KR20150073531A

KR20150073531A - 내식성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판, 성형부재 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20150073531A
Application number: KR1020130161323A
Authority: KR
Inventors: 김명수; 황현석
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2013-12-23
Filing date: 2013-12-23
Publication date: 2015-07-01
Also published as: JP6328248B2; CN105849305A; US20170002450A1; WO2015099399A1; EP3088558A1; EP3088558B1; EP3088558A4; US10570493B2; JP2017502174A; CN105849305B

Abstract

본 발명은 자동차용 부품 등에 사용되는 열간 프레스 성형용 강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내식성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판, 성형부재 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

내식성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판, 성형부재 및 그 제조방법 {STEEL SHEET FOR HOT PRESS FORMING WITH EXCELLENT CORROSION RESISTANCE AND WELDABILITY, FORMING PART AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

최근, 자동차의 경량화를 위하여 고강도강의 활용이 지속적으로 증가하고 있으나, 이러한 고강도강을 상온에서 가공하게 되면 강판의 마모 및 파단이 발생하기 쉬우며, 가공 도중에 스프링 백 현상이 발생하여 정밀한 치수가공이 어려워지는 문제가 있다. 이에, 결함없이 고강도강을 가공할 수 있는 바람직한 방법으로서, 열간 프레스 성형(Hot Press Forming, HPF)이 적용되고 있다.

열간 프레스 성형(HPF)은 강판이 고온에서는 연질화 되고, 고연성이 되는 성질을 이용하여 고온에서 복잡한 형상으로 가공을 하는 방법으로, 보다 구체적으로는 강판을 오스테나이트 영역이상 즉, 상전이가 가능한 상태로 가열한 후, 가공과 동시에 급냉을 실시함으로써 강판의 조직을 마르텐사이트로 변태시킴으로써, 고강도의 정밀한 형상을 갖는 제품을 제조할 수 있는 방법이다.

한편, 이러한 고강도강을 고온으로 가열하게 되면 강 표면에 부식이나 탈탄 등과 같은 표면결함이 발생할 우려가 있어, 이를 방지하기 위한 목적에서 그 표면에 아연계 또는 알루미늄계 도금을 실시한 다음, 열간 프레스 성형(HPF)을 행하고 있다. 이때, 도금층으로 사용된 아연(Zn)이나 알루미늄(Al)은 외부 환경으로부터 강판을 보호하는 역할을 하기 때문에, 강판의 내식성을 향상시킬 수 있다.

알루미늄도금강판은 Al의 높은 융점과 도금층 상부에 형성되는 치밀하고도 얇은 Al 산화막으로 인해 고온에서도 도금층에 두꺼운 산화피막을 형성시키지 않는 장점을 가지고 있는 반면, 아연도금강판은 아연의 자기희생방식성으로 인해 단면부나 표면의 스크래치에도 강판을 부식으로부터 보호하는 효과가 뛰어나며, 이와 같은 자기희생방식성은 알루미늄도금강판에 비해 아연도금강판이 더 우수하다. 이에, 알루미늄도금강판에 비해 아연도금강판의 내식성 향상 효과가 탁월하며, 이로 인해 알루미늄도금강판을 대신하여 아연도금강판을 사용한 열간 프레스 성형(HPF)이 제시되고 있는 실정이다.

그런데, 아연도금강판을 열간 성형하기 위해 오스테나이트 변태온도 이상으로 가열하는 경우 가열온도가 아연층 즉 아연 도금층의 융점보다 높아져 강판표면에서 일정시간 동안 아연이 액상상태로 존재하게 되며, 이 액상아연이 강판 표면에 그대로 존재하게 되면 프레스(press)에서 가공시 강판 표면에 인장응력이 발생하게 되면서 액상아연이 소지철의 입계(Grain boundary)로 젖어들게 된다. 이와 같이 입계에 젖어들은 아연은 계면의 결합력을 약화시켜 인장응력 하에서 크랙이 발생하는 부위로 작용하는 문제가 있으며, 강판 표면에 발생된 크랙의 전파 속도는 통상 소지철에 비해 빠르고 깊게 전파되는 현상을 보인다.

