KR20230049712A - 핫 스탬프 성형체 - Google Patents

Abstract

이 핫 스탬프 성형체는, 하기 식 (1) 및 식 (2)를 충족시키는 소정의 화학 조성을 갖고, 금속 조직이, 마르텐사이트를 90면적％ 이상 포함하고, 상기 마르텐사이트 중, 연질 영역이 5 내지 25면적％이다.

Description

핫 스탬프 성형체

본 발명은, 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다.

본원은, 2021년 2월 15일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2021-022063호 에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

근년, 환경 보호 및 자원 절약화의 관점에서 자동차 차체의 경량화가 요구되고 있으며, 차체 부품에 대한 고강도 강판의 적용이 가속되고 있다. 그런데, 차체 부품은 프레스 성형에 의해 제조된다. 차체 부품을 구성하는 강판의 고강도화에 수반하여, 프레스 성형 시의 성형 하중이 증가할뿐만 아니라, 성형성이 저하된다. 그 때문에, 고강도 강판을 프레스 성형하는 경우, 복잡한 형상의 부재에 대한 성형성이 과제가 된다. 이와 같은 과제를 해결하기 위해서, 강판이 연질화되는 오스테나이트 영역의 고온까지 가열한 후에 프레스 성형을 실시하는 핫 스탬프 기술의 적용이 진행되고 있다. 핫 스탬프는, 프레스 성형과 동시에, 금형 내에 있어서 ??칭 처리를 실시함으로써, 차체 부품에 대한 성형과 강도 확보를 양립하는 기술로서 주목받고 있다.

차체 부품 중에서도, 충격 흡수 및 골격의 변형 제어에 사용되는 부재에는, 충돌 시의 변형에 의해 파단이 발생하기 어려운 것이 요구된다. 충돌 시의 변형에 의한 파단의 발생을 억제하기 위해서는, 차체 부품은 굽힘성이 우수한 것이 요구된다. 또한, 충돌 시에 다양한 변형 모드에서 변형된 경우라도 파단의 발생을 억제할 수 있도록, 굽힘성의 이방성이 작은 것이 요구된다.

재료의 굽힘성은 인장 강도와 상관이 있고, 인장 강도를 저하시키면 굽힘성이 향상된다. 핫 스탬프재의 마이크로 조직의 주상은 마르텐사이트이며, 마르텐사이트의 인장 강도는 강 성분 중 C에 크게 영향을 받는 것이 알려져 있다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 전체 조직 중에서 차지하는 마르텐사이트의 면적률이 95％ 이상이며, 또한 상기 마르텐사이트의 고용 C가 0.05질량％ 이하임과 함께, 긴 직경이 200㎚ 이상인 탄화물의 밀도가 50개/㎛³ 이하이며, 인장 강도가 1270MPa 이상인 것을 특징으로 하는 고강도 강판이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 마이크로 조직이 마르텐사이트와 하부 베이나이트의 혼합 조직이며, 양쪽 조직의 합계 면적률이 95％ 이상인 것을 특징으로 하는 항복 강도 885MPa 이상의 비조질 고장력 후강판이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는, 금속 조직 중 70체적％ 이상이 마르텐사이트 상 또는 템퍼링 마르텐사이트 상이며, 당해 마르텐사이트 상 또는 템퍼링 마르텐사이트 상 중 50체적％ 이상이 미재결정 오스테나이트 상으로부터 생성된 마르텐사이트 상 또는 템퍼링 마르텐사이트 상인 것을 특징으로 하는 내지연 파괴 특성이 우수한 고강도 강이 개시되어 있다.

상기의 특허문헌 1 내지 3의 기술에서는 마르텐사이트 분율을 규정하고, 마이크로 조직을 제어함으로써, 각종 특성을 개선하고 있다. 그러나, 오토 템퍼 거동을 제어한 마르텐사이트에 대해서는 언급되어 있지 않고, 또한 굽힘성의 향상 및 굽힘성의 이방성의 저감에 대해서는 전혀 언급되어 있지 않다.

일본 특허 공개 제2018-109222호 공보 일본 특허 공개 제2011-12315호 공보 일본 특허 공개 평11-229075호 공보

상기 과제를 감안하여, 본 발명에서는, 높은 강도 및 우수한 굽힘성을 갖고, 또한 굽힘성의 이방성이 작은 핫 스탬프 성형체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 핫 스탬프 성형체를 얻는 방법에 대하여 본 발명자들이 검토한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

고강도의 핫 스탬프 성형체에 있어서 우수한 굽힘성을 얻어, 굽힘성의 이방성을 더욱 저감시키기 위해서는, 원하는 양의 연질의 마르텐사이트를 금속 조직 중에 존재시키는 것이 중요하다. 연질의 마르텐사이트는 전위 밀도가 낮고, 마르텐사이트를 오토 템퍼시킴으로써 생성된다.

마르텐사이트를 충분히 오토 템퍼시키기 위해서는, 마르텐사이트 변태 개시 온도(Ms점)가 높은 강판을 사용하는 것이 중요하다. Ms점이 높은 강판을 핫 스탬프함으로써, 고온 영역에서 오토 템퍼가 개시되기 때문이다.

또한, 마르텐사이트를 충분히 오토 템퍼시키기 위해서는, 핫 스탬프 조건을 제어하는 것도 효과적이다. 핫 스탬프 후의 냉각 속도가 느릴수록, 오토 템퍼가 발생하기 쉬워진다. 핫 스탬프 후의 냉각 속도를 제어하기 위해서는, 핫 스탬프 시의 금형의 면압을 제어하는 것, 또한 하사점에서의 유지 시간을 제어하는 것이 효과적이다.

상기 지견에 기초하여 이루어진 본 발명의 요지는 이하와 같다.

[1] 본 발명의 일 형태에 따른 핫 스탬프 성형체는, 화학 조성이, 질량％로,

C : 0.050 내지 0.150％,

Si: 0.010 내지 1.000％,

Mn: 1.00 내지 2.00％,

Al: 0.001 내지 0.500％,

P: 0.100％ 이하,

S: 0.0100％ 이하,

N: 0.0100％ 이하,

B: 0.0005 내지 0.0050％,

Cr: 0 내지 0.50％,

Mo: 0 내지 0.500％,

Ni: 0 내지 3.00％,

Cu: 0 내지 3.00％,

Co: 0 내지 0.50％,

Sn: 0 내지 0.500％,

Ca: 0 내지 0.0050％,

Mg: 0 내지 0.0050％,

REM: 0 내지 0.0050％, 및

Sb: 0 내지 0.0200％를 함유하고, 또한

Ti: 0.005 내지 0.100％, 및

Zr: 0.005 내지 0.100％로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종을 함유하고,

Nb: 0.015 내지 0.100％, 및

V: 0.005 내지 0.100％로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종을 함유하고,

잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,

하기 식 (1) 및 식 (2)를 충족시키며,

금속 조직이, 마르텐사이트를 90면적％ 이상 포함하고, 상기 마르텐사이트 중, 연질 영역이 5 내지 25면적％이다.

단, 상기 식 (1) 및 식 (2) 중의 원소 기호는 각 원소의 질량％에 의한 함유량을 나타내고, 당해 원소를 함유하지 않는 경우에는 0을 대입한다.

