KR20220072609A - 핫스탬핑 부품 및 그 제조방법 - Google Patents

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KR20220072609A
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Abstract

본 발명은 핫스탬핑 부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, (a) 탄소(C): 0.27 ~ 0.33 중량%, 규소(Si): 0 초과 0.40 중량% 이하, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.60 중량%, 인(P): 0 초과 0.030 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.015 중량% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.60 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.1 중량% 이하, 및 붕소(B):0.0008 ~ 0.0050 중량%를 포함하는 블랭크를 준비하는 단계; (b) 상기 블랭크를 열처리하는 단계; (C) 상기 열처리된 블랭크를 성형 및 냉각하는 단계를 포함하며, 핫스탬핑 제조공정에서의 수소 장입을 최소화하고 이로 인한 수소지연파괴를 방지하여 안정적인 높은 강도를 제공할 수 있다.

Description

핫스탬핑 부품 및 그 제조방법{Hot stamping component and manufacturing method therefor}
본 발명은 핫스탬핑 부품 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 수소취성을 최소화하여 높은 인장강도를 갖는 핫스탬핑 부품 및 그 제조방법에 관한 것이다.
글로벌 자동차 시장에서는 연비향상 및 승객안전에 대한 요구가 증가함에 따라 초고강도 부품의 필요성이 요구되고 있다. 이에 자동차 업계는 차체 경량화 및 충돌법규 강화 트랜드에 따라 자동차 시장의 수요를 반영하여 자동차용 초고강도 강 개발을 선도하고 있다. 이에 따라 핫스탬핑 강의 적용률이 꾸준히 증가하고 있는 추세이며 고인성 및 고강도화에 대한 연구개발이 이루어지고 있다.
그러나 핫스탬핑 공정시 수소가 장입되고 이로 인한 수소지연파괴가 발생되는 문제가 발생되고 있어 이러한 수소취성의 해결 없이 차체에 적용이 불가한 실정이다.
관련된 기술로는 대한민국 특허등록 제2110679호(2020.05.07.)의 핫스탬핑 부품 및 그 제조방법의 기술이 공지되어 있다.
상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하고자 창안된 본 발명은 내수소취성을 가지며 높은 인장강도를 가지는 핫스탬핑 부품 및 그 제조방법을 제공한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 핫스탬핑 부품은 탄소(C): 0.27 ~ 0.33 중량%, 규소(Si): 0 초과 0.40 중량% 이하, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.60 중량%, 인(P): 0 초과 0.030 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.015 중량% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.60 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.1 중량% 이하, 및 붕소(B):0.0008 ~ 0.0050 중량%를 포함하며, 인장강도가 1.5GPa 이상인 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 핫스탬핑 부품의 제조방법은 (a) 탄소(C): 0.27 ~ 0.33 중량%, 규소(Si): 0 초과 0.40 중량% 이하, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.60 중량%, 인(P): 0 초과 0.030 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.015 중량% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.60 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.1 중량% 이하, 및 붕소(B):0.0008 ~ 0.0050 중량%를 포함하는 블랭크를 준비하는 단계;(b) 상기 블랭크를 열처리하는 단계;(C) 상기 열처리된 블랭크를 성형 및 냉각하는 단계를 포함하는 구성을 특징으로 한다.
상기 핫스탬핑 부품은 Al-Si 도금층을 구비하며, 하기 [식 1]의 확산층 분율이 60% 미만인 일 수 있다.
[식 1]
Figure pat00001
상기 핫스탬핑 부품은 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)가 23㎛ 이하일 수 있다.
상기 핫스탬핑 부품의 제조방법 중 (b)단계는 4~12℃/s의 속도로 승온시키며 830~880℃에서 3~20분간 열처리하는 것일 수 있다.
상기 핫스탬핑 부품의 제조방법 중 (b)단계는 가열로의 이슬점을 -5℃ 이하로 유지하는 것일 수 있다.
상기 핫스탬핑 부품의 제조방법 중 (C)단계에서 레이저 트리밍을 포함하는 것일 수 있다.
상기 핫스탬핑 부품의 제조방법 중 (C)단계에서 평균 냉각율이 적어도 10℃/s인 것일 수 있다.
상기 핫스탬핑 부품의 제조방법으로 제조된 핫스탬핑 부품은 Al-Si 도금층(20)을 구비하며, 하기 [식 1]의 확산층 분율이 60% 미만인 것일 수 있다.
