KR20220124788A - 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 및 중첩 핫 스탬프 성형체 - Google Patents

중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 및 중첩 핫 스탬프 성형체 Download PDF

Info

Publication number
KR20220124788A
KR20220124788A KR1020227027507A KR20227027507A KR20220124788A KR 20220124788 A KR20220124788 A KR 20220124788A KR 1020227027507 A KR1020227027507 A KR 1020227027507A KR 20227027507 A KR20227027507 A KR 20227027507A KR 20220124788 A KR20220124788 A KR 20220124788A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
less
steel sheet
overlapping
heating
steel
Prior art date
Application number
KR1020227027507A
Other languages
English (en)
Inventor
소시 후지타
유키 스즈키
마사히로 후다
히데아키 이리카와
준 마키
노부오 요시카와
나루히코 노무라
Original Assignee
닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 filed Critical 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Publication of KR20220124788A publication Critical patent/KR20220124788A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D39/00—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders
    • B21D39/03—Application of procedures in order to connect objects or parts, e.g. coating with sheet metal otherwise than by plating; Tube expanders of sheet metal otherwise than by folding
    • B21D39/031—Joining superposed plates by locally deforming without slitting or piercing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/20—Deep-drawing
    • B21D22/208—Deep-drawing by heating the blank or deep-drawing associated with heat treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D24/00—Special deep-drawing arrangements in, or in connection with, presses
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D35/00—Combined processes according to or processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
    • B21D35/002—Processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00
    • B21D35/005—Processes combined with methods covered by groups B21D1/00 - B21D31/00 characterized by the material of the blank or the workpiece
    • B21D35/007—Layered blanks
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/18—Hardening; Quenching with or without subsequent tempering
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/002—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing In, Mg, or other elements not provided for in one single group C22C38/001 - C22C38/60
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/12—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tungsten, tantalum, molybdenum, vanadium, or niobium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/58—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with more than 1.5% by weight of manganese
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/12—Aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/26—After-treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/26—After-treatment
    • C23C2/28—Thermal after-treatment, e.g. treatment in oil bath
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62—Quenching devices
    • C21D1/673—Quenching devices for die quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D2251/00—Treating composite or clad material
    • C21D2251/02—Clad material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D7/00—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation
    • C21D7/13—Modifying the physical properties of iron or steel by deformation by hot working
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
    • C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
    • C21D8/0278—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips involving a particular surface treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/005—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing rare earths, i.e. Sc, Y, Lanthanides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/008—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing tin
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/42—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with copper
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/44—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with molybdenum or tungsten
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/46—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with vanadium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/48—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with niobium or tantalum
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/50—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with titanium or zirconium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/40—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel
    • C22C38/52—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with nickel with cobalt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/60—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing lead, selenium, tellurium, or antimony, or more than 0.04% by weight of sulfur

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

[과제] 겹침부와 1매부의 승온 속도의 차에 기인한 강판의 휨에 관한 문제를 해결하는 것. [해결수단] 본 제조 방법은, 중첩 블랭크를 가열하는 공정과, 가열 후의 중첩 블랭크를 반송하는 공정과, 가열 후의 중첩 블랭크를 금형으로 프레스 가공하는 공정을 포함하고, 가열하는 공정에서는, 제1, 제2 강판의 판 두께를 t1, t2로 하고, 중첩된 부분의 합계 판 두께(t1+t2)의 부분 및 중첩되지 않은 부분의 판 온도 20 내지 800℃ 사이의 평균 가열 속도를 V, v1이라 할 때, 합계 판 두께(t1+t2)가 2.5 내지 5.0㎜이고, 중첩된 부분의 최대 길이 L이 100 내지 1100㎜이고, 제1 강판의 면적 S1, 제2 강판 중 제1 강판과 중첩되어 있는 부분의 면적 S2, 평균 가열 속도 V, v1이, 식 (1) 내지 (3)을 충족하고, 가열 시간 및 가열 온도로 정의되는 좌표 평면에 있어서 특정한 범위 내의 가열 온도 및 가열 시간으로 가열한다.

