KR20130008639A - 핫 스탬프 성형체, 핫 스탬프용 강판의 제조 방법 및 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 - Google Patents

핫 스탬프 성형체, 핫 스탬프용 강판의 제조 방법 및 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 핫 스탬프 성형체는, 질량％로, C: 0.20 내지 0.35％, Si: 0.1 내지 0.5％, Mn, Cr로부터 선택되는 적어도 1종의 합계: 1 내지 3％, Al: 0.005 내지 0.06％, Ti: 0.002 내지 0.1％, Nb: 0.002 내지 0.1％, O: 0.003 내지 0.007％를 함유하고, P: 0.015％ 이하, S: 0.01％ 이하, N: 0.004％ 이하로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 구 오스테나이트 입자의 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비가 1.3 이상 또한 2.5 이하이고, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 6㎛ 이하이고, 98％ 이상의 마르텐사이트를 포함하고, 1470MPa 이상의 인장 강도를 갖는다.

Description

핫 스탬프 성형체, 핫 스탬프용 강판의 제조 방법 및 핫 스탬프 성형체의 제조 방법{HOT-STAMP-MOLDED ARTICLE, PROCESS FOR PRODUCTION OF STEEL SHEET FOR HOT STAMPING, AND PROCESS FOR PRODUCTION OF HOT-STAMP-MOLDED ARTICLE}
본 발명은, 강도와 인성의 밸런스가 우수한 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다. 특히, 본 발명은, 1470MPa 이상의 강도와, 충분한 에너지 흡수능을 구비한 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다. 또한, 본 발명은, 핫 스탬프에 의해 제조되는 부품에 적용되는 핫 스탬프용 강판의 제조 방법 및 이 핫 스탬프용 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에 관한 것이다.
본원은, 2010년 6월 14일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2010-135217호와 2011년 4월 19일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2011-092811호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
지구 환경 보호의 시점에서 자동차 차체의 경량화는 긴요한 과제이며, 최근, 자동차 차체에 대하여 고강도 강판을 적용하는 검토가 적극적으로 실시되고 있으며, 그 강재 강도도 점점 높아지고 있다. 그러나, 강판 강도가 높아지는 것에 수반하여 가공성이 열화되기 때문에, 형상 동결성에 대한 배려가 필요하게 된다. 한편, 통상 사용되는 프레스 가공에 있어서는, 그 성형 하중이 점점 높아져, 프레스 능력도 실용화(고강도 강판의 이용) 면에서 큰 과제가 있다.
이러한 시점에서 핫 스탬프 기술이 사용된다. 핫 스탬프 기술에서는, 강판을 오스테나이트 영역의 고온까지 가열한 후에 프레스 성형을 실시한다. 그로 인해, 실온에서 실시하는 통상의 프레스 가공에 비해, 성형 하중이 대폭 저감된다. 또한, 프레스 가공과 동시에, 금형 내에 있어서 실질적인 켄칭 처리가 실시되기 때문에, 강 중에 포함되는 C량에 따른 강도를 얻을 수 있고, 형상 동결성과 강도 확보를 양립하는 기술로서 이 핫 스탬프 기술이 주목받고 있다. 이러한 핫 스탬프 기술에 의해 1000 내지 2000MPa의 강도를 얻는 방법이, 특허문헌 1 내지 3에 개시되어 있다. 특허문헌 1에서는, 소정의 구 오스테나이트 입자의 평균 입경과 핫 스탬프 후의 마르텐사이트량을 갖고, 1770 내지 1940MPa의 강도를 갖는 연성이 우수한 핫 스탬프용 강판이 개시되어 있지만, 인성에 대한 평가는 이루어지고 있지 않다. 또한, 특허문헌 2에는, 청정도와 P 및 S의 편석도를 제한하여, 핫 스탬프 후의 인성을 대폭 개선하는 기술이 개시되어 있다. 그러나, 이 특허문헌 2에서는, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경에 대해서는 기재되어 있지 않다. 또한, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경을 제어하여, 자동 템퍼링 마르텐사이트를 활용함으로써, 인성을 개선하는 기술이 특허문헌 3에 개시되어 있다. 그러나, 이 특허문헌 3에서는, 핫 스탬프 후에 형성되는 조직에 대해, 구 오스테나이트의 형상(예를 들어, 후술하는 구 오스테나이트 입경비) 및 그 제어 방법이 개시되어 있지 않고, 핫 스탬프 후에 있어서, 충분히 조직을 제어할 수 없어, 강도와 인성의 밸런스를 충분히 확보하지 못할 가능성이 있다. 한편, 특허문헌 4에는, 소정의 구 오스테나이트 입경의 종횡비를 갖고, 저온 인성이 우수한 고강도 열연 강판이 개시되어 있다. 그러나, 이 특허문헌 4에서는, 핫 스탬프 전의 구 오스테나이트 입경의 종횡비가 매우 높기 때문에, 핫 스탬프 후에 있어서, 충분히 조직을 제어할 수 없어, 강도와 인성의 밸런스를 충분히 확보하지 못할 가능성이 있다.
일본 특허 공개 제2010-174282호 공보 일본 특허 공개 제2007-314817호 공보 일본 특허 공개 제2006-152427호 공보 일본 특허 공개 제2011-52321호 공보
자동차용 부품, 특히 프레임, 멤버 및 레인포스와 같은 부품은, 그 역할로부터, 충돌 시에 에너지를 효율적으로 흡수하는 부품과, 충분한 내력을 가져, 변형되지 않고 충돌 시의 에너지를 전달시키는 부품으로 분류된다. 특히 레인포스에 대해서는, 그 요구 강도가 점점 높아지고 있기 때문에, 냉간에서의 프레스 성형에서는, 프레스기의 능력이 부족하거나, 형상 동결성이 악화되거나 한다. 그로 인해, 1470MPa 이상의 강도를 필요로 하는 부품에 대해서는, 핫 스탬프가 적용된 부품(핫 스탬프 성형체)이 증가하고 있다. 또한, 한층 경량화를 실현하기 위해서는, 특히 1770MPa 이상의 강도 부재가 요구되도록 되어 있다.
따라서, 본 발명자들은, 이러한 실정을 감안하여, 충분한 인성과 1470MPa 이상의 인장 강도를 갖는 부품을 핫 스탬프에 의해 제조하여, 본 발명을 완성시켰다.
그 요지는, 이하와 같다.
(1) 본 발명의 일 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 질량％로, C: 0.20 내지 0.35％, Si: 0.1 내지 0.5％, Mn, Cr로부터 선택되는 적어도 1종의 합계: 1 내지 3％, Al: 0.005 내지 0.06％, Ti: 0.002 내지 0.1％, Nb: 0.002 내지 0.1％, O: 0.003 내지 0.007％를 함유하고, P: 0.015％ 이하, S: 0.01％ 이하, N: 0.004％ 이하로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 구 오스테나이트 입자의 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비가 1.3 이상 또한 2.5 이하이고, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 6㎛ 이하이고, 98％ 이상의 마르텐사이트를 포함하고, 1470MPa 이상의 인장 강도를 갖는다.
(2) 상기 (1)에 기재된 고강도 강판이, 질량％로, B: 0.005％ 이하, V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Ca: 0.03％ 이하, Mg: 0.03％ 이하, REM: 0.03％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Sn: 0.1％ 이하, Ni: 0.5％ 이하, W: 1％ 이하의 1종 이상을 더 포함해도 좋다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 고강도 강판이, 표면에 용융 도금층을 구비해도 좋다.
