KR20190071756A - 맞춤-조정된 성질을 갖는 금속 시트 - Google Patents

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Abstract

이동 금속 스트립은 임의의 수의 치수방향 가변 템퍼 또는 이들의 조합을 갖도록 금속 스트립의 폭, 길이, 또는 두께 방향으로 열처리될 수 있다. 치수방향 가변열처리를 제공하기 위해, 장치는 상기 장치 가까이 이동하는 금속 스트립의 온도를 열처리 온도로 증가시키는 데에 적합한 하나 이상의 가열부를 포함할 수 있다. 상기 장치는 금속 스트립의 가열되는 제1 영역에서 상기 금속 스트립의 가열되지 않는 제2 영역으로 전달되는 열의 양을 최소화하기 위해 열을 흡수하고 상기 금속 스트립을 냉각하도록 가열부 근방에 위치되는 하나 이상의 냉각부 또한 포함할 수 있다.

Description

맞춤-조정된 성질을 갖는 금속 시트
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2016년 10월 17일자로 출원된 미국 가출원 번호 제 62/408,853호, “METAL SHEET WITH TAILORED PROPERTIES”의 우선권을 주장하며, 그 내용은 본원에 참고로 인용되어 있다.
기술분야
본 개시는 일반적으로 금속작업에 관한 것으로, 특히 금속 스트립의 열처리에 관한 것이다.
금속 부품은 예를 들어 자동차와 같은 차량의 구조적 지지부재와 같이 많은 목적을 위해 이용할 수 있다. 금속 부품은 금속 스트립으로부터 형성할 수 있는데, 예를 들어 금속 스트립을 개별적인 블랭크(blank)로 절단한 후 이러한 개별적인 블랭크를(예를 들어, 드로잉을 통해) 원하는 부품 형상으로 변형하여 형성할 수 있다.
어떤 부품은 예를 들어 구조적 지지부재로 이용되는 경우 고강도가 요구된다. 그러나, 부품을 정확하게 형성하기 위해 때로는 금속이 충분한 탄성 또는 다른 목적하는 성질을 가져야 한다. 알루미늄 합금과 같은 금속은 강도 및 탄성과 같은 그들의 성질을 조절하기 위해 열처리할 수 있다. 템퍼링은 금속의 강도 및 탄성을 조절하는 데 이용할 수 있는 열처리 공정으로, 주로 고온의 열처리 오븐에 성형된 금속 부품을 일정 시간 동안 배치하는 단계를 포함한다.
열처리의 일부 예는 다음과 같은 공정을 포함한다.
·금속을 고온 성형 공정으로부터 냉각하고 실질적으로 안정된 상태로 자연 시효시키는 공정을 포함할 수 있는 T1 열처리;
·금속을 고온 성형 공정으로부터 냉각한 후 냉간 가공을 실시하고 실질적으로 안정된 상태로 자연 시효시키는 공정을 포함할 수 있는 T2 열처리;
·금속을 고용화 열처리하고, 냉간 가공하며, 실질적으로 안정된 상태로 자연 시효시키는 공정을 포함할 수 있는 T3 열처리;
·금속을 고용화 열처리한 후 실질적으로 안정된 상태로 자연 시효시키는 공정을 포함할 수 있는 T4 열처리;
·금속을 인공적으로 시효시키기 전에 고온 성형 공정으로부터 냉각하는 공정을 포함할 수 있는 T5 열처리;
·금속을 고용화 열처리한 후 인공적으로 시효시키는 공정을 포함할 수 있는 T6열처리;
·금속을 고용화 열처리한 후 과시효 또는 안정화시키는 공정을 포함할 수 있는 T7 열처리;
·금속을 고용화 열처리하고 냉간 가공한 후 인공적으로 시효시키는 공정을 포함할 수 있는 T8 열처리;
·금속을 고용화 열처리하고 인공적으로 시효시킨 후 냉간 가공하는 공정을 포함할 수 있는 T9 열처리; 및
·금속을 고온 성형 공정으로부터 냉각하고 냉간 가공한 후 인공적으로 시효시키는 공정을 포함할 수 있는 T10 열처리.
일부 성질을 향상시키는 열처리는 대체로 다른 성질에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 금속의 강도를 향상시키는 처리는 금속의 연성을 감소시킬 수 있다. 마찬가지로, 금속의 연성을 향상시키는 처리는 금속의 강도를 감소시킬 수 있다. 따라서, 금속 부품을 제조하는 데 이용되는 금속 스트립을 준비하는 것을 포함하여 금속 부품을 설계 및 제조할 때, 다른 재료 성질의 최소한의 요구조건을 충족시키기 위해 일부 재료 성질을 양보하는 경우가 자주 있다. 또한, 성형된 부품을 열처리하는 데에는 실질적인 시간과 장비가 필요할 수 있다.
본 개시의 주제 및 하기 청구항을 모두 넓은 의미로 참조하기 위해 용어 실시예 및 이와 유사한 용어를 사용한다. 이러한 용어를 포함하여 기술된 내용은 여기서 설명하는 주제를 제한하지 않는 것으로 이해하거나 아래 청구항의 의미나 범위를 제한하지 않는 것으로 이해해야 한다. 여기에 포함되는 본 개시의 실시예는 본 과제가 아닌 하기의 청구항에 의해 정의된다. 본 과제는 본 개시의 다양한 양태의 고도의 개관으로 하기 상세한 설명 부분에서 더 기술하는 개념의 일부를 소개한다. 본 과제는 청구되는 주제의 핵심 또는 필수 특징을 특정하도록 또한 청구되는 주제의 범위를 결정하도록 고립적으로 이용되도록 의도된 것이 아니다. 상기 주제는 본 개시의 전체 명세서 중 적절한 부분과, 도면 및 각 청구항의 일부 또는 전부를 참고로 이해되어야 한다.
본 개시의 임의의 실시예는 이동방향(예를 들어, 처리방향) 을 따라 스트립 속도로 이동하는 금속 스트립을 수용하기 위한 개구부를 구비한 치수방향 가변열처리 장치를 포함하는 금속 처리시스템을 포함하고, 상기 열처리 장치는: 상기 금속 스트립을 교차하는 분리평면의 제1 측면 상에서 상기 금속 스트립의 제1 부분의 스트립 온도를 열처리 온도 또는 그 이상으로 증가시키도록 상기 분리평면의 제1 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 위치될 수 있는 가열부; 및 상기 분리평면의 제2 측면 상에서 상기 금속 스트립의 제2 부분을 상기 열처리 온도 이하로 유지하도록 상기 분리평면의 제2 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 위치될 수 있는 냉각부를 포함한다.
어떤 경우, 상기 분리평면은 금속 스트립과 평행하고, 상기 가열부는 상기 분리평면의 제1 측면 가까이에서 상기 금속 스트립의 폭방향으로 연장되며, 상기 냉각부는 상기 분리평면의 제2 측면 가까이에서 상기 금속 스트립의 폭방향으로 연장된다. 어떤 경우, 상기 분리평면은 상기 금속 스트립의 길이방향 축과 평행하면서 상기 금속 스트립의 상면에 수직하고, 상기 열처리 장치는 상기 분리평면의 제1 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 그리고 상기 가열부로부터 상기 금속 스트립의 반대측에 위치될 수 있는 추가적인 가열부; 및 상기 분리평면의 제2 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 그리고 상기 냉각부로부터 상기 금속 스트립의 반대측에 위치될 수 있는 추가적인 냉각부를 더 포함한다. 어떤 경우, 상기 가열부는 충분한 열발생 파워를 갖고, 상기 금속 스트립을 템퍼링하기 위한 충분한 지속시간 동안, 상기 스트립 속도로 이동하는 상기 금속 스트립의 스트립 온도를 상기 열처리 온도 또는 그 이상으로 유지하기에 충분한 길이를 갖는다. 어떤 경우, 상기 시스템은 상기 금속 스트립에 대해 상기 분리평면을 이동시키기 위해 상기 금속 스트립에 대해 상기 가열부와 상기 냉각부를 측방향으로 조절하도록 상기 치수방향 가변열처리 장치에 결합되는 선형 액추에이터를 더 포함한다. 어떤 경우, 상기 시스템은 상기 금속 스트립의 길이방향 거리의 함수로서 상기 가열부와 상기 냉각부를 측방향으로 조절하도록 상기 선형 액추에이터에 결합된 제어기를 더 포함한다. 어떤 경우, 상기 시스템은 추가적인 분리평면의 반대측들에서 상기 금속 스트립에 가까이 위치되는 추가적인 가열부 및 추가적인 냉각부를 구비하는 추가적인 치수방향 가변열처리 장치를 더 포함하고, 상기 추가적인 치수방향 가변열처리 장치는 상기 치수방향 가변열처리 장치와 이격되며, 상기 추가적인 분리평면은 상기 분리평면과 동일평면 상에 있지 않다. 어떤 경우, 상기 분리평면은 상기 금속 스트립의 측방향 단면과 평행하지 않다.
본 개시의 어떤 실시예는 금속 스트립의 치수방향으로 상기 금속 스트립을 가변적으로 열처리하는 방법을 포함하고, 상기 방법은 이동 금속 스트립을 분리평면의 반대측들에 위치되는 가열부 및 냉각부를 구비하는 치수방향 가변열처리 장치로 통과시키는 단계; 상기 가열부를 통해 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계로서, 지속시간 동안 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분의 스트립 온도를 열처리 온도 또는 그 이상으로 증가시키는 단계를 포함하는 단계; 및 상기 냉각부를 통해 상기 이동 금속 스트립을 냉각시키는 단계로서, 상기 이동 금속 스트립의 제2 부분의 온도를 상기 열처리 온도 이하로 유지하기 위해 상기 제1 부분에 인접한 상기 이동 금속 스트립으로부터 열을 충분히 제거하는 단계를 포함하며, 상기 금속 스트립의 제2 부분은 상기 제1 부분으로부터 상기 분리평면의 반대측에 위치된다. 어떤 경우는 이러한 방법에 의해 준비되는 치수방향 가변열처리가 적용된 금속 제품을 개시한다.
어떤 경우, 상기 방법은 상기 지속시간 동안 상기 이동 금속 스트립의 상기 제1 부분을 가열한 후 상기 이동 금속 스트립의 상기 제1 부분을 냉각하는 단계를 포함한다. 어떤 경우, 상기 방법은 상기 분리평면을 상기 이동 금속 스트립에 대해 이동시키기 위해 상기 치수방향 가변열처리 장치를 측방향으로 조절하는 단계를 포함한다. 어떤 경우, 상기 방법은 상기 이동 금속 스트립을 따르는 상기 치수방향 가변열처리 장치의 길이방향 위치를 판단하는 단계를 포함하고, 상기 치수방향 가변열처리 장치의 측방향으로 조절하는 단계는 상기 길이방향 위치의 함수로서 상기 이동 금속 스트립에 대해 상기 분리평면을 이동시키기 위해 상기 길이방향 위치를 이용하는 단계를 포함한다. 어떤 경우, 상기 분리평면은 상기 이동 금속 스트립과 평행하고, 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계는 상기 이동 금속 스트립의 상부 및 하부 중 하나를 가열하는 단계를 포함하며, 상기 이동 금속 스트립을 냉각하는 단계는 상기 이동 금속 스트립의 상부 및 하부 중 다른 하나로부터 열을 제거하는 단계를 포함한다. 어떤 경우, 상기 분리평면은 상기 이동 금속 스트립의 길이방향 축과 평행하면서 상기 이동 금속 스트립의 상면에 수직하고, 상기 치수방향 가변열처리 장치는, 각각 상기 분리평면의 반대측들에 위치되며 또한 모두 상기 가열부 및 상기 냉각부로부터 상기 이동 금속 스트립의 반대측에 위치되는 추가적인 가열부 및 추가적인 냉각부를 더 포함하며, 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계는 상기 제1 부분 가까이에서 상기 이동 금속 스트립의 상면 및 하면을 가열하는 단계를 포함하고, 상기 이동 금속 스트립을 냉각하는 단계는 상기 제2 부분 가까이에서 상기 이동 금속 스트립의 상면 및 하면을 냉각하는 단계를 포함한다.
본 명세서는 아래 첨부되는 도면을 참고로 하고, 다른 도면에서 동일 또는 유사한 구성요소를 설명하는 데 있어 동일한 도면부호를 사용한다.
도 1은 금속 스트립에 폭방향 가변열처리를 제공하는 금속 처리시스템의 축경도이다.
도 2는 금속 스트립에 폭방향 가변열처리를 제공하는 금속 처리시스템의 평면도이다.
도 3은 도 2의 금속 처리시스템의 정단면도이다.
도 4는 성형 전에 폭방향 가변열처리를 거친 맞춤-조정된(tailored) 금속 스트립의 축경도이다.
도 5는 도 4의 맞춤-조정된 금속 스트립으로부터 형성된 금속부품의 축경도이다.
도 6은 맞춤-조정된 금속 스트립으로 제조된 성형 금속부품의 정면도이다.
도 7은 저강도(strength) 영역과 고강도 영역 사이에 측방으로 위치되는 중강도 영역을 갖는 한 조각의 맞춤-조정된 금속 스트립 평면도이다.
도 8은 저강도 영역과 중강도 영역 사이에 측방으로 위치되는 고강도 영역을 갖는 한 조각의 맞춤-조정된 금속 스트립의 평면도이다.
도 9는 두 개의 고강도 영역 사이에 측방으로 위치되는 초고강도 영역을 갖는 한 조각의 맞춤-조정된 금속 스트립의 평면도이다. 상기 초고강도 영역과 고강도 영역들 사이에 천이영역이 위치될 수 있다.
도 10은 저강도 영역에서 측방으로 이격된 고강도 영역을 갖는 한 조각의 맞춤-조정된 금속 스트립의 평면도이다.
도 11은 금속 스트립에 두께방향 가변 열처리를 제공하는 금속 처리시스템의 축경도이다.
도 12는 금속 스트립에 수직 가변 열처리를 제공하는 금속 처리시스템의 평면도이다.
도 13은 도 12의 금속 처리시스템의 정단면도이다.
도 14는 제1 및 제2 금속 복합체와 금속 스트립 시료에 대한 항복강도와 연신율의 관계를 도시하는 그래프를 설명하는 결합도이다.
도 15는 여러 개의 열처리 온도에 대한 알루미늄 합금 시료의 항복강도와 온도에서의 노출시간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 16은 폭방향으로 가변적이고 길이방향으로 변하는 열처리가 적용된 금속 스트립과 금속 스트립으로부터 절단된 한 세트의 금속 블랭크를 도시하는 결합도이다.
도 17은 폭방향으로 가변적이고 길이방향으로 변하는 열처리가 적용된 도 16의 금속 스트립과 금속 스트립을 처리하는 데 소요된 시간 동안의 열처리 온도를 도시하는 그래프의 결합도이다.
도 18은 치수방향 가변열처리를 이용하여 금속 스트립을 처리하는 공정을 도시한 흐름도이다.
도 19는 금속 스트립에 치수방향 가변열처리를 적용하는 공정을 도시한 흐름도이다.
도 20은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 이동가능 가열부를 이용하여 금속 블랭크를 치수방향으로 열처리하는 시스템의 측면도이다.
도 21은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 가열로를 이용하여 금속 블랭크를 치수방향으로 열처리하는 시스템의 측면도이다.
도 22는 본 개시의 임의의 양태에 따라, 도 20 및 21의 시스템을 이용하여 여러 열처리 온도에 있어 알루미늄 합금 시료의 온도에서의 노출시간과 항복강도간의 관계를 도시한 그래프이다.
도 23은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 금속 블랭크를 치수방향 열처리하는 공정을 도시한 흐름도이다.
도 24는 본 개시의 임의의 양태에 따라, 치수방향 가변열처리 부품의 펀치력 및 펀치변위를 도시하는 일련의 그래프들이다.
도 25는 본 개시의 임의의 양태에 따라, 치수방향 가변열처리 부품의 펀치력 및 펀치변위를 도시하는 일련의 그래프들이다.
도 26은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 600℃의 가열로 내에서 처리된 치수방향 가변열처리 알루미늄 부품의 다양한 기계적 성질 및 반충돌 거동을 도시한 그래프이다.
도 27은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 650℃의 가열로 내에서 처리된 치수방향 가변열처리 알루미늄 부품의 다양한 기계적 성질 및 반충돌 거동을 도시한 그래프이다.
도 28은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 650℃의 가열로 내에서 처리된 치수방향 가변열처리 알루미늄 부품의 다양한 기계적 성질 및 완전충돌 거동을 도시한 그래프이다.
도 29는 본 개시의 임의의 양태에 따른 유체온도 제어부의 측면도이다.
도 30은 본 개시의 임의의 양태에 따른 이동밴드 온도 제어부의 측면도이다.
도 31은 본 개시의 임의의 양태에 따른 유도가열부의 측면도이다.
도 32는 본 개시의 임의의 양태에 따라, 치수방향 가변열처리 부품을 시험하기 위한 펀치시험장치의 개략도이다.
