KR20190084288A

KR20190084288A - 핫 프레스 성형된 알루미늄 처리된 강 부품의 제조 프로세스

Info

Publication number: KR20190084288A
Application number: KR1020197016753A
Authority: KR
Inventors: 알렉상드르 블레즈
Original assignee: 아르셀러미탈
Priority date: 2016-12-19
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-07-16
Also published as: CA3045765A1; BR112019008623B1; KR102251157B1; US11401577B2; US20190345579A1; CA3045765C; WO2018115951A1; HUE054970T2; MX2019007162A; ES2872955T3; WO2018115914A1; JP7127027B2; JP2020509179A; EP3555323B1; CN110073010A; BR112019008623A2; MA49115B1; UA124546C2; PL3555323T3; CN110073010B

Abstract

본 발명은 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스에 관한 것으로, 상기 제조 프로세스는 N 개의 구역들을 포함하는 노를 제공하는 단계로서, 각각의 노 구역은 설정 온도 (θ_1F, θ_2F, ..θ_iF, ..θ_NF) 에서 각각 가열되는, 상기 노 (F) 를 제공하는 단계, 이하의 연속적인 단계들을 구현하는 단계를 포함한다: 두께 (th) 가 0.5 ~ 5 mm 인 강판을 제공하는 단계로서, 강판은 두께가 15 ~ 50 ㎛ 인 알루미늄 합금 예비코팅에 의해 커버되는 강 기재를 포함하고, 방사율 계수는 0.15(1+α) 와 같고, α 는 0 ~ 2.4 에 포함되는, 상기 강판을 제공하는 단계, 그런 다음 예비코팅된 강 블랭크를 얻기 위하여 강판을 절단하는 단계, 그런 다음 5 ~ 600 s 인 지속시간 (t₁) 동안 노 구역 (1) 내에 예비코팅된 강 블랭크를 배치하는 단계로서, θ_1F 및 t₁ 은 θ_1Fmax > θ_1F > θ_1Fmin이며, 여기서 θ_1Fmax = (598 + Ae^Bt1 + Ce^Dt1), 및 θ_1Fmin = (550 + A'e^B't1 + C'e^D't1) 이고, A, B, C, D, A', B', C', D' 는 A = (762 e^{0.071 th}- 426 e^{-0.86 th}) (1-0.345α), B = (-0.031 e^{-2.151 th} - 0.039 e^{- 0.094 th}) (1+0.191α), C = (394 e^{0.193 th} - 434.3 e^{- 1.797 th}) (1-0.364α), D = (-0.029 e^{-2.677 th} - 0.011 e^{- 0.298 th}) (1+0.475α), A' = (625 e^{0.123 th}- 476 e^{-1.593 th}) (1-0.345α), B' =(-0.059 e^{-2.109 th} - 0.039 e^{- 0.091 th}) (1+0.191α), C' = (393 e^{0.190 th} - 180 e^{- 1.858 th}) (1-0.364α), D' =(-0.044 e^{-2.915 th} - 0.012 e^{- 0.324 th}) (1+0.475α) 이며, 여기서 θ_1F, θ_1Fmax, θ_1Fmin 는 ℃ 이고, t₁ 은 s 이고, 또한 th 는 mm 인, 상기 노 구역 (1) 내에 예비코팅된 강 블랭크를 배치하는 단계, 그런 다음 예비코팅된 강 블랭크를 설정 온도 θ_2F = θ_1B 에서 가열된 노 구역 (2) 에서 이동시키고, 지속시간 (t₂) 동안 예비코팅된 강 블랭크를 등온으로 유지시키는 단계로서, θ_2F 및 t₂ 는 t_2min ≥ t₂≥ t_2max 이며, 여기서 t_2min = 0.95 t₂ ^* 및 t_2max = 1.05 t₂ ^* 이고, 여기서 t₂ ^*= t₁ ² ( -0.0007 th² + 0.0025 th - 0.0026) + 33952 -(55.52 x θ_2F) 이고, 여기서 θ_2F 는 ℃ 이고, t₂, t_2min, t_2max, t₂ ^* 는 s 이고, th 는 mm 인, 상기 노 구역 (2) 에서 상기 예비코팅된 강 블랭크를 유지시키는 단계, 그런 다음 850 ℃ ~ 950 ℃ 인 최대 블랭크 온도 (θ_MB) 에 도달하기 위하여, 예비코팅된 강 블랭크를 노의 추가 구역들 (3, ..i, ..N) 에서 이동시키는 단계로서, θ_2F 와 θ_MB 사이의 블랭크의 평균 가열 속도 (V_a) 가 5 ~ 500 ℃/s 인, 상기 예비코팅된 강 블랭크를 노의 추가 구역들 (3, ..i, ..N) 에서 이동시키는 단계, 그런 다음 가열된 강 블랭크를 노에서 프레스로 이동시키는 단계, 그런 다음 부품을 얻기 위하여 프레스에서 가열된 강 블랭크를 열간 성형하는 단계, 그런 다음 마텐자이트 또는 베이나이트 중에서 선택된 적어도 하나의 성분을 포함하는 강 기재의 미세조직을 얻기 위하여 냉각 속도로 부품을 냉각시키는 단계.

Description

핫 프레스 성형된 알루미늄 처리된 강 부품의 제조 프로세스

본 발명은, 이른바 프레스 경화된 또는 핫 프레스 성형된 부품들을 얻기 위하여 가열되고, 프레스 성형되고, 또한 냉각되는 알루미늄 처리되어 예비코팅된 강판들로부터 시작되는 부품들을 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이다. 이러한 부품들은 승용차 또는 트럭에서 침입 방지 또는 에너지 흡수 기능을 보장하기 위해 사용된다.

자동차 산업에서 최근 Body-in-White 구조를 제조하기 위해, 프레스 경화 프로세스 (핫 스탬핑 또는 핫 프레스 성형 프로세라고도 함) 는 높은 기계적 강도를 갖는 강 부품들의 생산을 위해 성장하는 기술이고, 이는 차량의 안정성 및 중량 감소를 증가시킬 수 있다.

알루미늄 처리되어 예비코팅된 판들 또는 블랭크들을 사용하는 프레스 경화의 구현은 특히 FR2780984 및 WO2008053273 으로부터 공지되어 있고: 열 처리가능한 알루미늄 처리된 강판은 블랭크를 얻기 위하여 절단되고, 노 내에서 가열되고, 프레스 내로 신속하게 이동되어, 프레스 다이 내에서 열간 성형 및 냉각된다. 노 내에서 가열되는 동안, 알루미늄 예비코팅은 강 기재의 철과 합금화되고, 따라서 탈탄 및 스케일 형성에 대한 강 표면의 보호를 보장하는 화합물을 형성한다. 이러한 화합물은 프레스에서 열간 성형을 허용한다. 가열은 강 기재의 오스테나이트로의 부분 또는 전체 변태를 얻을 수 있는 온도에서 수행된다. 이러한 오스테나이트는 프레스 다이로부터 열 전달에 의해 야기된 냉각 동안 마텐자이트 및/또는 베이나이트와 같은 미세조직 성분으로 스스로 변태되고, 따라서 강의 구조적 경화를 달성한다. 이후에 높은 경도 및 기계적 강도는 프레스 경화 후에 얻어진다.

통상적인 프로세스에서, 예비코팅된 알루미늄 처리된 강 블랭크는, 기재 내에 완전 오스테나이트 미세조직을 얻기 위하여 880 ~ 930 ℃ 의 최대 온도까지 3 ~ 10 분 동안 노 내에서 가열되고, 그 후에 수초 내에 프레스 내로 이동되고, 여기서 강 블랭크는 원하는 부품 형상으로 즉시 열간 성형되고, 동시에 다이 켄칭에 의해 경화된다. 부품의 변형 구역에서도 전체 마텐자이트 조직이 요망되는 경우에, 22MnB5 강으로부터 시작하여, 냉각 속도는 50 ℃/s 보다 높아야 한다. 약 500 MPa 의 초기 인장 강도로부터 시작하여, 최종 프레스 경화된 부품은 완전 마텐자이트 미세조직 및 약 1500 MPa 의 인장 강도값을 갖는다.

