KR101974182B1 - 열간 프레스용 도금 강판 및 도금 강판의 열간 프레스 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열간 윤활성, 피막 밀착성, 스폿 용접성 및 도장후 내식성이 우수한 열간 프레스용 도금 강판 및 그 강판의 열간 프레스 방법을 제공하는 것이다. 본 발명은 강판의 편면 또는 양면에 Al 도금층을 형성하고, 수산화 Zn, 인산 Zn 및 유기산 Zn로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 Zn 화합물을 함유하는 표면 피막층을 상기 Al 도금층 위에 형성한 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 도금 강판 및 그 강판의 열간 프레스 방법이다.

Description

열간 프레스용 도금 강판 및 도금 강판의 열간 프레스 방법 {PLATED STEEL PLATE FOR HOT PRESSING AND HOT PRESSING METHOD OF PLATED STEEL PLATE}

본 발명은 Al을 주성분으로 하는 Al 도금 피복이 실시되어 열간 윤활성, 피막 밀착성, 스폿 용접성 및 도장후 내식성이 우수한 열간 프레스용 도금 강판 및 그 도금 강판의 열간 프레스 방법에 관한 것이다.

최근, 환경 보호와 지구 온난화의 방지를 위하여, 화석 연료의 소비를 억제하는 요청이 높아지고 있고, 이 요청은 여러 제조업에 대하여 영향을 미치고 있다. 예를 들면, 이동 수단으로서 일상 생활이나 활동에서 빠질 수 없는 자동차에 대하여도 예외는 아니어서, 차체의 경량화 등에 의한 연비의 향상 등이 요구되고 있다. 그러나, 자동차에 대하여는, 단지 차체의 경량화를 실현하는 것은 제품 기능상 허용되지 않고, 적절한 안전성을 확보할 필요가 있다.

자동차의 구조의 상당수는 철계 재료, 특히 강판에 의하여 형성되어 있고, 이 강판의 중량을 저감하는 것이 차체의 경량화에 있어서 중요하다. 그러나, 전술한 바와 같이, 단지 강판의 중량을 저감하는 것은 허용되지 않고, 강판의 기계적 강도를 확보하는 것이 동시에 요구된다. 이와 같은 강판에 대한 요청은 자동차 제조업뿐만 아니라, 여러 제조업에서도 마찬가지로 나오고 있다. 따라서, 강판의 기계적 강도를 높임으로써, 종래 사용되던 강판보다 박육화하여도 기계적 강도를 유지 또는 향상시키는 것이 가능한 강판에 대하여 연구 개발을 하고 있다.

일반적으로 높은 기계적 강도를 가진 재료는 굽힘 가공 등의 성형 가공에 있어서, 형상 동결성이 저하하는 경향이 있어서, 복잡한 형상으로 성형 가공하는 것이 곤란해진다. 이 성형성에 대한 문제를 해결하는 수단의 하나로서, 이른바 「열간 프레스 방법(핫 스탬프법, 핫 프레스법, 또는 다이퀀칭법이라고도 불린다.)」을 들 수 있다. 이 열간 프레스 방법에서는 성형 대상인 재료를 일단 고온으로 가열하고, 가열에 의하여 연화한 강판에 프레스 가공을 하여 성형한 후, 냉각한다. 이 열간 프레스 방법에 의하면, 재료를 일단 고온으로 가열하여 연화시키기 때문에, 그 재료를 용이하게 프레스 가공할 수 있다. 또한, 성형 후의 냉각에 의한 담금질 효과에 의하여, 재료의 기계적 강도를 높일 수 있다. 따라서, 열간 프레스 방법에 의하여, 양호한 형상 동결성과 높은 기계적 강도를 양립시킨한 성형품을 얻을 수 있다.

그러나, 이 열간 프레스 방법을 강판에 적용하면, 강판을 800℃ 이상의 고온으로 가열함으로써, 강판의 표면이 산화하여 스케일(산화물)이 생성된다. 따라서, 열간 프레스 가공을 실시한 후에, 이 스케일을 제거하는 공정(디스케일링 공정)이 필요하여 생산성이 저하된다. 또한, 내식성을 필요로 하는 부재 등에서는 가공 후에 부재 표면에 방청 처리나 금속 피복을 할 필요가 있고, 표면 청정화 공정 및 표면 처리 공정이 필요하여 더욱 생산성이 저하된다.

이러한 생산성의 저하를 억제하는 방법으로서, 강판에 피복을 실시하는 방법을 들 수 있다. 강판상의 피복으로서는, 일반적으로, 유기계 재료나 무기계 재료 등 여러 재료가 사용된다. 그 중에서도 강판에 대하여 희생 방식 작용이 있는 Zn계 도금 강판이 그 방식 성능과 강판 생산 기술의 관점에서, 자동차 강판 등에 널리 사용되고 있다. 그러나, 열간 프레스 가공에 있어서의 가열 온도(700 내지 1000℃)는 유기계 재료의 분해 온도나 Zn 등의 금속의 융점 및 비등점보다 높고, 열간 프레스로 가열하였을 때, 표면 피막 및 도금층이 증발하여, 표면 성상의 현저한 열화의 원인이 된다.

이에, 고온 가열을 수반하는 열간 프레스 방법에 적용하는 강판으로서는, 유기계 재료 피복이나 Zn계의 금속 피복에 비하여 비등점이 높은 Al계의 금속 피복 강판, Al 도금 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 이 때, Al 도금 강판이란, 도금층의 특성 개선을 위하여, Al 이외의 원소를 첨가한 것도 포함하고, 도금층의 Al이 질량%로 50% 이상이면 좋다.

Al계의 금속 피복을 실시함으로써, 강판 표면에 스케일이 생성되는 것을 방지할 수 있고, 디스케일링 등의 공정이 불필요해지기 때문에, 성형품의 생산성이 향상된다. 또한, Al계의 금속 피복에는 방청 효과도 있기 때문에, 내식성도 향상된다. 소정의 성분 조성을 가진 강판에 Al계의 금속 피복을 실시한 강판을 열간 프레스하는 방법이 특허 문헌 1에 개시되어 있다.

그러나, Al계의 금속 피복을 실시하였을 경우, 열간 프레스 가공 전의 예비 가열의 조건에 따라서는, Al 피복이 용융하고, 그 후, 강판으로부터의 Fe 확산에 의하여 Al-Fe 합금층이 생성되고, 또한 Al-Fe 합금층이 성장하여 강판의 표면까지 Al-Fe 합금층이 되는 경우가 있다. 이 Al-Fe 합금층은 매우 경질이기 때문에, 프레스 가공시의 금형과의 접촉에 의하여, 성형품에 가공 스크래치가 형성되는 문제가 있었다.

Al-Fe 합금층은 표면이 미끄러지기 어려워서, 윤활성이 나쁘다. 또한, 이 Al-Fe 합금층은 딱딱하고 갈라지기 쉽고, 도금층에 크랙이 생기거나 파우더링 등이 발생하거나 하기 때문에, 성형성이 저하된다. 또한 박리된 Al-Fe 합금층이 금형에 부착하거나, 강판의 Al-Fe 합금층 표면이 강하게 찰과되어 금형에 부착하거나 하여, 금형에 Al-Fe 합금층을 기인으로 하는 Al-Fe 금속간 화합물이 응착하여, 성형품의 품질을 저하시킨다. 그 때문에, 정기적으로 금형에 응착된 Al-Fe 금속간 화합물을 제거할 필요가 있고, 성형품의 생산성 저하나 제조 비용 증대의 한 요인이 되고 있다.

