KR20220097365A - 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20220097365A
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육완
정승필
정현영
황규연
이진호
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 강판 및 상기 강판의 적어도 일면에 Al-Si계 프리코팅층이 형성된 블랭크를 가열하는 단계; 가열된 상기 블랭크를 프레스 금형을 이용하여 성형하는 단계; 및 상기 프레스 금형 내에서, 성형된 상기 블랭크를 냉각하는 단계;를 포함하고, 상기 블랭크를 가열하는 단계에서, 상기 프리코팅층은 합금화되어 도금층을 형성하고, 상기 블랭크를 가열하는 단계는, 상기 블랭크를 제1 온도까지 가열하는 제1 가열 단계와 상기 제1 온도에서 제2 온도까지 가열하는 제2 가열 단계를 포함하고, 상기 제1 가열 단계에서는, 저항 가열 방식에 의해 상기 강판을 직접 가열하고, 상기 제1 가열 단계의 승온 속도는 8℃/s 내지 16℃/s인 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개시한다.

Description

핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법{Hot stamping component and manufacturing method thereof}
본 발명의 실시예들은 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
근래 자동차 산업에서의 환경 규제와 안전기준이 강화됨에 따라, 자동차의 경량화 및 안정성을 위한 고강도강의 적용이 늘어나는 추세이다. 한편, 고강도강은 중량 대비 고강도 특성을 확보할 수 있으나, 가공 중 소재의 파단이 발생하거나, 스프링 백 현상이 발생하여, 복잡하고 정밀한 형상을 가지는 제품의 성형에 어려움이 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법으로 핫 스탬핑 성형의 적용이 확대되고 있다.
핫 스탬핑 성형은 고온에서 강판을 가열하여 프레스 가공하므로 강재의 성형이 용이하며, 금형을 통해 급랭을 실시하므로 성형품의 강도를 확보할 수 있다. 이에 관련된 기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2018-0095757호(발명의 명칭: 핫스탬핑 부품의 제조방법)가 있다. 그러나, 핫 스탬핑 성형은 강판을 고온으로 가열하므로, 강판의 표면이 산화되는 문제가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 미국 등록특허 제6,296,805호 발명은 알루미늄 도금을 실시한 강판을 핫 스탬핑 성형하는 방법을 제안하고 있다. 미국 등록특허 제6,296,805호 발명에 의하면 알루미늄 도금층이 강판 표면에 존재하므로 강판의 가열에 의해 강판의 표면이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 강판의 가열시 강판으로부터 Fe이 알루미늄 도금층으로 확산되어 알루미늄 도금층이 합금화되며, 이러한 알루미늄 도금 강판을 핫 스탬핑하면, 합금화에 의해 취성을 가지게 되는 도금층에 크랙이 발생할 수 있다. 한편, 알루미늄 도금층은 희생방식성이 없기 때문에 도금층에 크랙이 발생하면, 강판의 표면이 노출되어 핫 스탬핑 부품의 내식성이 급격히 저하될 수 있다.
US 6,296,805 제10-2018-0095757호
본 발명의 실시예들은, 핫 스탬핑 부품의 도금층에 크랙이 발생하는 것을 방지하고, 용접성 및 도장성이 향상된 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 강판 및 상기 강판의 적어도 일면에 Al-Si계 프리코팅층이 형성된 블랭크를 가열하는 단계; 가열된 상기 블랭크를 프레스 금형을 이용하여 성형하는 단계; 및 상기 프레스 금형 내에서, 성형된 상기 블랭크를 냉각하는 단계;를 포함하고, 상기 블랭크를 가열하는 단계에서, 상기 프리코팅층은 합금화되어 도금층을 형성하고, 상기 블랭크를 가열하는 단계는, 상기 블랭크를 제1 온도까지 가열하는 제1 가열 단계와 상기 제1 온도에서 제2 온도까지 가열하는 제2 가열 단계를 포함하고, 상기 제1 가열 단계에서는, 저항 가열 방식에 의해 상기 강판을 직접 가열하고, 상기 제1 가열 단계의 승온 속도는 8℃/s 내지 16℃/s인 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개시한다.
