KR20240002754A - 코팅 강판, 이의 제조 방법, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법 - Google Patents

코팅 강판, 이의 제조 방법, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20240002754A
KR20240002754A KR1020220080719A KR20220080719A KR20240002754A KR 20240002754 A KR20240002754 A KR 20240002754A KR 1020220080719 A KR1020220080719 A KR 1020220080719A KR 20220080719 A KR20220080719 A KR 20220080719A KR 20240002754 A KR20240002754 A KR 20240002754A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
weight
blank
steel sheet
coating layer
oil
Prior art date
Application number
KR1020220080719A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102660481B1 (ko
Inventor
최혜림
장건우
Original Assignee
현대제철 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 현대제철 주식회사 filed Critical 현대제철 주식회사
Priority to KR1020220080719A priority Critical patent/KR102660481B1/ko
Publication of KR20240002754A publication Critical patent/KR20240002754A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102660481B1 publication Critical patent/KR102660481B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D7/00—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials
    • B05D7/14—Processes, other than flocking, specially adapted for applying liquids or other fluent materials to particular surfaces or for applying particular liquids or other fluent materials to metal, e.g. car bodies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D1/00—Processes for applying liquids or other fluent materials
    • B05D1/28—Processes for applying liquids or other fluent materials performed by transfer from the surfaces of elements carrying the liquid or other fluent material, e.g. brushes, pads, rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D3/00—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials
    • B05D3/02—Pretreatment of surfaces to which liquids or other fluent materials are to be applied; After-treatment of applied coatings, e.g. intermediate treating of an applied coating preparatory to subsequent applications of liquids or other fluent materials by baking
    • B05D3/0254—After-treatment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D—PROCESSES FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05D2202/00—Metallic substrate
    • B05D2202/10—Metallic substrate based on Fe

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)

Abstract

본 발명의 일 실시예는 소지 강판, 및 상기 소지 강판 상에 배치된 코팅층, 및 상기 코팅층 상에 배치되며 오일을 포함하는 오일층을 포함하며, 상기 오일은 40℃에서의 동점도가 20 mm2/s 내지 65 mm2/s인, 코팅 강판과 이의 제조 방법, 및 상기 코팅 강판을 이용한 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개시한다.

Description

코팅 강판, 이의 제조 방법, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법{COATED STEEL SHEET, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, AND METHOD FOR MANUFACTURING HOT STAMPING COMPONENT}
본 발명의 실시예들은 코팅 강판, 이의 제조 방법, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 산업에서 환경 규제와 안전 기준의 강화에 따라 고강도를 가지면서도 경량화된 차량 소재에 대한 필요성이 증대되고 있다. 이러한 고강도 및 경량 차량 소재를 제조하는 공법으로서 핫 스탬핑 기술이 주목받고 있으며, 핫 스탬핑 소재에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다. 핫 스탬핑 공정은 일반적으로 가열/성형/냉각/트림으로 이루어지며 공정 중 소재의 상변태 및 미세조직의 변화를 이용하게 된다.
핫 스탬핑 공정의 도입으로, 기존 고강도 강판으로 제조가 불가능했던, 성형이 어려운 부품을 제조할 수 있게 되었다. 또한, 성형 전 고온 가열로 인한 소지 강판의 표면 산화를 방지하기 위하여 내열성이 우수한 알루미늄-실리콘(Al-Si) 용융 도금을 적용하였다. 이와 관련된 기술로는 미국 등록특허 제6,296,805호 등이 있다.
그러나, 용융 도금된 강판은 가열하면, 강판 내부 철이 알루미늄 도금층으로 확산되고, 도금층이 합금화되어 취성을 가지게 된다. 이에 따라, 성형 시 도금층에 크랙과 같은 결함이 발생하여, 도금층 아래 강판이 외부로 노출되어, 내식성이 저하되는 우려가 있다. 또한, 강판을 도금할 때 용융 도금으로 인하여 드로스, 애쉬 등과 같은 표면 문제가 발생할 수도 있고, 작업성도 매우 저하될 수 있다.
미국 등록특허공보 제6,296,805호
본 발명의 실시예들은 핫 스탬핑 열처리 후 강판 표면의 코팅층이 박리되는 문제를 방지 또는 최소화할 수 있는 코팅 강판, 이의 제조 방법, 및 상기 코팅 강판을 이용한 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 제공하는 것이다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에서는, 소지 강판; 및 상기 소지 강판 상에 배치된 코팅층; 및 상기 코팅층 상에 배치되며, 오일을 포함하는 오일층;을 포함하며, 상기 오일은 40℃에서의 동점도가 20 mm2/s 내지 65 mm2/s인, 코팅 강판을 개시한다.
일 실시예에서, 상기 오일층의 부착량은 0.05 g/m2 내지 1.0 g/m2일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코팅층은 코팅 조성물로 형성되며, 상기 코팅 조성물은 상기 코팅 조성물의 전체 중량을 기준으로 금속 입자 40 중량% 내지 75 중량%, 바인더 5 중량% 내지 20 중량%, 및 용제 20 중량% 내지 50 중량%를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 금속 입자는 아연(Zn), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코팅층의 두께는 5 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다.
일 실시예에서, 상기 소지 강판은 탄소(C): 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 실리콘(Si): 0.01 중량% 내지 3.0 중량%, 망간(Mn): 0.3 중량% 내지 3.0 중량%, 인(P): 0.1 중량% 이하, 황(S): 0.1 중량% 이하 및 잔부 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 소지 강판은 보론(B): 0.0001 중량% 내지 0.005 중량%, 티타늄(Ti): 0.01 중량% 내지 0.1 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 중량% 내지 0.1 중량%, 크롬(Cr): 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 및 니켈(Ni): 0.01 중량% 내지 1.0 중량% 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에서는, 코팅 조성물을 소지 강판 상에 도포하는 단계; 상기 도포된 코팅 조성물을 건조시켜 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 코팅층 상에 오일을 도포하여 오일층을 형성하는 단계;를 포함하며, 상기 오일은 40℃에서의 동점도가 20 mm2/s 내지 65 mm2/s인, 코팅 강판의 제조 방법을 개시한다.
일 실시예에서, 상기 오일은 0.05 g/m2 내지 1.0 g/m2의 양으로 도포될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 코팅 조성물은 상기 코팅 조성물의 전체 중량을 기준으로 금속 입자 40 중량% 내지 75 중량%, 바인더 5 중량% 내지 20 중량%, 및 용제 20 중량% 내지 50 중량%를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 상기 건조 후의 코팅층의 두께는 5 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다.
본 발명의 다른 일 관점에서는, 소지 강판, 코팅층 및 오일층을 포함하는 코팅 강판을 재단하여 블랭크를 형성하는 단계; 상기 블랭크를 가열로 내로 투입하는 단계; 및 상기 블랭크를 가열하는 단계;를 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개시한다.
