유량은 0.0100％ 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 초과해 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, REM 함유량은 0.30％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 REM은, Sc, Y 및 란타노이드로 이루어지는 합계 17원소를 가리키고, REM의 함유량은 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 이용하여 측정하면 된다. 또한, C 및 S는 연소-적외선 흡수법을 이용하고, N은 불활성 가스 융해-열전도도법을 이용하여 측정하면 된다. 표면의 도금층은 기계 연삭에 의해 제거하고 나서 화학 조성의 분석을 행하면 된다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 구성하는 강판의 금속 조직에 대하여 설명한다.
<핫 스탬프용 강판>
「모재 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역의 금속 조직이, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립을 면적％로 15.0％ 이상 포함하며, 또한 표층 영역의 평균 전위 밀도가 4×1015m/㎥ 이상」
모재 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역의 금속 조직에 있어서, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립의 비율을 면적％로 15.0％ 이상으로 하고, 또한 표층 영역의 평균 전위 밀도를 4×1015m/㎥ 이상으로 함으로써, 핫 스탬프 전의 가열에 의해, 도금층 중의 Ni를 강판의 표층 영역에 확산시킬 수 있다. 표층 영역의 평균 전위 밀도의 상한은, 특별히 제한되지 않고, 예를 들어 5×1017m/㎥ 이하여도 되고, 1×1018m/㎥ 이하여도 된다.
예를 들어, 핫 스탬프 전의 가열의 평균 가열 속도를 100℃/s 미만으로 제어한 경우, 표층 영역 전체에 균일하게 Ni가 확산하고, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의 표층 영역의 잔류오스테나이트 비율을 면적％로 8.0％ 이상으로 할 수 있다. 이에 의해, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 향상시킬 수 있다.
핫 스탬프 전의 가열의 평균 가열 속도를 100℃/s 이상, 200℃/s 미만으로 제어한 경우, 도금층 중의 Ni가 핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의 표층 영역의 구 오스테나이트 입계에 우선적으로 확산한다. Ni가 확산한 구 오스테나이트 입계가 수소 침입에 대한 장해로 되고, 핫 스탬프 성형체의 내수소 취화 특성을 향상시킬 수 있다.
상기 효과를 얻기 위해서, 표층 영역에 있어서의 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립의 비율을 면적％로 15.0％ 이상으로 한다. 이들 결정립의 비율은, 면적％로, 20.0％ 이상이 바람직하다. 후속 공정에서 냉연을 실시할 때의 균열 발생을 억제하는 관점에서, 이들 결정립의 비율을 면적％로 30.0％ 이상으로 해도 된다. 표층 영역의 금속 조직에 있어서의 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립의 비율 상한은, 특별히 제한되지는 않는다. 표층 영역의 금속 조직에 있어서의 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립의 비율은, 예를 들어 면적％로 50％ 이하여도 되고, 90％ 이하여도 된다. 또한, 표층 영역에 있어서의 금속 조직은, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트 이외의 잔부 조직으로서, 페라이트, 상부 베이나이트, 잔류오스테나이트 및 오토템퍼를 받은 마르텐사이트의 1종 또는 2종 이상을 포함해도 된다.
모재 강판 중앙부의 금속 조직은 특별히 한정되지 않지만, 통상은, 페라이트, 상부 베이나이트, 하부 베이나이트, 마르텐사이트, 잔류오스테나이트, 철 탄화물 및 합금 탄화물의 1종 이상이다. 여기서, 모재 강판 중앙부는, 모재 강판의 한쪽 표면으로부터 판 두께 중앙 방향으로 0.2㎜의 위치로부터, 모재 강판의 다른 쪽 표면으로부터 판 두께 중앙 방향으로 0.2㎜의 위치까지의 부분을 말한다.
「오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 결정립의 면적 분율의 측정」
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 구성하는 모재 강판의 표층 영역에 있어서의, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 결정립 면적 분율의 측정 방법에 대하여 설명한다.
우선, 핫 스탬프용 강판의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 임의의 위치로부터, 표면에 수직인 압연 방향 단면(판 두께 단면)이 관찰되도록 샘플을 잘라낸다. 샘플의 크기는, 측정 장치에 따라 다르지만, 압연 방향으로 10㎜ 정도 관찰할 수 있는 크기로 한다. 상기 압연 방향 단면에 대응하는 샘플의 측정면을 #600 내지 #1500의 탄화 규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 당해 측정면을 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 연마하고, 샘플의 표층에 존재하는 변형을 제거한다. 그 후, 니혼덴시(주) 제조의 크로스 섹션 폴리셔를 사용하여, 아르곤 이온빔에 의해 측정면을 스퍼터링한다. 이때, 측정면에 줄무늬 형상의 요철이 발생하는 것을 억제할 목적으로, 니혼덴시(주) 제조의 시료 회전 홀더를 사용하여, 360도 방향에서 측정면으로 아르곤 이온빔을 조사한다.