또한, Al-Fe 합금층은 통상의 인산염 처리와의 반응성이 낮다. 따라서, Al-Fe 합금층의 표면에는 전착 도장의 전처리인 화성 처리 피막(인산염 피막)을 생성시킬 수 없다. 화성 처리 피막이 생성되지 않는 경우에도, 도료 밀착성을 양호한 것으로 한 후, Al의 부착량을 충분한 것으로 하면, 도장후 내식성도 양호해지지만, Al의 부착량을 증대시키면, 금형에의 Al-Fe 금속간 화합물의 응착을 증대시킨다.

Al-Fe 금속간 화합물의 응착에는 박리된 Al-Fe 합금층이 부착하는 경우와 Al-Fe 합금층 층 표면이 강하게 찰과되어 부착하는 경우가 있다. 표면 피막을 가진 강판을 열간 프레스 가공할 때에, 윤활성을 향상시키면, Al-Fe 합금층 층 표면이 강하게 찰과되어 부착하는 것은 개선된다. 그러나, 윤활성의 향상은 박리된 Al-Fe 합금층이 금형에 부착하는 것을 개선하는 데에는 유효하지 않다. 박리된 Al-Fe 합금층이 금형에 부착하는 것을 개선하려면, Al 도금에 있어서의 Al의 부착량을 저감시키는 것이 가장 유효하다. 그러나, Al의 부착량을 저하시키면 내식성이 열화된다.

이에, 성형품에 가공 스크래치가 발생하는 것을 방지하는 강판이 특허 문헌 2에 개시되어 있다. 특허 문헌 2에 개시되는 강판은 소정의 성분 조성을 가진 강판의 표면 위에, Al계의 금속 피복을 실시하고, 또한, Al계의 금속 피복 표면 위에 Si, Zr, Ti 또는 P 중 적어도 1개를 함유하는 무기 화합물 피막, 유기 화합물 피막, 또는 그러한 복합 화합물 피막을 형성한 강판이다. 특허 문헌 2에 개시되는 표면 피막이 형성된 강판에서는 가열 후의 프레스 가공시에도 표면 피막이 박리하는 경우는 없고, 프레스 가공시의 가공 스크래치의 형성을 방지할 수 있다. 그러나, 특허 문헌 2에 기재되는 표면 피막에서는 프레스 가공시에 충분한 윤활성이 얻지 못하여, 윤활제의 개선 등이 요구되고 있다.

특허 문헌 3에는 아연 도금 강판의 열간 프레스에 있어서, 아연 도금층의 증발에 의한 아연 도금 강판의 표면 열화를 해결하는 방법이 개시되어 있다. 즉, 아연 도금층의 표면에 고융점의 산화아연(ZnO) 층을 배리어층으로서 생성시킴으로써, 하층의 Zn 도금층 중의 Zn의 증발을 방지하는 것이다. 그러나, 특허 문헌 3에 개시된 방법은 강판이 아연 도금층을 가진 것을 전제로 하고 있다. 아연 도금층 중의 Al 함유량은 0.4%까지 허용하고 있다. 그러나, Al의 함유량은 적은 것이 좋다. 특허 문헌 3에 개시되는 방법은 Zn 도금층으로부터 Zn의 증발하는 것을 방지하기 위한 것으로, Al은 어디까지나 부수적으로 함유시키고 있는 것이다. 그러나, Zn 도금층에 Al을 부수적으로 함유시킨 것은 Zn 도금층 중의 Zn의 증발을 완전하게 방지할 수 없다. 이에 비등점이 높은 Al을 주성분으로 하는 Al 도금 강판을 사용하는 것이 일반적이다.

특허 문헌 4에는 우르츠광형의 화합물을 Al 도금 강판의 표면에 실시하는 방법이 개시되어 있다. 특허 문헌 4에 개시되는 방법은 열간 윤활성과 화성 처리성을 개선하는 것으로, 열간 프레스 가공 전에 있어서의 표면 피막 밀착성을 확보하기 위하여, 표면 피막에 바인더 성분을 첨가한 것이다. 그러나, 특허 문헌 4에 개시되는 방법의 바인더는 열간 프레스 가공 시에 열분해되어 버려, 성형시에 우르츠광형 화합물이 강판으로부터 피막 밀착성이 저하하는 문제가 있었다.

특허 문헌 5에는 수산화 Zn 및 황산 Zn을 함유하는 표면 피막층을 형성한 아연계 도금 강판이 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 5에 개시되는 강판은 아연계 도금 강판에 표면 피막층을 형성하기 때문에, 내식성은 우수하지만, 열간 프레스시에 아연 도금 중의 아연이 증발해버리는 문제가 있었다. 또한, 특허 문헌 5에 개시되는 강판의 양면에는 3Zn(OH)₂ㆍZnSO₄ㆍnH₂O (n=0 내지 5)를 가진 산화물층이 형성되어 있어, ZnSO₄가 Al 도금층을 용해하기 때문에, Al 도금 강판을 사용할 수 없었다.

특허 문헌 6에는 Al 도금 강판에, 황산 Zn, 질산 Zn 및 염화 Zn 중에서 선택한 Zn 화합물을 함유하는 표면 피막층을 형성한 강판이 개시되어 있다. 그러나, 황산 Zn, 질산 Zn 및 염화 Zn의 수용액은 pH가 높기 때문에, 표면 피막층을 형성할 때에 처리액을 도포하였을 경우, Al 도금 강판을 용해시키는 작용이 있고, 그 결과, 도장후 내식성을 열화시킨다고 하는 문제가 있었다. 또한, 원인은 확실하지 않지만, 용접성도 열화시키는 문제가 있었다. 이 문제는 Zn 화합물로서, 황산 Zn 및 질산 Zn을 함유시켰을 경우에 특히 현저하였다.

특허 문헌 7에는 Al 도금 강판에, 바나듐 화합물과 인산 화합물과 Al, Mg 및 Zn 중에서 선택되는 적어도 1종의 금속 화합물을 함유하는 표면 피막층이 형성된 강판이 개시되어 있다. 그러나, 특허 문헌 7에 개시되는 강판의 표면 피막층에는 바나듐 화합물이 함유되어 있기 때문에, 바나듐 화합물의 가수에 의하여 여러 색을 나타내고, 외관이 불균일하게 되는 문제가 있었다.

