KR20220075414A - 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체 - Google Patents

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KR20220075414A
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유키 스즈키
하루히코 에구치
요시나리 야노
다카시 아라마키
소시 후지타
다이스케 마에다
신고 후지나카
히데아키 이리카와
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체는, 소정의 화학 조성을 갖고, 표층 영역에 있어서의 Sn 농도가, 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4 위치에 있어서의 Sn 농도의 0.90∼1.10배이다. 본 발명의 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체는, 핫 스탬프가 되는 테일러드 블랭크의 저강도재로서 요망되는 강도 및 연성을 갖고, 또한 장시간 부식 환경에 노출된 경우라도 우수한 내식성을 갖는다.

Description

핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체
본 발명은, 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다. 구체적으로는, 본 발명은 차체의 경량화 및 충돌 안전성 향상에 기여하는, 충돌 시의 변형 특성 및 내식성이 우수한 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다.
본원은, 2019년 11월 13일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2019-205439호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
근년, 차체 경량화 및 충돌 안전성 향상의 요청으로부터, 자동차에 사용되는 차체 부품에는 고강도 강판의 적용이 확대되고 있다. 차체 부품은 프레스 성형에 의해 성형되기 때문에, 프레스 성형성의 향상, 특히 형상 동결성의 향상이 과제로 된다. 그 때문에, 형상 정밀도가 우수한 고강도의 차체 부품을 제조하는 방법으로서, 핫 스탬프 공법이 주목받고 있다.
또한, 근년, 핫 스탬프 공법에 테일러드 블랭크를 적용하는 기술이 검토되고 있다. 테일러드 블랭크란, 판 두께, 화학 조성 및 금속 조직 등이 다른 강판을 용접에 의해 접합한 것이고, 접합한 1매의 블랭크 중의 특성을 부분적으로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 어떤 부분의 강도를 높여서 변형을 억제하고, 다른 부분의 강도를 저감하여 변형시킴으로써, 충격을 흡수시킬 수 있다.
핫 스탬프 공법에 테일러드 블랭크를 적용하는 기술로서는, 핫 스탬프 후에 저강도가 되는 강판(저강도재)과, 핫 스탬프 후에 고강도가 되는 강판(고강도재)을 용접에 의해 접합한 테일러드 블랭크를 사용하는 기술이 있다. 핫 스탬프 후에 고강도가 되는 강판으로서는, 예를 들어 특허문헌 1에 개시되는 것과 같은 강판을 사용할 수 있다. 핫 스탬프 후에 저강도가 되는 강판에 대해서는, 핫 스탬프에 의한 금형 냉각 후에 저강도가 되도록, 강의 화학 조성을 조정하면 된다.
테일러드 블랭크를 핫 스탬프하여 제조된, 저강도의 부분을 갖는 부품은, 센터 필러의 하부에 사용되는 경우가 많다. 센터 필러의 하부에 사용되는 부품에는, 내식성이 요구된다. 종래 기술에서는, 상기와 같은 부품에 있어서 내식성을 얻기 위해서, 왁스나 실러 등의 부자재를 사용하여, 부식하기 쉬운 단부면 등을 커버하여 내식성을 담보하고 있었다. 그러나, 부자재를 도포하기 위해서는 부품 형상에 제약이 발생하고 있었다. 또한, 부품 형상에 따라서는 부자재를 도입할 수 없고, 차체의 일부가 부식되는 경우도 있었다.
일반적으로, 내식성을 향상시키기 위해서는, 강판에 Sn을 함유시키는 것이 유효한 것이 알려져 있다. 그러나, 특허문헌 2 및 3에 기재된 것과 같이, Sn은 산화 용이 원소이기 때문에, 강판의 표층에 농화해 버린다는 지견이 있다. Sn이 강판 표층에 농화한 경우에는, 강판 표층의 내식성은 향상된다. 그러나, 부식 피트가 표층의 Sn 농화층보다도 깊이 생성한 때에는, Sn에 의한 부식 억제의 효과를 얻지 못하는 경우가 있다. 또한, 장시간 부식 환경에 노출되면, 부식 피트가 강판의 심부에까지 발전하고, 판 두께가 크게 감소하는 부위가 발생하는 경우가 있다.
일본 특허 공개2004-197213호 공보 일본 특허 공개2012-255184호 공보 일본 특허 공개2002-206139호 공보
상기 과제를 감안하여, 본 발명에서는, 장시간 부식 환경에 노출된 경우라도 우수한 내식성이 얻어지는 핫 스탬프 성형체, 그리고 그 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있는 핫 스탬프용 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 핫 스탬프되는 테일러드 블랭크의 저강도재로서 요망되는 강도 및 연성을 갖는 핫 스탬프 성형체, 그리고 그 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있는 핫 스탬프용 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같이, 내식성을 향상시키기 위하여 강판에 Sn을 함유시켜도, Sn이 강판의 표층에 농화되어 버려, 장시간 부식 환경에 노출되는 등에 의해 부식 피트가 표층의 Sn 농화층보다도 깊이 생성한 때에는, Sn에 의한 부식 억제의 효과를 얻지 못하는 경우가 있다. 그 이유는 분명치는 않지만, Sn 농화층이 생성된 경우, Sn 농화층 바로 아래의 깊이 위치로부터, 표층으로부터 20㎛ 정도의 깊이 위치까지의 범위에 Sn 결핍층이 발생하고 있을 가능성이 있고, 부식 피트가 Sn 결핍층에 도달해 버림으로써, 부식의 진행이 촉진되는 것을 생각할 수 있다.
본 발명자들은, Sn을 강판에 균일하게 분산시켜, 장시간 부식 환경에 노출된 경우라도 Sn에 의한 부식 억제의 효과를 얻기 위해서는, 열간 압연 시의 소정의 온도역에 있어서의 산화 시간을 억제하는 것이 유효한 것을 알아내었다. 구체적으로는, 본 발명자들은, 열간 압연 시의 조압연의 온도역에 상당하는 1050∼1150℃의 온도역에서의 산화 시간을 억제하는 것이 유효한 것을 알아내었다.
Sn은, 1200℃ 이상의 고온에서는 산화 시에 스케일 중에 도입되기 때문에, 강판의 표면으로의 농화가 발생하기 어렵다. 한편, Sn은, 1050∼1150℃의 온도역에 있어서, 산화 시에 스케일과 지철의 계면의 지철측에 농화한다. 그래서, 강판의 표층에 Sn을 농화시키지 않기 위해서는, 상기 온도역에서 장시간 산화시키지 않도록 하는 것이 유효하다.
열간 압연의 각 패스 전에는, 디스케일링이 행하여진다. 그래서, 산화 시간을 제어하기 위해서는, 본 발명자들은, 열간 압연의 1050∼1150℃의 온도역에 있어서, 압연과 압연 사이의 시간(패스 사이 시간)을 제어하는 것이, 산화 시간을 제어하기 위하여 유효한 것을 알아내었다. 그리고, 본 발명자들은, 열간 압연에 있어서, 1050∼1150℃의 온도역에 있어서의 최대 패스 사이 시간을 120초 이하로 함으로써, Sn의 표층 농화를 억제할 수 있는 것을 알아내었다. 아울러, 본 발명자들은, 1050∼1150℃의 온도역에 있어서, 디스케일링 하는 것이 유효한 것도 알아내었다.
