KR20230155536A - 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 부재 - Google Patents

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KR20230155536A
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oxide
steel sheet
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유키 스즈키
겐타 우에니시
소시 후지타
마사히로 후다
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율이 60% 이상인 표면 처리 피막을, 강판의 적어도 한쪽 표면의 전체면에 갖는 핫 스탬프용 강판이며, 상기 표면 처리 피막은, 카본 블랙과, Zr 산화물, Zn 산화물, 및 Ti 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 산화물을 함유하고, 또한 상기 카본 블랙 및 상기 산화물은, 상기 표면 처리 피막의 전체에 분산되어 존재하고, 상기 표면 처리 피막은, 실리카의 함유량이 0 내지 0.3g/m2이며, 상기 카본 블랙 및 상기 산화물의 부착량을 각각 XCB(g/m2), XOxide(g/m2)라 할 때, 하기 식을 만족시키는 것이다. 118.9≤24280/{6700/(100+76×XCB)+18000/(130+65×XOxide)}≤332.0

Description

핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 부재
본 발명은 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 부재에 관한 것이다.
근년, 환경 보호 및 지구 온난화의 방지를 위해, 화학 연료의 소비를 억제하는 요청이 높아지고 있고, 이 요청은, 다양한 제조업에 대하여 영향을 주고 있다. 예를 들어, 이동 수단으로서 매일의 생활이나 활동에 없어서는 안 되는 자동차에 대해서도 예외는 아니고, 차체의 경량화 등에 의한 연비의 향상 등이 요구되고 있다. 그러나, 자동차에서는 단순히 차체의 경량화를 실현하는 것은 안전성의 저하로 이어질 가능성이 있으므로, 제품 품질상 허용되지 않는다. 그 때문에, 차체의 경량화를 행하는 경우에는, 적절한 안전성을 확보할 필요가 있다.
자동차의 구조의 대부분은, 철, 특히 강판으로 형성되어 있어, 강판의 중량을 저감시키는 것이, 차체의 경량화에 있어서 중요하다. 또한, 이러한 강판에 대한 요청은, 자동차 제조업뿐만 아니라, 다양한 제조업에서도 마찬가지로 이루어지고 있다. 이러한 요청에 대하여, 단순히 강판의 중량을 저감시키는 것이면, 강판의 판 두께를 얇게 하는 것을 생각할 수 있다. 그러나, 강판의 판 두께를 얇게 하는 것은, 구조물이 강도의 저하로 이어진다. 그 때문에, 근년, 강판의 기계적 강도를 높임으로써, 그 이전에 사용되고 있던 강판보다 얇게 해도 강판에 의해 구성되는 구조물의 기계적 강도를 유지 또는 높이는 것이 가능한 강판에 대하여, 연구 개발이 행해지고 있다.
일반적으로, 높은 기계적 강도를 갖는 재료는, 굽힘 가공 등의 성형 가공에 있어서, 형상 동결성이 저하되는 경향이 있다. 그 때문에, 복잡한 형상으로 가공하는 경우, 가공 그 자체가 곤란해진다. 이 성형성에 관한 문제를 해결하는 수단 중 하나로서, 소위 「핫 스탬프법(열간 프레스법, 핫 프레스법, 고온 프레스법, 다이 ??치법이라고도 불림.)」을 들 수 있다. 이 핫 스탬프법에서는, 성형 대상인 재료를 고온으로 가열하여 오스테나이트라고 불리는 조직으로 변태(오스테나이트화)시켜, 가열에 의해 연화된 강판에 대하여 프레스 가공을 행하여 성형하고, 성형 후에 냉각한다. 이 핫 스탬프법에 따르면, 재료를 일단 고온으로 가열하여 연화시키므로, 그 재료를 용이하게 프레스 가공할 수 있다. 또한, 성형 후의 냉각에 의한 ??칭 효과에 의해, 재료의 기계적 강도를 높일 수 있다. 따라서, 이 핫 스탬프법에 의해, 양호한 형상 동결성과 높은 기계적 강도를 가진 성형품을 얻을 수 있다.
예를 들어 이하의 특허문헌 1에는, 합금화 용융 아연 도금 강판을 핫 스탬프법에 의해 가공함으로써, 자동차 부재로서 이용 가능한 성형품을 제조하는 기술이 개시되어 있다. 또한, 이하의 특허문헌 2, 특허문헌 3에는, 탄소 안료 등의 유기물을 주체로 하는 피막을 알루미늄 도금 강판의 상층에 부여함으로써 원하는 온도까지 가열하기 위한 시간을 앞당기는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2003-126921호 공보 일본 특허 공개 제2011-149084호 공보 일본 특허 공표 제2017-518438호 공보
여기서, 특허문헌 1에 기재된 핫 스탬프법은, 가공 대상으로 하는 강판을 Ac3점 이상까지 가열할 필요가 있기 때문에, 강판을 원하는 온도까지 가열하기 위한 시간을 확보하지 않으면 안 되어, 생산성의 향상에 개선의 여지가 있었다. 또한, 특허문헌 2 및 특허문헌 3에 기재된 방법에서는, 피막에 함유되는 탄소 안료 등이 모두 유기물이기 때문에, 750℃ 이상의 고온에서는 소실되어 버려, 생산성 향상에 개선의 여지가 남아 있었다.
그래서, 본 발명은 상기 문제에 비추어 이루어진 것으로, 본 발명의 목적으로 하는 바는, 핫 스탬프 부재의 생산성을 보다 향상시키는 것이 가능하고, 외관이 우수하고, 또한 스폿 용접성이 우수한 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 부재를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들이 예의 검토한 결과, 강판이 Ac3점 이상의 원하는 온도까지 가열될 때의 승온 속도를 증가시킬 수 있으면, 가열 시간의 단축을 도모할 수 있어, 생산성의 향상에 기여할 수 있다는 것에 상도하였다. 또한, 외관이 우수하고, 스폿 용접성이 우수한 핫 스탬프용 강판에 상도하였다.
이러한 지견에 기초하여 완성된 본 발명의 요지는, 이하와 같다.
[1] 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율이 60% 이상인 표면 처리 피막을, 강판의 적어도 한쪽 표면의 전체면에 갖고, 상기 표면 처리 피막은, 카본 블랙과, Zr 산화물, Zn 산화물, 및 Ti 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 산화물을 함유하고, 또한 상기 카본 블랙 및 상기 산화물은, 상기 표면 처리 피막의 전체에 분산되어 존재하고, 상기 표면 처리 피막은, 실리카의 함유량이 0 내지 0.3g/m2이며, 상기 카본 블랙 및 상기 산화물의 부착량을 각각 XCB(g/m2), XOxide(g/m2)라 할 때, 하기 식 (1)을 만족시키는, 핫 스탬프용 강판.
118.9≤24280/{6700/(100+76×XCB)+18000/(130+65×XOxide)}≤332.0 … 식 (1)
[2] 상기 표면 처리 피막은, 상기 카본 블랙을 5.0 내지 40.0체적% 함유하고, 상기 산화물을 1.0 내지 30.0체적% 함유하는, [1]에 기재된 핫 스탬프용 강판.
[3] 상기 카본 블랙의 부착량 XCB(g/m2)와 상기 산화물의 부착량 XOxide(g/m2)의 비율 XOxide/XCB는, 0.20 이상 200.00 이하인, [1] 또는 [2]에 기재된 핫 스탬프용 강판.
[4] 상기 카본 블랙의 부착량 XCB는, 0.030g/m2 이상, 상기 산화물의 부착량 XOxide는, 0.030g/m2 이상인, [1] 내지 [3] 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 강판.
[5] 상기 표면 처리 피막의 700℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율은, 60% 이상인, [1] 내지 [4] 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 강판.
[6] 상기 핫 스탬프용 강판의 편면 또는 양면에 있어서, 상기 강판의 기재와 상기 표면 처리 피막 사이에, 금속 도금층을 갖는 [1] 내지 [5] 중 어느 하나에 기재된 핫 스탬프용 강판.
[7] 강판의 적어도 한쪽 표면의 전체면에, 표면 처리 피막을 갖고, 상기 표면 처리 피막은, Zr 산화물, Zn 산화물, 및 Ti 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 산화물을 함유하고, 또한 상기 산화물의 부착량 XOxide는, 0.030g/m2 이상이며, 상기 표면 처리 피막은, 실리카의 함유량이 0 내지 0.3g/m2인, 핫 스탬프 부재.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 핫 스탬프 부재의 생산성을 보다 향상시키는 것이 가능하고, 외관이 우수하고, 또한 스폿 용접성이 우수한 핫 스탬프용 강판이 얻어진다.
