KR20190040892A - 강판 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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도모아키 이하라
사토시 야마자키
시노부 오쿠마
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도요타지도샤가부시키가이샤
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Abstract

강판 부재의 제조 방법은, 오스테나이트화가 완료되는 제1 변태 온도(A3)보다도 높은 온도로 강판 부재를 가열한 후, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 강판 부재를 냉각함으로써 ?칭을 하는 것, 강판 부재의 제1 영역(11)은 재가열하지 않고, 강판 부재의 제2 영역(12)을 오스테나이트화가 개시되는 제2 변태 온도(A1)보다도 높고 제1 변태 온도(A3)보다도 낮은 온도로 재가열하는 것, 및 하부 임계 냉각 속도보다도 느린 냉각 속도로 강판 부재를 냉각하는 것을 포함한다.

Description

강판 부재 및 그 제조 방법{STEEL PLATE MEMBER AND METHOD OF PRODUCING THE STEEL PLATE MEMBER}
본 발명은 강판 부재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 마르텐사이트를 포함하는 경질 영역과 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 연질 영역을 구비하는 강판 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
근년, 예를 들어 자동차용 구조 부재로서, 내충격성을 향상시키기 위하여, 충격에 견디는 경질 영역과 충격을 흡수하는 연질 영역을 구비한 강판 부재가 개발되고 있다. 일본 특허 공개 제2012-144773에는, 강판 부재의 일부 영역만을 오스테나이트 변태 완료 온도 A3보다도 고온까지 가열하여 ?칭함으로써, 1매의 강판 부재에 경질 영역과 연질 영역을 형성하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2012-144773에 개시된 경질 영역과 연질 영역을 구비하는 강판 부재의 제조 방법에서는, 강판 부재의 일부 영역만을 오스테나이트 변태 완료 온도 A3보다도 고온까지 가열한 경우, 그 영역의 마이크로 조직은 오스테나이트 단상으로 변화한다. 그 때문에, ?칭 후, 그 영역은 마르텐사이트로 이루어지는 경질 영역이 된다. 한편, 오스테나이트 변태 개시 온도 A1보다도 저온까지밖에 가열되지 않은 영역에서는, 오스테나이트는 발현되지 않는다. 그 때문에, ?칭 후도, 그 영역은, ?칭 전과 마찬가지로 페라이트 및 펄라이트로 이루어지는 연질 영역이 된다.
여기서, 경질 영역과 연질 영역 사이의 경계 영역에서는, 필연적으로 오스테나이트 변태 개시 온도 A1과 오스테나이트 변태 완료 온도 A3 사이의 온도로 가열되어, 페라이트 및 펄라이트의 일부가 오스테나이트로 변화한다. 그 때문에, ?칭 후, 경계 영역은, 경질의 마르텐사이트와 연질의 페라이트 및 펄라이트가 혼재된 불안정한 마이크로 조직을 갖게 된다. 그 결과, 경질 영역과 연질 영역 사이의 경계 영역에 있어서 균열이 발생하기 쉬워, 국부 연성이나 굽힘성이 떨어진다.
본 발명은 경질 영역과 연질 영역 사이의 경계 영역에 있어서의 균열이 억제된 강판 부재 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 관한 강판 부재의 제조 방법은, 오스테나이트화가 완료되는 제1 변태 온도보다도 높은 온도로 강판을 가열한 후, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 상기 강판을 냉각함으로써 ?칭을 하는 것, 상기 강판의 제1 영역은 재가열하지 않고, 상기 강판의 제2 영역을 오스테나이트화가 개시되는 제2 변태 온도보다도 높고, 제1 변태 온도보다도 낮은 온도로 재가열하는 것, 및 하부 임계 냉각 속도보다도 느린 냉각 속도로 상기 재가열된 강판을 냉각함으로써, 상기 제1 영역에 마르텐사이트로 이루어지는 경질 영역이 형성되고, 상기 제2 영역에 페라이트 및 펄라이트 외에도 템퍼링 마르텐사이트를 포함하는 연질 영역이 형성되고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 제3 영역에, 템퍼링 마르텐사이트만으로 이루어지는 영역이 형성되는 강판 부재가 얻어지는 것을 포함한다.
