KR100228061B1 - 프레스 성형품 및 그 강화방법 - Google Patents

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Abstract

한층 더 강화에 공헌할 수 있는 프레스 성형품 및 그 강화방법을 제공한다.
프레스 성형품은 소정의 강도분포가 요구된다. 프레스 성형품에 형성된 담금질층인 담금질 영역은, 그 요청되는 강도분포에 대응하는 경도변화를 나타내는 강도분포를 구비하고 있다. 예를들어 프레스 성형품은 일단부 및 타단부를 구비하는 것이다. 담금질 영역은 일단부측으로부터 타단부측에 걸쳐 연속적으로 연장되고, 담금질 영역의 경도분포는 일단부와 타단부 사이의 중앙영역이 고강도로 되고, 중앙영역으로부터 일단부 및 타단부를 향함에 따라 경도가 점차 저하된다.

Description

프레스 성형품 및 그 강화방법
본 발명은 프레스성형품 및 그 강화방법에 관한 것이다.
일본국 특개 평 6-116630호 공보에는, 고주파 담금질 코일을 사용하여 자동차보디 중 강도가 필요한 부분에 담금질 처리를 실시하는 자동차 보디의 담금질 기술이 개시되어 있다. 이 기술에 의하면, 자동차보디 중 강도가 필요한 부분이 담금질에 의해 강화된다.
또한 특개 평 4-72010호 공보에는, 차량의 보디패널 등과 같은 프레스성형품중, 강도가 요구되는 부위에 레이저 비임 등의 고밀도 에너지원을 조사하여 복수의 비드상의 담금질부를 프레스성형품에 형성하여 이것을 강화하는 기술이 개시되어 있다.
또 프레스 성형품의 강화기술로서, 차량분야에서는 보디 중 강화가 요구되는 부위에 사용하는 판재의 두께를 부분적으로 늘리거나, 혹은 보강재로서 기능하는 리인포스(reinforce)를 스폿용접 등에 의해 부분적으로 겹치게 하는 기술이 알려져 있다.
또 프레스성형품은 아니나, 차량의 도어내부에 도어를 보강하기 위하여 설치되는 파이프 형태의 도어임팩트빔의 중앙부 부근을 고주파 담금질에 의해 강화하고, 양단은 미열처리부로 한 것이 일본국 실개 평 6-12137호 공보에 개시되어 있다.
그런데 차량의 측면충돌에 대한 보호성이 최근 한층 더 요구되고 있다. 이 때문에, 차량의 보디측면 중 앞좌석(前席)과 뒷좌석(後席) 사이에 배치되어 있는 B필러라고도 불리우는 센터필러 부근의 강화가 도모되고 있다. 제11도에 나타내는 바와 같이 센터필러(100)는 보디측면 중 앞좌석과 뒷좌석 사이에 위치하는 지주이다. 차량의 측면충돌에 대한 보호성을 높이기 위하여, 센터필러(100)부근을 강화하는 것이 효과적이다. 그래서 종래부터, 센터필러(100)에 제 1리인포스를 겹치게 하거나, 또는 제 1리인포스 외에 제 2리인포스를 겹치게 하는 다적층 구조가 실행되고 있다.
그러나 상기한 일본국 특개 평 6-116630호 공보, 특개 평 4-72010호 공보에 관계되는 기술에 의하면, 담금질에 의해 강화를 도모할 수 있는 것이기는 하지만 단순히 고르게 담금질 처리를 행하는 기술이다. 또 실개 평 6-12137호 공보에 관계되는 기술에서도, 담금질부에서는 일정한 모양이다. 따라서, 담금질 처리된 담금질 영역에 있어서의 경도분포는 기본적으로는 일정한 모양이나, 강화로서는 반드시 충분한 것은 아니다.
또 강화가 요구되는 부위의 두께를 늘리는 상기 종래기술에 의하면, 경량화면에서 불리하다.
또한, 리인포스를 추가하여 겹치게 하는 종래기술에 의하면, 보강재를 설치한 부위에서 강도가 급격히 변화하여, 강도분포가 불연속인 형태를 나타낸다. 따라서, 리인포스를 추가하는 것 만으로는, 강화로서는 반드시 충분한 것은 아니다.
본 발명은 상기한 실정을 감안하여 이루어진 것으로, 한층 더 강화에 공헌할수 있는 프레스성형품 및 그 강화방법을 제공하는 것을 과제로 한다.
제1도는 센터필러 리인포스와, 센터필러 리인포스에 있어서의 굽힘모멘트 선도를 나타내는 구성도.
제2도는 카본함유량, 강(鋼)의 종류, 성형가공도, 담금질 후의 경도관계를 나타내는 그래프.
제3도는 담금질후의 경도와 담금질후의 강도와의 관계를 나타내는 그래프.
제4도는 센터필러의 리인포스를 고주파 담금질장치에서 담금질하는 형태를 나타내는 부분구성도.
제5도는 이동속도, 가열온도, 카본함유량, 냉각속도, 담금질 후의 경도관계를 나타내는 그래프.
제6도는 센터필러 리인포스에 있어서 이동속도와 담금질 후의 경도관계를 나타내는 그래프.
제7도는 적용예를 나타내는 부분분해사시도.
제8도는 적용예를 나타내는 부분분해사시도.
제9도는 적용예를 나타내는 부분분해사시도.
제10도는 적용예를 나타내는 부분분해사시도.