(4) 본 발명의 일 형태에 관한 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법은, 질량％로, C: 0.20 내지 0.35％, Si: 0.1 내지 0.5％, Mn, Cr로부터 선택되는 적어도 1종의 합계: 1 내지 3％, Al: 0.005 내지 0.06％, Ti: 0.002 내지 0.1％, Nb: 0.002 내지 0.1％, O: 0.003 내지 0.007％를 함유하고, P: 0.015％ 이하, S: 0.01％ 이하, N: 0.004％ 이하로 제한하고, 잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 슬래브를 1270℃ 이하의 온도 영역으로 가열하는 제1 공정과, 최종 스탠드 2개 전의 스탠드부터의 총 압하량이 60％ 이상으로 되도록 800 내지 900℃의 온도 영역에서 마무리 압연을 행하는 제2 공정과, 상기 제2 공정의 종료 후 1s 이내에 냉각을 개시하는 제3 공정과, 600℃ 이하의 온도에서 권취를 행하는 제4 공정을 포함한다.
(5) 상기 (4)에 기재된 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법에서는, 상기 슬래브가, 질량％로, B: 0.005％ 이하, V: 0.1％ 이하, Mo: 0.5％ 이하, Ca: 0.03％ 이하, Mg: 0.03％ 이하, REM: 0.03％ 이하, Cu: 0.5％ 이하, Sn: 0.1％ 이하, Ni: 0.5％ 이하, W: 1％ 이하의 1종 이상을 더 포함해도 좋다.
(6) 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법에서는, 제4 공정 후, 냉간 압연을 실시하는 공정을 더 포함해도 좋다.
(7) 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법에서는, 제4 공정 후, 냉간 압연 및 연속 어닐링을 실시하는 공정을 더 포함해도 좋다.
(8) 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법에서는, 제4 공정 후, 용융 도금을 행하는 공정을 더 포함해도 좋다.
(9) 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법에서는, 제4 공정 후, 냉간 압연을 실시하여, 용융 도금을 행하는 공정을 더 포함해도 좋다.
(10) 상기 (4) 또는 (5)에 기재된 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법에서는, 제4 공정 후, 냉간 압연 및 연속 어닐링을 실시하고, 용융 도금을 행하는 공정을 더 포함해도 좋다.
(11) 본 발명의 일 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에서는, 상기 (4)에 기재된 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법으로 얻어진 강판을, 3℃/s 이상의 가열 속도로 Ac3점 이상 또한 900℃ 이하의 온도 영역으로 가열한 후, 300℃ 이상 또한 Ar3점 이하의 온도 영역을 150℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각하는 조건에서, 핫 스탬프를 행한다.
(12) 본 발명의 일 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에서는, 상기 (5)에 기재된 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법으로 얻어진 강판을, 3℃/s 이상의 가열 속도로 Ac3점 이상 또한 900℃ 이하의 온도 영역으로 가열한 후, 300℃ 이상 또한 Ar3점 이하의 온도 영역을 150℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각하는 조건에서, 핫 스탬프를 행한다.
상기 (1) 내지 (2)에 기재된 핫 프레스 성형체에 의하면, 핫 스탬프 후에 있어서, 1470MPa 이상의 강도를 확보하면서 구 오스테나이트 입경과 구 오스테나이트의 형상을 적절하게 제어함으로써, 강도와 인성의 밸런스를 개선하여, 충돌 시의 흡수 에너지 특성을 높일 수 있어, 보다 높은 수준에서의 부재의 경량화를 달성할 수 있다.
상기 (3) 내지 (10)에 기재된 핫 프레스 성형체용 강판의 제조 방법에서는, 핫 스탬프 후에 있어서, 1470MPa 이상의 강도를 확보하면서 구 오스테나이트 입경과 구 오스테나이트의 형상을 적절하게 제어할 수 있는 핫 프레스 성형체용 강판을 제공할 수 있다.
상기 (11) 및 (12)에 기재된 핫 프레스 성형체의 제조 방법에서는, 강도와 인성의 밸런스 및 충돌 시의 흡수 에너지 특성이 우수한 핫 프레스 성형체를 제공할 수 있다.
도 1은 C량과 핫 스탬프 후의 열연 강판의 강도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 2는 핫 스탬프 후에 있어서의, 구 오스테나이트 입경과, 열연 강판의 에너지 흡수량의 관계를 도시하는 도면이다.
도 3은 핫 스탬프 후에 있어서의, 구 오스테나이트 입경비와, 열연 강판의 에너지 흡수량의 관계를 도시하는 도면이다.
도 4는 열간 압연 시의 마무리 온도와 핫 스탬프 후의 구 오스테나이트 입경의 관계를 도시하는 도면이다.
도 5는 열간 압연 시의 마무리 온도와 핫 스탬프 후의 구 오스테나이트 입경비의 관계를 도시하는 도면이다.
도 6은 마무리 압연 후의 냉각 개시 시간과 핫 스탬프 후의 구 오스테나이트 입경의 관계를 도시하는 도면이다.
도 7은 마무리 압연 후의 냉각 개시 시간과 핫 스탬프 후의 구 오스테나이트 입경비의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 핫 스탬프 후의 구 오스테나이트 입경과, 냉연 강판의 에너지 흡수량의 관계를 도시하는 도면이다.
도 9는 핫 스탬프 후의 구 오스테나이트 입경비와, 냉연 강판의 에너지 흡수량의 관계를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명에 관한 실시예에서 내지연 파괴 특성의 시험에 사용한 V 노치 시험편을 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 제조 방법 및 본 발명의 일 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.
우선, 본 발명을 완성시키기에 이른 실험에 대하여 설명한다.
본 발명자들은, 표 1에 나타내는 화학 성분을 포함하는 강을 실험실 규모로 용해하고, 얻어진 강괴를 1250℃로 가열한 후, 최종 압연 및 최종 압연 1개 전의 압연에서의 총 압하율이 60％, 마무리 온도가 880℃, 판 두께가 1.4mm로 되도록 제어하여 열간 압연을 행하고, 이 열간 압연이 종료된 1s(1초) 후에 200℃/s 이하의 냉각 속도로 냉각을 개시하여 600℃에서 권취를 행했다. 얻어진 열연 강판을, 산 세정하고, 10℃/s의 가열 속도로 850℃로 가열한 후, 20s 보열하고, 즉시 150℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각하고, 열연 강판에 열 이력을 부여했다. 이 경우에, 강판 조직으로서 98％ 이상의 마르텐사이트를 포함하는 강판이 얻어졌다. 그 후, 열 이력이 부여된 열연 강판을 JIS Z 2201에 기재된 5호 시험편으로 가공하고, JIS Z 2241에 기재된 시험 방법에 따라 인장 시험을 행했다. 얻어진 인장 시험의 결과를 도 1에 도시한다. 즉, 본 발명의 대상으로서 행해지는 핫 스탬프 후에 1470MPa 이상의 인장 강도를 얻기 위해서는, 질량％로 C를 0.20％ 이상 강 중에 첨가할 필요가 있는 것을 알 수 있다.
