KR20190077928A - 내식성이 향상된 고내식 철-알루미늄계 합금도금강판, 그 제조방법 및 그로부터 제조된 열간 프레스 성형 부재 - Google Patents

내식성이 향상된 고내식 철-알루미늄계 합금도금강판, 그 제조방법 및 그로부터 제조된 열간 프레스 성형 부재 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내식성이 향상된 고내식 철-알루미늄계 합금도금강판, 그 제조방법 및 그로부터 제조된 열간 프레스 성형 부재에 관한 것이다.
본 발명의 한가지 측면에 따른 철-알루미늄계 도금강판은 열간 프레스 성형에 이용되는 철-알루미늄계 합금 도금 강판으로서,소지강판; 및 상기 소지강판의 표면에 형성된 Fe-Al 합금 도금층을 포함하고, 상기 Fe-Al 합금 도금층을 두께방향으로 4등분 하여 4개의 층으로 하였을 때, 최외곽에 위치하는 층의 중심부 경도가 400~700Hv이고, 소지강판과 접하는 층의 중심부 경도가 150~400Hv이며, 최외곽의 층을 제외한 나머지 층의 경도가 그보다 외곽의 층의 경도보다 낮을 수 있다.

Description

내식성이 향상된 고내식 철-알루미늄계 합금도금강판, 그 제조방법 및 그로부터 제조된 열간 프레스 성형 부재{STEEL SHEET PLATED WITH FE-AL ALLOY HAVING IMPROVED CORROSION RESISTANCE, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND HOT PRESS FORMED PART MANUFACTURED THEREFROM}
본 발명은 내식성이 향상된 고내식 철-알루미늄계 합금도금강판, 그 제조방법 및 그로부터 제조된 열간 프레스 성형 부재에 관한 것이다.
최근 석유 에너지 자원의 고갈과 환경에 관한 높은 관심으로 인하여 자동차의 연비 향상에 대한 규제는 날로 강력해지고 있다.
재료적인 측면에서 자동차의 연비를 향상시키기 위한 한가지의 방법으로서 사용되는 강판의 두께를 감소시키는 것을 들 수 있으나, 두께를 감소시킬 경우 자동차의 안전성에 문제가 발생할 수 있으므로, 반드시 강판의 강도 향상이 뒷받침되어야 한다.
이와 같은 이유로 고강도 강판에 대한 수요가 지속적으로 발생하였으며, 다양한 종류의 강판이 개발된 바 있다. 그런데, 이들 강판은 그 자체로 높은 강도를 가지고 있기 때문에 가공성이 불량하다는 문제가 있다. 즉, 강판의 등급별로 강도와 연신율의 곱이 항상 일정한 값을 가지려는 경향을 가지고 있기 때문에, 강판의 강도가 높아질 경우에는 가공성의 지표가 되는 연신율이 감소하게 된다는 문제가 있었다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 열간 프레스 성형법이 제안된 바 있다. 열간 프레스 성형법은 강판을 가공하기 좋은 고온으로 가공한 후, 이를 낮은 온도로 급냉함으로써 강판 내에 마르텐사이트 등의 저온 조직을 형성시켜, 최종 제품의 강도를 높이는 방법이다. 이와 같이 할 경우에는 높은 강도를 가지는 부재를 제조할 때 가공성의 문제를 최소화 할 수 있다는 장점이 있다.
그런데, 상기 열간 프레스 성형법에 의할 경우에는 강판을 고온으로 가열하여야 하기 때문에 강판 표면이 산화되고 따라서 프레스 성형 이후에 강판 표면의 산화물을 제거하는 과정이 추가되어야 한다는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 미국 특허공보 제6,296,805호 발명이 제안된 바 있다. 상기 발명에서는 알루미늄 도금을 실시한 강판을 열간 프레스 성형 또는 상온 성형 후 가열하고 급냉하는 과정(간략히 '후 열처리')에 이용하고 있다. 알루미늄 도금층이 강판 표면에 존재하기 때문에 가열시에 강판이 산화되지는 않는다.
상술한 알루미늄 도금강판을 열간 프레스 성형하기 위해서는 강판을 가열하는 단계가 수행된다. 이 단계에서 강판의 온도가 상승하고 그 결과 강판의 소지철로부터 표면의 도금층까지 Fe의 확산이 일어나서 도금층에 합금화가 일어난다.
이러한 알루미늄 도금강판을 열간 프레스 성형하면 프레스 시에 금형과 밀착되는 부위의 도금층에 크랙이 발생하는 문제가 발생한다. 그 뿐만 아니라, 프레스에 의해 굴곡이 발생하는 부분에서는 도금층의 최표면에 강한 인장응력이 가해지게 되는데, 취약한 합금층의 특성상 인장응력이 가해지면 표면부터 크랙이 발생하게 된다.
그런데, 알루미늄계 도금층은 희생방식성이 없기 때문에 상기와 같이 크랙이 발생되어 강판의 표면이 노출되면 최종적으로 얻어지는 열간 프레스 성형 부재의 내식성이 감소할 수 있다.
본 발명의 한가지 측면에 따르면, 열간 프레스 성형시에 강판 표면의 크랙 발생을 억제함으로써 최종적으로 얻어지는 열간 프레스 성형 부재의 내식성을 향상시킬 수 있는 신규한 철-알루미늄계 도금강판 및 그 제조방법이 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 한가지 측면에 따르면, 표면에 크랙 발생이 억제되어 우수한 내식성을 가질 뿐만 아니라, 도장 밀착성이 우수하여 필요에 따라 페인트 후 사용시에도 부식발생을 억제할 수 있는 열간 프레스 성형 부재가 제공될 수 있다.
본 발명의 과제는 상술한 내용에 한정되지 아니한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 본 발명 명세서의 전반적인 사항으로부터 본 발명의 추가적인 과제를 이해하는데 아무런 어려움이 없을 것이다.
본 발명의 한가지 측면에 따른 철-알루미늄계 도금강판은 열간 프레스 성형에 이용되는 철-알루미늄계 합금 도금 강판으로서,소지강판; 및 상기 소지강판의 표면에 형성된 Fe-Al 합금 도금층을 포함하고, 상기 Fe-Al 합금 도금층을 두께방향으로 4등분 하여 4개의 층으로 하였을 때, 최외곽에 위치하는 층의 중심부 경도가 400~700Hv이고, 소지강판과 접하는 층의 중심부 경도가 150~400Hv이며, 최외곽의 층을 제외한 나머지 층의 경도가 그보다 외곽의 층의 경도보다 낮을 수 있다.
