KR101685514B1

KR101685514B1 - 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법 및 그러한 방법으로 생산되는 컴포넌트

Info

Publication number: KR101685514B1
Application number: KR1020127001049A
Authority: KR
Inventors: 미카엘 브라운; 우위 에거스; 코드 세프너; 요하임 쇠틀러; 프리드리히 루터; 슈테판 뮤체; 마누엘 오토; 토르슈텐 레이에어
Original assignee: 잘쯔기터 플래시슈탈 게엠베하
Priority date: 2009-06-29
Filing date: 2010-06-21
Publication date: 2016-12-12
Also published as: EP2449138B1; KR20120099361A; WO2011000351A1; DE102010024664A1; RU2539883C2; RU2012102993A; US20120107632A1; US8404061B2; EP2449138A1

Abstract

질량 %로 나타낸 농도로 C < 0.20; Al < 0.08; Si < 1.00; Mn 1.20 내지 < 2.50; P < 0.020; S < 0.015; N < 0.0150; Cr 0.30 내지 < 1.5; Mo 0.10 내지 < 0.80; Ti 0.010 내지 <0.050; V 0.03 내지 < 0.20; B 0.0015 내지 < 0.0060, 나머지는 강철 생산에서의 통상적 원소를 포함하는 철로 구성된 공기 경화강의 본 발명의 컴포넌트는, 열간 압연 또는 냉간 압연 강판 또는 강대 블랭크를 θ_b _la _nk= 800 내지 1050℃의 온도로 가열하며, 그 후에 상기 강판 또는 강관을 성형 툴 내에서 컴포넌트로 성형함으로써 생산된다. 상기 툴로부터 제거된 후에 상기 컴포넌트는 공기에서 냉각되며, 상기 컴포넌트는 여전히 θ_removal = 200℃ 내지 800℃의 온도를 가진다. 상기 컴포넌트는 공기 냉각 동안에 필요한 기계적 성질을 얻는다.

Description

공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법 및 그러한 방법으로 생산되는 컴포넌트{METHOD FOR PRODUCING A COMPONENT FROM AN AIR-HARDENABLE STEEL AND COMPONENT PRODUCED THEREWITH}

본 발명은, 청구항 제1항의 전제부에 따른, 특히 경량 차량을 위한 우수한 성형 성질을 가진 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 방법에 의해 생산되는 컴포넌트에 관한 것이다.

컴포넌트라는 용어는, 이하에서, 성형 툴에 의해 성형함으로써 판금 블랭크 또는 강관으로부터 성형되는 컴포넌트로 이해되어야 한다.

뜨겁게 경쟁하는 자동차 시장은, 차량 연료 소모(fleet fuel consumption)를 낮추며 동시에 소유자의 가능한 가장 높은 안락성 및 보호를 유지하기 위한 해결 방안을 제조자가 지속적으로 연구할 것을 요구한다. 한편으로는 모든 차량 컴포넌트의 중량 절감이 중요한 역할을 하고, 다른 한편으로는 작동 동안 및 충돌의 경우의 높은 정적 및 동적 응력 하에서의 개별 컴포넌트의 매우 이로운 특성 역시 중요하다.

공급자는, 강인강 및 초강력강을 제공함으로써 벽 두께를 감소시키고, 동시에 제조 및 작동 동안에 컴포넌트의 특성을 향상시킴으로써, 이들 요구 사항을 해결하고자 시도한다. 그러한 강철은, 예를 들면 냉간 성형, 용접 및/또는 내식성에 의해 강도, 탄성, 인성, 에너지 흡수 및 기계가공성에 관한 비교적 높은 요구 사항을 충족시켜야 한다.

내식성을 확실하게 하기 위해, 아연, 알루미늄, 또는 아연 또는 알루미늄에 기초하며 Mg 또는 Si와 같은 추가적 합금 원소를 포함할 수 있는 대응 합금으로 이루어지는 금속 코팅이 고려될 수 있다.

상술한 일반적 요구 사항에 더하여, 초강인강은 다음의 예시적 기계적 특성값을 얻어야 한다.

R_el와 R_p0.2: 700-1000[MPa]

R_m: 800-1200[MPa]

A₈₀: ≥10[%] 및/또는

A₅: ≥13[%]

종래에, 충돌 또는 중량 최적화 컴포넌트의 응용을 위해, 비교적 큰 판금 두께를 가진 일반적인 종래의 강철, 물담금질 고장력 소립자 강철, 다상 강철 또는 알루미늄과 같은 다른 재료가 사용되었다.

