KR20190133753A

KR20190133753A - 표면 처리 강판

Info

Publication number: KR20190133753A
Application number: KR1020197032184A
Authority: KR
Inventors: 아키히로 센고쿠; 히로시 다케바야시
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2017-03-31
Filing date: 2017-03-31
Publication date: 2019-12-03
Also published as: CA3057007A1; EP3604603A1; CN110475899A; BR112019019173A2; MX2019011429A; US20200024708A1; US11884998B2; EP3604603A4; WO2018179397A1; JPWO2018179397A1; JP6897757B2

Abstract

모재와 모재의 표면에 형성된 도금층을 구비하는 표면 처리 강판으로서, 상기 도금층의 평균 조성이, 질량%로, Mg: 0.5~2.0%를 함유하고, 또한 [60.0≤Zn＋Al≤98.0], [0.4≤Zn/Al≤1.5] 및 [Zn/Al×Mg≤1.6]을 만족하는, 표면 처리 강판.

Description

표면 처리 강판

본 발명은, 표면 처리 강판에 관한 것이다.

자동차 등에 이용되는 구조 부재(성형체)는, 강도 및 치수 정밀도를 모두 높이기 위해, 핫 스탬프(열간 프레스)에 의해 제조되는 경우가 있다. 성형체를 핫 스탬프에 의해서 제조할 때에는, 강판을 Ac₃점 이상으로 가열하고, 금형으로 프레스 가공하면서 급랭한다. 즉, 당해 제조에서는, 프레스 가공과 담금질을 동시에 행한다. 핫 스탬프에 의하면, 치수 정밀도가 높고, 또한, 고강도의 성형체를 제조할 수 있다.

한편, 핫 스탬프에 의해 제조된 성형체는, 고온에서 가공되어 있으므로, 표면에 스케일이 형성된다. 이로 인해, 핫 스탬프용 강판으로서 도금 강판(표면 처리 강판)을 이용함으로써, 스케일의 형성을 억제하고, 또한 내식성을 향상시키는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 1~3 참조).

예를 들어, 특허문헌 1에는, Zn 도금층이 형성된 열간 프레스용 강판이 개시되어 있다. 또, 특허문헌 2에는, Al 도금층이 형성된 고강도 자동차 부재용 알루미늄 도금 강판이 개시되어 있다. 또한, 특허문헌 3에는, Zn 도금 강판의 도금층 중에 Mn 등의 각종 원소가 첨가된 열간 프레스용 Zn계 도금 강재가 개시되어 있다.

일본국 특허공개 2003-73774호 공보 일본국 특허공개 2003-49256호 공보 일본국 특허공개 2005-113233호 공보

특허문헌 1의 기술에서는, 핫 스탬프 후에 Zn이 강재 표층에 잔존하기 때문에, 높은 희생 방식(防食) 작용을 기대할 수 있다. 그러나, Zn이 용융한 상태로 강판이 가공되기 때문에, 용융 Zn이 강판에 침입하여, 강재 내부에 균열이 발생할 우려가 있다. 이 균열은, 액체 금속 취화 균열(Liquid Metal Embrittlement, 이하 「LME」라고도 한다)로 불린다. 그리고, LME에 기인해서, 성형체의 피로 특성이 열화된다.

또한, 현상황에서는, LME의 발생을 회피하기 위해서, 강판 가공 시의 가열 조건을 적당히 제어할 필요가 있다. 구체적으로는, 용융 Zn의 전부가 강판 중에 확산되어, Fe-Zn 고용체가 될 때까지 가열을 하는 방법 등이 채용되고 있다. 그러나, 이러한 방법에 대해서는, 장시간의 가열이 필요하며, 그 결과, 생산성이 저하된다는 문제가 있다.

또, 특허문헌 2의 기술에서는, 도금층에 Zn보다 융점이 높은 Al을 이용하고 있으므로, 특허문헌 1과 같이 용융 금속이 강판에 침입할 우려는 낮다. 이로 인해, 우수한 내LME성이 얻어지고, 나아가서는 핫 스탬프 후의 성형체의 피로 특성이 우수할 것으로 예상된다. 그러나, Al 도금층이 형성된 강재에는, 자동차용 부재의 도장 전에 행해지는 인산염 처리 시에, 인산염 피막을 형성하기 어려워진다는 문제가 있다. 바꾸어 말하면, 당해 강재에 따라서는 인산염 처리성이 충분히 얻어지지 않아, 도장 후 내식성이 저하될 염려가 있다.

또한, 특허문헌 3의 기술에서는, 핫 스탬프 후의 최표층(산화물 피막)을 개질해서, 스폿 용접성을 향상시키고 있지만, 첨가하는 원소에 따라서는, 역시 LME가 발생해서 핫 스탬프 강재의 피로 특성이 충분히 얻어지지 않을 우려가 있다. 또, 첨가하는 원소에 따라서는, 당해 강재의 피로 특성뿐만 아니라, 인산염 처리성을 저하시킬 우려가 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 해결하여, 피로 특성, 스폿 용접성, 및 도장 후 내식성이 우수한 성형체의 소재로서 적합한 표면 처리 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 하기 표면 처리 강판을 요지로 한다.

(1) 모재와 그 모재의 표면에 형성된 도금층을 구비하는 표면 처리 강판으로서,

상기 도금층의 평균 조성이, 질량%로,

Mg: 0.5~2.0%를 함유하고, 또한

하기 (i)~(iii)식을 만족하는,

표면 처리 강판.

75.0≤Zn＋Al≤98.5 ···(i)

0.4≤Zn/Al≤1.5 ···(ii)

Zn/Al×Mg≤1.6 ···(iii)

단, 상기 식 중의 원소 기호는, 도금층 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.

