KR102345608B1 - 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR102345608B1
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윤승채
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현대제철 주식회사
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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 가열로 내로 블랭크를 투입하는 단계; 상기 블랭크를 가열하는 단계; 및 상기 가열된 블랭크를 상기 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계;를 포함하고, 상기 블랭크를 이송하는 단계에서의 상기 블랭크의 이송 시간은 하기 수학식을 만족하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법이 개시된다.
<수학식>
λ = (a x T + b) x tc
(이때, λ는 블랭크의 이송 시간(s), a는 취출 온도와 대기 온도를 고려한 보정계수, T는 가열로 취출 온도(℃), b는 블랭크의 성분을 고려한 보정계수, c는 블랭크의 두께 민감도, t는 블랭크의 두께(mm))

Description

핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법{Hot stamping component and method of manufacturing the same}
본 발명은 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
세계적으로 환경 규제, 및 연비 규제가 강화되면서 보다 가벼운 차량 소재에 대한 필요성이 증가하고 있다. 이에 따라, 초고강력강과 핫 스탬핑 강에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.
핫 스탬핑 공정은 일반적으로 가열/성형/냉각/트림으로 이루어지며 공정 중 소재의 상변태, 및 미세조직의 변화를 이용할 수 있다. 상기 핫 스탬핑 공정 중 냉각 공정은 가열로로부터 취출된 블랭크가 스탬핑 프레스로 유입되는 사이의 이송 냉각과 금형 냉각 과정으로 구성된다. 이송 냉각 과정에서 가열된 블랭크가 상온에 노출되어 냉각되는데 이송 시간이 길어질수록 성형개시온도가 낮아져 핫 스탬핑 공정으로 제조된 핫 스탬핑 부품의 성형성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 핫 스탬핑 부품의 성형성을 향상시키기 위해 가열된 블랭크의 이송 시간의 정밀한 제어가 요구된다. 이와 관련된 기술로서, 대한민국 특허등록공보 제10-2070579호(발명의 명칭: 핫 스탬핑 방법) 등이 있다.
제10-2070579호
본 발명의 실시예들은 블랭크의 두께와 취출 온도를 고려하여 이송 시간을 제어함으로써, 핫 스탬핑 부품의 성형성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는, 가열로 내로 블랭크를 투입하는 단계; 상기 블랭크를 가열하는 단계; 및 상기 가열된 블랭크를 상기 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계;를 포함하고, 상기 블랭크를 이송하는 단계에서의 상기 블랭크의 이송 시간은 하기 수학식을 만족하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개시한다.
<수학식>
λ = (a x T + b) x tc
(이때, λ는 블랭크의 이송 시간(s), a는 취출 온도와 대기 온도를 고려한 보정계수, T는 가열로 취출 온도(℃), b는 블랭크의 성분을 고려한 보정계수, c는 블랭크의 두께 민감도, t는 블랭크의 두께(mm))
본 실시예에 있어서, 상기 블랭크를 이송하는 단계에 있어서, 상기 가열된 블랭크는 10초 내지 15초 동안 공랭될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 블랭크를 이송하는 단계 이후에, 상기 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 성형하는 단계; 및 상기 성형된 성형체를 냉각하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 성형체를 성형하는 단계에서, 상기 블랭크의 성형개시온도는 600℃ 이상일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 가열로 내에는 서로 다른 두께를 가지는 적어도 두 개의 블랭크가 동시에 이송될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 블랭크는 제1 두께를 가지는 제1 부분, 및 상기 제1 두께와 상이한 제2 두께를 가지는 제2 부분을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 가열로는 서로 다른 온도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 블랭크를 가열하는 단계는, 상기 블랭크를 단계적으로 가열하는 다단 가열 단계; 및 상기 블랭크를 Ac3 내지 1,000℃의 온도로 가열하는 균열 가열 단계;를 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 복수의 구간에서 상기 블랭크를 다단 가열하는 구간의 길이와 상기 블랭크를 균열 가열하는 구간의 길이의 비는 1:1 내지 4:1을 만족할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 블랭크는 상기 가열로 내에 180초 내지 360초 동안 체류할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품을 개시한다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 블랭크의 두께와 취출 온도를 고려하여 가열로로부터 이송되는 블랭크들의 이송 시간을 차등 제어함으로써, 핫 스탬핑 부품의 성형성을 향상시킬 수 있다.
또한, 서로 다른 두께를 가지는 블랭크들의 이송 시간을 제어함으로써, 블랭크들이 균일하고 유사한 성형성을 갖도록 할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 이용되는 블랭크를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 가열로 내로 투입된 블랭크를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 5는 블랭크가 단일 가열되는 경우, 블랭크의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 블랭크가 다단 가열, 및 균열 가열되는 경우의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7은 가열된 블랭크가 시간에 따라 냉각되는 거동을 나타낸 그래프이다.
도 8은 이송 시간에 따른 블랭크의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 9는 이송 시간에 따른 블랭크의 온도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 10은 성형개시온도(TA)가 600℃ 이상을 만족하는 가열로 취출 온도에 따른 이송 시간을 나타낸 그래프이다.
도 11은 가열로 취출 온도, 블랭크의 두께, 및 블랭크의 이송 시간을 통해 도출된 공정 윈도우(Process Window)를 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과, 및 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기, 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 이하에서는, 도 1을 참조하여 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 설명한다.
일 실시예에서, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은 블랭크 투입 단계(S100), 가열 단계(S200), 이송 단계(S300), 성형 단계(S400), 및 냉각 단계(S500)를 포함할 수 있다.
먼저, 블랭크 투입 단계(S100)는 서로 다른 온도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비한 가열로 내로 블랭크를 투입하는 단계일 수 있다.
