KR20110118607A - 자동차 부품용 강관 및 이의 제조 방법 - Google Patents

자동차 부품용 강관 및 이의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 프레스 경화를 이용한 자동차 부품용 강관의 제조 방법 및 이에 의해 제조되어 강성과 충격 흡수 능력이 우수한 자동차 부품용 강관에 관한 것이다.
본 발명의 자동차 부품용 강관의 제조 방법은, (a) 보론(B), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 원소가 함유된 강판을 준비하는 단계; (b) 상기 강판을 조관하여 강관을 형성하는 단계; (c) 상기 강관을 오스테나이트 영역에 해당하는 온도로 가열하는 단계; (d) 상기 강관을 펄라이트 또는 페라이트 상이 생기지 않는 한도 내에서의 속도로 프레스금형으로 급속히 이송하는 단계; 및 (e) 상기 강관을 프레스금형에서 급속 냉각시키는 것과 동시에 상기 강관이 그 길이방향을 따라 소정의 형상을 갖도록 성형하는 단계를 포함한다. 이러한 제조방법에 의하여 다양한 형상의 고강도 강관을 제조할 수 있으며, 이에 의해 제조된 자동차 부품용 강관은 인장 강도가 1200MPa 내지 1700MPa이다.

Description

자동차 부품용 강관 및 이의 제조 방법{STEEL PIPE FOR AUTOMOBILE PARTS AND MANUFACTURING METHOD OF THE SAME}
본 발명은 자동차 부품용 강관 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 프레스 경화를 이용한 자동차 부품용 강관의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 강성과 충격 흡수 능력이 우수한 자동차 부품용 강관에 관한 것이다.
자동차는 철강, 비철 금속, 고무, 합성 수지, 유리, 섬유 등의 수만 개의 다양한 부품을 조립하여 제조된다. 자동차의 성능을 향상시키기 위해서 상기 자동차 부품들에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
이 중에서도 철강은 다양한 자동차 부품에 적용되는데, 환경 보호 및 연비 향상을 위해 상기 철강 부품을 경량화하기 위하여 강관 형태의 부품을 사용하고 있다. 그리고, 승객의 안전을 위한 보강재에도 강관 형태의 부품을 사용하고 있다. 독일의 철강 회사인 티센크룹사의 NSB(new steel body) 프로젝트 결과에서는 자동차 차체의 부품 중 약 40%가 강관 형태로 바뀔 것이라고 예상하고 있다.
자동차 부품으로 강관이 사용되는 예들을 도 1의 (a), (b), (c)에 도시하였다. 도 1의 (a)에 도시된 바와 같이, 스페이스 프레임(space frame) 구조의 자체 골격(10)에 강관이 사용될 수 있다. 최근 A-필라(pillar), B-필라, C-필라, 사이드 실(side sill) 등 고강도가 요구되는 부품에도 강관을 적용하는데, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, A-필라(12), 대쉬 패널(dash panel) 보강재(14), 사이드 실(16), 플로어 크로스 멤버(floor cross member)(18)에 강관이 적용될 수 있다. 그리고, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 현가 장치(20)의 토션 빔(혹은 “토션 바”)(22) 및 트레일링 암(trailing arm)(23)에 강관이 사용될 수 있다.
최근에는 자동차의 성능 및 안전성 향상을 위하여, 강관을 사용한 자동차부품의 강도 및 충격흡수력이 보다 향상될 것을 요구하고 있다.
그러나, 종래기술에서는 강도와 충격흡수력이 뛰어난 다양한 형상의 강관을 제조하는데 다음과 같은 한계가 있었다.
종래기술에 의하면, 강관은 강판을 롤포밍 및 용접하여 조관되며, 조관된 강관을 소정 형상으로 프레스 성형하여 자동차 부품용 강관을 제조한다.
그런데, 강관의 강도향상을 위해 고강도소재를 사용하는 경우, 고강도소재는 강도가 높아 조관이 어렵고, 조관이 이루어진다 하더라도 단면형상을 변형하여 다양한 형태의 강관을 제조하는 것은 거의 불가능하다.
