KR20050121744A

KR20050121744A - 열간 프레스 성형품 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20050121744A
Application number: KR1020057020238A
Authority: KR
Inventors: 유키히로 요시카와; 가즈히토 이마이; 구니히로 후쿠이; 다모츠 도키; ??타로 스도; 아키라 오바야시; 마사노부 이치카와
Original assignee: 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드; 도요타지도샤가부시키가이샤; 도요다 뎃코우 가부시키가이샤
Priority date: 2003-04-23
Filing date: 2004-04-23
Publication date: 2005-12-27
Also published as: EP1630244B1; EP1630244A4; EP1630244B2; DE602004021802D1; WO2004094684A1; EP1630244A1; US20060121305A1; US7399535B2

Abstract

내식성과 도장 밀착성이 개선된 열간 프레스 성형품은, 아연계 도금 강재에 열간 프레스 성형을 행하여 철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층과 그 위에 산화아연층을 구비하고, 최표층의 산화아연층의 평균 두께는 2㎛ 이하이다. 또한, 외관이 양호하고, 내식성, 도장 밀착성, 도장 후 내식성, 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형품은, 베이스 강판(1)의 위에, 본질적으로 철-아연 고용상으로 이루어지는 층(2)을 가지고, 최상층으로서 평균 두께 5㎛ 이하의 산화아연층(3)을 가지고, 실질량의 철-아연 금속간 화합물상을 가지고 있지 않다. 철-아연 고용체층(2)과 산화아연층(3)에 함유되는 Al의 합계량이 0.5g/㎡ 이하 및/또는 Al산화물의 합계량이 Al로서 5㎎/㎡ 이하이다.

Description

열간 프레스 성형품 및 그 제조 방법{HOT PRESS FORMED PRODUCT AND METHOD FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 고강도이고, 또한 도장 후 내식성과 도장 밀착성이 우수한 강재의 열간 프레스 성형품 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 열간 프레스 성형품과 그 제조 방법은, 특히 자동차의 서스펜션이나 보강 부재와 같은, 고강도와 내식성이 요구되는 부품의 제조에 유용하다.

최근, 자동차의 연료 소비율 향상으로 이어지는 경량화를 목적으로 하여, 강판의 고강도화를 도모하여, 사용하는 강판을 경량화하는 노력이 진행되고 있다. 그러나, 강판의 강도가 높아지면, 프레스 성형에 의해 자동차 부품을 제작할 때에, 마모(galling)나 강재의 파탄이 발생하거나, 스프링 백(spring back) 현상 때문에 성형품의 형상이 불안정해지는 것과 같은 문제가 발생한다.

고강도의 부품을 제조하는 기술로서, 고강도의 강판을 프레스 성형하는 것이 아니라, 저강도 상태에서 프레스 성형을 행하고, 프레스 성형 후에 담금질을 행하여 강도를 높이는 방법이 있다. 그 경우, 강판의 강 조성은 담금질이 가능해지도록 선택된다.

다른 기술은, 강판을 가열하여 프레스 성형을 행하는 열간 프레스이다. 열간 프레스에서는, 가열에 의해 강판이 저강도화하므로, 상온에서의 강도가 비교적 높은 강판이라도, 상기 문제를 수반하지 않고 프레스 성형이 가능해지는 경우가 있다.

열간 프레스에 담금질을 조합하여, 부품의 보다 높은 고강도화를 도모하는 것도 가능하다. 즉, 담금질 가능한 강 조성의 강판을 담금질 온도로 가열하고, 그 온도에서 프레스 성형하고, 프레스 금형 내에서, 또는 프레스 성형 후에 급냉하여 담금질을 행한다. 이에 의하여, 담금질 또는 열간 프레스만을 채용하는 경우에 비하여, 보다 고강도의 성형품을 제조하는 것이 가능해진다. 그 때문에, 열간 프레스에서는 담금질을 행하는 것이 보통이다. 담금질을 프레스 금형 내에서 행하면, 프레스 성형 후에 담금질을 위한 열처리를 행하지 않고서, 성형과 담금질을 동시에 달성할 수 있다. 예를 들어, 일본국 특개 2002-102980호 공보를 참조한다.

열간 프레스 성형은, 가열한 강판을 가공하는 성형 방법이기 때문에, 강판의 표면 산화는 피할 수 없다. 가령, 강판을 비산화성 분위기 중에서 가열하였다고 해도, 가열로(加熱爐)로부터 취출하여 프레스하는 동안에, 대기에 접촉하여, 강판 표면에 철산화물이 형성된다. 더구나, 그러한 비산화성 분위기 중에서의 가열은 비용이 높다.

강판 표면에 형성된 철산화물은, 프레스 시에 탈락하여 금형에 부착하여, 생산성을 저해하거나, 프레스 성형된 성형품에 그와 같은 철산화물로 구성되는 피막(이하, 간단히 철산화 피막이라고 한다)이 잔존하여 외관이 불량하게 되는 경우가 있다. 더욱이, 성형품에 이러한 철산화 피막이 잔존하면, 철산화 피막은 성형품 표면과의 밀착성이 떨어지므로, 이 철산화 피막을 제거하지 않고서 다음 공정에서 화성(화학변환) 처리와 도장이 행하여지면, 도장 밀착성에 문제가 생기고, 그 때문에 도장 후 내식성도 저하한다.

그래서, 일본국 특개 2003-2058호 공보의 청구항 6에 기재되어 있는 것과 같이, 열간 프레스한 성형품을 도장하기 전에, 통상적으로는 성형품의 표면을 샌드 블라스트(sandblast) 또는 숏 블라스트(shot blast) 처리에 의해 청정화하여, 표면의 철산화 피막을 제거한다. 그러나, 이러한 블라스트 처리는 번잡하여, 열간 프레스의 생산성을 현저히 저하시킨다. 또한, 성형품에 변형을 발생시킬 우려도 있다.

한편, 강판 표면의 산화에 의한 철산화물의 생성을 억제하고, 성형 후에도 내식성을 부여하기 위해서, 아연계 도금 강판을 열간 프레스하는 기술이 일본국 특개 2001-353548호 및 일본국 특개 2003-73774호 각 공보에, 알루미늄계 도금 강판을 열간 프레스하는 기술이 일본국 특개 2000-38640호 공보에 각각 제안되어 있다.

그러나, 알루미늄 도금 강재를 열간 프레스한 경우, 강재 가열 시에 도금층과 강 모재와의 사이의 상호 확산이 일어나, 도금 계면에 Fe-Al나 Fe-Al-Si의 금속간 화합물이 생성한다. 이 금속간 화합물은, 열간 프레스 온도에서, 도금층보다 경질이기 때문에, 연속 성형 시에 열간 프레스용 도금 금형에 손상을 입히고, 나아가서는 성형품의 외관을 손상시킨다.

또한, 알루미늄 도금 강재의 열간 프레스에서는, 가열 시에 도금 표면에 알루미늄의 산화 피막이 생성된다. 이 알루미늄의 산화 피막은, 철의 산화 피막 정도는 아니지만, 역시 도장 밀착성에 문제를 발생시켜, 자동차 외판, 서스펜션용 부재 등에 요구되는 것과 같은 철저한 도장 밀착성을 반드시 충족시킬 수 있는 것은 아니다. 또한, 도장 기초 처리로서 널리 이용되고 있는 화성 처리 피막을 형성하는 것이 어렵다.

한편, 아연계 도금 강재를 열간 프레스한 경우에도, 도금층과 강 모재의 상호 확산에 의해 철-아연(Fe-Zn) 금속간 화합물이 생성되는 경우가 있다. 이 금속간 화합물도 마찬가지로 경질이기 때문에, 역시 열간 프레스용 금형에 손상을 입히게 된다. 또는, 가열이 불충분하여, 순아연상이 잔존하면, 아연의 융점은 열간 프레스 온도보다 낮기 때문에, 열간 프레스 중에 용융한 아연이 비산하여 금형을 오염시키는 경우도 있다.

일본국 특개 2003-73774호 공보에 제안된 아연계 도금 강판의 열간 프레스 성형에서는, 강판의 아연계 도금층의 표면에 산화아연층을, 예를 들어, 합금화 열 처리와 같은 가열에 의해서, 미리 형성해 놓는다. 이 도금 강판 표면의 산화아연층은, 열간 프레스 성형 중과 또한 그에 앞선 가열 중에 아연계 도금층의 증발을 방지하는 배리어층으로서 기능한다. 그러나, 이 공보는, 열간 프레스에 의해 성형된 성형품에 대해서는, 표면의 산화아연층의 존재 및 효과에 관해서 전혀 언급하지 않고 있다. 배리어층으로서 작용하는 산화 피막(즉, 산화아연층)의 두께가 0.01∼5.0㎛ 정도로 충분하다는 기재는 있지만, 이는, 열간 프레스 시의 아연의 증발을 방지하는 배리어층으로서의 두께, 따라서, 열간 프레스 온도로 가열되기 전의 아연계 도금 강판 표면의 산화아연층의 두께이고, 열간 프레스에 의해 얻어진 성형품의 표면의 산화아연층의 두께가 아니다.

아연계 도금 강판의 열간 프레스 성형품은, 성형 후에 도장하여 부품으로서 사용되는 경우가 많다. 이 도장 부품은, 나강판(bare steel sheet)의 열간 프레스 성형품을 도장한 부품에 비해, 일반적으로 보다 개선된 내식성을 나타낸다.

일본국 특개 2003-73774호 공보의 실시예에서는, 아연계 도금 강판의 열간 프레스 성형품의 도장 후 내식성을 시험하고 있다. 구체적으로는, 염수 분무 시험 480시간에서의 팽창 폭이 4㎜ 미만인 경우를 「도장 후 내식성이 양호하다」고 판단하고 있다.

그러나, 도장 후 내식성에 대한 요구 수준은 해마다 높아지고 있어, 부품의 종류에 따라서는, 상기 판단 기준으로는 불충분해지고 있다. 특히 높은 도장 후 내식성이 요구되는 부품으로는, 자동차의 외장판, 서스펜션 부재 등을 들 수 있다.