상기 지견에 기초하여 이루어진 본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 본 발명의 일 양태에 관한 핫 스탬프용 강판은, 화학 조성이, 질량％로,
C: 0.035∼0.100％,
Si: 0.005∼0.500％,
Mn: 0.10∼2.00％,
Al: 0.010∼0.080％,
Sn: 0.005∼0.200％,
P: 0.030％ 이하,
S: 0.0100％ 이하,
N: 0.0100％ 이하,
Cr: 0∼1.00％,
Mo: 0∼1.00％ 및
B: 0∼0.0050％를
함유하고, 또한,
Ti: 0.005∼0.100％,
Nb: 0.015∼0.100％,
V: 0.005∼0.100％ 및
Zr: 0.005∼0.100％로
이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하고,
잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,
표층 영역에 있어서의 Sn 농도가, 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4 위치에 있어서의 Sn 농도의 0.90∼1.10배이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Cr: 0.005∼1.00％ 및
Mo: 0.005∼1.00％ 중 1종 또는 2종을 함유해도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 상기 화학 조성이, 질량％로, B: 0.0002∼0.0050％를 함유해도 된다.
(4) 상기 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 상기 표면 상에 도금층을 가져도 된다.
(5) 상기 (4)에 기재된 핫 스탬프용 강판은, 상기 도금층이 Al계 도금층이어도 된다.
(6) 본 발명의 다른 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 상기 (1)∼(3) 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖고, 강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도가, 상기 강판의 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4 위치에 있어서의 Sn 농도의 0.90∼1.10배여도 된다.
(7) 상기 (6)에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 상기 표면 상에 도금층을 가져도 된다.
(8) 상기 (7)에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 상기 도금층이 Al계 도금층이고, 상기 Al계 도금층 중에 존재하는 확산층 중의 Sn 농도가, 상기 강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도의 1.05배 이상이어도 된다.
본 발명에 관한 상기 양태에 의하면, 핫 스탬프되는 테일러드 블랭크의 저강도재로서 요망되는 강도 및 연성을 갖고, 또한 장시간 부식 환경에 노출된 경우라도 우수한 내식성이 얻어지는 핫 스탬프 성형체, 그리고 그 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있는 핫 스탬프용 강판을 제공할 수 있다.
본 발명에 관한 상기 양태는, 충돌 시의 변형 특성 및 내식성이 우수한 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있고, 자동차 차체의 경량화 및 충돌 안전성의 향상에 기여한다.
이하, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체에 대하여 상세하게 설명한다. 먼저, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 화학 조성의 한정 이유에 대하여 설명한다.
또한, 이하에 기재하는 「∼」를 사이에 넣어서 기재되는 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다. 「미만」, 「초과」라고 나타내는 수치에는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다. 화학 조성에 관한 ％는 모두 질량％를 나타낸다.
[핫 스탬프용 강판]
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판은, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.035∼0.100％, Si: 0.005∼0.500％, Mn: 0.10∼2.00％, Al: 0.010∼0.080％, Sn: 0.005∼0.200％, P: 0.030％ 이하, S: 0.0100％ 이하, N: 0.0100％ 이하, Cr: 0∼1.00％, Mo: 0∼1.00％ 및 B: 0∼0.0050％를 함유하고, 또한, Ti: 0.005∼0.100％, Nb: 0.015∼0.100％, V: 0.005∼0.100％ 및 Zr: 0.005∼0.100％로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다.
이하, 각 원소에 대하여 상세하게 설명한다.
C: 0.035∼0.100％
C는, 핫 스탬프 후의 핫 스탬프용 강판(핫 스탬프 성형체)의 강도에 크게 영향을 미치는 원소이다. C 함유량이 낮으면, 핫 스탬프 성형체의 강도가 낮아지고, 충돌 시의 에너지 흡수량이 작아진다. 그 때문에, C 함유량은 0.035％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.040％ 이상, 0.045％ 이상이다.
한편, C 함유량이 높으면, 핫 스탬프 성형체의 강도가 너무 높아지고, 충돌 시의 변형 시에 균열이 발생하는 경우가 있다. 그 때문에, C 함유량은 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.090％ 이하, 0.085％ 이하이다.
Si: 0.005∼0.500％
Si는, 고용 강화형의 합금 원소이고, 핫 스탬프 성형체의 강도를 확보하기 위하여 필요한 원소이다. Si 함유량이 현저하게 낮은 경우에는, 이 효과를 얻을 수 없기 때문에, Si 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.010％ 이상, 0.015％ 이상이다.
한편, Si 함유량이 0.500％를 초과하면, 표면 스케일의 문제가 발생한다. 즉, 열간 압연 시에 생성되는 스케일을 산세한 후에, 표면 요철에 기인한 모양이 발생하여, 표면 외관이 열위가 된다. 또한, 강판 표면에 도금 처리를 행하는 경우에는, Si 함유량이 높으면 도금성이 열화된다. 그 때문에, Si 함유량은 0.500％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.480％ 이하, 0.450％ 이하, 0.400％ 이하이다.
Mn: 0.10∼2.00％
Mn은, 핫 스탬프 성형체의 강도 및 강의 ??칭성을 향상시키는 원소이다. Mn 함유량이 0.10％ 미만이면, 핫 스탬프 성형체에 있어서 충분한 강도를 얻을 수 없다. 그 때문에, Mn 함유량은 0.10％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.20％ 이상, 0.40％ 이상, 0.70％ 이상, 1.00％ 이상이다.
한편, 2.00％를 초과하여 Mn을 함유시켜도 상기 효과가 포화하기 위해서, Mn 함유량은 2.00％ 이하로 한다. 바람직하게는, 1.80％ 이하, 1.60％ 이하이다.
Al: 0.010∼0.080％
Al은, 용강의 탈산재로서 사용되는 원소이다. 용강을 충분히 탈산시키기 위해서, Al 함유량은 0.010％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.020％ 이상, 0.030％ 이상이다.
한편, Al 함유량이 0.080％를 초과하면, 비금속 개재물이 많이 형성되고, 제품에 표면 흠이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, Al 함유량은 0.080％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.070％ 이하, 0.060％ 이하이다.
Sn: 0.005∼0.200％
Sn은 핫 스탬프 성형체의 내식성을 향상하기 위하여 필요한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서, Sn 함유량은 0.005％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.015％ 이상, 0.030％ 이상, 0.045％ 이상, 0.060％ 이상이다.
한편, 0.200％ 초과의 Sn을 함유시켜도 상기 효과는 포화하기 때문에, Sn 함유량은 0.200％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.180％ 이하, 0.160％ 이하이다.
P: 0.030％ 이하
P는, 고용 강화형의 합금 원소이고, 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키기 위하여 유용한 원소이다. 그러나, P 함유량이 0.030％를 초과하면, 용접 균열성 및 인성에 악영향을 미치게 한다. 그 때문에, P 함유량은 0.030％ 이하로 제한한다. 바람직하게는, 0.020％ 이하이다.
