KR20210026771A

KR20210026771A - 도금된 강관 부품 제조 방법 및 그로부터 제조된 도금된 강관 부품

Info

Publication number: KR20210026771A
Application number: KR1020190108032A
Authority: KR
Inventors: 정우창
Original assignee: 대구가톨릭대학교산학협력단
Priority date: 2019-09-02
Filing date: 2019-09-02
Publication date: 2021-03-10
Also published as: KR102336230B1

Abstract

본 발명은 강도 및 내식성이 우수한 도금된 강관 부품 제조 방법 및 도금된 강관 부품을 제공한다. 본 발명의 강관 부품 제조 방법은 강판을 준비하는 단계; 상기 강판을 조관하여 강관을 제조하는 단계; 상기 강관을 성형하는 단계; 상기 성형된 강관을 가열한 후 서냉하여 강관 부품을 제조하는 단계; 및 상기 강관 부품을 도금하여 도금층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 강판은 C, B Mn, Si, Cr, Nb, Al, N, S 및 Ti를 포함하는 강판이다. 본 발명의 도금된 강관 부품은 본 발명에 따른 도금된 강관 부품 제조 방법으로 제조되고, 마르텐사이트 조직을 가진다.

Description

도금된 강관 부품 제조 방법 및 그로부터 제조된 도금된 강관 부품 {MANUFACTURING METHOD OF COATED STEEL PIPE COMPONENT AND COATED STEEL PIPE COMPONENT MANUFACTURED THEREBY}

본 발명은 도금된 강관 부품 제조 방법 및 그로부터 제조된 도금된 강관 부품에 관한 것이다. 구체적으로, 강도 및 내식성이 향상된 도금된 강관 부품 제조 방법 및 그로부터 제조된 도금된 강관 부품에 관한 것이다.

최근에는 자동차의 성능 및 안전성 향상을 위하여, 강관을 사용한 자동차부품의 강도 및 충격흡수력이 보다 향상될 것이 요구된다. 종래에는 강도와 충격흡수력이 뛰어난 다양한 형상의 강관을 제조하는데 다음과 같은 한계가 있었다.

종래기술에 의하면, 강관은 강판을 롤포밍 및 용접하여 조관되며, 조관된 강관을 소정 형상으로 프레스 성형하여 자동차 부품용 강관을 제조한다. 그런데, 강관의 강도향상을 위해 고강도소재를 사용하는 경우, 고강도소재는 강도가 높아 조관이 어렵고, 조관이 이루어진다 하더라도 단면형상을 변형하여 다양한 형태의 강관을 제조하는 것은 거의 불가능하다. 또한 강도가 낮은 소재는 조관은 쉽지만 강도를 높이기 위한 열처리시 열변형이 생기는 문제가 있으며, 특히 곡선형 강관의 경우 열변형이 심해 열처리를 통해 정밀한 부품을 생산하는 것이 매우 곤란하다. 더욱이, 길이방향으로 단면형상이 다른 고강도 강관은 종래기술로는 제조가 불가능하다.

최근, 높은 강도와 정밀도 및 충격흡수력을 갖는 다양한 형상의 자동차 부품용 강관에 대한 수요가 발생하고 있음에도 불구하고, 종래기술에 의하면 자동차 부품용 강관의 정밀도를 유지하면서 강성 및 충격 흡수 능력을 향상시키는 데 한계가 있으며, 특히, 곡선형 강관이거나 길이방향으로 단면형상이 다른 자동차 부품용 강관의 경우 높은 강도와 정밀도를 갖도록 해당 부품을 제조하는 방법이 제시되지 못하고 있는 실정이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 열변형이 작고 내식성이 우수한 도금된 강관 부품 제조 방법 및 이에 의해 제조된 도금된 강관 부품을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 강판을 준비하는 단계; 상기 강판을 조관하여 강관을 제조하는 단계; 상기 강관을 성형하는 단계; 상기 성형된 강관을 가열한 후 서냉하여 강관 부품을 제조하는 단계; 및 상기 강관 부품을 도금하여 도금층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 강판은 C를 0.18 % 내지 0.25 %, B를 0.001 % 내지 0.003 %, Mn을 1.0 % 내지 2.5 %, Si를 0.2 % 내지 1.5 %, Cr을 0.5 % 내지 1.5 %, Nb를 0.01 % 내지 0.1 %, Al를 0.02 % 내지 0.06 %, N을 0.001 % 내지 0.01 %, S을 0.001 % 내지 0.01 % 및 Ti을 0.01 % 내지 0.03 %로 포함하고, 잔부는 Fe; 및 불가피한 불순물;로 이루어지는 것인 도금된 강관 부품 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명에 따른 도금된 강관 부품 제조 방법에 의해 제조되고, 마르텐사이트 조직을 갖는 것인 도금된 강관 부품이 제공된다.

