KR102372480B1 - 테일러 롤드 블랭크, 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫스탬핑 부품 - Google Patents
테일러 롤드 블랭크, 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫스탬핑 부품 Download PDFInfo
- Publication number
- KR102372480B1 KR102372480B1 KR1020200037224A KR20200037224A KR102372480B1 KR 102372480 B1 KR102372480 B1 KR 102372480B1 KR 1020200037224 A KR1020200037224 A KR 1020200037224A KR 20200037224 A KR20200037224 A KR 20200037224A KR 102372480 B1 KR102372480 B1 KR 102372480B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- hot stamping
- blank
- stamping part
- less
- heating furnace
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/04—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
- B21B—ROLLING OF METAL
- B21B37/00—Control devices or methods specially adapted for metal-rolling mills or the work produced thereby
- B21B37/16—Control of thickness, width, diameter or other transverse dimensions
-
- 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
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0221—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the working steps
- C21D8/0236—Cold rolling
-
- 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
- C21D8/00—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment
- C21D8/02—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips
- C21D8/0247—Modifying the physical properties by deformation combined with, or followed by, heat treatment during manufacturing of plates or strips characterised by the heat treatment
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/001—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing N
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/14—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing titanium or zirconium
-
- 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
- C21D2211/00—Microstructure comprising significant phases
- C21D2211/005—Ferrite
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Heat Treatment Of Articles (AREA)
- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Abstract
테일러 롤드 블랭크, 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫스탬핑 부품과 관련한 발명이 개시된다. 한 구체예에서 상기 핫스탬핑 부품 제조방법은 테일러 롤드 블랭크를 소정의 두께 프로파일로 냉간 압연하여 테일러 롤드 블랭크(TRB)를 마련하는 단계; 상기 블랭크를 가열로 내부에 장입하고, 상기 가열로의 다단 가열 구간 및 균열처리 구간을 순차적으로 통과하여 열처리하는 단계; 상기 열처리된 블랭크를 가열로에서 취출하고 프레스 금형으로 이송하여 핫스탬핑 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 성형체를 냉각하는 단계;를 포함한다.
Description
본 발명은 테일러 롤드 블랭크, 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫스탬핑 부품에 관한 것이다.
현재 자동차 산업에서는 환경 및 연비 규제와 안전기준이 강화되고 있는 실정이다. 이에 따라 초고강력강과 핫스탬핑 강의 적용률이 꾸준히 증가하고 있는 추세로 특히 핫스탬핑 강의 경우, 기존 1.5G 핫스탬핑 강을 비롯하여 고인성 및 고강도화에 대한 연구개발이 이루어지고 있다. 핫스탬핑 공정은 보편적으로 가열/성형/냉각/트림으로 이루어지며 공정 중 강재의 상변태 및 미세조직 변화를 이용하게 된다.
한편, 테일러 롤드 블랭크(Tailor Rolled Blank, TRB)는 냉연 상태의 강재를 특정 두께 프로파일을 갖도록 압연하여 제조한 것이며, 상기 테일러 롤드 블랭크를 이용하여 핫스탬핑 부품 제조시 경량화 효과가 우수하다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-10-1125069호(2012.06.13. 공고, 발명의 명칭: 핫스탬핑용 가열로 장치 및 블랭크 가열방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 경량성, 성형성 및 기계적 물성이 우수한 테일러 롤드 블랭크를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 수소취성 및 지연파단 민감성 개선효과가 우수한 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 두께별 오스테나이트 결정립 사이즈 및 응력 편차를 최소화할 수 있는 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 경량성, 성형성 및 기계적 물성이 우수한 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법에 의해 제조된 핫스탬핑 부품에 관한 것이다.
본 발명의 하나의 관점은 테일러 롤드 블랭크에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 테일러 롤드 블랭크는 탄소(C): 0.10~0.35 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn): 1.0~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상: 0.1~0.5 중량%, 질소(N): 0 초과 0.01 중량% 이하, 보론(B): 0.0001~0.005 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 모재; 및 상기 모재 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함하고, 상기 모재는 부피분율로 페라이트(ferrite) 40~60% 및 펄라이트(pearlite) 40~60%를 포함하는 미세조직을 가지며, 상기 페라이트는 평균 결정립 사이즈가 5~50㎛ 이며, 전자후방산란회절(EBSD) 이탈각도(Misorientation angle) 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정값이 0.01~4.0 이다.
본 발명의 다른 관점은 상기 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 핫스탬핑 부품 제조방법은 냉연소재를 소정의 두께 프로파일로 냉간 압연하여 테일러 롤드 블랭크(TRB)를 마련하는 단계; 상기 블랭크를 가열로 내부에 장입하고, 상기 가열로의 다단 가열 구간 및 균열처리 구간을 순차적으로 통과하여 열처리하는 단계; 상기 열처리된 블랭크를 가열로에서 취출하고 프레스 금형으로 이송하여 핫스탬핑 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 및 상기 성형체를 냉각하는 단계;를 포함하며, 상기 다단 가열 구간은 서로 다른 2 이상의 온도 유지구간을 포함하며, 상기 블랭크는 상기 다단 가열 구간 통과시 하기 식 1의 Tg가 0 초과 0.025℃/mm 이하의 조건으로 열처리되고, 상기 균열처리는 800~1000℃에서 이루어진다:
[식 1]
Tg = (Tu - Ti)/Lt
(상기 식 1에서, 상기 Tu: 균열처리 온도(℃), Ti: 가열로 입구 온도(℃) 및 Lt: 가열로 입구에서부터 균열처리 구간 시작 위치 사이의 거리(mm)이다).
한 구체예에서 상기 냉연소재는, 탄소(C): 0.10~0.35 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn): 1.0~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al)과 티타늄(Ti)의 합: 0.1~0.5 중량%, 질소(N): 0 초과 0.01 중량% 이하, 보론(B): 0.0001~0.005 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물 포함하는 모재; 및 상기 모재 표면에 형성된 Al-Si계 도금층;을 포함할 수 있다.
한 구체예에서 상기 블랭크는, 상기 테일러 롤드 블랭크를 압하율 50% 이하로 냉간 압연하여 제조될 수 있다.
한 구체예에서 상기 열처리는 100~600초 동안 실시될 수 있다.
