KR101620735B1

KR101620735B1 - 가열장치 및 열간 프레스 성형방법

Info

Publication number: KR101620735B1
Application number: KR1020140163493A
Authority: KR
Inventors: 오경석; 복현호; 김홍기
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2016-05-13
Anticipated expiration: 2034-11-21

Abstract

본 발명의 일 실시예는 단일 강판 소재의 다수 영역에 서로 다른 초기온도를 부여하고, 각 영역 사이의 온도 천이부 분포를 제어하여 가열하도록 개선된 가열장치 및 열간 프레스 성형방법을 제공하는 것으로, 가열장치는 강판 소재의 가열을 위한 가열유닛이 구비된 가열챔버; 및 상기 가열챔버에 제공되어 상기 강판 소재의 일부를 차등 가열하도록 단열하는 단열부;를 포함하고, 상기 단열부는 상기 강판 소재와 접촉되는 접촉블록과, 상기 접촉블록의 일측에 제공되어 상기 접촉블록의 온도를 제어하는 냉각블록과, 상기 접촉블록이 상기 강판 소재에 밀착되도록 가압하는 가압 유닛을 포함한다.

Description

가열장치 및 열간 프레스 성형방법 {HEATING DEVICE AND HOT PRESS FORMING METHOD}

본 발명은 가열장치 및 이를 이용한 열간 프레스 성형방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 강판의 가열시 각 영역이 서로 다른 온도로 가열되도록 제공된 가열장치 및 열간 프레스 성형방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차에 사용되는 소재는 차량의 경량화를 통한 환경규제 대응을 위해 고강도 강판 소재가 적용되고 있으며, 점차적으로 고강도 강판 소재가 적용된 부품 비율이 증가하고 있다.

그런데, 이러한 고강도 강판 소재는 낮은 상온 성형성 및 성형 후 치수 변형 등이 발생하고 있으며, 이에 따라 고강도 강판 소재의 적용 비율을 확대하는데 제한되고 있다.

종래에는 고강도 강판 소재의 제조시 열간 프레스 성형을 통해 부품을 성형하고 있다.

열간 프레스 성형공정은 블랭크 등이 성형된 강판 소재를 전체적으로 Ac3 (약 850~950℃) 수준으로 가열한다. 그리고, 가열된 강판 소재는 수초 이내로 프레스 공간으로 이송되어 프레스 설비에서 성형된 후, 금형 내로 투입된 후 밀폐된 상태에서 바로 냉각되는 공정이다.

이러한 열간 프레스 성형공정은 강판 소재를 고온에서 성형하고, 밀폐된 금형내에서 급냉함으로써 종래에 비해 성형성 및 치수 정확도를 향상시키는 공정이다. 더불어, 이와 같은 공정에서 제조된 성형품은 통상적인 냉연 고강도 제품보다 더 높은 1,500MPa 이상의 인장강도를 확보할 수 있다.

그런데, 종래의 열간 프레스 성형공정에서 제조된 성형품은 연신률이 10% 미만으로 매우 낮고, 2차 굽힘변형이 어려워서, 충돌 하중을 받을 경우 쉽게 크랙이 발생하여 충격에너지 흡수능이 급격히 저하되는 현상이 발생하고 있다.

이에 따라 최근에는 고강도부와 저강도부가 다수 조합되어 있는 이종강도 열간 프레스 성형공정이 제시되고 있다.

대표적인 이종강도 열간 프레스 성형공정으로는, 패치워크(Patchwork), 이종강도/이종두께 테일러 웰디드 블랭크(Tailor Welded Blank)의 적용, 이종두께 테일러 롤드 블랭크(Tailor Rolled Blank)의 적용, 차등가열 방법, 차등냉각 방법, 후열처리 방법 적용 등이 있다.

여기서, Patchwork, Tailor Welded blank, Tailor Rolled blank, 후열처리 등의 기술은 강판 소재의 제작시 추가적인 공정이 필요하여 비용 및 시간이 증가하는 단점이 있다. 또한, 차등냉각 방법은 금형비가 높아지거나 금형/냉각채널 설계가 복잡해지는 문제가 있다.