이하에, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명한다.
(핫 스탬프용 강판)
이하에서 설명하는, 본 발명의 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판은, 핫 스탬프 부재를 제조하는 데 있어서, 이러한 강판을 가열할 때의 승온 속도를 증가시킴으로써, 핫 스탬프 부재의 생산성을 향상시키고, 또한 외관 및 스폿 용접성의 향상을 도모하는 것이 가능한 것이다. 이러한 핫 스탬프용 강판은, 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율이 60% 이상인 표면 처리 피막을, 강판의 적어도 한쪽 표면의 전체면에 갖고 있다. 본 실시 형태에서는, 상기와 같이 강판의 적어도 한쪽 표면의 전체면에 표면 처리 피막을 부여함으로써, 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율을 60% 이상으로 높일 수 있어, 이러한 강판이 가열될 때의 승온 속도를 증가시킬 수 있다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판에 있어서, 모재가 되는 강판(모재 강판)의 종류는, 특별히 한정되는 것은 아니다. 이러한 강판으로서, 예를 들어, 각종 열연 강판, 냉연 강판, 및 도금 강판을 들 수 있다. 도금 강판에는, 예를 들어 용융 알루미늄 도금, 용융 아연 도금, 합금화 용융 아연 도금, 전기 아연 도금 등이 실시된 강판이 있지만, 핫 스탬프에 적용할 수 있는 것이면, 이들 도금 강판에 한정되는 것은 아니다.
종래, 자동차용 골격 부품 등으로서 사용되는 강판의 대부분은, 열연 강판이나 냉연 강판, 또는 알루미늄이나 아연 등의 도금이 실시된 도금 강판이었다. 이들 강판은, 방사율이 낮기 때문에, 파장 8.0㎛ 전후의 복사 가열에 대한 승온 속도는 낮다.
본 실시 형태에서는, 강판의 적어도 한쪽 표면의 전체면에 특정 표면 처리 피막을 부여함으로써, 핫 스탬프 가열 시의 가열 속도를 높인다. 가열 후의 강판을 핫 스탬프함으로써, 강판의 전체면을 재빨리 ??칭하여 ??칭 조직(마르텐사이트 조직)으로 하는 것을 가능하게 한다.
본 실시 형태에서는, 강판의 적어도 한쪽 표면의 전체면에 대하여, 방사율이 높은 표면 처리 피막을 부여한다. 표면 처리 피막을 부여하는 구체적인 방법으로서는, 도장·라미네이트 등의 방법이 있지만, 이들 방법에 한정되는 것은 아니다. 상기와 같은 표면 처리 피막은, 강판의 편면에만 부여해도 되고, 강판의 양면에 부여해도 된다. 표면 처리 피막을 부여한 영역의 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율은, 60% 이상이다. 표면 처리 피막을 부여한 영역의 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율은, 바람직하게는 70% 이상이고, 더욱 바람직하게는 80% 이상이다.
또한, 방사율의 측정법은, 일본 산업 규격의 JIS R 1801(2002)에 기재된 바와 같이 실시하는 것이 가능하다. 이 경우, 푸리에 변환 적외 분광 광도계에 시료를 세트하고, 25℃에서 파장 8.0㎛에서의 방사 강도를 측정하여, 방사율을 산출한다.
또한, 측정 파장을 8.0㎛로 설정한 방사 온도계를 사용하여, 25℃에 있어서 주목하는 부위의 방사 강도를 측정하고, 흑체의 방사 강도에 대한 비로부터 방사율을 산출하는 것도 가능하다.
도장에 의해 강판 표면의 전체면에 표면 처리 피막을 부여할 때에는, 예를 들어 카본 블랙 및 금속 산화물을 포함하는 유기계 혹은 무기계의 처리액을, 강판 표면의 전체면에 롤 코터나 커튼 코터나 잉크젯으로 도장한 후에, 처리액 중의 휘발 성분을 건조시킴으로써 표면 처리 피막을 부여할 수 있다.
특히 잉크젯에 의한 도장에서는, 막 두께를 연속적으로 변경하는 것도 가능하다.
<표면 처리 피막>
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판에 있어서, 표면 처리 피막을 부여한 측의 표면의 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율은, 60% 이상이다. 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율이 60% 미만이 되면, 복사 가열을 효율적으로 이용하는 것이 곤란해지기 때문에, 승온 속도의 증가를 도모할 수 없다. 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율은, 80% 이상인 것이 바람직하다. 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율이 80% 이상이 됨으로써, 복사 가열을 한층 더 효율적으로 이용하는 것이 가능하게 되어, 승온 속도의 더한층의 증가가 가능하게 된다. 또한, 표면 처리 피막을 부여한 측의 표면의 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율은, 높으면 높을수록 좋고, 그 상한값을 규정하는 것은 아니며, 100%여도 된다.
25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율을 60% 이상으로 하기 위해, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막은, 이하에서 상세하게 설명하는 카본 블랙 및 특정 금속 산화물을 함유한다. 또한, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막은, 필요에 따라, 바인더 성분이나 각종 첨가제 등을 더 함유해도 된다. 또한, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막은, 실리카를 함유하고 있지 않아도 되고, 어떤 범위 내에서 실리카를 함유하고 있어도 된다. 카본 블랙 및 금속 산화물 등의 함유량이나, 표면 처리 피막의 막 두께 등을 조정함으로써, 원하는 방사율을 실현하는 것이 가능하게 된다.
보다 상세하게는, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막은, 카본 블랙과, Zr 산화물, Zn 산화물, 및 Ti 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 산화물을 함유하고, 또한 카본 블랙 및 상기 산화물은, 표면 처리 피막의 전체에 분산되어 존재하고 있다. 또한, 카본 블랙의 부착량을 XCB(g/m2)로 나타내고, 산화물의 부착량을 XOxide(g/m2)로 나타낼 때, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막은, 하기 식 (1)로 표시되는 관계를 만족시킨다.
118.9≤24280/{6700/(100+76×XCB)+18000/(130+65×XOxide)}≤332.0 … 식 (1)
상기 (식 1)은 승온 속도(℃/s)의 증가의 배율(%)과, 카본 블랙 및 산화물의 부착량의 관계식을 규정한 것이다. 보다 상세하게는, 승온 속도의 증가 배율에 관하여, 700℃까지의 범위에서는 카본 블랙이 열흡수재로서 기능하고, 700℃ 이상의 범위에서는, 이러한 온도역에서도 잔존하는 Zr 산화물, Zn 산화물, Ti 산화물이 열흡수재로서 기능하는 것을, 정식화한 것이다.
앞서 간단히 언급한 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막은, 카본 블랙 및 특정 산화물을 함유하는 처리액을 강판의 표면에 도포함으로써, 형성할 수 있다. 그 결과, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막에서는, 카본 블랙 및 산화물이, 표면 처리 피막의 전체에 분산되어 존재하게 된다. 카본 블랙 및 산화물이, 표면 처리 피막의 전체에 분산되어 존재함으로써, 표면 처리 피막의 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율을, 피막 전체에서 균일한 것으로 할 수 있다. 그 결과, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판을 가열할 때, 표면 처리 피막의 전체를 불균일 없이 신속히 가열하는 것이 가능하게 된다.
이러한 카본 블랙 및 산화물의 분포 상태는, 표면 처리 피막을, 전자 프로브 마이크로 애널라이저(Electron Probe Micro Analyzer: EPMA)에 의해, 카본 블랙에서 유래하는 원소(예를 들어, C)나, 산화물에서 유래하는 원소(즉, Zr, Zn, Ti)에 대하여 면 분석함으로써, 확인할 수 있다.
또한, 카본 블랙을 함유하는 처리액, 및 산화물을 함유하는 처리액을 별개로 준비하고, 이들 처리액을 따로따로 도포함으로써 적층 피막을 형성한 경우에는, 카본 블랙 및 산화물은, 피막의 전체에 분산되어 존재하게 되지는 않는다. 또한, 이와 같이 복수의 처리액을 사용하여 피막을 형성하고자 하면, 1층째의 피막이 형성된 후에 2층째의 피막을 형성해야 하기 때문에, 제조 설비가 대형화됨과 함께, 제조 비용도 증가해 버린다.
