KR102216396B1 - 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법에 관한 것으로, 내부가 관통된 중공형 강관을 준비하는 중공형 강관 준비단계, 상기 중공형 강관을 소정 형상의 이형으로 인발 성형하는 인발성형단계, 인발 성형된 상기 중공형 강관을 소정 길이로 절단하는 절단단계, 소정 길이로 절단된 상기 중공형 강관을 950℃ 이상의 온도에서 5분간 가열시키는 가열단계, 가열된 상기 중공형 강관을 프레스 금형으로 삽입하여 프레스 성형함과 동시에 냉각시키는 다이??칭단계 및 상기 다이??칭 처리단계를 거친 상기 중공형 강관을 소정 온도로 재가열하여 템퍼링 처리하는 템퍼링단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법{Method for manufacturing Ultra high strength specially shaped pipe for vehicle stiffener with easily absorbing shock}

본 발명은 이형관 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자동차 보강재로 사용되며 충격 흡수가 용이한 초고강도 이형관을 제조할 수 있는 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 자동차나 원자력발전소 설비 등에는 직관이 아닌 곡관이나, 다양한 단면 모양을 가진 이형관 형태로 사용되는 경우가 많아 원형관 등의 중공형 강관을 재가공하여 사용할 필요가 있다.

이때, 이형관은 관의 단면이 원형이 아닌 타원형 또는 비원형 단면을 가지는 관을 말하는 것으로, 일반적으로 이형관을 제조하는 기술로는 소정 길이로 절단된 관을 롤링에 의해 제작하는 롤포밍 방식이 주로 사용되고 있으며, 롤포밍 방식은 다수개의 롤에 의해 점진적으로 소성 변형시켜 관을 이형으로 성형하는데, 각 롤에 의한 소성변형 정도가 일정하지 않아 균질의 원형관 제조가 불가능한 문제가 있다.

또한, 롤포밍 방식은 강판을 다수의 성형 롤을 통해 굽힙 성형하는 것으로, 특히 롤포밍 방식에서는 고강도 강판을 준비하여, 고강도 강판을 굽혀 성형하게 되어 높은 항복강도에 의해 스프링 백 현상으로 인해 고강도 강판의 성형에 한계가 있다.

더불어, 롤포밍 방식에서는 고강도 강판을 이형으로 성형 가공한 후 마지막에 용접을 통해 폐단면 형태로 이형관을 제조하게 되어, 용접부의 강도가 취약하여, 최종 제조되는 이형관의 고강도화에 한계가 있다.

결과적으로, 기존의 롤포밍 방식의 이형관 제조방법은 초고강도 강판을 굽힘 성형하기 때문에 소재의 항복 현상에 의한 성형성 저하, 금형 비용증가와 같은 문제가 발생하고, 폐단면을 구현하기 위한 가공 후 용접으로 인해 용접부 물성 저하와 열처리에 따른 추가 공정 비용이 소요되는 문제점이 발생되고 있다.

한편, 상기와 같은 롤포밍 방식의 제조방법의 한계로 인해, 한국등록특허 제10-0987901호 등에서, 고강도 강관을 제조하기 위하여 핫 스탬핑 방식으로 초고강도 강관을 제조하는 기술이 일부 출원되고 있으나, 핫 스탬핑 방식에 의해 고강도 강관을 제조하는 경우에는 복잡한 단면을 가진 강관을 제조하는 데 한계가 있는 문제점이 있다.

결과적으로, 고강도화가 가능하되, 성형성이 우수하고 복잡한 형상 성형이 용이한 이형관 제조방법에 대한 개발이 필요한 실정이다.