본 실시예에 있어서, 상기 도금층에는 상기 Al을 90% 내지 100% 포함하는 영역이 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 Al을 90% 내지 100% 포함하는 영역은 상기 도금층의 표층에 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 Al을 90% 내지 100% 포함하는 영역의 두께는 0.01㎛ 내지 10㎛일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 온도는 650℃이고, 상기 제2 온도는 Ac3 이상일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 도금층의 표면을 인산염으로 표면처리 하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 가열 단계에서, 상기 프리코팅층의 상기 Al의 적어도 일부는 고체 상태를 유지하며, 상기 제2 가열 단계에서, 상기 강판의 상변화가 완료되고, 상기 프리코팅층의 상기 Al은 전부 용융될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 가열 단계는 제1 가열시간을 가지고, 상기 제2 가열 단계는 제2 가열시간을 가지며, 상기 제1 가열시간과 상기 제2 가열시간의 합에 대한 상기 제1 가열시간의 비율은 20% 미만일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 냉각하는 단계 전에, 상기 블랭크는 상기 프레스 금형 내에서 3초 내지 20초간 유지될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 강판은, 상기 강판 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0.19 wt% 내지 0.25 wt%, 실리콘(Si) 0.1 wt% 내지 0.6 wt%, 망간(Mn) 0.5 wt% 내지 2.0 wt%, 인(P) 0.03 wt% 이하, 황(S) 0.03 wt% 이하, 크롬(Cr) 0.05 wt% 내지 0.6 wt%, 붕소(B) 0.0005 wt% 내지 0.005 wt%, 잔부의 철 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 도금층은 Fe2Al5, FeAl3, FeAl 및 FeAlSi 화합물로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 2종 이상의 금속간 화합물을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 도금층은 상기 Fe2Al5 또는 상기 FeAl3를 주성분으로 하는 제1 층, 상기 FeAl 또는 상기 FeAlSi를 주성분으로 하는 제2 층 및 상기 Fe2Al5 또는 상기 FeAl3를 주성분으로 하는 제3 층의 적층 구조를 가지고, 상기 제3 층 내에는 상기 Al을 90% 내지 100% 포함하는 영역이 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예는, 상기 제조 방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품을 개시한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 핫 스탬핑 부품의 도금층 내에 Al의 함량이 90% 내지 100%인 영역이 형성됨으로써, 도금층에 크랙이 발생하거나 도금층이 탈락되는 것을 방지하여 내식성이 향상되고, 핫 스탬핑 부품의 용접성 및 도장성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 도 1의 블랭크의 제조 방법의 일 예를 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 도 1의 핫 스탬핑 부품의 제조시 온도 프로파일을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 1의 블랭크 가열 단계에서 유도가열 방식을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1의 블랭크 가열 단계에서 전도가열 방식을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7과 도 8은 각각 비교예와 실시예의 도금층의 단면과 도금층의 Fe과 Al의 분포를 나타낸 도면들이다.
도 9와 도 10은 각각 비교예와 실시예의 도금층의 표면 크랙 발생 상태를 도시한 도면들이다.
도 11은 비교예와 실시예의 용접 저항값을 나타낸 도면이다.
도 12와 도 13은 각각 비교예와 실시예의 도금층의 표면 처리 결과를 도시한 도면들이다.
도 14와 도 15는 각각 비교예와 실시예의 내식성 테스트 결과를 도시한 도면들이다.
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.
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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은 블랭크 준비 단계(S100), 블랭크 가열 단계(S200), 이송 단계(S300), 성형 단계(S400) 및 냉각 단계(S500)를 포함할 수 있고, 표면처리 및 도장 단계(S600)를 더 포함할 수 있다.
블랭크 준비 단계(S100)는 블랭크를 가열하기 위하여 블랭크를 준비하는 단계로서, 블랭크는 핫 스탬핑 부품 형성을 위한 강판(또는 모재)을 재단하여 형성된 것일 수 있다. 상기 강판은 강 슬라브에 열간압연 또는 냉간압연을 수행한 후 소둔 열처리하는 과정을 통해 제조될 수 있다. 또한, 상기 소둔 열처리 이후에, 상기 소둔 열처리된 강판의 적어도 일면에 Al계 프리코팅층을 형성할 수 있다. 이에 대하여서는 도 2에서 후술하기로 한다.
한편 강판은, 강판 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0.19 wt% 내지 0.25 wt%, 실리콘(Si) 0.1 wt% 내지 0.6 wt%, 망간(Mn) 0.5 wt% 내지 2.0 wt%, 인(P) 0.03 wt% 이하, 황(S) 0.03 wt% 이하, 크롬(Cr) 0.05 wt% 내지 0.6 wt%, 붕소(B) 0.0005 wt% 내지 0.005 wt%, 잔부의 철 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 강판은 소정 함량의 칼슘(Ca)을 더 포함할 수 있다.
탄소(C)는 강판 내 오스테나이트 안정화 원소로 작용한다. 탄소는 강판의 강도 및 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫스탬핑 공정 이후, 강판의 인장강도(예컨대, 1,350MPa 이상의 인장강도)를 확보하고, 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 탄소는 강판 전체 중량에 대하여 0.19wt% 내지 0.25wt%로 포함될 수 있다. 탄소의 함량이 0.19wt% 미만인 경우, 경질상(마르텐사이트 등) 확보가 어려워 강판의 기계적 강도를 만족시키기 어렵다. 이와 반대로 탄소의 함량이 0.25wt%를 초과하는 경우, 강판의 취성 발생 또는 굽힘 성능 저감 문제가 야기될 수 있다.
