KR20220035961A - 저강도 핫 스탬핑용 강판, 핫 스탬핑 부품 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법 - Google Patents

저강도 핫 스탬핑용 강판, 핫 스탬핑 부품 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법 Download PDF

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KR20220035961A
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사에 하마모토
다쓰야 아사이
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

본 발명의 일 국면에 따른 저강도 핫 스탬핑용 강판은, 강판이, 소정의 화학 성분 조성을 만족시키고, 하기 식(1)로 표시되는 Ac3점(℃)이 890℃ 이상이고, 또한 강판 두께의 1/4의 깊이에 있어서의 페라이트의 면적률이 80% 이상이다. Ac3점(℃)=910-203×[C]1/2+44.7×[Si]-30×[Mn]+700×[P]+400×[Al]+400×[Ti]···(1) 상기 식(1) 중, [C], [Si], [Mn], [P], [Al], [Ti]는, 각각 C, Si, Mn, P, Al, Ti의 함유율을 질량%로 나타낸 값이다.

Description

저강도 핫 스탬핑용 강판, 핫 스탬핑 부품 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법
본 발명은, 저강도 핫 스탬핑용 강판, 저강도 핫 스탬핑용 강판을 이용한 핫 스탬핑 부품, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 열처리 후의 인장 강도 TS(Tensile Strenth)가 500∼800MPa의 영역이고, 항복 응력 YS(Yield Stress)와 인장 강도 TS의 비(YS/TS)로 표시되는 항복비 YR(Yield Ratio)이 높아, 충돌 시의 안전성이 우수한 저강도 핫 스탬핑용 강판, 이와 같은 저강도 핫 스탬핑용 강판을 이용한 핫 스탬핑 부품, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차의 경량화와 충돌 시의 안전성(이하, 「충돌 안전성」이라고 부른다)을 확보한다는 관점에서, 고강도를 갖고 또한 항복비 YR이 높은 강판이 요구되고 있다. 또한 강판의 고강도화에 의한 냉간에서의 프레스 성형성의 악화 때문에, 강판을 가열한 상태에서 프레스 성형하여, 성형성과 고강도화를 동시에 실현시키는 핫 스탬핑 기술이 제안되어 있다.
이와 같은 기술에 의해 제조되는 핫 스탬핑 부품에서는, 인장 강도 TS는 1.5GPa급 이상인 것이 대부분이다. 그러나 근래에는, 특허문헌 1에 나타나는 바와 같은 인장 강도 TS가 500MPa 이상인 강 부품이나, 특허문헌 2에 나타나는 바와 같은 인장 강도 TS가 600∼1000MPa급인 고강도 부재나, 특허문헌 3에 나타나는 바와 같은 인장 강도 TS가 700∼1300MPa급인 강 부재 등, 인장 강도 TS가 1.5GPa 이하가 되는 핫 스탬핑 부품이 각종 제안되어 있다.
지금까지 제안되어 있는 핫 스탬핑 부품에서는, 모두 핫 스탬핑의 프로세스에 의해 조직 제어를 도모하여, 인장 강도 TS를 제어하고 있다. 이로부터, 핫 스탬핑 부품의 인장 강도 TS는, 핫 스탬핑의 프로세스에 크게 의존하고 있는 것이 실정이다. 강판의 인장 강도 TS를 핫 스탬핑의 프로세스에 의존시키지 않도록, 합금 원소의 첨가에 의해 인장 강도 TS가 높아지도록 제어하는 것도 생각할 수 있지만, 그를 위해서는 각종 합금 원소를 다량으로 첨가할 필요가 있다.
또한 지금까지 제안되어 있는 기술의 대부분은, 마텐자이트 등의 경질 조직을 포함해서 고강도화를 도모하는 것이 통상이다. 그러나, 이와 같은 조직 제어에 의한 고강도화에서는, 항복비 YR을 높게 할 수 없어, 충돌 안전성을 향상시킨다는 관점에서 항복 응력 YS를 높게 하기 위해서는, 템퍼링 등의 열처리가 필요해진다.
