KR20220129061A - 핫 스탬프 성형체 - Google Patents

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KR20220129061A
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유리 도다
다이스케 마에다
신고 후지나카
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

이 핫 스탬프 성형체는, 소정의 화학 조성을 갖고, 면적률로, 합계로 10 내지 30％의 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트와, 마르텐사이트, 베이나이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 1종 이상으로 이루어지는 잔부 조직으로 이루어지는 금속 조직을 갖고, 표층 영역 및 내부 영역의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 제어된다.

Description

핫 스탬프 성형체
본 발명은 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다.
본원은, 2020년 5월 13일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2020-084591호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
근년, 환경 보호 및 자원 절약화의 관점에서 자동차 차체의 경량화가 요구되고 있어, 자동차 부재에 고강도 강판이 적용되고 있다. 자동차 부재는 프레스 성형에 의해 제조되지만, 강판의 고강도화에 수반하여 성형 하중이 증가할 뿐만 아니라, 성형성이 저하된다. 그 때문에, 고강도 강판에 있어서는, 복잡한 형상의 부재로의 성형성이 과제가 된다.
이와 같은 과제를 해결하기 위해, 강판이 연질화되는 오스테나이트 영역의 고온까지 가열한 후에 프레스 성형을 실시하는 핫 스탬프 기술의 적용이 진행되고 있다. 핫 스탬프는, 프레스 가공과 동시에, 금형 내에 있어서 담금질 처리를 실시함으로써, 자동차 부재로의 성형성과 자동차 부재의 강도를 양립시키는 기술로서 주목받고 있다.
강판을 핫 스탬프에 의해 가공한 자동차 부재에 있어서, 더 높은 차체 경량화 효과를 얻기 위해서는, 고강도이며, 또한 충돌 특성도 우수한 부재를 얻을 필요가 있다. 자동차 부재의 충돌 특성을 향상시키기 위한 기술로서, 특히, 자동차 부재의 굽힘성을 향상시키는 기술이 검토되고 있다.
특허문헌 1에는, 프레스 부품의 판 두께 중앙의 경도가 Hv400 이상이고, 프레스 부품의 표층에 경도 Hv300 이하의 연질층을 갖고, 해당 연질층의 두께가 20 내지 200㎛인, 충격 흡수 특성이 우수한 고강도 프레스 부품이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 강판 중앙부에 있어서의 집합 조직을 제어한, 균일 신장 및 구멍 확장성이 우수한 고강도 냉연 강판이 개시되어 있다.
굽힘 변형 시에는, 자동차 부재의 표면으로부터 변형이 개시되어, 점점 자동차 부재의 내부로 변형이 진행된다. 그 때문에, 자동차 부재의 굽힘성을 보다 향상시키기 위해서는, 자동차 부재의 표층의 굽힘 변형능을 높인 후에, 자동차 부재의 내부 굽힘 변형능을 높이는 것이 유효하다. 특허문헌 1 및 2에서는, 자동차 부재의 표층부 및 내부 양쪽의 굽힘 변형능을 향상시키는 것에 대하여 고려되고 있지 않다.
또한, 자동차 부재의 굽힘성을 향상시키기 위해, 자동차 부재의 표층을 연질화하면, 연성이 저하되는 과제가 있다.
일본 특허 공개 2015-30890호 공보 국제 공개 제2012/144567호
본 발명은 상기 과제에 비추어 이루어진 것이다. 본 발명은 우수한 강도, 굽힘성 및 연성을 갖는 핫 스탬프 성형체를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 본 발명의 일 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 화학 조성이, 질량％로,
C: 0.15 내지 0.50％,
Si: 0.0010 내지 3.000％,
Mn: 0.30 내지 3.00％,
Al: 0.0002 내지 2.000％,
P: 0.100％ 이하,
S: 0.1000％ 이하,
N: 0.0100％ 이하,
Nb: 0 내지 0.15％,
Ti: 0 내지 0.15％,
V: 0 내지 0.15％,
Mo: 0 내지 1.0％,
Cr: 0 내지 1.0％,
Cu: 0 내지 1.0％,
Ni: 0 내지 1.0％,
B: 0 내지 0.0100％,
Ca: 0 내지 0.010％ 및
REM: 0 내지 0.30％
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,
면적률로, 합계로 10 내지 30％의 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트와, 마르텐사이트, 베이나이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 1종 이상으로 이루어지는 잔부 조직으로 이루어지는 금속 조직을 갖고,
표면 내지 상기 표면으로부터 판 두께 1/4 위치의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 1.8 미만이고,
상기 표면으로부터 상기 판 두께 1/4 위치 내지 상기 표면으로부터 판 두께 1/2 위치의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 2.3 미만이다.
(2) 상기 (1)에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 상기 화학 조성이, 질량％로,
Nb: 0.05 내지 0.15％,
Ti: 0.05 내지 0.15％,
V: 0.05 내지 0.15％,
Mo: 0.05 내지 1.0％,
Cr: 0.05 내지 1.0％,
Cu: 0.05 내지 1.0％,
Ni: 0.05 내지 1.0％,
B: 0.0001 내지 0.0100％,
Ca: 0.001 내지 0.010％ 및
REM: 0.001 내지 0.30％
로 이루어지는 군 중 1종 이상을 함유해도 된다.
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 탈탄 지표가 0.085 이상이어도 된다.
본 발명에 관한 상기 양태에 따르면, 우수한 강도, 굽힘성 및 연성을 갖는 핫 스탬프 성형체를 제공할 수 있다.
본 발명자들은, 핫 스탬프 후에 있어서, 1.5 내지 2.5GPa의 인장(최대) 강도 및 우수한 굽힘성이 얻어질 뿐만 아니라, 연성의 열화를 억제할 수 있는 방법에 대하여 검토하였다. 그 결과, 본 발명자들은, 핫 스탬프 성형체에 있어서, 강판의 표층을 연질화시키는 것에 더하여, 판 두께 방향의 소정 위치에 있어서의 집합 조직을 제어함으로써, 고강도이며, 종래보다도 우수한 굽힘성을 얻을 수 있고, 또한 연성의 열화를 억제할 수 있다는 것을 지견하였다.
집합 조직은, 핫 스탬프 전의 금속 조직의 집합 조직 및 탄소 농도에 영향을 받는다. 그 때문에, 본 발명자들은, 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 집합 조직을 얻기 위해서는, 열간 압연 후의 강판에 있어서 집합 조직을 제어해 두고, 또한 그 후의 소둔에 있어서 강판 표층의 탄소량을 감소시키는 것이 유효하다는 것을 지견하였다.
이하, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 핫 스탬프하여 제조하기 위한, 핫 스탬프용 강판에 대하여 상세하게 설명한다. 먼저, 핫 스탬프용 강판의 화학 조성의 한정 이유에 대하여 설명한다.
