KR101720501B1 - 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법 - Google Patents

핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101720501B1
KR101720501B1 KR1020160126380A KR20160126380A KR101720501B1 KR 101720501 B1 KR101720501 B1 KR 101720501B1 KR 1020160126380 A KR1020160126380 A KR 1020160126380A KR 20160126380 A KR20160126380 A KR 20160126380A KR 101720501 B1 KR101720501 B1 KR 101720501B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heating
heating step
temperature
coating film
coil
Prior art date
Application number
KR1020160126380A
Other languages
English (en)
Inventor
박성용
김재성
Original Assignee
주식회사 엠에스 오토텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 엠에스 오토텍 filed Critical 주식회사 엠에스 오토텍
Application granted granted Critical
Publication of KR101720501B1 publication Critical patent/KR101720501B1/ko
Priority to EP17796339.4A priority Critical patent/EP3456427B1/en
Priority to ES17796339T priority patent/ES2908213T3/es
Priority to JP2018517199A priority patent/JP6549319B2/ja
Priority to CN201780005791.9A priority patent/CN108472709B/zh
Priority to US16/068,382 priority patent/US11014138B2/en
Priority to PCT/KR2017/004758 priority patent/WO2017196039A1/ko
Priority to BR112018014793-1A priority patent/BR112018014793B1/pt

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00—Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02—Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022—Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/42—Induction heating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/68—Temporary coatings or embedding materials applied before or during heat treatment
    • C21D1/70—Temporary coatings or embedding materials applied before or during heat treatment while heating or quenching
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • C21D9/48—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals deep-drawing sheets
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/12—Aluminium or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/26—After-treatment
    • C23C2/28—Thermal after-treatment, e.g. treatment in oil bath
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00—Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/26—After-treatment
    • C23C2/28—Thermal after-treatment, e.g. treatment in oil bath
    • C23C2/285—Thermal after-treatment, e.g. treatment in oil bath for remelting the coating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/06—Control, e.g. of temperature, of power
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00—Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/101—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications for local heating of metal pieces
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/10—Die sets; Pillar guides
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)
  • Heat Treatment Of Articles (AREA)
  • Shaping Metal By Deep-Drawing, Or The Like (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)

Abstract

본 발명은 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법에 관한 것으로, 철(Fe)계 모재에 알루미늄(Al) 소재의 코팅막이 형성된 강판을 1차 목표온도까지 1차 승온속도로 고주파 가열하는 1차 가열 단계, 상기 1차 가열 단계를 통과한 상기 강판을 2차 목표온도까지 2차 승온속도로 고주파 가열하여 상기 코팅막을 용융시킴으로써 상기 코팅막과 상기 모재의 계면에 산화피막을 형성시키되 상기 2차 승온속도가 상기 1차 승온속도보다 작도록 가열하는 2차 가열 단계, 및 상기 2차 가열 단계를 통과한 상기 강판을 3차 목표온도까지 3차 승온속도로 고주파 가열시키되 상기 3차 승온속도가 상기 2차 승온속도보다 크도록 가열하는 3차 가열 단계를 포함하여 코팅막의 용융점 이상의 온도에서 고주파 가열을 하여도 코팅막이 모재에서 밀리지 않고 산화피막을 형성하는 효과가 있다.

