KR20200121874A - 핫 스탬프 성형체 - Google Patents

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신고 후지나카
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Abstract

강도가 우수한 핫 스탬프 성형체이며, 소정의 성분 조성을 갖고, 구 오스테나이트의 평균 결정 입경이 3㎛ 이하이며, 하부 베이나이트, 마르텐사이트, 및 템퍼링 마르텐사이트 중 적어도 1종을, 면적률로 90％ 이상 포함하고, Z=(입계에 있어서의 Nb 및 Mo의 1종 또는 2종의 질량％)/(용해 시의 Nb 및 Mo의 1종 또는 2종의 질량％)로 정의되는 입계 고용비 Z가 0.3 이상인 것을 특징으로 한다.

Description

핫 스탬프 성형체
본 발명은, 강도가 필요한 자동차나 구조물의 구조 부재나 보강 부재에 사용하는, 특히, 강도가 우수한 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다.
근년, 환경 보호 및 자원 절약화의 관점에서 자동차 차체의 경량화가 요구되고 있으며, 그 때문에, 자동차용 부재에 대한 고강도 강판의 적용이 가속되고 있다. 그러나, 강판의 고강도화에 수반하여 성형성은 열화되므로, 고강도 강판에 있어서는, 복잡한 형상의 부재에 대한 성형성이 과제로 된다.
이와 같은 과제를 해결하기 위해서, 강판을 오스테나이트 영역의 고온까지 가열한 후에 프레스 성형을 실시하는 핫 스탬프의 적용이 진행되고 있다. 핫 스탬프는, 프레스 가공과 동시에, 금형 내에 있어서 ??칭 처리를 실시하므로, 자동차용 부재에 대한 성형과 강도 확보를 양립하는 기술로서 주목받고 있다.
한편으로, 고강도 강판을 핫 스탬프로 성형한 성형체에는, 충돌 시에 변형을 억제하는 성능(충돌 변형 억제 부위)이 필요하며, 그것을 위해서는 핫 스탬프 성형 후에 높은 강도가 필요해진다.
특허문헌 1에는, 이 요구에 따르는 기술로서, 핫 스탬프용 강판을 어닐링하고, 탄화물 중에 Mn이나 Cr을 농화시켜 용해되기 어려운 탄화물로 함으로써, 핫 스탬프 가열 시에 이들 탄화물에 의해 오스테나이트의 성장을 억제하여 세립화시키는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 핫 스탬프 가열 시에 90℃/s 이하의 가열 속도로 승온함으로써, 오스테나이트를 세립화시키는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 3, 특허문헌 4, 특허문헌 5에도 오스테나이트를 세립화시켜 인성을 향상시키는 기술이 개시되어 있다.
국제 공개 제2015/147216호 일본 특허 제5369714호 공보 일본 특허 제5114691호 공보 일본 특허 공개 제2014-15638호 공보 일본 특허 공개 제2002-309345호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1 내지 5에 개시되어 있는 기술에서는, 더욱 세립화된 오스테나이트를 얻는 것은 곤란하여, 종래 이상의 강도를 얻는 것을 기대할 수 없다.
본 발명은, 종래 기술의 과제를 감안하여, 핫 스탬프 성형체에 있어서, 보다 우수한 강도를 확보하는 것을 과제로 하고, 해당 과제를 해결하는 핫 스탬프 성형체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하는 방법에 대하여 예의 검토하였다. 그 결과, 구 오스테나이트의 입경을 3㎛ 이하로 하고, Nb 및 Mo의 1종 또는 2종을 구 오스테나이트 입계에 고용시켜 입계의 취화 강도를 더 상승시킴으로써, 종래보다도 우수한 충격 흡수능이 얻어진다는 사실을 알아내었다.
본원 발명은 상기 지견에 기초하여, 부가적인 검토를 진행시켜 이루어진 것으로서, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 성분 조성이, 질량％로, C: 0.35％ 이상, 0.75％ 이하, Si: 0.005％ 이상, 0.25％ 이하, Mn: 0.5％ 이상, 3.0％ 이하, sol.Al: 0.0002％ 이상, 3.0％ 이하, Cr: 0.05％ 이상, 1.00％ 이하, B: 0.0005％ 이상, 0.010％ 이하, Nb: 0.01％ 이상, 0.15％ 이하, Mo: 0.005％ 이상, 1.00％ 이하, Ti: 0％ 이상, 0.15％ 이하, Ni: 0％ 이상, 3.00％ 이하, P: 0.10％ 이하, S: 0.10％ 이하, N: 0.010％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이며, 마이크로 조직이, 평균 결정 입경이 3㎛ 이하인 구 오스테나이트를 포함하며, 하부 베이나이트, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트 중 적어도 1종을, 면적률로 90％ 이상 더 포함하고, Z=(입계에 있어서의 Nb 및 Mo의 1종 또는 2종의 질량％)/(용해 시의 Nb 및 Mo의 1종 또는 2종의 질량％)로 정의되는 입계 고용비 Z가 0.3 이상인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
(2) 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 핫 스탬프 성형체.
