KR20220164330A - 핫스탬핑용 강판 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 측면에 의하면, 탄소(C): 0.17~0.25wt%, 실리콘(Si): 0.3~1.0wt%, 망간(Mn): 0.6~1.0wt%, 인(P): 0.02wt% 이하, 황(S): 0.01wt% 이하, 알루미늄(Al): 0.1~1.0wt%, 붕소(B): 0.001~0.005wt%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1wt%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06wt%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상의 합: 0.3~1.0wt% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 면적분율로 페라이트: 60~99% 및 펄라이트: 1~30%를 포함하고, 탄소(C): 0.19~0.55wt% 및 망간(Mn): 0.8~6.0wt%를 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제1영역들을 포함하는, 핫스탬핑용 강판을 제공한다.

Description

핫스탬핑용 강판 및 그 제조방법{The steel sheet for the hot stamping, and method of manufacturing the same}
본 발명의 실시예들은 핫스탬핑용 강판 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 핫스탬핑 후의 성형 부품이 고강도, 고인성의 우수한 기계적 특성을 갖는 핫스탬핑용 강판 및 그 제조방법에 관한 것이다.
자동차용 부품에는 경량화 및 안정성을 위해서 고강도강이 적용된다. 한편, 고강도강은 중량 대비 고강도 특성을 확보할 수 있으나, 강도가 증가함에 따라 프레스 성형성이 저하되어 가공 중 소재의 파단이 발생하거나, 스프링 백 현상이 발생하여 복잡하고 정밀한 형상의 제품의 성형에 어려움이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위한 방안으로 핫스탬핑 공법이 있으며 이에 대한 관심이 높아지면서 핫스탬핑용 소재에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 예컨대, 한국 공개특허공보 제10-2017-0076009호 발명에 개시된 바와 같이, 핫스탬핑 공법은 핫스탬핑용 강판을 고온으로 가열 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하여 고강도 부품을 제조하는 성형기술이다.
또한, 한국 공개특허공보 제10-2019-0095858호 발명에 개시된 바와 같이, 핫스탬핑용 강판의 대표적인 예로 탄소(C)와 열처리 성능 향상 위한 원소로 망간(Mn), 붕소(B) 등을 함유하는 이른바 보론강(22MnB5)이 사용된다.
그러나 이러한 종래의 핫스탬핑용 강판 및 그 제조방법에는, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 성분 및 미세조직에 의해 발생하는 영역별 강도 차이로 인하여 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장 강도, 굽힘 특성 등의 기계적 특성이 저하되는 문제점이 존재하였다.
본 발명의 실시예들은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 핫스탬핑 후의 성형 부품이 고강도, 고인성의 우수한 기계적 특성을 갖는 핫스탬핑용 강판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 탄소(C): 0.17~0.25wt%, 실리콘(Si): 0.3~1.0wt%, 망간(Mn): 0.6~1.0wt%, 인(P): 0.02wt% 이하, 황(S): 0.01wt% 이하, 알루미늄(Al): 0.1~1.0wt%, 붕소(B): 0.001~0.005wt%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1wt%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06wt%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상의 합: 0.3~1.0wt% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 미세조직은 면적분율로 페라이트: 60~99% 및 펄라이트: 1~30%를 포함하고, 탄소(C): 0.19~0.55wt% 및 망간(Mn): 0.8~6.0wt%를 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제1영역들을 포함하는, 핫스탬핑용 강판이 제공된다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1영역들의 장변을 상기 제1영역들의 길이로 정의할 시, 상기 제1영역들의 평균 길이는 0.01㎛ 이상 300㎛ 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1영역들의 단변을 상기 제1영역들의 두께로 정의할 시, 상기 제1영역들의 평균 두께는 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1영역들의 단변 방향의 선밀도는 0.001/㎛ 이상 0.1/㎛ 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1영역들의 면적분율은 0.01% 이상 15% 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세조직은 0.55wt%를 초과하는 탄소(C)를 포함하는 펄라이트 또는 6.0wt%를 초과하는 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제2영역들을 더 포함하고, 상기 제2영역들의 면적분율은 5% 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 핫스탬핑 후의 성형 부품이 1,350MPa 이상의 인장강도를 갖고, 61~80˚의 굽힘각을 만족할 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 탄소(C): 0.17~0.25wt%, 실리콘(Si): 0.3~1.0wt%, 망간(Mn): 0.6~1.0wt%, 인(P): 0.02wt% 이하, 황(S): 0.01wt% 이하, 알루미늄(Al): 0.1~1.0wt%, 붕소(B): 0.001~0.005wt%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1wt%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06wt%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상의 합: 0.3~1.0wt% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬래브를 1,200~1,250°C의 온도에서 재가열하는 단계, 재가열된 슬래브를 860~950°C의 온도에서 95% 이상의 압하율로 열간압연하여 강판을 제조하는 단계 및 상기 강판을 550~680°C의 온도에서 권취하는 단계를 포함하고, 권취된 강판의 미세조직은 면적분율로 페라이트: 60~99% 및 펄라이트: 1~30%를 포함하고, 탄소(C): 0.19~0.55wt% 및 망간(Mn): 0.8~6.0wt%를 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제1영역들을 포함하는, 핫스탬핑용 강판의 제조방법이 제공된다.
본 실시예에 따르면, 상기 강판을 마르텐사이트 변태 개시온도(Ms) 내지 펄라이트 변태 개시온도(Ps)+40°C의 온도까지 30초 이하의 시간동안 냉각하는 단계를 더 포함하고, 상기 권취하는 단계는 냉각된 강판을 권취하는 단계일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1영역들의 장변을 상기 제1영역들의 길이로 정의할 시, 상기 제1영역들의 평균 길이는 0.01㎛ 이상 300㎛ 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1영역들의 단변을 상기 제1영역들의 두께로 정의할 시, 상기 제1영역들의 평균 두께는 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1영역들의 단변 방향의 선밀도는 0.001/㎛ 이상 0.1/㎛ 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 제1영역들의 면적분율은 0.01% 이상 15% 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 미세조직은 0.55wt%를 초과하는 탄소(C)를 포함하는 펄라이트 또는 6.0wt%를 초과하는 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제2영역들을 더 포함하고, 상기 제2영역들의 면적분율은 5% 이하일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 강판은 핫스탬핑 후의 성형 부품이 1,350MPa 이상의 인장강도를 갖고, 61~80˚의 굽힘각을 만족할 수 있다.