또한, 차등가열 방법을 이용한 이종강도 열간 프레스 성형기술은 강판 소재를 가열함에 있어 다수의 영역이 서로 다른 온도에서 가열이 종료되도록 하여, 최종적으로 제품의 각 영역에 발생하는 상의 조합을 다르게 가져가는 기술이다. 이러한 하등가열 방법을 이용할 경우, 강판 소재의 각 영역에 발생한 상의 종류 및 혼합비율에 따라 서로 다른 강도가 얻어지게 된다. 즉, 강판 소재에서 가열시 완전히 오스테나이징 된 영역은 최종 제품에서 마르텐사이트 상으로 변태하므로 가장 높은 강도를 가지게 되며, 부분적으로 오스테나이징 되거나 오스테나이징 변태가 되지 않은 영역은 최대 강도 보다는 낮은 강도 분포를 가지게 된다.

차등가열 방법은 도 1과 같이 서로 다른 온도로 가열되는 다수의 가열로를 이용하여 강판 소재를 가열하는 방법과, 하나의 가열로에 다수의 가열원을 갖는 멀티 챔버형 퍼니스를 이용하여 강판 소재를 가열하는 방법, 이외에도 적외선/근적외선/인덕션/줄발열 등을 이용하여 일부 영역을 급속가열 하는 방법 등이 있다.

다수의 가열로를 이용하여 강판 소재를 가열하는 방법은, 도 1에 도시된 바와 같이, 강판 소재(1)를 1차 가열로(1)에서 전체(L1)를 제1히터(12)를 이용하여 Ac3 미만의 온도로 가열한 후, 가열된 강판 소재(1)를 2차 가열로(20)로 이동하여 제2히터(22)를 이용하여 강판 소재의 일부(L2)를 Ac3 수준으로 가열하는 방법이다.

또한, 멀티 챔버형 퍼니스를 이용하여 강판 소재를 가열하는 방법은, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1멀티 히터(32)를 이용하여 Ac3 미만의 특정 온도로 가열한 구간(L3)과, 제2멀티 히터(34)를 이용하여 Ac3 수준으로 가열하는 구간(L4)으로 구분하여 서로 다른 온도로 유지하는 방법이다.

그러나, 다수의 가열로(10, 20)를 이용할 경우, 가열로(10, 20) 사이를 이동하면서 가열을 하기 때문에 시간이 오래 걸리게 되고, 차등가열 영역수와 형상이 크게 제한된다.

또한, 멀티 챔버형 퍼니스(30)를 이용하는 경우 가열 시간이 길어지는 문제는 없지만, 차등가열 영역 수와 형상은 여전히 제약이 된다.

또한, 급속가열하는 방법 역시 차등가열 영역의 형상이 제한되며, 온도천이부의 제어가 어려운 단점이 있다.

본 발명의 일 실시예는 단일 강판 소재의 다수 영역에 서로 다른 초기온도를 부여하고, 각 영역 사이의 온도 천이부 분포를 제어하여 가열하도록 개선된 가열장치 및 열간 프레스 성형방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 가열장치는 강판 소재의 가열을 위한 가열유닛이 구비된 가열챔버; 및 상기 가열챔버에 제공되어 상기 강판 소재의 일부를 차등 가열하도록 단열하는 단열부;를 포함하고, 상기 단열부는 상기 강판 소재와 접촉되는 접촉블록과, 상기 접촉블록의 일측에 제공되어 상기 접촉블록의 온도를 제어하는 냉각블록과, 상기 접촉블록이 상기 강판 소재에 밀착되도록 가압하는 가압 유닛을 포함한다.

삭제

또한, 상기 접촉블록은 세라믹을 포함한 내열부재로 형성될 수 있다.

