KR20140084334A

KR20140084334A - 열간 프레스용 강판 및 그것을 사용한 열간 프레스 부재의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140084334A
Application number: KR1020147015264A
Authority: KR
Inventors: 다츠야 미요시; 세이지 나카지마; 히로키 나카마루
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2011-06-07
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2014-07-04
Also published as: EP2719796A1; KR20140002802A; EP2719796A4; CN105908226A; RU2591905C2; US20140120365A1; CN103597117A; WO2012169389A1; MX344422B; AU2012268278B2; RU2013158293A; MX2013014294A; MY154406A; CN103597117B; KR101789366B1; AU2012268278A1; EP2719796B1; CN105908226B; TW201309854A; CA2836119C

Abstract

열간 프레스시에 스케일이나 ZnO 의 생성을 억제 가능하고 내산화성이 우수함과 함께, 냉간 프레스성도 우수한 열간 프레스용 강판 및 그것을 사용한 열간 프레스 부재의 제조 방법을 제공한다. 강판 표면에, 순서대로 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층과, 고형 윤활제를 함유하는 윤활층을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.

Description

열간 프레스용 강판 및 그것을 사용한 열간 프레스 부재의 제조 방법{STEEL SHEET FOR HOT PRESSING AND PROCESS FOR MANUFACTURING HOT PRESSED MEMBER USING THE STEEL SHEET}

본 발명은, 자동차의 서스펜션 부재나 차체 구조 부재 등을 열간 프레스로 제조하는 데에 적합한 열간 프레스용 강판 및 그것을 사용한 열간 프레스 부재의 제조 방법에 관한 것이다.

종래부터, 자동차의 서스펜션 부재나 차체 구조 부재 등이 대부분은, 소정의 강도를 갖는 강판을 프레스 가공하여 제조되고 있다. 최근, 지구 환경의 보전이라는 관점에서, 자동차 차체의 경량화가 열망되어, 사용하는 강판을 고강도화하고, 그 판두께를 저감시키는 노력이 계속되고 있다. 그러나, 강판의 고강도화에 수반하여 그 프레스 가공성이 저하되기 때문에, 강판을 원하는 부재 형상으로 가공하는 것이 곤란해지는 경우가 많아지고 있다.

그 때문에, 특허문헌 1 에는, 다이와 펀치로 이루어지는 금형을 사용하여 가열된 강판을 가공함과 동시에 급랭시킴으로써 가공의 용이화와 고강도화의 양립을 가능하게 한 열간 프레스라 불리는 가공 기술이 제안되어 있다. 그러나, 이 열간 프레스에서는, 열간 프레스 전에 강판을 950 ℃ 전후의 높은 온도로 가열하기 때문에, 강판 표면에는 스케일 (철산화물) 이 생성되고, 그 스케일이 열간 프레스시에 박리되어, 금형을 손상시키거나, 또는 열간 프레스 후의 부재 표면을 손상시킨다는 문제가 있다. 또, 부재 표면에 남은 스케일은, 외관 불량이나 도장 밀착성의 저하의 원인이 되기도 한다. 이 때문에, 통상적으로는 산세나 쇼트 블라스트 등의 처리를 실시하여 부재 표면의 스케일은 제거되지만, 이것은 제조 공정을 복잡하게 하여, 생산성의 저하를 초래한다. 또한, 자동차의 서스펜션 부재나 차체 구조 부재 등에는 우수한 내식성도 필요하게 되는데, 상기 서술한 바와 같은 공정에 의해 제조된 열간 프레스 부재에서는 도금층 등의 방청 피막이 형성되어 있지 않기 때문에, 내식성이 매우 불충분하다.

이와 같은 점에서, 열간 프레스 전의 가열시에 스케일의 생성을 억제함과 함께, 열간 프레스 후의 부재의 내식성을 향상시키는 것이 가능한 열간 프레스 기술이 요망되고, 표면에 도금층 등의 피막을 형성한 강판이나 그것을 사용한 열간 프레스 방법이 제안되어 있다. 예를 들어, 특허문헌 2 에는, Zn 또는 Zn 베이스 합금으로 피복된 강판을 열간 프레스하여, Zn-Fe 베이스 화합물 또는 Zn-Fe-Al 베이스 화합물을 표면에 형성한 내식성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조 방법이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 3 에는, 합금화 용융 Zn 도금 강판을 700 ∼ 1000 ℃ 에서 2 ∼ 20 분 가열한 후 열간 프레스를 실시하여, Fe-Zn 고용상을 함유하는 도금층을 표면에 형성한 가공성, 용접성, 내식성이 우수한 열간 프레스 성형품 (부재) 이 개시되어 있다.

영국 특허공보 제1490535호 일본 특허공보 제3663145호 일본 특허공보 제4039548호

그러나, 특허문헌 2 에 기재된 방법으로 제조된 열간 프레스 부재에서는, 스케일의 생성에서 기인하는 외관 불량이나 도장 밀착성 저하를 일으켜, ZnO 의 생성에서 기인하는 내식성 열화를 초래하는 경우가 있다. 또, 특허문헌 2 나 3 에 기재된 열간 프레스 부재에서는, 화성 처리 피막이나 전착 도막이 형성되지 않은 부위에서 일어나기 쉬운 천공 부식에 대한 내식성 (이후, 천공 내식성이라고 한다) 이 떨어진다는 문제가 있다.

또, 최근에는, 열간 프레스 전에 냉간 프레스를 가하여 원하는 형상으로 가공하는 열간 프레스 기술도 검토되고 있어, 냉간 프레스성이 우수한 열간 프레스용 강판에 대한 요망도 높아지고 있다.

본 발명의 하나의 목적은, 열간 프레스시에 스케일이나 ZnO 의 생성을 억제 가능하고 내산화성이 우수함과 함께, 냉간 프레스성도 우수한 열간 프레스용 강판 및 그것을 사용한 열간 프레스 부재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 또 하나의 목적은, 열간 프레스 후의 천공 내식성이 우수함과 함께, 냉간 프레스성도 우수한 열간 프레스용 강판 및 그것을 사용한 열간 프레스 부재의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명자들은, 상기의 목적으로 하는 열간 프레스용 강판에 대해 예의 검토를 실시한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

ⅰ) 스케일의 생성은, 도금층의 결함부나, 열간 프레스에 의해 가열시에 형성된 Zn-Fe 금속 화합물을 기점으로 발생한 크랙과 같은 국소적인 부위에서 일어나기 쉽다.

ⅱ) 스케일이나 ZnO 의 생성은, 융점이 700 ℃ 미만의 낮은 Zn 계 도금층에서 일어나기 쉽다.

ⅲ) 스케일이나 ZnO 의 생성을 억제하려면, 융점이 높은 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층으로 하는 것이 효과적이다.

ⅳ) 우수한 냉간 프레스성을 부여하려면, 도금층 상에, 고형 윤활제를 함유하는 윤활층을 형성하는 것이 효과적이다.

ⅴ) 특허문헌 2 나 3 에 기재된 Zn 또는 Zn 베이스 합금 도금층을 형성한 강판을 사용하여 제조한 열간 프레스 부재가 천공 내식성이 떨어지는 원인은, 열간 프레스 전의 가열시에 도금층의 Zn 이, 하지 (下地) 강판으로 확산되어 Fe-Zn 고용상 중에 도입되거나, 도금층 표면에 있어서 다량의 산화아연을 형성하기 때문에, Zn 이 본래 갖는 희생 방식 효과가 현저하게 저하된 것에 따른 것이다.

ⅵ) 도금층의 Zn 이 하지 강판으로 확산되는 것을 억제하려면, 강판 표면에 60 질량％ 이상의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층 I 을 형성하는 것이, 또, 도금층 표면에 있어서의 다량의 산화아연 형성을 억제하려면, 이 도금층 I 상에, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층 Ⅱ 를 형성하는 것이 효과적이다.

ⅶ) 우수한 냉간 프레스성을 부여하려면, 도금층 Ⅱ 상에, 고형 윤활제를 함유하는 윤활층을 형성하는 것이 효과적이다.