본 발명의 다른 한가지 측면에 따른 철-알루미늄계 도금강판의 제조방법은 소지강판 표면을 알루미늄 도금하고 권취하여 알루미늄 도금 강판을 얻는 단계; 알루미늄 도금 강판을 소둔하여 철-알루미늄계 합금 도금 강판을 얻는 단계; 및 철-알루미늄계 합금 도금 강판을 냉각하는 단계를 포함하는 철-알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법으로서, 상기 알루미늄 도금량은 강판의 한쪽 면 기준으로 5~40g/m2이고, 알루미늄 도금 후 평균 250℃까지의 냉각속도를 20℃/초 이하로 하고, 상기 소둔은 상소둔 로에서 650~800℃의 가열 온도 범위에서 1시간 ~ 100시간 유지함으로써 실시되며, 상기 소둔 시 상온에서 상기 가열 온도까지 가열할 때, 평균 승온 속도를 1~100℃/h로 하되, 400~500℃ 구간의 평균 승온 속도를 1~15℃/h로 하고, 열처리시 상소둔 로 내의 산소분압을 10-70~10-20 기압의 범위로 하며, 상기 상소둔 로내 분위기 온도와 강판 온도간 차이를 5~80℃로 하며, 상기 알루미늄 합금 도금 강판을 냉각하는 단계에서 500℃까지 50℃/h 이하의 속도로 냉각하는 과정에 의하여 수행될 수 있다.
본 발명의 또다른 한가지 측면에 따른 열간 프레스 성형 부재는 열간 프레스 성형에 의하여 얻어진 열간 프레스 성형 부재로서, 소지강판과 도금층을 포함하고, 상기 도금층을 두께 방향으로 4등분 하여 4개의 층으로 하였을 때, 최외곽 층의 중심부 경도가 500~800Hv 이고, 소지강판과 접하는 층의 중심부 경도가 400Hv 이하이며, 최외곽의 층을 제외한 나머지 층의 경도가 그보다 외곽의 층의 경도보다 낮을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 열간 프레스 성형 전의 도금강판의 표면에 합금층을 형성시키고 합금층의 경도 프로파일과 합금층의 조성 등을 적절히 제어함으로써, 이후 열간 프레스 성형하더라도 도금층에 크랙이 발생하지 않아서, 열간 프레스 성형 부재의 내식성을 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.
도 1은 발명예에 의해 제조된 철-알루미늄 도금 강판의 도금층 단면 조직을 관찰한 현미경 사진이다.
도 2는 발명예 및 비교예에 의해 제조된 강판을 이용하여 열간성형되는 HAT 모양의 부품 모양을 나타내는 사진 및 도면이다.
도 3은 발명예에 의해 제조된 철-알루미늄 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어진 강판의 도금층 단면 조직을 관찰한 현미경 사진이다.
도 4는 발명예에 의해 제조된 철-알루미늄 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어진 강판의 도금층 표면 조직을 관찰한 현미경 사진이다.
도 5는 발명예에 의해 제조된 철-알루미늄 도금 강판을 HAT 모양을 열간 프레스 성형하여 얻어진 부품의 굴곡부에서 도금층 단면 조직을 관찰한 현미경 사진이다.
도 6은 비교예에 의해 제조된 알루미늄 도금 강판의 도금층 단면 조직을 관찰한 현미경 사진이다.
도 7은 비교예에 의해 제조된 알루미늄 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어진 강판의 도금층 단면 조직을 관찰한 현미경 사진이다.
도 8은 비교예에 의해 제조된 알루미늄 도금 강판을 열간 프레스 성형하여 얻어진 강판의 도금층 표면 조직을 관찰한 현미경 사진이다.
도 9는 비교예에 의해 제조된 알루미늄 도금 강판을 HAT 모양을 열간 프레스 성형하여 얻어진 부품의 굴곡부에서 도금층 단면 조직을 관찰한 현미경 사진이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명에서 각 원소를 함량을 나타낼 때 특별히 달리 정하지 아니하는 한, 중량%를 의미한다는 것에 유의할 필요가 있다.
본 발명자들은 열간 프레스 성형시 도금층에 크랙이 발생하는 원인을 찾기 위해 노력한 결과, 대체적으로 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.
굴곡부와 같이 가공이 극심한 부위에서 도금층에 발생하는 크랙은 가열시 Fe가 도금층으로 확산되어 일어난 합금화로 인하여 표면에 경질의 합금상이 형성되기 때문으로 판단된다. 즉, 열간 프레스 성형을 위하여 알루미늄 도금강판을 가열하면, 알루미늄 도금층 내로 Fe가 확산되어 들어오는데, 그 결과 표면에 매우 경질의 합금상이 형성되게 된다.
이러한 경질의 합금상은 매우 취약하기 때문에 굴곡부위에 강한 인장응력 또는 굽힘응력이 가해지면 크랙을 발생시키게 되는데, 이러한 크랙이 최종 열간 프레스 성형 부품에 잔존하여 제품의 내식성을 저하시키는 원인이 된다.
굴곡부와 유사하게, 프레스와 접하는 평면 부위에서도 프레스와 강판이 접촉하고 프레스에 의하여 도금층에 응력이 전달된다. 특히, 통상의 알루미늄 도금 강판을 가열할 경우에는 합금화에 의하여 경도가 높은 다양한 층들이 부품 내에서 형성되게 되는데 이들 층의 전체 경도가 높기 때문에 다소 높은 응력이 전달되면 이들 도금층 중의 취약 층에서 크랙이 발생하여 다른 층에까지 전달되고 결국 도금층 전체에서 크랙이 발생하게 된다.
이러한 종래기술을 문제를 해결하기 위하여 본 발명에서는 다음과 같은 해결수단을 제시한다.
즉, 본 발명에서는 도금층을 종래의 알루미늄 층이 아닌 철-알루미늄계 도금층으로 하고, 철-알루미늄 도금층의 경도를 적절한 범위내로 제어한다. 철-알루미늄계 도금층의 합금화도는 알루미늄의 함량을 조절함으로써 제어할 수 있다.
철-알루미늄 합금의 경도는 초기에 순 알루미늄에 철의 함량이 높아짐에 따라(즉, 알루미늄 함량이 감소함에 따라) 대체로 증가하며, 이후 금속간 화합물이 출현하게 되는데 출현하는 금속간 화합물의 종류에 따라 경도가 크게 변화한다. 그리고, 철의 함량이 더욱 증가하면 경도가 감소하는 경향을 나타낸다.
통상의 알루미늄 도금강판을 열간 프레스 성형하면 철이 확산되어 알루미늄-철계 도금층이 나타나게 되는데, 도금층 내에는 다수의 경질의 알루미늄-철 금속간 화합물 층이 포함되게 된다. 이와 같이 경도가 높은 도금층에 대하여 프레스 가공을 실시하면 상술한 바와 같이 굴곡부나 금형과 직접 접촉하는 부위 등에서 크랙이 발생하게 되는 것이다.
그러나, 본 발명에서는 합금화된 철-알루미늄계 도금강판을 사용하고, 상기 철-알루미늄계 도금강판의 도금층의 경도를 적절한 수준으로 관리함으로써 추후에 열간 프레스 성형을 위하여 도금강판을 가열하여 철(Fe)가 확산되어 들어온다고 하더라도 경도의 변화가 크지 않아서 극심한 가공에도 크랙을 발생시키지 않도록 할 수 있다.
