KR20200007003A

KR20200007003A - 열간-성형 재료, 부품 및 용도

Info

Publication number: KR20200007003A
Application number: KR1020197036443A
Authority: KR
Inventors: 옌스-울릭 벡커; 슈테판 뮈슬로빅키
Original assignee: 티센크루프 스틸 유럽 악티엔게젤샤프트; 티센크룹 악티엔게젤샤프트
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2020-01-21
Also published as: MX2019013667A; CN110636939A; EP3625044A1; BR112019024206A2; EP3625044B1; CN110636939B; JP2020519765A; WO2018210415A1; US20200346436A1; US11110686B2; CA3063335A1

Abstract

본 발명은 열간-성형 재료의 가압-경화된 상태에서 1900　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 575 HV10 초과의 경도, 특히 2000　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 600 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 2100　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 630 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 2200　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 660 HV10 초과의 경도, 더욱 바람직하게는 2300　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 685 HV10 초과의 경도를 갖는 경화성 강으로 구성된 코어 층; 및 열간-성형 재료의 가압-경화된 상태에서 750　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 235 HV10 초과의 경도, 특히 900　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 280 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 1000　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 310 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 1100　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 340 HV10 초과의 경도, 더욱 바람직하게는 1200　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 370 HV10 초과의 경도를 갖는, 코어 층에 비해 더 연한 강으로 구성되고, 코어 층과 재료 결합식으로 연결된 두 개의 외부 층들;을 포함하는, 3층 복합 재료로 구성된 열간-성형 재료에 관한 것이다. 본 발명은 또한 부품 및 상응하는 용도에 관한 것이다.

Description

열간-성형 재료, 부품 및 용도

본 발명은 3층 복합 재료로 구성된 열간-성형 재료에 관한 것이다.

자동차 산업에서는 차량의 중량을 감소시킴으로써 연료 소비를 저감하기 위한 새로운 해결책이 모색되고 있다. 차량의 중량을 줄일 수 있게 하기 위해 핵심적인 요소는 경량 제조이다. 이는 특히, 증가된 강도를 갖는 재료의 사용을 통해 달성될 수 있다. 강도의 증가는 일반적으로 굽힘 능력을 포기함으로써 달성된다. 경량 제조를 달성하기 위해 증가된 강도에도 불구하고, 충돌-관련 부품의 경우에 요구되는 탑승자 보호를 보장하기 위해, 사용된 재료가 충돌에 의해 유발된 에너지를 변형에 의해 전환시킬 수 있는 것을 보장할 필요가 있다. 이는, 특히 차량 구조체의 충돌-관련 부품에 있어서, 높은 수준의 가공 능력을 필요로 한다. 중량을 줄이는 한 가지 수단은, 예를 들어, 육상 차량의 차체 및/또는 섀시에, 종래에 사용되는 재료에 비해 혁신적인 재료를 사용하여, 훨씬 더 가벼운 구성 및 구조를 부여하는 것이다. 따라서, 예를 들어, 부품에 따라, 종래의 재료를, 더 얇은 벽을 갖지만 필적할 만한 특성을 갖는 재료로 대체할 수 있다. 예를 들어, 하이브리드 재료 또는 복합 재료가 자동차 산업에서 점점 더 많이 사용되고 있고, 그것은 둘 이상의 상이한 재료들로 구성되며, 여기서 각각의 개별 재료는 특정한 특성들, 일부 경우에, 상충되는 특성들을 갖는데, 상기 특성들은 개별 단일체형(monolithic) 재료에 비해 복합 재료에서 개선된 특성을 달성하기 위해 복합 재료에서 조합된다. 복합 재료, 특히 상이한 강들로 구성된 것들이 선행 기술에서, 예를 들어 독일 공개 명세서 DE　10　2008　022　709　A1호 또는 유럽 공개 명세서 EP　2 886　332　A1호로부터 공지되어 있다.

