KR20150074882A - 열간 프레스 성형용 도금강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉간압연한 소지강판을 700℃ 이하의 온도에서 소둔 처리하여, 소지강판 및 도금층의 계면에 1㎛ 이하의 철(Fe)-알루미늄(Al) 결정을 포함하는 억제층을 형성시키 것을 특징으로 하며, 그 결과 아연(Zn)과 철(Fe)의 상호확산을 가속화 하여 열간 프레스시 발생하는 액체금속취성에 의한 크랙을 억제할 수 있는, 열간 프레스 성형용 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

열간 프레스 성형용 도금강판 및 그 제조방법{STEEL FOR HOT PRESS FORMING AND MMEHTOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 열간 프레스 성형용 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 열간 프레스 성형 후 가공부 액체금속취성에 의한 크랙이 억제된 열간 프레스 성형용 도금강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 자동차의 경량화를 위해 고강도강의 활용이 증가하고 있으나, 이러한 고강도강은 상온에서 가공시 쉽게 파단되는 문제가 있으며, 가공시 스프링 백의 현상도 발생함에 따라 정밀한 치수가공이 어려워 복잡한 제품의 성형이 어렵다는 문제가 있다. 이를 해결하기 위하여, 최근에는 고강도강을 가공하기 위한 바람직한 방법으로 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 구체적으로 는 강판을 오스테나이트 영역 이상으로 가열한 상태에서 가공과 동시에 급냉을 실시함으로써 강판의 조직을 마르텐사이트로 변태시켜 고강도의 정밀한 형상을 가진제품을 만들 수 있는 방법이다.
다만, 강재를 고온으로 가열할 경우에는 강재 표면에 부식이나 탈탄 등과 같은 현상이 발생할 우려가 있으며, 이를 방지하기 위해 열간 프레스 성형을 위한 소재로서 표면에 아연계 또는 알루미늄계 도금층이 형성된 도금 강재가 많이 사용되고 있다. 특히 아연계 도금층을 갖는 아연도금강판은 아연의 자기희생방식성을 이용하여 내식성을 향상시킨 강재이다. 예를 들면, 내식성을 갖는 강판으로서 일본공개특허 JP 2006-022395 A에 용융아연도금을 실시한 강판이 개시되어 있다. 이는 강판에 용융아연도금을 실시한 후 열간 프레스 성형을 실시하면, 강판 표면에 아연이 70%이상인 합금상이 존재하여 내식성이 우수한 특징이 있다.
그러나, 아연의 경우 알루미늄 에 비하여 고온에서의 경도가 열위하고 도금층과 소지철과의 밀착력이 뛰어나, 통상적인 방법으로 제작된 아연 도금강판은 850~950℃의 고온에서 가공시 가공부에서 도금층뿐만 아니라 소지철 내부에 이르기까지 최대 수백 um의 깊이의 균열이 발생하게 된다. 이는 열처리시 아연 도금층 내 철의 확산이 충분하지 못하여 고온에서 액체 상태로 존재하는 아연이(Liquid Zn) 인장응력이 작용하는 소지철 표면에 접촉하였을 때 발생하게 되며, 이를 액체금속취성(Liquid metal embrittlement) 현상이라 한다. 이러한 아연도금 가공 부재의 크랙은 부식환경 노출시 내식성을 저하시키며, 충돌 성능을 악화시킬 수 있다.
액체금속취성에 의한 크랙을 억제할 수 있는 일례로 열간 프레스 열처리시 가열로 온도를 상승시키거나 가열시간을 상승시켜 소지강판의 철을 도금층으로 충분히 확산시키는 방법이 있다. 그러나 이는 열처리 온도 상승에 따른 설비유지비의 증가나 열처리 시간 상승에 따른 생산성 저감의 문제가 있으며, 또한 강판 표면의 산화물이 두꺼워지는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열간 프레스용 도금강판의 열처리 공정 중 아연(Zn)과 철(Fe)의 상호확산을 가속화하여 열간 프레스시 발생하는 액체금속취성에 의한 크랙을 억제할 수 있는, 열간 프레스 성형용 도금강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 발명은 소지강판; 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 형성되는 도금층을 포함하며, 상기 소지강판 및 도금층의 계면에 1㎛ 이하의 철(Fe)-알루미늄(Al) 결정을 포함하는 억제층이 존재하는 열간 프레스 성형용 도금강판을 제공한다.
