KR20170120180A - 열간 프레스용 강판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

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KR20170120180A
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steel
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KR1020177027729A
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히로유키 오모리
나오키 미즈타
다쓰야 아사이
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

강 부품의 고강도를 안정되게 확보할 수 있음과 더불어, 열간 프레스 전의 블랭킹 가공을 양호하게 행할 수 있고, 또한 열간 프레스 시의 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실을 억제할 수 있는 열간 프레스용 강판을 제공한다. 해당 열간 프레스용 강판은, 질량%로, C: 0.15% 이상 0.40% 이하, Si: 1.00% 이상 2.00% 이하, Mn: 1.50% 이상 3.00% 이하, Ti: (N×48/14)% 이상 0.10% 이하, B: 0.0005% 이상 0.0050% 이하, Al: 0% 초과 0.10% 이하, P: 0% 초과 0.05% 이하, S: 0% 초과 0.01% 이하, 및 N: 0% 초과 0.010% 이하를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며, 전위 밀도가 10×1014/m2 이상이고, 또한 전체 조직에서 차지하는 펄라이트의 면적률이 30% 이상이고, 또 인장 강도가 1100MPa 이하인 것을 특징으로 한다.

Description

열간 프레스용 강판 및 그의 제조 방법
본 발명은 열간 프레스용 강판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 강 부품의 고강도를 안정되게 확보할 수 있음과 더불어, 열간 프레스 전의 블랭킹 가공을 양호하게 행할 수 있고, 또한 열간 프레스 시의 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실을 억제할 수 있는 열간 프레스용 강판과 그의 제조 방법에 관한 것이다.
강판을 가열하고 나서 열간 프레스하고 냉각함으로써 고강도의 부재를 제조하는 기술로서, 이른바 핫 스탬프가 있다. 상기 열간 프레스에 이용되는 강판, 즉 열간 프레스용 강판으로서는, 종래부터, 합금 원소가 비교적 소량이고, 가열 전의 강판의 인장 강도가 500MPa∼700MPa 정도로 그다지 높지 않은 강판이 이용되어 왔다. 열간 프레스 전에는, 강판을 소정의 블랭크 사이즈로 절단하는 블랭킹 가공을 행할 필요가 있지만, 상기 레벨의 인장 강도이면, 해당 블랭킹 가공을 공구의 손상, 마모를 일으킴이 없이 양호하게 행할 수 있었다. 예를 들면 특허문헌 1에는, 핫 프레스 후에, 트리밍 또는 피어싱 등의 후가공을 실시하여 제조하는, 980MPa 이상의 인장 강도를 갖고, 또한 잔류 응력이 낮은 고강도 강제 부재의 제조 방법이 제안되어 있다.
그러나 근래에는, 종래의 열간 프레스용 강판보다도 합금 원소를 증가시켜서 담금질성을 높인 강판이 제안되고 있다. 예를 들면 특허문헌 2에는, Cr, Mn, Cu, Ni 등을 함유시켜, 성형 후의 금형 냉각 시간을 단축할 수 있는 강판이 제안되어 있다. 이와 같은 강판은 열간 프레스의 프레스 생산성을 높일 수 있고, 또한 열간에서의 다공정 성형을 가능하게 한다.
그러나 강판 중의 합금 원소가 증가하면, 강판의 인장 강도가 상승한다. 강판의 인장 강도가 지나치게 높으면, 상기 블랭킹 가공 시의 공구 손상이 현저해진다는 것과 같은 문제가 있다.
그런데 열간 프레스용 강판은, 고강도의 성형 강 부재를 얻기 위해, 열간 프레스 전에 고온으로 가열된다. 그러나 가열 온도가 고온이면, 강판 표면의 산화가 생기기 쉽다. 또한 열간 프레스용 강판으로서 아연도금 강판을 이용하는 경우, 아연도금층이 소실되기 쉬워진다. 따라서, 상기 강판 표면의 산화나 상기 아연도금층의 소실을 억제하는 관점에서, 상기 가열 온도는 최대한 낮게 할 것이 요망되고 있다.
일본 특허공개 2006-130519호 공보 일본 특허공개 2006-212663호 공보
본 발명은 상기와 같은 사정에 주목하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 부재의 고강도를 안정되게 확보하도록 합금 원소가 포함되어 있어도, 열간 프레스 전의 블랭킹 가공을 양호하게 행할 수 있고, 또한 열간 프레스 시의 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실을 억제할 수 있는 열간 프레스용 강판, 및 해당 열간 프레스용 강판의 제조 방법을 확립하는 것에 있다. 이하에서는, 상기 「열간 프레스 전의 블랭킹 가공을 양호하게 행한다」라는 특성을 「블랭킹성」이라고 하는 경우가 있다.
상기 과제를 해결할 수 있었던 본 발명의 열간 프레스용 강판은, 질량%로,
C: 0.15% 이상 0.40% 이하,
Si: 1.00% 이상 2.00% 이하,
Mn: 1.50% 이상 3.00% 이하,
Ti: (N×48/14)% 이상 0.10% 이하,
B: 0.0005% 이상 0.0050% 이하,
Al: 0% 초과 0.10% 이하,
P: 0% 초과 0.05% 이하,
S: 0% 초과 0.01% 이하, 및
N: 0% 초과 0.010% 이하
를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며,
전위 밀도가 10×1014/m2 이상이고, 또한
전체 조직에서 차지하는 펄라이트의 면적률이 30% 이상이고, 또
인장 강도가 1100MPa 이하인 점에 특징을 갖는다.
상기 강판은, 질량%로, 하기 (i)∼(iii) 중 하나 이상을 추가로 포함하고 있어도 된다.
(i) Mo와 Cr 중 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 0.50% 이하
(ii) Cu와 Ni 중 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 0.50% 이하
(iii) Nb, V 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 0.10% 이하
상기 강판은, 해당 강판의 적어도 편면에 아연계 도금층 또는 알루미늄계 도금층을 갖고 있어도 된다.
본 발명에는, 상기 열간 프레스용 강판의 제조 방법도 포함된다. 해당 제조 방법은, 상기 강판의 성분 조성을 만족시키는 강을 마무리 압연 온도: 890∼950℃에서 열간 압연 후, 550℃ 이상에서 권취하는 공정; 및 20% 이상의 냉연율로 냉간 압연을 행하는 공정;을 순서대로 포함하고, 상기 냉간 압연 후의 강판의 인장 강도가 1100MPa을 초과하는 경우에는, 상기 냉간 압연 후, 소둔 온도: 500℃ 이상 640℃ 이하, 또한 500℃ 이상의 온도역의 체재 시간: 500초 이하의 조건에서 소둔을 행하는 공정을 추가로 포함하는 점에 특징을 갖는다.
본 발명에는, 상기 열간 프레스용 강판을 이용하여, 가열 온도: 700∼900℃에서 가열하고 나서 열간 프레스를 행하는 것을 특징으로 하는 강 부품의 제조 방법도 포함된다. 이하에서는, 본 발명의 열간 프레스용 강판을 이용하여, 열간 프레스를 행해서 얻어지는 강 부품을 「부재」라고 하는 경우가 있다.