Description

핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법 {HIGH-FREQUENCY HEATING METHOD FOR HOT STAMPING}
본 발명은 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강판을 가열하여 초고강력강으로 가공시키는 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법에 관한 것이다.
일반적으로 핫스탬핑(hot stamping) 기술은 강판을 적정온도(약 900℃)로 가열하여 프레스 금형 내에서 프레스 성형으로 한번에 성형한 후, 급속 냉각하여 고강도 부품을 제조하는 성형기술이다.
종래의 핫스탬핑 공정에서는 전기로를 이용하여 소재를 가열하였다. 그러나 전기로를 이용한 가열 방식은 가열을 위하여 긴 설비 라인을 갖추어야 하고, 전기로 자체의 온도를 상승시키는 데에 에너지 소모가 크며, 비가동시에도 전기로의 온도를 유지시키기 위하여 계속적으로 에너지를 사용하여야 하므로 에너지 효율이 낮은 문제점이 발생하였다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 먼저 고주파 가열기로 가열하는 방법이 도입되었다. 이 경우 고주파 가열기는 짧은 설비 라인만 요구되고, 짧은 시간에 강판을 가열할 수 있으므로 에너지 면에서 효율성이 좋다.
도 1을 참고하면, 종래의 고주파 가열 방법에 의하면 고주파 가열기의 코일에서 발생하는 전자기력(로렌츠 힘)이 존재하므로 코팅막이 용융되는 온도 이후부터는 코팅막에 이온화가 일어나고, 극성을 갖는 이온은 로렌츠 힘에 의하여 밀리며, 결국 코팅막이 뭉치고 흘러내리는 현상이 발생한다. 따라서 코팅막이 용융되는 온도 이후에는 고주파 가열기를 활용하지 못하고 전기로를 통하여 가열하여야 하는 문제가 발생한다.
한국특허공개공보 제10-2014-0124567호(주식회사 성우하이텍) 2014. 09. 18.
본 발명은 상기한 바와 같은 종래 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법이 가지는 문제점들을 개선하기 위해 창출된 것으로, 코팅막의 용융점 이상의 온도에서도 고주파 가열이 가능한 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법은 철(Fe)계 모재에 알루미늄(Al) 소재의 코팅막이 형성된 강판을 1차 목표온도까지 1차 승온속도로 고주파 가열하는 1차 가열 단계, 상기 1차 가열 단계를 통과한 상기 강판을 2차 목표온도까지 2차 승온속도로 고주파 가열하여 상기 코팅막을 용융시킴으로써 상기 코팅막과 상기 모재의 계면에 산화피막을 형성시키되, 상기 2차 승온속도가 상기 1차 승온속도보다 작도록 가열하는 2차 가열 단계, 및 상기 2차 가열 단계를 통과한 상기 강판을 3차 목표온도까지 3차 승온속도로 고주파 가열시키되 상기 3차 승온속도가 상기 2차 승온속도보다 크도록 가열하는 3차 가열 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 2차 가열 단계에서는 고주파 가열시 발생되는 전자기력(F)이 상기 코팅막의 입자간 결합력 또는 상기 코팅막과 상기 모재 사이의 결합력(f)보다 작도록(F<f) 인가전류를 조정하는 것도 가능하다.
또한 상기 1차 목표온도는 상기 코팅막의 용융점 이하의 온도인 530°C이상, 570°C이하인 것도 가능하다.
이때, 상기 2차 목표온도는 상기 강판이 강자성체의 성질을 잃는 온도인 730°C이상, 770°C이하인 것도 가능하다.
또한, 상기 2차 승온속도는 6.4°C/s 이상, 24°C/s 이하인 것도 가능하다.
한편, 상기 1차 가열 단계 및 상기 2차 가열 단계는 종방향 자계 가열 방식(LFIH)으로 고주파 가열하고, 상기 3차 가열 단계는 수직형 자계 가열 방식(TFIH)으로 고주파 가열하는 것도 가능하다.
한편, 상기 2차 가열 단계에서는 상기 1차 가열 단계에서 사용한 코일보다 폭이 넓은 코일을 사용하고, 상기 1차 가열 단계에서 배치한 코일의 간격보다 넓은 간격으로 코일을 배치하는 것도 가능하다.
이때, 상기 2차 가열 단계에서는 폭이 70mm 이상, 90mm 이하인 코일을 사용하여 가열하는 것도 가능하다.
또한, 상기 2차 가열 단계에서는 코일 사이의 간격을 50mm 이상, 70mm 이하로 배치시켜 가열하는 것도 가능하다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법에 의하면, 코팅막의 용융점 이상의 온도에서 고주파 가열을 하여도 코팅막이 모재에서 밀리지 않고 산화피막을 형성하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 고주파 가열에 의한 코팅막의 밀림이 나타난 사진,
