KR20100037854A - Method for manufacturing ultra high strength steel parts and steel product using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A method for manufacturing ultra high strength steel parts and a steel product manufactured by the same are provided to prevent a lowering of strength due to annealing blank material and to reduce rapid cooling time by enabling a pre-cooling process. CONSTITUTION: A method for manufacturing ultra high strength steel parts comprises following steps. A steel coil(200) is cut to form blank material(230). The blank material is heated at 930~950°C. The blank material is pre-cooled during a process of transferring the blank material to the mold. The blank material is aligned within the mold. The blank material is rapidly cooled while the mold is compressed.

Description

강철성형체 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 강철 성형체{METHOD FOR MANUFACTURING ULTRA HIGH STRENGTH STEEL PARTS AND STEEL PRODUCT USING THE SAME}METHOD FOR MANUFACTURING ULTRA HIGH STRENGTH STEEL PARTS AND STEEL PRODUCT USING THE SAME
본 발명은 강철성형체 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 강철 성형체에 관한 것으로서, 금형 냉각 방식을 사용하는 강철 성형체 제조 방법의 공정 시간을 단축시키고 성형체의 강도를 향상시키는 기술에 관한 것이다.The present invention relates to a method for manufacturing a steel molded body and a steel molded body manufactured by using the same, and to a technique for shortening the process time and improving the strength of the molded body using the mold cooling method.
최근 들어, 자동차용 부품은 승객 및 운전자의 안전확보를 위하여 충돌안전성을 고려한 고강도 강판의 적용이 점차 증대되는 경향을 보이고 있다. 또한, 방청보증 연한의 증가를 충족시키기 위해 표면처리강판의 적용이 확대되는 추세에 있다. Recently, the application of high-strength steel sheet in consideration of collision safety in order to secure the safety of passengers and drivers has tended to increase gradually. In addition, the application of the surface-treated steel sheet is increasing in order to meet the increase in the anti-rust warranty.
종래에는 상술한 고강도 강판을 일반적으로 프레스 방식을 이용하여 자동차 부품을 제조하였다.Conventionally, the high-strength steel sheet described above is generally manufactured by using a press method.
프레스 방식을 이용한 자동차 부품의 제조방법은 일반적으로 냉연 또는 열연 코일의 원소재를 절단한 후 그 소재를 이송하여 프레스 금형에 넣고 압착하여 성형을 완료한 다음 필요 없는 부분을 절단하고 구멍을 형성하는 등의 마무리 작업을 거쳐 제품을 완성하는 방법이다.In general, the manufacturing method of automobile parts using the press method is to cut the raw material of cold or hot rolled coil, transfer the material into the press mold, press it to complete the molding, and then cut the unnecessary parts and form holes, etc. How to finish the product after finishing the work.
이와 같은 종래의 프레스 방식을 이용한 철판 가공 방법은 철강사에서 제조한 철판의 강도와 물성을 단지 가공하여 부품 형상을 구현하는 것에 지나지 않는다. 따라서 원소재의 성질이 곧 가공 후 부품의 성질이 되는 것이므로 원소재의 강도가 올라갈수록 프레스 성형은 어려워지게 되어 제품의 정밀한 형상 구현이 어려워지게 된다.Such a steel plate processing method using a conventional press method is merely to implement the shape of the part by simply processing the strength and physical properties of the steel sheet manufactured by steel company. Therefore, since the raw material is the property of the component after processing, as the strength of the raw material increases, it becomes more difficult to form a press, so that the precise shape of the product becomes difficult.
한편, 철판의 특성 중에는 스프링 백(spring back)이란 현상이 있다. 이는 상온에서 철판을 굽힐 때 항복강도 이상의 외압을 가하여도 철판이 원래의 형상으로 되돌아 가려는 성질을 말한다. 즉, 원소재 강도가 강하면 강할수록 원상태로 되돌아 가려는 성질은 더욱 커지게 된다.On the other hand, among the characteristics of the iron plate is a phenomenon called spring back (spring back). This is the property that the iron plate is returned to its original shape even if an external pressure of yield strength or more is applied when the iron plate is bent at room temperature. That is, the stronger the raw material strength, the greater the property of returning to its original state.
최근의 자동차 산업은 필수적으로 고강도 고성형성을 요구하는 부품을 필요로 하기 때문에 상기와 같은 성형상의 문제점은 강도가 강한 원소재의 적용에 제약을 줄 수밖에 없다.Recently, the automotive industry needs a component that requires high strength and high formability, and thus the molding problem as described above is limited to the application of a strong raw material.
최근에 개발된 60kg/㎟급의 트립(trip) 강판이나 듀얼페이스(dual phase) 강판 소재는 강도와 성형성이 우수한 것으로 흔히 알려져 왔는데, 실상 현장에서는 60kg/㎟급 이상의 고강도 소재는 치수 정밀도가 제대로 나오지 않기 때문에 아주 단순한 형상의 부품제작에만 적용을 하고 있으며, 고정밀도가 요구되는 복잡한 부품의 제작에는 거의 적용되지 못하고 있는 실정이다.Recently developed 60kg / mm2 trip steel or dual phase steel sheets have been known for their excellent strength and formability. Because it does not come out, it is applied only to the production of parts with a very simple shape, and is rarely applied to the production of complex parts requiring high precision.
따라서, 절단된 원소재(철판)를 고온으로 달군 후에 금형으로 성형함과 동시에 그 금형에 냉각(cooling) 효과를 주어 원소재의 온도를 급격하게 낮추는 퀀칭(quenching) 효과를 통해 원소재의 강도를 원래 보다 2 ~ 3배 이상으로 향상시키면서 가공하는 금형 냉각 방식이 개발되었다.Therefore, after cutting the cut raw material (iron plate) at a high temperature, it is molded into a mold, and at the same time, a cooling effect is applied to the mold to increase the strength of the raw material through a quenching effect of drastically lowering the temperature of the raw material. Originally, a mold cooling method was developed that improved the process by two to three times or more.
