KR20150047627A

KR20150047627A - 프레스 경화 및 코팅된 강 부품들을 제조하기 방법 및 상기 부품들의 제조에 사용될 수 있는 프리코팅된 강판들

Info

Publication number: KR20150047627A
Application number: KR1020157008667A
Authority: KR
Inventors: 벨라스케스 후안 다비드 푸에르타; 조나스 스토뜨; 파스깔 드릴레
Original assignee: 아르셀러미탈 인베스티가시온 와이 데살롤로 에스엘
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2013-09-06
Publication date: 2015-05-04
Also published as: ES2945840T3; HUE061920T2; KR101643513B1; WO2015033177A1; BR122019008477B1; EP3783116B1; WO2014037627A1; JP6359155B2; JP6166787B2; RU2015112317A; EP2893047B1; BR112015005090A8; US20170260599A1; US9957582B2; CN104769138B; JP2018012884A; MA20150410A1; BR112015005090B8; HUE062051T2; BR112015005090B1

Abstract

본 발명은 프레스 경화 부품들을 제조하기 위한 냉간 압연, 어닐링 및 프리코팅된 강판에 관한 것으로, 중량으로 표현했을 때, 0.07 % ~ 0.5 % 의 탄소 함량 (C₀) 을 갖는 열 처리용 강 기판, 및 강 기판의 적어도 2 개의 주요면들에서의 금속 프리코팅에 의해 형성되고, 기판은 2 개의 주요면들 각각의 표면에 탈탄 구간을 포함하고, 탈탄 구간의 깊이 (p_50%) 는 6 ~ 30 마이크로미터이고, p_50% 는 탄소 함량이 전술한 C₀ 함량의 50 % 와 동일한 깊이인 것을 특징으로 할 뿐만 아니라, 강판이 기판과 금속 프리코팅 사이에 산화철 층을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.

Description

프레스 경화 및 코팅된 강 부품들을 제조하기 방법 및 상기 부품들의 제조에 사용될 수 있는 프리코팅된 강판들{METHOD FOR THE PRODUCTION OF PRESS-HARDENED, COATED STEEL PARTS AND PRE-COATED STEEL SHEETS THAT CAN BE USED FOR THE PRODUCTION OF SAID PARTS}

본 발명은 냉간 압연 및 어닐링되고, 프리코팅, 가열, 스탬핑 후 프레스 공구 내부에서 홀딩함으로써 냉각 중 경화되는 강판으로부터 부품들을 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이고; 이 부품들은 특히 침입 방지 기능 또는 에너지 흡수 기능을 수행하도록 자동차에서 구조 요소들로서 사용되도록 의도된다. 이 유형의 부품들은 또한, 예를 들어, 농업 기계들의 공구들 또는 부품들의 제조에 사용될 수 있다.

이 유형의 용도에서, 목표는 높은 기계적 강도, 높은 충격 강도, 양호한 내식성과 양호한 치수 정확성을 조합한 강 부품들을 제조하는 것이다. 이 조합은 차량들의 중량을 크게 감소시키고자 시도하는 자동차 산업에서 특히 바람직하다. 침입 방지 및 구조 부품들뿐만 아니라 예를 들어 범퍼, 도어 또는 중앙 필러 (pillar) 보강부와 같은 자동차의 안전성에 기여하는 다른 부품들은 전술한 특징들을 요구한다. 이 중량 감소는 특히 마텐자이트 또는 베이나이트-마텐자이트 미세조직을 가지는 강 부품들의 사용 덕분에 달성될 수 있다.

이 유형의 부품들의 제조는 종래 기술 공개 FR2780984 및 FR2807447 에서 기재되어 있고, 이 공개에 따르면 열 처리용 강판에서 절단되고 금속 또는 금속 합금으로 프리코팅된 블랭크가 노에서 가열된 후 열간 성형된다. 프리코팅은 알루미늄 또는 알루미늄 기반 합금, 아연 또는 아연 합금일 수 있다. 노에서 가열 중, 탈탄 및 칼라민의 형성을 막도록 프리코팅은 강 표면을 보호한다. 노에서 가열 중, 이 프리코팅은 열간 성형에 적합한 화합물을 형성하도록 강 기판과 합금화되고 그것은 툴링 (tooling) 의 어떠한 열화도 유발하지 않는다. 성형이 수행된 후 툴링에 부품을 유지하는 것은 매우 높은 기계적 특징들을 가지는 경화된 미세조직들의 형성을 유발하는 급속 냉각을 가능하게 한다. 이 유형의 프로세스는 프레스 경화로 알려져 있다.

대체로, 이런 식으로 얻어진 부품들의 기계적 특징들은 인장 강도 및 경도 테스트들에 의해 평가된다. 상기 참조 문헌들은 또한 가열 및 급속 냉각 전 500 MPa 의 초기 강도 (Rm) 를 가지는 강 블랭크로 시작해 1,500 MPa 의 기계적 강도 (또는 최대 인장 강도; Rm) 를 얻는 것을 가능하게 하는 제조 프로세스들을 기재한다.

하지만, 임의의 경화 및 코팅된 부품들의 사용 조건들은 높은 레벨의 강도 (Rm) 뿐만 아니라 양호한 벤딩성을 요구한다. 사실상, 이 파라미터는, 부품의 기하학적 구조 또는 부품들의 표면에서 미세 결함들의 잠재적인 존재로 인해 특히 국부적 응력 집중에 대응하는 영역에서, 파열 위험 없이 변형 또는 충격을 흡수하기에 충분한 연성을 부품이 가지도록 보장하기 위해서 견인시 측정된 파단 신율보다 더 적절한 것처럼 보인다.

문헌 WO2009080292 는 경화 부품의 벤딩 각도를 증가시키는 것을 가능하게 하는 프로세스를 개시한다. 이 프로세스에 따르면, 강판은 0.3 마이크로미터보다 상당히 더 두꺼운 산화물 층을 얻기 위해서 650 ~ 800 ℃ 의 온도로 어닐링 노에서 가열된다. 강의 임의의 합금 원소들은 이 산화물 층 아래에서 산화된다. 이 산화물 층은 그 후 0.3 마이크로미터보다 큰 두께를 가지도록 부분적으로 환원된다. 환원된 산화물 층의 극단 표면 (extreme surface) 은 순철로 구성된다. 판은 그 후 핫 딥 프로세스를 이용해 코팅된다. 이 단계 후, 판은 다음과 같은 상이한 층들을 연속적으로 가지고: 표면 근방에 산화된 원소들을 포함하는 강 기판으로서 (내부 산화), 이 기판은 핫 딥 프로세스를 이용해 도포된 코팅에 의해 그 자체가 덮여있는 부분적으로 환원된 산화물 층에 의해 덮여있다. 블랭크의 오스테나이트화의 후속 단계 동안 그리고/또는 셰이핑 (shaping) 및 냉각 동안, 코팅 중 형성된 크랙 (cracks) 이 성형 프로세스 중 하부층으로 덜 용이하게 전파되도록 얇은 연성층이 코팅 아래에 형성된다.

하지만, 판이 금속 코팅 욕에 침지될 때 생기는 산화물 층은 이 층에 대한 핫 딥 코팅의 부착 면에서 바람직하지 못한 효과를 가질 수 있다.

따라서, 이런 단점을 가지지 않고 동시에 프레스 경화 후 높은 레벨의 인장 강도와 벤딩성을 획득하는 것을 가능하게 하는 제조 프로세스를 가지는 것이 바람직할 것이다.

또한, 예를 들어, 판이 코팅되기 전 판의 어닐링 중 온도 사이클, 및 연속 어닐링 노들의 분위기의 조성 및/또는 노점과 같은 임의의 가변성을 산업상 제조 조건들이 불가피하게 포함하고, 이것은 정해진 제조 시퀀스 중 약간 달라질 수 있고 또는 하나의 제조 작업 (run) 에서 다른 작업으로 달라질 수 있음은 알려져 있다. 이 변화들을 최소화하도록 최대 예방 조치가 취해질지라도, 프레스 경화 후 획득된 기계적 특징들, 특히 벤딩성이 제조 조건들의 이런 잠재적 변화에 가능한 한 민감하지 않도록 제조 프로세스를 가지는 것이 바람직할 것이다. 부가적인 목적은, 열간 스탬핑 후 부품들의 양호한 등방성을 유발하는, 즉 판이 압연되는 방향에 대한 응력 방향에 벤딩성이 크게 의존하지 않는 제조 프로세스이다.

또한, 열간 스탬핑 동안 오스테나이트화 단계 중 노에서 블랭크들의 유지 시간은 부품들의 기계적 특징들에 영향을 미칠 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 부품들의 기계적 특징들의 높은 레벨의 재현성을 달성하도록 노에서 유지 시간에 덜 민감한 제조 프로세스를 가지는 것이 바람직할 것이다.

아연 또는 아연 합금으로 프로코팅된 판들로부터 제조된 부품들의 경우에, 목적은 액체 아연의 침투에 의해 초래되는 결정립계 취화의 위험 없이 이 부품들을 용접하는 것을 가능하게 하는 프로세스를 가지는 것이다.

본 발명의 목적은 경제적인 제조 프로세스에 의하여 전술한 문제점들을 해결하는 것이다.

놀랍게도, 발명자들은, 부품의 프레스 경화 전 특정 두께의 탈탄 영역이 금속 프리코팅 아래에 존재할 때 부품들의 높은 벤딩성이 달성되는 것을 보여주었다. 놀랍게도, 경화 전 이런 특정한 탈탄은 코팅 전 연속 어닐링 조건들에 크게 의존하지 않고 압연 방향에 대해 양호한 등방성을 반영하는 벤딩 결과를 발생시키고; 이 탈탄 영역에서 산화물들의 존재에도 불구하고 높은 벤딩값들이 달성되고, 이것은 이 영역에서 산소 풍부화에 대응한다.

이를 위해, 본 발명의 목적은 프레스 경화 부품들의 제조를 위한 어닐링 및 프리코팅된 냉간 압연 판으로서, 중량으로 표현했을 때, 0.07 % ~ 0.5 % 의 탄소 함량 (C₀) 을 갖는 열 처리용 강 기판과, 상기 강 기판의 2 개의 주요면들 중 적어도 하나에서의 금속 프리코팅으로 이루어지고, 상기 기판은 상기 2 개의 주요면들 각각의 표면에 탈탄 영역을 포함하고, 상기 탈탄 영역의 깊이 (p_50%) 는 6 ~ 30 마이크로미터이고, p_50% 는 탄소 함량이 상기 함량 (C₀) 의 50 % 와 동일한 깊이이고, 상기 판은 상기 기판과 상기 금속 프리코팅 사이에 산화철 층을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다. 상기 탈탄 영역의 깊이 (p_50%) 는 유리하게도 9 ~ 30 마이크로미터, 매우 유리하게도 12 ~ 30 마이크로미터이다.

바람직한 일 실시형태에서, 판의 금속 프리코팅은 알루미늄 또는 알루미늄 합금이다.

다른 바람직한 실시형태에서, 금속 프리코팅은 아연 또는 아연 합금이다.

금속 프리코팅은 바람직하게 아연이나 아연 합금으로 덮여있는 알루미늄 또는 알루미늄 기반 합금 층으로 이루어질 수 있다.