본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 항복비 YR이 70% 이상이고, 인장 강도 TS가 500∼800MPa인 핫 스탬핑 부품을, 핫 스탬핑의 프로세스에 그다지 의존하지 않고서 제조할 수 있는 저강도 핫 스탬핑용 강판, 이와 같은 저강도 핫 스탬핑용 강판을 이용한 핫 스탬핑 부품, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
일본 특허 제5726419호 공보 일본 특허 제4452157호 공보 일본 특허 제4427462호 공보
본 발명자들은, 핫 스탬핑의 프로세스에 그다지 의존하지 않고서 핫 스탬핑 부품을 제조할 수 있는 저강도 핫 스탬핑용 강판을 실현한다는 관점에서 예의 검토했다. 그 결과, 화학 성분 조성을 적절히 조정하는 것에 의해 강판의 Ac3점(℃)을 상승시키고, 담금질성을 향상시키는 원소를 저감하고, 페라이트를 주체로 한 조직을 갖는 강판으로 하면, 핫 스탬핑 등의 열처리 시에 오스테나이트 분율을 저하시켜, 하기 (1) 및 (2)의 작용이 발휘되는 것을 발견하고, 이러한 지견에 기초하여 검토를 더 거듭하는 것에 의해 본 발명을 완성했다.
(1) 핫 스탬핑의 프로세스 중의 조직 변화를 최대한 저감시킴으로써, 프로세스에 그다지 의존하지 않고서 소정의 강도가 얻어지는 것,
(2) 열처리 후의 조직에 마텐자이트 조직을 생기기 어렵게 함으로써, 항복비 YR을 향상시킬 수 있는 것.
즉, 본 발명의 일 국면은,
강판이, 질량%로,
C: 0.005∼0.12%,
Si: 0.50∼2.0%,
Mn: 0.50% 이하(0%를 포함하지 않는다),
Al: 0.010∼1.0%,
P: 0.1000% 이하(0%를 포함하지 않는다),
S: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다),
N: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다), 및
O: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다)
를 만족시키고, 잔부가 철 및 불가피 불순물이며,
하기 식(1)로 표시되는 Ac3점(℃)이 890℃ 이상이고, 또한 강판 두께의 1/4의 깊이에 있어서의 페라이트의 면적률이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 저강도 핫 스탬핑용 강판이다.
Ac3점(℃)=910-203×[C]1/2+44.7×[Si]-30×[Mn]+700×[P]+400×[Al]+400×[Ti]···(1)
상기 식(1) 중, [C], [Si], [Mn], [P], [Al], [Ti]는, 각각 C, Si, Mn, P, Al, Ti의 함유율을 질량%로 나타낸 값이다.
상기의 본 발명의 목적, 특징 및 이점은, 이하의 상세한 기재와 첨부 도면으로부터 분명해질 것이다.
[도 1] 도 1은, 핫 스탬핑의 프로세스를 상정한 열처리 패턴을 나타내는 모식도이다.
[도 2] 도 2는, 열처리 후의 인장 강도 TS와 항복 응력 YS의 관계를 나타내는 그래프이다.
발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해 다양한 각도로부터 검토했다. 그 결과, 화학 성분 조성을 적절히 조정하여 강판의 Ac3점(℃)을 상승시키고, 페라이트를 주체로 한 조직을 갖는 강판으로 하면, 상기 목적이 훌륭하게 달성되는 것을 발견하여, 본 발명을 완성했다.
본 발명에서는, 항복비 YR이 70% 이상이고, 인장 강도 TS가 500∼800MPa인 핫 스탬핑 부품을, 핫 스탬핑의 프로세스에 그다지 의존하지 않고서 제조할 수 있는 저강도 핫 스탬핑용 강판을 실현할 수 있다.
본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판에 있어서, 화학 성분 조성을 상기와 같이 설정한 이유는 하기와 같다. 이하, 화학 성분 조성에 있어서의 %는, 질량%를 의미한다.
본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판은, C: 0.005∼0.12%, Si: 0.50∼2.0%, Mn: 0.50% 이하(0%를 포함하지 않는다), Al: 0.010∼1.0%, P: 0.1000% 이하(0%를 포함하지 않는다), S: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다), N: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다), 및 O: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다)를 만족한다.
[C: 0.005∼0.12%]
C는, 강판의 강도를 확보하는 원소이다. 또한, C는, Ac3점을 저하시킴으로써 열처리 후의 조직에 마텐자이트를 생성하기 쉽게 하고, 핫 스탬핑 부품의 강도를 상승시키는 원소이다. 이와 같은 C량이 과잉이 되면, 핫 스탬핑 부품의 항복비 YR의 저하를 초래하기 때문에, 그의 상한은 0.12% 이하로 할 필요가 있다. C량은, 바람직하게는 0.10% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.08% 이하이다. 한편, C량을 과도하게 저감시키는 것은, 제조상의 비용 상승으로 이어지게 되므로, 0.005% 이상으로 한다. C량은, 바람직하게는 0.007% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.010% 이상이다.
