KR20180029042A - 오스테나이트계 twip 또는 trip/twip 강의 구성 요소를 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법에 관한 것이다. 편평한 제품 (1) 은 변형된 제품 (5) 에서 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들을 갖도록 하기 위하여 편평한 제품 (1) 의 적어도 하나의 표면 상에 적어도 하나의 압흔 (16) 을 달성함으로써 변형된다. 또한, 본 발명은 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들이 동일한 구성 요소에서 요구되는 구성 요소의 용도에 관한 것이다.
Description
본 발명은 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법에 관한 것이다. 압흔들은 구성 요소의 이용을 위해 요구되는 강 재료의 그 영역에서 강의 편평한 제품을 변형시킴으로써 달성된다.
자동차들, 트럭들, 버스들, 철도 또는 농업용 차량들과 같은 운송 시스템들용 구성 요소들을 제조하기 전에, 안전 요구 사항들을 충족시키기 위해 얼마나 많은 강도와 재료 두께가 필요한지 계산해야한다. 하지만, 재료 두께가 필요한 것 보다 더 두꺼운 구성 요소들이 존재하는 경우에, "과도하게 설계된" 것으로 설명된다. 따라서, 적절한 장소에서 적절한 재료를 갖는 배열체들이 사용된다. 일반적으로, 기계적 기술적 값들 (수율 및 인장 강도, 연신율, 경도) 의 관점에서 균질한 재료로 계산된다.
WO 공개 공보 제 2014/096180 호는 프로파일링된 금속 스트립들을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 특히 스테인레스 강으로 구성된 미리 결정된 재료 두께를 갖는 금속 스트립은 코일에 감겨지고 몇 개의 롤들을 포함하는 압연 스탠드를 통하여 안내된다. 금속 스트립과 효과적으로 상호 작용하는 롤들의 적어도 일부에는 미리 결정된 지형 (topography) 이 제공되고, 상기 지형에 의해서 롤들의 지형의 기하학적 구조에 따라 금속 스트립의 양면에 250 마이크로미터 이상의 프로파일 깊이들을 갖는 프로파일들이 생성될 수 있다. 금속 스트립은 상기 금속 스트립의 프로파일에 이어서 코일에 감겨지고, 그리고, 필요하다면, 열적 후 처리 (thermal post-treatment) 를 거치게 된다. 따라서, WO 공개 공보 제 2014/096180 호의 목적은 미리 결정된 스트립 두께를 갖는 금속 스트립의 양면에 미리 결정된 지형을 단지 달성하는데 있다. 또한, WO 공개 공보 제 2014/096180 호는 높은 연신율과 함께 높은 강도를 생성하기 위해 전통적인 갈등을 우회하는 방법을 전혀 교시하고 있지 않다.
본 발명의 목적은 선행 기술의 일부 단점들을 제거하고, 그리고 강 재료의 두께에 영향을 줄 뿐만 아니라 강도 및 연성과 같은 다른 기계적 특성들에도 영향을 주는 오스테나이트계 강의 구성 요소를 제조하는 방법을 달성하는데 있다.
본 발명의 필수적인 특징들은 첨부된 청구 범위에 포함된다.
구성 요소를 제조하는 본 발명에 따르면, TWIP (쌍정 유기 소성) 경화 효과를 갖는 오스테나이트계 강의 편평한 제품 또는 TRIP (변태 유기 소성) 및 TWIP (쌍정 유기 소성) 효과들의 조합을 갖는 오스테나이트계 강의 편평한 제품은 적어도 하나의 압흔이 있는 제품으로 되도록 변형된다. 변형된 제품은 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들을 조합한다. 높은 강도를 갖는 영역은 높은 강도와 높은 경도 모두를 갖는 반면에, 연성 재료의 영역은 높은 연신율을 갖는다. 또한, 본 발명은 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들이 동일한 구성 요소에서 요구되는 구성 요소의 용도에 관한 것이다.
변형된 제품의 제조 동안, 적어도 하나의 압흔이 냉간 압연기와 같은 편평한 제품과 변형 장비 사이의 기계적 접촉에 의해서 변형된 제품의 적어도 하나의 표면 상에 생성된다. 압흔은 변형된 제품의 이용을 위한 요구 사항에 좌우되는 기하학적 구조를 갖는다. 적어도 하나의 압흔을 갖는 변형된 제품은, 선행 기술과 비교할 때, 강도, 보다 우수한 피로 거동 및 보다 낮은 균열 성장과 조합하여 보다 나은 연신율, 변형 동안의 보다 낮은 스프링백 뿐만 아니라 변형된 제품의 수명 동안의 보다 높은 안전성을 갖는다.
