KR20230173435A

KR20230173435A - 차체 구조물

Info

Publication number: KR20230173435A
Application number: KR1020220074197A
Authority: KR
Inventors: 강백구
Original assignee: 현대제철 주식회사
Priority date: 2022-06-17
Filing date: 2022-06-17
Publication date: 2023-12-27

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 제1강판, 및 중공형 파이프를 포함하는 보강 구조물을 포함하고, 상기 제1강판은 일 영역과 타 영역 사이의 절곡된 메인부를 포함하고, 상기 중공형 파이프는 상기 제1강판의 상기 일 영역과 상기 타 영역을 지나는 가상의 면과 상기 제1강판의 상기 메인부 사이에 배치되는, 차체 구조물을 개시한다.

Description

차체 구조물{VEHICLE STRUCURE}

본 발명의 실시예들은 차체 구조물에 관한 것이다.

완성차의 충돌 성능 향상을 위해서 차체 구조물 내에 보강재를 적용하고 있다. 최근 전기차나 자율주행차 등의 친환경 차량이 주목 받고 있다. 전기차의 경우 고용량 배터리 탑재 시 차량 하단부에 중량이 집중됨에 따라 충돌 성능이 저하되는 문제점이 있다. 자율주행차의 경우, 승하차의 편의성, 개방감을 증대시키기 위해 사이드 프레임 쪽에 탑재되는 B필라의 구조물을 생략한 B 필라리스(pilarless) 구조가 적용될 수 있는데, 이 경우 차량 루프 측의 강도가 저하되는 문제점이 있다.

본 발명의 실시예들은 차체의 충돌 성능을 향상시키고 설계의 자유도가 높은 동시에 중량적 이점을 갖는 차체 구조물 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 제1강판; 및 중공형 파이프;를 포함하는 보강 구조물을 포함하고, 상기 제1강판은 일 영역과 타 영역 사이의 절곡된 메인부를 포함하고, 상기 중공형 파이프는 상기 제1강판의 상기 일 영역과 상기 타 영역을 지나는 가상의 면과 상기 제1강판의 상기 메인부 사이에 배치되는, 차체 구조물을 개시한다.

일 실시예에서, 상기 보강 구조물은, 상기 중공형 파이프를 둘러싸며, 상기 중공형 파이프와 상기 제1강판의 상기 메인부 사이를 채우는 복합 소재;를 더 포함하고, 상기 중공형 파이프는 상기 복합 소재를 통해 상기 제1강판에 접합될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 복합 소재는 에폭시 계열의 발포체를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1강판의 일 단에는 상기 일 영역으로부터 연장된 제1플랜지가 구비되고, 상기 제1강판의 타 단에는 상기 타 영역으로부터 연장된 제2플랜지가 구비될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 차체 구조물은 상기 보강 구조물이 조립되는 차체 강판;을 더 포함하고, 상기 보강 구조물은 상기 제1강판의 상기 제1플랜지 및 상기 제2플랜지 각각이 상기 차체 강판의 일 단 및 타 단과 결합됨으로써 상기 차체 구조물에 결합될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1강판은 상기 중공형 파이프를 사이에 두고 상기 차체 강판과 마주보도록 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1강판은, 핫 스탬핑용 강판을 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하는 핫 스탬핑 공정으로 제조된 핫 스탬핑 부품일 수 있다.

본 발명의 다른 일 관점에서는, 제1강판; 상기 제1강판과 별개로 구비되는 제2강판; 및 중공형 파이프;를 포함하는 보강 구조물을 포함하고, 상기 제1강판의 일 영역과 상기 제2강판의 일 단이 접하고, 상기 제1강판의 타 영역과 상기 제2강판의 타 단이 접하도록 배치되어 하나의 폐단면을 단면으로 가지는 공간부를 형성하고, 상기 중공형 파이프는 상기 공간부에 배치되는, 차체 구조물을 개시한다.

일 실시예에서, 상기 보강 구조물은, 상기 중공형 파이프를 둘러싸며, 상기 중공형 파이프와 상기 제1강판 사이 및 상기 중공형 파이프와 상기 제2강판 사이를 채우는 복합 소재;를 더 포함하고, 상기 중공형 파이프는 상기 복합 소재를 통해 상기 제1강판에 접합될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1강판의 일 단에는 상기 일 영역으로부터 연장된 제1플랜지가 구비되고, 상기 제1강판의 타 단에는 상기 타 영역으로부터 연장된 제2플랜지가 구비되며, 상기 제1플랜지 및 상기 제2플랜지는 각각 상기 제2강판의 상기 일 단 및 상기 타 단을 덮도록 위치할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1강판은 상기 제2강판을 덮도록 위치하고, 상기 보강 구조물을 형성하는 상기 제1강판의 단면적이 상기 제2강판의 단면적보다 넓을 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1강판 및 상기 제2강판 중 적어도 하나는, 핫 스탬핑용 강판을 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하는 핫 스탬핑 공정으로 제조된 핫 스탬핑 부품일 수 있다.