한 구체예에서 상기 서로 다른 2 이상의 온도 유지구간은, 상기 블랭크가 장입되는 가열로 입구에서 상기 블랭크가 인출되는 가열로 출구 방향을 따라 온도가 순차적으로 증가할 수 있다.
한 구체예에서 상기 가열로는 20~40m의 길이이며, 상기 균열처리 구간은 상기 가열로 길이에 대하여 20~50% 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 열처리는 이슬점: 0℃ 이하 조건으로 실시될 수 있다.
한 구체예에서 상기 열처리된 블랭크는 상기 가열로에서 취출 후, 프레스 금형 내부에 유입되기 전까지 10~15초의 공랭 노출 시간을 가질 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉각은, 상기 성형체를 프레스 금형에서 3~20초 동안 유지하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점은 상기 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법에 의해 제조된 핫스탬핑 부품에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 핫스탬핑 부품은 탄소(C): 0.10~0.35 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn): 1.0~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상: 0.1~0.5 중량%, 질소(N): 0 초과 0.01 중량% 이하, 보론(B): 0.0001~0.005 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 소정의 두께 프로파일을 갖는 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함하며, 수소 트랩량: 1.0ppm 이하 및 수소 트래핑 에너지: 25~40KJ/mol 일 수 있다.
한 구체예에서 상기 핫스탬핑 부품은 인장강도(TS): 1000MPa 이상, 항복강도(YS): 800MPa 이상, 연신율(El): 5% 이상 및 비커스 경도: 400 Hv 이상이고, 마르텐사이트(martensite) 분율 90% 이상을 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.
한 구체예에서 상기 핫스탬핑 부품은 오스테나이트 결정립 사이즈가 35㎛ 이하이며, 전자후방산란회절(EBSD) 이탈각도(Misorientation angle) 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정값이 0.001~2.0 일 수 있다.
본 발명의 테일러 롤드 블랭크는, 테일러 롤드 블랭크의 성형시 경량성, 성형성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다. 또한 상기 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법 적용시, 도금층으로의 수소 유입 촉진에 의한 수소취성 및 지연파단 민감성 개선효과가 우수하며, 핫스탬핑 부품의 두께별 오스테나이트 결정립 사이즈 및 응력 편차를 최소화할 수 있고, 경량성, 성형성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법을 나타낸 것이다.
도 2는 종래 가열로에서 열처리시 블랭크 부위별 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 열처리시 블랭크 부위별 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 테일러 롤드 블랭크의 두께 프로파일을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 테일러 롤드 블랭크의 미세조직을 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 6는 본 발명에 따른 테일러 롤드 블랭크의 전자후방산란회절 이탈각도 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 미세조직을 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 전자후방산란회절 이탈각도 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정결과를 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 압하율별 오스테나이트 그레인 크기를 분석한 광학현미경 사진이다.
도 10은 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 이슬점 변화에 따른 확산성 수소량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 이슬점 변화에 따른 확산성 수소량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 실시예 핫스탬핑 부품의 수소 트래핑 에너지 측정결과를 나타낸 것이다.
도 2는 종래 가열로에서 열처리시 블랭크 부위별 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 열처리시 블랭크 부위별 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명에 따른 테일러 롤드 블랭크의 두께 프로파일을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 테일러 롤드 블랭크의 미세조직을 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 6는 본 발명에 따른 테일러 롤드 블랭크의 전자후방산란회절 이탈각도 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정결과를 나타낸 사진이다.
도 7은 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 미세조직을 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 8은 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 전자후방산란회절 이탈각도 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정결과를 나타낸 사진이다.
도 9는 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 압하율별 오스테나이트 그레인 크기를 분석한 광학현미경 사진이다.
도 10은 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 이슬점 변화에 따른 확산성 수소량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 이슬점 변화에 따른 확산성 수소량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 실시예 핫스탬핑 부품의 수소 트래핑 에너지 측정결과를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다. 이때, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 발명을 설명하는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
테일러 롤드 블랭크
본 발명의 하나의 관점은 테일러 롤드 블랭크에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 테일러 롤드 블랭크는 탄소(C): 0.10~0.35 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn): 1.0~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al)과 티타늄(Ti)의 합: 0.1~0.5 중량%, 질소(N): 0 초과 0.01 중량% 이하, 보론(B): 0.0001~0.005 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 소정의 두께 프로파일을 갖는 모재; 및 상기 모재 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함한다.
이하, 상기 모재의 합금 성분에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
탄소(C)
상기 탄소(C)는 강재의 강도, 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑(또는 열간 프레스) 공정 이후, 강재의 인장강도를 확보하는 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 탄소는 상기 모재 전체중량에 대하여 0.10~0.35 중량% 포함된다. 상기 탄소를 0.10 미만으로 포함시 본 발명의 기계적 강도를 달성하이 어려우며, 0.35 중량%를 초과하여 포함시 수소 취성 저항성이 저하될 수 있다.
실리콘(Si)
상기 실리콘(Si)은 고용 강화 원소로의 강판의 강화에 기여하고, 연성의 개선에 유효한 원소이다. 또한, 상기 실리콘은 수소취성에 의한 균열의 기점이 되는 세멘타이트의 생성을 억제하는 작용을 한다. 한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 모재 전체중량에 대하여 0.01~0.5 중량% 포함된다. 상기 실리콘을 0.01 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.5 중량%를 초과하여 포함시 도금 특성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)
상기 망간(Mn)은 소입성 및 강도 증가의 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 망간은 상기 모재 전체중량에 대하여 1.0~3.0 중량% 포함된다. 상기 망간을 1.0 중량% 미만으로 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 3.0 중량%를 초과하여 포함시 편석이 발생하여 조직 불균일을 발생시킬 수 있다.
인(P)
상기 인(P)은 편석이 잘 되는 원소로 강의 인성을 저해하는 원소이다. 한 구체예에서 상기 인은 상기 모재 전체중량에 대하여 0 초과 0.1 중량% 이하 포함된다. 상기 인을 0.1 중량% 초과하여 포함시 입계에 편석되어 입계 취성을 촉진시킬 수 있다. 예를 들면 0 초과 0.05 중량% 이하 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 0 초과 0.03 중량% 이하 포함될 수 있다.