편평한 제품은 오스테나이트 미세조직을 갖는 강으로 제조된다. 이 강은 20 내지 30 mJ/㎡ 범위에서 적층 결함 에너지 (stacking fault energy) 로 TWIP (쌍정 유기 소성) 경화 효과 또는 TRIP (변태 유기 소성) 및 TWIP (쌍정 유기 소성) 효과들의 조합을 이용한다. 오스테나이트계 강은 10 내지 25 중량% 망간, 바람직하게는 14 내지 18 중량% 망간을 함유하고, 그리고 (C+N) 함량이 0.4 내지 0.8 중량% 인 격자간 분리된 (interstitial disengaged) 질소 (N) 및 탄소 (C) 원자들을 갖는다. 강이 TRIP 경화 효과를 갖는 준안정 오스테나이트 미세조직을 갖는 경우에, 결과로 얻어진 적층 결함 에너지는 20mJ/㎡ 보다 낮다. 이 경우에, 강은 또한 10 내지 20.5 중량% 크롬, 바람직하게는 13 내지 17 중량% 크롬 및 3.5 내지 9.5 중량% 니켈을 함유한다.
본 발명에 따른 편평한 제품은 편평한 시트, 스트립 뿐만 아니라 슬릿 스트립, 패널 또는 플레이트인 것이 유리하다. 변형 전의 편평한 제품의 초기 두께는 0.15 내지 4.0 밀리미터, 바람직하게는 0.8 내지 2.0 밀리미터이다. 편평한 제품은 유리하게는 냉간 압연에 의해서 변형되어서 적어도 하나의 롤은 압연 방향을 가로 지르는 방향으로 편평한 제품의 표면 상에 원하는 기하학적 구조를 갖는 적어도 하나의 압흔을 생성하기 위하여 프로파일링된 롤이다. 본 발명의 바람직한 실시 형태들에서, 적어도 하나의 롤은 원하는 기하학적 구조를 갖는 2 개 이상의 압흔들이 압연 방향을 가로 지르는 방향으로 또는 상기 압연 방향에 평행한 방향으로 또는 상기 압연 방향을 가로 지르는 방향과 상기 압연 방향에 평행한 방향 모두로 편평한 제품의 표면 상에 생성되도록 적어도 하나의 롤이 프로파일링된다. 압흔들의 생성을 위한 적어도 하나의 롤에서의 프로파일들은 본 발명의 일 실시 형태에서 본질적으로 서로 유사할 수 있지만, 압흔들의 생성을 위한 적어도 하나의 롤에서의 프로파일들은 또한 본 발명의 다른 실시 형태에서 본질적으로 서로 상이할 수 있다. 본 발명에 따르면, 냉간 압연기의 하나의 작업 롤 만이 원하는 프로파일을 가지므로, 편평한 제품의 한쪽 면 만이 변형된다. 하지만, 냉간 압연기의 양쪽 작업 롤들이 프로파일링되어서 편평한 제품의 두 표면들이 또한 변형될 수 있다. 변형 후, 변형된 제품은 코일링된 제품으로서 추가 가공되도록 코일링될 수 있지만, 변형된 제품은 또한 변형된 편평한 제품으로서 추가 가공시 이용될 수 있다.
본 발명에 따른 변형된 제품의 압흔은 벌집, 파형, 삼각형, 직사각형, 원형, 십자형, 선형, 리플, 거미줄 또는 이들의 기하학적 구조들의 임의의 조합의 기하학적 구조를 갖는다. 기계적 특성들에 대한 상이한 값들을 갖는 변형된 제품의 영역들이 압흔에 의해서 생성되기 때문에, 압흔의 기하학적 구조는 변형된 제품의 이용에 좌우된다. 기계적 특성들에 대한 상이한 값들에 기초하여, 변형된 제품은 예를 들면 연성 영역 특성들 만을 갖는 균질한 재료로서 양호한 피로 거동을 갖는다.
본 발명에 따른 변형된 제품에서 TWIP (쌍정 유기 소성) 경화 효과 또는 TRIP (변태 유기 소성) 및 TWIP (쌍정 유기 소성) 효과들의 조합의 이용시, 경화 레벨은 변형 레벨에 좌우되므로 경화 레벨은 압흔 깊이와 상관 관계가 있다. 압흔들의 프로파일 깊이는 하나의 변형 롤에서 상이할 수 있으므로 압흔들의 기하학적 구조도 또한 상이할 수 있다. 편평한 제품의 한쪽 면으로부터의 압흔들은 편평한 제품의 초기 두께로부터 계산하여 최대 30% 의 깊이로 변형될 수 있다. 편평한 제품의 변형으로 생성된 경화 효과를 반전시킬 필요가 있는 경우에, 경화 효과는 900 내지 1250℃, 바람직하게는 900 내지 1050℃ 범위의 온도에서 어닐링으로 가역적이다.