[Si: 0.50∼2.0%]
Si는, Ac3점을 상승시키고, 열처리 시의 오스테나이트 분율을 저감시켜, 핫 스탬핑 부품에 있어서의 핫 스탬핑의 프로세스 의존성을 저하시킴에 있어서 중요한 원소이다. 또한, Si는, 페라이트의 고용 강화에 의해 핫 스탬핑 부품의 강도 확보에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서, Si량은 0.50% 이상으로 한다. Si량은, 바람직하게는 0.70% 이상, 보다 바람직하게는 1.0% 이상이다. 그러나, Si량이 과잉이 되면, 강판 제조 시의 산세성의 열화나, 도금성의 악화를 야기한다. 따라서, Si량은, 2.0% 이하로 한다. Si량은, 바람직하게는 1.8% 이하이고, 보다 바람직하게는 1.6% 이하이다.
[Mn: 0.50% 이하(0%를 포함하지 않는다)]
Mn은, Ac3점을 저하시키기 때문에, 본 발명에 있어서 부적합한 원소이다. 또한, Mn은, 열처리 시의 오스테나이트 분율을 상승시켜, 핫 스탬핑 부품에 있어서의 핫 스탬핑의 프로세스 의존성을 높이는 원소이다. 또, Mn은, 담금질성을 높이고, 핫 스탬핑 부품의 조직에 마텐자이트를 생성하기 쉽게 하여, 핫 스탬핑 부품의 항복비 YR을 저하시킨다. 그 때문에, Mn량은, 0.50% 이하로 한다. Mn량은, 바람직하게는 0.40% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.30% 이하이다. 한편, Mn량을 과도하게 저감시키는 것은, 제조상의 비용 상승으로 이어지게 되므로, 0% 초과로 한다. Mn량의 하한은, 바람직하게는 0.005% 이상이고, 보다 바람직하게는 0.01% 이상이다.
[Al: 0.010∼1.0%]
Al은, 탈산제로서 작용하는 원소이다. 또한 Al은, Si와 마찬가지로 Ac3점을 상승시키고, 열처리 시의 오스테나이트 분율을 저감시켜, 핫 스탬핑 부품에 있어서의 핫 스탬핑의 프로세스 의존성을 저감시키는 원소이다. 또한, Al은 페라이트에 고용되어, 페라이트의 고용 강화에 의해 핫 스탬핑 부품의 강도 확보에 기여하는 원소이다. 이러한 효과를 발휘시키기 위해서, Al량은, 0.010% 이상으로 한다. Al량은, 바람직하게는 0.020% 이상, 보다 바람직하게는 0.025% 이상이다. 그러나, Al을 과잉으로 함유시키는 것은, 제조상의 비용 상승으로 이어지게 되므로, Al량은 1.0% 이하로 한다. Al량은, 바람직하게는 0.80% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.70% 이하이다.
[P: 0.1000% 이하(0%를 포함하지 않는다)]
P는, 불가피적으로 함유되는 원소이고, 강판의 용접성을 열화시키는 원소이다. 또한, P는, 페라이트상의 고용 강화에 기여하는 효과를 갖는 원소이기도 하다. 이와 같은 효과를 발휘시키면서 강판의 용접성을 열화시키지 않기 위해서는, P량은 0.1000% 이하로 한다. P량은, 바람직하게는 0.0500% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0200% 이하이다. 한편, P는 강 중에 불가피적으로 혼입되어 오는 불순물이어서, 그 양을 0%로 하는 것은 공업 생산상 불가능하고, 통상 0.0005% 이상으로 함유한다.
[S: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다)]
S는, 불가피적으로 함유되는 원소이고, 강판의 용접성을 열화시킨다. 따라서, S량은 0.0100% 이하로 한다. S량은, 바람직하게는 0.0080% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하이다. S량은, 가능한 한 적은 편이 좋기 때문에, 하한은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 그 양을 0%로 하는 것은 공업 생산상 불가능하고, 통상 0.0001% 이상으로 함유한다.
