KR20130126714A

KR20130126714A - 핫 스탬핑 부재용 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20130126714A
Application number: KR1020137024832A
Authority: KR
Inventors: 히로유키 다나하시; 준 마키
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2012-03-16
Publication date: 2013-11-20
Also published as: MX360240B; EP2687620A4; RU2013146540A; RU2560890C2; MX2013010601A; US20140004378A1; JP5605503B2; WO2012128225A1; CA2829327C; ZA201307377B; CN103443317A; JPWO2012128225A1; BR112013023792A2; EP2687620A1; CA2829327A1

Abstract

핫 스탬핑법을 적용하여도 동일한 강도의 통상의 고강도 강판과 동등한 피로 특성이 우수한 부재를 얻기 위한 강판 및 그 제조 방법을 제공한다. 질량%로, C: 0.15 내지 0.35%, Si: 0.01 내지 1.0%, Mn: 0.3 내지 2.3% 및 Al: 0.01 내지 0.5%를 함유하고, 또한 잔부가 Fe, 및 불가피한 불순물이며, 이 불순물로서 P: 0.03% 이하, S: 0.02% 이하, 및 N: 0.1% 이하로 한정한 화학 성분을 포함하는 강판으로, 상기 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 20㎛의 위치의 비커스 경도의 표준편차가 20 이하인 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판. 이 강판은 상기 화학 성분을 함유하는 강을 열간 압연하고, 그 후 냉간 압연하여 얻은 냉연 강판을 평균 가열 속도 8 내지 25℃/초로 실온으로부터 600 내지 700 (℃)까지 가열하는 제1 단계와, 이어서 평균 가열 속도 1 내지 7℃/초에서 720 내지 820 (℃)까지 가열하는 제2 단계의 재결정 소둔 공정에 의하여 제조한다.

Description

핫 스탬핑 부재용 강판 및 그 제조 방법{STEEL SHEET FOR HOT-STAMPED MEMBER AND PROCESS FOR PRODUCING SAME}

본 발명은 고강도의 부재를 얻을 수 있는 성형 방법의 하나인 핫 스탬핑법에 적합한 핫 스탬핑 부재용 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

자동차나 건설 기계 등의 분야에서는 고강도 재료를 사용한 질량 저감에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 예를 들면 자동차에서는, 충돌 안전성 확보나 고기능화에 따른 차체 질량 증가를 상쇄하고, 나아가 연비를 향상시켜 이산화탄소의 배출량을 삭감하는 것을 목적으로 하여 고강도 강판의 사용량이 착실하게 증가하고 있다.

이와 같은 고강도 강판의 사용 확대의 흐름 가운데에, 최대의 문제는 강판의 강도를 높였을 경우에 불가피한「형상 동결성의 열화」라고 불리는 현상이 나타나는 것이다. 이 현상은 성형 후의 스프링백량이 고강도화에 따라 증가함으로써, 목적으로 하는 형상을 얻는 것이 용이하지 않게 되는 것을 총칭하는 것이다. 이 문제를 해결하려면, 저강도재(형상 동결성이 우수하거나, 또는 문제가 되지 않는 재료)에서는 불필요하였던 가공 공정(예를 들면, 리스트라이크)을 추가로 실시하거나 제품 형상을 변경하거나 하는 것이 행해진다.

이와 같은 상황을 해결하는 하나의 방법으로서, 핫 스탬핑법이라 불리는 열간 성형 방법이 주목을 받게 되었다. 이것은 강판(피가공재)을 소정의 온도(일반적으로는 오스테나이트상이 되는 온도)로 가열하여 강도를 낮춘(즉, 성형을 용이하게 한) 후, 피가공재에 비하여 저온(예를 들면 실온)의 금형으로 성형함으로써, 용이하게 형상을 부여하는 동시에, 양자의 온도 차를 이용한 급냉 열처리(담금질)를 실시하여 성형 후의 제품 강도를 확보하는 것이다.

이와 같은 핫 스탬핑법에 적절한 강판과 그 성형 방법에 관하여는 몇 가지 기술이 보고되어 있다.

특허 문헌 1에는 강판이 함유하는 원소의 양과, 원소의 양 사이의 관계를 소정(所定)의 범위로 함으로써, 열간 성형 가공(핫 스탬핑과 동일한 의미) 후에 충격 특성과 지연 파괴 특성이 우수한 부재를 얻을 수 있는 강판이 개시되어 있다.

특허 문헌 2에는, 상기한 것과 같이, 강판이 함유하는 원소의 양과, 원소의 양 사이의 관계를 소정의 범위로 하고, 또한 강판의 성형 전의 가열을 질화 분위기나 침탄 분위기에서 실시함으로써 고강도 부품을 얻는 방법이 개시되어 있다.

특허 문헌 3에는 강판의 화학 성분과 미세 구조를 규정하고, 또한 가열 조건과 성형 조건을 한정함으로써 높은 생산성으로 열간 프레스품을 얻는 수단이 개시되어 있다.

최근, 핫 스탬핑법은 그 유용성이 널리 인지되기에 이르렀고, 적용을 검토하는 부재도 다방면에 이르게 되었다. 그 중에는 예를 들면 자동차의 하체 부품과 같이, 부품으로서의 강도만이 아니라, 피로 특성도 중요한 필요 특성의 하나인 것도 포함되게 되었다.

강판의 피로 특성은 정적인 강도에 맞추어 향상되기 때문에, 핫 스탬핑법에 따라 고강도화한 강판(제품)에도 나름의 피로 특성이 기대되지만, 동(同) 강도의 핫 스탬핑법에 의한 것이 아닌 강판(강판의 화학 성분이나, 제조 방법을 제어하여 제조된 고강도 강판, 이하, 「통상의 고강도 강판」 이라고 한다)(제품)과 비교하면, 제조 조건에 따라서 전자의 피로 특성이 후자보다 떨어지는 것이 분명해졌다.

추가로 상세한 검토를 하여,「통상의 고강도 강판」의 최표면의 경도의 편차에 비하여, 핫 스탬핑법을 이용하여 고강도화한 강판(제품)의 최표면의 경도의 편차가 크다고 하는 특징이 발견되어, 이 경도의 편차가 피로 특성에 관계하고 있는 것이 아닐까라는 결론에 이르렀다.

경도의 편차와 피로 특성의 관계는 분명한 것은 아니지만, 핫 스탬핑법으로 제조되는 고강도 부재(예를 들면 인장 강도로 1500 MPa 이상)에서는 피로 특성에 대한 절결 감수성의 영향이 매우 크기 때문에, 이 경도의 편차는 흡사 표층의 평탄도에 필적하는 지표는 아닐까 추정하였다.

이에 핫 스탬핑 후에 가능한 한 경도의 편차를 작게 하기 위한 기술을 검토한 결과, 핫 스탬핑 전의 강판의 표층 경도의 편차가 영향을 미치고 있는 것을 밝혀내었다. 이와 같은 관점에서 핫 스탬핑용의 강판에 대하여 검토한 문헌은 눈에 띄지 않는다.

특허 문헌 1은 Ni, Cu, Sn 중 어느 하나를 필수로 하는 강판으로, 충격 특성이나, 지연 파괴 특성을 개선한 열간 성형 가공용 강판을 개시하고 있으나, 피로 특성이나 핫 스탬핑 전의 표층 경도의 편차에 대한 언급은 없다.

