KR20100001307A

KR20100001307A - 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법 및 이방법으로 제조된 롤성형품

Info

Publication number: KR20100001307A
Application number: KR1020080061168A
Authority: KR
Inventors: 김택
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2010-01-06

Abstract

본 발명은, 열처리형 강판을 오스테나이트 변태가 완전히 일어나도록 가열하여 일정시간 유지하는 가열공정(S10)과, 상기 가열공정에서 가열된 강판을 롤성형기에 투입하여 소정의 형상으로 롤성형하는 롤성형공정(S20)과, 상기 롤성형공정에서 롤성형된 성형품을 마르텐사이트 변태가 일어나도록 급냉하는 급속냉각공정(S30)으로 이루어지는, 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 롤성형품에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 성형품의 형상 제약을 줄이고, 고가의 프레스 장비 및 자동화 이송설비에 따른 투자비를 절감하고 생산성을 향상하여 제조비를 줄이는 효과가 있다.

Description

열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 롤성형품{process using heat treatment steel sheet for roll-forming products and roll-forming products}

본 발명은 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 롤성형품에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 경량화와 안정성을 향상시키기 위한 고강도 차량부품의 제조와, 고강도 기계부품 및 각종 고강도가 요구되는 구조재에 적용되는 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 롤성형품에 관한 것이다.

차량을 비롯한 산업분야에서 안정성 향상 및 경량화를 위하여 고강도 강판의 적용이 확대되고 있으나, 이러한 고강도 강판은 성형이 어렵고, 합금성분의 증가로 인하여 용접성이 저하되며, 일반 강판 대비 고가의 가격으로 인하여, 적용 확대가 미진한 실정이다.

이를 개선하기 위해 유럽 및 일본에서 열처리형 강판의 적용이 확대되고 있다. 이를 적용하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있다.

한 가지 방법은 열처리형 강판을 파이프 형태로 제조한 후, 고주파 유도가열 을 한 다음 급냉시켜 고강도의 성형품을 제조하는 방법이다. 하지만 이러한 방법은 고주파 유도가열의 제약으로 인하여 형상의 제약을 받게 되므로, 차량용 도어 임팩트 빔의 제조 등으로 한정된 성형품의 제조에만 적용되고 있다.

다른 한 가지 방법은 일반적으로 핫 스탬핑 또는 핫 프레스 포밍법이라고 부르는 방법으로서, 열처리형 강판을 Ar3 온도 직상으로 가열한 직 후, 프레스 성형 및 프레스에서 급냉시켜 고강도의 성형품을 제조하는 방법이다. 하지만 이 방법은 고온의 열처리형 강판을 프레스까지 이송하여야 하고 성형품을 취출하기 위한 고가의 자동화 이송설비가 필요하며, 고강도 마르텐사이트 변태를 위한 냉각 속도 확보를 위하여 프레스 금형 내에 냉각기능을 추가하여야 하며, 작업속도가 기존 냉각 프레스에 비해 2배 정도 소요되어 제조비가 상승된다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래 열처리형 강판을 사용하여 성형품을 제조하는 방법의 문제점, 즉 고주파 유도가열로 인한 성형품의 문제점과, 고온의 열처리형 강판을 프레스에서 성형함으로 인한 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 성형품의 형상 제약을 줄이고, 고가의 프레스 장비 및 자동화 이송설비에 따른 투자비를 절감하고 생산성을 향상하여 제조비를 줄이는, 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법 및 이 방법으로 제조된 롤성형품을 제공하는 데 있다.

본 발명에 의한 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법은, 열처리형 강판을 오스테나이트 변태가 완전히 일어나도록 가열하여 일정시간 유지하는 가열공정과, 상기 가열공정에서 가열된 강판을 롤성형기에 투입하여 소정의 형상으로 롤성형하는 롤성형공정과, 상기 롤성형공정에서 롤성형된 롤성형품을 마르텐사이트 변태가 일어나도록 급냉하는 급속냉각공정으로 이루어진다.

상기 가열공정은 Ar3온도 직상(880 ~ 970 ℃)으로 가열하여 3 ~ 10분 동안 유지한다.

상기 롤성형공정에서 성형은 열처리형 강판이 마르텐사이트 변태온도까지 냉각되지 않도록 600 ℃로 냉각되는 최대점인 25초 이내는 롤성형이 개시되게 한다.