WO2008053273 에서 설명된 바와 같이, 블랭크들의 핫 프레스 성형 전의 열 처리는 터널 노들 내에서 흔히 빈번하게 수행되고, 블랭크들은 세라믹 롤러 상에서 연속적으로 이동한다. 이러한 노들은 서로 단열된 상이한 구역으로 일반적으로 구성되고, 각각의 구역은 개별적인 가열 수단을 갖는다. 가열은 라디언트 튜브 또는 라디언트 전기 저항으로 일반적으로 수행된다. 각각의 구역에서, 설정 온도는 다른 구역 값들과 실질적으로 독립적인 값으로 조절될 수 있다.

주어진 구역에서 이동하는 블랭크에 의해 경험하게 되는 열 사이클은 이러한 구역의 설정 온도, 고려되는 구역의 입구에서의 블랭크의 초기 온도, 블랭크 두께와 그의 방사율, 및 노 내에서의 블랭크의 이동 속도와 같은 파라미터에 의존한다. 롤러의 파울링으로 이어질 수 있는 예비코팅의 용융으로 인해, 노에서 문제를 경험할 수도 있다. 파울링의 결과로서, 생산은 유지보수를 위해 가끔 일시적으로 정지되어야 하고, 이는 라인 생산성의 감소를 유발한다.

타이트한 범위 (일반적으로 20 ~ 33 미크론의 알루미늄이 각 페이스 상에 예비코팅됨) 와 가열 속도의 제한에서 초기 코팅 변화의 규제는 용융의 위험을 감소시킨다. 그러나, 라인에서 온도 사이클의 관리를 위한 일반적인 가이드라인의 존재에도 불구하고, 최적의 처리 파라미터를 선택하기 위해서는 몇몇 심각한 어려움이 남아있다.

보다 정확하게, 핫 스탬핑 산업은 최상의 설정을 선택하기 위한 모순되는 요구들에 직면하게 된다:

- 한편으로는, 느린 가열 속도 및 느린 라인 속도의 선택으로 예비코팅의 용융 위험이 낮아질 수 있다.

- 다른 한편으로, 높은 라인 생산성은 높은 가열 속도 및 높은 라인 속도를 요구한다.

따라서, 알루미늄 예비코팅의 용융 위험을 완전히 회피하면서 동시에 가능한 가장 높은 생산성을 제공하는 제조 방법이 필요하다.

또한, 전술한 바와 같이, 노 내에서 블랭크에 의해 경험하게 되는 열 사이클들은 초기 방사율에 의존한다. 라인의 설정은 방사율의 특정 초기값을 갖는 강 블랭크에 충분히 적합할 수도 있다. 다른 블랭크가 상이한 초기 방사율 계수를 순차적으로 가진다면, 라인 설정은 이러한 다른 판에 이상적으로 적합하지 않을 수도 있다. 따라서, 초기 블랭크 방사율을 고려하여, 노의 설정을 간단하고 신속하게 적용할 수 있는 방법이 필요하다.

또한, 예비코팅된 강 블랭크는 일정하지 않은 두께를 가질 수도 있다. 이것은 판의 길이 방향을 따라서 가변적인 작업 (effort) 으로 압연 프로세스에 의해 얻어진 판을 절단하는 것으로부터 얻어지는 이른바 "맞춤형 압연 블랭크" 의 경우이다. 또는 이는 상이한 두께의 적어도 두 개의 서브 블랭크들의 용접에 의해 얻어진 이른바 "맞춤형 용접 블랭크" 의 경우일 수도 있다. 불균일한 두께를 갖는 이러한 블랭크들의 경우에, 동시에 용융의 위험을 회피하고 가열 속도를 최대화하기 위해, 이러한 블랭크들의 가열을 가이드하는 방법이 필요하다.

이러한 목적을 위해, 본 발명은 프레스 경화된 코팅 부품의 제조 프로세스와 관련되고, 상기 프로세스는

- N 개의 구역들을 포함하는 노 (F) 를 제공하는 단계로서, N 은 2 이상이고, 각각의 노 구역 (1, 2, ..i, ..N) 은 설정 온도 (θ_1F, θ_2F, ..θ_iF, ..θ_NF) 에서 각각 가열되는, 상기 노 (F) 를 제공하는 단계,

- 이하의 연속적인 단계들을 그 순서로 구현하는 단계를 포함한다:

- 두께 (th) 가 0.5 ~ 5 mm 인 적어도 하나의 강판을 제공하는 단계로서, 강판은 두께가 15 ~ 50 마이크로미터인 알루미늄 합금 예비코팅에 의해 커버되는 강 기재를 포함하고, 강판의 실온에서의 방사율 계수는 0.15(1+α) 와 같고, α 는 0 ~ 2.4 에 포함되는, 상기 적어도 하나의 강판을 제공하는 단계, 그런 다음

- 예비코팅된 강 블랭크를 얻기 위하여 강판을 절단하는 단계, 그런 다음

- 5 ~ 600 s 인 지속시간 (t₁) 동안 노 구역 (1) 내에 예비코팅된 강 블랭크를 배치하는 단계로서, θ_1F 및 t₁ 은

θ_1Fmax > θ_1F > θ_1Fmin 이며,

여기서 θ_1Fmax = (598 + Ae^Bt1 + Ce^Dt1), 및

θ_1Fmin = (550 + A'e^B't1 + C'e^D't1) 이고,

A, B, C, D, A', B', C', D' 는

A = (762 e^{0.071 th}- 426 e^{-0.86 th}) (1-0.345α),

B = (-0.031 e^{-2.151 th} - 0.039 e^{- 0.094 th}) (1+0.191α),

C = (394 e^{0.193 th} - 434.3 e^{- 1.797 th}) (1-0.364α),

D = (-0.029 e^{-2.677 th} - 0.011 e^{- 0.298 th}) (1+0.475α),

A' = (625 e^{0.123 th}- 476 e^{-1.593 th}) (1-0.345α),

B' =(-0.059 e^{-2.109 th} - 0.039 e^{- 0.091 th}) (1+0.191α),

C' = (393 e^{0.190 th} - 180 e^{- 1.858 th}) (1-0.364α),

D' =(-0.044 e^{-2.915 th} - 0.012 e^{- 0.324 th}) (1+0.475α) 이며, 여기서 θ_1F,θ_1Fmin, θ_1Fmin 는 ℃ 이고, t₁ 은 s 이고, th 는 mm 이고, 노 구역 (1) 의 출구에서 예비코팅된 강 블랭크의 온도는 θ_1B 인, 상기 노 구역 (1) 내에 예비코팅된 강 블랭크를 배치하는 단계, 그런 다음

- 설정 온도 (θ_2F = θ_1B) 에서 가열된 노 구역 (2) 에서 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 이동시키고, 지속시간 (t₂) 동안 상기 예비코팅된 강 블랭크를 등온으로 유지시키는 단계로서, θ_2F 및 t₂ 는

t_2min ≥ t₂≥ t_2max 이며,

여기서 t_2min = 0.95 t₂ ^* 및 t_2max = 1.05 t₂ ^* 이고,

여기서 t₂ ^* = t₁ ²(-0.0007 th² + 0.0025 th - 0.0026) + 33952 - (55.52 x θ_2F) 이며,

여기서 θ_2F 는 ℃ 이고, t₂, t_2min, t_2max, t₂ ^* 는 s 이고, th 는 mm 인, 상기 노 구역 (2) 에서 예비코팅된 강 블랭크를 유지시키는 단계, 그런 다음

- 850 ℃ ~ 950 ℃ 인 최대 블랭크 온도 (θ_MB) 에 도달하기 위하여, 노의 추가 구역들 (3, ..i, ..N) 에서 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 이동시키는 단계로서, θ_2F 와 θ_MB 사이에서 블랭크의 평균 가열 속도 (V_a) 가 5 ~ 500 ℃/s 인, 상기 노의 추가 구역들 (3, ..i, ..N) 에서 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 이동시키는 단계, 그런 다음

- 강 블랭크를 노에서 프레스로 이동시키는 단계, 그런 다음

- 부품을 얻기 위하여 프레스에서 가열된 강 블랭크를 열간 성형하는 단계, 그런 다음

- 마텐자이트 또는 베이나이트 중에서 선택된 적어도 하나의 성분을 포함하는 강 기재의 미세조직을 얻기 위하여 냉각 속도로 상기 부품을 냉각시키는 단계.

일 실시형태에 따라, 가열 속도 (V_a) 는 50 ~ 100 ℃/s 인다.

