KR102551328B1

KR102551328B1 - 차체 구조물 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102551328B1
Application number: KR1020210124278A
Authority: KR
Inventors: 강백구; 유용호; 노진이
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2021-09-16
Filing date: 2021-09-16
Publication date: 2023-07-04
Also published as: KR20230040763A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물은 제1 강판; 및 상기 제1 강판과 별개로 구비되는 제2 강판;을 포함하는 보강 구조물을 포함하고, 상기 보강 구조물은, 상기 제1 강판의 일 단과 상기 제2 강판의 일 영역이 결합되고, 상기 제1 강판의 타 단과 상기 제2 강판의 타 영역이 결합되어 하나의 폐단면을 단면으로 가지는 내부 공간을 형성한다.

Description

차체 구조물 및 그 제조방법 {Vehicle Structure and Method of Manufacturing the same}

본 발명의 실시예들은 차체 구조물 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 보강 구조물을 포함하는 차체 구조물 및 그 제조방법에 관한 것이다.

완성차의 충돌 성능 향상을 위해서 차체 구조물 내에 보강재를 적용하고 있다. 최근 전기차나 자율주행차 등의 친환경 차량이 주목 받고 있다. 전기차의 경우 고용량 배터리 탑재 시 차량 하단부에 중량이 집중됨에 따라 충돌 성능이 저하되는 문제점이 있다. 자율주행차의 경우 승하차의 편의성, 개방감을 증대시키기 위해 사이드 프레임 쪽에 탑재되는 B 필라의 구조물을 생략한 B 필라리스(pillarless) 구조가 적용되고 있는데, 이에 따라 차량 루프측의 강도가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예들은 전술한 문제점을 해결하기 위해 차체의 충돌 성능을 향상시키고 설계의 자유도가 향상된 차체 구조물 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

상기 보강 구조물은, 상기 내부 공간을 채우도록 탄소 계열의 복합 소재;를 더 포함할 수 있다.

상기 탄소 계열의 복합 소재는, LWRT(Low Weight　Reinforced Thermoplastic), EPP(Expanded Polypropylene), PC&PC alloy　수지,　폴리아미드 수지, 폴리오레핀 수지, LFT(Long Fiber Thermoplastic) 및 CFT(Continuous Fiber Thermoplastic) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 제2 강판의 일 단에는 상기 일 영역으로부터 연장된 제1 플랜지가 구비되고, 상기 제2 강판의 타 단에는 타 영역으로부터 연장된 제2 플랜지가 구비되며, 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지는 상기 제1 강판의 일 단 및 타 단을 덮도록 위치할 수 있다.

상기 차체 구조물은 상기 보강 구조물이 조립되는 차체 강판;을 더 포함하고, 상기 보강 구조물은 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 각각이 상기 차체 강판의 일 단 및 타 단과 결합됨으로써 상기 차체 강판과 결합될 수 있다.

상기 제2 강판은 상기 제1 강판을 덮도록 위치하고, 상기 보강 구조물을 형성하는 상기 제2 강판의 단면적이 상기 제1 강판의 단면적보다 넓을 수 있다.

상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 중 적어도 하나는, 핫 스탬핑용 강판을 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하는 핫 스탬핑 공정으로 제조된 핫 스탬핑 부품일 수 있다.

상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 각각은, 인장 강도를 포함한 기계적 특성이 서로 상이할 수 있다.

차체 강판에 조립되는 보강 구조물을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 보강 구조물을 제조하는 단계는,

가압 설비 상에 제1 강판 및 상기 제1 강판과 별개로 구비되는 제2 강판을 준비하는 단계; 및

본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법은 상기 제1 강판의 양 단과 상기 제2 강판을 결합하여 보강 구조물을 제조하되, 상기 제1 강판의 일 단과 상기 제2 강판의 일 영역을 결합하고, 상기 제1 강판의 타 단과 상기 제2 강판의 타 영역을 결합하여 하나의 폐단면을 단면으로 가지는 내부 공간을 형성하는 단계;를 포함한다.

상기 제1 강판 및 상기 제2 강판을 결합하는 단계 이전에, 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 사이에 복합 소재 주입 장치를 게재하는 단계;를 더 포함하고, 상기 제1 강판의 양 단과 상기 제2 강판을 결합하여 보강 구조물을 제조하는 단계는, 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 사이에 상기 복합 소재 주입 장치를 통해 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판이 형성하는 폐단면을 가지는 내부 공간을 채우도록 탄소 계열의 복합 소재를 사출시키는 단계; 및 상기 가압 설비를 통해 두 강판 사이에 상기 복합 소재가 사출된 보강 구조물을 가압하여 두 강판을 결합시키는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 가압 설비를 통해 가압하여 두 강판 사이에 상기 복합 소재가 사출된 보강 구조물을 가압하여 두 강판을 결합시키는 단계 이후에, 상기 폐단면은 상기 두 강판의 기계적 특성, 상기 두 강판의 단면적, 상기 복합 소재의 주입량 및 상기 가압 설비에 의한 가압 거동 중 적어도 하나에 의해 조절되어 형성될 수 있다.

상기 제2 강판의 일 영역에 제1 플랜지가 구비되고, 상기 제2 강판의 타 영역에 제2 플랜지가 구비되며, 상기 제1 강판의 양 단과 상기 제2 강판을 결합하여 보강 구조물을 제조하는 단계는, 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지가 상기 제1 강판의 일 단 및 타 단을 덮도록 결합하는 단계일 수 있다.

상기 차체 구조물의 제조 방법은, 상기 보강 구조물이 조립되는 차체 강판을 준비하는 단계; 및 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 각각을 상기 차체 강판의 일 단 및 타 단과 결합하여 상기 보강 구조물을 상기 차체 강판에 조립하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 제1 강판 및 상기 제2 강판을 준비하는 단계는, 상기 가압 설비 상에 상기 제1 강판을 배치하는 단계; 상기 제1 강판 상부에 상기 제2 강판을 상기 제1 강판을 덮도록 배치하는 단계; 및 상기 제1 강판을 배치하는 단계와 상기 제2 강판을 배치하는 단계 사이 또는 상기 제2 강판을 배치하는 단계 이후에, 복합 소재 주입 장치를 게재하는 단계;를 포함하고, 상기 제2 강판의 단면적이 상기 제1 강판의 단면적보다 넓을 수 있다.

상기 제1 강판 및 상기 제2 강판을 준비하는 단계는, 상기 가압 설비 상에 강판 고정용 블록을 구비하는 단계; 및 상기 강판 고정용 블록 상에 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 중 어느 하나를 배치하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 충돌 성능을 향상시키고 설계의 자유도가 향상된 차체 구조물 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 완성차 내에서의 위치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 구성을 더 상세히 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 강판의 제조방법의 일부를 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법에 사용되는 제조 설비의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법에 사용되는 제조 설비의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

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.