또한, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막은, 카본 블랙의 부착량 XCB 및 산화물의 부착량 XOxide가 상기 식 (1)로 표시되는 관계를 만족시킴으로써, 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율이 60% 이상이 되어, 승온 속도의 증가 정도가 현저하게 된다. 상기 식 (1)의 중앙의 항으로 규정되는 값이 118.9 미만이 되는 경우에는, 카본 블랙 및 산화물의 부착량이 부족하여, 상기와 같은 방사율을 실현할 수 없다. 상기 식 (1)의 중앙의 항으로 규정되는 값은, 바람직하게는 119.0 이상이고, 보다 바람직하게는 170.0 이상이고, 더욱 바람직하게는 220.0 이상이다. 한편, 상기 식 (1)의 중앙의 항으로 규정되는 값이 332.0을 초과하는 경우에는, 피막의 밀착성이 저하되기 때문에 바람직하지 않다. 상기 식 (1)의 중앙의 항으로 규정되는 값은, 바람직하게는 330.0 이하이고, 보다 바람직하게는 310.0 이하이고, 더욱 바람직하게는 300.0 이하이다.
여기서, 표면 처리 피막에 있어서의 카본 블랙의 부착량 XCB는, 투과형 전자 현미경(Transmission Electron Microscope: TEM)을 사용한 표면 처리 피막의 단면 분석에 의해, 이하와 같이 하여 측정하는 것이 가능하다. 즉, 막 두께×5㎛로 표시되는 영역의 범위에 대하여, TEM-EDS 분석으로 단면 분석하여, 표면 처리 피막의 막 두께와, 탄소 함유율이 70질량% 이상이 되는 입자가 차지하는 면적률을 측정한다. 막 두께를 d(㎛)라 하고, 면적률을 a(%)라 했을 때, d×a로 표시되는 값이, 카본 블랙의 부착량 XCB(g/m2)가 된다.
또한, 표면 처리 피막에 있어서의 Zr, Zn, Ti 중 적어도 1종의 원소의 산화물의 부착량 XOxide는, Zr 산화물, Zn 산화물, Ti 산화물(즉, ZrO2, ZnO, TiO2)이 금속 Zr, 금속 Zn, 금속 Ti로서 단위 면적당 부착되어 있는 양을 의미한다. 이들 산화물의 부착량 XOxide는, 형광 X선 분석 장치(RIGAKU사제, ZSX Primus)를 사용하여, 표면 처리 피막의 표면으로부터 원소 분석하여, 금속 Zr, 금속 Zn 및 금속 Ti를 정량함으로써 구할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판은, 상기와 같은 특징을 가짐으로써, 700℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율을, 60% 이상으로 하는 것이 가능하게 된다. 이하, 상기와 같은 방사율의 실현에 있어서 특징적인, 표면 처리 피막이 함유하는 물질에 대하여, 보다 상세하게 설명한다.
≪카본 블랙≫
강판의 표면 중, 표면 처리 피막이 부여된 측에 있어서, 표면 처리 피막에 있어서의 카본 블랙의 부착량 XCB는, 0.030g/m2 이상인 것이 바람직하다. 부착량 XCB를 0.030g/m2 이상으로 함으로써 700℃까지의 영역에 있어서의 승온 속도를, 확실하게 크게 하는 것이 가능하게 된다. 부착량 XCB는, 보다 바람직하게는 0.100g/m2 이상이다. 한편, 부착량 XCB의 상한값은, 상기 식 (1)에 의해 정해지는 값이 된다. 부착량 XCB는, 바람직하게는 0.800g/m2 이하이고, 보다 바람직하게는 0.600g/m2 이하이다.
또한, 표면 처리 피막은, 카본 블랙을 5.0 내지 40.0체적% 함유하는 것이 보다 바람직하다. 카본 블랙은, 700℃까지의 영역에 있어서 특히 승온 속도를 크게 하는 효과가 있다. 강판의 조도나 파상도, 혹은, 피막 형성 시에 처리액 중의 물 등의 휘발성 성분이 휘발하는 속도차 등등에 의해, 표면 처리 피막의 두께가 국소적으로 상이한 경우가 있다. 이때, 카본 블랙의 함유량이 5.0체적% 이상임으로써, 카본 블랙에 의해 검게 보이는 부분과 그 이외의 부분에서의 차를 억제하여 의장성을 유지할 수 있어, 외관상 바람직하다. 한편, 표면 처리 피막 중의 카본 블랙 함유량이 40.0체적% 이하임으로써, 핫 스탬프 가열한 후의 도료 밀착성의 저하를 억제할 수 있다. 그 메커니즘은 명확하지는 않지만, 잔존한 카본 블랙 또는 카본 블랙의 산화물 등에서 유래하는 화합물의 잔존을 억제함으로써, 도료와 기재의 결합이 방해받는 것이 억제되어 있는 것으로 추정된다.
또한, 카본 블랙의 주성분이 탄소, 수소, 산소이기 때문에, 카본 블랙은, 고온으로 가열됨으로써 소실된다. 그 때문에, 표면 처리 피막 중에 카본 블랙을 함유시킴으로써, 도장 후 밀착성 등의 핫 스탬프 후의 성능을 유지할 수 있다.
카본 블랙의 함유량이 5.0체적% 이상임으로써, 표면 처리 피막의 하층에 위치하는 강판 또는 도금층의 산화가 억제되기 때문에, 도료(처리제)를 도포했을 때의 반응성이 확보되어 강고한 결합이 이루어져, 도료 밀착성이 유지된다. 또한, 방사율을 높일 수 있어, 승온 속도를 크게 할 수 있다. 표면 처리 피막 중의 카본 블랙 함유량은, 8.0체적% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 표면 처리 피막 중의 카본 블랙 함유량을 8.0체적% 이상으로 함으로써, 한층 더 승온 속도를 높이는 것이 가능하게 된다. 한편, 표면 처리 피막 중의 카본 블랙 함유량이 40.0체적% 이하임으로써, 방사율을 높이는 효과를 충분히 얻으면서, 피막 비용의 상승을 억제할 수 있다. 표면 처리 피막 중의 카본 블랙 함유량은, 30.0체적% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 표면 처리 피막 중의 카본 블랙 함유량을 30.0체적% 이하로 함으로써, 피막 비용을 한층 더 억제하는 것이 가능하게 된다.
≪금속 산화물≫
강판의 표면 중, 표면 처리 피막이 부여된 측에 있어서, 표면 처리 피막에 있어서의 Zr 산화물, Zn 산화물, 및 Ti 산화물의 합계의 부착량 XOxide는, 0.030g/m2 이상인 것이 바람직하다. 부착량 XOxide를 0.030g/m2 이상으로 함으로써 700℃ 이상의 영역에 있어서의 승온 속도를, 확실하게 크게 하는 것이 가능하게 된다. 부착량 XOxide는, 보다 바람직하게는 0.060g/m2 이상이다. 한편, 부착량 XOxide의 상한값은, 상기 식 (1)에 의해 정해지는 값이 된다. 부착량 XOxide는, 바람직하게는 0.500g/m2 이하이고, 보다 바람직하게는 0.300g/m2 이하이다.
또한, 표면 처리 피막은, Zr 산화물, Zn 산화물, 및 Ti 산화물을, 합계로 1.0 내지 30.0체적% 함유하는 것이 보다 바람직하다. 이들 원소의 산화물(즉, Zr, Zn, Ti의 금속 산화물)은 카본 블랙의 효과가 작아지는 700℃ 이상의 고온으로 가열된 경우에도, 표면 처리 피막 중에 잔존한다. 그 결과, 표면 처리 피막이 부여된 부위에 있어서, 이들 금속 산화물이 700℃ 이상의 고온에서 강판 표면 또는 도금 표면에 비하여 높은 방사율이기 때문에, 가열 분위기로부터의 복사열에 의한 입열량이 커진다. 이에 의해, 700℃ 이상의 고온 하에서도 승온 속도를 크게 하는 효과를 유지하는 것이 가능하게 된다. 이들 금속 산화물의 함유량이 1.0체적% 이상임으로써, 승온 속도를 높이는 효과를 충분히 얻을 수 있다. 이들 금속 산화물의 함유량은, 3.0체적% 이상인 것이 더욱 바람직하다. 한편, 이들 금속 산화물의 함유량이 30.0체적% 이하임으로써, 피막 비용을 억제할 수 있어, 경제적으로 바람직하다. 이들 금속 산화물의 함유량은, 25.0체적% 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 표면 처리 피막 중에서의 카본 블랙이나 금속 산화물 등의 각종 화합물의 함유율(체적%)은 시료를 수지에 매립한 후, 연마에 의해 단면을 주사형 전자 현미경(SEM)으로 관찰하여, 단면에 차지하는 면적률로부터 산출할 수 있다. 또한, 화합물은, SEM에 부속된 EDX 기능을 사용하여 정량 분석함으로써 추정할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막에 있어서, 상기의 카본 블랙의 부착량 XCB(g/m2)와 산화물의 부착량 XOxide(g/m2)의 비율 XOxide/XCB는, 0.20 이상 200.00 이하인 것이 바람직하다. 비율 XOxide/XCB가 상기의 범위 내가 됨으로써, 표면 처리 피막이 부여된 부위의 보다 적절한 가열이 가능하게 된다. 비율 XOxide/XCB는, 보다 바람직하게는 0.40 내지 10.00이고, 더욱 바람직하게는 0.60 내지 5.00이다.