본 개시의 임의의 양태 및 특징은 치수방향 가변 템퍼를 유도하기 위해 이동 금속 스트립에 치수방향 가변성을 부여하는 열처리에 관한 것이다. 금속 스트립에 치수방향으로 가변성을 부여하는 처리는 금속 스트립의 치수(예를 들어, 폭, 길이, 또는 두께) 방향으로 금속 스트립의 다른 영역에 다른 열처리를 제공하는 것을 포함할 수 있다. 따라서, 최종 금속 스트립은 치수방향으로 다수의 영역을 포함할 수 있고, 여기서 각각의 영역은 다른 성질(예를 들어, 강도 및 탄성과 같은 기계적 성질)을 갖는다. 이동 금속 스트립에 치수방향 가변성을 부여하기 위해 치수방향 가변열처리 장치를 이용할 수 있다. 상기 장치는 상기 장치로 가까이 이동하는 금속 스트립의 온도를 열처리 온도로 유지하기에 적합한 하나 이상의 가열부를 포함할 수 있다. 상기 장치는 금속 스트립의 제1 영역(예를 들어, 열처리 수용 영역)에서 상기 금속 스트립의 제2 영역(예를 들어, 적어도 이 단계에서는 열처리되지 않는 영역)으로 전달되는 열의 양을 최소화하기 위해 열을 흡수하고 상기 금속 스트립을 냉각하도록 가열부 근방에 위치되는 하나 이상의 냉각부를 또한 포함할 수 있다. 치수방향 가변열처리는 특정 목적에 맞게 조정된 성질을 갖는 금속 스트립을 생산하는 데 이용할 수 있다.
본 개시의 임의의 양태 및 특징은 금속 스트립은 물론 금속 스트립 이외의 이동 금속 제품과의 이용에 적용할 수 있다. 다른 이동 금속 제품의 예는 이동 금속 플레이트, 쉐이트(shate), 또는 기타 두께를 갖는 금속 제품을 포함할 수 있다. 따라서, 본 개시의 임의의 양태에 있어 금속 시트에 대한 설명은 금속 플레이트, 금속 쉐이트, 또는 기타 금속 제품에 대한 설명으로 적절히 대체할 수 있다. 여기서 사용하는 바와 같이, 플레이트는 보통 5 mm에서 50 mm 범위의 두께를 갖는다. 예를 들어, 플레이트는 두께가 약 5 mm, 10 mm, 15 mm, 20 mm, 25 mm, 30 mm, 35 mm, 40 mm, 45 mm, 또는 50 mm인 알루미늄 제품을 의미할 수 있다. 여기서 사용하는 바와 같이, 쉐이트(시트 플레이트라고도 함)는 보통 약 4 mm에서 약 15 mm의 두께를 갖는다. 예를 들어, 쉐이트는 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm, 12 mm, 13 mm, 14 mm, 또는 15 mm의 두께를 갖는다. 여기서 사용하는 바와 같이, 시트는 일반적으로 두께가 약 4 mm 미만인 알루미늄 제품을 의미한다. 예를 들어, 시트의 두께는 4 mm 미만, 3 mm 미만, 2 mm 미만, 1 mm 미만, 0.5 mm 미만, 0.3 mm 미만, 또는 0.1 mm 미만일 수 있다.
본 출원에서 합금 템퍼 또는 상태에 대한 기준을 정한다. 가장 일반적으로 사용되는 합금 템퍼 설명서를 이해하기 위해 “American National Standards (ANSI) H35 on Alloy and Temper Designation Systems”를 참고한다. F 상태 또는 템퍼는 제조된 알루미늄 합금을 의미한다. O 상태 또는 템퍼는 어닐링 후의 알루미늄 합금을 의미한다. T4 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리(즉, 용해화(solutionization))에 이은 자연시효 후의 알루미늄 합금을 의미한다. T6 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리에 이은 인공시효 후의 알루미늄 합금을 의미한다. T7 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리 후 과시효 또는 안정화된 알루미늄 합금을 의미한다. T8 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리 후에 냉간 가공하고 인공적으로 시효시킨 알루미늄 합금을 의미한다. T9 상태 또는 템퍼는 고용화 열처리 후에 인공적으로 시효시킨 뒤 냉간 가공한 알루미늄 합금을 의미한다. H1 상태 또는 템퍼는 변형경화 후의 알루미늄 합금을 의미한다. H2 상태 또는 템퍼는 변형경화에 이은 부분 어닐링 후의 알루미늄 합금을 의미한다. H3 상태 또는 템퍼는 변형경화 및 안정화 후의 알루미늄 합금을 의미한다. HX 상태 또는 템퍼의 두 번째 자릿수(예를 들어, H1X)는 변형경화의 최종 정도를 나타낸다.
부품의 다른 영역에 다른 성질을 갖는 금속 부품을 생산하는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, B 필러와 같은 차량의 구조적 지지부재는 충돌시나 차량의 주행시 실질적인 하중이 집중되는 부분과 같은 일부 영역에서는 고강도가 필요할 수 있고, 반면 정확한 윤곽을 얻기 위해 실질적인 성형과정을 거치는 바닥 부근과 같은 다른 영역에서는 (예를 들어, 크랙킹을 피하기 위해) 고성형성(예를 들어, 연성)이 필요할 수 있다. 다른 예에서, 도어 패널과 같은 차량의 외부 패널에는 외측면에는 고강도가, 그리고 내측면에는 고연성이 부여될 수 있다. 외측면의 고강도는 피팅, 마모, 덴트, 및 충격과 같은 손상을 방지할 수 있고, 내측면의 고연성은 해당 부품의 전체적인 성형성에 도움이 될 수 있다.
금속 스톡(예를 들어, 권취된 금속 스트립 또는 금속 블랭크)으로 금속 부품을 생산할 때에는, 추가적인 열처리가 필요 없게 하여 금속 부품을 제조하는 데 필요한 노동력, 장비, 금전적 비용, 및 시간비용을 저감하기 위해, 이미 열처리가 된 금속을 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 여기서 기술하는 개념은 특히 치수방향 가변성을 부여하는 열처리를 위해 만들어진 처리 라인에 이용되거나, 혹은 연속 불림 용체화 열처리(CASH) 라인, 블랭킹 라인, 또는 슬리팅 라인과 같은 기존 처리 라인에 통합될 수 있다. 어떤 경우, 금속 스트립은 권취 직전에 치수방향 가변성을 부여하는 열처리를 할 수 있다. 금속이 처리 라인을 통해 이동하는 동안 열처리를 하게 되면 때때로 성형 후 열처리(PFHT)라고도 하는 성형 후 부품을 열처리하는 것에 비해 시간사용, 비용, 및 장비사용 면에서 보다 효율적일 수 있다. 예를 들어, 블랭킹 라인을 통과하는 금속 스트립을 열처리하는 경우, PFHT에 의해 요구되는 성형 부품의 추가적인 조작 및 가열 없이 열처리가 가능해진다. 또한, 맞춤-조정된 금속 스트립을 이용하게 되면 페인트 블랭킹 공정시 열처리에 대한 의존도를 줄일 수 있다. 예를 들어 차량에 대한 일부 페인트 블랭킹 공정시, 금속 바닥 패널이 확실히 경화하기에 충분한 온도에 도달하지 못할 수 있는데, 이는 적어도 표면 마감 패널의 열차단 효과때문이다. 따라서, 예비성형 열처리는 최적으로 경화되지 않을 수 있는 바닥 패널의 경화를 강화시킬 수 있다. 여기서 이동 금속 스트립에 열처리를 가하는 것에 관해 기술함에 있어, 어떤 경우, 치수방향 가변열처리 장치는 비이동 금속 블랭크에 이용될 수 있다.
여기서 사용하는 바와 같이, 용어 “분리평면”은 금속 스트립을 치수방향 가변열처리 장치에 의해 처리되는 영역과 치수방형 가변열처리 장치에 의해 처리되지 않는 영역으로 분리하는 가상의 평면을 의미할 수 있다. 어떤 경우, 분리평면은, 적용 가능한 경우, 여기서 설명하는 것과 같은 치수방형 가변열처리 장치의 가열부(들)와 냉각부(들)을 분리하는 가상의 평면을 의미할 수 있다. 일 예에서, 본 개시의 양태 및 특징을 이용하여 생산된 금속 스트립은 분리평면의 한 쪽에서는 T4 템퍼를 가질 수 있고 분리평면의 다른 쪽에서는 T61 템퍼를 가질 수 있다. 어떤 경우, 다수의 분리평면을 이용할 수 있고, 이로써 셋 이상의 영역을 제공할 수 있다. 셋 이상의 영역을 사용하는 경우, 각 영역이 다른 템퍼를 가질 수 있거나 혹은 다수의 비인접 영역이 동일한 템퍼를 공유할 수 있다. 예를 들어, 치수방향으로 가변열처리된 금속 스트립이 3개의 템퍼를 갖는 경우, 제1 영역은 T4일 수 있고, 제2 영역은 T61일 수 있으며, 제3 영역은 T4일 수 있다. 다른 예로, 치수방향으로 가변열처리된 금속 스트립이 3개의 템퍼를 갖는 경우, 제1 영역은 T4일 수 있고, 제2 영역은 약 160 메가 파스칼(Mpa)의 강도를 갖는 T61일 수 있으며, 제3 영역은 약 190 Mpa의 강도를 갖는 T61일 수 있다. T61 템퍼를 갖는 영역은 다양한 비율의 T6 템퍼링(예를 들어, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 또는 80% T6)으로 템퍼링될 수 있다.
일 예에서, 두께방향 가변열처리 장치는 금속 스트립의 두께방향으로 열구배를 유도할 수 있다. 예를 들어, 알루미늄 합금을 사용하는 경우, 가열부는 금속 스트립의 열처리를 받는 면의 온도를 약 250℃ 내지 300℃로 유지할 수 있고, 반면 냉각부는 금속 스트립의 열처리를 받지 않는 면의 온도를 약 100℃ 내지 180℃로 유지할 수 있다. 다른 온도도 이용가능하다. (예를 들어, 구름(rolling) 또는 이동 방향으로의, 금속 스트립의 속도 및 가열부의 길이방향 길이에 의해 정의된) 충분한 양의 시간 동안 적절한 온도구배를 적용함으로써 금속 스트립의 다양한 성질을 특정하게 맞출 수 있다. 예를 들어, 두께방향 가변열처리를 통해 상부가 하부보다 단단한 금속 스트립을 생산할 수 있다.
분리평면은 적절한 방향으로 놓일 수 있다. 분리평면은 금속 스트립의 상면 또는 하면에 평행한 경우, 금속 스트립을 두께를 가로질러 금속 스트립의 두께방향으로 변하는 열처리(즉, 두께방향 가변열처리)를 할 수 있다. 분리평면이 금속 스트립의 상면 또는 하면 및 금속 스트립의 측방향 축에 수직한 경우에는, 분리평면이 금속 스트립을 가로질러 금속 스트립의 폭방향(예를 들어, 축방향 축)으로 변하는 열처리(즉, 폭방향 가변열처리)를 할 수 있다. 분리평면이 금속 스트립의 상면 또는 하면에 수직하고 금속 스트립의 측방향 축에 평행한 경우에는, 분리평면이 금속 스트립을 가로질러 금속 스트립의 길이방향(예를 들어, 길이방향 축)으로 변하는 열처리(즉, 길이방향 가변열처리)를 할 수 있다. 또한, 분리평면은 다른 방향으로도 위치될 수 있고 다수 유형의 분리평면을 단일 금속 스트립에 이용할 수도 있다. 금속 스트립의 측단면에 평행하지 않은 분리평면(예를 들어, 금속 스트립의 상면과 금속 스트립의 길이방향 축 모두에 수직하지 않은 분리평면)을 가짐으로써 치수방향으로 가변열처리된 금속 스트립을 제작할 수 있다.
일반적으로, 치수방향 가변열처리 장치는 적어도 하나의 가열부와 적어도 하나의 냉각부를 포함할 수 있고, 이때 가열부와 냉각부는 분리평면의 반대측들에 위치된다. 예를 들어, 두께방향 가변열처리 장치에서, 금속 스트립의 전체 폭에 걸쳐 제공되는 가열부는 금속 스트립의 상면 근방에 위치될 수 있고 금속 스트립의 전체 폭에 걸쳐 제공되는 냉각부는 가열부의 반대쪽에서 금속 스트립의 하면 근방에 위치될 수 있다. 다른 비제한적인 예에 따르면, 폭방향 가변열처리 장치에서, 두 개의 가열부가 금속 스트립의 상면 및 하면 근방에 서로 반대쪽에 위치될 수 있는데, 이때 이들은 금속 스트립의 전체 폭보다는 작게 연장되고, 또한 두 개의 냉각부가 금속 스트립의 상면 및 하면 근방에 서로 반대쪽에서 가열부에 측방향으로 인접하게 배치될 수 있다. 이러한 예에 있어, 분리평면은 대략 가열부와 냉각부의 경계 근방에 있을 수 있다.
어떤 경우, 치수방향 가변열처리 장치는 냉각부는 없이 하나 이상의 가열부를 포함할 수 있는데, 이때 상기 하나 이상의 가열부는 분리평면의 반대측들에 다른 열처리를 가하도록 배치된다. 예를 들어, 분리평면의 제1 측면에 위치된 제1 가열부는 금속 스트립의 이에 가까운 부분을, 분리평면의 제2 측면에 위치된 제2 가열부가 금속 스트립의 제2 가열부에 가까운 부분을 가열하는 온도와는 다른 온도로 가열할 수 있다.
치수방향 가변열처리 장치는 하나 또는 다수의 가열부를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유도가열장치, 저항가열장치, 열전장치, 가스구동(예를 들어, 직화염) 가열장치, 대류가열장치(예를 들어, 공기와 같은 고온유체를 순환시킴), 레이저가열장치 등과 같은 다양한 형태의 가열부를 이용할 수 있다. 어떤 경우, 가열부는 다중, 개별, 제어가능 가열 존을 제공할 수 있다. 어떤 경우, 유도가열부는 이동 금속 스트립 내에 열을 발생시키기 위해 이동 금속 스트립 내에 전류를 유도할 수 있다. 유도가열부를 이용함으로써 가열부와 이동 금속 스트립 사이의 직접적인 접촉을 최소화하거나 방지할 수 있다. 또한, 금속 스트립의 표면 또는 그 근방에 전류를 발생시키도록 유도가열부를 조정할 수 있다. 어떤 경우, 금속 스트립이 롤러와 다른 지지부재 사이에서 수평, 수직, 또는 대각선 방향으로 이동하는 경우 가열부를 금속 스트립에 가까이 위치시킬 수 있다. 어떤 경우, 가열부를 하나 이상의 롤러에 통합시킬 수 있다. 가열부는 충분한 열을 출력할 수 있고 또한 가열부에 인접한 금속 스트립의 온도를 원하는 시간 동안(예를 들어, 1 내지 2분) 원하는 열처리 온도(예를 들어, 190℃)로 유지하기에 충분한 길이로 형성될 수 있다. 어떤 경우, 열처리 온도는 템퍼링 온도로 이해될 수 있다. 어떤 경우, 열처리 온도는 불림 온도, 용해화 온도, 또는 원하는 열처리를 위한 다른 적합한 온도일 수 있다. 어떤 경우, 특정 금속 합금의 용해화 온도는 해당 특정 금속 합금의 고상선(solidus) 온도보다 작은, 약 20℃ 내지 40℃, 25℃ 내지 35℃, 또는 30℃의 온도일 수 있다. 여기서 사용하는 바와 같이, 금속 제품을 원하는 온도로 가열하는 것은 상기 금속 제품의 최고 금속 온도가 원하는 온도에 도달할 때까지 상기 금속 제품을 가열하는 것을 포함할 수 있다. 여기서 사용하는 바와 같이, 금속 제품을 원하는 온도로 가열하는 것은 상기 금속 제품의 최고 금속 온도를 원하는 온도에서 원하는 지속시간 동안 유지하는 것을 포함할 수 있다(예를 들어, 상기 원하는 지속시간은 최고 금속 온도가 원하는 온도에 도달한 때에 시작될 수 있다).
하나 또는 한 그룹의 열처리부의 길이는, 금속 스트립이 열처리 온도 및 금속 스트립의 이동 속도에서 유지되어야 하는, 원하는 시간의 양에 기초하여 결정할 수 있다. 어떤 경우, 가열부(들)는 상당한 길이, 예를 들어 약 40 m를 확보할 필요가 있다. 어떤 경우, 금속 스트립은 앞뒤로 사행(snake)하며 다수의 가열부를 통과할 수 있다. 예를 들어, 금속 스트립은, 하나의 가열부가 해당 가열부의 아래쪽으로 통과하는 상기 금속 스트립의 부분에 대해서는 아래쪽으로 열을 제공하고 또한 해당 가열부의 위쪽으로 통과하는 상기 금속 스트립의 부분에 대해서는 위쪽으로 열을 제공할 수 있도록 앞뒤로 시행할 수 있다. 이와 같은 사행, 루핑, 또는 래핑(wrapping)에 의해 치수방향 가변열처리 장치의 선형 요건을 저감할 수 있다.
어떤 경우, 하나 이상의 가열부가 온도구배를 발생시킬 수 있다. 상기 온도구배는 길이방향(예를 들어, 금속 스트립의 구름 방향)으로 발생될 수 있다. 예를 들어, 금속 스트립에 통과하는 제1 가열부가, 금속 스트립이 통과하는 최종 가열부보다 많은 열을 발생시킬 수 있다. 따라서, 제1 가열부가 금속 스트립을 냉각기 온도에서 빨리 가열시킬 수 있고, 한편으로는 열을 덜 발생시키는 다음 가열부가 금속 스트립을 원하는 열처리 온도로 유지할 수 있다.