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.

본 명세서에서 “A 및/또는 B”은 A이거나, B이거나, A와 B인 경우를 나타낸다. 그리고, “A 및 B 중 적어도 하나”는 A이거나, B이거나, A와 B인 경우를 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 완성차 내에서의 위치를 설명하기 위한 모식도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물은 일 차체(C)의 다양한 필라(pillar) 영역에 적용될 수 있다. 일 예로, 본 발명의 차체 구조물은 해당하는 A 필라를 포함하는 루프사이드레일(S1)에 적용될 수 있다. A 필라는 전면의 유리 창문을 지탱하는 좌우 양 단의 기둥에 해당할 수 있다. 본 도면에 도시되지 않은 B 필라는 앞 좌석과 뒷 자석 사이에 배치되는 기둥을 의미한다. B 필라는 차체 지붕, 도어의 힌지부 및 시트 벨트의 하중 등을 지탱함으로써 차체 충돌시 안전성에 크게 관여하는 부분이다. 본 도면에는 이러한 B 필라가 생략된 B 필라리스(pilarless) 구조의 차체가 도시되어 있다.

실시예에 따라서 본 발명의 차체 구조물은 차체 하단부(S2)에도 적용될 수 있다. 본 도면에는 도시하지 않았으나 본 발명의 차체 구조물은 뒷 좌석의 대각선에 배치되는 C 필라(미도시), 차량의 맨 뒷 기둥에 해당하는 D 필라 및/또는 차체 내 다양한 영역에 적용될 수도 있음은 물론이다.

이하에서는, 본 발명의 차체 구조물이 B 필라리스 구조 상의 루프사이드레일(S1) 영역에 적용되는 것을 예시로 들어 설명할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물(1)의 구성을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 차체 구조물(1)의 단면은 도 1에 도시된 차체 구조물을 I-I' 선을 따라 자른 단면에 해당한다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 차체 구조물(1)은 보강 구조물(10)을 포함하고, 상기 보강 구조물(10)은 제1 강판(100), 제1 강판(100)과 별개로 구비되는 제2 강판(200) 및 복합 소재(300)를 포함할 수 있다.

제1 강판(100) 및 제2 강판(200) 중 적어도 하나는 인장 강도가 590MPa 이상의 고강도 강판일 수 있다. 이하, '고강도 강판'은 핫 스탬핑 공정을 수행하여 제조된 핫 스탬핑 부품을 포함하는 개념일 수 있다. 핫 스탬핑 부품은 가열 공정 전의 핫 스탬핑용 블랭크를 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하는 핫 스탬핑 공정에 의해 제조된 강판일 수 있다. 일 예로, 제1 강판(100) 및 제2 강판(200)은 모두 핫 스탬핑 공정을 거치지 않은 강판이거나, 제1 강판(100) 및 제2 강판(200) 중 어느 하나는 핫 스탬핑 공정을 거치지 않은 강판이고 다른 하나는 핫 스탬핑 부품이거나, 제1 강판(100) 및 제2 강판(200)은 모두 핫 스탬핑 부품일 수 있다. 이때 상술한 경우와 같이 두 강판(100, 200)이 같은 종류의 강판이든 다른 종류의 강판이든, 제1 강판(100) 및 제2 강판(200)의 인장 강도를 포함한 기계적 특성은 달리 설계될 수 있다. 일 예로, 두 강판(100, 200)이 이종의 강판인 경우 두 강판(100, 200)의 두께는 동일할 수도 있다. 두 강판(100, 200)의 기계적 특성의 차등 설계에 관하여 후술한다.

제1 강판(100) 및 제2 강판(200)은 포함하는 성분, 조성, 제조 방법 등에 따라 인장 강도를 포함한 기계적 특성이 서로 상이할 수 있다.

예컨대, 보강 구조물(10)은 차체 강판(LP)과 인접한 제1 강판(100)의 인장 강도가 차체 강판(LP)과 상대적으로 먼 거리에 배치된(즉, 외부 강판(OP)과 가까이 배치된) 제2 강판(200)의 인장 강도보다 약하도록 설계될 수 있다. 차체에 가해지는 외부 충격은 내부(또는 하부)의 제1 강판(100)보다 제2 강판(200)에 먼저 도달할 것이므로, 제2 강판(200)의 강도를 더 크게 설계할수록 충돌 성능을 더 향상시킬 수 있다. 이때 두 강판(100, 200) 각각은 전술한 바와 같이 동종(同種)의 강판일 수도 있고, 이종(異種)의 강판일 수도 있다.

이상에서는 제2 강판(200)의 인장 강도가 제1 강판(100)보다 큰 것을 예시로 들어 설명하였으나, 실시예에 따라서 인장 강도는 제1 강판(100)이 제2 강판(200)보다 클 수도 있고, 두 강판(100, 200)이 동일할 수도 있음은 물론이다. 실시예에 따라서 두 강판(100, 200)의 인장 강도 뿐만 아니라 굽힘성(굽힘각), 연신율 등의 다른 기계적 특성을 달리 설계할 수도 있다.

실시예에 따라서, 제1 강판(100)과 제2 강판(200)의 인장 강도 등의 기계적 특성은 동일 또는 유사하나 두 강판(100, 200)의 두께가 서로 다를 수 있다. 이와 같이 각 강판(100, 200)의 두께를 서로 달리 하여 각 강판(100, 200)이 흡수하는 충격을 차등 설계함으로써 보강 구조물(10)에 도달하는 충격이 효율적으로 분배될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 차체 구조물이 포함하는 두 강판(100, 200)을 서로 다른 물성 또는 서로 다른 두께를 가지는 강판으로 채용함으로써 외부 충격을 상황에 맞게 유연하게 완화할 수 있다.

이때 보강 구조물(10)은 제1 강판(100)의 일 단과 제2 강판(200)의 일 영역이 결합되고, 제1 강판(100)의 타 단과 제2 강판(200)의 타 영역이 결합되어 하나의 폐단면을 단면으로 가지는 내부 공간(350)을 형성하도록 형성될 수 있다. 상기 제2 강판(200)의 일부 구성에 있어서 '영역'이라 함은 해당 강판(200)의 양 단으로부터 연장되는 적어도 일부 영역을 의미할 수 있다. 보강 구조물(10)은 상기 두 강판(100, 200)에 의해 형성되는 내부 공간(350)을 채우도록 상기 내부 공간(350)에 탄소 계열의 복합 소재(300)를 더 포함할 수 있다. 제1 강판(100) 및 제2 강판(200)은 그 사이에 주입되는 복합 소재(300)에 의해 서로 접합될 수 있다.