또한 강도가 낮은 소재는 조관은 쉽지만 강도를 높이기 위해 열처리를 해야 하며, 이때 열변형이 생기는 문제가 있으며, 특히 곡선형 강관의 경우 열변형이 심해 열처리를 통해 정밀한 부품을 생산하는 것이 매우 곤란하다. 더욱이, 길이방향으로 단면형상이 다른 고강도 강관은 종래기술로는 제조가 불가능하다.
종래 기술에 의해 제조된 B-필라(24)와 보강재(26)를 도 2에 도시하였다. 도 2에 도시된 바와 같이, 고강도가 요구되는 B-필라(24)에 보강재(26)를 추가로 장착할 수 있으나, 이러한 보강재(26)는 프레스 성형으로 제조되므로 B-필라(24)의 강도 증가에 한계가 있다. 즉, B-필라를 이루는 강관 자체의 강도가 높은 것이 요구된다.
전술한 바와 같이, 최근, 높은 강도와 정밀도 및 충격흡수력을 갖는 다양한 형상의 자동차 부품용 강관에 대한 수요가 발생하고 있음에도 불구하고, 종래기술에 의하면 자동차 부품용 강관의 정밀도를 유지하면서 강성 및 충격 흡수 능력을 향상시키는 데 일정한 한계가 있으며, 특히, 곡선형 강관이나 길이방향으로 단면형상이 다른 자동차 부품용 강관의 경우 높은 강도와 정밀도를 갖도록 해당 부품을 제조하는 방법이 제시되지 못하고 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은 고강도의 강관을 쉽게 성형할 수 있으며 단면 형상의 변형이 가능하여 강성 및 충격 흡수 능력을 효과적으로 향상시킬 수 있는 자동차 부품용 강관의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 자동차 부품용 강관을 제공하는 데 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 자동차 부품용 강관의 제조 방법은, (a) 보론(B), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 원소가 함유된 강판을 준비하는 단계; (b) 상기 강판을 조관하여 강관을 형성하는 단계; (c) 상기 강관을 오스테나이트 영역에 해당하는 온도로 가열하는 단계; (d) 상기 강관을 펄라이트 또는 페라이트 상이 생기지 않는 한도 내에서의 속도로 프레스금형으로 급속히 이송하는 단계; 및 (e) 상기 강관을 프레스금형에서 급속 냉각시키는 것과 동시에 상기 강관이 그 길이방향을 따라 소정의 형상을 갖도록 성형하는 단계를 포함한다. 이에 따라 자동차 부품용 강관을 다양한 형상으로 쉽게 제조할 수 있으며 강성 및 충격 흡수 능력을 향상시킬 수 있다.
상기 (e) 단계에서 상기 강관의 길이 방향을 따라 단면 형상이 다른 부분이 존재하도록 단면 형상을 성형하여 강관의 강성 및 충격 흡수 능력을 향상시킬 수 있으며, 상기 강관의 길이 방향을 따라 상기 강관을 굽힘 성형할 수도 있다. 이와 같이 강관의 단면 형상 및 길이 방향으로의 형상을 모두 성형할 수 있어 다양한 형태의 자동차 부품용 강관을 제조할 수 있다.
상기 (e) 단계 이후에 상기 자동차 부품용 강관을 150℃ 내지 400℃로 템퍼링하는 단계를 더 포함한다. 상기 템퍼링에 의해 자동차 부품용 강관의 충격 흡수 능력을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 (e) 단계에서, 상기 프레스금형은 그 내부에 냉각 물질이 순환되는 상태에서 상기 강관을 성형한다. 이때, 상기 프레스금형 표면의 미세한 노즐을 통해 상기 냉각 물질이 상기 강관에 분사되는 상태에서 상기 강관을 성형할 수 있다. 이러한 방법에 의해 프레스 성형 중에 강관을 효과적으로
Figure pat00001
칭할 수 있다.
또한, 상기 금형 내부로의 냉각 물질 순환이나 상기 프레스금형 표면의 노즐을 이용한 분사 방법과 함께, 상기 금형 및 상기 강관이 냉각 물질이 담긴 저수조에 잠긴 상태나 상기 금형 및 상기 강관에 금형외부로부터 냉각물질이 분사되는 상태에서 상기 강관을 성형할 수도 있다. 이러한 방법에 의해 냉각 효과를 좀더 향상시킬 수 있다.