가열로 내로 투입되는 블랭크는 핫 스탬핑 부품 형성을 위한 판재를 재단하여 형성된 것일 수 있다. 상기 판재는 강 슬라브에 열간 압연 또는 냉간 압연을 수행한 후 소둔 열처리하는 과정을 통해 제조될 수 있다. 또한, 상기 소둔 열처리 이후에, 상기 소둔 열처리된 판재의 적어도 일면에 Al-Si계 도금층 또는 Zn계 도금층을 형성할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 이용되는 블랭크를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 블랭크(100)는 단일 두께를 가지는 블랭크(110), 두께가 서로 다른 이종의 판재를 필요한 모양으로 재단하여 용접한 테일러 웰디드 블랭크(120)(Tailor Welded Blank, TWB), 단일 두께의 판재를 압연하여 서로 다른 두께를 가지는 테일러 롤드 블랭크(130)(Tailor Rolled Blank, TRB), 및 큰 블랭크에 작은 패치 블랭크를 용접하여 제조된 패치워크(140)(Patchwork) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
테일러 웰디드 블랭크(120)는 서로 다른 두께를 갖는 제1 판재(121), 및 제2 판재(123)를 용접하여 제조할 수 있다. 차량의 충돌 부재용 중요 부품인 B-필러(Pillar)는 상부의 충돌 지지부와 하부의 충격 흡수부에 서로 다른 강도의 판재가 결합된 형태로, 두 판재를 용접한 후 성형하여 제작될 수 있다. 이때 주로 사용되는 테일러 웰디드 블랭크 공법은 두께, 강도 및 재질이 서로 다른 이종의 판재를 필요한 모양으로 재단하여 용접한 후 프레스 성형하여 부품을 제조하는 일련의 과정을 의미하는데, 이종의 두께를 가진 판재를 용접하여 서로 다른 두께를 가진 블랭크를 제조함으로써, 블랭크의 부분별로 상이한 특성을 갖도록 할 수 있다. 예를 들어, B-필러의 상부의 충돌 지지부에는 120~200K급 초고 강도 판재를 사용하고, 응력이 집중되는 B-필러의 하단부에는 충격 흡수 성능이 좋은 판재를 연결하여 차량 충돌 시 충격 흡수능력을 향상시킬 수 있다.
테일러 롤드 블랭크(130)는 냉연 상태의 강재를 특정 두께 프로파일을 갖도록 압연하여 제조할 수 있으며, 상기 테일러 롤드 블랭크(130)를 이용하여 핫 스탬핑 부품 제조 시 경량화 효과가 우수하다. 일 실시예에서, 상기 두께 프로파일은 통상적인 방법으로 실시할 수 있다. 예컨대, 상기 냉연 상태의 강재를 냉간 압연 시, 압하율을 조절하여 제1 두께를 갖는 제1 영역(131), 제2 두께를 갖는 제2 영역(132), 제3 두께를 갖는 제3 영역(133), 및 제4 두께를 갖는 제4 영역(134)을 포함하는 테일러 롤드 블랭크(130)를 형성할 수 있다. 이때, 제1 두께, 제2 두께, 제3 두께, 및 제4 두께는 각각 상이할 수 있고, 제1 영역(131)과 제2 영역(132) 사이, 제2 영역(132)과 제3 영역(133) 사이, 및 제3 영역(133)과 제4 영역(134) 사이에는 천이구간(135)이 존재할 수 있다. 다만, 도 2에서는 테일러 롤드 블랭크(130)가 제1 영역(131) 내지 제4 영역(134)을 포함하는 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 테일러 롤드 블랭크(130)는 제1 영역(131), 제2 영역(132), …, 제n 영역을 포함하여 형성될 수도 있다.
패치워크(140)는 적어도 두 개 이상의 판재를 사용하여 부분적으로 모재를 보강하는 공법으로, 성형 공정 이전에 패치가 모재에 접합되어 모재와 패치가 동시에 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 크기를 갖는 모재(141)에 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 갖는 패치(143)가 용접된 후, 동시에 성형될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 가열로 내로 투입된 블랭크를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 블랭크 투입 단계(S100)에 있어서, 두께 및 크기 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 적어도 두 개의 블랭크(100)는 가열로 내로 동시에 투입될 수 있다.
일 실시예에서, 도 3은 가열로 내로 동시에 투입되는 두 개의 제1 블랭크(150)와 두 개의 제2 블랭크(160)를 도시한다. 이때, 제1 블랭크(150)와 제2 블랭크(160)는 서로 다른 크기 및 다른 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 블랭크(150)는 1.2mm의 두께를 가질 수 있고, 제2 블랭크(160)는 1.6mm의 두께를 가질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 한 개의 제1 블랭크(150), 및 한 개의 제2 블랭크(160)가 가열로 내로 동시에 투입될 수도 있다. 또한, 제1 블랭크(150)와 제2 블랭크(160)는 크기는 동일하지만 두께가 상이하게 형성되거나, 또는 동일한 두께로 다른 크기를 가지도록 형성되는 등 다양한 변형이 가능하다.
일 실시예에서, 블랭크 투입 단계(S100)에 있어서, 가열로 내로 단일 두께를 가지는 적어도 두 개의 블랭크(100)가 동시에 투입될 수 있다. 예를 들어, 1.2mm의 두께를 가진 블랭크(150)가 적어도 두 개 이상 동시에 투입될 수 있고, 1.6mm의 두께를 가진 블랭크(160)가 적어도 두 개 이상 동시에 투입될 수 있다. 또한, 블랭크 투입 단계(S100)에 있어서, 가열로 내로 전술한 테일러 웰디드 블랭크(120, 도 2 참조), 또는 테일러 롤드 블랭크(130, 도 2 참조)가 투입될 수도 있다.
일 실시예에서, 가열로 내로 투입된 블랭크는 롤러에 실장된 후 이송 방향을 따라 이송될 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에서, 블랭크 투입 단계(S100) 이후에, 가열 단계(S200)가 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 가열 단계(S200)는 다단 가열 단계(S210), 및 균열 가열 단계(S220)를 포함할 수 있다. 따라서, 블랭크 투입 단계(S100) 이후에, 다단 가열 단계(S210)와 균열 가열 단계(S220)가 이루어질 수 있다. 다단 가열 단계(S210)와 균열 가열 단계(S220)는 블랭크가 가열로 내에 구비된 복수의 구간을 통과하며 가열되는 단계일 수 있다.
구체적으로, 다단 가열 단계(S210)에서는 블랭크가 가열로 내에 구비된 복수의 구간을 통과하며 단계적으로 승온될 수 있다. 가열로 내에 구비된 복수의 구간 중 다단 가열 단계(S210)가 수행되는 구간은 복수 개 존재할 수 있고, 블랭크가 투입되는 가열로의 입구로부터 블랭크가 취출되는 가열로의 출구 방향으로 높아지도록 각 구간별로 온도가 설정되어 블랭크를 단계적으로 승온시킬 수 있다.
