KR20130083485A - 굽힘 가공 금속재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

고강도 및 뛰어난 도장후 내식성을 가지므로 자동차용 부재 등에 이용하는데 적합한, 아연계 도금 금속재에 열처리를 수반하는 굽힘 가공을 실시하여 얻어지는 굽힘 가공 금속재를 제조한다. 표면에, 부착량 : 한쪽면당 30∼90g/㎡, Fe 함유량 : 8∼20% 이하, 표면 조도(Ra) : 0.8㎛ 이하의 Zn―Fe 합금 도금 피막을 구비하는 관형상의 금속재의 외면을, 금속재의 축방향으로 이간하는 2개소의 위치에서 축방향으로 이동가능하게 지지하고, 금속재를 축방향으로 이송하면서, 2개소의 위치의 사이에서, 승온 속도 3.0×102℃/초 이상의 가열 속도로 Ac3점 이상의 온도역으로 가열하고, 금속재의 표면이 8.0×102℃ 이상에 있는 시간이 2초간 이하가 되도록 유지하고나서 급랭함과 더불어, 2개소의 위치 중 금속재의 압출 방향의 하류의 위치를 2차원 또는 3차원으로 변경함으로써, 금속재에 있어서의 가열이 행해지는 부분에 휨 모멘트를 부여한다. 표면에, 부착량이 한쪽면당 30∼90g/㎡이고, Fe 함유량이 8∼35% 이하이며, 표면 조도(Ra)가 2.0㎛ 이하임과 더불어 η상을 포함하는 Zn계의 피막을 구비하는 굽힘 가공 금속재를 제조할 수 있다.

Description

굽힘 가공 금속재 및 그 제조 방법{CURVED METALLIC MATERIAL AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}
본 발명은, 굽힘 가공 금속재 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은, 아연계 도금 금속재에 열처리를 수반하는 굽힘 가공을 실시하여 제조됨과 더불어, 고강도 및 뛰어난 도장 후 내식성을 가지기 때문에, 예를 들면 자동차용 부재로서 적합하게 이용되는 굽힘 가공 금속재 고강도와, 그 제조 방법에 관한 것이다.
최근, 자동차 구조용 강재는, 지구 환경에의 배려 때문에, 경량이고 또한 고강도가 요구된다. 또한, 충돌 에너지 흡수 특성을 높이기 위한 기술이, 차체의 충돌 안전성의 향상을 높이기 위해서, 개발되어 있다.
예를 들면, 강관 등의 금속관이, 측면 충돌에 대한 안전성을 높이기 때문에, 도어 보강용 빔으로서 이용된다. 도어 보강용 빔의 충돌 에너지의 흡수 성능은, 금속관을 만곡 형상으로 함으로써, 향상된다. 또한, 센터 필러 보강재의 충돌 에너지의 흡수 성능은, 보강재의 형상이나 곡률을 적정화함으로써, 향상된다. 강관(본 명세서에서는, 용접관 등의 소위 강관뿐만 아니라, 예를 들면 강판을 관형상으로 성형한 부재도 포함한다)을, 자동차용 부재로서 최적의 형상으로 굽힘 가공하는 연구가 행해진다.
자동차용 부재에 대한 고 장력화가, 차체의 경량화를 도모하기 위해서, 강하게 요청된다. 종래와는 전혀 다른 강도 레벨, 예를 들면, 인장 강도가 780MPa 이상, 나아가 900MPa 이상의 고강도의 강재가 널리 이용된다.
고장력강으로 이루어지는 강재를 냉간에서 굽힘 가공하는 것은, 곤란하다. 또한, 고장력강으로 이루어지는 강재를 열간에서 굽힘 가공하는 것은, 불균일한 일그러짐이 강재에 발생하기 때문에 굽힘 가공 제품의 형상이 변동하고, 형상 동결성이 부족하기 때문에, 어렵다. 또한, 예를 들면, 휨 방향이 2차원적 또는 3차원적으로 변동하는 휨 형상과 같은 다양한 휨 형상을 가지는 강재를 높은 정밀도로 제조하는 굽힘 가공 기술의 개발이, 강하게 요청된다.
본 출원인은, 먼저 국제출원 PCT/JP2006/303220호에 의해, 굽힘 가공재를 제조하는 장치를 개시했다. 이 장치는, (a) 피가공재의 축방향으로 떨어진 2개소의 위치에서 피가공재를 축방향으로 이동가능하게 지지하고, (b) 피가공재의 축방향으로 피가공재를 이송하고, (c) 유도 가열 코일에 의해, 피가공재를 지지하는 2개소의 위치의 사이에 있어서 피가공재를, 소성 가공이 가능함과 더불어 결정 입자가 조대화하지 않는 온도까지 급속히 가열하고, (d) 냉각 장치에 의해, 가열된 피가공재를 냉각하고, (d) 피가공재를 지지하는 2개소의 위치 중 피가공재의 이송 방향의 하류의 위치를 지지하는 가동 롤러 다이스를 2차원 또는 3차원으로 변경함으로써, 피가공재의 고온 부분에 휨 모먼트를 부여하여 이 부분을 소성 변형시킨다.