열간 성형을 위해 구성된 강 복합 재료는 본 출원인에 의해 상품명 "트리본드(Tribond)®" 1200 및 1400로서 판매된다. 높은 강도 및 연성의 목적을 달성하기 위해, 극히 높은 강도의 경화성 강 코어 층 및 연성 강 외부 층이 상이한 재료 두께로 사용된다. 이러한 재료 조합을 위해 가압-경화된 상태에서 만족스러운 잔여 가공성을 달성하기 위해 연성 결합 파트너에 높은 재료 두께를 부여한다. 이로 인해 복합 재료의 강도가 두 가지 이유로 감소되는데; 첫째로, 그를 야기하는 연성 성분 그 자체로 인한 것이고; 둘째로, 제조 (열간 압연 클래딩) 및 가공 (열간 성형)의 과정에서 일어나는, 결합 파트너들 사이의 합금 원소들의 확산 유동으로 인해 코어의 강도가 감소됨으로 인한 것이다. 예를 들어, 탄소가 코어 층으로부터 외부 층으로 확산하여, 외부 층이 경화되게 하고, 그와 동시에 코어 영역에서 강도를 낮춘다. 얇은 외부 층이 사용되는 경우에, 달성된 전체 강도가 높긴 하지만, 확산 과정은 연성 결합 파트너의 비교적 강한 경화를 초래하는데, 이는 궁극적으로 연성 목적이 달성될 수 없다는 것을 의미한다.

열간 성형의 경우에, 서두에서 언급된 강 복합 재료를 절단하여 블랭크를 형성하고 오스테나이트화 온도로 가열한 후에, 후속적으로 냉각된 성형틀에서 동시에 열간-성형하고 냉각시킨다. 코어 층으로서 22MnB5를 사용하는 경우에 적어도 27　K/s의 냉각 속도를 필요로 하는 이러한 강력한 냉각의 결과, 구조체는 오스테나이트로부터 마르텐사이트로 완전히 변환되고, 가공되어 부품이 된 재료는 가압-경화된 상태에서 코어 층에 그것의 요망되는 높은 강도를 얻는다. 관련 기술분야의 통상의 기술자에게, 이러한 공정은 또한 용어 "가압 경화"로서 공지되어 있다. 이러한 공정을 위해 사용되는 강 복합 재료에는, 예를 들어 강 블랭크가 오스테나이트화 온도로 가열될 때의 원치않는 스케일 형성(scaling)을 방지하기 위해, 알루미늄-기재의 코팅, 예컨대 AlSi 코팅이 제공된다.

강 복합 재료는 지금까지는 기계적 특성 때문에 열간 성형을 위해 구성되어 왔다. 결합 파트너들의 화학적 조성으로 인해 특히 복합 재료를 형성하기 위한 제조 동안에 및 열간 성형 동안에, 국소 합금 원소들의 상호작용은 불리하게 작용하며, 이는 복합 재료의 만족스럽지 않은 강도 및/또는 연성을 초래한다.

본 발명의 목적은, 제조 및 가공 시에 일어나는 확산 과정에도 불구하고, 선행 기술로부터 공지되어 있는 복합 재료에 비해, 개별 층 (결합 파트너)의 특성에 있어서 더 작은 변화를 나타냄과 동시에, 표면 근처 영역에서 높은 강도 및 연성을 나타내는 열간-성형 재료를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 열간-성형 재료에 의해 달성된다.

기술된 확산-관련 문제를 회피하고, 높은 잔여 연성과 동시에 복합 재료의 달성 가능한 총 강도를 증가시키기 위해, 결합 파트너들 사이의 확산 유동을 적합한 형태로 억제할 필요가 있다. 이는, 합금 원소로서 강도 및/또는 경도에 상당한 기여를 하는 탄소를 선행 기술에 비해 더 높은 C 함량으로 외부 층에 제공하여, 외부 층과 코어 층 사이의 더 작은 농도차로 인해 이러한 합금 원소의 확산 속도를 낮출 수 있게 함으로써, 달성될 수 있다. 3층 복합 재료로 구성된 본 발명의 열간-성형 재료는, 극히 높은 강도의 단일체형 강 재료에 비해 필적할 만한 강도를 갖는 기계적 특성과 관련하여 강 복합 재료의 이점들을 수득할 수 있도록 하기 위해, 열간-성형 재료의 가압-경화된 상태에서 1900　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 575 HV10 초과의 경도, 특히 2000　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 600 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 2100　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 630 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 2200　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 660 HV10 초과의 경도, 더욱 바람직하게는 2300　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 685 HV10 초과의 경도를 갖는 경화성 강으로 구성된 코어 층; 및 열간-성형 재료의 가압-경화된 상태에서 750　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 235 HV10 초과의 경도, 특히 900　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 280 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 1000　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 310 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 1100　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 340 HV10 초과의 경도, 더욱 바람직하게는 1200　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 370 HV10 초과의 경도, 매우 바람직하게는 1300 MPa 초과의 인장 강도 및/또는 400 HV10 초과의 경도를 갖고 1800 MPa 이하의 인장 강도 및/또는 550 HV10 이하의 경도, 특히 1700 MPa 이하의 인장 강도 및/또는 520 HV10 이하의 경도, 바람직하게는 1600 MPa 이하의 인장 강도 및/또는 500 HV10 이하의 경도로 제한된, 코어 층에 비해 더 연한 강으로 구성되고, 코어 층과 재료 결합식으로 연결된 두 개의 외부 층들;을 포함한다.