[N: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다)]
N은, 불가피적으로 함유되는 원소이고, 과잉으로 포함되면 AlN을 생성시켜, 고용 Al의 효과를 저감시킨다. 따라서, N량은 0.0100% 이하로 한다. N량은, 바람직하게는 0.0080% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0050% 이하이다. N량은, 가능한 한 적은 편이 좋기 때문에, 하한은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 그 양을 0%로 하는 것은 공업 생산상 불가능하고, 통상 0.0001% 이상으로 함유한다.
[O: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다)]
O는, 불가피적으로 함유되는 원소이고, 과잉으로 포함되면 산화물을 형성하고, 고용 Si를 저하시켜 페라이트의 강도 저하를 일으키게 한다. 그 때문에, O량은 0.0100% 이하로 한다. O량은, 바람직하게는 0.0050% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.0030% 이하이다. O량은, 가능한 한 적은 편이 좋기 때문에, 하한은 특별히 한정되지 않는다. 그러나, 그 양을 0%로 하는 것은 공업 생산상 불가능하고, 통상 0.0001% 이상으로 함유한다.
본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판의 기본 성분은 상기한 대로이고, 잔부는, 철, 및 상기 P, S, N, O 이외의 불가피 불순물이다. 이 불가피 불순물로서는, 본 발명의 효과를 해치지 않는 범위에서, 원료, 자재, 제조 설비 등의 상황에 따라 도입되는 트램프 원소(Pb, Bi, Sb, Sn 등)의 혼입이 허용된다.
본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판에는, 추가로 다른 원소로서, Ti 및 Nb의 적어도 1종을 포함시킬 수 있고, 이들 원소를 함유시키는 것에 의해 강판의 특성이 더 개선된다.
[Ti: 0.10% 이하(0%를 포함하지 않는다) 및 Nb: 0.10% 이하(0%를 포함하지 않는다)의 적어도 1종]
Ti 및 Nb는, 탄화물 형성 원소이고, 강판의 조직 미세화에 기여하는 원소이다. 강판의 조직이 미세화됨으로써, 열처리 시의 역변태는 촉진되지만, 핫 스탬핑의 프로세스에서의 냉각 중에 페라이트 생성을 촉진하여, 핫 스탬핑 부품의 페라이트 분율을 높일 수 있다. 이와 같은 효과는, Ti 및 Nb의 함유량이 증가함에 따라 커지지만, 과잉으로 함유하더라도 냉간 압연성이 악화된다는 문제가 생긴다. 이러한 관점에서, 모두 0.10% 이하로 함유시킨다. 바람직하게는, 0.07% 이하이고, 보다 바람직하게는 0.05% 이하이다. Ti 및 Nb는 어느 1종을 함유해도 되고, 2종 모두 함유시켜도 된다. 또한, 상기 효과는 미량이어도 발휘되고, Ti 및 Nb의 함유량의 하한에 대해서는 한정되지 않지만, 상기 효과를 보다 유효하게 발휘시키기 위해서는, 0.005% 이상으로 함유시키는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판은, 하기 식(1)로 표시되는 Ac3점(℃)이 890℃ 이상이다.
Ac3점(℃)=910-203×[C]1/2+44.7×[Si]-30×[Mn]+700×[P]+400×[Al]+400×[Ti]···(1)
상기 식(1) 중, [C], [Si], [Mn], [P], [Al], [Ti]는, 각각 C, Si, Mn, P, Al, Ti의 함유율을 질량%로 나타낸 값이다.
「레슬리 철강 재료학」(마루젠 주식회사 1985년 5월 31일 발행, 273페이지)에는, Ac3점(℃)은, 계산상, 하기 식(2)로부터 구해지는 것이 기재되어 있다. 상기 식(1)은, 함유되는 원소의 종류를 고려하여, 하기 식(2)를 간략화한 식이다. 즉, 본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판에서는, Ac3점(℃)을 상승시키고, 그 밖의 특성의 악화의 염려가 적은 Si 및 Al에 주목함과 함께, Ac3점(℃)을 저하시키는 C, Mn 등을 저감시키고 있다.
