KR20170076009A - 핫스탬핑 강재 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

핫스탬핑 강재 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명의 핫스탬핑 강재는 탄소(C) 0.21~0.25%, 실리콘(Si) 0.2~0.4%, 망간(Mn) 1.15~1.5%, 인(P) 0초과~0.015%, 황(S) 0초과~0.005%, 크롬(Cr) 0.1~0.3%, 보론(B) 0.001~0.010%, 티타늄(Ti) 0.03~0.04%, 몰리브덴(Mo) 1.0~2.0%, 니오븀(Nb) 0.02~0.06% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 티타늄 및 몰리브덴은 하기 [수식 1]을 만족한다 :
[수식 1]
1.45 < 15[Ti] + [Mo] < 2.6
(상기 [수식 1]에서, 상기 [Ti], [Mo]는 각 원소의 중량%임).

Description

핫스탬핑 강재 및 그 제조방법{HOT STAMPING COATING STEEL SHEETS AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 핫스탬핑 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 합금성분 제어에 의한 결정립 미세화를 통해 강도 및 연신율을 상향하여 충돌성능을 향상시킨, 핫스탬핑 강재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
핫스탬핑(Hot stamping) 기술은 보론 강판을 적정온도로 가열하여 프레스 금형내에서 성형 후 급속 냉각하여 고강도 부품을 제조하는 성형기술이다. 핫 스탬핑 강재는 차체 부품의 경량화와 강도 향상을 동시에 구현하는 장점이 있다. 그러나, 이러한 핫스탬핑 강재는 도금 판재에 적용시 도금층에 포함된 Al, Zn 등 성분이 용접에 의해 용융금속 내에서 산화되어 게재물 형태의 산화물을 형성하는 문제가 있다. 또한, 이를 개선하기 위해 도금층 제거 후 용접시 용접부의 응력부식 및 부식 파괴 등 문제가 있어 이를 개선함이 시급한 실정이다. 관련 선행기술로 한국 공개특허공보 제10-2012-0089975호(2012.08.16, 핫스탬핑 강판의 접합방법)가 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면 합금원소를 조절하고, 특히 티타늄과 몰리브덴의 합금성분 함량 조정을 통해 충돌성능 향상을 구현한, 핫스탬핑 강재를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 측면에 의하면 자동차 충돌 부재의 150K급 강재에 있어서 티타늄(Ti) 상향 조절을 통해 결정립 미세화를 구현하여 연신율과 강도를 상승시킨, 핫스탬핑 강재를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면 슬라브 재가열, 열간압연, 냉각 및 권취온도 제어 등을 통해 인장강도, 항복강도 및 연신율을 증대시켜 충돌성능을 향상시킨, 핫스탬핑 강재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면 티타늄(Ti) 성분 제어를 통해 핫스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향을 구현한, 핫스탬핑 강재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면 핫스탬핑용 강재 뿐만 아니라, 열처리용 강관재 등 150K급 충돌 보강재의 충돌성능 향상 구현에 적합한, 핫스탬핑 강재의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 상기 및 기타 해결하고자 하는 과제들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핫스탬핑 강재는 중량%로, 탄소(C) 0.21~0.25%, 실리콘(Si) 0.2~0.4%, 망간(Mn) 1.15~1.5%, 인(P) 0초과~0.015%, 황(S) 0초과~0.005%, 크롬(Cr) 0.1~0.3%, 보론(B) 0.001~0.010%, 티타늄(Ti) 0.03~0.04%, 몰리브덴(Mo) 1.0~2.0%, 니오븀(Nb) 0.02~0.06% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 티타늄 및 몰리브덴은 하기 [수식 1]을 만족하는 것을 특징으로 한다 :
[수식 1]
1.45 < 15[Ti] + [Mo] < 2.6
(상기 [수식 1]에서, 상기 [Ti], [Mo]는 각 원소의 중량%임)
구체예에서, 상기 열연강판은, 인장강도(TS) 1450~1700MPa, 항복강도(YS) 1050~1300MPa 및 연신율(EL) 7~15%를 갖는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 열연강판은, 칼슘(Ca) 0초과~0.005%, 마그네슘(Mg) 0초과~0.005%, 구리(Cu) 0초과~1.0%, 안티몬(Sb) 0초과~0.05%, 주석(Sn) 0초과~0.05% 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 하나의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핫스탬핑 강재의 제조방법은 중량%로, 탄소(C) 0.21~0.25%, 실리콘(Si) 0.2~0.4%, 망간(Mn) 1.15~1.5%, 인(P) 0초과~0.015%, 황(S) 0초과~0.005%, 크롬(Cr) 0.1~0.3%, 보론(B) 0.001~0.010%, 티타늄(Ti) 0.03~0.04%, 몰리브덴(Mo) 1.0~2.0%, 니오븀(Nb) 0.02~0.06% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브 판재를 재가열, 열간 압연, 냉각 및 권취하고; 상기 강재를 산세, 압연 및 소둔하고; 그리고 상기 강재를 핫스탬핑하여 핫스탬핑 강재를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 티타늄 및 몰리브덴은 하기 [수식 1]을 만족하는 것을 특징으로 한다 :
[수식 1]
1.45 < 15[Ti] + [Mo] < 2.6
(상기 [수식 1]에서, 상기 [Ti], [Mo]는 각 원소의 중량%임)
구체예에서, 상기 슬라브 판재는 1220~1250℃에서 슬라브 재가열되고, 상기 재가열 슬라브 판재는 900~950℃에서 마무리 열간 압연되고, 상기 마무리 열간압연된 강판은 500~550℃에서 권취되는 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 소둔 단계의 소둔온도는 800 내지 850℃인 것을 특징으로 한다.
