WO2021125579A1 - 핫 스탬핑용 블랭크, 이의 제조 방법, 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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WO2021125579A1
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layer
hot stamping
heating
steel sheet
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정승필
김혜진
황규연
정현영
이진호
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현대제철 주식회사
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    • 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
    • C21D2261/00—Machining or cutting being involved

Definitions

  • the present invention relates to a blank for hot stamping, a method for manufacturing the same, a hot stamping part, and a method for manufacturing the same.
  • the hot stamping process is generally made of heating/forming/cooling/trimming, and uses the phase transformation of the material and the change of the microstructure during the process.
  • Embodiments of the present invention provide a blank for hot stamping, a manufacturing method thereof, a hot stamping part, and a manufacturing method thereof, which can prevent or minimize the occurrence of hydrogen-delayed rupture and mold sintering problems during the hot stamping process.
  • the first time period may be 60 minutes or more.
  • the first time period may be 10 minutes or more.
  • the forming of the plating layer on the steel sheet may include forming an Al-Si plating layer on the steel sheet.
  • the plating amount of the plating layer may be 40 g/m 2 to 200 g/m 2 .
  • At least a portion of the steel sheet and the plating layer may be mutually diffused to form an alloying layer.
  • the alloying layer may be provided as a single layer.
  • the method may further include forming a blank by cutting the steel sheet on which the alloying layer is formed.
  • Another embodiment of the present invention a steel plate; and an alloying layer positioned on the steel sheet but provided as a single layer; provided, a blank for hot stamping.
  • the steel sheet carbon (C): 0.19wt% to 0.38wt%, silicon (Si): 0.1wt% to 1wt%, manganese (Mn): 1wt% to 2wt%, phosphorus (P) : more than 0 0.03 wt% or less, sulfur (S): more than 0 0.01 wt% or less, chromium (Cr): 0.1 wt% to 0.6 wt%, titanium (Ti): 0.01 wt% to 0.05 wt%, boron (B) : 0.001 wt% to 0.005 wt%, and the remainder may contain iron (Fe) and unavoidable impurities.
  • the alloying layer may be provided with a FeAlSi alloy.
  • Another embodiment of the present invention comprises the steps of heating a steel sheet having a plated layer formed thereon at a first temperature for a first time; forming a blank by cutting the heated steel sheet; a multi-stage heating step of heating the blank step by step; and a crack heating step of heating the multi-stage heated blank to a temperature of Ac3 to 1,000°C, wherein the first temperature is 540°C to 600°C.
  • the first time period may be 60 minutes or more.
  • the first time period may be 10 minutes or more.
  • the multi-stage heating step, and the crack heating step may be made in a heating furnace having a plurality of sections having different temperature ranges.
  • the ratio of the length of the section heating the blank in multiple stages in the plurality of sections to the length of the section heating the blank by cracking may satisfy 1:1 to 4:1.
  • the temperature of the plurality of sections may increase from the inlet of the heating furnace to the exit direction of the heating furnace.
  • the temperature difference between two adjacent sections of the section heating the blank in multiple stages may be greater than 0°C and less than or equal to 100°C.
  • the temperature of the section heating the blank by cracking among the plurality of sections may be higher than the temperature of the section heating the blank in multiple stages.
  • a steel plate disposed on the steel sheet and having a first layer, a second layer, and a third layer sequentially stacked, wherein the area fraction of the second layer with respect to the alloying layer is greater than 0% 33% or less, hot stamped parts are provided.
  • the first layer may include ⁇ -Fe
  • the second layer may include Fe 2 Al 5
  • the third layer may include FeAl
  • the first layer may have a hardness of 200Hv to 800Hv
  • the second layer may have a hardness of 700Hv to 1,200Hv
  • the third layer may have a hardness of 200Hv to 800Hv.
  • the entire alloying layer provided as a single layer on the steel sheet is formed. can do.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-section of a blank for hot stamping according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a blank for hot stamping according to an embodiment.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically illustrating a process for manufacturing the steel plate of FIG. 2 .
  • FIG. 4 is a graph illustrating a section in which a steel sheet and a plating layer are alloyed in a method of manufacturing a blank for hot stamping according to an embodiment.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a cross-section of a blank for hot stamping manufactured using a method for manufacturing a blank for hot stamping in which a heating step (S120) is omitted.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a cross-section of a hot stamping part according to an embodiment.
  • FIG. 7 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a hot stamping part according to an embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a heating furnace having a plurality of sections in a multi-stage heating step and a crack heating step of a method for manufacturing a hot stamping part according to an embodiment.
  • FIG. 9 is a view showing a cross-section of a part manufactured by using a method of manufacturing a hot stamping part in which the heating step S310 is omitted.
  • FIG. 10 is a view showing an iron (Fe)-aluminum (Al) phase diagram.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-section of a blank for hot stamping according to an embodiment.
  • a blank for hot stamping may include a steel plate 100 and a first alloying layer 200 disposed on the steel plate 100 .
  • the steel sheet 100 may be a steel sheet manufactured by performing a hot rolling process and/or a cold rolling process on a steel slab cast to contain a predetermined alloying element in a predetermined content.
  • the steel sheet 100 may include carbon (C), silicon (Si), manganese (Mn), phosphorus (P), sulfur (S), titanium (Ti), boron (B), the balance iron (Fe), and other unavoidable impurities.
  • the steel sheet 100 may further include one or more of niobium (Nb), molybdenum (Mo), and aluminum (Al).
  • Carbon (C) is a major element that determines the strength and hardness of the steel sheet 100, and is added for the purpose of securing tensile strength and hardenability of the steel sheet 100 after the hot stamping process.
  • carbon may be included in an amount of 0.19 wt% to 0.38 wt% based on the total weight of the steel sheet 100 . If the carbon content is less than 0.19 wt%, it may be difficult to secure the mechanical strength of the steel sheet 100. On the other hand, when the carbon content exceeds 0.38 wt%, the toughness of the steel sheet 100 may be reduced or a brittleness control problem may be caused.
  • Silicon (Si) may improve the strength and ductility of the steel sheet 100 as a solid solution strengthening element.
  • silicon may play a role in suppressing the formation of cementite, which is the origin of cracking due to hydrogen embrittlement.
  • Such silicon may be included in an amount of 0.1 wt% to 1 wt% based on the total weight of the steel sheet 100 .
  • the content of silicon is less than 0.1wt%, it is difficult to obtain the above-described effect, and on the contrary, when the content of silicon exceeds 1wt%, the plating properties of the steel sheet 100 may be deteriorated.
  • Manganese (Mn) is added for the purpose of hardenability and strength increase during heat treatment.
  • Manganese may be included in an amount of 1 wt % to 2 wt % based on the total weight of the steel sheet 100 .
  • the grain refining effect may not be sufficient, and the hard phase fraction of the hot stamping part may be insufficient.
  • the content of manganese exceeds 2 wt%, ductility and toughness due to manganese segregation or pearlite bands may be reduced, which may cause deterioration in bending performance and may generate a heterogeneous microstructure.
  • Phosphorus (P) is added to prevent the toughness of the steel sheet 100 from being deteriorated.
  • Phosphorus may be included in an amount of greater than 0 and 0.03 wt% or less based on the total weight of the steel sheet 100 .
  • the phosphorus content exceeds 0.03 wt%, an iron phosphide compound is formed to deteriorate toughness, and cracks may be induced in the steel sheet 100 during the manufacturing process.
  • S may be included in an amount greater than 0 and 0.01 wt % or less based on the total weight of the steel sheet 100 .
  • sulfur content exceeds 0.01 wt%, the hot workability is deteriorated, and surface defects such as cracks may occur due to the generation of large inclusions.
  • Chromium (Cr) is added for the purpose of improving the hardenability and strength of the steel sheet 100 .
  • Chromium may be included in an amount of 0.1 wt% to 0.6 wt% based on the total weight of the steel sheet 100 .
  • the content of chromium is less than 0.1 wt%, the effect of hardenability and strength improvement may not be sufficient.
  • the content of chromium exceeds 0.6 wt%, the production cost may increase and the toughness of the steel sheet 100 may be reduced.
  • Titanium (Ti) is added for the purpose of strengthening hardenability by forming precipitates after hot stamping heat treatment and upgrading the material.
  • titanium forms a precipitation phase such as Ti(C,N) at a high temperature, thereby effectively contributing to austenite grain refinement.
  • Titanium may be included in an amount of 0.01 wt % to 0.05 wt % based on the total weight of the steel sheet 100 .
  • the content of titanium is less than 0.01wt%, the formation of precipitates is insignificant and the effect of refining the grains may not be sufficient.
  • titanium is more than 0.05 wt%, elongation decrease, and toughness decrease may occur.
  • Boron (B) is added for the purpose of securing the hardenability and strength of the steel sheet 100 by securing the martensite structure, and has a grain refinement effect by increasing the austenite grain growth temperature. Boron may be included in an amount of 0.001 wt % to 0.005 wt % based on the total weight of the steel sheet 100 . If the content of boron is less than 0.001 wt%, the effect of improving hardenability may not be sufficient. On the other hand, if the content of boron exceeds 0.005 wt%, the risk of brittleness and the risk of inferior elongation may increase.
  • the first alloying layer 200 is formed on at least one surface of the steel sheet 100 and may be provided as a single layer.
  • the first alloying layer 200 may be formed of an FeAlSi alloy.
  • the steel sheet 100 and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed on the steel sheet 100 may be alloyed to form the first alloying layer 200 .
  • the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer does not remain on the steel sheet 100 , and at least a portion of the steel sheet 100 and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may be entirely alloyed.
  • FIG. 2 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a blank for hot stamping according to an embodiment
  • FIG. 3 is a flowchart schematically illustrating a process of manufacturing the steel sheet of FIG. 2 .
  • a method of manufacturing a blank for hot stamping will be described with reference to FIGS. 2 and 3 .
  • the method of manufacturing a blank for hot stamping may include a plating layer forming step S110 and a heating step S120 .
  • the plating layer forming step (S110) is a hot rolling step (S210), cooling/winding step (S220), cold rolling step (S230), annealing heat treatment step (S240), and hot-dip plating of the steel slab as shown in FIG. It may include a step (S250).
  • a steel slab in a semi-finished state to be subjected to the process of forming a steel plate is prepared.
  • the steel slab is carbon (C): 0.19wt% to 0.38wt%, silicon (Si): 0.1wt% to 1wt%, manganese (Mn): 1wt% to 2wt%, phosphorus (P): more than 0 0.03 wt% or less, sulfur (S): more than 0 0.01wt% or less, chromium (Cr): 0.1wt% to 0.6wt%, titanium (Ti): 0.01wt% to 0.05wt%, boron (B): 0.001wt% to 0.005 wt%, and the balance may include iron (Fe) and unavoidable impurities.
  • a reheating step of the steel slab is performed for hot rolling.
  • the segregated components are re-dissolved during casting by reheating the steel slab secured through the continuous casting process to a predetermined temperature.
  • the slab reheating temperature (Slab Reheating Temperature, SRT) may be 1,200 °C to 1,400 °C. If the slab reheating temperature (SRT) is lower than 1,200 °C, the segregated components during casting are not sufficiently re-dissolved, so it is difficult to see the effect of homogenizing the alloying elements significantly, and it may be difficult to see the effect of solid solution of titanium (Ti) significantly.
  • Higher slab reheating temperature (SRT) is advantageous for homogenization.
  • SRT slab reheating temperature
  • austenite grain size increases, making it difficult to secure strength, as well as manufacturing cost of steel sheet due to excessive heating process. This can rise.
  • the reheated steel slab is hot rolled at a predetermined finish rolling temperature.