치수방향 가변열처리 장치는 하나 또는 다수의 냉각부를 포함할 수 있다. 유체 스프레이(예를 들어, 워터 젯 또는 에어 나이프), 수냉식 패널, 칠드 코퍼 롤(chilled copper roll), 열전장치, 물티슈 또는 브러시 등과 같은 다양한 형태의 냉각부를 이용할 수 있다. 이러한 냉각부는, 템퍼링을 피하기 위해, 처리되지 않는 영역에서 금속 스트립의 온도가 충분히 낮은 온도로 유지되도록, 처리되지 않는 영역 근방의 공기 및/또는 금속 스트립의 열을 흡수할 수 있다. 어떤 경우, 냉각부가 가열부의 가장자리에 인접하게만 배치될 수 있는데, 이는 처리되지 않는 영역에서 금속이 열전도에 의해 최고 한계 이상으로 상승되지 않도록 냉각부가 충분한 열을 빼앗기만 하면 되기 때문이다. 예를 들어, 측방향 가변열처리 장치에서, 가열부는 금속 스트립의 제1 가장자리에서 폭의 중간까지 연장될 수 있고 냉각부는 금속 스트립의 폭의 중간에 인접하게만 배치될 뿐 금속 스트립의 제2 가장자리까지는 연장되지 않을 수 있다. 어떤 경우, 냉각부는 가열부의 다수의 가장자리에 위치될 수 있다. 예를 들어, 측방향 가변열처리 장치에서, 냉각부가 가열부의 측방향 가장자리에 인접하게 배치될 수 있고 또한 하나 이상의 냉각부가 가열부의 길이방향 가장자리에 인접하게 배치될 수 있다(예를 들어, 금속 스트립의 처리영역이 상기 가열부 또는 최종 가열부를 통과한 후 금속 스트립의 상기 처리영역을 빠르게 냉각하기 위해). 어떤 경우, 금속 스트립이 롤러 또는 다른 지지부재 사이에서 수평, 수직, 또는 대각선 방향으로 이동하는 경우 냉각부를 금속 스트립에 가까이 위치시킬 수 있다. 어떤 경우, 냉각부를 하나 이상의 롤러에 통합시킬 수 있다.
어떤 경우, 치수방향 가변열처리 장치는 모터, 액추에이터, 공압장치, 또는 가열부(들) 및 냉각부(들)를 분리평면의 위치에 인접하게 위치조정하기 위한 기타 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 폭방향 가변열처리 장치에서, 가열부(들) 및 냉각부(들)는 분리평면을 측방향으로 이동시키기 위해 측방향으로 조정될 수 있다. 어떤 경우, 예를 들어 분리평면의 측방향 배치가 금속 스트립의 길이방향 거리의 함수로서 변경되는, 폭방향 가변열처리가 적용된 금속 스트립을 제공하기 위해, 금속 스트립을 처리하는 동안 위치조정 장치가 동적으로 가열부(들) 및 냉각부(들)의 위치를 조정할 수 있다. 어떤 경우, 금속 스트립의 길이방향 거리의 함수로서 분리평면을 도시하는 그래프의 형상이 선형적이지 않고, 특정 목적에 맞게 조정된 복잡한 형상을 포함할 수 있다.
어떤 경우, 마킹장치는 금속 스트립에 치수방향 가변열처리가 실시되었음을 표시하기 위해 자동으로 금속 스트립에 표시를 하는 장치를 포함할 수 있다. 상기 마킹장치는 금속 스트립의 표면에 잉크를 도포하기 위한 프린터, 금속 스트립의 표면에 패턴을 새기기 위한 레이저, 또는 금속 스트립에 표시를 남기기 위한 기타 적절한 장치를 포함할 수 있다. 이러한 표시는 금속 스트립의 길이를 따라 여러 번 반복될 수 있고, 혹은 단일 금속 스트립의 길이를 따라 한 위치에 주어질 수 있다.
맞춤-조정된 금속 스트립을 통해 강도 및 연성과 같은 성질이 맞춤-조정된 금속 부품을 얻을 수 있다. 이와 같은 맞춤-조정된 금속 부품은 부품의 게이지 또는 두께를 감소시키는 등 설계의 선택사항을 확장가능하게 한다. 예를 들어, 자동차의 B 필러와 같은 금속 부품에는, 균일하게 템퍼링된 금속의 강도성질을 갖는 필수 구조적 지지부재를 제공하기 위해 성형을 위한 임의의 최소 연성 또는 임의의 최소 게이지가 요구될 수 있다. 여기서 개시하는 치수방향 가변열처리 양태를 이용하여 동일한 부품을 제조할 수 있고, 또한 임의의 영역에는 필요한 연성을 제공함과 동시에 다른 영역에서는 강도를 증가시킬 수 있어, 더 작은 게이지 금속으로 동일한 부품을 형성할 수 있다. 이와 같이 성능이 증가됨에 따라 사용되는 재료의 비용을 줄일 수 있고 성형장치의 마모를 줄일 수 있다.
예를 들어, 부품은, 두께방향 가변열처리를 통해 강한 내측면(예를 들어, T61 템퍼)보다 연질의(예를 들어, T4 템퍼) 외측면을 갖는 충돌부재를 포함한다. 상기 충돌부재의 내부표면은 보다 연질의 외측에 비해 더 큰 하중을 견딜 수 있고 더 높은 에너지를 흡수할 수 있다. 이러한 충돌부재는 덜 바람직한 합금을 이용하여 형성할 수도 있다. 이러한 충돌부재는 균일하게 열처리된 부품보다 작은 반경을 갖는 굽힘부를 갖도록 형성될 수 있다. 또한, 치수방향 가변열처리를 이용하여 형성한 충돌부재는 균일하게 열처리된 부품보다 작은 게이지를 가질 수 있다.
본 설명에서, 예를 들어 “계열(series)” 또는 “7xxx”와 같은, AA 숫자 및 다른 관련 명칭에 의해 식별되는 합금에 대해 기준을 정한다. 알루미늄 및 그 합금의 이름을 정하고 또 이를 식별하는 데 있어 일반적으로 이용되는 숫자 명칭부여 체계를 이해하기 위해서는 알루미늄 협회에서 발간한 “International Alloy Designations and Chemical Composition Limits for Wrought Aluminum and Wrought Aluminum Alloys” 또는 “Registration Record of Aluminum Association Alloy Designations and Chemical Compositions Limits for Aluminum Alloys in the Form of Castings and Ingot”를 참고한다.
본 개시의 양태 및 특징은 6xxx, 2xxx, 또는 7xxx 계열 알루미늄 합금과 같은 알루미늄 합금에 이용하기에 특히 적합할 수 있다. 어떤 경우, 본 개시의 임의의 양태 및 특징(예를 들어, 치수방향 가변열처리)을 적용시킨 후 그 기능을 특히 잘 발휘할 수 있게 되는 알루미늄 합금은 AA2008, AA2013, AA2014, AA2017, AA2024, AA2036, AA2124, AA2324, AA2524, AA4045, AA6002, AA600315, AA6005, AA6005A, AA6005B, AA6005C, AA6006, AA6008, AA6009, AA6010, AA6011, AA6012, AA6012A, AA6013, AA6014, AA6015, AA6016, AA6016A, AA6018, AA6019, AA6020, AA6021, AA6022, AA6023, AA6024, AA6025, AA6026, AA6028, AA6033, AA6040, AA6041, AA6042, AA6043, AA6053, AA6056, AA6060, AA6061, AA6061A, AA6063, AA6063A, AA6064, AA6064A, AA6065, AA6066, AA6069, AA6070, AA6081, AA6082, AA6082A, AA6091, AA6092, AA6101, AA6101A, AA6101B, AA6103, AA6105, AA6106, AA6110, AA6110A, AA6111, AA6113, AA6116, AA6151, AA6156, AA6160, AA6162, AA6181, AA6181A, AA6182, AA6201, AA6201A, AA6205, AA6206, AA6260, AA6261, AA6262, AA6262A, AA6306, AA6351, AA6351A, AA6360, AA6401, AA6451, AA6460, AA6463, AA6463A, AA6501, AA6560, AA6600, AA6763, AA6951, AA6963, AA7019, AA7020, AA7021, AA7022, AA7029, AA7046, AA7050, AA7055, AA7075, AA7085, AA7089, AA7155, 및 AA8967를 포함할 수 있다. 다른 합금은 물론 상기 합금 중 어느 것이든, 스트립 전체, 스트립의 코어(예를 들어, 내부영역), 스트립의 클래드(예를 들어, 외부영역), 또는 스트립의 기타 부분을 포함하여, 치수방향으로 가변열처리된 알루미늄 합금의 다양한 부분에 이용할 수 있다. 어떤 경우, 퓨전 합금(예를 들어, AA4045 클래드 및 AA6011 코어와 같은 클래드 및 코어를 갖는 합금)을 치수방향으로 가변적으로 열처리할 수 있다. 어떤 경우, 보통 강으로 제조되는 부품의 경우, 알루미늄 합금에 치수방향 가변열처리를 실시하는 성능에 의해 알루미늄으로 제조할 수 있게 된다.
여기서 사용하는 바와 같이, “상온” 또는 “주변온도”의 의미는 약 15℃에서 약 30℃, 예를 들어 약 15℃, 약 16℃, 약 17℃, 약 18℃, 약 19℃, 약 20℃, 약 21℃, 약 22℃, 약 23℃, 약 24℃, 약 25℃, 약 26℃, 약 27℃, 약 28℃, 약 29℃, 또는 약 30℃를 포함할 수 있다. 여기서 사용하는 바와 같이, “주변조건”의 의미는 상온의 온도, 약 20%에서 약 100%까지의 상대습도, 및 약 975 밀리바(mbar)에서 약 1050 mbar까지의 기압을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상대습도는 약 20%, 약 21%, 약 22%, 약 23%, 약 24%, 약 25%, 약 26%, 약 27%, 약 28%, 약 29%, 약 30%, 약 31%, 약 32%, 약 33%, 약 34%, 약 35%, 약 36%, 약 37%, 약 38%, 약 39%, 약 40%, 약 41%, 약 42%, 약 43%, 약 44%, 약 45%, 약 46%, 약 47%, 약 48%, 약 49%, 약 50%, 약 51%, 약 52%, 약 53%, 약 54%, 약 55%, 약 56%, 약 57%, 약 58%, 약 59%, 약 60%, 약 61%, 약 62%, 약 63%, 약 64%, 약 65%, 약 66%, 약 67%, 약 68%, 약 69%, 약 70%, 약 71%, 약 72%, 약 73%, 약 74%, 약 75%, 약 76%, 약 77%, 약 78%, 약 79%, 약 80%, 약 81%, 약 82%, 약 83%, 약 84%, 약 85%, 약 86%, 약 87%, 약 88%, 약 89%, 약 90%, 약 91%, 약 92%, 약 93%, 약 94%, 약 95%, 약 96%, 약 97%, 약 98%, 약 99%, 약 100%, 또는 이들 사이의 어떤 값일 수 있다. 예를 들어, 기압은 약 975 mbar, 약 980 mbar, 약 985 mbar, 약 990 mbar, 약 995 mbar, 약 1000 mbar, 약 1005 mbar, 약 1010 mbar, 약 1015 mbar, 약 1020 mbar, 약 1025 mbar, 약 1030 mbar, 약 1035 mbar, 약 1040 mbar, 약 1045 mbar, 약 1050 mbar, 또는 이들 사이의 어떤 값일 수 있다.
여기서 개시한 모든 범위는 그에 포함되는 어떠한 하위범위 및 모든 하위범위를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, “1 내지 10”으로 기술되는 범위는 최소값 1과 최대값 10 사이(및 이를 포함)의 어떠한 하위범위 및 모든 하위범위를 포함하는 것으로 간주해야 한다, 즉 최소값 1 이상으로 시작하는 하위범위, 예를 들어 1 내지 6.1, 및 최대값 10으로 끝나는 하위범위, 예를 들어, 5.5 내지 10, 모두를 포함하는 것으로 간주해야 한다. 달리 언급하지 않는 한, 성분의 조성량을 나타낼 때 “까지”라는 표현은 상기 성분이 선택적이며 그 특정 성분의 조성이 0%인 것을 포함하는 것을 의미한다. 달리 언급하지 않는다면, 모든 조성비는 중량비(wt%) 단위이다.
여기서 사용하는 바와 같이, “a”, “an”, 및 “the”의 의미는 문맥에서 명확히 언급되지 않는다면 단수 및 복수를 포함한다.
여기서 기술하는 알루미늄 합금 제품은 자동차용 제품 및, 항공기 및 철도 운송용 제품을 포함하는 기타 운송용 제품에 이용될 수 있다. 예를 들어, 개시되는 알루미늄 합금 제품은 예를 들어 범퍼, 사이드 빔, 루프 빔, 크로스 빔, 필러 보강재(예를 들어, A-필러, B-필러, 및 C-필러), 내부 패널, 외부 패널, 사이드 패널, 내부 후드, 외부 후드, 또는 트렁크 뚜껑 패널과 같은 자동차의 구조적인 부품을 제조하는 데 이용할 수 있다. 여기서 기술하는 알루미늄 합금 제품 및 방법은 예를 들어 외부 및 내부 패널을 제조하기 위해 항공기 또는 철도차량 제품에 이용할 수 있다.
여기서 기술하는 알루미늄 합금 제품 및 방법은 전자제품에도 이용할 수 있다. 예를 들어, 여기서 기술하는 알루미늄 합금 제품 및 방법은 휴대전화 및 태블릿 컴퓨터를 포함하는 전자장치용 하우징을 제조하는 데 이용할 수 있다. 어떤 예에서, 알루미늄 합금 제품은 휴대전화(예를 들어, 스마트 폰), 태블릿 바닥 샤시, 및 기타 휴대용 전자장치의 외부 케이싱용 하우징을 제조하는 데 이용할 수 있다.
이러한 예시는 독자에게 여기서 논의된 전반적인 주제를 소개하고자 함이며 또한 개시된 개념의 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 아래에서는 동일한 구성요소를 동일한 도면부호 표시하는 도면을 참고로 하여 추가적인 다양한 특징 및 예를 기술하며, 제시하는 설명은 예시되는 실시예를 설명하는 데 이용되지만, 상기 예시적인 실시예와 마찬가지로, 본 개시를 제한해서는 안된다. 여기서 도면에 포함되는 구성요소는 축척에 맞지 않게 도시될 수 있다. 예를 들어, 하기 도면에서 명확성을 위해 다양한 구성요소 및 영역이 과장 또는 축소될 수 있다.
도 1은 임의의 양태에 따른 금속 스트립(102)에 폭방향 가변열처리를 제공하는 금속 처리시스템(100)의 축경도이다. 금속 스트립(102)은 방향(118)을 따라 금속 처리시스템(100)을 통과할 수 있다. 금속 처리시스템(100)은 캐시(CASH) 라인, 블랭킹 라인, 슬리팅 라인, 또는 다른 라인과 같이 더 큰 처리시스템의 일부일 수 있다.
금속 처리시스템(100)은 치수방향 가변열처리 장치(116)를 포함할 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 치수방향 가변열처리 장치(116)는 상부 가열부(110), 하부 가열부(108), 상부 냉각부(114), 및 하부 냉각부(미도시)를 구비하는 폭방향 가변열처리 장치이다. 하부 및 상부 가열부(108, 110)는 금속 스트립(102)의 제1 영역(122)을 열처리(예를 들어, 템퍼링)하기에 충분한 거리에 대해 충분한 열을 제공할 수 있다. 한편, 하부 냉각부 및 상부 냉각부(114)는 제2 영역(124)이 열처리되는 것을 방지하기 위해 충분한 냉각을 제공할 수 있다. 분리평면(120)은 제1 영역(122)과 제2 영역(124) 사이에서 금속 스트립(102)을 교차하는 가상의 평면이다.
어떤 경우, 치수방향 가변열처리 장치(116)는 방향(126)을 따라 측방향으로 위치를 조절할 수 있다. 어떤 경우, 치수방향 가변열처리 장치(116)는 작동 간에 측방향 위치조절이 가능하다. 어떤 경우, 예를 들어 금속 스트립(102)의 길이방향 거리의 함수로서 금속 스트립(102)의 폭(130)을 따라 분리평면(120)의 측방향 위치를 변화시키는 것과 같은 작동 중에 치수방향 가변열처리 장치(116)의 측방향 위치를 동적으로 조절할 수 있다. 치수방향 가변열처리 장치(116)의 측방향 위치조절은 수동 또는 자동으로 이루어 질 수 있다. 적절한 측방향 위치조절 기구는 어떠한 것도 이용할 수 있는데, 예를 들어, 가열부(108, 110) 및 냉각부(114)가 수동으로 슬라이드 되거나 소정 위치에(예를 들어, 클램프, 코터핀 등에 의해) 잠길 수 있도록 하는 측방향 트랙과 같은 정적 기구를 이용할 수 있다. 어떤 경우, 측방향 위치조절 기구는 예를 들어 공압, 유압, 나사식, 또는 다른 선형 액추에이터와 같은 선형 액추에이터를 포함할 수 있다. 선형 액추에이터는 예를 들어 작동 중 또는 작동 간에 치수방향 가변열처리 장치(116)의 측방향 위치를 자동으로 조절하도록 제어기(101)를 통해 제어할 수 있다.