다른 실시형태에 따라, 예비코팅은, 5 ~ 11 중량% 의 Si, 2 ~ 4 중량% 의 Fe, 선택적으로 0.0015 ~ 0.0030 중량% 의 Ca 를 포함하고, 잔부는 알루미늄 및 프로세스 내에 내재된 불순물이다.

특정 실시형태에 따라, 속도 (V_a) 에서 가열은 적외선 가열에 의해 수행된다.

다른 특정 실시형태에 따라, 속도 (V_a) 에서 가열은 유도 가열에 의해 수행된다.

일 실시형태에 따라, 강 블랭크는, 일정하지 않고 th_min 와 th_max 사이에서 가변적이고 또한 비율 th_max/ th_min 이 ≤ 1.5 인 두께를 가지고, 제조 프로세스는 th = th_min 로 결정된 경우 θ_1F 및 t₁ 를 갖는 노 구역 (1) 에서 구현되고, 또한 th = th_max 로 결정된 경우 θ_2F 및 t₂ 를 갖는 노 구역 (2) 에서 구현된다.

다른 실시형태에서, 노 구역 (2) 에서 예비코팅된 강 블랭크의 유지 후에 그리고 노의 추가 구역들에서 예비코팅된 강 블랭크를 이동시키기 전에, 예비코팅된 강 블랭크는 냉각되어 코팅된 강 블랭크를 얻기 위하여 실온으로 냉각된다.

일 실시형태에 따라, 냉각되어 코팅된 강 블랭크는 0.33 ~ 0.60 인 비율 Mn_surf/Mn_s을 가지고, Mn_surf 는 냉각되어 코팅된 강 블랭크의 표면에서의 Mn 함량 (중량%) 이고, Mn_s 는 강 기재의 함량 (중량%) 이다.

일 실시형태에 따라, 가열 속도 (V_a) 는 30℃/s 보다 높다.

특정 실시형태에서, 가열 속도 (V_a) 는 저항 가열에 의해 얻어진다.

다른 특정 실시형태에서, 두께 (th) 를 갖는 다수의 블랭크들의 배치들이 제공되고, 적어도 하나의 배치 (B₁) 는 α = α₁ 인 배치이고, 적어도 하나의 배치 (B₂) 는 α = α₂ 인 배치이며, 여기서 α₁≠ α₂ 이고,

- 상기 배치 (B₁) 는 청구항 1 에 따라 선택된 프로세스 조건들 (θ_1F(α₁), t₁(α₁), θ₂(α₁), t₂(α₁)) 에서 프레스 경화되고,

- 상기 배치 (B₂) 는 청구항 1 에 따라 선택된 프로세스 조건들 (θ_1F(α₂), t₁(α₂), θ₂(α₂), t₂(α₂)) 에서 프레스 경화되고,

- 노 구역들 (3, ..i, ...N) 에서 온도와 지속시간은 (B₁) 및 (B₂) 에 대해 동일하다.

다른 특정 실시형태에서, 강판을 절단한 후에 그리고 예비코팅된 강 블랭크를 노 구역 (1) 내에 배치하기 전에, 예비코팅된 강 블랭크의 방사율이 실온에서 측정된다.

본 발명은 또한 전술한 바와 같이 제조되는 냉각되어 코팅된 강 블랭크에 관한 것으로, 냉각되어 코팅된 강 블랭크는 0.33 ~ 0.60 에 포함되는 비율 Mn_surf/Mn_s을 가지고, Mn_surf 는 상기 냉각되어 코팅된 강 블랭크의 표면에서의 Mn 함량 (중량%) 이고, Mn_s 는 강 기재의 Mn 함량 (중량%) 이다.

본 발명은 또한 가열된 블랭크들로부터 프레스 경화된 부품들을 제조하는 관점에서 블랭크들의 배치들을 가열하기 위한 디바이스에 관한 것으로,

- 특징화될 블랭크들을 향해 배향된 적외선 소스를 포함하는, 노 (F) 전에 배치된, 가열 전에 실온에서 블랭크들의 배치들의 방사율을 온라인으로 측정하기 위한 디바이스, 및 반사율을 측정하기 위해 반사된 플럭스를 수신하는 센서,

- N 개의 구역들을 포함하는 노 (F) 로서, N 은 2 이상이고, 각각의 노 구역 (1, 2, ..i, ..N) 은 각각의 노 구역 내의 온도 (θ_1F, θ_2F, ..θ_iF, ..θ_NF) 에 무관하게 설정하기 위한 가열 수단 (H₁, H₂, ..H_i, ..H_N) 을 가지는, 상기 노 (F),

- 블랭크들을 각각의 구역 (i) 으로부터 구역 (i+1) 을 향해 연속적으로 그리고 순차적으로 이동시키기 위한 디바이스,

- 제 1 항에 따른 값들 (θ_1Fmax, θ_1Fmin, t_2min, t_2max) 을 계산하기 위한 컴퓨터 디바이스,

- 계산된 온도들을 전송하고, 블랭크들의 배치들 사이의 초기 방사율의 변화가 감지되면 상기 계산된 온도들에 따라 설정 온도들 (θ_1F, θ_2F, ..θ_iF, ..θ_NF) 을 조절하기 위하여 상기 가열 수단 (H₁, H₂, ..H_i, ..H_N) 에서 에너지 입력의 최종 수정을 구현하는 디바이스를 포함한다.

본 발명은 또한 차량의 구조용 부품 또는 안전 부품의 제작을 위해 전술한 바와 같은 프로세스로 제조된 강 부품들의 용도에 관한 것이다.

이제, 본 발명은 제한을 도입함 없이 더 상세하게 설명되고 또한 실시예에 의해 예시된다.

두께가 0.5 ~ 5 mm 인 강판이 제공된다. 두께에 따라, 이러한 강판은 열간 압연 또는 열간 압연에 뒤이어 냉간 압연에 의해 제조될 수 있다. 두께가 0.5 mm 미만인 경우, 엄격한 평탄도 요건을 충족시키는 프레스 경화된 부품들을 제조하는 것은 어렵다. 강판 두께가 5 mm 를 초과하면, 여기에는 두께 내에서 온도 구배가 발생하고, 이는 결국 미세조직의 이형성을 유발할 가능성이 있다.

강판은 알루미늄 합금에 의해 예비코팅된 강 기재로 구성된다. 강 기재는 열 처리가능한 강, 즉 오스테나이트 도메인에서 가열하고 추가로 ?칭한 후에 마텐자이트 및/또는 베이나이트를 얻을 수 있는 조성을 갖는 강이다.

비제한적인 실시예로서, 중량% 표현된 이하의 강 조성물들이 사용될 수 있고, 또한 프레스 경화 후에 상이한 레벨의 인장 강도를 얻을 수 있다:

- 0.06 중량% ≤ C ≤ 0.1 중량%, 1.4 중량% ≤ Mn≤ 1.9 중량%, 합금화 원소로서 Nb, Ti, B 의 추가의 첨가물들을 포함하고, 잔부는 철 및 정교화로부터 기인하는 불가피한 불순물들이다.

- 0.15 중량% ≤ C ≤ 0.5 중량%, 0.5 중량% ≤ Mn ≤ 3 중량%, 0.1 중량% ≤ Si ≤ 1 중량%, 0.005 중량% ≤ Cr ≤ 1 중량%, Ti ≤ 0.2 중량%, Al ≤ 0.1 중량%, S ≤ 0.05 중량%, P ≤ 0.1 중량%, B ≤ 0.010 중량% 를 포함하고, 잔부는 철 및 정교화로부터 기인하는 불가피한 불순물들이다.

- 0.20 중량% ≤ C ≤ 0.25 중량%, 1.1 중량% ≤ Mn ≤ 1.4 중량%, 0.15 중량% ≤ Si ≤ 0.35 중량%, ≤ Cr ≤ 0.30 중량%, 0.020 중량% ≤ Ti ≤ 0.060 중량%, 0.020 중량% ≤ Al ≤ 0.060 중량%, S ≤ 0.005 중량%, P ≤ 0.025 중량%, 0.002 중량% ≤ B ≤ 0.004 중량% 를 포함하고, 잔부는 철 및 정교화로부터 기인하는 불가피한 불순물들이다.