실시예에 따라서 차체 구조물(1)은 상기 보강 구조물(10)이 조립되는 차체 강판(LP)을 더 포함할 수 있다. 제2 강판(200)의 양 단을 포함하는 적어도 일부 영역 및 상기 차체 강판(LP)의 적어도 일부 영역은 서로 결합되어 고정부(J1, J2)를 형성할 수 있다. 실시예에 따라서 차체 구조물(1)은 상기 보강 구조물(10) 및 차체 강판(LP)과 조립되는 외부 강판(OP)을 더 포함할 수 있다. 외부 강판(OP)은 차체 강판(LP)과 제2 강판(200)을 사이에 두고 마주보도록 배치될 수 있다. 이때 상기 고정부(J1, J2)는 상기 제2 강판(200)의 적어도 일부 영역, 상기 차체 강판(LP)의 적어도 일부 영역과 더불어 외부 강판(OP)의 적어도 일부 영역이 함께 접합되어 형성될 수 있다.

이상과 같은, 보강 구조물(10)은 도 1에 도시된 차체(C)를 구성하는 일부 영역들에 해당하는 차체 프레임(S1, S2 등) 내부에 포함되는 구성요소일 수 있고, 차체 강판(LP) 및 외부 강판(OP)은 상기 차체 프레임(S1, S2 등) 자체를 구성하는 구성요소일 수 있다.

이하, 도 3을 사용하여 본 발명의 차체 구조물(1)의 구조 및 구성요소의 배치 관계 등에 대하여 더 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물(1)의 구성을 더 상세히 설명하기 위한 도면이다. 도 2에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 설명을 생략하거나 간단히 할 수 있다.

제1 강판(100)은 그 중앙 영역인 메인부(130), 메인부(130)의 일 측에 제1 단(110), 상기 일 측과 대향하는 타 측에 제2 단(120)을 포함할 수 있다.

제2 강판(200)은 그 중앙 영역인 메인부(230), 메인부(230)의 일 단에 구비되는 제1 플랜지(210), 상기 일 단과 대향하는 타 단에 구비되는 제2 플랜지(220)를 포함할 수 있다. 상기 제1 플랜지(210)는 상기 메인부(230)와 연결된 일 영역(200a)으로부터 연장된 일 단에 구비될 수 있고, 상기 제2 플랜지(220)는 메인부(230)와 연결된 타 영역(200b)으로부터 연장된 타 단에 구비될 수 있다. 이때 상기 제1 플랜지(210) 및 상기 제2 플랜지(220)는 제1 강판(100)의 일 단(110) 및 타 단(120)을 덮도록 위치할 수 있다. 즉, 제1 플랜지(210) 및 제2 플랜지(220)는 그 하부에 배치된 제1 강판(100)의 양 단(110, 120) 각각으로부터 돌출되도록 구비될 수 있다.

제1 강판(100)의 제1 단(110)은 제2 강판(220)의 일 영역(200a)과 결합되어 제1 결합부(F1)를 형성할 수 있다. 상기 일 영역(200a)은 제2 강판(220)의 제1 단(210)과 메인부(230) 사이의 영역을 의미한다. 또는 상기 일 영역(200a)은 제2 강판(200)의 메인부(230)로부터 연장된 제2 강판(200)의 적어도 일부 영역으로서 상기 제1 단(210)은 일 영역(200a)으로부터 연장되는 일 단일 수 있다.

제1 강판(100)의 제2 단(120)은 제2 강판(220)의 타 영역(200b)과 결합되어 제2 결합부(F2)를 형성할 수 있다. 상기 타 영역(200b)은 제2 강판(220)의 제2 단(220)과 메인부(230) 사이의 영역을 의미한다. 또는 상기 타 영역(200b)은 제2 강판(200)의 메인부(230)로부터 연장된 제2 강판(200)의 적어도 일부 영역으로서 상기 제2 단(220)은 타 영역(200b)으로부터 연장되는 타 단일 수 있다.

제2 강판(200)은 차체 강판(LP)에 인접하여 배치되는 제1 강판(100)을 덮도록 배치될 수 있다. 즉, 제2 강판(200)의 단면적이 제1 강판(100)의 단면적보다 넓을 수 있고, 더 상세하게는 제2 강판(200)의 메인부(230)의 단면적이 제1 강판(100)의 메인부(130)의 단면적보다 넓을 수 있다.

차체 강판(LP)은 상기 제1 강판(100)과 대체적으로 나란하게 배치되는 메인부, 상기 메인부로부터 일 측으로 연장되는 제1 단(L1) 및 타 측으로 연장되는 제2 단(L2)을 포함할 수 있다. 이때 제1 플랜지(210)의 일 면은 상기 차체 강판(LP)의 제1 단(L1)과 결합되어 도 2에서 전술한 제1 고정부(J1)를 형성하고, 제2 플랜지(220)의 일 면은 상기 차체 강판(LP)의 제2 단(L2)과 결합되어 제2 고정부(J2)를 형성할 수 있다.

한편, 외부 강판(OP) 또한 상기 제2 강판(200)의 메인부(230)와 대체적으로 나란하게 배치되는 메인부, 상기 메인부로부터 일 측으로 연장되는 제1 단(O1) 및 타 측으로 연장되는 제2 단(O2)을 포함할 수 있다. 이때 제1 단(O1)은 제2 강판(200)의 제1 플랜지(210)의 타 면과 결합되어 제1 고정부(J1)를 형성할 수 있다. 즉, 제1 고정부(J1)는 차체 강판(LP)(특히, 제1 단(L1)), 제1 플랜지(210) 및 외부 강판(OP)(특히, 제1 단(O1))이 순차적으로 결합되어 형성될 수 있다. 마찬가지로 제2 단(O2)은 제2 강판(200)의 제2 플랜지(220)의 타 면과 결합되어 제2 고정부(J2)를 형성할 수 있다. 즉, 제2 고정부(J2)는 차체 강판(LP)(특히, 제2 단(L2)), 제2 플랜지(220) 및 외부 강판(OP)(특히, 제2 단(O2))이 순차적으로 결합되어 형성될 수 있다. 양 고정부(J1, J2)의 결합은 일 예로 용접 결합이 사용될 수 있다.

이하, 두 강판(100, 200)에 의해 형성되는 폐단면을 가지는 내부 공간에 관하여 설명한다.

전술한 고정부(J1, J2)를 통한 두 강판(100, 200)의 접합은 내부 공간(350)에 사출 또는 주입되는 복합 소재(300)에 의해 이루어질 수 있다. 후술하겠지만, 보강 구조물(10)의 제조 방법에 있어서 두 강판(100, 200) 사이에 게재되는 주입 장치를 이용하여 그 내부에 복합 소재(300)를 주입시킬 수 있다. 내부 공간에 주입된 복합 소재가 경화되면서 제1 강판(100)의 양 단(110, 120) 각각은 제2 강판(200)의 일 영역(200a) 및 타 영역(200b) 각각과 결합될 수 있고, 이에 따라 그 단면이 하나의 폐단면을 가지는 내부 공간(350)이 형성될 수 있다. 즉, 보강 구조물(10)의 단면은 폐단면일 수 있다. 내부 공간의 단면은 폐단면이면 족하고, 본 발명은 분리된 두 강판(100, 200)의 결합을 통해 단면을 자유롭게 설계하고자 하는 것으로 그 형태는 본 발명을 제한하지 않는다.