어떤 경우, 가열부(108, 110) 및/또는 냉각부(114)의 세기(intensity)를 작동 중에 동적으로 조절할 수 있다. 상기 세기를 조절함으로써 금속 스트립(102)의 길이방향 거리의 함수로서 금속 스트립(102)의 폭(130)을 따라 분리평면(120)의 측방향 위치를 변화시킬 수 있다. 어떤 경우, 이와 같이 세기를 조절함으로써 금속 스트립(102)의 길이방향 거리의 함수로서 템퍼링의 양을 변화시킬 수 있다.
어떤 경우, 금속 처리시스템(100)은 선택적으로 최초 열처리 장치(104) 및/또는 최종 열처리 장치(106)를 포함할 수 있다. 최초 및 최종 열처리 장치(104, 106)는 각각 금속 스트립에 일정 수준의 균일한 열처리를 제공하기에 적합한 가열장비를 포함할 수 있다. 최초 및/또는 최종 열처리 장치(104, 106) 및 치수방향 가변열처리 장치(116)에 의한 균일한 열처리의 조합을 통해 독특하게 맞춤-조정된(tailored) 금속 스트립을 얻을 수 있다.
어떤 경우, 제어기(101)를 통해 금속 처리시스템(100)을 제어할 수 있다. 제어기(101)는 치수방향 가변열처리 장치(116)의 하나 이상의 파라미터, 예를 들어, 온도, 가열부(108, 110) 및/또는 냉각부(114)의 수직 위치조절, 가열부(108, 110) 및/또는 냉각부(114)의 방향(126)에 대한 측방향 위치조절, 또는 기타 파라미터를 제어하기에 적합한 하나 이상의 장치일 수 있다. 제어기(101)는 하나 이상의 프로세서, 마이크로 프로세서, 아날로그 회로, 피드백 회로, (예를 들어, 금속 스트립(102)의 방향(118)에 있어서의 속도를 검출하고, 치수방향 가변열처리 장치(116)의 일부 부품의 위치를 검출하며, 및/또는 금속 스트립의 일부의 온도를 검출하는) 센서, 또는 다른 장치를 포함할 수 있다.
도 2는 임의의 양태에 따른 금속 스트립(202)에 폭방향 가변열처리를 제공하는 금속 처리시스템(200)의 평면도이다. 금속 처리시스템(200)은 도 1의 금속 처리시스템(100)과 유사할 수 있다. 금속 스트립(202)은 방향(218)(예를 들어, 구름 또는 이동 방향)으로 이동할 수 있다. 금속 스트립은 상부 가열부 (210) 및 상부 냉각부(214)를 구비한 폭방향 가변열처리 장치(216)를 통과할 수 있다. 폭방향 가변열처리 장치(216)는 각각 상부 가열부(210)와 상부 냉각부(214)로부터 금속 스트립(202)의 반대편에 위치한 하부 가열부 및 하부 냉각부를 더 포함할 수 있다. 폭방향 가변열처리 장치(216)는 금속 스트립(202)의 폭(230)을 따라 가변되는 열처리를 가할 수 있다.
금속 스트립(202)은 비처리영역(224)를 포함한다. 비처리영역(224)은 금속 스트립의, 폭방향 가변열처리 장치(216)에 의해 처리되지 않은 부분이다. 여기서 사용되는 바와 같이, 상기 용어 “비처리영역”은, 다른 열처리 장치에 의해 처리되었거나 혹은 처리된다 하더라도 폭방향 가변열처리 장치에 의해서는 처리되지 않은 영역을 의미할 수 있다. 예를 들어, 도 2의 금속 스트립(202)은 폭방향 가변열처리 장치(216)를 통과하기 전에 전체적으로 최초 T4 템퍼를 가질 수 있는데, 이때 비처리영역(224)은 상기 T4 템퍼를 유지할 것이다. 어떤 경우, 비처리영역은, 최소량으로 열처리되었을 수 있지만 확실하게 처리영역의 범위까지는 처리되지 않는 최소 처리 또는 저처리영역을 의미할 수 있다.
금속 스트립(202)은 처리영역(222)을 더 포함한다. 처리영역은 폭방향 가변열처리 장치(216)에 의해 열처리된 처리영역(222) 과 같이, 폭방향 가변열처리 장치에 의해 처리된 영역을 의미할 수 있다. 처리영역(222)은 비처리영역(224)과 다른 템퍼를 가질 수 있다. 처리영역(222)은 하부 가열부 및 상부 가열부(210)에 의한 열처리를 통해 인공적으로 시효(aging)될 수 있다. 하부 가열부 및 상부 가열부(210)가 비처리영역(224) 내부까지 연장되지 않고 또한 실질적인 열이 비처리영역(224) 내로 전달되는 것을 방지하도록 하부 냉각부 및 상부 냉각부(214)가 하부 가열부 및 상부 가열부(210)에 각각 접경하고 있기 때문에, 비처리영역(224)은 비처리 상태로 유지될 수 있다.
처리영역(222)과 비처리영역 (224) 사이에 천이영역(228)이 존재할 수 있다. 천이영역(228)은, 하부 가열부와 상부 가열부(210)에 의해 부분적으로 가열되긴 했지만 처리영역(222)에서 보이는 완전한 열처리는 되지 않은 금속을 포함할 수 있다. 어떤 경우, 천이영역(228)의 위치는 예를 들어 상부 가열부(210)와 상부 냉각부(214)와 같은 가열부 및 냉각부의 경계와 관련이 있을 수 있다. 천이영역(228)의 폭은 가열부에 의해 금속 스트립(202)에 가해진 열의 양 및 냉각부에 의해 금속 스트립(202)로부터 흡수된 열의 양에 따라 좁을 수도 있고 넓을 수도 있다. 어떤 경우, 가열부 또는 냉각부를 이동시키거나(예를 들어, 냉각부(214)를 가열부(210)에서 멀어지도록 또는 금속 스트립(202)의 상면에서 멀어지도록 이동시키거나) 혹은 가열부 또는 냉각부에 의해 각각 가해지는 가열 또는 냉각 량을 조절함으로써 천이영역(228)의 폭을 조절할 수 있다. 분리평면(220)은 천이영역(228)에 도시되어 있다.
도 3은 본 개시의 임의의 양태에 따른 도 2의 금속 처리시스템(200)의 정단면도이다. 하부 및 상부 가열부(208, 210)가 금속 스트립(202)의 반대측들에 위치된다. 하부 및 상부 냉각부(212, 214)가 금속 스트립(202)의 반대측들에 위치된다. 폭방향 가변열처리 장치(216)는 금속 스트립의 폭(230)을 따라 가변되는 열처리를 가할 수 있다. 폭방향 가변열처리를 통해 처리영역(222)으로부터 분리평면(220) 반대편에 비처리영역(224)을 갖는 금속 스트립(202)을 얻을 수 있다. 천이영역(228)은 비처리영역(224)과 처리영역(222) 사이에 위치할 수 있다. 금속 스트립(202)은 높이(332)를 가질 수 있다. 어떤 경우, 반드시 그럴 필요는 없지만, 열처리가 처리영역(222) 내에서 금속 스트립(202)의 높이(332) 방향으로 균일할 수 있다.
어떤 경우, 선택적인 하류 냉각부(예를 들어, 상부 하류 냉각부(215) 및 하부 하류 냉각부(217))를 가열부(예를 들어, 상부 가열부(210) 및 하부 가열부(208))의 하류에 위치시킬 수 있다. 하류 냉각부는 금속 스트립(202)이 가열부에 의해 열처리된 후 이를 냉각할 수 있다. 어떤 경우, 하류 냉각부는 원하는 온도, 예를 들어, 주변온도 또는 열처리 온도 이하의 원하는 다른 온도까지 금속 스트립(202)을 냉각시킬 수 있다. 하류 냉각부는 가열부에 의해 열처리가 가해진 후, 스트립(202)의 폭에 대해 제어되지 않은 열처리를 최소화할 수 있다.
도 4는 본 개시의 임의의 양태에 따라 성형 전에 폭방향 가변열처리를 거친 맞춤-조정된 금속 스트립(402)의 축경도이다. 금속 스트립(402)은 금속 스트립(402)의 폭(430)을 따라 가변되는 열처리를 하는 폭방향 가변열처리로 열처리되었다. 금속 스트립(402)은 처리영역(422)과 비처리영역(424)을 포함한다. 처리영역(422)과 비처리영역(424) 사이의 경계에 천이영역(428)이 존재할 수 있다.
도 5는 본 개시의 양태에 따른 도 4의 맞춤-조정된 금속 스트립(402)으로부터 형성된 금속부품(500)의 축경도이다. 금속부품(500)은 맞춤-조정된 금속 스트립(402)을 드로잉, 프레싱, 또는 벤딩가공하여 형성될 수 있지만, 다른 성형 방법도 이용할 수 있을 것이다. 금속부품(500)은 고연성(ductility)이 바람직한 영역(예를 들어, 금속부품(500)은 굽힘부 등을 포함한다) 및 (예를 들어, 금속부품(500)에서 일부 대체로 평평한 부분에서) 고강도가 바람직한 영역을 포함할 수 있다. 맞춤-조정된 금속 스트립(402)은 굽힘부가 비처리영역(424)에 집중되는 반면 고강도가 요구되는 영역이 처리영역(422)에 집중되도록 정렬될 수 있다. 천이영역(428)은 비처리영역(424)과 처리영역(422) 사이에 위치할 수 있다. 어떤 경우, 천이영역(428)의 폭은 원하는 폭, 예를 들어, 금속부품(500)의 임의의 특징(예를 들어, 굽힘부의 폭)과 동일한 폭을 갖도록 특정될 수 있다.
도 6은 본 개시의 임의의 양태에 따른 맞춤-조정된 금속 스트립으로 제조되는 성형 금속부품(600)의 정면도이다. 금속부품(600)은 차량을 형성하는 B 필러와 같은 구조적 지지부재일 수 있다. 부품(600)은 도 10에 도시한 금속 스트립(1002)과 같은 맞춤-조정된 금속 스트립으로부터 형성될 수 있다. 따라서 부품(600)은 처리영역(636), 천이영역(638), 및 비처리영역(640)을 포함할 수 있다.
처리영역(636)은 증가된 강도를 제공하기 위해 예를 들어 T61 템퍼(예를 들어 230 Mpa, 370 Mpa 등)로 템퍼링되도록 치수방향 가변열처리 과정에서 열처리될 수 있다. 처리영역(636)은 B 필러의 중앙 몸체부(642)에 해당될 수 있는데, 여기서 강도가 향상됨에 따라, 압착강도의 증가 또는 더 얇은 게이지 금속으로 부품(600)을 생산하는 성능과 같은 많은 이점을 얻을 수 있다.
비처리영역(640)은 치수방향 가변열처리 과정에서 비처리 상태로 남아있을 수 있다. 어떤 경우, 비처리영역(640)은 T4 템퍼로 템퍼링될 수 있다. 비처리 영역(640)은 B 필러의 하부(644)에 해당할 수 있는데, 여기서 연성이 향상됨에 따라, 형성시 크랙킹에 대한 저항성과 같은 이점을 얻을 수 있다. 이렇게 연성이 향상됨에 따라, 금속 스트립을 특히 까다롭거나 혹은 실질적인 굽힘부가 필수적인 부품(600)으로 형성하는 것이 가능해진다.
도 7은 본 개시의 임의의 양태에 따라 저강도 영역(744)과 고강도 영역(748) 사이에 측방으로 위치되는 중강도 영역(746)을 갖는 한 조각의 맞춤-조정된 금속 스트립(702)의 평면도이다. 저강도 영역(744)과 중강도 영역(746)의 사이 및 중강도 영역(746)과 고강도 영역(748)의 사이에 천이영역들(728)이 위치될 수 있다. 따라서 맞춤-조정된 금속 스트립(702)은 폭(730)을 따라 여러 개의 다른 템퍼를 가질 수 있다. 예를 들어, 저강도 영역(744)은 비처리되어 T4 템퍼를 가질 수 있고, 중강도 영역(746)은 약 140-160 Mpa의 강도와 함께 T61 템퍼를 가질 수 있으며, 고강도 영역(748)은 약 180 내지 약 200 Mpa의 강도와 함께 T61 템퍼를 가질 수 있다.
도 8은 본 개시의 임의의 양태에 따라 저강도 영역(844)과 중강도 영역(846) 사이에 측방으로 위치되는 고강도 영역(848)을 갖는 한 조각의 맞춤-조정된 금속 스트립(802)의 평면도이다. 저강도 영역(844)과 고강도 영역(848)의 사이 및 중강도 영역(846)과 고강도 영역(848)의 사이에 천이영역들(828)이 위치될 수 있다. 따라서 맞춤-조정된 금속 스트립(802)은 폭(830)을 따라 여러 개의 다른 템퍼를 가질 수 있다. 예를 들어, 저강도 영역(844)은 비처리되어 T4 템퍼를 가질 수 있고, 중강도 영역(846)은 약 140-160 Mpa의 강도와 함께 T61 템퍼를 가질 수 있으며, 고강도 영역(848)은 약 180 내지 약 200 Mpa의 강도와 함께 T61템퍼를 가질 수 있다.
도 9은 본 개시의 임의의 양태에 따라 두 개의 고강도 영역(948) 사이에 측방으로 위치되는 초고강도 영역(950)을 갖는 한 조각의 맞춤-조정된 금속 스트립(902)의 평면도이다. 초고강도 영역(950)과 고강도 영역들(948) 사이에 천이영역들(928)이 위치될 수 있다. 따라서 맞춤-조정된 금속 스트립(902)은 폭(930)을 따라 여러 개의 다른 템퍼를 가질 수 있다. 어떤 경우, 치수방향 가변열처리는 금속 스트립의 전체 폭을 처리를 할 수 있지만, 상기 폭의 다른 영역을 다른 템퍼로 처리할 수 있다. 이러한 예에서, 분리평면은 하나의 비처리영역과 하나의 처리영역이 아닌 두 개의 다르게 템퍼링된 영역을 분리한다. 예를 들어, 초고강도 영역(950)은 약 250 Mpa의 강도와 함께 T61 템퍼를 가질 수 있고 고강도 영역(948)은 각각 약 180 내지 약 200 Mpa의 강도와 함께 T61 템퍼를 가질 수 있다.
도 10은 본 개시의 임의의 양태에 따라 저강도 영역(1044)에서 측방으로 분리된 고강도 영역(1048)을 갖는 한 조각의 맞춤-조정된 금속 스트립(1002)의 평면도이다. 맞춤-조정된 금속 스트립(1002)은 도 6의 금속부품(600)을 형성하는 데 이용되는 금속 스트립일 수 있다. 고강도 영역(1048)과 저강도 영역(1044) 사이에 천이영역(1028)이 위치될 수 있다. 따라서 맞춤-조정된 금속 스트립(1002)은 폭(1030)을 따라 여러 개의 다른 템퍼를 가질 수 있다. 예를 들어, 저강도 영역(1044)은 비처리되어 T4템퍼를 가질 수 있고, 반면 고강도 영역(1048)은 약 180 내지 약 200 Mpa의 강도와 함께 T61 템퍼를 가질 수 있다.
도 11은 본 개시의 임의의 양태에 따른, 금속 스트립(1102)에 두께방향 가변열처리를 제공하는 금속 처리시스템(1100)의 축경도이다. 금속 스트립(1102)은 방향(1118)을 따라 금속 처리시스템(1100)을 통과할 수 있다. 금속 처리시스템(1100)은 캐시(CASH) 라인, 블랭킹 라인, 또는 슬리팅 라인과 같이 더 큰 처리시스템의 일부일 수 있다.
금속 처리시스템(1100)은 치수방향 가변열처리 장치(1116)를 포함할 수 있다. 도 11에 도시한 바와 같이, 치수방향 가변열처리 장치(1116)는 가열부(1110)와 냉각부(1112)를 구비하는 두께방향 가변열처리 장치이다. 가열부(1110)는 금속 스트립(1102)의 폭(1130) 전체에 걸쳐 연장될 수 있지만, 어떤 경우에는 전체 폭보다 작게 연장될 수도 있다. 냉각부(1112)는 금속 스트립(1102)의 폭(1130) 전체에 걸쳐 연장될 수 있지만, 어떤 경우에는 전체 폭보다 작게 연장될 수도 있다. 가열부(1110) 및/또는 냉각부(1112)는 금속 스트립(1102)을 적절히 템퍼링하기에 충분히 오랫동안 열을 가하기에 충분한 거리만큼 길이방향(예를 들어, 방향(1118))으로 연장될 수 있다. 가열부(1110)는 금속 스트립(1102)의 제1 영역(1122)을 열처리(예를 들어, 템퍼링)하기에 충분한 거리에 대해 충분한 열을 제공할 수 있다. 제1 영역(1122)은 금속 스트립(1102)의 상면을 포함한 금속 스트립(1102)의 상부가 될 수 있다. 한편, 냉각부(1112)는 제2 영역(1124)이 열처리되는 것을 방지하기 위해 충분한 냉각을 제공할 수 있다. 제2 영역(1124)은 금속 스트립(1102)의 하면을 포함한 금속 스트립(1102)의 하부가 될 수 있다. 분리평면(1120)은 제1 영역(1122)과 제2 영역(1124) 사이에서 금속 스트립(1102)을 교차하는 가상의 평면이다.