특허 문헌 1: 일본 공개 특허 공보 2000-38640호 특허 문헌 2: 일본 공개 특허 공보 2004-211151호 특허 문헌 3: 일본 공개 특허 공보 2003-129209호 특허 문헌 4: 국제 공개 제 2009/131233호 특허 문헌 5: 일본 공개 특허 공보 2010-077498호 특허 문헌 6: 일본 공개 특허 공보 2007-302982호 특허 문헌 7: 일본 공개 특허 공보 2005-048200호

Al는 고비등점ㆍ고융점이기 때문에, Al 도금 강판은 자동차 강판 등의 내식성을 요구하는 부재에 사용되는 강판으로서 유망시되고 있다. 따라서, Al 도금 강판의 열간 프레스에의 적용에 대하여 여러 가지 제안이 이루어져 있다. 그러나, 열간 프레스에 있어서, Al-Fe 합금층에 양호한 윤활성이 얻어지지 않는 것이나, 프레스 성형성이 떨어지는 것 등으로 인하여, 열간 프레스로 복잡한 형상의 성형품을 얻는 경우에는 Al 도금 강판이 적용되지 않은 것이 실정이다. 또한, 근래에는 자동차용으로서 성형 후에 도장 처리를 하는 경우가 많아서, Al 도금 강판의 열간 프레스 가공 후의 화성 처리성(도장성) 및 도장후 내식성도 요구되고 있다. 또한, 자동차의 차체에 사용되는 강판에는 스폿 용접성도 요구된다.

본 발명은 상기 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명이 목적으로 하는 것은 열간 윤활성, 피막 밀착성, 스폿 용접성 및 도장후 내식성이 우수한 열간 프레스용 Al 도금 강판 및 Al 도금 강판의 열간 프레스 방법을 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 예의 검토를 한 결과, 강판의 편면 또는 양면에 형성된 Al 도금층 위에 Zn을 함유하는 화합물을 함유하는 표면 피막층을 형성함으로써, 열간 프레스 가공시의 윤활성이 양호해지고, 또한, 화성 처리성도 크게 개선되는 것을 밝혀내었다. 또한, 표면 피막층에 바나듐 화합물을 함유하지 않게 함으로써, 바나듐 화합물의 가수에 의하여 여러 색을 나타내는 것을 방지할 수 있고, 강판의 외관이 불균일하게 되는 문제를 해결할 수 있는 것을 밝혀내었다. 또한, 황산 Zn 및 질산 Zn와 같이, 수용성이 높은 Zn 화합물을 소정량 이상 함유하면, 도포하였을 때의 부착성이 나쁘고, 피막 밀착성 및 스폿 용접성이 떨어지는 것을 밝혀내었다. 이와 같은 지견에 기초하여, 본 발명자들은 본 발명을 완성하기에 이르렀다. 본 발명의 요지는 이하와 같다.

(1) 강판과, 상기 강판 위의 편면 또는 양면에 형성된 Al 도금층과, 상기 Al 도금층 위에 형성된 표면 피막층을 포함하는 열간 프레스용 도금 강판으로서, 상기 표면 피막층은 수산화 Zn 및 유기산 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 Zn 화합물을 함유하고, Zn 화합물의 부착량은 Zn으로서 편면당 0.5 내지 7 g/㎡인 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 도금 강판.

(2) 상기 표면 피막 중에, 상기 Zn 화합물에 추가하여, 수지 성분, 실란 커플링제 또는 실리카 중 적어도 어느 하나를, 상기 Zn 화합물의 총량에 대한 질량 비율로, 합계 5 내지 30% 함유하는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 열간 프레스용 도금 강판.

(3) 상기 Al 도금층이 Si를 질량%로 3 내지 15% 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 열간 프레스용 도금 강판.

(4) 상기 Zn 화합물로서, 수산화 Zn, 유기산 Zn 외에 황산 Zn 및 질산 Zn의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를, 질량%로 각각 10% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 상기 (1) 내지 (3)의 어느 하나에 기재된 열간 프레스용 도금 강판.

(5) 상기 (1) 내지 (4)의 어느 하나에 기재된 열간 프레스용 도금 강판을, 블랭킹 후 가열하고, 가열된 상기 도금 강판을 프레스 하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 도금 강판의 열간 프레스 방법.

(6) 프레스 전의 가열에 있어서, 상기 도금 강판의 온도가 통전 가열 또는 유도 가열에 의하여, 50℃로부터 최고 도달 판 온도보다 10℃ 낮은 온도까지 가열될 때의 평균 승온 속도가, 10 내지 300℃/초인 것을 특징으로 하는 상기 (5)에 기재된 열간 프레스용 도금 강판의 열간 프레스 방법.

본 발명에 의하면, 열간 윤활성, 피막 밀착성, 스폿 용접성 및 도장후 내식성이 우수한 열간 프레스용 도금 강판 및 열간 프레스 방법을 제공하고, 열간 프레스 공정에 있어서의 생산성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 열간 프레스용 강판의 열간 윤활성을 평가하는 장치를 설명하는 설명도이다.
도 2는 본 발명의 열간 프레스용 강판의 열간 윤활성에 대하여 설명하는 설명도이다.

다음으로, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

＜열간 프레스용 도금 강판＞

먼저, 본 발명의 열간 프레스용 도금 강판에 대하여 설명한다. 본 발명의 열간 프레스용 도금 강판은 강판의 편면 또는 양면에 Al 도금층이 형성되고, 그 Al 도금층의 표면에 Zn의 화합물을 함유하는 표면 피막층이 추가로 형성된다.

(도금 전의 강판)

도금 전의 강판으로서는, 높은 기계적 강도(인장 강도, 항복점, 연신, 드로잉, 경도, 충격 값, 피로 강도 및 크리프 강도 등의 기계적인 변형 및 파괴에 관한 제 성질을 의미한다)를 가진 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 열간 프레스용 강판에 사용되는 도금 전의 강판의 일례를 다음에 나타낸다.

먼저, 성분 조성에 대하여 설명한다. 또한, %의 표기는 특별히 규정하지 않는 경우에는 질량%를 의미한다. 도금 전의 강판의 성분 조성은, 질량%로 C：0.1 내지 0.4%, Si：0.01 내지 0.6%, Mn：0.5 내지 3%를 함유하는 것이 좋다. 또는 Cr：0.05 내지 3.0, V：0.01 내지 1.0%, Mo：0.01 내지 0.3%, Ti：0.01 내지 0.1% 및 B：0.0001 내지 0.1% 중 적어도 1개 이상을 함유하여도 좋다. 또한, 잔부는 Fe 및 불가피한 불순물로 이루어지는 것으로 한다.

C는 소망하는 기계적 강도를 확보하기 위하여 함유시킨다. C가 0.1% 미만인 경우에는 충분한 기계적 강도를 얻을 수 없다. 한편, C가 0.4%를 초과하는 경우에는 강판을 경화시킬 수 있으나, 용융 균열이 발생하기 쉬워진다. 따라서, C의 함유량은 0.1 내지 0.4%로 하는 것이 좋다.

Si는 기계적 강도를 향상시키는 원소이며, C와 마찬가지로, 소망하는 기계적 강도를 확보하기 위하여 함유시킨다. Si가 0.01% 미만인 경우에는 강도 향상 효과를 발휘하기 어렵고, 충분한 기계적 강도의 향상을 얻을 수 없다. 한편, Si는 역산화성 원소이기도 하다. 따라서, Si가 0.6%를 초과하는 경우에는 용융 Al 도금을 실시할 때에, 젖음성이 저하하고, 도금되지 않은 부분이 생길 우려가 있다. 따라서, Si의 함유량은 0.01 내지 0.6%로 하는 것이 좋다.