또한, 이하에 기재하는 「내지」를 사이에 두고 기재되는 수치 한정 범위에는, 하한값 및 상한값이 그 범위에 포함된다. 「미만」, 「초과」로 나타내는 수치에는, 그 값이 수치 범위에 포함되지 않는다. 화학 조성에 대한 ％는 모두 질량％를 나타낸다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 핫 스탬프하여 제조하기 위한, 핫 스탬프용 강판은, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.15 내지 0.50％, Si: 0.0010 내지 3.000％, Mn: 0.30 내지 3.00％, Al: 0.0002 내지 2.000％, P: 0.100％ 이하, S: 0.1000％ 이하, N: 0.0100％ 이하, Nb: 0 내지 0.15％, Ti: 0 내지 0.15％, V: 0 내지 0.15％, Mo: 0 내지 1.0％, Cr: 0 내지 1.0％, Cu: 0 내지 1.0％, Ni: 0 내지 1.0％, B: 0 내지 0.0100％, Ca: 0 내지 0.010％ 및 REM: 0 내지 0.30％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다.
이하, 각 원소에 대하여 설명한다.
C: 0.15 내지 0.50％
C는, 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키는 원소이다. C 함유량이 0.15％ 미만이면, 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 강도를 얻을 수 없다. 그 때문에, C 함유량은 0.15％ 이상으로 한다. C 함유량은, 바람직하게는 0.17％ 이상, 0.20％ 이상, 0.23％ 이상이다. 한편, C 함유량이 0.50％ 초과에서는, 우수한 굽힘성을 얻을 수 없다. 그 때문에, C 함유량은 0.50％ 이하로 한다. 바람직하게는, C 함유량은, 0.46％ 이하, 0.43％ 이하이다.
Si: 0.0010 내지 3.000％
Si는, 고용 강화에 의해, 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키는 원소이다. Si 함유량이 0.0010％ 미만이면, 원하는 강도를 얻을 수 없다. 그 때문에, Si 함유량은 0.0010％ 이상으로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.050％ 이상, 0.100％ 이상, 0.300％ 이상, 0.500％ 이상이다. 한편, Si 함유량이 3.000％ 초과에서는, 페라이트양이 증가하여, 원하는 금속 조직을 얻을 수 없다. 그 때문에, Si 함유량은 3.000％ 이하로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 2.700％ 이하, 2.500％ 이하이다.
Mn: 0.30 내지 3.00％
Mn은, 강의 담금질성을 향상시키는 원소이다. 담금질성을 향상시켜, 핫 스탬프 후에 있어서 원하는 양의 마르텐사이트를 얻기 위해, Mn 함유량은 0.30％ 이상으로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.50％ 이상, 0.70％ 이상, 1.00％ 이상이다. 한편, Mn 함유량이 3.00％ 초과에서는, Mn 편석에 기인하는 균열이 발생하기 쉬워져, 우수한 굽힘성을 얻을 수 없다. 그 때문에, Mn 함유량은 3.00％ 이하로 한다. 바람직하게는, Mn 함유량은 2.70％ 이하, 2.50％ 이하, 2.30％ 이하이다.
Al: 0.0002 내지 2.000％
Al은, 용강을 탈산하여, 파괴의 기점이 되는 산화물의 생성을 억제함으로써 변형능을 향상시켜, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 높이는 원소이다. Al 함유량이 0.0002％ 미만이면, 탈산이 충분히 행해지지 않아, 조대한 산화물이 생성되어, 상기 효과가 얻어지지 않는다. 그 때문에, Al 함유량은 0.0002％ 이상으로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.001％ 이상이다. 한편, Al 함유량이 2.000％를 초과하면, 강 중에 조대한 산화물이 생성되어, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성이 저하된다. 그 때문에, Al 함유량은 2.000％ 이하로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 1.700％ 이하 또는 1.500％ 이하이다.
P: 0.100％ 이하
P는, 불순물 원소이고, 입계에 편석함으로써 파괴의 기점이 된다. 그 때문에, P 함유량은 0.100％ 이하로 제한한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.050％ 이하이다. P 함유량의 하한은 특별히 한정하지는 않지만, 0.0001％ 미만으로 저감되면, 탈P 비용이 대폭으로 상승하여, 경제적으로 바람직하지 않다. 그 때문에, P 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
S: 0.1000％ 이하
S는, 불순물 원소이고, 강 중에 개재물을 형성한다. 이 개재물은 파괴의 기점이 되기 때문에, S 함유량은 0.1000％ 이하로 제한한다. S 함유량은, 바람직하게는 0.0500％ 이하, 0.0300％ 이하이다. S 함유량의 하한은 특별히 한정하지는 않지만, 0.0001％ 미만으로 저감되면, 탈S 비용이 대폭으로 상승하여, 경제적으로 바람직하지 않다. 그 때문에, S 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
N: 0.0100％ 이하
N은, 불순물 원소이고, 강 중에 질화물을 형성한다. 이 질화물은 파괴의 기점이 되기 때문에, N 함유량은 0.0100％ 이하로 제한한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0050％ 이하이다. N 함유량의 하한은 특별히 한정하지는 않지만, 0.0001％ 미만으로 저감되면, 탈N 비용이 대폭으로 상승하여, 경제적으로 바람직하지 않다. 그 때문에, N 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다.
핫 스탬프용 강판의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물이어도 된다. 불순물로서는, 강 원료 혹은 스크랩으로부터 및/또는 제강 과정에서 불가피하게 혼입되고, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 특성을 저해하지 않는 범위에서 허용되는 원소가 예시된다.
핫 스탬프용 강판은, Fe의 일부 대신에, 임의 원소로서, 이하의 원소를 함유해도 된다. 이하의 임의 원소를 함유하지 않는 경우의 함유량은 0％이다.
Nb: 0 내지 0.15％
Ti: 0 내지 0.15％
V: 0 내지 0.15％
Nb 및 Ti는, 강 중에 탄질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 이 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서는, Nb, Ti 및 V의 1종이라도 그 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Nb, Ti 및 V 중 1종이라도 그 함유량을 0.15％ 초과로 한 경우에는, 강 중에 다량으로 탄질화물이 생성하여 핫 스탬프 성형체의 연성이 저하된다. 그 때문에, Nb 함유량, Ti 함유량 및 V 함유량은 각각 0.15％ 이하로 한다.
Mo: 0 내지 1.0％
Cr: 0 내지 1.0％
Cu: 0 내지 1.0％
Ni: 0 내지 1.0％
Mo 및 Cr은, 핫 스탬프 전의 가열 시에 구 오스테나이트 입자에 고용함으로써, 핫 스탬프 성형체의 강도를 높이는 작용을 갖는다. 이 효과를 확실하게 얻을 경우, Mo, Cr, Cu 및 Ni의 1종이라도 그 함유량을 0.05％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mo, Cr, Cu 및 Ni를 다량으로 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, Mo 함유량, Cr 함유량, Cu 함유량, Ni 함유량은 각각 1.0％ 이하로 하는 것이 바람직하다.
