KR20210050806A - 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법 - Google Patents

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KR20210050806A
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Abstract

일 실시예에 따른 핫스탬핑강의 제조 방법에 있어서, 중량%로, 탄소(C): 0.18~0.22%, 실리콘(Si): 0.25~0.50%, 망간(Mn): 1.60~2.20%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.0045%, 티타늄(Ti): 0.02~0.06%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열한 강 슬라브를 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계; 상기 열간압연된 강판을 무주수 냉각하고 680℃ 이상에서 권취하여 표면에 열연 탈탄층을 생성하는 단계; 상기 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리하는 단계; 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계; 및 상기 도금 처리된 판재를 핫 스탬핑하는 단계;를 포함한다.

Description

핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법{HOT STAMPING PRODUCT AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
자동차의 충돌 부재용 중요 부품인 B-필러(Pillar)에는 주로 150K급 이상의 열처리강이 사용된다. 이는 측면 충돌시 운전자의 생존공간을 확보하는데 매우 중요한 역할을 하고 있다. 또한 충돌 부재로 사용되는 고인성의 강부재는 측면 충돌 시 운전자의 안전을 위협하는 취성파단 현상이 발생하므로, 취성이 발생하는 B-필러 하단부에 저인성의 강 부재를 연결하여 충돌 흡수 능력을 향상시킨다. 이러한 강 부재를 테일러 웰디드 강재(Taylor Welded Blank, TWB)용 강재라 한다. 상기 TWB용 강재는 열연, 냉연 공정 후 핫 스탬핑(Hot stamping) 등의 열간 프레스 공정을 통하여 제조된다.
본 발명과 관련한 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제0851805호(2008.08.06. 등록, 발명의 명칭 : 충격인성이 우수한 고탄소 강판의 제조 방법)가 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예는, 점용접성이 향상되고 굽힘 성능과 충돌 성능이 우수한 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법이 개시된다. 상기 핫스탬핑 부품의 제조 방법은 (a) 중량%로 탄소(C): 0.18~0.22%, 실리콘(Si): 0.25~0.50%, 망간(Mn): 1.60~2.20%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.0045%, 티타늄(Ti): 0.02~0.06%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열한 슬라브를 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 강판을 무주수 냉각하고 680℃ 이상에서 권취하여 표면에 열연 탈탄층을 생성하는 단계; (d) 상기 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계; (e) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리하는 단계; (f) 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계; 및 (g) 상기 도금 처리된 판재를 핫 스탬핑하는 단계;를 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상대적 오스테나이트 온도 지수인 211[C] + 43[Mn]의 범위가 100 이상 및 150 이하일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 중량%로, 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)의 합은 0.05~0.3%일 수 있다.
일 실시예에 있어서, (c) 단계에서 상기 열연 탈탄층은 표면으로부터 10~35㎛의 두께로 형성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (d) 단계는 30~50%의 압하율로 냉간압연하는 단계를 포함하고, 상기 (e) 단계는 730~830℃의 온도로 소둔 처리하는 단계를 포함하고, 상기 (f) 단계는 40~100g/m3의 도금량으로 Al-Si 도금 처리하는 단계를 포함하고, 상기 (g) 단계는 820~880℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 320~420℃까지 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 (g) 단계 이후, 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 핫 스탬핑 부품이 개시된다. 상기 핫스탬핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.18~0.22%, 실리콘(Si): 0.25~0.50%, 망간(Mn): 1.60~2.20%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.0045%, 티타늄(Ti): 0.02~0.06%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며, 인장강도(TS) : 1,350MPa 이상, 항복강도(YS) : 950MPa 이상 및 연신율(EL) : 7% 이상을 가진다.
