KR20210129902A

KR20210129902A - 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20210129902A
Application number: KR1020200047991A
Authority: KR
Inventors: 유병길; 김제우수; 도형협; 한성경
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2020-04-21
Filing date: 2020-04-21
Publication date: 2021-10-29
Also published as: KR102336757B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn) : 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며, 인장강도(TS) : 1,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 700MPa 이상, 연신율(EL) : 6% 이상 및 VDA 굽힘각 : 80° 이상을 갖는다.

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 충돌부재용 중요 부품인 B-Pillar(예)는 주로 1.5GPa급 핫스탬핑강이 사용된다. 이는 측면 충돌시 운전자의 생존공간을 확보하는데 매우 중요한 역할을 하고 있다. 충돌 지지부로 사용되는 핫스탬핑 부품은 Al-Si도금 냉연 제품으로 가열, 연속 성형 냉각한 1.5GPa급 부품으로 제조되는데, 중요한 기능은 측면충돌 테스트 등에서 운전자, 승객의 안전공간 확보 유지가 상품성에 중요한 역할을 한다. 1.5GPa급 단일 부품은 보통 충돌 시에 파단 발생 등으로 충돌 성능에 대한 이슈가 있다. 이러한 이유로 B-Pillar(예) 경우 국부연화, TWB용접을 통한 하단부 이종강도 적용으로 충돌 성능 향상 부품 개발, 양산 진행 중 이다.

본 발명과 관련한 선행기술로는 대한민국 등록특허공보 제0851805호가 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 충돌성능 향상을 위하여 1.2GPa급 강도에 충돌흡수능을 60% 이상 향상시킬 수 있는 Al-Si계 도금강판 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 충돌성능 향상을 위하여 1.2GPa급 강도에 충돌흡수능을 60% 이상 향상시킬 수 있는 강종 성분계 개발을 통한 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 하나의 관점은 Al-Si계 도금강판에 관한 것이다. 상기 Al-Si계 도금강판은 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn): 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함하며, 인장강도(TS) : 800MPa 이상, 항복강도(YS) : 500MPa 이상이다.

상기 베이스 강판은 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%를 더 포함할 수 있다.

상기 베이스 강판의 미세조직은 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 복합 조직을 가질 수 있다.

본 발명의 다른 관점은 Al-Si계 도금강판의 제조방법에 관한 것이다. 상기 Al-Si계 도금강판의 제조방법은 (a) 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn) : 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열한 슬라브를 마무리압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 강판을 권취하는 단계; (d) 상기 권취된 강판을 냉간압연하는 단계; (e) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리하는 단계; 및 (f) 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계;를 포함한다.

본 발명의 또 다른 관점은 핫 스탬핑 부품에 관한 것이다. 상기 핫 스탬핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn) : 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며, 인장강도(TS) : 1,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 700MPa 이상, 연신율(EL) : 6% 이상 및 VDA 굽힘각 : 80° 이상을 갖는다.

상기 핫 스탬핑 부품에서, 상기 강재는 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%를 더 포함할 수 있다.

상기 핫 스탬핑 부품에서, 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다.

상기 핫 스탬핑 부품에서, 상기 마르텐사이트의 분율은 60% 이상이고, 상기 베이나이트의 분율은 35% 이하일 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점은 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 관한 것이다. 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법은 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn) : 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함하는 Al-Si 도금강판을 880~950℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 30℃/sec 이상의 냉각속도로 Ms±100℃까지 냉각하는 단계;를 포함한다.

상기 가열은 6℃/sec 이상의 속도로 승온하여 이루어질 수 있다.

상기 냉각 단계 이후, 핫 스탬핑 부품의 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 충돌성능 향상을 위하여 1.2GPa급 강도에 충돌흡수능을 60% 이상 향상시킬 수 있는 강종 성분계 개발을 통한 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법을 제공할 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.

