KR102468113B1 - 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판 - Google Patents

장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판 Download PDF

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Abstract

본 발명은 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판에 관한 것으로서, 상세하게는 열처리를 통해 경도가 낮아진 다음 삼각골 형태로 절곡된 고경도 강판을 냉각시 지그에 고경도 강판의 테두리를 고정한 상태로 지그를 냉각 수조에 함침시킴으로써 급격한 온도 변화에 고경도 강판의 테두리에 열변형이 발생하는 것을 방지하도록 하는 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판에 관한 것이다.

Description

장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판{MANUFACTURING METHOD OF HIGH-HARDNESS BULLETPROOF STEEL PLATE FOR ARMORED VEHICLES AND HIGH HARDENED BULLET-PROOF STEEL PLATE MANUFACTURED THEREOF}
본 발명은 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판에 관한 것으로서, 상세하게는 열처리를 통해 경도가 낮아진 다음 삼각골 형태로 절곡된 고경도 강판을 냉각시 지그에 고경도 강판의 테두리를 고정한 상태로 지그를 냉각 수조에 함침시킴으로써 급격한 온도 변화에 고경도 강판의 테두리에 열변형이 발생하는 것을 방지하도록 하는 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판에 관한 것이다.
일반적으로, 장갑차는 차체를 내탄성(耐彈性)이 있는 금속재료로 제작한 무장 군용 차량으로서, 미군을 기준으로 하면 육군의 보병전투차는 25㎜ 기관포 및 12.7㎜ 중기관총, 7.62㎜ 경기관총과 같은 무기를, 해병대의 상륙 돌격장갑차는 40㎜ 유탄기관총 및 12.7㎜ 기관총과 같은 무기를 포탑(砲塔)에 장착하고 있다.
이러한 장갑차는 야전에서 적의 포탄, 총알 등의 다양한 공격으로부터 승무원 및 탑재장비를 보호하면서 특정전투 전술 임무를 수행해야 하기때문에 방호력은 필수적이고, 특히 적의 공격이 점차 증대됨에 따라 장갑 방호는 고경도화, 경량화, 다기능화가 요구되고 있다.
기존 장갑소재는 주로 미국을 중심으로 한 선진국에서 개발 적용되고 있으나 주로 단일재를 중심으로 실용화되었기 때문에 모든 위협요소에 효과적으로 대처할 수 없었다. 왜냐하면 단일금속 장갑재의 경우 방호력 증가를 위해서는 두께를 증대시키는 방법 밖에 없는데, 두께증가는 곧 중량증가를 초래하고 이는 기동성능저하, 연료소모 과다 등 유사시 방호력은 물론 전투력을 급격히 떨어뜨리는 중요한 요인되되기 때문이다.
다른 예로, 상대적으로 경량인 알루미늄 합금을 이용하여 장갑재를 개발하여 적용하고 있으나, 이는 휴대용 RPG7에서 발사된 성형작약탄이나 수호이 Su-25, Su-34 대전차 공격용 및 근접지원용 공격기에 장착된 GSh-6-3030㎜ 기관포에 의해 승무원 및 탑승병력을 포함한 차량 전체가 완전히 파괴되는 문제가 있으므로 방호력 증대를 위한 새로운 형태의 장갑재가 절실히 요구되고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 고강도 강판이 개발되었다.
이러한 고강도 강판은 내 등록특허공보 제10-1877218호인 방탄 모듈과, 국내 공개특허공보 제10-2010-0010632호인 방탄 도어에 개시된 바와 같이 삼각산과 삼각골이 연속되도록 절곡된 고강도 강판이 적용된다.
이러한 고강도 강판은 절곡과 열처리 과정을 통해 제작된다.
이러한 고강도 강판의 제조 방법의 일례로 국내 공개특허공보 제10-2015-0080479호인 강철 제품을 처리하는 방법이 개시되어 있다.