이와 같은 현상을 액화 취성파괴라고 부르는데, 이는 피로파괴와 굽힘성 저하 등 재질 저하의 문제를 야기할 수 있으므로, 피해야 하는 현상이지만, 아직까지 아연도금강판의 열간 프레스 성형시, 액상 취성파괴문제를 근본적으로 해결하지 못하고 있는 실정이다.

게다가, 알루미늄도금강판 또는 알루미늄-실리콘 합금 도금강판의 내식성을 향상시키기 위한 방안으로서 마그네슘(Mg)을 합금도금하는 방법이 적용되고 있으며, 이로부터 제조된 알루미늄-마그네슘 합금 도금강판 및 알루미늄-실리콘-마그네슘 합금 도금강판은 그 자체로 내식성이 우수하기 때문에 건축자재 및 자동차 부품가공용으로 이용되고 있다.

그러나, Al과 Mg을 합금도금한 도금강판을 열간 프레스 성형을 위해 약 900℃ 이상으로 가열처리하는 경우, 가열과정에서 Mg이 도금층 표면으로 확산하여 표면에 산화마그네슘(MgO)을 형성하고, 이 산화물은 밀착력이 낮아 일부가 성형다이와 접착하여 다이를 오염시키는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 성형 후 성형품 표면에 붙어있는 MgO는 상기 성형품을 저항용접하는 과정에서 저항으로 작용하여 용접불량을 유발하는 문제도 있다.

본 발명의 일 측면은, 기존 열간 프레스 성형용 강판의 단점을 보완할 수 있으면서, 동시에 내식성 및 용접성이 우수한 열간 프레스 성형용 강판, 이를 이용한 성형부재 및 이의 제조방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 형성되는 알루미늄-마그네슘 합금 도금층을 포함하고, 상기 합금 도금층은 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 0.0005~0.05중량%로 포함하는 열간 프레스 성형용 강판을 제공한다.

본 발명의 다른 일 측면은, 소지강판; 상기 소지강판의 적어도 일면에 형성되는 알루미늄-마그네슘 합금 도금층; 및 상기 합금 도금층 상부에 형성되는 산화성 피막층을 포함하고, 상기 산화성 피막층은 알루미늄 및 마그네슘 중 1종 이상 및 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것인 열간 프레스 성형부재를 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 소지강판을 준비하는 단계 및 상기 소지강판을, 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 알루미늄-마그네슘 합금 도금욕에 침지하여 합금 도금층을 형성하는 단계를 포함하는 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 일 측면은, 상기한 제조방법으로 제조된 열간 프레스 성형용 강판을 Ac3~1000℃까지 3~200℃/s의 승온속도로 가열하는 단계; 상기 가열된 강판을 상기 온도에서 열간 프레스 성형하는 단계; 및 상기 열간 프레스 성형된 강판을 20℃/s 이상의 평균 냉각속도로 100℃ 이하까지 냉각하여 열간 프레스 성형부재를 제조하는 단계를 포함하는 열간 프레스 성형부재의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 열간 프레스 성형용 강판은 기존 열간 프레스 성형용 도금강재에 비해 내식성이 더욱 향상된 강판으로서 이를 이용하여 열간 프레스 성형시 표면결함 등이 없는 성형부재를 제조할 수 있으며, 상기 성형부재는 용접성이 우수하여 용접시 결함을 최소화할 수 있으며 용접안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 열간 프레스 성형부재의 단면 모식도를 나타낸 것이다.

열간 프레스 성형용 알루미늄 도금강판 또는 알루미늄-실리콘 도금강판의 내식성을 향상시키기 위해 마그네슘(Mg) 도금을 행하는 경우, 열간 프레스를 위한 고온 가열시 Mg이 도금층 표면으로 확산하여 표면에 MgO를 형성하고, 상기 산화물은 결국 도금강판의 내식성 및 용접성을 저하시키는 요인으로 작용하는 문제가 제기되었다.

