KR20150049504A - 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 프레스 성형용 강판에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 자동차용 부품 등에 적용할 수 있는 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 열간 프레스 성형 후 액화 취성크랙 및 미세크랙의 발생이 거의 없고, 내식성 및 스폿 용접성이 우수한 도금강판을 제공할 수 있으며, 이러한 도금강판은 열간 프레스 성형용 강판으로서 적합하게 사용할 수 있는 장점이 있다.

Description

가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판 및 이의 제조방법 {STEEL FOR HOT PRESS FORMING WITH EXCELLENT FORMABILITY AND WELDABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 열간 프레스 성형용 강판에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 자동차용 부품 등에 적용할 수 있는 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판 및 이를 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근, 자동차의 경량화를 위해 고강도강의 활용이 증가하고 있으나, 이러한 고강도강은 상온에서 가공시 쉽게 마모되거나 파단되는 문제가 있다. 또한, 가공시 스프링 백의 현상도 발생함에 따라 정밀한 치수가공이 어려워 복잡한 제품의 성형이 어려운 문제가 있다. 이에 따라, 고강도강을 가공하기 위한 바람직한 방법으로서, 열간 프레스 성형(Hot Press Forming, HPF)이 적용되고 있다.

열간 프레스 성형(HPF)은 강판이 고온에서 연질화 되고, 고연성이 되는 성질을 이용하여 고온에서 복잡한 형상으로 가공을 하는 방법으로서, 보다 구체적으로 강판을 오스테나이트 영역 이상으로 가열한 상태에서 가공과 동시에 급냉을 실시함으로써 강판의 조직을 마르텐사이트로 변태시켜 고강도의 정밀한 형상을 가진 제품을 만들 수 있는 방법이다.

다만, 강재를 고온으로 가열할 경우에는 강재 표면에 부식이나 탈탄 등과 같은 현상이 발생할 우려가 있는데, 이를 방지하기 위해 열간 프레스 성형을 위한 소재로서 표면에 아연계 또는 알루미늄계 도금층이 형성된 도금 강재가 많이 사용된다. 특히 아연계 도금층을 갖는 아연도금강판은 아연의 자기희생방식성을 이용하여 내식성을 향상시킨 강재이다.

이와 같이, 내식성을 갖는 강판으로서 특허문헌 1에는 용융아연도금강판이 개시되어 있다. 이는 강판에 용융아연도금을 실시한 후 열간 프레스 성형을 실시하게 되면 강판 표면에 아연이 70% 이상인 합금상이 존재하기 때문에 내식성이 우수한 특징이 있다.

그러나, 용융아연도금강판과 같은 아연도금강판을 고온의 공기 중에서 가열할 경우 표면에 아연산화물이 형성되고, 이러한 아연산화물이 성형 후 스폿 용접과 같은 용접 과정에서 전류의 통전을 방해하는 저항으로 작용하기 때문에, 용접성이 열위한 문제가 있다.

이에, 스폿 용접성의 개선을 위해 성형 후 강판 표면에 존재하는 아연산화물을 제거하는 공정을 추가적으로 행하는 방법이 있으나, 이는 제조비용의 상승을 초래하는 문제가 있다.

특허문헌 2에서는 열간 프레스 성형 후 강판 표면에 산화물의 형성을 방지하는 방법으로서, 강판에 알루미늄 도금을 실시하여 Al 도금층을 갖는 열간 프레스 성형용 강판이 개시되어 있다. 이는, 내열성이 우수한 용융알루미늄 도금을 실시한 후 열간 프레스 성형을 실시하면, 성형 후 성형품 표면에 산화물이 존재하지 않거나 매우 미미하여 스폿 용접성이 우수한 장점이 있다. 하지만, 알루미늄은 소지철의 부식을 막아주는 희생방식능력이 아연에 비해 많이 부족하여, 소지철이 노출될 경우 내식성이 급격히 저하되는 문제가 있다.