이송 시의 온도 저하를 감안하여 상기 (c) 단계에서 상기 강관은 800℃ 내지 1000℃의 온도로 가열되는 것이 바람직하다.
상기 (c) 단계에서 상기 강관은 고주파 유도 가열로, 배취(batch)로, 연속로 및 회전로로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 가열로에서 가열될 수 있다.
상기의 제조 방법에 의해 제조된 본 발명에 따른 자동차 부품용 강관은 인장 강도가 1200MPa 내지 1700MPa으로 매우 우수하다.
이와 같이 본 발명에 따른 자동차 부품용 강관의 제조 방법에 따르면, 프레스 경화를 이용하여 강도가 낮고 연성이 우수한 고온에서 강관을 성형할 수 있으므로 고강도 강관도 다양한 형상으로 쉽게 성형할 수 있다. 즉, 다양한 단면 및 형상을 갖는 자동차 부품용 강관을 고강도 강관으로 제조할 수 있어 자동차 부품용 강관의 강성 및 충격 흡수 능력을 향상시킬 수 있다. 그리고, 강관의 단면 형상을 변형하여 자동차 부품용 강관의 강성과 충격 흡수 능력을 더 향상시킬 수 있다.
또한, 경화능이 우수한 강관을
Figure pat00002
칭함으로써 자동차 부품용 강관의 주 조직이 마르텐사이트가 되도록 하여 자동차 부품용 강관의 강성 및 충격 흡수 능력을 좀더 향상시킬 수 있다. 프레스 경화 이후에 템퍼링을 수행하여 해당 자동차 부품용 강관의 충격 흡수 능력을 더욱 향상시킬 수 있다.
프레스 경화 설비의 금형 내부에서 강관을
Figure pat00003
칭하므로 강관의 열변형 현상을 방지하여 우수한 형상의 자동차 부품용 강관을 제조할 수 있다.
또한, 다양한 냉각 방식을 적용하여 프레스면과 접촉하지 않는 내면까지도 균일하게 냉각할 수 있어, 균일한 마르텐사이트 조직을 얻음으로써 부품용 강관의 강도를 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 제조 방법에 의해 제조된 자동차 부품용 강관은 강성 및 충격 흡수 능력이 매우 우수하다. 이에 따라 강성 및 충격 흡수 능력이 요구되는 차체, 보강재 등에 적용하여, 자동차의 특성을 향상시킬 수 있으며 탑승자의 안전을 보호할 수 있다.
도 1의 (a), (b), (c)는 자동차 부품으로 강관이 사용되는 예들을 도시한 도면이다.
도 2는 종래 기술에 의해 제조된 B-필라(pillar)와 보강재를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 부품용 강관의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4 및 도 5 각각은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 부품용 강관의 제조 방법에 의해 제조된 자동차 부품용 강관의 사진이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 부품용 강관의 제조 방법 및 이에 의해 제조된 자동차 부품용 강관에 대하여 상세하게 설명한다.
여기서, 자동차 부품용 강관이라 함은 자동차 차체의 골격에 해당하는 A-필라, B-필라, C-필라, 사이드실, 대쉬 패널 보강재, 플로어 크로스 멤버 등과 자동차 토션 빔, 트레일링 암 등, 자동차를 구성하는 부품에 적용하기 위해 제조된 강관을 총칭한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차 부품용 강관의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 자동차 부품용 강관의 제조 방법은 강판 준비 단계(ST10), 조관 단계(ST20), 급속 가열 단계(ST30), 급속 이송 단계(ST40), 프레스 경화 단계(ST50), 템퍼링 단계(ST60)을 포함한다. 각 단계를 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 강판 준비 단계(ST10)에서는 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 보론(B), 바나듐(V), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 망간(Mn) 등의 경화능 향상 원소가 적어도 하나 이상 함유된 강판을 준비한다. 강판은 이 외에도 탄소(C)를 비롯하여, 실리콘(Si), 인(P), 황(S), 알루미늄(Al) 등 다른 원소를 포함할 수 있음은 물론이다.