본 발명에 따르면, 우수한 강도를 갖는 핫 스탬프 성형체를 제공할 수 있다.
도 1은 입계 고용비를 측정할 때의 시험편의 형상을 나타내는 도면이다.
본 발명의 특징은, 구 오스테나이트의 입경을 3㎛ 이하로 하고, Nb 및 Mo의 1종 또는 2종을 구 오스테나이트 입계에 고용시켜 입계의 취화 강도를 더욱 상승시키는 것이다. 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 이하의 방법에 의해 상기 조직이 얻어진다는 사실을 지견하였다.
제1 단계로서, 단위 시간당 용강의 주입량을 제어한다. 이에 의해, 강편 중의 Mn의 마이크로 편석을 억제시켜, Mo, Nb의 석출을 더 억제하고, 강 중의 Mo, Nb의 고용량을 증가시킨다.
단위 시간당 용강의 주입량을 제어하여 Mn의 마이크로 편석을 저감시키면, P의 트랩 사이트가 소실되기 때문에, 마무리 압연 시에 P가 구 오스테나이트 입계에 편석한다. 그렇게 하면, 구 오스테나이트 입계를 세립화하였는 데도 불구하고, 입계의 취화 강도를 저하시켜, 충격 흡수능을 충분히 얻을 수 없다. 이것은, Mn과 P의 친화성이 높기 때문에, Mn의 편석이 P의 트랩 사이트로서 기능하고 있어, 편석을 해소함으로써 P가 구 오스테나이트 입계에 확산하기 때문이다. 본 발명에서는, 이 과제를, 제2 단계의 압연 조건의 제어에 의해 해결한다.
제2 단계로서, 열간 마무리 압연의 압하율, 온도, 압연 후의 냉각 조건, 권취 온도를 제어함으로써, 탄화물 중으로의 Mn 농화를 억제시켜, 용해가 용이한 미세 탄화물을 생성시키고, 또한, 강 중에 고밀도의 전위를 도입한다. 본 발명에서는, 미세하게 분산한 탄화물과 고밀도의 전위의 양쪽이 오스테나이트의 역변태 사이트로 됨으로써 구 오스테나이트 입자를 미세화한다. 역변태 사이트로서 효과적으로 기능시키기 위해서는, 탄화물은 용해되기 쉬운 것이 바람직하다. 그 때문에, Mn이나 Cr 등의 탄화물 용해를 저해하는 원소를 탄화물에 농화시키지 않는 것이 중요하다.
또한, Mo, Nb의 석출을 억제하고, 구 오스테나이트의 입계에 Nb나 Mo를 고용시킴으로써, P의 편석 사이트를 Nb와 Mo에 의해 점유시켜, 구 오스테나이트에 대한 P의 편석을 해소한다. 이에 의해, 단순히 Mo 또는 Nb에 의한 입계 강도의 향상뿐만 아니라, 입계의 취화 강도의 저감을 억제할 수 있다.
제3 단계로서, 핫 스탬프 가열 시의 승온 속도를 제어함으로써, 용해가 용이한 미세 탄화물과 고밀도의 전위의 양쪽을 구 오스테나이트의 핵 생성 사이트로 한다. 이에 의해, 핫 스탬프 성형체에 있어서의 구 오스테나이트의 평균 입경을 3㎛ 이하로 제어할 수 있다.
또한, 가열 중의 NbC, MoC의 석출을 억제하고, 구 오스테나이트의 입계에 있어서의 Nb 및 Mo의 1종 또는 2종의 고용비를 증가시킨다. Mo, Nb의 석출을 억제시키기 위해서는, 핫 스탬프 가열 시의 승온 속도를 적어도 100℃/s 이상으로 할 필요가 있다.
이하, 본 발명의 핫 스탬프 성형체와 그 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 본 발명의 핫 스탬프 성형체를 구성하는 성분 조성의 한정 이유에 대하여 설명한다. 이하, 성분 조성에 관한 ％는 질량％를 의미한다.
「C: 0.35％ 이상, 0.75％ 이하」
C는, 2000MPa 이상의 인장 강도를 얻기 위해서 중요한 원소이다. 0.35％ 미만이면, 마르텐사이트가 딱딱해지지 않아, 2000MPa 이상의 인장 강도를 확보하는 것이 곤란하므로, C는 0.35％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.37％ 이상이다. 요구되는 강도와 조기 파단 억제의 밸런스를 감안하여, 상한을 0.75％로 한다.