구체예에서, 상기 강재의 핫스탬핑 단계는, 상기 강재를 성형온도로 가열하고; 상기 가열된 강재를 열간성형하여 성형체를 형성하고; 그리고 상기 성형체를 급냉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 핫스탬핑 강재 및 그 제조방법은 합금원소를 조절하고, 특히 티타늄과 몰리브덴의 합금성분 함량 조정을 통해 충돌성능 향상을 구현하고, 자동차 충돌 부재의 150K급 강재에 있어서 티타늄(Ti) 상향 조절을 통해 결정립 미세화를 구현하여 연신율과 강도를 상승시키고, 슬라브 재가열, 열간압연, 냉각 및 권취온도 제어 등을 통해 인장강도, 항복강도 및 연신율을 증대시켜 충돌성능을 향상시키고, 티타늄(Ti) 성분 제어를 통해 핫스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향을 구현하고, 핫스탬핑용 강재 뿐만 아니라 열처리용 강관재 등 150K급 충돌 보강재의 충돌성능 향상 구현에 적합한 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 제조시, 결정립 미세화에 따른 충돌성능 향상과정을 나타낸 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재의 제조시, 결정립 미세화에 따른 충돌성능 향상과정을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 제조시, 티타늄 성분 함량 조절을 통한 결정립 크기의 미세화 변화를 나타낸 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재의 제조시, 티타늄 성분 함량 조절에 따른 강도 및 연신율 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 출원의 실시예들을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 본 출원에 개시된 기술은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해 질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 출원의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 서술되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 기술되는 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 방법 또는 제조방법을 수행함에 있어서, 상기 방법을 이루는 각 과정들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 과정들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
핫스탬핑 강재
본 발명의 하나의 관점은 중량%로, 탄소(C) 0.21~0.25%, 실리콘(Si) 0.2~0.4%, 망간(Mn) 1.15~1.5%, 인(P) 0초과~0.015%, 황(S) 0초과~0.005%, 크롬(Cr) 0.1~0.3%, 보론(B) 0.001~0.010%, 티타늄(Ti) 0.03~0.04%, 몰리브덴(Mo) 1.0~2.0%, 니오븀(Nb) 0.02~0.06% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고, 상기 티타늄 및 몰리브덴은 하기 [수식 1]을 만족하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 강재에 관한 것이다 :
[수식 1]
1.45 < 15[Ti] + [Mo] < 2.6
(상기 수식 1에서, 상기 [Ti], [Mo]는 각 원소의 중량%임)
본 발명의 핫스탬핑 강재는, 차량의 충돌부재용 부품인 B-Pillar 등에 사용되는 150K급 이상의 열처리강일 수 있다. 상기 충돌부재로 사용되는 150K급 열처리강은 차량 운행중 측면충돌시 운전자의 생존공간 확보에 중요하다. 이러한 150K급 열처리강은 핫스탬핑 강재 제조시 취성파단이 발생하는 B-pillar 하단부에 TWB공법으로 부재를 연결하거나 합금성분 첨가를 통해 충돌흡수 능력을 향상시킬 수 있다. 본 발명은 합금성분 제어에 의해 석출물을 통한 Martensite 결정립 크기를 미세화시켜 강도 상향 및 충돌성능 향상을 구현할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 핫스탬핑 강재에 포함되는 각 구성 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다.
탄소(C)
상기 탄소(C)는 오스테나이트 안정화 원소로써 열연강판에서 펄라이트 조직과 페라이트 내부에 탄화물을 최소화시키고 결정립을 미세화시킬 수 있다. 복합 석출물의 재고용이 냉연강판의 소둔과정에서 부분적으로 재용해되어 10~30㎛ 정도의 미세 결정립 또는 결정립계에 나타나고 마르텐사이트(Martensite)를 20%이하로 제한함으로써 성형성에 좋은 집합조직을 발달시킬 수 있다.
상기 탄소(C)는 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여 0.21~0.25중량%로, 예를들어, 0.22~0.24중량%로, 예를들어 0.225~0.235중량%로 포함될 수 있다. 상기 탄소(C)의 함량이 0.21중량% 미만으로 첨가될 경우, 임계온도 영역에서 안정한 오스테나이트를 확보하지 못하여 냉각 후 적절한 마르텐사이트 분율이 생성되지 않기 때문에 강도 확보가 곤란한 문제가 있고, 반대로, 상기 탄소(C) 함량이 0.25중량% 초과로 첨가될 경우, 연성 확보가 어렵고 용접성을 악화시키는 문제가 있다.
실리콘(Si)
상기 실리콘(Si)은 페라이트 안정화 원소로써 고용강화에 의하여 강도를 증가시킬 뿐만 아니라 연속소둔 단계에서 시멘타이트의 석출을 억제하고, 탄소(C)가 오스테나이트로 농화되는 것을 촉진하여 냉각시 마르텐사이트 형성 및 연성 향상에 기여할 수 있다. 그러나, 상기 실리콘은 도금성을 방해하기 때문에 도금용일 경우, 실리콘 사용량을 최소화하는 것이 바람직하다.
상기 실리콘(Si)은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여 0.2~0.4중량%로, 예를들어, 0.25~0.35중량%로, 예를들어 0.28~0.32중량%로 포함될 수 있다. 상기 실리콘(Si)의 함량이 0.2중량% 미만으로 첨가될 경우, 오스테나이트 안정화 효과가 미미할 수 있고, 반대로, 상기 실리콘(Si)의 함량이 0.4중량% 초과로 첨가될 경우, 표면 선상의 열화로 실리콘 산화물이 농화되어 용접성 및 도금성이 매우 열화되는 문제가 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 오스테나이트 안정화 성분으로써 상온으로 냉각하는 동안 마르텐사이트 조직으로 안정하게 생성할 수 있다. 상기 망간(Mn)은 고용강화에 의하여 강도를 향상시키는 효과와 강중에서 황(S)과 결합하여 MnS 개재물을 형성하여 슬라브의 열간 균열을 방지할 수 있다.
상기 망간(Mn)은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여 1.15~1.5중량%로, 예를들어, 1.20~1.45중량%로, 예를들어 1.25~1.40중량%로 포함될 수 있다. 상기 망간(Mn)의 함량을 1.15중량% 미만으로 첨가될 경우, 오스테나이트에서 펄라이트(pearlite) 상으로의 변태를 지연시키기 어렵고, 반대로, 상기 망간(Mn)의 함량을 1.5중량% 초과로 첨가할 경우, 비교적 고가인 망간(Mn)의 사용량 증가로 비용이 상승할 뿐만 아니라 용접성 및 성형성을 열화시키는 문제가 있다.
인(P)
상기 인(P)은 고용강화에 의하여 강도를 증가시키는 원소로써 실리콘(Si)과 함께 첨가할 경우 시멘타이트 석출을 억제시키고 오스테나이트로 탄소 농화를 촉진시킬 수 있다.