일 실시예에 있어서, 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 점용접성이 향상되고 굽힘 성능과 충돌 성능 등의 기계적 물성이 우수한 핫 스탬핑 부품을 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 개략적으로 나타내는 순서도이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
자동차의 충돌 부재용 중요 부품인 B-필러(Pillar)에는 주로 150K급 이상의 열처리강이 사용된다. 이는 측면 충돌시 운전자의 생존공간을 확보하는데 매우 중요한 역할을 하고 있다. 충돌 부재로 사용되는 Al-Si, Zn 또는 미도금 냉연 제품을 가열, 냉각한 150K급 핫스탬핑 부품은 경량화를 위한 충돌 흡수부, 고강도 두께 감소 시 차체 적용 비율 향상이 가능하다. 핫 스탬핑강은 마르텐사이트 조직을 가지고 탄소 증가에 따라 강도는 증가하지만 V굽힘각은 감소할 수 있다.
본 발명에서는 결정립 미세화 원소를 최적화하고 핫 스탬핑 공정변수(가열온도, 시간)에 둔감한 성분을 제시한다. 추가적으로 고유가열온도(900℃ 미만)에 적합한 성분 최적화 기술을 적용하였다. 나아가, 마르텐사이트 핫 스탬핑 부품용 성분 최적화를 통하여 고유 핫 스탬핑 공정조건을 확보하였고, 가열온도와 시간에 둔감한 강도, V굽힘성을 확보한다.
핫 스탬핑 부품의 제조방법
본 발명의 일 실시예에 따르는 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법은 강 슬라브 재가열 단계(S10), 열간압연단계(S20), 권취 단계(S30), 냉간압연단계(S40), 소둔 단계(S50),도금 단계(S60) 및 핫 스탬핑 단계(S70)를 포함한다.
좀 더 구체적으로, 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법은 중량%로, 탄소(C): 0.18~0.22%, 실리콘(Si): 0.25~0.50%, 망간(Mn): 1.60~2.20%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.0045%, 티타늄(Ti): 0.02~0.06%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계(S10); 상기 재가열한 강 슬라브를 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계(S20); 상기 열간압연된 강판을 무주수 냉각하고 680℃ 이상에서 권취하여 상기 강판 표면에 열연 탈탄층을 생성하는 단계(S30); 상기 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계(S40); 상기 냉간압연된 판재를 환원 분위기에서 소둔 처리하는 단계(S50), 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계(S60); 및 상기 도금 처리된 판재를 핫 스탬핑하는 단계(S70);를 포함한다.
상기 강 슬라브에서, 상대적 오스테나이트 온도 지수인 211[C] + 43[Mn] (단, [C]는 탄소의 중량비, [Mn]은 망간의 중량비)의 범위가 100 이상 및 150 이하일 수 있다. 상기 강 슬라브에서, 중량%로, 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)의 합은 0.05~0.3%일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 강 슬라브 재가열 단계
상기 단계는 중량%로, 탄소(C): 0.18~0.22%, 실리콘(Si): 0.25~0.50%, 망간(Mn): 1.60~2.20%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.0045%, 티타늄(Ti): 0.02~0.06%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계이다.
이하, 상기 강 슬라브에 포함되는 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
탄소(C)
상기 탄소(C)는 강의 강도, 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑(또는 열간 프레스) 공정 이후, 마르텐사이트 조직과 강재의 강도를 확보하는 목적으로 첨가된다. 또한 점용접성 향상과 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 탄소는 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.18 ~ 0.22 중량%로 포함될 수 있다. 상기 탄소가 0.18 중량% 미만으로 포함되는 경우, 본 발명의 기계적 강도를 달성하기 어려우며, 0.22 중량%를 초과하는 경우, V굽힘 성능이 저감되고 강재의 인성 저하 문제 또는 강의 취성 제어 문제가 야기될 수 있다.