또한, 표 1의 No.2의 화학 성분을 포함하는 강을 사용하여, 다양한 조건에서 열간 압연을 실시하여, 판 두께 3.2mm의 열연 강판 및 판 두께 1.6mm의 열연 강판을 제작했다. 여기서, 판 두께 3.2mm의 열연 강판에 대해서는, 계속하여 냉간 압연을 실시하여 판 두께 0.8mm의 냉연 강판을 제작했다.
우선, 판 두께 1.6mm의 열연 강판에 대해서, 핫 스탬프를 실시할 때의 열처리 조건(열 이력)으로서, 10℃/s의 가열 속도로 900℃로 가열한 후, 200℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각했을 때의 인장 강도 및 인성을 조사했다. 어느 열연 조건에 있어서든 강판 조직으로서 98％ 이상의 마르텐사이트를 포함하는 강판이 얻어졌다. 또한, 이들 마르텐사이트는, 템퍼링 마르텐사이트가 아니었다. 상기와 마찬가지의 시험 방법에 따라 인장 시험을 실시한 결과, 어느 열연 조건에서든 1470MPa 이상의 인장 강도가 얻어졌다. 인성에 대해서는, V 노치 시험편(폭: 10mm)을 제작하고, 샤르피 충격 시험을 실시하여, -40℃에서의 에너지 흡수량(판 두께: 10mm 환산)을 평가했다. 또한, 후술하는 방법에 의해, 핫 스탬프(열 이력) 후의 구 오스테나이트 입경(평균값)과 구 오스테나이트 입경비(구 오스테나이트의 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비)를 평가하여, 이들과 에너지 흡수량의 관계에 대하여 조사했다. 얻어진 결과를 도 2 및 도 3에 나타낸다. 즉, 핫 스탬프 후의 인성을 확보하는 시점에서, 핫 스탬프 후의 강판에 있어서, 구 오스테나이트 입경을 6㎛ 이하로 제어하고, 구 오스테나이트 입경비(압연 방향의 길이/판 두께 방향의 길이)를 1.3 이상으로 제어하는 것이 중요한 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명자들은, 열연 후의 강판에 있어서 구 오스테나이트 입경이 6㎛ 이하이고, 구 오스테나이트 입경비(압연 방향의 길이/판 두께 방향의 길이)가 1.3 이상인 경우에, 핫 스탬프 후의 강판(성형체)에 있어서도 구 오스테나이트 입경이 6㎛ 이하이고, 구 오스테나이트 입경비(압연 방향의 길이/판 두께 방향의 길이)가 1.3 이상인 것을 발견했다.
이 메커니즘은, 다음과 같이 생각할 수 있다. 예를 들어, 구 오스테나이트 입경이 6㎛ 이하로 미세하고, 또한, 구 오스테나이트 입경비(압연 방향의 길이/판 두께 방향의 길이)가 1.3 이상인 경우에는, 열간 압연 후에 냉각하고, 권취하는 공정에 있어서, 오스테나이트로부터 페라이트 및 시멘타이트로 변태하는 변화의 비율이 거의 100％로 높고, 또한, 핫 스탬프 전의 가열에 있어서도, 페라이트 및 시멘타이트로부터 오스테나이트로 변태하는 변화의 비율이 거의 100％로 높다. 그로 인해, 이 경우에는, 오스테나이트로부터 페라이트 및 시멘타이트로의 변태와, 페라이트 및 시멘타이트로부터 오스테나이트로의 변태를 반복해도, 입경이 6㎛ 이하이며, 또한, 구 오스테나이트 입경비(압연 방향의 길이/판 두께 방향의 길이)가 1.3 이상인 구 오스테나이트 입자를 핫 스탬프 후에 있어서도 확보할 수 있다고 생각할 수 있다.
따라서, 핫 스탬프 후에, 상기 구 오스테나이트 입경과 구 오스테나이트 입경비를 확보하기 위해서는, 도 4 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 열간 압연에 있어서의 마무리 온도와 마무리 압연 후의 냉각 개시 시간이 중요하다. 즉, 열간 압연(마무리 압연)을 900℃ 이하로 종료시키는 동시에 마무리 압연 종료 후 1s 이내에 냉각을 개시할(냉각 개시 시간이 1s 이하일) 필요가 있다. 상술한 실험에서는, 열간 압연 후의 냉각 개시부터 권취할 때까지의 냉각 속도를 200℃/s 이하로 제어하고 있지만, 이 냉각 속도가 200℃/s를 초과해도, 핫 프레스 후의 구 오스테나이트 입경을 6㎛ 이하, 또한, 구 오스테나이트 입경비(압연 방향의 길이/판 두께 방향의 길이)를 1.3 이상으로 제어할 수 있다.
한편, 전술한 판 두께 0.8mm의 냉연 강판에 대해서는, 10℃/s의 가열 속도로 850℃로 가열한 후, 150℃/s의 냉각 속도로 실온까지 냉각하고, 열연 강판과 마찬가지로 인장 강도와 인성을 조사했다. 이들 냉연 강판에서는, 어느 열연 조건에 있어서든 1470MPa 이상의 인장 강도가 얻어졌다. 도 8 및 도 9에 전술한 바와 마찬가지로 실시한 샤르피 충격 시험의 결과를 나타낸다. 냉연 강판의 특성도, 열간 압연의 조건과 상관이 있다고 생각되며, 핫 스탬프 후의 구 오스테나이트 입경 및 구 오스테나이트 입경비(압연 방향의 길이/판 두께 방향의 길이)와 좋은 상관을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 여기서, 구 오스테나이트 입경 및 구 오스테나이트 입경비의 측정에서는, 도데실벤젠술폰산나트륨, 피크르산, 옥살산 및 염산을 포함하는 수용액을 사용하여 에칭을 행하고, 판 두께로 1/8t부(혹은 7/8t부)를 광학 현미경에 의해 관찰했다.
Figure pct00001
이러한 실험 사실에 기초하여 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체에 대하여 설명한다. 우선, 본 실시 형태의 핫 스탬프 성형체 및 이 핫 스탬프 성형체에 사용하는 강판의 화학 조성에 대하여 설명한다. 또한, 이하, 「％」는 「질량％」를 의미한다.
C는, 본 실시 형태에 있어서 중요한 역할을 하는 원소이며, 특히 켄칭 후의 강도에 큰 영향을 준다. 따라서, 1470MPa 이상의 인장 강도를 얻기 위해서는, C량이 0.20％ 이상일 필요가 있다. 한편, C량이 0.35％를 초과하면, 충격 변형 시에 파단이 발생하기 쉬워지는 동시에, 용접성이 열화되어, 용접부의 강도가 저하한다. 그로 인해, C량의 상한은 0.35％이다. 보다 확실하게 인장 강도를 확보할 필요가 있는 경우에는, C량이 0.21％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 용접성을 더 높이는 경우에는, C량이, 0.32％ 이하인 것이 바람직하고, 0.30％ 이하인 것이 보다 바람직하다.
Si는, 고용 강화 원소임과 동시에, 시멘타이트의 석출을 억제하는 원소인 점에서, Si량이 0.1％ 이상일 필요가 있다. 한편, Si를 과도하게 강 중에 첨가하면, 후술하는 바와 같이, 도금을 실시하는 경우에 강판 표면의 도금성이 열화된다. 그로 인해, Si량의 상한은 0.5％이다.