측정면의 압연 방향의 임의의 위치에 있어서, 길이 50㎛, 도금층과 모재 강판 표면의 계면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역을, 0.1㎛의 측정 간격으로 전자 후방 산란 회절법에 의해 측정하여 결정 방위 정보를 얻는다. 측정에는, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL사 제조 JSM-7001F)과 EBSD 검출기(TSL사 제조 DVC5형 검출기)로 구성된 장치를 사용한다. 이때, 장치 내의 진공도는 9.6×10-5Pa 이하, 가속 전압은 15㎸, 조사 전류 레벨은 13, 전자선의 조사 시간은 0.5초/점으로 한다. 얻어진 결정 방위 정보를 EBSD 해석 장치에 부속된 소프트웨어 「OIM Analysis(등록상표)」에 탑재된 「Grain Average Image Quality」 기능을 이용하여 해석한다. 이 기능에서는, 결정 방위 정보의 선명도를 IQ값으로 하여 수치화할 수 있어, 오토템퍼를 받지 않은 조직을 판별하는 것이 가능하다. 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트는, 결정성이 나쁘기 때문에 IQ값이 작다. 「Grain Average Image Quality」 기능에서 IQ값이 60000 이하로 산출되는 영역이 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 또는 하부 베이나이트라고 정의하고, 그 면적 분율을 산출한다. 상술한 방법에 의해, 표층 영역에 있어서의 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 결정립의 면적％를 얻는다.
「평균 전위 밀도의 측정」
다음으로, 표층 영역의 평균 전위 밀도의 측정 방법에 대하여 설명한다. 평균 전위 밀도는, X선 회절법 혹은 투과형 전자 현미경 관찰에 의해 측정할 수 있지만, 본 실시 형태에서는 X선 회절법을 이용하여 측정한다.
우선, 모재 강판의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 임의의 위치로부터, 샘플을 잘라낸다. 샘플의 크기는, 측정 장치에 따라 다르지만, 한 변이 20㎜인 사각형 정도의 크기로 한다. 증류수 48％, 과산화수소수 48％, 불화수소산 4％의 혼합 용액을 사용하여, 샘플의 표면과 이면을 각각 25㎛씩 두께 감소하여, 합계로 50㎛두께 감소한다. 이에 의해, 두께 감소 전의 샘플 표면으로부터 25㎛의 영역이 노출된다. 이 노출된 표면에 대하여 X선 회절 측정을 행하고, 체심 입방 격자의 복수의 회절 피크를 특정한다. 이들 회절 피크의 반값폭으로부터 평균 전위 밀도를 해석함으로써, 표층 영역의 평균 전위 밀도를 얻는다. 해석법에 대해서는, 비특허문헌 1에 기재된 modified Williamson-Hall법을 이용한다.
「편면당 부착량이 10g/㎡ 이상, 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상, 25질량％ 이하이며, 잔부가 Zn 및 불순물을 포함하는 도금층」
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판은, 핫 스탬프용 강판을 구성하는 모재 강판의 표면에, 편면당 부착량이 10g/㎡ 이상, 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상, 25질량％ 이하이며, 잔부가 Zn 및 불순물을 포함하는 도금층을 갖는다. 이에 의해, 핫 스탬프 전의 가열 시에 표층 영역에 Ni를 확산시킬 수 있다.
도금층의 편면당 부착량이 10g/㎡ 미만 또는 도금층 중의 Ni 함유량이 10질량％ 미만이면, 모재 강판의 표층 영역에 농화되는 Ni양이 적어져서, 핫 스탬프 후의 표층 영역에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 없다. 한편, 편면당 부착량이 90g/㎡를 초과하는 경우 또는 도금층 중의 Ni 함유량이 25질량％를 초과하는 경우, 도금층과 모재 강판의 계면에 있어서 Ni가 과잉으로 농화되어, 도금층과 모재 강판과의 밀착성이 저하되고, 도금층 중의 Ni가 모재 강판의 표층 영역에 확산하기 어려워져서, 핫 스탬프 후의 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 없다.