따라서, 아연계 도금 강판의 열간 프레스 성형의 기술 분야에서는, 고강도이며, 도장 밀착성이 양호하고, 도장 후 내식성이 더 개선된 성형품을 안정적으로 높은 생산성으로 제조하는 것이 요구되고 있다. 또한, 외관이 양호한, 열간 프레스 성형품은 스폿 용접에 의해 조립 또는 장착이 행하여지는 경우가 많기 때문에, 스폿 용접성이 양호한 것과 요구된다.

도 1은 본 발명의 제2 형태에 관한 열간 프레스 성형품의 표면 근방의 모식도이다.

도 2는 종래 기술의 일반적인 열간 프레스 성형품의 표면 근방의 모식도이다.

본 발명의 제1 형태에서, 고강도이고 또한 도장 후 내식성과 도장 밀착성이 우수한 열간 프레스 성형품은, 강재 표면에 철-아연 고용상(solid solution phase)을 포함하는 아연계 도금층을 1㎛ 이상, 50㎛ 이하의 두께로 가지고, 그 상부에 산화아연층이 실질적으로 존재하지 않거나, 또는 평균 두께가 2㎛ 이하로 존재하는 것을 특징으로 한다. 이 열간 프레스 성형품은, 아연계 도금 강재를 열간 프레스함으로써 얻어진다.

철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층은, 본질적으로 철-아연 고용상만으로 이루어져도 된다. 강판 표면에 존재하는 아연계 도금층 및 산화아연층 중의 총 아연량은, 바람직하게는 10g/㎡ 이상, 90g/㎡ 이하이다.

열간 프레스에서는, 강재, 전형적으로는 강판을 통상적으로는 700∼1000℃로 가열하여 프레스 성형한다. 그 때문에, 아연계 도금 강판을 열간 프레스하여 얻은 성형품의 표면에는, 상당히 두꺼운 아연의 산화 피막(즉, 산화아연층)이 생성되어 있다. 이 열간 프레스 중에 생성한 두꺼운 산화 피막이 도장 후 내식성에 악영향을 미친다는 것이 판명되었다.

또한, 실제의 열간 프레스 작업에서는, 프레스 전의 강판 표면에 작업자의 피지나 땀 등이 부착하는 경우가 있다. 이러한 상태에서 열간 프레스 성형을 행하고, 그 후에 도장을 실시하면, 상기 피지나 땀 등이 부착한 부분의 도장 밀착성이 국부적으로 극단적으로 열화하였다. 이 때, 상기 피지나 땀 등이 부착한 부분의 프레스 성형 후의 산화 피막의 두께는 다른 부분보다 상당히 두꺼워져 있었다.

아연계 도금 강판의 열간 프레스 성형품의 표면에 생성되어 있는 산화아연층을, 숏 블라스트 등의 처리에 의해 완전히 제거하거나, 그 평균 두께를 2㎛ 이하로 함으로써, 열간 프레스 성형품의 도장 밀착성을 안정적으로 개선할 수 있어, 결과적으로 도장 후 내식성도 양호해진다.

상기 제1 형태에 관한 열간 프레스 성형품은, 아연계 도금 강재에 열간 프레스 성형을 행하는 공정과, 그 후, 얻어진 프레스 성형품의 표층의 산화아연층의 평균 두께가 2㎛ 이하가 되도록 해당 산화막층의 일부 또는 전부를 제거하는 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 열간 프레스 성형 공정은, 얻어진 성형품이 철-아연 고용층을 포함하는 아연계 도금층과 그 위에 산화아연층(산화 피막)을 구비하도록 행한다.

산화아연층을 제거하는 공정은 숏 블라스트 및/또는 액체 호닝(honing)에 의한 것이라도 좋다. 숏 블라스트법에 의한 경우, 평균 입경이 100∼500㎛의 강구를 숏 탄으로서 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 형태에서, 고강도이고, 또한 외관이 양호하며, 도장 후 내식성과 도장 밀착성이 우수하고, 또한 용접성도 양호한 열간 프레스 성형품은, 최상층으로서 산화아연층을 가지고, 그 아래에 본질적으로 철-아연 고용상으로 이루어지는 철-아연 고용체층을 가지지만, 실질량의 철-아연 금속간 화합물을 포함하는 층을 가지고 있지 않은 것을 특징으로 한다. 산화아연층은 평균 두께가 5㎛ 이하이다. 철-아연 고용체층은, 바람직하게는 평균 두께가 10∼40㎛이다. 철-아연 고용체층 및 산화아연층에 함유되는 Al의 합계량이 0.5g/㎡ 이하이거나, 혹은 이들 층에 함유되는 Al산화물의 합계량이 Al로서 5㎎/㎡ 이하이다.

상기 제2 형태에 관한 열간 프레스 성형품은, 강재를 소정 온도로 가열하는 가열 공정과, 가열 공정에 이어서 강재를 고온인 채로 프레스 성형하는 프레스 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다. 강재는, (1) Al 함유량이 0.35질량% 이하인 용융 아연 도금 강재 혹은 합금화 용융 아연 도금 강재이거나, 또는 (2) 전기 아연 도금 강재 혹은 도금 중의 Fe 함유량이 20질량% 이하인 Zn-Fe합금 전기 도금 강재이다. 이들 도금 강재의 도금 부착량은, 40g/㎡ 이상, 80g/㎡ 이하이다. 가열 공정에서는, 강재를 산화성 분위기 중에서 실온부터 850℃∼950℃의 온도 범위까지 15℃/초 이하의 평균 속도로 승온한 후, 그 온도 범위에서 30초간 이상 유지하고, 또한 상기 승온 시간과 상기 유지 시간의 합계가 3분 이상, 10분 이하로 한다. 프레스 공정에서는, 700℃∼950℃의 온도 범위에서 강재를 프레스 성형한다.

제2 형태에 관한 열간 프레스 성형품은, 최상층의 산화아연층과 그 아래에 존재하는 본질적으로 철-아연 고용상으로 이루어지는 철-아연 고용체층으로 피복되어 있기 때문에, 내식성이 우수하다. 또한, 표층의 산화아연층은 밀착성이 우수하여, 프레스 성형 시에도 박리하기 어렵고, 경질의 철-아연 금속간 화합물상(化合物相)을 포함하는 층이 존재하지 않기 때문에, 금형의 손상이 일어나기 어렵고, 성형품의 외관이 양호해져, 도장한 경우의 도장 밀착성이나 도장 후 내식성도 우수하다. 또한, 이 프레스 성형품은, 안정적으로 높은 생산성으로 제조할 수 있다.

〈발명의 실시형태의 설명〉

이하에, 강재가 강판인 경우에 관해서, 본 발명을 상술한다. 단, 열간 프레스 성형은, 강판 이외에, 봉재, 선재, 관재 등에 대하여, 예컨대, 굽힘 가공, 드로잉 가공 등에 의해 행하는 것도 가능하다. 따라서, 본 발명에서의 강재는 강판에 한정되는 것이 아니다. 이하의 설명에서 %는, 특별히 지정하지 않는 한, 질량%이다.

제1 형태

본 발명의 제1 형태에 관한 열간 프레스 성형품에서는, 그 강판 표면에 철-아연 고용상이 존재한다. 또한 실질적으로 도금층 전체가 이러한 고용상으로 구성된 것더이라도 좋다.

본 발명에 관해서, 철-아연 고용상이란, 결정 구조가 베이스인 α-Fe와 동일하지만, 격자정수가 크고, 또한 철에 대한 아연의 혼입이 인정되는 상이다. 이 상은, X선 회절 장치와 X선 마이크로 애널라이저(EPMA 또는 XMA라고 불린다) 등의 원소 분석 장치를 병용함으로써 존재를 확인할 수 있다.

아연계 도금 강판을 가열하면, 도금층 중의 아연과 바탕 강판의 철이 상호 확산하여, 먼저 도금층 중에 철-아연 금속간 화합물상이 생성된다. 가열 온도가 높아지는 것 및/또는 가열 시간이 길어지는 것에 의해 상기 상호 확산이 진행되면, 철-아연의 금속간 화합물은 점차 고용체로 변화한다. 그 결과, 최종적으로는 금속간 화합물상이 소실되어, 아연계 도금층은 본질적으로 철-아연 고용상으로 구성되게 된다.

제1 형태에 관한 열간 프레스 성형품의 아연계 도금층은, 금속간 화합물상이 일부 잔류하고 있어도 되지만, 본질적으로 철-아연 고용상으로 구성되는 것이 바람직하다.

철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층은, 경도가 강판에 가깝기 때문에, 열간 프레스 전의 가열 중에 이 철-아연 고용상이 생성되면, 프레스 성형성이 양호해진다.

철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층의 아연 함유량은, 5% 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 10% 이상이다. 도금층의 아연 함유량이 지나치게 낮으면, 도금층의 내식성이 불충분해지고, 따라서 열간 프레스 성형품의 도장 후 내식성이 저하한다.

철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층의 두께는, 1㎛ 이상으로 한다. 이 도금층의 두께가 1㎛ 미만이면 내식성이 충분하지 않다. 또한 지나치게 두꺼우면 용접성이 열화하는 경향이 있으므로, 실용적으로는 상한은 50㎛로 한다. 아연계 도금층의 두께는 바람직하게는 5∼25㎛이다.

