KR100611405B1

KR100611405B1 - 성형성에 뛰어난 프레스 성형용 테일라드 블랭크재 및 그제조방법

Info

Publication number: KR100611405B1
Application number: KR1020037004708A
Authority: KR
Inventors: 하시모토코우지; 쿠리야마유키히사; 요시다토루; 미야자키야스노부
Original assignee: 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤
Priority date: 2000-10-20
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2006-08-11
Also published as: AU2000279520A1; KR20040010537A; CN1469786A; CN1213819C

Abstract

두께가 다름(異厚)·이재질 테일라드블랭크재의 프레스성형에 있어서, 강도 율속에 기인하는 저강도(혹은 낮은 판두께)재 측에서의 파단을 회피하는, 프레스성형성에 뛰어난 두께가 다름·이물질 테일라드블랭크재를 제공한다.

인장강도가 다른 2종류 이상의 소판이 연속용접된 테일라드블랭크재에 있어서, 고인장강도측 재료의 가공경화특성치(n₁)와 저인장강도측 재료의 가공경화특성치(n₂)의 비(n₁/n₂)를 0.75 이상 3.8 이하로 하는 것을 특징으로 하는 성형성에 뛰어난 프레스성형용 테일라드블랭크재로 한다.

Description

성형성에 뛰어난 프레스 성형용 테일라드 블랭크재 및 그 제조 방법{PRESS-FORMING TAILORED BLANK MATERIAL EXCELLENT IN FORMABILITY AND PRODUCTION METHOD THEREFOR}

본 발명은, 프레스성형용에 사용되는 2종 이상의 소판(素板)을 조합시킨 이(異)재질 테일라드 블랭크재에 관한 것이다.

보다 상세하게는, 2종 이상의 판두께 또는 같은 판두께로, 기계적 특성이 다른 냉연강판, 열연강판, 표면처리강판, 스텐레스강판, 알루미늄판, 알루미늄합금 등을 용접 접합한 소판(테일라드블랭크재 또는 TB재로 불림)에 관한 것으로, 소재 강도가 다른 경우에는 프레스 성형시에 저강도 소판측에서 모재 파단이 생기는 경우가 있지만, 2종 이상의 소판의 가공경화특성을 가장 적절하게 조합시킴으로서, 파단에 이르기까지 고강도 소판측에 가해지는 변형량을 증대시키고, 그 결과로서 프레스 성형성을 향상시킨 이재질 테일라드 블랭크재에 관한 것이다.

자동차용 프레스부품은, 공정 간소화, 금형수 삭감 등을 위하여, 2종 이상의 부품을 일체로 성형하는 기술이 넓게 채용되고 있다. 그러나, 일체의 성형부품을 소판으로부터 생산하는 경우에는 스크랩으로 이루어지는 부분이 많아진다는 점에서, 소판 성공률 향상을 위하여 동일·동재질의 박판류를 레이저용접이나 마슈심용 접, 전자빔용접, TIG용접, 아크용접 등으로 연속용접하고, 일체의 프레스성형을 행하는 수법이 개발되었다. 또한, 최근에는 충돌 안전성의 관점에서, 부품의 일부에 필요한 재료 강도나 판두께를 바꾼 소판을 연속용접하여 사용하는, 이재질 테일라드 블랭크재가 많이 사용되고 있다.

이들 연속용접으로 체결된 테일라드블랭크재는, 앞서 열기한 경제적 효과를 갖지만, 연속용접부분의 재질 열화 등에 의해, 프레스성형시의 성형 불량이 문제로 되어 있다. 프레스성형시의 파단으로서는, 용접비드부와 평행하게 소판이 연장되었을 때, 재질이 열화한 용접비드부가 파단에 이르는 「연성율속모드」와, 용접비드를 끼우고 소판이 연장되었을 때, 저강도측의 소판의 모재 파단에 이르는 「응력율속모드」로 나누어진다.

이와 같은 사태에 대하여, 예를 들면 일본국 특개평 7-26346호 등의 공보에서, 고밀도에너지빔용접 후의 성형성에 뛰어난 극저탄소강판으로서 2.6≤f(C, Si, Mn, P, B)≤12.5를 만족시키는 강판이 발명되고 있다. 그러나, 이와 같은 극저탄소강판으로는 근래의 고강도 소판의 적용에서는 부재에 필요한 강도를 만족시킬 수 없는 경우가 있다는 점과, 용접비드부의 특성 향상에 의해 「연성율속모드」의 파단에 대해서는 효과가 인정되지만, 「응력율속모드」의 파단에 대해서는 아무런 대책이 없다는 것이 판명되었다.