Description

중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 및 중첩 핫 스탬프 성형체
본 발명은 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 및 중첩 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다.
근년, 자동차용 강판의 용도에 있어서, 고강도와 고성형성을 양립하는 강판이 요망되고 있다. 고강도와 고성형성을 양립하는 강판 중 하나로서, 잔류 오스테나이트의 마르텐사이트 변태를 이용한 TRIP(Transformation Induced Plasticity)강이 있다. 이 TRIP강에 의해, 성형성이 우수한 1000㎫급 정도의 강도를 갖는 고강도 강판을 제조하는 것은 가능하다. 그러나, TRIP강의 기술을 사용하여, 더욱 고강도(예를 들어 1500㎫ 이상)를 갖는 초고강도강에서 성형성을 확보하는 것은 곤란하다. 이에 더하여, 성형 후의 형상 동결성이 나쁘고, 성형품의 치수 정밀도가 떨어진다고 하는 문제가 있다.
상기와 같은, 실온 부근에서 성형하는 공법(소위 냉간 프레스공법)에 대하여, 최근 주목을 받고 있는 공법이, 핫 스탬프(핫 프레스, 열간 프레스, 다이 ??치, 프레스 ??치 등으로도 호칭된다.)이다. 이 핫 스탬프는, 강판을 Ac3점 이상(예를 들어 800℃ 이상)까지 가열해서 오스테나이트화한 직후에, 가열된 강판을 예를 들어 로봇 등으로 프레스기까지 반송하는 것, 및 가열된 강판을 열간에서 프레스함으로써 성형성을 확보시켜서, 하사점 유지 동안에 금형에서 Ms점 이하(예를 들어 400℃ 이하)까지 급랭함으로써 재료를 마르텐사이트화시켜서 ??칭하는 것으로, 프레스 후에 원하는 고강도의 재질을 얻는 부품의 제조 방법이다. 본 공법에 의하면, 성형 후의 형상 동결성도 우수한 자동차용 부품을 얻을 수 있다.
반면에, 자동차의 차체를 구성하는 부품에 사용되는 각종 프레스 성형체에는, 정적 강도, 동적 강도, 충돌 안전성 및 경량화 등의 여러가지 관점에서, 다양한 성능이나 특성의 향상이 요구되고 있다. 예를 들어, A 필러 리인포스, B 필러 리인포스, 범퍼 리인포스, 터널 리인포스, 사이드실 리인포스, 루프 리인포스 또는 플로어 크로스 멤버 등의 자동차 부품에는, 각각의 자동차 부품에 있어서의 특정 부위만이, 이 특정 부위를 제외하는 일반 부위보다 내충돌 특성을 가질 것이 요구된다.
그래서, 자동차 부품에 있어서의 보강이 필요한 특정 부위에 상당하는 부분만큼 복수매의 강판을 중첩해서 접합(예를 들어 스폿 용접)한 후, 얻어진 강판을 핫 스탬프 성형하여, 중첩 핫 스탬프 성형체를 제조하는 공법이, 2007년경부터 실제로 채용되고 있다. 이 공법은, 패치워크라고도 불린다. 본 공법에 의하면, 프레스 금형수를 삭감하면서 핫 스탬프 성형체의 특정 부위만 강판을 중첩함으로써 강화할 수 있으며, 또한 불필요하게 부품 두께를 증가하는 일이 없기 때문에 부품 경량화에도 기여할 수 있다. 또한, 이와 같이 중첩해서 용접함으로써 제작한 블랭크를, 중첩 블랭크라 칭한다(패치워크 블랭크라고도 불린다.).
중첩 핫 스탬프 성형체를 제조하는 프로세스의 모식도를, 도 1에 나타낸다. 상세는 후술하지만, 도 1에 있어서, 부호 4가 중첩 블랭크를 나타내고 있고, 부호 12가 중첩 핫 스탬프 성형체를 나타내고 있다.
중첩되는 강판(도 1의 부호 1이나 부호 2)이 비도금 강판인 경우, 열간 프레스 성형에 수반하는 고온 가열에 의해, 제조되는 중첩 열간 프레스 부재의 표면에 산화 스케일이 생성된다. 그 때문에, 열간 프레스 성형 후에, 예를 들어 쇼트 블라스트 처리에 의해 생성한 산화 스케일을 제거할 필요가 발생하거나, 혹은 제조된 중첩 열간 프레스 부재의 내식성이 저하되기 쉽다고 하는 문제가 있다.
또한, 중첩 블랭크의 소재로서 비도금 강판을 사용한 경우의 특유의 문제로서, 이하의 문제가 있다. 즉, 중첩되지 않은 부분(이하, 「1매부」라고도 칭한다.)은, 쇼트 블라스트 처리가 가능하기 때문에, 산화 스케일의 제거가 가능하여, 내식성의 저하를 억제할 수 있다. 한편, 중첩된 부분(이하, 「겹침부」라고도 칭한다.)의 강판 사이에 형성된 산화 스케일은, 쇼트 블라스트 처리에서의 제거가 곤란하고, 내식성이 특히 저하되기 쉽다고 하는 문제가 있다.
중첩되는 강판이 도금 강판이면, 열간 프레스 성형 후의 중첩 열간 프레스 부재에 쇼트 블라스트 처리를 행할 필요성은, 해소된다. 핫 프레스용으로서 사용되는 도금 강판으로서는, 일반적으로, Zn계 도금 강판과 Al계 도금 강판을 들 수 있다. Zn계 도금 및 Al계 도금의 어느 것에 대해서도, Fe가 도금 중에 확산하는 합금화 반응에 의해, 핫 스탬프 가열 후에, Zn계 도금은 Zn-Fe계 도금이 되고, Al계 도금은 Al-Fe계 도금이 된다. 도금 강판의 모식도를, 도 2에 나타낸다. 여기서, 부호 13이 도금 강판을 나타내고 있고, 부호 15가 강판의 모재를 나타내고 있고, 부호 14가 도금층을 나타내고 있다. 이 부호 14가, Zn계 도금층이나 Al계 도금층에 대응한다.
또한, 상기 Zn계 도금이란, Zn 함유량이 50질량% 이상인 도금을 의미하고, 상기 Zn-Fe계 도금이란, Zn과 Fe의 합계 함유량이 50질량% 이상인 도금을 의미한다. 또한, Al계 도금이란, Al 함유량이 50질량% 이상인 도금을 의미하고, 상기 Al-Fe계 도금이란, Al과 Fe의 합계 함유량이 50질량% 이상인 도금을 의미한다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, Zn계 도금 강판(즉, Zn을 50질량% 이상 함유하는 도금 강판(Zn 도금, 또는 Zn-Fe 합금, Zn-Ni 합금, Zn-Fe-Al 합금 등의 합금 도금))은, 산화 스케일의 생성을 억제하고, 쇼트 블라스트 처리가 필요해진다고 하는 문제는 해소된다. 그러나, 중첩 블랭크 소재로서 Zn계 도금 강판을 사용해서, 핫 스탬프 성형 시에 중첩부에 굽힙 성형을 실시하는 경우, 아연 도금에 기인해서 지철에 균열이 발생하고, 내충돌 특성에 문제가 발생하는 경우가 있다. 이것은, 비교적 저융점의 금속인 아연이 잔존하는 경우, Zn이 액체 금속이 되어 도금 표면부터 지철에 침입하기 때문이다. 이러한 현상은, 액체 금속 취화(LME: Liquid Metal Embrittlement)라고 불린다. 또한, 굽힘 성형은, 내충돌 특성을 형상의 면에서 확보하는 수단이다. 겹침부에 굽힙 성형을 실시하는 것은, 매우 중요한 중첩 성형체의 이용 방법이다.
특허문헌 1 및 특허문헌 2에 개시되어 있는 바와 같이, Zn계 도금 강판을 핫 스탬프로서 사용하는 경우에 채용되는 액체 금속 취화의 대책으로서, 일반적으로는, 핫 스탬프 가열 시에 Zn-Fe 합금화 반응을 진행시켜 도금을 고융점화하는 대책 및 핫 스탬프의 굽힘 성형 시의 성형 온도를 낮추어서 아연이 고체화하는 것을 기다리는 대책을 들 수 있다. 그러나, 중첩 블랭크의 소재로서 아연계 도금 강판을 사용한 경우의 특유의 문제로서, 이하에 3개의 문제를 들 수 있다. 첫째로, 중첩부의 판 두께가 1매부보다 두껍기 때문에 승온 속도 및 냉각 속도의 양자가 느려서, 핫 스탬프 가열 시에 Zn-Fe 합금화 반응을 진행시키는 것이 곤란하다는 문제가 있다. 둘째로, 핫 스탬프 성형 시의 성형 온도에 대해서, 겹침부가 식는 것을 기다리면 1매부가 빨리 식어버려, 1매부가 마르텐사이트 조직을 확보할 수 없다는 문제가 있다. 셋째로, 1매부에서는, Zn은 산화아연의 막이 되어 Zn의 증발을 억제하지만, 겹침부의 강판 사이의 분위기에서는 산소의 결핍이 일어나기 때문에 Zn이 증발해버린다. 이에 의해, 겹침부의 도금의 감소에 의해 내식성이 저하한다는 문제가 있다.
특허문헌 3 및 특허문헌 4에 개시되어 있는 바와 같은 Al계 도금 강판(즉, Al을 50질량% 이상 함유하는 도금 강판(Al 도금, 또는 Al-Si 합금, Al-Fe 합금, Al-Fe-Si 합금 등의 합금 도금))에서는, Zn과 마찬가지로 산화 스케일의 생성을 억제하고, 쇼트 블라스트 처리가 필요해진다고 하는 문제는 해소된다. 이에 더하여, Al계 도금 강판은, 액체 금속 취화(LME)의 문제를 일으키지 않고 비점도 2470℃로 높기 때문에, 중첩 블랭크의 재료로서 사용하는 데에는 적합하다.
일본특허공개 제2016-112569호 공보 일본특허공개 제2016-124029호 공보 국제공개 제2002-103073호 공보 국제공개 제2008-053273호 공보
그러나, 중첩 블랭크의 소재로서, 특허문헌 3, 특허문헌 4에 개시되어 있는 바와 같은 Al계 도금 강판을 사용한 경우, 핫 스탬프 시의 가열 시에, 겹침부의 승온 속도가 느리다고 하는 문제가 발생한다. 즉, 중첩 블랭크를 가열했을 때의 승온 속도는, 중첩된 부분(겹침부)에서는 느리고, 중첩되지 않은 부분(1매부)에서는 빠르다. 그 때문에, 승온 도중에는, 겹침부와 1매부 사이에서, 판 온도의 차가 생긴다. 온도의 차에 의해, 선팽창률(Fe: 11.7×10-6[1/℃])에 따라, 고온이 되는 1매부쪽이, 겹침부보다 크게 신장한다. 그 결과, 도 3에 도시한 바와 같이, 승온 도중에 강판의 휨이 발생하는 문제가 있다. 또한, 어느 정도의 시간 가열하면, 승온이 끝나 고온에서 유지되는 동안에 블랭크 내의 온도는 균일화하고, 휨은 점차 원래대로 돌아가서, 최종적으로는 평탄화된다.
승온 도중의 강판의 휨은, 다음에 기술하는 것과 같은, 가열 생산성에 관한 문제를 일으킨다. 일반적으로, 핫 스탬프에 사용되는 가열로에는, 롤러 허스 로(직선 로라고도 불린다.)라고 불리는, 수평 방향으로 연속한 롤에 강판을 얹고, 롤의 회전으로 롤과 롤 사이를 강판이 이동하면서 강판을 가열하는 타입의 것과, 다단 로(피자 로라고도 불린다.)라고 불리는, 수평 방향이나 수직 방향으로 복수의 가열 장소를 갖는 가열로 내에 강판을 두고, 강판을 이동시키지 않고 가열하는 타입의 것이 있다. 어느 타입의 로에 있어서도, 전술한 강판의 휨은, 가열 생산성을 저해한다. 보다 구체적으로는, 롤러 허스 로에서는, 휨의 발생은, 롤의 회전에 의한 강판의 반송의 진행 방향을 변화시키고, 로 내에서의 강판의 이동을 방해하거나, 롤과 롤 사이에서 강판이 낙하하거나 할 가능성이 있다. 또한, 다단 로에서는, 휨의 발생은, 가열 전후의 강판 위치를 어긋나게 할 가능성에 더하여, 가열 공간이 좁은 경우가 있는 점에서, 휨에 의해 노벽에 강판이 접촉해서 설비를 손상시킬 가능성이 있다.
또한, 롤러 허스 로, 다단 로의 어느 것에 있어서도, 가열 후의 블랭크를 가열로로부터 반출한 후에는, 프레스기로 반송할 필요가 있다. 일반적으로는, 가열된 블랭크를 로봇으로 파지해서 프레스기로 반송한다. 그러나, 가열 완료 후의 블랭크에 휨이 남은 경우, 로봇으로 파지하는 것이 곤란해지는 것이나, 가열 도중에 큰 휨이 발생한 경우, 블랭크의 위치가 이동함으로써, 최악의 경우에는, 생산이 휴지가 되어 핫 스탬프의 반송 생산성에 문제를 일으킨다.
특히, 특허문헌 4에 개시되어 있는 바와 같은, 승온 속도 4 내지 12℃/s의 가열은, 비교적 승온 속도가 빠르기 때문에, 1매부와 겹침부의 승온 속도차를 확대한다. 그 결과, 한층 더, 강판의 휨이 발생한다는 문제가 있다. 이러한 1매부와 겹침부의 승온 속도차는, 가열 온도가 높은 경우에도 균일성이 저해되어, 한층 더 현저하게 휨은 발생한다.
그 때문에, 이상 설명한 바와 같은, 지철의 산화 스케일을 억제하고, 또한 액체 금속 취화의 문제를 일으키지 않기 위해서, 핫 스탬프용 중첩 블랭크의 소재로서 사용하기 위해서는 적합한 알루미늄계 도금 강판에 관하여, 이하와 같은 점이 희구되고 있다. 즉, 겹침부와 1매부의 승온 속도의 차에 기인한 강판의 휨에 관한 문제를 해결하여, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에 관하여, 핫 스탬프 가열 시의 생산성을 향상시킬 것이 희구되고 있다.
그래서, 본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 목적으로 하는 점은, 알루미늄계 도금 강판을 소재로서 사용한 경우에, 겹침부와 1매부의 승온 속도의 차에 기인한 강판의 휨에 관한 문제를 해결하고, 핫 스탬프 가열 시의 생산성을 더욱 향상시키는 것이 가능한, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 및 중첩 핫 스탬프 성형체를 제공하는 데 있다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭하여, 중첩된 부분(즉, 겹침부)과 중첩되지 않은 부분(즉, 1매부)의 선팽창의 차를 억제하는 것이 중요한 것을 발견했다. 구체적으로는, 휨에 영향을 미치는 선팽창의 차 ΔL [㎜]는, 재료 고유의 선팽창률 α[1/℃]와, 겹침부의 최대 길이 L[㎜]와, 겹침부와 1매부의 온도차 ΔT[℃]의 곱으로 표현된다(ΔL=α×L×ΔT). 그 때문에, 겹침부의 길이를 100 내지 1100㎜로 억제하고, 겹침부와 1매부와의 평균 가열 속도의 차를 3.0℃/s 이하로 억제함으로써, 휨을 개선할 수 있는 것을 발견했다.
또한, 가열은, 1매부에서 겹침부를 향해서 서서히 진행되고, 1매부 중에서도 블랭크면 내의 단부로부터 중앙을 향해서 서서히 진행된다. 그 때문에, 겹침부를 평균 가열 속도 1.0 내지 4.0℃/s의 범위 내에서 천천히 가열함으로써, 겹침부의 온도의 블랭크 내에서의 온도의 불균일을 억제하고, 휨을 개선할 수 있는 것을 발견했다.
또한, 본 발명자들은, 면적 S1(㎠)을 갖는 판 두께 t1(㎜)의 제1 강판과, 제1 강판보다 작은 면적을 갖는 판 두께 t2(㎜)의 제2 강판의 겹침부에 대해서, 겹침부의 강성을 높임으로써, 휨을 억제할 수 있는 것도 발견했다. 즉, 제2 강판의 면적 중, 제1 강판과 중첩되어 있는 부분의 면적을 S2(㎠)라 할 때에, 합계 판 두께(t1+t2)를, 2.5㎜ 이상 5.0㎜ 이하로 하고, 또한 상기 면적 S1, S2 및 상기 판 두께 t1이 특정한 조건을 충족함으로써, 승온 도중의 휨을 개선할 수 있는 것을 발견했다.
또한, 가열된 중첩 강판을 가열로에서 꺼낼 때, 겹침부와 1매부의 판 온도가 노온에서 균일화되어, 휨이 원래대로 돌아가는 것도, 강판의 반송의 안정성의 점에서 필요하다. 본 발명자들은, (가열 시간, 예열된 로 내의 온도)로 정의된 좌표 평면에 있어서, 점 A(4분, 930℃), 점 B(10분, 930℃), 점 C(20분, 870℃) 및 점 D(8분, 870℃)로 정해지는 도형 ABCD 내에 위치하는 가열 온도 및 가열 시간에서, 중첩 강판을 가열함으로써, 가열로로부터의 반출시의 휨을 개선할 수 있는 것을 발견했다.