상기 인(P)은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여 0초과~0.015중량%로, 예를들어, 0.001~0.010중량%로, 예를들어 0.002중량%~0.008중량%로 포함될 수있다. 상기 인(P)의 함량을 0.015중량% 초과로 첨가할 경우, 2차 가공취성 문제를 유발하고 아연도금의 밀착성을 저하시켜 합금화 성질을 저하시키는 문제가 있다.
황(S)
상기 황(S)은 불가피하게 함유되는 불순물로써 강의 인성 및 용접성을 저해하고 망간(Mn)과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 강의 가공 중 크랙을 발생시키는 원소이다. 따라서, 이론상 그 함량을 0%로 제한하는 것이 유리하나, 제조공정상 필연적으로 함유될 수 밖에 없으므로 상한을 관리하는 것이 중요하다.
상기 황(S)은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여 0초과~0.005중량%로, 예를들어, 0.001~0.004중량%, 예를들어 0.002~0.003중량%로 포함될 수 있다. 상기 황(S)의 함량을 0.005중량% 초과로 첨가할 경우, 강판의 인성 및 용접성을 저해하고 망간(Mn)과 결합하여 MnS 비금속 개재물을 형성함으로써 본 발명의 일 구체예에 의한 강판 가공 중 크랙을 발생할 수 있는 문제가 있다.
크롬(Cr)
상기 크롬(Cr)은 페라이트 안정화 원소로서 저온취성과 수소취성을 방지하는 역할을 하며, 또한 내산화성을 향상시키기 위한 목적에서 포함된다.
상기 크롬은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여 0.1~0.3중량%로, 예를들어, 0.15~0.25중량%로, 예를들어, 0.18~0.22중량%로 포함될 수 있다. 상기 크롬의 첨가량이 0.1 중량% 미만일 경우, 그 첨가 효과가 불충분하고, 상기 크롬의 첨가량이 0.3 중량% 초과일 경우, 용접 열영향부 인성 열화를 초래하고 템퍼링 취성을 발생시키는 문제점이 있다.
보론(B)
상기 보론(B)은 소입성 원소로 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 형성에 있어서, 소둔처리 후 냉각시에 강의 마르텐사이트 형성에 크게 기여하고, 특히, 페라이트 변태를 지연함으로써 저속 냉각 조건에서도 마르텐사이트가 형성되는데 크게 기여할 수 있다.
상기 보론은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여, 0.001~0.010중량%, 예를들어, 0.002~0.008중량%, 예를들어, 0.004~0.006중량%로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 보론의 첨가량이 0.001중량% 미만 첨가될 경우, 페라이트 변태 지연 효과가 불충분하여 저속 냉각 조건에서 충분한 마르텐사이트 분율을 확보하기 어려운 문제가 있다. 반대로, 상기 보론의 첨가량이 0.010중량% 초과로 첨가될 경우, 그 효과가 포화되어 냉각속도 감소의 효과가 없으며 강의 인성을 저해하는 문제점이 있다.
티타늄(Ti)
상기 티타늄(Ti)은 본 발명의 강재 형성에 있어서, 슬라브 재가열시 TiN을 형성하여 오스테나이트 결정립 성장을 억제하여 강판의 조직을 미세화하는 역할을 한다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 제조시, 결정립 미세화에 따른 충돌성능 향상과정을 나타낸 사진이고, 도 3은 결정립 미세화에 따른 충돌성능 향상과정을 개략적으로 나타낸 그래프이다.
도 2 내지 3을 참조하면, 상기 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재는 합금성분 중 특히 티타늄(Ti)을 상향 조절하여 핫스탬핑 가열 중 결정립 미세화를 통해 연신율을 상향시켜 충돌성능을 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 제조시, 티타늄 성분 함량 조절을 통한 결정립 크기의 미세화 변화를 나타낸 사진이고, 도 5는 티타늄 성분 함량 조절에 따른 강도 및 연신율 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4 내지 5를 참조하면, 100% 마르텐사이트강인 150K급 열처리강은 결정립 크기가 작아짐에 따라 연신율이 상승하는데, 이는 결정립이 마르텐사이트 조직보다 상대적으로 연한 조직이기 때문이다. 본 발명에서는 티타늄(Ti) 합금성분의 함량을 상향 조절하여 충돌성능을 향상시킬 수 있고, 이때, 티타늄 함금성분의 함량에 따라 강도 및 연신율의 최적치가 제어될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재는, 합금성분의 제어 특히, 티타늄 성분의 함량 상향에 따른 석출물을 통한 Martensite 결정립 크기를 미세화시켜 강도 상향 및 충돌성능 향상을 구현할 수 있다.
상기 티타늄(Ti)은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여 0.03~0.04중량%로, 예를들어, 0.032~0.038중량%로, 예를들어, 0.034~0.036중량%로 포함될 수 있다. 상기 티타늄(Ti)의 함량이 0.03중량% 미만으로 첨가될 경우, 티타늄의 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없고, 상기 티타늄(Ti)의 함량이 0.04중량% 초과로 첨가될 경우, TiN 석출물이 조대해져 결정립 성장을 억제하는 효과가 저하되는 문제가 있다.
한편, 상기 티타늄(Ti)과 후술하는 몰리브덴(Mo)은 하기 [수식 1]을 만족하는 범위로 포함되는 것이 보다 바람직하다 :
[수식 1]
1.45 < 15[Ti] + [Mo] < 2.6
(상기 [수식 1]에서, 상기 [Ti], [Mo]는 각 원소의 중량%임)
본 발명의 일 구체예에서, 상기 15[Ti] + [Mo]의 함량 합계가 1.45 미만일 경우, 티타늄과 몰리브덴의 합금 혼합을 통한 본 발명의 목적 구현 효과가 미미한 문제가 있고, 반대로, 상기 15[Ti] + [Mo]의 함량 합계가 2.6 초과일 경우, 충돌성능 향상을 위한 핫스탬핑 강재의 강도 및 연신율 제어가 어렵고 티타늄과 몰리브덴 합금성분의 함량이 초과 함유되어 원가상승 및 비용증대를 초래하는 문제가 있다.
