KR101232457B1

KR101232457B1 - 고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법

Info

Publication number: KR101232457B1
Application number: KR1020107016118A
Authority: KR
Inventors: 로베르트 부르제르; 게르하르트 렌가우에르; 크리스토프 바우에른베르거; 프란츠 베이츠; 크리스토프 도크네르; 겐이치 와타나베; 야스히로 하야시다; 마사요시 오쿠무라; 히로키 나카야마
Original assignee: 가부시키가이샤 고베 세이코쇼
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2008-12-04
Publication date: 2013-02-12
Also published as: JP4581001B2; DE102007061475B3; ATE544542T1; KR20100102672A; EP2072160B1; US8590353B2; US20110003113A1; JP2009148820A; CN101952066A; ES2382056T3; EP2072160A1; WO2009080185A1

Abstract

본 발명은, 780MPa를 초과하는 인장 강도를 갖는 고강도강 및 초고강도강으로부터 성형 부품을 제조하는 방법에 관한 것이며, 강판의 스트립(2)은, 롤-포밍 설비에 공급되고, 상기 롤-포밍 설비에 있어서의 롤 스탠드(11, 12)를 통과하여서, 상기 강판 스트립에 작용하는 변형 롤러에 의해 변형되며, 변형된 상기 강판 스트립의 소성 변형 영역에 있어서의 수소 취화를 회피하기 위해서, 스탬핑 가공, 및/또는 업셋-단조 가공, 및/또는 벤딩 가공, 및/또는 오버벤딩과 벤딩-회복 가공에 의해, 또는 스트립 에지를 기계가공하는 것에 의해 압축 응력이 부여된다.

Description

고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법{PROCESS FOR PRODUCING SHAPED COMPONENTS FROM HIGH-STRENGTH AND ULTRA HIGH-STRENGTH STEELS}

본 발명은 인장 강도가 780MPa를 초과하는 고강도강 및 초고강도강으로부터 부품[예를 들면, 자동차용의 실보드(sillboard), 범퍼, 측면 충격 보호 바아, 안전 부품(security part), 필러(pillar), 루프 레일(roof rail), 크로스 부재(cross member), 사이드 부재(side member), 보강재(stiffener), 서스펜션 부재(suspension member) 등)을 제조하는 방법 및 이러한 방법에 의해 제조된 부품에 관한 것이다.

고강도강 및 초고강도강을 성형 또는 변형하여 부품을 제조하는 것이 공지되어 있다. 이러한 성형 방법은 예를 들어 딥 드로잉(deep drawing), 스탬핑(stamping) 또는 롤-포밍(roll-forming) 방법을 포함할 수 있다.
미국 특허 제 7,197,824 B1 호는, 소정 길이의 직선형 크로스 부재가 다양한 모델의 자동차의 전방 및 후방에 장착하는 롤-포밍 용접 단계, 및 자동차의 설계에서의 요구에 따라 임의의 만곡부(curvature) 또는 굴곡부(sweep)가 크로스 부재에 도입되는 벤딩 단계를 포함하는 B자형 단면의 범퍼를 제조하는 2단계 시스템 또는 방법을 개시한다. 롤-포밍 용접 단계는 웨브(web)에 전방 벽을 스폿 또는 택트 용접하고 바로 이어서 고주파 용접기를 이용하여 마주하는 길이방향 에지를 어떠한 간극도 없이 서로 용접하는 것을 포함한다. 따라서, B자형 단면의 범퍼는 다양한 길이 및 만곡부를 갖는 상이한 범퍼를 제조하는데 사용될 수 있다.

이러한 타입의 강재를 기계적으로 성형하면, 성형시에 바로 또는 일정 시간후에 강재내에 균열 형성을 야기하는 취화 현상의 발생이 증가된다.

이러한 균열 형성은 강재내에 주위로부터의 수소의 금속학적 개재물(inclusion)에 의해 설명된다.

이러한 개재물은 강재내의 국부적 응력 상태에 따라 매우 크게 영향을 받는다. 수소의 개재물은 인장 응력을 받는 영역에서 매우 많이 발생한다. 압축 응력을 받는 영역에서는 개재물이 거의 또는 전혀 발견되지 않는다. 이러한 작용은 강재의 인장 강도가 증가함에 따라 대폭적으로 커진다.