Ac3점(℃)=910-203×[C]1/2-15.2×[Ni]+44.7×[Si]+104×[V]+31.5×[Mo]+13.1×[W]-[30×[Mn]+11×[Cr]+20×[Cu]-700×[P]-400×[Al]-120×[As]-400×[Ti]]···(2)
상기 식(2) 중, [C], [Ni], [Si], [V], [Mo], [W], [Mn], [Cr], [Cu], [P], [Al] 및 [Ti]는, 각각 C, Ni, Si, V, Mo, W, Mn, Cr, Cu, P, Al, As 및 Ti의 함유율을 질량%로 나타낸 값이다.
본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판에서는, 강판 두께의 1/4의 깊이에 있어서의 페라이트의 면적률을 80% 이상으로 할 필요가 있다. 한편, 페라이트의 면적률의 측정 개소를, 강판 두께의 1/4의 깊이로 한 것은, 강판의 가장 대표적인 특성을 나타내는 개소라는 이유 때문이다.
본 실시형태에 있어서, 페라이트의 면적률은 점산법으로 측정한 값이다. 이 점산법이란, 페라이트 이외의 다른 조직이 혼재하고 있을 때에, 혼재 조직과 페라이트 결정립의 면적 백분율을 계산할 때에 적용되는 방법이며, 피검면(강판 두께의 1/4의 깊이를 노출시킨 면)에서 촬영하여, 규정의 격자선을 촬영 사진에 올리고, 페라이트 결정립에 의해 점유된 격자점 중심의 수를 세는 방법이다. 후술하는 실시예에서는, 격자선으로 나누어지는 매스(격자눈)의 수가 100이 되는 조건에서 행했다. 한편, 페라이트의 면적률을 구할 때의 조직 관찰은, 페라이트 결정립의 크기에 따라서 광학 현미경 또는 주사형 현미경을 나누어 사용했지만(배율: 400∼1000의 범위), 측정되는 수치는 변함없다.
상기와 같이 화학 성분 조성의 설계를 적절히 제어함과 함께, 강판의 페라이트 면적률을 높게 하는 것에 의해, 우선적으로 오스테나이트로 역변태되는 펄라이트, 베이나이트, 및 마텐자이트 등, C를 함유하는 조직 분율을 저감할 수 있다. 강판의 페라이트 면적률을 높게 하는 것에 의해, 오스테나이트로의 역변태를 지연시키고, 열처리 시의 오스테나이트 분율을 저하시킬 수 있어, 열처리 후의 강판에 있어서의 인장 강도 TS를 극단적으로 높이는 일 없이, 항복 응력 YS를 확보할 수 있고, 항복 YR비를 높게 할 수 있다.
이러한 관점에서 보아, 본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판에 있어서의 페라이트의 면적률은 80% 이상으로 할 필요가 있다. 페라이트의 면적률은, 바람직하게는 84% 이상이고, 보다 바람직하게는 86% 이상이다. 혹은, 100%여도 된다. 본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판의 조직은, 페라이트의 면적률이 80% 이상이 되어 있으면 되고, 그 이외의 조직으로서 상기한 펄라이트, 베이나이트, 및 마텐자이트 등도 소량 포함되어 있어도 된다. 혹은, 잔류 오스테나이트를 포함하고 있어도 된다.
한편, 상기의 취지로부터 보면, 페라이트의 면적률을 저감시키는 원소는 가능한 한 함유시키지 않는 것이 바람직하다. 예를 들면, B는 오스테나이트 입계로부터 폴리고날 페라이트가 생성·성장하는 것을 억제하는 작용을 가져, 결과적으로 페라이트의 면적률을 저감하도록 작용한다. B와 같이 페라이트 면적률을 저감시키는 원소에 대해서는, 가능한 한 함유시키지 않는 것이 바람직하다. 단, 상기와 같은 악영향을 미치지 않는 정도, 예를 들면 0.0005% 이하까지라면 허용할 수 있다.
본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판은, 열연 강판, 냉연 강판은 물론, 이들 열연 강판, 냉연 강판에 용융 아연도금층(GI: Hot Dip-Galvanized), 또는 합금화 용융 아연도금층(GA: Alloyed Hot Dip-Galvanized)을 갖고 있어도 되고, 용융 아연도금 강판(GI 강판), 합금화 용융 아연도금 강판(GA 강판)도 본 발명에 포함된다.
본 명세서에는, 상기와 같이 다양한 형태의 기술을 개시하고 있지만, 그 중 주된 기술을 이하에 정리한다.