  • the finishing delivery temperature (FDT) may be 880°C to 950°C.
  • the finish rolling temperature (FDT) is lower than 880 °C, it is difficult to secure the workability of the steel sheet due to the generation of a mixed structure due to rolling in an abnormal region, and there is a problem that workability is deteriorated due to microstructure non-uniformity as well as a sudden phase change. This may cause a problem of sheet-feeding properties during hot rolling.
  • the finish rolling temperature (FDT) exceeds 950 °C, austenite grains may be coarsened.
  • the TiC precipitates may be coarsened and the performance of the hot stamped part may be deteriorated.
  • the hot-rolled steel sheet is cooled to a predetermined coiling temperature (CT) and wound up.
  • CT coiling temperature
  • the coiling temperature may be 550 °C to 800 °C.
  • the coiling temperature affects the redistribution of carbon (C), and when the coiling temperature is less than 550 ° C, the low-temperature phase fraction due to overcooling may increase, thereby increasing strength, and there is a risk that the rolling load may intensify during cold rolling, The ductility may decrease rapidly. Conversely, when the coiling temperature exceeds 800° C., moldability and strength deterioration may occur due to abnormal grain growth or excessive grain growth.
  • the wound steel sheet is uncoiled, pickled, and then cold rolled.
  • the pickling is performed for the purpose of removing the scale of the wound steel sheet, that is, the hot rolled coil manufactured through the above hot rolling process.
  • the annealing heat treatment step ( S240 ) is a step of annealing the cold rolled steel sheet at a temperature of 700° C. or higher.
  • the annealing heat treatment includes heating the cold-rolled sheet and cooling the heated cold-rolled sheet at a predetermined cooling rate.
  • the hot-dip plating step ( S250 ) is a step of forming a plating layer on the annealed heat-treated steel sheet.
  • an aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may be formed on the annealed heat-treated steel sheet, that is, the steel sheet.
  • the steel sheet may be immersed in a hot-dip plating bath containing 8 wt% to 12 wt% of silicon (Si) and excess aluminum (Al).
  • the hot-dip plating bath may maintain a temperature of 400 °C to 700 °C.
  • the plating layer may be formed by plating at 40 g/m 2 to 200 g/m 2 based on both sides of the steel sheet.
  • the heating step ( S120 ) is a step of heating the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed. More specifically, the heating step ( S120 ) is a step of forming a first alloying layer by heating the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed.
  • the heating time and heating temperature for heating the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed in the heating step S120 may satisfy the following equation.
  • t is a heating time
  • ⁇ is a correction coefficient according to the plating amount
  • ⁇ is a correction coefficient according to the silicon (Si) content included in the plating layer
  • R is a gas constant
  • T is a heating temperature.
  • the heating temperature (T) means an absolute temperature.
  • the plating amount of the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed on the steel sheet may be 40 g/m 2 to 200 g/m 2 , so correction according to the plating amount
  • the coefficient ⁇ may have a value of -31.09 to -10.36.
  • ⁇ may have a value of 84752.2 J/mol to 254256.5 J/mol in consideration of the silicon (Si) content included in the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer and the activation energy of silicon (Si).
  • the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed may be heated to a heating temperature (T).
  • T heating temperature
  • the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed may be heated at a first temperature.
  • the first temperature may be 540 °C to 600 °C.
  • the first temperature is less than 540° C.
  • the time required for alloying of at least a portion of the steel sheet and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may increase, resulting in process loss.
  • the first temperature is more than 600° C., a liquid phase may be formed on the surface of the blank during a manufacturing process of a hot stamping part, which will be described later, so that a mold burning problem may occur.
  • the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed may be heated for a heating time t.
  • the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed may be heated for a first time.
  • the first time may be 10 minutes to 120 minutes.
  • the first temperature is 540°C
  • the first time may be more than 60 minutes and less than 120 minutes
  • the first temperature is 600°C
  • the first time may be 10 minutes or more and less than 60 minutes.
  • the steel sheet and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may not be completely alloyed.
  • the productivity of the hot stamping part may be lowered due to the excessive heating time.
  • the minimum time required for the overall alloying of the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may be about 60 minutes. That is, in the heating step (S120), the entire alloying layer can be formed only when the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed must be heated at 540° C. for about 60 minutes or more. Accordingly, when the first temperature is greater than 540° C., the minimum time for forming the entire alloying layer may be less than 60 minutes, and the minimum time may be between 10 and 60 minutes.
  • the minimum time required for the overall alloying of the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may be about 10 minutes. That is, in the heating step (S120), the entire alloying layer can be formed only when the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed is heated at 600° C. for about 10 minutes or more. Therefore, when the first temperature is less than 600 °C, the minimum time for forming the entire alloying layer may be greater than 10 minutes, the minimum time may be between 10 minutes to 60 minutes.
  • FIG. 4 is a graph illustrating a section in which a steel sheet and a plating layer are alloyed in a method of manufacturing a blank for hot stamping according to an embodiment. More specifically, FIG. 4 is a diagram illustrating a section in which a plating layer is alloyed in a graph showing a heating time according to a heating temperature that satisfies the equation.
  • the heating step (S120) at least a portion of the steel sheet and aluminum-silicon (Al-Si) by heating the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed to a first temperature and for a first time.
  • the plating layer may be alloyed to form an entire alloying layer.
  • the steel sheet and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may be diffused to form a first alloying layer.
  • the formed first alloying layer may be provided as a single layer.
  • the first alloying layer may be formed of an FeAlSi alloy.
  • the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may not remain on the steel sheet, and at least a portion of the steel sheet and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may be entirely alloyed.
  • the blank forming step may be a step of forming a blank by cutting the steel sheet on which the first alloying layer is formed.
  • the blank may be formed by cutting the steel sheet on which the first alloying layer is formed into a desired shape according to the purpose.
  • the blank forming step may be performed before the heating step S120 .
  • a heating step (S120) of heating the formed blank may be performed after forming a blank by cutting a steel sheet having an aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed thereon.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a cross-section of a blank for hot stamping manufactured using a method for manufacturing a blank for hot stamping in which a heating step (S120) is omitted.
  • the blank for hot stamping manufactured using the method for manufacturing a blank for hot stamping including a heating step (S120) is a steel plate 100, and disposed on the steel plate 100 It may be provided as the first alloying layer 200 .
  • the first alloying layer 200 may be an alloy of the steel sheet 100 and an aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed on the steel sheet 100 .
  • Al-Si aluminum-silicon
  • the steel sheet 100 and the aluminum-silicon (Al-Si) ) the plating layer may be alloyed to form the first alloying layer 200 .
  • the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer does not remain on the steel sheet 100 , and at least a portion of the steel sheet 100 and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may be entirely alloyed.
  • the blank for hot stamping manufactured by using the method for manufacturing a blank for hot stamping in which the heating step (S120) is omitted is a steel sheet 100, a first alloying layer 200 ′ disposed on the steel sheet, and the first alloying
  • An aluminum-silicon (Al-Si) plating layer 250 ′ disposed on the layer 200 ′ may be provided.
  • the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed on the steel sheet 100 is all alloyed with the first alloying layer 200, but the heating step (S120) In the blank for hot stamping in which is omitted, it can be seen that a portion of the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer remains on the steel sheet 100 .
  • the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed on the blank for hot stamping on which the heating step (S120) has been performed is all alloyed with the first alloying layer 200, in the austenizing process through high-temperature heat treatment, the surface It is possible to prevent or minimize the problem of hydrogen inflow and mold burning caused by the formation of an aluminum-silicon (Al-Si) liquid phase.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a cross-section of a hot stamping part according to an embodiment.
  • a hot stamping part is a steel plate 100 , and a first layer 310 , a second layer 320 , and a first layer 310 , a second layer 320 , and a second layer sequentially stacked on the steel plate 100 .
  • a second alloying layer 300 having three layers 330 may be included.
  • the second alloying layer 300 is formed on at least one surface of the steel sheet 100 and may include aluminum (Al).
  • the second alloying layer 300 may include a first layer 310 , a second layer 320 , and a third layer 330 sequentially stacked on the steel sheet 100 .
  • the third layer 330 may include an FeAl phase.
  • the first layer 310 may include alloyed iron (Fe), aluminum (Al), and silicon (Si).
  • the first layer 310 may have an ⁇ -Fe phase.
  • the second layer 320 may include a Fe 2 Al 5 phase.
  • the area fraction of the second layer 320 with respect to the alloying layer 300 may be greater than 0% and less than or equal to 33%.
  • the peel resistance and hydrogen embrittlement of the hot stamping part manufactured by the manufacturing method of the hot stamping part may be reduced. .
  • the first layer 310 may have a hardness of 200Hv to 800Hv
  • the second layer 320 may have a hardness of 700Hv to 1,200Hv
  • the third layer 330 may have a hardness of 200Hv to 800Hv. can have
  • the hot stamping part may further include a surface layer disposed on the second alloying layer 300 .
  • the surface layer is a layer containing 80 wt% or more of aluminum (Al), and it is possible to prevent the steel sheet 100 from being oxidized.
  • Al aluminum
  • the average thickness of the surface layer disposed on the steel sheet may be 100 nm to 200 nm.
  • FIG. 7 is a flowchart schematically illustrating a method of manufacturing a hot stamping part according to an embodiment.
  • the method for manufacturing a hot stamping part includes a heating step (S310), a blank forming step (S320), a multi-stage heating step (S330), a crack heating step (S340), and a transfer step (S350) , a forming step (S360), and a cooling step (S370) may be included.
  • the heating step S310 is a step of heating the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed. More specifically, the heating step ( S310 ) is a step of forming a first alloying layer by heating the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed. At this time, the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed is a hot rolling step (S210), cooling/winding step (S220), cold rolling step (S230), annealing heat treatment step (S240) of the steel slab shown in FIG. ), and may be prepared through a hot-dip plating step (S250).
  • the heating time and heating temperature for heating the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed in the heating step S310 may satisfy the following equation.
  • t is a heating time
  • ⁇ is a correction coefficient according to the plating amount
  • ⁇ is a correction coefficient according to the silicon (Si) content included in the plating layer
  • R is a gas constant
  • T is a heating temperature.
  • the heating temperature (T) means an absolute temperature.
  • the plating amount of the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed on the steel sheet may be 40 g/m 2 to 200 g/m 2 , so correction according to the plating amount
  • the coefficient ⁇ may have a value of -31.09 to -10.36.
  • ⁇ may have a value of 84752.2 J/mol to 254256.5 J/mol in consideration of the silicon (Si) content included in the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer and the activation energy of silicon (Si).
  • the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed may be heated to a heating temperature (T).
  • T heating temperature
  • the steel sheet having an aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed thereon may be heated at a first temperature.
  • the first temperature may be 540 °C to 600 °C.
  • the time required for alloying of at least a portion of the steel sheet and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may increase, resulting in process loss.
  • the first temperature is higher than 600° C., a liquid phase may be formed on the surface of the blank during the manufacturing process of the hot stamping part, resulting in a mold burning problem.
  • the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed may be heated for a heating time (t).
  • the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed may be heated for a first time.
  • the first time may be 10 minutes to 120 minutes.
  • the first temperature is 540° C.
  • the first time period may be more than 60 minutes and less than 120 minutes
  • the first temperature is 600° C.
  • the first time period may be 10 minutes or more and less than 60 minutes.
  • the steel sheet and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may not be completely alloyed.
  • the productivity of the hot stamping part may be lowered due to the excessive heating time.
