KR20080111549A

KR20080111549A - 열간 프레스 성형 강판 부재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20080111549A
Application number: KR1020087028236A
Authority: KR
Inventors: 도시노부 니시바타
Original assignee: 수미도모 메탈 인더스트리즈, 리미티드
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2007-04-25
Publication date: 2008-12-23
Also published as: CN101484601B; KR101133870B1; JP2012180594A; CN101484601A; JP5176954B2; JPWO2007129676A1; WO2007129676A1; JP5387720B2

Abstract

담금질한 그대로 인성이 양호하고, 인장 강도가 1.8Gpa 이상인 열간 프레스 성형된 강판 부재는, 구 오스테나이트 입경 10㎛ 이하에서, 자동 템퍼링된 마텐자이트를 포함하는 미세 조직을 가진다. 강판의 화학 조성은 C：0.26∼0.45％, Mn＋Cr：0.5∼3.0％, Nb：0.02∼1.0％, 3.42N＋0.001≤Ti≤3.42N＋0.5를 만족하는 양의 Ti, 나아가 Si：0.5％ 이하, Ni：2％ 이하, Cu：1％ 이하, V：1％ 이하 및 Al : 1% 이하의 1종 또는 2종 이상, 경우에 따라 B : 0.01% 이하, Nb : 1.0% 이하, Mo : 1.0% 이하, Ca : 0.001∼0.005%의 1종 또는 2종 이상을 함유한다. 이 강판을 Ac₃점 이상, (Ac₃점＋100℃) 이하의 온도에서 5분 이하 유지한 후에 열간 프레스 성형하고, 이어서 Ms점까지의 냉각 속도가 상부 임계 냉각 속도 이상, 또한 Ms점으로부터 150℃까지의 평균 냉각 속도가 10∼500℃/초의 냉각에 의해 담금질을 행한다.

Description

열간 프레스 성형 강판 부재 및 그 제조 방법{HOT-PRESSED STEEL SHEET MEMBER AND PROCESS FOR PRODUCTION THEREOF}

본 발명은, 열간 프레스 성형에 의해 제작된, 인성(靭性)이 뛰어나고, 또한 인장 강도가 1.8GPa 이상인 고강도의 강판 부재와 그 제조 방법에 관한 것이다. 이 강판 부재는, 자동차의 보디 구조 부품, 저면(underbody) 부품 등을 비롯한 기계 구조 부품으로서 매우 적합하다. 본 발명은 또한 이 강판 부재의 제조에 사용되는 열간 프레스 성형용 강판과 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 자동차의 연비 향상을 위해, 사용하는 강재의 고강도화를 도모하고, 자동차의 중량을 줄이는 노력이 진행되고 있다. 그 결과, 자동차에 넓게 이용되는 얇은 강판의 프레스 성형에 의한 부재의 제조에 있어서는, 강판 강도의 증가에 수반되는 프레스 성형성의 저하에 의해, 복잡한 형상의 부재를 제조하는 것이 곤란해지고 있다. 구체적으로는, 강판의 연성 저하에 기인하여, 가공도가 높은 부위에서 파단이 생기는 스프링 백(spring back)이나, 벽휘어짐이 커져 치수 정밀도가 열화한다는 문제가 발생한다. 이 때문에, 특히 780MPa 이상의 인장 강도를 가지는 고강도의 강판을 이용한 프레스 성형에 의한 부품의 제조에는 곤란성이 수반된다.

프레스 성형이 아니라 롤 성형을 이용하면, 고강도 강판에서도 용이하게 가 공을 행할 수 있다. 그러나, 롤 성형은 길이 방향으로 동일한 단면을 가지는 부품의 제조에 밖에 적용할 수 없기 때문에, 복잡한 형상의 부재의 제조에는 이용할 수 없다.

GB 1,490,535에 제안되어 있는 바와 같이, 가열한 강판을 프레스 성형하는 열간 프레스 성형으로 불리는 방법에서는, 고온의 강판이 연질이고 또한 높은 연성으로 되어 있으므로, 복잡한 형상을 치수 정밀도 좋게 성형하는 것이 가능하다. 게다가, 강판을 오스테나이트역으로 가열하고 나서 프레스 성형하고, 프레스 성형에 이용한 금형 내에서 성형품을 급냉시켜 담금질함으로써, 강판의 성형과 동시에, 마텐자이트 변태(變態)에 의한 강판의 고강도화를 달성할 수 있다.

일본국 특개평 10－96031호 공보에는, 강판 소재를 미리 실온에서 소정의 형상으로 프레스 성형한 후, 성형에 이용한 금형에 넣은 채로 성형품을 오스테나이트역으로 가열하고, 급냉시킴으로써, 강판의 고 강도화와 프레스 성형을 동시에 행하는 예비 성형(preshaping) 프레스 담금질(press quenching)법이 개시되어 있다.

<발명의 개시>

상술한 열간 프레스 성형법이나 예비 성형 프레스 담금질법은 강판의 프레스 성형과 프레스 성형품의 고 강도화를 동시에 달성할 수 있다.

그런데, 담금질 후의 성형품의 인장 강도가 1.8GPa 이상이라는 고강도로 되면, 종래의 열간 프레스 성형법(예비 성형 프레스 담금질법을 포함한다)에서는, 담금질 후의 프레스 성형품의 인성이 불충분하고, 실용 레벨에 이르지 않는 것이 판명되었다. 실제, 열간 프레스 성형한 채로 인성이 양호한, 인장 강도 1.8GPa 이상의 고강도 프레스 성형품을 제조한 예는 지금까지 알려지지 않았다.

따라서, 종래의 열간 프레스 성형에서는, 인장 강도가 1.8GPa 이상인 실용 가능한 프레스 성형품을 제작하기 위해서는, 담금질된 프레스 성형품에 템퍼링(tempering) 처리를 실시하여 그 인성을 높일 필요가 있다. 그러나, 열간 프레스 성형에 있어서 템퍼링 공정을 추가하는 것은, 작업 효율이나 설비의 점에서 현저한 비용 상승으로 연결되어, 바람직하지 않다.

본 발명은, 담금질 후의 템퍼링을 행하지 않고, 인성이 뛰어나고, 또한 인장 강도가 1.8GPa 이상인 열간 프레스 성형된 프레스 성형품의 제조를 실현 가능하게 하는 기술을 제공한다.

본 발명에 의하면, 강판의 화학 조성을 적절히 선택하고, 또한 강판 제조 시의 열간 압연 조건이나 경우에 따라 그 후의 냉간 압연, 소둔, 합금화 용융 아연 도금 등의 열처리 조건, 나아가 열간 프레스 성형 후의 담금질 조건을 적절히 제어함으로써, 상기 목적을 달성할 수 있다.

일측면에 있어서, 본 발명은, 질량％로, C：0.26∼0.45％, Mn＋Cr：0.5∼3.0％, Nb ：0.02∼1.0％, 하기 식(1)을 만족하는 양의 Ti, Si：0∼0.5％, Ni：0∼2％, Cu：0∼1％, V：0∼1％, Al：0∼1％, B：0∼0.01％, Mo：0∼1.0％, Ca：0∼0.005％, 및 잔부 Fe 및 불순물로 본질적으로 이루어지는 화학 조성을 가짐과 더불어, 구(舊) 오스테나이트 평균 입경이 10㎛이하이고 자동 템퍼링된 마텐자이트(martensite)를 포함하는 미세 조직을 가지고, 또한 인장 강도가 1.8GPa 이상인 열간 프레스 성형된 강판 부재이다:

3.42N＋0.001≤Ti≤3.42N＋0.5 …(1)

식 중의 Ti 및 N은 강 중의 상기 원소의 함유량(질량％)을 의미하고, N은 강중에 불순물로서 포함된다.