상기 양태의 강판 부재의 제조 방법에서는, 템퍼링 스텝에 있어서, 강판의 제1 영역은 재가열하지 않고, 강판의 제2 영역을 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도보다도 높고 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도보다도 낮은 온도로 재가열한 후, 하부 임계 냉각 속도보다도 느린 냉각 속도로 상기 강판을 냉각함으로써, 제1 영역에 마르텐사이트로 이루어지는 경질 영역이 형성되고, 제2 영역에 페라이트 및 펄라이트 외에도 템퍼링 마르텐사이트를 포함하는 연질 영역이 형성되고, 제1 영역과 제2 영역 사이의 제3 영역에, 템퍼링 마르텐사이트로만 이루어지는 영역이 형성된다. 즉, 상기 양태의 강판 부재의 제조 방법에 의하면, 제3 영역에 경질의 마르텐사이트와 연질의 페라이트 및 펄라이트가 혼재된 불안정한 마이크로 조직이 형성되지 않기 때문에, 제3 영역에 있어서의 균열을 억제할 수 있다.
상기 양태에 있어서, 유도 가열에 의해 상기 강판의 제2 영역을 재가열해도 된다.
상기 양태의 강판 부재의 제조 방법에 의해, 강판의 제2 영역을 급속 가열할 수 있음과 함께, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도보다도 높고 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도보다도 낮은 온도로 고정밀도로 유지할 수 있다.
상기 양태에 있어서, ?칭을 행할 때에 있어서, 상기 강판을 가열한 후, 상기 강판을 냉각하기 전에, 상기 강판에 대하여 프레스 가공을 행해도 된다.
상기 양태의 강판 부재의 제조 방법에 의해, 냉간 프레스에 있어서 발생하는 스프링 백을 억제하면서, 프레스 성형 후의 냉각에 의해 고강도의 강판 부재를 얻을 수 있다.
상기 양태에 있어서, 상기 제3 영역은 재가열된 상기 제2 영역으로부터의 열 전도에 의해 제2 변태 온도보다도 낮은 온도로 가열되어도 된다. 상기 제3 영역의 조직이 마르텐사이트로부터 템퍼링 마르텐사이트로 변화해도 된다.
본 발명의 일 양태에 관한 강판 부재는, 마르텐사이트로 이루어지는 경질 영역, 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 연질 영역, 및 상기 경질 영역과 상기 연질 영역 사이에 형성된 제3 영역을 포함하고, 상기 연질 영역은, 템퍼링 마르텐사이트를 더 포함하고, 상기 제3 영역은, 템퍼링 마르텐사이트로만 이루어지는 영역을 포함한다.
상기 양태의 강판 부재에서는, 제3 영역에 템퍼링 마르텐사이트로만 이루어지는 영역이 형성되어, 제3 영역에 경질의 마르텐사이트와 연질의 페라이트 및 펄라이트가 혼재된 불안정한 마이크로 조직이 형성되지 않는다. 이로 인해, 상기 양태의 강판 부재에 의하면, 제3 영역에 있어서의 균열을 억제할 수 있다.
본 발명에 의해, 경질 영역과 연질 영역 사이의 경계 영역에 있어서의 균열이 억제된 강판 부재 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 예시적 실시예의 기술적 및 산업적 의의, 특징, 이점에 대하여 첨부 도면을 참조하여 이하에 설명한다.　 상기 도면에서 유사한 부호는 유사한 구성요소를 지칭한다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 나타내는 온도 차트이다.
도 2는 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 강판 부재의 마이크로 조직 변화를 나타내는 모식 평면도이다.
도 3은 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 모식 평면도이다.
도 4는 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재의 제조 방법을 나타내는 온도 차트이다.
도 5는 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재의 모식 평면도이다.
도 6은 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에 사용하는 유도 가열 장치의 모식 사시도이다.
도 7은 두께가 상이한 강판을 유도 가열한 경우의 온도 차트이다.
도 8은 제2 실시 형태의 실시예에 관한 부분 템퍼링의 조건을 나타내는 온도 차트이다.
도 9는 제2 실시 형태의 실시예에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재의 경도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 10은 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재의 마이크로 조직 사진이다.
도 11은 실시예에 관한 강판 부재의 경계 영역(13)의 경도와 한계 굽힘 각도에 대하여 비교예에 관한 강판 부재의 경계 영역(23)과 비교하여 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 적용한 구체적인 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 상세하게 설명한다. 단, 본 발명이 이하의 실시 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명을 명확히 하기 위하여, 이하의 기재 및 도면은, 적절히 간략화되어 있다.