본 발명의 일 구현예에 따른 도금된 강관 부품 제조 방법은 도금된 강관 부품의 열변형을 최소화하는 효과가 있다.

본 발명의 다른 구현예에 따른 도금된 강관 부품은 강도 및 경도가 매우 높고, 초경량이며, 내식성이 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시상태에 따른 도금된 강관 부품의 제조 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 도금된 강관 부품의 일면의 모양을 나타낸 사진이다.
도 3은 실시예 1의 도금된 강관 부품의 절단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.
도 4는 실시예 1의 도금된 강관 부품을 가열 및 냉각 처리한 후 3차원 형상측정기를 이용하여 측정한 치수 정밀도 결과를 나타낸 것이다.

본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 도금된 강관 부품 제조 방법은 강판을 준비하는 단계; 상기 강판을 조관하여 강관을 제조하는 단계; 상기 강관을 성형하는 단계; 상기 성형된 강관을 가열한 후 서냉하여 강관 부품을 제조하는 단계; 및 상기 강관 부품을 도금하여 도금층을 형성하는 단계;를 포함하고, 상기 강판은 C를 0.18 % 내지 0.25 %, B를 0.001 % 내지 0.003 %, Mn을 1.0 % 내지 2.5 %, Si를 0.2 % 내지 1.5 %, Cr을 0.5 % 내지 1.5 %, Nb를 0.01 % 내지 0.1 %, Al를 0.02 % 내지 0.06 %, N을 0.001 % 내지 0.01 %, S을 0.001 % 내지 0.01 % 및 Ti을 0.01 % 내지 0.03 %로 포함하고, 잔부는 Fe; 및 불가피한 불순물;로 이루어지는 것이다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 가열 전에 상기 강관 부품과 다른 부품간, 또는 상기 강관 부품 상호간 용접하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 도금된 강관 부품 제조 방법은 도 1의 흐름도에 따른 순서로 수행될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 구현예에 따른 도금된 강관 부품 제조 방법은 강판 준비 단계(ST10), 조관 단계(ST20), 성형 단계(ST30), 용접 단계 (ST40), 가열 및 서냉 단계(ST50 및 ST60), 도금 단계(ST70)를 거쳐 수행될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 우선 강판을 준비한다(ST10).