경화능 향상 원소 중 B의 함유량은 각기 0.0005중량% 내지 0.005중량%인 것이 바람직하다. B이 0.0005중량% 미만으로 함유되는 경화능 향상 효과가 크지 않으며, B이 0.005중량%를 초과하여 함유되는 경우에는 인성을 저하시킬 수 있기 때문이다. 보다 바람직하게는 0.003중량%를 초과하지 않는 것이 좋으며, 그 이유는 이를 초과하는 경우 Fe23(BC)6라고 하는 석출물이 다량 석출되어 재질을 경화시키고 오히려 경화능이 저하되기 때문이다.
Mn은 경화능 향상원소로서 담금질성을 향상시키는 효과가 있으므로 0.2중량% 이상 첨가되어야 하나 2.0중량% 이상으로 첨가되면 가공성이 악화된다. 따라서, Mn의 함유량은 0.2중량%~2.0중량%인 것이 바람직하다.
Ti은 강중 질소를 TiN으로 석출시켜 경화능 향상을 위해 첨가한 B이 BN으로 석출하지 못하도록 억제하는 역할을 위해 0.005중량% 이상 첨가되어야 하나 0.15중량% 이상 첨가되면 TiN 이외의 다른 석출물을 석출시켜 내충격성을 해치게 된다. 따라서, Ti의 함유량은 0.005중량%~0.15중량%인 것이 바람직하다.
Cr은 담금질시 B의 경화능 향상을 도와주는 역할을 위해 0.2중량% 이상 첨가하나 2.0중량% 이상 첨가해도 상기 효과는 포화되고 또 원가상승의 요인이 된다. 따라서, Cr의 함유량은 0.2중량%~2.0중량%인 것이 바람직하다.
Mo, V, Ni은 경화능 보완 원소로 0.002중량% 이상 첨가하나 1.0중량% 이상 첨가해도 상기 효과는 포화되고 또 원가상승의 요인이 된다. 따라서, Mo, V, Ni의 함유량은 각각 0.002중량%~1.0중량%인 것이 바람직하다.
C의 경우 함량이 0.60중량% 이상이 되면 소재가 경화되어 용접성과 조관성이 떨어지고 담금질 후 제품의 내충격성도 저하될 수 있다. C함량이 0.01중량% 이하로 되면 담금질성이 부족하여 담금질 및 뜨임 후 요구되는 경도나 강도확보가 어렵게 된다.
기타 원소의 경우, 일반적으로 다음과 같은 함유량을 유지하는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
Si는 고용경화효과가 높고 담금질성을 향상시키므로 0.01중량% 이상 첨가해야 하나 1.0중량% 이상이 되면 열간압연판의 표면을 나쁘게 하고 조직의 미세화효과도 포화된다.
P는 템퍼링 시 취성을 야기시키므로 내충격성을 현저하게 악화시키게 되므로 0.03중량% 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
S는 불순물로서 0.03중량% 이상이 되면 비금속 개재물의 양을 증가시켜 내충격성을 저하시키므로 0.03중량%이하로 제한한다.
Al은 강의 탈산을 위한 목적으로 첨가되나 0.005중량% 이하로 되면 탈산효과가 적고 0.2중량%이상으로 과다하게 첨가하면 산화물형성에 의해 청정도를 저하시켜 내충격성을 저하시키게 된다.
N은 0.01중량% 이상 첨가되면 경화능 향상을 목적으로 첨가한 B를 BN으로 석출시켜 경화능 향상에 기여하는 고용 B의 양을 감소시켜 본 발명에서의 B 첨가 목적이 상실되므로 0.01중량%이하로 제한한다.
이상에서, 강판 함유원소의 함량에 대해 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 자동차 부품용 강관에 필요한 특성을 고려하여 함유량을 조절할 수 있음은 물론이다.
상기 크롬, 몰리브덴, 보론, 바나듐, 니켈 등의 경화능 향상 원소는 강관의 경화능을 향상시켜 프레스 경화 단계(ST50) 이후에 강관의 주조직이 마르텐사이트가 될 수 있도록 한다. 이에 대해서는 프레스 경화 단계(ST50)에서 좀더 상세하게 설명한다.
