KR20220029320A - 핫스탬핑용 소재 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20220029320A
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Abstract

본 발명은 핫스탬핑 부품의 우수한 기계적 물성 및 수소지연파괴 특성을 확보할 수 있는 핫스탬핑용 소재 및 그 제조방법을 위하여, 탄소(C): 0.19~0.25중량%, 실리콘(Si): 0.1~0.6중량%, 망간(Mn): 0.8~1.6중량%, 인(P): 0.03중량% 이하, 황(S): 0.015중량% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.6중량%, 붕소(B): 0.001~0.005중량%, 첨가제: 0.1중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강판 및 상기 강판 내에 분포된 미세석출물들을 포함하고, 상기 첨가제는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 미세석출물들은, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나의 질화물 또는 탄화물을 포함 하고, 수소를 트랩하는, 핫스탬핑용 소재를 제공한다.

Description

핫스탬핑용 소재 및 그 제조방법{Material for hot stamping and manufacturing the same}
본 발명의 실시예들은 핫스탬핑용 소재 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 핫스탬핑 부품의 우수한 기계적 물성 및 수소지연파괴 특성을 확보할 수 있는 핫스탬핑용 소재 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차 등에 사용되는 부품에는 경량화 및 안정성을 위한 고강도강이 적용된다. 한편, 고강도강은 중량 대비 고강도 특성을 확보할 수 있으나, 강도가 증가함에 따라 프레스 성형성이 저하되어 가공 중 소재의 파단이 발생하거나, 스프링 백 현상이 발생하여 복잡하고 정밀한 형상의 제품의 성형에 어려움이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위한 방안으로 대표적으로 핫스탬핑 공법이 있으며 이에 대한 관심이 높아지면서 핫스탬핑용 소재에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 예컨대, 한국 공개특허공보 제10-2017-0076009호 발명에 개시된 바와 같이, 핫스탬핑 공법은 붕소 강판을 적정온도로 가열하여 프레스 금형 내에서 성형 후 급속 냉각하여 고강도 부품을 제조하는 성형기술이다. 한국 공개특허공보 제10-2017-0076009호 발명에 의하면 고강도 강판에서 문제가 되는 성형 시 균열 발생 또는 형상 동결불량 등의 문제가 억제되어 양호한 정밀도의 부품을 제조하는 것이 가능하다.
하지만, 핫스탬핑 강판의 경우, 핫스탬핑 공정에서 유입된 수소 및 잔류응력에 의해 수소지연파괴가 발생하는 문제점이 있다. 이와 관련하여 한국 공개특허공보 제10-2020-0061922호는 핫 스탬핑 블랭크를 고온 가열하기 전에 프리 히팅을 실시하여 블랭크의 표면에 얇은 산화층을 형성함으로써 고온 가열 공정에서의 수소의 유입을 차단하여 수소지연파괴를 최소화하는 것을 개시한다. 그러나 수소의 유입을 완전히 차단하는 것을 불가능한 바, 유입된 수소를 제어하지 못하여 수소지연파괴로 이어질 수 있는 우려가 있다.
공개특허공보 제10-2017-0076009호, 2017.07.04. 공개특허공보 제10-2020-0061922호, 2020.06.03.
본 발명의 실시예들은 상술한 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 핫스탬핑 부품의 우수한 기계적 물성 및 수소지연파괴 특성을 확보할 수 있는 핫스탬핑용 소재 및 그 제조방법을 제공할 수 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 탄소(C): 0.19~0.25중량%, 실리콘(Si): 0.1~0.6중량%, 망간(Mn): 0.8~1.6중량%, 인(P): 0.03중량% 이하, 황(S): 0.015중량% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.6중량%, 붕소(B): 0.001~0.005중량%, 첨가제: 0.1중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강판 및 상기 강판 내에 분포된 미세석출물들을 포함하고, 상기 첨가제는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나를 포함하며, 상기 미세석출물들은, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나의 질화물 또는 탄화물을 포함 하고, 수소를 트랩하는, 핫스탬핑용 소재가 제공된다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세석출물들은 단위면적(100㎛2)당 7,000개 이상 16,500개 이하로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세석출물들의 60% 이상이 0.01㎛ 이하의 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세석출물들 중 0.01㎛ 이하의 직경을 갖는 미세석출물들의 개수는 단위면적(100㎛2)당 4,500개 이상 16,000개 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세석출물들의 25% 이상이 0.005㎛ 이하의 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세석출물들 간의 평균 거리는 0.4㎛ 이상 0.8㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 슬래브를 1,200°C~1,250°C 의 슬래브 재가열 온도 범위에서 재가열하는 단계, 재가열된 슬래브를 840°C~920°C 의 마무리 압연 온도 범위에서 열간압연하여 강판을 제조하는 단계 및 상기 강판을 700°C~780°C의 권취 온도 범위에서 권취하며 상기 강판 내에 미세석출물들을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 슬래브는, 탄소(C): 0.19~0.25중량%, 실리콘(Si): 0.1~0.6중량%, 망간(Mn): 0.8~1.6중량%, 인(P): 0.03중량% 이하, 황(S): 0.015중량% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.6중량%, 붕소(B): 0.001~0.005중량%, 첨가제: 0.1중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 상기 첨가제는, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 미세석출물들은, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나의 질화물 또는 탄화물을 포함하고, 수소를 트랩하는, 핫스탬핑용 소재 제조방법이 제공된다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세석출물들은 단위면적(100㎛2)당 7,000개 이상 16,500개 이하로 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세석출물들의 60% 이상이 0.01㎛ 이하의 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세석출물들 중 0.01㎛ 이하의 직경을 갖는 미세석출물들의 개수는 단위면적(100㎛2)당 4,500개 이상 16,000개 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세석출물들의 25% 이상이 0.005㎛ 이하의 직경을 가지도록 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세석출물들 간의 평균 거리는 0.4㎛ 이상 0.8㎛ 이하일 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 핫스탬핑 부품의 우수한 기계적 물성 및 수소지연파괴 특성을 확보할 수 있는 핫스탬핑용 소재 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 소재의 일부를 도시하는 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 2A 및 도 2B는 미세석출물들에 수소가 트랩된 모습의 일부를 개략적으로 도시하는 예시도들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 소재 제조방법을 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예의 권취 온도에 따른 인장강도 및 굽힘 응력을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5A 및 도 5B는 실시예 및 비교예의 권취 온도에 따른 4점 굴곡 시험(4 point bending test)의 결과를 도시하는 이미지들이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
본 명세서에서 "A 및/또는 B"은 A이거나, B이거나, A와 B인 경우를 나타낸다. 그리고, "A 및 B 중 적어도 하나"는 A이거나, B이거나, A와 B인 경우를 나타낸다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우, 또는/및 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우, 및/또는 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 소재의 일부를 도시하는 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 소재(1)는 강판(10) 및 강판(10) 내에 분포된 미세석출물(20)들을 포함할 수 있다.