강 기판의 조성은 유리하게도 함량을 중량으로 표현했을 때, 0.07 % ≤ C ≤ 0.5 %, 0.5 % ≤ Mn ≤ 3 %, 0.02 % ≤ Si ≤ 0.5 %, 0.01 % ≤ Cr ≤ 1 %, Ti ≤ 0.2 %, Al ≤ 0.25 %, S ≤ 0.05 %, P ≤ 0.1 %, 0.0005 % ≤ B ≤ 0.010 %, 선택적으로 0.0005 % ≤ Ca ≤ 0.005 % 를 포함하고, 상기 조성의 잔부는 철 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성된다.

매우 유리하게도, 강 기판의 조성은, 함량을 중량으로 표현했을 때, 0.09 % ≤ C ≤ 0.38 %, 0.8 %≤ Mn ≤ 1.5 %, 0.1 % ≤ Si ≤ 0.35 %, 0.01 % ≤ Cr ≤ 0.3 %, 0.02 % ≤ Ti ≤ 0.1 %, 0.001 %≤ Al ≤ 0.25 %, S ≤ 0.05 %, P≤ 0.1 %, 0.002 % ≤ B ≤ 0.005 %, 선택적으로 0.0005 %≤ Ca ≤ 0.005 % 를 포함하고, 상기 조성의 잔부는 철 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성된다.

바람직한 일 실시형태에서, 강 기판의 조성은, 함량을 중량으로 표현했을 때, 0.15 % ≤ C ≤ 0.25 % 를 포함한다.

강 기판은 유리하게도 산소 함량 (O₀), 및 상기 프리코팅과 상기 기판 사이 계면 아래, 상기 계면으로부터 측정된 0 ~ 5 마이크로미터의 깊이에서, 평균 산소 함량 (O_m) 을 가지고, O_m/O₀ 는 15 보다 크다.

유리하게도, 프리코팅된 강의 기판은, 프리코팅과 기판 사이 계면 아래 0 ~ 5 마이크로미터에 위치한 영역에서, 티타늄, 규소, 망간, 알루미늄 및 크롬으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 산화물들을 함유하고, 이 영역에서 1 마이크로미터보다 큰 직경을 가지는 산화물들의 밀도는 50/㎟ 보다 크다. 본 발명의 부가적 목적은 연속 단계들을 포함하는 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법으로서, 이 방법에 따르면 0.07 ~ 0.5 % 의 탄소 함량 (C₀) 을 가지는 열 처리용 냉간 압연 강판이 입수된다. 압연 강은 어닐링되어서, 어닐링 완료시, 6 ~ 30 마이크로미터의 깊이 (p_50%) 에 대해 상기 판의 표면의 탈탄을 획득하고, p_50% 는 탄소 함량이 상기 함량 (C₀) 의 50 % 와 동일한 깊이이고, 판의 표면에 산화철 층을 가지지 않는 판을 획득하고, 기판으로서 역할을 하는 어닐링된 강에 금속 또는 금속 합금을 이용한 프리코팅이 뒤따른다. 프리코팅된 판은 그 후 블랭크를 획득하도록 절단되고, 상기 블랭크는 그 후 선택적으로 냉간 스탬핑되고, 그 후 상기 블랭크는 상기 강에 적어도 부분적으로 오스테나이트 조직을 제공하도록 노에서 온도 (T_R) 까지 가열된다. 상기 가열된 블랭크는 상기 노에서 제거되고 프레스 또는 성형 기기로 이송되고, 상기 블랭크는 그 후 경화함으로써 마텐자이트 또는 베이나이트-마텐자이트 미세조직을 블랭크에 제공하도록 상기 프레스 또는 상기 성형 기기에서 후에 냉각되는 부품을 획득하기 위해서 열간 성형되거나 열간 사이징된다.

본 발명의 부가적 목적은, 프리코팅이 욕을 통과함으로써 핫 딥 프로세스를 이용해 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법이다.

바람직한 일 실시형태에서, 금속 프리코팅은 알루미늄 또는 알루미늄 합금이다.

프리코팅은 바람직하게 아연 또는 아연 합금이다.

한 가지 특정 실시형태에서, 금속 프리코팅은 아연 또는 아연 합금 층으로 덮여있는 알루미늄 또는 알루미늄 기반 합금 층으로 이루어진다.

상기 깊이 (p₅₀ _%) 는 유리하게도 9 ~ 30 마이크로미터, 매우 유리하게도 12 ~ 30 마이크로미터이다.

본 발명의 부가적 목적은, 강 기판의 조성은, 함량을 중량으로 표현했을 때, 0.07 % ≤ C ≤ 0.5 %, 0.5 % ≤ Mn ≤ 3 %, 0.02 % ≤ Si ≤ 0.5 %, 0.01 % ≤ Cr ≤ 1 %, Ti ≤ 0.2 %, Al ≤ 0.25 %, S ≤ 0.05 %, P ≤ 0.1 %, 0.0005 % ≤ B ≤ 0.010 %, 선택적으로 0.0005 % ≤ Ca ≤ 0.005 % 를 포함하고, 상기 조성의 잔부는 철 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는 방법이다.

한 가지 특정 실시형태에서, 상기 강 기판의 조성은, 함량을 중량 퍼센트로 표현했을 때, 0.09 % ≤ C ≤ 0.38 %, 0.8 % ≤ Mn ≤ 1.5 %, 0.1 % ≤ Si ≤ 0.35 %, 0.01 % ≤ Cr ≤ 0.3 %, 0.02 % ≤ Ti ≤ 0.1 %, 0.001 % ≤ Al ≤ 0.25 %, S ≤ 0.05 %, P ≤ 0.1 %, 0.002 % ≤ B ≤ 0.005 %, 선택적으로 0.0005 % ≤ Ca ≤ 0.005 % 를 포함하고, 상기 조성의 잔부는 철 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성된다.

방법의 한 가지 특정 실시형태에서, 강 기판의 조성은, 0.15 % ≤ C ≤ 0.25 % 를 포함한다.

온도 (T_R) 는 바람직하게 강의 온도 (A_c3) 이상이다.

상기 냉간 압연 강판은 바람직하게 산소 함량 (O₀) 을 가지고, 상기 판은 어닐링되어서, 상기 기판에서, 상기 어닐링의 결과로, 상기 프리코팅과 상기 기판 사이 계면 아래에서, 상기 계면으로부터 측정된 0 ~ 5 마이크로미터의 깊이에서, 평균 산소 함량 (O_m) 을 획득하고, O_m/O₀ 는 15 보다 크다.

바람직하게, 상기 냉간 압연 판은 어닐링되어서, 상기 기판에서 상기 어닐링의 결과로, 상기 프리코팅과 상기 기판 사이 계면 아래에서, 상기 계면으로부터 0 ~ 5 마이크로미터에 위치한 깊이에서, 티타늄, 규소, 망간, 알루미늄, 크롬으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 산화물들을 획득하고, 이 영역에서 1 마이크로미터보다 큰 직경을 가지는 산화물들의 밀도는 50/㎟ 보다 크다.

본 발명의 부가적 목적은 전술한 실시형태들 중 임의의 하나에 설명한 바와 같은 제조 프로세스로, 어닐링 조건들은 다음 단계들을 연속적으로 포함하고: 상기 냉간 압연 판을 입수한 후, 상기 판은 방사관로 또는 저항로 또는 유도로 또는 이들 수단들 중 적어도 임의의 2 개를 조합한 노를 통하여 이동함에 따라 600 ℃ ~ Ac1 + 40 ℃ 의 온도 (T1a) 로 가열되고, Ac1 은, 분위기 (A1) 가 2 ~ 15 부피% 의 수소, 바람직하게 3 ~ 5 부피% 의 수소를 함유하는 상기 노의 구간에서 상기 강이 가열될 때 오스테나이트 변태 개시 온도를 지정하고, 잔부는 질소와 불가피한 불순물이고, 노점은 -60 ~ -15 ℃ 이다. 상기 판은 온도 (T1a) 로부터 720 ~ 860 ℃ 의 온도 (T2a) 까지 가열되고, 액체 물, 스팀 또는 산소 중에서 선택된 적어도 하나의 성분은 상기 온도 (T1a) 에서 개시하여 상기 노로 주입되어서 상기 온도 (T1a) 와 상기 온도 (T2a) 사이 상기 노의 섹션에서 -15 ℃ 와 철/산화철 평형 노점 온도 (Te) 사이의 노점 (PR) 을 갖는 분위기 (A2a) 를 획득하고, 상기 판이 상기 온도 (T1a) 로 있는 순간과 상기 판이 상기 온도 (T2a) 에 도달한 순간 사이 시간 간격은 30 초 이상이다. 상기 판은 그 후 철에 대해 환원하는 분위기 (A3) 하에서 T2a 와 T2a + 40 ℃ 사이의 온도 (Tm) 로 유지되고, 그 후 철의 표면 재산화가 발생하지 않도록 분위기 (A4) 에서 온도 (T3) 로 냉각된다. 상기 판은 그 후 온도 (Tbm) 로 금속 욕에서 딥 코팅함으로써 프리코팅되고, 온도 (T3) 는 Tbm - 10 ℃ 와 Tbm + 50 ℃ 사이에 있는 것으로 이해된다.

바람직하게, 분위기 (A2a) 의 노점 (PR) 은 -15 ~ +17 ℃ 이고, 매우 바람직하게 -15 ~ -10 ℃ 이다.

본 발명의 부가적 목적은, 어닐링 조건들이 다음 단계들을 연속적으로 포함하는 제조 방법으로: 상기 냉간 압연 강판을 입수한 후, 상기 강판은 방사관로 또는 저항로 또는 유도로 또는 이들 수단들 중 적어도 임의의 2 개를 조합한 노를 통하여 이동함에 따라 600 ℃ ~ Ac1 + 40 ℃ 의 온도 (T1a) 로 가열되고, Ac1 은, 분위기 (A1) 가 2 ~ 15 부피% 의 수소, 바람직하게 3 ~ 5 부피% 의 수소를 포함하는 상기 노의 구간에서 상기 강이 가열될 때 오스테나이트 변태 개시 온도를 지정하고, 잔부는 질소와 불가피한 불순물이고, 노점은 -60 ~ -15 ℃ 이다. 상기 판은 그 후 온도 (T1a) 로부터 720 ~ 860 ℃ 의 온도 (T2a) 로 가열되고, 액체 물, 스팀 또는 산소 중에서 선택된 적어도 하나의 성분은 상기 온도 (T1a) 에서 개시하여 상기 노로 주입되어서 상기 온도 (T1a) 와 상기 온도 (T2a) 사이 상기 노의 섹션에서 철에 대해 산화하는 분위기 (A2b) 를 획득하고, 상기 판이 상기 온도 (T1a) 로 있는 순간과 상기 판이 상기 온도 (T2a) 에 도달한 순간 사이 시간 간격은 30 초 이상이다. 상기 판은 그 후 철에 대해 환원하는 분위기 (A3) 하에서 T2a 와 T2a + 40 ℃ 사이의 온도 (Tm) 로 유지되고, 상기 분위기 (A2b) 에서 형성된 철 층의 완전 환원은 상기 온도 (Tm) 로 유지 종료 전 발생한다. 상기 판은 그 후 철의 표면 재산화가 발생하지 않도록 분위기 (A4) 에서 온도 (T3) 까지 냉각되고, 그 후 상기 판은 온도 (Tbm) 로 금속 욕에서 핫 딥 코팅함으로써 프리코팅되고, 온도 (T3) 는 Tbm - 10 ℃ 와 Tbm + 50 ℃ 사이에 있는 것으로 이해된다.

유리한 일 실시형태에서, 상기 온도 (T1a) 는 Ac1, 즉 상기 강 기판의 가열 중 오스테나이트 변태 온도보다 높다.