P 함유량의 하한은 특별히 규정하지 않지만, P 함유량을 과도하게 저감하면 정련 비용이 증가하기 때문에, P 함유량은 0.001％ 이상으로 해도 된다.
S: 0.0100％ 이하
S는, 강 중의 비금속 개재물에 영향을 미쳐서 핫 스탬프 성형체의 연성을 열화시킨다. 그 때문에, S 함유량은 0.0100％ 이하로 제한한다. 바람직하게는, 0.0080％ 이하, 0.0050％ 이하이다.
S 함유량의 하한은 특별히 규정하지 않지만, S 함유량을 과도하게 저감하면 탈황 공정의 제조 비용이 증가하기 때문에, S 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
N: 0.0100％ 이하
N은 불순물로서 강 중에 함유되는 원소이고, N 함유량이 0.0100％를 초과하면 질화물의 조대화에 의해, 핫 스탬프 성형체의 연성이 열화되는 경우가 있다. 그 때문에, N 함유량은 0.100％ 이하로 제한한다. 바람직하게는, 0.0080％ 이하, 0.0060％ 이하이다.
N 함유량의 하한은 특별히 규정하지 않지만, N 함유량을 과도하게 저감하면 제강 공정의 제조 비용이 증가하기 때문에, N 함유량은 0.0010％ 이상으로 해도 된다.
Ti: 0.005∼0.100％, Nb: 0.015∼0.100％, V: 0.005∼0.100％ 및 Zr: 0.005∼0.100％로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상
Ti, Nb, V 및 Zr은, 강 중에 탄질화물을 형성하고, 석출 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 이 효과를 발휘시키기 위해서, Ti: 0.005％ 이상, Nb: 0.015％ 이상, V: 0.005％ 이상 및 Zr: 0.005％ 이상의 1종 이상을 함유시킨다. 바람직하게는, Ti: 0.010％ 이상, Nb: 0.020％ 이상, V: 0.010％ 이상 및 Zr: 0.010％ 이상의 1종 이상이다.
한편, 이들의 원소 중 1종이라도 그 함유량을 0.100％ 초과로 한 경우에는, 다량으로 탄질화물이 생성하여 핫 스탬프 성형체의 연성이 저하된다. 그 때문에, Ti, Nb, V 및 Zr의 함유량은 각각 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는, 각각 0.080％ 이하이다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물이어도 된다. 불순물로서는, 강 원료 또는 스크랩으로부터 및/또는 제강 과정에서 불가피하게 혼입되고, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 특성을 저해하지 않는 범위에서 허용되는 원소가 예시된다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판은, Fe의 일부 대신에, 임의 원소로서, 이하의 원소를 함유해도 된다. 이하의 임의 원소를 함유하지 않는 경우의 함유량은 0％이다.
Cr: 0.005∼1.00％ 및 Mo: 0.005∼1.00％
Cr 및 Mo는 강의 ??칭성을 향상시키는 원소이고, 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 이 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서는, Cr 및 Mn의 어느 한쪽에서도 그 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 단, Cr 및 Mn의 어느 한쪽에서도 그 함유량이 1.00％를 초과하면, 열간 압연 후, 냉간 압연 후 또는 어닐링 후(도금 처리 후도 포함함)에 존재하는 탄화물이 안정화하고, 핫 스탬프 시의 가열에서의 탄화물의 용해를 늦춰서 ??칭성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Cr 및 Mo의 함유량은 각각 1.00％ 이하로 한다.
B: 0.0002∼0.0050％
B는, 프레스 성형(핫 스탬프) 중 혹은 프레스 성형 후의 냉각에서의 ??칭성을 향상시켜서 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키는 효과가 있기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 이 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서는, B 함유량은 0.0002％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 그러나, B를 과잉으로 함유시키면, 열간 압연 시에 균열이 발생하는 경우 및 상기 효과가 포화하는 경우가 있다. 그 때문에, B 함유량은 0.0050％ 이하로 한다.
상술한 원소 이외에도, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판은, Ni, Cu, W, Sb, As, Ca, REM 및 Y를 포함해도 된다. Ni, Cu 및 W의 함유량은 특별히 규제하지 않지만, 이들의 원소를 과도하게 함유하면 주조성이 저하되는 경우가 있기 때문에, 이들의 원소의 함유량은 각각 1.00％ 이하로 하는 것이 바람직하다. Sb 및 As 등의 불가피적으로 함유되는 경우가 있는 원소는, 과잉으로 함유하면 핫 스탬프 성형체의 연성이 열화되는 경우가 있기 때문에, 이들의 원소의 함유량은 합계로 0.100％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한 황화물의 형태 제어를 위하여 Ca, REM 및 Y를 함유시켜도 된다. 이들의 원소를 과도하게 함유시키면 핫 스탬프용 강판의 연성이 열화되는 경우가 있기 때문에, 이들의 원소의 함유량은 합계로 0.01％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
상술한 핫 스탬프용 강판의 화학 조성은, 일반적인 분석 방법에 의해 측정하면 된다. 예를 들어, ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)를 사용하여 측정하면 된다. 또한, C 및 S는 연소-적외선 흡수법을 사용하고, N은 불활성 가스 융해-열전도도법을 사용하여 측정하면 된다. 핫 스탬프용 강판이 표면에 도금층을 구비하는 경우에는, 기계 연삭에 의해 표면의 도금층을 제거하고 나서, 화학 조성의 분석을 하면 된다.
표층 영역에 있어서의 Sn 농도: 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4 위치에 있어서의 Sn 농도의 0.90∼1.10배
Sn이 핫 스탬프용 강판의 표층 영역에 농화하면, 부식 초기의 표층 영역의 내식성은 향상되지만, 장시간 부식 환경에 노출되는 것 등에 의해, Sn이 농화한 표층 영역보다도 부식 피트가 깊은 영역에 생성한 때에는, Sn에 의한 부식 억제의 효과가 얻어지기 어려워진다. 그래서, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도는, 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4 위치에 있어서의 Sn 농도(이하, 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도라고 기재하는 경우가 있음)의 0.90∼1.10배로 한다. 또한, 표층 영역이란, 핫 스탬프용 강판의 표면으로부터 판 두께 방향으로 5㎛ 위치∼표면으로부터 판 두께 방향으로 30㎛ 위치의 영역을 말한다.
표층 영역의 Sn 농도가, 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도의 1.10배 초과이면, 표층 영역에 Sn이 농화하고 있고, 장시간 부식 환경에 노출된 경우에 우수한 내식성을 얻을 수 없다. 그 때문에, 표층 영역의 Sn 농도는, 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도의 1.10배 이하로 한다. 바람직하게는 1.05배 이하이다.
한편, 표층 영역의 Sn 농도가 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도의 0.90배 미만이면, 부식 초기의 내식성이 저하되고, 부식 피트의 기점이 다수 형성되고, 결과로서 도막 팽창이 커져 버리기 때문에, 바람직하지 않다. 그 때문에, 표층 영역의 Sn 농도는, 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도의 0.90배 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.95배 이상이다.
Sn 농도의 측정 방법
Sn 농도의 측정에는, 전자 프로브 마이크로애널라이저(EPMA)를 사용한다.