또한, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막에는, 상기 카본 블랙 및 금속 산화물 이외에, 각종 바인더 성분이나 첨가제를 함유시킬 수 있다.
≪바인더 성분≫
본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막에 함유될 수 있는 바인더 성분은, 수분산성 또는 수용해성의 수지인 것이 바람직하다. 수분산성 또는 수용해성의 수지에서 선택되는 바인더 성분의 함유량은, 표면 처리 피막의 전체 체적에 대하여, 40체적% 이상인 것이 바람직하다.
수분산성 또는 수용해성의 수지에서 선택되는 바인더 성분으로서는, 수분산성 또는 수용해성을 나타내는 공지된 각종 수지를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 수분산성 또는 수용해성을 나타내는 수지로서, 예를 들어, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 불소 수지, 폴리아미드 수지, 폴리올레핀 수지, 실란 커플링제를 가수 분해·축중합하여 얻어지는 폴리머 화합물 등을 들 수 있다. 이러한 바인더 성분은, 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리올레핀 수지, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 불소 수지 및 폴리아미드 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상인 것이, 보다 바람직하다. 또한, 바인더 성분으로서 복수의 수지를 사용하는 경우, 사용한 복수의 수지의 합계 함유량을, 바인더 성분의 함유량으로서 취급한다.
또한, 바인더 성분으로서 폴리우레탄 수지를 사용하는 경우, 폴리우레탄 수지는, 폴리에테르계의 폴리우레탄 수지인 것이 바람직하다. 폴리에테르계의 폴리우레탄 수지를 사용함으로써 폴리에스테르계의 폴리우레탄 수지와 비교하여, 산이나 알칼리에 의한 가수 분해의 발생을 방지할 수 있기 때문이며, 폴리카르보네이트계의 폴리우레탄 수지와 비교하여, 단단하여 부서지기 쉬운 피막의 형성을 억제함으로써, 가공 시의 밀착성이나 가공부의 내식성을 담보할 수 있기 때문이다.
폴리우레탄 수지가 함유되어 있는지 여부는, 적외 분광법에 의해 얻어지는 적외 흡수 스펙트럼에 있어서, 3330cm-1(N-H 신축), 1730cm-1(C=O 신축), 1530cm-1(C-N), 1250cm-1(C-O)의 특성 흡수가 관측되는지 여부에 기초하여, 판단할 수 있다. 또한, 폴리우레탄 수지의 함유량에 대해서도, 미리 함유량이 이미 알려진 샘플을 사용하여, 함유량과 특성 흡수의 강도의 관계를 나타낸 검량선을 작성해 둠으로써, 얻어진 특성 흡수의 강도로부터 함유량을 특정할 수 있다.
또한, 상기의 폴리우레탄 수지 이외의 수지에 대해서도, 각 수지에 특유한 관능기에서 유래하는 특성 흡수에 주목함으로써, 상기 폴리우레탄 수지와 마찬가지로, 함유의 유무 및 함유량을 판단하는 것이 가능하다.
≪첨가제≫
본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막에는, 본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위에서, 피막 형성 전의 처리액 제작 시의 첨가제로서, 레벨링제, 수용성 용제, 금속 안정화제, 에칭 억제제 등과 같은 각종 첨가제를 함유시키는 것이 가능하다.
레벨링제로서는, 비이온계 또는 양이온계의 계면 활성제로서, 예를 들어, 폴리에틸렌옥사이드 또는 폴리프로필렌옥사이드 부가물이나, 아세틸렌글리콜 화합물 등을 들 수 있다.
수용성 용제로서는, 예를 들어 에탄올, 이소프로필알코올, t-부틸알코올 및 프로필렌글리콜 등의 알코올류, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르 등의 셀로솔브류, 아세트산에틸, 아세트산부틸 등의 에스테르류, 아세톤, 메틸에틸케톤 및 메틸이소부틸케톤 등의 케톤류 등을 들 수 있다.
금속 안정화제로서는, 예를 들어 EDTA(에틸렌디아민4아세트산), DTPA(디에틸렌트리아민5아세트산) 등의 킬레이트 화합물을 들 수 있다.
에칭 억제제로서는, 예를 들어 에틸렌디아민, 트리에틸렌펜타민, 구아니딘 및 피리미딘 등의 아민 화합물류를 들 수 있다.
또한, 상기의 바인더 성분이나 첨가제의 함유량에 대해서도, 카본 블랙이나 금속 산화물의 경우와 마찬가지로 하여, 측정하는 것이 가능하다.
≪실리카≫
본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막은, 앞서 언급한 바와 같이, 실리카를 함유하고 있지 않아도 되고, 어떤 범위 내에서 실리카를 함유하고 있어도 된다. 보다 상세하게는, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 피막에 있어서, 실리카의 함유량은, 0 내지 0.3g/m2이다. 실리카를 0.3g/m2을 초과하여 함유하는 경우, 온도 상승 효과를 기대할 수 없는 한편 고비용이 되기 때문에, 경제성의 점에서 바람직하지 않다. 또한, 실리카는 전기 전도성이 낮은 물질이기 때문에, 실리카를 0.3g/m2을 초과하여 함유하는 경우, 핫 스탬프 후의 용접성의 점에서 바람직하지 않다. 실리카를 함유시키는 경우에 있어서의 표면 처리 피막의 실리카 함유량은, 작으면 작을수록 좋다. 표면 처리 피막의 실리카 함유량은, 보다 바람직하게는 0.10g/m2 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.05g/m2 이하이다.
≪표면 처리 피막의 막 두께≫
이상과 같은 성분을 함유하는 표면 처리 피막의 막 두께는, 예를 들어 0.5 내지 5.0㎛로 하는 것이 바람직하다. 표면 처리 피막의 막 두께를 상기의 범위 내로 함으로써, 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율에 대하여, 보다 확실하게 60% 이상으로 할 수 있다. 표면 처리 피막의 막 두께는, 보다 바람직하게는, 1.0 내지 3.0㎛이다.
<금속 도금층>
본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판은, 이러한 핫 스탬프용 강판의 편면 또는 양면에 있어서, 모재 강판과 상기 표면 처리 피막 사이의 적어도 일부에, 금속 도금층을 갖는 것이 바람직하다. 금속 도금층을 가짐으로써, 핫 스탬프 후의 도장 후 내식성을 한층 더 향상시킬 수 있다. 또한, 금속 도금층이 존재함으로써, 핫 스탬프 시에, 가열에 의해 철 스케일이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 철 스케일은, 가열로를 오염시키거나, 반송을 위해 사용되는 롤에 부착되거나 하기 때문에, 제조상의 부하가 된다. 그 때문에, 철 스케일이 생성된 경우에는, 철 스케일을 제거하기 위해 쇼트 블라스트 등의 공정이 필요하게 되어, 경제상 바람직하지 않다.
금속 도금층의 종별은, 특별히 한정되지 않는다. 이러한 금속 도금층을 구성하는 금속 도금으로서는, 예를 들어 알루미늄 도금, Al-Si 도금, 아연 도금, 합금화 아연 도금, Zn-Ni 도금, Zn-Al-Mg 도금, Zn-Al-Mg-Si 도금 등이 있다.
또한, 금속 도금층을 형성시키는 방법은, 용융 도금법, 전기 도금법, 물리 증착, 화학 증착 등을 들 수 있지만, 특별히 한정되는 것은 아니다.