한편, 도금강판을 프레스 성형하기 위하여 고온에서 가열하게 되면, 가열온도가 도금층의 융점보다 높아져 도금층 내 일부가 일정시간 동안 액상 상태로 존재하게 된다. 이러한 액상 상태로 존재하는 도금층이 강판 표면에 그대로 존재하게 되면, 프레스 가공시에 강판 표면에 인장응력이 발생하게 되면서 액상이 소지철의 입계로 젖어드는 현상이 발생하며, 이는 계면의 결합력을 약화시켜 인장응력 하에서 쉽게 크랙이 발생하게 되는 문제가 있다.

이러한 현상을 액화 취성(Liquid metal embritlement)현상이라고 하며, 액화 취성에 의한 강판 크랙 발생은 주로 프레스 성형시 굴곡이 일어나는 부위에서 발생한다.

이와 같은, 액화 취성크랙은 도금층의 융점이 낮을수록 쉽게 발생하므로, 알루미늄계 도금강판보다 아연계 도금강판에서 발생하기 쉽다.

이를 방지하기 위하여, 장시간 가열공정을 행함으로써 도금층과 소지철의 합금화에 의해 프레스 성형 과정에서 전부 고상으로 형성되도록 할 수 있으나, 가열시간이 길어지면 생산성이 하락하는 문제와 함께 강판 표면에 두꺼운 산화물이 형성될 우려가 있다.

더불어, 고온가열 후 프레스 성형 과정에서 금형과 도금층이 직접 맞닿아 표면 마찰이 심한 심가공(deep drawing) 부위에서는 도금층에 크랙이 발생할 가능성이 크며, 이와 같이 도금층에 발생된 크랙은 도금층 내부를 거쳐 소지강판의 표면까지 미세한 균열이 발생하는 일명 미세크랙(micro-crack)의 문제가 있다.

이러한, 미세 크랙은 소지강판에서 크랙이 전파되는 시작점으로 작용하거나, 피로균열을 일으키는 원인으로 작용할 수 있어, 부품의 내구성을 저해할 소지가 높은 것으로 인식되고 있다.

따라서, 가공성과 더불어 용접성이 우수한 열간 프레스 성형을 위한 도금 강판에 요구되는 특성은, 성형과정에서 액화 취성크랙과 미세크랙이 발생하지 않으면서, 성형 후 스폿 용접과정에서 전류의 통전을 방해하는 표면산화물이 적어야함과 동시에 성형품의 소지철을 충분히 보호할 수 있는 희생방식성을 갖어야 할 것이다.

일본 공개특허공보 제2006-022395호 미국 등록특허 제6296805호

본 발명의 일 측면은, 열간 프레스 성형을 위한 도금강판에 관한 것으로서, 액화 취성크랙이나 미세크랙의 발생이 없어 가공성이 우수하고, 성형 후 스폿 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 소지강판 및 상기 소지강판 상에 형성된 복합 도금층을 포함하고,

상기 복합 도금층은 Mn 도금층 및 Al 도금층으로 이루어지고, 상기 Mn 도금층은 복합 도금층 전체 두께 대비 50% 이하로 포함하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판을 제공한다.

본 발명의 다른 일 측면은, 소지강판을 준비하는 단계; 상지 소지강판의 일면에 Mn 도금을 실시하여 Mn 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 Mn 도금층 상부에 Al 도금을 실시하여 Al 도금층을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 Mn 도금층과 Al 도금층을 형성하는 단계를 1회 또는 2회 이상 반복하여 상기 소지강판 일면에 2층 또는 2층 이상의 복층으로 이루어지는 복합 도금층을 형성하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 의하면, 열간 프레스 성형 후 액화 취성크랙 및 미세크랙의 발생이 거의 없고, 내식성 및 스폿 용접성이 우수한 도금강판을 제공할 수 있으며, 이러한 도금강판은 열간 프레스 성형용 강판으로서 적합하게 사용할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 열간 프레스 성형용 강판의 단면 모식도를 나타낸 것이다
도 1의 (A)는 Mn 도금층/Al 도금층의 복합 도금층을 갖는 강판, (B): Al 도금층/Mn 도금층/Al 도금층의 복합 도금층을 갖는 강판, (C): Mn 도금층/Al 도금층/Mn 도금층/Al 도금층의 복합 도금층을 갖는 강판의 단면 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 도금강판에 대해 열간 프레스 성형한 성형품의 모식도와, 크랙 관찰부위를 표시한 것이다.