- 0.24 중량% ≤ C ≤ 0.38 중량%, 0.40 중량% ≤ Mn ≤ 3 중량%, 0.10 중량% ≤ Si ≤ 0.70 중량%, 0.015 중량% ≤ Al ≤ 0.070 중량%,　Cr ≤ 2 중량%, 0.25 중량% ≤ Ni ≤ 2 중량%, 0.015 중량% ≤ Ti ≤ 0.10 중량%, Nb ≤ 0.060 중량%,　0.0005 중량% ≤ B ≤ 0.0040 중량%, 0.003 중량% ≤ N ≤ 0.010 중량%, S ≤ 0.005 중량%, P ≤ 0.025 중량% 를 포함하고, 잔부는 철 및 정교화로부터 기인하는 불가피한 불순물들이다.

- 예비코팅은 용융 도금 알루미늄 합금, 즉 알루미늄 함량이 50 중량% 초과인 합금이다. 바람직한 예비코팅은 5 중량% ~ 11 중량% 의 Si, 2 중량% ~ 4 중량% 의 Fe, 선택적으로 0.0015 중량% ~ 0.0030 중량% 의 Ca 를 포함하고 잔부는 Al 및 제련으로부터 기인하는 불순물들을 포함하는 Al-Si 이다. 이러한 예비코팅의 특징들은 특히 본 발명의 열 사이클에 적용된다.

이러한 예비코팅은 용융 도금 프로세스를 직접적으로 초래한다. 이후에 설명되는 가열 시이클 전에, 용융 도금 알루미나이징에 의해 직접적으로 얻어지는 강판에서 추가의 열처리가 수행되지 않는다는 것을 의미한다.

강판의 각 측에서 예비코팅 두께는 15 ~ 50 마이크로미터인다. 15 마이크로미터 미만의 예비코팅 두께의 경우, 블랭크의 가열 동안 생성된 합금 코팅은 불충분한 조도를 갖는다. 따라서, 이러한 표면에서 후속 페인팅의 접착력이 낮아지고, 내식성이 저하된다.

예비코팅 두께가 50 마이크로미터 초과인 경우, 강 기재로부터의 철과의 합금화는 코팅의 외부 부분에서 훨씬 더 어려워진다.

특정 조성 및 조도에 따라, 예비코팅의 방사율 ε 은 0.15 ~ 0.51 에 포함될 수도 있다. 방사율이 0.15 인 예비코팅된 시트를 기준 시트로 취한 경우, 방사율 범위는 또한 0.15(1 + α) 로서 표현될 수도 있고, 여기서 α 는 0 ~ 2.4 인다.

가열 단계 전에, 예비코팅된 시트는 형상이 제조될 최종 부품들의 기하학적 형상과 관련되는 블랭크로 절단된다. 따라서, 이러한 단계에서 다수의 예비코팅된 강 블랭크들이 얻어진다.

본 발명의 결과를 달성하기 위해, 본 발명자는 프레스에서의 블랭크의 이동에 앞선 가열 단계 및 추가의 프레싱 경화가 세 가지 주요 특정 단계들로 나뉘어야 한다는 증거를 제시하였다:

- 제 1 단계에서, 블랭크들은 설정 온도 (θ_1F) 를 가지는 노의 구역 (1) 에서 지속시간 (t₁) 동안 가열된다.

- 제 2 단계에서, 블랭크들은 설정 온도 (θ_2F) 를 가지는 노의 구역 (2) 에서 지속시간 (t₂) 동안 등온으로 유지된다.

- 제 3 단계에서, 블랭크들은 추가 구역에서 오스테나이트화 온도 (θ_MB) 까지 가열된다.

이러한 세 개의 단계들은 더 상세하게 설명될 것이다.

- 두께 (th) 를 가지는 블랭크들은, 블랭크들을 다중 구역의 노로 병진 운동시킬 수 있는 롤러 또는 다른 적절한 수단 상에 위치된다. 노의 제 1 구역에 진입하기 전에, 블랭크들의 방사율이 측정된다. 실험에 따라, 본 발명의 프레임에서 고려되는 예비코팅의 알루미늄 합금의 방사율은 흡수율, 즉 노의 온도에서 에너지를 흡수하는 용량에 매우 근접한 것으로 밝혀졌다. 방사율은 오프라인 방법 또는 온라인 방법에 의해 측정될 수 있다.

오프라인 방법은 이하의 단계들을 포함한다: 블랭크는 고온, 예를 들어 900℃ ~ 950℃ 의 노에서 블랭크가 노의 온도 (T_∞) 에 최종적으로 도달하는 시간 동안 가열된다. 블랭크의 온도 (T) 는 서모커플에 의해 측정된다. 측정으로부터, 온도에 따른 방사율은 이하의 방정식을 사용하여 계산된다.

여기서,

- th 는 블랭크 두께이고,

- ρ 는 체적 질량이고,

- C_p 는 열 질량 용량이고,

- t 는 시간이고,

- h 는 대류 열전도 계수이고,

- σ 는 Stefan-Boltzmann 상수이다.

실험에 따라, 방사율은 20 ℃ 와 예비코팅의 고체화 온도 사이에서 실질적으로 일정하다.

방사율은 온라인 방법에 의해 대안적으로 측정될 수 있고, 즉 블랭크의 총 반사율 측정에 기초하여 센서를 사용하는 디바이스에 의해 노 내에서 도입되는 블랭크들에 대해 직접적으로 측정될 수 있다. 그 자체가 공지된 디바이스는 예를 들어 공보 WO9805943 에 개시되어 있고, 적외선 소스에 의해 방출된 방사선이 특징화하기 위해 제품에 의해 반사된다. 센서는 반사된 플럭스를 수신하여 반사율을 측정할 수 있고, 따라서 블랭크의 흡수율 및 방사율을 유도할 수 있다.

블랭크들은 노의 제 1 구역 내에 도입되고, 그 안에서 5 ~ 600 s 인 지속시간 (t₁) 동안 유지된다. 제 1 구역에서 지속시간의 종료 시에, 예비코팅된 블랭크의 표면이 550 ℃ ~ 598 ℃ 인 온도 (θ_1B) 에 도달하는 것이 바람직하다. 온도가 598 ℃ 보다 높으면, 온도가 고체화 온도에 근접하여 롤러에서 약간의 파울링을 야기하기 때문에 예비코팅이 용융된다는 위험이 있다. 온도가 550 ℃ 보다 낮으면, 예비코팅과 강 기재 사이에서 확산을 위한 지속시간이 너무 길 수 있고, 생산성이 만족스럽지 않을 수 있다.

지속시간 (t₁) 이 5s 보다 낮으면, 일부 상황에서, 예를 들어 블랭크 두께가 높은 경우, 550 ~ 598 ℃ 의 목표 온도 범위에 도달하는 것은 실질적으로 불가능하다.

지속시간 (t₁) 이 600 s 보다 높으면, 라인의 생산성이 불충분할 것이다.

노 구역 (1) 에서 이러한 가열 단계 동안, 예비코팅의 조성은 강 기재의 원소들로부터 확산에 의해 약간 농축되지만, 이러한 농축은 노 구역 (2) 에서 일어날 조성 변화보다 훨씬 덜 중요하다.

블랭크 표면에서 550 ~ 598 ℃ 의 온도 범위에 도달하기 위해, 본 발명자는, 노 구역 (1) 의 설정 온도 (θ_1F) 가 식 (1) 및 식 (2) 에 정의되는 2 개의 특정 값들 (θ_1Fmin 및 θ_1Fmax) 사이에 포함되어야 한다는 증거를 제시했다:

θ_1Fmax = (598 + Ae^Bt1 + Ce^Dt1) (1)

θ_1Fmin = (550 + A'e^B't1 + C'e^D't1) (2)

식 (1) 에서, A, B, C, D 는 다음과 같이 정의된다:

A=(762e^0.071th-426e^-0.86th)(1-0.345α)

B=(-0.031e^{-2.151 th}-0.039e^{- 0.094 th})(1+0.191α)

C=(394 e^{0.193 th}-434.3e^{- 1.797 th})(1-0.364α)

D=(-0.029e^{-2.677 th}-0.011e^{- 0.298 th})(1+0.475α)

식 (2) 에서, A, B, C, D 는 다음과 같이 정의된다:

A'=(625e^{0.123 th}-476e^{-1.593 th})(1-0.345α)

B'=(-0.059e^{-2.109 th}-0.039e^-0.091th)(1+0.191α)

C'=(393e^{0.190 th}-180e^-1.858th)(1-0.364α)

D'=(-0.044e^-2.915th-0.012e^{- 0.324th})(1+0.475α)

이러한 식들에서 θ_1F, θ_1Fmax, θ_1Fmin 는 ℃ 이고, t₁ 은 s 이고, 또한 th 는 mm 이다.