도 2는 핫스탬핑 공정에 의한 강판의 단면사진,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법을 나타낸 흐름도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법에 대한 시간-온도 그래프,
도 5a는 본 발명에서 사용된 종방향 자계 가열 방식(LFIH)의 고주파 가열 방식에 대한 개념도,
도 5b는 본 발명에서 사용된 수직형 자계 가열 방식(TFIH)의 고주파 가열 방식에 대한 개념도,
도 6a는 종래의 가열 방법 및 1차 가열 단계(S10)에서 가열 시 강판에 가해지는 전자기력의 크기를 표현한 개념도,
도 6b는 본 발명의 2차 가열 단계(S20)에서 가열 시 강판에 가해지는 전자기력의 크기를 표현한 개념도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법은, 1차 가열 단계(S10), 2차 가열 단계(S20) 및 3차 가열 단계(S30)를 포함한다.
상기 1차 가열 단계(S10)에서는 강판(100)을 1차 목표온도(T1)까지 1차 승온속도(V1)로 고주파 가열한다. 이때 본 발명에서 상기 강판(100)은 철(Fe)계 모재(110)에 알루미늄(Al) 소재의 코팅막(120)이 형성되어 있다(도 2 참조). 철은 높은 인장강도를 가지고 있고, 핫스탬핑 공법에 의하여 가공할 경우 150kg/㎟ 이상의 초고강력강으로 만들 수 있다. 또한, 본 발명에서 상기 코팅막(120)은 규소알루미늄(Al-Si) 계열의 알루미늄 소재를 사용한다. 알루미늄 소재는 철(Fe)과 반응하여 상기 코팅막(120)과 상기 모재(110) 사이에 산화피막(130)을 생성시켜 상기 강판(100)의 내식성을 증가시키는 효과가 있다.
도 5a에는 종방향 자계 가열 방식(LFIH)의 고주파 가열 방식에 대한 개념도가 도시되어 있다. 고주파 가열은 고주파수(1KHz 이상)의 전류가 흐르는 코일(210) 안으로 상기 강판(100)을 놓고, 이를 통과시키면 전자기유도현상에 의하여 상기 코일(210)로부터 발생하는 자계를 상쇄하는 방향으로 상기 강판(100)에 자계를 유도하는 와전류(I1)가 발생한다. 이때 이 전류에 의하여 상기 강판(100) 자체의 저항(R)과의 관계에서 전력량(단위 시간에 따른 에너지 소모량) P1=I1 2R의 전기 에너지가 열로 전환되면서 상기 강판(100)의 온도가 상승된다.
상기 1차 가열 단계(S10)에서는 5초 이상, 10초 이하의 시간동안 1차 목표온도(T1)인 상기 코팅막(120)의 용융점 이하의 온도까지 가열한다. 한편, 본 발명에서는 상기 코팅막(120)의 용융점 이하의 온도는 530°C이상, 570°C이하의 온도인 것이 바람직하다. 530°C 미만의 경우에는 상기 2차 가열 단계(S20)에서 가열을 하여야 하는 시간이 길어지고, 그에 따라 가열에 필요한 설비라인이 길어지므로 비효율적이다. 또한, 570°C를 초과하는 경우에는 상기 코팅막(120)이 미리 용융되는 문제가 발생될 수 있다.
결과적으로, 상온(20°C)에서 가열을 시작한다고 가정하면, 5초 이상 10초 이하의 시간동안 530°C이상, 570°C이하의 온도까지 가열하므로, 상기 1차 승온속도(V1)는 51°C/s이상 110°C/s이하가 된다.
상기 2차 가열 단계(S20)에서는 상기 1차 가열 단계(S10)를 통과한 상기 강판(100)을 2차 목표온도(T2)까지 2차 승온속도(V2)로 고주파 가열한다. 이때, 본 발명에서는 상기 코일(210)에 인가되는 전류를 상기 1차 가열 단계(S10)보다 낮추어 상기 강판(100)에서 발생하는 와전류(I2)를 낮춘다. 따라서 상기 강판(100)에서 열 에너지로 전환되는 전력량 P2=I2 2R이 감소하고, 상기 2차 승온속도(V2)는 상기 1차 승온속도(V1)보다 작아진다.
한편, 본 발명에서는 고주파 가열시 발생되는 전자기력(F)이 상기 코팅막(120)과 상기 모재(110) 사이의 결합력(f)보다 작도록(F<f) 인가전류를 조정한다.
금속에 고주파 가열을 하는 경우에는 전자기유도현상에 의한 금속의 가열이 가능한 반면, 상기 코일(210)에 인가되는 전류에 의하여 자기장(B)이 생성되고, 속도(v)로 이송되는 금속의 전하(q)에 전자기력(로렌츠 힘:F＝qv×B)이 가해진다. 금속이 고체상태일 경우에는 전자기력(F)이 가해진다고 하더라도 입자간 결합력이 강하여 영향이 없으나, 금속이 용융된 후에는 전자기력(F)에 의하여 액체상태의 금속의 전하(q)가 이동된다. 따라서 상기 코팅막(120)의 용융점을 초과하는 온도에서 고주파 가열하면 용융된 상기 코팅막(120)이 전자기력(F)에 의하여 이동되면서 상기 모재(110)와 분리되어 뭉치거나 흘러내리는 현상이 발생할 수 있다. 이 경우 상기 코팅막(120)의 두께가 일정하지 않아 상기 강판(100)의 표면이 울퉁불퉁하게 된다(도 1 참조).
