KR101760224B1 - 압연된 스트립 재료로부터 생산품을 제조하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 압연된 스트립 재료로부터 생산품을 제조하는 방법으로서, 이하의 단계, 즉 시트 금속으로부터 스트립 재료를 압연하는 단계, 압연된 스트립 재료로부터 블랭크를 제작하는 단계, 블랭크를 성형 부품으로 성형하는 단계, 확산가능 수소의 최대 0.7ppm의 양이 세정에 의해 성형 부품에 도입되도록 성형 부품을 세정하는 단계, 및 부식 방지 코팅을 생성하기 위해 금속 코팅 재료로 성형 부품을 코팅하는 단계를 갖고, 코팅하는 단계는 전해질 용액을 갖는 침지 욕에서 실행되며, 성형 부품과 전해질 용액과의 사이에서 유동이 발생되는 방법에 관한 것이다.

Description

압연된 스트립 재료로부터 생산품을 제조하는 방법{METHOD FOR PRODUCING A PRODUCT FROM ROLLED STRIP MATERIAL}
본 발명은 압연된 스트립 재료로부터 생산품을 제조하는 방법 및 특히 자동차를 위한 구조적 구성요소로서의 압연된 스트립 재료로부터 형성되는 생산품에 관한 것이다.
DE 10 2004 037 206 A1로부터, 단일 요소로부터 형성되는 자동차를 위한 차체가 알려져 있다. 이를 위해, 개별 요소에 걸친 비하중(specific loading)의 분포 폭이 시트 두께 분포의 선택에 의해 감소되는, 일 방향을 따라 가변적인 시트 두께를 갖는 플렉서블 압연된(flexible rolled) 스틸 시트로부터 형성되는 단일 요소가 사용된다. 가변적인 두께를 갖는 이러한 시트 요소는 테일러 압연 블랭크(Tailor Rolled Blanks: TRB)라고도 불린다.
경량 설계 및 승객 보호를 위한 자동차 산업의 현재의 경향은 고강도 및 초고강도 차체 스틸의 사용이 증가되는 것이다. 이러한 개발의 과정에서, 특히 다중상 스틸 및 마르텐사이트 상 스틸이 사용된다. 후자의 스틸은 일반적으로 간접적 또는 직접적 열간 성형 방법에 의해 구조적 구성요소로 제작된다.
일반적으로, 자동차를 위한 구조적 구성요소에는 부식에 대해 시트 스틸을 보호하는 코팅이 제공된다. 그러나, 특히 열간 성형된 스틸 재료에 대해서는 신뢰할 수 있는 부식 방지의 실행이 어렵다. 열간 성형 전 또는 후에 코팅을 적용하는 것에 의한 서로 상이한 다양한 코팅 및 코팅 방법이 알려져 있다.
EP 2 327 805 A1로부터, 부식 방지 코팅을 갖는 시트 금속 부품을 제조하는 방법 및 제조 시설이 알려져 있다. 상기 방법은 이하의 단계, 즉 기재를 성형된 시트 금속 부품으로 성형하는 단계, 부식 방지 코팅을 생성하기 위해 성형된 시트 금속 부품을 전해 코팅하는 단계, 및 코팅된 성형 시트 금속 부품의 후속 열 처리 단계를 포함한다.
EP 2 412 848 A1로부터, 유사한 방법이 알려져 있으며, 여기서 아연-니켈-코팅이 성형된 시트 금속 부품에 부식 방지 코팅으로서 적용된다. 이에 의해, 시트 스틸 재료의 후속 수소 취화를 방지하는 얇은 니켈 층이 처음에 코팅 공정의 초기에 퇴적된다.
스틸 구성요소를 코팅하는 방법은 예를 들어 갈바니 아연 코팅(galvanic zinc coating)(전해아연도금(electrolytrogalvanising))이다. 아연도금 동안, 작업물은 아연 전해질에 담가진다. 아연으로 이루어진 전극들은, 그들의 금속이 작업물에 비해 덜 불활성(noble)이기 때문에, "희생 애노드"로서 작용한다. 아연도금될 작업물은 캐소드로서 작용하며, 이는 코팅 또한 캐소드 부식 방지물로서 지칭되는 이유이다.
추가적인 알려진 코팅 방법은 용융 아연도금(hot-dip galvanising), 열 분무(thermal spraying), 화염 분무(flame spraying), 고속 화염 분무, 아크 분무 또는 플라즈마 분무에 의한 아연 분무, 셰라다이징(sherardizing), 아연도금, 구성요소 표면 상에의 금속 분말의 정전 퇴적, 또는 가스 상으로부터의 추가적인 퇴적 방법(CVD)이다.
초고강도 구조적 구성요소를 위한 산업 규모 코팅 방법에 대하여, 열간 성형 전에 적용된 코팅의 부식 방지는 열간 성형 전 및 후에 코팅 시스템에 작용하는 온도로 인해 구성요소 및 코팅의 특징을 부정적으로 변화시키는 것이 문제이다. 이는 구성요소의 땜납 크래킹(cracking) 및 미세 균열로 이어질 수 있고, 작업물의 재료 특성에 부정적인 영향을 준다. 열간 성형 후에 적용되는 코팅 시스템 및 화염 분무 및 셰라다이징 같은 방법은, 층 두께가 큰 변동을 나타내고 방법이 전체적으로 매우 복잡하다는 큰 단점을 갖는다.
액상으로부터의 구성요소의 전체 표면 일괄식(batch) 아연도금(용융 아연도금)과 관련하여, 420℃ 초과의 아연도금 온도는 구성요소의 강도를 감소시킨다. 전해 용융 아연도금과 관련하여, 앞선 세정(cleaning) 공정 및 갈바니 코팅 공정에 의해 구성요소에 수소가 도입되는 위험이 존재한다. 도입된 수소는 고강도의 구성요소에 재료 파손을 초래할 수 있다.
이로부터, 본 발명의 목적은 특정한 우수한 부식 방지를 제공하는 압연된 스트립 재료로부터 생산품을 제조하는 방법을 제안하는 것이다.