열간 프레스 성형(HPF)에 가장 적합한 도금강판은 고온 가열 후 프레스 성형과정에서 도금층이 고상으로 존재하여야 하며, 프레스 성형 후에는 미세크랙(micro crack)의 발생이 적고, 도금층이 소지철을 충분히 보호할 수 있도록 희생방식성이 우수하여야 한다.

도금강판으로 잘 알려진 알루미늄 도금강판은 내열성으로 인해 열간 프레스 성형 후 강판 표면에 산화물이 매우 얇게 형성되어, 성형부품의 스폿 용접특성이 우수하고, Al 도금층의 높은 융점으로 프레스 성형 중에 고상으로 존재하여 액화 취성크랙이 유발되지 않고, 성형시 다이와의 마찰이 적어 미세크랙이 발생하지 않는다는 장점이 있다.

그런데, 이러한 알루미늄 도금강판은 열간 프레스 성형 후 합금층이 전기화학적 전위(potential)가 소지철을 보호할 만큼 충분하지 못하여, 아연 도금강판에 비해 상대적으로 희생방식성이 낮은 단점이 있다.

이에, 본 발명자들은 열간 프레스 성형용 강판으로서 요구되는 특성들을 모두 만족할 수 있는 도금강판에 대하여 깊이 연구한 결과, 도금층으로서 Al 도금층 이외에 Mn 도금층을 더 포함하고, 이때 Mn 도금층의 두께를 제어하는 경우, 열간 프레스 성형 후 액화 취성크랙, 미세크랙 등의 발생이 없어 가공성이 우수하고, 도금층 표면에 형성된 산화물이 적어 스폿 용접성이 우수할 뿐만 아니라, 우수한 희생방식성 즉 내식성이 우수한 열간 프레스 성형용 부품을 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

특히, 본 발명에서는 상술한 바와 같이 열간 프레스 성형 후 우수한 물성을 가질 수 있는 열간 프레스 성형용 강판과 이를 제조하는 방법에 대하여 제공한다.

이하, 본 발명의 일 측면인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 열간 프레스 성형용 강판은 소지강판 및 상기 소지강판 상에 형성된 복합 도금층을 포함하는 도금강판으로서, 상기 복합 도금층은 Mn 도금층 및 Al 도금층으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 복합 도금층을 갖는 열간 프레스 성형용 강판을 위한 소지강판으로는, 통상의 탄소강을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.4%, 실리콘(Si): 0.05~1.5%, 망간(Mn): 0.5~3.0%, Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

이하에서는, 상기 소지강판을 성분을 한정하는 이유에 대하여 상세히 설명한다.

C: 0.1~0.4%

탄소(C)는 강판의 강도를 증가시키는데 가장 효과적인 원소이나 다량 첨가되는 경우 용접성 및 저온인성을 저하시키는 원소이다. 이러한 C의 함량이 0.1% 미만인 경우에서는 오스테나이트 단상역에서 열간 프레스를 행하더라도 목표로 하는 강도 확보가 어려우며, 반면 그 함량이 0.4%를 초과하는 경우에는 용접성 및 저온인성이 열화되기 때문에 바람직하지 않고, 강도가 과도하게 높아져서 소둔 및 도금 공정에서 통판성을 저해하는 등 제조공정에서 불리한 점이 증가한다.

따라서, 상기 탄소는 0.1~0.4%로 포함되는 것이 바람직하다.

Si: 0.05~1.5%

실리콘(Si)은 탈산제로 사용되고, 고용강화에 의한 강도 향상을 위하여 첨가되는 원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위하여 0.05% 이상 포함되는 것이 바람직하나, 그 함량이 1.5%를 초과하는 경우에는 열연판의 산세가 곤란하여 열연강판 미산세 및 미산세된 산화물에 의한 스케일성 표면 결함을 유발할 수 있다.

Mn: 0.5~3.0%

망간(Mn)은 고용강화 원소로서 강도 상승에 크게 기여할 뿐만 아니라 오스테나이트에서 페라이트로 변태를 지연시키는데 효과적인 원소이다. 본 발명에서 이러한 효과를 나타내기 위하여 0.5% 이상 포함되는 것이 바람직하나, 그 함량이 3.0%를 초과하는 경우에는 용접성, 열간 압연성 등이 열화되는 문제가 있다.