제11도는 센터필러를 구비한 차량 보디의 개략사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 센터필러 리인포스(프레스성형품)
11 : 일단부 12 : 타단부
3 : 담금질영역 3a : 중앙영역
제1항에 관계되는 프레스성형품은, 담금질 처리된 담금질 영역을 구비하는 동시에 소정의 강도분포가 요구되는 프레스성형품으로 일단부 및 타단부를 구비하는 것으로서,
담금질 영역은 일단부측으로부터 타단부측에 걸쳐 연속적으로 연장되어 있고, 담금질 영역의 경도분포는 일단부와 타단부 사이의 중앙영역이 고강도로 되고, 중앙영역으로부터 일단부 및 타단부를 향함에 따라 경도가 점차로 저하되는 것을 특징으로 하는 것이다.
제3항에 관계되는 프레스성형품의 강화방법은, 소정의 강도분포가 요구되는 프레스성형품을 사용하여 고주파담금질의 가열·냉각조건을 조절하여 고경도로 되는 영역에서는 가열온도를 높게하고 경도가 그다지 필요치 않은 영역에서는 가열온도를 낮게함으로써, 프레스성형품에 요구되는 강도분포에 대응하는 경도변화를 나타내는 경도분포를 구비한 담금질 영역을 프레스성형품에 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.
제5항에 관계되는 프레스성형품의 경화방법은, 제3항에서의 고주파담금질의 가열·냉각조건이 담금질수단의 프레스성형품에 대한 상대이동속도를 조정하여 행하는 것으로서, 고경도로 되는 영역에서는 상대이동속도를 저속으로 하여 프레스성형품의 가열온도를 높게하고, 경도가 그다지 필요치 않은 영역에서는 상대이동 속도를 고속으로 하여 프레스성형품의 가열온도를 낮게하는 것을 특징으로 하는 것이다.
[실시예]
프레스성형품은, 프레스성형된 혹은 프레스성형되는 부재로, 그 형태는 박판 형상이나 두꺼운 판형상 내지는 쟁반형상이어도 좋고, 혹은 채널(channel)형상이나 앵글형상이어도 좋다. 차량에 있어서는, 프레스성형품으로서는 보디에 접합되는 보강재로서 기능하는 리인포스이어도 좋고, 혹은 보디 그 자체이어도 좋다.
프레스성형품으로서는, 센터필러리인포스를 채용할 수 있다. 센터필러리인포스는 차량의 앞좌석과 뒷좌석 사이에 위치하는 지주로서 기능하는 B필러라고도 불리우는 센터필러를 보강하는 보강재이다.
또 차량의 경우에는, 프레스성형품으로서는 센터필러리인포스 부근에 설치되는 루프사이드 레일 리인포스이어도 좋고, 혹은 센터필러리인포스의 하부를 지지하는 록커패널 등이어도 좋다. 또한 상기한 부재에 한정되지 않고, 차량 이외의 다른 용도에 사용되는 것이어도 좋다.
프레스성형품의 재질은 담금질 가능한 것으로, 일반적으로는 카본을 함유하는 강철계가 채용된다. 카본함유량으로서는 예를들어 0.07 내지 0.2%로 할 수 있다. 또 본 명세서 및 도면에서는 특별한 언급이 없는한 %는 중량%를 의미한다.
담금질 영역은 프레스 성형품의 깊이방향에서는 표면부로부터 이면부까지 형성되는 것이 일반적이나, 두께가 두꺼운 경우에는 표면부 부근만 담금질 영역으로 될 수도 있다. 담금질 영역이란 담금질 처리된 부분을 말한다.
담금질 영역의 조직은, 카본함유량 및 가열온도 등에 따라서도 다르나, 고경도의 영역으로 하기 위해서는 베이나이트 및 마텐사이트 중 적어도 한쪽의 비율이 증가된 조직으로 되고, 경도가 그다지 높지 않은 영역에서는 베이나이트 및 마텐자이트 중 적어도 한쪽에 펄라이트나 페라이트가 혼재한 조직으로 되는 것이 일반적이다.
일단부 및 타단부를 구비하는 프레스성형품은 비교적 긴 것을 채용할 수 있다. 이 경우에는 담금질 영역은 일단부측으로부터 타단부측에 걸쳐 연속하여 연장 되도록 형성되어 있다. 이와 같이 연속되는 담금질 영역에서는, 일단부측과 타단부측 사이의 중앙영역이 고강도로 되는 동시에, 중앙영역으로부터 일단부 및 타단부를 향함에 따라 경도가 점차로 저하되는 경도분포가 형성되어 있다.
이와 같이 하면, 프레스형성품에 충격이 작용한 경우에 있어서, 경도가 높은 영역에서는 강도가 확보되어 변형저지성이 확보되는 동시에, 경도가 높지 않은 영역에서는 충격에너지의 흡수성이 확보된다. 즉, 프레스성형품의 변형을 저지하면서, 충격에너지의 흡수성을 높이는데 유리하다. 또한 프레스성형품의 종류에 따라서도 상위한데, 고경도 영역에서는 그 경도를 예를들어 300 내지 500Hv, 특히 350 내지 450Hv로 할 수 있다. 고경도가 아닌 영역에서는 그 경도가 예를들어 150 내지 350Hv, 특히 200 내지 350Hz로 할 수 있다.
제3항에 관계되는 방법에 의하면, 소정의 강도분포가 요구되는 프레스성형품을 사용하여, 프레스성형품에 요구되는 강도분포에 대응하는 경도변화를 나타낸는 경도분포를 구비한 담금질 영역을 프레스성형품에 형성하는 것을 특징으로 하는 것이다.