바람직하지 않게, 종래의 강철은 높은 컴포넌트 중량을 가진다. 다른 초고장력 다상 강철의 단점은 높은 기본적 경도로 인한 불량한 용접성 및 성형 특성이다. 물담금질 경화강은 제조하기 비싸서 비경제적이다.

공기 경화강 재료는 대안으로서 개발되었으며, 그것은 단지 예를 들면 컴포넌트의 열처리에 이어 강철을 공기 중에 냉각시킴으로써 필요한 재료 특성을 실현함으로써 종래의 강철의 단점을 극복한다. 냉간 성형 또는 성형 후에, 공기경화된 상태는 후속 열처리에 의해 조절될 수 있다.

DE 102 21 487 B4, EP 0 576 107 B1 및 DE 44 46 709 A1은, 본래 차량 컴포넌트에 사용될 수 있는 공기 경화강을 기술하고 있다. DE 10 2004 053 620 A1은, 다음의 조성(질량 %로 나타낸 농도)을 가진 우수한 성형 및 용접 특성을 가진 진보된 공기 경화강을 공개하고 있다:

C 0.07 내지 ≤ 0.15

Al ≤ 0.05

Si 0.15 내지 ≤ 0.30

Mn 1.60 내지 ≤ 2.10

P ≤ 0.020

S ≤ 0.010

N ≤ 0.0150

Cr 0.50 내지 ≤ 1.0

Mo 0.30 내지 ≤ 0.60

Ti 0.010 내지 ≤0.050

V 0.12 내지 ≤ 0.20

B 0.0015 내지 ≤ 0.0040

나머지는 철 및 제강에서의 통상적 원소.

성형 툴에서의 프레스 경화 가능 강철의 담금질에 의해 생산된 컴포넌트의 제조는 DE 601 19 826 T2로부터 공지되어 있다. 이전에 θ_blank = 800 내지 1200℃의 온도로 가열되었고 아연의 금속 코팅이 제공되었거나 아연에 기초한 판금 블랭크는, 옵션으로서 냉각 성형 툴에서 컴포넌트로 성형되며, 필요한 강도를 얻기 위해, 판금 또는 컴포넌트는, 성형 툴에서의 성형 프로세스 동안에 신속한 열 제거를 통한 담금질 경화(프레스 경화)하에 놓인다.

필요한 인장 강도를 얻기 위해, 컴포넌트는 후속 어닐링 하에 놓여야 한다는 것이 실험에서 관찰되었다. 이것은 복잡하고 비싸며, 또한 경화된 컴포넌트의 강도를 감소시킨다.

또한, 이들 실험에서, 공기 경화강으로 이루어진 컴포넌트는, 성형된 컴포넌트가 담금질 프로세스로 얻어질 수 없기 때문에, DE 601 19 826 T2에 기술된 프로세스로 생산될 수 없다는 것이 인식되었다.

따라서, 본 발명의 목적은, 성형된 컴포넌트에 필요한 기계적 특성이 최종 어닐링 단계를 제거하면서 안전하게 유지될 수 있는, 성형 툴로 공기 경화강으로 이루어진 컴포넌트를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 교시에 따라, 이러한 목적은, 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법에 있어서,

상기 공기 경화강은 다음의 원소(질량 %로 표시된 조성)를 가지며:
0 < C ≤ 0.20
0 < Al ≤ 0.08
0 < Si ≤ 1.00
Mn: 1.20 내지 2.50
0 < P ≤ 0.020
0 < S ≤ 0.015
0 < N ≤ 0.0150
Cr: 0.30 내지 1.5
Mo: 0.10 내지 0.80
Ti: 0.010 내지 0.050
V: 0.03 내지 0.20

B: 0.0015 내지 0.0060

삭제

나머지는 철 및 제강에서의 통상적 원소,

여기서, 열간 압연(hot-rolled) 또는 냉간 압연 강판 블랭크 또는 강관 블랭크는 θ_blank= 800 내지 1050℃의 온도로 가열되며, 그 후에 성형 툴 내에서 컴포넌트로 성형되고, 상기 성형 툴로부터 제거된 후에 공기에서 냉각되며,

상기 컴포넌트는 상기 성형 툴로부터 제거된 후에 여전히 θ_Removal = 200℃ 내지 800℃의 온도를 가지고, 공기 내에서의 냉각 후에 필요한 기계적 성질을 얻는, 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법에 의해 달성된다.