핫 스탬핑 부품의 제조방법

본 발명의 하나의 관점은 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 관한 것이다. 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법은 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn) : 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함하는 Al-Si 도금강판을 880~950℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 30℃/sec 이상의 냉각속도로 Ms±100℃까지 냉각하는 단계;를 포함한다.

도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 나타낸 것이다. 도 1을 참조하면, 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법은 강 슬라브 재가열 단계(S10), 열간압연단계(S20), 권취 단계(S30), 냉간압연단계(S40), 소둔 단계(S50) 및 도금 단계(S60)를 포함하여 제조된, Al-Si 도금강판을 핫 스탬핑 단계(S70)하는 단계;를 포함한다.

좀 더 구체적으로, 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법은 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn) : 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계(S10); 상기 재가열한 슬라브를 마무리압연하는 단계(S20); 상기 열간압연된 강판을 권취하는 단계(S30); 상기 권취된 강판을 냉간압연하는 단계(S40); 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리하는 단계(S50); 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계(S60); 및 상기 도금 처리된 판재를 핫 스탬핑하는 단계(S70);를 포함한다. 상기 강재는 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%를 더 포함할 수 있다.

상기 단계(S10)는 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S20)는 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S30)는 상기 강판을 급냉하고 600℃ 이하에서 권취하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S40)는 50~70%의 압하율로 냉간압연하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S50)는 730~830℃의 온도로 소둔 처리하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S60)는 40~100g/m³의 도금량으로 Al-Si 도금 처리하는 단계를 포함하고, 상기 단계(S70)는 6℃/sec 이상의 가열속도로 880~950℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 30℃/sec 이상의 냉각속도로 Ms±100℃까지 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 단계(S70) 이후 구현되는 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 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): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn) : 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계이다. 상기 강재는 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%를 더 포함할 수 있다.

이하, 상기 강 슬라브에 포함되는 성분의 역할 및 그 함량에 대하여 상세히 설명하도록 한다. 본 발명은 0.04~0.07C계 핫 스탬핑 마르텐사이트 미세조직, 강도 균질 및 충돌 성능 향상을 위한 성분 컨셉을 적용하였다.

탄소(C)

상기 탄소(C)는 강의 강도, 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑(또는 열간 프레스) 공정 이후, 강재의 인장강도를 확보하는 목적으로 첨가된다. 또한 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 탄소는 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.04~0.07중량%로 포함될 수 있다. 상기 탄소가 0.04중량% 미만으로 포함되는 경우, 본 발명의 기계적 강도를 달성하기 어려우며, 0.07중량%를 초과하는 경우, 핫 스탬핑 후 재질편차가 발생하고 강재의 인성 저하 문제 또는 강의 취성 제어 문제가 야기될 수 있다. 나아가, 상술한 탄소의 성분범위는 핫 스탬핑 부품의 재질편차를 저감하기 위한 컨셉을 적용한 것으로서, 구체적으로 평균 최대인장강도 혹은 경도값 표준편차가 10% 이내가 되는 컨셉을 고려하였다.

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 0.40~1.00중량%로 포함될 수 있다. 상기 실리콘이 0.40중량% 미만으로 포함되는 경우, 상술한 기능을 충분히 발휘하지 못하고 V-벤딩각 확보가 어려우며, 1.00중량%를 초과하는 경우, 열연, 냉연 부하가 증가하며 열연 붉은형 스케일이 과다해지고 용접성이 저하될 수 있다. 나아가, 상술한 실리콘의 성분범위는 냉연제품에서 압연방향길이를 폭으로 나눈 값이 5 이하가 되도록 편석대를 제어하고, 핫 스탬핑 후 템퍼드 마르텐사이트 기지 내 탄화물 평균 표준편차가 10% 이내가 되는 컨셉을 고려한 것이다.