이러한 수소 혼입은 수소의 각종 소스에 의해 훨씬더 심각해져서, 표면 코팅을 이용할 수 없게 하거나 부품의 품질을 저하시킬 수도 있다. 특히 자동차 산업에 있어서의 이러한 타입의 부품을 제조하는데 이용되는 표준적인 방법에서는, 강재의 생산에 있어서의 예를 들어 프레싱, 스탬핑 및 딥 드로잉 가공중에 매우 높은 인장 하중이 수반된다.

그러나, 이러한 타입의 취화 및 균열은 매우 크게 변형된 영역뿐만 아니라 에지 영역, 즉 절단(cutting) 또는 분단(分斷, parting) 가공이 행해진 영역에서도 발생한다. 이러한 작용도 절단 영역에서의 응력 상태 및 미세 균열 때문이다.

그러나, 이러한 좋지 못한 수소 취화는 또한 이러한 타입의 고강도강 및 초고강도강이 용접될 때에도 발생한다. 용접 시임(weld seam)의 영역에서는, 열의 작용 및 그에 따른 환경적인 요소나 대기의 작용이 수소 취화에 기인하는 균열을 초래한다. 이러한 결점에도 불구하고, 오늘날 경량화가 자동차 산업의 기본적인 요구이므로, 자동차 산업에서 이들 고강도강 및 초고강도강을 대체시키지 못하고 있다. 그런데, 이러한 타입의 경량화는 상당히 높은 강도의 강의 사용에 의해서만 실현될 수 있다. 그러나, 이들 강의 특성 및 전술한 수소 취화로 인해, 진정으로 원하는 것보다 낮은 정도의 변형밖에 달성할 수 없다는 단점이 있다. 결과적으로, 성형 가공은 상당한 제한을 받고 큰 원호 및 짧은 딥 드로잉 거리밖에 달성할 수 없다.

본 발명의 목적은 고강도강 및 초고강도강으로부터 부품을 제조하는 방법으로서, 높은 정도의 변형을 달성하고 취화 및 균열 발생을 방지하는데 이용될 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 방법에 의해 달성된다.

유리한 실시형태가 그 종속청구항에 기재되어 있다.

본 발명의 다른 목적은 고강도강 및 초고강도강으로부터 제조되는 부품으로서, 높은 변형도를 가지고 또한 수소 취화가 발생하지 않는 부품을 제공하는 것이다.

상기 다른 목적은 청구항 17의 특징을 갖는 부품에 의해 달성된다.

유리한 실시형태의 특징이 그 종속청구항에 기재되어 있다.

본 발명에 따르면, 적절한 툴링 디자인을 갖는 공지의 롤-포밍 설비내에서, 고강도강 및 초고강도강으로 이루어진 부품을 변형시킴으로써, 부품 형상면에서 큰 제한을 받을 필요 없이, 부품의 응력 상태에 영향을 미치기 위해서 포밍 가공이 이용될 수 있다.

이러한 경우에, 전술된 결점은, 유리하게는, 워크피스(workpiece)의 모든 영역, 즉 벤딩 원호의 영역 및 에지의 영역뿐만 아니라 용접 시임에서도 회피될 수 있다.

스트립 에지에서의 응력 상태에 영향을 미치고, 거기에서의 수소 취화를 회피하기 위해서, 본 발명에 따르면, 스트립 에지가 업셋-단조(upset-forging) 가공되거나 스탬핑 가공된다. 본 발명에 따르면, 이러한 스트립 에지의 스탬핑, 업셋-단조 또는 변형 가공은 수직면에 대해 예를 들어 15° 내지 60°의 각도로 실행된다.

이러한 타입의 변형, 스탬핑 또는 업셋-단조 가공은, 롤-포밍 설비에 있어서, 현재 변형 영역 상류측의 스트립 입구에서, 변형 영역에서, 또는 변형 영역 하류측의 스트립 출구에서, 소정 크기로의 길이방향 절단 동안 롤-프로파일링(roll-profiling) 전에 성형 롤러 또는 경사 배치된 롤러에 의해 실행될 수 있다.