전술한 바와 같이, 공업적인 열간 프레스 성형에서 강판 표면의 산화는 불가피하므로, 얻어진 성형품은 철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층의 표면에 아연의 산화 피막, 즉, 산화아연층을 가지는 것이 보통이다. 제1 형태의 열간 프레스 성형품의 제조 방법에 의하면, 후술과 같이, 성형품에 대하여 산화아연층을 제거하는 처리를 행함으로써, 아연계 도금층 위의 산화아연층은, 실질적으로 존재하지 않는 것이 가장 바람직하고, 또는 존재한다고 해도, 평균 두께로서 2㎛이하로 한다. 평균 두께가 2㎛을 넘으면, 산화아연층 자체의 밀착성이 열화하여, 도장 밀착성이 불충분해지고, 도장 후 내식성도 열화하는 경우가 많기 때문이다. 산화아연층의 두께는, 바람직하게는 1㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.5㎛ 이하이다. 산화아연층의 두께는, 성형품 단면의 미크로 관찰(광학현미경 또는 전자현미경)에 의해 측정할 수 있다

단, 산화아연층을 완전히 배제하는 것은 사실상 곤란하다. 열간 프레스 시에 생성한 상층의 산화아연층을 완전하게 제거하더라도, 아연은 이산화성(易酸化性)이고, 대기 중에서는 철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층중의 아연이 산화되기 때문에, 매우 얇은(나노미터 정도의) 산화아연층이 반드시 존재하고 있다. 그러나, 이 정도의 산화아연층이라면, 실질적으로 성능에 문제를 일으키지 않는다. 「산화아연층이 실질적으로 존재하지 않는」 상태란, 이러한 매우 얇은 산화 피막이 존재하는 경우를 포함한다. 산화아연층에는, 산화아연 외에, 아연의 수산화물 등을 포함하는 경우나 도금 중의 성분인 알루미늄 등의 산화물을 포함하는 경우도 있어, 본 발명에서, 산화아연층은, 산화아연 이외의 이들 성분을 포함하는 경우도 포함한다.

이러한 철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층과 산화아연층 중에 함유되는 아연의 총량은, 요구되는 내식성의 레벨에 따라서 결정하면 되지만, 바람직한 범위로는, 10∼90g/㎡이다. 아연 총량이 10g/㎡ 미만이면, 내식성이 불충분해지고, 반대로 90g/㎡를 넘으면 용접성이 열화한다. 아연 총량은 보다 바람직하게는 45∼70g/㎡이다. 부착량을 계산하는 경우, 성형 전의 평판 상태의 면적이라도, 성형 후의 면적과 그다지 변함이 없다고 생각되므로, 본 발명에서는 평판 상태에서의 면적을 기준으로 하여 구한 값을 채용한다.

본 발명에서, 베이스 강판은, 특별히 성분이 한정되는 것이 아니다. 강 조성은, 용융 아연 도금 시의 습윤성, 도금 후의 도금 밀착성이 양호해지도록 선택하면 된다. 열간 프레스는 담금질을 이용하여 고강도화를 도모할 수 있다는 것에 하나의 특징이 있기 때문에, 담금질성의 강이 바람직하다. 또한 고강도 강의 프레스 가공을 용이하게 한다는 점에서는, 고장력 강이 바람직하다.

열간 프레스 성형 공정에서 담금질하는 것을 상정한 경우, 강판의 담금질 후의 강도는 주로 함유 탄소량에 의해서 결정되므로, 고강도의 성형품이 필요한 경우에는, C함유량을 0.1% 이상, 3% 이하로 하는 것이 바람직하다. C함유량이 이 상한을 넘으면, 인성(靭性)이 저하할 가능성이 있다.

용융 아연과의 습윤성에 관해서, 고 Si강 등의 습윤성에 문제가 있는 강인 경우에는, 표면 연삭이나 프리 도금(undercoat plating) 등의 도금 밀착성 향상을 위한 전처리를 이용할 수 있다.

또한, 후술과 같이, 본 발명에서는 도금 강판으로서 합금화 용융 아연 도금 강판을 이용하는 것이 바람직하기 때문에, 도금 후의 철-아연의 합금화가 단시간에 행하여지도록, P의 함유량이 적은 강이 바람직하다. 연속 라인에서의 도금 합금화 처리를 상정한 경우, P함유량이 0.2% 이하가 바람직하다.

본 발명의 제1 형태에 관한 열간 프레스 성형품은 다음에 설명하는 방법에 의해 제조할 수 있다.

열간 프레스에 이용하는 아연계 도금 강판은, 베이스 강판 상에 아연계 도금 피막을 구비한다. 아연계 도금 피막의 종류는, 최종적으로 제1 형태에 관한 열간 프레스 성형품을 얻을 수 있는 것이라면, 특별히 한정되는 것이 아니다. 즉, 순아연 도금 피막이더라도 좋고, Mn, Ni, Cr, Co, Mg, Sn, Pb 등의 합금 원소를 그 목적에 따라서 적절히 첨가한 아연합금 도금 피막이더라도 좋다. 아연계 도금 피막은, 그 원료로부터 불가피하게 Be, B, Si, P, S, Ti, V, W, Mo, Sb, Cd, Nb, Cu, Sr 등이 함유되는 경우가 있다.

바람직한 아연계 도금 피막은, 아연-철, 아연-니켈, 아연-코발트, 아연-크롬, 아연-망간 등의 아연합금 피막이다. 이들 아연합금 도금 피막은, 융점이 순아연 도금 피막에 비해 높고, 열간 프레스 성형 중에 도금 피막 중의 아연이 증발하기 어렵기 때문이다.

아연계 도금 피막은 용융 도금에 의해 형성하는 것이 바람직하지만, 전기 도금 등의 다른 도금 방법에 의해 형성하는 것도 가능하다.

비용 및 성능면에서 가장 바람직한 아연계 도금 강판은 합금화 용융 아연 도금 강판이다. 이는, 용융 아연 도금 후, 가열 처리를 행함으로써, 강판으로부터의 Fe와 도금층의 Zn을 합금화(고용화)시킨 것이다. 이 가열 처리에 의한 합금화에 의해서 도금 피막 중의 철 함유량을 비교적 높은 편인 10% 이상으로 해두면, 프레스 성형 전에 비교적 단시간의 가열로 철-아연 고용상이 충분히 형성되므로, 실용상으로는 유리하다.

통상적으로, 용융 아연 도금욕(hot-dip galvanizing bath)에는 Al이 포함되어 있기 때문에, 도금 피막도 Al를 함유하게 된다. 도금 피막 중의 Al 함유량이 약 0.5% 이하이면, 특별히 문제는 없다. 단, 가열 처리에 의한 합금화에 따라서 도금 피막 중의 철 함유량을 10% 이상으로 하려면, Al 함유량은 약 0.4% 이하로 낮은 편이 유리하다.

도금 부착량은, 후술하는 가열 공정에서의 아연의 증발 및 산화 피막 제거 공정에서의 감소도 고려하여, 최종적으로 프레스 성형품의 표층부에 아연으로서 10g/㎡ 이상 잔존하는 정도로 충분한 것으로 한다. 구체적으로는 성형품이 사용되는 부위가 필요로 하는 내식성의 레벨에 따라서 선택하여야 한다. 예를 들어, 철저한 내식성이 요구되는 자동차 부품으로는, 1면당 도금 부착량이 아연으로서 50g/㎡ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

이렇게 하여 준비된 아연계 도금 강판에 열간 프레스를 행한다. 열간 프레스 시의 가열 방법은, 특별히 한정되는 것이 아니지만, 통상적으로는 가스로 또는 전기로를 이용하여 가열이 행하여진다. 가열 분위기는 제한되지 않지만, 대기로 충분하다.

이 가열에 의해, 도금 피막 중에 포함되는 아연의 일부는, 증발하거나, 산화아연층이 되어 상부에 존재하고, 또한 나머지의 일부 또는 전부가 베이스 강 중에 확산함으로써 철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층이 형성된다. 산화아연층의 두께는, 가열 조건에도 좌우되지만, 통상적인 대기 분위기 중의 가열에서는 3㎛ 이상이 되는 경우가 많다. 가열 시에, 형성되는 산화아연층의 두께를 적극적으로 제어하고자 하는 경우에는, 분위기의 조정을 행하여도 좋다. 예를 들어, 가스로의 경우, 공연비의 조정에 의해 산소 농도를 비교적 낮게 설정함으로써, 산화 피막의 평균 두께를 저하시킬 수 있다.

열간 프레스 시의 재료 온도는 통상 700∼1000℃ 정도이다. 따라서, 노(爐) 온도도 700∼1000℃ 정도로 설정하면 된다. 재료의 가열 온도가 지나치게 높으면, 고용상이나 산화 피막층의 두께가 지나치게 커져, 용접성이 열화하거나, 산화아연층의 밀착성이 열화하여 도장 밀착성이 떨어지는 경우가 있다. 또한, 가열 온도가 지나치게 낮으면, 재료에 따라서는 연화가 불충분하여, 열간 프레스 시에 과대한 프레스압이 필요해져, 강판 표면의 결함 발생이나 강판이 파단하는 원인이 되는 경우가 있다.

담금질강의 경우, 냉각 구배(勾配)가 그 담금질성과 관련되어 있으므로, 소정 온도로 가열한 재료를 일정 이상의 냉각 구배로 냉각할 필요가 있다. 따라서, 재료의 가열 온도도 일정 온도 이상으로 하지 않으면, 충분한 냉각 구배를 확보할 수 없게 된다. 이러한 관점에서, 특히 바람직한 가열 조건은, 재료 온도가 800∼900℃가 되도록, 노 온도를 설정하는 것이다.

가열 시간은 특별히 한정되지 않지만, 고용상과 산화아연층의 두께를 원하는 조건으로 제어하려면 최적값이 존재한다. 가열 시간이, 예컨대 수초 정도로 극단적으로 짧으면, 아연계 도금 피막 중의 Zn과 모재 중의 Fe의 상호 확산에 의한 철-아연 고용상의 생성이 불충분해지는 경우가 있다. 또한, 반대로 가열 시간이 10분을 넘는 것과 같은 장시간이 되면, 노 안의 분위기에도 좌우되지만, 산화아연층의 두께가 과잉이 되는 경우가 있다. 당연히, 에너지 손실을 고려하더라도, 장시간 가열은 바람직하지 못하다. 바람직한 가열 시간은 4∼7분 정도이다.

가열 후에는, 즉시 프레스 성형을 행하지만, 그 경우의 성형 방법은 통상의 프레스와 동일하면 된다. 열간 프레스 시의 재료 온도는 일반적으로 700℃ 이상인 것이 바람직하다. 이 온도는, 재료 두께, 강도, 성형 형상에 의해 조정할 수 있다. 가열된 재료를 가급적 신속하게 프레스기에 반송하여 세트하여, 프레스 성형하는 것이 바람직하다.