황(S)
상기 황(S)은 부식 환경에서의 강재로의 수소 흡수를 조장하며, 수소 취성에 의한 균열의 기점이 되는 MnS 등의 황화물을 형성하기 때문에, 함량을 최소화하는 것이 바람직하다. 한 구체예에서 상기 황은 상기 모재 전체중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 이하 포함된다. 상기 황을 0.01 중량%를 초과하여 포함시 황화물 형성량이 증가하며, 수소 취성을 촉진시킬 수 있다. 예를 들면 0 초과 0.005 중량% 이하 포함될 수 있다.
알루미늄(Al)과 티타늄(Ti)
상기 알루미늄(Al)은 탈산 작용을 하는 원소이다. 또한 내식성 향상 작용과 내수소 취화특성을 향상시키는 작용을 한다. 한 구체예에서 상기 알루미늄은 상기 모재 전체중량에 대하여 0.001~0.3 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 탈산효과, 내식성 효과 및 내수소 취화특성이 우수할 수 있다.
상기 티타늄(Ti)은 탄화물 형성에 의해 내수소 취화 특성의 향상에 기여한다. 또한 치밀한 표면 산화물을 형성하여 수소유입 저감 효과가 우수할 수 있다. 한 구체예에서 상기 티타늄은 상기 모재 전체중량에 대하여 0.001~0.3 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 수소유입 저감 효과 및 내수소 취화특성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 알루미늄과 티타늄 중 하나 이상의 합은, 상기 모재 전체중량에 대하여 0.1~0.5 중량% 포함된다. 상기 알루미늄과 티타늄 중 하나 이상을 0.1 중량% 미만으로 포함시 그 첨가효과가 미미하며, 0.5 중량% 초과하여 포함시 알루미나 등의 개재물 함량이 증가하여 인성 및 가공성의 열화가 발생할 수 있다.
질소(N)
상기 질소(N)는 불가피하게 포함되는 원소이다. 한 구체예에서 상기 질소는 상기 모재 전체중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 이하 포함된다. 상기 질소를 0.01 중량% 초과하여 포함시 가공성이 열화되며, 보론과 BN 결합을 형성하여 열처리 경화성을 저하시킬 수 있다. 예를 들면 0 초과 0.008 중량% 이하 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 0 초과 0.006 중량% 이하 포함될 수 있다.
보론(B)
상기 보론(B)은 소입성을 높여 강판의 강도 향상에 유효하다. 한 구체예에서 상기 보론은 상기 모재 전체중량에 대하여 0.0001~0.005 중량% 포함된다. 상기 보론을 0.0001 중량% 미만 포함시 그 첨가 효과가 미미하며, 0.005 중량%를 초과하여 포함시 열간 가공성이 저하될 수 있다. 예를 들면 0.0001~0.003 중량% 포함될 수 있다. 다른 예를 들면 0.0001~0.002 중량% 포함될 수 있다.
한 구체예에서 상기 테일러 롤드 블랭크는, 전술한 합금성분 및 함량을 포함하는 슬라브를 재가열하고; 상기 재가열된 슬라브를 열간 압연 및 권취하여 열연판재를 제조하고; 상기 열연강재를 냉간압연하여 냉연판재를 제조하고; 상기 냉연판재를 소둔 열처리하고; 상기 소둔 열처리된 냉연판에 Al-Si계 도금층을 형성하여 냉연소재를 제조하고; 그리고 상기 냉연소재를 소정의 두께 프로파일로 냉간 압연하는 단계;를 포함하여 제조할 수 있다.
예를 들면 상기 두께 프로파일은 통상적인 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들면 상기 냉연소재를 냉간 압연시, 압하율을 조절하여 제1 두께를 갖는 제1 영역, 제2 두께를 갖는 제2 영역,,,, 및 제n 두께를 갖는 제n 영역을 포함하여 형성할 수 있다.
한 구체예에서 상기 Al-Si 도금층은 양면 기준 100~180 g/㎡의 도금량으로 형성될 수 있다. 상기 조건에서 내식성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 모재는 부피분율로 페라이트(ferrite) 40~60% 및 펄라이트(pearlite) 40~60%를 포함하는 미세조직을 가진다. 상기 조건에서 테일러 롤드 블랭크를 제조시 성형성이 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 페라이트는 평균 결정립 사이즈가 5~50㎛ 이며, 전자후방산란회절(Electron Back scattered Diffraction, EBSD) 이탈각도(Misorientation angle) 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정값이 0.01~4.0 이다. 상기 조건에서 상기 강재를 이용하여 테일러 롤드 블랭크를 제조시 성형성이 우수할 수 있다.
테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법
본 발명의 다른 관점은 상기 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법에 관한 것이다. 도 1은 본 발명의 한 구체예에 따른 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법을 나타낸 것이다. 상기 도 1을 참조하면, 상기 핫스탬핑 부품 제조방법은 (S10) 테일러 롤드 블랭크 마련단계; (S20) 열처리 단계; (S30) 핫스탬핑 단계; 및 (S40) 냉각단계;를 포함한다.
보다 구체적으로, 상기 핫스탬핑 부품 제조방법은 (S10) 냉연소재를 소정의 두께 프로파일로 냉간 압연하여 테일러 롤드 블랭크(TRB)를 마련하는 단계; (S20) 상기 블랭크를 가열로 내부에 장입하고, 상기 가열로의 다단 가열 구간 및 균열처리 구간을 순차적으로 통과하여 열처리하는 단계; (S30) 상기 열처리된 블랭크를 가열로에서 취출하고 프레스 금형으로 이송하여 핫스탬핑 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 및 (S40) 상기 성형체를 냉각하는 단계;를 포함하며, 상기 다단 가열 구간은 서로 다른 2 이상의 온도 유지구간을 포함하며, 상기 블랭크는 상기 다단 가열 구간 통과시 하기 식 1의 Tg가 0 초과 0.025℃/mm 이하의 조건으로 열처리되고, 상기 균열처리는 800~1000℃에서 이루어진다:
[식 1]
Tg = (Tu - Ti)/Lt
(상기 식 1에서, 상기 Tu: 균열처리 온도(℃), Ti: 가열로 입구 온도(℃) 및 Lt: 가열로 입구에서부터 균열처리 구간 시작 위치 사이의 거리(mm)이다).
이하, 본 발명에 따른 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법을 단계별로 상세히 설명하도록 한다.
(S10) 테일러 롤드 블랭크 소재 마련단계
상기 단계는 냉연소재를 소정의 두께 프로파일로 냉간 압연하여 테일러 롤드 블랭크(TRB) 강재를 마련하는 단계이다.