도금층의 편면당 부착량은, 바람직하게는 30g/㎡ 이상이고, 보다 바람직하게는 40g/㎡ 이상이다. 또한, 도금층의 편면당 부착량은, 바람직하게는 80g/㎡ 이하이고, 보다 바람직하게는 60g/㎡ 이하이다.
핫 스탬프용 강판의 도금 부착량 및 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 0150:2005에 기재된 시험 방법에 따라 시험편을 채취하고, 도금층의 전체 두께의 1/2 위치의 Ni 함유량을 측정함으로써, 핫 스탬프용 강판에 있어서의 도금층의 Ni 함유량을 얻는다.
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판의 판 두께는 특별히 한정하지 않지만, 차체 경량화의 관점에서, 0.5 내지 3.5㎜로 하는 것이 바람직하다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 핫 스탬프한 후의 핫 스탬프 성형체에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 사용하여 제조한, 강도 및 굽힘성이 우수한 핫 스탬프 성형체를 제1 적용예라고 기재하고, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 사용하여 제조한, 강도 및 내수소 취화 특성이 우수한 핫 스탬프 성형체를 제2 적용예라고 기재한다.
<핫 스탬프 성형체>
「제1 적용예」
「모재 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역의 금속 조직이, 면적％로, 80.0％ 이상인 마르텐사이트 및 8.0％ 이상인 잔류오스테나이트를 포함한다」
핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역의 금속 조직이, 면적％로, 80.0％ 이상인 마르텐사이트 및 8.0％ 이상인 잔류오스테나이트를 포함함으로써, 우수한 강도와 굽힘성을 얻을 수 있다. 또한, 표층 영역에 있어서의 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트 이외의 잔부 조직으로서는, 페라이트, 상부 베이나이트 및 하부 베이나이트의 1종 이상을 포함해도 된다.
표층 영역의 금속 조직에 있어서, 마르텐사이트의 비율이 면적％로 80.0％ 미만인 경우, 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 강도를 얻을 수 없어, 자동차용 부재 등에 적용할 수 없다. 마르텐사이트의 비율은, 면적％로 85.0％ 이상이 바람직하다. 마르텐사이트의 비율은, 면적％로, 92.0％ 이하로 해도 된다.
또한, 잔류오스테나이트의 비율이 면적％로 8.0％ 미만이면, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성이 열화된다. 잔류오스테나이트의 비율은, 면적％로 10.0％ 이상이 바람직하다. 상한은 특별히 한정할 필요는 없지만, 더 높은 항복 강도를 얻고자 하는 경우에는, 잔류오스테나이트의 비율은 면적％로 15.0％ 이하로 해도 된다.
다음으로, 표층 영역의 금속 조직의 측정 방법에 대하여 설명한다.
우선, 핫 스탬프 성형체의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 임의의 위치로부터 표면에 수직인 압연 방향 단면(판 두께 단면)이 관찰되도록 샘플을 잘라낸다. 샘플의 크기는, 측정 장치에 따라 다르지만, 압연 방향으로 10㎜ 정도 관찰할 수 있는 크기로 한다. 이와 같은 방법으로 채취한 샘플을 사용하여, 잔류오스테나이트 및 마르텐사이트의 면적 분율을 측정한다.
「잔류오스테나이트의 면적 분율의 측정」
상기 압연 방향 단면에 대응하는 샘플의 측정면을 #600 내지 #1500의 탄화 규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 당해 측정면을 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 연마하고, 샘플의 표층에 존재하는 변형을 제거한다. 샘플의 측정면의 압연 방향의 임의의 위치에 있어서, 길이 50㎛, 모재 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역을, 0.1㎛의 측정 간격으로 전자 후방 산란 회절법에 의해 측정하여 결정 방위 정보를 얻는다. 측정에는, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL사 제조 JSM-7001F)과 EBSD 검출기(TSL사 제조 DVC5형 검출기)로 구성된 장치를 사용한다. 이때, 장치 내의 진공도는 9.6×10-5Pa 이하, 가속 전압은 15㎸, 조사 전류 레벨은 13, 전자선의 조사 시간은 0.01초/점으로 한다. 얻어진 결정 방위 정보를 EBSD 해석 장치에 부속된 소프트웨어 「OIM Analysis(등록상표)」에 탑재된 「Phase Map」 기능을 이용하여, 잔류오스테나이트의 면적 분율을 산출함으로써, 표층 영역에 있어서의 잔류오스테나이트의 면적 분율을 얻는다. 또한, 결정 구조가 fcc 구조인 것을 잔류오스테나이트라고 판단한다.