이 점에 대하여, 응력율속모드의 파단시의 변형 분포에 대해서는 종래의 지견(예를 들면, 이케모토 코이치 등, 소성과 가공, Vol. 32, No. 370(1991) 1383∼1390)에 의해 소판의 강도비에서 2종 이상의 소판에 가하여지는 변형비가 초 등해석으로 구하는 것이 기록되어 있다. 즉, 2종류의 재료의 응력-변형 관계식을 첨자1:고강도재, 첨자2:저고강도재로 하면, σ₁=K₁ε₁ ⁿ¹, σ ₂=K₂ε₂ ⁿ² 로 나타내어진다. 접합부에서는 응력이 균형이 잡혀 있기 때문에 σ₁t₁=σ₂t₂가 성립된다. 따라서, 이들 식을 풀면, 저강도재측이 파단 한계에 달하였을 때의 고강도재측의 변형(ε_1max)은, TS₁, TS₂의 값으로부터 구하면 하기(1)로 주어진다.

ε_1max = n₁(t₂/t₁)(TS₂/TS₁)(exp(n₂)/(exp(n₁))^1/n1……(1)

여기에서, σ:인장응력[MPa]

K:소성계수[MPa]

ε:대수소성변형

n:가공경화지수

TS:최대인장강도[MPa]

그러나, 고강도재측의 최대 변형은 계산할 수 있어도 「응력율속모드」에서의 파단을 개선하는 방법에 대해서는 기재되어 있지 않았다. 따라서, 프레스 현장에서는, 이재질 테일라드블랭크재에서의 「응력율속모드」가 생긴 경우에는, 소판강도비를 내리기 위하여 판두께비를 저감하거나, 강도비를 내릴 수 밖에 없었다.

본 발명은, 상기한 종래 이재질 테일라드블랭크재의 프레스 성형성의 결점을 해결하여, 뛰어난 성형성능을 갖는 이재질 테일라드블랭크재를 제공하는 것을 목적 으로 한다.

본 발명자 등은, 이재질 테일라드블랭크재에 관한 프레스성형 불량, 특히 지금까지 유효한 대책을 세울 수 없었던 「응력율속모드」의 파단에 대하여, 소판의 가공경화특성을 중시하고, 저강도재측과의 강도밸런스를 개선함으로서 성형 한계의 향상을 도모하였다. 즉, 본 발명의 요지로 하는 것은,

(1) 인장강도가 다른 2종류 이상의 소판이 연속용접된 테일라드블랭크재에 있어서, 고인장강도측재료의 가공경화특성치(n₁)와 저인장강도측재료의 가공경화특성치(n₂)의 비(n₁/n₂)를 0.75 이상 3.8 이하이며, 또한 인장강도와 판두께의 적의 비(t₁·TS₁/t₂·TS₂)가 1.25 이상인 것을 특징으로 하는 성형성에 뛰어난 프레스성형용 테일라드블랭크재,

(2) 소판이 강판 또는 표면처리 강판이며, 저인장강도측 강판의 인장강도가 380MPa 미만인 것을 특징으로 하는 상기 (1) 1에 기재된 프레스성형용 테일라드블랭크재,

(3) 소판이 강판 또는 표면처리 강판이며, 저인장강도측 강판의 인장강도가 380MPa 이상 590MPa 미만인 가공경화특성치의 비(n₁/n₂)를 1.0 이상 3.8 이하로 하는 것을 특징으로 하는 프레스성형용 테일라드블랭크재,

(4) 상기 (1)∼(3)의 어느 하나의 1항에 기재된 테일라드블랭크재의 용접방법이, 레이저용접법, 마슈심용접법, 아크용접법, 전자빔용접법, TIG용접법의 어느 하나인 프레스성형용 테일라드블랭크재의 제조방법.

에 있다.

또한, 본 발명에 있어서, n값은 인장연장 λ₅=5% 에서 λ₁₀=10% 사이의 가공경화특성을 나타내는 것이며, 5% 및 10% 연장 시점에서의 인장하중을 P₅(N)와 P₁₀(N)으로 하면,

n(5%∼10%)=[log(P₁₀/P₅)+log[(1+λ₁₀/100)/(1+λ₅/100)]]/[log[log(1+λ ₁₀/100)/log(1+λ₅=/100)]]

=[log(P₁₀/P₅)+0.0202]/0.2908 …………………………(2)

에 의해 측정한 값이라고 정의한다.

또, 본 발명에 있어서 테일라드블랭크재에 사용하는 소판에는, 냉연강판, 아연 등의 도금강판, 스텐레스강판이나, 알루미늄 등의 비철금속의 박판도 그 범위에 포함되는 것이다.

이하, 본 발명에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은, 저강도재와 고강도재를 접합한 이재질 TB재의 파단시(時)의 하중-변형 관계를 나타낸다. 저강도재가 최대 하중에 달하였을 때, 고강도재측은, 같은 하중이 걸려 있지만, 이 때 고강도재측이 저n값재인 경우, 도달하는 변형은 낮은 값이 된다. 한편, 고강도재측이 고n값재인 경우, 도달하는 변형은 높은 값이 된다. 이와 같이, 고강도소판측의 n값을 높임으로서, 저강도소판이 파단하기까지 고강도소판의 변형이 촉진되고, 성형성 향상에 공헌할 수 있다.