[식 1]
Figure pat00002
상기 핫스탬핑 부품의 제조방법으로 제조된 핫스탬핑 부품은 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)가 23㎛ 이하일 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명의 핫스탬핑 부품 및 그 제조방법은 핫스탬핑 제조공정에서의 수소 장입을 최소화하고 이로 인한 수소지연파괴를 방지하여 안정적인 높은 강도를 제공할 수 있는 효과를 발현한다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직을 관찰한 사진 및 도금층과 확산층 분포 그래프,
도 2는 비교예 1에 따라 제조된 시편의 미세조직을 관찰한 사진 및 도금층과 확산층 분포 그래프,
도 3은 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 시편의 수소지연파괴를 평가한 4점굽힘시험 측정기 사진,
도 4는 본 발명의 실시예 및 비교예에 따라 제조된 시편의 트리밍 방법에 따른 단면 및 4점 굽힘시험 후의 단면 사진이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 핫스탬핑 부품 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 실시예에 따른 핫스탬핑 부품은 탄소(C): 0.27 ~ 0.33 중량%, 규소(Si): 0 초과 0.40 중량% 이하, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.60 중량%, 인(P): 0 초과 0.030 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.015 중량% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.60 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.1 중량% 이하, 및 붕소(B):0.0008 ~ 0.0050 중량%를 포함하며, 인장강도가 1.5GPa 이상인 구성을 특징으로 한다.
탄소(C)는 강의 강도, 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫스탬핑 공정 이후, 강재의 인장강도를 확보하는 목적으로 첨가된다. 탄소(C)는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 부품의 전체 중량의 0.27~0.33중량%로 첨가될 수 있다. 탄소(C)가 0.27 중량% 미만으로 첨가되는 경우 충분한 강도를 확보하기 어려울 수 있으며, 0.33 중량%를 초과하여 첨가되는 경우 수소취성이 저하될 수 있다.
규소(Si)는 강의 강화 및 연성 개선에 유효한 원소로 수소취성에 의한 균열의 기점이 되는 세멘타이트의 생성을 억제하는 역할을 한다. 규소(Si)는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 부품의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.40중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있는데, 규소(Si)의 함량 0.40 중량%를 초과하는 경우에는 소성 가공성이 저하되고 강의 용접성을 저하시킬 수 있으며, 도금 특성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)은 열처리시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 망간(Mn)은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 부품의 전체 중량에 대하여 1.10 ~ 1.60 중량%로 첨가될 수 있다. 망간(Mn)의 함량이 1.10 중량% 미만일 경우에는 결정립 미세화 효과가 불충분하다. 반대로, 망간(Mn)의 함량이 1.60 중량%를 초과하는 경우에는 중심부 망간편석 발생으로 인성이 열화되고 원가 측면에서 불리하다는 문제점이 있다.
인(P)은 편석이 잘 되는 원소로 강의 인성을 저해하는 원소이다. 인(P)은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 부품의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.030 중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 인(P)의 함량이 0.030 중량%를 초과하는 경우 마르텐사이트 입계가 파괴되고, 공정 중 크랙을 유발하고, 인화철 화합물이 형성되어 인성이 저하될 수 있다.
황(S)은 가공성 및 물성을 저해하는 원소이다. 황(S)은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 부품의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.015 중량% 이하의 함량비로 첨가될 수 있다. 황(S)을 0.015 중량%를 초과하여 포함하는 경우 마르텐사이트 입계가 파괴되고, 열간 가공성을 떨어뜨리고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
크롬(Cr)은 상기 강재의 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 크롬(Cr)은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 부품의 전체 중량에 대하여0.10 ~ 0.60 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 크롬(Cr)의 함량이 0.10 중량% 미만일 경우에는 소입성 및 강도를 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 크롬(Cr)의 함량이 0.60 중량%를 초과하는 경우에는 인성이 저하되는 문제점이 있다.
티타늄(Ti)은 핫스탬핑 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. 티타늄(Ti)은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 부품의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.1 중량% 이하의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 티타늄(Ti)의 함량이 0.1 중량%를 초과하면 연신율 하락 위험성이 있으며 인성 저하를 초래할 수 있다.