해결책은 이하의 단계, 즉 시트 금속으로부터 스트립 재료를 압연하는 단계, 압연된 스트립 재료로부터 블랭크를 제작하는 단계, 블랭크를 성형 부품으로 성형하는 단계, 최대 0.7ppm의 양의 확산가능 수소가 세정에 의해 성형 부품에 도입되도록 성형 부품을 세정하는 단계, 및 부식 방지 코팅을 생성하기 위해 금속 코팅 재료로 성형 부품을 코팅하는 단계를 갖는 압연된 스트립 재료로부터 생산품을 제조하는 방법이다.
장점은 세정 공정 동안 어떠한 확산가능 수소도 재료 안으로 도입되지 않거나 기껏해야 매우 작은 양만이 도입된다는 것이다. 이러한 방식에서, 스틸 재료의 원치않는 수소 취화가 방지될 수 있거나 적어도 감소될 수 있다. 일괄식 코팅, 즉 이미 커팅된 블랭크, 또는 그로부터 생성되는 성형 부품을 코팅하는 이점은, 코팅이 후속 열 처리 공정에 의해 부정적으로 영향을 받지 않는다는 것이다. 이는 또한 코팅의 품질에 대해 그리고 따라서 생성된 성형 부품의 내식성에 대해 유리한 효과를 갖는다.
바람직하게는, 세정은, 세정 공정 직전 및 직후에 측정된 확산가능 수소의 비율이 0.7ppm(parts per million) 미만, 특히 0.3ppm 미만, 바람직하게는 0.1ppm 미만, 또는 나아가 0.05ppm 미만이도록 실행된다. 세정 직전 및 직후는 각각 확산가능 수소의 함량이 재료에서 측정되기 10분 전 또는 10분 후까지의 시간 프레임을 포함할 수 있다.
생산품을 제조하기 위해, 바람직하게는 경화가능한 특히 망간 함유 스틸 재료가 사용된다. 이는 또한 예를 들어 니오븀 및/또는 티타늄 같은 추가적인 미소-합금화 원소를 함유할 수 있고, 이러한 미소-합금화 원소의 질량의 비율은 바람직하게는 총 질량의 최대 1000ppm이다. 붕소 및/또는 바나듐 같은 추가적인 미소-합금화 원소가 작은 질량 비율로 추가될 수 있다. 사용가능한 스틸 재료의 예는 17MnB5, 22MnB5, 26MnB5 또는 34MnB5이다. 기재(스트립 재료)는 바람직하게는 적어도 450MPa 및/또는 최대 850MPa의 인장 강도를 갖는다. 완성된 성형 부품은 적어도 부분적인 영역에서 적어도 1100MPa, 바람직하게는 적어도 1300MPa, 특히 바람직하게는 나아가 1500MPa의 최종 인장 강도를 가질 수 있다.
가능한 실시형태에 따르면, 압연은 플렉서블 압연으로서 실시되고, 스트립 재료의 길이를 따라 가변적인 두께가 생성된다. 압연 공정은 길이를 따라 균일한 두께를 갖는 스틸 스트립이 길이를 따라 가변적인 두께를 갖는 스트립 재료로 압연되는 플렉서블 압연을 의미한다. 플렉서블 압연 전의 시작 두께는 8mm 이하일 수 있다. 플렉서블 압연을 위한 스트립 재료로서, 열간 (압연된) 스트립 또는 냉간 (압연된) 스트립이 사용될 수 있고, 이러한 용어는 기술적 용어의 의미로 이해되어야 한다. 열간 (압연된) 스트립은 사전 가열에 후속하는 압연에 의해 생성되는 압연된 스틸 생산품(스틸 스트립)이다. 냉간 (압연된) 스트립은 냉간 압연된 스틸 스트립(평평한 스틸)이고, 마지막 두께 감소는 사전 가열 없이 압연에 의해 실행된다. 플렉서블 압연 후에, 스트립 재료는 예를 들어 가장 두꺼운 지점에서 6.0mm 이하의 두께를 가질 수 있다.
바람직하게는, 플렉서블 압연은, 상이한 두께를 갖는 적어도 두 개의 부분이 생성되도록 실행되고, 제2 부분의 제2 두께에 대한 더 얇은 제1 부분의 제1 두께의 비는 0.8보다 작고, 특히 0.7보다 작으며, 바람직하게는 0.6보다 작다. 그러나, 완성된 생산품의 요건에 따라, 원칙적으로 상이한 두께를 갖는 임의의 의도적인 수의 부분이 생성될 수 있을 것으로 이해된다. 두께는 특히 구성요소의 하중이 적어도 실질적으로 균일하도록 또는 하중 피크가 방지되거나 적어도 감소되도록 길이를 따라 조정된다.
제작하는 단계는 개념적으로 스트립 재료로부터 블랭크 또는 형태 절취부를 생성하는 임의의 유형을 의미한다. 이는 펀칭 또는 커팅 같은 기계적인 커팅 또는 레이저 커팅에 의해 행해질 수 있다. 블랭크는 특히 스트립 재료로부터 분리되는 직사각형 시트 패널을 말한다. 형태 절취부는 외부 윤곽이 이미 최종 생산품의 형태로 맞춰진 스트립 재료로부터 제작된 시트 요소인 것으로 이해된다. 형태 절취부 또는 블랭크의 생성 동안, 추가적으로 처리되지 않는 스트립 재료에는 에지가 남아 있을 수 있으며, 스트립 재료를 조각들로 간단히 커팅할 수도 있는데, 이때는 에지가 남지 않는다. 이 개시물에서, 용어 블랭크는 형태 절취부와 직사각형 블랭크에 대해 일률적으로 사용된다.
위에서 언급된 방법 단계 전, 중, 또는 후에 추가적인 단계가 부가적으로 실행될 수 있음이 명백하다. 예를 들어, 스트립 재료의 열 처리가 플렉서블 압연 전에 실행될 수 있다. 플렉서블 압연 후에, 스트립 직선화(straightening)가 제공될 수 있다. 또한, 작업물의 헹굼 및/또는 산세(표면 활성화) 같은 사전-처리가 코팅 공정 전에 제공될 수 있다. 코팅 공정 후에, 추가적인 열 처리가 실행될 수 있다.
