KR20180063303A

KR20180063303A - 핫 프레스 부재 및 그의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180063303A
Application number: KR1020187013032A
Authority: KR
Inventors: 코이치 나카가와; 신지로 가네코; 타케시 요코타; 카즈히로 세토
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2015-10-19
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2018-06-11
Also published as: MX2018004772A; CN108138289A; US20190093191A1; JP6222198B2; EP3366797A1; JP2017078188A; EP3366797A4; WO2017068756A1; EP3366797B1

Abstract

인장 강도 TS: 1500㎫ 이상의 고강도와, 균일 신장 uEl: 6.0％ 이상의 고연성과, 열 처리(베이킹 도장)를 실시했을 때에 항복 응력 YS가 150㎫ 이상 증가하는 우수한 열 처리 경화성을 모두 겸비하는 핫 프레스 부재를 제공한다. 본 발명의 핫 프레스 부재는, 소정의(특히 0.090％ 이상 0.30％ 미만의 저C, 또한, 3.5％ 이상 11.0％ 미만의 고Mn) 성분 조성과, 체적률로 70.0％ 이상의 마르텐사이트상과, 체적률로 3.0％ 이상 30.0％ 이하의 잔류 오스테나이트상을 포함하는 조직을 갖고, 전위 밀도가 1.0×10¹⁶/㎡ 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

핫 프레스 부재 및 그의 제조 방법

본 발명은, 박강판(thin steel sheet)을 핫 프레스(hot press)에 의해 성형하여 이루어지는 부재, 즉 핫 프레스 부재 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

최근, 지구 환경의 보전이라는 관점에서, 자동차의 연비 향상이 강하게 요망되고 있다. 그 때문에, 자동차 차체의 경량화가 강하게 요구되고 있다. 그래서, 자동차용 부재를 얇게 해도 안전성이 손상되지 않도록, 당해 부재의 소재가 되는 강판의 고강도화가 요구되고 있다. 그러나, 일반적으로, 강판의 강도가 높아짐에 따라 성형성이 저하되기 때문에, 고강도 강판을 소재로 한 부재의 제조에 있어서는, 성형이 곤란해지거나, 형상 동결성(shape fixability)이 악화되는 등의 문제가 발생하고 있었다.

그래서, 이러한 문제에 대하여, 강판에 핫 프레스 공법을 적용하여, 고강도 자동차용 부재를 제조하는 기술이 실용화되고 있다. 핫 프레스 공법에서는, 강판은 오스테나이트역으로 가열된 후, 프레스기까지 반송되고, 프레스기 내에서, 금형으로 소망 형상의 부재로 성형됨과 동시에 급랭된다. 이 금형 내에서의 냉각 과정(급랭)에 있어서, 부재의 조직은 오스테나이트상(phase)으로부터 마르텐사이트상으로 상(phase) 변태하고, 이에 따라, 소망 형상의 고강도 부재가 얻어진다.

또한, 최근에는, 탑승자의 안전성을 확보한다는 관점에서, 자동차용 부재의 내충격 특성의 향상이 요망되고 있다. 이 요망을 충족하기 위해서는, 충돌시의 에너지를 흡수하는 능력(충격 에너지 흡수능)을 높인다는 관점에서, 자동차용 부재의 균일 신장(uniform elongation)을 높게 하는 것이 효과적이다. 그 때문에, 고강도이면서, 균일 신장이 우수한 핫 프레스 부재가 강하게 요망되고 있다.

이러한 요망에 대하여, 특허문헌 1에는, 열간 프레스 성형법에 의해 박강판을 성형한 열간 프레스 성형품이 제안되어 있다. 특허문헌 1에 기재된 열간 프레스 성형품은, 질량％로, C: 0.15∼0.35％, Si: 0.5∼3％, Mn: 0.5∼2％, P: 0.05％ 이하, S: 0.05％ 이하, Al: 0.01∼0.1％, Cr: 0.01∼1％, B: 0.0002∼0.01％, Ti: (N의 함유량)×4∼0.1％, N: 0.001∼0.01％를 포함하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과, 면적률로, 마르텐사이트: 80∼97％, 잔류 오스테나이트: 3∼20％, 잔부 조직: 5％ 이하로 이루어지는 조직을 갖는다. 특허문헌 1에 기재된 기술에 의하면, 적정량의 잔류 오스테나이트를 잔존시킨 금속 조직을 얻을 수 있어, 성형품에 내재하는 연성을 보다 높게 한 열간 프레스 부품을 실현할 수 있다고 기재되어 있다.

또한, 특허문헌 2에는, 연성이 우수한 핫 프레스 부재가 제안되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 핫 프레스 부재는, 질량％로, C: 0.20∼0.40％, Si: 0.05∼3.0％, Mn: 1.0∼4.0％, P: 0.05％ 이하, S: 0.05％ 이하, Al: 0.005∼0.1％, N: 0.01％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 조성과, 조직 전체에 차지하는 페라이트상의 면적률이 5∼55％이고, 마르텐사이트상의 면적률이 45∼95％이고, 또한 페라이트상과 마르텐사이트상의 평균 입경이 7㎛ 이하인 마이크로 조직을 갖는 핫 프레스 부재로서, 인장 강도 TS: 1470∼1750㎫의 고강도와, 전체 신장 El: 8％ 이상의 고연성을 갖는다.

일본공개특허공보 2013-79441호 일본공개특허공보 2010-65293호

그러나, 특허문헌 1, 2에 기재된 기술에서는, C에 의한 마르텐사이트상의 강화에 의해 인장 강도 TS: 1500㎫ 이상의 고강도화가 달성되었지만, 충격 에너지 흡수능을 높인다는 관점에 있어서, 균일 신장이 불충분해진다는 문제가 있었다.

또한, 핫 프레스 부재는, 당해 부재의 제작 후에 베이킹 도장(baking finish)이 실시되는 것이 일반적이고, 그 베이킹 도장시의 열 처리에 의해, 항복 응력 YS가 증가한다. 여기에서, 내충격 특성을 높이기 위해서는, 균일 신장뿐만 아니라 YS가 높은 것도 중요하기 때문에, 베이킹 도장시의 열 처리에 의해, 가능한 한 크게 YS가 증가하는 바와 같은, 열 처리 경화성이 우수한 핫 프레스 부재가 요구되고 있다. 그러나, 특허문헌 1, 2에 기재된 기술은, 이러한 열 처리 경화성을 전혀 고려하고 있지 않다.

그래서 본 발명은, 상기 과제를 감안하여, 인장 강도 TS: 1500㎫ 이상의 고강도와, 균일 신장 uEl: 6.0％ 이상의 고연성과, 열 처리(베이킹 도장)를 실시했을 때에 항복 응력 YS가 150㎫ 이상 증가하는 우수한 열 처리 경화성을 모두 겸비하는 핫 프레스 부재와, 그의 유리한 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 명세서에 있어서, 「열 처리 경화성이 우수하다」란, 핫 프레스 부재를 열 처리 할 때, 열 처리 후의 항복 응력 YS와 열 처리 전의 항복 응력 YS의 차(이하, 「ΔYS」라고 칭함)가 150㎫ 이상인 특성을 가리킨다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명자들은, 인장 강도 TS: 1500㎫ 이상의 고강도를 갖는 핫 프레스 부재에 있어서의, 항복 응력 YS와 균일 신장 uEl에 영향을 미치는 각종 요인에 대해서 예의 검토한 결과, 이하의 인식을 얻었다.

(A) 균일 신장 uEl을 6.0％ 이상으로 높게 하기 위해서는, 잔류 오스테나이트를 적정량 갖는 조직이 필요하다. 그리고, C: 0.30질량％ 미만으로, 잔류 오스테나이트를 적정량 갖는 조직을 얻으려면, 3.5％ 이상의 Mn을 함유시킬 필요가 있다. 또한, Mn은, 강도 증가에도 기여하여, C: 0.30％ 미만에서도, 더 한층의 고강도를 확보할 수 있다.