일 실시예에서, 상기 블랭크를 가열하는 단계에서, 상기 블랭크는 상온 내지 200℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도 승온 속도를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 블랭크를 가열하는 단계에서, 상기 블랭크는 200℃ 내지 450℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도 승온 속도를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 블랭크를 가열하는 단계에서, 상기 블랭크는 450℃ 내지 700℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 30℃/s의 표면 온도 승온 속도를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 상기 블랭크를 가열하는 단계 이후에, 상기 가열된 블랭크를 상기 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계; 상기 이송된 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계; 상기 형성된 성형체를 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 코팅 강판은 코팅층 상에 배치되고 오일 성분을 함유하는 오일층을 포함함으로써, 핫 스탬핑 열처리 후 코팅층의 강판에 대한 밀착성을 개선할 수 있다.
이에 따라, 핫 스탬핑 부품 제조시 금형 오염도가 감소하고, 작업성이 향상되며, 유지 보수 비용이 감소할 수 있다.
또한, 제조되는 핫 스탬핑 부품의 내식성이 향상될 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 제조 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판을 제조하는 코팅 장치를 도시한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 따른 블랭크의 시간에 따른 표면 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 따른 블랭크의 열처리 후 단면을 주사전자현미경(SEM)을 이용하여 관찰한 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과, 및 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 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.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기, 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판(10)은 소지 강판(100), 소지 강판(100) 상에 위치한 코팅층(200), 및 코팅층(200) 상에 위치한 오일층(300)을 포함할 수 있다.
소지 강판(100)은 소정의 원소를 소정 함량 포함하도록 주조된 강 슬라브에 대해 열연 공정 및/또는 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다.
일 예로, 소지 강판(100)은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 잔부의 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 강판(100)은 보론(B), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 및 니켈(Ni) 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
일 실시예로, 소지 강판(100)은 탄소(C): 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 실리콘(Si): 0.01 중량% 내지 3.0 중량%, 망간(Mn): 0.3 중량% 내지 3.0 중량%, 인(P): 0.1 중량% 이하, 황(S): 0.1 중량% 이하 및 잔부 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 소지 강판(100)은 보론(B): 0.0001 중량% 내지 0.005 중량%, 티타늄(Ti): 0.01 중량% 내지 0.1 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 중량% 내지 0.1 중량%, 크롬(Cr): 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 및 니켈(Ni): 0.01 중량% 내지 1.0 중량% 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
탄소(C)는 소지 강판(100)의 강도 및 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑 공정 이후, 소지 강판(100)의 인장강도 및 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다. 일 예로, 탄소는 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 0.5 중량%로 포함될 수 있다. 탄소의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 소지 강판(100)의 기계적 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 반면에 탄소의 함량이 0.5 중량%를 초과하면, 소지 강판(100)의 인성이 저하되거나 취성 제어 문제가 야기될 수 있다.
실리콘(Si)은 고용 강화 원소로서 소지 강판(100)의 강도 및 연성을 향상시킬 수 있다. 또한, 실리콘은 수소 취성에 의한 균열의 기점이 되는 시멘타이트의 생성을 억제하는 역할을 수행할 수 있다. 이러한 실리콘은 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 3.0 중량%로 포함될 수 있다. 실리콘의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우, 상술한 효과를 얻기 어려우며, 반대로 실리콘의 함량이 3.0 중량%를 초과하면, 소지 강판(100)의 코팅 특성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)은 열처리 시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 망간은 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.3 중량% 내지 3.0 중량%로 포함될 수 있다. 망간의 함량이 0.3 중량% 미만인 경우, 결정립 미세화 효과가 충분하지 못하여, 핫 스탬핑 부품의 경질상 분율이 미달될 수 있다. 반대로, 망간의 함량이 3.0 중량%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 소지 강판(100)의 인성이 저하되는 것을 방지하기 위해 첨가된다. 인은 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0 초과 0.1 중량% 이하로 포함될 수 있다. 인의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 인화철 화합물이 형성되어 인성이 저하되고, 제조 공정 중 소지 강판(100)에 크랙이 유발될 수 있다.
황(S)은 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0 초과 0.1 중량% 이하로 포함될 수 있다. 황의 함량이 0.1 중량%를 초과하면, 열간 가공성이 저하되고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
보론(B)은 마르텐사이트 조직을 확보함으로써, 소지 강판(100)의 소입성 및 강도를 확보하는 목적으로 첨가되며, 오스테나이트 결정립 성장 온도 증가로 결정립 미세화 효과를 가진다. 보론은 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.0001중량% 내지 0.005중량%로 포함될 수 있다. 보론의 함량이 0.0001중량% 미만인 경우, 소입성 향상 효과가 충분하지 않을 수 있다. 반면에 보론의 함량이 0.005중량%를 초과하는 경우, 취성 위험성과 연신율 열위 위험성이 증가할 수 있다.
티타늄(Ti)은 핫 스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향 목적으로 첨가된다. 또한, 티타늄은 고온에서 Ti(C,N) 등의 석출상을 형성하여, 오스테나이트 결정립 미세화에 효과적으로 기여할 수 있다. 티타늄은 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 0.1 중량%로 포함될 수 있다. 티타늄의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 석출물 형성이 미미하며 결정립 미세화 효과가 충분하지 않을 수 있다. 반면에 티타늄이 0.1 중량% 초과인 경우, 연신율 하락, 및 인성 저하가 발생할 수 있다.
니오븀(Nb)은 마르텐사이트(Martensite) 패캣 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성 증가를 목적으로 첨가된다. 니오븀은 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.01중량% 내지 0.1중량%로 포함될 수 있다. 니오븀이 상기 범위로 포함시 열간압연 및 냉간 압연 공정에서 강재의 결정립 미세화 효과가 우수하고, 제강/연주시 슬라브의 크랙 발생과, 제품의 취성 파단 발생을 방지하며, 제강성 조대 석출물 생성을 최소화할 수 있다.
크롬(Cr)은 소지 강판(100)의 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 크롬은 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 0.5 중량%로 포함될 수 있다. 크롬의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 소입성, 및 강도 향상의 효과가 충분하지 않을 수 있다. 반면에 크롬의 함량이 0.5 중량%를 초과하면, 생산비 증가와 소지 강판(100)의 인성이 저하될 수 있다.
몰리브덴(Mo)은 열간압연 및 열간 프레스 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대를 통해 소지 강판(100)의 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 몰리브덴은 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 0.5 중량%로 포함될 수 있다.