「마르텐사이트의 면적 분율의 측정」
상기 샘플(잔류오스테나이트의 면적 분율의 측정에 사용한 것과는 다른 샘플)의 측정면을 #600 내지 #1500의 탄화 규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 당해 측정면을 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리하고, 나이탈 에칭을 실시한다. 이어서, 관찰면에 있어서의 모재 강판 표면측의 단부로부터 50㎛ 이내의 영역을 관찰 시야로 하여, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL사 제조 JSM-7001F)을 사용하여 관찰한다. 마르텐사이트의 면적 분율은, 템퍼링 마르텐사이트 및 프레시 마르텐사이트의 면적 분율의 합계로 구할 수 있다. 템퍼링 마르텐사이트는 라스형의 결정립 집합이며, 내부에 철 탄화물의 신장 방향이 2개 이상인 조직으로서 구별한다. 프레시 마르텐사이트는 나이탈 에칭으로는 충분히 에칭되지 않기 때문에, 에칭되는 다른 조직과는 구별이 가능하다. 단, 잔류오스테나이트도 프레시 마르텐사이트와 마찬가지로 충분히 에칭되지 않기 때문에, 나이탈 에칭으로 에칭되지 않은 조직의 면적 분율과 상술에서 산출한 잔류오스테나이트의 면적 분율의 차분으로 프레시 마르텐사이트의 면적％를 구한다. 이상의 방법으로 얻은 템퍼링 마르텐사이트 및 프레시 마르텐사이트의 합계 면적％를 산출함으로써, 표층 영역에 있어서의 마르텐사이트의 면적 분율을 얻는다.
「표층 영역에 있어서의 Ni 농도가 8질량％ 이상」
핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의 표층 영역의 Ni 농도는, 8질량％ 이다. 표층 영역의 Ni 농도를 8질량％ 이상으로 함으로써 표층 영역에 있어서의 잔류오스테나이트가 안정화되어, 핫 스탬프 성형체의 잔류오스테나이트량을 증가시킬 수 있다. 그 결과, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 향상시킬 수 있다. 표층 영역에 있어서의 Ni 농도는, 바람직하게는 10질량％ 이상이며, 보다 바람직하게는 12질량％ 이상이다. 또한, 표층 영역에 있어서의 Ni 농도의 상한은 특별히 제한되지 않지만, Ni 농도는, 예를 들어 15질량％ 이하여도 되고, 20질량％ 이하여도 된다.
「표층 영역의 Ni 농도의 측정 방법」
표층 영역에 있어서의 Ni 농도의 측정 방법에 대하여 설명한다.
우선, 핫 스탬프 성형체의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 임의의 위치로부터 샘플을 잘라낸다. 샘플의 크기는, 측정 장치에 따라 다르지만, 한 변이 20㎜인 사각형 정도의 크기로 한다. Ni 농도의 측정은 글로우 방전 발광 분석법으로, 샘플의 표면 10점에 있어서, 모재 강판 표면으로부터 판 두께 방향의 깊이 방향으로 분석을 행하고, 모재 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 25㎛ 깊이의 위치의 Ni 농도를 구하고, 10점의 평균값을 산출한다. 얻어진 평균값을 표층 영역의 Ni 농도라고 정의한다.
「제2 적용예」
「모재 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역의 금속 조직이, 마르텐사이트를 면적％로 90.0％ 이상 포함한다」
모재 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역의 금속 조직에 있어서, 마르텐사이트의 비율이 면적％로 90.0％ 이상이면, 핫 스탬프 성형체에 있어서 우수한 강도 및 내수소 취화 특성을 얻을 수 있다. 마르텐사이트의 비율은, 높으면 높을수록 바람직하다.
표층 영역에 있어서의 마르텐사이트 이외의 잔부 조직으로서, 페라이트, 상부 베이나이트, 하부 베이나이트, 잔류오스테나이트의 1종 이상을 포함해도 된다.
또한, 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역의 금속 조직은, 상술한 방법에 의해 측정한다.
「표층 영역의 구 오스테나이트 입계의 Ni 농도가 5.5질량％ 이상」
표층 영역의 구 오스테나이트 입계에 있어서의 Ni 농도가 5.5 질량％이면, 핫 스탬프 성형체에 있어서 우수한 강도 및 내수소 취화 특성을 얻을 수 있다. Ni 농도는, 바람직하게는 7.0질량％ 이상이다. Ni 농도는 높을수록 바람직하지만, 통상의 실조업에서 12.0질량％ 이상으로 하는 것은 곤란하기 때문에, 12.0질량％가 실질적인 상한이다.
