KR20150123860A

KR20150123860A - 프레스 성형품 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20150123860A
Application number: KR1020157026230A
Authority: KR
Inventors: 료스케 오토모; 마모루 나가오; 미카코 다케다
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2013-03-26
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2015-11-04
Also published as: KR101719446B1; CN105050743A; WO2014156790A1; EP2979771A1; JP2014188542A; JP6002072B2; CN105050743B; EP2979771A4; US9744744B2; US20160039180A1

Abstract

아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판을, 열간 프레스 성형법에 의해 성형하여 프레스 성형품을 제조하는 방법이며, 강판을 가열·유지한 후, 강판 표면에 액체 아연이 존재하는 상태 그대로 680℃ 이상, 750℃ 이하의 온도에서 성형을 개시하고, 상기 강판에 있어서의 소성 변형부에서의 변형 속도를 0.5초^－1 이하로 하여 성형을 행한다.

Description

프레스 성형품 및 그 제조 방법 {PRESS-MOLDED ARTICLE AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 자동차 부품의 구조 부재에 사용되는 강도 및 내식성이 필요해지는 프레스 성형품 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판을 가열하고 나서 소정의 형상으로 프레스 성형 가공할 때에, 형상 부여와 동시에 켄칭하여 소정 강도를 얻는 프레스 성형품 및 그러한 프레스 성형품의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 자동차 경량화를 위해 바디에의 고강도 강의 적용이 진행되고, 인장 강도가 980㎫을 초과하는 강판의 적용이 확대되고 있다. 한편, 고강도화됨에 따라 부품 가공 시의 금형 수명 저하나, 스프링백에 의한 형상 편차가 커지는 문제가 있다. 따라서 저강도의 강판을, 프레스 성형 전에 Ac1 변태점 이상의 온도(약 900℃ 정도 이상)로 가열하여 강판을 오스테나이트화하고 나서 고온 영역에서 성형함으로써 변형 저항을 저감시키면서 스프링백도 저감시키고, 또한 성형과 동시에 켄칭을 행하여 성형품의 강도를 확보하는 공법, 소위 열간 프레스 성형법(이하, 「핫 스탬프」라 하는 경우가 있음)이 개발되어 있다. 이러한 핫 스탬프는, 특히 인장 강도로 1470㎫ 이상급의 고강도가 필요한 부품(프레스 성형품)을 제조하기 위한 공법으로서 널리 퍼지고 있다.

한편, 자동차 구조재 중에서 고내식성이 요구되는 사이드 멤버, 사이드 실, 크로스 멤버, 필러 하부 등에 적용되는 부품에는, 희생 방식 효과의 부여가 필수이며, 종래부터 아연 도금 강판이나 합금화 용융 아연 도금 강판의 냉간 가공 부품이 적용되어 왔다. 현재, 아연 도금 강판이나 합금화 용융 아연 도금 강판을 핫 스탬프 프로세스에서 부품 성형함으로써, 사이드 멤버, 사이드 실, 크로스 멤버, 필러 하부 등에 적용 가능한 고강도이며 또한 고내식성을 갖는 프레스 성형품이 요구되고 있다.

도 1은 상기한 바와 같은 핫 스탬프를 실시하기 위한 금형 구성을 나타내는 개략 설명도이며, 도면 중 부호 1은 펀치, 부호 2는 다이, 부호 3은 블랭크 홀더, 부호 4는 강판(블랭크), 부호 BHF는 블랭크 홀더력, 부호 rp는 펀치 견부 반경, 부호 rd는 다이 견부 반경, 부호 CL은 펀치/다이간 클리어런스를 각각 나타내고 있다. 또한, 이들 부품 중, 펀치(1)와 다이(2)에는 냉각 매체(예를 들어 물)를 통과시킬 수 있는 통로(1a, 2a)가 각각의 내부에 형성되어 있고, 이 통로에 냉각 매체를 통과시킴으로써, 이들 부재가 냉각되도록 구성되어 있다.