강판(10)은 소정의 합금 원소를 소정 함량 포함하도록 주조된 슬래브에 대해 열연 공정 및/또는 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다. 강판(10)은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 크롬(Cr), 붕소(B) 및 잔부의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 일 실시예로, 강판(10)은 첨가제로서 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다. 다른 실시예로, 강판(10)은 소정 함량의 칼슘(Ca)을 더 포함할 수 있다.
탄소(C)는 강판(10) 내 오스테나이트 안정화 원소로 작용한다. 탄소는 강판(10)의 강도 및 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫스탬핑 공정 이후, 강판(10)의 인장강도(예컨대, 1,350MPa 이상의 인장강도)를 확보하고, 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 탄소는 강판(10) 전체중량에 대하여 0.19wt% 내지 0.25wt%로 포함될 수 있다. 탄소의 함량이 0.19wt% 미만인 경우, 경질상(마르텐사이트 등) 확보가 어려워 강판(10)의 기계적 강도를 만족시키기 어렵다. 이와 반대로 탄소의 함량이 0.25wt%를 초과하는 경우, 강판(10)의 취성 발생 또는 굽힘 성능 저감 문제가 야기될 수 있다.
실리콘(Si)은 강판(10) 내 페라이트 안정화 원소로 작용한다. 실리콘(Si)은 고용 강화 원소로서 강판(10)의 연성을 향상시키며, 저온역 탄화물의 형성을 억제함으로써 오스테나이트 내 탄소 농화도를 향상시킨다. 또한, 실리콘은 열연, 냉연, 열간 프레스 조직 균질화(펄라이트, 망간 편석대 제어) 및 페라이트 미세 분산의 핵심 원소이다. 실리콘은 마르텐사이트 강도 불균질 제어 원소로 작용하여 충돌성능을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 실리콘은 강판(10) 전체중량에 대하여 0.1wt% 내지 0.6wt% 포함될 수 있다. 실리콘의 함량이 0.1wt% 미만인 경우, 상술한 효과를 얻기 어려우며 최종 핫스탬핑 마르텐사이트 조직에서 세멘타이트 형성 및 조대화 발생할 수 있고, 강판(10)의 균일화 효과가 미미하고 V-벤딩각을 확보할 수 없게 된다. 이와 반대로 실리콘의 함량이 0.6wt%를 초과하는 경우, 열연, 냉연 부하가 증가하며 열연 붉은형 스케일이 과다해지고 강판(10)의 도금 특성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)은 강판(10) 내 오스테나이트 안정화 원소로 작용한다. 망간은 열처리시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 이러한 망간은 강판(10) 전체중량에 대하여 0.8wt% 내지 1.6wt% 포함될 수 있다. 망간의 함량이 0.8wt% 미만인 경우, 결정립 미세화 효과가 충분하지 못하여, 소입성 미달로 핫스탬핑 후 성형품 내의 경질상 분율이 미달될 수 있다. 반면에, 망간의 함량이 1.6wt%를 초과하는 경우, 망간 편석 또는 펄라이트 밴드에 의한 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 굽힘 성능 저하의 원인이 되고 불균질 미세조직이 발생할 수 있다.
인(P)은, 강판(10)의 인성 저하를 방지하기 위해, 강판(10) 전체중량에 대하여 0 초과 0.03wt% 이하로 포함될 수 있다. 인의 함량이 0.03wt%를 초과하는 경우, 인화철 화합물이 형성되어 인성 및 용접성이 저하되고, 제조 공정 중 강판(10)에 크랙이 유발될 수 있다.
황(S)은 강판(10) 전체중량에 대하여 0 초과 0.015wt% 이하 포함될 수 있다. 황의 함량이 0.015wt%를 초과하면 열간 가공성, 용접성 및 충격특성이 저하되고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
크롬(Cr)은 강판(10)의 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 크롬은 석출경화를 통한 결정립 미세화 및 강도 확보를 가능하게 한다. 이러한 크롬은 강판(10) 전체중량에 대하여 0.1wt% 내지 0.6wt% 포함될 수 있다. 크롬의 함량이 0.1wt% 미만인 경우, 석출경화 효과가 저조하고, 이와 반대로, 크롬의 함량이 0.6wt%를 초과하는 경우, Cr계 석출물 및 매트릭스 고용량이 증가하여 인성이 저하되고, 원가 상승으로 생산비가 증가할 수 있다
붕소(B)는 페라이트, 펄라이트 및 베이나이트 변태를 억제하여 마르텐사이트 조직을 확보함으로써, 강판(10)의 소입성 및 강도를 확보하는 목적으로 첨가된다. 또한, 붕소는 결정입계에 편석되어 입계 에너지를 낮추어 소입성을 증가시키고, 오스테나이트 결정립 성장 온도 증가로 결정립 미세화 효과를 가진다. 이러한 붕소는 강판(10) 전체중량에 대하여 0.001wt% 내지 0.005wt%로 포함될 수 있다. 붕소가 상기 범위로 포함시 경질상 입계 취성 발생을 방지하며, 고인성과 굽힘성을 확보할 수 있다. 붕소의 함량이 0.001wt% 미만인 경우, 소입성 효과가 부족하고, 이와 반대로, 보론의 함량이 0.005wt%를 초과하는 경우, 고용도가 낮아 열처리 조건에 따라 결정립계에서 쉽게 석출되어 소입성이 열화되거나 고온 취화의 원인이 될 수 있고, 경질상 입계 취성 발생으로 인성 및 굽힘성이 저하될 수 있다.
첨가제는 미세석출물(20)들 형성에 기여하는 질화물 또는 탄화물 생성 원소이다. 구체적으로, 첨가제는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V)은 질화물 또는 탄화물 형태의 미세석출물(20)들을 형성함으로써, 핫스탬핑, 담금질한 부재의 강도를 확보한다. 또한, 이들은 Fe-Mn계 복합 산화물에 함유되고, 내지연 파괴 특성 향상에 유효한 수소 트랩 사이트로서 기능하고, 내지연 파괴성을 개선하는 데 필요한 원소이다. 이러한 첨가제는 합계로 강판(10) 전체중량에 대하여 0.1wt% 이하로 포함될 수 있다. 첨가제의 함량이 0.1wt%를 초과하면 항복 강도의 상승이 과도하게 커질 수 있다.