특허 문헌 2는 가열을 침탄 분위기에서 실시함으로써 성형품의 강도를 높이는 기술에 관한 것이지만, 피로 특성이나 핫 스탬핑 전의 표층 경도의 편차에 대한 언급은 없다. 침탄 분위기에서의 가열이 필수이며, 대기 가열과 비교하여 제조 비용이 상승하고, 또한, 탄소원으로서 일산화탄소를 사용하는 경우에는 조업상의 안전성을 확보하는데 다대한 비용이 필요한 것도 염려되어, 용이하게 실시할 수 있는 기술은 될 수 없다고 생각된다.

특허 문헌 3에도 피로 특성이나 핫 스탬핑 전의 표층 경도의 편차에 대한 언급은 없다.

이들에 대하여 「통상의 고강도 강판」과 동일한 정도의 피로 특성을 가진 핫 스탬핑용의 강판을 얻는 기술로서는 특허 문헌 4가 있고, 또한, Zn 도금이 실시된 강판을 사용하는 경우에 고유의 기술이지만 핫 스탬핑법으로 제조된 부재의 피로 특성을 향상시키는 기술로서 특허 문헌 5가 알려져 있다.

특허 문헌 4에는 Ce 산화물을 포함하는 미세 입자를 강판 표면보다 약간 안쪽에 분산시킴으로써 핫 스탬핑 후의 피로 특성을 개선하는 기술이 개시되어 있지만, 고도의 제강 기술을 필요로 하는 것이기 때문에 당업자라고 하더라도 반드시 실시가 용이한 것은 아니라는 문제가 있다.

특허 문헌 5의 기술은 핫 스탬핑 기술의 설비에 관한 것으로, 새로운 설비 투자 없이는 당업자라고 하여도 그 혜택을 향수할 수 없다고 하는 문제가 있다.

이와 같이, 동일한 강도의 「통상의 고강도 강판」과 동일한 정도의 피로 특성을 비교적 용이하게 확보할 수 있는 핫 스탬핑법에 따라 고강도화한 강판(제품)을 위한, 핫 스탬핑법용 강판이 요구되고 있으나, 그러한 과제를 해결한 기술은 눈에 띄지 않는 것이 실정이다.

특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 2005－139485호 특허 문헌 2: 일본 공개 특허 공보 2005－200670호 특허 문헌 3: 일본 공개 특허 공보 2005－205477호 특허 문헌 4: 일본 공개 특허 공보 2007－247001호 특허 문헌 5: 일본 공개 특허 공보 2007－182608호

본 발명은 상기 실정을 감안하여, 강판에 핫 스탬핑법을 적용하여 제품을 제조하였을 때에, 강판의 화학 성분이나, 제조 방법을 제어하여 제조된 고강도 강판(「통상의 고강도 강판」)과 동일한 정도의 우수한 피로 특성을 가진 고강도 강판의 제품으로 할 수 있는 핫 스탬핑 부재용 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은 과제를 해결하기 위하여 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 핫 스탬핑 전의 강판 표층 부근의 경도의 편차가 소정의 범위 이내이면 핫 스탬핑 후의 강판(제품)의 피로 특성 향상에 매우 유효한 것을 밝혀내었다. 또한, 그러한 강판을 얻는 것은 냉간 압연한 강판을 재결정 소둔할 때의 조건을 제어하는 것에 의하여 달성할 수 있는 것도 밝혀내고, 시행을 반복하여 본 발명을 완성시켰다.

그 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 질량%로,

C: 0.15 내지 0.35%,

Si: 0.01 내지 1.0%,

Mn: 0.3 내지 2.3%, 및

Al: 0.01 내지 0.5%

를 함유하고, 또한

잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이며,

이 불순물로서

P: 0.03% 이하,

S: 0.02% 이하, 및

N: 0.1% 이하

로 한정한 화학 성분을 함유하는 강판으로서,

상기 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 20㎛의 위치의 비커스 경도의 표준편차가 20 이하인 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판.

(2) 또한 질량%로,

Cr: 0.01 내지 2.0%,

Ti: 0.001 내지 0.5%,

Nb: 0.001 내지 0.5%,

B: 0.0005 내지 0.01%,

Mo: 0.01 내지 1.0%,

W: 0.01 내지 0.5%,

V: 0.01 내지 0.5%,

Cu: 0.01 내지 1.0% 및

Ni: 0.01 내지 5.0%

로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 핫 스탬핑 부재용 강판.

(3) 상기 강판의 표면에 5㎛ 내지 50㎛의 두께의 Al 도금층, 5㎛ 내지 30㎛의 두께의 Zn 도금층, 또는 5㎛ 내지 45㎛의 두께의 Zn－Fe 합금층 중 어느 하나를 가진 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 핫 스탬핑 부재용 강판.

(4) 질량%로,

C: 0.15 내지 0.35%,

Si: 0.01 내지 1.0%,

Mn: 0.3 내지 2.3%, 및

Al: 0.01 내지 0.5%

를 함유하고, 또한

잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이고,

이 불순물로서

P: 0.03% 이하,

S: 0.02% 이하, 및

N: 0.1% 이하

로 한정한 화학 성분을 함유하는 냉연 강판을 재결정 소둔하는 공정에 있어서,

평균 가열 속도 8 내지 25℃/초로 실온으로부터 온도 M (℃)까지 가열하는 제1 단계와,

이어서 평균 가열 속도 1 내지 7℃/초로 온도 S (℃)까지 가열하는 제2 단계를 포함하고,

온도 M (℃)이 600 내지 700 (℃), 온도 S (℃)가 720 내지 820 (℃)인 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.

(5) 상기 강이, 또한 질량%로,

Cr: 0.01 내지 2.0%,

Ti: 0.001 내지 0.5%,

Nb: 0.001 내지 0.5%,

B: 0.0005 내지 0.01%,

Mo: 0.01 내지 1.0%,

W: 0.01 내지 0.5%,

V: 0.01 내지 0.5%,

Cu: 0.01 내지 1.0% 및

Ni: 0.01 내지 5.0%

로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 (4)에 기재된 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.

(6) 상기 열간 압연 공정의 열간 압연율이 60 내지 90%이고, 상기 냉간 압연 공정의 냉간 압연 비율이 30 내지 90%인 것을 특징으로 하는 (4) 또는 (5)에 기재된 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.

(7) 상기 재결정 소둔 공정에 이어서, 상기 강판을 Al욕에 침지하고, 표면에 Al 도금층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 (4) 내지 (6)의 어느 하나의 항에 기재된 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.

(8) 상기 재결정 소둔 공정에 이어서, 상기 강판을 Zn욕에 침지하고, 표면에 Zn 도금층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 (4) 내지 (6)의 어느 하나의 항에 기재된 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.

(9) 상기 재결정 소둔 공정에 이어서, 상기 강판을 Zn욕에 침지하고, 표면에 Zn 도금층을 형성한 후, 추가로 600℃ 이하로 가열하고, 상기 표면에 Zn－Fe 합금층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 (4) 내지 (6)의 어느 하나의 항에 기재된 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.