본 발명에 있어서, 열간 프레스 성형은, 강판을 미리 오스테나이트역(Ac₃점 이상)의 온도로 가열하고 나서 프레스 성형을 행하는 협의의 의미에서의 열간 프레스 성형법에 추가하여, 오스테나이트역보다 저온(예를 들면, 실온)에서 프레스 성형한 후, 프레스 성형에 사용한 금형 내에서 성형품을 오스테나이트역의 온도로 가열하고, 담금질을 행하는 예비 성형 프레스 담금질법도 포함한다.

상기 화학 조성은, 질량％로, Si：0.01∼0.5％, Ni：0.01∼2％, Cu；0.01∼1％, V：0.01∼1％, Al：0.01∼1％, B：0.001∼0.01％, Mo：0.01∼1.O％, 및 Ca：0.001∼0.005％에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

상기 화학 조성에 있어서, 강 중에 불순물로서 포함되는, P, S 및 N중 1종 또는 2종 이상은, 질량％로 P：0.005％이하, S：0.005％이하 및 N：0.002％이하를 만족하는 함유량인 것이 바람직하다.

다른 측면에서, 본 발명은, 상기 화학 조성을 가지는, 인장 강도가 1.8GPa 이상인 열간 프레스 성형된 강판 부재를 제조할 수 있는 열간 프레스 성형용 강판이다.

본 발명은 또한, 상기 화학 조성을 가지는 강판을, Ac₃점 이상, (Ac₃점＋100℃) 이하의 온도역에 5분 이하의 시간 유지한 후, 이 강판에 열간 프레스 성형을 실시하고, 열간 프레스 성형된 고온의 성형품을 Ms점까지의 냉각 속도가 상부 임계 냉각 속도 이상, 또한 Ms점으로부터 150℃까지의 평균 냉각 속도가 10∼500℃／초가 되도록 냉각하는 것을 포함하는, 열간 프레스 성형된 강판 부재의 제조 방법도 제공한다.

하나의 양태에 있어서, 열간 프레스 성형된 강판 부재는, 전술한 예비 성형 프레스 담금질법에 의해 제조할 수도 있다. 이 양태에 의한 강판 부재의 제조 방법은, 상기 화학 조성을 가지는 강판을 Ac₃점보다 저온에서 금형을 이용해 프레스 성형하고, 프레스 성형된 강판을 상기 금형에 넣은 채로, Ac₃점 이상, (Ac₃점＋100℃) 이하의 온도역에 5분간 이하의 시간 유지하고, 이어서 Ms점까지의 냉각 속도가 상부 임계 냉각 속도 이상, 또한 Ms점으로부터 150℃까지의 평균 냉각 속도가 10∼500℃／초가 되도록 냉각하는 것을 포함한다. 이 양태에 있어서의 프레스 성형 온도는 전형적으로는 실온이다.

본 발명은 또한, 특히 예비 성형 프레스 담금질법에 사용하는데 적합한, 프레스 성형성이 뛰어난 열간 프레스 성형용 강판의 제조 방법도 제공한다. 이 열간 프레스 성형용 강판의 제조 방법은, 상기 화학 조성을 가지는 강괴(鋼塊) 또는 강편(鋼片)을 1050∼1300℃의 온도로 한 후에 열간 압연시키고, 800∼950℃의 온도에서 상기 열간 압연을 완료하고, 열간 압연으로 얻어진 강대(鋼帶)를 500∼700℃의 온도로 감는 것을 포함한다.

이 열간 프레스 성형용 강판의 제조 방법은, 하기 공정을 더 포함하고 있어도 된다：

(1) 상기의 감겨진 강대를 풀고, 이 강대에 탈 스케일 처리와 냉간 압연을 실시한다；

(2) 상기 (1)에서 냉간 압연된 강대를, (Ac₁점＋10℃) 이상, Ac₃점 이하의 온도역에 10초간 이상 유지한 후, 1∼100℃／초의 평균 냉각 속도로 300∼500℃의 온도역까지 냉각하고, 이 강대를 이어서 300∼500℃의 온도역에 30초간∼10분간 유지한 후, 1∼50℃／초의 평균 냉각 속도로 실온까지 냉각한다；

(3) 상기 (1)에서 냉간 압연된 강대를, (Ac₁점－100℃) 이상, (Ac₁점＋30℃) 이하의 온도역에 1∼24시간 유지한 후에 1∼100℃／시의 평균 냉각 속도로 실온까지 냉각한다；

(4) 상기의 감겨진 강대를 풀고, 이 강대에 탈 스케일 처리와 용융 아연 도금을 실시하고, 이어서 이 강대에 500℃이상, Ac₁점 이하의 온도역에서 합금화 열처리를 실시한다；

(5) 상기 (1)에서 냉간 압연된 강대를, 700∼900℃의 온도역에서 소둔을 실시한 후에 1∼60℃／초의 평균 냉각 속도로 500℃이하의 온도역까지 냉각하고, 이 강대에 용융 아연 도금과, 그 후에 500℃∼Ac₁점의 온도역에서 합금화 열처리를 실시한다；또는

(6) 상기 (3)에서 실온까지 냉각된 강대에, 용융 아연 도금과, 그 후에 500℃∼Ac₁점의 온도역에서 합금화 열처리를 실시한다.

이와 같이, 본 발명의 열간 프레스 성형용 강판은, 열간 압연 강판, 냉간 압연 강판, 열처리된 냉간 압연 강판, 및 열간 압연 강판 혹은 냉간 압연 강판을 기재로 하는 합금화 용융 아연 도금 강판을 포함한다.

본 발명에 의해, 템퍼링을 행하지 않고, 열간 프레스 성형과 그 때의 담금질 그대로, 인성이 뛰어나고, 인장 강도가 1.8GPa 이상인 고강도 열간 프레스 성형된 강판 부재를 제조하는 것이 가능해진다. 그 결과, 열간 프레스 성형을 이용한 고강도 강판 부재의 제조 비용을 현저하게 저감할 수 있다.

도 1은 임계 냉각 속도 측정용 시험편 형상의 설명도이다.

도 2는 본 발명의 열간 프레스 강판 부재의 미세 조직을 나타내는 TEM 사진이다.

도 3은 핫(hot) 성형법의 모식적 설명도이다.

이하에 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 이후의 설명에 있어서, 강판이나 도금의 조성에 관한 「％」는 모두 「질량％」를 나타낸다.

본 발명에 있어서 강판의 화학 조성은 다음과 같다.

C : 0.26∼0.45％

C는, 강판의 담금질성을 높이고, 또한, 담금질 후 강도(post－quenchi㎎ strength)를 주로 결정하는 매우 중요한 원소이다. 담금질 후에 인장 강도 1.8GPa 이상의 고강도를 달성하기 위해서, C함유량을 적어도 0.26％로 한다. 한편, C함유량이 0.45％를 초과하면, 담금질 후의 강판의 강도가 너무 높아지고, 그 인성 열화가 현저해진다. 바람직한 C함유량은 0.28∼0.33％이다.

Mn＋Cr：0.5∼3.0％

Mn 및 Cr은 강판의 담금질성을 높이고, 또한 높은 담금질 후의 강도를 안정되게 얻는데 매우 효과가 있는 원소이다. Mn 및 Cr의 합계 함유량(이하, 「(Mn＋Cr) 함유량」이라고 한다)이 0.5％미만에서는 그 효과는 충분하지 않다. 한편, (Mn＋Cr) 함유량이 3.0％를 초과하면 그 효과는 포화하고, 반대로 안정된 강도 확보가 곤란해진다. 바람직한 (Mn＋Cr) 함유량은 0.8∼2.0％이다.

