KR20160095078A

KR20160095078A - 자동차 부품 및 자동차 부품의 제조 방법

Info

Publication number: KR20160095078A
Application number: KR1020167017988A
Authority: KR
Inventors: 준 마키; 신타로 야마나카; 히데아키 이리카와
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-08-10
Also published as: CA2933039A1; US10232426B2; TW201529894A; CN105829578A; EP3070187A1; JPWO2015098653A1; PL3070187T3; WO2015098653A1; BR112016013842B1; EP3070187A4; TWI589733B; US20190160519A1; CA2933039C; JP6376140B2; ES2762572T3; BR112016013842A2; ZA201603964B; CN105829578B; US20160318093A1; MX2016007462A

Abstract

보다 적은 전착 도막 두께에 있어서도 우수한 도장 후 내식성을 갖고, 열간 프레스 가공에 있어서의 성형성 및 생산성을 향상시키고, 또한 열간 프레스 성형 후의 화성 처리성도 개선한, 자동차 부품 및 자동차 부품의 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 자동차 부품은, 성형된 강판의 표면에, 두께가 10㎛ 이상 50㎛ 이하인 Al-Fe 금속간 화합물로 이루어지는 금속간 화합물층을 갖고, 그 금속간 화합물층 중 가장 강판측에 위치하는 확산층의 두께가, 10㎛ 이하이고, 상기 금속간 화합물층의 표면에는, ZnO를 함유하는 피막 및 인산 아연 피막을 포함하는 표면 피막층을 갖고, 그 표면 피막층의 표면 조도가, JIS B0601(2001)에서 정하는 최대 단면 높이:Rt로서, 3㎛ 이상 20㎛ 이하이고, 상기 표면 피막층의 표면에, 두께가 6㎛ 이상 15㎛ 미만인 전착 도막을 갖는다.

Description

자동차 부품 및 자동차 부품의 제조 방법{VEHICLE COMPONENT AND VEHICLE COMPONENT MANUFACTURING METHOD}

본 발명은 자동차 부품 및 자동차 부품의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 들어, 환경 보호와 지구 온난화의 억제를 위해서, 화석 연료의 소비를 억제하는 요청이 높아지고 있고, 이 요청은, 여러 가지 제조업에 대하여 영향을 주고 있다. 예를 들어, 이동 수단으로서 매일의 생활이나 활동에 없어서는 안 되는 자동차에 대해서도 예외는 아니고, 차체의 경량화 등에 의한 연비의 향상 등이 요구되고 있다. 그러나, 자동차에서는, 단순히 차체의 경량화를 실현하는 것은 제품 품질상 허용되지 않아, 적절한 안전성을 확보할 필요가 있다.

자동차의 구조의 대부분은, 철계 재료(특히 강판)에 의해 형성되어 있고, 이 강판의 중량을 저감하는 것이, 차체의 경량화에 있어서 중요하다. 그러나, 상술한 바와 같이, 단순히 강판의 중량을 저감하는 것은 허용되지 않아, 강판의 기계적 강도를 확보하는 것이 요구된다. 이러한 강판에 대한 요청은, 자동차 제조업뿐만 아니라, 여러 가지 제조업에서도 마찬가지로 높아졌다. 따라서, 강판의 기계적 강도를 높임으로써, 이전에 사용되었던 강판보다 박육화되어도 기계적 강도를 유지 또는 높이는 것이 가능한 강판에 대해서, 연구 개발이 행하여지고 있다.

일반적으로, 높은 기계적 강도를 갖는 재료는, 굽힘 가공 등의 성형 가공에 있어서, 성형성, 형상 동결성이 저하되는 경향이 있고, 복잡한 형상으로 가공할 경우, 가공 그 자체가 곤란해진다. 이 성형성에 관한 문제를 해결하는 수단의 하나로서, 소위 「열간 프레스 방법(핫 스탬프법, 핫 프레스법, 다이 켄치법, 프레스 하드닝이라고도 불림)」을 들 수 있다. 이 열간 프레스 방법에서는, 성형 대상인 재료를 일단 고온(오스테나이트 영역)으로 가열하여, 가열에 의해 연화된 강판에 대하여 프레스 가공을 행해서 성형한 후에 냉각한다. 이 열간 프레스 방법에 의하면, 재료를 일단 고온으로 가열해서 연화시키므로, 그 재료를 용이하게 프레스 가공할 수 있고, 또한 성형 후의 냉각에 의한 켄칭 효과에 의해, 재료의 기계적 강도를 높일 수 있다. 따라서, 이 열간 프레스 가공에 의해, 양호한 형상 동결성과 높은 기계적 강도를 양립시킨 성형품이 얻어진다.

그러나, 이 열간 프레스 방법을 강판에 적용한 경우, 예를 들어 800℃ 이상의 고온으로 가열함으로써, 표면의 철 등이 산화되어 스케일(산화물)이 발생한다. 따라서, 열간 프레스 가공을 행한 후에, 이 스케일을 제거하는 공정(디스케일링 공정)이 필요해져, 생산성이 저하된다. 또한, 내식성을 필요로 하는 부재 등에서는, 가공 후에 부재 표면에 방청 처리나 금속 피복을 할 필요가 있고, 표면 청정화 공정, 표면 처리 공정이 필요해져, 역시 생산성이 저하된다.

이러한 생산성의 저하를 억제하는 방법의 예로서, 강판에 피복을 실시하는 방법을 들 수 있다. 일반적으로, 강판 위의 피복으로서는, 유기계 재료나 무기계 재료 등 여러 가지 재료가 사용된다. 그 중에서도, 강판에 대하여 희생 방식 작용이 있는 아연계 도금 강판이, 그 방식 성능과 강판 생산 기술의 관점에서, 자동차 강판 등에 널리 사용되고 있다. 그러나, 열간 프레스 가공에 있어서의 가열 온도(700 내지 1000℃)는, 유기계 재료의 분해 온도나 Zn의 비점 등보다도 높고, 열간 프레스로 가열했을 때, 표면의 도금층이 증발하여, 표면 성상의 현저한 열화의 원인이 되는 경우가 있다.

따라서, 고온으로 가열하는 열간 프레스 가공을 행하는 강판으로서는, 예를 들어 유기계 재료 피복이나 Zn계의 금속 피복에 비하여 비점이 높은 Al계의 금속 피복이 실시된 강판(즉, Al 도금 강판)을 사용하는 것이 바람직하다.

Al계의 금속 피복을 실시함으로써, 강판 표면에 스케일이 부착되는 것을 방지할 수 있어, 디스케일링 공정 등의 공정이 불필요하게 되기 때문에, 생산성이 향상된다. 또한, Al계의 금속 피복에는 방청 효과도 있기 때문에, 도장 후의 내식성도 향상된다. Al계의 금속 피복을 소정의 강 성분을 갖는 강에 실시한 Al 도금 강판을 열간 프레스 가공에 사용하는 방법이, 하기 특허문헌 1에 기재되어 있다.

그러나, 하기 특허문헌 1과 같은 Al계의 금속 피복을 실시한 경우, 열간 프레스 방법에 있어서의 프레스 가공 전의 예비 가열의 조건에 따라서는, Al 피복은 먼저 용융하고, 그 후 강판으로부터의 Fe 확산에 의해 Al-Fe 화합물로 변화된다. 또한, Al-Fe 화합물은 성장하여, 강판의 표면까지 Al-Fe 화합물이 된다. 이후 이 화합물층을, Al-Fe 합금층이라고 칭한다. 이 Al-Fe 합금층은, 극히 경질이다. 원래 Al-Fe 합금층은, 비교적 표면이 미끄러지기 어려워, 윤활성이 나쁘다. 또한, 이 Al-Fe 합금층은, 비교적 깨지기 쉬워, 도금층에 금이 가거나, 파우더 상태로 박리되거나 하기 쉽다. 게다가, 박리된 Al-Fe 합금층이 금형에 부착되거나, Al-Fe 표면이 강하게 찰과되어 금형에 부착되거나 하여, 금형에 Al-Fe가 응착·퇴적되어 프레스품의 품위를 저하시킨다. 그로 인해, 보수시에 금형에 응착된 Al-Fe 합금의 분말을 제거할 필요가 있어, 생산성 저하나 비용 증대의 하나의 요인이 되었다.