Mn는 기계적 강도를 향상시키는 원소이며, 담금질성을 높이는 원소이기도 하다. 또한, Mn은 불가피한 불순물인 S에 의한 열간 취성을 방지하는데도 유효하다. Mn이 0.5% 미만인 경우에는 이러한 효과를 얻을 수 없다. 한편, Mn이 3%를 초과하는 경우에는 잔류 γ상이 너무 많아져서 강도가 저하될 우려가 있다. 따라서, Mn의 함유량은 0.5 내지 3%로 하는 것이 좋다.

Cr, V 및 Mo는 기계적 성질을 향상시키는 원소이며, 소둔 온도로부터의 냉각시에 펄라이트의 생성을 억제하는 원소이기도 하다. Cr：0.05% 미만, V：0.01% 미만, Mo：0.01% 미만에서는 이러한 효과를 얻을 수 없다. 한편, Cr：3.0%, V：1.0%, Mo：0.3%를 넘으면, 경질상의 면적율이 과잉이 되어 성형성이 열화한다.

Ti는 기계적 강도를 향상시키는 원소이며, Al 도금층의 내열성을 향상시키는 원소이기도 하다. Ti가 0.01% 미만인 경우에는 기계적 강도 및 내산화성의 향상 효과를 얻을 수 없다. 한편, Ti를 과잉으로 함유시키면, 탄화물이나 질화물을 형성하여, 강을 연질화시킬 우려가 있다. 특히, Ti가 0.1%를 초과하는 경우에는 소망하는 기계적 강도를 얻을 수 없다. 따라서, Ti의 함유량은 0.01 내지 0.1%로 하는 것이 좋다.

B는 담금질시에 작용하여 강도를 향상시키는 원소이다. B가 0.0001% 미만인 경우에는, 이와 같은 강도 향상 효과를 얻을 수 없다. 한편, B가 0.1%를 초과하는 경우에는, 강판 중에 개재물을 생성하여 취화하고, 피로 강도를 저하시킬 우려가 있다. 따라서, B의 함유량은 0.0001 내지 0.1%로 하는 것이 좋다.

또한, 전술한, 도금 전의 강판의 성분 조성은 예시이며, 다른 성분 조성이어도 된다. 예를 들면, 탈산 원소로서 Al을 0.001 내지 0.08% 함유하여도 좋다. 또한, 제조 공정 등에서 불가피하게 혼입되어 버리는 불순물을 포함하여도 좋다.

이와 같은 성분 조성을 가진 도금 전의 강판은, 도금 후에도, 열간 프레스 방법 등에 의한 가열에 의하여 담금질되고, 약 1500 MPa 이상의 인장 강도로 할 수도 있다. 이와 같이 높은 인장 강도를 가진 강판이어도, 열간 프레스 방법에 의하면, 가열에 의하여 연화한 상태로 용이하게 성형할 수 있다. 또한, 성형품은 높은 기계적 강도를 실현할 수 있고, 경량화를 위하여 박육화하였을 경우에도 기계적 강도를 유지 또는 향상시킬 수 있다.

(Al 도금층)

Al 도금층은 도금 전의 강판의 편면 또는 양면에 형성된다. Al 도금층은, 예를 들면, 용융 도금법에 의하여 강판의 편면 또는 양면에 형성되지만, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, Al 도금층의 성분 조성은 Al을 50% 이상 함유하고 있으면 좋다. Al 이외의 원소는 특히 한정하지 않지만, 이하의 이유로부터 Si를 적극적으로 함유시켜도 좋다.

Si를 함유시키면, 도금과 지철의 계면에 Al-Fe-Si 합금층이 생성되고, 용융 도금시에 생성되는 취약한 Al-Fe 합금층의 생성을 억제할 수 있다. Si가 3% 미만인 경우에는, Al 도금을 실시하는 단계에서 Al-Fe 합금층이 두껍게 성장하여, 가공시에 도금층 균열을 조장하고, 내식성에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 한편, Si가 15%를 초과하는 경우에는, 반대로 Si를 포함하는 층의 체적율이 증가하여 도금층의 가공성이나 내식성이 저하될 우려가 있다. 따라서, Al 도금층 중의 Si 함유량은 3 내지 15%로 하는 것이 좋다.

Al 도금층은 본 발명의 열간 프레스용 강판의 부식을 방지한다. 또한, 본 발명의 열간 프레스용 강판을 열간 프레스 방법에 의하여 가공하는 경우에는 고온으로 가열되어도, 표면이 산화하여 스케일(철의 산화물)이 발생하지도 않는다. Al 도금층에서 스케일 발생을 방지함으로써, 스케일을 제거하는 공정, 표면 청정화 공정 및 표면 처리 공정 등을 생략할 수 있어서, 성형품의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한, Al 도금층은 유기계 재료에 의한 도금 피복이나 다른 금속계 재료(예를 들면, Zn계 재료)에 의한 도금 피복보다 비등점 및 융점이 높다. 따라서, 열간 프레스 방법에 의하여 성형할 때에, 피복이 증발하는 경우가 없기 때문에, 높은 온도에서의 성형이 가능하게 되고, 열간 프레스 가공에 있어서의 성형성을 더욱 높이고 용이하게 성형할 수 있게 된다.

용융 도금시 및 열간 프레스시에 있어서의 가열에 의하여, Al 도금층은 강판 중의 Fe와 합금화할 수 있다. 따라서, Al 도금층은 반드시 성분 조성이 일정한 단일층으로 형성된다고는 한정할 수 없고, 부분적으로 합금화한 층(합금층)을 포함하는 것이 된다.

(표면 피막층)

표면 피막층은 Al 도금층의 표면에 형성된다. 표면 피막층은 수산화 Zn, 인산 Zn 및 유기산 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 Zn 화합물을 함유하는 것으로 한다. Zn 화합물로서는, 수산화 Zn, 인산 Zn이 특히 좋다. 유기산 Zn으로서는, 초산 Zn, 구연산 Zn, 옥살산 Zn 및 올레산 Zn을 대표로 하는 카르본산의 Zn 염 및 히드록시산 화합물의 Zn 염 및 글루콘산아연 등을 들 수 있다. 이 화합물들은 열간 프레스에 있어서의 윤활성이나, 화성 처리액과의 반응성을 개선하는 효과가 있다. 수산화 Zn 및 인산 Zn은 물에의 용해도가 작기 때문에 현탁액으로서 사용하고, 물에의 용해도가 큰 초산 Zn은 수용액으로서 사용하는 것이 좋다.

또한, 이 Zn 화합물들에는 황산 Zn 및 질산 Zn의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를 함유하여도 좋지만, 질량%로 10%를 넘으면, 전술한 바와 같이, 도장후 내식성이나 용접성을 열화시킨다. 따라서, 황산 Zn 및 질산 Zn 각각의 함유율의 허용값은 10% 이하로 하는 것이 좋다.