[2] 상기 [1]에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 상기 화학 조성이, 질량％로,

Cr: 0.005 내지 0.50％,

Mo: 0.005 내지 0.500％,

Ni: 0.005 내지 3.00％,

Cu: 0.005 내지 3.00％,

Co: 0.005 내지 0.50％,

Sn: 0.005 내지 0.500％,

Ca: 0.0005 내지 0.0050％,

Mg: 0.0005 내지 0.0050％,

REM: 0.0005 내지 0.0050％, 및

Sb: 0.0005 내지 0.0200％

로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

[3] 상기 [1]에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 상기 화학 조성이, 질량％로,

Co: 0.005 내지 0.50％,

Sn: 0.005 내지 0.500％, 및

Sb: 0.0005 내지 0.0200％

로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.

[4] 상기 [1] 내지 [3] 중 어느 한 항에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 상기 금속 조직에 있어서, 평균 입경이 20 내지 500㎚이며, Nb, Ti, Zr 및 V로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물의 개수 밀도가 0.3 내지 10.0개/㎛²여도 된다.

[5] 상기 [1] 내지 [4] 중 어느 한 항에 기재된 핫 스탬프 성형체는, 표면에 도금층을 가져도 된다.

본 발명에 따른 상기 양태에 의하면, 높은 강도 및 우수한 굽힘성을 갖고, 또한 굽힘성의 이방성이 작은 핫 스탬프 성형체를 제공할 수 있다.

이하, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체에 대하여 상세히 설명한다. 우선, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 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 관한 ％는 모두 질량％를 나타낸다.

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체는, 화학 조성이, 질량％로, C: 0.050 내지 0.150％, Si: 0.010 내지 1.000％, Mn: 1.00 내지 2.00％, Al: 0.001 내지 0.500％, P: 0.100％ 이하, S: 0.0100％ 이하, N: 0.0100％ 이하, B: 0.0005 내지 0.0050％, Cr: 0 내지 0.50％, Mo: 0 내지 0.500％, Ni: 0 내지 3.00％, Cu: 0 내지 3.00％, Co: 0 내지 0.50％, Sn: 0 내지 0.500％, Ca: 0 내지 0.0050％, Mg: 0 내지 0.0050％, REM: 0 내지 0.0050％, 및 Sb: 0 내지 0.0200％를 함유하고, 또한 Ti: 0.005 내지 0.100％, 및 Zr: 0.005 내지 0.100％로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종을 함유하고, Nb: 0.015 내지 0.100％, 및 V: 0.005 내지 0.100％로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종을 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다.

이하, 각 원소에 대하여 상세히 설명한다.

C: 0.050 내지 0.150％

C는, 핫 스탬프 성형체의 강도에 크게 영향을 미치는 원소이다. C 함유량이 0.050％ 미만이면, 핫 스탬프 성형체의 강도가 낮아진다. 그 때문에, C 함유량은 0.050％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.070％ 이상, 0.080％ 이상 또는 0.090％ 이상이다.

한편, C 함유량이 0.150％ 초과이면, 핫 스탬프 성형체의 강도가 너무 높아져서, 굽힘성이 열화된다. 그 때문에, C 함유량은 0.150％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.140％ 이하, 0.130％ 이하, 0.120％ 이하, 0.110％ 이하 또는 0.100％ 이하이다.

Si: 0.010 내지 1.000％

Si는, 템퍼링 연화 저항을 갖고 있으며, 핫 스탬프 ??칭 시의 오토 템퍼에 의한 강도 저하를 억제하는 작용이 있다. Si 함유량이 0.010％ 미만이면 상기 효과가 얻어지지 않아 원하는 강도를 얻지 못하는 경우, 및 굽힘성이 열화되는 경우가 있다. 그 때문에, Si 함유량은 0.010％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.020％ 이상, 0.030％ 이상이다.

한편, Si 함유량이 1.000％ 초과이면, 표면 스케일의 문제가 발생한다. 즉, 열간 압연 시에 생성되는 스케일을 산세한 후에, 표면 요철에 기인한 모양이 발생하여, 표면 외관이 열위로 된다. 또한, 강판 표면에 도금 처리를 행하는 경우에는, 도금성이 열화된다. 그 때문에, Si 함유량은 1.000％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.700％ 이하, 0.500％ 이하, 0.300％ 이하이다.

Mn: 1.00 내지 2.00％

Mn은, 핫 스탬프 성형체의 강도 및 강의 ??칭성을 향상시키는 원소이다. Mn 함유량이 1.00％ 미만이면, 핫 스탬프 성형체에 있어서 충분한 강도를 얻을 수 없다. 그 때문에, Mn 함유량은 1.00％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 1.20％ 이상, 1.40％ 이상이다.

한편, 2.00％를 초과해 Mn을 함유시켜도 상기 효과가 포화됨과 함께, 굽힘성이 저하된다. 그 때문에, Mn 함유량은 2.00％ 이하로 한다. 바람직하게는, 1.80％ 이하, 1.60％ 이하이다.

Al: 0.001 내지 0.500％

Al은, 용강의 탈산재로서 사용되는 원소이다. 탈산이 불충분하면, 과잉으로 생성된 산화물에 의해 핫 스탬프 성형체의 굽힘성이 저하된다. 용강을 충분히 탈산시키기 위해서, Al 함유량은 0.001％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.010％ 이상, 0.030％ 이상이다.

한편, Al 함유량이 0.500％를 초과하면, 비금속 개재물이 많이 형성되고, 핫 스탬프 성형체에 있어서 표면 흠이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, Al 함유량은 0.500％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.300％ 이하, 0.200％ 이하, 0.100％ 이하이다.

P: 0.100％ 이하

P는, 입계에 편석되어, 입계의 강도를 저하시키는 원소이다. P 함유량이 0.100％를 초과하면, 입계의 강도가 현저하게 저하되어, 핫 스탬프 성형체의 인성이나 굽힘성이 저하된다. 그 때문에, P 함유량은 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.080％ 이하, 0.050％ 이하이다.

P 함유량의 하한은 특별히 규정하지는 않지만, P 함유량을 과도하게 저감시키면 정련 비용이 증가되기 때문에, P 함유량은 0.001％ 이상으로 해도 된다.

S: 0.0100％ 이하

S는, 강 중의 비금속 개재물에 영향을 미쳐 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 열화시킨다. 그 때문에, S 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.0080％ 이하, 0.0050％ 이하이다.

S 함유량의 하한은 특별히 규정하지는 않지만, S 함유량을 과도하게 저감시키면 탈황 공정의 제조 비용이 증가되기 때문에, S 함유량은 0.0001％ 이상으로 해도 된다.

N: 0.0100％ 이하

N은, 불순물 원소이며, 강 중에 굴곡 균열 기점이 되는 질화물을 형성하여 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 열화시킨다. N 함유량이 0.0100％를 초과하면, 강 중에 조대한 질화물이 생성되어, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성이 현저하게 저하된다. 그 때문에, N 함유량은 0.0100％ 이하로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.0080％ 이하, 0.0060％ 이하이다.

N 함유량의 하한은 특별히 한정하지는 않지만, 0.0001％ 미만으로 저감시키면, 탈 N 비용이 대폭 상승하여, 경제적으로 바람직하지 않다. 실제 조업상, N 함유량은 0.0001％ 이상, 0.0005％ 이상으로 해도 된다.

B: 0.0005 내지 0.0050％

B는, 핫 스탬프 중 혹은 핫 스탬프 후의 냉각에서의 ??칭성을 향상시켜 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키는 효과가 있다. B 함유량이 0.0005％ 미만이면, 상기 효과를 얻을 수 없다. 그 때문에, B 함유량은 0.0005％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 0.0007％ 이상, 0.0010％ 이상이다.