실리콘(Si)은 강판 내 페라이트 안정화 원소로 작용한다. 실리콘(Si)은 고용 강화 원소로서 강판의 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 충돌 성능을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 실리콘은 강판 전체 중량에 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, 강판의 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 강판의 도금 특성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)은 강판 내 오스테나이트 안정화 원소로 작용한다. 망간은 열처리시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 이러한 망간은 강판 전체 중량에 대하여 0.5wt% 내지 2.0wt% 포함될 수 있다. 망간의 함량이 0.5wt% 미만인 경우, 경화능 효과가 충분하지 못하여, 소입성 미달로 핫스탬핑 후 성형품 내의 경질상 분율이 미달될 수 있다. 반면에, 망간의 함량이 2.0wt%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, 강판의 인성 저하를 방지하기 위해, 강판 전체 중량에 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 강판에 크랙이 유발될 수 있다.
황(S)은 강판 전체 중량에 대하여 0 초과 0.003wt% 이하 포함될 수 있다. 황의 함량이 0.003wt%를 초과하면 열간 가공성, 용접성 및 충격특성이 저하되고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
크롬(Cr)은 강판의 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 크롬은 석출경화를 통한 결정립 미세화 및 강도 확보를 가능하게 한다. 이러한 크롬은 강판 전체 중량에 대하여 0.05wt% 내지 0.6wt% 포함될 수 있다. 크롬의 함량이 0.05wt% 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, 강판의 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 전체 중량에 대하여 0.0005wt% 내지 0.005wt%로 포함될 수 있다. 붕소가 상기 범위로 포함시 경질상 입계 취성 발생을 방지하며, 고인성과 굽힘성을 확보할 수 있다. 붕소의 함량이 0.0005wt% 미만인 경우, 소입성 효과가 부족하고, 이와 반대로, 붕소의 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.
한편, 기타 불가피한 불순물에는 질소(N) 등이 포함될 수 있다. 질소(N)는 다량 첨가시 고용 질소량이 증가하여 강판의 충격특성 및 연신율을 떨어뜨릴 수 있다. 질소는 강판의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.001 wt% 이하 포함될 수 있다. 질소의 함량이 0.001wt%를 초과하는 경우, 강판의 충격특성 및 연신율이 저하될 수 있다.
칼슘(Ca)은 게재물 형상 제어를 위해 첨가될 수 있다. 이러한 칼슘은 강판 전체 중량에 대하여 0.003wt% 이하로 포함될 수 있다.
한편 강판은 첨가제를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 강판(10) 내에 석출물 형성에 기여하는 탄화물 생성 원소이다. 구체적으로, 첨가제는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및 바나듐(V) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
티타늄(Ti)은 고온에서 TiC 및/또는 TiN 등의 석출물을 형성하여, 오스테나이트 결정립 미세화에 효과적으로 기여할 수 있다. 이러한 티타늄은 강판(10) 전체 중량에 대하여 0.001wt% 내지 0.050wt% 포함될 수 있다. 티타늄이 상기 함량 범위로 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)과 바나듐(V)은 마르텐사이트 패킷 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성을 증가시킬 수 있다. 니오븀 및 바나듐 각각은 강판(10) 전체 중량에 대하여 0.01wt% 내지 0.1wt% 포함될 수 있다. 니오븀과 바나듐이 상기 범위로 포함시 열간압연 및 냉간압연 공정에서 강판(10)의 결정립 미세화 효과가 우수하고, 제강/연주시 슬래브의 크랙 발생과, 제품의 취성 파단 발생을 방지하며, 제강성 조대 석출물 생성을 최소화할 수 있다.
블랭크 가열 단계(S200)는 가열로에 블랭크를 투입하여 블랭크를 가열하는 단계이다. 블랭크 가열 단계(S200)에서, 블랭크는 블랭크의 강판이 페라이트에서 풀 오스테나이트로의 변태가 완료될 수 있도록 Ac3 이상의 온도로 가열된다. 한편, 블랭크 가열 단계(S200)에서는 블랭크의 강판과 프리코팅층의 상호 확산에 의해 프리코팅층이 합금화가 되어 도금층이 형성될 수 있다.
한편, 블랭크 가열 단계(S200)는 상온에서부터 제1 온도까지 가열하는 제1 가열단계와, 그 이후 최종 가열온도인 제2 온도까지 가열하는 제2 가열단계를 포함할 수 있다. 제1 온도는 650℃일 수 있으며, 제2 온도는 Ac3이상일 수 있다.
한편, 상온에서부터 650℃까지는 평균 승온속도를 8℃/s 내지 16℃/s 로 제어하고, 저항 가열 방식에 의해 블랭크의 강판을 직접 가열하면, 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역이 도금층에 포함되도록 할 수 있다. 구체적으로 도금층의 표층에 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역이 형성될 수 있다.
이처럼, 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역이 도금층에 형성되면, 합금화에 의하여 취성을 가지는 도금층에 크랙이 발생하는 것이 방지되고, 도금층의 저항이 감소함에 따라 핫 스탬핑 부품의 용접성이 향상될 수 있다.
이송 단계(S300)는 가열된 블랭크를 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계이다. 가열된 블랭크를 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계에 있어서, 가열된 블랭크는 7초 내지 15초 동안 공랭될 수 있고, 바람직하게는 10초 내지 15초 동안 공랭될 수 있다.
