KR20210041727A - 핫 스탬핑 부품 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20210041727A
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박영철
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임기학
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 따르는 핫 스탬핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강재이다. 상기 핫 스탬핑 부품은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직을 가지며, 인장강도(TS): 700~1000MPa, 및 내충돌성능 250~500 N·rad/mm2 이되, 상기 내충돌성능은 인장강도, 연신율 및 굽힘 각도의 곱에 의해 결정된다.

Description

핫 스탬핑 부품 및 그 제조방법{Hot stamping component and method of manufacturing the same}
본 발명은 핫 스탬핑 부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 우수한 내충돌성능을 가지는 핫 스탬핑 부품 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 자동차 산업에서는 환경 및 연비 규제와 안전기준이 강화되고 있는 실정이다. 이에 따라 초고강력강과 핫 스탬핑 강의 적용률이 꾸준히 증가하고 있는 추세로 특히 핫 스탬핑 강의 경우, 고강도 및 고내충돌성능에 대한 연구개발이 이루어지고 있다. 핫 스탬핑 공정은 보편적으로 가열/성형/냉각/트림으로 이루어지며 공정 중 소재의 상변태 및 미세조직 변화를 이용하게 된다.
이에 관련된 기술로는 대한민국 특허공개공보 제1020180095757(발명의 명칭 : 핫스탬핑 부품의 제조방법)이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 우수한 내충돌성능을 가지는 핫 스탬핑 부품 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 높은 내충돌성능을 가지는 제1 영역과 높은 인장강도를 가지는 제2 영역을 구비하는 핫 스탬핑 부품 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점에 따른 핫 스탬핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강재이다. 상기 핫 스탬핑 부품은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직을 가지며, 인장강도(TS): 700~1000MPa, 및 내충돌성능 250~500 N·rad/mm2 이되, 상기 내충돌성능은 인장강도, 연신율 및 굽힘 각도의 곱에 의해 결정된다.
일 실시 예에 있어서, 상기 핫 스탬핑 부품은 연신율 12~15%, 및 굽힘 각도 125~160°를 가지되, 상기 굽힘 각도는 환산 시편 두께 1.0 mm에 대한 V자 굽힘 테스트에 의해 도출될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 복합 조직은 면적분율로, 페라이트 30~90% 및 베이나이트와 마르텐사이트의 합이 10~70%일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 핫 스탬핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 제1 영역;
중량%로, 탄소(C): 0.28 ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.1 ~ 0.4%, 망간(Mn): 1.2 ~ 2.0%, 인(P): 0 초과 0.020% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.1 ~ 0.5%, 티타늄(Ti): 0.015 ~ 0.07%, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0 초과 0.06% 이하, 보론(B): 0.0015 ~ 0.0040% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 제2 영역; 및 상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 배치되는 용접부를 포함하는 강재이다. 상기 제1 영역은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직 및 인장강도(TS): 700~1000MPa를 가지며, 상기 제2 영역은 면적율로 95% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 조직 및 인장강도(TS): 1700 MPa이상을 가진다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 영역은 250~500 N·rad/mm2 의 내충돌성능을 가지며, 상기 내충돌성능은 인장강도, 연신율 및 굽힘 각도의 곱에 의해 결정될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 영역은 연신율 12~15%, 및 굽힘 각도 125~160°를 가지되, 상기 굽힘 각도는 환산 시편 두께 1.0 mm에 대한 V자 굽힘 테스트에 의해 도출될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제1 영역의 복합 조직은 면적분율로, 페라이트 30~90% 및 베이나이트와 마르텐사이트의 합이 10~70%일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르는 핫 스탬핑 부품의 제조 방법이 개시된다. 상기 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은 (a) 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 블랭크를 준비하는 단계; (b) 상기 블랭크를 AC1 이상 AC3 미만의 온도로 가열하는 단계; (c) 상기 가열된 블랭크를 프레스 금형으로 이송하여 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계; 및 (d) 상기 성형체를 냉각하는 단계를 포함한다.
일 실시 예에 있어서, (b) 단계의 AC1 이상 AC3 미만의 온도는 800℃ 이상 890℃ 미만의 온도일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, (d) 단계는 10℃/s ~ 50℃/s의 냉각 속도로 진행될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르는 핫 스탬핑 부품의 제조 방법이 개시된다. 상기 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은 (a) 중량%로, 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 제1 조성을 가지는 제1 블랭크와, 상기 제1 블랭크와는 다른 제2 조성을 가지는 제2 블랭크를 준비하는 단계; (b) 상기 제1 및 제2 블랭크를 용접하여 접합강재를 형성하는 단계; (c) 상기 접합강재를 상기 제1 블랭크의 AC1 이상 AC3 미만의 온도로 가열하는 단계; (d) 상기 가열된 접합강재를 프레스 금형으로 이송하여 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계; 및 (e) 상기 성형체를 냉각하는 단계를 포함한다. (e) 단계 후에, 상기 제1 블랭크는 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직 및 인장강도(TS): 700~1000MPa를 가지며, 상기 제2 블랭크는 면적율로 95% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 조직 및 인장강도(TS): 1700 MPa이상을 가진다.
일 실시 예에 있어서, (c) 단계에서, 상기 제1 블랭크의 AC1 이상 AC3 미만의 온도는 상기 제2 블랭크의 오스테나이트 단상 영역에 대응되는 온도일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, (c) 단계의 AC1 이상 AC3 미만의 온도는 800℃ 이상 890℃ 미만의 온도일 수 있다.
일 실시 예에 있어서, (e) 단계는 10℃/s ~ 50℃/s의 냉각 속도로 진행될 수 있다.