본 발명의 핫 스탬핑 부재용 강판은 이미 설치된 제철 설비로 제조할 수 있고, 또한 본 발명의 핫 스탬핑 부재용 강판을 사용하여, 널리 보급되어 있는 핫 스탬핑 설비로 성형하여 얻을 수 있는 성형품(핫 스탬핑 부재)의 피로 특성도 동일한 강도의 「통상의 고강도 강판」과 동등하기 때문에, 핫 스탬핑 부재(부품)의 적용 범위를 확대하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 사용한 핫 스탬핑법용의 평판 프레스 금형을 나타내는 사시도이다.
도 2는 피로 시험편을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시하는 피로 시험편의 균열 진전 영역과 같은 치수의, 경도 측정용 시험편에 있어서, 경도를 측정한 부분을 나타내는 사시도이다.
도 4는 실시예 1의 핫 스탬핑 부재용 강판의 피로 한도비와 핫 스탬핑 전의 경도의 표준편차의 상관을 나타낸 그래프이다.
도 5는 핫 스탬핑법에 의하여 모자(hat) 형태로 성형된 강판(부재)을 모식적으로 나타내는 사시도이다.
도 6은 실시예 2의 핫 스탬핑 부재용 강판의 피로 한도비와 핫 스탬핑 전의 경도의 표준편차의 상관을 나타낸 그래프이다.

본 발명자들은 질량%로, C: 0.23%, Si: 0.5%, 및 Mn: 1.6%를 함유하는 강판을 사용하여 핫 스탬핑 부재를 제작하고, 그 특성을 평가하는 연구를 하고 있었다. 피로 특성도 그 하나이지만, 그 과정에서, 강판의 화학 성분이 같고 인장 강도가 대부분 같은데도 피로 특성이 다른 핫 스탬핑 부재가 있는 것을 밝혀내었다. 이에 그들의 차이를 상세하게 조사한 바, 핫 스탬핑 부재의 표층 근방의 경도의 편차에 차이가 있는 것을 알게 되었다. 이에, 화학 성분이나 냉연 강판의 재결정 조건도 광범위하게 변화시켜 핫 스탬핑 부재의 피로 특성을 더 조사한 결과, 핫 스탬핑 부재의 피로 특성과 그 표면 경도의 편차에는 강한 상관이 있고, 피로 특성이 우수한 핫 스탬핑 부재를 얻으려면, 핫 스탬핑 전의 강판의 표면 경도의 편차를 소정의 범위 내로 하는 것이 유효하며, 또한, 그러한 강판을 얻으려면, 냉간 압연한 강판을 재결정 소둔할 때의 조건을 소정의 범위 내로 제어함으로써 가능한 것을 밝혀내었다.

자세한 것은 실시예에서 설명하겠지만, 실험 결과에 입각하여, 적절한 경도의 편차의 범위와 소둔 조건을 실험적으로 밝혀내어 본 발명을 완성시켰다.

강판의 화학 성분

먼저, 강판의 화학 성분에 대하여 설명한다. 이 때, 성분에 대한 「%」는 질량%를 의미한다.

＜C: 0.15 내지 0.35%＞

C는 핫 스탬핑법에 따라 강판을 고강도화하는 데 있어서 가장 중요한 원소이다. 핫 스탬핑 후에 적어도 1200 MPa 정도의 강도를 얻으려면, 0.15% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, 0.35%를 넘어 함유시키면, 인성의 열화가 걱정되므로, 0.35%를 상한으로 한다.

＜Si: 0.01 내지 1.0%＞

Si는 고용 강화 원소이며, 1.0%까지는 유효하게 활용할 수 있다. 그러나, 그 이상을 함유시키면, 성형 후에 화성 처리나 도장을 실시할 때에 문제가 생길 염려가 있기 때문에 1.0%를 상한으로 한다. 하한은 특별히 한정하지 않고 본 발명의 효과를 얻을 수 있다. 그러나, 필요 이상으로 저감하는 것은 제강 부하를 높일 뿐이므로 탈산에 기인하여 함유되는 척도인 0.01% 이상으로 한다.

＜Mn: 0.3 내지 2.3%＞

Mn은 Si와 같이 고용 강화 원소로서 기능하는 것 외에, 강판의 담금질성을 높이는 유용한 원소이며, 그 효과는 0.3% 이상에서 확인된다. 그러나, 2.3%를 넘어 함유시켜도 효과는 포화하므로 2.0%를 상한으로 한다.

＜P: 0.03% 이하＞, ＜S: 0.02% 이하＞

양 원소는 모두 불가피한 불순물이고, 열가공성에 영향을 미치기 때문에 상기 범위로 제한되어야 한다.

＜Al: 0.01 내지 0.5%＞

Al은 탈산 원소로서 매우 적합한 것이기 때문에 0.01% 이상 함유시켜도 좋다. 그러나, 다량으로 함유시키면 조대한 산화물을 형성하여 강판의 기계적 성질을 해치므로 그 상한은 0.5%로 한다.

＜N: 0.1% 이하＞

N은 불가피한 불순물이고, Ti나 B와 용이하게 결합하기 때문에 그 원소들이 목적으로 하는 효과가 줄지 않도록 제어해 둘 필요가 있는데, 0.1% 이하이면 허용할 수 있다. 좋기로는 0.01% 이하이다. 한편, 필요 이상으로 저감하는 것은 제강 공정에 큰 부하를 가하게 되므로 0.0010%를 하한의 척도로 하면 좋다.

＜Cr: 0.01 내지 2.0%＞

Cr은 담금질성을 높이는 효과를 가진 것이기 때문에 적절하게 사용할 수 있다. 그 효과가 명료하게 되는 것은 0.01% 이상이다. 한편, 2.0%를 넘어 첨가하여도 그 효과는 포화하므로 2.0%를 상한으로 한다.

＜Ti: 0.001 내지 0.5%＞

Ti는 그 질화물의 형성을 통하여 후술하는 B의 효과를 안정적으로 끌어내는 기능을 하므로, 유효하게 활용할 수 있는 원소이다. 그러기 위해서는 0.001% 이상의 첨가가 필요하지만, 과잉으로 첨가되면 질화물이 과잉이 되어, 인성이나 전단면 성상의 열화를 초래하므로 0.5%를 상한으로 한다.

＜Nb: 0.001 내지 0.5%＞

Nb는 탄질화물을 형성하고, 강도를 높이므로 유효하게 활용할 수 있는 원소이다. 그 효과는 0.001% 이상에서 확인되지만, 0.5%를 넘어 함유시키면 열간 압연의 제어성을 해칠 우려가 있으므로 0.5%를 상한으로 한다.

＜B: 0.0005 내지 0.01%＞

B는 담금질성을 높이는 원소로, 0.0005% 이상에서 그 효과가 명료하게 된다. 한편, 과잉으로 첨가하면 열가공성의 열화와 연성의 저하로 이어지므로 0.01%를 상한으로 한다.

＜Mo: 0.01 내지 1.0%＞, ＜W: 0.01 내지 0.5%＞, ＜V: 0.01 내지 0.5%＞

이 원소들은 모두 담금질성을 높이는 효과를 가지는 것이기 때문에 적절하게 사용할 수 있다. 그 효과가 명료하게 되는 것은 어느 것에 대하여도 0.01% 이상이다. 한편, 고가의 원소이기 때문에, 효과가 포화하는 농도를 상한으로 하는 것이 좋다. Mo에 대하여는 1.0%, W 및 V에 대하여는 0.5%이다.