본 발명은 전술한 바와 같이, 소정 형상의 이형으로 성형이 용이하되, 초고강도로 이루어지는 이형관을 제조할 수 있는 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법은 내부가 관통된 중공형 강관을 준비하는 중공형 강관 준비단계, 상기 중공형 강관을 소정 형상의 이형으로 인발 성형하는 인발성형단계, 인발 성형된 상기 중공형 강관을 소정 길이로 절단하는 절단단계, 소정 길이로 절단된 상기 중공형 강관을 950℃ 이상의 온도에서 5분간 가열시키는 가열단계, 가열된 상기 중공형 강관을 프레스 금형으로 삽입하여 프레스 성형함과 동시에 냉각시키는 다이??칭단계 및 상기 다이??칭 처리단계를 거친 상기 중공형 강관을 소정 온도로 재가열하여 템퍼링 처리하는 템퍼링단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 중공형 강관 준비단계는 내부가 관통된 중공형 강관을 준비하되, 상기 중공형 강관은 연질의 페라이트 조직을 갖는 ERW강관으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 인발성형단계는 상기 중공형 강관을 다단형상인발을 통해 소정 형상의 이형으로 성형하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 절단단계와 상기 가열단계 사이에, 소정 길이로 절단된 상기 중공형 강관을 풀림 열처리 하는 사전열처리단계를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가열단계는 상기 중공형 강관을 고주파 유도 가열방식으로 가열처리하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법은 인발성형단계, 가열단계, 다이??칭단계를 포함함으로써, 중공형 강관을 인발성형한 후 가열하여 프레스 성형과 동시에 냉각하여 이형관을 제조할 수 있게 됨에 따라, 다양한 형상의 단면을 가진 이형관을 제조할 수 있으며, 동시에 이형관이 초고강도로 이루어지도록 할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법은 기초소재로 연질의 페라이트 조직을 갖는 강관을 준비하여 중공형 강관을 이형으로 인발성형하도록 구성되어 성형성이 향상되는 효과가 있다.

더불어, 본 발명에 따른 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법은 절단단계와 가열단계 사이에 사전열처리단계를 더 포함함으로써, 인발성형과 절단과정에서 누적된 잔류응력을 해소하고 결정입자를 미세화하여 제조되는 이형관의 전연성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법의 순서도를 나타낸다.

이상과 같은 본 발명에 해결하고자 하는 과제, 과제의 해결수단, 발명의 효과를 포함한 구체적인 사항들은 다음에 기재할 실시예 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

또한, 명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함” 또는 “구비”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하거나 구비할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법의 순서도를 나타낸다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법은 크게 중공형 강관 준비단계, 인발성형단계, 절단단계, 사전열처리단계, 가열단계, 다이??칭단계, 템퍼링단계를 포함하여 구성된다.

우선, 중공형 강관 준비단계는 초고강도 이형관을 제조하기 위한 기초 소재인 중공형 강관을 준비하는 단계로, 중공형 강관은 원형 단면을 가진 원통형 강관으로 이루어질 수 있다.

이때, 중공형 강관은 고주파 전기저항에 의한 발열을 이용하여 파이프형상으로 용접하여 제조되는 ERW강관으로 이루어질 수 있으며, 더불어 중공형 강관은 용접성 확보를 위해 탄소가 0.25%이하로 포함되는 저탄소강으로 이루어지되, 후술할 다이??칭단계에서 경화성능을 향상시킬 수 있도록 보론이 첨가된 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.

다음으로, 인발성형단계는 초고강도 이형관을 제조하기 위한 기초소재인 중공형 강관을 준비한 이후 중공형 강관을 소정 형상의 이형으로 성형하기 위한 단계로, 중공형 강관을 이형인발기의 다이스에 통과시켜 인발함으로써 다이스 구경과 같은 형상으로 성형이 이루어질 수 있으며, 이로 인해 후에 최종적으로 제조되는 이형관제품의 전체적인 형상이 형성되게 된다.