열간 프레스에 의한 성형을 행한 후에는, 즉시 냉각을 행한다. 냉각 방법은 특별히 한정되지 않지만, 담금질을 행하는 경우에는, 담금질에 충분한 냉각 구배가 확보되도록 연구한다. 이것에는 프레스 금형에 수냉 기구를 장착한 것이 유효하다. 재료에 직접 물이 접촉하는 직접 수냉 방식과, 금형 내부를 수냉하는 간접 수냉 방식 중 어느 것이라도 무방하다. 재료 표면에 직접 물이 접촉하는지의 여부에 따라서 표면의 산화아연층의 두께나 구조에 약간의 차이는 생기지만, 평균 두께 2㎛ 이하라는 제1 형태에 따른 산화아연층의 두께는, 어느 방법으로든 달성 가능하다.

통상적인 열간 프레스의 조건 하에서 가열과 냉각을 행하면, 열간 프레스 성형품의 표면에는, 산화아연층이 전형적으로는 3㎛ 이상의 두께로 생성되어 있다. 그와 같은 산화아연층의 존재는, 도장을 계속해서 행할 때에, 도장 밀착성이나 도장 후 내식성을 열화시키기 때문에, 그 제거를 행한다.

성형품 표면에 생성한 산화아연층의 두께가, 제1 형태에 따라서 2㎛ 이하가 되도록 규제하는 것은, 열간 프레스 성형에 앞서 행하는 도금 조성의 조정, 열간 프레스의 가열과 냉각의 분위기, 그 밖의 조건의 조정에 의해서 달성하는 것도 결코 불가능하지 않다. 그러나, 그것에는 각종 조건의 철저한 제어가 필요해진다. 따라서, 공업적으로는, 열간 프레스 성형 후에 어떠한 수단으로 상층의 산화아연층을 제거하는 쪽이 간편하고 또한 확실하다.

표면의 산화아연층을 제거하는 방법은 임의의 적당한 방법으로 실시하면 된다. 예를 들어, 미세한 강구(steel sphere)를 고속으로 강판 표면에 투사하는 숏 블라스트나, 연소재(cleaning abrasive)를 함유하는 액체를 고압으로 강판 표면에 분사하는 액체 호닝, 연삭 브러시에 의한 표면 연삭, 샌드페이퍼를 이용하는 것 등이 있다. 복잡한 가공 형상의 부재 표면을 균일하게 처리하는 방법으로는, 숏 블라스트법 또는 액체 호닝이 바람직하다. 샌드페이퍼를 이용하면, 도금층 상층의 산화 피막을 제거하고자 하는 경우, 지나치게 깎아내기 쉬워지는 경향이 있어, 이 점에서도 숏 블라스트법 쪽이 우수하다.

숏 블라스트는, 숏 피닝(shot peening)으로도 불리며, 통상적으로, 지름 수백㎛의 강구를 원심력 또는 공기압에 의해서 투사함으로써, 표면의 오염이나 녹 등을 제거하는 방법이다. 본 발명에서는, 투사되는 숏 탄으로는, 강구를 사용하는 것이 바람직하다. 일반적으로 녹을 제거하는 목적으로는, 각진 그릿(grit)이라고 불리는 강 분쇄물이나 와이어를 잘게 절단한 것을 투사하는 방법이 적용되고 있다. 그러나, 본 발명의 경우, 주로 표면의 과잉 산화아연층만을 제거하면 되고, 가능한 한 철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층까지는 손상하지 않도록 하는 것이 좋다. 그릿을 이용한 경우, 후술하는 실시예에도 있듯이, 산화아연층을 제거할 때에 아연계 도금층도 손상되기 쉬우므로, 조건 설정이 상당히 어렵다. 따라서, 숏 탄은 구 형상이고 그 경도도 강 정도인 것이 바람직하다.

숏 블라스트의 조건은, 성형품의 형상이나 표면의 산화 상태에 따라서 적절히 조정할 수 있다. 일반적으로, 성형품을 처리하는 경우에는 평판 형상인 것에 비해 투사 거리가 길어지므로, 투사 에너지의 감쇠를 방지하여, 유효한 숏 효과를 얻기 위해서는, 임펠러(impeller) 타입의 투사 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 평판 형상인 것이나 소형의 성형품인 경우에는, 공기압 방식의 에어 블라스트의 사용도 가능하다. 또한, 투사하는 강구도 지나치게 작으면, 에너지의 감쇠 때문에 피막 제거 능력이 저하하므로, 평균 입경으로서 지름 100∼500㎛ 정도의 강구를 사용하는 것이 바람직하다. 숏의 시간은, 특정 부위에 숏 패턴이 가해지고 있는 시간으로서, 대략 수초에서 30초 정도로 충분하다.

액체 호닝은, 실리카 입자 등의 연소재를 함유한 물을 100㎫ 이상의 고압으로 분사하는 방법이다. 숏 블라스트와 같이, 모재나 아연계 도금층에 실질적인 손상을 주지 않고, 상층의 산화아연층만을 제거하는 것이 가능하다. 물을 사용하므로, 특히 단면부에 녹이 생길 위험이 있기 때문에, 처리 후에는 충분히 건조시킨다.

숏 블라스트와 액체 호닝 모두, 상층의 산화아연층을 제거하는 효과뿐만 아니라, 단면에 발생하는 철의 스케일를 제거하는 효과도 있다.

제2 형태

본 발명의 제2 형태에 관한 열간 프레스 성형품은, 도 1에 모식도로 도시하는 것과 같이, 표층 근방에 2로 표시되는 본질적으로 철-아연 고용상으로 이루어지는 철-아연 고용체층(이하, 간단히 고용체층이라고 한다)을 가지고 있고, 그 상부에는 표층을 형성하는 산화아연층(3)이 존재하는 표면 구조를 가진다.

즉, 베이스 강(1)의 위에, 철-아연 고용체층(2)과 그 바로 위에 산화아연층(3)이 순차로 형성되어 있다. 도 2에 도시하는 것과 같은, 철-아연 고용체층(2)과 산화아연층(3)의 사이에 실질량의 철-아연 금속간 화합물을 함유하는 층(4)이 존재하는, 일반적으로 흔히 볼 수 있는 표면 구조로는 되지 않는다. 철-아연 고용체층(2)과 산화아연층(3)은, 아연계 도금 강판을 산화성 분위기 중에서 가열함으로써 형성될 수 있다.

본 발명에 관해서, 철-아연 고용상이란, 결정 구조가 베이스인 α-Fe와 동일하지만, 격자정수가 크고, 또한 철에 대한 아연의 혼입이 인정되는 상이다. 본질적으로 이 철-아연 고용상으로 이루어지는 철-아연 고용체층은, X선 회절 장치와 X선 마이크로 애널라이저(EPMA 또는 XMA) 등의 원소 분석 장치를 병용함으로써, 그 존재와 두께를 확인할 수 있다. 철-아연 고용체층은, 경도가 강판에 가깝기 때문에, Fe-Zn 금속간 화합물과는 달리, 금형을 손상시키기 어려우므로, 금형 손상에 의한 성형품의 외관 불량을 피할 수 있다.

철-아연 고용체층의 두께는 10∼40㎛의 범위인 것이 바람직하다. 고용체층의 두께가 10㎛보다 작으면 내식성이 충분하지 않고, 40㎛을 넘으면 용접성이 불충분해진다. 또한, 철-아연 고용체층 중의 아연 함유량은 5% 이상인 것이 바람직하다. 철-아연 고용체층의 두께는, 보다 바람직하게는 15∼35㎛이다. 두께의 측정법은 실시예에 설명한다.

본 발명의 제2 형태에 관한 열간 프레스 성형품에서는, 강판의 표층 근방에는 금속간 화합물상이 존재하지 않는다. 금속간 화합물이란, 예를 들어, 합금화 용융 아연 도금 강판의 도금 피막 중에 관찰되는 δ1상, Γ상 등의 철-아연 간의 금속간 화합물이다. 금속간 화합물은, 경도가 높기 때문에, 프레스 공정에서 금형을 손상시키기 쉽다. 또한, 심한 가공을 행한 경우, 금속간 화합물상에 균열이 발생하여, 피막의 밀착성 저하나 도장 후의 외관 불량을 발생시키는 경우도 있다. 금속간 화합물상이 존재하지 않는 것은, 마이크로 조직 관찰에 의해 확인할 수 있다.

즉, 이 열간 프레스 성형품에서는, 합금화 용융 아연 도금 강판의 도금 피막 중에 보이는 철-아연 금속간 화합물상이 소실되어 있다. 물론, 순아연상도 존재하지 않는다. 이 소실은, 열간 프레스의 가열 공정과 프레스 공정에서의 가열에 의해 일어난 것이면 된다. 따라서, 열간 프레스 전의 강판에는 금속간 화합물상이나 순아연상이 존재하고 있어도 된다.

표면의 산화아연층과, 그 바로 아래에 (상기 금속간 화합물상을 개재하지 않고서) 존재하는 철-아연 고용체층에 의해, 프레스 성형품의 내식성이 확보된다. 단, 산화아연층이 지나치게 두꺼워지면, 산화아연층 자체의 밀착성이 열화하여, 도장 밀착성이 불충분해지고, 용접성도 떨어지게 된다. 그 때문에, 산화아연층은, 평균 두께가 5㎛이하가 되도록 한다. 산화아연층의 두께의 하한은 특별히 제한되지 않는다. 후술과 같이, 아연계 도금 강판을 산화성 분위기 중에서 열간 프레스하는 경우, 산화아연층의 두께는 3㎛ 이상이 되는 일이 많다. 그러나, 산화아연층의 두께는 3㎛보다 얇아도 되고, 예를 들어, 0.1㎛와 같은 얇아도 된다.

산화아연층에는, 산화아연 외에, 아연의 수산화물 등의 다른 아연 화합물이나, 도금 중의 성분인 Al 등의 산화물을 포함하는 경우가 있다. 본 발명에서, 산화아연층은, 이러한 경우를 포함하는 것으로 한다. 산화아연층의 두께는, 성형품의 단면의 미크로 관찰(광학현미경 또는 전자현미경)에 의해 측정할 수 있다.

