KR100760152B1 - 핫스탬핑을 이용하여 아연도금강판으로 고강도 자동차용부품을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 핫스탬핑을 이용하여 아연도금강판으로 고강도 자동차용 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 핫스탬핑 방식으로 자동차용 부품을 제조할 때 핫스탬핑용 특수 강판소재를 사용하지 않고 일반적인 아연도금강판을 사용하여 고강도 자동차용 부품을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

핫스탬핑을 이용하여 아연도금강판으로 고강도 자동차용 부품을 제조하는 방법{Manufacturing method of high strength automobile parts by zinc galvanization steel sheet using hot stamping}

도 1은 소재의 핫스탬핑 가공후 주사(走査)형 전자 현미경(SEM:Scanning Electron Microscope)으로 본 소재의 단면 사진.

본 발명은 핫스탬핑을 이용하여 아연도금강판으로 고강도 자동차용 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 핫스탬핑 방식으로 자동차용 부품을 제조할 때 핫스탬핑용 특수 강판소재를 사용하지 않고 일반적인 아연도금강판을 사용하여 고강도 자동차용 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.

핫스탬핑은 크게 다음의 두 방식으로 나뉘어진다.

첫 번째 방식은 냉연강판을 열처리로에서 930℃까지 가열한 후 이 냉연강판 을 금형으로 이송한 다음 프레싱함과 동시에 급냉시키는 방식이다.

그러나, 위와 같은 방식에서는 가열된 냉연강판이 금형으로 이송되어 프레싱되기까지 다소 긴 시간이 소요되기 때문에 그 사이에 냉연강판의 표면에 대기중의 산소가 결합되어 그 냉연강판의 표면에 산화 스케일(Scale)이 발생하게 된다.

따라서, 이와 같은 산화 스케일을 제거하기 위하여, 쇼트 브라스팅(Shot Blasting) 또는 산세 공정을 거쳐야하므로 추가공정이 신설되어야 하는 문제점과 이로 인해 제품생산시간이 길어지고 불량률이 높아지는 문제점이 있었다.

두 번째 방식는 표면에 알루미늄(Al)+실리콘(Si) 도금층이 형성된 특수 강판소재를 사용하여 핫스탬핑하는 방식이다. 상기 특수 강판소재는 930℃ 가량 가열한 후 금형에서 프레싱을 하기까지 다소 시간이 지체되어도 강판 표면에 산화 스케일이 발생하지 않는다. 즉, 강판 표면의 알루미늄+실리콘 도금층이 강판 표면에 대기중의 산소가 결합되는 것을 차단함으로써 강판 표면의 산화를 방지하는 것이다. 그러나, 위와 같은 방법은 이미 해외에서 특허를 소유하고 있어, 국내에서는 위와 같은 특수 강판소재를 모두 수입에 의존하고 있는 실정이다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 핫스탬핑 가공시 강판 표면에 산화 스케일이 발생하는 문제를 해소하고, 핫스탬핑을 위해 고가의 특수 강판소재를 쓰지 않고도 고강도의 자동차용 부품을 제조하는 방법 을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 아연도금강판으로 핫스탬핑 가공하여 강판 표면에 산화 스케일이 발생하지 않으면서도 150kg/㎟의 인장강도를 가지는 부품을 제조할 수 있도록 한 것을 그 특징으로 한다.

이하에서 본 발명의 구성을 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로 핫스탬핑 가공시 가열된 강판소재를 금형으로 프레싱함과 동시에 급냉을 시키기 때문에 강판소재에 퀀칭(Quenching)효과가 나타난다. 이때 강판소재의 탄소(C) 함유량에 따라 그 강판소재의 강도에 큰 차이가 발생하게 된다.

본 발명에서는 150kg/㎟급의 인장강도를 가진 부품을 확보하기 위하여 강판소재에 탄소를 약 0.18~0.25wt.% 함유시켰다.

또한, 본 발명에서는 강판소재의 퀀칭효과를 극대화시키기 위하여 보론(B)을 0.002~0.003wt.% 첨가하였다. 여기서 보론은 퀀칭성을 향상시켜 완전한 마르텐사이트(Full Martensite) 조직을 쉽게 얻도록 하여 강도를 향상시키는데 도움을 준다.

아래는 본 발명에 사용된 강판소재의 일 실시예로서의 화학 성분(wt%)을 나타낸다.

이와 같은 본 발명상의 강판소재는 오스테나이트 안정화 온도가 870℃ 부근이고, 표면의 아연 증발온도는 907℃이다.