본 발명에 의하면, 강 부품의 고강도를 안정되게 확보하도록 Si 등의 합금 원소가 많이 포함되어 있어도, 열간 프레스 전의 블랭킹 가공을 양호하게 행할 수 있고, 더욱이 열간 프레스 시의 강판 표면의 산화와 아연도금층의 소실을 억제할 수 있는 열간 프레스용 강판을 제공할 수 있다.
도 1은 실시예에 있어서의 열처리 패턴을 나타내는 도면이다.
도 2는 실시예에 있어서의 평균 냉각 속도 CR2와 마이크로 비커스 경도의 관계를 강판 중의 Si량별로 나타낸 도면이다.
도 3은 가열 온도와 마이크로 비커스 경도의 관계로부터, 마이크로 비커스 경도 400Hv에 필요한 최저 가열 온도를 구하는 방법을 나타낸 도면이다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭했다. 우선, 부재의 고강도를 안정되게 확보하도록, 강판 중의 Si에 주목했다. 이하, 상세히 기술한다.
열간 프레스 기술에서는, 소재를 일단 오스테나이트화하고 나서 냉각함으로써 부재의 마이크로 조직에 마텐자이트를 생성시켜 고강도화를 달성하고 있다. 부재의 강도는 강 중 탄소의 존재 상태에 의존한다는 것이 잘 알려져 있다. Si는 이 탄소의 석출 상태를 제어하기 위해서 중요한 원소이다. 구체적으로, Si는 열간 프레스 과정에서 생긴 마텐자이트가 냉각 중에 템퍼링되어 연화되는 것을 억제하는 원소이다. 이 Si의 효과에 의해, 열간 프레스 후의 부재의 냉각 시, 즉 담금질 시에, 부재의 부위 사이에 냉각 불균일이 생긴 경우여도, 구체적으로는, 금형 유지 시간의 단축이나 금형 유지의 생략에 의해, 부재의 부위 사이에서 금형 접촉 시간의 차이가 생겨, 결과적으로 냉각 정도의 차이가 생긴 경우여도, 부위에 상관없이 안정된 강도를 얻는 것이 가능해진다.
해당 효과를 얻기 위해서는, Si를 1.00% 이상 함유시킬 필요가 있다. 한편, 상기 %는 화학 성분 조성에 있어서 질량%를 의미한다. 이하 동일하다. Si량은, 바람직하게는 1.05% 이상, 보다 바람직하게는 1.15% 이상이다. 그러나, Si는 강판의 오스테나이트화 온도인 Ac3점을 상승시키는 원소이기도 하다. Si량이 과잉이 되면, 이 Ac3점이 상승하여, 열간 프레스에 있어서의 가열 온도를 높게 할 필요가 있고, 그 결과, 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실이 생기기 쉬워진다. 따라서 Si량은 2.00% 이하로 한다. Si량은, 바람직하게는 1.80% 이하, 보다 바람직하게는 1.60% 이하이다.
본 발명자들은, 더욱이, 전술한 대로 Si 등의 합금 원소를 많이 포함하는 경우여도, 열간 프레스 전의 블랭킹 가공을 양호하게 행할 수 있도록 예의 연구를 행했다.
열간 프레스 전의 블랭킹 가공을 양호하게 행하기 위해서는, 블랭킹 가공에 이용하는 강판의 인장 강도를 억제할 필요가 있다. 본 발명자들이 확인한 바, 강판의 인장 강도가 1100MPa을 초과하면, 절단을 위한 금형의 손상이 커져 빈번한 형 손질 등이 필요했다. 따라서 열간 프레스용 강판의 인장 강도를 1100MPa 이하로 하기로 했다. 해당 인장 강도는, 바람직하게는 1000MPa 이하, 보다 바람직하게는 950MPa 이하이다. 강판의 인장 강도의 하한은, 본 발명의 성분 범위에 있어서는 대략 440MPa 이상이 된다. 이하에서는, 상기 「강판의 인장 강도」를 「강판 강도」라고 하는 경우가 있다.
상기 인장 강도는 인장 시험에 의해 측정하면 된다. 시험편의 형상은 특별히 지정하지 않지만, 예를 들면 후술하는 실시예에 나타내는 대로 JIS 5호나 JIS 13호 B형상으로 하는 것이 바람직하다.
또, 본 발명자들은 상기 인장 강도가 억제된 강판을 얻도록 예의 연구를 행했다. 그 결과, 하기에 나타내는 대로, 강판의 마이크로 조직 중에 펄라이트를 생성시키는 것이 중요하다는 것을 발견했다.
전체 조직에서 차지하는 펄라이트의 면적률이 30% 이상
전술한 대로 Si를 비교적 많이 함유시키는 것에 의해, 부재 강도가 안정되게 얻어진다. 그러나 Si나 후술하는 Mn 등의 합금 원소가 많이 포함되면, 마텐자이트나 베이나이트와 같은 경질인 마이크로 조직이 증가하기 쉬워 강판 강도가 상승한다. 인장 강도가 억제된 강판을 얻기 위해서는, 상기 마텐자이트나 베이나이트 등의 경질인 상이 최대한 적은 마이크로 조직으로 할 필요가 있다. 이 관점에서, 본 발명에서는 펄라이트를 적극적으로 함유시키기로 했다. 또한, 페라이트가 많고 펄라이트가 적은 경우, 인장 강도는 억제되지만 다음과 같은 문제가 있다. 즉, 펄라이트가 적어지면 탄화물이 국소적으로 모이게 되어, 가열 중의 역변태에서의 탄소의 확산이 느려진다. 승온 속도가 일정한 경우, 확산 시간의 지연을 가열 온도로 보완할 필요가 있다. 그 결과, 열간 프레스에 의해 일정 이상의 강도를 확보하기 위한 최저 가열 온도를 높일 필요가 있다. 이 최저 가열 온도가 높아지면, 전술한 대로 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실이 생기기 쉬워진다. 이 관점에서도, 펄라이트를 적극적으로 함유시킬 필요가 있다.
본 발명자들은 구체적으로, 강판의 인장 강도: 1100MPa 이하를 달성함과 더불어, 상기 최저 가열 온도를 낮게 하기 위해서는, 전체 조직에서 차지하는 펄라이트의 면적률을 30% 이상으로 할 필요가 있다는 것을 발견했다. 상기 펄라이트의 면적률은, 바람직하게는 35% 이상, 보다 바람직하게는 40% 이상이다. 상기 펄라이트의 면적률을 30% 이상으로 함으로써, 마텐자이트나 베이나이트와 같은 경질인 상이나 페라이트의 생성을 억제할 수 있다. 펄라이트 분율이 많으면 많을수록, 경질상을 저감할 수 있지만, 펄라이트 분율의 필요 이상의 증가는 열연 권취 후의 유지의 장시간화 등 강판 제조면에서 불리해진다. 본 발명의 성분 범위에 있어서, 상기 펄라이트의 면적률의 상한은 90% 정도가 된다. 펄라이트 이외의 조직은 주로 페라이트인 것이 바람직하지만, 베이나이트나 마텐자이트 등의 경질상도, 전체 조직에서 차지하는 비율로 10면적% 이하이면 존재해도 된다.
상기 펄라이트의 면적률의 측정 방법은 후기의 실시예에 나타내는 방법으로 구해진다.