또한, 상기 접촉블록은 상기 강판 소재와 접촉하는 면에 내열 세라믹을 포함한 코팅층을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각블록은 상기 접촉블록의 일측에 밀착되는 냉각블록 본체부와, 상기 냉각블록 본체부 내부에 제공되며 냉각유체가 순환토록 제공되는 냉각유로부와, 상기 냉각유로부에 의해 냉각되는 상기 냉각블록 본체부의 온도를 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 냉각유로부로 공급되는 냉각유체의 유량을 측정하는 유량 센서와, 상기 유량 센서에 측정된 냉각유체의 유량에 따라 상기 냉각유로부로 상기 냉각유체가 순환되도록 가압하는 유량 조절계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제어부는 상기 냉각블록 본체부의 온도를 측정토록 제공되는 온도센서와, 상기 온도 센서에 측정된 상기 냉각블록 본체부의 온도에 따라 상기 냉각유로부로 상기 냉각유체가 순환되도록 가압하는 유량 조절계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 가열유닛은 대류열 또는 복사열에 의해 강판을 가열하는 히터를 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 따른 열간 프레스 성형방법은, 강판 소재를 가열이 이루어지는 가열장치의 가열챔버로 투입하여 가열하는 가열단계; 상기 가열단계에서 투입된 강판 소재의 일부가 차등 가열되도록 상기 강판 소재를 단열하는 단열단계; 상기 가열챔버에서 차등 가열된 강판 소재를 열간 프레스 성형 장치로 투입하여 성형하는 성형단계; 및 상기 성형단계에서 성형된 강판 소재를 냉각하는 냉각단계;를 포함하고, 상기 단열단계는 상기 강판 소재에 상기 가열장치의 접촉블록을 밀착하는 단계와, 상기 접촉블록의 온도를 상온 내지 Ac1 수준으로 일정하게 유지하거나, Ac1 수준까지 온도 상승이 허용되도록 상기 가열장치의 냉각블록 온도를 제어하는 단계를 포함한다.

또한, 상기 가열단계는 상기 강판 소재를 Ac3 수준으로 가열할 수 있다.

삭제

또한, 상기 단열단계는 상기 강판 소재에 밀착되도록 가압하는 가압단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각단계는 냉각금형과 접촉에 의한 냉각단계, 압축공기 분사에 의한 냉각단계 및 냉매와의 접촉에 의한 냉각단계 중 적어도 하나에 의해 성형된 강판 소재를 냉각할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 단일 강판 소재의 다수 영역에 서로 다른 온도가 부여되도록 열처리를 하여 열간 프레스 성형함으로써 단일 부품에 두 개 이상의 이종강도가 부여되도록 차등가열 열처리가 가능하고, 충돌 시 이종강도 영역 중 저강도부의 변형을 통하여 제품의 크랙발생을 억제하고 충격에너지 흡수능을 향상시킬 수 있으며, 전체적인 제조시간 단축으로 생산성 향상에도 기여할 수 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 다수의 가열로를 이용한 가열장치를 도시한 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 멀티 챔버형 가열로를 이용한 가열장치를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 도시한 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치의 단열부를 간략하게 도시한 단면도.
도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치에서 단열부에 의해 단열되는 저온부 영역을 도시한 구성도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 프레스 성형방법을 개략적으로 도시한 구성도.

이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치를 도시한 구성도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치(100)의 단열부를 간략하게 도시한 단면도이다.

도 3과 도 4를 참고하면, 본 실시예의 가열장치(100)는 강판 소재(1)의 가열을 위한 가열유닛(112)이 구비된 가열챔버(110)를 포함할 수 있다. 또한, 가열장치(100)는 이 가열챔버(110)에 의해 가열되는 강판 소재(1)의 일부가 차등 가열되도록 단열하는 단열부(130)를 포함할 수 있다.

단열부(130)는 강판 소재(1)와 직접적인 접촉이 이루어지는 접촉블록(132)을 포함할 수 있다.

이 접촉블록(132)은 강판 소재(1)와 접촉함에 따라 가열챔버(110)내에서 가열유닛(112)의 열이 강판 소재(1)로 전달되는 것을 차단할 수 있다.

또한, 접촉블록(132)의 일측에는 냉각블록(134)이 제공될 수 있다. 일례로, 냉각블록(134)은 접촉블록(132)의 상부에 접촉된 상태로 제공될 수 있다.

냉각블록(134)은 강판 소재(1)와 접촉되는 접촉블록(132)의 온도를 제어하여 강판 소재(1)의 온도 상승을 억제할 수 있다.

이를 위해, 본 실시예의 냉각블록(134)은 접촉블록(132)의 상부에 밀착되는 냉각블록 본체부(135)를 포함할 수 있다. 또한, 냉각블록 본체부(135)에는 냉각유체가 순환토록 제공되는 냉각유로부(136)가 제공될 수 있다. 냉각유로부(136)는 냉각유체가 순환가능한 파이프로 제공될 수 있으며, 냉각블록 본체부(135) 내부에 매설되어 냉각매체가 순환함에 따라 냉각블록 본체부(135)를 전체적으로 냉각할 수 있다.

