KR20100112602A

KR20100112602A - 스탬핑된 제품의 제조 프로세스, 및 이 프로세스로부터 제조되는 스탬핑된 제품

Info

Publication number: KR20100112602A
Application number: KR1020107017170A
Authority: KR
Inventors: 파스칼 드릴레; 도미니끄 스페네; 로날드 끄페스티앙
Original assignee: 아르셀러미탈 프랑스
Priority date: 2008-01-15
Filing date: 2009-01-12
Publication date: 2010-10-19
Also published as: UA106201C2; EP2242863B1; MA32033B1; KR101508861B9; US8733142B2; US20120064362A1; KR20130008657A; CA2713685A1; JP2011512455A; BRPI0907223A2; KR101508861B1; JP2017159364A; JP6146941B2; JP6588047B2; BRPI0907223B1; ZA201004497B; US20110006491A1; WO2009090555A1; CN104651590A; US8066829B2

Abstract

본 발명은, 열간 스탬핑된 피복 강 시트 제품의 제조 프로세스로서, 강 스트립 또는 시트를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 프리피복하는 단계; 상기 프리피복 강 스트립 또는 시트를 절단하여, 프리피복된 강 블랭크를 획득하는 단계; 상기 블랭크를, 두께에 따라 도형에 의해 규정되는 시간 동안 및 온도로 예열된 로 내에서, 20 ℃ 와 700 ℃ 사이에서 4 ∼ 12 ℃/s 의 가열 속도 (Vc) 로, 그리고 500 ℃ 와 700 ℃ 사이에서 1.5 ∼ 6 ℃/s 의 가열 속도 (Vc') 로 가열하여, 가열된 블랭크를 획득하는 단계; 상기 가열된 블랭크를 다이로 전달하는 단계; 상기 다이에서 상기 가열된 블랭크를 열간 스탬핑하여, 열간 스탬핑된 강 시트 제품을 획득하는 단계; 로에서부터 상기 가열된 블랭크의 출구와 아래로 400 ℃ 사이에서 적어도 30 ℃/s 의 평균 속도 (Vr) 로 냉각시키는 단계를 포함하는, 열간 스탬핑된 피복 강 시트 제품의 제조 프로세스에 관한 것이다.

Description

스탬핑된 제품의 제조 프로세스, 및 이 프로세스로부터 제조되는 스탬핑된 제품{PROCESS FOR MANUFACTURING STAMPED PRODUCTS, AND STAMPED PRODUCTS PREPARED FROM THE SAME}

본 발명은, 피복 강으로부터 제조되는 열간 스탬핑된 제품의 제조 방법 및 점 용접에서와 같이 본 발명의 제품의 다양한 이용에 관한 것이다.

최근, 부품의 성형을 위한 열간 스탬핑 프로세스에서의 피복 강의 이용이 특히 자동차 산업에서 중요해졌다. 그러한 부품 또는 제품의 제조는 다음과 같은 연속적인 주된 단계를 포함할 수 있다:

· 강 스트립 또는 시트를 코팅하는 단계,

· 블랭크 (blank) 를 획득하기 위해, 트리밍 또는 절단하는 단계,

· 강 기판 (substrate) 의 프리코팅 (pre-coating) 과의 합금화 및 강의 오스테나이트화를 위해, 블랭크를 가열하는 단계,

· 주된 마텐자이트 조직을 얻기 위해, 부품을 열간 성형한 후 급랭하는 단계.

이는 예컨대 여기서 참조로 인용되는 US 6,296,805 에 기재되어 있다.

높은 융해 온도를 갖는 금속간 합금을 생성하는 효과를 갖는 프리코팅의 강 기판과의 합금화 덕분에, 그러한 코팅을 갖는 블랭크는 금속 기판의 오스테나이트화가 이루어지는 온도 범위에서 가열될 수 있고 또한 급랭에 의한 경화가 가능하다.

코팅의 금속간 합금화 및 기판의 오스테나이트화의 측면에서 블랭크의 열처리는 로에서 매우 자주 행해진다. 블랭크에 가해지는 열적 사이클은 먼저 가열 단계 (속도가 로 온도 세팅, 이동 속도, 블랭크 두께, 가열 프로세스 및 코팅 반사율과 같은 파라미터의 함수임) 을 포함한다. 이 가열 단계 다음으로, 열적 사이클은 일반적으로 유지 단계 (온도가 로의 조절 온도임) 를 포함한다.

가열, 열간 스탬핑 및 급랭 후 획득되는 부품 또는 제품은 매우 높은 기계 저항 (mechanical resistance) 을 나타내고, 구조 용도를 위해, 예컨대 자동차 산업 용도를 위해 이용될 수 있다. 이러한 부품은 종종 다른 부품에 용접되어야 하고, 높은 용접성 (weldability) 이 요구된다. 이는 이하 내용을 의미한다:

· 공칭 용접 파라미터의 최종 드리프트 (drift) 가 용접 품질에 투사되지 않는 것을 보장하기 위해, 용접 작업은 충분히 넓은 작업 범위에서 행해질 수 있어야 한다. 자동차 산업에서 매우 일반적인 저항 용접의 경우, 저항 용접 범위는 파라미터의 조합 (그 중, 용접 동안 부품에 가해지는 힘 (F) 및 용접 전류 세기 (I) 가 가장 중요함) 에 의해 규정된다. 이 파라미터의 적절한 조합은, (너무 낮은 세기 또는 너무 낮은 힘에 의해 야기되는) 불충분한 너겟 (nugget) 직경이 획득되지 않는 것과 용접 탈출 (weld expulsion) 이 발생하지 않는 것을 보장하는데 도움이 된다.

· 용접 작업은 용접부에서 높은 기계 저항이 획득되도록 행해져야 한다. 이 기계 저항은 전단-인장 시험 또는 십자형 인장 시험 등의 시험에 의해 평가될 수 있다.