본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판은,
강판이, 질량%로, C: 0.005∼0.12%, Si: 0.50∼2.0%, Mn: 0.50% 이하(0%를 포함하지 않는다), Al: 0.010∼1.0%, P: 0.1000% 이하(0%를 포함하지 않는다), S: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다), N: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다), 및 O: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다)를 만족시키고, 잔부가 철 및 불가피 불순물이며, 상기 식(1)로 표시되는 Ac3점(℃)이 890℃ 이상이고, 또한 강판 두께의 1/4의 깊이에 있어서의 페라이트의 면적률이 80% 이상이다.
이와 같은 구성을 채용하는 것에 의해, 항복비가 70% 이상이고, 인장 강도가 500∼800MPa인 핫 스탬핑 부품을, 핫 스탬핑의 프로세스에 그다지 의존하지 않고서 제조할 수 있는 저강도 핫 스탬핑용 강판을 실현할 수 있다.
본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판에는, 추가로, Ti: 0.10% 이하(0%를 포함하지 않는다) 및 Nb: 0.10% 이하(0%를 포함하지 않는다)의 적어도 1종을 포함시킬 수 있고, 함유되는 성분에 따라서 강판의 특성이 더 개선된다.
본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판은, 열처리 후의 인장 강도가 1000MPa 이상이 되는 강판과, 테일러드 블랭크 부품을 제조하기 위한 강판으로서 유용하다. 통상의 핫 스탬핑의 프로세스에서는, 프레스 성형 전의 가열 온도는, 오스테나이트의 단상역 온도(즉, Ac3점보다도 높은 온도)로 설정된다. 그리고 온도역으로 가열된 강판은, 금형에 의해 냉각되면서 프레스 성형되어, 핫 프레스 부품이 된다.
열처리 후의 인장 강도가 1000MPa 이상이 되는 강판에서는, 당해 강판의 Ac3점은, 통상 860℃보다도 낮은 온도로 설정되어 있다. 따라서, 열처리 후의 인장 강도가 1000MPa 이상이 되는 강판과, 본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판을, 용접 등에 의해 테일러드 블랭크를 행하고, 그 후 860℃ 이상, 저강도 핫 스탬핑용 강판의 Ac3점 이하의 온도 범위로 가열하고 나서, 핫 스탬핑을 행하면, 인장 강도 1000MPa 이상의 영역과, 500∼800MPa이 되는 영역을 갖는 테일러드 블랭크재가 얻어진다.
즉, 상기 가열 온도 범위는, 열처리 후의 인장 강도가 1000MPa 이상이 되는 강판에서는 오스테나이트 영역이 되고, 그 후의 냉각 시에 마텐자이트나 베이나이트가 생성되어 고강도가 된다. 또한 본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판에 있어서는, 상기 가열 온도 범위는, 오스테나이트와 페라이트의 2상 영역이 되고, 그 후의 냉각 시에 마텐자이트나 베이나이트 등의 생성이 억제되고, 페라이트를 주체로 하는 조직이 되어 저강도가 된다. 전술한 바와 같이, 핫 스탬핑의 프로세스에서는, 프레스 성형 전의 가열 온도는, 오스테나이트의 단상역 온도로 설정되고, 구체적으로는 900±50℃의 온도 범위가 되지만, 본 발명에서는 900±50℃의 온도 범위 내에서, 테일러드 블랭크되는 각 강판의 Ac3점에 따라서 핫 스탬핑 시의 가열 온도 범위를 적절히 설정하면 된다.
상기 취지로부터 분명한 바와 같이, 본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판을, 상기 Ac3점(℃) 이하로 가열하고, 핫 스탬핑하는 것을 포함하는 것에 의해, 테일러드 블랭크재에 한하지 않고, 원하는 특성을 발휘하는 핫 스탬핑 부품을 제조할 수 있다. 즉, 본 실시형태의 저강도 핫 스탬핑용 강판을 이용한 핫 스탬핑 부품은, 항복비가 70% 이상이고, 인장 강도가 500∼800MPa인 특성을 갖는 핫 스탬핑 부품이 된다.