(1)식을 이용하여, 각 강도비에 있어서의 고강도강판측의 변형값을 구하면, 도 1에 나타낸 값으로 된다. 도 1에서 알 수 있듯이, 강판 등이 취할 수 있는 n값 0.15∼0.25에서는, 소판강도·판두께비(t₂·TS₂/t₁·TS₁)가 0.8(1:1.25)보다 작으면 고강도강판측의 소성변형은 0.1 정도 이하로 되며, 거의 성형에 기여하지 못하다는 것을 알 수 있다.

또, 고강도소판측에 필요한 최대 소성변형값(ε_1MAX)은 부품에 따라 다르기 때문에, 고강도소판측에 필요한 n값(n₁)을, 소판강도·판두께조합마다 (1)식을 역산하여 구하면 도 2에 나타내는 값으로 된다.

도 2 가운데 횡축은 1n(t₁·TS₁/t₂·TS₂)로 나타나는 판두께강도비, 종축은 고강도소판측에 필요한 n값(n₁)을 저강도강판측의 n값(n₂=0.3으로 가정)으로 나눈 비이다. 도 2 가운데의 각 곡선은, 부품에 필요한 고강도소판측의 최대 소성변형(ε_1MAX)이 동일한 경우를 나타낸다. 예를 들면, 도 2에서 부품에 필요한 고강도소판측 최대변형(ε_1MAX)이 0.05로, 2종류의 판두께강도비(t₁·TS₁/t₂·TS₂)가 2배인 경우(1n2=0.69), 고강도소판측에 필요한 n값의 비는 (n₁/n₂)=1.16으로 된다.

또한, 통상의 강판 제조에서는, 고강도로 되면 n값은 상대적으로 저하하는 경향이 있기 때문에, 상기한 바와 같이 고강도강판측의 n값비를 1 이상으로 하는 것은 곤란하지만, 잔류 γ강 혹은 스텐레스강 등에서는 고n값재의 적용이 가능하다는 점에서, 도 2에 나타내는 n값비를 만족시키는 조합이 가능하다.

또, 필요한 n값비(n₁/n₂)의 범위에 관해서는, 판두께강도비(t₁·TS₁/t₂·TS₂)가 1.2(1n1.2=0.18) 이상인 경우를 상정하면, 고강도강판측의 소성변형은 0.2 이상이 바람직하기 때문에, 도 2에서 (n₁/n₂)≥1.1로 할 필요가 있다. 그러나, 실용적인 테일라드블랭크재에서는, 고강도재료측의 n값이 낮아지는 경향이 강하다는 점에서, 고강도강판측의 소성변형을 0.1 이상 확보할 수 있도록 가공법을 배려하면, (n₁/n₂)≥0.75가 바람직한 값으로 된다. 한편, 본 발명에 사용되는 소재에 있어서의 최대의 n값은 스텐레스강판에서 0.5 정도이며, n값의 낮은 통상의 열연판은 n값=0.13 정도이기 때문에, (n₁/n₂)≤0.5/0.13=3.8로 된다.

저인장강도측 강판의 인장강도가 380MPa 미만인 것을 특징으로 하는 프레스성형용 테일라드블랭크재는 상기의 이유로 0.75≤(n₁/n₂)≤3.8이지만, 저인장강도측 강판의 인장강도가 380MPa 이상 590MPa 미만인 프레스성형용 테일라드블랭크재의 경우는, n₂의 값이 0.15∼0.2 정도로 낮기 때문에, 고인장강도측 강판의 성형성을 보완하기 위하여 n값이 2 이상으로 높은 복상 강판이나 잔류γ강을 사용하는 것이 바람직하며 가공경화특성치의 비(n₁/n₂)는 1.0(=2.0/2.0) 이상이 적절하다.

도 1은, 이재질 테일라드블랭크재의 고강도소판측에 생기는 최대 소성변형값을, 각 소판강도·판두께의 조합마다 계산으로 구한 그래프이다.

도 2는, 성형품에 구하여지는 고강도소판측의 소성변형마다, 각 판두께강도 비의 조합의 경우에 필요한 고강도소판과 저강도소판의 n값비(n₁/n₂)를 나타내는 그래프이다.

도 3은, 고강도소판측의 n값을 바꾼 경우에 고강도소판측에 가하는 최대 소성변형 ε_1MAX의 차이를 설명하고, 고n값재를 조합시킨 경우의 성형성 향상 기구를 설명하는 도면이다.