붕소(B)는 소프트한 마르텐사이트 소입성을 확보하고 결정립을 미세화하는 목적으로 첨가된다. 붕소(B)는 본 발명 일 실시예에 따른 핫스탬핑 부품의 전체 중량에 대하여 0.0008 ~ 0.0050 중량%의 함량비로 첨가되는 것이 바람직하다. 붕소(B)의 함량이 0.0008 중량% 미만일 경우에는 소입성 향상 효과가 불충분하다. 반대로, 붕소(B)의 함량이 0.0050 중량%를 초과하는 경우에는 취성 위험성과 연신율 열위 위험성이 증가하는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은, 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품은 Al-Si 도금층(20)을 구비하며, 하기 [식 1]의 확산층(30)의 분율이 60% 미만인 것일 수 있다.
[식 1]
Figure pat00003
상기 도금층(20)의 확산층(30) 두께와 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)는 수소지연파괴 발생여부와 관련이 있다. 따라서, 1.5GPa 이상의 인장강도를 갖는 핫스탬핑 부품을 제공하기 위해서는 상기 도금층(20)의 합금화도 및 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)를 제어하는 것이 필요하다.
상기 핫스탬핑 강재 내로 들어오는 수소는 도금층(20)을 관문으로 들어올 뿐만 아니라 합금화가 진행되면 될수록 도금 내 확산층(30)의 비율이 올라간다. 도금층(20)은 Fe의 함량이 높은 FeAl, Fe3Al, α-Fe(Al)상으로 구성되어 있으며, 도금층(20) 내 확산층(30) 비율이 올라갈수록 도금 내 Fe 함량이 높아진다. 수소고용도가 높은 Fe-rich상들이 표면에 배치가 되면 핫스탬핑 열처리 후 국부적으로 확산성 수소의 양이 증가하게 된다. 따라서 표면의 취성이 강해져 응력 작용시 크랙(crack)의 시점이 될 수 있다. 또한 확산층(30)의 Crystal Structure는 DO3 또는 BCC로 모재 마르텐사이트의 BCT와 유사하여 크랙 전파도 연속적으로 빠르게 증가할 수 있다.
따라서 상기와 같은 수소취성을 고려하여 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품은 상기 [식 1]로 정의되는 확산층(30) 분율이 60% 미만일 수 있다.
한편, 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)가 크면 클수록 크랙 전파에 취약하게 된다. 소수취성의 크랙 전파는 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)를 따라 전파되기 때문에 입계 크기가 크면 전파가 빠르게 진행되고 입계 크기가 작을수록 크랙 전파는 느리게 진행된다. 이러한 점을 고려하여 본 발명의 핫스탬핑 부품은 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)가 23㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
이하에서는 상술한 합금 원소 조성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 부품의 제조방법을 설명한다.
본 발명의 핫스탬핑 부품의 제조방법은 (a) 탄소(C): 0.27 ~ 0.33 중량%, 규소(Si): 0 초과 0.40 중량% 이하, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.60 중량%, 인(P): 0 초과 0.030 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.015 중량% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.60 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.1 중량% 이하, 및 붕소(B):0.0008 ~ 0.0050 중량%를 포함하는 블랭크를 준비하는 단계;(b) 상기 블랭크를 열처리하는 단계;(C) 상기 열처리된 블랭크를 성형 및 냉각하는 단계를 포함한다.
본 발명의 핫스탬핑 부품의 제조방법에 따른 핫스탬핑 부품은 Al-Si 도금층(20)을 포함하며, 상기 도금층(20)의 확산층(30) 두께와 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)는 수소지연파괴 발생여부와 관련이 있다. 따라서, 1.5GPa 이상의 인장강도를 갖는 핫스탬핑 부품을 제공하기 위해서는 제조 공정 중 상기 도금층(20)의 합금화도 및 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)를 제어하는 것이 필요하다.
본 발명의 핫스탬핑 부품의 제조방법은 상기 (a)단계에서 준비된 블랭크를 (b)단계에서 4~12℃/s의 속도로 승온시키며 830~880℃에서 3~20분간 열처리하는 것일 수 있다.
상기 설명한 도금층(20)의 확산층(30) 분율과 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)를 제어하기 위해 열처리 온도와 시간이 매우 중요하다. 열처리 온도는 낮을수록 확산속도가 느리고 열처리 시간이 짧을수록 확산량이 적어진다. 이를 위해 4~12℃/s의 속도로 승온시키고, 또한 1.5GPa의 핫스탬핑 강을 제공하기 위한 변태점을 고려하여 열처리하여야 하는데, 830~880℃에서 진행해야 조직이 고온에서 Full Austenite로 구성되고 급랭시 Full Martensite로 변태되어 1.5GPa의 인장강도를 제공할 수 있다. 아울러 양산라인에서 부품을 안정적으로 생산하기 위해서는 적어도 3분 이상의 열처리를 진행하여야 하며, 도금층(20)의 확산층(30) 분율과 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)를 고려하여 최대 20분 이내로 열처리하여야 한다.