상기 마텐자이트나 베이나이트와 같은 경질인 상이나 페라이트의 생성을 억제하여, 상기 펄라이트 면적률: 30% 이상을 달성하기 위해서는, 후기의 제조 방법에서 상세히 기술하는 대로, 마무리 압연 온도를 일정 이상으로 하고, 또한 열연 강판 제조 시의 권취 온도를 고온화하는 것을 들 수 있다.
다음으로, 열간 프레스 시의 강판 표면의 산화 및 아연도금층의 소실을 억제하도록 예의 연구를 행했다. 상기 열간 프레스 시의 강판 표면의 산화 및 아연도금층의 소실을 억제하기 위해서는, 열간 프레스 직전의 가열의 온도를 최대한 억제하는 것이 유효하다. 그러나, 해당 가열 온도를 낮추면, 열간 프레스로 얻어지는 부재의 강도 확보가 곤란해진다. 특히, 통전 가열과 같이 가열 속도가 급속인 경우, 고강도를 얻기 위해서는 가열 온도를 높은 편으로 할 것이 요망된다.
그래서, 열간 프레스 시의 가열 온도를 낮게 하더라도, 열간 프레스에 의해 일정 이상의 강도의 부재를 얻기 위한 수단에 대하여 예의 연구를 행했다. 그 결과, 해당 열간 프레스에 이용하는 강판이, 하기에 나타내는 대로 일정 이상의 전위 밀도를 갖는 것이면 된다는 것을 발견했다.
강판의 전위 밀도가 10×1014/m2 이상
마이크로 조직의 전위 밀도를 높이는 것에 의해, 가열 시의 오스테나이트화를 촉진시킬 수 있다. 가열 시의 오스테나이트화를 촉진할 수 있으면, 부재 강도를 확보하기 위한 가열 온도를 낮게 하는 것이 가능해지고, 결과적으로 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실을 억제할 수 있다.
본 발명에서는, 열간 프레스 후의 강도, 즉 부재의 강도가, 후술하는 실시예에 나타내는 대로 마이크로 비커스 경도로 적어도 400Hv를 달성하는 것을 목적으로, 열간 프레스 시의 가열 온도: 900℃ 이하에서 상기 경도를 실현하기 위한 전위 밀도에 대하여 검토를 행했다.
그 결과, 강판의 전위 밀도가 10×1014/m2 이상이면 된다는 것을 발견했다. 상기 전위 밀도는, 바람직하게는 15×1014/m2 이상, 보다 바람직하게는 20×1014/m2 이상이다. 한편, 상기 전위 밀도가 지나치게 높으면 강판 강도가 필요 이상으로 높아져, 인장 강도 1100MPa 이하를 만족시키는 것이 곤란해진다. 따라서, 상기 전위 밀도는 30×1014/m2 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 28×1014/m2 이하이다.
상기 전위 밀도의 측정 방법은 후기의 실시예에 나타내는 방법으로 구해진다.
상기 전위 밀도: 10×1014/m2 이상을 만족시키는 강판은 해당 강판의 제조 시에 후술하는 조건의 냉간 압연을 행하는 것에 의해 얻어진다. 냉간 압연 후에, 강판에의 도금의 부여나 강판 강도의 조정을 위해서 소둔하는 경우가 있다. 그러나 강판에 도입한 전위 밀도는 해당 소둔에 의해 저하되기 쉽기 때문에, 소둔 조건, 특히 소둔 온도를 적절히 제어하여 전위 밀도를 유지할 필요가 있다. 상세는 후기의 제조 방법에 나타낸다.
이상, 본 발명의 특징인 강판의 Si량, 마이크로 조직 및 전위 밀도에 대하여 설명했다. 다음으로 상기 Si 이외의 원소에 대하여 설명한다. 한편, 전술한 Si를 포함해, 강 부품의 성분 조성은 강판과 동일하다.
C: 0.15% 이상 0.40% 이하
C는 열간 프레스하여 얻어지는 부재의 강도 확보를 위해서 중요한 원소이다. 부재 강도로서 마이크로 비커스 경도로 400Hv 이상을 달성하기 위해서는, C량을 0.15% 이상으로 할 필요가 있다. C량은, 바람직하게는 0.18% 이상, 보다 바람직하게는 0.20% 이상이다. 한편, C량이 0.40%를 초과하면 용접부의 강도가 저하된다. C량은, 바람직하게는 0.38% 이하, 보다 바람직하게는 0.35% 이하이다.
Mn: 1.50% 이상 3.00% 이하
Mn은 안정된 부재 강도를 얻기 위해서 유효한 원소이다. 상세하게는 Mn은, 열간 프레스에 있어서, 가열부터 열간 프레스 개시까지의 사이의 페라이트 등의 연질층의 생성을 억제하거나, 열간 프레스 중 및 열간 프레스 후의 냉각 과정에서의 페라이트 등의 연질층이나 베이나이트상의 생성을 억제하여, 안정된 부재 강도를 얻는 데 유효한 원소이다. 이 효과를 발휘시키기 위해, Mn량을 1.50% 이상으로 할 필요가 있다. Mn량은, 바람직하게는 1.60% 이상, 보다 바람직하게는 1.80% 이상, 더 바람직하게는 2.00% 이상이다. 한편, Mn량이 과잉이면, 열간 프레스 전의 강판 강도가 현저하게 상승하기 때문에, Mn량은 3.00% 이하로 한다. Mn량은, 바람직하게는 2.50% 이하, 보다 바람직하게는 2.30% 이하이다.
Ti: (N×48/14)% 이상 0.10% 이하
Ti는 강판 중의 N을 고정하여 B에 의한 담금질성을 확보하기 위해서 중요한 원소이다. 그 때문에, Ti량은 적어도 강판 중의 N을 모두 TiN으로서 고정시키는 양이 필요해진다. 또한, Ti는 마이크로 조직을 미세화하는 효과가 있어, 부재의 인성을 개선하는 효과도 갖는다. 이들 관점에서, Ti량은 (N×48/14)% 이상으로 한다. 상기 N은 강판 중의 질량%로의 N량을 말한다. Ti량은, 바람직하게는 0.02% 이상, 보다 바람직하게는 0.03% 이상이다. 한편, Ti량이 과잉이 되면, 강판 강도가 현저하게 상승하기 때문에, Ti량은 0.10% 이하로 한다. Ti량은, 바람직하게는 0.08% 이하, 보다 바람직하게는 0.06% 이하이다.
B: 0.0005% 이상 0.0050% 이하
B는 강판의 담금질성을 향상시키기 위해서 중요한 원소이다. 특히, B를 함유시켜 담금질성을 향상시키는 것에 의해, 부재 강도를 안정되게 얻을 수 있다. 해당 효과를 발휘시키기 위해서는, B를 0.0005% 이상 함유시킬 필요가 있다. B량은, 바람직하게는 0.0010% 이상, 보다 바람직하게는 0.0015% 이상이다. 한편, B량이 과잉이 되면, 조대한 철 보론 화합물이 석출되어, 인성이 저하된다. 따라서 B량은 0.0050% 이하로 한다. B량은, 바람직하게는 0.0040% 이하, 보다 바람직하게는 0.0035% 이하이다.