성형 단계(S400)는 프레스 금형으로 이송된 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계이며, 냉각 단계(S500)는 프레스 금형 내에서 성형체를 냉각하는 단계이다.
핫 스탬핑 후, 냉각 단계(S500) 전에 블랭크는 프레스 금형 내에서 3초 내지 20초간 유지될 수 있다. 프레스 금형 내 유지 시간이 3초 미만일 경우, 충분한 양의 마르텐사이트가 생성되지 않아 기계적 물성이 확보되지 않을 수 있다. 또한, 프레스 금형 내 유지 시간이 20초를 초과하는 경우, 프레스 금형 내 유지 시간이 길어져 생산성이 저하될 수 있다.
한편, 프레스 금형의 내부에는 냉매가 순환하는 냉각 채널이 구비될 수 있다. 프레스 금형에 구비된 냉각 채널을 통하여 공급되는 냉매의 순환에 의해 성형체를 급냉시킬 수 있다. 이때, 강판의 스프링 백(spring back) 현상을 방지함과 더불어 원하는 형상을 유지하기 위해서는 프레스 금형을 닫은 상태에서 가압하면서 급랭을 실시할 수 있다. 가열된 블랭크를 성형 및 냉각 조작을 함에 있어, 마르텐사이트 종료 온도까지 평균냉각속도를 최소 10℃/s 이상으로 냉각할 수 있다.
표면처리 및 도장 단계(S600)는 핫 스탬핑에 의해 성형된 성형체의 표면을 인산화 처리한 후 도장을 하는 단계이다. 본 발명에 의하면 도금층의 표층에 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역이 형성되므로, 인산화 처리에 의한 표면 처리시 도금층의 표면에 인산염이 균일하게 형성되고, 그 결과 도장시 도장막이 치밀하게 형성됨으로써, 핫 스탬핑 부품의 내부식성이 향상될 수 있다.
도 2는 도 1의 블랭크의 제조 방법의 일 예를 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 블랭크의 제조 방법은, 강 슬라브의 재가열 후 열간압연 단계(S110), 냉각/권취 단계(S120), 냉간압연 단계(S130), 소둔 열처리 단계(S140) 및 도금 단계(S150)를 포함할 수 있다. 한편, 도 2에서는 S110 내지 S150 단계가 독립적인 단계로 도시되어 있으나, S110 내지 S150 단계 중 일부는 하나의 공정에서 수행될 수 있으며, 필요에 따라 일부가 생략되는 것도 가능하다.
먼저, 블랭크의 강판을 형성하는 공정의 대상이 되는 반제품 상태의 강 슬라브를 준비한다. 강 슬라브는, 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0.19 wt% 내지 0.25 wt%, 실리콘(Si) 0.1 wt% 내지 0.6 wt%, 망간(Mn) 0.5 wt% 내지 2.0 wt%, 인(P) 0.03 wt% 이하, 황(S) 0.03 wt% 이하, 크롬(Cr) 0.05 wt% 내지 0.6 wt%, 붕소(B) 0.0005 wt% 내지 0.005 wt%, 잔부의 철 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 슬라브는 소정 함량의 칼슘(Ca)을 더 포함할 수 있다.
상기와 같은 슬라브는 열간압연을 위해 재가열될 수 있다. 재가열에 의해 슬라브를 소정의 온도로 재가열함으로써, 주조 시 편석된 성분을 재고용하게 된다. 일 실예에서, 슬라브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature: SRT)는 1200℃ 내지 1300℃일 수 있다. 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1200℃보다 낮은 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. 슬라브 재가열 온도(SRT)는 고온일수록 균질화에 유리하나 1300℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정 입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 뿐만 아니라 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.
열간압연 단계(S110)는 재가열된 슬라브를 소정의 마무리 압연 온도(Finishing Delivery Temperature: FDT) 범위에서 열간압연하여 강판을 제조하는 단계이다. 일 실시예로, 마무리 압연 온도(FDT) 범위는 840℃ 내지 920℃로 제어될 수 있다. 마무리 압연 온도(FDT)가 840℃ 미만인 경우, 이상 영역 압연에 의한 혼립 조직이 발생으로 강판의 가공성 확보가 어렵고, 미세조직 불균일에 따라 가공성이 저하되는 문제가 있을 뿐만 아니라 급격한 상 변화에 의해 열간압연 중 통판성의 문제가 발생할 수 있다. 이와 반대로, 마무리 압연 온도(FDT)가 920℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화된다. 또한, TiC 석출물이 조대화되어 최종 부재 성능이 저하될 위험이 있다.
냉각/권취 단계(S120)에서는 열간압연된 강판을 소정의 권취 온도(Coiling Temperature: CT) 범위에서 냉각시키며 권취한다. 일 실시 예에 있어서, 상기 권취 온도는 550℃ 내지 800℃일 수 있다. 상기 권취 온도는 탄소(C)의 재분배에 영향을 미치며, 권취 온도가 550℃ 미만일 경우에는 과냉으로 인한 저온상 분율이 높아져 강도 증가 및 냉간압연 시 압연부하가 심화될 우려가 있으며, 연성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 권취 온도가 800℃를 초과할 경우에는 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 및 강도 열화가 발생하는 문제가 있다.