본 발명은, 이와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 강판 표면에, 순서대로 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층과, 고형 윤활제를 함유하는 윤활층을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판을 제공한다.

본 발명의 열간 프레스용 강판에서는, 도금층과 윤활층 사이에, 추가로 Si 함유 화합물층, Ti 함유 화합물층, Al 함유 화합물층, Zr 함유 화합물층 중에서 선택된 적어도 1 종의 화합물층을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명은, 또, 강판 표면에, 순서대로 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층과, 고형 윤활제를 함유하고, Si 함유 화합물층, Ti 함유 화합물층, Al 함유 화합물층, Zr 함유 화합물층 중에서 선택된 적어도 1 종의 화합물층을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판을 제공한다.

본 발명의 열간 프레스용 강판에 있어서의 도금층의 하지 강판으로는, 질량％ 로, C : 0.15 ∼ 0.5 ％, Si : 0.05 ∼ 2.0 ％, Mn : 0.5 ∼ 3 ％, P : 0.1 ％ 이하, S : 0.05 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, N : 0.01 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 강판을 사용할 수 있다. 이 하지 강판에는, 추가로 질량％ 로, Cr : 0.01 ∼ 1 ％, Ti : 0.2 ％ 이하, B : 0.0005 ∼ 0.08 ％ 중에서 선택된 적어도 1 종이나 Sb : 0.003 ∼ 0.03 ％ 가, 개별적으로 또는 동시에 함유되는 것이 바람직하다.

본 발명은, 또한 상기와 같은 열간 프레스용 강판을, 냉간 프레스 후, Ac₃ 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열 후, 열간 프레스하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 부재의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은, 또, 강판 표면에, 순서대로 60 질량％ 이상의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 0.01 ∼ 5 g/㎡ 인 도금층 I 과, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층 Ⅱ 와, 고형 윤활제를 함유하는 윤활층을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판을 제공한다.

본 발명의 열간 프레스용 강판에서는, 도금층 Ⅱ 와 윤활층 사이에, 추가로 Si 함유 화합물층, Ti 함유 화합물층, Al 함유 화합물층, Zr 함유 화합물층 중에서 선택된 적어도 1 종의 화합물층을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명은, 또, 강판 표면에, 순서대로 60 질량％ 이상의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 0.01 ∼ 5 g/㎡ 인 도금층 I 과, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층 Ⅱ 와, 고형 윤활제를 함유하고, Si 함유 화합물층, Ti 함유 화합물층, Al 함유 화합물층, Zr 함유 화합물층 중에서 선택된 적어도 1 종의 화합물층을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판을 제공한다.

본 발명은, 또한 상기와 같은 열간 프레스용 강판을, 냉간 프레스 후, Ac₃ 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열하고, 열간 프레스하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 부재의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 열간 프레스용 부재의 제조 방법에서는, Ac₃ 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열할 때, 또한 100 ℃/s 이상의 평균 승온 속도로 가열하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의해, 열간 프레스시에 스케일이나 ZnO 의 생성을 억제 가능하고 내산화성이 우수함과 함께, 냉간 프레스성도 우수한 열간 프레스용 강판을 제조할 수 있게 되었다. 또, 본 발명에 의해, 열간 프레스 후의 천공 내식성이 우수함과 함께, 냉간 프레스성도 우수한 열간 프레스용 강판을 제조할 수 있게 되었다. 본 발명인 열간 프레스용 강판을 사용하여, 본 발명인 열간 프레스 부재의 제조 방법으로 제조한 열간 프레스 부재는, 외관이 양호하며, 우수한 도장 밀착성이나 내식성을 갖기 때문에, 자동차의 서스펜션 부재나 차체 구조 부재에 바람직하다.

도 1 은 실시예에서 사용한 마찰 계수 측정 장치를 나타내는 도면이다.
도 2 는 도 1 의 비드 (6) 의 형상을 나타내는 도면이다.

(실시형태 A)

A-1 열간 프레스용 강판

A-1-1) 도금층

본 실시형태 A 에서는, 열간 프레스시에 스케일이나 ZnO 의 생성을 억제하기 위하여, 강판 표면에 10 ∼ 25 질량％ 이상의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층을 형성한다. 도금층의 Ni 함유율을 10 ∼ 25 질량％ 로 함으로써 Ni₂Zn₁₁, NiZn₃, Ni₅Zn₂₁ 중 어느 결정 구조를 갖는 융점이 881 ℃ 로 높은 γ 상이 형성되므로, 가열시에 있어서의 스케일이나 ZnO 의 생성 반응을 최소한으로 억제할 수 있다. 또, 가열시에는 Zn-Fe 금속 화합물이 형성되지 않기 때문에, 크랙의 발생에 수반되는 스케일의 생성도 억제된다. 나아가서는, 열간 프레스 완료 후에도, 도금층은 γ 상으로서 잔존하기 때문에, Zn 의 희생 방식 효과에 의해 우수한 내식성을 발휘한다. 또한, Ni 량이 10 ∼ 25 질량％ 에 있어서의 γ 상의 형성은, Ni-Zn 합금의 평형 상태도와는 반드시 일치하지 않는다. 이것은 전기 도금법 등으로 실시되는 도금층의 형성 반응이 비평형으로 진행되기 때문인 것으로 생각된다. Ni₂Zn₁₁, NiZn₃, Ni₅Zn₂₁ 의 γ 상은, X 선 회절법이나 TEM (Transmission Electron Microscopy) 을 사용한 전자선 회절법에 의해 확인할 수 있다. 또, 도금층의 Ni 량을 10 ∼ 25 질량％ 로 함으로써 상기 서술한 바와 같이 γ 상이 형성되는데, 전기 도금의 조건 등에 따라서는 다소의 η 상이 혼재되는 경우가 있다. 이 때, 가열 과정에 있어서의 도금층 표면에서의 산화아연 형성 반응을 최소한으로 억제하기 위하여, η 상의 양은 5 질량％ 이하인 것이 바람직하다. η 상의 양은, 도금층의 전체 중량에 대한 η 상의 중량비로 정의되고, 예를 들어, 애노드 용해법 등에 의해 정량할 수 있다.

도금층의 편면당 부착량은, 10 g/㎡ 미만에서는 Zn 의 희생 방식 효과가 충분히 발휘되지 않고, 90 g/㎡ 를 초과하면 그 효과가 포화되어, 비용 상승을 초래하기 때문에, 10 ∼ 90 g/㎡ 로 한다.

이러한 도금층의 형성 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 공지된 전기 도금법이 바람직하다.

A-1-2) 윤활층

우수한 냉간 프레스성을 부여하기 위해서, 도금층 상에 고형 윤활제를 함유하는 윤활층을 형성한다. 윤활층을 형성함으로써, 동마찰 계수가 저하되고, 냉간 프레스성의 향상을 도모할 수 있다.

고형 윤활제로는, 예를 들어, 이하와 같은 것을 들 수 있고, 이들의 적어도 1 종을 사용할 수 있다.