Nb：O.02∼1.0％

Nb는, 강판을 Ac₃점 이상으로 가열했을 때에, 재결정화를 억제하고, 또한 미세한 탄화물을 형성함으로써 오스테나이트 입자를 세립(細粒)으로 하고, 이에 따라 담금질 후의 강판의 인성을 크게 개선한다는 효과가 있다. 이 효과를 확실히 얻기 위해서, 0.02％이상의 Nb를 함유시킨다. 그러나, Nb 함유량이 1.0％ 초과하면, Nb의 상기 효과는 포화하여, 쓸데없이 비용 증가를 초래한다. 바람직한 Nb 함유량은 0.03∼0.5％이며, 보다 바람직하게는 0.04∼0.15％이다.

Ti：(1)식(3.42N＋0.001≤Ti≤3.42N＋0.5)를 만족하는 양

Ti는, 강판을 Ac₃점 이상으로 가열했을 때에, 재결정화를 억제하고, 또한 미 세한 탄화물을 형성함으로써, 오스테나이트 입자를 세립으로 하고, 이에 따라 담금질 후의 강판의 인성을 크게 개선한다는 효과를 가진다. Ti의 이 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서, Ti함유량(％)을 (3.42N＋0.001) 이상으로 한다. N은 강 중에 불순물로서 함유된다. N은 실질적으로 0％여도 된다. 한편, Ti 함유량이(3.42N＋0.5)를 초과하면, Ti의 상기 효과는 포화하여, 쓸데없이 비용 증가를 초래한다. 바람직한 Ti 함유량은, 3.42N＋0.02≤Ti≤3.42N＋0.08을 만족하는 양이다.

Si：0∼0.5％, Ni：0∼2％, Cu：0∼1％, V：0∼1％, Al：0∼1％

이들 원소는 임의 첨가 원소인데, 모두 강판의 담금질성을 높이고, 또한 높은 담금질 후 강도를 안정되게 달성하는데 효과가 있으므로, 이들 1종 또는 2종 이상을 함유시키는 것이 바람직하다. 이들 원소의 이 효과는, Si：0.01％이상, Ni：0.01％이상, Cu : O.01％이상, V：0.01％이상, Al：0.01％이상으로 현저하게 된다. 그러나, 각 원소를 그 상한값 이상으로 함유시켜도 상기 효과는 작고, 또한 쓸데없이 비용 증가를 초래하므로, 각 원소의 함유량은 상술의 범위로 한다. 이들 1종 또는 2종 이상의 원소를 첨가하는 경우의 바람직한 함유량은, Si : 0.02∼0.4％, Ni：0.02∼1％, Cu：0.02∼0.8％, V：0.02∼0.5％, Al：0.01∼0.1％이다.

B：0∼0.01％

B는 임의 첨가 원소이며, 강판의 담금질성을 높이고, 또한 높은 담금질 후 강도를 안정되게 얻는데 유효하다. 또한, B는 입계(粒界)에 편석하여 입계 강도를 높이고, 담금질 후의 강판의 인성을 향상시키는 효과가 있고, 또한 가열 시의 오스테나이트 입자 성장 억제 효과도 높다. 이들 효과는 B함유량이 0.001％이상에서 현저하게 된다. 그러나, B함유량이 0.01％를 초과하면 이들 효과는 포화하고, 또한 비용 증가를 초래한다. B를 함유시키는 경우의 바람직한 B함유량은 0.001∼0.01％이며, 보다 바람직하게는 0.001∼0.0030％이다.

Mo：0∼1.0％

Mo는 임의 첨가 원소이며, 강판을 Ac₃점 이상으로 가열했을 때에, 미세한 탄화물을 형성하여 오스테나이트 입자를 세립으로 하므로, 담금질 후의 강판의 인성을 크게 개선하는 효과를 가진다. 이들 효과는 Mo함유량이 0.01％ 이상에서 현저하게 된다. 그러나 Mo 함유량이 1.0％ 초과로 되면, 그 효과는 포화되어, 쓸데없이 비용 증가를 초래한다. Mo를 함유시키는 경우의 바람직한 Mo 함유량은 0.01∼1.0％이며, 더욱 바람직하게는 0.04∼0.20％이다.

Ca：0∼0.005％

Ca는 임의 첨가 원소이며, 강 중의 개재물을 미세화하여, 담금질 후의 강판의 인성을 향상시키는 효과를 가진다. 이들 효과는 Ca함유량이 0.001％ 이상에서 현저하게 된다. 그러나, Ca 함유량이 0.005％를 초과하면 그 효과는 포화한다. 따라서, Ca를 함유시키는 경우의 바람직한 Ca 함유량은 0.001∼0.005％이며, 보다 바람직하게는 0.002∼0.004％이다.

화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물로 본질적으로 이루어진다. 불순물은, P, S, N과 같은 비금속 원소와, 상기 이외의 금속 원소를 포함할 수 있다. 이 중, P, S, N의 함유량은 바람직하게는 하기와 같다.

P：0.005％이하

P는, 담금질 후의 강판의 인성을 크게 열화시키는 원소이므로, 0.005％이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003％ 이하이다.

S：0.005％이하

S는, 담금질 후의 강판의 인성을 크게 열화시키는 원소이므로, 0.005％이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.003％ 이하이다.

N：0.002％ 이하

N은 강 중에서 개재물을 형성하고, 담금질 후의 강판의 인성을 열화시키는 원소이므로, 0.002％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.001％ 이하이다.

P, S, N 중 적어도 1종의 함유량이 상기와 같은 것이 바람직하다. 나머지 불순물 원소의 함유량은 상기의 상한을 초과해도 되지만, P, S, N의 모든 함유량이 상기의 상한 이하인 것이 특히 바람직하다.

본 발명의 열간 프레스 성형된 강판 부재는, 인장 강도가 1.8GPa 이상의 고강도를 가진다. 이 인장 강도는 열간 프레스 성형 공정에 있어서, 프레스 성형에 연속하는 담금질에 의해 달성된다. 담금질은, 통상은 열간 프레스 성형에 사용한 금형 내에서 행해지는데, 이에 한정되는 것은 아니다.

전술한 것처럼, 이러한 고강도의 열간 프레스 성형된 강판 부재는, 종래는 인성이 현저하게 열화하므로, 실용에 제공할 수 없었다. 본 발명의 열간 프레스 성형된 강판 부재는, 이 1.8GPa 이상이라는 고강도와 동시에 양호한 인성을 달성하 기 위해서, 구 오스테나이트 평균 입경이 10㎛이하라는, 결정 입자가 미세화된 미세 조직을 가진다. 구 오스테나이트 평균 입경은, 바람직하게는 8㎛이하, 더욱 바람직하게는 4㎛이하이다. 구 오스테나이트 평균 입경은, 다음에 설명하는 바와 같이, 열간 프레스 성형 전의 가열 조건(유지 온도 및 유지 시간)에 의존해 변화한다.

본 발명에 의하면, 상기 화학 조성을 가지는 강판에 대해 열간 프레스 성형을 행하는데, 이 때의 열간 프레스 성형 전의 가열 조건(유지 온도 및 유지 시간)은 다음과 같다.