가능한 방법 실시형태에 따르면, 성형 부품의 세정이 기계적으로 실행된다. 이는, 성형 공정 후에 존재하는 원치 않는 오염물이 표면으로부터 기계적으로 제거되는 임의의 처리를 의미한다. 기계적인 세정의 이점은 원치 않는 수소가 작업물 안으로 도입되지 않는다는 것이다. 바람직하게는, 성형 부품은 블라스팅 또는 브러싱된다. 커런덤(corundum)에 의한 또는 드라이 아이스(CO2)에 의한 블라스팅인 숏 블라스팅이 블라스팅을 위한 방법으로서 사용될 수 있다. 숏-블라스팅을 위해, 0.7 내지 0.9mm의 바람직한 볼 직경을 갖는 스틸 볼이 사용될 수 있다. 블라스팅 공정에 의해, 블라스팅되지 않은 조건에서보다 더 거친 표면이 생성되고, 이는 후속하여 적용되는 코팅의 부착 특성에 대해 유리하다. 그러나, 원칙적으로, 성형 부품의 세정은, 확산가능 수소(H)의 최대 0.7ppm, 특히 0.1ppm, 특히 최대 0.05ppm의 비율이 세정 공정에 의해 성형 부품에 도입되도록 상이한 방식으로 실행되는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 세정은 대안적인 방법 단계로서 산세에 의해 실행될 수 있다. 제1 방법 변형은 애노드 산세이며, 여기서 성형 부품은 침지 욕에 담가지며, 직류의 영향 하에 스케일 및 다른 불순물의 제거가 일어난다. 대안적인 방법 변형에 따르면, 스케일 및 다른 불순물의 제거는 순수하게 화학적으로, 예를 들어 억제된 산세에 의해 일어날 수 있다.
제1 방법 실시형태에 따르면, 작업물의 성형은 열간 성형을 포함한다. 성형 공정은, 성형 공정 전에 작업물이 오스테나이트화 온도 위로 가열되고 적어도 부분적인 영역이 성형 공정 동안 경화되는 열간 성형으로 이해된다. 가열은 적절한 가열 장치, 예를 들어 오븐에서 실행된다. 열간 성형은, 제1 가능성에 따라, 블랭크를 사전-성형 구성요소로 냉간-사전성형하고, 냉간 사전성형된 구성요소의 적어도 부분적인 영역을 오스테나이트화 온도까지 후속하여 가열하고 뿐만 아니라 생산품의 최종 윤곽을 생성하기 위해 후속하여 열간 성형하는 하위 단계를 포함하는 간접적인 공정으로서 실행될 수 있다. 오스테나이트화 온도는 적어도 부분적인 오스테나이트화(페라이트 및 오스테나이트의 2-상 범위의 구조)가 존재하는 온도 범위로서 이해된다. 또한, 예를 들어 부분적인 경화를 가능하게 하기 위해 블랭크의 부분적인 영역만을 오스테나이트화하는 것이 또한 가능하다. 열간 성형은 또한, 제2 가능성에 따라, 블랭크의 적어도 부분적인 영역이 오스테나이트화 온도로 직접적으로 가열되고 그 후 하나의 단계에서 요구되는 최종 윤곽으로 열간 성형되고 경화되는 직접적인 공정으로서 실행될 수 있다. 이 경우에 앞선 (냉간) 사전성형은 실행되지 않는다. 또한, 직접적인 공정에서, 부분적인 경화는 부분적인 영역의 오스테나이트화에 의해 달성될 수 있다. 양쪽 모두의 공정에 대해, 구성요소의 부분적인 영역의 경화는 상이한 냉각 속도를 가능하게 하는 상이하게 템퍼링된 공구에 의해 또는 수개의 공구 재료의 사용에 의해서도 가능하다. 후자에서, 전체 블랭크 또는 전체 구성요소는 완전히 오스테나이트화될 수 있다.
대안적인 방법 실시형태에 따르면, 시트 블랭크는 냉간 성형될 수도 있다. 냉간 성형은 블랭크가 성형 공정 전에 목표된 방식으로 가열되지 않는 성형 공정으로서 이해된다. 성형은 따라서 실온에서 일어나고, 블랭크는 도입된 에너지의 분산에 의해 가열된다. 냉간 성형은 특히 연질의 차체 스틸을 성형하기 위한 공정으로서 사용된다. 냉간 성형에 후속하여, 성형 부품은 선택적으로 경화될 수 있다.
성형 공정 동안 및 후에, 통합된 또는 별도의 방법 단계로서 열 처리가 제공될 수 있고, 여기서 상이한 연성을 갖는 영역이 작업물에서 생성된다. 연성은 손상 또는 균열 형성이 없는 스틸 재료의 성형성이다. 연성은 예를 들어 인장 시험에서 파괴(fracture) 시의 수축 또는 파단(break) 시의 연신에 의해 평가될 수 있다. 부분적인 영역에서의 증가된 연성은 유리한 방식으로 상기 영역에서의 감소된 에지 균열 감수성 및 재료의 용접성의 향상을 가져온다.
연성은 특히 성형 부품의 하나 이상의 제1 영역이 적어도 800MPa의 더 큰 항복 강도를 갖고 그리고/또는 하나 이상의 제2 영역이 최대 800MPa의 더 낮은 항복 강도를 갖도록 선택될 수 있다. 강도는 제1 영역에서 최대 1100MPa일 수 있고 그리고/또는 제2 영역에서 적어도 1100MPa일 수 있다.