전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점은 이하의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용, 청구범위 및 도면으로부터 명확해질 것이다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면 핫스탬핑 후의 성형 부품이 고강도, 고인성의 우수한 기계적 특성을 갖는 핫스탬핑용 강판 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 구체적으로, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 성분 및 미세조직의 특성 제어를 통해 핫스탬핑용 강판의 영역별 강도 차이를 조절하여, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장 강도, 굽힘 특성 등의 기계적 특성이 우수한 핫스탬핑용 강판 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 종래의 핫스탬핑용 강판의 미세조직의 일부를 나타내는 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 강판의 미세조직의 일부를 나타내는 이미지이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 강판의 제조방법의 일부를 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 후의 성형 부품의 미세조직의 일부를 개략적으로 나타내는 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 후의 성형 부품의 미세조직이 갖는 결정립의 일부를 개략적으로 나타내는 이미지이다.
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 명세서 상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
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.
본 명세서에서 “A 및/또는 B”은 A이거나, B이거나, A와 B인 경우를 나타낸다. 그리고, “A 및 B 중 적어도 하나”는 A이거나, B이거나, A와 B인 경우를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 종래의 핫스탬핑용 강판의 미세조직의 일부를 나타내는 이미지이다. 구체적으로, 도 1은 종래에 핫스탬핑용 강판으로 이용되는 22MnB5 성분의 강판을 나타내는 이미지이다.
22MnB5 성분의 강판의 미세조직은 페라이트 및 펄라이트를 포함할 수 있다. 한편, 펄라이트에는 탄소(C) 및/또는 망간(Mn)이 편석될 수 있다. 즉, 핫스탬핑용 강판의 미세조직은 탄소(C)의 함량 및/또는 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트를 포함할 수 있다. 또한, 탄소(C)의 함량 및/또는 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트는 핫스탬핑용 강판 내에서 국부적으로 집적될 수 있다. 즉, 핫스탬핑용 강판의 미세조직은 탄소(C)의 함량 및/또는 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역(이하, "펄라이트 영역"이라 함)을 포함할 수 있다.
일 실시예로, 도 1에 도시된 바와 같이, 펄라이트 영역은 핫스탬핑용 강판 내에서 띠 모양(또는 밴드 형태)으로 형성될 수 있다.
핫스탬핑용 강판의 펄라이트 영역에서의 강도와 펄라이트 영역 외의 영역에서의 강도는 서로 상이하다. 구체적으로, 펄라이트 영역은 상대적으로 높은 강도를 갖고, 펄라이트 영역 외의 영역은 상대적으로 낮은 강도를 가질 수 있다. 즉, 펄라이트 영역의 강도는 펄라이트 영역 외의 영역의 강도보다 상대적으로 높을 수 있다. 이에 따라 핫스탬핑용 강판은 영역별 강도 차이를 갖게 된다. 이러한 영역별 강도 차이는 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장강도, 항복강도, 굽힘 특성, 연신율 등의 기계적 특성을 저하시키는 요인으로 작용할 수 있다. 따라서, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 펄라이트 영역의 크기, 밀도, 면적분율 등을 제어할 필요가 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 핫스탬핑용 강판을 구성하는 물질의 함량, 핫스탬핑용 강판의 미세조직의 구성 및 핫스탬핑용 강판을 제조하는 공정 조건을 제어함으로써, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 펄라이트 영역의 크기, 밀도 및 면적분율을 제어할 수 있다. 이를 통해 핫스탬핑 후의 성형 부품에 요구되는 기계적 특성을 만족시킬 수 있는 핫스탬핑용 강판을 구현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 강판의 미세조직의 일부를 나타내는 이미지이다.
구체적으로, 도 2는 핫스탬핑용 강판을 구성하는 물질의 함량, 핫스탬핑용 강판의 미세조직의 구성 및 핫스탬핑용 강판을 제조하는 공정 조건이 사전 설정된 조건을 만족하도록 제어하여 제조한 핫스탬핑용 강판을 나타내는 이미지이다.
도 2를 참조하면, 도 1의 강판과 대비하여 탄소(C)의 함량 및/또는 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역이 현저하게 감소하였음을 확인할 수 있다. 구체적으로, 도 2의 강판에는 도 1의 강판이 포함하는 띠 모양(또는 밴드 형태)의 영역이 현저하게 감소한 것을 확인할 수 있다. 이는 핫스탬핑용 강판을 구성하는 물질의 함량, 핫스탬핑용 강판의 미세조직의 구성 및 핫스탬핑용 강판을 제조하는 공정 조건이 사전 설정된 조건을 만족하도록 제어함에 따른 것으로 이해될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 후술한다.
핫스탬핑용 강판은 소정의 합금 원소를 소정 함량 포함하도록 주조된 슬래브에 대해 열연 공정 및/또는 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다.
핫스탬핑용 강판은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 붕소(B), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 니오븀(Nb), 니켈(Ni) 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 일 실시예로, 핫스탬핑용 강판은 탄소(C): 0.17~0.25wt%, 실리콘(Si): 0.3~1.0wt%, 망간(Mn): 0.6~1.0wt%, 인(P): 0.02wt% 이하, 황(S): 0.01wt% 이하, 알루미늄(Al): 0.1~1.0wt%, 붕소(B): 0.001~0.005wt%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1wt%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06wt%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상의 합: 0.3~1.0wt% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
이와 같이 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상의 합을 사전 설정된 범위를 만족하도록 제어함으로써 소입성을 향상시킬 수 있다. 선택적 실시예에서, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 크롬(Cr)의 함량은 0.1~0.6wt%를 만족할 수 있다. 또한, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 니켈(Ni)의 함량은 0.001~0.3wt%를 만족할 수 있다. 또한, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 몰리브덴(Mo)의 함량은 0.1~0.4wt%를 만족할 수 있다.
한편, 일 실시예로, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P) 및 황(S) 각각의 함유량을 중량%로 [C], [Si], [Mn], [P] 및 [S]로 나타내었을 때, 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2*[P]+4*[S]<0.35
이를 통해 취성 증가를 방지하고 핫스탬핑 후의 성형 부품의 용접강도를 향상시킬 수 있다. 예컨대, 용접부의 십자인장강도(cross-tension strength, CTS)는 10kN/spot 이상을 만족할 수 있다.
탄소(C)는 강판 내 오스테나이트 안정화 원소로 작용한다. 탄소는 강판의 강도 및 경도를 결정하는 주요 원소이며, 열처리 시 소입성 및 강도 증가를 목적으로 첨가된다. 이러한 탄소는 강판의 전체 중량에 대하여 0.17wt% 내지 0.25wt%로 포함될 수 있다. 탄소의 함량이 0.17wt% 미만인 경우, 경질상(예컨대, 마르텐사이트 등) 확보가 어려워 핫스탬핑 후의 성형 부품의 기계적 강도를 만족시키기 어렵다. 이와 반대로 탄소의 함량이 0.25wt%를 초과하는 경우, 강판의 가공성 저하 또는 핫스탬핑 후의 성형 부품의 굽힘 성능 저하를 야기할 수 있다.
