KR20140102308A

KR20140102308A - 핫 스탬프 성형체 및 핫 스탬프 성형체의 제조 방법

Info

Publication number: KR20140102308A
Application number: KR1020147019658A
Authority: KR
Inventors: 도시키 노나카; 사토시 가토오; 가오루 가와사키; 도시마사 도모키요
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2013-01-11
Publication date: 2014-08-21
Also published as: KR101660143B1; TWI458838B; US9945013B2; EP2803748A1; RU2581330C2; EP2803748B1; BR112014017100B1; ZA201404812B; TW201335385A; CA2862829A1; US20150010775A1; EP2803748A4; WO2013105633A1; PL2803748T3; RU2014129486A; BR112014017100A8; CA2862829C; ES2666968T3; CN104040011A; CN104040011B

Abstract

본원에 관한 핫 스탬프 성형체는, C 함유량, Si 함유량 및 Mn 함유량을, 단위 질량％로 각각 [C], [Si] 및 [Mn]으로 나타냈을 때, (5×[Si]+[Mn])/[C]>11의 관계가 성립되고, 핫 스탬프 후의 금속 조직이, 면적률로, 40％ 이상 90％ 이하의 페라이트와, 10％ 이상 60％ 이하의 마르텐사이트를 함유하고, 또한 페라이트의 면적률과 마르텐사이트의 면적률의 합이 60％ 이상을 만족하고, 나노 인덴터에 의해 측정된 마르텐사이트의 경도가, H2/H1<1.10 및 σHM<20을 만족하고, 인장 강도(TS)와 구멍 확장률(λ)의 곱인 TS×λ에 있어서 50000㎫ㆍ％ 이상을 만족한다.

Description

핫 스탬프 성형체 및 핫 스탬프 성형체의 제조 방법{HOT STAMP MOLDED ARTICLE, AND METHOD FOR PRODUCING HOT STAMP MOLDED ARTICLE}

본 발명은, 핫 스탬프 후의 성형성이 우수한 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체 및 그들의 제조 방법에 관한 것이다.

본원은, 2012년 1월 13일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2012-004550호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

현재, 자동차용 강판에는 충돌 안전성 향상과 경량화가 요구되고 있다. 이와 같은 상황에서, 고강도를 얻는 방법으로서 최근 주목을 받고 있는 것이 핫 스탬프(열간 프레스, 핫 스탬프, 다이 켄칭, 프레스 켄칭이라고도 호칭됨)이다. 핫 스탬프란, 강판을 고온, 예를 들어 700℃ 이상의 온도로 가열한 후에 열간에 의해 성형함으로써 강판의 성형성을 향상시켜, 성형 후의 냉각에 의해 켄칭을 행하고, 원하는 재질을 얻는다고 하는 성형 방법이다. 이와 같이, 자동차의 차체 구조에 사용되는 강판에는 높은 프레스 가공성과 강도가 요구된다. 프레스 가공성과 고강도를 겸비한 강판으로 하여, 페라이트ㆍ마르텐사이트 조직으로 이루어지는 강판, 페라이트ㆍ베이나이트 조직으로 이루어지는 강판, 혹은 조직 중에 잔류 오스테나이트를 함유하는 강판 등이 알려져 있다. 그 중에서도 페라이트 기지에 마르텐사이트를 분산시킨 복합 조직 강판은, 저항복비이며, 인장 강도가 높고, 게다가 신장 특성이 우수하다. 그러나, 이 복합 조직은 페라이트와 마르텐사이트의 계면에 응력이 집중되고, 이 계면으로부터 깨짐이 생기기 쉬우므로, 구멍 확장성이 뒤떨어진다고 하는 결점을 갖는다.

이와 같은 복합 조직 강판으로서, 예를 들어 특허문헌 1 내지 3에 개시된 것이 있다. 또한, 특허문헌 4 내지 6에는, 강판의 경도와 성형성의 관계에 관한 기재가 있다.

그러나, 이들 종래의 기술에 의해서도, 오늘날 자동차의 가일층의 경량화, 부품 형상의 복잡화 요구에 대응하는 것이 곤란하다.

일본 특허 공개 평6-128688호 공보 일본 특허 공개 제2000-319756호 공보 일본 특허 공개 제2005-120436호 공보 일본 특허 공개 제2005-256141호 공보 일본 특허 공개 제2001-355044호 공보 일본 특허 공개 평11-189842호 공보

본 발명은, 핫 스탬프 성형체로 했을 때에 강도를 확보함과 함께 보다 양호한 구멍 확장성을 얻을 수 있는 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한, 핫 스탬프 성형체 및 이 핫 스탬프 성형체의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자들은, 핫 스탬프 후(핫 스탬프 공정에서의, 켄칭 후)의 강도를 확보함과 함께 성형성(구멍 확장성)이 우수한 핫 스탬프용 냉연 강판에 대해 예의 검토했다. 이 결과, 강 성분에 관한 것으로, Si, Mn 및 C의 함유량의 관계를 적절한 것으로 하고, 강판의 페라이트 및 마르텐사이트의 분율을 소정의 분율로 하고, 또한, 강판의 판 두께 표층부 및 판 두께 중심부의 마르텐사이트의 경도비(경도차)와, 판 두께 중심부의 마르텐사이트의 경도 분포를 각각 특정한 범위 내로 함으로써, 강판에 있어서, 성형성, 즉 인장 강도(TS)와 구멍 확장률(λ)의 곱인 TS×λ가, 지금까지 이상의 값인 TS×λ≥50000㎫ㆍ％의 특성을 확보할 수 있는 핫 스탬프용 냉연 강판을 공업적으로 제조할 수 있는 것을 발견했다. 또한, 그것을 핫 스탬프에 사용하면, 핫 스탬프 후에서도 성형성이 우수한 핫 스탬프 성형체를 얻어지는 것을 발견했다. 또한, 핫 스탬프용 냉연 강판의 판 두께 중심부에서의 MnS의 편석을 억제하는 것도, 핫 스탬프 성형체의 성형성(구멍 확장성)의 향상에 유효한 것도 판명되었다. 또한, 마르텐사이트의 경도 제어를 위해서는, 냉간 압연에 있어서의, 최상류의 스탠드로부터, 최상류로부터 세어서 제3단째의 스탠드까지에 있어서의 냉연율의, 총 냉연율(누적 압연율)에 대한 비율을, 특정한 범위 내로 하는 것이 유효한 것도 발견했다. 그리고, 본 발명자들은, 이하에 나타내는 발명의 각 형태를 발견하는 것에 이르렀다. 또한, 이 냉연 강판에, 용융 아연 도금, 합금화 용융 아연 도금, 전기 아연 도금 및 알루미늄 도금을 행해도 그 효과가 손상되지 않는 것을 발견했다.

(1) 즉, 본 발명의 일 형태에 따른 핫 스탬프 성형체는, 질량％로, C:0.030％ 이상, 0.150％ 이하, Si:0.010％ 이상, 1.00％ 이하, Mn:1.50％ 이상, 2.70％ 이하, P:0.001％ 이상, 0.060％ 이하, S:0.001％ 이상, 0.010％ 이하, N:0.0005％ 이상, 0.0100％ 이하, Al:0.010％ 이상, 0.050％ 이하를 함유하고, 선택적으로, B:0.0005％ 이상, 0.0020％ 이하, Mo:0.01％ 이상, 0.50％ 이하, Cr:0.01％ 이상, 0.50％ 이하, V:0.001％ 이상, 0.100％ 이하, Ti:0.001％ 이상, 0.100％ 이하, Nb:0.001％ 이상, 0.050％ 이하, Ni:0.01％ 이상, 1.00％ 이하, Cu:0.01％ 이상, 1.00％ 이하, Ca:0.0005％ 이상, 0.0050％ 이하, REM:0.00050％ 이상, 0.0050％ 이하의 1종 이상을 함유하는 경우가 있고, 잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고, 상기 C 함유량, 상기 Si 함유량 및 상기 Mn 함유량을, 단위 질량％로 각각 [C], [Si] 및 [Mn]으로 나타냈을 때, 하기 식 A의 관계가 성립되고, 핫 스탬프 후의 금속 조직이, 면적률로, 40％ 이상 90％ 이하의 페라이트와, 10％ 이상 60％ 이하의 마르텐사이트를 함유하고, 또한 상기 페라이트의 면적률과 상기 마르텐사이트의 면적률의 합이 60％ 이상을 만족하고, 또한 상기 금속 조직이, 면적률로 10％ 이하의 펄라이트와, 체적률로 5％ 이하의 잔류 오스테나이트와, 면적률로 40％ 미만의 잔류 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 경우가 있고, 나노 인덴터에 의해 측정된 상기 마르텐사이트의 경도가, 하기의 식 B 및 식 C를 만족하고, 인장 강도(TS)와 구멍 확장률(λ)의 곱인 TS×λ에 있어서 50000㎫ㆍ％ 이상을 만족한다.