(2) 상기 도금층의 평균 조성이, 추가로, 질량%로,

Si: 0%를 초과하고 15.0% 이하를 함유하는,

상기 (1)에 기재된 표면 처리 강판.

(3) 상기 도금층의 평균 조성이, 추가로 하기 (iv)식을 만족하는,

상기 (1) 또는 (2)에 기재된 표면 처리 강판.

Mg＋Ca＋Ti＋Sr＋Cr≤2.0 ···(iv)

(4) 상기 도금층이, 상기 도금층 중의 모재 측에 Fe 확산층을 가지고,

상기 도금층의 전체 두께에 대한 상기 Fe 확산층의 두께의 비율이 15~50%인,

상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 표면 처리 강판.

(5) 상기 도금층의 평균 조성이, 추가로, 질량%로,

Fe: 5.0~25.0%를 함유하는,

상기 (4)에 기재된 표면 처리 강판.

(6) 상기 모재의 화학 조성이, 질량%로,

C: 0.05~0.4%,

Si: 0.5% 이하, 및

Mn: 0.5~2.5%를 함유하는,

상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 표면 처리 강판.

(7) 핫 스탬프용인,

상기 (1) 내지 (6) 중 어느 하나에 기재된 표면 처리 강판.

본 발명에 따른 표면 처리 강판에 대해 핫 스탬프를 행하면, 피로 특성, 스폿 용접성, 및 도장 후 내식성이 우수한 성형체를 얻을 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일실시형태에 따른 표면 처리 강판의 단면을 SEM 관찰한 화상의 일례이다.

본 발명자들은, 핫 스탬프 성형 시의 내LME성이 우수하고, 또한 핫 스탬프 후에 스폿 용접성 및 도장 후 내식성이 우수한 성형체의 소재로서 적합한 표면 처리 강판의 구성에 대해 검토했다.

우선, 본 발명자들은, 성형체의 도장 후 내식성을 향상시키는 방법에 대해 검토를 행했다. 그 결과, 표면 처리 강판이 가지는 도금층 중에 Mg를 함유시킴으로써, 핫 스탬프 후의 성형체의 내식성을 향상시킬 수 있는 것을 찾아냈다. 그러나, 도금층 중에 Mg를 함유하는 표면 처리 강판에 대해 핫 스탬프 성형을 행하면, LME가 생기기 쉬워져, 피로 특성이 열화되는 것을 알 수 있었다. 또, 도금층 중의 Mg 함유량이 과잉이면, 그에 의해 제조되는 성형체의 스폿 용접성도 저하된다.

그로 인해, 본 발명자들은, 내LME성 및 스폿 용접성을 열화시키는 일 없이, 내식성을 향상시키는 방법에 대해 열심히 검토를 행했다. 그 결과, 표면 처리 강판의 도금층 중의 Mg 함유량을 적절히 관리함으로써, 상기 모든 특성을 균형있게 확보할 수 있는 것이 명백해졌다.

본 발명은 상기 지견에 의거하여 이루어진 것이다. 이하, 본 발명의 각 요건에 대해 상세하게 설명한다.

(A) 전체 구성

본 발명의 일실시형태에 따른 표면 처리 강판은, 모재와 그 모재의 표면에 형성된 도금층을 구비한다. 각각에 대해서, 이하에 상세하게 서술한다.

(B) 모재

본 실시형태에 따른 과제인 핫 스탬프 성형 후의 피로 특성, 스폿 용접성, 및 도장 후 내식성의 개선은, 표면 처리 강판의 도금층의 구성에 의해 실현된다. 따라서, 본 실시형태에 따른 표면 처리 강판의 모재는 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 모재의 성분이 이하에 설명하는 범위 내인 경우, 피로 특성, 스폿 용접성, 및 도장 후 내식성에 추가하여, 적합한 기계 특성을 가지는 성형체가 얻어진다.

각 원소의 한정 이유는 하기와 같다. 또한, 이하의 설명에 있어서 함유량에 대한 「%」는, 「질량%」를 의미한다.

C: 0.05~0.4%

탄소(C)는, 핫 스탬프 후의 성형체의 강도를 높이는 원소이다. C 함유량이 너무 적으면, 상기 효과가 얻어지지 않는다. 한편, C 함유량이 과잉이면, 강판의 인성이 저하된다. 따라서, C 함유량은 0.05~0.4%로 한다. C 함유량은 0.10% 이상인 것이 바람직하고, 0.13% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, C 함유량은 0.35% 이하인 것이 바람직하다.

Si: 0.5% 이하

실리콘(Si)은, 불가피적으로 포함되며, 강을 탈산하는 작용을 가지는 원소이다. 그러나, Si 함유량이 과잉이면, 핫 스탬프의 가열 중에 강 중의 Si가 확산되어, 강판 표면에 산화물이 형성되고, 인산염 처리성을 저하시킨다. Si는, 또한, 강판의 Ac₃점을 상승시키는 원소이며, Ac₃점이 상승하면, 핫 스탬프 시의 가열 온도가 Zn 도금의 증발 온도를 초과해 버릴 우려가 있다. 따라서, Si 함유량은 0.5% 이하로 한다. Si 함유량은 0.3% 이하인 것이 바람직하고, 0.2% 이하인 것이 보다 바람직하다. 상기 제품성능의 관점에서는 Si 함유량의 하한치의 제약은 없지만, 상술하는 탈산을 목적으로 하여 사용되기 때문에, 실질적인 하한치가 존재한다. 구해지는 탈산 레벨에 따라 다르지만, 통상은 0.05%이다.

Mn: 0.5~2.5%

망간(Mn)은, 담금질성을 높여, 핫 스탬프 후의 성형체의 강도를 높이는 원소이다. Mn 함유량이 너무 적으면, 이 효과는 얻어지지 않는다. 한편, Mn 함유량이 과잉이면, 이 효과는 포화된다. 따라서, Mn 함유량은 0.5~2.5%로 한다. Mn 함유량은 0.6% 이상인 것이 바람직하고, 0.7% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Mn 함유량은 2.4% 이하인 것이 바람직하고, 2.3% 이하인 것이 보다 바람직하다.