Mn 및 Cr은, 켄칭성의 확보에 중요한 원소이며, 핫 스탬프를 실시하는 경우에는, Mn, Cr로부터 선택되는 적어도 1종의 합계가 1％ 이상일 필요가 있다. 한편, Mn, Cr로부터 선택되는 적어도 1종의 합계가 3％를 초과하면, 켄칭성이 높아져, 열연 강판의 강도가 지나치게 높아진다. 그로 인해, 이 경우에는, 냉간 압연 등의 냉간 가공을 실시하는 경우에, 그 부하가 지나치게 커지기 때문에, Mn, Cr로부터 선택되는 적어도 1종의 합계량의 상한이 3％일 필요가 있고, 2.7％인 것이 바람직하다.
여기서, 예를 들어 Mn이 강 중에 포함되는 경우에는, 켄칭성을 보다 확보하기 위해, Mn량이, 1.0％ 이상인 것이 바람직하고, 1.1％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.2％ 이상인 것이 가장 바람직하다. 또한, 냉간 가공성을 보다 충분히 확보하기 위해, Mn량이, 3.0％ 이하인 것이 바람직하고, 2.8％ 이하인 것이 보다 바람직하고, 2.7％ 이하인 것이 가장 바람직하다.
또한, 예를 들어 Cr이 강 중에 포함되는 경우에는, Cr량은, 0.005％ 이상이어도 좋고, 켄칭성을 보다 확보하기 위해, 0.15％ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 냉간 가공성을 보다 충분히 확보하기 위해, Cr량은, 1.0％ 이하인 것이 바람직하다.
Ti 및 Nb도, 본 실시 형태에 있어서 중요한 원소이다. 핫 스탬프 후의 구 오스테나이트 입자의 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비를 1.3 이상으로 제어하고, 또한, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경을 6㎛ 이하로 제어하기 위해서는, Ti량 및 Nb량이, 각각, 0.002％ 이상일 필요가 있고, 0.005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.010％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.015％ 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편, Ti량 또는 Nb량이 0.1％를 초과해도, 그 효과가 포화되기 때문에, Ti량 및 Nb량의 상한은 각각 0.1％이다.
O는, 산화물을 형성시키기 위하여 필요한 원소이다. O량이 0.003％ 미만에서는, 미세한 산화물이 적기 때문에, 6㎛ 이하의 구 오스테나이트 입경을 얻지 못한다. 그로 인해, O량의 하한은 0.003％일 필요가 있다. 한편, O량이 0.007％를 초과하면, 형성되는 산화물의 양이 지나치게 많아지기 때문에, 가공성 및 인성이 열화된다. 그로 인해, O량의 상한은 0.007％이며, 0.006％인 것이 바람직하고, 0.005％인 것이 보다 바람직하다.
P는, 고용 강화 원소이며, 비교적 저렴하게 강판의 강도를 올릴 수 있다. 그러나, P가 입계에 편석하기 쉽고, 강도가 높은 경우에는 저온 취화의 문제가 발생하기 때문에, P량의 상한은 0.015％이며, 0.010％인 것이 바람직하다. 한편, P량은, 0％이어도 좋지만, P량을 0.001％보다도 낮게 하면, 탈P 비용을 극단적으로 높인다. 그로 인해, 불가피적 불순물로서 포함되는 P에 대해서, P량의 하한이, 0.001％인 것이 바람직하고, 0.005％인 것이 보다 바람직하다.
S는, 불가피적 불순물이며, 강의 열간 취성에 영향을 주어, 가공성, 특히 열간에서의 가공성을 열화시키기 때문에, S량은, 적은 편이 바람직하다. 그로 인해, S량의 상한은 0.01％이며, 0.009％인 것이 바람직하다. 그러나, S량은, 0％이어도 좋지만, S량을 0.001％ 미만으로 저감하는 경우에는, 탈황 비용이 극단적으로 상승하기 때문에, S량의 하한이, 0.001％인 것이 바람직하고, 0.002％인 것이 보다 바람직하다.
Al은, 탈산을 위하여 첨가되어, 불가피하게 강 중에 포함된다. Al량이 0.005％ 미만에서는, 탈산이 불충분하여, 강 중에 산화물이 다량으로 잔존한다. 그로 인해, 국부 변형능이 열화되는 동시에, 특성의 편차도 커진다. 따라서, Al량의 하한은 0.005％ 이상이며, 0.20％ 이상인 것이 바람직하다. 한편, Al량이 0.06％를 초과하면, 강 중에 알루미나를 주체로 하는 산화물이 많이 잔존하여, 국부 변형능이 열화된다. 그로 인해, Al량의 상한은 0.06％이며, 0.05％인 것이 바람직하다.
N도, 불가피하게 강 중에 포함된다. N량은, 0％이어도 좋지만, N량을 극단적으로 내리면, 비용이 증가하기 때문에, N량의 하한은 0.001％인 것이 바람직하고, 0.0015％인 것이 보다 바람직하다. 한편, N량이 0.004％를 초과하면, 개재물이 형성되어, 켄칭 후의 인성이 열화된다. 그로 인해, N량의 상한은 0.004％이며, 0.0035％인 것이 바람직하다.
또한, 상술한 기본적인 화학 성분(기본 원소)을 포함하고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 조성이, 본 실시 형태의 기본 조성이다. 그러나, 이 기본 조성 외에(잔량부 Fe의 일부 대신), 이하의 화학 성분(선택 원소)으로부터 선택되는 적어도 1종을 강 중에 포함시킬 수 있다. 또한, 선택 원소가 강 중에 포함되지 않는 경우라도, 본 실시 형태에 있어서의 효과를 손상시키지 않기 때문에, 선택 원소의 하한은 0％이어도 좋다. 또한, 이들 선택 원소가 강 중에 불가피하게 혼입되어도, 본 실시 형태에 있어서의 효과를 손상시키지 않는다.
B는, 켄칭성을 확보하기 위하여 유효한 원소이나, B량이 0.0005％ 미만에서는, 효과가 발현되기 어렵다. 그로 인해, 보다 높은 켄칭성을 확보하는 경우에는, B량이, 0.0005％ 이상인 것이 바람직하다. 한편, B량이 0.005％를 초과하면, 그 효과가 포화되기 때문에, B량의 상한은 0.005％이며, 0.002％인 것이 바람직하다.
Ca 및 Mg은, 탈산 원소이며, 미세한 산화물을 형성하기 때문에, 구 오스테나이트의 입경의 미세화에 유효한 원소이다. 그로 인해, Ca나 Mg에 의해 구 오스테나이트를 미세화하는 경우에는, Ca량 또는 Mg량이 0.005％ 이상인 것이 바람직하다. 그러나, Ca량 또는 Mg량이 0.03％를 초과하면, 그 효과가 포화되기 때문에, Ca량 및 Mg량의 상한은 0.03％이며, 0.02％인 것이 바람직하고, 0.015％인 것이 보다 바람직하다.
Ce 등을 포함하는 REM(Rare Earth Metal)은, 탈산 원소이며, 미세한 산화물을 형성하기 때문에, 구 오스테나이트의 입경의 미세화에 유효한 원소이다. 그로 인해, REM에 의해 구 오스테나이트를 미세화하는 경우에는, REM량이 0.005％ 이상인 것이 바람직하다. 그러나, REM량이 0.03％를 초과하면, 그 효과가 포화되기 때문에, REM량의 상한은 0.03％이며, 0.028％인 것이 바람직하고, 0.025％인 것이 바람직하다.