또한, 본 발명자들은, 휨을 억제한 경우에 중첩 핫 스탬프 성형체의 내식성을 조사하면, 제1 강판 및 제2 강판의 중첩된 부분의 제1 강판에 있어서, 제2 강판과 접하지 않는 면의 도금층에 발생하는 적녹이 억제되는 것을 발견했다. 이것은, 휨이 개선됨으로써, Al-Fe계 도금층에 형성되어 있었던 인장 응력이 저감하고, 도금 중의 크랙이 억제된 영향으로 추정하고 있다.
상기 지견에 기초하여 완성된 본 발명의 요지는, 이하와 같다.
[1] 면적 S1(㎠)을 갖는 제1 강판과, 상기 제1 강판보다 작은 면적을 갖는 적어도 1매의 제2 강판을 중첩해서 접합된 중첩 블랭크를 사용하여, 중첩 핫 스탬프 성형체를 제조하는 제조 방법이며, 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판은, 모재 상에 Al계 도금층을 갖는 Al계 도금 강판이며, 상기 중첩 블랭크를 가열로에서 가열하는 중첩 블랭크 가열 공정과, 상기 가열된 상기 중첩 블랭크를, 상기 가열로로부터 반출해서 프레스 장치로 반송하는 가열 블랭크 반송 공정과, 상기 가열된 중첩 블랭크를 상기 프레스 장치에 마련된 금형으로 프레스 가공 하고, 중첩 핫 스탬프 성형체를 얻는 핫 스탬프 공정을 포함하고, 상기 중첩 블랭크 가열 공정에서는, 상기 제1 강판의 판 두께를 t1(㎜), 상기 제2 강판의 판 두께를 t2(㎜), 상기 제1 강판과 상기 제2 강판이 중첩된, 합계 판 두께(t1+t2)의 부분의 판 온도 20℃ 내지 800℃ 사이의 평균 가열 속도를 V(℃/s), 상기 제1 강판 중, 상기 제2 강판이 중첩되지 않은 부분의 판 온도 20℃ 내지 800℃ 사이의 평균 가열 속도를 v1(℃/s)로 할 때, 상기 중첩된 부분의 합계 판 두께(t1+t2)가, 2.5㎜ 이상 5.0㎜ 이하이고, 상기 제2 강판의 중첩된 부분의 최대 길이 L이, 100㎜ 이상 1100㎜ 이하이고, 상기 평균 가열 속도 V, v1이, 하기 식 (1) 및 식 (2)의 관계식을 충족하고, 상기 제2 강판의 면적 중, 상기 제1 강판과 중첩되어 있는 부분의 면적을 S2(㎠)라 할 때, 상기 면적 S1, S2, 상기 판 두께 t1이, 하기 식 (3)의 관계식을 충족하고, 가열 시간 및 가열 온도로 정의되는 좌표 평면에 있어서, 점 A(4분, 930℃), 점 B(10분, 930℃), 점 C(20분, 870℃) 및 점 D(8분, 870℃)로 정해지는 도형 ABCD 내에 위치하는 가열 온도 및 가열 시간에서, 상기 중첩 블랭크를 가열하는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
[2] 상기 제2 강판의 중첩된 부분의 최대 길이 L이, 300㎜ 이상인, [1]에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
[3] 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 상기 모재는, 질량%로, C: 0.10% 이상 0.50% 이하, Si: 0.01% 이상 2.00% 이하, Mn: 0.30% 이상 5.00% 이하, P: 0.100% 이하, S: 0.1000% 이하, N: 0.0100% 이하, Al: 0.500% 이하, B: 0.0002% 이상 0.0100% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하는, [1] 또는 [2]에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
[4] 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 상기 모재는, 잔부의 Fe의 일부 대신에, 또한 질량%로, W: 0% 이상 3.0% 이하, Cr: 0% 이상 2.0% 이하, Mo: 0% 이상 3.0% 이하, V: 0% 이상 2.0% 이하, Ti: 0% 이상 0.5% 이하, Nb: 0% 이상 1.0% 이하, Ni: 0% 이상 5.0% 이하, Cu: 0% 이상 3.0% 이하, Co: 0% 이상 3.0% 이하, Sn: 0% 이상 0.10% 이하, Sb: 0% 이상 0.10% 이하, Mg: 0% 이상 0.0050% 이하, Ca: 0% 이상 0.0050% 이하, O: 0% 이상 0.0070% 이하의 1종 이상을 함유하는, [3]에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
[5] 상기 제1 강판의 상기 모재의 C 함유량 C1(질량%) 및 상기 제2 강판의 상기 모재의 C 함유량 C2(질량%)가, 하기 식 (4)의 관계식을 충족하는, [3] 또는 [4]에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
[6] 면적 S1(㎠)을 갖는 제1 강판과, 상기 제1 강판보다 작은 면적을 갖는 적어도 1매의 제2 강판이 적층된, 중첩 핫 스탬프 성형체이며, 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 표면에, Al-Fe계 도금층을 갖고, 상기 Al-Fe계 도금층은, Al과 Fe의 화합물층 및 Al 고용 Fe층을 포함하고, 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 판 두께를 각각 t1, t2(㎜)라 할 때, 상기 제1 강판과 상기 제2 강판이 중첩된 부분의 합계 판 두께(t1+t2)는, 2.5㎜ 이상 5.0㎜ 이하이고, 상기 제2 강판이 중첩된 부분의 최대 길이 L은, 100㎜ 이상 1100㎜ 이하이고, 상기 제2 강판의 면적 중, 상기 제1 강판과 중첩되어 있는 부분의 면적을 S2(㎠)라 할 때, 상기 면적 S1, S2, 판 두께 t1이, 하기 식 (3)의 관계식을 충족하고, 상기 제1 강판과 상기 제2 강판이 중첩된 부분 중, 상기 제1 강판이 상기 제2 강판과 접하지 않는 면의 상기 Al-Fe계 도금층에 있어서, 상기 Al 고용 Fe층까지 도달하는 크랙의 개수가, 상기 Al-Fe계 도금층과 평행한 100㎛의 길이당 5개 이하이고, 상기 제1 강판의, 제2 강판과 중첩되지 않은 부분의 Al 고용 Fe층의 두께 D1(㎛)과, 상기 제2 강판의 Al 고용 Fe층의 두께 D2(㎛)가, 하기 식 (5)의 관계식을 충족하는, 중첩 핫 스탬프 성형체.
[7] 상기 제2 강판의 중첩된 부분의 최대 길이 L이, 300㎜ 이상인, [6]에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체.
[8] 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 모재는, 질량%로, C: 0.10% 이상 0.50% 이하, Si: 0.01% 이상 2.00% 이하, Mn: 0.30% 이상 5.00% 이하, P: 0.100% 이하, S: 0.1000% 이하, N: 0.0100% 이하, Al: 0.500% 이하, B: 0.0002% 이상 0.0100% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하는, [6] 또는 [7]에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체.
[9] 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 모재는, 잔부의 Fe의 일부 대신에, 또한 질량%로, W: 0% 이상 3.0% 이하, Cr: 0% 이상 2.0% 이하, Mo: 0% 이상 3.0% 이하, V: 0% 이상 2.0% 이하, Ti: 0% 이상 0.5% 이하, Nb: 0% 이상 1.0% 이하, Ni: 0% 이상 5.0% 이하, Cu: 0% 이상 3.0% 이하, Co: 0% 이상 3.0% 이하, Sn: 0% 이상 0.10% 이하, Sb: 0% 이상 0.10% 이하, Mg: 0% 이상 0.0050% 이하, Ca: 0% 이상 0.0050% 이하, O: 0% 이상 0.0070%, REM: 0% 이상 0.0070% 이하의 1종 이상을 함유하는, [8]에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체.
[10] 상기 제1 강판의 상기 모재의 C 함유량 C1(질량%) 및 상기 제2 강판의 상기 모재의 C 함유량 C2(질량%)가, 하기 식 (4)의 관계식을 충족하는, [8] 또는 [9]에 기재된 중첩 핫 스탬프 성형체.
1.0≤V≤4.0 … 식 (1)
(v1-V)≤3.0 … 식 (2)
400≤(S1-S2)×(t1/10)≤950 … 식 (3)
0.03≤(C2-C1)≤0.30 … 식 (4)
(D1-D2)≤6.0 … 식 (5)
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, Al계 도금 강판을 소재로서 사용한 경우에, 중첩 핫 스탬프 성형체를 제조하는 프로세스에 있어서의, 가열 시의 강판의 휨 문제를 개선할 수 있다.
도 1은 중첩 핫 스탬프 성형체를 제조하는 공정의 개략을 도시하는 도면이다.
도 2는 Al계 도금층으로 피복된 강판의 단면을 도시하는 도면이다.
도 3은 블랭크의 가열 공정에서의 승온 중에 휨이 발생한 경우를 모식적으로 도시하는 도면과 그 승온 중의 휨을 실제로 촬영한 측면 사진의 예이다.
도 4는 제1 강판과 제2 강판이 중첩된 부분의 최대 길이 L에 대해서 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 5는 블랭크를 가열하는 공정에서의 승온 중에서, 1매부와 중첩부의 20 내지 800℃에 있어서의 승온 속도의 차가 2℃/s인 경우에 있어서의, 휨을 억제한 예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 6은 블랭크를 가열하는 공정에서의 승온 중에서, 1매부와 중첩부의 20 내지 800℃에 있어서의 승온 속도의 차가 4℃/s인 경우에 있어서의, 휨이 발생한 예를 모식적으로 도시하는 도면이다.
도 7은 중첩 핫 스탬프 성형체를 가열하는 공정에 있어서, (가열 시간, 예열된 로 내의 온도)로 정의된 좌표 평면에 있어서, 점 A(4분, 930℃), 점 B(10분, 930℃), 점 C(20분, 870℃) 및 점 D(8분, 870℃)로 정해지는 도형 ABCD 내에 위치하는 가열 온도와 가열 시간을 도시하는 도면이다.
도 8은 중첩 핫 스탬프 성형체에 있어서, 도 1의 1b의 도금 표면에 상당하는 부분에 형성된 크랙의 일례를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에서 사용한 해트 형상의 중첩 핫 스탬프 성형체의 형상을 모식적으로 도시하는 도면이다.
이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.
≪1. 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법의 개요≫
도 1은 핫 스탬프용 중첩 블랭크를 사용한, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 및 중첩 핫 스탬프 성형체의 일례를 모식적으로 도시하는 도면이다. 이하에서는, 도 1 및 도 2를 기초로 하여 설명한다.
중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법은, 핫 스탬프용 중첩 블랭크를 소재로서 사용해서, 중첩 핫 스탬프 성형체를 제조하기 위한 방법으로서 사용된다.
핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)는, 제1 강판(1)(도 1의 부호 1)과, 제1 강판보다 면적이 작은 제2 강판(2)(도 1의 부호 2)을, 접합(도 1의 부호 3)함으로써 구성된다. 이때, 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)(도 1의 부호 4) 중에서, 제2 강판(2)이 중첩된 부분을, 겹침부(4a)라 칭하고, 중첩되지 않은 부분을, 1매부(4b)라 칭한다.
이하에서 상세하게 설명하는, 본 발명의 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)에 대해서도, 그 제조 방법의 개요는 도 1에 도시한 바와 같으며, 그 구성의 개요는, 도 2에 도시한 바와 같다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)에 있어서도, 제2 강판(2)은, 도 1에 모식적으로 도시한 바와 같이, 제1 강판(1)으로부터 비어져 나온 부분이 존재하지 않도록, 제1 강판(1)의 내측에 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 제2 강판(2)이 제1 강판(1)으로부터 비어져 나와 있는 부분이 존재해도 된다.
또한, 제1 강판(1)의 표면에는, 제2 강판(2)과 접하는 측의 면(1a)과, 제2 강판(2)과 접하지 않는 측의 면(1b)의 양면에 대하여, Al계 도금층(도 2의 부호 14)이 피복되어 있다. 제2 강판(2)에 대해서도 마찬가지로, 제1 강판(1)과 접하는 측의 면(2a)과, 제1 강판(1)과 접하지 않는 측의 면(2b)의 양면에 대하여, Al계 도금이 피복되어 있다.
핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)는, 가열로(5)에서 Ac3점 이상까지 가열됨으로써, 강판의 모재 부분이 오스테나이트화된다. 가열된 강판을 로에서 꺼낸 직후에 반송하고, 금형(6)으로 프레스 성형 또한 급랭함으로써, 강판은 마르텐사이트 변태한다. 이에 의해, 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)는, 내충돌 특성이 우수한 중첩 핫 스탬프 성형체(12)가 된다.
도 1에서는, 중첩 핫 스탬프 성형체(12)의 일례로서, 해트 형상의 금형을 사용한 성형품을 도시하고 있다. 본 명세서에 있어서는, 핫 스탬프 성형체(12)의 부위의 호칭을, 헤드 꼭대기부(7), 헤드 꼭대기부의 굽힘부(8), 종벽부(10), 플랜지부(11), 플랜지부의 굽힘부(9)로 한다.
또한, 도 1에서는, 제2 강판(2)은, 헤드 꼭대기부(7)측의 외측에 배치되어 있지만, 제2 강판(2)이 헤드 꼭대기부(7)의 내측에 배치되어 있어도 된다.
≪2. 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법≫
이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 중첩 핫 스탬프 성형체에 특징적인 제조 방법에 대해서, 상세하게 설명한다.
(2-1. 중첩 블랭크)