따라서, 핫스탬핑 가공시 상기 강판소재를 870~907℃ 사이로 가열한 후 금형으로 프레싱함과 동시에 급냉을 하면, 퀀칭효과를 얻음과 동시에 강판 표면의 아연 코팅층의 증발을 막을 수 있다.

도 1에서 보는 바와 같이, 아연 코팅층은 강판의 가열전 25~35마이크로미터 합금층이, 열처리후에는 35~50마이크로미터로 합금층의 두께가 증가한다. 이는 소재가 약 900℃ 가열되었을 때 철(Fe) 합금화도가 기존 10%에서 60% 가까이 상승한데서 요인을 찾을 수 있다.

또한, 기존 아연(Zn) 코팅층은 가열이 되면서 입자상이 둥근 원형을 띠게 된다. 이는 코팅층의 아연(Zn) 녹는점이 470℃이고 이 구간의 온도부근에서 표면층의 아연(Zn) 성분이 녹음과 굳음을 반복하면서 아연(Zn)과 철(Fe)의 재 합금화가 이뤄지고, 표면장력을 최소화하기 위해서 입자상이 둥근 원형을 띠게 된다. 이러한 원형의 입자상이 아연(Zn) 증발을 방지하는 역할을 하게 된다.

성공적인 부품 제작의 관건은 소재뿐만 아니라 장비 및 공법에 관한 특별한 기술이 요구된다.

따라서, 본 발명에서는 소재 가열시 일반적인 핫스탬핑 열처리 온도인 930℃ 보다 30℃ 낮은 900℃ 까지 금속소재를 가열하고, 이 가열된 강판소재가 로에서 금형으로 옮겨지는 동안 온도저하를 최소화할 수 있도록 열처리 로의 내부 롤러를 알 루미나 세라믹(Al₂O₃) 소재로 된 것을 사용하였다. 그 이유는 세라믹의 열전도율이 기존 스틸 소재보다 낮아 온도 편차가 적기 때문이다.

또한, 열처리 로의 분위기 온도를 상승시키기 위한 장치인 라디언트 튜브(Radient Tube)를 직선 형태로 형성하여 종래의 U자 또는 P자 형태보다 열의 편차를 감소시켜 강판소재의 온도 편차를 최소화하였다.

또한, 열처리 로에서 나온 강판 소재가 금형에 안착될 때까지의 시간을 2.5초 이내로 하고, 유압 프레스의 하강 속도는 최소 600mm/sec 이상으로 하였다.

이와 같이 함으로써, 가열된 강판 소재의 온도저하를 최소화한 상태에서 프레싱 및 급냉 처리를 할 수 있어 강판 표면에 산화 스케일이 발생하는 것을 방지할 수 있을 뿐 아니라 온도저하가 거의 없는 고온 상태의 강판 소재를 급냉시킴으로써 150kg/㎟급의 인장강도를 가지는 자동차용 부품을 생산할 수 있다.

아래의 표는 본 발명에 따라 아연도금강판으로 핫스탬핑 가공하여 완성된 자동차용 부품의 경도(강도)를 측정한 결과이다.

부품 단면의 비커스 경도를 확인한 결과 평균 Hv 462이며, 이는 강도 환산시 약 150kg/㎟ 임을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의해서, 아연도금강판으로 인장강도 150kg/㎟급의 부품을 확보할 수 있고, 이 강판 표면의 아연도금층이 강판의 산화를 방지하여 내부식성 및 표면 품질을 향상시킬 수 있다.

따라서, 산화 스케일 제거를 위해 쇼트 브라스팅(Shot Blasting) 및 산세공정과 같은 추가 공정이 필요 없어 공정을 단순화할 수 있을 뿐 아니라 핫스탬핑 가공시 종래와 같이 표면에 알루미늄+실리콘 도금된 특수 강판소재를 사용하지 않고도 저가의 아연도금강판을 사용하기 때문에 부품의 가격을 현저히 낮출 수 있다.

Claims (2)

1. 핫스탬핑을 이용하여 아연도금강판으로 150kg/㎟의 인장강도를 가지는 자동차용 부품을 제조하는 방법에 있어서,

   강판소재에 탄소를 0.18~0.25wt.%, 보론(B)을 0.002~0.003wt.% 함유시키고, 강판소재의 아연도금층의 두께는 25~35마이크로미터로 하며, 강판소재의 성형개시온도는 870~907℃로 하며, 가열된 강판소재의 온도저하를 최소화한 성형을 위하여 열처리 로에서 취출된 강판 소재가 금형에 안착될 때까지의 시간을 2.5초 이내로 하고, 유압 프레스의 하강 속도는 600mm/sec 이상으로 하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑을 이용하여 아연도금강판으로 고강도 자동차용 부품을 제조하는 방법.
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