1. 제1 실시 형태
1-1. 강판 부재의 제조 방법
먼저, 도 1을 참조하여, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법은, 충격에 견디는 경질 영역과 충격을 흡수하는 연질 영역을 구비한 예를 들어 자동차용의 강판 부재의 제조 방법으로서 적합하다.
도 1은 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 나타내는 온도 차트이다. 도 1의 횡축은 시간(s), 종축은 온도(℃)이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법은, ?칭 스텝과 부분 템퍼링 스텝을 구비하고 있다. 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에서는, ?칭 스텝을 행한 후, 부분 템퍼링 스텝을 행한다.
먼저, ?칭 스텝에서는, 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다도 높은 온도로 강판 부재 전체를 가열한다. 이 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3은, 예를 들어 910℃이다. 이때, 강판 부재 전체의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트로부터 오스테나이트 단상으로 변화한다. 그 후, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 강판 부재를 냉각한다. 이에 의해, 강판 부재가 마르텐사이트 변태하고, 강판 부재 전체의 마이크로 조직은 경질의 마르텐사이트로 변화한다. 상부 임계 냉각 속도란, 마이크로 조직이 마르텐사이트로만 변태하는 최소의 냉각 속도이다.
여기서, 강판 부재를 가열한 후, 강판 부재를 냉각하기 전에, 강판 부재를 프레스 성형하는 것이 바람직하다. 열간 프레스이기 때문에, 냉간 프레스에 있어서 발생하는 스프링 백을 회피하면서, 프레스 성형 후의 ?칭에 의해 고강도의 강판 부재를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 열간 프레스는, 일반적으로 핫 스탬프라고 불린다. 특별히 한정되지 않지만, 핫 스탬프용 강판으로서는, 예를 들어 두께 1 내지 4㎜ 정도의 망간·보론강으로 이루어지는 강판이 사용된다.
이어서, 부분 템퍼링 스텝에서는, 강판 부재의 일부 영역만을 재가열하여 연화시킨다. 구체적으로는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 강판 부재의 제1 영역(11)은 재가열하지 않고, 강판 부재의 제2 영역(12)만을 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다도 높고 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다도 낮은 온도로 재가열한다. 이 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1은, 예를 들어 725℃이다. 이때, 제1 영역(11)과 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)은, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다도 낮은 온도로 가열되어, 열 영향을 받는다. 또한, 통상의 템퍼링 온도는, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다 낮은 온도이기 때문에, 제1 실시 형태에 관한 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 가열 온도는, 통상의 템퍼링 온도보다도 고온이다.
그 후, 제2 영역(12)이 마르텐사이트 변태하지 않도록, 하부 임계 냉각 속도보다도 느린 냉각 속도로 강판 부재를 냉각한다. 이때, 도 1에 있어서 파선 화살표로 나타낸 바와 같이, 오스테나이트로부터 페라이트 및 펄라이트에 대한 변화가 완료된 후, 급랭해도 된다. 급랭함으로써, 강판 부재의 제조 시간이 단축되기 때문에, 생산 효율을 향상시킬 수 있다. 하부 임계 냉각 속도란, 마르텐사이트가 처음 발생하는 최소의 냉각 속도이다.
여기서, 도 1에는, CCT(Continuous Cooling Transformation)도에 있어서의 마르텐사이트 변태가 개시되는 변태 온도 Ms, 마르텐사이트 변태가 종료되는 변태 온도 Mf, 페라이트/펄라이트의 time-temperature-transformation도의 노즈 포인트가 모식적으로 도시되어 있다. 즉, 도 1에는, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1과 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3 사이의 온도로 재가열된 제2 영역(12)이, 하부 임계 냉각 속도보다도 느린 냉각 속도로 냉각되는 모습이 모식적으로 도시되어 있다.
여기서, 도 2는 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 강판 부재의 마이크로 조직 변화를 나타내는 모식 평면도이다. 먼저, 도 2의 좌측에 도시하는 부분 템퍼링 스텝전 즉 ?칭 스텝 후의 강판 부재(10)의 마이크로 조직에 대하여 설명한다. 도 2의 좌측에 도시하는 바와 같이, 부분 템퍼링 스텝 전의 강판 부재(10)의 마이크로 조직은, 전체가 마르텐사이트 M으로 이루어진다.
이어서, 도 2의 중앙에 나타내는 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 가열 중인 강판 부재(10)의 마이크로 조직에 대하여 설명한다. 도 1의 온도 차트에 도시하는 바와 같이, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 가열 중, 강판 부재(10)의 제2 영역(12)만이 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다도 높고 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다도 낮은 온도로 재가열된다.