한편, B 함유량이 0.0050％ 초과이면, 열간 압연 시에 균열이 발생하는 경우, 상기 효과가 포화되는 경우, 및 붕화물에 의해 굽힘성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, B 함유량은 0.0050％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.0030％ 이하이다.

Ti: 0.005 내지 0.100％, 및 Zr: 0.005 내지 0.100％로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종

Ti 및 Zr은, 강 중에 탄질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 또한, N을 질화물로서 고정시켜 BN 생성을 억제하고, B의 ??칭성 향상 효과를 발현시키는 효과가 있다. 이들 효과를 얻기 위해서, Ti: 0.005％ 이상 및 Zr: 0.005％ 이상의 1종 이상을 함유시킨다. Ti 및 Zr의 양쪽을 함유할 필요는 없으며, 어느 1종이어도 상기 함유량으로 함유하면 된다. Ti 및 Zr 중 어느 1종이어도 상기 함유량으로 함유하면, 그 1종 이외의 원소는 상기 함유량 미만으로 함유되어도 되고, 함유되지 않아도 된다. 상기 원소의 함유량은, 바람직하게는 Ti: 0.010％ 이상 및 Zr: 0.010％ 이상의 1종 이상이다.

한편, 이들 원소 중 1종이어도 그 함유량을 0.100％ 초과로 한 경우에는, 다량으로 탄질화물이 생성되어 핫 스탬프 성형체의 굽힘성이 저하된다. 그 때문에, Ti 및 Zr의 함유량은 각각 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는, 각각 0.080％ 이하이다.

Nb: 0.015 내지 0.100％, 및 V: 0.005 내지 0.100％로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종

Nb 및 V는, 강 중에 탄질화물을 형성하여, 석출 강화에 의해 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. 또한, 고용 원소로서도 조직을 세립화함으로써, 핫 스탬프 성형체의 강도 및 굽힘성을 향상시키는 효과가 있다. 이들 효과를 얻기 위해서, Nb: 0.015％ 이상 및 V: 0.005％ 이상의 1종 이상을 함유시킨다. Nb 및 V의 양쪽을 함유할 필요는 없으며, 어느 1종이어도 상기 함유량으로 함유하면 된다. Nb 및 V 중 어느 1종이어도 상기 함유량으로 함유하면, 그 1종 이외의 원소는 상기 함유량 미만으로 함유되어도 되고, 함유되지 않아도 된다. 상기 원소의 함유량은, 바람직하게는 Nb: 0.020％ 이상 및 V: 0.010％ 이상의 1종 이상이다.

한편, 이들 원소 중 1종이어도 그 함유량을 0.100％ 초과로 한 경우에는, 다량으로 탄질화물이 생성되어 핫 스탬프 성형체의 굽힘성이 저하된다. 그 때문에, Nb 및 V의 함유량은 각각 0.100％ 이하로 한다. 바람직하게는, 각각 0.080％ 이하이다.

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 화학 조성은, 식 (1) 및 식 (2)를 충족시킨다. 또한, 식 (1) 및 식 (2) 중의 원소 기호는 각 원소의 질량％에 의한 함유량을 나타내고, 당해 원소를 함유하지 않는 경우에는 0을 대입한다.

식 (1)의 좌변은, Ms점(℃)을 산출하기 위한 식이다. 식 (1)의 좌변이 440℃ 이하이면, Ms점이 낮아지고, 바람직한 조건에서 핫 스탬프를 행한 경우라도, 원하는 양의 연질 영역을 얻을 수 없다. 그 때문에, 식 (1)의 좌변(Ms점)은 440℃ 초과로 한다. 식 (1)의 좌변은, 바람직하게는 450℃ 이상이고, 보다 바람직하게는 460℃ 이상이다. 식 (1)의 좌변의 상한은 특별히 규정하지는 않지만, 600℃ 이하, 550℃ 이하, 500℃ 이하로 해도 된다.

식 (2)의 좌변은, Ti 및 Zr이 포함되는 질화물에 고정되는 질소량(질량％)을 산출하기 위한 식이다. 식 (2)의 좌변이 N 함유량 이하이면, BN이 생성되어 B의 ??칭성 향상 효과를 충분히 얻을 수 없다. 그 때문에, 식 (2)의 좌변은 N 함유량 초과로 한다.

식 (2)의 좌변의 상한은 특별히 규정하지는 않지만, 0.150％ 이하로 해도 된다.

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 화학 조성의 잔부는, Fe 및 불순물이어도 된다. 불순물로서는, 강 원료 혹은 스크랩으로부터 및/또는 제강 과정에서 불가피하게 혼입되고, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 특성을 저해하지 않는 범위에서 허용되는 원소가 예시된다.

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체는, Fe의 일부 대신에, 임의 원소로서, 이하의 원소를 함유해도 된다. 이하의 임의 원소를 함유하지 않는 경우의 함유량은 0％이다.

Cr: 0.005 내지 0.50％, Mo: 0.005 내지 0.500％, Ni: 0.005 내지 3.00％, 및 Cu: 0.005 내지 3.00％

Cr, Mo, Ni 및 Cu는 강의 ??칭성을 향상시키는 원소이며, 핫 스탬프 성형체의 강도를 향상시키는 효과가 있다. 그 때문에, 이들 원소의 1종 또는 2종 이상을 필요에 따라서 함유시켜도 된다. 이 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서는, Cr, Mo, Ni 및 Cu 중 1종이어도 그 함유량을 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, Cr 함유량이 0.50％를 초과하고, Mo 함유량이 0.500％를 초과하거나, 혹은 Ni 또는 Cu의 함유량이 3.00％를 초과하면, 열간 압연 후, 냉간 압연 후 또는 어닐링 후(도금 처리 후도 포함함)에 존재하는 탄화물이 안정화되고, 핫 스탬프 시의 가열에서의 탄화물의 용해를 늦춰서 ??칭성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Cr 함유량은 0.50％ 이하로 하고, Mo 함유량은 0.500％ 이하로 하고, Ni 및 Cu의 함유량은 각각 3.00％ 이하로 한다.

Co: 0.005 내지 0.50％

Co는, Ms점을 상승시키는 작용을 갖는 원소이며, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 향상시킨다. 그 때문에, 필요에 따라 Co를 함유시켜도 된다. 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서는, Co 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, Co 함유량이 0.50％를 초과하면 강의 ??칭성이 저하된다. 그 때문에, Co 함유량은 0.50％ 이하로 한다.

Sn: 0.005 내지 0.500％

Sn은 핫 스탬프 성형체의 내식성을 향상시키는 효과를 갖기 때문에, 필요에 따라 함유시켜도 된다. 이 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서는, Sn 함유량은 0.005％ 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.010％ 이상, 0.020％ 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다.

한편, 0.500％ 초과의 Sn을 함유시켜도 상기 효과는 포화되기 때문에, Sn 함유량은 0.500％ 이하로 한다. 바람직하게는, 0.300％ 이하, 0.150％ 이하이다.

Ca: 0.0005 내지 0.0050％, Mg: 0.0005 내지 0.0050％, REM: 0.0005 내지 0.0050％

Ca, Mg 및 REM은, 강 중의 개재물을 미세화하고, 개재물에 의한 핫 스탬프 시의 균열의 발생을 방지하는 효과를 갖는다. 따라서, 필요에 따라 이들 원소의 1종 또는 2종 이상을 함유시켜도 된다. 상기 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서는, Ca, Mg 및 REM 중 1종이어도 그 함유량을 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, Ca, Mg 또는 REM의 함유량이 0.0050％를 초과하면, 강 중의 개재물을 미세화하는 효과는 포화되고, 합금 비용이 증가한다. 따라서, Ca, Mg 및 REM의 함유량은 각각 0.0050％ 이하로 한다.