상이한 연성의 영역을 생성하기 위해, 상이한 방법 실시형태가 가능하다. 제1 가능성에 따르면, 성형 공정 전에 실행되는 열 처리 동안 작업물에 온도 구배가 생성될 수 있다. 예를 들어 오븐에서 실행될 수 있는 열 처리 후에, 더 높거나 더 낮은 온도를 갖는 영역이 존재한다. 후속하는 성형 공정은 그 후 더 높은 온도를 갖는 영역에서 증가된 연성 및 더 낮은 강도를 가져오고, 한편 더 낮은 온도의 영역에서 각각 더 낮은 연성 및 더 높은 강도가 생성된다. 대안적으로, 예를 들어 미리 완전히 열 처리된 작업물의 부분적인 영역이 성형 공구 안으로의 삽입 전에 냉각되도록 열 처리와 성형 공정 과의 사이의 전달 공정 동안 작업물에 온도 구배가 생성될 수 있다. 추가적인 가능성에 따르면, 연성은 예를 들어 공구의 부분적인 영역을 상이하게 템퍼링함으로써 성형 공정 동안 조정될 수도 있다. 이를 위해, 성형 공구는 냉각 매체가 유동하는 채널과 같은 각각의 수단을 가질 수 있다. 공구의 냉각된 영역에서, 성형 부품에 더 높은 강도 및 더 낮은 연성이 생성되고, 대응하여 성형 공구의 더 뜨거운 영역은 더 낮은 강도 및 더 높은 연성의 형성을 유발한다. 추가적인 가능성에 따르면, 높은 연성의 영역은 코팅 공정 동안, 특히 용융 아연도금에 의해 생성될 수 있다. 이 경우, 액체 코팅 재료의 고온은 코팅된 영역에 연질화를 가져오고 따라서 더 높은 연성을 가져온다.
열 처리 단계가 성형 공정 전, 중 또는 후에 통합된 또는 별도의 방법 단계로서 실행될 수 있고, 코어 영역에서보다 더 낮은 경도를 갖는 표면 영역이 작업물에 생성된다. 이는, 두께에 걸쳐 기재에서 합금화 구성요소의 고갈이 유발되는, 즉 탄소 또는 망간 같은 합금화 구성요소의 비율이 표면 영역에서보다 스트립 재료의 코어 영역에서 더 큰, 목표된 표면 탈탄에 의해 달성될 수 있다. 바람직하게는, 고갈된 영역은 코어 영역에 비해 적어도 50 HV0.1까지 감소된 경도를 갖는다. 합금화 원소의 고갈은 예를 들어 갈바닐링(galvannealing) 처리 동안의 열 처리에 의해 또는 AC1-온도 위로의 가열에 의해 달성될 수 있다. 표면 탈탄의 정도는 오븐에서의 공정 파라미터에 의해 결정된다. 특히 오븐 내의 분위기, 즉 오븐 내의 가스 혼합물 또는 온도 또한 거기에 고려된다.
코팅 공정은 특히 적어도 50 질량% 아연, 바람직하게는 적어도 90 질량% 아연의 비율을 갖는 코팅 재료로 실행되고, 아연 함량은 100%(순수 아연 코팅)일 수도 있다.
제1 방법 실시형태에 따르면, 코팅은 갈바니적으로(galvanically)(전해적으로) 적용될 수 있다. 이를 위해, 활성화될 때, 금속 이온을 전해질에 방출하는 코팅 재료로부터, 즉 순수 아연으로부터 또는 아연 및 다른 합금화 원소로부터 애노드가 사용된다. 대안적으로, 또한 형태-안정 애노드가 사용될 수 있으며, 이 경우 코팅 재료는 이미 전해질에 용해되어 있다. 아연 이온 및 적용가능한 경우에는 추가적인 합금화 원소의 이온이 캐소드로서 연결되는 성형 부품에 원자로서 퇴적되고 코팅을 형성한다. 코팅 공정은 바람직하게는 연속 공정에서 전해질 용액을 갖는 침지 욕에 작업물을 담금으로써 실행되고, 성형 부품과 전해질 용액과의 사이에서 유동이 발생된다. 성형 부품과 전해질 용액과의 사이에 제공되는 유동에 의해, 전해질 빈곤화가 회피되고 따라서 작업물로의 원치 않는 수소 도입이 회피된다. 유동은 일반적으로 전해질에 대해 성형 부품을 이동시킴으로써 그리고/또는 성형 부품에 대해 전해질을 이동시킴으로써 달성될 수 있다. 연속 공정을 사용함으로써, 즉 작업물의 연속 이동에 의해, 코팅 공정의 우수한 재현성과 작업물의 표면에 걸친 균일한 코팅이 달성될 수 있다. 그러나, 진전이 일시적으로 정지되는 일시적인 중단이 예를 들어 체인 이송기 시스템에 존재할 수 있기 때문에, 이러한 중단이 특정 정도로 또한 포함되어야 한다. 성형 부품이 장치에 의해 침지 욕을 통해 이동되도록, 즉 성형 부품이 침지 욕 및 전해질 용액에 대해 이동되도록 유동이 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 전해질 용액의 유동은 코팅 시설의 적절한 설계에 의해 생성될 수 있다. 이를 위해, 코팅 시설에는 전해질 용액을 작업물에 대한 유동 이동으로 교반시키는 펌프가 제공될 수 있다. 바람직하게는, 전해질 용액은 분출물로 성형 부품에 분출되며, 이는 작업물의 표면에 대해 90° ± 45° 이하의 분출 각도로 행해질 수 있다. 일반적으로, 전해질 용액에 전류 밀도의 불균일한 분포가 존재할 수 있다. 따라서, 전해질 용액의 유동은 전류 밀도의 균일한 분포가 발생되도록 작업물에 대해 조정될 수 있다.
가능한 방법 실시형태에 따르면, 코팅 공정은 코팅될 성형 부품이 적어도 하나의 단계에서 펄스화된 전류에 노출되도록 실행될 수 있다. 대안적으로 또는 부가적으로, 성형 부품은 또한 펄스화되지 않은 전류에 노출될 수 있다. 더 구체적으로, 전해질 용액에 의한 코팅 단계는 특히 이하의 하위 단계, 즉 제1 작업장소에서 전해질 용액이 성형 부품을 코팅하기 위한 펄스화된 전류에 노출되고, 이후의 제2 작업장소에서 전해질 용액이 성형 부품을 코팅하기 위한 펄스화되지 않은 전류에 노출되는 단계를 포함할 수 있다. 펄스화된 그리고 펄스화되지 않은 전류에 의한 처리에 대해 역순이 또한 가능한 것으로 이해된다. 제1 단계에서의 한 쌍의 애노드의 펄스화된 전류 공급에 의해, 예를 들어 1 내지 2 마이크로미터의 층 두께를 가질 수 있는 나노결정질 층 구조가 달성된다. 따라서, 코팅은 녹의 형성이 방지되도록 작업물에 근접하는 특별한 미세 과립상을 갖는다.