V는, 인성 확보의 시점에서, 조직의 미세화를 위하여 강 중에 첨가되는 원소이다. 즉, V는, 강판을 Ac3점 이상으로 가열한 경우에, 미세한 탄화물의 형성에 의해 재결정 및 입자 성장을 억제하여 오스테나이트 입자를 미립으로 하기 때문에, 인성을 개선하는 효과가 있다. V량이 0.005％ 미만에서는, 그 효과를 얻지 못하기 때문에, 보다 높은 인성을 확보하는 경우에는, V량이 0.005％ 이상인 것이 바람직하고, 0.010％ 이상인 것이 보다 바람직하고, 0.030％ 이상인 것이 가장 바람직하다. 한편, V량이 0.1％를 초과하면, 그 효과가 포화되어, 비용이 증가하기 때문에, V량의 상한은 0.1％이며, 0.09％인 것이 바람직하고, 0.08％인 것이 보다 바람직하다.
Mo도, Ti, Nb 및 V와 마찬가지로, 강판을 Ac3점 이상으로 가열한 경우에, 미세한 탄화물의 형성에 의해 재결정 및 입자 성장을 억제하여 오스테나이트 입자를 미립으로 하기 때문에, 인성을 개선하는 효과가 있다. 그로 인해, 보다 높은 인성을 확보하는 경우에는, Mo량의 하한이, 0.05％인 것이 바람직하고, 0.08％인 것이 보다 바람직하고, 0.10％인 것이 가장 바람직하다. 한편, Mo량이 0.5％를 초과하면, 그 효과가 포화하고, 비용이 증가하기 때문에, Mo량의 상한은 0.5％이며, 0.45％인 것이 바람직하다.
W는, 핫 스탬프 공정에 있어서 보다 안정되게 마르텐사이트를 형성시키는 경우에 강 중에 첨가된다. W량이 0.1％ 미만에서는, 그 효과가 불충분하기 때문에, 효과를 충분히 얻는 경우에는, W량의 하한이 0.1％인 것이 바람직하다. W량이 1％를 초과하면, 그 효과가 포화되기 때문에, W량의 상한은 1％이다.
또한, 예를 들어 제강 단계에 있어서 스크랩을 이용하는 경우에는, Cu, Sn, Ni 등의 원소가 강 중에 포함되는 경우가 있다. 이 경우에 대해서도, 본 실시 형태에 관한 효과에 직접적으로 영향을 주지 않는다. 그러나, 이들 원소가 강 중에 과도하게 포함되면, 열간 압연 시에 깨짐을 발생시킨다. 그로 인해, Cu량의 상한은 0.5％이며, 0.3％인 것이 바람직하고, 0.2％인 것이 보다 바람직하다. 마찬가지로, Sn량의 상한은 0.1％이며, 0.05％인 것이 바람직하고, 0.02％인 것이 보다 바람직하다. 또한, Ni량의 상한은 0.5％이며, 0.3％인 것이 바람직하고, 0.1％인 것이 보다 바람직하다. 또한, 이들 원소의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 불가피한 혼입에 의해 강 중에 포함된 경우의 정련 비용을 고려하면, Cu량, Sn량, Ni량 각각의 하한이, 0.01％, 0.005％, 0.01％인 것이 바람직하다.
이상과 같이, 본 실시 형태의 핫 스탬프 성형체 및 이 핫 스탬프 성형체에 사용하는 강판은, 상술한 기본 원소를 포함하고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 조성 또는 상술한 기본 원소와, 상술한 선택 원소의 1종 이상을 포함하고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는다.
또한, 본 실시 형태의 핫 스탬프 성형체는, 상술한 바와 같이, 면적률로 98％ 이상의 마르텐사이트를 포함한다. 이 마르텐사이트의 일부 또는 전부가, 템퍼링 마르텐사이트이어도 좋다. 또한, 이 마르텐사이트의 잔량부의 조직은, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 베이나이트, 잔류 오스테나이트로부터 선택되는 적어도 1종의 조직이어도 좋다. 또한, 이 마르텐사이트의 양의 상한은 100％이어도 좋다.
그 외에, 본 실시 형태에서는, 구 오스테나이트 입자의 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비(구 오스테나이트 입경비)가 1.3 이상이며, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 원 상당 직경으로 6㎛ 이하이다. 구 오스테나이트 입자의 평균 입경의 하한은 특별히 제한되지 않지만, 측정상의 해상도를 고려하여 3.0㎛이어도 좋다. 여기서, 핫 스탬프 후의 구 오스테나이트 입자에 대해서, 구 오스테나이트 입경비가 2.5를 초과하면, 강판의 이방성이 지나치게 커지기 때문에, 인성의 열화가 우려된다. 따라서, 구 오스테나이트 입경비가 2.5 이하인 것이 필요하다. 보다 강판의 이방성을 억제할 필요가 있는 경우에는, 구 오스테나이트 입경비가 2.0 이하인 것이 바람직하다.
또한, 상기의 마르텐사이트의 양, 구 오스테나이트 입경 및 구 오스테나이트 입경비는, 광학 현미경에 의해 시료 단면의 조직을 관찰하여 측정된다.
또한, 본 실시 형태의 핫 스탬프 성형체 및 핫 스탬프 성형체에 사용하는 강판은, 상술한 바와 같이, 1470MPa 이상의 인장 강도를 갖는다. 또한, 인장 강도의 상한은, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 인장 강도가, 2450MPa 이하인 것이 바람직하다. 또한, 치수(크기)는, 특별히 제한되지 않고, 용도에 따라 적절히 선택할 수 있다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에서는, 상술한 기본 원소를 포함하고, 필요에 따라 상술한 선택 원소를 더 포함하고, 잔량부 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖는 강을 사용한다. 이 강을 연속 주조하여 슬래브를 제조하고, 이 슬래브를 1250℃ 이하의 온도 영역으로 가열한다(제1 공정). 이 가열된 슬래브를 열간 압연하고, 이 열간 압연에서는, 최종 스탠드 2개 전의 스탠드에서의 압연부터 최종 스탠드에서의 압연까지의 3패스의 압연에서의 총 압하량이 60％ 이상으로 되도록 800 내지 900℃의 온도 영역(마무리 온도)에서 마무리 압연을 행한다(제2 공정). 이 열간 압연에 의해 얻어진 강판에 대하여, 열간 압연(마무리 압연) 종료 후 1초 이내에 냉각을 개시한다(제3 공정). 이 강판에 대하여, 또한 600℃ 이하의 온도에서 권취를 행하여, 열연 강판을 제조한다(제4 공정).
여기서, 연속 주조 방법은, 특별히 제한되지 않고, 통상의 연속 주조 방법이나 슬래브 두께가 100mm 이하인 박 슬래브법이어도 좋다. 이 연속 주조 방법의 종류에 따라, 본 실시 형태에 관한 효과는 전혀 변함없다.