열간 프레스 성형 공정에 있어서 담금질에 의해 목적으로 하는 강도와 인성을 얻기 위해서, 열간 프레스 성형에 제공하는 강판을 Ac₃점 이상, (Ac₃점＋100℃) 이하의 온도역에서 5분간 이하의 시간을 유지한다. 유지 온도를 Ac₃점 이상으로 하는 것은, 강의 조직을 일단 오스테나이트 단상으로 하여, 담금질에 의해 목적으로 하는 강도를 얻기 위함이다. 유지 온도의 상한 및 유지 시간의 상한은, 담금질후의 구 오스테나이트 입경을 10㎛이하로 억제하고, 강판의 인장 강도가 1.8GPa 이상의 강도에서도 양호한 인성을 달성하기 위함이다. 유지 온도를 (Ac₃점＋100℃) 초과로 하거나, 혹은 유지 시간을 5분 초과로 하면, 구 오스테나이트 입경은 10㎛이상으로 되어, 담금질 후에 양호한 인성을 얻을 수 없는 경우가 있다. 보다 바람직한 유지 온도는, Ac₃점 이상, (Ac₃점＋50℃) 이하이고, 보다 바람직한 유지 시간은 2분 이하이다. 또한, 구 오스테나이트 입경은 세립이면 어느 정도 바람직하기 때 문에, 유지 시간의 하한은 특별히 규정하지 않는다.

본 발명에 있어서의 열간 프레스 성형은, 사용 금형도 포함하여 그 자체가 특별히 제한되지 않는다. 열간 프레스 성형은, 미리 강판을 상기 조건으로 가열하고 나서 행하는 것이 바람직한데, 전술한 예비 성형 프레스 담금질법에 따라서 실시할 수도 있다. 그 경우에는, 예비 성형된 성형품의 가열을 상기 조건 하에서 행하면 된다.

예비 성형 프레스 담금질법을 채용하는 경우, 프레스 성형을 Ac₃점보다 저온에서 행하고, 프레스 성형된 강판을 금형에 넣은 채로, Ac₃점 이상, (Ac₃점＋100℃) 이하의 온도역에 5분간 이하의 시간 유지하고, 이어서 Ms점까지의 냉각 속도가 상부 임계 냉각 속도 이상, 또한 Ms점으로부터 150℃까지의 평균 냉각 속도가 10∼500℃／초가 되도록 냉각한다. 예비 성형 프레스 담금질법에서의 프레스 성형은 통상은 실온에서 행해지지만, Ac₃점보다 저온으로 가열된 강판을 프레스 성형할 수도 있다.

열간 프레스 성형 공정(예비 성형 프레스 담금질법을 포함한다)에 있어서의 담금질을 위한 냉각 조건 및 냉각 방법은 다음과 같다.

인장 강도가 1.8GPa 이상인 강도를 얻음과 동시에 인성을 조금이라도 개선하기 위해서는, 열간 프레스 성형에 의해 얻어진 강판 부재의 담금질 후의 미세 조직을, 실질적으로 마텐자이트만으로 이루어지는 완전 마텐자이트 조직으로 하는 것이 아니라, 자동 템퍼링된 마텐자이트를 포함하는 조직으로 하는 것이 중요하다.

자동 템퍼링된 마텐자이트는, 템퍼링을 위한 열처리를 행하는 것이 아니라 담금질 시의 냉각 중에 생성된 템퍼링된 마텐자이트이며, 예를 들면, 야노, 스즈키 저 「철강 재료의 과학-철에 응축된 테크놀로지」우치다 로카쿠, 도쿄(2001) 100페이지에 해설되어 있다. 템퍼링된 마텐자이트는, 라스(lath) 내부에 미세 시멘타이트(cementite)가 석출됨으로써, 완전 마텐자이트와 구별할 수 있다.

상기 화학 조성을 가지는 강판의 경우, 자동 템퍼링된 마텐자이트를 포함하는 미세 조직은, 담금질 시의 냉각 속도를, Ms점까지는 확산 변태가 일어나지 않도록 상부 임계 냉각 속도 이상으로 하고, 그 후, Ms점으로부터 150℃까지의 온도 범위의 평균 냉각 속도를 10∼500℃／초로 함으로써 얻을 수 있다. Ms점으로부터 150℃까지의 바람직한 평균 냉각 속도는 15∼200℃／초이다.

냉각 중에 강판 온도가 Ms점에 도달하면, 마텐자이트 변태에 의한 변태 발열이 일어나는데, 이 변태의 발열량은 매우 크다. 상기와 같이 Ms점으로부터 150℃까지의 온도 범위의 평균 냉각 속도는 Ms점까지의 냉각 속도보다 느리게 하는데, Ms점 이하의 냉각을 Ms점에 도달하기 까지와 동일한 냉각 방법으로 실시하면, Ms점에서의 큰 변태 발열때문에 필요한 냉각 속도를 달성할 수 없는 경우가 있다. 그 경우에는, Ms점까지의 냉각보다도 Ms점으로부터 150℃까지의 냉각을 보다 강하게 행할 필요가 있고, 구체적으로는 다음에 기술하는 바와 같이 하는 것이 바람직하다.

열간 프레스 성형법에서는, 통상은, 고온의 강판을 상온 또는 수십℃ 정도의 온도의 강제 금형으로 프레스 성형함으로써, 금형에 의해서 냉각이 달성된다. 냉 각 속도는, 금형 치수(예를 들면, 두께)를 바꾸어 금형의 열 용량을 변화시킴으로써 변화시킬 수 있다. 또한 금형 재질을 이종(異種) 금속(예를 들면 구리 등)으로 바꿈으로써도, 냉각 속도를 변화시킬 수 있다. 금형의 치수나 재질을 바꿀 수 없는 경우, 수냉형의 금형을 이용해 냉각수량을 바꾸는 것에 의해서, 냉각 속도를 바꿀 수 있다. 또한, 미리 홈을 몇 군데 자른 금형을 이용해 프레스 성형 중에 그 홈에 물을 통과시킴으로써 냉각 속도를 바꾸거나, 프레스 성형 도중에 프레스 성형기를 올리고, 그 사이에 금형 내에 물을 흐르게 하여 냉각 속도를 바꿀 수도 있다. 나아가 금형 클리어런스를 바꾸어, 강판과의 접촉 면적을 변화시킴으로써도 냉각 속도를 바꿀 수도 있다.

Ms점 전후에서 냉각 속도를 바꾸는 수단으로는, 예를 들면, 다음의 수단을 생각할 수 있다.

(1) Ms점 도달 직후에, 열 용량이 다른 금형 또는 실온 상태의 금형으로 이동시켜, 냉각 속도를 바꾼다；

(2) 수냉 금형의 경우, Ms점 도달 직후에 금형의 냉각수량을 변화시켜 냉각 속도를 바꾼다；

(3) Ms점 도달 직후에, 금형과 성형품의 사이에 물을 흐르게 하여, 그 수량을 변화시킴으로써, 냉각 속도를 바꾼다.

본 발명의 열간 프레스 성형법에 있어서의 성형의 형태는, 특별히 제한되지 않지만, 예시하면, 휨가공, 드로잉 성형, 돌출(overhanging) 성형, 구멍 확대 성형, 플랜지 성형이 있다. 프레스 성형법은, 목적으로 하는 강판 부재의 종류에 따 라 적절하게 선택할 수 있다. 열간 프레스 성형된 강판 부재의 대표예로서, 자동차용 보강 부품인 도어 가드 바(door guard bar)나 범퍼 레인포스먼트(bumper reinforcement) 등을 들 수 있다. 본 발명의 강판 부재의 제조 방법은, 성형과 동시 또는 직후에 강판을 냉각하는 수단을 구비하면, 프레스 성형 이외의 성형법, 예를 들면 롤 성형에 적용할 수도 있다.

본 발명에 관한 강판 부재는 양호한 인성도 보유하고 있다. 실용에 견딜 수 있는 인성의 레벨로서, －120℃에서의 샤르피(charpy) 충격값이 30J／㎠ 이상인 것이 바람직하다.

열간 프레스 성형된 강판 부재는, 스케일 제거의 목적으로 숏 블러스트(shot blast)에 의해 처리되는 것이 보통이다. 이 숏 블러스트 처리에는, 표면에 압축 응력을 도입하는 효과가 있으므로, 지연 파괴가 억제되고, 또한 피로 강도가 향상된다는 이점이 있다.

