KR20230166778A - 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 실리콘(Si): 5wt% 내지 13wt%, 마그네슘(Mg): 0.2wt% 내지 2.0wt%, 스트론튬(Sr): 0.01wt% 내지 0.5wt%, 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하고, 630℃ 내지 700℃의 온도로 유지되는 도금욕에 베이스 강판을 침지하여, 상기 베이스 강판 상에 도금층을 형성함으로써 핫 스탬핑용 강판을 형성하는 단계와, 상기 핫 스탬핑용 강판을 냉각하는 단계와, 상기 핫 스탬핑용 강판을 가열하는 단계와, 상기 핫 스탬핑용 강판을 핫 스탬핑함으로써 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 핫 스탬핑 부품이 포함하는 상기 도금층의 표면조도는 산술평균조도(Ra)를 기준으로 0.90㎛ 내지 1.2㎛인, 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 제공한다.
Description
본 발명은 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
근래 자동차 산업에서의 환경 규제와 안전기준이 강화됨에 따라, 자동차의 경량화 및 안정성을 위한 고강도강의 적용이 늘어나고 있다. 고강도강은 중량 대비 고강도 특성을 확보할 수 있으나, 가공 중 소재의 파단이 발생하거나, 스프링 백 현상이 발생하여 복잡하고 정밀한 형상의 제품의 성형이 어려울 수 있다. 따라서, 이러한 문제점을 해결하기 위해 핫 스탬핑(열간 프레스 성형)이 적용되고 있다.
핫 스탬핑은 고온에서 강판을 가열하여 프레스 가공하므로 강재의 성형이 용이하며, 금형을 통해 급랭을 실시하므로 성형품의 강도를 확보할 수 있다. 그러나, 핫 스탬핑을 실시하기 위해 강판을 고온으로 가열하므로, 강판의 표면이 산화될 수 있다. 이러한 문제점를 해결하기 위해 미국 등록특허 제6,296,805호 발명은 알루미늄(Al) 도금한 강판을 핫 스탬핑하는 방법을 제안하고 있다. 미국 등록특허 제6,296,805호 발명에 의하면 알루미늄(Al) 도금층은 강판의 표면에 존재하므로, 강판의 가열에 의해 강판의 표면이 산화되는 것을 방지할 수 있다.
이러한 알루미늄(Al) 도금층으로서, 내고온산화성은 우수한 Al-Si계 도금이 핫 스탬핑에 적용되고 있다. 그러나 Al-Si계 도금은 핫 스탬핑 후 높은 경도의 도금층과 도금층의 표면에 존재하는 기공으로 인하여, 가공 시 도금층에 크랙이 발생하거나 및 도금층의 탈락을 유발할 수 있다. 이에 따라 성형 작업성이 악화되고, 도금층의 손실에 의해 내식성이 악화될 수 있다. 뿐만 아니라 핫 스탬핑 후 기공의 생성은 도금층의 표면적을 증가시킬 수 있다. 이에 따라, 내식성이 악화될 수 있으며, 수소흡착 가능성이 높아짐에 따라 수소취성이 악화될 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 내식성과 수소취성이 향상된 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법을 제공한다.
그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 실리콘(Si): 5wt% 내지 13wt%, 마그네슘(Mg): 0.2wt% 내지 2.0wt%, 스트론튬(Sr): 0.01wt% 내지 0.5wt%, 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하고, 630℃ 내지 700℃의 온도로 유지되는 도금욕에 베이스 강판을 침지하여, 상기 베이스 강판 상에 도금층을 형성함으로써 핫 스탬핑용 강판을 형성하는 단계와, 상기 핫 스탬핑용 강판을 냉각하는 단계와, 상기 핫 스탬핑용 강판을 가열하는 단계와, 상기 핫 스탬핑용 강판을 핫 스탬핑함으로써 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 핫 스탬핑 부품이 포함하는 상기 도금층의 표면조도는 산술평균조도(Ra)를 기준으로 0.90㎛ 내지 1.2㎛인, 핫 스탬핑 부품의 제조방법이 제공된다.
상기 핫 스탬핑용 강판을 형성하는 단계는, 편면 기준 50g/㎡ 내지 150g/㎡의 부착량을 갖도록 상기 베이스 강판 상에 상기 도금층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 핫 스탬핑용 강판을 형성하는 단계는, 상기 도금욕에 침지시킨 베이스 강판을 상기 도금욕 외부로 이동시킨 후, 질소 가스를 이용하여 상기 베이스 강판을 와이핑하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 핫 스탬핑용 강판을 형성하는 단계는, 상기 도금층이 10㎛ 내지 40㎛의 평균 두께를 갖도록 상기 베이스 강판 상에 상기 도금층을 형성하는 단계일 수 있다.
상기 핫 스탬핑용 강판을 냉각하는 단계는, 상기 핫 스탬핑용 강판을 5℃/s 내지 30℃/s의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계일 수 있다.
상기 핫 스탬핑용 강판을 가열하는 단계는, 상기 핫 스탬핑용 강판을 850℃ 내지 960℃로 가열하는 단계일 수 있다.
상기 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계는, 상기 핫 스탬핑용 강판을 프레스 금형을 이용하여 핫 스탬핑하는 단계와, 상기 핫 스팀핑용 강판을 10℃/s 이상의 냉각 속도로 급랭시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 베이스 강판과, 상기 베이스 강판 상에 배치되고, 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 스트론튬(Sr)을 포함하는 도금층을 구비하고, 상기 도금층의 표면조도는 산술평균조도(Ra)를 기준으로 0.9㎛ 내지 1.2㎛인, 핫 스탬핑 부품이 제공된다.
상기 도금층의 표면은 알루미늄(Al): 20wt% 내지 40wt%, 철(Fe): 20wt% 내지 40wt%, 실리콘(Si): 0.5wt% 내지 3wt%, 마그네슘(Mg): 3wt% 내지 20wt%, 및 스트론튬(Sr): 0.01wt% 내지 3wt%를 포함할 수 있다.
상기 도금층은 상기 도금층의 표면에서 상기 베이스 강판 방향으로 갈수록 단위 부피 당 마그네슘(Mg)의 함량이 감소할 수 있다.
상기 도금층은 상기 베이스 강판 상에 순차적으로 적층된 제1층, 제2층, 제3층 및 제4층을 포함하고, 상기 제1층, 상기 제2층, 상기 제3층 및 상기 제4층은 서로 다른 조성비를 가질 수 있다.
상기 베이스 강판의 반대 방향에 위치한 제4층에서 상기 베이스 강판 방향에 위치한 제1층으로 갈수록 마그네슘(Mg)의 함량이 감소할 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, 내식성과 수소취성이 향상된 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 일 비교예에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면을 촬영한 현미경 사진이다.
도 4는 일 비교예에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면을 촬영한 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면을 촬영한 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 도시한 단면 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 도금층의 단면을 기준으로 마그네슘(Mg) 성분을 맵핑한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 3은 일 비교예에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면을 촬영한 현미경 사진이다.