일 실시 예에 있어서, 상기 제2 블랭크는 중량%로, 탄소(C): 0.28 ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.1 ~ 0.4%, 망간(Mn): 1.2 ~ 2.0%, 인(P): 0 초과 0.020% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.1 ~ 0.5%, 티타늄(Ti): 0.015 ~ 0.07%, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0 초과 0.06% 이하, 보론(B): 0.0015 ~ 0.0040% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 성분계 제어 및 공정 조건 제어를 통해 700~1000 MPa의 인장강도를 가지면서, 250~500 N·rad/mm2 의 내충돌성능을 가지는 핫 스탬핑 부품 및 그 제조방법을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직 및 인장강도(TS): 700~1000MPa를 가지는 제1 영역과 면적율로 95% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 조직 및 인장강도(TS): 1700 MPa이상을 가지는 제2 영역을 포함하는 핫 스탬핑 부품 및 그 제조 방법을 구현할 수 있다. 이때, 상기 제1 영역은 250~500 N·rad/mm2 의 내충돌성능을 가질 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이고,
도 2는 도 1의 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 있어서 핫 스탬핑용 블랭크를 준비하는 단계를 도시한 공정 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 핫 스탬핑 부품의 경도 변화를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5a는 본 발명의 비교예에 따르는 핫 스탬핑 부품의 미세조직을 나타내는 사진이다. 도 5b는 본 발명의 실시예에 따르는 핫 스탬핑 부품의 미세조직을 나타내는 사진이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 강재 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다. 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 적절하게 선택된 용어들로서, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
핫스탬핑 부품 (Ⅰ)
본 발명의 제1 실시 예의 핫 스탬핑 부품은 단일 블랭크를 핫 스탬핑 공정을 통해 제조한 강재이다. 일 구체예에서, 본 발명의 제1 실시 예의 핫 스탬핑 부품은, 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.45 ~ 0.55%, 망간(Mn): 1.75 ~ 1.85%, 인(P): 0 초과 0.0150% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 질소(N): 0 초과 0.050% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.15 ~ 0.25%, 티타늄(Ti): 0.015~0.025%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.045 ~ 0.055%, 보론(B): 0.0008~0.0018% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함한다.
본 발명에 따른 강재에 포함되는 각 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 설명하면 다음과 같다. 이하에서, 각 성분은 강판 전체에 대한 중량%로 기재한다.
탄소(C): 0.04 ~ 0.07%
탄소(C)는 강재의 강도, 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑(또는 열간 프레스) 공정 이후, 강재의 인장강도를 확보하는 목적으로 첨가된다. 일 구체예에서, 탄소(C)는 강재의 전체에 대하여 0.04 ~ 0.07%로 첨가되는 것이 바람직하다. 탄소(C)가 0.04% 미만으로 첨가되는 경우 본 발명의 기계적 강도를 달성하기 어려우며, 0.07%를 초과하여 첨가되는 경우 강재의 인성이 저하될 수 있으며 취성 제어가 어렵게 된다.
실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%
실리콘(Si)은 열처리시 소프트한 저온상을 확보하기 위한 목적으로 첨가한다. 일 구체예에서, 실리콘(Si)은 강재의 전체에 대하여 0.40 ~ 0.60%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 실리콘(Si)의 함량이 0.40 중량% 미만일 경우에는 열처리시 소프트한 저온상을 확보하기 어려우며, 반대로, 실리콘(Si)의 함량이 0.60 중량%를 초과하는 경우에는 도금 특성이 저하되는 문제점이 있다.
망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%
망간(Mn)은 열처리시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 일 구체예에서, 망간(Mn)은 강재 전체에 대하여 1.70 ~ 1.90%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 망간(Mn)의 함량이 1.70% 미만일 경우에는 결정립 미세화 효과가 불충분하다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.90%를 초과하는 경우에는 중심부 망간편석 발생으로 인성이 열화되고 원가 측면에서 불리하다는 문제점이 있다.
인(P): 0 초과 0.0180% 이하
인(P)은 편석이 잘 되는 원소로 강의 인성을 저해하는 원소이다. 일 구체예에서, 인(P)은 강재 전체에 대하여 0 초과 0.0180% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 범위로 포함시 인성 저하를 방지할 수 있다. 상기 인을 0.0180%를 초과하여 포함시, 마르텐사이트 입계가 파괴되고, 공정 중 크랙을 유발하고, 인화철 화합물이 형성되어 인성이 저하될 수 있다.
황(S):0 초과 0.030% 이하
황(S)은 가공성 및 물성을 저해하는 원소이다. 일 구체예에서, 황(S)은 강재 전체에 대하여 0 초과 0.030 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 상기 황을 0.030 중량%를 초과하여 포함시 마르텐사이트 입계가 파괴되고, 열간 가공성을 떨어뜨리고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하
알루미늄(Al)은 탈산재로 사용되는 동시에 실리콘(Si)과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 하여 강도를 향상시키는 역할을 한다. 일 구체예에서, 상기 알루미늄은 강재 전체에 대하여 0 초과 0.050% 이하로 포함된다. 상기 알루미늄을 0.050%를 초과하여 포함시 제강 시 노즐 막힘의 원인이 되며, 주조시 알루미늄 산화물 등에 의해 열간 취성이 발생하여 크랙이 발생하거나, 연성이 저하될 수 있다.
크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%
크롬(Cr)은 상기 강재의 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 일 구체예에서, 크롬(Cr)은 강재 전체에 대하여 0.10 ~ 0.30%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 0.10% 미만일 경우에는 소입성 및 강도를 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.30%를 초과하는 경우에는 인성이 저하되는 문제점이 있다.