열간 프레스 성형에서는, 강판은 오스테나이트 온도역으로 가열되어 오스테나이트 변태를 받는다. 따라서, 프레스 성형 온도가 낮은 예비 성형 프레스 담금질법은 따로 하고, 가열 전의 실온에서의 강판의 기계적 특성은 중요하지 않으므로, 강판의 종류나 가열 전의 미세 조직에 대해서는 특별히 규정하지 않는다. 즉, 열간 프레스 성형용 강판은, 열연 강판, 냉연 강판(풀 하드재, 소둔재), 도금 강판중 어떠한 것을 사용해도 된다. 또한, 그 제조 방법도 특별히 한정되지 않는다. 도금 강판으로는, 알루미늄계 도금 강판(예를 들면, 용융 알루미늄 도금 강판, 용융 55％Al－Zn 합금 도금 강판), 아연계 도금 강판(예를 들면, 전기 혹은 용융 아 연 도금 강판, 용융 5％Al－Zn 도금 강판, 합금화 용융 아연 도금 강판, 전기 Ni－Zn합금 도금 강판) 등을 들 수 있다.

한편, 미리 실온 또는 오스테나이트역보다 저온에서 프레스 성형을 행하는 예비 성형 프레스 담금질법과 같은 열간 프레스 성형 방법에서는, 열간 프레스 성형에 제공하는 강판은 가능한 한 연질인 것이 바람직하다. 예를 들면, 열간 압연 강판이나 연속 소둔을 실시한 냉간 압연 강판에 대해서는 인장 강도가 780MPa 이하, 냉간 압연 그대로의 강판에 대해서는 인장 강도가 780∼1180MPa, 상자 소둔(batch annealing)을 실시한 냉간 압연 강판에 대해서는 인장 강도가 590MPa 이하인 것이 바람직하다. 이러한 연질인 강판을 얻기 위한 매우 적합한 제조 방법에 대해서는 다음에 기술한다.

열간 압연

상술한 화학 조성을 가지는 강괴 또는 강편을, 1050∼1300℃의 온도로 한 후에 열간 압연을 실시하여 강대(鋼帶)로 한다. 열간 압연은 800∼950℃의 온도로 완료하고, 얻어진 강대를 500∼700℃의 온도로 감는다.

강괴 또는 강편을 1050∼1300℃로 하는 것은, 가공성을 열화시키는 비금속 개재물을 충분히 고용시키기 위함이다. 이러한 효과는, 상술 조성의 강판에 대해서, 1050℃ 이상으로 함으로써 인지된다. 1300℃ 이상으로 해도, 효과가 포화할 뿐만 아니라, 스케일 손실이 증가한다. 이 온도는, 보다 바람직하게는 1050∼1250℃, 더욱 바람직하게는 1050∼1200℃이다.

열간 압연에 제공하는 강괴 또는 강편의 온도를 1050∼1300℃로 하는 수법 은, 1050℃ 미만이 된 강괴 또는 강편을 가열하여 1050∼1300℃로 하는 경우뿐만 아니라, 연속 주조 후의 강괴 또는 분괴(分塊) 압연 후의 강편을 1050℃ 미만으로 저하시키지 않고 열간 압연에 제공하는 경우도 포함한다.

열간 압연 완료 온도는, Ar₃점보다 낮아지지 않도록 한다. Ar₃점보다 낮은 온도로 압연을 실시하면, 가공 페라이트가 잔존하고, 연성이 대폭 열화된다. 상술한 화학 조성의 강판에서는, 열간 압연 완료 온도가 800℃ 이상이면, 이들 문제는 생기지 않는다. 한편, 열간 압연 완료 온도가 950℃보다 높아지면, 스케일 발생 등의 표면 결함을 일으키는 경우가 있다. 따라서, 열간 압연 완료 온도를 800∼950℃로 한다.

감는 온도는, 너무 낮으면, 펄라이트, 베이나이트, 마텐자이트라는 저온 변태 조직이 많이 생성하고, 페라이트 조직이 감소하기 때문에, 강판 강도가 너무 높아진다. 이 때문에, 감는 온도의 하한을 500℃로 한다. 한편, 감는 온도가 너무 높으면, 산화 스케일이 두꺼워져, 탈 스케일 처리가 곤란해지므로, 감는 온도의 상한을 700℃로 한다. 감는 온도는 보다 바람직하게는 550∼650℃이다.

이렇게 하여 제조된 열간 압연 강대는, 예비 성형 프레스 담금질법에 있어서의, 전형적으로는 실온에서의 프레스 성형에 있어서 양호한 성형성을 열간 압연까지 얻기 위해서는, 체적율로 50％ 이상의 페라이트를 함유하는 조직으로 하고, 인장 강도가 780MPa 이하인 것이 바람직하다. 조직의 잔부는, 펄라이트, 베이나이트, 마텐자이트, 및 잔류 오스테나이트의 1종 또는 2종 이상을 포함할 수 있다. 페라이트는, 시멘타이트라는 Fe계 탄화물이나 Ti계, Nb계, Mo계, Cr계, V계, Mn계 탄화물을 포함하고 있어도 된다. 성형성의 관점에서는 강대의 강도는 저강도인 쪽이 바람직한데, 비용면이나 강도 조정의 용이함이라는 점에서, 강도는 590MPa 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 690MPa 이상이다.

열간 압연 후에 감겨져 방냉된 강대에는, 보통은, 풀고나서 산(酸) 세정, 숏 블러스트, 연삭 등의 1종 또는 2종 이상에 의해, 표면에 생성된 스케일의 제거(탈 스케줄) 처리를 행한다.

냉간 압연

상기와 같이 열간 압연된 강대에, 냉간 압연을 실시하여 냉간 압연 그대로의 강대로서 프레스 성형에 사용하는 경우에는, 예비 성형 프레스 담금질법에 의한 열간 프레스 성형에 있어서 양호한 성형성을 얻기 위해서는, 체적율로 50％이상의 페라이트를 함유하는 조직으로 하고, 인장 강도가 1180MPa 이하인 것이 바람직하다. 냉연 강대의 강도는, 성형성의 관점에서는 낮은 쪽이 바람직하지만, 비용면이나 강도 조정의 용이함이라는 점에서, 780MPa 이상인 것이 바람직하다. 냉연 강대의 인장 강도는 보다 바람직하게는 780∼1100MPa, 더욱 바람직하게는 780∼1050MPa의 범위이다. 냉간 압연 시의 압하율은 30∼80％로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 40∼70％이다.

소둔 방법

상기와 같이 냉간 압연된 강대의 소둔은, 푼 상태에서 행하는 연속 소둔과 코일상으로 감아 행하는 상자 소둔 중 어느 것이라도 된다.

냉연 강대를 연속 소둔하는 경우에는, (Ac₁점＋10℃) 이상, Ac₃점 이하로 가열하고, 그 온도역에서 10초간 이상 유지한 후, 1∼100℃／초의 평균 냉각 속도로 300∼500℃의 온도역까지 냉각하고, 다시 300∼500℃의 온도역에 30초간에서 10분간 이상 유지하고, 그 후에 1∼50℃／초의 평균 냉각 속도로 실온까지 냉각함으로써 소둔을 행한다.

이 때의 가열 온도가 (Ac₁점＋10℃)보다 낮으면, 재결정이 충분히 진행하지 않아, 강대의 강도가 높아지기 쉽다. 한편, 가열 온도가 Ac₃점보다 높으면, 오스테나이트 단상화에 기인하여, 냉각 중에 저온 변태상이 생성하기 쉬워, 역시 강대의 강도가 높아지기 쉽다. 가열 후의 유지 시간이 10초간보다 짧아지면, 치환형 원소인 Mn등의 편석이 남아, 소둔 후의 미세 조직이 불균일하게 된다. 장시간 가열은 쓸데없이 비용 증가를 초래하기 때문에, 가열 후의 유지 시간은 300초간 이하로 하는 것이 바람직하다. 소둔 분위기는 비산화성 분위기(예를 들면, 98체적％N₂＋2체적％H₂)로 하는 것이 바람직하다.