실리콘(Si)은 강판 내 페라이트 안정화 원소로 작용한다. 실리콘은 고용 강화 원소로서 강판의 강도를 향상시키며, 저온역 탄화물의 형성을 억제함으로써 오스테나이트 내 탄소 농화도를 향상시킨다. 또한, 실리콘은 열연, 냉연, 열간 프레스 조직 균질화 및 페라이트 미세 분산의 핵심 원소이다. 실리콘은 마르텐사이트 강도 불균질 제어 원소로 작용하여 충돌 성능을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 실리콘은 강판 전체 중량에 대하여 0.3wt% 내지 1.0wt% 포함될 수 있다. 실리콘의 함량이 0.3wt% 미만인 경우, 상술한 효과를 얻기 어려우며 핫스탬핑 후의 성형 부품의 마르텐사이트 조직에서 세멘타이트 형성 및 조대화가 발생할 수 있다. 이와 반대로 실리콘의 함량이 1.0wt%를 초과하는 경우, 열연, 냉연 부하가 증가하고, 강판의 도금 특성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)은 강판 내 오스테나이트 안정화 원소로 작용한다. 망간은 열처리 시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 이러한 망간은 강판 전체 중량에 대하여 0.6wt% 내지 1.0wt% 포함될 수 있다. 망간의 함량이 0.6wt% 미만인 경우, 경화능 효과가 충분하지 못하여, 소입성 미달로 핫스탬핑 후의 성형 부품 내의 경질상 분율이 미달될 수 있다. 반면에, 망간의 함량이 1.0wt%를 초과하는 경우, 망간이 편석된 펄라이트가 집중된 영역이 발생하여 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 굽힘 성능 저하의 원인이 되고 불균질 미세조직이 발생할 수 있다.
인(P)은 강도 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 인은 강판의 인성 저하를 방지하기 위해, 강판 전체 중량에 대하여 0 초과 0.02wt% 이하로 포함될 수 있다. 인의 함량이 0.02wt%를 초과하는 경우, 인화철 화합물이 형성되어 인성 및 용접성이 저하되고, 제조 공정 중 강판에 크랙이 유발될 수 있다.
황(S)은 가공성 향상에 기여하는 원소이다. 이러한 황은 강판 전체 중량에 대하여 0 초과 0.01wt% 이하 포함될 수 있다. 황의 함량이 0.01wt%를 초과하면 열간 가공성, 용접성 및 충격특성이 저하되고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
알루미늄(Al)은 강판 내 페라이트 안정화 원소로 작용한다. 알루미늄은 고용 강화 원소로서 강판의 강도를 향상시키며, 저온역 탄화물의 형성을 억제함으로써 오스테나이트 내 탄소 농화도를 향상시킨다. 알루미늄은 마르텐사이트 강도 불균질 제어 원소로 작용하여 충돌 성능을 향상시키는 역할을 한다. 이러한 알루미늄은 강판 전체 중량에 대하여 0.1wt% 내지 1.0wt% 포함될 수 있다. 알루미늄의 함량이 0.1wt% 미만인 경우, 상술한 효과를 얻기 어려우며 핫스탬핑 후의 성형 부품의 마르텐사이트 조직에서 세멘타이트 형성 및 조대화가 발생할 수 있다. 이와 반대로 알루미늄의 함량이 1.0wt%를 초과하는 경우, 열연, 냉연 부하가 증가하고, 강판의 도금 특성이 저하될 수 있다.
한편, 일 실시예로, 도금성 향상을 위하여 핫스탬핑용 강판이 포함하는 실리콘(Si) 및 알루미늄(Al) 각각의 함량의 합은 사전 설정된 범위를 만족하도록 제어될 수 있다. 예컨대, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 실리콘(Si), 알루미늄(Al) 각각의 함량의 합은 0.4~1.5wt%를 만족할 수 있다.
크롬(Cr)은 열처리 시 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 크롬은 석출경화를 통한 결정립 미세화 및 강도 확보를 가능하게 한다. 이러한 크롬은 강판 전체 중량에 대하여 0.1wt% 내지 0.6wt% 포함될 수 있다. 크롬의 함량이 0.1wt% 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, 열처리 시 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 0.001wt% 내지 0.005wt%로 포함될 수 있다. 붕소가 상기 범위로 포함시 경질상 입계 취성 발생을 방지하며, 고인성과 굽힘성을 확보할 수 있다. 붕소의 함량이 0.001wt% 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.
티타늄(Ti)은 고온에서 석출물을 형성하여 결정립 미세화에 효과적으로 기여할 수 있다. 이러한 티타늄은 강판 전체 중량에 대하여 0.01wt% 내지 0.1wt%, 바람직하게는 0.02wt% 내지 0.06wt% 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. 티타늄의 함량이 상기 하한에 미달하는 경우, 상기 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반면에, 티타늄의 함량이 상기 상한을 초과하는 경우, 석출물이 조대화되어 연신율 및 굽힘성 하락이 발생할 수 있다.
몰리브덴(Mo)은 치환형 원소로써 고용강화 효과로 강의 강도를 향상시킨다. 몰리브덴은 석출물 조대화 억제 및 소입성 향상을 목적으로 첨가된다. 또한, 몰리브덴(Mo)은 강의 경화능을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 몰리브덴은 강판 전체 중량에 대하여 0.1wt% 내지 0.4wt% 포함될 수 있다. 몰리브덴의 함량이 0.1wt% 미만인 경우, 상기의 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반면에, 몰리브덴의 함량이 0.4wt%를 초과하는 경우, 압연 생산성 및 연신율 하락 위험이 있으며, 추가적인 효과없이 제조비용만 상승시키는 문제가 있다.
니오븀(Nb)은 마르텐사이트 패킷 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성을 증가시킬 수 있다. 이러한 니오븀은 강판 전체 중량에 대하여 0.02wt% 내지 0.06wt% 포함될 수 있다. 니오븀이 상기 범위로 포함시 열간압연 및 냉간압연 공정에서 강판의 결정립 미세화 효과가 우수하고, 제강/연주시 슬래브의 크랙 발생과, 제품의 취성 파단 발생을 방지하며, 제강성 조대 석출물 생성을 최소화할 수 있다. 니오븀의 함량이 0.02wt% 미만인 경우, 상기 효과를 제대로 발휘할 수 없다. 반면에, 니오븀의 함량이 0.06wt%를 초과하는 경우, 니오븀 함량 증가에 따른 강도 및 인성은 더 이상 향상되지 않고 페라이트 내에 고용된 상태로 존재하여 오히려 충격인성을 저하시킬 위험이 있다.