본 발명에 따른 적어도 하나의 압흔을 갖는 변형된 제품은 적어도 이하의 타겟 영역들에서 구성 요소로서 이용될 수 있다:
ㆍ 자동차 바디 구조를 위한 스프링백 관련 성형 공정으로 제조된 높은 강도의 시트 또는 코일,
ㆍ 부재들, 필러들, 카울, 롤 바, 범퍼, 크래시 박스, 채널 또는 크로스 튜브와 같은 시트 구성 요소와 같은 자동차 바디 구조의 안전 관련 구성 요소,
ㆍ 섀시 부품들, 컨트롤 아암, 버퍼 또는 스트럿 돔과 같은 자동차 또는 철도 차량 바디의 피로도 설계 구성 요소,
ㆍ 측벽 또는 바닥과 같은 철도 차량의 강성 관련 구성 요소,
ㆍ 버스들, 트럭들, 철도 차량들 또는 강철 빌딩 구조물들의 구조물들용 튜브 또는 프로파일.
본 발명에 따라 제조된 변형된 제품은 이하의 도면들을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.
도 1 은 변형 후의 측면에서 본 왜곡도 (distortion view) 로서 개략적으로 본 발명의 하나의 바람직한 실시 형태를 예시하고,
도 2 는 도 1 의 실시 형태에 대한 부분 및 확대 포인트를 예시하고,
도 3 은 압흔들의 깊이의 효과를 예시하고, 그리고
도 4 는 본 발명의 변형된 제품과 변형된 표준 재료 사이의 특성들의 비교를 예시한다.
도 2 는 도 1 의 실시 형태에 대한 부분 및 확대 포인트를 예시하고,
도 3 은 압흔들의 깊이의 효과를 예시하고, 그리고
도 4 는 본 발명의 변형된 제품과 변형된 표준 재료 사이의 특성들의 비교를 예시한다.
도 1 내지 도 4 의 재료는 TWIP 효과를 갖고, 그리고 주요 구성 요소들로서 철과 함께, 0.3 중량% 탄소, 16 중량% 망간, 14 중량% 크롬, 0.5 중량% 미만의 니켈 및 0.3 중량% 질소를 함유하는 오스테나이트계 스테인레스 강이다.
도 1 에 따르면, 편평한 스트립 (1) 은 작동 롤들 (2, 3) 에 의해서 예시된 냉간 압연기를 통하여 이동한다. 롤들 (2, 3) 은 압연 방향을 가로 지르는 방향과 상기 압연 방향에 평행한 방향 모두에서 압흔들을 생성하도록 프로파일링되고, 상기 압흔들은 변형된 스트립 (5) 의 표면들 상에 허니컴 구조 (4) 를 형성한다.
도 2 에는 도 1 의 변형된 스트립 (5) 의 한 부분이 도시된다. 편평한 스트립의 초기 두께는 도면 번호 13 으로 표시되고, 그리고 압흔의 깊이는 도면 번호 14 로 30% 의 값으로 표시된다. 변형된 두께 (12) 를 갖는 변형된 스트립 (5) 은 표면들 상에 높은 연성 및 높은 연신율을 갖는 비 변형된 영역들 (15) 을 갖는다. 냉간 압연기의 작업 롤들 (2, 3) (도 1) 에 의해서 생성된 압흔들 (16) 은 두께 (12) 를 갖는 변형된 스트립의 표면들에 높은 강도 및 높은 경도를 갖는 높은 변형된 영역들을 형성한다.
도 3 은 가로축에 본 발명에 따라 변형된 시험 샘플에서 측정 포인트들을 표시한 좌표로 시험 결과들을 나타낸다. 시험 샘플은 각각 180, 80, 75, 90 및 155 마이크로미터의 상이한 압흔 깊이들을 갖는 5 개의 영역들 (21, 22, 23, 24 및 25) 에서 변형되었다. 좌표의 세로축은 국부 비커스 경도 (HV1) 를 나타낸다. 도 3 의 시험 결과들은 비커스 경도 (HV1) 가 시험 샘플의 압흔 깊이에 정비례함을 나타낸다.