이에, 본 발명자들은 도금강판의 내식성 향상의 목적으로 Mg 합금도금을 이용하면서, 이로부터 제조된 합금 도금강판의 열간 프레스를 위한 고온 가열시 상기 Mg에 의한 산화물 형성을 억제하기 위한 방안에 대해 깊이 연구한 결과, Al계 도금욕 내에 Mg과 더불어 상기 Al, Mg 보다 산화성이 큰 성분들을 더 첨가하는 경우, 내식성뿐만 아니라 용접성이 향상된 합금 도금강판을 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 열간 프레스 성형용 강판은, 소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 형성되는 알루미늄-마그네슘 합금 도금층을 포함한다.

먼저, 본 발명에서 열간 프레스 성형용 강판을 위한 소지강판은 일반적인 열간 프레스 성형에 적용되는 강판인 것이라면 충분하며, 예를들어 통상의 탄소강을 이용할 수 있다. 상기 탄소강의 일 예로 탄소(C): 0.1~0.4중량%, 실리콘(Si): 0.05~1.5중량%, 망간(Mn): 0.5~3.0중량%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강판을 이용할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 소지강판은 상술한 성분 이외에도 강의 강도, 인성, 용접성 등과 같은 기계적 물성을 보다 향상시키기 위한 목적에서 질소(N): 0.001~0.02중량%, 보론(B): 0.0001~0.01중량%, 티타늄(Ti): 0.001~0.1중량%, 니오븀(Nb): 0.001~0.1중량%, 바나듐(V): 0.001~0.01중량%, 크롬(Cr): 0.001~1.0중량%, 몰리브덴(Mo): 0.001~1.0중량%, 안티몬(Sb): 0.001~0.1중량% 및 텅스텐(W): 0.001~0.3중량%로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 열간 프레스 성형용 강판은, 상술한 소지강판의 적어도 일면에 도금층을 포함하는 것이 바람직하며, 이때 상기 도금층은 알루미늄-마그네슘 합금 도금층인 것이 바람직하다. 이때, 상기 합금 도금층 내 마그네슘 함량은 0.5~10중량%로 포함된다.

한편, 상기 알루미늄-마그네슘 합금 도금층은 실리콘(Si)을 10중량% 이하(0%는 제외)로 더 포함할 수 있다.

상기 합금 도금층은 5~30㎛의 평균 두께를 갖는 것이 바람직하며, 상기 합금 도금층의 평균 두께가 5㎛ 미만이면 도금강판의 내식성을 충분히 확보할 수 없게 되며, 반면 30㎛를 초과하게 되면 내식성 확보 측면에서는 유리하나, 도금량이 과다하게 증가함과 더불어 강판 제조비용이 상승하는 문제가 있다.

상기 합금 도금층은 그 조성이 알루미늄, 마그네슘, 실리콘 이외에도 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 0.0005~0.05중량%로 포함한다.

상기 Be, Ca, Li 및 Na는 상기 알루미늄, 마그네슘, 실리콘보다 산화성이 큰 원소로서, 상술한 원소를 포함하는 본 발명의 열간 프레스 성형용 강판을 고온에서 가열할 경우 상기 Be, Ca, Li 및 Na이 도금층 표면으로 우선 확산하는 특징이 있다. 이로 인해, Mg 합금 도금강판의 문제점 즉 고온 가열시 MgO 형성에 의한 내식성 및 용접성의 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 열간 프레스 성형용 강판을 제조하는 방법에 대하여 바람직한 일 예로 상세히 설명한다.

본 발명에서 제공하는 열간 프레스 성형용 강판은 소지강판을 준비하는 단계 및 상기 소지강판을, 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 함유하는 알루미늄-마그네슘 합금 도금욕에 침지하여 합금 도금층을 형성하는 단계로 제조할 수 있다.

먼저, 상기 소지강판은 본 발명에서 이미 언급한 강종인 것이 바람직하며, 그 제조방법은 특별히 제한되지 않으며, 당해 기술분야의 공지의 방법으로 제조하여 준비할 수 있다.

상기 준비된 소지강판을 알루미늄-마그네슘 합금 도금욕에 침지함으로써, 상기 소지강판의 적어도 일면에 합금 도금층을 형성하는 것이 바람직하다.

상기 합금 도금층을 형성하는 단계는 650~750℃의 합금 도금욕에서 2~5초간 수행하는 것이 바람직하다.