이러한 강판은 열간 압연 강판 또는 냉간 압연 강판일 수 있다.
이어서, 조관 단계(ST20)에서는 롤 성형 및 용접으로 강판을 조관하여 직선형의 강관을 형성한다. 그리고, 강관 불량부 검사를 수행한 후 급속 가열 단계(ST30)에서의 가열로에 넣기 적당한 크기로 절단한다.
이어서, 급속 가열 단계(ST30)에서는 강관을 오스테나이트 영역에 해당하는 온도로 급속 가열한다. 이 때, 급속 이송 단계(ST40)에서의 온도 저하를 감안하여 800℃ 내지 1000℃ 온도까지 가열하는 것이 바람직하다.
급속 가열을 위해 강관을 고주파 유도 가열로에 넣고 가열하는 고주파 유도 가열법을 사용하는 것이 바람직하다. 고주파 유도 가열법은 유도 코일 속으로 강관을 연속적으로 통과시켜 가열하는 방식으로, 유도 가열 시 강관을 회전시키면 균일한 열처리가 가능하여 강관의 열변형을 최소화할 수 있다. 또한, 고주파 유도 가열법은 가열로 내부의 가스 분위기를 제어할 필요가 없으며 급속 가열이 가능하여 열처리 시간의 단축이 가능한 장점이 있다.
그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 강관의 가열을 위하여 전기나 가스를 열원으로 하는 배취(batch)로, 연속로, 회전로 등의 가열로를 사용할 수 있음은 물론이다.
이어서, 급속 이송 단계(ST40)에서 강관을 프레스 경화 설비로 급속 이송한다. 강관의 이송 시간이 길어지면 강관의 온도가 낮아져 프레스 경화 이후에 강관 내부에 페라이트, 펄라이트, 베이나이트 등이 생성되어 강도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 강관의 성분을 고려하여, 상기의 강도 저하를 방지할 수 있는 속도로 강관을 이송하는 것이 바람직하다.
즉, 강관을 펄라이트 또는 페라이트 상이 생기지 않는 한도 내에서의 속도로 이송하는 것이 바람직하며, 가능한 한 가장 빠른 속도로 이송하는 것이 더욱 바람직하다. 공기 중에서 냉각속도를 고려하면 약 10초 이내로 이송하는 것이 바람직하다.
여기서, 강관은 로봇을 이용하여 이송하거나 수작업으로 이송할 수 있다. 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 방법으로 강관을 이송할 수 있다.
이어서, 프레스 경화 단계(ST50)에서는 프레스금형에서 강관을 냉각시킴과 동시에 성형하여 자동차 부품용 강관을 형성한다. 여기서, 프레스 경화라 함은 강도가 낮고 연성이 우수한 고온에서 강관을 프레스 성형함과 동시에 냉각된 금형에 의해 강관을
Figure pat00004
칭하는 것을 말하며, 당업계에서는 프레스 담금질, 프레스
Figure pat00005
칭, 다이
Figure pat00006
칭, 열간 프레스 성형, 핫 프레스 포밍 등으로 불리우기도 한다.
특허공개공보 2002-12644나 일본 특허공개공보 2003-231915에는 강판을 프레스
Figure pat00007
칭하는 방법이 개시되어 있다. 이에 개시된 것처럼 종래 프레스
Figure pat00008
칭 방법은 강판에 대한 급냉 성형 방식으로 사용되어 왔으나, 본 발명에서의 강관과 같이 프레스면으로 단순히 접촉하여 냉각할 수 없는 구조의 부품 성형에는 구조적 특성상 이러한 방법이 사용되지 못했다.
본 발명에서는 프레스면에 접하지 않는 내면을 갖는 강관을 프레스 성형과 함께
Figure pat00009
칭하기 위하여 다음과 같은 냉각 방법이 적용될 수 있다.
