KR20230118156A

KR20230118156A - 핫 스탬프 부재

Info

Publication number: KR20230118156A
Application number: KR1020237023154A
Authority: KR
Inventors: 다쿠야 미츠노부; 히로시 다케바야시; 다케히로 다카하시
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2021-01-14
Filing date: 2022-01-14
Publication date: 2023-08-10
Also published as: EP4261294A1; US20240001423A1; JPWO2022154081A1; CN116710579A; WO2022154081A1; MX2023005843A

Abstract

이 핫 스탬프 부재는, 강재와, 상기 강재 상에 형성된 도금층을 구비하고, 상기 도금층이, 소정의 화학 조성을 갖고, 상기 도금층은, 상기 도금층의 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 상기 두께 방향에 수직인 방향으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의, Zn 산화물 및 Zn-Mg 산화물 중 1종 또는 2종으로 이루어지는 Zn계 산화물을 포함하고, 상기 도금층의 상기 두께 방향의 단면에 있어서, 상기 도금층과 상기 강재의 계면의 길이를 Le로 하고, 상기 도금층의 상면으로부터, 상기 Zn계 산화물을 상기 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLi로 하고, 상기 Zn계 산화물의 상기 도금층과 접하고 있는 부분을, 상기 도금층의 상면으로부터 상기 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLai로 했을 때, ΣLi/Le≥0.10 및 ΣLai/ΣLi≥0.50을 충족한다.

Description

핫 스탬프 부재

본 발명은 핫 스탬프 부재에 관한 것이다.

본원은, 2021년 01월 14일에, 일본에 출원된 특허 출원 제2021-004022호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

근년, 환경 보호 및 지구 온난화의 방지를 위해, 화학 연료의 소비를 억제할 것이 요청되고 있다. 이러한 요청은, 예를 들어 이동 수단으로서 일상 생활이나 활동에 없어서는 안되는 자동차에 대해서도 예외는 아니다. 이러한 요청에 대해, 자동차에서는 차체의 경량화 등에 의한 연비의 향상 등이 검토되고 있다. 자동차의 구조의 대부분은, 철, 특히 강판에 의해 형성되어 있으므로, 이 강판을 얇게 하여 중량을 저감하는 것이, 차체의 경량화에 있어서 효과가 크다. 그러나, 단순하게 강판의 두께를 얇게 하여 강판의 중량을 저감하면, 구조물로서의 강도가 저하되어, 안전성이 저하될 것이 염려된다. 그 때문에, 강판의 두께를 얇게 하기 위해서는, 구조물의 강도를 저하시키지 않도록, 사용되는 강판의 기계적 강도를 높게 할 것이 요구된다.

따라서, 강판의 기계적 강도를 높임으로써, 이전 사용되고 있던 강판보다 얇게 해도 기계적 강도를 유지 또는 높이는 것이 가능한 강판에 대해서, 연구 개발이 행해지고 있다. 이러한 강판에 대한 요청은 자동차 제조업뿐만 아니라, 다양한 제조업에서도 마찬가지로 이루어지고 있다.

일반적으로, 높은 기계적 강도를 갖는 재료는 굽힘 가공 등의 성형 가공에 있어서, 형상 동결성이 낮은 경향이 있어, 복잡한 형상으로 가공하는 경우, 가공 자체가 곤란해진다. 이 성형성에 대한 문제를 해결하는 수단의 하나로서, 소위 핫 스탬프법의 적용을 들 수 있다. 핫 스탬프법에서는, 성형 대상인 재료를 일단 고온으로 가열하여 오스테나이트화하고, 가열에 의해 연화된 재료에 대하여 프레스 가공을 행하여 성형한 후에, 또는 성형과 동시에, 금형에서 급속하게 냉각함으로써 마르텐사이트 변태시켜, 성형 후에 고강도의 가공품을 얻을 수 있다.

핫 스탬프법에 의하면, 재료를 일단 고온으로 가열하여 연화시키고, 재료가 연화된 상태에서 프레스 가공하므로, 재료를 용이하게 프레스 가공할 수 있다. 따라서, 이 열간 프레스 가공에 의해, 양호한 형상 동결성과 높은 기계적 강도를 양립한 프레스 성형품이 얻어진다. 특히 재료가 강인 경우, 성형 후의 냉각에 의한 ??칭 효과에 의해, 프레스 성형품의 기계적 강도를 높일 수 있다.

그러나 핫 스탬프법을 강판에 적용한 경우, 예를 들어 800 내지 850℃ 이상의 고온으로 가열함으로써, 표면의 철 등이 산화되어 스케일(산화물)이 생성된다. 따라서, 열간 프레스 가공을 행한 후에, 이 스케일을 제거하는 공정(디스케일링 공정)이 필요해져, 생산성이 저하된다. 또한, 내식성을 필요로 하는 부재 등에서는, 가공 후에 부재 표면에 방청 처리나 금속 피복을 할 필요가 있으므로, 표면 청정화 공정, 표면 처리 공정이 필요해져, 역시 생산성이 저하된다.

이러한 생산성의 저하를 억제하는 방법의 예로서, 강판에 피복을 실시하는 방법을 들 수 있다. 일반적으로, 강판 상의 피복으로서는, 유기계 재료나 무기계 재료 등 다양한 재료가 사용된다. 그 중에서도 강판에 대해서는, 그 방식 성능과 강판 생산 기술의 관점에서, 희생 방식 작용이 있는 아연계 도금이 많이 적용되어 있다. 한편, 프레스 시의 가열 온도는 ??칭 효과를 얻기 위해 강의 Ac3 변태점보다 높은 온도에서 행해지는 경우가 많고, 예를 들어 가열 온도는 800 내지 1000℃ 정도이다. 그러나, 이 가열 온도는 유기계 재료의 분해 온도나 Zn계 등의 금속 재료의 비점 등보다도 높다. 이 때문에, 유기계 재료나 Zn계의 금속 재료를 피복한 강판을 열간 프레스를 위해 가열하는 경우, 강판의 표면의 도금층이 증발하여, 표면 성상의 현저한 열화의 원인이 되는 경우가 있다.

이러한 표면 성상의 열화를 회피하는 경우, 고온으로 가열하는 열간 프레스 가공을 행하는 강판에 대해서는, 예를 들어 유기계 재료 피복이나 Zn계의 금속 피복에 비해 비점이 높은, Al계의 금속을 피복하는 것이 바람직하다.

Al계의 금속 피복을 실시한 강판, 소위 Al 도금 강판을 사용함으로써, 강판 표면에 스케일이 부착되는 것을 방지할 수 있어, 디스케일링 공정 등의 공정이 불필요해지므로 생산성이 향상된다. 또한, Al계의 금속 피복에는 방청 효과도 있으므로 도장 후의 내식성도 향상된다.

