KR101569691B1 - Ｔｗｉｐ 강판-알루미늄 클래드재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 클래드 강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 부품의 소재로 사용할 수 있는 TWIP 강판-알루미늄 클래드재에 관한 것이다.

Description

ＴＷＩＰ 강판-알루미늄 클래드재 {TWINNNING INDUCED PLASTICITY STEEL SHEET-Al CLAD PLATE}

본 발명은 알루미늄 클래드 강판에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 부품의 소재로 사용할 수 있는 TWIP 강판-알루미늄 클래드재에 관한 것이다.

자동차 제조산업에 있어서 강화된 환경규제와 연비향상의 필요성으로 인해 자동차 차체의 경량화 요구가 계속해서 증가하고 있다. 특히, 연비향상을 위해 휘발유와 전기모터를 병행하여 사용하는 하이브리드(hybrid) 자동차의 개발이 증가하고 있다.

상기 하이브리드 자동차의 경우 운행 중에 휘발유 엔진과 전기 에너지원의 전환이 수시로 이루어지며, 이때 휘발유의 연료탱크에 단속적 과압력이 부여된다. 이에, 하이브리드 자동차의 휘발유 연료탱크에 적용되는 강판은 그 두께가 약 2.0mm 정도로, 기존 휘발유 내연기관에 적용되는 연료탱크의 통상 두께인 0.6~0.8mm에 비해 매우 두껍다.

이에, 최근에는 하이브리드 자동차에 적용되는 휘발유 연료탱크용 강판의 경량화에 대한 연구가 필요한 실정이며, 이와 함께 부식환경이나 압력 등에 견딜 수 있는 내식성 및 강도 등이 우수한 강판의 적용이 요구되고 있다.

또한, 자동차의 연료탱크는 인근 부품의 간섭문제를 해결하기 위해 복잡한 형태를 가지고 있으며, 이에 EDDQ급의 초심가공용의 성형이 용이한 강판의 사용이 요구된다.

본 발명의 일 측면은, 하이브리드 자동차의 연료탱크용 강판으로서 경량화, 내식화 및 고강도화의 물성을 모두 갖는 강판을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명의 일 측면은, TWIP 강판 및 상기 TWIP 강판의 일면 또는 양면에 알루미늄판을 포함하고, 상기 알루미늄판을 포함한 전체 두께가 0.5~1.5mm인 TWIP 강판-알루미늄 클래드재를 제공한다.

본 발명에 의하면, 초고강도이면서 부식환경에 대한 내식효과가 우수하고, 경량화가 가능한 TWIP 강판-알루미늄 클래드재를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 TWIP 강판-알루미늄 클래드재는 하이브리드 자동차의 휘발류 연료탱크의 소재로서 적합하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 TWIP 강판-알루미늄 클래드재의 단면 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 발명재의 인장시험평가 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 발명재와 비교재의 내부식시험 후 상태를 관찰한 사진을 나타낸 것이다.

본 발명자들은 하이브리드 자동차의 휘발유 연료탱크용 강판의 경량화, 내식화, 고강도화를 동시에 달성하여 기존 하이브리드 자동차에 비해 더욱 경량화에 기여할 수 있는 강판을 개발하고자 깊이 연구한 결과, 초고강도 및 고성형성을 갖는 TWIP 강판에 알루미늄을 클래딩(clading)하는 경우, 목표로 하는 물성을 모두 만족하는 강판을 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

이하, 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명의 일 측면에 따른 TWIP 강판-알루미늄 클래드재는, TWIP 강판 및 상기 TWIP 강판의 일면 또는 양면에 알루미늄판을 포함한다.

상기 TWIP(Twinning-Induced Plasticity) 강판은 소성변형 중 오스테나이트 조직 내에 변형쌍정(deformation twin)을 발생시켜 높은 가공경화를 확보하면서, 초고강도 물성을 갖는 강으로서, 이러한 TWIP 강판은 초고강도임에도 불구하고 우수한 성형성을 가지므로 자동차용 소재로서 매우 적합할 뿐만 아니라, 자동차의 경량화를 달성할 수 있는 효과가 있다.