상기 강철 제품을 처리하는 방법은 (a) 강철 조성을 제공하는 단계; (b) 상기 제공된 강철 조성을 850℃(1562℉) 및 1150℃(2102℉) 사이의 피크 온도로 10초 미만에서 가열하는 단계; (c) 상기 가열된 강철 조성을 상기 피크 온도 범위에서 2 및 10초 사이 동안 유지하는 단계; (d) 상기 가열된 강철 조성을 400 및 3000℃/sec(752-5432 °F/sec) 사이의 온도 감소 레이트(temperaturerate reduction)로 상기 피크 온도 범위로부터 100℃(212℉) 아래까지 담금질하는 단계; (e) 상기 담금질된 강철 조성의 표면으로부터 잔여 담금질 매체를 제거하는 단계; (f) 상기 담금질된 강철 조성을 100℃에서 260℃(212-500℉)까지의 온도에서 90분 미만 동안 템퍼링(tempering)하는 단계; (g) 적어도 80%의 마텐자이트(martensite) 및 5%까지의 베이나이트(bainite), 적어도 1800MPa의 항복 강도, 5%와 12% 사이의 전체 신장율을 갖고, 0.25"(6.35㎜)의 두께에 대해 0.30 구경 아머 피어싱 탄(armorpiercing round)으로 2300 및 2510피트/초(701-765㎧) 사이에서 30° 경사 각도에서 V50 보호 탄도 한계를 갖는 강철 제품을 형성하기 위해 상기 템퍼링된 강철 조성을 100℃(212℉) 미만까지 공기 냉각하는 단계로 이루어진다.
그러나, 이러한 종래의 강철 제품을 처리하는 방법은 판 형상의 강철 제품을 제조하는 방식으로 AISI 강철 등급 4140, 1030,1040 및 1050과 같은 10XX 계열, 4130 및 4150과 같은 41XX 계열 및 8630 및 8640과 같은 86XX 계열로부터의 AISI 강철 등급인 고강도 및 고연성의 강철 제품을 얻기 위해 합금강을 제조하는 것이기 때문에 고경도 방탄 강판을 이용한 방탄 패널을 제조할 수 있는 방법이 요구되고 있는 실정이다.
또한, 이러한 합금강을 절곡하는 경우 절곡부위에 크랙이 발생되므로 크랙을 미발생하는 기술 개발이 요구되고 있는 설정이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 국내 등록특허공보 제10-2350536호인 고경도 방탄 강판의 제조방법이 개시되어 있다.
상기 고경도 방탄 강판의 제조방법은 브리넬(Brinell) 경도 480~530HB인 고경도 방탄 강판을 열처리를 통해 경도를 낮추는 1차 풀림 공정과; 1차 풀림된 상기 고경도 방탄 강판을 요철이 연속된 형태로 절곡하는 절곡 공정과; 절곡된 상기 고경도 방탄 강판을 열처리하여 내부 응력을 제거하는 2차 풀림 공정과; 2차 풀림된 상기 고경도 방탄 강판의 경도를 1차 풀림 공정 이전으로 복원하기 위해 열처리한 후 냉각시키는 담금질 공정; 및 담금질된 상기 고경도 방탄 강판을 열처리하여 상기 담금질 공정에서 발생된 응력을 제거하는 뜨임 공정으로 이루어진다.
그러나, 이러한 종래의 고경도 방탄 강판의 제조방법은 담금질 공정에서 물에 담가 급랭시키는 데, 급랭시 열변형이 발생하고, 이로 인해 테두리 부분에 단차가 발생하여 장갑차에 부착시 이음 부위에 단차가 발생하거나 틈이 발생하여 방탄 능력이 상대적으로 저하되는 문제점이 있다.