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크(이하, 간단하게 「블랭크」라고 칭하는 경우가 있다.)(4)는, 상기 도 1 및 도 2에 나타낸 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)와 마찬가지로, 면적 S1(㎠)을 갖는 제1 강판(1)과, 제1 강판(1)에 접합된, 제1 강판(1)보다 면적이 작은 제2 강판(2)을 갖고 있다. 또한, 제1 강판(1) 및 제2 강판(2) 각각의 양면에는, Al계 도금이 피복되어 있다. 즉, 본 실시 형태에 따른 제1 강판(1) 및 제2 강판(2)은, 모재가 되는 강판의 양쪽 표면 상에 Al계 도금층을 갖는 Al계 도금 강판이다. 또한, 제1 강판(1)의 면적 S1이란, 제1 강판(1)의 판 두께 방향으로 대략 직교하는, 강판 평면의 면적(편면당 면적)이다.
<모재>
본 실시 형태에 따른 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)에 있어서, 제1 강판(1) 및 제2 강판(2)의 각각에 있어서의 모재의 화학 성분은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 단, 예를 들어 1000㎫ 이상의 인장 강도(하중을 9.81N으로 했을 때의 비커스 경도로 300HV 이상 정도)를 얻는 것을 목적으로, 다음의 화학 성분의 모재를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 하기의 화학 성분의 범위 내에서, 제1 강판(1)의 모재의 화학 성분과, 제2 강판(2)의 모재의 화학 성분은, 동일해도 되고, 상이해도 된다.
즉, 본 실시 형태에 따른 제1 강판(1) 및 제2 강판(2)의 모재의 화학 성분은, 질량%로, C: 0.10% 이상 0.50% 이하, Si: 0.01% 이상 2.00% 이하, Mn: 0.30% 이상 5.00% 이하, P: 0.100% 이하, S: 0.1000% 이하, N: 0.0100% 이하, Al: 0.500% 이하, B: 0.0002% 이상 0.0100% 이하를 함유하고, 잔부 Fe 및 불순물을 포함한다. 또한, 본 실시 형태에 따른 제1 강판(1) 및 제2 강판(2)의 모재의 화학 성분은, 잔부의 Fe의 일부 대신에, 강판의 내충돌 특성을 향상시키기 위해서, 추가로 Ti: 0% 이상 0.5% 이하, Nb: 0% 이상 1.0% 이하, Cr: 0% 이상 2.0% 이하, W, Mo: 0% 이상 3.0% 이하, V: 0% 이상 2.0% 이하, Ni: 0% 이상 5.0% 이하, Cu, Co: 0% 이상 3.0% 이하, Sn, Sb: 0% 이상 0.10% 이하, Mg, Ca: 0% 이상 0.0050% 이하, O, REM: 0% 이상 0.0070% 이하의 1종 이상을 포함하는 화학 성분을 갖는 것이 바람직하다.
또한, 자동차 부품에 사용하는 강판은, 충돌 안전성을 높이기 위해서, 높은 C 함유량을 갖고, 높은 인장 강도를 갖는 강판이 사용된다. 그 때문에, 중첩 핫 스탬프 성형체에 사용하는 강판에 있어서도, 제1 강판 및 제2 강판은, 모두, 높은 C 함유량을 갖는 것을 사용하는 것이 상용이었다. 그러나, 제1 강판(1)의 모재의 C 함유량을 C1(질량%)로 하고, 제2 강판(2)의 모재의 C 함유량을 C2(질량%)로 할 때, C1 및 C2는, 0.03≤(C2-C1)≤0.30의 관계식을 충족하는 것이 바람직하다. C 함유량의 증가에 의해, 고온에서의 강판의 변형 저항이 증가한다. 그 때문에, 가열 시에 있어서의 블랭크(4)의 휨을 억제하기 위해서는, C 함유량을 많게 하는 쪽이 좋다. 이러한 관점에서, 온도가 균일한 제2 강판은, C 함유량을 많게 하고, 또한 온도가 1매부와 겹침부에서 불균일해지는 제1 강판은, C 함유량을 적게 하는 것이 바람직하다. 본 발명자들이 예의 검토를 행한 결과, C2와 C1의 차(C2-C1)를 0.03질량% 이상으로 함으로써 블랭크(4)의 휨을 보다 확실하게 억제 가능한 것이 명확해졌다. C2와 C1의 차(C2-C1)는, 바람직하게는 0.04질량% 이상이고, 더욱 보다 바람직하게는 0.05질량% 이상이다. 한편, C2와 C1의 차(C2-C1)를 0.30질량% 이하로 함으로써, 제2 강판의 모재의 취화와, 제1 강판의 극단적인 인장 강도의 저하를, 보다 확실하게 억제하는 것이 가능해진다. 그 결과, 이러한 블랭크를 사용해서 제조되는 부품의 충돌 특성을 보다 확실하게 담보하여, 부품의 실용성을 확보하는 것이 가능해진다. C2와 C1의 차(C2-C1)는, 보다 바람직하게는 0.28질량% 이하이고, 더욱 보다 바람직하게는 0.25질량% 이하이다.
상기의 화학 조성을 갖는 모재를 사용한 Al계 도금 강판의 제조 방법은, 특별히 한정되는 것이 아니고, 예를 들어 통상의 방법의 제철 공정 및 제강 공정을 거쳐, 열연, 산세, 냉연, 센지미어식 용융 Al 도금의 공정에서 제조된 것을 이용할 수 있다.
<Al계 도금층에 대해서>
본 실시 형태에 있어서, 제1 강판(1) 및 제2 강판(2) 각각의 표리면에는, Al계 도금층이 피복된다.
Al계 도금층에 요구되는 특성으로서는, 핫 스탬프 가열 시의 Fe 스케일의 발생을 억제하는 것, 및 핫 스탬프 성형 시의 도금의 박리(파우더링이라고도 불린다.)에 의한 도금의 절결이나, 박리한 도금이 다른 장소에 부착되는 것에 의한 압흔을 억제하는 것을 들 수 있다. 파우더링은, 성형 시에 발생하는 굽힘부의 내측의 면에서 도금에 부하되는 압축 응력이나, 성형 시의 금형으로부터의 미끄럼 이동에 의해 도금에 부하되는 전단 응력 등을 원인으로 하여 발생한다. 이 때문에, Al계 도금층의 도금 두께는, 제1 강판(1), 제2 강판(2) 각각에서 독립적으로, 10㎛ 이상 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 도금 두께가 10㎛ 미만인 경우에는, Fe 스케일 발생의 억제 효과가 부족할 가능성이 있다. Al계 도금층의 도금 두께를 10㎛ 이상으로 함으로써 Fe 스케일 발생의 억제 효과를, 보다 확실하게 발현시킬 수 있다. Al계 도금층의 도금 두께는, 보다 바람직하게는 15㎛ 이상이다. 한편, 도금 두께가 50㎛ 초과인 경우에는, 파우더링이 많이 발생할 가능성이 있다. 도금 두께를 50㎛ 이하로 함으로써, 파우더링의 발생을 보다 확실하게 방지하는 것이 가능해진다. Al계 도금층의 도금 두께는, 보다 바람직하게는, 45㎛ 이하이다.
또한, Al계 도금층의 도금 두께의 특정 방법으로서는, 광학 현미경을 사용해서, 도금 단면을 100㎛×100㎛의 시야에서 에칭 처리없이 단면을 관찰하고, 도금 두께를 측정함으로써 구할 수 있다. 보다 상세하게는, 임의의 복수의 개소(예를 들어, 3군데)에 있어서, 도금 단면을 상기의 방법에 의해 관찰하고, 각 관찰 개소의 도금 두께를 특정한다. 그 후, 얻어진 도금 두께의 평균값을 산출하고, 얻어진 평균값을, Al계 도금층의 도금 두께로 하면 된다.
Al계 도금층으로 모재를 피복하는 방법으로서 일반적인 용융 도금법에 의하면, 용융 알루미늄 도금욕에 강판을 침지하고, 질소나 대기 등으로 가스 와이핑함으로써, 부착량이 조정된 Al계 도금 강판(도 2의 부호 13)을 제조할 수 있다. 이때, 용융 도금 시에 Al계 도금층과 모재의 Fe가 합금화 반응함으로써, 필연적으로, Al계 도금층(도 2의 부호 14)과 모재(도 2의 부호 15)의 계면에는, 수㎛ 정도의 Al-Fe계의 계면 합금층이 형성된다. 형성되는 계면 합금층의 두께는, 용융 알루미늄 도금욕에의 침지 시간을 조정함으로써 제어할 수 있고, 침지 시간을 길게 함으로써, 크게 할 수 있다.
상기 Al계 도금층을 형성하기 위한 용융 알루미늄 도금욕의 화학 조성은, 특별히 한정하지 않는다. 단, 내열성이 우수한 점에서, 용융 알루미늄 도금욕 중에서의 Al의 함유량은, 80질량% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 계면 합금층의 두께의 제어가 용이한 점에서, 용융 알루미늄 도금욕의 Si의 함유량은, 2질량% 이상인 것이 바람직하다. Si의 함유량이 2질량% 미만인 경우에는, 계면 합금층이 너무 두꺼워져서 성형성이 저하될 가능성이 있다. 한편, 용융 알루미늄 도금욕의 Si의 함유량이 15질량% 초과인 경우에는, 핫 스탬프 가열 시의 Al계 도금층의 합금화 속도가 느려지고, 핫 스탬프의 생산성이 저하될 가능성이 있다. 그 때문에, 용융 알루미늄 도금욕의 Si의 함유량은, 15질량% 이하인 것이 바람직하다. 계면 합금층은, 용융 알루미늄 도금욕 중에 Si가 포함되지 않은 경우에는, Al-Fe계의 2원계의 합금층으로 구성되고, Si가 포함되는 경우에는, 상기 2원계에 더하여, Al-Fe-Si계의 3원계의 합금층으로 구성된다. 또한, 상기와 같은 용융 알루미늄 도금욕에는, 각종 불순물이 존재하고 있는 경우가 있다.
Al계 도금층(14)이 Si를 2질량% 이상 15질량% 이하 함유하는 경우, Al계 도금층(14)에는, 상태도에 기초하여 Al과 Si의 공정 조직이 형성된다. 용융 도금법에 의한 경우, 용융 알루미늄 도금욕에는, 불가피하게, 강판으로부터의 용출 성분으로서 Fe를 1질량% 이상 5질량% 이하 포함하는 경우가 있다. 다른 불가피적 불순물로서는, 용융 도금 설비의 용출 성분이나 용융 알루미늄 도금욕의 잉곳의 불순물에 기인한 Cr, Mn, V, Ti, Sn, Ni, Cu, W, Bi, Mg, Ca 등의 원소를 들 수 있고, 이들 원소를 1질량% 미만 포함하는 경우가 있다.
상기 계면 합금층은, 예를 들어 Al과 Fe의 2원 합금인 θ상(FeAl3), η상(Fe2Al5), ζ상(FeAl2), Fe3Al, FeAl, Al이 고용한 Fe의 BCC상 등의 상의 조합으로 구성된다. Si를 함유하는 경우의 계면 합금층의 화학 조성으로서는, 예를 들어 τ1상(Al2Fe3Si3), τ2상(Al3FeSi), τ3상(Al2FeSi), τ4상(Al3FeSi2), τ5상(Al8Fe2Si), τ6상(Al9Fe2Si2), τ7상(Al3Fe2Si3), τ8상(Al2Fe3Si4), τ10상(Al4Fe1.7Si), τ11상(Al5Fe2Si) 등을 들 수 있고, 주로 τ5상, τ6상, θ상, η상의 어느 것 또는 그들 복수의 상으로 구성된다. 또한, 이상의 상은, 화학양론적인 조성으로 되지 않는(즉, 원소비가 정수로 되지 않는) 경우가 있다.
<판 두께에 대해서>
본 실시 형태에 있어서, 판 두께 t1(㎜)인 제1 강판(1)과, 판 두께 t2(㎜)인 제2 강판(2)이 중첩된 합계 판 두께(t1+t2)는, 2.5㎜ 이상 5.0㎜ 이하이다.
본 실시 형태에 있어서 Al계 도금 강판에 요구되는 특성으로서, 중첩 블랭크로서 사용하는 경우의 과제인, 승온 속도가 느린 겹침부와, 승온 속도가 빠른 1매부의 승온 속도의 차이에 의해 발생하는 휨을, 한층 더 억제 가능한 것이 중요하다. 상기와 같은 휨을 억제하기 위해서, 제1 강판(1)의 판 두께 t1(㎜)과, 제2 강판(2)의 판 두께 t2(㎜)가 중첩된 부분(겹침부)의 합계 판 두께(t1+t2)는, 2.5㎜ 이상 5.0㎜ 이하로 한다. 합계 판 두께(t1+t2)가 2.5㎜ 미만이 되는 경우에는, 휨이 크게 발생하고, 핫 스탬프 가열 시의 생산성을 저하시킨다. 합계 판 두께(t1+t2)는, 바람직하게는 2.8㎜ 이상이고, 보다 바람직하게는 3.0㎜ 이상이다. 한편, 합계 판 두께(t1+t2)가 5.0㎜를 초과하는 경우에는, 열용량이 과잉으로 커지고, 핫 스탬프 가열 시의 승온 속도가 느려져서 가열 생산성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 합계 판 두께(t1+t2)는, 바람직하게는 4.8㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 4.5㎜ 이하이다.
여기서, 제1 강판(1)의 판 두께 t1과, 제2 강판(2)의 판 두께 t2 각각에 대해서는, 예를 들어 1.0㎜ 내지 4.0㎜ 정도의 범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 제1 강판(1)의 판 두께 t1 및 제2 강판(2)의 판 두께 t2는, 마이크로미터를 사용하여 측정하는 것이 가능하고, 광학 현미경을 사용해서 단면을 관찰함으로써 측정하는 것도 가능하다. 또한, 상기의 판 두께 t1, t2는, 모재의 판 두께에 더하여, 양면에 마련된 Al계 도금층의 두께도 포함한 판 두께로 한다.
<중첩된 부분의 최대 길이 L에 대해서>
본 실시 형태에 있어서, 제1 강판(1)과 제2 강판(2)이 중첩된 부분(겹침부)의 최대 길이 L은, 100㎜ 이상 1100㎜ 이하이다. 중첩된 부분의 최대 길이 L을 상기의 범위 내로 하는 이유에 대해서는, 이하에서 다시 설명한다.
또한, 제1 강판(1)과 제2 강판(2)이 중첩된 부분(겹침부)의 최대 길이 L은, 노기스나 줄자 등의 공지된 계측 기기를 사용하여 측정할 수 있다. 또한, 중첩된 부분(겹침부)의 최대 길이 L은, 제1 강판(1)과 제2 강판(2)의 중첩된 부분을 내포하는 최소의 외접원의 직경으로 한다. 이 정의에 의하면, 예를 들어 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같은 중첩된 부분이 사각형이 되는 경우에는, 네 코너의 대각선 길이가, 최대 길이 L이 된다. 또한, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같은 경우에는, 최대 길이 L은, 도시한 바와 같은 최소의 외접원의 직경이 된다.
(2-2. 핫 스탬프 시의 중첩 블랭크의 가열에 대해서)
승온 속도가 느린 겹침부와, 승온 속도가 빠른 1매부의 승온 속도의 차이에 의해 발생하는 휨은, 하기의 식 (A)에 따라, 겹침부와 1매부와의 온도차에 의해 발생한다.
하기의 식 (A)에 있어서의 선팽창의 차 ΔL[㎜]가 휨으로 연결되고, ΔL은 재료 고유의 선팽창률 α[1/℃], 재료의 길이 Ls[㎜], 재료의 온도차 ΔT[℃]의 곱에 의해 표현된다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 블랭크에 있어서는, 하기 식 (A)에 있어서의 길이 Ls는, 겹침부의 최대 길이 L에 대응한다.
ΔL=α×Ls×ΔT … 식 (A)