한 구체예에서 상기 냉연소재는, 탄소(C): 0.10~0.35 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn): 1.0~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al)과 티타늄(Ti)의 합: 0.1~0.5 중량%, 질소(N): 0 초과 0.01 중량% 이하, 보론(B): 0.0001~0.005 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물 포함하는 모재; 및 상기 모재 표면에 형성된 Al-Si계 도금층;을 포함할 수 있다.
상기 냉연소재는 전술한 테일러 롤드 블랭크와 동일한 성분 및 함량을 적용하여 제조할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
상기 테일러 롤드 블랭크는 냉간 압연시 적용되는 압하율을 조절하여 두께를 조절하여 소정의 두께 프로파일을 가질 수 있다. 한 구체예에서 상기 냉연소재를 압하율 50% 이하로 냉간 압연하여 제조될 수 있다. 상기 압연 조건에서, 블랭크의 잔류 응력을 최소화하여 성형성이 우수하며, 핫스탬핑 부품의 두께별 오스테나이트 결정립 사이즈 및 응력 편차를 최소화할 수 있고, 도금층에 수소 혼입을 방지하여, 수소지연파괴 발생 가능성과 수소취성 민감도를 최소화할 수 있다.
(S20) 열처리 단계
상기 단계는 상기 블랭크를 가열로 내부에 장입하고, 상기 가열로의 다단 가열 구간 및 균열처리 구간을 순차적으로 통과하여 열처리하는 단계이다. 예를 들면 상기 블랭크는 다단 가열 구간을 통과하여 균열온도까지 상승되고, 상기 균열처리 구간을 통과하여 상기 균열온도를 유지하여 열처리될 수 있다.
한 구체예에서 상기 블랭크를 롤러에 실장하여 상기 가열로 내부를 통과하도록 이동시킨다. 상기 블랭크는 상기 가열로의 입측으로 유입하고, 상기 가열로의 내부를 지나면서 가열되어, 상기 가열로의 출축으로 인출될 수 있다.
이때, 상기 가열로의 다단 가열 구간은 2개 이상의 다수 개의 온도 유지 구간으로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 가열로 내부에 개별 가열 수단을 이용하여 상기 다수 개의 온도 유지 구간을 형성할 수 있다.
한 구체예에서 상기 서로 다른 2 이상의 온도 유지구간은, 상기 블랭크가 장입되는 가열로 입구에서 상기 블랭크가 인출되는 가열로 출구 방향을 따라 온도가 순차적으로 증가할 수 있다.
도 2는 종래 단일 가열방식의 가열로에서 열처리시 블랭크 부위별 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 상기 도 2를 참조하면, 종래 단일 가열방식의 가열로에서 블랭크를 열처리시, 블랭크(TRB)의 두께별(압하율 15%, 30%, 40% 및 50%) 목표 온도 도달시간이 상이함을 알 수 있다.
또한 핫스탬핑 부품 제조시 상기 블랭크의 모든 영역의 풀 오스테나이트화(full austenitization)을 위해 가장 두께가 높은 부분을 기준으로 가열조건을 설정하는데, 상기 도 2와 같이 블랭크 중 압하율이 상대적으로 높은 부분의 균열 시간이 증가하여, 오스테나이트 결정립 사이즈가 더 성장하고 수소 유입량이 증가하는 문제가 있었다.
도 3은 본 발명에 따른 다단 가열 구간 및 균열 처리구간을 순차적으로 통과하여 열처리시, 블랭크 부위별 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 상기 도 3을 참조하면, 다단 가열 구간을 통과시 블랭크의 두께별 목표온도(균열 온도) 도달시간 편차를 최소화하여 제어할 수 있으며, 블랭크의 두께에 따라 균열에 도달하는 시간의 편차를 최소화 제어할 수 있고, 이에 따라 압하율 높은 부분과 낮은 부분의 오스테나이트 결정립 사이즈를 균일하게 제어할 수 있고, 수소 유입량 또한 균일하게 제어할 수 있음을 알 수 있다.
한 구체예에서 상기 블랭크는 상기 다단 가열 구간 통과시 하기 식 1의 Tg가 0 초과 0.025℃/mm 이하의 조건으로 열처리된다:
[식 1]
Tg = (Tu - Ti)/Lt
(상기 식 1에서, 상기 Tu: 균열처리 온도(℃), Ti: 가열로 입구 온도(℃) 및 Lt: 가열로 입구에서부터 균열처리 구간 시작 위치 사이의 거리(mm)이다).
상기 조건으로 다단 가열 구간을 통과시, 상기 블랭크의 오스테나이트 결정립 사이즈를 용이하게 제어하며, 수소 유입량을 최소화할 수 있다.
한 구체예에서 상기 균열처리는 800~1000℃에서 이루어진다. 상기 균열처리 온도를 800℃ 미만으로 실시하는 경우 상기 블랭크가 가열로에서 인출된 후, 공랭 노출 시간에 의해 프레스 성형 시작 온도가 과도하게 낮아져서, 가열된 블랭크의 연신율이 감소하여 성형 중 두께 감소가 발생하거나 파단이 발생할 수 있다. 또한, 상기 공랭 노출 시간 동안 냉각됨으로써, 블랭크의 강도가 상승하여 복수의 블랭크를 동시 성형하는데 큰 힘이 필요하여 프레스 설비에 과부하가 걸릴 수 있다. 반면에, 상기 균열처리 온도를 1000℃를 초과하는 경우, 블랭크 내의 티타늄(Ti) 등의 탄화물 형성 원소나 질화물 형성 원소가 모재로 용해(dissolution) 되어 결정립 조대화를 억제하기 어려울 수 있다.
한 구체예에서 상기 열처리는 100~600초 동안 실시될 수 있다. 상기 조건에서 목적하는 균열 온도에서 충분한 균열 시간을 가지면서, 블랭크 내부로 침투하는 수소의 양을 최소화하여 지연 파단을 방지하며, 핫 스탬핑 후의 내식성 방지 효과가 우수할 수 있다.
한 구체예에서 상기 가열로는 20~40m의 길이이며, 상기 균열처리 구간은 상기 가열로 길이에 대하여 20~50% 일 수 있다. 상기 조건에서 상기 블랭크의 오스테나이트 결정립 사이즈를 용이하게 제어하며, 수소 유입량을 최소화할 수 있다. 예를 들면 상기 가열로 길이에 대하여 다단 가열 구간 50~80% 및 균열처리 구간 20~50%일 수 있다.