＜Cu: 0.01 내지 1.0%＞

Cu는 0.01% 이상을 첨가함으로써 강판의 강도를 높이는 효과를 가진다. 그러나, 과잉으로 첨가하면 열간 압연 강판의 표면 품위를 해치므로 1.0%를 상한으로 한다.

＜Ni: 0.01 내지 5.0%＞

Ni는 담금질성을 높이는 효과를 가지므로 유효하게 활용할 수 있는 원소이며, 그 효과는 0.01% 이상에서 명료하게 된다. 한편, 고가의 원소이기 때문에, 그 효과가 포화하는 5.0%를 상한으로 한다. 또한, 전술한 Cu에 의한 열간 압연 강판의 표면 품위의 저하를 억제하는 기능도 가지므로, Cu와 동시에 함유시키는 것이 좋다.

또한, 본 발명에 있어서 상기 이외의 성분은 Fe가 되지만, 스크랩 등의 용해 원료나 내화물 등으로부터 혼입하는 불가피한 불순물은 허용된다.

강판 표면 경도의 편차

강판 표면 경도의 편차에 대하여 설명한다.

먼저, 강판 표면의 경도의 결정(측정) 방법에 대하여 설명한다.

강판 표면의 경도는 이상적으로는 강판 표면을 윗면으로 하여, 판 두께 방향을 연직 방향과 일치시켜 경도계(예를 들면 비커스 경도계)로 측정하여야 하지만, 압흔을 명료하게 인식하기(압흔의 치수를 양호한 정밀도로 측정하기) 위하여 표면(측정면)을 연마하는 등, 일정한 가공이 필요하다. 이와 같은 가공(예를 들면 기계적 연마)으로 본래의 표면으로부터 적어도 수십㎛ 정도가 제거된다. 또한, 산 등을 사용하여 화학적으로 연마하여도 제거되는 것에 변화는 없고, 오히려 평탄도가 악화되는 경우가 많다. 따라서, 이와 같은 수법으로 강판 표면의 경도를 결정(측정)하는 것은 현실적이지 않다.

이에, 본 발명자들은 강판의 판 두께 방향에 평행한 단면상에서 경도를 결정하도록 하였다. 이렇게 하면, 강판 표면은 무가공으로(제거되지 않고) 측정할 수 있다. 그러나, 이 경우에도, 상기와 같은 경도계로 측정할 수 있는 위치는 표면으로부터 약간 판 두께 방향으로 내부가 된다. 이 때문에 차선지책으로서 가능한 한 저하중으로 압흔을 가함으로써 표면에 더 가까운 부위의 정보를 얻도록 하였다.

구체적으로는, 도 3을 참조하기 바란다. 먼저 측정면(강판 단면)을 경면으로 연마하였다. 비커스 경도계를 사용하여, 시험 하중(압자를 압입하는 하중)은 10 gf, 압입 시간은 15초로 하고, 판 두께 방향의 측정 위치는 강판 표면으로부터 20㎛인 곳으로 하였다. 본 명세서에서 사용하는「강판 표면의 경도」란, 이상의 수법에 기초하여 결정한 것을 가리키는 것으로 한다.

또한, 강판의 표층으로서 Al 도금층, Zn 도금층 및 Zn－Fe 합금층 중 어느 하나를 가진 강판에 있어서의 강판 표면의 경도는 도금층과 강판의 경계(계면)로부터 20㎛의 위치에서 측정하였다.

예를 들면, 실시예에서 사용한 강판의 Al 도금층은 Al을 주성분으로 하는 외측의 층과, Al와 Fe의 반응층이라 생각되는 내측(강판측)의 층의 2층으로 구성되는 것이 확인되었으므로, 내측의 층과 강판의 경계로부터 판 두께 방향으로 20㎛의 위치에서 경도를 측정하고, 이것을 강판의 표면 경도로 하였다.

다음으로, 실시예에서 사용한 강판의 Zn 도금층은 Zn을 주성분으로 하는 외측의 층과 Fe와 Zn욕 중에 미량으로 첨가된 Al과의 반응층인 내측의 층의 2층으로 구성되는 것이 확인되었으므로, 내측의 층과 강판의 경계로부터 판 두께 방향으로 20㎛의 위치에서 경도를 측정하고, 이것을 강판의 표면 경도로 하였다.

또한, 실시예에서 사용한 강판의 Zn－Fe 합금층은 Zn와 Fe로 구성되는 복수의 합금층으로 구성되는 것이 확인되었으므로, 내측의 층과 강판의 경계로부터 판 두께 방향으로 20㎛의 위치에서 경도를 측정하고, 이것을 강판의 표면 경도로 하였다.

경도의 편차를 구할 목적으로, 상기의 측정을, 도 2에 나타내는 피로 시험편의 피로 균열 진전 영역(21)에 대응하는 영역에서 실시하였다. 도 3은 경도를 측정한 부분을 나타내는 사시도이다. 강판의 표면 또는 강판과 도금층의 계면으로부터 판 두께 방향으로 20㎛의 위치에서, 비커스 경도계의 압자를 압입하였다. 이 조작을, 도 3에 도시하는 바와 같이, 0.1 mm의 압흔 간격으로, 강판의 표면과 평행한 방향으로 하나의 측정 시료당 300점(측정 길이로 30 mm에 걸쳐서) 실시하였다(제1 측정면). 또한 동일한 조작을 미리 채취해 둔 제1 측정면으로부터 5 mm 떨어진 또 하나의 개소(제2 측정면)에 대하여 실시하였다.

이와 같이 하여 합계 600점에 대하여 경도를 구하고, 이것을 모집단으로 한 표준편차를 계산하여, 편차의 지표로 하였다.

또한, 상기 측정 길이 30 mm와 5 mm 떨어진 2 개소는 후술하는 피로 시험편의 균열 진전 영역과 일치하도록 결정한 것이다.

이하의 실시예에서 설명하는 실험에 있어서, 핫 스탬핑 후의 피로 한도비가 0.4 이상을 나타낸 것과, 그 이하인 것에 대하여, 강판 표층의 경도의 편차를 비교하였더니, 전자에서는 표준편차가 40 이하이었다. 이에 더 상세하게 조사를 한 결과, 핫 스탬핑 후의 경도의 편차가 표준편차로 40 이하가 되는 것은 동일한 수법으로 결정한 핫 스탬핑 전의 강판의 경도의 편차가 표준편차로 20 이하일 때인 것이 분명해졌다.

본 발명에 있어서, 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 20㎛의 위치의 비커스 경도의 표준편차가 20 이하라고 규정한 것은 이와 같은 실험 결과에 기초한 것이다.

핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법

마지막으로, 본 발명의 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 핫 스탬핑 부재용 강판은 통상적인 방법에 기초하여 제강, 주조, 열간 압연, 산세정 공정, 냉간 압연의 각 공정을 실시하여, 냉연 강판으로 한다. 제강 공정에서 전술한 본 발명의 범위 내로 화학 성분의 조정을 실시한 후, 연속 주조 공정에서 슬라브로 하여, 예를 들면, 1300℃ 이하의 가열 온도로 열간 압연을 개시하고, 900℃ 전후에서 압연을 완료한다. 권취 온도는 예를 들면 600℃ 등을 선택할 수 있다. 열간 압연율은 60 내지 90%로 하면 좋다. 산세정 공정을 거쳐 냉간 압연을 실시한다. 압연율은 30 내지 90%의 범위로부터 선택할 수 있다.

