KR20160114019A - 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재 및 그 제조방법 - Google Patents

연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 개시의 일 실시 형태에 따른 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재는 중량%로, C: 0.04~0.12%, Si: 0.35~1.3%, Mn: 0.6~1.5%, Al: 0.01~0.08%, Ti: 0.03~0.1%, Mo: 0.015~0.1%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하고, Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 75% 이상의 페라이트와 25% 이하의 마르텐사이트 또는 20% 이하의 베이나이트가 혼재된 미세조직을 가질 수 있다. 상기 부재의 조성 및 미세조직을 가짐으로써, 상기 부재의 충격 인성이 향상됨과 동시에, 우수한 연신율 및 균일한 강도를 확보할 수 있다.

Description

연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재 및 그 제조방법 {HOT PRESS FORMING PARTS HAVING SUPERIOR DUCTILITY AND IMPACT TOUGHNESS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 개시는 우수한 연신율 및 충격 인성 특성과 균일한 강도를 가지는 열간 프레스 부재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 자동차 소재는 안전성 및 경량화 요구에 부응하기 위하여 고강도 강판의 적용이 급속히 증가하고 있다. 그러나 고강도 강판의 낮은 가공성형성은 복잡한 형상이 요구되는 자동차 부품의 적용에 제한되고 있다.
일부 자동차 부품에서는 초고강도 모재와 더불어 인장강도 550MPa 이상 및 연신율 15% 이상의 충돌 흡수용 부재를 요구하고 있다.
자동차 부품 중 충돌 흡수용 부재는 자동차 충돌 발생시 부품이 변형하면서 충돌을 흡수하는 부재로 승객의 중대한 피해를 줄이기 위하여, 최근 초고강도 보강재와 충돌 흡수용 연질강재를 레이저 용접하여 만든 이중강판을 열간 성형하여 차량의 안전에 기여하는 부품들에 사용되고 있다.
열간 프레스 성형(hot-press forming, HPF) 기술은 형상이 복잡한 자동차용 고강도 부재를 제조하는 방법이다. 통상 880℃ 내지 950℃ 온도에서 강판을 가열한 후, 금형(mold)에서 프레스 성형하는 기술로서, 성형 및 소입 열처리가 동시에 이루어진다.
기존의 열간 프레스 부재는 붕소(B)를 0.0005 중량% 이상 함유하고 탄소(C)와 망간(Mn)을 기본으로 한 소재를 열간 성형 후에 인장강도 1300MPa와 연신율 5% 이상의 특성확보가 가능하며, 그 미세조직은 마르텐사이트 또는 베이나이트-마르텐사이트로 구성되어 있다.
또한, 상기 망간(Mn)을 기본으로 한 부재는 열처리 후 기지 내에 형성된 Mn 편석이 나타날 수 있다. Mn은 고용강화 및 경화능 향상에 효과가 있는 원소이지만, 다량 첨가되는 경우 중심 편석 또는 미소 편석 등의 편석이 심해져 충격 인성을 저하시킬 수 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 열간 프레스 부재의 우수한 연신율 및 충격 인성을 확보하면서 균일한 강도를 가지는 기술이 필요한 실정이다.
하기 특허문헌 1은 열처리 후 기지 내에 형성된 Mn 편석을 포함하는 열간 프레스 부재에 관한 것이다.
국제특허공개공보 WO 2008-132303
본 개시의 일 실시 형태에 따르면, 우수한 연신율 및 충격 인성 특성과 균일한 강도를 가지는 열간 프레스 부재 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 개시의 일 실시 형태에 따른 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재는 중량%로, C: 0.04~0.12%, Si: 0.35~1.3%, Mn: 0.6~1.5%, Al: 0.01~0.08%, Ti: 0.03~0.1%, Mo: 0.015~0.1%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하고, Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 75% 이상의 페라이트와 25% 이하의 마르텐사이트 또는 20% 이하의 베이나이트가 혼재된 미세조직을 가질 수 있다.