P: 0.03% 이하

인(P)은, 강 중에 포함되는 불순물이다. P는 결정립계에 편석되어 강의 인성을 저하시키고, 내지연 파괴성을 저하시킨다. 따라서, P 함유량은 0.03% 이하로 한다. P 함유량은 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.

S: 0.01% 이하

황(S)은, 강 중에 포함되는 불순물이다. S는 황화물을 형성해서 강의 인성을 저하시키고, 내지연 파괴성을 저하시킨다. 따라서, S 함유량은 0.01% 이하로 한다. S 함유량은 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.

sol.Al: 0.1% 이하

알루미늄(Al)은, 일반적으로 강의 탈산 목적으로 사용되고, 불가피적으로 함유되는 원소이다. 그러나, Al 함유량이 과잉이면, 탈산은 충분히 행해지지만, 강판의 Ac₃점이 상승하여, 핫 스탬프 시의 가열 온도가 Zn 도금의 증발 온도를 초과할 우려가 있다. 따라서, Al 함유량은 0.1% 이하로 한다. Al 함유량은 0.05% 이하인 것이 바람직하다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Al 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 본 명세서에 있어서, Al 함유량은, sol.Al(산 가용 Al)의 함유량을 의미한다.

N: 0.01% 이하

질소(N)는, 강 중에 불가피적으로 포함되는 불순물이다. N은 질화물을 형성하여 강의 인성을 저하시킨다. N은 또한, 강 중에 B가 함유되는 경우, B와 결합해서 고용 B량을 줄이고, 나아가서는 담금질성을 저하시킨다. 따라서, N 함유량은 0.01% 이하로 한다. N 함유량은 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.

B: 0~0.005%

붕소(B)는, 강의 담금질성을 높여, 핫 스탬프 후의 성형체의 강도를 높이는 효과를 가지기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, B 함유량이 과잉이면, 이 효과는 포화된다. 따라서, B 함유량은 0.005% 이하로 한다. 상기 효과를 얻기 위해서는, B 함유량은 0.0001% 이상인 것이 바람직하다.

Ti: 0~0.1%

티탄(Ti)은, N과 결합해서 질화물을 형성한다. 이와 같이 Ti와 N이 결합하는 경우에는, B와 N의 결합이 억제되어, BN 형성에 의한 담금질성의 저하를 억제할 수 있다. 그로 인해, Ti를 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ti 함유량이 과잉이면, 상기 효과가 포화되고, 또한, Ti 질화물이 과잉으로 석출되어 강의 인성이 저하된다. 따라서, Ti 함유량은 0.1% 이하로 한다. 또한, Ti는 그 핀 고정 효과에 의해, 핫 스탬프 가열 시의 오스테나이트 입경을 미세화하고, 그에 따라 성형체의 인성 등을 높인다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Ti 함유량은 0.01% 이상인 것이 바람직하다.

Cr: 0~0.5%

크롬(Cr)은, 강의 담금질성을 높이는 효과를 가지기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Cr 함유량이 과잉이면, Cr 탄화물이 형성된다. 이 Cr 탄화물은, 핫 스탬프의 가열 시에 용해되기 어려우므로, 오스테나이트화가 진행되기 어려워지고, 담금질성이 저하된다. 따라서, Cr 함유량은 0.5% 이하로 한다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Cr 함유량은 0.1% 이상인 것이 바람직하다.

Mo: 0~0.5%

몰리브덴(Mo)은, 강의 담금질성을 높이는 효과를 가지기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Mo 함유량이 과잉이면, 상기 효과는 포화된다. 따라서, Mo 함유량은 0.5% 이하로 한다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Mo 함유량은 0.05% 이상인 것이 바람직하다.

Nb: 0~0.1%

니오브(Nb)는, 탄화물을 형성해서, 핫 스탬프 시에 결정립을 미세화하고, 강의 인성을 높이는 효과를 가지기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Nb 함유량이 과잉이면, 상기 효과가 포화될 뿐만 아니라, 담금질성이 저하된다. 따라서, Nb 함유량은 0.1% 이하로 한다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Nb 함유량은 0.02% 이상인 것이 바람직하다.

Ni: 0~1.0%

니켈(Ni)은, 강의 인성을 높이는 효과를 가진다. Ni는, 또한, 핫 스탬프에 의한 가열 시에, 용융 Zn의 존재에 기인한 취화를 억제한다. 그 때문에, Ni를 필요에 따라 함유시켜도 된다. 그러나, Ni 함유량이 과잉이면, 이러한 효과는 포화된다. 따라서, Ni 함유량은 1.0% 이하로 한다. 상기 효과를 얻기 위해서는, Ni 함유량은 0.1% 이상인 것이 바람직하다.

본 실시형태의 표면 처리 강판을 구성하는 모재의 화학 조성에 있어서, 잔부는 Fe 및 불순물이다. 여기서, 불순물이란, 강판을 공업적으로 제조할 때에, 원료로서의 광석 혹은 스크랩에 포함될 수 있는 성분, 또는, 제조 환경 등에 기인해서 혼입될 수 있는 성분으로서, 의도적으로 추가되어 있지 않는 성분을 의미한다.

(C) 도금층

본 발명에 있어서의 도금층은, Zn 및 Al을 주체로 한다. 즉, 도금층의 평균 조성이 하기 (i)식을 만족한다. 표면 처리 강판의 도금층이 하기 조건을 만족함으로써, 핫 스탬프 후의 성형체의 피로 특성, 스폿 용접성, 및 도장 후 내식성을 향상시키는 것이 가능해진다.