티타늄(Ti)은 열간 프레스 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향 목적으로 첨가될 수 있다. 또한, 고온에서 Ti(C, N) 등의 석출상을 형성하여, 오스테나이트 결정립 미세화에 효과적으로 기여한다. 이러한 티타늄은 강판(10) 전체중량에 대하여 0.025wt% 내지 0.050wt% 포함될 수 있다. 티타늄이 상기 함량범위로 포함되면, 연주 불량 및 석출물 조대화를 방지하고, 강재의 물성을 용이하게 확보할 수 있으며, 강재 표면에 크랙 발생 등의 결함을 방지할 수 있다. 반면에, 티타늄의 함량이 0.050wt%를 초과하면, 석출물이 조대화되어 연신율 및 굽힘성 하락이 발생할 수 있다.
니오븀(Nb) 및 바나듐(V)은 마르텐사이트 패캣 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성 증가를 목적으로 첨가된다. 니오븀 및 바나듐 각각은 강판(10) 전체 중량에 대하여 0.025wt% 내지 0.050wt% 포함될 수 있다. 니오븀 및 바나듐이 상기 범위로 포함시 열간압연 및 냉간압연 공정에서 강재의 결정립 미세화 효과가 우수하고, 제강/연주시 슬래브의 크랙 발생과, 제품의 취성 파단 발생을 방지하며, 제강성 조대 석출물 생성을 최소화할 수 있다.
칼슘(Ca)은 게재물 형상제어를 위해 첨가될 수 있다. 이러한 칼슘은 강판(10) 전체 중량에 대하여 0.003wt% 이하로 포함될 수 있다.
미세석출물(20)들은 강판(10) 내에 분포되어 수소를 트랩하는 역할을 할 수 있다. 즉, 미세석출물(20)들은 핫스탬핑용 소재(1)의 제조 과정 또는 제조 후에 내부로 유입된 수소에 대한 트랩사이트를 제공함으로써 핫스탬핑 가공된 제품의 수소지연파괴 특성을 향상시킬 수 있다. 일 실시예로, 미세석출물(20)들은 첨가제의 질화물 또는 탄화물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 미세석출물(20)들은 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나의 질화물 또는 탄화물을 포함할 수 있다.
이와 같은 미세석출물(20)들의 석출 거동은 공정 조건을 조절함으로써 제어할 수 있다. 예컨대, 공정 조건 중 권취 온도(Coiling Temperature: CT) 범위를 조절함으로써, 미세석출물(20)들의 개수, 미세석출물(20)들 간의 평균 거리, 미세석출물(20)들의 직경 등과 같은 석출 거동을 제어할 수 있다. 공정 조건에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.
일 실시예로, 미세석출물(20)들이 강판(10) 내에 형성되는 개수가 사전 설정된 범위를 만족하도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 미세석출물(20)들은 강판(10) 내에 7,000개/100㎛2 이상 16,500개/100㎛2 이하로 형성될 수 있다. 특히, 강판(10) 내에 분포하는 미세석출물(20)들 중 0.01㎛ 이하의 직경을 갖는 미세석출물들은 강판(10) 내에 4,500개/100㎛2 이상 16,000개/100㎛2 이하로 형성될 수 있다.
미세석출물(20)들의 개수가 상술한 범위로 형성되면, 핫스탬핑 후 요구되는 인장강도(예컨대, 1,350MPa)를 확보하고 성형성 내지 굽힘성을 향상시킬 수 있다. 예컨대, 0.01㎛ 이하의 직경을 갖는 미세석출물(20)들의 개수가 4,500개/100㎛2 미만인 경우, 강도가 저하될 수 있고, 반면에, 16,000개/100㎛2를 초과하는 경우, 성형성 내지 굽힘성이 저하될 수 있다.
다른 실시예로, 인접하는 미세석출물(20)들 간의 평균 거리가 사전 설정된 범위를 만족하도록 제어될 수 있다. 여기서 "평균 거리"는 미세석출물(20)들의 평균 자유 경로(mean free path)를 의미할 수 있으며, 이를 측정하는 방법에 대한 상세한 내용은 후술한다.
구체적으로, 미세석출물(20)들 간의 평균 거리는 0.4㎛ 이상 0.8㎛ 이하일 수 있다. 미세석출물(20)들 간의 평균 거리가 0.4㎛ 미만인 경우, 성형성 내지 굽힘성이 저하될 수 있고, 반면에, 0.8㎛를 초과하는 경우, 강도가 저하될 수 있다.
또 다른 실시예로, 미세석출물(20)들의 직경이 사전 설정된 조건을 만족하도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 강판(10) 내에 형성되는 미세석출물(20)들의 60% 이상이 0.01㎛ 이하의 직경을 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 강판(10) 내에 형성되는 미세석출물(20)들 중 25% 이상이 0.005㎛ 이하의 직경을 가지도록 형성될 수 있다. 또한, 선택적 실시예에서, 강판(10) 내에 형성되는 전체 미세석출물(20)들의 평균 직경은 0.007㎛ 이하일 수 있다.
이와 같은 미세석출물(20)들의 직경은 수소지연파괴 특성 개선에 큰 영향을 준다. 이하, 도 2A 및 도 2B를 참조하여 미세석출물(20)들의 직경에 따른 수소지연파괴 특성 개선 효과 차이를 설명한다.
도 2A 및 도 2B는 미세석출물(20)들에 수소가 트랩된 모습의 일부를 개략적으로 도시하는 예시도들이다.
구체적으로, 도 2A에는 직경이 상대적으로 큰 미세석출물(20)들에 수소가 트랩핑된 모습이 도시되어 있고, 도 2B에는 직경이 상대적으로 작은 미세석출물(20)들에 수소가 트랩핑된 모습이 도시되어 있다.
도 2A와 같이 미세석출물(20)들의 직경이 상대적으로 큰 경우, 하나의 미세석출물(20)에 트랩핑되는 수소 원자의 개수가 증가한다. 즉, 강판(10) 내부로 유입된 수소 원자들이 고르게 분산되지 않고, 하나의 수소 트랩 사이트에 복수개의 수소 원자들이 트랩될 확률이 증가하게 된다. 하나의 수소 트랩 사이트에 트랩된 복수개의 수소 원자들은 서로 결합하여 수소 분자(H2)를 형성할 수 있다. 형성된 수소 분자는 내부 압력 발생 확률을 증가시키며, 결과적으로 핫스탬핑 가공된 제품의 수소지연파괴 특성을 저하시킬 수 있다.
이와 달리 도 2B와 같이 미세석출물(20)들의 직경이 상대적으로 작은 경우, 하나의 미세석출물(10)에 복수개의 수소 원자들이 트랩될 확률이 감소하게 된다. 즉, 강판(10) 내부로 유입된 수소 원자들은 서로 다른 수소 트랩 사이트에 트랩됨으로써, 상대적으로 고르게 분산될 수 있다. 이에 따라 수소 원자들이 서로 결합하지 못하게 됨으로써, 수소 분자로 인해 내부 압력 발생 확률이 감소하여 핫스탬핑 가공된 제품의 수소지연파괴 특성이 향상될 수 있다.