담금질은 프레스성형한 후에 행하는 것이 일반적이다. 담금질 수단으로서는, 고주파 전류에 의거하는 가열수단과 프레스성형품에 냉각제를 접촉시키는 냉각수단을 갖는 구성으로 할 수 있다. 고주파전류의 주파수는 프레스성형품의 종류에 따라서도 상위하나, 예를들어 10 내지 45kHz로 할 수 있다. 냉각제로서는 물이 일반적이나, 프레스성형품에 따라서는 오일 등이어도 된다.
프레스성형품의 담금질 영역에 경도분포를 형성함에 있어서는, 프레스성형품을 담금질할 때의 가열온도를 조정함으로써 행할 수 있다. 프레스성형품 중 고경도로 되는 영역에서는 가열온도는 950 내지 1200℃ 정도, 고경도를 필요로 하지 않는 영역에서는 가열온도는 800 내지 950℃ 정도로 할 수 있다.
프레스성형품의 가열온도를 조절하기 위해서는, 프레스성형품에 대한 담금질 수단의 상대이동속도를 조정하여 행할 수 있다. 구체적으로는, 고경도로 되는 영역에서는 상대이동속도를 저속으로 하여 프레스성형품의 가열온도를 높이고, 한편 경도가 그다지 필요하지 않는 영역에서는 상대이동속도를 고속으로 하여 프레스성형품의 가열온도를 낮춤으로써 경도분포를 실현할 수 있다.
경도분포의 변화구배, 즉 강도분포의 변화구배로서는, 급격히 증감하는 것보다 가능한한 완만히 증감하는 편이 일반적으로 바람직하다.
경도분포를 형성함에 있어서는, 상대이동속도 뿐 아니라, 유도코일에 통전하는 고주파전류의 주파수나 전류치, 나아가서는 프레스성형품의 가열부분으로 흐르게하는 유도전류를 조정함으로써 행하여도 된다. 즉, 유도전류가 증가하면 줄열이 증가하여 유도가열의 정도가 증가하고, 가열온도가 고온으로 되어 담금질 효과가 확보되고 담금질 경도가 높아지기 쉽다. 한편, 프레스 성형품의 가열부분으로 흐르게하는 유도전류가 감소하면 줄열이 감소하여 유도가열의 정도가 저하하고, 프레스 성형품의 가열온도가 낮아져 담금질 효과가 저하되기 쉬워 담금질 경도가 저하된다.
[실시예]
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 실시예는, 차량의 보디에 장비되는 프레스성형품으로서의 센터필러 리인포스(1)를 강화하는 예이다. 제1도의 우측에, 실시예의 제품에 관계되는 센터필러 리인포스(1)의 정면도가 모식적으로 기재되어 있다. 센터필러 리인포스(1)의 횡단면은 대략 『ㄷ자』형상이다.
센터필러 리인포스(1)는, 상술한 바와 같이 차량의 앞좌석과 뒷좌석의 사이에 위치하는 지주로서 기능하는 B필러라고도 불리우는 상기한 센터필러(100)에 겹쳐지고, 센터필러(100)를 보강하는 리인포스이다. 따라서 본 실시예는, 차량의 측면에서의 충돌, 예를들어 다른 차나 벽체가 차량의 측면에 충돌하는 경우에 보호구조로서 효과적이다.
제1도에 나타내는 바와 같이 센터필러 리인포스(1)는, 상측의 일단부(11)와 하측의 타단부(12)를 구비하고 있다. 센터필러 리인포스(1)는 상하방향으로 연장되는 비교적 긴 것이다. 센터필러 리인포스(1)의 하단부는, 실(室)(2a)을 갖는 록커패널(2)을 이용하여 지지된다.
일반적인 측면충돌이 발생하는 경우에는, 제1도의 중앙도에 나타내는 바와 같이 센터필러 리인포스(1')의 길이방향의 대략 중앙영역에 입력집중하중(FIN)이 작용하고, 센터필러 리인포스(1')의 일단부(11') 및 타단부(12')를 향함에 따라 입력하중이 점차로 적어진다고 생각할 수 있다.
즉, 차량의 측면충돌시에 예상되는 충돌하중 분포는, 기본적으로는 제1도에 나타내는 A1으로 나타나는 바와 같이, 중앙영역이 높고 또 상단 및 하단을 향함에 따라 점차로 감소하는 『산(山)형상』의 형태를 이룬다.
따라서, 충돌하중 분포(A1)를 웃도는 강도를 구비하는 강도모멘트선도 B1가 얻어지도록 센터필러 리인포스(1)의 단면형상, 재질, 두께를 설정할 필요가 있다. 그러나, 차량의 경우에는, 센터필러 리인포스(1)의 단면형상의 선택 자유도는 제약되어 있다. 또 센터필러 리인포스(1)두께의 증가에 대해서도, 경량화면에서 제약되어 있다.
그래서 종래기술에 의하면, 제1도의 중앙도에 나타내는 바와 같이, 종래에 관계되는 센터필러 리인포스(1')의 길이방향의 대략 중앙영역에, 별체의 제2리인포스(17')(길이 LW)를 겹치게 하여 스폿용접 등에 의해 첨가하여 설치하고 있는 실정이다. 이 경우에는 제2리인포스(17')에 의해 센터필러리인포스(1')가 강화된다.