표층 영역의 Sn 농도는, 핫 스탬프용 강판의 단부면으로부터 50mm 이상 이격된 임의의 위치(이 위치에 대하여 측정할 수 없는 경우에는 단부를 피한 위치)에 있어서의, 표면으로부터 판 두께 방향으로 5㎛ 위치∼표면으로부터 판 두께 방향으로 30㎛ 위치의 영역 Sn 농도를 측정한다.
판 두께 1/4 위치의 Sn 농도는, 표면으로부터 판 두께의 1/4 두께의 위치를 중심으로, 판 두께 방향으로 20㎛의 영역(표리 맞추어 판 두께 방향으로 40㎛의 영역)의 Sn 농도를 측정한다.
측정 방법은 매핑을 사용하여, 판면 방향으로 50㎛의 폭으로 상술한 측정을 행하고, 표층 영역 및 판 두께 1/4 위치에 있어서의, Sn 농도의 폭 방향의 평균값을 구한다. 이에 의해, 표층 영역의 Sn 농도 및 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도를 얻는다. 얻어진 표층 영역의 Sn 농도를 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도로 제산함으로써, 표층 영역의 Sn 농도가 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도의 몇배인지를 얻는다.
도금층
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판은, 내식성을 보다 향상시키는 목적으로, 강판 표면 상에 도금층을 갖고 있어도 된다. 도금층은, 예를 들어 용융 알루미늄 도금층 및 알루미늄-아연 도금층 등의 Al계 도금층, 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 전기 아연 도금층, 아연 니켈 도금층 등의 Zn계 도금층을 생각할 수 있다.
도금층은, 핫 스탬프용 강판의 어느 한쪽의 표면에 배치되어 있어도, 양면에 배치되어 있어도 된다. 부착량은 특별히 제한되지 않지만, Al계 도금층: 편면 15∼120g/㎡, 용융 아연 도금층: 편면 30∼120g/㎡, 합금화 용융 아연 도금층: 편면 30∼120g/㎡, 전기 아연 도금층 및 아연 니켈 도금층: 편면 5∼100g/㎡인 것이 바람직하다.
Al계 도금층을 갖는 핫 스탬프용 강판을 핫 스탬프한 경우에는, 핫 스탬프의 가열 시에, 강판으로부터 Al계 도금층에 Fe가 확산하고, Fe-Al 합금층이 발생한다. 이 Fe-Al 합금층 중, Al계 도금층의 표면측(강판과 반대측)에는 Fe-Al의 화합물층(일부에 Fe-Al-Si 합금층을 포함하는, Fe-Al 합금층)이 생성되고, Al계 도금층의 강판측에는 확산층이라고 불리는 층이 발생한다. 핫 스탬프 시의 가열 조건을 최적화하면, 확산층에 Sn을 농화시킬 수 있다. 이것은, 강판 중의 Fe와 Al계 도금층 중의 Al이 합금화할 때에 강판 중의 Fe가 Al계 도금층 중에 확산됨과 함께, 강판 중의 Sn도 Fe와 동시에 Al계 도금층 중에 확산되기 때문이다.
Al 도금층 중의 확산층에 Sn이 농화하면, 핫 스탬프 성형체의 내식성이 보다 향상된다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판은, 강판 표면 상에 Al계 도금층을 갖는 것이 바람직하다. 도금층의 부착량은, 편면당 10∼150g/㎡로 하면 된다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 Al계 도금층이란, 50질량％ 이상의 Al을 함유하는 도금층을 의미한다. Al 이외의 원소로서는, Si: 0.1∼20질량％, Fe: 0.1∼10질량％ 및 Zn: 0.1∼45질량％, 잔부(Cu, Na, K, Co, Ni, Mg 등): 0.5질량％ 미만 포함되어 있어도 된다.
또한, Zn계 도금층을 갖는 핫 스탬프용 강판을 핫 스탬프 한 경우에는, 핫 스탬프의 가열 시에, 강판으로부터 Zn계 도금층에 Fe가 확산하여 Fe-Zn 합금층이 발생한다. Fe-Zn 합금층으로서, Zn 고용체 상 및 캐피탈 감마(Γ)상 등이 발생한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 Zn계 도금층이란, 50질량％ 이상의 Zn을 함유하는 도금층을 의미한다. Zn 이외의 원소로서는, Si: 0.01∼20질량％, Fe: 0.1∼10질량％, Al: 0.01∼45질량％ 및 잔부(Cu, Na, K, Co, Ni, Mg 등): 0.5질량％ 미만 포함되어 있어도 된다.
도금층의 성분 분석은 이하의 방법에 의해 행한다.
핫 스탬프용 강판의 단부면으로부터 50mm 이상 이격된 임의의 위치(이 위치로부터 채취할 수 없는 경우에는 단부를 피한 위치)로부터 표면에 수직인 단면(판 두께 단면)을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 샘플의 크기는, 측정 장치에 따라 다르지만, 압연 방향으로 10mm 정도 관찰할 수 있는 크기로 한다.
상기 샘플을 수지에 매립하고, 연마한 후에, 판 두께 단면의 층 구조를, 주사 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)으로 관찰한다. 구체적으로는, 관찰 시야 중에 강판 및 도금층이 들어가는 배율로 SEM으로 관찰한다. 예를 들어, 반사 전자 조성상(COMPO상)으로 관찰하면, 단면 구조가 어떤 층으로 구성되어 있는지를 유추할 수 있다.
이어서, 전자 프로브 마이크로애널라이저(EPMA)를 사용하여, 판면 방향으로 50㎛, 판 두께 방향으로 도금층 두께+30㎛의 범위를 매핑으로 분석한다. 도금층이 Al계 도금층인 경우에는, 판면 방향의 Fe 농도 및 Al 농도의 각각의 평균값을 구한다. 이어서, 판 두께 위치와 Al 농도의 관계 및 판 두께 위치와 Fe 농도의 관계를 구한다. Al 농도 및 Fe 농도가, 강판의 Al 농도 및 Fe 농도와 동일 농도가 된 판 두께 위치를, 강판과 Al계 도금층과의 계면이라고 판단하면 된다. 여기에서 말하는 강판의 Al 농도 및 Fe 농도는, EPMA에 의한 측정으로 얻어지는 것이다.
또한, 도금층이 Zn계 도금층인 경우에는, 판면 방향의 Fe 농도 및 Zn 농도의 각각의 평균값을 구한다. 이어서, 판 두께 위치와 Zn 농도의 관계 및 판 두께 위치와 Fe 농도의 관계를 구한다. Zn 농도 및 Fe 농도가, 강판의 Zn 농도 및 Fe 농도와 동일 농도가 된 판 두께 위치를, 강판과 Zn계 도금층과의 계면이라고 판단하면 된다. 여기에서 말하는 강판의 Zn 농도 및 Fe 농도는, EPMA에 의한 측정으로 얻어지는 것이다.
본 실시 형태에서는, 핫 스탬프용 강판이 도금층을 갖는 경우에도, 핫 스탬프용 강판에 있어서의 Sn의 분포 상태는, 도금층을 갖지 않는 경우와 마찬가지이다. 즉, 핫 스탬프용 강판이 도금층을 갖는 경우에도, 강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도는, 강판 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4 위치에 있어서의 Sn 농도의 0.90∼1.10배이다.