또한, 냉각블록(134)은 냉각유로부(136)에 의해 냉각되는 냉각블록 본체부(135)의 온도를 제어하는 제어부(137)를 포함할 수 있다.

제어부(137)는 강판 소재(1)의 차등 가열을 위해 설정되는 저온부 영역(1a)의 온도 설정값에 따라 냉각블록 본체부(135)의 온도를 제어할 필요가 있다.

이를 위해, 제어부(137)는 냉각블록 본체부(135)의 온도를 제어하기 위해 냉각유체의 순환량을 측정하기 위한 유량 센서 및 이 유량 센서에 의해 측정된 냉각유체의 순환량을 조절하기 위한 유량 조절계를 포함할 수 있다.

유량 조절계로는 냉각유로부(136)에 연계되는 펌프를 포함할 수 있고, 제어부(137)를 유량 센서에 의해 측정된 유량에 따라 펌프의 작동을 조절하여 냉각유체의 순환을 제어하여 냉각블록 본체부(135)의 온도를 제어할 수 있다.

본 실시예에서 제어부(137)는 냉각유체의 공급유량을 통해 냉각블록 본체부(135)의 온도를 제어하는 것으로 설명하고 있으나, 냉각블록 본체부(135)의 온도를 제어하기 위해 냉각블록 본체부(135)의 온도를 측정토록 제공되는 온도센서를 포함하는 것도 가능하다.

이러한 제어부(137)는 온도센서에 측정된 냉각블록 본체부(135)의 온도값에 따라 냉각유로부(136)로 냉각유체를 공급하는 펌프의 작동을 제어할 수 있다. 일례로, 냉각블록 본체부(135)의 온도값이 설정 온도보다 높을 경우, 펌프를 작동하여 냉각유체를 순환함으로써 냉각블록 본체부(135)의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 냉각블록 본체부(135)의 온도값이 설정 온도 미만일 경우, 펌프의 작동을 중지하여 냉각블록 본체부(135)의 온도 상승을 허용할 수 있다.

가열챔버(110)는 가열유닛(112)에 의해 강판 소재(1)를 전체적으로 오스테나이트(austenite) 단상조직이 발생하는 변태 온도인 AC3 (일례로, 850~950℃) 수준으로 가열할 수 있다.

또한, 단열부(130)는 강판 소재(1)의 차등 가열이 필요한 저온부 영역(1a)의 온도를 AC1 (일례로, 750~800℃)　수준 이하로 유지할 수 있다.

여기서 AC1 수준은 상온의 페라이트(ferrite)와 펄라이트(pearlite)가 가열에 의해 오스테나이트(austenite)로 변태되기 시작하는　온도이다.

이때, 강판 소재(1)의 저온부 영역(1a)의 온도가 Ac1 이상이 될 경우, 가열 시간이 길어지게 되면 오스테나이트가 발생할 수 있고, 발생한 오스테나이트는 열간 프레스 성형후 마르텐사이트로 변태되어 충돌시 균열 발생의 원인으로 작용할 우려가 있기 때문이다.

한편, 본 실시예의 가열장치(100)는 접촉블록(132)이 강판 소재(1)와 밀착된 상태를 유지하도록 가압하는 가압유닛(138)을 포함할 수 있다.

일례로 가압유닛(138)은, 유압 또는 공압 액츄에이터를 포함할 수 있다.

강판 소재(1)는 접촉블록(132)에 의한 단열 효율을 높이기 위해 적정 수준의 가압력이 가해질 필요가 있다. 이때, 가압유닛(138)에 의한 가압력의 수준은 강판 소재(1)와 접촉블록(132)의 접촉 면적에 따라 달라질 수 있으며, 원하는 저온부 영역(1a)의 온도가 확보되기 위한 최소의 힘이 가해지도록 설정되는 것이 바람직하다.

일례로, 본 실시예에서 접촉블록(132)의 상부에는 냉각블록(134)이 위치될 수 있고, 가압유닛(138)은 냉각블록(134)의 상부를 가압함에 따라 접촉블록(132)이 강판 소재(1)에 밀착되는 압력을 조절할 수 있다.