상기 TWIP 강판은 해당 분야에서 일반적으로 사용되고, 망간(Mn)을 15중량% 이상으로 포함하는 고망간강으로서, 그 종류에 대해 특별히 제한하지 않는다. 예컨대, 중량%로 탄소(C): 0.2~1.0%, 실리콘(Si): 0.01~0.03%, 망간(Mn): 15~25%, 알루미늄(Al): 1.2~3.0%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 강판을 이용할 수 있다.

본 발명에서는 상기한 바와 같은 TWIP 강판을 클래드재로 사용하기 위해서, 그 두께가 0.4~0.9mm인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 TWIP 강판의 두께가 0.4mm 미만이면 충분한 강성 요구조건을 확보하기 어려우며, 이는 기존 휘발유 내연기관에 사용중인 연료탱크에도 적용되는 제한사항이다. 반면, 0.9mm를 초과하게 되면 클래드재의 적용을 통한 경량화 효과를 달성하기 어려운 문제가 있다.

본 발명에서 제공하고자 하는 클래드재는 상술한 두께 범위를 만족하는 TWIP 강판의 일면 또는 양면에는 알루미늄판을 포함하는 것으로서, 이때 상기 알루미늄판은 상기 TWIP 강판을 부식환경으로부터 보호하면서도 상기 TWIP 강판의 두께를 감소시킴으로써 경량화 달성에 유리한 효과가 있다.

상기 알루미늄판은 그 두께가 0.1~0.3mm를 만족하는 것이 바람직하다. 상기 알루미늄판의 두께가 0.1mm 미만이면 클래드 접합이 용이하지 못한 문제가 있으며, 반면 0.3mm를 초과하게 되면 클래드재의 강도 저하로 전체 두께가 두꺼워져 원하는 경량화를 달성하기 어려운 문제가 있다.

상기 알루미늄판은 알루미늄 단일 금속으로 이루어질 수 있으며, 또한 Si 등과 같은 다른 원소들이 첨가된 알루미늄 합금일 수 있다.

한편, 본 발명의 클래드재는 TWIP 강판의 일면 또는 양면에 알루미늄판을 포함하고, 상기 알루미늄판 상부에 도금층을 더 포함할 수 있으며, 이와 같이 도금층을 더 포함하는 경우 내식성을 우수하게 확보할 수 있는 효과가 있다.

이때, 상기 도금층은 아연-니켈 합금 도금층인 것이 바람직하며, 8~18중량%의 니켈을 포함하는 것이 바람직하다. 상기 아연-니켈 합금 도금층 내 Ni 함량이 8% 미만이면 충분한 내식성을 확보할 수 없으며, 반면 18%를 초과하게 되면 크랙이 발생될 우려가 있으며, 가공성이 저하되는 문제가 있다.

이하에서는, 본 발명에서 제공하는 TWIP 강판-알루미늄 클래드재를 제조하는 방법에 대하여, 바람직한 일 예로 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 TWIP 강판-알루미늄 클래드재는 TWIP 강판에 알루미늄판을 클래드 접합함으로써 제조할 수 있다.

보다 구체적으로, 먼저 TWIP 강판을 준비한 다음, 상기 TWIP 강판의 일면 또는 양면에 알루미늄판을 접합하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 접합은 해당 분야에서 수행되는 일반적인 클래드 접합방법을 이용할 수 있으며, 일 예로 상온 예컨대 20℃ 이하에서 압연과정을 수행하는 것으로부터 달성할 수 있다.

여기서, 상기 TWIP 강판은 앞에서 언급한 바와 같은 고망간강이면서, 0.4~0.9mm의 두께를 갖는 것이 바람직하며, 상기 알루미늄판은 알루미늄 단일 금속 또는 알루미늄 합금인 것이 바람직하다.