티타늄(Ti):0.015~0.07%
티타늄(Ti)은 핫 스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향 목적으로 첨가되며, 마르텐사이트 패킷 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성 증가를 목적으로 첨가된다. 일 구체예에서, 티타늄(Ti)은 강재 전체에 대하여 0.015 ~ 0.07%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.015% 미만일 경우에는 석출물 형성이 미미하며 결정립 미세화 효과가 불충분하다. 반대로, 티타늄(Ti)의 함량이 0.07 중량%를 초과하면 연신율 하락 위험성이 있으며 인성 저하를 초래할 수 있다.
니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합: 0.04 ~ 0.06%
니오븀(Nb), 및 바나듐(V)은 탄화물 생성 원소이고, 석출물을 생성시켜 핫 스탬핑, 담금질한 강재의 강도를 확보하는 데 기여한다. 또한, 이들은 Fe-Mn계 복합 산화물에 함유되고, 수소와의 결합 에너지가 높아 내지연파괴 특성 향상에 유효한 수소 트랩 사이트로서 기능하여 수소의 강 내 확산을 방지하여 내수소지연 파괴성을 개선하는 데 필요한 원소이다. 몰리브덴(Mo)은 열간 압연 및 핫스탬핑 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대를 통해 강도 향상에 기여할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상을 첨가할 수 있다. 이때 첨가량 합계가 0.06%를 초과하면 항복 강도의 상승이 과도하게 커지고, 0.04% 미만이면 강도 향상의 효과가 발휘되기 어렵다. 따라서, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 강재 전체에 대하여 0.04 ～ 0.06%로 첨가되는 것이 바람직하다.
붕소(B): 0.0008~0.0025%
붕소(B)는 소프트한 마르텐사이트 소입성을 확보하고 결정립을 미세화하는 목적으로 첨가된다. 붕소(B)는 본 발명에 따른 강재의 0.0008 ~ 0.0025 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 붕소(B)의 함량이 0.0008 중량% 미만일 경우에는 소입성 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 붕소(B)의 함량이 0.0025 중량%를 초과하는 경우에는 취성 위험성과 연신율 열위 위험성이 증가하는 문제점이 있다.
상기 핫 스탬핑 부품은 상술한 조성을 가지는 강재이며, 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직을 가질 수 있다. 이때, 상기 복합 조직은 면적분율로, 페라이트 30~90% 및 베이나이트와 마르텐사이트의 합이 10~70%일 수 있다.
상기 핫 스탬핑 부품은 인장강도(TS): 700~1000MPa, 및 내충돌성능 250~500 N·rad/mm2 을 가질 수 있다. 또한, 상기 핫 스탬핑 부품은 연신율 12~15%, 및 굽힘 각도 125~160°를 가질 수 있다. 이때, 상기 굽힘 각도는 환산 시편 두께 1.0 mm에 대한 V자 굽힘 테스트에 의해 도출될 수 있다.
상기 V자 굽힘 테스트는 공지의 VDA238-100 테스트법이 적용될 수 있다. 즉, V자 형태의 굽힘 변형을 발생시키고, 시편에 크랙이 발생할 때의 각도를 상기 굽힘 각도로 산출할 수 있다. 한편, 상기 내충돌성능은 인장강도, 연신율 및 굽힘 각도의 곱에 의해 결정될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에서는 핫 스탬핑 부품의 인성 및 강도를 평가하는 항목으로 인장강도와 내충돌성능을 설정할 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 인장강도(TS): 700~1000MPa, 및 내충돌성능 250~500 N·rad/mm2 가지는 핫 스탬핑 부품을 제공할 수 있다.
핫스탬핑 부품 (Ⅱ)
본 발명의 제2 실시 예에 따르는 핫 스탬핑 부품은 서로 다른 조성을 가지는 블랭크들을 용접한 후에 핫 스탬핑 제조 방법에 의해 제조한 강재이다. 즉, 테일러 웰디드 블랭크를 이용한 핫 스탬핑 제조 방법에 의해 제조된 강재이다.
상기 제2 실시 예에 따르는 핫 스탬핑 부품은 제1 영역, 제2 영역 및 제1 영역과 제2 영역 사이에 배치되는 용접부를 포함한다. 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역은 서로 다른 조성을 가질 수 있다. 상기 용접부는 필러를 적용하거나 또는 필러를 적용하지 않고 상기 제1 영역과 제2 영역을 용접한 영역이다.
상기 제1 영역은 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 상기 제1 영역은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직 및 인장강도(TS): 700~1000MPa를 가질 수 있다. 상기 제1 영역의 복합 조직은 면적분율로, 페라이트 30~90% 및 베이나이트와 마르텐사이트의 합이 10~70%일 수 있다. 상기 제1 영역은 250~500 N·rad/mm2 의 내충돌성능을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 영역은 연신율 12~15%, 및 굽힘 각도 125~160°를 가질 수 있다. 이때, 상기 굽힘 각도는 환산 시편 두께 1.0 mm에 대한 V자 굽힘 테스트에 의해 도출될 수 있다.
상기 제2 영역은 중량%로, 탄소(C): 0.28 ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.1 ~ 0.4%, 망간(Mn): 1.2 ~ 2.0%, 인(P): 0 초과 0.020% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.1 ~ 0.5%, 티타늄(Ti): 0.015 ~ 0.07%, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0 초과 0.06% 이하, 보론(B): 0.0015 ~ 0.0040% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 상기 제2 영역은 면적율로 95% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 조직 및 인장강도(TS): 1700 MPa이상을 가질 수 있다.