본 발명의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 통상의 제조과정의 기술자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 특별히 본 명세서에서 언급하지는 않는다.

다만, 상기 소지강판은 질소(N): 0.001~0.02%, 보론(B): 0.0001~0.01%, 티타늄(Ti): 0.001~0.1%, 니오븀(Nb): 0.001~0.1%, 바나듐(V): 0.001~0.01%, 크롬(Cr): 0.001~1.0%, 몰리브덴(Mo): 0.001~1.0%, 안티몬(Sb): 0.001~0.1% 및 텅스텐(W): 0.001~0.3%으로 구성되는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 포함할 수 있다.

N: 0.001~0.02%

질소(N)는 오스테나이트 결정립 내에서 응고과정 중 알루미늄과 작용하여 미세한 질화물을 석출시켜 쌍정 발생을 촉진하므로 강판의 성형시 강도와 연성을 향상시키지만, 질소의 함량이 증가할수록 질화물이 과다하게 석출되어 열간 가공성 및 연신율을 저하시키므로 N의 함유량을 제어하는 것이 바람직하다. 이러한 N의 함량이 0.001% 미만인 경우에는 제강과정에서 N를 제어하기 위한 제조비용이 크게 상승하는 문제가 있으며, 반면 0.02%를 초과하는 경우에는 질화물이 과다하게 석출되어 열간 가공성, 연신율 및 균열이 발생한다.

B: 0.0001~0.01%

보론(B)은 오스테나이트에서 페라이트 변태를 지연시키데 효과적인 원소이다. 본 발명에서 상기와 같은 효과를 나타내기 위하여 0.0001% 이상 포함하는게 바람직하나, 그 함량이 0.01%를 초과하는 경우에는 열간 가공성을 저하시키는 문제가 있다.

Ti, Nb 및 V: 각각 0.001~0.1%

티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)은 강판의 강도 상승, 입경 미세화 및 열처리성을 향상시키는 데에 효과적인 원소이다. 본 발명에서 상기와 같은 효과를 나타내기 위하여 상기 각각의 원소를 0.001% 이상으로 포함하는 것이 바람직하나, 상기 각 원소의 함량이 0.1%를 초과하는 경우에는 제조비용 상승 및 과다한 탄, 질화물 생성으로 확보하고자 하는 강도 및 항복강도를 확보하기 어렵다.

Cr 및 Mo: 각각 0.001~1.0%

크롬(Cr) 및 몰리브덴(Mo)은 경화능을 크게 향상시킬 뿐만 아니라, 강판의 인성을 증가시키는데 효과적인 원소이다. 이에 높은 충돌에너지 특징이 요구되는 강판에 첨가하면 그 효과가 더욱 크다. 그 함량이 0.001% 미만에서는 상기의 효과를 충분히 얻을 수 없고, 1.0% 초과하는 경우에는 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 제조 비용이 상승한다.

Sb: 0.001~0.1%

안티몬(Sb)은 열간압연시 입계의 선택 산화를 억제함으로써 스케일의 생성이 균일해지고, 열간압연재 산세성을 향상시키는 역할을 하는 원소이다. 본 발명에서 상기와 같은 효과를 나타내기 위해서는 0.001% 이상 포함하는 것이 바람직하나, 그 함량이 0.1%를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 제조 비용이 상승하고 열간 가공시 취성을 일으킨다.

W: 0.001~0.3%

텅스텐(W)은 강판의 열처리 경화능을 향상시키는 원소임과 동시에, 텅스텐 함유석출물이 강도 확보에 유리하게 작용하는 원소이다. 본 발명에서 상기와 같은 효과를 나타내기 위해서는 0.001% 이상 포함하는 것이 바람직하나, 그 함량이 0.3%를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.