또한, 이 Al-Fe 합금층은, 통상의 인산염 처리와의 반응성이 낮아, 전착 도장의 전처리인 화성 처리 피막(인산염 피막)이 생성되기 어렵다. 화성 처리 피막은 부착되지 않아도, 도료 밀착성은 양호하고, Al 도금의 부착량을 충분한 양으로 하면 도장 후 내식성도 양호해지지만, 부착량을 증대시키는 것은 상술한 금형 응착을 열화시키는 경향이 있다.

한편, 하기 특허문헌 2에는, 우르트 광형의 화합물을 Al 도금 강판 표면에 처리하는 기술이 개시되어 있다. 하기 특허문헌 2에서는, 이러한 처리에 의해, 열간 윤활성과 화성 처리성을 개선하고 있다. 이 기술은, 윤활성 향상에 유효하고, 도장 후 내식성의 향상 효과도 인정된다.

또한, 하기 특허문헌 3에는, 강판의 표면에 형성된 Al-Fe를 주로 하는 금속간 화합물상의 결정립 중, Al이 40% 이상 65% 이하를 함유하는 금속간 화합물상의 결정립 평균 절편 길이와, 이러한 금속간 화합물상의 두께를 제어함과 함께, Al 도금층의 표면에 ZnO를 함유하는 윤활 피막을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 하기 특허문헌 3에서는, 이 기술에 의해, 도장 후 내식성 및 핫 스탬프 성형 시의 성형성을 향상시킬 수 있다.

일본 특허 공개 제2000-38640호 공보 국제 공개 제2009/131233호 국제 공개 제2012/137687호

이상 설명한 바와 같이, 비교적 고융점의 Al을 도금한 Al 도금 강판은, 자동차 강판 등의 내식성을 요구하는 부재로서 유망시되고, Al 도금 강판의 열간 프레스에의 적용에 대해서 개선 제안도 이루어져 있다.

그러나, 상기 종래 기술에 있어서, 전착 도장의 막 두께는 20㎛ 정도로, 비교적 두꺼운 것을 전제로 하였다. 그러나, 전착 도장은 차체를 침지해서 도장하는 방법이며, 그 막 두께의 비용에의 영향은 크다. 최근 들어, 전착 도장의 박막화가 진행되고 있어, 더 얇은 전착 도장에 있어서도 특성을 확보할 필요가 있다.

상기 특허문헌 1에는, 이러한 전착 도장에 관한 기술은 없고, 상기 특허문헌 2에는, 전착 도장 두께가 20㎛로 되어 있다. 또한, 상기 특허문헌 3에서는, 일반적인 전착 도장 두께로서 1 내지 30㎛라고 하는 값이 기재되어 있다. 이러한 비교적 두꺼운 전착 도장을 전제로 한 경우에는 종래 기술에서 문제는 없었지만, 전착 도장의 막 두께가 15㎛ 미만이 되면, 상황이 일변한다.

즉, Al 도금 강판을 합금화시킨 후의 표면 조도는 크다고 알려져 있고, JIS B0601(2001)에서 정하는 Ra(산술 평균 조도, ISO25178에서 정하는 산술 평균 높이 Sa)로서 2㎛ 전후가 된다. 이러한 표면 조도가 큰 표면을 막 두께가 얇은 도막으로 덮을 때, 합금층의 볼록부 바로 위의 실질적인 도막 두께는 얇아진다. 그 결과, 이 국부적으로 도막 두께가 얇은 부분을 기점으로 하여, 도막 아래의 부식이 개시된다. 산술 평균 조도 Ra가 2㎛인 경우, 이러한 소재에 관한, JIS B0601(2001)에서 정하는 Rt(최대 단면 높이)는 약 20㎛가 된다. 최대 단면 높이 Rt가 약 20㎛ 정도라는 것은, 소재의 표면에 10㎛ 정도의 볼록부가 드러날 수 있다는 것을 나타내고 있다. 이러한 경우에 전착 도장의 막 두께가 14㎛인 것으로 하면, 국부적으로 4㎛ 정도의 부위가 존재하고, 이러한 부위가 우선적으로 부식될 수 있는 것에 본 발명자들은 상도하였다.

또한, 상기 특허문헌 3에서는, 그 실시예로서, 전착 도장 두께가 약 20㎛인 예만이 개시되어 있을 뿐이며, 전착 도장 두께가 15㎛ 미만이라는 영역에서도, 상기 특허문헌 3에 개시되어 있는 효과가 안정되게 얻어질지는 불분명하다. 또한, 상기 특허문헌 3에서는, 상기와 같은 최대 단면 높이 Rt와 부식과의 관계에 관한 지견에 대해서는, 일절 개시되어 있지 않다.

본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적으로 하는 점은, 종래보다도 적은 전착 도막 두께에 있어서도 우수한 도장 후 내식성을 갖고, 열간 프레스 가공에 있어서의 성형성 및 생산성을 향상시키고, 또한 열간 프레스 성형 후의 화성 처리성도 개선한, 자동차 부품 및 자동차 부품의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 강판의 표면에 Al-Fe 금속간 화합물로 이루어지는 금속간 화합물층을 갖고, 그 금속간 화합물층의 표면에, ZnO를 함유하는 피막과 인산 아연을 주성분으로 하는 피막을 포함하는 표면 피막층을 갖고, 그 표면 피막층의 표면 조도가 소정의 역치 이하로 되도록 함으로써, 전착 도막의 두께가 15㎛ 미만이어도 충분한 도장 후 내식성을 갖는 것을 알아내고, 또한 그 표면 조도를 실현하기 위한 Al 도금 조건, 가열 조건을 알아냄으로써, 본 발명을 이루기에 이르렀다.

상기 지견에 기초하여 완성된 본 발명의 요지는, 이하와 같다.

(1) 성형된 강판의 표면에, 두께가 10㎛ 이상 50㎛ 이하인 Al-Fe 금속간 화합물로 이루어지는 금속간 화합물층을 갖고, 당해 금속간 화합물층 중 가장 강판측에 위치하는 확산층의 두께가, 10㎛ 이하이고, 상기 금속간 화합물층의 표면에는, ZnO를 함유하는 피막 및 인산 아연 피막을 포함하는 표면 피막층을 갖고, 당해 표면 피막층의 표면 조도가, JIS B0601(2001)에서 정하는 최대 단면 높이:Rt로서, 3㎛ 이상 20㎛ 이하이고, 상기 표면 피막층의 표면에, 두께가 6㎛ 이상 15㎛ 미만의 전착 도막을 갖는 자동차 부품.

(2) 상기 최대 단면 높이 Rt는, 7㎛ 이상 14㎛ 이하인, (1)에 기재된 자동차 부품.

(3) 상기 ZnO의 평균 입경은, 직경 50nm 이상 1000㎚ 이하인, (1) 또는 (2)에 기재된 자동차 부품.

(4) 상기 ZnO의 함유량은, 금속 Zn 환산으로, 편면당 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하인, (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 자동차 부품.

(5) 상기 ZnO의 함유량은, 금속 Zn 환산으로, 편면당 0.5g/㎡ 이상 1.5g/㎡ 이하인, (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 자동차 부품.

(6) 상기 강판은, 모재가 되는 강판의 표면에 Al 도금층이 형성된, Al 도금 강판인, (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 자동차 부품.

(7) 상기 Al 도금층의 평균 초정 직경은, 4㎛ 이상 40㎛ 이하인, (6)에 기재된 자동차 부품.

(8) 상기 Al 도금층의 평균 초정 직경은, 4㎛ 이상 30㎛ 이하인, (6) 또는 (7)에 기재된 자동차 부품.

(9) 상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 30g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하인, (6) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 자동차 부품.

(10) 상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 30g/㎡ 이상 60g/㎡ 미만인, (6) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 자동차 부품.

(11) 상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 60g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하인, (6) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 자동차 부품.

(12) ZnO를 함유하는 피막을 표면에 갖는 Al 도금 강판을 사용하여, 열간 프레스공법을 사용해서 자동차 부품을 제조할 때, 평균 초정 직경이 4㎛ 이상 40㎛ 이하인 Al 도금층의 도금 부착량을 편면당 30g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하로 하고, ZnO량을 금속 Zn 환산으로 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하로 하고, 열간 프레스 시의 가열 공정에 있어서의 승온 속도를 12℃/초 이상으로 하고, 도달판 온도를 870℃ 이상 1100℃ 이하로 하고, 전착 도막의 두께를 6㎛ 이상 15㎛ 미만으로 하는, 자동차 부품의 제조 방법.