다음으로, 상기한 본 발명의 강재를 이용한 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
핫 스탬핑 부품의 제조방법(Ⅰ)
본 발명의 제1 실시 예에 따르는 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은 강재를 이용하여 핫 스탬핑 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이고, 도 2는 도 1의 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 있어서 핫 스탬핑용 블랭크를 준비하는 단계를 도시한 공정 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 구체예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법은, 상술한 조성을 가지는 강재인 핫 스탬핑용 블랭크를 준비하는 단계(S110); (b) 상기 블랭크를 가열하는 단계(S120); (c) 상기 가열된 블랭크를 프레스 금형으로 이송하여 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계(S130); 및 (d) 상기 성형체를 냉각하여 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계(S140);를 포함한다.
핫 스탬핑용 블랭크를 준비하는 단계(S110)
상기 핫 스탬핑용 블랭크를 준비하는 단계(S110)는, 핫 스탬핑 부품 형성을 위한 판재를 목적에 따라 원하는 형상으로 재단하여, 블랭크를 형성하는 단계이다.
상기 판재를 형성하는 공정은 도 2에 도시된 바와 같이, 열간압연 단계(S210), 냉각/권취 단계(S220), 냉간압연 단계(S230) 및 소둔 열처리 단계(S240)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법에서 상기 블랭크를 형성하는 공정의 대상이 되는 반제품 상태의 강 슬라브 판재는, 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가질 수 있다.
이어서, 열간압연 단계(S210)에서, 상기 슬라브 판재의 재가열 단계가 진행된다. 슬라브 재가열 단계에서는 연속 주조 공정을 통해 확보한 슬라브 판재를 1200℃~1250℃의 SRT(Slab Reheating Temperature)로 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용하게 된다. 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1200℃ 보다 낮은 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못해 합금 원소의 균질화 효과를 크게 보기 어렵고, 티타늄(Ti)이나 니오븀(Nb)의 고용 효과를 크게 보기 어렵다는 문제점이 있다. 슬라브 재가열 온도(SRT)는 고온일수록 균질화에 유리하나 1250℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정 입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 뿐만 아니라 소부경화능 및 내시효성도 감소하고, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.
열간 압연 단계(S210)에서는 재가열된 슬라브 판재를 860℃~920℃의 마무리 압연 온도(Finishing Delivery Temperature: FDT)의 조건으로 마무리 열간 압연한다. 이때, 마무리 압연 온도(FDT)가 860℃ 보다 낮으면, 이상영역 압연에 의한 혼립 조직이 발생으로 강판의 가공성 확보가 어렵고, 미세조직 불균일에 따라 가공성이 저하되는 문제가 있을 뿐만 아니라 급격한 상 변화에 의해 열간압연중 통판성의 문제가 발생한다. 마무리 압연 온도(FDT)가 920℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화되어 소부경화능 및 내시효성이 감소한다. 또한, TiC 석출물이 조대화되어 최종 부품 성능이 저하될 위험이 있다.
냉각/권취 단계(S220)에서는 열간 압연된 판재를 620℃~660℃의 권취 온도(Coiling Temperature: CT)까지 냉각하여 권취한다. 권취 온도는 탄소(C)의 재분배에 영향을 미치며, 권취 온도가 620℃ 미만일 경우에는 과냉으로 인한 저온상 분율이 높아져 강도 증가 및 냉간압연 시 압연부하가 심화될 우려가 있으며, 연성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 권취 온도가 660℃를 초과할 경우에는 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 및 강도 열화가 발생하는 문제가 있다.
냉간 압연 단계(S230)에서는 권취된 판재를 언코일링(uncoiling)하여 산세 처리한 후, 냉간 압연한다. 이때, 산세는 권취된 판재, 즉 상기의 열연과정을 통하여 제조된 열연 코일의 스케일을 제거하기 위한 목적으로 실시하게 된다.
상기 냉간 압연은 산세 처리된 판재를 냉간 압하율 : 60 ~ 80%로 냉간 압연하는 것이 바람직하다. 냉간 압하율이 60% 미만일 경우에는 열연 조직의 변형효과가 작다. 반대로, 냉간 압하율이 80%를 초과하는 경우에는 냉간 압연에 소요되는 비용이 상승할 뿐만 아니라, 드로잉성을 저해하고 강판의 가장자리에 균열의 발생으로 강판이 파단되는 문제를 야기할 수 있다.
소둔 열처리 단계(S240)는 상기 냉연 판재를 소둔 열처리하는 단계이다. 일 구체예에서 소둔 열처리는 냉연 판재를 가열하고, 가열된 냉연 판재를 20~50℃/s의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함한다. 일 구체예에서, 소둔 열처리시 냉연 판재를 700~900℃에서 가열할 수 있다. 상기 범위로 가열시 공정 효율성과, 강재의 강도 및 성형성이 동시에 우수할 수 있다.
냉연 판재를 20℃/s 미만의 냉각속도로 냉각시 강재의 생산성이 저하되며, 50℃/s를 초과하는 냉각속도로 냉각시 강재의 균일한 미세 조직의 확보가 어려울 수 있다. 예를 들면 30~40℃/s의 냉각속도로 냉각할 수 있다.