이 장치에 의한 피가공재의 유도 가열을 대기중에서 행하는 것이, 경제적이다. 자동차용 부재에 이용되는 강재는, 기본적으로, 화성 처리나 전착 도장이 실시된다. 또한, 자동차용 부재는, 내식성을 강화하기 위해서, 아연계 도금 강재에 의해 구성된다.
따라서, 이 장치에서 가공되는 피가공재가 아연계 도금 강재이므로, 피가공재의 산화 방지를 도모할 수 있을뿐만 아니라, 뛰어난 내식성을 가지는 굽힘 가공 부재나 담금질 부재가 제조가능해지므로, 이 장치에 의해 가공되는 피가공재를 자동차용 부재에 폭넓게 이용하는 것이 가능해진다.
그러나, 아연계 도금 강재는, A1 변태점, 나아가 A3 변태점 이상으로 가열됨으로써, 도금층으로서의 기능을 잃을 우려가 있다. Zn의 증기압이, 예를 들어 200mmHg:788℃, 400mmHg:844℃라면, 온도의 상승과 함께 급증하기 때문에, Zn이 가열 과정에서 기화할 우려가 있기 때문이다.
고주파 담금질에 의한 강화 부재의 제조 방법이, 특허문헌 1에 아연계 도금 강판을 열처리하는 기술로서 개시되어 있다. 이 방법은, 아연 도금된 고주파 담금질용 강판을, Ar3점 이상 1000℃ 이하의 담금질 온도에서, 또한 가열 개시부터 350℃로 냉각될때 까지의 가열 사이클 시간을 60초간 이내로 제한하여, 가열 및 냉각한다. 특허문헌 1에는, 담금질용 강판을 소판(素板)으로 하는 용융 아연 도금 강판을 고주파 담금질 강화 부재로서 이용하고, 강도를 향상시키는 부위에 고주파 담금질을 행해도, 담금질부에 도금층이 잔존하고, 또한, 도금층 중의 Fe 농도를 35%이하(본 명세서에서는 특별히 한정이 없는 한 「%」는 「질량%」을 의미한다)로 억제할 수 있으므로, 도장성 및 내식성이 뛰어난 자동차용 부재가 얻어지는 것이 기재되어 있다.
특허문헌 2나 특허문헌 3에는, 아연계 도금 강판으로 이루어지는 피가공재를, 예를 들면 700∼1000℃로 몇분간 가열하여 열간 프레스를 행하는 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1: 일본국 특허공개 2000-248338호 공보 특허문헌 2: 일본국 특허공개 2001-353548호 공보 특허문헌 3: 일본국 특허공개 2002-73774호 공보
열처리후의 강재의 표면에 존재하는 것이 바람직한 피막은, 강재의 용도에 따라 상이하다. 그러나, 전기 화학적으로 낮은 전위인 순아연상(η－Zn상)을 가지는 피막이, 도금 피막의 희생 방식능(防蝕能)을 기대하는 경우에는 유리하다. 열처리재의 도금층의 Fe 함유량이 35%이하인 것 이외는, 특허문헌 1에는 개시되어 있지 않다.
한편, 특허문헌 2, 3에 의해 개시된 방법에서는, 가열 온도역에서의 체재 시간이 길면, 도금 피막의 성분과 기재의 강의 상호 확산이 진행된다. 이 때문에, Fe 농도가 높은 금속간 화합물상, 혹은 α―Fe에 Zn이 고용한 상이, 가공된 강재의 표면에 형성된다.
상술한 국제출원 PCT/JP2006/303220호에 의해 개시한 방법은, 피가공재가 다이스에 접하지 않고 가열 중에 소성 변형이 주어지고, 그 후 급랭되고나서, 가동 롤러 다이스를 통과한다고 하는 신규한 프로세스이다. 이 방법은, 예를 들면, 특허문헌 2, 3에 의해 개시된 방법(피가공재는 가열후에 다이스와 프레스에 끼워넣어져 소성 변형을 받은 후에 다이스로 냉각되는 열간 프레스)이나, 특허문헌 1에 의해 개시된 방법(피가공재가 소성 변형을 받지 않고 단순히 가열 냉각되어 담금질 처리되는, 소위 고주파 가열·담금질)과는, 상이하다.