(1) 폴리올레핀 왁스, 파라핀 왁스 : 예를 들어, 폴리에틸렌 왁스, 합성 파라핀, 천연 파라핀, 마이크로 왁스, 염소화탄화수소 등

(2) 불소 수지 : 예를 들어, 폴리플루오로에틸렌 수지 (폴리사불화에틸렌 수지 등), 폴리불화비닐 수지, 폴리불화비닐리덴 수지 등

(3) 지방산 아미드계 화합물 : 예를 들어, 스테아르산아미드, 팔미트산아미드, 메틸렌비스스테아라마이드, 에틸렌비스스테아라마이드, 올레산아미드, 에실산아미드, 알킬렌비스 지방산 아미드 등

(4) 금속 비누류 : 예를 들어, 스테아르산칼슘, 스테아르산납, 라우르산칼슘, 팔미트산칼슘 등

(5) 금속 황화물 : 예를 들어, 이황화몰리브덴, 이황화텅스텐 등

(6) 그 외 : 그라파이트, 불화흑연, 질화붕소, 붕사, 폴리알킬렌글리콜, 알칼리 금속 황산염 등

이러한 고형 윤활제 중에서도, 특히, 폴리에틸렌 왁스, 불소 수지가 바람직하다. 폴리에틸렌 왁스로는, 예를 들어, 클라리언트 재팬 (주) 제조의 세리더스트 9615A, 세리더스트 3715, 세리더스트 3620, 세리더스트 3910 (모두 상품명), 산요 화성 (주) 제조의 선왁스 131-P, 선왁스 161-P (모두 상품명), 미츠이 화학 (주) 제조의 케미펄 W-100, 케미펄 W-200, 케미펄 W-500, 케미펄 W-800, 케미펄 W-950 (모두 상품명) 등을 사용할 수 있다. 또, 불소 수지로는, 폴리사불화에틸렌 수지가 가장 바람직하고, 예를 들어, 다이킨 공업 (주) 제조의 루브론 L-2, 루브론 L-5 (모두 상품명), 미츠이·듀폰 (주) 제조의 MP1100, MP1200 (모두 상품명), 아사히 유리 (주) 제조의 플루온 디스퍼전 AD1, 플루온 디스퍼전 AD2, 플루온 L141J, 플루온 L150J, 플루온 L170J (모두 상품명) 등이 바람직하다.

이러한 고형 윤활제를 함유하는 윤활층을 형성하려면, 유기 수지를 바인더로 하여 고형 윤활제를 첨가한 조성물을 도금층 상에 부착 처리한 후, 수세하지 않고 가열 건조시키면 된다. 또한, 유기 수지를 바인더로서 사용함으로써 우수한 도장 밀착성도 얻어진다. 이와 같은 조성물의 부착 처리는 도포법, 침지법, 스프레이법 중 어느 것이어도 되고, 롤 코터, 스퀴즈 코터, 다이 코터 등을 사용할 수 있다. 이 때, 스퀴즈 코터 등에 의한 도포, 침지, 스프레이 처리 후에, 에어 나이프법이나 롤 드로잉법에 의해 도포량의 조정, 외관의 균일화, 두께의 균일화를 실시하는 것도 가능하다.

윤활층의 바인더인 유기 수지로는, 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 폴리하이드록시폴리에테르 수지, 폴리알킬렌글리콜 변성 에폭시 수지, 우레탄 변성 에폭시 수지, 및 이들을 더욱 변성시킨 수지, 폴리에스테르 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리올레핀 수지에서 선택된 적어도 1 종을 사용하는 것이 적당하다. 또, 이들 수지에 멜라민 수지, 이소시아네이트 수지 등의 공지된 경화제를 병용해도 된다. 또, 유기 수지의 말단에 OH 기를 부가하고, 냉간 프레스 후에 알칼리 수용액으로 용해·탈층 (脫層) 할 수 있는 것이어도 된다.

윤활층 중의 고형 윤활제의 배합량은, 유기 수지를 바인더로 한 조성물 100 질량부 (고형분) 에 대해, 1 ∼ 20 질량부 (고형분) 가 바람직하고, 1 ∼ 10 질량부 (고형분) 가 보다 바람직하다. 고형 윤활제의 배합량이 1 질량부 이상이면 윤활 효과가 높고, 20 질량부 이하이면 도장 밀착성이 저하되는 경우가 없다.

윤활층의 건조 후의 층두께는 0.1 ∼ 2.0 ㎛ 로 하는 것이 바람직하다. 층두께가 0.1 ㎛ 이상이면 냉간 프레스성의 향상 효과가 충분해지고, 2.0 ㎛ 이하이면 열간 프레스시에 유기 수지 성분의 열분해 생성물이 많이 발생하는 경우가 없다.

A-1-3) 화합물층

도금층과 윤활층 사이에는, 추가로 Si 함유 화합물층, Ti 함유 화합물층, Al 함유 화합물층, Zr 함유 화합물층 중에서 선택된 적어도 1 종의 화합물층을 형성하면 우수한 도장 밀착성이 얻어진다. 이러한 효과를 얻으려면, 화합물층의 두께를 0.1 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 화합물층의 두께는, 3.0 ㎛ 를 초과하면 화합물층이 취약해져 도장 밀착성의 저하를 초래하는 경우가 있으므로, 3.0 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.4 ∼ 2.0 ㎛ 이다.

Si 함유 화합물로는, 예를 들어, 실리콘 수지, 리튬실리케이트, 규산소다, 콜로이달 실리카, 실란 커플링제 등을 적용할 수 있다. Ti 함유 화합물로는, 예를 들어, 티탄산리튬이나 티탄산칼슘 등의 티탄산염, 티탄알콕사이드나 킬레이트형 티탄 화합물을 주제로 하는 티탄 커플링제 등을 적용할 수 있다. Al 함유 화합물로는, 예를 들어, 알루민산나트륨이나 알루민산칼슘 등의 알루민산염, 알루미늄알콕사이드나 킬레이트형 알루미늄 화합물을 주제로 하는 알루미늄 커플링제 등을 적용할 수 있다. Zr 함유 화합물로는, 예를 들어, 지르콘산리튬이나 지르콘산칼슘 등의 지르콘산염, 지르코늄알콕사이드나 킬레이트형 지르코늄 화합물을 주제로 하는 지르코늄 커플링제 등을 적용할 수 있다.

도금층 상에 이러한 화합물층을 형성하려면, 상기의 Si 함유 화합물, Ti 함유 화합물, Al 함유 화합물, Zr 함유 화합물 중에서 선택된 적어도 1 종의 화합물을 도금층 상에 부착 처리한 후, 수세하지 않고 가열 건조시키면 된다. 이들 화합물의 부착 처리는 도포법, 침지법, 스프레이법 중 어느 것이어도 되고, 롤 코터, 스퀴즈 코터, 다이 코터 등을 사용하면 된다. 이 때, 스퀴즈 코터 등에 의한 도포 처리, 침지 처리, 스프레이 처리의 후에, 에어 나이프법이나 롤 드로잉법에 의해 도포량의 조정, 외관의 균일화, 두께의 균일화를 실시하는 것도 가능하다. 또, 가열 건조는 강판 최고 도달 온도가 40 ∼ 200 ℃ 가 되도록 실시하는 것이 바람직하다. 60 ∼ 160 ℃ 에서 실시하는 것이 보다 바람직하다.

또, 도금층 상에 이러한 화합물층을 형성하려면, Si, Ti, Al, Zr 중에서 선택된 적어도 1 종의 카티온을 함유하고, 인산 이온, 불소산 이온, 불화물 이온 중에서 선택된 적어도 1 종의 아니온을 함유하는 산성의 수용액에 도금층을 갖는 강판을 침지시키는 반응형 처리를 실시한 후, 수세하거나 또는 수세하지 않고 가열 건조시키는 방법에 의해서도 가능하다.

또한, 윤활층을 형성하는 대신에, 상기와 같은 고형 윤활제를 이 화합물층에 함유시켜도, 우수한 냉간 프레스성을 부여할 수 있다.

화합물층 중으로의 고형 윤활제의 배합량은, 화합물 100 질량부 (고형분) 에 대해, 1 ∼ 20 질량부 (고형분) 가 바람직하고, 1 ∼ 10 질량부 (고형분) 가 보다 바람직하다. 고형 윤활제의 배합량이 1 질량부 이상이면 윤활 효과가 우수하고, 20 질량부 이하이면 도장 밀착성이 저하되는 경우가 없다.

A-1-4) 하지 강판

980 ㎫ 이상의 강도를 갖는 열간 프레스 부재를 얻으려면, 도금층의 하지 강판으로서 예를 들어, 질량％ 로, C : 0.15 ∼ 0.5 ％, Si : 0.05 ∼ 2.0 ％, Mn : 0.5 ∼ 3 ％, P : 0.1 ％ 이하, S : 0.05 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, N : 0.01 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 열연 강판이나 냉연 강판을 사용할 수 있다. 각 성분 원소의 한정 이유를, 이하에 설명한다. 여기서, 성분의 함유량을 나타내는 「％」는, 특별히 언급하지 않는 한 「질량％」를 의미한다.