블랭크를 가열하는 단계(S120)
도 1을 다시 참조하면, 블랭크를 가열하는 단계(S120)는 상기 블랭크를 AC1 이상 AC3 미만의 온도로 가열하는 단계를 포함하여 진행될 수 있다. 일 실시 예에 있어서, AC1 이상 AC3 미만의 온도는 상술한 조성을 가지는 블랭크의 이상역 온도로서, 일 예로서, 800℃ 이상 890℃ 미만의 온도일 수 있다. 구체적인 실시 예에서, 최종 온도가 AC1 이상 AC3 미만으로 설정된 연속 가열로 내를 상기 블랭크를 통과시키면서 진행하되, 상기 연속 가열로 내에서의 체류 시간은 3 ~ 10분동안 유지시킨다. 체류 시간이 3분 미만일 경우, 상기 블랭크가 충분한 균열 시간을 가지기 힘드며, 체류 시간이 10분을 초과할 경우, 상기 블랭크가 과가열될 수 있다.
핫 스탬핑 단계(S130) 및 냉각 단계(S140)
상술한 조건으로 가열된 블랭크를 프레스 금형으로 이송한다. 핫 스탬핑용 프레스 금형에서 최종 부품형상으로 성형된 후 성형체를 냉각하여 최종 제품을 형성한다. 프레스 금형에는 내부에 냉매가 순환하는 냉각 채널이 구비될 수 있다. 구비된 냉각 채널을 통하여 공급되는 냉매에 의한 순환에 의해 가열된 블랭크를 신속히 급냉시킬 수 있게 된다. 이때, 강재의 스프링 백(spring back) 현상을 방지함과 더불어 원하는 형상을 유지하기 위해서는 프레스 금형을 닫은 상태에서 가압하면서 급냉을 실시할 수 있다. 가열된 소재를 성형 및 냉각 조작을 함에 있어, 마르텐사이트 종료온도까지 평균냉각속도를 최소 10℃/s 이상으로 냉각할 수 있다.
상술한 조성과 공정 조건을 적용하여 우수한 인장 강도와 내충돌성능을 가진 핫 스탬핑 부품을 구현할 수 있다. 상기 핫 스탬핑 부품은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직을 가질 수 있다. 상기 복합 조직은 면적분율로, 페라이트 30~90% 및 베이나이트와 마르텐사이트의 합이 10~70%일 수 있다.
상기 핫 스탬핑 부품은 인장강도(TS): 700~1000MPa, 연신율 12~15%, 및 굽힘 각도 125~160°를 가질 수 있다. 이때, 상기 굽힘 각도는 환산 시편 두께 1.0 mm에 대한 V자 굽힘 테스트에 의해 도출될 수 있다. 상기 핫 스탬핑 부품은 인장강도, 연신율 및 굽힘 각도의 곱에 의해 결정되는, 250~500 N·rad/mm2 의 내충돌성능을 가질 수 있다.
핫 스탬핑 부품의 제조방법(Ⅱ)
본 발명의 제2 실시 예에 따르는 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은 서로 다른 조성을 가지는 블랭크들을 용접한 후에 핫 스탬핑 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. 즉, 테일러 웰디드 블랭크를 핫 스탬핑하여 제조하는 방법을 적용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 나타낸 공정 순서도이다. 도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법은, 제1 및 제2 조성을 각각 가지는 제1 및 제2 블랭크를 준비하는 단계(S310); (b) 상기 제1 및 제2 블랭크를 용접하여 접합강재를 형성하는 단계(S320); (c) 상기 접합강재를 가열하는 단계(S330); 상기 가열된 접합강재를 프레스 금형으로 이송하여 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계(S340); 및 (d) 상기 성형체를 냉각하여 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계(S350);를 포함한다.
제1 및 제2 조성을 각각 가지는 제1 및 제2 블랭크를 준비하는 단계(S310)
제1 및 제2 블랭크를 준비하는 단계(S110)에서는, 서로 다른 재질 특성을 나타낼 수 있는 서로 다른 제1 및 제2 조성을 각각 가지는 제1 및 제2 블랭크를 준비한다.
상기 제1 및 제2 블랭크를 각각 형성하는 공정은 도 2에 도시된 바와 같이, 열간압연 단계(S210), 냉각/권취 단계(S220), 냉간압연 단계(S230) 및 소둔 열처리 단계(S240)를 포함할 수 있다.
상기 제1 블랭크는 중량%로, 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 일 실시 예에 있어서, 상기 제1 블랭크는 도 1 및 도 2와 관련하여 상술한 본 발명의 제1 실시 예에 따르는 블랭크일 수 있다.
상기 제2 블랭크는 중량%로, 탄소(C): 0.28 ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.1 ~ 0.4%, 망간(Mn): 1.2 ~ 2.0%, 인(P): 0 초과 0.020% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.1 ~ 0.5%, 티타늄(Ti): 0.015 ~ 0.07%, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0 초과 0.06% 이하, 보론(B): 0.0015 ~ 0.0040% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 상기 제2 블랭크는 상기 제1 블랭크에 비해, 탄소 당량이 높아서, 상대적으로 높은 인장강도를 나타낼 수 있다. 반대로, 상기 제1 블랭크는 상기 제2 블랭크와 대비하여, 연신율 및 굽힘 각도 특성이 더 우수할 수 있다.
제1 및 제2 블랭크를 용접하여 접합강재를 형성(S320)
접합강재를 형성하는 단계(S320)에서는, 상기 이종의 제1 및 제 2 블랭크를 TWB 공정을 통해 용접하여 접합강재를 형성한다. 일 구현예에 있어서, 용도에 따라, 제 1 블랭크를 자동차 내 B-필라의 하단의 충격 흡수부가 되고, 제 2 블랭크를 상부의 충돌 지지부가 되게 배치한 다음, 예를 들어 레이저를 이용하여 맞대기 방식으로 용접할 수 있다. 레이저를 이용하여 용접할 때, 제1 및 제2 블랭크 사이의 접합부인 용접부를 형성할 수 있다. 상기 용접부는 필러를 사용하거나 또는 필러를 사용하지 않고 형성할 수 있다.