소둔 시의 평균 냉각 속도가 너무 빠르면, 저온 변태상이 많이 생성하고, 페라이트가 감소하여, 강대 강도가 높아진다. 한편, 평균 냉각 속도가 너무 느리면, 생산 효율이 떨어진다. 바람직한 평균 냉각 속도는 1∼20℃／초이며, 1∼10℃／초가 더욱 바람직하다.

냉각 정지 온도역을 300∼500℃로 한 것은, 저온 변태상의 생성을 가능한 한 억제하기 위함이다. 냉각 정지 온도역은 바람직하게는 350∼500℃, 더욱 바람직하게는 400∼450℃이다. 냉각 정지 온도역에서 30초간∼10분간 유지하는 것은, 미변태 오스테나이트의 페라이트 변태를 촉진하기 위함이다. 이 유지 시간은 바람직하게는 30초간∼5분간, 더욱 바람직하게는 30초간∼3분간이다. 이 후, 강대를 1∼50℃／초의 평균 냉각 속도로 실온까지 냉각한다. 이 때의 평균 냉각 속도가 50℃／초보다 빠르면, 저온 변태상이 많이 생성되어, 강대 강도가 높아진다. 한편, 평균 냉각 속도가 1℃／초보다 느리면, 생산 효율이 저하한다. 바람직한 평균 냉각 속도는 1∼10℃／초이다.

냉연 강대를 감고 나서 상자 소둔하는 경우에는, (Ac₁점－100℃) 이상, (Ac₁점＋30℃) 이하의 온도역에 1∼24시간 유지한 후, 1∼100℃／시의 평균 냉각 속도로 실온까지 냉각함으로써 소둔을 행한다. 유지 온도가 (Ac₁점－100℃)보다 낮으면, 강대의 인장 강도가 충분히 저하하지 않는다. 한편, 유지 온도가 (Ac₁점＋30℃)보다 높으면, 시멘타이트의 재고용-역변태가 너무 많이 진행되어, 그 후의 냉각 과정에서 저온 변태상이 생성하고, 강대의 인장 강도가 너무 높아진다. 유지 시간이 1시간 미만에서는 강대의 강도 저하가 충분하지 않고, 유지 시간이 24시간을 초과해도 효과는 포화하여, 쓸데없이 에너지의 낭비를 초래한다. 소둔 후의 냉각 과정에서는, 냉각 속도가 빠르면 저온 변태상이 생성되기 때문에, 가능한 한 느린 편이 바람직하다. 그러나, 너무 느리면 처리 효율의 저하를 초래하므로, 냉각 속도는 1∼100℃／시로 하고, 바람직하게는 1∼50℃／시이다.

상자 소둔의 노(爐) 내 분위기는, 질소 가스의 혼입이 적고, 노점이 가능한 한 낮은, 수소를 95용적％이상 포함하는 가스인 것이 바람직하다.

이렇게 하여 얻어지는 냉간 압연 후에 소둔이 실시된 냉간 압연 강대는, 예비 성형 프레스 담금질법에 의한 열간 프레스 성형에 있어서 양호한 성형성을 얻기 위해서, 체적율로 50％이상의 페라이트를 함유하는 조직으로 하고, 강대의 인장 강도는 연속 소둔의 경우에 780MPa 이하, 상자 소둔의 경우는 590MPa 이하인 것이 바람직하다. 강대의 인장 강도는 낮은 쪽이 바람직하지만, 비용면이나 강도 조정의 용이함이라는 점에서, 어떠한 소둔법의 경우에도 440MPa 이상으로 하는 것이 바람직하다.

용융 아연 도금

용융 아연 도금은, 열연 강대, 냉연 강대, 냉간 압연 후에 소둔된 강대 중 어느 하나로 실시하는 것도 가능하다. 용융 아연 도금은, 제조 비용의 관점에서 연속 용융 아연 도금 라인으로 행하는 것이 바람직하다. 통상의 연속 용융 아연 도금 라인은, 가열로, 냉각 존, 용융 아연 도금욕, 합금화로가 연속하여 배치되어 있다. 여기서는, 강대의 미세 조직에 영향을 미치는, 각 단계에서의 적합한 제조 조건에 대해 기술한다.

냉간 압연 그대로 냉간 압연 강대에 소둔을 실시하는 경우에는 소둔 온도를 700∼900℃로 하는 것이 바람직하다. 700℃보다 낮은 온도에서는, 재결정화가 충분히 진행되지 않고, 강대의 강도가 높아지기 쉽다. 한편, 900℃보다 높은 온도에서는, 오스테나이트 단상화에 기인하여, 냉각 중에 저온 변태상이 생성되기 쉽고, 역시 강대의 강도가 높아지기 쉽다. 열간 압연 강대나 소둔을 실시한 냉간 압연 강대에 대해서는 본래 소둔을 실시할 필요는 없다. 그러나, 연속 용융 아연 도금 라인의 조업성의 관점에서 가열 온도를 현저하게 저온으로 하는 것은 곤란하므로, 통상의 조업 범위 내의 가열을 행하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 이유에 의해 최고 가열 온도를 900℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

소둔 온도 또는 최고 가열 온도로부터 용융 아연 도금을 실시하기 위해 강대를 냉각한다. 이 냉각 시의 500℃ 이하의 온도역까지의 평균 냉각 속도는 1∼60℃／초로 하는 것이 바람직하다. 냉각이 너무 빠르면, 저온 변태상이 많이 생성되고, 페라이트가 감소하여 강대의 강도가 너무 높아진다. 한편, 냉각이 너무 느리면, 생산 효율이 떨어진다.

용융 아연 도금은, 보통의 방법에 의해, 용융한 아연 또는 아연 합금(예를 들면, 5％까지의 Al을 함유하는 아연 합금)을 수용한 도금욕에 강대를 침지하여 끌어올리면 된다. 도금 부착량의 제어는 끌어올림 속도나 노즐에서 내뿜는 와이핑(wiping) 가스의 유량 조정에 의해 행해진다.

용융 아연 도금이 실시된 강대는, 도금욕으로부터 나온 후, 가스로, 유도 가열로 등의 합금화로에 보내져 가열된다. 이 가열에 의해, 도금층과 소지(素地) 강대의 사이에서의 금속 확산에 의한 합금화가 진행되고, 도금층은 아연-철 합금이 된다. 이 가열 온도(합금화 온도)는 500℃이상으로 하는 것이 바람직하다. 합금화 온도가 500℃보다 낮으면, 합금화 속도가 늦기 때문에, 라인 속도의 저하에 의해 생산성을 저해하거나, 혹은 합금화로를 길게 하는 등의 설비적 대응이 필요하 다. 합금화 온도가 높을수록, 합금화 속도가 빨라지는데, 합금화 온도가 Ac₁점보다 높아지면, 소둔 온도의 상한이나 최고 가열 온도와 동일한 이유에 의해, 강대가 고강도화한다. 합금화 온도의 바람직한 범위는 550∼650℃이다.

이상과 같이, 다양한 제조 방법으로 제조된 열간 프레스 성형용 강판에, 평탄 교정, 표면 조도(粗度)의 조정을 위해서, 조질 압연을 행해도 된다. 열간 프레스 성형용 강판은, 다른 도금 강판, 예를 들면 55％Al－Zn 합금 도금 강판 등의 알루미늄계 도금 강판이어도 된다.