니켈(Ni)은 소입성을 향상시키면서 인성 개선에 유효한 원소이다. 이러한 니켈은 강판 전체 중량에 대하여 0.001wt% 내지 0.3wt% 포함될 수 있다. 니켈의 함량이 0.001wt% 미만인 경우, 그 첨가 효과가 미미하다. 반면에, 니켈의 함량이 0.3wt%를 초과하는 경우, 강판의 가공성을 저하시키며 제조비용을 상승시키는 문제가 있다.
핫스탬핑용 강판의 미세조직은 페라이트 및 펄라이트를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 핫스탬핑용 강판은 면적분율로 페라이트: 60~99% 및 펄라이트: 1~30%를 포함할 수 있다. 또한, 핫스탬핑용 강판은 기타 불가피한 조직을 포함할 수 있다. 예컨대, 핫스탬핑용 강판은 기타 불가피한 조직을 0% 이상 5% 미만 포함할 수 있다. 한편, 일 실시예로, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 페라이트의 평균 결정립 크기는 2㎛ 이상 10㎛ 이하를 만족하도록 제어될 수 있다.
펄라이트에는 탄소(C) 및/또는 망간(Mn)이 편석될 수 있는 바, 핫스탬핑용 강판의 미세조직은 탄소의 함량 및/또는 망간의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트를 포함할 수 있다. 또한, 탄소의 함량 및/또는 망간의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트는 강판 내에서 국부적으로 집적되어 펄라이트 영역을 형성할 수 있다. 여기서 "펄라이트 영역"은 탄소의 함량 및/또는 망간의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역을 의미한다.
이러한 핫스탬핑용 강판이 갖는 펄라이트 영역을 최소화하는 방법으로 탄소(C)의 함량 및 망간(Mn)의 함량을 낮추는 방법이 있으나, 이는 핫스탬핑용 강판의 소입성 및 핫스탬핑 후의 성형 부품의 기계적 특성을 저하시키는 문제를 야기할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 강판은 탄소 및 망간은 상술한 최적화된 함량만큼 포함하되, 핫스탬핑용 강판이 갖는 펄라이트 영역의 크기, 밀도 및 면적분율이 사전 설정된 조건을 만족하도록 제어될 수 있다. 이를 통해 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장강도, 항복강도, 굽힘 특성, 연신율 등의 기계적 특성을 제어할 수 있다. 예컨대, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장강도는 1,350MPa 이상을 만족할 수 있고, 바람직하게는 1,350MPa 이상 1,650MPa 이하를 만족할 수 있다. 또한, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 항복강도는 950MPa 이상을 만족할 수 있고, 바람직하게는 950MPa 이상 1,200MPa 이하를 만족할 수 있다. 또한, 핫스탬핑 후의 성형 부품은 61~80˚의 굽힘각을 만족하고, 6% 이상의 연신율을 가질 수 있다. 여기서 "굽힘각"은 압연 방향(rolling direction, RD)의 V-벤딩각을 의미할 수 있다.
일 실시예로, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장강도는 탄소(C)의 함유량과의 상관관계를 기반으로 사전 설정된 범위를 만족하도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장강도를 X1(단위: MPa)로 나타내고, 탄소의 함유량을 중량%로 [C]로 나타내었을 때, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장강도(X1)는 하기 수학식 2A를 만족하도록 제어될 수 있다.
[수학식 2A]
0.9*y1≤X1≤1.1*y1
(y1=1,093+1,625*[C])
일 실시예로, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 굽힘각은 탄소(C)의 함유량과의 상관관계를 기반으로 사전 설정된 범위를 만족하도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 굽힘각을 X2(단위: ˚)로 나타내고, 탄소의 함유량을 중량%로 [C]로 나타내었을 때, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 굽힘각(X2)은 하기 수학식 2B를 만족하도록 제어될 수 있다.
[수학식 2B]
0.9*y2≤X2≤1.1*y2
(y2=131-265*[C])
일 실시예로, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 굽힘각은 망간(Mn)의 함유량과의 상관관계를 기반으로 사전 설정된 범위를 만족하도록 제어될 수 있다. 구체적으로, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 굽힘각을 X2(단위: ˚)로 나타내고, 망간의 함유량을 중량%로 [Mn]으로 나타내었을 때, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 굽힘각(X2)은 하기 수학식 2C를 만족하도록 제어될 수 있다.
[수학식 2C]
0.9*y3≤X2≤1.1*y3
(y3=98-30*[Mn])
한편, 핫스탬핑용 강판의 미세조직의 구성, 즉, 펄라이트 영역의 크기, 밀도 및 면적분율 조건은 핫스탬핑용 강판의 공정 조건을 조절함으로써 제어할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.
펄라이트 영역은 펄라이트 영역에 집적된 펄라이트가 포함하는 탄소(C)의 함량 및 망간(Mn)의 함량에 따라 핫스탬핑 후의 성형 부품의 기계적 특성에 영향을 미치는 정도가 상이할 수 있다. 구체적으로, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 기계적 특성에 영향을 미치는 것은 0.19wt% 이상의 탄소와 0.8wt% 이상의 망간을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집중된 영역이다. 반면에, 탄소의 함량이 0.19wt% 미만이거나 망간의 함량이 0.8wt% 미만인 펄라이트가 국부적으로 집중된 영역은 핫스탬핑 후의 성형 부품의 기계적 특성에 미치는 영향이 미미하다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 강판은 0.19wt% 이상의 탄소와 0.8wt% 이상의 망간을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집중된 영역의 크기, 밀도 및 면적분율이 사전 설정된 조건을 만족하도록 제어된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 강판은 0.19~0.55wt%의 탄소(C)를 포함하는 펄라이트 및/또는 0.8~6.0wt%의 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제1영역들을 포함할 수 있다. 이러한 제1영역들의 크기, 밀도 및 면적분율은 사전 설정된 조건을 만족하도록 제어될 수 있다.
일 실시예로, 제1영역들의 장변을 상기 제1영역들의 길이로 정의할 시, 제1영역들의 평균 길이는 0.01㎛ 이상 300㎛ 이하를 만족하도록 제어될 수 있다. 또한, 제1영역들의 단변을 상기 제1영역들의 두께로 정의할 시, 제1영역들의 평균 두께는 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하를 만족하도록 제어될 수 있다.
일 실시예로, 제1영역들의 단변 방향의 선밀도는 0.001/㎛ 이상 0.1/㎛ 이하를 만족하도록 제어될 수 있다.