HV는 비커스(Vickers) 경도에 상응하고 DIN EN ISO 6507-1:2005 내지 -4:2005에 따라 결정된다.

열간-성형 재료는 스트립, 플레이트 또는 시트 형태로 설계될 수 있고 그리고/또는 추가의 공정 단계들에 제공될 수 있다. 그러므로, 열간-성형 재료는, 공정 사슬에 임의의 변화를 줄 필요 없이, 기존의 열간-성형 표준 공정에 통합될 수 있다.

열간-성형 재료의 추가의 실시예에 따르면, 코어 층은, Fe 및 불가피한 제조-관련 불순물 외에도, wt%로 나타내어진,

C: 0.31 - 0.6%,

Si: 최대 0.5%,

Mn: 0.5 - 2.0%,

P: 최대 0.06%,

S: 최대 0.03%,

Al: 최대 0.2%,

Cr+Mo: 최대 1.2%,

Cu: 최대 0.2%,

N: 최대 0.01%,

Nb+Ti: 최대 0.2%,

Ni: 최대 0.4%,

V: 최대 0.2%,

B: 최대 0.01%,

As: 최대 0.02%,

Ca: 최대 0.01%,

Co: 최대 0.02%,

Sn: 최대 0.05%

로 이루어진다.

C는 강도-향상 합금 원소이고 함량이 증가함에 따라 강도의 증가에 기여하고, 따라서 요망되는 강도를 달성 또는 확립하기 위해 적어도 0.31 wt%, 특히 적어도 0.33 wt%, 바람직하게는 적어도 0.37 wt%, 더욱 바람직하게는 적어도 0.42 wt%, 매우 바람직하게는 적어도 0.45 wt%의 함량으로 존재한다. 강도가 증가함에 따라 취성이 또한 증가하며, 따라서 재료 특성에 부정적인 영향을 미치지 않으면서 충분한 용접성을 보장하기 위해, 함량은 0.6 wt% 이하, 특히 0.55 wt% 이하, 바람직하게는 0.53 wt% 이하로 제한된다.

Si는 고용체 경화에 기여할 수 있는 합금 원소이고, 함량에 따라 강도의 증가에 긍정적인 영향을 미칠 수 있으며, 따라서 적어도 0.05 wt%의 함량으로 존재할 수 있다. 충분한 압연성을 보장하기 위해, 상기 합금 원소는 0.5 wt% 이하, 특히 0.45 wt% 이하, 바람직하게는 0.4 wt% 이하로 제한된다.

Mn은, 특히 S와 결합하여 MnS를 형성하기 위해 경화성에 기여하고 인장 강도에 긍정적인 영향을 미치는 합금 원소이며, 따라서 적어도 0.5 wt%의 함량으로 존재한다. 충분한 용접성을 보장하기 위해, 상기 합금 원소는 2.0 wt% 이하, 특히 1.7 wt% 이하, 바람직하게는 1.5 wt% 이하로 제한된다.

Al은 합금 원소로서 탈산에 기여할 수 있고, 적어도 0.01 wt%, 특히 0.015 wt%의 함량으로 존재할 수 있다. 상기 합금 원소는, 재료 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있는, 특히 비금속 산화물 함유 봉입물 형태의, 재료 내 침전을 실질적으로 저감시키고 그리고/또는 방지하기 위해, 0.2 wt% 이하, 특히 0.15 wt% 이하, 바람직하게는 0.1 wt% 이하로 제한된다. 예를 들어, 함량은 0.02 wt% 내지 0.06 wt%로 확립될 수 있다.

Cr은 합금 원소로서, 함량에 따라, 강도의 확립에 기여할 수 있고, 특히 적어도 0.05 wt%의 함량에서, 특히 경화성에 긍정적으로 기여할 수 있다. 충분한 용접성을 보장하기 위해, 상기 합금 원소는 1.0 wt% 이하, 특히 0.8 wt% 이하, 바람직하게는 0.7 wt% 이하로 제한된다.