따라서, 설정 온도 (θ_1F) 는 시트 두께 (th), 예비코팅 방사율 (ε) 및 제 1 구역에서의 지속시간 (t₁) 에 따라 정확하게 선택된다.

노 구역 (1) 의 출구에서, 블랭크의 (θ_1B) 는 바람직하게는 고온계와 같은 원격 감지 디바이스에 의해 측정될 수 있다. 블랭크는 다른 노 구역 (2) 으로 즉시 이동되고, 여기서 온도는 측정된 온도 (θ_1B) 와 동일하게 설정된다.

그런 다음, 블랭크는 구체적으로 정의된 지속시간 (t₂) 동안 구역 (2) 에서 등온으로 유지된다: t₂ 는 이하의 식에 따라 구역 1 의 설정 (θ_1F, t₁) 및 블랭크 두께 (th) 에 의존한다.

t_2min ≥ t₂≥ t_2max,

여기서 t_2min = 0.95 t₂ ^* 및 t_2max = 1.05 t₂ ^*

여기서 t₂ ^* = t₁ ²(-0.0007 th² + 0.0025 th - 0.0026) + 33952 - (55.52 x θ_2F) (3)

여기서 θ_2F 는 ℃ 이고, t₂, t_2min, t_2max, t₂ ^* 는 s 이고, th 는 mm 이다.

이러한 단계 동안, 예비코팅이 기재 조성물로부터 원소의 확산에 의해, 즉 철 및 망간에 의해 점차적으로 변경되기 때문에, 예비코팅의 고체화 온도가 변화된다. 따라서, 예를 들어 10 중량% 의 Si, 2 중량% 의 철, 및 알루미늄과 불가피한 불순물들인 잔부의 조성물에 대해 577 ℃ 와 동일한 초기 예비코팅의 고체화는 예비코팅에서 Fe 및 Mn 의 농축으로 점진적으로 증가된다.

지속시간 (t₂) 이 t_2max 보다 큰 경우, 생산성은 감소되고, Al, Fe 및 Mn 의 상호확산이 너무 많이 진행되고, 이는 Al 함량의 감소로 인해 내부식성이 감소된 코팅으로 이어질 수 있다.

지속시간 (t₂) 이 t_2min 보다 작은 경우, Al 및 Fe 의 상호확산이 불충분하다. 따라서, 일부 결합되지 않은 Al 은 온도 (θ_2F) 에서 코팅 내에 존재할 수고, 이는 코팅이 부분적으로 액체가 되어 노 롤러들의 파울링으로 이어질 수도 있다는 것을 의미한다.

노 구역 (2) 의 엔드에서, 프로세스는 2 개의 대체 루트들 (A) 또는 (B) 에 따라 추가로 구현될 수 있다:

- 제 1 루트 (A) 에서, 블랭크는 노 (3, ..., N) 의 다른 구역들로 이동되고, 추가로 가열된다.

- 제 2 루트 (B) 에서, 블랭크는 실온으로 냉각되고, 저장되고, 그런 다음 추가로 재가열된다.

루트 (A) 에서, 블랭크는 온도 (θ_1B) 로부터 850 ~ 950℃ 의 최대 온도 (θ_MB) 로 가열된다. 이러한 온도 범위는 오스테나이트로의 기재의 초기 미세조직의 부분 또는 전체 변태를 달성할 수 있다.

θ_1B 로부터 θ_MB 로의 가열 속도 (V_a) 는 5 ~ 500℃/s 이고: V_a 가 5℃/s 보다 낮으면, 라인 생산성 요건이 충족되지 않는다. V_a 가 500℃/s 보다 높으면, 기재 내의 감마겐 (gammagene) 원소들이 풍부한 일부 영역들이 다른 영역들보다 오스테나이트로 보다 신속하게 그리고 보다 완전하게 변태되고, 신속한 냉각 후에, 부품의 일부 미세조직의 이형성이 예상되는 위험이 있다. 이러한 가열 조건에서, 이전 단계들 (1 및 2) 은 용융 온도가 보다 높은 Fe 및 Mn 에서 충분히 농축된 코팅을 얻을 수 있었기 때문에, 롤러들 상에 발생하는 코팅의 바람직하지 않은 용융 위험이 상당히 감소된다.

대체 루트 (B) 로서, 블랭크는 θ_1B 로부터 실온으로 냉각될 수 있고, 그러한 조건에서 원하는 대로 저장된다. 그 후, 그것은 루트 (A) 에서와 동일 조건의, 즉 5 ~ 500 ℃/s 인 θ_1B 에서 θ_MB 까지의 V_a 를 갖는 적합한 노에서 재가열될 수 있다. 그러나, 본 발명자들은, 이러한 가열 이전에, 비율 Mn_surf/Mn_s 이 0.33 보다 큰 그러한 범위까지 베이스 금속 시트의 Mn 이 코팅 표면으로 확산된 경우, 30 ℃/s 초과 또는 심지어 50 ℃/s 초과의 가열 속도 (V_a) 가 코팅의 국부적인 용융의 어떠한 위험도 없이 사용될 수 있다는 것을 입증하였고, 여기서 Mn_surf 은 급속 가열 전의 코팅의 표면에서의 Mn 함량 (중량%) 이고, Mn_s 는 강 기재의 Mn 함량 (중량%) 이다. Mn_surf 은 예를 들어 그 자체가 공지된 기술인 Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy 를 통해 측정될 수 있다. 30 ℃/s 또는 50 ℃/s 보다 높은 원하는 가열 속도를 달성하기 위해 유도 가열 또는 저항 가열을 사용할 수 있다. 그러나, Mn_surf/Mn_s 이 0.60 보다 높으면, 코팅의 Al 함량이 지나치게 많이 감소하기 때문에 내식성이 저하된다. 따라서, Mn_surf/Mn_s 비율은 0.33 ~ 0.60 에 포함되어야 한다. 더욱이, 높은 가열 속도는, 특히 700 ℃ 초과의 온도에서 코팅 내에 발생하고 또한 프레스 경화된 부품에서 지연 파단의 위험이 증가하기 때문에 해로울 수 있는 코팅 내의 수소 흡입을 낮은 레벨로 유지할 수 있다.

선택된 루트 (A) 또는 (B) 가 무엇이든, V_a 에서의 가열 단계는, 시트 두께가 0.5 ~ 5 mm 일 때 이러한 디바이스들이 그러한 가열 속도를 달성할 수 있기 때문에, 유도 가열 또는 적외선 가열에 의해 유리하게 수행될 수 있다.

θ_MB 에서 가열된 후에, 가열된 블랭크는 기재의 균질한 오스테나이트 결정립 크기를 얻도록 이러한 온도로 유지되고, 가열 디바이스로부터 추출된다. 코팅은 블랭크의 표면에 존재하여, 전술한 확산 현상에 의해 예비코팅의 변태를 초래한다. 가열된 블랭크는 성형 프레스로 이동되고, 이동 지속시간 (Dt) 은 10 s 미만이고, 따라서 프레스에서 고온 변형 이전에 다각형 페라이트의 형성을 회피할 만큼 충분히 빠르고, 그렇지 않으면 프레스 경화된 부품의 기계적 강도가 기재 조성에 따라 최대 잠재력을 달성하지 못한다는 위험이 있다.

가열된 블랭크는 성형된 부품을 얻기 위하여 프레스에서 고온 성형된다. 그런 다음, 부품은 적절한 냉각 속도를 보장하고 수축 및 상 변태로 인한 뒤틀림 (distortion) 을 회피하기 위해 성형 프레스의 툴링 내에서 유지된다. 부품은 공구로 열 전달을 통한 전도에 의해 주로 냉각된다. 공구들은 냉각 속도를 높이기 위한 냉각수 순환 또는 냉각 속도를 낮추기 위한 카트리지 가열을 포함할 수도 있다. 따라서, 냉각 속도는 이러한 수단의 구현을 통해 기재 조성물의 경화능을 고려함으로써 정확하게 조절될 수 있다. 냉각 속도는 부품 내에서 균일할 수도 있거나 또는 냉각 수단에 따라 구역마다 가변할 수도 있으며, 따라서 국부적으로 증가된 강도 또는 연성 특성들을 달성할 수 있다.