이러한 점에서, 핫 스탬프용 강판으로서, Al계 도금을 표면에 구비하는 Al계 도금 강판이 적용되기 시작하고 있다.

그러나, Al계 도금 강판을 핫 스탬프한 경우, 핫 스탬프 부재(핫 스탬프 후의 강판)에 있어서, 화성 처리성이 충분하지는 않다고 하는 과제가 있었다.

핫 스탬프 후의 강판의 화성 처리성을 향상시키는 경우, 도금층에 Zn이나 Mg를 함유시키는 것이 제안되어 있다. 그러나, 도금층이 Zn이나 Mg를 함유하는 경우, 스폿 용접을 행했을 때, LME에 의한 균열이 발생하는 원인이 된다.

예를 들어, 특허문헌 1에는, 2.0 내지 24.0중량％의 아연, 7.1 내지 12.0중량％의 규소, 임의의 1.1 내지 8.0중량％의 마그네슘, 및 임의로 Pb, Ni, Zr 또는 Hf에서 선택되는 추가의 원소를 포함하고, 각 추가의 원소의 중량 함유율이 0.3중량％보다 낮고, 잔부가 알루미늄 그리고 임의의 불가피적 불순물 및 잔류 원소이고, Al/Zn비가 2.9를 초과하는 금속 코팅으로 피복된 강판이 개시되어 있다.

특허문헌 2에는, 경화 부품의 제조 방법이며 2.0 내지 24.0중량％의 아연, 1.1 내지 7.0중량％의 규소를 포함하고, 규소의 양이 1.1 내지 4.0중량％ 사이인 경우에는, 경우에 따라 1.1 내지 8.0중량％의 마그네슘, 및 경우에 따라 Pb, Ni, Zr 또는 Hf에서 선택되는 추가 원소를 포함하고, 각 추가 원소의 중량 함유량이 0.3중량％ 미만이고, 나머지가 알루미늄 및 불가피 불순물 및 잔류 원소인 금속 코팅으로 미리 코트된 강판을 열간 성형할 때, 열간 성형에 의해 발생하는 LME의 문제를 갖지 않는 부품을 얻는 방법이 개시되어 있다.

국제 공개 제2017/017513호 국제 공개 제2017/017514호

그러나, 특허문헌 1에서는, LME에 대해서 전혀 검토되어 있지 않다.

또한, 특허문헌 2의 방법에서는, 핫 스탬프 등의 열간 성형 시의 LME를 억제하는 효과에 대해서는 확인되지만, 본 발명자들이 검토한 결과, 이 방법으로 얻어진 부품에 대하여 스폿 용접을 행한 경우, LME가 발생하는 것을 알았다.

상술한 바와 같이, 종래, 화성 처리성이 우수하고, 스폿 용접 시의 LME를 억제할 수 있는 핫 스탬프 부재에 대해서는 제안되어 있지 않았다. 그 때문에, 본 발명은 Al계 도금 강재(Al을 포함하는 도금층을 구비하는 강재)를 소재로서 사용하는 핫 스탬프 부재를 전제로 하여, 화성 처리성이 우수하고, 또한 스폿 용접 시의 LME를 억제할 수 있는(내LME성이 우수한), 핫 스탬프 부재를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명자들은, Al 도금 강판을 핫 스탬프하여 얻어지는 핫 스탬프 부재에 있어서, 화성 처리성 및 스폿 용접 시의 내LME성을 향상시키기 위해 검토를 행하였다. 그 결과, 도금층의 화학 조성을 한정한 후에, 도금층 중에, 소정의 사이즈의 Zn 산화물 및/또는 Zn-Mg 산화물을, 소정의 분포 상태로 함유시킴으로써, 화성 처리성이 우수하고, 또한 스폿 용접 시의 LME를 억제할 수 있는 것을 지견하였다.

본 발명은 상기의 지견에 기초하여 이루어진 것이고, 그 요지는 이하와 같다.

[1] 본 발명의 일 양태에 관한 핫 스탬프 부재는, 강재와, 상기 강재 상에 형성된 도금층을 구비하고, 상기 도금층이, 질량％로, Zn: 0.5 내지 15.0％, Mg: 0 내지 10.0％, Si: 0.05 내지 10.0％, Fe: 20.0 내지 60.0％, 그리고 Ca: 0 내지 3.00％, Sb: 0 내지 0.50％, Pb: 0 내지 0.50％, Sr: 0 내지 0.50％, Sn: 0 내지 1.00％, Cu: 0 내지 1.00％, Ti: 0 내지 1.00％, Ni: 0 내지 1.00％, Mn: 0 내지 1.00％, Cr: 0 내지 1.00％, La: 0 내지 1.00％, Ce: 0 내지 1.00％, Zr: 0 내지 1.00％, 및 Hf: 0 내지 1.00％에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계로 0 내지 5.00％ 포함하고, 잔부가 Al 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고, 상기 도금층은, 상기 도금층의 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 상기 두께 방향에 수직인 방향으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의, Zn 산화물 및 Zn-Mg 산화물 중 1종 또는 2종으로 이루어지는 Zn계 산화물을 포함하고, 상기 도금층의 상기 두께 방향의 단면에 있어서, 상기 도금층과 상기 강재의 계면의 길이를 Le로 하고, 상기 도금층의 상면으로부터, 상기 Zn계 산화물을 상기 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLi로 하고, 상기 Zn계 산화물의 상기 도금층과 접하고 있는 부분을, 상기 도금층의 상면으로부터 상기 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLai로 했을 때, 이하의 식 (1) 및 식 (2)를 충족한다.

ΣLi/Le≥0.10 (1)

ΣLai/ΣLi≥0.50 (2)

[2] [1]에 기재된 핫 스탬프 부재는, 상기 화학 조성에 있어서, 질량％로, Mg: 0.2 내지 7.0％여도 된다.

[3] [1]에 기재된 핫 스탬프 부재는, 상기 화학 조성에 있어서, 질량％로, Mg: 3.0 내지 7.0％, Zn: 7.0 내지 15.0％여도 된다.

본 발명의 상기 양태에 따르면, 화성 처리성이 우수하고, 또한 스폿 용접 시의 내LME성이 우수한 핫 스탬프 부재를 제공할 수 있다.

도 1은 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재의 도금층의 단면의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 계면 길이에 대한 Zn계 산화물의 투영 길이의 비율의 측정 방법을 설명하는 도면이다.
도 3은 ΣLai의 측정 방법을 설명하는 도면이다.