망간(Mn)

상기 망간(Mn)은 열처리시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 망간은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 1.70~2.80중량% 포함된다. 상기 망간을 1.70중량% 미만으로 포함시 소입성 미달로 핫스탬핑 후 재질이 미달(경질상 분율 미달)할 가능성이 높으며, 2.80중량%를 초과하여 포함시 망간 편석 또는 펄라이트 밴드에 의한 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 굽힘 성능 저하의 원인이 되며 불균질 미세조직이 발생할 수 있다. 나아가, 상술한 망간의 성분범위는 열연, 냉연제품에서 생산성 관점에서 가능한 범위가 되도록 제어하고, 제품의 강도 및 소입성을 확보하기 위한 컨셉을 고려한 것이다.

인(P)

상기 인(P)은 편석이 잘 되는 원소로 강의 인성을 저해하는 원소이다. 한 구체예에서 상기 인(P)은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0 초과 0.018중량% 이하로 포함된다. 상기 범위로 포함시 인성 저하를 방지할 수 있다. 상기 인을 0.018중량%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 초과 0.003중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 황을 0.003중량%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 향상시키는 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 크롬은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.1~0.3중량%로 포함된다. 상기 크롬을 0.1중량% 미만으로 포함시 크롬 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없으며, 0.3중량%를 초과하여 포함시 상기 강재의 인성이 저하 및 원가 상승을 유발할 수 있다. 나아가, 상술한 크롬의 성분범위는 열연권취, 냉연소둔 과정에서 탈탄을 방지하고자 하는 컨셉을 고려한 것이다.

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 0.0015~0.004중량%로 포함된다. 상기 보론을 0.0015중량% 미만으로 포함시 소입성 효과가 부족하며, 0.004중량%를 초과하여 포함시 경질상 입계 취성 발생 위험이 높아지며 고인성과 굽힘성을 확보하지 못하고 연신율 열위 위험성이 증가할 수 있다. 나아가, 상술한 보론의 성분범위는 부품에서 강도(경질상)를 확보하고, 마르텐사이트계를 60% 이상 확보하고, 베이나이트를 35% 이하로 확보하고 페라이트, 석출물 등을 10% 이하로 확보하고자 하는 컨셉을 고려한 것이다.

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. TiN 형성을 통한 B소입성 효과를 확보하고 첨가량 상하한을 설정하고자 하였다. 한 구체예에서 상기 티타늄은 상기 강 슬라브 전체중량에 대하여 0.02~0.04중량% 포함된다. 상기 티타늄을 0.02중량% 미만으로 포함시 첨가 효과가 미미하며, 0.04중량%를 초과하여 포함시, 연주 불량이 발생하며, 강재의 물성을 확보하기 어렵고, 석출물이 조대화되고 연신율이 저하되며, 강재 표면에 크랙이 발생할 수 있다. 나아가, 상술한 티타늄의 성분범위는 냉연제품과 핫 스탬핑 부품에서 TiN 형성을 60% 저감하고 석출형성을 50% 저감하고, 부품의 강도 및 소입성(B효과)을 확보하고자 하는 컨셉을 고려한 것이다.

니오븀(Nb)

니오븀(Nb)은 마르텐사이트(Martensite) 패캣 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성 증가를 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 니오븀은 상기 강 슬라브 전체 중량에 대하여 0.04~0.06중량%로 포함된다. 상기 니오븀을 0.04중량% 미만으로 포함시 열간압연 및 냉간 압연 공정에서 강재의 결정립 미세화 효과가 미미하고, 0.06중량%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. 나아가, 상술한 니오븀의 성분범위는 냉연제품과 핫 스탬핑 부품에서 1/2t 영역과 1/8t 영역의 결정립크기의 비를 고려하고, 평균크기 표준편차가 10% 이내가 되는 컨셉을 고려한 것이다.