본 개시의 일 실시 형태에 따른 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조방법은 중량%로, C: 0.04~0.12%, Si: 0.35~1.3%, Mn: 0.6~1.5%, Al: 0.01~0.08%, Ti: 0.03~0.1%, Mo: 0.015~0.1%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하고, Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강판을 준비하는 단계; 상기 강판을 Ac3 이상의 온도에서 가열하는 단계; 및 상기 가열된 강판을 금형 프레스 성형 및 냉각하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 개시의 일 실시 형태에 따르면, 충격 인성이 향상됨과 동시에, 우수한 연신율 및 균일한 강도를 확보할 수 있는 열간 프레스 부재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 열간 프레스 부재의 미세조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 2는 비교예 2의 기지 내에 형성된 Mn 편석을 나타낸 EPMA(Electron Probe Micro-Analysis) 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시의 바람직한 실시 형태들을 설명한다.
그러나, 본 개시의 실시 형태는 당해 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 개시를 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 본 개시의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 개시의 범위가 이하 설명하는 실시 형태로 한정되는 것은 아니다.
덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 본 개시에 의한 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재용 강판에 대하여 상세히 설명한다.
본 개시의 일 실시 형태의 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재는 중량%로, C: 0.04~0.12%, Si: 0.35~1.3%, Mn: 0.6~1.5%, Al: 0.01~0.08%, Ti: 0.03~0.1%, Mo: 0.015~0.1%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하고, Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 70% 이상의 페라이트, 20% 이하의 마르텐사이트 및 10% 이하의 베이나이트가 혼재된 미세조직을 갖는다.
본 개시의 다른 실시 형태의 열간 프레스 부재는 중량 %로, C: 0.05~0.09%, Si: 0.35~1.0%, Mn: 0.6~1.3%, Al: 0.02~0.05%, Ti: 0.05~0.08%, Mo: 0.015~0.07%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하고, Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상기 열간 프레스 부재는 열간 프레스용 강판을 열간 성형하여 제조할 수 있다.
상기 강판은 열연강판, 냉연강판 및 도금강판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종일 수 있다.
상기 강판은 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.
상기 도금강판은 열연강판 또는 냉연강판의 표면에 도금층이 형성될 수 있다.
상기 도금층은 알루미늄 합금 도금층일 수 있다.
이하, 상기 열간 프레스 부재의 성분 조성에 대하여 설명한다.
C: 0.04~0.12 중량%
상기 C는 부재에 강도를 부여하기 위한 불가결한 원소이다.
상기 C의 함량은 0.04 중량% 내지 0.12중량% 일 수 있으며, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 0.09중량% 일 수 있다.
상기 C의 함량이 0.04 중량% 미만이면, 냉연강판으로 금형 프레스 성형 및 냉각하는 단계에서 어떠한 냉각 조건에서도 열간 프레스 부재는 550 MPa 보다 낮은 인장강도가 얻어질 수 있다.
상기 C의 함량이 0.12 중량%을 초과하면, 상기 냉각 후 마르텐사이트의 상분율이 너무 높아져 상기 부재의 연신율이 낮아질 수 있다.
Si : 0.35~1.3 중량%
상기 Si는 고용강화에 의한 강도 향상의 효과가 있는 원소이며, 페라이트 결정립 내에서 고용 탄소의 입계 확산을 촉진시키는 원소이다. 또한, 상기 Si는 열처리 후 냉각속도에 민감한 부재의 연신율의 변화를 감소시킬 수 있다.
상기 Si의 함량은 0.35 중량% 내지 1.3 중량% 일 수 있으며, 바람직하게는 0.35 중량% 내지 1.0중량% 일 수 있다.
상기 Si에 의하여, 상기 열처리 후 냉각속도에 민감한 부재의 연신율의 변화를 감소시킬 수 있으며, 페라이트 상 내의 고용 탄소를 입계로 확산시켜 균일한 강도에도 추가적인 연신율을 향상시킬 수 있다.
상기 Si의 함량이 0.35 중량% 이상일 경우, 부재의 강도 향상 및 연신율의 변화를 감소시키는 효과를 얻을 수 있다.
상기 Si의 함량이 1.3 중량%를 초과하면, 압연 공정 후 도금공정에서 미도금과 같은 도금 결함을 유발시킬 수 있다.
Mn : 0.6~1.5 중량%
상기 Mn은 상기 부재의 강도나 담금질성을 높이는데 유용한 원소이다.