그러나 센터필러리인포스(1')에 제2리인포스(17')가 겹쳐져 첨설되어 있기 때문에, 제1도에 나타낸 강도분포(C1)로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 강도가 급격히 올라가는 상승부분(Cw, Cv)이 생긴다. 그 결과, 불연속적인 강도분포만이 얻어져, 센터필러 리인포스(1')의 강화로서는 반드시 충분한 것은 아니다. 즉, 단순히 충돌하중을 웃돌면 되는 것은 아니고, 불연속적인 부분에 불균일한 응력이 걸려 불균일한 변형을 일으키기 때문에, 기대하는 만큼의 강화는 얻어지지 않는다.
만일 연속적인 강도변화를 갖는 강도분포를 얻으려고 하면, 제2리인포스(17')의 상측에 별도의 제3리인포스가 첨가설치되는 동시에, 제2리인포스(17')의 하측에 다시 별도의 제4리인포스가 첨가설치되는 바와 같이, 하중에도 촘촘하게 리인포스를 겹치게 할 필요가 있다. 결과적으로, 중량증가가 유발되어 경량화면에서 불리하다.
이에 대하여 본 실시예에 관계되는 센터필러 리인포스(1)에 의하면, 제1도의 우측도로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 제2리인포스(17')를 겹치게 하는 구조가 제거되어 있다. 즉, 센터필러 리인포스(1)(두께:예를들어 1.4
Figure kpo00002
)를 소망하는 형상으로 프레스성형한 후에, 센터필러 리인포스(1)의 일단부(11)로부터 타단부(12)에 걸쳐, 담금질 영역(3)이 센터필러 리인포스(1)의 길이방향을 따라 연속적으로 형성되어 있다. 이 담금질 영역(3)은, 제1도에 나타내는 『산형상』 의 강도분포(D1)를 구비하고 있다.
제1도로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 담금질 영역(3)에서 얻은 강도분포(D1)는 충돌하중 분포(A1)에 대략 대응하면서, 충돌하중 분포(A1)를 웃도는 형태로 되어 있다. 즉, 센터필러 리인포스(1)에 제 2리인포스(17')를 첨가설치하였기 때문에, 급격한 상승부분(Cw, Cv)이 생기는 강도분포(C1)와는 달리, 본 실시예에 의하면 담금질 영역(3)에서 얻은 강도분포(D1)는, 충돌하중분포(A1)에 대략 대응하면서, 소정의 안전율을 고려하여 충돌하중분포(A1)를 웃도는 형태로 되어 있다.
제1도의 우측도에 나타내는 바와 같이 센터필러 리인포스(1)에 있어서 담금질영역(3)의 범위는 La로 표현된다. 이 담금질 영역(3)은, 차량에 있어서의 측면충돌에 대하여 가장 강화가 요구되는 중앙영역(3a)과, 중앙영역(3a) 상부의 일방영역(3b)과, 중앙영역(3a) 하부의 타방영역(3c)으로 크게 나눌 수 있다. 중앙영역(3a)에 있어서의 강도는, 충돌하중분포(A1)에 대하여 △M의 강도상의 여유가 있도록 설정되어 있다. 따라서, 센터필러 리인포스(1)의 중앙영역(3a)에서는, 측면충돌시의 변형저지성이 확보된다.
환언하면 본 실시예에 의하면, 담금질 영역(3) 중 가장 고강도인 부분은, 센터필러 리인포스(1)의 길이방향의 대략 중앙에 위치하는 중앙영역(3a)이다. 중앙영역(3a)의 높이위치는, 입력집중하중(FIN)의 높이위치에 대응한다. 따라서, 측면 충돌에 대한 탑승자의 보호성이 한층 높아지는 효과를 기대할 수 있다.
탑승자가 앉아있는 시트(4)의 높이위치는, 센터필러 리인포스(1)의 타방영역(3c)의 부근에 대응한다.
제1도에 나타내는 강도분포(D1)로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 타방영역(3c)의 강도레벨을 중앙영역(3a)의 강도레벨보다도 낮게 하고 있다. 또한 중앙영역(3a)의 안전율을 크게, 타방영역(3c)의 안전율을 낮게 설정하고 있다. 즉, 충돌하중분포(A1)보다 웃도는 정도가 중앙영역(3a)에서는 비교적 크고, 타방영역(3c)에서는 충돌하중분포(A1)에 대략 가까운 강도로 되어 있다. 따라서 측면충돌의 경우에, 센터필러 리인포스(1) 중 타방영역(3c)이 중앙영역(3a)보다도 우선적으로 변형하여 충돌시의 충격에너지를, 타방영역(3c)의 변형에 의해 흡수하는 것을 기대할수 있다. 일방영역(3b)에 대해서도 마찬가지이다.
즉 본 실시예에 의하면, 측면충돌에 대한 센터필러 리인포스(1)의 강화를 도모하면서 측면충돌시의 충격에너지 흡수에 효과적이다. 환언하면, 단일부재가 변형을 저지하는 부분과, 변형시켜 충격에너지를 흡수하는 부분으로 나뉘어져 있다. 이것에 의해 센터필러 리인포스(1)에 제2리인포스나 제3리인포스를 겹치는 일 없이, 차량의 충돌안전성이 향상한다. 다시 말하면, 제2, 제3리인포스를 겹치게 하여도, 장소에 따라 요구되는 안전율을 포함한 강도분포에 세밀하게 대응할 수 없고, 장소에 따라 과잉강도로 되거나 불충분한 강도로 되지만, 본 실시예에서는 강도분포를 조정할 수 있다.