몰리브덴(Mo)

몰리브덴(Mo)은 본 발명의 냉간 단조용 합금강을 구성하는 선택적인 원소이다. 몰리브덴은 탄소를 저감시킨 핫 스탬핑강의 핵심원소로서, 열간압연 및 핫스탬핑 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대를 통해 강도 향상에 기여할 수 있다. 몰리브덴(Mo)은 강판 전체 중량의 0.1중량% 내지 0.3중량%로 첨가될 수 있다. 몰리브덴(Mo)의 함량이 0.1중량% 미만일 경우에는 그 첨가 효과를 제대로 발휘할 수 없고, 0.3중량%를 초과할 경우, 연신율이 하락하는 위험이 있으며 합금원가의 증가로 경제성이 저하되는 문제를 야기할 수 있다. 나아가, 상술한 몰리브덴의 성분범위는 강도, 충돌성능을 10% 향상하고자 하는 컨셉을 고려한 것이다.

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 성분의 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 공정설비상 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. 마무리 압연온도는 재가열 온도와 압연 패스 수에 따라 결정되므로 열연두께를 만족시킬 수 있는 패스 수가 고정되었을 시 예상되는 온도 범위를 고려하였다.

(S30) 권취 단계

상기 단계는 상기 열간압연된 강판을 권취하여 열연 코일을 제조하는 단계이다. 한 구체예에서 상기 권취는 권취온도(CT): 600℃ 이하의 조건에서 이루어진다. 상기 권취온도는 석출원소의 열연공정 후 고용량 극대화를 위한 컨셉을 고려하였다. 더욱 구체적으로, 상기 열간압연된 강판을 600℃ 이하의 권취 온도까지 급냉하여 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. 상기 권취 온도가 600℃를 초과하면, 석출 발생 및 조대화에 의한 최종제품 성능이 감소할 수 있으며, 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 또는 강도 열화가 발생할 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 50~70%로 진행할 수 있다. 냉간 압하율이 50% 미만일 경우에는 열연 조직의 변형효과가 작다. 반대로, 냉간 압하율이 70%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. 또한, 상술한 냉간 압하율에서 망간의 함유량이 2.8중량%를 초과할 경우 50% 이상 압연이 불가하므로, 망간의 함유량을 2.8중량%이하로 제어하였다.

(S50) 소둔 단계

상기 단계는 상기 냉연 판재를 소둔 및 도금 처리 단계이다. 상기 소둔 공정은 730℃~830℃의 공정 온도에서 진행될 수 있다. 이러한 소둔 온도는 재결정, 회복을 80% 이상 확보할 수 있도록 고려한 것이다.

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, 5~50℃/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/m³미만일 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 굽힙 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 단계에서 상기 도금 처리된 판재(상술한 합금 조성의 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함하는 Al-Si 도금강판)를 880~950℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 30℃/sec 이상의 냉각속도로 Ms±100℃까지 냉각할 수 있다.

상기 가열은 6℃/s 이상의 속도로 실시될 수 있다.

상기 핫스탬핑하는 공정은, 상기 냉연 판재를 재단하여 블랭크를 형성하고, 이어서, 상기 블랭크를 6℃/s 이상의 속도로 880~950℃로 가열한 후에 프레스 금형을 이용하여 열간 성형하는 과정으로 진행될 수 있다. 핫 스탬핑 공정은 성형 후 30℃/sec 이상의 냉각속도로 냉각종료온도인 Ms±100℃까지 냉각시키는 단계를 포함할 수 있다. 바람직하게는 Ms±50℃까지 냉각시킬 수 있다.

예를 들면, 상기 냉각은 냉각종료온도 범위(Ms±100℃, 바람직하게는 Ms±50℃)에서 10~20초 동안 유지하여 실시할 수 있다.

핫 스탬핑 공정 후의 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다. 마르텐사이트의 분율은 60% 이상이며, 베이나이트의 분율은 35% 이하이며, 잔부는 페라이트와 잔류 오스테나이트로 구성될 수 있다. 또한, 철계 탄화물은 100nm 이하일 수 있다.