EP1380666 에, 용접 구조 부재의 제조를 위한 Al-피복 강 시트의 열간 스탬핑을 포함하는 프로세스가 개시되어 있다. 그러나, 용접성은 더 개선될 필요가 있다.

페인트칠하기 용이하고 양호한 내식성을 나타내며 점 용접에 매우 적합한 스탬핑된 부품 또는 제품을 제조할 수 있게 하는 프로세스가 필요하다.

본 발명자는, 베이스 (base) 강 스트립 또는 시트가 적어도 일측에서 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 코팅으로 적어도 일부 피복 (종종 "프리피복 (pre-coated)" 이라고도 함, 이 접두어는 프리코팅의 특성의 변화가 열간 스탬핑 또는 성형 전 열처리 동안 이루어짐을 나타냄) 되고 상기 코팅이 규정된 두께를 갖는 특정 피복 강이 특정 조건에서의 가열 후 성형 부품으로 편리하게 형성되고, 이로써 특히 향상된 용접성을 나타낸다는 것을 발견하였다.

또한, 본 발명자는, 알루미늄 처리된 (aluminized) 열간 스탬핑 부품의 특히 양호한 용접성이 강 기판으로부터 시작하여 외측으로 부품에 형성된 특별한 연속적인 코팅 층, 및 이 층에서 제어된 분율 (fraction) 의 다공성과 관련된다는 것을 발견하였다.

또한, 본 발명자는 층들의 이러한 특별한 배치가 특별한 가열 조건에 연관된다는 것을 발견하였다.

본 발명의 목적은, 프리피복 강으로부터 제조되는 신규한 열간 스탬핑된 부품을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 그러한 스탬핑된 부품을 포함하는 신규한 제조 물품 (자동차 등) 을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 높은 용접성을 나타내는 스탬핑된 부품의 신규 제조 방법을 제공하는 것이다.

이러한 목적 및 다른 목적은 이하의 상세한 설명으로부터 분명해질 것이다.

도 1 은, 용접에 특히 유리한 코팅을 제공하는 총 두께 0.7 ∼ 1.5 ㎜ 및 1.5 ∼ 3 ㎜ 의 시트에 대해, 로 온도의 조건을 로에서의 총 체류 시간의 함수로서 보여준다.

본 발명은 특정 프리피복 강 스트립으로 실시되며, 이 프리피복 강 스트립은 베이스 강의 스트립 및 베이스 강의 스트립의 일 측면의 적어도 일부에 있는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 프리코팅을 포함한다. 많은 용도의 경우, 베이스 강의 스트립 또는 시트는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 피복될 수 있는 임의의 종류의 강을 포함할 수 있다. 그러나, 자동차의 구조 부품과 같은 특정 용도의 경우, 베이스 강의 스트립은 부품에 1000 ㎫ 초과의 초고강도를 제공하기 위해 강을 포함하는 것이 바람직하다. 그러한 경우, 베이스 강의 스트립이 붕소 강을 포함하는 것이 특히 바람직하다.

스트립은 가공에 의해 열간압연 밀로부터 얻어질 수 있고, 가능하게는, 희망하는 최종 두께에 따라 다시 냉간 재압연 (cold-reroll) 될 수 있다. 바람직한 두께는 0.7 ∼ 3 ㎜ 이다. 일반적으로, 베이스 강의 스트립은 코팅의 형성 전후에 코일 형태로 저장 및 운송될 수 있다.

베이스 강의 스트립을 위한 바람직한 강의 일례가, 중량% 로, 하기 조성을 갖는 것이다:

0.10 % < 탄소 < 0.5 %

0.5 % < 망간 < 3 %

0.1 % < 규소 < 1 %

0.01 % < 크롬 < 1 %

니켈 < 0.1 %

구리 < 0.1 %

티탄 < 0.2 %

알루미늄 < 0.1 %

인 < 0.1 %

황 < 0.05 %

0.0005 % < 붕소 < 0.010 %

철과 가공으로 인한 불순물을 포함하거나 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 잔부. 그러한 강을 이용하면, 열처리 후 매우 높은 기계 저항이 얻어지고, 알루미늄계 코팅은 높은 내식성을 제공한다.

베이스 강의 스트립에서 강의 조성 (중량%) 이 다음과 같은 것이 특히 바람직하다:

0.15 % < 탄소 < 0.25 %

0.8 % < 망간 < 1.8 %

0.1 % < 규소 < 0.35 %

0.01 % < 크롬 < 0.5 %

니켈 < 0.1 %

구리 < 0.1 %

티탄 < 0.1 %

알루미늄 < 0.1 %

인 < 0.1 %

황 < 0.05 %

0.002 % < 붕소 < 0.005 %

철과 가공으로 인한 불순물을 포함하거나 이들로 본질적으로 구성되거나 또는 구성되는 잔부.

베이스 강의 스트립에 이용되기 위해 바람직하게는 상업적으로 입수가능한 강의 예가 22MnB5 이다.

경화능 (hardenability) 에 미치는 효과를 이유로, 본 발명에 따른 강의 조성에 크롬, 망간, 붕소 및 탄소가 첨가될 수 있다. 그리고, 탄소는, 마텐자이트의 경화에 미치는 효과 덕분에, 높은 기계적 특성의 달성을 가능하게 한다.

액체 상태에서 탈산소화 (deoxidation) 를 행하기 위해 그리고 붕소의 유효성을 보호하기 위해, 조성에 알루미늄이 도입된다.

예컨대, 붕소가 질소와 결합하는 것을 방지하기 위해, 티탄 (질소 함량에 대한 티탄 함량의 비는 3.42 를 초과해야 함) 이 도입되고, 질소는 티탄과 결합하게 된다.

합금 원소 Mn, Cr, B 는, 스탬핑 공구에서 경화를 허용하는 경화능, 또는 열처리시에 부품의 변형을 제한하는 마일드 경화 유체의 이용을 가능하게 한다. 그리고, 본 발명에 따른 조성은 용접성의 관점에서 최적화된다. 0.1 % 까지의 Ni 및 Cu 의 첨가가 또한 행해질 수 있다.