상기한 바에 따라 제조된 본 발명의 TWIP 강판-알루미늄 클래드재는 0.5~1.5mm의 두께를 갖는 경량강판으로서, 초고강도이면서도 부식환경에서 우수한 내식효과를 보이므로, 자동차용 소재 특히 하이브리드 자동차의 휘발유 연료탱크 소재로 적합하게 적용할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 상기한 바에 따른 TWIP 강판에 알루미늄판을 접합한 후 상기 알루미늄판 상부에 아연-니켈 합금 도금층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 아연-니켈 합금 도금층을 형성하는 단계는 전기도금법, 용융도금법, 합금화 용융도금법 및 증착도금법 중 어느 하나의 도금법을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 전기도금법은 종래에 사용되는 통상의 방법 및 조건에서 전기도금을 실시하는 것으로 가능하며, 용융도금법을 이용하는 경우에는 아연도금욕에 침지하여 용융도금강판으로 제조할 수 있으며, 합금화 용융도금법과 증착도금법의 경우에도 각각 통상의 합금화 용융도금처리, 증착도금처리를 수행함으로써 합금화 용융도금강판을 제조할 수 있다.

일 예로, 전기도금법을 이용하는 경우, 황산계 또는 염산계 수용액을 도금용액으로 이용할 수 있으며, 예를들어 황산계 도금용액을 이용하는 경우 상기 도금용액 내에 황산아연, 황산니켈, 황산나트륨 등의 첨가량을 조정하여 실시하는 것이 바람직하며, 이때 도금 후 형성되는 아연-니켈 합금 도금층 내 니켈 함량이 8~18%가 되도록 조절하는 것이 바람직할 것이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.

( 실시예 )

본 발명에 따른 TWIP 강판-알루미늄 클래드재(발명재)를 0.9mm 두께의 TWIP 강판에 0.1mm 두께의 알루미늄판을 상온에서 압연하여 제조한 후, 이에 대해 인장시험을 평가하였다. 상기 발명재의 인장시험 평가 결과(도 2)를, 기존 연료탱크에 적용되는 강재 중 하나인 EDDQ 강재와 비교하였다.

비교 결과, EDDQ 강재의 경우에는 250MPa 정도의 인장강도를 확보할 수 있는 반면, 본 발명의 클래드재는 최대 865MPa의 인장강도를 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.

또한, 내부식성 평가를 위해, 상기 제조된 본 발명의 클래드재(발명재)와 기존 EDDQ 강재에 Zn-Ni 도금한 강판(비교재)을 염수분무환경에 노출시켜 부식시험을 실시하였다. 이때, 동일 설비의 챔버 내에 상기 두 강판을 투입하여, 총 120시간 동안 노출시켰으며, 부식 후 강판의 상태를 도 3에 나타내었다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 기존 EDDQ 도금재(비교재)는 그 표면에서 심각한 부식이 발생한 반면, 본 발명의 클래드재(발명재)는 부식이 일어나지 않아 내부식성이 매우 우수함을 확인할 수 있다.

1...TWIP 강판
2...알루미늄판

Claims (6)

1. TWIP 강판 및 상기 TWIP 강판의 일면 또는 양면에 알루미늄판을 포함하고, 두께가 0.5~1.5mm이고, 상기 알루미늄판 상부에 아연-니켈 합금 도금층을 더 포함하는 TWIP 강판-알루미늄 클래드재.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 TWIP 강판은 0.4~0.9mm의 두께를 갖는 것인 TWIP 강판-알루미늄 클래드재.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 알루미늄판은 0.1~0.3mm의 두께를 갖는 것인 TWIP 강판-알루미늄 클래드재.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 아연-니켈 합금 도금층은 8~18중량%의 니켈(Ni)을 포함하는 것인 TWIP 강판-알루미늄 클래드재.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 TWIP 강판은 중량%로, 탄소(C): 0.15~0.30%, 실리콘(Si): 0.01~0.03%, 망간(Mn): 15~25%, 알루미늄(Al): 1.2~3.0%, 인(P): 0.02% 이하, 황(S): 0.01% 이하, 잔부 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 것인 TWIP 강판-알루미늄 클래드재.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 알루미늄판은 알루미늄 단일 금속 또는 알루미늄 합금인 것인 TWIP 강판-알루미늄 클래드재.

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