본 발명의 부가적 목적은, 어닐링 조건들이 다음 단계들을 연속적으로 포함하는 제조 방법으로서: 냉간 압연 강판을 입수한 후, 상기 강판은 노를 통하여 이동함에 따라 예열되고, 상기 예열은 직접 화염에 의해 가열되는 노의 구간에서 수행되고, 상기 판은, 공기/가스 비가 1 ~ 1.2 인 공기와 천연 가스의 혼합물의 연소로부터 기인한 분위기에서 550 ~ 750 ℃ 의 온도 (T1b) 로 예열된다. 상기 판은 방사관 또는 저항 또는 유도 또는 이 수단들 중 적어도 2 개의 조합에 의해 가열된 노의 제 2 구간에서 온도 (T1b) 로부터 760 ~ 830 ℃ 의 온도 (T2b) 로 가열되고, 상기 분위기는 3 ~ 40 부피% 의 수소를 함유하고, 잔부는 질소와 불가피한 불순물이고, 노점은 -30 ℃ 미만이고, 상기 판이 온도 (T1b) 로 있는 순간과 상기 판이 온도 (T2b) 에 도달한 순간 사이 시간 간격은 적어도 30 초이다. 상기 판은 철에 대해 환원하는 분위기 (A3) 하에서 T2b 와 T2b + 40 ℃ 사이의 온도 (Tm) 로 유지되고, 그 후 철의 표면 재산화가 발생하지 않도록 분위기에서 온도 (T3) 로 냉각된다. 상기 판은 그 후 온도 (Tbm) 로 금속 욕에서 핫 딥 코팅함으로써 프리코팅되고, 온도 (T3) 는 Tbm - 10 ℃ 와 Tbm + 50 ℃ 사이에 있는 것으로 이해된다.

바람직한 일 실시형태에서, 온도 (T2b) 는 Ac1 보다 높다.

본 발명의 부가적 특징들과 장점들은 예로서 제공되고 첨부 도면들을 참조한 하기 상세한 설명에서 분명하게 될 것이다.

도 1 은 프레스 경화 부품들의 제조를 위한 본 발명에 의해 청구된 바와 같은 프리코팅된 강판의 미세조직을 보여준다.
도 2 는 프레스 경화 부품의 코팅 아래 미소경도에 의해 측정된 연화 영역의 깊이 (d) 의 정의를 개략적으로 도시한다.
도 3 은 프레스 경화 전 판 또는 블랭크의 프리코팅 아래, 글로 방전 발광 분광법에 의해 측정된 표면의 탈탄 깊이 (p_50%) 의, 프리코팅된 판 또는 블랭크에 대한, 정의를 개략적으로 도시한다.
도 4 는 연화 표면 영역의 깊이에 따른 프레스 경화 부품의 임계 벤딩 각도 (α_c) 의 변화를 도시하고, 연화 표면 영역은 코팅 아래 미소경도에 의해 측정된다.
도 5 는 탈탄 깊이 (p₅₀ _%) 에 따른 프레스 경화 부품의 임계 벤딩 각도 (α_c) 의 변화를 도시하고, 탈탄 깊이는 열간 스탬핑 및 경화 전 프리코팅된 블랭크에서 측정된다.
도 6 은 열간 스탬핑 후 부품의 임계 벤딩 각도에 대한, 프리코팅 전 어닐링 중 노의 특정 구간에서 노점의 영향을 보여준다.
도 7 은 탈탄 깊이 (p_50%) 에 대한, 프리코팅 전 어닐링 중 노의 특정 구간에서 노점의 영향을 보여주고, 이 탈탄 깊이 파라미터는 열간 스탬핑 및 경화 전 프리코팅된 블랭크에서 측정된다.
도 8 은 -27 ℃ 의 노점에 대해, 프레스 경화 후, 아연 코팅 아래 강의 미세조직을 보여준다.
도 9 는 또한 -7 ℃ 의 노점에 대해, 프레스 경화 후, 아연 코팅 아래 강의 미세조직을 보여준다.
도 10 은 프리코팅과의 계면 근방에서, 열간 스탬핑 전, 2 개의 프리코팅된 강판들의 강 기판의 탄소 함량의 변화를 도시하고, 판들의 어닐링은 -27 ℃ 또는 -7 ℃ 의 노점으로 분위기 (A2a) 에서 수행되었다.
도 11 은 이 부품들의 코팅과 계면 근방에서 2 개의 열간 스탬핑된 강 부품들의 탄소 함량 변화를 도시하고, 이 부품들의 제조에 사용된 판들의 어닐링은 -27 ℃ 또는 -7 ℃ 의 노점으로 분위기 (A2a) 에서 수행되었다.
도 12 및 도 13 은 표면 근방에서 강 기판에서 어닐링 중 형성된 내부 산화물들을 도시한다.
도 14 및 도 15 는 이 산화물들의 에너지 분산형 X 선 분광법의 2 가지 스펙트럼들을 보여준다.
도 16 은 본 발명에 의해 청구된 바와 같이 제조된 판에서 프리코팅 아래 상대 산소 함량 (O/O₀) 변화를 보여준다.

본 발명에 의해 청구된 프로세스에서 사용된 냉간 압연 판의 두께는 바람직하게 대략 0.5 ~ 2.6 ㎜ 이고, 이 두께 범위는, 다른 용도들 중에서, 자동차 산업용 구조 부품 또는 보강 부품의 제조에 이용된다.

강은 열 처리용 강이고, 즉, 그것은 오스테나이트화 후 경화되고 담금질에 의해 급속 냉각될 수 있는 강이다.

강은 유리하게도 다음 원소들을 함유하고, 조성은 중량으로 표현된다:

- 0.07 ~ 0.5 중량%, 바람직하게 0.09 ~ 0.38 중량%, 매우 바람직하게 0.15 ~ 0.25 중량% 의 탄소 함량. 이 원소는, 오스테나이트화 처리를 뒤따르는 냉각 후 획득된 경화능 및 기계적 강도에 주요 역할을 한다. 0.07 중량% 의 함량 미만에서, 경화를 위한 적합성은 감소되고 기계적 강도는 프레스 경화 후 불충분하다. 0.15 % C 의 함량은 가장 많이 열간 성형된 영역들에서 충분한 경화능을 보장하는 것을 가능하게 한다. 0.5 중량% 의 함량을 초과하면, 특히 가장 두꺼운 부분들에 대해 경화 중 결함 형성 위험이 증가된다. 또한, 프레스 경화 후 부품들의 벤딩 중 연성을 보장하는 것은 어려워진다. 0.09 ~ 0.38 % 의 탄소 함량은, 부품의 미세조직이 완전히 마텐자이트일 때 대략 1,000 ~ 2,050 MPa 의 강도 (Rm) 를 획득하는 것을 가능하게 한다.

- 탈산제로서 역할 이외에, 망간은 특히 중량으로 그것의 함량이 0.5 % 를 초과하고 바람직하게 0.8 % 를 초과할 때 경화능에 또한 큰 영향을 미친다. 그럼에도 불구하고, 망간의 부가를 3 중량% 로 제한하는 것이 바람직하고, 과도한 편석을 막기 위해서 망간의 부가를 1.5 % 로 제한하는 것이 매우 바람직하다.

- 강의 규소 함량은 0.02 ~ 0.5 중량% 이어야 하고, 바람직하게 0.1 % ~ 0.35 % 이어야 한다. 액체 강을 탈산시키는 역할 이외에, 이 원소는 강의 경화에 기여하고, 하지만 규소의 함량이 그럼에도 불구하고 산화물들의 과도한 형성을 방지하고 딥-코팅성에 대한 바람직하지 못한 영향을 막기 위해서 제한되어야 한다.

- 0.01 % 보다 큰 레벨을 초과시, 크롬은 경화능을 증가시키고 열간 성형 작동 후 높은 강도를 달성하는데 기여한다. 1 % (바람직하게 0.3 %) 인 농도를 초과하면, 부품에서 기계적 특성의 균일성에 대한 크롬의 효과가 포화된다.

- 알루미늄은 탈산 및 질소의 침전을 촉진하는 원소이다. 과도한 양일 때, 연성을 감소시키는 경향이 있는 프로세싱 중 조대한 알루미네이트가 형성되는데, 이것이 알루미늄 함량을 0.25 중량% 로 제한하는 이유이다. 0.001 % 의 최소 함량은 프로세싱 중 액체 상태에서 강을 탈산시키는 것을 가능하게 한다.

- 과도한 양일 때, 황과 인은 증가된 취성을 유발한다. 그것이 이 원소들의 각각의 농도를 0.05 및 0.1 중량% 로 제한하는 것이 바람직한 이유이다.

- 0.0005 ~ 0.010 중량%, 바람직하게 0.002 ~ 0.005 중량% 이어야 하는 농도를 가지는 붕소는 경화능에 큰 역할을 하는 원소이다. 0.0005 % 의 농도 미만에서는, 경화능에 대한 충분한 효과가 달성되지 않는다. 충분한 효과는 0.002 % 의 농도에 대해 획득된다. 최대 붕소 함량은 인성 감소를 막기 위해서 0.010 % 미만이고, 바람직하게 0.005 % 이어야 한다.

- 티타늄은 질소에 대해 높은 친화도를 갖는다. 티타늄은, 이 원소가 유리된 형태이어서 그것이 경화능에 충분한 효과를 행사할 수 있도록 붕소를 보호한다. 하지만, 0.2 % 초과시, 인성에 바람직하지 못한 영향을 미치는, 액체 강에 조대한 질화 티타늄을 형성하는 위험이 있다. 티타늄은 바람직하게 0.02 ~ 0.1 % 로 존재한다.

- 선택적으로, 강은 또한 0.0005 ~ 0.005 % 의 양으로 칼슘을 함유할 수 있고: 산소와 황을 조합함으로써, 칼슘은, 판들 또는 판들로부터 제조되는 부품들의 연성에 바람직하지 못한 영향을 미치는 큰 개재물 (inclusions) 의 형성을 방지하는 것을 가능하게 한다.

강 조성의 잔부는 철, 및 프로세싱으로부터 기인하는 불가피한 불순물, 특히 산화물 형태로 존재하는 산소로 구성된다.

바람직한 강은 0.20 ~ 0.25 % C, 1.1 ~ 1.35 % Mn, 0.15 ~ 0.35 % Si, 0.02 ~ 0.06 % Al, 0.02 ~0.05 % Ti, 0.02 ~ 0.25 % Cr, 0.002 ~ 0.004 % B 를 함유하고, 잔부는 철 및 불가피한 불순물로 구성되는 22MnB5 이다.

발명자들은, 프레스 경화 후 양호한 벤딩성을 달성하는 것을 가능하게 하는 조건들을 주로 찾았다. 이 특징은 부품에 3 점 벤드를 부여함으로써 측정된다. 부품은 3 점 만곡 (flexing) 으로 롤러들에서 계속해서 벤딩되어서, 인가된 하중은 동시에 측정된다. 부품에서 크랙이 나타날 때 임계 벤딩 각도 (α_c) 가 측정되고, 이 현상은 인가된 하중의 즉각적인 감소를 수반한다. 이 유형의 테스트 조건들은 DIN VDA 238-100 에 기재되어 있다. 대략 1,300 ~ 1,600 MPa 의 파괴 하중 (Rm) 에 대해, 사양을 충족시키도록 55°보다 큰 임계 벤딩 각도가 요구된다. 바람직하게, 가장 가혹한 사용 조건을 충족시키도록 심지어 60°보다 큰 임계 벤딩 각도가 요구된다.