대안적인 방법 실시형태에 따르면, 코팅 공정은 또한, 성형 부품이 적어도 350℃, 바람직하게는 적어도 420℃ 및/또는 최대로는 스틸 재료의 AC1-온도, 바람직하게는 최대 600℃의 온도를 갖는 용융된 코팅 재료의 담금 욕에 담가지는, 용융 아연도금을 포함할 수 있다. 이러한 방식에서, 코팅된 영역은 도입된 열로 인해 연화되어, 재료는 코팅되지 않은 영역보다 더 높은 연성을 얻는다. 코팅 재료는 바람직하게는 상기와 같이 구성되는데, 즉 적어도 50 질량%의 아연 비율을 갖고, 필요한 경우에는 추가적인 합금화 원소를 갖는다. 추가적인 가능한 코팅 방법은 화염 분무 또는 화학적 증착(CVD)이다.
코팅 공정 전 또는 후의 추가적인 방법 단계로서, 코팅된 성형 부품의 열 처리가 210℃ 초과, 특히 220℃ 초과, 바람직하게는 230℃ 초과의 온도에서 부가적으로 실행될 수 있다. 열 처리를 위한 최대 온도는 바람직하게는 스틸 재료의 AC1-온도 이하이며, 특히 400℃를 초과하지 않는다. 유출 어닐링이라 칭할 수도 있는 열 처리는 작업물의 내부 응력 또는 경화된 구성요소 내의 응력 피크를 감소시키고, 또는 파괴 변형을 증가시킨다. 동시에, 수소 유출은 선택된 온도에 의해 가속화되고, 따라서 전체적으로 완성된 생산품에서 더 낮은 수소 취화가 달성된다. 열 처리는 수 초 내지 3 시간의 시간 프레임에서 실행될 수 있다. 또한, 열 처리는 코팅 공정 후 또는 개별 코팅 공정 단계 사이에서 일어날 수 있다. 코팅 공정 후의 열 처리는 성형 부품의 건조를 유리한 방식으로 가속시키고, 고 강도 스틸을 사용할 때, 파괴 시의 연성 및 연신에 관한 재료 특성은 어닐링에 의해 향상된다.
위에서 언급된 목적을 위한 해결책은 또한 위에서 언급된 방법에 따라 플렉서블 압연된 시트 스틸로부터 생성되는 생산품이다. 따라서, 성형 부품의 코팅된 표면에 걸친 부식 방지 코팅의 균일한 층 두께의 상기 이점 및 수소 취화의 더 낮은 위험이 달성된다. 성형 부품은 상기 방법 단계 중 하나 이상에 따라 생산될 수 있고, 따라서 그와 관련된 단계 및 이점에 관하여 상기 설명을 참조한다.
전반적으로, 본 발명에 따르면, 시트 두께 및 적용된 부식 방지 시스템에 의해 경량 설계, 충돌 특성 및 수명(부식 방지)에 관한 요건에 이상적으로 적응되는 성형 부품이 생산된다. 성형 부품은 자동차의 임의의 차체 구성요소, 예를 들어 A 필라, B 필라, 또는 C 필라 같은 구조적 구성요소일 수 있다.
이하, 도면에 의해 바람직한 실시형태를 설명한다.
도 1은 플렉서블 압연된 스트립 재료로부터 생산품을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법을 공정도로서 개략적으로 나타낸다.
도 2는 코팅의 방법 단계를,
A) 측면도로,
B) 도 2a의 절단 선 A-A에 따른 단면도로
상세사항으로서 개략적으로 나타낸다.
도 1 및 도 2를 이하에서 함께 설명한다. 방법 단계 V1에서, 시작 조건에서 코일로 감겨 있는 스트립 재료는 압연 방식으로, 즉 특히 플렉서블 압연에 의해 처리된다. 이를 위해, 플렉서블 압연 전에 길이를 따라 실질적으로 균일한 시트 두께를 갖는 스트립 재료는 압연 방향을 따라 가변적인 시트 두께를 얻도록 압연기에 의해 압연된다. 압연 동안, 공정은 감시되고 제어되며, 시트 두께 측정으로부터 결정된 데이터는 압연 공정을 제어하기 위한 입력 신호로서 사용된다. 플렉서블 압연 후에, 스트립 재료는 압연 방향으로 상이한 두께를 갖는다. 스트립 재료는 또한 플렉서블 압연 후에 코일로 감겨서, 다음 공정 단계로 운반될 수 있다.
스트립 재료를 위한 재료는 예를 들어 17MnB5, 22MnB5, 26MnB5 또는 34MnB5 같은 경화가능 스틸 재료이다. 기재는 바람직하게는 적어도 450MPa 및 최대 850MPa의 인장 강도를 갖는다. 특정 구성요소에 대해, 기재는 두께에 걸쳐 합금화 구성요소의 고갈이 이루어지는데, 즉 탄소 또는 망간 같은 합금화 구성요소의 비율은 표면 영역에서보다 스트립 재료의 코어 영역에서 더 클 수 있다. 바람직하게는, 고갈된 영역은 코어 영역에 비해 적어도 50 HV0.1 만큼 감소된 경도를 갖는다. 합금화 원소의 고갈은 갈바닐링 처리 동안의 열 처리에 의해 또는 AC1-온도 위로의 가열에 의해 달성될 수 있다.
플렉서블 압연 후에, 스트립 재료는 스트립 직선화 장치에 의해 평활화될 수 있다. 평활화의 방법 단계는 선택적이며 생략될 수도 있다.