이를 위하여, 본 발명의 한가지 구현례에서는 합금화된 철-알루미늄계 도금강판으로서 도금층을 두께방향으로 4등분 하여 4개의 층으로 하였을 때, 최외곽에 위치하는 층의 중심부 경도가 400~700Hv일 수 있다. 즉, 최외곽 층의 경도가 너무 높을 경우에는 가공시 전달되는 응력이 직접 작용하는 최외곽 층에서 크랙이 발생할 우려가 크기 때문에, 상기 최외곽 층의 중심부 경도는 700Hv 이하로 제어될 수 있으며, 바람직하게는 650Hv 이하로 제어될 수 있다. 또한, 중심부 경도가 너무 낮을 경우에는 금형과 접촉했을 때, 금형과 밀착도가 높아져서 금형으로부터 전달되는 마찰력에 따른 응력이 과다하게 증가될 수 있으므로, 이를 방지하기 위하여 상기 최외곽 층의 중심부 경도는 400Hv 이상으로 정할 수 있으며, 바람직하게는 450Hv 이상으로 정할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 한가지 구현례에서는 중심부 경도를 상기 범위로 제어함에 따라 가열된 강판에 극심한 가공이 가해진다고 하더라도, 크랙의 발생을 억제할 수 있다.
또한, 도금층의 크랙은 소지강판과 도금층 사이의 밀착성 저하로 인해서도 발생할 수 있는데, 본 발명의 한가지 구현례에서는 이러한 문제를 발생하기 위해서 도금층을 두께 방향으로 4등분 하여 4개의 층으로 하였을 때, 소지강판과 접하는 층의 중심부 경도를 150~400Hv로 할 수 있다. 즉, 소지강판과 접하는 층의 중심부 경도가 너무 높을 경우에는 도금층과 소지강판 사이의 밀착성이 감소할 뿐만 아니라, 도금층의 취성도 증가하기 때문에 크랙의 원인이 될 수 있다. 따라서, 소지강판과 접하는 층의 중심부 경도는 400Hv 이하로 정할 수 있다. 소지강판과 접하는 층의 중심부 경도는 낮을 수록 유리하기 때문에 그 하한을 특별히 정할 필요는 없다. 그러나, 본 발명에서 대상으로 하는 철-알루미늄계 도금층에서는 소지강판과 접하는 층의 중심부 경도가 대략 150Hv 이상으로 나타나기 때문에 한가지 구현례에서는 이를 하한으로 정할 수도 있다.
그 뿐만 아니라, 통상의 알루미늄 도금 강판에서는 도금층의 중간 부위에서 다양한 경질의 합금상이 나타나는데, 본 발명의 한가지 구현례에서는 최외곽의 층을 제외한 나머지 층의 경도가 그보다 외곽의 층의 경도보다 낮을 수 있다. 이와 같이 될 경우 최외곽에 가장 높은 경도를 가지는 층이 형성되고 소지강판과의 계면쪽으로 갈수록 경도가 낮은 층이 형성되게 된다. 합금층의 경도가 너무 높을 경우에는 상술한 바와 같이 도금층에 가해지는 응력에 매우 취약해서 크랙을 쉽게 발생시키나, 반대로 합금층 최외곽의 경도가 너무 낮을 경우에는 금형과 밀착되어 가공될 때, 금형이 밀착하여 큰 전단 응력을 가하기 때문에 크랙이 발생할 우려가 있다. 따라서, 최외곽 합금층은 일정 수준 이상의 경도를 가질 필요가 있으나, 이러한 작용이 필요하지 않은 내부로 갈수록 경도는 낮아질 필요가 있으며, 특히 소지강판과 접하는 부위의 경도가 가장 낮을 필요가 있다.
본 발명의 한가지 구현례에서는 상기 도금층 중 Al 함량은 그 최대치가 40% 이하로 제어될 수 있다. 여기서 Al 함량은 표면 산화층을 제외한 도금층에서의 함량을 의미한다. 도금강판의 도금층의 Al 함량을 이와 같이 제어할 경우에 열간 프레스 성형시 가열에 의하여 Fe가 더욱 확산되어 들어온다고 하더라도 도금층의 경도는 크게 증가하지 아니하고 적절한 경도 범위로 유지될 수 있다. 본 발명에서는 상기 도금층 중 Al 함량의 하한은 제한하지 아니한다. 다만, 본 발명의 한가지 구현례에서 상기 도금층 중 Al 함량의 최대치는 5% 이상으로 정할 수 있다. 본 발명의 한가지 구현례에서 상기 Al의 최대 함량은 GDS로 성분 분석을 하였을 때, GDS 성분 프로 파일에서의 Al의 최대 함량을 의미한다.
본 발명의 한가지 구현례에서 열간 프레스 성형 전과 후에서 상기 최외곽 층의 중심부 경도의 차이는 200Hv 이하일 수 있다(이러한 경도의 차이는 소재 도금강판과 상기 소재 도금강판을 대기 분위기로 930℃로 가열하고(총 가열시간 5분), 프레스에서 성형하면서 100℃/s의 냉각속도로 냉각하여 얻은 부품의 도금층 최외곽 층 중심부 차이로 정의할 수 있다. 이때, 로에서 취출하고 나서 프레스 성형을 개시할 때까지 경과된 시간은 10초로 정할 수 있다).
본 발명의 한가지 구현례에서, 알루미늄 합금 도금 강판의 도금층의 두께를 40㎛ 이하로 할 수 있다. 본 발명의 도금강판은 필요에 따라 용접한 후 열간 프레스 성형에 제공될 수도 있는데, 이때 도금층의 두께를 일정치 이하로 제한함으로써 알루미늄이 용접부로 혼입되는 것을 방지할 수 있으며, 그 결과 용접부의 강도 하락을 방지할 수 있다. 상기 도금층의 두께는 30㎛ 이하일 수 있으며, 경우에 따라서는 25㎛ 이하일 수 있다. 또한, 열간 프레스 성형시 강판의 산화를 방지하기 위하여 본 발명의 한가지 구현례에서는 상기 도금층의 두께를 3㎛ 이상으로 할 수 있으며, 경우에 따라서는 5㎛ 이상 또는 7㎛ 이상으로 할 수 있다.
본 발명의 한가지 구현례에서는 도금층 중 상기 Fe와 Al 함량의 합계가 90중량% 이상일 수 있다. 도금층이 전부 Fe와 Al 만으로 이루어질 수 있기 때문에, 상기 Fe와 Al 함량의 합계의 상한은 100중량%로 정할 수 있다. 또한, 본 발명의 합금 도금층은 Fe와 Al을 주성분으로 하며, 필요에 따라서 Mn, Si, Zn, Mg 등의 성분을 더 포함할 수 있다. 여기서, Mn은 내식성을 향상시키는 역할을 할 수 있으며 본 발명의 한가지 구현례에서는 0.01~10%로 포함될 수 있다. 또한, Si은 도금층 내에서 Fe와의 합금화를 균일하게 하는 역할을 할 수 있으며, 본 발명의 한가지 구현례에서는 0.01~2%로 포함될 수 있다. Mg은 도금층의 내식성을 향상시키는 역할을 할 수 있는데, 본 발명의 한가지 구현례에서는 0.01~10%의 범위로 포함될 수 있다. Zn는 도금층의 내식성을 향상시키는 역할을 할 수 있는데, 본 발명의 한가지 구현례에서는 0.01~30%의 범위로 포함될 수 있다.