이하 상세히 설명될 제조 프로세스에 의하여, 발명자들은, 코팅 아래에 위치한 다소 큰 연화층의 존재만 상이한, 갈버닐링되고, 880 ℃ 로 가열 후 열간 스탬핑되고 그 온도에서 5 분 동안 유지되는, 1.2 ㎜ 두께의 22MnB5 강의 블랭크들로 시작하여, 부품들을 제조하였다. 이 연화 영역의 깊이 결정을 위한 프로세스는 도 2 에서 개략적으로 도시된다. 프레스 경화 후, 부품은 열 처리용 강 기판 (6), 및 계면 (5) 에 의해 기판으로부터 분리되는 코팅 (4) 으로 구성된다. 이 도면은 상이한 영역들의 각각의 치수들을 재현하려고 하지 않음에 주목해야 한다. 미소경도 프로파일을 도시한 곡선 (7) 을 얻기 위해서 계면 (5) 에서 시작하여 기판에서 매우 낮은 하중 (예컨대, 50 그램 하중 하에 비커스 경도, HV0.05) 하에 경도 측정이 이루어진다. 그로부터, 연화 영역의 깊이를 특징짓는 값 (d) 을 얻는다. 도 4 는 대략 30 ~ 40 마이크로미터 사이에서 달라지는 d 값들에 대해 측정된 임계 벤딩 각도 (α_c) 를 나타낸다. 연화 영역의 작은 깊이에 대해, 열간 스탬핑된 부품들은 요건 α_c ≥ 55°를 충족시키지 못할 것이다. 하지만, 더 깊은 연화 영역들에 대해, 넓은 산란에 의해 비율이 영향을 받는다는 점이 관찰되었다. d 의 정해진 값, 예컨대, 35 마이크로미터에 대해, 열간 스탬핑된 부품이 요구되는 기준을 충족시키는지 아닌지 확실히 결정할 수 없다. 또한, 이 가변 폭 연화 영역들에 대응하는 미세조직들이 프레스 경화 후 매우 유사하다는 점이 관찰되었다. 게다가, 이 연화 영역들의 미세조직은 완전히 마텐자이트일 수 있고, 즉, 종래의 광학 현미경 검사를 이용해 연화 영역들을 용이하게 구별할 수 없다. 다시 말해서, 발명자들은, 프레스 경화 부품들에서 측정된 연화 영역들의 깊이도, 이 부품들의 연화 영역들의 광학적 미세조직 관찰도 벤딩 각도에 대해 최소값을 신뢰성있게 보장하는 것을 가능하게 하는 파라미터가 아니라는 점을 보여주었다.

놀랍게도, 발명자들은, 원하는 결과를 얻기 위해서 경화 전 프레스 경화 부품이 아니라 프리코팅된 판 또는 블랭크에서 탈탄 깊이를 결정할 필요가 있음을 보여주었다. 결정 프로세스는 도 3 에 도시되고, 도면은 상이한 영역들의 각각의 치수들을 일정한 비율로 재현하고자 하지 않고: 판 또는 블랭크는 강 기판 (10) 및 계면 (9) 에 의해 기판으로부터 분리된 프리코팅 (8) 으로 이루어진다. 이 계면으로부터 시작해서, 본질적으로 공지된 기술인 글로 방전 발광 분광분석법 (GDOES) 은, 탄소 함량이 기판 (10) 의 공칭 탄소 함량 (C₀) 의 50 % 인 깊이 (p_50%) 를 측정하는데 사용된다. 농도 프로파일은 기판으로부터 계면까지 탄소의 일반적인 감소 (프로파일 11) 또는 심지어 계면으로부터 멀리 위치하지 않은 최저치 (프로파일 12) 를 보여줄 수 있다. 이 후자의 경우는, 실제로 열간 스탬핑 후 기계적 특성에 영향을 미치지 않는 극단 표면에 가까운 국부적 탄소 풍부화를 반영한다. 프로파일 (12) 의 경우에, 고려되는 깊이 (p_50%) 는, 도 3 에 도시된 대로, 이런 매우 표면적인 풍부화 너머 위치한다. 이하 상세히 설명될 제조 프로세스 덕분에, 발명자들은, 코팅 아래에 위치한 다소 큰 탈탄층의 존재만 상이한, 1.2 ㎜ 두께의 22MnB5 강의 갈버닐링된 블랭크들로 시작해 부품들을 제조하였다. 이 판들은 5 분 동안 880 ℃ 까지 노에서 가열된 블랭크들을 얻기 위해서 절단된 후, 열간 스탬핑되어 부품들을 얻었다. 이 부품들은 벤딩 테스트들을 부여받았고, 그 결과는 도 5 에 도시되고, 벤딩 중 만곡은 압연 방향에 평행한 방향 (곡선 13) 또는 수직 방향 (곡선 14) 중 어느 하나로 행사된다. 도 4 에 제공된 결과와 달리, 프레스 경화 전 탈탄 영역의 깊이는 프레스 경화 후 부품의 특성을 충분히 예측가능하게 한다는 점에 주목해야 한다. α_c ≥ 55°의 임계 벤딩 각도 (압연과 평행한 방향으로 벤딩) 를 얻기 위해서, 탈탄 영역의 깊이 (p_50%) 는 6 마이크로미터 이상이어야 한다. 이 조건을 충족시키도록, 압연 방향에 대한 배향에 관계없이, 탈탄 깊이 (p₅₀ _%) 는 9 마이크로미터 이상이어야 한다. α_c ≥ 55°의 값을 얻기 위해서, 압연 방향에 대한 배향에 관계없이, 탈탄 깊이 (p_50%) 는 12 마이크로미터 이상이어야 한다. 놀랍게도, 그럼에도 불구하고, 30 마이크로미터의 깊이 (p₅₀ _%) 를 초과하면, 압연에 수직인 방향으로 만곡이 적용될 때 벤딩성은 개선되지 않고 심지어 약간 더 나빠진다는 점을 관찰하였다. 게다가, 압연에 평행한 방향과 수직인 방향 사이에서 벤딩성 차이는 증가하는 경향을 갖는다. 따라서, 기계적 요건들을 충족시키도록, p_50% 의 값은 6 ~ 30 마이크로미터, 바람직하게 9 ~ 30 마이크로미터, 매우 바람직하게 12 ~ 30 마이크로미터이어야 한다.

본 발명에 의해 청구된 프로세스는 이하 더 상세히 설명된다. 먼저 열 처리용 강이 전술한 대로 입수된다. 이 강은 평평한 냉간 압연 판의 형태이다. 이하 설명되는 어닐링 열 처리는 냉간 압연에 의해 경화된 미세조직 가공물 (work) 의 재결정화를 달성하는 특별한 목적을 갖는다. 오염물이 없는 표면을 얻기 위해서 선택적 탈지 및 전해 세정 후, 6 ~ 30 마이크로미터의 탈탄 깊이 (p_50%) 가 다음 프로세스들에 의해 얻을 수 있다:

- 제 1 실시형태에서, 판은 그것이 방사관로, 또는 저항, 유도 또는 이런 상이한 수단의 임의의 조합에 의해 가열되는 노를 통하여 이동함에 따라 열 처리를 부여받는다. 이 수단들은, 가열 수단에 독립적으로, 노의 다른 부분들에서 우세한 분위기를 조절하는 특징을 제공한다. 노는, 상이한 온도 및/또는 분위기 조건들이 우세한 복수의 구간들 (예열, 가열, 유지, 냉각) 을 포함한다. 분위기 (A1 로 지정) 가 2 ~ 15 부피% 수소, 바람직하게 3 ~ 5 부피% 수소를 함유하고, 잔부는 질소 및 가스 중 불가피한 불순물이고, 노점은 -60 ~ -15 ℃ 인 구간에서 판은 온도 (T1a) 로 예열된다. 노점은 당해 분위기의 산화 잠재성을 특징으로 한다는 점이 알려져 있다. 그 후, 온도 (T1a) 에서 시작하여 분위기의 노점을 증가시키기 위해서 물이 액체 또는 증기 형태로, 또는 산소, 또는 이런 상이한 성분들의 조합물로 주입되는 노의 다른 구간으로 이동하는 판이 통과한다. 철의 저온 산화를 유발하는, 600 ℃ 미만의 온도 (T1a) 에서는 주입이 수행되어서는 안 된다. 주입은 바람직하게 Ac1, 즉 강이 가열될 때 강의 오스테나이트 변태 개시 온도보다 높은 온도 (T1a) 에서 수행된다. 그것은 이 온도를 초과하면 탄소는 오스테나이트에서 고용체, 즉, 발생할 탈탄 현상에 보다 적합한 형태이기 때문이다. 주입은 바람직하게 Ac1 + 40 ℃ 이하의 온도 (T1a) 에서 수행된다. Ac1 을 초과하는 이 온도 범위는, 예컨대, 9 또는 12 마이크로미터보다 큰, 더 깊은 탈탄 깊이 (p₅₀ _%) 를 얻는데 바람직할 것이다. Ac1 + 40 ℃ 초과시, 어닐링을 뒤따르는 냉각 중 강 기판에서 베이나이트 및/또는 마텐자이트 화합물의 형성을 초래하고 오스테나이트 입도를 증가시키는 위험이 있다. 노의 이 섹션의 분위기 (A2a) 의 노점 (PR) 이 -15 ℃ 와 철/산화철 열역학적 평형의 노점 온도 (Te) 사이에 있도록 주입이 수행된다. 당해 온도 범위에서, 형성된 산화철은 FeO 또는 Fe₃O₄ 일 수 있다. 하나 또는 다른 산화물의 형성에 대응하는 최저 평형 온도 (Te) 가 선택될 것이다. 이 온도 (Te) 는, 예를 들어, 간행물: American Chemical Society 및 American Institute of Physics for the National Bureau of Standards 에 의해 발행된 JANAF Thermomechanical Tables, 3 판, Part Ⅱ, Journal of Physical and Chemical Reference Data, 14 권, 1985, Supplement No. 1 을 참조로 결정될 수 있다. 이런 주입 조건들 하에, 강에 존재하는 임의의 첨가 원소들 (Mn, Si, Al, Cr, Ti) 의 선택적 내부 산화는 철의 어떠한 표면 산화도 없이 달성된다. 내부 산화는 Mn, Si, Al 및 Cr 에 대해 표면 아래 대략 5 마이크로미터까지 연장되는 깊이를 가질 수 있다. 이 표면 영역에서 산소 풍부화가 있고, 이것의 평균 산소 함량은 O_m 으로 지정된다. 강 기판의 공칭 산소 함량이 O₀로 지정된다면, 산소에서 표면 풍부화를 특징짓는 비 O_m/O₀ 는 15 보다 크다.

산화물들은 프리코팅과 기판 사이 계면 아래 0 ~ 5 마이크로미터 사이에 위치한다. -15 ℃ 보다 높은 노점 (PR) 에 대해, 이 영역에서 1 마이크로미터보다 큰 직경을 가지는 산화물들의 밀도는 50/mm²보다 크다. 직경은 다음과 같이 정의되고: 금속조직 섹션으로 시작해서, 동일한 표면적을 가질 원의 직경이 결정된다. 산화물들은 일반적으로 초기 파단 부위로서 그것의 역할 때문에 연성에 불리한 영향을 미친다는 것은 알려져 있다. 이하 설명되는 것처럼, 본 발명의 조건들 하에 형성된 내부 산화물들의 특정 성질은 프레스 경화 후 벤딩에 대한 적합성에 어떠한 바람직하지 못한 영향도 미치지 않는다.