Al: 0% 초과 0.10% 이하
Al은 탈산에 필요한 원소이다. 이 관점에서, 0% 초과, 더욱이 0.01% 이상 포함할 수 있다. 그러나, Al량이 과잉이 되면 강판의 Ac3점이 상승한다. 강판의 Ac3점이 높아지면, 열간 프레스 시의 가열 온도를 높일 필요가 생겨, 전술한 대로 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실이 생기기 쉬워진다. 따라서 Al량은 0.10% 이하로 한다. Al량은, 바람직하게는 0.08% 이하, 보다 바람직하게는 0.06% 이하이다.
P, S, N은 불가피적으로 포함되는 원소이고, 부재의 용접성이나 인성의 확보, 표면 흠집 방지의 관점에서 억제할 필요가 있다. 이들 관점에서, P량은 0.05% 이하, 바람직하게는 0.02% 이하, S량은 0.01% 이하, 바람직하게는 0.008% 이하, N량은 0.010% 이하, 바람직하게는 0.0060% 이하로 한다. 더욱이, 불가피 불순물인 O도 상기와 마찬가지의 관점에서 0.001% 이하로 억제하는 것이 바람직하다. 어느 원소도 제로로 하는 것은 곤란하기 때문에 하한은 0% 초과이다.
본 발명의 강판, 및 해당 강판을 이용하여 얻어지는 강 부품의 성분은 상기한 바와 같고, 잔부는 철 및 불가피 불순물로 이루어진다. 또한, 상기 원소에 더하여, 하기에 나타내는 선택 원소를 적량 추가로 함유시키는 것에 의해, 담금질성 등을 더 높일 수 있다. 이하, 이들 원소에 대하여 상세히 기술한다.
Mo와 Cr 중 적어도 1종의 원소: 합계로 0% 초과 0.50% 이하
Mo와 Cr은 담금질성의 향상에 기여하는 원소이다. 해당 효과를 발휘시키기 위해서는, Mo와 Cr 중 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 합계로 0.01% 이상이다. 상기 「합계로」란, 단독인 경우에는 단독량을 나타내고, 복수 원소를 포함하는 경우에는 합계량인 것을 의미한다. 이하 동일하다.
한편, 이들 원소가 과잉으로 포함되면, 강판 강도가 상승하기 때문에, Mo와 Cr 중 적어도 1종의 원소의 함유량은 합계로 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 합계로 0.30% 이하이다.
Cu와 Ni 중 적어도 1종의 원소: 합계로 0% 초과 0.50% 이하
Cu와 Ni는 부재의 내지연파괴특성의 개선에 기여하는 원소이고, 필요에 따라서 함유시킬 수 있다. 상기 효과를 발휘시키기 위해서는, Cu와 Ni 중 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 합계로 0.05% 이상이다. 그러나, 이들 원소가 과잉으로 포함되면, 강판의 표면 흠집, 최종적으로는 부재의 표면 흠집의 발생 요인이 된다. 따라서, Cu와 Ni 중 적어도 1종의 원소는 합계로 0.50% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 합계로 0.30% 이하이다.
Nb, V 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 0.10% 이하
Nb, V 및 Zr은 Ti와 마찬가지로 마이크로 조직을 미세화하는 효과를 갖고 있다. 따라서, 예를 들면 Ti의 함유량을 N의 고정에 필요한 최소한으로 하고, 이들 원소로 마이크로 조직의 미세화를 실현할 수도 있다. 특히 고온에서의 오스테나이트립의 성장 억제에는, 이들 원소가 보다 효과적이다. 이 관점에서, Nb, V 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소는 합계로 0.005% 이상 함유시키는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 합계로 0.010% 이상이다. 한편, 이들 원소가 과잉으로 포함되면, 열간 프레스 전의 강판 강도가 상승한다. 따라서 Nb, V 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소의 함유량은 합계로 0.10% 이하로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 합계로 0.050% 이하이다.
본 발명의 강판에는, 해당 강판의 적어도 편면에 아연계 도금 또는 알루미늄계 도금이 실시되어 있어도 된다. 예를 들면 상기 아연계 도금의 경우, 편면당 약 10∼90g/m2의 도금 부착량으로 할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 열간 프레스용 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 발명의 강판을 얻기 위해서는, 하기에 나타내는 대로, 열간 압연 후의 권취 공정의 조건이나, 냉간 압연 공정, 소둔 공정의 조건을 제어할 필요가 있다. 환언하면, 권취까지의 공정은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 상기 성분 조성을 만족시키는 강을 통상의 방법으로 용제, 주조하여, 슬래브 등의 주편을 얻는다. 열간 압연을 행함에 있어서 상기 주편을 가열하지만, 가열 조건은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 약 1100∼1300℃의 온도에서 가열하는 것을 들 수 있다. 이어서, 열간 압연을 행하여 열연 강판을 얻는다. 열간 압연에 있어서, 마무리 압연 온도는 890∼950℃의 범위 내로 한다. 마무리 압연 온도가 890℃ 이하이면, 페라이트가 많아져 펄라이트 면적률이 감소하여, 규정량의 펄라이트 면적률을 확보할 수 없다. 상기 마무리 압연 온도는, 바람직하게는 900℃ 이상이다. 한편, 생산성을 확보하는 관점에서, 950℃ 이하로 한다. 바람직하게는 930℃ 이하이다.
상기 열간 압연 후에는,
(a) 550℃ 이상에서 권취하는 공정; 및
(b) 20% 이상의 냉연율로 냉간 압연을 행하는 공정;
을 순서대로 포함하도록 한다. 이하, 각 공정에 대하여 상세히 기술한다.
(a) 550℃ 이상에서 권취하는 공정
강판을 코일로 권취하는 온도를 550℃ 이상으로 하는 것에 의해, 규정량의 펄라이트를 확보할 수 있다. 이와 같이 권취 온도를 높이는 것에 의해, 열연 강판의 강도를 저하시켜, 후술하는 냉연율을 높일 수도 있다. 상기 권취 온도는, 바람직하게는 580℃ 이상, 보다 바람직하게는 630℃ 이상이다. 한편, 권취 온도의 상한은 강판 표면의 산화에 의한 열화의 관점에서 750℃ 정도이다.
또한, 소정의 온도에서 권취한 후, 500℃ 이상의 온도역에서 3시간 이상 유지하는 공정을 추가함으로써 펄라이트 분율을 보다 증가시킬 수 있다. 이 경우, 예를 들면 보온 박스에 코일을 투입하여, 보온 온도: 500℃ 이상, 바람직하게는 550℃ 이상으로, 그 상한은 650℃ 정도로 하고, 또한 보온 시간: 1시간 이상, 바람직하게는 2시간 이상, 그 상한이 4시간 정도인 조건에서 보온한다.
상기 (a)의 공정으로 열연 강판의 강도를 저감할 수 있으면, 하기의 냉간 압연에서 냉연율을 보다 높이는 것이 가능해진다. 그 결과, 강판의 전위 밀도를 높일 수 있어, 열간 프레스 시의 가열 온도 저감에 우위로 작용한다.
(b) 20% 이상의 냉연율로 냉간 압연을 행하는 공정
냉간 압연은 강판에 전위를 도입하기 위한 유효 수단이다. 냉간 압연에 의해 규정된 밀도 이상의 전위를 도입하기 위해, 냉간 압연율, 즉 냉연율을 20% 이상으로 한다. 냉연율은, 바람직하게는 25% 이상, 보다 바람직하게는 30% 이상이다. 한편, 냉연율의 상한은 설비 사양에 따라 적절히 결정하면 되고, 예를 들면 80% 이하로 할 수 있다. 본 발명은 강판의 인장 강도를 1100MPa 이하로 하는 것이지만, 해당 인장 강도를 보다 낮은 1000MPa 이하로 억제하기 위해서는, 상기 냉연율을 60% 미만으로 하는 것을 들 수 있다.