「Si: 0.005％ 이상, 0.25％ 이하」
Si는, 변형능을 높여 충격 흡수능의 향상에 기여하는 원소이다. 0.005％ 미만이면 변형능이 부족하고 충격 흡수능이 열화되기 때문에, 0.005％ 이상 첨가한다. 바람직하게는 0.01％ 이상이다. 한편, 0.25％를 초과하면, 탄화물에 대한 고용량이 증가하여 탄화물이 용해되기 어려워서 구 오스테나이트의 입경을 3㎛로 제어할 수 없게 되기 때문에, 상한을 0.25％로 한다. 바람직하게는 0.22％ 이하이다.
「Mn: 0.5％ 이상, 3.0％ 이하」
Mn은, 고용 강화로 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 0.5％ 미만이면 고용 강화능이 부족하고 마르텐사이트가 딱딱해지지 않아, 2000MPa 이상의 인장 강도를 확보하는 것이 곤란하므로, 0.5％ 이상 첨가한다. 바람직하게는 0.7％ 이상이다. 한편, 3.0％를 초과해서 첨가하면, 탄화물에 대한 고용량이 증가하여 탄화물이 용해되기 어려워져 구 오스테나이트의 입경을 3㎛ 이하로 제어할 수 없게 되기 때문에, 3.0％를 상한으로 한다. 바람직하게는, 2.5％ 이하이다.
「sol.Al: 0.0002％ 이상, 3.0％ 이하」
Al은, 용강을 탈산하여 강을 건전화하는 작용을 이루는 원소이다. 0.0002％ 미만이면, 탈산이 충분하고 조대한 산화물이 생성되어 조기 파단을 야기하기 때문에, sol.Al은 0.0002％ 이상으로 한다. 바람직하게는 0.0010％ 이상이다. 한편, 3.0％를 초과해서 첨가하면, 조대한 산화물이 생성되어 조기 파단을 야기하기 때문에, 3.0％ 이하로 한다. 바람직하게는 2.5％ 이하이다.
「Cr: 0.05％ 이상, 1.00％ 이하」
Cr은, 고용 강화로 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 0.05％ 미만이면 고용 강화능이 부족하고 마르텐사이트가 딱딱해지지 않아, 2000MPa 이상의 인장 강도를 확보하는 것이 곤란하므로, 0.05％ 이상 첨가한다. 바람직하게는 0.1％ 이상이다. 한편, 1.00％를 초과해서 첨가하면, 탄화물에 대한 고용량이 증가하여 탄화물이 용해되기 어려워져 구 오스테나이트의 입경을 3㎛ 이하로 제어할 수 없게 되기 때문에, 1.00％를 상한으로 한다. 바람직하게는, 0.8％ 이하이다.
「B: 0.0005％ 이상, 0.010％ 이하」
B는, 고용 강화로 강도의 향상에 기여하는 원소이다. 0.0005％ 미만이면 고용 강화능이 부족하고 마르텐사이트가 딱딱해지지 않아, 2000MPa 이상의 인장 강도를 확보하는 것이 곤란하므로, 0.0005％ 이상 첨가한다. 바람직하게는 0.0008％ 이상이다. 한편, 0.010％를 초과하여 첨가하면, 탄화물에 대한 고용량이 증가해서 탄화물이 용해되기 어려워져 구 오스테나이트의 입경을 3㎛ 이하로 제어할 수 없게 되기 때문에, 0.010％를 상한으로 한다. 바람직하게는, 0.007％ 이하이다.
「Nb: 0.01％ 이상, 0.15％ 이하」
Nb는, 구 오스테나이트의 입계에 고용하여 입계의 강도를 상승시키는 원소이다. 또한, Nb는, 입계에 고용함으로써 P의 입계 편석을 저해하기 때문에, 입계의 취화 강도를 향상시킨다. 그 때문에, 0.01％ 이상 첨가한다. 바람직하게는 0.030％ 이상이다. 한편, 0.15％를 초과해서 첨가하면, 탄화물로서 석출되기 쉬워져, 입계에 대한 고용량이 저하되어버리기 때문에 0.15％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.12％ 이하이다.
「Mo: 0.005％ 이상, 1.00％ 이하」
Mo는, 구 오스테나이트의 입계에 고용하여 입계의 강도를 상승시키는 원소이다. 또한, Mo는, 입계에 고용함으로써 P의 입계 편석을 저해하기 때문에, 입계의 취화 강도를 향상시킨다. 그 때문에, 0.005 이상 첨가한다. 바람직하게는 0.030％ 이상이다. 한편, 1.00％를 초과해서 첨가하면, 탄화물로서 석출되기 쉬워져서, 입계에 대한 고용량이 저하되어버리기 때문에 1.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.80％ 이하이다.
「Ti: 0％ 이상, 0.15％ 이하」
Ti는, 필수적인 원소는 아니지만, 고용 강화로 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라서 첨가해도 된다. Ti를 첨가하는 경우, 첨가의 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.02％이다. 한편, 0.15％를 초과해서 첨가하면, 조대한 탄화물이나 질화물을 형성하여 조기 파단을 야기하기 때문에, 0.15％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.12％ 이하이다.