이와 같이 하여 제조된 냉연 강판을 재결정시키기 위한 소둔 공정은 매우 중요하다. 소둔 공정은 연속 소둔 설비를 사용하여 실시하고, 평균 가열 속도 8 내지 25℃/초로 실온으로부터 온도 M (℃)까지 가열하는 제1 단계와, 이어서 평균 가열 속도 1 내지 7℃/초로 온도 S (℃)까지 가열하는 제2 단계의 2단 구성으로 이루어진다. 이 때, 온도 M이 600 내지 700 (℃), 온도 S가 720 내지 820 (℃)일 필요가 있다. 이 조건들은 이하에 기재하는 실시예에서 설명하는 실험 결과에 기초하여 결정된 것이다.

이와 같은 조건으로 재결정 소둔한 경우에, 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 20㎛의 위치에서 측정한 비커스 경도의 표준편차가 20 이하인, 경도의 편차가 작은 강판을 얻을 수 있는 이유는 분명하지는 않지만, 결정립경의 분포가 가능한 한 균일하고, 또한, 탄화물의 치수와 분포도 마찬가지로 가능한 한 균일한 것이 바람직하므로, 재결정립경의 분포와 탄화물의 치수 및 분포의 관점에서 다음과 같이 추정하고 있다.

냉연된 강판의 재결정 과정은 복잡한 것이기 때문에, 재결정이라는 현상에 대한 가열 속도와 그 가열 속도에서의 최고 가열 온도가 가진 의미를 따로 분리하여 독립적으로 설명하는 것은 적절하지 않다. 이에, 먼저 제1 단계에 대하여, 예를 들면, 어느 하나의 온도 M (℃)에 대하여, 가열 속도가 낮은 경우와 큰 경우를 생각한다. 전자, 즉, 가열 속도가 낮은 경우에는 재결정핵의 밀도가 (상대적으로) 낮고, 개개의 재결정립은 자유롭게 성장하지만, M (℃)에 가까운 고온역에 있어서, 나머지 미재결정 영역으로부터 미소한 재결정립이 생성되고, 강판의 온도가 M (℃)에 이른 단계에서, (상대적으로) 큰 결정립과 작은 결정립이 혼재하는 상태가 되는 것으로 생각된다.

한편, 후자, 즉, 가열 속도가 큰 경우에는, 재결정립 핵의 밀도는 높고, 다수의 재결정립이 빠른 속도로 성장하여, 입계가 접하게 되는데, M (℃)에 가까운 고온역에서는 각 재결정립의 성장의 경합의 결과, 특정한 결정 방위를 가진 결정립이 그 밖의 결정 방위를 가진 결정립을 삼켜서 성장하기 때문에, M (℃)에 이른 단계에서, 역시 큰 결정립과 작은 결정립이 혼재하는 상태가 되는 것으로 생각된다. 따라서, 온도가 M (℃)에 이른 단계에서, 정확히 재결정립끼리가 입계를 접하는 적절한 가열 속도와 M (℃) 의 조합이 더 균일한 재결정립경의 분포의 달성에 필요하게 된다. 제1 단계의 평균 가열 속도의 8 내지 25℃/초, 및 온도 M (℃)의 600 내지 700℃는 이 적절한 조건에 해당하고 있는 것으로 생각된다.

다음으로, 강판의 온도가 M (℃)에 이른 후에는 재결정립의 성장의 경합을 억제하기 위하여, 제2 단계의 가열 속도는 제1 단계보다 작게 할 필요가 있다. 또한, 온도 M (℃)으로부터 온도 S (℃)의 온도역에서는 탄소의 확산에 의한 탄화물의 재형성이 활발하기 때문에, 소둔 공정의 최고 온도 S (℃)의 설정과 그 온도까지의 가열 속도의 조합이 중요한 의미를 가진다.

어느 하나의 S (℃)에 대하여, 가열 속도가 낮은 경우에는 온도 M (℃)에서 존재하던 탄화물이 똑같이 성장하기 때문에, 온도 M (℃)에 이른 단계에서 존재하고 있던 다양한 치수의 탄화물이 동일한 다양함을 가진 채 존재하는 강판이 되는 것으로 생각된다. 한편, 가열 속도가 큰 경우에는, 작은 탄화물이 소실되고 큰 탄화물의 성장이 일어나, 탄화물의 치수는 상대적으로 균일에 가까워지지만, 밀도가 작아지기 때문에, 탄화물에 기인한 강판의 경도의 불균일이 초래된다. 이들에 대하여, 제2 단계의 가열 속도와 온도 S (℃) 의 조합이 적절한 경우에는, 작은 탄화물의 성장이 우선적으로 일어나고 치수가 비교적 균일한 탄화물이 적절한 밀도로 분산된 강판이 되기 때문에, 탄화물에 기인한 강판의 경도의 불균일은 작아지는 것으로 생각된다. 제2 단계의 가열 속도의 1 내지 7℃/초, 및 온도 S (℃)의 720 내지 820℃는 이 적절한 조건에 해당하고 있는 것으로 생각된다.

온도 S에 도달한 후에는 온도 S를 단시간 유지하여도 좋고, 즉시 다음의 냉각 공정으로 이행하여도 좋다. 온도(S) 유지하는 경우에는 결정립경의 조대화를 억제하는 관점에서 유지 시간은 180초 이하가 좋고, 더 좋기로는 120초 이하이다.

냉각 공정에서의, 온도 S로부터의 냉각 속도는 특히 한정되지 않지만, 30℃/초 이상의 급속한 냉각은 피하는 것이 좋다. 따라서, 온도 S로부터의 냉각 속도는 30℃/초 미만이고, 좋기로는 20℃ 이하이며, 더 좋기로는 10℃ 이하이다. 핫 스탬핑용의 강판은 전단에 의하여 소정 형상으로 가공되어 핫 스탬핑에 제공되는 것이 많고, 급속한 냉각은 전단 하중을 높여 생산의 효율을 떨어뜨리는 것이 염려되기 때문이다.

소둔 후, 실온까지 냉각하여도 좋고, 냉각 중에 용융 Al욕에 침지하여 Al 도금층을 형성하여도 좋다.

용융 Al욕은 0.1 내지 20%의 Si를 함유하고 있어도 좋다.

Al 도금층 내에 함유되는 Si는 핫 스탬핑을 실시하기 전의 가열 중에 생기는 Al와 Fe의 반응에 영향을 미친다. 과도한 반응은 도금층 자신의 프레스 성형성을 해칠 우려가 있고, 한편으로 과도한 반응의 억제는 프레스 금형에의 Al의 부착을 초래할 우려가 염려된다. 그러한 문제점을 회피하려면, Al 도금층 중의 Si는 1 내지 15%가 좋고, 더 좋기로는 3 내지 12%이다.

또한, 소둔 후의 냉각 중에 용융 Zn욕에 침지하여 Zn 도금층을 형성하여도 좋다.

나아가, 용융 Zn욕에 침지하여 Zn 도금층을 형성한 후, 600℃ 이하로 가열하여 Zn－Fe 합금층을 형성하여도 좋다.