다음으로, 수산화 Zn이 표면 피막층에 함유되는 경우를 예를 들어 설명한다. 수산화 Zn은 가열시에 분해하여 평활한 피막을 형성하고, ZnO를 사용한 경우보다 도장후 내식성이 양호해진다. 또한, 수산화 Zn 이외의 Zn 화합물을 사용하는 경우에도, 수산화 Zn의 경우와 같이 표면 피막층이 형성되어 동일한 효과를 얻을 수 있다.

수산화 Zn을 함유하는 표면 피막층은, 예를 들면 수산화 Zn을 함유하는 도료의 도포 처리 및 그 도포 후의 소부ㆍ건조에 의한 경화 처리를 실시함으로써, Al 도금층 위에 형성할 수 있다. 수산화 Zn의 도포 방법으로서는, 예를 들면 수산화 Zn을 함유하는 현탁액과 소정의 유기성의 바인더(binder)를 혼합하여 Al 도금층의 표면에 도포하는 방법 및 분체 도장에 의한 도포 방법 등을 들 수 있다. 소정의 유기성 바인더로서, 예를 들면 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 아크릴계 수지, 실란 커플링제 및 실리카 등을 들 수 있다. 이 유기성 바인더들은 수산화 Zn의 현탁액과 혼합할 수 있도록 수용성으로 한다. 이와 같이 하여 얻은 처리액을, Al 도금 강판의 표면에 도포한다.

수산화 Zn의 입자 지름은 특히 한정하지 않지만, 직경 50 내지 1000 nm 정도가 좋다. 수산화 Zn의 입자 지름은 가열 처리를 한 후의 입자 지름으로 한다. 즉, 900℃에서 노 내에 5 내지 6분 보정한 후에 금형에서 급랭하는 프로세스를 거친 후의 입자 지름을, 주사 전자 현미경(SEM) 등으로 관찰하여 정하는 것으로 한다.

표면 피막 중의 수지 성분, 실란 커플링제 및 실리카 등의 바인더 성분의 함유량은 수산화 Zn에 대한 질량비로, 합계 5 내지 30% 정도인 것이 좋다. 바인더 성분의 함유량이 5%보다 적은 경우에는 부착 효과를 충분히 얻을 수 없고, 도막이 박리하기 쉬워진다. 부착 효과를 안정적으로 얻으려면, 바인더 성분을 질량비로 10% 이상으로 하는 것이 더 좋다. 한편, 바인더 성분의 함유량이 30%를 넘어도, 부착 효과는 포화하여, 가열시의 냄새의 발생이 현저하게 되어 바람직하지 않다. 바인더 성분의 함유량의 상한은 16%로 하는 것이 더 좋다.

본 발명의 Zn 화합물을 함유하는 표면 피막층은 특허 문헌 2에 기재된 Si, Zr, Ti 또는 P 중 적어도 1개를 함유하는 무기 화합물 피막, 유기 화합물 피막, 또는 그러한 복합 화합물 피막과 비교하여도, 윤활성이 높은 것이 확인되었다. 이 때문에, 성형성이 더욱 향상한다.

수산화 Zn의 부착량은, Al 도금 강판에 형성된 표면 피막층에 있어서, Zn량 환산으로 편면당 0.5 내지 7 g/㎡로 하는 것이 좋다. 수산화 Zn의 부착량이 Zn으로서 0.5 g/㎡ 이상인 경우에는, 도 2에 나타내는 바와 같이 윤활성이 향상된다. 1.5 g/㎡ 이상이 더 좋다. 한편, 수산화 Zn의 부착량이 Zn으로서 7 g/㎡를 초과하는 경우에는 Al 도금층 및 표면 피막층의 두께가 너무 두꺼워져서 용접성이나 도료 밀착성이 저하된다. 따라서, 수산화 Zn은 표면 피막층에 있어서, Zn으로서 편면당 0.5 내지 7 g/㎡의 부착량으로 하는 것이 좋다. 또한, 용접성이나 도료 밀착성도 고려하면, 수산화 Zn의 부착량은 0.5 내지 2 g/㎡로 하는 것이 특히 좋다.

또한, 수산화 Zn의 부착량의 측정 방법으로서는, 예를 들면 형광 X선법을 이용할 수 있다. 형광 X선법은 수산화 Zn의 부착량이 이미 알려진 여러 종류의 표준 시료를 사용하여 검량선을 작성하고, 측정 대상인 시료의 Zn 강도를 수산화 Zn의 부착량으로 환산하는 것이다.

처리액을 도포한 후의 소부ㆍ건조 방법으로서는, 예를 들면 열풍로, 유도 가열로 및 근적외선로 등을 사용하는 방법이 가능하다. 또한, 이 조합에 의한 방법이어도 좋다. 이 때, 처리액에 함유시키는 바인더의 종류에 따라서는, 도포 후의 소부ㆍ건조를 대신하여, 예를 들면, 자외선ㆍ전자빔 등에 의한 경화 처리를 실시하여도 된다. 유기성 바인더로서는, 폴리우레탄 또는 폴리에스테르, 또는 아크릴 또는 실란 커플링제 등을 들 수 있다. 그러나, 수산화 Zn의 표면 피막층을 형성하는 방법은 이 예들에 한정되는 것은 아니며, 여러 가지 방법에 의하여 형성 가능하다.

또한, 바인더를 사용하지 않는 경우에는 Al 도금층에 도포한 후, 경화 처리 전의 표면 피막층의 밀착성이 약간 낮고, 강한 힘으로 마찰하면 부분적으로 박리할 우려가 있다.

표면 피막층은 열간 프레스 가공시에 일단 가열되면, 극히 강한 밀착성을 나타낸다. 특허 문헌 4는 열간 프레스 가공 전의 밀착성을 향상시키는 것을 개시하고 있으나, 본 발명은 열간 프레스 가공 후의 밀착성을 향상시키고 있는 것이다. 열간 프레스 가공 후의 밀착성 향상은 특허 문헌 4에 개시된 우르츠광형 화합물을 표면 피막에 함유시킨 경우에는 얻을 수 없는 것으로, 본 발명의 중요한 특징이다. 수산화 Zn이 가열됨으로써 탈수하여, 일부가 산화 Zn 등이 되어, 결정 구조가 변화하는 것으로 예상된다. 이와 같은 경우에는 미소한 입자 사이의 소결이 진행하기 쉬워지는 것으로 추정된다. 마찬가지로 인산 Zn 및 유기산 Zn도 가열되었을 때에 분해하는 것을 생각할 수 있다. 수산화 Zn 및 인산 Zn과 같은 물에의 용해도가 낮은 화합물은 용액인 채로 Al 도금 강판에 도포하는 것이 가능하다. 또한, 수산화 Zn, 인산 Zn 및 유기산 Zn은 도포 후의 소부 공정, 또는 핫 스탬프시의 가열 공정에서 화합물로서 석출하는 것으로 생각할 수 있으나, 물에의 분산 용액과 비교하여 수중에서의 2차 응집이 없고, 더 미세한 형태로 석출된다. 따라서, 석출한 입자 간에 소결하기 때문에, 피막으로서의 강도가 유지되기 쉬워지는 것으로 추정된다.