그 때문에, 도 2의 중앙에 도시하는 바와 같이, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 가열 중, 제2 영역(12)에서는, 마르텐사이트 M이 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 변화함과 함께, 템퍼링 마르텐사이트 TM의 일부가 다시 오스테나이트 A로 변화한다. 즉, 제2 영역(12)의 마이크로 조직은, 템퍼링 마르텐사이트 TM과 오스테나이트 A의 혼합 조직이 된다. 여기서, 제2 영역(12)에 있어서의 경계 영역(13) 근방에서는, 가열 온도가 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1에 근접하기 때문에, 오스테나이트 A의 양이 적어지고, 템퍼링 마르텐사이트 TM이 많아진다. 또한, 본 명세서에 있어서의 템퍼링 마르텐사이트 TM은, 재가열에 의해 연화된 마르텐사이트 M의 총칭이며, 트루스타이트나 소르바이트를 포함한다.
한편, 강판 부재(10)의 제1 영역(11)은 재가열되지 않아, 열 영향을 받지 않는 영역이다. 그 때문에, 제1 영역(11)의 마이크로 조직은 마르텐사이트 M으로부터 변화하지 않는다. 여기서, 제1 영역(11)과 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)은, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다도 낮은 온도로 가열되어, 열 영향을 받는다. 그 때문에, 경계 영역(13)의 마이크로 조직은, 마르텐사이트 M으로부터 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 변화한다.
보다 구체적으로는, 경계 영역(13)에서는, 제2 영역(12)으로부터의 거리가 가까울수록, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1에 가까운 온도로 가열되어 있다. 그 때문에, 경계 영역(13)의 대부분인 제2 영역(12)측의 마이크로 조직은, 템퍼링 마르텐사이트 TM으로만 이루어진다. 또한, 경계 영역(13)에 있어서의 제1 영역(11) 근방에서는, 템퍼링 마르텐사이트 TM과 마르텐사이트 M이 혼재되고, 마르텐사이트 M으로만 이루어지는 제1 영역(11)에 근접함에 따라, 템퍼링 마르텐사이트 TM이 적어짐과 함께, 마르텐사이트 M이 많아진다. 단, 이 템퍼링 마르텐사이트 TM과 마르텐사이트 M이 혼재되는 부분은 도 2에 특별히 도시하지 않는다. 이와 같이, 경계 영역(13)에서는, 제2 영역(12)으로부터의 거리가 가까울수록, 고온으로 가열된 템퍼링 마르텐사이트 TM을 포함하기 때문에, 경질의 제1 영역(11)측으로부터 연질의 제2 영역(12)측을 향하여 서서히 연질이 된다.
이어서, 도 2의 우측에 나타내는 부분 템퍼링 스텝 후의 강판 부재(10)의 마이크로 조직에 대하여 설명한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 냉각 과정에서는, 하부 임계 냉각 속도보다도 느린 냉각 속도로 강판 부재(10)를 냉각한다. 그 때문에, 도 2의 우측에 도시하는 바와 같이, 가열 중에 발현된 제2 영역(12)의 오스테나이트 A가 페라이트 F 및 펄라이트 P(페라이트/펄라이트 FP)로 변화한다. 그 결과, 제2 영역(12)의 마이크로 조직은, 템퍼링 마르텐사이트 TM과 페라이트/펄라이트 FP의 혼합 조직이 된다. 제1 영역(11)의 마이크로 조직은 마르텐사이트 M으로부터 변화하지 않는다. 경계 영역(13)의 마이크로 조직도, 템퍼링 마르텐사이트 TM으로부터 변화하지 않는다.
또한, 제2 영역(12)을 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다도 높은 온도까지 재가열하면, 냉각 후의 제2 영역(12)이 페라이트/펄라이트 FP로만 이루어지는 마이크로 조직이 되어, 충분한 강도가 얻어지지 않게 된다. 그 때문에, 제2 영역(12)에 페라이트/펄라이트 FP로만 이루어지는 영역이 발생하지 않도록, 재가열 시에 냉각 전의 제2 영역(12)의 온도를 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다도 낮은 온도로 한다.