몰리브덴(Mo)
상기 몰리브덴(Mo)은 경화능 증가를 통해 강도 향상에 기여하며 입계 취성을 억제하는 효과를 가지고 있고, 탄소와의 강한 인력으로 입계에 Fe23(C,B) 석출물 형성을 억제함으로써 보론(B)의 경화능 효과를 강화하며, 또한 입계 P 편석을 억제하고 입계를 강화시킴으로써 마르텐사이트 취성파단을 억제하는 효과를 지니고 있다.
상기 몰리브덴(Mo)은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여, 1.0~2.0중량%, 예를들어, 1.2~1.8중량%, 예를들어, 1.4~1.6중량%로 포함될 수 있다. 상기 몰리브덴(Mo)의 함량이 1.0중량% 미만으로 첨가될 경우, 그 첨가효과가 미비한 문제가 있고, 반면에, 상기 몰리브덴(Mo)의 함량이 2.0중량% 초과일 경우, 몰리브덴의 함량이 과다하여 효과가 포화되고 경제성이 저하되는 문제가 있다.
한편, 상기 몰리브덴(Mo)과 전술한 티타늄(Ti)은 하기 [수식 1]을 만족하는 범위로 포함되는 것이 보다 바람직하다 :
[수식 1]
1.45 < 15[Ti] + [Mo] < 2.6
(상기 [수식 1]에서, 상기 [Ti], [Mo]는 각 원소의 중량%임)
본 발명의 일 구체예에서, 상기 15[Ti] + [Mo]의 함량 합계가 1.45 미만일 경우, 티타늄과 몰리브덴의 합금 혼합을 통한 본 발명의 목적 구현 효과가 미미한 문제가 있고, 반대로, 상기 15[Ti] + [Mo]의 함량 합계가 2.6 초과일 경우, 충돌성능 향상을 위한 핫스탬핑 강재의 강도 및 연신율 제어가 어렵고 티타늄과 몰리브덴 합금성분의 함량이 초과 함유되어 원가상승 및 비용증대를 초래하는 문제가 있다.
니오븀(Nb)
상기 니오븀(Nb)은 고온에서 탄소(C) 및 질소(N)와 결합하여 탄화물 또는 질화물을 형성한다. 니오븀계 탄화물 또는 질화물은 압연시 결정립 성장을 억제하여 결정립을 미세화시킴으로써 강판의 강도와 저온인성을 향상시킨다.
상기 니오븀(Nb)은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여 0.02~0.06중량%로, 예를들어, 0.03~0.05중량%로, 예를들어 0.035~0.045중량%로 포함될 수 있다. 상기 니오븀(Nb)의 함량이 0.02중량% 미만으로 첨가될 경우, 니오븀 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없고, 반대로, 상기 니오븀(Nb)의 함량이 0.06중량% 초과로 첨가될 경우, 강판의 용접성을 저하시키고, 니오븀 함량 증가에 따른 강도와 저온인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있고, 특히, 항복비율 증가에 따라 본 발명에 의한 충돌성능이 향상된 핫스탬핑 강재의 구현이 어려운 문제가 있다.
본 발명의 다른 하나의 구체예에서, 상기 핫스탬핑 강재는 본 발명의 목적 구현을 위하여, 칼슘(Ca) 0초과~0.005%, 마그네슘(Mg) 0초과~0.005%, 구리(Cu) 0초과~1.0%, 안티몬(Sb) 0초과~0.05%, 주석(Sn) 0초과~0.05% 등에서 1종 이상을 더 포함할 수 있다. 이하에서, 각 성분에 대하여 상술한다.
칼슘(Ca)
상기 칼슘(Ca)은 CaS 개재물을 형성시켜 MnS 개재물의 생성을 방해함으로써, 전기저항 용접성을 향상시키기 위한 목적으로 첨가된다. 상기 칼슘(Ca)은 망간(Mn)에 비하여 황과의 친화도가 높으므로 칼슘의 첨가시 CaS 개재물이 생성되고 MnS 개재물의 생성은 감소한다. 이러한 MnS는 열간압연 중에 연신되어 전기저항용접(ERW)시 후크 결함 등을 유발함으로 전기저항 용접성이 향상될 수 있다.
상기 칼슘은 본 발명에 따른 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여 0초과~0.005중량%, 예를들어, 0초과~0.003중량%, 예를들어, 0초과~0.001중량%로 포함될 수 있다. 상기 칼슘의 함량이 본 발명에 따른 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여, 0.005중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우 CaO 개재물의 생성이 과도해져 전기저항 용접성을 떨어뜨리는 문제점이 있다.
마그네슘(Mg)
상기 마그네슘(Mg)은 강재 중 유화물 형태를 제어하고, 유화물에 의한 모재 인성저하를 저감하는 효과가 있다.
상기 마그네슘은 본 발명에 따른 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여, 0 초과~0.005중량%, 예를들어, 0초과~0.003중량%, 예를들어, 0초과~0.001중량%로 포함될 수 있다. 상기 마그네슘의 첨가량이 0.005중량%를 초과하여 다량 첨가될 경우, 그 첨가 효과가 포화되는 문제가 있다.
구리(Cu)
상기 구리(Cu)는 니켈(Ni)과 함께 강의 경화능 및 저온충격인성을 향상시키는 역할을 수행한다.
상기 구리(Cu)는 본 발명에 따른 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여0 초과~1.0중량%, 예를들어, 0 초과~0.8중량%, 예를들어, 0 초과~0.6중량%로 포함될 수 있다. 상기 구리(Cu)의 함량이 1.0중량% 초과로 첨가될 경우, 고용한도를 초과하기 때문에 더 이상의 강도 증가에 기여하지 못하며 적열취성을 유발하는 문제가 있다.
안티몬(Sb)
상기 안티몬(Sb)은 실리콘 및 망간의 입계 농화를 방지할 수 있어, 강의 표면 특성 향상을 위하여 첨가될 수 있다.
상기 안티몬(Sb)은 본 발명에 따른 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여 0 초과~0.05중량%, 예를들어, 0 초과~0.04중량%, 예를들어, 0 초과~0.03중량%로 포함될 수 있다. 상기 안티몬의 첨가량이 0.05중량%를 초과하여 다량 첨가하게 되면 크랙발생 및 2차 가공취성 등을 유발할 수 있다.