본 발명의 일 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재(본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재)에 대해서 설명한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재는, 강재(1)와, 강재(1) 상에 형성된 도금층(2)을 구비하고, 도금층(2)이 소정의 화학 조성을 갖고, 도금층(2)의 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 상기 두께 방향에 수직인 방향으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의, Zn계 산화물(101)(Zn 산화물 및 Zn-Mg 산화물 중 1종 또는 2종으로 이루어짐)을 포함하고, 도금층(2)의 두께 방향의 단면에 있어서, 도금층(2)과 강재(1)의 계면의 길이를 Le로 하고, 도금층(2)의 상면으로부터, Zn계 산화물(101)을 도금층(2)과 강재(1)의 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLi로 했을 때, ΣLi/Le≥0.10(ΣLi/Le가 0.10 이상)을 충족하고, Zn계 산화물(101)의 도금층과 접하고 있는 부분을, 도금층(2)의 상면으로부터 도금층(2)과 강재(1)의 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLai로 했을 때, ΣLai/ΣLi≥0.50을 충족한다. Zn계 산화물은, 주로 핫 스탬프에 의해 형성되므로, 도 1에 도시한 바와 같이, 주로 표층부 근방에 형성된다.

<강재>

본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재는 도금층(2)이 중요하고, 강재(1)의 종류에 대해서는 특별히 한정되지는 않는다. 적용되는 제품이나 요구되는 강도나 판 두께 등에 따라 결정하면 된다. 예를 들어, JIS G 3131:2018에 기재된 열연 강판이나 JIS G 3141:2017에 기재된 냉연 강판 등의 강판을 사용할 수 있다.

<도금층>

본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재는, 강재(1) 상(표면 상)에 도금층(2)을 갖는다. 도금층(2)은 강재(1)의 편면에 형성되어 있어도 되고, 양면에 형성되어 있어도 된다.

[화학 조성]

본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재가 구비하는 도금층(2)의 화학 조성에 관해, 포함되는 각 원소의 한정 이유에 대해서 설명한다. 각 원소의 함유량의 ％는 질량％이다.

Zn: 0.5 내지 15.0％

Zn은, 핫 스탬프에 의해, 강재의 표면에 Zn계 산화물(Zn 산화물, 또는 도금층이 Mg를 포함하는 경우에는 Zn-Mg 산화물도 포함함)을 형성하는 원소이다. 핫 스탬프 부재의 표면에 Zn 산화물이 존재하는 경우, 화성 처리성이 향상된다. 또한, Zn은, 희생 방식성 향상에 의한 도금층의 내식성의 향상에 기여하는 원소이기도 하다. 이들 효과를 얻기 위해, Zn 함유량을 0.5％ 이상으로 한다. Zn 함유량은, 바람직하게는 1.0％ 이상, 보다 바람직하게는 5.0％ 이상, 더욱 바람직하게는 7.0％ 이상이다.

한편, Zn 함유량이 15.0％를 초과하면, LME를 억제하는 것이 곤란해진다. 그 때문에, Zn 함유량을 15.0％ 이하로 한다. Zn 함유량은, 바람직하게는 10.0％ 이하이다.

Mg: 0 내지 10.0％

Mg는, 핫 스탬프 시, 강재의 표면에 Zn과 함께 Zn-Mg 산화물을 형성하여, 핫 스탬프 부재의 화성 처리성을 높이는 효과를 갖는 원소이다. 화성 처리성의 향상의 점에서는, Zn 산화물보다도 Zn-Mg 산화물의 쪽이 효과는 크다. Mg는 반드시 함유시킬 필요는 없지만, 상기의 효과를 얻기 위해 함유시켜도 된다. 상기 효과를 충분히 얻을 경우, Mg 함유량을 0.2％ 이상으로 하는 것이 바람직하다. Mg 함유량은, 보다 바람직하게는 0.5％ 이상, 더욱 바람직하게는 2.0％ 이상이다.

한편, 핫 스탬프 부재의 Mg 함유량을 10.0％ 초과로 하기 위해서는, 도금 강판의 Mg 함유량을 15.0％ 초과로 할 필요가 발생한다. 이 경우, 도금욕의 드로스 발생량이 증대하는 등, 제조상의 문제가 발생한다. 그 때문에, Mg 함유량을 10.0％ 이하로 한다. Mg 함유량은, 바람직하게는 7.0％ 이하, 보다 바람직하게는 5.0％ 이하이다.

Si: 0.05 내지 10.0％

Si는, 강판 상에 도금층을 형성함에 있어서, 강판과 도금층 사이에 형성되는 합금층이 과잉으로 두껍게 형성되는 것을 억제하여, 강판과 도금층의 밀착성을 높이는 효과를 갖는 원소이다. 또한, Mg와 함께 함유되는 경우에는, Mg와 화합물을 형성하여, 도장 후 내식성의 향상에 기여하는 원소이기도 하다. 상기 효과를 얻을 경우, Si 함유량을 0.05％ 이상으로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 0.1％ 이상, 보다 바람직하게는 1.0％ 이상이다.

한편, Si 함유량이 10.0％를 초과하면 도금층의 가공성이 저하된다. 따라서, Si 함유량을 10.0％ 이하로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 8.0％ 이하이다.

Fe: 20.0 내지 60.0％

Fe는 도금층을 형성할 때, 강재로부터 도금층으로 확산됨과 함께, 핫 스탬프 시에 강재로부터 도금층으로 확산되어, 도금층에 포함된다. Fe의 일부는, 도금층의 Al 등과 결합하여 합금화된다.

Fe 함유량이, 20.0％ 미만이면, 합금화되어 있지 않은 Al상이 도금층 중에 잔존하게 된다. 이 경우, 금형에 도금층이 부착되어, 제조성이 저하되는 경우가 있다.

한편, Fe 함유량이 60.0％ 초과이면, Fe 농도가 과잉이므로, 부식 환경에서 조기에 적녹을 발생하는 경우가 있다.

Ca: 0 내지 3.00％, Sb: 0 내지 0.50％, Pb: 0 내지 0.50％, Sr: 0 내지 0.50％, Sn: 0 내지 1.00％, Cu: 0 내지 1.00％, Ti: 0 내지 1.00％, Ni: 0 내지 1.00％, Mn: 0 내지 1.00％, Cr: 0 내지 1.00％, La: 0 내지 1.00％, Ce: 0 내지 1.00％, Zr: 0 내지 1.00％, Hf: 0 내지 1.00％에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계로 0 내지 5.00％

본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재의 도금층은, Ca, Sb, Pb, Sr, Sn, Cu, Ti, Ni, Mn, Cr, La, Ce, Zr, Hf 중 1종 또는 2종 이상을, 상기의 범위이면, 불순물로서, 또는 의도적으로 첨가함으로써 함유해도 된다.