한편, 이와 같은 미세석출물(20)들의 석출 거동은 TEM(Transmission Electron Microscopy) 이미지를 분석하는 방법으로 측정할 수 있다. 구체적으로, 시편에 대하여 사전 설정된 개수만큼 임의의 영역들에 대한 TEM 이미지를 획득한다. 획득한 이미지들로부터 이미지 분석 프로그램 등을 통해 미세석출물(20)들을 추출하고, 추출된 미세석출물(20)들에 대하여 미세석출물(20)들의 개수, 미세석출물(20)들 간의 평균 거리, 미세석출물(20)들의 직경 등을 측정할 수 있다.
일 실시예로, 미세석출물(20)들의 석출 거동 측정을 위해 측정 대상 시편에 전처리로서 표면복제법(Replication method)을 적용할 수 있다. 예컨대, 1단계 레플리카법, 2단계 레플리카법, 추출 레플리카법 등이 적용될 수 있으나, 상술한 예시로 한정되는 것은 아니다.
다른 실시예로, 미세석출물(20)들의 직경 측정 시, 미세석출물(20)들의 형태의 불균일성을 고려하여 미세석출물(20)들의 형상을 원으로 환산하여 미세석출물(20)들의 직경을 산출할 수 있다. 구체적으로, 특정한 면적을 갖는 단위 픽셀을 이용하여 추출된 미세석출물(20)의 면적을 측정하고, 미세석출물(20)을 측정된 면적과 동일한 면적을 갖는 원으로 환산하여 미세석출물(20)의 직경을 산출할 수 있다.
또 다른 실시예로, 미세석출물(20)들 간의 평균 거리는 전술한 평균 자유 경로(mean free path)를 통해 측정할 수 있다. 구체적으로, 미세석출물(20)들 간의 평균 거리는 입자 면적분율과 단위 길이당 입자 개수를 이용하여 산출할 수 있다. 예컨대, 미세석출물(20)들 간의 평균 거리는 아래와 같은 수학식 1과 같은 상관관계를 가질 수 있다.
[수학식 1]
λ=(1-AA)/NL
(λ: 입자 간 평균 거리, AA: 입자 면적분율, NL: 단위 길이당 입자 개수)
미세석출물(20)들의 석출 거동을 측정하는 방법은 상술한 예시로 제한되지 않고 다양한 방법이 적용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 소재 제조방법을 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 소재 제조방법은, 재가열 단계(S100), 열간압연 단계(S200), 냉각/권취 단계(S300), 냉간압연 단계(S400), 소둔 열처리 단계(S500) 및 도금 단계(S600)를 포함할 수 있다.
참고로 도 3에는 S100 내지 S600 단계가 독립적인 단계로 도시되어 있으나, S100 내지 S600 단계 중 일부는 하나의 공정에서 수행될 수 있으며, 필요에 따라 일부가 생략되는 것도 가능하다.
먼저, 핫스탬핑용 소재(1)를 형성하는 공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬래브를 준비한다. 상기 슬래브는 탄소(C): 0.19~0.25중량%, 실리콘(Si): 0.1~0.6중량%, 망간(Mn): 0.8~1.6중량%, 인(P): 0.03중량% 이하, 황(S): 0.015중량% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.6중량%, 붕소(B): 0.001~0.005중량%, 첨가제: 0.1중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 슬래브는 합계로 0.1중량% 이하의 첨가제를 더 포함할 수 있다. 이때, 첨가제는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및/또는 바나듐(V) 각각의 함량은 0.025wt% 내지 0.050wt%일 수 있다.
재가열 단계(S100)는 열간압연을 위해 상기 슬래브를 재가열하는 단계이다. 재가열 단계(S100)에서는 연속 주조 공정을 통해 확보한 슬래브를 소정의 온도 범위에서 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용하게 된다.
슬래브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature: SRT)는 오스테나이트 미세화 및 석출경화 효과 극대화를 위하여 사전 설정된 온도 범위 내로 제어될 수 있다. 이때, 슬래브 재가열 온도(SRT) 범위는 슬래브 재가열 시 미세석출물(20)의 평형 석출량을 기준으로 첨가제(Ti, Nb 및/또는 V)가 전고용되는 온도 범위(약 1,000°C 이상)에 포함될 수 있다. 슬래브 재가열 온도(SRT)가 첨가제(Ti, Nb 및/또는 V)의 전고용 온도 범위에 미달하는 경우 열간압연 시 미세조직 제어에 필요한 구동력이 충분히 반영되지 않아 요구되는 석출량 제어를 통한 우수한 기계적 물성 확보 효과를 얻을 수 없다.
일 실시예로, 슬래브 재가열 온도(SRT)는 1,200°C 내지 1,250°C로 제어될 수 있다. 슬래브 재가열 온도(SRT)가 1,200°C 미만인 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못해 합금 원소의 균질화 효과를 크게 보기 어렵고, 티타늄(Ti)의 고용 효과를 크게 보기 어렵다는 문제점이 있다. 반면에, 슬래브 재가열 온도(SRT)는 고온일수록 균질화에 유리하나 1,250°C를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정 입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 뿐만 아니라 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.
열간압연 단계(S200)는 S100 단계에서 재가열된 슬래브를 소정의 마무리 압연 온도(Finishing Delivery Temperature: FDT) 범위에서 열간압연하여 강판을 제조하는 단계이다. 일 실시예로, 마무리 압연 온도(FDT) 범위는 840°C 내지 920°C로 제어될 수 있다. 마무리 압연 온도(FDT)가 840°C 미만인 경우, 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 발생할 수 있다. 이와 반대로, 마무리 압연 온도(FDT)가 920°C를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화된다. 또한, TiC 석출물이 조대화되어 최종 부품 성능이 저하될 위험이 있다.
한편, 재가열 단계(S100) 및 열간압연 단계(S200)에서는 에너지가 불안정한 입계에서 미세석출물(20)들의 일부가 석출될 수 있다. 이때, 입계에 석출된 미세석출물(20)들은 오스테나이트의 결정립 성장을 방해하는 요소로 작용하여 오스테나이트 미세화를 통한 강도 향상의 효과를 제공할 수 있다. 한편, S100 및 S200 단계에서 석출되는 미세석출물(20)들은 평형 석출량 기준 0.007wt% 수준일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
냉각/권취 단계(S300)는 S200 단계에서 열간압연된 강판을 소정의 권취 온도(Coiling Temperature: CT) 범위에서 냉각시키며 권취하며, 강판 내에 미세석출물(20)들을 형성하는 단계이다. 즉, S300 단계에서는 슬래브가 포함하는 첨가제(Ti, Nb 및/또는 V)의 질화물 또는 탄화물을 형성함으로써, 미세석출물(20)들이 형성된다. 한편, 권취는 미세석출물(20)들의 평형 석출량이 최대치에 도달할 수 있도록 페라이트역에서 진행될 수 있다. 이와 같이 결정립 재결정이 완료된 후 페라이트로 조직 변태 시 입계뿐 아니라 입내에서도 미세석출물(20)들의 입자 크기가 균질하게 석출될 수 있다.