C : 0.15 ∼ 0.5 ％

C 는, 강의 강도를 향상시키는 원소이고, 열간 프레스 부재의 TS 를 980 ㎫ 이상으로 하려면, 그 양을 0.15 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, C 량이 0.5 ％ 를 초과하면, 소재인 강판의 블랭킹 가공성이 현저하게 저하된다. 따라서, C 량은 0.15 ∼ 0.5 ％ 로 한다.

Si : 0.05 ∼ 2.0 ％

Si 는, C 와 동일하게, 강의 강도를 향상시키는 원소이고, 열간 프레스 부재의 TS 를 980 ㎫ 이상으로 하려면, 그 양을 0.05 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Si 량이 2.0 ％ 를 초과하면, 열간 압연시에 적스케일이라 불리는 표면 결함의 발생이 현저하게 증대됨과 함께, 압연 하중이 증대되거나 열연 강판의 연성의 열화를 초래한다. 또한, Si 량이 2.0 ％ 를 초과하면, Zn 을 주체로 한 도금 피막을 강판 표면에 형성하는 도금 처리를 실시할 때에, 도금 처리성에 악영향을 미치는 경우가 있다. 따라서, Si 량은 0.05 ∼ 2.0 ％ 로 한다.

Mn : 0.5 ∼ 3 ％

Mn 은, 페라이트 변태를 억제하여 ?칭성을 향상시키는데 효과적인 원소이고, 또, Ac₃ 변태점을 저하시키므로, 열간 프레스 전의 가열 온도를 저하시키기에도 유효한 원소이다. 이와 같은 효과의 발현을 위해서는, 그 양을 0.5 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Mn 량이 3 ％ 를 초과하면, 편석되어 소재인 강판 및 열간 프레스 부재의 특성의 균일성이 저하된다. 따라서, Mn 량은 0.5 ∼ 3 ％ 로 한다.

P : 0.1 ％ 이하

P 량이 0.1 ％ 를 초과하면, 편석되어 소재인 강판 및 열간 프레스 부재의 특성의 균일성이 저하됨과 함께, 인성도 현저하게 저하된다. 따라서, P 량은 0.1 ％ 이하로 한다.

S : 0.05 ％ 이하

S 량이 0.05 ％ 를 초과하면, 열간 프레스 부재의 인성이 저하된다. 따라서, S 량은 0.05 ％ 이하로 한다.

Al : 0.1 ％ 이하

Al 량이 0.1 ％ 를 초과하면, 소재인 강판의 블랭킹 가공성이나 ?칭성을 저하시킨다. 따라서, Al 량은 0.1 ％ 이하로 한다.

N : 0.01 ％ 이하

N 량이 0.01 ％ 를 초과하면, 열간 압연시나 열간 프레스 전의 가열시에 AlN 의 질화물을 형성하고, 소재인 강판의 블랭킹 가공성이나 ?칭성을 저하시킨다. 따라서, N 량은 0.01 ％ 이하로 한다.

잔부는 Fe 및 불가피적 불순물인데, 이하의 이유에 의해, Cr : 0.01 ∼ 1 ％, Ti : 0.2 ％ 이하, B : 0.0005 ∼ 0.08 ％ 중에서 선택된 적어도 1 종이나, Sb : 0.003 ∼ 0.03 ％ 가, 개별적으로 또는 동시에 함유되는 것이 바람직하다.

Cr : 0.01 ∼ 1 ％

Cr 은, 강을 강화함과 함께, ?칭성을 향상시키는데 유효한 원소이다. 이러한 효과의 발현을 위해서는, Cr 량을 0.01 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cr 량이 1 ％ 를 초과하면, 현저한 비용 상승을 초래하기 때문에, 그 상한은 1 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Ti : 0.2 ％ 이하

Ti 는, 강을 강화함과 함께, 세립화에 의해 인성을 향상시키는 데에 유효한 원소이다. 또, 다음에서 서술하는 B 보다 우선하여 질화물을 형성하고, 고용 B 에 의한 ?칭성의 향상 효과를 발휘시키는데 유효한 원소이기도 하다. 그러나, Ti 량이 0.2 ％ 를 초과하면, 열간 압연시의 압연 하중이 극단적으로 증대되고, 또, 열간 프레스 부재의 인성이 저하되므로, 그 상한은 0.2 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

B : 0.0005 ∼ 0.08 ％

B 는, 열간 프레스시의 ?칭성이나 열간 프레스 후의 인성 향상에 유효한 원소이다. 이러한 효과의 발현을 위해서는, B 량을 0.0005 ％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, B 량이 0.08 ％ 를 초과하면, 열간 압연시의 압연 하중이 극단적으로 증대되고, 또, 열간 압연 후에 마텐자이트상이나 베이나이트상이 생성되어 강판의 균열 등이 발생하므로, 그 상한은 0.08 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

Sb : 0.003 ∼ 0.03 ％

Sb 는, 열간 프레스 전에 강판을 가열한 후 열간 프레스의 일련의 처리에 의해 강판을 냉각시킬 때까지의 사이에 강판 표층부에 생성되는 탈탄층을 억제하는 효과를 갖는다. 이와 같은 효과의 발현을 위해서는 그 양을 0.003 ％ 이상으로 할 필요가 있다. 한편, Sb 량이 0.03 ％ 를 초과하면, 압연 하중의 증대를 초래하여, 생산성을 저하시킨다. 따라서, Sb 량은 0.003 ∼ 0.03 ％ 로 하는 것이 바람직하다.

A-2 열간 프레스 부재의 제조 방법

상기한 본 발명의 열간 프레스용 강판은, 냉간 프레스 후, Ac₃ 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열 후 열간 프레스되어 열간 프레스 부재로 된다. 열간 프레스 전에 Ac₃ 변태점 이상으로 가열하는 것은, 열간 프레스시의 급랭으로 마텐자이트상 등의 경질상을 형성하여, 부재의 고강도화를 도모하기 위해서이다. 또, 가열 온도의 상한을 1000 ℃ 로 한 것은, 1000 ℃ 를 초과하면 도금층 표면에 다량의 ZnO 가 생성되기 때문이다. 또한, 여기서 말하는 가열 온도란 강판의 최고 도달 온도를 말한다.

열간 프레스 전의 가열시의 평균 승온 속도는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 2 ∼ 200 ℃/s 가 바람직하다. 도금층 표면에 있어서의 ZnO 의 생성이나 도금층의 결함부에 있어서의 국소적인 스케일의 생성은, 강판이 고온 조건하에 노출되는 고온 체류 시간이 길어질수록 증대되기 때문에, 평균 승온 속도가 빠를수록 바람직하다. 또, 강판 최고 도달 온도에 있어서의 유지 시간에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니다. 그러나, 상기와 동일한 이유에 의해 단시간으로 하는 편이 바람직하고, 바람직하게는 300 s 이하, 보다 바람직하게는 120 s 이하, 더욱 바람직하게는 10 s 이하로 한다.

열간 프레스 전의 가열 방법으로는, 전기로나 가스로 등에 의한 가열, 화염 가열, 통전 가열, 고주파 가열, 유도 가열 등을 예시할 수 있다.