주석(Sn)
상기 주석은 양극용해반응을 억제하고, 내식성을 향상시키는 작용을 하는 것으로, 비래염분이 많은 환경에서 크롬(Cr)의 내식성을 향상시키는 효과도 있다.
상기 주석은 본 발명에 따른 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여, 0 초과~0.05중량%, 예를들어, 0 초과~0.04중량%, 예를들어, 0 초과~0.03중량%로 포함될 수 있다. 상기 주석의 첨가량이 0.05중량%를 초과하여 다량 첨가하게 되면 그 효과가 포화하는 문제가 있다.
기타 불순물
질소(N)는 그밖에 불가피하게 포함되는 대표적인 불순물로써, 다량 첨가시 고용 질소가 증가하여 강의 연신율 및 성형성을 떨어뜨리는 문제가 있다. 따라서, 상기 질소(N)는 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 전체 100중량%에 대하여, 예를들어 0.005 중량% 미만으로 제한하여 포함될 수 있다.
상기 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재는 합금원소의 성분 및 함량 등 제어를 통해, 인장강도(TS) 1450~1700MPa, 항복강도(YS) 1050~1300MPa 및 연신율(EL) 7~15%의 물성을 구현하는 효과가 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 상기 본 발명의 일 구체예에 따른 핫스탬핑 강재는 티타늄과 몰리브덴의 합금성분 함량 조정을 통해 충돌성능 향상을 구현하고 특히, 티타늄(Ti) 성분의 함량을 상승시켜 핫스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향을 구현하고, 또한, 자동차 충돌 부재의 150K급 강재에 있어서 티타늄(Ti) 상향 조절을 통해 결정립 미세화를 구현하여 연신율과 강도를 상승시키고, 핫스탬핑용 강재 뿐만 아니라 열처리용 강관재 등 150K급 충돌 보강재의 충돌성능 향상 구현에 적합한 우수한 효과가 있다.
핫스탬핑 강재의 제조방법
본 발명의 다른 하나의 관점은 중량%로, 탄소(C) 0.21~0.25%, 실리콘(Si) 0.2~0.4%, 망간(Mn) 1.15~1.5%, 인(P) 0초과~0.015%, 황(S) 0초과~0.005%, 크롬(Cr) 0.1~0.3%, 보론(B) 0.001~0.010%, 티타늄(Ti) 0.03~0.04%, 몰리브덴(Mo) 1.0~2.0%, 니오븀(Nb) 0.02~0.06% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브 판재를 재가열, 열간 압연, 냉각 및 권취하고; 상기 강재를 산세, 압연 및 소둔하고; 그리고, 상기 강재를 핫스탬핑하여 핫스탬핑 강재를 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 티타늄 및 몰리브덴은 하기 [수식 1]을 만족하는 것을 특징으로 하는, 핫스탬핑 강재의 제조방법에 관한 것이다 :
[수식 1]
1.45 < 15[Ti] + [Mo] < 2.6
(상기 [수식 1]에서, 상기 [Ti], [Mo]는 각 원소의 중량%임)
상기 핫스탬핑 강재의 제조방법에서 사용되는 강재의 각 구성성분 및 함량은 전술한 바와 같다. 이하에서, 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재의 제조방법에 대하여 상술한다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재의 제조방법을 개략적으로 나타낸 공정순서도이다.
도 1을 참조하면, 상기 핫스탬핑 강재의 제조방법은 슬라브 재가열/ 마무리 압연/냉각/권취 단계(S100); 산세/압연/소둔 단계(S200) 및 핫스탬핑 단계(S300)를 포함한다.
슬라브 재가열/ 마무리 압연/냉각/권취
상기 본 발명의 핫스탬핑 강재의 제조를 위해, 열연강판을 형성하는 슬라브 재가열/ 마무리 압연/냉각/권취 단계(S100)를 거친다. 이하에서, 상술한다.
슬라브 재가열
상기 슬라브 재가열 단계(S100-1)는 상기 슬라브 판재를 재가열하는 목적에서 수행될 수 있다.
상기 슬라브 판재는 1220~1250℃, 예를들어, 1225~1245℃, 예를들어, 1230~1240℃에서 재가열할 수 있다. 상기 슬라브 재가열 온도가 1220℃ 미만일 경우, 석출물이 충분히 재고용되지 못하여 열간압연 이후의 공정에서 석출물이 감소하게 되고, 합금원소의 균질화 효과를 크게 보기 어렵다. 따라서, 이러한 재가열 온도를 1220℃ 이상으로 유지함으로써, 석출물의 재고용을 제어하고 소재의 강도 향상은 물론 소재의 길이방향으로 균일 미세조직을 확보할 수 있다. 이와 반대로, 이러한 슬라브 재가열 온도가 1250℃ 초과일 경우, 고온일수록 균질화 처리에 유리하나 공정 수행상 한계가 있고 또한, 결정립의 이상성장(abnormal grain growth)이 발생되어 결과적으로 강도 상승에 반하는 요인으로 작용되는 문제가 있다.
열간압연
상기 열간압연 단계(S100-2)는 상기 재가열된 상기 슬라브 판재를 마무리 열간압연하는 목적에서 수행될 수 있다.
상기 마무리 열간압연 온도(Finishing Delivery Temperature: FDT)는 900~950℃에서, 예를들어, 910~940℃에서, 예를들어, 920~930℃에서 열간 압연될 수 있다. 상기 마무리 열간압연 온도가 900℃ 미만일 경우, 이상영역 압연에 의한 혼립조직의 발생으로 강판의 가공성 확보가 어렵고, 미세조직 불균일에 따라 가공성이 저하되는 문제가 있다. 반대로, 상기 마무리 열간압연 온도가 950℃ 초과일 경우, 많은 냉각량과 함께 강판의 취성 증가 및 강판의 표면 스케일 발생으로 강판의 품질저하 우려가 있다.
냉 각
상기 냉각 단계(S100-3)는 전술한 압연단계(S200)에서 마무리 열간압연된 강판을 일정 시간 홀딩 후 특정 냉각 개시온도에서 냉각을 개시하여 특정 냉각종료온도에서 냉각을 마치는 목적에서 수행될 수 있다.