본 발명의 열간 프레스용 강판에는, 상기 냉간 압연한 그대로의 강판과 냉간 압연 후에 소둔을 실시한 강판이 포함된다. 상기 냉간 압연 후의 인장 강도가 1100MPa 이하인 경우, 냉간 압연한 그대로여도 된다. 그러나 냉간 압연에서는, 전위를 도입할 수 있는 한편, 강판의 인장 강도가 높아지기 쉽다. 따라서, 상기 냉간 압연 후의 강판, 즉 냉간 압연한 그대로의 강판의 인장 강도가 1100MPa을 초과하는 경우에는, 냉간 압연 후, 추가로 하기 (c)에 나타내는 조건의 소둔 공정을 거치는 것에 의해, 인장 강도의 저감을 도모한다.
(c) 소둔 온도: 500℃ 이상 640℃ 이하, 또한 500℃ 이상의 온도역의 체재 시간: 500초 이하의 조건에서 행하는 소둔 공정
소둔 공정에서는, 소둔 온도: 500℃ 이상에서 가열하는 것에 의해, 냉간 압연 후의 강판 강도의 저하를 도모할 수 있다. 상기 소둔 온도는, 바람직하게는 550℃ 이상이다. 한편, 소둔 온도가 640℃를 초과하면, 냉간 압연에 의해 높인 전위 밀도가 급속히 감소한다. 따라서 소둔 온도는 640℃ 이하로 한다. 소둔 온도는, 바람직하게는 620℃ 이하, 보다 바람직하게는 600℃ 이하이다.
또한, 상기 전위 밀도의 감소를 억제하기 위해서는, 500℃ 이상의 온도역에서의 체재 시간을 500초 이하로 한다. 이 체재 시간은 450초 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 400초 이하, 더 바람직하게는 350초 이하이다. 또한, 강판 강도의 저하를 도모하기 위해서는, 상기 체재 시간은 10초 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 20초 이상이다.
상기 소둔의 가열의 방법으로서, 노 가열, 통전 가열, 유도 가열 등을 채용할 수 있다. 상기 소둔의 분위기는 특별히 한정되지 않지만, 바람직하게는 비산화성 분위기 또는 환원성 분위기이다.
상기 강판의 적어도 편면에 아연계 도금 또는 알루미늄계 도금을 실시해도 된다. 해당 아연계 도금 또는 알루미늄계 도금의 형성 방법은 특별히 한정되지 않지만, 강판에 아연도금을 부여하는 경우에는, 상기 소둔 후에 460℃ 정도까지 냉각 후, 도금욕에 침지하여 도금층을 형성하면 된다. 필요에 따라서 추가로 도금층을 합금화해도 된다. 이 경우의 합금화는 전위 밀도의 저감을 억제하는 관점에서 500℃ 이하의 낮은 편의 온도에서 실시하는 것이 바람직하다. 또는, 상기 (c)의 소둔 공정과; 합금화 처리 공정, 즉 합금화 온도로 승온→필요에 따라서 합금화 온도에서 유지→냉각의 공정;에 있어서의, 500℃ 이상 640℃ 이하의 온도역의 체재 시간이 500초 이하가 되도록, 합금화 조건이나 합금화 후의 냉각 조건을 설정해도 된다.
열간 프레스
본 발명에서는, 열간 프레스, 즉 핫 스탬프의 조건은 특별히 한정되지 않고, 통상 행해지는 방법을 채용할 수 있다. 상기 열간 프레스는 가열 공정, 스탬핑 공정 및 냉각 공정을 포함한다. 이하, 각 공정에 대하여 설명한다.
가열 공정
가열 온도: 700∼900℃로 가열하고 나서 열간 프레스를 행한다. 상기 가열의 방법으로서, 노 가열, 통전 가열, 유도 가열 등을 채용할 수 있다. 가열 온도는 충분히 오스테나이트화를 도모하기 위해서 700℃ 이상으로 한다. 바람직하게는 750℃ 이상이다. 한편, 전술한 대로, 이 가열 온도가 지나치게 높으면, 강판 표면의 산화가 생기기 쉽고, 또한 열간 프레스용 강판으로서 아연도금 강판을 이용한 경우, 아연도금층이 소실되기 쉬워진다. 따라서, 상기 강판 표면의 산화나 상기 아연도금층의 소실을 억제하는 관점에서, 가열 온도는 900℃ 이하로 한다. 바람직하게는 880℃ 이하이다.
상기 가열 온도에서의 유지 시간은, 바람직하게는 30분 이하, 보다 바람직하게는 15분 이하, 더 바람직하게는 7분 이하이다. 이와 같이 유지 시간을 제어하는 것에 의해, 오스테나이트의 입성장이 억제되어, 열간의 수축성이나 핫 스탬프 성형품의 인성 등의 특성을 향상시킬 수 있다. 유지 시간의 하한은, 특별히 한정되지 않고 상기 온도 범위에 도달하면 되지만, 현실적으로는 엄밀한 제어가 어렵기 때문에, 노 가열의 경우에는 1분 이상, 통전 가열이나 유도 가열의 경우에는 수 초 이상이면 된다.
스탬핑 공정
스탬핑 공정에서는, 상기 가열 공정에 의해 가열된 강판에 스탬핑, 즉 프레스 가공을 실시한다. 해당 스탬핑의 개시 온도는 특별히 한정되지 않는다.
냉각 공정
냉각 공정에서는, 상기 가열 공정에 의해 가열된 강판, 및 해당 강판에 스탬핑을 실시하여 얻어지는 강 부품을 냉각한다. 한편, 여기에서의 냉각은 자연 냉각도 포함하고, 가열 공정의 직후부터 강판의 냉각이 개시된다.
상기 핫 스탬프 공정의 일례로서, 예를 들면, 상기 강판을 700∼900℃로 가열한 후, 예를 들면, 약 550℃ 이상의 온도에서 성형을 완료하는 방법을 들 수 있다. 상기 「성형을 완료」란 금형이 하사점 위치에 도달한 시점을 말한다. 한편, 통상의 열간 프레스에서는 강판 전체의 담금질 강화를 행하지만, 가열하는 영역이나 금형과의 접촉 영역을 강판의 일부로 한정하는 것에 의해, 강판의 일부 영역만을 담금질 강화할 수도 있다.
열간 프레스를 행하여 얻어진 강 부품에 대해, 트리밍이나, 천공 등의 절삭을 행하여, 예를 들면 자동차용 강 부품을 얻을 수 있다.
강 부품은 그대로의 상태 또는 상기 가공 등을 실시하여 자동차용 강 부품으로 해서 이용할 수 있다. 해당 자동차용 강 부품으로서, 예를 들면, 임팩트 바, 범퍼, 레인포스, 센터 필러 등을 들 수 있다.
본원은 2015년 3월 18일에 출원된 일본 특허출원 제2015-054873호 및 2015년 11월 30일에 출원된 일본 특허출원 제2015-234099호에 기초하는 우선권의 이익을 주장하는 것이다. 2015년 3월 18일에 출원된 일본 특허출원 제2015-054873호의 명세서의 전체 내용 및 2015년 11월 30일에 출원된 일본 특허출원 제2015-234099호의 명세서의 전체 내용이 본원의 참고를 위해 원용된다.