다단 가열 단계(S210) 이후에 균열 가열 단계(S220)가 이루어질 수 있다. 균열 가열 단계(S220)에서는 다단 가열된 블랭크가 Ac3 내지 1,000℃의 온도로 설정된 가열로의 구간을 통과하며 열처리될 수 있다. 바람직하게는, 균열 가열 단계(S220)에서는 다단 가열된 블랭크를 930℃ 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 균열 가열 단계(S220)에서는 다단 가열된 블랭크를 950℃ 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열할 수 있다. 또한, 가열로 내에 구비된 복수의 구간 중 균열 가열 단계(S220)가 수행되는 구간은 적어도 하나 이상일 수 있다.
도 5는 블랭크가 단일 가열되는 경우, 블랭크의 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 5는 가열로의 내부 온도가 블랭크의 목표 온도(Tt)와 동일하게 유지되도록 가열로의 온도를 설정한 후, 1.2mm의 두께를 가진 블랭크가 단일 가열(210), 및 1.6mm의 두께를 가진 블랭크가 단일 가열(220)되는 경우의 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
이때, 블랭크의 목표 온도(Tt)는 Ac3 이상일 수 있다. 바람직하게는, 블랭크의 목표 온도(Tt)는 930℃ 이상일 수 있다. 더욱 바람직하게는 블랭크의 목표 온도(Tt)는 950℃ 이상일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 단일 가열은 가열로 내에 1.2mm의 두께를 가진 블랭크와 1.6mm의 두께를 가진 블랭크를 각각 투입하여 가열하는 것이 아닌, 가열로의 온도를 단일 온도로 설정한 후, 가열로 내에 1.2mm의 두께를 가진 블랭크와 1.6mm의 두께를 가진 블랭크를 동시에 투입하여 가열한 경우를 의미한다.
도 5를 참조하면, 가열로 내부의 온도를 블랭크의 목표 온도(Tt)와 동일한 온도로 세팅한 후, 1.2mm의 두께를 가진 블랭크, 및 1.6mm의 두께를 가진 블랭크가 동시에 단일 가열되는 경우, 1.2mm의 두께를 가진 블랭크가 1.6mm의 두께를 가진 블랭크에 비해 목표 온도(Tt)에 먼저 도달하는 것을 확인할 수 있다.
1.2mm의 두께를 가진 블랭크가 먼저 목표 온도(Tt)에 도달하여, 1.2mm의 두께를 가진 블랭크는 제1 시간(S1) 동안 균열 가열되고, 1.6mm의 두께를 가진 블랭크는 상기 제1 시간(S1) 보다 짧은 제2 시간(S2) 동안 균열 가열될 수 있다. 목표 온도(Tt)에 늦게 도달하는 블랭크를 기준으로 균열 가열 시간이 조절되므로, 목표 온도(Tt)에 먼저 도달한 1.2mm의 두께를 가진 블랭크가 과가열되어 1.2mm의 두께를 가진 블랭크의 지연파단이 증가하고, 용접성이 저하될 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 블랭크가 다단 가열, 및 균열 가열되는 경우의 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 도 6은 1.2mm의 두께를 가진 블랭크가 다단 가열(230), 및 1.6mm의 두께를 가진 블랭크가 다단 가열(240)되는 경우의 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 일 실시예에 따른 가열로는 서로 다른 온도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비할 수 있다. 보다 구체적으로, 가열로는 제1 온도 범위(T1)를 가지는 제1 구간(P1), 제2 온도 범위(T2)를 가지는 제2 구간(P2), 제3 온도 범위(T3)를 가지는 제3 구간(P3), 제4 온도 범위(T4)를 가지는 제4 구간(P4), 제5 온도 범위(T5)를 가지는 제5 구간(P5), 제6 온도 범위(T6)를 가지는 제6 구간(P6), 및 제7 온도 범위(T7)를 가지는 제7 구간(P7)을 구비할 수 있다.
제1 구간(P1) 내지 제7 구간(P7)은 차례대로 가열로 내에 배치될 수 있다. 제1 온도 범위(T1)를 가지는 제1 구간(P1)은 블랭크가 투입되는 가열로의 입구와 인접하고, 제7 온도 범위(T7)를 가지는 제7 구간(P7)은 블랭크가 취출되는 가열로의 출구와 인접할 수 있다. 따라서, 제1 온도 범위(T1)를 가지는 제1 구간(P1)이 가열로의 첫 번째 구간일 수 있고, 제7 온도 범위(T7)를 가지는 제7 구간(P7)이 가열로의 마지막 구간일 수 있다. 후술할 바와 같이, 가열로의 복수의 구간들 중 제5 구간(P5), 제6 구간(P6), 및 제7 구간(P7)은 다단 가열이 수행되는 구간이 아닌 균열 가열이 수행되는 구간일 수 있다.
가열로 내에 구비된 복수의 구간의 온도, 예컨대 제1 구간(P1) 내지 제7 구간(P7)의 온도는 블랭크가 투입되는 가열로의 입구로부터 블랭크가 취출되는 가열로의 출구 방향으로 증가할 수 있다. 다만, 제5 구간(P5), 제6 구간(P6) 및 제7 구간(P7)의 온도는 동일할 수도 있다. 또한, 가열로 내에 구비된 복수의 구간 중 서로 인접한 두 개의 구간들 간의 온도 차는 0℃ 보다 크고 100℃ 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 구간(P1)과 제2 구간(P2)의 온도 차는 0℃ 보다 크고 100℃ 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 구간(P1)의 제1 온도 범위(T1)는 840℃ 내지 860℃일 수 있고, 835℃ 내지 865℃일 수 있다. 제2 구간(P2)의 제2 온도 범위(T2)는 870℃ 내지 890℃일 수 있고, 865℃ 내지 895℃일 수 있다. 제3 구간(P3)의 제3 온도 범위(T3)는 900℃ 내지 920℃일 수 있고, 895℃ 내지 925℃일 수 있다. 제4 구간(P4)의 제4 온도 범위(T4)는 920℃ 내지 940℃일 수 있고, 915℃ 내지 945℃일 수 있다. 제5 구간(P5)의 제5 온도 범위(T5)는 Ac3 내지 1,000℃일 수 있다. 바람직하게는 제5 구간(P5)의 제5 온도 범위(T5)는 930℃ 내지 1,000℃일 수 있다. 더욱 바람직하게는 제5 구간(P5)의 제5 온도 범위(T5)는 950℃ 내지 1,000℃일 수 있다. 제6 구간(P6)의 제6 온도 범위(T6), 및 제7 구간(P7)의 제7 온도 범위(T7)는 제5 구간(P5)의 제5 온도 범위(T5)와 동일할 수 있다.