따라서 본 발명에서는 전자기력(F)을 낮추어 상기 코팅막(120)의 입자간 결합력 또는 상기 코팅막(120)과 상기 모재(110) 사이의 결합력(f)보다 작도록 인가전류를 조정하고, 그 결과 상기 강판(100)에서 발생하는 와전류(I2)가 작아지며, 상기 2차 승온속도(V2)는 상기 1차 승온속도(V1)보다 감소된다.
상기 2차 가열 단계(S20)에서는 10초 이상, 25초 이하의 시간동안 2차 목표온도(T2)인 상기 강판(100)의 강자성체의 성질을 잃는 온도(큐리온도)까지 가열한다. 10초 미만의 시간동안 상기 2차 목표온도(T2)까지 가열하면 상기 코팅막(120)이 전자기력(F)에 의하여 상기 모재(110)와 분리되어 뭉치거나 흘러내리는 현상이 발생할 수 있고, 25초를 초과하는 시간동안 상기 2차 목표온도(T2)까지 가열하면 가열에 필요한 설비라인이 길어지므로 효율성이 떨어진다.
한편, 본 발명에서 상기 강판(100)이 강자성체의 성질을 잃는 온도(큐리온도)는 730°C이상, 770°C이하가 바람직하다. 730°C 미만의 경우에는 상기 3차 가열 단계(S30)에서 가열을 하여야 하는 시간이 길어지고, 그에 따라 가열에 필요한 설비라인이 길어지므로 비효율적이다. 또한, 770°C를 초과하는 경우에는 상기 강판(100)이 강자성체의 성질을 잃게되어 종방향 자계 가열 방식(LFIH)의 고주파 가열 방법 하에서는 가열 효율이 급격히 감소되는 문제가 발생한다.
따라서 상기 1차 목표온도(T1)에서부터 10초 이상 25초 이하의 시간동안 상기 2차 목표온도(T2)까지 가열하므로, 상기 2차 승온속도(V2)는 6.4°C/s이상 24°C/s이하가 된다.
한편, 도 6a 및 도 6b를 참고하면, 본 발명의 상기 2차 가열 단계(S20)에서는 상기 1차 가열 단계(S10)에서 사용한 코일(210a)보다 권선간격(코일의 폭 및 코일 간의 간격)이 큰 코일(210b)을 사용하여 가열한다. 이때 본 실시예에서는 폭이 70mm 이상, 90mm 이하인 코일(210b)을 사용하고, 코일(210b) 사이의 간격을 50mm 이상, 70mm 이하로 배치시켜 가열하는 것이 바람직하다.
코일의 폭이 70mm 미만이거나 코일 간의 간격이 50mm 미만인 경우에는 상기 코팅막(120)이 뭉치거나 흘러내리는 현상이 발생될 수 있고, 코일의 폭이 90mm 초과이거나 코일 간의 간격이 70mm 초과인 경우에는 가열에 필요한 설비라인이 길어지므로 비효율적이다.
상기 1차 가열 단계(S10) 및 종래의 가열 방식에서는 10mm 내지 20mm의 폭을 가진 코일을 사용하고, 코일 사이의 간격을 50mm 미만으로 배치시켰다. 반면, 본 발명의 상기 2차 가열 단계(S20)에서는 상기 1차 가열 단계(S10)에서 사용한 코일(210a)보다 폭이 넓은 코일(210b)을 사용하고, 상기 1차 가열 단계(S10)에서 배치한 코일(210a)의 간격보다 넓은 간격으로 코일(210b)을 배치하여 균일한 상기 코팅막(120)을 형성시킬 수 있다.
도 6a에는 종래의 권선간격을 적용한 코일(210a)이 상기 강판(100)에 가하는 전자기력(F)의 크기가 표현되어 있다. 종래의 권선간격을 사용하여 상기 강판(100)을 가열할 경우에는 상기 강판(100)에 가해지는 단위면적당 전자기력(F)의 크기가 1.29×107 내지 9.09×107(N/m2)로 측정된다. 즉, 상기 강판(100)에 가해지는 전자기력(F)은 최대 7배의 편차가 발생되는 것이다. 이는 코일(210a)의 폭이 좁고, 코일(210a) 간의 간격이 좁은 경우에 단위 면적당 가해지는 전류-전력 밀도가 높아져 발생되는 현상이다. 따라서, 전자기력(F)이 균일하게 유지되지 않고 순간적으로 한 곳으로 집중되는 현상이 발생하여 상기 코팅막(120)이 뭉치거나 흘러내릴 수 있다.
반면 도 6b에서 도시한 바와 같이, 본 실시예를 적용한 경우에는 상기 강판(100)에 가해지는 단위면적당 전자기력(F)의 크기가 1.29×107 내지 2.59×107(N/m2)이다. 즉, 본 실시예에서는 코일(210b)의 폭을 넓히고, 코일(210b) 사이의 간격을 넓혀 단위면적당 전자기력(F)의 편차를 2배 이하로 감소시켰다. 따라서 본 실시예에 의하여 상기 강판(100)에는 상대적으로 균일한 전자기력(F)이 가해지므로 상기 코팅막(120)이 뭉치거나 흘러내리는 것을 방지할 수 있다.