이 때문에, 겹침부의 최대 길이 L이 짧으면, ΔL이 작아지고, 휨도 억제된다. 단, 겹침부의 최대 길이 L이 100㎜ 미만인 경우에는, 중첩되지 않은 부분의 블랭크 내에 있어서, 승온이 빠른 단부로부터, 승온이 느린 중앙부를 향하여, 온도의 차가 발생하기 때문에, 휨이 발생한다. 이러한 관점에서, 겹침부의 최대 길이 L은 100㎜ 이상으로 한다. 이에 의해, 블랭크의 가열 시에 있어서의 휨의 발생을 방지할 수 있다. 겹침부의 최대 길이 L은, 바람직하게는 200㎜ 이상이고, 보다 바람직하게는 400㎜ 이상이다. 한편, 겹침부의 최대 길이 L이 1100㎜를 초과하는 경우에는, 휨이 커지고, 핫 스탬프 가열 시의 생산성이 저하된다. 이러한 관점에서, 겹침부의 최대 길이 L은, 1100㎜ 이하로 한다. 이에 의해, 생산성을 담보하면서, 가열 시의 휨의 발생을 방지할 수 있다. 겹침부의 최대 길이 L은, 바람직하게는 1050㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 1000㎜ 이하이다.
<제1 강판의 면적 S1, 제2 강판의 면적 S2의 관계에 대해서>
가열 중의 블랭크의 휨은, 제1 강판(1) 중, 제1 강판(1)과 제2 강판(2)이 중첩되지 않은 부분(1매부)의 자중에 의해 억제된다. 그래서, 본 실시 형태에서는, 제2 강판(2)의 면적 중, 제1 강판(1)과 중첩되어 있는 부분의 면적을 S2(㎠)로 하여, 제1 강판의 면적 S1과 상기 면적 S2의 차에, 제1 강판(1)의 판 두께 t1을 곱한 값{(S1-S2)×(t1/10)}(단위: ㎤)을, 상기 1매부의 자중에 대응하는 지표로서 사용한다. 여기서, 판 두께 t1(㎜)을 10으로 제산하고 있는 이유는, 판 두께 t1의 단위를 ㎜로부터 ㎝로 환산하기 위해서이다. 또한, 면적 S2에 관한 것으로, 제2 강판(2)에 있어서 제1 강판(1)으로부터 비어져 나와 있는 부분이 존재하지 않는 경우에는, 제2 강판(2)의 면적이, 상기 면적 S2가 된다.
본 발명자들은, 상기 지표를 사용해서 예의 검토한 결과, 지표 {(S1-S2)×(t1/10)}의 값이 400 이상 950 이하가 됨으로써, 가열 시의 휨을 억제 가능한 것이 명확해졌다. 여기서, 종래의 중첩 블랭크에 있어서는, 자동차용 강판에서는 중요한 경량화가 요구된다. 그 때문에, 보강의 역할을 담당하는 제2 강판의 면적 S2를, 최소한으로 그치게 함으로써, 지표 {(S1-S2)×(t1/10)}의 값이 950을 초과하는 경우, 또는 제1 강판의 면적 S1 또는 판 두께 t1을, 최소한으로 그치게 함으로써, 지표 {(S1-S2)×(t1/10)}의 값이 400 미만인 경우가 있었다. 그러나, 근년의 충돌 안전성의 요구의 고조에 부응하기 위해서, S1, S2, t1 각각의 값을 크게 할 필요가 생기고, 새롭게 블랭크의 휨 문제가 발생했다. 그래서 본 발명자들은, 지표 {(S1-S2)×(t1/10)}의 값을 400 이상 950 이하로 함으로써, 가열 시의 휨을 억제 가능한 것이 명확해졌다. 지표 {(S1-S2)×(t1/10)}의 값이 400 미만인 경우에는, 휨의 억제 효과가 부족하다. 지표 {(S1-S2)×(t1/10)}의 값이 400 이상이 됨으로써, 가열 시에 발생할 수 있는 휨을 억제하는 것이 가능해진다. 지표 {(S1-S2)×(t1/10)}의 값은, 바람직하게는 420이고, 보다 바람직하게는 440이다. 한편, 지표 {(S1-S2)×(t1/10)}의 값이 950 초과인 경우에는, 블랭크 전체의 사이즈가 커지고, 휨의 높이가 커진다. 지표 {(S1-S2)×(t1/10)}의 값이 950 이하가 됨으로써, 가열 시에 발생할 수 있는 휨의 높이를 작게 하는 것이 가능해진다. 지표 {(S1-S2)×(t1/10)}의 값은, 바람직하게는 930 이하이고, 보다 바람직하게는 900 이하이다.
<접합에 대해서>
제1 강판(1)과 제2 강판(2)이 중첩되어 접합되는 핫 스탬프용 중첩 블랭크에 있어서, 상기의 접합은, 스폿 용접인 것이 바람직하다. 이하에, 그 이유를 설명한다.
겹침부에서는, 제1 강판(1)과 제2 강판(2) 사이를 양호하게 접촉시킴으로써 전열을 향상시킨다. 이에 의해, 중첩 블랭크로서 사용하는 경우의 과제인, 겹침부(승온 속도가 느리다.)와 1매부(승온 속도가 빠르다.)의 승온 속도의 차이를 억제하여, 휨을 억제할 수 있다.
접합의 종류로서는, 스폿 용접, 심 용접, 납땜 용접, 레이저 용접, 플라스마용접, 아크 용접 등을 선택할 수 있다. 넓은 면적의 겹침부를, 효율적으로 양호하게 접촉시킨다고 하는 점에서, 겹침부의 내부까지를 복수의 점에서 접촉시키고, 또한 강판-강판간에 가압을 걸어서 직접 접합할 수 있는, 스폿 용접이 바람직하다.
이때, 스폿 용접의 타점 밀도는, 1점/200㎠ 이상인 것이 바람직하다. 타점 밀도가 1점/200㎠ 미만인 경우에는, 강판끼리의 접촉이 불충분해지고, 중첩부의 승온의 개선이 불충분해진다. 스폿 용접의 타점 밀도는, 보다 바람직하게는 1점/40㎠ 이상이다. 한편, 스폿 용접의 타점 밀도에 대해서, 특별히 상한은 정하지 않지만, 밀도가 너무 높으면 용접 전류에 분류가 발생하고, 용접이 곤란해지는 점에서, 1점/1㎠ 이하인 것이 바람직하다.
상기 스폿 용접의 타점 밀도(점/㎠)는, 블랭크에 처치된 제2 강판(2) 내의 스폿 용접 타점수를, 제2 강판(2) 중, 제1 강판(1)과 중첩되어 있는 부분의 면적으로 제산함으로써 구한다.
<가열 시의 승온 속도에 대해서>
본 실시 형태에 있어서, 제1 강판(1)과 제2 강판(2)이 중첩된 합계 판 두께(t1+t2)(㎜)의 부분에 있어서의, 판 온도 20 내지 800℃까지의 평균 가열 속도 V(℃/s)와, 제1 강판(1) 중 제2 강판(2)이 중첩되지 않은 부분에 있어서의, 판 온도 20 내지 800℃까지의 평균 가열 속도 v1(℃/s)은, 이하의 식 (1) 및 식 (2)의 관계식을 충족한다. 이하에, 그 이유를 설명한다.
1.0≤V≤4.0 … 식 (1)
(v1-V)≤3.0 … 식 (2)
승온 속도가 느린 겹침부와, 승온 속도가 빠른 1매부의 승온 속도의 차이에 의해 발생하는 휨은, 전술한 식 (A)에 따라, 중첩부와 중첩되지 않은 부분의 온도차에 의해 발생한다. 따라서, 중첩부와 중첩되지 않은 부분의 재료의 온도차 ΔT를 작게 하기 위해서, 평균 가열 속도의 차(v1-V)를 억제함으로써, 휨이 작아진다. 보다 상세하게는, 평균 가열 속도의 차(v1-V)를 3.0℃/s 이하로 함으로써, 예를 들어 도 5에 모식적으로 도시한 바와 같이 휨이 억제되어, 핫 스탬프 가열 시의 생산성 저하가 개선된다. 한편, 평균 가열 속도의 차(v1-V)가 3.0℃/s를 초과하면, 예를 들어 도 6에 모식적으로 도시한 바와 같이 휨이 커지고, 핫 스탬프 시의 생산성이 저하된다. 평균 가열 속도의 차(v1-V)는, 바람직하게는 2.8℃/s 이하이고, 더욱 바람직하게는 2.6℃/s 이하이다. 또한, 평균 가열 속도의 차(v1-V)의 하한은 특별히 정하지 않지만, 공업적으로는, 평균 가열 속도의 차(v1-V)의 하한은 0.5℃/s 이상이다.
또한, 중첩 블랭크는, 승온 속도가 빠른 블랭크면 내의 단부로부터 승온 속도가 느린 중앙부를 향해서 점차 가열된다. 그 때문에, 중첩부의 평균 가열 속도 V를 1.0℃/s 이상 4.0℃/s 이하의 범위로 하여 서서히 가열함으로써, 1매부와 겹침부와의 사이의 온도의 차를 억제하고, 휨을 개선할 수 있다. 겹침부의 평균 가열 속도 V가 4.0℃/s를 초과하는 경우에는, 휨이 과잉으로 형성되는 문제가 발생한다. 겹침부의 평균 가열 속도 V의 상한은, 바람직하게는 3.8℃/s 이하이고, 보다 바람직하게는 3.6℃/s 이하이다. 한편, 겹침부의 평균 가열 속도 V가 1.0℃/s 미만인 경우에는, 가열 시의 승온 속도가 과도하게 느려서, 가열의 생산성이 저하된다. 겹침부의 평균 가열 속도 V의 하한은, 바람직하게는 1.2℃/s 이상이고, 보다 바람직하게는 1.4℃/s 이상이다.
또한, 상기의 겹침부의 평균 가열 속도 V[℃/초], 및 1매부의 평균 가열 속도 v1[℃/초]은, 강판에 K형 열전대를 스폿 용접해서 연결시키고, 가열 온도 20℃에서부터 800℃에 도달할 때까지의 판 온도를 측정하고, 가열 개시 후에 판 온도 20℃에서부터 800℃까지 도달할 때까지의 시간[초]으로, 780℃(=800℃-20℃)를 제산함으로써 구해진다. 단, 승온 개시 시점에서 실온이 높다는 등의 이유로, 판 온도가 가열 전부터 20℃를 초과하는 경우, 예를 들어 25℃였던 경우에는, 25℃에서부터 800℃에 도달할 때까지의 시간[초]으로, 775℃(=800℃-25℃)를 제산함으로써 구해진다.
<가열 시의 시간과 온도에 대해서>
본 실시 형태에 있어서, 중첩 블랭크(도 1의 부호 4)는, 도 7에 도시한 바와 같이, (가열 시간, 가열 온도)로 정의되는 좌표 평면에 있어서, 점 A(4분, 930℃), 점 B(10분, 930℃), 점 C(20분, 870℃), 점 D(8분, 870℃)로 정해지는 도형 ABCD 내에 위치하는 가열 온도와 가열 시간으로 가열된다. 여기에서 말하는 가열 온도는, 예열된 가열로의 로 내의 온도를 의미하고, 로 내에 반입된 중첩 블랭크는, 예열된 로의 온도까지 가열된다. 또한, 여기서 말하는 가열 시간은, 중첩 블랭크를 가열로의 로 내에 반입하고 나서 반출할 때까지의 시간을 의미한다.
가열된 중첩 블랭크를 가열로로부터 반출할 때, 휨이 개선되어 있는 것도, 중첩 블랭크의 반송의 안정성의 점에서 필요하다. 그러나, 승온이 느린 겹침부와, 승온이 빠른 1매부의 승온 속도의 차는, 어떤 일정한 시간 이상 로 내에서 가열됨으로써, 블랭크 내의 온도가 겹침부와 1매부 사이에서 균일화되지 않으면 안된다. 그 때문에, 도 7에 도시하는 도형 ABCD 내에 위치하는 가열 온도와 가열 시간에서 중첩 블랭크를 가열함으로써, 가열된 중첩 블랭크를 가열로로부터 반출할 때의 휨을 개선할 수 있다.
가열 온도 930℃에 있어서의 가열 시간이 4분 미만인 경우에는, 승온 속도가 느린 겹침부와 승온 속도가 빠른 1매부의 온도차가 충분히 균일화되지 않고, 휨이 충분히 되돌아가지 않고, 가열된 중첩 블랭크의 반송 시에 안정되게 파지할 수 없다. 가열 시간은, 바람직하게는 4.5분 이상이고, 보다 바람직하게는 5분 이상이다. 또한, 가열 온도 870℃에 있어서의 가열 시간이 8분 미만인 경우에는, 상기와 마찬가지로 휨이 충분히 되돌아가지 않고, 가열된 중첩 블랭크의 반송 시에 안정되게 파지할 수 없다. 가열 시간은, 바람직하게는 8.5분 이상이고, 보다 바람직하게는 9분 이상이다.
또한, 가열 온도 930℃에 있어서의 가열 시간이 10분을 초과하는 경우에는, 가열의 생산성이 저하되는 것에 더하여, 도금 중으로의 Fe 확산이 과잉으로 진행되어, 핫 스탬프 성형체의 내식성이 저하된다. 특히, 승온 속도가 빠른 1매부의 내식성이 저하된다. 그 때문에, 가열 온도 930℃에 있어서의 가열 시간은, 바람직하게는 9.5분 이하이고, 보다 바람직하게는 9분 이하이다. 마찬가지로, 가열 온도 870℃에 있어서의 가열 시간이 20분을 초과하는 경우에는, 승온 속도가 빠른 1매부의 내식성이 저하된다. 그 때문에, 870℃에 있어서의 가열 시간은, 바람직하게는 18분 이하이고, 보다 바람직하게는 16분 이하이다.
가열 온도가 930℃를 초과한 경우, 겹침부와 1매부의 승온 속도차가 커지고, 휨이 커진다. 가열 온도의 상한은, 바람직하게는 920℃이고, 보다 바람직하게는 910℃이다. 한편, 가열 온도가 870℃ 미만인 경우, 중첩 블랭크의 모재의 γ화(오스테나이트화)가 불충분해져서, 금형 ??칭 후의 경도가 저하되고, 또한 가열의 속도가 느려져서 생산성이 저하된다. 가열 온도의 하한은, 바람직하게는 875℃이고, 보다 바람직하게는 880℃이다.
본 실시 형태에 있어서는, 중첩 블랭크는, 도 7에 도시하는 도형 ABCD의 범위 내에 위치하는 가열 온도와 가열 시간으로 가열된다. 그 때문에, 예를 들어 선분 AD 사이에 위치하는 점 E(6분, 900℃)나, 선분 BC 사이에 위치하는 점 F(15분, 900℃)나, 선분의 사이 EF에 위치하는 점 G(10분, 900분) 등도, 본 발명의 범위 내가 된다.
상기 가열 방법에 사용하는 가열로로서는, 롤러 허스 로나 다단 로를 이용하는 것이 가능하다. 열원으로서는, 전기로, 가스로, 원적외로, 근적외로 등에 의한 가열, 통전 가열, 고주파 가열, 유도 가열 등을 예시할 수 있다.
(2-3. 가열로 반출로부터 프레스 장치로의 반송에 대해서)
가열된 중첩 블랭크는, 가열로로부터 반출하여, 프레스 장치로 반송된다. 가열된 중첩 블랭크가 금형 급랭 전에 650℃ 이하로 식으면 마르텐사이트 변태가 불충분해진다. 그 때문에, 가열로로부터 반출되어 프레스 장치로 전송할 때까지의 시간은, 20초 이내인 것이 바람직하다.
(2-4. 열간 프레스 공정에 대해서)
가열된 중첩 블랭크를 금형으로 프레스 가공함으로써, 핫 스탬프 성형체를 얻을 수 있다. 금형으로 프레스 가공할 때에는, 가열된 중첩 블랭크를 금형으로 급랭함으로써 마르텐사이트 변태가 진행된다. 이에 의해, 하중을 9.81N으로 했을 때의 비커스 경도로 경도 300HV 이상의 성형체를 얻을 수 있다. 금형에서의 급랭 속도는, 겹침부와 1매부의 어느 것에 대해서도, 30℃/s 이상인 것이 바람직하고, 50℃/s 이상인 것이 보다 바람직하다. 또한, 여기에서 말하는 급랭 속도는, 가열된 중첩 블랭크가 가열로를 나오고 나서, 400℃ 이하로 냉각될 때까지의 평균 냉각 속도를 가리킨다.
이상, 본 실시 형태에 따른 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에 대해서, 상세하게 설명했다.
(3. 중첩 핫 스탬프 성형체에 대해서)
본 실시 형태에 따른 중첩 핫 스탬프 성형체(12)는, 판 두께가 t1(㎜)인 제1 강판과, 제1 강판 상에 중첩되어 접합되어 있고, 제1 강판보다 면적이 작고, 또한 판 두께가 t2(㎜)인 적어도 1매의 제2 강판을 구비한다.
중첩 핫 스탬프 성형체(12)에 있어서의 제1 강판 및 제2 강판은, 각각 양면이, Al-Fe계 도금층으로 피복되어 있다.
Al-Fe계 도금층은, 핫 스탬프 시의 가열에 의해 Al계 도금층에 Fe가 표면까지 확산한 결과 형성된 층(환언하면, Al 및 Fe를 적어도 함유하는 합금 도금층)이다. Al-Fe계 도금층은, Al과 Fe의 화합물층인 θ상(FeAl3), η상(Fe2Al5), ζ상(FeAl2), Fe3Al, FeAl 등의 상의 조합으로 구성된다. 또한, 도금 중에 Si를 함유하는 경우의 Al-Fe계 도금층은, τ1상(Al2Fe3Si3), τ2상(Al3FeSi), τ3상(Al2FeSi), τ4상(Al3FeSi2), τ5상(Al8Fe2Si), τ6상(Al9Fe2Si2), τ7상(Al3Fe2Si3), τ8상(Al2Fe3Si4), τ10상(Al4Fe1.7Si), τ11상(Al5Fe2Si)도 포함하고, Al과 Fe의 화합물층으로서는 주로 τ1상, η상(Fe2Al5)의 어느 것 또는 그 복수의 상으로 구성된다. 특히, 도금 중의 Al과 모재 중의 Fe는, 상호 확산한다. 모재 중으로의 Al 확산에 의해 형성되는, Al이 고용한 Fe의 BCC상, 또는 FeAl의 상을 포함한 층을, Al 고용 Fe층이라 칭하고, 이 층은, 도 8에 도시한 바와 같이 모재와 인접하는 층이다. 본 실시 형태의 가열 조건에서는, 도 8에 예시되는 바와 같이, Al과 Fe를 적어도 함유하는 상기와 같은 화합물층에 더하여, 모재측에 위치하는 도금의 최하층에, Al 고용 Fe층이 형성된다. 본 실시 형태에 관한 Al-Fe계 도금층은, 도 8에 도시한 바와 같이, 상기와 같은 Al과 Fe의 화합물층과, Al 고유 Fe층을 포함하는 것으로 한다.