이러한 금형을 사용하여 핫 스탬프(예를 들어, 열간 딥 드로잉 가공)할 때에는, 강판(블랭크)(4)을, (Ac1 변태점∼Ac3 변태점)의 2상 영역 온도 또는 Ac3 변태점 이상의 단상 영역 온도로 가열하여 연화시킨 상태에서 성형을 개시한다. 즉, 고온 상태에 있는 강판(4)을 다이(2)와 블랭크 홀더(3) 사이에 끼운 상태에서, 펀치(1)에 의해 다이(2)의 구멍 내(도 1의 부호 2, 2 사이)에 강판(4)을 압입하고, 강판(4)의 외경을 축소하면서 펀치(1)의 외형에 대응한 형상으로 성형한다. 또한, 성형과 병행하여 펀치(1) 및 다이(2)를 냉각함으로써, 강판(4)으로부터 금형[펀치(1) 및 다이(2)]에의 열 제거를 행함과 함께, 성형 하사점(펀치 선단이 최심부에 위치한 시점:도 1에 도시한 상태)에서 또한 유지 냉각함으로써 소재의 켄칭을 실시한다. 이러한 프레스 성형법을 실시함으로써, 치수 정밀도가 좋은 1470㎫ 이상급의 성형품을 얻을 수 있고, 또한 냉간으로 동일한 강도 클래스의 부품을 성형하는 경우에 비교하여, 성형 하중을 저감시킬 수 있으므로 프레스기의 용량이 작아지게 된다.

그러나, 아연 도금 강판이나 합금화 용융 아연 도금 강판을 핫 스탬프에 제공하면, 고온에서 액화(용융)된 아연이 강판의 결정립계에 침입하여 강판이 취화되는 액체 금속 취화(이하, 「LME」라 기재하는 경우가 있음)에 의해 프레스 성형 시에 크랙이 발생하고, 부품(프레스 성형품)으로서의 내충격 특성이나 피로 강도가 저하되는 문제가 있다.

이러한 LME에 의한 크랙(이하, 「LME 크랙」이라 하는 경우가 있음)을 억제하기 위해, 예를 들어 특허문헌 1에는, 프레스 성형 전의 고온 유지 시간을 비교적 길게 함으로써(예를 들어 300초 이상), 도금층의 합금화를 촉진하고, 도금층 중의 Fe 농도를 높게 하여 프레스 성형 가공 시에 크랙이 발생하는 것을 억제하는 방법이 제안되어 있다. 그러나 이 방법에서는, 핫 스탬프 공정에 있어서 장시간의 가열 유지가 필요해져, 생산성을 손상시킨다고 하는 결점이 있다.

일본 특허 공표 제2012-512747호 공보

본 발명은 상기 사정에 비추어 이루어진 것이며, 그 목적은, 아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판을 사용하여 열간 프레스 성형할 때에, 성형 전에서의 가열 유지 시간을 짧게 해도 LME 크랙의 발생을 피하면서 높은 강도를 발휘하는 프레스 성형품을 제조하기 위한 유용한 방법, 및 이러한 방법에 의해 얻어지는 프레스 성형품을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성할 수 있는 본 발명 방법이라 함은, 아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판을, 열간 프레스 성형법에 의해 성형하여 프레스 성형품을 제조하는 방법을 말하며, 상기 강판을 가열·유지한 후, 강판 표면에 액체 아연이 존재하는 상태 그대로 680℃ 이상, 750℃ 이하의 온도에서 성형을 개시하고, 상기 강판에 있어서의 소성 변형부에서의 변형 속도를 0.5초^－1 이하로 하여 성형을 행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명 방법에 있어서, 상기 강판의 가열·유지는 880℃ 이상, 920℃ 이하의 온도에서 10초∼4분간으로 행하는 것이 바람직하다.

또한 상기 강판에 있어서의 소성 변형부에서의 변형 속도를 0.5초^－1 이하로 하여 성형하기 위한 구체적인 기준으로서는, 강판의 판 두께를 t(㎜), 소성 변형부의 굽힘 반경(내경)을 R(㎜)로 하였을 때, 소성 변형부의 형성을 [t/(R＋t/2)]초 이상에 걸쳐 행하는 구성을 들 수 있다. 또한 상기 구성을 채용함으로써, 성형 개시 시에 강판 표면에 약간의 액체 아연이 존재하고 있어도, LME 크랙의 발생을 피하면서 프레스 성형할 수 있는 것으로 된다.

본 발명에 있어서는, 상기한 바와 같은 방법에 의해 제조되는 프레스 성형품도 포함한다.