이 조건들 하에, 표면 탈탄이 발생한다. 노점이 철/산화철 평형에 대응하는 노점의 온도 (Te) 보다 높을 때, 분위기는 철에 대해 산화하게 된다. 후속 어닐링 단계들 중, 산화철을 완전히 환원시키지 못하고 미환원 표면 산화물들의 국부적 존재에 대응하는 국부적 코팅 결함 발생을 초래하는 잠재적인 위험이 있다. 온도 (Te) 는 온도 및 분위기 중 수소 농도의 함수이다. 예로서, 97.5 % 질소와 2.5 % 수소를 함유한 분위기에 대해, 800 ℃ 에서 Te = +9 ℃ 이다. 95 % 질소와 5 % 수소를 함유한 분위기에 대해, 800 ℃ 에서 Te = +18 ℃ 이다. 그 후, 판은 720 ~ 860 ℃ 인 온도 (T2a) 에서 주입이 수행된 섹션을 나가 T2a ~ T2a + 40 ℃ 의 온도 (Tm) 에서 유지 구간으로 들어간다. 판이 온도 (T1a) 로 있는 순간과 판이 온도 (T2a) 에 도달하는 순간 사이의 시간 간격은 6 ~ 30 마이크로미터의 탈탄 깊이 (p₅₀ _%) 를 얻기 위해서 적어도 30 초이어야 한다.

선택적으로, 유지 구간 초반 분위기는 선행하는 구간의 분위기와 동일할 수 있고, 즉, 그것은 -15 ~ Te 사이의 노점을 가질 수 있다. 그 후, 판은 냉각될 수 있고 또는 그것은 2 ~ 15 부피% 수소, 바람직하게 3 ~ 5 부피% 수소를 함유하고, 잔부는 질소 및 가스 중 불가피한 불순물로 구성되고, 노점은 -60 ~ -15 ℃ 이며, 이 조건들은 철에 대해 환원하는, 분위기 (A3) 하에 온도 (Tm) 로 유지될 수 있다. 뒤따르는 냉각 단계가 이하 설명된다.

제 2 실시형태에서, 제조 프로세스는 600 ℃ ~ Ac1 + 40 ℃, 바람직하게 Ac1 보다 높은 온도 (T1a) 에서 주입 단계까지 전술한 프로세스와 동일하게 개시한다. 이 온도에서, 다량의 물, 스팀 또는 산소가 주입되어서 노의 이 구간에서 철에 대해 산화하는 A2b 로 지정된 분위기를 얻는다. 이 조건들은, 표면, 즉, 철 및 임의의 첨가 원소들 (Mn, Si, Al, Cr, Ti) 의 완전 산화를 일으킨다. 이 산화물 층 아래에, Mn, Si, Al, Cr 또는 Ti 의 내부 산화물들이 형성되고 산소 풍부화가 발생된다. 표면 탈탄은 철의 산화와 동시에 발생한다. 그 후, 판은 720 ~ 860 ℃ 인 온도 (T2a) 에서 주입 섹션을 나가고 T2a ~ T2a + 40 ℃ 사이의 유지 온도 (Tm) 에서 유지 구간으로 들어간다. 판이 온도 (T1a) 로 있는 순간과 판이 온도 (T2a) 에 도달한 순간 사이 시간 간격은 6 ~ 30 마이크로미터의 탈탄 깊이 (p_50%) 를 얻기 위해서 적어도 30 초이어야 한다. 그밖에, 유지 구간에서, 판은 철에 대해 환원하는 분위기 (A3) 에서 온도 (Tm) 로 유지되고, 온도 (Tm) 에서 유지 종료 전 산화철 층의 완전 환원이 발생하도록 조건들이 선택된다. 이를 위해, 예를 들어, 2 ~ 15 부피% 의 수소, 바람직하게 3 ~ 5 부피% 의 수소를 함유한 분위기가 선택될 수 있고, 잔부는 질소 및 가스 중 불가피한 불순물로 구성되고, 노점은 표면 산화철 층의 완전 환원이 이 구간에서 발생하도록 충분한 기간 동안 -60 ~ -15 ℃ 이다. 이 산화철 층의 환원 후, 판은 표면 아래 0 ~ 5 마이크로미터에 위치한 Mn, Si, Al 또는 Cr 의 산화물들을 함유하고, 이 영역에서 1 마이크로미터보다 큰 직경을 갖는 산화물들의 밀도는 50/㎟ 보다 크다. 비 O_m/O₀ 가 15 보다 크도록 국부적 산소 풍부화된다.

뒤따르는 냉각 단계가 이하 설명된다.

제 3 실시형태에서, 판의 어닐링을 위한 열 사이클은 상이한 가열 수단들을 조합하고; 예열 단계는 직화로 ("DFF") 의 구간에서 수행된다. 판이 노를 통하여 이동함에 따라, 분위기가 공기와 천연 가스의 혼합물의 연소로부터 기인하는 구간에서 550 ~ 750 ℃ 의 온도 (T1b) 로 판은 예열된다. 본 발명에 따르면, 공기/가스 비는 1 ~ 1.2 이고, 화학량론적 비에서 공기-가스 연소는 1 이라는 점을 이해한다. 이 예열 조건들은 산화철의 표면층 형성을 유발하고, 그것의 두께는 0.10 ~ 0.25 마이크로미터이다. 이 산화물 층 아래에서, Mn, Si, Al, Cr 또는 Ti 의 내부 산화물들이 형성되고 산소 풍부화가 발생한다. DFF 노에서 이 예열 구간으로부터의 출구에서, 판은 방사관 (RTF), 또는 저항, 유도 또는 이 상이한 수단의 임의의 조합에 의해 가열되는 제 2 노 구간으로 들어간다. 분위기는 3 ~ 40 부피% 의 수소를 함유하고, 잔부는 질소 및 불가피한 불순물로 구성되고, 노점은 -30 ℃ 미만이다. 이 제 2 구간에서, 판은 760 ~ 830 ℃ 의 온도 (T2b) 로 가열된다. 바람직하게, T2b 는 Ac1 보다 크고, 이것은 오스테나이트에서 고용체 중 탄소의 존재 때문에 보다 빠른 탈탄을 가능하게 한다. 판이 온도 (T1b) 로 있는 순간과 판이 온도 (T2b) 에 도달한 순간 사이 시간 간격은 6 ~ 30 마이크로미터의 탈탄 깊이 (p_50%) 를 얻기 위해서 적어도 30 초이어야 한다. 이 조건들은 선행하는 단계에서 형성된 산화철의 표면층의 완전 환원, 및 의도된 표면 탈탄을 이끈다. 이 산화철 층의 환원 후, 판은 표면 아래 0 ~ 5 마이크로미터에 위치한 Mn, Si, Al 또는 Cr 의 산화물들을 함유하고, 이 영역에서 1 마이크로미터보다 큰 직경을 가지는 산화물들의 밀도는 50/㎟ 보다 크다. 비 O_m/O₀ 가 15보다 크도록 국부적 산소 풍부화된다.

- 그 후 판은 T2b ~ T2b + 40 ℃ 의 유지 온도 (Tm) 에서 유지 구간으로 이동한다.

프로세스의 나머지는 전술한 3 개의 실시형태들에서 동일하다. 철의 표면 재산화가 발생하지 않도록 판은 분위기 (A4) 에서 온도 (T3) 로 냉각된다. 예를 들어, 2 ~ 70 부피% 의 수소를 함유한 분위기가 사용될 수 있고, 잔부는 질소 및 가스 중 불가피한 불순물로 구성되고, 노점은 -60 ~ -30 ℃ 이다. 추후에 프리코팅 욕으로 들어오는 판은 따라서 완전히 표면 산화철이 없다. 욕의 열 파괴를 방지하기 위해서, 온도 (T3) 는 온도 (Tbm), 즉 프리코팅 욕의 온도에 가깝다. 이런 이유 때문에, 온도 (T3) 는 Tbm - 10 ℃ ~ Tbm + 50 ℃ 일 것이다. 따라서, 아연을 이용한 프리코팅을 위해, 온도 (T3) 는 450 ~ 510 ℃ 일 것이다. 알루미늄-규소 욕에서 프리코팅을 위해, 온도 (T3) 는 660 ~ 720 ℃ 일 것이다.

프리코팅은 알루미늄 또는 알루미늄 기반 합금일 수 있다. 알루미늄 기반 합금의 경우에, 판은 유리하게도 중량 퍼센트로, 7 ~ 15 % 규소, 3 ~ 20 % 철, 선택적으로 15 ~ 30 ppm 칼슘을 함유하고, 잔부는 알루미늄 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성된 알루미늄-규소 합금 욕에서 연속 디핑함으로써 얻을 수 있다.

프리코팅은 또한 아연 또는 아연 합금일 수 있다. 특히, 그것은 연속 용융 아연 도금 ("GI") 될 수 있고, 0.25 ~ 0.70 % Al, 0.01 ~ 0.1 % Fe 를 함유하고, 잔부는 아연 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물이다. 프리코팅은 또한 갈버닐링 ("GA") 될 수 있고, 0.15 ~ 0.4 % Al, 6 ~ 15 % Fe 를 함유하고 잔부는 아연 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물이다. 프리코팅은 또한 1 ~ 15 % Al, 0.5 ~ 5 % Mg, 0.01 ~ 0.1 % Fe 를 함유하고, 잔부는 아연 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물인 아연-알루미늄-마그네슘 합금일 수 있다. 프리코팅은 또한 4 ~ 6 % Al, 0.01 ~ 0.1 % Fe 를 함유하고, 잔부는 아연 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물인 합금일 수 있다.

프리코팅은 또한 40 ~ 45 % Zn, 3 ~ 10 % Fe 및 1 ~ 3 % Si 를 함유하고, 잔부는 아연 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물인 알루미늄-아연 합금일 수 있다.

프리코팅은 또한 층들의 중첩으로 이루어질 수 있고, 예컨대, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 층의 딥 코팅에 의한 증착 후, 예컨대, 전착 또는 진공 증착 (PVD; 물리 증기 증착 및/또는 CVD; 화학 증기 증착) 에 의해 아연 또는 아연 합금의 하나 이상의 후속 증착물들이 놓여질 수 있고, 이 증착 프로세스들은 본질적으로 알려져 있다.

이 스테이지에서, 전술한 프로세스들에 의해, 강 기판으로 이루어지고, 그것의 탈탄 깊이 (p_50%) 는 6 ~ 30 마이크로미터이고, 프리코팅에 의해 덮여있고, 기판과 프리코팅 사이에 산화철 층이 존재하지 않는 판을 얻는다. 도 1 은 이 유형의 판의 실시예를 나타내고, 강 기판 (1) 은 갈버닐링된 프리코팅 (1) 에 의해 덮여있는 특정 표면 탈탄 영역 (2) 을 포함한다.

그 후, 이 판은 블랭크를 얻기 위해서 절단되고, 그것의 기하학적 구조는 의도된 부품의 최종 기하학적 구조에 대해 정의된 대로이다. 선택적으로, 부품을 의도된 부품의 최종 기하학적 구조에 거의 가깝게 하기 위해서 부품을 냉간 스탬핑할 수 있다. 적은 냉간 변형의 경우에, 프로세스는, 이하 설명되는 바와 같이, 열간 변형에 의해 보충될 수 있다.