또한, 본 실시예에서 접촉블록(132)은 고온 환경에 견딜 수 있도록 세라믹을 포함하는 내열부재로 형성될 수 있다.

이러한 가열챔버(110)는 내열성은 높은 반면에 고온으로 가열된 상태에서 가압 될 경우, 내구성이 약화되어 깨질 수 있다.

따라서, 가압유닛(138)의 가압력은 가압에 의해 강판 소재(1)의 저온부 영역(1a)에 가해지는 적정 압력값이 100MPa 이하로 관리되는 것이 바람직하다. 이는 접촉부재인 세라믹을 포함하는 내열부재가 100MPa를 초과하는 압력으로 가압될 경우, 내구력이 급속하게 저하되며 깨질 수 있기 때문이다.

이러한 접촉블록(132)은 재질 특성상 열 피로에 취약하기 때문에 온도 제어를 직접적으로 하지 않는 것이 양산시 생산성 향상에 유리하다.

한편, 본 실시예에서 차등 가열에 사용되는 강판 소재(1)는 비도금강판 또는 도금강판 모두일 수 있다.

더불어, 강판 소재(1)의 모재성분은 중량%로 C: 0.1~0.4%, Si: 1.5% 이하, Mn: 3.0%이하, Fe 및 기타 불가피한 불순물로 이루어지는 조성을 포함할 수 있다.

바람직하게는 강판 소재(1)는 N: 0.001~0.02%, B: 0.0001~0.01%, Ti:0.001~0.1%, Nb: 0.001~0.1%, V: 0.001~0.1%, Cr: 0.001~1.0%, Mo: 0.001~1.0%, Sb: 0.001~0.1% 및 W: 0.001~0.3%으로 이루어지는 그룹 중 선택된 1종 이상을 더 포함할 수 있다.

한편, 도금재(일례로 Zn 계, AlSi 계) 판재를 이용하여 차등 가열되는 저온부 영역(1a)의 온도가 도금 소재의 녹는점(일례로 Zn 계 : 약 420℃, Al 계 : 약 660℃)보다 높게 가열할 경우, 용융된 도금 소재가 접촉블록(132)에 융착되거나 접촉블록(132)의 성분에 영향을 줄 수 있다.

따라서, 도금재 판재를 차등 가열에 사용할 경우, 저온부 영역(1a)의 온도는 도금 소재의 녹는점 미만으로 설정하는 것이 바람직하다.

한편, 도금재 판재를 차등 가열에 사용할 경우, 고온 성형성, 도금층 합금화 등의 이유로 저온부 영역(1a)의 온도를 도금 소재의 녹는점보다 높게 설정할 수 있으며, 이를 위해 접촉블록(132)은 강판 소재(1)와 접촉하는 면에 코팅층(133)이 형성되는 것이 바람직하다.

바람직하게는 코팅층(133) 형성에 사용되는 소재로는 1,000℃까지 견딜 수 있는 내열성과, 용융금속과의 낮은 융착성, 높은 고온 내식성, 우수한 내마모성 등의 특성을 보유할 수 있으며, 대표적으로 텅스텐, 테프론 등과 같은 내열 세라믹을 포함할 수 있다.

또한, 가열챔버(110)에 코팅층(133)을 형성하는 방법으로는, 법랑을 입히는 방법, 용사후 열처리하는 방법, 화학증착법 등이 사용될 수 있다. 또한, 코팅층(133)의 두께는 제작/교체 비용과 융착 방지 기능의 대조적 관계를 고려하여 수μm에서 수mm까지 선택하는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 가열유닛(112)의 열원은 한정되지 않으며 다양한 형태로 변형될 수 있다. 일례로, 가열유닛(112)은 퍼니스 등에 설치된 히터에 의해 가열된 공기, 즉 대류열로 강판 소재(1)를 가열할 수 있고, 적외선, 근적외선 등과 같이 히터를 이용하여 복사열을 발산하여 강판 소재(1)를 가열할 수 있다.

본 실시예의 가열장치(100)는 가열챔버(110)에 제공되는 가열유닛(112)이 적절한 열원을 사용함과 함께 단열부(130)의 단열작용을 통해 강판 소재(1)의 일부를 차등 가열할 수 있다.

이러한 가열장치(100)는 강판 소재(1)의 가열 영역의 설계를 유연하게 할 수 있고, 제품의 생산성을 저하시키지 않으며 차등 가열에 의한 이종강도화가 가능하여, 생산 비용의 증가폭을 최소화할 수 있다.