상기 마무리 열간압연 후 냉각 속도는 공냉, 수냉 모두 가능하다. 이때, 조대한 결정립 성장을 최대한 억제할 수 있도록 30℃/sec 이상의 평균냉각속도에서 냉각하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 본 발명에서 열연강판의 냉각 개시온도는 800~850℃, 예를들어, 810~840℃, 예를들어 820~830℃의 온도로 제한하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 냉각개시온도를 제한한 것은 상변태 온도 직상에서 압연된 슬라브 판재의 냉각을 실시하게되어 과냉 조직의 발생을 억제할 수 있기 때문이다. 상기 냉각 개시온도가 800℃ 미만일 경우, 재가열이 수반될 가능성이 있으므로 경제적이지 못하고, 상기 냉각 개시온도가 850℃ 초과일 경우, 본 발명의 목적 구현을 위한 가공성 확보가 어려운 문제가 있다. 또한, 상기 본 발명에서는 강판의 냉각 종료온도를 100~200℃, 예를들어, 120~180℃, 예를들어, 140~160℃의 온도로 제한하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 냉각 종료온도를 제한한 것은 강판의 인장강도와 연신율 및 가공성 등을 효과적으로 조절하기 위함이다. 상기 냉각 종료온도가 100℃ 미만일 경우, 강판의 인장강도와 연신율 및 가공성 등 물성이 기준치에 도달하지 못하게 되고, 상기 냉각 종료온도가 200℃ 초과일 경우, 강판의 연신율이 불량해지는 문제가 있다.
권 취
상기 권취 단계(S100-4)는 상기 열간압연 단계(S200)에서 냉각된 열연강판을 권취하는 목적에서 수행될 수 있다.
상기 냉각된 열연강판의 권취온도는 500~550℃, 예를들어, 510~540℃, 예를들어, 520~530℃인 것이 바람직하다. 이러한 과정으로 권취된 강판의 최종 미세조직은 페라이트 기지에 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트 상으로 구성된 조직을 가질 수 있다. 상기 냉각된 열연강판을 권취 시점에서 볼 때, 상기 열연강판은 페라이트와 마르텐사이트 및 잔류오스테나이트의 복합조직으로 형성되어 우수한 인장강도 및 항복강도 특성 등을 확보할 수 있다. 상기 권취 온도가 500℃ 미만일 경우, 과냉으로 인한 저온상 분율이 높아져 Nb첨가에 의한 강도 증가 및 냉간압연시 압연부하 심화 우려가 있고, 또한, 베이나이트나 마르텐사이트 조직으로 인해 압연이 어렵고 결정립 미세화에 인해 강도 상승 및 연성 저하로 인한 가공성을 확보하기 곤란하며, 반대로, 상기 권취 온도가 550℃ 초과일 경우, 탄소의 재분배 억제가 충분치 못해 펄라이트 밴드 저감이 어려우며, 최종 미세조직이 조대해지므로 충분한 강도 및 우수한 가공성을 갖는 열연강판을 제조하기 힘든 문제가 있다.
산세/압연/소둔
상기 본 발명의 핫스탬핑 강재의 제조를 위해, 전술한 열연강판을 거쳐 냉연강판을 형성하는 산세/압연/소둔단계(S200)를 거치게 된다. 이하에서, 상술한다.
산세
상기 산세 단계(S200-1)는 전술한 열연 후의 권취 온도가 높은 코일에 열연 스케일과 강판 계면에 Si나 Mn의 산화물에 의한 입계 산화층이 형성될 경우 그 스케일을 제거하기 위한 목적에서 수행된다.
상기 산세 공정시 입계 산화층의 제거가 바람직하고, 이를 위해 통상적인 산세방법을 이용할 수 있다. 예를들어, 80~90℃로 가열한 염산 등을 이용하여 20~300초간 산세할 수 있다. 이때, 염산 중 적량의 산세 촉진제(예컨대 머캅토기를 갖는 화합물)나 인히비터(예컨대 아민계 유기 화합물)를 가할 수 있다.
압연
상기 압연 단계(S200-2)는 상기 산세 후 냉간 압연하는 것으로 이를 통해 자동차 경량화 등에 있어서의 치수정밀도 및 평탄도 등 관점에서 적절하게 냉연강판을 형성할 수 있다.
상기 압연 단계에서의 냉연율은, 공장에서의 생산성 등을 고려하여 20~70%의 범위내로 제어하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 목적을 구현할 수 있는 것이라면, 그 형식이 이에 제한되지 않는다.
소둔
상기 소둔 단계(S200-3)는 상기 강재를 환원로에 투입하고 환원로에서 환원성 분위기 하에서의 열처리를 수행하는 것으로, 이러한 소둔처리 이전에 전처리 등을 통해 강재 표면의 오염을 제거할 수도 있다.
또한, 에너지 절약의 관점에서, 환원로에 들어가기 전에 배기 가스를 이용한 환원성 분위기의 예열로에서 전처리 후의 강재를 예열할 수도 있다. 이때의 예열 조건은 환원성 분위기이면 특별히 한정되지 않는다.
상기 소둔 단계(S200-3)에서의 온도는 800~850℃, 예를들어, 810~840℃, 예를들어, 820~830℃ 일 수 있다. 상기 소둔 온도 범위에서, 강재 표면에 Si나 Mn이 농화되어 Si계 산화물이나 Mn계 계면 산화물이 생성되는 것을 억제하여 강재에서의 Mn 확산을 촉진시켜 Mn 농도를 높일 수 있는 장점이 있다.
상기 소둔 단계 이후에, 환원로를 나온 강재는 냉각대에서 냉각된다. 상기 냉각대는 서냉대, 급냉대, 조정대로 구성되고, 냉각방법은 통상적으로 수행되는 조건에서 이루어질 수 있다. 예컨대 환원성 분위기의 기체를 강판에 내뿜어 냉각할 수 있다. 상기 냉각은 30~35℃/sec의 냉각속도에서 냉각될 수 있다. 상기 냉각속도 범위에서, 소둔 단계를 거친 강재의 물성 특성 유지가 적절하다.
핫스탬핑
상기 핫스탬핑 단계(S300)는 전술한 열연강판 또는 냉연강판 강재를 이용하여 본 발명의 목적 구현을 위해 핫스탬핑 강재를 형성하기 위한 목적에서 수행된다.
