KR-20260061255-A - 핫 스탬프 성형체

Abstract

강 모재와, 상기 강 모재의 표면에 배치된 도금층을 구비하고, 상기 도금층이, 소정의 화학 조성을 갖고, 상기 도금층이, 상기 강 모재의 측으로부터 차례로, Fe 2 Al 5 상과, 20 내지 40질량%의 Fe 함유량을 갖는 Fe-Al상과, 표면 산화막을 포함하고, 상기 도금층의 단면에 있어서, 상기 Fe 2 Al 5 상 중의 Si 함유량이 5 내지 20질량%이고 또한 원 상당 직경이 2㎛ 이상인 Fe-Al-Si상의 투영 길이 L i 와, 상기 강 모재의 표면의 길이 L 0 이 ΣL i /L 0 ≤0.70을 충족하고, 상기 표면 산화막 중의 Mg 함유량이 0.05원자% 이상이고, 상기 도금층의 부착량이 편면당 20g/m 2 이상인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체가 제공된다.

Inventors

• 하야시다 쇼타
• 미츠노부 다쿠야
• 다케바야시 히로시

Assignees

• 닛폰세이테츠 가부시키가이샤

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20240913

Priority Date

20231012

Claims (3)

1. 강 모재와, 상기 강 모재의 표면에 배치된 도금층을 구비하고, 상기 도금층의 화학 조성이, 질량%로, Zn: 2.5 내지 40.0%, Si: 0.05 내지 15.0%, Fe: 25.0 내지 40.0%, Mg: 0.005 내지 3.000%, Ni: 0 내지 0.500%, Ca: 0 내지 3.000%, Sb: 0 내지 0.500%, Pb: 0 내지 0.500%, Cu: 0 내지 1.000%, Sn: 0 내지 1.000%, Ti: 0 내지 1.000%, Cr: 0 내지 1.000%, Nb: 0 내지 1.000%, Zr: 0 내지 1.000%, Mn: 0 내지 1.000%, Mo: 0 내지 1.000%, Ag: 0 내지 1.000%, Li: 0 내지 1.000%, La: 0 내지 0.500%, Ce: 0 내지 0.500%, B: 0 내지 0.500%, Y: 0 내지 0.500%, Sr: 0 내지 0.500%, In: 0 내지 0.500%, Co: 0 내지 0.500%, Bi: 0 내지 0.500%, P: 0 내지 0.500%, W: 0 내지 0.500%, 그리고 잔부: Al 및 불순물이고, 또한 Ni, Ca, Sb, Pb, Cu, Sn, Ti, Cr, Nb, Zr, Mn, Mo, Ag, Li, La, Ce, B, Y, Sr, In, Co, Bi, P, 및 W의 합계 함유량이 5.000% 이하이고, 상기 도금층이, 상기 강 모재의 측으로부터 차례로, Fe 2 Al 5 상과, 20 내지 40질량%의 Fe 함유량을 갖는 Fe-Al상과, 표면 산화막을 포함하고, 상기 도금층의 단면에 있어서, 상기 Fe 2 Al 5 상 중의 Si 함유량이 5 내지 20질량%이고 또한 원 상당 직경이 2㎛ 이상인 Fe-Al-Si상의 투영 길이 L i 와, 상기 강 모재의 표면의 길이 L 0 이 ΣL i /L 0 ≤0.70을 충족하고, 상기 표면 산화막 중의 Mg 함유량이 0.05원자% 이상이고, 상기 도금층의 부착량이 편면당 20g/m 2 이상인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
2. 제1항에 있어서, 상기 도금층의 화학 조성이, 질량%로, Zn: 5.0 내지 35.0%, 및 Si: 0.25 내지 6.0%를 함유하고, 상기 표면 산화막 중의 Mg 함유량이 0.30원자% 이상인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, ΣL i /L 0 ≤0.50인 것을 특징으로 하는 핫 스탬프 성형체.