강은 칼슘 (시트의 피로 저항을 향상시키는 효과가 있음) 으로 행해지는 황화물의 구상화 (globularization) 를 위한 처리를 거칠 수 있다.

베이스 강의 스트립은, 바람직하게는 열간 침지 (hot-dip) 로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 피복 (또는 프리피복, 이 접두어는 프리코팅의 특성의 변화가 스탬핑 전 열처리 동안 이루어짐을 나타냄) 된다. Al-Si 코팅을 위한 전형적인 금속 욕은 일반적으로 기본 조성에, 중량% 로, 8 % ∼ 11 % 규소, 2 % ∼ 4 % 철, 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 잔부, 및 가공으로 인한 불순물을 포함한다. 규소는 부착성 및 성형성을 감소시키는 두꺼운 철-금속 금속간 층의 형성을 방지하기 위해 존재한다. 여기서, 알루미늄과 함께 유용한 다른 합금 원소는 철, 및 중량으로 15 ∼ 30 ppm 의 칼슘을 포함하고, 알루미늄과 함께 이들의 2 이상의 조합을 포함한다. 일반적인 조성의 Al-Si 코팅은 Al-9.3% Si-2.8% Fe 이다. 그러나, 본 발명의 코팅은 이 조성으로 제한되지 않는다.

특별한 작업 이론에 구속됨이 없이, 본 발명자는 본 발명의 여러 이점이 20 ∼ 30 ㎛ 라는 프리코팅 두께 (t_p) 의 특정 범위에 우선 관련되는 것으로 생각한다:

· 20 ㎛ 미만의 프리코팅 두께의 경우, 블랭크의 가열동안 형성되는 허용된 층은 불충분한 거칠기를 갖는다. 따라서, 이후 페인팅의 부착은 이 표면에서 낮고, 내식성이 감소된다.

· 프리코팅 두께가 시트의 주어진 위치에서 33 ㎛ 초과라면, 이 위치와 프리코팅이 더 얇은 일부 다른 위치 사이의 두께 차가 매우 중요하게 되고 블랭크의 가열 동안 합금화가 불균일하게 될 위험이 존재한다. 본 발명자는, 상기한 좁은 범위에서의 프리코팅 두께의 제어가 두께가 정확한 범위 내로 제어된 엘리에이션 (alliation) 후 코팅의 형성에 기여한다는 것을 보여주었다. 이는, 엘리에이션 후 부품에 가해지는 저항 용접 파라미터의 범위가 가변하지 않게 보장하기 위한 인자이다.

그리고, 프리코팅 강 시트 또는 스트립은 절단되어 블랭크로 되고, 제품 또는 부품을 얻기 위해, 열간 스탬핑 전에 로 내에서 열처리를 거친다. 본 발명자는, 금속간 합금화, 오스테나이트화 및 열간 스탬핑을 거친 블랭크로 이루어진 부품 또는 제품에 형성된 코팅이 특이한 특징을 나타낸다면, 매우 양호한 용접 특성이 달성된다는 것을 발견하였다. 열처리가 프리코팅의 물리화학적 특성 및 형상을 변경하는 강 기판과의 합금화 반응을 야기하므로, 이 코팅은 초기 프리코팅과 상이하다는 점에 주목해야 한다. 이와 관련하여, 본 발명자는 알루미늄 처리된 열간 스탬핑 부품의 특히 양호한 용접성이 강 기판으로부터 시작하여 외측으로 부품에 형성된 하기 연속적인 코팅 층과 연관된다는 것을 발견하였다:

(a) 상호확산 층 (interdiffusion layer),

(b) 중간 층,

(c) 금속간 층,

(d) 표면 층 (superficial layer).

또한, 본 발명자는, 후술하는 것처럼, 코팅 층에서의 제한된 양의 다공성으로 특히 양호한 용접성이 획득되는 것을 발견하였다.

바람직한 실시형태에서, 층들은 다음과 같다.

(a) 상호확산 층, 바람직하게는 중간 경도 (예컨대, 290 ∼ 410 의 HV50g, HV50g 는 50 g 의 하중에서 측정된 경도를 나타냄) 를 갖는 상호확산 층

바람직한 실시형태에서, 이 층은 중량% 로 다음과 같은 조성을 갖는다: 86 ∼ 95 % Fe, 4 ∼ 10 % Al, 0 ∼ 5 % Si.

(b) 중간 층 (대략 900 ∼ 1000, 예컨대 +/- 10 % 의 HV50g)

바람직한 실시형태에서, 이 층은 중량% 로 하기 조성을 갖는다: 39 ∼ 47 % Fe, 53 ∼ 61 % Al, 0 ∼ 2 % Si.

(c) 대략 580 ∼ 650, 예컨대 +/- 10 % 의 HV50g 의 경도를 갖는 금속간 층

바람직한 실시형태에서, 이 층은 중량% 로 하기 조성을 갖는다: 62 ∼ 67 % Fe, 30 ∼ 34 % Al, 2 ∼ 6 % Si.

(d) 표면 층 (대략 900 ∼ 1000, 예컨대 +/- 10 % 의 HV50g)

바람직한 실시형태에서, 층 (a) ∼ (d) 의 총 두께는 30 ㎛ 초과이다.

다른 바람직한 실시형태에서, 층 (a) 의 두께는 15 ㎛ 미만이다.