상기한 바와 같은 소지강판을 열간 프레스 성형을 위한 강판으로서 적용하기 위해서는, 상기 소지강판 상에 도금층을 갖는 것이 바람직하며, 이때 도금층은 복합 도금층으로서, 상기 복합 도금층은 Mn 도금층과 Al 도금층으로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에서 Al 도금층 이외에 Mn 도금층을 더 포함하는 것은 기존 Al 도금층만을 갖는 도금강판의 낮은 희생방식성을 향상시키기 위한 것으로서, 본 발명과 같이 Mn 도금층을 더 포함하는 것으로부터 소지철을 효과적으로 보호할 수 있다.

다만, Mn 도금층을 형성함에 있어서, 복합 도금층의 전체 두께 대비 50% 이하로 형성시키는 것이 바람직하다.

Mn 도금층과 Al 도금층으로 이루어지는 상기 복합 도금층을 갖는 소지강판을 열간 프레스 성형을 위하여 가열할 경우, Mn과 Al이 합금화될 때 융점이 높은 Al-Mn 또는 Al-Mn-Fe계 합금이 생성되므로, 변태점 이상의 고온으로 가열하여도 도금층은 고상으로 존재하게 되며, 이때 Mn 도금층의 비율이 증가할수록 융점이 더 높은 합금상이 형성되기 때문에, 도금층의 액화 현상을 효과적으로 억제할 수 있다.

그런데, Mn은 전기화학적 전위가 Fe보다 낮은 원소로서, 이러한 Mn이 Al, Fe와 합금화되어 형성되는 합금상은 Al 단독 또는 Al-Fe 합금상에 비해 전기화학적 전위가 낮다. 따라서, 복합 도금층 내 Mn 도금층의 비율이 증가할수록 열간 프레스 성형 후 합금층의 전위는 낮아지게 되어 소지철에 대한 희생방식성이 증가하지만, Mn 도금층이 복합 도금층 전체 두께 대비 50%를 초과하게 되면 Mn이 도금층의 표층까지 확산하여 일부가 Mn 산화물로 형성하게 된다. 이와 같이, 도금층 표면에 형성된 Mn 산화물은 금속에 비해 전기저항이 크기 때문에, 스폿 용접시 용접성을 저하시키는 원인이 된다.

따라서, 본 발명에서 Mn 도금층은 복합 도금층의 전체 두께 대비 50% 이하로 형성시키는 것이 바람직하다.

본 발명의 복합 도금층은 Mn 도금층과 Al 도금층을 각각 1층씩 총 2층으로 포함하거나, 교대로 총 3층 이상으로 포함할 수 있다. 다만, 상기와 같은 복합 도금층의 최상층에는 Al 도금층을 포함하는 것이 바람직하다.

예를들어, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 복합 도금층이 2층으로 구성될 경우, Mn 도금층/Al 도금층의 순으로 포함하는 것이 바람직하며, 3층으로 구성될 경우, Al 도금층/Mn 도금층/Al 도금층의 순으로 포함할 수 있으며, 4층으로 구성될 경우, Mn 도금층/Al 도금층/Mn 도금층/Al 도금층의 순으로 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이, Mn 도금층과 Al 도금층을 다층으로 포함할 수 있는 본 발명의 복합 도금층은 그 두께가 5~30㎛를 만족하는 것이 바람직하다.

상기 복합 도금층의 두께가 5㎛ 미만이면 내식성을 충분히 확보할 수 없으며, 반면 30㎛를 초과하게 되면 내식성은 충분히 확보할 수는 있으나, 제조비용이 증가할 우려가 있으므로, 바람직하지 못하다. 이때, 도금층 두께는 편면을 기준으로 한다.

본 발명에서와 같이, 적정 두께로 도금층을 포함하되, 이때 도금층이 Mn 도금층과 Al 도금층으로 이루어지게 되면, 열간 프레스 성형을 위한 도금강판으로서 요구되는 특성들을 만족할 수 있을 뿐만 아니라, 성형 후 용접시 용접성도 확보할 수 있다는 점에서, 그 의의가 있다 할 것이다.

이하, 본 발명에 따른 열간 프레스 성형용 강판을 제조하는 바람직한 방법에 대하여, 하기에 일 구현예로서 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법은, 소지강판 상에 Mn 도금 및 Al 도금을 실시하여 복합 도금층을 형성하는 단계로부터 이루어질 수 있다.