Description

핫 스탬프 성형체 본 발명은, 핫 스탬프 성형체에 관한 것이다. 최근, 자동차 업계에서는, 연비 향상의 관점에서 차체의 경량화가 요구되고 있다. 차체의 경량화와 충돌 안전성을 양립하기 위해서는, 골격 부품 등에 있어서 사용하는 강판의 고강도화가 유효한 방법 중 하나이며, 이러한 배경으로부터 고강도 강판의 개발이 진행되고 있다. 고강도 강판과 같이 성형이 곤란한 재료를 프레스 성형하는 기술로서 핫 스탬프(열간 프레스)가 알려져 있다. 핫 스탬프는, 성형에 제공되는 재료를 가열하고 나서 성형하는 열간 성형 기술이다. 이 기술에서는, 재료를 가열하고 나서 성형하기 때문에, 성형 시에는 강재가 연질이며 양호한 성형성을 갖는다. 따라서, 고강도의 강재라도 복잡한 형상으로 정밀도 좋게 성형하는 것이 가능하며, 또한 프레스 금형에 의해 성형과 동시에 ??칭을 행하기 때문에, 성형 후의 강재는 충분한 강도를 갖는 것으로 알려져 있다. 이와 관련하여, Al 함유 도금을 실시한 핫 스탬프 성형체나 당해 핫 스탬프 성형체용의 도금 강판에 대해서도 다양한 검토가 이루어지고 있다. 예를 들어, 특허문헌 1에서는, 2.0 내지 24.0중량%의 아연, 7.1 내지 12.0중량%의 규소, 임의의 1.1 내지 8.0중량%의 마그네슘, 및 임의로 Pb, Ni, Zr 또는 Hf로부터 선택되는 추가 원소를 포함하고, 각 추가 원소의 중량 함유율이 0.3중량%보다 낮고, 잔부가 알루미늄 그리고 임의의 불가피적 불순물 및 잔류 원소이며, 여기서, Al/Zn 비가 2.9를 초과하는 금속 코팅으로 피복된 강판이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 1에서는, Al/Zn 비가 2.9를 초과하는 금속 코팅은, 높은 희생 보호를 갖는다고 교시되어 있다. 특허문헌 2에서는, 소지 강판, 및 상기 소지 강판 상에 형성된 알루미늄 합금 도금층을 포함하고, 상기 알루미늄 합금 도금층은, 중량%로, Zn: 21 내지 35%, Si: 1 내지 6.9%, Fe: 2 내지 12%, 잔부 Al 및 기타 불가피 불순물을 포함하는 알루미늄 합금 도금 강판이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 2에서는, 상기 알루미늄 합금 도금층의 Al/(Zn+Si)를 1.3 내지 2.6으로 제어함으로써 용접성 및 내식성을 확보할 수 있다고 교시되어 있다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체에 있어서의 표면 부분의 단면 개략도의 일례이며, Fe-Al-Si상의 투영 길이 Li 및 강 모재의 표면의 길이 L0을 나타내는 것이다. <핫 스탬프 성형체> 본 발명의 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체는, 강 모재와, 상기 강 모재의 표면에 배치된 도금층을 구비하고, 상기 도금층의 화학 조성이, 질량%로, Zn: 2.5 내지 40.0%, Si: 0.05 내지 15.0%, Fe: 25.0 내지 40.0%, Mg: 0.005 내지 3.000%, Ni: 0 내지 0.500%, Ca: 0 내지 3.000%, Sb: 0 내지 0.500%, Pb: 0 내지 0.500%, Cu: 0 내지 1.000%, Sn: 0 내지 1.000%, Ti: 0 내지 1.000%, Cr: 0 내지 1.000%, Nb: 0 내지 1.000%, Zr: 0 내지 1.000%, Mn: 0 내지 1.000%, Mo: 0 내지 