일 실시예로, 제1영역들의 면적분율은 0.01% 이상 15% 이하를 만족하도록 제어될 수 있다.
핫스탬핑용 강판은 0.55wt%를 초과하는 탄소(C)를 포함하는 펄라이트 및/또는 6.0wt%를 초과하는 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제2영역들을 더 포함할 수 있다. 이러한 제2영역들은 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장 강도 및 굽힘 특성을 저하시킬 수 있는 바, 사전 설정된 면적분율 이하로 제어될 수 있다. 일 실시예로, 제2영역들의 면적분율은 0% 이상 5% 이하를 만족하도록 제어될 수 있다.
즉, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 펄라이트는 면적분율로 0.01% 이상 15% 이하의 제1영역들 및 0% 이상 5% 이하의 제2영역들을 포함할 수 있다. 여기서 제1영역들은 0.19~0.55wt%의 탄소(C)를 포함하는 펄라이트 및/또는 0.8~6.0wt%의 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역이다. 또한, 제2영역들은 0.55wt%를 초과하는 탄소(C)를 포함하는 펄라이트 및/또는 6.0wt%를 초과하는 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역이다. 한편, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 펄라이트 중 상기 제1영역들 및 상기 제2영역들을 제외한 영역은 0.19wt% 미만의 탄소(C)와 0.8wt% 미만의 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트로 이해될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 강판의 제조방법의 일부를 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑용 소재 제조방법은, 재가열 단계(S100), 열간압연 단계(S200), 냉각/권취 단계(S300), 냉간압연 단계(S400), 소둔 열처리 단계(S500) 및 도금 단계(S600)를 포함할 수 있다.
참고로 도 3에는 S100 내지 S600 단계가 독립적인 단계로 도시되어 있으나, S100 내지 S600 단계 중 일부는 하나의 공정에서 수행될 수 있으며, 필요에 따라 S100 내지 S600 단계 중 일부가 생략되는 것도 가능하다.
먼저, 핫스탬핑용 강판을 형성하는 공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬래브를 준비한다. 상기 슬래브는 탄소(C): 0.17~0.25wt%, 실리콘(Si): 0.3~1.0wt%, 망간(Mn): 0.6~1.0wt%, 인(P): 0.02wt% 이하, 황(S): 0.01wt% 이하, 알루미늄(Al): 0.1~1.0wt%, 붕소(B): 0.001~0.005wt%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1wt%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06wt%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상의 합: 0.3~1.0wt% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 선택적 실시예에서, 상기 슬래브가 포함하는 크롬(Cr)의 함량은 0.1~0.6wt%를 만족할 수 있다. 또한, 상기 슬래브가 포함하는 니켈(Ni)의 함량은 0.001~0.3wt%를 만족할 수 있다. 또한, 상기 슬래브가 포함하는 몰리브덴(Mo)의 함량은 0.1~0.4wt%를 만족할 수 있다.
재가열 단계(S100)는 열간압연을 위해 상기 조성을 갖는 슬래브를 소정의 슬래브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature: SRT) 범위에서 재가열하는 단계이다. 재가열 단계(S100)에서는 연속 주조 공정을 통해 확보한 슬래브를 소정의 온도 범위에서 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용하게 된다. 슬래브 재가열 온도(SRT)는 오스테나이트 미세화 및 석출경화 효과 극대화를 위하여 사전 설정된 온도 범위 내로 제어될 수 있다.
일 실시예로, 슬래브 재가열 온도(SRT)는 1,200°C 내지 1,250°C로 제어될 수 있다. 슬래브 재가열 온도(SRT)가 1,200°C 미만인 경우에는 주조 시 편석된 성분(예컨대, Ti, Nb, Mo 등)이 충분히 재고용되지 못해 합금 원소의 균질화 효과를 크게 보기 어렵다는 문제점이 있다. 반면에, 슬래브 재가열 온도(SRT)는 고온일수록 균질화에 유리하나 1,250°C를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정 입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 뿐만 아니라 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.
열간압연 단계(S200)는 재가열 단계(S100)에서 재가열된 슬래브를 소정의 마무리 압연 온도(Finishing Delivery Temperature: FDT) 범위에서 열간압연하여 강판을 제조하는 단계이다.
일 실시예로, 마무리 압연 온도(FDT) 범위는 860°C 내지 950°C로 제어될 수 있다. 마무리 압연 온도(FDT)가 860°C 미만인 경우, 이상영역 압연에 의한 혼립 조직이 발생으로 강판의 가공성 확보가 어렵고, 미세조직 불균일에 따라 가공성이 저하되는 문제가 있을 뿐만 아니라 급격한 상 변화에 의해 열간압연중 통판성의 문제가 발생할 수 있다. 이와 반대로, 마무리 압연 온도(FDT)가 950°C를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화되어 강도 확보가 어려워질 수 있다.
일 실시예로, 열간압연 시 압하율은 95% 이상을 만족하도록 제어될 수 있다. 이를 통해 탄소(C)의 함량 및/또는 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역(펄라이트 영역)의 크기, 밀도 및 면적분율이 전술한 조건을 만족하도록 제어될 수 있다.
한편, 재가열 단계(S100) 및 열간압연 단계(S200)에서는 에너지가 불안정한 입계에서 미세석출물들의 일부가 석출될 수 있다. 이때, 입계에 석출된 미세석출물들은 오스테나이트의 결정립 성장을 방해하는 요소로 작용하여 오스테나이트 미세화를 통한 강도 향상의 효과를 제공할 수 있다.
냉각/권취 단계(S300)는 열간압연 단계(S200)에서 열간압연된 강판을 냉각하는 단계 및 냉각된 강판을 권취하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 열간압연된 강판을 냉각하는 단계는, 열간압연된 강판을 소정의 냉각 종료 온도 범위까지 사전 설정된 냉각 시간동안 ROT(Run out table) 냉각하는 단계일 수 있다.
일 실시예로, 상기 냉각 종료 온도 범위는 마르텐사이트 변태 개시온도(Ms) 내지 펄라이트 변태 개시온도(Ps)+40°C이고, 상기 사전 설정된 시간은 30초 이하일 수 있다. 이러한 열간압연된 강판을 냉각하는 단계에서의 냉각 종료 온도 범위 및 냉각 시간은 탄소(C)의 함량 및/또는 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역(펄라이트 영역)의 크기, 밀도 및 면적분율에 영향을 미친다. 구체적으로, 상기 냉각 종료 온도 범위 및 상기 냉각 시간을 만족하는 경우, 상기 펄라이트 영역의 크기, 밀도 및 면적분율이 전술한 조건을 만족하도록 제어될 수 있고, 페라이트 기지의 균일한 열연 조직이 형성될 수 있다. 반면에, 상기 냉각 종료 온도 범위를 초과하는 온도 범위에서 냉각이 종료되거나 상기 냉각 시간을 초과하는 경우, 상기 펄라이트 영역의 크기, 밀도 및/또는 면적분율이 전술한 조건을 만족하지 못하여 강도 및 굽힘 특성 등이 저하될 수 있다.