Ca 함유량이 많으면 도금층 중에 CaZn₁₁상을 비롯한 Ca계 금속간 화합물이 생성되어, 내식성이 저하된다. 그 때문에, Ca 함유량은 3.00％ 이하로 한다.

한편, Ca가 도금층 중에 함유되면, Mg 함유량의 증가에 수반하여 도금 조업 시에 형성되기 쉬운 드로스의 형성량이 감소하여, 도금 제조성이 향상된다. 그 때문에, 3.00％ 이하의 범위이면, Ca를 함유시켜도 된다.

Sb 함유량, Sr 함유량, Pb 함유량이 과잉이 되면 도금욕의 점성이 상승하여, 도금욕의 건욕 자체가 곤란해지는 경우가 많아, 도금 성상이 양호한 도금 강판을 제조할 수 없다. 그 때문에, Sr 함유량을 0.50％ 이하, Sb 함유량을 0.50％ 이하, Pb 함유량을 0.50％ 이하로 한다.

Sr, Sb, Pb가 도금층 중에 함유되면, 도금층의 외관이 변화되고, 스팽글이 형성되어, 금속 광택의 향상이 확인된다. 그 때문에, 각각, 0.50％ 이하의 범위이면, 이들 원소를 함유시켜도 된다.

Sn은, Zn, Al, Mg를 포함하는 도금층에 있어서, Mg 용출 속도를 상승시키는 원소이다. Mg의 용출 속도가 상승하면, 평면부 내식성이 악화된다. 그 때문에, Sn 함유량을 1.00％ 이하로 한다.

Cu 함유량, Ti 함유량, Ni 함유량, Mn 함유량이 과잉이 되면 도금욕의 점성이 상승하여, 도금욕의 건욕 자체가 곤란해지는 경우가 많아, 도금 성상이 양호한 도금 강판을 제조할 수 없다. 그 때문에, 각 원소의 함유량을 각각 1.00％ 이하로 한다.

한편, 이들 원소는, 내식성의 향상에 기여하는 원소이다. 그 때문에, 1.00％ 이하의 범위이면 함유시켜도 된다.

La 함유량, Ce 함유량이 과잉이 되면, 도금욕의 점성이 상승하여, 도금욕의 건욕 자체가 곤란해지는 경우가 많아, 도금 성상이 양호한 도금 강재를 제조할 수 없다. 그 때문에, La 함유량, Ce 함유량을, 각각 1.00％ 이하로 한다.

Zr 함유량, Hf 함유량이 과잉이 되면, 내식성이 저하되는 경우가 있다. 그 때문에, Zr 함유량, Hf 함유량을 각각, 1.00％ 이하로 한다.

본 실시 형태에 관한 도금 강판의 도금층의 화학 조성은, 상기의 화학 조성을 갖고, 잔부가 Al 및 불순물로 이루어진다.

도금층의 화학 조성은, 다음 방법에 의해 측정한다.

먼저, 지철(강재)의 부식을 억제하는 인히비터를 함유한 산으로 도금층을 박리 용해한 산액을 얻는다. 다음으로, 얻어진 산액을 ICP 분석으로 측정함으로써, 도금층의 화학 조성을 얻을 수 있다. 산종은, 도금층을 용해할 수 있는 산이면, 특별히 제한은 없다. 화학 조성은 평균 화학 조성으로서 측정된다.

ICP 분석으로는, O는 분석할 수 없으므로, 상기의 화학 조성은, 도금층 중의 O의 존재를 고려하지 않는 원소의 함유량이다.

[조직]

본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재가 구비하는 도금층은, 도금층의 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 두께 방향에 수직인 방향(면 방향)으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의, Zn 산화물 및 Zn-Mg 산화물 중 1종 또는 2종으로 이루어지는 Zn계 산화물을 포함한다.

또한, 이 도금층은 두께 방향의 단면에 있어서, 도금층과 강재의 계면의 길이를 Le로 하고, 도금층의 상면으로부터, 상기의 사이즈를 갖는 Zn계 산화물을 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLi로 하고, Zn계 산화물의 도금층과 접하고 있는 부분을, 도금층의 상면으로부터 도금층과 강재의 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLai로 했을 때, ΣLi/Le≥0.10, 또한 ΣLai/ΣLi≥0.50이다.

Zn 산화물 및 Zn-Mg 산화물 중 1종 또는 2종으로 이루어지는 Zn계 산화물이, 도금층 중에 존재하면, 화성 처리를 행했을 때, 인산 아연 결정(Zn-Mg의 경우에는 Mg를 포함하는 인산 아연 결정)이 제막된다. 그 결과, 우수한 화성 처리성이 얻어진다.

단, 소정의 사이즈의 Zn계 산화물(Zn 산화물 또는 Zn-Mg 산화물)을 계면에 투영했을 때의 투영 길이가, 도금층과 강재의 계면의 길이에 대하여 작은(상면으로부터 보았을 때, 계면을 충분히 덮고 있지 않은) 경우에는, 화성 처리성의 향상 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 그 때문에, 두께 방향의 단면에서 보았을 때, 계면의 길이에 대해, 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 면 방향으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의 Zn계 산화물의 투영 길이의 합계(바꿔 말하면, 상방에 산화물이 존재하는 계면의 길이의 합계)의 비율을 0.10(10％) 이상으로 한다. 바람직하게는 0.30(30％) 이상, 보다 바람직하게는 0.50(50％) 이상이다.

또한, 도금층 중에 도금층의 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 두께 방향에 수직인 방향으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의, Zn 산화물 및 Zn-Mg 산화물 중 1종 또는 2종으로 이루어지는 Zn계 산화물이 포함되지 않는 경우에는, 화성 처리성이 저하되는 원인이 된다.

또한, 도금층 중에 Zn계 산화물이 포함되어 있어도, 도금층과 Zn계 산화물의 사이에 간극(공극)이 존재하면, 화성 처리 후에도, 화성 처리층과 도금층 사이에 간극이 남게 된다. 이 경우, 화성 처리층의 밀착성이 저하되어, 화성 결정 미형성 부분이 발생하기 쉬워진다.

그 때문에, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재가 구비하는 도금층에 있어서는, 산화물 중, 도금층과 접하고 있는 부분의 비율을 높인다. 산화물 중 도금층과 접하고 있는 부분의 비율에 대해서는, 구체적으로는 이하와 같이 산출한다.

먼저, 도금층의 두께 방향의 단면에 있어서, 도금층과 강재의 계면 전체의 길이를 Le로 하고, 도금층의 상면으로부터 Zn계 산화물을 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLi로 한다. 그리고, 산화물 중 도금층과 접하고 있는 부분을, 도금층의 상면 방향으로부터 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLai로 한다. 이 때문에, 산화물 중 도금층과 접하고 있는 부분의 비율을 높이면, ΣLi에 대한 ΣLai의 비율이 높아지게 된다.