실시예

이하의 실시예는 본 발명을 예시하는 것이며, 본 발명을 제한하는 의도는 없다.

표 1에 나타낸 화학 조성을 가지는 냉연 강판(판두께：1.6mm)을 소지 강판으로 했다. 이들 강판은, 실험실에서 용제한 슬래브(slab)를, 열간 압연 및 냉간 압연에 의해 제조한 강판이다.

또한, 도금 시뮬레이터를 이용하여, 강종 No.1의 강판에는 Al 도금(편면당 도금 부착량은 120g／㎡), No.2의 강판에는 용융 아연 도금(편면당 도금 부착량은 60g／㎡)을 실시했다. 또한, No.2의 강판에는 합금화 열처리(도금 피막 중의 Fe 함유량은 15질량％)를 행했다. 도금 시뮬레이터에 있어서의 소둔 온도는, 800℃이며, 800℃부터 Ms점까지의 평균 냉각 속도는 5℃／초였다.

이들 강판을, 1.6t×100w×200L(mm)의 치수로 절단하고, 대기 분위기의 가열 로 내에서, 표 2의 조건으로 가열하고, 가열로에서 꺼낸 직후의 강판에, 평판의 강제 금형을 이용해 열간 프레스 성형을 행했다. 유지 시간은, 노에 넣은 후에 강판 온도가 Ac₃점에 이르렀을 때부터, 노로부터 꺼낼 때까지의 시간을 말한다. 강판에는 열전대를 붙이고, 냉각 속도 측정을 행했다.

얻어진 열간 프레스 성형된 강판 부재에 대해서는, 절단법에 의한 구 오스테나이트 입경 측정, 인장 시험(JIS5호 시험편)에 제공했다.

또, 열간 프레스 성형된 강판 부재로부터 잘라낸 두께 1.6㎜의 강편을 6매 적층하여 나사 고정한 후, V 노치 시험편을 제작하고, －120℃에서의 샤르피 충격 시험에 제공했다. 인성은 －120℃에서의 충격값이 30J／㎠ 이상이 되는 경우를 ○(합격), 30J／㎠ 미만인 경우를 ×(불합격)로 하여, 충격값과 함께 표시한다.

각 강종의 Ac₃점, Ms점 및 상부 임계 냉각 속도는, 다음의 방법으로 측정했다.

열연 강판으로부터 직경 3.Omm, 길이 10㎜의 원주 시험편(도 1)을 잘라내고, 이 시험편을 대기 중에서 900℃까지 10℃／초의 온도 상승 속도로 가열하고, 그 온도로 5분간 유지한 후, 다양한 냉각 속도로 실온까지 냉각했다. 이 때의 가열, 냉각 중의 시험편의 열팽창 변화를 측정함으로써, Ac₃점, Ms점을 측정했다. 또한, 얻어진 시험편의 비커스(Vickers) 경도 측정(하중 49N, 측정수：3) 및 조직 관찰을 행하고, 이들 결과로부터 그 강판의 상부 임계 냉각 속도를 평가했다.

이들 결과는 표 3에 표시한다.

<표 1>

<표 2>

<표 3>

발명예인 No.1∼12에서는, 열간 프레스된 강판 부재는, 구 오스테나이트 입경이 10㎛ 이하로 미세하고, 인장 강도가 1.8GPa 이상이고, 또한 인성값도 양호하다. 한편, 비교예인 No.13∼15에서는, 구 오스테나이트 입경이 10㎛를 초과하고, 인성값이 좋지않다. 비교예 중, No.13 및 14는 강의 화학 조성이 본 발명의 범위 외인 예이며, No.15는 강의 화학 조성은 본 발명의 범위에 들어가지만, 열간 프레스 성형에 있어서의 Ms점으로부터 150℃까지의 평균 냉각 속도가 본 발명의 범위외인 예이다.

열간 프레스된 강판 부재의 강의 미세 조직을 투과 전자 현미경(TEM)으로 관찰한 바, No.1부터 No.14까지의 강판 부재는 자동 템퍼링된 마텐자이트를 포함하는 조직인 것을 확인했다. 한편, No.15의 강판 부재는 완전 마텐자이트 조직이었다. 열간 프레스 성형된 강판 부재가 자동 템퍼링된 마텐자이트를 포함하는 조직을 가지고 있어도, 구 오스테나이트 입경이 10㎛를 초과하면 양호한 인성은 얻을 수 없다.

발명예인 No.2의 열간 프레스 성형된 강판 부재의 다른 배율에서의 TEM 사진을 도 2에 도시한다. 상단이 10,000배, 하단은 40,000배이다. 조직의 대부분은 라스상 마텐자이트이지만, 라스폭이 큰 부분에는, 그 라스 내부에 미세한 침형상 시멘타이트가 석출되어 있고, 자동 템퍼링된 마텐자이트로 되어 있는 것이, 특히 하단의 40,000배의 사진으로부터 확인할 수 있다. 예를 들면, 도면 중 화살표로 표시한 부분이 미세 시멘타이트이다.

또한, 강종 No.2의 합금화 용융 아연 도금 강판에 대해서, 1.0t×80w×320 L(mm)의 사이즈의 블랭크를 이용하여, 대기 분위기의 가열로 내에서 900℃에 도달한 후, 이 온도로 1분간 유지하고, 가열로에서 꺼내어, 즉시 핫(hot)형의 열간 프레스 성형을 행했다. 도 3은, 핫 성형법의 모식적 설명도이다. 열간 프레스 성형 조건은, 성형 높이가 70mm, Rd(다이스 숄더부(R))가 8㎜, Rp(펀치 숄더부(R))가 8㎜, 클리어런스가 1.Omm, 주름 가압력은 12.7kN이었다.

이 핫 성형품에 대해서, 저온 충격 시험을 행했다. 부재를 －40℃로 냉각한 후, 높이 1000㎜에서 무게 2450N(250 kgf)의 추체를 부재에 충돌시켜, 균열의 유무를 조사했다. 그 결과, 분열 발생이 없고, 충분한 인성을 가지고 있는 것이 판명되었다.

Claims

질량％로, C：0.26∼0.45％, Mn＋Cr：0.5∼3.0％, Nb：0.02∼1.0％, 하기 식(1)을 만족하는 양의 Ti, Si：0∼0.5％, Ni：0∼2％, Cu：0∼1％, V：0∼1％, Al：0∼1％, B：0∼0.01％, Mo：0∼1.0％, Ca：0∼0.005％, 및 잔부：Fe 및 불순물로 본질적으로 이루어지는 화학 조성을 가짐과 더불어, 구(舊) 오스테나이트 평균 입경이 10㎛ 이하이고 자동 템퍼링된 마텐자이트를 포함하는 미세 조직을 가지고, 또한 인장 강도가 1.8GPa 이상인, 열간 프레스 성형된 강판 부재：

3.42N＋0.001≤Ti≤3.42N＋0.5 … (1)

식 중의 Ti 및 N은 강 중의 상기 원소의 함유량(질량％)을 의미하고, N은 강 중에 불순물로서 포함된다.
청구항 1에 있어서,

상기 화학 조성이, 질량％로, Si：0.01∼0.5％, Ni：0.01∼2％, Cu：0.01∼1％, V:0.01∼1％, Al：0.01∼1％, B：0.001∼0.01％, Mo：0.01∼1.0％, 및 Ca：0.001∼0.005％에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 열간 프레스 성형된 강판 부재.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