실리콘(Si)
실리콘(Si)은 강판 내 페라이트 안정화 원소로 작용한다. 페라이트를 청정하게 해줌으로써 연성을 향상시키며, 저온역 탄화물 형성을 억제함으로써 오스테나이트 내 탄소 농화도를 향상시키는 기능을 수행할 수 있다. 나아가, 열연, 냉연, 핫 스탬핑 조직 균질화(펄라이트, 망간 편석대 제어) 및 페라이트 미세 분산의 핵심 원소이다. 한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.25 ~ 0.50 중량%로 포함될 수 있다. 상기 실리콘이 0.25 중량% 미만으로 포함되는 경우, 밴드 조직의 균일화 효과가 미미하며 상술한 기능을 충분히 발휘하지 못하며, 0.50 중량%를 초과하는 경우, 열연, 냉연 부하가 증가하며 열연 붉은형 스케일이 과다해지고 용접성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 열처리시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 나아가, 열처리 온도 고유조건(900℃ 미만)을 설정하기 위한 것이다. 한 구체예에서 상기 망간은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 1.6 ~ 2.2 중량% 포함된다. 상기 망간을 1.60 중량% 미만으로 포함시 900℃ 미만의 공정이 불가하며, 소입성 미달로 핫스탬핑 후 재질이 미달할 가능성이 높으며, 2.2 중량%를 초과하여 포함시 망간 편석 또는 펄라이트 밴드에 의한 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 불균질 미세조직이 발생할 수 있으며, 굽힘 성능이 저하될 수 있다.
인(P)
상기 인(P)은 편석이 잘 되는 원소로 강의 인성을 저해하는 원소이다. 한 구체예에서 상기 인(P)은 강 슬라브 전체중량에 대하여 0 중량% 초과 0.02 중량% 이하로 포함된다. 상기 범위로 포함시 인성 저하를 방지할 수 있다. 상기 인을 0.02 중량%를 초과하여 포함시, 공정중 크랙을 유발하고, 인화철 화합물이 형성되어 인성이 저하될 수 있다.
황(S)
상기 황(S)은 가공성 및 물성을 저해하는 원소이다. 한 구체예에서 상기 황은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0 중량% 초과 0.01 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 황을 0.01 중량%를 초과하여 포함시 열간 가공성을 떨어뜨리고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
크롬(Cr)
상기 크롬(Cr)은 상기 강재의 소입성 및 강도를 향상시키고 결정립을 미세화시키는 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 크롬은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.1 ~ 0.3 중량%로 포함된다. 상기 크롬을 0.1 중량% 미만으로 포함시 크롬 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없으며, 0.3 중량%를 초과하여 포함시 상기 강재의 인성이 저하 및 원가 상승을 유발할 수 있다.
보론(Β)
상기 보론(B)은 마르텐사이트 조직을 확보함으로써, 상기 강재의 소입성 및 강도를 확보하는 목적으로 첨가되며, 오스테나이트 결정립 성장 온도 증가로 결정립 미세화 효과를 가진다. 한 구체예에서 상기 보론은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.0015 ~ 0.0045 중량%로 포함된다. 상기 보론을 0.0015 중량% 미만으로 포함시 소입성 효과가 부족하며, 0.0045 중량%를 초과하여 포함시 입계 취성 발생 위험이 높아지며 연신율 열위 위험성이 증가할 수 있다.
티타늄(Ti)
상기 티타늄(Ti)은 핫 스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향 목적으로 첨가된다. 또한, 고온에서 Ti(C,N) 등의 석출상을 형성하여, 오스테나이트 결정립 미세화에 효과적으로 기여한다. 한 구체예에서 상기 티타늄은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.02 ~ 0.06 중량% 포함된다. 상기 티타늄을 0.02 중량% 미만으로 포함시 결정립 미세화 효과가 미미하며 그 밖의 상술한 첨가 효과가 미미하며, 0.06 중량%를 초과하여 포함시, 연주 불량이 발생하며, 강재의 물성을 확보하기 어렵고, 석출물이 조대화되고 연신율이 저하되며, 강재 표면에 크랙이 발생할 수 있다.