(13) 상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 50g/㎡ 이상 80g/㎡ 이하인, (12)에 기재된 자동차 부품의 제조 방법.

(14) ZnO를 함유하는 피막을 표면에 갖는 Al 도금 강판을 사용하여, 열간 프레스공법을 사용해서 고강도 자동차 부품을 제조할 때, 평균 초정 직경이 4㎛ 이상 40㎛ 이하인 Al 도금층의 도금 부착량을 편면당 30g/㎡ 이상 60g/㎡ 미만으로 하고, ZnO량을 금속 Zn 환산으로 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하로 하고, 열간 프레스 시의 가열 공정에 있어서의 승온 속도를 12℃/초 이하로 하고, 도달판 온도를 850℃ 이상 950℃ 이하로 하고, 전착 도막의 두께를 6㎛ 이상 15㎛ 미만으로 하는, 자동차 부품의 제조 방법.

(15) 상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 35g/㎡ 이상 55g/㎡ 이하인, (14)에 기재된 자동차 부품의 제조 방법.

(16) ZnO를 함유하는 피막을 표면에 갖는 Al 도금 강판을 사용하여, 열간 프레스공법을 사용해서 고강도 자동차 부품을 제조할 때, 평균 초정 직경이 4㎛ 이상 40㎛ 이하인 Al 도금층의 도금 부착량을 편면당 60g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하로 하고, ZnO량을 금속 Zn 환산으로 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하로 하고, 열간 프레스 시의 가열 공정에 있어서의 승온 속도를 12℃/초 이하로 하고, 도달판 온도를 920℃ 이상 970℃ 이하로 하고, 전착 도막의 두께를 6㎛ 이상 15㎛ 미만으로 하는, 자동차 부품의 제조 방법.

(17) 상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 60g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하인, (16)에 기재된 자동차 부품의 제조 방법.

(18) 상기 ZnO의 함유량은, 금속 Zn 환산으로, 편면당 0.5g/㎡ 이상 1.5g/㎡ 이하인, (12) 내지 (17) 중 어느 한 항에 기재된 자동차 부품의 제조 방법.

(19) 상기 Al 도금층의 평균 초정 직경은, 4㎛ 이상 30㎛ 이하인, (12) 내지 (18) 중 어느 한 항에 기재된 자동차 부품의 제조 방법.

(20) 열간 프레스 가공에 앞서, 상기 Al 도금 강판에 대하여 인산염을 포함하는 화성 처리액을 이용한 화성 처리를 실시하는, (12) 내지 (19) 중 어느 하나에 기재된 자동차 부품의 제조 방법.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 종래보다도 적은 전착 도막 두께에 있어서도 우수한 도장 후 내식성을 갖고, 열간 프레스 가공에 있어서의 성형성 및 생산성을 향상시키고, 또한 열간 프레스 성형 후의 화성 처리성도 개선한 자동차 부품과 그 제조 방법을 제공하는 것이 가능해진다.

도 1은 대표적인 Al 도금층의 단면 조직을 도시한 단면 사진.
도 2는 대표적인 Al-Fe층 및 확산층을 도시한 단면 사진.
도 3은 실시예 1에서 제조한 햇 성형품의 형상을 도시한 사시도.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

(도금 강판에 대해서)

본 발명의 일 실시 형태에 따른 도금 강판에 대해서 설명한다.

본 실시 형태에 따른 도금 강판은, 강판 위의 편면 또는 양면의 각각의 면에, 적어도 2층의 층 구조를 갖는다. 즉, 강판의 편면 또는 양면에는, 적어도 Al을 함유하는 Al 도금층이 형성되고, 그 Al 도금층 상에 적어도 ZnO를 함유하는 표면 피막층이 더 적층된다.

<강판>

강판으로서는, 예를 들어 높은 기계적 강도(예를 들어, 인장 강도·항복점·신장·조리개·경도·충격값·피로 강도·크리프 강도 등의 기계적인 변형 및 파괴에 관한 여러 성질을 의미함.)를 갖도록 형성된 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시 형태에 사용될 수 있는 높은 기계적 강도를 실현하는 강판의 성분의 일례는, 이하와 같다.

이 강판은, 예를 들어 질량%로, C:0.1% 이상 0.4% 이하, Si:0.01% 이상 0.6% 이하, Mn:0.5% 이상 3% 이하, Ti:0.01% 이상 0.1% 이하, B:0.0001% 이상 0.1% 이하를 함유하고, 또한 잔부는, Fe 및 불순물로 이루어진다.

강 중에 첨가되는 각 성분에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 있어서, %의 표기는, 특별히 단서가 없는 경우에는 「질량%」를 의미한다.

[C:0.1% 이상 0.4% 이하]

C는, 목적으로 하는 기계적 강도를 확보하기 위해서 첨가된다. C의 함유량이 0.1% 미만인 경우에는, 충분한 기계적 강도의 향상이 얻어지지 않아, C를 첨가하는 효과가 부족해진다. 한편, C의 함유량이 0.4% 초과인 경우에는, 강판을 더 경화시킬 수 있지만, 용융 깨짐이 발생하기 쉬워진다. 따라서, C의 함유량은, 질량%로 0.1% 이상 0.4% 이하인 것이 바람직하다. C의 함유량은, 더욱 바람직하게는, 0.15% 이상 0.35 이하이다.

[Si:0.01% 이상 0.6% 이하]

Si는, 기계적 강도를 향상시키는 강도 향상 원소의 하나이며, C와 마찬가지로, 목적으로 하는 기계적 강도를 확보하기 위해서 첨가된다. Si의 함유량이 0.01% 미만인 경우에는, 강도 향상 효과를 발휘하기 어려워, 충분한 기계적 강도의 향상이 얻어지지 않는다. 한편, Si는, 역 산화성 원소이기도 하다. 따라서, Si의 함유량이 0.6% 초과인 경우에는, 용융 Al 도금을 행할 때, 습윤성이 저하되고, 비도금이 발생할 가능성이 있다. 따라서, Si의 함유량은, 질량%로 0.01% 이상 0.6% 이하인 것이 바람직하다. Si의 함유량은, 더욱 바람직하게는, 0.01% 이상 0.45% 이하이다.

[Mn:0.5% 이상 3% 이하]

Mn은, 강을 강화시키는 강화 원소의 하나이며, 켄칭성을 높이는 원소의 하나이기도 하다. 또한, Mn은, 불순물의 하나인 S에 의한 열간 취성을 방지함에도 유효한 원소이다. Mn의 함유량이 0.5% 미만인 경우에는, 이들 효과가 얻어지지 않고, 0.5% 이상의 함유량에서 상기 효과가 발휘된다. 한편, Mn의 함유량이 3% 초과인 경우에는, 잔류γ상이 너무 많아져서 강도가 저하될 가능성이 있다. 따라서, Mn의 함유량은, 질량%로 0.5% 이상 3% 이하인 것이 바람직하다. Mn의 함유량은, 더욱 바람직하게는, 0.8% 이상 3% 이하이다.

[Ti:0.01% 이상 0.1% 이하]

Ti는, 강도 강화 원소의 하나이며, Al 도금층의 내열성을 향상시키는 원소이기도 하다. Ti의 함유량이 0.01% 미만인 경우에는, 강도 향상 효과나 내산화성 향상 효과가 얻어지지 않고, 0.01% 이상의 함유량에서 이들 효과가 발휘된다. 한편, Ti는, 너무 지나치게 첨가되면, 예를 들어 탄화물이나 질화물을 형성하여, 강을 연질화시킬 가능성이 있다. 특히, Ti의 함유량이 0.1% 초과인 경우에는, 목적으로 하는 기계적 강도를 얻지 못할 가능성이 높다. 따라서, Ti의 함유량은, 질량%로 0.01% 이상 0.1% 이하인 것이 바람직하다. Ti의 함유량은, 더욱 바람직하게는, 0.01% 이상 0.07% 이하이다.

[B:0.0001% 이상 0.1% 이하]

B는, 켄칭시에 작용해서 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. B의 함유량이 0.0001% 미만인 경우에는, 이러한 강도 향상 효과가 낮다. 한편, B의 함유량이 0.1% 초과인 경우에는, 개재물을 형성해서 강판이 취화되고, 피로 강도를 저하시킬 가능성이 있다. 따라서, B의 함유량은, 질량%로 0.0001% 이상 0.1% 이하인 것이 바람직하다. B의 함유량은, 더욱 바람직하게는, 0.0001% 이상 0.01% 이하이다.