도 4는 일 비교예에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면을 촬영한 현미경 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면을 촬영한 현미경 사진이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 도시한 단면 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 도금층의 단면을 기준으로 마그네슘(Mg) 성분을 맵핑한 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.
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.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
본 명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서 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.
본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소들이 직접적으로 연결된 경우, 또는/및 막, 영역, 구성요소들 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소들이 개재되어 간접적으로 연결된 경우도 포함한다. 예컨대, 본 명세서에서 막, 영역, 구성 요소 등이 전기적으로 연결되었다고 할 때, 막, 영역, 구성 요소 등이 직접 전기적으로 연결된 경우, 및/또는 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 간접적으로 전기적 연결된 경우를 나타낸다.
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.
본 명세서에서 x축, y축 및 z축은 직교 좌표계 상의 세 축으로 한정되지 않고, 이를 포함하는 넓은 의미로 해석될 수 있다. 예를 들어, x축, y축 및 z축은 서로 직교할 수도 있지만, 서로 직교하지 않는 서로 다른 방향을 지칭할 수도 있다.
본 명세서에서 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.
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.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품(1)의 단면을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품(1)은 베이스 강판(10) 및 도금층(20)을 포함할 수 있다.
베이스 강판(10)은 소정의 합금 원소를 소정 함량 포함하도록 주조된 강 슬라브에 대해 열연 공정 및 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다. 예컨대, 베이스 강판은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 및 철(Fe)을 소정 함량 포함하도록 주조된 슬래브에 대해 열연 공정 및/또는 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다.
도금층(20)은 베이스 강판(10) 상에 배치될 수 있다. 도금층(20)은 핫 스탬핑 부품(1)의 표면에 배치되어서 핫 스탬핑 부품(1)의 내식성 등을 향상시킬 수 있다. 도금층(20)은 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 스트론튬(Sr), 및 알루미늄(Al)을 소정 함량 포함할 수 있다. 도 1에는 도금층(20)이 베이스 강판(10)의 일면에만 배치되는 것으로 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 도금층(20)은 베이스 강판(10)의 일 면, 그 반대면, 및 측면 상에도 배치될 수 있다. 즉 도금층(20)은 베이스 강판(10)의 모든 면들을 덮을 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은 핫 스탬핑용 강판 형성 단계(S110), 냉각 단계(S120), 가열 단계(S130), 및 핫스탬핑 단계(S140)를 포함할 수 있다.
먼저 핫 스탬핑용 강판 형성 단계(S110)는, 베이스 강판 상에 도금층을 형성함으로써 핫 스탬핑용 강판을 형성하는 단계일 수 있다. 본 명세서에서 "핫 스탬핑용 강판"은 그 상부에 도금층을 형성한 후 핫 스탬핑하지 않은 베이스 강판을 의미한다. 이를 위해, 실리콘(Si): 5wt% 내지 13wt%, 마그네슘(Mg): 0.2wt% 내지 2.0wt%, 스트론튬(Sr): 0.01wt% 내지 0.5wt%, 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하고, 630℃ 내지 700℃의 온도로 유지되는 도금욕에 베이스 강판을 침지할 수 있다.
베이스 강판은 소정의 합금 원소를 소정 함량 포함하도록 주조된 슬래브에 대해 열연 공정 및/또는 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다. 구체적으로, 베이스 강판은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 알루미늄(Al), 붕소(B), 및 철(Fe)을 포함할 수 있다. 예컨대, 베이스 강판은 탄소(C): 0.15wt% 내지 0.40wt%, 실리콘(Si): 0.05wt% 내지 1.0wt%, 망간(Mn): 0.1wt% 내지 3.0wt%, 인(P): 0wt%초과 0.05wt%이하, 황(S): 0wt%초과 0.03wt%이하, 알루미늄(Al): 0wt%초과 0.1wt%이하, 붕소(B): 0.0005wt% 내지 0.01wt%, 잔부의 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 베이스 강판은 약 1.0mm의 두께를 가질 수 있다.
먼저 베이스 강판 표면의 이물질 등을 제거할 수 있다. 이를 위해, 베이스 강판을 약 50℃의 알칼리 용액에 약 30분동안 침지시킨 후 물로 베이스 강판을 세정할 수 있다. 이어 베이스 강판을 소둔 처리할 수 있다. 베이스 강판의 소둔 처리는 10vol% 내지 30vol%의 수소와 70vol% 내지 90vol%의 질소로 구성된 환원 분위기에서 700℃ 내지 850℃의 온도로 실시될 수 있다.
이어 베이스 강판을 도금욕에 약 2초동안 침지시킬 수 있다. 구체적으로, 소둔 처리에 의해 높은 온도를 갖는 베이스 강판을 도금욕의 온도로 냉각시킨 후, 베이스 강판을 도금욕에 약 2초동안 침지시킬 수 있다. 도금욕은 실리콘(Si): 5wt% 내지 13wt%, 마그네슘(Mg): 0.2wt% 내지 2.0wt%, 스트론튬(Sr): 0.01wt% 내지 0.5wt% 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하고, 630℃ 내지 700℃의 온도로 유지될 수 있다.
도금욕이 포함하는 실리콘(Si)은 도금 시 합금층의 성장을 감소시킴으로서 도금층의 가공성을 향상시킬 수 있다. 도금욕이 포함하는 실리콘(Si)의 함량은 5wt% 내지 13wt%일 수 있고, 바람직하게는 7wt% 내지 11wt%일 수 있다. 실리콘(Si)의 함량이 5% 미만인 경우, 도금 시 합금층의 성장을 제어하는데 불충분하여 도금층의 가공성이 감소할 수 있다. 실리콘(Si)의 함량이 13%를 초과하는 경우, 실리콘(Si) 단상이 다량 생성됨으로써 도금 표층의 편석에 의해 도금 외관을 저해할 수 있다.
도금욕이 포함하는 마그네슘(Mg)은 핫 스탬핑 부품의 내식성 등을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 마그네슘(Mg)은 도금층의 표면조도를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 핫 스탬핑 부품의 내식성을 향상시킬 수 있다. 즉, 도금층의 표면조도의 감소로 인해 도금층의 표면적이 감소함에 따라 수분, 산소, 또는 수소 등이 핫 스탬핑 부품의 내부로 침투하게 되는 경로가 감소할 수 있다. 이에 따라, 핫 스탬핑 부품의 내식성 등이 향상될 수 있다.
도금욕이 포함하는 마그네슘(Mg)의 함량은 0.2wt% 내지 2.0wt%일 수 있다. 마그네슘(Mg)의 함량이 0.2wt% 미만인 경우, 도금층의 표면조도를 제어하는데 불충분하여 내식성 개선의 효과가 미미할 수 있다. 마그네슘(Mg)의 함량이 2.0%를 초과하는 경우, 과도한 마그네슘(Mg) 산화에 의해서 도금 시 표면 품질이 저해될 수 있다.