본 실시예에서는 센터필러 리인포스(1)의 두께는 일반적으로 0.8 내지 1.5
Figure kpo00003
정도이고, 예를들어 1.4
Figure kpo00004
를 채용할 수 있다. 이와 같은 두계이면 센터필러리인포스(1)의 두께방향 전체에 담금질 처리가 행해진다.
차량의 보디용 강판으로서 일반적으로 규격화되어 있는 강철종류의 특성을 제2도에 나타낸다. 제2도의 제1상한(Ⅰ)은, 강철종류와 그에 함유되어 있는 카본함유량과의 관계를 나타낸다. 제2도의 제2상한(Ⅱ)은, 강철종류와 성형가공도의 관계를 나타낸다. 제2도의 제4상한(Ⅳ)은, 카본함유량과 담금질 후의 강도(항복강도, 인장강도)와의 관계를 나타낸다.
제2도의 제1상한(Ⅰ)으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, JIS-SPFC440 또는 SAPH440에서는 카본함유량이 K1의 범위이고, 특히 잘 채용되는 것은 K2의 범위이다. 또 JIS-SPFC390 또는 SAPH400에서는, 카본함유량이 K3의 범위이고, 특히 잘 채용되는 것은 K4의 범위이다. 또, JIS-SPFC370 또는 SAPH 370에서는, 카본함유량이 K5의 범위이다. JIS-SPFC340H에서는, 카본함유량이 K6의 범위이고, JIS-SPCC에서는 카본함유량이 K7의 범위이다. 또한 상기한 강판을 소재로 한 표면처리강판에 대해서도 마찬가지이다.
제2도의 제1상한(Ⅰ) 및 제2상한(Ⅱ)으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 카본함유량이 낮은 경우에는 성형가공도가 크고, 성형가공도가 높은 가공형태인 깊은 드로틀가공도 가능하지만, 카본함유량이 증가함에 따라 성형가공도가 저하한다. 예를들어 보디용 강판으로서는 카본함유량이 많은 JIS-SPFC440에 의하면, 성형가공도가 높은 깊은 드로틀가공이 아닌, 굽힘가공요소가 주체인 프레스가공이 일반적으로 행해진다. 또 제2도의 제4상한(Ⅳ)으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 카본함유량이 증가함에 따라 담금질 후의 강도(항복강도, 인장강도)가 점차로 증가하는 경향이 얻어진다. 따라서, 담금질 후의 상태에 있어서의 필요강도, 성형가공도를 고려하여, 센터필러 리인포스(1)에 포함되는 카본함유량의 상한치와 하한치를 규정할 필요가 있다.
본 실시예와 같이 차량의 센터필러 리인포스(1)의 강화에 적용하는 경우에는, 그 성형형상을 고려하면 카본함유량의 상한은 0.20%가 바람직하고, 경우에 따라서는 0.25%로 할 수 있다. 또 담금질 후에 있어서의 센터필러 리인포스(1)로서의 필요강도를 고려하면, 카본함유량의 하천은 0.10%로 하는 것이 바람직하고, 경우에 따라서 0.05%로 할 수 있다.
따라서 센터필러리인포스(1)에 적용하는 경우에는, 센터필러리인포스(1)의 카본함유량은 0.05 내지 0.25%, 특히 0.10 내지 0.20%로 할 수 있다.
상기한 카본함유량으로 설정되어 있는 센터필러 리인포스(1)에 의하면, 담금질 영역(3)의 조직 중, 경도가 높은 영역에서는 마텐자이트 혹은 베이나이트가 주체로 되고, 경도가 낮은 영역에서는 마텐자이트 혹은 베이나이트에 펄라이트, 페라이트가 혼재한 것으로 된다.
그러나 일반적으로는, 담금질 후의 강도와 담금질 후의 경도에는 상관관계가 있다. 예를들어, 보디용 강판으로서 일반적으로 사용되고 있는 JIS-SPFC440을 시험편으로서 사용한 경우에, 담금질 후의 강도와 담금질 후의 경도관계를 제3도에 나타낸다. 제3도에 나타내는 바와 같이, 담금질 후의 경도가 증가함에 따라 담금질후의 강도, 즉 항복강도, 인장강도가 모두 증가하는 경향이 얻어진다. 따라서 담금질 영역(3)에 있어서의 강도분포를 파악하기 위해서는, 담금질 영역(3)의 경도분포를 파악하는 것이 중요하다.
필요한 담금질 경도를 얻기 위한 파라미터에 대해서는 제5도에 나타나 있다. 이 경우에는, 유도코일을 갖는 고주파 담금질 장치를 센터필러 리인포스(1)에 대하여 상대이동시켜 행하였다. 이 시험예에서는 고주파 담금질 장치에 400kHz의 고주파전류가 통전되고, 센터필러 리인포스(1)와 유도코일과의 극간은 약 3
Figure kpo00005
로 설정되어 있다.
제5도의 제1상한(Ⅰ)은, 이동속도와 유도가열의 가열온도와의 관계를 나타낸다. 제5도의 제2상한(Ⅱ)은 가열온도와 카본함유량과 담금질 경도와의 관계를 나타낸다. 제5도의 제3 상한(Ⅲ)은 가열 후의 냉각속도와 카본함유량과 담금질 경도와의 관계를 나타낸다.