상기 Mn의 함량은 0.6 중량% 내지 1.5 중량% 일 수 있으며, 바람직하게는 0.6 중량% 내지 1.3중량% 일 수 있다.
상기 Mn의 함량이 0.6 중량% 이상일 경우, 부재의 강도 향상 및 담금질성을 높이는 효과를 얻을 수 있다.
상기 Mn의 함량이 1.5 중량%을 초과하면, 냉각 후 기재 내에 Mn 편석을 만들어 상기 부재의 충격 인성을 감소시킬 수 있다.
따라서, 상기 Mn의 함량을 감소시킴으로써, 열처리 후 상기 부재의 기지 내에 Mn 편석을 감소시켜 충격 인성을 향상시킬 수 있다.
Al : 0.01~0.08 중량%
상기 Al은 강 내의 산소와 결합하여 탈산 작용을 하는 탈산제로 사용하는 대표적인 원소이며, 페라이트 내 고용 탄소를 오스테나이트로 분배하여 마르텐사이트의 경화능을 향상시키는데 유효한 원소이다.
상기 Al의 함량은 0.01 중량% 내지 0.08 중량% 일 수 있으며, 바람직하게는 0.02 중량% 내지 0.05중량% 일 수 있다.
상기 Al의 함량이 0.01 중량% 미만이면, 탈산작용 및 페라이트 내 고용 탄소를 분배하는 효과가 미비해지게 된다.
상기 Al의 함량이 0.08 중량%를 초과하면, 슬라브의 표면 품질을 감소시킬 수 있으며, 제조비용이 증가할 수 있다.
Ti : 0.03~0.1 중량%
상기 Ti는 고온에서는 TiN 형태의 질화물을 만들고, 저온에서는 TiC 형태의 탄화물을 만드는 원소이다.
열간압연 또는 냉간압연 및 소둔 열처리 후, 상기 Ti는 Mo, Nb, V 및 Zr 등의 원소와 복합 형태의 탄화물을 형성한다. 상기 탄화물은 열간 성형을 위한 노 내에서 가열 시 오스테나이트 결정립 성장을 억제할 수 있으며, 냉각 속도의 변화에 대한 민감도를 낮출 수 있다.
상기 Ti의 함량은 0.03 중량% 내지 0.1 중량% 일 수 있으며, 바람직하게는 0.05 중량% 내지 0.08중량% 일 수 있다.
상기 Ti의 함량이 0.03 중량% 이상일 경우, 상기 Ti 복합 탄화물을 형성하여 오스테나이트의 결정립 성장 억제 및 냉각 속도의 변화에 대한 민감도를 낮출 수 있다.
상기 Ti의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 과도한 TiN과 같은 질화물 석출물 형성으로 부재의 충격 특성을 감소시킬 수 있으며, 제조원가가 증가할 수 있다.
Mo : 0.015~0.1 중량%
상기 Mo는 열간압연 시 MO(C, N)과 (Mo, Ti)C와 같은 석출물로 입계에 형성되어, 페라이트 또는 오스테나이트의 입계(grain boundary) 성장을 억제하는 원소이다.
상기 Mo의 함량은 0.015 중량% 내지 0.1 중량% 일 수 있으며, 바람직하게는 0.15 중량% 내지 0.07중량% 일 수 있다.
상기 Mo의 함량이 0.015 중량% 이상일 경우, 페라이트 또는 오스테나이트의 입계(grain boundary) 성장을 억제시켜 부재의 충격 인성을 향상시킬 수 있다.
상기 Mo의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 부재의 연성을 감소시킬 수 있으며, 제조원가가 증가할 수 있다.
본 개시의 일 실시 형태에 따르면, 상기 MO(C, N)과 (Mo, Ti)C와 같은 석출물이 열간 압연시 형성되어, 페라이트 또는 오스테나이트의 입계의 성장을 억제함으로써, 상기 페라이트 또는 오스테나이트의 평균 입경을 감소시킬 수 있다.이로 인해, 부재의 충격 인성을 향상시킬 수 있다.
P: 0.03 중량% 이하
상기 P는 부재를 강화시키는 역할을 할 수 있는 원소이며, 강 제조시 불순물로 혼입될 수 있는 원소이다.