용융 아연 도금욕에는 소량의 Al이 첨가되어 있기 때문에, 용융 아연계 도금 강판(예컨대, 합금화 용융 아연 도금 강판)의 도금 피막은 소량의 Al를 함유한다. 따라서, 이것을 열간 프레스한 성형품에서는, 도금 피막으로부터 형성된 철-아연 고용체층과 산화아연층과 Al이 포함되어 있다. 또한, 베이스 강도 미량의 Al을 함유하고 있는 것이 보통이므로, Al는 베이스 강으로부터 확산할 가능성도 있다.

제2 형태에 관한 열간 프레스 성형품은, 산화아연층과 고용체층과 함유되는 Al의 합계량이 0.5g/㎡ 이하, 바람직하게는 0.45g/㎡ 이하이다. Al은, 금속간 화합물이나 금속으로서 존재하는 것 이외에, Al산화물의 형태로도 존재할 수 있다. 산화아연층과 고용체층에 존재하는 Al산화물의 합계 함유량은, Al로서 5㎎/㎡ 이하, 바람직하게는 3㎎/㎡ 이하이다.

Al의 합계 함유량 및 Al산화물의 Al로서 합계 함유량이, 상기의 상한을 초과하면, 도장 밀착성이 불충분해진다. Al의 함유량과 Al산화물의 함유량에는 상관 관계가 인정되므로, Al의 합계 함유량 또는 Al산화물의 Al로서의 합계 함유량 중 어느 한 쪽만을 측정하여, 제2 형태에 따른 도장 밀착성이 양호한 열간 프레스 성형품인지의 여부를 판단할 수 있다. 그러나, 바람직하게는, Al의 합계 함유량과 Al산화물의 Al로서의 합계 함유량 양쪽이, 제2 형태에서 규정하는 조건을 충족시키도록 한다.

Al 또는 Al산화물의 함유량이 도장 밀착성에 악영향을 미치는 이유는 명확하지 않다. 그러나, Al 또는 Al산화물이 과대해지면, 이들이 열간 프레스 성형품의 산화아연층과 고용체층과의 계면에 농화(濃化)하여, 산화아연층의 밀착성을 저해하여, 성형품의 도장 밀착에 악영향을 미치는 것이 아닌가 생각된다.

Al 및 Al산화물의 함유량은, 각각 염산 및 크롬산 수용액(농도로는, 예를 들어 5∼10% 정도)에, 표면의 면적을 측정한 프레스 성형품의 시료를 침지하여, 피막(산화아연층과 고용체층)을 용해하고, 그 용해액에 포함되는 Al를 정량함으로써 구할 수 있다. 염산에는 금속 상태(금속간 화합물을 포함한다)와 산화물 양쪽의 형태의 Al이나 Zn이 용해하는 데 대하여, 크롬산에는, 금속 상태의 Al이나 Zn은 용해하지 않는다. 따라서, 예를 들어 5%의 3산화크롬산 수용액 중에 시료를 10분 정도 침지함으로써, Al이나 Zn의 산화물만을 용해할 수 있다. 용해액 중의 Al의 정량은, 예를 들어, ICP(고주파 유도 결합 플라즈마) 발광 분석법, 원자 흡광법 등의 기기 분석에 의해 행하는 것이 편리하다.

전술한 바와 같이, 이 Al량 및 Al산화물량은, 도금 피막 중의 Al량과 강 중의 Al량의 쌍방에 의존하여 변동하지만, 특히 도금 피막 중의 Al량의 영향이 크다. 따라서, 가공 소재가 용융 아연 도금에 의해 제조된 것인 경우에는, 도금 피막 중의 Al량을 제어하는 것이 중요하다. 이 점에 대해서는, 제조 방법과 관련하여 후술한다. 전기 아연 도금이나 전기 아연 철 합금 도금의 경우에는, 도금 피막은 Al를 실질적으로 함유하고 있지 않으므로, 강으로부터의 Al의 확산뿐이지만, 이 확산은 통상적으로는 문제가 되지 않는 미량이므로, 특별한 대책은 필요 없다.

제2 형태에서, 열간 프레스 성형품의 베이스 강판의 조성은 특별히 한정되지 않는다. 용도나 프레스 성형품의 제조 방법을 고려하여, 적당한 조성을 결정할 수 있다.

예컨대, 상술한 바와 같이, 열간 프레스 공정에서 담금질에 의해 고강도화함으로써, 고강도의 성형품으로 하고자 하는 경우에는, 강판의 담금질 후의 강도는 주로 함유 탄소량에 의해서 결정되기 때문에, C함유량을 0.1% 이상, 3% 이하로 하는 것이 바람직하다. C함유량이 3%보다 많아지면, 인성이 저하할 우려가 있다. C에 더하여, 담금질성을 높인다는 것이 알려져 있는 다른 합금 원소(예컨대, Mn, Cr, B) 중 1종 또는 2종 이상을 강에 적당량 첨가하는 것도 가능하다.

베이스 강판을 용융 아연 도금하는 경우에는, 용융 아연과의 습윤성이 충분한 것이 필요하다. 고Si강 등의 도금 습윤성에 문제가 있는 강종의 경우에는, 표면 연삭이나 프리 도금 등의 밀착성 향상 방법을 이용할 수 있다. 따라서, 도 1에서, 베이스 강판(1)과 철-아연 고용체층(2)의 사이에는, 프리 도금층, 또는 그것으로부터 열처리에 의해 생성한 고용체층이 개재하고 있어도 된다. 단, 금속간 화합물의 생성은 문제가 많으므로, 바람직하지 못하다.

또한, 도금 강판으로서 합금화 용융 아연 도금 강판을 사용하는 경우에는, 도금 후의 철-아연의 합금화가 단시간에 행하여지도록, P의 함유량이 적은 강판이 바람직하다. 연속 라인에서의 아연 도금 피막의 합금화 처리를 상정한 경우, P량은 0.2% 이하가 바람직하다.

제2 형태의 열간 프레스 성형품은, 도장 밀착성이 우수하므로, 프레스 성형 후에 도장하여 사용할 수 있다. 단, 사용 부위에 따라서는, 미 도장인 채로 사용하는 것도 가능하다.

본 발명의 제2 형태에 관한 열간 프레스 성형품은, 소재가 되는 강판을 소정 조건으로 가열하는 가열 공정과, 그에 이어서 고온의 강판을 프레스하는 프레스 공정을 포함하는 방법에 의해 제조할 수 있다.

가공 소재로서 이용하는 강판은, 가열 공정과 고온에서의 프레스에 의해 최종적으로 제조된 열간 프레스 성형품의 표층 부근이 전술한 구조를 가지는 한, 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는, 다음에 설명하는 것과 같은 아연계 도금 강판을 이용한다.

아연계 도금 강판의 1면당 도금 부착량은 40g/㎡ 이상, 80g/㎡ 이하이다. 도금 부착량이 과소하면, 부위에 따라서는 내식성이 요구 레벨을 충족하지 못하는 경우가 있다. 또한, 순아연계의 도금으로는, 열간 프레스 시의 가열 공정에서, 오히려 고용체층이 형성되기 어렵고, 두꺼운 산화 피막이 형성되거나, 금속간 화합물이 잔존하기도 한다. 도금 부착량이 80g/㎡를 넘으면, 열간 프레스 성형의 통상적인 가열에서는, 도금 피막 중의 아연을 강 중에 충분히 고용시킬 수 없어, Γ상 등의 철-아연 금속간 화합물이나 금속 아연이 잔존할 가능성이 있다. 금속간 화합물이 잔존하면, 표층이 딱딱해져, 프레스 시의 가공성에 문제를 일으킬 뿐만 아니라, 금형을 손상시키는 원인이 되어, 금형 수명의 저하나 성형품의 외관의 열화로 이어진다. 도금 부착량은 바람직하게는 50g/㎡ 이상, 70g/㎡ 이하이다.

이러한 비교적 큰 도금량의 아연계 도금 강판을 얻기 위해서는, 용융 도금 쪽이, 전기 도금보다도, 비용 면에서 유리하다. 또한, 단순한 용융 아연 도금 강판보다도, 합금화 용융 아연 도금 강판 쪽이, 제2 형태에서 사용하기에 적합하다. 합금화 용융 아연 도금 강판은, 열간 프레스 시 가열할 때에, 철-아연간의 상호 확산이 신속히 진행되어, 최종적으로 철-아연 금속간 화합물상이 존재하지 않는 성형품을 쉽게 얻을 수 있기 때문이다. 단, 본 발명에서 규정하는 산화아연층과 철-아연 고용체층으로 이루어지는 표면 구조를 형성할 수 있으면, 용융 아연 도금 강판도 가공 소재로서 사용할 수 있다.

전술한 바와 같이, 용융 아연 도금 강판(합금화 용융 아연 도금 강판을 포함한다)은, 통상적으로, 도금 피막 중에 소량의 Al를 함유한다. 이는, 용융 아연 도금에서는, 도금-모재강 계면의 철-아연의 확산을 억제하기 위해서, 또한 도금욕의 드로스(dross)량을 제어하기 위해서, 도금욕에는 통상 0.1∼0.2% 전후의 Al이 첨가되어 있기 때문이다. 전술한 바와 같이, 성형품의 철-아연 고용체층 및 산화 피막(산화아연층)에 함유되는 Al량(또는 Al산화물량)이 과잉이면, 성형품의 도장 밀착성에 악영향을 미친다. 이 점에서, 용융 아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판의 도금 피막 중의 Al 함유량은 0.35% 이하로 한다.

열간 프레스의 소재로서 합금화 용융 아연 도금 강판을 사용하는 경우, 도금 피막 중의 Fe 함유량이 비교적 높은 것이 바람직하다. 이는, 상술한 바와 같이, 비교적 단시간의 가열로 금속간 화합물상을 소멸시켜, 산화아연층과 그 아래의 철-아연 고용체층만으로 이루어지는 표층 구조를 형성하기 때문이다. 단, 도금 피막 중의 Fe 함유량을 과도하게 높이고자 하는 것은, 경우에 따라서는, 용융 도금의 라인 스피드를 극단적으로 저하시키는 것이 필요해져, 현실적이지 않다. 도금 피막의 Fe 함유량의 바람직한 범위는 10∼20%, 보다 바람직하게는 10∼15%이다.