「산화물 중 도금층과 접하고 있는 부분」이란, 산화물 전체로부터 「도금층과 접하고 있지 않은」 부분을 제외한 부분으로 한다. 산화물 중 도금층과 접하고 있지 않은 부분이란, 도금층과 Zn계 산화물 사이에 단면의 SEM 관찰에 있어서, 0.5㎜ 초과의 간극(공극)이 존재하는 부분으로 한다. 한편, 단면의 SEM 관찰에 있어서, 도금층과 Zn계 산화물 사이에 간극이 관찰되지 않거나, 또는 관찰되었다고 해도 간극이 0.5㎜ 이하이면, 산화물 중 도금층과 접하고 있는 부분으로 한다.

또한, 산화물 중 도금층과 접하고 있는 부분에 대해서, 산화물의, 두께 방향의 양측에 도금층이 존재하는 경우에는, 두께 방향의 양측에 있어서, 도금층과 산화물 사이에 간극이 0.5㎜ 이하(0을 포함함)인 것을 의미한다. 산화물의, 두께 방향의 한쪽에만 도금층이 존재하는 경우(산화물이 최표층으로 되어 있는 경우 등)에는, 도금층이 존재하는 방향에 있어서, 도금층과의 사이에 간극이 0.5㎜ 이하인 것을 의미한다. 즉, 산화물이 존재해도, 그 두께 방향에 있어서, 산화물과의 사이에 0.5㎜ 초과의 간극을 두고 도금층이 존재하는 부분은, ΣLai를 구할 때의 투영 길이를 측정하는 대상으로부터 제외된다.

도금층과 산화물 사이에 있어서의 이러한 간극은, Zn의 증발에 의해 발생한다고 생각된다.

본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재에서는, 후술하는 바와 같이 덴드라이트 중에 Zn상을 분산시키고, 도금층 내로의 산소 확산을 촉진함으로써, Zn(Mg를 포함하는 경우에는 Mg도)이 증발하기 전에, 이들 원소를 산화물로서 고정할 수 있다. 이 경우, 간극의 형성을 억제함으로써, ΣLai/ΣLi를 0.50(50％) 이상으로 할 수 있다.

ΣLai/ΣLi는, 바람직하게는 0.60 이상, 보다 바람직하게는 0.70 이상, 더욱 바람직하게는 0.80 이상이다.

도금층의 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 두께 방향에 수직인 방향으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의, Zn계 산화물(Zn 산화물 및/또는 Zn-Mg 산화물)은 이하의 방법으로 그 존재를 확인할 수 있다.

강재와 도금층의 계면을 포함하는 도금층의 단면을 관찰할 수 있도록, 시료를 채취하고, 수지 매립한 상태에서 도금 강판의 단면을 연마한다. 경면 마무리 연마 후, 주사형 전자 현미경(SEM) 관찰에서 SEM-EDS를 사용하여 원소 맵상을, 예를 들어 50㎛×50㎛의 시야에서 촬영한다. 얻어진 원소 맵상 중, O(산소)와 Zn이 공존하는 영역을 Zn 산화물, O와 Zn과 Mg가 공존하는 영역을 Zn-Mg 산화물이라고 판단한다. 본 방법에서 특정된 Zn 산화물 그리고 Zn-Mg 산화물의 치수를 측정함으로써, 도금층의 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 상기 두께 방향에 수직인 방향으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의, Zn계 산화물(Zn 산화물 및/또는 Zn-Mg 산화물)을 특정할 수 있다.

또한, 계면의 길이에 대한 투영 길이의 합계의 비율(ΣLi/Le)은 이하의 방법으로 구한다.

상술한 방법에 의해 Zn계 산화물을 동정한다. 그리고, 예를 들어 도 2에 도시한 바와 같이, 도금층(2) 중에 복수의 Zn계 산화물이 존재하는 경우, 측정 영역에 있어서의 강재(1)와 도금층(2)의 계면의 길이 Le에 대해, 각 Zn계 산화물을 도금층(2)의 상면으로부터 계면에 투영한 길이(L1, L2, L3, L4, L5(도면에서는 L1 내지 L5이지만, 개재물이 i개 있는 경우에는, L1 내지 Li)를 측정한다. L1 내지 L5를 합계한 값(ΣL5)(L1 내지 Li의 경우에는 ΣLi)을, 투영 길이의 합계로 한다. 단, 투영 부분이 중복되어 있는 부분에 대해서는, 길이의 합계로부터 공제한다(중복되어 있는 부분은 1회만 길이에 포함시킴).

투영 길이의 합계(ΣLi)를, 계면 길이(Le)로 나눔으로써, 계면의 길이에 대한 투영 길이의 합계의 비율(ΣLi/Le)을 얻는다.

한편, 산화물의 투영 길이에 차지하는, 산화물의 도금층과 접하고 있는 부분의 투영 길이의 비율(ΣLai/ΣLi)은 이하의 방법으로 구한다.

예를 들어 도 3에 도시한 바와 같이 도금층(2) 중에 복수의 Zn계 산화물(101)이 존재하는 경우, 산화물의 두께 방향의 양측(도면의 상하 방향)에 도금층이 존재하는 경우, 양측의, 도금층과의 사이에 간극이 관찰되지 않거나, 또는 간극이 관찰되어도 0.5㎜ 이하인(양측의 도금층과 접하고 있는) 부분의, 투영 길이(예를 들어 La1)를 얻는다. 또한, 산화물의 두께 방향의 한쪽에만 도금층이 존재하는 경우, 그 방향에 있어서, 도금층과의 사이에 간극이 관찰되지 않거나, 또는 간극이 관찰되어도 0.5㎜ 이하인(도금층과 접하고 있는) 부분의, 투영 길이(예를 들어 La2, La3)를 얻는다.

이들 La1, La2, La3, ㆍㆍㆍLai를 합계한 값을 ΣLai로 한다. 단, 투영 부분이 중복되어 있는 부분에 대해서는, 길이의 합계로부터 공제한다(중복되어 있는 부분은 1회만 길이에 포함시킴).

이 ΣLai와 상기의 방법으로 구한 ΣLi로부터, ΣLai/ΣLi를 산출한다.

또한, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재의 도금층(2)의 조직은, Fe-Al계 금속간 화합물, Fe-Al-Si계 금속간 화합물, Fe-Zn계 금속간 화합물을 포함하는 것이 바람직하다.

특히, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재에서는, 도금층이 Fe₂Al₅상을 포함하고, Fe₂Al₅상 중의 Zn 고용량이, 3.00 내지 8.00질량％인 것이 바람직하다. 이 경우, 내식성이 향상된다.