상술한 방법으로 가공시 고온으로 철판을 가열하므로 철판의 성질이 매우 부드러워지고 늘어나는 성질이 탁월해져서 성형성이 우수해지게 된다. 이와 같이 금형 냉각 방법을 이용하면 철판의 초고강도를 확보함과 동시에 우수한 성형성으로 원하는 부품을 제조할 수 있다.Since the iron plate is heated at a high temperature during processing by the above-described method, the properties of the iron plate are very soft and the stretching property is excellent, and the formability is excellent. By using the mold cooling method as described above, it is possible to manufacture desired parts with excellent moldability while securing ultra high strength of the steel sheet.
그러나, 금형 냉각 방식을 이용하여 150kg/㎟급 이상의 자동차용 고강도 보강대를 제조하기 위해서는 부품 성능에 가장 큰 영향을 주는 소재 가열시의 열처리 공정 변수와 금형내에서 소재를 급냉시킬 때 공정 변수의 설정 및 제어가 매우 중요하나 아직까지 강철 성형체를 제조하기 위한 표준적인 데이터가 없어 자동차용 고강도 보강대를 제조하기에 많은 어려움이 있다.However, in order to manufacture a high strength reinforcement rod for automobiles of 150kg / mm2 or more by using a mold cooling method, the process variables during the heating of materials that have the greatest effect on the part performance, and the process parameters when quenching the materials in the mold and Control is very important, but there are still many difficulties to manufacture high strength reinforcement for automobiles because there is no standard data for manufacturing steel molded products.
아울러, 금형 냉각 방법은 압연 코일을 절단하는 공정(Blanking), 절단된 소재를 가열하는 공정, 가열된 소재를 이송하는 공정 및 이송된 소재를 금형 내에서 프레싱하면서 급랭하는 공정 및 급랭처리된 성형체의 가장자리 부분을 제거하는 후 처리 공정으로 이루어지는데, 급랭 공정에서 시간이 많이 소요되는 문제가 있다. 따라서, 상기와 같은 금형 냉각 방법을 반복해서 수행하려면 공정 시간이 지연되어 생산성이 저하되는 문제가 있다.In addition, the mold cooling method includes a process of cutting a rolling coil, a process of heating a cut material, a process of transferring a heated material, and a process of quenching the pressed material in a mold and quenching the molded body. It is made of a post-treatment process to remove the edge portion, there is a problem that takes a long time in the quenching process. Therefore, in order to repeatedly perform the above-described mold cooling method, there is a problem that the process time is delayed and productivity is lowered.
본 발명은 금형 냉각 방식을 사용하는 강철 성형체 제조 방법에서 성형 및 급랭시간이 오래 걸리고, 금형으로 이송하는 중에 가열된 블랭크 소재에 풀림현상이 발생하여 고강도 확보가 용이하지 않은 문제를 해결하는 것을 그 목적으로 한다.The object of the present invention is to solve the problem that it takes a long time to form and quench in the method of manufacturing a steel molded body using a mold cooling method, the annealing occurs in the heated blank material during the transfer to the mold to secure high strength It is done.
이를 위하여 본 발명은 930 ~ 950℃까지 가열된 블랭크 소재를 금형으로 이송시키는 과정에서 평판형 금형 또는 스프레이 노즐을 이용하여 500 ~ 550℃로 예비 냉각시키는 공정을 추가 함으로써, 생산성을 향상시키고 제품의 고강도 신뢰성도 향상시킬 수 있는 강철성형체 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 강철 성형체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.To this end, the present invention by adding a step of pre-cooling to 500 ~ 550 ℃ by using a flat mold or spray nozzle in the process of transferring the blank material heated to 930 ~ 950 ℃ to a mold, to improve productivity and high strength of the product It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a steel molded body that can improve reliability and a steel molded body manufactured using the same.
본 발명에 따른 강철 성형체 제조 방법은 강판 코일을 절단하여 블랭크(Blank) 소재를 형성하는 단계와, 상기 블랭크 소재를 930 ~ 950℃로 가열하는 단계와, 가열된 상기 블랭크 소재를 금형으로 이송하는 과정에서 500 ~ 550℃로 예비 냉각시키는 단계 및 예비 냉각된 상기 블랭크 소재를 금형 내에 정렬 시키고, 상기 금형을 압착하여 성형함과 동시에 상기 블랭크 소재를 급랭시키는 단계를 포함한다.The method for manufacturing a steel molded body according to the present invention includes the steps of forming a blank material by cutting a steel sheet coil, heating the blank material to 930 to 950 ° C., and transferring the heated blank material to a mold. Pre-cooling at 500 to 550 ° C. and aligning the pre-cooled blank material in a mold, and pressing and molding the mold to quench the blank material.