도금욕이 포함하는 스트론튬(Sr)은 핫 스탬핑 부품의 내식성 등을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 스트론튬(Sr)은 도금층의 표면조도를 감소시킬 수 있다. 이에 따라, 핫 스탬핑 부품의 내식성을 향상시킬 수 있다. 즉, 도금층의 표면조도의 감소로 인해 도금층의 표면적이 감소함에 따라 수분, 산소, 또는 수소 등이 핫 스탬핑 부품의 내부로 침투하게 되는 경로가 감소할 수 있다. 또한, 스트론튬(Sr)은 마그네슘(Mg) 산화물의 생성을 최소화 할 수 있다. 구체적으로, 스트론튬(Sr) 산화물은 치밀하여 외부로부터 유입되는 산소를 차단할 수 있고, 이에 따라 마그네슘(Mg) 산화물의 생성을 최소화 할 수 있다.
도금욕이 포함하는 스트론튬(Sr)의 함량은 0.01wt% 내지 0.5wt%일 수 있다. 스트론튬(Sr)의 함량이 0.01% 미만인 경우, 스트론튬(Sr) 첨가에 따른 효과가 미미할 수 있다. 스트론튬(Sr)의 함량이 0.5%를 초과하는 경우, 과도한 스트론튬(Sr) 산화물 생성으로 인해 도금 시 일부 영역이 미도금되거나 도금층의 외관이 저해될 수 있다.
도금욕의 나머지 성분은 알루미늄(Al)이다. 다만, 통상의 도금욕 제조 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이러한 불순물들은 본 발명이 속하는 기술 분야 통상의 기술자가 용이하게 인식할 수 있으므로, 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
이어 도금욕에 침지시킨 베이스 강판을 도금욕 외부로 이동시키고, 질소 가스를 이용하여 베이스 강판을 와이핑함으로써, 베이스 강판 상에 형성되는 도금층의 두께를 제어할 수 있다. 이에 따라, 도금층은 10㎛ 내지 40㎛의 평균 두께를 가질 수 있다. 구체적으로, 도금층은 약 25㎛의 평균 두께를 가질 수 있다.
한편, 도금층은 편면 기준 50g/㎡ 내지 150g/㎡의 부착량으로 베이스 강판 상에 형성될 수 있다. 도금층의 부착량이 50g/㎡미만인 경우 내식성이 저하될 수 있다. 도금층의 부착량이 150g/㎡를 초과하는 경우 핫 스탬핑용 강판의 생산성이 저하되고, 핫 스탬핑 공정 중 롤러 또는 금형에 도금층이 부착되어 베이스 강판으로부터 도금층이 박리될 수 있다.
핫 스탬핑용 강판 형성 단계(S110) 이후에, 냉각 단계(S120)가 이루어 질 수 있다. 냉각 단계(S120)는 핫 스탬핑용 강판을 냉각하는 단계일 수 있다. 냉각 단계(S120)에 있어서, 핫 스탬핑용 강판은 5℃/s 내지 30℃/s의 냉각속도로 상온(예컨대, 25℃)까지 냉각될 수 있다. 이에 따라, 베이스 강판의 표면에 형성된 도금층이 응고될 수 있다.
냉각 단계(S120) 이후에, 가열 단계(S130)가 이루어 질 수 있다. 가열 단계(S130)는 핫 스탬핑용 강판을 가열하는 단계일 수 있다. 가열 단계(S130)에 있어서, 핫 스탬핑용 강판을 850℃ 내지 960℃로 가열할 수 있다. 이러한 핫 스탬핑용 강판의 가열은 3분 내지 10분동안 유지될 수 있다. 핫 스탬핑용 강판이 가열되는 온도가 850℃미만인 경우, 최종 미세조직이 마르텐사이트 조직으로 변태되지 않아 핫 스탬핑 부품의 강도 확보가 어려울 수 있다. 핫 스탬핑용 강판 이 가열되는 온도가 960℃초과인 경우, 오스테나이트 결정립이 과대하게 성장하여 핫 스탬핑 부품의 강도가 저하될 수 있다.
가열 단계(S130) 이후에 핫 스탬핑 단계(S140)가 이루어 질 수 있다. 핫 스탬핑 단계(S140)는 핫 스탬핑용 강판을 프레스 금형을 이용하여 핫 스탬핑함으로써 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계일 수 있다. 먼저 핫 스탬핑용 강판을 가열로로부터 프레스 금형으로 이송할 수 있다. 이러한 이송 과정에서 핫 스탬핑용 강판은 10초 내지 15초 동안 공랭될 수 있다.
이어 핫 스탬핑용 강판을 핫 스탬핑할 수 있다. 이러한 핫 스탬핑의 실시와 동시에 핫 스탬핑용 강판은 급랭될 수 있다. 구체적으로, 프레스 금형에는 내부에 냉매가 순환하는 냉각 채널이 구비될 수 있다. 프레스 금형에 구비된 냉각 채널을 통하여 공급되는 냉매의 순환에 의해 핫 스탬핑용 강판은 급랭될 수 있다. 이때, 핫 스탬핑용 강판의 스프링 백(spring back) 현상을 방지함과 더불어 원하는 형상을 유지하기 위해서 프레스 금형을 닫은 상태에서 가압하면서 급랭을 실시할 수 있다. 핫 스탬핑용 강판은 마르텐사이트 종료 온도까지 평균냉각속도를 최소 10℃/s이상으로 급랭될 수 있다. 핫 스탬핑용 강판은 프레스 금형 내에서 3초 내지 20초동안 유지될 수 있다. 프레스 금형 내 유지 시간이 3초미만일 경우, 소재의 충분한 냉각이 이뤄지지 않아 제품의 잔존 열과 부위별 온도편차에 의해 열 변형이 발생하여 치수 품질이 저하될 수 있다. 프레스 금형 내 유지 시간이 20초를 초과하는 경우, 프레스 금형 내 유지 시간이 길어져 생산성이 저하될 수 있다.
전술한 과정에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품은 핫 스탬핑용 강판과 마찬가지로 도금층과 베이스 강판을 포함할 수 있다. 핫 스탬핑 부품이 포함하는 도금층은 표면조도를 형성할 수 있다. 표면조도는 핫 스탬핑 부품이 포함하는 도금층의 표면에 형성되는 미세한 요철의 정도를 의미할 수 있다. 핫 스탬핑 부품이 포함하는 도금층의 표면조도는 전술한 도금욕이 포함하는 성분 및 함량에 따라 달라질 수 있다. 표면조도는 측정 방법에 따라 산술평균조도(Ra), 십점평균조도(Rz) 및 최대높이조도(Rmax)로 각각 정의될 수 있다.