도 4 는 시험 샘플들 (본 발명 1 내지 5) 이 본 발명에 따른 재료의 표면 상에 압흔들을 생성하기 위하여 변형되는 시험 샘플들로부터 연신율 (A80) 및 항복 강도 (RPO.2) 가 측정되는 경우의 시험 결과들을 나타낸다. 다른 시험 샘플들 (선행 기술 1 내지 5) 은 비교 때문에 변형되지 않았다. 도 4 는 비 변형된 시험 샘플들이 변형된 시험 샘플들 보다 더 큰 연신율 값들을 갖지만, 비 변형된 시험 샘플들은 변형된 시험 샘플과 비교할 때 항복 강도에서 본질적으로 감소한다는 것을 나타낸다. 재료의 표면 상에 압흔들을 생성하는 변형은 높은 강도와 높은 연신율을 동시에 달성한다.
Claims (16)
- 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법으로서,
편평한 제품 (1) 은 변형된 제품 (5) 에서 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들을 갖도록 하기 위하여 상기 편평한 제품 (1) 의 적어도 하나의 표면 상에 적어도 하나의 압흔 (16) 을 달성함으로써 변형되는 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법. - 제 1 항에 있어서,
변형 전의 상기 편평한 제품 (1) 의 초기 두께 (13) 는 0.15 내지 4.0 밀리미터, 바람직하게는 0.8 내지 2.0 밀리미터인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 압흔의 깊이 (14) 는 상기 편평한 제품 (1) 의 초기 두께 (13) 로부터 계산하여 최대 30% 인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법. - 제 3 항에 있어서,
상기 TWIP 또는 상기 TRIP/TWIP 효과는 상기 압흔의 상기 깊이 (14) 에 정비례하는 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편평한 제품 (1) 의 변형은 냉간 압연이어서 적어도 하나의 롤 (2, 3) 은 압연 방향을 가로 지르는 방향으로 상기 편평한 제품 (1) 의 표면 상에 원하는 기하학적 구조를 갖는 상기 적어도 하나의 압흔 (16) 을 생성하기 위하여 프로파일링된 롤 (2, 3) 인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편평한 제품 (1) 의 변형은 냉간 압연이어서 적어도 하나의 롤 (2, 3) 은 압연 방향에 평행한 방향으로 상기 편평한 제품 (1) 의 표면 상에 원하는 기하학적 구조를 갖는 2 개 이상의 압흔들 (16) 을 생성하기 위하여 프로파일링된 롤 (2, 3) 인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편평한 제품 (1) 의 변형은 냉간 압연이어서 적어도 하나의 롤 (2, 3) 은 압연 방향을 가로 지르는 방향과 상기 압연 방향에 평행한 방향 모두로 상기 편평한 제품 (1) 의 표면 상에 원하는 기하학적 구조를 갖는 2 개 이상의 압흔들 (16) 을 생성하기 위하여 프로파일링된 롤 (2, 3) 인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압흔 (16) 은 벌집, 파형, 삼각형, 직사각형, 원형, 십자형, 선형, 리플, 거미줄 또는 이들의 기하학적 구조들의 임의의 조합의 기하학적 구조를 갖는 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 편평한 제품 (1) 의 변형으로 생성된 경화 효과는 900 내지 1250℃, 바람직하게는 900 내지 1050℃ 범위의 온도에서 어닐링으로 가역적인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소를 제조하는 방법. - 자동차 바디 구조와 관련된 스프링백에 의한 높은 강도의 시트 또는 코일로서 변형된 압흔들 (16) 이 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들을 갖는 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소의 용도.
- 부재들, 필러들, 카울, 롤 바, 범퍼, 크래시 박스, 채널과 같은 자동차 바디 구조의 안전 관련 구성 요소로서 변형된 압흔들 (16) 이 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들을 갖는 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소의 용도.
- 크로스 튜브와 같은 시트 구성 요소로서 변형된 압흔들 (16) 이 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들을 갖는 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소의 용도.
- 섀시 부품들, 컨트롤 아암, 버퍼 또는 스트럿 돔과 같은 자동차 또는 철도 차량 바디의 피로도 설계 구성 요소로서 변형된 압흔들 (16) 이 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들을 갖는 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소의 용도.
- 측벽 또는 바닥과 같은 철도 차량의 강성 관련 구성 요소로서 변형된 압흔들 (16) 이 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들을 갖는 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소의 용도.
- 버스들, 트럭들, 철도 차량들에서 구조물들용 튜브 또는 프로파일로서 변형된 압흔들 (16) 이 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들을 갖는 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소의 용도.
- 강철 빌딩 구조물들에서 구조물들용 튜브 또는 프로파일로서 변형된 압흔들 (16) 이 연성 재료의 매트릭스에 매립된 높은 강도의 강의 영역들을 갖는 오스테나이트계 TWIP 또는 TRIP/TWIP 강의 구성 요소의 용도.
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