「Ni: 0％ 이상, 3.00％ 이하」
Ni는, 필수적인 원소는 아니지만, 고용 강화로 강도의 향상에 기여하는 원소이기 때문에, 필요에 따라서 첨가해도 된다. Ni를 첨가하는 경우, 첨가의 효과를 얻기 위해서는, 0.01％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 0.02％이다. 한편, 3.00％를 초과해서 첨가하면, 강이 물러지게 되어 조기 파단을 야기하기 때문에 3.00％ 이하로 한다. 바람직하게는 2.00％ 이하이다.
「P: 0.10％ 이하」
P는 불순물 원소이며, 입계에 편석되기 쉬워, 입계의 취화 강도를 저하시키는 원소이다. 0.10％를 초과하면, 입계의 취화 강도가 현저하게 저하되어, 조기 파단을 야기하기 때문에, P는 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.050％ 이하이다. 하한은, 특별히 한정하지 않지만, 0.0001％ 미만으로 저감되면, 탈 P 비용이 대폭 상승하여, 경제적으로 불리해지므로, 실용 강판상, 0.0001％가 실질적인 하한이다.
「S: 0.10％ 이하」
S는 불순물 원소이며, 개재물을 형성하는 원소이다. 0.10％를 초과하면, 개재물이 생성되어 조기 파단을 야기하기 때문에, S는 0.10％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0050％ 이하이다. 하한은, 특별히 한정하지 않지만, 0.0015％ 미만으로 저감되면, 탈 S 비용이 대폭 상승하여, 경제적으로 불리해지므로, 실용 강판상, 0.0015％가 실질적인 하한이다.
「N: 0.010％ 이하」
N은 불순물 원소이며, 질화물을 형성하여 조기 파단을 야기하기 때문에, 0.010％ 이하로 한다. 바람직하게는 0.0075％ 이하이다. 하한은, 특별히 한정하지 않지만, 0.0001％ 미만으로 저감하면, 탈 N 비용이 대폭 상승하여, 경제적으로 불리해지므로, 실용 강판상, 0.0001％가 실질적인 하한이다.
성분 조성의 잔부는, Fe 및 불순물이다. 불순물로서는, 강 원료 혹은 스크랩으로부터 및/또는 제강 과정에서 불가피하게 혼입되고, 본 발명의 핫 스탬프 성형체의 특성을 저해하지 않는 범위에서 허용되는 원소가 예시된다.
다음으로, 본 발명의 핫 스탬프 성형체의 마이크로 조직의 한정 이유에 대하여 설명한다.
「구 오스테나이트의 평균 결정 입경이 3.0㎛ 이하」
구 오스테나이트의 입경은, 우수한 강도와 조기 파단의 억제 효과를 확보하기 위해서 중요한 조직 인자이다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 핫 스탬프 성형체에 요구되는 충격 흡수능을 얻기 위해서는, 구 오스테나이트의 입경은 작을수록 바람직하고, 평균 입경으로서 3.0㎛ 이하로 제어할 필요가 있다. 보다 바람직하게는 2.7㎛ 미만이지만, 하한은 특별히 한정되지 않는다. 현재의 실제 조업에서 0.5㎛ 미만으로 하는 것은 곤란하므로, 0.5㎛가 실질적인 하한이다.
구 오스테나이트의 입경은, 다음과 같이 측정한다.
우선, 핫 스탬프 성형체를 540℃에서 24시간 열처리한다. 이에 의해, 구 오스테나이트 입계의 부식이 촉진된다. 열처리는, 노 가열이나 통전 가열에 의해 행하면 되며, 승온 속도는 0.1 내지 100℃/s, 냉각 속도는 0.1 내지 150℃/s로 한다.
열처리 후의 핫 스탬프 성형체의 중앙부로부터 판면에 수직인 단면을 잘라내고, #600 내지 #1500의 탄화 규소 페이퍼를 사용하여 측정면을 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리한다
다음으로, 3 내지 4％ 황산-알코올(또는 물）용액에 관찰면을 1분간 침지하고, 구 오스테나이트 입계를 현출시킨다. 이때, 부식 작업은 배기 처리 장치 내에서 실시하고, 작업 분위기의 온도는 상온으로 한다.
부식 후의 시료를 아세톤 또는 에틸알코올로 세정한 후에 건조시켜, 주사형 전자 현미경 관찰에 제공한다. 사용하는 주사형 전자 현미경은, 2전자 검출기를 장비하고 있는 것으로 한다.
9.6×10-5 이하의 진공에 있어서, 가속 전압 15㎸, 조사 전류 레벨 13으로 시료에 전자선을 조사하고, 시료의 판 두께 1/4 위치를 중심으로 하여 1/8 내지 3/8 위치의 범위의 2차 전자 상(像)을 촬영한다. 촬영 배율은 가로 386㎜×세로 290㎜의 화면을 기준으로 하여 4000배로 하고, 촬영 시야 수는 10시야 이상으로 한다.