(B) 핫 프레스 부재의 전위 밀도와 ΔYS에 상관이 있다. 그리고, ΔYS: 150㎫ 이상을 실현하기 위해서는, 핫 프레스 부재의 전위 밀도가 1.0×10¹⁶/㎡ 이상일 필요가 있다.

(C) 상기의 3.5％ 이상의 Mn을 함유하는 강판에 핫 프레스를 실시하기 전에, 당해 강판을 미리 페라이트-오스테나이트 2상 온도역으로 가열하고, 당해 온도역 내의 소정 온도에서 1시간 이상 48시간 이하 보존유지(retaining)하는 열 처리를 행하여, 오스테나이트에 Mn을 농화시킴으로써, 잔류 오스테나이트를 적정량 생성시킬 수 있다. 또한, 이와 같이 하여 얻은 강판에, 소정의 가열 공정과, 핫 프레스 성형 공정을 실시함으로써, 전위 밀도가 1.0×10¹⁶/㎡ 이상인 핫 프레스 부재를 얻을 수 있다.

본 발명은, 상기의 인식에 의해 완성된 것으로서, 그 요지 구성은 이하와 같다.

(1) 질량％로,

C: 0.090％ 이상 0.30％ 미만,

Mn: 3.5％ 이상 11.0％ 미만,

Si: 0.01∼2.5％,

P: 0.05％ 이하,

S: 0.05％ 이하,

Al: 0.005∼0.1％,

N: 0.01％ 이하를 포함하고,

잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과,

체적률로 70.0％ 이상의 마르텐사이트상과, 체적률로 3.0％ 이상 30.0％ 이하의 잔류 오스테나이트상을 포함하는 조직과,

인장 강도 TS: 1500㎫ 이상이고 또한 균일 신장 uEl: 6.0％ 이상인 인장 특성

을 갖고, 전위 밀도가 1.0×10¹⁶/㎡ 이상인 것을 특징으로 하는 핫 프레스 부재.

(2) 상기 성분 조성이 추가로, 질량％로, 하기 A∼E군 중으로부터 선택된 1군 또는 2군 이상을 함유하는 상기 (1)에 기재된 핫 프레스 부재.

기

A군: Ni: 0.01∼5.0％, Cu: 0.01∼5.0％, Cr: 0.01∼5.0％, Mo: 0.01∼3.0％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

B군: Ti: 0.005∼3.0％, Nb: 0.005∼3.0％, V: 0.005∼3.0％, W: 0.005∼3.0％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

C군: REM: 0.0005∼0.01％, Ca: 0.0005∼0.01％, Mg: 0.0005∼0.01％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상

D군: Sb: 0.002∼0.03％

E군: B: 0.0005∼0.05％

(3) 표면에 도금층을 갖는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 핫 프레스 부재.

(4) 상기 도금층이, Zn계 도금층 또는 Al계 도금층인 상기 (3)에 기재된 핫 프레스 부재.

(5) 상기 Zn계 도금층이, Ni: 10∼25질량％를 포함하는 상기 (4)에 기재된 핫 프레스 부재.

(6) 질량％로,

C: 0.090％ 이상 0.30％ 미만,

Mn: 3.5％ 이상 11.0％ 미만,

Si: 0.01∼2.5％,

P: 0.05％ 이하,

S: 0.05％ 이하,

Al: 0.005∼0.1％,

N: 0.01％ 이하를 포함하고,

잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 슬래브(slab)를 가열하고, 열간 압연하여, 열연 강판을 얻는 공정과,

상기 열연 강판을 Ac1점 이상 Ac3점 이하의 제1 온도로 가열하고, 당해 제1 온도에서 1시간 이상 48시간 이하 보존유지하고, 그 후 냉각하여, 제1 소재 강판을 얻는 공정과,

상기 제1 소재 강판을 Ac3점 이상 1000℃ 이하의 제2 온도로 가열하고, 이 제2 온도에서 900초 이하 보존유지하는 가열 공정과,

그 후, 상기 제1 소재 강판에, 성형용 금형을 이용하여 프레스 성형 및 퀀칭(quenching)을 동시에 실시하여, 핫 프레스 부재를 얻는 핫 프레스 성형 공정

을 갖는 것을 특징으로 하는 핫 프레스 부재의 제조 방법.

(7) 상기 가열 공정의 전에, 상기 제1 소재 강판을 냉간 압연하여, 냉연 강판을 얻는 공정과,

상기 냉연 강판을 Ac1점 이상 Ac3점 이하로 가열, 보존유지하고, 그 후 냉각하는 어닐링에 의해, 제2 소재 강판을 얻는 공정

을 추가로 갖고, 상기 제1 소재 강판을 대신하여 상기 제2 소재 강판에 대하여, 상기 가열 공정 및 상기 핫 프레스 성형 공정을 행하는, 상기 (6)에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

(8) 상기 성분 조성이 추가로, 질량％로, 하기 A∼E군 중으로부터 선택된 1군 또는 2군 이상을 함유하는 상기 (6) 또는 (7)에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

기

D군: Sb: 0.002∼0.03％

E군: B: 0.0005∼0.05％

(9) 상기 가열 공정의 전에, 상기 제1 소재 강판 또는 상기 제2 소재 강판의 표면에 도금층을 형성하는 공정을 추가로 갖는 상기 (6)∼(8) 중 어느 한 항에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

(10) 상기 도금층이, Zn계 도금층 또는 Al계 도금층인 상기 (9)에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

(11) 상기 Zn계 도금층이, Ni: 10∼25질량％를 포함하는 상기 (10)에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

(12) 상기 도금층의 부착량이, 편면당으로 10∼90g/㎡인 상기 (9)∼(11) 중 어느 한 항에 기재된 핫 프레스 부재의 제조 방법.

본 발명의 핫 프레스 부재는, 인장 강도 TS: 1500㎫ 이상의 고강도와, 균일 신장 uEl: 6.0％ 이상의 고연성과, 열 처리(베이킹 도장)를 실시했을 때에 항복 응력 YS가 150㎫ 이상 증가하는 우수한 열 처리 경화성을 모두 겸비한다. 또한, 본 발명의 핫 프레스 부재의 제조 방법에 의하면, 상기와 같은 핫 프레스 부재를 유리하게 얻을 수 있다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

(성분 조성)

본 발명의 일 실시 형태에 의한 핫 프레스 부재의 성분 조성에 대해서 설명한다. 이하, 특별히 언급이 없는 한, 「질량％」는 간단히 「％」라고 기술한다.

C: 0.090％ 이상 0.30％ 미만

C는, 강의 강도를 증가시키는 원소이다. 또한, 핫 프레스 부재에 대한 열 처리에서, 고용 C의 전위 고착에 의해 항복 응력이 높아진다. 이러한 효과를 얻고, 인장 강도 TS: 1500㎫ 이상을 확보하기 위해서는, C 함유량은 0.090％ 이상으로 한다. 한편, C 함유량이 0.30％ 이상인 경우, C에 의한 고용 강화량이 커지기 때문에, 핫 프레스 부재의 인장 강도 TS를 2300㎫ 미만으로 조정하는 것이 곤란해진다.

Mn: 3.5％ 이상 11.0％ 미만

Mn은, 강의 강도를 증가시킴과 함께, 오스테나이트 중에 농화되어, 오스테나이트의 안정성을 향상시키는 원소로서, 본 발명에서 가장 중요한 원소이다. 이러한 효과를 얻고, 인장 강도 TS: 1500㎫ 이상과, 균일 신장 uEl: 6.0％ 이상을 확보하기 위해서는, Mn 함유량은 3.5％ 이상으로 한다. 한편, Mn 함유량이 11.0％ 이상인 경우, Mn에 의한 고용 강화량이 커져, 핫 프레스 부재의 인장 강도 TS를 2300㎫ 미만으로 조정하는 것이 곤란해진다.