상기 탄소 계열의 복합 소재는, 일 예로 LWRT(Low Weight　Reinforced Thermoplastic), EPP(Expanded Polypropylene), PC&PC alloy　수지,　폴리아미드 수지, 폴리오레핀 수지, LFT(Long Fiber Thermoplastic) 및 CFT(Continuous Fiber Thermoplastic) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그러나 복합 소재는 이에 한정되지 않는다.

완성차는 충돌 성능 향상을 위해 보강재의 적용이 필수적이라 할 수 있다. 완성차의 일부 영역의 차체 프레임에 적용되는 보강재에는 판, 시트(sheet) 형태로 구비되는 개단면 보강재와, 파이프(pipe) 형태로 구비되는 폐단면 보강재가 있다. 개단면 보강재에 사용되는 시트 성형은 냉간 성형 및/또는 핫 스탬핑 공정이 적용될 수 있는데, 이러한 시트 성형은 충돌 성능의 향상을 위해 여러 부품(시트)을 겹쳐진 상태로 제조하여 사용하므로 차량의 중량이 상승되어 충돌에 취약해지는 문제점이 있다.

한편, 폐단면 보강재에 사용되는 파이프는 직관 형태로 열처리 공정을 사용하여 제조될 수 있는데, 파이프 형태는 차체의 다양한 부분에 장착되기 위한 다양하고 복잡한 형태로 성형이 어렵고 별도의 브라켓이 필요한 등 제조 및 설계가 비용이한 문제점이 있다. 또한, 기존의 보강재를 제조하는 기술들은 보강재를 구성하는 여러 부품들, 또는 보강재를 결합시키고자 하는 완성차의 다른 부품들을 조립하는 과정에서 치수 경향에 따른 품질 확보가 어려운 문제점을 수반한다.

한편, 최근 전기차나 자율주행차 등의 친환경차량에 대한 수요 및 공급이 증대됨에 따라 친환경차량의 개발 동향에 맞추어 충돌 성능을 강화할 수 있는 보강재에 대한 수요 또한 증대되고 있다. 특히, 폐단면 보강재와 관련하여 다양한 공법이 연구 개발되고 있다. 일 예로 핫블로우포밍 공법의 경우 폐단면을 가지는 보강재가 부푸는 동작에 한계가 있어 보강재의 유연한 설계가 어려운 문제점이 있다. 용접 등의 다른 제조 공정 또한 여타 기술적인 문제점을 보유한다. 특히, 일 예로, 도 1에 도시된 A 필라부터 C 필라까지 길이 방향으로 연장되는 루프사이드레일 부품의 경우 충돌 성능 향상을 위해 요구되는 상황, 스펙에 따라 다양한 단면이 요구되나, 파이프 보강재의 경우 상기 길이방향을 따라 균일한 단면을 확보하기 어렵고 종래에 사용되던 기술로는 만족하는 충돌 성능 확보에 한계가 있다.

이상과 같은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물(1)의 보강 구조물(10)은 분리된 두 강판을 결합하는 방식을 이용하여 완성차 내 보강 구조물이 적용되는 영역에 따라 재질이나 물성 등을 차별화 설계함으로써 다양한 영역으로부터 인가되는 충돌을 유연하게 완화, 충돌 성능을 향상시킬 수 있다. 또한, 두 개의 강판을 결합함으로써 폐단면 보강재의 경우에도 그 단면뿐만 아니라 완성차의 레이아웃에 따라 길이 방향으로 곡률 부여 등 설계의 자유도가 향상되고, 영역 별 형상 변경이 용이하여 추가 경량화 및 조립성도 향상될 수 있다. 뿐만 아니라, 보강재를 차체 구조물 상에 조립 또는 결합할 때 사용하던 용접, 스팟 등의 전통적인 결합 방식에 있어서 피용접물의 두께 증가, 용접부 연화, 치수 정도의 설계 어려움 등의 한계를 개선할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 보강 구조물에 의하면, 용접 등의 전통적인 방식이 아닌 두 강판 내에 복합재를 사출, 주입함으로써 결합하는 방식을 사용하므로 곡률, 치수 등 제품 형태를 유연하게 설계할 수 있는 이점이 있다. 또한, 두 강판 사이에 주입되어 충진재 역할을 하는 복합 소재를 통해 충돌 성능 향상에 있어서 충돌을 완충하는 역할도 수행할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제1 강판(100) 또는 제2 강판(200)에 채용될 수 있는 강판에 대하여 설명한다. 이하에서 설명하는 '강판'은 전술한 핫 스탬핑 부품, 또는 고강도 강판 풍 상기 핫 스탬핑 부품을 제조하기 위한 핫 스탬핑용 강판에 해당할 수 있다. 즉, 핫 스탬핑 부품 또는 핫 스탬핑용 강판은 후술하는 '제1 합금 조성'을 가질 수 있다.

강판은 소정의 합금 원소를 소정 함량 포함하도록 주조된 슬래브에 대해 열연 공정 및/또는 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다.

강판은 일 예로 후술하는 제1 합금 조성을 가질 수 있다. 제1 합금 조성은 탄소(C) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.01 중량% 이상 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0.3 중량% 이상 2.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

또한, 상술한 제1 합금 조성은 보론(B), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 니켈(Ni) 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 합금 조성은 보론(B) 0.0001 중량% 이상 0.005 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하, 니오븀(Nb) 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 및 니켈(Ni) 0.01 중량% 이상 1.0 중량% 이하 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.

탄소(C)는 강의 강도, 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑(또는 열간 프레스) 공정 이후, 강재의 인장 강도를 확보하는 목적으로 첨가된다. 또한 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 탄소는 상기 강판 전체 중량에 대하여 0.01~0.5 중량%로 포함된다. 상기 탄소가 0.01 중량% 미만으로 포함되는 경우, 본 발명의 기계적 강도를 달성하기 어려우며, 0.5 중량%를 초과하는 경우, 강재의 인성 저하 문제 또는 강의 취성 제어 문제가 야기될 수 있다.