접합강재를 가열하는 단계(S330)
접합강재를 가열하는 단계(S330)에서는, 상기 접합강재를 상기 제1 블랭크를 기준으로한 AC1 이상 AC3 미만의 온도로 가열한다.
상기 제1 블랭크를 기준으로한 AC1 이상 AC3 미만의 온도는, 상기 제2 블랭크에 대해서는 강재의 오스테나이트 단상 영역에 대응되는 온도일 수 있다. 일 예로서, 상기 제1 블랭크를 기준으로한 AC1 이상 AC3 미만의 온도는 800℃ 이상 890℃ 미만의 온도일 수 있다.
즉, 본 단계(S330)에서,상기 제1 블랭크는 오스테나이트와 페라이트로 유지되는 이상역 온도로 가열하고, 상기 제2 블랭크는 오스테나이트만으로 유지되는 단상역 온도로 가열될 수 있다.
핫 스탬핑 단계(S340) 및 냉각 단계(S350)
상술한 조건으로 가열된 접합강재를 프레스 금형으로 이송한다. 핫 스탬핑용 프레스 금형에서 최종 부품형상으로 성형된 후 성형체를 냉각하여 최종 제품을 형성한다. 프레스 금형에는 내부에 냉매가 순환하는 냉각 채널이 구비될 수 있다. 구비된 냉각 채널을 통하여 공급되는 냉매에 의한 순환에 의해 가열된 성형체를 신속히 급냉시킬 수 있게 된다. 이때, 강재의 스프링 백(spring back) 현상을 방지함과 더불어 원하는 형상을 유지하기 위해서는 프레스 금형을 닫은 상태에서 가압하면서 급냉을 실시할 수 있다. 가열된 소재를 성형 및 냉각 조작을 함에 있어, 마르텐사이트 종료온도까지 평균냉각속도를 최소 10℃/s 이상으로 냉각할 수 있다.
상술한 조성과 공정 조건을 적용하여 서로 다른 물성을 가지는 제1 영역, 제2 영역 및 용접부를 구비하는 핫 스탬핑 부품을 제조할 수 있다.
상기 제1 영역은 상기 접합강재 중 제1 블랭크로부터 형성될 수 있다. 상기 제1 영역은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직 및 인장강도(TS): 700~1000MPa를 가질 수 있다. 상기 제1 영역의 복합 조직은 면적분율로, 페라이트 30~90% 및 베이나이트와 마르텐사이트의 합이 10~70%일 수 있다. 상기 제1 영역은 250~500 N·rad/mm2 의 내충돌성능을 가질 수 있다. 또한, 상기 제1 영역은 연신율 12~15%, 및 굽힘 각도 125~160°를 가질 수 있다. 이때, 상기 굽힘 각도는 환산 시편 두께 1.0 mm에 대한 V자 굽힘 테스트에 의해 도출될 수 있다.
상기 제2 영역은 상기 접합강재 중 제2 블랭크로부터 형성될 수 있다. 상기 제2 영역은 면적율로 95% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 조직 및 인장강도(TS): 1700 MPa이상을 가질 수 있다.
상기 용접부는 제1 블랭크와 제2 블랭크의 접합부에 형성될 수 있다. 본 발명의 실시 예에서, 상기 용접부 내부의 경도는 상기 용접부와의 경계면에 위치한 상기 제1 블랭크와 상기 제2 블랭크의 경도값에 따라 선형적으로 변화할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 예에 따르는 핫 스탬핑 부품의 경도 변화를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 핫 스탬핑 부품은 제1 영역(410), 제2 영역(420) 및 용접부(430)을 포함할 수 있다. 용접부(430) 내부의 경도(C)는 제2 영역(420) 및 용접부(430)의 경계면에서의 제1 경도(A)로부터 제1 영역(410) 및 용접부(430)의 경계면에서의 제2 경도(B)에 이르기까지, 거리에 따라 선형적으로 감소하는 추세선에 해당되는 경도값에 대해 ±30% 범위 내에 있을 수 있다.
일 예로서, 도면에서, 제1 경도(A)가 600Hv 이고, 제2 경도(B)가 280Hv 이며, 용접부의 길이가 2000㎛ 일 때, 제2 영역(420) 및 용접부(430)의 경계면으로부터 제1 영역(410) 및 용접부(430)의 경계면에 이르는 용접부(430) 내부의 경도값 Hv = (280-600)/2000 × L(㎛)의 추세선을 따라 산출되는 값의 ±30% 범위 내에 있을 수 있다. 이때, L 은 시편의 길이 방향(x-방향)을 따라 제2 영역(420) 및 용접부(430)의 경계면으로부터 제1 영역(410) 및 용접부(430)의 경계면에 이르는 길이를 의미할 수 있다.
이하, 본 발명의 실험예을통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다. 또한, 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실험예 1
Figure pat00001
Figure pat00002
표 1은 본 발명의 실험예 1에 따른 시편의 성분계 조성을 중량%로 나타낸 것이다. 표 1을 참조하면, 표 1의 실험예 1의 시편은 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)의 조성 범위를 만족한다.
