KR20110010310A - 열간 성형용 코팅강판의 열간 성형 방법 및 상기 방법으로 제조된 열간 성형 부재 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접성이 우수한 열간 성형 부재를 제조하기 위한 것으로서, 열간 성형용 코팅강판을 열간 성형하는 방법에 있어서, 열처리시 분위기 산소농도를 30% 미만으로 제어하는 것을 포함하는 열간 성형용 코팅강판의 열간 성형 방법 및 상기 열간 성형 방법으로 제조된 열간 성형 부재에 관한 것이다.

코팅강판(coated steel sheet), 열간 성형(hot-pres forming), 용접성(weldability), 스케일(scale)

Description

열간 성형용 코팅강판의 열간 성형 방법 및 상기 방법으로 제조된 열간 성형 부재{HOT-PRESS FORMING METHOD OF COATED STEEL FOR HOT-PRESS FORMING AND HOT FORMED PATRS PRODUCED BY THE METHOD}

본 발명은 열간 성형 방법(Hot Press Forming, HPF)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 자동차 차체의 구조부재나 보강재로 주로 사용되는 열간 성형용 코팅강판을 이용한 열간 성형 방법 및 상기 방법으로 제조된 열간 성형 부재에 관한 것이다.

최근 자동차 분야에서는 향상된 안전규제 요구를 충족시키고 탄소 배출량을 저감시키기 위해서 차체의 지지 부품과 안전 관련 부품, 예를 들어 측면 충돌 지지체 및 보강재 등에는 높은 강도를 가진 강을 적용한다.

이러한 고강도 소재는 종종 열처리된 강철로 제조된다. 이러한 고강도 소재를 제조하기 위해서는 고강도 강철을 800~900℃보다 높은 온도에서 열처리하여 오스테나이트형(Austenitic form)으로 전환하여 성형한 후, 고온성형 과정에서 고강도의 마르텐사이트 미세조직(Martensite microstructure)을 갖도록 충분히 높은 냉 각속도로 냉각하는 과정을 포함하여 이루어진다. 상기 열처리하여 고온성형한 후 냉각하는 공정을 통한 가공방법을 열간 성형 방법(HPF)이라고 한다.

이러한 열간 성형시에 강철 표면에는 흔히 스케일(scale)이 형성되는데, 이는 고온에서 대기 산소와의 직접적인 반응에 의해 형성된 금속산화물의 형태이다. 강철 표면상에 형성되는 스케일층은 단단하고 부서지기 쉬우며, 특히 냉각 과정에서 덩어리져 박편된다. 이러한 스케일층은 강철 소재와 성형 툴 모두에 손상을 주므로, 통상적으로 성형 단계 이후 스케일 박편을 제거하기 위해 세척과정을 거쳐야 한다.

결국, 열간 성형되는 강철 소재는 스케일링(scaling)으로부터 보호되지 않는 경우에는 사용이 매우 어렵다. 이러한 스케일은 인산염처리 및 전착도장과 같은 후속 공정시에 특성을 저하시키므로 적합하지 않기 때문에 샌드블라스트(sand-blast) 등의 방법으로 제거하여야 한다.

이러한 스케일은 강철 표면을 코팅함으로써 방지될 수 있다. 열간 성형 중 스케일링을 방지하기 위해서 알루미늄이나 알루미늄 합금, 또는 아연이나 아연 합금으로의 금속 코팅을 고온 딥 또는 전기도금 과정으로 강철상에 침착하는 방법이 있다. 이와 관련되어 유럽공개특허 제1013785호에서는 열연판을 금속 또는 금속 합금으로 코팅하는 것에 대해 기술되어 있다. 이 경우 코팅은 알루미늄으로 된 층 또 는 알루미늄, 철 및 규소의 합금으로 된 층이며, 이러한 층은 고온 딥 코팅(aluminizing)에 의해 도포된다. 이러한 종류의 보호층은 오스테나이트화 온도(austenizing temperature)로 가열하는 과정동안 스케일에 대해 효과적인 보호작용을 제공한다.

그러나 이러한 합금층은 열간 성형시 스케일 생성을 저지하는 것에 있어서는 효과적이지만, 열처리시 합금화된 표층은 매우 단단하고 취성이 강해서 크랙이 쉽게 발생하기 때문에 복잡한 부품을 성형하기에는 부적합하다는 단점이 있다.