촬영한 2차 전자 상에 있어서는, 구 오스테나이트 입계가 밝은 콘트라스트로서 촬상된다. 관찰 시야에 포함되는 구 오스테나이트 입자에 대하여 가장 짧은 직경과 가장 긴 직경의 평균값을 산출하여 입경으로 한다. 촬영 시야의 단부 등, 입자의 전체가 촬영 시야에 포함되지 않는 구 오스테나이트 입자를 제외하고, 모든 구 오스테나이트 입자에 대하여 상기 조작을 행하고, 당해 촬영 시야에 있어서의 평균 입경을 구한다. 평균 입경은, 산출한 입경의 총합을, 입경을 측정한 구 오스테나이트 입자의 총 수로 나눈 값이다. 이 조작을 촬영한 모든 시야마다 실시하여, 구 오스테나이트의 평균 입경을 산출한다.
「식 (1)로 정의하는 입계 고용비 Z가 0.3 이상」
Z=입계에 있어서의 Nb 및 Mo의 1종 또는 2종의 질량％/용해 시의 Nb 및 Mo의 1종 또는 2종의 질량％ …식 (1)
상기 식 (1)로 정의하는 입계 고용비 Z는, 우수한 충격 흡수능을 확보하는 데 있어서 중요한 조직 인자이며, 본 발명자들이 충격 흡수능을 평가하기 위해 채용한 지표이다. 입계에 Nb 및/또는 Mo가 고용되면, P가 입계에 편석하기 어려워져, 입계의 결합력이 높아지므로, 입계의 취화 강도가 상승하여 충격 흡수능이 향상된다. 상기 입계 고용비 Z가 0.3 미만이면, Nb 및/또는 Mo의 입계 강화 효과를 충분히 얻지 못해, 소요의 충격 흡수능을 얻지 못하므로, 상기 입계 고용비 Z는 0.3 이상으로 한다. 바람직하게는 0.4 이상이다. 상한은, 특별히 한정하지 않지만, 이론상 1.0이 상한으로 된다.
입계 고용비 Z는, 다음과 같이 측정한다.
열처리 후의 핫 스탬프 성형체의 중앙부로부터, 도 1에 도시한 치수의 시험편을 제작한다. 이때, 판 두께가 1.2㎜로 되도록, 시험편의 표리면을 동량씩 기계 연삭에 의해 제거한다. 시험편 중앙부의 절입은, 두께 1㎜의 와이어 커터에 의해 삽입하고, 절입 바닥의 결합부는 100㎛ 내지 200㎛로 제어한다.
다음으로, 시험편을 20％-티오시안산 암모늄 용액에 72 내지 120시간 침지시킨다.
침지 완료 후 0.5시간 이내에 시험편의 표리면에 아연 도금을 실시한다.
도금 후에는 1.5시간 이내에 오제 전자 발광 분광 분석에 제공한다. 오제 전자 발광 분광 분석을 실시하기 위한 장치의 종류는 특별히 한정되지 않는다. 시험편을 분석 장치 내에 세팅하고, 9.6×10-5 이하의 진공에 있어서, 시험편의 절입 부분으로부터 파괴하여, 구 오스테나이트 입계를 노출시킨다. 노출된 구 오스테나이트 입계에, 1 내지 30㎸의 가속 전압으로 전자선을 조사하고, 당해 입계에 있어서의 Nb 및/또는 Mo의 질량％(농도)를 측정한다. 측정은, 10군데 이상의 구 오스테나이트 입계에 있어서 실시한다. 입계의 오염을 방지하기 위해서, 파괴 후 30분 이내에 측정을 완료시킨다.
얻어진 Nb 및/또는 Mo의 질량％(농도)의 평균값을 산출하고, 첨가된 Nb 및/또는 Mo의 질량％로 나눈 값을 입계 고용비 Z로 한다.
「마이크로 조직의 면적률로 90％ 이상이, 하부 베이나이트, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 1종 이상이다」
핫 스탬프 성형체가 1500MPa 이상의 인장 강도를 얻기 위해서는, 마이크로 조직이 면적률로 90％ 이상의 마르텐사이트 또는 템퍼링 마르텐사이트를 포함할 필요가 있다. 바람직하게는 94％ 이상이다. 인장 강도를 확보하는 관점에서는, 마이크로 조직은 하부 베이나이트여도 된다. 면적률 90％ 이상의 조직은, 하부 베이나이트, 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트 중 1종이어도 되고, 이들의 혼합 조직이어도 된다.
마이크로 조직의 잔부는 특별히 규정하지 않으며, 예를 들어 상부 베이나이트, 잔류 오스테나이트, 펄라이트를 들 수 있다.
하부 베이나이트, 마르텐사이트, 템퍼링 마르텐사이트의 면적률은, 다음과 같이 측정한다.