이하, 실시예에 기초하여, 본 발명의 작용 효과를 보다 구체적으로 나타내지만, 하기 실시예는 본 발명을 한정하는 성질의 것은 아니고, 상기 및 후기의 취지에 비추어 보아 설계 변경하는 것은, 모두 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
실시예
하기 표 1에 나타내는 화학 성분 조성(강종 A∼H)의 각종 강재를 제조하고, 하기 표 2에 나타내는 열연 조건에서 각종 강판(실험 No. 1∼8)을 제작했다. 한편, 하기 표 1에 나타낸 강종 A∼F는 랩(lab) 용제한 예이고, 강종 G, H는, 실기재이다. 또한, 표 1에 나타낸 Ac3점은, 상기 식(1)에 기초하여 계산한 값이다. 표 1중, [-]의 난은 첨가되어 있지 않은 것, 또는 측정 한계 미만인 것을 의미한다. 또한 P, S, N, O는, 전술한 대로 불가피 불순물이며, P, S, N, O의 난에 나타낸 값은 불가피적으로 포함된 양을 의미한다. 한편, 실험 No. 7의 GA 강판에 있어서의 강판 두께는, 표면을 0.2mm 연삭하고, 합금화 용융 아연도금층을 뗀 후의 두께이다. 또한 실험 No. 8의 열연 강판에 있어서의 강판 두께는, 표면을 0.2mm 연삭하고, 스케일을 뗀 후의 두께이다.
얻어진 각종 강판에 대하여, 전술한 점산법에 의해 페라이트의 면적률(이하, 「페라이트 분율」이라고 부른다)을 측정함과 함께, 핫 스탬핑의 프로세스를 상정한 열처리를 실시하고, 열처리 후의 강판의 인장 특성을 하기의 방법에 의해 평가했다. 이때의 열처리 조건은, 하기의 참고문헌 1, 2에 기초하여, 열처리 시뮬레이터로 행했다. 핫 스탬핑의 프로세스를 상정한 열처리 패턴을 모식적으로 도 1에 나타낸다.
참고문헌 1: 사단법인 자동차기술회 학술 강연회 전쇄집, No. 72-07, p. 14
참고문헌 2: Metal Forming, steel reserch int. 79(2008), No. 2, p. 81
한편, 도 1에 나타낸 열처리 패턴은, 강판을 10℃/초의 승온 속도로 890℃까지 가열하고, 당해 온도에서 300초 유지하고, 그 후 20℃/초의 냉각 속도로 750℃까지 냉각한 후, 40℃/초의 냉각 속도로 450℃까지 냉각하고, 약 5℃/초의 냉각 속도로 실온(25℃)까지 더 냉각한 것을 나타내고 있다.
[인장 특성의 측정]
인장 강도 TS 및 항복 응력 YS는, JIS 5호 시험편(판상 시험편)을 채취하고, JIS Z 2241:2011에 따라 인장 시험을 실시하여 구했다. 이때 항복 응력 YS에 대해서는, 명확한 항복점이 나타나는 경우에는, 상항복점 UYP(Upper Yield Point)를 측정하고, 항복점이 나타나지 않는 경우에는, 상기 JIS의 규정에 기초하여 0.2% 내력 σ0.2를 구했다. 합격 기준은, 인장 강도 TS가 500∼800MPa의 범위에 있고, 항복비 YR이 70% 이상을 합격으로 했다.
이들 결과를, 적용 강종(강종 A∼H)과 함께, 하기 표 3에 나타낸다.
이 결과로부터, 다음과 같이 고찰할 수 있다. 실험 No. 1∼4는, 화학 성분 조성, Ac3 변태점(℃) 및 페라이트 분율이 본 발명에서 규정하는 범위 내에 있는 본 발명예이며, 열처리 후의 인장 강도 TS가 500∼800MPa이고, 또한 항복비 YR이 70% 이상이 확보되어 있는 것을 알 수 있다.
이에 반해 실험 No. 5∼8은, 본 발명에서 규정하는 어느 요건을 만족하지 않는 비교예이며, 원하는 특성이 얻어져 있지 않다. 구체적으로는, 실험 No. 5는, Mn량이 과잉(B량도 과잉)한 강종 E를 이용한 예이고, Ac3 변태점(℃)이 890℃보다도 낮고, 페라이트 분율이 낮은 강판이며, 열처리 후의 강판의 항복비 YR이 70% 미만이 되어 있다. 실험 No. 6은, Si량이 적고, Mn량이 과잉(B량도 과잉)한 강종 F를 이용한 예이고, Ac3 변태점(℃)이 890℃보다도 낮고, 페라이트 분율이 낮은 강판이며, 열처리 후의 강판의 항복비 YR이 70% 미만이 되어 있다.