[임의 원소에 대해서]

이러한 강판은, 상기 이외의 임의 원소로서, Cr:0.01% 이상 0.5% 이하, Al:0.01% 이상 0.1% 이하, N:0.001% 이상 0.02% 이하, P:0.001% 이상 0.05% 이하, S:0.001% 이상 0.05% 이하 정도를 함유하는 경우가 많다. Cr은, Mn과 마찬가지로 켄칭성에 효과가 있고, Al은, 탈산제로서 적용된다. 또한, 이러한 강판에는, 상기 임의 원소 모두가 첨가되어 있지 않아도 되는 것은 말할 필요도 없다.

[불순물에 대해서]

또한, 이러한 강판은, 그 밖의 제조 공정 등에서 혼입되어버리는 불가피한 불순물을 포함해도 된다. 이러한 불순물로서는, 예를 들어 Ni, Cu, Mo, O 등이 있을 수 있다.

이러한 성분으로 형성되는 강판은, 열간 프레스 방법 등에 의한 가열에 의해 켄칭되어, 약 1500㎫ 이상의 기계적 강도를 가질 수 있다. 이렇게 높은 기계적 강도를 갖는 강판이기는 하지만, 열간 프레스 방법에 의해 가공하면, 가열에 의해 연화된 상태에서 프레스 가공을 행할 수 있으므로, 용이하게 성형할 수 있다. 또한, 이러한 강판은, 높은 기계적 강도를 실현할 수 있다. 그 결과, 경량화를 위해서 강판의 두께를 얇게 했다고 해도, 기계적 강도를 유지 또는 향상시킬 수 있다.

Al 도금층은, 상술한 바와 같이, 강판의 편면 또는 양면에 형성된다. 이 Al 도금층은, 예를 들어 용융 도금법에 의해 강판의 표면에 형성되어도 되지만, 본 발명에 있어서의 Al 도금층의 형성 방법은, 이러한 예에 한정되는 것은 아니다.

또한, Al 도금층의 도금 성분으로서는, Al을 함유하고, 또한 Si를 함유하는 경우가 많다. 도금 성분으로서 Si가 함유됨으로써, 용융 도금 금속 피복시에 생성되는 Al-Fe 합금층을 제어할 수 있다. Si의 함유량이 3% 미만인 경우에는, Al-Fe 합금층이 Al 도금을 실시하는 단계에서 두껍게 성장하고, 가공 시에 도금층 깨짐을 조장하여, 내식성에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 한편, Si의 함유량이 15% 초과인 경우에는, 도금층의 가공성이나 내식성이 저하될 우려가 있다. 따라서, Si는, 질량%로 3% 이상 15% 이하의 함유량으로 함유되는 것이 바람직하다.

Al 도금욕에 있어서의 Si 이외의 원소로서, 욕 중의 기기나 강대로부터 용출되는 Fe가 2 내지 4% 존재한다. 또한, 이러한 Si나 Fe 외에, Al 도금욕 중에 Mg, Ca, Sr, Li 등의 원소를 0.01 내지 1% 정도 함유시키는 것도 가능하다.

이러한 성분으로 형성되는 Al 도금층은, 강판의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 강판을 열간 프레스 방법에 의해 가공하는 경우에는, 고온으로 가열된 강판의 표면이 산화됨으로써 발생하는 스케일(철의 산화물)의 발생을, 방지 가능하다. 따라서, 이러한 Al 도금층을 형성함으로써, 스케일을 제거하는 공정·표면 청정화 공정·표면 처리 공정 등을 생략할 수 있어, 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, Al 도금층은, 유기계 재료에 의한 도금 피복이나 다른 금속계 재료(예를 들어 Zn계)에 의한 도금 피복보다도 비점 등이 높기 때문에, 열간 프레스 방법에 의해 성형할 때 높은 온도에서의 가공이 가능해져, 열간 프레스 가공에 있어서의 성형성을 더 높고 또한 용이하게 가공할 수 있게 된다.

또한, 이러한 Al 도금층의 평균 초정 직경은, 4㎛ 이상 40㎛ 이하이다. 또한, Al 도금층의 평균 초정 직경은, 단면 연마 후에 광학 현미경으로 관찰함으로써 측정이 가능하다. Al 도금에 있어서, 초정은 Al인 경우가 많고, 응고의 종기에서 Al-Si의 공정(Al-Si 공정)이 응고된다. 따라서, Al-Si의 공정으로 이루어지는 공정부의 장소를 특정하고, 서로 인접하는 공정부 사이에 존재하는 조직을, Al 초정으로 이루어지는 초정부라고 판단할 수 있다. Al 도금층의 평균 초정 직경이 이러한 범위가 됨으로써, 후술하는 표면 피막층에 있어서 원하는 표면 조도가 실현된다.

도 1에, 대표적인 Al 도금층의 단면 조직을 나타낸다. 단면 조직을 관찰함으로써, 초정부의 위치를 판단할 수 있다. 도 1에 있어서, 점선으로 둘러싼 영역이, Al 초정으로 이루어지는 초정부이며, 서로 인접하는 초정부 사이에 존재하는 영역이, 공정부이다. 여기서, 초정부를 나타내는 타원과 면적이 동등한 원으로 환산됨으로써, 초정 직경(원의 직경)을 구하는 것으로 한다. 또한, 상기와 같이 해서 얻어진 초정 직경의 평균을 산출할 때에는, 1개의 시야에 대해서 5개소의 초정 직경을 측정하고, 임의의 2개의 시야에 있어서의 합계 10개소의 측정값에 관한 평균을 구하는 것으로 한다.

이러한 평균 초정 직경은, 합금(즉, 공정부)의 생성 상황과 도금 후의 냉각 속도에 의존하여, 사실상 4㎛ 미만으로 하는 것은 곤란하다. 따라서, 평균 초정 직경의 하한을 4㎛ 이상으로 한다. 한편, 평균 초정 직경이 너무 크면 도금 조성이 부분적으로 불균일한 것을 의미하고, 도금 조성이 부분적으로 불균일해짐으로써, 가열 후의 요철이 커지기 쉽다. 따라서, 평균 초정 직경의 상한을 40㎛로 한다. 평균 초정 직경은, 보다 바람직하게는, 4㎛ 이상 30㎛ 이하이다.

이러한 Al 도금층의 부착량은, (1) 편면당 30g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하여도 되고, (2) 편면당 30g/㎡ 이상 60g/㎡ 미만이어도 되고, (3) 편면당 60g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하여도 된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 열간 프레스 방법에서는, 후술하는 바와 같이, 이러한 Al 도금층의 부착량에 따라, 열간 프레스 방법에 있어서의 가열 공정에 있어서의 승온 속도나 최고 도달판 온도 등이 제어된다.

여기서, 상기 (1)에 나타낸 부착량은, 보다 바람직하게는, 50g/㎡ 이상 80g/㎡ 이하이고, 상기 (2)에 나타낸 부착량은, 보다 바람직하게는, 35g/㎡ 이상 55g/㎡ 이하이고, 상기 (3)에 나타낸 부착량은, 보다 바람직하게는, 60g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하이다.

또한, Al 도금층의 부착량은, 예를 들어 형광 X선 분석 등의 공지된 방법에 의해 측정하는 것이 가능하다. 예를 들어, Al의 부착량이 기지인 시료를 사용하여, 형광 X선 강도와 부착량과의 관계를 나타내는 검량선을 미리 작성해 두고, 이러한 검량선을 사용하여, 형광 X선 강도의 측정 결과로부터 Al 도금층의 부착량을 결정하면 된다.

본 발명의 실시 형태에 있어서, 상술한 Al 도금 강판을 열간 성형하여, 부품 형상으로 한다. 이로 인해, 열간 성형 시에 Al 도금 성분과 강판 성분이 반응하고, Al-Fe계의 금속간 화합물로 변화된다. Al-Fe계 또는 Al-Fe계에 Si를 함유한 계에 있어서는, 많은 화합물이 알려져 있고, 합금화한 도금층은, 복잡한 구조를 취한다. 대표적으로는, 합금화한 도금층은, 5층이 적층된 구조를 취하는 경우가 많다. 이하에서는, 이 합금화한 복수의 층으로 이루어지는 도금층을, 「금속간 화합물층」이라고도 칭하는 것으로 한다.