B: 0 내지 0.0100％
B는, 강의 담금질성을 향상시키는 원소이다. 이 효과를 확실하게 얻기 위해서는, B 함유량은 0.0001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, B 함유량을 0.0100％ 초과로 해도, 담금질성 향상의 효과가 포화된다. 그 때문에, B 함유량은 0.0100％ 이하로 한다.
Ca: 0 내지 0.010％
REM: 0 내지 0.30％
Ca 및 REM은, 파괴의 기점이 되는 산화물의 생성을 억제함으로써 변형능을 향상시켜, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 높이는 원소이다. 이 효과를 확실하게 얻을 경우, Ca 및 REM의 1종이라도 그 함유량을 0.001％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ca 및 REM을 다량으로 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, Ca 함유량은 0.010％ 이하, REM 함유량은 0.30％ 이하로 한다.
또한, 본 실시 형태에 있어서 REM이란, Sc, Y 및 란타노이드로 이루어지는 합계17 원소를 가리키고, REM의 함유량이란 이들 원소의 합계 함유량을 가리킨다.
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 강판의 표면에 도금층을 구비하는 경우에는, 기계 연삭에 의해 도금층을 제거하고 나서 화학 조성의 분석을 하면 된다.
다음으로, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 핫 스탬프하여 제조하기 위한, 핫 스탬프용 강판의 금속 조직에 대하여 설명한다.
핫 스탬프용 강판은, 면적률로, 합계로 20 내지 80％의 페라이트, 그래뉼러 베이나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트와, 펄라이트 및 탄화물로 이루어지는 잔부 조직으로 이루어지는 금속 조직을 갖는다. 이하에 설명하는 금속 조직에 관한 ％는 모두 면적％이다.
페라이트, 그래뉼러 베이나이트, 베이나이트, 마르텐사이트: 20 내지 80％
페라이트, 그래뉼러 베이나이트, 베이나이트, 마르텐사이트는, 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 집합 조직을 얻기 위해 필요한 조직이다. 이들 조직의 합계 면적률이 20％ 미만이면, 핫 스탬프 성형체에 있어서 원하는 집합 조직을 얻을 수 없다. 그 때문에, 페라이트의 면적률은 20％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 30％ 이상, 40％ 이상이다. 한편, 이들 조직의 면적률이 80％ 초과이면, 잔부의 펄라이트에 탄소가 농화되어 버려, 핫 스탬프 가열 시에 탄화물이 용해되기 어려워져, 변형 시에 균열의 기점이 된다. 그 때문에, 80％ 이하로 한다. 바람직하게는, 70％ 이하, 60％ 이하이다.
잔부 조직: 펄라이트 및 탄화물
핫 스탬프용 강판의 금속 조직의 잔부 조직은, 펄라이트 및 탄화물로 이루어진다. 핫 스탬프용 강판의 금속 조직에는, 상술한 조직과, 펄라이트 및 탄화물 이외의 조직은 포함되지 않기 때문에, 잔부 조직의 면적률은 20 내지 80％로 해도 된다.
핫 스탬프용 강판의 금속 조직의 측정 방법
핫 스탬프용 강판의 단부면으로부터 50mm 이상 이격된 임의의 위치(이 위치로부터 샘플을 채취할 수 없는 경우에는, 단부를 피한 위치)로부터, 압연 방향에 평행한 판 두께 단면을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 샘플의 크기는, 측정 장치에 따라 다르지만, 압연 방향으로 10mm 정도 관찰할 수 있는 크기로 한다.
상기 샘플의 단면을 #600 내지 #1500의 탄화 규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리하고, 콜로이달 실리카 용액을 사용하여 마무리 연마를 실시한다. 이어서, 샘플 단면의 길이 방향의 임의의 위치에 있어서의, 길이 50㎛, 표면으로부터 판 두께의 1/8 깊이 내지 표면으로부터 판 두께의 3/8 깊이의 영역에 있어서, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL제 JSM-7001F)과 EBSD 검출기(TSL제 DVC5형 검출기)로 구성된 EBSD 해석 장치를 사용하여, 200 내지 300점/초의 해석 속도로 실시한다. EBSD 해석 장치에 부속된 소프트웨어 「OIM Analysis(등록상표)」에 탑재된 「Phase Map」 기능을 사용하여, 결정 구조가 bcc인 영역의 면적률을 산출함으로써, 페라이트, 그래뉼러 베이나이트, 베이나이트 및 마르텐사이트의 합계 면적률을 얻을 수 있다.
펄라이트 및 탄화물은 다음 방법으로 동정할 수 있다. 샘플의 단면을 #600 내지 #1500의 탄화 규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리하고, 나이탈 에칭을 실시한다. 이어서, 샘플 단면의 길이 방향의 임의의 위치에 있어서의, 길이 50㎛, 표면으로부터 판 두께의 1/8 깊이 내지 표면으로부터 판 두께의 3/8 깊이의 영역에 있어서, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL제 JSM-7001F)을 사용하여 복수 시야의 사진을 촬영한다. 촬영 사진 상에 등간격의 격자를 그려, 격자점에 있어서의 조직을 동정한다. 각 조직에 해당하는 격자점 수를 구하고, 총격자점 수로 나눔으로써, 각 조직의 면적률을 얻는다. 총격자점 수가 많을수록 면적률을 정확하게 구할 수 있다. 본 실시 형태에서는, 격자 간격은 2㎛×2㎛로 하고, 총격자점 수는 1500점으로 한다. 휘도가 밝은 입자를 탄화물로 간주하고, 휘도가 밝은 영역이 입상 혹은 판상으로 라멜라 형상으로 배치되어 있는 영역을 펄라이트로 간주한다.
다음으로, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 핫 스탬프하여 제조하기 위한, 핫 스탬프용 강판의 집합 조직에 대하여 설명한다.
핫 스탬프용 강판은, 표면 내지 표면으로부터 판 두께 1/4 위치의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 1.5 미만이고, 표면으로부터 판 두께 1/4 위치 내지 표면으로부터 판 두께 1/2 위치의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 2.0 미만이다.
또한, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군에는, {001}<1-10>, {001}<1-20>, {001}<0-10> 및 {001}<-1-10>의 결정 방위가 포함된다. {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군에는, {111}<1-10>, {111}<1-20>, {111}<0-10> 및 {111}<-1-12>의 결정 방위가 포함된다.
표면 내지 표면으로부터 판 두께 1/4 위치의 집합 조직: {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 1.5 미만
표면 내지 표면으로부터 판 두께 1/4 위치(이하, 표층 영역이라 기재하는 경우가 있음)의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비를 1.5 미만으로 한다.