열처리시 가열로의 이슬점을 -5℃ 이하로 유지할 수 있으며, 상기 가열로의 이슬점 제어를 통해서 가열로 내의 수분량을 감소시키면 수소 장입량을 감소시킬 수 있다.
이슬점 제어는 수소취성 방지를 위해 필수적인 공정 조건이다. 특히 우리나라처럼 4계절이 있고, 특히 여름에 습하기 때문에 가열로 내 습도제어가 되지 않는다면 강재내로 장입하는 수소양을 조절 할 수 없다. 가열로 내 존재하는 수분은 수소지연파괴를 발생시키는 수소의 소스이기 때문에 일정한 수준으로 제어하는 것이 필수적이다.
상기와 같이 열처리한 후 냉각하되 도금층(20)의 확산층(30) 분율과 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)를 고려하여 냉각온도가 되기까지 평균 냉각율이 적어도 10℃/s인 것일 수 있다. 냉각온도는 400~550℃일 수 있다.
상기 (C)단계에서 성형된 부품의 냉각 후 존재하는 제품 이외의 여분을 제거하는 트리밍을 실시할 수 있으며, 밀링 또는 레이저를 사용하여 트리밍할 수 있으며, 수소취성에 가장 안전하기로는 절단면에 응력이 가해지지않는 레이저 트리밍이다. 쉐어링 트리밍 하는 경우 쉐어링면에 크랙이 발생할 수 있으며 이 상태에서 응력이 인가되면 매우 빠르게 균열이 발생하게 된다. 밀링의 경우 수소지연파괴가 발생하지 않는데 부품의 트리밍 방법으로 적용하기 어려울 수 있다.
이러한 공정을 통하여 제조된 본 발명의 핫스탬핑 부품은 내수소취성이 향상되고 1.5GPa 이상의 인장강도를 제공할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예일뿐 본 발명의 범위가 이러한 실시예의 기재범위에 의하여 제한되는 것은 아니다. 여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예
탄소(C): 0.27 ~ 0.33 중량%, 규소(Si): 0 초과 0.40 중량% 이하, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.60 중량%, 인(P): 0 초과 0.030 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.015 중량% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.60 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.1 중량% 이하, 및 붕소(B):0.0008 ~ 0.0050 중량%의 합금조성을 갖는 핫스탬핑용 블랭크를 제작하였고, 이슬점 온도는 -5℃로 하였다. 4~12℃/s의 속도로 승온시키며 830~880℃에서 3~20분간 열처리한 후, 가열된 블랭크를 다이로 운반하고, 다이에서 스탬핑 하였으며, 400℃가 되기까지 적어도 10℃/s의 평균 냉각율로 냉각하여 핫스탬핑 부품을 제조하였다. 실시예 1의 미세조직을 관찰한 사진 및 도금층(20)과 확산층(30) 분포 그래프는 도 1과 같다.
비교예
상기 실시예에서 가열온도를 900~950℃로 하였으며, 냉각시 적어도 30℃/s의 평균 냉각율로 냉각하여 핫스탬핑 부품을 제조하였다. 제조된 시편의 미세조직을 관찰한 사진은 도 2와 같다.
실험예 1
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 시편의 도금층(20) 총 두께 및 확산층(30) 두께와 그에 따른 확산층(30) 분율과 수소지연파괴 발생여부를 하기 표 1에 나타내었다. 수소지연파괴 평가는 도 3에서와 같이 4점 굽힘시험으로 평가하였다.
구분 Diffusion layer 두께(㎛) 도금층 총 두께(㎛) Diffusion layer 분율(%) 수소지연파괴 발생 여부
실시예1 2 21 9.5 발생안됨
실시예2 7.5 25.9 29 발생안됨
실시예3 9.1 26.8 34 발생안됨
실시예4 9.2 27.1 34 발생안됨
실시예5 10.7 26.8 40 발생안됨
실시예6 11.4 26.5 43 발생안됨
실시예7 13.3 27.1 49 발생안됨
실시예8 15.0 32.6 46 발생안됨
비교예1 10 26 38.5 발생됨
비교예2 18.4 30.7 60 발생됨
비교예3 19.0 31.7 60 발생됨
비교예4 21.8 35.2 62 발생됨
비교예5 37.1 40.8 91 발생됨
비교예6 38.0 39.6 96 발생됨
실험예 2
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 시편의 모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)와 수소지연파괴 발생여부를 하기 표 2에 나타내었다. 수소지연파괴 평가는 도 3에서와 같이 4점 굽힘시험으로 평가하였다.