스트립 에지(스트립 표면에 대해 45° 내지 90°)를 가공하기 위한 본 발명에 따른 다른 가능성으로서, 대응하는 소성 변형 영역이 압축 응력에 의해 상쇄되지는 않지만, 대응하는 부품이 에지의 영역에 오버사이즈부(oversize portion)를 가지고, 그 후에 밀링, 연삭(grinding), 플래닝(planing), 쉐이빙(shaving) 또는 다른 기계가공법에 의해 이 오버사이즈부를 제거하는 것이 제공된다. 기계가공 스테이션은 직선 또는 경사 배치된 기계가공 롤러 또는 공구를 사용할 수 있는 스탬핑 가공에 이용되는 것에 대응한다. 강재의 제거량은 전형적으로 0.1㎜ 내지 0.5㎜이다. 이와 함께, 표면이 평활화되어, 노치가 회피되는 다른 이점도 달성된다.

부품의 변형 영역에서의 균열 및 수소 취화 발생을 회피하기 위해서, 롤-포밍 설비에 있어서의 변형은 상승 또는 하강 모드로 실행될 수 있다. 용어 상승(ascending) 또는 하강(descending)은 롤-포밍 동안에 부품 베이스가 플랫 시트의 입구면에 대해 상승되거나 또는 하강되는 것을 의미한다. 롤-포밍 공정에 있어서의 성형 모드(상승 또는 하강 모드)를 적절하게 선택함으로써, 본 발명에 따른 부품내의 응력 상태에 큰 영향을 미치는 것이 가능해진다. 이러한 경우에 있어서, 성형 모드는 부품 높이의 0.1 내지 0.6배로 상승 또는 하강할 수도 있다.

부품의 변형 영역에서의 균열 발생을 회피하는 다른 방법은 롤-포밍 설비내의 중간 롤러에 의한 추가적인 변형이며, 이러한 경우에, 이러한 중간 롤러는, 변형될 영역에 있어서, 기본적으로 최종 형상을 얻는데 필요한 것보다 큰 정도로 부품을 신장시킨다. 후속 프로파일링 가공은 이러한 신장부를 다시 적어도 부분적으로 축소시켜서, 처음에 존재한 인장 응력이 이후에 가해진 압축 응력에 의해 상쇄될 수 있다. 구체적으로, 중간 롤러는 롤 스탠드(roll stand) 사이의 스프링백(spring-back)을 감소시키는데 사용될 수 있으며, 이러한 경우에 반대방향으로의 오버벤딩(over-bending), 즉 인장 응력의 과잉 인가가 가능해진다. 이러한 타입의 중간 롤러는 롤-포밍 설비의 전체 변형 영역에 걸쳐서, 즉 모든 롤 스탠드 사이에 배치될 수 있다. 그렇지만, 구체적으로는, 이러한 타입의 중간 롤러는 각각의 포밍 단계의 최종 영역 또는 롤-포밍 설비의 최종 영역에 존재한다. 이러한 경우에, 롤 스탠드로부터의 거리는 100㎜ 내지 300㎜ 이며, 원통형 롤러를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 45° 내지 90°의 원추각을 갖는 원추형 롤러를 사용할 수도 있다.

또한, 복수의 롤러를 사용할 수도 있으며, 이러한 경우에는, 수평방향 및 수직방향으로의 조정에 의해 오버벤딩을 최적화하는 것이 가능하여야 한다.

본 발명에 따르면, 용접 시임 영역에서의 균열 및 수소 취화를 회피하기 위해서, 스트립 에지는 응력 상태에 고의적인 영향을 주도록 사전 기계가공된다.

인장 응력은 압축 응력으로 변환되거나 제거된다.

더욱이, 용접 작업 동안 및 이후에, 잠재적인 수소 소스에의 액세스를 방지하는 것이 가능하다.

기계가공은 밀링, 연삭, 플래닝 또는 쉐이빙 등의 칩-형성 기계가공을 포함할 수 있으며, 이러한 경우에, 다른 방법에서와 같이 압축 응력이 대응하는 롤러에 의해 인가될 수도 있다.

칩-형성 기계가공(스트립 에지에 대해 45° 내지 90°) 및 압축 응력의 인가는 직선 또는 경사(15° 내지 60°) 배치된 롤러 또는 공구에 의해 실행될 수 있으며, 이러한 경우에, 롤-포밍 설비내의 길이 절단 설비의 롤-프로파일링 동안에 포밍 영역 상류측의 스트립 입구에서, 포밍 영역 자체에서, 또는 포밍 영역의 하류측에 있어서의 용접전의 롤-포밍 설비의 스트립 출구에서 대응하는 영향 측정이 이루어질 수 있다.