플렉서블 압연(V1) 및 평활화 후에, 개별 시트 블랭크가 다음 방법 단계(V2) 동안 스트립 재료로부터 각각 제작된다. 스트립 재료로부터의 시트 블랭크의 제작은 펀칭 또는 커팅에 의해 일어난다. 생산될 시트 블랭크의 형상에 따라, 시트 블랭크는 윤곽 절취부로서 스트립 재료로부터 펀칭될 수 있는데, 이때는 더 이상 사용되지 않는 스트립 재료의 에지가 남게 되고, 또는 스트립 재료는 간단히 부분적인 조각으로 커팅될 수 있다.
스트립 재료로부터 블랭크를 생산하고 나서, 요구되는 최종 생산품으로 블랭크를 형성하는 단계가 실행될 수 있다. 제1 가능성에 따르면, 블랭크는 열간 성형되거나 제2 가능성에 따르면 냉간 성형될 수 있다.
열간 성형이 직접적 또는 간접적 공정으로서 실행될 수 있다. 직접적인 공정에서, 블랭크는 성형 전에 오스테나이트화 온도(방법 단계 V3)로 가열되며, 이는 예를 들어 유도에 의해 또는 오븐에서 실행될 수 있다. 오스테나이트화 온도는 적어도 부분적인 오스테나이트화(페라이트 및 오스테나이트의 2-상 범위의 구조)가 존재하는 온도 범위로서 이해된다. 그러나, 또한 예를 들어 부분적인 경화를 가능하게 하기 위해 블랭크의 부분적인 영역만이 오스테나이트화될 수 있다.
오스테나이트화 온도로의 가열 후에, 가열된 블랭크는 성형 공구에서 성형되고 동시에 높은 냉각 속도로 냉각되며, 구성요소는 그 최종 윤곽을 얻고 동시에 경화된다. 열간 성형이라 불리는 이 공정은 방법 단계 V4로서 표현된다. 열간 성형의 특별한 형태는 고압에서 실행되는 프레스-경화이다.
간접적인 열간 성형을 위해, 블랭크는 오스테나이트화 전에 사전 성형을 받는다. 사전 성형은 블랭크의 냉간 조건에서 실행되며, 이는 사전 가열이 없는 것을 의미한다. 사전 성형 동안, 구성요소는 아직 최종 형상에 대응하지 않지만 그것에 근사하는 외형을 얻는다. 사전 성형 후에, 직접적인 공정으로서 오스테나이트화 및 열간 성형이 실행되고, 이때 구성요소는 최종 윤곽을 얻으며 경화된다.
형성 동안, 상이한 연성을 갖는 영역 및/또는 상이한 강도를 갖는 영역이 작업물에서 생성된다.
열간 성형(직접적 또는 간접적)이 제공되는 스틸 재료는 적어도 0.1질량% 내지 0.35질량%의 탄소 비율을 함유해야 한다. 열간 성형의 종류에 관계 없이, 완전한 작업물 또는 오직 부분적인 영역만이 경화될 수 있다. 오직 부분적인 영역만이 경화되도록 열간 성형이 실행될 때, 성형 부품은 감소된 강도를 갖는 영역을 갖고 동시에 증가된 인장 강도를 갖는 영역을 갖는다. 이러한 연질 영역에서만 후자의 방법 단계에서 코팅을 적용하는 것에 의해, 수소 취화의 위험이 감소된다.
성형 공정으로서의 열간 성형에 대한 대안으로, 블랭크는 냉간 성형될 수도 있다. 냉간 성형은 특히 본질적으로 1200MPa 미만의 강도를 갖는 연질 차체 스틸 또는 구성요소에 적합하다. 냉간 성형을 위해, 블랭크는 실온에서 성형된다.
성형(방법 단계 V4) 후에, 성형 부품은 방법 단계 V5에서 세정 공정을 받는다. 성형 부품의 세정은, 확산가능 수소(H)의 최대 0.7ppm, 특히 0.3ppm 이하, 바람직하게는 0.1ppm 이하, 또는 적절한 경우 0.05ppm 이하의 양이 성형 부품에 도입되도록 실행된다. 이를 위해, 원치 않는 오염물이 성형 부품의 표면으로부터 기계적으로 제거되거나, 산세를 사용할 때는 전기화학적으로 제거되는 바람직한 기계적인 세정 공정 또는 산세 공정이 제공된다. 기계적인 세정에 대해서는, 성형 부품을 세정하기 위해 특히 숏-블라스팅 또는 브러싱이 사용될 수 있고, 숏-블라스팅은 대략 0.7mm 내지 0.9mm의 입자 크기를 갖는 스틸 볼에 의해 바람직하게 실행된다. 숏-블라스팅에 의해, 성형 부품의 표면은 거친 표면을 얻고, 이에 의해 이후의 적용 코팅의 우수한 접착이 달성된다. 대안으로, 산세 공정이 사용될 수 있다.
세정 단계 후에, 다음 방법 단계(V6)에서, 예를 들어, 레이저에 의해 성형 부품의 최종 윤곽으로의 커팅이 실행될 수 있거나, 또는 부식 방지 보호로서의 성형 부품의 오일링(oiling)이 이후의 임시 저장을 위해 실행될 수 있다. 그러나, 작업물이 직접적으로 더 처리될 수 있는 경우, 오일링이 현저하게 실행되지는 않는다.
중간 단계(V6) 후에, 성형 부품에는 부식 방지가 제공된다. 이를 위해, 성형 부품은 수 개의 작업장소를 포함하는 전해 코팅 시설을 통과한다.
방법 단계(V7) 동안, 성형 부품은 처음에 헹굼된다. 헹굼 후에, 성형 부품은 방법 단계(V8) 동안 산세된다. 이를 위해, 성형 부품은 희석된 산으로의 담금에 의해 원치 않는 산화물이 제거된다.
산세 후에, 성형 부품에는 방법 단계(V9)에서 부식 방지 층이 제공된다. 코팅 공정을 위해, 바람직하게는 적어도 50질량%의 아연, 특히 적어도 90질량%의 아연의 비율을 갖는 코팅 재료가 사용되며, 순수 아연 코팅이 고려될 수도 있다. 코팅 재료는 추가적인 합금화 원소를 함유할 수도 있다.