실시예
이하, 실시예를 들어 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 물론 하기 실시예에 의해 제한을 받는 것은 아니고, 전·후기의 취지에 적합할 수 있는 범위에서 적당히 변경을 가하여 실시하는 것도 물론 가능하며, 그들은 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실시예 1
이 실시예 1에서는, 강판 중의 Si량이 열간 프레스 시의 냉각 속도와 강판의 경도의 관계에 미치는 영향에 대하여 조사했다.
표 1에 나타내는 성분 조성을 만족시키는 50kg의 강괴를 용해시키고, 이 강괴를 1150℃로 가열해서 조압연하여 두께 30mm의 강판을 제작했다. 한편, 표 1에 있어서의 「sol.Al량」은 본 발명에서 규정된 Al량을 의미한다. 또한 표 1 및 후기의 표 3에 있어서, 첨가하지 않은 원소의 란에는 「-」로 나타내고 있다. 상기 강판을 1250℃까지 재차 가열하고, 열간 압연을 행하여 두께 2.3mm의 열연 강판을 제작했다. 그때, 마무리 압연 온도는 920℃로 하고, 열간 압연 종료 후 650℃까지 수냉한 후, 실제조 라인에서의 권취 후의 냉각 상태를 모의하기 위해서, 노 내 온도가 650℃인 유지로에 투입하여 30분 유지했다. 유지 후에는 유지로로부터 취출하여 자연 냉각했다. 이 강판을 산세해서 표면의 산화 스케일을 제거하고, 이어서 냉연율 39%의 냉간 압연을 행하여 두께 1.4mm의 냉연 강판을 얻었다. 냉간 압연 전의 열연한 그대로의 강판의 인장 강도는 모두 626MPa, 냉간 압연한 그대로의 강판의 인장 강도는 모두 1023MPa이었다.
Figure pct00001
다음으로 상기 냉연 강판을 이용하여, 신쿠이공 주식회사제의 열처리 재현 장치를 이용하여 도 1에 나타내는 패턴의 열처리를 행했다. 이 열처리는 열간 프레스를 행하여 고강도 부재를 얻을 때의 열이력을 모의한 것이다. 이 열처리에서는, 900℃로 가열하여 180초간 유지 후, 열간 프레스에서는 380℃까지의 사이에 프레스 성형을 행하지만, 본 실시예에서는 성형을 행하지 않고, 도 1에 나타내는 대로 380℃까지 CR1: 30℃/s로 냉각하고, 이어서 100℃까지 CR2: 0.4∼30℃/s로 냉각했다. 한편, 100℃에서 실온까지는 방랭으로 했다.
본 실시예에서는, 상기와 같이 CR2, 즉 380℃에서 100℃까지의 평균 냉각 속도를 변화시켰다. 이는 열간 프레스 시에, 강판의 부위에 따라 금형과의 접촉 정도가 상이한 것, 즉 강판의 부위에 따라 냉각 속도가 상이한 것을 모의한 것이다.
상기 열처리 후의 강판의 경도를 측정했다. 해당 경도는, 강판의 판두께 방향 단면의 판두께/4 위치에 있어서, 임의의 5개소의 마이크로 비커스 경도를 측정 하중 9.8N의 조건에서 측정하여, 평균치를 구했다. 그리고, 성형 후의 부위 사이의 냉각 불균일을 모의한 상기 여러 가지의 CR2와 마이크로 비커스 경도의 관계를 강판 중의 Si량별로 정리했다. 그 결과를 도 2에 나타낸다.
도 2의 결과로부터, 표 1의 강종 B와 같이 강판 중의 Si량이 부족한 경우는, 도 2의 ●으로 나타내는 바와 같이, 열간 프레스 후의 CR2의 변화에 따라 경도가 변화하고 있는 것을 알 수 있다. 이에 비해, 표 1의 강종 A와 같이 Si를 규정대로 많이 포함하는 강판의 경우는, 도 2의 ○로 나타내는 바와 같이, 열간 프레스 후의 냉각 속도가 변화하더라도 안정된 부재 경도가 얻어진다는 것, 즉 성형 후의 부위 사이의 냉각 속도 불균일이 생겼다고 하더라도 부위에 상관없이 안정된 강도를 확보할 수 있다는 것을 알 수 있다.
실시예 2
실시예 2에서는, 강판의 전위 밀도가 열간 프레스 시의 가열 온도에 미치는 영향에 대하여 조사했다. 상세하게는, 강판의 전위 밀도가 열간 프레스에 의해 일정 이상의 강도 확보에 필요한 가열 온도, 즉 최저 가열 온도에 미치는 영향에 대하여 조사했다.
표 2에 있어서의 No. 1과 2에서는, 다음과 같이 해서 냉연 강판을 준비했다. 표 1에 나타내는 강종 A이고 판두께 3.2mm인 열연 강판을, 실시예 1과 마찬가지의 조건에서 제작하여, 열연 시에 생긴 산화 스케일을 염산으로 제거한 후, 표 2에 나타내는 냉연율로 냉연을 실시하여 각각의 전위 밀도를 갖는 냉연 강판을 준비했다. 또한, 표 2에 있어서의 No. 3∼7은 후기의 실시예 3과 동일한 방법으로 마무리 압연 온도 920℃에서 열간 압연, 또한 권취 온도 650℃에서 권취하고, 표 2에 나타내는 바와 같이 냉연율을 변화시켜 여러 가지의 전위 밀도를 갖는 냉연 강판을 준비했다. 한편, No. 3∼5 및 7은 후기의 실시예 3의 표 4에 있어서의 No. 7∼10과 동일하다.
전위 밀도의 측정
강판의 전위 밀도는 X선 회절법에 의해 구했다. 상세는 다음과 같다. 측정 장치는 주식회사 리가쿠제 X선 회절 장치 RINT-1500을 이용했다. 구체적으로는 X선원 타겟으로서 Co를 사용하고, 선원 출력 40kV-200mA로 설정하고, 수광 모노크로메이터를 이용하여 선원을 단색화했다. 측정 샘플을 회절계에 설치하고, 연속 측정에 의해 2θ=40°∼130°까지의 X선 회절 강도를 측정했다.
회절 강도의 취입에 있어서는, 슬릿 조건을 발산 각도 1°, 산란 각도 1°, 슬릿폭 0.15mm로 하고, 측정 샘플의 회전 속도(X선 주사 속도)는 1.2°/min, 샘플링폭은 0.012°씩으로 했다.
상기 측정에 의해 얻어진 X선 회절 강도 데이터, 즉 X선 회절 프로파일로부터, α-Fe의 결정 회절면인 (110), (211), (220)면의 회절 피크폭(반치폭)을 피크 피팅에 의해 구했다. 이 피크폭에는, 측정 장치 자체가 가지는 고유의 값 및 2θ에 의한 겉보기의 피크폭의 변화의 양방을 포함하기 때문에, 이들의 영향을 Si 표준 분말 시료(NIST 로드번호 640c)의 측정 결과에 의해 보정하고, 이 보정치를 이용하여 Williamson-Hall법에 의해 각 샘플의 전위 밀도를 산출했다. 상기 Wiliamson-Hall법은 문헌 「재료와 프로세스 Vol. 17(2004) P396-P399」를 참조하면 된다.