상기 합금 도금욕의 온도가 650℃ 미만이면 도금층의 외관이 불량해지고 도금 밀착성이 저하되는 문제가 있으며, 반면 750℃를 초과하게 되면 소지강판의 열적확산이 빨라져 합금층의 이상 성장을 초래하므로 가공성이 저하되고 도금욕 내 산화물층이 과다하게 생성되는 문제가 있다.

또한, 침지시간이 2초 미만이면 충분한 도금이 이루어지지 못하여 원하는 두께의 도금층을 형성할 수 없으며, 반면 5초를 초과하게 되면 합금층이 이상 성장하는 문제가 있으므로 바람직하지 못하다.

상기와 같은 조건으로 도금을 행하여 합금 도금층을 형성함에 있어서, 본 발명에서 목표로 하는 조성을 갖는 합금 도금층의 형성을 위해 상기 합금 도금욕은 0.5~10중량%의 마그네슘(Mg), 5~500ppm의 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 합금 도금욕을 이용하여 도금시 소지강판이 도금욕 중에서 용출되어 소지강판의 일부 성분이 도금욕 중에 불순물로 존재할 수 있으며, 보다 구체적으로 각 3중량% 이하의 Fe 및 Mg와 각 0.1중량% 이하의 Ni, Cu, Cr, P, S, V, Nb, Ti 및 B 중 1종 이상의 성분이 상기 도금욕 중에 불순물로서 포함될 수 있다.

상기 합금 도금욕 내 함유되는 Mg은 내식성 향상을 위해 중요한 원소로서, 특히 알루미늄계 도금강판이 부식환경에 노출되었을 때 도금층 표면 및 소지철 노출부를 Mg을 포함한 부식생성물로 덮음으로써, 알루미늄계 도금강판 본연의 내식성을 향상시키는 효과가 있다.

도금욕 내 Mg의 함량이 0.5중량% 미만이면 도금 후 형성되는 합금 도금층 내 Mg 함량이 0.5% 미만으로 되며, 이러할 경우 열간 프레스 후 성형품의 내식성이 저하되는 문제가 있다. 반면, 도금욕 내 Mg 함량이 10중량%를 초과하게 되면 드로스 발생량이 증가하는 문제가 있다.

상기 Be, Ca, Li 및 Na 중 1종 또는 2종 이상의 함량이 5ppm 미만이면 도금 후 형성되는 합금 도금층 내 상기 성분들의 함량이 본 발명에서 목표로 하는 최소 함량보다 적어지는 문제가 있으며, 이러할 경우 고온가열시 합금 도금층 내 Mg의 표면확산에 의한 MgO 생성을 억제하는 효과가 크게 감소하는 문제가 있어, 결국 열간 프레스 과정에서 MgO의 탈락에 의한 설비오염을 유발할 수 있다. 또한, 최종 성형품의 합금 도금층 내에 Mg 함량이 크게 감소하게 됨에 따라 내식성을 확보할 수 없게 되는 문제가 있다. 반면, 500ppm를 초과하게 되면 Be, Ca, Ni 및 Na 중 1종 이상의 성분이 도금층과 소지철 계면에 일부 농화되며, 이를 고온가열하게 되면 계면의 농화물이 소지철과 도금층의 합금화 반응을 억제하여 소지철과의 합금화가 지연되는 문제가 있다. 만일, 합금화가 지연되면 고온에서 가열하는 과정에서 도금층이 일부 용해되는 문제가 발생하게 되어, 열간 프레스 시 다이에 고착되는 문제가 있다.

본 발명은 Al 이외에 Mg을 주로 포함하는 합금 도금욕 내에 상술한 Be, Ca, Li 및 Na 중 1종 또는 2종 이상을 미량으로 첨가하는 것으로부터, 형성되는 합금 도금강판의 내식성을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 즉, 상기 Be, Ca, Li 및Na은 알루미늄, 마그네슘에 비해 산화성이 우수한 원소들로서, 상기 합금 도금욕 내에서 도금을 완료한 후 고온으로 가열시 상기 Be, Ca, Li 및 Na이 도금층 표면으로 우선 확산하게 되며, 이로 인해 Mg에 의한 산화물 형성을 억제할 수 있는 효과가 있으며, 결과적으로 합금 도금강판의 내식성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 상기 합금 도금층 내에는 상술한 성분 이외에 10중량% 이하(0%는 제외)의 실리콘(Si)을 더 포함할 수 있다. 상기 Si은 도금강판의 고온가열시 소지철의 지나친 확산을 억제하여 열간 프레스 과정에서 도금층 탈락을 억제하는 효과가 있는 한편, 도금욕의 유동성을 향상시키는 역할을 한다.