일 실시예로, 권취 온도(CT)는 700°C 내지 780°C 일 수 있다. 권취 온도(CT)는 탄소(C)의 재분배에 영향을 미친다. 이러한 권취 온도(CT)가 700°C 미만일 경우에는 과냉으로 인한 저온상 분율이 높아져 강도 증가 및 냉간압연 시 압연부하가 심화될 우려가 있으며, 연성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 권취 온도가 780°C를 초과할 경우에는 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 및 강도 열화가 발생하는 문제가 있다.
이와 같이 본 실시예에 의하면, 권취 온도(CT) 범위를 제어함으로써, 미세석출물(20)들의 석출 거동을 제어할 수 있다. 권취 온도(CT) 범위에 따른 핫스탬핑용 소재(1)의 특성 변화에 대한 실험예는 도 4, 도 5A 및 도 5B를 참조하여 후술한다.
냉간압연 단계(S400)는 S300 단계에서 권취된 강판을 언코일링(uncoiling)하여 산세 처리한 후, 냉간압연하는 단계이다. 이때, 산세는 권취된 강판, 즉 상기의 열연과정을 통하여 제조된 열연 코일의 스케일을 제거하기 위한 목적으로 실시하게 된다. 한편, 일 실시예로, 냉간압연 시 압하율은 30% 내지 70%로 제어될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
소둔 열처리 단계(S500)는 S400단계에서 냉간압연된 강판을 700°C 이상의 온도에서 소둔 열처리하는 단계이다. 일 구체예에서 소둔 열처리는 냉연 판재를 가열하고, 가열된 냉연 판재를 소정의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함한다.
도금 단계(S600)는 소둔 열처리된 강판에 대해 도금층을 형성하는 단계이다. 일 실시예로, 도금 단계(S600)에서, S500단계에서 소둔 열처리된 강판 상에 Al-Si 도금층을 형성할 수 있다.
구체적으로, 도금단계(S600)는 강판을 650°C 내지 700°C의 온도를 가지는 도금욕에 침지시켜 강판의 표면에 용융도금층을 형성하는 단계 및 상기 용융도금층이 형성된 강판을 냉각시켜 도금층을 형성하는 냉각 단계를 포함할 수 있다. 이때, 도금욕은 첨가 원소로서 Si, Fe, Al, Mn, Cr, Mg, Ti, Zn, Sb, Sn, Cu, Ni, Co, In, Bi 등이 포함될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이와 같이 S100 내지 S600 단계를 거쳐 제조한 핫스탬핑용 소재(1)에 대하여 핫스탬핑 공정을 수행함으로써, 요구되는 강도 및 굽힘성을 만족하는 핫스탬핑 부품을 제조할 수 있다. 일 실시예로, 전술한 함량 조건 및 공정 조건을 만족하도록 제조한 핫스탬핑용 소재(1)는, 핫스탬핑 공정을 거친 이후에 1,350MPa 이상의 인장강도 및 50도(degree) 이상의 굽힘성을 가질 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예 및 비교예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예 및 비교예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예의 권취 온도에 따른 인장강도 및 굽힘 응력을 비교하여 나타낸 그래프이고, 도 5A 및 도 5B는 실시예 및 비교예의 권취 온도에 따른 4점 굴곡 시험(4 point bending test)의 결과를 도시하는 이미지들이다.
실시예(CT700) 및 비교예(CT800)는 하기 표 1과 같은 조성을 갖는 슬래브에 대하여 전술한 S100 내지 S600 단계를 수행하여 제조한 핫스탬핑용 소재(1)를 핫스탬핑하여 제조된 시편들이다. 이때, 실시예(CT700) 및 비교예(CT800)는 핫스탬핑용 소재(1)의 제조 과정에서 동일한 함량 조건 및 공정 조건을 적용하되, 권취 온도(CT)만을 변수로 차별 적용하여 제조된 시편들이다.
성분(wt%)
C Si Mn P S Cr B 첨가제
0.19~0.25 0.1~0.6 0.8~1.6 0.03이하 0.015이하 0.1~0.6 0.001~0.005 0.1이하
구체적으로, 실시예(CT700)는 700°C의 권취 온도(CT)를 적용하여 제조한 핫스탬핑용 소재(1)를 핫스탬핑하여 제조된 시편이고, 비교예(CT800)는 800°C의 권취 온도(CT)를 적용하여 제조한 핫스탬핑용 소재(1)를 핫스탬핑하여 제조된 시편이다.
한편, 도 4는 실시예(CT700) 및 비교예(CT800)의 인장강도 및 굽힘 응력을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 인장강도의 경우, 실시예(CT700)의 인장강도는 비교예(CT800)의 인장강도보다 크고, 충격 특성에 영향을 미치는 굽힘 응력 역시 실시예(CT700)의 굽힘 응력이 비교예(CT800)의 굽힘 응력과 대비하여 개선되었음을 확인할 수 있다.
이는 하기 표 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 실시예(CT700)의 경우가 비교예(CT800)에 비해 미세석출물(20)들의 석출량의 증가 및 이에 따른 수소 포집 능력이 향상되었기 때문이다.
하기 표 2는 실시예(CT700)와 비교예(CT800)의 평형 석출량과 활성화 수소량의 측정값 및 굽힘 빔 응력 부식 시험(Bent-beam stress corrosion test) 결과이다. 여기서, 평형 석출량이란, 열역학적으로 평형상태를 이룰 때 석출될 수 있는 석출물의 최대 개수를 의미하며, 이러한 평형 석출량이 클수록 석출되는 석출물의 개수가 증가한다. 또한, 활성화 수소량은, 강판(10) 내에 유입된 수소 중 미세석출물(20)들에 트랩된 수소를 제외한 수소량을 의미한다.
이와 같은 활성화 수소량은 가열 탈가스 분석(Thermal desorption spectroscopy) 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 구체적으로, 시편을 사전 설정된 가열 속도로 가열하여 승온시키면서, 특정 온도 이하에서 시편으로부터 방출되는 수소량을 측정할 수 있다. 이때, 특정 온도 이하에서 시편으로부터 방출되는 수소는 시편 내에 유입된 수소 중 트랩되지 못하고 수소지연파괴에 영향을 주는 활성화 수소로 이해될 수 있다.