  • the minimum time required for the overall alloying of the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may be about 60 minutes. That is, in the heating step ( S310 ), the entire alloying layer may be formed only when the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed must be heated at 540° C. for about 60 minutes or more. Accordingly, when the first temperature is greater than 540° C., the minimum time for forming the entire alloying layer may be less than 60 minutes, and the minimum time may be between 10 and 60 minutes.
  • the minimum time required for the overall alloying of the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may be about 10 minutes. That is, in the heating step (S120), the entire alloying layer can be formed only when the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed is heated at 600° C. for about 10 minutes or more. Therefore, when the first temperature is less than 600 °C, the minimum time for forming the entire alloying layer may be greater than 10 minutes, the minimum time may be between 10 minutes to 60 minutes.
  • the blank forming step ( S320 ) may be a step of forming a blank by cutting the steel sheet on which the first alloying layer is formed.
  • the blank may be formed by cutting the steel sheet on which the first alloying layer is formed into a desired shape according to the purpose.
  • the blank forming step ( S320 ) may be performed before the heating step ( S310 ).
  • a heating step (S120) of heating the formed blank may be performed.
  • the multi-stage heating step (S330) may be a step of heating the blank step by step
  • the crack heating step (S340) may be a step of heating the multi-step heated blank to a uniform temperature.
  • the blank may pass through a plurality of sections provided in the heating furnace and the temperature may be raised step by step.
  • a plurality of sections in which the multi-stage heating step (S330) is performed among a plurality of sections provided in the heating furnace may exist, and each section increases from the entrance of the heating furnace into which the blank is input to the exit direction of the heating furnace where the blank is taken out.
  • a temperature can be set to raise the temperature of the blank step by step.
  • a crack heating step (S340) may be performed after the multi-stage heating step (S330).
  • the multi-stage heated blank may be heat-treated while passing through the section of the furnace set at a temperature of Ac3 to 1,000°C.
  • the multi-stage heated blank may be crack-heated at a temperature of 930 °C to 1,000 °C. More preferably, in the crack heating step (S340), the multi-stage heated blank may be crack-heated at a temperature of 950°C to 1,000°C.
  • FIG. 8 is a diagram illustrating a heating furnace having a plurality of sections in a multi-stage heating step and a crack heating step of a method for manufacturing a hot stamping part according to an embodiment.
  • the heating furnace may include a plurality of sections having different temperature ranges. More specifically, the heating to the first temperature range, the first section having a (T 1) (P 1) , a second temperature range, the second section having a (T 2) (P 2) , the third temperature (T 3 ) to have a third region (P 3), the fourth temperature range (the fourth section having a T 4), (P 4), a fifth temperature range (the fifth segment having a T 5) (P 5), a sixth temperature A sixth section P 6 having a range T 6 , and a seventh section P 7 having a seventh temperature range T 7 may be provided.
  • the blank passes through a plurality of sections defined in the heating furnace (eg, the first section (P 1 ) to the fourth section (P 4 )) and can be heated in stages. have.
  • the crack heating step (S340) the blank heated in multiple stages in the first section (P 1 ) to the fourth section (P 4 ) is crack-heated in the fifth section (P 5 ) to the seventh section (P 7 ). have.
  • the first section (P 1 ) to the seventh section (P 7 ) may be sequentially disposed in the heating furnace.
  • a first temperature the first section having a (T 1) (P 1) is a seventh period (P 7) having a seventh temperature range (T 7) adjacent to the inlet, and in a heating furnace which the blank is introduced is blank is It may be adjacent to the outlet of the furnace to be discharged.
  • the first temperature range, the first section having a (T 1) (P 1) to the first may first period, the seventh temperature range, the seventh segment having a (T 7) (P 7) is heated in a heating may be the last section of Among the plurality of sections of the heating furnace, the fifth section (P 5 ), the sixth section (P 6 ), and the seventh section (P 7 ) may be sections in which crack heating is performed, not a section in which multi-stage heating is performed. .
  • the temperature of the plurality of sections provided in the heating furnace for example, the temperature of the first section (P 1 ) to the seventh section (P 7 ) increases in the direction of the outlet of the furnace from which the blank is taken out from the inlet of the furnace into which the blank is input. can do.
  • the temperatures of the fifth section P 5 , the sixth section P 6 , and the seventh section P 7 may be the same.
  • a temperature difference between two adjacent sections among a plurality of sections provided in the heating furnace may be greater than 0°C and less than or equal to 100°C.
  • the temperature difference between the first section (P 1 ) and the second section (P 2 ) may be greater than 0°C and less than or equal to 100°C.
  • the first temperature range T 1 of the first section P 1 may be 840°C to 860°C, and 835°C to 865°C.
  • the second temperature range (T 2 ) of the second section (P 2 ) may be 870°C to 890°C, and 865°C to 895°C.
  • the third temperature range (T 3 ) of the third section (P 3 ) may be 900°C to 920°C, and 895°C to 925°C.
  • the fourth temperature range (T 4 ) of the fourth section (P 4 ) may be 920°C to 940°C, and may be 915°C to 945°C.
  • the fifth temperature range (T 5 ) of the fifth section (P 5 ) may be Ac3 to 1,000°C.
  • the fifth temperature range (T 5 ) of the fifth section (P 5 ) may be 930°C or more and 1,000°C or less. More preferably, the fifth temperature range (T 5 ) of the fifth section (P 5 ) may be 950°C or more and 1,000°C or less.
  • Sixth section fifth temperature range from the sixth temperature (T 6), and the seventh segment of claim 7, the temperature range (T 7) has a fifth segment (P 5) of the (P 7) of the (P 6) (T 5 ) can be the same as
  • the heating furnace according to an embodiment is illustrated as having seven sections having different temperature ranges, but the present invention is not limited thereto. Five, six, or eight sections having different temperature ranges may be provided in the heating furnace.
  • the crack heating step (S340) may be performed in the last part of the plurality of sections of the heating furnace.
  • the crack heating step may be performed in the fifth section (P 5 ), the sixth section (P 6 ), and the seventh section (P 7 ) of the heating furnace.
  • the section in which the crack heating step is performed is divided into a fifth section (P 5 ), a sixth section (P 6 ), and a seventh section (P 7 ), the fifth section (P 5 ), the sixth section (P 6 ), and the seventh section (P 7 ) may have the same temperature range in the heating furnace.
  • the multi-stage heated blank may be crack-heated at a temperature of Ac3 to 1,000°C.
  • the multi-stage heated blank may be crack-heated at a temperature of 930 °C to 1,000 °C. More preferably, in the crack heating step (S340), the multi-stage heated blank may be crack-heated at a temperature of 950°C to 1,000°C.
  • a ratio of the length (D 1 ) of the section in which the blank is heated in multiple stages to the length (D 2 ) of the section in which the blank is heated by cracking may be 1:1 to 4:1. More specifically, the sum of the lengths of the first section (P 1 ) to the fourth section (P 4 ), which is a section in which the blank is heated in multiple stages, and the fifth section (P 5 ), which is a section in which the blank is heated by cracking, to the seventh section
  • the ratio of the sum of the lengths of (P 7 ) may satisfy 1:1 to 4:1.
  • the ratio of the length (D 1 ) of the section in which the blank is heated in multiple stages (D 1 ) to the length (D 2 ) of the section in which the blank is heated by cracking is less than 4:1, the length of the section in which the blank is heated by cracking decreases, the crack heating section ( time) is not sufficiently secured, so the strength of the parts manufactured by the manufacturing process of hot stamping parts may be non-uniform.
  • the length of the section in which the uniform heating step ( S340 ) is performed among a plurality of sections provided in the heating furnace may be 20% to 50% of the total length of the heating furnace.
  • at least two blanks having different thicknesses may be simultaneously transferred into the heating furnace.
  • the blank may stay in the furnace for 180 seconds to 360 seconds. That is, the time for which the blank is heated in multiple stages and cracked may be 180 seconds to 360 seconds. If the residence time of the blank in the furnace is less than 180 seconds, it may be difficult to crack sufficiently at the desired cracking temperature. In addition, when the residence time of the blank in the furnace exceeds 360 seconds, the amount of hydrogen penetrating into the blank increases, thereby increasing the risk of delayed fracture, and corrosion resistance after hot stamping may be reduced.
  • the transfer step ( S350 ) is a step of transferring the heated blank from the heating furnace to the press mold.
  • the blank heated in the transfer step (S350) may be air-cooled for 10 to 15 seconds.
  • the forming step ( S360 ) is a step of hot stamping the transferred blank to form a molded body.
  • the cooling step S370 is a step of cooling the formed body.
  • a final product may be formed by cooling the molded body at the same time as molding into a final part shape in a press mold.
  • a cooling channel through which a refrigerant circulates may be provided in the press mold. It is possible to rapidly cool the heated blank by circulating the refrigerant supplied through the cooling channel provided in the press mold. At this time, in order to prevent a spring back phenomenon of the plate material and maintain a desired shape, rapid cooling may be performed while pressing the press die in a closed state.
  • the average cooling rate can be cooled to at least 10° C./s or more to the martensite end temperature.
  • the blank can be held in the press mold for 3 to 20 seconds.
  • the holding time in the press mold is less than 3 seconds, the cooling of the material is not sufficiently performed, and the temperature deviation of each part due to the residual heat may affect the quality of water intake. In addition, mechanical properties may not be secured because a sufficient amount of martensite is not generated.
  • the holding time in the press mold exceeds 20 seconds, the holding time in the press mold becomes long, and productivity may decrease.
  • FIG. 9 is a view showing a cross-section of a part manufactured by using a method of manufacturing a hot stamping part in which the heating step S310 is omitted.
  • the hot stamping part manufactured by using the method for manufacturing a hot stamping part including the heating step S310 includes a second alloying layer 300 , and a second alloying layer 300 .
  • ) may include a first layer 310 , a second layer 320 , and a third layer 330 sequentially stacked.
  • the first layer 310 may include ⁇ -Fe
  • the second layer 320 may include Fe 2 Al 5
  • the third layer 330 may include FeAl.
  • a hot stamping part manufactured using a manufacturing method in which the heating step S310 is omitted may also include the second alloying layer 300 ′.
  • the second alloying layer 300' of the hot stamping part manufactured using the manufacturing method in which the heating step S310 is omitted is sequentially stacked first layer 310', second layer 320', and third layer. 330', and a fourth layer 340'.
  • the first layer 310 ′ may include ⁇ -Fe
  • the second layer 320 ′ may include Fe 2 Al 5
  • the third layer 330 ′ may include FeAl
  • the fourth layer 340 ′ may include Fe 2 Al 5 .
  • the outermost layer of the second alloying layer 300 included in the hot stamping part manufactured using the manufacturing method including the heating step (S310) is the FeAl phase, but the heating step (S310) is omitted using the manufacturing method. It can be seen that the outermost layer of the second alloying layer 300 ′ included in the hot stamping part is Fe 2 Al 5 phase.
  • the second alloying layer 300 included in the final hot stamping part has Fe 2 It can be seen that the Al 5 phase is not formed.
  • the Fe 2 Al 5 phase has a higher crack generation frequency and a higher crack propagation rate than the FeAl phase.
  • the Fe 2 Al 5 phase present in the outermost layer of the second alloying layer 300 disappears, so the frequency of occurrence of cracks is lowered, and cracks The propagation of the propagation is suppressed, so that the peel resistance of the manufactured part can be improved.
  • the blank on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed on the steel sheet is heated to a hot stamping process temperature, at least a portion of the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer remains without forming an alloying layer, and the liquid aluminum- There existed a case where a silicon (Al-Si) layer was formed.