비용은 높아지지만, 열간 프레스의 가공 소재로서 전기 도금 강판을 사용할 수도 있다. 전기 도금 강판에는, 통상적으로는 도금 피막이 Al를 함유하지 않는다는 이점이 있다. 전기 도금 강판은, 보통의 순아연 도금 강판이더라도 좋지만, 철-아연(Fe-Zn)합금 도금 강판(도금 피막 중의 Fe 함유량이 20% 이하)이 바람직하다. Fe-Zn합금 전기 도금 강판은, Al을 함유하지 않는다는 이점에 더하여, 합금화 용융 아연 도금 강판과 마찬가지로, 비교적 단시간에 고용체층을 형성하고, 또한 금속간 화합물을 잔존시키지 않도록 할 수 있다는 다른 이점이 있다.

열간 프레스의 가열 공정의 가열 방법은, 특별히 한정되는 것이 아니다. 통상적으로는, 가스로 또는 전기로를 이용하여, 가공 소재의 아연계 도금 강판을 산화성 분위기 중에서 가열한다. 산화성 분위기는 대기이면 되지만, 대기 및/또는 산소와 다른 가스(예컨대, 질소, 연소 가스 등)의 혼합 가스라도 좋다.

이 가열 중에, 도금 피막 중에 포함되는 아연의 일부는, 증발하거나, 산화아연층이 되어 상부에 존재하게 되고, 나머지는 베이스 강 중에 확산하여 철 속에 완전히 고용하도록 한다. 이에 의하여, 금속간 화합물상은 잔존하지 않고, 도금 피막으로부터 상부의 산화아연층과 하부의 철-아연 고용체층이 형성된다.

산화아연층의 두께는, 가열 조건에도 좌우되지만, 통상적인 대기 분위기 중의 가열에서는 3㎛ 이상이 되는 경우가 많다. 가열 시에 형성되는 산화아연층(산화 피막)의 두께를 적극적으로 제어하고자 하는 경우에는, 가열 분위기의 조정을 행하여도 된다. 예컨대, 가스로의 경우, 공연비의 조정에 의해 산소 농도를 비교적 낮게 설정함으로써, 산화 피막의 평균 막 두께를 저하시킬 수 있다.

열간 프레스 시의 재료 온도는, 통상적으로는 700∼1000℃ 정도이고, 노 온도도 동일한 온도로 하는 것이 보통이다. 재료의 가열 온도가 지나치게 높으면, 고용체층이나 산화 피막층의 막 두께가 커져, 용접성이 열화하거나, 산화아연층의 밀착성이 열화하여 도장 밀착성이 떨어지게 되는 경우가 있다. 한편, 가열 온도가 지나치게 낮으면, 재료에 따라서는 연화가 불충분하여, 열간 프레스 시에 과대한 프레스압이 필요하게 되어, 재료 표면에 결함이 발생하거나 재료가 파단하는 원인이 되는 경우가 있다.

담금질강의 경우, 냉각 구배가 그 담금질성과 관련되어 있으므로, 재료 온도를 일정값 이상으로 가열하고, 프레스 중에 일정값 이상의 냉각 구배로 냉각하는 것이 필요하다. 따라서, 재료의 가열 온도도 일정 온도 이상이 아니면, 충분히 그 냉각 구배를 확보할 수 없게 된다.

또한, 제2 형태에서는, 이 가열 공정에서의 가열에 의해, 금속간 화합물상이 소멸하여 잔존하지 않도록, 아연을 베이스 강 중에 확산시킬 필요가 있다. 그 때문에, 재료의 가열 온도는 비교적 고온으로 하는 것이 유리하다. 이상의 관점에서, 제2 형태에서의 재료의 가열 온도는 850∼950℃의 범위로 한다.

가열 조건에서는, 금속간 화합물상의 소멸과, 고용체층 및 산화아연층의 두께의 제어라는 점에서, 전술한 온도 이외에, 가열 시간이나 승온 속도도 중요해진다. 가열 시간이 예컨대 수초로 극단적으로 짧으면, 아연계 도금 피막과 모재의 상호 확산에 의해 형성되는 철-아연 고용체층 피막을 충분히 형성하는 것이 어렵다. 실온의 강판을 전기로나 가스로로 가열하는 경우, 가열 시간(후술하는 승온과 유지의 합계 시간)이 3분 이하인 경우, 금속간 화합물이 소멸한, 도 1에 도시하는 피막 구조를 얻는 것은 곤란하다. 단, 가열 시간이 10분을 넘는 것과 같은 장시간이 되면, 노 안의 분위기에도 좌우되지만, 산화아연층의 두께가 과잉이 되는 경우가 있다. 당연히 에너지 손실을 고려하더라도, 장시간 가열은 바람직하지 않다. 따라서, 가열 시간은 3∼10분간으로 하고, 바람직하게는 4∼7분간이다.

또한, 실온부터 850∼950℃의 범위의 가열 온도까지의 평균 승온 속도는 15℃/초 이하로 한다. 이보다 빠른 속도로 승온하면, 철-아연 금속간 화합물이 잔존한 경도가 높은 피막이 형성되어 열간 프레스 시에 금형을 손상 마모시키거나, 또는, 도금 강판이 융점이 낮은 순아연상을 포함하는 경우, 액체 상태의 금속 아연이 비산할 가능성이 있다. 단, 승온 속도를 지나치게 낮게 설정하면, 가열 시간이 지나치게 길어져, 공업적인 실용성이 손상된다. 바람직한 승온 속도는 3∼12℃/초이고, 더 바람직하게는 4∼10℃/초이다.

15℃/초 이하의 속도로 850∼950℃의 범위의 온도까지 승온한 후, 이 온도 범위로 일정 시간 유지한다. 이 온도 범위에서의 유지 시간은 30초 이상으로 하지 않으면, 금속간 화합물상이 잔존하는 경우가 있다.

프레스 공정에서의 프레스 조건은 통상적인 열간 프레스와 동일하면 된다. 성형 시의 재료 온도는, 재료 두께, 강도, 성형 형상에 따라 조정하여야 하지만, 일반적으로 프레스 시의 재료 온도는 700℃ 이상이다. 따라서, 미리 상기와 같이 가열한 아연계 도금 강판을, 신속하게 프레스기에 반송하여 세트하여, 프레스 성형하는 것이 바람직하다.

열간 프레스 중 및 프레스 후의 냉각 방법은 특별히 제한되지 않는다. 단, 담금질을 행하는 경우에는, 담금질에 필요한 냉각 구배가 확보되도록 연구해야 한다. 이것에는, 프레스 금형에 수냉 기구를 장착한 것이 유효하다. 재료에 직접 물이 접촉하는 직접 수냉 방식과, 금형 내부를 수냉하는 간접 수냉 방식 중 어느 것이든 무방하다. 재료 표면에 직접 물이 접촉하는지의 여부에 따라서, 표면의 산화아연층의 두께나 구조에 약간의 차이는 생기지만, 제2 형태에 따른 피막의 구조를 얻는 것은 어느 방식에서나 가능하다.

제2 형태에 관한 방법에서는, 열간 프레스 후에, 표면의 산화아연층을 제거하는 공정은 반드시 필요한 것은 아니다. 그러나, 매우 철저한 도장 밀착성이 요구되는 것과 같은 경우에는, 생산성의 저하로 이어지기는 하지만, 숏 블라스트나 액체 호닝에 의해 산화아연층의 전부 또는 일부를 제거하는 공정을 실시하여도 좋다.

이 산화아연층의 제거 처리는, 전술한 종래 기술에서 철산화물을 제거하는 경우에 비해 가벼운 정도의 처리면 된다. 예를 들어, 숏 블라스트의 경우, 지름 100∼500㎛ 정도의 강구를 이용하여 임펠러 타입의 장치에 의해 수초∼수십초의 처리를 행하는 정도이면 된다.

액체 호닝은, 실리카 입자 등의 연소재를 함유한 물을 100㎫ 이상의 고압으로 분사하는 방법이다. 숏 블라스트와 마찬가지로, 모재나 아연계 도금층에 실질적인 손상을 주지 않고, 상층의 산화아연층만을 제거하는 것이 가능하다. 물을 사용하므로, 특히 단면부에 녹이 생길 위험이 있기 때문에, 처리 후에는 충분히 건조시킨다.

숏 블라스트와 액체 호닝 모두, 상층의 산화아연층을 제거하는 효과뿐만 아니라, 단면에 발생하는 철의 스케일을 제거하는 효과도 있다. 샌드페이퍼로 산화아연층을 제거하는 것은, 지나치게 깎여나가는 경향이 있으므로, 바람직하지 않다.

다음 실시예는 본 발명의 작용 효과를 구체적으로 예증하기 위한 것으로서, 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 안 된다.

[실시예 1]

본 실시예는 본 발명의 제1 형태를 예시한다.

열간 프레스 성형용의 아연계 도금 강판으로서, C: 0.2%, Si: 0.3%, Mn: 1.3%, P: 0.01%를 함유하는 판 두께 2㎜의 냉연(冷延) 강판을 베이스 강판으로 하는, 도금 부착량이 한 면에 45∼75g/㎡이고 도금 피막 중의 철 함유량이 13∼15%인, 합금화 용융 아연 도금 강판을 이용하였다. 단, 표 1의 예 No.5에서는, 비교예로서, 도금을 실시하지 않는 냉연 강판을 이용하였다.

이렇게 하여 준비한 아연계 도금 강판을, 노 내부 온도 850∼950℃의 대기 분위기 노에서 3∼10분간 가열하였다. 가열 조건(온도×시간의 조합)을 변경함으로써, 산화아연층의 두께와 철-아연 고용상의 두께 및 고용상 중의 아연량을 변경한 열간 프레스용 공시재를 작성하였다.

각 공시재는, 노로부터 취출한 후, 즉시, 열간 프레스 성형을 모의하기 때문에, 재킷 수냉 기구를 가지는 평판 프레스로 30초간 냉각하였다.