상기 냉각된 강판을 권취하는 단계는 냉각된 강판을 소정의 권취 온도(Coiling Temperature: CT) 범위에서 권취하는 단계일 수 있다.
일 실시예로, 권취 온도(CT)는 550°C 내지 680°C로 제어될 수 있다. 권취 온도(CT)는 탄소(C)의 함량 및/또는 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역(펄라이트 영역)의 크기, 밀도 및 면적분율에 영향을 미친다. 구체적으로, 권취 온도(CT)가 550°C 내지 680°C를 만족하는 경우, 상기 펄라이트 영역의 크기, 밀도 및 면적분율이 전술한 조건을 만족하도록 제어될 수 있다. 반면에, 권취 온도(CT)가 550°C 미만일 경우에는 과냉으로 인한 저온상 분율이 높아져 강도 증가 및 냉간압연 시 압연부하가 심화될 우려가 있으며, 연성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 권취 온도가 680°C를 초과할 경우에는 상기 펄라이트 영역의 크기, 밀도 및/또는 면적분율이 전술한 조건을 만족하지 못하여 강도 및 굽힘 특성 등이 저하될 수 있고, 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 및 강도 열화가 발생하는 문제가 있다.
냉간압연 단계(S400)는 냉각/권취 단계(S300)에서 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.
일 실시예로, 냉간압연 시 압하율은 30% 내지 70%로 제어될 수 있다. 이를 통해 탄소(C)의 함량 및/또는 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역(펄라이트 영역)의 크기, 밀도 및 면적분율이 전술한 조건을 만족하도록 제어될 수 있다. 예컨대, 압하율이 30% 미만인 경우, 펄라이트 간의 간격이 좁아져서 펄라이트가 국부적으로 집중된 영역이 증가할 수 있으며, 그로 인해 강도 및 굽힘 특성이 저하될 수 있다.
소둔 열처리 단계(S500)는 냉간압연 단계(S400)에서 냉간압연된 강판을 700°C 이상의 온도에서 소둔 열처리하는 단계이다. 일 실시예로, 소둔 열처리 단계(S500)는 냉간압연된 강판을 760°C 내지 850°C의 온도 범위에서 소둔 열처리하는 단계일 수 있다. 한편, 소둔 열처리는 냉연 판재를 가열하고, 가열된 냉연 판재를 소정의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.
도금 단계(S600)는 소둔 열처리된 강판에 대해 도금층을 형성하는 단계이다. 일 실시예로, 도금 단계(S600)는 소둔 열처리 단계(S500)에서 소둔 열처리된 강판 상에 Al-Si 도금층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
구체적으로, 도금 단계(S600)는 강판을 610°C 내지 710°C의 온도를 가지는 도금욕에 침지시켜 강판의 표면에 용융도금층을 형성하는 단계 및 상기 용융도금층이 형성된 강판을 냉각시켜 도금층을 형성하는 냉각 단계를 포함할 수 있다. 이때, 도금욕은 첨가 원소로서 Si, Fe, Al, Mn, Cr, Mg, Ti, Zn, Sb, Sn, Cu, Ni, Co, In 및/또는 Bi을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도금욕은 5~12%의 Si, 1~4%의 Fe 및 그 외 Al을 포함할 수 있다. 또한, 전면 및 후면에 대한 도금량은 30 내지 200g/m2을 만족하도록 제어될 수 있다.
이와 같이 S100 내지 S600 단계를 거쳐 제조한 핫스탬핑용 강판에 대하여 핫스탬핑 공정을 수행함으로써, 요구되는 기계적 특성(예컨대, 인장강도, 항복강도, 굽힘 특성, 연신율 등)을 만족하는 핫스탬핑 후의 성형 부품을 제조할 수 있다.
상기 핫스탬핑 공정은 핫스탬핑용 강판을 이용하여 제조한 블랭크를 가열하는 단계, 상기 블랭크를 핫스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계 및 상기 성형체를 냉각하여 핫스탬핑 부품을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 블랭크를 가열하는 단계는, 상기 블랭크를 Ac3 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 성형체를 냉각하여 핫스탬핑 부품을 형성하는 단계는, 상기 성형체를 300°C 이하까지 평균 25°C/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 다만, 상기 핫스탬핑 공정에 적용되는 온도 범위, 냉각속도 등의 공정 조건은 상술한 예시로 제한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
일 실시예로, 전술한 함량 조건 및 공정 조건을 만족하도록 제조한 핫스탬핑용 강판은, 전술한 미세조직의 구성(예컨대, 펄라이트 영역의 크기, 밀도, 면적분율 등)에 대한 조건을 만족할 수 있다. 이에 따라 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장강도는 1,350MPa 이상을 만족할 수 있고, 바람직하게는 1,350MPa 이상 1,650MPa 이하를 만족할 수 있다. 또한, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 항복강도는 950MPa 이상을 만족할 수 있고, 바람직하게는 950MPa 이상 1,200MPa 이하를 만족할 수 있다. 또한, 핫스탬핑 후의 성형 부품은 61~80˚의 굽힘각을 만족하고, 6% 이상의 연신율을 가질 수 있으며, 10~15kN/spot의 용접강도와 0.3 이하의 탄소당량(Carbon equivalent; Ceq)을 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 후의 성형 부품의 미세조직의 일부를 개략적으로 나타내는 이미지이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 후의 성형 부품의 미세조직이 갖는 결정립의 일부를 개략적으로 나타내는 이미지이다. 구체적으로, 도 4 및 도 5는 전술한 함량 조건 및 공정 조건을 만족하도록 제조한 핫스탬핑용 강판에 대하여 핫스탬핑 공정을 수행한 후의 성형 부품의 일부를 나타내는 이미지들이다.
핫스탬핑 후의 성형 부품은 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트 및/또는 오스테나이트를 포함할 수 있다. 핫스탬핑 후의 성형 부품의 미세조직의 비율과 미세조직의 평균 결정립 크기는 사전 설정된 조건을 만족하도록 제어될 수 있다. 이를 통해 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장강도, 항복강도, 굽힘 특성, 연신율 등의 기계적 특성을 제어할 수 있다. 예컨대, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장강도는 1,350MPa 이상을 만족할 수 있고, 바람직하게는 1,350MPa 이상 1,650MPa 이하를 만족할 수 있다. 또한, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 항복강도는 950MPa 이상을 만족할 수 있고, 바람직하게는 950MPa 이상 1,200MPa 이하를 만족할 수 있다. 또한, 핫스탬핑 후의 성형 부품은 61~80˚의 굽힘각을 만족하고, 6% 이상의 연신율을 가질 수 있다.