상술한 합금 도금욕 내에서 도금을 완료한 후 형성되는 합금 도금층은 알루미늄-마그네슘 합금 도금층 또는 알루미늄-실리콘-마그네슘 합금 도금층일 수 있으며, 상기 각각의 합금 도금층 내에는 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 0.0005~0.05중량%로 포함하여 형성된다.

이하에서는, 본 발명에 따른 열간 프레스 성형용 강판을 이용하여 제조되는 열간 프레스 성형부재 및 이의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.

먼저, 본 발명의 열간 프레스 성형부재는 본 발명에서 제공하는 열간 프레스 성형용 강판을 열간 프레스 성형함으로써 얻을 수 있으며, 보다 구체적으로 도 1에 도시하고 있는 바와 같이 소지강판; 상기 소지강판의 적어도 일면에 형성된 알루미늄-마그네슘 합금 도금층; 및 상기 합금 도금층 상부에 형성된 산화성 피막층을 포함한다.

상기 산화성 피막층은 열간 프레스 성형용 강판의 알루미늄-마그네슘 합금 도금층을 이루고 있던 성분들이 표면으로 확산되어 형성된 것으로서, 바람직하게 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 포함하며, 일부 알루미늄 및 마그네슘 중 1종 이상을 포함한다.

이때, 상기 Be, Ca, Ni 및 Na 중 1종 이상의 성분들은 알루미늄-마그네슘 합금 도금층 내에서 일부 함유되어 있다.

상기와 같이 구성되는 산화성 피막층은 그 두께가 1㎛ 이하(0㎛ 제외)인 것이 바람직하다. 상기 산화성 피막층의 두께가 1㎛를 초과하게 되면 스폿용접시 용접성이 저하되는 문제가 있다.

한편, 상기 합금 도금층은 실리콘(Si)을 10중량% 이하(0%는 제외)로 더 포함할 수 있으며, 상기 산화성 피막층 내에도 실리콘을 일부 포함할 수 있다.

다음으로, 본 발명의 열간 프레스 성형부재를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.

상술한 바와 같이, 소지강판 표면에 합금 도금층 및 산화성 피막층을 순차적으로 포함하는 열간 프레스 성형부재는 본 발명의 열간 프레스 성형용 강판을 가열하는 단계; 열간 프레스 성형하는 단계; 및 냉각하는 단계를 포함하여 제조할 수 있다.

상기 가열하는 단계는 Ac3~1000℃까지 3~200℃/s의 승온속도로 실시하는 것이 바람직하다.

상기 가열은 강판의 미세조직을 오스테나이트화 하기 위한 것으로서, 그 온도가 Ac3 보다 낮으면 이상역이 되는 문제가 있으며, 반면 1000℃를 초과하게 되면 합금 도금층이 부분적으로 열화될 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.

또한, 상기 온도범위까지의 가열은 3~200℃/s의 승온속도로 실시하는 것이 바람직한데, 승온속도가 3℃/s 미만이면 가열온도까지 도달하는데 많은 시간이 소요되는 문제가 있으므로 3℃/s 이상으로 실시하는 것이 바람직하며, 이때 가열설비를 고려하여 그 상한을 200℃/s로 설정하는 것이 바람직하다.

상술한 조건으로 가열하는 과정에서 소지강판 및 합금 도금층 내 함유된 성분들이 도금층 표면으로 확산하게 되며, 특히 상기 합금 도금층 내 함유된 Be, Ca, Li 및 Na 중 1종 또는 2종 이상의 성분들이 우선 확산함으로써 두께 1㎛ 이하(0㎛는 제외)의 산화성 피막층을 형성하게 된다. 이때, 상기 산화성 피막층 내에는 상술한 성분들 이외에 도금층 표면으로 용이하게 확산할 수 있는 알루미늄, 마그네슘, 실리콘 등이 일부 더 포함될 수 있다.