니켈(Ni)은 소지 강판(100)의 소입성 및 인성을 향상시키는 목적으로 첨가된다. 니켈은 소지 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 내지 1.0 중량%로 포함될 수 있다. 니켈의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 그 첨가 효과가 미미하다. 반면, 니켈의 함량이 1.0 중량%를 초과하는 경우, 소지 강판(100)의 가공성을 저하시키며 제조 비용을 상승시킬 수 있다.
코팅층(200)은 코팅 조성물을 이용하여 형성될 수 있고, 코팅 조성물은 금속 입자, 바인더, 및 용제를 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 코팅 조성물 전체 중량을 기준으로, 금속 입자 약 40 중량% 내지 약 75 중량%, 바인더 약 5 중량% 내지 약 20 중량%, 및 용제 약 20 중량% 내지 약 50 중량%를 포함할 수 있다.
금속 입자는 아연(Zn), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 코팅 조성물은 예컨대, 아연(Zn), 알루미늄(Al), 및 마그네슘(Mg) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
금속 입자는 코팅 조성물의 전체 중량에 대하여 약 40 중량% 내지 약 75 중량%로 포함될 수 있다. 금속 입자의 함량이 약 40 중량% 미만인 경우, 코팅층(200)의 내산화성 및 내열성이 저하될 수 있다. 반면에 금속 입자의 함량이 약 75 중량% 초과인 경우, 코팅층(200)의 밀착성 감소하여 파우더링 현상이 발생할 수 있다.
금속 입자는 구형, 타원형 또는 플레이크형(flake)형일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다만, 내산화성 및 내열성의 확보를 위해서는 플레이크형이 바람직할 수 있다.
바인더는 통상적인 바인더를 사용할 수 있다. 바인더는 예를 들어, 폴리우레탄, 이소시아네이트, 폴리에스테르, 에폭시 수지, 알키드 수지, 페놀 수지, 멜라민 수지, 아크릴 및 메타크릴 수지 등의 유기 화합물, 알킬알콕시 실란, 알콕시 실란, 아미노 실란 또는 혼합물의 가수분해 및 축합에 의한 올리고실록산, 폴리실록산, 실리콘, 및 실리콘 수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
바인더는 코팅 조성물의 전체 중량에 대하여 약 5 중량% 내지 약 20 중량%로 포함될 수 있고, 바람직하게는 약 10 중량% 내지 약 20 중량%일 수 있다. 바인더의 함량이 약 5 중량% 미만인 경우, 핫 스탬핑 열처리 전에 코팅층(200)의 밀착성이 저하되어 박리 및 파우더링이 발생할 수 있다. 반면에 바인더의 함량이 약 20 중량% 초과하는 경우, 핫스탬핑 열처리 후에 바인더가 잔류하여, 코팅층(200)의 밀착성이 떨어지고 파우더링 현상이 나타날 수 있다.
용제는 통상적인 용제를 사용할 수 있다. 용제는 예를 들어, 에탈올, 메탄오르 이소프로판올, 노말 부탄올 등의 알코올계 용제, 아세톤, 메틸에틸케톤, 메틸이소뷰틸케톤 등의 케톤계 용제, 초산에틸, 초산부틸 등의 에테르계 용제, 및 톨루엔, 크실렌 등의 방향족 탄화수소계 용제로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
용제는 코팅 조성물의 전체 중량에 대하여 약 20 중량% 내지 약 50 중량%로 포함될 수 있다. 용제의 함량이 약 20 중량% 미만인 경우, 코팅층(200) 형성시 코팅 조성물의 건조 성능이 저하될 수 있다. 반면, 용제의 함량이 약 50 중량% 초과하는 경우, 용제의 휘발성으로 인하여 코팅 조성물의 성상 변화가 나타날 수 있다.
코팅층(200)은 소지 강판(100)의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 코팅층(200)의 두께는 약 5 ㎛ 내지 약 20 ㎛일 수 있고, 바람직하게는, 약 8 ㎛ 내지 약 20 ㎛ 일 수 있다. 코팅층(200)의 두께는 건조된 두께를 기준으로 하며, 코팅층(200)의 전체 면적에 걸친 평균 두께를 의미할 수 있다. 코팅층(200)의 두께가 약 5 ㎛ 미만인 경우에는 코팅층(200)의 내산화성 및 내열성이 저하되고, 코팅층(200) 형성시 두께 제어가 어려울 수 있다. 코팅층(200)의 두께가 약 20 ㎛ 초과하는 경우에는 코팅층(200) 내 바인더의 총량이 증가하여 핫 스탬핑 열처리 후 잔여 바인더가 발생하고, 이에 따라 코팅층(200)의 박리가 발생할 수 있다.
오일층(300)은 코팅층(200)의 표면 상에 형성될 수 있다. 오일층(300)은 오일 성분을 포함할 수 있다. 코팅층(200)의 표면에 형성된 오일층(300)은 후술하는 블랭크의 가열 단계에서 블랭크(즉, 재단된 코팅 강판(10))의 표면 온도와 코팅층 내의 반응, 이에 따른 코팅층(200)의 밀착성에 영향을 미칠 수 있다.
상기 오일은 40℃에서의 동점도가 약 20 mm2/s 내지 약 65 mm2/s일 수 있으며, 바람직하게는 약 25 mm2/s 내지 약 65 mm2/s일 수 있다. 상기 오일의 동점도(40℃)가 약 20 mm2/s 미만인 경우, 오일층(300) 형성에 따른 코팅층(200)의 밀착성 개선 효과가 미미할 수 있다. 반면에, 상기 오일의 동점도(40℃)가 약 65 mm2/s를 초과하는 경우, 핫 스탬핑 열처리 후 제조된 핫 스탬핑 부품의 표면이 얼룩질 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 오일은 훅스(FUCHS) 사의 상용 제품인 "ANTICORIT RP 4107 S" 또는 "ANTICORIT PL 3802 39 S"가 적용될 수 있다. 본 명세서에서, 동점도(40℃)는 40℃에서 측정한 동점도를 의미하고, JIS K 2283：2000 「원유 및 석유제품-동점도 시험방법 및 점도 지수 산출방법에 의해 측정되는 동점도를 의미할 수 있다.