「표층 영역의 구 오스테나이트 입계의 Ni 농도의 측정 방법」
표층 영역의 구 오스테나이트 입계의 Ni 농도의 측정 방법에 대하여 설명한다.
열처리 후의 핫 스탬프 성형체의 중앙부로부터, 도 1에 도시한 치수의 시험편을 제작한다. 시험편 중앙부의 절입은, 와이어 커터를 삽입하고, 절입 바닥의 결합부는 100㎛ 내지 200㎛로 제어한다. 이어서, 시험편을 40％-티오시안산 암모늄 용액에 24 내지 48시간 침지시킨다. 침지 완료 후 0.5시간 이내에 시험편의 표리면에 아연 도금을 실시한다. 아연 도금 후에는 1.5시간 이내에 오제 전자 발광 분광 분석에 제공한다. 오제 전자 발광 분광 분석을 실시하기 위한 장치 종류는 특별히 한정되지는 않는다. 시험편을 분석 장치 내에 세팅하고, 9.6×10-5Pa 이하의 진공에 있어서, 시험편의 절입 부분으로부터 파괴하여, 구 오스테나이트 입계를 노출시킨다. 판 두께 방향의 표층 50㎛의 영역에 있어서 노출된 구 오스테나이트 입계에, 1 내지 30㎸의 가속 전압으로 전자선을 조사하고, 당해 입계에 있어서의 Ni 농도(질량％)를 측정한다. 측정은, 10군데 이상의 구 오스테나이트 입계에 있어서 실시한다. 입계의 오염을 방지하기 위해서, 파괴 후 30분 이내에 측정을 완료한다. 얻어진 Ni 농도(질량％)의 평균값을 산출함으로써, 표층 영역의 구 오스테나이트 입계의 Ni 농도를 얻는다.
「편면당 부착량이 10g/㎡ 이상, 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상, 25질량％ 이하이며, 잔부가 Zn 및 불순물을 포함하는 도금층」
제1 적용예 및 제2 적용예의 핫 스탬프 성형체는, 핫 스탬프 성형체를 구성하는 모재 강판의 표면에, 편면당 부착량이 10g/㎡ 이상, 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상, 25질량％ 이하이며, 잔부가 Zn 및 불순물을 포함하는 도금층을 갖는다.
편면당 부착량이 10g/㎡ 미만 또는 도금층 중의 Ni 함유량이 10질량％ 미만이면, 모재 강판의 표층 영역에 농화되는 Ni양이 적어져서, 핫 스탬프 후의 표층 영역에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 없다. 한편, 편면당 부착량이 90g/㎡를 초과하는 경우 또는 도금층 중의 Ni 함유량이 25질량％를 초과하는 경우, 도금층과 모재 강판의 계면에 있어서 Ni가 과잉으로 농화되어, 도금층과 모재 강판과의 밀착성이 저하되고, 도금층 중의 Ni가 모재 강판의 표층 영역에 확산하기 어려워져서, 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 없다.
도금층의 편면당 부착량은, 바람직하게는 30g/㎡ 이상이고, 보다 바람직하게는 40g/㎡ 이상이다. 또한, 도금층의 편면당 부착량은, 바람직하게는 80g/㎡ 이하이고, 보다 바람직하게는 60g/㎡ 이하이다.
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 0150:2005에 기재된 시험 방법에 따라 시험편을 채취하고, 도금층의 전체 두께의 1/2 위치의 Ni 함유량을 측정함으로써, 핫 스탬프 성형체에 있어서의 도금층의 Ni 함유량을 얻는다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판, 및 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 사용한, 핫 스탬프 성형체의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.
<핫 스탬프용 강판의 제조 방법>
열간 압연에 제공하는 강편(강재)은, 통상의 방법으로 제조한 강편이면 되며, 예를 들어 연속 주조 슬래브, 박 슬래브 캐스터 등의 일반적인 방법으로 제조한 강편이면 된다. 조압연도 일반적인 방법으로 행하면 되며, 특별히 한정하지는 않는다.