먼저, 금형 내부에 냉각 물질을 순환시키면서 프레스 성형하는 방법이 있다. 이는 종래 프레스
Figure pat00010
칭 방법에서 일부 개시된 내용이다. 그러나, 강판과 달리 강관의 경우 그 내면이 냉각된 프레스면에 접할 수 없는 형상을 갖고 있는 경우 금형의 접촉에 의한 냉각만으로는 냉각효과를 기대하기 어렵다. 특히 길이방향에 따라 단면의 형상이 다른 강관이나 곡선형 강관의 경우 강관의 모든 면에 대한 급냉 효과를 기대하기 어렵다. 또한, 금형의 냉각효과를 높이기 위해, 냉각 물질의 순환구조를 강관의 형상에 따라 복잡하게 구성하는 것도 경제적인면이나 실질적인 면에서 바람직하지 못하다.
따라서, 본 발명에서는, 금형 내부로의 냉각 물질 순환과 함께 금형 표면의 작은 노즐을 통해 냉각 물질을 강관에 분사하면서 강관을 프레스
Figure pat00011
칭한다. 이로써, 금형 표면에 형성된 다수의 작은 노즐을 통하여 냉각물질이 강관에 계속하여 분사됨으로써 냉각효과를 더욱 높일 수 있다. 이는 같은 기온하에서도 바람이 부는 곳에서 물체의 냉각속도가 더 빠른 원리와 같다고 볼 수 있다. 즉, 찬 공기 중에서 물체가 냉각되는 경우보다 찬 공기가 물체에 계속 부딪치면서 물체주위에 높아진 공기를 찬 공기로 계속 대체하는 경우가 더 빠른 냉각효과를 나타내는 것과 유사한 것이다.
냉각 효과를 좀더 향상시키기 위해 상기 금형 내부로의 냉각 물질 순환이나 금형 표면의 노즐을 통한 분사 방법과 함께 냉각 물질이 담긴 저수조에 금형 및 강관이 잠긴 상태에서 강관을 프레스 성형할 수 있다. 이때, 저수조의 냉각물질이 강관의 내면을 통과할 수 있는 구조의 경우 강관의 균일한 냉각효과를 나타낼 수 있을 것이다.
또한, 상기 금형 내부로의 냉각 물질 순환이나 금형 표면의 노즐을 통한 분사 방법과 함께 금형외부에서 냉각 물질을 강관에 분사하면서 강관을 프레스 성형할 수도 있다.
이러한 방식에 의해 냉각효과가 향상됨은 물론 강관의 내경부에도 냉각물질이 접할 수 있어 강관 전체를 마르텐사이트 조직으로 형성할 수 있게 된다.
여기서, 냉각 물질이라 함은 냉각수, 냉각오일 등의 물질을 말한다.
프레스 성형 단계(ST50)에서는 자동차 부품의 형상에 따라 강관을 길이 방향으로 굽힘 성형하거나, 강성과 충격 흡수 능력을 고려하여 강관의 단면을 적절한 형상으로 성형할 수 있다.
이에 따라 본 실시예에 따르면 길이 방향을 따라 단면 형상이 동일한 직선형 또는 곡선형 강관, 길이 방향을 따라 단면 형상이 다른 부분이 존재하는 직선형 또는 곡선형 강관 등 다양한 형상의 자동차 부품용 강관을 제조할 수 있다.
이 때, 길이 방향을 따라 단면 형상이 다른 부분이 존재하는 직선형 또는 곡선형 강관은 각 부분에서 필요한 강성이나 강도를 만족할 수 있게 최적화되어, 자동차 부품용 강관의 특성을 향상시킬 수 있다.
즉, 본 실시예에서는 강관의 굽힘성형이나 길이 방향의 단면성형이 모두 가능하여 고강도를 가지면서도 다양한 형상의 자동차 부품용 강관을 제조할 수 있다.
본 실시예에서는 프레스 경화를 적용하여 강도가 낮고 연성이 우수한 고온에서 강관을 성형하므로 고강도 강관도 쉽게 성형할 수 있다. 즉, 고강도 강관을 이용하여 자동차 부품용 강관을 제조할 수 있어 자동차 부품용 강관의 강성과 충격 흡수 능력을 향상시킬 수 있다. 그리고, 강관의 단면 형상을 변형할 수 있어 자동차 부품용 강관의 강성과 충격 흡수 능력을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에서는 경화능이 우수한 강관을
Figure pat00012
칭하여, 자동차 부품용 강관의 주조직이 높은 강도의 마르텐사이트가 되도록 한다. 이에 자동차 부품용 강관의 강성과 충격 흡수 능력을 보다 향상시킬 수 있다.