일 실시예로, 핫 스탬핑 부품이 포함하는 도금층의 표면조도는 산술평균조도(Ra)를 기준으로 0.9㎛ 내지 1.2㎛일 수 있다. 도금층의 표면조도가 산술평균조도(Ra)를 기준으로 0.9㎛미만인 경우 전착 도장후 도장 밀착성이 감소할 수 있다. 도금층의 표면조도가 산술평균조도(Ra)를 기준으로 1.2㎛를 초과하는 경우 도금층의 표면적이 증가함에 따라 부식성 물질의 투과가 용이하여 도금층으로서의 내식성 등을 발휘하기 충분하지 않을 수 있다. 구체적으로, 도금층의 표면적이 증가함에 따라 수분, 산소, 또는 수소 등이 핫 스탬핑 부품의 내부로 침투하게 되는 경로가 증가할 수 있다. 이에 따라, 핫 스탬핑 부품의 내식성 또는 수소취성 등이 악화될 수 있다.이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정, 변경될 수 있다.
<평가 방법>
실시예로 사용된 베이스 강판은 탄소(C) 0.15wt%이상 0.4wt%이하, 실리콘(Si) 0.05wt%이상 1.0wt%이하, 망간(Mn) 0.1wt%이상 3.0wt%이하, 인(P) 0wt%초과 0.05wt%이하, 황(S) 0wt%초과 0.03wt%이하, 알루미늄(Al): 0wt%초과 0.1wt%이하, 붕소(B) 0.0005wt%이상 0.01wt%이하, 잔부의 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다.
상술한 성분 및 함량을 포함하는 베이스 강판을 50℃의 알칼리 용액에 30분동안 침지시킨 후 물로 베이스 강판을 세정하였다. 이어 베이스 강판을 소둔 처리하였다. 베이스 강판의 소둔 처리는 10vol% 내지 30vol%의 수소와 70vol% 내지 90vol%의 질소로 구성된 환원 분위기에서 700℃ 내지 850℃의 온도로 실시되었다.
소둔 처리한 베이스 강판을 도금욕의 온도로 냉각시킨 후, 베이스 강판을 도금욕에 약 2초동안 침지시켰다. 도금욕은 실리콘(Si): 5wt% 내지 13wt%, 마그네슘(Mg): 0.2wt% 내지 2.0wt%, 스트론튬(Sr): 0.01wt% 내지 0.5wt%, 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하고, 630℃ 내지 700℃의 온도로 유지되었다. 즉, 실시예들은 상술한 함량의 범위 내이지만 서로 함량이 다른 도금욕들에, 상술한 베이스 강판들을 각각 침지하여 도금층을 형성하였다.
이어 도금욕에 침지시킨 베이스 강판을 도금욕 외부로 이동시키고, 질소 가스를 이용하여 베이스 강판을 와이핑함으로써, 베이스 강판 상에 형성되는 도금층의 평균 두께를 25㎛ 내외로 제어하였다. 도금층을 편면 기준 50g/㎡ 내지 150g/㎡의 부착량으로 베이스 강판 상에 형성함으로써 핫 스탬핑용 강판을 형성하였다.
이어 5℃/s 내지 30℃/s의 냉각속도로 상온까지 핫 스탬핑용 강판을 냉각하여 베이스 강판 상에 형성된 도금층을 응고시켰다. 이어 핫 스탬핑용 강판을 850℃ 내지 960℃로 3분 내지 10분 가열한 후, 가열된 핫 스탬핑용 강판을 프레스 금형으로 핫 스탬핑하였다. 이때, 핫 스탬핑과 동시에 25℃/s의 냉각속도로 냉각하여 핫 스탬핑 부품을 제조하였다.
비교예들로서, 실시예들과 동일한 성분 및 함량을 포함하는 베이스 강판들을 각각 성분 및 함량이 다른 도금욕들에 침지하여 도금층들을 형성한 후, 상술한 방법에 따라 핫 스탬핑 부품들을 제조하였다.
<수소 취성 평가>
3% NaCl + 0.3% NH4SCN 용액에서 전기화학적으로 수소를 24시간동안 핫 스탬핑 부품에 주입한 후 SSRT(slow strain rate Testing)을 통하여 핫 스탬핑 부품의 연신율의 감소율을 측정하는 방식으로 수소 취성을 평가하였다. 비교예들 및 실시예들에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품들의 연신율의 감소율은, 수소가 주입되지 않은 상태의 연신율을 기준으로 측정되었다. 핫 스탬핑 부품의 연신율이 50%이상 감소한 경우 X로 평가하였으며, 핫 스탬핑 부품의 연신율이 40%이하로 감소한 경우 Δ로 평가하였으며, 핫 스탬핑 부품의 연신율이 30%이하로 감소한 경우 Ｏ로 평가하였으며, 핫 스탬핑 부품의 연신율이 20% 이하로 감소한 경우 ⓞ로 평가하였다.
<내식성 평가>
전기화학시험(동전위 평가)을 통해 부식 전류값을 측정하는 방식으로 내식성을 평가하였다. 통상의 핫 스탬핑 용융아연도금강판(예컨대, Al-Si도금강판)과 비교하여, 비교예들 및 실시예들에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑용 부품들의 내식성을 평가하였다. 구체적으로, 핫 스탬핑용 부품의 부식 전류값이 통상의 핫 스탬핑 용융아연도금강판과 동등하거나 그 이상일 경우 X로 평가하였으며, 통상의 핫 스탬핑 용융아연도금강판보다 낮을 경우, 부식 전류값의 크기가 낮을수록 △, ○, ◎로 평가하였다. 즉, △로 평가된 경우보다 ○로 평가된 경우가 부식 전류값의 크기가 낮으며, ○로 평가된 경우보다 ◎로 평가된 경우가 부식 전류값의 크기가 낮았다.
<외관 평가>
통상의 핫 스탬핑 용융아연도금강판(예컨대, Al-Si도금강판)과 비교하여, 비교예들 및 실시예들에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑용 부품들의 외관을 평가하였다. 구체적으로, 핫 스탬핑용 부품의 외관에 존재하는 표면 산화 얼룩이나 복합 석출물에 의한 얼룩이 통상의 핫 스탬핑 용융아연도금강판과 동등한 경우 ○로 평가하였으며, 통상의 핫 스탬핑 용융아연도금강판보다 열위한 경우Δ로 평가하였으며, 매우 열위한 경우는 X로 평가하였다.
표 1의 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 및 스트론튬(Sr)의 함량은 비교예들 또는 실시예들의 도금욕에 포함된 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg) 및 스트론튬(Sr)의 함량이다. 표 1의 표면조도는 비교예들 또는 실시예들에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 산술평균조도(Ra)며, 표 1의 수소취성, 내식성 및 도금 외관은 비교예들 또는 실시예들에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 수소취성 평가결과, 내식성 평가결과 및 도금 외관 평가결과이다.