본 발명에 따르면, 아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판을 사용하여 열간 프레스 성형할 때에, 성형 전에서의 가열 조건이나, 성형 시의 강판에 있어서의 소성 변형부에서의 변형 속도를 적절하게 제어함으로써, 성형 전 가열 시간을 짧게 해도 LME 크랙의 발생을 피하면서 양호한 특성을 발휘하는 프레스 성형품을 생산성 좋게 제조할 수 있었다.

도 1은 열간 프레스 성형을 실시하기 위한 금형 구성을 나타내는 개략 설명도이다.
도 2는 본 발명을 실시하였을 때의 금형에서의 메커니즘을 나타내는 개략 설명도이다.
도 3은 강판의 R부에 대해, R의 능선을 수직 이등분하는 단면을 설명하는 도면이다.

본 발명자들은, 아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판을 소정의 온도로 가열한 후, 열간 프레스 성형하여 프레스 성형품을 제조할 때에, 가열 유지 시간을 짧게 해도, 프레스 성형 중에 LME 크랙의 발생을 피하면서 양호한 특성을 발휘하는 프레스 성형품을 생산성 좋게 제조하기 위해, 다양한 각도에서 검토하였다.

그 결과, 핫 스탬프 성형 시의 변형 속도(strain rate)를 느리게 하면, LME 크랙의 발생을 억제할 수 있는 것이 판명되었다. 그리고 더욱 검토한 바, 강판을 소정의 온도·시간에서 가열한 후, 소정의 온도 범위로부터 프레스 성형을 개시함과 함께, 성형 시에서의 강판에 있어서의 소성 변형부에서의 변형 속도가 0.5초^－1 이하로 되도록 하여 프레스 성형하면, 상기 목적이 훌륭하게 달성되는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.

LME 크랙은, 용융된 액체 아연에 의해 소지 강판이 취화된 상태에서 프레스 성형을 실시함으로써 발생한다. 액체 아연이 부착된 강판을 프레스 성형하면, 결정립계에 액체 아연이 침윤하고, 결정립계의 내력이 상실되므로, 크랙이 발생한다고 생각된다. 프레스 성형 전의 가열 중에 있어서 아연 도금층은 액화되고, 강판과의 계면에 있어서 Fe/Zn의 고체의 합금상이 생성되는 반응이 진행되고, 도금층 중의 Fe 농도가 증가한다. 가열하고 나서 일정 이상의 시간이 경과하면, 도금층 중의 액체 아연이 거의 없어지므로, 그 후 프레스 성형해도 LME 크랙은 발생하지 않게 되는 것은 알려져 있다(상기 특허문헌 1). 그러나, 가열 후에 프레스 성형까지 장시간 유지할 필요가 있으므로, 생산성이 저하된다.

이러한 상황하에서, 본 발명자들이 다양한 프로세스 조건의 영향을 검토한 바, 성형 시에서의 강판에 있어서의 소성 변형부에서의 변형 속도가 0.5초^－1 이하로 되도록 하여 성형함으로써, 프레스 성형 전의 가열 공정에서 유지하는 시간(유지 시간)을 비교적 짧게, 4분 이내로 해도 LME에 의한 크랙을 억제할 수 있는 것을 발견하였다. 이때의 변형 속도는, 바람직하게는 0.4초^－1 이하(보다 바람직하게는 0.3초^－1 이하)이다. 단, 변형 속도를 지나치게 느리게 하는 것은 생산성 저하에 연결되므로, 0.1초^－1 이상으로 하는 것이 바람직하다. 또한 상기한 바와 같이 유지 시간은 4분 이내여도 되지만(바람직하게는 3분 이하), 강 조직 전체를 오스테나이트화한다고 하는 관점에서 10초 이상(바람직하게는 30초 이상, 보다 바람직하게는 1분 이상)으로 하는 것이 바람직하다.

강판(아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판)에 있어서의 소성 변형부에서의 변형 속도를, 0.5초^－1 이하로 하여 성형하기 위한 구체적인 기준으로서는, 상기 강판의 판 두께를 t(㎜), 소성 변형부의 굽힘 반경(내경)을 R(㎜)로 하였을 때, 소성 변형부의 형성을 t/(R＋t/2)초 이상에 걸쳐 행하는 구성을 들 수 있다. 이러한 상황을, 도면을 사용하여 설명한다.