Figure pat00013
칭 시 강관의 외경부는 금형에 접촉되지만 강관의 내경부는 금형에 접촉되지 않으므로, 강관의 내경부의 냉각 속도가 상대적으로 느려 강관의 내경부에 마르텐사이트가 아닌 조직이 생성될 수 있다. 이러한 현상은 강관의 두께가 두꺼울수록 나타나기 쉬우므로 강관의 두께가 두꺼울수록 경화능이 우수한 강관을 사용하거나 상술한 우수한 냉각 효과를 나타낼 수 있는 방법으로 프레스 경화를 진행하는 것이 바람직하다.
프레스 경화가 완료되면 프레스 경화 설비의 금형에서 자동차 부품용 강관을 취출한다. 본 실시예에서는 금형 내부에서
Figure pat00014
칭이 이루어지므로 금형이 자동차 부품용 강관의 열변형 및 이에 따른 뒤틀림을 효과적으로 방지한다. 결과적으로 본 실시예에 따르면 우수한 형상의 자동차 부품용 강관을 제조할 수 있다.
자동차 부품용 강관이 상온에 도달한 후에 금형에서 취출하는 것이 바람직하지만, 생산성 향상을 위해 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태가 완료된 온도 직하에서 자동차 부품용 강관을 취출하는 것도 무방하다.
이어서, 템퍼링 단계(ST60)에서 자동차 부품용 강관을 템퍼링한다. 프레스 경화된 직후의 자동차 부품용 강관은 취성이 있으므로 비교적 저온에서 템퍼링하여 충격 흡수 능력을 향상시킨다. 템퍼링 온도는 강도 저하가 크지 않으면서 인성을 증가시킬 수 있도록 150℃ 내지 400℃인 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명이 이에 한정되는 것이 아니며 자동차 부품용 강관의 성분에 따라 템퍼링 온도를 적절히 조절할 수 있다.
이렇게 제조된 본 발명에 따른 자동차 부품용 강관의 인장 강도는 실험예에 의하면 1500MPa 내지 1700MPa을 나타낸다. 즉, 종래 기술에 의해 제조된 자동차 부품용 강관의 인장 강도보다 3배 내지 5배 정도이다. 이와 같이 본 발명에 따른 자동차 부품용 강관은 강성과 충격 흡수 능력이 매우 우수한 것을 알 수 있다.
본 실시예에 따른 자동차 부품용 강관의 제조 방법에 의해 제조된 자동차 부품용 강관의 사진을 도 4 및 도 5에 도시하였다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 자동차 부품용 강관의 제조 방법에 따르면 다양한 형상의 자동차 부품용 강관(30, 32)을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
도 5는 현가 장치(36)의 토션 빔으로 적용되는 강관(38) 및 트레일링 암(40)의 사진으로, 강관(38)의 A선에서의 단면(CA), B선에서의 단면(CB), C선에서의 단면(CC), D선에서의 단면(CD), E선에서의 단면(CE)이 서로 다른 것을 알 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 자동차 부품용 강관의 단면을 다양한 형상으로 성형할 수 있으며, 길이 방향을 따라 일부 단면이 다른 부분과 다른 형상을 가지도록 자동차 부품용 강관을 제조할 수 있음을 알 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (1)

  1. (a) 보론(B), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 바나듐(V) 및 니켈(Ni)로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나의 원소가 함유된 강판을 준비하는 단계;
    (b) 상기 강판을 조관하여 강관을 형성하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 부품용 강관의 제조 방법.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020111697A1 (ko) * 2018-11-30 2020-06-04 주식회사 포스코 토션빔의 제조방법
EP3888842A4 (en) * 2018-11-30 2022-01-26 Posco METHOD OF MANUFACTURING A TORSION BAR
US12036600B2 (en) 2018-11-30 2024-07-16 Posco Co., Ltd Method for manufacturing torsion beam

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