칩-제거 또는 다른 물질-제거 기계가공 작업이 실행되면, 이러한 측정은 마찬가지로 길이방향 자유 에지로부터 0.1㎜ 내지 0.5㎜의 거리에서 이루어진다.

더욱이, 열처리 동안에, 에지 영역에서의 응력의 열 유도 감소뿐만 아니라, 잠재적인 수소 소스 및/또는 불순물의 전술한 제거가 실행될 수 있다.

본 발명은 도면을 참조하여 예시로서 설명된다.

도 1은 변형 또는 스탬핑에 의한 스트립 에지내의 응력 상태의 영향을 도시하는 도면,
도 2는 본 발명에 따라 스탬핑 또는 변형 가공된 스트립 에지를 도시하는 도면,
도 3은 스트립 에지에서의 인장 응력을 갖는 영역의 본 발명에 따른 제거를 도시하는 도면,
도 4는 롤-포밍 설비에서의 상승 또는 하강 변형을 도시하는 도면,
도 5는 롤-포밍 설비에 있어서의 중간 롤러에 의한 본 발명에 따른 변형을 도시하는 도면,
도 6은 스트립에 대한 중간 롤러의 작동을 도시하는 도면,
도 7은 스탬핑 또는 제거 롤러에 의한 스트립 에지의 기계가공을 위한 다른 구성을 매우 개략적인 형태로 도시하는 도면,
도 8은 벽에 길이방향 개구부를 갖고, 이 개구부의 용접 에지를 갖는 튜브부를 도시하는 도면,
도 9는 롤-포밍 설비에서의 과잉 스탬핑에 의한 상승 또는 하강 변형을 도시하는 도면,
도 10은 튜브의 내측 영역에 차폐 매체의 사용, 및 롤-포밍부와 용접부 사이에서의 윤활 매체의 차폐에 의해 수소의 액세스를 방지하는 것을 매우 개략적인 형태로 도시하는 도면,
도 11은 용접 공정 직전에 스트립 에지의 세정 및 건조를 매우 개략적인 형태로 도시하는 도면.

본 발명에 따른 스트립(2)의 스트립 에지(1)의 스탬핑 가공은, 스트립 에지(1)의 영역에 있어서의 인장 응력을 감소시키기 위해서, 예를 들어 웨지형(wedge-shaped) 또는 V자형의 접촉면(4)을 갖는 롤러(3)를 이용하여 실행될 수 있으며(도 1), 이 경우에 있어서 이러한 타입의 롤러(3)는 에지(1)에 2개의 업셋-단조 가공된 면취부(chamfer)를 제공한다. 그에 따라, 민감한 영역에 생성된 인장 응력은 압축 응력에 의해 상쇄된다. 이러한 타입의 스탬핑 가공의 결과를 도 2에서 알 수 있으며, 여기에서 스탬핑 가공은 길이방향 에지의 자유 단부면(5)의 영역에서도 스트립 재료가 압축되는 정도로 실행될 수 있으며, 그에 따라 자유 단부면(5)의 전체 영역에 걸쳐서 금속 시트의 중간 면취부에 이르기까지 압축이 이루어질 수 있다.

시트 또는 스트립(2)의 길이방향 자유 에지(7)의 인장 응력 영역을 제거하기 위해 롤러(6)를 사용함으로써(도 3), 대응하는 인장 응력을 길이방향 자유 에지의 영역에서 제거할 수도 있다. 이러한 경우에, 연삭면(8)을 갖는 적절하게 설계된 툴링 롤러(6) 또는 적절한 공구를 이용하여 칩-형성 기계가공 또는 연삭 기계가공에 의해, 0.1㎜ 내지 0.5㎜의 깊이까지 제거가 실행된다. 전술한 방법과는 달리, 이러한 방법에서는 길이방향 에지에 어떠한 변형도 생기지 않지만, 시트 또는 스트립(2) 및 부품의 최종 치수를 고려하여 제거될 영역이 설정되어야 하며, 즉 대응하는 오버사이즈로 제조될 필요가 있다.