도 6에서는 가열로가 서로 다른 온도 범위를 가지는 일곱 개의 구간을 구비한 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 가열로 내에는 서로 다른 온도 범위를 가지는 다섯 개, 여섯 개, 또는 여덟 개 등의 구간이 구비될 수도 있다.
일 실시예에서, 다단 가열 단계(S210)에서는 블랭크가 가열로 내에 정의된 복수의 구간(예컨대, 제1 구간(P1) 내지 제4 구간(P4))을 통과하며 단계적으로 가열될 수 있다.
도 5, 및 도 6을 참조하면, 상이한 두께를 가지는 블랭크가 가열로 내에 정의된 복수의 구간(예를 들어, 제1 구간(P1) 내지 제4 구간(P4))을 통과하며 단계적으로 다단 가열되는 경우, 단일 온도에서 블랭크가 가열되는 경우에 비해, 블랭크들의 온도 변화가 서로 유사한 거동을 보일 수 있다. 예를 들어, 가열로 내에 블랭크를 투입한 후 동일한 시간이 경과하였을 때, 1.2mm의 두께를 가진 블랭크가 단일 가열(210), 및 1.6mm의 두께를 가진 블랭크를 단일 가열(220)되는 경우의 블랭크들 간의 온도 차이보다 1.2mm의 두께를 가진 블랭크가 다단 가열(230), 및 1.6mm의 두께를 가진 블랭크가 다단 가열(240)되는 경우의 블랭크들 간의 온도 차이가 더 작을 수 있다. 따라서, 블랭크들이 다단 가열(단계적으로 가열)되는 경우, 서로 다른 두께를 가진 블랭크들의 승온 속도를 유사하게 제어할 수 있다. 블랭크들이 다단 가열(단계적으로 가열)되는 경우, 서로 다른 두께를 가진 블랭크들의 승온 속도를 유사하게 제어함으로써, 각각의 블랭크가 목표 온도에 도달하는 시간 차이를 줄일 수 있어, 두께가 얇은 블랭크가 과가열되는 것을 방지할 수 있다.
다단 가열 단계(S210) 이후에 균열 가열 단계(S220)가 이루어질 수 있다. 균열 가열 단계(S220)는 가열로에 구비된 복수의 구간들 중 마지막 부분에서, 블랭크가 Ac3 내지 1,000℃의 온도로 균열 가열되는 단계일 수 있다. 바람직하게는, 균열 가열 단계(S220)에서는 다단 가열된 블랭크가 930℃ 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 균열 가열 단계(S220)에서는 다단 가열된 블랭크가 950℃ 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열될 수 있다.
균열 가열 단계(S220)는 가열로의 복수의 구간 중 마지막 부분에서 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 균열 가열 단계(S220)는 가열로의 제5 구간(P5), 제6 구간(P6), 및 제7 구간(P7)에서 이루어질 수 있다. 가열로 내에 복수의 구간이 구비되는 경우, 하나의 구간의 길이가 길면 상기 구간 내에서 온도 변화가 생기는 등의 문제점이 존재할 수 있다. 따라서, 균열 가열 단계(S220)가 수행되는 구간은 제5 구간(P5), 제6 구간(P6), 및 제7 구간(P7)으로 구분되되, 상기 제5 구간(P5), 제6 구간(P6), 및 상기 제7 구간(P7)은 가열로 내에서 동일한 온도 범위를 가질 수 있다.
균열 가열 단계(S220)에서는 다단 가열된 블랭크가 Ac3 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열될 수 있다. 바람직하게는, 균열 가열 단계(S220)에서는 다단 가열된 블랭크가 930℃ 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열될 수 있다. 더욱 바람직하게는, 균열 가열 단계(S220)에서는 다단 가열된 블랭크가 950℃ 내지 1,000℃의 온도에서 균열 가열될 수 있다.
일 실시예에서, 블랭크는 가열로 내에서 약 180초 내지 360초 동안 체류할 수 있다. 즉, 가열로 내에서 블랭크가 가열되는 시간은 약 180초 내지 360초일 수 있다. 구체적으로, 가열로 내에서 블랭크가 다단 가열, 및 균열 가열되는 시간은 약 180초 내지 360초일 수 있다. 블랭크가 가열로 내에 체류하는 시간이 180초 미만일 경우, 가열로 내 체류 시간이 짧아 목적하는 균열 온도에서 충분히 균열되기 어려울 수 있다. 반면에, 블랭크가 가열로 내에 체류하는 시간이 360초를 초과할 경우, 블랭크 내부로 침투하는 수소의 양이 증가하여 지연 파단의 위험이 높아지고, 핫 스탬핑 후의 내식성이 저하될 수 있다.
일 실시예에서, 가열로는 블랭크의 이송 경로를 따라 20m 내지 40m의 길이를 가질 수 있다. 가열로는 서로 다른 온도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비할 수 있고 복수의 구간 중 블랭크가 다단 가열되는 구간의 길이(D1)와 복수의 구간 중 블랭크가 균열 가열되는 구간의 길이(D2)의 비는 1:1 내지 4:1을 만족할 수 있다. 예컨대, 복수의 구간 중 블랭크가 균열 가열되는 구간은 가열로의 마지막 부분(예를 들어, 제5 구간(P5), 내지 제7 구간(P7))일 수 있다. 가열로 내에서 블랭크가 균열 가열되는 구간의 길이가 증가하여 블랭크가 다단 가열되는 구간의 길이(D1)와 블랭크가 균열 가열되는 구간의 길이(D2)의 비가 1:1을 초과할 경우, 균열 가열 구간에서 오스테나이트(FCC) 조직이 생성되어 블랭크 내로 수소 침투량이 증가하여 지연파단이 증가할 수 있다. 반면에, 블랭크가 균열 가열되는 구간의 길이가 감소하여 블랭크가 다단 가열되는 구간의 길이(D1)와 블랭크가 균열 가열되는 구간의 길이(D2)의 비가 4:1 미만인 경우, 균열 가열 구간(시간)이 충분히 확보되지 않아 핫 스탬핑 부품의 제조 공정에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품의 강도가 불균일할 수 있다.
일 실시예에서, 가열로 내에 구비된 복수의 구간 중 균일 가열 구간의 길이는 가열로의 총 길이의 20% 내지 50%일 수 있다.