본 실시 형태에 있어서 REM은, Sc, Y 및 란타노이드로 이루어지는 합계 17원소를 가리키고, REM의 함유량은, 이들 원소의 합계의 함유량을 가리킨다.

Sb: 0.0005 내지 0.0200％

Sb는, 열간에서의 탈탄을 억제하기 위해서, 필요에 따라 함유시켜도 된다. Sb를 함유시킴으로써, 열간 압연 및 도금이 없는 냉연 강판을 사용한 경우의 핫 스탬프에 있어서 탈탄을 억제할 수 있다. 이 효과를 확실하게 발휘시키기 위해서는, Sb 함유량은 0.0005％ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

한편, Sb 함유량이 0.0200％ 초과로 해도 상기 효과가 포화되기 때문에, Sb 함유량은 0.0200％ 이하로 한다.

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 화학 조성에서는, 핫 스탬프 성형체의 특성 향상을 위하여, 상술한 임의 원소 중에서도 특히, Co, Sn 및 Sb로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 상술한 함유량으로 함유하는 것이 바람직하다.

상술한 핫 스탬프 성형체의 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 이용하고, N은 불활성 가스 융해-열전도도법을 이용하여 측정하면 된다. 핫 스탬프 성형체가 표면에 도금층을 구비하는 경우에는, 기계 연삭에 의해 표면의 도금층을 제거하고 나서, 화학 조성의 분석을 하면 된다.

다음으로, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 금속 조직에 대하여 설명한다.

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 금속 조직은, 마르텐사이트를 90면적％ 이상 포함하고, 상기 마르텐사이트 중, 연질 영역이 5 내지 25면적％이다.

마르텐사이트: 90면적％ 이상

마르텐사이트는, 원하는 강도를 얻기 위해서 필요한 조직이다. 마르텐사이트가 90면적％ 미만이면, 원하는 강도를 얻을 수 없다. 그 때문에, 마르텐사이트는 90면적％ 이상으로 한다. 바람직하게는 93면적％ 이상, 95면적％ 이상, 97면적％ 이상이다. 마르텐사이트는 100면적％여도 된다.

본 실시 형태에 있어서, 마르텐사이트 이외의 잔부 조직으로서, 페라이트, 펄라이트, 상부 베이나이트, 하부 베이나이트 및 잔류 오스테나이트를 포함해도 된다. 이들 잔부 조직의 합계는, 마르텐사이트의 면적률과의 관계로부터, 10면적％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 잔부 조직의 합계는, 바람직하게는 7면적％ 이하, 5면적％ 이하, 3면적％ 이하이며, 0면적％여도 된다.

연질 영역: 마르텐사이트 중 5 내지 25면적％

연질 영역이란, 마르텐사이트 중, 전위 밀도가 낮고, 비교적 강도가 낮은 영역이다. 본 실시 형태에 있어서 연질 영역은, 평균 Grain Average Image Quality값(평균 GAIQ값)이 123000 내지 200000인 영역을 의미한다.

마르텐사이트 중, 연질 영역이 5면적％ 미만이면, 원하는 굽힘성을 얻을 수 없고, 또한 굽힘성의 이방성을 저감시킬 수 없다. 그 때문에, 마르텐사이트 중, 연질 영역은 5면적％ 이상으로 한다. 바람직하게는, 10면적％ 이상, 15면적％ 이상이다.

한편, 마르텐사이트 중, 연질 영역이 25면적％ 초과이면, 원하는 강도를 얻을 수 없고, 또한 굽힘성의 이방성을 저감시킬 수 없다. 그 때문에, 마르텐사이트 중, 연질 영역은 25면적％ 이하로 한다. 바람직하게는, 23면적％ 이하, 20면적％ 이하이다.

연질의 마르텐사이트 상이 굽힘성을 향상시키고, 굽힘성의 이방성을 저감시키는 기구는 아직 불분명하지만, 본 발명자들은 이하와 같이 추측한다.

마르텐사이트 중의 연질 영역은 주위보다도 연질이기 때문에, 굽힘 변형 시에 소성 변형이 발생하기 쉽지만, 파단 한계가 높기 때문에 균열 발생이 억제된다고 생각된다. 또한, 균열 전파에 있어서도 균열 진전을 억제하는 효과가 있다고 생각된다. 그 때문에, 굽힘성이 향상되는 것이라고 추정된다. 또한, 굽힘성의 이방성은, 통상은 압연 방향으로 연신한 개재물의 영향을 받는다. 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체에서는, 연질 영역이 균일하게 분산되어 있다는 점에서, 개재물의 영향을 완화한다고 생각된다. 그 결과, 굽힘성의 이방성을 저감시킬 수 있다고 생각된다.

마르텐사이트의 면적률은 이하의 방법에 의해 측정한다.

핫 스탬프 성형체의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 임의의 위치(이 위치로부터 채취할 수 없는 경우는 단부를 피한 위치)로부터 판 두께 단면을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 샘플의 크기는, 측정 장치에 따라 다르지만, 압연 방향으로 10㎜ 정도 관찰할 수 있는 크기로 한다.

상기 샘플의 단면을 레페라 시약으로 에칭한다. 레페라 시약으로 에칭한 단면의 판 두께 1/4 위치(표면으로부터 판 두께의 1/8 깊이 내지 표면으로부터 판 두께의 3/8 깊이의 영역)를 500배의 배율로 10시야 관찰하고, 광학 현미경 사진을 얻는다. 얻어진 광학 현미경 사진에 대하여, Adobe사제 「Photoshop CS5」의 화상 해석 소프트웨어를 사용하여 화상 해석을 행하고, 마르텐사이트의 면적률을 구한다.

화상 해석 방법으로서, 화상의 최대 명도값 L_max와 최소 명도값 L_min을 화상으로부터 취득하고, 명도가 L_max-0.3(L_max-L_min)으로부터 L_max까지의 화소를 갖는 부분을 백색 영역, L_min으로부터 L_min+0.3(L_max-L_min)의 화소를 갖는 부분을 흑색 영역, 그 이외의 부분을 회색 영역이라 정의하여, 백색 영역인 마르텐사이트의 면적률을 산출한다. 합계 10군데의 관찰 시야에 대하여, 상기와 마찬가지로 화상 해석을 행하여 마르텐사이트의 면적률을 측정한다. 얻어진 면적률의 평균값을 산출하고, 이 평균값을 마르텐사이트의 면적률로 간주한다. 이에 의해, 마르텐사이트의 면적률을 얻는다.

잔부 조직의 면적률은, 100％에서 마르텐사이트의 면적률을 뺌으로써 얻는다.

연질 영역의 면적률은 이하의 방법에 의해 측정한다.

핫 스탬프 성형체의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 위치(이 위치로부터 채취할 수 없는 경우는 단부를 피한 위치)로부터 판 두께 단면을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 이 샘플의 판 두께 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, 실온에 있어서 알칼리성 용액을 포함하지 않는 콜로이달 실리카를 사용하여 8분간 연마하고, 샘플의 표층에 도입된 변형을 제거한다.

샘플의 판 두께 단면의 길이 방향의 임의의 위치에 있어서, 길이 50㎛, 판 두께 1/4 위치(표면으로부터 판 두께의 1/8 깊이 내지 표면으로부터 판 두께의 3/8 깊이의 영역)에 대하여, 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 장치를 사용한다. 이때, EBSD 장치 내의 진공도는 9.6×10^-5Pa 이하, 가속 전압은 15㎸, 조사 전류 레벨은 13, 전자선의 조사 레벨은 62로 한다.