실리콘(Si)은 강판 내 페라이트 안정화 원소로 작용한다. 페라이트를 청정하게 해줌으로써 연성을 향상시키며, 저온역 탄화물 형성을 억제함으로써 오스테나이트 내 탄소 농화도를 향상시키는 기능을 수행할 수 있다. 나아가, 열연, 냉연, 핫 스탬핑 조직 균질화(펄라이트, 망간 편석대 제어) 및 페라이트 미세 분산의 핵심 원소이다. 한 구체예에서 상기 실리콘은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0.01~1.0 중량% 포함된다. 상기 실리콘이 0.01 중량% 미만으로 포함되는 경우, 상술한 기능을 충분히 발휘하지 못하며, 1.0 중량%를 초과하는 경우, 열연 및 냉연 부하가 증가하며 열연 붉은형 스케일이 과다해지고 결합성이 저하될 수 있다.

망간(Mn)은 열처리시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 망간은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0.5~3.0 중량% 포함된다. 상기 망간을 0.5 중량% 미만으로 포함시 소입성 미달로 핫스탬핑 후 재질이 미달(경질상 분율 미달)할 가능성이 높으며, 3.0 중량%를 초과하여 포함시 망간 편석 또는 펄라이트 밴드에 의한 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 굽힘 성능 저하의 원인이 되며 불균질 미세조직이 발생할 수 있다.

인(P)은 편석이 잘 되는 원소로 강의 인성을 저해하는 원소이다. 한 구체예에서 상기 인(P)은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0 초과 0.05 중량% 이하로 포함된다. 상기 범위로 포함시 인성 저하를 방지할 수 있다. 상기 인을 0.05 중량%를 초과하여 포함시, 공정중 크랙을 유발하고, 인화철 화합물이 형성되어 인성이 저하될 수 있다.

황(S)은 가공성 및 물성을 저해하는 원소이다. 한 구체예에서 상기 황은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 이하 포함될 수 있다. 상기 황을 0.01 중량%를 초과하여 포함시 열간 가공성을 떨어뜨리고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.

니오븀(Nb)은 마르텐사이트(Martensite) 패캣 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성 증가를 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 니오븀은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0.005~0.1 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 열간압연 및 냉간 압연 공정에서 강재의 결정립 미세화 효과가 우수하고, 제강/연주시 슬라브의 크랙 발생과, 제품의 취성 파단 발생을 방지하며, 제강성 조대 석출물 생성을 최소화할 수 있다.

티타늄(Ti)은 핫 스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향 목적으로 첨가될 수 있다. 또한, 고온에서 Ti(C,N) 등의 석출상을 형성하여, 오스테나이트 결정립 미세화에 효과적으로 기여한다. 한 구체예에서 상기 티타늄은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0.005~0.1 중량% 포함될 수 있다. 상기 함량범위로 포함시, 연주 불량 및 석출물 조대화를 방지하며, 강재의 물성을 용이하게 확보할 수 있고, 강재 표면에 크랙 발생 등의 결함을 방지할 수 있다.

상기 크롬(Cr)은 강판의 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 상기 크롬은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0.01~0.5 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 제1 상기 알루미늄계 도금 강판(10)의 소입성 및 강도를 향상시키며, 생산비 증가와 강재의 인성 저하를 방지할 수 있다.

몰리브덴(Mo)은 열간압연 및 핫스탬핑 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대를 통해 강도 향상에 기여할 수 있다. 몰리브덴(Mo)은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0.001~0.008 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시 열간압연 및 핫스탬핑 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대 효과가 우수할 수 있다.

보론(B)은 마르텐사이트 조직을 확보함으로써, 상기 강재의 소입성 및 강도를 확보하는 목적으로 첨가되며, 오스테나이트 결정립 성장 온도 증가로 결정립 미세화 효과를 가진다. 한 구체예에서 보론(B)은 상기 강판 전체 중량에 대하여 0.0005 중량% 내지 0.008 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함 시 경질상 입계 취성 발생을 방지하며, 고인성과 굽힘성을 확보할 수 있다.

니켈(Ni)은 소입성 및 강도 확보 목적으로 첨가될 수 있다. 또한, 니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화 원소로 오스테나이트 변태 제어로 연신율 향상에 기여할 수 있다. 일 실시예에서, 니켈(Ni)은 강판의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 1.0 중량% 이하 포함될 수 있다. 강판의 전체 중량에 대하여 니켈이 0.01 중량% 미만 포함되는 경우, 상술한 효과를 제대로 구현하기 어려울 수 있다. 강판의 전체 중량에 대하여 니켈이 1.0 중량% 초과 포함되는 경우, 인성이 저하될 수 있고 냉간 가공성이 저하될 수 있으며 제품의 제조 비용이 증가할 수 있다.

일 실시예에서, 제1 합금 조성을 포함하는 강판을 핫 스탬핑 하는 경우, 핫 스탬핑 후 강판은 약 1350 MPa 이상, 바람직하게는 1350 MPa 이상 1680MPa 미만의 인장 강도를 가질 수 있다. 또는, 핫 스탬핑 후 강판은 약 1680 MPa 이상, 바람직하게는 1680MPa 이상 2000MPa 미만의 인장 강도를 가질 수 있다.

이하에서는, 도 4를 이용하여 본 발명의 제1 강판(100) 또는 제2 강판(200)에 채용될 수 있는 강판으로서, '핫 스탬핑 부품'의 모체가 되는 '핫 스탬핑용 강판'의 제조 방법에 대하여 설명한다. 다시 말해, 도 4의 방법에 따라 제조된 핫 스탬핑용 강판에 대하여 핫 스탬핑 공정을 수행하여 핫 스탬핑 부품이 제조된다.도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 강판의 제조방법의 일부를 개략적으로 도시하는 흐름도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 강판의 제조방법은, 재가열 단계(S10), 열간압연 단계(S20), 냉각/권취 단계(S30), 냉간압연 단계(S40), 소둔 열처리 단계(S50) 및 도금 단계(S60)를 포함할 수 있다.

참고로 도 4에는 S10 내지 S60 단계가 독립적인 단계로 도시되어 있으나, S10 내지 S60 단계 중 일부는 하나의 공정에서 수행될 수 있으며, 필요에 따라 S10 내지 S60 단계 중 일부가 생략되는 것도 가능하다.

먼저, 핫 스탬핑용 강판을 제조하는 공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬래브를 준비한다. 상기 슬래브는 일 예로 상술한 제1 합금 조성을 가질 수 있으며, 제1 합금 조성은 상술한 내용과 같으므로 여기서는 생략한다.

재가열 단계(S10)는 열간압연을 위해 상기 조성을 갖는 슬래브를 소정의 슬래브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature: SRT) 범위에서 재가열하는 단계이다. 재가열 단계(S10)에서는 연속 주조 공정을 통해 확보한 슬래브를 소정의 온도 범위에서 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용하게 된다. 슬래브 재가열 온도(SRT)는 오스테나이트 미세화 및 석출경화 효과 극대화를 위하여 사전 설정된 온도 범위 내로 제어될 수 있다.