75.0≤Zn＋Al≤98.5 ···(i)

또, Zn 및 Al의 비율도 중요해진다. 그로 인해, 본 발명의 도금층의 평균 조성은, 하기 (ii)식을 만족한다. Zn/Al의 값이 0.4 미만이 되면, 인산염 처리성을 확보할 수 없어, 도장 후 내식성이 열화된다. 또, Zn/Al의 값이 1.5를 초과하면, LME를 억제할 수 없어, 피로 특성이 열화된다. Zn/Al의 값은 1.2 이하인 것이 바람직하고, 1.0 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.8 이하인 것이 더욱 바람직하다.

0.4≤Zn/Al≤1.5 ···(ii)

본 발명에 있어서는, 도금층의 평균 조성이, 추가로, 질량%로, Mg: 0.5~2.0%를 함유한다. 도금층 중의 Mg 함유량이 0.5% 미만에서는, 핫 스탬프 후의 성형체의 내식성의 향상 효과가 불충분해진다. 한편, Mg 함유량이 2.0%를 초과하면, 핫 스탬프 시에 LME가 생길 리스크가 증대한다. 또, Mg는 산화되기 쉽기 때문에, 핫 스탬프 후의 성형체의 표층에 산화물로서 농화(濃化)된다. Mg의 산화물은 전기 저항이 높기 때문에, 과잉으로 농화되면, 성형체의 용접성이 악화된다. 도금층 중의 Mg 함유량은 0.6% 이상인 것이 바람직하고, 0.8% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Mg 함유량은 1.8% 이하인 것이 바람직하고, 1.5% 이하인 것이 보다 바람직하다.

또, 도금층 중의 Mg 함유량은, Zn 및 Al의 함유량과의 관계에 있어서도 조정할 필요가 있고, 구체적으로는, 하기 (iii)식을 만족할 필요가 있다. Zn/Al×Mg의 값이 1.6을 초과하면, LME를 억제할 수 없어, 피로 특성이 열화된다. Zn/Al×Mg의 값은, 1.4 이하인 것이 바람직하고, 1.2 이하인 것이 보다 바람직하고, 1.0 이하인 것이 더욱 바람직하다.

Zn/Al×Mg≤1.6 ···(iii)

도금층의 평균 조성은, 추가로, 질량%로, Si: 0%를 초과하고 15.0% 이하를 함유해도 된다. 도금층 중에 Si가 포함됨으로써, 모재와 도금층의 밀착성을 향상시킬 수 있다. 한편, 도금층 중의 Si 함유량이 15.0%를 초과하면, 핫 스탬프 후의 성형체의 내식성 및 용접성 등의 성능을 담보할 수 없게 될 우려가 있다. Si 함유량은 0.1% 이상인 것이 바람직하고, 0.3% 이상인 것이 보다 바람직하다.

또, 도금층 중의 Si 함유량이 많아지면, 후술하는 Fe 확산층의 형성이 억제된다. 그로 인해, Fe 확산층의 형성을 촉진하고 싶을 경우에는, Si 함유량은 10.0% 이하인 것이 바람직하고, 5.0% 이하인 것이 보다 바람직하다.

또한, 도금층 중에 Cr, Ca, Sr, Ti 등이 포함되어 있어도 된다. 그러나, 이러한 원소는, Mg와 마찬가지로 산화되기 쉽기 때문에, 핫 스탬프 후의 성형체의 표층에 산화물로서 농화된다. 이러한 산화물도 전기 저항이 높기 때문에, 과잉으로 농화되면, 성형체의 용접성이 악화된다. 그로 인해, 도금층 중에 이러한 원소가 포함되는 경우에는, 도금층의 평균 조성은, Mg 함유량과의 관계에 있어서, 하기 (iv)식을 만족하는 것이 바람직하다.

Mg＋Ca＋Ti＋Sr＋Cr≤2.0 ···(iv)

여기서, 본 발명에 있어서는, 도금층의 평균 조성에 대해서는, 이하의 방법에 의해 구하는 것으로 한다. 우선, 도금층을 포함한 표면 처리 강판을 10% HCl 수용액으로 용해한다. 이때, 도금층만을 용해하기 위해서, 모재의 Fe의 용해를 억제하는 인히비터를 염산에 첨가한다. 그리고, 용해액 중에 포함되는 각 원소를, 유도 결합 플라즈마 발광 분광 분석(ICP-OES)에 의해 측정한다.

본 발명에 있어서의 도금층은, 도금층 중의 모재 측에 Fe 확산층을 가지는 것이 바람직하다. Fe 확산층은, Fe-Al-Zn상을 주체로 하는 조직으로 구성된다. Fe-Al-Zn상이 주체란 것은, Fe-Al-Zn상의 합계 면적률이 90% 이상인 것을 의미한다. Fe-Al-Zn상의 합계 면적률은, 95% 이상인 것이 보다 바람직하고, 99% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 본 발명의 Fe-Al-Zn상이란, Fe(Al, Zn)₂, Fe₂(Al, Zn)₅ 또는 Fe(Al, Zn)₃의 총칭이다. 특히, Fe 확산층 중의 Fe 함유량은, 20~55질량%의 범위가 된다. 또한, 상기 Fe-Al-Zn상에는 Si가 포함되는 경우도 있다.

표면 처리 강판이 냉간 가공에 제공되는 경우, Fe 확산층이 존재하면 균열의 기점이 된다. 그로 인해, 통상, Fe 확산층은 최대한 형성시키지 않는 편이 바람직하다고 되어 있다. 그러나, 표면 처리 강판이 핫 스탬프에 제공되는 경우에는, 도금층 중에 Fe-Al-Zn상을 주체로 하는 Fe 확산층이 존재하면, 핫 스탬프 시에 도금층 중의 Zn 및 Al의 합금화가 촉진되어, 신속히 Fe-Al 합금이 형성되게 된다. Fe-Al 합금의 형성은, 특히 모재와의 계면 부근에서 촉진되기 때문에, LME를 억제하는 효과를 발휘한다. 또한, 본 발명에 있어서, Fe-Al 합금은, αFe, Fe₃Al 및 FeAl의 총칭이다.