샘플명 평형 석출량
(wt%)		 4점 굴곡 시험(4 point bending test) 결과 활성화 수소량
(wppm)
CT700 0.028 비파단 0.780
CT800 0.009 파단 0.801
표 2는 미세석출물의 평형 석출량이 상이한 샘플들 각각에 대하여 4점 굴곡 시험(4 point bending test)을 수행한 결과와, 가열 탈가스 분석(Thermal desorption spectroscopy) 방법을 이용하여 측정한 활성화 수소량을 나타낸다.
여기서, 4점 굴곡 시험(4 point bending test)은, 시편을 부식 환경에 노출시킨 상태를 재현하여 제조한 시편을 특정 지점에 탄성 한계 이하 수준의 응력을 가하며 응력부식균열의 발생 여부를 확인하는 시험 방법이다. 이때, 응력부식균열은 부식과 지속적인 인장응력이 동시에 작용할 때 발생하는 균열을 의미한다.
구체적으로, 표 2의 4점 굴곡 시험(4 point bending test) 결과는, 샘플들 각각에 대하여 공기 중에서 1,000MPa의 응력을 100시간 동안 인가하여 파단 발생 여부를 확인한 결과이다. 또한, 활성화 수소량은 전술한 가열 탈가스 분석(Thermal desorption spectroscopy) 방법을 이용하여 측정된 것으로, 샘플들 각각에 대하여 20°C/min의 가열 속도로 상온에서 500°C까지 승온시키면서 350°C 이하에서 시편으로부터 방출되는 수소량을 측정한 값이다.
표 2를 참조하면, 미세석출물(20)들의 평형 석출량의 경우, 실시예(CT700)의 평형 석출량은 0.028wt%이고, 비교예(CT800)의 평형 석출량은 0.009wt%로 측정되었다. 즉, 실시예(CT700)가 비교예(CT800)와 대비하여 더 많은 미세석출물(20)들이 형성됨으로써, 보다 많은 수소 트랩사이트를 제공할 수 있음을 확인할 수 있다.
한편, 4점 굴곡 시험 결과의 경우, 실시예(CT700)는 파단되지 않고 비교예(CT800)는 파단되었다. 또한, 활성화 수소량의 경우, 실시예(CT700)의 활성화 수소량은 약 0.780wppm이고, 비교예(CT800)의 활성화 수소량은 약 0.801wppm으로 측정되었다. 이와 관련하여, 활성화 수소량이 상대적으로 더 낮은 실시예(CT700)는 파단되지 않고, 활성화 수소량이 상대적으로 더 높은 비교예(CT800)는 파단되었음을 확인할 수 있다. 이는 실시예(CT700)가 비교예(CT800)와 대비하여 수소지연파괴 특성이 향상된 것으로 이해될 수 있다.
즉, 실시예(CT700)는 비교예(CT800)와 대비하여 미세석출물(20)들의 석출량이 증가하고, 이에 따라 활성화 수소량이 감소하였다. 이는 실시예(CT700)에서 내부에 트랩된 수소의 양이 비교예(CT800)와 대비하여 증가한 것을 의미하며, 그 결과 수소지연파괴 특성이 향상된 것으로 이해될 수 있다.
도 5A 및 도 5B는 각각 실시예(CT700) 및 비교예(CT800)에 대하여 4점 굴곡 시험(4 point bending test)을 시행한 결과를 도시하는 이미지들이다.
구체적으로, 도 5A는 실시예(CT700)에 대하여 4점 굴곡 시험을 시행한 결과이고, 도 5B는 비교예(CT800)에 대하여 실시예(CT700)와 동일한 조건을 적용하여 4점 굴곡 시험을 시행한 결과에 대응된다.
도 5A 및 도 5B에 도시된 바와 같이, 실시예(CT700)의 경우, 4점 굴곡 시험 결과 시편이 파단되지 않은 반면, 비교예(CT800)의 경우, 시편이 파단되었음을 확인할 수 있다.
이는, 도 5A의 실시예(CT700)의 경우, 700°C의 권취 온도(CT)를 적용하여 제조한 핫스탬핑용 소재(1)를 핫스탬핑하여 제조된 시편으로서, 0.01㎛ 이하의 직경을 갖는 미세석출물(20)들이 단위면적(100㎛2)당 4,500개 이상 16,000개 이하로 형성되고, 미세석출물(20)들 간 평균 거리가 0.4㎛ 이상 0.8㎛ 이하를 만족한다. 따라서, 실시예(CT700)는 강판(10) 내 유입된 수소를 효율적으로 분산하고 트랩핑하여 수소지연파괴 특성이 향상되고, 인장강도 및 굽힘 특성이 향상된 것을 확인할 수 있다.
이와 반대로, 도 5B의 비교예(CT800)의 경우, 800°C의 권취 온도(CT)를 적용하여 제조한 핫스탬핑용 소재(1)를 핫스탬핑하여 제조된 시편으로서, 미세석출물(20)들의 석출량이 충분하지 않고, 미세석출물(20)들의 직경이 조대화되어 수소 결합에 의한 내압 발생 확률이 증가한다. 따라서, 비교예(CT800)는 강판(10) 내 유입된 수소를 효율적으로 분산 트랩핑할 수 없고, 인장강도, 굽힘 특성 및 수소지연파괴 특성이 저하된 것을 확인할 수 있다.
즉, 동일한 성분들로 구성되더라도 권취 온도(CT)의 차이로 인하여, 핫스탬핑 소재(1)가 핫스탬핑 공정을 거친 후 가지는 강도, 굽힙성 및 수소지연파괴 특성 등에 차이가 발생한다. 이는 권취 온도(CT)에 따라 미세석출물(20)들의 석출 거동에 차이가 발생하기 때문이다. 따라서, 전술한 본 발명의 실시예들에 따른 함량 조건 및 공정 조건을 적용하면 고강도를 확보하고, 굽힘성 및 수소지연파괴 특성을 향상시킬 수 있다.
아래 표 3은 복수의 시편들에 대하여 미세석출물(20)들의 석출 거동의 차이에 따른 인장강도, 굽힘성 및 수소지연파괴 특성을 수치화한 것이다. 구체적으로, 표 3에는 복수의 시편들에 대하여, 석출 거동(미세석출물들의 개수, 미세석출물들 간의 평균 거리, 미세석출물들의 직경 등)의 측정값들과, 핫스탬핑 이후 갖는 특성들(인장강도, 굽힘성 및 활성화 수소량)의 측정값들이 기재되어 있다.