이런 평평한 또는 예비 스탬핑된 블랭크는 그 후 강 기판에 부분적으로 또는 완전히 오스테나이트 조직을 부여할 수 있는 온도 (T_R) 로 가열된다. T_R 은, 특히 목적이 프레스에서 냉각 후 베이나이트-마텐자이트 미세조직들을 달성하는 것일 때, A_c1 (가열될 때 강의 오스테나이트 변태 개시 온도) 과 A_c3 (오스테나이트 변태 종료 온도) 사이에 있을 수 있다. 한편, 목적이 최종 부품에서 대부분 마텐자이트인 미세조직이라면 온도 (T_R) 는 A_c3 보다 높을 것이다. 블랭크들은 바람직하게 정상 (ordinary) 분위기 하에 노에서 가열되고; 이 단계 중, 기판의 강과 프리코팅 사이에서 합금화가 일어난다. 용어 "프리코팅" 은 가열 전 합금을 지정하는데 사용되고, "코팅" 은 열간 스탬핑에 바로 앞선 가열 중 형성된 합금 층을 지정하는데 사용된다. 따라서, 최종 코팅의 두께는 프리코팅의 두께보다 크기 때문에 노에서 열 처리는 프리코팅의 성질 및 그것의 기하학적 구조를 변경한다. 합금화에 의해 형성된 코팅은 산화 및 부가적 탈탄으로부터 하부 강을 보호하고 특히 스탬핑 프레스에서 후속 열간 셰이핑에 알맞다. 코팅의 전체 두께에 대해 합금화가 발생한다. 프리코팅의 조성에 따라, 하나 이상의 금속간 상들이 이 합금 층 및/또는 고용체 형태의 합금에 형성된다. 코팅의 철 풍부화는 그것의 융점의 빠른 상승을 유발한다. 또한 형성된 코팅들은, 뒤따르는 잠재적 열간 성형 작동 및 급속 냉각에 적합하고 지지한다는 장점을 가지고 있다.

블랭크는 그것의 내부 온도의 균일성을 보장하도록 온도 (T_R) 에서 유지된다. 예를 들어, 0.5 ~ 2.6 ㎜ 범위에 있을 수 있는 블랭크의 두께에 따라, 온도 (T₁) 에서 유지 시간 [sic; T_R] 은 30 초에서 15 분까지 달라질 수 있다.

가열된 블랭크는 그 후 노로부터 추출되고 툴링으로 이송되고, 이 이송은 냉각 중 오스테나이트의 변태를 초래하지 않도록 빠르게 수행된다. 일 변형 실시형태에서, 블랭크는 툴링 근방에서 가열된 후, 이송 없이 열간 성형된다. 블랭크는 그 후 부품의 최종 기하학적 구조를 얻기 위해서 열간 스탬핑된다. 열간 변형의 다른 모드들, 예를 들어 롤러들 사이에서 셰이핑, 즉 일반적으로 "롤 셰이핑" 으로 알려진 프로세스가 또한 가능하다. 블랭크가 이미 이전에 냉간 스탬핑되었다면, 노로부터 블랭크의 추출을 뒤따르는 단계는 프레스 공구에서 단순히 콘포메이션 (conformation) 일 수 있다. 이 경우에, 콘포메이션은 부품에 툴링에 의해 인가된 보다 작은 힘으로 특징짓고, 목적은 부품의 최종 기하학적 구조를 다듬질하고 냉각 중 잠재적 변형들을 막는 것이다.

선택적으로, 또한 블랭크의 일부분만 가열하거나 다른 영역들에서 다르게 스탬핑된 부품을 냉각시킬 수 있고, 이 경우에 이 변형예들은 불균일하게 경화된 부품들을 유발하여, 임의의 영역들은 상당히 더 단단하고, 반면에 다른 영역들은 보다 낮은 기계적 강도를 가지지만 보다 큰 연성을 갖는다.

스탬핑 또는 콘포메이션 단계 후, 부품은 열 전도에 의한 효과적인 냉각을 보장하도록, 선택적으로 냉각될 수도 있는, 툴링에서 유지된다.

기판의 강의 냉각 속도 및 경화능에 따라, 최종 미세조직은 마텐자이트 또는 베이나이트-마텐자이트이다.

비제한적인 실시예로서 나타낸 다음 결과들은 본 발명에 의해 달성된 유리한 특징들을 보여준다.

실시예 1:

1.2 ㎜ 두께의 냉간 압연 판이 입수되고, 그것의 조성은, 중량 퍼센트 (%) 로 표현했을 때, 다음과 같고, 잔부는 철 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성된다:

C	Mn	Si	Cr	Ti	Al	S	P	B	O
0.22	1.17	0.24	0.19	0.040	0.032	0.003	0.013	0.003	0.0014

이 강 조성의 온도 (Ac1) 는 724 ℃ 이다. 판은, -31 ℃ ~ 600 ℃ 의 온도 (T1a) 의 노점과 4.7 부피% 수소를 함유한 질소의 분위기 (A1) 하에 방사관로를 통하여 이동함에 따라 예열되고, 그 후 노점 (PR) 을 갖는 분위기 (A2a) 를 얻기 위해서 물이 주입된다. -27 ℃ (비교적 다량의 물의 주입에 의해 얻음) ~ +2 ℃ 사이에서 노점 (PR) 을 바꾸기 위해서 노로 주입된 물의 유동을 변경함으로써 다른 테스트들이 수행되었다. 모든 테스트들에서, 판은 그 후 탈탄 및 Mn, Si, Al, Cr 및 Ti 의 선택적 내부 산화를 달성하는, 110 초 동안 분위기 (A2a) 에서 온도 (T1a) 로부터 780 ℃ 인 온도 (T2a) 까지 가열되었고, 이 산화물들은 판의 표면 바로 근방에서 형성된다. 온도 (T2a) 에서, 철/산화철 평형 노점은 +17 ℃ 이다. 그 후, 판은, 철에 대해 환원하는, 질소와 7 % 수소를 함유한 분위기 (A3) 하에서 780 ℃ 의 온도 (Tm) 로 판이 유지되는 노의 구간으로 들어간다. 판은 그 후 10 % 수소를 함유하는 분위기 (A4) 하에서 노의 다른 구간으로 이동함에 따라 470 ℃ 의 온도 (T3) 로 냉각되고, 아연 및 0.125 % 알루미늄 뿐만 아니라 불가피한 불순물을 함유한 462 ℃ 의 온도 (Tm) 로 욕에서 디핑함으로써 프리코팅된다. 분위기 (A4) 에서의 유지 및 냉각 단계들에서 철의 표면 재산화는 발생하지 않는다. 프리코팅 직후에, 판은 갈버닐링된 프리코팅 ("GA"), 즉, 9 % 철을 함유한 프리코팅을 얻기 위해서 540 ℃ 의 온도로 재가열된다 결과적으로 강 기판과 갈버닐링된 프리코팅 사이에 산화철 층을 포함하지 않는 판을 발생시킨다. 도 12 는 본 발명의 조건 하에 이루어진 관찰들, 프리코팅 바로 아래 강 기판에서 볼 수 있는 선택적 내부 산화 중 형성된 산화물들을 도시한다. 이 산화물들은 결정립계들을 따라 격리되거나 정렬될 수 있다. 이 산화물들의 광선 에너지 분산형 분광법 ("EDS") 의 분석을 기초로, 그것은 원소들에 대응하는 특성 피크들을 보여주는 도 14 및 도 15 에 도시된 대로 망간, 규소 및 알루미늄의 산화물들이라는 것을 나타내었다. 철에 대한 피크는 산화물들을 둘러싸는 매트릭스 때문이다.

도 13 은 1 마이크로미터 초과 직경을 가지는 산화물들의 존재를 도시하고, 그것의 밀도는 강판 표면 아래 0 ~ 5 마이크로미터 사이에 위치한 영역에서 50/㎟ 보다 크다.

도 16 은 글로 방전 발광 분광분석법에 의해 측정된 기판에서 프리코팅 하에 상대 산소 함량 (O/O₀) 의 변화를 도시하고, O₀ 는 기판의 공칭 산소 함량을 지정한다. 이 변화는 -3 ℃ ~ +2 ℃ 의 노점 (PR) 의 값들에 대해 측정되었다. 깊이 (p = 0) 는 기판과 프리코팅 사이 계면에 대응한다. 기판의 표면 아래 0 ~ 5 마이크로미터 사이에 위치한 영역에서, 전술한 산화물들의 존재에 대응하는 산소 함량의 증가가 있다. 비 (O_m/O₀) 가 15 보다 크도록 이 영역에서 산소의 국부적 풍부화가 있다. 그것은 PR = -3 ℃ 인 경우에 15.1 이고 PR = +2 ℃ 인 경우에 17.4 이다.

그 후, 프리코팅된 판들은 스탬핑에 적합한 블랭크들을 얻기 위해서 절단된다. 이 블랭크들은 정상 분위기 하에 노에서 880 ℃ 의 온도까지 가열되었다. 노에서 5 분의 유지 시간 (가열 단계 동안 4 분의 기간 포함) 후, 블랭크들은 추출되고 즉시 스탬핑되었다. 열간 스탬핑 후, 부품들은 강 기판에서 전적으로 마텐자이트 조직을 얻기 위해서 30 ℃/초보다 높은 속도로 프레스에서 냉각되었다. 경화 부품들에서 얻은 최종 인장 강도 (Rm) 는 전형적으로 대략 1,500 MPa 이다.

이 부품들의 임계 벤딩 각도 (α_c) 는 30 ㎜ 의 직경을 가지는 2 개의 외부 롤러들 및 매우 작은 반경을 가지는 중심 블레이드로 수행된 3 점 벤딩 테스트에 의해 측정되었다.

도 6 은 온도 (T1a) 에서 시작해 물의 주입 후 노점 (PR) 에 따른 임계각 (α_c) 의 변화를 도시한다. PR 이 -15 ℃ 미만일 때, 획득된 벤딩 각도는 55° 미만의 만족스럽지 못한 값을 갖는다. PR 이 +17 ℃ 의 온도 (Te) 를 초과할 때, 후속 유지 중 산화철을 완전히 환원시키지 않고 미환원 표면 산화물들의 국부적 존재에 대응하는 코팅 결함을 국부적으로 발생시키는 잠재적 위험이 있다. 본 발명의 범위에서, 벤딩 각도는 노점에 따라 조금 달라진다. -15 ~ -7 ℃ 사이에서, 평균 증가량은 0.79°/℃ 이고, 변화량은 -15 ℃ (1.05°/℃) 미만보다 더 크다. PR 이 -15 ~ -10 ℃ 일 때, 벤딩 각도는 실제로 노점에 독립적이므로, 특별히 흥미로운 범위가 검출된다. 다시 말해서, 이 특별한 범위에서, 어닐링 중 노로 주입된 물의 양의 임의의 잠재적인 바람직하지 못한 변동은 열간 스탬핑 후 벤딩에 대한 적합성에 영향을 미치지 않고, 이것은 스탬핑 및 프레스 경화 부품들의 특징들의 고도의 안정성을 보장하는 것을 가능하게 한다. 프리코팅 아래에 형성된 산화물들의 존재에도 불구하고 이런 양호한 벤딩성이 얻어지는 것을 또한 관찰할 수 있다. 이론에 얽매이지 않으면서, 이 산화물들로부터 시작하는 초기 손상이 산화물들이 위치하는 감소된 탄소 함량을 가지는 영역의 고유 인성에 의해 지연되는 경향을 가지는 것으로 생각된다.