상기한 C 함유량과 Mn 함유량의 범위 내이면, 인장 강도 TS: 1500㎫ 이상, 바람직하게는 2300㎫ 미만의 범위 내에서, 안정적으로 균일 신장이 6.0％ 이상이 되는 인장 특성을 갖는 핫 프레스 부재를 얻을 수 있다. 또한, 더욱 자세하게는, 인장 강도 TS: 1500㎫ 이상 1700㎫ 미만의 강도를 확보하기 위해서는, C: 0.090％ 이상 0.12％ 미만이고 또한 Mn: 4.5％ 이상 6.5％ 미만으로 하거나, 혹은, C: 0.12％ 이상 0.18％ 미만이고 또한 Mn: 3.5％ 이상 5.5％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 인장 강도 TS: 1700㎫ 이상 1900㎫ 미만의 강도를 확보하기 위해서는, C: 0.090％ 이상 0.12％ 미만이고 또한 Mn: 6.5％ 이상 8.5％ 미만으로 하거나, 혹은, C: 0.12％ 이상 0.18％ 미만이고 또한 Mn: 5.5％ 이상 7.5％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 인장 강도 TS: 1800㎫ 이상 1980㎫ 미만의 강도를 확보하기 위해서는, C: 0.18％ 이상 0.30％ 미만이고 또한 Mn: 3.5％ 이상 4.5％ 미만으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 인장 강도 TS: 2000㎫ 이상 2300㎫ 미만의 강도를 확보하려면, C: 0.090％ 이상 0.12％ 미만이고 또한 Mn: 8.5％ 이상 11.0％ 미만으로 하거나, 혹은, C: 0.12％ 이상 0.18％ 미만이고 또한 Mn: 7.5％ 이상 11.0％ 미만으로 하거나, 혹은 C: 0.18％ 이상 0.30％ 미만이고 또한 Mn: 4.5％ 이상 6.5％ 미만으로 하는 것이 바람직하다.

Si: 0.01∼2.5％

Si는, 고용 강화에 의해, 강의 강도를 증가시키는 원소로서, 이러한 효과를 얻기 위해서는, Si 함유량은 0.01％ 이상으로 한다. 한편, Si 함유량이 2.5％를 초과하는 경우, 열간 압연시에 적스케일(red scale)이라고 칭해지는 표면 결함이 현저하게 발생함과 함께, 압연 하중이 증대한다. 따라서, Si 함유량은 0.01％ 이상 2.5％ 이하로 한다. 또한 Si 함유량은, 바람직하게는 0.02％ 이상이다. Si 함유량은, 바람직하게는 1.5％ 이하이다.

P: 0.05％ 이하

P는, 강 중에서는 불가피적 불순물로서 존재하고, 결정 입계 등에 편석하여, 부재의 인성을 저하시키는 등의 악영향을 미치는 원소로서, 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 0.05％까지는 허용할 수 있다. 따라서, P 함유량은 0.05％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.02％ 이하로 한다. 또한, 과도의 탈P 처리는 정련 비용의 상승을 초래하기 때문에, P 함유량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

S: 0.05％ 이하

S는, 불가피적으로 함유되고, 강 중에서는 황화물계 개재물로서 존재하여, 핫 프레스 부재의 연성, 인성 등을 저하시킨다. 이 때문에, S는 가능한 한 저감하는 것이 바람직하지만, 0.05％까지는 허용할 수 있다. 이러한 점에서, S 함유량은 0.05％ 이하로 하고, 보다 바람직하게는 0.005％ 이하로 한다. 또한, 과도의 탈S 처리는 정련 비용의 상승을 초래하기 때문에, S 함유량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

Al: 0.005∼0.1％

Al은, 탈산제로서 작용하는 원소로서, 이러한 효과를 발현시키기 위해서는, Al 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 한편, Al 함유량이 0.1％를 초과하는 경우, 질소와 결합하여 다량의 질화물이 생성되어, 소재로 하는 강판의 블랭킹 가공성(blanking workability)이나 퀀칭성(quench hardenability)이 저하한다. 이 때문에, Al 함유량은 0.005％ 이상 0.1％ 이하로 한다. 또한, Al 함유량은, 바람직하게는 0.02％ 이상이다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.05％ 이하이다.

N: 0.01％ 이하

N은, 통상은, 강 중에 불가피적으로 함유되지만, N 함유량이 0.01％를 초과하는 경우, 열간 압연이나 핫 프레스의 가열시에 AlN 등의 질화물이 형성되어, 소재로 하는 강판의 블랭킹 가공성이나 퀀칭성이 저하한다. 이 때문에, N 함유량은 0.01％ 이하로 한다. 또한, N 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0030％ 이상이다. N 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0050％ 이하이다. 또한, 특별히 조정하지 않고, 불가피적으로 함유되는 경우에는, N 함유량은 0.0025％ 미만 정도이다. 또한, 정련 비용이 증가하기 때문에, N 함유량은 0.0025％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기한 기본의 조성에 더하여 추가로, 이하의 임의 성분을 함유하는 성분 조성으로 해도 좋다.

Ni, Cu, Cr, Mo는 모두, 강의 강도를 증가시킴과 함께, 퀀칭성 향상에 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, 각 원소의 함유량을 0.01％ 이상으로 한다. 한편, 재료 비용을 상승시키지 않는 관점에서, Ni, Cu, Cr 함유량은 5.0％ 이하, Mo 함유량은 3.0％ 이하로 한다. 각 원소의 바람직한 함유량은, 0.01％ 이상 1.0％ 이하이다.

Ti, Nb, V, W는 모두, 석출 강화에 의해 강의 강도 증가에 기여함과 함께, 결정립의 미세화에 의해 인성 향상에도 기여하는 원소로서, 필요에 따라서 1종 또는 2종 이상을 선택하여 함유할 수 있다.

Ti는, 강도 증가, 인성 향상의 효과에 더하여, B보다도 우선적으로 질화물을 형성하여, 고용 B에 의한 퀀칭성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, Ti 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 한편, Ti 함유량이 3.0％를 초과하는 경우, 열간 압연시에 압연 하중이 극단적으로 증대하고, 또한, 핫 프레스 부재의 인성이 저하한다. 따라서, Ti를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.005％ 이상 3.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이상으로 한다. 바람직하게는 1.0％ 이하로 한다.

Nb에 의해 상기 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 한편, Nb 함유량이 3.0％를 초과하는 경우는, 탄질화물량이 증대하여, 연성이나 내지연 파괴성이 저하한다. 따라서, Nb를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.005％ 이상 3.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.05％로 한다.

V는, 강도 증가, 인성 향상의 효과에 더하여, 석출물이나 정출물로서 석출하여, 수소의 트랩 사이트(hydrogen trap site)로서 내수소 취성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, V 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 한편, V 함유량이 3.0％를 초과하는 경우, 탄질화물량이 현저하게 증대하여, 연성이 저하한다. 따라서, V를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.005％ 이상 3.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이상으로 한다. 바람직하게는 2.0％ 이하로 한다.

W는, 강도 증가, 인성 향상의 효과에 더하여, 내수소 취성을 향상시키는 효과를 갖는다. 이러한 효과를 얻기 위해서는, W 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 한편, W 함유량이 3.0％를 초과하는 경우, 연성이 저하한다. 따라서, W를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.005％ 이상 3.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.01％ 이상으로 한다. 바람직하게는 2.0％ 이하로 한다.

REM, Ca, Mg는, 모두 개재물의 형태 제어에 의해, 연성이나 내수소 취성을 향상시키는 원소로서, 필요에 따라서 선택하여 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, 각 원소의 함유량은 0.0005％ 이상으로 한다. 한편, 열간 가공성을 저하시키지 않는 관점에서, REM 함유량, Ca 함유량은 모두 0.01％ 이하로 한다. 또한, 조대한(coarse) 산화물이나 황화물의 생성에 의해 연성을 저하시키지 않는 관점에서, Mg 함유량은 0.01％ 이하로 한다. 각 원소의 바람직한 함유량은, 0.0006∼0.01％이다.