냉각된 공시재의 한 면에, 공기압식의 숏 블라스트 처리를 행하여, 상층의 산화아연층을 완전 또는 불완전하게 제거하였다. 공기압은 2㎏f/㎠으로, 노즐과 공시재 간의 거리는 20㎜로 하고, 평균 입경이 0.3㎜인 강구를 숏 탄으로서 사용하였다. 숏의 정도는, 숏 시간에 따라서 조정하였다.

표 1의 예 No.6에서는 숏 처리는 행하지 않았다. No.8에서는 샌드페이퍼를 사용하여 산화아연층의 제거 처리를 행하였다. 표 1에 도시하는 것과 같이, 샌드페이퍼로는, 아연계 도금층까지 완전하게 제거되었다.

이렇게 하여 얻어진 열간 프레스 성형을 모의한 성형품에 대하여, 다음과 같이 그 결과를 평가하였다.

1)철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층의 두께 측정:

열간 프레스 성형품의 단면 시료를 작성하여, 상기 제거 처리를 행한 측의 면을 경면 연마까지 마무리하였다. 이 시료에 대해서, 전자 가속 전압 15㎸, 전류5∼10㎁, 주사 속도 2∼5㎛/분으로, EPMA에 의한 X선 분석을 행하였다. 시료로부터 방출되는 X선의 영역을 고려하여, Zn-Fe 금속간 화합물상 또는 산화아연층보다 내부 측(모재 측)에 나타나는 철-아연 고용상과 모재와의 계면 및 Zn-Fe 금속간 화합물상 또는 산화아연층과의 계면을 다음과 같이 결정하였다.

철-아연 고용상과 모재와의 계면에 대해서는, 철-아연 고용상에서의 Zn의 특성 X선 강도가, 철-아연 고용상에서의 정상 부분의 1/2 강도 위치를 중심으로 모재의 강 측에 대한 테일 부분의 적분 강도가 정규 분포하고 있다고 가정하여, 강도 분포를 분포 함수로 치환하고, 판정의 위험률로부터 표준 편차 2σ의 위치를 계면으로 하였다. 마찬가지로, Zn-Fe 금속간 화합물상 또는 산화아연층에서의 정상 부분 또는 극대 부분의 1/2 강도 위치를 중심으로 철-아연 고용상을 향하여 테일을 당긴 부분의 적분 강도로부터, 철-아연 고용상의 반대측의 계면(즉, 금속간 화합물상 또는 산화아연층과의 계면)을 구하였다. 이 양쪽의 계면 사이의 길이를 철-아연 고용상의 두께로 하였다.

철-아연 금속간 화합물상이 존재하지 않는 경우에는, 위에서 구한 철-아연 고용상의 두께를 아연계 도금층의 두께로 하였다. 철-아연 금속간 화합물상이 존재하는 경우에는, 이 상의 두께를 광학현미경으로 관찰하여 구하고, 상기 철-아연 고용상의 두께에 더하여, 아연계 도금층의 두께로 하였다.

2) 산화아연층의 두께 측정:

상기 단면 시료를 광학현미경으로 관찰하여, 산화아연의 제거 처리를 행한 측의 표면의 산화아연층의 두께를 조사하였다.

3) 부착 아연의 총량

부착한 아연의 총량의 측정은, 다음과 같이 하여 행하였다.

성형품으로부터 10cm×10cm의 시험편을 잘라내고, 측정면의 반대의 면(제거 처리를 행하지 않은 측)의 도금층을 샌드페이퍼로 연마하여, 아연계 도금층(철-아연 고용상을 포함한다)을 완전하게 제거하였다. 이렇게 하여, 한 면에만 도금층이 남은 시험편을 10% 염산으로 전량 용해하고, 용액 중에 존재하는 아연량을 구하여 산출하였다.

4)성능 시험

도장 밀착성:

성형품에 화성 처리(처리액: 니혼 파커라이징제 PBL-3080, 처리 조건은 해당 처리액에서의 표준 조건)를 실시한 후, 제거 처리를 행한 측의 면에 전착(電着) 도장[간사이페인트제 GT10, 목표 막 두께 20㎛, 전압 및 통전 패턴: 200V의 슬로프 통전(0V에서 200V까지 30초간), 베이킹 160℃×20분]을 실시하였다.

이 전착 도장재를, 40℃의 이온 교환수에 500시간 침지하고, 그 후, 도장면에 JIS G3312 12.2.5에 기재되는 크로스 컷(cross-cut) 시험 방법으로 크로스 컷을 넣고, 테이프 박리 시험을 행하였다. 크로스 컷에서의 박리 면적율(100매스중의 박리한 매스 수)이 1% 이하인 것을 합격(○)으로 하고, 1%를 초과하면 불합격(×)으로 하였다.

도장 후 내식성:

상기 전착 도장재의 도장면에, 커터 나이프로 강 베이스에 도달하는 스크래치(크로스컷)를 넣은 후, JIS Z2371의 염수 분무 시험을 실시하였다. 960시간 후의 스크래치부로부터의 최대 팽창폭이 2㎜ 이하인 것을 합격(○)으로 하고, 2㎜를 초과하면 불합격(×)으로 하였다.

결과를 표 1에 정리하여 나타낸다. No.1∼4이 본 발명에 따른 예이다.

〈표 1〉

[실시예 2]

본 실시예는 본 발명의 제2 형태를 예시한다.

1)열간 프레스 성형품의 제조

소재 도금 강판:

C: 0.2%, Si: 0.3%, Mn: 1.3%, P: 0.01%을 함유하는 판 두께 2㎜의 담금질성의 냉연 강판을 베이스 강판으로 하는, 도금 부착량이 1면당 50∼65g/㎡이고, 도금 피막 중의 Fe 함유량이 13∼15%의 범위 내인 합금화 용융 아연 도금 강판(기호: GA)을 가공 소재로서 이용하였다.

또한, 상기와 동일한 화학 조성, 판 두께의 냉연 강판을 베이스 강판으로 하는, 전기 아연 도금 강판(기호: EG, 도금 부착량: 1면당 30 또는 70g/㎡, 철-아연(Fe-Zn)합금 전기 도금 강판(기호: FZ, 도금 부착량: 1면당 45g/㎡, 도금 피막 중의 Fe 함유량: 15%), 및 용융 아연 도금 강판(기호 GI, 도금 부착량: 1면당 60g/㎡)도 가공 소재로서 이용하였다. 또한, 종래예로서, 알루미늄 도금 강판(기호 AL, 도금 부착량: 1면당 80g/㎡)도 이용하였다.

도금 피막이 Al을 함유하고 있는 GA, GI 및 AL의 각 도금 강판에 대해서는, 도금 피막 중의 Al함유량을, 도금 피막을 용해하여 얻은 용액의 ICP 발광 분석에 의해 조사하였다. 또한, 도금 피막이 Fe를 함유하고 있는 GA, FZ와, 용융 도금 시에 도금 피막에 철이 확산하는 GI 및 AL의 각 도금 강판에 대해서는, 도금 피막 중의 Fe 함유량도 동일한 방법으로 조사하였다.

가열 공정:

상기 도금 강판을 전기로 내에서 표 2에 나타내는 가열 조건으로 가열하였다. 가열 조건(승온 속도, 가열 온도, 유지 시간의 조합)을 변경함으로써, 금속간 화합물상의 유무, 산화아연층의 두께와 철-아연 고용체층의 두께를 변경한 샘플을 작성하였다.

프레스 공정:

상기 샘플을 노에서 취득한 후, 신속하게, 프레스 성형을 모의하기 위해서, 재킷 수냉 기구를 가지는 평판 프레스에서 프레스하여 성형품을 작성하였다. 프레스 시(직전)의 재료 온도는 표 2에 프레스 온도로서 표시하였다. 수냉 프레스 금형에는 30초간 유지하였다. 이에 의해 프레스 성형과 동시에 베이스 강판의 담금질도 달성되었다.

2)성형품의 분석

금속간 화합물상의 유무, 산화아연층의 두께:

열간 프레스 성형품의 단면 시료를 작성하여, 경면 연마까지 마무리하였다. 이 샘플을 광학현미경으로 관찰하여, 금속간 화합물상의 유무 및 산화아연층의 두께를 조사하였다.

철-아연 고용체층의 두께:

열간 프레스 성형품의 단면 시료(경면 연마 마무리)를, 전자 가속 전압 15㎸, 전류 5∼10㎁, 주사 속도 2∼5㎛/분의 조건에서, EPMA에 의해 X선 분석하였다. 시료로부터 방출되는 X선의 영역을 고려하여, Zn-Fe 금속간 화합물상 또는 산화아연층보다 내부 측(모재 측)에 나타나는 철-아연 고용상의 모재와의 계면 및 Zn-Fe 금속간 화합물상 또는 산화아연층과의 계면을 다음과 같이 결정하였다.

철-아연 고용상과 모재와의 계면에서는, 철-아연 고용상에서의 Zn의 특성 X선 강도가, 철-아연 고용상에서의 정상 부분의 1/2 강도 위치를 중심으로 모재의 강 측에 대한 테일 부분의 적분 강도가 정규 분포하고 있다고 가정하여, 강도 분포를 분포 함수로 치환하고, 판정의 위험율로부터 표준 편차 2σ의 위치를 계면으로 하였다. 마찬가지로, Zn-Fe 금속간 화합물상 또는 산화아연층에서의 정상 부분 또는 극대 부분의 1/2 강도 위치를 중심으로 철-아연 고용상을 향하여 테일을 당긴 부분의 적분 강도로부터, 철-아연 고용상의 반대측의 계면(즉, 금속간 화합물상 또는 산화아연층과의 계면)을 구하였다. 이 양쪽의 계면 사이의 길이를 철-아연 고용상의 두께로 하였다.

Al량, Al산화물량:

열간 프레스 성형품으로부터 소정 면적의 2편을 잘라내어, 1편을 10% HCl(인히비터), 다른 1편을 5% CrO₃수용액에 침지하여, 표층을 용해하였다. 각각의 액에 대한 Al 용출량(ICP 발광 분석에 의해 측정)으로부터, Al량과 Al산화물량을 산출하였다.