Mg계 IMC(금속간 화합물상)는 핫 스탬프 가공 시의 LME 균열을 피하는 관점에서 5면적％ 이하인 것이 바람직하다.

본 실시 형태에 있어서, 도금층에 있어서의 각 상의 면적률은, 이하의 방법으로 구한다.

먼저, 제작한 시료를 25㎜×25㎜의 크기로 절단하고, 수지 매립 후에 경면 마무리까지 연마한 후, 도금층 단면을 1500배의 배율로 SEM-EDS 원소 맵상을 얻는다. 원소 맵상은, 용융 도금층의 두께 전체가 시야에 들어가도록 촬영한다. 사진 촬영 위치는 랜덤하게 선택한다. 면적률의 계산 결과에 대응하여 촬영 위치를 임의로 재선택하면 안된다.

원소 맵상으로부터, 각 조직 및 각 상을 특정한다. 그리고, 컴퓨터 화상 해석에 의해, 전부의 단면 사진에 나타나 있는 각 조직 및 각 상의 전 단면적을 측정하고, 이것을 전부의 단면 사진에 나타나 있는 용융 도금층의 단면적으로 나눔으로써, 각 조직 및 각 상의 면적률을 산출한다.

<제조 방법>

다음으로, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재의 바람직한 제조 방법에 대해서 설명한다. 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재는, 제조 방법에 구애되지 않고 상기의 특징을 갖고 있으면 그 효과는 얻어진다. 그러나, 이하의 공정을 포함하는 방법에 의하면 안정적으로 제조할 수 있으므로 바람직하다.

(I) 강재를 도금욕에 침지하여 도금 원판으로 하는 도금 공정,

(II) 상기 도금 원판을 200℃ 이하의 온도역까지 냉각하는 냉각 공정,

(III) 상기 냉각 공정 후의 도금 원판을, 필요에 따라서 재가열하고, 100 내지 200℃의 온도역에서 100초 이상 유지하여 도금 강재를 얻는 유지 공정,

(IV) 상기 도금 강재를, 핫 스탬프하여, 핫 스탬프 부재를 얻는, 핫 스탬프 공정.

본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재의 바람직한 제조 방법에서는, (I) 내지 (III)에 의해, 소정의 화학 조성을 갖는 도금층을 갖고, 도금층의 조직이, Al과 Zn의 고용체인 α상을 포함하고, 상기 α상 중에, 입경이 10 내지 200㎚인 Zn상이 수 밀도로 10개/100㎛² 이상 함유되는 도금 강재를 얻을 수 있다. 이 도금 강재를, 핫 스탬프함으로써, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재가 얻어진다.

[도금 공정]

도금 공정에서는, 강재를 도금욕에 침지시킴으로써 강재의 표면에 도금층을 형성하여, 도금 원판으로 한다.

도금욕의 조성으로부터, 형성되는 도금층의 조성을 상정할 수 있으므로, 얻고자 하는 도금층의 화학 조성에 따라서 조정하면 된다.

도금 공정에 제공하는 강재는, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 JIS G 3131:2018에 기재된 열연 강판이나 JIS G 3141:2017에 기재된 냉연 강판을 사용할 수 있다.

또한, 도금 공정에 앞서, 강재에 환원 어닐링을 행해도 된다. 어닐링 조건에 대해서는 공지된 조건이어도 되고, 예를 들어 노점이 -10℃ 이상인 5％ H₂-N₂ 가스 분위기 하에서 750 내지 900℃로 가열하여, 30 내지 240초 유지한다.

도금욕 조성은, 질량％로, Zn: 1.0 내지 30.0％, Mg: 0 내지 10.0％, Si: 0.05 내지 10.0％, Fe: 0 내지 10.0％, 그리고 Ca: 0 내지 3.00％, Sb: 0 내지 0.50％, Pb: 0 내지 0.50％, Sr: 0 내지 0.50％, Sn: 0 내지 1.00％, Cu: 0 내지 1.00％, Ti: 0 내지 1.00％, Ni: 0 내지 1.00％, Mn: 0 내지 1.00％, Cr: 0 내지 1.00％, La: 0 내지 1.00％, Ce: 0 내지 1.00％, Zr: 0 내지 1.00％, 및 Hf: 0 내지 1.00％에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계로 0 내지 5.00％ 포함하고, 잔부가, Al 및 불순물로 이루어지는 것이 바람직하다.

이러한 도금욕에 침지함으로써, 도금욕에 가까운 화학 조성을 갖는 도금층을 구비한 도금 원판이 얻어진다. Zn, Mg, Fe의 함유량은 핫 스탬프 시의 가열에 따라 변화되기 때문에, 이 변화도 고려하여, 핫 스탬프 부재에서의 화학 조성을 상기와 같이 제어하므로, 도금 원판의 화학 조성을 제어하는 것이 바람직하다.

[냉각 공정]

냉각 공정에서는, 도금 공정 후의(도금욕으로부터 인상한) 도금 원판을, N₂ 등의 와이핑 가스로 도금 부착량을 조정한 후, 냉각한다.

냉각 시에는, 도금욕으로부터 인상한 후, 380℃까지의 평균 냉각 속도가 20℃/초 이상, 40℃/초 미만이 되도록 냉각하고(제1 냉각), 그 후, 380 내지 200℃의 평균 냉각 속도가 40℃/초 이상이 되도록, 200℃ 이하까지 냉각(제2 냉각)을 행한다.

380℃까지의(제1 냉각의) 평균 냉각 속도를 20℃/초 이상 40℃/초 미만으로 함으로써, α상 중에 Zn을 고용시킨다. 이에 의해, 이후에 행하는 유지 공정에서의, α상 중에 10 내지 200㎚의 Zn상의 형성이 촉진된다. 도금욕으로부터 인상한 후, 380℃까지의 평균 냉각 속도가 40℃/초 이상이면, 충분히 Zn을 고용시킬 수 없다. 한편, 평균 냉각 속도가 20℃/초 미만이면, 고온에서 Zn이 석출되어, 계속해서 행하는 유지 공정에서, 미세한 Zn상을 α상 중에 석출시킬 수 없다.

380 내지 200℃의 온도역의 평균 냉각 속도를 한정한 200℃ 이하까지의 냉각(제2 냉각)에 의해, 고용된 Zn상을 과포화 상태로 한 채로 200℃ 이하의 온도역까지 냉각한다. 이에 의해, 이후에 행하는 유지 공정에서의, α상 중에서의 10 내지 200㎚의 Zn상의 형성이 촉진된다.