B는 합금 원소로서 경화성 및 강도 증가에 기여할 수 있고, 특히 N이 결합되도록 의도되는 경우에, 적어도 0.0008 wt%, 특히 적어도 0.001 wt%의 함량으로 존재할 수 있다. 상기 합금 원소는 0.01 wt% 이하, 특히 0.008 wt% 이하로 제한되는데, 왜냐하면 더 높은 함량은 재료 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있고 재료의 경도 및/또는 강도가 감소될 것이기 때문이다.

Ti 및 Nb는 합금 원소로서, 개별적으로 또는 조합으로서, 결정립 미세화 및/또는 N-결합을 위해, 특히 Ti가 적어도 0.005 wt%의 함량을 갖고서 존재하는 경우에, 합금화될 수 있다. N의 완전한 결합을 위해, 제공될 Ti의 함량은 적어도 3.42^*N일 것이다. 조합으로서 상기 합금 원소들은 0.2 wt% 이하, 특히 0.15 wt% 이하, 바람직하게는 0.1 wt% 이하로 제한되는데, 왜냐하면 더 높은 함량은 재료 특성에 나쁜 영향을 미칠 수 있고, 특히 재료의 인성에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

Mo, V, Cu, Ni, Sn, Ca, Co, As, N, P 또는 S는, 개별적으로 또는 조합으로서, 그것이 특정한 특성을 확립하기 위해 의도한 대로 합금화되는 것이 아니라면, 불순물로서 간주될 수 있는 합금 원소들이다. 함량은 0.2 wt% 이하의 Mo, 0.2 wt% 이하의 V, 0.2 wt% 이하의 Cu, 0.4 wt% 이하의 Ni, 0.05 wt% 이하의 Sn, 0.01 wt% 이하의 Ca, 0.02 wt% 이하의 Co, 0.02 wt% 이하의 As, 0.01 wt% 이하의 N, 0.06 wt% 이하의 P, 및 0.03 wt% 이하의 S로 제한된다.

열간-성형 재료의 외부 층은, Fe 및 불가피한 제조-관련 불순물 외에도, wt%로 나타내어진,

C: 0.08 - 0.3%,

Si: 최대 1.0%,

Mn: 0.3 - 3.0%,

P: 최대 0.1%,

S: 최대 0.06%,

Al: 최대 1.0%,

Cr+Mo: 최대 1.5%,

Cu: 최대 0.3%,

N: 최대 0.01%,

Ni: 최대 0.3%,

Nb+Ti: 최대 0.25%,

V: 최대 0.05%,

B: 최대 0.01%,

Sn: 최대 0.05%,

Ca: 최대 0.01%,

Co: 최대 0.02%

로 이루어진다.

열간-성형 재료의 표면-근처 영역에서의 강도를 증가시키기 위해, C는 합금 원소로서 적어도 0.08 wt%으로 존재하고, 또한 변형성 및 코팅성 때문에 0.3 wt% 이하로 제한된다. C 함량은 예를 들어 0.13 - 0.28　wt%, 특히 0.17 - 0.25　wt%의 범위이다.

Si는 고용체 경화에 기여할 수 있는 합금 원소이며, 강도의 증가에 긍정적인 영향을 미칠 수 있고, 따라서 적어도 0.01 wt%의 함량으로 존재할 수 있다. 충분한 압연성 및/또는 표면 품질을 보장하기 위해, 상기 합금 원소는 1.0 wt% 이하, 특히 0.9 wt% 이하, 바람직하게는 0.8 wt% 이하로 제한된다.

Mn은, 특히 S와 결합하여 MnS를 형성하기 위해 경화성에 기여하고 인장 강도에 긍정적인 영향을 미치는 합금 원소이며, 따라서 적어도 0.3 wt%의 함량으로 존재한다. 충분한 용접성을 보장하기 위해, 상기 합금 원소는 3.0 wt% 이하, 특히 2.8 wt% 이하, 바람직하게는 2.6 wt% 이하로 제한된다.

Al은 합금 원소로서 탈산에 기여할 수 있고, 적어도 0.005 wt%, 특히 적어도 0.01 wt%의 함량으로 존재할 수 있다. Al은 재료 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있는, 특히 비금속 산화물 함유 봉입물 형태의, 재료 내 침전을 실질적으로 저감시키고 그리고/또는 방지하기 위해, 1.0 wt% 이하, 특히 0.9 wt% 이하, 바람직하게는 0.8 wt% 이하로 제한된다.

Cr은 합금 원소로서, 함량에 따라, 특히 적어도 0.05 wt%의 함량을 갖고서, 또한 강도를 확립하는 데 기여할 수 있고, 표면의 실질적으로 완전한 코팅성을 보장할 수 있도록 하기 위해 1.3 wt% 이하, 특히 1.1 wt% 이하, 바람직하게는 0.9 wt% 이하로 제한된다.