본 발명자는 층 (c) 및 (d) 가 특히 연속적일 때 높은 용접성이 특히 획득된다는 것을 발견하였으며, 이 층들의 본질적인 연속의 특성은 하기 방식으로 규정되고, 상기 층들은 완전히 연속적일 수 있다. 그러나, 상기 층들은 일부 영역에서는 더 낮은 또는 더 높은 레벨로부터 비롯된 층 부분으로 인해 분절될 수 있다. 본 발명에 따르면, 이러한 분절 (fragmentation) 은 제한되어야 하고, 즉 층 (c) 및 (d) 가 각 레벨의 적어도 90 % 를 차지해야 한다. 부품의 가장자리 표면 (extreme surface) 에 층 (c) 의 10 % 미만이 존재하는 때, 높은 용접성이 획득된다. 이론에 구속됨이 없이, 이 특별한 층 배치, 특히 층 (a) 와 층 (c) 및 (d) 가 고유 특성에 의해 그리고 거칠기의 효과에 의해 코팅의 저항률 (resistivity) 에 영향을 미친다고 생각된다. 따라서, 이 특별한 배치에 의해 전류 흐름, 표면에서의 열 발생, 및 점 용접의 초기 단계에서의 너겟 형성이 영향을 받는다.

이 바람직한 층 배치는, 예컨대 알루미늄 또는 알루미늄 합금 프리피복 강 시트 (두께가 예컨대 0.7 ∼ 3 ㎜ 임) 를 880 ∼ 940 ℃ 의 온도로 가열된 특별한 분위기 없이 로 내에서 3 ∼ 13 분 (이 체류 시간은 가열 단계 및 유지 시간을 포함한다) 동안 가열하는 경우 획득된다. 본 발명은 제어된 분위기의 로를 필요로 하지 않는다. 그러한 바람직한 층 배치가 획득되는 다른 조건이 도 1 및 이하에 기재되어 있다.

특히 바람직한 조건은 다음과 같다:

· 0.7 ∼ 1.5 ㎜ 의 두께의 경우,

· 93O ℃, 3 분 ∼ 6 분;

· 88O ℃, 4 분 30 초 ∼ 13 분,

· 1.5 ∼ 3 ㎜ 의 두께의 경우,

· 94O ℃, 4 분 ∼ 8 분,

· 900 ℃, 6 분 30 초 ∼ 13 분.

총 두께가 0.7 ㎜ 이상 1.5 ㎜ 이하인 시트의 경우, 바람직한 처리 조건 (로 온도, 로에서의 총 체류 시간) 을, 도 1 에서 도형 "ABCD" 내에 놓인 조건으로써 나타내었다.

총 두께가 1.5 ㎜ 초과 3 ㎜ 이하인 시트의 경우, 바람직한 처리 조건 (로 온도, 로에서의 총 체류 시간) 을, 도 1 에서 도형 "EFGH" 으로써 나타내었다.

바람직한 합금 층 배치를 형성하기 위해 가열 속도 (Vc) 는 4 ∼ 12 ℃/s 로 구성된다. Vc 는, 특히 로 설정에 따라, 예열된 로에서 프리피복 강 블랭크에 가해지는 20 ∼ 700 ℃/s 의 평균 가열 속도로서 정의된다. 본 발명자는, 이 특별한 범위에서 Vc 를 제어하면, 형성되는 합금 층의 특성 및 형태에 영향을 미칠 수 있음을 발견하였다. 여기서, 가열 속도 (Vc) 가 실온과 로 유지 온도 사이의 가열 속도인 평균 가열 속도와 상이함을 강조한다.

본 발명자는 놀랍게도, 특별한 가열 조건이 다공성 형성이 더 적어서 합금 층의 형성에 특히 유리하다는 것을 발견하였다. 본 발명의 이론에 구속됨이 없이, 특정 온도 범위에서 이 범위의 엘리에이션의 특정 동역학으로 인해 바람직한 합금 층의 형성이 이루어진다고 생각되며, 이와 관련하여, 500 ∼ 700 ℃ 의 특정 온도 범위에서의 가열 속도 (여기서 Vc' 으로 표시함) 의 제어가 특히 중요하다는 것과, Vc' 의 값이 1.5 ∼ 6 ℃/s 로 구성되어야 한다는 것이 발견되었다.

Vc' 이 1.5 ℃/s 미만인 경우, 로 분위기의 산소가 프리코팅 표면과 상호작용하는 결과, 산화의 동역학이 강 기판과 프리코팅 사이의 엘리에이션의 동역학과 경쟁할 위험이 존재한다. 따라서, 희망하는 합금 층 배치가 획득되지 않는다. 더욱이, 느린 가열 속도 (Vc') 는 코팅에 너무 많은 양의 다공성을 야기한다.

Vc' 이 6 ℃/s 초과인 경우, 금속간 층 (c) 이 부품의 가장자리 표면에서 10 % 초과로 존재하여, 용접성이 낮아지는 경향이 있다. Vc' 이 1.5 ∼ 6 ℃/s 로 구성되는 경우, 층 (c) 및 (d) 의 본질적인 연속의 특성이 완전히 보장된다.

이론에 구속됨이 없이, 다공성 형성 및 그것의 용접성에의 영향은 다음과 같이 설명될 수 있다고 생각된다:

· 확산 플럭스 (diffusion flux) 의 차로 인해, 주로 프리코팅과 강 기판 사이의 상호확산 동안 다공성이 나타난다. 이는 커켄달 결함 (Kirkendal defects) 이 생성되는 베이컨시 (vacancy) 의 플럭스를 내포한다. 다공성의 형태 하에서 베이컨시의 이러한 발현은, 가열 속도 Vc' 가 1.5 ∼ 6 ℃/s 로 구성되는 때, 최적화되는 것으로 보인다.

용접 제품의 점 용접 동안, 전류는 초기에 다공성 주위에 흐르고, 다공성은 압력 및 온도 상승으로 인해 점차 붕괴된다. 따라서, 전류는 일부 특성이 불연속적으로 변할 수 있는 코팅을 통해 흐르며, 용접 작업 동안 스파킹 (sparking) 및 스플래싱 (splashing) 이 증가할 수 있다.