참고로, 도 6b에 도시된 상기 강판(100)의 진행방향의 측단부에서 측정되는 전자기력(F)은 상기 강판(100) 전체가 받는 힘으로 상기 코팅막(120)의 뭉침 및 흘러내림과는 무관하다.
상기 3차 가열 단계(S30)에서는 상기 2차 가열 단계(S20)를 통과한 상기 강판(100)을 3차 목표온도(T3)까지 3차 승온속도(V3)로 고주파 가열한다. 이때 상기 3차 가열 단계(S30)에서는 수직형 자계 가열 방식(TFIH)으로 고주파 가열한다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 고주파 가열의 방식에는 종방향 자계 가열 방식(LFIH)과 수직형 자계 가열 방식(TFIH)이 있다. 도 5b를 참조하여 수직형 자계 가열 방식(TFIH)을 설명하면, 상기 강판(100)의 이송경로와 수직하게 두 개의 수직코일(220)을 이송경로의 상하로 배치시키고, 상기 강판(100)을 그 사이로 통과시킨다. 이때, 상기 수직코일(220)은 상기 강판(100)을 향하여 개방되어 있는 원형의 코일 형태이다. 따라서 전류가 인가되면, 상기 수직코일(220)들 사이에서 자기장이 발생되고, 이를 통과하는 상기 강판(100)에 전자기유도현상에 따른 와전류(I3)가 발생하며, 전력량 P3=I3 2R만큼의 에너지가 열로 변환되며 상기 강판(100)의 온도가 상승된다.
본 발명에서는 상기 1차 가열 단계(S10) 및 상기 2차 가열 단계(S20)에서는 종방향 자계 가열 방식(LFIH)으로 고주파 가열하고, 상기 3차 가열 단계(S30)에서는 수직형 자계 가열 방식(TFIH)으로 고주파 가열한다. 종방향 자계 가열 방식(LFIH)의 경우에는 철(Fe)과 같이 강자성체의 성질을 가지고 있는 경우에는 상기 코일(210)에서 발생되는 자기장을 잘 흡수하여 쉽게 가열이 이루어지는 반면, 비자성체의 성질을 가지고 있는 경우에는 상기 코일(210)에서 발생되는 자기장이 흡수되지 않아 가열 효율이 떨어진다. 한편, 수직형 자계 가열 방식(TFIH)의 경우에는 상기 강판(100)에 비자성체가 사용되더라도 상기 수직코일(220)에서 발생되는 자기장과 상기 강판(100)이 만나는 자기장의 수(자속)를 증가시켜 가열 효율을 증가시키는 효과가 있다.
그러므로 본 발명에서는, 큐리온도에 도달하기 전인 상기 1차 가열 단계(S10) 및 상기 2차 가열 단계(S20)에서는 종방향 자계 가열 방식(LFIH)으로 고주파 가열하고, 큐리온도 도달 후에는 수직형 자계 가열 방식(TFIH)으로 고주파 가열함으로써 가열 효율을 극대화시킬 수 있다.
상기 3차 가열 단계(S30)에서는 2초 이상, 5초 이하의 시간동안 3차 목표온도(T3)인 900°C 이상, 950°C이하까지 가열한다. 따라서 상기 2차 목표온도(T2)에서부터 2초 이상 5초 이하의 시간동안 상기 3차 목표온도(T3)까지 가열하므로, 상기 3차 승온속도(V3)는 26°C/s이상 110°C/s이하가 된다.
한편, 본 발명의 상기 3차 가열 단계(S30)는 3차 목표온도(T3)에 한정되지 않고, 필요에 따라 그 이상의 온도까지 온도를 상승시킬 수 있으며, 상기 3차 가열 단계(S30) 이후에 추가적인 상기 강판(100)의 가공과정을 추가시키는 것도 가능하다.
도 4의 그래프는 시간-온도 그래프로서, 시간의 흐름에 따라 상기 강판(100)의 승온 패턴을 나타내고 있다. 이때, 상기 1차 승온속도(V1)는 그래프의 0~t1구간의 기울기이고, 상기 2차 승온속도(V2)는 그래프의 t1~t2구간의 기울기이며, 상기 3차 승온속도(V3)는 그래프의 t2~t3구간의 기울기이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법은 에너지 효율이 높은 고주파 가열방법을 도입하여 110°C/s의 속도로 상기 강판(100)을 가열시킬 수 있고, 고주파 가열시 상기 코팅막(120)이 밀리는 현상을 방지할 수 있으며, 750°C이상의 구간에서 가열 효율이 감소하는 문제점을 극복할 수 있다.
또한, 상기 2차 가열 단계(S20)에서는 상기 1차 가열 단계(S10)에서 사용한 코일(210a)보다 권선간격(코일의 폭 및 코일 간의 간격)이 큰 코일(210b)을 사용하여 가열함으로써 상기 강판(100)에 가해지는 전자기력(F)의 편차를 감소시켜 상기 코팅막(120)이 뭉치거나 흘러내리는 현상을 방지시킬 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명은 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100 : 강판
110 : 모재
120 : 코팅막
130 : 산화피막
210, 210a, 210b : 코일
220 : 수직코일