한편, 본 발명은 상기 가열하는 단계 후, 필요에 따라 목표재질의 확보를 위해 상기 가열온도에서 일정시간 동안 유지시킬 수 있다. 이때, 유지시간은 특별히 한정되지 않으나, 소지철 등의 확산 시간을 고려할 때 240초 이하가 바람직하다.

상기한 바에 따라 가열을 완료한 다음, 열간 프레스 성형을 행하여 성형부재로서 제조할 수 있다.

이때, 열간 프레스 성형은 당해 기술분야에 일반적으로 이용되는 방법을 이용할 수 있으며, 예컨대 상기 가열온도를 유지한 상태로 프레스(press)를 이용하여 상기 가열된 강판을 원하는 형상으로 열간 성형할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기 열간 프레스 성형을 완료한 후, 100℃ 이하까지 20℃/s 이상의 냉각속도로 냉각시키는 것이 바람직하다. 이때, 상기 냉각은 그 속도가 빠를수록 유리하며, 냉각속도가 20℃/s 미만이면 페라이트나 펄라이트와 같이 강도가 낮은 조직이 형성될 우려가 있으므로 바람직하지 못하다.

본 발명에 따른 열간 프레스 성형용 강판은 내식성이 우수하여 이를 이용하여 열간 프레스 성형시 표면결함 등이 없는 성형부재를 제조할 수 있으며, 상기 성형부재는 용접성이 우수하여 용접시 결함을 최소화할 수 있으며 용접안정성을 확보할 수 있는 효과가 있다.

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

( 실시예 )

먼저, 두께 15mm의 열간 프레스 성형용 냉연강판을 소지강판으로 준비하였다. 이때, 상기 소지강판은 그 성분이 C: 0.22wt%, Si: 0.24wt%, Mn: 1.56wt%, P: 0.012wt%, B: 0.0028wt%, Cr: 0.01wt%, Ti: 0.03wt%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.

상기 소지강판에 대해 소둔 열처리를 위해 800℃까지 가열하고, 상기 온도에서 50초간 유지시킨 후 냉각하여 690℃로 유지되는 도금욕에 침지하였다. 이때, 도금욕의 조성은 하기 표 1에 나타낸 바와 같다.

상기 도금이 완료된 후 도금층을 용해하여 도금 부착량과 성분을 분석하고, 이를 두께로 환산하여 도금층의 전체 두께를 측정하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.

또한, 상기 각각의 도금강판을 하기 표 3에 나타낸 조건으로 가열한 후 10초 이내에 성형을 완료한 다음, 성형상태에서 냉각하여 성형품을 제조하였다.

이후, 상기 성형품 표면에 형성된 산화성 피막층의 두께를 측정하고, 1200시간 동안 염수분무시험을 실시하여 소지철 부식깊이를 측정하고, 하기 표 3에 그 결과를 나타내었다.

구분		도금욕 성분 (중량%)
발 명 예	1	Mg: 1%, Be: 0.002%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
	2	Mg: 2%, Be: 0.01%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
	3	Mg: 5%, Be: 0.04%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
	4	Mg: 3%, Ca: 0.01%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
	5	Mg: 6%, Si: 3%, Be: 0.02%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
	6	Mg: 8%, Si: 8%, Be: 0.01%, Li: 0.005%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
	7	Mg: 3%, Si: 5%, Be: 0.005%, Na: 0.001%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
비 교 예	1	Mg: 7%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
	2	Mg: 7%, Si: 8%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
	3	Mg: 8%, Be: 0.0001%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
	4	Mg: 5%, Be: 0.2%, 잔부 Al 및 불가피한 불순물
	5	Mg: 5%, Be: 0.003%, 잔부 Al 및 불순물