도 1을 참조하면, 가열 단계(S200) 이후에 이송 단계(S300), 성형 단계(S400); 및 냉각 단계(S500)가 더 수행될 수 있다. 구체적으로, 다단 가열 단계(S210), 및 균열 가열 단계(S220) 이후에, 이송 단계(S300), 성형 단계(S400); 및 냉각 단계(S500)가 더 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 이송 단계(S300)는 가열된 블랭크를 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계일 수 있다. 이때, 이송 단계(S300)에서는 가열된 블랭크가 프레스 금형으로 이송되면서 대기 온도에서 냉각될 수 있다. 예를 들어, 가열된 블랭크가 프레스 금형으로 이송되면서 대기 온도에서 10초 내지 15초 동안 공랭될 수 있다.
일 실시예에서, 성형 단계(S400)는 이송된 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 성형하는 단계일 수 있다. 일 실시예에서, 냉각 단계(S500)는 성형된 성형체를 냉각하는 단계일 수 있다.
도 7은 가열된 블랭크가 시간에 따라 냉각되는 거동을 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 7은 가열 단계(S200)를 통해 가열된 블랭크가 가열로에서 취출된 후에 이송 단계(S300), 성형 단계(S400), 및 냉각 단계(S500)를 거치는 동안 냉각되는 거동을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 가열 단계(S200)를 통해 가열된 블랭크가 가열로에서 취출된 후에 이송 단계(S300), 성형 단계(S400), 및 냉각 단계(S500)를 거치는 동안 냉각될 수 있다.
일 실시예에서, 가열된 블랭크는 이송 단계(S300)에서 대기 온도에서 냉각될 수 있다. 구체적으로, 이송 단계(S300)에서는 가열 단계(S200)를 통해 가열된 블랭크가 가열로에서 취출된 후, 프레스 금형으로 이송되는 동안 대기 온도에서 냉각될 수 있다. 이후, 대기 온도에서 냉각된 블랭크의 성형을 개시할 수 있다. 이때, 블랭크의 성형이 개시되는 온도를 성형개시온도(TA)라고 할 수 있다.
일 실시예에서, 이송 단계(S300)에서는 가열 단계(S200)를 통해 가열된 블랭크는 가열로에서 취출된 후 대기 온도에서 성형개시온도(TA)까지 냉각될 수 있다.
일 실시예에서, 성형개시온도(TA)는 600℃ 이상일 수 있다. 성형개시온도(TA)가 600℃ 미만인 경우, 성형개시온도(TA)가 너무 낮아 블랭크의 성형성이 저하될 수 있고, 제조된 핫 스탬핑 부품이 목표한 조직과 물성을 갖지 못하는 문제가 존재할 수 있다. 따라서, 성형개시온도(TA)가 600℃ 이상인 경우, 블랭크의 성형성이 향상될 수 있고, 제조된 핫 스탬핑 부품이 목표한 조직과 물성을 가질 수 있다.
이후, 일 실시예에서, 성형 단계(S400)에서 이송된 블랭크를 성형체로 성형할 수 있고, 냉각 단계(S500)에서 성형된 성형체를 냉각할 수 있다. 이에 대해서는 후술하기로 한다.
도 8은 이송 시간에 따른 블랭크의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 8은 블랭크의 가열로 취출 온도가 950℃인 경우(310), 블랭크의 가열로 취출 온도가 900℃인 경우(320), 및 블랭크의 가열로 취출 온도가 870℃인 경우(330)의 블랭크의 이송 시간에 따른 블랭크의 온도 그래프로서, 시간에 따른 온도 변화를 나타낸다. 도 8에서 각각의 블랭크는 동일한 두께를 가질 수 있고, 성형개시온도(TA)는 각각의 블랭크가 미리 설정된 시간 동안 이송된 후 성형이 개시되는 온도일 수 있다.
도 8을 참조하면, 블랭크의 가열로 취출 온도가 950℃인 경우(310), 블랭크의 가열로 취출 온도가 900℃인 경우(320), 및 블랭크의 가열로 취출 온도가 870℃인 경우(330) 모두 이송 시간이 경과할수록 각각의 블랭크들의 온도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 블랭크들이 동일한 시간(미리 설정된 시간) 동안 이송되었을 때, 블랭크의 가열로 취출 온도가 950℃인 경우(310)의 성형개시온도(TA)가 블랭크의 가열로 취출 온도가 900℃인 경우(320)의 성형개시온도(TA)보다 높고, 블랭크의 가열로 취출 온도가 900℃인 경우(320)의 성형개시온도(TA)가 블랭크의 가열로 취출 온도가 870℃인 경우(330)의 성형개시온도(TA)보다 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 동일한 두께를 가진 블랭크들이 동일한 시간 동안 이송되었을 때, 블랭크의 가열로 취출 온도가 높을수록 블랭크의 성형개시온도(TA)가 높은 것을 확인할 수 있다.
따라서, 동일한 두께를 가진 블랭크들이 동일한 시간(미리 설정된 시간) 동안 이송되었을 때, 블랭크들의 가열로 취출 온도가 다른 경우, 각각의 블랭크의 성형개시온도(TA)가 다를 수 있다. 특히, 블랭크의 가열로 취출 온도가 낮은 경우, 블랭크의 성형개시온도(TA)가 낮아져 블랭크의 성형성이 저하되는 경우가 존재할 수 있다.
도 9는 이송 시간에 따른 블랭크의 온도 변화를 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 9는 블랭크의 두께가 1.8mm인 경우(340), 블랭크의 두께가 1.2mm인 경우(350), 블랭크의 두께가 1.0mm인 경우(360)의 블랭크의 이송 시간에 따른 블랭크의 온도 그래프로서, 시간에 따른 온도 변화를 나타낸다. 도 9에서, 각각의 블랭크는 동일한 온도에서 취출될 수 있고, 성형개시온도(TA)는 각각의 블랭크가 미리 설정된 시간 동안 이송된 후 성형이 개시되는 온도일 수 있다.