코팅 단계는 성형 부품이 담가지는 전해질 용액에 의해 갈바니적으로 실행될 수 있다. 바람직하게는, 코팅 단계는 전해질 욕을 갖는 침지 욕에서 실행되고, 여기서 성형 부품과 전해질 용액과의 사이에서 유동이 발생된다. 대응하는 코팅 장치가 도 2a 및 도 2b에 개략적으로 도시되어 있다. 각각 수 개의 분출부(15)를 갖는 분출 바(14) 및 치수적으로 안정된 애노드(13)에 대해 공급 방향(R)으로 이동되는 성형 부품(12)을 볼 수 있다. 성형 부품(12)은 예를 들어 A필라, B필라 또는 C필라 같은 자동차의 차체의 구조적 구성요소 또는 다른 자체 부품일 수 있다. 애노드(13)는 창살의 형태로 형성되고, 따라서 애노드는 분출 장치(14)로부터 나오는 전해질 용액을 통과 유동시킬 수 있다. 분출 장치(14)는 침지 욕의 양측에 배치되고, 그 사이에서 성형 부품(12, 12')이 이동된다. 전해질 유동은 16으로 개략적으로 도시되어 있다. 전해질 유동은 성형 부품(12, 12')을 향해 보내지고 전해질 용액에서의 전류 밀도의 균일한 분포를 위한 역할을 하며 따라서 성형 부품(12, 12')의 표면의 균일한 층 구조를 위한 역할을 한다.
코팅이 연속적으로 실행된다면 방법의 우수한 재현성에 유리하며, 성형 부품(12, 12')과 전해질 용액과의 사이에서 유동이 생성된다. 유동은 주로 성형 부품(12, 12')을 침지 욕을 통해 이동시킴으로써 생성되고, 전해질 용액은 대안적으로 또는 부가적으로 펌프에 의해 성형 부품에 대한 유동 이동으로 설정될 수 있다. 전해질 코팅 공정을 위해, 전류가 애노드에 인가될 때 전해질 안으로 금속 이온을 방출하는 코팅 재료, 즉 순수 아연 또는 아연 및 다른 합금화 원소로 형성된 애노드(13)가 사용되거나, 또는 특별하게 코팅된 전도성 재료로 형성되는 치수적으로 안정적인 애노드가 사용된다(방출 스테이션 9). 아연 이온 및 적용 가능한 경우에는 추가적인 합금화 원소가 캐소드로서 연결되는 성형 부품(12, 12')에 원자로서 퇴적되고 부식 방지 코팅을 형성한다.
전해질 용액이 코팅을 생성하기 위해 적어도 하나의 하위 단계에서 펄스화된 전류에 노출된다면 유리하다. 예를 들어, 제1 부분적인 단계(V91)에서, 펄스화된 전류가 코팅 공정을 위해 사용될 수 있다. 따라서, 특히 예를 들어 1 내지 2마이크로미터의 두께를 갖는 미세한 입자 층이 작업물의 표면에 형성된다. 이후에, 제2 부분적인 단계(V92)에서, 부식 방지 층이 예를 들어 7 내지 8마이크로미터의 완료 두께에 도달할 때까지, 전해질 용액, 또는 애노드에 성형 부품을 코팅하기 위한 펄스화되지 않은 전류가 공급된다. 코팅 시설은 실제로는 개별적인 성형 부품(12, 12')이 종 방향(R)으로 연속적으로 이동되는 세장형 침지 욕이 제공되도록 형성될 수 있다. 이에 의해, 침지 욕의 제1 부분에서, 펄스화된 전류가 공급되는 제1 배열의 애노드(13)가 제공될 수 있고, 작업물이 이러한 제1 배열의 애노드를 지나 이동된다. 작업물의 공급 방향(R)으로 제1 부분 이후의 제2 부분에서, 제공된 애노드(13)는 펄스화되지 않은 전류에 노출되며, 작업물(12, 12')은 이러한 애노드를 지나 이동한다.
여기서 성형 부품의 갈바니 코팅 공정을 전해질 용액을 사용하여 설명한다. 그러나, 코팅 공정의 방법 단계(V9)는 대안적으로 용융 아연도금, 화염 분무 또는 화학적 증착(CVD)에 의해서도 실행될 수 있음이 명백하다.
코팅 공정의 종류에 관계없이, 성형 부품은 완전히 또는 또한 오직 부분적으로만 코팅될 수 있다. 성형 부품의 오직 부분적인 부분만이 코팅되는 경우, 지출 및 그에 따라 비용이 감소될 수 있고, 뿐만 아니라 필요한 경우 성형 부품을 다른 구성요소에 연결하기 위한 후속하는 용접 공정이 단순화될 수 있다. 또한, 수소가 코팅되지 않은 영역에서 용이하게 유출될 수 있고, 따라서 수소 취화의 위험이 감소된다. 이와 관련하여, 성형 부품 중 부식 위험 영역에만 부식 방지 코팅을 코팅하는 것이 유리하다. 이는 예를 들어 자동차의 점진적으로 습윤되는 영역이며 따라서 습윤 영역이라고도 불린다.
코팅 공정 후에, 성형 부품은 방법 단계 V10에서 선택적으로 헹굼된다.
헹굼 공정(V10) 후에, 성형 부품은 방법 단계 V11에서 열 처리될 수 있다. 열 처리는 원칙적으로 임의의 기술적으로 적절한 방식, 예를 들어 두 개의 방법 만을 예시하자면 일괄식 어닐링 공정에서 또는 유도 가열에 의해서도 실행될 수 있다. 열 처리는 210℃ 초과, 바람직하게는 220℃ 초과, 적용 가능한 경우에는 230℃ 초과의 온도에서 실행될 수 있다. 열 처리의 최대 온도는 바람직하게는 스틸 재료의 AC1-온도 미만, 특히 최대 400℃이다.