몰리브덴(Mo)
몰리브덴(Mo)은 탄소를 저감시키고 망간을 상향시킨 150K급 이상 핫 스탬핑강의 핵심원소로서, 열간압연 및 핫스탬핑 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대를 통해 강도 향상에 기여할 수 있다. 나아가, 소입성을 향상시키고 결정립 미세화 및 V굽힘 방향성을 제어하기 위한 목적으로 첨가할 수 있다. 몰리브덴(Mo)은 강판 전체 중량의 0.01 ~ 0.3 중량%로 첨가될 수 있다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.01 중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없고, 0.3 중량%를 초과할 경우, 연신율이 하락하는 위험이 있으며 합금원가의 증가로 경제성이 저하되는 문제를 야기할 수 있다.
니오븀(Nb)
니오븀(Nb)은 결정립을 미세화시키고 마르텐사이트(Martensite) 패캣 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성 증가를 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 니오븀은 상기 강 슬라브 전체 중량에 대하여 0.02 ~ 0.06 중량%로 포함된다. 상기 니오븀을 0.02 중량% 미만으로 포함시 열간압연 및 냉간 압연 공정에서 강재의 결정립 미세화 효과가 미미하고, 0.06 중량%를 초과하여 포함시 제강/연주 슬라브의 크랙 발생 위험이 높으며, 제품 취성 파단 발생 위험이 증가하며, 제강성 조대 석출물이 생성될 수 있으며, 강재 연신율이 저하되고, 원가 측면에서 불리하다.
한 구체예에서 상기 강 슬라브는 슬래브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT): 1,200℃ 내지 1,250℃에서 가열할 수 있다. 상기 강 슬라브 재가열 온도에서, 합금원소 성분(예를 들어, 티타늄, 니오븀, 몰리브덴)의 고용 균질화 효과가 유리하다. 상기 강 슬라브를 1,200℃ 미만에서 재가열시 합금원소 성분(예를 들어, 티타늄, 니오븀, 몰리브덴)의 고용 균질화 효과가 저하되며, 고온일수록 고온 균질화 처리에 유리하나, 1,250℃를 초과하여 재가열시 공정비용이 증가할 수 있다.
(S20) 열간압연 단계
상기 단계는 상기 재가열된 강 슬라브를 열간압연하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 열간압연은 상기 재가열된 강 슬라브를 마무리 압연온도(FDT): 900℃~950℃ 조건으로 실시할 수 있다. 상기 마무리 압연온도에서 열간압연시 고온일수록 합금원소 성분의 균질화 효과에 유리하며, 상기 강의 강성 및 성형성이 우수할 수 있다.
(S30) 권취 단계
상기 단계는 상기 열간압연된 강판을 권취하여 열연 코일을 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 권취는 권취온도(CT): 680℃ 이상의 조건에서 이루어진다. 더욱 구체적으로, 상기 열간압연된 강판을 680~800℃ 권취 온도까지 냉각하여 권취할 수 있다. 상기 권취 온도 조건에서 탄소의 재분배가 용이하게 이루어지며, 충분한 열연 탈탄층 확보 및 열연 코일의 찌그러짐을 방지할 수 있다. 상기 열연 탈탄층이란, 열간압연, 냉각, 권취 단계를 포함하는 열연 공정을 통해, 강재에 생성되는 탈탄층을 의미한다. 상기 열연 탈탄층은 냉연 공정이 완료된 후에도 강재에 잔존할 수 있다. 일 예로서, 냉연, 소둔, 도금 및 핫스탬핑 공정 후에, 강재의 표면에 상기 열연 탈탄층을 잔존시킬 수 있으며, 상기 열연 탈탄층 내에 베이나이트 및 페라이트층이 생성됨으로써, 굽힘 성능이 향상될 수 있다. 상기 향상된 굽힘 성능은 핫스탬핑 제품의 충돌 성능을 향상시킬 수 있다.