상기 P의 함량은 0.03 중량% 이하 일 수 있으며, 바람직하게는 0.02 중량% 이하 일 수 있다.
상기 P의 함량이 0.03 중량%을 초과하면, 부재의 충격 인성 특성이 감소할 수 있다.
S: 0.01 중량% 이하
상기 S는 강 내에 불가피하게 함유되는 불순물이며, 열간 프레스 성형 후 충격 인성 및 용접성을 감소시키는 원소이다.
상기 S의 함량은 0.01 중량% 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0.005 중량% 이하 일 수 있다.
상기 S의 함량이 0.01 중량%를 초과하면, P 원소와 같이 부재의 충격 인성 특성이 감소할 수 있다.
N: 0.01 중량% 이하
상기 N은 강판의 강도를 증가시킬 수 있는 고용강화 원소이며, 일반적으로 대기로부터 혼입되는 원소이다.
상기 N의 함량은 0.01 중량% 이하일 수 있다.
상기 N의 함량이 0.01 중량%를 초과하면, AlN 및 TiN과 같은 석출물이 과다 형성되어 고온 연성을 감소시킬 수 있다.
Cr : 0.1 중량% 이하
상기 Cr은 강의 소입성을 향상시키는 원소이다.
상기 Cr의 함량은 0.1 중량% 이하일 수 있다.
상기 Cr의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 부재의 조직내에 중심 편석을 만들어 부재의 충격 인성을 감소시킬 수 있다.
Cu : 0.1 중량% 이하
상기 Cu는 페라이트 또는 베이나이트 변태를 억제하는 소입성 증가 원소이며, MnS의 석출거동에 영향을 주어 부재의 충격 인성에 영향을 주는 원소이다.
상기 Cu의 함량을 0.1 중량% 이하일 수 있다.
상기 Cu의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 열간 성형을 위한 노 내에서 오스테나이트화 이후에 냉각속도의 변화에 민감한 베이나이트 조직이 크게 형성될 수 있다.
V: 0.1 중량% 이하
상기 V는 열간압연 또는 냉간압연 및 소둔 열처리 이후 Ti와 복합 형태의 탄화물을 형성시켜, 페라이트 또는 오스테나이트의 입계(grain boundary) 성장을 억제하는 원소이며, 상기 입계 성장 억제로 인하여 부재의 충격 인성을 향상시킬 수 있다.
상기 V의 함량은 0.1 중량% 이하일 수 있다.
상기 V의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 부재의 연성을 감소시킬 수 있으며, 제조원가가 증가할 수 있다.
Zr : 0.1 중량% 이하
상기 Zr은 열간압연 및 냉간압연 및 소둔 열처리 이후 Mo, Nb, V 등의 원소와 같이 Ti와 복합 형태의 탄화물을 형성시켜, 페라이트 또는 오스테나이트의 입계(grain boundary) 성장을 억제하는 원소이며, 상기 입계 성장 억제로 인하여 부재의 충격 인성을 향상시킬 수 있다.
상기 Zr의 함량은 0.1 중량% 이하일 수 있다.
상기 Zr의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 부재의 연성을 감소시킬 수 있으며, 제조원가가 증가할 수 있다.
Nb : 0.1 중량% 이하
상기 Nb은 열간압연 및 냉간압연 및 소둔 열처리 이후 Mo, V, Zr 등의 원소와 같이 Ti와 복합 형태의 탄화물을 형성시켜, 페라이트 또는 오스테나이트의 입계(grain boundary) 성장을 억제하는 원소이며, 상기 입계 성장 억제로 인하여 부재의 충격 인성을 향상시킬 수 있다.
상기 Nb의 함량은 0.1 중량% 이하일 수 있다.
상기 Nb의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 부재의 연성을 감소시킬 수 있으며, 제조원가가 증가할 수 있다.
Ni : 0.1 중량% 이하
상기 Ni는 부재의 충격 특성을 향상시키는 원소이다.
상기 Ni의 함량은 0.1 중량% 이하일 수 있다.
상기 Ni의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 원가 상승에 큰 영향을 미칠 수 있다.
본 개시의 일 실시 형태의 열간 프레스 부재는 Cr, Cu, V, Zr, Nb 및 Ni 이하으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상은 0 중량% 이상 포함할 수 있다.