유출 어닐링이라 부를 수도 있는 열 처리에 의해, 작업물의 내부 응력 또는 경화된 구성요소의 응력 피크는 감소되고, 또는 파괴 변형은 증가된다. 동시에, 선택된 온도에 의해 수소 유출이 가속화되고, 따라서 전체적으로 더 낮은 수소 취화가 달성된다. 열 처리는 수 초 내지 3 시간, 적절한 경우에는 또한 3 시간 초과, 특히 6 내지 8 시간의 시간 프레임에서 실행될 수 있다. 코팅 공정 후의 열 처리는 구성요소의 건조를 가속화하고, 고강도 스틸을 사용할 때 연성 및 파괴 변형에 관한 재료 특성이 어닐링에 의해 향상된다.
본 발명에 따른 방법의 특징은, 전해 코팅(V9)이 플렉서블 압연(V1) 후, 블랭크의 커팅(V2) 후 및 성형(V4) 후에 실행된다는 것이다. 성형 부품에 퇴적된 코팅은 균일한 두께를 갖는데, 즉 작업물의 각각의 두께에 독립적이다. 또한, 더 강하게 압연된 영역은 부식을 신뢰 가능하게 방지하는 충분히 두꺼운 코팅을 갖는다. 추가적인 특징은 바람직하게는 기계적인 세정(V5), 또는 양극 또는 억제 산세에 의한 세정의 단계이며, 이에 의해 원치 않는 수소의 작업물로의 도입 및 그에 따른 수소 취화가 방지된다. 바람직하게는 230℃와 400℃와의 사이의 온도 범위에서의 상류 또는 하류 열 처리에 의해, 작업물의 내부 응력이 감소되고 수소 유출이 가속화되며, 이는 또한 재료의 더 낮은 수소 취화를 가져온다.
본 발명에 따른 방법은 변형될 수도 있음이 이해된다. 예를 들어, 여기 구체적으로 도시되지 않은 중간 단계가 언급된 단계들 사이에 제공될 수도 있다. 예를 들어, 성형 부품에는 전해 코팅 공정 전에 중간 층, 특히 니켈 층, 알루미늄 층 또는 망간 층이 제공될 수 있다. 이 중간 층은 표면의 추가적인 보호물을 형성하며 후속하여 적용되는 아연 함유 코팅의 부착을 향상시킨다.
V1 압연
V2 블랭크의 제작
V3 열 처리
V4 성형
V5 세정
V6 중간 단계
V7 헹굼
V8 산세
V9 코팅 단계
V91 제1 부분적인 코팅 단계
V92 제2 부분적인 코팅 단계
V10 헹굼
V11 열 처리
12 성형 부품
13 애노드
14 분출 장치
15 분출부
16 전해질 유동

Claims (16)

  1. 압연된 스트립 재료로부터 생산품을 제조하는 방법이며, 이하의 단계, 즉
    시트 금속으로부터 스트립 재료를 압연하는 단계(V1),
    압연된 스트립 재료로부터 블랭크를 제작하는 단계(V2),
    블랭크를 성형 부품으로 성형하는 단계(V4),
    최대 0.7ppm의 양의 확산가능 수소가 세정에 의해 성형 부품에 도입되도록 성형 부품을 세정하는 단계(V5), 및
    부식 방지 코팅을 생성하기 위해 금속 코팅 재료로 성형 부품의 적어도 일부를 코팅하는 단계(V9)로서, 상기 코팅 단계(V9)는 전해질 용액을 갖는 침지 욕에서 실행되는, 코팅하는 단계(V9)를 가지며,
    성형 부품을 전해질 용액에 대해 이동하거나, 전해질 용액을 성형 부품에 대해 이동하거나, 성형 부품 및 전해질 용액 양자를 서로에 대해 이동함으로써, 성형 부품과 전해질 용액과의 사이에서 유동이 발생되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 성형 부품을 세정하는 단계는 산세에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 성형 부품을 세정하는 단계는 기계적으로 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    세정하는 단계는 블라스팅 또는 브러싱에 의해 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    스트립 재료를 압연하는 단계(V1)는 플렉서블 압연이며, 스트립 재료의 길이를 따라 가변적인 두께가 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    플렉서블 압연 단계는, 적어도 두 개의 부분이 상이한 두께로 형성되고, 제1 두께가 제2 두께보다 작으며, 제2 두께에 대한 제1 두께의 비는 0.8보다 작은 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    성형하는 단계는 경화가 동시에 일어나는 열간 성형이며, 이하의 하위 단계, 즉
    블랭크의 적어도 하나의 부분적인 영역을 오스테나이트화 온도로 가열하는 단계, 및
    급속 냉각을 이용하여 블랭크를 열간 성형하는 단계로서, 적어도 하나의 가열된 부분적인 영역이 경화되는, 블랭크를 열간 성형하는 단계를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    성형하는 단계는 냉간 성형이며, 냉간 성형 부품은 코팅하는 단계(V9) 전에 경화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    코팅하는 단계(V9)는 적어도 50%의 아연의 질량 비율을 갖는 코팅 재료를 이용하여 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    코팅하는 단계는 연속적인 방법으로 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    코팅하는 단계(V9)는, 전해질 용액이 적어도 하나의 단계에서 펄스화된 전류에 노출되도록 실행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    코팅하는 단계(V9)는 용융 아연 도금을 포함하고, 성형 부품은 적어도 350℃ 및 최대로는 스틸 재료의 AC1-온도의 온도를 갖는 용융된 코팅 재료의 침지 욕에 담가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항에 있어서,
    코팅(V9) 후에,
    200℃의 온도 이상이면서 스틸 재료의 AC1-온도 이하인 온도에서 코팅된 성형 부품을 열 처리(V11)하는 추가적인 방법 단계가 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    스틸 재료는 망간 및 미소-합금화 원소인 니오븀 및 티타늄 중 적어도 하나를 함유하고, 상기 미소 합금화 원소의 총 비율은 최대로는 총 질량의 1000ppm인 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상이한 연성의 영역이 성형 부품에서 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제1항에 따른 방법에 따라 생성되는 플렉서블 압연된 금속 시트로부터 형성되는, 생산품.
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