Al 및 Si를 첨가할 필요는 없지만, 이들 원소는 강철 생산과 관련한 원소로서 포함될 수 있다. C는 항상 강철에 존재하지만, C 농도는 용접성을 고려하여 ≤ 0.20%로 제한되어야 한다.

본 발명에 따른 방법은, DE 601 19 826 T2에 기술된 컴포넌트를 생산하기 위한 방법에 비하여, 성형 툴 내에서의 냉각 및 후속적 공기 냉각이 뒤따르는, 컴포넌트 내의 인장 강도를 위해 필요한 값을 얻기 위한 후속적 비싼 어닐링 스텝이, 공기 경화강을 사용함으로써 제거될 수 있다는 이점을 가진다.

또한, 블랭크가 잔열을 이용함으로써 추가적으로 성형될 수 있기 때문에, 형상은 가열된 블랭크의 향상된 성형 특성으로 인해 용이하게 변경될 수 있어, 종래의 방법에 비하여 더 복잡한 기하하적 형상을 가능하게 한다.

성형 툴로부터 제거된 후의 컴포넌트의 잔열은 또한 후속적 절단 작동에 이점을 가지는데, 그것은 공작물 온도의 증가에 따라 절단력이 감소하기 때문이다. 또한, 공작물의 고온 성형은 저온 성형보다 훨씬 낮은 프레싱 힘을 필요로 한다.

성형 툴에서의 때 이른 경화를 방지하기 위해, 성형 프로세스의 지속시간을 고려하여 성형 툴에서의 바람직한 저속 냉각을 실현하기 위해 가열기를 성형 툴에 구비하는 것이 필요할 수 있다. A₅ ≥ 13%의 필요한 최소 신장율과 R_m = 800 내지 1200 MPa의 인장 강도를 유지하기 위해, 성형 툴에서의 t< 5s의 지속시간을 가진 성형 프로세스에서의 dT/dt< 150 K/s의 평균 냉각 속도는 이점을 가지는 것으로 입증되었다.

본 발명의 방법에 의해, 차량 제조자 및 공급자 측의 현존하는 고온 성형 설비는 바람직하게 사용될 수 있어, 공기 경화성 재료를 프로세싱하기 위해 종래의 방법에 비하여 제조 비용을 감소시킨다. 종래의 붕소 망간 강철에 비하여 고온 성형 동안의 짧은 툴 결합 시간은 또한 이점을 가진다.

도 1은, 테이블에 표시된 합금 조성을 가진 공기 경화강의 고온 성형 동안의 프로세스 흐름을 도시한다.

프레스 경화강의 종래의 성형 온도 곡선과 공기 경화강을 위한 본 발명의 방법에서의 온도 곡선은 근본적 차이를 나타낸다. 명백히 알 수 있듯이, 공기 경화강에서의 프로세스 사이클은 성형 프레스의 관련 시간이 더 짧고, 그것은 전체 프로세스에 긍정적인 경제적 영향을 가진다.

본 실시예에서, 공기 경화 재료로 이루어지는 컴포넌트는 본 발명의 방법에 따라 약 950℃로 가열되고, 그 후에 성형 툴 내로 삽입되며, 약 730℃에서 성형된 후 즉시 툴로부터 제거되고, 공기 내에서 냉각된다.

본 발명에 의해 생산되는 컴포넌트는 또한 높은 수치 안정성을 가지며, 공기 경화강을 위한 재료의 조성은, 성형되고 공기 경화된 상태에서의 추가적 프로세싱 동안에 우수한 용접성을 확실하게 하도록 선택된다.

종래의 제조 프로세스에 비하여, 향상된 기계적 특성(높은 연신율 및 고강도)은 상당히 강화된 제품 스펙트럼을 가능하게 한다. 예를 들면, 이러한 방법은 또한 공기 경화강으로부터 값싼 차량 컴포넌트를 생산하기 위해 사용될 수 있다.

본 발명에 따라, 고온 성형을 위해 사용되는 강대 블랭크 또는 강관 블랭크에 이미, 예를 들면 아연 또는 알루미늄 또는 아연 또는 알루미늄에 기초한 적절한 합금으로 이루어지는 금속 코팅이 구비될 수 있다. 알루미늄 합금으로 이루어지는 합금 코팅은 예를 들면 8 내지 12%의 농도로 실리콘을 함유할 수 있다.