본 발명의 실시 형태에 있어서, 이 Al-Fe층(금속간 화합물층)의 가장 강판측에 있는 확산층의 두께를, 10㎛ 이하로 한다. 대표적인 Al-Fe층 및 확산층을, 도 2에 도시한다. 단면 연마 후, 나이탈 에칭을 함으로써, 이러한 단면 조직을 얻을 수 있다. 여기서, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속간 화합물층은, 도 2에 예시한 바와 같은 a 내지 e의 5층이 적층된 구조를 취하고 있고, 이 중의 d층과 e층을 합해서, 「확산층」이라고 정의한다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 있어서, 금속간 화합물층의 층수에 대해서는, 도 2에 예시한 바와 같은 5층에 한정되는 것이 아니라, 금속간 화합물층이 5층 이외의 층수를 갖고 있는 경우에도, 금속간 화합물층의 가장 강판측으로부터 제1층째 및 제2층째를, 확산층으로서 취급하면 된다.

이 확산층의 두께는, 10㎛ 이하로 한다. 이러한 두께로 하는 이유는, 스폿 용접성이 이 두께에 의존하기 때문이다. 확산층이 10㎛ 초과로 되면 먼지가 발생하기 쉬워져, 적정 용접 전류 범위가 좁아진다. 확산층의 두께의 하한에 대해서는 특별히 한정되지 않지만, 이러한 확산층은 통상 1㎛ 이상 존재하고, 사실상은 1㎛가 하한이다.

<표면 피막층>

표면 피막층은, 상기와 같은 Al 도금층의 표면에 적층된다. 이 표면 피막층은, 적어도, ZnO를 함유하는 것으로 한다. ZnO의 미립자를 수용액 중에 현탁시킨 액을 사용하여, 이러한 현탁액을 롤 코터 등으로 Al 도금층 상에 도포함으로써, 표면 피막층을 형성할 수 있다. 이 표면 피막층은, 열간 프레스에 있어서의 윤활성이나, 화성 처리액과의 반응성을 개선하는 효과가 있다.

표면 피막층에 있어서의 ZnO 이외의 성분으로서는, 예를 들어 유기물의 바인더 성분을 함유시킬 수 있다. 유기성 바인더로서, 예를 들어 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지, 실란 커플링제 등의 수용성 수지를 들 수 있다. 또한, 표면 피막층에 대하여 ZnO 이외의 산화물, 예를 들어 SiO₂나 TiO₂, Al₂O₃ 등을 함유시키는 것도 가능하다.

상기 현탁액의 도포 방법으로서는, 예를 들어, 상기와 같은 ZnO를 함유하는 현탁액을 소정의 유기성의 바인더와 혼합해서 Al 도금층의 표면에 도포하는 방법이나, 분체 도장에 의한 도포 방법 등을 들 수 있다.

여기서, ZnO의 입경(평균 입경)은 특별히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들어 직경 50nm 이상 1000㎚ 이하 정도인 것이 바람직하고, 50nm 이상 400㎚ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 또한, ZnO의 입경의 정의는, 열간 프레스를 한 후의 입경으로서 정의한다. 대표적으로는 900℃에서 로 내에 5 내지 6분 유지한 후에 금형으로 급냉하는 프로세스를 거친 후의 입경을 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope:SEM) 등으로 관찰해서 정하는 것으로 한다. 또한, 열간 프레스 시에 바인더의 유기 성분은 분해되기 때문에, 표면 피막층에는 산화물만이 잔존하게 된다.

ZnO를 함유하는 피막의 부착량은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 강판의 편면당, 금속 Zn 환산으로 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하인 것이 바람직하다. ZnO의 부착량이 금속 Zn 환산으로 0.3g/㎡ 이상인 경우에는, 윤활 향상 효과 등을 효과적으로 발휘할 수 있다. 한편, ZnO의 부착량이 금속 Zn 환산으로 3g/㎡ 초과인 경우에는, 상기 Al 도금층 및 표면 피막층의 두께가 너무 두꺼워져, 용접성이 저하된다. 따라서, ZnO는, 편면측의 표면 피막층에 있어서, 금속 Zn 환산으로 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하인 것이 바람직하다. 그 중에서도, ZnO의 부착량은, 0.5g/㎡ 이상 1.5g/㎡ 이하인 것이 특히 바람직하다. ZnO의 부착량이 0.5g/㎡ 이상 1.5g/㎡ 이하가 됨으로써, 열간 프레스시의 윤활성도 확보할 수 있고, 또한 용접성이나 도료 밀착성도 양호해진다. ZnO와 바인더 이외의 성분으로서, 예를 들어 Mg, Ca, Ba, Zr, P, B, V, Si 등의 화합물을 표면 피막층에 함유시키는 것도 가능하다.

도포 후의 베이킹·건조 방법으로서는, 예를 들어, 열풍로·유도 가열로·근적외선로 등의 방법이어도 되고, 이들의 조합에 의한 방법을 사용해도 된다. 또한, 도포에 사용되는 바인더의 종류에 따라서는, 도포 후의 베이킹·건조 대신에, 예를 들어 자외선·전자선 등에 의한 경화 처리가 행하여져도 된다. 또한, 도포 후의 베이킹 온도는 60 내지 200℃ 정도인 경우가 많다. 표면 피막층의 형성 방법은 이들 예에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 방법에 의해 형성 가능하다.

바인더를 사용하지 않는 경우에는 Al 도금에 도포한 후, 가열 전의 밀착성이 약간 낮고, 강한 힘으로 문지르면 부분적으로 박리될 우려가 있다.

이어서, 인산 아연 피막에 대해서 설명한다.

통상의 자동차 도장 공정에 있어서, 전착 도장 전에 침지형의 화성 처리가 행하여져 있다. 이 화성 처리는, 공지된 인산염을 포함하는 화성 처리액을 사용해서 실시되는 것이다. 이 화성 처리에 의해, ZnO를 포함하는 피막 중의 아연과 화성 처리액에 포함되는 인산염이 반응함으로써, Al 도금층 및 표면 피막층이 형성되어 있는 강판의 표면에, 인산 아연 피막이 형성된다. 이 인산 아연 피막은, 도막과의 밀착성을 개선함과 함께, 도장 후 내식성에도 기여한다. 예를 들어 상기 특허문헌 1에 기재되는 바와 같은 종래의 Al 도금 강판의 경우, 합금화한 Al-Fe 표면은 강고한 Al의 산화 피막으로 덮여 있고, 화성 처리액과의 반응성이 낮았다. 이러한 화성 처리액과의 반응성을 개선한 기술이, 상기 특허문헌 2에 기재되어 있다. 본 발명의 실시 형태에 있어서도, 인산 아연 피막(화성 처리 피막)에 대해서는 상기 특허문헌 2와 마찬가지이며, ZnO를 함유하는 피막을 부착시킴으로써, Al 도금 강판과 화성 처리액과의 반응성이 개선되고, 인산 아연 피막도 형성되게 된다.

인산 아연 피막량은, 거의 ZnO의 함유량에 지배되고, ZnO를 함유하는 피막 중의 ZnO량이 금속 Zn 환산으로 편면당 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하일 때, 인산 아연 피막량으로서는 편면당 0.6g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하 정도가 된다. 표면 피막층의 표면에 인산 아연 피막이 형성되고, 부품으로서는 표면 피막층과 인산 아연 피막의 양자를 나누는 것은 곤란하다. 따라서, 부품으로서는, 표면 피막층과 인산 아연 피막의 합계의 두께가 되고, ZnO량이 금속 Zn 환산으로 편면당 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하일 때, 표면 피막층과 인산 아연 피막의 합계 두께는, 0.5㎛ 이상 3㎛ 이하 정도이다.

또한, 표면 피막층의 ZnO량이나 인산 아연 피막량은, 형광 X선 분석법 등의 공지된 분석 방법에 의해 측정하는 것이 가능하다. 예를 들어, Zn의 부착량이나 인의 부착량이 기지인 시료를 사용하여, 형광 X선 강도와 부착량과의 관계를 나타내는 검량선을 미리 작성해 두고, 이러한 검량선을 사용하여, 형광 X선 강도의 측정 결과로부터 ZnO량 및 인산 아연 피막량을 결정하면 된다.