여기서, 상기 블랭크 소재는 탄소(C) 0.1 내지 0.4wt%, 실리콘(Si) 0.5wt%이 하, 질소(N) 0.1wt%이하, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.1wt%, 인(P) 0.05wt%이하, 망간(Mn) 0.8 내지 2wt%, 보론(B) 0.002 내지 0.01wt%, 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)을 0.1 내지 0.5wt% 및 잔여성분으로 철(Fe)과 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하는 강판을 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 블랭크 소재를 가열하는 단계에서 상기 블랭크 소재는 5 ~ 80℃/초 의 승온 속도로 가열하는 것을 특징으로 하고, 상기 블랭크 소재를 예비 냉각시키는 단계는 110 ~ 150℃/초의 냉각 속도로 3 ~ 4초간 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 블랭크 소재를 예비 냉각시키는 단계는 평판용 금형으로 상기 블랭크 소재를 압착하여 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 블랭크 소재를 예비 냉각시키는 단계는 냉각매체를 노즐로 분사하는 스프레이 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 블랭크 소재를 예비 냉각시키는 단계는 냉각매체를 노즐로 분사하는 스프레이 방식으로 수행한 후 평판용 금형으로 상기 블랭크 소재를 압착하여 수행하는 것을 특징으로 하고, 상기 냉각매체는 물 및 기름을 1:1 ~ 4:1의 비율로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하고, 상기 블랭크 소재를 급랭시키는 단계는 5 ~ 7초간 수행하는 것을 특징으로 한다.Here, the blank material is carbon (C) 0.1 to 0.4wt%, silicon (Si) 0.5wt% or less, nitrogen (N) 0.1wt% or less, aluminum (Al) 0.01 to 0.1wt%, phosphorus (P) 0.05 wt% or less, manganese (Mn) 0.8 to 2wt%, boron (B) 0.002 to 0.01wt%, molybdenum (Mo) or chromium (Cr) 0.1 to 0.5wt% and other components inevitably with iron (Fe) Characterized by using a steel sheet containing an impurity to be added, the blank material in the step of heating the blank material is characterized in that the heating at a temperature increase rate of 5 ~ 80 ℃ / sec, the blank material is pre-cooled The step of making is characterized in that for performing for 3 to 4 seconds at a cooling rate of 110 ~ 150 ℃ / sec, the step of pre-cooling the blank material is characterized in that by performing the pressing by pressing the blank material with a flat die, The precooling of the blank material is carried out by It characterized in that it is carried out by a spray method, and the step of pre-cooling the blank material is performed by spraying the spraying method of spraying a cooling medium to the nozzle, characterized in that the blank material is pressed by a flat die The cooling medium may be used by mixing water and oil in a ratio of 1: 1 to 4: 1, and quenching the blank material may be performed for 5 to 7 seconds.
아울러, 본 발명에 따른 강철 성형체는 상술한 강철성형체의 제조방법에 의해 자동차용 부품으로 제조되는 것을 특징으로 한다.In addition, the steel molded body according to the present invention is characterized in that it is manufactured as an automotive part by the method of manufacturing the above-mentioned steel molded body.
여기서, 상기 자동차용 부품은 센터필러(center pillar) 보강대, 루프사이드(roof side) 보강대 및 실사이드(sill side) 보강대를 포함하는 것을 특징으로 한다.In this case, the automotive component may include a center pillar reinforcement, a roofside reinforcement, and a seal side reinforcement.
본 발명에 따른 강철성형체 제조방법은 예비 냉각 공정을 수행함으로써, 종래에 16 ~ 20초가 걸리던 급랭 공정을 최대 10초 이상 단축시킬 수 있다. 따라서, 제품의 생산 효율을 향상시키는 효과를 제공한다.Steel molding manufacturing method according to the present invention by performing a pre-cooling process, it is possible to shorten the quenching process, which took 16 to 20 seconds in the past up to 10 seconds or more. Thus, the effect of improving the production efficiency of the product is provided.
아울러, 예비 냉각 방법은 이용하게 되면 가열된 블랭크 소재가 이송되면서 풀림현상에 의하여 강도가 약해지는 문제를 해결함으로써, 강철성형체의 강도 확보를 용이하게 할 수 있는 효과를 제공한다.In addition, the pre-cooling method solves the problem that the strength of the steel blank is weakened by unwinding while the heated blank material is transferred, thereby providing an effect of easily securing the strength of the steel molded body.
본 발명은 강판 코일 절단을 위한 절단공정(blanking), 절단된 블랭크 소재의 가열공정, 가열된 블랭크 소재의 이송공정, 이송된 블랭크 소재의 금형내 프레싱과 급랭공정, 급랭처리된 부품의 후처리공정으로 이루어지는 금형 냉강 방법을 이용하되, 급랭처리 공정에서 시간이 지연되는 문제를 해결하기 위하여 금형을 이용한 성형 공정 이전에 예비 냉각을 수행함으로써, 공정 효율을 향상시킬 수 있도록 한다.The present invention is a cutting process (blanking) for cutting steel coils, the heating process of the cut blank material, the transfer process of the heated blank material, the pressing and quenching process in the mold of the transferred blank material, the post-treatment process of the quenched parts In order to solve the problem of delayed time in the quenching process, a pre-cooling is performed before the molding process using a mold, thereby improving process efficiency.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 초고강도 강철성형체 제조방법 및 이를 이용하여 제조한 강철 성형체에 대해서 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described for the ultra-high strength steel molded article manufacturing method according to the present invention and the steel molded article manufactured using the same.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 강철성형체 제조 방법을 도시한 개략도이다.1 is a schematic view showing a method for manufacturing a steel molded body according to the first embodiment of the present invention.
도 1을 참조하면, 먼저 코일 받침대(110)에서 강판 코일(100)을 풀어서 절단기(120)를 통과시킨다.Referring to FIG. 1, first, the steel sheet coil 100 is released from the coil support 110 and passed through the cutter 120.
여기서, 강판 코일(100)은 탄소(C) 0.1 내지 0.4wt%, 실리콘(Si) 0.5wt%이하, 질소(N) 0.1wt%이하, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.1wt%, 인(P) 0.05wt%이하, 망간(Mn) 0.8 내지 2wt%, 보론(B) 0.002 내지 0.01wt%, 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)을 0.1 내지 0.5wt% 및 잔여성분으로 철(Fe)과 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하는 강판을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 페라이트 계의 냉연 또는 열연 강판을 사용할 수 있다.Here, the steel sheet coil 100 is 0.1 to 0.4wt% of carbon (C), 0.5wt% or less of silicon (Si), 0.1wt% or less of nitrogen (N), 0.01 to 0.1wt% of aluminum (Al), phosphorus (P) 0.05 wt% or less, manganese (Mn) 0.8 to 2wt%, boron (B) 0.002 to 0.01wt%, molybdenum (Mo) or chromium (Cr) 0.1 to 0.5wt% and residual components iron (Fe) and other unavoidable It is preferable to use a steel plate containing impurity added thereto. In the present invention, a ferritic cold rolled or hot rolled steel sheet can be used.