오일층(300)의 부착량은 약 0.05 g/m2 내지 약 1.0 g/m2일 수 있고, 바람직하게는 약 0.05 g/m2 내지 약 0.2 g/m2 일 수 있다. 오일층(300)의 부착량이 약 0.05 g/m2 미만인 경우, 코팅층(200) 상에 오일층(300)이 균일하게 형성되지 않을 수 있으며, 오일층(300) 형성에 따른 코팅층(200)의 밀착성 개선 효과가 미미할 수 있다. 반면에, 오일층(300)의 부착량이 약 1.0g/m2을 초과하는 경우 핫 스탬핑 열처리 후 제조된 핫 스탬핑 부품의 표면이 얼룩질 수 있다
오일층(300)의 두께는 약 1 ㎛ 이하일 수 있다. 오일층(300)의 두께는 오일이 코팅층(200) 상에 도포되어 부착된 두께를 기준으로 하며, 오일층(300) 전체 면적에 걸친 평균 두께일 수 있다. 오일층(300)의 두께가 약 1 ㎛ 를 초과하는 경우에는, 핫 스탬핑 열처리 후 잔여 오일층이 존재하거나, 핫 스탬핑 열처리 후 제조된 핫 스탬핑 부품의 표면이 얼룩질 수 있다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 도시한 순서도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 코팅 강판의 제조 방법을 도시한 순서도이다. 이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 설명한다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은 코팅 강판 제조 단계(S110), 블랭크 형성 단계(S120), 블랭크 투입 단계(S130), 블랭크 가열 단계(S140), 블랭크 이송 단계(S150), 성형체 형성 단계(S160), 및 성형체 냉각 단계(S170)를 포함할 수 있다.
코팅 강판 제조 단계(S110)는 도 3에 도시된 바와 같이, 강 슬라브의 열간 압연 단계(S210), 냉각/권취 단계(S220), 냉간 압연 단계(S230), 소둔 열처리 단계(S240), 코팅층 형성 단계(S250), 및 오일층 형성 단계(S260)를 포함할 수 있다.
소지 강판(100, 도 1)은 강 슬라브에 열간 압연, 및/또는 냉간 압연을 수행한 후 소둔 열처리하는 과정을 통해 형성될 수 있다. 먼저, 코팅 강판을 형성하는 공정의 대상이 되는 반제품 상태의 강 슬라브를 준비한다. 이때, 강 슬라브는, 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 잔부의 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 강 슬라브는 보론(B), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 및 니켈(Ni) 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
열간 압연을 위해 상기 강 슬라브의 재가열 단계가 진행된다. 강 슬라브의 재가열 단계에서는 연속 주조 공정을 통해 확보한 강 슬라브를 소정의 온도로 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용하게 된다. 일 예로, 슬라브가 재가열 온도(Slab Reheating Temperature, SRT)는 1,200℃ 내지 1,400℃일 수 있다. 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1,200℃보다 낮은 경우에는 주조 시 편석된 성분이 충분히 재고용되지 못해 합금 원소의 균질화 효과를 크게 보기 어렵고, 티타늄(Ti)의 고용 효과를 크게 보기 어려울 수 있다. 슬라브 재가열 온도(SRT)가 높을수록 균질화에 유리하나, 슬라브 재가열 온도(SRT)가 1,400℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정 입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 뿐만 아니라 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용이 상승할 수 있다.
열간 압연 단계(S210)에서는 재가열된 강 슬라브를 소정의 마무리 압연 온도에서 열간 압연할 수 있다. 일 예로, 마무리 압연 온도(Finishing Delivery Temperature: FDT)는 880℃ 내지 950℃일 수 있다. 이때, 마무리 압연 온도(FDT)가 880℃보다 낮으면, 이상영역 압연에 의한 혼립 조직이 발생으로 강판의 가공성 확보가 어렵고, 미세조직 불균일에 따라 가공성이 저하되는 문제가 있을 뿐만 아니라 급격한 상 변화에 의해 열간 압연 중 통판성의 문제가 발생할 수 있다. 마무리 압연 온도(FDT)가 950℃를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화될 수 있다. 또한, TiC 석출물이 조대화되어 핫 스탬핑 부품의 성능이 저하될 수 있다.
냉각/권취 단계(S220)에서는 열간 압연된 강판을 소정의 권취 온도(Coiling Temperature: CT)까지 냉각하여 권취할 수 있다. 일 예로, 권취 온도는 550℃ 내지 800℃일 수 있다. 권취 온도는 탄소(C)의 재분배에 영향을 미치며, 권취 온도가 550℃ 미만일 경우에는 과냉으로 인한 저온상 분율이 높아져 강도가 증가할 수 있고, 냉간 압연 시 압연부하가 심화될 우려가 있으며, 연성이 급격히 저하될 수 있다. 반대로, 권취 온도가 800℃를 초과할 경우에는 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 및 강도 열화가 발생할 수 있다.
냉간 압연 단계(S230)에서는 권취된 강판을 언코일링(uncoiling)하여 산세 처리한 후, 냉간 압연할 수 있다. 이때, 산세는 권취된 강판, 즉 상기 열연과정을 통하여 제조된 열연 코일의 스케일을 제거하기 위한 목적으로 실시하게 된다.
소둔 열처리 단계(S240)는 상기 냉연 강판을 700℃ 이상의 온도에서 소둔 열처리하는 단계일 수 있다. 일 예로, 소둔 열처리는 냉연 판재를 가열하고, 가열된 냉연 판재를 소정의 냉각 속도로 냉각하는 단계를 포함한다.
코팅층 형성 단계(S250)는 소둔 열처리된 강판에 대해 내식성 및 내열성을 개선하기 위한 코팅층을 형성하는 단계이다. 일 예로, 코팅층 형성 단계(S250)에서, 상기 소둔 열처리된 강판, 즉, 소지 강판(100, 도 1) 상에 코팅층(200, 도 1)을 형성할 수 있다. 코팅층(200)은 코팅 조성물로 형성되며, 코팅 조성물은 코팅 조성물 전체 중량을 기준으로, 금속 입자 약 40 중량% 내지 약 75 중량%, 바인더 약 5 중량% 내지 약 20 중량%, 및 용제 약 20 중량% 내지 약 50 중량%를 포함할 수 있다.
코팅층 형성 단계(S250)는 소지 강판(100, 도 1) 상에 코팅 조성물을 도포하는 단계 및 도포된 코팅 조성물을 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 도포 단계는 코팅 조성물을 강판의 표면에 도포하는 다양한 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 롤코터에 의한 코일 코팅, 커튼 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅 및 침적 코팅으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 방법으로 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 상기 도포 단계는 롤코터에 의한 코일 코팅 방법으로 수행될 수 있다. 이와 관련하여 도 4는 롤투롤(roll-to-roll) 방식의 코팅 장치(20)를 도시하고 있다. 코팅 장치(20)는 코팅 조성물이 수용된 수용부(21), 코팅 조성물을 픽업하는 픽업 롤러(PUR)(22), 및 픽업 롤러(22)에 연동하여 회전하면서 코팅 조성물을 강판에 코팅하는 어플리케이터 롤러(APR)(23)를 포함할 수 있다. 픽업 롤러(22)의 회전 방향과 어플리케이터 롤러(23)의 회전 방향은 서로 반대일 수 있고, 이러한 운동에 의해 코팅 조성물이 픽업 롤러(22)로부터 어플리케이터 롤러(23)를 통하여 강판에 전달될 수 있다.