이 Al-Fe계 도금층의 도금 두께는, 제1 강판, 제2 강판 각각 독립적으로, 10㎛ 내지 50㎛인 것이 바람직하다. Al-Fe계 도금층의 도금 두께가 10㎛ 미만인 경우에는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 내식성이 저하된다. 한편, Al-Fe계 도금층의 도금 두께가 50㎛초과인 경우에는, 프레스 성형 시의 파우더링이 많아지는 문제가 발생한다. Al-Fe계 도금층의 도금 두께는, 보다 바람직하게는 15㎛ 내지 45㎛이다.
제1 강판의, 제2 강판과 중첩되지 않은 부분의 Al 고용 Fe층의 두께 D1(㎛)과, 제2 강판의 Al 고용 Fe층의 두께 D2(㎛)의 차(D1-D2)는, 6.0㎛ 이하이다. Al-Fe계 도금층의 내식성은, Al-Fe의 2원계 합금(FeAl3, Fe2Al5, FeAl2)에 의해 억제되는 것이 알려지고, Al 고용 Fe층이 얇아지면 Al-Fe의 2원계 합금이 두꺼워지는 관계에 있다. 그 때문에, 차(D1-D2)가 6.0㎛ 초과에서는 제1 강판의 Al 고용 Fe층이 많아지고, Al-Fe의 2원계 합금이 얇아져 내식성이 저하된다. 또한, 제1 강판과 제2 강판의 겹침부에서는, Al-Fe계 도금층의 구조가 다른 경우, 이종 금속 접촉 부식이 발생해 내식성이 저하하는 경우가 있다. 그 때문에, 제1 강판과 제2 강판의 Al 고용 Fe층의 두께의 차(D1-D2)를 6㎛ 이하로 억제하는 것이, 겹침부의 내식성에 중요한 것을 지견했다. 차(D1-D2)의 상한은, 바람직하게는 5.5㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 5.0㎛ 이하이다. 차(D1-D2)의 하한은 특별히 정하지 않지만, 0.5㎛미만이면 효과가 포화한다.
Al-Fe계 도금층의 도금 두께 및 Al 고용 Fe층의 두께의 특정 방법으로서는, 광학 현미경을 사용해서, 도금 단면을 100㎛×100㎛의 시야에서 나이탈 에칭 처리를 실시하고, 그 단면을 관찰하고, 도 8에 도시한 바와 같이 도금 두께 및 모재와 인접하는 Al 고용 Fe층의 두께를 측정함으로써 구할 수 있다. 보다 상세하게는, 임의의 복수의 개소(예를 들어, 3군데)에 있어서, 도금 단면을 상기의 방법에 의해 관찰하고, 각 관찰 개소의 도금 두께나 Al 고용 Fe층의 두께를 특정한다. 그 후, 얻어진 두께의 평균값을 산출하고, 얻어진 평균값을, 도금 두께나 Al 고용 Fe층의 두께로 하면 된다.
또한, 핫 스탬프 후에, 제1 강판과 제2 강판이 중첩된 부분의 제1 강판에 있어서의, 제2 강판과 접하지 않는 면(도 1의 부호 1b)의 Al-Fe계 도금층에 형성되는, Al 고용 Fe층까지 도달하는 크랙에 착안한다. 이러한 크랙의 개수가, Al-Fe계 도금층과 평행한 100㎛ 길이당 5개 이하(환언하면, Al-Fe계 도금층과 평행한 20㎛ 길이당 1개 이하)임으로써, 내식성이 개선된다. 크랙은 도금의 적녹을 발생하는 원인이 되고, 핫 스탬프 가열 시의 휨에 의해 크랙이 발생하고 있었다고 생각된다. 전술한 본 실시 형태의 중첩 핫 스탬프의 제조 방법에 의해 휨을 개선함으로써, 크랙의 발생도 억제된다. 상기 크랙의 개수가 100㎛ 길이당 5개 초과인 경우에는, 적녹의 발생이 문제가 된다. 상기 크랙의 개수는, 바람직하게는 100㎛ 길이당 3개 이하이고, 더욱 바람직하게는 100㎛ 길이당 2개 이하이다.
도 8에 예시한 바와 같이, Al-Fe계 도금층에 형성되는, Al 고용 Fe층까지 도달하는 크랙의 측정 방법으로서는, 도금 단면을 광학 현미경으로, 100㎛×100㎛ 이상의 시야에서 나이탈 에칭 처리를 실시해서 단면을 관찰하고, 크랙의 개수를 측정함으로써 구할 수 있다. 도 8 중에서도 나타낸 바와 같이, Al 고용 Fe층은, 마르텐사이트 조직인 모재의 바로 위에 형성되어 있는 층이다. 도 8의 예에서 말하면, 135㎛당 2개 크랙이 존재하기 때문에, 1.5개/100㎛의 크랙이 된다.
이상, 본 실시 형태에 따른 중첩 핫 스탬프 성형체에 대해서, 상세하게 설명했다.
실시예
이하, 실시예를 사용하여, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다.
<실시예 1>
화학 성분이, 질량%로, C: 0.21%, Si: 0.20%, Mn: 1.20%, P: 0.010%, S: 0.0020%, N: 0.0030%, Al: 0.04%, B: 0.0020%, 잔부 Fe 및 불순물을 포함하는 강 성분을 갖는 슬래브를, 통상의 열연 공정 및 냉연 공정을 거쳐서 냉연 강판으로 하고, 센지미어식 용융 알루미늄 도금 처리 라인에서 알루미늄 도금 처리를 양면에 행하여, Al계 도금 강판의 공시재 A로 하였다. 마찬가지로 하여, 화학 성분이, 질량%로, C: 0.21%, Si: 0.20%, Mn: 1.20%, P: 0.010%, S: 0.0080%, N: 0.0030%, Al: 0.04%, B: 0.0020%, W: 0.1%, Cr: 0.3%, Mo: 0.1%, V: 0.1%, Ti: 0.02%, Nb: 0.02%, Ni: 0.1%, Cu: 0.1%, Co: 0.1%, Sn: 0.01%, Sb: 0.01%, Mg: 0.0010%, Ca: 0.0020%, O: 0.0020%, REM: 0.0030%, 잔부 Fe 및 불순물을 포함하는 강 성분을 갖는 슬래브를, 열연 공정 및 냉연 공정을 거쳐서 냉연 강판으로 하고, 알루미늄 도금 처리를 양면에 행하여, 공시재 B로 하였다. 또한, 공시재 A의 C양을 0.35%, 0.27%, 0.45%로 한 재료를 각각 공시재 C, D, E로 하였다. 공시재 A, B, C, D, E 모두, 도금 후, 가스 와이핑법으로 도금 부착량을 조정하고, 그 후 냉각했다. 알루미늄 도금 처리 시의 도금욕 조성으로서는, 89% Al-9% Si-2% Fe였다. Al계 도금층의 도금 두께는, 25㎛였다. 판 두께는, 이하의 표 1에 나타내는 바와 같이, 1.0㎜ 내지 4.0㎜의 두께로 조정했다.
제1 강판은, 1200×300㎜의 사이즈로 하고, 제2 강판은, 40×30㎜으로부터 1196×100㎜의 사이즈로 절단하여, 이하의 표 1에 나타낸 합계 판 두께(t1+t2) 및 최대 길이 L이 되도록 중첩해서 준비했다. 본 실시예에서는, 제2 강판은, 제1 강판으로부터 비어져 나오는 부분이 존재하지 않도록 중첩했다. 그 때문에, 본 실시예에 있어서, 면적 S2는, 제2 강판의 사이즈와 일치하고 있다. 이들 2개의 강판을, 도 1의 타점(접합부(3))에 나타내는 바와 같이 스폿 용접함으로써, 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)를 제작했다.
표 1에 나타내는 바와 같이, 이상과 같이 해서 제작한 중첩 블랭크를, 예열된 로 내에서 일정 시간 가열하는 공정에 있어서, 판 온도 20 내지 800℃ 사이의 평균 가열 속도를 조사하고, 목표로 하는 온도 및 시간으로 유지 후, 가열로로부터 반출해서 반송 시간 10초로 반송하고, 즉시 금형에서 하중 100ton으로 프레스하고, 동시에 금형 내에서 냉각함으로써, 해트 형상의 중첩 핫 스탬프 성형체를 얻었다. 이때의 냉각 속도는, 50℃/s였다.
승온 중의 중첩 블랭크의 판 온도는, 제1 강판이 중첩되지 않은 부분(승온 속도가 빠른 1매부)과, 중첩되어 있는 제2 강판(승온 속도가 느린 겹침부)에 K형 열전대를 스폿 용접하고, 측정했다.
또한, 중첩 블랭크의 가열 중의 휨을 확인하기 위해서, 로 내의 내부를 관찰할 수 있는 간극을 마련하고, 승온 도중의 중첩 블랭크의 휨의 최댓값을 실측했다. 실측 방법으로서는, 높이 40㎜, 50㎜, 70㎜의 블록을 로 내에 설치한 후에, 휨이 70㎜ 초과인 경우에는, 양산에 문제를 일으키기 때문에 불합격(NG: No Good)이라 하고, 휨이 70㎜ 이하 50㎜ 초과인 경우를 합격 3(G3: Good No3)이라 하고, 휨이 50㎜ 이하 40㎜ 초과인 경우를 합격 2(G2: Good No2), 휨이 40㎜ 이하를 합격 1(G1: Good No1)이라 판단했다. 또한, 가열 완료 후에 블랭크를 반출할 때에 휨이 남으면, 프레스기로의 반송 시에 생산성의 문제를 일으킨다. 그 때문에, 가열 완료 후에 휨이 40㎜ 이상 남은 경우에 대해서도, 양산 시에 문제를 일으키는 점에서, 불합격(NG: No Good)이라 판단했다. 판단한 결과를, 표 1에 나타냈다.
각 수준은, 본원 발명예(이하, 간단하게 「발명예」라고 기재한다.)를 A1 내지 A16으로 하고, 비교예를 a1 내지 a8로 하여 표 1에 나타냈다.
또한, 강판의 판 두께는, 상술한 바와 같이, 각각 마이크로 게이지를 사용하여, JIS G 3314: 2011에 기재된 바와 같은 방법으로 측정했다.
Figure pct00001
상기 표 1에서 명백한 바와 같이, 발명예인 A1 내지 A16은, 승온 도중의 휨이 억제되어 합격이었다. 그러나, 비교예인 a1 내지 a3, a5 내지 a8은, 승온 도중의 휨이 커서 불합격이었다. 비교예의 a4는, 가열 완료 후에 휨이 40㎜ 이상 남아서 불합격이었다.
<실시예 2>
실시예 1과 마찬가지로, 공시재 A, B, C, D, E의 화학 성분을 포함하는 강 성분을 갖는 슬래브를, 통상의 열연 공정 및 냉연 공정을 거쳐서 냉연 강판으로 하고, 센지미어식 용융 알루미늄 도금 처리 라인에서 알루미늄 도금 처리를 양면에 행하여, Al계 도금 강판의 공시재로 하였다. 공시재 A, B, C, D, E 모두, 도금 후, 가스 와이핑법으로 도금 부착량을 조정하고, 그 후 냉각했다. 이 때의 도금욕 조성으로서는, 89% Al-9% Si-2% Fe였다. 또한, Al계 도금층의 도금 두께는, 25㎛였다. 판 두께는, 이하의 표 2에 나타내는 바와 같이, 1.0㎜ 내지 4.0㎜의 두께로 조정했다.
제1 강판은, 1200×300㎜의 사이즈로 하고, 제2 강판은, 40×30㎜으로부터 1196×100㎜의 사이즈를 절단하여, 이하의 표 2에 나타낸 합계 판 두께(t1+t2) 및 최대 길이 L이 되도록 중첩해서 준비했다. 본 실시예에서는, 제2 강판은, 제1 강판으로부터 비어져 나오는 부분이 존재하지 않도록 중첩했다. 그 때문에, 본 실시예에 있어서, 면적 S2는, 제2 강판의 사이즈와 일치하고 있다. 이들 2개의 강판을, 도 1의 타점(접합부(3))에 나타내는 바와 같이 스폿 용접함으로써, 핫 스탬프용 중첩 블랭크(4)를 제작했다.
표 2에 나타내는 바와 같이, 이상과 같이 해서 제작한 중첩 블랭크를, 예열된 로 내에서 일정 시간 가열하는 공정에 있어서, 판 온도 20 내지 800℃ 사이의 평균 가열 속도를 조사하고, 목표로 하는 온도 및 시간으로 유지 후, 가열로로부터 반출해서 반송 시간 10초로 반송하고, 즉시 금형에서 하중 100ton으로 프레스하고, 동시에 금형 내에서 냉각함으로써, 도 9에 나타낸 바와 같은 해트 형상의 중첩 핫 스탬프 성형체를 얻었다. 이때의 냉각 속도는, 50℃/s 이상이었다.
승온 중의 중첩 블랭크의 판 온도는, 제1 강판이 중첩되지 않은 부분(승온 속도가 빠른 1매부)과, 중첩되어 있는 제2 강판(승온 속도가 느린 겹침부)에 K형 열전대를 스폿 용접하고, 측정했다.
본 시험 후의 해트 성형품으로부터, 헤드 꼭대기부(도 1의 부호 7)를 100×50㎜ 사이즈로 잘라내고, 단부면을 테이프 보호한 후에, 염수 분무 시험(JIS Z 2371: 2015)을 실시함으로써 내식성을 평가했다. 평가는 제1 강판의 제2 강판과 접하지 않고 있는 면(도 1의 부호 1b)에서 실시했다. 24시간 후에 적녹 면적률이 50% 초과였던 경우를 불합격(NG: No Good)이라 하고, 적녹 면적률이 30% 초과 50% 이하인 경우를 합격 3(G2: Good No3)이라 하고, 적녹 면적률이 20% 초과 30% 이하인 경우를 합격 2(G2: Good No2), 적녹 면적률이 20% 이하인 경우를 합격 1(G1: Good No1)이라 판단했다.
또한, 마찬가지로, 헤드 꼭대기부로부터 20×20㎜ 사이즈도 잘라내고, Al-Fe계 도금층의 단면에 전술한 바와 같이 나이탈 에칭 처리를 실시하고, Al-Fe계 도금층의 단면을 광학 현미경으로 100㎛×100㎛의 시야를 관찰하고, 도금 두께 및 Al 고용 Fe층의 두께를 측정했다. 아울러, 도금층의 구성을 관찰함과 함께, Al-Fe계 도금층 중의 Al 고용 Fe층에 도달하는 크랙의 단위 길이당 개수를 측정했다.
측정한 결과를 표 2에 나타낸다.
Al 고용 Fe층에 도달하는 크랙의 100㎛당 개수가, 5개 초과를 불합격(NG: No Good)이라 하고, 2개 초과 5개 이하를 합격 3(G3: Good No3)이라 하고, 2개 이하를 합격 2(G2: Good No2), 1개 이하를 합격 1(G1: Good No1)이라 하였다.
각 수준은, 본원 발명예(이하, 간단하게 「발명예」라고 기재한다.)를 B1 내지 B16으로 하고, 비교예를 b1 내지 b7로 하여 표 2에 나타냈다.
Figure pct00002
표 2에 있어서, 본원의 발명예가 되는 B1 내지 B16은 양호한 내식성을 나타내고, 비교예가 되는 b1 내지 b7의 내식성은 불합격이었다.
이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대해서 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자이면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라 이해된다.
1 : 제1 강판
1a : 제1 강판 중의 제2 강판과 접하는 면
1b : 제1 강판 중의 제2 강판과 접하지 않는 면
2 : 제2 강판
2a : 제2 강판 중의 제1 강판과 접하는 면
2b : 제2 강판 중의 제1 강판과 접하지 않는 면
3 : 접합부
4 : 핫 스탬프용 중첩 블랭크
4a : 핫 스탬프용 중첩 블랭크 중의 겹침부
4b : 핫 스탬프용 중첩 블랭크 중의 1매부
5 : 핫 스탬프를 위한 가열로
6 : 핫 스탬프를 위한 프레스 금형
7 : 헤드 꼭대기부
8 : 헤드 꼭대기부측의 굽힘부
9 : 플랜지측의 굽힘부
10 : 종벽부
11 : 플랜지부
12 : 중첩 핫 스탬프 성형체
13 : Al계 도금 강판의 편측의 표면
14 : Al계 도금층
15 : 모재