[실시예 A]

하지 강판으로서 질량％ 로, C : 0.23 ％, Si : 0.25 ％, Mn : 1.2 ％, P : 0.01 ％, S : 0.01 ％, Al : 0.03 ％, N : 0.005 ％, Cr : 0.2 ％, Ti : 0.02 ％, B : 0.0022 ％, Sb : 0.008 ％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, Ac₃ 변태점이 820 ℃ 이고, 판두께 1.6 ㎜ 의 냉연 강판을 사용하였다. 이 냉연 강판의 표면에, 200 g/ℓ 의 황산니켈 6수화물 및 10 ∼ 100 g/ℓ 의 황산아연 7수화물을 함유하는 pH 1.5, 온도 50 ℃ 의 도금욕 중에서 전류 밀도를 5 ∼ 100 A/d㎡ 로 변화시켜 전기 도금 처리를 실시하여, 표 1, 2 에 나타내는 바와 같은 Ni 함유량 (잔부는 Zn 및 불가피적 불순물) 과 부착량 및 η 상 함유량의 도금층을 형성하였다. 또한, 일부의 경우를 제외하고, 도금층 상에, 표 1, 2 에 나타내는 고형 윤활제와 화합물 또는 유기 바인더를 함유하고 잔부 용매로 이루어지는 조성물 (고형분 비율 15 ％) 을 도포 후, 강판 도달 온도가 140 ℃ 가 되는 조건으로 건조시키고, 표 1, 2 에 나타내는 두께의 화합물층 또는 윤활층을 형성하여, 강판 No.1 ∼ 22 를 제작하였다. 또한, 화합물로서 실리콘 수지를 사용하는 경우 및 유기 바인더로서 디에탄올 변성 에폭시 수지를 사용하는 경우의 용매는 에틸렌글리콜모노부틸에테르 : 석유계 나프타를 55 : 45 (질량비) 의 시너로 하였다. 또, 화합물로서 실란 커플링제를 사용하는 경우 및 유기 바인더로서 에틸렌 아이오노머를 사용하는 경우의 용매는 탈이온수로 하였다. 여기서, 강판 No.1 ∼ 11, 16 ∼ 22 는 고형 윤활제를 함유하는 화합물층을 형성한 예, 강판 No.12, 13 은 윤활층을 형성한 예, 강판 No.14 는 화합물층 상에 윤활층을 형성한 예, 강판 No.15 는 화합물층도 윤활층도 형성하지 않은 예이다.

또한, 윤활층의 고형 윤활제, 유기 수지 바인더, 화합물층의 화합물로서 이하의 것을 사용하였다.

실리콘 수지 : 신에츠 화학 (주) 제조 KR-242A

폴리에틸렌 왁스 1 : 클라리언트 재팬 (주) 제조 세리더스트 3620

불소 수지 : 폴리사불화에틸렌 수지 아사히 유리 (주) 제조 플루온 L170J

이황화몰리브덴 : 다이토 윤활 (주) 제조 LM-13

그라파이트 : 히타치 화성 공업 (주) 제조 GP-60S

질화붕소 : 미즈시마 합금철 (주) 제조 FS-1

디에탄올 변성 에폭시 수지 : 칸사이 페인트 (주) 제조 ER-007

블록 이소시아네이트 : 아사히 화성 공업 (주) 제조 듀라네이트 MF-K60X

에틸렌 아이오노머 : 미츠이 화학 공업 (주) 제조 케미펄 S650

폴리에틸렌 왁스 2 : 미츠이 화학 공업 (주) 제조 케미펄 W950

실란 커플링제 : 신에츠 화학 (주) 제조 KBE-403

이와 같이 하여 얻어진 표 1, 2 에 나타내는 강판 No.1 ∼ 22 에 대해, 다음에 나타내는 냉간 프레스성, 열간 프레스시의 내산화성 및 열간 프레스 후의 도장 밀착성의 평가를 실시하였다. 여기서, 열간 프레스는, 전기로 또는 직접 통전에 의해 표 1, 2 에 나타내는 가열 조건으로 가열 후, Al 제 금형 사이에 끼우고 냉각 속도 50 ℃/s 로 냉각시켜 시뮬레이트하였다.

냉간 프레스성 : 도 1 에 모식적으로 나타낸 마찰 계수 측정 장치를 사용하여 동마찰 계수를 측정하여, 냉간 프레스성을 평가하였다. 먼저, 제작된 그대로의 강판으로부터 채취한 샘플 (1) 을, 슬라이드 테이블 (3) 의 상면에 고정되어 있는 시료대 (2) 에 설치한다. 슬라이드 테이블 (3) 은, 그 하방에 있는 슬라이드 테이블 지지대 (5) 상면에 형성된 롤러 (4) 에 의해 수평 이동 가능하다. 다음으로, 상하 이동 가능한 슬라이드 테이블 지지대 (5) 를 상방으로 이동시킴으로써 상방에 형성된 도 2 에 나타내는 형상의 비드 (6) 의 하면에 샘플 (1) 을 가압한다. 이 때, 슬라이드 테이블 지지대 (5) 에 장착되어 있는 제 1 로드 셀 (7) 에 의해 샘플 (1) 에 대한 가압 하중 (N) 을 측정한다. 마지막으로, 일정한 가압 하중 (N) (=400 ㎏f) 을 작용시킨 상태에서 슬라이드 테이블 (3) 을 이동 속도 100 ㎝/min 으로 레일 (9) 상을 수평 이동시키고, 슬라이드 테이블 (3) 의 일방의 단부에 장착되어 있는 제 2 로드 셀 (8) 에 의해 슬라이딩 저항력 (F) 을 측정하여, 실온 (25 ℃) 에서의 동마찰 계수 μ=F/N 을 구한다. 또한, 윤활유로서 스기무라 화학 공업 (주) 제조의 프레스용 세정유 프레톤 R352L 을 샘플 (1) 의 표면에 도포하여 시험을 실시하였다. 산출한 μ 를 이하의 기준으로 평가하여, ◎, ○ 이면, 냉간 프레스성이 우수한 것으로 하였다.

◎ : μ＜0.1

○ : 0.1≤μ＜0.15

△ : 0.15≤μ＜0.2

× : 0.2≤μ

내산화성 : 표 1, 2 에 나타내는 가열 조건으로 가열 후, 강판의 중량을 측정하여, 가열 전과의 중량 변화를 측정하였다. 여기서, 중량 변화는, 스케일이나 ZnO 의 생성에 의한 중량 증가와 생성된 ZnO 의 비산에 의한 중량 감소의 합인데, 그 절대치가 작을수록 내산화성이 우수한 것으로 하고, 이하의 기준으로 평가하여, ◎, ○ 이면 본 발명의 목적을 만족하고 있는 것으로 하였다.

◎ : 중량 변화의 절대치≤3 g/㎡

○ : 3 g/㎡＜중량 변화의 절대치≤5 g/㎡

× : 5 g/㎡＜중량 변화의 절대치

도장 밀착성 : 열처리 후의 강판으로부터 샘플을 채취하고, 니혼 파커라이징 (주) 제조 PB-SX35 를 사용하여 표준 조건으로 화성 처리를 실시한 후, 칸사이 페인트 (주) 제조 전착 도료 GT-10HT 그레이를 170 ℃ × 20 분간의 베이킹 조건으로 막두께 20 ㎛ 성막하여, 도장 시험편을 제작하였다. 그리고, 제작한 시험편의 화성 처리 및 전착 도장을 실시한 면에 대해 커터 나이프로 크로스 컷 (10×10 개, 1 ㎜ 간격) 의 강 소지 (素地) 까지 도달하는 컷을 형성하고, 접착 테이프에 의해 첩착 (貼着)·박리하는 크로스 컷 테이프 박리 시험을 실시하였다. 이하의 기준으로 평가하여, ◎, ○ 이면 도장 밀착성이 우수한 것으로 하였다.

◎ : 박리 없음

○ : 1 ∼ 10 개의 크로스 컷으로 박리

△ : 11 ∼ 30 개의 크로스 컷으로 박리

× : 31 개 이상의 크로스 컷으로 박리

결과를 표 3 에 나타낸다. 본 발명예에서는, 냉간 프레스성, 열간 프레스시의 내산화성이 우수함과 함께, 열간 프레스 후의 도장 밀착성도 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 실제로 냉간 프레스나 열간 프레스에 의한 가공을 실시하지 않았다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 내산화성이나 도장 밀착성은 열간 프레스 전의 가열에 의한 도금층의 변화, 특히 도금층 중의 Zn 의 거동에 좌우되기 때문에, 본 실시예의 결과로 내산화성이나 도장 밀착성을 평가할 수 있게 된다.