제5도의 제1상한(Ⅰ)으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 고주파 담금질 장치와 센터필러 리인포스(1)와의 상대이동속도가 저속으로 됨에 따라, 가열온도가 고온으로 되고, 이동속도가 고속으로됨에 따라 가열온도가 낮아진다. 또 제5도의 제2상한(Ⅱ)으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 가열온도가 동일하면 카본함유량이 많을수록 담금질 경도가 높아지는 경향이 얻어진다. 또 제5도의 제3상한(Ⅲ)으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 냉각속도가 빨라짐에 따라 담금질 경도는 증가하는 경향이 있다. 그러나, 냉각속도가 일정치 이상으로 되면, 예를들어 850 내지 950〔℃/s〕를 초과하면 담금질 경도는 포화한다. 또한 센터필러 리인포스(1)를 수냉으로 하는 경우에는, 냉각속도는 일반적으로는 500 내지 2000〔℃/s〕로 된다.
상술한 바와 같이 본 실시예에 의하면, 센터필러 리인포스(1)에 형성한 담금질영역(3)에서는, 그 길이방향의 중앙영역(3a)이 가장 고경도로 되도록 강화되어 있고, 중앙영역(3a)으로부터 일단부(11) 및 타단부(12)를 향함에 따라 경도가 점차로 저하된다.
즉, 측면충돌이 생긴 경우를 고려하여, 센터필러 리인포스(1)에 요구되는 강도분포에 대응하도록, 담금질 영역(3)은 그 길이방향을 따라 『산형상』의 경도변화를 나타내는 경도분포를 갖는 것이다.
이와 같은 경도분포를 얻기 위해서는, 유도코일과 냉각수 분출수단을 구비한 고주파 담금질장치를 사용하고, 고주파 담금질장치와 센터필러 리인포스(1)를 센터필러 리인포스(1)의 길이방향으로 상대이동시킬 때에, 상대이동속도를 적절히 조정하는 방식을 채용할 수 있다. 예를들어, 제4도로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 유도코일(60)과 이것에 일체로 접합된 파이프형상의 냉각수 분출수단(62)을 구비한 고주파 담금질장치(6)를 가동식으로 하고, 그리고 유도코일(60)에 고주파 전류를 흘리면서, 그 고주파 담금질장치(6)를 센터필러 리인포스(1)의 길이방향을 따라 소정의 속도로 화살표시방향(N)으로 이동시켜, 이것에 의해 센터필러 리인포스(1)를 유도코일(60)에 의해 고온으로 유도가열한다. 그리고, 고온으로 가열된 부분에, 냉각수 분출수단(62)의 분출구멍(62r)으로부터 냉각수를 분출하여 가열부분을 강제 냉각함으로써, 담금질 영역(3)을 형성할 수 있다. 또 센터필러 리인포스(1)의 이면에 대하여, 냉각을 촉진시키기 위하여 냉각분출수단(62')을 필요에 따라 설치하여도 된다.
이와 같이 하면 고주파 담금질장치(6)의 이동속도의 대소에 의해, 담금질 영역(3)의 경도분포를 조정할 수 있다. 구체적으로는, 담금질 영역(3)의 경도를 높게 하는 영역에서는 고주파 담금질장치(6)를 저속으로 이동시킨다. 이와 같이 하면 유도가열의 정도가 증가하고, 센터필러 리인포스(1)의 가열온도가 높아져 강제수냉에 의한 담금질 효과가 확보되고, 담금질 경도가 높아진다. 한편, 담금질 영역(3)의 경도를 낮게 하는 영역에서는 고주파 담금질장치(6)를 고속으로 이동시킨다. 이돠 같이 하면 유도가열의 정도가 저하되고, 센터필러 리인포스(1)의 가열온도가 낮아져 강제수냉에 의한 담금질효과가 저하되고, 담금질 경도가 저하된다.
제6도는 센터필러 리인포스(1)(재질:JIS-SPFC440, 카본함유량:0.15%)를 사용하여 담금질한 시험예를 나타낸다. 이 제6도는, 담금질 범위(La)를 구비한 담금질영역(3)에 있어서의 담금질 경도와 이동속도와의 관계를 나타낸다. 특성선(S)은 이동속도의 분포를 나타내고, 특성선(T)은 담금질경도〔Hv〕의 분포를 나타낸다. 특성선(S)에 나타내는 바와 같이, 센터필러 리인포스(1)의 중앙영역(3a)에 있어서는 이동속도는 저속이고, 센터필러 리인포스(1)의 일방영역(3b)에 있어서의 이동속도, 타방영역(3c)에 있어서의 이동속도는 빠르게 되어 있다.
또 제6도에 있어서 경도분포를 나타내는 특성선(T)으로부터 이해할 수 있는 바와 같이, 센터필러 리인포스(1)의 중앙영역(3a)의 경도가 Hv420 내지 440정도로 되어 가장 고경도로 되고, 일담부(11)를 향함에 따라 경도가 점차로 저하되는 하강 경사부(Tb), 타단부(12)를 향함에 따라 경도가 점차로 저하되는 하강경사부(Tc)가 얻어져, 결과적으로 『산형상』을 이루는 경도분포가 얻어졌다.