본 발명에 따르면, 금속 시트 부품의 벤딩 영역에서의 대응하는 압축 응력을 확보하기 위해서, 수평면, 즉 시트(2)의 입구면으로부터 롤-포밍 설비내로 일탈하는 롤-포밍 설비의 성형 모드가 제공된다. 이러한 경우에, 수평면으로부터의 일탈 방향은 하강방향 또는 상승 방향일 수 있으며, 도 4는 하강 성형 모드를 도시한다. 본 발명에 따르면, 롤-포밍 공정에 있어서의 성형 모드(상승 또는 하강 모드)를 적절하게 선택함으로써, 부품내의 응력 상태가 크게 영향을 받을 수 있다는 것을 밝혀냈다. 이것은, 특히, 성형 모드가 메인 변형 영역에서 천천히 변형되도록 대응적으로 금속 시트에 압력을 가하고, 이러한 압력이 대응적으로 인장 응력의 발생을 상쇄하기 때문이다.

대안적으로 또는 추가적으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 롤-포밍 공정에서의 중간 롤러에 의해 최종 부품에서의 응력 상태가 영향을 받을 수 있다. 이러한 경우에, 중간 롤러(10)는, 롤-포밍 공정의 최종 영역에 있어서 롤 스탠드(11)와 최종 롤 스탠드(12) 사이에, 예를 들어 최종 롤 스탠드(12)로부터 100㎜ 내지 300㎜ 지점에 배치되고, 벤딩 영역(13)의 오버-벤딩 또는 오버-신장(over-stretching) 가공을 행하고, 그 후에 이러한 벤딩 영역은 최종 롤 스탠드(12)에서의 벤딩-회복(bending-back)에 의해 회복된다. 이러한 벤딩-회복은 스트립 재료내에 존재하는 인장 응력을 상쇄하며, 그에 따라 이러한 경우에도 취화가 방지된다.

길이방향 용접 시임으로 용접될 튜브(14)의 경우(도 8)에, 용접 시임 영역을 낮은 응력으로 또는 응력이 전혀 없이 형성하기 위해 동일한 메커니즘을 이용할 수 있다. 따라서, 길이방향 에지(17, 18)의 응력 영역을 기계적으로 제거하거나, 또는 길이방향 에지(17, 18)를 적절하게 업셋-단조 가공하는 것 모두가 가능하다.

이러한 타입의 시트(2) 또는 튜브(4)의 응력 영역의 상기 업셋-단조 가공 또는 기계적 제거는, 에지 상측 및 하측에 대해 서로 대향하여 배치되고(도 7) 또한 에지의 양측에 일치해서 작용하는 롤러(15, 16)를 이용하여 실행될 수 있다. 이러한 경우에, 도 7에 도시된 구성은 용접 시임 에지의 스탬핑 가공에만 한정되지 않고, 물론 다른 프로파일 에지를 기계가공하는데 이용될 수도 있다.

도 9는 튜브(14)의 상승 및 하강 변형 메커니즘을 각각의 변형 단계(v6 내지 v23)로 나누어서 도시하고 있다.

또한, 튜브(14)의 길이방향 용접 동안에, 유리하게는 수소의 가능한 침입에 영향을 줄 수 있다. 예를 들면, 도 10에 따르면, 용접 시임(21)으로 용접될 튜브(14)에는, 수소가 없는 차폐 가스 분위기를 확보하기 위해서, 튜브의 이동 방향(25)에 대하여 현재 용접 장치(20), 예를 들어 레이저(20)의 상류측에서 튜브의 내측에 불활성 가스가 방출될 수 있다. 이를 위해서, 가스 방출 프로브(23)는 에지(17, 18) 사이에서 튜브(14)내로 연장되어, 노즐(24)을 통해서 방출 가스(22)를 방출할 수 있다.

선행하는 공정 단계로부터의 임의의 잔류하는 수분 또는 윤활제를 잔류물을 남기는 일없이 제거하기 위해서, 튜브 내측 영역에 스크래퍼(scraper; 26)를 배치하여, 수증기를 함유하는 분위기로부터 용접 구역을 차폐하고, 튜브(14)의 내측을 와이핑 장치(wiping device; 27)로 닦을 수 있다.

또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 튜브의 이동 방향(25)에 대하여 현재 용접 장치(20)의 상류측에서, 공기류(28) 또는 유사한 가스류, 특히 고온 가스류를 이용하여 스트립 에지(17, 18)를 적절하게 세정 및/또는 건조할 수도 있다.

[실시예]

(실시예 1) 롤-포밍된 햇 채널(hat channel)에 대한 연구

(실시예 1-1) 단부의 스탬핑 가공에 의한 압축 응력 인가 시험

1300MPa의 인장 강도를 갖는 초고강도강 스트립을 롤-포밍 라인으로 반입하고, 이 강 스트립을 롤 스탠드를 통과시켜 포밍 롤러를 강 스트립에 작용시켜서, 햇 채널로 롤-포밍을 실행함으로써, 햇 채널을 제작했다.