국제출원 PCT/JP2006/303220호에 의해 개시한 방법이, 열처리후도 순아연에 가까운 η-Zn상을 가지는 피막을 표면에 구비하는 열처리재를 제조하는 것이 가능하면, 원하는 굽힘 가공 금속재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
이를 위해서는, 열처리 전의 소재로서, 순아연계의 도금을 구비하는 강재(구체적으로는, 용융 아연 도금 강재나 전기 아연 도금 강재)를 이용하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 순아연상의 융점은 낮기 때문에, 표면이 가열 중에 액상 상태로 되어, 흘러내림과 같은 불량이 냉각후의 강재의 외관에 발생하기 쉽다. 또한, 상술한 아연의 증발에 의한 소실이 생기기 어렵다.
한편, 10% 정도의 Fe 함유량의 Fe－Zn계 합금 도금(구체적으로는 합금화 용융 아연 도금)을 구비하는 강재가 열처리 전의 소재인 경우에 있어서도, 이 강재가, 상태도에 있어서 「상(Fe3Zn10)이 분해하는 약 660℃를 넘는 온도로 가열되면, 액상이 형성된다고 생각된다.
그러나, 강재가 급속히 승온된 후에 즉시 급속으로 냉각될 경우에는, 가열 온도역에서의 체재 시간이 승온중 및 냉각중을 포함해도 매우 짧고, 확산이 진행되는 시간이 짧다. 이 때문에, 액상은, 그 응고 과정에서 고융점의 Fe 함유량이 높은 금속간 화합물상을 배출하도록 응고하고, 결과적으로 Fe 함유량이 매우 적은 η상이 존재하도록 응고한다고 생각된다. 또한, 분해 온도가 순아연층의 융점보다도 높으므로, 도금 피막의 전량이 Zn이 되는 것이 아니기 때문에, 흘러내림이나 증발에 의한 소실이 생기기 어렵다고 생각된다.
국제출원 PCT/JP2006/303220호에 의해 개시한 굽힘 가공재의 제조 방법에 있어서, 이러한 급속 가열 및 급속 냉각 조건을 적용함으로써, 열간 프레스와 같이 강재 표면이 액상 상태에서 금형에 접촉하지도 않고, 가공 및 열처리를 연속하여 행할 수 있다. 본 발명은, 이러한 지견에 의거하여 이루어진 것이다.
본 발명은, 표면에 하기 조건 1을 만족하는 Zn―Fe 합금 도금 피막을 구비하는 관형상의 금속재의 외면을, 이 금속재의 축방향으로 이간하는 2개소의 위치에서 이 축방향으로 이동가능하게 지지하고, 이 금속재를, 이 축 방향으로 이송하면서, 2개소의 위치의 사이에서, 승온 속도 3.0×102℃/초 이상의 가열 속도로 Ac3점 이상의 온도역, 바람직하게는 Ac3점 이상 9.5×102℃ 이하의 온도역으로 가열하고, 이 금속재의 표면이 8.0×102℃ 이상에 있는 시간이 2초간 이하가 되도록 유지하고나서 급랭시킴과 더불어, 2개소의 위치 중 금속재의 이송 방향의 하류의 위치를 2차원 또는 3차원으로 변경함으로써, 금속재에 있어서의 가열이 행해지는 부분에 휨 모멘트를 부여함으로써, 표면에 하기 조건 2를 만족하는 η상을 포함하는 Zn계의 피막을 구비하는 굽힘 가공 금속재를 제조하는 것을 특징으로 하는 굽힘 가공 금속재의 제조 방법이다.
(조건 1)
부착량: 한쪽면당 30∼90g/㎡
Fe 함유량:8∼20%
JIS B 0601로 규정되는 표면 조도 Ra:0.8㎛ 이하
(조건 2)
부착량: 한쪽면당 90g/㎡ 이하
Fe 함유량: 8∼35% 이하
JIS B 0601로 규정되는 표면 조도 Ra: 2.0㎛ 이하
별도의 관점에서, 본 발명은, 관형상의 금속재로 이루어짐과 더불어 2차원 또는 3차원으로 구부러진 형상을 가지는 본체를 구비하고, 이 본체의 표면에, 상기 조건 2를 만족하는 η상을 포함하는 Zn계의 피막을 가지는 것을 특징으로 하는 굽힘 가공 금속재이다. 이 굽힘 가공 금속재는, 폐단면, 개단면 또는 이형 단면을 가지는 것이 예시된다.
본 발명에 의하면, 고강도 및 뛰어난 도장후 내식성을 가지므로 자동차용 부재 등에 이용하는데 적합한, 아연계 도금 금속재에 열처리를 수반하는 굽힘 가공을 실시하여 얻어지는 굽힘 가공 금속재와, 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
구체적으로는, 본 발명에 의하면, 국제출원 PCT/JP2006/303220호에 의해 개시한 방법, 즉, 피가공재의 축방향으로 이간한 2개소의 위치에서 피가공재를 그 축방향으로 이동가능하게 지지하고, 피가공재를, 축방향으로 이송하면서, 피가공재를 지지하는 2개소의 위치의 사이에서, 피가공재를 급속으로 가열 및 냉각함과 더불어, 2개소의 위치 중 피가공재의 이송 방향의 하류의 위치를 2차원 또는 3차원으로 변경하여 피가공재에 있어서의 가열이 행해진 부분에 휨 모멘트를 부여함으로써, 굽힘 가공재를 제조하는 방법을, 대기중에서 실시하는 경우에 있어서도, 피가공재로서 아연계 도금 강재를 이용할 수 있게 된다.