  • the liquid aluminum-silicon (Al-Si) layer has a faster hydrogen diffusion rate than the alloying layer and has a strong surface hydrogen adsorption force, so hydrogen is introduced into the steel sheet through the liquid aluminum-silicon (Al-Si) layer. There was a problem that hydrogen delayed destruction occurred.
  • the liquid aluminum-silicon (Al-Si) layer was sintered in the mold, thereby reducing productivity.
  • FIG. 10 is a view showing an iron (Fe)-aluminum (Al) phase diagram.
  • the melting point of FeAl 3 is about 1160° C.
  • the melting point of Fe 2 Al 5 is about 1169° C. Therefore, when forming an FeAl alloy, it may have a melting point higher than the melting point (about 660° C.) of aluminum-silicon (Al-Si).
  • the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed is heated at a first temperature for a first time.
  • the steel sheet on which the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer is formed is heated at a first temperature for a first time.
  • at least a portion of the steel sheet and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer may be alloyed to form a first alloying layer.
  • multi-stage heating and crack heating delayed hydrogen destruction of the manufactured part can be prevented or minimized, and at the same time, mold burning phenomenon occurs during the process can be prevented or minimized.
  • Table 1 is a table showing the composition of the steel sheet
  • Table 2 is Example 1, Example 2, and the heating temperature of Comparative Examples 1 to 9; and a table showing the heating time
  • Table 3 is a table showing the length for each section of the heating furnace
  • Table 4 is a table showing the heating furnace set temperature and the heating furnace residence time for each section.
  • a blank having an aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed on a steel sheet having the composition of Table 1 was heated according to the conditions of Table 2, and then heated in a furnace satisfying the conditions of Tables 3 and 4.
  • the blank was subjected to multi-stage heating and crack heating to prepare a hot stamping part.
  • Examples 1 and 2 correspond to a case where the heating temperature and heating time of the heating step (S120, S310) are satisfied, and Comparative Example 1 does not perform the heating step (S120, S310) It corresponds to the case where not, Comparative Example 2 and Comparative Example 3 correspond to a case where the heating time of the heating step (S120, S310) is not satisfied, and Comparative Example 4, to Comparative Example 6 corresponds to the heating step (S120, S310) This corresponds to the case where the heating temperature of is not satisfied.
  • At least a portion of the steel sheet and an aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed on the steel sheet It may be alloyed to form an entire alloying layer.
  • Comparative Examples 7 to 9 correspond to the case of exceeding the heating time of the heating step (S120, S310).
  • Comparative Examples 7 to 9 at least a portion of the steel sheet and the aluminum-silicon (Al-Si) plating layer formed on the steel sheet may be alloyed to form the entire alloying layer.
  • productivity of the hot stamping part may be reduced due to excessive heating time.
  • Thermal Desoprtion Spectroscopy was performed on Examples 1, 2, and Comparative Examples 1 to 9. More specifically, while the temperature was raised from room temperature to 500°C at a heating rate of 20°C/min, the amount of diffusible hydrogen emitted from the hot stamping part at 350°C or less was measured.
  • the hydrogen delayed fracture evaluation was performed by a 4-point bending test method.
  • the four-point bending test is a test method for confirming whether stress corrosion cracking occurs by applying stress at a level below the elastic limit to a specific point of a specimen manufactured by reproducing the state exposed to a corrosive environment. At this time, stress corrosion cracking means a crack that occurs when corrosion and continuous tensile stress act simultaneously.
  • Table 5 is a table showing the amount of diffusible hydrogen emitted from Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 9, and the evaluation result of hydrogen delayed destruction.
  • the amount of diffusible hydrogen emitted from Comparative Examples 4, 5, and 6 (when the heating temperature is not satisfied) is larger than the amount of diffusible hydrogen emitted from Examples 1 and 2 that can be checked
  • the diffusible hydrogen amount emitted from Comparative Example 7, Comparative Example 8, and Comparative Example 9 is the diffusivity emitted from Examples 1 and 2 Although it is larger than the amount of hydrogen, it can be confirmed that it is smaller than the amount of diffusible hydrogen emitted from Comparative Examples 1 to 6.
  • the amount of diffusive hydrogen emitted from the manufactured hot stamping part is reduced, but the heating time If this 120 minutes is exceeded, the productivity of the hot stamping part may be reduced due to excessive heating time.
  • Examples 1, 2, and Comparative Examples 1 to 6 were measured for adhesion of the alloying layer through a dolly test in order to evaluate the peel resistance.
  • the adhesive force was measured under the conditions of a speed of 0.6 Mpa/s, a peeling area of 20 pi, a maximum load of 24 MPa, a curing temperature of 120° C., and a curing time of 20 minutes.
  • Table 6 is a table showing the dolly test results of Examples 1, 2, and Comparative Examples 1 to 6.
  • the peeling resistance of the hot stamping part on which the heating step (S120, S310) was performed before performing the hot stamping process is the heating step (S120, S310) is omitted or the heating step that does not satisfy the heating condition It can be seen that the peel resistance of the hot stamped part is greater than that of the hot stamping part.
  • the peel resistance of the manufactured hot stamping part may be improved.

Abstract

본 발명은 알루미늄, 및 실리콘을 포함하는 도금욕에 강판을 침지하여 상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 도금층이 형성된 강판을 제1 온도에서 제1 시간 동안 가열하는 단계;를 포함하는, 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법을 개시한다.

Description

핫 스탬핑용 블랭크, 이의 제조 방법, 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법
본 발명은 핫 스탬핑용 블랭크, 이의 제조 방법, 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
세계적으로 환경 규제, 및 연비 규제가 강화되면서 보다 가벼운 차량 소재에 대한 필요성이 증가하고 있다. 이에 따라, 초고강력강과 핫 스탬핑 강에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다. 이 중 핫 스탬핑 공정은 보편적으로 가열/성형/냉각/트림으로 이루어지며 공정 중 소재의 상변태, 및 미세조직의 변화를 이용하게 된다.
최근에는 핫 스탬핑 공정으로 제조된 핫 스탬핑 부품에서 발생하는 지연 파단, 내식성, 및 용접성을 향상시키려는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 이와 관련된 기술로는 대한민국 특허공개공보 제10-2018-0095757호(발명의 명칭: 핫 스탬핑 부품의 제조방법) 등이 있다.
본 발명의 실시예들은 핫 스탬핑 공정 시 수소지연파단, 및 금형 소착 문제가 발생하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있는 핫 스탬핑용 블랭크, 이의 제조 방법, 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예는, 알루미늄, 및 실리콘을 포함하는 도금욕에 강판을 침지하여 상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계; 및 상기 도금층이 형성된 강판을 제1 온도에서 제1 시간 동안 가열하는 단계;를 포함하고, 상기 제1 온도는 540℃ 내지 600℃인, 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법이 제공된다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 온도가 540℃일 때, 상기 제1 시간은 60분 이상일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 온도가 600℃일 때, 상기 제1 시간은 10분 이상일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계는, 상기 강판 상에 Al-Si 도금층을 형성하는 단계일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 도금층의 도금량은 40g/m2 내지 200g/m2 일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 도금층이 형성된 강판을 가열하는 단계에서는,상기 강판의 적어도 일부와 상기 도금층이 상호 확산되어 합금화층이 형성될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 합금화층은 단일층으로 구비될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 합금화층이 형성된 강판을 재단하여 블랭크를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 강판; 및 상기 강판 상에 위치하되 단일층으로 구비되는 합금화층;을 구비하는, 핫 스탬핑용 블랭크가 제공된다.
본 실시예에 있어서, 상기 강판은, 탄소(C): 0.19wt% 내지 0.38wt%, 실리콘(Si): 0.1wt% 내지 1wt%, 망간(Mn): 1wt% 내지 2wt%, 인(P): 0 초과 0.03wt% 이하, 황(S): 0 초과 0.01wt% 이하, 크롬(Cr): 0.1wt% 내지 0.6wt%, 티타늄(Ti): 0.01wt% 내지 0.05wt%, 보론(B): 0.001wt% 내지 0.005wt%, 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 합금화층은 FeAlSi 합금으로 구비될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 도금층이 형성된 강판을 제1 온도에서 제1 시간 동안 가열하는 단계; 상기 가열된 강판을 재단하여 블랭크를 형성하는 단계; 상기 블랭크를 단계적으로 가열하는 다단 가열 단계; 및 상기 다단 가열된 블랭크를 Ac3 내지 1,000℃의 온도로 가열하는 균열 가열 단계;를 포함하고, 상기 제1 온도는 540℃ 내지 600℃인, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법이 제공된다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 온도가 540℃일 때, 상기 제1 시간은 60분 이상일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 온도가 600℃일 때, 상기 제1 시간은 10분 이상일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 다단 가열 단계, 및 상기 균열 가열 단계는, 서로 다른 온도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비한 가열로 내에서 이루어질 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 구간에서 상기 블랭크를 다단 가열하는 구간의 길이와 상기 블랭크를 균열 가열하는 구간의 길이의 비는 1:1 내지 4:1을 만족할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 구간의 온도는 상기 가열로의 입구로부터 상기 가열로의 출구 방향으로 증가할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 블랭크를 다단 가열하는 구간 중 서로 인접한 두 개의 구간들 간의 온도 차는 0℃ 보다 크고 100℃ 이하일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 구간 중 상기 블랭크를 균열 가열하는 구간의 온도가 상기 블랭크를 다단 가열하는 구간들의 온도보다 높을 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 균열 가열 단계 이후에, 상기 균열 가열된 블랭크를 상기 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계; 상기 이송된 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 형성된 성형체를 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 강판; 및 상기 강판 상에 위치하며, 순차적으로 적층된 제1 층, 제2 층, 및 제3 층을 구비하는 합금화층;을 포함하고, 상기 합금화층에 대한 상기 제2 층의 면적분율은 0% 초과 33% 이하인, 핫 스탬핑 부품이 제공된다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 층은 α-Fe를 포함하고, 상기 제2 층은 Fe2Al5를 포함하며, 상기 제3 층은 FeAl를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 제1 층은 200Hv 내지 800Hv의 경도를 갖고, 상기 제2 층은 700Hv 내지 1,200Hv의 경도를 가지며, 상기 제3 층은 200Hv 내지 800Hv의 경도를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 핫 스탬핑 공정 전에 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 제1 온도에서 제1 시간 동안 가열함으로써, 강판 상에 단일층으로 구비되는 전체 합금화층을 형성할 수 있다.
또한, 강판 상에 합금화층이 형성된 블랭크를 다단 가열, 및 균열 가열하여 핫 스탬핑 부품을 제조함으로써, 제조된 부품의 수소취성, 및 내박리성이 향상될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 블랭크의 단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 도 2의 강판을 제조하는 공정을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법에 있어서, 강판과 도금층이 합금화되는 구간을 도시한 그래프이다.
도 5는 가열 단계(S120)가 생략된 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법을 이용하여 제조된 핫 스탬핑용 블랭크의 단면을 도시한 단면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 도시한 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법의 다단 가열 단계,및 균열 가열 단계에 있어서, 복수의 구간을 구비한 가열로를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 9는 가열 단계(S310)가 생략된 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 이용하여 제조된 부품의 단면을 도시한 도면이다.
도 10은 철(Fe)-알루미늄(Al) 상태도를 나타낸 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 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 블랭크의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 블랭크는 강판(100), 및 상기 강판(100) 상에 배치된 제1 합금화층(200)을 포함할 수 있다.