고온 테이프 또는 저온 테이프 및/또는 고온 테이프 또는 저온 테이프로부터 생산되는 강관의 금속 코팅은 통상적으로 지속적 용해 침지 프로세스(고온 침지 아연 도금, 고온 침지 알루미늄 도금)에 적용되며, 강대 또는 강관은 그 후에 성형 툴을 위한 사이즈로 절단된다. 또는, 성형될 공작물(블랭크)에 또한 고온 침지 코팅이 구비될 수 있다.

고온 성형 전에 금속 코팅을 적용하면, 코팅은 베이스 금속의 스케일링을 효율적으로 방지하고 윤활 효과는 툴의 마모를 감소시키기 때문에, 상당한 이점을 가진다.

본 발명에 따른 방법의 이점을 이제 다시 열거하면,

후속적 열처리가 필요하지 않고,

종래의 프로세싱 방법에 비하여 강도가 높으며,

붕소-망간 강철의 저온 성형 또는 직접 프레스 경화에 의한 형성에 비하여 형상을 변화시키는 능력이 더 크고,

저온 성형에 의한 형성에 비하여 성형 힘이 작으며,

현존하는 설비가 고온 성형(프레스 경화)을 위해 사용 가능한 상태로 남고,

프레스 경화에 비하여 툴 결합 시간이 짧으며,

크기 안정성이 높고,

용접성이 우수하며,

음극 침지 페인트 코팅(KTL), 고온 침지 아연 도금, 고온 침지 알루미늄 도금 및 고온 아연 도금과 같은 종래의 코팅 방법을 사용하여 양호한 코팅 특성을 얻고,

높은 정적 및 동적 하중 하에 놓이는 용접된 컴포넌트에 이용될 수 있다.

Claims

공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법에 있어서,
상기 공기 경화강은 다음의 원소(질량 %로 표시된 조성):
0 < C ≤ 0.20
0 < Al ≤ 0.08
0 < Si ≤ 1.00
Mn: 1.20 내지 2.50
0 < P ≤ 0.020
0 < S ≤ 0.015
0 < N ≤ 0.0150
Cr: 0.30 내지 1.5
Mo: 0.10 내지 0.80
Ti: 0.010 내지 0.050
V: 0.03 내지 0.20
B: 0.0015 내지 0.0060
나머지는 철 및 제강에서의 통상적 원소
를 포함하되, 상기 방법은,
열간 압연 또는 냉간 압연 강판 블랭크 또는 강대 블랭크를 θ_blank= 800 내지 1050℃의 온도로 가열하는 단계;
가열된 상기 블랭크를 성형 툴로 이송하고, 상기 성형 툴을 닫는 단계;
상기 블랭크를 상기 성형 툴 내에서 컴포넌트로 성형하면서, 그와 동시에 상기 블랭크의 냉각 속도가 최대 150 K/s이 되도록 상기 성형 툴을 가열하는 단계;
성형된 컴포넌트를 상기 성형 툴로부터 제거하는 단계 ― 상기 컴포넌트는 상기 성형 툴로부터 제거된 후에 여전히 200℃ 내지 800℃의 온도를 가짐; 및
상기 성형된 컴포넌트를 상기 성형 툴로부터 제거한 후에 상기 성형 툴에서의 냉각 속도보다 낮은 냉각 속도로 공기 중에서 냉각하는 단계
를 포함하며, 공기 중에서 상기 컴포넌트가 냉각되는 중에 상기 컴포넌트에 경화가 발생하여, 13% 이상의 최소 신장율과 800 내지 1200 MPa의 인장 강도를 얻는 것을 특징으로 하는, 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법.
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제1항에 있어서,
상기 컴포넌트는 잔열을 이용하기 위해 상기 성형 툴로부터 제거한 후에 추가적 프로세싱을 위해 운반되는, 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법.
제4항에 있어서,
상기 컴포넌트에 성형 또는 절단 작동을 더 수행하는, 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법.
제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
열간 압연 또는 냉간 압연 강판 블랭크 또는 강대 블랭크에 성형 전에 금속 코팅이 구비되는, 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법.
제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 블랭크를 위해 사용되는 강대 또는 강관에 연속적 프로세스에서 금속 코팅이 구비되는, 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법.
제6항에 있어서,
상기 금속 코팅은 아연; 알루미늄; 아연 또는 알루미늄계 합금; 또는 이들의 조합으로 이루어지는, 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법.
제7항에 있어서,
상기 금속 코팅은 아연; 알루미늄; 아연 또는 알루미늄계 합금; 또는 이들의 조합으로 이루어지는, 공기 경화강으로부터 컴포넌트를 생산하기 위한 방법.
제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항의 방법에 따라, 공기 경화강으로부터 생산된 컴포넌트.