냉간압연 단계(S130)는 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(S140)는 냉간압연된 강판을 700℃ 이상의 온도에서 소둔 열처리하는 단계이다. 일 구체예에서 소둔 열처리는 냉연 강판을 가열하고, 가열된 냉연 강판을 소정의 냉각 속도로 냉각하는 단계를 포함한다.
도금 단계(S150)는 소둔 열처리된 강판에 대해 프리코팅층을 형성하는 단계이다. 일 실시예로, 도금 단계(S600)에서, 소둔 열처리된 강판 상에 Al-Si 프리코팅층을 형성할 수 있다.
구체적으로, 도금 단계(S600)는 강판을 650℃ 내지 700℃의 온도를 가지는 도금욕에 침지시켜 강판의 표면에 용융도금층을 형성하는 단계 및 상기 용융도금층이 형성된 강판을 냉각시켜 프리코팅층을 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.
프리코팅층은, 강판의 표면에 형성되며 알루미늄(Al)을 80 중량% 이상 포함하는 표면층 및 상기 표면층과 강판 사이에 형성되며 알루미늄-철(Al-Fe) 및 알루미늄-철-실리콘(Al-Fe-Si) 금속간 화합물을 포함하는 합금화층을 포함할 수 있다. 합금화층은 철(Fe)을 20wt% 내지 70wt% 포함할수 있다. 일 예로, 표면층은 알루미늄을 80~100 중량% 포함할 수 있고, 평균두께가 10㎛ 내지 40㎛일 수 있다.
이와 같이 S110 내지 S150 단계를 거쳐 제조한 블랭크에 대하여 도 1에서 설명한 핫 스탬핑 공정을 수행함으로써, 요구되는 강도 및 굽힘성을 만족하는 핫 스탬핑 부품을 제조할 수 있다. 한편, 핫 스탬핑 공정을 수행하기 위해 블랭크를 가열로에서 가열하면, 가열과정에서 강판과 프리코팅층 간에 상호확산이 발생하며, 프리코팅층이 합금화되어 도금층이 형성될 수 있다. 이와 같은 도금층은 취성이 매우 강하기 때문에 핫 스탬핑 공정 후에 크랙이 발생하며, 발생된 크랙에 의해 강판이 노출되어 강판에 부식이 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명은 핫 스탬핑 공정을 수행하기 위해 블랭크를 가열할 때, 상온에서부터 650℃까지는 저항 가열 방식에 의해 블랭크의 강판을 직접 가열하면서 평균 승온속도를 8℃/s 내지 16℃/s 로 제어하여, 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역이 도금층에 형성되도록 함으로써, 도금층에 크랙이 발생하는 것을 방지 내지는 최소화할 수 있다.
도 3은 도 1의 핫 스탬핑 부품의 제조시 온도 프로파일을 개략적으로 도시한 도면, 도 4는 도 1의 블랭크 가열 단계에서 유도가열 방식을 개략적으로 도시한 사시도, 도 5는 도 1의 블랭크 가열 단계에서 전도가열 방식을 개략적으로 도시한 사시도, 그리고 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면의 일 예를 개략적으로 도시한 단면도이다.
먼저, 도 3을 참조하면, 블랭크는 강판이 풀 오스테나이트로의 변태가 완료될 수 있도록 Ac3 이상의 온도까지 가열된다. 예를 들어, 블랭크는 850℃ 내지 970℃까지 가열될 수 있다. 한편, 블랭크의 최종 가열온도까지의 전체 가열 속도는 4℃/s 이상일 수 있다. 블랭크의 가열에 의해 도금층은 Si이 고용된 Fe-Al 계 도금층으로 변환된다.
도 6은 핫 스탬핑 부품의 도금층의 단면의 일 예를 도시하고 있다. 도 6은 설명의 편의상 강판을 제외하고, 강판의 일면에 형성된 도금층의 단면을 도시한다. 도금층은 Fe2Al5, FeAl3, FeAl 및 FeAlSi 화합물로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 2종 이상의 금속간 화합물을 포함할 수 있다. 일 예로, 도금층은 Fe2Al5 또는 FeAl3를 주성분으로 하는 제1 층(11), FeAl 또는 FeAlSi를 주성분으로 하는 제2 층(12) 및 Fe2Al5 또는 FeAl3를 주성분으로 하는 제3 층(13)의 적층 구조를 가질 수 있다. 또한, 도금층과 강판 사이의 계면에는 Fe, Al 및 Si를 포함하여 형성되는 상호확산층을 포함할 수 있다.
한편, 블랭크를 가열하는 과정에서, 650℃까지 평균 승온속도를 8℃/s 내지 16℃/s로 제어하면 제3 층(13) 내에 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)이 형성될 수 있다.