한편, 상기 도금층은 용융아연도금층, 용융아연합금 도금층, 용융알루미늄 도금층, 또는 용융알루미늄합금 도금층인 것이 바람직하다.
한편, 상기 소지강판은 탄소(C): 0.1~0.4중량%, 실리콘(Si): 1.5중량% 이하(0중량% 제외), 망간(Mn): 3.0중량% 이하(0중량% 제외), 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 소지강판은 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): 0.001~0.1중량%, 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.
한편, 본 발명은 상기 도금강판을 열간 프레스 성형하여 제조되는 열간 프레스 성형품 또한 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은 소지강판을 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연한 소지강판을 700℃ 이하의 온도에서 소둔하는 단계; 및 상기 강판을 연속용융도금라인에서 도금하는 단계를 포함하는 열간 프레스 성형용 도금강판의 제조방법을 제공한다.
한편, 상기 소둔하는 단계는 H2 및 N2 혼합가스 분위기하에서 수행되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 소둔하는 단계는 이슬점 온도가 -60~10℃인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 도금강판을 가열하는 단계; 상기 가열된 도금강판을 열간 성형하는 단계; 및 상기 열간 성형된 도금강판을 냉각하는 단계를 포함하는 열간 프레스 성형품의 제조방법 또한 제공한다.
이때, 상기 가열하는 단계는 880~950℃의 온도에서 3~15분간 가열하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의할 경우, 도금층의 억제층이 매우 미세하고 균일하게 형성이 되는바, 열간 프레스용 도금강판의 열처리 공정 중 아연(Zn)과 철(Fe)의 상호확산을 가속화할 수 있으며, 그 결과 열간 프레스시 발생하는 액체금속취성에 의한 크랙을 억제할 수 있고, 생산성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 양산 방식에 따라 제조된 도금층 억제층의 형상을 보여주는 전자 현미경 사진이다.
도 2는 종래의 양산 방식에 따라 제조된 강판을 열간 프레스 하는 경우의 철의 확산 거동을 보여주는 개략도이다.
도 3은 종래의 양산 방식에 따라 제조된 열간 프레스 성형품의 단면을 보여주는 SEM 사진이다.
도 4은 본 발명의 일례에 따라 제조된 도금층 억제층의 형상을 보여주는 전자 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일례에 따라 제조된 강판을 열간 프레스 하는 경우의 철의 확산 거동을 보여주는 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일례에 따라 제조된 열간 프레스 성형품의 단면을 보여주는 SEM 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 발명의 실시형태는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
본 발명의 발명자들은 종래와 다르게 냉연강판의 소둔온도를 700℃ 이하로 하향시켜 도금강판을 제조하는 경우, 강판 표면에 실리콘(Si), 망간(Mn) 등의 산화물의 형성이 억제가 되고, 도금시 표면에 산화물이 거의 존재하지 않기 때문에, 억제층이 매우 미세하고 균일하게 형성이 되며, 따라서 상기 도금강판을 열간 프레스 성형하는 경우, 아연(Zn)과 철(Fe)의 상호확산이 가속화되어, 열간 프레스시 발생하는 액체금속취성에 의한 크랙을 억제할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.
보다 구체적으로, 본 발명의 열간 프레스 성형용 도금강판은 소지강판; 및 상기 소지강판의 적어도 일면에 형성되는 도금층을 포함하며, 상기 소지강판 및 도금층의 계면에 1㎛ 이하의 철(Fe)-알루미늄(Al) 결정을 포함하는 억제층이 존재하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 상기 소지강판은 열간 프레스 성형에 일반적으로 적용되는 탄소강을 냉간압연한 통상의 냉간압연강판을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 탄소(C): 0.1~0.4중량%, 실리콘(Si): 1.5중량% 이하, 망간(Mn): 3.0중량% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있으나, 상기 성분에 한정되지는 않는다.