일 실시예로, 슬래브 재가열 온도(SRT)는 1,200°C 내지 1,260°C로 제어될 수 있다. 슬래브 재가열 온도(SRT)가 1,200°C 미만인 경우에는 주조 시 편석된 성분(예컨대, Ti, Nb, Mo 등)이 충분히 재고용되지 못해 합금 원소의 균질화 효과를 크게 보기 어렵다는 문제점이 있다. 반면에, 슬래브 재가열 온도(SRT)는 고온일수록 균질화에 유리하나 1,260°C를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정 입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 뿐만 아니라 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.

열간압연 단계(S20)는 재가열 단계(S10)에서 재가열된 슬래브를 소정의 마무리 압연 온도(Finishing Delivery Temperature: FDT) 범위에서 열간압연하여 강판을 제조하는 단계이다.

일 실시예로, 마무리 압연 온도(FDT) 범위는 870°C 내지 930°C로 제어될 수 있다. 마무리 압연 온도(FDT)가 870°C 미만인 경우, 이상영역 압연에 의한 혼립 조직이 발생으로 강판의 가공성 확보가 어렵고, 미세조직 불균일에 따라 가공성이 저하되는 문제가 있을 뿐만 아니라 급격한 상 변화에 의해 열간압연 중 통판성의 문제가 발생할 수 있다. 이와 반대로, 마무리 압연 온도(FDT)가 930°C를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화되어 강도 확보가 어려워질 수 있다. 또한, 석출물이 조대화되어 최종 부품 성능이 저하될 위험이 있다.

일 실시예로, 열간압연 시 압하율은 90% 이상을 만족하도록 제어될 수 있다. 또한, 후술하는 냉간압연 시 압하율은 30% 내지 70%로 제어될 수 있다. 이를 통해 탄소(C)의 함량 및/또는 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역(펄라이트 영역)의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 미세조직은 페라이트 및 펄라이트를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 강판은 면적분율로 페라이트: 60~99% 및 펄라이트: 1~30%를 포함할 수 있다. 또한, 핫스탬핑용 강판은 기타 불가피한 조직을 포함할 수 있다. 예컨대, 핫스탬핑용 강판은 기타 불가피한 조직을 0% 이상 5% 미만 포함할 수 있다. 한편, 일 실시예로, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 페라이트의 평균 결정립 크기는 2㎛ 이상 50㎛ 이하를 만족하도록 제어될 수 있다.

한편, 재가열 단계(S10) 및 열간압연 단계(S20)에서는 에너지가 불안정한 입계에서 미세석출물들의 일부가 석출될 수 있다. 이때, 입계에 석출된 미세석출물들은 오스테나이트의 결정립 성장을 방해하는 요소로 작용하여 오스테나이트 미세화를 통한 강도 향상의 효과를 제공할 수 있다.

냉각/권취 단계(S30)는 열간압연 단계(S20)에서 열간압연된 강판을 냉각하는 단계 및 냉각된 강판을 권취하는 단계를 포함할 수 있다. 냉각/권취 단계(S30)에서는 열간 압연된 강판을 소정의 권취 온도(Coiling Temperature: CT)까지 냉각하여 권취한다. 상기 열간압연된 강판을 냉각하는 단계는, 열간압연된 강판을 소정의 냉각 종료 온도 범위까지 사전 설정된 냉각 시간동안 ROT(Run out table) 냉각하는 단계일 수 있다.

일 실시예로, 상기 냉각 종료 온도 범위는 마르텐사이트 변태 개시온도(Ms) 내지 펄라이트 변태 개시온도(Ps)+40°C이고, 상기 사전 설정된 시간은 30초 이하일 수 있다.

상기 냉각된 강판을 권취하는 단계는 냉각된 강판을 소정의 권취 온도(Coiling Temperature: CT) 범위에서 권취하여 판재를 제조하는 단계일 수 있다.

일 실시예로, 권취 온도(CT)는 550°C 내지 780°C로 제어될 수 있다. 권취 온도(CT)는 탄소(C)의 재분배에 영향을 미친다. 이러한 권취 온도(CT)가 550°C 미만일 경우에는 과냉으로 인한 저온상 분율이 높아져 강도 증가 및 냉간압연 시 압연부하가 심화될 우려가 있으며, 연성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 권취 온도가 780°C를 초과할 경우에는 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 및 강도 열화가 발생하는 문제가 있다.

한편, 상기 권취하는 단계에서는 미세석출물들이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 권취하는 단계에서는 슬래브가 포함하는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및/또는 바나듐(V)의 질화물 또는 탄화물이 형성될 수 있다. 또한, 상기 권취하는 단계는 미세석출물들의 평형 석출량이 최대치에 도달할 수 있도록 페라이트역에서 진행될 수 있다. 이와 같이 결정립 재결정이 완료된 후 페라이트로 조직 변태 시 입계뿐 아니라 입내에서도 미세석출물들의 입자 크기가 균질하게 석출될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 권취 온도(CT) 범위를 제어함으로써, 미세석출물들의 석출거동을 제어할 수 있다.

냉간압연 단계(S40)는 냉각/권취 단계(S30)에서 제조된 판재를 언코일링(uncoiling)하여 산세 처리한 후, 냉간압연하는 단계이다. 이때, 산세는 판재, 즉 상기의 열연과정을 통하여 제조된 열연 코일의 스케일을 제거하기 위한 목적으로 실시하게 된다.

소둔 열처리 단계(S50)는 냉간압연 단계(S40)에서 냉간압연된 강판을 700°C 이상의 온도에서 소둔 열처리하는 단계이다. 일 실시예로, 소둔 열처리 단계(S50)는 냉간압연된 강판을 760°C 내지 850°C의 온도 범위에서 소둔 열처리하는 단계일 수 있다. 한편, 소둔 열처리는 냉연 판재를 가열하고, 가열된 냉연 판재를 소정의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.

도금 단계(S60)는 소둔 열처리된 강판에 대해 도금층을 형성하는 단계이다. 일 실시예로, 도금 단계(S60)는 소둔 열처리 단계(S50)에서 소둔 열처리된 강판 상에 Al-Si 도금층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도금 단계(S60)는 강판을 400°C 내지 700°C의 온도를 가지는 도금욕에 침지시켜 강판의 표면에 용융도금층을 형성하는 단계 및 상기 용융도금층이 형성된 강판을 냉각시켜 도금층을 형성하는 냉각 단계를 포함할 수 있다. 이때, 도금욕은 첨가 원소로서 Si, Fe, Al, Mn, Cr, Mg, Ti, Zn, Sb, Sn, Cu, Ni, Co, In 및/또는 Bi을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 도금욕은 5~12%의 Si, 1~4%의 Fe 및 그 외 Al을 포함할 수 있다. 또한, 전면 및 후면 각각에 대한 도금량은 30 g/m² 내지 200 g/m²을 만족하도록 제어될 수 있다.