어떤 경우, 가열부(1110) 및/또는 냉각부(1112)의 세기를 작동 중에 동적으로 조절할 수 있다. 이와 같이 세기를 조절함으로써 금속 스트립(1102)의 길이방향 거리의 함수로서 금속 스트립(1102)의 두께(1132)를 따라 분리평면(1120)의 수직 위치를 변화시킬 수 있다. 어떤 경우, 이와 같이 세기를 조절함으로써 금속 스트립(1102)의 길이방향 거리의 함수로서 템퍼링의 양을 변화시킬 수 있다.
어떤 경우, 금속 처리시스템(1100)은 선택적으로 최초 열처리 장치(1104) 및/또는 최종 열처리 장치(1106)을 포함할 수 있다. 최초 및 최종 열처리 장치(1104, 1106)는 각각 금속 스트립에 일정 수준의 균일한 열처리를 제공하기에 적합한 가열장비를 포함할 수 있다. 최초 및/또는 최종 열처리 장치(1104, 1106) 및 치수방향 가변열처리 장치(1116)에 의한 균일한 열처리의 조합을 통해 독특한 맞춤-조정된 금속 스트립을 얻을 수 있다.
어떤 경우, 제어기(1101)를 통해 금속 처리시스템(1100)을 제어할 수 있다. 제어기(1101)는 치수방향 가변열처리 장치(1116)의 하나 이상의 파라미터, 예를 들어, 온도, 가열부(1108, 1110) 및/또는 냉각부(1114)의 수직 위치조절, 가열부(1108, 1110) 및/또는 냉각부(1114)의 방향(1126)에 대한 측방향 위치조절, 또는 기타 파라미터를 제어하기에 적합한 하나 이상의 장치일 수 있다. 제어기(1101)는 하나 이상의 프로세서, 마이크로 프로세서, 아날로그 회로, 피드백 회로, (예를 들어, 금속 스트립(1102)의 방향(1118)에 있어서의 속도를 검출하고, 치수방향 가변열처리 장치(1116)의 일부 부품의 위치를 검출하며, 또는 금속 스트립의 일부의 온도를 검출하는) 센서, 또는 다른 장치를 포함할 수 있다.
도 12는 본 개시의 임의의 양태에 따른, 금속 스트립(1202)에 수직방향 가변열처리를 제공하는 금속 처리시스템(1200)의 평면도이다. 금속 처리시스템(1200)은 도 11의 금속 처리시스템(1100)과 유사할 수 있다. 금속 스트립(1202)은 방향(1218)(예를 들어, 구름 또는 이동 방향)으로 이동할 수 있다. 금속 스트립은 서로 금속 스트립(1102)의 반대측에 위치한 가열부 (1210) 및 냉각부(1212)를 구비한 두께방향 가변열처리 장치(1216)를 통과할 수 있다. 두께방향 가변열처리 장치(1216)는 금속 스트립(1202)의 두께를 따라 가변되는 열처리를 가할 수 있다. 가열부(1210) 및/또는 냉각부(1212)는 금속 스트립(1102)의 폭(1230) 전체에 대해 열처리를 가할 수 있다.
금속 스트립(1202)은 금속 스트립(1202)의 하부(미도시)와 같은 비처리영역을 포함할 수 있다. 비처리영역은 금속 스트립의, 두께방향 가변열처리 장치(1216)에 의해 처리되지 않은 부분이다.
금속 스트립(1202)은 처리영역(1222)을 더 포함할 수 있다. 처리영역은 두께방향 가변열처리 장치(1216)에 의해 열처리된 처리영역(1222)과 같이, 치수방향 가변열처리 장치에 의해 처리된 영역을 의미할 수 있다. 처리영역(1222)은 비처리영역과 다른 템퍼를 가질 수 있다. 처리영역(1222)은 가열부(1210)에 의한 열처리를 통해 인공적으로 시효될 수 있다. 냉각부(1212)가 가열부(1210) 및 처리영역(1222)으로부터 전달되는 실질적인 열이 비처리영역(1224) 내로 전달되는 것을 방지하기 때문에, 비처리영역은 비처리 상태로 유지될 수 있다.
도 13은 본 개시의 임의의 양태에 따른 도 12의 금속 처리시스템(1200)의 정단면도이다. 가열부(1210) 및 냉각부(1212)는 금속 스트립(1202)의 반대측들에 위치된다. 두께방향 가변열처리 장치(1216)는 금속 스트립의 두께(1332) 방향으로 가변되는 열처리를 가할 수 있다. 두께방향 가변열처리를 통해 처리영역(1222)으로부터 분리평면(1320) 반대편에 비처리영역(1224)을 갖는 금속 스트립(1202)을 얻을 수 있다. 비처리영역(1224)과 처리영역(1222) 사이에 천이영역(1328)이 위치할 수 있다. 두께방향 가변열처리 장치(1216)에 의해 가해진 가열 및/또는 냉각의 세기를 변화시킴으로써 분리평면(1320)의 수직위치 및 천이영역(1328)의 높이를 조절할 수 있다. 어떤 경우, 반드시 그럴 필요는 없지만, 열처리가 처리영역(1222) 내에서 금속 스트립(1202)의 폭(1230) 방향으로 균일할 수 있다.
어떤 경우, 빠른 시간(예를 들어, 10분 이하, 5분 이하, 3분 이하, 2분 이하, 1분 이하, 또는 30초 이하) 내에 충분한 열처리를 제공하기 위해 가열부(1210)의 온도는 최소 온도 이상으로 유지되어야 한다. 예를 들어 알루미늄의 경우, 가열부(1210)의 적절한 최소 온도는 250℃이다. 어떤 경우, 금속 스트립(1202)의 열전도성으로 인해 냉각부(1212) 또한 최소 온도를 가질 수 있다. 냉각부(1212)가 최소 온도 이하로 떨어진다면, 가열부(1210)로부터 전달되는 열을 과도하게 제거하게 되어, 가열부(1210)가 최소 온도 이하로 떨어질 것이다. 가열부(1210) 및 냉각부(1212)는 소정의 스트립 속도에서 적절한 지속시간 동안 금속 스트립의 일부를 각각의 온도에 노출시키도록 충분히 길게 형성될 수 있다.
예를 들어 두께가 2.5 mm인 두께방향 가변열처리 8967 알루미늄 합금의 경우, 가열부(1210)는 300℃로 설정될 수 있고 냉각부(1212)는 150℃로 설정될 수 있다. 가열부(1210) 및 냉각부(1212)는 180초의 지속시간 동안 상기 금속 스트립을 노출시키도록 충분히 길게 형성될 수 있다. 이렇게 두께방향으로 가변열처리된 금속의 경우, Rp0.2(예를 들어, 0.2% 오프셋 항복강도)는 약 195 Mpa이고, Rm(예를 들어, 인장강도)은 약 275 Mpa이며, Ag(예를 들어, 최대 힘에서 비비례 연신율)는 약 14%이고, A80(예를 들어, 원래 표점 거리 80 mm에 대한 파단시의 연신율)은 약 17%이다. 또한, 처리표면(예를 들어, 처리영역(1222)의 표면)의 F 인자는 저처리표면(예를 들어, 비처리영역(1224)의 표면)보다 빨리 증가할 수 있다. 처리표면의 F 인자는 약 0.9 일 수 있고 비처리표면의 f 인자는 약 0.7로 낮게 유지될 수 있다. 상기한 바와 같이 다른 게이지를 갖는 다른 알루미늄 합금에 대해 두께방향에 대한 가변적 열처리를 할 수 있다.
F 인자 또는 헤밍율(hemming ratio)은 샘플의 헤밍 성능 또는 인접한 재료의 작은 반경에 대한(예를 들어, 인접한 한 조각의 재료의 두께에 대한) 굽힘 및 접힘 성능과 관련이 있을 수 있다. 수평으로 놓인 한 세트의 지지대에 샘플을 지지시킨 후 다양한 펀치 반경을 갖는 하나 이상의 펀치를 이용하여 상기 샘플을 상기 지지대의 위쪽으로부터 변형시킴으로써 F 인자를 산정할 수 있다. F 인자는 해당 재료에 표면 크랙이 생기지 않게 샘플을 굽힐 수 있는 최소 반경 펀치와 관련이 있다. F 인자는 변형 전 샘플의 두께로 나눈 최소 반경으로 산출될 수 있다. 예를 들어, F 인자가 0.9이고 두께가 2.5 mm인 샘플은 반경 2.25 mm에 대한 접힘을 견딜 수 있을 것이다.
예를 들어 두께가 2.5 mm인 두께방향 가변열처리 8967 알루미늄 합금의 경우, 가열부(1210)는 300℃로 설정될 수 있고 냉각부(1212)는 200℃로 설정될 수 있다. 가열부(1210) 및 냉각부(1212)는 180초의 지속시간 동안 상기 금속 스트립을 노출시키도록 충분히 길게 형성될 수 있다. 이렇게 두께방향 가변열처리된 금속의 경우, Rp0.2는 약 245 MPa이고, Rm은 약 290 MPa이며, Ag는 약10%이고, and A80은 약 13%이다. 처리표면의 사전 변형이 없는 F 인자는 약 0.9 일 수 있고 저처리표면의 F 인자는 약 0.8로 낮게 유지될 수 있다.
예를 들어 두께가 0.9 mm인 두께방향 가변열처리 AA6451 알루미늄 합금의 경우, 가열부(1210)는 300℃로 설정될 수 있고 냉각부(1212)는 150℃로 설정될 수 있다. 가열부(1210) 및 냉각부(1212)는 180초의 지속시간 동안 상기 금속 스트립을 노출시키도록 충분히 길게 형성될 수 있다. 이렇게 두께방향 가변열처리된 금속의 경우, Rp0.2는 약 160 MPa이고, Rm은 약 248 MPa이며, Ag는 약14%이고, and A80은 약 17%이다. 처리표면의 사전 변형이 없는 F 인자는 약 0.7 일 수 있고 저처리표면의 F 인자는 약 0.6으로 낮게 유지될 수 있다.
예를 들어 두께가 0.9 mm인 두께방향 가변열처리 AA6451 알루미늄 합금의 경우, 가열부(1210)는 300℃로 설정될 수 있고 냉각부(1212)는 200℃로 설정될 수 있다. 가열부(1210) 및 냉각부(1212)는 180초의 지속시간 동안 상기 금속 스트립을 노출시키도록 충분히 길게 형성될 수 있다. 이렇게 두께방향 가변열처리된 금속의 경우, Rp0.2는 약 200 MPa이고, Rm은 약 260 MPa이며, Ag는 약11%이고, and A80은 약 13.5%이다. 처리표면의 사전 변형이 없는 F 인자는 약 0.73 일 수 있고 저처리표면의 F 인자는 약 0.67일 수 있다.
이러한 시간이 임의의 적절한 시간과 온도를 제공할 수 있지만, 상기 시간과 온도의 20%, 15%, 10%, 8%, 또는 5% 이내의 시간 및 온도와 같은 다른 시간 및 온도를 이용할 수도 있다.
도 14는 제1 및 제2 금속 복합체(1452, 1454)와 본 개시의 임의의 양태에 따른 금속 스트립 시료(1402)에 대한 항복강도와 연신율의 관계를 도시하는 그래프(1400)를 설명하는 결합도이다. 그래프(1400)에서는 연신율을 x 축에 그리고 항복강도를 y 축에 도시하고 있다. 그래프(1400)에 도시된 값들은 알루미늄 합금에 대한 값들의 예이지만, 일부 알루미늄 합금 또는 다른 금속 복합체에서는 다른 범위가 있을 수 있다. 그래프(1400)에 보인 바와 같이, 연신율이 저연성에서 고연성으로 증가함에 따라, 금속의 항복강도가 감소한다. 마찬가지로, 금속의 항복강도가 증가함에 따라 연신율은 저연성쪽으로 감소한다. 따라서, 그래프(1400)에 보인 바와 같이, 알루미늄 합금과 같은 금속은 일반적으로 고강도 및 저연성을 갖는 그룹(1445), 저강도 및 고연성을 갖는 그룹(1449), 또는 이들 사이 어느 지점으로 분류된다. 어떤 경우, T4 템퍼를 갖는 금속은 그룹(1449)에 속할 수 있는 반면, T6 템퍼를 갖는 금속은 그룹(1445)에 속할 수 있다. T61을 갖는 금속의 그룹은 그룹(1445)와 그룹(1449) 사이에 위치될 수 있다.
도 10의 금속 스트립(1002)과 유사할 수 있는 금속 스트립 시료(1402)를 보면, 저강도 영역(1444)은 T4템퍼일 수 있고 또한 그룹(1449)에 속하는 것으로 설명할 수 있다. 고강도 영역(1448)은 T6 또는 T61 템퍼일 수 있고 또한 그룹(1445)에 속하는 것으로 설명할 수 있다. 천이영역(1428)은 그래프(1400) 상에서 그룹(1445)와 그룹(1449) 사이의 어느 지점에 위치된다.
도 15는 본 개시의 임의의 양태에 따른, 여러 개의 열처리온도(1556, 1558, 1560, 1562, 1564, 1566)에 대한 알루미늄 합금 시료의 항복강도와 온도에서의 노출시간의 관계를 도시한 그래프(1500)이다. 그래프(1500)는 온도(예를 들어, 여러 열처리온도(1556, 1558, 1560, 1562, 1564, 1566)의 각각)에 있어서의 노출시간을 x 축에 대수적으로 도시하고 있다. 그래프(1500)에서는 항복강도를 y 축에 도시하고 있다. 그래프(1500)에 도시된 값들은 임의의 알루미늄 합금에 대한 값들의 예이지만, 일부 알루미늄 합금 또는 다른 금속 복합체에서는 다른 범위가 있을 수 있다. 선(1567)은 약 180℃에서 약 10 시간 동안의 표준 T6 열처리를 통해 얻어진 강도를 도시한다.
그래프(1500) 또는 유사한 그래프는 상기한 것들과 같은 치수방향 가변열처리 장치를 세팅 및 이용하기 위해 적절한 온도, 치수, 속도, 및 기타 변수를 판단하는 데 이용할 수 있다.
그래프(1500)는 온도에 대한 선(1556)을 포함하는데, 이 선은 약 200℃에서의 알루미늄 합금에 대한 열처리의 효과를 도시한다. 온도에 대한 선(1558)은 약 225℃에서의 알루미늄 합금에 대한 열처리의 효과를 도시한다. 온도에 대한 선(1560)은 약 250℃에서의 알루미늄 합금에 대한 열처리의 효과를 도시한다. 온도에 대한 선(1562)은 약 275℃에서의 알루미늄 합금에 대한 열처리의 효과를 도시한다. 온도에 대한 선(1564)은 약 300℃에서의 알루미늄 합금에 대한 열처리의 효과를 도시한다. 온도에 대한 선(1566)은 약 350℃에서의 알루미늄 합금에 대한 열처리의 효과를 도시한다.
두 개의 예시적인 점이 그래프(1500)에 표시되어 있다. 온도에 대한 선(1562) 상에서, 금속은 275℃에서 1분 동안 열처리될 수 있으며, 이때 항복강도는 약 220 Mpa이고 이는 소부경화시 약 86 Mpa 정도 더 증가한다. 온도에 대한 선(1564) 상에서, 금속은 300℃에서 15초 동안 열처리될 수 있으며, 이때 항복강도는 약 182 Mpa이고 이는 소부경화시 약 48 Mpa 정도 더 증가한다.
도 16은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 폭방향으로 가변적이고 길이방향으로 변하는 열처리가 적용된 금속 스트립(1602)과 금속 스트립(1602)으로부터 절단된 한 세트의 금속 블랭크(1664)를 도시하는 결합도이다. 금속 스트립(1602)은 폭(1630)을 가질 수 있다. 폭방향으로 가변적이고 길이방향으로 변하는 열처리가 적용된 금속 스트립(1602)은 제1 템퍼(예를 들어, 고강도 템퍼)를 갖는 제1 영역(1644)과 제2 템퍼(예를 들어, 초고강도 템퍼)를 갖는 제2 영역(1648)을 갖는 금속 스트립(1602)이 될 수 있다. 제1 영역(1644)과 제2 영역(1648) 사이에 천이영역(1628)이 위치될 수 있다. 금속 스트립(1602)의 비처리부와 제1 영역(1644) 사이 및 금속 스트립(1602)의 비처리부와 제2 영역(1648) 사이의 추가적인 천이영역은 명확성을 위해 도시되어 있지 않다.
금속 블랭크 세트(1664)는 블랭킹 라인을 따라 금속 스트립(1602)을 절단하여 생성할 수 있다. 금속 블랭크 세트(1664)는 하나 이상의 완전 비처리 블랭크(1656), 제1 템퍼와 비처리 금속의 조합을 포함하도록 맞춤-조정된 하나 이상의 블랭크(1658), 및 제2 템퍼와 비처리 금속의 조합을 포함하도록 맞춤-조정된 하나 이상의 블랭크(1662)를 포함할 수 있다. 어떤 경우, 하나 이상의 블랭크(1660)가 천이영역(1628)을 포함할 수 있다.