높은 인장 응력을 달성하기 위해, 고온 성형된 부품의 미세조직은 마텐자이트 또는 베이나이트 중에서 선택된 적어도 하나의 성분을 포함한다. 냉각 속도는 달성되어야 하는 미세조직 및 기계적 특성에 따라 임계 마텐자이트 또는 베이나이트의 냉각 속도보다 높도록 강 조성물에 따라 선택된다.

특정 실시형태에서, 본 발명의 프로세스를 구현하기 위해 제공되는 예비코팅된 강 블랭크는 균일하지 않은 두께를 갖는다. 따라서, 고온 성형된 부품에서, 서비스 응력 (service stresses) 을 가장 많이 받는 구역들에서 원하는 기계적 저항 레벨을 달성할 수 있고, 또한 다른 구역들에서 중량을 줄일 수 있으며, 따라서 차량 중량 감소에 기여할 수 있다. 특히, "맞춤형 압연 블랭크" 를 얻기 위하여, 균일하지 않은 두께를 갖는 블랭크는 연속적인 가요성 압연, 즉 압연 후 얻어지는 시트 두께가 압연 방향으로 가변하는 프로세스에 의해 생산될 수 있다. 대안적으로, "맞춤형 용접 블랭크" 를 얻기 위하여, 블랭크는 상이한 두께를 갖는 블랭크의 용접을 통해 제조될 수 있다.

이러한 경우에, 블랭크 두께는 일정하지 않지만 두 개의 극값들 (th_min 및 th_max) 사이에서 가변한다. 본 발명자는 본 발명이 전술한 식 (1 ~ 2) 에서 th = th_min 를 사용함으로써 그리고 전술한 식 (3) 에서 th = th_max 를 사용함으로써 구현되어야 한다는 것을 입증하였다. 즉, 노 구역 (1) 의 설정은 블랭크의 가장 얇은 부분으로 조절되어야 하고, 노 구역 (2) 의 설정은 블랭크의 가장 두꺼운 부분으로 조절되어야 한다. 그러나, th_max와 th_min 사이의 상대 두께 차이는 너무 크지 않아야 하고, 즉 ≤1.5 이고, 그렇지 않으면 경험된 가열 사이클의 큰 차이가 예비코팅의 일부 국부적인 용융으로 이어질 수 있다. 이렇게 함으로써, 롤러들의 파울링은 노 구역 (1) 에서 가장 얇은 섹션 및 노 구역 (2) 에서 가장 두꺼운 섹션인 것으로 발견된 가장 임계의 영역에서 나타나지 않는 반면에, 가변적인 두께를 갖는 블랭크에 대한 생산성에 대해 가장 유리한 조건들을 여전히 보장한다.

본 발명의 다른 실시형태에서, 핫 프레스 성형 라인은 동일한 두께를 갖는 상이한 블랭크들의 배치들을 구현하지만, 배치마다 동일한 방사율을 갖지 않는다. 예를 들어, 노 라인은 α₁ 에 의해 특징화되는 방사율을 갖는 제 1 배치 (B₁), 및 방사율이 α₁ 과는 상이한 α₂ 에 의해 특징화되는 방사율을 갖는 배치 (B₂) 를 열 처리해야 한다. 본 발명에 따라, 제 1 배치는 α₁ 을 고려하여 식들 (1 ~ 3) 에 따라 구역들 (1 및 2) 의 노 설정으로 가열된다. 따라서, 노 설정은 다음과 같다: θ_1F(α₁), t₁(α₁)_,θ₂(α₁), t₂(α₁). 그 후, 배치 (B1) 은 노 설정들 (S1) 의 선택에 따라 노 구역들 (3, ...i, ...N) 에서 가열된다. 그 후, 제 2 배치 (B2) 는 식들 (1 ~ 3) 에 대응하는 설정들 (S2) 로, 즉 설정들 (θ_1F(α₂), t₁(α₂), θ₂(α₂), t₂(α₂)) 로 또한 열 처리된다.

본 발명 덕분에, 초기 방사율이 상이할 지라도, 노의 구역 (2) 의 엔드에서 코팅 (B2) 의 상태는 (B1) 의 것과 동일하다. 따라서, (B2) 를 위해 설정들 (S2) 을 선택하는 것은, 초기 블랭크 방사율의 변화에도 불구하고, 이러한 프로세스를 통해 제작된 프레스 경화된 부품들이 코팅 내에서 그리고 기재 내에서 일정한 특성들을 갖는 것을 보장한다.

본 발명에 따라, 상기 프로세스는 유리하게는 다음을 포함하는 디바이스로 구현된다:

- 특징화될 블랭크를 향해 배향된 적외선 소스를 바람직하게는 포함하는 가열 전에 실온에서 블랭크들의 방사율을 연속적으로 측정하기 위한 디바이스, 및 반사율을 측정하기 위해 반사된 플럭스를 수신하는 센서,

- 바람직하게는 세라믹 롤러들을 사용하는 컨베이어인, 블랭크를 각각의 구역 (i) 로부터 구역 (i+1) 을 향해 연속적으로 그리고 순차적으로 이동시키기 위한 디바이스,

- 식들 (1 ~ 3) 에 따른 값들 (θ_1Fmax, θ_1Fmin, t_2min, t_2max) 을 계산하기 위한 컴퓨터 디바이스,

- 계산된 온도를 전송하고 또한 방사율의 변화가 감지되면 계산된 온도들을 얻기 위하여 가열 수단에서 에너지 입력의 최종 수정을 구현하는 디바이스.

본 발명은 제한적이지 않은 이하의 실시예들에 의해 지금부터 예시된다.

실시예 1

두께가 1.5 mm, 2 mm 또는 2.5 mm 인 22MnB5 강판은 표 1 의 조성을 가졌다. 다른 원소들은 철 및 가공처리시 내재된 불순물이다.

표 1. 강 조성 (중량%)

강판은 연속 용융 도금을 통해 Al-Si 로 예비코팅되었다. 예비코팅 두께는 양측에서 25 ㎛ 이다. 예비코팅은 9 중량% 의 Si, 3 중량% 의 Fe 를 함유하고, 잔부는 알루미늄 및 제련으로 인한 불순물들이다. 강판의 예비코팅의 실온에서의 방사율 계수 (ε) 는 α = 0 에 의해 특징화된다. 그런 다음, 강판은 예비코팅된 강 블랭크를 얻기 위하여 절단되었다.

3 개의 구역들을 포함하는 노가 제공되었고, 이러한 구역들의 설정 온도들은 각각 θ_1F, θ_2F, θ_3F 이다.

표 2 의 설정 온도들은 노 내의 구역들 (1 및 2) 에서 적용된다. 구역 (1) 및 구역 (2) 의 엔드 (end) 에서, 10 ℃/s 의 평균 가열 속도 (V_a) 로, 블랭크는 온도 (θ_2F) 로부터 900 ℃ 까지 가열되었고, 이러한 온도에서 2 분 동안 유지되었다. 노로부터의 추출 후에, 블랭크는 완전 마텐자이트 미세조직을 얻기 위하여 고온 성형 및 급냉되었다. 얻어진 부품들의 인장 강도는 약 1500 MPa 이다.

또한, 하나의 구역만을 가지는 노에서 가열이 수행되었다 (시험 R5).

예비코팅의 최종 용융 존재가 다른 시험에서 평가되었고, 표 2 에 보고되었다.

시험 I1 ~ I3 은 본 발명의 조건들에 따라 실현되고, 시험 R1 ~ R5 는 이러한 조건들에 대응하지 않는 참조 시험들이다.

표 2. 가열 사이클 및 얻어진 결과

본 발명에 따른 조건들 I1 ~ I3 에서 처리된 시편들은 예비코팅의 용융을 나타내지 않는다.

시험 R1 에서, 설정 온도들 (θ_1F, θ_2F) 및 지속시간 (t₁) 이 시험 I2 에서와 동일하다. 그러나, 지속시간 (t₂) 이 전술한 식 (3) 에서 규정된 조건 (t_min) 에 비해 불충분하므로, 예비코팅의 용융이 경험된다.