이 온도역의 평균 냉각 속도가 40℃/초 미만이면, 도금 강재의 단계에서 α상 중으로의 미세한 Zn상의 석출이 불충분해져, 핫 스탬프 부재에 있어서, Zn계 산화물의 형성이 불충분해진다. 제2 냉각의 평균 냉각 속도는, 바람직하게는 60℃/초 이상이고, 보다 바람직하게는 70℃/초 이상이고, 더욱 바람직하게는 80℃/초 이상이다.

380 내지 200℃의 냉각의 냉각 개시 온도(제1 냉각과 제2 냉각의 전환의 온도)는 380℃에 가까운 쪽이 바람직하지만, 200℃까지의 평균 냉각 속도가 40℃/초 이상이 되는 것이면, 300 내지 380℃의 사이이면 된다.

[유지 공정]

유지 공정에서는, 냉각 공정 후의 도금 원판을, 100 내지 200℃의 온도역에서 100초 이상 유지하여 도금 강재를 얻는다. 유지 시에, 냉각 공정에 있어서, 100℃ 이하까지 냉각을 행한 경우 등, 필요에 따라서, 재가열을 행해도 된다.

상기의 냉각 후, 100 내지 200℃의 온도역에서 100초 이상 유지함으로써, α상 중에 10 내지 200㎚의 입경의 Zn상이 충분히 석출된다. 이 경우, 핫 스탬프 부재에 있어서, Zn계 산화물이 충분히 형성된다.

유지 온도가 낮거나, 또는 유지 시간이 짧은 경우에는, Zn상의 석출량이 불충분해져, 핫 스탬프 부재에 있어서, Zn계 산화물의 형성이 불충분해진다.

한편, 유지 온도가 높은 경우, α상 중에 10 내지 200㎚의 Zn상이 형성되기 어려워진다. 또한, 유지 시간이 길면 Zn상이 조대하게 성장하는 원인이 되므로, 유지 시간은 1000초 이하로 한다.

또한, 유지 공정은 냉각 공정(제1 냉각 및 제2 냉각)이 완료된 후, 5분 이내에 행하는 것이 바람직하다. 「냉각 공정이 완료」란, 강재의 온도가 200℃에 도달한 시점이다.

냉각 공정 완료 후, 유지 공정 개시까지의 시간이, 5분 초과이면, 준안정상인 α_R상의 석출이 개시되고, α상 중의 Zn상의 수밀도를 충족하는 것이 어려워진다.

냉각 공정 완료 후, 유지 공정 개시까지의 시간은, 바람직하게는 1분 이내이다.

[핫 스탬프 공정]

핫 스탬프 공정에서는, 상기의 공정을 거쳐서 얻어진 도금 강판을 가열하고, 성형과 함께 또는 성형 후에 냉각한다.

핫 스탬프 공정에서는, 강판에 소정의 강도를 부여하기 위해, 예를 들어 840℃ 내지 1000℃로 가열하고, 1 내지 4분간 유지한 후, 금형으로 프레스 성형하고 급랭한다.

실시예

도금에 제공하는 강판으로서, 판 두께 1.6㎜의 냉연 강판(0.2％C-2.0％Si-2.3％Mn)을 준비하였다.

이 강판을 100㎜×200㎜로 절단한 후, 배치식의 용융 도금 시험 장치를 사용하여, 어닐링 및 용융 도금을 계속 행하였다.

어닐링 시에는, 산소 농도가 20ppm 이하인 노 내에 있어서, H₂ 가스를 5％ 함유하고, 잔부가 N₂로 이루어지는 가스로 이루어지고, 노점 0℃인 분위기 하에서, 860℃에서 120초간 어닐링을 행하였다.

어닐링 후, 강판을 N₂ 가스로 공랭하여, 강판 온도가 욕온+20℃에 도달한 시점에서, 표 1에 나타내는 욕온의 도금욕에 약 3초간 침지시켰다.

도금층이 형성된 도금 원판에 대해, N₂ 가스로 도금의 부착량을 40 내지 80g/㎡로 조정한 후, 표 1에 나타내는 조건에서 냉각하였다. 그 후, 필요에 따라서 재가열을 행하고, 표 1에 나타내는 조건에서 유지를 행하였다. 강판의 온도는 도금 원판 중심부에 스폿 용접한 열전대를 사용하여 측정하였다.

또한, 얻어진 도금 강재에 대해, 900℃로 설정한 대기 분위기의 머플로에 도금 강재를 삽입한 후, 4분 경과 후에 취출하고, 평판 금형으로 프레스하고 급랭하는 핫 스탬프를 행하여, 핫 스탬프 부재를 얻었다.

얻어진 핫 스탬프 부재에 있어서, 상술한 방법으로, 도금층의 화학 조성, 도금층의 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 두께 방향에 수직인 방향(면 방향)으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의 Zn계 산화물(Zn 산화물 및/또는 Zn-Mg 산화물)이 포함되는지 여부, 포함되는 경우에는, Zn계 산화물의 강재와의 계면에 있어서의 투영 길이 비율 ΣLi/Le, ΣLai/ΣLi를 조사하였다. 결과를 표 1 및 표 2에 나타낸다.

또한, 이들 핫 스탬프 부재에 대해, 이하의 조건에서 스폿 용접을 행하고, 용접부의 단면을 관찰하여, 균열(LME 균열)의 길이로 평가하였다.

즉, 표에 기재된 No.1 내지 26 핫 스탬프 부재로부터 50㎜×50㎜(×판 두께)의 샘플을 채취하고, 동일한 사이즈의 시판 중인 합금화 용융 아연 도금 강판과 겹쳐, 타각이 7°(강판 표면에 수직인 방향으로부터의 전극의 축방향의 어긋남), 하중이 400kgf가 되도록, 통전 전극을 압박하여, 전류 패턴을, 너깃 직경이 3.5×√t 내지 5.5×√t(t: 판 두께)가 되도록 설정하여 스폿 용접을 행하였다. 통전 전극에는 JIS 규격에 있어서의 DR6φ형의 Cu-Cr 전극을 사용하였다.

스폿 용접 후, 타각을 마련한 방향과 평행하게, 강판의 판 두께 방향의 판 두께 방향 단면을 관찰할 수 있도록 절단하였다. 절단 후, 기계 연마와 화학 연마에 의해 경면 연마로 마무리한 용접부의 단면을 광학 현미경으로 관찰하여, 내측 균열의 LME 균열 길이를 측정하였다.

균열의 유무, 길이에 따라 이하와 같이 판단하고, AA 또는 A이면 내LME성이 우수하다고 판단하였다.

(평가)

AA: 균열 없음

A: 균열 길이 100㎛ 이하

B: 균열 길이 100㎛ 초과

또한, 핫 스탬프 부재로부터, 50㎜×100㎜(×판 두께)의 샘플을 채취하고, 이 샘플에, 인산 아연 처리를 (SD5350 시스템: 닛폰 페인트ㆍ인더스트리얼 코딩사제 규격)에 따라 실시하고, 화성 처리 피막을 형성시켰다.