한편, 복수의 시편들은 각각 Ac3(페라이트에서 오스테나이트로의 변태가 완료되는 온도) 이상의 온도로 가열하고 300°C 이하까지 30°C/s 이상의 냉각속도로 냉각한 후, 인장강도, 굽힘성 및 활성화 수소량을 측정한 것이다.
이때, 인장강도 및 활성화 수소량은 전술한 4점 굴곡 시험(4 point bending test) 및 가열 탈가스 분석(Thermal desorption spectroscopy) 방법을 기반으로 측정한 것이고, 굽힘성은 독일 자동차산업협회(VDA: Verband Der Automobilindustrie)의 규격인 VDA238-100에 따라 V-벤딩각을 측정한 것이다.
또한, 미세석출물들의 석출 거동(미세석출물들의 개수, 미세석출물들 간의 평균 거리, 미세석출물들의 직경 등)은 전술한 TEM 이미지 분석을 통해 측정하였다. 또한, 미세석출물들의 석출 거동은 0.5㎛*0.5㎛의 면적을 갖는 임의의 영역들에 대하여 측정하여 단위 면적(100㎛2)을 기준으로 환산하여 측정하였다.
시편 전체
미세석출물 개수
(개/100㎛2)		 직경
0.01㎛ 이하
미세석출물		 전체
미세석출물
평균 거리
(㎛)		 직경
0.005㎛ 이하
미세석출물		 전체 미세석출물
평균 직경
(㎛)		 핫스탬핑 후
인장강도
(MPa)		 핫스탬핑 후
굽힘성
(º)		 핫스탬핑 후
활성화 수소량
(wppm)
개수
(개/100㎛2)
/ 비율(%)		 개수
(개/100㎛2)
/ 비율(%)
A 7,020 4,577 / 65.2% 0.69 1,755 / 25.0% 0.0064 1382 54 0.789
B 7,026 6,513 / 92.7% 0.65 2,677 / 38.1% 0.0068 1400 57 0.798
C 8,375 5,313 / 63.4% 0.55 2,500 / 29.9% 0.0050 1396 60 0.791
D 11,313 10,625 / 93.9% 0.52 7,250 / 64.1% 0.0044 1418 60 0.778
E 15,280 14,680 / 96.1% 0.52 12,000 / 78.5% 0.0042 1439 58 0.762
F 16,490 9,910 / 60.1% 0.59 4,172 / 25.3% 0.0056 1502 57 0.721
G 16,478 15,967 / 96.9% 0.42 4,136 / 25.1% 0.0048 1510 64 0.788
H 9,736 7,652 / 78.6% 0.8 4,225 / 43.4% 0.0047 1416 55 0.782
I 13,921 13,698 / 98.4% 0.4 11,387 / 81.8% 0.0043 1422 59 0.754
J 10,521 8,911 / 84.7% 0.61 5,513 / 52.4% 0.0070 1420 55 0.782
K 7,011 4,494 / 64.1% 0.77 1,774 / 25.3% 0.0068 1331 51 0.795
L 6,991 4,544 / 65.0% 0.74 1,762 / 25.2% 0.0061 1322 52 0.779
M 16,200 16,038 / 99.0% 0.5 13,939 / 86.0% 0.0041 1523 43 0.758
N 16,521 10,408 / 63.0% 0.41 4,279 / 25.9% 0.0046 1478 40 0.796
O 14,612 12,917 / 88.4% 0.43 4,647 / 31.8% 0.0071 1437 55 0.881
P 16,490 9,861 / 59.8% 0.72 4,353 / 26.4% 0.0059 1505 63 0.828
Q 7,052 4,809 / 68.2% 0.74 1,756 / 24.9% 0.0060 1380 52 0.815
R 16,500 15,691 / 95.1% 0.45 4,092 / 24.8% 0.0059 1513 66 0.845
S 16,455 15,994 / 97.2% 0.39 14,925 / 90.7% 0.0040 1484 45 0.784
T 12,996 12,346 / 95.0% 0.81 11,437 / 88% 0.0046 1344 56 0.785
표 3은 시편 A 내지 T에 대하여 미세석출물들의 석출거동(미세석출물들의 개수, 미세석출물들 간의 평균 거리, 미세석출물들의 직경 등)의 측정값들과, 핫스탬핑 이후 갖는 특성들(인장강도, 굽힘성 및 활성화 수소량)의 측정값들을 나타낸다.
표 3의 시편 A 내지 J는, 전술한 함량 조건(표 1 참조)을 만족하는 슬래브에 대하여 전술한 공정 조건을 적용하여 S100 내지 S600 단계를 통해 제조한 핫스탬핑용 소재를 핫스탬핑하여 제조된 시편들이다. 즉, 시편 A 내지 J는 전술한 미세석출물들의 석출 거동 조건들을 만족하는 시편들이다. 구체적으로, 시편 A 내지 J는 미세석출물들이 강판 내에 7,000개/100㎛2 이상 16,500개/100㎛2 이하로 형성되고, 전체 미세석출물들의 평균 직경은 0.007㎛ 이하이고, 전체 미세석출물들 간의 평균 거리는 0.4㎛ 이상 0.8㎛ 이하를 만족한다. 또한, 강판 내에 형성되는 미세석출물들 중 60% 이상이 0.01㎛ 이하의 직경을 가지며, 직경이 0.01㎛ 이하인 미세석출물의 개수는 4,500개/100㎛2 이상 16,000개/100㎛2 이하를 만족한다. 또한, 강판 내에 형성되는 미세석출물들 중 25% 이상이 0.005㎛ 이하의 직경을 가진다.
이와 같은 본 발명의 석출 거동 조건을 만족하는 시편 A 내지 J는 인장강도, 굽힘성 및 수소지연파괴 특성이 향상되었음을 확인할 수 있다. 구체적으로, 시편 A 내지 J는 핫스탬핑 후 인장강도가 1,350MPa 이상을 만족하고, 핫스탬핑 후 굽힘성이 50도(degree) 이상을 만족하고, 핫스탬핑 후 활성화 수소량이 0.8wppm 이하를 만족한다.
반면에, 시편 K 내지 T는 전술한 미세석출물들의 석출 거동 조건들 중 적어도 일부를 만족시키지 못 하는 시편들로서, 인장강도, 굽힘성 및/또는 수소지연파괴 특성이 시편 A 내지 J와 대비하여 떨어지는 것을 확인할 수 있다.
시편 K의 경우, 직경 0.01㎛ 이하 미세석출물 개수가 4,494개이다. 이는 직경 0.01㎛ 이하 미세석출물 개수 조건의 하한에 미달한다. 이에 따라 시편 K의 인장강도는 상대적으로 낮은 1,331MPa에 불과함을 확인할 수 있다.
시편 L의 경우, 전체 미세석출물 개수가 6,991개이다. 이는 전체 미세석출물 개수 조건의 하한에 미달한다. 이에 따라 시편 L의 인장강도는 상대적으로 낮은 1,322MPa에 불과함을 확인할 수 있다.