테스트들은 또한 PR 및 온도 (T1a) 를 동시에 바꾸어줌으로써 수행되었고, 온도 (T1a) 는 720 ℃ (즉, Ac1 - 4 ℃) 또는 760 ℃ (Ac1 + 36 ℃) 이다. 도 7 은, 글로 방전 발광 분광법에 의해 측정된, 열간 스탬핑 전 탈탄 깊이 (p_50%) 에 대한 온도 (T1a) 및 노점 (PR) 의 영향을 도시한다. 노점이 너무 낮을 때, 탈탄 깊이는 본 발명에 의해 요구되는 값 (도 7 에서 "A" 로 표시된 결과) 에 도달하지 않는다. Ac1 약간 미만의 온도 (T1a) 를 가지는, 충분히 높은 노점은 요구되는 깊이 (결과 "B") 를 달성하는 것을 가능하게 한다. 보다 높은 온도 (T1a; Ac1+ 36 ℃) 로 가열은 탈탄 깊이 (p_50%) 를 크게 증가시키는 것을 가능하게 한다 (결과 "C").

획득된 열간 스탬핑된 부품들은 연마되고 시약 나이탈 (Nital) 을 사용해 에칭된 후, 초기 프리코팅의 아연과 기판의 강 사이 확산에 의한 합금화로부터 유발되는 코팅 아래 미세조직은 광학적 현미경 검사를 사용해 관찰되었다. 도 8 은 또한 노점 PR = -27 ℃ 인 어닐링에 대해 코팅 (15) 및 하부 강 (16) 을 도시한다. 도 9 는 노점 PR = -7 ℃ 인 어닐링에 대해 코팅 (17) 및 하부 강 (18) 을 도시한다. 2 개의 샘플들간 상당한 벤딩성 차이 (20°) 에도 불구하고, 열간 스탬핑 후 2 개의 샘플들 사이에서 큰 미세조직 차이는 열간 스탬핑 전 2 개의 샘플들 사이에서 탈탄 차이에도 불구하고 검출되지 않았다.

도 10 은, 열간 스탬핑 전, -27 ℃ 또는 -7 ℃ 의 노점 (PR) 을 갖는 분위기 (A2a) 에서 어닐링된 2 개의 판들의 탄소 함량 변화를 도시한다. 강 기판에서 글로 방전 발광 분광분석법에 의해 측정된 이 변화는 강과 프리코팅 사이 계면 아래 깊이에 따라 도 10 에서 표현된다. 측정된 국부적 함량 (C) 은 상대 탄소 함량 (C/C₀) 의 변화를 얻기 위해서 공칭 탄소 함량 (C₀) 에 대해 결정되었다. 탈탄 영역들은 2 가지 어닐링 조건 하에서 매우 상이하고, 탈탄 깊이 (p_50%) 는 PR = -7 ℃ 인 경우에 15 마이크로미터이고 PR = -27 ℃ 인 경우에 3 마이크로미터이라는 점에 주목해야 한다. 탈탄 영역 전체를 고려하면, PR = -7 ℃ 일 때 어닐링 후 측정된 탈탄 깊이는 PR = -27 ℃ 에서 어닐링 후 측정된 것보다 대략 35 마이크로미터만큼 더 크다.

판들의 열간 스탬핑 후, 이렇게 얻어진 부품들의 코팅 아래 탄소 함량 변화를 결정하는데 동일한 프로세스가 사용되었다. 도 11 은 이 부품들의 상대 탄소 함량 (C/C₀) 의 변화를 도시한다. 그리하여, 2 가지 어닐링 조건들 하에서 탈탄 영역은 본질적으로 동일하다는 점을 알 수 있다.

그것은, 프레스 경화 처리 전 노에서 가열이 강의 탈탄 표면을 향한 탄소의 확산을 이끈다는 것을 나타낸다. 열간 스탬핑 후 탈탄 결정은, PR = -7 ℃ 일 때 어닐링은 만족스러운 벤딩 결과를 이끄는 반면, PR = -27 ℃ 에서 어닐링은 요구되는 레벨을 달성하지 못할 것으로 결정하는 것을 불가능하게 한다. 하지만, 불완전할지라도, 탄소의 이런 균질화는, 코팅 바로 아래에 위치한 강에서, 도 8 및 도 9 에 도시된 대로, 열간 스탬핑에 관련된 냉각 조건들 하에 마텐자이트 경화를 일으키기에 충분한 탄소 함량을 얻는 것을 가능하게 한다. 하지만, 이 조건들 하에 형성된 마텐자이트의 고유 인성 특징들은 특히 온도 (PR) 선택으로부터 기인하는 탈탄 조건들에 의존한다. 따라서, 본 기술분야의 당업자가 예상하는 바와 달리, 열간 스탬핑 작동 후가 아니라 열간 스탬핑 작동 전에 판들 또는 블랭크들에서 열간 스탬핑된 부품들의 벤딩에 대한 유효 적합성 테스트가 수행되어야 한다.

게다가, 본 발명에 따른 탈탄된 아연 합금 또는 아연으로 프리코팅된 판들로부터 제조된 열간 스탬핑된 부품들은 점 용접에 의한 용접을 위해 특정 적합성을 보인다. 가열 및 열간 스탬핑 후, 코팅 아래에 탈탄층이 있는 것으로 보인다. 용접된 구성요소들 사이에 조인트를 구성하는 용융 코어에서 융합이 달성되므로 저항 용접은 매우 큰 국부적 온도 상승을 유발하는 것으로 알려져 있다. 종래의 열간 스탬핑된 부품들에서 실행된 용접 조인트들에서, 용접 중 온도 상승 때문에 후에 액체가 되는, 코팅의 아연 침투에 의한 오스테나이트 결정립계들의 취화가 존재한다. 본 발명에 따르면, 코팅 아래 탄소가 매우 감소된 영역의 존재는 가열 중 오스테나이트로 변태 온도 (Ac3) 의 국부적 상승을 이끈다. 탄소 함량에 따라, 고온에서 조직은 그 후 페라이트 미세조직에 의해 또는 페라이트와 오스테나이트의 혼합물에 의해 이루어진다. 액체 아연이 존재할 때, 이 미세조직은 오스테나이트 조직과 비교해 크랙에 감소된 민감성을 보인다.

실시예 2:

판들이 1.8 ㎜ 의 두께를 가지고 핫 딥 코팅 후 540 ℃ 로 재가열되지 않았고, 그 결과 판들의 코팅은 아연도금되지만 갈버닐링되지 않는다는 점을 제외하고, 전술한 프로세스를 사용해 아연으로 프리코팅된 판들이 제조되었다.

제조 조건들은 6 마이크로미터의 탈탄 깊이 (p_50%) 를 가지는 판을 얻도록 선택되었다. 판들은 정상 분위기 하에 노에서 880 ℃ 의 온도로 오스테나이트화된 블랭크들을 얻도록 절단되었다. 노에서 10 분까지의 전체 유지 시간 후, 블랭크들은 추출되었고, 즉시 열간 스탬핑되었고 프레스 경화되었다. 다음 표는 노에서 부품의 전체 유지 시간에 따른 임계 벤딩 각도 (α_c) 의 변화를 나타낸다.

유지 시간 (분)	벤딩 각도 α_c (˚)
5.5	57.5
7	55
10	54

따라서, 블랭크들은 여전히 요건들을 충족시키면서 열간 스탬핑되기 전 최대 7 분 노에서 유지될 수 있는 것으로 보인다. 이것은, 라인에서 사고가 계획했던 것보다 노에서 블랭크들을 더 오래 유지할 필요가 있도록 할 때, 열간 스탬핑 라인들에서 접하게 되는 문제점들을 해결할 수 있도록 한다. 본 발명은 이런 유연성을 가능하게 하여서, 블랭크들의 불필요한 방출 (rejection) 을 없앤다. 또한, 7 분을 지나, 유지 시간의 증가는 단지 벤딩 각도의 매우 작은 감소를 이끌고 이것은 열간 스탬핑 중 공칭 열 처리 파라미터들에 대한 드리프트 (drift) 가 발생한 경우에 본 발명에 의해 청구된 프로세스가 높은 레벨의 안전성을 보장하는 것을 나타내고, 부품들의 기계적 특징들의 고도의 재현성을 달성할 수 있도록 하는 것으로 관찰될 수 있다.

따라서, 본 발명은 매우 만족스러운 경제적인 조건들 하에 매우 높은 강도 특징들과 벤딩성 및 양호한 등방성을 가지는 프리코팅된 판들 및 코팅된 부품들의 제조를 가능하게 한다. 이 부품들은 유리하게도 자동차 구성 분야에서 구조 부품 또는 보강 부품으로서 사용될 수 있다.