일 실시예로, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 미세조직은 70% 이상의 마르텐사이트, 30% 이하의 베이나이트와 페라이트 및 5% 이하의 잔량 탄화물과 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있다.
일 실시예로, 핫스탬핑 후의 성형 부품이 포함하는 미세조직은 미세화될 수 있다. 구체적으로, 핫스탬핑 후의 성형 부품이 포함하는 미세조직의 평균 결정립 크기는 2㎛ 이상 15㎛ 이하를 만족하도록 제어될 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예 및 비교예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예 및 비교예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예 및 비교예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
C Si Mn P S Al B Ti Nb Cr+Mo+Ni
0.17~0.25 0.3
~1.0		 0.6
~1.0		 0.02
이하		 0.01
이하		 0.1
~1.0		 0.001
~0.005		 0.01
~0.1		 0.02
~0.06		 0.3
~1.0
시편 제1영역
평균길이
(μm)		 제1영역
평균두께
(μm)		 제1영역
선밀도
(/μm)		 제1영역
면적분율
(%)		 제2영역
면적분율
(%)		 H/S 후
성형부품
인장강도
(MPa)		 H/S 후
성형부품
굽힘각
(˚)
A 0.03 0.01 0.001 0.01 0.0 1489 80
B 8.03 0.09 0.006 2.16 0.9 1476 78
C 28.35 0.65 0.009 3.51 1.8 1485 76
D 78.83 0.89 0.015 4.76 2.6 1499 73
E 123.47 2.05 0.047 8.56 3.4 1486 70
F 166.65 3.34 0.077 10.55 3.8 1501 68
G 211.1 4.59 0.088 12.11 4.1 1495 65
H 252.2 4.77 0.093 13.89 4.5 1492 63
I 297.0 4.99 0.099 14.96 4.9 1498 61
J 318.19 5.22 0.109 15.13 5.3 1495 49
K 372.02 5.45 0.134 16.99 5.8 1494 47
L 435.44 6.77 0.245 18.86 6.98 1486 45
M 558.03 7.33 0.265 20.11 7.86 1502 44
N 605.01 7.43 0.277 23.45 9.26 1500 43
표 1은 핫스탬핑용 강판 제조에 이용되는 슬래브의 조성을 나타내고, 표 2는 표 1과 같은 조성을 갖는 슬래브에 대하여 전술한 S100 내지 S600 단계를 수행하여 제조한 핫스탬핑용 강판에 해당하는 시편들에 대한 측정값들을 나타낸다. 참고로 측정값들은 ASTM 규격에 따라 160mm2 이상의 단위면적을 기반으로 측정된 값들이다.
한편, "제1영역"은 0.19~0.55wt%의 탄소(C) 및 0.8~6.0wt%의 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역을 의미하고, "제2영역"은 0.55wt%를 초과하는 탄소(C)를 포함하는 펄라이트 또는 6.0wt%를 초과하는 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역을 의미한다.
또한, "제1영역 평균 길이"는 상기 제1영역들의 장변의 평균 길이를 의미하고, "제1영역 평균 두께"는 상기 제1영역들의 단변의 평균 길이를 의미하고, "제1영역 선밀도"는 상기 제1영역들의 단변 방향의 선밀도를 의미한다.
또한, 굽힘각은 독일 자동차산업협회(VDA: Verband Der Automobilindustrie)의 규격에 따라 V-벤딩각을 측정한 것으로서, 압연 방향(rolling direction, RD)의 값을 의미한다.
표 2의 시편들 중 시편 A 내지 I는 실시예들이고, 시편 J 내지 N은 비교예들에 해당한다. 실시예들과 비교예들은 동일한 함량 조건(표 1 참조) 및 전술한 공정 조건을 적용하되, 권취 온도(CT)만을 변수로 차별 적용하여 제조된 시편들이다. 구체적으로, 실시예인 시편 A 내지 I는 550~680°C의 권취 온도(CT)를 적용한 시편들이고, 비교예인 시편 J 내지 N은 550°C 미만의 권취 온도(CT) 또는 680°C 초과의 권취 온도(CT)를 적용한 시편들이다.
표 2를 참조하면, 시편 A 내지 I는 제1영역의 평균 길이가 0.01㎛ 이상 300㎛ 이하를 만족하고, 제1영역들의 평균 두께가 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하를 만족하고, 제1영역들의 선밀도가 0.001/㎛ 이상 0.1/㎛ 이하를 만족하고, 제1영역들의 면적분율이 0.01% 이상 15% 이하를 만족하고, 제2영역들의 면적분율이 5% 이하를 만족하는 것을 확인할 수 있다. 그 결과, 시편 A 내지 I는 핫스탬핑 후의 성형 부품의 인장 강도가 1,350MPa 이상을 만족하고, 굽힘각이 61~80˚를 만족하는 것을 확인할 수 있다. 이는 550~680°C의 권취 온도(CT)를 적용함으로써, 펄라이트 영역의 크기, 밀도, 면적분율이 사전 설정된 범위 내로 제어된 것으로 이해될 수 있다.
반면에, 시편 J 내지 N은 핫스탬핑용 강판의 미세조직의 구성 조건들 중 적어도 일부를 만족시키지 못하는 시편들로서, 핫스탬핑 후의 성형 부품의 굽힘각이 시편 A 내지 I와 대비하여 떨어지는 것을 확인할 수 있다. 이는 550°C 미만의 권취 온도(CT) 또는 680°C 초과의 권취 온도(CT)를 적용함으로써, 펄라이트 영역의 크기, 밀도, 면적분율이 사전 설정된 범위 내로 제어되지 못한 것으로 이해될 수 있다.
시편 J의 경우, 제1영역들의 평균 길이가 300㎛를 초과하는 318.19㎛이고, 제1영역들의 평균 두께가 5㎛를 초과하는 5.22㎛이고, 제1영역들의 선밀도가 0.1/㎛를 초과하는 0.109/㎛이고, 제1영역들의 면적분율이 15%를 초과하는 15.13%이고, 제2영역들의 면적분율이 5%를 초과하는 5.3%이다. 이에 따라 시편 J의 굽힘각은 49˚에 불과하는 것을 확인할 수 있다.