D군: Sb: 0.002∼0.03％

Sb는, 강판의 가열, 냉각시에 있어서, 강판 표층에 있어서의 탈탄층의 형성을 억제하기 때문에, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, Sb 함유량은 0.002％ 이상으로 한다. 한편, Sb 함유량이 0.03％를 초과하는 경우, 압연 하중의 증대를 초래하여, 생산성을 저하시킨다. 이 때문에, Sb를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.002％ 이상 0.03％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.002％ 이상 0.02％ 이하로 한다.

E군: B: 0.0005∼0.05％

B는, 핫 프레스시의 퀀칭성 향상이나 핫 프레스 후의 인성 향상에 기여하기 때문에, 필요에 따라서 함유할 수 있다. 이 효과를 얻기 위해서는, B 함유량은 0.0005％ 이상으로 한다. 한편, B 함유량이 0.05％를 초과하는 경우, 열간 압연시의 압연 하중의 증가나, 열간 압연 후에 마르텐사이트상이나 베이나이트상이 발생하여 강판의 균열이 발생하는 경우가 있다. 따라서, B를 함유하는 경우, 그 함유량은 0.0005％ 이상 0.05％ 이하로 하고, 바람직하게는 0.0005％ 이상 0.01％ 이하로 한다.

상기한 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불가피적 불순물로 이루어진다. 또한, 불가피적 불순물로서는, O(산소): 0.0100％ 이하를 허용할 수 있다.

(조직)

본 발명의 일 실시 형태에 의한 핫 프레스 부재의 조직에 대해서 설명한다.

마르텐사이트상: 체적률로 70.0％ 이상

인장 강도 TS: 1500㎫ 이상을 확보하기 위해서는, 체적률로 70.0％ 이상의 마르텐사이트상을 주상(main phase)으로 할 필요가 있다. 또한, 마르텐사이트상은, 소망량의 잔류 오스테나이트상을 함유하기 위해, 많아도 97％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

잔류 오스테나이트상: 체적률로 3.0∼30.0％

잔류 오스테나이트상은, 변형시의 TRIP 효과(변태 유기 소성)에 의해 균일 신장을 높이는, 본 발명에서 가장 중요한 조직이다. 본 실시 형태에서는, 균일 신장 uEl: 6.0％ 이상을 실현하기 위해, 체적률로 3.0％ 이상의 잔류 오스테나이트상을 함유시킨다. 한편, 잔류 오스테나이트상의 체적률이 30.0％를 초과하면, TRIP 효과를 발현한 후에 변태한 경질인 마르텐사이트상이 지나치게 많아져, 인성이 저하한다. 따라서, 잔류 오스테나이트상의 체적률은, 3.0％ 이상 30.0％ 이하로 한다. 잔류 오스테나이트상의 체적률은, 바람직하게는 5.0 이상으로 한다. 잔류 오스테나이트상의 체적률은, 바람직하게는 20.0％ 이하로 한다.

또한, 상기 적정량의 잔류 오스테나이트상을 생성하려면, 적당량의 Mn을 함유하는 강판을 이용하는 것, 당해 강판에 핫 프레스 전에 소정의 열 처리를 실시하여, Mn을 오스테나이트 중에 농화시키는 것, 나아가서는 핫 프레스시의 가열 공정을 적정화하는 것이 중요해진다.

또한, 마르텐사이트상과 잔류 오스테나이트상 이외의 잔부는, 합계로 체적률로 10％ 이하(0％를 포함함)의, 베이나이트상, 페라이트상, 시멘타이트, 펄라이트를 허용할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 각 상의 체적률의 결정은, 다음과 같이 하여 행하는 것으로 한다.

우선, 잔류 오스테나이트의 체적률은, 이하의 방법으로 구한다. 핫 프레스 부재로부터, X선 회절용 시험편을 잘라내어, 두께 1/4면이 측정면이 되도록 기계 연마, 화학 연마를 실시한 후, X선 회절을 행한다. 입사 X선에는 CoKα선을 사용하여, 잔류 오스테나이트(γ)의 {200}면, {220}면, {311}면의 피크의 적분 강도와, 페라이트(α)의 {200}면, {211}면의 피크의 적분 강도를 측정한다. α{200}-γ{200}, α{200}-γ{220}, α{200}-γ{311}, α{211}-γ{200}, α{211}-γ{220}, α{211}-γ{311}의 계 6패턴에 대해서, 적분 강도비로부터 구해지는 잔류 γ체적률을 각각 산출한다. 이들의 평균값을 「잔류 오스테나이트상의 체적률」이라고 한다.

다음으로, 잔부 조직의 체적률은, 이하의 방법으로 구한다. 핫 프레스 부재로부터, 압연 방향에 평행이고, 또한 압연면에 수직인 면이 관찰면이 되도록, 조직 관찰용 시험편을 채취한다. 관찰면을 연마하여, 3vol.％ 나이탈액(nital solution)으로 부식하여 조직을 현출하고, 판두께 1/4이 되는 위치의 조직을 주사형 전자 현미경(배율: 1500배)으로 관찰하여, 촬상한다. 얻어진 조직 사진으로부터, 화상 해석에 의해, 조직의 동정(identification)과, 조직 분율을 구한다. 비교적 평활한 면에서 검게 관찰되는 상은 페라이트상으로 하고, 결정 입계에 필름 형상 또는 덩어리 형상으로 하얗게 관찰되는 상은 시멘타이트로 하고, 페라이트상과 시멘타이트가 층 형상으로 형성된 상을 펄라이트로 하고, 라스(laths) 사이에 탄화물이 생성된 상 및 입 내에 탄화물을 갖지 않는 베이니틱페라이트로 구성되는 상을 베이나이트상으로 동정한다. 조직 사진 중의 각 상의 점유 면적률을 구하고, 조직이 3차원적으로 균질이라고 간주하여, 면적률을 체적률로 했다.

「마르텐사이트상의 체적률」은, 상기한 잔부 조직의 체적률과 잔류 오스테나이트상의 체적률을 100％로부터 뺀 값으로 했다.

(전위 밀도)

전위 밀도: 1.0×10¹⁶/㎡ 이상

핫 프레스 부재의 전위 밀도는, ΔYS에 영향을 미치는 본 발명에 있어서 가장 중요한 지표이다. 핫 프레스 부재에 열 처리(베이킹 도장)를 실시했을 때에, 가동 전위에 고용 C가 고착하여, 항복 응력 YS가 상승하는 것이라고 생각된다. ΔYS: 150㎫ 이상을 실현하기 위해서는, 핫 프레스 부재의 전위 밀도가 1.0×10¹⁶/㎡ 이상일 필요가 있다. 전위 밀도의 상한은 실질적으로 5.0×10¹⁶/㎡이다. 핫 프레스 부재의 전위 밀도는, 바람직하게는 1.2×10¹⁶/㎡ 이상이다. 핫 프레스 부재의 전위 밀도는, 바람직하게는 4.5×10¹⁶/㎡ 이하이다.

본 발명에 있어서, 전위 밀도는 이하의 방법으로 구한다. 핫 프레스 부재로부터 X선 회절용 시험편을 잘라내어, 두께 1/4면이 측정면이 되도록 기계 연마, 화학 연마를 실시한 후, X선 회절을 행한다. 입사 X선에는 CoKα₁선을 사용하여,α{110}, α{211}, α{220}의 피크의 반값폭을 실측한다. 변형이 없는 표준 시험편(Si)을 사용하여, 실측한 α{110}, α{211}, α{220}의 피크의 반값폭을 참반값폭(true half-value widths)으로 보정한 후, Willaimson-Hall법에 기초하여, 변형(ε)을 구한다. 전위 밀도(ρ)는, 변형(ε)과 버거스 벡터(Burgers vector)(b＝0.286㎚)를 이용하여, 다음식으로 구해진다.