본 발명의 도금강판에 포함되는 소지강판은 열간 프레스 성형용 강판으로서, 열간 프레스 성형에 사용된다면 특별히 제한하지 않으나, 한가지 비제한적인 예를 든다면 다음과 같은 조성의 소지강판을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 한가지 구현례에 따를 경우 본 발명의 도금 강판에 포함되는 소지강판은 중량%로, C: 0.04~0.5%, Si: 0.01~2%, Mn: 0.01~10%, Al: 0.001~1.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.02% 이하 및 N: 0.02% 이하를 포함하는 조성을 가질 수 있다.
C: 0.04~0.5%
상기 C는 열처리 부재의 강도를 상향시키기 위해 필수적인 원소로서 적정한 양으로 첨가될 수 있다. 즉, 열처리 부재의 강도를 충분하기 확보하기 위해서 상기 C는 0.04% 이상 첨가될 수 있다. 한가지 구현례에서는 상기 C 함량의 하한은 0.1%일 수 있다. 다만, 그 함량이 너무 높으면 냉연재를 생산하는 경우 열연재를 냉간압연할 때 열연재 강도가 너무 높아 냉간압연성이 크게 열위하게 될 뿐만 아니라, 점용접성을 크게 저하시키기 때문에, 충분한 냉간압연성과 점용접성을 확보하기 위해 0.5% 이하로 첨가될 수 있다. 또한, 상기 C 함량은 0.45% 이하 또한 0.4% 이하로 그 함량을 제한할 수도 있다.
Si: 0.01~2%
상기 Si는 제강에서 탈산제로 첨가되어야 할 뿐만 아니라, 열간 프레스 성형 부재의 강도에 가장 크게 영향을 미치는 탄화물 생성을 억제할 뿐만 아니라, 열간 프레스 성형에 있어서 마르텐사이트 생성 후 마르텐사이트 래쓰(lath) 입계로 탄소를 농화시켜 잔류오스테나이트를 확보하기 위하여 0.01% 이상의 함량으로 첨가될 수 있다. 또한, 압연 후 강판에 알루미늄 도금을 행할때 충분한 도금성을 확보하기 위해서 상기 Si 함량의 상한을 2%로 정할 수 있다. 본 발명의 한가지 구현례에서는 상기 Si 함량을 1.5% 이하로 제한할 수도 있다.
Mn: 0.01~10%
상기 Mn은 고용강화 효과를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 열간 프레스 성형 부재에 있어서 마르텐사이트를 확보하기 위한 임계냉각속도를 낮추기 위하여 0.01% 이상의 함량으로 첨가될 수 있다. 또한, 강판의 강도를 적절하게 유지함으로써 열간 프레스 성형 공정 작업성을 확보하고, 제조원가를 절감하며, 점용접성을 향상시킨다는 점에서 상기 Mn 함량은 10% 이하로 할 수 있으며, 본 발명의 한가지 구현례에서는 9% 이하, 또는 8% 이하로 할 수 있다.
Al: 0.001~1.0%
상기 Al은 Si과 더불어 제강에서 탈산 작용을 하여 강의 청정도를 높일 수 있으므로 0.001% 이상의 함량으로 첨가될 수 있다. 또한, Ac3 온도가 너무 높아지지 않도록 하여 열간 프레스 성형시 필요한 가열을 적절한 온도범위에서 할 수 있도록 하기 위하여 상기 Al의 함량은 1.0% 이하로 할 수 있다.
P: 0.05% 이하
상기 P는 강내에 불순물로서 존재하며, 가급적 그 함량이 적을수록 유리하다. 따라서, 본 발명의 한가지 구현례에서 P는 0.05% 이하의 함량으로 포함될 수 있다. 본 발명의 다른 한가지 구현례에서 P는 0.03% 이하로 제한될 수도 있다. P는 적으면 적을수록 유리한 불순물 원소이기 때문에 그 함량의 상한을 특별히 정할 필요는 없다. 다만, P 함량을 과도하게 낮추기 위해서는 제조비용이 상승할 우려가 있으므로, 이를 고려할 경우에는 그 하한을 0.001%로 할 수도 있다.
S: 0.02% 이하
상기 S는 강 중에 불순물로서, 부재의 연성, 충격특성 및 용접성을 저해하는 원소이기 때문에 최대함량을 0.02%로 한다(바람직하게는 0.01% 이하). 또한 그 최소함량이 0.0001% 미만에서는 제조비용이 상승될 수 있으므로, 본 발명의 한가지 구현례에서는 그 함량의 하한을 0.0001%로 할 수 있다.
N: 0.02% 이하
상기 N은 강 중에 불순물로 포함되는 원소로서, 슬라브 연속주조시에 크랙 발생에 대한 민감도를 감소시키고, 충격특성을 확보하기 위해서는 그 함량이 낮을 수록 유리하며, 따라서 0.02% 이하로 포함할 수 있다. 하한을 특별히 정할 필요가 있으나, 제조비용의 상승 등을 고려하여 한가지 구현례에서 N 함량을 0.001% 이상으로 정할 수도 있다.
본 발명에서는 필요에 따라, 상술한 강 조성에 더하여 Cr, Mo 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 합: 0.01~4.0%, Ti, Nb, Zr 및 V으로 이루어진 그룹에서 1종 이상의 합: 0.001~0.4%, Cu + Ni: 0.005~2.0%, Sb + Sn: 0.001~1.0% 및 B: 0.0001~0.01% 중에서 하나 이상을 추가로 첨가할 수 있다.
Cr, Mo 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 합 : 0.01~4.0%
상기 Cr, Mo 및 W은 경화능 향상과, 석출강화 효과를 통한 강도 및 결정립 미세화를 확보할 수 있으므로, 이들 1종 이상을 함량 합계 기준으로 0.01% 이상 첨가할 수 있다. 또한, 부재의 용접성을 확보하기 위해서 그 함량을 4.0% 이하로 제한할 수도 있다. 또한, 이들 원소의 함량이 4.0%를 초과 하면 더이상의 효과 상승도 미약하기 때문에 함량을 4.0% 이하로 제한할 경우 추가적인 원소 첨가에 따른 비용 상승을 방지할 수도 있다.
Ti, Nb, Zr 및 V로 이루어진 그룹 중 선택된 1종 이상의 합 : 0.001~0.4%
상기 Ti, Nb 및 V은 미세 석출물 형성으로 열처리 부재의 강판 향상과, 결정립 미세화에 의해 잔류 오스테나이트 안정화와 충격인성 향상에 효과가 있으므로 이들 중 1종 이상을 함량의 합계로 0.001% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 첨가량이 0.4%를 초과하면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 과다한 합금철 첨가로 비용 상승을 초래할 수 있다.