<모재 강판>
다음으로, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 모재 강판은, 핫 스탬프법에 적합하게 이용 가능한 강판이라면, 특별히 제한은 없다. 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판에 적용 가능한 강판으로서, 예를 들어, 화학 성분이 질량%로, C: 0.10 내지 0.40%, Si: 0.01 내지 0.60%, Mn: 0.50 내지 3.00%, P: 0.05% 이하, S: 0.020% 이하, Al: 0.10% 이하, Ti: 0.01 내지 0.10%, B: 0.0001 내지 0.0100%, N: 0.010% 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 강판을 예시할 수 있다. 또한, 모재 강판의 형태로서는, 예를 들어 열연 강판이나 냉연 강판 등의 강판을 예시할 수 있다. 이하, 모재 강판의 화학 성분에 대하여, 상세하게 설명한다. 또한, 이하의 모재 강판의 화학 성분에 관한 설명에 있어서, 「%」의 표기는, 특별히 언급이 없는 한 「질량%」를 의미한다.
[C: 0.10 내지 0.40%]
C는, 목적으로 하는 기계적 강도를 확보하기 위해 함유된다. C 함유량이 0.10% 이상임으로써, 충분한 기계적 강도의 향상이 얻어지고, C를 함유하는 효과가 충분히 얻어진다. 그 때문에, C 함유량은, 0.10% 이상인 것이 바람직하다. C 함유량은, 보다 바람직하게는 0.20% 이상이다. 한편, C 함유량이 0.40% 이하임으로써, 강판의 강도를 경화 향상시키면서, 신율, 드로잉의 저하를 억제할 수 있다. 그 때문에, C 함유량은, 0.40% 이하인 것이 바람직하다. C 함유량은, 보다 바람직하게는 0.35% 이하이다.
[Si: 0.01 내지 0.60%]
Si는, 기계적 강도를 향상시키는 강도 향상 원소 중 하나이며, C와 마찬가지로, 목적으로 하는 기계적 강도를 확보하기 위해 함유된다. Si 함유량이 0.01% 이상임으로써, 강도 향상 효과가 충분히 발휘되어, 충분한 기계적 강도의 향상이 얻어진다. 그 때문에, Si 함유량은, 0.01% 이상인 것이 바람직하다. Si 함유량은, 보다 바람직하게는 0.10% 이상이다. 한편, Si는 산화 용이성 원소이기도 하기 때문에, Si 함유량이 0.60% 이하임으로써, 강판 표층에 형성된 Si 산화물의 영향으로 인한, 용융 Al 도금을 행할 때의 습윤성의 저하가 억제되어, 무도금의 발생을 억제할 수 있다. 그 때문에, Si 함유량은, 0.60% 이하인 것이 바람직하다. Si 함유량은, 보다 바람직하게는 0.40% 이하이다.
[Mn: 0.50 내지 3.00%]
Mn은, 강을 강화시키는 강화 원소 중 하나이며, ??칭성을 높이는 원소 중 하나이기도 하다. 또한, Mn은, 불순물 중 하나인 S에 의한 열간 취성을 방지하는 데에도 유효한 원소이다. Mn 함유량이 0.50% 이상임으로써, 이들 효과가 충분히 얻어진다. 그 때문에, 상기 효과를 확실하게 발현시키기 위해, Mn 함유량은, 0.50% 이상인 것이 바람직하다. Mn 함유량은, 보다 바람직하게는 0.80% 이상이다. 한편, Mn은 오스테나이트 형성 원소이기 때문에, Mn 함유량이 3.00% 이하임으로써, 잔류 오스테나이트상이 너무 많아지지 않아, 강도의 저하가 억제된다. 그 때문에, Mn 함유량은, 3.00% 이하인 것이 바람직하다. Mn 함유량은, 보다 바람직하게는 1.50% 이하이다.
[P: 0.05% 이하]
P는, 강 중에 포함되는 불순물이다. P 함유량이 0.05% 이하임으로써, 강판에 포함되는 P가 강판의 결정립계에 편석하여 핫 스탬프된 성형체의 모재의 인성을 저하시키는 것을 억제할 수 있어, 강판의 내 지연 파괴성의 저하를 억제할 수 있다. 그 때문에, P 함유량은 0.05% 이하인 것이 바람직하고, P 함유량은 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.
[S: 0.020% 이하]
S는, 강 중에 포함되는 불순물이다. S 함유량이 0.020% 이하임으로써, 강판에 포함되는 S가 황화물을 형성하여 강판의 인성을 저하시키는 것을 억제할 수 있어, 강판의 내 지연 파괴성의 저하를 억제할 수 있다. 그 때문에, S 함유량은 0.020% 이하인 것이 바람직하고, S 함유량은 가능한 한 적게 하는 것이 바람직하다.
[Al: 0.10% 이하]
Al은, 일반적으로 강의 탈산 목적으로 사용된다. 한편, Al 함유량이 0.10% 이하임으로써, 강판의 Ac3점의 상승이 억제되기 때문에, 핫 스탬프 시에 강의 ??칭성 확보에 필요한 가열 온도를 저감시킬 수 있어, 핫 스탬프 제조상 바람직하다. 따라서, 강판의 Al 함유량은, 0.10% 이하가 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.05% 이하이고, 더욱 바람직하게는 0.01% 이하이다.
[Ti: 0.01 내지 0.10%]
Ti는, 강도 강화 원소 중 하나이다. Ti 함유량이 0.01% 이상임으로써, 강도 향상 효과나 내산화성 향상 효과가 충분히 얻어진다. 그 때문에, 상기 효과를 확실하게 발현시키기 위해, Ti 함유량은, 0.01% 이상인 것이 바람직하다. Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.03% 이상이다. 한편, Ti 함유량이 0.10% 이하임으로써, 예를 들어 탄화물이나 질화물의 형성이 억제되어, 강의 연질화를 억제할 수 있어, 목적으로 하는 기계적 강도를 충분히 얻을 수 있다. 따라서, Ti 함유량은, 0.10% 이하인 것이 바람직하다. Ti 함유량은, 보다 바람직하게는 0.08% 이하이다.
[B: 0.0001 내지 0.0100%]
B는, ??칭 시에 작용하여 강도를 향상시키는 효과를 갖는다. B 함유량이 0.0001% 이하임으로써, 이러한 강도 향상 효과가 충분히 얻어진다. 그 때문에, B 함유량은, 0.0001% 이상인 것이 바람직하다. B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0010% 이상이다. 한편, B 함유량이 0.0100% 이하임으로써, 개재물의 형성이 저감되어 강판의 취화가 억제되어, 피로 강도의 저하를 억제할 수 있다. 그 때문에, B 함유량은, 0.0100% 이하인 것이 바람직하다. B 함유량은, 보다 바람직하게는 0.0040% 이하이다.
[N: 0.010% 이하]
N은, 강 중에 포함되는 불순물이다. N 함유량이 0.010% 이하임으로써, 강판에 포함되는 N에 의한 질화물의 형성이 억제되어, 강판의 인성 저하를 억제할 수 있다. 또한, 강판 중에 B가 함유되는 경우에, 강판에 포함되는 N이 B와 결합하여 고용 B양을 감소시키는 것이 억제되어, B의 ??칭성 향상 효과의 저하를 억제할 수 있다. 그 때문에, N 함유량은, 0.010% 이하인 것이 바람직하고, N 함유량은 가능한 한 적게 하는 것이 보다 바람직하다.
또한, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 모재 강판은, 추가로, 임의 첨가 원소로서, Cr, Mo, Ni, Co, Cu, Mo, V, Nb, Sn, W, Ca, REM, O, Sb와 같은 원소를 함유해도 된다.