한편, 한 구체예에서 상기 냉각은 물을 사용하지 않는 무주수 냉각 방식을 적용할 수 있다. 상기 무주수 냉각 방식을 적용하는 경우, 열연 코일의 냉각 속도를 낮추어 열연 강판의 표면과 산소와의 접촉 시간을 증가시킴으로써 탈탄층의 형성에 유리할 수 있다. 상기 권취 온도를 680℃ 미만으로 실시하는 경우, 충분한 열연 탈탄층을 확보하기 어려우며 열연코일의 찌그러짐이 발생할 수 있다. 상기 권취 온도가 800℃를 초과하면, 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 또는 강도 열화가 발생할 수 있다. 한 구체예에서 상기 권취된 열연 코일의 열연 탈탄층은 표면으로부터 10 ~ 35㎛의 두께로 형성될 수 있다. 열간압연 단계를 거친 후의 조직은 페라이트와 펄라이트를 포함할 수 있다.
(S40) 냉간 압연 단계
상기 단계는 상기 열연코일을 언코일링하고, 냉간 압연하여 냉연 판재를 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 열연 코일을 언코일링한 다음, 산세 처리한 후, 냉간 압연할 수 있다. 상기 산세는 열연코일 표면에 형성된 스케일을 제거하기 위한 목적으로 실시할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 냉간 압연은 산세 처리된 열연판재를 냉간 압하율 30 ~ 50%로 진행할 수 있다. 냉간 압하율이 30% 미만일 경우에는 열연 조직의 변형효과가 작다. 반대로, 냉간 압하율이 50%를 초과하는 경우에는 냉간 압연에 소요되는 비용이 상승할 뿐만 아니라, 드로잉성을 저해하고 강판의 가장자리에 균열의 발생으로 강판이 파단되는 문제를 야기할 수 있으며, 열연 탈탄층 두께 감소로 최종 제품/부품의 탈탄층 잔존 두께가 미미해진다. 상기 냉간 압연 과정에서, 상기 열연 탈탄층의 두께가 감소할 수 있다.
(S50) 소둔 단계
상기 단계는 상기 냉연 판재를 소둔 및 도금 처리 단계이다. 상기 소둔 공정은 730℃ ~ 830℃의 공정 온도에서 진행될 수 있다. 한 구체예에서 상기 소둔처리는 수소와 잔부의 질소로 이루어지는 가스 분위기에서 노점 -15℃ 이하로 실시할 수 있다. 상기 소둔 처리는 수소와 잔부의 질소로 이루어지는 가스 분위기에서 실시함으로써, 소둔 공정 중 탈탄의 발생을 방지할 수 있다.
이어서, 소둔 공정이 완료된 판재를 냉각시킬 수 있다. 상기 냉각은 일 예로서, 20~50℃/sec로 냉각 속도로 진행될 수 있다.
(S60) 도금 단계
상기 소둔 공정이 종료된 후에 상기 판재의 도금 공정이 연속적으로 진행될 수 있다. 상기 도금 공정은 상기 판재의 냉각을 중단하고, 상기 판재를 610~710℃의 도금욕에 침지시킴으로써 진행될 수 있다. 일 예로서, 상기 도금 공정은 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층 형성 공정일 수 있으며, 상기 도금욕은 용융 알루미늄과 용융 실리콘을 포함할 수 있다. 전면 및 후면에 적용되는 도금량은 40~100g/m3일 수 있다. 도금량이 40g/m3 미만일 경우, 후속의 핫 스탬핑 공정 중 모재 산화 및 도금층 열화 현상이 발생할 수 있으며, 도금량이 100g/m3 초과일 경우, 최종 제품, 부품의 탈탄층이 존재하지 않는 현상이 발생할 수 있다. 참고로, 탈탄층이 존재해야 핫 스탬핑 후 마르텐사이트 굽힘 성능과 충돌 성능이 향상되고 수소 취성이 저감되는 효과를 기대할 수 있다.