본 실시 형태에 있어서, 특히 핫 스탬프 후의 인성에 대하여, 열간 압연의 조건은 매우 중요하다. 즉, 핫 스탬프 후의 구 오스테나이트 입자에 대해서, 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비(구 오스테나이트 입경비)를 1.3 이상으로 제어하고, 또한, 평균 입경을 6㎛ 이하로 제어하기 위해서는, 열간 압연 시의 가열 온도는 낮은 편이 바람직하다. 그로 인해, 가열 온도를 1270℃ 이하, 바람직하게는 1250℃ 이하로 제어한다. 또한, 이 가열 온도가 지나치게 낮으면, 열간 압연 중의 변형 저항이 지나치게 높아지기 때문에, 압연성이 나빠진다. 그로 인해, 가열 온도의 하한은 1050℃인 것이 바람직하다. 또한, 마무리 온도도 최대한 낮은 편이 바람직하지만, 압연성을 고려하여 800℃ 이상, 바람직하게는 850℃ 이상의 마무리 온도를 확보한다. 한편, 마무리 온도가 900℃를 초과하면, 구 오스테나이트 입경비가 1.3보다 작아져, 인성이 열화되기 때문에, 마무리 온도의 상한은 900℃이다. 그 때, 최종 스탠드 2개 전의 스탠드부터의 총 압하량(최종 스탠드 2개 전의 스탠드에서의 압하량과, 최종 스탠드 1개 전의 스탠드에서의 압하량과, 최종 스탠드에서의 압하량의 합계량)을 60％ 이상, 바람직하게는 70％ 이상으로 제어한다. 또한, 최종 스탠드 2개 전의 스탠드부터의 총 압하량의 상한은, 특별히 제한되지 않지만, 열연 강판의 판 두께를 고려하여, 95％이어도 좋다. 또한, 마무리 압연 종료 후는 빠르게 냉각을 개시하지만, 구체적으로는 마무리 압연 종료 후 1초 이내, 바람직하게는 0.5초 이내에 냉각을 개시한다. 또한, 열간 압연 후의 냉각 개시부터 권취까지의 냉각 속도는, 200℃/s 이하이어도 좋고 200℃/s를 초과해도 좋다. 그 후, 600℃ 이하의 온도 영역에서 권취를 실시함으로써, 핫 스탬프 후에 있어서, 구 오스테나이트 입경비를 1.3 이상으로 제어하고, 또한, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경을 6㎛ 이하로 제어할 수 있다. 권취 온도가 600℃를 초과하거나, 상기 총 압하량(3패스)이 60％ 미만이거나, 마무리 압연 후의 냉각 개시 시간이 1초를 초과하거나 하면, 핫 스탬프 후에 있어서, 구 오스테나이트 입경비를 1.3 이상으로 제어하고, 또한, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경을 6㎛ 이하로 제어할 수 없다. 또한, 400℃ 미만의 온도에서 권취를 행하면, 열연 강판의 강도가 지나치게 높아지기 때문에, 권취 온도의 하한은 400℃인 것이 바람직하다. 특히, 페라이트와 펄라이트를 포함하는 조직을 얻기 위해서는, 권취 온도가 500℃ 이상인 것이 보다 바람직하다. 한편, 400℃ 미만의 온도에서 권취를 행한 경우에는, 권취 후에 연질화를 목적으로 한 재가열 처리를 실시해도 상관없다. 또한, 마무리 압연 종료 후 1초 이내에 개시된 냉각에 있어서의 냉각 종료 온도는, 오스테나이트로부터 페라이트 및 시멘타이트로 충분히 변태시킬 수 있는 조건이면, 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어 1단계의 냉각 제어인 경우, 400℃ 이상이다. 또한, 마무리 압연 후의 냉각 개시 시간의 하한은, 특별히 제한되지 않지만, 냉각 설비의 능력상, 0.01초이어도 좋다.
또한, 얻어진 열연 강판에 대하여, 필요에 따라, 냉간 압연, 연속 어닐링, 각종 도금 등의 처리를 행할 수 있다. 예를 들어, 열연 강판에 대하여 냉간 압연을 행하여, 냉연 강판을 제조할 수 있다. 이 냉연 강판에, 필요에 따라 연속 어닐링을 행해도 좋다. 또한, 열연 강판, 냉연 강판(연속 어닐링된 냉연 강판을 포함한다)에 대하여, 각종 도금(예를 들어, 용해 도금)을 행하여, 도금 강판을 제조할 수 있다.
여기서, 냉간 압연 조건, 연속 어닐링 조건 및 도금 조건에 대해서는, 특별히 제한되지 않고, 통상의 범위에서 실시하면 된다. 즉, 냉간 압연은, 통상 실시되어 있는 냉연 압하율의 범위에서 실시되고, 구체적으로는, 냉간 압연을 40 내지 80％의 압하율로 실시할 수 있다. 도금은, 열간 압연 직후, 냉간 압연 직후, 혹은 재결정 어닐링을 실시한 후에 실제로 실시되나, 가열 조건이나 냉각 조건은, 특별히 제한되지 않는다. 또한, 도금종에 대해서도 Zn 혹은 Al이 통상 사용되지만, Zn 도금의 합금화의 유무에 대해서는 한정하지 않는다. 또한, Al 도금에 대해서는 도금 중에 Si를 포함해도 좋고, 본 실시 형태에 관한 효과에 전혀 영향을 주지 않는다.
열연 강판, 냉연 강판 및 도금 강판에 대하여, 조질 압연을 행해도 좋다. 이 조질 압연에 대해서도, 특별히 제한되지 않고, 형상을 적절하게 조정하기 위하여 필요에 따라 적당한 타이밍에 조질 압연을 실시할 수 있다.
이하에, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에서는, 상기 실시 형태의 조건에서 제조된 열연 강판, 냉연 강판 및 도금 강판에 대하여, 3℃/s 이상의 가열 속도로 Ac3점 이상 또한 900℃ 이하의 온도 영역으로 가열한 후, 300℃ 이상 또한 Ar3점 이하의 온도 영역을 150℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각하는 조건에서 핫 스탬프를 행하여, 핫 스탬프 성형체를 제조한다.
상기 열연 강판, 냉연 강판 및 도금 강판에 대하여 핫 스탬프를 실시할 때의 열처리 조건에 대해서, 가열 속도가 3℃/s 미만인 경우나, 900℃를 초과하는 온도로 가열되는 경우에는, 핫 스탬프 후에, 6㎛ 이하의 구 오스테나이트 입경을 얻지 못할 뿐 아니라, 구 오스테나이트 입자의 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비가 1.3 미만으로 된다. 또한, 보열 시간은, 입자 성장을 억제하는 관점에서 짧은 편이 바람직하기 때문에, 180초 이하로 한다. 또한, 300℃ 이상 또한 Ar3점 이하의 온도 영역을 냉각할 때의 냉각 속도가 150℃/s 미만이면 부재 내에서 강도의 변동이 발생하기 쉬울 뿐 아니라, 조대하는 탄화물의 석출에 기인한 인성의 열화가 우려된다. 그로 인해, 300℃ 이상 또한 Ar3점 이하의 온도 영역에 있어서의 냉각 속도를, 150℃/s 이상으로 제어한다. 또한, 이 온도 영역에 있어서의 냉각 속도의 상한은, 특별히 제한되지 않지만, 변태 제어의 효과가 포화되는 것을 고려하여 500℃/s이어도 좋다. 한편, 가열 온도가 Ac3점보다 낮아지면, 부분적으로 오스테나이트로 변태하지 않는 영역이 생기기 때문에, 이 영역에서는 마르텐사이트가 형성되지 않아, 충분한 강도를 얻지 못한다. 또한, 핫 스탬프에 있어서의 냉각 중 내지는 냉각 후에, 오토 템퍼에 의한 시멘타이트가 석출되어도, 본 실시 형태에 관한 효과에 영향을 주지 않는다. 또한, 구 오스테나이트 입자의 형태를 보다 확실하게 제어하기 위해서는, 가열 속도가 5℃/s 이상인 것이 바람직하다. 이 가열 속도의 상한은, 특별히 제한되지 않지만, 가열 설비의 능력상, 100℃/s이어도 좋다. 또한, Ac3점이 870℃를 초과한 경우에는, 가열 온도가 870℃ 이하인 것이 바람직하다.