도 1은 굽힘 가공 금속재의 제조 방법을 실시하기 위한 제조 장치의 구성예를 나타내는 설명도이다.
도 2는 시험재의 히트 패턴을 나타내는 그래프이다.
도 3은 시험재의 X선 회절 강도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 시험재의 표면과 그 단면의 SEM 화상이다.
이하, 본 발명에 관련된 굽힘 가공 금속재 및 그 제조 방법을 실시하기 위한 최선의 형태를, 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.
본 발명은, 아연계 도금 강재로서 소지(素地) 강판(이하, 간단히「소판」이라고 하기도 한다)으로부터 제관된 강관 등에 열간 굽힘 가공 및 담금질을 거의 동 타이밍에서 행함으로써 열처리 강재를 얻을 수 있는 점에 있어서, 실용성이 높다. 강관에는, 용접 강관뿐만 아니라 롤 성형 등에 의해 관형상으로 성형된 것도 포함하고, 또한 강관의 단면 형상도, 원형이나 각형이어도 되고, 제한되지 않는다.
본 발명을, 굽힘 가공 프로세스에 따라 순서대로 설명한다.
(i) 가열 전의 강재(소판)
(a) 도금 피막(도금 부착량, Fe 함유량)
피가공재인 관형상의 금속재는, 후술하는 바와같이 최고 도달 온도가 Ac3점 이상(강종에 따라 다르지만 실용적으로는 약 850℃ 이상)이 되도록 또한 급속으로 가열된다. 약간의 Zn이 가열 과정에서 증발한다고 생각된다. 5g/㎡ 이상의 부착량을 잔존시키는 것이, 열처리후에 충분한 내식성을 확보하기 때문에, 바람직하다. 10g/㎡ 이상 잔존시키는 것이 보다 바람직하고, 20g/㎡ 이상 잔존시키는 것이 더욱 바람직하다. 이 때문에, 소판이 어느 정도의 도금 부착량을 가지는 것이 바람직하다.
도금 부착량이 너무 많으면, 가열 중의 액상량이 증가한다. 이에 따라, 소위 흘러내림과 같은 외관 불량이, 냉각 후의 강재에 발생하기 쉽다. 또한, 미리 합금 도금 피막으로 함으로써 도금 피막의 융점을 높이는 것이 바람직하다.
이들 관점에서, 피가공재인 관상의 금속재의 도금 부착량은 30∼90g/㎡인 것이 바람직하고, 보다 바람직한 도금 부착량은 40∼70g/㎡이다. 또한, 도금 피막은, 순아연계의 도금보다도 Fe를 8∼20% 함유하는 Zn―Fe 합금 도금 피막(바람직하게는 합금화 용융 아연 도금 피막)인 것이 바람직하다.
또한, 아연 도금층은 Al을 함유해도 된다. 바람직한 Al 함유량은 0.45% 이하이다. 도금층 중의 Al 함유량이 너무 높으면, 가열 과정에서 Fe―Zn 합금화 반응이 불균일해져, 냉각후의 표면 조도가 커지기 쉽기 때문이다.
(도금 피막의 표면 조도)
굽힘 가공 금속재의 표면은 평활한 것이 바람직하다. 표면 조도는, 탈지성이나 화성 처리성에 영향을 받는다. 예를 들면, 열처리재에 방청유를 도포하면, 방청유가 열처리재의 표면의 요철에 들어간다고 생각된다. 굽힘 가공 금속재의 표면이 평활한 것이, 양호한 탈지성을 확보하기 위해서는, 유리하다. 굽힘 가공 금속재의 표면이 평활한 것이, 도장후의 외관이나 도장후 내식성(도막 팽창 발생의 어려움 등)에 유리하다.
가열후의 굽힘 가공 금속재의 표면 조도는, 가열 전의 금속재의 도금 피막의 표면 조도를 가능한한 작게 함으로써, 작아지기 쉽다. 특히 합금화 용융 아연 도금 강판을 소판으로 할 경우에는, 합금화 처리 시의 Fe―Zn의 합금화의 마이크로적인 불균일이 표면의 조도에 영향을 주기 때문에, 가열 전에 일단 표면 조도를 작게 하는 것이 바람직하다. 금속재의 표면 조도의 목표는, JIS B 0601로 규정되는 표면 조도 Ra에서 0.8㎛ 이하이다. 표면 조도 Ra를 작게 하기 위해서는, 합금화 용융 아연 도금 강판을 스킨 패스 압연하거나, 후술하는 제관이나 롤 성형 등에 의해 표면 조도를 저하시키는 것이 예시된다.