표 1을 참고하면, 비교예1의 도금욕은 마그네슘(Mg) 및 스트론튬(Sr)을 포함하지 않는다. 비교예2 내지 비교예5의 도금욕들은 마그네슘(Mg)을 포함하되 스트론튬(Sr)을 포함하지 않으며, 실시예1 내지 실시예5 및 비교예6의 도금욕들은 마그네슘(Mg) 및 스트론튬(Sr)을 포함한다.
비교예1의 도금욕은 마그네슘(Mg)을 포함하지 않으므로, 비교예1에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금층은 산화되는 정도가 크며, 표면에 주름이 두껍게 형성될 수 있다. 이에 따라, 비교예1에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품은 1.5㎛의 높은 표면 조도를 가질 수 있다. 따라서, 비교예1에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면을 촬영한 현미경 사진인 도 3에 도시된 것과 같이, 비교예1에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품은 표면이 거칠고, 표면적이 클 수 있다.
표면적이 큰 경우, 핫 스탬핑 부품의 제조 과정에서 흡착되는 수소의 양이 많아질 수 있다. 따라서, 비교예1에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품은 수소취성이 좋지 않을 수 있다. 또한, 표면적이 큰 경우, 수분이나 산소 등이 핫 스탬핑 부품의 내부로 침투하게 되는 경로가 증가할 수 있다. 따라서, 비교예1에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품은 내식성이 좋지 않을 수 있다.
전술한 바와 같이, 제조방법의 도금욕이 포함하는 마그네슘(Mg)의 함량은 이러한 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금층의 표면조도에 영향을 줄 수 있다. 구체적으로, 제조방법의 도금욕이 마그네슘(Mg)을 포함하는 경우, 이러한 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금층의 표면조도는 줄어들 수 있다. 도금욕이 포함하는 마그네슘(Mg)의 함량이 증가할수록 도금층의 표면조도는 더 줄어들 수 있다.
비교예3 내지 5의 도금욕들은 마그네슘(Mg)을 포함하므로, 비교예3 내지 비교예 5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품들의 도금층의 표면조도는 줄어들 수 있다. 따라서, 비교예4에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면을 촬영한 현미경 사진인 도 4에 도시된 것과 같이, 비교예3 내지 5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품들은 비교예1에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품보다 표면적이 작을 수 있다. 이에 따라, 비교예3 내지 5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품들은 비교예1에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품보다 수소취성 및 내식성이 더 우수할 수 있다.
다만, 비교예5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품은 외관이 좋지 않을 수 있다. 비교예5의 도금욕은 포함하는 마그네슘(Mg)의 함량이 많으므로, 비교예5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금층은 높은 함량의 마그네슘(Mg)을 포함할 수 있다. 과도한 함량의 마그네슘(Mg)으로 인해, 비교예5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면에는 미도금된 영역이 발생할 수 있다. 이에 따라, 비교예5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금 외관은 열위한 결과를 나타낼 수 있다. 한편, 비교예2의 도금욕은 포함하는 마그네슘(Mg)의 함량이 적으므로, 비교예 2에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금층의 표면조도는 줄어들지 않을 수 있다.
전술한 바와 같이, 제조방법의 도금욕이 포함하는 스트론튬(Sr)의 함량은 이러한 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금층의 표면조도에 영향을 줄 수 있다. 구체적으로, 제조방법의 도금욕이 스트론튬(Sr)을 포함하는 경우, 이러한 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금층의 표면조도는 줄어들 수 있다. 도금욕이 포함하는 스트론튬(Sr)의 함량이 증가할수록 도금층의 표면조도는 더 줄어들 수 있다.
실시예1 내지 5의 도금욕들은 마그네슘(Mg) 및 스트론튬(Sr)을 포함하므로, 실시예1 내지 실시예5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품들의 도금층의 표면조도는 줄어들 수 있다. 구체적으로, 실시예2의 도금욕은 비교예3의 도금욕과 동일한 함량의 마그네슘(Mg)을 포함하지만, 실시예2에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품은 비교예3에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품보다 도금층의 표면조도가 작을 수 있다. 유사하게, 실시예3의 도금욕은 비교예4의 도금욕과 동일한 함량의 마그네슘(Mg)을 포함하지만, 실시예3에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품은 비교예4에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품보다 도금층의 표면조도가 작을 수 있다.
한편, 제조방법의 도금욕이 마그네슘(Mg) 및 스트론튬(Sr)을 포함하는 경우, 스트론튬(Sr)의 함량은 마그네슘(Mg)의 함량보다 이러한 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금층의 표면조도에 더 큰 영향을 줄 수 있다. 구체적으로, 실시예1의 도금욕은 비교예3의 도금욕보다 적은 함량의 마그네슘(Mg)을 포함하지만, 실시예1에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품은 비교예3에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품보다 도금층의 표면조도가 작을 수 있다. 유사하게, 실시예4 및 실시예5의 도금욕들은 비교예5의 도금욕보다 적은 함량의 마그네슘(Mg)을 포함하지만, 실시예4 및 실시예5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품들은 비교예5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품보다 도금층의 표면조도가 작을 수 있다.
따라서, 실시예4에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면을 촬영한 현미경 사진인 도 5에 도시된 것과 같이, 실시예1 내지 실시예5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품들은 비교예2 내지 비교예4에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품들보다 표면적이 작을 수 있다. 이에 따라, 실시예1 내지 실시예5에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품들은 비교예2 내지 비교예4에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품들보다 수소취성 및 내식성이 더 우수할 수 있다.
비교예6의 도금욕도 마그네슘(Mg) 및 스트론튬(Sr)을 포함하므로, 비교예6에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금층의 표면조도는 줄어들 수 있다. 다만, 비교예6에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품은 외관이 좋지 않을 수 있다. 비교예6의 도금욕은 포함하는 스트론튬(Sr)의 함량이 많으므로, 비교예6에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금층은 높은 함량의 스트론튬(Sr)을 포함할 수 있다. 과도한 함량의 스트론튬(Sr)으로 인해, 비교예6에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 표면에는 미도금된 영역이 발생할 수 있다. 이에 따라, 비교예6에 따른 제조방법을 이용하여 제조한 핫 스탬핑 부품의 도금 외관은 열위한 결과를 나타낼 수 있다.
지금까지는 핫 스탬핑 부품의 제조방법에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 이러한 제조방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품(1) 역시 본 발명의 권리범위에 속한다. 이하에서는 이러한 핫 스탬핑 부품(1)에 대해서 설명한다. 이와 같이 제조된 핫 스탬핑 부품(1)의 효과에 대해서는 전술하였으므로 생략하고, 이러한 핫 스탬핑 부품(1)의 구성에 대해서만 설명한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품(1)의 단면을 도시한 단면 이미지이다. 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품(1)은 베이스 강판(10) 및 베이스 강판(10) 상에 배치된 도금층(20)을 포함할 수 있다.