(열간 프레스 방법에 의한 가공에 대해서)

이상, 본 발명의 실시 형태에 따른 자동차 부품의 원재료로서 적절하게 이용 가능한, 본 실시 형태에 따른 도금 강판에 대해서 설명하였다. 이렇게 형성되는 도금 강판은, 특히 열간 프레스 방법에 의한 가공을 실시하는 경우에 유용하다. 따라서, 여기서는, 상기 구성을 갖는 도금 강판이 열간 프레스 방법에 의해 가공되는 경우에 대해서 설명한다.

본 실시 형태에 따른 열간 프레스 방법에서는, 먼저, 상기와 같은 도금 강판을 고온으로 가열하여, 도금 강판을 연화시킨다. 그리고, 연화된 도금 강판을 프레스 가공해서 성형하고, 그 후, 성형된 도금 강판을 냉각한다. 이렇게 도금 강판을 일단 연화시킴으로써, 후속하는 프레스 가공을 용이하게 행할 수 있다. 또한, 상기 성분을 갖는 도금 강판은, 가열 및 냉각됨으로써, 켄칭되어 약 1500㎫ 이상의 높은 기계적 강도를 실현할 수 있다.

본 실시 형태에 따른 도금 강판은, 열간 프레스 방법에 있어서 가열되지만, 이때의 가열 방법으로서, 통상의 전기로, 라디안트 튜브로 외에, 적외선 가열 등의 가열 방법을 채용할 수 있다.

Al 도금 강판은, 가열되었을 때 융점 이상에서 용융되고, 동시에 Fe와의 상호 확산에 의해 Al-Fe를 중심으로 한 Al-Fe 합금층(즉, 상기 금속간 화합물층)으로 변화된다. Al-Fe 합금층의 융점은 높고, 1150℃ 정도이다. Al-Fe, 또는, Si를 더 함유하는 Al-Fe-Si 화합물은 복수 존재하고, 고온 가열, 또는, 장시간 가열함으로써, 보다 Fe 농도가 높은 화합물로 변태되어 간다. 최종 제품으로서 바람직한 표면 상태는, 표면까지 합금화된 상태이고, 또한 합금층 중의 Fe 농도가 높지 않은 상태이다. 미 합금의 Al이 잔존하면, 미 합금의 Al이 잔존하고 있는 부위만이 급속하게 부식되어, 도장 후 내식성에 있어서 도막 팽창이 매우 일어나기 쉬워지기 때문에, 바람직하지 않다. 반대로, Al-Fe 합금층 중의 Fe 농도가 너무 높아져도 Al-Fe 합금층 자체의 내식성이 저하되어, 도장 후 내식성에 있어서 도막 팽창이 일어나기 쉬워진다. 이것은, Al-Fe 합금층의 내식성이, 합금층 중의 Al 농도에 의존하기 때문이다. 따라서, 도장 후 내식성상 바람직한 합금화 상태가 있고, 합금화 상태는, Al 도금 부착량과 가열 조건으로 결정된다.

또한 본 발명의 실시 형태에 있어서는, ZnO를 함유하는 피막(즉, 표면 피막층)이 형성된 Al 도금 강판을 열간 프레스해서 성형하지만, 성형한 후의 표면 조도가 중요해진다. 합금화한 후의 Al-Fe 합금층의 표면 조도의 제어의 관점에서는, Al 도금 부착량, 승온 속도, 도달판 온도의 3가지의 인자를 제어하는 것이 중요하다.

특히 영향이 큰 인자는 승온 속도이며, 12℃/초 이상의 승온 속도로 승온함으로써, Al 도금 부착량, 도달판 온도를 불문하고, 표면 조도를 저감할 수 있다. 이때의 승온 속도는, 50℃로부터 (도달판 온도-30℃)까지의 평균 승온 속도로 한다. 이러한 승온 패턴의 경우에는, Al 도금 부착량은, 30g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하로 한다. 도금 부착량이 30g/㎡ 미만에서는, Al 도금에 의한 내식성이 충분하지 않고, 도금 부착량이 110g/㎡ 초과에서는 너무 두꺼운 도금이 성형 시에 박리되기 쉽고, 금형에 응착되기 쉽기 때문이다. Al 도금 부착량은, 보다 바람직하게는, 50g/㎡ 이상 80g/㎡ 이하이다. 승온 속도의 상한값은 특별히 정하지 않지만, 통전 가열 등의 방법을 사용해도 300℃/초 초과의 승온 속도를 얻는 것은 곤란하다. 이러한 승온 패턴으로의 승온 속도는, 바람직하게는, 12℃/초 이상 150℃/초 이하이다. 또한, 이러한 승온 패턴에서는, 도달판 온도는 표면 조도에 영향을 주는 것은 아니지만, 도달판 온도는, 870℃ 이상 1100℃ 이하로 한다. 도달판 온도가 870℃ 미만인 경우에는, 합금화가 완전히 종료되지 않을 가능성이 있고, 도달판 온도가 1100℃ 초과인 경우에는, 합금화가 너무 진행되어 내식성 불량으로 될 가능성이 있다.

한편, 승온 속도가 12℃/초 미만에 있어서는, Al 도금 부착량과 도달판 온도에 의해, 표면 조도는 다양하게 변화된다. Al 도금 부착량이 적은 쪽이 표면 조도는 작은 경향에 있다. 그로 인해, 이러한 승온 패턴으로는, Al 도금 부착량은, 편면당 30g/㎡ 이상 60g/㎡ 미만으로 한다. 또한, 이러한 Al 도금 부착량의 도금 강판을 12℃/초 미만의 승온 속도로 가열하는 경우, 도달판 온도는, 850℃ 이상 950℃ 이하로 한다. 이때, Al 도금 부착량이 30g/㎡ 미만에서는, 내식성을 얻는 것은 어렵다. 또한, 도달판 온도가 850℃ 미만에서는, 켄칭 후의 경도가 불충분해질 가능성이 있고, 950℃ 초과의 도달판 온도에서는, Al-Fe의 확산이 너무 진행되어, 역시 내식성이 저하된다. 이러한 승온 패턴에 있어서, 승온 속도의 하한은 특별히 설정하지 않지만, 도금 부착량에 상관없이 1℃/초 미만의 승온 속도에서는 경제 합리성을 현저하게 결여시킨다. 또한, 이러한 승온 패턴에 있어서, Al 도금 부착량은, 바람직하게는, 35g/㎡ 이상 55g/㎡ 이하이고, 도달판 온도는, 바람직하게는, 850℃ 이상 900℃ 이하이고, 승온 속도는, 바람직하게는, 4℃/초 이상 12℃/초 이하이다.

한편, 승온 속도가 12℃/초 미만이고 또한 Al 도금 부착량이 많은 경우에는, 표면 조도는 커지기 쉽기 때문에, 도달판 온도를 엄격하게 관리하는 것이 중요하다. 도달판 온도가 높은 쪽이 표면 조도는 작아지기 쉽다. 그로 인해, 이러한 승온 패턴에서는, Al 도금 부착량이 편면당 60g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하일 때에는, 도달판 온도를 920℃ 이상 970℃ 이하로 하는 것이 중요하다. Al 도금 부착량이 편면당 110g/㎡ 초과로 될 경우에는, 너무 두꺼운 Al 도금이 성형 시에 박리되기 쉬워, 금형에 응착될 가능성이 있고, 도달판 온도가 920℃ 미만에서는, 표면 조도가 커지기 쉽기 때문에, 얇은 전착 도막에서의 내식성을 유지할 수 없다. Al 도금 부착량은, 보다 바람직하게는, 60g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하이다. 승온 속도의 하한은 특별히 설정하지 않지만, 도금 부착량에 상관없이 1℃/초 미만의 승온 속도에서는 경제 합리성을 현저하게 결여시킨다. 또한, 이러한 승온 패턴에 있어서, 도달판 온도는, 바람직하게는, 940℃ 이상 970℃ 이하이고, 승온 속도는, 바람직하게는, 4℃/초 이상 12℃/초 이하이다.

Al 도금의 부착량을 30g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하로 했을 때, 열간 프레스 부품으로서의 Al-Fe 합금층의 두께(즉, 금속간 화합물층의 두께)는 대략 10㎛ 이상 50㎛ 이하가 된다. 따라서, Al-Fe 합금층의 두께는, 이 영역이 되는 것이 바람직하다.