(실시형태 B)

B-1 열간 프레스용 강판

B-1-1) 도금층

본 실시형태 B 에서는, 도금층의 Zn 이 하지 강판으로 확산되는 것을 억제하고, 우수한 천공 내식성을 얻기 위하여, 강판 표면에 60 질량％ 이상의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층 I 을 형성한다. 도금층 I 의 Ni 량이 60 질량％ 미만에서는, 도금층의 Zn 이 하지 강판으로 확산되는 것을 충분히 억제할 수 없고, 우수한 천공 내식성이 얻어지지 않는다. 도금층 I 의 Ni 량은 100 질량％ 인 것이 바람직한데, 100 질량％ 미만의 경우에는, 잔부는 희생 방식 효과를 갖는 Zn 및 불가피적 불순물로 한다. 또, 도금층 I 의 편면당 부착량은, 0.01 g/㎡ 미만에서는 Zn 의 하지 강판으로의 확산을 억제하는 효과가 충분히 발휘되지 않고, 5 g/㎡ 를 초과하면 그 효과가 포화되어, 비용 상승을 초래하기 때문에, 0.01 ∼ 5 g/㎡ 로 한다.

또, 본 실시형태 B 에서는, 도금층 표면에 있어서의 다량의 산화아연 형성을 억제하고, 우수한 천공 내식성을 얻기 위하여, 상기의 도금층 I 상에 도금층 Ⅱ 를 형성한다. 이 때, 도금층 Ⅱ 는, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지는 도금층으로 한다. 도금층 Ⅱ 의 Ni 량을 10 ∼ 25 질량％ 로 함으로써 Ni₂Zn₁₁, NiZn₃, Ni₅Zn₂₁ 중 어느 결정 구조를 갖는 융점이 881 ℃ 로 높은 γ 상이 형성되므로, 가열 과정에 있어서의 도금층 표면에서의 산화아연 형성 반응을 최소한으로 억제할 수 있다. 또한, 열간 프레스 완료 후에도, 도금층 Ⅱ 는 γ 상으로서 잔존하기 때문에, Zn 의 희생 방식 효과에 의해 우수한 천공 내식성을 발휘한다. 또한, Ni 량이 10 ∼ 25 질량％ 에 있어서의 γ 상의 형성은, Ni-Zn 합금의 평형 상태도와는 반드시 일치하지 않는다. 이것은 전기 도금법 등으로 실시되는 도금층의 형성 반응이 비평형으로 진행하기 때문인 것으로 생각된다. Ni₂Zn₁₁, NiZn₃, Ni₅Zn₂₁ 의 γ 상은, X 선 회절법이나 TEM (Transmission Electron Microscopy) 을 사용한 전자선 회절법에 의해 확인할 수 있다. 또, 도금층 Ⅱ 의 Ni 량을 10 ∼ 25 질량％ 로 함으로써 상기 서술한 바와 같이 γ 상이 형성된다. 전기 도금의 조건 등에 따라서는 다소의 η 상이 혼재되는 경우가 있다. 이 때, 가열 과정에 있어서의 도금층 표면에서의 산화아연 형성 반응을 최소한으로 억제하기 위하여, η 상의 양은 5 질량％ 이하인 것이 바람직하다. η 상의 양은, 도금층 Ⅱ 의 전체 중량에 대한 η 상의 중량비로 정의되고, 예를 들어 애노드 용해법 등에 의해 정량할 수 있다.

도금층 Ⅱ 의 편면당의 부착량은, 10 g/㎡ 미만에서는 Zn 의 희생 방식 효과가 충분히 발휘되지 않고, 90 g/㎡ 를 초과하면 그 효과가 포화되어, 비용 상승을 초래하기 때문에, 10 ∼ 90 g/㎡ 로 한다.

이러한 도금층 I 이나 도금층 Ⅱ 의 형성 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 공지된 전기 도금법이 바람직하다.

B-1-2) 윤활층

우수한 냉간 프레스성을 부여하기 위해서, 본 실시형태에서는, 도금층 Ⅱ 상에 고형 윤활제를 함유하는 윤활층을 형성한다. 윤활층을 형성함으로써, 동마찰 계수가 저하되고, 냉간 프레스성의 향상을 도모할 수 있다.

고형 윤활제로는, 예를 들어, 이하와 같은 것을 들 수 있고, 이들 중 적어도 1 종을 사용할 수 있다.

이러한 고형 윤활제 중에서도, 특히, 폴리에틸렌 왁스, 불소 수지가 바람직하다. 폴리에틸렌 왁스로는, 예를 들어, 클라리언트 재팬 (주) 제조의 세리더스트 9615A, 세리더스트 3715, 세리더스트 3620, 세리더스트 3910 (모두 상품명), 산요 화성 (주) 제조의 선왁스 131-P, 선왁스 161-P (모두 상품명), 미츠이 화학 (주) 제조의 케미펄 W-100, 케미펄 W-200, 케미펄 W-500, 케미펄 W-800, 케미펄 W-950 (모두 상품명) 등을 사용할 수 있다. 또, 불소 수지로는, 폴리사불화에틸렌 수지가 가장 바람직하고, 예를 들어, 다이킨 공업 (주) 제조의 루브론 L-2, 루브론 L-5 (모두 상품명), 미츠이·듀퐁 (주) 제조의 MP1100, MP1200 (모두 상품명), 아사히 유리 (주) 제조의 플루온 디스퍼전 AD1, 플루온 디스퍼전 AD2, 플루온 L141J, 플루온 L150J, 플루온 L170J (모두 상품명) 등이 바람직하다.

이러한 고형 윤활제를 함유하는 윤활층을 형성하려면, 유기 수지를 바인더로 하여 고형 윤활제를 첨가한 조성물을 도금층 Ⅱ 상에 부착 처리한 후, 수세하지 않고 가열 건조시키면 된다. 또한, 유기 수지를 바인더로서 사용함으로써 우수한 도장 밀착성도 얻어진다. 이와 같은 조성물의 부착 처리는 도포법, 침지법, 스프레이법 중 어느 것이어도 되고, 롤 코터, 스퀴즈 코터, 다이 코터 등을 사용할 수 있다. 이 때, 스퀴즈 코터 등에 의한 도포, 침지, 스프레이의 처리 후에, 에어 나이프법이나 롤 드로잉법에 의해 도포량의 조정, 외관의 균일화, 두께의 균일화를 실시하는 것도 가능하다.

윤활층의 바인더인 유기 수지로는, 에폭시 수지, 변성 에폭시 수지, 폴리하이드록시폴리에테르 수지, 폴리알킬렌글리콜 변성 에폭시 수지, 우레탄 변성 에폭시 수지, 및 이들을 더욱 변성시킨 수지, 폴리에스테르 수지, 우레탄 수지, 아크릴 수지, 폴리올레핀 수지에서 선택된 적어도 1 종을 사용하는 것이 적당하다. 또, 이들 수지에 멜라민 수지, 이소시아네이트 수지 등의 공지된 경화제를 병용해도 된다. 또, 유기 수지의 말단에 OH 기를 부가하고, 냉간 프레스 후에 알칼리 수용액으로 용해·탈층할 수 있는 것이어도 된다.

B-1-3) 화합물층

도금층 Ⅱ 와 윤활층 사이에는, 추가로 Si 함유 화합물층, Ti 함유 화합물층, Al 함유 화합물층, Zr 함유 화합물층 중에서 선택된 적어도 1 종의 화합물층을 형성하면 우수한 도장 밀착성이 얻어진다. 이러한 효과를 얻으려면, 화합물층의 두께를 0.1 ㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 화합물층의 두께가 3.0 ㎛ 이하이면 화합물층이 취약해져 도장 밀착성의 저하를 초래하는 경우가 없기 때문에, 3.0 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.4 ∼ 2.0 ㎛ 이다.