베이스 강판(10)은 소정의 합금 원소를 소정 함량 포함하도록 주조된 강 슬라브에 대해 열연 공정 및 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다 구체적으로, 베이스 강판은 탄소(C): 0.15 wt%이상 0.40wt%이하, 실리콘(Si): 0.05wt%이상 1.0wt%이하, 망간(Mn): 0.1wt%이상 3.0wt%이하, 인(P): 0wt%초과 0.05wt%이하, 황(S): 0wt%초과 0.03wt%이하, 알루미늄(Al): 0wt%초과 0.1wt%이하, 붕소(B): 0.0005wt%이상 0.01wt%이하, 잔부의 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
탄소(C)는 베이스 강판(10)의 강도 및 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑 공정 이후, 베이스 강판(10)의 인장강도를 확보하고, 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다. 이러한 탄소는 베이스 강판(10) 전체중량에 대하여 0.15wt% 내지 0.4wt%로 포함될 수 있다. 탄소의 함량이 0.15wt%미만인 경우, 베이스 강판(10)의 기계적 강도를 확보하기 어려우며, 반면에 탄소의 함량이 0.4wt%를 초과하면, 베이스 강판(10)의 인성 저하 또는 취성 제어 문제가 야기될 수 있다.
실리콘(Si)은 베이스 강판(10) 내 페라이트 안정화 원소로 작용한다. 실리콘(Si)은 고용 강화 원소로서 베이스 강판(10)의 연성을 향상시키며, 저온역 탄화물의 형성을 억제함으로써 오스테나이트 내 탄소 농화도를 향상시킬 수 있다. 또한, 실리콘(Si)은 열연, 냉연, 열간 프레스 조직 균질화(펄라이트, 망간 편석대 제어) 및 페라이트 미세 분산의 핵심 원소이다. 이러한 실리콘(Si)은 베이스 강판(10) 전체중량에 대하여 0.05wt% 내지 1.0wt% 포함될 수 있다. 실리콘(Si)이 0.05wt%미만으로 포함되는 경우, 상술한 효과를 얻기 어려우며, 반대로 실리콘(Si)의 함량이 1.0wt%를 초과하면, 열연, 냉연 부하가 증가하며 열연 붉은형 스케일이 과다해지고 베이스 강판(10)의 도금 특성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)은 열처리시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 망간은 베이스 강판(10) 전체중량에 대하여 0.1wt% 이상 3.0wt% 이하 포함될 수 있다. 망간의 함량이 0.1wt%미만이면, 결정립 미세화 효과가 충분하지 못하여, 열간 프레스 후 성형품 내의 경질상 분율이 미달될 수 있다. 반면에, 망간의 함량이 3.0wt%를 초과하면, 망간 편석 또는 펄라이트 밴드에 의한 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 굽힘 성능 저하의 원인이 되고 불균질 미세조직이 발생할 수 있다.
인(P)은, 베이스 강판(10)의 인성 저하를 방지하기 위해, 베이스 강판(10) 전체중량에 대하여 0wt%초과 0.05wt% 이하로 포함될 수 있다. 인이 0.05wt%를 초과하여 베이스 강판(10) 포함되면, 인화철 화합물이 형성되어 인성이 저하되고, 제조 공정 중 베이스 강판(10)에 크랙이 유발될 수 있다.
황(S)은 베이스 강판(10) 전체중량에 대하여 0wt%초과 0.03wt% 이하 포함될 수 있다. 황의 함량이 0.3wt%를 초과하면 열간 가공성이 저하되고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
알루미늄(Al)은 탈산재로 사용되는 동시에 실리콘(Si)과 같이 시멘타이트 석출을 억제하고 오스테나이트를 안정화하는 역할을 한다. 이에 따라, 베이스 강판의 강도를 향상시킨다. 알루미늄(Al)은 베이스 강판(10) 전체중량에 대하여 0wt%초과 0.1%이하로 포함될 수 있다. 알루미늄(Al)이 상술한 범위로 포함 시 베이스 강판(10)의 강도가 우수하면서, 공정 부하를 방지하고 기계적 물성 저하 및 표면 결함 발생을 방지할 수 있다.
붕소(B)는 마르텐사이트 조직을 확보함으로써, 베이스 강판(10)의 소입성 및 강도를 확보하는 목적으로 첨가되며, 오스테나이트 결정립 성장 온도 증가로 결정립 미세화 효과를 가진다. 붕소(B)는 베이스 강판(10) 전체중량에 대하여 0.0005wt% 내지 0.01wt%로 포함될 수 있다. 붕소(B)가 상술한 범위로 포함 시 경질상 입계 취성 발생을 방지하며, 고인성과 굽힘성을 확보할 수 있다.
베이스 강판(10)의 나머지 성분은 철(Fe)이다. 다만, 통상의 제강 과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않은 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이러한 불순물들은 본 발명이 속하는 기술 분야 통상의 기술자가 용이하게 인식할 수 있으므로, 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.
일 실시예로, 베이스 강판(10)은 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 바나듐(V), 칼슘(Ca), 몰리브덴(Mo), 및 니켈(Ni) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
크롬(Cr)은 베이스 강판(10)의 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 크롬은 석출경화를 통한 결정립 미세화 및 강도 확보를 가능하게 한다. 이러한 크롬은 베이스 강판(10) 전체중량에 대하여 0.05wt% 내지 0.6wt% 포함될 수 있다. 크롬의 함량이 0.05wt% 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.
티타늄(Ti)은 열간 프레스 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향 목적으로 첨가될 수 있다. 또한, 고온에서 Ti(C, N) 등의 석출상을 형성하여, 오스테나이트 결정립 미세화에 효과적으로 기여한다. 이러한 티타늄은 베이스 강판(10) 전체중량에 대하여 0.025wt% 내지 0.050wt% 포함될 수 있다. 티타늄이 상기 함량범위로 포함되면, 연주 불량 및 석출물 조대화를 방지하고, 강재의 물성을 용이하게 확보할 수 있으며, 강재 표면에 크랙 발생 등의 결함을 방지할 수 있다. 반면에, 티타늄의 함량이 0.050wt%를 초과하면, 석출물이 조대화되어 연신율 및 굽힘성 하락이 발생할 수 있다.
니오븀(Nb) 및 바나듐(V)은 마르텐사이트 패캣 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성 증가를 목적으로 첨가된다. 니오븀 및 바나듐 각각은 베이스 강판(10) 전체 중량에 대하여 0.025wt% 내지 0.050wt% 포함될 수 있다. 니오븀 및 바나듐이 상기 범위로 포함시 열간압연 및 냉간압연 공정에서 강재의 결정립 미세화 효과가 우수하고, 제강/연주시 슬래브의 크랙 발생과, 제품의 취성 파단 발생을 방지하며, 제강성 조대 석출물 생성을 최소화할 수 있다.
칼슘(Ca)은 게재물 형상제어를 위해 첨가될 수 있다. 이러한 칼슘은 베이스 강판(10) 전체 중량에 대하여 0.003wt% 이하로 포함될 수 있다.