본 발명의 일 구체예에서, 상기 핫스탬핑 단계(S300)는, 상기 강재를 성형온도로 가열하고(S300-1); 상기 가열된 강재를 열간성형하여 성형체를 형성하고(S300-2); 그리고 상기 성형체를 급냉하는 단계(S300-3);를 포함할 수 있다. 이하에서 상술한다.
가열
상기 가열단계(S300-1)는 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재의 성형성 확보를 위한 목적에서 수행될 수 있다.
상기 성형온도에서의 가열단계(S300-1)는 주지의 공지된 가열방식에 의하여 수행될 수 있다. 이때 성형온도는 700 내지 1100℃, 예를들어, 800 내지 1000℃, 예를들어, 850 내지 950℃일 수 있다. 상기 성형온도가 700℃ 미만일 경우, 핫스탬핑 강재가 오스테나이트 안정화 온도로 가열되어야 급랭 후 부품이 요구하는 강도를 확보할 수 있는 조직상태가 얻어지게 되는데 그에 이르지 못하는 문제가 있고, 반면에, 상기 성형온도가 1000℃ 초과일 때는, 핫스탬핑 강재의 표면에 형성된 코팅층이 증발할 수 있기 때문이다.
열간성형
상기 열간성형 단계(S300-2)는, 상기 가열된 강재를 열간성형하여 성형체를 형성하기 위한 목적에서 수행될 수 있다.
상기 열간성형 단계(S300-2)는 성형온도로 가열된 소재가 가열된 상태에서 프레스 금형으로 로딩되고, 프레스 금형이 닫히면서 성형될 수 있다. 이때, 프레스 장치는 내부에 냉각채널을 구비하여 냉각채널에 공급되는 냉매에 의하여 금형이 급속하게 냉각될 수 있는 것을 사용할 수 있다. 이러한 열간성형 방식은 주지의 공지된 기술에 의할 수 있고, 본 발명의 목적을 구현하기 위한 것이라면 제한없이 사용할 수 있다.
급냉
상기 급냉 단계(S300-3)는, 본 발명의 핫스탬핑 강재의 스프링 백 형상을 방지하고 원하는 형상을 유지시키기 위한 목적에서 수행될 수 있다.
상기 급냉 단계(S300-3)는 프레스 금형을 닫은 상태에서 경화를 위한 급냉을 수행할 수 있다. 이러한 급냉 방식은 주지의 공지된 기술에 의할 수 있고, 본 발명의 목적을 구현하기 위한 것이라면 제한없이 사용할 수 있다.
상기 급냉 단계에서의 냉각속도는 -30℃/sec 내지 -120℃/sec, 예를들어, -50℃/sec 내지 -100℃/sec, 예를들어, -70℃/sec 내지 -80℃/sec 에서 수행될 수 있다. 상기 급냉속도가 -30℃/sec 미만일 경우, 고온으로 가열된 상태에서 성형된 성형체의 조직이 펄라이트(pearlite) 또는 베이나이트(bainite) 조직을 가지게 되어 충분한 강도를 가질 수 없게되고, 반면에, 상기 급냉속도가 -120℃/sec 초과일 경우, 성형체의 소지철 부분이 완전 마르텐사이트 조직구조로의 상변태가 용이하게 이루어지기 어려운 문제가 있다.
상기 본 발명의 일 구체예에 의해 제조된 핫스탬핑 강재는 인장강도(TS) 1450~1700MPa, 항복강도(YS) 1050~1300MPa 및 연신율(EL) 7~15%의 물성을 갖고, 연신율과 강도 상승에 의해 자동차 충돌부재의 150K급 강재 등에 적용시 충돌성능이 향상된 특징이 있다.
상기 본 발명의 일 구체예에 따른 핫스탬핑 강재의 제조방법은 합금원소를 조절하고, 특히 티타늄과 몰리브덴의 합금성분 함량 조정을 통해 충돌성능 향상을 구현하고, 자동차 충돌 부재의 150K급 강재에 있어서 티타늄(Ti) 상향 조절을 통해 결정립 미세화를 구현하여 연신율과 강도를 상승시키고, 슬라브 재가열, 열간압연, 냉각 및 권취온도 제어 등을 통해 인장강도, 항복강도 및 연신율을 증대시켜 충돌성능을 향상시키고, 티타늄(Ti) 성분 제어를 통해 핫스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향을 구현하고, 핫스탬핑용 강재 뿐만 아니라 열처리용 강관재 등 150K급 충돌 보강재의 충돌성능 향상 구현에 적합한 우수한 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
실시예 1
중량%로, C 0.22%, Si 0.3%, Mn 1.3%, P 0.01%, S 0.003%, Cr 0.2%, B 0.005%, Ti 0.035%, Mo 1.5%, Nb 0.04%, N2 0.003를 포함하고, 특히, 15[Ti] + [Mo] 함량이 2.025이고, 나머지가 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물로 이루어진 슬라브 판재를 1230℃에서 재가열하고, 상기 재가열된 슬라브 판재를 900℃에서 마무리 열간압연하고, 상기 냉각된 강판을 510℃에서 권취하고, 산세 및 압연을 거쳐 820℃에서 소둔 및 냉각을 수행하였고, 그 다음 강재를 성형온도 750℃이고, 급냉속도 -50℃/sec 조건에서 핫스탬핑하여 본 발명의 핫스탬핑 강재를 최종적으로 제조하였다. 이를 하기 표 1에 나타내었다. 또한, 상기 제조된 핫스탬핑 강재 시편을 이용하여 소입성 강화, 결정립 미세화, 재질 향상도 및 충돌성능 특성 등 항목에 대하여 실험평가를 수행하여 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다.
실시예 2 내지 5
하기 표 1의 조건에서 핫스탬핑 강재 시편을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 제조 후 물성을 측정하였다. 이를 하기 표 1 및 표 3에 나타내었다.
비교예 1 내지 5
하기 표 2의 조건에서 핫스탬핑 강재 시편을 제조한 것을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 제조 후 물성을 측정하였다. 이를 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.