도 9를 참조하면, 블랭크의 두께가 1.8mm인 경우(340), 블랭크의 두께가 1.2mm인 경우(350), 블랭크의 두께가 1.0mm인 경우(360) 모두 이송 시간이 경과할수록 각각의 블랭크들의 온도가 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 동일한 시간(미리 설정된 시간) 동안 이송되었을 때, 블랭크의 두께가 1.8mm인 경우(340)의 성형개시온도(TA)가 블랭크의 두께가 1.2mm인 경우(350)의 성형개시온도(TA)보다 높고, 블랭크의 두께가 1.2mm인 경우(350)의 성형개시온도(TA)가 블랭크의 두께가 1.0mm인 경우(360)의 성형개시온도(TA)보다 높은 것을 확인할 수 있다. 즉, 가열로 취출 온도가 동일한 블랭크들이 동일한 시간(미리 설정된 시간) 동안 이송되었을 때, 블랭크의 두께가 얇을수록 냉각되는 속도가 빨라 블랭크의 두께가 얇을수록 블랭크의 성형개시온도(TA)가 낮아지는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 가열로 취출 온도가 동일한 블랭크들이 동일한 시간(미리 설정된 시간) 동안 이송되었을 때, 블랭크들의 두께가 다른 경우, 각각의 블랭크의 성형개시온도(TA)가 다를 수 있다. 특히, 블랭크의 두께가 얇은 경우, 블랭크의 성형개시온도(TA)가 낮아져 블랭크의 성형성이 저하되는 경우가 존재할 수 있다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 두께가 다른 부분을 포함하는 테일러 웰디드 블랭크(120), 테일러 롤드 블랭크(130), 및 패치워크(140) 등의 블랭크(100)를 가열한 후, 이송 단계(S300)를 통해 냉각하는 경우, 하나의 블랭크 내에서도 두께가 다른 부분들의 성형개시온도(TA)가 서로 달라 요구되는 성형성을 확보하기 어려울 수 있다. 예를 들어, 두께가 두꺼운 부분의 성형개시온도(TA)는 600℃ 이상이지만, 두께가 얇은 부분의 성형개시온도(TA)는 600℃ 미만이 될 수 있어, 하나의 블랭크 내에서도 서로 다른 성형성을 가질 수 있다. 특히, 두께가 두꺼운 부분과 두께가 얇은 부분이 서로 다른 조직과 물성을 가지거나, 두께가 얇은 부분이 목표하는 조직과 물성을 갖지 못할 수 있다.
따라서, 블랭크의 두께, 및 가열로 취출 온도를 고려하지 않고, 이송 시간 만을 고려하여 이송 단계(S300)에서의 블랭크의 냉각을 제어하면, 취출되는 블랭크들의 취출 온도가 서로 다르거나, 서로 다른 두께를 가진 블랭크들이 동시에 이송되는 경우의 블랭크들의 성형개시온도(TA)가 달라 블랭크들의 성형성이 저하될 수 있다.
도 10은 성형개시온도(TA)가 600℃ 이상을 만족하는 가열로 취출 온도에 따른 이송 시간을 나타낸 그래프이다. 구체적으로, 도 10은 블랭크의 두께가 1.4mm인 경우(370), 블랭크의 두께가 1.2mm인 경우(380), 및 블랭크의 두께가 1.0mm인 경우(390)의 성형개시온도(TA)가 600℃ 이상을 만족하는 가열로 취출 온도에 따른 이송 시간을 나타낸 그래프이다.
도 10을 참조하면, 블랭크의 두께가 1.4mm인 경우(370), 블랭크의 두께가 1.2mm인 경우(380), 및 블랭크의 두께가 1.0mm인 경우(390) 모두 가열로 취출 온도가 증가할수록 성형개시온도(TA)가 600℃ 이상을 만족하기 위한 이송 시간이 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 10의 그래프 조건을 만족하는 경우, 600℃ 이상의 온도에서 성형이 개시될 수 있어, 블랭크의 성형성이 향상될 수 있고, 제조된 핫 스탬핑 부품의 목표한 조직과 물성을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 성형개시온도가 600℃ 이상이 되기 위한 이송 단계(S300)에서의 블랭크의 이송 시간은 하기 수학식을 만족할 수 있다. 하기 수학식은 가열로 취출 온도와 블랭크의 두께를 고려한 이송 단계(S300)에서의 블랭크의 이송 시간을 나타낸 것으로, 가열로 취출 온도, 블랭크의 두께, 및 블랭크의 이송 시간의 관계를 회귀분석하여 도출될 수 있다.
일 실시예에서, 이송 단계(S300)에서의 블랭크의 이송 시간이 하기 수학식을 만족하는 경우, 600℃ 이상의 온도에서 성형이 개시될 수 있어, 블랭크의 성형성이 향상될 수 있고, 제조된 핫 스탬핑 부품의 목표한 조직과 물성을 가질 수 있다.
<수학식>
λ = (a x T + b) x tc
이때, λ는 블랭크의 이송 시간(s), a는 가열로 취출 온도와 대기 온도를 고려한 보정계수, T는 가열로 취출 온도(℃), b는 블랭크의 성분을 고려한 보정계수, c는 블랭크의 두께 민감도, t는 블랭크의 두께(mm)다.
일 실시예에서, 상기 수학식에서 a는 가열로 취출 온도와 대기 온도를 고려한 보정계수로서 1.6 x 10-2 내지 1.65 x 10-2 사이의 값을 가질 수 있고, b는 블랭크의 성분을 고려한 보정계수로서 -10 내지 -0.5 사이의 값을 가질 수 있으며, c는 블랭크의 두께 민감도로서 0.7 내지 0.9 사이의 값을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 도 2에서와 같이, 두께가 다른 부분을 포함하는 테일러 웰디드 블랭크(120), 테일러 롤드 블랭크(130), 및 패치워크(140) 등의 블랭크(100)인 경우, 블랭크의 두께(t)는 블랭크 중 두께가 가장 얇은 부분의 두께(tmin)일 수 있다. 또한, 블랭크의 이송 시간(λ)은 연속 냉각 변태(Continuous Cooling Transformation, CCT)를 고려하여 20 이하의 값을 가질 수 있다.
도 11은 수학식을 통해 도출된 블랭크의 이송 시간에 관한 공정 윈도우(Process Window)를 도시한 그래프이다. 도 11에서 A 영역은 성형개시온도가 600℃ 이상인 경우에 해당한다.
도 11을 참조하면, 블랭크의 이송 시간이 A 영역에 해당하는 경우, 블랭크의 성형개시온도가 600℃ 이상을 만족할 수 있다. 가열로 취출 온도와 블랭크의 두께에 따른 블랭크의 이송 시간이 A 영역에 해당하는 경우, 블랭크의 성형개시온도가 600℃ 이상을 만족할 수 있어, 블랭크의 성형성이 향상될 수 있고, 제조된 핫 스탬핑 부품이 목표한 조직과 물성을 갖도록 할 수 있다.