다음에는, 절단기(120)에서 강판 코일(100)을 성형 공정에 적합하도록 가공하여 블랭크(Blank) 소재(130)를 형성한다.Next, the steel sheet coil 100 is processed in the cutter 120 so as to be suitable for the molding process to form a blank material 130.
여기서, 블랭크(Blank) 소재(130)를 형성하는 공정은 강철성형체를 제조하는 가장 최초의 공정으로서, 생산성 및 비용 절감을 위해서 중요한 공정이다. 즉, 소재 비용을 낮추기 위해서는 절단 공정에서 버려지는 스크랩(scrab)을 최소화하여야 하는데, 이를 위해서는 실제 부품과 동일해지도록 실험을 하고 보정(try & error)하는 방법으로 데이터를 최적해야 한다.Here, the process of forming the blank material 130 is the first process for manufacturing a steel molding, and is an important process for reducing productivity and cost. In other words, in order to lower the material cost, scraps discarded in the cutting process should be minimized. To this end, the data should be optimized by experimenting and trying to correct them to be identical to the actual parts.
본 발명에서는 최종 부품 순(Net) 중량의 130 ~ 150% 가량 되도록 블랭크 소재(130)를 형성하는 것으로 한다. 이와 같이 선정한 이유는 130% 이하 중량의 소재를 사용하는 경우 후속의 금형 압착 성형 공정에서 충분히 성형이 되지 않기 때문이다. 즉, 금형 장치로 블랭크 소재(130)를 압착할 때 블랭킹 홀더에 의해 고정되어야 하는 블랭크 소재의 끝단 부위가 부족하여 완전한 성형이 이루어지지 않을 수 있기 때문에 것이다.In the present invention, the blank material 130 is formed to be about 130 to 150% of the net weight of the final part. The reason for this selection is that when a material having a weight of 130% or less is used, the molding is not sufficiently performed in a subsequent mold compression molding process. In other words, when the blank material 130 is pressed by the mold apparatus, the end portion of the blank material to be fixed by the blanking holder may be insufficient and thus may not be completely formed.
그 다음에는, 블랭크 소재(130)를 가열로(furnace, 140)를 통과시켜 930 ~ 950℃가 되도록 가열한다. Next, the blank material 130 is heated to a temperature of 930 to 950 ° C. through a furnace 140.
여기서, 가열온도를 930℃ 내지 950℃로 조절하고, 이때 승온속도는 일정한 제한이 없으나, 생산속도를 고려할 때 적어도 5 ~ 80℃/초의 속도로 블랭크 소재(130)를 가열해주는 것이 바람직하다. Here, the heating temperature is adjusted to 930 ℃ to 950 ℃, the temperature increase rate is not limited, but considering the production rate it is preferable to heat the blank material 130 at a rate of at least 5 ~ 80 ℃ / sec.
여기서, 가열로(140) 내에서 소재의 최종 가열온도는 오스테나이트 안정화 온도 이상 950℃ 이하로 하고, 그 유지 시간은 4 ~ 6분으로 하는 것이 바람직하다. 그 이유는 통상 강재가 오스테나이트 안정화 온도로 가열되어야 급랭 후 부품이 요구하는 강도를 확보할 수 있는 조직상태가 얻어지게 되기 때문이고, 그 반면 950℃ 초과일 때는 블랭크 소재(130)의 표면에 형성된 코팅층이 증발할 수 있기 때문이다.Here, it is preferable that the final heating temperature of the raw material in the heating furnace 140 is not less than the austenite stabilization temperature and not more than 950 ° C, and the holding time is 4 to 6 minutes. The reason is that the steel is usually heated to the austenite stabilization temperature to obtain a structural state that can secure the strength required by the component after quenching, whereas, when the steel is higher than 950 ° C, it is formed on the surface of the blank material 130. This is because the coating layer may evaporate.
또한, 유지 시간은 블랭크 소재(130)의 응력제거에 의한 균일한 조직을 얻고 가열 후 공정에서 균일한 가공성을 확보하기 위한 것으로, 가열로(140)에서 블랭크 소재(130)의 유지 시간은 다수 회의 실험결과 4분 미만인 경우 잔류 오스테나이트 생성 정도가 충분하지 않게 되고, 6분을 초과하더라도 더 이상의 오스테나이트 조직상의 효과는 나타나지 않는 것으로 조사되므로, 그 유지 시간을 4 ~ 6분으로 하는 것이 가장 바람직하다.In addition, the holding time is to obtain a uniform structure by the stress relief of the blank material 130 and to ensure uniform workability in the post-heating process, the holding time of the blank material 130 in the heating furnace 140 is a plurality of times If the result of the experiment is less than 4 minutes, the amount of retained austenite becomes insufficient, and even if it exceeds 6 minutes, no further austenite effect is observed. Therefore, the retention time is most preferably 4 to 6 minutes. .
그 다음에는, 가열된 블랭크 소재(150)를 금형(180)으로 이송하는 과정 중에 500 ~ 550℃로 예비 냉각시키는 공정을 수행한다. 이때, 본 발명에 대한 제 1 실시 예로 냉각 공정을 평판형 금형(160)을 이용하여 수행한다.Next, during the process of transferring the heated blank material 150 to the mold 180, a process of precooling to 500 to 550 ° C is performed. At this time, a cooling process is performed by using the flat mold 160 as a first embodiment of the present invention.