1-2. 강판 부재의 구성
이어서, 도 3을 참조하여, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재에 대하여 설명한다. 도 3은, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 모식 평면도이다. 제1 실시 형태에 관한 강판 부재는, 도 1에 도시한 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재(10)는, 제1 영역(11), 제2 영역(12), 경계 영역(13)을 구비하고 있다. 도 3에는 제1 영역(11), 제2 영역(12), 경계 영역(13) 각각의 마이크로 조직이 모식적으로 도시되어 있다. 또한, 도 3에 도시된 강판 부재(10)의 마이크로 조직은, 도 2의 우측에 도시한 부분 템퍼링 스텝 후의 강판 부재(10)의 마이크로 조직과 일치한다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 제1 영역(11)은, 경질의 마르텐사이트 M으로 이루어지는 경질 영역이다. 제2 영역(12)은, 연질의 페라이트 F 및 펄라이트 P(페라이트/펄라이트 FP)와, 연질의 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 이루어지는 연질 영역이다. 경계 영역(13)은, 제1 영역(11)과 제2 영역(12) 사이에 형성되어 있다. 경계 영역(13)의 대부분인 제2 영역(12)측에서는, 템퍼링 마르텐사이트 TM으로만 이루어지는 마이크로 조직이 된다. 또한, 경계 영역(13)에 있어서의 제1 영역(11) 근방에서는, 템퍼링 마르텐사이트 TM과 마르텐사이트 M이 혼재되어, 제1 영역(11)에 근접함에 따라, 템퍼링 마르텐사이트 TM이 적어짐과 함께, 마르텐사이트 M이 많아진다.
1-3. 비교예에 관한 강판 부재 및 그 제조 방법
여기서, 도 4, 도 5를 참조하여, 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재 및 그 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재의 제조 방법을 나타내는 온도 차트이다. 도 5는 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재의 모식 평면도이다. 먼저, 도 4를 참조하여, 비교예에 관한 강판 부재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 4의 횡축은 시간(s), 종축은 온도(℃)이다. 도 4에 도시하는 바와 같이, 비교예에 관한 강판 부재의 제조 방법은, 부분 ?칭 스텝만을 구비하고 있다.
부분 ?칭 스텝에서는, 강판 부재의 일부 영역만을 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다도 높은 온도로 가열한다. 구체적으로는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 강판 부재의 제2 영역(22)은 가열하지 않고, 강판 부재의 제1 영역(21)만을 오스테나이트화가 완료되는 변태 완료 온도 A3보다도 높은 온도로 가열한다. 그 때문에, 제1 영역(21)의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트로부터 오스테나이트 단상으로 변화한다. 또한, 제2 영역(22)은, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다도 낮은 온도로 가열된 영역을 포함한다. 제2 영역(22)의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트로부터 변화하지 않는다.
그리고, 제1 영역(21)과 제2 영역(22) 사이의 경계 영역(23)은, 제2 영역(22)으로부터의 열 전도에 의해, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다 높고 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다 낮은 온도로 가열된다. 그 때문에, 경계 영역(23)의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트의 일부가 오스테나이트로 변화한다. 즉, 경계 영역(23)의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트와 오스테나이트의 혼합 조직이 된다.
그 후, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 강판 부재를 냉각한다. 이에 의해, 모든 오스테나이트가 마르텐사이트 변태하고, 제1 영역(21)의 마이크로 조직은 경질의 마르텐사이트로 변화한다. 또한, 경계 영역(23)의 마이크로 조직은, 연질의 페라이트 및 펄라이트와 경질의 마르텐사이트의 혼합 조직이 된다. 또한, 제2 영역(22)의 마이크로 조직은, 페라이트 및 펄라이트로부터 변화하지 않는다.
이어서, 도 5를 참조하여, 제1 실시 형태의 비교예에 관한 강판 부재에 대하여 설명한다. 비교예에 관한 강판 부재는, 도 4에 도시한 비교예에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재이다. 도 5에 도시하는 바와 같이, 비교예에 관한 강판 부재(20)는, 제1 영역(21), 제2 영역(22), 경계 영역(23)을 구비하고 있다. 도 5에는, 제1 영역(21), 제2 영역(22), 경계 영역(23) 각각의 마이크로 조직이 모식적으로 도시되어 있다.
도 5에 도시하는 바와 같이, 제1 영역(21)은, 경질의 마르텐사이트로 이루어지는 경질 영역이다. 제2 영역(22)은, 연질의 페라이트 F 및 펄라이트 P(페라이트/펄라이트 FP)로 이루어지는 연질 영역이다. 경계 영역(23)은, 제1 영역(21)과 제2 영역(22) 사이에 형성되어 있고, 연질의 페라이트/펄라이트 FP와 경질의 마르텐사이트 M의 혼합 조직이 된다.