도 2는 본 발명을 실시하였을 때의 금형에서의 메커니즘을 나타내는 개략 설명도이다. 또한, 도 2에 도시한 금형 구성은, 설명의 편의상, 상기 도 1에 도시한 금형 구성과는 상하 반대의 상태로 되어 있다. 또한, 소성 변형부(도 2에서는, 「굽힘부」라고 표시)의 굽힘 반경(내경) R(㎜)은, 도 1에 도시한 다이 견부 반경 rd에 상당한다.

변형 속도를 W(초^－1), 가공에 필요로 하는 시간을 Δt(초), 강판의 판 두께를 t(㎜), 펀치 속도를 V(㎜/초), 소성 변형부의 굽힘 반경(내경)을 R(㎜)로 하면, Δt＝(R＋t)/V라고 나타내어지므로(도 2 참조), 변형 속도 W(초^－1)는, 하기 (1) 식과 같이 나타내어지게 된다.

W≤0.5를 만족시키기 위해서는, 펀치 속도 V(㎜/초)는, 하기 (2) 식의 관계를 만족시켜 성형하는 것을 의미한다. 이들의 관계로부터, 소성 변형부의 성형을 [t/(R＋t/2)]초 이상으로 행하면 되는 것을 알 수 있다. 예를 들어 판 두께 1.4㎜이며 굽힘 반경(내경) 5㎜ 또는 10㎜에서는, 각각 0.25초 이상 또는 0.13초 이상에 걸쳐 성형하는 속도에 상당한다. 혹은, 판 두께 0.8㎜이며 굽힘 반경(내경) 5㎜ 또는 10㎜에서는, 각각 0.15초 이상, 0.08초 이상에 걸쳐 성형하는 속도에 상당한다.

상기한 바와 같은 변형 속도로 프레스 성형하는 범위는, 적어도 소성 변형부(도 2에 도시한 영역)이면 되지만, 그 이외의 강판 영역에 대해서도 마찬가지의 변형 속도에 의한 성형을 행해도 된다. 단, 소성 변형부 이외의 영역에 대해서는, LME 크랙은 발생하기 어려우므로, 변형 속도를 0.5초^－1보다도 크게 하여 프레스 성형을 행해도 된다.

본 발명에 의해 상기 효과가 얻어지는 메커니즘의 상세는 명백하지 않지만, 아마 침윤하려고 하는 액체 아연과 소지 강판의 합금화 반응 속도와, 소지 강판의 변형 속도의 밸런스에 의한 것으로 추정된다. 프레스 성형 후의 도금층 중에서 고체의 합금층의 부분은, 프레스 성형 시의 소지 강판의 변형에 추종할 수 없고, 여기저기에서 파단하여 간극이 형성된다. 그리고 도금층에 액체 아연이 남아있는 경우에는, 이 간극에 액체 아연이 들어가고, 소지 강판 신생면과 접촉하고, 새로운 합금화 반응이 진행된다고 생각된다. 따라서 발생하는 합금화 반응이 진행되는 것보다도 빠른 변형 속도로 프레스 성형하면, 액체 아연이 결정립계에 침윤하고, LME 크랙이 발생한다고 생각된다. 반대로 변형 속도를 느리게 한 경우에는, 새로운 합금화 반응에 의해 액체 아연이 차단되면서 가공 변형이 진행되므로, 소지 강판의 취화가 발생하지 않는다고 생각된다.

본 발명 방법에 있어서는, 소지 강판 표면에 도금 처리를 실시한 아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판(이들을 총괄하여 「표면 처리 강판」이라 하는 경우가 있음)을, 금형을 사용하여 프레스 성형하여 프레스 성형품을 제조할 때에, 표면 처리 강판은 우선 가열·유지된다. 이때의 가열은, 880℃ 이상, 920℃ 이하의 온도인 것이 바람직하다. 열간 프레스법에 의한 효과를 발휘시키기 위해서는, 가열 온도는 적어도 880℃ 이상으로 하는 것이 좋다. 가열 온도가 880℃ 미만이면, 가열 시에 적절한 양의 오스테나이트가 얻어지지 않고, 양호한 성형성을 확보할 수 없다. 또한, 가열 온도가 920℃를 초과하면, 표면 처리 강판의 도금층 중의 아연이 비등 및 증발하고, 내식성이 열화되므로 바람직하지 않다. 또한, 가열 온도의 보다 바람직한 하한은 900℃ 이상(모두를 오스테나이트로 하는 온도)이며, 보다 바람직한 상한은 910℃ 이하이다. 또한, 본 발명에 있어서의 가열 온도는, 강판의 표면 온도에 의해 측정한 값이다(이하의 온도에 있어서도 동일함).