시험 R2 에서, 설정 온도 (θ_2F) 가 시험 I2 보다 높고, 지속시간 (t₂) 이 전술한 식 (3) 에서 규정된 조건 (t_min) 의 관점에서 불충분하다.

시험 R3 에서, 설정 온도 (θ_2F) 가 시험 I3 보다 높고, 지속시간 (t₂) 이 전술한 식 (3) 에서 규정된 조건 t_min 의 관점에서 불충분하다.

시험 R4 에서, 설정 온도 및 지속시간 (t₁ 및 t₂) 은 시험 I2 의 것과 동일할 지라도, 시트의 두께가 시험 I2 보다 높고 온도 (θ_1B) 는 550 ~ 598 ℃ 에 있지 않다. 지속시간 (t₂) 은 전술한 조건 (3) 의 관점에서 불충분하다.

시험 R5 에서, 가열은 단 하나의 구역을 포함하는 노에서 수행되고, 발명의 조건이 충족되지 않기 때문에 예비코팅의 용융이 또한 경험된다.

실시예 2

α = 0 에 의해 특징화된 알루미늄 예비코팅을 갖는 예비코팅된 블랭크들의 제 1 배치가 제공되었다. α = 0.3 에 의해 특징화된 알루미늄 예비코팅을 갖는 강 블랭크들의 제 2 배치가 제공되었다. 두 개의 경우에서 판 두께는 1.5 mm 이고, 강 및 예비코팅의 조성은 실시예 1 의 것과 동일하다. 예비코팅 두께는 양측에서 25 ㎛ 이다. 강 블랭크들의 두 개의 배치들은 표 3 에 상세하게 설명된 설정들로 동일한 노 내에서 연속적으로 처리되었다. 그 후, 블랭크는 10 ℃/s 의 동일한 평균 가열 속도 (V_a) 로 최대 900 ℃ 까지 가열되었고, 2 분간 유지되었으며, 그 후 완전 마텐자이트 미세조직을 얻기 위하여 고온 성형 및 급냉되었다. 설정 조건들은 식들 (1 ~ 3) 에 의해 규정된 본 발명의 조건들에 따른다.

표 3. 상이한 방사율 값들을 갖는 강판의 가열 사이클

초기 방사율의 차이에도 불구하고, 실험은 최종 코팅의 미세조직이 핫 프레스 성형된 부품에서 동일하다는 것을 드러낸다.

따라서, 본 발명의 프로세스는 좁은 범위 내인 특징들을 갖는 구조적으로 코팅된 부품들을 얻을 수 있다.

실시예 3

표 4 에 제시된 상이한 두께 조합을 갖는 두 개의 알루미늄 처리된 강 블랭크들로 구성된 맞춤형 용접 블랭크 ("TWB") 가 제공되었다. 블랭크들은 레이저 용접에 의해 조립되었다. 강 및 예비코팅의 조성은 실시예 1 의 것과 동일했고, 예비코팅 두께는 양측에서 25 ㎛ 이다. TWB 는 표 4 의 설정으로 노에서 가열되었다.

용접된 블랭크들은 10 ℃/s 의 가열 속도 (V_a) 로 900 ℃ 로 가열되었고, 2 분간 유지되었고, 노로부터 추출되었고, 완전 마텐자이트 미세조직을 얻기 위하여 고온 성형 및 급냉되었다.

표 4. 상이한 두께를 갖는 레이저 용접된 블랭크들의 가열 사이클

밑줄친 값: 본 발명과 일치하지 않음

시험 I4 가 본 발명에 따라 수행되었고, 따라서 용융이 용접된 블랭크의 얇은 부분 또는 두꺼운 부분에서 일어나지 않는다.

참고 시험 R6 ~ R8 에서, 비율 th_max/th_min 은 본 발명에 따르지 않는다.

시험 R6 에서, 노 설정들은 I1 과 동일하다. 하지만, 구역 (1) 의 노 설정들이 0.5mm 의 두께에 적합하지 않으므로, 용접의 이러한 부분의 용융이 이러한 구역에서 발생한다.

시험 R7 에서, 구역 (1) 의 노 설정들은 2.5 mm 의 두께에 적합하지만, 1 mm 의 두께에는 적합하지 않다. 따라서, 용접의 이러한 후자 부분의 용융이 이러한 구역에서 발생한다.

시험 R8 에서, 노 설정들은 I1 과 동일하다. 하지만, 구역 (2) 의 노 설정들이 2.5 mm 의 두께에 적합하지 않으므로, 용접의 이러한 부분의 용융이 θ_2F ~ θ_MB 의 추가 가열 동안 발생한다.

실시예 4

실시예 1 에 제시된 특징들을 갖는 두께가 1.5 mm 인 강 블랭크들이 제공되었다. 블랭크들은 2 개의 가열 구역들 (1 및 2) 만을 포함하는 노에서 처리되었다. 블랭크들은 표 5 의 파라미터들에 따라 이러한 두 개의 구역들에서 연속적으로 가열되었다. 그 후, 블랭크들은 실온으로 직접 냉각되어 저장되었다. 이 단계에서, Mn 함량은 코팅의 표면의 함량이고, Mn_surf 는 Glow Discharge Optical Emission Spectroscopy 를 통해 결정되었다. 그 후, 블랭크들은 50℃/s 의 가열 속도 (V_a) 로 900 ℃ 로 저항 가열되었고, 이러한 온도에서 2 분 동안 유지되었고, 그런 다음 완전 마텐자이트 미세조직을 얻기 위하여 고온 성형 및 급냉되었다. 이러한 빠른 가열 단계 동안 최종 용융의 존재가 기록되었다.

표 5. 가열 사이클 및 얻어진 결과

밑줄친 값: 본 발명과 일치하지 않음

시험 I5 및 I6 은 본 발명의 조건에 따라 수행되었고, 따라서 50℃/s 에서 가열되는 동안 용융이 일어나지 않았다. 또한, 프레스 경화된 부품의 내식성도 만족스러웠다.

참조 시험 R9 에서, Mn_surf/Mn_s비율이 불충분하므로, 50 ℃/s 로 가열하는 동안 용융이 일어난다.

따라서, 본 발명에 따라 제조된 강 부품들은 차량의 구조용 부품 또는 안전 부품의 제작을 위해 유익하게 사용될 수 있다.