일반적으로 마르텐사이트 조직을 얻기 위해서는 마르텐사이트 변태 개시 온도와 냉각 속도와의 관계가 매우 중요하다. 즉, 마르텐사이트 변태 개시 이상의 온도에서 성형이 시작되어야 하고, 또 마르텐사이트 변태 종료 온도 이하에서 금형(180)으로부터 부품이 취출되어야 한다.In general, the relationship between the martensite transformation start temperature and the cooling rate is very important for obtaining martensite structure. That is, the molding should start at a temperature above the martensite transformation start, and the part should be taken out from the mold 180 below the martensite transformation end temperature.
통상적인 작업시 가열로(140)에서 950℃ 부근으로 달구어진 소재는 트랜스퍼 또는 로봇에 의해 금형(180)으로 옮겨지는데, 이송 시간은 3 ~ 5초 가량 소요된다. 이때, 가열된 블랭크 소재(150)가 대기중에서 5초 이상 냉각되면 금속조직은 풀림 처리되어 원하는 강도를 얻지 못하게 될 수 있다.In a typical operation, the material heated to around 950 ° C. in the heating furnace 140 is transferred to the mold 180 by a transfer or a robot, and the transfer time takes about 3 to 5 seconds. At this time, when the heated blank material 150 is cooled in the air for 5 seconds or more, the metallization may be annealed so as not to obtain the desired strength.
따라서, 본 발명에서는 후속의 급랭 시간도 절약하면서 이송 시 발생할 수 있는 풀림 현상을 방지하기 위하여 예비 냉각 공정을 수행한다. 950℃까지 가열된 블랭크 소재(150)를 110 ~ 150℃/초의 냉각 속도로 3 ~ 4초간 냉각시켜 온도가 500 ~ 550℃가 되도록 하면 예비 냉각된 블랭크 소재의 전체 연신율(T-EI)은 약 35%정도가 되며, 이 연신율은 통상의 440MPa 급 냉연강판보다 성형성이 우수한 것을 알 수 있다. 즉, 일반 자동차용 부품 가공에 문제가 없을 정도를 의미한다.Therefore, in the present invention, a preliminary cooling process is performed to prevent unwinding that may occur during transportation while saving subsequent quenching time. When the blank material 150 heated to 950 ° C. is cooled for 3 to 4 seconds at a cooling rate of 110 to 150 ° C./sec to bring the temperature to 500 to 550 ° C., the total elongation (T-EI) of the pre-cooled blank material is about It becomes about 35%, and it turns out that this elongation is excellent in moldability compared with the usual 440 MPa grade cold-rolled steel sheet. That is, it means that there is no problem in the processing of general automotive parts.
표 1은 시편온도에 따른 항복강도(YP), 인장강도(TS), 연신율(%)을 나타낸 것이다.Table 1 shows the yield strength (YP), tensile strength (TS) and elongation (%) according to the specimen temperature.
Figure 112008069367496-PAT00001
Figure 112008069367496-PAT00001
그 다음에는, 예비 냉각된 블랭크 소재(170)를 금형(180) 내에 정렬시키고 가압 성형 및 급랭 공정을 수행하여 강철 성형체(190)를 형성한다. 이때, 급랭 공정은 5 ~ 7초간 수행 한다. 종래에는 10 ~15 초간 수행하던 것을 본 발명에서는 예비 냉각 공정을 통하여 최대 10초 가량 공정시간을 단축할 수 있게 되는데, 그 이유는 예비 냉각 공정에 의해서 950도의 가열된 강판은 500~550도로 냉각이 된 상태에서 다음 공정인 성형(급랭) 공정으로 이송이 되고 이 성형(급랭)공정에서 성형과 동시에 상온 까지 냉각이 되기 때문에 실제 생산 Cycle Time 은 예비냉각 공정의 시간을 뺀 성형(급랭)공정의 소요시간이 된다..Next, the pre-cooled blank material 170 is aligned in the mold 180 and subjected to pressure forming and quenching processes to form the steel molded body 190. At this time, the quenching process is performed for 5 to 7 seconds. In the present invention, it is possible to shorten the process time by up to 10 seconds through the preliminary cooling process in the present invention, which is performed for 10 to 15 seconds, because the steel sheet heated at 950 degrees by the preliminary cooling process is cooled to 500 to 550 degrees. In this state, it is transferred to the next process (quenching) process and cooled to room temperature at the same time as the molding (quenching) process, so the actual production cycle time is required for the molding (quenching process) minus the time of precooling It's time.
아울러, 금형(180)은 예비 냉각된 블랭크 소재(170)가 최대한 빠른 속도로 냉각될 수 있도록 열전도율이 우수한 금속을 사용하여 구비하는 것이 바람직하다. 본 발명의 금형은 통상 열간 가공에 주로 쓰이는 재질인 STD61-KS 또는 SKD61-JIS 와 같은 열간 금형 공구강을 사용하며, 평판형의 금형 역시 같은 재질을 사용하고, 이때 블랭크 소재를 300 ~ 500톤 정도의 압력으로 프레스 할 수 있도록 한다.In addition, the mold 180 is preferably provided using a metal having excellent thermal conductivity so that the pre-cooled blank material 170 can be cooled at the highest possible speed. The mold of the present invention uses a hot mold tool steel, such as STD61-KS or SKD61-JIS, which is usually used for hot working, and the flat mold also uses the same material, and the blank material is about 300 to 500 tons. Allow press to press.