도금층 Ⅱ 상에 이러한 화합물층을 형성하려면, 상기의 Si 함유 화합물, Ti 함유 화합물, Al 함유 화합물, Zr 함유 화합물 중에서 선택된 적어도 1 종의 화합물을 도금층 Ⅱ 상에 부착 처리한 후, 수세하지 않고 가열 건조시키면 된다. 이들 화합물의 부착 처리는 도포법, 침지법, 스프레이법 중 어느 것이어도 되고, 롤 코터, 스퀴즈 코터, 다이 코터 등을 사용하면 된다. 이 때, 스퀴즈 코터 등 에 의한 도포, 침지, 스프레이의 처리 후에, 에어 나이프법이나 롤 드로잉법에 의해 도포량의 조정, 외관의 균일화, 두께의 균일화를 실시하는 것도 가능하다. 또, 가열 건조는 강판 최고 도달 온도가 40 ∼ 200 ℃ 가 되도록 실시하는 것이 바람직하다. 60 ∼ 160 ℃ 에서 실시하는 것이 보다 바람직하다.

또, 도금층 Ⅱ 상에 이러한 화합물층을 형성하려면, Si, Ti, Al, Zr 중에서 선택된 적어도 1 종의 카티온을 함유하고, 인산 이온, 불소산 이온, 불화물 이온 중에서 선택된 적어도 1 종의 아니온을 함유하는 산성의 수용액에 도금층 I 과 도금층 Ⅱ 를 갖는 강판을 침지시키는 반응형 처리를 실시한 후, 수세하거나 또는 수세하지 않고 가열 건조시키는 방법에 의해서도 가능하다.

B-1-4) 하지 강판

980 ㎫ 이상의 강도를 갖는 열간 프레스 부재를 얻으려면, 도금층의 하지 강판으로서 예를 들어, 질량％ 로, C : 0.15 ∼ 0.5 ％, Si : 0.05 ∼ 2.0 ％, Mn : 0.5 ∼ 3 ％, P : 0.1 ％ 이하, S : 0.05 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, N : 0.01 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 열연 강판이나 냉연 강판을 사용할 수 있다. 하지 강판의 각 성분 원소의 한정 이유는, 상기 실시형태 A 에 있어서의 한정 이유와 동일하기 때문에, 설명을 생략한다.

B-2 열간 프레스 부재의 제조 방법

상기한 본 발명의 열간 프레스용 강판을, 냉간 프레스 후, Ac₃ 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열하고, 열간 프레스하면 열간 프레스 부재를 제조할 수 있다. 열간 프레스 전에 Ac₃ 변태점 이상으로 가열하는 것은, 열간 프레스시의 급랭으로 마텐자이트상 등의 경질상을 형성하여, 부재의 고강도화를 도모하기 위해서이다. 또, 가열 온도의 상한을 1000 ℃ 로 한 것은, 1000 ℃ 를 초과하면 도금층 표면에 있어서 다량의 산화아연이 형성되고, 우수한 천공 내식성을 얻을 수 없어지기 때문이다. 또한, 여기서 말하는 가열 온도란 강판의 최고 도달 온도를 말한다.

또, 열간 프레스 전의 가열시의 평균 승온 속도를 100 ℃/s 이상으로 하면, 도금층 표면에 있어서의 산화아연의 생성을 보다 억제할 수 있고, 천공 내식성을 보다 향상시킬 수 있다. 도금층 표면에 있어서의 산화아연의 생성은, 강판이 고온 조건하에 노출되는 고온 체류 시간이 길어질수록 증대되기 때문에, 평균 승온 속도가 빠를수록, 고온 체류 시간을 짧게 할 수 있고, 이 결과 도금층 표면에서의 산화아연의 생성을 억제할 수 있기 때문이다. 또한, 강판 최고 도달 온도에 있어서의 유지 시간은 특별히 한정되는 것은 아니다. 산화아연의 생성을 억제하기 위해서는 단시간으로 하는 편이 바람직하고, 바람직하게는 300 s 이하, 보다 바람직하게는 60 s 이하, 더욱 바람직하게는 10 s 이하로 한다.

열간 프레스 전의 가열 방법으로는, 전기로나 가스로 등에 의한 가열, 화염 가열, 통전 가열, 고주파 가열, 유도 가열 등을 예시할 수 있다. 특히, 평균 승온 속도를 100 ℃/s 이상으로 하려면, 통전 가열, 고주파 가열, 유도 가열 등이 바람직하다.

실시예 B

하지 강판으로서 질량％ 로, C : 0.23 ％, Si : 0.25 ％, Mn : 1.2 ％, P : 0.01 ％, S : 0.01 ％, Al : 0.03 ％, N : 0.005 ％, Cr : 0.2 ％, Ti : 0.02 ％, B : 0.0022 ％, Sb : 0.008 ％ 를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖고, Ac₃ 변태점이 820 ℃ 이고, 판두께 1.6 ㎜ 의 냉연 강판을 사용하였다. 이 냉연 강판의 표면에, 200 g/ℓ 의 황산니켈 6수화물 및 0 ∼ 50 g/ℓ 의 황산아연 7수화물을 함유하는 pH 3.0, 온도 50 ℃ 의 도금욕 중에서 전류 밀도를 5 ∼ 100 A/d㎡ 로 변화시켜 전기 도금 처리를 실시하여, 표 1, 2 에 나타내는 Ni 함유량과 부착량의 도금층 I 을 형성하였다. 다음으로, 200 g/ℓ 의 황산니켈 6수화물 및 10 ∼ 100 g/ℓ 의 황산아연 7수화물을 함유하는 pH 1.5, 온도 50 ℃ 의 도금욕 중에서 전류 밀도를 5 ∼ 100 A/d㎡ 로 변화시켜 전기 도금 처리를 실시하여, 표 1, 2 에 나타내는 Ni 함유량과 부착량 및 η 상 함유량의 도금층 Ⅱ 를 형성하였다. 또한, 일부의 경우를 제외하고, 도금층 Ⅱ 상에, 표 4, 5 에 나타내는 고형 윤활제와 화합물 또는 유기 바인더를 함유하고 잔부 용매 로 이루어지는 조성물 (고형분 비율 15 ％) 을 도포 후, 강판 도달 온도가 140 ℃ 가 되는 조건으로 건조시키고, 표 4, 5 에 나타내는 두께의 화합물층 또는 윤활층을 형성하여, 강판 No.1 ∼ 25 를 제작하였다. 또한, 화합물로서 실리콘 수지를 사용하는 경우 및 유기 바인더로서 디에탄올 변성 에폭시 수지를 사용하는 경우의 용매는 에틸렌글리콜모노부틸에테르 : 석유계 나프타를 55 : 45 (질량비) 의 시너로 하였다. 또, 화합물로서 실란 커플링제를 사용하는 경우 및 유기 바인더로서 에틸렌 아이오노머를 사용하는 경우의 용매는 탈이온수로 하였다. 여기서, 강판 No.1 ∼ 11, 16 ∼ 25 는 고형 윤활제를 함유하는 화합물층을 형성한 예, 강판 No.12, 13 은 윤활층을 형성한 예, 강판 No.14 는 화합물층 상에 윤활층을 형성한 예, 강판 No.15 는 화합물층도 윤활층도 형성하지 않은 예이다.

실리콘 수지 : 신에츠 화학 (주) 제조 KR-242A

이황화몰리브덴 : 다이토 윤활 (주) 제조 LM-13

그라파이트 : 히타치 화성 공업 (주) 제조 GP-60S

질화붕소 : 미즈시마 합금철 (주) 제조 FS-1

디에탄올 변성 에폭시 수지 : 칸사이 페인트 (주) 제조 ER-007

에틸렌 아이오노머 : 미츠이 화학 공업 (주) 제조 케미펄 S650

폴리에틸렌 왁스 2 : 미츠이 화학 공업 (주) 제조 케미펄 W950

실란 커플링제 : 신에츠 화학 (주) 제조 KBE-403

이와 같이 하여 얻어진 표 4, 5 에 나타내는 강판 No.1 ∼ 25 에 대해, 다음으로 나타내는 냉간 프레스성, 열간 프레스 후의 천공 내식성 및 도장 밀착성 평가를 실시하였다. 여기서, 열간 프레스는, 전기로 또는 직접 통전에 의해 표 4, 5 에 나타내는 가열 조건으로 가열 후, Al 제 금형 사이에 끼우고 표 1, 2 에 나타내는 냉각 속도로 냉각시켜 시뮬레이트하였다.