상기 시편은 동일한 조건에서 열간 압연 및 냉간 압연 및 소둔 열처리를 진행하여 마련하였다. 상기 열간 압연, 냉각 압연 및 소둔 열처리는 상술한 본 발명의 실시예의 조건 범위 내에서 진행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 비교예 및 일 실시 예에 따르는 블랭크 시편의 가열 온도에 따르는 내충돌성능을 나타내는 그래프이다. 표 2는 상기 시편을 연속 가열로에서 가열 온도 조건을 변경하여 진행하고, 핫 스탬핑을 진행한 후에, 상기 가열 조건에 따른 재질 특성을 평가한 결과를 나타내고 있다. 표 2의 실시예 1 ~ 4 및 비교예 1~5의 시편은 가열 조건을 제외하고는 동일한 조건으로 프레스 금형에서 핫 스탬핑이 진행되었으며, 상기 프레스 금형 내에서 30℃/s의 냉각 속도로 냉각되었다. 도 2의 실험에 사용된 블랭크 시편은 상술한 조성을 가지며, 가열 조건을 제외하고는 표 2의 시편들과 동일한 조건으로 핫 스탬핑 및 냉각이 진행되었다.
표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예의 가열 조건, 즉, AC1 이상 AC3 미만의 온도(800℃ 이상 890℃ 미만의 온도) 조건을 만족하는 실시예 1 ~ 실시예 4의 시편은 인장강도(TS): 700~1000MPa 및 250~500 N·rad/mm2 의 내충돌성능의 목표치를 만족시켰다. 반면에, 800℃ 이상 890℃ 미만의 온도 조건을 만족하지 않는 비교예 1 ~ 비교예 4의 시편은 250~500 N·rad/mm2 의 내충돌성능의 목표치를 만족하지 못하였다. 도 5를 참조하면, 가열 온도가 AC1 이상 AC3 미만인 경우, 모두 300 N·rad/mm2 이상의 내충돌성능으로서 목표치를 만족하였다. 반면에, 가열 온도가 AC3 이상인 경우, 모두 250 N·rad/mm2 미만의 내충돌성능값을 보임으로써, 목표치의 하한값에 도달하지 못하였다. 이는 가열 온도가 AC3 온도 이상으로 증가함에 따라, 내충돌성능값이 감소하는 것은 연신율 및 굽힘 각도 확보에 필요한 페라이트분율을 충분히 확보하지 못하기 때문이다.
도 6a는 본 발명의 비교예에 따르는 핫 스탬핑 부품의 미세조직을 나타내는 사진이다. 도 6b는 본 발명의 실시예에 따르는 핫 스탬핑 부품의 미세조직을 나타내는 사진이다. 구체적으로, 도 6a는 표 2의 비교예 2의 시편의 미세조직 사진이며, 도 6b는 표 2의 실시예 1의 시편의 미세조직 사진이다.
도 6a를 참조하면, 비교예 2의 시편의 미세조직은 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어진다. 즉, 표 2에서 910℃ 의 가열 온도는 비교예 2의 시편에 있어서 오스테나이트 단상이 형성되는 온도이며, 이후에 핫스탬핑 및 급속 냉각에 의해 베이나이트 및 마르텐사이트와 같은 저온상이 생성되었음을 확인할 수 있다. 이에 따라, 표 2에서와 같이, 항복강도 및 인장 강도는 실시예 1 ~ 4과 대비하여 높으나, 연신율, 굽힘강도 및 내충돌성능이 상대적으로 저하되었음을 확인할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 실시예 1의 시편의 미세조직은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어진 복합조직임을 확인할 수 있다. 상기 페라이트 조직이 비교예 2의 시편과 대비하여 연신율, 굽힘강도 및 내충돌성능을 향상시켰음을 예측할 수 있다.
실험예 2
표 3에서 중량%로 기재한 합금 성분을 만족하는 제1 블랭크와 제2 블랭크 시편을 각각 준비한다.
Figure pat00003
제1 블랭크 시편은 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)의 조성 범위를 만족한다. 또한, 제2 블랭크 시편은 중량%로, 탄소(C): 0.28 ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.1 ~ 0.4%, 망간(Mn): 1.2 ~ 2.0%, 인(P): 0 초과 0.020% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.1 ~ 0.5%, 티타늄(Ti): 0.015 ~ 0.07%, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0 초과 0.06% 이하, 보론(B): 0.0015 ~ 0.0040% 및 잔부의 철(Fe)의 조성 범위를 만족한다.
상기 제1 및 제2 블랭크 시편은 동일한 조건에서 열간 압연 및 냉간 압연 및 소둔 열처리를 진행하여 마련하였다. 상기 열간 압연, 냉각 압연 및 소둔 열처리는 상술한 본 발명의 실시예의 조건 범위 내에서 진행할 수 있다.
이어서, 제1 및 제2 블랭크 시편을 레이저 용접하여 접합강재를 형성하였다. 이후에, 제1 블랭크 시편의 AC1 이상 AC3 미만의 온도인 850℃ 에서 300초 동안 가열 열처리 한 후에 프레스 금형에서 핫 스탬핑을 진행하고, 금형에서 30℃/s로 급속 냉각시켜 핫 스탬핑 부품을 제조하였다.
표 4는 본 실험예의 핫 스탬핑 부품의 기계적 재질 특성을 나타내는 표이다. 제1 영역은 제1 블랭크 시편에 대응되는 영역이며, 제2 영역은 제2 블랭크 시편에 대응되는 영역이다.
Figure pat00004
표 4를 참조하면, 핫 스탬핑 부품의 제1 영역은 인장강도(TS): 700~1000MPa 및 250~500 N·rad/mm2 의 내충돌성능의 목표치를 만족시키고 있으며, 제2 영역은 인장강도 1700 MPa 이상을 만족시킬 수 있다. 또한, 제2 영역은 미세조직 관찰 결과, 약 98%의 마르텐사이트 조직으로 이루어져 있음을 확인할 수 있었다.