상기 온도 범위에서의 유지 시간(프레스 성형 전의 가열 공정에서 유지하는 시간)은, 상술한 바와 같이, 4분 이하(바람직하게는 3분 이하)여도 된다. 즉, 이 유지 시간이 4분 이하라도, 그 후의 프레스 성형에 있어서, LME에 의한 크랙을 억제할 수 있는 것으로 된다. 단, 이 유지 시간이 지나치게 짧으면, 가열 시에 적절한 양의 오스테나이트가 얻어지지 않고, 양호한 성형성을 확보할 수 없게 되므로 적어도 10초 이상(바람직하게는 30초 이상, 보다 바람직하게는 1분 이상)으로 하는 것이 바람직하다.

통상의 열간 프레스 성형에 있어서는, 강판을 소정 온도까지 가열한 후, 생산성 향상 및 프레스 반력 저감의 관점에서, 프레스 성형 시에는 가열로로부터 꺼내어 가능한 한 높은 온도에서 성형을 개시하는 것이, 양호한 성형성을 확보하는 성형상에서 필요한 요건이라고 생각되어 왔다. 이러한 상황하에서, 아연계 도금층을 형성한 표면 처리 강판을 프레스 성형하여 열간 프레스 성형품을 제조할 때에도, 가열로로부터 꺼낸 직후의 가능한 한 높은 온도에서 성형을 개시하는 것이 필요하다고 생각되고 있었다. 그러나, 이러한 사상하에서 열간 프레스 성형을 행한 경우에는, 프레스 성형 중에, 도금층의 박리나 입계 균열이 발생하기 쉬워져, 양호한 표면 성상의 열간 프레스 성형품을 실현할 수 없었다.

표면 처리 강판을 가열·유지한 후에는, 소정의 온도까지 냉각하여, 도금층 중의 액체 아연을 가능한 한 저감시킨 상태로 하고 나서 성형하는 것이 좋다. 이러한 관점에서, 프레스 성형 개시 온도는 750℃ 이하로 하는 것이 필요해진다. 그러나 대형의 실제 부품의 냉각에서 지나치게 시간을 들이면, 프레스 생산 가공 공정의 생산성이 악화되므로, 또한 불균일한 냉각에 의한 프레스 후의 재료 특성 편차를 피하기 위해, 하한을 680℃ 이상으로 할 필요가 있다. 이에 의해, 성형 중에 도금층이 박리되는 것이 방지된다. 또한, 종래와 같이 용융 상태에 있는 도금층을 프레스 성형함으로써 발생하는 도금층 박리나 입계 균열을 해소할 수 있게 된다. 단, 상기한 변형 속도로 프레스 성형한 경우에는, 강판 표면에 액체 아연이 다소 존재한 경우라도, 양호한 프레스 성형성을 확보할 수 있게 된다.

또한, 표면 처리 강판을 가열하고, 일단 냉각한 후, 프레스 성형을 개시하는 것은, 성형성을 더욱 높이는 데 있어서도 유효하다. 왜냐하면, 가열 후에 소정 온도까지 냉각함으로써, 과냉 오스테나이트의 n값(가공 경화 계수)이 증대되기 때문이다. 일반적으로, n값이 증대되면 균일 변형에 기여하므로, 수축 플랜지 성형, 신장 플랜지 성형, 벌짐 성형, 굽힘 성형의 모든 성형 모드에 대해 성형성을 향상시킬 수 있다.

상기 냉각 시의 평균 냉각 속도는, 도금층을 가능한 한 응고하기 쉽게 하기 위해, 20℃/초 이상의 평균 냉각 속도를 확보하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 30℃/초 이상이다. 단, 이 냉각에 있어서의 냉각 정지 온도(즉, 프레스 성형 개시 온도)가 지나치게 낮아지면, 양호한 프레스 성형성을 확보할 수 없다고 하는 점에서 보아도, 680℃ 이상으로 할 필요가 있다. 바람직하게는, 700℃ 이상이다.