[표 1]
Figure pat00001
[표 2]
Figure pat00002
　 소입성 강화
평가		 결정립 미세화
평가		 재질 향상도
평가		 충돌성능
평가
실시예 1 ◎ ◎ ○ ◎
실시예 2 ○ ◎ ◎ ◎
실시예 3 ◎ ◎ ○ ◎
실시예 4 ◎ ◎ ◎ ◎
실시예 5 ○ ◎ ○ ◎
비교예 1 X X X X
비교예 2 X X X X
비교예 3 △ X △ X
비교예 4 X X X X
비교예 5 X △ X X
(◎ : 매우 우수, ○ : 우수, △ : 보통, X : 미달)
측정결과
본 발명의 일 구체예에 의한 실시예 및 비교예에 의해 150K급 충돌부재의 충돌성능 특성 구현을 위해 핫스탬핑 강재를 제조하였고, 그 결과를 평가하여 상기 표 3의 측정결과를 수득하였다. 이하에서 상술한다.
비교예 1 내지 5를 참조하면, 본 발명의 일 구체예에 의한 강재에 대비하여 합금성분의 함량 특히, 티타늄 성분을 낮게 또는 높게 형성하거나 (비교예 1 내지 3), 또는 티타늄과 몰리브덴의 합량을 달리 설정하거나(비교예 2), 또는 열간압연시 권취온도를 달리 설정하거나 (비교예 5), 냉연시 소둔온도를 낮게 설정하거나 (비교예 3), 핫스탬핑시 성형온도 및 급냉속도를 달리 설정할 경우 (비교예 4), 핫스탬핑시 게재물 형태의 산화물이 형성되거나 응력부식 또는 부식 파괴 등 문제가 있고, 특히 결정립 미세화의 구현이 어려워 연신율 조절을 통한 충돌성능의 향상 구현이 어렵고 생산 효율성이 저감되는 문제가 있음을 알 수 있다.
반면에, 실시예 1 내지 5와 같이, 본 발명의 일 구체예에 의해 핫스탬핑 강재 형성시 합금성분을 제어하고 특히, 티타늄 자체의 함량 조절 및, 티타늄과 몰리브덴의 함량을 조절하며, 또한, 열간압연시 권취 온도, 냉연시 소둔온도 및 핫스탬핑시 가열 성형온도와 급냉속도 등의 조절에 의할 경우, 소입성이 강화되고, 결정립의 미세화가 가능하며, 재질의 향상에 의해 150K급 충돌부재의 충돌성능을 우수하게 구현하는 효과가 있음을 알 수 있다.
상기 결과를 통해, 본 발명의 일 구체예에 의한 핫스탬핑 강재 및 그 제조방법은 합금원소를 조절하고, 특히 티타늄과 몰리브덴의 합금성분 함량 조정을 통해 충돌성능 향상을 구현하고, 자동차 충돌 부재의 150K급 강재에 있어서 티타늄(Ti) 상향 조절을 통해 결정립 미세화를 구현하여 연신율과 강도를 상승시키고, 슬라브 재가열, 열간압연, 냉각 및 권취온도 제어 등을 통해 인장강도, 항복강도 및 연신율을 증대시켜 충돌성능을 향상시키고, 티타늄(Ti) 성분 제어를 통해 핫스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향을 구현하고, 핫스탬핑용 강재 뿐만 아니라 열처리용 강관재 등 150K급 충돌 보강재의 충돌성능 향상 구현에 적합한 우수한 효과가 있음을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (7)

  1. 중량%로, 탄소(C) 0.21~0.25%, 실리콘(Si) 0.2~0.4%, 망간(Mn) 1.15~1.5%, 인(P) 0초과~0.015%, 황(S) 0초과~0.005%, 크롬(Cr) 0.1~0.3%, 보론(B) 0.001~0.010%, 티타늄(Ti) 0.03~0.04%, 몰리브덴(Mo) 1.0~2.0%, 니오븀(Nb) 0.02~0.06% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하고,
    상기 티타늄 및 몰리브덴은 하기 [수식 1]을 만족하는 것을 특징으로 하는, 핫스탬핑 강재 :
    [수식 1]
    1.45 < 15[Ti] + [Mo] < 2.6
    (상기 [수식 1]에서, 상기 [Ti], [Mo]는 각 원소의 중량%임).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열연강판은, 인장강도(TS) 1450~1700MPa, 항복강도(YS) 1050~1300MPa 및 연신율(EL) 7~15%를 갖는 것을 특징으로, 핫스탬핑 강재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열연강판은,
    칼슘(Ca) 0초과~0.005%, 마그네슘(Mg) 0초과~0.005%, 구리(Cu) 0초과~1.0%, 안티몬(Sb) 0초과~0.05%, 주석(Sn) 0초과~0.05% 중 1종 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 핫스탬핑 강재.
  4. 중량%로, 탄소(C) 0.21~0.25%, 실리콘(Si) 0.2~0.4%, 망간(Mn) 1.15~1.5%, 인(P) 0초과~0.015%, 황(S) 0초과~0.005%, 크롬(Cr) 0.1~0.3%, 보론(B) 0.001~0.010%, 티타늄(Ti) 0.03~0.04%, 몰리브덴(Mo) 1.0~2.0%, 니오븀(Nb) 0.02~0.06% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브 판재를 재가열, 열간 압연, 냉각 및 권취하고;
    상기 강재를 산세, 압연 및 소둔하고; 그리고,
    상기 강재를 핫스탬핑하여 핫스탬핑 강재를 형성하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 티타늄 및 몰리브덴은 하기 [수식 1]을 만족하는 것을 특징으로 하는, 핫스탬핑 강재의 제조방법 :
    [수식 1]
    1.45 < 15[Ti] + [Mo] < 2.6
    (상기 [수식 1]에서, 상기 [Ti], [Mo]는 각 원소의 중량%임).
  5. 제4항에 있어서,
    상기 슬라브 판재는 1220~1250℃에서 슬라브 재가열되고,
    상기 재가열 슬라브 판재는 900~950℃에서 마무리 열간 압연되고,
    상기 마무리 열간압연된 강판은 500~550℃에서 권취되는 것을 특징으로 하는, 핫스탬핑 강재의 제조방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 소둔 단계의 소둔온도는 800 내지 850℃인 것을 특징으로 하는, 핫스탬핑 강재의 제조방법.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 강재의 핫스탬핑 단계는,
    상기 강재를 성형온도로 가열하고;
    상기 가열된 강재를 열간성형하여 성형체를 형성하고; 그리고
    상기 성형체를 급냉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 핫스탬핑 강재의 제조방법.
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