「마무리 압연」
마무리 압연의 최종 압하(최종 패스)에서는, A3점 이상의 온도역에서 20％ 미만의 압하율로 마무리 압연을 행할 필요가 있다. 마무리 압연의 최종 압하에 있어서, A3점 미만의 온도에서 압연하거나, 압하율이 20％ 이상이거나 하면, 표층 영역에 있어서 페라이트가 생성되어, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립의 비율을 면적％로 15.0％ 이상으로 할 수 없다. 또한, A3점은 하기 식 (1)에 의해 표시된다.
Figure 112021134805840-pct00001
상기 식 (1) 중, C, N, Mn, Nb, Ti, B, Cr 및 Mo는, 각각의 원소의 함유량(질량％)이다.
「냉각」
마무리 압연 종료 후에는 5초 이내에 평균 냉각 속도가 80℃/s 이상인 냉각을 개시하고, 500℃ 미만의 온도역까지 냉각해서 권취한다. 또한, 권취한 후에도 실온이 될 때까지 수랭을 계속한다. 냉각 개시 시간이 5초를 초과하는 경우, 평균 냉각 속도가 80℃/s 미만인 경우, 또는 권취 개시 온도가 500℃ 초과인 경우, 페라이트, 펄라이트, 상부 베이나이트가 생성도기 쉬워져서, 표층 영역에 있어서, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립의 비율을 면적％로 15.0％ 이상으로 할 수 없다. 이때의 평균 냉각 속도는, 강판의 표면 온도 변화로 산출하는 것으로, 마무리 압연 온도부터 권취 개시 온도에 도달할 때까지의 평균 냉각 속도를 나타낸다.
「도금 부여」
상기 열연 강판을 그대로, 혹은 냉간 압연을 실시한 후, 편면당 부착량이 10g/㎡ 이상, 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상, 25질량％ 이하이며, 잔부가 Zn 및 불순물을 포함하는 도금층을 형성시켜서, 핫 스탬프용 강판을 얻는다. 도금 부여의 전에 냉간 압연을 행하는 경우, 냉간 압연에 있어서의 압하율은 특별히 한정되지 않지만, 강판의 형상 안정성의 관점에서, 40 내지 60％로 하는 것이 바람직하다. 핫 스탬프용 강판의 제조에 있어서는, 도금 부여의 전에, 기타, 산세, 조질압연 등 공지된 제법을 포함해도 된다. 단, Ms점-15℃ 이상의 온도에서 템퍼링을 실시하면, 표층 영역에 있어서, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종의 결정립의 비율을 면적％로 15.0％ 이상으로 할 수 없고, 또한 평균 전위 밀도를 4×1015m/㎥ 이상으로 할 수 없어, 결과적으로 원하는 금속 조직을 갖는 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 없다. 그 때문에, C 함유량이 높은 등의 이유에 의해 도금 부여의 전에 템퍼링을 실시하는 것이 필요한 경우에는, Ms점-15℃ 미만의 온도에서 템퍼링을 실시한다. 또한, Ms점은 하기 식 (2)에 의해 표시된다.
상기 식 (2) 중, C, Mn, Si, Cr, Ni 및 Mo는, 각각의 원소의 함유량(질량％ )이다.
다음으로, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 강판을 사용한, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
<핫 스탬프 성형체의 제조 방법>
핫 스탬프 성형체는, 상술에서 얻어진 핫 스탬프용 강판을, 500℃ 이상, A3점 이하의 온도역을, 제1 적용예에서는 조건 1(100℃/s 미만의 평균 가열 속도)로 가열하고, 제2 적용예에서는 조건 2(100℃/s 이상, 200℃/s 미만의 평균 가열 속도)로 가열한 후, A3점 이상, A3점+150℃ 이하의 온도에서 유지하고, 가열 개시부터 성형 개시까지의 경과 시간이 소정의 시간 내로 되도록 핫 스탬프하고, 실온까지 냉각함으로써 제조한다.
또한, 핫 스탬프 성형체의 강도를 조정하기 위해서, 핫 스탬프 성형체의 일부 영역 또는 모든 영역을 Ms점-15℃ 미만의 온도에서 템퍼링함으로써, 연화 영역을 형성해도 된다.
제1 적용예에서는, 500℃ 이상, A3점 이하의 온도역을 조건 1(100℃/s 미만의 평균 가열 속도)로 가열하고, 또한 가열 개시부터 성형 개시까지의 경과 시간을 240 내지 480초로 함으로써, 표층 영역에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 있다. 이에 의해, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 향상시킬 수 있다. 조건 1에 있어서의 평균 가열 속도는, 바람직하게는 80℃/s 미만이다. 조건 1에 있어서의 평균 가열 속도의 하한은 특별히 한정하지 않지만, 실제 조업에 있어서, 0.01℃/s 미만으로 하는 것은 제조 비용의 증가를 야기한다. 그 때문에, 조건 1에 있어서의 평균 가열 속도는, 0.01℃/s 이상으로 해도 된다. 가열 개시부터 성형 개시까지의 경과 시간은, 280초 이상, 또한 320초 이하로 하는 것이 바람직하다.