또한, 성형과 동시에 급랭이 되어야 하므로, 금형(180)의 내부에는 냉각수가 흐르도록 유로(185)를 형성한다. 이때, 유로(185)는 일반적으로 금형(180)을 관통하도록 형성되어 있으며, 다만 본 발명에서는 이러한 금형(180) 내의 유로 설계 등에 의해 권리범위가 제한되지는 아니한다.In addition, since it should be quenched at the same time as the molding, the flow path 185 is formed in the mold 180 so that the cooling water flows. At this time, the flow path 185 is generally formed to penetrate the mold 180, but the scope of the right is not limited by the flow path design in the mold 180 in the present invention.
여기서, 성형되는 예비 냉각된 블랭크 소재(170)의 급랭속도는 30 ~ 150℃/초 이상으로 유지해주는 것이 바람직한데, 그 이유는 마르텐사이트 조직으로의 상변태가 용이하게 이루어지도록 하기 위함이다.Here, the quenching rate of the pre-cooled blank material 170 to be molded is preferably maintained at 30 ~ 150 ℃ / sec or more, the reason is to facilitate the phase transformation into the martensite structure.
즉, 고온으로 가열된 본 발명의 예비 냉각된 블랭크 소재(170)가 30℃/초 이하의 냉각속도로 냉각되면 그 조직이, 펄라이트(pearlite) 또는 베이나이트(bainite) 조직을 가지게 되어 충분한 강도를 가질 수 없게 될 수 있다. 따라서, 급랭속도를 유지하여 예비 냉각된 블랭크 소재(170)의 소지철 부분을 완전 마르텐사이트 구조로 상변태가 이루어 질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.That is, when the pre-cooled blank material 170 of the present invention heated to a high temperature is cooled at a cooling rate of 30 ° C./sec or less, the structure has a pearlite or bainite structure, thereby providing sufficient strength. You may not have it. Therefore, it is preferable to maintain the quenching speed so that the base iron portion of the blank material 170 preliminarily cooled can be transformed into a completely martensite structure.
마지막으로, 금형(180)에서 취출되는 강철 성형체(190)의 가장자리 부분을 마감 처리한다. 마감처리는 다이 트리밍 장치(미도시) 또는 레이저 등을 통하여 수행하는 것이 바람직하다.Finally, the edge portion of the steel molded body 190 taken out of the mold 180 is finished. The finishing is preferably performed through a die trimming device (not shown) or a laser.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 조직상 변화 및 종래의 조직상 변화를 나타낸 CCT 다이어그램들이다.2A and 2B are CCT diagrams showing tissue changes and conventional tissue changes according to the present invention.
도 2a는 종래에 따른 조직상의 변화를 예측하여 나타낸 것으로, 성형 및 급랭공정의 속도가 조금만 지연되더라도 베이나이트와 마르텐사이트 상이 동시에 발생할 가능성이 높아지는 것을 알 수 있다. 이와 같이, 베이나이트 상이 혼합될 경우 강철성형체의 강도가 저하될 위험이 있다. 이를 방지하기 위하여, 본 발명에서는 예비 냉각 공정을 수행하는 것이다.Figure 2a is a prediction of the change in the structure of the prior art, it can be seen that even if the speed of the molding and quenching process is slightly delayed, the possibility of the occurrence of bainite and martensite phase at the same time increases. As such, when the bainite phase is mixed, there is a risk that the strength of the steel molded body is lowered. In order to prevent this, in the present invention, a preliminary cooling process is performed.
도 2b를 참조하면, 예비 냉각 공정에 의해 후속의 성형 및 급랭 공정에서도 베이나이트 상이 혼합될 위험이 감소된 것을 알 수 있다. 따라서, 본 발명은 강철성형체의 강도를 용이하게 향상시킴과 동시에 공정시간을 효과적으로 단축시킬 수 있는 효과를 제공한다.Referring to FIG. 2B, it can be seen that the pre-cooling process reduces the risk of mixing the bainite phase in subsequent molding and quenching processes. Therefore, the present invention provides an effect of easily improving the strength of the steel molded body and at the same time effectively reducing the process time.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 강철성형체 제조 방법을 도시한 개략도이다.Figure 3 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a steel molded article according to a second embodiment of the present invention.
도 3을 참조하면, 강판 코일(200)을 코일 받침대(210)에서 풀어서 절단기(220)를 통과시켜 블랭크 소재(230)를 형성하고, 블랭크 소재(230)를 가열로(240)에서 930 ~ 950℃까지 가열시켜 가열된 블랭크 소재(250)를 형성하고, 가열된 블랭크 소재(250)를 금형(280)으로 이송시켜 강철 성형체(290)를 제조하는 과정은 상기 도 1에 대한 방법과 동일하다.Referring to FIG. 3, the steel sheet coil 200 is uncoiled from the coil support 210 and passed through the cutter 220 to form the blank material 230, and the blank material 230 is 930 to 950 in the heating furnace 240. The process of manufacturing the steel molded body 290 by heating the blank material 250 to form the heated blank material 250 and transferring the heated blank material 250 to the mold 280 is the same as the method of FIG. 1.
여기서, 본 발명에 따른 제 2 실시예로 가열된 블랭크 소재(250)를 이송하면서 예비 냉각 시키기 위하여 분사노즐(260)로 냉각 매체를 분사하는 방법을 사용한다. 이때, 냉각 매체는 물 또는 기름이 사용될 수 있고, 트랜스퍼를 이용하여 가열된 블랭크 소재(250)를 이송하는 것으로 하고, 트랜스퍼 상부에 분사노즐(260)을 구비시킴으로써, 예비 냉각 공정이 효율적으로 수행될 수 있도록 한다.Here, in the second embodiment according to the present invention, a method of spraying a cooling medium with the injection nozzle 260 is used to precool the heated blank material 250. At this time, water or oil may be used as the cooling medium, and the heated blank material 250 may be transferred using a transfer, and the preliminary cooling process may be efficiently performed by providing the injection nozzle 260 on the upper portion of the transfer. To help.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에서 사용하는 예비 냉각 공정의 냉각 매체에 따른 냉각 속도 변화를 나타낸 그래프이다.4 is a graph showing a change in cooling rate according to the cooling medium of the preliminary cooling process used in the second embodiment of the present invention.