용융 Zn욕에는 0.01 내지 3%의 Al를 함유시킬 수 있다.

이 Al의 존재는 Zn과 Fe의 반응에 강하게 영향을 미친다. Zn 도금층을 형성하는 경우에는 Fe와 Al의 반응층이 장해가 되어 Zn과 Fe의 상호 확산을 억제한다. 한편, Zn－Fe 합금층은 Zn이 풍부한(rich) 합금층(ζ상, δ₁상)과 Fe가 풍부한 합금층(Γ₁상, Γ상)에 의하여 구성되지만, 전자는 지철과의 밀착성이 좋지만 가공성이 떨어지고, 후자는 가공성이 우수하지만, 밀착성이 불충분하다. 이에 이 4상의 구성 비율을 적절히 제어함으로써 목적으로 하는 특성(밀착성을 우선하거나, 가공성을 우선하거나, 또는 양자를 균형을 이루게 하는 등)을 만족하도록 할 필요가 있는데, 그것은 용융 Zn욕에 0.01 내지 3%의 Al를 함유시킴으로써 Fe의 확산을 제어하여 실시할 수 있다. 어떠한 농도로 할 지는 제조하는 설비의 능력이나 목적에 따라 제조자가 선택할 수 있다.

Al 도금층, Zn 도금층 및 Zn－Fe 합금층의 두께는 핫 스탬핑 후의 강판, 또는 부품의 피로 특성에는 영향을 주지 않지만, 과도하게 두꺼운 경우에는 프레스 성형성에 영향을 미칠 우려가 있다. 실시예에서 나타내는 바와 같이, Al 도금층의 두께가 50㎛ 초과인 경우에는 골링(galling) 현상의 발생이 확인되고, Zn 도금층의 두께가 30㎛ 초과인 경우에는 금형에의 Zn의 응착이 빈발하며, Zn－Fe 합금층의 두께가 45㎛ 초과인 경우에는 합금층의 균열이 산발적으로 보이는 등, 생산성을 해치게 된다. 이에 이 층들의 두께를 각각 Al 도금층: 50㎛ 이하, Zn 도금층: 30㎛ 이하, Zn－Fe 합금층: 45㎛ 이하로 하는 것이 좋다.

그 도금층들이 얇은 경우에는 성형성에는 전혀 문제는 없지만, 그 도금층들을 부여하는 목적인 내식성의 관점에서 각각의 도금층의 하한을 이하와 같이 하는 것이 좋다. 즉, Al 도금층: 좋기로는 5㎛ 이상, 더 좋기로는 10㎛ 이상, Zn 도금층: 좋기로는 5㎛ 이상, 더 좋기로는 10㎛ 이상, Zn－Fe 합금층: 좋기로는 5㎛ 이상, 더 좋기로는 10㎛ 이상이다.

실시예

이하 실시예에 기초하여, 본 발명을 상세하게 설명한다.

(실시예 1)

표 1에 나타내는 화학 성분을 가진 강편 a 내지 f를 제강하고, 주조하였다. 이 강편을 1250℃로 가열하여 열간 압연 공정에 넣고, 마무리 온도 900℃, 권취 온도 600℃로 하여 두께 3. 2 mm의 열연 강판을 얻었다. 이 열연 강판을 산세정한 후 냉간 압연하여 두께 1.6 mm의 냉연 강판을 얻었다.

상기 냉연 강판을 표 2에 기재된 i 내지 xｖiii의 조건으로 재결정 소둔, 표 3에 나타내는 핫 스탬핑 부재용 강판 1 내지 32를 얻었다. 그 일부로부터 핫 스탬핑 전의 경도 측정용 시험편을 2개 채취하였다. 시험편 채취 위치는 얻은 핫 스탬핑 부재용 강판의 판 폭 방향으로 5 mm 떨어진 위치로 하였다.

표 2 중의 평균 가열 속도 1 (제1 단계) 및 평균 가열 속도 2 (제2 단계)는 각각 실온으로부터 온도 M (℃)까지의 평균 가열 속도 및 온도 M (℃)로부터 온도 S (℃)까지의 평균의 가열 속도를 나타낸다.

이 핫 스탬핑 부재용 강판들을 900℃에 10분간 유지한 후, 도 1에 나타내는 실험용 평판 프레스 금형들 사이에 끼워서 핫 스탬핑하였다. 한 종류의 핫 스탬핑 부재용 강판마다 10장의 핫 스탬핑 처리를 실시하였다. 이 중 1장으로부터, JIS5호의 규정에 따르는 인장 시험편 2개와 경도 측정용 시험편(핫 스탬핑 전과 동일한 요령) 2개를 채취하였다. 그리고 나머지의 9장으로부터, 도 2에 도시하는 피로 시험편을 각 2장, 합계 18장 채취하였다. 채취를 위한 가공 방법은 방전 가공으로 실시하였다.

인장시험을 실시하고, 인장 강도 σ_B를 구하였다(2개의 인장 시험편의 평균값). 한편, 18장의 시험편을 사용하여 평면 굽힘 피로 시험을 실시하고, 1×10⁷회 시간 강도 σ_W의 결정을 실시하였다. 시험의 조건은 응력비-1, 반복 속도 5 Hz이었다.

경도 측정용 시험편은 핫 스탬핑 전후에 모두 냉연 강판의 압연 방향과 평행한 단면을 경면으로 연마한 것이다.

이 시험편들의 표면으로부터 판 두께 방향으로 20㎛ 내부의 경도를, 비커스 경도계(가부시키가이샤 미쓰토요제의 HM－220 D)를 사용하여 측정하였다. 압입 하중은 10 gf, 압입 시간은 15초로 하여, 표면과 평행한 방향의 측정 간격을 0.1 mm로 하여 300점 측정하였다.

2개의 시험편에 대하여 똑같이 측정하고, 합계 600점의 비커스 경도의 데이터로부터 경도의 표준편차를 계산하였다.

표 3에, 강의 부호, 처리 조건, 핫 스탬핑 전의 경도의 표준편차 및 인장 강도 σ_B(2개의 평균값), 강도 σ_W, 피로 한도비 σ_W/σ_B, 및 핫 스탬핑 후의 경도의 표준편차를 나타낸다. 피로 한도비 σ_W/σ_B와 핫 스탬핑 전의 경도의 표준편차의 상관을 도 4에 나타낸다.

핫 스탬핑 후의 강판의 인장 강도 σ_B는 동일 화학 성분의 강판(부호 b)에서는 재결정 소둔 조건에는 거의 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었다. 한편, 피로 특성 (σ_W/σ_B)은 재결정 소둔 조건의 영향을 강하게 받았다.

본 발명의 소둔 조건인 i, iii, iｖ, ｖii, ｖiii, xｖ, 및 xｖiii를 이용한 강판에서는 대체로 1200 내지 1500 MPa의 인장 강도의 범위에 있어서, 상대적으로 높은 피로 특성, 즉, 0.4 이상의 피로 한도비 (σ_W/σ_B)를 얻을 수 있었다. 이것에 대하여, 본 발명의 범위 외의 조건으로 소둔한 강판에서는 얻은 피로 한도비는 0.3 전후로 낮은 수준이었다.