핫 스탬프용 강판의 표층 영역의 집합 조직을 바람직하게 제어함으로써, 핫 스탬프의 가열 시에, 표층 영역에 탄소가 복탄하는(저 C 농도의 표층 영역에 내부 영역으로부터 탄소가 확산되는) 것을 억제할 수 있으며, 또한 강판 표면 근방과 같이 변형에 의한 에너지 흡수를 담당하는 표층 영역에 있어서 굽힘 변형으로 인해 도입된 변형을 완화하기 쉬운 집합 조직을 발달시킴으로써, 핫 스탬프 후에 있어서, 굽힘성이 우수한 핫 스탬프용 강판을 얻을 수 있다.
표층 영역의 집합 조직의 {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 1.5 이상이면, 상기 효과를 얻을 수 없다. 그 때문에, 표층 영역의 집합 조직의 {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비는 1.5 미만으로 한다. 바람직하게는, 1.2 미만이다.
표층 영역의 집합 조직의 {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비는, 핫 스탬프 성형체에 있어서의 강도 확보의 관점에서 0.4 이상으로 해도 된다.
표면으로부터 판 두께 1/4 위치 내지 표면으로부터 판 두께 1/2 위치의 집합 조직: {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 2.0 미만
표면으로부터 판 두께 1/4 위치 내지 표면으로부터 판 두께 1/2 위치(이하, 내부 영역이라 기재하는 경우가 있음)의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비를 2.0 미만으로 한다.
핫 스탬프용 강판의 내부 영역의 집합 조직을 바람직하게 제어함으로써, 강판 내부 근방과 같이 내하중을 담당하는 영역에는, 파괴하기 어려운 입계를 갖는 집합 조직을 발달시킬 수 있어, 우수한 굽힘성을 유지하면서 내하중도 향상시킬 수 있다. 내부 영역의 집합 조직의 {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 2.0 이상이면, 상기 효과를 얻을 수 없다. 그 때문에, 내부 영역의 집합 조직의 {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비는 2.0 미만으로 한다. 바람직하게는 1.6 미만이다.
내부 영역의 집합 조직의 {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비는, 인성 확보의 관점에서 0.4 이상으로 해도 된다.
극밀도의 측정 방법
표층 영역 및 내부 영역의 극밀도는, 이하의 방법에 의해 측정한다.
표층 영역 및 내부 영역의 극밀도는, 주사 전자 현미경과 EBSD 해석 장치를 조합한 장치 및 TSL사제의 OIM Analysis(등록상표)를 사용하여, EBSD(Electron Back Scattering Diffraction)법으로 측정한 방위 데이터를, 구면 조화 함수를 사용하여 계산하여 산출한 3차원 집합 조직을 표시하는 결정 방위 분포 함수(ODF: Orientation Distribution Function)로부터 구할 수 있다.
측정 범위는, 표층 영역에 대해서는, 표면 내지 표면으로부터 판 두께 1/4 위치의 영역(표면을 시점으로 하고, 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께 1/4의 위치를 종점으로 하는 영역)으로 하고, 내부 영역에 대해서는, 표면으로부터 판 두께 1/4 위치 내지 표면으로부터 판 두께 1/2 위치의 영역(표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께 1/4 위치를 시점으로 하고, 표면으로부터 판 두께 방향으로 판 두께 1/2의 위치를 종점으로 하는 영역)으로 한다. 측정 피치는 5㎛/step으로 한다.
{001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도의 평균값을 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 평균값으로 나눈 값을, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비로 한다.
또한, {hkl}은 압연면에 평행한 결정면, <uvw>는 압연 방향에 평행한 결정 방향을 나타낸다. 즉, {hkl}<uvw>란 판면 법선 방향으로 {hkl}, 압연 방향으로 <uvw>가 향하고 있는 결정을 나타낸다.
상술한 핫 스탬프용 강판은, 표면에 도금층을 갖고 있어도 된다. 표면에 도금층을 가짐으로써, 핫 스탬프 후에 있어서, 내식성을 향상시킬 수 있다. 도금층으로서는, 알루미늄 도금층, 알루미늄-아연 도금층, 알루미늄-규소 도금층, 용융 아연 도금층, 전기 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층 등이 예시된다.
핫 스탬프용 강판의 탈탄 지표가 0.085 이상
핫 스탬프용 강판의 탈탄 지표를 바람직하게 제어함으로써, 강판 내부 근방과 같이 내하중을 담당하는 영역에는, 파괴하기 어려운 입계를 갖는 집합 조직의 발달을 촉진시킬 수 있어, 우수한 굽힘성을 유지하면서 내하중도 향상시킬 수 있다. 바람직하게는 0.140 이상이고, 보다 바람직하게는 0.180 이상이다. 탈탄 지표의 산출 방법으로부터, 상한값은 1.000이 된다.
탈탄 지표의 측정 방법
탈탄 지표는 강판 표층에 있어서의 탄소의 감소량을 정량화하는 지표이고, 다음 방법으로 산출할 수 있다. 글로 방전 발광 분석 장치(Glow Discharge Optical Emission Spectrometry, GD-OES)를 사용하여 핫 스탬프용 강판에 있어서의 판 두께 방향의 원소 농도 분포를 측정한다. 여기서, 측정 범위는 강판의 최표면으로부터 깊이 200㎛로 하고, 측정 간격은 0.02㎛ 이하로 한다. 측정은 핫 스탬프용 강판에 포함되는 모든 원소에 대하여 실시한다.
표면에 도금층이나 도장막 등을 갖는 강판에 대해서는, 강판의 최표면으로부터 깊이 200㎛ 위치까지의 측정이 가능하게 되도록, 기계 연마 혹은 화학 연마에 의해 도금층이나 도장 등을 일부 혹은 모두를 제거하고 나서 GD-OES 측정에 제공한다. GD-OES 측정에 있어서 철의 농도가 90질량％ 이상이 되는 영역을 강판으로 판정하고, 철 농도가 90질량％가 되는 측정점을 강판의 최표면 위치로 한다.
다음으로, 강판의 최표면 위치로부터 깊이 180㎛ 내지 깊이 200㎛에 있어서의 탄소 농도의 측정값(1000점 이상)에 대하여 평균값을 산출하고, 이 평균값을 강판 모재의 탄소 농도로 간주한다.
또는, 최심부로부터 표층 측으로 20㎛까지의 영역에 있어서의 탄소 농도의 측정값이, 최심부로부터 표층 측으로 20㎛까지의 영역에 있어서의 탄소 농도의 평균값과, 최심부로부터 표층 측으로 20㎛까지의 영역에 있어서의 탄소 농도의 측정값의 최댓값의 차의 절댓값이 0.1％ 이하이고, 또한 최심부로부터 표층 측으로 20㎛까지의 영역에 있어서의 탄소 농도의 평균값과, 최심부로부터 표층 측으로 20㎛까지의 영역에 있어서의 탄소 농도의 측정값 최솟값의 차의 절댓값이 0.1％ 이하인 경우에는, 최심부로부터 표층 측으로 20㎛까지의 영역에 있어서의 탄소 농도의 평균값을 강판 모재의 탄소 농도로 해도 된다.