이와 같이 S10 내지 S60 단계를 거쳐 제조한 핫 스탬핑용 강판에 대하여 '핫 스탬핑 공정'을 수행함으로써, 본 발명에서 요구되는 기계적 특성(예컨대, 인장 강도, 항복강도, 굽힘 특성, 연신율 등)을 만족하는 핫 스탬핑 후의 성형 부품인 핫 스탬핑 부품을 제조할 수 있다.

상기 '핫 스탬핑 공정'은 슬래브를 이용하여 제조한 핫 스탬핑용 강판을 가열하는 단계, 상기 핫 스탬핑용 강판을 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계 및 상기 성형체를 냉각하여 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 핫 스탬핑용 강판을 가열하는 단계는, 상기 핫 스탬핑용 강판을 Ac3 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 성형체를 냉각하여 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계는, 상기 성형체를 300°C 이하까지 평균 25°C/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 다만, 상기 핫 스탬핑 공정에 적용되는 온도 범위, 냉각속도 등의 공정 조건은 상술한 예시로 제한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.

또한, 핫 스탬핑 부품은 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트 및/또는 오스테나이트를 포함할 수 있다. 예컨대, 핫 스탬핑 부품의 미세조직은 70% 이상의 마르텐사이트, 30% 이하의 베이나이트와 페라이트 및 5% 이하의 잔량 탄화물 또는 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도로서, 먼저 차체 강판에 조립되는 보강 구조물을 제조하는 단계를 설명한다. 이하의 차체 구조물의 제조 방법에 따라 전술한 본 발명의 차체 구조물이 제조될 수 있다.

여기서 도 7을 함께 참조하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법에 사용되는 제조 설비의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 이하, 전술한 도면에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 설명을 생략하거나 간략히 하고, 전술한 도면 상의 도면부호를 사용하여 설명할 수 있다.

상기 보강 구조물을 제조하는 단계는 후술하는 단계들을 포함할 수 있다.

먼저, S100 단계에서 가압 설비(51) 상에 제1 강판(100) 및 상기 제1 강판(100)과 별개로 구비되는 제2 강판(200)을 준비한다. 이때 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판을 준비하는 단계는, 이하의 단계들로 수행될 수 있다. 먼저, 가압 설비(51) 상에 상기 제1 강판(100)을 배치한다. 이후, 상기 제1 강판(100) 상부에 상기 제2 강판(200)을 상기 제1 강판(100)을 덮도록 배치한다. 상기 제1 강판(100)을 배치하는 단계와 상기 제2 강판(200)을 배치하는 단계 사이, 또는 상기 제2 강판(200)을 배치하는 단계 이후에, 상기 복합 소재 주입 장치(52)를 게재할 수 있다. 제1 강판(100) 상부에 배치되는 제2 강판(200)은 그 단면적이 제1 강판(100)의 단면적보다 넓을 수 있다.

이후, S200 단계에서 제1 강판(100)의 양 단과 제2 강판(200)을 결합하여 보강 구조물(10)을 제조하되, 제1 강판(100)의 일 단과 제2 강판(200)의 일 영역을 결합하고, 제1 강판(100)의 타 단과 제2 강판(200)의 타 영역을 결합하여 하나의 폐단면을 단면으로 가지는 내부 공간이 형성되도록 제조할 수 있다. 제1 강판(100)의 양 단과 제2 강판(200)을 결합하여 보강 구조물을 제조하는 단계(S200) 단계 이전에 S210 단계가 수행될 수 있고, S200 단계는 S210 단계 이후에 S220 및 S230 단계를 포함할 수 있다.

S210 단계에서, 제1 강판(100) 및 제2 강판(200) 사이에 복합 소재 주입 장치(52)를 게재할 수 있다.

S220 단계에서 제1 강판(100) 및 제2 강판(200) 사이에 복합 소재 주입 장치(52)를 통해 제1 강판(100) 및 제2 강판(200)이 형성하는 폐단면을 가지는 내부 공간을 채우도록 탄소 계열의 복합 소재를 사출시킬 수 있다.

S230 단계에서 가압 설비(51)를 통해 두 강판(100, 200) 사이에 복합 소재(300)가 사출된 보강 구조물을 가압하여 두 강판(100, 200)을 접합시킬 수 있다.

가압 설비를 통해 가압하여 두 강판 사이에 복합 소재가 사출된 보강 구조물을 가압하여 두 강판을 결합시키는 단계(S230) 이후에, 상기 폐단면은 두 강판의 기계적 특성, 두 강판의 단면적, 복합 소재의 주입량 및 가압 설비에 의한 가압 거동 중 적어도 하나에 의해 조절되어 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 강판(100)의 양 단과 제2 강판(200)을 접합하여 보강 구조물을 제조하는 단계(S200)는, 제1 플랜지(210) 및 제2 플랜지(220)가 제1 강판(100)의 일 단 및 타 단을 덮도록 접합하는 단계일 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도로서, 도 5에서 전술한 보강 구조물을 제조하는 단계 이후에 차체 강판(LP)을 함께 이용하여 차체 구조물을 제조하는 단계에 해당할 수 있다. 보강 구조물(10)을 차체 강판(LP)에 조립하여 차체 구조물(1)을 제조하는 단계(S300)는 후술하는 단계들을 포함할 수 있다.

도 3에서 전술한 바와 같이 제2 강판(200)의 일 영역에 제1 플랜지(210)가 구비되고, 제2 강판(200)의 타 영역에 제2 플랜지(220)가 구비될 수 있다.

S310 단계에서 보강 구조물(10)이 제조된 이후, 보강 구조물이 조립되는 차체 강판(LP)을 준비한다.

S320 단계에서 제2 강판(200)의 제1 플랜지(210) 및 제2 플랜지(220) 각각을 차체 강판(LP)의 일 단(L1) 및 타 단(L2)과 접합하여 보강 구조물(10)을 차체 강판(LP)에 조립할 수 있다. 이때 접합은 용접, 스팟 등일 수 있다. 여기서 도 3을 함께 참조하면, 상기 접합에 따라 고정부(J1, J2)가 형성될 수 있다. 실시예에 따라서 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물은 외부 강판(OP)을 더 포함할 수 있고, 상기 외부 강판(OP)의 양 단(O1, O2) 또한 차체 강판(LP)과 같이 플랜지(210, 220)와 접합되어 고정부(J1, J2)가 형성될 수 있다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법에 사용되는 제조 설비의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7의 설비도에서 일부만 도시하였으며, 도 7과 차이점이 되는 부분을 위주로 설명한다.