어플리케이터 롤러(23)와 강판의 이동 방향은 정방향/ 역방향일 수 있으나, 코팅층의 두께 제어를 위해서는 정방향이 바람직하다. 픽업 롤러(22) 및 어플리케이터 롤러(23)는 각각 하나이거나 각각 한 쌍으로 구비될 수 있다. 이와 같은 코팅 방법은 금속을 용융시키는 도금 방식과 비교하여 금속을 용융시키는 과정을 요하지 않으므로 경제적이고 효율적일 수 있다.
상기 건조 단계는, 소지 강판(100, 도 1) 상에 도포된 코팅 조성물을 건조하여 코팅층(200, 도 1)을 형성하고, 코팅층(200)과 소지 강판(100) 사이의 접착력을 강화하는 단계일 수 있다. 상기 건조 단계는 열풍 방식, 유도 가열 방식, 및 근적외선 가열 방식 중 하나 이상의 방식으로 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 건조는 PMT(Peal Metal Temperature)로, 예를 들어 80℃ 내지 140℃에서 3초 내지 60초 동안 수행될 수 있다. 건조 후의 코팅층(200)의 두께는 5 ㎛ 내지 20 ㎛일 수 있다.
오일층 형성 단계(S260)는 코팅층(200, 도 1) 상에 오일을 도포하는 단계를 포함할 수 있다. 오일은 40℃에서의 동점도가 약 20 mm2/s 내지 약 65 mm2/s일 수 있다. 오일은 코팅층(200) 상에 약 0.05 g/m2 내지 약 1.0 g/m2, 바람직하게는 약 0.05 g/m2 내지 약 0.2 g/m2의 양으로 도포될 수 있다. 도포된 오일층(300)의 두께는 약 1 ㎛ 이하일 수 있다.
블랭크 형성 단계(S120)는 코팅 강판(10, 도 1)을 목적에 따라 재단하여 블랭크를 형성하는 단계이다. 일 실시예에서, 코팅 강판(10)을 재단함으로써, 핫 스탬핑용 블랭크가 제공될 수 있다.
블랭크 투입 단계(S130)는 블랭크, 즉 재단된 코팅 강판(10, 도 1)을 가열로 내에 투입하는 단계일 수 있다. 블랭크 투입 단계(S130) 이후에, 블랭크 가열 단계(S140)가 이루어질 수 있다. 블랭크 가열 단계(S140)는 가열로 내에서 블랭크를 열처리하는 단계일 수 있다.
블랭크 가열 단계(S140)는 승온 단계와 등온 단계를 포함할 수 있다. 승온 단계는 블랭크가 가열로 내에 구비된 서로 다른 온도의 복수의 구간을 통과하며 다단 가열되는 단계일 수 있다. 블랭크가 투입되는 가열로의 입구로부터 취출되는 가열로의 출구 방향으로 높아지도록 가열로 내에 온도가 설정되어 코팅 강판을 점차적으로 승온시킬 수 있다. 가열로는 복수의 구간으로 구비되되 복수의 구간들은 균일한 온도로 구비될 수 있다. 승온 단계 이후의 등온 단계는 가열로의 마지막 부분에서, 블랭크를 일정한 온도로 균열 가열하는 단계일 수 있다. 블랭크를 균열 가열하는 구간의 온도가 블랭크를 다단 가열하는 구간들의 온도보다 높거나 같을 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 블랭크 가열 단계(S140)는 블랭크를 일정한 온도의 가열로 내에서 열처리하는 단계일 수 있다.
일 실시예예서, 블랭크 가열 단계(S140)는 블랭크, 즉 재단된 코팅 강판(10)을 약 800℃ 내지 약 1000℃, 바람직하게는 약 850℃ 내지 약 950℃로 유지되는 가열로에서 수행될 수 있다.
블랭크 가열 단계(S140)는 2분 내지 10분 동안 수행될 수 있다. 일 예로, 블랭크는 가열로 내에서 2분 내지 10분 동안 체류할 수 있다. 일 실시예예서, 가열로 내에서 블랭크가 다단 가열 및 균열 가열 되는 시간은 2분 내지 10분일 수 있다. 블랭크가 가열로 내에 체류하는 시간이 2분 미만일 경우, 목적하는 균열 온도에서 충분히 균열되기 어려울 수 있다. 또한, 블랭크가 가열로 내에 체류하는 시간이 10분을 초과할 경우, 블랭크 내부로 침투하는 수소의 양이 증가하여 지연 파단의 위험이 높아지고, 핫 스탬핑 후의 내식성이 저하될 수 있다.
블랭크 가열 단계(S140)에서, 블랭크의 오일층(300, 도 2)을 구성하는 오일 성분은 열을 흡수하며 승화될 수 있다. 이에 따라, 오일층을 포함하지 않는 블랭크와 비교하여, 동일 조건에서 블랭크의 표면 온도의 승온 속도가 작을 수 있다. 상기 오일층은 블랭크를 가열하는 단계에서 전부 제거될 수 있다. 한편, 열처리시 블랭크의 코팅층(200, 도 2) 내의 바인더는 분해될 수 있고, 외부로 배출될 수 있다. 코팅층 내의 금속 입자들은 강판의 철과 합금화될 수 있다.
블랭크 가열 단계(S140) 이후에, 블랭크 이송 단계(S150), 성형체 형성 단계(S160), 및 성형체 냉각 단계(S170)가 더 수행될 수 있다.
블랭크 이송 단계(S150)는 열처리된 블랭크를 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계일 수 있다. 열처리된 블랭크를 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계에 있어서, 열처리된 블랭크는 5초 내지 15초 동안 공랭될 수 있다.
성형체 형성 단계(S160)는 이송된 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계일 수 있다. 성형체 냉각 단계(S170)는 형성된 성형체를 냉각하는 단계일 수 있다.
프레스 금형에서 최종 부품 형상으로 성형된 후 성형체를 냉각하여 최종 제품이 형성될 수 있다. 프레스 금형에는 내부에 냉매가 순환하는 냉각 채널이 구비될 수 있다. 프레스 금형에 구비된 냉각 채널을 통하여 공급되는 냉매에 순환에 의해 열처리된 블랭크를 급냉시킬 수 있게 된다. 이때, 판재의 스프링 백(spring back) 현상을 방지함과 더불어 원하는 형상을 유지하기 위해서는 프레스 금형을 닫은 상태에서 가압하면서 급랭을 실시할 수 있다. 열처리된 블랭크를 성형 및 냉각 조작을 함에 있어, 마르텐사이트 종료 온도까지 평균냉각속도를 최소 10℃/s 이상으로 냉각할 수 있다. 블랭크는 프레스 금형 내에서 3초 내지 20초간 유지될 수 있다. 프레스 금형 내 유지 시간이 3초 미만일 경우, 소재의 충분한 냉각이 이뤄지지 않아 제품의 잔존 열과 부위별 온도 편차에 의해 열 변형이 발생하여 치수품질이 저하될 수 있다. 또한, 프레스 금형 내 유지 시간이 20초를 초과하는 경우, 프레스 금형 내 유지 시간이 길어져 생산성이 저하될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 따른 블랭크의 시간에 따른 표면 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 일 실시예로서 소지 강판, 코팅층 및 오일층을 포함하는 블랭크(A)와, 일 비교예로서 소지 강판 및 코팅층을 포함하되 오일층을 포함하지 않는 블랭크(B)의 시간에 따른 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 일 예로, 코팅층은 금속 입자인, 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 및 아연(Zn) 입자와 바인더를 포함할 수 있다. 도 5는 일 실시예 및 일 비교예의 블랭크를 대상으로 동일한 조건, 예컨대 950℃에서 5분 동안 열처리를 수행한 결과일 수 있다.