본 발명에서 사용하는 표면 처리 강판은, 아연 도금 강판 또는 합금화 용융 도금 강판이지만, 이들 표면 처리 강판의 소재로 되는 강판(소지 강판)의 강종에 대해서는 고강도 강판으로서의 통상의 화학 성분 조성의 것이면 된다(후기 실시예의 표 1 참조). 열간 프레스 성형에서는, 부품을 성형하는 목적은 주로 고강도화이며, 금형으로 냉각하는 프로세스에 있어서 켄칭을 행하고, 강도를 확보하는 것이다. 이로 인해 일반적으로는 C에 더하여 B나 Mn 등, 켄칭성을 향상시키는 원소가 첨가된 강판을 사용한다. 열연 강판 또는 열연 강판을 냉간 압연하여 얻어지는 냉연 강판을 사용할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 아연 도금 강판은, 열연 강판 또는 냉연 강판에 아연 도금 처리함으로써 얻어진다. 아연 도금층의 바람직한 도금 부착량은 편면당 30∼200g/㎡ 정도로 함으로써, 충분한 내식성을 얻을 수 있다. 도금 처리의 방법으로서는 용융 도금, 전기 도금이 있다. 도금 처리 후에 소정의 온도(470℃∼580℃)에서 1분∼10분간 유지함으로써, 도금층과 소지 강판 중의 철이 합금화된 합금화 아연 도금 강판(통상, 합금화 용융 아연 도금 강판)으로 하고, 이것을 사용할 수도 있다.

이하, 본 발명의 효과를 실시예에 의해 더욱 구체적으로 나타내지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 상기·후기하는 취지에 비추어 설계 변경하는 것은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함되는 것이다.

실시예

하기 표 1에 나타낸 화학 성분 조성(강종 A∼F)을 갖는 강재를 슬래브 용제하고, 열간 압연을 행하여 판 두께 3.2㎜의 열연 강판으로 하였다. 이것을 냉간 압연함으로써 판 두께:0.8㎜ 또는 1.4㎜의 냉연 강판을 제작하였다. 이들 강판에 대해 아연 도금 처리를 실시하고, 아연 도금 강판으로 하였다. 이때, 뱃치식 분위기 제어 어닐링 도금 처리 장치에서 아연 도금 처리를 행하였다. 또한 일부의 강판에 대해서는, 합금화 처리를 실시하고, 합금화 아연 도금 강판을 제작하였다. 아연 도금 처리 및 합금화 처리는, 분위기 제어가 가능하며 가열 냉각 기구와 아연 도금욕으로 되는 도가니를 구비하고, 도금 처리, 합금화 처리가 일관 공정에서 가능한 실험로를 사용하였다.

도금 처리 조건은, 460℃의 Zn욕(Al:0.13％ 함유)에 3초간 침지하였다. 합금화 처리는, 5％ H₂-N₂(노점-45℃)의 분위기에서 550℃×20초간 유지하여 행하고, 그 후 Ar 가스의 분사에 의해 냉각하였다. 이때의 평균 냉각 속도는 15℃/초이다.

아연 도금 강판 및 합금화 아연 도금 강판의 도금 부착량은, 단면 SEM(주사형 전자 현미경) 관찰 및 도금 중의 Fe 농도 측정에 의해 평가하였다.

이와 같이 하여 얻어진 아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판으로부터, 인장 시험편을 잘라내고, 1축 인장형의 가공 포마스터 장치를 사용하여, 핫 스탬프 공정의 온도 이력을 모의한 후에 가공을 행하고, 그 소성 변형부(굽힘부)에 있어서의 LME 크랙 깊이를 평가하는 시험을 행하였다.

시험편의 편면의 아연 도금을 연마 제거하고, 도금 제거한 측의 면에 설치한 열전대에 의해 온도 제어를 행하였다. 가열 방식은 유도 가열 또는 통전 가열 등이 생각되지만, 본 시험에서는 시험편 파지부 부근을 유도 가열하면서, 동시에 통전 가열로 시험편 평행부의 가열을 행하였다.

온도 이력은, 실온으로부터 온도 T1(900℃ 정도)까지 가열하고, 소정 시간 t1분 유지한 후에 가공 온도 T2까지 냉각하고, 시험편 표면에 액체 아연이 잔존하는 상태 그대로, 소정의 목표 변형량까지 일정한 변형 속도(초^－1)로 가공하였다. 가열 및 가공 중에는, 대기 분위기에서 행하였다. 냉각 프로세스만 Ar 가스의 분사에 의한 냉각을 행하였다. 또한, 시험 시에 시험편 표면에 액체 아연이 잔존하고 있었던 것은, 시험 후에 행한 「최대 균열 깊이의 측정」의 단면 SEM(주사형 전자 현미경) 관찰에 있어서, 도금층의 일부에 백색으로 보이는 아연층이 잔존하고 있는 것으로부터 확인하였다.