상기 부재는 Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 Cr, Cu, V, Zr, Nb 및 Ni은 NbC, VC 및 TiMC(M은 Cr, Cu, V, Zr, Nb 및 Ni로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 포함함) 등과 같은 단독 또는 복합 석출물을 생성하여 오스테나이트 결정립을 미세화시켜, 부재의 강도 및 인성을 증가시키는 원소이다.
상기 Cr, Cu, V, Zr, Nb 및 Ni은 오스테나이트 결정립 내에 상기 단독 또는 복합 석출물의 생성 사이트(site)가 존재하는 경우, 상기 결정립 내에 미세한 석출물을 형성하여 석출 경화를 통하여 부재의 강도를 증가시키는 원소이다.
상기 Cr, Cu, V, Zr, Nb 및 Ni의 함량이 상한치를 초과하면, 제강 공정 시 다량의 산화물을 생성하여 연속 주조시 공정 및 주편 등에 문제를 일으키거나 탄질화물이 조대화되어, 부재의 연신율, 인성 및 표면품질 등의 열화를 일으킬 수 있다.
본 개시의 나머지 성분은 Fe이다. 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 개시에서는 언급하지는 않는다.
상기 조성을 포함하는 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재는 75% 이상의 페라이트, 25% 이하의 마르텐사이트 또는 20% 이하의 베이나이트로 이루어진 미세조직을 갖는다.
상기 열간 프레스 부재의 미세조직은 페라이트를 면적분율로 75% 이상 포함할 수 있다.
상기 페라이트의 면적분율이 75% 미만이면, 연신율 및 충격 인성의 확보가 어려울 수 있다.
상기 열간 프레스 부재의 미세조직은 면적분율로 25% 이하의 마르텐사이트 또는 20% 이하의 베이나이트를 포함할 수 있다.
상기 마르텐사이트의 마르텐사이트의 면적분율이 25%를 초과하거나 베이나이트의 면적분율이 20%를 초과하면, 부재의 강도는 증가할 수 있으나, 연실율 및 충격인성의 확보가 어려울 수 있다.
상기 페라이트 결정립의 평균 입경은 10 μm 미만일 수 있다.
상기 페라이트의 결정립의 평균입경이 10 μm 미만을 가지면, 결정립 미세화로 인하여 충격 인성이 향상될 수 있다.
상기 미세조직을 가지는 상기 부재는 상온에서 인장강도 550 MPa 이상, 연신율 15% 이상 및 충격 인성 70 J/cm2 이상을 가질 수 있다.
상기 인장강도는 550~700MPa의 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
이하, 본 개시에 의한 열간 프레스 부재의 제조방법에 대하여 설명한다.
본 개시의 일 실시 형태에 따른 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조방법은 중량%로, C: 0.04~0.12%, Si: 0.35~1.3%, Mn: 0.6~1.5%, Al: 0.01~0.08%, Ti: 0.03~0.1%, Mo: 0.015~0.1%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하고, Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강판을 준비하는 단계; 상기 강판을 Ac3 이상의 온도에서 가열하는 단계; 및 상기 가열된 강판을 금형 프레스 가공 및 냉각하는 단계;를 포함한다.
상기 강판은 열연강판, 냉연강판 및 도금강판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종일 수 있다.
상기 강판은 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.
상기 도금강판은 열연강판 또는 냉연강판의 표면에 도금층이 형성된 도금강판일 수 있다.
상기 도금층은 알루미늄 합금 도금층일 수 있다.
상기 강판을 준비하는 단계는, 중량%로, C: 0.04~0.12%, Si: 0.35~1.3%, Mn: 0.6~1.5%, Al: 0.01~0.08%, Ti: 0.03~0.1%, Mo: 0.015~0.1%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하고, Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계; 상기 슬라브를 1100℃ 이상의 온도에서 재가열하는 단계; 상기 재가열된 슬라브를 Ar3 ~ Ar3+50℃의 마무리 압연온도로 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계; 상기 열연강판을 400℃ 내지 700℃의 온도에서 권취하는 단계; 및 상기 열연강판을 50% 내지 60% 압하율로 냉간압연 및 소둔을 하여 냉연강판을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 슬라브는 제강 공정을 통해 용강을 얻은 후, 주괴 또는 연속주조공정을 통해 제조될 수 있다.