여기서, H1은 상기 핫 스탬프 후의 판 두께 표층부의 상기 마르텐사이트의 평균 경도이며, H2는 상기 핫 스탬프 후의 판 두께 중심부, 즉 판 두께 중심에 있어서의 판 두께 방향으로 200㎛의 범위의 상기 마르텐사이트의 평균 경도이며, σHM은 상기 핫 스탬프 후의 상기 판 두께 중심부에서의 상기 마르텐사이트의 상기 경도의 분산값이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 상기 핫 스탬프 성형체에 존재하는, 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 면적률이 0.01％ 이하이고, 하기 식 D가 성립되어도 좋다.

여기서, n1은 상기 핫 스탬프 후의 판 두께 1/4부에서의 상기 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 상기 MnS의 10000㎛²당 평균 개수 밀도이며, n2는 상기 핫 스탬프 후의 판 두께 중심부에서의 상기 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 상기 MnS의 10000㎛²당 평균 개수 밀도이다.

(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 표면에 용융 아연 도금이 실시되어 있어도 좋다.

(4) 상기 (3)에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 상기 용융 아연 도금의 표면에 합금화 용융 아연 도금이 실시되어 있어도 좋다.

(5) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 표면에 전기 아연 도금이 실시되어 있어도 좋다.

(6) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 표면에 알루미늄 도금이 실시되어 있어도 좋다.

(7) 본 발명의 일 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 제조 방법은, 상기 (1)에 기재된 화학 성분을 갖는 용강을 주조하여 강재로 하는 주조 공정과, 상기 강재를 가열하는 가열 공정과, 상기 강재에, 복수의 스탠드를 갖는 열간 압연 설비를 사용해서 열간 압연을 실시하는 열간 압연 공정과, 상기 강재를, 상기 열간 압연 공정 후에 권취하는 권취 공정과, 상기 강재에, 상기 권취 공정 후에, 산세를 행하는 산세 공정과, 상기 강재에, 상기 산세 공정 후에, 복수의 스탠드를 갖는 냉간 압연기에 의해 하기의 식 E가 성립되는 조건 하에서 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 공정과, 상기 강재에, 상기 냉간 압연 공정 후에, 700℃ 이상 850℃ 이하로 어닐링을 행하여 냉각하는 어닐링 공정과, 상기 강재에, 상기 어닐링 공정 후에, 조질 압연을 행하는 조질 압연 공정과, 상기 강재에, 상기 조질 공정 후에, 700℃ 이상 1000℃ 이하까지 가열하고, 그 온도 범위 내에서 핫 스탬프 가공을 행하고, 계속해서, 상온 이상 300℃ 이하까지 냉각하는 핫 스탬프 공정을 갖는다.

여기서, ri(i=1, 2, 3)는, 상기 냉간 압연 공정에서, 상기 복수의 스탠드 가운데 최상류로부터 세어서 제i(i=1, 2, 3)단째의 스탠드에서의 단독의 목표 냉연율을 단위 ％로 나타내고 있고, r은 상기 냉간 압연 공정에서의 총 냉연율을, 단위 ％로 나타내고 있다.

(8) 상기 (7)에 기재된 핫 스탬프 성형체의 제조 방법은, 상기 권취 공정에서의 권취 온도를, 단위 ℃로, CT로 나타내고, 상기 강재의 상기 C 함유량, 상기 Mn 함유량, 상기 Si 함유량 및 상기 Mo 함유량을, 단위 질량％로, 각각 [C], [Mn], [Si] 및 [Mo]로 나타냈을 때, 하기의 식 F가 성립되어도 좋다.

(9) 상기 (7) 또는 (8)에 기재된 핫 스탬프 성형체의 제조 방법은, 상기 가열 공정에서의 가열 온도를, 단위 ℃로 T로 하고, 또한 재로 시간을, 단위 분으로 t로 하고, 상기 강재의 상기 Mn 함유량 및 상기 S 함유량을, 단위 질량％로 각각 [Mn], [S]로 했을 때, 하기의 식 G가 성립되어도 좋다.

(10) 상기 (7) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프 성형체의 제조 방법은, 상기 어닐링 공정과 상기 조질 압연 공정 사이에 용융 아연 도금을 실시하는 용융 아연 도금 공정을 가져도 좋다.

(11) 상기 (10)에 기재된 핫 스탬프 성형체의 제조 방법은, 상기 용융 아연 도금 공정과 상기 조질 압연 공정 사이에 합금화 처리를 실시하는 합금화 처리 공정을 가져도 좋다.

(12) 상기 (7) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프 성형체의 제조 방법은, 상기 조질 압연 공정 후에 전기 아연 도금을 실시하는 전기 아연 도금 공정을 가져도 좋다.

(13) 상기 (7) 내지 (9) 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프 성형체의 제조 방법은, 상기 어닐링 공정과 상기 조질 압연 공정 사이에 알루미늄 도금을 실시하는 알루미늄 도금 공정을 가져도 좋다.

본 발명의 상기 형태에 의하면, C 함유량, Mn 함유량 및 Si 함유량의 관계를 적절한 것으로 함과 함께, 핫 스탬프 성형체라도 나노 인덴터에 의해 측정된 마르텐사이트의 경도를 적당한 것으로 하고 있으므로, 핫 스탬프 성형체에 있어서, 보다 양호한 구멍 확장성을 얻을 수 있다.

도 1은 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판 및 핫 스탬프 성형체에서의 (5×[Si]+[Mn])/[C]와 TS×λ의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2a는 식 (B)의 근거를 나타내는 그래프이며, 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판에서의 H20/H10과 σHMO의 관계 및 핫 스탬프 성형체에서의 H2/H1과 σHM의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2b는 식 (C)의 근거를 나타내는 그래프이며, 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판에서의 σHMO와 TS×λ의 관계 및 핫 스탬프 성형체에서의 σHM과 TS×λ의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판에서의 n20/n10과 TS×λ의 관계 및 핫 스탬프 성형체에서의 n2/n1과 TS×λ의 관계를 나타내고, 식 (D)의 근거를 나타내는 그래프이다.
도 4는 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판에서의 1.5×r1/r+1.2×r2/r+r3/r과 H20/H10의 관계 및 핫 스탬프 성형체에서의 1.5×r1/r+1.2×r2/r+r3/r과 H2/H1의 관계를 나타내고, 식 (E)의 근거를 나타내는 그래프이다.
도 5a는 식 (F)와 마르텐사이트 분율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 식 (F)와 펄라이트 분율의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 6은 T×ln(t)/(1.7×[Mn]+[S])와 TS×λ의 관계를 나타내고, 식 (G)의 근거를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예에 사용한 핫 스탬프 성형체의 사시도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다.

상술한 바와 같이, 성형성(구멍 확장성)의 향상을 위해서는, Si, Mn 및 C의 함유량의 관계와, 강판의 소정의 부위에 있어서의 마르텐사이트의 경도를 적절한 것으로 하는 것이 중요하다. 지금까지, 핫 스탬프 성형체의 성형성과 마르텐사이트의 경도와의 관계에 착안한 검토는 행해져 있지 않다.

여기서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체(본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체라고 하는 경우가 있음) 및 그 제조에 사용하는 강의 화학 성분의 한정 이유를 설명한다. 이하, 각 성분의 함유량 단위인 「％」는 「질량％」를 의미한다.