이러한 성형성이 좋지 않은 합금화 도금층의 문제를 해결하기 위한 기술로는 유럽특허출원 제05798541호가 존재한다. 상기 특허에서는 실란(silane)을 이용한 솔젤(sol-gel) 코팅 물질을 이용하여 강판을 코팅함으로써 스케일링 문제를 해결할 뿐만 아니라 열간 성형 시에 크랙이 발생하는 문제를 방지한다. 그러나 상기 특허는 열간 성형시 스케일링을 방지하는데는 효과적이나 열간 성형 후 높은 표면 전기저항으로 인해 용접이 되지 않는 문제를 가지고 있다.

따라서 열간 성형 공정시에 스케일링을 방지하고 용접성을 향상시킬 수 있는 방법에 대한 연구가 절실한 실정이다.

본 발명의 일측면은 상기 문제점을 해결하고, 용접성을 향상시킬 수 있는 열간 성형용 코팅강판의 열간 성형 방법 및 상기 방법으로 제조된 열간 성형 부재를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 열간 성형용 코팅강판을 열간 성형하는 방법에 있어서, 열처리시 분위기 산소농도를 30% 미만으로 제어하는 것을 포함하는 열간 성형용 코팅강판의 열간 성형 방법 및 상기 방법으로 제조된 용접성이 우수한 열간 성형 부재를 제공한다.

본 발명의 열간 성형시 열처리의 분위기 산소 농도를 제어함으로서, 코팅강판의 코팅층 내부의 산화를 막아 강판의 스케일 형성을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 전기 저항성의 향상을 저지하여 용접성의 저하를 막을 수 있다. 그 결과 용접성이 우수한 열간 성형 부재를 얻을 수 있다.

이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

종래에는 열간 성형용 노(furnace)에서 분위기 가스를 제어하지 않는 것이 일반적이었다. 그러나, 본 발명자들은 깊이 연구한 결과, 노(furnace) 내부의 가스 농도, 특히 산소농도를 제어함으로써, 열간 성형 후 강판의 용접성이 달라지는 것을 발견하고, 만족스러운 용접성을 갖는 열간 성형 방법 및 열간 성형 부재를 생산할 수 있는 본 발명에 이르게 되었다.

본 발명은 열간 성형용 코팅강판을 열처리한 후, 성형하고 냉각하는 과정을 갖는 열간 성형 방법(Hot Press Forming, HPF)에 있어서, 열처리시 분위기 산소 농도를 제어함으로써, 상기 용접성이 우수한 열간 성형 부재 및 이를 제조할 수 있는 열간 성형 방법을 제공하고자 하는 것이다.

본 발명은 코팅강판을 이용한 열간 성형 공정의 열처리시 산소 농도를 30% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 보다 바람직하게는 1% 미만이 되도록 제어한다.

상기 코팅강판의 열간 성형시 열처리 중 산소 농도는 낮을수록 좋으며, 산소 농도가 높을 경우에는 강판 표면의 산화 정도가 증가 즉, 철산화물(스케일)의 생성이 증가하고, 이러한 산화물에 의해 강판의 전기 저항성이 높아져 점용접성에 악영향을 주게 된다.

상기 열처리시 산소 농도는 가능한한 낮게 제어하는 것이 바람직하다. 특히 산소 농도가 30% 이상일 경우에는 열처리 중 폭발의 위험이 있을 뿐만 아니라, 열간 성형 후 강판의 용접성이 심하게 떨어지며, 특히 점용접성 기준을 만족하기가 어려우므로 본 발명에서는 열처리시 최대 산소 농도는 30% 미만이 되도록 제한한다.

본 발명의 열간 성형 방법이 열간 성형용 코팅강판을 대상으로 하는 것은 일반적인 다른 강판은 성형을 하는 경우에 별도의 열처리를 행하지 않으며, 그에 따른 열처리 중 산화에 의한, 즉 산화철(스케일)의 생성에 의한 용접성 저하가 문제되지 않기 때문이다. 본 발명에서 적용되는 상기 열간 성형용 코팅강판은 나노코팅처리된 나노코팅강판이 바람직하다. 보다 바람직하게는 수지나노코팅강판을 적용한다.