[Cr: 0 내지 1.00%]
Cr은, 강판의 ??칭성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 얻기 위해서는, Cr 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cr 함유량을 1.00% 이하로 함으로써, 그 효과를 충분히 얻으면서, 비용의 상승을 억제할 수 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 Cr 함유량은, 1.00% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Ni: 0 내지 2.00%]
[Co: 0 내지 2.00%]
Ni 및 Co는, 강의 ??칭성을 높이고, 또한 ??칭 후의 강판 부재의 강도를 안정적으로 확보하는 것을 가능하게 하는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발현시키기 위해서는, Ni 함유량을 0.10% 이상으로 하는 것이 바람직하고, Co 함유량을 0.10% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Ni 함유량 및 Co 함유량이 각각 2.00% 이하임으로써, 상기의 효과를 충분히 얻으면서, 경제성을 높일 수 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 Ni 함유량은, 2.00% 이하로 하는 것이 바람직하고, Co 함유량은 2.00% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Cu: 0 내지 1.000%]
Cu는, 강의 ??칭성을 높이고, 또한 ??칭 후의 강판 부재의 강도를 안정적으로 확보하는 것을 가능하게 하는 원소이다. 또한, Cu는, 부식 환경에 있어서 내공식성을 향상시킨다. 이러한 효과를 충분히 발현시키기 위해서는, Cu 함유량을 0.100% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Cu 함유량이 1.000% 이하임으로써, 상기의 효과를 충분히 얻으면서, 경제성을 높일 수 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 Cu 함유량은, 1.000% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Mo: 0 내지 1.00%]
Mo는, 강의 ??칭성을 높이고, 또한 ??칭 후의 강판 부재의 강도를 안정적으로 확보하는 것을 가능하게 하는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발현시키기 위해서는, Mo 함유량을 0.10% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Mo 함유량이 1.00% 이하임으로써, 상기의 효과를 충분히 얻으면서, 경제성을 높일 수 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 Mo 함유량은, 1.00% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[V: 0 내지 1.00%]
V는, 강의 ??칭성을 높이고, 또한 ??칭 후의 강판 부재의 강도를 안정적으로 확보하는 것을 가능하게 하는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발현시키기 위해서는, V 함유량을 0.10% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, V 함유량이 1.00% 이하임으로써, 상기의 효과를 충분히 얻으면서, 경제성을 높일 수 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 V 함유량은, 1.00% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Nb: 0 내지 1.00%]
Nb는, 강의 ??칭성을 높이고, 또한 ??칭 후의 강판 부재의 강도를 안정적으로 확보하는 것을 가능하게 하는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발현시키기 위해서는, Nb 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Nb 함유량이 1.00% 이하임으로써, 상기의 효과를 충분히 얻으면서, 경제성을 높일 수 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 Nb 함유량은, 1.00% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Sn: 0 내지 1.00%]
Sn은, 부식 환경에 있어서 내공식성을 향상시키는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발현시키기 위해서는, Sn 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, Sn 함유량이 1.00% 이하임으로써, 입계 강도의 저하가 억제되어, 인성의 저하를 억제할 수 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 Sn 함유량은, 1.00% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[W: 0 내지 1.00%]
W는, 강의 ??칭성을 높이고, 또한 ??칭 후의 강판 부재의 강도를 안정적으로 확보하는 것을 가능하게 하는 원소이다. 또한, W는, 부식 환경에 있어서 내공식성을 향상시킨다. 이러한 효과를 충분히 발현시키기 위해서는, W 함유량을 0.01% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 한편, W 함유량이 1.00% 이하임으로써, 상기의 효과를 충분히 얻으면서, 경제성을 높일 수 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 W 함유량은, 1.00% 이하로 하는 것이 바람직하다.
[Ca: 0 내지 0.010%]
Ca는, 강 중의 개재물을 미세화하여, ??칭 후의 인성 및 연성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발현시키기 위해서는, Ca 함유량을 0.001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.002% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, Ca 함유량이 0.010% 이하임으로써, 그 효과를 충분히 얻으면서, 비용을 억제할 수 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 Ca 함유량은, 0.010% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.004% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
[REM: 0 내지 0.30%]
REM은, Ca와 마찬가지로 강 중의 개재물을 미세화하여, ??칭 후의 인성 및 연성을 향상시키는 효과를 갖는 원소이다. 이러한 효과를 충분히 발현시키기 위해서는, REM 함유량을 0.001% 이상으로 하는 것이 바람직하고, 0.002% 이상으로 하는 것이 보다 바람직하다. 한편, REM 함유량이 0.30% 이하임으로써, 그 효과를 충분히 얻으면서, 비용을 억제할 수 있다. 그 때문에, 함유시키는 경우의 REM 함유량은, 0.30% 이하로 하는 것이 바람직하고, 0.20% 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.
여기서, REM은, Sc, Y 및 란타노이드의 합계 17 원소를 가리키고, 상기 REM의 함유량은, 이들 원소의 합계 함유량을 의미한다. REM은, 예를 들어 Fe-Si-REM 합금을 사용하여 용강에 첨가되고, 이 합금에는, 예를 들어 Ce, La, Nd, Pr이 포함된다.
[O: 0.0070% 이하]
O는 필수 원소는 아니고, 예를 들어 강 중에 불순물로서 함유된다. O는, 산화물을 형성하여 파괴의 기점이 되는 등 강판의 특성 열화를 초래하는 원소이다. 또한, 강판의 표면의 근방에 존재하는 산화물은, 표면 흠의 원인이 되어, 외관 품위를 열화시키는 경우도 있다. 이 때문에, O 함유량은 낮으면 낮을수록 좋다. 특히, O 함유량을 0.0070% 이하로 함으로써, 특성의 열화를 억제할 수 있기 때문에, O 함유량은 0.0070% 이하가 바람직하다. O 함유량의 하한은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 0%로 해도 되지만, 실제 조업상, 정련상의 O 함유량의 실질적인 하한은 0.0005%이다.
[Sb: 0.100% 이하]
Sb 함유량의 하한은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 0%로 해도 된다. Sb는 도금의 습윤성이나 밀착성을 향상시키는 데 유효한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해, Sb는 0.001% 이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, Sb 함유량을 0.100% 이하로 함으로써, 제조 시에 발생하는 흠을 억제하고, 또한 인성의 저하를 억제할 수 있다. 그 때문에, Sb의 함유량은, 0.100% 이하인 것이 바람직하다
상기 성분 이외의 잔부는, Fe 및 불순물이다. 모재 강판은, 그 밖에, 제조 공정 등에서 혼입되어 버리는 불순물을 포함해도 된다. 이러한 불순물로서는, 예를 들어 Zn(아연)을 들 수 있다.
이상, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판의 모재 강판의 화학 성분의 일례에 대하여, 상세하게 설명하였다.
상기의 화학 성분을 갖는 강판의 표면 처리 피막을 부여한 부위는, 핫 스탬프법에 의한 가열·??칭에 의해, 약 1000MPa 이상의 인장 강도를 갖는 핫 스탬프 부재로 할 수 있다. 또한, 핫 스탬프법에 있어서는, 고온에서 연화된 상태에서 프레스 가공을 행할 수 있으므로, 용이하게 성형할 수 있다.
<핫 스탬프 부재의 제조>
자동차용의 골격 부품에 예시되는 각종 핫 스탬프 부재는, 상기와 같은 표면 처리 피막이 적어도 한쪽 표면의 전체면에 부여된 핫 스탬프용 강판을 사용하여 제조할 수 있다.
먼저, 예를 들어 코일상의 강판 등의 금속 소재의 적어도 한쪽 표면의 전체면에 대하여 표면 처리 피막을 부여한다. 그리고, 절단이나 프레스로 펀칭하는 등의 각종 가공을 실시함으로써, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판을 얻는다. 또한, 절단이나 프레스로 펀칭하거나 한 강판에 표면 처리 피막을 부여하는 것에 의해서도, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프용 강판을 얻을 수 있다. 또한, 표면 처리 피막의 막 두께를 변화시킴으로써, 방사율을 연속적으로 변화시킬 수 있다.
예를 들어 이상과 같이 하여 표면 처리 피막을 부여한 핫 스탬프용 강판을, 핫 스탬프한다. 가열 장치로서는, 예를 들어 전기 가열로, 가스 가열로나, 원적외로, 적외선 히터를 구비한 통상의 가열 장치 등이 있다. 표면 처리 피막을 부여하여 방사율을 높인 측의 면은, 복사에 의한 전열 효과가 커서 승온 속도가 빠르기 때문에, 금속 조직이 오스테나이트상으로 변태하는 Ac3점 이상의 온도 이상까지, 신속히 승온된다. 이에 의해, 본 실시 형태에 관한 핫 스탬프 부재의 제조 방법에서는, 가열 시간의 단축을 도모함으로써, 핫 스탬프 부재의 생산성을 보다 향상시킬 수 있다. 본 실시 형태에서는, 구체적인 가열 조건에 대해서는, 특별히 한정되는 것은 아니며, 사용하는 가열 장치 등을 적절하게 제어하면 된다.
다음으로, 가열한 강판을, 성형 및 냉각한다. 강재의 금속 조직이 오스테나이트상으로 변태하는 Ac3점 온도 이상까지 승온된 부위는, ??칭되어 강도가 높아진다. 이에 의해, ??칭에 의해 강도가 향상된 핫 스탬프 부재를 얻을 수 있다.
전술한 바와 같이, 표면 처리 피막의 막 두께를 변화시킴으로써 승온 속도도 연속적으로 변화하는 것을 이용하여, 경도도 연속적으로 변화시키는 것이 가능하게 된다. 표면 처리 피막의 막 두께가 큰 부위는, 승온 속도가 크기 때문에 가장 많이 오스테나이트화가 진행되고, 냉각 시의 ??칭 시에 마르텐사이트의 생성으로 인해, 강도가 높아진다. 한편, 막 두께가 작은 부위에서는, 가열 시의 오스테나이트상 비율이 낮아지고, 두꺼운 부위에 비하면 마르텐사이트의 생성량이 적어지기 때문에 강도가 낮아진다.