C:0.030％ 이상, 0.150％ 이하

C는, 마르텐사이트상을 강화시켜 강의 강도를 높이는 데 중요한 원소이다. C의 함유량이 0.030％ 미만에서는, 강의 강도를 충분히 높일 수 없다. 한편, C의 함유량이 0.150％를 초과하면 강의 연성(신장)의 저하가 커진다. 따라서, C의 함유량의 범위는, 0.030％ 이상, 0.150％ 이하로 한다. 또한, 구멍 확장성의 요구가 높은 경우에는 C의 함유량은, 0.100％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

Si:0.010％ 이상, 1.000％ 이하

Si는 유해한 탄화물의 생성을 억제하고, 페라이트 조직을 주체로 하고, 잔량부가 마르텐사이트인 복합 조직을 얻는 데 중요한 원소이다. 그러나, Si 함유량이 1.0％를 초과하는 경우, 강의 신장 또는 구멍 확장성이 저하되는 것 외에 화성 처리성도 저하된다. 그로 인해, Si의 함유량은 1.000％ 이하로 한다. 또한, Si는 탈산을 위해 첨가되지만, Si의 함유량이 0.010％ 미만에서는 탈산 효과가 충분하지 않다. 그로 인해, Si의 함유량은, 0.010％ 이상으로 한다.

Al:0.010％ 이상, 0.050％ 이하

Al은, 탈산제로서 중요한 원소이다. 탈산의 효과를 얻기 위해, Al의 함유량을 0.010％ 이상으로 한다. 한편, Al을 과도하게 첨가해도, 상기 효과는 포화되고, 오히려 강을 취화시킨다. 그로 인해, Al의 함유량은 0.010％ 이상 0.050％ 이하로 한다.

Mn:1.50％ 이상, 2.70％ 이하

Mn은, 강의 켄칭성을 높여서 강을 강화시키는 데 중요한 원소이다. 그러나, Mn의 함유량이 1.50％ 미만에서는, 강의 강도를 충분히 높일 수 없다. 한편, Mn의 함유량이 2.70％를 초과하면, 켄칭성이 필요 이상으로 높아지므로, 강의 강도 상승을 초래하고, 이에 의해 강의 신장이나 구멍 확장성이 저하된다. 따라서, Mn의 함유량은 1.50％ 이상, 2.70％ 이하로 한다. 신장의 요구가 높은 경우, Mn의 함유량은 2.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

P:0.001％ 이상, 0.060％ 이하

P는, 함유량이 많은 경우 입계에 편석하고, 강의 국부 연성과 용접성을 열화시킨다. 따라서, P의 함유량은 0.060％ 이하로 한다. 한편, P를 쓸데없이 저감시키는 것은, 정련 시의 비용 상승에 연결되므로, P의 함유량은 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

S:0.001％ 이상, 0.010％ 이하

S는, MnS를 형성하여 강의 국부 연성 및 용접성을 현저하게 열화시키는 원소이다. 따라서, S의 함유량의 상한을 0.010％로 한다. 또한, 정련 비용의 문제로부터, S의 함유량의 하한을 0.001％로 하는 것이 바람직하다.

N:0.0005％ 이상, 0.0100％ 이하

N은, AlN 등을 석출시켜 결정립을 미세화하는 데 중요한 원소이다. 그러나, N의 함유량이 0.0100％를 초과하면, 고용 N(고용 질소)이 잔존하여 강의 연성이 저하된다. 따라서, N의 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. 또한, 정련 시의 비용의 문제로부터, N의 함유량의 하한을 0.0005％로 하는 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체는, 이상의 원소와, 잔량부의 철 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성을 기본으로 하지만, 또한, 강도의 향상 및 황화물 또는 산화물의 형상 제어 등을 위해, 종래부터 사용되고 있는 원소로서 Nb, Ti, V, Mo, Cr, Ca, REM(Rare Earth Metal:희토류 원소), Cu, Ni, B 중 어느 1종 또는 2종 이상을, 후술하는 상한 이하의 함유량으로 함유해도 좋다. 이들 화학 원소는, 반드시 강판 중에 첨가할 필요가 없으므로, 그 함유량의 하한은 0％이다.

Nb, Ti 및 V는, 미세한 탄질화물을 석출시켜 강을 강화시키는 원소이다. 또한, Mo 및 Cr은 켄칭성을 높여서 강을 강화시키는 원소이다. 이들 효과를 얻기 위해서는, 강이 Nb:0.001％ 이상, Ti:0.001％ 이상, V:0.001％ 이상, Mo:0.01％ 이상, Cr:0.01％ 이상을 함유하는 것이 바람직하다. 그러나, Nb:0.050％ 초과, Ti:0.100％ 초과, V:0.100％ 초과, Mo:0.50％ 초과, Cr:0.50％ 초과가 함유되어 있어도, 강도 상승의 효과가 포화될 뿐만 아니라, 신장이나 구멍 확장성의 저하를 초래할 우려가 있다.

강은 또한, Ca를, 0.0005％ 이상, 0.0050％ 이하 함유할 수 있다. Ca 및 REM(희토류 원소)은 황화물 또는 산화물의 형상을 제어하여, 국부 연성 또는 구멍 확장성을 향상시킨다. Ca에 의해 이 효과를 얻기 위해서는, Ca를 0.0005％ 이상 첨가하는 것이 바람직하다. 그러나, 과도의 첨가는 가공성을 열화시킬 우려가 있으므로, Ca 함유량의 상한을 0.0050％로 한다. REM(희토류 원소)에 대해서도, 마찬가지의 이유로부터, 함유량의 하한을 0.0005％, 상한을 0.0050％로 하는 것이 바람직하다.

강은 또한, Cu:0.01％ 이상, 1.00％ 이하, Ni:0.01％ 이상, 1.00％ 이하, B:0.0005％ 이상, 0.0020％ 이하를 함유해도 좋다. 이 원소도 켄칭성을 향상시켜 강의 강도를 높일 수 있다. 그러나, 그 효과를 얻기 위해서는, Cu:0.01％ 이상, Ni:0.01％ 이상, B:0.0005％ 이상 함유하는 것이 바람직하다. 이 이하의 함유량인 경우, 강을 강화시키는 효과가 작다. 한편, Cu:1.00％ 초과, Ni:1.00％ 초과, B:0.0020％ 초과 첨가해도, 강도 상승의 효과는 포화시키고, 연성이 저하될 우려가 있다.

B, Mo, Cr, V, Ti, Nb, Ni, Cu, Ca, REM을 강이 함유하는 경우는, 1종 이상을 함유한다. 강의 잔량부는 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 불가피적 불순물로서 특성을 손상시키지 않는 범위라면, 상기 이외의 원소(예를 들어 Sn, As 등)를 더 포함시켜도 좋다. 또한, B, Mo, Cr, V, Ti, Nb, Ni, Cu, Ca, REM이 전술한 하한 미만 함유되어 있을 때는, 이들 원소를 불가피적 불순물로서 취급한다.

또한, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체에서는, 도 1에 도시되는 바와 같이, C 함유량(질량％), Si 함유량(질량％) 및 Mn 함유량(질량％)을, 각각 [C], [Si] 및 [Mn]으로 나타냈을 때, 하기 식 (A)의 관계가 성립되는 것이 중요하다.

TS×λ≥50000㎫ㆍ％라는 조건을 만족하기 위해서는, 상기 식 (A)의 관계가 성립되는 것이 바람직하다. (5×[Si]+[Mn])/[C]의 값이 11 이하이면, 충분한 구멍 확장성을 얻을 수 없다. 이것은, C량이 높으면 경질상의 경도가 지나치게 높아져, 연질상과의 경도차(경도비)가 커지고 λ값이 떨어지는 것 및 Si량 또는 Mn량이 적으면 TS가 낮아지는 것이 원인이다. (5×[Si]+[Mn])/[C]의 값에 대해서는, 전술한 바와 같이 핫 스탬프 후도 변화되지 않으므로, 강판 제조 시에 만족하는 것이 바람직하다.