〔실시예〕
실시예 1
표 2에 나타내는 성분의 강(A강 내지 Y강)을 전로로부터 출강하여 슬래브로 주조한 후, 소정의 열연 조건(가열 온도: 1220℃, 마무리 온도: 870℃, 최종 스탠드 2개 전의 스탠드부터 가해진 총 압하량: 65％, 마무리 압연 종료부터 냉각 개시까지의 시간: 0.5초, 권취 온도: 600℃)에서 열간 압연을 실시하여, 판 두께 3mm의 열연 강판을 제조했다. 강 A 내지 L 및 강 U 내지 Y에 있어서는, 열연 강판에서의 구 오스테나이트 입경은 6㎛ 이하, 구 오스테나이트의 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비가 1.3 이상이었다. 이 열연 강판을 판 두께 1.4mm의 냉연 강판이 얻어지도록 냉간 압연한 후, 표 3에 나타내는 조건에서 연속 어닐링을 행하고, 필요에 따라 어닐링 후에 도금 처리를 실시했다. 그 때의 도금 처리는, 용융 아연 도금[GI(합금화 처리 없음) 또는 GA(합금화 처리 있음)] 혹은 Si를 10％ 포함하는 용융 알루미늄 도금(Al)이다. 이들 강판을, 실험실의 가열로에서 15℃/s의 가열 속도로 900℃로 가열하고, 60초 보열한 후, 표면으로부터 물이 분출하는 급수구와 그 물을 흡입하는 배수구를 갖는 금형에 끼워 넣고, 물의 분사(150 내지 500℃/s의 냉각)에 의해 실온까지 냉각함으로써 핫 스탬프에서의 열 이력을 모의했다. 또한, 광학 현미경에 의해 단면의 조직을 관찰한 결과, 이들 열 이력이 부여된 강판은, 면적률로 98％ 이상의 마르텐사이트를 포함하고 있었다. 또한, 열처리 후의 강도를 평가하기 위해, 열 이력이 부여된 강판을 JIS Z 2201에 기재된 5호 시험편으로 가공하고, JIS Z 2241에 기재된 시험 방법에 따라 인장 시험을 행했다. 얻어진 결과를 마찬가지로 표 2에 나타낸다. 또한, 내지연 파괴 특성 및 저온 인성의 평가도 실시했다. 내지연 파괴 특성에 대해서는, 도 10에 도시한 바와 같은 V 노치를 부여한 시험편을 사용하여, 실온에서 티오시안산암모늄 3g/l을 3％ 식염수에 녹인 수용액에 이 시험편을 24h 침지하여, 파단의 유무에 따라 판정했다(파단 없음 : A, 파단 있음: B). 한편, 저온 인성에 대해서는, -40℃에서 샤르피 시험을 행하고, 10mm의 판 두께로 환산하여 평가한 경우에, 100 내지 150J/㎠의 에너지 흡수량과, 50％ 이상의 연성 파면율이 얻어지는 강판(열 이력의 부여 후)을 합격(A)이라고 판정했다. 본 발명에 관한 강(A강 내지 K강, U강 내지 Y강)은, 1470MPa 이상의 인장 강도 TS를 나타내는 동시에, 충분한 내지연 파괴 특성 및 저온 인성을 갖고 있었다. 한편, C량이 0.20％ 미만인 L강에서는, 인장 강도 TS가 1470MPa에 달하지 않는다. 또한, C량이 0.35％ 초과인 M강에서는, 인장 강도 TS가 2230MPa이며, 내지연 파괴 특성 및 저온 인성이 열화되었다. 또한, Ti 혹은 Nb가 첨가되지 않은 N, O, R, S 및 T강에서는, 핫 스탬프에서의 열 이력 후의 구 오스테나이트 입자에 대해, 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비가 1.3에 미치지 않을 뿐 아니라, 평균 입경이 6㎛보다 크기 때문에, 인성이 낮았다. 한편, Si가 0.5％ 초과인 P강에서는, 내지연 파괴 특성이 충분하지 않아, 도금성이 나빴다. 또한, O가 0.003％ 미만인 Q강에서는, 6㎛ 이하의 평균 입경의 구 오스테나이트 입자가 얻어져 있지 않아, 지연 파괴 특성이 나빴다.
Figure pct00002
Figure pct00003
실시예 2
표 2의 I, U 및 Y강에 대해서, 소정의 열연 조건(가열 온도: 1250℃, 마무리 온도: 880℃, 최종 스탠드 2개 전의 스탠드부터 가해진 총 압하량: 60％, 마무리 압연 종료부터 냉각 개시까지의 시간: 0.8초, 권취 온도: 550℃)에서 판 두께 2mm의 열연 강판을 얻은 후에 산 세정을 행했다. 이들 열연 강판을, 그대로 가열로에서 880℃로 가열하고, 120초 보열한 후 표면으로부터 물이 분출하는 급수구와 그 물을 흡입하는 배수구를 갖는 금형에 끼워 넣고, 물의 분사에 의해 실온까지 냉각하는 가열 냉각 처리를 행했다. 또한, 산 세정 후에 용융 아연 도금(GI, GA) 혹은 Si를 10％ 포함하는 용융 알루미늄 도금을 실시한 열연 강판에, 마찬가지의 가열 냉각 처리를 실시했다. 한편, 소정의 열연 조건(가열 온도: 1250℃, 마무리 온도: 890℃, 최종 스탠드 2개 전의 스탠드부터 가해진 총 압하량: 70％, 마무리 압연 종료부터 냉각 개시까지의 시간: 0.5초, 권취 온도: 500℃)에서 판 두께 3.2mm의 열연 강판을 얻은 후, 마찬가지의 산 세정을 행하여, 50％의 냉연율로 1.6mm의 냉연 강판을 제조했다. 이들 냉연 강판을, 실험실에서 900℃로 가열된 가열로에 장입하고, 60초 보열한 후, 실시예 1과 마찬가지의 방법으로 냉각했다. 또한, 광학 현미경에 의해 단면의 조직을 관찰한 결과, 열 이력이 부여된 강판은, 면적률로 98％ 이상의 마르텐사이트를 포함하고 있었다. 얻어진 강판에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 재질 특성을 평가하고, 얻어진 결과를 표 4에 나타낸다. 어느 강판이든, 충분한 내지연 파괴 특성 및 저온 인성을 갖고 있었다.