상기 재가열하는 단계는 상기 슬라브를 상기 열간압연 전에 주조시 생성된 편석을 재고용하기 위하여 1100℃ 이상의 온도에서 수행할 수 있다.
상기 냉연강판은 미세 석출물을 포함할 수 있다.
상기 냉간압연한 이후에, 소둔 공정을 추가로 수행할 수 있다.
상기 냉연압연을 한 이후에, 상기 냉간압연한 강판의 표면에 도금 피막을 형성하여 도금강판을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 냉연강판은 내식성을 부여하기 위하여 상기 냉간압연된 강판 표면에 도금 피막을 형성하는 도금 공정을 수행하여 도금강판으로 제조될 수 있다.
상기 도금 공정은 용융아연도금, 전기아연도금 및 용융알루미늄도금 중 하나일 수 있다.
상기 냉연강판을 최종 형상 부품으로 가공하기 위하여, 열간 프레스 성형을 수행할 수 있다.
상기 강판을 Ac3 이상의 온도에서 가열을 한 후, 금형 프레스 성형을 수행할 수 있다.
상기 금형 프레스 성형은 600℃ 내지 800℃의 온도에서 수행할 수 있다.
상기 고온에서 성형된 강판의 냉각은 금형 프레스와 동시에 수행할 수 있다.
상기 냉각하는 단계에서, 평균 냉각속도는 30℃/s 내지 100℃/s 일 수 있다.
상기 평균 냉각속도가 30℃/s 미만이면, 열간 프레스 부재용 강판에 페라이트의 분율이 증가하여 550MPa 이상의 인장강도를 확보할 수 없다. 평균 냉각속도가 100℃/s을 초과하면, 열간 프레스 부재용 강판에 마르텐사이트의 분율이 증가하여 연신율이 낮아질 수 있다.
본 개시의 열간 프레스 부재의 제조방법에 의하여 제조된 열간 프레스 부재는 75% 이상의 페라이트와 25% 이하의 마르텐사이트 또는 20% 이하의 베이나이트가 혼재된 미세조직을 가질 수 있다.
상기 열간 프레스 부재는 상기 미세조직을 가짐으로써, 부재의 연신율 및 충격인성을 확보할 수 있다.
상기 페라이트 결정립의 평균 입경은 10μm 미만일 수 있으며, 이로 인해 상기 부재의 충격 인성이 향상될 수 있다.
본 개시의 열간 프레스 부재는 저항 용접, 아크 용접 및 레이저 용접과 같은 통상의 용접공정에서 용이한 용접 성능을 보이며, 동일하거나 상이한 두께와 조성을 갖는 이종강판과 선택적으로 용접될 수 있다.
(실시예)
하기 표 1의 성분 조성을 만족하는 슬라브를 제조하고, 상기 슬라브를 3 mm의 두께로 열간압연을 한 후, 1.5 mm의 최종 제품의 두께로 냉간 압연을 수행한 다음, 780℃로 소둔 및 냉각하여 냉연강판을 제조하였다.
또한, 상기 냉간압연된 강판을 780℃로 Al 도금 및 냉각하여 Al 도금 강판을 제작하였다.
상기 냉연강판 및 Al 도금 강판을 열간 프레스 설비를 이용하여 Ac3 이상의 온도인 930℃에서 5분간 가열한 후, 평판 금형에서 프레스 성형 및 담금질(quenching)을 행하여 열간 프레스 부재를 제조하였다.
상기와 같이 제조된 열간 프레스 부재에 대하여 물성을 평가하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
하기 표 2의 인장특성(항복강도, 인장강도, 연신율)은 ISO6892 Type Ⅰ(50 mm Gage Length ASTM Type) 시험편을 사용하여 상온에서 인상시험을 실시하여 평가한 것이다.
하기 표 2의 충격인성은 두께 3 mm 서브사이즈(subsize) 샤피충격시편으로 상온에서 충격인성시험을 실시하여 평가한 것이며, 이때 충격인성시험은 두께 3 mm 서브사이즈 샤피 충격시험을 위하여 두께 1.5 mm의 박강판 2개를 샤피충격시험기에 겹쳐놓고 시험을 수행하였다.