Claims (9)

  1. 철(Fe)계 모재에 알루미늄(Al) 소재의 코팅막이 형성된 강판을 1차 목표온도까지 1차 승온속도로 고주파 가열하는 1차 가열 단계;
    상기 1차 가열 단계를 통과한 상기 강판을 2차 목표온도까지 2차 승온속도로 고주파 가열하여 상기 코팅막을 용융시킴으로써 상기 코팅막과 상기 모재의 계면에 산화피막을 형성시키되, 상기 2차 승온속도가 상기 1차 승온속도보다 작도록 가열하는 2차 가열 단계; 및
    상기 2차 가열 단계를 통과한 상기 강판을 3차 목표온도까지 3차 승온속도로 고주파 가열시키되, 상기 3차 승온속도가 상기 2차 승온속도보다 크도록 가열하는 3차 가열 단계;
    를 포함하는 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 2차 가열 단계에서는,
    고주파 가열시 발생되는 전자기력(F)이 상기 코팅막의 입자간 결합력 또는 상기 코팅막과 상기 모재 사이의 결합력(f)보다 작도록(F<f) 인가전류를 조정하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 1차 목표온도는,
    상기 코팅막의 용융점 이하의 온도인 530°C이상, 570°C이하인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 2차 목표온도는,
    상기 강판이 강자성체의 성질을 잃는 온도인 730°C이상, 770°C이하인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 2차 승온속도는,
    6.4°C/s 이상, 24°C/s 이하인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 1차 가열 단계 및 상기 2차 가열 단계는 종방향 자계 가열 방식(LFIH)으로 고주파 가열하고, 상기 3차 가열 단계는 수직형 자계 가열 방식(TFIH)으로 고주파 가열하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 2차 가열 단계에서는,
    상기 1차 가열 단계에서 사용한 코일보다 폭이 넓은 코일을 사용하고, 상기 1차 가열 단계에서 배치한 코일의 간격보다 넓은 간격으로 코일을 배치하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 2차 가열 단계에서는,
    폭이 70mm 이상, 90mm 이하인 코일을 사용하여 가열하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 2차 가열 단계에서는,
    코일 사이의 간격을 50mm 이상, 70mm 이하로 배치시켜 가열하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법.
KR1020160126380A 2016-05-09 2016-09-30 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법 KR101720501B1 (ko)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17796339.4A EP3456427B1 (en) 2016-05-09 2017-05-08 High-frequency heating method for hot stamping process
ES17796339T ES2908213T3 (es) 2016-05-09 2017-05-08 Método de calentamiento a alta frecuencia para proceso de estampación en caliente
JP2018517199A JP6549319B2 (ja) 2016-05-09 2017-05-08 ホットスタンピング工程用高周波加熱方法
CN201780005791.9A CN108472709B (zh) 2016-05-09 2017-05-08 用于热冲压成形工艺的高频加热方法
US16/068,382 US11014138B2 (en) 2016-05-09 2017-05-08 Induction heating method for hot stamping process
PCT/KR2017/004758 WO2017196039A1 (ko) 2016-05-09 2017-05-08 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법
BR112018014793-1A BR112018014793B1 (pt) 2016-05-09 2017-05-08 Método de aquecimento por indução de alta frequência para processo de estampagem a quente