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 C를 0.18 % 내지 0.25 % 로 포함한다. 상기 범위 내로 C를 포함하는 경우, 소재가 과도하게 경화되어 용접성 및 조관성이 열등해지는 현상을 방지할 수 있고, 담금질 후 제품의 경도, 강도 및 내충격성을 확보할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 B를 0.001 % 내지 0.003 % 로 포함한다. 상기 범위 내로 B를 포함하는 경우, 경화능이 향상될 수 있고, Fe₂₃(BC)₆ 과 같은 석출물의 발생을 방지하고 인성을 우수하게 유지할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 Mn을 1.0 % 내지 2.5 % 로 포함한다. 상기 범위 내로 Mn을 포함하는 경우, 담금질성이 향상되고 가공성이 우수할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 Si를 0.2 % 내지 1.5 % 로 포함한다. 상기 범위 내로 Si를 포함하는 경우, 담금질성이 향상되고 강판의 표면 특성을 우수하게 유지할 수 있고, 조직 미세화 효과를 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 Cr을 0.5 % 내지 1.5 % 로 포함한다. 상기 범위 내로 Cr을 포함하는 경우, B의 경화능 향상 작용에 도움을 줄 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 Nb를 0.01 % 내지 0.1 % 로 포함한다. 상기 범위 내로 Nb를 포함하는 경우, 결정립이 미세화되어 강도가 상승할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 Al를 0.02 % 내지 0.06 % 로 포함한다. 상기 범위 내로 Al를 포함하는 경우, 강판 제조 공정에서 Al이 탈산 작용을 할 수 있으면서도, Al₂O₃와 같은 산화물 불순물은 형성하지 않아, 취성을 야기하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 N을 0.001 % 내지 0.01 % 로 포함한다. 상기 범위 내로 N을 포함하는 경우, 재료의 연성이 우수할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 S을 0.001 % 내지 0.01 % 로 포함한다. 상기 범위 내로 S를 포함하는 경우, MnS와 같은 황화물을 형성하지 않아, 취성을 야기하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 Ti을 0.01 % 내지 0.03 % 로 포함한다. 상기 범위 내로 Ti를 포함하는 경우, Ti가 잉여 N과 TiN 석출물을 형성함으로써, B 가 N과 반응하여 부산물을 형성하지 않고 고용 B로 존재하여 경화능 향상에 기여할 수 있도록 할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판은 Mo을 0.1 % 내지 0.3 %로 더 포함할 수 있다. 상기 범위 내로 Mo를 더 포함하는 경우, 경화능을 더 향상시킬 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강판을 조관하여 강관을 제조한다(ST20). 상기 강판을 강관 형태로 제조하는 경우, 폐단면 구조에 해당하여 개단면 구조의 부품에 비하여 열변형이 작아 가공성이 우수할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강관을 성형한다(ST30). 상기 강관의 성형 형태는 특별히 제한되지 않으며, 자동차용 부품으로 사용되기 위한 형태로 성형될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 강관을 성형하는 것은 프레스 성형; 하이드로포밍; 가열 성형; 및 핫스탬핑 성형; 중 어느 한 방법에 따르는 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 강관을 성형하는 것은 프레스 성형 방법에 따르는 것일 수 있다. 상기 가열 성형은 가열 직후 성형 또는 가열과 동시 성형을 포함한다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 가열 전에 상기 강관 부품과 다른 부품간, 또는 상기 강관 부품 상호간을 용접하는 단계(ST40)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 성형된 강관을 가열한 후(ST50), 서냉한다(ST60). 가열 및 서냉 처리를 통해 부품의 조직 구조를 변형시킬 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 가열 및 서냉은 노(furnace) 안에서 수행될 수 있고, 상기 노 내부는 환원성 분위기의 가스로 채워질 수 있다. 상기 노 내부가 환원성 분위기의 가스로 채워지는 경우 열처리에 따른 산화를 억제할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 가열은 상기 강관 부품을 850 ℃ 내지 950 ℃ 로 가열하는 것일 수 있다. 상기 온도 범위는 상기 강판의 오스테나이트 영역일 수 있다. 오스테나이트 영역이란, 강판의 면심입방격자 구조가 안정한 온도 범위를 의미한다. 상기 온도 범위 내로 상기 부품을 가열하는 경우, 상기 부품의 결정 구조는 면심입방격자 구조일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 부품을 상기와 같이 가열한 후 2 ℃/초 내지 20 ℃/초의 속도로 서냉하는 것일 수 있다. 가열한 후 상기 냉각 속도 범위 내로 서냉하는 경우, 부품은 마르텐사이트 조직을 가질 수 있다. 마르텐사이트란, 강철 조직 중 가장 경도가 높은 조직 구조에 해당한다. 즉, 상기 냉각 속도 범위 내로 서냉하는 경우, 부품은 마르텐사이트 조직을 가짐으로써 높은 강도를 가질 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 서냉 후 상기 강관 부품을 도금한다(ST70). 도금은 용융아연도금일 수 있다. 기존에는 용융아연도금을 먼저 수행한 강판을 이용하여 강관 부품을 제조하는 경우, 강판의 가공성을 위해 도금층을 두껍게 할 수 없었고, 용접 과정에서 도금층이 용융되어 용접부에 특히 내식성이 열등한 문제점이 있었다. 본 발명의 일 구현예에 따라 용융아연도금을 수행하는 경우, 이미 부품 형태를 갖춘 것을 도금액에 침지하여 도금하는 것이므로 도금층을 두껍게 할 수 있고, 용접 과정에서 도금층이 용융될 염려도 없어 우수한 내식성을 확보할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 상기 도금은 430 ℃ 내지 480 ℃의 용융아연도금욕에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 도금은 템퍼링 열처리에 해당하여 상기 온도 범위 내의 용융아연도금욕에서 도금이 수행되는 경우, 도금량이 많고 도금층이 두꺼워 강관 부품의 내식성이 우수할 수 있고, 도금된 강관 부품의 충격인성을 향상시킬 수 있다. 오스테나이트 영역에서 가열한 후 냉각하여 얻은 마르텐사이트 조직은 취성이 있으므로 템퍼링에 의해 충격인성을 향상시키는 열처리이다.