한 구체예에서 상기 블랭크를 가열하는 단계는 상기 가열로 내의 수분량을 조절하기 위해 건조공기를 주입하여 이슬점을 0℃ 이하로 유지시킨 상태로, 바람직하게는 -5℃ 이하로 유지시킨 상태에서 진행시킬 수 있다.
(S30) 핫스탬핑 단계 및 (S40) 냉각단계
상기 단계는 상기 열처리된 블랭크를 가열로에서 취출하고 프레스 금형으로 이송하여 핫스탬핑 성형하여 성형체를 형성하는 단계이다.
한 구체예에서 상기 열처리된 블랭크는 상기 가열로에서 취출 후, 프레스 금형 내부에 유입되기 전까지 10~15초의 공랭 노출 시간을 가질 수 있다. 예를 들면 상기 열처리된 블랭크는 가열로 출측을 통해 외부로 인출되며, 롤러를 따라 이송하여 정렬 가이드에 도달 후, 상기 프레스 금형의 이송을 위해 대기할 수 있다. 이 때 상기 블랭크는 10~15초 동안 공랭에 노출될 수 있다.
상기 블랭크는 상기 공랭 노출 시간동안 냉각됨으로써, 핫스탬핑 성형 개시 온도가 상기 균열처리된 온도보다 감소할 수 있다. 상기 가열로에서의 균열 온도가 감소할수록, 블랭크의 성형 개시 온도는 감소하며, 그 결과, 상기 블랭크를 인장 테스트할 때, 블랭크의 강도는 증가할 수 있다. 이에 따라, 성형 개시 온도가 낮을수록, 부하가 커지며 성형 중 크랙 발생 위험이 증가할 수 있다.
결과적으로, 상기 10초 내지 15초의 공랭 노출 시간에 의해 성형 개시 온도가 감소하기 때문에, 이를 보상하기 위해 가열로 내의 균열처리 온도를 950℃ 이상으로 실시할 수 있다. 다만, 상기 균열처리 온도가 1000℃를 초과하는 경우, 블랭크 내의 Ti, V, Nb, Mo 등의 탄화물 형성 원소나 질화물 형성 원소가 모재로 용해(dissolution)되어 결정립 조대화를 억제하기 어려울 수 있다.
한 구체예에서 상기 프레스 금형에는 내부에 냉매가 순환하는 냉각 채널이 구비될 수 있다. 상기 냉각 채널을 통하여 공급되는 냉매에 의한 순환에 의해, 열처리된 블랭크를 신속히 급냉하여 냉각을 실시할 수 있다. 이때, 강재의 스프링 백(spring back) 현상을 방지함과 더불어 원하는 형상을 유지하기 위해서는 프레스 금형을 닫은 상태에서 가압하면서 급냉을 실시할 수 있다. 가열된 블랭크를 성형 및 냉각 조작을 함에 있어, 마르텐사이트 종료온도까지 평균냉각속도를 최소 10℃/s 이상으로 냉각할 수 있다.
한 구체예에서 상기 냉각은, 상기 프레스 금형 내에서 3~20 초간 유지하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 금형 내 유지시간이 3 초 미만일 경우, 충분한 량의 마르텐사이트가 생성되지 않아 기계적 물성을 확보하기 어렵다. 상기 금형 내 유지시간이 20 초를 초과하는 경우, 유의미한 차이점이 발생하지 않아 생산성 측면에서 3~20 초의 냉각 유지 시간을 설정할 수 있다.
핫스탬핑 부품 제조방법에 의해 제조된 핫스탬핑 부품
본 발명의 또 다른 관점은 상기 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법에 의해 제조된 핫스탬핑 부품에 관한 것이다. 한 구체예에서 상기 핫스탬핑 부품은 탄소(C): 0.10~0.35 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn): 1.0~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상: 0.1~0.5 중량%, 질소(N): 0 초과 0.01 중량% 이하, 보론(B): 0.0001~0.005 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 소정의 두께 프로파일을 갖는 베이스 강판; 및 상기 베이스 강판 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함한다.
상기 핫스탬핑 부품의 베이스 강판은, 전술한 테일러 롤드 블랭크와 동일한 성분 및 함량을 적용하여 제조할 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한 구체예에서 상기 핫스탬핑 부품은 수소 트랩량: 1.0ppm 이하 및 수소 트래핑 에너지: 25~40KJ/mol 이다. 상기 조건에서 상기 핫스탬핑 부품의 수소 지연파괴 방지 효과가 우수할 수 있다. 상기 수소 트랩량이 1.0ppm을 초과하는 경우 수소 취성이 증가하게 된다.
또한, 상기 수소 트래핑 에너지가 25 KJ/mol 미만인 경우, 수소 활성화가 높아져 수소취성이 저하되며, 40KJ/mol을 초과하는 경우 수소의 방출속도가 느려지게 된다. 따라서 수소 트래핑 에너지를 25~40KJ/mol로 제어해야 한다.
한 구체예에서 상기 핫스탬핑 부품은 인장강도(TS): 1000MPa 이상, 항복강도(YS): 800MPa 이상, 연신율(El): 5% 이상 및 비커스 경도: 400 Hv 이상이고, 마르텐사이트(martensite) 분율 90% 이상을 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.
예를 들면 상기 핫스탬핑 부품은 인장강도(TS): 1000~2000MPa, 항복강도(YS): 800~1300MPa, 연신율(El): 5~10% 및 비커스 경도: 400~550 Hv 이고, 마르텐사이트(martensite) 분율 90%~100%를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.
한 구체예에서 상기 핫스탬핑 부품은 오스테나이트 결정립 사이즈가 35㎛ 이하일 수 있다. 예를 들면 0 초과 30㎛ 이하일 수 있다.
한 구체예에서 전자후방산란회절(EBSD) 이탈각도(Misorientation angle) 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정값이 0.001~2.0 일 수 있다.
종래 1.5G급 이상의 핫스탬핑 부품의 제조를 위해 테일러 롤드 블랭크의 냉연 압하율이 증가시, 잔류 응력이 증가하고, 핫스탬핑 공정 중 Al 도금층 내 수소 유입이 촉진되어, 지연파괴 발생 가능성이 높은 문제가 있었다.