구분 Prior Austenite Grain Size(㎛) 수소지연파괴 발생 여부
실시예9 9.66 발생안됨
실시예10 11.32 발생안됨
실시예11 12.87 발생안됨
실시예12 14.32 발생안됨
실시예13 16.62 발생안됨
실시예14 20.63 발생안됨
실시예15 22.39 발생안됨
비교예7 23.71 발생됨
비교예8 28.12 발생됨
비교예9 29.02 발생됨
비교예10 31.42 발생됨
실험예 3
상기 실시예 및 비교예에서 제조된 시편을 다음 표 3과 같이 트리밍 방법을 달리하였으며, 그 결과는 하기 표 3 및 도 4와 같다. 수소지연파괴 평가는 도 3에서와 같이 4점 굽힘시험으로 평가하였다.
구분 트리밍 방법 수소지연파괴 발생 여부
실시예16 Laser 발생안됨
실시예17 Milling 발생안됨
비교예11 Shearing 발생됨
실험예 4
상기 실시예 및 비교예에서 열처리 온도를 다음 표 4와 같이 하여 제조된 시편의 수소지연파괴 발생여부를 나타내었다. 수소지연파괴 평가는 도 3에서와 같이 4점 굽힘시험으로 평가하였다.
구분 열처리온도(℃) 열처리시간(분) 수소지연파괴 발생 여부
실시예18 870 5 발생안됨
실시예19 870 10 발생안됨
실시예20 870 20 발생안됨
비교예12 900 20 발생됨
비교예13 930 10 발생됨
비교예14 930 20 발생됨
비교예15 950 10 발생됨
비교예16 950 20 발생됨
10 : 모재
20 : 도금층
30 : 확산층

Claims (10)

  1. 탄소(C) 0.27 ~ 0.33 중량%, 규소(Si) 0 초과 0.40 중량% 이하, 망간(Mn) 1.10 ~ 1.60 중량%, 인(P) 0 초과 0.030 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.015 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.10 ~ 0.60 중량%, 티타늄(Ti) 0 초과 0.1 중량% 이하, 및 붕소(B) 0.0008 ~ 0.0050 중량%를 포함하며, 인장강도가 1.5GPa 이상인 핫스탬핑 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    Al-Si 도금층을 구비하며, 하기 [식 1]의 확산층 분율이 60% 미만인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품.
    [식 1]
    Figure pat00004
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)는 23㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품.
  4. (a) 탄소(C): 0.27 ~ 0.33 중량%, 규소(Si): 0 초과 0.40 중량% 이하, 망간(Mn): 1.10 ~ 1.60 중량%, 인(P): 0 초과 0.030 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.015 중량% 이하, 크롬(Cr): 0.10 ~ 0.60 중량%, 티타늄(Ti): 0 초과 0.1 중량% 이하, 및 붕소(B):0.0008 ~ 0.0050 중량%를 포함하는 블랭크를 준비하는 단계;
    (b) 상기 블랭크를 열처리하는 단계;
    (C) 상기 열처리된 블랭크를 성형 및 냉각하는 단계를 포함하는 핫스탬핑 부품의 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    (b)단계는 4~12℃/s의 속도로 승온시키며 830~880℃에서 3~20분간 열처리하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품의 제조방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    (b)단계는 가열로의 이슬점을 -5℃ 이하로 유지하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품의 제조방법.
  7. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    (C)단계에서 레이저 트리밍을 포함하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품의 제조방법.
  8. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    (C)단계에서 평균 냉각율이 적어도 10℃/s인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품의 제조방법.
  9. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    Al-Si 도금층을 구비하며, 하기 [식 1]의 확산층(Diffusion layer) 분율이 60% 미만인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품의 제조방법.
    [식 1]
    Figure pat00005
  10. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    모재의 결정입계의 크기(Prior Austenite Grain Size)가 23㎛ 이하가 되도록 하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품의 제조방법.
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JP5626389B2 (ja) * 2013-03-07 2014-11-19 新日鐵住金株式会社 靭性及び耐水素脆化特性に優れた高強度ホットスタンピング成形品
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