단위 깊이는 20㎛이고, 최심부란, 강판의 최표면 위치로부터 깊이 200㎛의 위치까지에 있어서, 단위 깊이마다 위치를 기록한 경우의 깊은 쪽의 위치를 말한다. 예를 들어, 최심부가 120㎛인 경우, 「최심부로부터 표층 측으로 20㎛까지의 영역에 있어서의 탄소 농도의 측정값」이란 100㎛ 위치로부터 120㎛ 위치에 포함되는 측정점에 있어서의 탄소 농도라는 의미이다.
강판의 최표면 위치로부터 깊이 200㎛의 위치까지에 있어서, 단위 깊이당의 탄소 농도의 감소량(모재의 탄소 농도로부터 각 측정점에 있어서의 탄소 농도를 뺀 값)을 산출하고, 단위 깊이와 탄소 농도의 감소량의 곱의 적분값을 구하여 탄소의 결핍 영역의 면적으로 한다(면적 A). 다음으로, 모재의 탄소 농도와 200㎛의 곱을 기준 면적(면적 B)으로 하고, 탄소 결핍 면적(면적 A)을 기준 면적(면적 B)으로 나눈 값을 탈탄 지표로 한다.
다음으로, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 상술한 핫 스탬프용 강판에, 후술한 제조 방법을 적용함으로써 얻을 수 있다. 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체에서는, 표층 영역과 내부 영역에서 집합 조직을 변화시킴으로써, 표층 영역의 금속 조직의 굽힘성을 향상시킴과 함께, 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트의 1종 이상을 생성시켜 표층 영역의 연성을 높이는 것을 특징으로 한다. 구체적으로는, 굽힘 변형에 의한 에너지 흡수를 담당하는 표층 영역에는, 굽힘 변형으로 인해 도입된 변형을 완화하기 쉬운 집합 조직을 발달시키고, 내하중에 영향을 미치는 내부 영역에는, 파괴하기 어려운 입계를 갖는 집합 조직을 발달시키는 것을 특징으로 한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 화학 조성은 상술한 핫 스탬프용 강판의 화학 조성과 동일하기 때문에, 설명은 생략한다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 면적률로, 합계로 10 내지 30％의 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트와, 마르텐사이트, 베이나이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 1종 이상으로 이루어지는 잔부 조직으로 이루어지는 금속 조직을 갖고, 표면 내지 상기 표면으로부터 판 두께 1/4 위치의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 1.8 미만이고, 상기 표면으로부터 판 두께 1/4 위치 내지 상기 표면으로부터 판 두께 1/2 위치의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 2.3 미만이다. 이하에 설명하는 금속 조직에 관한 ％는 모두 면적％이다.
페라이트 및 그래뉼러 베이나이트: 합계로 10 내지 30％
페라이트 및 그래뉼러 베이나이트는, 연질이고 연성이 우수한 조직이다. 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트의 면적률이 합계로 10％ 미만이면, 원하는 연성을 얻을 수 없다. 그 때문에, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체에서는, 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트의 면적률은 합계로 10％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 15％ 이상, 20％ 이상이다.
한편, 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트의 면적률이 합계로 30％ 초과이면, 원하는 강도를 얻을 수 없다. 그 때문에, 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트의 면적률은 합계로 30％ 이하로 한다. 바람직하게는, 27％ 이하, 25％ 이하이다.
또한, 본 실시 형태에서는, 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트가 합계로 10 내지 30％ 포함되어 있어도 되고, 페라이트 또는 그래뉼러 베이나이트 중 1종이 10 내지 30％ 포함되어 있어도 된다.
잔부 조직: 마르텐사이트, 베이나이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 1종 이상
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 마르텐사이트, 베이나이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 1종 이상으로 이루어지는 잔부 조직을 갖는다. 이들 잔부 조직의 면적률은, 원하는 강도를 얻기 위해 70％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 73％ 이상, 75％ 이상이다. 또한, 원하는 연성을 얻기 위해, 이들 잔부 조직의 면적률은, 90％ 이하, 85％ 이하, 80％ 이하로 해도 된다.
금속 조직의 면적률의 측정 방법
핫 스탬프 성형체의 단부면으로부터 50mm 이상 이격된 임의의 위치(이 위치로부터 샘플을 채취할 수 없는 경우에는, 단부를 피한 위치)로부터 압연 방향에 평행한 판 두께 단면을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 샘플의 크기는, 측정 장치에 따라 다르지만, 압연 방향으로 10mm 정도 관찰할 수 있는 크기로 한다.
상기 샘플의 단면을 #600 내지 #1500의 탄화 규소 페이퍼를 사용하여 연마한 후, 입도 1 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리한다. 다음으로, 실온에서 알칼리성 용액을 포함하지 않는 콜로이달 실리카를 사용하여 8분간 연마하여, 샘플의 표층에 도입된 변형을 제거한다. 샘플 단면의 길이 방향의 임의의 위치에 있어서, 길이 50㎛, 표면으로부터 판 두께의 1/8 깊이 내지 표면으로부터 판 두께의 3/8 깊이의 영역을, 0.1㎛의 측정 간격으로 전자 후방 산란 회절법에 의해 측정하여 결정 방위 정보를 얻는다. 측정에는, 서멀 전계 방사형 주사 전자 현미경(JEOL제 JSM-7001F)과 EBSD 검출기(TSL제 DVC5형 검출기)로 구성된 EBSD 해석 장치를 사용한다. 이때, EBSD 해석 장치 내의 진공도는 9.6×10-5Pa 이하, 가속 전압은 15kV, 조사 전류 레벨은 13, 전자선의 조사 레벨은 62로 한다.
얻어진 결정 방위 정보를 EBSD 해석 장치에 부속된 소프트웨어 「OIM Analysis(등록상표)」에 탑재된 「Phase Map」 기능을 사용하여, 결정 구조가 bcc인 영역을 특정한다. 결정 구조가 bcc인 것을, 마르텐사이트, 베이나이트, 템퍼링 마르텐사이트, 그래뉼러 베이나이트 및 페라이트라고 판단한다. 이들 영역에 대하여, EBSD 해석 장치에 부속된 소프트웨어 「OIM Analysis(등록상표)」에 탑재된 「Grain Average Misorientation」 기능을 사용하여, Grain Average Image Misorientation 값이 3.0° 초과인 영역을 마르텐사이트, 베이나이트 및 템퍼링 마르텐사이트로 판정하고, 이들의 면적률의 합계를 산출함으로써, 「마르텐사이트, 베이나이트 및 템퍼링 마르텐사이트」의 합계의 면적률을 얻는다. Grain Average Misorientation 값이 3.0° 이하인 영역을 페라이트, 그래뉼러 베이나이트로 판정하고, 이들의 면적률의 합계를 산출함으로써, 「페라이트, 그래뉼러 베이나이트」의 합계의 면적률을 얻는다.