<핫 스탬프 부재>
이상과 같이 하여 얻어지는 핫 스탬프 부재는, 강판의 적어도 한쪽 표면의 전체면에, 표면 처리 피막을 갖고 있다. 이러한 표면 처리 피막은, Zr 산화물, Zn 산화물, 및 Ti 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 산화물을 함유하고, 또한 산화물의 부착량 XOxide는, 0.030g/m2 이상이다. 또한, 이러한 표면 처리 피막은, 실리카의 함유량이 0 내지 0.3g/m2이다. 핫 스탬프 부재의 소재로서 사용된 핫 스탬프용 강판의 표면 처리 피막 중에 존재한 카본 블랙은, 핫 스탬프의 공정을 거침으로써 소실되고, 상기 금속 산화물이 잔존하게 된다. 핫 스탬프 부재의 표면 처리 피막 중에 존재하는 산화물의 부착량 XOxide는, 소재로서 사용된 핫 스탬프용 강판의 표면 처리 피막 중의 산화물의 부착량에 의존하지만, 그 상한값은, 대략 0.600g/m2이다.
실시예
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명하지만, 실시예에 있어서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위해 채용한 하나의 조건 예에 지나지 않고, 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 있다.
모재 강판으로서는, 높은 기계적 강도(인장 강도, 항복점, 신율, 드로잉, 경도, 충격값, 피로 강도 등의 기계적인 변형 및 파괴에 관한 여러 성질을 의미함.)를 갖는 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 이하의 실시예에 나타낸 핫 스탬프용 강판에 사용된, 도금 전의 모재 강판의 화학 성분을, 이하의 표 1에 나타낸다.
[표 1]
Figure pct00001
표 1에 나타낸 화학 성분을 갖는 모재 강판(강 No.S1 내지 S18)에 대하여, 표면 처리 피막을 부여하였다. 보다 상세하게는, 각 모재 강판에 대하여, 폭 100mm×길이 200mm, 판 두께 1.2mm의 강판을 준비하고, 일부의 강판에 대해서는, 금속으로 도금한 후, 표면 처리 피막을 편면 또는 양면의 전체면에 걸쳐 부여하였다. 일부의 강판에 대해서는, 비교를 위해, 표면 처리 피막을 부여하지 않았다.
바인더 성분인 수계 아크릴 수지에 더하여, 시판중인 카본 블랙이나, TiO2, ZrO2, ZnO, Fe2O3, Fe3O4, CuO, SiO2, TiC, TiN, SiC, SiN 등의 화합물을 적어도 1종 이상 첨가한 수계 처리액을, 모재 강판의 표면에 산업용 잉크젯 프린터를 사용하여 도포하고, 건조시킴으로써 표면 처리 피막을 부여하였다. 또한, 일부의 수계 처리액에는, 상기 성분에 더하여, 추가로 실리카를 함유시켰다. 또한, 일부의 검증 예에서는, 카본 블랙을 첨가한 수계 처리액과, 금속 산화물을 첨가한 수계 처리액을 따로따로 준비하고, 각 처리액을 적층시켰다. 표면 처리 피막의 막 두께는 1.0 내지 2.5㎛의 범위 내로 하고, 양면에 부여하는 경우에는 양면 모두 동종의 피막을 부여하였다.
그 후, 표면 처리 피막을 부여한 강판의 중심부, 및 표면 처리 피막을 부여하지 않은 강판의 중심부에 각각 열전대를 접속하여, 각 위치의 온도를 측정할 수 있도록 하였다. 그리고, 설정 온도 920℃의 전기 가열로에 있어서 강판을 가열하고, 피막을 부여한 강판이 880℃에 도달한 시점에서, 가열로로부터 강판을 취출하였다. 강판을 평금형으로 급속하게 냉각하여, 핫 스탬프 부재를 얻었다.
방사 온도계를 사용하여, 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의, 표면 처리 피막을 부여한 강판의 중심부에 있어서의 방사 강도를 측정하고, 흑체의 방사 강도에 대한 비로부터 방사율(%)을 산출하였다.
또한, 일부의 모재 강판에는, 용융 도금법에 의해 Al-10질량% Si 도금, Zn 도금, Zn-11질량% Al-3질량% Mg-0.2질량% Si, 및 Al 도금, 전기 도금법에 의해 Zn-3질량% Ni 도금을 실시한 후에, 상기의 표면 처리 피막을 부여하였다. 용융 도금법의 경우, 도금욕에 모재 강판을 침지시킨 후, 가스 와이핑법으로 부착량을 편면당 70g/m2으로 조정하였다. 전기 도금법의 경우, 편면 부착량을 20g/m2으로 조정하였다.
표면 처리 피막을 부여한 부위의 피막 조성, 및 승온 속도를 조사하고, 일부의 실시예에서는, 또한, 외관, 핫 스탬프 후 스폿 용접성, 도료 밀착성, 핫 스탬프 후 도막 내식성을 조사하였다.
각 평가 항목의 평가 방법은, 이하와 같이 하였다.
(1) 승온 속도
(평점)
각 강판에 마련된 열전대로부터 얻어진 온도 변화와, 전기 가열로에 있어서의 가열 시간으로부터, 각 강판에서의 승온 속도를 산출하여, 평가를 행하였다. 상세하게는, 실온부터 910℃에 도달할 때까지의 승온 속도를 산출하고, 이하의 평가 기준에 기초하여 평가를 행하였다. 평점 「2」를 합격으로 하였다.
2: 승온 속도 3.5℃/s 이상
1: 승온 속도 2.0℃/s 이상 3.5℃/s 미만
(2) 외관
(평점)
100mm×100mm의 시험편 내의 임의의 5개소에 대하여, 일본 산업 규격 JIS Z 8781-4(2013)에 기재되는 방법으로 CIE 1976 L*a*b* 색 공간을 측정하고, L*값의 최솟값에 대한 최댓값의 비율(RL*=L*Max/L*값Min)을 평가하였다. 평점 「2」를 합격으로 하였다.
2: 1.1 이상
1: 1.0 이상 1.1 미만
(3) 핫 스탬프 후 스폿 용접성
노의 온도를 920℃로 설정한 전기 가열로에 있어서, 6분간 가열한 후, 실온까지 냉각한 시료 2매를 중첩하였다. 이 중첩한 개소를, 선단 직경 6mm의 Cr-Cu 전극을 사용하여 가압력 400kg으로, 직류 전원을 사용하여 스폿 용접하였다. 전류값은, 7kA로부터 0.5kA씩 올려 가고, 플래시가 연속으로 2회 발생하는 전류값보다 0.5kA 낮은 값을, 적정 전류 범위의 상한으로 하였다. 한편, 용접 후의 시료를 매립하고, 단면을 연마한 후, 일본 산업 규격 JIS Z 3139(2009)에 기재된 방법으로, 너깃 직경을 산출하고, 5.5mm 이상이 될 때의 전류값을, 적정 전류 범위의 하한으로 하였다. 평가 기준은, 이하와 같다. 평점 「2」를 합격으로 하였다.
(평점)
2: 적정 전류 범위가 1.0kA 이상이 된다.
1: 적정 전류 범위가 1.0kA 미만이 된다.
(4) 도막 밀착성
시료에 대하여, 인산 화성 처리 및 두께 15㎛의 전착 도장을 실시하고, 170℃에서 20분간 베이킹하여 도막을 부여하였다. 그 후, 60℃의 탈이온수에 200시간 침지시킨 후에 도막의 박리 상태를 확인하였다. 평점 「2」를 합격으로 하였다.
(평점)
2: 박리 없음
1: 일부에 박리 있음
(5) 핫 스탬프 후 도막 내식성
(4)와 마찬가지로 부여한 도막에 커터로 흠을 넣고, 자동차 기술회 제정의 JASO M609에 규정하는 방법으로 행하였다. 부식 시험 180사이클 후의 커트 흠으로부터의 도막 팽창의 폭(편측 최댓값)을 계측하였다. 평점 「2」를 합격으로 하였다.
(평점)
2: 팽창 폭 3mm 미만
1: 팽창 폭 3mm 이상
상기를 바탕으로 실시한 실시예 1 내지 4에서 얻어진 평가 결과를, 각각 표 2, 3, 4, 5에 나타내었다.