상호확산으로부터 얻어지는 코팅이 표면 분율 (surface fraction) 로 10 % 미만의 다공성을 갖는 때에, 증가된 점 용접성이 관찰된다. 코팅을 대표하는 주어진 영역에서, 이 분율은 코팅의 영역으로 불리우는, 다공성이 차지하는 총 표면이다.

표면 층이 제어된 콤팩트성 (compacity) 을 가질 때, 즉 표면 층 (d) 이 20 % 미만의 다공성을 포함할 때, 특히 양호한 용접성이 얻어지며, 이 분율은 이 표면 층의 영역으로 불리우는, 표면층 (d) 에서 다공성의 표면이다.

두께가 20 ∼ 33 ㎛ 인 프리코팅으로부터 특별한 이점이 발생하는데, 이 두께 범위에서 양호한 층 배치가 얻어지며, 프리코팅 두께의 균질성 (homogeneity) 가 엘리에이션 처리 후에 얻어지는 코팅의 균질성에 연관되기 때문이다.

그 다음으로, 가열된 블랭크가 로에서부터 다이로 전달되고, 부품 또는 제품을 획득하기 위해 프레스에서 열간 스탬핑되고, 30 ℃/s 초과의 속도 (Vr) 로 냉각된다. 여기서, 냉각 속도 (Vr) 는 로에서부터 가열된 블랭크의 출구 (exit) 와 아래로 400 ℃ 사이의 평균 속도로 정의된다. 이러한 조건에서, 고온에서 형성되는 오스테나이트는 높은 강도를 갖는 마텐자이트 또는 마텐자이트-베이나이트 조직으로 주로 변태된다.

바람직한 실시형태에서, 가열된 블랭크의 출구와 열간 스탬핑 프레스로의 블랭크의 도입 사이의 경과 시간이 10 초 이하이다. 그렇지 않으면, 오스테나이트로부터의 부분 변태가 나타나기 쉽고, 만약 전체 마텐자이트 조직을 얻기 원한다면, 로의 출구로부터 스탬핑 사이의 전달 시간이 10 초 미만이어야 한다.

획득되는 코팅은 특히 다양한 조건에서 부식에 대해 기본 시트를 보호하는 기능을 갖는다. 최종 부품에 행해지는 열처리를 행할 때 또는 열간 성형 프로세스를 행할 때, 코팅은, 양호한 내식성, 페인팅과 접착 (gluing) 에 대한 양호한 수용력뿐만 아니라, 마모, 마멸, 피로, 충격에 대한 실질적인 저항을 갖는 층을 형성한다. 코팅으로 인해, 어떠한 코팅을 갖지 않는 강 시트를 위한 열처리와 같은 다른 표면-준비 작업을 피할 수 있다.

열간 성형 프로세스와 동시에 또는 성형 후에 가해지는 열처리로 인해, 기계 저항에서 1500 ㎫ 을 초과할 수 있고 항복 강도에서 1200 ㎫ 을 초과할 수 있는 높은 기계적 특성을 얻을 수 있다. 최종 기계적 특성은 조정가능하며, 특히 조직의 마텐자이트 분율 (fraction), 강의 탄소 함량, 및 열처리에 의존한다.

또한, 본 발명은, 예컨대 범퍼 바 (bumper bar), 도어 보강부 (door reinforcement), 휠 스포크 (wheel spoke) 등과 같은 육상 자동차용 구조 및/또는 침입방지 (anti-intrusion) 또는 하부구조 (substructure) 부품을 위한, 냉간 압연 및 피복될 수 있는 열간 압연 강 시트의 용도에 관한 것이다.

이하에서, 제한할 의도가 없는 예시적인 실시형태로써 본 발명을 설명한다.

예

ⅰ) 본 발명에 따른 조건: 실시예에서, 두께 1.2 ㎜ 의 냉간 압연 강 시트를 제조하였는데, 이는 중량% 로, 0.23 % 탄소, 1.25 % 망간, 0.017 % 인, 0.002 % 황, 0.27 % 규소, 0.062 % 알루미늄, 0.021 % 구리, 0.019 % 니켈, 0.208 % 크롬, 0.005 % 질소, 0.038 % 티탄, 0.004 % 붕소, 0.003 % 칼슘을 포함한다. 9.3 % 규소, 2.8 % 철, 및 잔부가 알루미늄과 불가피한 불순물인 조성을 갖는 알루미늄계 합금으로 상기 시트를 프리피복하였다. 시트의 각 측에서 두께는 20 ∼ 33 ㎛ 가 되도록 제어되었다.

그리고 나서, 시트를 절단하여 블랭크로 만들고, 블랭크를 920 ℃ 에서 6 분간 가열하였으며, 이 시간은 가열 단계 및 유지 시간을 포함하는 것이다. 20 ℃ 와 700 ℃ 사이의 가열 속도 (Vc) 는 10 ℃/s 이었다. 500 ℃ 와 700 ℃ 사이의 가열 속도 (Vc') 는 5 ℃/s 이었다. 로 분위기의 특별한 제어는 전혀 행하지 않았다. 완전한 마텐자이트 조직을 얻기 위해, 블랭크를 로에서부터 프레스로 10 초 이내에 전달하고, 열간 스탬핑하고 급랭하였다.

열간 스탬핑 후 얻어지는 부품을, 4층 구조를 갖는 40 ㎛ 의 코팅으로 덮는다. 상기 층들은 강 기판으로부터 시작하여 다음과 같다:

(a) 두께 17 ㎛ 의 상호확산 층 또는 금속간 층. 이 층은 2 개의 서브층 (sub-layer) 으로 구성된다. 경도 HV50g 는 295 ∼ 407 이고, 평균 조성은, 중량% 로, 90 % Fe, 7 % Al, 3 % Si 이다.

(b) 두께 8 ㎛ 의 중간 층. 이 층은 940 HV50g 의 경도를 갖고, 평균 조성이 중량% 로 43 % Fe, 57 % Al, 1 % Si 이다.