강판(100)은 소정의 합금 원소를 소정 함량 포함하도록 주조된 강 슬라브에 대해 열연 공정, 및/또는 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다. 일 예로, 강판(100)은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 티타늄(Ti), 보론(B), 잔부의 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 강판(100)은 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
탄소(C)는 강판(100)의 강도, 및 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑 공정 이후, 강판(100)의 인장강도, 및 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다. 일 예로, 탄소는 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.19wt% 내지 0.38wt%로 포함될 수 있다. 탄소의 함량이 0.19wt% 미만인 경우, 강판(100)의 기계적 강도를 확보하기 어려울 수 있다. 반면에 탄소의 함량이 0.38wt%를 초과하면, 강판(100)의 인성이 저하되거나 취성 제어 문제가 야기될 수 있다.
실리콘(Si)은 고용 강화 원소로서 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 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.1wt% 내지 1wt%로 포함될 수 있다. 실리콘의 함량이 0.1wt% 미만인 경우, 상술한 효과를 얻기 어려우며, 반대로 실리콘의 함량이 1wt%를 초과하면, 강판(100)의 도금 특성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)은 열처리 시 소입성, 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 망간은 강판(100) 전체 중량에 대하여 1wt% 내지 2wt%로 포함될 수 있다. 망간의 함량이 1wt% 미만인 경우, 결정립 미세화 효과가 충분하지 못하여, 핫 스탬핑 부품의 경질상 분율이 미달될 수 있다. 반면에, 망간의 함량이 2wt%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 강판(100)의 인성이 저하되는 것을 방지하기 위해 첨가된다. 인은 강판(100) 전체 중량에 대하여 0 초과 0.03wt% 이하로 포함될 수 있다. 인의 함량이 0.03wt%를 초과하면, 인화철 화합물이 형성되어 인성이 저하되고, 제조 공정 중 강판(100)에 크랙이 유발될 수 있다.
황(S)은 강판(100) 전체 중량에 대하여 0 초과 0.01wt% 이하로 포함될 수 있다. 황의 함량이 0.01wt%를 초과하면, 열간 가공성이 저하되고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
크롬(Cr)은 강판(100)의 소입성, 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 크롬은 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.1wt% 내지 0.6wt%로 포함될 수 있다. 크롬의 함량이 0.1wt% 미만인 경우, 소입성, 및 강도 향상의 효과가 충분하지 않을 수 있다. 반면에 크롬의 함량이 0.6wt%를 초과하면, 생산비 증가와 강판(100)의 인성이 저하될 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 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.01wt% 내지 0.05wt%로 포함될 수 있다. 티타늄의 함량이 0.01wt% 미만인 경우, 석출물 형성이 미미하며 결정립 미세화 효과가 충분하지 않을 수 있다. 반면에 티타늄이 0.05wt% 초과인 경우, 연신율 하락, 및 인성 저하가 발생될 수 있다.
보론(B)은 마르텐사이트 조직을 확보함으로써, 강판(100)의 소입성, 및 강도를 확보하는 목적으로 첨가되며, 오스테나이트 결정립 성장 온도 증가로 결정립 미세화 효과를 가진다. 보론은 강판(100) 전체 중량에 대하여 0.001wt% 내지 0.005wt%로 포함될 수 있다. 보론의 함량이 0.001wt% 미만인 경우, 소입성 향상 효과가 충분하지 않을 수 있다. 반면에 보론의 함량이 0.005wt%를 초과하는 경우, 취성 위험성과 연신율 열위 위험성이 증가할 수 있다.
일 예로, 제1 합금화층(200)은 강판(100)의 적어도 일면에 형성되며, 단일층으로 구비될 수 있다. 예컨대, 제1 합금화층(200)은 FeAlSi 합금으로 구비될 수 있다.
후술하는 바와 같이, 강판(100), 및 상기 강판(100) 상에 형성된 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층을 제1 온도에서 제1 시간 동안 가열함으로써, 강판(100)과 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 합금화되어 제1 합금화층(200)이 형성될 수 있다. 이때, 강판(100) 상에는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 잔존하지 않고, 강판(100)의 적어도 일부와 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 전체 합금화될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이고, 도 3은 도 2의 강판을 제조하는 공정을 개략적으로 도시한 순서도이다. 이하에서는 도 2, 및 도 3을 참조하여 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법을 설명한다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법은 도금층 형성 단계(S110), 및 가열 단계(S120)를 포함할 수 있다.
도금층 형성 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), 및 용융 도금 단계(S250)를 포함할 수 있다. 먼저, 강판을 형성하는 공정의 대상이 되는 반제품 상태의 강 슬라브를 준비한다. 이때, 상기 강 슬라브는 탄소(C): 0.19wt% 내지 0.38wt%, 실리콘(Si): 0.1wt% 내지 1wt%, 망간(Mn): 1wt% 내지 2wt%, 인(P): 0 초과 0.03wt% 이하, 황(S): 0 초과 0.01wt% 이하, 크롬(Cr): 0.1wt% 내지 0.6wt%, 티타늄(Ti): 0.01wt% 내지 0.05wt%, 보론(B): 0.001wt% 내지 0.005wt%, 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
열간 압연을 위해 상기 강 슬라브의 재가열 단계가 진행된다. 강 슬라브 재가열 단계에서는 연속 주조 공정을 통해 확보한 강 슬라브를 소정의 온도로 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용하게 된다. 일 예로, 슬라브 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 압연한다. 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 권취한다. 일 예로, 상기 권취 온도는 550℃ 내지 800℃일 수 있다. 상기 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 압연한다. 이때, 산세는 권취된 강판, 즉 상기의 열연과정을 통하여 제조된 열연 코일의 스케일을 제거하기 위한 목적으로 실시하게 된다.
소둔 열처리 단계(S240)는 상기 냉연 강판을 700℃ 이상의 온도에서 소둔 열처리하는 단계이다. 일 예로, 소둔 열처리는 냉연 판재를 가열하고, 가열된 냉연 판재를 소정의 냉각 속도로 냉각하는 단계를 포함한다.
용융 도금 단계(S250)는 소둔 열처리된 강판에 대해 도금층을 형성하는 단계이다. 일 예로, 용융 도금 단계(S250)에서, 상기 소둔 열처리된 강판, 즉, 강판 상에 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층을 형성할 수 있다.
구체적으로, 용융 도금 단계(S250)에서 상기 강판을 8 wt% 내지 12 wt%의 실리콘(Si), 및 여분의 알루미늄(Al)을 포함하는 용융 도금욕에 침지시킬 수 있다. 이때, 용융 도금욕은 400℃ 내지 700℃의 온도를 유지할 수 있다. 도금층은 상기 강판의 양면 기준 40 g/m2 내지 200 g/m2으로 도금됨으로써 형성될 수 있다.
가열 단계(S120)는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열하는 단계이다. 보다 구체적으로, 가열 단계(S120)는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열하여 제1 합금화층을 형성하는 단계이다.
가열 단계(S120)에서 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열하는 가열 시간과 가열 온도는 하기 수학식을 만족할 수 있다.
[수학식]
In(t) = α + (β/(R x T))
이때, t는 가열 시간, α는 도금량에 따른 보정계수, β는 도금층에 포함된 실리콘(Si) 함량에 따른 보정계수, R은 기체상수, 및 T는 가열 온도이다. 상기 수학식에서 가열 온도(T)는 절대 온도를 의미한다.
일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법에 있어서, 강판 상에 형성된 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층의 도금량은 40 g/m2 내지 200 g/m2일 수 있으므로, 도금량에 따른 보정계수 α는 -31.09 내지 -10.36의 값을 가질 수 있다.
또한, β는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층에 포함된 실리콘(Si) 함량, 및 실리콘(Si)의 활성화에너지를 고려하여 84752.2 J/mol 내지 254256.5 J/mol 의 값을 가질 수 있다.
일 예로, 가열 단계(S120)에서는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열 온도(T)로 가열할 수 있다. 예컨대, 가열 단계(S120)에서는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 제1 온도에서 가열할 수 있다. 이때, 제1 온도는 540℃ 내지 600℃일 수 있다. 제1 온도가 540℃ 미만인 경우, 강판의 적어도 일부와 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 합금화되는데 필요한 시간이 증가하여 공정 상 로스(Loss)가 발생할 수 있다. 반면에, 제1 온도가 600℃ 초과인 경우, 후술할 핫 스탬핑 부품의 제조 공정 시 블랭크의 표면에 액상이 형성되어 금형 소착 문제가 발생할 수 있다.
일 예로, 가열 단계(S120)에서는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열 시간(t) 동안 가열할 수 있다. 예컨대, 가열 단계(S120)에서는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 제1 시간 동안 가열할 수 있다. 이때, 제1 시간은 10분 내지 120분일 수 있다. 구체적으로, 제1 온도가 540℃일 때, 제1 시간은 60분 초과 120분 미만일 수 있고, 제1 온도가 600℃일 때, 제1 시간은 10분 이상 60분 미만일 수 있다. 제1 시간이 10분 미만인 경우, 강판과 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 완전히 합금화되지 않을 수 있다. 반면에, 제1 시간이 120분 초과인 경우, 과도한 가열 시간으로 인해 핫 스탬핑 부품의 생산성이 저하될 수 있다.
가열 단계(S120)에 있어서, 제1 온도가 540℃인 경우 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 전체 합금화되는데 필요한 최소 시간이 약 60분일 수 있다. 즉, 가열 단계(S120)에 있어서, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 540℃에서 약 60분 이상 가열해야 전체 합금화층이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 온도가 540℃보다 클 경우, 전체 합금화층을 형성할 수 있는 최소 시간이 60분보다 작아질 수 있으며, 최소 시간은 10분 내지 60분 사이일 수 있다.
또한, 가열 단계(S120)에 있어서, 제1 온도가 600℃인 경우 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 전체 합금화되는데 필요한 최소 시간이 약 10분일 수 있다. 즉, 가열 단계(S120)에 있어서, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 600℃에서 약 10분 이상 가열해야 전체 합금화층이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 온도가 600℃보다 작을 경우, 전체 합금화층을 형성할 수 있는 최소 시간이 10분보다 커질 수 있으며, 최소 시간은 10분 내지 60분 사이일 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법에 있어서, 강판과 도금층이 합금화되는 구간을 도시한 그래프이다. 보다 구체적으로, 도 4는 수학식을 만족하는 가열 온도에 따른 가열 시간을 도시한 그래프에서, 도금층이 합금화되는 구간을 도시한 도면이다.
앞서 언급한 바와 같이, 가열 단계(S120)에서는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 제1 온도로, 제1 시간 동안 가열함으로써, 강판의 적어도 일부와 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 합금화되어, 전체 합금화층이 형성될 수 있다..
따라서, 도 4의 A 구간에 해당하는 경우, 강판의 적어도 일부와 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 상호 확산되어 제1 합금화층이 형성될 수 있다. 이때, 형성된 제1 합금화층은 단일층으로 구비될 수 있다. 예컨대, 제1 합금화층은 FeAlSi 합금으로 구비될 수 있다. 일 예로, 강판 상에는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 잔존하지 않고, 강판의 적어도 일부와 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 전체 합금화될 수 있다.
이후, 블랭크 형성 단계가 수행될 수 있다. 블랭크 형성 단계는 제1 합금화층이 형성된 강판을 재단하여 블랭크를 형성하는 단계일 수 있다. 블랭크 형성 단계에서는 제1 합금화층이 형성된 강판을 목적에 따라 원하는 형상으로 재단하여 블랭크를 형성할 수 있다.
일 예로, 블랭크 형성 단계는 가열 단계(S120) 이전에 수행될 수 있다. 예를 들어, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 재단하여 블랭크를 형성한 후, 상기 형성된 블랭크를 가열하는 가열 단계(S120)가 수행될 수 있다.