상기 화학 조성에 불순물로서 포함되는 P, S 및 N의 1종 또는 2종 이상의 양 이, 질량％로 P：0.005％ 이하, S：0.005％ 이하 및 N：0.002％ 이하를 만족하는, 열간 프레스 성형된 강판 부재.
질량％로, C：0.26∼0.45％, Mn＋Cr：0.5∼3.0％, Nb：0.02∼1.0％, 하기 식(1)을 만족하는 양의 Ti, Si：0∼0.5％, Ni：0∼2％, Cu : 0∼1％, V：0∼1％, Al：0∼1％, B：0∼0.01％, Mo：0∼1.0％, Ca：0∼0.005％, 및 잔부 Fe 및 불순물로 본질적으로 이루어지는 화학 조성을 가지는, 열간 프레스 성형에 의해 인장 강도가 1.8GPa 이상의 열간 프레스 성형된 강판 부재를 제조할 수 있는 열간 프레스 성형용 강판：

3.42N＋0.001≤Ti≤3.42N＋0.5 … (1)

식 중의 Ti 및 N은 강 중의 상기 원소의 함유량(질량％)을 의미하고, N은 강 중에 불순물로서 포함된다.
청구항 4에 있어서,

상기 화학 조성이, 질량％로, Si：0.01∼0.5％, Ni：0.01∼2％, Cu：0.01∼1％, V：0.01∼1％, Al：0.01∼1％, B：0.001∼0.01％, Mo：0.01∼1.0％, 및 Ca：0.001∼0.005％에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 열간 프레스 성형용 강판.
청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,

상기 화학 조성에 불순물로서 포함되는 P, S 및 N의 1종 또는 2종 이상의 양이, 질량％로 P：0.005％ 이하, S：0.005％ 이하 및 N：0.002％ 이하를 만족하는, 열간 프레스 성형용 강판.
질량％로, C : O.26∼0.45％, Mn＋Cr：0.5∼3.0％, Nb：0.02∼1.0％, 하기 식(1)을 만족하는 양의 Ti, Si：0∼0.5％, Ni：0∼2％, Cu：0∼1％, V：0∼1％, Al : 0∼1％, B：0∼0.01％, Mo：0∼1.0％, Ca：0∼0.005％, 및 잔부 Fe 및 불순물로 본질적으로 이루어지는 화학 조성을 가지는 강판을, Ac₃점 이상, (Ac₃점＋100℃) 이하의 온도역에 5분간 이하의 시간 유지한 후, 이 강판에 열간 프레스 성형을 실시하고, 열간 프레스 성형된 고온의 강판을 Ms점까지의 냉각 속도가 상부 임계 냉각 속도 이상, 또한 Ms점으로부터 150℃까지의 평균 냉각 속도가 10∼500℃／초가 되도록 냉각하는 것을 포함하는, 열간 프레스 성형된 강판 부재의 제조 방법：

3.42N＋0.001≤Ti≤3.42N＋0.5 … (1)

식 중의 Ti 및 N은 강 중의 상기 원소의 함유량(질량％)을 의미하고, N은 강 중에 불순물로서 포함된다.
질량％로, C：0.26∼0.45％, Mn＋Cr：0.5∼3.0％, Nb：0.02∼1.0％, 하기 식(1)을 만족하는 양의 Ti, Si：0∼0.5％, Ni：0∼2％, Cu：O∼1％, V：0∼1％, Al：0∼1％, B：0∼0.01％, Mo：0∼1.0％, Ca : O∼0.005％, 및 잔부 Fe 및 불순물로 본질적으로 이루어지는 화학 조성을 가지는 강판을, Ac₃점보다 저온에서 금형을 이용해 프레스 성형하고, 프레스 성형된 강판을 상기 금형에 넣은 채로, Ac₃점 이상, (Ac₃점＋100℃) 이하의 온도역에 5분간 이하의 시간 유지하고, 이어서 Ms점까지의 냉각 속도가 상부 임계 냉각 속도 이상, 또한 Ms점으로부터 150℃까지의 평균 냉각 속도가 10∼500℃／초가 되도록 냉각하는 것을 포함하는, 열간 프레스 성형된 강판 부재의 제조 방법：

3.42N＋0.001≤Ti≤3.42N＋0.5 …(1)

식 중의 Ti 및 N은 강 중의 상기 원소의 함유량(질량％)을 의미하고, N은 강 중에 불순물로서 포함된다.
질량％로, C：0.26∼0.45％, Mn＋Cr：0.5∼3.0％, Nb：0.02∼1.0％, 하기 식(1)을 만족하는 양의 Ti, Si：0∼0.5％, Ni：0∼2％, Cu：0∼1％, V：0∼1％, Al：0∼1％, B：0∼0.01％, Mo：0∼1.0％, Ca：0∼0.005％, 및 잔부 Fe 및 불순물로 본질적으로 이루어지는 화학 조성을 가지는 강괴(鋼塊) 또는 강편(鋼片)을, 1050∼1300℃의 온도에서 열간 압연시키고, 800∼950℃의 온도에서 상기 열간 압연을 완료하여, 열간 압연으로 얻어진 강대(鋼帶)를 500∼700℃의 온도로 감는 것을 포함하는, 열간 프레스 성형용 강판의 제조 방법：

3.42N＋0.001≤Ti≤3.42N＋0.5 …(1)

식 중의 Ti 및 N은 강 중의 상기 원소의 함유량(질량％)을 의미하고, N은 강 중에 불순물로서 포함된다.
청구항 9에 있어서,

감겨진 강대를 풀고, 이 강대에 탈 스케일 처리와 냉간 압연을 실시하는 것을 더 포함하는, 방법.
청구항 10에 있어서,

냉간 압연된 강대를, (Ac₁점＋10℃) 이상, Ac₃점 이하의 온도역에 10초간 이상 유지한 후, 1∼100℃／초의 평균 냉각 속도로 300∼500℃의 온도역까지 냉각시키고, 상기 강대를 이어서 300∼500℃의 온도역에 30초간∼10분간 유지한 후, 1∼50℃／초의 평균 냉각 속도로 실온까지 냉각하는 것을 더 포함하는, 방법.
청구항 10에 있어서,

냉간 압연된 강대를, (Ac₁점－100℃)이상, (Ac₁점＋30℃) 이하의 온도역에 1∼24시간 유지한 후, 1∼100℃／시의 평균 냉각 속도로 실온까지 냉각시키는 것을 더 포함하는, 방법.
청구항 9에 있어서,

감겨진 강대를 풀고, 이 강대에 탈 스케일 처리와 용융 아연 도금을 실시하 고, 이어서 이 강대에 500℃이상, Ac₁점 이하의 온도역에서 합금화 열처리를 실시하는 것을 더 포함하는, 방법.
청구항 10에 있어서,

냉간 압연된 강대를, 700∼900℃의 온도역에서 소둔(annealing)을 실시한 후에 1∼60℃／초의 평균 냉각 속도로 500℃이하의 온도역까지 냉각시키고, 이 강대에 용융 아연 도금과, 그 후에 500℃이상, Ac₁점 이하의 온도역에서 합금화 열처리를 실시하는 것을 더 포함하는, 방법.
청구항 12에 있어서,

실온까지 냉각된 강대에 용융 아연 도금과, 그 후에 500℃이상, Ac₁점 이하의 온도역에서 합금화 열처리를 실시하는 것을 포함하는, 방법.
청구항 7 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,

상기 화학 조성이, 질량％로, Si：0.01∼0.5％, Ni：0.01∼2％, Cu : 0.01∼1％, V：0.01∼1％, Al：0.01∼1％, B：0.001∼0.01％, Mo：0.01∼1.0％, 및 Ca : 0.001∼0.005％에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는, 방법.
청구항 7 내지 청구항 16 중 어느 한 항에 있어서,

상기 화학 조성에 불순물로서 포함되는 P, S 및 N의 1종 또는 2종 이상의 양이, 질량％로 P：0.005％이하, S：0.005％이하 및 N:0.002％이하를 만족하는, 방법.