본 발명에서는, η상을 가지는 피막으로 함으로써, 내식성에 유리한 효과를 나타내는 것이 기대된다. 본 발명의 열처리 프로세스를 거쳐 제조되는 피막은, 상술한 바와같이, 액상의 형성을 일단 거쳐서 형성되기 때문에, 표면의 요철이 평활화되어 있어, 도장후의 외관이나 도장후 내식성(도막 팽창 발생의 어려움 등)이 향상된다.
(b) 강 성분
본 발명에 이용되는 아연계 도금 강재의 소지는, 1050℃ 이하로 가열되어도 담금질가능한 강성분을 가지는 것이 바람직하다. 이 강성분을 가짐으로써, 제관 등의 단계에서는 저강도로 가공이 용이하고, 그 후의 담금질에 의해 강도를 상승시켜 원하는 고강도를 얻을 수 있다. 이러한 강 성분으로서, 예를 들면, C:0.1∼0.3%, Si:0.01∼0.5%, Mn:0.5∼3.0%, P:0.003∼0.05%, S:0.05%이하, Cr:0.1∼0.5%, Ti:0.01∼0.1%, Al:1% 이하, B:0.0002∼0.004%, 및 N:0.01% 이하를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고, 필요에 따라 Cu:1% 이하, Ni:2% 이하, Mo:1% 이하, V:1% 이하, 및 Nb:1% 이하에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 담금질용 강의 강 성분이 예시된다.
(c) 열 처리전의 성형
후술하는 굽힘 가공을 행하기 전에, 이러한 소판을 강관 등으로 성형한다. UO 성형하여 심(seam) 용접하는 UO관이, 성형품으로서 대표적인데, UO관에 한정되지 않는다. 성형품으로서, 원형, 직사각형 또는 사다리꼴 등의 형상을 가지는 폐(閉) 단면재, 롤 포밍 등으로 제조된 개(開) 단면재(채널), 나아가, 압출 가공으로 제조된 이형(異形) 단면재(채널)가, 용도나 가공 형상 등에 따라, 이용된다. 또한, 성형품으로서, 단면적이 연속적으로 변화되는 테이퍼 형상의 강재가, 이용된다.
(ⅱ) 가열∼열간 굽힘 가공∼냉각
이러한 Zn―Fe 합금 도금 피막을 구비하는 관형상의 금속재의 외면이, 이 금속재의 축방향으로 이간하는 2개소의 위치에서, 이 축방향으로 이동가능하게 지지된다. 이 금속재는, 이 축방향으로 이송된다.
금속재는, 이 2개소의 위치의 사이에서, 300℃/초 이상의 승온 속도로 Ac3점 이상의 온도역, 바람직하게는 Ac3점∼950℃의 온도역으로, 가열된다. 금속재는, 표면이 800℃ 이상에 있는 시간이 2초간 이하가 되도록, 유지된다. 그 후, 금속재는, 급랭된다.
금속재는, 상기 2개소의 위치 중 금속재의 이송 방향의 하류의 위치가 2차원 또는 3차원으로 변경됨으로써, 고온의 부분에 휨 모멘트가 부여된다.
(a) 히트 패턴
(가열 온도, 냉각 속도, 유지 시간)
금속재는, Ac3점 이상의 온도역, 바람직하게는 Ac3점∼950℃의 온도역으로 가열된다. 가열의 히트 패턴은, 가열 시의 승온 속도:300℃/초 이상, 금속재의 표면이 800℃ 이상에 있는 유지 시간: 2초간 이하, 및, 냉각 속도: 예를 들면 400℃/초 이상이다.
이 히트 패턴으로 함으로써, 도금 피막과 강의 합금화 반응이 억제됨과 더불어, 가열시에 표면에 액상이 존재한 후에 급랭되므로, 가열후에는 η상을 포함하는 피막이 형성된다.
(최고 도달 온도)
가열 시의 최고 도달 온도는 1150℃ 이하인 것이 바람직하다. 가열 온도가 높으면, 냉각 후의 피막의 잔존량이 적어질 우려가 있음과 더불어, 만일 피막이 잔존해도, 피막의 표면이 거칠어진다. 가열 온도가 높음으로써 표면에 액상으로 존재하는 양이 증가하고, 이에 따라, 증발이나 냉각 매체와의 접촉에 의한 피막의 손실량이 증가하기 때문으로 생각된다.
Fe―Zn 상태도의 액상선에 의해 나타내는 바와같이, Zn- 약 10% Fe 합금이 전량 융해되는 온도는 약 930℃이지만, 본 발명에서는, 이 온도역에서의 가열 및 냉각이 급속임과 더불어 유지 시간이 짧기 때문에, 평형 상태에서의 융해 온도보다도 고온까지 가열해도, 피막이 잔존한다고 생각된다.