상기 효과를 얻고 싶은 경우에는, 본 발명의 도금층의 전체 두께에 대한 Fe 확산층의 두께의 비율을, 15~50%로 하는 것이 바람직하다. 상기 비율이 15% 미만에서는, LME의 억제 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 상기 비율이 50%를 초과하면, 강판을 코일형상으로 권취할 때에 균열이 생길 우려가 있다. 도금층의 전체 두께에 대한 Fe 확산층의 두께의 비율은, 20% 이상인 것이 바람직하고, 25% 이상인 것이 보다 바람직하다. 또, Fe 확산층의 두께의 비율은, 45% 이하인 것이 바람직하고, 40% 이하인 것이 보다 바람직하다.

도 1은, 본 발명의 일실시형태에 따른 표면 처리 강판의 단면을 SEM 관찰한 화상의 일례이다. 또한, 도 1의 (a)는, Fe 확산층을 적극적으로 형성시키기 위한 조건에서 도금 처리를 행한 예이다. 한편, 도 1의 (b)는, 통상의 조건에서 도금 처리를 행한 예이다. 도 1로부터, 도금층 중의 Fe 확산층과 그 이외의 층의 경계는 명료하게 관찰할 수 있는 것을 알 수 있다.

또, 도금층의 EPMA 분석의 결과로부터도, Fe 확산층의 Fe 함유량은 20% 이상이 되어, 20~55질량%의 범위가 되는 Fe-Al-Zn상을 주체로 하는 조직인 것을 확인할 수 있었다. 또, 그 이외의 층에서는, 20% 미만이었다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 도금층의 전체 두께 및 Fe 확산층의 두께는, EPMA 분석과 SEM 관찰의 결과로부터 측정하는 것으로 한다. 또, 본 발명에 있어서는, 도금을 단면으로부터 SEM 관찰한 후에, 임의의 12개소에 있어서 도금층의 전체 두께 및 Fe 확산층의 두께를 측정하고, 최대와 최소를 제외한 10개소에서의 측정치의 평균치를 각각의 두께로 하여 채용하는 것으로 한다.

또한, 본 발명의 도금층의 전체 두께에 대해 특별히 제한은 설정하지 않고, 예를 들어, 5~40μm로 할 수 있다. 도금층의 전체 두께는 10μm 이상인 것이 바람직하고, 30μm 이하인 것이 바람직하다. 또, Fe 확산층의 두께에 대해서도 특별히 제한은 설정하지 않지만, LME를 억제하는 효과를 얻고 싶은 경우에는, 3μm 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, 그 두께가 과잉이면 강판을 코일형상으로 권취할 때에 균열이 생길 우려가 있기 때문에, 10μm 이하로 하는 것이 바람직하다.

또한, Fe 확산층을 충분히 형성하여, LME를 억제하는 효과를 얻고 싶은 경우에는, 도금층의 평균 조성이, 추가로, 질량%로, Fe: 5.0~25.0%를 함유하는 것이 바람직하다.

(D) 제조 방법

본 실시형태의 표면 처리 강판을 제조하는 공정에는, 모재를 제조하는 공정과, 모재의 표면에 도금층을 형성하는 공정이 포함된다. 이하, 각 공정에 대해, 상세하게 서술한다.

[모재 제조 공정]

모재 제조 공정에서는, 표면 처리 강판의 모재를 제조한다. 예를 들어, 상술한 화학 조성을 가지는 용강(溶鋼)을 제조하고, 이 용강을 이용해서, 주조법에 의해 슬래브를 제조하거나, 또는, 조괴법에 의해 잉곳을 제조한다. 그 다음에, 슬래브 또는 잉곳을 열간 압연함으로써, 표면 처리 강판의 모재(열연판)가 얻어진다. 또한, 상기 열연판에 대해 산세 처리를 행하고, 산세 처리 후의 열연판에 대해 냉간 압연을 행해 얻어지는 냉연판을 표면 처리 강판의 모재로 해도 된다.

[도금 처리 공정]

도금 처리 공정에서는, 상기 모재 표면에 Al-Zn-Mg 도금층을 형성하여, 표면 처리 강판을 제조한다. 도금층의 형성 방법은, 용융 도금 처리여도 되고, 용사(溶射) 도금 처리, 증착 도금 처리 등의, 그 외의 어떠한 처리여도 된다. 모재와 도금층의 밀착성을 높이기 위해서는, 도금층에 Si를 함유시키는 것이 바람직하다.

예를 들어, 용융 도금 처리에 의한 Al-Zn-Mg 도금층의 형성예는, 이하와 같다. 즉, 모재를, Al, Zn, Mg 및 불순물로 이루어지는 용융 도금욕에 침지하고, 모재 표면에 도금층을 부착시킨다. 그 다음에, 도금층이 부착된 모재를 도금욕으로부터 끌어올린다.

본 공정에 있어서, 도금욕으로부터의 강판의 끌어올림 속도, 와이핑의 가스의 유량을 적당히 조정함으로써, 도금층의 두께를 조정하는 것이 가능해진다. 상술한 바와 같이, 도금층의 전체 두께가 5~40μm가 되도록 조정하는 것이 바람직하다.