ρ＝14.4×ε²/b²

(특성)

본 실시 형태의 핫 프레스 부재는, 인장 강도 TS: 1500㎫ 이상, 바람직하게는 2300㎫ 미만의 고강도와, 균일 신장 uEl: 6.0％ 이상, 실질적으로는 20％ 이하의 고연성과, ΔYS가 150㎫ 이상, 실질적으로는 300㎫ 이하인 특성을 갖는다.

(도금층)

본 발명의 일 실시 형태에 의한 핫 프레스 부재는, 도금층을 갖는 것이 바람직하다.

핫 프레스 부재의 소재로서 사용하는 강판이 도금 강판인 경우에는, 얻어진 핫 프레스 부재의 표층에 도금층이 잔존하게 된다. 이 경우, 핫 프레스의 가열시에 스케일 생성이 억제된다. 그 때문에, 표면의 스케일 박리를 행하는 일 없이 핫 프레스 부재를 사용에 제공할 수 있어, 생산성이 향상한다.

도금층은, Zn계 도금층 또는 Al계 도금층으로 하는 것이 바람직하다. 내식성이 필요시되는 경우는, Al계 도금층보다도 Zn계 도금층이 우수하다. 이는, 아연의 희생 방식 작용(sacrificial protection effect)에 의해, 지철(steel substrate)의 부식 속도를 저하할 수 있기 때문이다. 또한, 도금 강판을 핫 프레스하는 경우, 핫 프레스 공정에 있어서의 가열 초기에 산화 아연막이 형성되어, 그 후의 핫 프레스 부재의 처리에 있어서 Zn의 증발을 방지할 수 있다.

또한, Zn계 도금으로서는, 일반적인 용융 아연 도금(GI), 합금화 용융 아연 도금(GA), Zn-Ni계 도금 등을 예시할 수 있지만, 그 중에서도, Zn-Ni계 도금이 바람직하다. Zn-Ni계 도금층은, 핫 프레스 가열시의 스케일 생성을 현저하게 억제하는 것에 더하여, 액체 금속 취화 균열도 막을 수 있다. 이 효과를 얻는 관점에서, Zn-Ni계 도금층은 10∼25질량％의 Ni를 포함하는 것이 바람직하다. Ni가 25％를 초과하여 함유되어도, 이 효과는 포화한다.

Al계 도금층으로서는, Al-10질량％ Si 도금을 예시할 수 있다.

(제조 방법)

본 발명의 일 실시 형태에 있어서의 핫 프레스 부재의 제조 방법을 설명한다. 우선, 상기의 성분 조성을 갖는 슬래브를 가열하고, 열간 압연하여, 열연 강판을 얻는다. 그 후, 이 열연 강판에 후술하는 소정의 열 처리(Mn 농화 열 처리)를 실시하여, 제1 소재 강판을 얻는다. 그 후, 임의로, 상기 제1 소재 강판을 냉간 압연하여, 냉연 강판을 얻고, 계속해서, 이 냉연 강판에 소정의 어닐링을 행하여, 제2 소재 강판을 얻는다.

이와 같이 하여 얻은 제1 소재 강판 또는 제2 소재 강판에 대하여, 소정의 가열 공정과 핫 프레스 성형 공정을 행하여, 핫 프레스 부재를 얻는다. 이하, 각 공정을 상세하게 설명한다.

<열연 강판을 얻는 공정>

열연 강판을 얻는 공정은 특별히 한정되지 않고, 정법에 따르면 좋다. 상기의 성분 조성을 갖는 용강을, 전로(converter) 등에서 용제하고, 매크로 편석을 방지하기 위해 연속 주조법으로 슬래브로 하는 것이 바람직하다. 또한, 연속 주조법을 대신하여, 조괴법(ingot casting method), 혹은 박슬래브 연주조법(thin slab continuous casting method)을 이용해도 좋다.

얻어진 슬래브는, 일단, 실온까지 냉각된 후, 재가열을 위해 가열로(heating furnace)에 장입 된다. 단, 슬래브를 실온까지 냉각하는 일 없이, 온편(warm slab) 그대로 가열로에 장입하는 프로세스나, 슬래브를 단시간 보열한 후, 즉시 열간 압연하는 프로세스 등의 에너지 절약 프로세스도 적용할 수 있다.

얻어진 슬래브는, 소정의 가열 온도로 가열된 후, 열간 압연되어, 열연 강판이 된다. 가열 온도로서는, 1000∼1300℃를 예시할 수 있다. 가열된 슬래브는, 통상, 마무리 압연 입측 온도가 1100℃ 이하이고, 마무리 압연 출측 온도가 800∼950℃인 조건에서 열간 압연되고, 평균 냉각 속도: 5℃/s 이상의 조건에서 냉각되고, 300∼750℃의 권취 온도에서 코일 형상으로 권취되어, 열연 강판이 된다.

계속해서, 열연 강판을 Ac1점 이상 Ac3점 이하의 제1 온도로 가열하고, 당해 제1 온도에서 1시간 이상 48시간 이하 보존유지하고, 그 후 냉각하여, 제1 소재 강판을 얻는다. 이 처리는, 오스테나이트에 Mn을 농화시키는 것으로서, 잔류 오스테나이트를 적정량 갖고 균일 신장 uEl: 6.0％ 이상을 실현하고, 또한, 전위 밀도가 1.0×10¹⁶/㎡ 이상으로서ΔYS: 150㎫ 이상을 실현하는 핫 프레스 부재를 제조하기 위해 가장 중요한 프로세스가 된다.

가열 온도: Ac1점 이상 Ac3점 이하

열연 강판을 페라이트-오스테나이트 2상 온도역으로 가열하여, 오스테나이트에 Mn을 농화시킨다. Mn이 농화한 오스테나이트에서는, 마르텐사이트 변태 종료 온도가 실온 이하가 되어, 잔류 오스테나이트가 생성되기 쉬워진다. 가열 온도가 Ac1점 미만에서는, 오스테나이트가 생성되지 않아, Mn을 오스테나이트로 농화시킬 수 없다. 한편, 가열 온도가 Ac3점을 초과하면, 오스테나이트 단상 온도역이 되어, 오스테나이트로의 Mn 농화가 행해지지 않는다. 또한, 가열 온도가 Ac1점 미만인 경우와 Ac3점을 초과하는 경우의 어느 것도, 핫 프레스 부재의 전위 밀도를 1.0×10¹⁶/㎡ 이상으로 할 수 없다. 따라서, 가열 온도는 Ac1점 이상 Ac3점 이하로 한다. 가열 온도는, 바람직하게는 (Ac1점＋20℃) 이상으로 한다. 가열 온도는, 바람직하게는 (Ac3점－20℃) 이하로 한다.

또한, Ac1점(℃) 및 Ac3점(℃)은, 하기식을 사용하여 산출한 값을 이용하는 것으로 한다.

Ac1점(℃)＝751－16C＋11Si－28Mn－5.5Cu－16Ni＋13Cr＋3.4Mo

Ac3점(℃)＝910－203C^1/2＋44.7Si－4Mn＋11Cr

여기에서, 식 중의 C, Si, Mn, Ni, Cu, Cr, Mo는, 각 원소의 함유량(질량％)이고, 상기 원소가 함유되어 있지 않은 경우에는, 당해 원소의 함유량을 영(zero)으로 하여 산출한다.