(ⅲ) 굽힘 가공
금속재가 이러한 히트 패턴으로 가열됨과 더불어, 금속재의 외면을 그 축방향으로 이동가능하게 지지하는 2개소의 위치 중 이송 방향의 하류의 위치를, 2차원 또는 3차원에서 변경함으로써, 휨 모멘트가 금속재에 있어서의 고온 상태에 있는 부분에 부여된다.
도 1은, 굽힘 가공 금속재의 제조 방법을 실시하기 위한 제조 장치(O)의 구성예를 나타내는 설명도이다. 도 1에 도시하는 예는, 피가공재인 금속재(1)가, 원형의 폐단면을 가짐과 더불어 아연계 도금 강재인 둥근 관인 경우이다.
도 1에 도시하는 바와같이, 피가공재인 아연 도금계 강재(1a)의 외면이, 이 금속재(1)의 축방향으로 이간하는 2개소의 위치(A, B)에서 이 축방향으로 이동가능하게 지지된다. 이 금속재(1)가, 이 축방향으로 이송된다. 금속재(1)는, 2개소의 위치(A, B)의 사이에서, 상술한 히트 패턴으로 가열, 유지 및 냉각됨과 더불어, 위치(B)가 2차원 또는 3차원으로 변경된다. 이와같이 하여, 휨 모멘트가 금속재(1)에 있어서의 고온 상태에 있는 부분에 부여되어, 이 부분이 소성 변형한다.
이 때문에, 제조 장치(O)는, 금속재(1)의 송출 장치(3)와, 2세트의 지지 롤쌍(2, 2)과, 유도 가열 코일(5)과, 냉각 장치(6)와, 가동 롤러쌍(4, 4)을, 아연계 도금 강재(1a)의 이송 방향을 향해서 이 순서대로 구비한다. 여기서, 이 제조 장치(O)의 이들 구성 요소를 설명한다.
지지 롤쌍(2, 2)은, 축방향으로 이송되는 아연계 도금 강재(1a)의 외면에 접하여 회전한다. 이에 따라, 지지 롤쌍(2, 2)은, 아연계 도금 강재(1a)를 그 축방향으로 이동가능하게 지지한다. 도시예에서는, 지지 롤쌍(2, 2)은, 아연계 도금 강재(1a)의 송출 방향으로 2세트 설치된다.
이송 장치(3)는, 2세트의 지지 롤쌍(2, 2)의 상류측에 배치된다. 이송 장치(3)는, 아연계 도금 강재(1a)를 축방향으로 연속적 또는 단속적으로 이송한다.
가동 롤러쌍(4, 4)은, 2세트의 지지 롤쌍(2, 2)의 하류측에 배치된다. 가동 롤러쌍(4, 4)은, 축방향으로 이송되는 아연계 도금 강재(1a)의 외면에 접하여 회전한다. 이에 따라, 가동 롤러쌍(4, 4)은, 아연계 도금 강재(1a)를 그 축방향으로 이동가능하게 지지한다. 또한, 가동 롤러쌍(4, 4)은, 그 위치가 2차원 또는 3차원으로 변경가능하다. 도시예에서는, 가동 롤러쌍(4, 4)은, 도시하지 않은 케이싱에 회전가능하게 탑재된다.
가동 롤러 다이스는, 가동 롤러쌍(4, 4)을 가진다. 가동 롤러 다이스는, 상하 방향으로의 시프트 기구, 좌우 방향으로의 시프트 기구, 상하 방향으로 경사진 틸트 기구, 나아가 좌우 방향으로 경사진 틸트 기구를 구비한다. 가동 롤러 다이스는, 전후 방향으로의 이동 기구를 더 구비한다. 이에 따라, 가동 롤러 다이스는, 아연계 도금 강재(1a)를 3차원으로 위치 결정하면서 이동한다. 가동 롤러 다이스가 3차원으로 이동함으로써, 휨 모멘트가 아연계 도금 강재(1a)의 가열된 부분에 부여된다.
유도 가열 코일(5)은, 2세트의 지지 롤쌍(2, 2)과, 가동 롤러쌍(4, 4)의 사이에 배치된다. 유도 가열 코일(5)은, 아연계 도금 강재(1a)의 외주에 이간하여 배치된다. 유도 가열 코일(5)은, 이송되는 아연계 도금 강재(1a)를 가열한다.
또한, 냉각 장치(6)는, 유도 가열 코일(5)의 근방에 배치된다. 냉각 장치(6)는, 유도 가열 코일(5)에 의해 급속히 가열된 아연계 도금 강재(1a)를 급랭한다.