도 5는 가열 단계(S120)가 생략된 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법을 이용하여 제조된 핫 스탬핑용 블랭크의 단면을 도시한 단면도이다.
도 1, 및 도 5를 참조하면, 가열 단계(S120)를 포함하는 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법을 이용하여 제조된 핫 스탬핑용 블랭크는 강판(100), 및 상기 강판(100) 상에 배치된 제1 합금화층(200)으로 구비될 수 있다. 제1 합금화층(200)은 강판(100)과 상기 강판(100) 상에 형성된 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 합금화된 것일 수 있다. 구체적으로, 강판(100), 및 상기 강판(100) 상에 형성된 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층을 제1 온도에서 제1 시간 동안 가열함으로써, 강판(100)과 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 합금화되어 제1 합금화층(200)이 형성될 수 있다. 이때, 강판(100) 상에는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 잔존하지 않고, 강판(100)의 적어도 일부와 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 전체 합금화될 수 있다.
가열 단계(S120)가 생략된 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법을 이용하여 제조된 핫 스탬핑용 블랭크는 강판(100), 상기 강판 상에 배치된 제1 합금화층(200'), 및 상기 제1 합금화층(200') 상에 배치된 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층(250')으로 구비될 수 있다.
이를 통해, 가열 단계(S120)가 수행된 핫 스탬핑용 블랭크에서는 강판(100) 상에 형성된 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 모두 제1 합금화층(200)으로 합금화되지만, 가열 단계(S120)가 생략된 핫 스탬핑용 블랭크에서는 강판(100) 상에 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 일부 잔존하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 가열 단계(S120)가 수행된 핫 스탬핑용 블랭크 상에 형성된 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 모두 제1 합금화층(200)으로 합금화되므로, 고온 열처리를 통한 오스테나이징 과정에서 표면에 알루미늄-실리콘(Al-Si) 액상 형성에 따른 수소 유입, 및 금형 소착 문제를 방지하거나 최소화할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 도시한 단면도이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품은 강판(100), 및 상기 강판(100) 상에 위치하며 순차적으로 적층된 제1 층(310), 제2 층(320), 및 제3 층(330)을 구비하는 제2 합금화층(300)을 포함할 수 있다.
제2 합금화층(300)은 강판(100)의 적어도 일면에 형성되며, 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 제2 합금화층(300)은 강판(100) 상에 순차적으로 적층된 제1 층(310), 제2 층(320), 및 제3 층(330)을 포함할 수 있다. 제3 층(330)은 FeAl상을 포함할 수 있다.
제1 층(310)은 합금화된 철(Fe), 알루미늄(Al), 및 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 일 예로, 제1 층(310)은 α-Fe상을 가질 수 있다.
제2 층(320)은 Fe2Al5상을 포함할 수 있다. 일 예로, 합금화층(300)에 대한 제2 층(320)의 면적분율은 0% 초과 33% 이하일 수 있다. 합금화층(300)에 대한 제2 층(320)의 면적분율이 33%를 초과하는 경우, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품의 내박리성, 및 수소취성이 저하될 수 있다.
한편, 제1 층(310)은 200Hv 내지 800Hv의 경도를 가질 수 있고, 제2 층(320)은 700Hv 내지 1,200Hv의 경도를 가질 수 있으며, 제3 층(330)은 200Hv 내지 800Hv의 경도를 가질 수 있다.
일 예로, 핫 스탬핑 부품은 제2 합금화층(300) 상에 배치된 표면층을 더 포함할 수 있다. 표면층은 알루미늄(Al)을 80wt% 이상 포함하는 층으로, 강판(100)이 산화되는 것을 방지할 수 있다. 일 예로, 강판 상에 배치된 표면층의 평균 두께는 100nm 내지 200nm일 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은 가열 단계(S310), 블랭크 형성 단계(S320), 다단 가열 단계(S330), 균열 가열 단계(S340), 이송 단계(S350), 형성 단계(S360), 및 냉각 단계(S370)를 포함할 수 있다.
가열 단계(S310)는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열하는 단계이다. 보다 구체적으로, 가열 단계(S310)는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열하여 제1 합금화층을 형성하는 단계이다. 이때, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판은 도 3에 도시된 강 슬라브의 열간 압연 단계(S210), 냉각/권취 단계(S220), 냉간 압연 단계(S230), 소둔 열처리 단계(S240), 및 용융 도금 단계(S250)를 통해 제조될 수 있다.
가열 단계(S310)에서 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열하는 가열 시간과 가열 온도는 하기 수학식을 만족할 수 있다.
[수학식]
In(t) = α + (β/(R x T))
이때, t는 가열 시간, α는 도금량에 따른 보정계수, β는 도금층에 포함된 실리콘(Si) 함량에 따른 보정계수, R은 기체상수, 및 T는 가열 온도이다. 상기 수학식에서 가열 온도(T)는 절대 온도를 의미한다.
일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 부품의 제조 방법에 있어서, 강판 상에 형성된 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층의 도금량은 40 g/m2 내지 200 g/m2일 수 있으므로, 도금량에 따른 보정계수 α는 -31.09 내지 -10.36의 값을 가질 수 있다.
또한, β는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층에 포함된 실리콘(Si) 함량, 및 실리콘(Si)의 활성화에너지를 고려하여 84752.2 J/mol 내지 254256.5 J/mol 의 값을 가질 수 있다.
일 예로, 가열 단계(S310)에서는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열 온도(T)로 가열할 수 있다. 예컨대, 가열 단계(S120)에서는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판 제1 온도에서 가열할 수 있다. 이때, 제1 온도는 540 ℃ 내지 600℃일 수 있다. 제1 온도가 540℃ 미만인 경우, 강판의 적어도 일부와 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 합금화되는데 필요한 시간이 증가하여 공정 상 로스(Loss)가 발생할 수 있다. 반면에, 제1 온도가 600℃ 초과인 경우, 핫 스탬핑 부품의 제조 공정 시 블랭크의 표면에 액상이 형성되어 금형 소착 문제가 발생할 수 있다.
일 예로, 가열 단계(S310)에서는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열 시간(t) 동안 가열할 수 있다. 예컨대, 가열 단계(S120)에서는 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 제1 시간 동안 가열할 수 있다. 이때, 제1 시간은 10분 내지 120분일 수 있다. 구체적으로, 제1 온도가 540℃일 때, 제1 시간은 60분 초과 120분 미만일 수 있고, 제1 온도가 600℃일 때, 제1 시간은 10분 이상 60분 미만일 수 있다. 제1 시간이 10분 미만인 경우, 강판과 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 완전히 합금화되지 않을 수 있다. 반면에, 제1 시간이 120분 초과인 경우, 과도한 가열 시간으로 인해 핫 스탬핑 부품의 생산성이 저하될 수 있다.
가열 단계(S310)에 있어서, 제1 온도가 540℃인 경우 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 전체 합금화되는데 필요한 최소 시간이 약 60분일 수 있다. 즉, 가열 단계(S310)에 있어서, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 540℃에서 약 60분 이상 가열해야 전체 합금화층이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 온도가 540℃보다 클 경우, 전체 합금화층을 형성할 수 있는 최소 시간이 60분보다 작아질 수 있으며, 최소 시간은 10분 내지 60분 사이일 수 있다.
또한, 가열 단계(S310)에 있어서, 제1 온도가 600℃인 경우 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 전체 합금화되는데 필요한 최소 시간이 약 10분일 수 있다. 즉, 가열 단계(S120)에 있어서, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 600℃에서 약 10분 이상 가열해야 전체 합금화층이 형성될 수 있다. 따라서, 제1 온도가 600℃보다 작을 경우, 전체 합금화층을 형성할 수 있는 최소 시간이 10분보다 커질 수 있으며, 최소 시간은 10분 내지 60분 사이일 수 있다.
블랭크 형성 단계(S320)는 제1 합금화층이 형성된 강판을 재단하여 블랭크를 형성하는 단계일 수 있다. 블랭크 형성 단계(S320)에서는 제1 합금화층이 형성된 강판을 목적에 따라 원하는 형상으로 재단하여 블랭크를 형성할 수 있다.
일 예로, 블랭크 형성 단계(S320)는 가열 단계(S310) 이전에 수행될 수도 있다. 예를 들어, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 재단하여 블랭크를 형성한 후, 상기 형성된 블랭크를 가열하는 가열 단계(S120)가 수행될 수 있다.
다단 가열 단계(S330)는 블랭크를 단계적으로 가열하는 단계일 수 있고, 균열 가열 단계(S340)는 균일한 온도로 다단 가열된 블랭크를 가열하는 단계일 수 있다. 다단 가열 단계(S330)에서는 블랭크가 가열로 내에 구비된 복수의 구간을 통과하며 단계적으로 승온될 수 있다. 가열로 내에 구비된 복수의 구간 중 다단 가열 단계(S330)가 수행되는 구간은 복수 개 존재할 수 있고, 블랭크가 투입되는 가열로의 입구로부터 블랭크가 취출되는 가열로의 출구 방향으로 높아지도록 각 구간별로 온도가 설정되어 블랭크를 단계적으로 승온시킬 수 있다. 다단 가열 단계(S330) 이후에 균열 가열 단계(S340)가 이루어질 수 있다. 균열 가열 단계(S340)에서는 다단 가열된 블랭크가 Ac3 내지 1,000℃의 온도로 설정된 가열로의 구간을 통과하며 열처리될 수 있다. 바람직하게는 균열 가열 단계(S340)에서는 다단 가열된 블랭크를 930℃ 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열할 수 있다. 더욱 바람직하게는 균열 가열 단계(S340)에서는 다단 가열된 블랭크를 950℃ 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열할 수 있다. 또한, 가열로 내에 구비된 복수의 구간 중 균열 가열 단계(S340)가 수행되는 구간은 적어도 하나 이상일 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법의 다단 가열 단계,및 균열 가열 단계에 있어서, 복수의 구간을 구비한 가열로를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 일 실시예에 따른 가열로는 서로 다른 온도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비할 수 있다. 보다 구체적으로, 가열로는 제1 온도 범위(T1)를 가지는 제1 구간(P1), 제2 온도 범위(T2)를 가지는 제2 구간(P2), 제3 온도 범위(T3)를 가지는 제3 구간(P3), 제4 온도 범위(T4)를 가지는 제4 구간(P4), 제5 온도 범위(T5)를 가지는 제5 구간(P5), 제6 온도 범위(T6)를 가지는 제6 구간(P6), 및 제7 온도 범위(T7)를 가지는 제7 구간(P7)을 구비할 수 있다.
일 예로, 다단 가열 단계(S330)에서는 블랭크가 가열로 내에 정의된 복수의 구간(예를 들어, 제1 구간(P1) 내지 제4 구간(P4))을 통과하며 단계적으로 다단 가열될 수 있다. 또한, 균열 가열 단계(S340)에서는 제1 구간(P1) 내지 제4 구간(P4)에서 다단 가열된 블랭크가 제5 구간(P5) 내지 제7 구간(P7)에서 균열 가열될 수 있다.
제1 구간(P1) 내지 제7 구간(P7)은 차례대로 가열로 내에 배치될 수 있다. 제1 온도 범위(T1)를 가지는 제1 구간(P1)은 블랭크가 투입되는 가열로의 입구와 인접하고, 제7 온도 범위(T7)를 가지는 제7 구간(P7)은 블랭크가 배출되는 가열로의 출구와 인접할 수 있다. 따라서, 제1 온도 범위(T1)를 가지는 제1 구간(P1)이 가열로의 첫 번째 구간일 수 있고, 제7 온도 범위(T7)를 가지는 제7 구간(P7)이 가열로의 마지막 구간일 수 있다. 가열로의 복수의 구간들 중 제5 구간(P5), 제6 구간(P6), 및 제7 구간(P7)은 다단 가열이 수행되는 구간이 아닌 균열 가열이 수행되는 구간일 수 있다.