Claims

프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스로서,
- N 개의 구역들을 포함하는 노 (F) 를 제공하는 단계로서, N 은 2 이상이고, 각각의 노 구역 (1, 2, ..i, ..N) 은 설정 온도 (θ_1F, θ_2F, ..θ_iF, ..θ_NF) 에서 각각 가열되는, 상기 노 (F) 를 제공하는 단계,
- 이하의 연속적인 단계들을 그 순서로 구현하는 단계를 포함하는, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스:
- 두께 (th) 가 0.5 ~ 5 mm 인 적어도 하나의 강판을 제공하는 단계로서, 상기 강판은 두께가 15 ~ 50 마이크로미터인 알루미늄 합금 예비코팅에 의해 커버되는 강 기재를 포함하고, 상기 강판의 실온에서의 방사율 계수는 0.15(1+α) 와 같고, α 는 0 ~ 2.4 에 포함되는, 상기 적어도 하나의 강판을 제공하는 단계, 그런 다음
- 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 얻기 위하여 상기 적어도 하나의 강판을 절단하는 단계, 그런 다음
- 5 ~ 600 s 인 지속시간 (t₁) 동안 노 구역 (1) 내에 상기 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 배치하는 단계로서, θ_1F 및 t₁ 은
θ_1Fmax > θ_1F > θ_1Fmin 이며,
여기서 θ_1Fmax = (598 + Ae^Bt1 + Ce^Dt1), 및
θ_1Fmin = (550 + A'e^B't1 + C'e^D't1) 이고,
A, B, C, D, A', B', C', D' 는
A = (762 e^{0.071 th}- 426 e^{-0.86 th}) (1-0.345α),
B = (-0.031 e^{-2.151 th} - 0.039 e^{- 0.094 th}) (1+0.191α),
C = (394 e^{0.193 th} - 434.3 e^{- 1.797 th}) (1-0.364α),
D = (-0.029 e^{-2.677 th} - 0.011 e^{- 0.298 th}) (1+0.475α),
A' = (625 e^{0.123 th}- 476 e^{-1.593 th}) (1-0.345α),
B' =(-0.059 e^{-2.109 th} - 0.039 e^{- 0.091 th}) (1+0.191α),
C' = (393 e^{0.190 th} - 180 e^{- 1.858 th}) (1-0.364α),
D' =(-0.044 e^{-2.915 th} - 0.012 e^{- 0.324 th}) (1+0.475α) 이며,
여기서 θ_1F, θ_1Fmax, θ_1Fmin 는 ℃ 이고, t₁ 은 s 이고, 또한 th 는 mm 이고,
상기 노 구역 (1) 의 출구에서 상기 예비코팅된 강 블랭크의 온도는 θ_1B 인, 상기 노 구역 (1) 내에 상기 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 배치하는 단계, 그런 다음
- 상기 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 설정 온도 θ_2F = θ_1B 에서 가열된 노 구역 (2) 에서 이동시키고, 지속시간 (t₂) 동안 상기 예비코팅된 강 블랭크를 등온으로 유지시키는 단계로서, θ_2F 및 t₂ 는
t_2min ≥ t₂≥ t_2max 이며,
여기서 t_2min = 0.95 t₂ ^* 및 t_2max = 1.05 t₂ ^* 이고,
여기서 t₂ ^* = t₁ ²(-0.0007 th² + 0.0025 th - 0.0026) + 33952 - (55.52 x θ_2F) 이며,
여기서 θ_2F 는 ℃ 이고, t₂, t_2min, t_2max, t₂ ^* 는 s 이고, th 는 mm 인, 노 구역 (2) 에서 상기 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 유지시키는 단계, 그런 다음
- 850 ℃ ~ 950 ℃ 인 최대 블랭크 온도 (θ_MB) 에 도달하기 위하여, 상기 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 상기 노의 추가 구역들 (3, ..i, ..N) 에서 이동시키는 단계로서, θ_2F 와 θ_MB 사이의 블랭크의 평균 가열 속도 (V_a) 가 5 ~ 500 ℃/s 인, 상기 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 상기 노의 추가 구역들 (3, ..i, ..N) 에서 이동시키는 단계, 그런 다음
- 적어도 하나의 가열된 강 블랭크를 노에서 프레스로 이동시키는 단계, 그런 다음
- 적어도 하나의 부품을 얻기 위하여 상기 프레스에서 상기 적어도 하나의 가열된 강 블랭크를 열간 성형하는 단계, 그런 다음
- 마텐자이트 또는 베이나이트 중에서 선택된 적어도 하나의 성분을 포함하는 상기 강 기재의 미세조직을 얻기 위하여 냉각 속도로 상기 적어도 하나의 부품을 냉각시키는 단계.
제 1 항에 있어서,
상기 가열 속도 (V_a) 는 50 ~ 100 ℃/s 에 포함되는, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 1 항 내지 제 2 항에 있어서,
상기 예비코팅은 5 ~ 11 중량% 의 Si, 2 ~ 4 중량% 의 Fe, 선택적으로 0.0015 ~ 0.0030 중량% 의 Ca 를 포함하고, 잔부는 알루미늄 및 가공처리시 내재된 불순물인, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 속도 (V_a) 에서 가열은 적외선 가열에 의해 수행되는, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 가열 속도 (V_a) 에서 가열은 유도 가열에 의해 수행되는, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 강 블랭크는, 일정하지 않고 th_min 와 th_max 사이에서 가변적이며 또한 비율 th_max/ th_min 이 ≤ 1.5 인 두께를 가지고, 상기 제조 프로세스는 th = th_min 로 결정된 경우 θ_1F 및 t₁ 를 갖는 상기 노 구역 (1) 에서 구현되고, 또한 th = th_max 로 결정된 경우 θ_2F 및 t₂ 를 갖는 상기 노 구역 (2) 에서 구현되는, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 노 구역 (2) 에서 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 유지시킨 후에 그리고 상기 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 상기 노의 노 구역들에서 이동시키기 전에, 상기 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크는 냉각되어 코팅된 강 블랭크를 얻기 위하여 실온으로 냉각되는, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 7 항에 있어서,
상기 냉각되어 코팅된 강 블랭크는 0.33 ~ 0.60 에 포함되는 비율 Mn_surf/Mn_s 를 가지고, Mn_surf 은 상기 냉각되어 코팅된 강 블랭크의 표면에서의 Mn 함량 (중량%) 이고, Mn_s 는 상기 강 기재의 Mn 함량 (중량%) 인, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
상기 가열 속도 (V_a) 는 30 ℃/s 보다 높은, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 9 항에 있어서,
상기 가열 속도는 저항 가열에 의해 얻어지는, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 1 항에 있어서,
- 두께 (th) 를 갖는 다수의 블랭크들의 배치들이 제공되고, 적어도 하나의 배치 (B₁) 는 α = α₁ 인 배치이고, 적어도 하나의 배치 (B₂) 는 α = α₂ 인 배치이며, 여기서 α₁≠ α₂ 이고,
- 상기 배치 (B₁) 는 청구항 1 에 따라 선택된 프로세스 조건들 (θ_1F(α₁), t₁(α₁), θ₂(α₁), t₂(α₁)) 에서 프레스 경화되고,
- 상기 배치 (B₂) 는 청구항 1 에 따라 선택된 프로세스 조건들 (θ_1F(α₂), t₁(α₂), θ₂(α₂), t₂(α₂)) 에서 프레스 경화되고,
- 노 구역들 (3, ..i, ...N) 에서 온도와 지속시간은 (B₁) 및 (B₂) 에 대해 동일한, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 1 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 강판을 절단한 후에 그리고 상기 적어도 하나의 예비코팅된 강 블랭크를 상기 노 구역 (1) 내에 배치하기 전에, 상기 예비코팅된 강 블랭크의 방사율이 실온에서 측정되는, 프레스 경화되어 코팅된 부품의 제조 프로세스.
제 7 항에 따라 제조된 냉각되어 코팅된 강 블랭크로서,
상기 냉각되어 코팅된 강 블랭크는 0.33 ~ 0.60 에 포함되는 비율 Mn_surf/Mn_s 를 가지고, Mn_surf 는 상기 냉각되어 코팅된 강 블랭크의 표면에서의 Mn 함량 (중량%) 이고, Mn_s 는 상기 강 기재의 Mn 함량 (중량%) 인, 냉각되어 코팅된 강 블랭크.
가열된 블랭크들로부터 프레스 경화된 부품들을 제조하는 관점에서 블랭크들의 배치들을 가열하기 위한 디바이스로서,
- 특징화될 블랭크들을 향해 배향된 적외선 소스를 포함하는, 노 (F) 전에 배치된, 가열 전에 실온에서 블랭크들의 배치들의 초기 방사율을 온라인으로 측정하기 위한 디바이스, 및 반사율을 측정하기 위해 반사된 플럭스를 수신하는 센서,
- N 개의 구역들을 포함하는 노 (F) 로서, N 은 2 이상이고, 각각의 노 구역 (1, 2, ..i, ..N) 은 각각의 노 구역 내의 온도 (θ_1F, θ_2F, ..θ_iF, ..θ_NF) 에 무관하게 설정하기 위한 가열 수단 (H₁, H₂, ..H_i, ..H_N) 을 가지는, 상기 노 (F),
- 블랭크들을 각각의 구역 (i) 으로부터 구역 (i+1) 을 향해 연속적으로 그리고 순차적으로 이동시키기 위한 디바이스,
- 제 1 항에 따른 값들 (θ_1Fmax, θ_1Fmin, t_2min, t_2max) 을 계산하기 위한 컴퓨터 디바이스,
- 계산된 온도들을 전송하고, 상이한 블랭크들의 배치들을 사이의 초기 방사율의 변화가 감지되면 상기 계산된 온도들에 따라 설정 온도들 (θ_1F, θ_2F, ..θ_iF, ..θ_NF) 을 조절하기 위하여 상기 가열 수단 (H₁, H₂, ..H_i, ..H_N) 에서 에너지 입력의 최종 수정을 구현하는 디바이스를 포함하는, 블랭크들을 가열하기 위한 디바이스.
차량의 구조용 부품 또는 안전 부품의 제작을 위해 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 따른 제조 프로세스로 제조된 강 부품들의 용도.