핫 스탬프용 강판이 Al계 도금층을 갖는 경우에 있어서의 Sn 농도의 측정에서는, 도금층의 성분 분석 시와 마찬가지로, Fe 농도 및 Al 농도가 강판과 동일 농도가 된 위치를 강판과 Al계 도금층의 계면이라고 판단하여, Sn 농도의 측정을 행하면 된다. 또한, 핫 스탬프용 강판이 Zn계 도금층을 갖는 경우에 있어서의 Sn 농도의 측정에서는, Fe 농도 및 Zn 농도가 강판과 동일 농도가 된 위치를 강판과 Zn계 도금층의 계면이라고 판단하여, Sn 농도의 측정을 행하면 된다.
[핫 스탬프 성형체]
이어서, 상술한 핫 스탬프용 강판을 사용하여 제조한, 핫 스탬프 성형체에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 상술한 핫 스탬프용 강판의 화학 조성과 동일한 화학 조성을 갖는다. 핫 스탬프 성형체의 화학 조성은, 핫 스탬프용 강판 시와 마찬가지의 방법에 의해 측정하면 된다.
핫 스탬프 성형체의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도는, 강판의 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4 위치에 있어서의 Sn 농도의 0.90∼1.10배이다. 이것은, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도와 마찬가지이다. 또한, 핫 스탬프 성형체의 표층 영역이란, 핫 스탬프 성형체의 표면으로부터 판 두께 방향의 5㎛ 위치∼표면으로부터 판 두께 방향의 30㎛ 위치의 영역을 말한다.
표층 영역의 Sn 농도가, 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도의 1.10배 초과이면, 표층 영역에 Sn이 농화하고 있고, 장시간 부식 환경에 노출된 경우에 우수한 내식성을 얻을 수 없다. 그 때문에, 표층 영역의 Sn 농도는, 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도의 1.10배 이하로 한다. 바람직하게는 1.05배 이하이다.
한편, 표층 영역의 Sn 농도가, 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도의 0.90배 미만이면, 부식 초기의 내식성이 저하되고, 부식 피트의 기점이 다수 형성되고, 결과로서 도막 팽창이 커져 버리기 때문에, 바람직하지 않다. 그 때문에, 표층 영역의 Sn 농도는, 판 두께 1/4 위치의 Sn 농도의 0.90배 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.95배 이상이다.
핫 스탬프 성형체는, 핫 스탬프용 강판과 마찬가지로, 내식성을 보다 향상시키는 목적으로, 표면에 도금층을 갖고 있어도 된다. 도금층은, 예를 들어 용융 알루미늄 도금층 및 알루미늄-아연 도금층 등의 Al계 도금층, 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 전기 아연 도금층, 아연 니켈 도금층 등의 Zn계 도금층을 생각할 수 있다.
도금층은, 핫 스탬프 성형체의 어느 한쪽의 표면에 배치되어 있어도, 양면에 배치되어 있어도 된다. 핫 스탬프의 가열 시점에서 강판 중의 Fe가 도금층 중에 확산하기 때문에, 이들의 도금층은 도금 금속 및 Fe의 합금이 된다.
핫 스탬프 성형체의 화학 조성, Sn 농도의 측정 및 도금층의 분석은, 핫 스탬프용 강판과 마찬가지의 방법에 의해 행하면 된다.
표면에 Al계 도금층을 갖는 핫 스탬프용 강판에 핫 스탬프를 실시한 경우에는, Al계 도금층은 Fe-Al 합금층이 되고, 일부는 Fe-Al-Si 합금층이 된다. Al계 도금층 중에는, Al계 도금층과 강판의 계면 근방에, 결정 구조가 bcc인 Fe에 Al이 고용한 확산층이라고 불리는 층이 발생한다. 즉, Al계 도금층은, 구체적으로는, Fe-Al 합금층(일부는 Fe-Al-Si 합금층) 및 확산층으로 이루어진다. 표면에 Al계 도금층을 갖는 핫 스탬프 성형체의 층 구조는, 표면으로부터 순으로, 일부에 Fe-Al-Si 합금층을 포함하는 Fe-Al 합금층, 확산층, 지철(강판)이 된다.
Al계 도금층 중에 존재하는 확산층 중의 Sn 농도를, 강판의 표층 영역의 Sn 농도보다도 농화시키면, 핫 스탬프 성형체에 있어서 내식성을 보다 한층 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, Al계 도금층 중에 존재하는 확산층 중의 Sn 농도를, 강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도의 1.05배 이상으로 함으로써, 핫 스탬프 성형체의 내식성을 보다 한층 향상시킬 수 있다. 확산층 중의 Sn 농도는, 강판의 표층 영역의 Sn 농도의 1.10배 이상, 1.20배 이상이 바람직하다.
확산층 중의 Sn 농도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 강판의 표층 영역의 Sn 농도의 1.70배 이하, 1.50배 이하로 해도 된다.
확산층 중의 Sn 농도 및 강판의 표층 영역의 Sn 농도는, EPMA를 사용하여, 도금 최표면으로부터 도금 두께(㎛)+30㎛의 깊이까지 측정하여 얻는다. 그 밖의 조건은, 상술한 Sn 농도의 측정 방법과 동일하다.
또한, 확산층은, Al계 도금층 중, Al 농도가 30질량％ 이하가 된 판 두께 위치로부터, Al계 도금층과 강판의 계면까지의 영역을 의미한다.
판 두께, 인장 강도 및 전체 신율
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체의 판 두께는 특별히 규정하지 않지만, 차체 경량화의 관점에서, 0.5∼3.5mm로 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 핫 스탬프가 되는 테일러드 블랭크의 저강도재로서 요망되는 인장(최대) 강도를 갖는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 핫 스탬프 성형체의 인장 강도는, 450∼1200MPa인 것이 바람직하다.
전체 신율은, 인장 강도가 450∼700MPa인 경우에는 10％ 이상, 인장 강도가 700MPa 초과, 800MPa 이하인 경우에는 7％ 이상, 800MPa 초과, 1000MPa 이하인 경우에는 6％ 이상, 1000MPa 초과, 1200MPa 이하인 경우에는 5％ 이상인 것이 바람직하다.
인장 강도 및 전체 신율은, JIS Z 2241: 2011에 준거하여 인장 시험을 행함으로써 얻으면 된다.
[제조 방법]
이어서, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.
본 실시 형태에서는, 강판의 표층 영역에 Sn이 농화하는 요인인, Sn의 산화를 억제함으로써, 강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도를 제어하는 것이 중요하다.
열간 압연에 제공하는 강편(강재)은, 통상의 방법으로 제조한 강편이면 되고, 예를 들어 연속 주조 슬래브, 박 슬래브 캐스터 등의 일반적인 방법으로 제조한 강편이면 된다. 전술한 화학 조성을 갖는 강편을 열간 압연에 제공한다. 강판 중에 균일하게 Sn을 분산시키기 위해서, 열간 압연 시는, 조압연의 온도역에 상당하는, 1050∼1150℃의 온도역에 있어서의 산화 시간을 억제한다.