탄소(C): 0.1~0.4중량%
탄소는 강판의 강도를 증가시키는데 가장 효과적인 원소이나 다량 첨가되는 경우 용접성 및 저온인성을 저하시키는 원소이다. 탄소의 함량이 0.1중량% 미만인 경우에서는 오스테나이트 단상역에서 열간 프레스를 행하더라도 목표로 하는 강도 확보가 어렵다. 반면에, 0.4중량%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 0.1~0.4중량%로 포함되는 것이 바람직하다.
실리콘(Si): 1.5중량% 이하
실리콘은 탈산제로 사용되고, 고용강화에 의한 강도 향상을 위하여 첨가되는 원소이다. 다만, 상기 실리콘의 함량이 1.5%를 초과하는 경우에는 열연판의 산세가 곤란하여 열연강판 미산세 및 미산세된 산화물에 의한 스케일성 표면 결함을 유발할 수 있다.
망간(Mn): 3.0중량% 이하
망간은 고용강화 원소로서 강도 상승에 크게 기여할 뿐만 아니라 오스테나이트에서 페라이트로 변태를 지연시키는데 효과적인 원소이다. 다만, 망간의 함량이 3.0중량%를 초과하는 경우에는 용접성, 열간 압연성 등이 열화되는 문제가 있다.
본 발명의 소지강판의 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.
한편, 본 발명의 상기 소지강판은 상술한 함량범위의 합금원소를 포함하는 것만으로도 충분한 효과를 얻을 수 있으나, 강도, 인성 등과 같은 특성을 보다 향상시키기 위해서, 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): 0.001~0.1중량%, 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.
질소(N): 0.001~0.02중량%
질소는 오스테나이트 결정립내에서 응고과정에서 알루미늄과 작용하여 미세한 질화물을 석출시켜 쌍정발생을 촉진하므로 강판의 성형시 강도와 연성을 향상시키지만, 질소의 함량이 증가할수록 질화물이 과다하게 석출되어 열간 가공성 및 연신율을 저하시키므로 질소 함유량을 제어하는 것이 바람직하다. 질소의 함량이 0.001중량% 미만인 경우에는 제강과정에서 질소를 제어하기 위한 제조비용이 크게상승하는 문제가 있으며, 0.02중량%를 초과하는 경우에는 질화물이 과다하게 석출되어 열간 가공성, 연신율 및 균열이 발생한다.
보론(B): 0.0001~0.01중량%
보론은 오스테나이트에서 페라이트 변태를 지연시키데 효과적인 원소이다. 본 발명에서 상기와 같은 효과를 나타내기 위하여 0.0001중량% 이상 포함하는게 바람직하다. 상기 보론의 함량이 0.01중량%를 초과하는 경우에는 열간 가공성을 저하시키는 문제가 있다.
티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 바나듐(V): 각각 0.001~0.1 중량%
티타늄, 니오븀, 및 바나듐은 강판의 강도 상승, 입경 미세화 및 열처리성을 향상시키는 데에 효과적인 원소이다. 본 발명에서 상기와 같은 효과를 나타내기 위하여 각 0.001중량% 이상 포함하는게 바람직하다. 다만, 상기 각 원소의 함량이 0.1중량%를 초과하는 경우에는 제조비용 상승 및 과다한 탄, 질화물 생성으로 확보하고자 하는 강도 및 항복강도를 확보하기 어렵다.
크롬(Cr), 몰리브덴(Mo): 각각 0.001~1.0 중량%
크롬과 몰리브덴은 경화능을 크게 할 뿐만 아니라, 강판의 인성을 증가시키는데 효과적인 원소이다. 이에 높은 충돌에너지 특징이 요구되는 강판에 첨가하면 그 효과가 더욱 크다. 다만, 상기 각 함량이 0.001% 미만에서는 상기의 효과를 충분히 얻을 수 없고, 1.0% 초과하는 경우에는 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 제조 비용이 상승한다.