본 발명에서는 열간 성형용 코팅강판의 열간 성형의 열처리시 산소농도를 제어함으로써, 강판의 산화 정도를 저감시켜 용접성이 향상된 열간 성형 부재를 얻을 수 있다.

이하 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

먼저 열간 성형용 코팅강판을 제조한다. 상기 코팅강판을 제조하기 위한 수지용액으로 나노엑스사의 x-tec®를 사용하였다. 먼저 코팅강판을 제조하기 위해서 연속 롤 코팅(Roll Coating)장비를 사용하여 강판의 상부에 상기 수지용액을 도포하고, PMT 조건 260℃에서 건조하였다.

이와 같이 제조된 코팅강판은 열간 성형하기에 적합한 크기의 형태로 절단하고, 고온(930℃)에서 열처리한 후 프레스 성형을 실시하였다. 이때 열간 성형의 열처리시 분위기 산소 농도는 하기 표 1과 같다. 상기 열간 성형 후 냉각하여 부품으로 가공하였다.

구분	열간 성형시 분위기 산소농도(%)
발명예1	10-16
발명예2	12
발명예3	18
비교예1	36
비교예2	41

상기 가공이 끝난 후 용접성 테스트를 위한 시편을 제작하였다. 제작된 시편은 ISO-18278 규정에 따라 적정 전류범위 및 전극 수명 시험을 실시하였다. 적정 전류범위 및 전극 수명 시험을 통하여 용접이 가능한 전류 범위를 확인할 수 있고, 이를 통해 시편의 산화물 생성 정도를 파악하여 시편의 용접성능을 가늠할 수 있다.

상기와 같이 적정 전류범위 및 전극 수명 시험을 실시하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한 실시예 1, 2와 비교예 1, 2의 전극 수명 테스트를 행한 결과를 도 1에 나타내었다.

구분	적정전류범위(kA)	점용접 전극수명(타점)
발명예1	3	1600
발명예2	2.2	600
발명예3	1.8	500
비교예1	0.8	100
비교예2	0.4	100

상기 표 2에 나타난 바와 같이, 발명예 1 내지 3에서는 적정전류범위가 1kA 이상, 점용접 연속타점 테스트를 통한 전극수명은 500타점 이상으로 나타난다. 반면, 비교예는 1과 2에서는 적정전류범위가 1kA 미만으로 좁고 전극수명은 100타점에 그친다.

또한, 도 1을 살펴보면, 도 1의 (a) 및 (b)는 각각 발명예 1 및 2의 결과를 나타낸 것으로, 발명예 1 및 2는 각각 타점수가 1600 타와 600 타 이후에 소재두께에 따른 기준 너겟 혹은 버튼 크기인 4.6mm 미만으로 떨어짐을 보인다. 반면 도 1의 (c) 및 (d)는 각각 비교예 1 및 2의 결과를 나타낸 것으로 모두 타점수가 100 타 이후에 소재두께에 따른 기준 너겟 혹은 버튼 크기인 4.6mm 미만으로 떨어짐을 보인다.

따라서, 열처리시 30% 미만의 산소농도 분위기에 열처리한 경우에, 강판 표면의 철산화물(스케일)의 생성이 감소하고, 용접이 가능한 적정전류범위가 증가하고 점용접 연속타점수가 증가하는 것으로부터 용접성이 향상된다는 것을 확인할 수 있다.

도 1의 (a), (b), (c), (d)는 각각 발명예 1, 발명예 2, 비교예 1 및 비교예 2의 용접성 평가를 위한 전극 수명 테스트를 행한 결과를 나타낸 그래프이다.

Claims (5)

1. 열간 성형용 코팅강판을 열간 성형하는 방법에 있어서, 열처리시 분위기 산소농도를 30% 미만으로 제어하는 것을 포함하는 열간 성형용 코팅강판의 열간 성형 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 열처리시 분위기 산소농도를 10% 미만으로 제어하는 것을 포함하는 열간 성형용 코팅강판의 열간 성형 방법.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 열처리시 분위기 산소농도를 1% 미만으로 제어하는 것을 포함하는 열간 성형용 코팅강판의 열간 성형 방법.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 열간 성형용 코팅강판은 수지용액으로 나노코팅 처리된 수지나노코팅강판인 열간 성형용 코팅강판의 열간 성형 방법.
5. 청구항 1 내지 4 중 어느 하나의 방법으로 제조된 용접성이 우수한 열간 성형 부재.

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