도 17은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 폭방향으로 가변적이고 길이방향으로 변하는 열처리가 적용된 도 16의 금속 스트립(1602)과 금속 스트립(1602)을 처리하는 데 소요된 시간에 대한 열처리 온도를 도시하는 그래프(1700)의 결합도이다. 금속 스트립(1602)은 제1 영역(1644), 제2 영역(1648), 및 천이영역(1628)을 포함할 수 있다. 금속 스트립(1602)을 방향(1718)을 따라 이동시키면서 치수방향으로 가변적이고 길이방향으로 변하는 열처리를 적용할 수 있다.
그래프(1700)에서는 시간을 x 축에 그리고 열처리 온도를 y 축에 도시하고 있다. 선(1766)은 금속 스트립(1602)을 열처리하는 데 이용되는 치수방향 가변열처리 장치의 위치에서 시간에 대한 금속 스트립(1602)의 온도변화를 도시하고 있다. 임의의 예시적인 온도 값들이 그래프(1700)에 도시되어 있지만, 다른 값들도 이용할 수 있다. 금속 스트립(1602)이 방향(1718)을 따라 이동함에 따라, 제1 영역(1644)의 시작점(예를 들어, 도 17에 도시한 바와 같은 좌측 엣지 영역)이 금속 스트립(1602)의 열처리에 이용되는 치수방향 가변열처리 장치에 도달할 수 있다. 이때, 열처리 장치는 상기 장치에 인접한 금속 스트립(1602)의 온도를 제1 온도, 예를 들어, 약 275℃로 상승시킬 수 있다. 천이영역(1628)이 열처리 장치에 도달하게 되는 임의의 시간이 지난 후, 열처리 장치는 금속 스트립(1602)의 온도를 새로운 온도, 예를 들어, 약 200℃로 변화시키도록 조정될 수 있다. 제2 영역(1648)의 단부가 열처리 장치에 도달하게 되는 또 다른 지속시간이 지난 후, 열처리 장치는 금속 스트립(1602)을 가열하는 것을 멈추도록 조정하여, 금속 스트립(1602)의 최종 길이가 치수방향 가변열처리 없이 생산되게 할 수 있다.
도 16 및 도 17에 도시한 바와 같이, 길이방향으로 변하는 열처리는(예를 들어, 금속을 다른 강도로 템퍼링하도록) 세기가 변하는 폭방향 가변열처리를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 다른 형태의 길이방향으로 변하는 열처리를 여기서 개시되는 다양한 치수방향 가변열처리 장치와 함께 이용할 수 있다. 예를 들어, 금속 스트립의 길이방향 거리의 함수로서 하나 이상의 분리평면을 이동 또는 조작할 수 있다. 다른 예로, 금속 스트립의 길이방향 거리의 함수로서 두께방향 가변열처리의 세기를 변화시킬 수 있다. 상기 길이방향으로 변하는 열처리의 어떠한 조합도 이용가능하다.
도 18은 본 개시의 임의의 양태에 따른 치수방향 가변열처리를 이용하여 금속 스트립을 처리하는 공정(1800)을 도시한 흐름도이다. 치수방향 가변열처리는 블록(1876)에서 적용될 수 있다. 어떤 경우, 블록(1867) 직후에 블록(1880)에서 금속 스트립을 말거나, 혹은 금속 스트립의 블랭킹과 같은 다른 동작을 할 수 있다. 어떤 경우, 블록(1876)에서 치수방향 가변열처리를 실시한 후 블록(1878)에서 후열처리를 선택적으로 실시할 수 있다. 어떤 경우, 블록(1876)에서 치수방향 가변열처리를 실시하기전에 블록(1874)에서 최초 열처리를 선택적으로 실시할 수 있다.
어떤 경우, 블록(1876)에서 실시되는 치수방향 가변열처리는 냉간 압연기로 통합될 수 있고, 이때 열처리에 앞서 금속 스트립은 블록(1870)에서 압연된다(예를 들어, 냉간 압연된다). 어떤 경우, 블록(1876)에서 실시되는 치수방향 가변열처리는 후압연공정, 예를 들어, 블랭킹, 슬리팅, 또는 심지어 별도의 열처리공정으로 통합될 수 있다. 어떤 경우, 열처리 전에, 블록(1872)에서 금속 스트립을 풀 수 있다.
도 19는 본 개시의 임의의 양태에 따른 금속 스트립에 치수방향 가변열처리를 적용하는 공정(1900)을 도시한 흐름도이다. 공정(1900)은 금속 스트립이 예를 들어 캐시 라인, 블랭킹 라인, 또는 슬리팅 라인에서 이동하는 동안 실시될 수 있다. 어떤 경우, 공정(1900)은 도 1의 제어기(101) 또는 도 11의 제어기(1101)에 의해 제어될 수 있다. 다른 제어기도 이용할 수 있다.
블록(1982)에서 분리평면을 정의할 수 있다. 분리평면은 정적 입력(예를 들어, 금속 스트립의 폭을 따르는 측방향 위치 또는 금속 스트립의 두께를 따르는 수직위치) 또는 동적 입력(예를 들어, 금속 스트립의 폭을 따르는 분리평면의 측방향 위치는 금속 스트립으로부터의 길이방향 거리에 따라 결정되거나 금속 스트립의 두께를 따르는 분리평면의 수직위치는 금속 스트립으로부터의 길이방향 거리에 따라 결정된다)에 기초하여 정의할 수 있다.
블록(1984)에서, 분리평면의 제1 측면에 열을 가할 수 있다. 어떤 경우, 분리평면의 제1 측면에 열을 가하는 단계는 하나 이상의 가열부를 금속 스트립에 가까이 그리고 분리평면에 인접하게 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 어떤 경우, 분리평면의 제1 측면에 열을 가하는 단계는 작동되는 하나 이상의 가열부가 분리평면의 제1 측면 상에 있도록 하나 이상의 다중 가열부 세트를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.
블록(1986)에서 분리평면 또는 그 근방을 냉각시킬 수 있다. 어떤 경우, 분리평면 또는 그 근방을 냉각시키는 단계는 하나 이상의 냉각부를 금속 스트립 가까이 또는 분리평면 또는 그 근방에 위치시키는 단계를 포함할 수 있다. 어떤 경우, 분리평면 또는 그 근방을 냉각시키는 단계는 작동되는 하나 이상의 냉각부가 분리평면에 또는 그 근방에 있도록 하나 이상의 다중 냉각부 세트를 작동시키는 단계를 포함할 수 있다.
어떤 경우, 선택적인 블록(1988)은 블록(1984)에서 가해진 열과는 다른 양의 열을 분리평면의 제2 측면에 가하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적 블록(1988)은 도 7 내지 10에 도시한 금속 스트립(702, 802, 902, 1002)과 같이 다른 성질을 갖는 인접한 열처리 영역을 포함하는 치수방향 가변열처리를 발생시키는 데 이용할 수 있다. 선택적 블록(1988)을 이용하지 않는 경우, 분리평면의 제2 측면에는 추가적인 열이 가해지지 않을 수 있고, 이에 따라, 여기서 설명한 바와 같이 제2 측면은 비처리상태로 남게 된다.
어떤 경우, 선택적 블록(1990)은 금속 스트립의 길이에 대한 치수방향 가변열처리 장치의 길이방향 위치를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 길이방향 위치를 판단하는 단계는 (예를 들어, 센서에 의해 감지되거나 프로세서 제어기로부터 수신된) 금속 스트립의 속도 및 금속 스트립의 이동의 지속시간에 기초하여, 통과된 금속 스트립의 길이를 판단하는 단계를 포함할 수 있다. 블록(1990)에서 판단된 길이방향 위치는, 블록(1982)에서 분리평면을 정의하는 단계가 동적입력에 기초하여 분리평면을 정의하는 단계를 포함하는 경우에, 블록(1982)으로 제공될 수 있다.
도 20은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 이동가능 가열부(2008, 2010)를 이용하여 금속 블랭크(2092)를 치수방향으로 열처리하는 시스템(2200)의 측면도이다. 이동가능 가열부(2008, 2010)는 금속 블랭크(2092)에 인접하도록 제거가능하게 위치된다. 어떤 경우, 이동가능 가열부(2008, 2010)는 정지되어 있는 금속 블랭크(2092)에 인접하게 위치될 수 있다. 다른 경우, 금속 블랭크(2092)는 가열부(2008) 상에 배치될 수 있고 가열부(2010)는 금속 블랭크(2092)의 상면에 배치될 수 있다. 가열부(2008, 2010)는 금속 블랭크(2092)의 상, 하면 중 적어도 하나의 적어도 일부가 가열부(2008, 2010)에 의해 덮이도록 금속 블랭크(2092)에 대해 배치될 수 있다. 상기한 것들과 같은 어떠한 적절한 가열부(2008, 2010)도 이용될 수 있다. 어떤 경우, 금속 블랭크(2092)에 인접한 전개위치와 금속 블랭크(2092)에서 떨어진 보관위치 사이에서 하나 이상의 가열부(2008, 2010)를 이동할 수 있다.
선택적으로, 하나 이상의 냉각부(2012, 2014)를 금속 블랭크(2092)에 인접하게, 그리고 금속 블랭크(2092)의 가열부(2008, 2010)에 의해 덮여지지 않은 부분에 인접하게 배치할 수 있다. 냉각부(2012, 2014)는 가열부(2008, 2010) 중 하나에 인접하게 배치할 수 있다. 냉각부(2012, 2014)는 금속 블랭크(2092)의 가열부(2008, 2010)에 의해 가열된 부분으로부터 금속 블랭크(2092)를 통해 전도된 금속 블랭크(2092)의 열을 제거하는 데 도움이 될 수 있다. 냉각부(2012, 2014)로는, 예를 들어 상기한 것들과 같은, 어떠한 적절한 냉각부도 가능하다. 어떤 경우, 냉각부는 가열부에 대해 정지되도록 해당 가열부에 결합될 수 있다.
가열부(2008, 2010)는 금속 블랭크(2092)를 열처리에 적절한 온도로 가열할 수 있다. 금속 블랭크(2092) 중, 어떠한 선택적인 냉각부(2012, 2014)는 물론 가열부(2008, 2010)에 의해 직접 가열되지 않은 부분의 주변온도는 가열부(2008, 2010)에 의해 직접 가열되지 않은 금속 블랭크(2092)의 일부(2024)가 가열로(2094)의 열로부터 비처리상태로 남아있도록 금속 블랭크(2092)의 열을 제거할 수 있다. 따라서 치수방향으로 가변열처리된 금속 블랭크(2092)를 얻을 수 있다.
도 21은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 가열로(2194)를 이용하여 금속 블랭크(2192)를 치수방향으로 열처리하는 시스템(2100)의 측면도이다. 금속 블랭크(2192)는 연속적인 금속 스트립에서 절단된 한 조각의 사각형 금속과 같이 소정의 형상을 갖는 한 조각의 금속일 수 있다. 금속 블랭크(2192)는 금속 블랭크(2192)의 적어도 일부가 가열로(2194)의 외측에 남아있도록 가열로(2194) 내에 부분적으로 위치될 수 있다. 가열로(2194)는 예를 들어 상기한 바와 같고 또한 열기(hot air)를 순환시키는 가열부와 같은 어떠한 적절한 열원을 구비하는 어떠한 적절한 가열로일 수 있다. 가열로(2194)는 금속 블랭크(2192)를 수용하도록 형상이 정해진 입구(2196)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 입구(2196)는 금속 블랭크(2192)의 단면보다 약간 큰 슬롯일 수 있고, 이에 따라 사용시 너무 많은 열이 입구(2196)를 통해 누출되지 않는 상태에서 금속 블랭크(2192)를 가열로(2194) 내로 삽입하거나 이로부터 제거할 수 있다.
선택적으로, 하나 이상의 냉각부(2112, 2114)를 금속 블랭크(2192)에 인접하게 가열로(2194)의 외측에 배치할 수 있다. 냉각부(2112, 2114)는 가열로(2194)의 입구(2196)에 인접하게 배치될 수 있다. 냉각부(2112, 2114)는 금속 블랭크(2192)의 가열로(2194) 내에 놓인 부분으로부터 금속 블랭크(2192)를 통해 전도된 금속 블랭크(2192)의 열을 제거하는 데 도움이 될 수 있다. 냉각부(2112, 2114)로는, 예를 들어 상기한 것들과 같은, 어떠한 적절한 냉각부도 가능하다.
가열로(2194)는 금속 블랭크(2192)의 일부(2122)를 열처리하기에 충분한 온도로 가열될 수 있다. 가열로(2194)와 어떠한 선택적인 냉각부(2112, 2114) 외부의 주위온도는 금속 블랭크(2192)의 가열로(2194)의 외측에 위치된 일부(2124)가 가열로(2194)의 열로부터 비처리상태로 남아있도록 금속 블랭크(2192)의 열을 제거할 수 있다. 따라서 치수방향으로 가변열처리된 금속 블랭크(2192)를 얻을 수 있다.
도 22는 본 개시의 임의의 양태에 따라, 도 20 및 21의 시스템을 이용하여 여러 열처리온도에 있어 알루미늄 합금 시료의 온도에서의 노출시간과 항복강도(예를 들어, 0.2% 오프셋 항복강도)의 관계를 도시한 그래프(2200)이다. 그래프(2200)는 8931 알루미늄 합금에 대한 치수방향 가변열처리를 도시하고 있다. 도시된 선은 도 20의 시스템(2000)과 유사하게 이동가능 가열부를 구비한 시스템을 이용한 시험을 도시하고 있고, 이때 가열부는 250℃, 275℃, 또는 300℃로 가열되고 금속 블랭크는 0에서 200초 사이의 다양한 지속시간 동안 가열된다. 각각의 점은 도 21의 시스템(2100)과 유사한 가열로 시스템을 이용한 시험을 도시하고, 이때 가열로 공기는 350℃, 400℃, 및 500℃로 가열되고 금속 블랭크는 약 70초 또는 120초의 지속시간 동안 가열로 내에서 가열된다.
그래프(2200)에 도시한 바와 같이, 다양한 시스템을 이용하여 금속 블랭크를 급속히 가열하고 그 열을 상대적으로 적은 양의 시간 동안(예를 들어, 1시간보다 적고, 10분보다 적고, 200초보다 적고, 150초보다 적고, 100초보다 적고, 1분보다 적다) 유지하여 고강도를 얻을 수 있다. 상기한 바와 같이 금속 스트립을 계속 열처리하여 유사한 결과를 얻을 수 있다.
도 23은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 금속 블랭크를 치수방향 가변열처리하는 공정(2300)을 도시한 흐름도이다. 공정(2300)은 예들 들어 도 21의 시스템(2100)과 같이 이동 가능한 가열 및/또는 냉각부를 구비하는 시스템 또는 도 21의 시스템(2100)과 같은 가열로 시스템 중 하나를 이용하여 블록(2310)에서 치수방향 가변열처리를 실시하는 단계를 포함한다. 선택적 블록(2374)에서, 금속 블랭크가 최초로 열처리된다. 어떤 경우, 최초 열처리는 블랭킹 공정(예를 들어, 연속적인 금속 스트립에서 금속 블랭크를 생성하는 단계) 전 또는 후에 발생될 수 있다
가열로 시스템을 사용하는 경우, 블록(2302)와 선택적 블록(2304)이 실시될 수 있다. 블록(2302)에서 금속 블랭크를 부분적으로 가열로 내로 위치시킨다. 상기 금속 블랭크는 수동 또는 자동으로 가열로 내로 위치된다. 임의의 적절한 가열로가 사용될 수 있다. 금속 블랭크는 적어도 일부가 가열로 외측에 남도록 가열로 내에 배치될 수 있다. 선택적 블록(2304)에서, 하나 이상의 냉각부를 금속 블록 주변 및 가열로 외측에 배열할 수 있다. 냉각부는 금속 블랭크에 분리평면을 정의하는 것을 돕기 위해 가열로 입구에 인접하게 배열될 수 있다. 어떤 경우, 냉각부를 가열로에 결합할 수 있다. 어떤 경우, 가열로에 결합된 냉각부를 가열로 입구에 인접하게 영구적으로 위치시킬 수 있지만, 어떤 경우에는 가열로에 결합된 냉각부가, 부분적으로 가열로에 삽입된 금속 블랭크에 인접한 전개위치와 가열로에 부분적으로 삽입된 금속 블랭크에서 떨어진 보관위치 사이에서 이동이 가능할 수 있다.이동가능한 가열 및/또는 냉각부를 구비하는 시스템을 이용하는 경우, 블록(2306) 및 선택적 블록(2308)을 실시할 수 있다. 블록(2306)에서, 하나 이상의 가열부를 금속 블랭크의 하나 이상의 측면에 인접하게, 예를 들어, 금속 블랭크의 상면 및/또는 하면에 인접하게 배치한다. 가열부(들)는 금속 블랭크의 상, 하면 중 하나 이상의 적어도 일부가 가열부(들)에 의해 덮이지 않은 채로 남도록 위치될 수 있다. 어떤 경우, 적어도 하나의 가열부가 구조체상에 위치될 수 있고 또한 금속 블랭크와 인접한 전개위치와 금속 블랭크에서 떨어진 보관위치 사이에서 이동하도록 축에 대해 회전할 수 있다. 보관위치에 있는 경우, 가열부는 금속 블랭크의 로딩 및 언로딩이 용이하도록 하는 경로 밖에 있을 수 있다. 어떤 경우, 가열부 중 어떠한 것도 정지상태의 금속 블랭크에 대한 위치가 정해질 수 있다. 선택적 블록(2308)에서, 하나 이상의 냉각부를 금속 블랭크의 하나 이상의 측면에 인접하게 배치할 수 있다. 냉각부는 금속 블랭크의 가열부에 의해 덮이지 않은 부분들에 배치될 수 있다. 냉각부는 가열부에 인접하게, 또는 가열부로부터 금속 블랭크의 반대측에 배치될 수 있다. 어떤 경우, 냉각부는 가열부에 결합되어 가열부에 대해 정지상태로 있을 수 있다. 예를 들어, 전개위치와 보관위치 사이에서 이동이 가능한 가열부에 부착된 냉각부 또한 전개 및 보관위치에서 이동이 가능하다.