롤-포밍중에 있어서, 플랜지 단부를 롤러로 스탬핑 가공하는 것에 의해, 플랜지 단부에 압축 잔류 응력을 인가하여, 플랜지부의 인장 잔류 응력을 상쇄할 수 있는지 여부를 검토했다. 스탬핑 가공의 각도는 단부의 표면에 대하여 45°인 것으로 설정되었다.

그 결과, 도 2에 도시된 바와 같이, 플랜지 단부의 스탬핑 가공이 길이방향으로 압축 잔류 응력을 발생시키는 것이 확인되었다.

얻어진 햇 채널을 5% 염산중에 24시간까지의 소정의 시간 침지하여, 지연 파괴(delayed fracture)를 가속시켰다(5% 염산 침지 시험). 침지후에, 육안으로 햇 채널에 있어서의 지연 파괴의 발생의 유무를 평가했다. 그 결과, 24시간 침지후에도 지연 파괴가 발생하지 않았다.

(실시예 1-2) 롤-포밍 동안의 중간 롤러에 의한 강 변형의 제어 시험

1000MPa의 인장 강도를 갖는 초고강도강 스트립을, 하기의 처리를 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방식으로 롤-포밍함으로써, 햇 채널을 제작했다.

즉, 실시예 1-1에 있어서의 스탬핑 가공 대신에, 롤-포밍중에 있어서, 롤 스탠드 사이에 제공된 가이드 롤러(guide roller)에 의해 플랜지부의 오버벤딩 및 벤딩-회복을 제어하는 것에 의해, 플랜지부의 인장 잔류 응력을 감소시킬 수 있는지 여부를 검토했다. 오버벤딩의 벤딩각은 부품의 벤딩각보다 20° 크게 설정되었다.

그 결과, 5% 염산 침지 시험에서 24시간 침지후에도 지연 파괴가 발생하지 않았다.

(실시예 1-3) 다운힐-포밍(downhill-forming)에 의한 강 변형의 제어 시험

1300MPa의 인장 강도를 갖는 초고강도강 스트립을, 하기의 처리를 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방식으로 롤-포밍함으로써, 햇 채널을 제작했다.

즉, 실시예 1-1에 있어서의 스탬핑 가공 대신에, 롤-포밍중에 있어서, 강 스트립에 수평면으로부터 하향으로 벤딩 가공하는 포밍 모드에 의해 플랜지부의 신장 변형을 제어하는 것에 의해, 햇 플랜지에 압축 잔류 응력을 인가할 수 있는지 여부를 검토했다. 다운힐 모드에 있어서의 수평면으로부터의 하향 경사의 크기는 햇(hat)의 높이의 30%가 되도록 설정되었다.

(실시예 1-4) 단부의 연삭에 의한 소성 변형 영역의 제거 시험

1500MPa의 인장 강도를 갖는 초고강도강 스트립을, 하기의 처리를 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방식으로 롤-포밍함으로써, 햇 채널을 제작했다.

즉, 실시예 1-1에 있어서의 스탬핑 가공 대신에, 롤-포밍중에 있어서, 플랜지 단부면을 연삭함으로써, 가공 경화층의 제거 및 평활화를 실행하는 것과, 다운힐 모드에서의 수평면으로부터의 하향 경사의 크기를 햇의 높이의 10%가 되도록 설정하는 다운힐 포밍을 실행하는 것의 조합에 의해, 플랜지 단부에의 수소 개재량을 감소시킬 수 있는지 여부를 검토했다. 연삭폭은 0.1㎜ 내지 0.3㎜로 설정되었다.

그 결과, 모든 경우에, 5% 염산 침지 시험에서 24시간 침지후에도 지연 파괴가 발생하지 않았다.

(비교예 1)

소성 변형 영역에 특별한 압축 응력을 인가하지 않고, 또한 단부의 연삭에 의해 소성 변형 영역을 제거하지도 않고서, 1300MPa의 인장 강도를 갖는 초고강도강 스트립을 통상의 롤-포밍함으로써 제작된 햇 채널을 비교 시험에 이용했다.