Sn은 1200℃ 이상의 고온에서는 산화 시에 스케일 중에 도입되기 때문에, 강판의 표면으로의 농화가 발생하기 어렵다. 한편, 1050∼1150℃의 온도역에서는 Sn은 산화 시에 스케일과 지철의 계면의 지철측에 농화하기 때문에, 이 온도역에서 장시간 산화시키지 않도록 할 필요가 있다. 역산화 원소인 Sn의 산화에 수반하는 표층 영역으로의 농화를 억제함으로써, Sn의 균일한 분산 상태를 유지할 수 있다.
열간 압연에 제공하는 강편(강재)은, 1200∼1400℃의 온도역에 가열하고 나서, 열간 압연에 제공하면 된다.
산화 시간의 억제는, 1050∼1150℃의 온도역에 있어서의 최대 패스 사이 시간 및 디스케일링에 의해 제어할 수 있다. 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 제조 방법에 있어서는, 열간 압연에 있어서의 각 패스 전에는, 디스케일링이 행하여진다. 산화 시간을 제어하기 위해서는, 열간 압연의 1050∼1150℃의 온도역에 있어서, 압연과 압연 사이의 시간의 최댓값(최대 패스 사이 시간)을 제어함과 함께 각 패스 전에 디스케일링을 행하는 것이 유효하다. 열간 압연에 있어서, 1050∼1150℃의 온도역에 있어서의 최대 패스 사이 시간을 120초 이하로 함으로써, Sn의 표층 농화를 억제할 수 있다. 패스 사이 시간이 120초 초과인 패스 사이가 하나라도 있으면, 표층 영역에 Sn이 농화되어 버린다.
디스케일링의 조건으로서는, 예를 들어 노즐 1개당의 분사수량을 10∼100L/min, 토출 압력을 6MPa 이상, 폭 방향에 있어서의 노즐 간격을 150∼350mm로 하는 것이 바람직하다. 토출 압력은, 12MPa 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.
1050∼1150℃의 온도역에 있어서, 각 패스 전에 디스케일링을 행하고, 또한 패스 사이 시간을 제어함으로써, Sn으로의 산소 공급원이 되는 스케일을 제거할 수 있다. 그 결과, 강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도를 저감할 수 있다. 디스케일링에는, 강판 온도를 관리하는 의의도 있다. 가공 발열에 의한 온도 상승에서, 1050∼1150℃의 온도역에 정류하는 시간을 필요 이상으로 오래 끄는 일이 없도록, 디스케일링은, 압연의 패스 전 뿐만 아니라, 압연의 패스 후에도 행해도 된다.
강판 온도가 1050℃ 미만이 되면, 산화 반응에 의한 Sn의 표층 농화는 발생하기 어렵다. 강판 온도가 저하되고, Sn의 확산이 발생하기 어려워지기 때문이라고 추정된다. 그 때문에, 1050℃ 미만의 온도역에 있어서의 최대 패스 사이 시간 및 디스케일링을 제어할 필요는 없다.
마무리 압연 완료 온도는, 생산성을 저해하지 않는 온도역이면 되고, 800∼1000℃로 하면 된다. 마찬가지의 관점에서, 권취 온도는 400∼800℃로 하면 된다. 이에 의해, 열연 강판을 얻는다.
또한, 본 실시 형태에서는, 생산 비용 억제의 관점에서, 권취 후, 보온 커버 및 보온고 등을 사용하여, 코일의 상태에서의 서랭은 행하지 않는 것이 바람직하다.
얻어진 열연 강판에 대하여, 냉간 압연을 행한다. 냉간 압연 시의 누적 압하율은, 생산성을 저해하지 않는 범위이면 되고, 30∼80％로 하면 된다. 이에 의해, 냉연 강판을 얻는다.
얻어진 냉연 강판에 대하여 연질화시키기 위하여 어닐링을 실시해도 된다. 어닐링 후에는, 조질 압연을 실시하는 것이 바람직하다. 강판의 조질 압연에 있어서의 압하율은, 생산성을 저해하지 않는 범위이면 되고, 2％ 이하로 하면 된다. 형상 교정을 위해서, 텐션 레벨러를 사용해도 된다.
냉연 강판에 대하여, 필요에 따라, 알루미늄 도금 및 알루미늄-아연 도금 등의 Al계 도금, 혹은 Zn계 도금을 실시해도 된다. 도금의 조성은 알루미늄이나 아연이 주성분이지만, 내식성 향상을 위하여 Ni 등의 원소를 첨가해도 된다. 또한, 도금에는, 불순물로서 철 등의 원소가 함유되어 있어도 된다.
도금을 부여하는 방법은, 통상의 방법에서 문제없다. 알루미늄 도금이면, 욕 중 Si 농도는 5∼12질량％, 잔부는 알루미늄 및 0.5％ 미만의 불순물이 적합하다. 알루미늄-아연 도금에서는, 욕 중 Zn 농도는 40∼50질량％, 잔부는 알루미늄 및 0.5％ 미만의 불순물이 적합하다. 또한, 알루미늄 도금 중에 Mg나 Zn이 혼재해도, 알루미늄-아연 도금 중에 Mg가 혼재해도 특별히 문제는 없다. 도금 부여 시의 분위기는, 무산화로를 갖는 연속식 도금 설비에서도, 무산화로를 갖지 않는 연속식 도금 설비에서도, 통상의 도금 조건으로 하면 된다. 아연 도금에서는, 용융 아연 도금, 전기 아연 도금, 합금화 용융 아연 도금 등의 방법을 채용해도 된다.
도금 전에 강판 표면에 금속 프리 도금을 실시해도 된다. 금속 프리 도금으로서는, Ni 프리 도금, Fe 프리 도금 및 그 밖의 도금성을 향상시키는 금속 프리 도금을 들 수 있다. 또한, 도금층 표면에 이종의 금속 도금이나 무기계, 유기계 화합물의 피막 등을 부여해도 특별히 문제는 없다.
이상의 방법에 의해, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판을 얻는다.
이어서, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 상술한 방법에 의해 얻어진 핫 스탬프용 강판에 대하여, 예를 들어 이하의 핫 스탬프 조건을 적용함으로써 얻을 수 있다.
먼저, 핫 스탬프용 강판을 Ac3 변태점∼1000℃의 온도역으로 가열하고, 당해 온도역에서 0.1∼30.0분간 유지한 후, 빠르게 금형 상에 반송하여, 프레스 성형(핫 스탬프)을 행한다. 그 후, 강판을 가압하여, 강판과 금형의 열 전달에 의해, 프레스 성형 후의 강판을 금형 내에서 250℃ 이하의 온도역까지 냉각한다.
Ac3 변태점∼1000℃의 온도역까지의 평균 가열 속도는, 0.1∼200℃/s로 하면 된다. 금형 내에서의 평균 냉각 속도는, 핫 스탬프 후에 마르텐사이트를 주상으로 하는 금속 조직(마르텐사이트의 면적률이 80％ 이상)을 얻는 경우에는 마르텐사이트 변태가 발생하는 임계 냉각 속도 이상으로 할 필요가 있다. 임계 냉각 속도는, 강판의 화학 조성에 의해 변화하기 때문에, 금형 내에서의 평균 냉각 속도는, 예를 들어 1.0∼200℃/s로 하면 된다. 핫 스탬프 후에 마르텐사이트를 주상으로 하는 금속 조직이 불필요한 경우에는, 특별히 금형 중의 냉각 속도를 제한할 필요는 없다. 단, 핫 스탬프 후에 마르텐사이트를 주상으로 하는 고강도재와 접합한 테일러드 블랭크를 사용하는 경우에는, 접합한 고강도재에서 마르텐사이트 변태가 발생하는 임계 냉각 속도 이상으로 냉각할 필요가 있는 경우를 생각할 수 있다. 혹은 고강도재의 부위만 금형 조정으로 면압을 높여서 냉각 속도를 향상시켜도 된다.