(S70) 핫스탬핑 단계
핫스탬핑 단계에서는, 상기 도금 처리된 판재를 가열하여 소정 형태의 금형에서 핫 스탬핑 한다. 상기 핫스탬핑하는 공정은, 상기 냉연 판재를 재단하여 블랭크를 형성하고, 이어서, 상기 블랭크를 6℃/s 이상의 속도로 820 ~ 880℃로 가열(가열시간: 180 ~ 600초)한 후에 프레스 금형을 이용하여 열간 성형하는 과정으로 진행될 수 있다. 핫 스탬핑 공정은 성형 후 30℃/s 이상의 속도로 320 ~ 420℃까지 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 냉각종료온도인 320 ~ 420℃는 Ms ± 50℃으로 이해할 수 있다. 핫 스탬핑 공정 후의 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다. 마르텐사이트의 분율은 90% 이상이며, 베이나이트의 분율은 10% 이상이며, 잔부는 페라이트와 잔류 오스테나이트로 구성될 수 있다. 핫 스탬핑 후 결정립 크기는 10㎛ 이하일 수 있다.
핫 스탬핑 부품의 제조방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품
본 발명의 다른 측면은 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 핫 스탬핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.18~0.22%, 실리콘(Si): 0.25~0.50%, 망간(Mn): 1.60~2.20%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.0045%, 티타늄(Ti): 0.02~0.06%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며, 인장강도(TS) : 1,350MPa 이상, 항복강도(YS) : 950MPa 이상 및 연신율(EL) : 7% 이상을 가질 수 있다. 또한, 굽힘각(VDA238-100)이 60(@1.0t) 이상일 수 있다.
상기 핫 스탬핑 부품의 성분 및 함량은, 상기 강 슬라브에 포함되는 성분과 동일하므로, 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한 구체예에서 상기 핫 스탬핑 부품의 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다. 마르텐사이트의 분율은 90% 이상이며, 베이나이트의 분율은 10% 이상이며, 잔부는 페라이트와 잔류 오스테나이트로 구성될 수 있다.
실험예
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실험예를 제시한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명이 하기의 실험예에 의해 한정되는 것은 아니다.
표 1은 본 발명의 실험예에 따른 시편의 조성(단위: 중량%)을 나타낸 것이며, 표 2는 본 발명의 실험예에 따른 핫 스탬핑 가열조건 별 재질 및 성능을 분석한 결과를 나타낸 것이다.
C Si Mn P S Cr B Ti Mo Nb Fe
실시예1-6 0.20 0.35 1.7 0.01 0.005 0.2 0.003 0.04 0.15 0.04 Bal.
비교예1-9 0.22 0.20 1.1 0.01 0.005 0.2 0.003 0.04 - - Bal.
구분 핫스탬핑
가열온도		 핫스탬핑
가열시간		 핫스탬핑후
결정립크기		 항복강도
(MPa)		 인장강도
(MPa)		 연신율
(%)		 굽힘각
(L)		 굽힘각
(C)
비교예1 830 240 15.6 1203 1535 6.5 53 56
비교예2 830 600 24.4 1184 1489 6.6 53 57
비교예3 870 300 25.7 1178 1477 6.5 52 55
비교예4 870 180 23.2 1190 1499 6.5 54 56
비교예5 850 360 26.7 1177 1488 6.6 54 56
비교예6 850 600 28.9 1134 1406 6.7 52 56
비교예7 950 180 39.7 1065 1399 6.8 47 55
비교예8 950 600 45.8 955 1345 7.0 44 55
비교예9 950 600 19.3 1136 1388 6.9 85 91
실시예1 830 240 4.2 1294 1613 8.3 66 72
실시예2 830 600 4.7 1260 1541 7.2 70 75
실시예3 870 300 4.9 1237 1559 7.1 72 74
실시예4 870 180 4.4 1307 1592 7.5 62 65
실시예5 850 360 5.2 1254 1563 7.4 65 66
실시예6 850 600 5.1 1200 1539 8.0 73 74
표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예1 내지 실시예6의 성분계는 중량%로, 탄소(C): 0.18~0.22%, 실리콘(Si): 0.25~0.50%, 망간(Mn): 1.60~2.20%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.0045%, 티타늄(Ti): 0.02~0.06%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)의 조성범위를 만족한다. 또한, 본 발명의 실시예1 내지 실시예6의 성분계는 결정립 미세화 원소 범위로서, 중량%로, 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)의 합이 0.05 ~ 0.30%이며, 상대적 오스테나이트 온도 지수인 211[C] + 43[Mn] (단, [C]는 탄소의 중량비, [Mn]은 망간의 중량비)의 범위가 100 이상 150이하를 만족한다.