반면, 본 발명의 테일러 롤드 블랭크는, 테일러 롤드 블랭크의 성형시 압하율 증가에도 성형성이 우수하며, 경량성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다. 또한 상기 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법 적용시, 도금층으로의 수소 유입 촉진에 의한 수소취성 및 지연파단 민감성 개선효과가 우수하며, 경량성, 성형성 및 기계적 물성이 우수할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실시예
(1) 테일러 롤드 블랭크 제조: 탄소(C): 0.10~0.35 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn): 1.0~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상: 0.1~0.5 중량%, 질소(N): 0 초과 0.01 중량% 이하, 보론(B): 0.0001~0.005 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하는 슬라브를 준비하였다.
그 다음에 상기 슬라브를 재가열하고; 상기 재가열된 슬라브를 열간 압연 및 권취하여 열연판재를 제조하고; 상기 열연강재를 냉간 압연하여 냉연판재를 제조하고; 그리고 상기 냉연판재를 소둔 열처리하고, 상기 소둔 열처리된 냉연판재에 Al-Si계 도금층을 형성하여 냉연소재를 제조하였다. 그리고 상기 냉연소재를 압하율 15%, 30%, 40%, 50%를 적용하여 하기 도 4의 두께 프로파일을 갖는 테일러 롤드 블랭크를 제조하였다. 상기 Al-Si 도금층은 양면 기준 100~180 g/㎡의 도금량으로 형성하였다.
상기 제조된 테일러 롤드 블랭크에 대하여, 압하율(두께부)에 따른 페라이트 결정립 크기와, 전자후방산란회절(EBSD) 이탈각도(Misorientation angle) 분석을 통한 KAM 잔류응력을 측정하여 그 결과를 하기 표 1, 도 5 및 도 6에 나타내었다.
도 5는 본 발명에 따른 테일러 롤드 블랭크의 미세조직을 나타낸 광학현미경 사진이며, 도 6은 본 발명에 따른 테일러 롤드 블랭크의 전자후방산란회절 이탈각도 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정결과를 나타낸 사진이다.
상기 표 1, 도 5 및 도 6의 결과를 참조하면, 본 발명의 테일러 롤드 블랭크의 경우, 페라이트(ferrite) 40~60% 및 펄라이트(pearlite) 40~60%를 포함하는 미세조직을 가졌으며, 본 발명에서 목표로 하는 페라이트 평균 결정립 크기(5~50㎛)와, 잔류응력값(0.01~4.0)을 만족하였으며, 냉간 압연에 의한 압하율 증가 시 블랭크 잔류 응력이 증가됨을 알 수 있었다.
(2) 핫스탬핑 부품 제조: 냉연소재를 상기 제조예와 동일한 방법을 적용하여 테일러 롤드 블랭크(TRB)를 마련하였다.
상기 블랭크를 총 길이는 22400 mm 가열로 내부에 장입하고, 상기 가열로의 다단 가열 구간 및 균열처리 구간을 순차적으로 통과하여 도 3과 같이 열처리하되, 가열로 내에서 총 100~600초 동안 체류하여 열처리하였다. 상기 다단 가열 구간은 서로 다른 2 이상의 온도 유지구간을 포함하되, 상기 블랭크가 장입되는 가열로 입구에서 상기 블랭크가 인출되는 가열로 출구 방향을 따라 온도가 순차적으로 증가하도록 형성하였다. 또한 상기 가열로는 전체길이에 대하여 다단 가열 구간 50~80% 및 균열처리 구간 20~50%이 되도록 형성하였다. 또한 상기 열처리시 가열로 내 건조공기를 주입하여 이슬점: 0℃ 이하를 유지하면서 상기 블랭크를 열처리하였다. 또한 상기 블랭크는 상기 다단 가열 구간 통과시 하기 식 1의 Tg가 0 초과 0.025℃/mm 이하의 조건으로 열처리되고, 상기 균열처리는 800~1000℃에서 실시하였다. 상기 열처리된 블랭크를 가열로에서 취출하여, 프레스 금형으로 이송하였다. 상기 블랭크를 상기 프레스 금형에 취입하고 핫스탬핑 성형하여 성형체를 형성하고, 상기 프레스 금형 내부에 냉각 매체를 이용하여 3~20초 동안 유지하여 상기 성형체를 냉각하여 핫스탬핑 부품을 제조하였다:
[식 1]
Tg = (Tu - Ti)/Lt
(상기 식 1에서, 상기 Tu: 균열처리 온도(℃), Ti: 가열로 입구 온도(℃) 및 Lt: 가열로 입구에서부터 균열처리 구간 시작 위치 사이의 거리(mm)이다).
실험예(1)
상기 제조된 핫스탬핑 부품에 대하여 길이방향(L) 및 두께방향(T)의 인장강도(TS), 항복강도(YP), 연신율(El)을 측정하여 하기 표 2 및 표 3에 나타내었다.
상기 표 2 및 표 3의 결과를 참조하면, 본 발명의 핫스탬핑 부품은 마르텐사이트 분율: 90% 이상 및 인장강도: 1500MPa 이상의 재질을 확보함을 알 수 있었다.
상기 제조된 핫스탬핑 부품에 대하여, 압하율(두께부)에 따른 평균오스테나이트 결정립 크기와, 전자후방산란회절(EBSD) 이탈각도(Misorientation angle) 분석을 통한 KAM 잔류응력을 측정하여 그 결과를 하기 표 4, 도 7 내지 도 9에 나타내었다.
도 7은 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 미세조직을 나타낸 광학현미경 사진이며, 도 8은 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 전자후방산란회절 이탈각도 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정결과를 나타낸 사진이고, 도 9는 본 발명에 따른 핫스탬핑 부품의 압하율(RD)별 오스테나이트 그레인 크기(prior austenite grain size, PAGS를 분석한 광학현미경 사진이다. 상기 핫스탬핑 부품은 균열처리온도(Tu): 950℃, 420초 체류 조건으로 실시한 것이다.