이어서, 열간 프레스한 후의 표면 조도의 한정 이유를 설명한다. 본 발명의 실시 형태는, 전착 도막 두께가 15㎛ 미만에 있어서, 양호한 도장 후 내식성을 갖는 부품을 제공하는 것으로, 전술한 바와 같이, 표면 조도를 일정값 이하로 제어하는 것이다. 그 지표로서는, JIS B0601(2001)(JIS B0601(2001)은 ISO4287에 대응한 규격임.)에서 정하는 최대 단면 높이:Rt를 사용하는 것으로 한다. 이 최대 단면 높이 Rt는, 평가 길이에 의한 조도 곡선의 최대 산 높이와 최대 골 깊이와의 합으로서 규정되고, 대략 조도 곡선의 최댓값과 최솟값의 차이에 대응한다. 본 발명의 실시 형태에 따른 고강도 자동차 부품에서는, 표면 피막층의 최대 단면 높이 Rt의 값을 3㎛ 이상 20㎛ 이하로 한다. 최대 단면 높이 Rt를 3㎛ 미만으로 하는 것은 사실상 불가능하기 때문에, 하한을 이 값으로 한다. 또한, 최대 단면 높이 Rt가 20㎛ 초과가 되면, 요철에 기인해서 전착 도막이 얇은 부위를 기점으로 해서 부식이 일어나기 때문에, 상한을 20㎛로 한다. 표면 피막층의 최대 단면 높이 Rt의 값은, 보다 바람직하게는, 7㎛ 이상 14㎛ 이하이다.

(도금 강판 및 열간 프레스 방법에 의한 효과의 일례)

이상, 본 발명의 실시 형태에 따른 자동차 부품에 사용되는 도금 강판 및 도금 강판의 열간 프레스 방법에 대해서 설명하였다. 본 실시 형태에 따른 도금 강판을 사용해서 형성된 자동차 부품은, ZnO 및 인산 아연 등을 함유하는 표면 피막층을 가짐으로써, 상술한 바와 같이, 예를 들어 높은 윤활성을 실현하여, 화성 처리성이 개선된다.

ZnO에 의해 화성 처리 피막이 부착되는 이유는, 화성 처리 반응은 산에 의한 소재에의 에칭 반응을 계기로 해서 반응이 진행되는 것인 한편, ZnO 자체가 양성 화합물이며 산에 용해된다는 점에서, 화성 처리액과 반응하기 때문이라고 생각하고 있다.

(자동차용 부품에 대해서)

이상 설명한 바와 같은 Al 도금 강판에 대하여, 이상 설명한 바와 같은 열간 프레스 가공을 행함으로써, 본 발명의 실시 형태에 따른 자동차용 부품이 제조된다. 이 자동차용 부품은, 성형된 강판(모재가 되는 강판)의 표면에, 두께가 10㎛ 이상 50㎛ 이하인 Al-Fe 금속간 화합물로 이루어지는 금속간 화합물층을 갖고, 이 금속간 화합물층 중 가장 강판측에 위치하는 확산층의 두께가, 10㎛ 이하로 되어 있다. 또한, 금속간 화합물층의 표면에는, ZnO를 함유하는 피막 및 인산 아연 피막을 포함하는 표면 피막층을 갖고, 이 표면 피막층의 표면 조도가, JIS B0601(2001)에서 정하는 최대 단면 높이:Rt로서, 3㎛ 이상 20㎛ 이하로 되어 있다. 또한, 상기 표면 피막층의 표면에는, 두께가 6㎛ 이상 15㎛ 미만인 전착 도막을 갖고 있다. 이러한 자동차용 부품은, 예를 들어 약 1500㎫ 이상이라는 높은 기계적 강도를 갖는다.

또한, 표면 피막층의 표면에 형성되는 전착 도막은, 특별히 한정되는 것이 아니라, 공지된 전착 도막을 공지의 방법으로 성막하는 것이 가능하다. 또한, 전착 도막의 두께는, 바람직하게는 8㎛ 이상 14㎛ 이하이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 자동차 부품은, 표면 피막층의 표면 조도가, 최대 단면 높이 Rt로 3㎛ 이상 20㎛ 이하로, 매우 평탄한 표면으로 되어 있기 때문에, 전착 도막의 두께를 상기와 같이 매우 얇게 했다고 해도, 우수한 도장 후 내식성, 열간 프레스 가공에 있어서의 우수한 성형성 및 생산성 및 열간 프레스 성형 후의 우수한 화성 처리성과 같은 우수한 효과를, 안정되게 실현하는 것이 가능해진다.

<실시예>

계속해서, 실시예를 참조하면서, 본 발명의 실시 형태에 따른 자동차용 부품을 보다 상세하게 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는, 본 발명의 실시 형태에 따른 자동차용 부품의 어디까지나 일례이며, 본 발명의 실시 형태에 따른 자동차용 부품이 다음의 예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

본 실시예에서는, 표 1에 나타내는 강성분의 냉연 강판(판 두께 1.2㎜)을 사용하여, 이 냉연 강판을 Al 도금하였다. 이때의 어닐링 온도는, 약 800℃였다. 또한, Al 도금욕은 Si:9％를 함유하고, 이외에 강대로부터 용출되는 Fe를 약 2% 함유하였다. 도금 후의 부착량을 가스와이핑법으로 편면당 20g/㎡ 이상 120g/㎡ 이하의 범위로 조정하고, 냉각 후, 직경이 약 50nm인 ZnO와, ZnO량에 대하여 20%의 아크릴계의 바인더가 함유된 현탁액을 롤 코터로 도포하고, 약 80℃에서 베이킹하였다. 부착량은, 금속 Zn량으로서 0.1g/㎡ 이상 4g/㎡ 이하의 범위로 하였다. 또한, 도금 부착량 및 냉각 속도를 바꿈으로써, 평균 초정 직경을 조정하였다. 평균 초정 직경은, 조직의 단면을 광학 현미경으로 관찰하여, 상기 방법에 의해 산출하였다.

이 도금 강판을, 다음에 나타내는 조건으로 핫 스탬프하였다. 가열 방법은 2종류로 하였다. 하나는, 일정 온도로 유지된 대기로에 삽입하는 방법이며, 다른 하나는, 2존의 원적외 가열로를 사용하는 방법이다. 후자에 대해서는, 1존을 1150℃로, 다른 1존을 900℃로 유지하고, 1150℃의 로 내에서 800℃까지 가열한 후에 900℃의 로로 이동시켰다. 각각 열전대를 용접해서 판 온도를 실측하고, 50℃ 내지 (도달판 온도-30)℃까지의 평균 승온 속도를 측정하였다.

도달판 온도와, 도달판 온도에서의 유지 시간을 조절한 후에, 햇 형상으로 성형해서 하사점에서 10초간 냉각해서 켄칭하였다. 이어서, 이 햇 성형품으로부터, 내식성 평가를 위해 일부를 잘라냈다. 이때의 성형 형상과 잘라냄 부위를, 도 3에 도시한다. 잘라낸 시험편은, 인산염을 포함하는 화성 처리액인 니혼 파커라이징(주)사제 화성 처리액(PB-SX35)으로 화성 처리 후, 닛폰 페인트(주)사제 전착 도료(파워닉스 110)를 5㎛ 이상 20㎛ 이하를 목표로 도장하고, 170℃에서 베이킹하였다.

도장 후 내식성 평가는, 자동차 기술회 제정의 JASO M609에 규정하는 방법으로 행하였다. 도막에는 흔적을 부여하지 않고, 단부면만 시일해서 시험에 제공하였다. 부식 시험 180 사이클(60일）후의 부식 상황을 관찰하여, 하기와 같이 평점을 부여하였다. 비교재로서, 편면 45g/㎡의 합금화 용융 아연 도금 강판도 냉간으로 햇 성형해서 마찬가지로 평가한 바, ○의 평점이었다.

◎: 적녹, 팽창 발생 없음

○: 적녹, 팽창 면적 3% 이하

△: 적녹, 팽창 면적 5% 이하

×: 적녹, 팽창 면적 5% 초과

또한, 화성 처리까지 한 시료에 대해서, JIS B0601(2001)에 기초하여 표면 조도(Rt)를 측정하였다. 또한 단면 검경 후, 3% 나이탈로 에칭해서 광학 현미경 관찰함으로써, 확산층의 두께를 구하였다.

햇 성형 후, R부 내면부(압축 응력부)로부터의 Al-Fe의 박리가 확인되었기 때문에, 박리 정도를 눈으로 관찰하여 평점을 부여하였다. 이러한 압축 응력부에서의 Al-Fe의 박리가 금형에 응착해서 프레스품에 흔적을 남기기 때문에, 박리는 바람직하지 않다.