알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)은 제3 층(13)에 비해 연성이 크므로, 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)이 형성되면, 핫 프레스 공정시 도금층에 크랙이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 도금층의 접촉 저항 값을 낮춰 용접성을 향상시킬 수 있다. 또한, 인산염에 의한 도금층의 표면처리시, 도금층의 표면에 인산염이 균일하게 형성되어 도장막이 치밀하게 형성되어 내부식성이 향상될 수 있다.
이와 같은 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)을 형성하기 위해서는, 블랭크를 가열하는 과정에서, 650℃까지의 가열은 블랭크의 강판을 직접 가열하는 방식에 의할 수 있다. 일 예로, 650℃까지의 블랭크 가열은 유도가열법, 전도가열법 등과 같은 저항 가열 방식에 의할 수 있다.
일 예로, 유도가열법은, 도 4에 도시하는 바와 같이, 블랭크(B) 주변의 코일에 고주파전류를 흘려주어, 블랭크(B)에 유도전류가 흐르도록 하며, 유도전류에 의해 블랭크의 강판이 직접 가열되도록 할 수 있다. 유도가열 방식은 유도코일의 종류에 따라 longitudinal field, cross field, face field 등이 있으나, 본 발명은 이러한 방식에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로, 전도 가열법은, 도 5에 도시하는 바와 같이, 블랭크(B)를 한 쌍의 전극(E)으로 고정하고, 한 쌍의 전극(E)을 통해 전류를 흘려줌으로써 블랭크(B)의 전기저항열에 의해 가열하는 방식으로 통전가열법으로 부르기도 한다. 한편, 블랭크(B)는 강판과 강판의 표면에 형성된 프리코팅층을 포함하는데, 프리코팅층보다 강판의 저항이 크기 때문에, 전도 가열법에 의해 강판이 직접 가열될 수 있다.
이처럼, 블랭크를 가열하는 단계에서, 프리도금층이 용융되기 시작하는 650℃까지 강판을 직접 가열하면 열이 블랭크의 내부에서부터 발생하기 때문에, 강판으로부터 전도되는 열에 의해 프리코팅층의 알루미늄이 적어도 일부가 충분히 용융되지 않은 고체 상태를 유지하지만, 강판에는 Fe과 Al의 확산에 의해 금속간 화합물층이 형성될 수 있다. 이러한 상태에서 최종 온도까지 블랭크를 가열하면, 강판의 상변태가 완료되고 프리도금층의 Al이 완전히 용융되더라도, 프리도금층의 표층까지 강판의 Fe이 확산될 수 있는 충분한 시간이 부족하고, 형성된 금속간 화합물층에 의해 Al의 확산이 저지되는 등에 의해 최종적으로 도금층 내에는 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)이 형성될 수 있는 것이다.
한편, 650℃에서 최종 온도까지의 가열방식은 저항 가열 방식에 한하지 않으며, 롤러테이블식 가열로(roller table furnace)나 이동식 빔 가열로(walking geam furnace)를 사용한 복사 가열에 의할 수도 있다. 최종 온도까지의 가열시, 프리코팅층의 Al의 전부 용융된다.
또한, 도금층 내에 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)을 형성하기 위해서는, 650℃까지 8℃/s 이상의 승온속도를 가져야 한다. 만일 650℃까지의 승온속도가 8℃/s 미만인 경우는 Fe이 확산될 수 있는 시간이 충분하기 때문에, 최종적으로 도금층에 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)이 형성되기 어렵다. 반면에, 650℃까지의 승온속도가 16℃/s보다 크면, 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)의 깊이 및 넓이가 너무 커져서 핫 프레싱 공정시, 용융된 Al이 프레스 금형에 소착되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 블랭크의 가열단계에서, 650℃까지는 강판을 직접가열하는 방식에 의해 블랭크를 가열하고, 이때의 승온속도를 8℃/s 내지 16℃/s로 함으로써, 취성이 큰 제3 층(13) 내에 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)이 형성되도록 할 수 있다.
이와 같이 형성되는 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)은 불연속적인 형태를 가질 수 있으며, 깊이가 0.01㎛ 내지 10㎛일 수 있다. 여기서 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)의 깊이는 도금층의 표층으로부터의 최대 깊이를 의미한다. 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)의 깊이가 0.01㎛보다 작으면, 도금층의 크랙 방지 및 도금층의 접촉 저항 값의 감소에 따른 용접성의 향상 효과를 가지기 어려우며, 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)의 깊이가 10㎛보다 보다 크면 핫 프레싱 공정시, 용융된 Al이 프레스 금형에 소착되는 문제가 발생할 수 있다.
한편, 650℃까지의 가열시간(t1)은 전체 가열시간(t1+t2)의 20% 미만일 수 있다. 650℃까지의 가열시간(t1)이 전체 가열시간(t1+t2)의 20% 이상이면, 650℃까지 가열하는 시간이 증가함에 따라, Fe이 확산될 수 있는 시간이 충분히 확보될 수 있으므로, 도금층에 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)이 형성되기 어렵다.