도 4를 참조하면, 냉각 매체를 물만 사용하는 경우(-▲-) 냉각 속도가 400℃/초로 너무 빠르게 되고, 최소한 물과 기름이 1:1로 혼합(-■-)이 되어야 냉각 속도가 150℃/초로 본 발명에 따른 제조 방법에 적합하게 되는 것을 알 수 있다. 아울러, 물과 기름의 비율이 4:1이 되는 경우(-◆-)도 냉각 속도가 110℃/초가 되므로 본 발명에 적합하게 된다.Referring to FIG. 4, when only the cooling medium is used for water (-▲-), the cooling rate is too fast at 400 ° C / sec, and the cooling rate is 150 when water and oil are mixed at least 1: 1 (-■-). It can be seen that it is suitable for the production method according to the present invention at ° C / sec. In addition, when the ratio of water and oil is 4: 1 (-◆-), the cooling rate becomes 110 ° C / sec, which is suitable for the present invention.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 초고강도 강철성형체 제조 방법을 이용하면, 고강도를 가지는 자동차용 부품인 센터필러 보강대, 루프사이드 보강대 및 실사이드 보강대를 용이하게 제조할 수 있다. As described above, by using the ultra-high strength steel molded article manufacturing method according to the present invention, it is possible to easily manufacture a center filler reinforcement, roofside reinforcement and sealside reinforcement, which is an automotive part having high strength.
여기서, 센터필러 보강대는 승용차의 앞문과 뒷문 사이에 위치되는 기둥형태의 부품이고, 루프사이드 보강대는 차체의 문틀을 형성하는 부품이며, 실사이드 보강대는 차체의 발 받침 아래쪽에 위치되는 부품이다. 이들은 모두 초고강도를 요구하는 것으로 본 발명에 따른 예비 냉각 공정을 수행하는 경우 이송 중 풀림 현상을 방지하면서도 공정 시간을 단축할 수 있으므로, 고강도 확보가 더 용이해지고, 생산성도 향상될 수 있다.Here, the center pillar reinforcement is a pillar-shaped part located between the front door and the rear door of the passenger car, the roofside reinforcement is a part forming the door frame of the vehicle body, the seal side reinforcement is a part located under the footrest of the vehicle body. All of them require ultra high strength, and thus, when performing the preliminary cooling process according to the present invention, it is possible to shorten the process time while preventing unwinding during transportation, thereby making it easier to secure high strength and improving productivity.
하기 [표 2]는 상술한 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 형성된 강철 성형체 및 종래 기술에 따른 강철 성형체 최종 제품들의 기계적 특성 및 제조 시간을 조사하여 비교한 것이다.Table 2 below is a comparison of the mechanical properties and production time of the steel formed product formed by the manufacturing method according to the invention described above and the steel molded product final products according to the prior art.
Figure 112008069367496-PAT00002
Figure 112008069367496-PAT00002
여기서, 시험 방법은 KS B-0801 금속 재료 인장 시험 방법을 따랐다Here, the test method followed the KS B-0801 metal material tensile test method.
실험예1 ~ 실험예3는 본 발명에 따른 강철 성형체 제조 방법에 따라 이송 과정에서 각각 500, 525, 550℃까지 예비 냉각 공정을 수행한 결과를 나타낸 것이고, 비교예1은 예비 냉각 공정을 수행하지 않은 경우를 나타낸 것이며, 비교예2 및 비교예3은 각각 예비 냉각 공정을 과도하게 수행한 경우와 충분하게 수행하지 못한 경우를 나타낸 것이다.Experimental Example 1 to Experimental Example 3 shows the results of performing the preliminary cooling process to 500, 525, 550 ℃ during the transfer process according to the method for manufacturing a steel molded body according to the present invention, Comparative Example 1 does not perform the preliminary cooling process Comparative Examples 2 and 3 show the cases in which the preliminary cooling process is excessively performed and the cases in which the preliminary cooling processes are not sufficiently performed.
실험예1 ~ 실험예3과 비교예2, 비교예3을 비교하면 블랭크의 예비 냉각 온도가 500 ~ 550℃ 범위 내에 들지 못할 경우 강도가 저하되고, 공정시간이 증가하게 되는 것을 알 수 있다. 또 예비냉각 시간이 너무 길어져서 480℃ 이하로 내려가면 철판이 굳어져서 성형이 안되는 경우가 발생하였다.Comparing Experimental Example 1 to Experimental Example 3 and Comparative Example 2, Comparative Example 3, it can be seen that the strength decreases and the process time increases when the preliminary cooling temperature of the blank does not fall within the range of 500 to 550 ° C. In addition, when the pre-cooling time is too long and lowered to 480 ℃ or less, the iron sheet hardened and molding did not occur.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 강철 성형체의 인장강도는 1300 ~ 1550MPa, 항복강도는 1000 ~ 1100MPa로 나타나고 연신율은 6%대가 된다. 이는 종래의 강철성형체가 갖는 인장강도 1100 ~ 1300MPa, 항복강도 800 ~ 900MPa 및 연신율은 8%와 비교할 때 강도 측면에서 매우 향상된 수치임을 알 수 있다.As described above, the tensile strength of the steel molded body according to the present invention is 1300 ~ 1550MPa, yield strength is 1000 ~ 1100MPa and the elongation is 6%. It can be seen that the tensile strength 1100 ~ 1300MPa, yield strength 800 ~ 900MPa and elongation of the conventional steel molding is a very improved value in terms of strength compared to 8%.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to the above embodiments and can be modified in various forms, and having ordinary skill in the art to which the present invention pertains. It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without changing the technical spirit or essential features of the present invention. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 강철성형체 제조 방법을 도시한 개략도.1 is a schematic view showing a method for manufacturing a steel molded article according to a first embodiment of the present invention.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 조직상 변화 및 종래의 조직상 변화를 나타낸 CCT 다이어그램들.2A and 2B are CCT diagrams showing tissue changes and conventional tissue changes according to the present invention.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 강철성형체 제조 방법을 도시한 개략도.Figure 3 is a schematic diagram showing a method for manufacturing a steel molded article according to a second embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에서 사용하는 예비 냉각 공정의 냉각 매체에 따른 냉각 속도 변화를 나타낸 그래프.4 is a graph showing the change in cooling rate according to the cooling medium of the preliminary cooling process used in the second embodiment of the present invention.