핫 스탬프 성형체의 중앙으로부터 판면에 수직인 단면을 잘라내고, #600 내지 #1500의 탄화 규소 페이퍼를 사용하여 측정면을 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리한다.
1.5 내지 3％ 질산-알코올 용액에 5 내지 10초간 침지하고, 고경각 입계를 현출시킨다. 이때, 부식 작업은 배기 처리 장치 내에서 실시하고, 작업 분위기의 온도는 상온으로 한다.
부식 후의 시료를 아세톤 또는 에틸알코올로 세정한 후에 건조시켜, 주사형 전자 현미경 관찰에 제공한다. 사용하는 주사형 전자 현미경은, 2전자 검출기를 장비하고 있는 것으로 한다. 9.6×10-5 이하의 진공에 있어서, 가속 전압 10㎸, 조사 전류 레벨 8로 시료에 전자선을 조사하고, 시료의 판 두께 1/4 위치를 중심으로 하여 1/8 내지 3/8 위치의 범위의 2차 전자 상을 촬영한다. 촬영 배율은 가로 386㎜×세로 290㎜의 화면을 기준으로 하여 10000배 촬영 시야 수는 10시야 이상으로 한다.
촬영한 2차 전자 상에 있어서는, 결정립계와 탄화물이 밝은 콘트라스트로서 촬상되기 때문에, 결정립계와 탄화물의 위치에 의해, 간편하게 조직을 판정할 수 있다. 결정립의 내부에 탄화물이 형성되어 있는 경우에는, 템퍼링 마르텐사이트 또는 하부 베이나이트이며, 결정립에 내부에 탄화물이 관찰되지 않는 조직은 마르텐사이트이다.
한편, 결정립계에 탄화물이 형성되어 있는 조직은 상부 베이나이트 또는 펄라이트이다.
잔류 오스테나이트에 대해서는, 상기 마이크로 조직과는 결정 구조가 다르기 때문에, 2차 전자 상을 촬상한 위치와 동일한 시야를 전자 후방 산란 회절법으로 측정한다. 사용하는 주사형 전자 현미경은, 전자 후방 산란 회절법이 가능한 카메라를 장비하고 있는 것으로 한다. 9.6×10-5 이하의 진공에 있어서, 가속 전압 25㎸, 조사 전류 레벨 16으로 시료에 전자선을 조사하여 측정을 행하고, 얻어진 측정 데이터로부터 면심 입방 격자의 맵을 작성한다.
촬영 배율은 가로 386㎜×세로 290㎜의 화면을 기준으로 하여 10000배로 촬상한 사진 위에 2㎛ 간격의 메쉬를 작성하고, 메쉬의 교점에 위치하는 마이크로 조직을 선별해 간다. 각 조직의 교점수를 모든 교점으로 나눈 값을 당해 마이크로 조직의 면적 분율로 한다. 이 조작을 10시야로 행하고, 평균값을 산출하여, 마이크로 조직의 면적률로 한다.
「핫 스탬프용 강판의 제조 방법」
다음으로, 본 발명에 따른 핫 스탬프 성형체 및 핫 스탬프 성형체의 제조에 사용하는 핫 스탬프용 강판을 얻기 위한 제조 방법의 형태를 설명하지만, 본 발명은, 이하에 설명하는 형태에 한정되지는 않는다.
<핫 스탬프용 강판의 제조 방법>
(1) 연속 주조 공정
상술한 화학 조성을 갖는 용강을 연속 주조법에 의해, 강편(슬래브)으로 한다. 이 연속 주조 공정에서는, 단위 시간당 용강 주입량을 6ton/분 이하로 하는 것이 바람직하다. 연속 주조 시에 용강의 단위 시간당 주입량(주입 속도)이 6ton/분을 초과하면, Mn의 마이크로 편석이 증가됨과 함께, Mo나 Nb를 주체로 하는 석출물의 핵 생성량이 증가되어버린다. 주입량을 5ton/분을 이하로 하는 것이 더욱 바람직하다. 주입량의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 조업 비용의 관점에서, 0.1ton/분 이상인 것이 바람직하다.
(2) 열간 압연 공정
상술한 강편을 열간 압연하여 강판으로 한다. 그 때, 식 (2)로 정의되는 A3 변태 온도 +10℃ 이상이며 또한 A3 변태 온도 +200℃ 이하의 온도 영역에서 열간 압연을 종료하고, 그 때의 최종단 압하율을 12％ 이상으로 하고, 마무리 압연 종료 후로부터 1초 이내에 냉각을 개시하고, 마무리 압연 종료 온도로부터 550℃까지의 온도역을 100℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각시켜, 500℃ 미만의 온도에서 권취한다.