표면 피막층은 윤활성을 향상시키기 때문에, 성형성이 떨어지는 Al 도금 강판에서도, 열간 프레스 가공시의 성형성을 향상시킬 수 있다. 또한, Al 도금 강판의 우수한 내식성을 향수할 수 있다. 또한, 표면 피막층의 우수한 윤활성은 Al-Fe 금속간 화합물의 금형에의 응착을 억제한다. 만일 Al 도금층이 파우더링하더라도, Zn 화합물을 함유하는 표면 피막층이 후속되는 열간 프레스 가공에 사용되는 금형에 파우더(Al-Fe 금속간 화합물의 가루)가 응착하는 것을 방지한다. 따라서, 금형에 응착한 Al-Fe 금속간 화합물의 가루를 제거하는 공정 등이 불필요하고, 성형품의 생산성을 더욱 향상시킬 수 있다.

또한, 표면 피막층은 Al 도금층에 열간 프레스 가공시에 발생할 수 있는 스크래치 등을 방지하는 보호층으로서의 역할도 담당할 수 있고, 성형성을 높이는 것도 가능하다. 또한, 표면 피막층은 스폿 용접성 및 피막 밀착성 등의 성능을 저하시키지도 않는다. 표면 피막층을 형성할 때의 처리액의 수용성이 높으면 스폿 용접성 및 피막 밀착성은 열화된다. 처리액의 수용성이 높으면, 도포한 처리액이 강판으로부터 흘러내리기 쉽고, 부착성이 떨어지기 때문이다.

또한, 표면 피막층은 도장후 내식성을 큰 폭으로 개선하고, Al 도금층의 Al부착량을 종래보다 저감시키는 것이 가능해진다. 그 결과, 급속히 열간 프레스 가공을 실시하였을 경우에도 응착을 저감시키게 되어, 성형품의 생산성은 더욱 높아진다.

＜열간 프레스 방법＞

다음으로 본 발명의 열간 프레스용 도금 강판을 열간 프레스하는 방법에 대하여 설명한다.

본 발명의 열간 프레스 방법에서는 먼저 열간 프레스용 도금 강판을 필요에 따라서 블랭킹(타발 가공) 한 후, 고온으로 가열하여 열간 프레스용 도금 강판을 연화시킨다. 또한, 연화한 열간 프레스용 도금 강판을 프레스 가공하여 성형하고, 그 후 냉각한다. 이와 같이, 열간 프레스용 도금 강판을 일단 연화시킴으로써, 후속되는 프레스 가공을 용이하게 실시할 수 있다. 또한, 본 발명의 열간 프레스용 도금 강판은 가열 및 냉각에 의하여 담금질되어 약 1500 MPa 이상의 높은 인장 강도를 실현할 수 있다.

가열 방법으로서는, 통상의 전기로, 래디언트 튜브 버너 외에, 적외선 가열 등을 채용하는 것이 가능하다.

Al 도금 강판은 융점 이상으로 가열되면 용융하고, 동시에 Fe와의 상호 확산에 의하여, Al상이 Al-Fe 합금상, Al-Fe-Si 합금상으로 변화한다. Al-Fe 합금상 및 Al-Fe-Si 합금상의 융점은 높은데, 1150℃ 정도이다. Al-Fe상 및 Al-Fe-Si상은 복수의 종류가 있고, 고온 가열, 또는 장시간 가열하면, Fe 농도가 더 높은 합금상으로 변화해간다.

최종 성형품으로서 바람직한 표면 상태는 표면까지 합금화된 상태이고, 또한, 합금상 중의 Fe 농도가 높지 않은 상태이다. 미합금의 Al이 잔존하면, 이 부위만 급속하게 부식하여, 도장후 내식성이 열화하고, 도막 들뜸이 일어나기 매우 쉬워지기 때문에 바람직하지 않다. 한편, 합금상 중의 Fe 농도가 너무 높아지면, 합금상 자체의 내식성이 저하하고, 도장후 내식성이 열화하며, 도막 들뜸이 일어나기 쉬워진다. 즉, 합금상의 내식성은 합금상 중의 Al 농도에 의존한다. 따라서, 도장후 내식성을 향상시키려면, 합금화 상태를 Al 부착량과 가열 조건으로 제어한다

본 발명에 있어서, 50℃로부터 최고 도달 판 온도보다 10℃ 낮은 온도까지의 온도역에 있어서의 평균 승온 속도를, 10 내지 300℃/초로 하는 것이 좋다. 평균 승온 속도는 열간 프레스용 도금 강판의 프레스 가공에 있어서의 생산성을 좌우한다. 평균 승온 속도가 10℃/초 미만이면, 열간 프레스용 도금 강판의 연화에 시간을 요한다. 한편, 300℃를 넘으면, 연화는 신속하게 일어나지만, 도금층의 합금화가 현저하여 파우더링의 원인이 된다. 일반적인 평균 승온 속도로서는, 분위기 가열의 경우에는 5℃/초 정도이다. 100℃/초 이상의 평균 승온 속도는 통전 가열 또는 고주파 유도 가열로 달성 가능하다.

본 발명의 열간 프레스용 도금 강판은 높은 평균 승온 속도를 실현할 수 있기 때문에, 성형품의 생산성을 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 평균 승온 속도는 Al-Fe 합금상의 성분 조성이나 두께에 영향을 주기 때문에, 열간 프레스용 도금 강판에 있어서의 품질을 제어하는 중요한 요인의 하나이다. 본 발명의 열간 프레스용 도금 강판의 경우, 승온 속도를 300℃/초까지 높일 수 있으므로, 더 광범위한 품질의 제어가 가능하다.

최고 도달 온도에 대하여는, 열간 프레스 방법의 원리로부터 오스테나이트 영역에서 가열할 필요가 있기 때문에, 통상 900 내지 950℃ 정도의 온도가 채용되는 경우가 많다. 본 발명의 열간 프레스 방법에 있어서, 최고 도달 온도는 특별히 한정하지 않지만, 850℃ 미만에서는 충분한 담금질 경도를 얻을 수 없어 바람직하지 않다. 또한, Al 도금층은 Al-Fe 합금상으로 할 필요가 있는데, 이 관점에서, 최고 도달 온도를 850℃ 미만으로 하는 것은 좋지 않다. 한편, 최고 도달 온도가 1000℃을 넘으면, 합금화가 너무 진행되어 Al-Fe 합금상 중의 Fe 농도가 상승하여 도장후 내식성의 저하를 초래한다. 최고 도달 온도의 상한은 승온 속도, Al의 부착량에도 따르기 때문에 일괄적으로 말할 수는 없지만, 경제성을 고려하더라도, 최고 도달 온도를 1100℃ 이상으로 하는 것은 바람직하지 않다.

＜본 발명의 열간 프레스용 도금 강판 및 열간 프레스 방법의 효과＞

본 발명의 열간 프레스용 도금 강판은, Zn을 함유하는 화합물, 특히 수산화 Zn을 함유하는 표면 피막층을 가진 것으로, 높은 윤활성을 실현하고, 화성 처리성이 개선된다. 또한, 본 발명의 열간 프레스용 도금 강판은 성형 후의 피막이 박리되기 어렵다. 그 결과, Al-Fe 금속간 화합물의 금형에의 응착을 방지하고, 열간 프레스 가공시에 있어서의 성형성 및 생산성을 향상시키는 동시에, 열간 프레스 성형 후의 화성 처리성도 개선한다. 또한, 본 발명의 열간 프레스용 도금 강판은 성형 후의 Al 도금층 및 표면 피막층의 밀착성이 우수하고 성형품의 내식성, 즉, 도장후 내식성도 우수하다.