이와 같이, 비교예에 관한 강판 부재(20)에서는, 경계 영역(23)이, 경질의 마르텐사이트 M과 연질의 페라이트/펄라이트 FP가 혼재된 불안정한 마이크로 조직을 갖고 있다. 그 때문에, 경질 영역과 연질 영역 사이의 경계 영역에 있어서 균열이 발생하기 쉽다.
1-4. 제1 실시 형태에 관한 강판 부재 및 그 제조 방법에 의한 효과
이어서, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재 및 그 제조 방법에 의한 효과에 대하여 설명한다. 상술한 바와 같이, 도 5에 도시한 비교예에 관한 강판 부재(20)에서는, 경계 영역(23)이, 경질의 마르텐사이트 M과 연질의 페라이트/펄라이트 FP가 혼재된 불안정한 마이크로 조직을 갖고 있다. 이에 반하여, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재(10)에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 경계 영역(13)은, 템퍼링 마르텐사이트 TM으로만 이루어지는 마이크로 조직을 갖는다. 그 때문에, 경질의 제1 영역(11)과 연질의 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)에 있어서의 균열을 억제할 수 있다. 또한, 경계 영역(13)에 있어서의 제1 영역(11) 근방에서는, 템퍼링 마르텐사이트 TM과 마르텐사이트 M이 혼재되지만, 인접하는 양자의 경도차가 작기 때문에, 균열을 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재(10)의 경계 영역(13)에서는, 부분 템퍼링 스텝에 있어서 가열된 제2 영역(12)으로부터의 거리가 가까울수록, 고온으로 가열되어 있기 때문에, 연질이 된다. 즉, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재(10)의 경계 영역(13)에서는, 경질의 제1 영역(11)측으로부터 연질의 제2 영역(12)측을 향하여 서서히 연질로 되어 있다. 그 때문에, 경질의 제1 영역(11)과 연질의 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)에 있어서의 균열을, 더욱 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 제1 실시 형태에 관한 강판 부재(10)에서는, 연질 영역인 제2 영역(12)이, 페라이트/펄라이트 FP와 템퍼링 마르텐사이트 TM이 혼재된 마이크로 조직을 갖고 있다. 그러나, 페라이트/펄라이트 FP도, 템퍼링 마르텐사이트 TM도 연질이기 때문에, 제2 영역(12)에 있어서도 균열은 발생하기 어렵다.
2. 제2 실시 형태
이어서, 도 6을 참조하여, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 6은 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에 사용하는 유도 가열 장치의 모식 사시도이다. 제1 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에서는, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 강판 부재(10)의 가열 방법은 특별히 한정되지는 않는다. 이에 반하여, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법에서는, 부분 템퍼링 스텝에 있어서의 강판 부재(10)의 가열에, 도 6에 도시한 유도 가열 장치(30)를 사용한다. 그 이외에 대해서는, 제1 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 유도 가열 장치(30)는, 코일(31)과 고주파 전원(32)을 구비한 고주파 유도 가열 장치이다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 코일(31)은, 가로 배치된 단면 U자상의 판상 부재이다. 코일(31)의 양쪽의 개방 단부에 고주파 전원(32)이 접속되어 있다. 강판 부재(10)의 제2 영역(12)만이 코일(31)의 내부에 삽입되어, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다도 높고 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다도 낮은 온도로 유도 가열된다. 강판 부재(10)의 제1 영역(11)은, 코일(31)로부터 노출되어 있기 때문에, 유도 가열되지 않으며, 또한, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의한 열 영향도 받지 않는다. 한편, 제1 영역(11)과 제2 영역(12) 사이의 경계 영역(13)은, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다도 저온으로 가열되어, 열 영향을 받는다.
여기서, 고주파 유도 가열에서는, 강판 부재(10)가 자성을 상실하는 큐리포인트에서 가열 효율이 급격하게 저하되기 때문에, 큐리포인트 근방에서 가열 온도가 상승되기 어려워진다. 오스테나이트는 비자성, 마르텐사이트, 페라이트 및 펄라이트는 강자성을 갖고 있기 때문에, 큐리포인트는 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1과 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3 사이에 존재한다.