A3 변태 온도=850+10×(C+N)×Mn+350×Nb+250×Ti+40×B+10×Cr+100×Mo … 식 (2)
마무리 압연 온도를 A3 변태 온도 +10℃ 이상으로 함으로써, 오스테나이트의 재결정을 촉진시킨다. 이에 의해, 결정립 내에 있어서의 소경각 입계의 형성이 억제되어, Nb, Mo의 석출 사이트를 감소시킬 수 있다. 또한, Nb, Mo의 석출 사이트를 감소시킴으로써, C의 소비도 억제할 수 있기 때문에, 후의 공정에 있어서, 탄화물의 개수 밀도를 높일 수 있다. 바람직하게는, A3 변태 온도 +30℃ 이상이다.
마무리 압연 온도를 A3 변태 온도 +200℃ 이하로 함으로써, 오스테나이트의 과도한 입성장을 억제한다. A3 변태 온도 +200℃ 이하의 온도 영역에서 마무리 압연함으로써, 오스테나이트의 재결정이 촉진되고, 또한, 과도한 입성장도 일어나지 않기 때문에, 권취 공정에 있어서, 미세한 탄화물을 얻을 수 있다. 바람직하게는, A3 변태 온도 +150℃ 이하이다.
마무리 압연의 압하율을 12％ 이상으로 함으로써, 오스테나이트의 재결정을 촉진시킨다. 이에 의해, 결정립 내에 있어서의 소경각 입계의 형성이 억제되어, Nb, Mo의 석출 사이트를 감소시킬 수 있다. 바람직하게는, 15％ 이상이다.
마무리 압연 종료 후로부터 1초 이내, 바람직하게는 0.8초 이내에 냉각을 개시하고, 마무리 압연 종료 온도에서 550℃까지의 온도역을 100℃/초 이상의 냉각 속도로 냉각함으로써, Nb 및 Mn의 석출이 촉진되는 온도역에서의 정류 시간을 감소시킬 수 있다. 그 결과, 오스테나이트 중에서의 Nb, Mo의 석출을 억제시킬 수 있어, 오스테나이트 입계에 있어서의 Nb 및 Mo의 고용량이 증가된다.
권취 온도를 500℃ 미만으로 함으로써, 상기 효과를 높임과 함께, 탄화물 중으로의 Mn 농화를 억제시켜, 용해가 용이한 미세 탄화물을 생성시키고, 나아가, 강 중에 고밀도의 전위를 도입한다. 바람직하게는 480℃ 미만이다. 하한은 특별히 정하지는 않지만, 실온 이하에서 권취하는 것은 실제 조업상 곤란하기 때문에, 실온이 하한으로 된다.
(3) 도금층의 형성
연화층의 표면 위에, 내식성의 향상 등을 목적으로 하여, 도금층을 형성해도 된다. 도금층은, 전기 도금층 및 용융 도금층 중 어느 것이어도 된다. 전기 도금층으로서는, 전기 아연 도금층, 전기 Zn-Ni 합금 도금층 등이 예시된다. 용융 도금층으로서는, 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 용융 알루미늄 도금층, 용융 Zn-Al 합금 도금층, 용융 Zn-Al-Mg 합금 도금층, 용융 Zn-Al-Mg-Si 합금 도금층 등이 예시된다. 도금층의 부착량은, 특별히 제한되지 않으며 일반적인 부착량이어도 된다.
(4) 기타 공정
핫 스탬프용 강판의 제조에 있어서는, 그 밖에, 산세, 냉간 압연, 조질 압연 등, 공지된 제법을 포함해도 된다.
<핫 스탬프 성형체의 제조 공정>
본 발명의 핫 스탬프 성형체는, 핫 스탬프용 강판을, 500℃ 이상 A3점 이하의 온도역을 100℃/s 이상 200℃/s 미만의 평균 가열 속도로 가열하여 유지한 후, 핫 스탬프 성형하고, 성형 후, 성형체를, 실온까지 냉각함으로써 제조한다.
또한, 강도를 조정하기 위해서, 핫 스탬프 성형체의 일부의 영역 또는 모든 영역을 200℃ 이상, 500℃ 이하의 온도에서 템퍼링해도 된다.
500℃ 이상 A3점 이하의 온도역을 100℃/s 이상 200℃/s 미만의 평균 가열 속도로 가열, 유지하고, 핫 스탬프 성형함으로써, 용해가 용이한 미세 탄화물과 고밀도의 전위의 양쪽을 구 오스테나이트의 핵 생성 사이트로 하고, 구 오스테나이트의 평균 입경을 3㎛ 이하로 제어할 수 있다. 또한, 가열 중의 NbC, MoC의 석출을 억제하고, 구 오스테나이트의 입계에 있어서의 Nb 및 Mo의 1종 또는 2종의 고용비를 증가시키는 것에도 기여한다.
평균 가열 속도는, 바람직하게는 120℃/s 이상이다. 평균 가열 속도가 200℃/s를 초과하면, 탄화물의 용해가 미완료인 채로 오스테나이트로의 변태가 촉진되어, 인성의 열화를 초래하기 때문에, 200℃/s를 상한으로 한다. 바람직하게는 180℃/s 미만이다.