시편 M의 경우, 직경 0.01㎛ 이하 미세석출물 개수가 16,038개이다. 이는 직경 0.01㎛ 이하 미세석출물 개수 조건의 상한을 초과한다. 이에 따라 시편 M의 굽힘성은 상대적으로 낮은 43도에 불과함을 확인할 수 있다.
시편 N의 경우, 전체 미세석출물 개수가 16,521개이다. 이는 전체 미세석출물 개수 조건의 상한을 초과한다. 이에 따라 시편 N의 굽힘성은 상대적으로 낮은 40도에 불과함을 확인할 수 있다.
시편 O의 경우, 전체 미세석출물 평균 직경이 0.0071㎛이다. 이는 전체 미세석출물 평균 직경 조건의 상한을 초과한다. 이에 따라 시편 O의 활성화 수소량은 상대적으로 높은 0.881wppm으로 측정되어 수소지연파괴 특성이 상대적으로 저하되었음을 확인할 수 있다.
시편 P의 경우, 직경 0.01㎛ 이하 미세석출물의 비율이 59.8%이다. 이는 직경 0.005㎛ 이하 미세석출물의 비율 조건의 하한에 미달한다. 이에 따라 시편 P의 활성화 수소량은 상대적으로 높은 0.828wppm으로 측정되어 수소지연파괴 특성이 상대적으로 저하되었음을 확인할 수 있다.
시편 Q의 경우, 직경 0.005㎛ 이하 미세석출물의 비율이 24.9%이다. 이는 직경 0.005㎛ 이하 미세석출물의 비율 조건의 하한에 미달한다. 이에 따라 시편 Q의 활성화 수소량은 상대적으로 높은 0.815wppm으로 측정되어 수소지연파괴 특성이 상대적으로 저하되었음을 확인할 수 있다.
시편 R의 경우, 직경 0.005㎛ 이하 미세석출물의 비율이 24.8%이다. 이는 직경 0.005㎛ 이하 미세석출물의 비율 조건의 하한에 미달한다. 이에 따라 시편 R의 활성화 수소량은 상대적으로 높은 0.845wppm으로 측정되어 수소지연파괴 특성이 상대적으로 저하되었음을 확인할 수 있다.
시편 S의 경우, 전체 미세석출물 평균 거리가 0.39㎛이다. 이는 전체 미세석출물 평균 거리 조건의 하한에 미달한다. 이에 따라 시편 S의 굽힘성은 상대적으로 낮은 45도에 불과함을 확인할 수 있다.
시편 T의 경우, 전체 미세석출물들 간의 평균 거리가 0.81㎛이다. 이는 전체 미세석출물들 간의 평균 거리 조건의 상한을 초과한다. 이에 따라 시편 T의 인장강도는 상대적으로 낮은 1,344MPa에 불과함을 확인할 수 있다.
결과적으로, 전술한 본 발명의 함량 조건 및 공정 조건을 적용한 핫스탬핑용 소재 제조방법으로 제조한 핫스탬핑용 소재는 핫스탬핑을 거친 후 전술한 미세석출물들의 석출 거동 조건을 만족하며, 이와 같은 미세석출물들의 석출 거동 조건을 만족하는 핫스탬핑 제품은 인장강도, 굽힘성 및 수소지연파괴 특성이 향상되었음을 확인하였다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것 이다.
1 : 핫스탬핑용 소재
10 : 강판
20 : 미세석출물

Claims (12)

  1. 탄소(C): 0.19~0.25중량%, 실리콘(Si): 0.1~0.6중량%, 망간(Mn): 0.8~1.6중량%, 인(P): 0.03중량% 이하, 황(S): 0.015중량% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.6중량%, 붕소(B): 0.001~0.005중량%, 첨가제: 0.1중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 강판; 및
    상기 강판 내에 분포된 미세석출물들;을 포함하고,
    상기 첨가제는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나를 포함하며,
    상기 미세석출물들은, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나의 질화물 또는 탄화물을 포함하고, 수소를 트랩하는, 핫스탬핑용 소재.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세석출물들은 단위면적(100㎛2)당 7,000개 이상 16,500개 이하로 형성되는, 핫스탬핑용 소재.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미세석출물들의 60% 이상이 0.01㎛ 이하의 직경을 가지도록 형성되는, 핫스탬핑용 소재.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 미세석출물들 중 0.01㎛ 이하의 직경을 갖는 미세석출물들의 개수는 단위면적(100㎛2)당 4,500개 이상 16,000개 이하인, 핫스탬핑용 소재.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 미세석출물들의 25% 이상이 0.005㎛ 이하의 직경을 가지도록 형성되는, 핫스탬핑용 소재.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 미세석출물들 간의 평균 거리는 0.4㎛ 이상 0.8㎛ 이하인, 핫스탬핑용 소재.
  7. 슬래브를 1,200°C~1,250°C의 슬래브 재가열 온도 범위에서 재가열하는 단계;
    재가열된 슬래브를 840°C~920°C의 마무리 압연 온도 범위에서 열간압연하여 강판을 제조하는 단계; 및
    상기 강판을 700°C~780°C의 권취 온도 범위에서 권취하며 상기 강판 내에 미세석출물들을 형성하는 단계;를 포함하고,
    상기 슬래브는, 탄소(C): 0.19~0.25중량%, 실리콘(Si): 0.1~0.6중량%, 망간(Mn): 0.8~1.6중량%, 인(P): 0.03중량% 이하, 황(S): 0.015중량% 이하, 크롬(Cr): 0.1~0.6중량%, 붕소(B): 0.001~0.005중량%, 첨가제: 0.1중량% 이하 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    상기 첨가제는, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나를 포함하고,
    상기 미세석출물들은, 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나의 질화물 또는 탄화물을 포함하고, 수소를 트랩하는, 핫스탬핑용 소재 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 미세석출물들은 단위면적(100㎛2)당 7,000개 이상 16,500개 이하로 형성되는, 핫스탬핑용 소재 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 미세석출물들의 60% 이상이 0.01㎛ 이하의 직경을 가지도록 형성되는, 핫스탬핑용 소재 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 미세석출물들 중 0.01㎛ 이하의 직경을 갖는 미세석출물들의 개수는 단위면적(100㎛2)당 4,500개 이상 16,000개 이하인, 핫스탬핑용 소재 제조방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 미세석출물들의 25% 이상이 0.005㎛ 이하의 직경을 가지도록 형성되는, 핫스탬핑용 소재 제조방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 미세석출물들 간의 평균 거리는 0.4㎛ 이상 0.8㎛ 이하인, 핫스탬핑용 소재 제조방법.
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