안티몬(Sb): 0.001~0.1중량%
안티몬은 열간압연시 입계의 선택산화를 억제함으로써 스케일의 생성이 균일해지고, 열간압연재 산세성을 향상시키는 역할을 하는 원소이다. 본 발명에서 상기와 같은 효과를 나타내기 위해서는 0.001중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 상기 안티몬의 함량이 0.1중량%를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 제조 비용이 상승하고 열간 가공시 취성을 일으킨다.
텅스텐(W): 0.001~0.3중량%
텅스텐은 강판의 열처리 경화능을 향상시키는 원소임과 동시에, 텅스텐 함유석출물이 강도 확보에 유리하게 작용하는 원소이다. 본 발명에서 상기와 같은 효과를 나타내기 위해서는 0.001중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 상기 텅스텐의 함량이 0.3중량%를 초과하는 경우에는 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
몰리브덴(Mo): 0.01~1.0중량%
Mo는 소량의 첨가만으로도 경화능을 크게 향상시키는 효과가 있어서 강도를 크게 향상시킬 수 있기 때문에 0.01% 이상의 첨가가 필요하나, 1.0%을 초과하여 첨가하는 경우 용접부의 경도를 과도하게 증가시키고 인성을 저해하므로, 1.0% 이하로 첨가하는 것이 바람직하다.
니켈(Ni): 0.01~2.0중량%
Ni 은 모재의 강도와 인성을 동시에 향상시킬 수 있는 원소이므로, 그 효과를 충분히 얻기 위해서는 0.01중량% 이상을 첨가하여야 하나, Ni은 고가의 원소이므로 2.0중량%를 초과하는 양의 첨가는 경제성이 저하되며 용접성도 저하되므로 그 첨가량이 0.01~2.0%인 것이 바람직하다.
다음으로, 상기와 같은 소지강판을 열간 프레스 성형을 위한 강판으로서 적용하기 위해서는 상기 소지강판 상에 도금층을 갖는 것이 바람직하다. 상기 도금층은 통상의 아연계 도금층 또는 알루미늄계 도금층일 수 있으며, 보다 구체적으로, 용융아연 도금층, 용융아연합금 도금층, 용융알루미늄 도금층 또는 용융알루미늄합금 도금층일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 도금강판은 상기 소지강판 및 도금층의 계면에는 1㎛ 이하의 철(Fe)-알루미늄(Al) 결정을 포함하는 억제층이 존재한다. 상기 억제층은 이와 같이 1㎛ 이하의 철(Fe)-알루미늄(Al) 결정이 균일하게 분포되어 있으며(도 4 참조), 따라서 본 발명의 도금강판을 열간 프레스시 소지철과 도금층 사이의 상호확산이 가속화되며(도 5 참조), 그 결과 아연(Zn) 영역이 거의 존재하지 않게 되어(도 6 참조), 액체금속취성에 의한 크랙을 방지할 수 있다. 이와 달리, 종래의 양산 방식에 의하여 제조된 도금 강판의 억제층은 상기한 바와 같이 1㎛을 초과하는 크고 불균일한 철(Fe)-알루미늄(Al) 결정을 포함하며(도 1 참조), 이러한 억제층은 열간 프레스 성형시 소지철과 도금층 사이의 상호확산을 억제하여, 철(Fe)의 확산을 지연시키고(도 2 참조), 그 결과 아연 과다(Zn rich) 영역이 존재하게 되며(도 3 참조), 열간 프레스 성형시 아연 과다(Zn rich) 영역이 액체상태로 존재하여, 액체금속취성에 의한 크랙이 발생하게 된다.
이하에서는, 본 발명의 상기 도금강판을 제조하는 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 열간 프레스 성형용 도금강판의 제조방법은 소지강판을 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연한 소지강판을 700℃ 이하의 온도에서 소둔하는 단계; 및 상기 강판을 연속용융 도금라인에서 도금하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
먼저, 소지강판을 통상의 냉간압연 단계를 거쳐 냉간압연 강판으로 사용한다. 이때, 냉간압연 방법 및 조건 등은 특별히 제한되지 않으며, 당해 기술분야에 일반적으로 사용되는 방법 및 조건 하에 수행될 수 있다.