Claims (10)

  1. 면적 S1(㎠)을 갖는 제1 강판과, 상기 제1 강판보다 작은 면적을 갖는 적어도 1매의 제2 강판을 중첩해서 접합된 중첩 블랭크를 사용하여, 중첩 핫 스탬프 성형체를 제조하는 제조 방법이며,
    상기 제1 강판 및 상기 제2 강판은, 모재 상에 Al계 도금층을 갖는 Al계 도금 강판이며,
    상기 중첩 블랭크를 가열로에서 가열하는 중첩 블랭크 가열 공정과,
    상기 가열된 상기 중첩 블랭크를, 상기 가열로로부터 반출해서 프레스 장치로 반송하는 가열 블랭크 반송 공정과,
    상기 가열된 중첩 블랭크를 상기 프레스 장치에 마련된 금형으로 프레스 가공 하고, 중첩 핫 스탬프 성형체를 얻는 핫 스탬프 공정
    을 포함하고,
    상기 중첩 블랭크 가열 공정에서는,
    상기 제1 강판의 판 두께를 t1(㎜), 상기 제2 강판의 판 두께를 t2(㎜), 상기 제1 강판과 상기 제2 강판이 중첩된, 합계 판 두께(t1+t2)의 부분의 판 온도 20℃ 내지 800℃ 사이의 평균 가열 속도를 V(℃/s), 상기 제1 강판 중, 상기 제2 강판이 중첩되지 않은 부분의 판 온도 20℃ 내지 800℃ 사이의 평균 가열 속도를 v1(℃/s)로 할 때,
    상기 중첩된 부분의 합계 판 두께(t1+t2)가, 2.5㎜ 이상 5.0㎜ 이하이고,
    상기 제2 강판의 중첩된 부분의 최대 길이 L이, 100㎜ 이상 1100㎜ 이하이고,
    상기 평균 가열 속도 V, v1이, 하기 식 (1) 및 식 (2)의 관계식을 충족하고,
    상기 제2 강판의 면적 중, 상기 제1 강판과 중첩되어 있는 부분의 면적을 S2(㎠)라 할 때, 상기 면적 S1, S2, 상기 판 두께 t1이, 하기 식 (3)의 관계식을 충족하고,
    가열 시간 및 가열 온도로 정의되는 좌표 평면에 있어서, 점 A(4분, 930℃), 점 B(10분, 930℃), 점 C(20분, 870℃) 및 점 D(8분, 870℃)로 정해지는 도형 ABCD 내에 위치하는 가열 온도 및 가열 시간에서, 상기 중첩 블랭크를 가열하는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
    1.0≤V≤4.0 … 식 (1)
    (v1-V)≤3.0 … 식 (2)
    400≤(S1-S2)×(t1/10)≤950 … 식 (3)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 강판의 중첩된 부분의 최대 길이 L이, 300㎜ 이상인, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 상기 모재는, 질량%로,
    C: 0.10% 이상 0.50% 이하,
    Si: 0.01% 이상 2.00% 이하,
    Mn: 0.30% 이상 5.00% 이하,
    P: 0.100% 이하,
    S: 0.1000% 이하,
    N: 0.0100% 이하,
    Al: 0.500% 이하,
    B: 0.0002% 이상 0.0100% 이하
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 상기 모재는, 잔부의 Fe의 일부 대신에, 또한 질량%로,
    W: 0% 이상 3.0% 이하,
    Cr: 0% 이상 2.0% 이하,
    Mo: 0% 이상 3.0% 이하,
    V: 0% 이상 2.0% 이하,
    Ti: 0% 이상 0.5% 이하,
    Nb: 0% 이상 1.0% 이하,
    Ni: 0% 이상 5.0% 이하,
    Cu: 0% 이상 3.0% 이하,
    Co: 0% 이상 3.0% 이하,
    Sn: 0% 이상 0.10% 이하,
    Sb: 0% 이상 0.10% 이하,
    Mg: 0% 이상 0.0050% 이하,
    Ca: 0% 이상 0.0050% 이하,
    O: 0% 이상 0.0070% 이하,
    REM: 0% 이상 0.0070% 이하
    의 1종 이상을 함유하는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1 강판의 상기 모재의 C 함유량 C1(질량%) 및 상기 제2 강판의 상기 모재의 C 함유량 C2(질량%)가, 하기 식 (4)의 관계식을 충족하는, 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법.
    0.03≤(C2-C1)≤0.30 … 식 (4)
  6. 면적 S1(㎠)을 갖는 제1 강판과, 상기 제1 강판보다 작은 면적을 갖는 적어도 1매의 제2 강판이 적층된, 중첩 핫 스탬프 성형체이며,
    상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 표면에, Al-Fe계 도금층을 갖고,
    상기 Al-Fe계 도금층은, Al과 Fe의 화합물층 및 Al 고용 Fe층을 포함하고,
    상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 판 두께를 각각 t1, t2(㎜)라 할 때, 상기 제1 강판과 상기 제2 강판이 중첩된 부분의 합계 판 두께(t1+t2)는, 2.5㎜ 이상 5.0㎜ 이하이고,
    상기 제2 강판이 중첩된 부분의 최대 길이 L은, 100㎜ 이상 1100㎜ 이하이고,
    상기 제2 강판의 면적 중, 상기 제1 강판과 중첩되어 있는 부분의 면적을 S2(㎠)라 할 때, 상기 면적 S1, S2, 판 두께 t1이, 하기 식 (3)의 관계식을 충족하고,
    상기 제1 강판과 상기 제2 강판이 중첩된 부분 중, 상기 제1 강판이 상기 제2 강판과 접하지 않는 면의 상기 Al-Fe계 도금층에 있어서, 상기 Al 고용 Fe층까지 도달하는 크랙의 개수가, 상기 Al-Fe계 도금층과 평행한 100㎛의 길이당 5개 이하이고,
    상기 제1 강판의, 제2 강판과 중첩되지 않은 부분의 Al 고용 Fe층의 두께 D1(㎛)과, 상기 제2 강판의 Al 고용 Fe층의 두께 D2(㎛)가, 하기 식 (5)의 관계식을 충족하는, 중첩 핫 스탬프 성형체.
    400≤(S1-S2)×(t1/10)≤950 … 식 (3)
    (D1-D2)≤6.0 … 식 (5)
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 강판의 중첩된 부분의 최대 길이 L이, 300㎜ 이상인, 중첩 핫 스탬프 성형체.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 모재는, 질량%로,
    C: 0.10% 이상 0.50% 이하,
    Si: 0.01% 이상 2.00% 이하,
    Mn: 0.30% 이상 5.00% 이하,
    P: 0.100% 이하,
    S: 0.1000% 이하,
    N: 0.0100% 이하,
    Al: 0.500% 이하,
    B: 0.0002% 이상 0.0100% 이하
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물을 포함하는, 중첩 핫 스탬프 성형체.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 강판 및 상기 제2 강판의 모재는, 잔부의 Fe의 일부 대신에, 또한 질량%로,
    W: 0% 이상 3.0% 이하,
    Cr: 0% 이상 2.0% 이하,
    Mo: 0% 이상 3.0% 이하,
    V: 0% 이상 2.0% 이하,
    Ti: 0% 이상 0.5% 이하,
    Nb: 0% 이상 1.0% 이하,
    Ni: 0% 이상 5.0% 이하,
    Cu: 0% 이상 3.0% 이하,
    Co: 0% 이상 3.0% 이하,
    Sn: 0% 이상 0.10% 이하,
    Sb: 0% 이상 0.10% 이하,
    Mg: 0% 이상 0.0050% 이하,
    Ca: 0% 이상 0.0050% 이하,
    O: 0% 이상 0.0070% 이하,
    REM: 0% 이상 0.0070% 이하
    의 1종 이상을 함유하는, 중첩 핫 스탬프 성형체.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서,
    상기 제1 강판의 상기 모재의 C 함유량 C1(질량%) 및 상기 제2 강판의 상기 모재의 C 함유량 C2(질량%)가, 하기 식 (4)의 관계식을 충족하는, 중첩 핫 스탬프 성형체.
    0.03≤(C2-C1)≤0.30 … 식 (4)
KR1020227027507A 2020-02-26 2021-02-24 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 및 중첩 핫 스탬프 성형체 KR20220124788A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020030307 2020-02-26
JPJP-P-2020-030307 2020-02-26
PCT/JP2021/006928 WO2021172379A1 (ja) 2020-02-26 2021-02-24 重ね合わせホットスタンプ成形体の製造方法及び重ね合わせホットスタンプ成形体