도 4는, 성형시험에 사용한 액압벌지 시험방법의 개요 설명도이다.

도 5는, 이재질 테일라드블랭크재를 액압성형시험하였을 때의 성형 높이의 비교를 나타내는 그래프이다.

♠♠♠부호의 간단한 설명♠♠♠

1 다이스 2 주름누름판

3 공시재 4 머신유

이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

표 1에는, 저강도소판으로서 0.80㎜ 두께의 연질냉연강판(A:SPCEN)과 고강도강판(B:440MPa)을 사용하고, 고강도소판으로서 0.80㎜ 두께의 각 종 590MPa 하이텐재를 나타낸다(C∼F). 각 강(鋼)의 종류 모두 5kWCO₂ 레이저로 용접 접합하고, A재 또는 B재와 C∼F를 조합시킨 테일라드블랭크재를 작성하였다.

표 1. 이재질 테일라드블랭크에 사용한 소판의 대표적 기계 특성

기호	강 종류	TS(MPa)	EL(%)	n값	대A(n1/n2)비	대B
A	연질냉연강판	304	48.4	0.254	…	…
B	고강도냉연강판	459	35.2	0.192	…	…
C	저n값형 590MPa 하이텐	614	26.2	0.145	0.57	0.76
D	중n값형 590MPa 하이텐	621	29.0	0.186	0.73	0.97
E	중n값형 590MPa 하이텐	597	30.1	0.199	0.78	1.04
F	고n값형 590MPa 하이텐	638	34.9	0.260	1.02	1.35

도 4는 성형성을 비교하기 위하여 사용한 액압벌지 시험법을 나타낸다. 1은 다이스이며, 2는 주름누름판, 3은 공시재이며 4는 다이스측에서부터 공급되는 액압을 걸기 위한 머신유를 나타낸다.

도 5는 액압벌지 성형시험높이 측정결과로, 왼쪽부터 냉연강판(A) 및 440MPa 고강도강판(B) 한 장의 판에서의 성형 높이, 그 오른쪽부터는 (A+C), (A+D), (A+E), (A+F), (B+C), (B+D), (B+E), (B+F)의 조합에 의한 이재질 테일라드블랭크재의 벌지성형높이이다. 이것에 의해, 고강도 강판측의 n값이 높아질수록 벌지성형높이는 높아지며, 저강도 소판의 인장강도가 304MPa의 경우, (n₁/n₂)가 0.75를 넘으면 스트레치 높이는 25㎜를 넘게 되어, 저강도소판의 인장강도가 459MPa의 경우, (n₁/n₂)가 1.0을 넘으면 스트레치 높이는 20㎜를 넘어, 성형성에 미치는 개선성이 현저하게 되는 것을 알 수 있다.

또한, 파단 형태는 모두 저강도 소판측에서 파단하는 응력율속타입의 파단이었다.

본 발명에 의하면, 냉연강판, 열연강판, 아연 등의 도금강판, 스텐레스강판 이나, 알루미늄판, 알류미늄합금판 등의 비철금속의 박판을 소재로 하는 이재질 테일라드블랭크재에 필요한 n값 비를 부여함으로서, 종래의 이재질 테일라드블랭크재의 성형성 향상 대책으로는 대응할 수 없었던 응력율속의 파단 형태에 대해서도, 유효하게 작용하는 이재질 테일라드블랭크재를 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 프레스성형성에 뛰어난 이재질 테일라드블랭크재는, 딥이나 스트레치 등의 성형에 대하여 매우 유효하며, 공업적 가치가 높은 것이다.

Claims

인장강도가 다른 2종류 이상의 소판이 연속용접된 테일라드블랭크재에 있어서, 고인장강도측재료의 가공경화특성치(n₁)와 저인장강도측재료의 가공경화특성치 (n₂)의 비(n₁/n₂)를 0.75 이상 3.8 이하이며, 또한 인장강도와 판두께의 적의 비(t₁·TS₁/t₂·TS₂)가 1.25 이상인 것을 특징으로 하는 성형성에 뛰어난 프레스성형용 테일라드블랭크재.
제 1 항에 있어서,

소판이 강판 또는 표면처리 강판으로, 저인장강도측 강판의 인장강도가 380MPa 미만인 것을 특징으로 하는 프레스성형용 테일라드블랭크재.
소판이 강판 또는 표면처리 강판으로, 저인장강도측 강판의 인장강도가 380MPa 이상 590MPa 미만인 가공경화특성치의 비(n₁/n₂)를 1.0 이상 3.8 이하로 하는 것을 특징으로 하는 프레스성형용 테일라드블랭크재.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 하나의 항에 기재된 테일라드블랭크재의 용접방법이, 레이저용접법, 마슈심용접법, 아크용접법, 전자빔용접법, TIG용접법의 어느 하나인 프레스성형법 테일라드블랭크재의 제조방법.