핫 스탬핑 부품의 제조방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품

본 발명의 다른 관점은 상기 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 핫 스탬핑 부품은 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn) : 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며, 인장강도(TS) : 1,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 700MPa 이상, 연신율(EL) : 6% 이상 및 VDA 굽힘각 : 80° 이상을 가질 수 있다.

상기 핫 스탬핑 부품의 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가질 수 있다. 마르텐사이트의 분율은 60% 이상이며, 베이나이트의 분율은 35% 이하이며, 잔부는 페라이트와 잔류 오스테나이트로 구성될 수 있다.

상기 마르텐사이트 미세조직은, 템퍼드 마르텐사이트를 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 최종 미세조직은 템퍼드 마르텐사이트 분율이 10% 이상일 수 있다.

본 발명의 핫 스탬핑 부품에서는 충돌성능 향상을 위하여 1.2GPa급 강도에 충돌흡수능을 60% 이상 향상시킬 수 있다.

Al-Si계 도금강판

본 발명의 또 다른 관점은 Al-Si계 도금강판에 관한 것이다. 상기 Al-Si계 도금강판은 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn) : 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함한다.

상기 베이스 강판에 포함되는 합금 성분은, 상기 핫 스탬핑 제조방법의 강 슬라브 성분과 동일한 것을 사용할 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.

구체예에서 상기 Al-Si계 도금층은 상기 베이스 강판의 표면에 40~100 g/m²의 도금량으로 형성될 수 있다. 상기 도금량이 40g/m³미만일 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 굽힙 성능과 충돌 성능이 향상되고 수소 취성이 저감되는 효과를 기대할 수 있다.

Al-Si계 도금강판은 인장강도(TS) : 800MPa 이상, 항복강도(YS) : 500MPa 이상이다. 예를 들면 인장강도(TS) : 800~1000MPa, 항복강도(YS) : 500~850MPa 및 연신율 5~15%일 수 있다.

Al-Si계 도금강판의 제조방법

본 발명의 다른 관점은 Al-Si계 도금강판의 제조방법에 관한 것이다. 상기 Al-Si계 도금강판의 제조방법은 (a) 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn): 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계; (b) 상기 재가열한 슬라브를 마무리압연하는 단계; (c) 상기 열간압연된 강판을 권취하는 단계; (d) 상기 권취된 강판을 냉간압연하는 단계; (e) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리하는 단계; 및 (f) 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계;를 포함한다.

상기 (a) 단계는 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계를 포함하고, 상기 (b) 단계는 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계를 포함하고, 상기 (c) 단계는 상기 강판을 급냉하고 600℃ 이하에서 권취하는 단계를 포함하고, 상기 (d) 단계는 50~70%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 포함할 수 있다. 상기 Al-Si계 도금강판의 제조방법은, 상기 핫스탬핑 부품의 제조방법과 동일한 공정조건을 적용하여 제조될 수 있는 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.

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 조성(단위: 중량%)을 나타낸 것이다.

	C	Si	Mn	P	S	Nb	Ti	Cr	Mo	B
실시예1	0.05	0.70	2.50	0.014	0.003	0.050	0.020	0.20	-	0.0030
실시예2	0.05	0.71	2.52	0.013	0.002	0.051	0.020	0.20	0.15	0.0029
비교예1	0.09	0.70	2.60	0.013	0.003	0.050	0.021	0.19	-	0.0025
비교예2	0.07	0.35	2.55	0.014	0.003	0.049	0.021	0.20	-	0.0027
비교예3	0.07	0.50	2.45	0.012	0.003	0.024	0.025	0.21	-	0.0035
비교예4	0.07	0.45	2.55	0.014	0.002	0.053	0.023	0.22	-	0.0013
비교예5	0.03	0.60	2.68	0.015	0.003	0.057	0.026	0.23	-	0.0027
비교예6	0.06	0.54	2.88	0.014	0.002	0.054	0.025	0.21	-	0.0029
비교예7	0.06	0.71	2.67	0.013	0.003	0.051	0.023	0.20	-	0.0045
비교예8	0.06	0.72	1.69	0.014	0.003	0.052	0.022	0.21	-	0.0028

표 1을 참조하면, 본 발명의 실시예1은, 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn): 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)로 조성되는 강재의 조성범위를 만족한다.