구분 성분의 함량 (중량%)
C Si Mn P S Al Mo Ti N 기타
비교강 1 0.069 0.025 1.571 0.015 0.002 0.039 0.002 0.073 0.0062 Nb:0.045
Cr:0.025
Ni:0.015
Cu:0.013
V:0.009
비교강 2 0.128 0.543 1.627 0.010 0.002 0.034 0.004 0.018 0.0034 -
비교강 3 0.056 0.575 0.551 0.011 0.002 0.033 0.041 0.003 0.0033 -
발명강 1 0.064 0.595 1.212 0.011 0.002 0.032 0.043 0.069 0.0038 -
발명강 2 0.061 0.382 1.211 0.011 0.002 0.032 0.043 0.069 0.0038 -
발명강 3 0.061 0.588 1.206 0.011 0.003 0.039 0.018 0.075 0.0032 Nb:0.021
발명강 4 0.059 0.557 1.294 0.010 0.002 0.039 0.020 0.075 0.0033 V:0.023
발명강 5 0.063 0.564 1.310 0.011 0.002 0.037 0.019 0.071 0.0033 Zr:0.027
발명강 6 0.061 0.822 1.013 0.011 0.003 0.034 0.039 0.072 0.0032 Cr:0.032
Ni:0.016
Cu:0.022
구분 강종 도금유무 미세조직 면적분율(%) 평균
냉각속도
(℃/s)		 열간 프레스 후 강판의 특성
페라이트 마르텐사이트 베이나이트 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 충격 인성
(J/cm2)
비교예 1 비교강 1 비도금 84 15 1 50 396 611 18 68
비교예 2 비교강 1 Al도금 82 16 2 50 413 632 16 59
비교예 3 비교강 2 Al도금 57 32 11 50 537 795 12 52
비교예 4 비교강 3 Al도금 91 9 0 45 320 507 23 114
비교예 5 발명강 1 Al도금 67 27 6 105 466 694 13 75
발명예 1 발명강 1 비도금 89 10 1 50 389 609 23 107
발명예 2 발명강 1 Al도금 87 12 1 50 411 627 22 93
발명예 3 발명강 2 Al도금 83 15 2 50 395 602 19 89
발명예 4 발명강 3 Al도금 86 13 1 40 418 638 22 105
발명예 5 발명강 4 Al도금 79 18 3 50 410 631 20 88
발명예 6 발명강 5 Al도금 85 14 1 45 403 628 21 84
발명예 7 발명강 6 Al도금 80 11 9 50 397 616 23 103
상기 표 1 및 표 2를 참조하여 설명하면, 발명예 1 내지 7은 본 개시의 성분 함량의 범위를 만족하는 실시예이다.
상기 발명강 1 내지 6을 열간 성형하여 제조된 발명예 1 내지 7은 상온에서 인장강도 550MPa 이상, 연신율 15% 이상 및 충격 인성 70 J/cm2이상의 열간 프레스 부재를 제조할 수 있음을 확인하였다.
도 1은 본 개시의 일 실시 형태에 따른 열간 프레스 부재의 미세조직을 나타낸 광학 현미경 사진이다.
도 1을 참조하면, 발명예 2는 75% 이상의 페라이트와 25% 이하의 마르텐사이트 또는 20% 이하의 베이나이트가 혼재된 미세조직을 가지며, 그 중 페라이트 결정립의 평균 입경은 10μm 미만인 것을 확인할 수 있다.
비교예 5는 발명예 2에 비해 고온에서 성형된 강판의 빠른 냉각으로 인한 마르텐사이트 분율의 증가로 연신율이 15% 미만인 것을 확인할 수 있다.
도 2는 비교예 2의 기지 내에 형성된 Mn 편석을 나타낸 EPMA(Electron Probe Micro-Analysis) 사진이다.
도 2를 참조하면, Mn 편석은 빨간색으로 나타나 있다.
상기 비교예 1 및 2는 Mn의 함량이 1.571%로, 이로 인해 심한 Mn 편석을 형성하였다. 발명예 1 내지 7과 비교하여 비교예 1 및 2의 낮은 충격 인성은 기지 내에 강하게 형성된 Mn 편석에 기인한다.