3)성능 시험, 기타 평가

피막 균열 :

열간 프레스 성형품의 표면을 광학현미경에 의해 관찰하여, 표면의 도금 피막에 균열이 발생하였는지의 여부를 조사하였다. 전술한 바와 같이, 금속간 화합물상이 존재하면, 도금 피막에 균열이 발생하기 쉽고, 그것에 의해 금형 스크래치도 발생하기 쉬워진다.

금형 스크래치:

프레스 공정 후의 프레스 금형을 육안으로 관찰하여, 금형의 스크래치의 유무를 조사하였다.

도장 밀착성:

성형품에 화성 처리(처리액: 니혼파커라이징제 PBL-3080, 처리 조건은 해당 처리액에서의 표준 조건)를 실시한 후, 전착 도장(간사이페인트제 GT1O, 목표 막 두께 20㎛, 전압 및 통전 패턴: 200V의 슬로프 통전(0V에서 200V까지 30초간), 베이킹 160℃×20분)을 실시하였다.

이 전착 도장재를, 40℃의 이온 교환수에 500시간 침지하고, 그 후, 도장면에 JlS G 3312 12.2.5 크로스컷 시험에 기재된 방법으로 크로스컷을 넣어, 테이프 박리 시험을 행하였다. 크로스컷에서의 박리 면적율(100매스 중 박리한 매스 수)이 1% 이하인 것을 합격(○)으로 하고, 1%를 초과한 것을 불합격(×)으로 표시하였다.

도장 후 내식성:

상기 전착 도장재의 도장면에 커터 나이프로 베이스 강에 도달하는 스크래치(크로스컷)를 넣은 후, JIS Z2371의 염수 분무 시험을 실시하였다. 960시간 후의 스크래치부로부터의 최대 팽창폭이 2㎜ 이하인 것을 합격(○)으로 하고, 2㎜를 초과한 것을 불합격(×)으로 하였다.

용접성:

하기의 스폿 용접 조건에서, 용접 전류에 관해서 조사하였다. 구체적으로는, 너겟(nugget) 지름(mm)이 4√t(t: 판 두께(mm))가 되는 최소 전류(4√t 전류)로부터, 플래시(flash)가 발생하기 시작하는 전류(플래시 발생 전류)를 조사하였다. 4√t전류로부터 플래시 발생 전류까지의 전류 차가 1000A 이상인 것을 합격(○), 1000A 미만을 불합격(×)으로 하였다.

이상의 측정 및 시험 결과를 표 2에 정리하여 나타낸다.

〈표 2〉

표 2에 나타내는 것과 같이, 본 발명예의 열간 프레스 성형품(No. 1∼4)은, 금형에 손상을 주지 않고 제조할 수 있고, 또한, 도장 밀착성, 도장 후 내식성, 용접성이 모두 우수하였다.

이에 대하여, 표면 근방에 금속간 화합물상이 잔존한 열간 프레스 성형품(No.5, 7, 8, 9, 12, 13)은 모두 프레스 후의 금형에 스크래치가 인정되었다. 이들은, 도금조성 또는 도금종이 상이한 것(No.5, 8), 도금 부착량이 지나치게 얇은 것(No.7), 승온 속도가 지나치게 큰 것(No.9), 또는 유지 시간 또는 전체 가열 시간이 짧은 것(No.12, 13)이었다. 표층의 Al량 및 Al산화물량이 큰 것(No.5, 6)은, 도장 밀착성과 도장 후 내식성이 떨어졌다. 이들은 모두 도금 피막 중의 Al함유량이 컸다. 또한, 산화아연층(산화 피막)의 두께가 큰 것(No.7, 9, 10, 11)은, 도장 밀착성, 도장 후 내식성, 용접성이 모두 떨어졌다. 이들은, 도금 부착량이 지나치게 얇은 것(No.7), 승온 속도가 지나치게 큰 것(No.9), 가열 온도가 지나치게 높은 것(No.10), 또는 가열 시간이 지나치게 긴 것(No.11)이었다. 또한, 용융 알루미늄 도금 강판을 열간 프레스한 것(No.8)은, 금속간 합금 화합물상이 잔존하기 때문에 금형을 손상을 입히고, 또한 도장 후 내식성도 떨어졌다.

본 발명에 관한 열간 프레스 성형품은, 도장 후 내식성이 우수할 뿐만 아니라, 도장 밀착성도 우수하고, 특히 서스펜션 부품, 보강 부재 등의 자동차 부품에 유용하다. 또한, 본 발명에 관한 열간 프레스 성형품의 제조 방법에 의하면, 이 열간 프레스 성형품을 용이하게 또한 안정적으로 제조할 수 있기 때문에, 제조 비용의 저감은 물론, 제품의 안정적인 품질 확보에도 큰 효과를 발휘한다.

Claims

아연계 도금 강재에 열간 프레스를 한 열간 프레스 성형품으로서, 상기 성형품의 표면에, 철-아연 고용상을 포함하고 있는, 1㎛ 이상, 50㎛ 이하의 두께의, 아연계 도금층을 가지고, 해당 아연계 도금층의 위에 존재하는 산화아연층의 평균 두께가 2㎛ 이하인 열간 프레스 성형품.
제1항에 있어서, 상기 아연계 도금층의 위에 산화아연층이 실질적으로 존재하지 않는 열간 프레스 성형품.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 아연계 도금층이 실질적으로 철-아연 고용상으로 구성되는 열간 프레스 성형품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 강재 표면에 존재하는 상기 아연계 도금층 및 산화아연층 중의 총 아연량이 10g/㎡ 이상, 90g/㎡ 이하인 열간 프레스 성형품.
아연계 도금 강재에 열간 프레스를 하여 철-아연 고용상을 포함하는 아연계 도금층 및 그 위에 산화아연층을 구비한 열간 프레스 성형품으로 하는 공정, 및, 얻어진 열간 프레스 성형품의 최표층의 산화아연층의 평균 두께가 2㎛ 이하가 되도록 상기 산화아연층의 일부 또는 전부를 제거하는 공정을 포함하는, 열간 프레스 성형품의 제조 방법.
제5항에 있어서, 상기 열간 프레스 공정이, 동시에 강재의 담금질도 달성하는 열간 프레스 성형품의 제조 방법.
제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 산화아연층을 제거하는 공정을 숏 블라스트 및 액체 호닝으로 이루어지는 군으로부터 선택된 방법에 의해 행하는 열간 프레스 성형품의 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 숏 블라스트가, 평균 입경 100∼500㎛의 강구를 숏 탄으로서 사용하는 열간 프레스 성형품의 제조 방법.
제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 산화아연층을 제거하는 공정을, 1㎛ 이상, 50㎛ 이하의 두께의 아연계 도금층이 남도록 행하는 열간 프레스 성형품의 제조 방법.
최상층으로서 산화아연층을 가지고, 그 아래에 본질적으로 철-아연 고용상으로 이루어지는 철-아연 고용체층을 가지지만, 실질량의 철-아연 금속간 화합물상을 포함하는 층을 가지고 있지 않은 열간 프레스 성형품에 있어서,

상기 산화아연층의 평균 두께가 5㎛ 이하이고, 또한 하기 (1)과 (2)중의 한쪽 또는 양쪽을 충족하는 열간 프레스품.

(1) 상기 철-아연 고용체층 및 산화아연층에 함유되는 Al의 합계량이 0.5g/㎡이하이다;

(2) 상기 철-아연 고용체층 및 산화아연층에 함유되는 Al산화물의 합계량이 Al로서 5㎎/㎡이하이다.
제10항에 있어서, 상기 철-아연 고용체층의 평균 두께가 10~40㎛인 열간 프레스 성형품.
강재를 소정 온도로 가열하는 가열 공정과, 이어서 강재를 고온인 채로 프레스 성형하는 프레스 공정을 포함하는 열간 프레스 성형품의 제조 방법에 있어서,

상기 강재가, Al함유량이 0.35질량% 이하, 도금 부착량이 40g/㎡ 이상, 80g/㎡ 이하인 용융 아연 도금 강재 또는 합금화 용융 아연 도금 강재이고,

상기 가열 공정에서, 강재를 산화성 분위기 중에서 실온으로부터 850℃∼950℃의 온도 범위까지 15℃/초 이하의 평균 속도로 승온한 후, 그 온도 범위에 30초간 이상 유지하고, 또한 상기 승온 시간과 상기 유지 시간의 합계가 3분 이상, 10분 이하이고,

상기 프레스 공정에서, 700℃∼950℃의 온도 범위에서 강재를 프레스 성형하는 방법.
제12항에 있어서, 강재가 도금 피막 중의 Fe 함유량이 10∼20질량%의 합금화 용융 아연 도금 강재인, 강재를 프레스 성형하는 방법.
강재를 소정 온도로 가열하는 가열 공정과, 이어서 강재를 고온인 채로 프레스 성형하는 프레스 공정을 포함하는 열간 프레스 성형품의 제조 방법에 있어서,

상기 강재가, 전기 아연 도금 강재 또는 도금 중의 Fe 함유량이 20질량% 이하인 Zn-Fe합금 전기 도금 강재로서, 그 도금 부착량이 40g/㎡ 이상, 80g/㎡ 이하이고,

상기 가열 공정에서, 강재를 산화성 분위기 중에서 실온으로부터 850℃∼950℃의 온도 범위까지 15℃/초 이하의 평균 속도로 승온한 후, 그 온도 범위에 30초간 이상 유지하고, 또한 상기 승온 시간과 상기 유지 시간의 합계가 3분 이상, 10분 이하이고,

상기 프레스 공정에서, 700℃∼950℃의 온도 범위에서 강재를 프레스 성형하는 방법.
제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 프레스 공정에 사용하는 금형 중 적어도 일부를 냉각함으로써, 프레스 공정에서 담금질을 행하는, 강재를 프레스 성형하는 방법.
제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 프레스 공정 후, 프레스 공정에서 얻어진 성형품을 숏 블라스트 또는 액체 호닝에 의해 처리하여, 표면의 산화아연층의 일부 또는 전부를 제거하는, 강재를 프레스 성형하는 방법.