이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
<블랭크 제조 및 핫 프레싱 공정>
하기 성분의 강 슬라브를 열간압연, 냉각/권취, 냉간압연 및 소둔 열처리하여 강판(판 두께 1.2mm)을 형성한 후, 강판의 표면에 용융도금을 실시하여 프리코팅층을 형성함으로써 블랭크를 제조하였다.
성분(wt%)
C Si Mn P S Cr B
0.2 0.32 1.18 0.015 0.004 0.03 0.0005
용융 Al도금은, 무산화로-환원로 타입의 라인을 사용하고 도금 후 가스 와이핑으로 용융도금층의 부착량을 편면 80g/m2 내지 180g/m2까지 조절한 다음, 냉각하여 수행하였다. 이때, 도금욕은 600℃ 내지 700℃의 온도범위에서, Si 7wt%, Fe 2.5wt% 및 잔부의 Al의 성분을 포함하도록 설정하였다. 또한, 강판은 100mpm 내지 200mpm의 속도로 도금욕을 강판을 통과시킨 다음, 상온까지 평균 냉각 속도 25℃/s 로 냉각한 후 제단하여 블랭크를 제조하였다.
제조된 블랭크를 3℃/s 이상의 평균승온속도로 Ac3 이상의 온도까지 가열한 다음, 프레스로 외력을 가함과 동시에 300℃이하까지 평균속도 10℃/s이상으로 급냉을 하여 핫 프레싱 부품을 제조하였다.
한편, 이하에서의 비교예와 실시예는 상기 핫 프레스 공정 중, 블랭크의 가열단계에서 650℃까지의 승온속도를 다르게 설정한 차이만을 가진다.
구체적으로, 비교예는 650℃까지의 승온속도가 7℃/s로 설정된 결과이며, 실시예는 650℃까지의 승온속도가 8℃/s로 설정된 결과이다.
도 7은 비교예로서 도금층의 단면과 도금층에서의 Fe과 Al의 분포를 나타내고 있고, 도 8은 실시예로서 도금층의 단면과 도금층에서의 Fe과 Al의 분포를 나타내고 있다. 또한, 하기 표 2는 도 7과 도 8에서 각각 세 개의 지점(①, ②, ③)에서의 조성을 분석한 결과이다.
구분 비교예(도 7) 실시예(도 8)
Al(%) Si(%) Fe(%) Al(%) Si(%) Fe(%)
① 50.92 6.88 42.2 100 0 0
② 17.88 13.97 43.08 100 0 0
③ 45.94 3.09 38.67 80 18 0
도 7과 도 8에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예의 경우는 도금층이 제1 층(11), 제2 층(12) 및 제3 층(13)으로 형성되어 있는 반면, 실시예의 경우는 도금층이 제1 층(11), 제2 층(12) 및 제3 층(13)으로 구성이 되나, 제3 층(13) 내에 추가적으로 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)이 더 형성됨을 알 수 있다.
더 구체적으로, 도 7의 Al과 Fe의 분포와 상기 표 2의 결과를 함께 살펴보면, 도 7의 경우 도금층의 모든 영역에서 Fe이 분포되어 있음을 알 수 있다. 이는 블랭크의 가열단계에서 650℃까지의 승온속도를 8℃/s 미만으로 설정함에 따라, Fe이 도금층 내로 충분히 확산될 수 있어서, 도금층이 전체적으로 합금화된 결과이다.
이에 반해, 도 8의 Al과 Fe의 분포와 상기 표 2의 결과를 함께 살펴보면, 도금층의 표층까지 Fe이 확산되지 않음을 알 수 있다. 즉, 실시예의 경우는 블랭크의 가열단계에서 650℃까지의 승온속도를 8℃/s 이상으로 한 결과, 제3 층(13) 내에 추가적으로 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역(14)이 더 형성됨을 알 수 있다.
<코팅층의 크랙 검사>
상기 비교예와 실시예에서 도금층에 발생한 크랙을 육안 검사하였다. 도 9와 도 10은 각각 비교예 및 실시예에서 도금층에 발생한 크랙을 도시하고 있다.
도 9와 도 10에서 명확하게 알 수 있듯이, 도 9의 경우는 도 10에 비하여 도금층의 표면에 발생된 크랙(C)의 개수가 더 많고, 각각의 크랙(C)의 폭 및 깊이가 더 큰 것을 알 수 있다. 즉, 도 10에서는 도금층의 표층에 연성이 큰 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역이 추가적으로 형성됨에 따라, 도금층에 크랙(C)이 발생하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있음을 알 수 있다.
<용접 저항 특성 평가>
도 11은 비교예와 실시예에 대한 점용접시 저항 측정 결과를 나타내는 그래프이다. 저항 측정은 930℃, 4분 동안 6mm의 용접 팁을 350kgf의 압력으로, 용접부에 인가한 상태에서, 전류를 인가하여 접촉 저항을 측정하였다.