핫 스탬프 시의 유지 온도는, A3점+10℃ 이상, A3점+150℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 핫 스탬프 후의 냉각 속도는 10℃/s 이상으로 하는 것이 바람직하다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 일 조건예이며, 본 발명은, 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
표 1-1 내지 1-3에 나타내는 성분 조성의 용강을 주조하여 제조한 강편에, 표 2-1 내지 2-3에 나타내는 열간 압연, 냉간 압연을 실시하여 핫 스탬프용 강판으로 하고, 해당 핫 스탬프용 강판에 표 2에 나타내는 열처리를 실시하여, 핫 스탬프 성형을 행하고, 성형체를 제조하였다.
표 3-1 내지 3-3에, 핫 스탬프 성형체의 마이크로 조직과 강도, 및 충격 흡수능의 평가 결과를 나타낸다.
[표 1-1]
Figure pct00001
[표 1-2]
Figure pct00002
[표 1-3]
Figure pct00003
[표 2-1]
Figure pct00004
[표 2-2]
Figure pct00005
[표 2-3]
Figure pct00006
[표 3-1]
Figure pct00007
[표 3-2]
Figure pct00008
[표 3-3]
Figure pct00009
핫 스탬프 성형체에 있어서, 상술한 방법에 의해, 하부 베이나이트 및 마르텐사이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 면적률, 및 Nb 및 Mo의 입계 고용비를 측정하였다.
핫 스탬프 성형체의 강도는, 인장 시험을 행하여 평가하였다. 인장 시험은, JIS Z 2201에 기재된 5호 시험편을 제작하고, JIS Z 2241에 기재된 시험 방법에 따라서 실시하여, 최대 강도가 2000MPa 이상을 합격으로 하였다.
또한, 충격 흡수능은 조기 파단의 유무로 평가하고, 하기의 평가 기준에 있어서 조기 파단이 일어나지 않은 재료를 합격으로 하였다. 충격 흡수능이 우수하다고 함은, 충돌 시의 에너지 흡수량이 크다는 사실을 의미한다. 즉, 응력 변형 곡선에 있어서의 적분값이 큰 것이며, 이것은, 조기 파단되지 않음으로써(최대 응력에 도달한 후에 파단됨으로써) 평가할 수 있다.
인장 시험에서 얻어진 최대 강도를 재료의 비커스 경도의 3.3배의 값으로 나눈 수치가 0.85 이상인 경우를, 조기 파단이 억제되어 있다고 판단하였다. 재료의 비커스 경도는 다음의 방법으로 측정하였다.
핫 스탬프 성형체로부터, 판면에 수직인 단면을 잘라내고, #600 내지 #1500의 탄화 규소 페이퍼를 사용하여 측정면을 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리한다. 비커스 경도를 사용하여, 판 두께 1/4 위치에, 하중 1kgf로, 측정 간격은 압흔의 3배 이상의 간격으로 10점 측정하여 평균값을 강판의 경도로 하였다.
본 발명의 핫 스탬프 성형체는, 인장 강도가 2000MPa 이상이며, 조기 파단이 억제되어 있음을 확인할 수 있었다. 한편, 화학 조성, 제조 방법이 적절하지 않은 예에서는, 목표로 하는 특성을 얻지 못했다.

Claims (2)

  1. 성분 조성이, 질량％로,
    C : 0.35％ 이상, 0.75％ 이하,
    Si: 0.005％ 이상, 0.25％ 이하,
    Mn: 0.5％ 이상, 3.0％ 이하,
    sol.Al: 0.0002％ 이상, 3.0％ 이하,
    Cr: 0.05％ 이상, 1.00％ 이하,
    B : 0.0005％ 이상, 0.010％ 이하,
    Nb: 0.01％ 이상, 0.15％ 이하,
    Mo: 0.005％ 이상, 1.00％ 이하,
    Ti: 0％ 이상, 0.15％ 이하,
    Ni: 0％ 이상, 3.00％ 이하,
    P: 0.10％ 이하,
    S: 0.10％ 이하,
    N: 0.010％ 이하
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물이며,
    마이크로 조직이,
    평균 결정 입경이 3㎛ 이하인 구 오스테나이트를 포함하며, 또한,
    하부 베이나이트, 마르텐사이트, 및 템퍼링 마르텐사이트 중 적어도 1종을, 면적률로 90％ 이상 포함하고,
    Z=(입계에 있어서의 Nb 및 Mo의 1종 또는 2종의 질량％)/(용해 시의 Nb 및 Mo의 1종 또는 2종의 질량％)로 정의되는 입계 고용비 Z가 0.3 이상인
    것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.
  2. 제1항에 있어서,
    도금층을 갖는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 성형체.
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