구체적으로, 본 발명의 실시예1 내지 실시예6의 성분계는 중량%로, 탄소(C): 0.20%, 실리콘(Si): 0.35%, 망간(Mn): 1.7%, 인(P): 0.01%, 황(S): 0.005%, 크롬(Cr): 0.2%, 보론(B): 0.003%, 티타늄(Ti): 0.04%, 몰리브덴(Mo): 0.15%, 니오븀(Nb): 0.04% 및 잔부의 철(Fe)로 이루어진다. 따라서, 결정립 미세화 원소 범위로서, 중량%로, 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)의 합이 0.23%이며, 상대적 오스테나이트 온도 지수인 211[C] + 43[Mn] (단, [C]는 탄소의 중량비, [Mn]은 망간의 중량비)가 약 145이다.
이에 반하여, 본 발명의 비교예1 내지 비교예9의 성분계는 중량%로, 탄소(C): 0.22~0.25%, 실리콘(Si): 0.15~0.25%, 망간(Mn): 1.1~1.3%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.0045%, 티타늄(Ti): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)의 조성범위를 만족한다. 즉, 본 발명의 비교예1 내지 비교예9의 성분계는, 실시예들과 달리, 망간(Mn): 1.60~2.20%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.3% 의 조성범위를 만족하지 못한다. 또한, 본 발명의 비교예1 내지 비교예9의 성분계는 결정립 미세화 원소 범위로서, 중량%로, 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)의 합이 0.05% 미만이며, 상대적 오스테나이트 온도 지수인 211[C] + 43[Mn] (단, [C]는 탄소의 중량비, [Mn]은 망간의 중량비)의 범위가 100 미만이다.
구체적으로, 본 발명의 비교예1 내지 비교예9의 성분계는 중량%로, 탄소(C): 0.22%, 실리콘(Si): 0.20%, 망간(Mn): 1.1%, 인(P): 0.01%, 황(S): 0.005%, 크롬(Cr): 0.2%, 보론(B): 0.003%, 티타늄(Ti): 0.04% 및 잔부의 철(Fe)로 이루어진다. 따라서, 결정립 미세화 원소 범위로서, 중량%로, 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)의 합이 0.04%이며, 상대적 오스테나이트 온도 지수인 211[C] + 43[Mn] (단, [C]는 탄소의 중량비, [Mn]은 망간의 중량비)가 약 98이다.
한편, 표 2를 참조하면, 본 발명의 실시예1 내지 실시예6의 핫 스탬핑 가열조건은 820 ~ 880℃로 가열(가열시간: 180 ~ 600초)하는 조건을 만족함에 반하여, 비교예7 내지 비교예9는 핫 스탬핑 가열온도가 820 ~ 880℃의 범위를 만족하지 못한다.