몰리브덴(Mo)은 열간압연 및 열간 프레스 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대를 통해 베이스 강판(10)의 강도 향상에 기여할 수 있다. 이와 같은 몰리브덴(Mo)은 베이스 강판(10) 전체 중량에 대하여 0.005wt% 내지 0.3wt%로 포함될 수 있다.
니켈(Ni)은 베이스 강판(10)의 고용 강화에 의해 고강도화에 기여할 뿐 아니라, 내식성을 향상시키고, 핫 스탬핑 부품(1)의 용접 후 내지연 파괴 특성을 개선하기 위해 첨가될 수 있다. 니켈은 베이스 강판(10) 전체 중량에 대하여 0.05wt% 내지 0.6wt% 포함될 수 있다. 니켈의 함량이 0.005wt% 미만인 경우, 충분한 고강도화 효과가 부족하고, 이와 반대로, 니켈의 함량이 0.6wt%를 초과하는 경우, 프로젝션 용접 후에 있어서 인성이 저하하여 압입 박리 강도가 저하될 수 있다.
도금층(20)은 베이스 강판(10) 상에 배치될 수 있다. 일 실시예로, 도금층(20)은 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 스트론튬(Sr)을 포함할 수 있다. 도금층(20)은 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 도금층(20)의 두께는 10㎛ 내지 40㎛일 수 있다. 이때, 도금층(20)의 두께는 도금층(20)의 평균 두께를 의미할 수 있다. 도금층(20)의 두께가 10㎛미만인 경우 도금층(20)로서의 내식성을 발휘하기 충분치 않고, 도금층(20)의 두께가 40㎛를 초과하는 경우 핫 스탬핑 공정 중 도금층(20)이 박리될 우려가 있을 수 있다.
일 실시예로, 도금층(20)의 표면조도는 산술평균조도(Ra)를 기준으로 0.9㎛ 내지 1.2㎛일 수 있다. 표면조도는 측정 방법에 따라 산술평균조도(Ra), 십점평균조도(Rz) 및 최대높이조도(Rmax)로 각각 정의될 수 있다. 도금층(20)의 표면조도가 0.9㎛미만인 경우 전착 도장후 도장 밀착성이 감소할 수 있다. 표면조도가 1.2㎛를 초과하는 경우 도금층(20)의 표면적이 증가함에 따라 부식성 물질의 투과가 용이하여 도금층(20)로서의 내식성 등을 발휘하기 충분하지 않을 수 있다. 구체적으로, 도금층(20)의 표면적이 증가함에 따라 수분, 산소, 또는 수소 등이 핫 스탬핑 부품(1)의 내부로 침투하게 되는 경로가 증가할 수 있다. 이에 따라, 핫 부품(1)의 내식성 또는 수소취성 등이 악화될 수 있다.
도금층(20)은 베이스 강판(10) 상에 순차적으로 적층된 제1층(21), 제2층(22), 제3층(23) 및 제4층(24)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1층(21)은 베이스 강판(10) 상에 배치되어서 베이스 강판(10)과 직접 접촉하는 층이며, 제2층(22)은 제1층(21) 상에 배치될 수 있다. 제3층(23)은 제2층(22)상에 배치될 수 있으며, 제4층(24)은 제3층(23) 상에 배치되어서 핫 스탬핑 부품(1)의 외부로 노출된 층일 수 있다. 제1층(21), 제2층(22), 제3층(23) 및 제4층(24)은 서로 상이한 조성비를 가질 수 있다.
제1층(21)은 베이스 강판(10)과 접하는 제1-1층(21a) 및 제2층(22)과 접하는 제1-2층(21b)을 포함할 수 있다. 제1-1층(21a) 및 제1-2층(21b)은 제1층(21) 내에서 베이스 강판(10)의 Fe와 도금층(20)의 Al이 상호 확산되는 과정에서, Al-Fe간 원소 확산에 의한 성분 차이로서 구분되는 층을 의미할 수 있다.
제1-1층(21a)은 알루미늄(Al): 0wt%초과 6wt%이하, 철(Fe): 80wt% 내지 90wt%, 실리콘(Si): 0wt%초과 2wt%이하, 및 마그네슘(Mg): 0wt%초과 0.5wt%이하를 포함할 수 있으며, 제1-2층(21b)은 알루미늄(Al): 20wt% 내지 30wt%, 철(Fe): 55wt% 내지 65wt%, 실리콘(Si): 3wt% 내지 8wt%, 및 마그네슘(Mg): 0wt%초과 1wt%이하를 포함할 수 있다. 제1-1층(21a) 및 제1-2층(21b)은 이미지 상으로 경계가 구분될 수도 있고, 또는 이미지 상으로 명확한 경계가 구분되지 않고 Al-Fe 비율이 연속적으로 변화함에 따라 그 경계가 그라데이션화된 층일 수도 있다.
제2층(22)은 알루미늄(Al): 45wt% 내지 55wt%, 철(Fe): 35wt% 내지 45wt%, 실리콘(Si): 0.5wt% 내지 3wt%, 및 마그네슘(Mg): 0wt%초과 1wt%이하를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 제2층(22)은 Al5Fe2을 포함할 수 있다.
제3층(23)은 알루미늄(Al): 20wt% 내지 35wt%, 철(Fe): 50wt% 내지 60wt%, 실리콘(Si): 5wt% 내지 10wt%, 및 마그네슘(Mg): 0wt%초과 1wt%이하를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 제3층(23)은 타우상(τ) 또는 AlFe를 포함할 수 있다. 구체적으로, 핫 스탬핑을 위한 가열 시 도금층(20)과 베이스 강판(10) 간에 Fe-Al 상호 확산이 일어나는데, 이때 제3층(23)은 타우상(τ) 또는 AlFe를 형성할 수 있다. 타우상(τ)은 핫 스탬핑을 위한 가열 시 일시적으로 발생하였다가 사라질 수도 있고, 잔존할 수도 있다.
제4층(24)은 알루미늄(Al): 45wt% 내지 55wt%, 철(Fe): 35wt% 내지 45wt%, 실리콘(Si): 0.5wt% 내지 3wt%, 및 마그네슘(Mg): 0.1wt% 내지 5wt%를 포함할 수 있다. 제4층(24)은 제3층(23)과 접하는 내층(24a) 및 핫 스탬핑 부품(1)의 외부로 노출되는 표층(24b)을 포함할 수 있다. 즉, 표층(24b)은 핫 스탬핑 부품(1)의 외부로 노출되는 도금층(20)의 표면을 의미할 수 있다. 표층(24b)은 알루미늄(Al): 20wt% 내지 40wt%, 철(Fe): 20wt% 내지 40wt%, 실리콘(Si): 0.5wt% 내지 3wt%, 마그네슘(Mg): 3wt% 내지 20wt%, 및 스트론튬(Sr): 0.01wt% 내지 3wt%를 포함할 수 있다.