표면 내지 표면으로부터 판 두께 1/4 위치의 집합 조직: {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 1.8 미만
표면 내지 표면으로부터 판 두께 1/4 위치(표층 영역)의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비를 1.8 미만으로 함으로써, 굽힘성을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 표층 영역의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비는 1.8 미만으로 한다. 바람직하게는, 1.7 미만, 1.6 미만이다.
표층 영역의 집합 조직의 {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비는, 강도를 확보하는 관점에서 0.4 이상으로 해도 된다.
표면으로부터 판 두께 1/4 위치 내지 표면으로부터 판 두께 1/2 위치의 집합 조직: {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 2.3 미만
표면으로부터 판 두께 1/4 위치 내지 표면으로부터 판 두께 1/2 위치(내부 영역)의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비를 2.3 미만으로 함으로써, 연성을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 내부 영역의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비는 2.3 미만으로 한다. 바람직하게는, 2.2 미만, 2.1 미만이다.
내부 영역의 집합 조직의 {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비는, 인성을 확보하는 관점에서 0.4 이상으로 해도 된다.
표층 영역 및 내부 영역의 극밀도는, 핫 스탬프용 강판의 경우와 마찬가지의 방법에 의해 측정하면 된다. 단, 핫 스탬프 성형체에 있어서의 압연 방향은 이하의 방법에 의해 판별하면 된다.
먼저, 핫 스탬프 성형체의 판 두께 단면을 관찰할 수 있도록 시험편을 채취한다.
채취한 시험편의 판 두께 단면을 경면 연마로 마무리한 후, 광학 현미경을 사용하여 관찰한다. 관찰 범위는 판 두께의 전체 두께로 하고, 휘도가 어두운 영역을 개재물로 판정한다. 개재물 중 장축의 길이가 40㎛ 이상인 개재물에 있어서, 개재물이 신전하고 있는 방향과 평행한 방향을 압연 방향이라고 판별한다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체는, 표면에 도금층을 갖고 있어도 된다. 표면에 도금층을 가짐으로써, 핫 스탬프 후에 있어서, 내식성을 향상시킬 수 있다. 도금층으로서는, 알루미늄 도금층, 알루미늄-아연 도금층, 알루미늄-규소 도금층, 용융 아연 도금층, 전기 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층 등이 예시된다.
핫 스탬프 성형체의 탈탄 지표가 0.085 이상
핫 스탬프 성형체의 탈탄 지표를 바람직하게 제어함으로써, 강판 내부 근방과 같이 내하중을 담당하는 영역에는, 파괴하기 어려운 입계를 갖는 집합 조직의 발달을 촉진시킬 수 있어, 우수한 굽힘성을 유지하면서 내하중도 향상시킬 수 있다. 바람직하게는 0.140 이상이고, 보다 바람직하게는 0.180 이상이다. 탈탄 지표의 산출 방법으로부터 탈탄 지표의 상한값은 1.000이 되지만, 우수한 굽힘성을 유지하면서 내하중도 향상시키기 위해서는, 바람직하게는 0.500 이하, 보다 바람직하게는 0.040 이하이다.
핫 스탬프 성형체의 탈탄 지표는 핫 스탬프용 강판의 경우와 마찬가지의 방법에 의해 측정하면 된다.
핫 스탬프용 강판의 제조 방법
이하, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체를 핫 스탬프하여 제조하기 위한, 핫 스탬프용 강판의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 주조한 주편을 1200℃ 이상으로 가열하고, 20분 이상 유지한 후, 열간 압연에 있어서의 최종 압연의 1 패스 전의 압연을, 850 내지 900℃의 온도 범위에서 8 내지 30％의 압하율로 실시하는 것이 바람직하다. 다음으로, 800℃ 이상, 850℃ 미만의 온도 범위에서 6 내지 12％의 압하율로 열간 압연을 완료하는 것이 바람직하다. 즉, 열간 압연의 최종 압연은, 800℃ 이상, 850℃ 미만의 온도 범위에서 6 내지 12％의 압하율로 실시하는 것이 바람직하다.
열간 압연 종료 후, 2.5초 이상 경과한 후에, 열간 압연 종료 온도 내지 450℃의 온도 범위의 평균 냉각 속도가 10℃/s 미만인 냉각을 행하는 것이 바람직하다. 그 후, 700℃ 이하의 온도 범위에서 권취하는 것이 바람직하다. 또한, 탈탄 소둔을 행함으로써, 상기의 화학 조성을 갖는 핫 스탬프용 강판을 제조하는 것이 바람직하다.
핫 스탬프 후에 굽힘 변형능 및 내하중을 향상시키는 집합 조직은, 소량의 전위를 포함한 오스테나이트로부터, 페라이트 또는 그래뉼러 베이나이트로 변태시킴으로써 발달하는 것을 본 발명자들은 지견하였다. 그 때문에, 최종 압연의 1 패스 전의 압연이, 850℃ 미만에서 실시되거나 또는 압하율이 30％ 초과로 실시되면, 변태 전의 오스테나이트의 전위가 회복되지 않은 채 최종 압연되어, 전위를 포함한 채 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태가 일어나서, 원하는 집합 조직의 발달이 저해되는 경우가 있다.
한편, 최종 압연의 1 패스 전의 압연이, 900℃ 초과에서 실시되거나 또는 압하율이 8％ 미만으로 실시되면, 전위의 회복이 너무 촉진되어 오스테나이트 중의 전위 밀도가 너무 낮아져, 원하는 집합 조직을 얻을 수 없는 경우가 있다.
그 때문에, 열간 압연에 있어서의 최종 압연의 1 패스 전의 압연은, 850 내지 900℃의 온도 범위에서 8 내지 30％의 압하율로 실시하는 것이 바람직하다.
최종 압연이, 800℃ 미만에서 실시되거나 또는 압하율이 12％ 초과로 실시되면, 변태 전의 오스테나이트의 전위가 회복되지 않은 채 최종 압연되어, 전위를 포함한 채 오스테나이트로부터 페라이트로의 변태가 일어나서, 원하는 집합 조직의 발달이 저해되는 경우가 있다.
한편, 최종 압연이, 850℃ 이상에서 실시되거나 또는 압하율이 6％ 미만으로 실시되면, 전위의 회복이 너무 촉진되어 오스테나이트 중의 전위 밀도가 너무 낮아지기 때문에, 원하는 집합 조직을 얻을 수 없는 경우가 있다.
그 때문에, 열간 압연의 최종 압연은, 800℃ 이상, 850℃ 미만의 온도 범위에서 6 내지 12％의 압하율로 실시하는 것이 바람직하다.