본 발명의 실시예2는, 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn): 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)로 조성되는 강재의 조성범위를 만족한다.

이에 반하여, 비교예1의 조성은 탄소(C): 0.04~0.07%의 범위를 초과하여 만족하지 못하고, 비교예2의 조성은 실리콘(Si): 0.40~1.00%의 범위를 미달하여 만족하지 못하고, 비교예3의 조성은 니오븀(Nb): 0.04~0.06%의 범위를 미달하여 만족하지 못하고, 비교예4의 조성은 보론(B): 0.0015~0.004%의 범위를 미달하여 만족하지 못하고, 비교예5의 조성은 탄소(C): 0.04~0.07%의 범위를 미달하여 만족하지 못하고, 비교예6의 조성은 망간(Mn) : 1.70~2.80%의 범위를 초과하여 만족하지 못하고, 비교예7의 조성은 보론(B): 0.0015~0.004%의 범위를 초과하여 만족하지 못하고, 비교예8의 조성은 망간(Mn) : 1.70~2.80%의 범위를 미달하여 만족하지 못한다.

표 2는 본 발명의 실험예에 따른 핫 스탬핑 부품에 대하여 핫 스탬핑 후 항복강도(YP), 인장강도(TS), 연신율(El), VDA 굽힙각을 나타낸 것이다.

	YP(MPa)	TS(MPa)	El(%)	VDA굽힘각
실시예1	900	1150	7.1	85
실시예2	977	1246	7.6	87
비교예1	960	1230	6.9	69
비교예2	950	1205	7.0	74
비교예3	945	1232	6.8	72
비교예4	750	980	7.1	80
비교예5	690	977	7.8	92
비교예6	966	1299	6.5	69
비교예7	964	1266	6.7	70
비교예8	744	985	7.3	85

표 2를 참조하면, 표 1의 조성을 가지는 강 슬라브를 1200~1250℃의 온도로 재가열하는 단계; 상기 재가열한 슬라브를 900~950℃의 온도에서 마무리압연하는 단계; 상기 열간압연된 강판을 전단급냉하고 600℃ 이하에서 권취하여 표면에 열연 탈탄층을 생성하는 단계; 상기 권취된 강판을 산세 후 50~70%의 압하율로 냉간압연하는 단계; 상기 냉간압연된 판재를 730~830℃의 온도로 소둔 처리하는 단계; 상기 소둔 처리된 판재를 40~100g/m³의 도금량으로 Al-Si 도금 처리하는 단계; 상기 도금 처리된 판재를 880~950℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 Ms±100℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는 제조방법을 동일하게 수행하여 구현한 핫 스탬핑 부품의 항복강도(YP), 인장강도(TS), 연신율(El), VDA 굽힙각을 측정하였다. 즉, 표 2의 비교예들과 실시예들의 핫 스탬핑 부품은 조성만 상이할 뿐 동일한 공정조건을 적용하였다.

본 발명의 실시예1 내지 실시예2는, 인장강도(TS) : 1,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 700MPa 이상, 연신율(EL) : 6% 이상 및 VDA 굽힘각 : 80° 이상을 모두 만족한다.

이에 반하여, 비교예1, 비교예2, 비교예3, 비교예6 및 비교예7은 VDA 굽힘각 : 80° 이상을 만족하지 못하고, 비교예4 및 비교예8은 인장강도(TS) : 1,000MPa 이상을 만족하지 못하며, 비교예5는 인장강도(TS) : 1,000MPa 이상 및 항복강도(YS) : 700MPa 이상을 만족하지 못한다. 비교예1은 재질편차가 높으며, 비교예2는 편석대가 있으며, 비교예3은 결정립크기의 편차가 있으며, 비교예6은 열연, 냉연판의 파단 위험성이 높다.