가열로 내에 구비된 복수의 구간의 온도, 예컨대 제1 구간(P1) 내지 제7 구간(P7)의 온도는 블랭크가 투입되는 가열로의 입구로부터 블랭크가 취출되는 가열로의 출구 방향으로 증가할 수 있다. 다만, 제5 구간(P5), 제6 구간(P6) 및 제7 구간(P7)의 온도는 동일할 수도 있다. 또한, 가열로 내에 구비된 복수의 구간 중 서로 인접한 두 개의 구간들 간의 온도 차는 0℃ 보다 크고 100℃ 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 구간(P1)과 제2 구간(P2)의 온도 차는 0℃ 보다 크고 100℃ 이하일 수 있다.
일 예로, 제1 구간(P1)의 제1 온도 범위(T1)는 840℃ 내지 860℃일 수 있고, 835℃ 내지 865℃일 수 있다. 제2 구간(P2)의 제2 온도 범위(T2)는 870℃ 내지 890℃일 수 있고, 865℃ 내지 895℃일 수 있다. 제3 구간(P3)의 제3 온도 범위(T3)는 900℃ 내지 920℃일 수 있고, 895℃ 내지 925℃일 수 있다. 제4 구간(P4)의 제4 온도 범위(T4)는 920℃ 내지 940℃일 수 있고, 915℃ 내지 945℃일 수 있다. 제5 구간(P5)의 제5 온도 범위(T5)는 Ac3 내지 1,000℃일 수 있다. 바람직하게는 제5 구간(P5)의 제5 온도 범위(T5)는 930℃ 이상 1,000℃이하일 수 있다. 더욱 바람직하게는 제5 구간(P5)의 제5 온도 범위(T5)는 950℃ 이상 1,000℃이하일 수 있다. 제6 구간(P6)의 제6 온도 범위(T6), 및 제7 구간(P7)의 제7 온도 범위(T7)는 제5 구간(P5)의 제5 온도 범위(T5)와 동일할 수 있다.
도 8에서는 일 실시예에 따른 가열로가 서로 다른 온도 범위를 가지는 일곱 개의 구간을 구비한 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 가열로 내에는 서로 다른 온도 범위를 가지는 다섯 개, 여섯 개, 또는 여덟 개 등의 구간이 구비될 수도 있다.
균열 가열 단계(S340)는 가열로의 복수의 구간 중 마지막 부분에서 이루어질 수 있다. 일 예로, 균열 가열 단계는 가열로의 제5 구간(P5), 제6 구간(P6), 및 제7 구간(P7)에서 이루어질 수 있다. 가열로 내에 복수의 구간이 구비되는 경우, 하나의 구간의 길이가 길면 상기 구간 내에서 온도 변화가 생기는 등의 문제점이 존재할 수 있다. 따라서, 균열 가열 단계가 수행되는 구간은 제5 구간(P5), 제6 구간(P6), 및 제7 구간(P7)으로 구분되되, 상기 제5 구간(P5), 제6 구간(P6), 및 상기 제7 구간(P7)은 가열로 내에서 동일한 온도 범위를 가질 수 있다.
균열 가열 단계(S340)에서는 다단 가열된 블랭크를 Ac3 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열할 수 있다. 바람직하게는 균열 가열 단계(S340)에서는 다단 가열된 블랭크를 930℃ 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열할 수 있다. 더욱 바람직하게는 균열 가열 단계(S340)에서는 다단 가열된 블랭크를 950℃ 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열할 수 있다.
일 예로, 블랭크가 다단 가열되는 구간의 길이(D1)와 블랭크가 균열 가열되는 구간의 길이(D2)의 비는 1:1 내지 4:1일 수 있다. 보다 구체적으로, 블랭크가 다단 가열되는 구간인 제1 구간(P1) 내지 제4 구간(P4)의 길이의 합과 블랭크가 균열 가열되는 구간인 제5 구간(P5), 내지 제7 구간(P7)의 길이의 합의 비는 1:1 내지 4:1을 만족할 수 있다. 블랭크가 균열 가열되는 구간의 길이가 증가하여 블랭크가 다단 가열되는 구간의 길이(D1)와 블랭크가 균열 가열되는 구간의 길이(D2)의 비가 1:1을 초과할 경우, 균열 가열 구간에서 오스테나이트(FCC) 조직이 생성되어 블랭크 내로 수소 침투량이 증가하여 지연파단이 증가할 수 있다. 또한, 블랭크가 균열 가열되는 구간의 길이가 감소하여 블랭크가 다단 가열되는 구간의 길이(D1)와 블랭크가 균열 가열되는 구간의 길이(D2)의 비가 4:1 미만인 경우, 균열 가열 구간(시간)이 충분히 확보되지 않아 핫 스탬핑 부품의 제조 공정에 의해 제조된 부품의 강도가 불균일할 수 있다.
일 예로, 가열로 내에 구비된 복수의 구간 중 균일 가열 단계(S340)가 수행되는 구간의 길이는 가열로의 총 길이의 20% 내지 50%일 수 있다. 또한, 다단 가열 단계(S330), 및 균열 가열 단계(S340)에서, 가열로 내에는 서로 다른 두께를 가지는 적어도 두 개의 블랭크가 동시에 이송될 수 있다.
일 예로, 블랭크는 가열로 내에서 180초 내지 360초 동안 체류할 수 있다. 즉, 블랭크가 다단 가열, 및 균열 가열되는 시간은 180초 내지 360초일 수 있다. 블랭크가 가열로 내에 체류하는 시간이 180초 미만일 경우, 목적하는 균열 온도에서 충분히 균열되기 어려울 수 있다. 또한, 블랭크가 가열로 내에 체류하는 시간이 360초를 초과할 경우, 블랭크 내부로 침투하는 수소의 양이 증가하여 지연 파단의 위험이 높아지고, 핫 스탬핑 후의 내식성이 저하될 수 있다.
이송 단계(S350)는 가열된 블랭크를 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계이다. 이송 단계(S350)에서 가열된 블랭크는 10초 내지 15초 동안 공랭될 수 있다.
형성 단계(S360)는 이송된 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계이다. 냉각 단계(S370)는 형성된 성형체를 냉각하는 단계이다.
프레스 금형에서 최종 부품형상으로 성형하는 것과 동시에 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 가열된 블랭크를 급랭시킬 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. 가열된 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 냉각의 충분히 이뤄지지 않아 잔존 열에 의한 부위 별 온도 편차로 취수 품질에 영향을 줄 수 있다. 또한, 충분한 양의 마르텐사이트가 생성되지 않아 기계적 물성이 확보되지 않을 수 있다. 반면에, 프레스 금형 내 유지 시간이 20초를 초과하는 경우, 프레스 금형 내 유지 시간이 길어져 생산성이 저하될 수 있다.
도 9는 가열 단계(S310)가 생략된 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 이용하여 제조된 부품의 단면을 도시한 도면이다.
도 6, 및 도 9를 참조하면, 가열 단계(S310)가 포함된 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 이용하여 제조된 핫 스탬핑 부품은 제2 합금화층(300)을 포함하고, 제2 합금화층(300)은 순차 적층된 제1 층(310), 제2 층(320), 및 제3 층(330)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 층(310)은 α-Fe를 포함할 수 있고, 제2 층(320)은 Fe2Al5를 포함하며, 제3 층(330)은 FeAl를 포함할 수 있다.
가열 단계(S310)가 생략된 제조 방법을 이용하여 제조된 핫 스탬핑 부품도 제2 합금화층(300')을 포함할 수 있다. 가열 단계(S310)가 생략된 제조 방법을 이용하여 제조된 핫 스탬핑 부품의 제2 합금화층(300')은 순차 적층된 제1 층(310'), 제2 층(320'), 제3 층(330'), 및 제4 층(340')을 포함할 수 있다. 이때, 제1 층(310')은 α-Fe를 포함할 수 있고, 제2 층(320')은 Fe2Al5를 포함할 수 있으며, 제3 층(330')은 FeAl를 포함할 수 있고, 제4 층(340')은 Fe2Al5를 포함할 수 있다.
가열 단계(S310)가 포함된 제조 방법을 이용하여 제조된 핫 스탬핑 부품에 포함된 제2 합금화층(300)의 최외각층은 FeAl 상이지만, 가열 단계(S310)가 생략된 제조 방법을 이용하여 제조된 핫 스탬핑 부품에 포함된 제2 합금화층(300')의 최외각층은 Fe2Al5 상인 것을 확인할 수 있다.
따라서, 다단 가열 단계(S330), 및 균열 가열 단계(S340) 이전에 블랭크를 미리 가열(가열 단계(S310))하는 경우, 최종적인 핫 스탬핑 부품에 포함된 제2 합금화층(300)에는 Fe2Al5 상이 형성되지 않는 것을 확인할 수 있다.
Fe2Al5 상이 FeAl 상에 비해 크랙 발생 빈도가 높고, 크랙 전파도가 높은 것으로 알려져 있다. 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 통해 부품을 제조하는 경우, 제2 합금화층(300)의 최외각에 존재하는 Fe2Al5 상이 소멸되므로, 크랙이 발생하는 빈도가 낮아지고, 크랙의 전파가 억제되어 제조된 부품의 내박리성이 향상될 수 있다.
강판 상에 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 블랭크를 핫 스탬핑 공정 온도로 가열 시, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층의 적어도 일부가 합금화층을 형성하지 못하고 잔존하여, 액상의 알루미늄-실리콘(Al-Si)층이 형성되는 경우가 존재하였다. 이때, 액상의 알루미늄-실리콘(Al-Si)층은 합금화층에 비해 수소 확산 속도가 빠르고, 표면 수소 흡착력이 강하므로, 액상의 알루미늄-실리콘(Al-Si)층을 통해 강판 내로 수소가 유입되어 수소지연파괴가 발생하는 문제점이 존재하였다. 또한, 액상의 알루미늄-실리콘(Al-Si)층이 금형에 소착되어 생산성이 저하되는 문제점이 존재하였다.
도 10은 철(Fe)-알루미늄(Al) 상태도를 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 철(Fe)-알루미늄(Al) 상태도에서 FeAl3의 용융점은 약 1160℃이고, Fe2Al5의 용융점은 약 1169℃인 것을 확인할 수 있다. 따라서, FeAl 합금을 형성하는 경우, 알루미늄-실리콘(Al-Si)의 용융점(약 660℃)보다 높은 용융점을 가질 수 있다.
일 예로, 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열(다단 가열, 및 균열 가열)하기 전에, 제1 온도에서 제1 시간 동안 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 강판을 가열함으로써, 강판의 적어도 일부와 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 합금화되어 제1 합금화층이 형성될 수 있다. 이후, 상기 제1 합금화층이 형성된 강판을 가열(다단 가열, 및 균열 가열)하여 핫 스탬핑 부품을 제조함으로써, 제조된 부품의 수소지연파괴를 방지 또는 최소화할 수 있고 동시에 공정 과정에서 금형 소착 현상 발생하는 것을 방지 또는 최소화할 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.
Figure PCTKR2020016275-appb-T000001
Figure PCTKR2020016275-appb-T000002
Figure PCTKR2020016275-appb-T000003
Figure PCTKR2020016275-appb-T000004
표 1은 강판의 조성을 나타내는 표이고, 표 2는 실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 1 내지 비교예 9의 가열 온도; 및 가열 시간을 나타내는 표이며, 표 3은 가열로의 구간 별 길이를 나타내는 표이고, 표 4는 구간 별 가열로 설정 온도, 및 가열로 체류 시간을 나타내는 표이다.