상기 냉각공정의 냉각은 27 ℃/sec 이상의 냉각속도로 행한다.

급속냉각공정의 냉각은 냉각롤을 이용한 롤냉각이나, 물 또는 오일을 이용한 액체냉각방법으로 행한다.

본 발명의 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법에 의하면, 성형품의 형상 제약이 적고, 고가의 프레스 장비 및 자동화 이송설비에 따른 투자비를 절감하고 생산성을 향상하여 제조비를 줄이는 효과가 있다. 본 발명의 제조방법으로 제조되는 성형품은 성형작업시에는 낮은 강도의 강판을 사용하므로 생산성이 향상되고, 완성된 성형품은 130 kgf/㎟ 이상의 고강도를 가지므로 안정성 확보와 경량화를 통한 에너지 효율의 향상이 가능하다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 의한 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조공정을 나타내는 플로우 차트이다. 나타낸 바와 같이, 본 발명은 열처리형 강판을 오스테나이트 변태가 완전히 일어나도록 가열하여 일정시간 유지하는 가열공정(S10)과, 상기 가열공정(S10)에서 가열된 강판을 롤성형기에 투입하여 소정의 형상으로 롤성형하는 롤성형공정(S20)과, 상기 롤성형공정(S20)에서 롤성형된 성형품을 마르텐사이트 변태가 일어나도록 급냉하는 급속냉각공정(S30)으로 이루어진다.

본 발명에 사용되는 열처리형 강판은, 중량 %로 탄소(C) 0.18~0.30 %, 망간(Mn) 0.5~2.0 %, 실리콘(Si) 0.5 % 이하, 황(S) 0.02 % 이하, 몰리브덴(Mo) 0.05~0.5 %, 크롬(Cr) 0.1~0.5 %, 알루미늄(Al) 0.1 % 이하, 보론(B:붕소) 0.001~0.1 %, 티타늄(Ti) 0.1 % 이하를 함유하고, 나머지 철(Fe)의 합금조성을 가진다. 상기 합금조성을 가지는 열연강판, 냉연강판, 도금강판 등 모든 종류의 강판이 사용가능하다. 상기 열처리형 강판은 공지의 강판이므로 자세한 설명은 생략한다.

상기 가열공정(S10)에서는 상기 열처리형 강판을 Ar3 온도 직상(880 ~ 970 ℃)으로 가열하여 3 ~ 10분 동안 유지하여 오스테나이트 변태가 완전히 일어나게 한다. 10분 이상 유지시에는 고온산화에 의하여 비도금재, 도금재 모두 표면 스케일층이 생성되고 도금층이 소실되며 성형가공시 표면결함 및 도금층 박리가 일어날 수 있으므로 유지 시간이 10분을 넘지 않게 한다. 상기 가열공정(S10)은 열처리형 강판을 상기 880 ~ 970 ℃ 분위기의 가열로에 투입하여 행하는 것이 바람직하다.

상기 롤성형공정(S20)은 상기 가열된 열처리형 강판을 롤성형기에 투입하여 롤성형되는데, 1개 이상의 롤을 이용하여 연속성형한다. 이때, 열처리형 강판이 마르텐사이트 변태온도까지 냉각되지 않도록 600 ℃로 냉각되는 최대점인 25초 이내는 롤성형이 개시되게 한다.

상기 롤성형공정에서 롤성형된 롤성형품은 마르텐사이트 변태가 일어나도록 급냉하는 상기 급속냉각공정(S30)을 거치는 데, 27 ℃/sec 이상의 냉각속도로 행한다. 급속냉각공정(S30)의 냉각은 냉각롤을 이용한 롤냉각이나, 물 또는 오일을 직접 분사 또는 담금을 하여 냉각하는 액체냉각방법으로 행한다.

도2는 다수의 롤(R1, R2... Rn-1, Rn)을 사용하여 롤성형품(P)을 롤냉각하는 일예를 나타내는 예시도이다. 롤냉각에서는 냉각속도의 조정을 위해 1개 이상의 냉 각롤을 사용하는데, 상기 냉각롤은 도3에 도시한 바와 같이 상부롤(1)(또는 하부롤)의 내부에 물이나 오일을 순환시키거나, 하부롤(2)을 물이나 오일에 잠기도록 하여 회전시켜 롤성형품(P)을 냉각하는 냉각속도를 높인다.