도 5를 참조하면, 일 실시예의 오일층을 포함하는 블랭크(A)는 일 비교예의 오일층을 포함하지 않는 블랭크(B)와 비교하여, 상온 내지 약 700℃의 표면 온도에서 블랭크의 표면 온도의 승온 속도가 작은 것을 확인할 수 있다. 구체적으로, 동점도(40℃)가 약 20 mm2/s 내지 약 65 mm2/s인 오일을 함유하는 오일층이 형성된 블랭크(A)는 오일층을 포함하지 않는 블랭크(B)와 비교하여 상온에서 약 700℃의 표면 온도에서 표면 온도의 승온 속도가 작은 것을 확인할 수 있다. 한편, 약 700℃ 내지 약 950℃ 의 표면 온도에서는 오일층을 포함하는 블랭크(A)의 표면 온도의 승온 속도가 오일층을 포함하지 않는 블랭크(B)의 표면 온도의 승온 속도 보다 근소하게 크거나 거의 동일하게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
블랭크를 가열하는 단계에서, 블랭크의 오일층은 코팅층으로 산소가 유입되는 것을 차단하는 동시에, 열을 일부 흡수하면서 상대적으로 저온(예컨대, 약 150℃ 내지 약 250℃의 온도)에서 승화할 수 있다. 이에 따라, 블랭크의 표면 온도의 승온 속도가 낮아질 수 있다. 일 실시예에서, 상기 블랭크(A)는 상온 내지 200℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가질 수 있다. 또한, 상기 블랭크(A)는 200℃ 내지 450℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가질 수 있다. 상기 블랭크(A)는 450℃ 내지 700℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 30℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가질 수 있다. 또한, 상기 블랭크(A)는 상온 내지 450℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가질 수 있다. 여기서, 표면 온도의 승온 속도는 소정의 표면 온도의 구간에서의 평균 승온 속도를 의미한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예 및 일 비교예에 따른 블랭크의 단면을 주사전자현미경(SEM)으로 관찰한 이미지(좌)와, 주사전자현미경(SEM)의 에너지 분산형 X선 검출기(EDX)를 이용하여 블랭크의 단면의 조성 분석을 진행한 이미지(우)를 도시한다. 구체적으로, 우측의 이미지는 블랭크의 단면에서의 아연(Zn)의 분포를 나타낸다.
블랭크를 가열하는 단계에서, 블랭크의 표면 온도가 코팅층에 포함된 아연의 융점(약 400℃ 내지 약 450℃) 이상으로 올라가면, 아연이 코팅층의 표면으로 이동하여 산화되면서 아연계 산화물이 형성될 수 있다. 이때, 아연계 산화물은 코팅층의 밀착성을 열위하게 하는 요인으로 추정된다. 다만, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 오일층을 포함함으로써 블랭크(A)의 표면 온도의 승온 속도가 느리게 나타나는 경우, 아연의 융점보다 낮은 온도에서 소지 강판에서 확산된 철(Fe)과 코팅층 내 아연의 합금화가 발생하며 아연의 융점이 상승할 수 있다. 따라서, 아연이 코팅층의 표면으로 확산되기 전에 코팅층의 내부에서 철 등과 합금화되면서 코팅층 표면에서 형성되는 아연계 산화물이 감소할 수 있다.
도 6을 참조하면, 열처리 이후에 일 비교예의 오일층을 포함하지 않는 블랭크(B)의 경우, 아연이 코팅층(200'')의 표면에 분포하며 아연계 산화물을 형성하는 반면에, 일 실시예의 오일층을 포함하는 블랭크(A)의 경우, 아연이 코팅층(200')의 내부에 확산 분포된 형태임을 확인할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 코팅층 상에 오일층을 형성함으로써, 열처리 후 코팅층(200')의 소지 강판(100')에 대한 밀착성이 개선될 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 변경될 수 있다.
오일 특성 표면 온도의 승온 속도(℃/s)
오일 동점도(40℃, mm2/s = cst) 인화점(℃) 상온 ~ 200℃ 200℃ ~ 450℃ 상온 ~ 450℃ 450℃ ~ 700℃
실시예1 O 22 200-220 33.3 33.7 33.5 22.8
실시예2 O 36 200-220 32.2 32.7 32.5 23.8
실시예3 O 60 210-250 31.2 31.9 31.7 26.4
비교예1 X - - 90.9 61.1 70.6 25.8
비교예2 O 16 130-150 88.9 62.1 71.6 24.8
비교예3 O 18 140-160 87.5 63.1 72.3 23.2
비교예4 O 90 210-250 28.8 32.9 29.2 25.1
표 1은 본 발명의 실험예에 따른 핫 스탬핑 부품 제조를 위한 오일층의 오일 특성, 및 열처리시 블랭크의 표면 온도의 승온 속도를 나타낸 표이다.
실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1 내지 비교예 4의 소지 강판은 탄소(C) 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 실리콘(Si) 0.01 중량% 내지 3.0 중량%, 망간(Mn) 0.3 중량% 내지 3.0 중량%, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 보론(B), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 니켈(Ni) 중 하나 이상의 성분, 잔부의 철 및 기타 불가피한 불순물을 포함한다. 실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1 내지 비교예 4의 소지 강판에 대하여 동일한 조건으로 열간 압연, 냉각/권취, 소둔 열처리를 수행하고, 소지 강판 상에 내산화성 및 내열성을 개선하기 위한 코팅층을 형성하였다.