국내 등록특허공보 제10-1877218호 국내 공개특허공보 제10-2010-0010632호 국내 공개특허공보 제10-2015-0080479호 국내 등록특허공보 제10-2350536호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 열처리를 통해 경도가 낮아진 다음 삼각골 형태로 절곡된 고경도 강판을 냉각시 지그에 고경도 강판의 테두리를 고정한 상태로 지그를 냉각 수조에 담금질시킴으로써 급격한 온도 변화에 고경도 강판의 테두리에 열변형이 발생하는 것을 방지하도록 하는 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 지그에 냉각수과 관통되는 관통홀을 형성함으로써 고경도 강판이 냉각수와 신속하게 접촉되면서 냉각이 이루어지도록 하는 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
각각의 동일 크기의 직사각형 판 형태의 고경도 방탄 강판을 풀림용 열처리로에 투입하여 열처리를 통해 경도를 낮추는 풀림 공정과; 풀림된 각각의 상기 고경도 방탄 강판을 프레스를 이용하여 삼각골이 연속된 형태로 절곡하는 절곡 공정과; 절곡된 상기 고경도 방탄 강판의 테두리를 지그에 고정시키는 지그 고정 공정과; 상기 지그와 함께 경도 복원용 열처리로에 투입하여 열처리를 통해 상기 고경도 방탄 강판의 경도를 풀림 이전으로 경도를 복원하는 열처리 공정과; 열처리된 상기 고경도 방탄 강판을 상기 지그와 함께 냉각 수조에 담금질하여 냉각시키는 냉각 공정과; 냉각된 상기 고경도 방탄 강판을 상기 지그와 함께 템퍼링용 열처리로에 투입하여 열처리를 통해 상기 냉각 공정에서 상기 고경도 방탄 강판에 발생된 응력을 제거하는 응력 제거 공정; 및 상기 지그에서 각각의 상기 고경도 방탄 강판을 분리하는 지그 분리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 지그는 각각의 그래이팅 형태로 형성되고, 각각의 상면 플레이트에 상기 고경도 방탄 강판의 테두리가 삽입되도록 지그재그 형태로 제 1결합홈이 형성되는 상하부 지그와; 상기 상부 지그와 하부 지그의 양측면에서 각각 상기 고경도 방탄 강판의 측면 테두리가 삽입되도록 제 2결합홈이 형성되는 측면 지그로 이루어진다.
여기에서 또한, 상기 측면 지그는 상기 고경도 방탄 강판 테두리에 형성된 볼트홀과 볼트에 의해 결합되어 고정된다.
여기에서 또, 상기 상하부 지그의 상면 플레이트는 상기 냉각 수조에 투입시 냉각수와 상기 고경도 방탄 강판의 접촉 시간을 줄이도록 상기 제 1결합홈 사이에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입홀이 구비된다.
본 발명의 다른 특징은,
상기의 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판에 따르면, 열처리를 통해 경도가 낮아진 다음 삼각골 형태로 절곡된 고경도 강판을 냉각시 지그에 고경도 강판의 테두리를 고정한 상태로 지그를 냉각 수조에 담금질시킴으로써 급격한 온도 변화에 고경도 강판의 테두리에 열변형이 발생하는 것을 방지해서 장갑차에 부착시 이음 부위에 단차가 발생하거나 틈이 발생하여 방탄 능력이 상대적으로 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 지그에 냉각수과 관통되는 관통홀을 형성함으로써 고경도 강판이 냉각수와 신속하게 접촉되면서 냉각이 이루어져 균일한 제품 성능을 발휘할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이다.
도 2는 본 발명에 따른 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법을 설명하기 위한 공정 개요도이다.
도 3은 본 발명에 따른 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법에 따른 지그의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 3의 분해 사시도이다.
도 5는 도 3의 A-A 부분 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 장갑차용 고경도 방탄 강판의 구성을 나타낸 사시도이다.
이하, 본 발명에 따른 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 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 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법을 설명하기 위한 동작 흐름도이고, 도 2는 본 발명에 따른 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법을 설명하기 위한 공정 개요도이며, 도 3은 본 발명에 따른 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법에 따른 지그의 구성을 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3의 분해 사시도이며, 도 5는 도 3의 A-A 부분 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 장갑차용 고경도 방탄 강판의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법은 풀림 공정(S10)과, 절곡 공정(S20)과, 지그 고정 공정(S30)과, 열처리 공정(S40)과, 냉각 공정(S50)과, 응력 제거 공정(S60) 및 지그 분리 공정(S70)으로 이루어진다.