이때, 상기 복합 도금층 형성 단계를 1회 또는 2회 이상 반복할 수 있으며, 이로 인해 상기 소지강판 일면에 2층 또는 2층 이상의 복층으로 이루어지는 복합 도금층을 형성할 수 있는 것이다.

이에 더하여, 상기 소지강판의 일면에 Al 도금 / Mn 도금 / Al 도금을 순차적으로 행하여, Al 도금층/Mn 도금층/Al 도금층으로 이루어지는 복합 도금층을 형성할 수도 있다.

상기 Mn 도금 및 Al 도금은 전기도금, 용융도금, 무전해도금, 증착도금, 스퍼터링, 이온 플레이팅 및 스프레이 코팅법 중에서 선택된 1종의 방법으로 실시할 수 있다.

이때, 상기 Mn 도금은 도금작업의 편의성, 도금효율 및 부착량 조절 등이 용이한 증착도금법을 이용하는 것이 바람직하며, 상기 Al 도금은 도금작업의 편의성, 도금효율 및 도금비용측면에서 유리한 증착도금법을 이용하는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명은 상기와 같은 도금공정을 실시하기 이전에 소지강판과 도금층의 밀착성을 향상시키기 위하여 상기 소지강판 표면에 사전 도금을 실시할 수 있으며, 이때 상기 사전 도금은 0.02~2g/m²의 Fe, Ni, Co, Cu, Zn, Sn, Bi, Cr, Mg, Si, P, Ti 및 Mo 성분 중 1종 혹은 2종 이상을 혼합하여 실시할 수 있다.

더 나아가, 상술한 바에 따라 복합 도금층을 갖는 열간 프레스 성형용 강판을 후속되는 프레스 성형을 위하여 고온에서 가열할 수 있으며, 이때 Ac₃ 변태점~1000℃의 온도범위로 가열한 다음, 프레스 성형을 실시할 수 있다.

상기 가열시 전기로나 가스로 등에 의한 가열, 화염 가열, 통전 가열, 고주파가열, 유도가열 등으로 실시할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

소지강판으로 1.5mm 두께의 냉연강판을 준비한 후, 상기 냉연강판의 표면 이물질을 제거하기 위하여 통상의 조건으로 전처리를 실시하였다. 이후, 상기 소지강판 상부에 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 도금두께가 되도록 Mn을 증착도금하여 제1 도금층을 형성시키고, 그 위에 Al을 증착도금하여 제2 도금층을 형성시켰다.

비교를 위하여, 소지강판 상에 Al, Mn 또는 Zn 단독으로 도금처리한 도금강판을 제조하였다.

상기 각각의 제조된 도금강판의 도금층을 용해하여 도금 부착량을 분석하고, 이를 두께로 환산하여 도금층의 전체 두께를 하기 표 1에 나타내었다.

구분	도금층 구성	제1 도금층		제2 도금층		도금층 전체 두께 (편면,㎛)	도금층 두께 비율 (%)
		도금종	도금두께 (편면,㎛)	도금종	도금두께 (편면,㎛)
발명강 1	2층	Mn	1.1	Al	8.9	10	11
발명강 2	2층	Mn	3.2	Al	8.9	12.1	26.4
발명강 3	2층	Mn	3.3	Al	13.9	17.2	19.2
발명강 4	2층	Mn	5.5	Al	15.4	20.9	26.3
발명강 5	2층	Mn	2.5	Al	10.1	12.6	19.8
발명강 6	2층	Mn	9.0	Al	10.1	19.9	45.2
발명강 7	2층	Mn	5.2	Al	11.1	16.3	31.9
발명강 8	2층	Mn	2.8	Al	19.8	22.6	12.4
비교강 1	단층	Al	15	-	-	15	100
비교강 2	단층	Mn	13.8	-	-	13.8	100
비교강 3	단층	Zn	9.5	-	-	9.5	100
비교강 4	2층	Mn	13.6	Al	1.4	15	90.7
비교강 5	2층	Al	13.5	Mn	2.4	15.9	84.7

(상기 표 1에서, 도금층 두께 비율은 {(제1 도금층 두께/전체 도금층 두께)×100}로 계산한 값을 나타낸 것이다.)