상기 표 4 및 도 7 내지 도 9의 결과를 참조하면, 상기 실시예는 본 발명의 핫스탬핑 부품이 목표로 하는 KAM 잔류응력값(0.001~2.0)을 만족하였으며, 모든 두께별 부위에 대하여 오스테나이트 그레인 사이즈(PAGS)가 30㎛ 이하를 만족하여 두께별 오스테나이트 그레인 사이즈의 조대화가 발생하지 않음을 알 수 있었다. 또한, 핫스탬핑 부품은 압하율 증가와 무관하게 잔류 응력이 유사한 것을 알 수 있었다. 이를 통해, 상기 테일러 롤드 블랭크 제조시 두께 프로파일 구현을 위한 냉간압연으로 인해 블랭크에 잔류하는 응력이, 900℃ 이상의 핫스탬핑 공정 이후에 풀림 및 압하율별 유사 수준으로 회복함을 확인할 수 있었다.
실험예(2)
(1) 확산성 수소량(수소 트랩량)(ppm) 평가: 상기 실시예 핫스탬핑 부품(균열처리온도(Tu): 930℃, 300초 체류 조건)에 대하여, ISO 16573-2015 규격에 의거하여, TDS 장비를 통해 진공분위기에서 시편으로부터 방출되는 수소량을 측정하여 그 결과를 하기 표 5, 도 10 및 도 11에 나타내었다.
(2) 수소 트래핑 에너지 측정: 상기 실시예 핫스탬핑 부품에 대하여, 이슬점 15℃ 및 승온속도 5, 10, 20℃/min 조건에서 확산성 수소량을 실시하여 TDS 거동을 측정하고, 이로부터 수소 트래핑 에너지를 측정하여 그 결과를 하기 도 11에 나타내었다.
(3) 수소지연파단시험: 상기 실시예 핫스탬핑 부품에 대하여, ASTM G39-99 기준에 의거하여 지연파단 시험평가를 실시하였다. 구체적으로 상온 방치 4점 굽힘 시험기를 이용하여 실시하였으며, 실시예에 응력 100% YP에 상당하는 휨을 부여한 다음, 3% NaCl + 0.3% NH4SCN 수용액에 침지하고, 96시간 후 파단 여부를 관찰하여 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.
도 10은 실시예 핫스탬핑 부품의 압하율에 따른 확산성 수소량 변화를 나타낸 그래프이며, 도 11은 실시예 핫스탬핑 부품의 이슬점 변화에 따른 확산성 수소량 변화를 나타낸 그래프이며, 도 12는 실시예 핫스탬핑 부품의 수소 트래핑 에너지 측정결과를 나타낸 것이다.
상기 표 5 및 도 10 내지 도 12의 결과를 참조하면, 실시예 핫스탬핑 부품의 경우 모든 부위의 확산성 수소량(수소 트랩량)이 1.0ppm 이하를 만족하였고, 수소 트래핑 에너지가 25~40KJ/mol 범위를 만족하였으며, 수소지연 파단 평가시 파단이 발생하지 않아, 수소취성 및 지연파단 민감성 개선효과가 우수한 것을 알 수 있었다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.
Claims (13)
- 삭제
- 냉연소재를 소정의 두께 프로파일로 냉간 압연하여 테일러 롤드 블랭크(TRB)를 마련하는 단계;
상기 블랭크를 가열로 내부에 장입하고, 상기 가열로의 다단 가열 구간 및 균열처리 구간을 순차적으로 통과하여 열처리하는 단계;
상기 열처리된 블랭크를 가열로에서 취출하고 프레스 금형으로 이송하여 핫스탬핑 성형하여 성형체를 형성하는 단계; 및
상기 성형체를 냉각하는 단계;를 포함하며,
상기 다단 가열 구간은 서로 다른 2 이상의 온도 유지구간을 포함하되,
상기 서로 다른 2 이상의 온도 유지구간은, 상기 블랭크가 장입되는 가열로 입구에서 상기 블랭크가 인출되는 가열로 출구 방향을 따라 온도가 순차적으로 증가하는 것이며,
상기 블랭크는 상기 다단 가열 구간 통과시 하기 식 1의 Tg가 0 초과 0.025℃/mm 이하의 조건으로 열처리되고,
상기 균열처리는 800~1000℃에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품 제조방법:
[식 1]
Tg = (Tu - Ti)/Lt
(상기 식 1에서, 상기 Tu: 균열처리 온도(℃), Ti: 가열로 입구 온도(℃) 및 Lt: 가열로 입구에서부터 균열처리 구간 시작 위치 사이의 거리(mm)이다).
- 제2항에 있어서,
상기 냉연소재는, 탄소(C): 0.10~0.35 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn): 1.0~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상: 0.1~0.5 중량%, 질소(N): 0 초과 0.01 중량% 이하, 보론(B): 0.0001~0.005 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물 포함하는 모재; 및
상기 모재 표면에 형성된 Al-Si계 도금층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 블랭크는, 냉연소재를 압하율 50% 이하로 냉간 압연하여 제조되는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 열처리는 100~600초 동안 실시되는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품 제조방법.
- 삭제
- 제2항에 있어서,
상기 가열로는 20~40m의 길이이며,
상기 균열처리 구간은 상기 가열로 길이에 대하여 20~50%인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 열처리는 이슬점: 0℃ 이하 조건으로 실시되는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 열처리된 블랭크는 상기 가열로에서 취출 후, 프레스 금형 내부에 유입되기 전까지 10~15초의 공랭 노출 시간을 가지는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 냉각은, 상기 성형체를 프레스 금형에서 3~20초 동안 유지하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품 제조방법.
- 탄소(C): 0.10~0.35 중량%, 실리콘(Si): 0.01~0.5 중량%, 망간(Mn): 1.0~3.0 중량%, 인(P): 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S): 0 초과 0.01 중량% 이하, 알루미늄(Al) 및 티타늄(Ti) 중 하나 이상: 0.1~0.5 중량%, 질소(N): 0 초과 0.01 중량% 이하, 보론(B): 0.0001~0.005 중량% 및 잔량의 철(Fe)과 기타 불가피한 불순물을 포함하며, 소정의 두께 프로파일을 갖는 베이스 강판; 및
상기 베이스 강판 표면에 형성되는 Al-Si계 도금층;을 포함하며,
수소 트랩량: 1.0ppm 이하 및 수소 트래핑 에너지: 25~40KJ/mol인 핫스탬핑 부품이며,
상기 핫스탬핑 부품은 오스테나이트 결정립 사이즈가 35㎛ 이하이며,
전자후방산란회절(EBSD) 이탈각도(Misorientation angle) 분석을 통한 KAM 잔류응력 측정값이 0.001~2.0인 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품.