Cu + Ni: 0.005~2.0%
상기 Cu와 Ni는 미세 석출물을 형성시켜 강도를 향상시키는 원소이다. 상술한 효과를 얻기 위해서 이들 중 하나 이상의 성분의 합을 0.005% 이상으로 할 수 있다. 다만, 그 값이 2.0%를 초과하면 과다한 비용 증가가 되기 때문에 그 상한을 2.0%로 한다.
Sb + Sn: 0.001~1.0%,
상기 Sb와 Sn은 Al-Si도금을 위한 소둔 열처리 시, 표면에 농화되어 Si 또는 Mn 산화물이 표면에 형성되는 것을 억제하여 도금성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서 0.001% 이상 첨가될 수 있다. 다만, 그 첨가량이 1.0%를 초과하면 과다한 합금철 비용 뿐만 아니라 슬라브 입계에 고용되어 열간압연 시 코일 에지(edge) 크랙을 유발시킬 수 있기 때문에 그 상한을 1.0%로 한다.
B: 0.0001~0.01%
상기 B은 소량의 첨가로도 경화능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구오스테나이트 결정립계에 편석되어 P 또는/및 S의 입계 편석에 의한 열간 프레스 성형 부재의 취성을 억제할 수 있는 원소이다. 따라서 B는 0.0001% 이상 첨가될 수 있다. 다만, 0.01%를 초과하면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 열간압연에서 취성을 초래하므로 그 상한을 0.01%로 할 수 있으며, 한가지 구현례에서는 상기 B 함량을 0.005% 이하로 할 수 있다.
상술한 성분 이외의 잔부로서는 철 및 불가피한 불순물을 들 수 있으며, 또한 열간 성형용 강판에 포함될 수 있는 성분이라면 특별히 추가적인 첨가를 제한하지 않는다.
상술한 조건의 철-알루미늄계 도금강판을 제조할 수 있다면 본 발명의 철-알루미늄계 도금강판의 제조방법은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 한가지 비제한적인 예를 들면 다음과 같다.
이하, 본 발명의 일측면에 따른 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법의 한가지 예를 설명하면 아래와 같다. 다만, 하기하는 열간 프레스 성형용 강판의 제조방법은 한가지 예시로서 본 발명의 열간 프레스 성형용 강판이 반드시 본 제조방법에 의해 제조되어야 한다는 것은 아니며, 어떠한 제조방법이라도 본 발명의 청구범위를 충족하는 방법이라면 본 발명의 각 구현례를 구현하는데 사용함에 아무런 문제가 없다는 것에 유의할 필요가 있다.
본 발명의 강판은 열간 압연 또는 냉간 압연된 소지강판을 이용하며, 상기 소지강판의 표면에 용융 알루미늄 도금을 실시하고, 도금 강판에 소둔 처리를 함으로써 얻을 수 있다.
[알루미늄 도금 공정]
본 발명의 한가지 구현례에서는 소지강판을 준비하고, 상기 소지강판의 표면을 적절한 조건으로 알루미늄 도금하고 권취하여 알루미늄 도금 강판(코일)을 얻는 과정이 수행된다.
한쪽면 당 5~40g/m 2 의 도금량으로 소지강판 표면을 알루미늄 도금
압연된 강판의 표면에 알루미늄 도금 처리를 할 수 있다. 알루미늄 도금은 통상 type I 이라고 명명되는 AlSi 도금(80% 이상의 Al과 5~20%의 Si를 포함, 필요에 따라 추가적인 원소도 포함 가능)이나, type II라고 명명되는 Al을 90% 이상 포함하고 필요에 따라 추가적인 원소를 포함하는 도금 모두 사용할 수 있다. 도금층을 형성하기 위해 용융 알루미늄 도금을 행할 수 있으며, 도금전에 강판에 대한 소둔 처리를 할 수도 있다. 도금시 적절한 도금량은 한쪽면 기준으로 5~40g/m2 이다. 도금량이 너무 많을 경우에는 표면까지 합금화하는데 시간이 과다하게 소요될 수 있으며, 반대로 도금량이 너무 적을 경우에는 충분한 내식성을 얻기 어렵다. 상기 도금량은 바람직하게는 5~29g/m2일 수 있으며, 보다 바람직하게는 10~25g/m2일 수 있다
알루미늄 도금 후 250℃까지의 평균 냉각속도를 20℃/초 이하로 함
알루미늄 도금 후 냉각속도는 도금층과 소지철 사이에 확산 억제층 형성에 영향을 주며, 알루미늄 도금 후 냉각속도가 너무 빠르면, 확산 억제층이 균일하게 형성되지 못하여 이후 행해지는 소둔 처리 시 코일의 합금화 거동이 불균일 해 질 수 있다. 따라서, 알루미늄 도금 후 250℃까지의 평균 냉각속도는 20℃/초 이하로 할 수 있다.
[소둔 처리 공정]
상술한 과정에 의해 알루미늄 도금된 강판에 대하여 다음과 같은 조건으로 소둔 처리를 실시하여 알루미늄 합금 도금 강판을 얻는다.
상소둔 로에서 650~800℃의 범위에서 1시간 ~ 50시간 실시
알루미늄 도금 강판(코일)은 상소둔 로(Batch annealing furnace)에서 가열된다. 강판을 가열할 때, 열처리 목표 온도와 유지 시간은 강판 온도를 기준으로 650~800℃인 범위 내(본 발명에서는 이 온도 범위에서 소재가 도달하는 최고 온도를 가열 온도라고 함)에서 1시간~100시간 유지하는 것이 바람직하다. 여기서 유지시간이라 함은 코일온도가 목표 온도에 도달한 후 냉각개시까지의 시간이다. 본 발명의 한가지 구현례에서는 합금화가 충분하게 이루어지지 않을 경우에는 롤 레벨링시 도금층이 박리될 수 있으므로 충분한 합금화를 위해서 가열 온도를 650℃ 이상으로 할 수 있다. 또한, 표층에 산화물이 과다하게 생성되는 것을 방지하고 점 용접성을 확보하기 위해서 상기 가열 온도는 800℃ 이하로 할 수 있다. 또한, 도금층을 충분하게 확보하는 동시에 생산성의 저하를 방지하기 위하여 상기 유지 시간은 1시간~100시간으로 정할 수 있으며, 바람직하게는 5시간 ~ 30시간으로 정할 수 있다. 본 발명의 한가지 구현례에서는 강판의 온도는 가열 온도에 도달할 때까지 냉각 과정 없이 온도가 계속 상승하는 형태의 가열 패턴을 가질 수 있다.