구분		도금층 성분 (중량%)	도금층 두께
발 명 예	1	Mg: 1.05%, Be: 0.0025%, 잔부 Al 및 불순물	11㎛
	2	Mg: 1.95%, Be: 0.011%, 잔부 Al 및 불순물	14㎛
	3	Mg: 5.2%, Be: 0.041%, 잔부 Al 및 불순물	9㎛
	4	Mg: 2.8%, Ca: 0.0106%, 잔부 Al 및 불순물	10㎛
	5	Mg: 6.2%, Si: 3.05%, Be: 0.022%, 잔부 Al 및 불순물	22㎛
	6	Mg: 8.3%, Si: 7.95%, Be: 0.012%, Li: 0.006%, 잔부 Al 및 불순물	15㎛
	7	Mg: 3.04%, Si: 5.1%, Be: 0.0054%, Na: 0.0011%, 잔부 Al 및 불순물	17㎛
비 교 예	1	Mg: 7.1%, 잔부 Al 및 불순물	10㎛
	2	Mg: 7.3%, Si: 7.98%, 잔부 Al 및 불순물	14㎛
	3	Mg: 8.1%, Be: 0.00015%, 잔부 Al 및 불순물	16㎛
	4	Mg: 4.88%, Be: 0.21%, 잔부 Al 및 불순물	9.3㎛
	5	Mg: 5.1%, Be: 0.0031%, 잔부 Al 및 불순물	2.5㎛

구분		열간 프레스(성형) 조건				성형 후
구분		가열온도 (℃)	평균승온 속도(℃/s)	유지시간 (s)	냉각속도 (℃/s)	다이 오염정도	표면 산화성 피막층 두께	내식성 (부식깊이, mm)
발 명 예	1	900	8	120	30	양호	0.34㎛	0.32
	2	880	15	100	30	양호	0.08㎛	0.31
	3	880	70	150	25	양호	0.13㎛	0.28
	4	930	30	30	60	양호	0.37㎛	0.30
	5	900	8	200	90	양호	0.15㎛	0.11
	6	900	8	100	30	양호	0.26㎛	0.18
	7	900	8	150	30	양호	0.28㎛	0.21
비 교 예	1	900	8	150	30	오염	1.9㎛	0.54
	2	900	8	150	30	오염	1.6㎛	0.52
	3	900	8	150	30	양호	1.2㎛	0.51
	4	900	8	150	30	오염	0.21㎛	0.32
	5	900	1	200	30	양호	1.1㎛	0.67

상기 표 1 내지 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 조건으로 제조한 도금강판을 이용하여 열간 프레스하는 경우 설비오염발생이 없으면서, 열간 프레스 후 표면 산화성 피막층의 두께가 모두 0.37㎛ 이하로 얇게 형성된 것을 확인할 수 있다. 또한, 각각의 성형품에 대해 내식성을 평가해본 결과, 부식깊이가 모두 0.32mm 이하로 내식성이 우수한 것을 확인할 수 있다.

반면, 비교예 1 및 2와 같이 도금욕 중에 Be, Ca, Li 및 Na 중 어느 성분도 함유되지 않은 경우에는 성형 후 설비오염이 심각하였으며, 산화성 피막층의 두께도 1㎛를 초과하여 두껍게 형성되었다. 이로 인해, 부식깊이가 각각 0.54, 0.52mm로 내식성이 열위한 것을 확인할 수 있다.

비교예 3의 경우 도금욕 중에 Be이 함유되어 있기는 하지만, 그 함량이 매우 적은 경우로서, 열간 프레스를 위한 고온가열 과정에서 Mg의 표면산화억제 효과가 미약하여 산화성 피막층이 두껍게 형성되었으며, 이로 인해 내식성이 열위하였다.

비교예 4의 경우 도금욕 중에 과량의 Be이 함유된 경우로서, 열간 프레스를 위한 고온가열 과정에서 계면에 농화된 Be이 소지철의 확산을 억제하여 도금층이 합금화되는 것이 억제되었으며, 이로 인해 프레스 과정에서 도금층의 일부가 액상으로 존재하고, 이 액상이 성형다이에 부착되어 다이를 오염시켰다.

비교예 5는 도금욕 조건은 본 발명에 부합하지만, 열간 프레스 위한 가열시 승온속도가 너무 느린 경우로서, 장시간의 가열에 의해 산화성 피막층이 두껍게 형성되었으며, 이로 인해 내식성이 열위하였다.