가열 보존유지 시간: 1시간 이상 48시간 이하

오스테나이트로의 Mn의 농화는, 가열 보존유지 시간의 경과에 수반하여 진행된다. 가열 보존유지 시간이 1시간 미만에서는, Mn의 오스테나이트로의 농화가 불충분하여, 소망하는 균일 신장이 얻어지지 않는다. 또한, 가열 보존유지 시간이 1시간 미만인 경우, Mn 농화가 불충분하여, 핫 프레스 공정에서의 Ms점이 저하하지 않아, 핫 프레스 부재의 전위 밀도를 1.0×10¹⁶/㎡ 이상으로 할 수 없다. 한편, 가열 보존유지 시간이 48시간을 초과하면, 펄라이트가 생성되어, 소망하는 균일 신장이 얻어지지 않는다. 또한, 핫 프레스 부재의 전위 밀도를 1.0×10¹⁶/㎡ 이상으로 할 수 없다. 따라서, 가열 보존유지 시간은 1시간 이상 48시간 이하로 한다. 가열 보존유지 시간은, 바람직하게는 1.5시간 이상으로 한다. 가열 보존유지 시간은, 바람직하게는 24시간 이하로 한다.

또한, Ms점(℃)은, 하기식을 사용하여 산출한 값을 이용하는 것으로 한다.

Ms점(℃)＝539－423C－30.4Mn－17.7Ni－12.1Cr－7.5Mo

여기에서, 식 중의 C, Mn, Ni, Cr, Mo는, 각 원소의 함유량(질량％)이고, 상기 원소가 함유되어 있지 않은 경우에는, 당해 원소의 함유량을 영으로 하여 산출한다.

가열 보존유지 후의 냉각은, 특별히 한정되지 않고, 사용하는 가열로 등에 따라서 적절히, 방랭(서랭), 혹은 제어 냉각으로 하는 것이 바람직하다.

이 Mn 농화 열 처리는, 배치 어닐링로(batch annealing furnace)나 연속 어닐링로에서 행하는 것이 바람직하다. 배치 어닐링로에서의 처리 조건은, 상기한 조건 이외는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 가열 속도는 40℃/hr 이상으로 하고, 가열 보존유지 후의 냉각 속도는, 40℃/hr 이상으로 하는 것이, Mn 농화의 관점에서 바람직하다. 또한, 연속 어닐링로에서의 처리 조건에 대해서도, 상기한 것 이외는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 상기한 가열 보존유지를 행한 후, 열연 강판을 10℃/s 이상의 평균 냉각 속도로 350∼600℃의 온도역의 냉각 정지 온도까지 냉각하고, 계속해서, 당해 온도역에서 10∼300초 체류시키고, 그 후, 냉각하여, 권취하는 처리로 하는 것이 제조성의 관점에서 바람직하다.

이와 같이 하여 제작된 제1 소재 강판은, 핫 프레스용 강판으로서 사용할 수 있다. 제1 소재 강판의 조직은, 라스 형상의 제2상 중의 Mn 농도를 Mns, 라스 형상의 페라이트 중의 Mn 농도를 Mnα로 했을 때, Mns/Mnα가 1.2 이상인 것을 특징으로 한다. 「제2상」이란, 페라이트 이외의 잔부 조직(오스테나이트, 마르텐사이트, 펄라이트, 베이나이트)이다. Mns/Mnα가 1.2 미만인 것은, 오스테나이트로의 Mn 농화가 불충분한 것을 의미하고, 핫 프레스 공정 후에 충분한 균일 신장 및 전위 밀도를 얻을 수 없다.

<냉연 강판을 얻는 공정>

그 후, 제1 소재 강판을 후술의 가열 공정 및 핫 프레스 성형 공정에 제공하는 일 없이, 제1 소재 강판을 냉간 압연하여, 냉연 강판으로 해도 좋다. 냉간 압연시의 압하율은, 그 후의 어닐링이나 핫 프레스 직전의 가열 공정을 행할 때의 이상 입 성장(abnormal grain growth)을 방지하기 위해, 30％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50％ 이상으로 한다. 또한, 압연 부하가 증가하여, 생산성이 저하하기 때문에, 압하율은 85％ 이하로 하는 것이 바람직하다.

<어닐링 공정>

그 후, 냉연 강판을 Ac1점 이상 Ac3점 이하로 가열, 보존유지하고, 그 후 냉각하는 어닐링에 의해, 제2 소재 강판을 얻는다. 어닐링 온도는 Ac1점 이상 Ac3점 이하의 소정 온도로 하는 것이 바람직하다. 이는, 당해 어닐링 공정에 있어서, 추가로 오스테나이트로의 Mn 농화가 촉진되기 때문이다. 당해 소정 온도에서의 보존유지 시간은 특별히 한정되지 않지만, 30초 이상 300초 이하가 바람직하다. 30초 이상으로 하면, Mn 농화의 효과가 충분히 얻어지고, 300초 이하이면 생산성을 해치는 일이 없다.

또한, 각 공정 간에, 산 세정을 하는 공정(pickling), 조질 압연(temper rolling)을 하는 공정을 적절히 끼워 넣어도 좋은 것은 물론이다.

이와 같이 하여 제작된 제2 소재 강판은, 핫 프레스용 강판으로서 사용할 수 있다. 제2 소재 강판의 조직은, 페라이트의 평균 입경이 10㎛ 이하, 제2상의 평균 입경이 10㎛ 이하이고, 제2상 중의 Mn 농도를 Mns, 페라이트 중의 Mn 농도를 Mnα로 했을 때, Mns/Mnα가 1.5 이상인 것을 특징으로 한다. 또한, 「페라이트의 평균 입경」 및 「제2상의 평균 입경」은, 이하의 방법으로 구했다. 제2 소재 강판으로부터, 압연 방향에 평행이고, 또한 압연면에 수직인 면이 관찰면이 되도록, 조직 관찰용 시험편을 채취한다. 관찰면을 연마하여, 3vol.％ 나이탈액으로 부식하여 조직을 현출하고, 판두께 1/4이 되는 위치의 조직을 주사형 전자 현미경(배율: 1500배)으로 관찰하여, 촬상한다. 얻어진 조직 사진으로부터, 이미 서술한 기준에 기초하여 조직을 동정했다. 페라이트 및 제2상의 평균 입경은, JIS G 0551(2005)에 기재된 선분법으로 구했다.

Mns/Mnα는, 이하의 방법으로 구했다. 조직 관찰용 시험편을 채취 후, 관찰면을 연마하여, 3vol.％ 나이탈액으로 부식하여 조직을 현출하고, 판두께 1/4이 되는 위치의 조직을 EPMA(Electron Probe Micro Analyzer; 전자 프로브 마이크로 애널라이저)로 관찰하여, 페라이트 및 제2상의 각각, 30입자에 대해서 Mn의 정량 분석을 행했다. Mn의 정량 분석 결과에 대해서, 페라이트의 평균값을 Mnα, 제2상의 평균값을 Mns로 하고, 제2상의 평균값 Mns를 페라이트의 평균값 Mnα로 나눈 값을 Mns/Mnα로 했다.

<도금 공정>

제1 소재 강판 또는 제2 소재 강판의 표면에 도금층을 형성하지 않는 경우, 핫 프레스 공정 후에, 핫 프레스 부재에 쇼트 블라스팅(shot blasting) 등의 스케일 박리 처리를 행할 필요가 있다. 이에 대하여, 제1 소재 강판 또는 제2 소재 강판의 표면에 도금층을 형성하는 경우, 핫 프레스의 가열시에 스케일 생성이 억제되기 때문에, 핫 프레스 공정 후의 스케일 박리 처리가 불필요해져, 생산성이 향상한다.

도금층의 부착량은, 편면당으로 10∼90g/㎡로 하는 것이 바람직하고, 30∼70g/㎡로 하는 것이 보다 바람직하다. 부착량이 10g/㎡ 이상으로 하면, 가열시의 스케일 생성을 억제하는 효과가 충분히 얻어지고, 부착량이 90g/㎡ 이하이면, 생산성이 저해되지 않기 때문이다. 도금층의 성분에 대해서는 이미 서술한 바와 같다.