얻어진 결정 방위 정보에 대하여, EBSD 해석 장치 부속의 소프트웨어 「OIM Data Collection」 기능, 및 「OIM Analysis(등록상표)」에 탑재된 「Grain Average Misorientation」 기능을 사용하여, Grain Average Image Quality맵(GAIQ맵)을 얻는다. 얻어진 GAIQ맵에 있어서, 5° 이상의 결정 방위차를 갖는 계면으로 둘러싸인 영역을 결정립이라고 정의하고, 단위 결정립 내의 평균 GAIQ값이 123000 내지 200000인 영역의 면적률을 산출한다. 합계 10군데의 관찰 시야에 대하여, 단위 결정립 내의 평균 GAIQ값이 123000 내지 200000인 영역의 면적률을 산출한다. 얻어진 면적률의 평균값을 산출하고, 이 평균값을 연질 영역의 면적률로 간주한다. 얻어진 연질 영역의 면적률을, 상술한 방법에 의해 얻은 마르텐사이트의 면적률로 나눔(연질 영역의 면적률/마르텐사이트의 면적률×100)으로써, 마르텐사이트 중, 연질 영역의 면적률을 얻는다.

본 실시 형태에 따른 금속 조직에서는, 평균 입경이 20 내지 500㎚이며, Nb, Ti, Zr 및 V로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물의 개수 밀도가 0.3 내지 5.0개/㎛²여도 된다. 평균 입경이 20 내지 500㎚이며, Nb, Ti, Zr 및 V로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물의 개수 밀도를 0.3 내지 5.0개/㎛²로 함으로써, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 보다 향상시킬 수 있다. 상기 탄화물의 석출 상태는 굽힘 변형 시의 균열 전파에 기여한다. 상기 탄화물의 사이즈가 크고, 개수 밀도가 낮을수록, 굽힘성을 저하시킨다고 생각된다.

상기 탄화물의 개수 밀도는 이하의 방법에 의해 측정한다.

핫 스탬프 성형체의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 임의의 위치(이 위치로부터 채취할 수 없는 경우에는 단부를 피한 위치)로부터 판 두께 단면을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 관찰면을 경면 연마로 마무리한 후, 정전위 전해 에칭법으로 지철을 용해시켜 석출물을 출현시킨다. 정전위 전해 에칭법의 조건은, 전해액으로서 아세틸아세톤 10체적％, 테트라메틸암모늄 클로라이드 1체적％, 잔부가 메틸알코올의 혼합액을 사용하고, 설정 전위 -200㎷, 쿨롱량 10c/㎠로 한다.

그 후, 판 두께 1/4 위치(표면으로부터 판 두께의 1/8 깊이 내지 표면으로부터 판 두께의 3/8 깊이의 영역)에 대하여, 배율 20000배로 10시야 이상 관찰한다. 석출물의 조성은 EDS(에너지 분산형 X선 분광기)에 의해 측정할 수 있다. 석출물 중, Nb, Ti, Zr 및 V로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물을 선택하고, 각 탄화물의 긴 직경 및 짧은 직경을 관찰 사진으로부터 측정한다. 긴 직경 및 짧은 직경의 평균값을 구하고, 그 평균값을 탄화물의 평균 입경으로 간주한다. 평균 입경이 20 내지 500㎚인 탄화물의 개수를 세어, 측정 면적으로 나눔으로써, 평균 입경이 20 내지 500㎚이며, Nb, Ti, Zr 및 V로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물의 개수 밀도를 얻는다.

또한, 석출물에 대하여 EDS 분석하고, Nb, Ti, Zr 및 V로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상과, C가 검출된 경우, 그 석출물을 Nb, Ti, Zr 및 V로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물로 간주한다

도금층

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체는, 내식성을 보다 향상시킬 목적으로, 표면에 도금층을 가져도 된다. 도금층은, 예를 들어 용융 알루미늄 도금층 및 알루미늄-아연 도금층 등의 Al계 도금층, 용융 아연 도금층, 합금화 용융 아연 도금층, 전기 아연 도금층, 아연 니켈 도금층 등의 Zn계 도금층이 생각된다.

도금층은, 핫 스탬프 성형체의 어느 한쪽의 표면에 배치되어 있어도, 양면에 배치되어 있어도 된다. 부착량은 특별히 제한되지는 않지만, Al계 도금층: 편면당 15 내지 120g/㎡, 용융 아연 도금층: 편면당 30 내지 120g/㎡, 합금화 용융 아연 도금층: 편면당 30 내지 120g/㎡, 전기 아연 도금층 및 아연 니켈 도금층: 편면당 5 내지 100g/㎡인 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서 Al계 도금층이란, 50질량％ 이상의 Al을 함유하는 도금층을 의미한다. Al 이외의 원소로서는, Si: 0.1 내지 20질량％, Fe: 0.1 내지 10질량％ 및 Zn: 0.1 내지 45질량％, 잔부(Cu, Na, K, Co, Ni, Mg 등): 0.5질량％ 미만 포함되어 있어도 된다.

또한, 본 실시 형태에 있어서 Zn계 도금층이란, 50질량％ 이상의 Zn을 함유하는 도금층을 의미한다. Zn 이외의 원소로서는, Si: 0.01 내지 20질량％, Fe: 0.1 내지 10질량％, Al: 0.01 내지 45질량％ 및 잔부(Cu, Na, K, Co, Ni, Mg 등): 0.5질량％ 미만 포함되어 있어도 된다.

도금층의 성분 분석은 이하의 방법에 의해 행한다.

핫 스탬프 성형체의 단부면으로부터 50㎜ 이상 이격된 임의의 위치(이 위치로부터 채취할 수 없는 경우에는 단부를 피한 위치)로부터 판 두께 단면을 관찰할 수 있도록 샘플을 잘라낸다. 샘플의 크기는, 측정 장치에 따라 다르지만, 압연 방향으로 10㎜ 정도 관찰할 수 있는 크기로 한다.

상기 샘플을 수지에 매립하고, 연마한 후에, 판 두께 단면의 층 구조를, 주사 전자 현미경(SEM: Scanning Electron Microscope)으로 관찰한다. 구체적으로는, 관찰 시야 중에 강판 및 도금층이 들어가는 배율로 SEM으로 관찰한다. 예를 들어, 반사 전자 조성 상(像)(COMPO 상)으로 관찰하면, 단면 구조가 몇 층으로 구성되어 있는지를 유추할 수 있다.

다음으로, 전자 프로브 마이크로애널라이저(EPMA)를 사용하여, 판면 방향으로 50㎛, 판 두께 방향에서 도금 층 두께+30㎛의 범위를 매핑으로 분석한다. 도금층이 Al계 도금층인 경우에는, 판면 방향의 Fe 농도 및 Al 농도의 각각의 평균값을 구한다. 다음으로, 판 두께 위치와 Al 농도의 관계, 및 판 두께 위치와 Fe 농도의 관계를 구한다. Al 농도 및 Fe 농도가, 강판의 Al 농도 및 Fe 농도와 동일한 농도가 된 판 두께 위치를, 강판과 Al계 도금층의 계면이라고 판단하면 된다. 여기에서 말하는 강판의 Al 농도 및 Fe 농도는, EPMA에 의한 측정으로 얻어지는 것이다.