열간 프레스에 의해 일정 이상의 강도 확보에 필요한 최저 가열 온도의 측정
다음으로, 각 냉연 강판을 이용하여, 열간 프레스에 의해 일정 이상의 강도 확보에 필요한 최저 가열 온도를 다음과 같이 해서 구했다. 즉, 열간 프레스 공정에 있어서의 가열을 모의한 열처리로서, 여러 가지의 가열 온도까지 냉연 강판을 가열하고, 해당 가열 온도에 도달 후, 유지함이 없이 실온까지 자연 방랭하여 시험용 강판을 얻었다. 상기 열처리는 후지전파공기 주식회사제의 열간 가공 재현 장치 「서모마스터 Z」를 이용하여 행했다. 또한 실온으로부터 상기 가열 온도까지의 평균 가열 속도는 100℃/s로 했다. 본 실시예에서는, 상기와 같이 냉연율이 여러 가지이기 때문에, 얻어지는 냉연 강판의 판두께는 여러 가지이다. 이 판두께에 의한 자연 방랭 속도의 차를 해소하기 위해, 상기 열처리에는, 냉간 압연 후의 강판을 연삭하여 판두께 1.4mm로 통일한 것을 이용했다.
다음으로, 상기 시험용 강판의 판두께 t/4 위치에 있어서 마이크로 비커스 경도를 각 가열 온도의 강판당 5점 측정하여 평균치를 구했다. 그리고 도 3에, 표 2의 No. 1과 No. 2에 대하여 예시하는 바와 같이, 가열 온도와 상기 마이크로 비커스 경도의 관계를 나타내는 곡선을 구했다. 도 3에 있어서 ○는 냉연율 39%의 No. 2의 데이터를 나타내고, △는 냉연율 0%의 No. 1의 데이터를 나타낸다. 이 도 3에 있어서 화살표로 나타내는 바와 같이, 마이크로 비커스 경도 400Hv의 선과 각 곡선의 교점의 가열 온도를 최저 가열 온도로서 구했다.
표 2에 전위 밀도와 최저 가열 온도의 결과를 나타낸다.
Figure pct00002
표 2로부터 다음 것을 알 수 있다. No. 1 및 4에 나타내는 바와 같이 전위 밀도가 매우 작은 경우에는, 최저 가열 온도가 높아졌다. 이에 비해 No. 2, 3 및 5∼7과 같이 전위 밀도가 높은 경우에는, 최저 가열 온도가 낮은 편으로 억제되었다. 즉, 냉연율이 일정 이상인 냉간 압연을 실시하는 것에 의해, 일정 이상의 전위 밀도가 도입되고, 이 일정 이상의 전위 밀도가 도입된 강판을 열간 프레스에 이용하는 것에 의해, 일정 이상의 강도 확보에 필요한 열간 프레스 시의 가열 온도를 대폭으로 억제할 수 있다. 이와 같이 열간 프레스 시의 가열 온도를 대폭으로 억제할 수 있으면, 열간 프레스 시의 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실을 억제할 수 있다.
실시예 3
실시예 3에서는, 강판의 제조 조건이 마이크로 조직이나 전위 밀도, 결과적으로 강판의 인장 강도나 최저 가열 온도에 미치는 영향에 대하여 조사했다.
표 1의 강종 A나 표 3의 강종 C의 성분과 거의 일치하는, 성분 조성이 질량%로, C: 0.22%, Si: 1.14%, Mn: 2.25%, P: 0.010%, S: 0.005%, sol.Al: 0.038%, N: 0.0035%, B: 0.0022%, 및 Ti: 0.021%를 포함하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물인 강종 AA의 강괴와, 표 3의 강종 C∼J의 강괴를 이용하여, 실기(實機)에 있어서, 가열 온도는 1200℃, 표 4에 나타내는 마무리 압연 온도에서 열간 압연을 행하고, 표 4에 나타내는 권취 온도에서 권취하여, 표 4에 나타내는 각 판두께의 열연 강판의 코일을 제조했다. 표 4의 No. 1은 열간 압연의 강판이다.
상기 열간 압연 후, 산세하고, 표 4의 No. 2, 3 및 7∼21에서는 표 4에 나타내는 냉연율로 냉간 압연을 행하여 표 4에 나타내는 각 판두께의 냉연 강판을 얻었다. 한편, 상기 No. 7∼21에서는 원하는 냉연율을 얻기 위해서, 열연 강판의 판두께와 냉연 강판의 판두께를 조정하여 실험을 행했다. 또한 표 4의 No. 4∼6에서는, 냉연율 52%로 냉간 압연을 행하여 판두께 1.6mm의 냉연 강판을 얻은 후, 해당 냉연 강판에 소둔을 실시했다. 해당 소둔은 신쿠이공 주식회사제의 열처리 재현 장치(CAL 시뮬레이터)를 이용하여, 표 4에 나타내는 조건, 즉 표 4에 나타내는 소둔의 온도와 유지 시간 및 500℃ 이상의 체재 시간을 변화시켜 행했다.
이들 여러 가지의 강판, 즉 No. 1의 열간 압연한 그대로의 강판, No. 2, 3 및 7∼21의 냉간 압연한 그대로의 강판, No. 4∼6의 냉간 압연 후에 소둔을 실시한 강판의 각 강판에 대하여, 마이크로 조직의 관찰 및 펄라이트 면적률의 측정을 행함과 더불어, 전위 밀도 및 인장 강도를 구했다. 상기 마이크로 조직의 관찰 및 펄라이트 면적률의 측정, 및 인장 강도의 측정은 하기와 같다. 상기 전위 밀도는 실시예 2에 기재된 방법으로 구했다. 더욱이 실시예 2와 마찬가지로 최저 가열 온도를 측정했다. 최저 가열 온도의 측정에서는, 그 열처리 전에 판두께 1.4mm로 표면 연삭해서 두께를 줄여, 모든 강판의 판두께를 일정하게 하고 나서 행했다. 이들 결과를 표 4에 나타낸다. 한편, 하기 표 4의 No. 14에서는, 강판의 인장 강도가 규정의 범위를 현저하게 벗어났기 때문에, 최저 가열 온도의 측정은 행하지 않았다.
마이크로 조직의 관찰 및 펄라이트 면적률의 측정
마이크로 조직의 관찰은 강판의 판두께의 1/4 위치를 배율 1000배로 SEM(Scanning Electron Microscope) 관찰하고, 그 시야에 있어서의 펄라이트의 면적률을 점산법에 의해 산출했다. SEM 사진의 1시야의 사이즈는 90μm×120μm이다. 점산법에 있어서의 메쉬 사이즈는 1시야를 세로 20점, 가로 20점으로 분할해서 실시했다. 즉, 1시야당 400점의 측정을 행하여 펄라이트의 면적률을 구하고, 합계 3시야의 평균치를 구했다. 한편, 본 발명에 있어서의 펄라이트에는 의사 펄라이트도 포함된다. 상기 마이크로 조직의 관찰은, 강판이 제품 코일인 상태에서는, 코일 폭 방향의 1/4 위치이고, 전술한 대로 강판의 판두께의 1/4 위치에서 행하면 된다. 또는 블랭킹 가공 후이고 열간 프레스 전의 강판의 임의의 위치에서 마이크로 조직의 관찰을 행해도 된다.