B는 합금 원소로서 경화성 및 강도 증가에 기여할 수 있고, 특히 N이 결합되도록 의도되는 경우에, 적어도 0.0008 wt%의 함량을 갖고서 존재할 수 있다. 상기 합금 원소는 0.01 wt% 이하, 특히 0.005 wt% 이하로 제한되는데, 왜냐하면 더 높은 함량은 재료 특성에 부정적인 영향을 미칠 수 있고 재료의 경도 및/또는 강도가 감소될 것이기 때문이다.

Ti 및 Nb는 합금 원소로서, 개별적으로 또는 조합으로서, 결정립 미세화 및/또는 N-결합을 위해, 특히 적어도 0.001 wt%의 Ti 함량 및/또는 적어도 0.001 wt%의 Nb 함량을 갖고서 합금화될 수 있다. N의 완전한 결합을 위해, 제공될 Ti의 함량은 적어도 3.42^*N일 것이다. 조합으로서 상기 합금 원소들은 0.25 wt% 이하, 특히 0.2 wt% 이하, 바람직하게는 0.15 wt% 이하로 제한되는데, 왜냐하면 더 높은 함량은 재료 특성에 나쁜 영향을 미칠 수 있고, 특히 재료의 인성에 부정적인 영향을 미칠 수 있기 때문이다.

Mo, V, Cu, Ni, Sn, Ca, Co, N, P 또는 S는, 개별적으로 또는 조합으로서, 그것이 특정한 특성을 확립하기 위해 의도한 대로 합금화되는 것이 아니라면, 불순물로서 간주될 수 있는 합금 원소들이다. 함량은 0.2 wt% 이하의 Mo, 0.05 wt% 이하의 V, 0.3 wt% 이하의 Cu, 0.3 wt% 이하의 Ni, 0.05 wt% 이하의 Sn, 0.01 wt% 이하의 Ca, 0.02 wt% 이하의 Co, 0.01 wt% 이하의 N, 0.1 wt% 이하의 P, 0.06 wt% 이하의 S로 제한된다.

바람직하게는 외부 층도 마찬가지로 경화성 강으로 이루어진다.

열간-성형 재료의 추가의 실시예에 따르면, 외부 층은 열간-성형 재료의 총 두께를 기준으로 각각 5% 내지 30%, 특히 10% 내지 20%의 재료 두께를 갖는다. 외부 층의 재료 두께는 코어 층의 긍정적인 특성에 부정적인 영향이 실질적으로 미쳐지지 않도록 계산되어야 하며, 여기서 외부 층의 (면 당) 재료 두께는 강도의 수준으로부터 비롯된 경량 제조 잠재성을 보장하기 위해 열간-성형 재료의 총 두께를 기준으로 15% 이하, 특히 10% 이하, 바람직하게는 5% 이하로 제한되고; 복합 재료의 (총) 강도는 단일체형 재료로서의 극히 높은 강도의 코어 재료의 수준과 가능한 한 가깝게 유지하도록 시도된다. 열간-성형 재료 또는 3층 복합 재료는 0.6 내지 8.0　mm, 특히 1.2 내지 5.0　mm, 바람직하게는 1.5 내지 4.0　mm의 총 재료 두께를 갖는다.

열간-성형 재료의 추가의 실시예에 따라, 복합 재료는 클래딩, 특히 압연 클래딩, 바람직하게는 열간 압연 클래딩, 또는 주조에 의해 제조되었다. 바람직하게는 본 발명의 열간-성형 재료는, 예를 들어 독일 특허 명세서 DE 10 2005 006 606 B3호에 개시된 바와 같은 열간 압연 클래딩에 의해 제조되었다. 상기 특허 명세서는 참조되며, 그것의 내용은 본 출원에 포함된다. 대안으로서, 본 발명에 따른 열간-성형 재료는 주조에 의해 제조될 수 있고, 여기서 그것의 제조 가능성은 일본 공개 명세서 JP-A 03 133 630호에 개시되어 있다. 금속 복합 재료 제조는 선행 기술에 일반적으로 공지되어 있다.