또한, 상기 각각의 도금강판에 대하여 하기 표 2에 나타낸 조건으로 열간 프레스 성형을 실시하여 성형품을 제조하고, 제조된 성형품의 특성을 평가하였다.

이때, 성형품의 액화 취성 크랙 및 미세크랙 발생 여부는 도 2에서 표시한 부분의 단면을 광학현미경 100배로 관찰한 후 크랙의 크기가 가장 큰 것의 소지철 표면으로부터 깊이방향으로 최대 깊이를 측정하여, 하기 표 2에 나타내었다.

또한, 성형품의 스폿 용접성을 평가하기 위하여 접촉저항을 측정하였으며, 내식성 평가를 위해서는 1200시간 동안 염수분무시험(SST)을 실시한 다음, 소지철의 최대 부식 깊이를 측정하여, 하기 표 2에 함께 나타내었다.

구분	열간 프레스 가열조건			성형품 물성 평가
	가열온도 (℃)	평균 승온속도 (℃/s)	유지시간 (sec)	액화 취성크랙깊이 (㎛)	미세크랙깊이 (㎛)	스폿 용접성 (mΩ)	내식성 (mm)
발명예 1	900	6	150	<0.1	<0.1	<0.5	0.19
발명예 2	880	6	150	<0.1	<0.1	<0.5	<0.1
발명예 3	880	100	150	<0.1	<0.1	<0.5	<0.1
발명예 4	930	7.4	30	<0.1	<0.1	<0.5	<0.1
발명예 5	900	15	200	<0.1	<0.1	<0.5	<0.1
발명예 6	900	4.2	100	<0.1	<0.1	<0.5	<0.1
발명예 7	900	6	150	<0.1	<0.1	<0.5	<0.1
발명예 8	900	6	150	<0.1	<0.1	<0.5	<0.1
비교예 1	900	6	150	<0.5	<0.1	<0.5	0.45
비교예 2	900	6	120	<0.1	<0.1	7.8	0.25
비교예 3	900	6	150	25	18.5	5.6	0.29
비교예 4	900	6	150	<0.1	<0.1	2.2	0.21
비교예 5	900	6	150	<0.1	<0.1	4.2	0.41

상기 표 1 및 2에 나타난 바와 같이, 발명예 1 내지 8은 본 발명에 따라 제조한 열간 프레스 성형용 강판(발명강 1 내지 8)을 880~930℃의 온도까지 초당 4.2~100℃ 가열속도로 가열하고 그 온도에서 30~200초간 유지시긴 뒤 바로 성형하고 냉각한 강판의 경우로서, 액화 취성크랙 및 미세크랙의 깊이가 0.1㎛ 미만이고 성형품의 접촉저항이 0.5mΩ이하로 매우 작았으며, 소지철 부식깊이가 0.19mm이하로 내식성이 우수한 결과를 보였다.

반면, 비교예 1은 Al을 15㎛의 두께로 도금한 경우로서, 액화 취성크랙이 0.5㎛ 미만, 미세크랙 깊이가 0.1㎛ 미만이고, 성형품의 접촉저항이 0.5mΩ으로 작았으나, Al 도금층이 낮은 희생방식성으로 인해 염수분무시험 후 소지철의 부식 깊이가 0.45mm로 깊게 나타난 것을 확인할 수 있다.

비교예 2는 Mn을 13.8㎛ 두께로 도금한 경우로서, Mn의 융점이 높아 액화 취성크랙이 0.1㎛ 미만으로 우수하고, 표면마찰특성도 우수하여 미세크랙 깊이가 0.1㎛ 미만으로 측정되었으나, 프레스 성형을 위한 고온 가열시 표면 Mn이 산화하여 두꺼운 산화물이 형성됨에 따라 성형품의 접촉저항이 7.8mΩ으로 매우 컸으며, 또한 Fe-Mn 합금상이 형성됨에 따라 내식성도 우수하지 못하였다.