표 1의 조성을 갖는 강판 상에 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 형성된 블랭크를, 표 2의 조건에 따라 가열한 후, 표 3, 및 표 4의 조건을 만족하는 가열로 내에서 상기 가열된 블랭크를 다단 가열, 및 균열 가열하여 핫 스탬핑 부품을 제조하였다.
표 2에 있어서, 실시예 1, 및 실시예 2는 가열 단계(S120, S310)의 가열 온도, 및 가열 시간을 만족하는 경우에 해당하고, 비교예 1은 가열 단계(S120, S310)를 수행하지 않은 경우에 해당하며, 비교예 2, 및 비교예 3은 가열 단계(S120, S310)의 가열 시간이 만족되지 않은 경우에 해당하고, 비교예 4, 내지 비교예 6은 가열 단계(S120, S310)의 가열 온도가 만족되지 않은 경우에 해당한다.
실시예 1, 및 실시예 2와 같이, 가열 단계(S120, S310)의 가열 온도, 및 가열 시간을 만족하는 경우, 강판의 적어도 일부와 상기 강판 상에 형성된 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 합금화되어 전체 합금화층을 형성할 수 있다.
다만, 비교예 1 내지 비교예 6과 같이 가열 단계(S120, S310)가 생략되거나 가열 단계(S120, S310)의 가열 온도, 및/또는 가열 시간을 만족하지 않은 경우 강판 상에 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 잔존할 수 있다.
또한, 비교예 7 내지 비교예 9는 가열 단계(S120, S310)의 가열 시간을 초과하는 경우 해당한다. 비교예 7 내지 비교예 9의 경우에도 강판의 적어도 일부와 상기 강판 상에 형성된 알루미늄-실리콘(Al-Si) 도금층이 합금화되어 전체 합금화층을 형성할 수 있다. 다만, 비교예 7 내지 비교예 9의 경우 과도한 가열 시간으로 인해 핫 스탬핑 부품의 생산성이 저하될 수 있다.
<확산성 수소량, 및 수소지연파괴 평가>
실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 1 내지 비교예 9에 대해 가열 탈가스 분석(Thermal Desoprtion Spectroscopy)을 실시하였다. 보다 구체적으로, 20℃/min의 가열 속도로 상온에서 500℃ 까지 승온시키면서, 350℃ 이하에서 핫 스탬핑 부품으로부터 방출되는 확산성 수소량을 측정하였다. 상기 수소지연파괴 평가는 4점 굴곡 시험(4 point bending test) 방법으로 수행하였다. 상기 4점 굴곡 시험은 부식 환경에 노출시킨 상태를 재현하여 제조된 시편의 특정 지점에 탄성 한계 이하 수준의 응력을 가하여, 응력부식균열의 발생 여부를 확인하는 시험 방법이다. 이때, 응력부식균열은 부식과 지속적인 인장응력이 동시에 작용할 때, 발생하는 균열을 의미한다.
Figure PCTKR2020016275-appb-T000005
표 5는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1 내지 비교예 9로부터 방출되는 확산성 수소량, 및 수소지연파괴 평과 결과를 나타내는 표이다.
표 5를 참조하면, 실시예 1, 및 실시예 2로부터 방출되는 확산성 수소량에 비해 비교예 1로부터 방출되는 확산성 수소량이 더 큰 것을 확인할 수 있다. 이를 통해, 핫 스탬핑 공정을 수행하기 전, 가열 단계(S120, S310)를 수행하는 경우 외부로부터 수소 유입량이 감소되는 것을 알 수 있다.
또한, 비교예 2, 및 비교예 3(가열 시간을 만족하지 않은 경우)로부터 방출되는 확산성 수소량이 실시예 1, 및 실시예 2로부터 방출되는 확산성 수소량에 비해 큰 것을 확인할 수 있다.
뿐만 아니라, 비교예 4, 비교예 5, 및 비교예 6(가열 온도를 만족하지 않은 경우)로부터 방출되는 확산성 수소량이 실시예 1, 및 실시예 2로부터 방출되는 확산성 수소량에 비해 큰 것을 확인할 수 있다.
다만, 비교예 7, 비교예 8, 및 비교예 9(가열 온도는 만족하지만, 가열 시간이 60min 초과인 경우)로부터 방출되는 확산성 수소량은 실시예 1, 및 실시예 2로부터 방출되는 확산성 수소량보다는 많지만, 비교예 1 내지 비교예 6으로부터 방출되는 확산성 수소량보다는 작은 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 핫 스탬핑 공정을 수행하기 전 가열 단계(S120, S310)를 수행하는 경우, 제조된 핫 스탬핑 부품으로부터 방출되는 확산성 수소량이 감소하므로, 외부로부터 수소 유입량이 감소되는 것을 알 수 있다.
다만, 핫 스탬핑 공정을 수행하기 전 알루미늄-실리콘(Al-Si)이 형성된 강판을 제1 온도에서 120분 초과 가열하는 경우에도 제조된 핫 스탬핑 부품으로부터 방출되는 확산성 수소량이 감소되지만, 가열 시간이 120분을 초과하는 경우 과도한 가열 시간으로 인해 핫 스탬핑 부품의 생산성이 저하될 수 있다.
수소지연파괴 평과 결과 실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 7 내지 비교예 9의 경우 파단이 발생하지 않았지만, 비교예 1 내지 비교예 6의 경우 파단이 발생하였다.
이를 통해, 핫 스탬핑 공정을 수행하기 전 가열 단계(S120, S310)를 수행하는 경우, 외부로부터 수소 유입량이 감소하였고, 이에 따라 수소지연파괴에 대한 저항성이 우수한 것으로 나타났다. 따라서, 핫 스탬핑 공정을 수행하기 전 알루미늄-실리콘(Al-Si)이 형성된 강판을 제1 온도에서 제1 시간 동안 가열하는 경우, 제조된 핫 스탬핑 부품의 수소취성이 향상될 수 있다.
<내박리성 평가>
실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 1 내지 비교예 6에 대해 내박리성 평가를 실시하기 위해 돌리 테스트(dolly test)를 통해 합금화층의 접착력을 측정하였다. 상기 접착력은 속도 0.6Mpa/s, 박리면적 20pi, 최대하중 24MPa, 경화 온도 120℃, 및 경화 시간 20분의 조건에서 측정하였다.
Figure PCTKR2020016275-appb-T000006
표 6은 실시예 1, 실시예 2, 및 비교예 1 내지 비교예 6의 돌리 테스트 결과를 나타내는 표이다.
표 6을 참조하면, 실시예 1, 및 실시예 2의 접착강도가 비교예 1 내지 비교예 6의 접착강도에 비해 큰 것을 확인할 수 있다.
이를 통해, 핫 스탬핑 공정을 수행하기 전 가열 단계(S120, S310)가 수행된 핫 스탬핑 부품의 내박리성이 가열 단계(S120, S310)가 생략되거나, 가열 조건을 만족하지 않은 가열 단계가 수행된 핫 스탬핑 부품의 내박리성보다 큰 것을 알 수 있다.
따라서, 핫 스탬핑 공정을 수행하기 전 가열 단계(S120, S310)가 수행되는 경우, 제조된 핫 스탬핑 부품의 내박리성이 향상될 수 있다.
이와 같이 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.

Claims (23)

  1. 알루미늄, 및 실리콘을 포함하는 도금욕에 강판을 침지하여 상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계; 및
    상기 도금층이 형성된 강판을 제1 온도에서 제1 시간 동안 가열하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 온도는 540℃ 내지 600℃인, , 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도가 540℃일 때, 상기 제1 시간은 60분 이상인, 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 온도가 600℃일 때, 상기 제1 시간은 10분 이상인, 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 강판 상에 도금층을 형성하는 단계는,
    상기 강판 상에 Al-Si 도금층을 형성하는 단계인, 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 도금층의 도금량은 40g/m2 내지 200g/m2인, 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 도금층이 형성된 강판을 가열하는 단계에서는,
    상기 강판의 적어도 일부와 상기 도금층이 상호 확산되어 합금화층이 형성되는, 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 합금화층은 단일층으로 구비되는, 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 합금화층이 형성된 강판을 재단하여 블랭크를 형성하는 단계를 더 포함하는, 핫 스탬핑용 블랭크의 제조 방법.
  9. 강판; 및
    상기 강판 상에 위치하되 단일층으로 구비되는 합금화층;
    을 구비하는, 핫 스탬핑용 블랭크.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 강판은, 탄소(C): 0.19wt% 내지 0.38wt%, 실리콘(Si): 0.1wt% 내지 1wt%, 망간(Mn): 1wt% 내지 2wt%, 인(P): 0 초과 0.03wt% 이하, 황(S): 0 초과 0.01wt% 이하, 크롬(Cr): 0.1wt% 내지 0.6wt%, 티타늄(Ti): 0.01wt% 내지 0.05wt%, 보론(B): 0.001wt% 내지 0.005wt%, 및 잔부의 철(Fe)과 불가피한 불순물을 포함하는, 핫 스탬핑용 블랭크.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 합금화층은 FeAlSi 합금으로 구비되는, 핫 스탬핑용 블랭크.
  12. 도금층이 형성된 강판을 제1 온도에서 제1 시간 동안 가열하는 단계;
    상기 가열된 강판을 재단하여 블랭크를 형성하는 단계;
    상기 블랭크를 단계적으로 가열하는 다단 가열 단계; 및
    상기 다단 가열된 블랭크를 Ac3 내지 1,000℃의 온도로 가열하는 균열 가열 단계;
    를 포함하고,
    상기 제1 온도는 540℃ 내지 600℃인, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 온도가 540℃일 때, 상기 제1 시간은 60분 이상인, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 온도가 600℃일 때, 상기 제1 시간은 10분 이상인, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 다단 가열 단계, 및 상기 균열 가열 단계는,
    서로 다른 온도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비한 가열로 내에서 이루어지는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 구간에서 상기 블랭크를 다단 가열하는 구간의 길이와 상기 블랭크를 균열 가열하는 구간의 길이의 비는 1:1 내지 4:1을 만족하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 구간의 온도는 상기 가열로의 입구로부터 상기 가열로의 출구 방향으로 증가하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 블랭크를 다단 가열하는 구간 중 서로 인접한 두 개의 구간들 간의 온도 차는 0℃ 보다 크고 100℃ 이하인, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  19. 제15항에 있어서,
    상기 복수의 구간 중 상기 블랭크를 균열 가열하는 구간의 온도가 상기 블랭크를 다단 가열하는 구간들의 온도보다 높은, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  20. 제15항에 있어서,
    상기 균열 가열 단계 이후에,
    상기 균열 가열된 블랭크를 상기 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계;
    상기 이송된 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 성형체를 냉각하는 단계;
    를 더 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  21. 강판; 및
    상기 강판 상에 위치하며, 순차적으로 적층된 제1 층, 제2 층, 및 제3 층을 구비하는 합금화층;
    을 포함하고,
    상기 합금화층에 대한 상기 제2 층의 면적분율은 0% 초과 33% 이하인, 핫 스탬핑 부품.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 층은 α-Fe를 포함하고, 상기 제2 층은 Fe2Al5를 포함하며, 상기 제3 층은 FeAl를 포함하는, 핫 스탬핑 부품.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 제1 층은 200Hv 내지 800Hv의 경도를 갖고, 상기 제2 층은 700Hv 내지 1,200Hv의 경도를 가지며, 상기 제3 층은 200Hv 내지 800Hv의 경도를 갖는, 핫 스탬핑 부품.
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