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20160056435 2016-05-09
KR1020160056435 2016-05-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101720501B1 true KR101720501B1 (ko) 2017-03-28

Family

ID=58495839

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160126380A KR101720501B1 (ko) 2016-05-09 2016-09-30 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11014138B2 (ko)
EP (1) EP3456427B1 (ko)
JP (1) JP6549319B2 (ko)
KR (1) KR101720501B1 (ko)
CN (1) CN108472709B (ko)
ES (1) ES2908213T3 (ko)
WO (1) WO2017196039A1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019132125A1 (ko) * 2017-12-27 2019-07-04 주식회사 엠에스 오토텍 핫스탬핑 공정용 가열장치 및 가열방법
KR20210029750A (ko) * 2018-12-19 2021-03-16 주식회사 포스코 열간 성형용 알루미늄 도금강재의 가열 방법

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102366284B1 (ko) 2020-12-28 2022-02-23 현대제철 주식회사 핫 스탬핑 부품 및 그 제조방법
IT202200011072A1 (it) * 2022-05-26 2023-11-26 Danieli Off Mecc Apparato di ricottura per impianto di rivestimento di nastri metallici

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS521003B2 (ko) * 1974-03-28 1977-01-12
JPS5551184B2 (ko) * 1978-08-24 1980-12-23
KR101125069B1 (ko) * 2009-10-09 2012-06-13 주식회사 엠에스 오토텍 핫 스탬핑용 가열로 장치 및 블랭크 가열방법
KR20140124567A (ko) 2013-04-17 2014-10-27 (주)에프티이앤이 제어 시스템이 구비된 전기방사장치