또한, 인발성형단계는 중공형 강관의 인발 성형 시 다단형상인발을 통해 중공형 강관이 소정 형상의 이형으로 성형될 수 있으며, 이때 이형인발기의 다이스는 다단형상인발이 가능하도록, 인발성형의 초기단계는 다이스가 단면이 원형으로 형성되고, 인발성형의 최종단계는 다이스가 단면이 최종적으로 제조하고자 하는 소정 형상으로 형성되도록 구성될 수 있으며, 추가적으로 다이스가 단면이 원형과 최종적으로 제조하고자 하는 소정 형상인 이형의 중간형상으로 구성되는 인발성형의 중간단계가 인발성형의 초기단계와 인발성형의 최종단계 사이에 더 포함될 수 있으며, 상기와 같이 구성되는 이형인발기를 통해 중공형 강관의 단면이 원형에서 점진적으로 최종적으로 제조하고자 하는 소정 형상으로 형성될 수 있게 된다.

다음으로, 절단단계는 인발 성형된 중공형 강관 소정 길이로 절단하는 단계로, 인발 성형된 중공형 강관을 절단기에 의해 소정 길이로 절단하게 되며, 절단기는 이형관을 효과적으로 절단할 수 있는 형태라면 어떠한 형태로 구성될 수 있으며, 공지의 절단기 구성을 다양하게 변형 실시 가능하다.

다음으로, 사전열처리단계는 이형 성형된 중공형 강관을 소정 길이로 절단한 후에, 후술할 가열단계와 다이??칭단계가 이루어지기 이전에 인발성형과 절단 과정에서 누적된 잔류응력을 해소하고 결정입자를 미세화하여 전연성을 높일 수 있도록 하는 단계로, 특히 중공형 강관이 ERW강관으로 이루어지는 경우 강관의 용접부인 HAZ부의 미세조직 균일화시킬 수 있게 된다.

이때, 사전열처리단계는 이형 성형된 중공형 강관이 가열로 내부에 투입되어 720℃에서 10분간 가열되고, 가열로 내부에서 200℃까지 냉각되도록 구성될 수 있다.

또한, 사전열처리단계는 소정 온도범위로 가열한 다음 소정 시간동안 유지시킨 후 서서히 상온으로 냉각시키는 풀림열처리방식이 적용될 수 있으며, 풀림열처리 시간은 열처리되는 중공형 강관의 두께에 따라 달리 적용될 수 있다.

특히, 중공형 강관이 연질의 페라이트 조직을 갖는 강관으로 이루어지고, 연질의 페라이트 조직을 갖는 강관은 고주파로 전기 저항에 의해 발열을 이용하여 용접 제조하는 방식인 ERW(Electric Resistance Welding) 방식에 의해 용접된 ERW강관으로 형성되는 경우에, 상기와 같은 사전열처리단계를 통해, ERW강관의 용접부로, 열영향부인 HAZ부(Heat Affected Zone)는, 미세조직을 균일화시킬 수 있게 된다.

다음으로, 가열단계는 절단된 중공형 강관의 조직을 오스테나이트화 할 수 있도록 중공형 강관을 가열시키는 단계로, 절단된 중공형 강관을 950℃의 온도에서 5분간 가열시키도록 구성되며, 가열단계는 중공형 강관 측으로 고주파 전류를 인가시켜 유도 전류에 의해 중공형 강관을 가열하는 고주파 유도 가열방식을 적용될 수 있으며, 이때 절단된 중공형 강관이 전체적으로 균일하게 가열되도록 구성되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성되는 가열단계를 통해 중공형 강관의 조직을 균일하게 하고 오스테나이트화 할 수 있게 되어, 오스테나이트화 된 중공형 강관 조직은 후술할 다이??칭단계에서 프레스 성형 및 냉각이 이루어짐에 따라 마르텐사이트로 상변태가 이루어질 수 있게 되어 중공형 강관의 강도를 효과적으로 향상시킬 수 있게 된다.

다음으로, 다이??칭단계는 가열처리된 중공형 강관을 프레스 성형 및 냉각시키는 단계로, 가열단계에서 가열처리된 중공형 강관을 프레스 성형하여 중공형 강관을 소정 치수로 보다 정밀하게 가공하며, 동시에 가열단계에서 가열되어 오스테나이트화된 중공형 강관의 조직을 마르텐사이트로 상변태시키기 위한 것으로, 가열처리된 중공형 강관을 프레스 금형으로 삽입하여 프레스 성형함과 동시에 냉각시킬 수 있도록 구성되며, 이때 중공형 강관이 삽입되는 프레스 금형은 최종적으로 제조되는 이형관 제품의 최종 형상에 대응되는 형상으로 형성되어, 중공형 강관이 최종적으로 제고하고자 하는 이형관 제품의 형상 및 치수로 정밀하게 제어되어 제조될 수 있다.