도 5의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열장치에서 단열부에 의해 단열되는 저온부 영역을 도시한 구성도이다.

도 5를 참고하면, 강판 소재(1)는 고온의 가열챔버(110)에서 가열유닛(112)에 의해 Ac3 수준으로 가열될 수 있고, 단열부(130)에 의해 단열되는 저온부 영역(1a)은 상온 내지 Ac1 수준으로 가열될 수 있다.

또한, 저온부 영역(1a)은 도 5의 (a)와 같이 강판 소재(1)의 일측에 형성될 수 있고, 도 5의 (b)와 같이 2개 이상의 분리된 영역으로 형성되거나, 도 5의 (c)와 같이 일부 닫힌 영역으로 형성될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 열간 프레스 성형방법을 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 6을 참고하면, 먼저 강판 소재(1)를 가열하는 가열단계를 포함할 수 있다.

가열단계에서는 성형을 위해 강판 소재(1)를 가열챔버(110)로 투입할 수 있다. 그리고, 가열챔버(110)는 가열유닛(112)을 이용하여 강판 소재(1)를 Ac3 수준으로 가열할 수 있다.

일례로, 가열단계는 강판 소재(1)를 약 800 내지 1,000℃로 가열할 수 있고, 더욱 바람직하게는 약 850 내지 950℃로 가열할 수 있다.

이와 같이 가열단계에서 강판 소재(1)를 가열함과 함께 단열단계가 진행될 수 있다.

단열 단계는 가열단계에서 투입된 강판 소재(1)의 일부가 차등 가열되도록 강판 소재(1)의 일부를 단열할 수 있다.

이때, 강판 소재(1)의 일부는 단열부(130)에 의해 온도가 제어될 수 있다. 단열부(130)는 접촉블록(132)이 강판 소재(1)의 일부와 접촉하게 되며, 이에 따라 가열챔버(110)의 가열유닛(112)에 의해 가열되지 않는 저온부 영역(1a)을 형성할 수 있다.

단열단계는 강판 소재(1)에 가열장치(100)의 단열부(130), 구체적으로는 접촉블록(132)을 밀착하는 단계를 포함할 수 있으며, 가열장치(100)의 냉각블록(134) 온도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

즉, 단열부(130)는 접촉블록(132)이 강판 소재(1)에 밀착된 상태에서 냉각블록(134)에 의해 온도가 제어될 수 있으며, 이때 냉각블록(134)은 접촉블록(132)의 온도를 상온 내지 Ac1 수준으로 일정하게 유지하거나, Ac1 수준까지 온도 상승이 허용되도록 제어할 수 있다.

일례로, 단열단계는 상온 내지 약 600 내지 800℃로 단열하거나, 온도 상승을 약 600 내지 800℃로 제한할 수 있다. 더욱 바람직하게는 단열단계는 상온 내지 약 750 내지 800℃로 단열하거나, 온도 상승을 약 750 내지 800℃로 제한할 수 있다.

이때, 단열단계에서 온도가 일정하게 유지될 경우, 강판 소재(1)의 온도천이부는 좁게 형성될 수 있다. 또한, 단열단계에서 온도가 상승할 경우, 강판 소재(1)의 온도천이부는 넓게 형성될 수 있다. 넓은 영역의 온도천이부는 연속적인 온도 구배를 가지며, 이는 최종 성형품에서 연속적인 강도 구배를 만들 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 차등 가열이 이루어진 강판 소재(1)는 열간 프레스 성형 장치(150)로 투입되어 성형단계가 진행될 수 있다.

성형단계는 차등 가열된 강판 소재(1)를 프레스 금형(152, 154)의 형상에 따라 소정의 형상을 갖도록 성형할 수 있다.

한편, 성형단계가 완료되면, 성형된 강판 소재(1)를 냉각하여 최종 성형품으로 제조하는 냉각단계가 진행될 수 있다.

냉각단계는 전체적으로 강판 소재(1)를 냉각할 수 있다. 이때 냉각방법은 한정되지 않으며, 강판 소재(1)를 냉각할 수 있는 다양한 방식이 적용될 수 있다.