Claims

프레스 경화 부품들의 제조를 위한 어닐링 및 프리코팅된 (pre-coated) 냉간 압연 판으로서,
중량으로 표현했을 때, 0.07 % ~ 0.5 % 의 탄소 함량 (C₀) 을 갖는 열 처리용 강 기판과, 상기 강 기판의 2 개의 주요면들 중 적어도 하나에서의 금속 프리코팅으로 이루어지고,
상기 강 기판은 상기 2 개의 주요면들 각각의 표면에 탈탄 영역을 포함하고, 상기 탈탄 영역의 깊이 (p_50%) 는 6 ~ 30 마이크로미터, 바람직하게 9 ~ 30 마이크로미터, 매우 바람직하게 12 ~ 30 마이크로미터이고, p_50% 는 탄소 함량이 상기 함량 (C₀) 의 50 % 와 동일한 깊이이고, 상기 냉간 압연 판은 상기 강 기판과 상기 금속 프리코팅 사이에 산화철 층을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는, 프레스 경화 부품들의 제조를 위한 어닐링 및 프리코팅된 냉간 압연 판.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 프리코팅은 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는, 프리코팅된 판.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 프리코팅은 아연 또는 아연 합금인 것을 특징으로 하는, 프리코팅된 판.
제 1 항에 있어서,
상기 금속 프리코팅은 아연 또는 아연 합금 층에 의해 덮여있는 알루미늄 또는 알루미늄 기반 합금 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 프리코팅된 판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강 기판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
0.07 % ≤ C ≤ 0.5 %
0.5 % ≤ Mn ≤ 3 %
0.02 % ≤ Si ≤ 0.5 %
0.01 % ≤ Cr ≤ 1 %
Ti ≤ 0.2 %
Al ≤ 0.25 %
S ≤ 0.05 %
P ≤ 0.1 %
0.0005 % ≤ B ≤ 0.010 %,
선택적으로 0.0005 % ≤ Ca ≤ 0.005 % 를 포함하고,
상기 조성의 잔부는 철 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 프리코팅된 판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강 기판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
0.09 % ≤ C ≤ 0.38 %
0.8 % ≤ Mn ≤ 1.5 %
0.1 % ≤ Si ≤ 0.35 %
0.01 % ≤ Cr ≤ 0.3 %
0.02 % ≤ Ti ≤ 0.1 %
0.001 % ≤ Al ≤ 0.25 %
S ≤ 0.05 %
P ≤ 0.1 %
0.002 % ≤ B ≤ 0.005 %,
선택적으로 0.0005 % ≤ Ca ≤ 0.005 % 를 포함하고,
상기 조성의 잔부는 철 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 프리코팅된 판.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강 기판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
0.15 % ≤ C ≤ 0.25 % 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 프리코팅된 판.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강 기판은 유리하게도 산소 함량 (O₀), 및 상기 금속 프리코팅과 상기 강 기판 사이 계면 아래, 상기 계면으로부터 측정된 0 ~ 5 마이크로미터의 깊이에서, 평균 산소 함량 (O_m) 을 가지고, O_m/O₀ 는 15 보다 큰 것을 특징으로 하는, 프리코팅된 판.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강 기판은, 상기 금속 프리코팅과 상기 강 기판 사이 상기 계면 아래 0 ~ 5 마이크로미터 사이에 위치한 영역에서, 티타늄, 규소, 망간, 알루미늄, 크롬으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 산화물들을 포함하고, 상기 영역에서 1 마이크로미터보다 큰 직경을 가지는 산화물들의 밀도는 50/㎟ 보다 큰 것을 특징으로 하는, 프리코팅된 판.
코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법으로서,
- 0.07 ~ 0.5 % 의 탄소 함량 (C₀) 을 가지는 열 처리용 냉간 압연 판이 입수되고, 그 후
- 압연 강은 어닐링되어서, 어닐링 완료시, 6 ~ 30 마이크로미터의 깊이 (p_50%) 에 대해 상기 냉간 압연 판의 표면의 탈탄을 획득하고, p_50% 는 탄소 함량이 상기 함량 (C₀) 의 50 % 와 동일한 깊이이고, 표면에 산화철 층을 가지지 않는 판을 획득하고, 그 후
- 상기 판은 기판으로서 역할을 하는 어닐링된 강에 금속 또는 금속 합금으로 프리코팅되고, 그 후
- 상기 판은 블랭크를 획득하도록 절단되고, 그 후
- 상기 블랭크는 선택적으로 냉간 스탬핑되고, 그 후
- 상기 블랭크는 상기 강에 적어도 부분적으로 오스테나이트 조직을 제공하도록 노에서 온도 (T_R) 까지 가열되고, 그 후
- 가열된 상기 블랭크는 상기 노에서 추출되고 프레스 또는 성형 기기로 이송되고, 그 후
- 상기 블랭크는 부품을 획득하기 위해서 열간 성형되거나 열간 사이징되고, 그 후
상기 부품은 그것에 마텐자이트 또는 베이나이트-마텐자이트 미세조직을 경화함으로써 제공하도록 상기 프레스 또는 상기 성형 기기에서 냉각되는, 상기 단계들을 포함하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 프리코팅은 욕을 통과함으로써 핫 딥 프로세스를 이용해 연속적으로 수행되는 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 코팅은 알루미늄 또는 알루미늄 합금인 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 코팅은 아연 또는 아연 합금인 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 금속 프리코팅은 아연 또는 아연 합금 층으로 덮여있는 알루미늄 또는 알루미늄 기반 합금 층으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 깊이 (p_50%) 는 9 ~ 30 마이크로미터, 바람직하게 12 ~ 30 마이크로미터인 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강 기판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
0.07 % ≤ C ≤ 0.5 %
0.5 % ≤ Mn ≤ 3 %
0.02 % ≤ Si ≤ 0.5 %
0.01 % ≤ Cr ≤ 1 %
Ti ≤ 0.2 %
Al ≤ 0.25 %
S ≤ 0.05 %
P ≤ 0.1 %
0.0005 % ≤ B ≤ 0.010 %,
선택적으로 0.0005 % ≤ Ca ≤ 0.005 % 를 포함하고,
상기 조성의 잔부는 철 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강 기판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
0.09 % ≤ C ≤ 0.38 %
0.8 % ≤ Mn ≤ 1.5 %
0.1 % ≤ Si ≤ 0.35 %
0.01 % ≤ Cr ≤ 0.3 %
0.02 % ≤ Ti ≤ 0.1 %
0.001 % ≤ Al ≤ 0.25 %
S ≤ 0.05 %
P ≤ 0.1 %
0.002 % ≤ B ≤ 0.005 %,
선택적으로 0.0005 % ≤ Ca ≤ 0.005 % 를 포함하고,
상기 조성의 잔부는 철 및 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성되는 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강 기판의 조성은, 중량 퍼센트로 표현했을 때,
0.15 % ≤ C ≤ 0.25 % 를 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 (T_R) 는 상기 강의 온도 (A_c3) 이하인 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
냉간 압연 강판은 바람직하게 산소 함량 (O₀) 을 가지고, 상기 냉간 압연 강판은 어닐링되어서, 상기 기판에서, 상기 어닐링의 결과로, 상기 프리코팅과 상기 기판 사이 계면 아래에서, 상기 계면으로부터 측정된 0 ~ 5 마이크로미터의 깊이에서, 평균 산소 함량 (O_m) 을 획득하고, O_m/O₀ 는 15 보다 큰 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉간 압연 판은 어닐링되어서, 상기 기판에 상기 어닐링의 결과로, 상기 프리코팅과 상기 기판 사이 계면 아래에서, 상기 계면으로부터 측정된 0 ~ 5 마이크로미터의 깊이에서, 티타늄, 규소, 망간, 알루미늄, 크롬으로 구성된 군에서 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 산화물들을 획득하고, 이 영역에서 1 마이크로미터보다 큰 직경을 가지는 산화물들의 밀도는 50/㎟ 보다 큰 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
어닐링 조건들은,
- 냉간 압연 강판을 입수한 후, 상기 냉간 압연 강판은 방사관로 또는 저항로 또는 유도로 또는 이들 수단들 중 적어도 임의의 2 개를 조합한 노를 통하여 이동함에 따라 600 ℃ ~ Ac1 + 40 ℃ 의 온도 (T1a) 로 예열되고, Ac1 은, 분위기 (A1) 가 2 ~ 15 부피% 의 수소, 바람직하게 3 ~ 5 부피% 의 수소를 포함하는 상기 노의 구간에서 상기 강의 가열 중 오스테나이트 변태 개시 온도를 지정하고, 잔부는 질소와 불가피한 불순물이고, 노점은 -60 ~ -15 ℃ 이고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 상기 온도 (T1a) 로부터 720 ~ 860 ℃ 의 온도 (T2a) 까지 가열되고, 액체 물, 스팀 또는 산소로부터 선택된 적어도 하나의 성분은 상기 온도 (T1a) 에서 개시하여 상기 노로 주입되어서 상기 온도 (T1a) 와 상기 온도 (T2a) 사이 상기 노의 섹션에서 -15 ℃ 와 철/산화철 평형 노점 온도 (Te) 사이의 노점 (PR) 을 갖는 분위기 (A2a) 를 획득하고, 상기 냉간 압연 강판이 상기 온도 (T1a) 로 있는 순간과 상기 냉간 압연 강판이 상기 온도 (T2a) 에 도달한 순간 사이 시간 간격은 30 초 이상이고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 철에 대해 환원하는 분위기 (A3) 하에서 T2a 와 T2a + 40 ℃ 사이의 온도 (Tm) 로 유지되고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 철의 표면 재산화가 발생하지 않도록 분위기 (A4) 에서 온도 (T3) 로 냉각되고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 그 후 온도 (Tbm) 로 금속 욕에서 딥 코팅함으로써 프리코팅되고, 상기 온도 (T3) 는 Tbm - 10 ℃ 와 Tbm + 50 ℃ 사이에 있는 것으로 이해되는, 상기 단계들을 연속적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 노점 (PR) 은 -15 ~ +17 ℃ 인 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 노점 (PR) 은 -15 ~ -10 ℃ 인 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
어닐링 조건들은,
- 냉간 압연 강판을 입수한 후, 상기 냉간 압연 강판은 방사관로 또는 저항로 또는 유도로 또는 이들 수단들 중 적어도 임의의 2 개를 조합한 노를 통하여 이동함에 따라 600 ℃ ~ Ac1 + 40 ℃ 의 온도 (T1a) 로 예열되고, Ac1 은, 분위기 (A1) 가 2 ~ 15 부피% 의 수소, 바람직하게 3 ~ 5 부피% 의 수소를 포함하는 상기 노의 구간에서 상기 강의 가열 중 오스테나이트 변태 개시 온도를 지정하고, 잔부는 질소와 불가피한 불순물이고, 노점은 -60 ~ -15 ℃ 이고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 온도 (T1a) 로부터 720 ~ 860 ℃ 의 온도 (T2a) 로 가열되고, 액체 물, 스팀 또는 산소로부터 선택된 적어도 하나의 성분은 상기 온도 (T1a) 에서 개시하여 상기 노로 주입되어서 상기 온도 (T1a) 와 상기 온도 (T2a) 사이 상기 노의 섹션에서 철에 대해 산화하는 분위기 (A2b) 를 획득하고, 상기 냉간 압연 강판이 상기 온도 (T1a) 로 있는 순간과 상기 냉간 압연 강판이 상기 온도 (T2a) 에 도달한 순간 사이 시간 간격은 30 초 이상이고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 그 후 철에 대해 환원하는 분위기 (A3) 하에서 T2a 와 T2a + 40 ℃ 사이의 온도 (Tm) 로 유지되고, 상기 분위기 (A2b) 에서 형성된 철 층의 완전 환원은 상기 온도 (Tm) 로 유지 종료 전 발생하고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 철의 표면 재산화가 발생하지 않도록 분위기 (A4) 에서 온도 (T3) 로 냉각되고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 그 후 온도 (Tbm) 로 금속 욕에서 딥 코팅함으로써 프리코팅되고, 상기 온도 (T3) 는 Tbm - 10 ℃ 와 Tbm + 50 ℃ 사이에 있는 것으로 이해되는, 상기 단계들을 연속적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 22 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도 (T1a) 는 Ac1, 즉 강 기판의 가열 중 오스테나이트 변태 온도보다 높은 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
어닐링 조건들은,
- 냉간 압연 강판을 입수한 후, 상기 냉간 압연 강판은 노를 통하여 이동함에 따라 예열되고, 상기 예열은 직접 화염에 의해 가열되는 노의 구간에서 수행되고, 상기 냉간 압연 강판은, 공기/가스 비가 1 ~ 1.2 인 공기와 천연 가스의 혼합물의 연소로부터 기인한 분위기에서 550 ~ 750 ℃ 의 온도 (T1b) 로 예열되고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 방사관들 또는 저항 또는 유도 또는 이들 수단들 중 적어도 2 개의 임의의 조합에 의해 가열된 노의 제 2 구간에서 상기 온도 (T1b) 로부터 760 ~ 830 ℃ 의 온도 (T2b) 까지 가열되고, 상기 분위기는 3 ~ 40 부피% 의 수소를 포함하고, 잔부는 질소와 불가피한 불순물이고, 노점은 -30 ℃ 미만이고, 상기 냉간 압연 강판이 상기 온도 (T1b) 로 있는 순간과 상기 냉간 압연 강판이 상기 온도 (T2b) 에 도달한 순간 사이 시간 간격은 적어도 30 초이고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 그 후 철에 대해 환원하는 분위기 (A3) 하에서 T2b 와 T2b + 40 ℃ 사이의 온도 (Tm) 로 유지되고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 철의 표면 재산화가 발생하지 않도록 분위기 (A4) 에서 온도 (T3) 로 냉각되고, 그 후
- 상기 냉간 압연 강판은 그 후 상기 온도 (Tbm) 로 금속 욕에서 딥 코팅함으로써 프리코팅되고, 온도 (T3) 는 Tbm - 10 ℃ 와 Tbm + 50 ℃ 사이에 있는 것으로 이해되는, 상기 단계들을 연속적으로 포함하는 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.
제 27 항에 있어서,
상기 온도 (T2b) 는 Ac1 보다 높은 것을 특징으로 하는, 코팅 및 경화된 강 부품의 제조 방법.