또한, 도금층 중에 상술한 Fe 확산층을 형성시키고 싶은 경우에는, 도금 처리 공정에 있어서의, 도금욕 중의 Si 함유량, 침지 시간 및 침지 후의 냉각 속도의 제어가 중요해진다. 구체적으로는, Fe 확산층의 형성을 촉진하기 위해서는, 상술한 바와 같이, 도금욕 중의 Si 함유량은 낮게 할 필요가 있다.

또, 도금욕 중에 5s 이상 침지하고, 또한, 도금욕으로부터 끌어 올린 후, 보온 또는 가열을 행하고, 평균 냉각 속도를 30℃/s 이하로 억제함으로써, Fe의 확산이 충분히 진행하게 된다. 단, Fe 확산층의 두께가 과잉이 되면, 강판을 코일형상으로 권취할 때에 균열이 생길 우려가 있기 때문에, 도금욕으로의 침지 시간은 15s 이하로 하고, 침지 후의 평균 냉각 속도는 5℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다.

따라서, 도금층 중에 Fe 확산층을 형성시키고, 또한, 도금층의 전체 두께에 대한 Fe 확산층의 두께의 비율을, 15~50%의 범위로 조정하고 싶은 경우에는, 도금욕으로의 침지 시간을 5~15s로 하고, 침지 후의 평균 냉각 속도를 5~30℃/s 이하로 하는 것이 바람직하다.

(E) 핫 스탬프 조건

본 발명의 표면 처리 강판에 핫 스탬프를 실시함으로써, 피로 특성, 스폿 용접성, 및 도장 후 내식성이 우수한 성형체를 얻을 수 있다. 이하에 설명하는 조건에 있어서 핫 스탬프를 행함으로써, 보다 확실하게 상기 특성이 우수한 성형체를 얻는 것이 가능해진다. 또한, 핫 스탬프를 행하기 전에, 필요에 따라, 녹 방지유막 형성 처리 및 블랭킹 가공 처리를 행해도 된다.

[핫 스탬프 공정]

통상의 핫 스탬프는, 강판을 핫 스탬프 온도 범위(열간 가공 온도 범위)까지 가열하고, 그 다음에 열간 가공하고, 추가로 냉각함으로써 행해진다. 통상의 핫 스탬프 기술에 의하면, 제조 시간을 단축하기 위해서, 강판의 가열 속도를 가능한 한 크게 하는 것이 좋다고 여겨진다. 또, 강판을 핫 스탬프 온도 범위까지 가열하면 도금층의 합금화가 충분히 진행되므로, 통상의 핫 스탬프 기술은, 강판의 가열 조건의 제어를 중요시하고 있지 않다.

그러나, 보다 확실히 상기 특성이 우수한 성형체를 얻기 위해서는, 표면 처리 강판을 핫 스탬프 온도까지 승온시킬 때에, 소정의 온도역에서 일정 시간 유지하는 합금화 가열 처리를 행하는 것이 바람직하다. 그리고, 합금화 가열 처리를 실시한 후에, 핫 스탬프 온도(담금질 가열 온도)까지 가열하여, 열간 가공 및 냉각한다.

구체적으로는, 우선, 표면 처리 강판을 가열로(가스로, 전기로, 적외선로 등)에 넣는다. 가열로 내에서, 표면 처리 강판을 500~750℃의 온도 범위까지 가열하고, 이 온도 범위 내에서 10~450s 유지하는 합금화 가열 처리를 행한다. 합금화 가열 처리를 행함으로서, 도금층 중에 모재의 Fe가 확산되어, 합금화가 진행된다. 이 합금화에 의해, LME를 억제하는 것이 가능해진다. 또한, 합금화 가열 온도는 일정할 필요는 없고, 500~750℃의 범위 내에서 변동해도 된다.

합금화 가열 처리가 종료된 후, 표면 처리 강판을 Ac₃점~950℃의 온도 범위까지 가열하고, 그 다음에 열간 가공을 행한다. 이때, 표면 처리 강판의 온도가 Ac₃점~950℃의 온도 범위(산화 온도 범위) 내에 있는 시간을 60s 이하로 제한한다. 표면 처리 강판의 온도가 산화 온도 범위 내에 있으면, 도금층의 표층의 산화물 피막이 성장한다. 표면 처리 강판의 온도가 산화 온도 범위 내에 있는 시간이 60s를 초과하면, 산화물 피막이 지나치게 성장해서, 성형체의 용접성의 저하가 염려된다. 한편, 산화물 피막의 생성 속도는 매우 빠르므로, 표면 처리 강판의 온도가 산화 온도 범위 내에 있는 시간의 하한치는 0s 초과이다. 단, 표면 처리 강판의 가열이 100% 질소 분위기 등의 비산화 분위기에서 행해졌을 경우, 산화물 피막이 형성되지 않으므로, 가열은 대기 분위기 등의 산화 분위기에서 행한다.

표면 처리 강판의 온도가 산화 온도 범위 내에 있는 시간이 60s 이하인 한, 가열 속도 및 최고 가열 온도 등의 조건은 특별히 규정되지 않고, 핫 스탬프를 행할 수 있는 다양한 조건을 선택할 수 있다.

이어서, 가열로에서 꺼내진 표면 처리 강판을, 금형을 이용해서 프레스 성형한다. 본 공정에서는, 이 프레스 성형과 동시에, 금형에 의해 당해 강판을 담금질한다. 금형 내에는 냉각 매체(예를 들면 물)가 순환하고 있어, 금형이 표면 처리 강판의 발열을 촉진해서, 담금질이 이루어진다. 이상의 공정에 의해, 성형체를 제조할 수 있다.

또한, 가열로를 이용해서 표면 처리 강판을 가열하는 방법을 예로 설명했지만, 통전 가열에 의해 가열해도 된다. 이 경우여도, 통전 가열에 의해 강판을 소정 시간 가열하고, 금형을 이용해서 당해 강판의 프레스 성형을 행한다.