이 제조 장치(0)를 이용하여 굽힘 가공 금속재를 제조할 경우에는, 아연계 도금 강재(1a)의 축방향의 전체 길이에 걸쳐 굽힘 가공(열처리)을 행해도 되고, 혹은 축방향으로 부분적으로 굽힘 가공을 행함으로써 필요한 부위에만 굽힘 가공(열처리)을 행하도록 해도 된다. 예를 들면, 굽힘 가공 금속재가, 자동차의 범퍼 레인포스인 경우에는, 그 전체에 굽힘 가공이나 담금질을 행할 필요는 없고, 예를 들면 축방향의 단부는 굽힘 가공이나 담금질도 하지 않도록 해도 된다.
이와 같이 하여, 아연계 도금 열처리 강재인 굽힘 가공 금속재가 제조된다. η상을 포함하는 Zn계의 피막이, 굽힘 가공 금속재의 표면에 형성된다. 이 피막은, 부착량 : 한쪽면당 90g/㎡ 이하, Fe 함유량:8∼35%, 및 JIS B 0601로 규정되는 표면 조도 Ra:2.0㎛ 이하이다.
η상의 유무는, 표면으로부터의 X선 회절법에 의해 확인된다. 이 피막을 구비하는 열처리재의 외관은, 녹색을 띤 금속 광택을 가진다. 이 외관은, 강의 스케일이 형성된 열처리재의 색(진한갈색∼흑색)과는 완전히 상이하다.
이와같이 하여, 아연계 도금 금속재에 열처리를 수반하는 굽힘 가공을 실시함으로써, 굽힘 가공 금속재가 제조된다. 이 굽힘 가공 금속재는, 고강도 및 뛰어난 도장후 내식성을 가지므로, 자동차용 부재 등으로 이용하는데도 적합하다.
이 때문에, 국제출원 PCT/JP2006/303220호에 의해 개시된 방법을 대기중에서 실시하는 경우에 있어서도, 피가공재로서 아연계 도금 강재를 이용할 수 있게 된다.
실시예 1
표 1에 표시하는 강 성분의 합금화 용융 아연 도금 강판(판두께 2.3㎜, 도금 부착량 60g/㎡, 도금 피막중 Fe 함유량 13%)을 UO 형성한 후에 레이저 용접함으로써, 외경 31.8㎜, 두께 2.3㎜ 및 관 길이 2000㎜의 관을 준비했다.
이 관의 표면 조도(Ra)는, 외면 0.56㎛, 내면 1.44㎛였다.
[표 1]
Figure pat00001
준비한 관을 피가공 재료로서, 도 1에 도시하는 제조 장치(O)를 이용하여, 소정의 가열, 유지 및 냉각을 행함으로써 시험재로 했다. 관의 가열은, 고주파 가열 장치를 이용하여 행했다. 냉각은, 고주파 가열 장치 직후에 설치한 수냉 장치에 의해 관 외면으로부터 수냉함으로써, 행했다.
표 2는, 열처리 조건(승온 속도, 유지 시간, 최고 도달 온도)과, 표면의 성상을 조사한 결과를 나타내는 것이다.
또한, 각 조건은, 관 외면에 열전대를 붙여 고주파 가열 장치의 출력이나 강관의 이송 속도 등의 조정에 의해 행하고, 온도는, 관 외면에 붙여진 열전대에 의해 측정했다. 승온 속도는, 200℃부터 최고 도달 온도까지의 가열 소요 시간으로부터 산출하고, 유지 시간은 800℃ 이상에서의 유지 시간(체재 시간)이다. 표면의 성상은 하기의 항목을 조사했다.
1) 시각 관찰
열처리 후의 강재의 표면의 시각 관찰에 의해, 도금 피막의 잔존 상태를 평가했다.
녹색을 띤 금속 광택을 한 것을 양품(○)으로 하고, 도금이 검게 변색되어 있지만 스케일 발생이 보이지 않는 것을 양품(△)으로 하고, 색이 진한 갈색∼흑색이고 도금이 소실하여 스케일이 발생한 것을 불량품(×)으로 했다.
2) 단면 관찰
일부의 열처리 재료는, 표면의 피막의 상태를 단면 SEM으로 관찰했다.
3) 도금상 구조(η상의 유무)
또한, 열처리된 각관의 표면의 X선 회절에 의해 η-Zn상(00·2)면의 피크가 검출된 것을, η상이 존재하는 것으로 했다.
4) 표면 조도(Ra)
또한, 열처리된 각관의 도금층의 표면 거칠기(Ra)는, JIS B 0601의 규정에 준거하여 컷오프값을 0.8㎜로 하고, 도쿄세이미츠 제 서프컴을 이용하여 측정했다. 측정 장치의 형식은 SURFCOM1900DX이며, 촉침에는 형식 E―DT―SS01A를 이용했다. 측정 시에는 조도 표준편(도쿄세이미츠 제 E―MC―S24B)을 이용하여, Ra 3.18㎛ 표준편의 조도(Ra) 측정치가 ±2%의 범위 내(3.12∼3.24㎛), Ra 0.41㎛ 표준편의 조도(Ra) 측정값이 0.38∼0.44㎛의 범위 내인 것을 확인했다.