Figure pct00004
실시예 3
표 2의 I강에 대해서, 표 5에 나타내는 열연 조건에서 열간 압연을 실시하고, 계속해서 50％의 압하율로 냉간 압연을 실시했다. 이들 강판을, 표 5에 나타내는 가열 속도로 850℃로 가열한 후, 표면으로부터 물이 분출하는 급수구와 그 물을 흡입하는 배수구를 갖는 금형에 끼워 넣고, 물의 분사에 의해 실온까지 냉각했다. 또한, 광학 현미경에 의해 단면의 조직을 관찰한 결과, 이들 열 이력이 부여된 강판은, 면적률로 98％ 이상의 마르텐사이트를 포함하고 있었다. 또한, 얻어진 강판에 대해서, 실시예 1과 마찬가지의 재질 특성을 평가하고, 얻어진 결과를 표 5에 나타낸다. 또한, 인성에 대해서는, -120℃에서 샤르피 시험을 실시하고, 10mm의 판 두께로 환산하여 평가한 경우에, 85J/㎠ 이상의 에너지 흡수량이 얻어진 강판(열 이력의 부여 후)을 합격(A)이라고 판정했다. 또한, 냉간 압연 후에 냉연 강판의 에지부의 깨짐을 확인하여, 깨짐이 확인되지 않은 경우에 「A」라고 평가하고, 깨짐이 확인된 경우에 「B」라고 평가했다. 본 발명에 관한 No.1 내지 5에서는, 1770MPa 레벨의 인장 강도 TS와 충분한 내지연 파괴 특성 및 인성이 얻어졌다. 한편, 가열 온도가 1250℃보다 높은 No.6, 최종 스탠드 2개 전의 스탠드부터 가해진 총 압하량이 60％ 미만인 No.7, 또한, 핫 스탬프를 실시할 때의 가열 속도가 3℃/s보다 낮은 No.10에서는, 핫 스탬프에서의 열 이력 후의 구 오스테나이트 입자에 대해서, 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비가 1.3보다도 작기 때문에, 인성이 나빴다. 한편, 열연 공정에서의 마무리 압연 온도가 800℃ 미만(Ar3점에 가까운 온도)인 No.8에서는, 구 오스테나이트 입자에 대해서, 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비가 2.5를 초과하기 때문에, 인성이 충분하지 않았다. 또한, 권취 온도(냉각 종료 온도)가 400℃이고, 재가열 처리를 행하지 않은 No.9에서는, 열연 강판의 강도가 지나치게 높기 때문에, 냉연성이 나빴다. 그러나, 이 No.9의 냉연 강판은, 충분한 내지연 파괴 특성과 인성을 갖고 있었다. 또한, 이들 실시예와는 별도로, 열연 후의 강판에 있어서 구 오스테나이트 입경이 6㎛ 초과, 예를 들어 15㎛인 경우에도, 핫 스탬프 후의 강판(성형체)에 있어서 구 오스테나이트 입경이 6㎛ 이하로 되는 경우가 있었다. 그러나, 이 경우에는, 핫 스탬프에서의 가열 시의 오스테나이트 변태(재오스테나이트 변태)에 의해 구 오스테나이트의 판 두께 방향에 대한 압연 방향의 길이의 치수비를 1.3 이상으로 확보하는 것이 곤란하여, 핫 스탬프 후의 성형체에 있어서 인성의 값을 만족할 수는 없었다.
Figure pct00005
<산업상 이용가능성>
본 발명에 따르면, 핫 스탬프를 실시할 때의 가열 조건과 그 후의 냉각 조건을 제어함으로써, 1470MPa 이상의 강도와 부재에 있어서의 연성을 핫 스탬프 성형체에 부여할 수 있고, 핫 스탬프 후의 강도와 인성의 밸런스가 우수한 핫 스탬프용 초 고강도 강판을 제조할 수 있고, 이러한 특성을 갖는 핫 스탬프 성형체를 제조할 수 있다.

Claims (12)

  1. 질량％로,
    C: 0.20 내지 0.35％,
    Si: 0.1 내지 0.5％,
    Mn, Cr로부터 선택되는 적어도 1종의 합계: 1 내지 3％,
    Al: 0.005 내지 0.06％,
    Ti: 0.002 내지 0.1％,
    Nb: 0.002 내지 0.1％,
    O: 0.003 내지 0.007％를 함유하고,
    P: 0.015％ 이하,
    S: 0.01％ 이하,
    N: 0.004％ 이하로 제한하고,
    잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지고,
    구 오스테나이트 입자의 판 두께 방향의 길이에 대한 압연 방향의 길이의 치수비가 1.3 이상 또한 2.5 이하이고, 구 오스테나이트 입자의 평균 입경이 6㎛ 이하이고, 98％ 이상의 마르텐사이트를 포함하고, 1470MPa 이상의 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.
  2. 제1항에 있어서, 질량％로,
    B: 0.005％ 이하,
    V: 0.1％ 이하,
    Mo: 0.5％ 이하,
    Ca: 0.03％ 이하,
    Mg: 0.03％ 이하,
    REM: 0.03％ 이하,
    Cu: 0.5％ 이하,
    Sn: 0.1％ 이하,
    Ni: 0.5％ 이하,
    W: 1％ 이하의 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 표면에 용융 도금층을 구비하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.
  4. 질량％로,
    C: 0.20 내지 0.35％,
    Si: 0.1 내지 0.5％,
    Mn, Cr로부터 선택되는 적어도 1종의 합계: 1 내지 3％,
    Al: 0.005 내지 0.06％,
    Ti: 0.002 내지 0.1％,
    Nb: 0.002 내지 0.1％,
    O: 0.003 내지 0.007％를 함유하고,
    P: 0.015％ 이하,
    S: 0.01％ 이하,
    N: 0.004％ 이하로 제한하고,
    잔량부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 슬래브를 1270℃ 이하의 온도 영역으로 가열하는 제1 공정과,
    최종 스탠드 2개 전의 스탠드부터의 총 압하량이 60％ 이상으로 되도록 800 내지 900℃의 온도 영역에서 마무리 압연을 행하는 제2 공정과,
    상기 제2 공정의 종료 후 1초 이내에 냉각을 개시하는 제3 공정과,
    600℃ 이하의 온도에서 권취를 행하는 제4 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 슬래브가, 질량％로,
    B: 0.005％ 이하,
    V: 0.1％ 이하,
    Mo: 0.5％ 이하,
    Ca: 0.03％ 이하,
    Mg: 0.03％ 이하,
    REM: 0.03％ 이하,
    Cu: 0.5％ 이하,
    Sn: 0.1％ 이하,
    Ni: 0.5％ 이하,
    W: 1％ 이하의 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 제4 공정 후, 냉간 압연을 실시하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서, 제4 공정 후, 냉간 압연 및 연속 어닐링을 실시하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서, 제4 공정 후, 용융 도금을 행하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법.
  9. 제4항 또는 제5항에 있어서, 제4 공정 후, 냉간 압연을 실시하여, 용융 도금을 행하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법.
  10. 제4항 또는 제5항에 있어서, 제4 공정 후, 냉간 압연 및 연속 어닐링을 실시하고, 용융 도금을 행하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법.
  11. 제4항에 기재된 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법으로 얻어진 강판을, 3℃/s 이상의 가열 속도로 Ac3점 이상 또한 900℃ 이하의 온도 영역으로 가열한 후, 300℃ 이상 또한 Ar3점 이하의 온도 영역을 150℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각하는 조건에서, 핫 스탬프를 행하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
  12. 제5항에 기재된 핫 스탬프 성형체용 강판의 제조 방법으로 얻어진 강판을, 3℃/s 이상의 가열 속도로 Ac3점 이상 또한 900℃ 이하의 온도 영역으로 가열한 후, 300℃ 이상 또한 Ar3점 이하의 온도 영역을 150℃/s 이상의 냉각 속도로 냉각하는 조건에서, 핫 스탬프를 행하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
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