가열로 취출 온도, 블랭크의 두께, 및 블랭크의 이송 시간의 관계를 이용하여 수학식을 도출하고, 상기 수학식에 의해 블랭크의 이송 시간을 제어함으로써, 블랭크의 성형개시온도가 600℃ 이상이 되도록 할 수 있다. 또한, 블랭크의 성형개시온도가 600℃ 이상이 되도록 함으로써, 블랭크의 성형성이 향상될 수 있고, 제조된 핫 스탬핑 부품이 목표한 조직과 물성을 갖도록 할 수 있다.
또한, 이송되는 블랭크들의 두께가 다른 경우에도 수학식을 이용하여 각각의 블랭크의 이송 시간을 산출하여 이송 과정을 제어함으로써, 블랭크들 간의 성형개시온도 차이가 발생하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다. 구체적으로, 이송되는 블랭크들의 두께가 다른 경우에도 수학식을 통해 가열로 취출 온도, 및 블랭크의 두께를 고려한 블랭크의 이송 시간을 산출하여 이송 과정을 제어함으로써, 각각의 블랭크의 성형개시온도가 600℃ 이상일 수 있고, 동시에 각각의 블랭크가 유사한 온도에서 성형이 개시되도록 할 수 있다.
또한, 도 2에서와 같이, 두께가 다른 부분을 포함하는 테일러 웰디드 블랭크(120), 테일러 롤드 블랭크(130), 및 패치워크(140) 등의 블랭크의 경우에도 전술한 수학식을 이용하여 각각의 이송 시간을 산출하여 이송 과정을 제어함으로써, 블랭크가 600℃ 이상의 성형개시온도를 가져, 상기 블랭크의 성형성이 향상될 수 있다.
이후, 다시 도 1, 및 도 7을 참조하면, 이송 단계(S300) 이후에 성형 단계(S400); 및 냉각 단계(S500)가 더 수행될 수 있다.
일 실시예에서, 성형 단계(S400)에서는 이송된 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 성형할 수 있고, 냉각 단계(S500)에서는 성형된 성형체를 냉각할 수 있다.
일 실시예에서, 냉각 단계(S500)에서는, 프레스 금형에서 최종 부품형상으로 성형된 후 성형체를 냉각하여 최종 제품이 형성될 수 있다. 프레스 금형에는 내부에 냉매가 순환하는 냉각 채널이 구비될 수 있다. 프레스 금형에 구비된 냉각 채널을 통하여 공급되는 냉매에 순환에 의해 가열된 블랭크를 급랭시킬 수 있게 된다. 이때, 판재의 스프링 백(spring back) 현상을 방지함과 더불어 원하는 형상을 유지하기 위해서는 프레스 금형을 닫은 상태에서 가압하면서 급랭을 실시할 수 있다. 가열된 블랭크를 성형 및 냉각 조작을 함에 있어, 마르텐사이트 종료 온도까지 평균냉각속도를 최소 10℃/s 이상으로 냉각할 수 있다. 블랭크는 프레스 금형 내에서 3 ~ 20초간 유지될 수 있다. 프레스 금형 내 유지 시간이 3초 미만일 경우, 소재의 충분한 냉각이 이뤄지지 않아 제품의 잔존 열과 부위별 온도 편차에 의해 열 변형이 발생하여 치수품질이 저하될 수 있다. 반면에, 프레스 금형 내 유지 시간이 20초를 초과하는 경우, 프레스 금형 내 유지 시간이 길어져 생산성이 저하될 수 있다.
가열로 취출 온도와 블랭크의 두께를 고려하여 가열로로부터 이송되는 블랭크들의 이송 시간을 차등 제어함으로써, 블랭크들의 성형성을 향상시킬 수 있고, 동시에 제조된 핫 스탬핑 부품들이 균일 또는 유사한 품질을 갖도록 할 수 있다.
또한, 서로 다른 두께를 갖는 테일러 웰디드 블랭크(TWB), 테일러 롤드 블랭크(TRB), 패치워크 등의 블랭크를 이용하여 핫 스탬핑 공정을 수행하는 경우에도, 가열로 취출 온도와 블랭크의 두께를 고려하여 가열로로부터 이송되는 블랭크의 이송 시간을 제어함으로써, 상기 블랭크의 성형성을 향상시킬 수 있고, 제조된 핫 스탬핑 부품이 균일 또는 유사한 품질을 갖도록 할 수 있다.
가열로 내에서 동시에 서로 다른 두께를 가진 블랭크들을 다단 가열함으로써, 블랭크들의 목표 온도(예컨대, 균열 온도) 도달 시간을 보다 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 서로 다른 두께를 가진 블랭크들의 목표 온도(예컨대, 균열 온도) 도달 시간을 보다 정밀하게 제어함으로써, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 의해 제조된 부품의 수소취성, 내식성, 및 용접성을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로 가열로 내에서 박물재와 후물재를 동시에 단일 가열하는 경우, 박물재가 후물재에 비해 먼저 목표 온도에 도달하여 박물재에 과가열이 발생하는 경우가 존재할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 가열로 내에서 박물재와 후물재를 동시에 가열하는 경우에도 박물재와 후물재를 다단 가열함으로써, 박물재와 후물재의 목표 온도(예컨대, 균열 온도) 도달 시간을 유사하게 제어할 수 있다. 또한, 박물재와 후물재의 목표 온도(예컨대, 균열 온도) 도달 시간을 유사하게 제어 함으로써, 핫 스탬핑 제조 방법에 의해 제조된 부품의 수소취성, 내식성, 및 용접성을 향상시킬 수 있다.
<실시예>
이하에서는, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 하기의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다. 하기의 실시예는 본 발명의 범위 내에서 당업자에 의해 적절히 수정 또는 변경될 수 있다.
<성형성 평가>
다음과 같이 실시예 1 내지 실시예 4, 및 비교예 1 내지 비교예 4에 대해 성형성 평가를 실시하였다. 이때, 성형성 평가는 변형률이 30%를 초과하는 부품을 성형 후 상기 부품의 형상부(측벽이나 모서리 엣지부)에서의 두께 감소율이 15% 이하이고 크랙(Crack)이 발생하지 않은 경우 Pass, 두께 감소율이 15% 초과이거나 크랙(Crack)이 발생한 경우 Fail로 평가하였다.