일반적으로, DP강(2상강)으로 성형성(구멍 확장성)을 지배하는 것은 페라이트보다도 마르텐사이트이다. 본 발명자들이 마르텐사이트의 경도에 주목하여 예의 검토를 행한 결과, 도 2a 및 도 2b와 같이, 판 두께 표층부와 판 두께 중심부 사이의 마르텐사이트의 경도차(경도비) 및 판 두께 중심부의 마르텐사이트의 경도 분포가 핫 스탬프 전(핫 스탬프 공정에서의, 켄칭을 행하기 위한 가열 전)의 단계에서 소정의 상태라면, 핫 스탬프 후에서도 그것이 대략 유지되어, 신장 또는 구멍 확장성 등의 성형성이 양호해지는 것이 판명되었다. 이것은, 핫 스탬프 전에 생긴 마르텐사이트의 경도 분포가 핫 스탬프 후에도 크게 영향을 미치고, 판 두께 중심부에 농화된 합금 원소가, 핫 스탬프 후에도 판 두께 중심부에 농화된 상태를 유지하기 때문이라고 생각된다. 즉, 핫 스탬프 전의 강판으로, 판 두께 표층부의 마르텐사이트와 판 두께 중심부의 마르텐사이트와의 경도비가 큰 경우, 또는 마르텐사이트의 경도 분산값이 큰 경우는, 핫 스탬프 후도 마찬가지인 경향을 나타낸다. 도 2a와 도 2b에 도시하는 바와 같이, 핫 스탬프 전의, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체를 위한 핫 스탬프용 냉연 강판에 있어서의 판 두께 표층부 및 판 두께 중심부의 경도비와, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체에 있어서의 판 두께 표층부 및 판 두께 중심부의 경도비는 거의 동일하다. 또한, 마찬가지로, 핫 스탬프 전의, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체를 위한 핫 스탬프용 냉연 강판에 있어서의 판 두께 중심부의 마르텐사이트의 경도 분산값과, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체에 있어서의 판 두께 중심부의 마르텐사이트의 경도 분산값은 거의 동일하다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체를 위한 핫 스탬프용 냉연 강판의 성형성은, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체의 성형성과 마찬가지로 우수하다.

그리고, 본 발명자는, HYSITRON사의 나노 인덴터에 의해 1000배의 배율로 측정된 마르텐사이트의 경도에 관한 것으로, 하기의 식 (B) 및 식 (C)[(H), (I)도 마찬가지]가 성립되면, 핫 스탬프 성형체의 성형성이 유리해지는 것을 발견했다. 여기서, 「H1」은 핫 스탬프 성형체의, 강판의 판 두께 방향 최표층으로부터 판 두께 방향 200㎛의 범위 내인 판 두께 표층부에 존재하는 마르텐사이트의 평균 경도이며, 「H2」는 핫 스탬프 성형체의, 판 두께 중심부에서의, 판 두께 중심부로부터 판 두께 방향으로 ±100㎛의 범위 내에 존재하는 마르텐사이트의 평균 경도이며, 「σHM」은 핫 스탬프 성형체의, 판 두께 중심부로부터 판 두께 방향으로 ±100㎛의 범위 내에 존재하는 마르텐사이트의 경도 분산값이다. 또한, 「H10」은 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판의 판 두께 표층부의 마르텐사이트의 경도이며, 「H20」은 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판의 판 두께 중심부, 즉 판 두께 중심에 있어서의 판 두께 방향으로 200㎛의 범위의 마르텐사이트의 경도이며, 「σHMO」은 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판의 판 두께 중심부에서의 마르텐사이트의 경도 분산값이다. H1, H10, H2, H20, σHM 및 σHMO은, 각각 300점 계측해서 요구되어 있다. 또한, 판 두께 중심부로부터 판 두께 방향으로 ±100㎛의 범위란, 판 두께 중심을 중심으로 하는 판 두께 방향의 치수가 200㎛의 범위이다.

또한, 여기서, 분산값은 이하의 식 (K)에 의해 구해지고, 마르텐사이트의 경도 분포를 나타내는 값이다.

x_ave는 경도의 평균값, x_i는 i번째의 경도를 나타낸다.

H2/H1의 값이 1.10 이상인 것은, 판 두께 중심부의 마르텐사이트의 경도가 판 두께 표층부의 마르텐사이트의 경도 1.10배 이상인 것을 의미하고, 이 경우, 도 2a에 도시되는 바와 같이 σHM이 핫 스탬프 후에서도 20 이상이 된다. H2/H1의 값이 1.10 이상이면 판 두께 중심부의 경도가 지나치게 높아져, 도 2b에 도시되는 바와 같이 TS×λ<50000㎫ㆍ％가 되어, 켄칭 전(즉 핫 스탬프 전), 켄칭 후(즉 핫 스탬프 후) 중 어느 것에 있어서도 충분한 성형성이 얻어지지 않는다. 또한, H2/H1의 하한은, 특수한 열처리를 하지 않는 한, 이론상, 판 두께 중심부와 판 두께 표층부가 동등하게 되는 경우이지만, 현실적으로 생산성을 고려한 생산 공정에서는, 예를 들어 1.005 정도까지이다. 또한, H2/H1의 값에 관한 상술한 사항은, H20/H10의 값에 관해서도 마찬가지로 성립된다.

또한, 핫 스탬프 후에서도 분산값 σHM이 20 이상인 것은, 마르텐사이트의 경도의 변동이 크고, 국소적으로 경도가 지나치게 높은 부분이 존재하는 것을 나타낸다. 이 경우, 도 2b에 도시되는 바와 같이 TS×λ<50000㎫ㆍ％가 되어, 핫 스탬프 성형체가 충분한 성형성이 얻어지지 않는다. 또한, σHM의 값에 관한 상술한 사항은, σHMO의 값에 관해서도 마찬가지로 성립된다.

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체에서는, 핫 스탬프 후의 금속 조직의 페라이트 면적률이 40％ 내지 90％이다. 페라이트 면적률이 40％ 미만이면, 충분한 신장이나 구멍 확장성이 얻어지지 않는다. 한편, 페라이트 면적률이 90％ 초과이면, 마르텐사이트가 부족해서 충분한 강도가 얻어지지 않는다. 따라서, 핫 스탬프 성형체의 페라이트 면적률은 40％ 이상, 90％ 이하로 한다. 또한, 핫 스탬프 성형체의 금속 조직에는 마르텐사이트도 포함되고, 마르텐사이트의 면적률은 10 내지 60％이며, 또한 페라이트 면적률과 마르텐사이트 면적률의 합은 60％ 이상을 만족한다. 핫 스탬프 성형체의 금속 조직의 모두, 또는 주요한 부분은 페라이트와 마르텐사이트에 의해 차지되고, 또한, 금속 조직에 펄라이트, 잔류 베이나이트 및 잔류 오스테나이트 중 1종 이상이 포함되어 있어도 좋다. 단, 금속 조직 중에 잔류 오스테나이트가 잔존하고 있으면, 2차 가공 취성 및 지연 파괴 특성이 저하되기 쉽다. 이로 인해, 잔류 오스테나이트가 실질적으로 포함되어 있지 않은 것이 바람직하지만, 불가피하게 체적률 5％ 이하의 잔류 오스테나이트가 포함되어 있어도 좋다. 펄라이트는 단단하고 무른 조직이므로, 금속 조직에 포함되지 않는 것이 바람직하지만, 불가피하게 면적률로 10％까지 포함되는 것은 허용될 수 있다. 또한, 잔류 베이나이트 함유량은 페라이트와 마르텐사이트를 제외한 영역에 대한 면적률로 40％ 이내인 것이 바람직하다. 여기서, 페라이트, 잔류 베이나이트 및 펄라이트의 금속 조직은 나이탈 에칭에 의해 관찰하고, 마르텐사이트의 금속 조직은 레페라 에칭에 의해 관찰했다. 어떤 경우에도, 판 두께 1/4부를 1000배로 관찰했다. 잔류 오스테나이트의 체적률은, 강판을 판 두께 1/4부까지 연마한 후, X선 회절 장치에 의해 측정했다. 또한, 판 두께 1/4부이란, 강판에 있어서의, 강판 표면으로부터 강판 두께 방향으로 강판 두께의 1/4의 거리를 둔 부분이다.