개별 층들 (결합 파트너들) 사이의 탄소의 농도 차를 가능한 적게 유지하기 위해, 열간-성형 재료의 추가의 한 실시예에 따르면, 코어 층의 C 함량 대 외부 층의 C 함량의 비는 6 미만, 특히 5 미만, 바람직하게는 4 미만, 매우 바람직하게는 3 미만이다. 이로써 상기 목적이 달성될 수 있으면서도 열간-성형 재료의 (총) 강도는 더 조금 감소된다. 이로부터 발생하는 추가의 이점은 국소적으로 존재하는 화학 조성물의 혼합이 저감된다는 것이다. 이는 혼합 영역의 형성을 줄이는 효과를 갖는다. 그러므로 결합 파트너들의 특성은 그것의 영역에서, 단일체형 재료로서의 각각의 재료에 대해 공지된 특성에 상응한다.

높은 총 강도 및 또한 굴곡 강도와 더불어 연성 외부 층의 충분한 재료 두께를 가질 수 있도록 하기 위해, 복합 재료는 표면-근처 영역에서 가능한 높은 강도를 가져야 한다. 한 바람직한 실시예에 따르면, 가압-경화된 상태의 열간-성형 재료는 1,000,000　[MPa²] 초과의 인자 S, 특히 1,500,000　[MPa²] 초과의 인자 S, 바람직하게는 2,000,000　[MPa²] 초과의 인자 S, 매우 바람직하게는 2,005,000　[MPa²] 초과의 인자 S를 보유한다. 인자 S는 가압-경화된 상태에서 외부 층의 인장 강도와, 각각의 재료 두께에 따른 각각의 층들의 인장 강도들의 합의 곱으로서 결정된다. S는 하기와 같이 결정된다:

S = (% R_m (코어 층) + % R_m (외부 층)) ^* R_m (외부 층)

상기 식에서, R_m은 인장 강도에 상응하고 %는 각각의 층들의 백분율에 따른 재료 두께에 상응한다.

코어 층에 비해 더 연성인 외부 층을 제공함으로써 강도의 손실을 가능한 적게 유지하기 위해, 그 자체가 가능한 높은 강도를 제공하면서도 극히 높은 강도의 코어 층의 약간의 잔여 연성을 보완할 수 있는 외부 층을 사용할 필요가 있다. 이와 같이, 추가의 바람직한 실시예에 따라, 열간-성형 재료는 가압-경화된 상태에서 110,000　[°MPa] 초과의 인자 M을 보유한다. 인자 M은 가압-경화된 상태에서 열간-성형 재료의 인장 강도와 굽힘 각도의 곱으로서 결정된다. M은 하기와 같이 결정된다:

M = R_m (복합 재료) ^* α (복합 재료)

상기 식에서, R_m은 인장 강도에 상응하고 α는 열간-성형 재료의 굽힘 각도에 상응한다. α는 VDA　238-100에 따라 결정된다.

극히 높은 강도의 열간-성형 재료의 경량 제조 잠재성을 활용할 수 있도록 하기 위해, 특히, 후속적인 추가의 방법, 예컨대 스케일을 제거하기 위한 블라스팅에 의존할 필요 없이 활용할 수 있도록 하기 위해, 그리고 부식과 관련된 특정한 장벽 효과를 제공할 수 있도록 하기 위해, 추가의 실시예에 따라, 열간-성형 재료의 한 면 또는 양면에 부식방지 코팅, 특히 아연-기재의 또는 알루미늄-기재의 코팅, 바람직하게는 AlSi 코팅이 제공되고, 따라서 열간-성형 재료로부터 제조된 부품은 추가의 비용 및 노력 없이도 후속적인 장착을 위해 차량 구조체에 예를 들어 저항 점-용접될 수 있게 되고 충분한 코팅-재료 접착을 보유하게 된다.

제2 개념에 따라, 본 발명은, 가압 경화에 의해 본 발명에 따른 열간-성형 재료로부터 제조된, 특히 자동차 제조용 부품의 제조를 위한, 부품에 관한 것이다. 가압-경화된 열간-성형 재료는 선행 기술로부터 공지되어 있는 복합 재료에 비해 개별 층들(결합 파트너)의 특성에 있어서 단지 약간의 변화를 나타내며, 이와 동시에 표면-근처 영역에서 높은 강도 및 연성을 갖는다.

제2 개념에 따라, 본 발명은 육상 차량의 차체 또는 섀시에 있어서의 본 발명에 따른 열간-성형 재료로부터 제조된 부품의 용도에 관한 것이다. 이러한 차량은, 내연 기관을 사용하는 차량이든, 순수 전기 구동식 차량이든, 또는 하이브리드 구동식 차량이든, 바람직하게는 승용차, 상용차 또는 버스를 포함한다. 부품은 육상 차량에서 종방향 빔 또는 횡방향 빔 또는 필러로서 사용될 수 있고; 예를 들어, 그것은 프로파일로서, 특히 흙받이(fender), 문턱(door sill), 사이드 임팩트 빔(side impact beam), 또는 충돌 시에 변형/압입이 전혀 요구되지 않거나 조금 요구되는 영역에서의 충돌 프로파일로서 형성된다.