[표 2]
Figure pat00002
도 3은, X선 회절 강도를 나타내는 그래프이며, 도 4는, 표면과 그 단면의 SEM 화상이다.
도 3의 그래프로부터, ηZn의 피크가 본 발명예로부터 검출되는데, ηZn의 피크가 비교예로부터는 검출되지 않고, ZnO 및 αFe만 검출되는 것을 알 수 있다.
표 2 및 도 4에 도시하는 바와같이, 본 발명에서 규정하는 조건을 만족함으로써, 양호한 외관을 가지는 Zn계의 피막을 구비하는 굽힘 가공 금속재를 제조할 수 있다.
실시예 2
실시예 1과 동일한 열처리 시험을 행했다. 이용한 소판, 가공 열처리 장치는 실시예 1과 동일하다. 또한, 실시예 2에서는, 동일한 강관의 둘레방향 4개소에 열전대를 부착하고, 각 부위에서의 표면 상태를 조사했다.
표면 상태의 조사 항목은 실시예 1의 항목에 추가하여, 다음 항목을 다음 방법으로 조사했다.
(도금 조성)
열처리된 둥근 관의 도금층의 성상으로서, 인히비터(아사히카가쿠샤 제 700BK, 1g/L)를 첨가한 10% 염산 수용액 중에 침지하여 도금 피막을 용해하고, 얻어진 용액을 ICP 분광 분석법 및 원자 흡광법으로 도금 부착량 및 함유량 농도의 측정을 행했다. 결과를 표 3에 표시한다.
또한, 이 측정 방법에서는, 도금 피막 상에 존재하는 Zn 산화물 및 도금 피막과 혼재하는 스케일, Fe-Zn 고용상도 함께 용해하고 있으므로, 측정값 중에는 이들에 기인한 것도 포함되는데, 이들을 구별하지 않고 있다.
[표 3]
Figure pat00003
표 3에 표시하는 결과로부터, 본 발명은 소정의 도금 부착량을 가지고 있는 것을 알 수 있다.
1 : 피가공재 1a : 아연계 도금 강재
1b : 아연계 도금 열처리 강재 2 : 지지 롤
3 : 이송 장치 4 : 가동 롤러 다이스
5 : 유도 가열 코일 6 : 냉각 장치

Claims (3)

  1. 표면에 하기 조건 1을 만족하는 Zn―Fe 합금 도금 피막을 구비하는 관형상의 금속재의 외면을, 상기 금속재의 축방향으로 떨어진 2개소의 위치에서 상기 축방향으로 이동가능하게 지지하는 것,
    상기 금속재를, 상기 축방향으로 이송하는 것,
    상기 2개소의 위치의 사이에서, 승온 속도 3.0×102℃/초 이상의 가열 속도로 Ac3점 이상 9.5×102℃ 이하의 온도역으로 가열하고, 상기 금속재의 표면이 8.0×102℃ 이상에 있는 시간이 2초간 이하가 되도록 유지하고나서 급랭시키는 것, 및
    상기 2개소의 위치 중 상기 금속재의 이송 방향의 하류의 위치를, 2차원 또는 3차원으로 변경함으로써, 상기 금속재에 있어서의 상기 가열이 행해지는 부분에 휨 모멘트를 부여하는 것에 의해,
    표면에 하기 조건 2를 만족하는 η상(相)을 포함하는 Zn계의 피막을 구비하는 굽힘 가공 금속재를 제조하는 것을 특징으로 하는 굽힘 가공 금속재의 제조 방법.
    (조건 1)
    부착량 : 한쪽면당 30∼90g/㎡
    Fe 함유량 : 8∼20질량%
    JIS B 0601로 규정되는 표면 조도 Ra:0.8㎛ 이하
    (조건 2)
    부착량 : 한쪽면당 5g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하
    Fe 함유량 : 8∼35질량%
    JIS B 0601로 규정되는 표면 조도 Ra:2.0㎛ 이하
  2. 관형상의 금속재로 이루어짐과 더불어 2차원 또는 3차원으로 구부러진 형상을 갖는 본체를 구비하고, 상기 본체의 표면에, 하기 조건 2를 만족하는 η상을 포함하는 Zn계의 피막을 갖는 것을 특징으로 하는 굽힘 가공 금속재.
    (조건 2)
    부착량 : 한쪽면당 5g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하
    Fe 함유량 : 8∼35질량%
    JIS B 0601로 규정되는 표면 조도 Ra : 2.0㎛ 이하
  3. 청구항 2에 있어서, 폐(閉)단면, 개(開)단면 또는 이형(異形) 단면을 갖는 굽힘 가공 금속재.
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