또한, 프레스 금형은 내부에 냉각수, 냉각유와 같은 냉각매체가 금형 내부를 관통하여 유동될 수 있도록 형성되는 냉각매체채널이 구비되도록 하여, 중공형 강관이 프레스 금형에 삽입되어 프레스 된 상태에서 냉각매체채널을 통해 냉각매체가 흐름에 따라 중공형 강관이 냉각될 수 있도록 구성되고, 더불어 프레스 금형은 내부에 삽입된 중공형 강관에 직접적으로 냉각매체가 접촉되어 중공형 강관이 냉각되도록 구성될 수 있다.

다음으로, 템퍼링단계는 다이??칭단계를 거친 중공형 강관의 잔류 응력을 제거하기 위한 단계로, 다이??칭단계를 거친 중공형 강관을 소정 온도로 재가열하여 템퍼링 처리하도록 구성되며, 이와 같은 템퍼링단계를 통해, 중공형 강관은 잔류응력이 제거됨과 동시에 항복 강도와 파괴인성을 향상시킬 수 있게 된다.

이때, 템퍼링단계는 다이??칭단계를 거진 중공형 강관을 200℃의 온도에서 1시간 동안 이루어지도록 구성될 수 있다.

추가적으로, 본 발명에 따른 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법은, 템퍼링단계 이후에 세척단계, 표면코팅단계, 품질확인단계를 더 포함할 수 있으며, 세척단계는 템퍼링단계를 거친 이형 성형된 중공형 강관의 표면을 세척하여 중공형 강관의 표면에 형성되는 산화스케일 등의 이물질을 제거할 수 있도록 하며, 표면코팅단계는 이형 성형된 중공형 강관의 내부식성 및 내마모성을 향상시킬 수 있도록 중공형 강관의 표면을 도금하거나, 방청유 도포 등 피막을 형성하도록 구성될 수 있고, 품질확인단계는 이형 성형된 종공형 강관의 치수, 진직도, 결함 등 품질을 확인할 수 있도록 각종 검사장치에서 검사가 이루어질 수 있도록 구성될 수 있다.

이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

S10 : 중공형 강관 준비단계
S20 : 인발성형단계
S30 : 절단단계
S40 : 사전열처리단계
S50 : 가열단계
S60 : 다이??칭단계
S70 : 템퍼링단계

Claims (5)

1. 내부가 관통된 중공형 강관을 준비하되, 상기 중공형 강관은 연질의 페라이트 조직을 갖는 ERW강관으로 이루어지는 중공형 강관 준비단계;
   상기 중공형 강관을 소정 형상의 이형으로 인발 성형하는 인발성형단계;
   인발 성형된 상기 중공형 강관을 소정 길이로 절단하는 절단단계;
   소정 길이로 절단된 중공형 강관을 가열로 내부로 투입하여 720℃에서 10분간 가열한 후 서서히 상온으로 냉각되도록 풀림 열처리 하는 사전열처리단계;
   풀림 열처리된 중공형 강관을 950℃ 이상의 온도에서 5분간 고주파 유도 가열방식으로 가열시키는 가열단계;
   가열된 상기 중공형 강관을 프레스 금형으로 삽입하여 프레스 성형함과 동시에 냉각시키는 다이??칭단계; 및
   상기 다이??칭 처리단계를 거친 상기 중공형 강관을 소정 온도로 재가열하여 템퍼링 처리하는 템퍼링단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 인발성형단계는
   상기 중공형 강관을 다단형상인발을 통해 소정 형상의 이형으로 성형하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수가 용이한 자동차 보강재용 초고강도 이형관 제조방법.
   
4. 삭제
5. 삭제

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