구체적으로, 시편 K의 경우, 제1영역들의 평균 길이가 300㎛를 초과하는 372.02㎛이고, 제1영역들의 평균 두께가 5㎛를 초과하는 5.45㎛이고, 제1영역들의 선밀도가 0.1/㎛를 초과하는 0.134/㎛이고, 제1영역들의 면적분율이 15%를 초과하는 16.99%이고, 제2영역들의 면적분율이 5%를 초과하는 5.8%이다. 이에 따라 시편 K의 굽힘각은 47˚에 불과하는 것을 확인할 수 있다.
시편 L의 경우, 제1영역들의 평균 길이가 300㎛를 초과하는 435.44㎛이고, 제1영역들의 평균 두께가 5㎛를 초과하는 6.77㎛이고, 제1영역들의 선밀도가 0.1/㎛를 초과하는 0.245/㎛이고, 제1영역들의 면적분율이 15%를 초과하는 18.86%이고, 제2영역들의 면적분율이 5%를 초과하는 6.98%이다. 이에 따라 시편 L의 굽힘각은 45˚에 불과하는 것을 확인할 수 있다.
시편 M의 경우, 제1영역들의 평균 길이가 300㎛를 초과하는 558.03㎛이고, 제1영역들의 평균 두께가 5㎛를 초과하는 7.33㎛이고, 제1영역들의 선밀도가 0.1/㎛를 초과하는 0.265/㎛이고, 제1영역들의 면적분율이 15%를 초과하는 20.11%이고, 제2영역들의 면적분율이 5%를 초과하는 7.86%이다. 이에 따라 시편 M의 굽힘각은 44˚에 불과하는 것을 확인할 수 있다.
시편 N의 경우, 제1영역들의 평균 길이가 300㎛를 초과하는 605.01㎛이고, 제1영역들의 평균 두께가 5㎛를 초과하는 7.43㎛이고, 제1영역들의 선밀도가 0.1/㎛를 초과하는 0.277/㎛이고, 제1영역들의 면적분율이 15%를 초과하는 23.45%이고, 제2영역들의 면적분율이 5%를 초과하는 9.26%이다. 이에 따라 시편 N의 굽힘각은 43˚에 불과하는 것을 확인할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것 이다.

Claims (15)

  1. 탄소(C): 0.17~0.25wt%, 실리콘(Si): 0.3~1.0wt%, 망간(Mn): 0.6~1.0wt%, 인(P): 0.02wt% 이하, 황(S): 0.01wt% 이하, 알루미늄(Al): 0.1~1.0wt%, 붕소(B): 0.001~0.005wt%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1wt%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06wt%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상의 합: 0.3~1.0wt% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며,
    미세조직은 면적분율로 페라이트: 60~99% 및 펄라이트: 1~30%를 포함하고, 탄소(C): 0.19~0.55wt% 및 망간(Mn): 0.8~6.0wt%를 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제1영역들을 포함하는, 핫스탬핑용 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역들의 장변을 상기 제1영역들의 길이로 정의할 시,
    상기 제1영역들의 평균 길이는 0.01㎛ 이상 300㎛ 이하인, 핫스탬핑용 강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역들의 단변을 상기 제1영역들의 두께로 정의할 시,
    상기 제1영역들의 평균 두께는 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하인, 핫스탬핑용 강판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역들의 단변 방향의 선밀도는 0.001/㎛ 이상 0.1/㎛ 이하인, 핫스탬핑용 강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1영역들의 면적분율은 0.01% 이상 15% 이하인, 핫스탬핑용 강판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 미세조직은 0.55wt%를 초과하는 탄소(C)를 포함하는 펄라이트 또는 6.0wt%를 초과하는 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제2영역들을 더 포함하고,
    상기 제2영역들의 면적분율은 5% 이하인, 핫스탬핑용 강판.
  7. 제1항에 있어서,
    핫스탬핑 후의 성형 부품이 1,350MPa 이상의 인장강도를 갖고, 61~80˚의 굽힘각을 만족하는, 핫스탬핑용 강판.
  8. 탄소(C): 0.17~0.25wt%, 실리콘(Si): 0.3~1.0wt%, 망간(Mn): 0.6~1.0wt%, 인(P): 0.02wt% 이하, 황(S): 0.01wt% 이하, 알루미늄(Al): 0.1~1.0wt%, 붕소(B): 0.001~0.005wt%, 티타늄(Ti): 0.01~0.1wt%, 니오븀(Nb): 0.02~0.06wt%, 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo) 중 1종 이상의 합: 0.3~1.0wt% 및 나머지 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬래브를 1,200~1,250°C의 온도에서 재가열하는 단계;
    재가열된 슬래브를 860~950°C의 온도에서 95% 이상의 압하율로 열간압연하여 강판을 제조하는 단계; 및
    상기 강판을 550~680°C의 온도에서 권취하는 단계;
    를 포함하고,
    권취된 강판의 미세조직은 면적분율로 페라이트: 60~99% 및 펄라이트: 1~30%를 포함하고, 탄소(C): 0.19~0.55wt% 및 망간(Mn): 0.8~6.0wt%를 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제1영역들을 포함하는, 핫스탬핑용 강판의 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 강판을 마르텐사이트 변태 개시온도(Ms) 내지 펄라이트 변태 개시온도(Ps)+40°C의 온도까지 30초 이하의 시간동안 냉각하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 권취하는 단계는 냉각된 강판을 권취하는 단계인, 핫스탬핑용 강판의 제조방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1영역들의 장변을 상기 제1영역들의 길이로 정의할 시,
    상기 제1영역들의 평균 길이는 0.01㎛ 이상 300㎛ 이하인, 핫스탬핑용 강판의 제조방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1영역들의 단변을 상기 제1영역들의 두께로 정의할 시,
    상기 제1영역들의 평균 두께는 0.01㎛ 이상 5㎛ 이하인, 핫스탬핑용 강판의 제조방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 제1영역들의 단변 방향의 선밀도는 0.001/㎛ 이상 0.1/㎛ 이하인, 핫스탬핑용 강판의 제조방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 제1영역들의 면적분율은 0.01% 이상 15% 이하인, 핫스탬핑용 강판의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 미세조직은 0.55wt%를 초과하는 탄소(C)를 포함하는 펄라이트 또는 6.0wt%를 초과하는 망간(Mn)을 포함하는 펄라이트가 국부적으로 집적된 제2영역들을 더 포함하고,
    상기 제2영역들의 면적분율은 5% 이하인, 핫스탬핑용 강판의 제조방법.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 강판은 핫스탬핑 후의 성형 부품이 1,350MPa 이상의 인장강도를 갖고, 61~80˚의 굽힘각을 만족하는, 핫스탬핑용 강판의 제조방법.
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