블록(2376)에서, 치수방향 가변열처리를 통해 금속 블랭크를 열처리할 수 있다. 금속 블랭크의 일부만이 열처리되도록(예를 들어, 가열로 또는 가열부에 의해) 금속 블랭크가 가열될 수 있다. 어떤 경우, 치수방향 가변열처리는 금속 블랭크의 원하는 부분을 확실히 비처리상태로 유지하기 위해 금속 블랭크로부터 열을 추출하도록 냉각부를 이용하는 단계를 포함할 수 있다. 선택적 블록(2378)에서, 맞춤-조정된 금속 블랭크에 추가적인 열처리를 실시할 수 있다.
도 24는 본 개시의 임의의 양태에 따라, 치수방향 가변열처리 부품(2402)의 펀치력 및 펀치변위를 도시하는 일련의 그래프들(2400, 2401)이다. 그래프(2400)는 치수방향 가변열처리 부품(2402)의 처리부(2422)의 펀치력 및 펀치변위를 도시하고 있다. 그래프(2401)는 치수방향 가변열처리 부품(2402)의 비처리부(2422)의 펀치력 및 펀치변위를 도시하고 있다. 펀치시험은 도 32의 펀치시험장치(3200) 또는 임의의 다른 적절한 펀치시험장치 상에서 실시할 수 있다. 상기 치수방향 가변열처리 부품은 8967 알루미늄 합금으로 제조될 수 있고 도 21의 시스템(2100)과 유사한, 가열로를 구비하는 시스템에서 처리될 수 있는데, 이때 가열로는 500℃로 유지되고 상기 부품(2402)은 90초 동안 처리된다. 치수방향 가변열처리 이후에는 어떠한 추가적인 열처리도 실시되지 않는다. 그래프(2400, 2401)에 도시한 바와 같이, 100 mm의 펀치변위를 얻기 위해 필요한 에너지의 양은 대략 비처리부(2424)의 경우에는 2.1 kJ, 처리부(2422)의 경우에는 2.3 kJ이다. 따라서, 비처리부(2422)가 동일한 양의 변형을 얻기 위해 필요한 변형 에너지의 양에 있어 9% 향상됨을 보인다. 따라서, 상기 부품을 성형이 가능한 비처리부를 갖고 동시에 충돌상황에서 더 많은 에너지를 흡수하도록 구성되는 처리부를 갖도록 맞춤-조정할 수 있다.
도 25는 본 개시의 임의의 양태에 따라, 치수방향 가변열처리 부품(2502)의 펀치력 및 펀치변위를 도시하는 일련의 그래프들(2500, 2501)이다. 그래프(2500)는 치수방향 가변열처리 부품(2502)의 처리부(2522)의 펀치력 및 펀치변위를 도시하고 있다. 그래프(2501)는 치수방향 가변열처리 부품(2502)의 비처리부(2522)의 펀치력 및 펀치변위를 도시하고 있다. 펀치시험은 도 32의 펀치시험장치(3200) 또는 임의의 다른 적절한 펀치시험장치 상에서 실시할 수 있다. 상기 치수방향 가변열처리 부품은 8967 알루미늄 합금으로 제조될 수 있고 도 21의 시스템(2100)과 유사한, 가열로를 구비하는 시스템에서 처리될 수 있는데, 이때 가열로는 500℃로 유지되고 상기 부품(2502)은 90초 동안 처리된다. 치수방향 가변열처리 이후, 상기 부품 전체에 대해 추가적인 열처리를 175℃에서 15분 동안 실시할 수 있다. 이러한 추가적인 열처리는 처리부(2522)와 비처리부(2524)를 모두 포함하여 상기 부품 전체에 대해 실시할 수 있다. 그래프(2500, 2501)에 도시한 바와 같이, 100 mm의 펀치변위를 얻기 위해 필요한 에너지의 양은 대략 비처리부(2524)의 경우에는 2.1 kJ, 처리부(2522)의 경우에는 2.3 kJ이다. 따라서, 비처리부(2522)가 동일한 양의 변형을 얻기 위해 필요한 변형 에너지의 양에 있어 9% 향상됨을 보인다.
도 26 내지 28은 다른 치수방향 가변열처리 알루미늄 부품의 다양한 기계적 성질 및 반충돌 또는 완전충돌 거동을 도시한 그래프(2600, 2700, 2800)이다. A80으로 표시한 선은 원래 표점 거리 80 mm에 대한(예를 들어, 파단시의) 연신율을 나타낼 수 있다. Ag로 표시한 선은 최대 힘일 때의 비비례 연신율을 나타낼 수 있다. RP0.2로 표시한 선은 0.2% 보증응력으로도 알려진 0.2% 오프셋 항복강도를 나타낼 수 있다. Rm으로 표시한 선은 인장강도를 나타낼 수 있다. DC Bending으로 표시한 선은 3점 굽힘시험시 힘이 감소되지 않는 상태에서 재료가 굽힘되는 각도를 나타낼 수 있다.
도 26은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 600℃의 가열로 내에서 처리된 치수방향 가변열처리 알루미늄 부품의 다양한 기계적 성질 및 반충돌 거동을 도시한 그래프(2600)이다. 상기 부품은 600℃로 가열된 도 2100의 시스템(2100)과 같은 가열로 시스템에서 처리된 6111 알루미늄 합금이다. 두께 2.0 mm의 금속 블랭크를 600℃로 가열된 가열로에 약 100 cm 정도 삽입하여 60초 동안 유지할 수 있다. 냉각부를 사용하거나 사용하지 않을 수도 있다. 금속 블랭크를 제거하여 시험을 준비한다. 그래프(2600)는 단일 금속 블랭크 또는 상기 금속 블랭크로 제조된 단일 부품의 비처리부(2624) 및 처리부(2622)에 존재하는 다른 기계적 성질을 도시한다.
도 27은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 650℃의 가열로 내에서 처리된 치수방향 가변열처리 알루미늄 부품의 다양한 기계적 성질 및 반충돌 거동을 도시한 그래프(2700)이다. 상기 부품은 650℃로 가열된 도 2100의 시스템(2100)과 같은 가열로 시스템에서 처리된 6111 알루미늄 합금이다. 두께 2.0 mm의 금속 블랭크를 650℃로 가열된 가열로에 약 100 cm 정도 삽입하여 60초 동안 유지할 수 있다. 냉각부를 사용하거나 사용하지 않을 수도 있다. 금속 블랭크를 제거하여 시험을 준비한다. 그래프(2700)는 단일 금속 블랭크 또는 상기 금속 블랭크로 제조된 단일 부품의 비처리부(2724) 및 처리부(2722)에 존재하는 다른 기계적 성질을 도시한다.
도 27을 참조하여 상기한 바와 같이 650℃에서 치수방향 가변열처리된 6111 알루미늄 합금으로 제조된 예시적인 부품들에 따르면, 굽힘시험시 비처리영역(2724)에서 140 mm의 변위에 대해 평균 2.2 kJ가 필요하고 처리영역(2722)에서는 평균 2.7 kJ가 필요하다. 처리영역(2722)에서는 굽힘시험시 동일한 변위량을 얻기 위해 필요한 에너지가 비처리영역(2724)에 비해 23% 증가됨을 보인다.
도 28은 본 개시의 임의의 양태에 따라, 650℃의 가열로 내에서 처리된 치수방향 가변열처리 알루미늄 부품의 다양한 기계적 성질 및 완전충돌 거동을 도시한 그래프(2800)이다. 상기 부품은 650℃로 가열된 도 2100의 시스템(2100)과 같은 가열로 시스템에서 처리된 6451 알루미늄 합금이다. 두께 2.0 mm의 금속 블랭크를 650℃로 가열된 가열로에 약 100 cm 정도 삽입하여 60초 동안 유지할 수 있다. 냉각부를 사용하거나 사용하지 않을 수도 있다. 금속 블랭크를 제거하여 시험을 준비한다. 그래프(2800)는 단일 금속 블랭크 또는 상기 금속 블랭크로 제조된 단일 부품의 비처리부(2824) 및 처리부(2822)에 존재하는 다른 기계적 성질을 도시한다.
도 28을 참조하여 상기한 바와 같이 650℃에서 치수방향 가변열처리된 6451 알루미늄 합금으로 제조된 예시적인 부품들에 따르면, 굽힘시험시 비처리영역(2824)에서 약 185 mm의 변위에 대해 평균 3.6 kJ가 필요하고 처리영역(2822)에서는 평균 4.4 kJ가 필요하다. 처리영역(2822)에서는 굽힘시험시 동일한 변위량을 얻기 위해 필요한 에너지가 비처리영역(2824)에 비해 22% 증가됨을 보인다.
도 29는 본 개시의 임의의 양태에 따른 유체온도 제어부(2900)의 측면도이다. 유체온도 제어부(2900)는 분출되는 유체의 온도에 따라 냉각부(예를 들어, 도 1의 냉각부(114)) 또는 가열부(예를 들어, 도 1의 가열부(110))일 수 있다. 유체온도 제어부(2900)는 금속 스트립(2902) 또는 금속 블랭크의 표면을 향하는 하나 이상의 유체 스프레이(2911)를 형성하기 위한 하나 이상의 노즐을 구비하는 헤더(2909)를 포함할 수 있다. 적절한 유체는 공기, 물, 또는 오일, 또는 다른 유체를 포함할 수 있다.
어떤 경우, 가열된 유체 또는 냉각된 유체를 제공하도록 단일 헤더(2909)의 다수의 노즐을 각각 제어할 수 있다. 따라서, 단일 헤더(2909)는 가열된 유체를 제1 노즐세트를 통해 분출하고 냉각된 유체를 제2 노즐세트를 통해 분출함으로써 동시에 냉각부와 가열부로서 작동할 수 있다. 이러한 배열은 각 노즐세트 사이에 분리평면을 정의할 수 있다.
도 30은 본 개시의 임의의 양태에 따른 이동밴드 온도 제어부(3000)의 측면도이다. 이동밴드 온도 제어부(3000)는 하나 이상의 로터(3009) 주위로 폐루프(closed loop)를 따라 이동하는 이동밴드(3011)를 포함할 수 있다. 이동밴드(3011)는 이동 금속 스트립(3002)과 접촉할 수 있고 또한 금속 스트립(3002)에서 열을 제거하거나 금속 스트립(3002)으로 열을 유입시킬 수 있다. 이동밴드(3011)는 폐루프를 따라 이동하도록 로터(3009)(예를 들어, 로터에 결합된 모터)에 의해 능동적으로 파워를 공급받을 수 있다. 그러나, 어떤 경우, 이동밴드(3011)가 수동적일 수 있는데, 이때는 밴드(3011)와 금속 스트립(3002) 사이의 마찰을 통해 폐루프를 따라 이동한다.
이동밴드 온도 제어부(3000)는 열이 밴드(3011)에서 제거되는지 또는 밴드(3011)로 유입되는지에 따라 냉각부(예를 들어, 도 1의 냉각부(114)) 또는 가열부(예를 들어, 도 1의 가열부(110))일 수 있다. 열은, 예를 들어 금속 스트립(3002)으로부터 이동밴드 온도 제어부(3000) 반대측에 위치되는 가열 또는 냉각부와 같은, 어떠한 적절한 기구에 의해 밴드에서 제거되거나 밴드로 유입될 수 있다. 어떤 경우, 열은(예를 들어, 내부가 가열되거나 냉각된) 가열 또는 냉각된 로터(3009)를 통해 밴드에서 제거되거나 밴드로 유입될 수 있다. 이동밴드(3011)는 어떠한 적절한 재료, 예를 들어, 높은 열전도성을 갖는 재료로 제조할 수 있다.
도 31은 본 개시의 임의의 양태에 따른 유도가열부(3100)의 측면도이다. 유도가열부(3100)는 유도장치(3109) 주변에 자기장을 형성하기 위한 적절한 드라이버에 연결된 하나 이상의 유도장치(3109)를 포함할 수 있다. 유도장치(3109)는 인접한 금속 스트립(3102) 또는 금속 블랭크에 열을 발생시킬 수 있다.
도 32는 본 개시의 임의의 양태에 따라, 금속부품(3232)을 시험하기 위한 펀치시험장치(3200)의 개략도이다. 금속부품(3232), 예를 들어 치수방향 가변열처리된 부품 또는 치수방향 가변열처리된 부품의 일부는 한 쌍의 지지부재(3230)에 의해 지지될 수 있다. 한 쌍의 지지부재(3230) 사이의 위치에 있는 금속부품(3232)에 대해 그리고 한 쌍의 지지부재(3230)로부터 금속부품(3230)의 반대측에서 펀치(3234)를 누를 수 있다. 펀치(3234)를 금속부품(3232)에 대해 힘(3236)으로 누를 수 있는데, 이 힘은 적절한 힘 측정장비를 이용하여 측정할 수 있다. 적절한 힘 측정장비를 이용하여 금속부품(3232)에 대한 펀치(3234)의 변위(3238)를 측정할 수 있다. 도 32에 도시한 바와 같이, 변위(3238)는 펀치(3234)가 금속부품(3232)과 접촉을 시작할 때까지는 음수이고, 펀치(3234)가 금속부품(3232)을 변위시키기 시작함에 따라 그 크기가 증가할 수 있다. 펀치력(예를 들어, 하중)에 대한 펀치변위의 곡선, 예를 들어 도 24 및 25에 도시되고 설명된 것과 같은 것을 그리기 위해 펀치시험장치(3200) 또는 유사한 장치를 이용할 수 있다.
도시된 실시예를 포함하는 실시예에 대한 상기 설명은 예시 및 설명의 목적으로만 주어진 것이며 포괄적이거나 혹은 개시된 정확한 형태를 제한하지는 않는다. 이에 대한 많은 수정, 변경, 및 사용이 당업자에게는 자명할 것이다.
아래에 사용하는 바와 같이, 일련의 예에 대한 어떠한 참고도 그 실시예 각각에 대해 개별적인 예로 이해되어야 한다(예를 들어, “예 1-4”는 “예 1, 2, 3, 또는 4”로 이해되어야 한다).
예 1은 이동방향을 따라 스트립 속도로 이동하는 금속 스트립을 수용하기 위한 개구부를 구비한 치수방향 가변열처리 장치를 포함하는 금속 처리시스템이다. 상기 열처리 장치는 상기 금속 스트립을 교차하는 분리평면의 제1 측면 상에서 상기 금속 스트립의 제1 부분의 스트립 온도를 열처리 온도 또는 그 이상으로 증가시키도록 상기 분리평면의 제1 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 위치될 수 있는 가열부; 및 상기 분리평면의 제2 측면 상에서 상기 금속 스트립의 제2 부분을 상기 열처리 온도 이하로 유지하도록 상기 분리평면의 제2 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 위치될 수 있는 냉각부를 포함한다.
예 2는 예 1의 시스템으로서, 상기 분리평면은 금속 스트립과 평행하고, 상기 가열부는 상기 분리평면의 제1 측면 가까이에서 상기 금속 스트립의 폭방향으로 연장되며, 상기 냉각부는 상기 분리평면의 제2 측면 가까이에서 상기 금속 스트립의 폭방향으로 연장된다.
예 3은 예 1의 시스템으로, 상기 분리평면은 상기 금속 스트립의 길이방향 축과 평행하면서 상기 금속 스트립의 상면에 수직하고, 상기 열처리 장치는 상기 분리평면의 제1 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 그리고 상기 가열부로부터 상기 금속 스트립의 반대측에 위치될 수 있는 추가적인 가열부; 및 상기 분리평면의 제2 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 그리고 상기 냉각부로부터 상기 금속 스트립의 반대측에 위치될 수 있는 추가적인 냉각부를 더 포함한다.
예 4는 예 1 내지 3의 시스템으로, 상기 가열부는 충분한 열발생 파워를 갖고, 상기 금속 스트립을 템퍼링하기 위한 충분한 지속시간 동안, 상기 스트립 속도로 이동하는 상기 금속 스트립의 스트립 온도를 상기 열처리 온도 또는 그 이상으로 유지하기에 충분한 길이를 갖는다.