이와 같은 차이는 피로 한도비가 핫 스탬핑 후의 경도의 표준편차와 상관이 있고, 동시에 핫 스탬핑 전의 경도의 표준편차에 명확하게 의존하며, No. 1 내지 6, 8, 9, 12, 13, 16, 17, 20, 21, 및 23 내지 28이 나타내는 바와 같이, 경도의 표준편차가 20 이하인 경우에, 우수한 피로 특성(높은 피로 한도비)을 가진 핫 스탬핑 부재를 얻을 수 있는 것이 분명해졌다.

또한, 핫 스탬핑 전의 경도의 표준편차가 20 이하가 되는 강판을 얻기 위한 재결정 소둔의 조건으로서, 평균 가열 속도 15 내지 25℃/초에 실온에서 온도 M (℃)까지 가열하는 제1 단계와, 계속해서 평균 가열 속도 2 내지 5℃/초로 온도 S (℃)까지 가열하는 제2 단계를 가지며, M이 620 내지 680 (℃), S가 780 내지 820 (℃)인 것이 분명해졌다.

[표 1]

[표 2]

[표 3]

(실시예 2)

표 4에 나타내는 화학 성분을 가진 강편(2a 내지 2h)을 제강하고, 주조하였다. 이 강편들을 실시예 1에서 동일한 조건으로 두께 3.0 mm의 열연 강판을 얻었다. 열연 강판을 산세정한 후, 1.2 mm로 냉간 압연하였다.

그 강판들을 표 2의 i, ix 및 xｖiii의 조건으로 재결정 소둔하여 핫 스탬핑 부재용의 강판을 얻었다.

그 강판들로부터 경도 측정용의 시험편을 실시예 1과 같은 요령으로 채취하였다.

이 핫 스탬핑 부재용 강판들을, 900℃에 5분간 유지한 후, 도 5에 도시하는 모자(hat) 형태로 핫 스탬핑법으로 성형하였다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 모자 머리 부분으로부터, 도 2에 나타내는 피로 시험편 및 JIS5호 인장 시험편을 채취하였다.

이 시험편들을 사용하여, 실시예 1과 동일한 요령으로, 핫 스탬핑 전의 경도의 표준편차 및 핫 스탬핑 후의 강판(부재)의 인장 강도 σ_B (2개의 평균) 및 1×10⁷회 시간 강도 σ_W를 구하였다.

표 5에 그러한 결과를 나타낸다. 피로 한도비 σ_W/σ_B와 핫 스탬핑 전의 경도의 표준편차의 상관을 도 6에 나타낸다.

본 발명의 범위 내인 조건 i 및 xｖiii를 사용하여 재결정 소둔을 실시한 핫 스탬핑 부재용 강판에 있어서는 Mo, W, V, Cu 및 Ni를 함유하는 강판이더라도, 핫 스탬핑 전의 표층의 경도의 편차가, 표준편차로 20 이하이었다. 또한 그것들을 사용하면 피로 한도비가 0.4 이상으로 피로 특성이 우수한 핫 스탬핑 부재를 얻을 수 있는 것이 분명해졌다.

한편, 본 발명의 범위 외인 조건 ix를 사용하여 재결정 소둔한 강판에 있어서는 핫 스탬핑 전의 표층의 경도의 편차가 표준편차로 20 초과이며, 그것들을 이용하여 얻을 수 있는 핫 스탬핑 부재의 피로 한도비는 0.26 내지 0.31로 피로 특성이 떨어지는 것이 밝혀졌다.

[표 4]

[표 5]

(실시예 3)

표 6에 나타내는 화학 성분을 가진 강판(3a 내지 3d)을 제강하여, 주조하였다. 강편을 실시예 1과 동일한 조건으로 두께 2.5 mm의 열연 강판을 얻었다. 열연 강판을 산세정한 후 1.2 mm로 냉간 압연하였다.

이 강판들을 평균 가열 속도 19℃/초로 655℃까지 가열하고, 계속하여 평균 가열 속도 2.5℃로 800℃까지 가열한 후 바로 평균 냉각 속도 6.5℃/초로 냉각하였다. 그리고 670℃의 용융 Al욕(10%의 Si와 불가피한 불순물을 함유)에 침지하고, 5초 후에 꺼내어, 가스 와이퍼에 의하여 부착량을 조정한 후, 실온까지 공랭하였다.

얻은 강판으로부터 실시예 1과 동일한 요령으로 경도 측정용 시험편을 채취하였다. 경도를 측정하기 위하여, Al 도금층 중의 내측의 층(Al과 Fe의 반응층)과 강판의 경계로부터 20㎛ 위치의 경도를 실시예 1과 같은 요령으로 측정하였다. 이 측정시에, Al 도금층(2층의 합계)의 두께 측정도 실시하였다. 두께의 측정 범위는 경도 측정 범위와 마찬가지로 길이를 30 mm로 하여, 측정 간격 5 mm로 7점, 제1 측정면과 제2 측정면의 측정 위치의 합계로 14점 측정하여 그 평균값을 구하였다.

이 강판들을 실시예 2와 같은 요령으로 모자 형태로 핫 스탬핑하였다. 가열 조건은 900℃에서 1분 유지하는 것으로 하였다.

모자 머리 부분으로부터, 도 2에 나타내는 피로 시험편 및 JIS5호 인장 시험편을 채취하였다.

이 시험편들을 사용하여 인장 강도 σ_B(2개의 평균) 및 1×10⁷회 시간 강도 σ_W를 구하였다. 표 7에 그러한 결과를 나타낸다.

어느 실시예에 있어서도 피로 한도비가 0.4 이상인 우수한 핫 스탬핑 부재용 강판을 얻을 수 있었지만, Al 도금층의 두께가 50㎛를 초과하는 No. 57, 62, 67, 및 72에서는 모자 형태의 세로 벽부에 높은 빈도로 골링 현상이 발생하였다. 50㎛ 이하의 예에서는 골링 현상은 전혀 발생하지 않았다. 이에 강판 표면에 Al 도금을 실시하는 경우의 두께의 상한은 50㎛ 이하라고 판단하였다.

[표 6]

[표 7]

(실시예 4)

표 6에 나타내는 화학 성분을 가진 강판(3a 내지 3d)을 제강하고, 주조하였다. 강편을 실시예 1과 동일한 조건으로 두께 2.5 mm의 열연 강판을 얻었다. 이 열연 강판들을 산세정한 후 1.2 mm로 냉간 압연하였다.

이 강판들을, 평균 가열 속도 19℃/초로 655℃까지 가열하고, 이어서 평균 가열 속도 2.5℃에서 800℃까지 가열한 후 바로 평균 냉각 속도 6.5℃/초로 냉각하였다. 또한, 460℃의 용융 Zn욕(0.15%의 Al과 불가피한 불순물을 함유)에 침지하여, 3초 후에 꺼내고, 가스 와이퍼에 의하여, 부착량을 조정한 후, 실온까지 공랭하였다.

얻은 강판으로부터 실시예 1과 같은 요령으로 경도 측정용 시험편을 채취하였다. 경도를 측정하기 위하여, Zn 도금층의 내측의 층(Al과 Fe의 반응층)과 강판의 경계로부터 20㎛ 위치의 경도를 실시예 1과 동일한 요령으로 측정하였다. 이 측정시에, Zn 도금층만의 두께 측정도 실시하였다. 두께의 측정 범위는 경도 측정 범위와 마찬가지로 길이 30 mm로 하여, 측정 간격 5 mm로 7점, 제1 측정면과 제2 측정면의 측정 위치의 합계로 14점 측정하여 그 평균값을 구하였다.

이 강판들을 실시예 2와 동일한 요령으로 모자 형태로 핫 스탬핑하였다. 880℃로 가열하여 5초 유지한 후, 700℃까지 공랭하고, 프레스하였다.

이 시험편들을 사용하여 인장 강도 σ_B(2개의 평균) 및 1×10⁷회 시간 강도 σ_W를 구하였다. 표 8에 그러한 결과를 나타낸다.

어느 실시예에 있어서도 피로 한도비가 0.4 이상인 우수한 핫 스탬핑 부재용 강판을 얻을 수 있었지만, Zn 도금층의 두께가 30㎛를 초과하는 No. 77, 82, 87, 및 92에서는 금형에 높은 빈도로 Zn의 응착이 확인되었다. 30㎛ 이하의 예에서는 Zn의 응착은 전혀 발생하지 않았다. 이에 강판 표면에 Zn 도금을 실시하는 경우의 두께의 상한은 30㎛ 이하라고 판단하였다.

[표 8]

(실시예 5)

표 6에 나타내는 화학 성분을 가진 강판(3a 내지 3d)을 제강하고, 주조하였다. 강편을 실시예 1과 동일한 조건으로 두께 2.5 mm의 열연 강판을 얻었다. 열연 강판을 산세정한 후 1.2 mm로 냉간 압연하였다.

이 강판들을 평균 가열 속도 19℃/초로 655℃까지 가열하고, 이어서 평균 가열 속도 2.5℃로 800℃까지 가열한 후 바로 평균 냉각 속도 6.5℃/초로 냉각하였다. 또한, 460℃의 용융 Zn욕(0.13%의 Al, 0.03%의 Fe 및 불가피한 불순물을 함유)에 침지하여, 3초 후에 꺼내고, 가스 와이퍼에 의하여 부착량을 조정한 후, 480℃로 가열하여 Zn－Fe 합금층을 형성한 후, 실온까지 공랭하였다.

얻은 강판으로부터 실시예 1과 같은 요령으로 경도 측정용 시험편을 채취하였다. 경도를 측정하기 위하여, Zn－Fe 합금층의 최내층(Zn과 Fe의 반응층)과 강판의 경계로부터 20 ㎛ 위치의 경도를 실시예 1과 같은 요령으로 측정하였다. 이 측정시에, Zn－Fe 합금층(4층으로 구성되어 있다)의 합계의 두께 측정도 실시하였다. 이 측정시에 Al 도금층(2층의 합계)의 두께 측정도 실시하였다. 두께의 측정 범위는 경도 측정 범위와 같이 길이로 30 mm로 하고, 측정 간격 5 mm로 7점, 제1 측정면과 제2 측정면의 측정 위치의 합계로 14점 측정하여, 그 평균값을 구하였다.

이 시험편들을 사용하여 인장 강도 σ_B(2개의 평균) 및 1×10⁷회 시간 강도 σ_W를 구하였다. 표 9에 그러한 결과를 나타낸다.

어느 실시예에 있어서도 피로 한도비가 0.4 이상인 우수한 핫 스탬핑 부재용 강판을 얻을 수 있었지만, Zn－Fe 합금층의 두께가 45㎛를 초과하는 No. 97, 102, 107, 및 112에서는 프레스 후의 합금층에 미세한 균열이 발생하였다. 45㎛ 이하의 예에서는 미세한 균열은 전혀 발생하지 않았다. 이에 강판 표면에 Zn－Fe 합금층을 형성하는 경우의 두께의 상한은 45㎛ 이하라고 판단하였다.

[표 9]

　11a 상 금형
　11b 하 금형
　12 강판
　21 피로 균열 진전 영역
　51 시험편 채취 위치

Claims

질량%로,
C: 0.15 내지 0.35%,
Si: 0.01 내지 1.0%,
Mn: 0.3 내지 2.3%, 및
Al: 0.01 내지 0.5%
를 함유하고, 또한
잔부가 Fe 및 불가피한 불순물이며,
이 불순물로서
P: 0.03% 이하,
S: 0.02% 이하, 및
N: 0.1% 이하
로 한정한 화학 성분을 함유하는 강판으로서,
상기 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 20㎛의 위치의 비커스 경도의 표준편차가 20 이하인 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판.
제1항에 있어서, 또한 질량%로,
Cr: 0.01 내지 2.0%,
Ti: 0.001 내지 0.5%,
Nb: 0.001 내지 0.5%,
B: 0.0005 내지 0.01%,
Mo: 0.01 내지 1.0%,
W: 0.01 내지 0.5%,
V: 0.01 내지 0.5%,
Cu: 0.01 내지 1.0% 및
Ni: 0.01 내지 5.0%
로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판.
제1항에 있어서, 상기 강판의 표면에 5㎛ 내지 50㎛의 두께의 Al 도금층, 5㎛ 내지 30㎛의 두께의 Zn 도금층, 또는 5㎛ 내지 45㎛의 두께의 Zn－Fe 합금층 중 어느 하나를 가진 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판.
질량%로,
C: 0.15 내지 0.35%,
Si: 0.01 내지 1.0%,
Mn: 0.3 내지 2.3%, 및
Al: 0.01 내지 0.5%
를 함유하고, 또한
잔부가 Fe, 및 불가피한 불순물이고,
이 불순물로서
P: 0.03% 이하,
S: 0.02% 이하, 및
N: 0.1% 이하로 한정한 화학 성분을 함유하는 강을 열간 압연하고, 그 후 냉간 압연하여 얻어지는 냉연 강판을 재결정 소둔하는 공정에 있어서,
평균 가열 속도 8 내지 25℃/초로 실온으로부터 온도 M(℃)까지 가열하는 제1 단계와,
이어서 평균 가열 속도 1 내지 7℃/초로 온도 S(℃)까지 가열하는 제2 단계를 포함하고,
온도 M(℃)이 600 내지 700(℃), 온도 S(℃)가 720 내지 820 (℃)인 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 강이, 또한 질량%로,
Cr: 0.01 내지 2.0%,
Ti: 0.001 내지 0.5%,
Nb: 0.001 내지 0.5%,
B: 0.0005 내지 0.01%,
Mo: 0.01 내지 1.0%,
W: 0.01 내지 0.5%,
V: 0.01 내지 0.5%,
Cu: 0.01 내지 1.0% 및
Ni: 0.01 내지 5.0%
로부터 선택되는 1종, 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 열간 압연 공정의 열간 압연율이 60 내지 90%이고, 상기 냉간 압연 공정의 냉간 압연 비율이 30 내지 90%인 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 재결정 소둔 공정에 이어서, 상기 강판을 Al욕에 침지하고, 표면에 Al 도금층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 재결정 소둔 공정에 이어서, 상기 강판을 Zn욕에 침지하고, 표면에 Zn 도금층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 재결정 소둔 공정에 이어서, 상기 강판을 Zn욕에 침지하고, 표면에 Zn 도금층을 형성한 후, 추가로 600℃ 이하로 가열하여 상기 표면에 Zn－Fe 합금층을 형성하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬핑 부재용 강판의 제조 방법.