구분 가열로
취출 온도(T)		 블랭크의
두께(t)		 최대 이송
시간(λmax)		 실제 이송
시간(λ)		 성형성
평가 결과
실시예 1 950℃ 0.5mm 6.57s 6s Pass
실시예 2 950℃ 1.8mm 18.12s 18s Pass
실시예 3 930℃ 0.5mm 6.37s 6s Pass
실시예 4 930℃ 1.8mm 17.56s 17s Pass
비교예 1 950℃ 0.5mm 6.57s 7s Fail
비교예 2 950℃ 1.8mm 18.12s 19s Fail
비교예 3 930℃ 0.5mm 6.37s 7s Fail
비교예 4 930℃ 1.8mm 17.56s 18s Fail
표 1은 실시예 1 내지 실시예 4, 및 비교예 1 내지 비교예 4에 대한 성형성 평가 결과를 나타내는 표이다.
이때, 실시예 1과 비교예 1은 가열로 취출 온도(T)와 블랭크의 두께(t)가 서로 동일한 경우에 해당하고, 실시예 2와 비교예 2는 가열로 취출 온도(T)와 블랭크의 두께(t)가 서로 동일한 경우에 해당하며, 실시예 3과 비교예 3은 가열로 취출 온도(T)와 블랭크의 두께(t)가 서로 동일한 경우에 해당하고, 실시예 4와 비교예 4는 가열로 취출 온도(T)와 블랭크의 두께(t)가 서로 동일한 경우에 해당한다.
또한, 가열로 취출 온도(T)가 950℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 0.5mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)은 6.57s 일 수 있고, 가열로 취출 온도(T)가 950℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 1.8mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)은 18.12s 일 수 있으며, 가열로 취출 온도(T)가 930℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 0.5mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)은 6.37s 일 수 있고, 가열로 취출 온도(T)가 930℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 1.8mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)은 17.56s 일 수 있다.
따라서, 실시예 1의 실제 이송 시간(λ)은 가열로 취출 온도(T)가 950℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 0.5mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)인 6.57s 보다 작으므로, 실시예 1은 수학식을 만족하는 경우에 해당하고, 비교예 1의 실제 이송 시간(λ)은 가열로 취출 온도(T)가 950℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 0.5mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)인 6.57s 보다 크므로, 비교예 1은 수학식을 만족하지 않는 경우에 해당한다.
실시예 2의 실제 이송 시간(λ)은 가열로 취출 온도(T)가 950℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 1.8mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)인 18.12s 보다 작으므로, 실시예 2는 수학식을 만족하는 경우에 해당하고, 비교예 2의 실제 이송 시간(λ)은 가열로 취출 온도(T)가 950℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 1.8mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)인 18.12s 보다 크므로, 비교예 2는 수학식을 만족하지 않는 경우에 해당한다.
실시예 3의 실제 이송 시간(λ)은 가열로 취출 온도(T)가 930℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 0.5mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)인 6.37s 보다 작은 6s 이므로, 실시예 3은 수학식을 만족하는 경우에 해당하고, 비교예 3의 실제 이송 시간(λ)은 가열로 취출 온도(T)가 930℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 0.5mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)인 6.37s 보다 큰 7s 이므로, 비교예 3은 전술한 수학식을 만족하지 않는 경우에 해당한다.
실시예 4의 실제 이송 시간(λ)은 가열로 취출 온도(T)가 930℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 1.8mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)인 17.56s 보다 작으므로, 실시예 4는 수학식을 만족하는 경우에 해당하고, 비교예 4의 실제 이송 시간(λ)은 가열로 취출 온도(T)가 930℃ 이고, 블랭크의 두께(t)가 1.8mm 인 경우에 수학식을 만족하는 최대 이송 시간(λmax)인 17.56s 보다 크므로, 비교예 4는 수학식을 만족하지 않는 경우에 해당한다.
표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 실시예 4와 같이 블랭크의 이송 시간(λ)이 수학식을 만족하는 경우, 성형된 부품의 형상부(측벽이나 모서리 엣지부)에서의 두께 감소율이 15% 이하이면서, 크랙(Crack)이 발생하지 않았다. 따라서, 실시예 1 내지 실시예 4와 같이 블랭크의 이송 시간(λ)이 수학식을 만족하는 경우 성형성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
반면에, 비교예 1 내지 비교예 4와 같이 블랭크의 이송 시간(λ)이 수학식을 만족하지 않는 경우(실제 이송 시간이 수학식에 의해 도출된 이송 시간보다 큰 경우), 성형된 부품의 형상부(측벽이나 모서리 엣지부)에서의 두께 감소율이 15%를 초과하거나, 크랙(Crack) 발생하였다. 따라서, 비교예 1 내지 비교예 4와 같이 블랭크의 이송 시간(λ)이 수학식을 만족하지 않는 경우 성형성이 열위한 것을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (11)

  1. 가열로 내로 블랭크를 투입하는 단계;
    상기 블랭크를 가열하는 단계; 및
    상기 가열된 블랭크를 상기 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 블랭크를 이송하는 단계에서의 상기 블랭크의 이송 시간은 하기 수학식을 만족하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
    <수학식>
    λ = (a x T + b) x tc
    (이때, λ는 블랭크의 이송 시간(s), a는 취출 온도와 대기 온도를 고려한 보정계수, T는 가열로 취출 온도(℃), b는 블랭크의 성분을 고려한 보정계수, c는 블랭크의 두께 민감도, t는 블랭크의 두께(mm))
  2. 제1항에 있어서,
    상기 블랭크를 이송하는 단계에 있어서,
    상기 가열된 블랭크는 10초 내지 15초 동안 공랭되는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 블랭크를 이송하는 단계 이후에,
    상기 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 성형하는 단계; 및
    상기 성형된 성형체를 냉각하는 단계;를 더 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 성형체를 성형하는 단계에서,
    상기 블랭크의 성형개시온도는 600℃ 이상인, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가열로 내에는 서로 다른 두께를 가지는 적어도 두 개의 블랭크가 동시에 이송되는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 블랭크는 제1 두께를 가지는 제1 부분, 및 상기 제1 두께와 상이한 제2 두께를 가지는 제2 부분을 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가열로는 서로 다른 온도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 블랭크를 가열하는 단계는,
    상기 블랭크를 단계적으로 가열하는 다단 가열 단계; 및
    상기 블랭크를 Ac3 내지 1,000℃의 온도로 가열하는 균열 가열 단계;를 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 구간에서 상기 블랭크를 다단 가열하는 구간의 길이와 상기 블랭크를 균열 가열하는 구간의 길이의 비는 1:1 내지 4:1을 만족하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 블랭크는 상기 가열로 내에 180초 내지 360초 동안 체류하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품.
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