그 때문에, 고주파 유도 가열을 채용함으로써, 강판 부재(10)의 제2 영역(12)만을 급속 가열할 수 있음과 함께, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다도 높고 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다도 낮은 온도로 용이하며 또한 고정밀도로 유지할 수 있다. 강판 부재(10)의 제2 영역(12)만을 급속 가열할 수 있기 때문에, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해 열 영향을 받는 경계 영역(13)을 좁힐 수 있다.
도 7은 두께가 상이한 강판을 유도 가열한 경우의 온도 차트이다. 횡축은 시간, 종축은 온도이다. 강판 PL1, PL2는, 모두 망간·보론강(22MnB5 강)으로 이루어지는 핫 스탬프용 강판이다. 여기서, 강판 PL1에 비하여, 강판 PL2는 1㎜ 정도 두껍다. 그 때문에, 강판 PL2는 강판 PL1보다도 승온에 시간을 요하지만, 고주파 유도 가열을 사용함으로써, 강판 PL1, PL2의 어느 것에 대해서든, 급속 가열할 수 있었다. 또한, 고주파 유도 가열을 사용함으로써, 두께가 상이한 강판 PL1, PL2의 어느 것에 대해서든, 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다도 높고 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다도 낮은 온도로 용이하며 또한 고정밀도로 유지할 수 있었다.
2-1. 실시예
이하에, 부분 템퍼링에 있어서 강판 부재를 유도 가열하는 제2 실시 형태의 실시예에 대하여 설명한다. 강판 부재로서, 두께 2.0㎜, 폭 100㎜, 길이 300㎜의 망간·보론강(22MnB5 강)으로 이루어지는 핫 스탬프용 강판의 ?칭재를 사용했다. 도 8은 제2 실시 형태의 실시예에 관한 부분 템퍼링의 조건을 나타내는 온도 차트이다. 횡축은 시간, 종축은 온도이다. 도 8에는 제1 영역(11), 제2 영역(12), 경계 영역(13)(제1 영역측), 경계 영역(13)(제2 영역측)의 4개의 영역에 있어서의 온도 프로파일이 도시되어 있다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 강판 부재의 제2 영역(12)만을 오스테나이트화가 개시되는 변태 온도 A1보다도 높고 오스테나이트화가 완료되는 변태 온도 A3보다도 낮은 온도로 가열한 후, 제2 영역(12)이 마르텐사이트 변태하지 않도록, 하부 임계 냉각 속도보다도 느린 냉각 속도로 강판 부재를 냉각했다.
상세하게 후술하는 바와 같이, 실시예에 관한 부분 템퍼링을 행한 결과, 도 8에 도시한 제1 영역(11)에는, 마르텐사이트 M으로만 이루어지는 경질 영역이 형성되었다. 도 8에 도시한 제2 영역(12)에는, 페라이트/펄라이트 FP와 템퍼링 마르텐사이트 TM으로 이루어지는 연질 영역이 형성되었다. 도 8에 도시한 제1 영역측의 경계 영역(13) 및 제2 영역측의 경계 영역(13)은, 모두 템퍼링 마르텐사이트 TM으로만 이루어지는 마이크로 조직을 갖고 있었다. 한편, 보다 고온으로 가열된 제2 영역측의 경계 영역(13)의 경도는, 제1 영역측의 경계 영역(13)의 경도보다도 낮았다.
도 9, 도 10에는, 제2 실시 형태의 실시예에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재의 경도 분포 및 마이크로 조직 사진을 나타낸다. 도 9는, 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재의 경도 분포를 나타내는 그래프이다. 도 10은 제2 실시 형태에 관한 강판 부재의 제조 방법을 사용하여 제조된 강판 부재의 마이크로 조직 사진이다.
도 9에 도시하는 바와 같이, 비커스 경도(HV)가 높고 경질의 제1 영역(11)과, 비커스 경도(HV)가 낮고 연질의 제2 영역(12) 사이에 경계 영역(13)이 형성되어 있다. 도 9에 도시하는 바와 같이, 고주파 유도 가열을 사용함으로써, 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해 열 영향을 받는 경계 영역(13)을 50㎜ 정도로 좁힐 수 있었다. 또한, 경계 영역(13)에서는, 경질의 제1 영역(11)측으로부터 연질의 제2 영역(12)측을 향하여 서서히 연화되고 있음을 알 수 있다.