상기 롤냉각을 이용한 냉각은 35 ℃/sec 이상의 냉각속도를 얻을 수 있으며, 물과 오일을 혼합하여 액체냉각방법을 이용할 때에는 35 ~ 300 ℃/sec의 냉각속도를 얻을 수 있다.

이와 같은 제조방법에 의해 롤성형되고 급속냉각된 롤성형품은 완전한 마르텐사이트 변태를 이루어 인장시험시 130 kgf/㎟ 이상의 인장강도를 나타냄이 확인되었다.

도4는 롤성형 및 열처리되기 전의 열처리형 강판의 조직상태를 나타내는 사진이고, 도5는 본 발명의 제조방법으로 롤성형 및 열처리된 후의 롤성형품의 조직상태를 나타내는 사진이다. 다음 표 1은 시편 3개를 사용하여 인장강도와, 항복강도 및 연신율을 비교하여 나타낸 표이다.

구분	롤성형 및 열처리전 강판			롤성형 및 열처리후 롤성형품			비고
구분	인장강도	항복강도	연신율	인장강도	항복강도	연신율	비고
시편1	583	434	25.4	1742	1292	5.1
시편2	613	452	25.1	1584	1199	5.6
시편3	621	446	23.9	1488	1115	5.9

[인장강도(MPa), 항복강도(MPa), 연신율(%)]

상기 표 1의 시험결과의 시험조건은 다음과 같다.

시험조건 : 1.8 t의 열연 열처리형 강판을 사용하여, 가열온도 950 ℃에서 5분을 유지한 후, 8 step의 롤성형을 하여 롤성형품으로 만든 후, 하기 냉각조건에 따라 냉각한 후, 표면에 샌드 블라스트 처리를 하여 재료 시험기에서 시험했다.

냉각조건은 시편1은 100% 물을 사용한 액체냉각방법(냉각속도 : 250℃/sec), 시편2는 물70%와 오일30%의 액체냉각방법(냉각속도 : 93℃/sec), 시편3은 물50%와오일50%의 액체냉각방법(냉각속도 : 43℃/sec)이다.

본 발명을 간단하게 응용할 수 있는 롤성형품은 차량용 범퍼 보강재로서, 130 kgf/㎟ 이상의 초고강도 부품제조가 가능하다. 본 발명은 범퍼 보강재 외에도 토션빔 액슬, 루프 레일, 도어 임팩트 빔, 각종 멤머류 등 고강도를 요구하는 구조부재에 적용가능하며, 차량 이외의 분야에도 고강도가 요구되는 부품 및 완성품, 또는 경량화를 목적으로 하는 산업분야에 적용가능하다.

도1은 본 발명에 의한 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조공정을 나타내는 플로우 차트,

도2는 다수의 롤을 사용하여 롤성형품을 롤냉각하는 일예를 나타내는 예시도,

도3은 본 발명에 제조방법에 사용되는 냉각롤의 일예를 나타내는 도면,

도4는 롤성형 및 열처리되기 전의 열처리형 강판의 조직상태를 나타내는 사진,

도5는 본 발명의 제조방법으로 롤성형 및 열처리된 후의 롤성형품의 조직상태를 나타내는 사진이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1 : 상부롤 2 : 하부롤

P : 롤성형품

Claims

열처리형 강판을 오스테나이트 변태가 완전히 일어나도록 가열하여 일정시간 유지하는 가열공정과,

상기 가열공정에서 가열된 강판을 롤성형기에 투입하여 소정의 형상으로 롤성형하는 롤성형공정과,

상기 롤성형공정에서 롤성형된 성형품을 마르텐사이트 변태가 일어나도록 급냉하는 급속냉각공정으로 이루어지는 것을 특징을 하는 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 가열공정은 Ar3온도 직상으로 가열하여 3 ~ 10분 동안 유지하는 것을 특징으로 하는 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 롤성형공정에서 성형은 열처리형 강판이 마르텐사이트 변태온도까지 냉각되지 않도록 600 ℃로 냉각되는 최대점인 25초 이내는 롤성형이 개시되게 하는 것을 특징으로 하는 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법.
청구항 1에 있어서,

상기 냉각공정의 냉각은 27 ℃/sec 이상의 냉각속도로 행하는 것을 특징으로 하는 열처리형 강판을 이용한 롤성형품의 제조방법.
청구항 1항 내지 청구항 4항 중의 어느 하나의 방법으로 제조된 롤성형품.