평균 승온 속도를 1~100℃/h로 하여 가열 온도까지 가열
상술한 가열 온도로 강판을 가열할 때, 충분한 생산성을 확보하고 전 강판(코일)에서 도금층을 균일하게 합금화 시키기 위해서는 전체 온도 구간(상온부터 가열 온도까지의 구간)에 대한 강판(코일) 온도 기준으로 평균 승온 속도가 1~100℃/h로 되도록 할 수 있다. 평균 승온속도가 1℃/h 미만일 경우에는 목표 가열온도에 도달하기 위한 시간이 너무 오래 걸려 소둔 생산성이 나빠질 수 있다는 문제점이 있다. 상기 승온 속도는 바람직하게는 5℃/h 이상, 더욱 바람직하게는 10℃/h 이상일 수 있다. 또한 평균 승온속도가 100℃/h 초과에서는 코일 전체에 도금층이 균일하게 합금화되지 않을 수 있다. 바람직하게는 평균 승온 속도의 상한을 80℃/h로 할 수 있고, 더욱 바람직하게는 평균 승온 속도의 상한을 60℃/h로 할 수 있다. 또한, 전체적인 평균 승온 속도는 위와 같은 수치 범위에서 제어할 수 있지만, 본 발명의 한가지 구현례에서는 후술하는 바와 같이 특정 온도 구간의 승온 속도도 함께 제어하여 본 발명의 과제를 달성할 수 있도록 하였다.
승온시 400~500℃ 구간의 평균 승온 속도를 1~15℃/h로 하여 가열
본 발명의 한가지 구현례에서는 압연시 혼입된 압연유가 기화되는 상기 온도구간에서 압연유가 잔존하여 표면 얼룩 등을 야기하는 것을 방지하면서 충분한 생산성을 확보하기 위하여 승온시 400~500℃ 구간의 평균 승온 속도를 1~15℃/h로 하여 가열할 수 있다.
600~650℃ 구간의 평균 승온 속도를 1~30℃/h로 하여 가열
본 발명의 한가지 구현례에서는 생산성 향상을 위하여 600~650℃ 구간의 평균 승온 속도를 1℃/h 이상으로 할 수 있다. 또한, 승온속도가 너무 높을 경우 균일한 합금화를 달성할 수 있으므로, 상기 구간의 평균 승온 속도는 30℃/h 이하로 할 수 있다.
열처리시 상소둔 로 내의 산소분압을 10 -70 ~10 -20 기압의 범위로 함
본 발명의 한가지 구현례에서는 도금층의 표면에 산화물 형성을 최대한 억제할 필요가 있다. 이를 위해서 산소 분압은 10-70 기압 이상으로 분위기를 제어할 수 있다. 다만, 산소분압이 너무 높을 경우에는 산화물의 생성이 과다하여 용접성을 저하시킬 수 있으므로, 산소분압은 10-20 기압 이하로 제어한다.
상소둔로내 분위기온도와 강판 온도간 차이를 5~80℃로 함
일반적인 상소둔로의 가열은 강판(코일)을 직접 가열하는 방식보다는 소둔로내 분위기 온도 상승을 통하여 강판(코일)을 가열하는 방식을 취한다. 이런 경우에 분위기 온도와 코일 온도 간의 차이는 피할 수 없으나, 강판 내 위치별 재질 및 도금 품질 편차를 최소화 하기 위해서는 열처리 목표온도 도달시점을 기준으로 분위기 온도와 강판 온도간 차이를 80℃ 이하로 할 수 있다. 온도차이는 가능한 작게 하는 것이 이상적이나 이는 승온속도를 느리게 하여 전체 평균 승온 속도 조건을 충족하기 어려울 수도 있으므로 이를 고려한다면 5℃ 이상으로 할 수 있다. 여기서, 강판의 온도는 장입된 강판(코일) 바닥부(코일 중에서 가장 낮은 부분을 의미한다)의 온도를 측정한 것을 의미하며, 분위기 온도는 가열로의 내부 공간의 중심에서 측정한 온도를 의미한다.
[냉각 공정]
소둔 후 500℃까지 50℃/h 이하의 속도로 냉각
목표온도에서 일정 시간을 유지한 후 알루미늄 합금 도금 강판(코일)은 냉각된다. 냉각 방법으로서 로냉, 공냉, 수냉 등 다양한 방법을 적용할 수 있으며, 냉각 구간 전체의 평균 냉각속도에는 특별한 제한이 없으며, 생산성 향상을 위해서 빠르게 냉각해도 무방하다. 다만, 스티킹 결함을 방지하고 재질 균일성 확보하면서도 공극을 충분히 형성 시키기 위해 가열 후 500℃까지 온도 구간의 냉각속도는 50℃/h 이하로 할 수 있다. 하한의 경우는 특별히 한정하지는 않으나, 생산성을 고려해서 1℃/h 이상으로 할 수 있다.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면 상술한 본 발명의 도금강판을 열간 프레스 성형하여 얻어진 열간 프레스 성형 부재가 제공될 수 있다.
본 발명의 열간 프레스 성형 부재는 본 발명의 철-알루미늄계 도금강판과 유사한 도금층 구조를 가진다. 즉, 본 발명의 열간 프레스 성형 부재는 소지강판과 도금층을 포함하고, 상기 도금층을 두께 방향으로 4등분 하여 4개의 층으로 하였을 때, 최외곽 층의 중심부 경도가 500~800Hv, 바람직하게는 550~750Hv일 수 있으며, 소지강판과 접하는 층의 중심부 경도가 400Hv 이하, 바람직하게는 380Hv 이하일 수 있다. 또한, 최외곽 층을 제외한 나머지 층의 경도는 그보다 외곽에 존재하는 층의 경도보다 낮을 수 있다.
본 발명의 한가지 구현례에 따르면 상기 열간 프레스 성형 부재의 도금층은 주사전자현미경(SEM)으로 3000배의 비율로 분석하였을 때, 실질적으로 단층으로 이루어진다., 전체적인 도금층이 이와 같은 구조를 가질 경우에는 강판과 도금층 사이의 밀착성이 우수하여 내식성을 개선할 수 있다.
또한, 본 발명의 한가지 구현례에 따르면 상기 열간 프레스 성형 부재는 통상의 알루미늄 도금강판을 열간 프레스 성형하여 얻은 부재와는 달리 표면 조도(Ra)가 1.3㎛ 이상으로서 도장시 도장 밀착성이 매우 우수하다. 이와 같은 우수한 도장 밀착성을 가질 경우에는 도장 후 내식성이 개선되는 효과를 얻을 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기하는 실시예는 본 발명을 예시하여 구체화하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 제한하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 청구범위에 기재된 사항 및 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의하여 결정되는 것이기 때문이다.
(실시예)
발명예
하기 표 1의 조성을 가지는 열간 프레스 성형용 냉간압연 강판을 준비하였다. 강판의 표면에 Al-8%Si-2%Fe 조성을 가지는 type I 도금욕으로 강판을 표면을 도금하였다. 도금 시 도금량은 한쪽 면당 20g/m2으로 조절하였고, 알루미늄 도금 후 250℃까지의 평균 냉각속도를 8℃/초로 냉각한 후 코일을 권취하였다.