인장 강도의 측정
강판으로부터 인장 시험용 시험편으로서, JIS 5호 형상의 시험편을 잘라냈다. 그리고, 시마즈제작소제 AG-IS 250kN 오토그래프 인장 시험기를 이용하여, 변형 속도: 10mm/min으로 해서, JIS Z 2241에 규정된 방법으로, 강판의 인장 강도를 구했다.
Figure pct00003
Figure pct00004
표 3 및 표 4로부터 다음의 것을 알 수 있다. No. 1에 나타내는 대로, 열간 압연한 그대로의 강판에서는, 인장 강도는 1100MPa 이하를 달성할 수 있었지만, 규정량의 전위 밀도를 확보할 수 없어, 열간 프레스 시에 일정 이상의 강도를 얻기 위한 최저 가열 온도가 높아졌다. 해당 강판에서는, 열간 프레스 시의 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실을 충분히 억제하는 것이 어렵다.
No. 2는 상기 No. 1에 대해 냉연율 39%의 냉간 압연을 더 실시한 것이다. 이 No. 2에서 얻어진 냉연 강판은 전위 밀도가 높아 최저 가열 온도도 낮고, 또한 인장 강도 1100MPa 이하가 되어 있다. 한편, No. 3은 상기 No. 1에 대해 상기 No. 2보다도 높은 냉연율로 냉간 압연을 실시한 예이다. 이 No. 3과 같이 냉연율을 높인 경우, 전위 밀도는 충분히 높아 최저 가열 온도는 낮지만, 인장 강도가 1100MPa을 초과했다. 이와 같이 인장 강도가 높은 강판에 블랭킹 가공을 실시하면, 해당 블랭킹 가공에 이용하는 공구의 손상이나 마모가 생기기 쉽다.
No. 4∼6은 상기 No. 3의 냉연 강판에 대해, 여러 가지의 조건에서 소둔을 행한 예이다. 이 중 No. 4는 적절한 조건에서 소둔을 행했기 때문에, 필요한 전위 밀도를 확보하면서 강판의 인장 강도 저감도 실현할 수 있었다.
이에 비해, No. 5는 소둔 온도가 665℃여서 규정하는 온도 범위의 상한을 초과했기 때문에, 냉간 압연에 의해 확보한 전위 밀도의 감소가 현저하여, 최저 가열 온도가 높아졌다. 해당 강판에서는, 상기 No. 1과 마찬가지로, 열간 프레스 시의 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실을 충분히 억제하는 것이 어렵다. 또한 No. 6은 소둔 온도는 적절하지만 500℃ 이상의 체재 시간이 규정의 범위를 초과했기 때문에, 전위 밀도가 감소하여 최저 가열 온도가 높아졌다.
No. 7∼21은 표 3의 강종을 이용한 예이다. 이 중, No. 7∼14는 강종 C를 이용하고, 마무리 압연 온도, 권취 온도, 냉연율을 변경하여 냉간 압연의 강판을 제조한 예이다. 이들 예 중, No. 8은 냉연율이 지나치게 낮았기 때문에, 충분한 양의 전위 밀도를 확보할 수 없어, 최저 가열 온도가 높아졌다. No. 11과 No. 12는 마무리 압연 온도가 규정 범위를 하회했기 때문에, 페라이트가 많아져 소정량의 펄라이트를 확보할 수 없었다. 이들 예에서는, 페라이트량이 많기 때문에 강판의 인장 강도는 낮지만, 펄라이트가 부족하기 때문에 최저 가열 온도가 높아졌다. No. 14는 권취 온도가 지나치게 낮았기 때문에, 펄라이트를 확보할 수 없고 조직이 베이나이트만으로 되어 인장 강도가 1100MPa을 초과했다. 상기 No. 3과 마찬가지로, 이와 같이 인장 강도가 높은 강판에 블랭킹 가공을 실시하면, 해당 블랭킹 가공에 이용하는 공구의 손상이나 마모가 생기기 쉽다. 이에 비해 No. 7, 9, 10 및 13은 적절한 조건에서 강판을 제조했기 때문에, 필요한 전위 밀도를 확보하면서 강판의 인장 강도 저감도 실현할 수 있었다. 또한, No. 15∼21은 표 3의 강종 D∼J를 이용한 예이다. 이들 예도 적절한 조건에서 강판을 제조했기 때문에, 필요한 전위 밀도를 확보하면서 강판의 인장 강도 저감도 실현할 수 있었다.
이상에 나타내는 바와 같이, 본 발명에서 규정된 열간 프레스용 강판은 양호하게 블랭킹 가공을 행할 수 있고, 또한 열간 프레스의 가열 온도를 낮은 편으로 할 수 있으므로, 열간 프레스의 가열 시에 생길 수 있는 강판 표면의 산화나 아연도금층의 소실을 억제할 수 있다.

Claims (6)

  1. 강판의 성분이, 질량%로,
    C: 0.15% 이상 0.40% 이하,
    Si: 1.00% 이상 2.00% 이하,
    Mn: 1.50% 이상 3.00% 이하,
    Ti: (N×48/14)% 이상 0.10% 이하,
    B: 0.0005% 이상 0.0050% 이하,
    Al: 0% 초과 0.10% 이하,
    P: 0% 초과 0.05% 이하,
    S: 0% 초과 0.01% 이하, 및
    N: 0% 초과 0.010% 이하
    를 함유하고, 잔부가 철 및 불가피 불순물로 이루어지며,
    전위 밀도가 10×1014/m2 이상이고, 또한
    전체 조직에서 차지하는 펄라이트의 면적률이 30% 이상이고, 또
    인장 강도가 1100MPa 이하인 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강판의 성분이, 질량%로, 하기 (i)∼(iii) 중 하나 이상을 추가로 포함하는 열간 프레스용 강판.
    (i) Mo와 Cr 중 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 0.50% 이하
    (ii) Cu와 Ni 중 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 0.50% 이하
    (iii) Nb, V 및 Zr로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1종의 원소를 합계로 0% 초과 0.10% 이하
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 강판의 적어도 편면에 아연계 도금층 또는 알루미늄계 도금층을 갖는 열간 프레스용 강판.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 강판의 적어도 편면에 아연계 도금층 또는 알루미늄계 도금층을 갖는 열간 프레스용 강판.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 열간 프레스용 강판을 제조하는 방법으로서,
    상기 강판의 성분 조성을 만족시키는 강을
    마무리 압연 온도: 890∼950℃에서 열간 압연 후,
    550℃ 이상에서 권취하는 공정; 및
    20% 이상의 냉연율로 냉간 압연을 행하는 공정;을 순서대로 포함하고,
    상기 냉간 압연 후의 강판의 인장 강도가 1100MPa을 초과하는 경우에는, 상기 냉간 압연 후, 소둔 온도: 500℃ 이상 640℃ 이하, 또한 500℃ 이상의 온도역의 체재 시간: 500초 이하의 조건에서 소둔을 행하는 공정을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 강판의 제조 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 열간 프레스용 강판을 이용하여, 가열 온도: 700∼900℃에서 가열하고 나서 열간 프레스를 행하는 것을 특징으로 하는 강 부품의 제조 방법.
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