또한, 도금층이 Zn계 도금층인 경우에는, 판면 방향의 Fe 농도 및 Zn 농도의 각각의 평균값을 구한다. 다음으로, 판 두께 위치와 Zn 농도의 관계, 및 판 두께 위치와 Fe 농도의 관계를 구한다. Zn 농도 및 Fe 농도가, 강판의 Zn 농도 및 Fe 농도와 동일한 농도가 된 판 두께 위치를, 강판과 Zn계 도금층의 계면이라고 판단하면 된다. 여기에서 말하는 강판의 Zn 농도 및 Fe 농도는, EPMA에 의한 측정으로 얻어지는 것이다.

판 두께

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 판 두께는 특별히 규정하지는 않지만, 차체 경량화의 관점에서, 0.5 내지 3.5㎜로 해도 된다.

인장 강도

본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체는, 차체 경량화의 효과를 높이기 위해서, 인장 강도는 980MPa 이상인 것이 바람직하다. 한편, 인장 강도가 너무 높으면 굽힘성이 저하되기 때문에, 인장 강도는 1380MPa 이하인 것이 바람직하다.

인장 강도는, JIS Z 2241:2011에 기재된 5호 시험편을 제작하고, JIS Z 2241:2011에 기재된 시험 방법에 따라서 구한다.

다음으로, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에 대하여 설명한다. 우선, 핫 스탬프에 제공하는, 핫 스탬프용 강판의 제조 방법에 대하여 설명한다.

우선, 열간 압연에 의해, 열연 강판을 얻는다. 열간 압연에 제공하는 강편(강재)은, 통상의 방법으로 제조한 강편이면 되며, 예를 들어 연속 주조 슬래브, 박 슬래브 캐스터 등의 일반적인 방법으로 제조한 강편이면 된다. 전술한 화학 조성을 갖는 강편을 열간 압연에 제공한다. Nb, Ti, V 및 Zr로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물의 개수 밀도를 바람직하게 제어하기 위해서는, 열간 압연 전의 가열 온도는 1200℃ 이상으로 하고, 권취 온도를 600℃ 이하로 하고, 마무리 압연 완료로부터 권취를 개시할 때까지의 시간을 5초 이상으로 하는 것이 바람직하다.

가열 온도를 1200℃ 이상으로 함으로써 Nb, Ti, V 및 Zr로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물을 용해시킬 수 있어, 압연 중에 상기 탄화물을 미세하게 석출시킬 수 있다. 가열 온도의 상한은 특별히 규정하지는 않지만, 생산성의 관점에서, 1400℃ 이하로 해도 된다.

권취 온도를 600℃ 이하로 함으로써, Nb, Ti, V 및 Zr로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물의 개수 밀도 및 평균 입경을 바람직하게 제어할 수 있다. 권취 온도의 하한은 특별히 규정하지는 않지만, 생산성의 관점에서, 400℃ 이상으로 해도 된다.

마무리 압연 완료로부터 권취를 개시할 때까지의 시간이 짧으면, 권취 후의 코일 상태로 될 때에 변태 발열에 의해 온도가 상승하여, Nb, Ti, V 및 Zr로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물의 개수 밀도 및 평균 입경을 바람직하게 제어할 수 없는 경우가 있다. 그 때문에, 마무리 압연 완료로부터 권취를 개시할 때까지의 시간을 5초 이상으로 하는 것이 바람직하다. 상한은 특별히 규정하지 않고, 통판 속도와 냉각 속도를 고려하여, 상술한 권취 온도에서 권취할 수 있도록 설정하면 된다.

다음으로, 얻어진 열연 강판에 대하여, 코일을 감아 개방하고, 산세를 실시하고 나서 냉간 압연을 행한다. 냉간 압연 시의 누적 압하율은, 생산성을 저해시키지 않는 범위이면 되며, 예를 들어 30 내지 80％로 하면 된다. 이에 의해, 냉연 강판을 얻는다.

얻어진 냉연 강판에 대하여, 연질화시키기 위해서 어닐링을 실시해도 된다. 어닐링 후에는, 조질 압연을 실시하는 것이 바람직하다. 강판의 조질 압연에 있어서의 압하율은, 생산성을 저해하지 않는 범위이면 되며, 2％ 이하로 하면 된다. 형상 교정을 위해서, 텐션 레벨러를 사용해도 된다.

냉연 강판에 대하여, 필요에 따라 알루미늄 도금 및 알루미늄-아연 도금 등의 Al계 도금, 혹은 Zn계 도금을 실시해도 된다. 도금의 조성은 알루미늄이나 아연이 주성분이지만, 내식성 향상을 위해서 Ni 등의 원소를 첨가해도 된다. 또한, 도금에는, 불순물로서 철 등의 원소가 함유되어 있어도 된다.

도금은, 통상의 도금 조건에 따라 부여하면 된다. 알루미늄 도금이면, 욕중Si 농도는 5 내지 12질량％, 잔부는 알루미늄 및 0.5％ 미만의 불순물이 적합하다. 알루미늄-아연 도금에서는, 욕중 Zn 농도는 40 내지 50질량％, 잔부는 알루미늄 및 0.5％ 미만의 불순물이 적합하다. 또한, 알루미늄 도금 중에 Mg나 Zn이 혼재되어도, 알루미늄-아연 도금 중에 Mg가 혼재되어도 특별히 문제는 없다. 도금 부여 시의 분위기는, 무산화로를 갖는 연속식 도금 설비여도, 무산화로를 갖지 않는 연속식 도금 설비여도, 통상의 도금 조건으로 하면 된다. 아연 도금에서는, 용융 아연 도금, 전기 아연 도금, 합금화 용융 아연 도금 등의 방법을 채용해도 된다.

도금 전에 강판 표면에 금속 예비 도금을 실시해도 된다. 금속 예비 도금으로서는, Ni 예비 도금, Fe 예비 도금, 및 기타 도금성을 향상시키는 금속 예비 도금을 들 수 있다. 또한, 도금층 표면에 이종의 금속 도금이나 무기계, 유기계 화합물의 피막 등을 부여해도 특별히 문제는 없다.

이상의 방법에 의해, 핫 스탬프용 강판을 얻는다.

다음으로, 상술한 방법에 의해 얻어진 핫 스탬프용 강판에 대하여, 예를 들어 이하의 핫 스탬프 조건을 적용함으로써, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체를 제조한다.

핫 스탬프용 강판을 Ac₃ 변태점 내지 1000℃의 온도 영역으로 가열하고, 당해 온도역에서 0.1 내지 30.0분간 유지한 후, 빠르게 금형 위에 반송하여, 핫 스탬프를 행한다. 그 후, 강판을 가압하고, 강판과 금형의 열전달에 의해, 강판을 금형 내에서 냉각시킨다.

또한, Ac₃ 변태점 내지 1000℃의 온도 영역에서는, 강판 온도를 변동시켜도 되고, 일정하게 해도 된다. Ac₃ 변태점은 하기 식에 의해 구할 수 있다.

Ac₃ 변태점(℃)=exp(X)+31.5×Mo-28

X=6.8165-0.47132×C-0.057321×Mn+0.0660261×Si-0.050211×Cr+0.10593×Ti+2.0272×N+1.0536×S-0.12024×Si×C+0.11629×Cr×C+0.29225×C²+0.01566×Mn²+0.017315×Cr²

또한, 상기 식 중의 원소 기호는, 당해 원소의 질량％에 의한 함유량이며, 함유하지 않는 경우에는 0을 대입한다.