그 결과, 햇 채널의 플랜지부에 있어서, 5% 염산 침지 시험에서 24시간 침지후에 이미 지연 파괴의 발생이 발견되었다.

(실시예 2) 롤-포밍된 사각 파이프에서의 용접에 대한 연구

(실시예 2-1) 파이프 내부의 불활성 가스에 의한 차폐 시험

1300MPa의 인장 강도를 갖는 초고강도강 스트립을 롤-포밍 라인으로 반입하고, 이 강 스트립을 롤 스탠드를 통과시켜 포밍 롤러를 강 스트립에 작용시켜서, 단부가 서로 마주하여 길이방향으로 연장하는 개구부를 형성하는 튜브로 롤-포밍을 실행했다. 롤-포밍 동안에, 롤 스탠드 사이에 제공된 중간 롤러에 의해 플랜지부의 오버벤딩을 실행했으며, 그 벤딩각은 부품의 벤딩각보다 15° 크게 설정되었다. 계속해서, 레이저 용접에 의해 개구부를 용접하여, 사각 파이프를 제작했다.

파이프 내부를 HE 가스로 차폐하면서 파이프를 용접하는 것에 의해, 레이저 용접후의 취화를 방지할 수 있는지 여부를 검토했다.

소정의 용접 속도로 레이저 용접을 실행한 후에, 사각 파이프의 용접 시임에 있어서의 취화의 발생 유무를 평가했다. 그 결과, 용접 시임에 있어서의 취화는 발생하지 않았다.

(실시예 2-2) 용접 부위로부터의 수분 및 윤활제의 제거 시험

1500MPa의 인장 강도를 갖는 초고강도강 스트립, 실시예 2-1과 동일한 방식으로 롤-포밍하고 레이저 용접을 실행함으로써, 사각 파이프를 제작했다.

그렇지만, 용접전에 고압 공기를 분사하여 용접 부위에 잔류하는 수분 및 윤활제를 제거한 후에, 실시예 2-1과 동일한 방식으로 파이프 내부를 He 가스에 의해 차폐하면서 용접하는 것에 의해, 레이저 용접후의 취화를 방지할 수 있는지 여부를 검토했다.

그 결과, 용접 시임에 있어서의 취화는 발생하지 않았다.

(비교예 2)

1300MPa의 인장 강도를 갖는 초고강도강 스트립을 이용하여 롤-포밍에 의해 형성되는 개방 단부를 갖는 튜브에 대해서, 통상의 레이저 용접을 실행함으로써 개구부를 용접하여 사각 파이프를 형성했다. 이러한 파이프가 비교 시험에 사용되었다.

그 결과, 용접 시임에 있어서의 취화의 발생이 확인되었다.

결과적으로, 본 발명에 따른 방법에 의하면, 용접 직후뿐만 아니라, 압축 시편에 대해서도 균열이 없는 매우 양호한 용접 제품을 얻을 수 있다.

본 발명의 이점은 부품의 벤딩된 에지의 영역 및 용접된 에지의 영역에서의 수소 취화 및 관련 균열 발생을 회피하는 것이며, 특히 롤-포밍 공정이 이러한 타입의 공정 단계를 라인내에 효과적으로 포함할 수 있다는 것이다.