본 발명의 다른 구현예에 따른 도금된 강관 부품은 본 발명에 따른 도금된 강관 부품 제조 방법에 의해 제조되고, 마르텐사이트 조직을 갖는다. 마르텐사이트 조직에 대해서는 상술한 바와 같다.

본 발명의 일 구현예에 따른 도금된 강관 부품은 도금층 두께가 30 ㎛ 내지 80 ㎛ 일 수 있다. 상기 범위 내의 도금층 두께를 갖는 경우, 기존의 용융아연도금강판보다 내식성이 우수할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 도금된 강관 부품은 인장강도가 1100 MPa 내지 1700 MPa 일 수 있다. 상기 범위 내의 인장강도를 갖는 경우, 강도가 높으므로 실제 제품에 부품으로 적용되어 경량화와 충격흡수력 향상에 기여할 수 있다.

이하, 본 발명을 구체적으로 설명하기 위해 구현예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명에 따른 구현예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 기술하는 구현예들에 한정되는 것으로 해석되지 않는다. 본 명세서의 구현예들은 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.

실시예

실시예 1 내지 4는 하기 표 1의 함량대로 포함하는 강판을 준비한 후, 상기 강판을 조관하여 강관을 제조한다. 제조한 강관을 도 2에 나타낸 형태와 같이 성형하고 용접하여 부품으로 제작한다. 도 2는 본 발명의 일 실시상태에 따른 강관 부품의 일 측면의 모양을 나타낸 사진이다. 제작한 부품을 900 ℃로 10분간 가열하고, 가열된 부품을 3 ℃/초 의 속도로 서냉한다. 서냉한 부품은 450 ℃의 용융아연도금욕에서 도금처리하여 도금된 강관 부품을 제조하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
C	0.2	0.2	0.23	0.23
Si	1.3	1.3	0.3	1.3
Mn	2.0	1.5	2.0	1.5
Cr	1.0	1.0	0.7	1.0
Mo	0	0.15	0	0
Ti	0.02	0.02	0.02	0.02
Nb	0.03	0.03	0.03	0.03
B	0.002	0.002	0.002	0.002
S	0.004	0.004	0.004	0.004
Al	0.04	0.04	0.04	0.04
N	0.004	0.004	0.004	0.004

인장강도 측정

상기 실시예 1 내지 4의 도금된 강관 부품을 인장시편 게이지 부분의 폭이 6.25mm, 길이가 25.4mm인 서브 사이즈 형태의 인장시편으로 가공한 후, 만능인장시험기에서 크로스 헤드 속도 10mm/min 로 인장시험을 실시하여 인장강도를 측정하고 하기 표 2에 나타내었다.

	인장강도(MPa)
실시예 1	1207
실시예 2	1277
실시예 3	1330
실시예 4	1430

상기 표 2에서 보듯이, 도금된 강관 부품은 인장강도가 충분히 큰 것을 알 수 있다.