1.000%, Ag: 0 내지 1.000%, Li: 0 내지 1.000%, La: 0 내지 0.500%, Ce: 0 내지 0.500%, B: 0 내지 0.500%, Y: 0 내지 0.500%, Sr: 0 내지 0.500%, In: 0 내지 0.500%, Co: 0 내지 0.500%, Bi: 0 내지 0.500%, P: 0 내지 0.500%, W: 0 내지 0.500%, 그리고 잔부: Al 및 불순물이고, 또한 Ni, Ca, Sb, Pb, Cu, Sn, Ti, Cr, Nb, Zr, Mn, Mo, Ag, Li, La, Ce, B, Y, Sr, In, Co, Bi, P, 및 W의 합계 함유량이 5.000% 이하이고, 상기 도금층이, 상기 강 모재의 측으로부터 차례로, Fe2Al5상과, 20 내지 40질량%의 Fe 함유량을 갖는 Fe-Al상과, 표면 산화막을 포함하고, 상기 도금층의 단면에 있어서, 상기 Fe2Al5상 중의 Si 함유량이 5 내지 20질량%이고 또한 원 상당 직경이 2㎛ 이상인 Fe-Al-Si상의 투영 길이 Li와, 상기 강 모재의 표면의 길이 L0이 ΣLi/L0≤0.70을 충족하고, 상기 표면 산화막 중의 Mg 함유량이 0.05원자% 이상이고, 상기 도금층의 부착량이 편면당 20g/m2 이상인 것을 특징으로 하고 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 도금층 중의 성분으로서 Al을 비교적 많이 함유하는 도금 강판을 핫 스탬프 성형에 있어서 사용하면, 당해 핫 스탬프 성형에 있어서의 가열 시에 도금층과 지철(모재 강판)이 합금화함으로써 내식성이 저하되는 경우가 있다. 보다 상세하게 설명하면, 예를 들어, 종래의 Al-Si계 도금으로 이루어지는 도금층을 구비한 도금 강판을 핫 스탬프 성형한 경우에는, 핫 스탬프 성형에 있어서의 고온 가열 시(예를 들어 약 900℃ 또는 그보다 높은 온도에 있어서의 가열 시)에 도금층과 모재 강판이 합금화하여, 핫 스탬프 성형 후에 주로 Fe2Al5상을 포함하는 도금층이 형성된다. 그러나, 도금층 중에는 Fe2Al5상 이외에도, Si를 비교적 많이 포함하는 Fe-Al계 금속간 화합물, 특히 Si를 5질량% 이상 포함하는 Fe-Al-Si상도 비교적 많이 형성되는 경우가 있다. 이러한 경우에는, Fe2Al5상과 당해 Fe-Al-Si상 사이에서 이종 금속 접촉 부식(갈바닉 부식)이 발생하는 경우가 있어, 핫 스탬프 성형체의 내식성이 저하되게 된다. 그래서, 본 발명자들은, 핫 스탬프 성형 후에 있어서도 우수한 내식성을 갖는 Al 함유 도금층을 구비한 핫 스탬프 성형체를 제공하고자, 특히 핫 스탬프 성형 전의 Al-Si계 도금으로 이루어지는 도금층의 화학 조성 및 형태에 착안하여 검토를 행하였다. 그 결과, 본 발명자들은, Al-Si계 도금에 Zn 및 Mg를 더 추가한 Al-Zn-Mg-Si계 도금으로 이루어지는 도금층을 적절하게 만들어 넣음과 함께, 핫 스탬프 성형의 열처리 조건을 적절하게 선택함으로써, 핫 스탬프 성형 후에 형성되는 도금층에 있어서, Fe2Al5상과의 사이에서 갈바닉 부식을 발생시킬 수 있는 Fe-Al-Si상의 형성을 억제할 수 있고, 그에 의해 핫 스탬프 성형 후의 성형체에 있어서 내식성을 개선할 수 있음을 발견하였다. 또한, 본 발명자들은, 당해 Fe2Al5상 상에 비교적 낮은 Fe 함유량, 보다 구체적으로는 20 내지 40질량%의 Fe 함유량을 갖는 Fe-Al상을 형성함으로써, 핫 스탬프 성형체의 내적청성을 개선할 수 있는 것을 발견하였다. 