[녹 방지유막 형성 공정]

녹 방지유막 형성 공정은, 도금 처리 공정 후, 또한, 핫 스탬프 공정 전에, 표면 처리 강판의 표면에 녹 방지유를 도포해서 녹 방지유막을 형성하는 것이며, 제조 방법에 임의로 포함되어도 된다. 표면 처리 강판이 제조되고 나서 핫 스탬프가 행해지기까지의 시간이 긴 경우에는, 표면 처리 강판의 표면이 산화될 우려가 있다. 그러나, 녹 방지유막 형성 공정에 의해 녹 방지유막이 형성된 표면 처리 강판의 표면은 산화되기 어려우므로, 녹 방지유막 형성 공정은, 성형체의 스케일의 형성을 억제할 수 있다. 또한, 녹 방지유막의 형성 방법은, 공지의 어떠한 기술을 이용하는 것도 가능하다.

[블랭킹 가공 공정]

본 공정은, 녹 방지유막 형성 공정 후, 또한, 핫 스탬프 공정 전에, 표면 처리 강판에 대해 전단 가공 및/또는 블랭킹 가공을 행해, 당해 강판을 특정 형상으로 성형하는 공정이다. 블랭킹 가공 후의 강판의 전단면은 산화되기 쉽다. 그러나, 강판 표면에 사전에 녹 방지유막이 형성되어 있으면, 상기 전단면에도 녹 방지유가 어느 정도 퍼진다. 이에 의해, 블랭킹 가공 후의 강판의 산화를 억제할 수 있다.

이상, 본 발명의 일실시형태에 대해 설명했지만, 상술한 실시형태는 본 발명의 예시에 지나지 않는다. 따라서, 본 발명은, 상술한 실시형태에 한정되는 일 없이, 그 취지를 일탈하지 않는 범위 내에 있어서, 적당히 설계 변경할 수 있다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

우선, 모재를 준비했다. 즉, 표 1에 나타내는 화학 조성의 용강을 이용해서, 연속 주조법에 의해 슬래브를 제조했다. 그 다음에, 슬래브를 열간 압연해서 열연 강판을 제조하고, 열연 강판을 추가로 산세한 후, 냉간 압연을 행해 냉연 강판을 제조했다. 그리고, 이 냉연 강판을 표면 처리 강판의 모재(판 두께 1.4mm)로 했다.

이어서, 이와 같이 제조한 모재를 이용해서, 표 2에 나타내는 조건에 따라 도금 처리를 행하고, 각 시험예의 표면 처리 강판을 제조했다.

얻어진 표면 처리 강판의 도금층의 평균 조성의 측정을 행했다. 측정에 있어서는, 우선, 도금층을 포함한 표면 처리 강판을 10% HCl 수용액으로 용해했다. 이때, 도금층만을 용해하기 위해서, 모재의 Fe의 용해를 억제하는 인히비터를 염산에 첨가했다. 그리고, 용해액 중에 포함되는 각 원소를, ICP-OES에 의해 측정했다.

또, 표면 처리 강판의 단면을 잘라내고, SEM 관찰을 행함으로써, 도금층의 전체 두께 및 Fe 확산층의 두께를 측정했다. 이들의 측정 결과를 표 3에 나타낸다.

그 후, 각 시험예의 표면 처리 강판에 대해, 이하에 나타내는 바와 같이, 열간 V 굽힘 시험, 스폿 용접성 평가 시험 및 도장 후 내식성 평가 시험을 행했다.

[열간 V 굽힘 시험]

각 시험예의 표면 처리 강판에 대해, 700℃에서 120s 유지하는 합금화 가열 처리를 행한 후, 900℃에서 30s 가열하고, 즉시 3종류의 핸드 프레스기를 이용해서 열간 V 굽힘 가공을 행하여 성형체로 했다. 또한, 금형의 형상은, V 굽힘 가공에 의한 굽힘 반경의 외측 부분이 굽힘 가공 종료 시에, 각각 10%, 15% 및 20% 신장되는 형상으로 했다.

그 후, 성형체의 V 굽힘 가공 부위의 두께 방향 단면에 대해, SEM 및 반사 전자 검출기를 이용해서 반사 전자상을 관찰함으로써, LME의 발생의 유무를 관찰했다. 그리고, 모재(Fe 농도가 98% 이상인 개소)에까지 균열이 진전되어 있는 경우를 LME 발생으로 했다. 열간 V 굽힘 시험에 의한 내LME성의 평가에 있어서는, 20% 신장에서 균열이 없었던 것을 우수(1), 20% 신장에서는 균열이 발생했지만, 15% 신장에서는 균열이 없었던 것을 양호(2), 15% 신장에서는 균열이 발생했지만, 10% 신장에서는 균열이 없었던 것을 가능(3), 10% 신장에서 균열이 발생한 것을 불가(4)로 평가했다.

또한, 크랙의 종단 위치의 판정이 상기 관찰에서는 곤란한 경우에는, 에너지 분산형 X선 마이크로 애널라이저를 이용해서, 크랙 종단 위치의 주위 영역에 대해, 에너지 분산형 X선 분석(EDS)을 행함으로써, 모재까지 크랙이 연장되어 있는지의 여부를 판정했다. 이때, Al, Zn의 함유량의 합계가 0.5%를 초과하고 있는 영역을 도금층으로 하고, 그보다 강재의 내측 영역을 모재로 인정했다.

[스폿 용접성 평가 시험]

각 시험예의 표면 처리 강판에 대해, 700℃에서 120s 유지하는 합금화 가열 처리를 행한 후, 900℃에서 30s 가열하고, 즉시 수냉 자켓을 구비한 평판 금형에 강판을 끼워 판형상의 성형체를 제조했다. 또한, 핫 스탬프 시의 냉각 속도가 느린 부분에서도, 마텐자이트 변태 개시점(410℃) 정도까지, 50℃/s 이상의 냉각 속도가 되도록 담금질했다.