원소 C Si Mn Al P S N 추가 원소
함량(%) 0.2 0.2 1.1 0.03 0.01 0.002 0.003 Ti 0.02, B 0.002, Cr 0.3
도금된 강판을 상소둔 로에서 다음과 같은 조건으로 750℃까지 가열하였다.
750까지의 전체 평균 승온 속도: 44℃/h
400~500 온도 구간의 평균 승온 속도: 10℃/h
600~650 온도 구간의 평균 승온 속도: 10℃/h
가열시 분위기: 수소 99 vol%, 산소분압 10-30
가열 온도에서 분위기와 코일 사이의 온도 차이: 30℃
가열 후 동일한 온도에서 10시간 유지하였으며, 이후 강판을 500℃까지 40℃/h의 평균 냉각 속도로 냉각한 후, 100℃까지 55℃/h의 평균 냉각 속도로 냉각하여 열간 프레스 성형용 강판을 얻었다. 얻어진 도금강판의 인장강도는 472MPa 이었다.
상기 방법에 의해 얻어진 도금층의 구조를 광학으로 관찰한 결과는 도 1과 같으며, 강판의 도금층에 대하여 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 및 하중 2g으로 비커스 경도를 분석한 결과는 아래 표 2와 같다. 도금층 표면으로부터 소지강판(소지철) 경계까지의 두께를 4 등분한 후 표면으로부터 가까운 층부터 1, 2, 3, 4의 번호를 부여하였다. 이 때 EDS 및 비커스 경도는 각 층의 중앙부에서 분석되었으며, 비커스 경도는 다섯 부위를 측정한 후 평균하였다. 도금층의 전체 두께는 19.4㎛ 이었다.
표면으로부터 위치
 Hv (2g)
 성분 (중량 %)
Fe Al Si
1 535 74.2 21.3 4.5
2 460 83.0 15.8 1.3
3 357 90.1 9.5 0.5
4 250 93.9 5.2 -
표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 도금층의 경도는 Hv 200~600으로서 소지강판으로부터 멀어질수록 높아졌으며, Fe 함량이 주요 성분임과 동시에 Al 함량 또한 6~22%로 증가하였다. 또한, 전체 도금층의 평균 Fe+Al 함량은 98.3 중량%인 것을 확인할 수 있었다.
상기와 같이 상소둔으로 제조된 강판을 도 2와 같은 HAT 형상을 갖는 부품을 다음과 같은 조건으로 930℃까지 가열하고, 프레스 성형하여 열간 프레스 성형 부재를 얻었다.
가열시 분위기: 대기
총 가열시간: 5분
공냉시간: 10초 (프레스에서 취출해서 프레스 성형을 개시할 때까지 시간)
프레스 냉각속도: 100℃/초
이후 성형 부재의 평면부에서 SEM으로 도금층 구조를 관찰한 결과를 도 3에 나타내었다. 상기 도금층은 다시 위에서 언급된 방법과 동일하게 EDS 및 비커스 경도를 분석한 결과는 아래 표 3과 같다.
표면으로부터 위치 Hv (2g) 성분 (중량 %)
Fe Al Si
1 622 75.0 24.5 0.5
2 567 82.2 14.0 3.8
3 435 93.0 6.0 1.1
4 330 97.1 2.9 -
도금층의 경도는 Hv 250~700으로서 소지강판으로부터 멀어질수록 높아졌으며, Fe 함량이 주요 성분임과 동시에 Al 함량 또한 2~25%로 증가하였다. 또한 평면부에서 SEM으로 도금층 표면을 관찰한 결과는 도 4와 같다. 도면에서 확인할 수 있는 바와 같이 도금층은 단층으로 이루어져 있었으며, 100배 배율에서 다섯 부위를 관찰한 결과 도금층 균열이 관찰되지 않았다. 또한 굴곡부에서 광학으로 도금층 단면을 관찰한 결과는 도 5와 같고, 균열이 도금층을 관통하여 소지강판이 드러난 부위는 관찰되지 않았다.
비교예
나머지 조건은 상기 발명예와 동일하되 편면 도금량을 80g/m2으로 조절하여 도금만 실시하고 가열 및 냉각은 실시하지 않은 알루미늄 도금 강판을 비교예 1로 하였다. 도금층의 구조를 광학으로 관찰한 결과는 도 6과 같으며, 강판의 도금층에 대하여 EDS (Energy Dispersive X-ray Spectroscopy) 및 하중 5g으로 비커스 경도를 분석한 결과는 아래 표 4와 같다. 이 때 EDS 및 비커스 경도는 도금층 표면으로부터 소지강판 경계까지의 두께를 4 등분한 후 각 부분의 중앙부에서 분석되었으며, 비커스 경도는 다섯 부위를 측정한 후 평균하였다. 도금층의 전체 두께는 29.4㎛ 이었다.
표면으로부터 위치 Hv (5g) 성분 (중량 %)
Fe Al Si
1/2 두께 72.2 1.5 98.4 0.1
표 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 도금층의 경도는 Hv 약 72 이었으며, Al 함량이 주요 성분임과 동시에 Fe 함량은 1.5%, Si 함량은 0.1% 이었다.
상기 강판으로 도 2와 같은 형상을 갖는 부품을 다음과 같은 조건으로 930℃까지 가열하고, 프레스 성형하였다.
가열시 분위기: 대기
총 가열시간: 5분
공냉시간: 10초 (프레스에서 취출해서 프레스 성형을 개시할 때까지 시간)
프레스 냉각속도: 100℃/초
이후 평면부에서 SEM으로 도금층 구조를 관찰한 결과는 도 7에 나타내었다. 도 7에 표시된 각 도금층에 대하여 다시 위에서 언급된 방법과 동일하게(층 구분은 도면에 표시된 것을 따른다) EDS 및 비커스 경도를 분석한 결과는 아래 표 5과 같다
표면으로부터 위치 Hv (2g) 성분 (중량 %)
Fe Al Si
1 1232 51.5 46.3 1.6
2 969 64.7 24.5 9.2
3 1135 42.8 53.9 2.4
4 469 87.9 8.3 2.7
도금층은 4개의 영역으로 나뉘어져 있으며, 도금층의 경도는 Hv 400~1300으로서 특히 4번 영역을 제외한 많은 두께를 차지하고 있는 1~3번 영역의 경도는 Hv 900 이상으로서 매우 높았고, 다수의 균열들이 관찰되었으며, 도금층 내 Fe 함량은 42~65% 이었다. 또한 평면부에서 SEM으로 도금층 표면을 관찰한 결과는 도 8과 같다. 100배 배율에서 다섯 부위를 관찰한 결과 다수의 도금층 균열이 관찰되었다. 또한 굴곡부에서 광학으로 도금층 단면을 관찰한 결과는 도 9와 같고, 균열이 도금층을 관통하여 소지강판이 드러난 부위가 다수 관찰되었다.
상기 발명예 및 비교예로부터 얻어진 부재의 평면부에서 표면을 관찰하여 표면 평균 조도 (Ra)를 관찰하였으며, 그 결과를 하기 표 6으로 나타내었다.