핫 스탬프 시의 금형의 면압을, 하기 식 (3)에 의해 표시되는 P_a(MPa) 및 200MPa 중 작은 쪽의 값(P_max(MPa)) 이하로 함으로써, 핫 스탬프 후의 냉각 속도를 바람직하게 제어할 수 있다. 그 결과, 원하는 양의 연질 영역을 얻을 수 있다.

핫 스탬프 시의 금형의 면압의 하한은 특별히 한정하지는 않지만, 0.1MPa 이상으로 해도 된다. 면압이 작은 경우에는 금형과 강판 사이의 열전달이 불충분해져서, 마르텐사이트 변태에 필요한 냉각 속도를 얻지 못하기 때문이다.

또한, 핫 스탬프 시의 금형의 면압은, 하사점 유지에 있어서의 프레스 하중을 변화시킴으로써 제어하면 된다. 실제의 부품 형상에서는 정확한 면압을 산출하는 것이 어렵기 때문에, 프레스 성형의 수치 시뮬레이션을 활용하여 하사점 유지 시의 프레스 하중을 정해도 된다. 부품의 형상이 단순하며, 부품 표면의 법선 방향의 하중이 프레스 하중으로부터 계산되는 경우에는, 법선 방향의 하중을 부품의 표면적으로 나누어 면압을 구해도 된다.

상기 식 (3) 중의 Ms는 상기 식 (1)의 좌변에 의해 표시되는 Ms점(마르텐사이트 변태 개시 온도)이다.

또한, 핫 스탬프 시의 하사점에서의 유지 시간을 제어함으로써, 핫 스탬프 후의 냉각 속도를 바람직하게 제어할 수 있다. 그 결과, 원하는 양의 연질 영역을 얻을 수 있다. 핫 스탬프 시의 하사점에서의 유지에서는, 강판과 금형 사이의 열전달에 의해 강판이 급랭되어, 마르텐사이트 변태를 발생시킨다. 핫 스탬프 성형체를 금형으로부터 취출할 때의 온도(취출 온도)는, 마르텐사이트 변태가 완료된 온도 이하인 것이 바람직하다. 그 때문에, 핫 스탬프 성형체를 금형으로부터 취출할 때의 온도는, 250℃ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 여기에서 말하는 취출 온도란, 금형으로부터 취출했을 때의 핫 스탬프 성형체의 표면 온도이다.

하사점에서의 유지 시간이 짧아도, 취출 온도를 저온으로 한 경우에는, 금형에 보유 지지된 강판의 냉각 속도가 높아져서, 연질 영역을 얻는 것이 곤란해지는 경우가 있다. 그래서, 취출 온도에 대하여 하사점에서의 유지 시간을 하기 식 (5) 또는 (6)에 의해 얻어지는 t(초) 이상으로 하는 것이 바람직하다.

취출 온도가 150℃ 미만인 경우

취출 온도가 150 내지 250℃인 경우

상기 식 (5) 및 (6) 중의 Ms는 상기 식 (1)의 좌변에 의해 표시되는 Ms점(마르텐사이트 변태 개시 온도)이며, Ms점이 높을수록 연질 영역이 얻어지기 쉬우므로, 하사점에서의 유지가 단시간이어도 된다고 생각된다.

이상의 방법에 의해, 본 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체를 제조할 수 있다.

또한, 핫 스탬프 후에는 템퍼링을 행하지 않는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 250℃ 이상의 온도 영역으로 15분간 이상 가열하지 않는 것이 바람직하다. 이와 같은 템퍼링을 행하면, 마르텐사이트 중의 연질 영역이 과잉으로 되어, 원하는 강도를 얻을 수 없기 때문이다.

실시예

다음으로, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해서 채용한 하나의 조건예이며, 본 발명은, 이 하나의 조건예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은, 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있는 것이다.

표 1A 내지 표 1C에 나타내는 화학 조성을 갖는 강편을 사용하여, 열간 압연, 산세 및 냉간 압연을 행하고, 필요에 따라 연속 어닐링 또는 연속 용융 도금을 행함으로써, 판 두께 0.5 내지 3.5㎜의 냉연 강판 및 도금 강판을 제조하였다. 열간 압연 전의 가열 온도는 표 2A 내지 표 2C에 기재된 바와 같으며, 냉간 압연에 있어서의 누적 압하율은 30 내지 80％였다.

표 3A 내지 표 3C에 기재된 「도금층의 종류」는, 각각 이하와 같다.

CR: 도금층 없음

GI: 용융 아연 도금층(목표 단위 면적당 중량 편면 60g/㎡, 양면 도금)

GA: 합금화 용융 아연 도금층(목표 단위 면적당 중량 편면 45g/㎡, 양면 도금)

AL: Al계 도금층(목표 단위 면적당 중량 편면 80g/㎡, 양면 도금)

EG: 전기 아연 도금층(목표 단위 면적당 중량 편면 40g/㎡, 양면 도금)

제조한 냉연 강판 및 도금 강판을 사용하여, 표 2A 내지 표 2C에 나타내는 조건에서 핫 스탬프를 행하였다. 핫 스탬프는 인장 시험 및 금속 조직 관찰을 행하기 위한 시험편을 제작하기 쉽도록, 평판형의 강판을 수랭 금형의 사이에 끼워서 가압하였다. 이에 의해, 표 3A 내지 표 3C에 나타내는 핫 스탬프 성형체를 얻었다. 또한, 제조 No. 77은, 핫 스탬프 후에 300℃에서 20분간 가열하는 템퍼링을 행하였다.

다음으로, 상술한 방법에 의해, 금속 조직 관찰 및 인장 강도의 측정을 행하였다.

얻어진 인장 강도가 980MPa 이상인 경우, 높은 강도를 갖는 것으로 하여 합격이라고 판정하였다. 한편, 얻어진 인장 강도가 980MPa 미만인 경우, 높은 강도를 갖지 않는 것으로 하여 불합격이라고 판정하였다. 또한 얻어진 인장 강도가 1380MPa 초과인 경우, 강도가 너무 높은 것으로 하여 불합격이라고 판단하였다.

독일 자동차 공업회에서 규정한 VDA 기준(VDA238-100)에 기초하여, 이하의 방법에 의해, 핫 스탬프 성형체의 굽힘성을 평가하였다. 본 실시예에서는, 굽힘 시험에서 얻어지는 최대 하중 시의 변위를 VDA 기준으로 각도로 변환하고, 굽힘 각도 α(°)를 구하였다.

굽힘 시험에 있어서의 조건은 이하와 같았다.

시험편 치수: 60㎜(압연 방향)×30㎜(판 폭 방향에 평행한 방향)

시험편 판 두께: 1.6㎜

굽힘 능선: 압연 방향에 평행, 45° 방향, 직각 방향

시험 방법: 롤 지지, 펀치 압입

롤 직경: φ30㎜

펀치 형상: 선단 R=0.4㎜

롤간 거리: 2.0×판 두께(㎜)+0.5㎜

압입 속도: 20㎜/분

시험기: SHIMADZU AUTOGRAPH 20kN

3방향의 굽힘 시험으로부터, 평균 굽힘각 α_m(°) 및 굽힘의 이방성 Δα(％)를 하기와 같이 구하였다.