도 11에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예는 비교예에 비하여 용접 시작시의 접촉 저항 뿐 아니라, 용접 중의 전체적인 접촉 저항이 감소한 것을 알 수 있다. 즉, 실시예는 비교예에 비하여 용접성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 이는 실시예의 경우, 도금층에 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역이 추가적으로 형성되기에, 비저항이 큰 Fe2Al5, FeAl3, FeAl 및 FeAlSi와 같은 화합물이 감소하였기 때문이다.
<내식성 평가>
도 12와 도 13은 각각 비교예와 실시예의 도금층의 표면 처리 결과를 도시한 도면들이고, 도 14와 도 15는 각각 비교예와 실시예의 내식성 테스트 결과를 도시한 도면들이다.
도 12와 도 13은 각각 비교예와 실시예에서 도금층 표면에 인산화 처리를 한 결과를 도시하고 있고, 도 14와 도 15는 각각 인산화 처리 후에 도장을 하고 도금층에 스크래치를 형성한 후, 내식성 평가를 한 결과를 도시하고 있다.
인산염 처리는 비교예와 실시예의 핫 스탬핑 부품을 40℃의 인산 처리액에 2분간 침지해 수행했다. 인산염 처리 결과, 도 12와 도 13에서 알 수 있듯이, 실시예의 경우가 비교예에 비하여 균일한 인산염 결정들이 형성된 것을 알 수 있다. 이는 실시예의 경우, 도금층에 알루미늄의 함량이 90% 내지 100%인 영역이 산화물릉 형성함으로써, 인산염이 붙을 수 있는 기하학적 구조가 형성될 수 있기 때문이다.
한편, 도 14와 도 15의 내식성 평가는 도장막에 스크래치(S)를 형성한 다음, 5% NaCl의 염수를 분사하고, 120시간이 경과한 후 적녹 현상의 발생을 관찰한 결과이다. 도 14와 도 15의 결과, 실시예의 경우 비교예에 비하여 적녹 현상이 현저하게 감소한 것을 알 수 있다. 이는 도장이 치밀하게 형성될 뿐만 아니라, 도금층이 적녹 현상에 대한 저항성이 더 우수한 것을 의미한다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 강판; 및
    상기 강판 상에 위치하며, Fe2Al5, FeAl3, FeAl 및 FeAlSi 화합물로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 2종 이상의 금속간 화합물을 포함하되, Al을 90% 내지 100% 포함하는 영역을 구비하는, 도금층;
    을 포함하는, 핫 스탬핑 부품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 Al을 90% 내지 100% 포함하는 영역은 상기 도금층의 표층에 구비되는, 핫 스탬핑 부품.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 도금층은 상기 Fe2Al5 및 상기 FeAl3 중 적어도 하나를 성분으로 하는 제1 층, 상기 FeAl 및 상기 FeAlSi 중 적어도 하나를 성분으로 하는 제2 층 및 상기 Fe2Al5 및 상기 FeAl3 중 적어도 하나를 성분으로 하는 제3 층의 적층 구조를 갖고,
    상기 Al을 90% 내지 100% 포함하는 영역은 상기 제3 층 내에 위치하는, 핫 스탬핑 부품.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 Al을 90% 내지 100% 포함하는 영역의 연성은 상기 제3 층의 연성보다 큰, 핫 스탬핑 부품.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 Al을 90% 내지 100% 포함하는 영역의 두께는 0.01㎛ 내지 10㎛인, 핫 스탬핑 부품.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 Al을 90% 내지 100% 포함하는 영역은 불연속적인 형상을 갖는, 핫 스탬핑 부품.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 강판은, 상기 강판 전체 중량에 대하여 탄소(C) 0.19 wt% 내지 0.25 wt%, 실리콘(Si) 0.1 wt% 내지 0.6 wt%, 망간(Mn) 0.5 wt% 내지 2.0 wt%, 인(P) 0.03 wt% 이하, 황(S) 0.03 wt% 이하, 크롬(Cr) 0.05 wt% 내지 0.6 wt%, 붕소(B) 0.0005 wt% 내지 0.005 wt%, 잔부의 철 및 불가피한 불순물을 포함하는 핫 스탬핑 부품.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6296805B1 (en) 1998-07-09 2001-10-02 Sollac Coated hot- and cold-rolled steel sheet comprising a very high resistance after thermal treatment
KR20180095757A (ko) 2017-02-17 2018-08-28 주식회사 엠에스 오토텍 핫스탬핑 부품의 제조방법

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101696121B1 (ko) * 2015-12-23 2017-01-13 주식회사 포스코 내수소지연파괴특성, 내박리성 및 용접성이 우수한 열간성형용 알루미늄-철 합금 도금강판 및 이를 이용한 열간성형 부재
KR20180076382A (ko) * 2016-12-27 2018-07-06 현대제철 주식회사 핫스탬핑 부품 및 이를 이용한 차량 부품 제조방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6296805B1 (en) 1998-07-09 2001-10-02 Sollac Coated hot- and cold-rolled steel sheet comprising a very high resistance after thermal treatment
KR20180095757A (ko) 2017-02-17 2018-08-28 주식회사 엠에스 오토텍 핫스탬핑 부품의 제조방법

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