열간 압연 종료 후에는, 2.5초 이상 경과하고 나서 냉각을 개시하는 것이 바람직하다. 냉각 개시까지의 시간을 2.5초 이상 확보함으로써, 페라이트 또는 그래뉼러 베이나이트로의 상변태가 촉진되어, 원하는 집합 조직을 충분히 발달시킬 수 있다. 경과 시간이 2.5초 미만이면, 원하는 집합 조직을 얻을 수 없는 경우가 있다.
열간 압연 완료 후, 2.5초 이상 경과한 후에는, 열간 압연 종료 온도 내지 450℃의 온도 범위의 평균 냉각 속도를 10℃/s 미만으로 함으로써, 페라이트 또는 그래뉼러 베이나이트로의 상변태가 촉진되어, 원하는 집합 조직을 충분히 발달시킬 수 있다. 상기 온도 범위에 있어서의 평균 냉각 속도가 10℃/s 이상이면, 원하는 집합 조직을 얻을 수 없는 경우가 있다.
또한, 여기서 말하는 평균 냉각 속도란, 설정하는 범위의 시점과 종점의 온도 차를, 시점으로부터 종점까지의 경과 시간으로 나눈 값으로 한다.
권취 온도가 700℃ 초과이면, 전위의 회복이 너무 촉진되어, 원하는 집합 조직이 발달하지 않는 경우가 있다. 그 때문에, 권취 온도는 700℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.
이상의 방법에 의해, 핫 스탬프용 강판을 얻는다.
이상의 방법에 의해 얻은 핫 스탬프용 강판에 대하여, 탈탄 소둔을 실시하는 것이 바람직하다. 탈탄 소둔을 실시하기 전에, 필요에 따라, 연질화를 목적으로 한 열처리를 실시해도 되고, 또한 누적 압하율(={1 - (냉간 압연 후 판 두께/냉간 압연 전 판 두께)}×100)이 30 내지 70％인 냉간 압연을 실시해도 된다. 탈탄 소둔 라인에서 도금을 실시해도 되고, 탈탄 소둔 종료 후에 다시 도금용의 소둔 라인을 통판시켜도 된다. 핫 스탬프용 강판의 표면에 부여하는 도금층으로서는, 알루미늄 도금층, 알루미늄-아연 도금층, 알루미늄-규소 도금층, 용융 아연 도금층, 전기 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층 등이 예시된다.
탈탄 소둔을 실시함으로써, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역의 C양을 저감시킨다. 탈탄 소둔의 조건으로서는, 분위기는, 수소 또는 질소 또는 산소를 함유하는 습윤 분위기로 하고, 탈탄 소둔 온도(강판의 최고 도달 온도)를 700 내지 950℃로 하고, 700 내지 950℃의 온도 범위에서의 체류 시간을 5초 내지 1200초의 조건으로 하는 것이 바람직하다. 여기서 말하는 체류 시간이란, 강판 온도가 상승하여 700℃에 도달한 때부터, 700 내지 950℃에서 유지되고, 강판 온도가 저하되어 700℃에 도달한 때까지의 시간을 말한다.
최고 도달 온도가 700℃ 미만, 700 내지 950℃의 온도 범위에서의 체류 시간이 5초 미만이면, C의 확산이 충분히 촉진되지 않기 때문에, 탈탄이 진행되지 않아, 표층 영역의 집합 조직을 제어할 수 없는 경우가 있다. 한편, 최고 도달 온도가 950℃ 초과, 700 내지 950℃의 온도 범위에서의 체류 시간이 1200초 초과이면, 탈탄이 너무 진행되어, 핫 스탬프용 강판의 표층 영역의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비를 1.5 미만으로 제어할 수 없는 경우가 있다.
다음으로, 상술한 핫 스탬프용 강판을 사용한, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 바람직한 제조 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 핫 스탬프용 강판을 가열하고, 800 내지 1000℃의 온도 범위에서, 60 내지 600초간 유지하는 것이 바람직하다. 가열 시의 평균 가열 속도는 0.1℃/s 이상, 200℃/s 이하로 하면 된다. 여기서 말하는 평균 가열 속도는, 가열 개시 시의 강판 표면 온도와 유지 온도의 온도 차를, 가열 개시 시로부터 유지 온도까지 달했을 때까지의 시간차로 나눈 값이다. 또한, 상기의 유지에 있어서, 800 내지 1000℃의 온도 범위에서 강판 온도를 변동시켜도 되고, 일정하게 해도 된다.
가열 온도가 800℃ 미만, 유지 시간이 60초 미만이면, 탄화물의 용해가 불순하게 되어, 잔존한 탄화물이 균열의 기점이 되어 굽힘성이 저하되는 경우가 있다. 가열 온도가 1000℃ 초과, 유지 시간이 600초 초과이면, C의 확산이 너무 촉진되어, 내부 영역의 집합 조직의 {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비를 2.3 미만으로 할 수 없는 경우가 있다.
핫 스탬프 전의 가열 방법으로서는, 전기로나 가스로 등에 의한 가열, 화염 가열, 통전 가열, 고주파 가열, 유도 가열 등을 들 수 있다.
상기 온도 범위에서 유지한 후, 핫 스탬프한다. 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에서는, 300℃ 이상, 650℃ 미만에서 성형하는 것이 바람직하다. 핫 스탬프 후에는 300℃ 이하의 온도 범위까지 10℃/s 이상으로 냉각하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에 있어서, 성형 온도가 650℃ 이상이면, 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트의 면적률의 합계가 10％ 미만이 되어, 원하는 연성을 얻을 수 없다. 성형 온도가 300℃ 미만이면, 성형 하중이 너무 높아져, 금형이 파손되는 경우가 있다.
이상의 방법에 의해, 핫 스탬프 성형체를 얻는다. 또한, 핫 스탬프 성형 후에 150 내지 600℃에서 템퍼링 처리를 행해도 된다. 또한, 핫 스탬프 성형체의 일부를 레이저 조사 등에 의해 템퍼링하여 부분적으로 연화 영역을 마련해도 된다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 하나의 조건 예이고, 본 발명은 이 하나의 조건 예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.
표 1-1 및 표 1-2에 나타내는 화학 조성의 용강을 주조하여 제조한 강편에, 1200℃ 이상의 온도 범위에서 20분 이상 유지한 후, 표 2-1 내지 표 2-6에 나타내는 조건에서 열간 압연, 냉간 압연 및 탈탄 소둔을 실시하였다. 필요에 따라, 탈탄 소둔을 실시하기 전에 연질화 열처리를 실시하였다. 또한, 필요에 따라, 도금 및 도금 소둔을 실시하였다. 이에 의해, 표 3-1 내지 표 3-3에 나타내는 핫 스탬프용 강판을 얻었다.