구분 표면 조도 (Ra, ㎛)
발명예 1.6
비교예 1.1
상기 표에서 확인할 수 있듯이, 발명예는 표면 조도 (Ra)가 1.6인 반면, 비교예는 표면조도 (Ra)가 1.1에 불과하였다.
상기 발명예 및 비교예로부터 얻어진 HAT 형상을 갖는 부재에 대하여 복합부식시험 (Cyclic corrosion test)을 GM 14872 방법으로 100 cycle 실시한 후 시편의 단면을 광학 현미경으로 세 부위에서 부식 깊이를 측정 및 평균한 결과 발명예의 평면부와 굴곡부에서 평균 부식 깊이는 각각 13㎛와 21㎛인 반면, 비교예의 평면부와 굴곡부에서 평균 부식 깊이는 각각 46㎛와 97㎛로서 비교예의 나판 내식성이 열위한 것을 확인할 수 있었다.
상기 발명예 및 비교예로부터 얻어진 HAT 형상의 평면부에 대하여 인산염 처리 및 전착도장을 실시하고, 강판의 표면에 십자 흠을 형성한 다음 복합부식시험(Cyclic corrosion test)을 실시하여 십자 흠에 블리스터(blister)가 발생하는 정도를 관찰하였다. 복합부식시험은 1싸이클을 '습윤 분위기 노출 2시간-염수분무 노출 2시간-건조 1시간-습윤 분위기 노출 6시간-건조 2시간-습윤 분위기 노출 6시간-건조 2시간-냉각 3시간'의 24시간으로 하고 총 50싸이클을 유지하였다. 발명예는 블리스터의 최대폭이 0.5mm 인 반면, 비교예는 블리스터의 최대폭이 2.9mm로서 도장 후 내식성이 열위하다는 것을 확인할 수 있었다.
이상 살펴본 바와 같이, 본 발명에서와 같이 열간 프레스 성형용 도금강판의 도금층의 조건을 제어할 경우 도금층의 균열 발생이 억제되어 나내식성 및 도장 내식성이 우수한 열간 프레스 성형 부품을 얻을 수 있다.
따라서, 본 발명의 유리한 효과를 확인할 수 있었다.

Claims (14)

  1. 열간 프레스 성형에 이용되는 철-알루미늄계 합금 도금 강판으로서,
    소지강판; 및
    상기 소지강판의 표면에 형성된 Fe-Al 합금 도금층을 포함하고,
    상기 Fe-Al 합금 도금층을 두께방향으로 4등분 하여 4개의 층으로 하였을 때, 최외곽에 위치하는 층의 중심부 경도가 400~700Hv이고,
    소지강판과 접하는 층의 중심부 경도가 150~400Hv이며,
    최외곽의 층을 제외한 나머지 층의 경도가 그보다 외곽의 층의 경도보다 낮은 철-알루미늄계 합금 도금 강판.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 도금층의 두께가 3~40㎛인 철-알루미늄계 합금 도금 강판.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 도금층 중 Al 함량의 최대치가 40중량% 이하인 철-알루미늄계 합금 도금 강판.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 도금층 중 Fe와 Al 함량의 합계가 90 중량% 이상인 철-알루미늄계 합금 도금 강판.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 최외곽 층의 중심부 경도와 열간 프레스 하고 난 이후의 최외곽 층의 중심부 경도의 차이가 200Hv 이내인 철-알루미늄계 합금 도금 강판.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 소지강판이 중량%로 C: 0.04~0.5%, Si: 0.01~2%, Mn: 0.01~10%, Al: 0.001~1.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 도금 밀착성이 우수한 철-알루미늄계 합금 도금 강판.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 소지강판의 조성은 중량%로, Cr, Mo 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 합: 0.01~4.0%, Ti, Nb, Zr 및 V으로 이루어진 그룹에서 1종 이상의 합: 0.001~0.4%, Cu + Ni: 0.005~2.0%, Sb + Sn: 0.001~1.0% 및 B: 0.0001~0.01% 중 에서 하나 이상을 더 포함하는 도금 밀착성이 우수한 철-알루미늄계 합금 도금 강판.
  8. 소지강판 표면을 알루미늄 도금하고 권취하여 알루미늄 도금 강판을 얻는 단계;
    알루미늄 도금 강판을 소둔하여 철-알루미늄계 합금 도금 강판을 얻는 단계; 및
    철-알루미늄계 합금 도금 강판을 냉각하는 단계를 포함하는 철-알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법으로서,
    상기 알루미늄 도금량은 강판의 한쪽 면 기준으로 5~40g/m2이고,
    알루미늄 도금 후 평균 250℃까지의 냉각속도를 20℃/초 이하로 하고,
    상기 소둔은 상소둔 로에서 650~800℃의 가열 온도 범위에서 1시간 ~ 100시간 유지함으로써 실시되며,
    상기 소둔 시 상온에서 상기 가열 온도까지 가열할 때, 평균 승온 속도를 1~100℃/h로 하되, 400~500℃ 구간의 평균 승온 속도를 1~15℃/h로 하고,
    열처리시 상소둔 로 내의 산소분압을 10-70~10-20 기압의 범위로 하며,
    상기 상소둔 로내 분위기 온도와 강판 온도간 차이를 5~80℃로 하며,
    상기 알루미늄 합금 도금 강판을 냉각하는 단계에서 500℃까지 50℃/h 이하의 속도로 냉각하는 철-알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 소둔 시 600~650℃ 사이의 온도 구간의 평균 승온 속도를 1~30℃/h로 하는 철-알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 소지강판이 중량%로 C: 0.04~0.5%, Si: 0.01~2%, Mn: 0.01~10%, Al: 0.001~1.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 철-알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 소지강판의 조성은 중량%로, Cr, Mo 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 합: 0.01~4.0%, Ti, Nb, Zr 및 V으로 이루어진 그룹에서 1종 이상의 합: 0.001~0.4%, Cu + Ni: 0.005~2.0%, Sb + Sn: 0.001~1.0% 및 B: 0.0001~0.01% 중 에서 하나 이상을 더 포함하는 철-알루미늄계 합금 도금 강판의 제조방법.
  12. 열간 프레스 성형에 의하여 얻어진 열간 프레스 성형 부재로서,
    소지강판과 도금층을 포함하고,
    상기 도금층을 두께 방향으로 4등분 하여 4개의 층으로 하였을 때, 최외곽 층의 중심부 경도가 500~800Hv 이고,
    소지강판과 접하는 층의 중심부 경도가 400Hv 이하이며,
    최외곽의 층을 제외한 나머지 층의 경도가 그보다 외곽의 층의 경도보다 낮은 열간 프레스 성형 부재.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 열간 프레스 성형 부재의 도금층은 현미경으로 분석하였을 때 실질적으로 단층으로 이루어진 열간프레스 성형 부재.
  14. 제 12 항에 있어서, 표면 조도(Ra)가 1.3㎛ 이상인 열간 프레스 성형 부재.
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