또한, 본 실시 형태에서는, 1000배의 배율로 측정된 마르텐사이트의 경도를 나노 인덴터에 의해 규정하고 있다. 통상의 비커스 경도 시험에 의해 형성되는 압흔은 마르텐사이트보다도 크므로, 비커스 경도 시험에 의하면 마르텐사이트 및 그 주위의 조직(페라이트 등)의 매크로적인 경도는 얻어지지만, 마르텐사이트 그 자체의 경도를 얻을 수는 없다. 성형성(구멍 확장성)에는 마르텐사이트 그 자체의 경도가 크게 영향을 미치므로, 비커스 경도만으로는, 충분히 성형성을 평가하는 것은 곤란하다. 이에 대해 본 실시 형태에서는, 핫 스탬프 성형체의 마르텐사이트, 나노 인덴터에 의해 측정된 경도의 관계를 적절한 것으로 하고 있으므로, 매우 양호한 성형성을 얻을 수 있다.

또한, 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판 및 핫 스탬프 성형체에 의해, 판 두께 1/4의 위치 및 판 두께 중심부에서 MnS를 관찰한 결과, 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 면적률이 0.01％ 이하이며, 또한, 도 3에 도시하는 바와 같이, 하기 식 (D)[(J)도 마찬가지임]가 성립되는 것이, TS×λ≥50000㎫ㆍ％라는 조건을 양호 또한 안정적으로 만족하는 점에서 바람직한 것을 알 수 있었다. 또한, 구멍 확장 시험을 실시할 때에 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상의 MnS가 존재하면, 그 주위에 응력이 집중되므로 깨짐이 생기기 쉬워진다. 원 상당 직경 0.1㎛ 미만의 MnS를 카운트하지 않는 것은, 응력 집중에의 영향이 작기 때문이다. 또한, 원 상당 직경 10㎛ 초과의 MnS를 카운트하지 않는 것은, 이와 같은 입경의 MnS가 후반에 포함되는 경우, 입경이 지나치게 커서, 애당초 강판이 가공에 적합하지 않게 되기 때문이다. 또한, 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 면적률이 0.01％ 초과이면, 응력 집중에 의해 발생한 미세한 깨짐이 전파되기 쉬워지므로, 구멍 확장성이 더 악화되어, TS×λ≥50000㎫ㆍ％라는 조건을 만족하지 않는 경우가 있다. 여기서, 「n1」 및 「n10」은, 각각 핫 스탬프 성형체 및 핫 스탬프 전의 냉연 강판에 있어서의, 판 두께 1/4부에서의 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 개수 밀도이며, 「n2」 및 「n20」은, 각각 핫 스탬프 성형체 및 핫 스탬프 전의 냉연 강판에 있어서의, 판 두께 중심부에서의 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 개수 밀도이다.

또한, 이 관계는, 핫 스탬프 전의 강판, 핫 스탬프 후의 강판 및 핫 스탬프 성형체 중 어느 것에 있어서도 마찬가지이다.

핫 스탬프 후에, 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 면적률이 0.01％ 초과이면, 성형성이 저하되기 쉽다. MnS의 면적률의 하한은 특별히 규정하지 않지만, 후술하는 측정 방법 및 배율이나 시야의 제한 및 애초의 Mn이나 S의 함유량으로부터, 0.0001％ 이상은 존재한다. 또한, n2/n1(또는 n20/n10)의 값이 1.5 이상인 것은, 핫 스탬프 성형체(또는 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판)의 판 두께 중심부에서의 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 개수 밀도가, 핫 스탬프 성형체(또는 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판)의 판 두께 1/4부에서의 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상의 MnS의 개수 밀도에 1.5배 이상인 것을 의미한다. 이 경우, 핫 스탬프 성형체(또는 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판)의 판 두께 중심부에서의 MnS의 편석에 의해, 성형성이 저하되기 쉽다. 본 실시 형태에서는, 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 원 상당 직경 및 개수 밀도는, JEOL사의 Fe-SEM(Field Emission Scanning Electron Microscope)을 사용해서 측정했다. 측정 시, 배율은 1000배로, 1 시야의 측정 면적은 0.12×0.09㎟(=10800㎛²≒10000㎛²)이다. 판 두께 1/4부에서 10 시야를 관찰하고, 판 두께 중심부에서 10 시야를 관찰했다. 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 면적률은, 입자 해석 소프트웨어를 사용해서 산출했다. 또한, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체에서는, 핫 스탬프 전에 생긴 MnS의 형태(형상 및 개수)는 핫 스탬프 전후에서 변화되지 않는다. 도 3은 핫 스탬프 후의 n2/n1과 TS×λ의 관계 및 핫 스탬프 전의 n20/n10과 TS×λ의 관계를 나타내는 도면이며, 이 도 3에 의하면, 핫 스탬프 전의 냉연 강판의 n20/n10과 핫 스탬프 성형체의 n2/n1이 거의 일치하고 있다. 이것은, 통상 핫 스탬프 시에 가열하는 온도에서는 MnS의 형태가 변화되지 않기 때문이다.

이와 같은 구성의 강판에 핫 스탬프를 행하면, 500㎫로부터 1500㎫의 인장 강도를 실현할 수 있지만, 550㎫로부터 1200㎫ 정도의 인장 강도의 핫 스탬프 성형체에 의해, 현저한 성형성 향상의 효과가 얻어진다.

또한, 본 실시 형태에 의한 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체의 표면에는, 용융 아연 도금, 합금화 용융 아연 도금, 전기 아연 도금, 알루미늄 도금이 실시되어 있으면, 방청상 바람직하다. 이들의 도금을 행해도, 본 실시 형태의 효과를 손상시키는 것은 아니다. 이들의 도금에 대해서는, 공지의 방법에 의해 실시할 수 있다.

이하에 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판(냉연 강판, 용융 아연 도금 냉연 강판, 합금화 용융 아연 도금 냉연 강판, 전기 아연 도금 냉연 강판 및 알루미늄 도금 냉연 강판)을 사용한 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체를 제조할 때는, 통상의 조건으로서, 전로로부터의 용제 공정에 의한 용강을 연속 주조하여 슬래브로 한다. 연속 주조 시에, 주조 속도가 빠르면 Ti 등의 석출물이 지나치게 미세해져, 늦으면 생산성이 나쁜데다가 전술한 석출물 금속 조직이 조대화함과 함께 금속 조직의 입자수가 적어져 지연 파괴 등이 다른 특성을 제어할 수 없는 형태가 되어 버리는 경우가 있다. 이로 인해, 주조 속도는 1.0m/분 내지 2.5m/분이 바람직하다.

주조 후의 슬래브는, 그대로 열간 압연에 제공할 수 있다. 혹은, 냉각 후의 슬래브가 1100℃ 미만으로 냉각되어 있었던 경우에는, 냉각 후의 슬래브를 터널로 등에서 1100℃ 이상, 1300℃ 이하로 재가열하여 열간 압연에 이용할 수 있다. 1100℃ 미만의 슬래브 온도에서는, 열간 압연 시에 마무리 온도를 확보하는 것이 곤란하고, 신장 저하의 원인이 된다. 또한, Ti, Nb를 첨가한 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체에서는, 가열 시의 석출물의 용해가 불충분해지므로, 강도 저하의 원인이 된다. 한편, 1300℃ 초과의 가열 온도에서는, 스케일의 생성이 커져, 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체의 표면 성상을 양호한 것으로 할 수 없는 경우가 있다.

또한, 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 면적률을 작게 하기 위해서는, 강의 Mn 함유량, S 함유량을 질량％로 각각 [Mn], [S]로 나타냈을 때, 도 6에 도시하는 바와 같이, 열간 압연을 실시하기 전의 가열로 온도 T(℃), 재로 시간 t(분), [Mn] 및 [S]에 대해 하기의 식 (G)가 성립되는 것이 바람직하다.

T×ln(t)/(1.7[Mn]+[S])가 1500 이하이면, 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 면적률이 커지고, 또한 판 두께 1/4부에서의 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 개수 밀도와, 판 두께 중심부에서의 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 개수 밀도와의 차도 커지는 경우가 있다. 또한, 열간 압연을 실시하기 전의 가열로 온도란, 가열로 출구측 추출 온도이며, 재로 시간이란, 슬래브를 열연 가열로에 삽입하고 나서 취출할 때까지의 시간이다. MnS는 전술한 바와 같이 핫 스탬프 후도 변화가 생기지 않으므로, 열간 압연 전의 가열 공정 시에 식 (G)를 만족하는 것이 바람직하다.