상측의 하강경사부(Tb)에 있어서의 강도구배(경도로부터 환산한 강도구배)로서는, 센터필러 보강판(1)의 길이방향의 1
Figure kpo00006
당 0.5 내지 4〔
Figure kpo00007
/
Figure kpo00008
〕, 특히 0.5 내지 2〔
Figure kpo00009
/
Figure kpo00010
〕로 할 수 있다. 하측의 하강경사부(Tc)에 있어서의 강도구배로서는, 센터필러보강판(1)의 길이방향의 1
Figure kpo00011
당 0.1 내지 3〔
Figure kpo00012
/
Figure kpo00013
〕, 특히 0.1 내지 0.5〔
Figure kpo00014
/
Figure kpo00015
〕로 할 수 있다.
또한 센터필러 리인포스(1) 중 담금질되어 있지 않은 영역에서는, 경도는 Hv150 내지 230이었다.
[적용예]
제7도는 적용예 1에 관계되는 분해사시도를 나타낸다. 이 예에서, 차량의 내측에는 루프사이드레일인너(70), 센터필러인너(71)가 설치되어 있다. 차량의 외측에는 센터필러아웃(73)이 설치되어 있다. 그리고 양자의 사이에, 센터필러 리인포스(1), 단면은 대략 ㄷ자 형상을 이루는 록커패널(2), 벌크헤드(28)가 설치되어 있다. 록커패널(2)은 센터필러 리인포스(1)하부의 지지성을 높이는 것이다. 벌크헤드(28)는, 록커패널(2)에 고정되어 대나무 마디와 유사한 강화를 도모하는 것이다.
센터필러 리인포스(1)의 일단부(11)에는, 변형강도를 확보하기 위하여 루프 사이드방향 즉 차체의 전후방향을 따라 연장설치된 횡장부(橫長部)(1k)가 일체적으로 마련되어 있다. 따라서 센터필러 리인포스(1)는 전체적으로 『T자』형상을 이루고 있다.
이 예에서는 센터필러 리인포스(1)에는 이 길이방향을 따라 담금질영역(3)이 형성되어 있다. 이 담금질 영역(3)에 의하면, 상술한 바와 같이 센터필러 리인포스(1)의 길이방향의 중앙영역(3a)에서 경도가 가장 높아지고, 일단부(11) 및 타단부(12)를 향함에 따라 경도가 점차로 하강경사지는 『산형상』의 경도분포가 형성되어 있다.
종래기술에 의하면, 센터필러 리인포스(1)(재질이 JIS-SPFC440, 목표카본함유량이 0.1%)에 별체의 제2리인포스(항복강도레벨이 300MPa, 판두께가 1.4
Figure kpo00016
, 중량 1.4
Figure kpo00017
)가 겹쳐져있다. 이것에 대하여 본예와 같이, 센터필러 리인포스(1)(재질이 JIS-SPFC440, 항복강도레벨이 300MPa, 목표카본함유량이 0.15%)를 사용하여, 상기한 『산형상』의 경도분포를 구비하고 있는 담금질 처리하면, 항복강도가 약 3배(1000MPa)로 되어, 종래부터 사용되어온 제2리인포스를 제거할 수 있고 경량화에 공헌할 수 있었다.
또한 이 센터필러 리인포스(1)를 센터필러에 조립한 차량을 사용하여, 측면 충돌시키는 시험을 행하였더니 보디의 변형량은, 센터필러 리인포스(1) 이외에 제2리인포스를 장비한 종래기술과 동등 또는 그 이상이었다. 따라서, 경량화를 도모하면서 보디강도를 확보할 수 있음이 확인되었다.
제8도는 적용예 2에 관계되는 분해사시도를 나타낸다. 이 예는 적용예 1과 기본적으로는 같은 구성이다. 본 예의 센터필러 리인포스(1)는 『Ⅰ자』형상을 이룬다. 그리고 센터필러 리인포스(1)의 일단부(11)에는, 길이(Lk)를 구비한 별체의 루프사이드레일 리인포스(18)가 고정된다.
이 예에서는 센터필러 리인포스(1)에는, 상기한 『산형상』의 경도분포를 구비하고 있는 담금질영역(3)이 형성되어 있다.
또한 루프사이드레일 리인포스(18)에도 담금질 영역(3)이 형성되어 있다. 이 담금질 영역(3)에 의하면, 루프사이드레일 리인포스(18)의 길이방향의 중앙영역(18a)에서 경도가 가장 높아지고, 일단부(18b) 및 타단부(18c)를 향함에 따라 경도가 점차로 하강경사지는 『산형상』의 경도분포(Pa)가 형성되어 있다. 따라서 루프사이드레일 리인포스(18)의 강도도 증가한다.
제9도는 또 다른 하나의 적용예 2에 관계되는 분해사시도를 나타낸다. 이 예에 대응하는 종래예에 의하면, 강도확보를 위하여 횡장부(1k)를 구비한 T자형상을 이루는 센터필러 리인포스(1)에 강화를 위하여 길이 Lm인 루프사이드레일 리인포스(19)가 겹쳐져 있다. 그러나 본 예에서는 T자형상을 이루는 센터필러 리인포스(1)의 횡장부(1k)에 이것의 길이방향을 따라 『산형상』의 경도분포(Pb)가 형성되어 강화되어 있다. 따라서 종래예와는 달리, 루프사이드레일 리인포스(19)를 폐지할 수 있다.
제10도는 적용예 3에 관계되는 분해사시도를 나타낸다. 이 예는 적용예 1과 기본적으로는 같은 구성이다. 제10도의 가상선으로 나타내는 바와 같이 종래예에서는 록커패널(2)에 강화를 위하여 별체의 리인포스(28')가 겹쳐져 있다. 그러나 본 예에서는 센터필러 리인포스(1)에 『산형상』의 경도분포가 형성되어 있는 것 이외에, 록커패널(2)에도 『산형상』의 경도분포(Pc)를 구비하고 있는 담금질 영역(3)이 형성되어 있다.