제1 강판(100) 및 제2 강판(200)을 준비하는 단계(S100)는 이하의 단계들을 포함할 수 있다. 먼저, 가압 설비(51) 상에 강판 고정용 블록(61)을 구비한다. 이후, 상기 강판 고정용 블록(61) 상에 제1 강판(100) 및 제2 강판(200) 중 어느 하나를 배치할 수 있다. 즉, 두 강판(100, 200) 중 어느 하나는 각 강판이 구비되는 측의 가압 설비 상에 설치된 강판 고정용 블록(61) 상에 배치될 수 있다. 본 도면에는 강판 고정용 블록(61) 상에 제1 강판(100)이 배치되는 것을 도시하였다. 이와 같은 강판 고정용 블록(61)을 이용하여 두 강판(100, 200) 및 이들 사이에 게재되는 복합 소재 주입 장치(52)(도 7 참고)를 안정적으로 고정, 지지하고, 이에 따라 두 강판(100, 200)의 결합에 따른 보강 구조물(10)이 안정적으로 제조될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

10: 보강 구조물
100: 제1 강판
200: 제2 강판
300: 복합 소재
210: 제1 플랜지
220: 제2 플랜지
J1, J2: 고정부
F1, F2: 결합부
LP: 차체 강판

Claims

제1 강판; 및
상기 제1 강판과 별개로 구비되는 제2 강판;을 포함하는 보강 구조물을 포함하되,
상기 제2 강판은 중앙 영역인 메인부, 상기 메인부와 일 단 사이의 일 영역, 및 상기 메인부와 타 단 사이의 타 영역을 포함하고,
상기 제2 강판의 일 단에는 상기 제2 강판의 일 영역으로부터 연장된 제1 플랜지가 구비되고, 상기 제2 강판의 타 단에는 상기 제2 강판의 타 영역으로부터 연장된 제2 플랜지가 구비되고,
상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지는 각각 상기 제1 강판의 일 단 및 타 단으로부터 돌출되도록 위치되고,
상기 제1 강판의 일 단과 상기 제2 강판의 일 영역이 접하고, 상기 제1 강판의 타 단과 상기 제2 강판의 타 영역이 접하여 하나의 폐단면을 단면으로 가지는 내부 공간을 형성하며,
상기 보강 구조물은,
상기 내부 공간을 채우도록 탄소 계열의 복합 소재;를 더 포함하고,
상기 제1 강판은 상기 복합 소재를 통해 상기 제2 강판과 접합되는, 차체 구조물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 탄소 계열의 복합 소재는,
LWRT(Low Weight　Reinforced Thermoplastic), EPP(Expanded Polypropylene), PC&PC alloy　수지,　폴리아미드 수지, 폴리오레핀 수지, LFT(Long Fiber Thermoplastic) 및 CFT(Continuous Fiber Thermoplastic) 중 적어도 하나를 포함하는, 차체 구조물.
삭제
제1항에 있어서,
상기 차체 구조물은 상기 보강 구조물이 조립되는 차체 강판;을 더 포함하고,
상기 보강 구조물은 상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 각각이 상기 차체 강판의 일 단 및 타 단과 결합됨으로써 상기 차체 강판과 결합되는, 차체 구조물.
제1항에 있어서,
상기 제2 강판은 상기 제1 강판을 덮도록 위치하고,
상기 보강 구조물을 형성하는 상기 제2 강판의 단면적이 상기 제1 강판의 단면적보다 넓은, 차체 구조물.
제1항에 있어서,
상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 중 적어도 하나는,
핫 스탬핑용 강판을 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하는 핫 스탬핑 공정으로 제조된 핫 스탬핑 부품인, 차체 구조물.
제1항에 있어서,
상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 각각은,
인장 강도가 서로 상이한, 차체 구조물.
차체 강판에 조립되는 보강 구조물을 제조하는 단계를 포함하되,
상기 보강 구조물을 제조하는 단계는,
가압 설비 상에 제1 강판 및 상기 제1 강판과 별개로 구비되는 제2 강판을 준비하는 단계;
상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 사이에 복합 소재 주입 장치를 게재하는 단계;
상기 복합 소재 주입 장치를 통해 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판이 형성하는 내부 공간을 채우도록 탄소 계열의 복합 소재를 사출시키는 단계;
상기 제1 강판 및 상기 제2 강판을 상기 가압 설비를 통해 가압하는 단계; 및
상기 복합 소재가 경화되면서 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판이 접합되는 단계;를 포함하며,
상기 보강 구조물의 상기 제2 강판은 중앙 영역인 메인부, 상기 메인부와 일 단 사이의 일 영역, 및 상기 메인부와 타 단 사이의 타 영역을 포함하고,
상기 제2 강판의 일 단에는 상기 제2 강판의 일 영역으로부터 연장된 제1 플랜지가 구비되고, 상기 제2 강판의 타 단에는 상기 제2 강판의 타 영역으로부터 연장된 제2 플랜지가 구비되고,
상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지는 각각 상기 제1 강판의 일 단 및 타 단으로부터 돌출되도록 위치되고,
상기 제1 강판의 일 단과 상기 제2 강판의 일 영역이 접하고, 상기 제1 강판의 타 단과 상기 제2 강판의 타 영역이 접하여 하나의 폐단면을 단면으로 가지는 상기 내부 공간을 형성하는, 차체 구조물의 제조 방법.
삭제
제9항에 있어서,
상기 폐단면은 상기 두 강판의 인장 강도, 상기 두 강판의 단면적, 상기 복합 소재의 주입량 및 상기 가압 설비에 의한 가압 거동 중 적어도 하나에 의해 조절되어 형성되는, 차체 구조물의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 탄소 계열의 복합 소재는,
LWRT(Low Weight　Reinforced Thermoplastic), EPP(Expanded Polypropylene), PC&PC alloy　수지,　폴리아미드 수지, 폴리오레핀 수지, LFT(Long Fiber Thermoplastic) 및 CFT(Continuous Fiber Thermoplastic) 중 적어도 하나를 포함하는, 차체 구조물의 제조 방법.
삭제
제9항에 있어서,
상기 차체 구조물의 제조 방법은,
상기 보강 구조물이 조립되는 차체 강판을 준비하는 단계; 및
상기 제1 플랜지 및 상기 제2 플랜지 각각을 상기 차체 강판의 일 단 및 타 단과 결합하여 상기 보강 구조물을 상기 차체 강판에 조립하는 단계;를 더 포함하는, 차체 구조물의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 제2 강판의 단면적이 상기 제1 강판의 단면적보다 넓은, 차체 구조물의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 중 적어도 하나는,
핫 스탬핑용 강판을 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하는 핫 스탬핑 공정으로 제조된 핫 스탬핑 부품인, 차체 구조물의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 각각은,
인장 강도가 서로 상이한, 차체 구조물의 제조 방법.
제9항에 있어서,
상기 제1 강판 및 상기 제2 강판을 준비하는 단계는,
상기 가압 설비 상에 강판 고정용 블록을 구비하는 단계; 및
상기 강판 고정용 블록 상에 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판 중 어느 하나를 배치하는 단계;를 포함하는, 차체 구조물의 제조 방법.