결과적으로, 본 실시 예의 핫 스탬핑 부품은 고인성 및 내충돌성능을 가지는 제1 영역과 고강도를 가지는 제2 영역을 가질 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 핫 스탬핑 부품을 일 예로서 자동차 부품에 적용할 경우, 제 1 영역을 자동차 내 B-필라의 하단의 충격 흡수부로 적용할 수 있고, 제 2 영역을 상부의 충돌 지지부에 효과적으로 적용할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
-

Claims (15)

  1. 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강재이며,
    페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직을 가지며,
    인장강도(TS): 700~1000MPa, 및 내충돌성능 250~500 N·rad/mm2 이되,
    상기 내충돌성능은 인장강도, 연신율 및 굽힘 각도의 곱에 의해 결정되는
    핫 스탬핑 부품.
  2. 제1 항에 있어서,
    연신율 12~15%, 및 굽힘 각도 125~160°를 가지되,
    상기 굽힘 각도는 환산 시편 두께 1.0 mm에 대한 V자 굽힘 테스트에 의해 도출되는
    핫 스탬핑 부품.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 복합 조직은 면적분율로, 페라이트 30~90% 및 베이나이트와 마르텐사이트의 합이 10~70%인
    핫 스탬핑 부품.
  4. 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 제1 영역;
    중량%로, 탄소(C): 0.28 ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.1 ~ 0.4%, 망간(Mn): 1.2 ~ 2.0%, 인(P): 0 초과 0.020% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.1 ~ 0.5%, 티타늄(Ti): 0.015 ~ 0.07%, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0 초과 0.06% 이하, 보론(B): 0.0015 ~ 0.0040% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 제2 영역; 및
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역 사이에 배치되는 용접부를 포함하는 강재이며,
    상기 제1 영역은 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직 및 인장강도(TS): 700~1000MPa를 가지며,
    상기 제2 영역은 면적율로 95% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 조직 및 인장강도(TS): 1700 MPa이상을 가지는
    핫 스탬핑 부품.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 영역은
    250~500 N·rad/mm2 의 내충돌성능을 가지며,
    상기 내충돌성능은 인장강도, 연신율 및 굽힘 각도의 곱에 의해 결정되는
    핫 스탬핑 부품.
  6. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 영역은 연신율 12~15%, 및 굽힘 각도 125~160°를 가지되,
    상기 굽힘 각도는 환산 시편 두께 1.0 mm에 대한 V자 굽힘 테스트에 의해 도출되는
    핫 스탬핑 부품.
  7. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 영역의 복합 조직은 면적분율로, 페라이트 30~90% 및 베이나이트와 마르텐사이트의 합이 10~70%인
    핫 스탬핑 부품.
  8. (a) 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 조성을 가지는 블랭크를 준비하는 단계;
    (b) 상기 블랭크를 AC1 이상 AC3 미만의 온도로 가열하는 단계;
    (c) 상기 가열된 블랭크를 프레스 금형으로 이송하여 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 성형체를 냉각하는 단계를 포함하는
    핫 스탬핑 부품의 제조방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    (b) 단계의 AC1 이상 AC3 미만의 온도는
    800℃ 이상 890℃ 미만의 온도인
    핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    (d) 단계는
    10℃/s ~ 50℃/s의 냉각 속도로 진행되는
    핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  11. (a) 중량%로, 중량%로, 탄소(C): 0.04 ~ 0.07%, 실리콘(Si): 0.40 ~ 0.60%, 망간(Mn): 1.70 ~ 1.90%, 인(P): 0 초과 0.0180% 이하, 황(S): 0 초과 0.030% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.30%, 티타늄(Ti): 0.015~0.07%을 포함하고, 또한, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0.04 ~ 0.06%, 보론(B): 0.0008~0.0025% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 제1 조성을 가지는 제1 블랭크와, 상기 제1 블랭크와는 다른 제2 조성을 가지는 제2 블랭크를 준비하는 단계;
    (b) 상기 제1 및 제2 블랭크를 용접하여 접합강재를 형성하는 단계;
    (c) 상기 접합강재를 상기 제1 블랭크의 AC1 이상 AC3 미만의 온도로 가열하는 단계;
    (d) 상기 가열된 접합강재를 프레스 금형으로 이송하여 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 성형체를 냉각하는 단계를 포함하되,
    (e) 단계 후에, 상기 제1 블랭크는 페라이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 복합 조직 및 인장강도(TS): 700~1000MPa를 가지며, 상기 제2 블랭크는 면적율로 95% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 조직 및 인장강도(TS): 1700 MPa이상을 가지는
    핫 스탬핑 부품의 제조방법.
  12. 제11 항에 있어서,
    (c) 단계에서,
    상기 제1 블랭크의 AC1 이상 AC3 미만의 온도는
    상기 제2 블랭크의 오스테나이트 단상 영역에 대응되는 온도인
    핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  13. 제11 항에 있어서,
    (c) 단계의 AC1 이상 AC3 미만의 온도는
    800℃ 이상 890℃ 미만의 온도인
    핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  14. 제11 항에 있어서,
    (e) 단계는
    10℃/s ~ 50℃/s의 냉각 속도로 진행되는
    핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제2 블랭크는
    중량%로, 탄소(C): 0.28 ~ 0.38%, 실리콘(Si): 0.1 ~ 0.4%, 망간(Mn): 1.2 ~ 2.0%, 인(P): 0 초과 0.020% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 알루미늄(Al): 0 초과 0.050% 이하, 크롬(Cr): 0.1 ~ 0.5%, 티타늄(Ti): 0.015 ~ 0.07%, 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo) 및 바나듐(V) 중 적어도 하나 이상의 합이 0 초과 0.06% 이하, 보론(B): 0.0015 ~ 0.0040% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는
    핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
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