이 화성 처리 피막이 형성된 도금 강판의 표면을 SEM 관찰함으로써, 화성 처리 피막의 미형성 부분(lack of hiding)의 비율(면적％)을 측정하였다.

화성 처리 피막의 미형성 부분의 비율에 따라, 이하와 같이 판단하고, AA 또는 A이면 화성 처리성이 우수하다고 판단하였다.

AA: 5％ 이하

A: 5％ 초과, 10％ 이하

B: 10％ 초과

또한, 얻어진 핫 스탬프 부재에 내식성(도장 후 내식성)을 평가하였다.

즉, 핫 스탬프 부재로부터 50×100㎜의 샘플을 채취하고, Zn 인산 처리(SD5350 시스템: 닛폰 페인트ㆍ인더스트리얼 코딩사제 규격)를 실시하고, 그 후, 전착 도장(PN110 파워 닉스(등록 상표) 그레이: 닛폰 페인트ㆍ인더스트리얼 코딩사제 규격)을 두께가 20㎛가 되도록 실시하여, 베이킹 온도 150℃, 20분으로 베이킹을 행하였다. 그 후, 전착 도막에 지철에 도달하는 커트를 도입하여, JASO 시험에 제공하였다. JASO 시험에 있어서의 90사이클 시점에서의 도막 팽창 폭이 1㎜ 이하이면 「A」라고 평가하고, 1㎜ 초과이면 「B」라고 평가하였다.

또한, 얻어진 핫 스탬프 부재의 스폿 용접성으로서, 스폿 용접 시의 적정 전류 범위를 평가하였다.

즉, 핫 스탬프 부재의 평면부로부터 50㎜×50㎜(×판 두께)의 샘플을 채취하고, 이 샘플 2매의 도금면끼리를 겹쳐, 전극간의 가압력이 200kgf가 되도록 가압하여 밀착시킨 채, 용접 전류를 0.5kA 간격으로 4 내지 12kA 변화시켜서 스폿 용접을 실시하였다. 전원은 단상 교류(50Hz), 통전 시간은 12사이클로 하였다. 스폿 용접기에는 DENGENSHA제의 Resister welder를 사용하고, 전극에는 돔 래디어스형의 Cr-Cu 전극(선단 직경 φ6㎜)을 사용하였다.

스폿 용접 후, 용접부의 단면 광학 현미경 관찰로부터 너깃 직경을 측정하고, 용접 전류와 너깃 직경의 관계(웰드 로브)를 조사하였다.

또한, 너깃 직경이 4√t 이상이 되는 전류값(너깃 형성 전류)을 하한, 더스트 발생하는 전류값(더스트 발생 전류)을 상한으로 하여, 적정 전류 범위(단위: kA)를 측정하였다.

이 적정 전류 범위의 폭에 따라, 이하와 같이 평가하였다.

AA: 2kA 이상

A: 1 내지 2kA 미만

B: 1kA 미만

표 1 내지 표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 소정의 화학 조성을 갖고, 도금층이, 도금층의 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 두께 방향에 수직인 방향으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의, Zn 산화물 및 Zn-Mg 산화물 중 1종 또는 2종으로 이루어지는 Zn계 산화물을 포함하고, ΣLi/Le≥0.10, ΣLai/ΣLi≥0.50인, No.2 내지 No.7, No.9 내지 No.19에 대해서는, 화성 처리성 또는 스폿 용접 시의 내LME성이 우수하다. 이에 반해, 도금층의 화학 조성, Zn계 산화물의 존재 상태 중 1개 이상이 본 발명 범위로부터 벗어난 비교예 No.1, No.8, No.20 내지 No.26에 대해서는, 화성 처리성 또는 스폿 용접 시의 내LME성이 떨어졌다.

또한, 발명예 중, No.2 내지 19에 대해서는, Fe₂Al₅상 중의 Zn의 고용량이 3.00질량％ 이상의 바람직한 범위에 있으므로, 내식성도 우수하였다.

또한, No.3 내지 19에 대해서는, Zn 산화물 또는 Zn-Mg 산화물과 도금층의 밀착 투영 길이 비율 ΣLai/ΣLi가 0.60 이상으로 바람직한 범위에 있으므로, 적정 전류 범위도 넓었다.

1: 강재
2: 도금층
101: Zn계 산화물

Claims

강재와,
상기 강재 상에 형성된 도금층
을 구비하고,
상기 도금층이, 질량％로,
Zn: 0.5 내지 15.0％,
Mg: 0 내지 10.0％,
Si: 0.05 내지 10.0％,
Fe: 20.0 내지 60.0％, 그리고
Ca: 0 내지 3.00％,
Sb: 0 내지 0.50％,
Pb: 0 내지 0.50％,
Sr: 0 내지 0.50％,
Sn: 0 내지 1.00％,
Cu: 0 내지 1.00％,
Ti: 0 내지 1.00％,
Ni: 0 내지 1.00％,
Mn: 0 내지 1.00％,
Cr: 0 내지 1.00％,
La: 0 내지 1.00％,
Ce: 0 내지 1.00％,
Zr: 0 내지 1.00％, 및
Hf: 0 내지 1.00％,
에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 합계로 0 내지 5.00％ 포함하고,
잔부가 Al 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고,
상기 도금층은, 상기 도금층의 두께 방향으로 1.0㎛ 이상 10.0㎛ 이하, 또한 상기 두께 방향에 수직인 방향으로 0.1㎛ 이상의 사이즈의, Zn 산화물 및 Zn-Mg 산화물 중 1종 또는 2종으로 이루어지는 Zn계 산화물을 포함하고,
상기 도금층의 상기 두께 방향의 단면에 있어서, 상기 도금층과 상기 강재의 계면의 길이를 Le로 하고, 상기 도금층의 상면으로부터, 상기 Zn계 산화물을 상기 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLi로 하고, 상기 Zn계 산화물의 상기 도금층과 접하고 있는 부분을, 상기 도금층의 상면으로부터 상기 계면에 투영한 길이의 총합을 ΣLai로 했을 때, 이하의 식 (1) 및 식 (2)를 충족하는,
것을 특징으로 하는, 핫 스탬프 부재.
ΣLi/Le≥0.10 (1)
ΣLai/ΣLi≥0.50 (2)
제1항에 있어서,
상기 화학 조성에 있어서, 질량％로,
Mg: 0.2 내지 7.0％인,
핫 스탬프 부재.
제1항에 있어서,
상기 화학 조성에 있어서, 질량％로,
Mg: 3.0 내지 7.0％,
Zn: 7.0 내지 15.0％인,
핫 스탬프 부재.