이러한 성분계와 핫 스탬핑 가열조건에 따라, 본 발명의 실시예1 내지 실시예6에서는 핫 스탬핑 후 결정립 크기가 10㎛ 이하임에 반하여, 비교예 1 내지 비교예9에서는 핫 스탬핑 후 결정립 크기가 10㎛ 보다 훨씬 크다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예1 내지 실시예6에서는 핫 스탬핑 부재의 연신율이 7% 이상임에 반하여, 비교예1 내지 비교예9에서는 핫 스탬핑 부재의 연신율이 7% 보다 작음을 확인할 수 있다. 그리고, 본 발명의 실시예1 내지 실시예6에서는 굽힘각(VDA238-100)이 60 이상임에 반하여, 비교예1 내지 비교예8에서는 굽힘각(VDA238-100)이 60 보다 작음을 확인할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 핫 스탬핑용 도금/미도금 150K급 강종 성분을 개발하여 핫 스탬핑 공정 조건을 고유화하고 재질, V굽힘 성능 향상을 도모하였다. 특히, 탄소와 망간의 함량을 최적화하고 석출원소 식을 야금학적으로 정의하여 활용하였다. 이를 통하여 차체 핫 스탬핑용 적용 분율 향상 가능이 기대된다.
본 발명은 개시된 실시예 뿐만 아니라, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 개시된 실시예로부터 도출할 수 있는 다양한 변형 및 균등한 타 실시예를 포함한다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. (a) 중량%로 탄소(C): 0.18~0.22%, 실리콘(Si): 0.25~0.50%, 망간(Mn): 1.60~2.20%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.0045%, 티타늄(Ti): 0.02~0.06%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계;
    (b) 상기 재가열한 슬라브를 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계;
    (c) 상기 열간압연된 강판을 무주수 냉각하고 680℃ 이상에서 권취하여 표면에 열연 탈탄층을 생성하는 단계;
    (d) 상기 권취된 강판을 산세 후 냉간압연하는 단계;
    (e) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리하는 단계;
    (f) 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계;
    (g) 상기 도금 처리된 판재를 핫 스탬핑하는 단계;를 포함하는 핫 스탬핑 부품의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상대적 오스테나이트 온도 지수인 211[C] + 43[Mn] (단, [C]는 탄소의 중량비, [Mn]은 망간의 중량비)의 범위가 100 이상 및 150 이하인 것을 특징으로 하는,
    핫 스탬핑 부품의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    중량%로, 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb) 및 티타늄(Ti)의 합은 0.05~0.3% 인 것을 특징으로 하는,
    핫 스탬핑 부품의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    (c) 단계에서 상기 열연 탈탄층은 표면으로부터 10~35㎛의 두께로 형성함을 특징으로 하는,
    핫 스탬핑 부품의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (d) 단계는 30~50%의 압하율로 냉간압연하는 단계를 포함하고,
    상기 (e) 단계는 730~830℃의 온도로 소둔 처리하는 단계를 포함하고,
    상기 (f) 단계는 40~100g/m3의 도금량으로 Al-Si 도금 처리하는 단계를 포함하고,
    상기 (g) 단계는 820~880℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 320~420℃까지 냉각하는 단계를 포함하는,
    핫 스탬핑 부품의 제조방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (g) 단계 이후, 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가지는 것을 특징으로 하는,
    핫 스탬핑 부품의 제조방법.
  7. 중량%로, 탄소(C): 0.18~0.22%, 실리콘(Si): 0.25~0.50%, 망간(Mn): 1.60~2.20%, 인(P): 0 초과 0.02% 이하, 황(S): 0 초과 0.01% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.0045%, 티타늄(Ti): 0.02~0.06%, 몰리브덴(Mo): 0.01~0.3%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며,
    인장강도(TS) : 1,350MPa 이상, 항복강도(YS) : 950MPa 이상 및 연신율(EL) : 7% 이상을 갖는 것을 특징으로 하는,
    핫 스탬핑 부품.
  8. 제 7 항에 있어서,
    최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가지는 것을 특징으로 하는,
    핫 스템핑 부품.
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