제2 적용예에서는, 500℃ 이상, A3점 이하의 온도역을 조건 2(100℃/s 이상, 200℃/s 미만의 평균 가열 속도)로 가열하고, 가열 개시부터 성형 개시까지의 경과 시간을 240초 미만으로 함으로써, 표층 영역에 있어서 원하는 금속 조직을 얻을 수 있다. 이에 의해, 핫 스탬프 성형체에 있어서 우수한 내수소 취화 특성을 얻을 수 있다. 조건 2에 있어서의 평균 가열 속도는, 바람직하게는 120℃/s 이상이다. 핫 스탬프용 강판에 포함되는 탄화물의 용해가 미완료인 채로 오스테나이트로의 변태가 촉진되어, 핫 스탬프 성형체의 내수소 취화 특성의 열화를 야기하기 때문에, 조건 2에 있어서의 평균 가열 속도는, 200℃/s 미만으로 한다. 조건 2에 있어서의 평균 가열 속도는, 바람직하게는 180℃/s 미만이다. 가열 개시부터 성형 개시까지의 경과 시간은, 120초 이상, 또한 180초 이하로 하는 것이 바람직하다.
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
다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
표 1 및 2에 나타내는 화학 조성의 용강을 주조하여 제조한 강편에, 표 3 및 4에 나타내는 조건에서 열간 압연, 냉간 압연, 도금을 실시하여, 표 3 및 4에 나타내는 핫 스탬프용 강판을 얻었다. 얻어진 핫 스탬프용 강판에, 표 5 내지 8에 나타내는 열처리를 실시하여, 핫 스탬프를 행함으로써, 표 5 내지 8에 나타내는 핫 스탬프 성형체를 얻었다. 부분 연화 영역은, 핫 스탬프 성형체의 일부분을 레이저 조사하고, 당해 조사 부분을 Ms-15℃ 미만으로 하여 템퍼링함으로써 형성하였다.
또한, 표 중의 밑줄은, 본 발명의 범위 외인 것, 바람직한 제조 조건을 벗어난 것 또는 특성값이 바람직하지 않은 것을 나타낸다.
Figure 112021134805840-pct00003
Figure 112021134805840-pct00004
Figure 112021134805840-pct00005
Figure 112021134805840-pct00006
Figure 112021134805840-pct00007
Figure 112022021093340-pct00008

핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체의 금속 조직, 평균 전위 밀도 및 Ni 농도(함유량)의 측정은, 상술한 측정 방법에 의해 행하였다. 또한, 핫 스탬프 성형체의 기계 특성은, 이하의 방법에 의해 평가하였다.
「인장 강도」
핫 스탬프 성형체의 인장 강도는, 핫 스탬프 성형체의 임의의 위치로부터 JIS Z 2201:2011에 기재된 5호 시험편을 제작하고, JIS Z 2241:2011에 기재된 시험 방법에 따라서 구하였다. 또한, 인장 강도가 1500MPa 미만인 경우에는 불합격으로 판정하고, 후술하는 시험을 행하지 않았다.
「굽힘성」
핫 스탬프 성형체의 굽힘성은, 독일 자동차공업회에서 규정된 VDA 기준(VDA238-100)에 기초하여, 이하의 방법에 의해 평가하였다. 본 실시예에서는, 굽힘 시험에서 얻어지는 최대 하중 시의 변위를 VDA 기준으로 각도로 변환하고, 최대 굽힘 각도(°)를 구하였다.
시험편 치수: 60㎜(압연 방향)×60㎜(판 폭 방향에 평행한 방향), 또는 30㎜(압연 방향)×60㎜(판 폭 방향에 평행한 방향)
시험편 판 두께: 1.0㎜(표리면을 동량씩 연삭)
굽힘 능선: 판 폭 방향에 평행한 방향
시험 방법: 롤 지지, 펀치 압입
롤 직경: φ30㎜
펀치 형상: 선단 R=0.4㎜
롤간 거리: 2.0×판 두께(㎜)+0.5㎜
압입 속도: 20㎜/분
시험기: SHIMADZU AUTOGRAPH 20kN
상술한 방법에 의해 얻어진 최대 굽힘 각도가 50° 이상인 경우를, 굽힘성이 우수한 것으로 하여 합격으로 판정하고, 50° 미만인 경우를 불합격으로 판정하였다.