또한, 도 10에 도시하는 바와 같이, 제1 영역(11)의 마이크로 조직은 마르텐사이트로만 이루어지는 조직이었다. 제2 영역(12)의 마이크로 조직은 페라이트/펄라이트와 템퍼링 마르텐사이트의 혼합 조직이었다. 그리고, 경계 영역(13)의 마이크로 조직은 템퍼링 마르텐사이트로만 이루어지는 조직을 포함하고 있었다. 즉, 도 3에 도시한 마이크로 조직과 마찬가지의 마이크로 조직이 실제로 얻어졌다.
도 11은 실시예에 관한 강판 부재의 경계 영역(13)의 경도와 한계 굽힘 각도에 대하여 비교예에 관한 강판 부재의 경계 영역(23)과 비교하여 나타낸 그래프이다. 한계 굽힘 각도(deg)를 구하기 위한 굽힘 시험은, 독일 자동차 공업회의 규격인 VDA238-100에 준거하여 행했다. 도 11에 도시하는 바와 같이, 실시예에 있어서의 경계 영역(13)의 비커스 경도(HV)는 비교예에 있어서의 경계 영역(23)의 비커스 경도(HV)와 동등했다.
한편, 도 11에 도시하는 바와 같이, 실시예에 있어서의 경계 영역(13)의 한계 굽힘 각도(deg)는, 비교예에 있어서의 경계 영역(23)의 한계 굽힘 각도(deg)의 배 이상이며, 굽힘성이 극적으로 향상되었다. 도 5를 참조하여 설명한 대로, 비교예에 있어서의 경계 영역(23)은, 경질의 마르텐사이트 M과 연질의 페라이트/펄라이트 FP가 혼재된 불안정한 마이크로 조직을 갖고 있기 때문에, 굽힘성이 떨어진다. 이에 반하여, 실시예에 있어서의 경계 영역(13)은 템퍼링 마르텐사이트로만 이루어지는 조직을 갖고 있기 때문에, 굽힘성이 우수하다고 생각된다.
또한, 본 발명은 상기 실시 형태에 한정된 것이 아니며, 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경하는 것이 가능하다.

Claims (5)

  1. 강판 부재의 제조 방법에 있어서,
    오스테나이트화가 완료되는 제1 변태 온도(A3)보다도 높은 온도로 강판을 가열한 후, 상부 임계 냉각 속도보다도 빠른 냉각 속도로 상기 강판을 냉각함으로써 ?칭을 하는 것,
    상기 강판의 제1 영역(11)은 재가열하지 않고, 상기 강판의 제2 영역(12)을 오스테나이트화가 개시되는 제2 변태 온도(A1)보다도 높고, 제1 변태 온도(A3)보다도 낮은 온도로 재가열하는 것, 및
    하부 임계 냉각 속도보다도 느린 냉각 속도로 상기 재가열된 강판을 냉각함으로써, 상기 제1 영역에 마르텐사이트로 이루어지는 경질 영역이 형성되고, 상기 제2 영역에 페라이트 및 펄라이트 외에도 템퍼링 마르텐사이트를 포함하는 연질 영역이 형성되고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이의 제3 영역에, 템퍼링 마르텐사이트로만 이루어지는 영역이 형성되는 강판 부재가 얻어지는 것을
    포함하는 강판 부재의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 강판의 제2 영역(12)은 유도 가열에 의해 재가열되는, 강판 부재의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, ?칭을 행할 때에 있어서, 상기 강판을 가열한 후, 상기 강판을 냉각하기 전에, 상기 강판에 대하여 프레스 가공을 행하는, 강판 부재의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 영역(13)은 재가열된 상기 제2 영역(12)으로부터의 열 전도에 의해 제2 변태 온도(A1)보다도 낮은 온도로 가열되고,
    상기 제3 영역(13)의 조직이 마르텐사이트(M)로부터 템퍼링 마르텐사이트(TM)로 변화하는, 강판 부재의 제조 방법.
  5. 강판 부재에 있어서,
    마르텐사이트(M)로 이루어지는 경질 영역,
    페라이트(F) 및 펄라이트(P)를 포함하는 연질 영역, 및
    상기 경질 영역과 상기 연질 영역 사이에 형성된 제3 영역(13)을
    포함하고,
    상기 연질 영역은, 템퍼링 마르텐사이트(TM)를 더 포함하고,
    상기 제3 영역(13)은, 템퍼링 마르텐사이트(TM)로만 이루어지는 영역을 포함하는, 강판 부재.
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