본 발명에서 1.2GPa급 핫스탬핑 강종 성분을 열연 편석대 제어, 결정립 미세화 컨셉에 기반을 두어 최적 개발하였고, 핫스탬핑 공정상 안정적인 미세조직, 성능, 재질을 확보 할 수 있도록, 열연, 냉연, 핫스탬핑 공정별 특징을 정의하여 성분/기술 개발하였다. 최종 부품 충돌성능 향상을 주요 목적으로 두어 차세대 자동차용 고인성 강판 부품 개발용 강종 성분계 범위를 결정하였다. 상술한 본 발명의 실시예에 의하면, 충돌성능 향상을 위하여 1.2GPa급 강도에 충돌흡수능을 60% 이상 향상시킬 수 있는 강종 성분계 개발을 통한 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조방법을 제공할 수 있다.

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

중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn): 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 베이스 강판; 및
상기 베이스 강판 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함하며,
인장강도(TS) : 800MPa 이상, 항복강도(YS) : 500MPa 이상인 것을 특징으로 하는,
Al-Si 도금강판.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스 강판은 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%를 더 포함하는,
Al-Si 도금강판.
제 1 항에 있어서,
상기 베이스 강판의 미세조직은 페라이트 및 펄라이트를 포함하는 복합 조직을 가지는 것을 특징으로 하는,
Al-Si 도금강판.
(a) 중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn): 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 강 슬라브를 재가열하는 단계;
(b) 상기 재가열한 슬라브를 마무리압연하는 단계;
(c) 상기 열간압연된 강판을 권취하는 단계;
(d) 상기 권취된 강판을 냉간압연하는 단계;
(e) 상기 냉간압연된 판재를 소둔 처리하는 단계; 및
(f) 상기 소둔 처리된 판재를 도금 처리하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는,
Al-Si 도금강판 제조방법.
중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn): 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물로 조성되는 강재를 포함하며,
인장강도(TS) : 1,000MPa 이상, 항복강도(YS) : 700MPa 이상,
연신율(EL) : 6% 이상 및 VDA 굽힘각 : 80° 이상을 갖는 것을 특징으로 하는,
핫 스탬핑 부품.
제 1 항에 있어서,
상기 강재는 중량%로, 몰리브덴(Mo): 0.1~0.3%를 더 포함하는,
핫 스탬핑 부품.
제 1 항에 있어서,
최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가지는 것을 특징으로 하는,
핫 스탬핑 부품.
제 7 항에 있어서,
상기 마르텐사이트의 분율은 60% 이상이고, 상기 베이나이트의 분율은 35% 이하인 것을 특징으로 하는,
핫 스탬핑 부품.
중량%로, 탄소(C): 0.04~0.07%, 실리콘(Si): 0.40~1.00%, 망간(Mn): 1.70~2.80%, 인(P): 0 초과 0.018% 이하, 황(S): 0 초과 0.003% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.3%, 보론(B): 0.0015~0.004%, 티타늄(Ti): 0.02~0.04%, 니오븀(Nb): 0.04~0.06% 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함하는 Al-Si 도금강판을 880~950℃까지 가열하여 핫 스탬핑한 후 30℃/sec 이상의 냉각속도로 Ms±100℃까지 냉각하는 단계;를 포함하는,
핫 스탬핑 부품의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 가열은 6℃/sec 이상의 속도로 승온하여 이루어지는 것을 특징으로 하는,
핫 스탬핑 부품의 제조방법.
제 9 항에 있어서,
상기 냉각 단계 이후, 최종 미세조직은 페라이트, 잔류 오스테나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트로 이루어지는 복합 조직을 가지는 것을 특징으로 하는,
핫 스탬핑 부품의 제조방법.