본 발명은 도면 및 실시예를 참조하여 하기에 더 상세하게 설명될 것이다:
도 1은 다양한 샘플에 대한 VDA 238-100 플레이트 굽힘 시험에서 결정된 결과를 보여준다.

시판 중인 편평 강 제품으로부터, 열간 압연 클래딩을 사용하여, 3층 복합 재료를 포함하는 열간-성형 재료를 제조하였다. 외부 층 D1-D7로서 사용된 강은 표 1에 명시된 것이었고, 코어 층 K1-K6으로서 사용된 강은 표 2에 명시된 것이었다. 표 1 및 2에 열거된 인장 강도는 가압-경화된 상태에 관한 것이다. 총 26개의 상이한 열간-성형 재료들이 요약되고, 표 3이 참조된다. 외부 층 D4 및 D7, 또는 외부 층 D4 및 D7을 사용하여 제조된 열간-성형 재료는 본 발명에 따른 실시예에 상응하지 않았다. 또한, 두 개의 단일체형 망가니즈-붕소 열간-성형 강 R1 및 R2가 제공되었다.

여기서, 두 개의 외부 층들 및 그들 사이에 배열되는 한 개의 코어 층을 갖는, 각각의 절단된 시트들을 서로의 위에 쌓아올렸고, 여기서 이러한 시트들은 적어도 영역별로 그것의 가장자리를 따라, 재료 결합식으로, 바람직하게는 용접에 의해 서로 연결되어, 예비 조립체를 형성하였다. 예비 조립체를 1200℃ 초과의 온도로 만들었고 여러 단계에서 열간-압연하여 3 mm의 총 두께를 갖는 복합 재료를 형성하고, 추가로 가공하여 1.5 mm의 냉간 스트립을 형성하였다. 복합 재료 또는 열간-성형 재료의 양면에는, 각각 20　μm의 코팅 두께를 갖는, 알루미늄-기재의 코팅인, AlSi 코팅이 코팅되었다. 코팅 두께는 5 내지 30 μm일 수 있다.

제조된 열간-성형 재료들 및 두 개의 단일체형 열간-성형 강들로부터 블랭크를 분리해냈다. 블랭크를 오븐에서 각각 약 6분 동안 오스테나이트화 온도, 특히 (코어 층을 기준으로) A_c3 초과로 가열하고, 충분히 가열한 이후, 냉각된 성형틀에서 열간 성형하고 냉각시켜, 각각의 경우에 동일한 부품을 형성하였다. 냉각 속도는 30 K/s 초과였다. 코어 층은 두께에 걸쳐 실질적으로 전부 마르텐사이트로 구성되었고; 외부 층으로 전이되는 영역에는, 페라이트 및/또는 베이나이트의 성분이 추가로 존재할 수 있다. 페라이트, 베이나이트, 마르텐사이트 중 적어도 하나를 포함하는 구조체/혼합 구조체가 외부 층에 확립되었다. 단일체에 있어서, 확립된 구조체는 실질적으로 완전한 마르텐사이트 구조체였다.

샘플을 가압-경화된 부품으로부터 절단하고 VDA 238-100 플레이트 굽힘 시험에 적용하였다. 그 결과가 도 1에 요약되어 있다. 도 1은 총 인장 강도 [MPa]가 x-축에 표시되어 있고 굽힘 각도 [°]가 y-축 상에 표시된 것인 도표를 보여준다. 목표 영역은 1600 MPa의 최소 총 강도의 직선에 의해 경계지어지고, 관계식 M[ M　=　R_m (복합 재료) ^* α (복합 재료)](여기서 M　=　110000　°MPa)으로부터 초래된 경계선에 의해 경계지어진다. 이는 목표 범위 (본 발명에 따른 범위; 도 1을 참조)가, 1600 MPa 초과의 총 강도 및 110000°MPa 이상의 값 M을 갖고 특히 조건 "S > 1,000,000 [MPa²]"를 충족시키는 경우인 본 발명에 따른 모든 실시예들을 포함한다는 것을 의미한다. 표 3에 "o"로 표시된, 본 발명에 따르지 않는 실시예들의 경우에, 그것은 목표 범위를 벗어난다는 것이 명백하다. 실시예 K5-D4는 표면-근처 영역에서의 높은 강도 때문에 조건 "S > 1,000,000 [MPa²]"를 충족시키지만, 그럼에도 불구하고 이러한 실시예의 성능은 110,000°MPa 초과의 M 값에 훨씬 못 미치고, 따라서 이러한 열간-성형 재료의 특성은 경제적인 경량 제조를 가능하게 하지 않는다.