실시예 1 내지 실시예 3, 비교예 2 내지 비교예 4의 경우, 코팅층의 표면에 0.1 g/m2의 오일을 도포하여 오일층을 형성하였다. 비교예 1의 경우, 코팅층 상에 오일층을 형성하지 않았다. 실시예 1 내지 실시예 3의 오일은 훅스(FUCHS) 사의 상용 제품인 "ANTICORIT RP 4107 S" 또는 "ANTICORIT PL 3802 39 S"을 사용하였다. 비교예 2 및 비교예 3은 범우 사의 상용 제품인 "BW80HG", "RP955", 또는 "BW70PS(1)"를 사용하였다. 비교예 4는 훅스(FUCHS) 사의 상용 제품인 "ANTICORIT PLS 100T"를 사용하였다. 표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3은 동점도(40℃)가 25 mm2/s 내지 60 mm2/s인 오일을 포함하나, 비교예 2 및 비교예 3은 동점도(40℃)가 25 mm2/s 미만인 오일을 포함하고, 비교예 4는 동점도(40℃)가 60 mm2/s를 초과하는 오일을 포함하고 있다.
실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1 내지 비교예 4의 코팅 강판을 재단하여 블랭크를 형성하고, 상기 블랭크를 가열로 내로 투입하여 950℃의 5분간 열처리하였다. 이후 열처리된 블랭크를 이용하여 핫 스탬핑 부품을 제조하였다.
표 1을 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 4의 블랭크는 열처리시 상온 내지 200℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가지고, 200℃ 내지 450℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가지고, 450℃ 내지 700℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 30℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가지며, 상온 내지 450℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 갖는다. 반면, 비교예 1 및 비교예 2의 블랭크는 열처리시 상온 내지 200℃의 표면 온도, 200℃ 내지 450℃의 표면 온도, 및 상온 내지 450℃의 표면 온도 구간에서 40℃/s를 초과하는 표면 온도 승온 속도를 가지며, 450℃ 내지 700℃의 표면 온도에서 30℃/s를 초과하는 표면 온도 승온 속도를 갖는다.
<표면 외관 관찰>
실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1 내지 비교예 4의 핫 스탬핑 부품의 표면 외관을 육안 관찰하였다. 부품의 표면 외관이 양호한 경우 "O"로 표기하고, 부품의 표면에 얼룩이 존재하는 등 표면 외관이 미흡한 경우 "X"로 표기하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
<코팅층의 밀착성 평가>
실시예 1 내지 실시예 3, 및 비교예 1 내지 비교예 4의 핫 스탬핑 부품을 대상으로 코팅층의 밀착성을 평가하였다. 각 부품에 대하여 프레스 기계를 이용하여 5R 굽힘 시험을 수행하였다. 이후 굽혀진 시편을 평판으로 재가공 하였다. 굽혀진 부분에서 변형량이 많은 외측 표면에 테이프(일본 이치방社 제품)를 붙였다 떼내는 실험을 수행하였다. 이후, 테이프에 붙어있는 코팅층의 양을 육안으로 확인하였다.
소지 강판에 알루미늄-실리콘(Al-Si) 용융 도금을 적용한 핫스탬핑 부품의 도금층의 밀착성을 기준으로 하여, 실시예 및 비교예의 코팅층의 밀착성을 평가하였다. 코팅층의 밀착성이 우수한 경우 "O"로 표기하고, 코팅층의 밀착성이 미흡한 경우 "X"로 표기하였다. 그 결과는 하기 표 2에 나타내었다.
표면 외관 관찰 밀착성 평가
실시예1 O O
실시예2 O O
실시예3 O O
비교예1 O X
비교예2 O X
비교예3 O X
비교예4 X O
표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3은 표면 외관이 양호하고, 밀착성이 우수한 것으로 나타났다. 반면에, 비교예 1 내지 비교예 3은 코팅층의 박리가 관찰되며 밀착성이 미흡한 것으로 나타났고, 비교예 4는 부품의 표면에 얼룩이 존재하여 표면 외관이 미흡한 것으로 나타났다.
표 1 및 표 2를 참조하면, 실시예 1 내지 실시예 3은 오일층이 약 20 mm2/s 내지 약 65 mm2/s의 동점도(40℃)를 갖는 오일을 포함하고, 오일층에 의해 열처리시 블랭크의 표면 온도 승온 속도가 감소하여 상온 내지 200℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가지고, 200℃ 내지 450℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가지고, 450℃ 내지 700℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 30℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가지고, 상온 내지 450℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도의 승온 속도를 가짐으로써, 코팅층의 밀착성이 개선되는 것을 알 수 있다.
다만, 비교예 1 내지 비교예 3은 오일층을 포함하지 않거나 오일층이 동점도(40℃)가 약 20 mm2/s 미만의 오일을 포함하고, 오일층에 의한 블랭크의 표면 온도 승온 속도 감소 효과가 미미하여, 코팅층의 밀착성이 개선되지 않는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 4의 경우, 열처리시 블랭크의 표면 온도 승온 속도가 감소하여 코팅층의 밀착성이 개선되나, 오일층에 포함된 오일의 동점도(40℃)가 65 mm2/s를 초과하여, 열처리 후 핫스탬핑 부품의 표면 외관에 불량이 발생하는 것을 알 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실험예에 따르면, 코팅 강판이 동점도(40℃)가 약 20 mm2/s 내지 약 65 mm2/s인 오일을 함유하는 오일층을 포함하고, 열처리시 블랭크의 표면 온도의 승온 속도가 상술한 표면 온도 구간 별 승온 속도 범위를 가짐으로써, 본 발명의 핫 스탬핑 제조 방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품의 표면 외관이 우수하게 나타나는 동시에 내산화성 코팅층의 밀착성이 개선될 수 있다.
이에 따라, 핫 스탬핑 부품 제조시 금형 오염도가 감소하고, 작업성이 증가하며, 유지 보수 비용이 감소할 수 있다. 또한, 제조된 핫 스탬핑 부품의 내식성 및 용접성이 향상될 수 있다.
이와 같은 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 코팅 강판
100, 100': 소지 강판
200, 200', 200'': 코팅층
300: 오일층

Claims (16)

  1. 소지 강판; 및
    상기 소지 강판 상에 배치된 코팅층; 및
    상기 코팅층 상에 배치되며, 오일을 포함하는 오일층;을 포함하며,
    상기 오일은 40℃에서의 동점도가 20 mm2/s 내지 65 mm2/s인, 코팅 강판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 오일층의 부착량은 0.05 g/m2 내지 1.0 g/m2인, 코팅 강판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층은 코팅 조성물로 형성되며,
    상기 코팅 조성물은 상기 코팅 조성물의 전체 중량을 기준으로 금속 입자 40 중량% 내지 75 중량%, 바인더 5 중량% 내지 20 중량%, 및 용제 20 중량% 내지 50 중량%를 포함하는, 코팅 강판.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 금속 입자는 아연(Zn), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 실리콘(Si), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 지르코늄(Zr), 또는 이들의 합금을 포함하는, 코팅 강판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 코팅층의 두께는 5 ㎛ 내지 20 ㎛인, 코팅 강판.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 소지 강판은 탄소(C): 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 실리콘(Si): 0.01 중량% 내지 3.0 중량%, 망간(Mn): 0.3 중량% 내지 3.0 중량%, 인(P): 0.1 중량% 이하, 황(S): 0.1 중량% 이하 및 잔부 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 코팅 강판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 소지 강판은 보론(B): 0.0001 중량% 내지 0.005 중량%, 티타늄(Ti): 0.01 중량% 내지 0.1 중량%, 니오븀(Nb): 0.01 중량% 내지 0.1 중량%, 크롬(Cr): 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 몰리브덴(Mo): 0.01 중량% 내지 0.5 중량%, 및 니켈(Ni): 0.01 중량% 내지 1.0 중량% 중 1종 이상을 더 포함하는, 코팅 강판.