게다가, 본 발명자들은, Mg의 첨가에 기인하여 핫 스탬프 성형 후의 도금층에 있어서의 표면 산화막을 적절하게 개질할 수 있고, 그에 의해 핫 스탬프 성형체의 화성 처리성을 향상시킬 수 있음을 발견하였다. 보다 구체적으로는, 먼저, 본 발명자들은, Al-Zn-Mg-Si계 도금으로 이루어지는 도금층의 부착량을 편면당 20g/m2 이상으로 하고, 또한 핫 스탬프 성형의 열처리 조건을 적절하게 선택함으로써, 핫 스탬프 성형에 있어서의 고온 가열 시에 도금층 전체를 Fe2Al5상까지 합금화하지 않고, 강 모재 측의 Fe2Al5상 상에, 당해 Fe2Al5상보다도 Fe 함유량이 낮은 Fe-Al상을 형성할 수 있음을 발견하였다. 보다 상세하게 설명하면, 핫 스탬프 성형에 있어서의 고온 가열 시에는 강 모재로부터의 Fe가 도금층 중에 확산하여 Al과 합금화하게 되는데, 도금층의 부착량을 비교적 많게 하면서, 합금화의 정도를 적당히 약하게 함으로써, 도금층의 강 모재 측에는 충분히 합금화된 Fe2Al5상이 형성되지만, 도금층의 표면 측에는 Fe2Al5상보다도 Fe 함유량이 낮은 Fe-Al상, 즉 20 내지 40질량%의 Fe 함유량을 갖는 Fe-Al상을 형성하는 것이 가능해진다. 어떠한 특정 이론에도 구속되는 것을 의도하는 것은 아니지만, Fe-Al상에 의한 내적청성의 향상은, 당해 Fe-Al상이 Fe2Al5상에 비해 합금화의 정도가 낮다는 사실에 기인하고 있는 것으로 생각된다. 다음으로, 본 발명자들은, 핫 스탬프 성형체의 제조 방법에 관련하여 나중에 상세하게 설명되는 바와 같이, 핫 스탬프 성형 전의 모재 강판과 도금층의 계면에 형성되는 계면 합금층에 상당하는 Fe-Al상 중에 Si를 소정의 양으로 함유시키는 것, 보다 구체적으로는 계면 합금층 중에 Si를 3.0질량% 이상 함유시킴으로써, 핫 스탬프 성형 후에 형성되는 도금층에 있어서, 상기 Fe2Al5상 중에서 비교적 큰 Fe-Al-Si상의 형성을 억제할 수 있음을 발견하였다. 보다 구체적으로는, 본 발명자들은, 핫 스탬프 성형 후의 도금층에 있어서, 당해 도금층의 강 모재 측에 형성되는 Fe2Al5상 중의 비교적 큰 Fe-Al-Si상을 분산시켜 존재하게 하는 것, 즉 Si 함유량이 5 내지 20질량%이고 또한 원 상당 직경이 2㎛ 이상인 Fe-Al-Si상의 투영 길이 Li와, 강 모재의 표면의 길이 L0이 ΣLi/L0≤0.70을 충족하도록 제어함으로써, 핫 스탬프 성형 후의 도금층의 내식성을 현저히 개선할 수 있음을 발견하였다. 도 1은 본 발명의 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체에 있어서의 표면 부분의 단면 개략도의 일례이며, Fe-Al-Si상의 투영 길이 Li 및 강 모재의 표면의 길이 L0을 나타내는 것이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 핫 스탬프 성형체(1)는, 강 모재(2)와, 당해 강 모재(2)의 표면에 마련된 도금층(3)을 구비하고, 당해 도금층(3)은, 강 모재(2)의 측으로부터 차례로, 강 모재(2) 상에 위치하는 Fe2Al5상(4)과, 당해 Fe2Al5상(4) 상에 위치하는 Fe-Al상(5), 보다 구체적으로는 20 내지 40질량%의 Fe 함유량을 갖는 Fe-Al상(5)과, 표면 산화막(6)을 포함한다. 또한, 도 1에 있어서는, Fe2Al5상(4) 중에, Si 함유량이 5 내지 20질량%이고 또한 원 상당 직경이 2㎛ 이상인 Fe-Al-Si상(7)이 존재하고 있다. 여기서, 각 Fe-