○: 박리 거의 없음

△: 박리 소

×: 박리 대

스폿 용접성에 대해서는, 햇 성형 시험과 동일한 열처리 조건으로 1.4㎜t의 평판을 가열하고, 금형 켄칭하였다. 이 시료를 사용하여, 단상 교류 전원(60㎐), 가압(400kgf)(1kgf는, 약 9.8N임.), 12 사이클로 적정 전류 범위를 평가하였다. 하한은 4×(t)^0.5(t는 두께임.)로 하고, 상한은 먼지 발생으로 해서, 아래의 기준으로 평가하였다.

○: 적정 1.5kA 이상

×: 적정 1.5kA 미만

표 2에 얻어진 결과를 정리하였다. 이 표에서는, 도금 부착량, ZnO량은 모두 편면당의 부착량으로 표시하고 있다. 또한 ZnO량은, 금속 Zn으로서의 양이다. 또한, 본 발명예에 해당하는 샘플에서는, 어느 쪽에 있어서도, 표면 피막층으로서 ZnO를 포함하는 피막과 인산 아연을 포함하는 피막이 형성되어 있는 것을 확인하고 있다.

표 2에 있어서, Al 도금 부착량, ZnO량, 평균 초정 직경, 승온 속도, 도달판 온도, 전착 도막의 막 두께가 적정한 경우에는, 우수한 도장 후 내식성을 나타내는 것을 알 수 있다. 그러나, 예를 들어 Al 도금 부착량이 적은 경우(번호 1), ZnO량이 적은 경우(번호 30), 전착 도막이 너무 얇은 경우(번호 31), 평균 초정 직경이 너무 큰 경우(번호 32)에는, 충분한 내식성이 얻어지지 않고, 또한 도달판 온도가 너무 낮은 경우(번호 10)나 너무 높은 경우(번호 11)에도 내식성이 저하된다. 번호 11은 도달판 온도가 너무 높아서 Al-Fe 자체가 용융되고, 표면 조도가 커져 있다. 승온 속도가 낮은 경우에는, Al 도금 부착량에 의해 적정한 도달판 온도 범위가 상이하고, 특히 도금 부착량이 두꺼운 경우에 900℃ 전후의 도달판 온도로 했을 때(번호 29), 표면 조도가 증대되어 충분한 내식성이 얻어지지 않는다. 따라서, 이러한 경우에는, 도달판 온도를 보다 높게(번호 21, 22) 할 필요가 있음이 명확해졌다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 사람이라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하며, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

본 발명에 의해, Al 도금 강판을 열간 프레스할 때, 윤활성이 좋고, 가공성이 개선되었다는 점에서, 종래에 비해 복잡한 프레스 가공이 가능하게 되었다. 또한, 열간 프레스의 보수 점검의 생력화도 가능하게 되고, 생산성의 향상도 도모되는 것이 가능하게 되었다. 열간 프레스 후의 가공 제품에 있어서도 화성 처리성이 좋다는 점에서, 최종 제품의 도장, 내부식성도 향상됨이 확인되었다. 이상으로부터, 본 발명에 의해 Al 도금강의 열간 프레스의 적용 범위가 확대되고, 최종 용도인 자동차나 산업 기계에의 Al 도금 강재의 적용 가능성을 높이는 것이라고 확신한다.

Claims

성형된 강판의 표면에, 두께가 10㎛ 이상 50㎛ 이하인 Al-Fe 금속간 화합물로 이루어지는 금속간 화합물층을 갖고, 당해 금속간 화합물층 중 가장 강판측에 위치하는 확산층의 두께가, 10㎛ 이하이고,
상기 금속간 화합물층의 표면에는, ZnO를 함유하는 피막 및 인산 아연 피막을 포함하는 표면 피막층을 갖고, 당해 표면 피막층의 표면 조도가, JIS B0601(2001)에서 정하는 최대 단면 높이:Rt로서, 3㎛ 이상 20㎛ 이하이고,
상기 표면 피막층의 표면에, 두께가 6㎛ 이상 15㎛ 미만인 전착 도막을 갖는 자동차 부품.
제1항에 있어서,
상기 최대 단면 높이 Rt는, 7㎛ 이상 14㎛ 이하인, 자동차 부품.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 ZnO의 평균 입경은, 직경 50nm 이상 1000㎚ 이하인, 자동차 부품.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 ZnO의 함유량은, 금속 Zn 환산으로, 편면당 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하인, 자동차 부품.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 ZnO의 함유량은, 금속 Zn 환산으로, 편면당 0.5g/㎡ 이상 1.5g/㎡ 이하인, 자동차 부품.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강판은, 모재가 되는 강판의 표면에 Al 도금층이 형성된, Al 도금 강판인, 자동차 부품.
제6항에 있어서,
상기 Al 도금층의 평균 초정 직경은, 4㎛ 이상 40㎛ 이하인, 자동차 부품.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 Al 도금층의 평균 초정 직경은, 4㎛ 이상 30㎛ 이하인, 자동차 부품.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 30g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하인, 자동차 부품.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 30g/㎡ 이상 60g/㎡ 미만인, 자동차 부품.
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 60g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하인, 자동차 부품.
ZnO를 함유하는 피막을 표면에 갖는 Al 도금 강판을 사용하여, 열간 프레스공법을 사용해서 자동차 부품을 제조할 때,
평균 초정 직경이 4㎛ 이상 40㎛ 이하인 Al 도금층의 도금 부착량을 편면당 30g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하로 하고, ZnO량을 금속 Zn 환산으로 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하로 하고,
열간 프레스 시의 가열 공정에 있어서의 승온 속도를 12℃/초 이상으로 하고, 도달판 온도를 870℃ 이상 1100℃ 이하로 하고, 전착 도막의 두께를 6㎛ 이상 15㎛ 미만으로 하는, 자동차 부품의 제조 방법.
제12항에 있어서,
상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 50g/㎡ 이상 80g/㎡ 이하인, 자동차 부품의 제조 방법.
ZnO를 함유하는 피막을 표면에 갖는 Al 도금 강판을 사용하여, 열간 프레스공법을 사용해서 고강도 자동차 부품을 제조할 때,
평균 초정 직경이 4㎛ 이상 40㎛ 이하인 Al 도금층의 도금 부착량을 편면당 30g/㎡ 이상 60g/㎡ 미만으로 하고, ZnO량을 금속 Zn으로서 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하로 하고,
열간 프레스 시의 가열 공정에 있어서의 승온 속도를 12℃/초 미만으로 하고, 도달판 온도를 850℃ 이상 950℃ 이하로 하고, 전착 도막의 두께를 6㎛ 이상 15㎛ 미만으로 하는, 자동차 부품의 제조 방법.
제14항에 있어서,
상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 35g/㎡ 이상 55g/㎡ 이하인, 자동차 부품의 제조 방법.
ZnO를 함유하는 피막을 표면에 갖는 Al 도금 강판을 사용하여, 열간 프레스공법을 사용해서 고강도 자동차 부품을 제조할 때,
평균 초정 직경이 4㎛ 이상 40㎛ 이하인 Al 도금층의 도금 부착량을 편면당 60g/㎡ 이상 110g/㎡ 이하로 하고, ZnO량을 금속 Zn으로서 0.3g/㎡ 이상 3g/㎡ 이하로 하고,
열간 프레스 시의 가열 공정에 있어서의 승온 속도를 12℃/초 미만으로 하고, 도달판 온도를 920℃ 이상 970℃ 이하로 하고, 전착 도막의 두께를 6㎛ 이상 15㎛ 미만으로 하는, 자동차 부품의 제조 방법.
제16항에 있어서,
상기 Al 도금층의 부착량은, 편면당 60g/㎡ 이상 90g/㎡ 이하인, 자동차 부품의 제조 방법.
제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 ZnO의 함유량은, 금속 Zn 환산으로, 편면당 0.5g/㎡ 이상 1.5g/㎡ 이하인, 자동차 부품의 제조 방법.
제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Al 도금층의 평균 초정 직경은, 4㎛ 이상 30㎛ 이하인, 자동차 부품의 제조 방법.
제12항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
열간 프레스 가공에 앞서, 상기 Al 도금 강판에 대하여 인산염을 포함하는 화성 처리액을 이용한 화성 처리를 실시하는, 자동차 부품의 제조 방법.