계속해서, 통상법에 따라, 열간 압연을 행한다. 이때, 마무리 온도(열간 압연 종료 온도)를 Ar₃점 이상, 970℃ 이하로 하여, 슬래브를 열간 압연하는 것이 바람직하다. 마무리 온도가 Ar₃점 미만에서는, 열간 압연이 (α+γ) 2상 영역 압연(페라이트+마르텐사이트 2상 영역 압연)이 되어, 신장의 저하를 초래하는 것이 염려되고, 한편 마무리 온도가 970℃를 초과하면, 오스테나이트 입경이 조대해지는 동시에 페라이트 분율이 작아져, 신장이 저하되는 것이 염려된다. 또한, 열간 압연 설비는 복수의 스탠드를 가져도 좋다.

여기서, Ar₃점은 포마스터 시험을 행하고, 시험편의 길이의 변곡점으로부터 추정했다.

열간 압연 후, 강을 20℃/초 이상 500℃/초 이하의 평균 냉각 속도로 냉각하고, 소정의 권취 온도(CT)로 권취한다. 평균 냉각 속도가 20℃/초 미만인 경우에는, 연성 저하의 원인이 되는 펄라이트가 생성되기 쉬워진다. 한편, 냉각 속도의 상한은 특별히 규정하지 않지만, 설비 사양으로부터 500℃/초 정도로 하지만, 이에 한정되지 않는다.

권취 후에는, 산세를 행하고, 냉간 압연(냉연)을 행한다. 그 때, 도 4에 도시하는 바와 같이 전술한 식 (C)를 만족하는 범위를 얻기 위해, 하기의 식 (E)가 성립되는 조건 하에서 냉간 압연을 행한다. 상기의 압연을 행한 후에 후술하는 어닐링 및 냉각 등의 조건을 만족함으로써, 핫 스탬프 전의 핫 스탬프용 냉연 강판 및/또는 핫 스탬프 성형체에 의해 TS×λ≥50000㎫ㆍ％와의 특성을 확보하는 것에 연결된다. 또한, 냉간 압연은 생산성 등의 관점으로부터, 복수대의 압연기를 직선적으로 배치하여 일 방향으로 연속 압연함으로써, 소정의 두께를 얻는 탠덤 압연기를 사용하는 것이 바람직하다.

여기서, 「ri」는 상기 냉간 압연에 있어서의 최상류로부터 세어서 제i(i=1, 2, 3)단째의 스탠드에서의 단독의 목표 냉연율(％)이며, 「r」은 상기 냉간 압연에 있어서의 목표의 총 냉연율(％)이다. 총 압연율은, 소위 누적 압하율이며, 최초의 스탠드의 입구 판 두께를 기준으로 하고, 이 기준에 대한 누적 압하량(최초의 패스 전의 입구 판 두께와 최종 패스 후의 출구 판 두께의 차)의 백분율이다.

식 (E)가 성립되는 조건 하에서 냉간 압연을 행하면, 냉간 압연 전에 큰 펄라이트가 존재하고 있어도, 냉간 압연에 의해 펄라이트를 충분히 분단할 수 있다. 이 결과, 냉간 압연 후에 행하는 어닐링에 의해, 펄라이트를 소실시키거나, 또는 펄라이트의 면적률을 최소 한도로 억제할 수 있으므로, 식 (B) 및 식 (C)가 만족되는 조직이 얻어지기 쉬워진다. 한편, 식 (E)가 성립되지 않는 경우에는, 상류측의 스탠드에서의 냉연율이 불충분하고, 큰 펄라이트가 잔존하기 쉬워져, 이후의 어닐링에 의해 원하는 마르텐사이트를 생성할 수 없다. 또한 발명자들은, 식 (E)를 만족하면, 얻어진 어닐링 후의 마르텐사이트 조직의 형태가, 그 후 핫 스탬프가 행해져도 거의 동일한 상태로 유지되고, 따라서, 핫 스탬프 후에서도 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체가 신장 또는 구멍 확장성에 유리해지는 것을 발견했다. 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체에서는, 핫 스탬프에서 2상 영역까지 가열한 경우, 핫 스탬프 전의 마르텐사이트를 포함하는 경질상은 오스테나이트 조직이 되고, 핫 스탬프 전의 페라이트상은 그대로이다. 오스테나이트 중의 C(탄소)는 주위의 페라이트상으로 이동하지 않는다. 그 후 냉각하면 오스테나이트상은 마르텐사이트를 포함하는 경질상이 된다. 즉, 식 (E)를 만족시켜 전술한 H2/H1(또는 H20/H10)이 소정의 범위가 되면, 핫 스탬프 후도 이것이 유지되어, 핫 스탬프 성형체가 성형성이 우수하게 된다.

본 실시 형태에서는 r, r1, r2 및 r3은 목표 냉연율이다. 통상은 목표 냉연율과 실적 냉연율이 대략 동일한 값이 되도록 제어하면서 냉간 압연을 행한다. 목표 냉연율에 대해 실적 냉연율을 쓸데없이 괴리시킨 상태로 냉간 압연하는 것은 바람직하지 않다. 그러나, 목표 압연율과 실적 압연율이 크게 괴리하는 경우에는, 실적 냉연율이 상기 식 (E)를 만족하면 본 실시 형태를 실시하고 있다고 볼 수 있다. 또한, 실적의 냉연율은 목표 냉연율의 ±10％ 이내로 수용하는 것이 바람직하다.

냉간 압연 후에는 어닐링을 행함으로써, 강판에 재결정을 발생시킨다. 이 어닐링에 의해, 원하는 마르텐사이트를 발생시킨다. 또한, 어닐링 온도에 대해, 700 내지 850℃의 범위로 가열하여 어닐링을 행하고, 상온 혹은 용융 아연 도금 등의 표면 처리를 행하는 온도까지 냉각하는 것이 바람직하다. 이 범위에서 어닐링함으로써, 페라이트 및 마르텐사이트에 관해서 소정의 면적률을 안정적으로 확보할 수 있음과 함께, 페라이트 면적률과 마르텐사이트 면적률의 합을 안정적으로 60％ 이상으로 할 수 있어, TS×λ의 향상에 공헌할 수 있다. 다른 어닐링 온도의 조건은 특별히 규정하지 않지만, 700 내지 850℃에서의 유지 시간은, 소정의 조직을 확실하게 얻기 위해서는 1초 이상, 생산성에 지장이 없는 범위에서 유지하는 것이 바람직하고, 승온 속도도 1℃/초 이상 설비 능력 상한, 냉각 속도도 1℃/초 이상 설비 능력 상한까지 적절히 정하는 것이 바람직하다. 조질 압연 공정에서는, 통상법에 의해 조질 압연한다. 조질 압연의 신장률은 통상 0.2 내지 5％ 정도이고, 항복점 신장을 회피하고, 강판 형상을 교정할 수 있는 정도이면 바람직하다.

본 실시 형태의 더욱 바람직한 조건으로서, 강의 C 함유량(질량％), Mn 함유량(질량％), Si 함유량(질량％) 및 Mo 함유량(질량％)을, 각각 [C], [Mn], [Si] 및 [Mo]로 나타냈을 때, 상기 권취 온도(CT)에 관한 것으로, 하기의 식 (F)가 성립되는 것이 바람직하다.

도 5a에 도시하는 바와 같이, 권취 온도(CT)가 「560-474×[C]-90×[Mn]-20×[Cr]-20×[Mo]」 미만이면 마르텐사이트가 과잉으로 생성되고, 강판이 지나치게 단단해져, 이후의 냉간 압연이 곤란해지는 경우가 있다. 한편, 도 5b에 도시하는 바와 같이 권취 온도(CT)가 「830-270×[C]-90×[Mn]-70×[Cr]-80×[Mo]」 초과이면, 페라이트 및 펄라이트의 밴드 형상 조직이 생성되기 쉽고, 또한, 판 두께 중심부에서는 펄라이트의 비율이 높아지기 쉽다. 이로 인해, 이후의 어닐링에서 생성하는 마르텐사이트의 분포 균일성이 저하되고, 상기의 식 (C)가 성립되기 어려워진다. 또한, 충분한 양의 마르텐사이트를 생성시키는 것이 곤란해지는 경우가 있다.