한편 도 6의 이미지를 참조하면, 제1층(21) 및 제3층(23)이 제2층(22) 및 제4층(24)에 비해 밝은 색을 띄는 것을 알 수 있다. 이는 제1층(21) 및 제3층(23)이 제2층(22) 및 제4층(24)에 비해 Si를 많이 포함하고 있음을 의미할 수 있다
본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품(1)의 도금층(20)의 단면을 기준으로 마그네슘(Mg) 성분을 맵핑한 이미지인 도 7에 도시된 것과 같이, 도금층(20)의 마그네슘(Mg) 성분의 함량은 도금층(20) 내에서의 위치에 따라 상이할 수 있다. 구체적으로, 도금층(20)의 표면, 즉 표층(24b)에서의 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량이 가장 높을 수 있다. 도금층(20)은 베이스 강판(10) 방향으로 갈수록, 예컨대 도금층(20)의 상면에서 도금층(20)의 저면으로 갈수록 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량은 감소할 수 있다. 본 명세서에서 "도금층의 상면"은 핫 스탬핑 부품(1)의 외부로 노출되는 도금층(20)의 일 면을 의미하며, 도금층(20)의 저면은 베이스 강판(10)과 접하는 도금층(20)의 일 면을 의미할 수 있다. 즉, 베이스 강판(10)으로부터 멀어지는 방향으로 갈수록, 예컨대 도금층(20)의 저면에서 도금층(20)의 상면으로 갈수록 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량이 증가할 수 있다.
바꾸어 말하면, 베이스 강판(10) 방향의 반대 방향에 위치한 제4층(24)에서의 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량은 베이스 강판(10)에 더 인접한 제1층(21)에서의 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량보다 높을 수 있다. 구체적으로, 제4층(24)에서의 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량은 제3층(23)에서의 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량보다 높을 수 있으며, 제3층(23)에서의 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량은 제2층(22)에서의 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량보다 높을 수 있으며, 제2층(22)에서의 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량은 제1층(21)에서의 단위 부피당 마그네슘(Mg)의 함량보다 높을 수 있다.
이와 같이 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 청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
1: 핫 스탬핑 부품
10: 베이스 강판
20: 도금층
10: 베이스 강판
20: 도금층
Claims (12)
- 실리콘(Si): 5wt% 내지 13wt%, 마그네슘(Mg): 0.2wt% 내지 2.0wt%, 스트론튬(Sr): 0.01wt% 내지 0.5wt%, 및 잔부의 알루미늄(Al)을 포함하고, 630℃ 내지 700℃의 온도로 유지되는 도금욕에 베이스 강판을 침지하여, 상기 베이스 강판 상에 도금층을 형성함으로써 핫 스탬핑용 강판을 형성하는 단계;
상기 핫 스탬핑용 강판을 냉각하는 단계;
상기 핫 스탬핑용 강판을 가열하는 단계; 및
상기 핫 스탬핑용 강판을 핫 스탬핑함으로써 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 핫 스탬핑 부품이 포함하는 상기 도금층의 표면조도는 산술평균조도(Ra)를 기준으로 0.90㎛ 내지 1.2㎛인, 핫 스탬핑 부품의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 핫 스탬핑용 강판을 형성하는 단계는,
편면 기준 50g/㎡ 내지 150g/㎡의 부착량을 갖도록 상기 베이스 강판 상에 상기 도금층을 형성하는 단계인, 핫 스탬핑 부품의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 핫 스탬핑용 강판을 형성하는 단계는,
상기 도금욕에 침지시킨 베이스 강판을 상기 도금욕 외부로 이동시킨 후, 질소 가스를 이용하여 상기 베이스 강판을 와이핑하는 단계를 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조방법. - 제3항에 있어서
상기 핫 스탬핑용 강판을 형성하는 단계는,
상기 도금층이 10㎛ 내지 40㎛의 평균 두께를 갖도록 상기 베이스 강판 상에 상기 도금층을 형성하는 단계인, 핫 스탬핑 부품의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 핫 스탬핑용 강판을 냉각하는 단계는,
상기 핫 스탬핑용 강판을 5℃/s 내지 30℃/s의 냉각속도로 상온까지 냉각하는 단계인, 핫 스탬핑 부품의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 핫 스탬핑용 강판을 가열하는 단계는,
상기 핫 스탬핑용 강판을 850℃ 내지 960℃로 가열하는 단계인, 핫 스탬핑 부품의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계는,
상기 핫 스탬핑용 강판을 프레스 금형을 이용하여 핫 스탬핑하는 단계; 및
상기 핫 스탬핑용 강판을 10℃/s 이상의 냉각 속도로 급랭시키는 단계;를 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조방법. - 베이스 강판; 및
상기 베이스 강판 상에 배치되고, 알루미늄(Al), 실리콘(Si), 마그네슘(Mg), 및 스트론튬(Sr)을 포함하는 도금층;을 구비하고,
상기 도금층의 표면조도는 산술평균조도(Ra)를 기준으로 0.9㎛ 내지 1.2㎛인, 핫 스탬핑 부품. - 제8항에 있어서,
상기 도금층의 표면은 알루미늄(Al): 20wt% 내지 40wt%, 철(Fe): 20wt% 내지 40wt%, 실리콘(Si): 0.5wt% 내지 3wt%, 마그네슘(Mg): 3wt% 내지 20wt%, 및 스트론튬(Sr): 0.01wt% 내지 3wt%를 포함하는, 핫 스탬핑 부품. - 제8항에 있어서,
상기 도금층은 상기 도금층의 표면에서 상기 베이스 강판 방향으로 갈수록 단위 부피 당 마그네슘(Mg)의 함량이 감소하는, 핫 스탬핑 부품. - 제8항에 있어서,
상기 도금층은 상기 베이스 강판 상에 순차적으로 적층된 제1층, 제2층, 제3층 및 제4층을 포함하고,
상기 제1층, 상기 제2층, 상기 제3층 및 상기 제4층은 서로 다른 조성비를 갖는, 핫 스탬핑 부품. - 제11항에 있어서,
상기 베이스 강판의 반대 방향에 위치한 제4층에서 상기 베이스 강판 방향에 위치한 제1층으로 갈수록 마그네슘(Mg)의 함량이 감소하는, 핫 스탬핑 부품.
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| KR1020220067232A KR20230166778A (ko) | 2022-05-31 | 2022-05-31 | 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법 |
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| KR20230166778A true KR20230166778A (ko) | 2023-12-07 |
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6296805B1 (en) | 1998-07-09 | 2001-10-02 | Sollac | Coated hot- and cold-rolled steel sheet comprising a very high resistance after thermal treatment |
-
2022
- 2022-05-31 KR KR1020220067232A patent/KR20230166778A/ko not_active Application Discontinuation
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US6296805B1 (en) | 1998-07-09 | 2001-10-02 | Sollac | Coated hot- and cold-rolled steel sheet comprising a very high resistance after thermal treatment |
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