<실시예 1>
이하에 나타내는 표 2에 있어서, A1 내지 A25가 실시예이며, a1 내지 a7이 비교예이다.
본 실시예 1에서는, 수계 처리액을 조정할 때, 바인더 성분 이외의 화합물로서, 카본 블랙과, 질화티탄, 탄화티탄, 산화티탄, 산화철, 산화구리, 산화지르코늄, 질화규소, 산화코발트, 산화주석 중 적어도 어느 것을 사용하였다. 본 실시예에서는, 표면 처리 피막의 부착량을 조정함으로써, 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율의 값을 조정하였다.
비교예 a1에서는, 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율이 57%로 작고, 핫 스탬프 시의 승온 속도는, 2.0℃/s 이상 3.5℃/s 미만이었다(평점 1). 또한, 금속 산화물을 함유시키지 않은 비교예 a2에서는, 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율은 60%가 되었지만, 금속 산화물을 함유하지 않기 때문에 700℃에 있어서의 방사율이 53%가 되고, 핫 스탬프 시의 승온 속도는, 2.0℃/s 이상 3.5℃/s 미만이었다(평점 1).
실리카의 함유량이 본 발명의 범위 외인 비교예 a3, a4에서는, 핫 스탬프 후 스폿 용접성의 평가가 「1」이 되었다. 또한, 카본 블랙과 금속 산화물을 따로따로 성막한 비교예 a5, a6에서는, L*값의 비율이 1.0 이상 1.1 미만이 되어, 외관의 평점이 1이 되었다. 또한, 식 (1) 중변의 값이 본 발명의 범위 외인 비교예 a7에 있어서도, L*값의 비율이 1.0 이상 1.1 미만이 되어, 외관의 평점이 1이 되었다.
한편, 발명예 A1 내지 A25에서는, 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율이 60% 이상이었다. 그 결과, 승온 속도는, 3.5℃/s 이상이 되고(평점 2), 외관 및 핫 스탬프 후 스폿 용접성에 대해서도, 평점 2가 되었다.
[표 2]
Figure pct00002
<실시예 2>
이하의 실시예에서는, 표면 처리 피막의 형성에 사용한 수계 처리액 중에는, 실리카를 함유시키지 않았다. 표면 처리 피막 중에 있어서의 카본 블랙과 금속 산화물의 함유량에 주목하면서, 도막 밀착성의 평가를 행하였다. 얻어진 결과를, 이하의 표 3에 나타내었다.
표 3에 있어서, 표면 처리 피막 중의 카본 블랙(CB)의 함유량이 5체적% 미만 혹은 40체적% 초과이거나, 또는 표면 처리 피막 중의 금속 산화물의 함유량이 1체적% 미만 혹은 30체적% 초과인 발명예 B1, B6 내지 B8, B13 내지 B15, B20, B21에서는, 도막의 일부에 박리가 발생하여, 도막 밀착성의 평점이 1이 되었다. 한편, 표면 처리 피막 중의 카본 블랙(CB)의 함유량이 5 내지 40체적%이고, 또한 표면 처리 피막 중의 금속 산화물의 함유량이 1 내지 30체적%인 발명예 B2 내지 B5, B9 내지 B12, B16 내지 B19에서는, 도막에 박리가 발생하지 않아, 도막 밀착성의 평점이 2가 되었다.
이상의 결과로부터, 카본 블랙을 5 내지 40체적% 함유시키고, 또한 금속 산화물을 1 내지 30체적% 함유시킴으로써, 도막 밀착성의 향상이 가능하다는 것이 명확해졌다.
[표 3]
Figure pct00003
<실시예 3>
이하의 실시예에서는, 표면 처리 피막의 형성에 사용한 수계 처리액 중에는, 실리카를 함유시키지 않았다. 표면 처리 피막 중에 있어서의 카본 블랙과 금속 산화물의 부착량의 비율에 주목하면서, 승온 속도의 평가를 행하였다. 또한, 본 실시예에서는, 실온부터가 아니라, 500℃로부터 910℃에 도달할 때까지의 승온 속도에 대하여, 평가를 행하였다. 평가 기준은, 이하와 같다. 얻어진 결과를, 이하의 표 4에 나타내었다.
(평점)
2: 승온 속도 1.3℃/s 이상
1: 승온 속도 1.3℃/s 미만
표 4에 있어서, 카본 블랙의 부착량과 금속 산화물의 부착량의 비율 XOxide/XCB가 0.20 미만, 또는 200.00 초과였던 C1, C7, C8, C14, C15, C21에서는, 500℃로부터 910℃에 도달할 때까지의 승온 속도가 1.3℃/s 미만이 되어, 평점은 1이 되었다. 한편, 카본 블랙의 부착량과 금속 산화물의 부착량의 비율 XOxide/XCB가 0.20 내지 200.00이었던 C2 내지 C6, C9 내지 C13, C16 내지 C20에서는, 500℃로부터 910℃에 도달할 때까지의 승온 속도가 1.3℃/s 이상이 되어, 평점은 2가 되었다.
[표 4]
Figure pct00004
<실시예 4>
이하의 실시예에서는, 표면 처리 피막의 형성에 사용한 수계 처리액 중에는, 실리카를 함유시키지 않았다. 표면 처리 피막 중에 있어서의 카본 블랙과 금속 산화물의 부착량에 주목하면서, 핫 스탬프 후의 도막 내식성의 평가를 행하였다. 얻어진 결과를, 이하의 표 5에 나타내었다.
표 5에 있어서, 카본 블랙의 부착량이 0.030g/m2 미만이거나, 또는 금속 산화물의 부착량이 0.030g/m2 미만인 발명예 D1, D4, D7에서는, 핫 스탬프 후의 도막의 팽창 폭이 3mm 이상이 되어, 평점이 1이 되었다. 한편, 카본 블랙의 부착량이 0.030g/m2 이상이고, 또한 금속 산화물의 부착량이 0.030g/m2 이상인 발명예 D2, D3, D5, D6, D8, D9에서는, 핫 스탬프 후의 도막의 팽창 폭이 3mm 미만이 되어, 평점이 2가 되었다.
[표 5]
Figure pct00005
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

Claims (7)

  1. 25℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율이 60% 이상인 표면 처리 피막을, 강판의 적어도 한쪽 표면의 전체면에 갖고,
    상기 표면 처리 피막은, 카본 블랙과, Zr 산화물, Zn 산화물, 및 Ti 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 산화물을 함유하고, 또한 상기 카본 블랙 및 상기 산화물은, 상기 표면 처리 피막의 전체에 분산되어 존재하고,
    상기 표면 처리 피막은, 실리카의 함유량이 0 내지 0.3g/m2이며,
    상기 카본 블랙 및 상기 산화물의 부착량을 각각 XCB(g/m2), XOxide(g/m2)라 할 때, 하기 식 (1)을 만족시키는, 핫 스탬프용 강판.
    118.9≤24280/{6700/(100+76×XCB)+18000/(130+65×XOxide)}≤332.0 … 식 (1)
  2. 제1항에 있어서,
    상기 표면 처리 피막은, 상기 카본 블랙을 5.0 내지 40.0체적% 함유하고, 상기 산화물을 1.0 내지 30.0체적% 함유하는, 핫 스탬프용 강판.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 카본 블랙의 부착량 XCB(g/m2)와 상기 산화물의 부착량 XOxide(g/m2)의 비율 XOxide/XCB는, 0.20 이상 200.00 이하인, 핫 스탬프용 강판.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 카본 블랙의 부착량 XCB는, 0.030g/m2 이상, 상기 산화물의 부착량 XOxide는, 0.030g/m2 이상인, 핫 스탬프용 강판.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표면 처리 피막의(700)℃에 있어서의 파장 8.0㎛에서의 방사율은, 60% 이상인, 핫 스탬프용 강판.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핫 스탬프용 강판의 한쪽 면 또는 양면에 있어서, 상기 강판의 기재와 상기 표면 처리 피막 사이에, 금속 도금층을 갖는, 핫 스탬프용 강판.
  7. 강판의 적어도 한쪽 표면의 전체면에, 표면 처리 피막을 갖고,
    상기 표면 처리 피막은, Zr 산화물, Zn 산화물, 및 Ti 산화물로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상의 산화물을 함유하고, 또한 상기 산화물의 부착량 XOxide는, 0.030g/m2 이상이며,
    상기 표면 처리 피막은, 실리카의 함유량이 0 내지 0.3g/m2인, 핫 스탬프 부재.
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