식 (F)를 만족하면, 전술한 바와 같이 핫 스탬프 전에서 페라이트상과 경질상이 이상의 분포 형태가 된다. 이 경우, 핫 스탬프에서 2상 영역 가열을 행하면, 전술한 바와 같이 그 분포 형태가 유지된다. 식 (F)를 만족시켜, 전술한 금속 조직을 보다 확실하게 확보할 수 있으면, 핫 스탬프 후도 이것이 유지되어, 핫 스탬프 성형체가 성형성이 우수하게 된다.

또한, 방청능을 향상시키기 위해, 어닐링 공정과 조질 압연 공정 사이에 용융 아연 도금을 실시하는 용융 아연 도금 공정을 갖고, 냉연 강판의 표면에 용융 아연 도금을 실시하는 것도 바람직하다. 나아가서는, 용융 아연 도금 후에 합금화 처리를 실시하는 합금화 처리 공정을 갖는 것도 바람직하다. 합금화 처리를 실시하는 경우, 또한 합금화 용융 아연 도금 표면을, 수증기 등 도금 표면을 산화시키는 물질에 접촉시켜, 산화막을 두껍게 하는 처리를 실시해도 좋다.

용융 아연 도금 및 합금화 용융 아연 도금 이외에는, 예를 들어 조질 압연 공정 후에 전기 아연 도금을 실시하는 전기 아연 도금 공정을 갖고, 냉연 강판 표면에 전기 아연 도금을 실시하는 것도 바람직하다. 또한, 용융 아연 도금 대신에 어닐링 공정과 조질 압연 공정 사이에 알루미늄 도금을 실시하는 알루미늄 도금 공정을 갖고, 냉연 강판 표면에 알루미늄 도금을 실시하는 것도 바람직하다. 알루미늄 도금은 용융 알루미늄 도금이 일반적이고, 바람직하다.

이와 같은 일련의 처리 후, 700℃ 이상 1000℃ 이하로 가열하여 핫 스탬프를 행한다. 핫 스탬프 공정에서는, 예를 들어 이하와 같은 조건으로 행하는 것이 바람직하다. 먼저 승온 속도 5℃/초 이상 500℃/초 이하로 700℃ 이상 1000℃ 이하까지 강판을 가열하고, 1초 이상 120초 이하의 유지 시간 후에 핫 스탬프(핫 스탬프 가공)를 행한다. 성형성을 향상시키기 위해서는, 가열 온도는 Ac₃점 이하가 바람직하다. Ac₃점은 포마스타 시험을 행하고, 시험편의 길이 변곡점으로부터 추정했다. 계속해서, 예를 들어 냉각 속도 10℃/초 이상 1000℃/초 이하로 상온 이상 300℃ 이하까지 냉각한다(핫 스탬프의 켄칭).

핫 스탬프 공정의 가열 온도가 700℃ 미만에서는 켄칭이 불충분하고 강도를 확보할 수 없어, 바람직하지 않다. 가열 온도가 1000℃ 초과에서는 지나치게 연화되고, 또한 강판 표면에 도금이 실시되어 있는 경우 도금이, 특히 아연이 도금되어 있는 경우는 아연이 증발ㆍ소실하게 될 우려가 있어 바람직하지 않다. 따라서 핫 스탬프의 가열 온도는 700℃ 이상 1000℃ 이하가 바람직하다. 핫 스탬프 공정의 가열은, 승온 속도가 5℃/초 미만에서는, 그 제어가 어렵고, 또한 생산성이 현저하게 저하되므로, 5℃/초 이상의 승온 속도로 행하는 것이 바람직하다. 한편, 승온 속도 상한의 500℃/초는 현 상황 가열 능력에 의한 것이지만, 이에 한정되지 않는다. 핫 스탬프 가공 후의 냉각은, 10℃/초 미만의 냉각 속도에서는 그 속도 제어가 어려워, 생산성도 현저하게 저하되므로, 10℃/초 이상의 냉각 속도로 행하는 것이 바람직하다. 냉각 속도 상한의 1000℃/초는 현상 냉각 능력에 의한 것이지만, 이에 한정되지 않는다. 승온 후 핫 스탬프를 행할 때까지의 시간을 1초 이상으로 한 것은, 현상의 공정 제어 능력(설비 능력 하한)에 의한 것이며, 120초 이하로 한 것은, 강판 표면에 용융 아연 도금 등이 실시되어 있는 경우에 그 아연 등이 증발해 버리는 것을 피하기 위해서이다. 냉각 온도를 상온 300℃ 이하로 하는 것은, 마르텐사이트를 충분히 확보해서 핫 스탬프 성형체의 강도를 확보하기 위해서이다.

도 8은, 본 발명의 실시 형태에 따른 냉연 강판의 제조 방법을 나타내는 흐름도이다. 도면 중의 부호 S1 내지 S13은, 상술한 각 공정에 각각 대응한다.

본 실시 형태의 핫 스탬프 성형체에서는, 상기의 핫 스탬프 조건으로 핫 스탬프를 행한 후에서도, 식 (B) 및 식 (C)를 만족한다. 또한, 그 결과, 핫 스탬프를 행한 후에서도, TS×λ≥50000㎫ㆍ％라는 조건을 만족할 수 있다.

이상에 의해, 전술한 조건을 만족하면, 경도 분포 또는 조직이 핫 스탬프 후에도 유지되어, 강도를 확보함과 함께 보다 양호한 구멍 확장성을 얻을 수 있는 핫 스탬프 성형체를 제조할 수 있다.

<실시예>

표 1에 나타내는 성분의 강을 주조 속도 1.0m/분 내지 2.5m/분으로 연속 주조 후, 그대로, 혹은 일단 냉각한 후, 표 2의 조건으로 통상법에 의해 가열로에서 슬래브를 가열하고, 910 내지 930℃의 마무리 온도에서 열간 압연을 행하여 열연 강판으로 했다. 그 후, 이 열연 강판을, 표 1에 나타내는 권취 온도(CT)에서 권취했다. 그 후 산세를 행하여 강판 표면의 스케일을 제거하고, 냉간 압연에 의해 판 두께 1.2 내지 1.4㎜로 했다. 그 때, 식 (E)의 값이, 표 5에 나타내는 값이 되도록 냉간 압연을 행했다. 냉간 압연 후, 연속 어닐링로로 표 2에 나타내는 어닐링 온도에 의해 어닐링을 행했다. 일부의 강판은 또한 연속 어닐링로 균열 후의 냉각 도중에 용융 아연 도금을 실시하고, 또한 그 일부는 그 후 합금화 처리를 실시하여 합금화 용융 아연 도금을 실시했다. 또한, 또한 일부의 강판에서는, 전기 아연 도금 또는 알루미늄 도금을 실시했다. 또한, 조질 압연은 신장률 1％로 통상법에 따라 압연하고 있다. 이 상태에서 핫 스탬프 전의 재질 등을 평가하기 위해 샘플을 채취하고, 재질 시험 등을 행했다. 그 후, 도 7에 도시하는 바와 같은 형태의 핫 스탬프 성형체를 얻기 위해, 승온 속도 10 내지 100℃/초로 승온하고, 가열 온도 780℃에서 10초 유지한 후, 냉각 속도 100℃/초에서 200℃ 이하까지 냉각하는 핫 스탬프를 행했다. 얻어진 성형체로부터 도 7의 위치로부터 샘플을 컷팅하여, 재질 시험 등을 행하고, 인장 강도(TS), 신장(El), 구멍 확장률(λ) 기타를 구했다. 그 결과를 표 2, 표 3(표 2의 이어서), 표 4, 표 5(표 4의 이어서)에 나타낸다. 표 중의 구멍 확장률(λ)은 이하의 식 (L)에 의해 구한다.

d´: 균열이 판 두께를 관통했을 때의 구멍 직경

d: 구멍의 초기 직경

또한, 표 2 중의 도금의 종류에서, CR은 도금 없는 냉연 강판이며, GI는 용융 아연 도금, GA는 합금화 용융 아연 도금, EG는 전기 도금, Al은 알루미늄 도금을 실시하고 있는 것을 나타낸다.

또한, 표 중의 판정의, G, B는, 각각 이하를 의미하고 있다.

G:대상이 되는 조건식을 만족하고 있다.