수산화 Zn으로 대표되는 Zn 화합물에 의하여 화성 처리 피막이 부착하는 이유는 현단계에 있어서 명확하지 않지만, 화성 처리 반응은 산에 의한 소재에의 에칭 반응을 트리거로 하여 반응이 진행하는 것으로, Al-Fe 금속간 화합물의 표면은 산에 대하여 매우 불활성이기 때문에, 반응이 일어나기 어려운 것으로 추측하고 있다. Zn 화합물은 양성 화합물이며, 산에 용해되기 때문에, 화성 처리액과 반응한다고 생각된다.

실시예

다음으로, 실시예를 들어 본 발명을 설명한다. 또한, 본 발명이 다음에 나타내는 실시예에 한정되는 것은 아니다.

＜실시예 1＞

표 1에 나타내는 성분 조성의 냉연 강판(판 두께 1.4 mm)을 사용하고, 이 냉연 강판에 젠지머법으로 Al 도금하였다. 소둔 온도는 약 800℃로 하고, Al 도금 욕은 Si를 9% 함유하며, 그 밖에 냉연 강판으로부터 용출하는 Fe를 함유하고 있다. 도금 후의 Al 부착량을 가스 와이핑법으로 양면 160 g/㎡로 조정하고, 냉각 후, 표 2에 나타내는 현탁액 또는 수용액을 롤 코터로 도포하고, 약 80℃에서 소부하여 공시재를 제조하였다. 또한, 표 2에 나타내는 용액은 모두 시약을 사용하여 증류수와 혼합하고, 현탁액 또는 수용액으로 하였다.

이와 같이 하여 제조한 공시재의 특성을, 다음에 나타내는 방법으로 평가하였다. 또한, 900℃로 가열할 때의 평균 승온 속도는 5℃/초로 하였다.

(1) 열간 윤활성

도 1에 나타내는 장치를 사용하여, 열간 윤활성을 평가하였다. 150×200 mm의 공시재를 900℃로 가열한 후, 700℃에서 강구를 위로부터 눌러, 압부 하중과 인발 하중을 측정하고, (인발 하중)/(압부 하중)을 운동 마찰 계수로 하였다.

(2) 피막 밀착성

공시재를 대기 분위기 노 내에 삽입하고, 900℃에서 6분간 가열하고, 꺼낸 후 즉시 스테인리스제 금형에 끼워 급냉하였다. 이 때의 냉각 속도는 150℃/초로 하였다. 다음으로, 공시재를 50×50 mm로 전단하고, 러빙 시험을 실시하였다. 방법은 2.0 ㎏f(1 ㎏f는 9.8 N이다)의 하중을 가한 가제를, 30 mm의 길이에 대하여 10 왕복시키고, 시험 전후의 Zn 부착량을 측정하여, 감량%를 계산하였다.

(3) 스폿 용접성

공시재를 대기 분위기 노 내에 삽입하고, 900℃에서 6분간 가열하고, 꺼낸 후 즉시 스테인리스제 금형에 끼워 급랭하였다. 냉각 속도는 150℃/초로 하였다. 다음에 공시재를 30×50 mm로 전단하고, 스폿 용접 적정 전류 범위(상한 전류와 하한 전류와의 차이)를 측정하였다. 측정 조건은 다음과 같다. 하한 전류는 너겟 지름 4 t^{1 /2} (t：판 두께)이 4.4 mm가 되었을 때의 전류값, 상한 전류는 날림 발생 전류로 하였다.

전극：크롬 구리제, DR형 (선단 지름 6 mm, 40 R의 래디어스 형상)

가압：400 ㎏f (1 ㎏f는 9.8 N)

통전 시간：12 사이클 (60 Hz)

(4) 도장후 내식성

공시재를 대기 분위기 노 내에 삽입하고, 900℃에서 6분간 가열하고, 꺼낸 후 즉시 스테인리스제 금형에 끼워 급랭하였다. 냉각 속도는 150℃/초로 하였다. 다음으로 공시재를 70×150 mm로 전단하고, 일본 파카라이징(주)사제 화성 처리액(PB-SX35)을 사용하여 화성 처리한 후, 일본 페인트(주)사제 전착 도료(파워닉스 110)를 도포하고 170℃에서 소부하여, 20㎛의 도막으로 하였다.

도장후 내식성의 평가는 자동차 기술회의 JASO　M609에 준거하여 실시하였다. 도막에 미리 커팅헤드로 크로스 컷을 넣고, 180 사이클(60일)의 부식 시험 후에 있어서의 크로스 컷에서의 도막 들뜬 폭(편측 최대값)을 계측하였다. 기준재는 일반적인 방청 강판인, 아연을 편면에 45 g/㎡ 부착시킨 합금화 용융 아연 도금 강판으로 하고, 함께 평가하였다. 기준재보다 도장후 내식성이 양호하면, 방청 강판으로서 사용이 가능하다. 또한, 기준재의 들뜬 폭은 7 mm이었다.

평가 결과를 표 3에 나타내었다. 열간 윤활성은 측정한 운동 마찰 계수를, 피막 밀착성은 가열 전후의 Zn 감량%를, 스폿 용접성은 적정 전류 범위를, 도장후 내식성은 들뜬 폭으로 나타내었다. 또한, 번호 7은 표면 피막층을 형성하지 않는 Al 도금 강판 그대로의 것이다.

표 3으로부터, A 내지 E의 Zn 화합물을 함유하는 표면 피막층을 형성함으로써, 스폿 용접성을 열화시키지 않고, 열간 윤활성, 피막 밀착성 및 도장후 내식성을 향상시킬 수 있다는 것을 확인하였다.

이 때, 번호 6은 ZnO의 현탁액과 우레탄계 바인더를 혼합한 처리액을 도포한 비교예인데, 열간 윤활성 및 도장후 내식성이 우수하지만, 피막 밀착성은 25%로, 본 발명예에 비하여 현저하게 떨어지는 결과가 나왔다.

또한, G 및 H의 Zn 화합물을 함유하는 표면 피막층을 형성한 비교예(번호 11 및 12)는 피막 밀착성 및 스폿 용접성이 떨어지는 결과가 나왔다. 화합물 G 및 H를 함유하는 처리액은 수용성이 높고, Al 도금 강판에 도포하였을 때에 흘러내리기 쉽고, 부착성이 떨어지기 때문이다. 다만, 번호 8 및 10에 나타내는 바와 같이, G 및 H의 표면 피막층에 있어서의 함유량이 질량%로 10% 이하인 경우에는 피막 밀착성 및 스폿 용접성의 열화에 미치는 영향이 작은 것도 함께 확인하였다.