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5840834B2 (ja) * 1978-05-26 1983-09-08 三菱電機株式会社 誘導加熱装置
US5808281A (en) * 1991-04-05 1998-09-15 The Boeing Company Multilayer susceptors for achieving thermal uniformity in induction processing of organic matrix composites or metals
US5922234A (en) * 1996-07-19 1999-07-13 Geneva Steel System apparatus and method for heating metal products in an oscillating induction furnace
US6455825B1 (en) * 2000-11-21 2002-09-24 Sandia Corporation Use of miniature magnetic sensors for real-time control of the induction heating process
JP4884606B2 (ja) * 2001-07-11 2012-02-29 新日本製鐵株式会社 加熱成形用鋼板の加熱方法
JP4912912B2 (ja) * 2007-02-16 2012-04-11 新日本製鐵株式会社 誘導加熱装置
KR20080112487A (ko) * 2007-06-21 2008-12-26 현대자동차주식회사 핫스탬핑용 블랭크의 가열방법
JP5476676B2 (ja) * 2008-04-22 2014-04-23 新日鐵住金株式会社 ホットプレス部材及びその製造方法
JP5201003B2 (ja) * 2008-04-30 2013-06-05 新日鐵住金株式会社 熱間プレス成形用鋼板の加熱装置及び加熱方法
WO2010085983A1 (en) * 2009-02-02 2010-08-05 Arcelormittal Investigacion Y Desarrollo S.L. Fabrication process of coated stamped parts and parts prepared from the same
DE102010020373A1 (de) * 2010-05-12 2011-11-17 Voestalpine Stahl Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Bauteils aus einem Eisen-Mangan-Stahlblech
ES2899474T3 (es) * 2011-04-01 2022-03-11 Nippon Steel Corp Componente de alta resistencia moldeado por estampación en caliente que tiene excelente resistencia a la corrosión después del metalizado
RU2598017C2 (ru) * 2012-04-18 2016-09-20 Ниппон Стил Энд Сумитомо Метал Корпорейшн Плакированный алюминием стальной лист, способ для горячей штамповки плакированного алюминием стального листа и деталь автомобиля
CN103878237B (zh) * 2014-03-24 2015-04-15 华中科技大学 一种高强钢热冲压成形零件加工的方法
KR20160003945A (ko) * 2014-07-01 2016-01-12 주식회사 새한산업 고주파 열처리와 핫 스탬핑을 이용한 성형장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS521003B2 (ko) * 1974-03-28 1977-01-12
JPS5551184B2 (ko) * 1978-08-24 1980-12-23
KR101125069B1 (ko) * 2009-10-09 2012-06-13 주식회사 엠에스 오토텍 핫 스탬핑용 가열로 장치 및 블랭크 가열방법
KR20140124567A (ko) 2013-04-17 2014-10-27 (주)에프티이앤이 제어 시스템이 구비된 전기방사장치

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019132125A1 (ko) * 2017-12-27 2019-07-04 주식회사 엠에스 오토텍 핫스탬핑 공정용 가열장치 및 가열방법
KR20210029750A (ko) * 2018-12-19 2021-03-16 주식회사 포스코 열간 성형용 알루미늄 도금강재의 가열 방법
KR102296589B1 (ko) * 2018-12-19 2021-09-02 주식회사 포스코 열간 성형용 알루미늄 도금강재의 가열 방법

Also Published As

Publication number Publication date
EP3456427A1 (en) 2019-03-20
WO2017196039A1 (ko) 2017-11-16
CN108472709B (zh) 2020-02-28
CN108472709A (zh) 2018-08-31
ES2908213T3 (es) 2022-04-28
BR112018014793A2 (pt) 2018-12-11
JP6549319B2 (ja) 2019-07-24
EP3456427A4 (en) 2020-01-01
BR112018014793A8 (pt) 2022-12-20
JP2018531486A (ja) 2018-10-25
US11014138B2 (en) 2021-05-25
EP3456427B1 (en) 2021-12-08
US20190022727A1 (en) 2019-01-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101720501B1 (ko) 핫스탬핑 공정용 고주파 가열 방법
US10442120B2 (en) System for adjusting the equilibrium temperature of an inductively-heated susceptor
AU2008215351B2 (en) Induction heating device
CN1973578B (zh) 通过感应加热对工件进行多频加热处理
EP1854335B1 (en) Induction heating device for a metal plate
JP2018531486A6 (ja) ホットスタンピング工程用高周波加熱方法
JP2007095651A (ja) 金属板の誘導加熱装置及び誘導加熱方法
CN101919306A (zh) 导电工件在具有通量补偿器的螺线管线圈中的受控电感应加热
JP4153895B2 (ja) 金属帯板の誘導加熱装置および誘導加熱方法
CN106688308A (zh) 金属带板的感应加热装置
JP4597715B2 (ja) 磁気加熱装置
Goldstein Magnetic flux controllers in induction heating and melting
JP2018048387A (ja) 連続溶融亜鉛めっき方法及び連続溶融亜鉛めっき装置
US11254063B2 (en) Inductive welding of plastic objects with electrically interrupted heating means
KR20190078788A (ko) 핫스탬핑 공정용 가열장치 및 가열방법
JP4303607B2 (ja) 鋼板の誘導加熱方法
KR101587065B1 (ko) 핫 스탬핑 소재의 가열장치 및 방법
BR112018014793B1 (pt) Método de aquecimento por indução de alta frequência para processo de estampagem a quente
JP4890278B2 (ja) 金属板の誘導加熱装置
JP2007247025A (ja) 誘導加熱コイルとコアの配置方法及コア

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200227

Year of fee payment: 4