또한, Ac3 변태점∼1000℃의 온도역에서는, 강판 온도를 변동시켜도 되고, 일정하게 해도 된다.
또한, Ac3 변태점은 하기 식에 의해 구할 수 있다.
Ac3 변태점(℃)=exp(X)+31.5×Mo-28
X=6.8165-0.47132×C-0.057321×Mn+0.0660261×Si-0.050211×Cr+0.10593×Ti+2.0272×N+1.0536×S-0.12024×Si×C+0.11629×Cr×C+0.29225×C2+0.01566×Mn2+0.017315×Cr2
또한, 상기 식 중의 원소 기호는, 당해 원소의 질량％에 의한 함유량이고, 함유하지 않는 경우에는 0을 대입한다.
가열로로부터 금형까지의 반송 시간은, 핫 스탬프 후에 마르텐사이트를 주상으로 하는 금속 조직(마르텐사이트의 면적률이 80％ 이상)을 얻는 경우에는, 페라이트-펄라이트 변태, 베이나이트 변태가 개시하는 것보다도 빨리, 금형 상에 반송하여 프레스 성형을 행할 필요가 있다. 페라이트-펄라이트 변태, 베이나이트 변태는, 블랭크(핫 스탬프용 강판)에 열전대를 붙여서 온도 측정을 행하고, 변태 발열을 관측함으로써 상기 변태가 발생하는 시간을 조사할 수 있다. 단, 핫 스탬프 후에 마르텐사이트를 주상으로 하는 금속 조직이 불필요한 경우에는, 페라이트-펄라이트 변태, 베이나이트 변태가 개시하는 것보다도 빨리, 프레스 성형을 행할 필요는 없다. 프레스 성형 시의 온도가 저온이 되면 성형성이 저하되어서 균열·주름 등의 성형 문제가 발생하기 때문에, 600℃ 이상, 바람직하게는 700℃ 이상에서 프레스 성형을 개시하는 것이 바람직하다.
핫 스탬프용 강판이 표면에 Zn계 도금층을 갖는 경우에는, 가열 온도가 높고, 가열 시간이 길면 블리스터 등이 발생하기도 하므로, 상기의 핫 스탬프 조건 내에서 적절히 조정할 필요가 있다.
핫 스탬프용 강판이 Al계 도금층을 갖는 경우에는, 핫 스탬프 시의 가열 중에 Al계 도금층 중의 확산층에 Sn을 농화시키기 위해서, 하기 식 (1)을 만족시키도록 가열 온도 및 유지 시간을 제어하는 것이 바람직하다. 핫 스탬프 시의 가열 조건이 하기 식 (1)을 만족시킴으로써, Al계 도금층 중에 존재하는 확산층 중의 Sn 농도를, 강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도의 1.05배 이상으로 할 수 있다.
t<Sn1.7×2600000/T …(1)
또한, 상기 (1) 중의 T는 가열 온도(℃)이고, t는 유지 시간(min)이고, Sn은 핫 스탬프 성형체를 구성하는 강판 중의 Sn 함유량(질량％)이다. 가열 온도 T는 핫 스탬프용 강판의 표면 온도이고, 유지 시간 t는, 핫 스탬프 시의 가열 중에, 강판 온도가 상승하여 목적으로 하는 가열 온도보다 10℃ 낮은 온도에 도달한 시간에서 가열로로부터 빼낼 때까지의 시간이다. 또한, 유지 시간이 20분을 초과하면 제조 비용이 상승하여 경제적으로 바람직하지 않기 때문에, 유지 시간은 20분 이하로 하는 것이 바람직하다.
유지 시간이 길고, Al계 도금층 중의 확산층이 너무 성장하면, 확산층 중의 Sn 농도가 저하되어 버리기 때문에, 강판 중의 Sn 함유량에 따른 가열 시간 및 가열 온도로 하는 것이 중요하다. 핫 스탬프용 강판의 표면 온도는, 블랭크(핫 스탬프용 강판)에 열전대를 설치하여 온도 측정하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판은, 핫 스탬프 후에 고강도가 되는 강판과 접합하여 테일러드 블랭크를 제작하고, 이것을 핫 스탬프하여 부품 내의 강도를 변화시킨 차체 부품으로서 적합하게 사용된다. 테일러드 블랭크 시의 용접 방법은 레이저 용접, 심 용접, 아크 용접, 플라스마 용접 등 다양한 방법이 생각되지만, 특별히 한정은 되지 않는다. 또한 핫 스탬프 후에 고강도가 되는 강판(고강도재)도 특별히 한정되지 않는다. 제조하는 부품마다 적절하게 선택하면 된다. 또한, 테일러드 블랭크로서 사용하지 않고, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판만 사용하여 부품(핫 스탬프 성형체)을 제조해도 된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판을 스폿 용접에 의해 접합하여 겹친 패치 워크 블랭크를 제작하여, 그것을 핫 스탬프해도 된다.
실시예
이어서, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 일 조건예이고, 본 발명은 이 일 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한에 있어서, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
표 1 및 2에 나타내는 화학 조성을 갖는 강편을 사용하여, 열간 압연, 산세, 냉간 압연, 연속 어닐링 또는 연속 용융 도금 라인, 필요에 따라 연속 어닐링 후에 전기 도금을 실시함으로써, 판 두께 0.5∼3.5mm의 냉연 강판 및 도금 강판을 제조하였다. 열간 압연 시의 1050∼1150℃의 온도역에 있어서의 최대 패스 사이 시간은 표 3 및 4에 나타내는 대로였다. 마무리 압연 완료 온도는 800∼1000℃이고, 냉간 압연에 있어서의 누적 압하율은 30∼80％였다.
열간 압연 시의 1050∼1150℃의 온도역에 있어서의 디스케일링은, 다음의 조건에서 행하였다. 노즐 1개당의 분사수량을 10∼100L/min으로 하고, 토출 압력을 6MPa 이상으로 하고, 폭 방향에 있어서의 노즐 간격을 150∼350mm로 하였다. 디스케일링은, 열간 압연의 각 패스 전에 행하였다.
표 3 및 4에 기재된 「도금층의 종류」는, 각각 이하와 같다.