다음으로, Zn 화합물을 함유하는 표면 피막을 어느 정도 형성하면 좋은가를, 표면 피막층의 부착량을 변화시켜 열간 윤활성의 평가를 실시하였다. 표면 피막의 부착량은 표면 피막 중의 Zn 부착량으로 평가하였다. 처리액은 표 2의 A의 Zn 화합물을 함유하는 것을 사용하였다. 결과를 도 2에 나타낸다.

도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, Zn 부착량이 0.5 g/㎡ 이상, 더 좋기로는, 1 g/㎡ 이상에서, 열간 윤활성을 향상시킬 수 있는 것을 확인하였다. 도 2에 있어서의 각 값을 표 4에 나타낸다. 표 4로부터 알 수 있는 바와 같이, Zn 부착량이 2 g/㎡에서, 열간 마찰 계수의 값은 포화하는 것을 확인할 수 있었다.

＜실시예 2＞

표 2의 A의 Zn 화합물을 함유하는 현탁액에, 우레탄 수지를, Zn(OH)₂에 대하여 첨가 비율(%)을 변화시킨 처리액을 조제하고, 실시예 1의 Al 도금 강판에 도포하여 표면 피막층을 형성한 공시재를 준비하였다. 소부 조건은 실시예 1과 같다. 그리고, 이 공시재의 밀착성을 평가하였다. 평가 방법은 가열 전에 평가한 것 이외에는 실시예 1과 같다. 즉, 공시재를 50×50 mm로 전단하고, 러빙 시험을 실시하였다. 방법은 1.5 ㎏f(1 ㎏f는 약 9.8 N이다)의 하중을 가한 가제를, 30 mm의 길이에 대하여 10 왕복시키고, 시험 전후의 Zn 부착량을 측정하여, 감량%를 계산하였다.

결과를 표 5에 나타내었다. 가열 전의 밀착성은 우레탄 수지를 첨가함으로써 개선되는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 가열 전의 밀착성의 개선은 우레탄 수지를 16% 이상 첨가하여도, 포화하는 것을 확인할 수 있었다.

＜실시예 3＞

실시예 1에 있어서, 번호 1의 Zn 화합물을 함유하는 처리액을 사용하여 형성한 본 발명의 열간 프레스용 도금 강판을 사용하고, 근적외선로를 사용하여 평균 가열 속도 30℃/초로 가열한 공시재의 특성을 평가하였다. 평가 방법은 가열 방법 이외에, 실시예 1에 개시한 방법과 같다. 평가 결과를 표 6에 나타낸다. 도장후 내식성이 번호 1의 경우보다 우수한 결과가 나와서, 급속 가열 방법은 유효하다는 것이 확인할 수 있었다.

＜실시예 4＞

표 1에 나타내는 성분 조성의 냉연 강판(판 두께 1.4 mm)을 사용하고, 이 냉연 강판에 젠지머법으로 Al 도금하였다. Al 도금 욕은 Si 농도를 3, 6, 9, 13, 15, 18 및 21%로 변화시키고, 그 밖에 냉연 강판으로부터 용출하는 Fe를 함유하고 있었다. 도금 후의 Al 부착량을 가스와이핑법으로 양면 160 g/㎡으로 조정하고, 냉각 후, 표 2의 A에 나타내는 Zn 화합물을 함유하는 처리액을 롤 코터로 도포하고, 약 80℃에서 소부하여 공시재를 제조하였다. 공시재의 특성을 실시예 1과 동일한 방법으로 평가하였다. 또한, Zn 부착량은 모두 약 1 g/㎡이었다. 평가 결과를 표 7에 나타낸다. 표 7로부터 알 수 있는 바와 같이, Si 농도가 3 내지 15%일 때의 도장후 내식성이 특별히 우수한 것을 확인할 수 있었다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 매우 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시 형태에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구의 범위에 기재된 범위 내이면, 본 발명에 포함되는 것으로 한다.

본 발명에 의하여, Al 도금 강판을 열간 프레스할 때, 윤활성이 좋고, 가공성이 개선되었기 때문에, 종래에 비하여 복잡한 형상의 성형품을 프레스 가공하는 것이 가능해졌다. 또한, 열간 프레스용 금형의 보수 점검에 드는 수고도 절약하는 것이 가능하게 되어, 성형품의 생산성을 향상시킬 수 있다. 열간 프레스 가공 후의 성형품에 대해서도, 화성 처리성이 좋기 때문에, 최종 성형품의 도장, 내부식성을 향상시킬 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 Al 도금 강판의 열간 프레스를 자동차 산업 등으로 확대할 수 있는 것이다. 따라서, 본 발명은 산업상 이용 가치가 높은 것이다.

Claims (9)

1. 강판과, 상기 강판 위의 편면 또는 양면에 형성된 Al 도금층과, 상기 Al 도금층 위에 형성된 표면 피막층을 포함하는 열간 프레스용 도금 강판으로서,
   상기 표면 피막층은 수산화 Zn 및 유기산 Zn으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1개 이상의 Zn 화합물을 함유하고, Zn 화합물의 부착량은 Zn으로서 편면당 0.5 내지 7 g/㎡인 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 도금 강판.
2. 제1항에 있어서, 상기 표면 피막 중에 상기 Zn 화합물에 추가하여, 수지 성분, 실란 커플링제 또는 실리카 중 적어도 어느 하나를, 상기 Zn 화합물의 총량에 대한 질량 비율로, 합계 5 내지 30% 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 도금 강판.
3. 제1항에 있어서, 상기 Al 도금층이, Si를 질량%로 3 내지 15% 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 도금 강판.
4. 제2항에 있어서, 상기 Al 도금층이, Si를 질량%로 3 내지 15% 함유하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 도금 강판.
5. 제1항에 있어서, 상기 Zn 화합물로서, 수산화 Zn 및 유기산 Zn 외에, 황산 Zn 및 질산 Zn의 어느 한쪽 또는 양쪽 모두를, 질량%로 각각 10% 이하 함유하는 것을 허용하는 열간 프레스용 도금 강판.
6. 제2항에 있어서, 상기 Zn 화합물로서, 수산화 Zn 및 유기산 Zn 외에, 황산 Zn 및 질산 Zn의 한쪽 또는 양쪽 모두를, 질량%로 각각 10% 이하 함유하는 것을 허용하는 열간 프레스용 도금 강판.
7. 제3항에 있어서, 상기 Zn 화합물로서, 수산화 Zn 및 유기산 Zn 외에, 황산 Zn 및 질산 Zn의 한쪽 또는 양쪽 모두를, 질량%로 각각 10% 이하 함유하는 것을 허용하는 열간 프레스용 도금 강판.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 기재된 열간 프레스용 도금 강판을, 블랭킹 후 가열하고, 가열된 상기 도금 강판을 프레스하는 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 도금 강판의 열간 프레스 방법.
9. 제8항에 있어서, 프레스 전의 가열에 있어서, 상기 도금 강판의 온도가 통전 가열 또는 유도 가열에 의하여, 50℃로부터 최고 도달 판 온도보다 10℃ 낮은 온도까지 가열될 때의 평균 승온 속도가 10 내지 300℃/초인 것을 특징으로 하는 열간 프레스용 도금 강판의 열간 프레스 방법.

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