비교예 3은 용융아연도금강판의 경우로서, 가열 후에도 도금층에 액상의 아연이 존재함에 따라 액화 취성크랙이 25㎛으로 매우 크게 발생하였고, 고온에서 아연의 마찰특성이 나빠 미세크랙 깊이가 18.5㎛ 으로 크게 발생하였다. 또한, 고온에서 아연이 산화되어 표면에 비교적 두꺼운 산화물이 형성됨에 따라 성형품의 접촉저항이 5.6mΩ으로 컸으며, 소지철 부식깊이도 0.29mm로 내식성이 열위한 것을 확인할 수 있다.

비교예 4는 본 발명에 따라 Mn 도금 및 Al 도금을 순차적으로 실시한 경우이지만, 전체 도금층 중 Mn 도금층의 두께가 차지하는 비율이 50%를 초과한 경우로서, 액화 취성크랙 및 미세크랙 깊이가 0.1㎛ 미만으로 우수하였으나, 고온 가열시 Mn 도금층 내 일부 Mn이 표층으로 확산하여 산화물을 형성함에 따라 성형품의 접촉저항이 2.2mΩ로 높았으며, 소지철의 부식깊이도 0.21mm로 내식성이 열위하였다.

비교예 5는 Al 도금 및 Mn 도금을 순차적으로 실시한 경우로서, 액화 취성크랙 및 미세크랙의 깊이가 0.1㎛ 미만으로 우수하였으나, 표층으로 존재하는 Mn 도금층 내 Mn이 고온 가열 과정에서 표면에서 산화물을 형성함에 따라 성형품의 접촉저항이 4.2mΩ이하로 높아 스폿 용접성이 불량하였으며, 소지철 부식깊이가 0.41mm로 내식성도 열위한 것을 확인할 수 있다.

Claims (10)

1. 소지강판 및 상기 소지강판 상에 형성된 복합 도금층을 포함하고,
   상기 복합 도금층은 Mn 도금층 및 Al 도금층으로 이루어지고, 상기 Mn 도금층은 복합 도금층 전체 두께 대비 50% 이하로 포함하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 복합 도금층은 2층 이상의 복층으로 이루어지고, 상기 복합 도금층의 최상층에는 Al 도금층을 포함하고,
   상기 복합 도금층은 상기 Mn 도금층과 Al 도금층을 교대로 포함하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 복합 도금층은 5~30㎛의 두께를 갖는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 소지강판은 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.4%, 실리콘(Si): 0.05~1.5%, 망간(Mn): 0.5~3.0%, Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 소지강판은 질소(N): 0.001~0.02%, 보론(B): 0.0001~0.01%, 티타늄(Ti): 0.001~0.1%, 니오븀(Nb): 0.001~0.1%, 바나듐(V): 0.001~0.01%, 크롬(Cr): 0.001~1.0%, 몰리브덴(Mo): 0.001~1.0%, 안티몬(Sb): 0.001~0.1% 및 텅스텐(W): 0.001~0.3%으로 구성되는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 더 포함하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판.
   
6. 소지강판을 준비하는 단계;
   상지 소지강판의 일면에 Mn 도금을 실시하여 Mn 도금층을 형성하는 단계; 및
   상기 Mn 도금층 상부에 Al 도금을 실시하여 Al 도금층을 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 Mn 도금층과 Al 도금층을 형성하는 단계를 1회 또는 2회 이상 반복하여 상기 소지강판 일면에 2층 이상의 복층으로 이루어지는 복합 도금층을 형성하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 복합 도금층의 형성은 상기 소지강판의 일면에 Al 도금 / Mn 도금 / Al 도금을 순차적으로 실시하는 단계를 포함하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법.
   
8. 제 6항에 있어서,
   상기 Mn 도금층은 상기 복합 도금층 전체 두께 대비 50% 이하로 형성하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법.
   
9. 제 6항에 있어서,
   상기 복합 도금층은 5~30㎛의 두께를 갖도록 형성하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법.
   
10. 제 6항에 있어서,
    상기 Mn 도금 및 Al 도금은 전기도금, 용융도금, 무전해도금, 증착도금, 스퍼터링, 이온 플레이팅 및 스프레이 코팅법 중에서 선택된 1종의 방법으로 실시하는 것인 가공성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법.
    
    
    

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