<가열 공정>

계속해서, 제1 소재 강판 또는 제2 소재 강판을 Ac3점 이상 1000℃ 이하의 제2 온도로 가열하고, 이 제2 온도에서 900초 이하 보존유지하는 가열 공정을 행한다.

가열 온도: Ac3점 이상 1000℃ 이하

가열 온도가 오스테나이트 단상역인 Ac3점보다도 낮으면, 오스테나이트화가 불충분해져, 핫 프레스 부재에 소망하는 마르텐사이트량을 확보할 수 없어, 소망하는 인장 강도가 얻어지지 않는다. 또한, 핫 프레스 부재의 전위 밀도를 1.0×10¹⁶/㎡ 이상으로 할 수 없어, ΔYS: 150㎫ 이상을 실현할 수 없다. 한편, 가열 온도가 1000℃를 초과하면, 오스테나이트에 농화한 Mn이 균일화되어, 소망하는 잔류 오스테나이트량을 확보할 수 없어, 소망하는 균일 신장이 얻어지지 않는다. 또한, Mn의 균일화에 의해, Ms점을 저하시킬 수 없게 되어, 핫 프레스 부재의 전위 밀도를 1.0×10¹⁶/㎡ 이상으로 할 수 없어, ΔYS: 150㎫ 이상을 실현할 수 없다. 따라서, 가열 온도는 Ac3점 이상 1000℃ 이하로 한다. 가열 온도는, 바람직하게는, (Ac3점＋30)℃ 이상으로 한다. 가열 온도는, 바람직하게는 950℃ 이하로 한다.

가열 온도(제2 온도)로의 승온 속도는, 특별히 한정되지 않지만, 1∼400℃/s로 하는 것이 바람직하고, 10∼150℃/s로 하는 것이 보다 바람직하다. 승온 속도가 1℃/s 이상이면, 생산성을 해치지 않고, 400℃/s 이하이면, 온도 제어가 불안정해지는 일이 없다.

보존유지 시간: 900초 이하(0초를 포함함)

가열 온도(제2 온도)에서의 보존유지 시간의 경과에 수반하여, 농화된 Mn이 주위에 확산되어 균일화된다. 그 때문에, 보존유지 시간이 900초를 초과하면, 소망하는 잔류 오스테나이트량을 확보할 수 없어, 소망하는 균일 신장이 얻어지지 않는다. 또한, Mn의 균일화에 의해, Ms점을 저하시킬 수 없게 되어, 핫 프레스 부재의 전위 밀도를 1.0×10¹⁶/㎡ 이상으로 할 수 없어, ΔYS: 150㎫ 이상을 실현할 수 없다. 따라서, 보존유지 시간은 900초 이하로 한다. 보존유지 시간은 0초, 즉, 제2 온도의 도달 후에, 즉시, 가열을 종료해도 좋다.

가열 방법은 특별히 한정되지 않고, 일반적인 가열 방법인, 전기로(electric furnace), 가스로(gas furnace), 적외선 가열, 고주파 가열, 직접 통전 가열 등을 모두 적용할 수 있다. 또한, 분위기에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 대기 중이나 불활성 가스 분위기 중 등, 모두 적용할 수 있다.

<핫 프레스 성형 공정>

핫 프레스 성형 공정에서는, 가열 공정을 거친 제1 소재 강판 또는 제2 소재 강판에, 성형용 금형을 이용하여 프레스 성형 및 퀀칭을 동시에 실시하여, 소정 형상의 핫 프레스 부재를 얻는다. 「핫 프레스 성형」은, 가열된 박강판을 금형으로 프레스 성형함과 동시에 급랭하는 공법으로서, 「열간 성형」, 「핫 스탬프(hot stamping)」, 「다이 퀀치(die quenching)」 등이라고도 칭해진다.

프레스기 내에서의 성형 개시 온도는, 특별히 한정되지 않지만, Ms점 이상으로 하는 것이 바람직하다. 성형 개시 온도가 Ms점℃ 미만인 경우, 성형 하중이 증대하여, 프레스기에 걸리는 부하가 증가한다. 또한, 성형 개시까지의 소재 강판의 반송 중은, 일반적으로 공랭으로 한다. 그 때문에, 성형 개시 온도의 상한은, 제조 공정상, 직전의 상기 가열 공정에서의 가열 온도이다. 가스나 액체 등의 냉매에 의해 냉각 속도가 빨라지는 환경하에서 반송되는 경우, 보열 상자(heat retention box) 등의 보온 지그(heat insulation jig)에 의해 냉각 속도를 저감하는 것이 바람직하다.

금형 내에서의 냉각 속도는 특별히 한정되지 않지만, 생산성의 관점에서, 200℃까지의 평균 냉각 속도를 바람직하게는 20℃/s 이상, 보다 바람직하게는 40℃/s 이상으로 한다.

금형으로부터의 취출 시간과, 취출 후의 냉각 속도에 대해서는, 특별히 한정되지 않는다. 냉각 방법으로서는, 예를 들면, 펀치 금형을 하사점에서 1∼60초간 보존유지하고, 다이 금형과 펀치 금형을 이용하여 핫 프레스 부재를 냉각한다. 그 후에, 금형으로부터 핫 프레스 부재를 취출하여, 냉각한다. 금형 내, 또한, 금형으로부터 취출 후의 냉각은, 가스나 액체 등의 냉매에 의한 냉각 방법을 조합할 수 있고, 그에 따라 생산성을 향상시킬 수도 있다.

실시예

표 1 및 표 4에 나타내는 성분 조성(잔부는 Fe 및 불가피적 불순물)을 갖는 용강을 소형 진공 용해로에서 용제하여, 슬래브로 했다. 슬래브를 1250℃로 가열하고, 추가로 조압연 및 마무리 압연을 포함하는 열간 압연을 하여, 열연 강판을 얻었다. 마무리 압연 입측 온도는 1100℃이고, 마무리 압연 출측 온도가 850℃인 조건으로 했다. 열간 압연 종료 후의 냉각 속도는, 800∼600℃의 평균으로 15℃/s로 하고, 권취 온도는 650℃로 했다.

얻어진 열연 강판을 표 2 및 표 5의 가열 온도 T1(제1 온도)로 가열하고, 당해 온도에서 표 2 및 표 5에 나타내는 시간 보존유지하고, 그 후 냉각하여, 제1 소재 강판을 얻었다. 일부의 시험예에서는, 제1 소재 강판을 산 세정하고, 압하율 54％로 냉간 압연하여, 냉연 강판(판두께: 1.6㎜)으로 했다. 또한, 냉연 강판을 표 2 및 표 5의 가열 온도 T2로 가열하고, 표 2 및 표 5에 나타내는 시간 보존유지하고, 그 후, 냉각 속도 15℃/s로 냉각하고, 500℃에서 냉각을 정지하고, 이 온도로 150s간 보존유지하여, 제2 소재 강판을 얻었다.

냉간 압연을 실시하지 않는 시험예에서는 제1 소재 강판에 대해서 조직 관찰을 행하고, 이미 서술된 방법으로 Mns/Mnα를 구했다. 결과를 표 2 및 표 5에 나타낸다. 또한, 그 이외의 시험예에서는 제2 소재 강판에 대해서 조직 관찰을 행하고, 이미 서술된 방법으로, 페라이트의 평균 입경, 제2상의 평균 입경 및, Mns/Mnα를 구했다. 결과를 표 2 및 표 5에 나타낸다.

표 2 및 표 5에 나타내는 바와 같이, 일부의 시험예에서는, 제2 소재 강판에 도금 처리를 실시했다. 표 2 및 표 5 중, 「GI」는 용융 아연 도금층, 「GA」는 합금화 용융 아연 도금층, 「Zn-Ni」는 Zn-12mass％ Ni 도금층, 「Al-Si」는 Al-10mass％ Si 도금층이고, 모두 도금층의 부착량은 편면당으로 60g/㎡로 했다.