Claims

소지강판 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 형성되는 알루미늄-마그네슘 합금 도금층을 포함하고,
상기 합금 도금층은 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 0.0005~0.05중량% 이하(0%는 제외)로 포함하는 열간 프레스 성형용 강판.
제 1항에 있어서,
상기 합금 도금층은 마그네슘(Mg)을 0.5~10중량% 이하로 포함하는 것인 열간 프레스 성형용 강판.
제 1항에 있어서,
상기 합금 도금층은 실리콘(Si)을 10중량% 이하로 더 포함하는 것인 열간 프레스 성형용 강판.
제 1항에 있어서,
상기 합금 도금층은 5~30㎛의 평균 두께를 갖는 것인 열간 프레스 성형용 강판.
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%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것인 열간 프레스 성형용 강판.
제 5항에 있어서,
상기 소지강판은 중량%로, 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%로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것인 열간 프레스 성형용 강판.
소지강판;
상기 소지강판의 적어도 일면에 형성되는 알루미늄-마그네슘 합금 도금층; 및
상기 합금 도금층 상부에 형성되는 산화성 피막층을 포함하고,
상기 산화성 피막층은 알루미늄 및 마그네슘 중 1종 이상 및 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것인 열간 프레스 성형부재.
제 7항에 있어서,
상기 합금 도금층의 평균 두께는 5~35㎛이고, 상기 산화성 피막층의 평균 두께는 1㎛ 이하(0㎛ 제외)인 열간 프레스 성형부재.
제 7항에 있어서,
상기 합금 도금층은 실리콘(Si)을 10중량% 이하로 더 포함하는 것인 열간 프레스 성형부재.
제 7항에 있어서,
상기 소지강판은 중량%로, 탄소(C): 0.1~0.4%, 실리콘(Si): 0.05~1.5%, 망간(Mn): 0.5~3.0%, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것인 열간 프레스 성형부재.
제 10항에 있어서,
상기 소지강판은 중량%로, 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%로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상을 더 포함하는 것인 열간 프레스 성형부재.
소지강판을 준비하는 단계 및 상기 소지강판을 알루미늄-마그네슘 합금 도금욕에 침지하여 합금 도금층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 합금 도금욕은 0.5~10중량%의 마그네슘(Mg), 5~500ppm의 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어지는 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
상기 합금 도금층은 알루미늄-마그네슘 합금 도금층이고, 상기 합금 도금층은 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상을 0.0005~0.05중량%로 포함하는 것인 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법.
제 12항에 있어서,
상기 합금 도금욕은 10중량% 이하의 실리콘(Si)을 더 포함하고, 상기 합금 도금층은 알루미늄-실리콘-마그네슘 합금 도금층인 것인 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법.
제 12항에 있어서,
상기 도금욕에 침지하는 것은 650~750℃의 도금욕에서 2~5초간 수행되는 것인 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법.
제 12항 내지 제 14항 중 어느 한 항의 제조방법에 의하여 제조되는 열간 프레스 성형용 강판을 Ac3~1000℃까지 3~200℃/s의 승온속도로 가열하는 단계;
상기 가열된 강판을 상기 온도에서 열간 프레스 성형하는 단계; 및
상기 열간 프레스 성형된 강판을 20℃/s 이상의 평균 냉각속도로 100℃ 이하까지 냉각하여 열간 프레스 성형부재를 제조하는 단계를 포함하고,
상기 열간 프레스 성형부재는 알루미늄-마그네슘 합금 도금층 및 상기 합금 도금층 상부에 산화성 피막층을 포함하고,
상기 산화성 피막층은 알루미늄 및 마그네슘 중 1종 이상 및 베릴륨(Be), 칼슘(Ca), 리튬(Li) 및 나트륨(Na)으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 또는 2종 이상으로 이루어지는 것인 열간 프레스 성형부재의 제조방법.
제 15항에 있어서,
상기 합금 도금층은 알루미늄-실리콘-마그네슘 합금 도금층이고,
상기 산화성 피막층은 1㎛ 이하(0㎛는 제외)의 두께를 갖는 것인 열간 프레스 성형부재의 제조방법.