「내수소 취화 특성」
핫 스탬프 성형체의 내수소 취화 특성은, 이하의 방법에 의해 평가하였다. 도 2에, 내수소 취화 특성의 평가에 사용한 시험편의 형상을 나타낸다. V 노치를 부여한 도 2의 시험편에 부하 하중을 절결 바닥의 단면적으로 나눠 산출된 공칭 응력으로 1100MPa를 부여한 후, 실온에서, 3질량％ NaCl 수용액에 0.1㎃/c㎡의 전류 밀도로 전해 수소 차지를 48시간 행하는 정하중 시험을 실시하고, 파단의 유무에 따라 판정하였다. 표 중에, 파단이 없는 경우를 합격(OK), 파단이 있는 경우를 불합격(NG)으로 기재하였다. 또한, 도 2에 도시한 R10은, 곡률 반경이 10㎜인 것을 나타낸다.
표 5 및 6에 있어서, 인장 강도가 1500MPa 이상이고, 또한, 굽힘성이 합격 (50° 이상)인 경우를, 강도 및 굽힘성이 우수한 것으로 하여, 발명 강이라고 판단하였다. 상기 2개의 성능 중, 어느 하나라도 만족하지 못한 경우에는, 비교 강이라고 판단하였다.
표 5 및 6을 보면, 핫 스탬프용 강판의 화학 조성, 도금 조성 및 금속 조직이 본 발명의 범위 내이며, 바람직한 조건에서 핫 스탬프 성형된 핫 스탬프 성형체는, 우수한 강도 및 굽힘성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
한편, 핫 스탬프용 강판의 화학 조성 및 금속 조직 중 어느 하나 이상이 본 발명을 벗어나거나, 바람직하지 않은 조건에서 핫 스탬프 성형된 핫 스탬프 성형체는, 강도 및 굽힘성 중 하나 이상이 뒤떨어진다는 것을 알 수 있다.
표 7 및 8에 있어서, 인장 강도가 1500MPa 이상이고, 또한, 내수소 취화 특성이 합격(OK)인 경우를, 강도 및 내수소 취화 특성이 우수한 것으로 하여, 발명 강이라고 판단하였다. 상기 2개의 성능 중, 어느 하나라도 만족하지 못한 경우에는, 비교 강이라고 판단하였다.
표 7 및 8을 보면, 핫 스탬프용 강판의 화학 조성, 도금 조성 및 금속 조직이 본 발명의 범위 내이며, 바람직한 조건에서 핫 스탬프 성형된 핫 스탬프 성형체는, 우수한 강도 및 내수소 취화 특성을 갖는다는 것을 알 수 있다.
한편, 핫 스탬프용 강판의 화학 조성 및 금속 조직 중 어느 하나 이상이 본 발명을 벗어나거나, 바람직하지 않은 조건에서 핫 스탬프 성형된 핫 스탬프 성형체는, 강도 및 내수소 취화 특성 중 하나 이상이 뒤떨어진다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 핫 스탬프 후에, 강도 및 굽힘성 또는 내수소 취화 특성이 우수한 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있는, 핫 스탬프용 강판을 제공할 수 있다.

Claims (2)

  1. 화학 성분으로서, 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, 0.0100％ 이하 및
    REM: 0％ 이상, 0.30％ 이하
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하는 모재 강판과,
    상기 모재 강판의 표면에, 편면당 부착량이 10g/㎡ 이상, 90g/㎡ 이하이고, Ni 함유량이 10질량％ 이상, 25질량％ 이하이며, 잔부가 Zn 및 불순물을 포함하는 도금층을 갖고,
    상기 모재 강판의 표면으로부터 깊이 50㎛까지의 영역인 표층 영역의 금속 조직이, 오토템퍼를 받지 않은 마르텐사이트 및 하부 베이나이트의 1종 또는 2종인 결정립을 면적％로 15.0％ 이상 포함하고,
    상기 표층 영역의 평균 전위 밀도가 4×1015m/㎥ 이상인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프용 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 모재 강판이, 상기 화학 성분으로서, 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, 0.0100％ 이하 및
    REM: 0.0005％ 이상, 0.30％ 이하로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬프용 강판.
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