Claims (11)

  1. 강판 코일을 절단하여 블랭크(Blank) 소재를 형성하는 단계;Cutting the steel coil to form a blank material;
    상기 블랭크 소재를 930 ~ 950℃로 가열하는 단계;Heating the blank material to 930 to 950 ° C;
    가열된 상기 블랭크 소재를 금형으로 이송하는 과정에서 500 ~ 550℃로 예비 냉각시키는 단계; 및Precooling the heated blank material to a mold at 500 to 550 ° C .; And
    예비 냉각된 상기 블랭크 소재를 금형 내에 정렬 시키고, 상기 금형을 압착하여 성형함과 동시에 상기 블랭크 소재를 급랭시키는 단계를 포함하는 강철성형체 제조방법.And arranging the pre-cooled blank material in a mold, and pressing and molding the mold to quench the blank material.
  2. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 블랭크 소재는 탄소(C) 0.1 내지 0.4wt%, 실리콘(Si) 0.5wt%이하, 질소(N) 0.1wt%이하, 알루미늄(Al) 0.01 내지 0.1wt%, 인(P) 0.05wt%이하, 망간(Mn) 0.8 내지 2wt%, 보론(B) 0.002 내지 0.01wt%, 몰리브덴(Mo) 또는 크롬(Cr)을 0.1 내지 0.5wt% 및 잔여성분으로 철(Fe)과 기타 불가피하게 첨가되는 불순물을 포함하는 강판을 사용하는 것을 특징으로 하는 강철성형체 제조방법.The blank material is carbon (C) 0.1 to 0.4wt%, silicon (Si) 0.5wt% or less, nitrogen (N) 0.1wt% or less, aluminum (Al) 0.01 to 0.1wt%, phosphorus (P) 0.05wt% or less , Manganese (Mn) 0.8 to 2wt%, boron (B) 0.002 to 0.01wt%, molybdenum (Mo) or chromium (Cr) 0.1 to 0.5wt% and residual impurities impurity added iron (Fe) and other inevitable Steel molded body manufacturing method comprising using a steel sheet comprising a.
  3. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 블랭크 소재를 가열하는 단계에서 상기 블랭크 소재는 5 ~ 80℃/초 의 승온 속도로 가열하는 것을 특징으로 하는 강철성형체 제조방법.The blank material manufacturing method, characterized in that for heating the blank material at a temperature increase rate of 5 ~ 80 ℃ / sec.
  4. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 블랭크 소재를 예비 냉각시키는 단계는 110 ~ 150℃/초의 냉각 속도로 3 ~ 4초간 수행하는 것을 특징으로 하는 강철성형체 제조방법.The preliminary cooling of the blank material may be performed for 3 to 4 seconds at a cooling rate of 110 to 150 ° C / sec.
  5. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 블랭크 소재를 예비 냉각시키는 단계는 평판용 금형으로 상기 블랭크 소재를 압착하여 수행하는 것을 특징으로 하는 강철성형체 제조방법.The preliminary cooling of the blank material may be performed by pressing the blank material into a flat die.
  6. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 블랭크 소재를 예비 냉각시키는 단계는 냉각매체를 노즐로 분사하는 스프레이 방식으로 수행하는 것을 특징으로 하는 강철성형체 제조방법.The preliminary cooling of the blank material may be performed by spraying a cooling medium into a nozzle.
  7. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1,
    상기 블랭크 소재를 예비 냉각시키는 단계는 냉각매체를 노즐로 분사하는 스프레이 방식으로 수행한 후 평판용 금형으로 상기 블랭크 소재를 압착하여 수행하는 것을 특징으로 하는 강철성형체 제조방법.The preliminary cooling of the blank material may be performed by spraying a cooling medium into a nozzle, followed by compressing the blank material with a flat mold.
  8. 제 6 항 및 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, The method according to any one of claims 6 and 7,
    상기 냉각매체는 물 및 기름을 1:1 ~ 4:1의 비율로 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 하는 강철성형체 제조방법.The cooling medium is a steel molded product manufacturing method characterized in that the mixture of water and oil in a ratio of 1: 1 to 4: 1.
  9. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 블랭크 소재를 급랭시키는 단계는 5 ~ 7초간 수행하는 것을 특징으로 하는 강철성형체 제조방법.The step of quenching the blank material is a method for manufacturing steel molding, characterized in that performed for 5 to 7 seconds.
  10. 제 1 항에 기재된 강철성형체의 제조방법에 의해 자동차용 부품으로 제조되는 것을 특징으로 하는 강철 성형체.A steel molded article produced from an automotive part by the method for producing a steel molded article according to claim 1.
  11. 제 10 항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 자동차용 부품은 센터필러(center pillar) 보강대, 루프사이드(roof side) 보강대 및 실사이드(sill side) 보강대를 포함하는 것을 특징으로 하는 강철 성형체.The automotive part includes a center pillar reinforcement, a roofside reinforcement and a seal side reinforcement.
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