(c) 두께가 8 ㎛ 이고, 610 HV50g 의 경도를 나타내며, 중량% 로 65 % Fe, 31 % Al, 4 % Si 의 평균 조성을 갖는 금속간 층.

(d) 7 ㎛ 의 두께, 950 HV50g 의 경도, 및 중량% 로 45 % Fe, 54 % Al, 1 % Si 의 평균 조성을 갖는 표면 층.

층 (c) 및 (d) 는 준연속적 (quasi-continuous) 이고, 즉 고려되는 층에 해당하는 레벨의 적어도 90 % 를 차지한다. 특히, 층 (c) 는 극히 예외적인 경우를 제외하고는 가장자리 표면에 도달하지 않다. 어쨌든, 이 층 (c) 는 가장자리 표면의 10 % 미만을 차지한다.

코팅에서 적은 수의 다공성이 관찰되었으며, 이 코팅의 표면 분율은 10 % 미만이었다. 표면 층 (d) 의 다공성의 표면 분율은 20 % 미만이다.

ⅱ) 기준 조건: 동일한 베이스 재료 및 프리코팅을 갖는 블랭크를 상이한 조건에서 로에서 가열하였다. 블랭크를 7 분 동안 950 ℃ 까지 가열하였고, 이 시간은 가열 단계를 포함하는 것이다. 가열 속도 (Vc) 는 11 ℃/s 이었다. 500 와 700 ℃ 사이의 가열 속도 (Vc') 는 7 ℃/s 이었다. 이러한 조건은 조건 (ⅰ) 에서보다 더 중요한 합금화 정도에 대응한다.

· 이 코팅에서, 금속간 층 (c) 은 연속적이지 않고 코팅 내에서 흩어져 있는 것으로 보인다. 이 층의 약 50 % 가 부품의 가장자리 표면에 존재한다. 강 기판과 접촉하고 있는 두께 10 ㎛ 의 상호확산 층은 이전의 경우에서보다 더 얇다. 더욱이, 다공성은, 코팅에서의 표면 분율이 10 % 를 초과하므로, 조건 (ⅰ) 에서보다 훨씬 더 많다. 이 다공성은 표면 분율이 20 % 를 초과하는 표면 층 (d) 에서 특히 더 많다.

2 개의 상황 (ⅰ) 및 (ⅱ) 에서 저항 점 용접을 행하였다:

· 상황 (ⅰ) : 준연속적인 층 (c) 및 (d) 로 코팅 (층 (c) 는 가장자리 표면의 10 % 미만을 차지함), 다공성의 낮은 표면 분율,

· 상황 (ⅱ) : 혼합되고 불연속적인 층으로 코팅 (층 (c) 는 가장자리 표면의 10 % 초과를 차지함), 다공성의 높은 표면 분율.

2 개의 부품을 포개놓고 하기 조건에서 그 부품들을 접합시킴으로써, 저항 점 용접을 행하였다.:

- 압착력 (squeeze force) 및 용접력 (welding force) : 4000 N

- 압착 시간: 50 주기 (periods)

- 용접 및 유지 시간: 각각 18 주기.

각 조건에서,

- 용접 동안, 스퍼터가 발생하지 않도록,

- 허용되는 너겟 크기가 획득되도록,

적절한 강도 범위를 결정하였다.

또한, 용접성 범위를 평가하기 위해, 인장 시험을 행하였다.

조건 ⅰ) 에서, 전류 세기로 표현된 용접성 범위는 1.4 kA 이다. 조건 ⅱ) 에서, 용접성 범위는 현저히 작다. 다공성의 더 높은 분율 및 층 배치는 스파크 및 코팅 스플래싱에 연관된다.

따라서, 본 발명에 따른 코팅의 경우 훨씬 더 만족스러운 결과가 얻어짐을 알 수 있다.

본 발명의 이해에 있어 상기 설명은 명확하지만, 혼동을 피하기 위해, 바람직한 실시형태의 이하 리스트 및 청구항에서 사용되는 하기 용어는 이하의 의미를 갖는다.

프리코팅 : 프리코팅/베이스 복합물 (composite) (피복된 Al 또는 Al 합금 재료와 베이스 강 사이의 엘리에이션 반응을 거치지 않은 복합물) 을 형성하기 위해 베이스 강의 스트립 또는 시트 등의 적어도 일부에 피복되거나 위치되는 재료 (Al 또는 Al 합금)

엘리에이션 또는 합금화 : 베이스 강 및 프리코팅과 조성이 상이한 적어도 하나의 중간 층을 형성하는, 프리코팅과 베이스 강 사이의 반응. 엘리에이션 반응은 열간 스탬핑 바로 전의 열처리 동안 일어난다. 엘리에이션 반응은 프리코팅의 총 두께에 영향을 미친다. 매우 바람직한 실시형태에서, 엘리에이션 반응은 전술한 바와 같이 다음과 같은 층, 즉 (a) 상호확산 층, (b) 중간 층, (c) 금속간 층, 및 (d) 표면 층을 형성한다.

프리피복 강 : 피복 재료와 베이스 강 사이의 엘리에이션 반응을 거치지 않은 프리코팅/베이스 복합물.

코팅 : 프리코팅과 베이스 강 사이의 엘리에이션 반응을 거친 후의 프리코팅. 매우 바람직한 실시형태에서, 코팅은 전술한 (a) 상호확산 층, (b) 중간 층, (c) 금속간 층, 및 (d) 표면 층을 포함한다.

피복 강 또는 제품 : 프리코팅과 베이스 강 사이의 엘리에이션 반응을 거친 프리피복 강 또는 제품. 매우 바람직한 실시형태에서, 피복 강은 전술한 (a) 상호확산 층, (b) 중간 층, (c) 금속간 층, 및 (d) 표면 층을 포함하는 본 발명의 코팅을 표면에 갖는 베이스 강의 스트립 또는 시트 등이다.