이때, 상기 소지강판으로는 상기한 바와 같이 열간 프레스 성형에 일반적으로 적용되는 탄소강을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 탄소(C): 0.1~0.4중량%, 실리콘(Si): 1.5중량% 이하, 망간(Mn): 3.0중량% 이하, 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있으나, 상기 성분에 한정되지는 않는다.
또한, 상기 소지강판은 상기한 바와 같이, 강도, 인성 등과 같은 특성을 보다 향상시키기 위해서, 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): 0.001~0.1중량%, 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.
다음으로, 상기 소지강판을 냉간압연한 후에는 냉간압연한 소지강판을 소둔 처리하며, 이때 본 발명은 이와 같은 소둔공정을 700℃ 이하의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 한다.
통상적으로 연속용융도금라인에서 냉연강판을 도금할 경우, 소재의 기계적 특성 확보를 위해 소둔로에서 약 770~830℃의 온도로 열처리를 진행하게 된다. 소둔 온도를 770℃ 이상으로 올리지 않으면 상변태가 충분히 일어나지 않기 때문에 제품이 생산된 후 인장강도나 연신율 등 기계적 특성의 확보가 어렵기 때문이다. 그러나, 상기 소지강판은 고온에서 강판 표면에 산화물을 쉽게 형성하는 실리콘(Si), 망간(Mn) 등의 합금원소를 함유하는 강판으로, 이와 같이 770~830℃로 열처리 시, 소지강판의 표면에 산화물층이 연속적으로 또는 다량으로 형성된다. 상기 소지강판 표면에 형성된 산화물층은 SiO2, MnO와 같은 단독산화물 또는 Mn2SiO4, MnSiO3 등과 같은 복합산화물들이 단독 혹은 2종이상 혼합되어 구성된 산화물층을 말한다.
상기 종래 기술에서는 소둔 후 실리콘(Si)-망간(Mn) 산화물층이 형성된 소지강판의 도금시, 안정된 산화물의 존재에 의하여 소지 강판과 도금층 내 알루미늄(Al)의 반응이 억제되게 된다. 따라서, 도 1에 나타난 바와 같이 소지강판과 도금층 계면에 철(Fe)-알루미늄(Al) 결정이 크고 불균일하게 형성되게 된다. 이렇게 형성된 불균일한 철(Fe)-알루미늄(Al)층은 도 2에 나타낸 바와 같이 열간 프레스 열처리시 소지강판과 도금층간의 상호확산을 억제하여 철(Fe)의 확산을 지연시킨다. 따라서 도금층 내 철(Fe)의 비율이 충분하지 않아 도 3에 나타난 바와 같이 아연 과다(Zn rich) 영역이 존재하며, 열간 프레스 가공시 이러한 아연 과다(Zn rich) 영역이 액체 상태로 존재하여 액체금속취성에 의한 크랙이 발생하게 된다.
그러나, 본 발명에서 소둔공정은 통상 700℃이하의 온도로 수행이 되며, 대부분의 실리콘(Si) 및 망간(Mn) 산화물은 소둔온도 700℃ 보다 높은 온도에서 형성되기 때문에, 700℃ 이하로 소둔온도를 낮출 경우 실리콘(Si) 및 망간(Mn)을 포함한 산화물이 강판 표면에 거의 존재하지 않는다. 또한, 열간 프레스용 도금강판은 열간 프레스시 기계적 특성이 결정되기 때문에 소둔공정에서 열처리가 충분하게 이루어지지 않아도 최종 가공품의 기계적 특성에는 거의 영향을 주지 않는다. 따라서, 도금 후 도 4에 나타난 바와 같이 소지강판과 도금층 계면에 철(Fe)-알루미늄(Al) 결정이 작고 미세하게 형성되게 된다. 이러한 철(Fe)-알루미늄(Al)층은 도 5에 나타낸 바와 같이 열간 프레스 열처리시 소지 강판의 철(Fe)이 도금층으로 확산하는데 상대적으로 적은 영향을 주며, 소지강판의 철(Fe)이 도금층으로 빠르고 균일하게 확산되게 된다. 따라서, 도 6에서와 같이 가공시 아연(Zn) 영역은 존재하지 않으며, 액체금속취성의 조건에서 벗어날 수 있는 열간 프레스용 도금강판을 제조하는 것이 가능해진다.