얻어진 핫 스탬프용 강판에, 표 4-B-1 내지 표 4-B-3에 나타내는 조건에서 핫 스탬프 성형을 행함으로써, 핫 스탬프 성형체를 얻었다. 일부의 핫 스탬프 성형체에 대해서는, 핫 스탬프 후에 150 내지 600℃에서 템퍼링 처리를 행하였다. 또한, 일부의 핫 스탬프 성형체에 대해서는, 핫 스탬프 성형체의 일부분을 레이저 조사하여 템퍼링함으로써, 부분 연화 영역을 형성하였다. 표 5-B-1 내지 표 5-B-3에, 얻어진 핫 스탬프 성형체의 마이크로 조직 및 기계 특성을 나타낸다.
또한, 표 중의 밑줄은, 본 발명의 범위 밖인 것, 바람직한 제조 조건을 벗어나는 것, 특성값이 바람직하지 않은 것을 나타낸다. 또한, 표 5-B-1 내지 표 5-B-3에 있어서의 「표층 영역의 집합 조직에 있어서의 극밀도비」는 「표면 내지 표면으로부터 판 두께 1/4 위치의 집합 조직에 있어서의, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비」를 나타내고, 「내부 영역의 집합 조직에 있어서의 극밀도비」는 「표면으로부터 판 두께 1/4 위치 내지 표면으로부터 판 두께 1/2 위치의 집합 조직에 있어서의, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비」를 나타낸다.
핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 성형체의 금속 조직 및 집합 조직의 측정은, 상술한 측정 방법에 의해 행하였다. 또한, 핫 스탬프 성형체의 기계 특성은, 이하의 방법에 의해 평가하였다.
인장 강도 및 균일 신장
핫 스탬프 성형체의 인장(최대) 강도 TS 및 균일 신장 uEl은, 핫 스탬프 성형체의 임의의 위치로부터 JIS Z 2241: 2011에 준거하여, 5호 시험편을 제작하고, 인장 시험을 행함으로써 구하였다. 또한, 크로스헤드 속도는 3mm/min으로 하였다.
인장 강도 TS가 1500MPa 이상인 경우를 강도가 우수하다고 하여 합격으로 판정하고, 1500MPa 미만인 경우를 강도가 떨어진다고 하여 불합격으로 판정하였다. 또한, 인장 강도 TS와 균일 신장 uEl의 곱(TS×UuEl)이 6000MPa·％ 이상인 경우를 연성이 우수하다고 하여 합격으로 판정하고, 6000MPa·％ 미만인 경우를 연성이 떨어진다고 하여 불합격으로 판정하였다.
굽힘 각도
굽힘 각도는, 독일 자동차 공업회에서 규정된 VDA 기준(VDA238-100)에 기초하여, 이하의 방법에 의해 평가하였다. 본 실시예에서는, 굽힘 시험에서 얻어지는 최대 하중 시의 변위를 VDA 기준으로 각도로 변환하여, 최대 굽힘 각도 α(°)을 구하였다. 상술한 방법에 의해 얻은 인장 강도 TS와 최대 굽힘각 α의 곱(TS×α)이 75000MPa·° 이상인 경우를 굽힘성이 우수하다고 하여 합격으로 판정하고, 75000MPa·° 미만인 경우를 굽힘성이 떨어진다고 하여 불합격으로 판정하였다.
굽힘 시험에 있어서의 조건은 이하와 같이 하였다.
시험편 치수: 60mm(압연 방향)×30mm(판 폭 방향에 평행한 방향)
시험편 판 두께: 1.6mm
굽힘 능선: 판 폭 방향에 평행한 방향
시험 방법: 롤 지지, 펀치 압입
롤 직경: φ30mm
펀치 형상: 선단 R=0.4mm
롤간 거리: 2.0×판 두께(mm)+0.5mm
압입 속도: 20mm/min
시험기: SHIMADZU AUTOGRAPH 20kN
표 5-B-1 내지 표 5-B-3을 보면, 본 발명예인 핫 스탬프 성형체는, 우수한 강도, 굽힘성 및 연성을 갖는 것을 알 수 있다. 한편, 비교예인 핫 스탬프 성형체는, 하나 이상의 특성이 떨어지는 것을 알 수 있다.
[표 1-1]
Figure pct00001
[표 1-2]
Figure pct00002
[표 2-1]
Figure pct00003
[표 2-2]
Figure pct00004
[표 2-3]
Figure pct00005
[표 2-4]
Figure pct00006
[표 2-5]
Figure pct00007
[표 2-6]
Figure pct00008
[표 3-1]
Figure pct00009
[표 3-2]
Figure pct00010
[표 3-3]
Figure pct00011
[표 4-B-1]
Figure pct00012
[표 4-B-2]
Figure pct00013
[표 4-B-3]
Figure pct00014
[표 5-B-1]
Figure pct00015
[표 5-B-2]
Figure pct00016
[표 5-B-3]
Figure pct00017
본 발명에 관한 상기 양태에 따르면, 우수한 강도, 굽힘성 및 연성을 갖는 핫 스탬프 성형체를 제공할 수 있다.

Claims (3)

  1. 화학 조성이, 질량％로,
    C: 0.15 내지 0.50％,
    Si: 0.0010 내지 3.000％,
    Mn: 0.30 내지 3.00％,
    Al: 0.0002 내지 2.000％,
    P: 0.100％ 이하,
    S: 0.1000％ 이하,
    N: 0.0100％ 이하,
    Nb: 0 내지 0.15％,
    Ti: 0 내지 0.15％,
    V: 0 내지 0.15％,
    Mo: 0 내지 1.0％,
    Cr: 0 내지 1.0％,
    Cu: 0 내지 1.0％,
    Ni: 0 내지 1.0％,
    B: 0 내지 0.0100％,
    Ca: 0 내지 0.010％ 및
    REM: 0 내지 0.30％
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,
    면적률로, 합계로 10 내지 30％의 페라이트 및 그래뉼러 베이나이트와, 마르텐사이트, 베이나이트 및 템퍼링 마르텐사이트의 1종 이상으로 이루어지는 잔부 조직으로 이루어지는 금속 조직을 갖고,
    표면 내지 상기 표면으로부터 판 두께 1/4 위치의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 1.8 미만이고,
    상기 표면으로부터 상기 판 두께 1/4 위치 내지 상기 표면으로부터 판 두께 1/2 위치의 집합 조직에 있어서, {001}<1-10> 내지 {001}<-1-10>으로 이루어지는 방위군의 극밀도와 {111}<1-10> 내지 {111}<-1-12>로 이루어지는 방위군의 극밀도의 비가 2.3 미만인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 화학 조성이, 질량％로,
    Nb: 0.05 내지 0.15％,
    Ti: 0.05 내지 0.15％,
    V: 0.05 내지 0.15％,
    Mo: 0.05 내지 1.0％,
    Cr: 0.05 내지 1.0％,
    Cu: 0.05 내지 1.0％,
    Ni: 0.05 내지 1.0％,
    B: 0.0001 내지 0.0100％,
    Ca: 0.001 내지 0.010％ 및
    REM: 0.001 내지 0.30％
    로 이루어지는 군 중 1종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    탈탄 지표가 0.085 이상인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
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