이들 성형체에 대해, 직류 전원을 이용해서, 가압력 350kgf로 스폿 용접을 실시했다. 다양한 용접 전류로 시험을 실시하여, 용접부의 너깃 지름이 4.7mm를 초과한 값을 하한치로 하고, 적당히 용접 전류의 값을 올려 가, 용접 시에 튐이 발생한 값을 상한치로 했다. 그리고, 상한치와 하한치 사이의 값을 적정 전류 범위로 설정하고, 상한치와 하한치의 차를 스폿 용접성의 지표로 했다. 스폿 용접성의 평가에 있어서는, 이 값이 1.5A 이상인 것을 우수(1), 1.0A 이상 1.5A 미만인 것을 양호(2), 0.5A 이상 1.0A 미만인 것을 가능(3), 0.5A 미만인 것을 불가(4)로 평가했다.

[도장 후 내식성 평가 시험]

또한, 각 성형체에 대해, Nihon Parkerizing Co., Ltd.제의 표면 조정 처리제(상품명: PREPALENE X)를 이용해서, 표면 조정을 실온에서 20s 행했다. 그 다음에, Nihon Parkerizing Co., Ltd.제의 인산 아연 처리액(상품명: PALBOND 3020)을 이용해서, 인산염 처리를 행했다. 구체적으로는, 처리액의 온도를 43℃로 하고, 성형체를 처리액에 120s 침지했다. 이에 의해, 강재 표면에 인산염 피막이 형성되었다.

상술한 인산염 처리를 실시한 후, 각 성형체에 대해, NIPPONPAINT Co., Ltd.제의 양이온형 전착 도료를, 전압 160V의 슬로프 통전으로 전착 도장하고, 또한, 소부(燒付) 온도 170℃에서 20분간 소부 도장했다. 전착 도장 후의 도료의 막 두께 제어는, 핫 스탬프 성형 전의 표면 처리 강판으로, 전착 도장이 15μm가 되는 조건에서 실시했다.

전착 도장한 후의 성형체에 대해, 소지(素地)의 강재에까지 도달하도록 크로스컷을 넣고, 복합 부식 시험(JASO M610사이클)을 실시했다. 도장 부풀어오름 폭으로 내식성을 평가하고, 180사이클의 복합 부식 시험을 실시한 후의 도장 부풀어오름 폭이 2.0mm 이하인 것을 우수(1), 2.0mm 초과 3.0mm 이하인 것을 양호(2), 3.0mm 초과 4.0mm 이하인 것을 가능(3), 4.0mm 초과인 것을 불가(4)로 평가했다.

[평가 결과]

본 발명에 있어서는, 피로 특성(내LME성), 스폿 용접성, 및 도장 후 내식성 모두에 있어서 균형있고 우수한 성형체의 소재로서 적합한 표면 처리 강판을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다. 그로 인해, 이들의 평가 결과를 종합적으로 감안하여, 어느 시험에 있어서도 우수 또는 양호였던 종합 평가 A 및 어느 시험에 있어서도 적어도 불가가 없었던 종합 평가 B의 것을 합격으로 하고, 어느 하나의 시험에 있어서 불가가 있었던 종합 평가 C의 것을 불합격으로 했다. 그들의 결과를 표 4에 나타낸다.

표 4로부터도 명백한 바와 같이, 본 발명에 따른 표면 처리 강판을 소재로 하여, 적절한 조건에서 핫 스탬핑함으로써, 피로 특성(내LME성), 스폿 용접성, 및 도장 후 내식성 모두에 있어서 균형있고 우수한 성형체가 얻어지는 것이 확인되었다.

본 발명에 따른 표면 처리 강판에 대해 핫 스탬프를 행하면, 피로 특성, 스폿 용접성, 및 도장 후 내식성이 우수한 성형체를 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 표면 처리 강판을 소재로 하는 성형체는, 자동차 등에 이용되는 구조 부재 등으로서 적합하게 이용할 수 있다.

Claims

모재와 그 모재의 표면에 형성된 도금층을 구비하는 표면 처리 강판으로서,
상기 도금층의 평균 조성이, 질량%로,
Mg: 0.5~2.0%를 함유하고, 또한
하기 (i)~(iii)식을 만족하는, 표면 처리 강판.
75.0≤Zn＋Al≤98.5 ···(i)
0.4≤Zn/Al≤1.5 ···(ii)
Zn/Al×Mg≤1.6 ···(iii)
단, 상기 식 중의 원소 기호는, 도금층 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
청구항 1에 있어서,
상기 도금층의 평균 조성이, 추가로, 질량%로,
Si: 0%를 초과하고 15.0% 이하를 함유하는, 표면 처리 강판.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 도금층의 평균 조성이, 추가로 하기 (iv)식을 만족하는, 표면 처리 강판.
Mg＋Ca＋Ti＋Sr＋Cr≤2.0 ···(iv)
단, 상기 식 중의 원소 기호는, 도금층 중에 포함되는 각 원소의 함유량(질량%)을 나타낸다.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 도금층이, 상기 도금층 중의 모재 측에 Fe 확산층을 가지고,
상기 도금층의 전체 두께에 대한 상기 Fe 확산층의 두께의 비율이 15~50%인, 표면 처리 강판.
청구항 4에 있어서,
상기 도금층의 평균 조성이, 추가로, 질량%로,
Fe: 5.0~25.0%를 함유하는, 표면 처리 강판.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 모재의 화학 조성이, 질량%로,
C: 0.05~0.4%,
Si: 0.5% 이하, 및
Mn: 0.5~2.5%를 함유하는, 표면 처리 강판.
청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
핫 스탬프용인, 표면 처리 강판.