B:대상이 되는 조건식을 만족하고 있지 않다.

또한, 식 (H), (I), (J)는 식 (B), (C), (D)와 각각 실질적으로 동일하므로, 각 표의 표제에는 식 (B), (C), (D)를 대표로 표시한다.

이상의 실시예로부터, 본 발명 요건을 만족하면, 핫 스탬프 후에서도 TS×λ≥50000㎫ㆍ％를 만족하는 우수한 핫 스탬프용 냉연 강판, 핫 스탬프용 용융 아연 도금 냉연 강판, 핫 스탬프용 합금화 용융 아연 도금 냉연 강판, 핫 스탬프용 전기 아연 도금 냉연 강판 또는 핫 스탬프용 알루미늄 도금 냉연 강판을 사용한, 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있다.

본 발명에 의해 얻어진 핫 스탬프용 냉연 강판을 사용한 핫 스탬프 성형체는, 핫 스탬프 후에 TS×λ≥50000㎫ㆍ％를 만족하므로, 높은 프레스 가공성과 강도를 갖고, 오늘날 자동차의 가일층의 경량화, 부품의 형상 복잡화 요구에 대응할 수 있다.

S1 : 용제 공정
S2 : 주조 공정
S3 : 가열 공정
S4 : 열간 압연 공정
S5 : 권취 공정
S6 : 산세 공정
S7 : 냉간 압연 공정
S8 : 어닐링 공정
S9 : 조질 압연 공정
S10 : 용융 아연 도금 공정
S11 : 합금화 처리 공정
S12 : 알루미늄 도금 공정
S13 : 전기 아연 도금 공정

Claims

질량％로,
C:0.030％ 이상, 0.150％ 이하,
Si:0.010％ 이상, 1.00％ 이하,
Mn:1.50％ 이상, 2.70％ 이하,
P:0.001％ 이상, 0.060％ 이하,
S:0.001％ 이상, 0.010％ 이하,
N:0.0005％ 이상, 0.0100％ 이하,
Al:0.001％ 이상, 0.050％ 이하
를 함유하고, 선택적으로,
B:0.0005％ 이상, 0.0020％ 이하,
Mo:0.01％ 이상, 0.50％ 이하,
Cr:0.01％ 이상, 0.50％ 이하,
V:0.001％ 이상, 0.100％ 이하,
Ti:0.001％ 이상, 0.100％ 이하,
Nb:0.001％ 이상, 0.050％ 이하,
Ni:0.01％ 이상, 1.00％ 이하,
Cu:0.01％ 이상, 1.00％ 이하,
Ca:0.0005％ 이상, 0.0050％ 이하,
REM:0.0005％ 이상, 0.0050％ 이하
의 1종 이상을 함유하는 경우가 있고,
잔량부가 Fe 및 불가피 불순물로 이루어지고,
상기 C 함유량, 상기 Si 함유량 및 상기 Mn 함유량을, 단위 질량％로 각각 [C], [Si] 및 [Mn]으로 나타냈을 때, 하기 식 (A)의 관계가 성립되고,
핫 스탬프 후의 금속 조직이, 면적률로, 40％ 이상 90％ 이하의 페라이트와, 10％ 이상 60％ 이하의 마르텐사이트를 함유하고, 또한 상기 페라이트의 면적률과 상기 마르텐사이트의 면적률의 합이 60％ 이상을 만족하고, 또한 상기 금속 조직이, 면적률로 10％ 이하의 펄라이트와, 체적률로 5％ 이하의 잔류 오스테나이트와, 면적률로 40％ 미만의 잔류 베이나이트 중 1종 이상을 함유하는 경우가 있고,
나노 인덴터에 의해 측정된 상기 마르텐사이트의 경도가, 하기의 식 (B) 및 식 (C)를 만족하고, 인장 강도(TS)와 구멍 확장률(λ)의 곱인 TS×λ에 있어서 50000㎫ㆍ％ 이상을 만족하는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.

여기서, H1은 상기 핫 스탬프 후의 판 두께 표층부의 상기 마르텐사이트의 평균 경도이며, H2는 상기 핫 스탬프 후의 판 두께 중심부, 즉 판 두께 중심에 있어서의 판 두께 방향으로 200㎛의 범위의 상기 마르텐사이트의 평균 경도이며, σHM은 상기 핫 스탬프 후의 상기 판 두께 중심부에서의 상기 마르텐사이트의 상기 평균 경도의 분산값이다.
제1항에 있어서,
상기 핫 스탬프 성형체 중에 존재하는, 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 MnS의 면적률이 0.01％ 이하이고,
하기 식 (D)가 성립되는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.

여기서, n1은 상기 핫 스탬프 후의 판 두께 1/4부에서의 상기 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 상기 MnS의 10000㎛²당 평균 개수 밀도이며, n2는 상기 핫 스탬프 후의 상기 판 두께 중심부에서의 상기 원 상당 직경이 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하의 상기 MnS의 10000㎛²당 평균 개수 밀도이다.
제1항 또는 제2항에 있어서,
표면에 용융 아연 도금이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.
제3항에 있어서,
상기 용융 아연 도금의 표면에 합금화 용융 아연 도금이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
표면에 전기 아연 도금이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.
제1항 또는 제2항에 있어서,
표면에 알루미늄 도금이 실시되어 있는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.
제1항에 기재된 화학 성분을 갖는 용강을 주조하여 강재로 하는 주조 공정과,
상기 강재를 가열하는 가열 공정과,
상기 강재에, 복수의 스탠드를 갖는 열간 압연 설비를 사용해서 열간 압연을 실시하는 열간 압연 공정과,
상기 강재를, 상기 열간 압연 공정 후에 권취하는 권취 공정과,
상기 강재에, 상기 권취 공정 후에, 산세를 행하는 산세 공정과,
상기 강재에, 상기 산세 공정 후에, 복수의 스탠드를 갖는 냉간 압연기에 의해 하기의 식 (E)가 성립되는 조건 하에서 냉간 압연을 실시하는 냉간 압연 공정과,
상기 강재를, 상기 냉간 압연 공정 후에, 700℃ 이상 850℃ 이하로 어닐링을 행하여 냉각하는 어닐링 공정과,
상기 강재에, 상기 어닐링 후 냉각 공정 후에, 조질 압연을 행하는 조질 압연 공정과,
상기 강재에, 상기 조질 공정 후에, 700℃ 이상 1000℃ 이하까지 가열하고, 그 온도 범위 내에서 핫 스탬프 가공을 행하고, 계속해서, 상온 이상 300℃ 이하까지 냉각하는 핫 스탬프 공정
을 갖는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.

여기서, ri(i=1, 2, 3)는, 상기 냉간 압연 공정에서, 상기 복수의 스탠드 중 최상류로부터 세어서 제i(i=1, 2, 3)단째의 스탠드에서의 단독의 목표 냉연율을 단위 ％로 나타내고 있고, r은 상기 냉간 압연 공정에서의 총 냉연율을, 단위 ％로 나타내고 있다.
제7항에 있어서,
상기 권취 공정에서의 권취 온도를, 단위 ℃로, CT로 나타내고,
상기 강재의 상기 C 함유량, 상기 Mn 함유량, 상기 Si 함유량 및 상기 Mo 함유량을, 단위 질량％로, 각각 [C], [Mn], [Si] 및 [Mo]로 나타냈을 때,
하기의 식 (F)가 성립되는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
제8항에 있어서,
상기 가열 공정에서의 가열 온도를, 단위 ℃로 T로 하고, 또한 재로 시간을, 단위 분으로 t로 하고,
상기 강재의 상기 Mn 함유량 및 상기 S 함유량을, 단위 질량％로 각각 [Mn], [S]로 했을 때,
하기의 식 (G)가 성립되는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어닐링 공정과 상기 조질 압연 공정 사이에 용융 아연 도금을 실시하는 용융 아연 도금 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 용융 아연 도금 공정과 상기 조질 압연 공정 사이에 합금화 처리를 실시하는 합금화 처리 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 조질 압연 공정 후에 전기 아연 도금을 실시하는 전기 아연 도금 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 어닐링 공정과 상기 조질 압연 공정 사이에 알루미늄 도금을 실시하는 알루미늄 도금 공정을 갖는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.