도금층 두께 측정

상기 실시예 1의 도금된 강관 부품 일부를 절단하고, 절단면으로부터 주사전자현미경을 이용하여 표면층의 미세조직과 도금층의 두께를 측정하였다. 도 3은 실시예 1의 도금된 강관 부품의 절단면을 주사전자현미경으로 촬영한 사진이다.

도 3을 참조하면, 실시예 1의 도금된 강관 부품의 도금층은 두께가 63 ㎛ 인 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 도금된 강관 부품은 도금층이 두꺼워 내식성이 우수한 것을 알 수 있다.

열변형량 측정

상기 실시예 1의 도금된 강관 부품을 900 ℃의 온도에서 10 분간 가열한 후 상온에서 냉각하여, 3차원 형상측정기로 강관 부품의 열변형량을 측정하였다. 열변형량이 음의 값을 갖는 경우, 부품의 내부 방향으로 변형된 것이고, 열변형량이 양의 값을 갖는 경우, 부품의 외부 방향으로 변형된 것이다. 도 4는 실시예 1의 도금된 강관 부품을 가열 및 냉각 처리한 후의 3차원 형상측정기로 측정한 강관 부위별 열변형량을 나타낸 것이다.

도 4를 참조하면, 실시예 1의 도금된 강관 부품은 -0.757 mm 내지 1.345 mm 의 열변형이 발생하였고, 부품의 면적 중 대부분은 변형량이 0.1 미만인 것을 확인할 수 있다. 이는 실시예 1의 도금된 강관 부품이 폐단면 강관 부품인 결과 열변형량이 매우 작은 것이고, 개단면 강관 부품의 열변형량과 비교하였을 때 10 % 에 불과하다. 즉, 본 발명에 따른 도금된 강관 부품은 내열성이 우수하여 가열 및 냉각시에도 큰 변형이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.

Claims

강판을 준비하는 단계;
상기 강판을 조관하여 강관을 제조하는 단계;
상기 강관을 성형하는 단계;
상기 성형된 강관을 가열한 후 서냉하여 강관 부품을 제조하는 단계; 및
상기 강관 부품을 도금하여 도금층을 형성하는 단계;를 포함하고,
상기 강판은 C를 0.18 % 내지 0.25 %, B를 0.001 % 내지 0.003 %, Mn을 1.0 % 내지 2.5 %, Si를 0.2 % 내지 1.5 %, Cr을 0.5 % 내지 1.5 %, Nb를 0.01 % 내지 0.1 %, Al를 0.02 % 내지 0.06 %, N을 0.001 % 내지 0.01 %, S을 0.001 % 내지 0.01 % 및 Ti을 0.01 % 내지 0.03 %로 포함하고, 잔부는 Fe; 및 불가피한 불순물;로 이루어지는 것인 도금된 강관 부품 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 가열 전에 상기 강관 부품과 다른 부품간, 또는 상기 강관 부품 상호간 용접하는 단계;를 더 포함하는 도금된 강관 부품 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 강판은 Mo을 0.1 % 내지 0.3 %로 더 포함하는 도금된 강관 부품 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 강관을 성형하는 것은 프레스 성형; 하이드로포밍; 가열 성형; 및 핫스탬핑 성형; 중 어느 한 방법에 따르는 것인 강관 부품 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 강관 부품을 가열한 후 서냉하는 단계는, 850 ℃ 내지 950 ℃ 로 가열한 후, 2 ℃/초 내지 20 ℃/초의 속도로 서냉하는 것인 도금된 강관 부품 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 도금은 430 ℃ 내지 480 ℃의 용융아연도금욕에서 수행되는 것인 도금된 강관 부품 제조 방법.
제1항에 따른 도금된 강관 부품 제조 방법에 의해 제조되고, 마르텐사이트 조직을 갖는 것인 도금된 강관 부품.
제7항에 있어서,
도금층 두께가 30 ㎛ 내지 80 ㎛ 인 도금된 강관 부품.
제7항에 있어서,
인장강도가 1100 MPa 내지 1700 MPa 인 도금된 강관 부품.