본 발명은 도시된 실시예 또는 일반적 설명에서의 실시예로 제한되지 않는다. 그렇기는 커녕 본 발명에 따른 열간-성형 재료는 또한 맞춤형(tailored) 제품의 일부, 예를 들어 맞춤형 용접 블랭크 및/또는 맞춤형 압연 블랭크의 일부의 형태일 수 있다.

Claims

열간-성형 재료의 가압-경화된 상태에서 1900　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 575 HV10 초과의 경도, 특히 2000　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 600 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 2100　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 630 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 2200　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 660 HV10 초과의 경도, 더욱 바람직하게는 2300　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 685 HV10 초과의 경도를 갖는 경화성 강으로 구성된 코어 층; 및 열간-성형 재료의 가압-경화된 상태에서 750　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 235 HV10 초과의 경도, 특히 900　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 280 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 1000　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 310 HV10 초과의 경도, 바람직하게는 1100　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 340 HV10 초과의 경도, 더욱 바람직하게는 1200　MPa 초과의 인장 강도 및/또는 370 HV10 초과의 경도를 갖는, 코어 층에 비해 더 연한 강으로 구성되고, 코어 층과 재료 결합식으로 연결된 두 개의 외부 층들;을 포함하는, 3층 복합 재료로 구성된 열간-성형 재료.
제1항에 있어서, 코어 층은, Fe 및 불가피한 제조-관련 불순물 외에도, wt%로 나타내어진,
C: 0.31 - 0.6%,
Si: 최대 0.5%,
Mn: 0.5 - 2.0%,
P: 최대 0.06%,
S: 최대 0.03%,
Al: 최대 0.2%,
Cr+Mo: 최대 1.2%,
Cu: 최대 0.2%,
N: 최대 0.01%,
Nb+Ti: 최대 0.2%,
Ni: 최대 0.4%,
V: 최대 0.2%,
B: 최대 0.01%,
As: 최대 0.02%,
Ca: 최대 0.01%,
Co: 최대 0.02%,
Sn: 최대 0.05%
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 또는 제2항에 있어서, 코어 층은 0.33 - 0.55 wt%, 특히 0.37 - 0.53 wt%의 C 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 층은, Fe 및 불가피한 제조-관련 불순물 외에도, wt%로 나타내어진,
C: 0.08 - 0.3%,
Si: 최대 1.0%,
Mn: 0.3 - 3.0%,
P: 최대 0.1%,
S: 최대 0.06%,
Al: 최대 1.0%,
Cr+Mo: 최대 1.5%,
Cu: 최대 0.3%,
N: 최대 0.01%,
Ni: 최대 0.3%,
Nb+Ti: 최대 0.25%,
V: 최대 0.05%,
B: 최대 0.01%,
Sn: 최대 0.05%,
Ca: 최대 0.01%,
Co: 최대 0.02%
로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 층은 0.13 - 0.28 wt%, 특히 0.17 - 0.25 wt%의 C 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 외부 층은 열간-성형 재료의 총 두께를 기준으로 각각 5% 내지 30%, 특히 10% 내지 20%의 재료 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 복합 재료는 클래딩 또는 주조에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 코어 층의 C 함량 대 외부 층의 C 함량의 비는 6 미만, 특히 5 미만, 바람직하게는 4 미만, 매우 바람직하게는 3 미만인 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 열간-성형 재료는 가압-경화된 상태에서 1,000,000 [MPa²] 초과의 인자 S를 보유하는 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 열간-성형 재료는 가압-경화된 상태에서 110,000 [°MPa] 초과의 인자 M을 보유하는 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 열간-성형 재료의 한 면 또는 양면에 부식방지 코팅, 특히 아연-기재의 또는 알루미늄-기재의 코팅이 제공되는 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 열간-성형 재료는 맞춤형 제품의 일부, 특히 맞춤형 용접 블랭크 및/또는 맞춤형 압연 블랭크의 일부인 것을 특징으로 하는 열간-성형 재료.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 열간-성형 재료로부터 가압 경화에 의해 제조되는 부품.
육상 차량의 차체 또는 섀시에 있어서의, 제13항에 따른 부품의 용도.