보다 구체적으로, 본 발명의 상기 소둔공정은 700℃ 이하의 온도로 10~80초 동안 유지하면서, 15vol% 이하의 H2 및 나머지 N2 혼합가스 분위기 하에서, 이슬점 온도를 -60~10℃로 제어하면서 수행하는 것이 바람직하다 이때, 소둔로 분위기로 15vol%이하의 H2가스와 나머지 N2가스를 혼합해서 사용하는 것은 소둔로 내에서 환원분위기를 유지하여 강판의 산화를 최소화하기 위함이며, 다만 15vol% 이상의 H2가스 이용 시 비용증가의 문제가 있다. 또한, 이슬점 온도가 -60℃ 미만인 경우는 실제 현장라인에서 제어하기 어려우며, 이슬점 온도가 10℃를 초과하게 되면 높은 산소 및 수증기의 분압으로 인해 산화물이 증가할 수 있다.
한편, 상기 소둔공정의 설비는 특별히 한정되는 것은 아니며, 통상의 연속소둔라인에서 수행할 수 있다. 즉, 연속적으로 열처리를 행하여 강판의 기계적 성질을 확보하고, 수소-질소 분위기를 조성하는 데에 문제가 없다면 설비종류와 조업조건은 무관하다.
다음으로, 상기 소둔공정을 완료한 소지강판은 열간 프레스 성형을 위한 강판으로서 적용하기 위해 상기 소지강판 상에 도금층을 갖는 것이 바람직하다. 이때, 상기 도금층은 상기 소지강판은 통상의 연속용융 도금라인을 이용하여 형성할 수 있으며, 그 구체적인 형성 방법은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도금공정이 용융아연도금인 경우, 통상 알루미늄(Al) 0.12~0.25중량% 및 잔부의 아연(Zn)을 포함하는, 460~480℃의 용융아연도금욕에서 3~5초간 침지하여 용융아연도금을 수행할 수 있다. 한편, 도금 후 형성된 도금층은 상기한 바와 같이 용융아연도금층, 용융아연합금 도금층, 용융알루미늄 도금층 또는 용융알루미늄합금 도금층일 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 상기 도금강판을 이용하여 제조되는 열간 프레스 성형품 및 그 제조방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 열간 프레스 성형품은 상기 도금강판을 열간 프레스 성형하여 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 열간 프레스 성형품은 상기 도금강판을 가열하는 단계; 상기 가열된 도금강판을 열간 성형하는 단계; 및 상기 열간 성형된 도금강판을 냉각하는 단계를 거쳐 제조가 가능하다.
먼저, 상기 가열하는 단계는 당해 기술분야에 일반적으로 이용되는 방법을 이용할 수 있으며, 예를 들면, 전기로나 가스로 등에 의한 가열, 화염 가열, 통전 가열, 고주파가열, 유도 가열 등을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 상기 가열하는 단계는 가열조건이 880~950℃에서 3~15분 동안 수행함이 바람직하다. 가열조건이 880℃ 미만이거나 열처리 시간이 3분 미만인 경우에는 균일한 열처리가 되지 않고, 도금층 내 철(Fe)이 충분히 확산되지 않아, 재질 불균일의 우려가 있고, 950℃ 초과이거나 열처리 시간이 15분 초과인 경우에는 도금층이 부분적으로 열화 될 우려가 있기 때문이다.
이후, 상기 가열된 도금 강재를 열간 프레스 성형(HPF)하고, 냉각할 수 있다. 이때, 상기 성형 및 냉각은 통상의 열간 프레스 성형(HPF) 방법에 의하면 충분하므로, 본 발명에서는 이를 특별히 한정하지 않는다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.