Claims

780MPa를 초과하는 인장 강도를 갖는 고강도강 및 초고강도강으로부터 성형 부품을 제조하는 방법으로서, 강판의 스트립(2)을 롤-포밍 설비에 공급하고, 상기 강판 스트립(2)을 상기 롤-포밍 설비에 있어서의 롤 스탠드(11, 12)를 통과하여서, 상기 강판 스트립(2)에 작용하는 변형 롤러에 의해 상기 강판 스트립(2)이 변형되는, 롤-포밍 단계를 포함하는, 상기 성형 부품 제조 방법에 있어서,
상기 롤-포밍 단계는,
변형된 강판 스트립(2)의 길이방향 자유 에지(1)에 존재하는 인장 응력에, 스탬핑 가공 및 스탬핑 롤러에 의한 업셋-단조 가공 중 선택된 적어도 하나의 가공에 의해 압축 응력이 부여되는 단계와,
변형된 강판 스트립(2)의 길이방향 자유 에지(1)에 존재하는 인장 응력에, 벤딩 가공, 상기 롤 스탠드(11, 12) 사이에 제공되는 추가적인 롤러(10)에 의한 오버 벤딩과 벤딩-회복 가공 중 선택된 적어도 하나의 가공에 의해 압축 응력이 부여되는 단계와,
변형된 강판 스트립(2)의 길이방향 자유 에지(1)에 존재하는 인장 응력을 칩-형성 또는 연삭 가공에 의해 제거하는 단계로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 하나의 단계를 포함하여,
상기 변형된 강판 스트립(2)의 길이방향 자유 에지(1)에서의 수소 취화를 방지하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 길이방향 자유 에지의 소성 변형 영역은 밀링, 연삭, 쉐이빙 또는 플래닝 가공에 의해 제거되는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 길이방향 자유 에지로부터 0.1㎜ 내지 0.5㎜가 제거되는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
V자형 웨지(4)를 갖는 롤러 또는 에지상에 대향하는 방식으로 작용하는 2개의 롤러(15, 16)를 이용하여, 길이방향 자유 에지(1)를 스탬핑 가공 또는 업셋-단조 가공하는 것에 의해, 길이방향 자유 에지(1)의 상측 및 하측에 면취부가 형성되는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 1 항에 있어서,
변형 롤 스탠드(11, 12) 사이에 배치된 직선형 또는 원추형 롤러(10)를 이용하여, 프로파일 섹션의 특히 플랜지 영역의 오버벤딩을 실행하며, 오버벤딩 롤러(10)를 사용하여 성형에 필요한 것보다 큰 벤딩 가공을 실행하고, 그 후에 후속의 롤 스탠드(12)가 소정의 부품 형상으로 오버벤딩부를 벤딩하여 회복시키는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 길이방향 자유 에지는 45° 내지 90°의 각도로 제거되는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 면취부는 수직축에 대해 15° 내지 60°의 각도로 에지에 형성되는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 오버벤딩 롤러(10)는 상기 후속 롤 스탠드(12)에 대해 100㎜ 내지 300㎜의 거리에 배치되는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 오버벤딩은 소정의 부품 형상보다 5° 내지 30°크게 형성되는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
780MPa를 초과하는 인장 강도를 갖는 고강도강 및 초고강도강으로부터 성형 부품을 제조하는 방법에 있어서,
강판의 스트립(2)은, 롤-포밍 설비에 공급되고, 상기 롤-포밍 설비에 있어서의 롤 스탠드(11, 12)를 통과하여서, 상기 강판 스트립에 작용하는 변형 롤러에 의해 길이방향 개구부를 갖는 개방 튜브로 변형되며,
상기 튜브의 개구부는 용접 장치(20)에 의해 길이방향 용접 시임(21)으로 용접되는 2개의 튜브 에지(17, 18)로 형성되고,
변형된 강 튜브의 인장 응력 영역에 있어서의 수소 취화를 회피하기 위해서, 제 1 항에 따른 방법과, 수소가 없는 차폐 가스 분위기를 확보하기 위해서, 현재 용접 장치(20)의 상류측에서, 길이방향 용접 시임(21)이 형성될 튜브(14)의 내측에 불활성 가스(22)를 방출하는 방법 중 적어도 하나가 실행되는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 13 항에 있어서,
상기 용접 장치(20) 근방의 튜브의 내측 영역을 상기 용접 장치(20)의 상류측의 튜브 영역까지 차폐하기 위해서, 상기 튜브의 내측 영역에 스크래퍼(26)를 배치하여, 용접 구역을 수증기를 함유하는 분위기로부터 차폐하고, 상기 튜브(14)의 내측을 와이핑 장치(27)로 닦는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
상기 튜브의 이동 방향(25)에 대하여 상기 용접 장치(20)의 상류측에서, 상기 튜브의 에지(17, 18)가 공기류 또는 유사한 가스류를 이용하여 세정 및 건조되는 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 에지(17, 18)의 세정 및 건조 중 적어도 하나를 하기 위한 가스류는 고온 가스류인 것을 특징으로 하는
고강도강 및 초고강도강으로부터의 성형 부품 제조 방법.
제 1 항 또는 제 13 항에 따른 방법에 의해 제조된 부품, 특히 성형 부품에 있어서,
인장 응력을 상쇄하여 수소 취화를 회피하기 위해서, 스탬핑 가공된 길이방향 자유 에지, 및 연삭, 밀링, 플래닝 또는 쉐이빙 가공된 길이방향 자유 에지 중 적어도 하나를 구비하는 것을 특징으로 하는
부품.