이와 같이 하여 얻어진 열연 강판(제1 소재 강판) 또는 냉연 강판(제2 소재 강판)에, 표 3 및 표 6에 나타내는 조건으로 가열 공정과, 핫 프레스 성형 공정을 실시하여, 해트 형상(hat-shaped)의 핫 프레스 부재를 얻었다. 핫 프레스는, 폭: 70㎜, 어깨 반경(shoulder radius) R: 6㎜의 펀치 금형과 어깨 반경 R: 7.6㎜의 다이 금형을 사용하여, 성형 깊이: 30㎜로 행했다.

또한, 핫 프레스 성형 공정 전의 가열 공정은, 전기 가열로를 이용하여 대기 중에서 행한 경우, 가열 속도는 실온에서 750℃까지의 평균으로 7.5℃/s였다. 750℃에서 가열 온도까지의 가열 속도는 평균으로, 2.0℃/s였다. 가열 온도에 도달 후, 보존유지를 행하는 경우는, 당해 가열 온도에서 보존유지했다. 또한, 직접 통전 가열 장치를 이용하여 대기 중에서 행한 경우, 가열 속도는 실온에서 가열 온도까지의 평균으로 100℃/s였다. 성형 개시 온도는 750℃였다. 또한, 냉각은, 펀치 금형을 하사점에서 15s간 보존유지하고, 다이 금형과 펀치 금형을 이용한 사이에 끼움과, 사이에 끼움으로부터 개방된 다이 상에서의 공랭의 조합으로, 150℃ 이하까지 냉각했다. 성형 개시 온도에서 200℃까지의 평균 냉각 속도는 100℃/s였다.

얻어진 핫 프레스 부재에, 170℃에서 20분간의 열 처리(저온 열 처리)를 실시했다. 이는, 통상의 자동차 부재의 제조 공정에 있어서의 베이킹 도장 조건에 상당하는 것이다. 이 저온 열 처리의 전후에 있어서, 해트 천판부의 위치로부터 JIS 5호 인장 시험편(평행부: 25㎜ 폭, 평행부 길이: 60㎜, GL＝50㎜)을 채취하여, JIS Z 2241에 준거하여 인장 시험을 실시하고, 항복 응력 YS, 인장 강도 TS, 전체 신장(total elongation) tEl 및, 균일 신장 uEl을 구했다. 결과를 표 3 및 표 6에 나타낸다.

또한, 얻어진 핫 프레스 부재에 있어서의 마르텐사이트상의 체적률, 잔류 오스테나이트상의 체적률, 잔부 조직의 체적률 및, 전위 밀도를 이미 서술한 방법으로 측정하여, 결과를 표 3 및 표 6에 나타낸다.

본 발명예는 모두, 인장 강도 TS: 1500㎫ 이상과, 균일 신장 uEl: 6.0％ 이상과, ΔYS: 150㎫ 이상을 실현할 수 있었다. 이에 대하여, 비교예는 어느 것의 특성을 만족하지 않았다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명의 핫 프레스 부재는, 자동차의 임팩트 빔, 센터필러, 범퍼 등과 같은, 높은 충돌 에너지 흡수능을 필요로 하는 구조 부재로서 적합하게 사용할 수 있다.

Claims

질량％로,
C: 0.090％ 이상 0.30％ 미만,
Mn: 3.5％ 이상 11.0％ 미만,
Si: 0.01∼2.5％,
P: 0.05％ 이하,
S: 0.05％ 이하,
Al: 0.005∼0.1％,
N: 0.01％ 이하를 포함하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성과,
체적률로 70.0％ 이상의 마르텐사이트상과, 체적률로 3.0％ 이상 30.0％ 이하의 잔류 오스테나이트상을 포함하는 조직과,
인장 강도 TS: 1500㎫ 이상이고 또한 균일 신장 uEl: 6.0％ 이상인 인장 특성을 갖고, 전위 밀도가 1.0×10¹⁶/㎡ 이상인 것을 특징으로 하는 핫 프레스 부재.
제1항에 있어서,
상기 성분 조성이 추가로, 질량％로, 하기 A∼E군 중으로부터 선택된 1군 또는 2군 이상을 함유하는 핫 프레스 부재.
기
A군: Ni: 0.01∼5.0％, Cu: 0.01∼5.0％, Cr: 0.01∼5.0％, Mo: 0.01∼3.0％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
B군: Ti: 0.005∼3.0％, Nb: 0.005∼3.0％, V: 0.005∼3.0％, W: 0.005∼3.0％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
C군: REM: 0.0005∼0.01％, Ca: 0.0005∼0.01％, Mg: 0.0005∼0.01％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
D군: Sb: 0.002∼0.03％
E군: B: 0.0005∼0.05％
제1항 또는 제2항에 있어서,
표면에 도금층을 갖는 핫 프레스 부재.
제3항에 있어서,
상기 도금층이, Zn계 도금층 또는 Al계 도금층인 핫 프레스 부재.
제4항에 있어서,
상기 Zn계 도금층이, Ni: 10∼25질량％를 포함하는 핫 프레스 부재.
질량％로,
C: 0.090％ 이상 0.30％ 미만,
Mn: 3.5％ 이상 11.0％ 미만,
Si: 0.01∼2.5％,
P: 0.05％ 이하,
S: 0.05％ 이하,
Al: 0.005∼0.1％,
N: 0.01％ 이하를 포함하고,
잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는 슬래브를 가열하고, 열간 압연하여, 열연 강판을 얻는 공정과,
상기 열연 강판을 Ac1점 이상 Ac3점 이하의 제1 온도로 가열하고, 당해 제1 온도에서 1시간 이상 48시간 이하 보존유지(retaining)하고, 그 후 냉각하여, 제1 소재 강판을 얻는 공정과,
상기 제1 소재 강판을 Ac3점 이상 1000℃ 이하의 제2 온도로 가열하고, 이 제2 온도에서 900초 이하 보존유지하는 가열 공정과,
그 후, 상기 제1 소재 강판에, 성형용 금형을 이용하여 프레스 성형 및 퀀칭을 동시에 실시하여, 핫 프레스 부재를 얻는 핫 프레스 성형 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 가열 공정의 전에, 상기 제1 소재 강판을 냉간 압연하여, 냉연 강판을 얻는 공정과,
상기 냉연 강판을 Ac1점 이상 Ac3점 이하로 가열, 보존유지하고, 그 후 냉각하는 어닐링에 의해, 제2 소재 강판을 얻는 공정을 추가로 갖고, 상기 제1 소재 강판을 대신하여 상기 제2 소재 강판에 대하여, 상기 가열 공정 및 상기 핫 프레스 성형 공정을 행하는, 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 성분 조성이 추가로, 질량％로, 하기 A∼E군 중으로부터 선택된 1군 또는 2군 이상을 함유하는 핫 프레스 부재의 제조 방법.
기
A군: Ni: 0.01∼5.0％, Cu: 0.01∼5.0％, Cr: 0.01∼5.0％, Mo: 0.01∼3.0％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
B군: Ti: 0.005∼3.0％, Nb: 0.005∼3.0％, V: 0.005∼3.0％, W: 0.005∼3.0％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
C군: REM: 0.0005∼0.01％, Ca: 0.0005∼0.01％, Mg: 0.0005∼0.01％ 중으로부터 선택된 1종 또는 2종 이상
D군: Sb: 0.002∼0.03％
E군: B: 0.0005∼0.05％
제6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 공정의 전에, 상기 제1 소재 강판 또는 상기 제2 소재 강판의 표면에 도금층을 형성하는 공정을 추가로 갖는 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 도금층이, Zn계 도금층 또는 Al계 도금층인 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제10항에 있어서,
상기 Zn계 도금층이, Ni: 10∼25질량％를 포함하는 핫 프레스 부재의 제조 방법.
제9항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도금층의 부착량이, 편면당으로 10∼90g/㎡인 핫 프레스 부재의 제조 방법.