( 실시예 )
두께 1.5mm인 통상의 냉연강판 (Cold Rolled Steel Sheets)을 소지강판으로 하여 소둔온도를 550~810℃ 사이로 변화시키고 연속도금공정에서 용융도금을 실시하였다. 이 후 상기와 같이 제조된 강판을 하기 표 1에 나타낸 조건으로 열간프레스를 실시하였고 가공부의 소지철 안쪽으로 형성된 가공 크랙의 유무를 나타내었다. 가공 크랙은 전자현미경을 이용하여 단면 영상을 확인하고 그 발생여부를 판단하였다. 크랙이 존재하는 경우 O, 크랙이 존재하지 않는 경우에는 X로 표시하였다.
비고 강종 소둔온도
(℃)		 도금량
(편면기준, g/m2)		 가열로온도 (℃) 가열시간
(분)		 액체금속취성
유무
비교예1 Zn
도금
냉연
강판		 780 52 900 4 O
비교예2 780 54 900 5 O
비교예3 780 59 930 4 O
비교예4 810 49 900 4 O
비교예5 810 55 900 5 O
비교예6 810 52 930 4 O
발명예1 550 61 900 4 X
발명예2 550 53 900 5 X
발명예3 550 54 930 4 X
발명예4 690 59 900 4 X
발명예5 690 48 900 5 X
발명예6 690 53 930 4 X
상기 표 1에 나타난 바와 같이, 종래방법인 비교예에 따라 제조된 열간프레스용 성형품의 경우 분석 결과, 몇몇 부위에서 가공 크랙이 발생하였다. 이는 앞에서 언급한 바와 같이 도금층 내 충분하지 않은 철(Fe)의 확산이 이루어져 가공시 도금층 내 액체 상태로 존재하는 아연(Zn)에 의해 액체금속취성(LME)에 의한 크랙이 발생하기 때문이다.
반면, 본 발명에 부합되는 발명예에 따라 제조된 열간프레스용 성형품의 경우에는 열처리 시간이나 온도에 상관없이 모두 가공크랙이 발생하지 않았다. 이는 상기한 바와 같이 도금 후 소지철 내부에 존재하는 도금층이 열처리시 소지철과의 상호확산속도를 증가시키기 때문이다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.
1: 도금층
2: 억제층
3: 소지강판

Claims (10)

  1. 소지강판; 및
    상기 소지강판의 적어도 일면에 형성되는 도금층을 포함하며,
    상기 소지강판 및 도금층의 계면에 1㎛ 이하의 철(Fe)-알루미늄(Al) 결정을 포함하는 억제층이 존재하는 열간 프레스 성형용 도금강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도금층은 용융아연도금층, 용융아연합금 도금층, 용융알루미늄 도금층, 또는 용융알루미늄합금 도금층인 열간 프레스 성형용 도금강판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 소지강판은 탄소(C): 0.1~0.4중량%, 실리콘(Si): 1.5중량% 이하(0중량% 제외), 망간(Mn): 3.0중량% 이하(0중량% 제외), 나머지 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 열간 프레스 성형용 도금강판.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 소지강판은 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): 0.001~0.1중량%, 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 포함하는 열간 프레스 성형용 도금강판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항의 도금강판을 열간 프레스 성형하여 제조되는 열간 프레스 성형품.
  6. 소지강판을 냉간압연하는 단계;
    상기 냉간압연한 소지강판을 700℃ 이하의 온도에서 소둔하는 단계; 및
    상기 강판을 연속용융도금라인에서 도금하는 단계를 포함하는 열간 프레스 성형용 도금강판의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 소둔하는 단계는 H2 및 N2 혼합가스 분위기하에서 수행되는 것인 열간 프레스 성형용 도금강판의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 소둔하는 단계는 이슬점 온도가 -60~10℃인 열간 프레스 성형용 도금강판의 제조방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 도금강판을 가열하는 단계;
    상기 가열된 도금강판을 열간 성형하는 단계; 및
    상기 열간 성형된 도금강판을 냉각하는 단계를 포함하는 열간 프레스 성형품의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가열하는 단계는 880~950℃의 온도에서 3~15분간 가열하는 것인 열간 프레스 성형품의 제조방법.
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