《풀림(Annealing) 공정-S10》
먼저, 각각의 동일 크기의 직사각형 판 형태로 기제작된 고경도 방탄 강판(1)을 풀림용 열처리로(2)에 투입하여 열처리를 통해 경도를 낮춘다.
그리고, 풀림용 열처리로(2)에 투입된 고경도 방탄 강판(1)은 500~600℃로 60~100분간 1차 가열한 다음 곧바로 풀림용 열처리로(2)의 온도를 올려 700~800℃로 150~200분간 2차 가열한 다음 공랭식으로 냉각시켜 열처리를 통해 경도를 낮춘다.
이때, 1차 가열 온도가 500℃ 미만, 60분 미만이면 2차 가열 온도까지 도달에 많은 시간이 소요되고, 600℃ 초과, 100분 초과되면 복원시 경도 조건이 미충족되며, 2차 가열 온도가 700℃ 미만, 150분 미만이면 낮은 온도로 인해 경도가 낮아지지 않고, 800℃ 초과, 200분 초과되면 높은 온도로 인해 심도와 표면의 온도 차이로 인해 경도 차이가 발생하고, 이로 인해 절곡시 파단 현상이 발생되고, 경도 복원시 경도 조건이 미충족된다.
또, 기제작된 고경도 방탄 강판(1)은 브리넬(Brinell) 경도 480~530HB를 가지는 것이 바람직하다.
《절곡 공정-S20》
그리고, 풀림이 완료되어 냉각된 고경도 방탄 강판(1)을 프레스(3)를 이용하여 삼각골이 연속된 형태로 절곡한다.
《지그 고정 공정-S30》
또한, 절곡이 완료된 고경도 방탄 강판(1)의 테두리를 지그(4)에 고정시킨다.
한편, 지그(4)는 상하부 지그(4-1)와, 측면 지그(4-2)로 구성된다.
상하부 지그(4-1)는 직사각형으로 격자 형태를 가지는 그래이팅 형상으로 한쌍이 서로 대칭되도록 형성되고, 상면 플레이트(4-11)에 고경도 방탄 강판(1)의 테두리가 삽입되도록 지그재그 형태로 제 1결합홈(4-12)이 형성된다. 이때, 상하부 지그(4-1)의 상면 플레이트(4-11)는 냉각 수조(6)에 투입시 냉각수와 고경도 방탄 강판(1)의 접촉 시간을 줄이도록 제 1결합홈(4-12) 사이에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입홀(4-13)이 구비된다.
측면 지그(4-2)는 상하부 지그(4-1)의 양측면에서 각각 고경도 방탄 강판(1)의 측면 테두리가 삽입되도록 제 2결합홈(4-21)이 형성된다. 이때, 측면 지그(4-1)는 고경도 방탄 강판(1) 테두리에 형성된 볼트홀(H)과 볼트에 의해 결합되어 고정된다.
한편, 지그(4)는 풀림, 열처리, 냉각시 변형이 없는 합금 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
《열처리 공정-S40》
지그(4)에 고경도 방탄 강판(1)의 고정이 완료되면, 고경도 방탄 강판(1)이 고정된 지그(4)를 경도 복원용 열처리로(5)에 투입하여 열처리를 통해 고경도 방탄 강판(1)의 경도를 풀림 이전으로 경도를 복원한다. 이때, 풀림된 고경도 방탄 강판(1)의 경도를 풀림 공정 이전으로 복원하기 위해 경도 복원용 열처리로(5)에 투입하여 500~600℃로 60~100분간 1차 가열한 다음 곧바로 경도 복원용 열처리로(5)의 온도를 올려 700~800℃로 120~150분간 2차 가열한다.