블랭크 : 스트립으로부터 절단된 형상

제품 : 열간 스탬핑된 블랭크

본 발명에 대한 전술한 설명은 본 기술분야의 당업자가 본 발명을 실시 및 이용할 수 있게 하는 방식 및 프로세스를 제공하고, 이는 특히 최초 명세서의 일부를 구성하는 첨부된 청구항의 주제에 대해 그러하다.

따라서, 본 발명은 특히 다음과 같은 바람직한 실시형태를 제공한다.

1. 열간 스탬핑된 피복 강 시트 제품의 제조 프로세스로서,

- 강 스트립 또는 시트를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 프리피복하는 단계,

- 상기 프리피복 강 스트립 또는 시트를 절단하여, 프리피복된 강 블랭크를 획득하는 단계,

- 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 프리피복된 강 블랭크를, 상기 시트의 두께가 0.7 ㎜ 이상 1.5 ㎜ 이하라면 도 1 의 도형 ABCD 에 의해 규정되고 상기 시트의 두께가 1.5 ㎜ 초과 3 ㎜ 이하라면 도 1 의 도형 EFGH 에 의해 규정되는 시간 동안 및 온도로 예열된 로 내에서, 20 ℃ 와 700 ℃ 사이에서 4 ∼ 12 ℃/s 의 가열 속도 (Vc) 로, 그리고 500 ℃ 와 700 ℃ 사이에서 1.5 ∼ 6 ℃/s 의 가열 속도 (Vc') 로 가열하여, 가열된 블랭크를 획득하는 단계,

- 상기 가열된 블랭크를 다이로 전달하는 단계,

- 상기 다이에서 상기 가열된 블랭크를 열간 스탬핑하여, 열간 스탬핑된 강 시트 제품을 획득하는 단계,

- 상기 가열된 제품을, 로에서부터 상기 가열된 블랭크의 출구와 아래로 400 ℃ 사이에서 적어도 30 ℃/s 의 평균 속도 (Vr) 로 냉각시키는 단계

를 포함하는, 열간 스탬핑된 피복 강 시트 제품의 제조 프로세스.

2. 실시형태 1 에 있어서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 욕에서 제 1 측 및 제 2 측을 갖는 상기 강 스트립 또는 시트의 열간 침지에 의해 프리코팅을 행하고, 상기 스트립 또는 시트의 상기 제 1 및 제 2 측의 모든 위치에서 상기 프리코팅의 두께 (t_p) 가 20 ∼ 33 ㎛ 인, 열간 스탬핑된 피복 강 시트 제품의 제조 프로세스.

3. 실시형태 1 또는 2 에 있어서, 상기 가열된 블랭크가 상기 로에서 나오는 때와 상기 스탬핑이 행해지는 때 사이의 경과 시간이 10 초 이하인, 열간 스탬핑된 피복 강 시트 제품의 제조 프로세스.

4. 피복 강 스탬핑된 제품으로서,

(a) 제 1 측 및 제 2 측을 갖는 베이스 강의 스트립, 및

(b) 베이스 강의 상기 스트립의 제 1 측 및 베이스 강의 상기 스트립의 상기 제 2 측 중 적어도 하나에 형성된 코팅을 포함하고,

(ⅰ) 상기 코팅은, 상기 베이스 강과 알루미늄 또는 알루미늄 합금 프리코팅 사이의 상호확산에 의해 형성되고,

(ⅱ) 상기 코팅은, 베이스 강으로부터 시작하여 외측으로,

(a) 상호확산 층,

(b) 중간 층,

(c) 금속간 층,

(d) 표면 층

을 포함하고,

(ⅲ) 상기 코팅은, 표면 분율로, 10 % 미만의 다공성을 포함하는, 피복 강 스탬핑된 제품.

5. 실시형태 4 에 있어서, 상기 표면 층 (d) 은, 표면 분율로, 20 % 미만의 다공성을 포함하는, 피복 강 스탬핑된 제품.

6. 실시형태 4 또는 5 에 있어서, 상기 코팅은 30 ㎛ 초과의 두께를 갖는, 피복 강 스탬핑된 제품.

7. 실시형태 4 내지 6 중 어느 하나에 있어서, 상기 층 (a) 는 15 ㎛ 미만의 두께를 갖는, 피복 강 스탬핑된 제품.

8. 실시형태 4 내지 7 중 어느 하나에 있어서, 상기 층 (c) 및 (d) 는 각 레벨의 적어도 90 % 를 차지함으로써 준연속적이고, 층 (c) 의 10 % 미만이 상기 제품의 가장자리 표면에 존재하는, 피복 강 스탬핑된 제품.

9. 실시형태 4 내지 8 중 어느 하나에 있어서,

스트립에서 강 조성은, 총 중량을 기준으로 한 중량% 로, 하기 성분, 즉

0.15 % < 탄소 < 0.5 %

0.5 % < 망간 < 3 %

0.1 % < 규소 < 0.5 %

0.01 % < 크롬 < 1 %

니켈 < 0.1 %

구리 < 0.1 %

티탄 < 0.2 %

알루미늄 < 0.1 %

인 < 0.1 %

황 < 0.05 %

0.0005 % < 붕소 < 0.08 %

를 포함하고, 철 및 가공으로 인한 불순물을 더 포함하는, 피복 강 스탬핑된 제품.

10. 실시형태 4 내지 8 중 어느 하나에 있어서,

0.20 % < 탄소 < 0.5 %

0.8 % < 망간 < 1.5 %

0.1 % < 규소 < 0.35 %

0.01 % < 크롬 < 1 %

니켈 < 0.1 %

구리 < 0.1 %

티탄 < 0.1 %

알루미늄 < 0.1 %

인 < 0.05 %

황 < 0.03 %

0.0005 % < 붕소 < 0.01 %

11. 실시형태 4 내지 10 중 어느 하나에 있어서, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 프리코팅은 8 중량% ∼ 11 중량% 규소, 2 중량% ∼ 4 중량% 철, 및 알루미늄과 가공으로 인한 불순물인 잔부를 포함하는, 피복 강 스탬핑된 제품.