- 제11항에 있어서,
상기 핫스탬핑 부품은 인장강도(TS): 1000MPa 이상, 항복강도(YS): 800MPa 이상, 연신율(El): 5% 이상 및 비커스 경도: 400 Hv 이상이고,
마르텐사이트(martensite) 분율 90% 이상을 포함하는 미세조직을 가지는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑 부품.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200037224A KR102372480B1 (ko) | 2020-03-27 | 2020-03-27 | 테일러 롤드 블랭크, 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫스탬핑 부품 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200037224A KR102372480B1 (ko) | 2020-03-27 | 2020-03-27 | 테일러 롤드 블랭크, 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫스탬핑 부품 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20210120477A KR20210120477A (ko) | 2021-10-07 |
| KR102372480B1 true KR102372480B1 (ko) | 2022-03-08 |
| KR102372480B9 KR102372480B9 (ko) | 2023-05-11 |
Family
ID=78114610
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020200037224A KR102372480B1 (ko) | 2020-03-27 | 2020-03-27 | 테일러 롤드 블랭크, 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫스탬핑 부품 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102372480B1 (ko) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102671433B1 (ko) * | 2022-04-29 | 2024-05-31 | 현대제철 주식회사 | 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법 |
| KR102671434B1 (ko) * | 2022-04-29 | 2024-05-31 | 현대제철 주식회사 | 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법 |
| KR20230166780A (ko) * | 2022-05-31 | 2023-12-07 | 현대제철 주식회사 | 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016537502A (ja) | 2013-09-19 | 2016-12-01 | タタ、スティール、アイモイデン、ベスローテン、フェンノートシャップＴａｔａ Ｓｔｅｅｌ Ｉｊｍｕｉｄｅｎ Ｂｖ | 熱間成形鋼材 |
| WO2019205699A1 (zh) | 2018-04-28 | 2019-10-31 | 育材堂（苏州）材料科技有限公司 | 热冲压成形用钢材、热冲压成形工艺及热冲压成形构件 |
| JP2020507472A (ja) * | 2016-12-22 | 2020-03-12 | オートテック・エンジニアリング・ソシエダッド・リミターダＡｕｔｏｔｅｃｈ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓ．Ｌ． | ブランクを加熱するための方法と加熱システム |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CA2944863A1 (en) * | 2014-04-23 | 2015-10-29 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Hot-rolled steel sheet for tailored rolled blank, tailored rolled blank, and methods for producing these |
| CN108588612B (zh) * | 2018-04-28 | 2019-09-20 | 育材堂（苏州）材料科技有限公司 | 热冲压成形构件、热冲压成形用预涂镀钢板及热冲压成形工艺 |
-
2020
- 2020-03-27 KR KR1020200037224A patent/KR102372480B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016537502A (ja) | 2013-09-19 | 2016-12-01 | タタ、スティール、アイモイデン、ベスローテン、フェンノートシャップＴａｔａ Ｓｔｅｅｌ Ｉｊｍｕｉｄｅｎ Ｂｖ | 熱間成形鋼材 |
| JP2020507472A (ja) * | 2016-12-22 | 2020-03-12 | オートテック・エンジニアリング・ソシエダッド・リミターダＡｕｔｏｔｅｃｈ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｓ．Ｌ． | ブランクを加熱するための方法と加熱システム |
| WO2019205699A1 (zh) | 2018-04-28 | 2019-10-31 | 育材堂（苏州）材料科技有限公司 | 热冲压成形用钢材、热冲压成形工艺及热冲压成形构件 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20210120477A (ko) | 2021-10-07 |
| KR102372480B9 (ko) | 2023-05-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20220282348A1 (en) | Method for manufacturing a high strength steel product and steel product thereby obtained | |
| US11390929B2 (en) | Hot-stamped part and method for manufacturing same | |
| RU2631216C1 (ru) | Горячепрессованная стальная листовая деталь, способ ее изготовления и стальной лист для горячего прессования | |
| KR102372480B1 (ko) | 테일러 롤드 블랭크, 테일러 롤드 블랭크를 이용한 핫스탬핑 부품 제조방법 및 이에 의해 제조된 핫스탬핑 부품 | |
| EP3080322B1 (en) | Martensitic steel with delayed fracture resistance and manufacturing method | |
| EP3394299B1 (en) | Method for producing a high strength steel sheet having improved strength and formability, and obtained high strength steel sheet | |
| RU2635056C1 (ru) | Деталь из горячепрессованного стального листа, способ ее изготовления и стальной лист для горячего прессования | |
| KR102197876B1 (ko) | 열간 프레스 성형 부재 | |
| US20190211427A1 (en) | Steel sheet | |
| US10344351B2 (en) | Hot-pressed steel sheet member, method of manufacturing the same, and steel sheet for hot pressing | |
| EP2641990A1 (en) | High-strength steel plate with excellent formability, warm working method, and warm-worked automotive part | |
| EP3853388B1 (en) | Hot rolled steel sheet with high hole expansion ratio and manufacturing process thereof | |
| CA3135141A1 (en) | High-hardness steel product and method of manufacturing the same | |
| CN113151735A (zh) | 表现出良好延展性的高强度钢以及通过镀锌槽进行淬火和分配处理的制备方法 | |
| KR20170026405A (ko) | 성형성이 개선된 고강도 강 시트의 제조 방법 및 얻어진 시트 | |
| CN108138250B (zh) | 高强度钢板及其制造方法 | |
| US20230120827A1 (en) | High strength steel sheet and method of producing same | |
| KR102289525B1 (ko) | 핫 스탬핑 부품 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 핫 스탬핑 부품 | |
| US20140230973A1 (en) | Steel sheet and method of producing the same | |
| JP2004256872A (ja) | 伸びおよび伸びフランジ性に優れる高張力冷延鋼板およびその製造方法 | |
| CA3048358C (en) | Hot-rolled steel sheet for coiled tubing | |
| KR101828699B1 (ko) | 자동차 부품용 냉연 강판 및 그 제조 방법 | |
| JPWO2020039697A1 (ja) | 高強度鋼板及びその製造方法 | |
| RU2821182C2 (ru) | Стальной лист с покрытием и деталь из высокопрочной, упрочнённой прессованием стали и способ их изготовления |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |