KR20130126962A - 상이한 경도 및/또는 연성 영역을 갖는 경화 부품의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상이한 경도 및/또는 연성 영역을 갖는 경화된 강 부품을 제조하는 방법과 관련된다. 블랭크를 단조하고, 단조된 블랭크를 일부 영역에서 Ac3 이상의 온도까지 가열하며, 필요하다면 미리 결정된 시간 동안 상기 온도에서 유지하여 오스테나이트의 형성을 유도한 후, 일부 영역에서 가열된 블랭크를 성형 금형으로 옮기고, 성형 금형 내에서 성형하며, 성형 금형 내에서 임계 경화 속도보다 빠른 속도로 냉각시켜 경화시키거나, 또는 단조된 블랭크를 완성된 형상으로 저온 성형하고, 성형된 블랭크를 일부 영역에서 Ac3 보다 높은 온도까지 가열하며, 필요하다면 미리 결정된 시간 동안 상기 온도에서 유지하여 오스테나이트의 형성을 실시한 후, 성형되고 일부 영역에서 가열된 블랭크를 경화 금형으로 옮기고, 경화 금형 내에서 임계 경화 속도보다 빠른 속도로 경화시킨다. 강 재료는 변태 지연 방식으로 조정되어 오스테나이트의 마르텐자이트로의 변태를 통한 담금질 경화가 450 ℃ 내지 700 ℃의 범위 내에 있는 성형 온도에서 이루어지게 한다. 가열 후 및 성형 전에, 블랭크 또는 블랭크의 일부, 또는 성형된 블랭크 또는 성형된 블랭크의 영역이 15 K/s 보다 빠른 냉각 속도로 냉각되도록 능동 냉각이 이루어진다.

Description

상이한 경도 및/또는 연성 영역을 갖는 경화 부품의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING HARDENED COMPONENTS WITH REGIONS OF DIFFERENT HARDNESS AND/OR DUCTILITY}
본 발명은 청구항 1의 특징을 갖는 상이한 경도 및/또는 연성 영역을 갖는 경화 부품의 제조 방법에 관한 것이다.
특히 자동차에서, 강판으로 구성된 소위 압축 경화 부품이 사용되는 것으로 알려져 있다. 강판으로 구성된 이러한 압축 경화 부품은 특히 차체 영역에서 안전 부품으로 사용되는 고강도 부품이다. 이러한 점에서, 상기 고강도 강 부품을 사용함으로써 보통 강도의 강에 비해 재료 두께를 감소시킬 수 있고, 따라서 차체 중량을 감소시킬 수 있다.
압축 경화에서, 이러한 부품을 제작하는 데에는 두 가지 근본적으로 상이한 가능성이 존재한다. 이들은 소위 직접 및 간접 방법으로 분류된다.
직접 방법에서는, 강판 블랭크를 소위 오스테나이트화 온도보다 높은 온도까지 가열하고, 필요하다면 원하는 정도로 오스테나이트화가 달성될 때까지 상기 온도에서 유지시킨다. 이어서, 상기 가열된 블랭크를 성형 금형으로 옮기고, 단일 단계 성형 공정으로 상기 성형 금형 내에서 완성 부품으로 성형하는데, 이러한 과정에서 상기 냉각된 성형 금형에 의해 임계 경화 속도보다 빠른 속도에서 동시에 냉각시킨다. 이러한 방법으로 경화 부품을 제조한다.
간접 방법에서는, 먼저 가능하다면 다단계 성형 공정으로 상기 부품을 거의 완성될 때까지 성형시킨다. 이어서 상기 성형된 부품을 마찬가지로 오스테나이트화 온도보다 높은 온도까지 가열하고, 필요하다면 원하는 필요한 기간 동안 상기 온도에서 유지시킨다.
이어서 상기 가열된 부품을 성형 금형 내로 옮기고 삽입하는데, 상기 성형 금형은 이미 상기 부품의 치수 또는 상기 부품의 최종 치수를 갖고 있으며, 필요하다면 상기 예비 성형된 부품의 열팽창을 고려한다. 상기 냉각된 특정 금형을 닫은 후, 그에 따라 상기 예비 성형된 부품을 상기 금형 내에서 임계 경화 속도보다 빠른 속도로 냉각시켜 경화시킨다.
이러한 점에서, 직접 방법은 실시하기가 다소 더 단순하지만, 실제로 단일 단계 성형 공정에 의해 제조될 수 있는 형상, 즉 비교적 단순한 윤곽을 갖는 형상만을 허용한다.
간접 공정은 다소 더 복잡하지만, 또한 더 복잡한 형상을 제조할 수 있다.
압축 경화 부품에 대한 필요 이외에도, 이러한 부품을 비코팅 강판으로 제조하는 대신에 이러한 부품에 방식층(corrosion protection layer)을 제공할 필요가 또한 생겨났다.
자동차 분야에서, 방식층은 다소 드물게 사용되는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이나 또는 현저히 더 자주 사용되는 아연 기반 코팅 중 하나로 구성될 수 있다. 이러한 점에서, 아연은 알루미늄과 같이 장벽 보호층만 제공하는 것이 아니라 음극 방식도 제공한다는 장점을 갖는다. 또한, 아연 코팅된 압축 경화 부품은 차체의 전면적인 방식이라는 개념에 더 잘 들어맞는데, 그 까닭은 현재 널리 쓰이는 건조(construction) 기법에 의하면 이러한 압축 경화 부품은 일반적으로 전체로서 아연 도금(galvanize)되기 때문이다. 이러한 점에서, 접촉에 의한 부식을 감소 또는 근절시킬 수 있다.
그러나, 상기 방법 둘 다는 종래 기술에서도 고찰된 바 있는 단점을 수반할 수 있다. 직접 방법에 있어서, 즉 아연 코팅을 갖는 압축 경화 강의 고온 성형에 있어서 미소 균열(10 ㎛ 내지 100 ㎛) 또는 심지어 거시 균열이 재료 내에서 발생한다. 미소 균열은 코팅 내에서 발생하며, 거시 균열은 심지어 판의 전체 단면을 통해 확장된다. 거시 균열이 있는 이러한 종류의 부품은 더 사용하기에 부적합하다.
간접 공정에 있어서, 즉 저온 성형 후에 경화 및 나머지 성형이 이루어지는 경우에 있어서 미소 균열이 또한 코팅 내에서 발생할 수 있는데, 이것 또한 바람직하지 않지만 훨씬 덜 현저하다.
따라서, 현재까지(아시아에서 제조되는 일 부품을 제외하면) 아연 코팅된 강은 직접 방법, 즉 고온 성형에서는 사용되지 않았다. 상기 방법에서는 알루미늄/실리콘 코팅을 갖는 강을 사용하는 것이 바람직하다.
"Corrosion resistance of different metallic coatings on press hardened steels for automotive"(Arcelor Mittal Maiziere Automotive Product Research Center F-57283 Maiziere-Les-Mez)이라는 문헌에 개관이 기재되어 있다. 상기 문헌에 의하면 고온 성형 공정 용으로 Usibor 1500P라는 상표명으로 시판되는 알루미늄 도금된 붕소/망간 강이 존재한다고 진술되어 있다. 또한, 음극 방식 목적을 위해 아연으로 예비 코팅된 강이 고온 성형 방법 용으로 판매되는데, 여기에는 낮은 비율의 알루미늄을 함유하는 아연 코팅을 갖는 아연 도금된 Usibor GI와, 10％ 철을 함유하는 아연 코팅을 갖는 소위 갈바어닐링(galvaanneal) 및 코팅된 Usibor GA가 있다.
아연/철 상평형 도표는 782 ℃보다 높은 온도에서 철 함량이 낮을 경우, 특히 60％ 미만일 경우 액체 아연-철 상이 발생하는 더 큰 영역이 존재함을 나타낸다는 점이 또한 알려져 있다. 그러나 이는 또한 오스테나이트화 강이 고온 성형되는 온도 범위이다. 성형이 782 ℃보다 높은 온도에서 일어나는 경우 액체 아연으로 인한 응력 부식의 위험이 높다는 점이 또한 알려져 있는데, 액체 아연은 베이스 강의 입계 내로 침투하여 베이스 강 내에 거시 균열을 초래할 수 있다. 또한, 코팅 중의 철 함량이 30％ 미만일 경우, 거시 균열이 없는 안전한 생성물을 성형하기 위한 최대 온도는 782 ℃ 미만이다. 이것이 이러한 강에 대해 직접 성형 방법이 사용되지 않고 그 대신에 간접 성형 방법이 사용되는 이유이다. 이는 위에서 언급된 문제점을 우회하기 위한 것이다.
이러한 문제점을 우회할 수 있는 다른 가능성은 갈바어닐링 및 코팅된 강을 사용하는 것에 있는데, 그 까닭은 처음에 이미 존재했던 10％의 철 함량 및 Fe2Al5 장벽층의 부재로 인해 지배적으로 철이 풍부한 상으로부터 보다 균질하게 코팅이 형성되기 때문이다. 이는 아연이 풍부한 액상의 감소 또는 근절을 초래한다.
"STUDY OF CRACKS PROPAGATION INSIDE THE STEEL ON PRESS HARDENED STEEL ZINC BASED COATINGS"(Pascal Drillet, Raisa Grigorieva, Gregory Leuillier, Thomas Vietoris, 8th International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel Sheet, GALVATECH 2011 - Conference Proceedings, Genoa, Italy, 2011)라는 문헌에 따르면, 아연 도금된 판은 직접 방법으로 처리될 수 없다.
유럽 특허 1 439 240 B1은 코팅된 강 제품을 고온 성형하는 방법을 개시하였다. 상기 강 재료는 강 재료의 표면 상에 아연 또는 아연 합금 코팅을 갖고, 상기 코팅을 갖는 강 베이스 재료는 700 ℃ 내지 1000 ℃의 온도까지 가열되어 고온 성형된다. 상기 아연 또는 아연 합금 코팅을 갖는 강 베이스 재료를 가열하기 전에, 아연이 가열 중에 기화하는 것을 방지하기 위하여 상기 코팅은 주로 아연 산화물로 구성된 산화물 층을 갖는다. 이러한 목적을 위해 특수한 공정 순서가 제공된다.
유럽 특허 1 642 991 B1은 붕소/망간 강으로 구성된 부품을 Ac3 점 이상의 온도까지 가열하고, 상기 온도에서 유지시키며, 이어서 가열된 강판을 완성 부품으로 성형하는 강의 고온 성형 방법을 개시하였다. 성형되는 부품은 성형 중에 또는 성형 후에 상기 성형 온도로부터 냉각을 통해 담금질(quench)되는데, MS 점에서의 냉각 속도가 적어도 임계 냉각 속도에 상응하고 상기 성형되는 부품의 MS 점에서부터 200 ℃까지의 평균 냉각 속도가 25 ℃/s 내지 150 ℃/s의 범위 내에 있도록 한다.
본 출원인의 유럽 특허 1 651 789 B1은 강판으로부터 경화 부품을 제작하는 방법을 개시하였다. 상기 방법에 따르면, 음극 방식층이 구비된 강판으로 구성되는 성형 부분은 저온 성형되고, 오스테나이트화를 위해 열처리된다. 상기 성형 부분의 저온 성형 이전, 도중 또는 이후에 상기 성형 부분의 최종 손질 및 필요한 천공 절차 또는 구멍 패턴의 제조가 실시되고, 저온 성형뿐만 아니라 상기 부품에 대한 손질 및 천공과 구멍 패턴의 배열은 최종적인 경화 부품이 가져야 할 치수보다 0.5％ 내지 2％ 더 작게 실시된다. 열처리를 위해 저온 성형된 상기 성형 부분은 이어서 상기 강 재료의 오스테나이트화를 허용하는 온도까지 적어도 일부 영역에서 대기 산소와 접촉하여 가열되고, 가열된 부품은 이어서 금형으로 옮겨지며, 상기 금형 내에서는 소위 성형 경화가 실시되는데, 성형 경화 금형에 의한 상기 부품의 접촉 및 압축(고정)은 상기 부품의 냉각과 그에 따른 경화를 야기하며, 음극 방식 코팅은 필수적으로는 아연, 그리고 부가적으로는 하나 이상의 산소 친화 원소의 혼합물로 구성된다. 그 결과, 상기 방식 코팅의 표면 위에 산소 친화 원소로 구성된 산화물 피복이 가열 중에 형성되는데, 이는 음극 방식층, 특히 아연층을 보호한다. 또한, 상기 방법에서 성형 경화 중에 보정이나 성형이 필요하지 않도록, 상기 부품의 최종적인 기하학적 구조와 관련된 상기 부품의 척도 축소는 상기 부품의 열팽창을 고려한다.
본 출원인의 국제 특허 WO 2010/109012 A1은 부분적으로 경화된 강 부품의 제작 방법을 개시하였는데, 여기에서는 경화 가능한 강판으로 구성된 블랭크를 담금질 경화에 충분하도록 온도를 높이고, 원하는 온도에 도달한 후에, 필요하다면 원하는 고정 시간(holding time)이 흐른 후에 상기 블랭크를 성형 금형으로 옮겨 상기 블랭크가 부품으로 성형되고 동시에 담금질 경화되도록 하거나 또는 상기 블랭크가 저온 성형되고 이어서 상기 저온 성형으로부터 얻어진 부품의 온도가 높아지게 하는데, 상기 온도 증가는 담금질 경화에 필요한 부품 온도에 도달한 후에 상기 부품을 금형으로 옮겨 상기 가열된 부품이 냉각되어 담금질 경화되도록 실시된다. 경화에 필요한 온도까지 온도를 높이기 위해 상기 블랭크 또는 부품을 가열하는 동안, 더 낮은 경도 및/또는 더 높은 연성을 가져야 하는 영역 내에 흡수 물질(absorption mass)을 배치하거나 또는 좁은 간격을 두고 상기 영역으로부터 이격시킨다. 상기 흡수 물질은 이것의 팽창 및 두께, 열전도율, 그리고 열용량 및/또는 방사율을 고려하여 특별히 치수를 정함으로써, 연성을 유지하는 부품의 영역 내에서 상기 부품에 작용하는 열에너지가 상기 부품을 통해 상기 흡수 물질로 흐르게 하여 상기 영역이 더 차갑게 유지되도록 하고, 특히 경화에 필요한 온도에 도달하지 못하거나 또는 부분적으로만 도달하게 됨으로써 상기 영역이 경화될 수 없거나 또는 부분적으로만 경화될 수 있도록 한다.
독일 특허 10 2005 003 551 A1은 강판을 고온 성형 및 경화시키는 방법을 개시하였는데, 여기에서는 강판을 Ac3 점보다 높은 온도까지 가열하고, 이어서 400 ℃ 내지 600 ℃ 범위의 온도까지 냉각시키며, 이러한 온도 범위에 도달한 후에만 성형한다. 그러나 상기 참고 문헌은 균열 또는 코팅의 문제를 언급하지 않고 있으며, 또한 마르텐자이트(martensite)의 형성도 기술하지 않고 있다. 상기 참고 문헌의 발명의 목적은 중간 구조물, 소위 베이나이트(bainite)를 형성하는 것이다.
본 발명의 목적은 강판 부품의 제조 방법을 안출하는 것이며, 상기 강판 부품은 특히 방식층을 구비하고, 상이한 경도 및/또는 연성을 갖는 영역을 갖는 한편, 강판 부품 내의 국지적 응력뿐만 아니라 일그러짐(distortion) 및 그밖에 "액체 금속 기인 균열(liquid metal assisted cracking)"에 의해 야기될 수 있는 종류의 균열을 방지한다.
이러한 목적은 청구항 1의 특징으로 달성된다.
유리한 변형은 종속항에 개시되어 있다.
역학적 특성과 관련하여, 본 발명에 따른 목적은 소위 간접 공정 및 소위 직접 공정 둘 다를 사용하여 구현될 수 있다. 담금질 경화에서 상이한 강도를 갖는 영역을 달성하기 위해, 간접 방법에서는 블랭크를 가열 전에 완성 부품으로 성형하는데, 이는 예상되는 열팽창만큼 세 개의 공간 축 모두에 있어서 축소된 것일 수 있다. 이어서 상기 방식으로 가열된 부품을 노(furnace) 내에서 가열한다. 상이한 온도를 갖는 영역을 달성하기 위해, 흡수 물질 또는 단열 원소 등이 가열되지 않거나 덜 가열되어야 하는 부품의 영역에 제공된다. 이로써 상기 영역에서 Ac3보다 낮은 온도 또는 가능하게는 심지어 Ac1과 같은 온도가 달성되고, 이러한 점에서 오스테나이트로부터 마르텐자이트로의 변태(transformation)로 인한 담금질 경화가 제한 또는 방지된다. 나머지 영역에서는 완전한 오스테나이트화가 이루어져, 담금질 경화에서 마르텐자이트 경도가 얻어진다.
직접 방법에서, 블랭크는 성형 없이 가열되며, 경화되지 않거나 조금만 경화되어야 하는 블랭크의 영역은 마찬가지로 판의 가열을 감소시키는 열전도율 및 열용량을 갖는 흡수 물질과 접촉하게 되거나, 그렇지 않으면 상응하는 단열 원소가 마찬가지로 제공된다. 이어서 상기 블랭크가 성형된다.
그러나 본 발명에 따르면, 두 경우 모두에 있어서 블랭크의 온도는 경화 전에(간접 방법에서) 또는 경화 및 성형 전에(직접 방법에서) 균질화된다. 이는 상이한 온도의 영역을 갖는 가열된 블랭크가 성형 금형 내로 삽입되기 전에 중간 냉각 단계, 즉 더 뜨거운 영역이 더 차가운 영역의 온도 또는 온도 범위까지 능동적으로 냉각되는 단계를 거친다는 것을 의미한다. 이것이 어떻게 일어나는지에 대해서는 아래에서 설명될 것이다.
본 발명에 따른 냉각 중에 제어되지 않는 경화를 방지하기 위해, 소위 변태 지연 강이 사용된다. 이것은 마르텐자이트로의 변태가 나중에 발생함으로써 온도의 균질화 및 경화 금형 또는 경화/성형 금형 내로의 삽입 후에 균일한 온도에도 불구하고 상기 부품이 임계 경화 속도보다 빠른 냉각 속도로 후속 급속 냉각에 의해 경화되는 영역을 갖는 반면 오스테나이트화 온도에 도달하지 못한 다른 영역은 더 연하게 된다는 것을 의미한다.
이러한 점에서, 유리하게도 온도의 균질화가 또한 균일한 성형성을 초래하고, 따라서 상이한 온도 또는 상이한 열역학적 특성으로 인한 국지적 응력을 방지하며, 특히 차가운 영역과 뜨거운 영역 사이의 경계 영역 내에서 얇아진 영역을 방지한다.
직접 방법으로 달성되는 다른 장점은 소위 "액체 금속 취화"를 방지한다는 것이다.
입계 영역 내에서 강에 침투하는 액체 아연으로 인한 균열 형성의 상술한 효과는 또한 소위 "액체 금속 취화"라고 알려져 있다.
본 발명의 기초가 되는 발견에 따르면, 성형 단계, 즉 응력의 도입 중에 가능한 한 적은 양의 용융 아연이 오스테나이트와 접촉해야 한다. 따라서 본 발명에 따르면, 상기 성형은 철/아연 시스템(용융, 페라이트, 감마 상)의 포정 온도보다 낮은 온도에서 실시되어야 한다. 이러한 경우에 여전히 담금질 경화를 보장할 수 있기 위해서는, 망간/붕소 강의 종래 조성(22 MnB5)의 일부로서 강 합금의 조성을 조정하여 담금질 경화가 실시되도록 하고, 이와 같이 함에 있어서 오스테나이트의 마르텐자이트로의 변태가 지연됨에 따라 오스테나이트가 심지어 780 ℃ 보다 낮은 온도에서 존재하게 함으로써, 역학적 응력이 강에 도입되는 순간(이는 오스테나이트 및 용융 아연과 관련하여 "액체 금속 취화"를 초래함)에 액상 아연이 부재하거나 거의 존재하지 않도록 한다. 따라서, 상기 합금 원소에 따라 조정된 붕소/망간 강에 의해, 과도하거나 해로운 균열의 형성을 유발하지 않고 충분한 담금질 경화를 성공적으로 달성하게 된다.
또한, 강의 조성을 조정하는 것 이외에도, 무균열 성형을 위해서는 성형 전에 능동적인 중간 냉각이 또한 필요하다는 점이 밝혀졌다. 중간 냉각은 예컨대 하나 이상의 단계로 실시될 수 있다.
노와 프레스 사이의 이동 시간 중에, 예컨대 차가운 영역에서 전혀 경화를 야기하지 않도록 상이하게 가열되는 영역을 갖는 판이 균질한 온도를 갖게 하기 위해 추가 간격을 계획할 수 있다. 특히, 오스테나이트화 온도보다 높은 온도로 가열된 영역이 덜 가열된 영역의 온도와 동일한 온도까지 냉각될 때까지 대기 기간이 제공된다. 온도 프로필의 이러한 균등화는 더 뜨거운 영역의 능동적인 냉각에 의해, 특히 상기 영역에 대한 송풍 등에 의해 일어날 수도 있다. 필요하다면, 상기 가열된 영역을 냉각시키는 동안 차가운 영역 또는 더 차가운 영역을 덮거나, 차폐하거나 또는 단열시킨다.
특히, 상이한 온도의 판과 같은 특별한 경우에는 공기 분사(air jet)의 송풍이 고온계에 의해 제어될 수 있는데, 이는 예컨대 상응하는 분사와 동일한 방식으로 별도의 장비 내의 프레스 및 노 외부에 제공된다.
이러한 경우의 냉각 가능 방식은 공기 분사에 한정되지 않는다. 블랭크가 상응하게 배치되고 냉각 및 비냉각 영역을 포함하는 냉각된 테이블을 사용하여, 냉각시킬 블랭크의 영역이 상기 테이블의 냉각 영역 위에 놓이게 하고 예컨대 압력이나 흡인력에 의해 열전도성 접촉이 이루어지게 하는 것도 가능하다.
냉각 프레스를 사용하는 것 또한 가능한데, 이 경우 평평한 블랭크로 인해 프레스의 기하학적 구조가 단순하고 편리해질 수 있다. 블랭크가 냉각되어야 할 금형의 영역을 상응하게 액체 냉각하는 한편, 냉각되지 않아야 할 영역을 상기 금형 내로 삽입되는 단열층에 의해 예컨대 프레스의 차가운 금속에 대해 차폐하거나, 또는 예컨대 인덕션에 의해 상기 영역을 살짝 가열하거나 상기 영역의 온도를 유지시킨다.
상이한 온도의 영역을 갖는 블랭크에서, 성형 전에 균일한 성형 온도를 달성함으로써 성형 프레스에서의 개선된 성형 거동이 보장된다.
상기 두 방법 모두에 있어서, 경화를 위한 온도가 더 낮기 때문에 더 적은 에너지가 낭비되고 따라서 순환 시간이 단축된다는 장점이 있다.
본 발명을 첨부 도면을 참조하여 아래에서 설명할 것이다.
도 1은 노 및 성형 절차 사이의 냉각 중의 시간/온도 곡선을 도시한다.
도 2는 상이한 온도를 갖는 시료를 크게 확대한 영상을 도시한다.
도 3은 도 2에 따른 시료의 기본 단면을 도시한다.
도 4는 상이하게 가열된 영역을 갖는 판에 대한 상응하는 냉각 곡선과 함께 아연/철 상평형 도표를 도시한다.
도 5는 시간 온도 변태 도표이다.
도 6은 직접 공정에서의 본 발명에 따른 방법의 순서를 개략적으로 도시한다.
도 7은 간접 공정에서의 본 발명에 따른 방법의 순서를 개략적으로 도시한다.
도 8은 단면(one-sided) 중간 냉각을 위한 복합 센터링(centering) 및 냉각 기구에 대한 순서를 개략적으로 도시한다.
본 발명에 따르면, 압축 경화 강 재료로 사용하기 위한 종래의 붕소/망간 강을 오스테나이트의 다른 상으로의 변태와 관련하여 조정함으로써, 상기 변태가 더욱 깊은 영역으로 옮겨가고 마르텐자이트가 생성될 수 있도록 한다.
따라서, 아래의 합금 조성을 갖는 강은 본 발명에 적합하다(모든 데이터는 질량 %임).
Figure pct00001
나머지 성분은 철 및 불가피한 제련 관련 불순물로 이루어진다.
이러한 종류의 강에서는 특히 합금 원소 붕소, 망간, 탄소 및 선택적으로는 크롬 및 몰리브덴이 변태 억제제로서 사용된다.
아래의 일반적인 합금 조성을 갖는 강이 또한 본 발명에 적합하다(모든 데이터는 질량 %임).
Figure pct00002
나머지 성분은 철 및 불가피한 제련 관련 불순물로 이루어진다.
아래의 조성을 갖는 강은 특히 적합한 것으로 밝혀졌다(모든 데이터는 질량%임).
Figure pct00003
나머지 성분은 철 및 불가피한 제련 관련 불순물로 이루어진다.
변태 억제제로서 기능하는 합금 원소는 신뢰성 있게 담금질 경화를 달성하도록, 즉 심지어 780 ℃ 미만에서도 임계 경화 속도보다 빠른 냉각 속도로 급속 냉각을 달성하도록 조정된다. 이는 이러한 경우에 아연/철 시스템의 포정점 미만에서 작업이 실시된다는 것, 즉 포정점 미만에서만 역학적 응력이 가해진다는 것을 의미한다. 이는 또한 역학적 응력이 가해지는 순간에 오스테나이트와 접촉하게 될 수 있는 액상 아연이 더 이상 존재하지 않는다는 것을 의미한다.
또한, 블랭크의 가열 후에, 본 발명에 따라 포정점의 온도 범위 내에서 고정 단계(holding phase)가 제공될 수 있으므로, 후속 성형 절차가 실시되기 전에 아연 코팅의 응고가 촉진 및 진척된다.
도 1은 오스테나이트화 강판의 바람직한 온도 곡선을 도시한다. 오스테나이트화 온도보다 높은 온도까지 가열하고 상응하는 양의 시간이 냉각 장치 내에서 상응하여 경과한 후에는 소정 량의 냉각이 이미 일어난다는 것이 명백하다. 이어서 급속 중간 냉각 단계가 뒤따른다. 중간 냉각 단계는 적어도 15　K/s, 바람직하게는 적어도 30　K/s, 보다 바람직하게는 적어도 50　K/s의 냉각 속도로 유리하게 실시된다. 이어서 블랭크를 프레스로 옮겨 성형 및 경화를 실시한다.
도 4의 철/탄소 도표는 예컨대 상이한 온도의 고온 영역을 갖는 블랭크를 상응하게 처리하는 방식을 도시한다. 이는 경화될 고온 영역은 800 ℃ 내지 900 ℃ 사이의 높은 시작 온도까지 가열된 반면 연성 영역은 700 ℃ 미만의 온도까지 가열되었으며 특히 경화에 이용될 수 없다는 것을 나타낸다. 약 550 ℃ 또는 그보다 다소 낮은 온도에서 온도의 균등화가 가시화된다. 더 고온의 영역이 다른 영역의 상기 온도로 조정된 후에, 20 K/s로 급속 냉각이 이루어진다.
본 발명의 목적을 위해, 상기 온도 균등화는 (이전의) 고온 영역과 (이전의) 저온 영역 사이에 75 ℃, 특히 50 ℃(양 방향으로)를 초과하지 않는 온도 차이가 여전히 존재하도록 실시되면 충분하다.
도 3은 균열 형성의 차이를 나타낸다. 중간 냉각이 없으면 균열이 강 재료 내로 확대되어 형성된다. 중간 냉각이 있으면 코팅의 표면에서만 균열이 발생하지만, 이는 심각한 정도는 아니다.
따라서 본 발명에 따르면 상이한 경도 및/또는 연성을 갖는 영역을 갖는 아연 또는 아연 합금으로 코팅된 강판을 저렴하게 고온 성형하는 방법을 신뢰성 있게 달성하는 것이 가능한데, 이는 한편으로는 담금질 경화를 유도하고 다른 한편으로는 부품 손상을 초래하는 미소 균열 및 거시 균열의 형성을 감소 또는 근절시킨다.

Claims (11)

  1. 상이한 경도 및/또는 연성 영역을 갖는 경화된 강 부품을 제조하는 방법으로서,
    블랭크를 단조하고, 단조된 상기 블랭크를 일부 영역에서 Ac3 이상의 온도까지 가열하며, 필요하다면 미리 결정된 시간 동안 상기 온도에서 유지하여 오스테나이트의 형성을 유도한 후, 일부 영역에서 가열된 상기 블랭크를 성형 금형으로 옮기고, 상기 성형 금형 내에서 성형하며, 상기 성형 금형 내에서 임계 경화 속도보다 빠른 속도로 냉각시켜 경화시키거나, 또는 단조된 상기 블랭크를 완성된 형상으로 저온 성형하고, 성형된 상기 블랭크를 일부 영역에서 Ac3 보다 높은 온도까지 가열하며, 필요하다면 미리 결정된 시간 동안 상기 온도에서 유지하여 오스테나이트의 형성을 실시한 후, 성형되고 일부 영역에서 가열된 상기 블랭크를 경화 금형으로 옮기고, 상기 경화 금형 내에서 상기 임계 경화 속도보다 빠른 속도로 경화시키는 단계
    를 포함하고,
    강 재료는 변태 지연 방식으로 조정되어 오스테나이트의 마르텐자이트로의 변태를 통한 담금질 경화가 450 ℃ 내지 700 ℃의 범위 내에 있는 성형 온도에서 이루어지게 하며,
    상기 가열 후 및 상기 성형 전에, 상기 블랭크 또는 상기 블랭크의 일부, 또는 상기 성형된 블랭크 또는 상기 성형된 블랭크의 영역이 15 K/s 보다 빠른 냉각 속도로 냉각되도록 능동 냉각이 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 강 재료는 붕소, 망간, 탄소 및 선택적으로는 크롬 및 몰리브덴 원소를 변태 억제제로서 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    아래의 조성(모든 데이터는 질량%임)을 갖고, 나머지 성분은 철 및 불가피한 제련 관련 불순물로 이루어지는 강 재료가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure pct00004
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    아래의 조성(모든 데이터는 질량%임)을 갖고, 나머지 성분은 철 및 불가피한 제련 관련 불순물로 이루어지는 강 재료가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
    Figure pct00005
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 블랭크를 노 내에서 Ac3보다 높은 온도까지 가열하고, 미리 결정된 시간 동안 상기 온도에서 유지시키며, 이어서 상기 블랭크를 500 ℃ 내지 600 ℃ 사이의 온도까지 냉각시켜 아연층의 응고를 달성한 후 상기 성형 금형 내로 옮겨 성형하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 능동 냉각은 30 K/s보다 빠른 냉각 속도로 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 능동 냉각은 상기 냉각이 50 K/s보다 빠르게 이루어지도록 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상이한 경도 영역을 제조하기 위하여 상이한 강도로 가열되는 영역을 갖는 블랭크 내에서 상기 능동 냉각을 실시함으로써, 상기 능동 냉각 이후에는 이전에 더 뜨거웠던 오스테나이트화 영역이 덜 강하게 가열된 영역에 대해 온도가 균등화되도록 하여(+/- 50 K) 상기 블랭크가 본질적으로 균일한 온도를 가지고 상기 성형 금형 내로 삽입되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 능동 냉각은 공기 또는 기체의 송풍, 물 또는 다른 냉각용 액체의 분무, 물 또는 다른 냉각용 액체 내로의 액침에 의해 일어나거나, 또는 더 차가운 고체 부품을 상기 블랭크에 맞붙여 배치함으로써 일어나는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉각의 진행 및/또는 상기 성형 금형 내로의 삽입시의 온도가 센서, 특히 고온계에 의해 모니터링되고, 상기 냉각은 상응하여 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 재료로서 아연 또는 아연 합금으로 코팅된 강 재료가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
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