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20220124788A true KR20220124788A (ko) 2022-09-14

Family

ID=77491542

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020227027507A KR20220124788A (ko) 2020-02-26 2021-02-24 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 및 중첩 핫 스탬프 성형체

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20220402015A1 (ko)
EP (1) EP4082687A4 (ko)
JP (1) JP7226644B2 (ko)
KR (1) KR20220124788A (ko)
CN (1) CN115135427A (ko)
MX (1) MX2022010141A (ko)
WO (1) WO2021172379A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002103073A2 (en) 2001-06-15 2002-12-27 Nippon Steel Corporation High-strength alloyed aluminum-system plated steel sheet and high-strength automotive part excellent in heat resistance and after-painting corrosion resistance
WO2008053273A1 (en) 2006-10-30 2008-05-08 Arcelormittal France Coated steel strips, methods of making the same, methods of using the same, stamping blanks prepared from the same, stamped products prepared from the same, and articles of manufacture which contain such a stamped product
JP2016112569A (ja) 2014-12-12 2016-06-23 Ｊｆｅスチール株式会社 熱間プレス成形品の製造方法および熱間プレス成形品
JP2016124029A (ja) 2015-01-08 2016-07-11 新日鐵住金株式会社 ホットスタンプ用重ね合わせブランクと、重ね合わせホットスタンプ成形体の製造方法、および重ね合わせホットスタンプ成形体

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101033767B1 (ko) * 2010-11-03 2011-05-09 현대하이스코 주식회사 열처리 경화 강판을 이용한 국부적으로 이종강도를 가지는 자동차 부품 제조방법
JP6692200B2 (ja) * 2016-03-31 2020-05-13 株式会社神戸製鋼所 メカニカルクリンチ接合部品の製造方法
KR102297297B1 (ko) * 2016-12-23 2021-09-03 주식회사 포스코 내식성이 우수한 알루미늄계 도금 강재, 이를 이용한 알루미늄계 합금화 도금 강재 및 이들의 제조방법
CA3061938C (en) * 2018-04-06 2022-10-04 Nippon Steel Corporation Overlapped blank for hot stamping, method of manufacturing overlapped hot stamp molded body, and overlapped hot stamp molded body

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002103073A2 (en) 2001-06-15 2002-12-27 Nippon Steel Corporation High-strength alloyed aluminum-system plated steel sheet and high-strength automotive part excellent in heat resistance and after-painting corrosion resistance
WO2008053273A1 (en) 2006-10-30 2008-05-08 Arcelormittal France Coated steel strips, methods of making the same, methods of using the same, stamping blanks prepared from the same, stamped products prepared from the same, and articles of manufacture which contain such a stamped product
JP2016112569A (ja) 2014-12-12 2016-06-23 Ｊｆｅスチール株式会社 熱間プレス成形品の製造方法および熱間プレス成形品
JP2016124029A (ja) 2015-01-08 2016-07-11 新日鐵住金株式会社 ホットスタンプ用重ね合わせブランクと、重ね合わせホットスタンプ成形体の製造方法、および重ね合わせホットスタンプ成形体

Also Published As

Publication number Publication date
US20220402015A1 (en) 2022-12-22
JPWO2021172379A1 (ko) 2021-09-02
JP7226644B2 (ja) 2023-02-21
MX2022010141A (es) 2022-12-06
WO2021172379A1 (ja) 2021-09-02
EP4082687A1 (en) 2022-11-02
CN115135427A (zh) 2022-09-30
EP4082687A4 (en) 2023-07-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6928972B2 (ja) ホットスタンプ加工済コンポーネント、ホットスタンプ加工に使用されるプレ被覆スチールシートおよびホットスタンプ加工プロセス
JP6642777B1 (ja) ホットスタンプ用重ね合わせブランク、重ね合わせホットスタンプ成形体の製造方法、及び、重ね合わせホットスタンプ成形体
US9617624B2 (en) Steel sheet for hot stamping member and method of producing same
KR101335156B1 (ko) 고강도 프레스 경화 성형체 및 그 제조 방법
KR101696069B1 (ko) 내박리성이 우수한 hpf 성형부재 및 그 제조방법
JP6006587B2 (ja) 熱間プレス成形品およびその製造方法
CN110234781B (zh) 热冲压用合金化镀Al钢板及热冲压构件
US20210156010A1 (en) Multiphase, cold-rolled ultra-high strength steel
CN115362279A (zh) 钢板、部件及其制造方法
JP6683093B2 (ja) 凸条付き溶融亜鉛系めっき鋼板およびその製造方法と、ホットスタンプ成形体
JP5098864B2 (ja) 塗装後耐食性に優れた高強度自動車部材およびホットプレス用めっき鋼板
US20210301364A1 (en) Producing a hardened steel product
KR20220124788A (ko) 중첩 핫 스탬프 성형체의 제조 방법 및 중첩 핫 스탬프 성형체
KR102172010B1 (ko) 도금 강판, 도금 강판 코일, 열간 프레스 성형품의 제조 방법, 및 자동차 부품
WO2023017844A1 (ja) 接合部品および接合鋼板
TWI635190B (zh) 熱壓印用合金化鍍Al鋼板及熱壓印構件
CN117043379A (zh) 包层钢板和部件及其制造方法