냉간 프레스성 : 도 1 에 모식적으로 나타낸 마찰 계수 측정 장치를 사용하여 동마찰 계수를 측정하여, 냉간 프레스성을 평가하였다. 먼저, 제작된 그대로의 강판으로부터 채취한 샘플 (1) 을, 슬라이드 테이블 (3) 의 상면에 고정되어 있는 시료대 (2) 에 설치한다. 슬라이드 테이블 (3) 은, 그 하방에 있는 슬라이드 테이블 지지대 (5) 상면에 형성된 롤러 (4) 에 의해 수평 이동 가능하다. 다음으로, 상하 이동 가능한 슬라이드 테이블 지지대 (5) 를 상방으로 이동시킴으로써 상방에 형성된 도 2 에 나타내는 형상의 비드 (6) 의 하면에 샘플 (1) 을 가압한다. 이 때, 슬라이드 테이블 지지대 (5) 에 장착되어 있는 제 1 로드 셀 (7) 에 의해 샘플 (1) 에 대한 가압 하중 (N) 을 측정한다. 마지막으로, 일정한 가압 하중 (N) (=400 ㎏f) 을 작용시킨 상태에서 슬라이드 테이블 (3) 을 이동 속도 100 ㎝/min 으로 레일 (9) 상을 수평 이동시키고, 슬라이드 테이블 (3) 의 일방의 단부에 장착되어 있는 제 2 로드 셀 (8) 에 의해 슬라이딩 저항력 (F) 을 측정하여, 실온 (25 ℃) 에서의 동마찰 계수μ=F/N 을 구한다. 또한, 윤활유로서 스기무라 화학 공업 (주) 제조의 프레스용 세정유 프레톤 R352L 을 샘플 (1) 의 표면에 도포하여 시험을 실시하였다. 산출한 μ 를 이하의 기준으로 평가하여, ◎, ○ 이면, 냉간 프레스성이 우수한 것으로 하였다.

◎ : μ＜0.1

○ : 0.1≤μ＜0.15

△ : 0.15≤μ＜0.2

× : 0.2≤μ

천공 내식성 : 천공 내식성은 화성 처리 피막이나 전착 도막이 형성되지 않은 부위를 상정한 평가를 실시하기 위해, 열처리 후의 강판으로부터 샘플을 채취하고, 샘플의 비평가면 및 단면 (端面) 을 테이프로 시일한 후, 염수 분무 (5 질량％ NaCl 수용액, 35 ℃, 2h) → 건조 (60 ℃, 상대 습도 20 ∼ 30 ％, 4h) → 습윤 (50 ℃, 상대 습도 95 ％, 2h) 을 1 사이클로 하는 복합 부식 시험을 150 사이클 실시하여, 시험 후의 샘플의 최대 판두께 감소치를 측정하고, 이하의 기준으로 평가하여, ◎, ○, △ 이면 본 발명의 목적을 만족하고 있는 것으로 하였다.

◎ : 최대 판두께 감소치≤0.1 ㎜

○ : 0.1 ㎜＜최대 판두께 감소치≤0.2 ㎜

△ : 0.2 ㎜＜최대 판두께 감소치≤0.3 ㎜

× : 0.3 ㎜＜최대 판두께 감소치

도장 밀착성 : 열처리 후의 강판으로부터 샘플을 채취하고, 니혼 파커라이징 (주) 제조 PB-SX35 를 사용하여 표준 조건으로 화성 처리를 실시한 후, 칸사이 페인트 (주) 제조 전착 도료 GT-10HT 그레이를 170 ℃ × 20 분간의 베이킹 조건으로 막두께 20 ㎛ 성막하여, 도장 시험편을 제작하였다. 그리고, 제작한 시험편의 화성 처리 및 전착 도장을 실시한 면에 대해 커터 나이프로 크로스 컷 (10×10 개, 1 ㎜ 간격) 의 강 소지까지 도달하는 컷을 형성하고, 접착 테이프에 의해 첩착·박리하는 크로스 컷 테이프 박리 시험을 실시하였다. 이하의 기준으로 평가하여, ◎, ○ 이면 도장 밀착성이 우수한 것으로 하였다.

◎ : 박리 없음

○ : 1 ∼ 10 개의 크로스 컷으로 박리

△ : 11 ∼ 30 개의 크로스 컷으로 박리

× : 31 개 이상의 크로스 컷으로 박리

결과를 표 6 에 나타낸다. 본 발명예에서는, 냉간 프레스성, 열간 프레스 후의 천공 내식성이 우수함과 함께, 도장 밀착성도 우수한 것을 알 수 있다.

또한, 본 실시예에서는 실제로 냉간 프레스나 열간 프레스에 의한 가공을 실시하지 않았다. 그러나, 상기 서술한 바와 같이, 천공 내식성이나 도장 밀착성은 열간 프레스 전의 가열에 의한 도금층의 변화, 특히 도금층 중의 Zn 의 거동에 좌우되기 때문에, 본 실시예의 결과로 열간 프레스 부재의 천공 내식성이나 도장 밀착성을 평가할 수 있게 된다.

1 : 샘플 (강판)
2 : 시료대
3 : 슬라이드 테이블
4 : 롤러
5 : 슬라이드 테이블 지지대
6 : 비드
7 : 제 1 로드 셀
8 : 제 2 로드 셀
9 : 레일

Claims

강판 표면에, 순서대로 60 질량％ 이상의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 0.01 ∼ 5 g/㎡ 인 도금층 I 과, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층 Ⅱ 와, 고형 윤활제를 함유하는 윤활층을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
제 1 항에 있어서,
도금층 Ⅱ 와 윤활층 사이에, 추가로 Si 함유 화합물층, Ti 함유 화합물층, Al 함유 화합물층, Zr 함유 화합물층 중에서 선택된 적어도 1 종의 화합물층을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
강판 표면에, 순서대로 60 질량％ 이상의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 0.01 ∼ 5 g/㎡ 인 도금층 I 과, 10 ∼ 25 질량％ 의 Ni 를 함유하고, 잔부가 Zn 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 부착량이 10 ∼ 90 g/㎡ 인 도금층 Ⅱ 와, Si 함유 화합물층, Ti 함유 화합물층, Al 함유 화합물층, Zr 함유 화합물층 중에서 선택된 적어도 1 종의 화합물층을 갖고, 상기 선택된 적어도 1 종의 화합물층은 고형 윤활제를 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
도금층의 하지 강판이, 질량％ 로, C : 0.15 ∼ 0.5 ％, Si : 0.05 ∼ 2.0 ％, Mn : 0.5 ∼ 3 ％, P : 0.1 ％ 이하, S : 0.05 ％ 이하, Al : 0.1 ％ 이하, N : 0.01 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
제 4 항에 있어서,
도금층의 하지 강판이, 추가로 질량％ 로, Cr : 0.01 ∼ 1 ％, Ti : 0.2 ％ 이하, B : 0.0005 ∼ 0.08 ％ 중에서 선택된 적어도 1 종을 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
제 4 항에 있어서,
도금층의 하지 강판이, 추가로 질량％ 로, Sb : 0.003 ∼ 0.03 ％ 를 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
제 5 항에 있어서,
도금층의 하지 강판이, 추가로 질량％ 로, Sb : 0.003 ∼ 0.03 ％ 를 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 열간 프레스용 강판을, 냉간 프레스 후, Ac₃ 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열하고, 열간 프레스하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 부재의 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
Ac₃ 변태점 ∼ 1000 ℃ 의 온도 범위로 가열할 때, 100 ℃/s 이상의 평균 승온 속도로 가열하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스 부재의 제조 방법.