변형량의 실적값은, 미리 시험편의 이면(도금을 제거한 측)에 표선을 평점간 거리 20㎜로 각인해 두고, 평점간 거리의 신장률(％)을 대수 변형량으로 측정하였다.

[최대 균열 깊이의 측정]

시험편의 이면에 햇형 성형한 강판의 R부에 대해, R의 능선을 수직 이등분하는 단면(도 3 참조)으로 절단하고, 수지 매립 연마 시료를 제작하였다. 이 단면을 SEM으로 관찰하였다. 도금층보다도 하측(지 강판에 균열이 진전되고 있는 개소)에 있어서, R부에서 진전 깊이가 최대인 균열의 균열 깊이를 측정하였다. 각 시험 조건에서, 가공 개시로부터 변형 속도 W와 최대 균열 깊이의 대응을 확인하였다.

그리고 소지 강판 표면에 진전된 균열 깊이가 10㎛ 미만이면, 부품의 내충격 특성에 영향이 없으므로, 균열 깊이가 10㎛ 이상인 것은, 내LME 크랙성(내LME 균열성)이 나쁘다고 판단하였다.

이 결과를, 판 두께, 도금 부착량, 합금화 처리의 유무, 프레스 성형 조건[가열 온도, 가열 유지 시간, 성형 전 평균 냉각 속도, 성형 개시 온도), 변형량(목표, 실적), 변형 속도(목표, 실적) 및 성형 시간] 등과 함께, 하기 표 2∼4에 나타낸다.

이 결과로부터, 다음과 같이 고찰할 수 있다. 시험 No.1∼3, 5∼7, 10∼12, 14∼16, 19, 22, 24, 26, 28, 30, 32, 33, 35∼37, 39, 40, 42, 43, 45, 46, 48, 49의 것은, 본 발명에서 규정하는 요건을 만족시키는 실시예이며, LME 크랙의 발생이 억제되어 있고, 양호한 열간 프레스 성형품이 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 이들 실시예에 관한 성형 시간은, 모두 [t/(R＋t/2)]초 이상의 조건을 만족시키고 있다.

이에 반해, 시험 No.4, 8, 9, 13, 17, 18, 20, 21, 23, 25, 27, 29, 31, 34, 38, 41, 44, 47의 것은, 본 발명에서 규정하는 요건을 벗어나는 조건, 즉, 변형 속도가 큰 조건에서 프레스 성형하였으므로, 최대 균열 깊이가 크게 되어 있다.

본 발명을 상세하게 또한 특정한 실시 형태를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 정신과 범위를 일탈하는 일 없이 다양한 변형이나 수정을 가할 수 있는 것은 당업자에 있어서 명백하다.

본 출원은, 2013년 3월 26일 출원의 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2013-065233호)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 포함된다.

본 발명은 사이드 멤버나 사이드 실, 크로스 멤버, 필러 하부 등의 자동차 부품의 구조 부재를, 아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판을 프레스 성형하여 제조하는 방법으로서 유용하다.

1 : 펀치
2 : 다이
3 : 블랭크 홀더
4 : 강판(블랭크)

Claims

아연 도금 강판 또는 합금화 용융 아연 도금 강판을, 열간 프레스 성형법에 의해 성형하여 프레스 성형품을 제조하는 방법이며, 상기 강판을 가열·유지한 후, 강판 표면에 액체 아연이 존재하는 상태 그대로 680℃ 이상, 750℃ 이하의 온도에서 성형을 개시하고, 상기 강판에 있어서의 소성 변형부에서의 변형 속도를 0.5초^－1 이하로 하여 성형을 행하는 것을 특징으로 하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 강판의 가열·유지는 880℃ 이상, 920℃ 이하의 온도에서 10초∼4분간으로 행하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 강판의 판 두께를 t(㎜), 소성 변형부의 굽힘 반경(내경)을 R(㎜)로 하였을 때, 소성 변형부의 성형을 [t/(R＋t/2)]초 이상으로 행하는, 프레스 성형품의 제조 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 얻어진, 프레스 성형품.