CR: 도금층 없음
GI: 용융 아연 도금층(목적 단위 면적당 중량 편면 60g/㎡, 양면 도금)
GA: 합금화 용융 아연 도금층(목적 단위 면적당 중량 편면 45g/㎡, 양면 도금)
EG: 전기 아연 도금층(목적 단위 면적당 중량 편면 20g/㎡, 양면 도금)
AL: Al계 도금층(목적 단위 면적당 중량 편면 80g/㎡, 양면 도금)
제조한 냉연 강판 및 도금 강판을 사용하여, 표 3 및 4에 나타내는 조건에서 핫 스탬프를 행하였다. 핫 스탬프는 인장 시험 및 금속 조직 관찰을 행하기 위한 시험편을 제작하기 쉽도록, 평판상의 강판을 수랭 금형 사이에 넣어서 가압하였다. 모든 실험 조건에서, 성형 온도는 600℃ 이상이었다. 또한, 금형 내에서의 냉각 종료 온도는 표 3 및 표 4 대로였다.
핫 스탬프 후의 강판(핫 스탬프 성형체)으로부터 JIS5호 시험편을 채취하고, JIS Z 2241: 2011에 준거하여 인장 시험을 행함으로써, 인장(최대) 강도(MPa) 및 전체 신율(％)을 구하였다.
얻어진 인장 강도가 450∼1200MPa인 경우, 핫 스탬프가 되는 테일러드 블랭크의 저강도재로서 요망되는 인장 강도를 갖는다고 하여 합격이라고 판정하였다. 한편, 얻어진 인장 강도가 450MPa 미만 또는 1200MPa 초과인 경우, 핫 스탬프가 되는 테일러드 블랭크의 저강도재로서 요망되는 인장 강도를 갖지 않는다고 하여 불합격이라고 판정하였다.
또한, 얻어진 전체 신율이, 인장 강도가 450∼700MPa인 경우에는 10％ 이상, 인장 강도가 700MPa 초과, 800MPa 이하인 경우에는 7％ 이상, 800MPa 초과, 1000MPa 이하인 경우에는 6％ 이상, 1000MPa 초과, 1200MPa 이하인 경우에는 5％ 이상인 경우, 연성이 우수하다고 하여 합격이라고 판정하였다. 상기 이외의 경우에는, 연성이 떨어진다고 하여 불합격이라고 판정하였다.
도장 후 내식성은, 자동차 기술회 제정의 JASO M609에 규정하는 방법에 의해 평가하였다. 구체적으로는, 다음 방법에 의해 평가하였다.
두께 15㎛로 전착 도막을 부여한 시료 평면부에 커터로 길이 70mm의 흠집을 넣고, 사이클 부식 시험에 제공하였다. 120 사이클 후의 시료를 빼내고, 시판하고 있는 도막 박리제에 30분 침지한 후, 브러시로 도막을 박리하였다. 그 후, 강판용의 인히비터를 함유하는 5％ 시트르산암모늄 수용액에 시료를 침지하고, 부식된 부분에 생성한 녹을 브러시로 제거하였다. 키엔스사제 디지털 마이크로스코프 VHX-7000을 사용하여, 70mm의 흠집의 중앙부를 경계로 하고, 흠집의 길이 35mm마다, 기준면으로부터의 판 두께 감소의 최댓값을 측정하였다. 기준면은, 도금 유무에 관계없이, 도막 박리 후의 부식되어 있지 않은 부위의 표면으로 하였다. 얻어진 2개의 판 두께 감소의 최댓값의 평균값을 산출하였다.
얻어진 판 두께 감소의 최댓값의 평균값에 대해서, 이하의 기준으로 평가하였다. 평가가 E, V 및 G인 경우, 장시간 부식 환경에 노출된 경우라도 우수한 내식성을 얻어졌다고 하여 합격이라고 판정하였다. 한편, 평가가 B인 경우, 장시간 부식 환경에 노출된 경우에 우수한 내식성이 얻어지지 않았다고 하여 불합격이라고 판정하였다. 평가가 B였던 예 중에서도, 판 두께 감소의 정도에 차이가 있는 경우가 있었다.
E(Excellent): 0.05mm 미만
V(Very Good): 0.05mm 이상, 0.10mm 미만
G(Good): 0.10mm 이상, 0.15mm 미만
B(Bad): 0.15mm 이상
이상의 결과를 표 3 및 4에 나타낸다. 표 3 및 4를 보면, 본 발명예는, 핫 스탬프가 되는 테일러드 블랭크의 저강도재로서 요망되는 강도 및 연성을 갖고, 또한 장시간 부식 환경에 노출된 경우라도 우수한 내식성이 얻어진 것을 알 수 있다. 그 중에서도, 표면에 Al계 도금층을 갖고, Al 도금층 중에 존재하는 확산층 중의 Sn 농도가, 강판의 표층 영역의 Sn 농도의 1.05배 이상인 본 발명예는, 장시간 부식 환경에 노출된 경우라도 보다 우수한 내식성이 얻어진 것을 알 수 있다.
한편, 비교예는, 인장 강도, 연성 및 내식성 중 하나 이상이 합격 기준을 만족시키지 않은 것을 알 수 있다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
Figure pct00004
본 발명에 관한 상기 양태에 의하면, 핫 스탬프가 되는 테일러드 블랭크의 저강도재로서 요망되는 강도 및 연성을 갖고, 또한 장시간 부식 환경에 노출된 경우라도 우수한 내식성이 얻어지는 핫 스탬프 성형체, 그리고 그 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있는 핫 스탬프용 강판을 제공할 수 있다. 본 발명에 관한 상기 양태는, 충돌 시의 변형 특성 및 내식성이 우수한 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있고, 자동차 차체의 경량화 및 충돌 안전성의 향상에 기여한다.

Claims (8)

  1. 화학 조성이, 질량％로,
    C: 0.035∼0.100％,
    Si: 0.005∼0.500％,
    Mn: 0.10∼2.00％,
    Al: 0.010∼0.080％,
    Sn: 0.005∼0.200％,
    P: 0.030％ 이하,
    S: 0.0100％ 이하,
    N: 0.0100％ 이하,
    Cr: 0∼1.00％,
    Mo: 0∼1.00％ 및
    B: 0∼0.0050％를
    함유하고, 또한,
    Ti: 0.005∼0.100％,
    Nb: 0.015∼0.100％,
    V: 0.005∼0.100％ 및
    Zr: 0.005∼0.100％로
    이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하고,
    잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,
    표층 영역에 있어서의 Sn 농도가, 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4 위치에 있어서의 Sn 농도의 0.90∼1.10배인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프용 강판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    Cr: 0.005∼1.00％ 및
    Mo: 0.005∼1.00％ 중 1종 또는 2종을 함유하는
    것을 특징으로 하는 핫 스탬프용 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 화학 조성이, 질량％로,
    B: 0.0002∼0.0050％를 함유하는
    것을 특징으로 하는 핫 스탬프용 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표면 상에 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 핫 스탬프용 강판.
  5. 제4항에 있어서, 상기 도금층이 Al계 도금층인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프용 강판.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 화학 조성을 갖고,
    강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도가, 상기 강판의 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께의 1/4 위치에 있어서의 Sn 농도의 0.90∼1.10배인
    것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
  7. 제6항에 있어서, 상기 표면 상에 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
  8. 제7항에 있어서, 상기 도금층이 Al계 도금층이고,
    상기 Al계 도금층 중에 존재하는 확산층 중의 Sn 농도가, 상기 강판의 표층 영역에 있어서의 Sn 농도의 1.05배 이상인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
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