일례로, 냉각단계는 냉각금형(170)과 접촉에 의한 냉각단계, 압축공기 분사에 의한 냉각단계 및 냉매와의 접촉에 의한 냉각단계 중 적어도 하나에 의해 성형된 강판 소재(1)를 냉각할 수 있다.

바람직하게는 냉각단계는 강판 소재(1)를 200℃ 이하의 온도로 냉각할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

1: 강판 소재 1a: 저온부 영역
100: 가열장치 110: 가열챔버
112: 가열유닛 130: 단열부
132: 접촉블록 133: 코팅층
134: 냉각블록 135: 냉각블록 본체부
136: 냉각유로부 137: 제어부
138: 가압유닛

Claims

삭제
강판 소재의 가열을 위한 가열유닛이 구비된 가열챔버; 및 상기 가열챔버에 제공되어 상기 강판 소재의 일부를 차등 가열하도록 단열하는 단열부;를 포함하고,
상기 단열부는
상기 강판 소재와 접촉되는 접촉블록과,
상기 접촉블록의 일측에 제공되어 상기 접촉블록의 온도를 제어하는 냉각블록과,
상기 접촉블록이 상기 강판 소재에 밀착되도록 가압하는 가압 유닛을 포함하는 가열장치.
청구항 2에 있어서,
상기 접촉블록은 세라믹을 포함한 내열부재로 형성되는 가열장치.
청구항 2에 있어서, 상기 접촉블록은 상기 강판 소재와 접촉하는 면에 내열 세라믹을 포함한 코팅층을 더 포함하는 가열장치.
청구항 2에 있어서, 상기 냉각블록은
상기 접촉블록의 일측에 밀착되는 냉각블록 본체부와,
상기 냉각블록 본체부 내부에 제공되며 냉각유체가 순환토록 제공되는 냉각유로부와,
상기 냉각유로부에 의해 냉각되는 상기 냉각블록 본체부의 온도를 제어하는 제어부를 포함하는 가열장치.
청구항 5에 있어서, 상기 제어부는
상기 냉각유로부로 공급되는 냉각유체의 유량을 측정하는 유량 센서와,
상기 유량 센서에 측정된 냉각유체의 유량에 따라 상기 냉각유로부로 상기 냉각유체가 순환되도록 가압하는 유량 조절계를 포함하는 가열장치.
청구항 5에 있어서, 상기 제어부는
상기 냉각블록 본체부의 온도를 측정토록 제공되는 온도센서와,
상기 온도 센서에 측정된 상기 냉각블록 본체부의 온도에 따라 상기 냉각유로부로 상기 냉각유체가 순환되도록 가압하는 유량 조절계를 포함하는 가열장치.
청구항 2 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 가열유닛은
대류열 또는 복사열에 의해 강판을 가열하는 히터를 포함하는 가열장치.
강판 소재를 가열이 이루어지는 가열장치의 가열챔버로 투입하여 가열하는 가열단계; 상기 가열단계에서 투입된 강판 소재의 일부가 차등 가열되도록 상기 강판 소재를 단열하는 단열단계; 상기 가열챔버에서 차등 가열된 강판 소재를 열간 프레스 성형 장치로 투입하여 성형하는 성형단계; 및 상기 성형단계에서 성형된 강판 소재를 냉각하는 냉각단계;를 포함하고,
상기 단열단계는
상기 강판 소재에 상기 가열장치의 접촉블록을 밀착하는 단계와,
상기 접촉블록의 온도를 상온 내지 Ac1 수준으로 일정하게 유지하거나, Ac1 수준까지 온도 상승이 허용되도록 상기 가열장치의 냉각블록 온도를 제어하는 단계를 포함하는 열간 프레스 성형방법.
청구항 9에 있어서, 상기 가열단계는
상기 강판 소재를 Ac3 수준으로 가열하는 열간 프레스 성형방법.
삭제
청구항 9에 있어서, 상기 단열단계는
상기 강판 소재에 밀착되도록 가압하는 가압단계를 더 포함하는 열간 프레스 성형방법.
청구항 9에 있어서, 상기 냉각단계는 냉각금형과 접촉에 의한 냉각단계, 압축공기 분사에 의한 냉각단계 및 냉매와의 접촉에 의한 냉각단계 중 적어도 하나에 의해 성형된 강판 소재를 냉각하는 열간 프레스 성형방법.