즉, 상기 비교예 1 및 2는 Mn의 함량이 1.5%를 초과하여, Mn 편석이 기지 내에 다량 형성된 것을 확인할 수 있었다.
비교예 4는 Mn의 함량이 0.6% 미만으로, 인장강도를 충분히 확보하지 못하는 것을 알 수 있었다.
비교예 3은 결정립 성장을 억제하는 탄화물 형성원소인 Ti가 충분히 포함되지 못하여 70 J/㎠미만의 충격 인성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
이상 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 자에게 있어서는 본 발명의 기본적인 사상의 범주 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경이 가능하며, 또한 본 발명의 권리범위는 특허청구 범위에 기초하여 해석되어야 함을 명시한다.

Claims (10)

  1. 중량%로, C: 0.04~0.12%, Si: 0.35~1.3%, Mn: 0.6~1.5%, Al: 0.01~0.08%, Ti: 0.03~0.1%, Mo: 0.015~0.043%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하고,
    Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    열간 프레스 성형 후 70% 이상의 페라이트, 20% 이하의 마르텐사이트 및 10% 이하의 베이나이트가 혼재된 미세조직을 가지며,
    상기 페라이트 결정립의 평균 입경은 10 μm 미만인 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재.
  2. 제1항에 있어서,
    중량 %로, C: 0.05~0.09%, Si: 0.35~1.0%, Mn: 0.6~1.3%, Al: 0.02~0.05%, Ti: 0.05~0.08%, Mo: 0.015~0.043%, P: 0.02% 이하, S: 0.005% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하는 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 부재는 상온에서 인장강도 550 MPa 이상, 연신율 15% 이상 및 충격인성 70 J/cm2 이상을 갖는 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재.
  4. 중량%로, C: 0.04~0.12%, Si: 0.35~1.3%, Mn: 0.6~1.5%, Al: 0.01~0.08%, Ti: 0.03~0.1%, Mo: 0.015~0.043%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하고, Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강판을 준비하는 단계;
    상기 강판을 Ac3 이상의 온도에서 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 강판을 금형 프레스 성형 및 냉각하여 열간 프레스 부재를 얻는 단계;를 포함하며,
    상기 열간 프레스 부재는 70% 이상의 페라이트, 20% 이하의 마르텐사이트 및 10% 이하의 베이나이트가 혼재된 미세조직을 가지며,
    상기 페라이트 결정립의 평균 입경은 10 μm 미만인 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 강판을 준비하는 단계는,
    중량%로, C: 0.04~0.12%, Si: 0.35~1.3%, Mn: 0.6~1.5%, Al: 0.01~0.08%, Ti: 0.03~0.1%, Mo: 0.015~0.043%, P: 0.03% 이하, S: 0.01% 이하 및 N: 0.01% 이하를 포함하고, Cr: 0.1% 이하, Cu: 0.1% 이하, V: 0.1% 이하, Zr: 0.1% 이하, Nb: 0.1% 이하 및 Ni: 0.1% 이하로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 1종 이상, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하는 단계;
    상기 슬라브를 1100℃ 이상의 온도에서 재가열하는 단계;
    상기 재가열된 슬라브를 Ar3 ~ Ar3+50℃의 마무리 압연온도로 열간압연하여 열연강판을 제조하는 단계;
    상기 열연강판을 400℃ 내지 700℃의 온도에서 권취하는 단계; 및
    상기 열연강판을 50% 내지 60% 압하율로 냉간압연 및 소둔을 하여 냉연강판을 제조하는 단계;를 포함하는 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 냉간압연된 강판의 표면에 도금 피막을 형성하여 도금강판을 제조하는 단계;를 추가로 포함하는 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 강판은 열연강판, 냉연강판 및 도금강판으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 도금강판은 열연강판 또는 냉연강판의 표면에 도금층이 형성된 도금강판인 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 금형 냉각은 평균 냉각속도는 30℃/s 내지 100℃/s인 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조방법.
  10. 제4항에 있어서,
    상기 금형 프레스 성형은 600℃ 내지 800℃의 온도에서 수행하는 연신율 및 충격 인성이 우수한 열간 프레스 부재의 제조방법.
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