이때, 1차 가열 온도가 500℃ 미만, 60분 미만이면 2차 가열 온도까지 도달에 많은 시간이 소요되고, 600℃ 초과, 100분 초과되면 복원시 경도 조건이 미충족되며, 2차 가열 온도가 700℃ 미만, 120분 미만이면 경도가 미달되고, 800℃ 초과, 150분 초과되면 내부 응력 과다로 복원 시 비틀림이 과다 발생한다.
《냉각 공정-S50》
고경도 방탄 강판(1)의 열처리가 완료되면, 지그(4)를 신속하게 냉각 수조(6)로 이동시켜 담금질(Quenching)하여 냉각시킨다.
《응력 제거 공정-S60》
이어서, 냉각된 고경도 방탄 강판(1)을 지그(4)와 함께 템퍼링용 열처리로(7)에 투입하여 열처리를 통해 냉각된 고경도 방탄 강판(1)에 발생된 응력을 제거한다. 이때, 템퍼링용 열처리로(7)에서는 고경도 방탄 강판(1)을 200~250℃로 160~200분간 가열한다.
이때, 가열 온도가 200℃ 미만, 160분 미만이면 응력이 제거되지 못하고, 250℃ 초과, 200분 초과되면 경도 변화가 발생된다.
《지그 분리 공정-S70》
응력 제거후 공랭식으로 냉각이 완료되면, 지그(4)에서 각각의 고경도 방탄 강판(1)을 분리하여 제조를 완료한다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
1 : 고경도 방탄 강판 2 : 풀림용 열처리로
3 : 프레스 4 : 지그
5 : 경도 복원용 열처리로 6 : 냉각 수조
7 : 템퍼링용 열처리로 H : 볼트홀

Claims (5)

  1. 각각의 동일 크기의 직사각형 판 형태의 고경도 방탄 강판을 풀림용 열처리로에 투입하여 열처리를 통해 경도를 낮추는 풀림 공정과;
    풀림된 각각의 상기 고경도 방탄 강판을 프레스를 이용하여 삼각골이 연속된 형태로 절곡하는 절곡 공정과;
    절곡된 상기 고경도 방탄 강판의 테두리를 지그에 고정시키는 지그 고정 공정과;
    상기 지그와 함께 경도 복원용 열처리로에 투입하여 열처리를 통해 상기 고경도 방탄 강판의 경도를 풀림 이전으로 경도를 복원하는 열처리 공정과;
    열처리된 상기 고경도 방탄 강판을 상기 지그와 함께 냉각 수조에 담금질하여 냉각시키는 냉각 공정과;
    냉각된 상기 고경도 방탄 강판을 상기 지그와 함께 템퍼링용 열처리로에 투입하여 열처리를 통해 상기 냉각 공정에서 상기 고경도 방탄 강판에 발생된 응력을 제거하는 응력 제거 공정; 및
    상기 지그에서 각각의 상기 고경도 방탄 강판을 분리하는 지그 분리 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 지그는,
    그래이팅 형태로 형성되고, 각각의 상면 플레이트에 상기 고경도 방탄 강판의 테두리가 삽입되도록 지그재그 형태로 제 1결합홈이 형성되는 상하부 지그와;
    상기 상하부 지그의 양측면에서 각각 상기 고경도 방탄 강판의 측면 테두리가 삽입되도록 제 2결합홈이 형성되는 측면 지그로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 측면 지그는,
    상기 고경도 방탄 강판 테두리에 형성된 볼트홀과 볼트에 의해 결합되어 고정되는 것을 특징으로 하는 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 상하부 지그의 상면 플레이트는,
    상기 냉각 수조에 투입시 냉각수와 상기 고경도 방탄 강판의 접촉 시간을 줄이도록 상기 제 1결합홈 사이에 냉각수가 유입되는 냉각수 유입홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법.
  5. 제 1 항의 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 장갑차용 고경도 방탄 강판.
KR1020220054213A 2022-05-02 2022-05-02 장갑차용 고경도 방탄 강판의 제조방법 및 이에 의해 제조된 장갑차용 고경도 방탄 강판 KR102468113B1 (ko)

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