KR20140035034A - 열간 프레스 성형품 제조방법 및 이를 이용한 열간 프레스 성형품 - Google Patents

열간 프레스 성형품 제조방법 및 이를 이용한 열간 프레스 성형품 Download PDF

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KR20140035034A
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Abstract

본 발명은 도금된 열간 프레스 성형용 강재에 대한 열간 프레스 성형품 제조방법에 관한 것으로서, 자동차용 부품 등에 적합하게 사용될 수 있는 열간 프레스 성형품 제조방법 및 이를 이용한 열간 프레스 성형품에 관한 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에서는, 소지강판의 표층부에 비커스 경도 100~350Hv를 갖는 연질층을 포함하도록 함을 특징으로 한다.

Description

열간 프레스 성형품 제조방법 및 이를 이용한 열간 프레스 성형품 {MANUFACTURING METHOD FOR HOT PRESS FORMED PRODUCTS AND HOT PRESS FORMED PRODUCTS USING THE SAME}
본 발명은 도금된 열간 프레스 성형용 강재에 대한 열간 프레스 성형품 제조방법에 관한 것으로서, 자동차용 부품 등에 적합하게 사용될 수 있는 열간 프레스 성형품 제조방법 및 이를 이용한 열간 프레스 성형품에 관한 것이다.
열간 프레스 성형(Hot Press Forming, HPF) 기술은 형상이 복잡한 고강도 부재를 제조하는 방법으로서, 자동차용 부품 등의 제조에 이용되고 있다.
통상, HPF 기술은 900℃ 전ㆍ후의 온도로 강판을 가열한 후, 금형(mold)에서 프레스 가공하는 기술로서, 성형 및 소입 열처리가 동시에 행해진다.
HPF 기술에 사용되는 강판으로는 탄소(C) 및 망간(Mn)의 함량이 높아 소입 강도가 높은 특징을 갖는 것이 바람직하게 사용된다.
또한, 강판에 HPF 기술을 적용할 시, 고온 가열 공정으로부터 강판 표면의 보호 및 내식성의 향상을 위해 아연 도금을 적용할 수 있다.
따라서, 아연 도금을 적용한 열간 프레스 부재는 고강도를 갖고, 복잡한 형상으로의 성형이 가능하고, 이에 더불어 고내식 특성을 보이므로 자동차용 부품으로 각광받고 있다.
그러나, 용융도금 또는 용융합금도금으로 아연 도금을 실시하여 아연계 도금층을 갖도록 제조한 도금 강재를 열간 프레스 성형(HPF)하는 경우, 금형과의 표면마찰이 심한 가공부위에서는 표면 응력에 의해 미세한 균열이 발생하는 문제가 있다. 이와 같이, 발생된 균열의 크기는 수μm 내지 수십μm 정도의 크기이며, 이러한 균열은 아연계 도금층 뿐만 아니라 소지강판의 표면까지 연결되어 형성된다.
따라서, 아연계 도금층을 갖는 도금 강재를 부품으로 HPF 성형할 시 발생되는 미세한 균열은 부품의 내구성을 저해할 소지가 있으므로, 균열 발생을 완전히 제거하거나 최소화할 필요가 있다.
본 발명의 일 측면은, 아연계 도금층을 갖는 열간 프레스용 도금 강재를 이용하여 열간 프레스 성형(HPF) 시, 소지강판 및 도금층의 계면 구조를 최적화시킴으로써 도금층에서 발생되는 미세한 균열(micro crack, 미소크랙)이 소지강판으로 전파되는 것을 저지할 수 있는 열간 프레스 성형품 제조방법과 상기 방법을 이용하여 제조한 열간 프레스 성형품을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 소지강판; 상기 소지강판 표면에 형성된 도금층; 및 상기 소지강판과 도금층의 계면으로부터 소지강판 방향으로 1~50μm 두께로 형성된 연질층을 포함하는 열간 프레스 성형품을 제공한다.
본 발명의 다른 일 측면은, 강 슬라브를 재가열 및 열간압연하여 제조되는 소지강판을 준비하는 단계;
상기 소지강판을 고온에서 유지하는 단계;
상기 소지강판을 도금하여 도금층을 형성한 도금 강재를 제조하는 단계;
상기 도금 강재를 가열로에서 가열하는 단계; 및
상기 가열된 도금 강재를 열간 프레스 성형 및 냉각하는 단계를 포함하고,
상기 고온유지 단계 후 소지강판 표면에서 소지강판 방향으로 평균 두께 1~50μm의 연질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면은, 열간 프레스용 도금 강재를 이용하여 열간 프레스 성형시, 소지강판 표층부의 구조를 연질화시킴으로써 열간 프레스 성형시 금형과의 마찰에 의해 도금층에 형성되는 미소크랙(micro crack)이 소지강판으로 전파되는 것을 저지할 수 있는 열간 프레스 성형품 제조방법과 상기 방법을 이용한 열간 프레스 성형품을 제공할 수 있다.
도 1은 열간 프레스 성형시 사용되는 형상의 일 예를 나타낸 것이다.
도 2a는 상기 도 1의 형상으로 열간 프레스 성형을 실시하는 과정을 나타낸 것이며, 도 2b는 상기 도 2a에 따라 열간 프레스 성형 전ㆍ후의 A 및 B 영역의 냉각속도를 그래프로 나타낸 것이다.
도 3은 상기 도 2a의 A 영역 중 심가공 부위의 단면을 에칭한 후 전자주사현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 발명예 1의 단면을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 비교예 1의 단면을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
본 발명자들은 도금 강재를 이용하여 열간 프레스 성형 공정을 행하는 경우에 있어서, 금형 표면이 강판 표면과 접촉함에 따라 표면 마찰로 인해 가공되는 부위의 도금층에서 미소크랙(micro crack)이 발생되고, 발생된 미소크랙이 소지강판으로까지 전파되는 문제점을 해결하기 위한 방안을 제시한다.
미소크랙(micro crack)은 도금 강재를 열간 프레스 성형시 도금층 표면에서 발생한 마찰력이 도금층에 균열이 발생하는 것으로, 이 균열은 도금층과 소지강판 사이의 계면을 지나 소지강판까지 전파된다. 즉, 도금층에서 시작한 균열이 계면에서 분산되지 못하거나 소지강판 표면에서 흡수되지 못할 경우, 소지강판 방향으로 10μm 또는 그 이상으로 전파하게 된다.
보다 구체적으로, 도금 강재를 열간 프레스 성형(HPF)시 도금층에 미소크랙(micro crack)이 발생되는 메카니즘은 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명할 수 있다.
열간 프레스 성형시 일 예로 도 1의 형상을 이용하는 경우, 가열로에서 가열된 도금 강재를 도 2a와 같은 금형 내에 도금 강재를 위치시킬 수 있다. 이와 같이, 금형 내부에 도금 강재를 위치시킬 시, 도 2a에 나타낸 바와 같이 HPF 적용 전의 A 영역은 상온상태인 금형의 영향을 받아 냉각이 진행되고 있는 상태이며, B 영역은 A 영역에 비해 상대적으로 금형과 분리되어 있는 상태이므로 냉각 진행이 A 영역에 비해 더디게 진행된다. 즉, 금형 내에 위치시킨 도금 강재는 금형 내에 위치된 영역별로 서로 다르게 냉각이 진행된다. 특히, A 영역 중에서도 중심부에 비해 표층부가 금형과 거의 밀접하게 위치되어 있어 영향을 더 많이 받는다.
이러한 도금 강재에 HPF를 적용하게 되면, A 영역과 B 영역의 냉각패턴이 달라지게 된다. 즉, A 영역은 HPF 적용 전 금형 온도의 영향으로 이미 냉각이 진행된 상태이므로 HPF 적용시점의 온도가 B 영역에 비해 낮으며, 이는 도 2b의 A 영역의 그래프를 통해 확인할 수 있다. 또한, 가공이 시작되면 상태도에서 페라이트 영역이 확대되므로 가공 변형이 시작될 때 A 영역 소지강판의 표층부에 초기 오스테나이트(prior austenite) 입계면을 따라 연한 페라이트상이 부분적으로 형성되며, 가공에 의해 A 영역의 도금층에 형성된 미소크랙(micro crack)은 상기 페라이트상이 형성된 부위를 따라 전파하게 된다 (도 2b의 A 영역 단면 관찰 결과 참조).
즉, A 영역 중 cut direction 방향에 속하는 부위는 성형시 가공이 심하게 받는 심가공(deep drawing) 부위로서, 이 부위는 가공도가 심하고 금형과의 표면 마찰이 크기 때문에 A 영역의 도금층 표면에는 미세한 크랙(micro crack; 미소크랙)이 발생하게 된다. 이때, A 영역의 도금층에서 발생된 미소크랙은 소지강판으로까지 전파되는데, 이때 소지강판 표층부에서 부분적으로 연질의 페라이트상이 형성되기 때문에 미소크랙이 쉽게 소지강판 내부로 전파하게 된다. 그러나 B 영역의 경우에는 소비강판 표층부가 전체 마르텐사이트 조직으로 형성되어 있어 미소크랙이 소지강판 표층부에 도달하였을 때 이를 차단할 수 있다 (도 2b의 B 영역 단면 관찰 결과 참조).
본 발명자들은 상기 미소크랙의 전파 현상을 분석하기 위해, 열간 프레스 성형 후 A 영역의 심가공 부위의 단면을 에칭하여 전자주사현미경(SEM)으로 관찰하였다.
그 결과, 도 3에 보이는 바와 같이 A 영역의 심가공 부위의 초기 오스테나이트 입계면을 따라 페라이트가 형성되고, 페라이트가 형성된 입계면은 입내의 마르텐사이트에 비해 기계적 강도가 약하므로 도금층에서 발생된 미세한 크랙의 응력이 소지강판으로 집중될 때 입계면을 따라 미소크랙이 발달함을 알 수 있다. 즉, 미소크랙은 열간 프레스 성형에 의해 마르텐사이트로 변태가 일어나기 전 오스테나이트 입계를 따라 형성되는 것으로 확인할 수 있다.
이에, 본 발명자들은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 도금 강재를 성형하기에 앞서, 도금층 직하의 소지강판 표층부의 조직을 단일상으로 형성시킨다면 도금층으로부터 전파되는 크랙의 응력을 흡수할 수 있을 것으로 판단하였으며, 이를 위해 강재의 제조조건을 제어하여야 함을 인지하고 본 발명에 이르게 되었다.
이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
[열간 프레스 성형품 제조방법]
먼저, 본 발명의 일 측면인 열간 프레스 성형품의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 열간 프레스 성형품 제조방법은, 강 슬라브를 재가열 및 열간압연하여 제조한 소지강판을 고온에서 유지한 후 도금하여 도금층을 형성하고, 이를 가열로에서 가열한 후, 열간 프레스 성형 및 냉각하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 열간 프레스 성형품 제조방법에 적용되는 소지강판은 특별히 한정되지는 않으며, 일반적인 열간 프레스 성형에 적용되는 강판이면 충분하다.
예컨대, 탄소(C): 0.19~0.30 중량%, 망간(Mn): 0.5~4.0중량%로 포함하고, 실리콘(Si), 보론(B) 등의 원소를 추가적으로 함유하며, 열간 프레스 성형 후 1300MPa 이상의 소재 강도 등의 물성을 얻을 수 있는 적절한 성분계를 갖는 강재가 사용될 수 있으며, C의 함량이 0.01~0.10 중량%인 강재를 열간 프레스 적용 후 500~800MPa 정도의 소재 강도를 갖는 소재에 대해서도 적용 가능하다.
상기 소지강판은 상술한 바와 같은 성분계를 갖는 강 슬라브를 재가열 및 열간압연하여 제조됨이 바람직하며, 이에 의해 제조된 소지강판을 도금 강판으로 제조하기 전 고온에서 일정시간 동안 유지시킴이 바람직하다.
상기 고온에서 유지하는 것은 통상의 권취 후 600~800℃로 가열하여 유지시키거나, 권취온도를 700~850℃로 설정하여 고온 권취함으로써 실시될 수 있다. 상기 권취 후 가열하여 유지하는 경우에는 10분~2시간 동안 유지함이 바람직하다.
본 발명은 소지강판에 상기와 같은 고온유지를 실시함으로써 소지강판 표층부에 평균 두께 1~50μm의 연질층을 형성시킬 수 있다. 이때, 소지강판 표층부의 연질층은 이후의 도금 강재로 제조한 후 이를 열간 프레스 성형시 도금층으로부터 확산 되어오는 미소크랙의 전파를 차단하는 역할을 한다.
상술한 소지강판 표층부에 연질층이 형성되는 것은 다음과 같은 원리로 설명될 수 있다.
재가열 및 열간압연하여 제조된 소지강판을 고온에서 장시간 유지하거나, 고온에서 권취를 실시하게 되면, 공기 중의 산소가 상기 소지강판 표층부로 침입하게 되며, 이로 인해 소지강판 표층부에서 탈탄(decarbonization) 현상이 일어나 소지강판 표층부의 C 농도가 감소된다. 이와 같이, 소지강판 표층부의 C 농도가 감소함에 따라 소지강판 표층부의 1~50μm 두께에 해당하는 부분의 경도값이 100~350Hv로 낮아져 상대적으로 연성을 갖는 연질층이 형성된다.
보다 상세히 설명하면, 열연공정시의 탈탄속도는 온도에 크게 의존하게 되는데, 열간압연 마무리 온도에서 권취에 이르기까지 고온에서 유지되는 시간이 길어지게 되면 유지시간 동안 탈탄 현상이 일어나게 되므로 C 농도가 감소된 층이 크게 발달하게 된다.
이때, 형성되는 연질층의 평균 두께가 1μm 미만일 경우에는 미소크랙의 전파를 차단하는 효과가 떨어지고, 반면 50μm를 초과하여 너무 두꺼우면 강판 전체의 재질에 영향을 미칠 수 있으므로, 형성되는 연질층의 두께를 1~50μm로 제한함이 바람직하다.
상기와 같은 원리에 의해 형성된 연질층은 미세조직으로 페라이트를 포함함이 바람직하다. 통상의 소지강판은 열간 프레스 성형 후에 마르텐사이트로 구성되어 있는 반면, 본 발명에 의한 연질층은 페라이트를 90% 이상으로 포함하고, 보다 바람직하게는 페라이트 단상조직을 포함함이 바람직하다.
본 발명에 의해 소지강판 표층부에 형성된 연질층은 이후의 열간 프레스 성형시 도금층에서 발생되는 미소크랙(micro crack)이 소지강판으로 전파되는 것을 차단하는 역할을 한다. 즉, 도금층에서 발생된 미소크랙(micro crack)이 소지강판 방향으로 전파하여 소지강판 표층부에 도달하게 되면, 소지강판 표층부의 표면 조직이 충분히 변형되어 형성된 연질층 전체에서 크랙의 응력이 흡수됨으로 연질층 아래의 소지강판 내부로의 크랙 전파를 차단시킬 수 있다.
종래의 경우에는 소지강판 표층부 상에 초기 오스테나이트 입계면을 따라 페라이트가 형성되기 때문에 도금층으로부터 전해오는 미소크랙의 응력이 페라이트로 집중되어 이를 따라 미소크랙이 발달하는 문제가 있었으나, 본 발명에서는 소지강판 표층부 전체를 90% 이상의 페라이트를 포함하는 연질층으로 형성시킴으로써 미소크랙의 응력을 전체적으로 분산시킬 수 있으며, 이로 인해 소지강판 내로 미소크랙이 전파되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
상술한 바와 같이 소지강판 표층부에 연질층을 형성하기 위해서 권취 후 유지온도 및 시간을 제어하거나, 권취온도를 제어할 수 있다.
권취 후 유지시 유지온도가 600℃ 미만이거나 유지시간이 10분 미만으로 실시될 경우 페라이트를 포함하는 연질층의 발달을 기대하기 어려우며, 반면 800℃를 초과하거나 유지시간이 2시간을 초과하여 실시될 경우에는 탈탄이 지나치게 진행되어 연질층이 과도하게 형성되어 향후 열간 프레스를 실시하더라도 충분한 강도를 확보하기 어렵게 된다.
본 발명에서 권취온도는 상향될수록 고온에서 유지되는 시간이 길어져 충분한 탈탄 현상을 유도할 수 있어 효과적으로 연질층을 확보할 수 있다. 다만, 950℃를 초과하여 과도하게 높으면 소지강판 표면에 산화 스케일의 발생이 심화되어 표면결함이 나타날 우려가 있으므로, 권취온도의 상한을 950℃로 제한함이 바람직하다. 또한, 권취온도가 700℃ 미만이면 탈탄 현상이 충분히 이루어지지 못하여 충분한 두께의 연질층의 확보가 어려우므로 최소 700℃ 이상에서는 권취가 실시되어야 한다.
상기 표층부에 연질층이 형성된 소지강판을 열간 프레스 성형품으로 적용하기에 앞서, 상기 소지강판을 도금하여 도금 강재로 제조함이 바람직하며, 상기 도금 강판은 아연계 도금 강재이고, 도금 방법은 용융도금, 합금화 용융도금 또는 전기도금 등의 방법으로 제조될 수 있으며, 특별히 한정하는 것은 아니다.
도금 후 형성된 도금층은 용융아연 도금층 또는 용융아연합금 도금층일 수 이 있다.
이때, 도금층은 소지강판과의 합금화를 위해 두께를 제어할 필요가 있으며, 바람직하게 5~15μm 두께로 형성시킴이 바람직하다. 도금층의 두께가 5μm 미만일 경우에는 열간 프레스 성형시 도금층이 열적으로 열화될 우려가 있으며, 15μm를 초과할 경우에는 열간 프레스 성형시 소지강판과의 합금화가 더디게 일어남에 따라 성형 중 도금층이 녹아 표면 불균일을 유발할 수 있다.
상기의 준비된 도금 강재를 열간 프레스 성형하기에 앞서, 가열로에서 가열하는 단계를 실시할 수 있다.
이때, 가열 조건은 880~950℃에서 5~40분간 수행함이 바람직하다. 즉, 880~950℃로 가열된 가열로에 상기 도금 강재를 장입한 후 5~40분간 가열을 실시할 수 있으며, 이때 가열된 도금 강재의 표면온도가 880~950℃에 도달한 후에는 1~35분간 유지함이 바람직하다.
가열 온도가 880℃ 미만이거나 전체 가열 시간이 5분 미만일 경우에는 재질의 소둔 효과가 불충분하여 재질의 연화가 우려되며, 이에 반면 가열 온도가 950℃를 초과하거나 전체 가열 시간이 40분을 초과할 경우에는 강판의 강도 저하가 우려된다. 또한, 강재의 표면온도가 목표온도에 도달한 후 유지되는 시간이 1분 미만이면 열간 프레스 성형 후에 재질의 불균일이 발생하여 제품이 취성을 가질 우려가 있으며, 반면 유지되는 시간이 35분을 초과하게 되면 도금층 내 Zn 함량이 10% 이하로 저하되면서 내식성이 크게 저하될 우려가 있다.
상술한 조건으로 가열을 행할 경우, 도금 강재의 충분한 강도 및 굽힘성을 갖도록 할 수 있을 뿐만 아니라, 소지강판 표층부에서의 탈탄 효과도 유도할 수 있다. 이러할 경우, 상기에서 소지강판을 고온에서 유지함으로써 형성시킨 연질층의 두께를 보다 두껍게 형성시킬 수 있으며, 고온유지를 실시하지 않더라도 상기 가열에 의해서도 최소 1μm의 연질층을 형성시킬 수 있다.
상기와 같이 가열을 완료한 후 도금 강재를 열간 프레스 성형하고, 냉각할 수 있다.
이때, 상기 열간 프레스 성형 및 냉각 수행은 통상의 열간 프레스 성형 방법에 의하면 충분하므로, 본 발명에서는 이를 한정하지 않는다.
[열간 프레스 성형품]
이하, 본 발명의 또 다른 일 측면인 열간 프레스 성형품에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 열간 프레스 성형품은 소지강판; 상기 소지강판 표면에 형성된 도금층; 및 상기 소지강판과 도금층의 계면으로부터 소지강판 방향으로 형성된 연질층을 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 열간 프레스 성형품은 소지강판 표층부에 연질층을 가짐으로써, 최종 성형 후에 도금층에 발생된 미소크랙(micro crack)이 소지강판 내부로 전파되는 것을 억제할 수 있다.
즉, 종래의 도금 강재를 열간 프레스 성형할 경우에는 금형과의 마찰에 의해 도금층에 형성된 미소크랙(micro crack)이 소지강판으로까지 전파되었으나, 본 발명에서는 소지강판과 도금층의 계면으로부터 소지강판 방향으로 1~50μm 두께의 연질층을 형성시킴으로써 미소크랙의 소지강판 내부로의 전파를 저지할 수 있는 것이다.
이를 위해, 상기 연질층의 미세조직은 90% 이상의 페라이트, 보다 바람직하게는 페라이트 단상조직을 포함하며, 또한 상기 연질층은 100~350Hv의 경도값을 갖는 것이 바람직하다.
상기 도금 강재는 소지강판 상부에 아연계 도금층을 포함하는 구조로서, 상기 도금층은 용융아연 도금층 또는 용융아연합금 도금층일 수 있으며, 이때 도금층은 5~15μm의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 상기 도금 강재는 상기 소지강판과 도금층 사이에는 Al과 Fe을 주로하는 평균 두께 0.01~0.10μm의 금속간 화합물층을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속간 화합물층은 상기에 의해 소지강판 표층부에 형성된 연질층의 상부에 위치하게 된다.
상기 금속간 화합물층을 이루는 결정입자는 95% 이상이 직경 500nm 이하로 구성되어 있다. 따라서, 일반적인 아연계 도금층에 비해 미세한 입자가 연속적으로 형성된 형태를 갖는다. 금속간 화합물층의 입자가 미세하면 미세할수록 이후의 열간 프레스 성형을 위해 도금 강재를 가열할 시 소지강판의 Fe가 도금층 내로 신속하고 균일하게 확산되어 도금층의 내열성을 향상시키고, 열간 프레스 성형시 액상취화 현상으로 알려진 가공균열의 발생을 억제할 수 있다.
상기 금속간 화합물의 결정입자의 입도를 제어하는 방법으로는, 소지강판을 도금하기 전 강판이 가열되는 온도를 700℃ 이하로 제어하거나, 도금 전 Ni 등의 특정 금속을 강판 표면에 확산시킴으로써 금속간 화합물층의 생성속도를 느리게 하여 결정입자를 작고 미세하게 성장시키는 방법이 적용될 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
( 실시예 )
본 발명의 실시를 위해 하기 표 1에 나타낸 성분조성(중량%)을 갖는 강 슬라브를 이용하여 하기 표 2에 나타낸 조건으로 권취하여 소지강판을 제조하였다. 이후, 상기 소지강판에 고온유지를 실시 또는 미실시한 후 각 소지강판의 한쪽 표면에 용융아연도금을 실시하여 도금 강재를 제조하였다. 이후, 이 도금 강재를 880~950℃에서 5~40분간 가열한 후, 도 1에 나타낸 형상을 이용하여 열간 프레스 성형을 수행하였으며, 이는 가열로에서의 가열을 완료한 후 12초 이내에 완료되도록 실시하였다.
하기 표 1에서 강 1은 열간 프레스 성형 후 인장강도 1500MPa 이상의 고강도를 갖는 강재이며, 강 2는 열간 프레스 성형 후 인장강도 500~800MPs 정도의 강도를 갖는 강재이다.
이후, 형성된 연질층의 두께 및 소지 강판 내부로 형성된 미소크랙(micro crack)의 최대 깊이를 측정하여 하기 표 2에 함께 나타내었다.
강종 C Si Mn Sol.Al B Ti Cr N
강 1 0.23 0.25 1.25 0.03 0.0026 0.031 0.20 0.0044
강 2 0.07 0.20 0.80 0.04 0.0004 0.002 0.02 0.0034
구분 강종 권취
온도
(℃)		 권취 후 유지
(℃/h)		 도금 두께
(μm)		 조대한 금속간 화합물층
입자비율 (%)		 가열
온도
(℃)		 가열
시간
(min)		 연질층
두께
(μm)		 연질층 경도
(Hv)		 미소크랙 최대깊이
(μm)
발명예1 강 1 680 - 7 2 930 30 25 205 -
발명예2 강 2 680 - 8 1 900 15 3 170 5
발명예3 강 1 680 800/1h 12 2 940 6 32 180 -
발명예4 강 1 680 800/1h 7 3 900 5 42 175 -
발명예5 강 1 780 - 7 2 900 5 1.5 340 7
비교예1 강 1 620 - 7 12 900 4 - - 21
비교예2 강 1 680 - 8 24 930 5 - - 30
비교예3 강 1 680 - 7 12 910 8 - - 45
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 가열로에서의 가열시 전체 가열 시간을 10분 이상으로 실시한 경우(발명예 1 및 2), 권취된 소지강판을 고온에서 유지시킨 경우(발명예 3 및 4) 및 권취온도를 780℃로 높게 설정한 경우(발명예 5)에는 모두 소지강판의 표층부에 1μm 이상의 연질층이 형성되었으며, 상기 연질층의 형성으로 인해 도금층에서 발생된 미소크랙(micro crack)의 소지강판으로의 전파가 억제되거나, 전파되더라도 그 깊이가 현저하게 저지됨을 확인할 수 있다.
이 중, 통상의 온도로 권취 후 800℃에서 유지시킨 경우에는 연질층의 두께가 30μm 이상으로 형성되었으며, 이로 인해서 미소크랙의 전파를 매우 효과적으로 억제함을 확인할 수 있다.
이에 반면, 본 발명에서 제안하는 바를 모두 만족하지 않는 비교예 1 내지 3의 경우에는 소지강판으로의 미소크랙 전파를 전혀 저지하지 못함을 확인할 수 있다.
또한, 상기 각각의 도금 강재들을 열간 프레스 성형하기 전, 소지강판의 도금층만을 용해한 후 금속간 화합물층의 표면을 전자주사현미경(SEM)으로 3만배 배율로 촬영하여 관찰하였다. 이후, 상기 촬영된 이미지를 이미지 어널라이져로 분석하여 금속간 화합물의 입도를 분석하였다.
측정 결과, 발명예들의 경우 금속간 화합물의 평균 두께가 0.1μm 이고, 입자 크기가 500nm 미만인 입자들이 97% 이상 점유하고 있음을 확인하였다. 이에 반면, 비교예들의 경우에는 500nm 이상의 크기를 갖는 조대한 입자들이 10% 이상 포함되어 금속간 화합물을 이루고 있음을 확인하였다.
그리고, 상기 표 2에서 발명예 1 및 비교예 1의 단면 형상을 전자주사현미경(SEM)으로 관찰하여 도 4 및 5에 나타내었다.
도 4 및 도 5에 보이는 바와 같이, 발명예 1의 경우(도 4)에는 소지강판의 표층부에 연질층이 충분히 형성됨에 따라 미소크랙(micro crack)의 도금층에서 소지강판으로의 전파를 효과적으로 저지함을 확인할 수 있는 반면, 비교예 1의 경우(도 5)에는 소지강판의 표층부에서 미소크랙의 응력을 흡수하지 못하여 소지강판의 내부로까지 깊게 미소크랙이 전파됨을 확인할 수 있다.

Claims (9)

  1. 소지강판;
    상기 소지강판 표면에 형성된 도금층; 및
    상기 소지강판과 도금층의 계면으로부터 소지강판 방향으로 1~50μm 두께로 형성된 연질층을 포함하는 열간 프레스 성형품.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 연질층의 미세조직은 90% 이상의 페라이트를 포함하고, 상기 연질층의 경도값은 100~350Hv인 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 연질층의 미세조직은 페라이트 단상조직인 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 도금 강재는 소지강판과 도금층 계면에 금속간 화합물층을 포함하는 열간 프레스 성형품.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 도금층은 용융아연 도금층 또는 용융아연합금 도금층인 열간 프레스 성형품.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 도금층은 평균 두께가 5~15μm인 열간 프레스 성형품.
  7. 강 슬라브를 재가열 및 열간압연하여 제조되는 소지강판을 준비하는 단계;
    상기 소지강판을 고온에서 유지하는 단계;
    상기 소지강판을 도금하여 도금층을 형성한 도금 강재를 제조하는 단계;
    상기 도금 강재를 가열로에서 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 도금 강재를 열간 프레스 성형 및 냉각하는 단계를 포함하고,
    상기 고온유지 단계 후 소지강판 표면에서 소지강판 방향으로 평균 두께 1~50μm의 연질층이 형성되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 고온에서 유지하는 단계는 상기 소지강판을 권취 후 600~800℃로 가열하여 유지하거나, 700~850℃에서의 고온 권취에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 가열 단계는 880~950℃에서 5~40분간 실시하고, 상기 도금 강재의 표면온도가 상기 온도에 도달한 후 1~35분간 유지하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 성형품 제조방법.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107109573A (zh) * 2015-01-09 2017-08-29 株式会社神户制钢所 镀覆性、加工性及耐延迟断裂特性优异的高强度钢板及其制造方法
CN112334590A (zh) * 2018-06-18 2021-02-05 蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司 用于热成形的分离层
JPWO2021191955A1 (ko) * 2020-03-23 2021-09-30
WO2021191961A1 (ja) * 2020-03-23 2021-09-30 日本製鉄株式会社 ホットスタンプ成形体

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107109573A (zh) * 2015-01-09 2017-08-29 株式会社神户制钢所 镀覆性、加工性及耐延迟断裂特性优异的高强度钢板及其制造方法
CN112334590A (zh) * 2018-06-18 2021-02-05 蒂森克虏伯钢铁欧洲股份公司 用于热成形的分离层
JPWO2021191955A1 (ko) * 2020-03-23 2021-09-30
WO2021191961A1 (ja) * 2020-03-23 2021-09-30 日本製鉄株式会社 ホットスタンプ成形体
WO2021191955A1 (ja) * 2020-03-23 2021-09-30 日本製鉄株式会社 ホットスタンプ成形体
JPWO2021191961A1 (ko) * 2020-03-23 2021-09-30
CN114981467A (zh) * 2020-03-23 2022-08-30 日本制铁株式会社 热冲压成型体
CN115066516A (zh) * 2020-03-23 2022-09-16 日本制铁株式会社 热冲压成型体
CN114981467B (zh) * 2020-03-23 2023-10-31 日本制铁株式会社 热冲压成型体

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