실험 No. 7은, GA 강판에 적용한 예이지만, Si량이 적고, Mn량이 과잉한 강종 G를 이용하고 있고, Ac3 변태점(℃)이 890℃보다도 낮고, 페라이트 분율이 낮은 강판이며, 열처리 후의 강판의 항복비 YR이 70% 미만이 되어 있다. 실험 No. 8은, 열연 강판에 적용한 예이지만, Si량이 적고, Mn량이 과잉한 강종 H를 이용하고 있고, Ac3 변태점(℃)이 890℃보다도 낮고, 페라이트 분율이 낮은 강판이며, 열처리 후의 강판의 항복비 YR이 70% 미만이 되어 있다.
이들 결과에 기초하여, 열처리 후의 인장 강도 TS와 항복 응력 YS의 관계를 도 2에 나타낸다. 한편, 도 2 중, 라인(L)은 항복비 YR이 70%인 경계선을 나타내고, 라인(L)을 포함해서 위의 영역이 항복비 YR이 70% 이상인 것을 나타내고, 라인(L)보다도 아래의 영역이 항복비 YR이 70% 미만인 것을 나타내고 있다. 또한, 도 2에서는, 「실험 No.」는, 「No.」로 약기되어 있다.
이 결과로부터 분명한 바와 같이, 본 발명예(No. 1∼4)에서는, 항복비가 70% 이상이고, 인장 강도 TS가 500∼800MPa인 핫 스탬핑 부품(열처리 후의 강판)이, 핫 스탬핑의 프로세스에 그다지 의존하지 않고서 제조될 수 있는 것을 알 수 있다.
이 출원은, 2019년 8월 27일에 출원된 일본 특허출원 특원 2019-154727을 기초로 하는 것이고, 그 내용은, 본원에 포함되는 것이다.
본 발명을 표현하기 위해서, 전술에 있어서 구체예 등을 참조하면서 실시형태를 통하여 본 발명을 적절하고 충분히 설명했지만, 당업자이면 전술한 실시형태를 변경 및/또는 개량하는 것은 용이하게 할 수 있는 것으로 인식해야 한다. 따라서, 당업자가 실시하는 변경 형태 또는 개량 형태가, 청구범위에 기재된 청구항의 권리 범위를 이탈하는 수준의 것이 아닌 한, 당해 변경 형태 또는 당해 개량 형태는, 당해 청구항의 권리 범위에 포괄된다고 해석된다.
본 발명은, 핫 스탬핑용 강판 및 핫 스탬핑 부품에 관한 기술 분야에 있어서, 광범위한 산업상의 이용가능성을 갖는다.

Claims (5)

  1. 강판이, 질량%로,
    C: 0.005∼0.12%,
    Si: 0.50∼2.0%,
    Mn: 0.50% 이하(0%를 포함하지 않는다),
    Al: 0.010∼1.0%,
    P: 0.1000% 이하(0%를 포함하지 않는다),
    S: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다),
    N: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다), 및
    O: 0.0100% 이하(0%를 포함하지 않는다)
    를 만족시키고, 잔부가 철 및 불가피 불순물이며,
    하기 식(1)로 표시되는 Ac3점(℃)이 890℃ 이상이고, 또한 강판 두께의 1/4의 깊이에 있어서의 페라이트의 면적률이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 저강도 핫 스탬핑용 강판.
    Ac3점(℃)=910-203×[C]1/2+44.7×[Si]-30×[Mn]+700×[P]+400×[Al]+400×[Ti]···(1)
    상기 식(1) 중, [C], [Si], [Mn], [P], [Al], [Ti]는, 각각 C, Si, Mn, P, Al, Ti의 함유율을 질량%로 나타낸 값이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강판은, 추가로, Ti: 0.10% 이하(0%를 포함하지 않는다) 및 Nb: 0.10% 이하(0%를 포함하지 않는다)의 적어도 1종을 포함하는 저강도 핫 스탬핑용 강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    열처리 후의 인장 강도가 1000MPa 이상이 되는 강판과, 테일러드 블랭크 부품을 제조하기 위한 저강도 핫 스탬핑용 강판.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 저강도 핫 스탬핑용 강판을, 상기 Ac3점(℃) 이하로 가열하고, 핫 스탬핑하는 것을 포함하는 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 저강도 핫 스탬핑용 강판을 이용한 핫 스탬핑 부품.
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