α_L: 압연 방향에 평행한 축에서 구부렸을 때의 α

α_D: 압연 방향에 45°인 축에서 구부렸을 때의 α

α_C: 압연 방향에 직각인 축에서 구부렸을 때의 α

α_min: α_L, α_D, α_C 중 최솟값

또한, 압연 방향이 불분명한 경우에는, 22.5° 간격으로 5방향의 시험을 행하고, 굽힘 각도 α의 최솟값이 얻어진 방향을 압연 방향으로 간주하여, α_L, α_D 및 α_C를 구해도 된다. 이 방법에서도 압연 방향이 불분명한 경우에는, 11.25° 간격으로 10방향의 시험을 행하고, 굽힘 각도 α의 최솟값이 얻어지는 방향을 압연 방향으로 간주하여, α_L, α_D 및 α_C를 구해도 된다.

α_m은 판 두께 및 인장 강도에 영향을 받는다. 또한, α_m은 핫 스탬프 성형체의 도금층 영향도 받는다. 알루미늄 도금을 사용한 경우에는 핫 스탬프의 가열로 표면에 경질인 Fe-Al 합금층이 형성되기 때문에, GA, GI, CR(핫 스탬프 후에 쇼트 블라스트를 실시한 것) 또는 EG보다도 α_m이 낮은 위치로 된다.

본 실시예에서는, α_m이 표 4에 나타내는 하한값 이상인 경우, 굽힘성이 우수한 것으로 하여 합격이라고 판정하였다. 한편, α_m이 표 4에 나타내는 하한값 미만인 경우, 굽힘성이 떨어진 것으로 하여 불합격이라고 판정하였다.

또한, Δα가 15％ 이하인 경우, 굽힘성의 이방성이 작은 것으로 하여 합격이라고 판정하였다. 한편, Δα가 15％ 초과인 경우, 굽힘성의 이방성이 큰 것으로 하여 불합격이라고 판정하였다.

또한, 자동차 기술회 제정의 JASO M609-91에 규정하는 방법에 의해 내식성을 평가하였다. 구체적으로는, 다음의 방법에 의해 평가하였다.

핫 스탬프 성형체로부터 시료를 채취하고, 두께 15㎛로 전착 도막을 부여한 시료 평면부에 커터로 길이 70㎜의 직선형의 흠을 내고, 사이클 부식 시험에 제공하였다. 120사이클 후의 시료를 취출하고, 시판 중인 도막 박리제에 30분 침지한 후, 브러시로 도막을 박리하였다. 그 후, 강판용 인히비터를 함유하는 5체적％ 시트르산 암모늄 수용액에 시료를 침지하고, 부식된 부분에 생성된 녹을 브러시로 제거하였다. 키엔스사제 디지털 마이크로스코프 VHX-7000을 사용하여, 70㎜의 흠의 길이 방향에 있어서의 중앙부를 경계로 하고, 흠의 양단으로부터의 길이 35㎜마다, 기준면으로부터의 판 두께 감소를 측정하고, 각각의 최댓값을 얻었다. 기준면은, 도금 유무에 관계없이, 도막 박리 후의 부식되지 않은 부위의 표면으로 하였다. 얻어진 2개의 판 두께 감소의 최댓값의 평균값을 산출하였다.

얻어진 판 두께 감소의 최댓값의 평균값에 대하여, 이하의 기준으로 평가하였다. AL 도금 강판인 경우에는 평가가 E1, E2, V1인 경우, 특히 우수한 내식성을 갖는 핫 스탬프 성형체라고 판단하였다. 도금종이 GA, GI, EG인 경우에는 평가가 V2 이상인 경우에, 특히 우수한 내식성을 갖는 핫 스탬프 성형체라고 판단하였다. 또한, 냉연 강판 CR의 경우에는 평가가 G 이상을 특히 우수한 내식성을 갖는 핫 스탬프 성형체라고 판단하였다.

또한, 하기 평가는, B, G, V2, V1, E2, E1의 순으로, 내식성이 보다 우수한 것임을 나타내는 것이다.

E1(Excellent-1): 0.03㎜ 미만

E2(Excellent-2): 0.03㎜ 이상, 0.05㎜ 미만

V1(Very Good-1): 0.05㎜ 이상, 0.07㎜ 미만

V2(Very Good-2): 0.07㎜ 이상, 0.10㎜ 미만

G(Good): 0.10㎜ 이상, 0.15㎜ 미만

B(Bad): 0.15㎜ 이상

이상의 결과를 표 3A 내지 표 3C에 나타낸다. 표 3A 내지 표 3C를 보면, 본 발명예에 있어서는, 높은 강도 및 우수한 굽힘성을 갖고, 또한 굽힘성의 이방성이 작은 핫 스탬프 성형체가 얻어짐을 알 수 있다. 한편, 비교예에 있어서는, 상기 특성 중 1개 이상이 합격 기준을 충족시키지 않음을 알 수 있다.

[표 1A]

[표 1B]

[표 1C]

[표 2A]

[표 2B]

[표 2C]

[표 3A]

[표 3B]

[표 3C]

[표 4]

본 발명에 따른 상기 양태에 의하면, 높은 강도 및 우수한 굽힘성을 갖고, 또한 굽힘성의 이방성이 작은 핫 스탬프 성형체를 제공할 수 있다.

Claims (5)

1. 화학 조성이, 질량％로,
   C: 0.050 내지 0.150％,
   Si: 0.010 내지 1.000％,
   Mn: 1.00 내지 2.00％,
   Al: 0.001 내지 0.500％,
   P: 0.100％ 이하,
   S: 0.0100％ 이하,
   N: 0.0100％ 이하,
   B: 0.0005 내지 0.0050％,
   Cr: 0 내지 0.50％,
   Mo: 0 내지 0.500％,
   Ni: 0 내지 3.00％,
   Cu: 0 내지 3.00％,
   Co: 0 내지 0.50％,
   Sn: 0 내지 0.500％,
   Ca: 0 내지 0.0050％,
   Mg: 0 내지 0.0050％,
   REM: 0 내지 0.0050％, 및
   Sb: 0 내지 0.0200％
   를 함유하고, 또한
   Ti: 0.005 내지 0.100％, 및
   Zr: 0.005 내지 0.100％로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종을 함유하고,
   Nb: 0.015 내지 0.100％, 및
   V: 0.005 내지 0.100％로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종을 함유하고,
   잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지고,
   하기 식 (1) 및 식 (2)를 충족시키며,
   금속 조직이, 마르텐사이트를 90면적％ 이상 포함하고, 상기 마르텐사이트 중, 연질 영역이 5 내지 25면적％인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
   

   

   
   단, 상기 식 (1) 및 식 (2) 중의 원소 기호는 각 원소의 질량％에 의한 함유량을 나타내고, 당해 원소를 함유하지 않는 경우에는 0을 대입한다.
2. 제1항에 있어서,
   상기 화학 조성이, 질량％로,
   Cr: 0.005 내지 0.50％,
   Mo: 0.005 내지 0.500％,
   Ni: 0.005 내지 3.00％,
   Cu: 0.005 내지 3.00％,
   Co: 0.005 내지 0.50％,
   Sn: 0.005 내지 0.500％,
   Ca: 0.0005 내지 0.0050％,
   Mg: 0.0005 내지 0.0050％,
   REM: 0.0005 내지 0.0050％, 및
   Sb: 0.0005 내지 0.0200％
   로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
3. 제1항에 있어서,
   상기 화학 조성이, 질량％로,
   Co: 0.005 내지 0.50％,
   Sn: 0.005 내지 0.500％, 및
   Sb: 0.0005 내지 0.0200％
   로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 금속 조직에 있어서, 평균 입경이 20 내지 500㎚이며, Nb, Ti, Zr 및 V로 이루어지는 군 중에서 1종 또는 2종 이상을 함유하는 탄화물의 개수 밀도가 0.3 내지 10.0개/㎛²인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   표면에 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.