즉, 록커패널(2)에 형성되어 있는 담금질영역(3)은, 상술한 바와 같이 록커패널(2)의 길이방향의 중앙영역(2a)에서 경도가 가장 높아지고, 일단부(2b) 및 타단부(2c)를 향함에 따라 경도가 점차로 하강경사지는 경도분포가 얻어진다. 따라서 종래부터 사용되고 있는 리인포스(28')를 제거할 수 있고, 경량화에 공헌할 수 있다.
[부기]
상기한 실시예로부터 다음의 기술적 사상도 파악할 수 있다.
0 각 청구항에 있어서, 프레스성형품의 카본함유량의 상한은 0.25%, 0.2%이고, 하한은 0.05%, 0.1%이다.
0 각 청구항에 있어서, 프레스성형품은 프레스성형판이다.
0 각 청구항에 있어서, 프레스성형품은 센터필러 리인포스이다.
0 각 청구항에 있어서, 프레스성형품은 센터필러 리인포스이고, 센터필러 리인포스 하부의 지지성을 높이는 패널을 구비하며 그 패널에 담금질 영역이 형성되어 있고,
그 담금질 영역은, 패널의 길이방향의 중앙영역에서 경도가 높아지고, 패널의 길이방향의 일단부 및 타단부를 향함에 따라 경도가 점차로 저하되는 경도분포를 갖는다.
0 각 청구항에 있어서, 담금질 영역의 경도분포는 담금질 여역의 중앙영역에서 경도가 높고, 단축을 향함에 따라 저하되는 『산형상』을 이루고 있다.
청구항 제1항에 의하면, 프레스성형품에 형성된 담금질 영역은, 그 요구되는 강도분포에 대응하는 경도변화를 나타내는 경도분포를 구비하고 있다. 따라서 그 프레스성형품에 요구되는 강도를 확보하는데 유리하다.
또, 다른 물체가 프레스성형품에 충돌한 경우에, 경도가 높은 영역에서는 강도가 확보되어 변형저지성이 확보되는 동시에, 경도가 높지 않은 영역에서는 충격 에너지의 흡수성이 확보된다. 그 때문에, 담금질 영역의 경도가 일정한 경도분포를 구비하는 프레스성형품에 비하여, 프레스성형품의 변형을 저지하면서 충격에너지의 흡수성을 높이는데 유리하다.
또한, 담금질 영역에서는 일단부측과 타단부측 사이의 중앙영역이 고강도로 되는 동시에, 중앙영역으로부터 일담부 및 타단부를 향함에 따라 경도가 저하하는 경도분포, 즉 『산형상』의 경도분포가 형성되어 있다. 이로 인해 프레스성형품에 충격이 작용한 경우에, 경도가 높은 영역에서는 강도가 확보되어 변형저지성이 확보되는 동시에, 경도가 높지 않은 영역에서는 충격에너지의 흡수성이 확보된다. 즉, 프레스성형품의 변형을 저지하면서, 충격에너지의 흡수성을 높이는데 유리하다. 따라서, 차량의 측면구조의 강화, 예를들어 센터필러 부근의 강화에 적합하다.
청구항 제3항에 의하면, 상기한 효과를 나타내는 프레스성형품을 얻을 수 있다.

Claims (3)

  1. 담금질 처리된 담금질 영역을 구비하는 동시에 소정의 강도분포가 요구되는 프레스성형품으로 일단부 및 타단부를 구비하는 것으로, 상기 프레스성형품은 카본함량이 0.05 ~ 0.25 중량%인 강판을 프레스성형한것이고, 상기 담금질 영역은 상기 일단부측으로부터 상기 타단부측에 걸쳐 연속적으로 연장되어 있고, 상기 담금질 영역의 경도분포는 상기 일단부측과 상기 타단부측 사이의 중앙영역이 고경도로 되고, 상기 중앙영역으로부터 상기 일단부 및 상기 타단부로 향함에 따라 경도가 점차로 저하되어, 이 프레스성형품에 요구되는 상기 강도분포에 대응하는 경도변화를 나타내는 경도분포를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 프레스성형품.
  2. 소정의 강도분포가 요구되는 카본함량이 0.05 ~ 0.25 중량%인 강판을 프레스성형한 프레스성형품을 사용하여, 상기 프레스성형품에 고주파담금질의 가열·냉각조건을 조절하여 고경도로 되는 영역에서는 가열온도를 높게 하고 경도가 그다지 필요치 않은 영역에서는 가열온도를 낮게함으로써 상기 프레스성형품에 요구되는 강도분포에 대응하는 경도변화를 나타내는 경도분포를 구비한 담금질 영역을 형성하는 것을 특징으로 하는 프레스성형품의 강화방법.
  3. 제2항에 있어서, 고주파담금질의 가열·냉각조건은 담금질수단의 프레스성형품에 대한 상대이동속도를 조정하여 행하는 것으로서, 경도로 되는 영역에서는 상대이동속도를 저속으로 하여 프레스성형품의 가열온도를 높게 하고, 경도가 그다지 필요치 않은 영역에서는 상대이동속도를 고속으로 하여 프레스성형품의 가열온도를 낮게하는 것을 특징으로 하는 프레스성형품의 강화방법.
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