12. 실시형태 4 내지 11 중 어느 하나에 따른 열처리된 피복 강 제품을 포함하는 육상 자동차.

13. 실시형태 1 내지 3 중 어느 하나에 따라 제조되는 열처리된 피복 강 제품을 포함하는 육상 자동차.

Claims

열간 스탬핑된 피복 강 시트 제품의 제조 프로세스로서,
- 강 스트립 또는 시트를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 프리피복하는 단계,
- 상기 프리피복 강 스트립 또는 시트를 절단하여, 프리피복된 강 블랭크를 획득하는 단계,
- 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 프리피복된 강 블랭크를, 상기 시트의 두께가 0.7 ㎜ 이상 1.5 ㎜ 이하라면 도 1 의 도형 ABCD 에 의해 규정되고 상기 시트의 두께가 1.5 ㎜ 초과 3 ㎜ 이하라면 도 1 의 도형 EFGH 에 의해 규정되는 시간 동안 및 온도로 예열된 로 내에서, 20 ℃ 와 700 ℃ 사이에서 4 ∼ 12 ℃/s 의 가열 속도 (Vc) 로, 그리고 500 ℃ 와 700 ℃ 사이에서 1.5 ∼ 6 ℃/s 의 가열 속도 (Vc') 로 가열하여, 가열된 블랭크를 획득하는 단계,
- 상기 가열된 블랭크를 다이로 전달하는 단계,
- 상기 다이에서 상기 가열된 블랭크를 열간 스탬핑하여, 열간 스탬핑된 강 시트 제품을 획득하는 단계,
- 상기 가열된 제품을, 로에서부터 상기 가열된 블랭크의 출구와 아래로 400 ℃ 사이에서 적어도 30 ℃/s 의 평균 속도 (Vr) 로 냉각시키는 단계
를 포함하는, 열간 스탬핑된 피복 강 시트 제품의 제조 프로세스.
제 1 항에 있어서, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 욕에서 제 1 측 및 제 2 측을 갖는 상기 강 스트립 또는 시트의 열간 침지에 의해 프리코팅을 행하고, 상기 스트립 또는 시트의 상기 제 1 및 제 2 측의 모든 위치에서 상기 프리코팅의 두께 (t_p) 가 20 ∼ 33 ㎛ 인, 열간 스탬핑된 피복 강 시트 제품의 제조 프로세스.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 가열된 블랭크가 상기 로에서 나오는 때와 상기 스탬핑이 행해지는 때 사이의 경과 시간이 10 초 이하인, 열간 스탬핑된 피복 강 시트 제품의 제조 프로세스.
피복 강 스탬핑된 제품으로서,
(a) 제 1 측 및 제 2 측을 갖는 베이스 강의 스트립, 및
(b) 베이스 강의 상기 스트립의 제 1 측 및 베이스 강의 상기 스트립의 상기 제 2 측 중 적어도 하나에 형성된 코팅을 포함하고,
(ⅰ) 상기 코팅은, 상기 베이스 강과 알루미늄 또는 알루미늄 합금 프리코팅 사이의 상호확산에 의해 형성되고,
(ⅱ) 상기 코팅은, 베이스 강으로부터 시작하여 외측으로,
(a) 상호확산 층,
(b) 중간 층,
(c) 금속간 층,
(d) 표면 층
을 포함하고,
(ⅲ) 상기 코팅은, 표면 분율로, 10 % 미만의 다공성을 포함하는, 피복 강 스탬핑된 제품.
제 4 항에 있어서, 상기 표면 층 (d) 은, 표면 분율로, 20 % 미만의 다공성을 포함하는, 피복 강 스탬핑된 제품.
제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 코팅은 30 ㎛ 초과의 두께를 갖는, 피복 강 스탬핑된 제품.
제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 (a) 는 15 ㎛ 미만의 두께를 갖는, 피복 강 스탬핑된 제품.
제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 층 (c) 및 (d) 는 각 레벨의 적어도 90 % 를 차지함으로써 준연속적이고, 층 (c) 의 10 % 미만이 상기 제품의 가장자리 표면에 존재하는, 피복 강 스탬핑된 제품.
제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
스트립에서 강 조성은, 총 중량을 기준으로 한 중량% 로, 하기 성분, 즉
0.15 % < 탄소 < 0.5 %
0.5 % < 망간 < 3 %
0.1 % < 규소 < 0.5 %
0.01 % < 크롬 < 1 %
니켈 < 0.1 %
구리 < 0.1 %
티탄 < 0.2 %
알루미늄 < 0.1 %
인 < 0.1 %
황 < 0.05 %
0.0005 % < 붕소 < 0.08 %
를 포함하고, 철 및 가공으로 인한 불순물을 더 포함하는, 피복 강 스탬핑된 제품.
제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
스트립에서 강 조성은, 총 중량을 기준으로 한 중량% 로, 하기 성분, 즉
0.20 % < 탄소 < 0.5 %
0.8 % < 망간 < 1.5 %
0.1 % < 규소 < 0.35 %
0.01 % < 크롬 < 1 %
니켈 < 0.1 %
구리 < 0.1 %
티탄 < 0.1 %
알루미늄 < 0.1 %
인 < 0.05 %
황 < 0.03 %
0.0005 % < 붕소 < 0.01 %
를 포함하고, 철 및 가공으로 인한 불순물을 더 포함하는, 피복 강 스탬핑된 제품.
제 4 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 알루미늄 또는 알루미늄 합금 프리코팅은 8 중량% ∼ 11 중량% 규소, 2 중량% ∼ 4 중량% 철, 및 알루미늄과 가공으로 인한 불순물인 잔부를 포함하는, 피복 강 스탬핑된 제품.
제 4 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 열처리된 피복 강 제품을 포함하는 육상 자동차.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 따라 제조되는 열처리된 피복 강 제품을 포함하는 육상 자동차.