예 5는 예 1, 3, 또는 4의 시스템으로, 상기 금속 스트립에 대해 상기 분리평면을 이동시키기 위해 상기 금속 스트립에 대해 상기 가열부와 상기 냉각부를 측방향으로 조절하도록 상기 치수방향 가변열처리 장치에 결합되는 선형 액추에이터를 더 포함한다.
예 6은 예 5의 시스템으로, 상기 금속 스트립의 길이방향 거리의 함수로서 상기 가열부와 상기 냉각부를 측방향으로 조절하도록 상기 선형 액추에이터에 결합된 제어기를 더 포함한다.
예 7은 예 1 내지 6의 시스템으로, 추가적인 분리평면의 반대측들에서 상기 금속 스트립에 가까이 위치되는 추가적인 가열부 및 추가적인 냉각부를 구비하는 추가적인 치수방향 가변열처리 장치를 더 포함하고, 상기 추가적인 치수방향 가변열처리 장치는 상기 치수방향 가변열처리 장치와 이격되며, 상기 추가적인 분리평면은 상기 분리평면과 동일평면 상에 있지 않다.
예 8은 예 1 내지 7의 시스템으로, 상기 분리평면은 상기 금속 스트립의 측방향 단면과 평행하지 않다.
예 9는 금속 스트립의 치수방향으로 상기 금속 스트립을 가변적으로 열처리하는 방법으로, 상기 방법은 이동 금속 스트립을 분리평면의 반대측들에 위치되는 가열부 및 냉각부를 구비하는 치수방향 가변열처리 장치로 통과시키는 단계; 상기 가열부를 통해 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계로서, 지속시간 동안 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분의 스트립 온도를 열처리 온도 또는 그 이상으로 증가시키는 단계를 포함하는 단계; 및 상기 냉각부를 통해 상기 이동 금속 스트립을 냉각시키는 단계로서, 상기 이동 금속 스트립의 제2 부분의 온도를 상기 열처리 온도 이하로 유지하기 위해 상기 제1 부분에 인접한 상기 이동 금속 스트립으로부터 열을 충분히 제거하는 단계를 포함하며, 상기 금속 스트립의 제2 부분은 상기 제1 부분으로부터 상기 분리평면의 반대측에 위치된다.
예 10은 예 9의 방법으로, 상기 지속시간 동안 상기 이동 금속 스트립의 상기 제1 부분을 가열한 후 상기 이동 금속 스트립의 상기 제1 부분을 냉각하는 단계를 더 포함한다.
예 11은 예 9 또는 10의 방법으로, 상기 분리평면을 상기 이동 금속 스트립에 대해 이동시키기 위해 상기 치수방향 가변열처리 장치를 측방향으로 조절하는 단계를 더 포함한다.
예 12는 예 11의 방법으로, 상기 이동 금속 스트립을 따르는 상기 치수방향 가변열처리 장치의 길이방향 위치를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 치수방향 가변열처리 장치를 측방향으로 조절하는 단계는 상기 길이방향 위치의 함수로서 상기 이동 금속 스트립에 대해 상기 분리평면을 이동시키기 위해 상기 길이방향 위치를 이용하는 단계를 포함한다.
예 13은 예 9 또는 10의 방법으로, 상기 분리평면은 상기 이동 금속 스트립과 평행하고, 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계는 상기 이동 금속 스트립의 상부 및 하부 중 하나를 가열하는 단계를 포함하며, 상기 이동 금속 스트립을 냉각하는 단계는 상기 이동 금속 스트립의 상부 및 하부 중 다른 하나로부터 열을 제거하는 단계를 포함한다.
예 14는 예 9 내지 12의 방법으로, 상기 분리평면은 상기 이동 금속 스트립의 길이방향 축과 평행하면서 상기 이동 금속 스트립의 상면에 수직하고, 상기 치수방향 가변열처리 장치는, 각각 상기 분리평면의 반대측들에 위치되며 또한 모두 상기 가열부 및 상기 냉각부로부터 상기 이동 금속 스트립의 반대측에 위치되는 추가적인 가열부 및 추가적인 냉각부를 더 포함하며, 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계는 상기 제1 부분 가까이에서 상기 이동 금속 스트립의 상면 및 하면을 가열하는 단계를 포함하고, 상기 이동 금속 스트립을 냉각하는 단계는 상기 제2 부분 가까이에서 상기 이동 금속 스트립의 상면 및 하면을 냉각하는 단계를 포함한다.
예 15는 이동 금속 스트립을 분리평면의 반대측들에 위치되는 가열부 및 냉각부를 구비하는 치수방향 가변열처리 장치로 통과시키는 단계; 상기 가열부를 통해 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계로서, 지속시간 동안 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분의 스트립 온도를 열처리 온도 또는 그 이상으로 증가시키는 단계를 포함하는 단계; 및 상기 냉각부를 통해 상기 이동 금속 스트립을 냉각시키는 단계로서, 상기 이동 금속 스트립의 제2 부분의 온도를 상기 열처리 온도 이하로 유지하기 위해 상기 제1 부분에 인접한 상기 이동 금속 스트립으로부터 열을 충분히 제거하는 단계를 포함하는 방법에 의해 준비되는 치수방향 가변열처리가 적용된 금속 제품으로, 상기 이동 금속 스트립의 제2 부분은 상기 제1 부분으로부터 상기 분리평면의 반대측에 위치된다.
예 16은 예 15의 제품으로, 상기 방법은 상기 지속시간 동안 상기 이동 금속 스트립의 상기 제1 부분을 가열한 후 상기 이동 금속 스트립의 상기 제1 부분을 냉각하는 단계를 더 포함한다.
예 17은 예 15 또는 16의 제품으로, 상기 방법은 상기 분리평면을 상기 이동 금속 스트립에 대해 이동시키기 위해 상기 치수방향 가변열처리 장치를 측방향으로 조절하는 단계를 더 포함한다.
예 18은 예 17의 제품으로, 상기 방법은 상기 이동 금속 스트립을 따르는 상기 치수방향 가변열처리 장치의 길이방향 위치를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 치수방향 가변열처리 장치를 측방향으로 조절하는 단계는 상기 길이방향 위치의 함수로서 상기 이동 금속 스트립에 대해 상기 분리평면을 이동시키기 위해 상기 길이방향 위치를 이용하는 단계를 포함한다.
예 19는 예 15 또는 16의 제품으로, 상기 분리평면은 상기 이동 금속 스트립과 평행하고, 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계는 상기 이동 금속 스트립의 상부 및 하부 중 하나를 가열하는 단계를 포함하며, 상기 이동 금속 스트립을 냉각하는 단계는 상기 이동 금속 스트립의 상부 및 하부 중 다른 하나로부터 열을 제거하는 단계를 포함한다.
예 20은 예 15 내지 18의 제품으로, 상기 분리평면은 상기 이동 금속 스트립의 길이방향 축과 평행하면서 상기 이동 금속 스트립의 상면에 수직하고, 상기 치수방향 가변열처리 장치는, 각각 상기 분리평면의 반대측들에 위치되며 또한 모두 상기 가열부 및 상기 냉각부로부터 상기 이동 금속 스트립의 반대측에 위치되는 추가적인 가열부 및 추가적인 냉각부를 포함하며, 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계는 상기 제1 부분 가까이에서 상기 이동 금속 스트립의 상면 및 하면을 가열하는 단계를 포함하고, 상기 이동 금속 스트립을 냉각하는 단계는 상기 제2 부분 가까이에서 상기 이동 금속 스트립의 상면 및 하면을 냉각하는 단계를 포함한다.

Claims (20)

  1. 처리방향을 따라 이동하는 금속 제품을 수용하기 위한 개구부를 구비한 치수방향 가변열처리 장치를 포함하는 금속 처리시스템에 있어서,
    상기 치수방향 가변열처리 장치는
    금속 스트립을 교차하는 분리평면의 제1 측면 상에서 상기 금속 스트립의 제1 부분의 스트립 온도를 열처리 온도 또는 그 이상으로 증가시키도록 상기 분리평면의 제1 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 위치될 수 있는 가열부; 및
    상기 분리평면의 제2 측면 상에서 상기 금속 스트립의 제2 부분을 상기 열처리 온도 이하로 유지하도록 상기 분리평면의 제2 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 위치될 수 있는 냉각부를 포함하는 금속 처리시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 분리평면은 금속 스트립과 평행하고, 상기 가열부는 상기 분리평면의 제1 측면 가까이에서 상기 금속 스트립의 폭방향으로 연장되며, 상기 냉각부는 상기 분리평면의 제2 측면 가까이에서 상기 금속 스트립의 폭방향으로 연장되는 금속 처리시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 분리평면은 상기 금속 스트립의 길이방향 축과 평행하면서 상기 금속 스트립의 상면에 수직하고, 상기 열처리 장치는
    상기 분리평면의 제1 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 그리고 상기 가열부로부터 상기 금속 스트립의 반대측에 위치될 수 있는 추가적인 가열부; 및
    상기 분리평면의 제2 측면 상에서 상기 금속 스트립에 가까이 그리고 상기 냉각부로부터 상기 금속 스트립의 반대측에 위치될 수 있는 추가적인 냉각부를 더 포함하는 금속 처리시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가열부는 충분한 열발생 파워를 갖고, 상기 금속 스트립을 템퍼링하기 위한 충분한 지속시간 동안 상기 금속 스트립의 스트립 온도를 상기 열처리 온도 또는 그 이상으로 유지하기에 충분한 길이를 갖는 금속 처리시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 금속 스트립에 대해 상기 분리평면을 이동시키기 위해 상기 금속 스트립에 대해 상기 가열부와 상기 냉각부를 측방향으로 조절하도록 상기 치수방향 가변열처리 장치에 결합되는 선형 액추에이터를 더 포함하는 금속 처리시스템.
  6. 제5항에 있어서, 상기 금속 스트립의 길이방향 거리의 함수로서 상기 가열부와 상기 냉각부를 측방향으로 조절하도록 상기 선형 액추에이터에 결합된 제어기를 더 포함하는 금속 처리시스템.
  7. 제1항에 있어서, 추가적인 분리평면의 반대측들에서 상기 금속 스트립에 가까이 위치되는 추가적인 가열부 및 추가적인 냉각부를 구비하는 추가적인 치수방향 가변열처리 장치를 더 포함하고, 상기 추가적인 치수방향 가변열처리 장치는 상기 치수방향 가변열처리 장치와 이격되며, 상기 추가적인 분리평면은 상기 분리평면과 동일평면 상에 있지 않은 금속 처리시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 분리평면은 상기 금속 스트립의 측방향 단면과 평행하지 않은 금속 처리시스템.
  9. 금속 스트립의 치수방향으로 상기 금속 스트립을 가변적으로 열처리하는 방법에 있어서,
    이동 금속 스트립을 분리평면의 반대측들에 위치되는 가열부 및 냉각부를 구비하는 치수방향 가변열처리 장치로 통과시키는 단계;
    상기 가열부를 통해 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계로서, 지속시간 동안 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분의 스트립 온도를 열처리 온도 또는 그 이상으로 증가시키는 단계를 포함하는 단계; 및
    상기 냉각부를 통해 상기 이동 금속 스트립을 냉각시키는 단계로서, 상기 이동 금속 스트립의 제2 부분의 온도를 상기 열처리 온도 이하로 유지하기 위해 상기 제1 부분에 인접한 상기 이동 금속 스트립으로부터 열을 충분히 제거하는 단계를 포함하며, 상기 금속 스트립의 제2 부분은 상기 제1 부분으로부터 상기 분리평면의 반대측에 위치되는, 금속 스트립의 치수방향으로 상기 금속 스트립을 가변적으로 열처리하는 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 지속시간 동안 상기 이동 금속 스트립의 상기 제1 부분을 가열한 후 상기 이동 금속 스트립의 상기 제1 부분을 냉각하는 단계를 더 포함하는, 금속 스트립의 치수방향으로 상기 금속 스트립을 가변적으로 열처리하는 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 분리평면을 상기 이동 금속 스트립에 대해 이동시키기 위해 상기 치수방향 가변열처리 장치를 측방향으로 조절하는 단계를 더 포함하는, 금속 스트립의 치수방향으로 상기 금속 스트립을 가변적으로 열처리하는 방법.
  12. 제11항에 있어서, 상기 이동 금속 스트립을 따르는 상기 치수방향 가변열처리 장치의 길이방향 위치를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 치수방향 가변열처리 장치를 측방향으로 조절하는 단계는 상기 길이방향 위치의 함수로서 상기 이동 금속 스트립에 대해 상기 분리평면을 이동시키기 위해 상기 길이방향 위치를 이용하는 단계를 포함하는, 금속 스트립의 치수방향으로 상기 금속 스트립을 가변적으로 열처리하는 방법.
  13. 제9항에 있어서, 상기 분리평면은 상기 이동 금속 스트립과 평행하고, 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계는 상기 이동 금속 스트립의 상부 및 하부 중 하나를 가열하는 단계를 포함하며, 상기 이동 금속 스트립을 냉각하는 단계는 상기 이동 금속 스트립의 상부 및 하부 중 다른 하나로부터 열을 제거하는 단계를 포함하는, 금속 스트립의 치수방향으로 상기 금속 스트립을 가변적으로 열처리하는 방법.
  14. 제9항에 있어서, 상기 분리평면은 상기 이동 금속 스트립의 길이방향 축과 평행하면서 상기 이동 금속 스트립의 상면에 수직하고, 상기 치수방향 가변열처리 장치는, 각각 상기 분리평면의 반대측들에 위치되며 또한 모두 상기 가열부 및 상기 냉각부로부터 상기 이동 금속 스트립의 반대측에 위치되는 추가적인 가열부 및 추가적인 냉각부를 더 포함하며, 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계는 상기 제1 부분 가까이에서 상기 이동 금속 스트립의 상면 및 하면을 가열하는 단계를 포함하고, 상기 이동 금속 스트립을 냉각하는 단계는 상기 제2 부분 가까이에서 상기 이동 금속 스트립의 상면 및 하면을 냉각하는 단계를 포함하는, 금속 스트립의 치수방향으로 상기 금속 스트립을 가변적으로 열처리하는 방법.
  15. 이동 금속 스트립을 분리평면의 반대측들에 위치되는 가열부 및 냉각부를 구비하는 치수방향 가변열처리 장치로 통과시키는 단계;
    상기 가열부를 통해 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계로서, 지속시간 동안 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분의 스트립 온도를 열처리 온도 또는 그 이상으로 증가시키는 단계를 포함하는 단계; 및
    상기 냉각부를 통해 상기 이동 금속 스트립을 냉각시키는 단계로서, 상기 이동 금속 스트립의 제2 부분의 온도를 상기 열처리 온도 이하로 유지하기 위해 상기 제1 부분에 인접한 상기 이동 금속 스트립으로부터 열을 충분히 제거하는 단계를 포함하는 방법에 의해 준비되는 치수방향 가변열처리가 적용된 금속 제품으로,
    상기 이동 금속 스트립의 제2 부분은 상기 제1 부분으로부터 상기 분리평면의 반대측에 위치되는 금속 제품.
  16. 제15항에 있어서, 상기 방법은 상기 지속시간 동안 상기 이동 금속 스트립의 상기 제1 부분을 가열한 후 상기 이동 금속 스트립의 상기 제1 부분을 냉각하는 단계를 더 포함하는 금속 제품.
  17. 제15항에 있어서, 상기 방법은 상기 분리평면을 상기 이동 금속 스트립에 대해 이동시키기 위해 상기 치수방향 가변열처리 장치를 측방향으로 조절하는 단계를 더 포함하는 금속 제품.
  18. 제17항에 있어서, 상기 방법은 상기 이동 금속 스트립을 따르는 상기 치수방향 가변열처리 장치의 길이방향 위치를 판단하는 단계를 더 포함하고, 상기 치수방향 가변열처리 장치의 측방향으로 조절하는 단계는 상기 길이방향 위치의 함수로서 상기 이동 금속 스트립에 대해 상기 분리평면을 이동시키기 위해 상기 길이방향 위치를 이용하는 단계를 포함하는 금속 제품.
  19. 제15항에 있어서, 상기 분리평면은 상기 이동 금속 스트립과 평행하고, 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계는 상기 이동 금속 스트립의 상부 및 하부 중 하나를 가열하는 단계를 포함하며, 상기 이동 금속 스트립을 냉각하는 단계는 상기 이동 금속 스트립의 상부 및 하부 중 다른 하나로부터 열을 제거하는 단계를 포함하는 금속 제품.
  20. 제15항에 있어서, 상기 분리평면은 상기 이동 금속 스트립의 길이방향 축과 평행하면서 상기 이동 금속 스트립의 상면에 수직하고, 상기 치수방향 가변열처리 장치는, 각각 상기 분리평면의 반대측들에 위치되며 또한 모두 상기 가열부 및 상기 냉각부로부터 상기 이동 금속 스트립의 반대측에 위치되는 추가적인 가열부 및 추가적인 냉각부를 더 포함하며, 상기 이동 금속 스트립의 제1 부분을 가열하는 단계는 상기 제1 부분 가까이에서 상기 이동 금속 스트립의 상면 및 하면을 가열하는 단계를 포함하고, 상기 이동 금속 스트립을 냉각하는 단계는 상기 제2 부분 가까이에서 상기 이동 금속 스트립의 상면 및 하면을 냉각하는 단계를 포함하는 금속 제품.
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