  8. 코팅 조성물을 소지 강판 상에 도포하는 단계;
    상기 도포된 코팅 조성물을 건조시켜 코팅층을 형성하는 단계; 및
    상기 코팅층 상에 오일을 도포하여 오일층을 형성하는 단계;를 포함하며,
    상기 오일은 40℃에서의 동점도가 20 mm2/s 내지 65 mm2/s인, 코팅 강판의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 오일은 0.05 g/m2 내지 1.0 g/m2의 양으로 도포된, 코팅 강판의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 코팅 조성물은 상기 코팅 조성물의 전체 중량을 기준으로 금속 입자 40 중량% 내지 75 중량%, 바인더 5 중량% 내지 20 중량%, 및 용제 20 중량% 내지 50 중량%를 포함하는, 코팅 강판의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 건조 후의 코팅층의 두께는 5 ㎛ 내지 20 ㎛인, 코팅 강판의 제조 방법.
  12. 소지 강판, 코팅층 및 오일층을 포함하는 코팅 강판을 재단하여 블랭크를 형성하는 단계;
    상기 블랭크를 가열로 내로 투입하는 단계; 및
    상기 블랭크를 가열하는 단계;를 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 블랭크를 가열하는 단계에서,
    상기 블랭크는 상온 내지 200℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도 승온 속도를 갖는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 블랭크를 가열하는 단계에서,
    상기 블랭크는 200℃ 내지 450℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 40℃/s의 표면 온도 승온 속도를 갖는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 블랭크를 가열하는 단계에서,
    상기 블랭크는 450℃ 내지 700℃의 표면 온도에서 10℃/s 내지 30℃/s의 표면 온도 승온 속도를 갖는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 블랭크를 가열하는 단계 이후에,
    상기 가열된 블랭크를 상기 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계;
    상기 이송된 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계;
    상기 형성된 성형체를 냉각하는 단계;를 더 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
KR1020220080719A 2022-06-30 2022-06-30 코팅 강판, 이의 제조 방법, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법 KR102660481B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220080719A KR102660481B1 (ko) 2022-06-30 2022-06-30 코팅 강판, 이의 제조 방법, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220080719A KR102660481B1 (ko) 2022-06-30 2022-06-30 코팅 강판, 이의 제조 방법, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20240002754A true KR20240002754A (ko) 2024-01-08
KR102660481B1 KR102660481B1 (ko) 2024-04-25

Family

ID=89533263

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220080719A KR102660481B1 (ko) 2022-06-30 2022-06-30 코팅 강판, 이의 제조 방법, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102660481B1 (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150091122A (ko) * 2012-12-27 2015-08-07 니혼 파커라이징 가부시키가이샤 알칼리 가용형 윤활 피막을 갖는 강판, 그 제조방법 및 조성물
KR102310965B1 (ko) * 2019-12-20 2021-10-12 현대제철 주식회사 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150091122A (ko) * 2012-12-27 2015-08-07 니혼 파커라이징 가부시키가이샤 알칼리 가용형 윤활 피막을 갖는 강판, 그 제조방법 및 조성물
KR102310965B1 (ko) * 2019-12-20 2021-10-12 현대제철 주식회사 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR102660481B1 (ko) 2024-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102189791B1 (ko) 저밀도 용융 아연도금 강철 및 이의 제조 방법
EP2881481B1 (en) High-strength hot-dip galvanized steel sheet having excellent moldability and shape fixability, and method for manufacturing same
EP2128293B1 (en) Low specific gravity and high strength steel sheets with excellent ridging resistance and manufacturing methods thereof
US9255313B2 (en) Steel sheet for hot press forming having low-temperature heat treatment property, method of manufacturing the same, method of manufacturing parts using the same, and parts manufactured by the same
EP2371979B1 (en) High-strength cold-rolled steel sheet having excellent workability, molten galvanized high-strength steel sheet, and method for producing the same
KR101528080B1 (ko) 성형성이 우수한 고강도 용융 아연 도금 강판 및 그 제조 방법
CN108884533B (zh) 薄钢板和镀覆钢板及其制造方法以及热轧钢板、冷轧全硬钢板、热处理板的制造方法
WO2016132680A1 (ja) 高強度冷延薄鋼板およびその製造方法
KR101726090B1 (ko) 표면품질 및 도금밀착성이 우수한 고강도 용융아연도금강판 및 그 제조방법
KR102310965B1 (ko) 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법
EP3106528A1 (en) High-strength hot-dip galvanized steel sheet, and method for manufacturing high-strength alloyed hot-dip galvanized steel sheet
KR102608375B1 (ko) 열간 프레스용 강판 및 이의 제조 방법
KR102280797B1 (ko) 핫 스탬핑용 블랭크, 이의 제조 방법, 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법
WO2016152148A1 (ja) 高強度鋼板およびその製造方法
KR102450998B1 (ko) 내식성 및 내열성이 우수한 열간성형용 알루미늄-철 합금 도금 강판, 열간 프레스 성형 부재 및 이들의 제조방법
JP2002129241A (ja) 延性に優れる高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
KR20190077176A (ko) 상온내시효성 및 소부경화성이 우수한 아연계 도금강판 및 그 제조방법
JP4293020B2 (ja) 穴広げ性に優れる高強度鋼板の製造方法
JP5381154B2 (ja) プレス加工と塗装焼付け後の強度−延性バランスに優れた冷延鋼板およびその製造方法
KR102660481B1 (ko) 코팅 강판, 이의 제조 방법, 및 핫 스탬핑 부품의 제조 방법
JP2003268491A (ja) 加工部材用高強度鋼板とその製造方法および耐磨耗性に優れた加工面を有する加工部材の製造方法、
JP6780804B1 (ja) 高強度鋼板およびその製造方法
JP4826694B2 (ja) 薄鋼板の耐疲労特性改善方法
KR20240107916A (ko) 핫 스탬핑용 코팅 강판 및 이의 제조 방법
JP4172268B2 (ja) 伸びフランジ性、強度−延性バランス、および歪時効硬化特性に優れた複合組織型高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right