일 실시예에서, 상기 제1강판 및 상기 제2강판은 인장 강도를 포함한 기계적 특성이 서로 상이할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 보강 구조물은 이중 폐단면을 가질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 차체의 충돌 성능을 향상시키고 설계의 자유도가 높은 동시에 중량적 이점을 갖는 차체 구조물 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 완성차 내에서의 위치를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 구성을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 구성을 더 상세히 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차체 구조물의 구성을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차체 구조물의 구성을 더 상세히 설명하기 위한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 강판의 제조 방법의 일부를 개략적으로 도시하는 흐름도이다.
도 7, 도 8, 도 9, 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과, 및 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

이하의 실시예에서, 제1, 제2등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.

이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.

이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.

도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기, 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.

어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 도면을 참조하여 설명할 때 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 완성차 내에서의 위치를 설명하기 위한 모식도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물은 차체(CB)의 다양한 필라(pillar) 영역에 적용될 수 있다. 일 실시예에서, 본 발명의 차체 구조물은 A필라(A)를 포함하는 루프사이드부(S1)에 적용될 수 있다. A필라(A)는 전면 유리 창문을 지탱하는 좌우 양 단의 기둥에 해당할 수 있다. B필라는 앞 좌석과 뒷 자석 사이에 배치되는 기둥을 의미한다. B필라는 차체 지붕, 도어의 힌지부 및 시트 벨트의 하중 등을 지탱함으로써 차체 충돌시 안정성에 크게 관여하는 부분이다. 본 도면에는 이러한 B필라가 생략된 B필라리스(pilarless) 구조의 차체가 도시되어 있다.

실시예에 따라서, 본 발명의 차체 구조물은 차체 하단부(S2)에도 적용될 수 있다. 또한, 본 발명의 차체 구조물은 뒷 자석의 대각선에 배치되는 C필라(C), 및/또는 차량의 맨 뒷 기둥에 해당하는 D필라 등 차체 내 다양한 영역에 적용될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 차체 구조물이 B필라리스 구조의 루프사이드부(S1) 영역에 적용되는 것을 예시로 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물(1)의 구성을 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 차체(CB)의 일부를 I-I'선에 따라 따른 단면도에 해당한다.

도 2를 참조하면, 차체 구조물(1)은 보강 구조물(10)을 포함하고, 보강 구조물(10)은 제1강판(100), 제2강판(200), 중공형 파이프(300), 및 복합 소재(400)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 제1강판(100) 및 제2강판(200) 중 적어도 하나는 인장 강도가 590MPa 이상의 고강도 강판일 수 있다. 이하, '고강도 강판'은 핫 스탬핑 공정을 수행하여 제조된 핫 스탬핑 부품을 포함하는 개념일 수 있다. 핫 스탬핑 부품은 가열 공정 전의 핫 스탬핑용 블랭크를 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하는 핫 스탬핑 공정에 의해 제조된 강판일 수 있다. 예컨대, 제1강판(100) 및 제2강판(200)은 모두 핫 스탬핑 공정을 거치지 않은 강판이거나, 제1강판(100) 및 제2강판(200) 중 어느 하나는 핫 스탬핑 공정을 거치지 않은 강판이고 다른 하나는 핫 스탬핑 부품이거나, 제1강판(100) 및 제2강판(200)은 모두 핫 스탬핑 부품일 수 있다. 이때 상술한 경우와 같이 두 강판(100, 200)이 같은 종류의 강판이든 다른 종류의 강판이든, 제1강판(100) 및 제2강판(200)의 인장 강도를 포함한 기계적 특성은 달리 설계될 수 있다. 예컨대, 두 강판(100, 200)이 이종의 강판인 경우 두 강판(100, 200)의 두께는 동일할 수도 있다. 이하에서는, 두 강판(100, 200)의 기계적 특성의 차등 설계에 관하여 설명한다.

제1강판(100) 및 제2강판(200)은 포함하는 성분, 조성, 제조 방법 등에 따라 인장 강도를 포함한 기계적 특성이 서로 상이할 수 있다.

예컨대, 보강 구조물(10)은 차체 강판(LP)과 인접한 제2강판(200)의 인장 강도가 차체 강판(LP)과 상대적으로 먼 거리에 배치된(즉, 외부 강판(OP)과 가까이 배치된) 제1강판(100)의 인장 강도보다 약하도록 설계될 수 있다. 차체에 가해지는 외부 충격은 내부(또는 하부)의 제2강판(200)보다 제1강판(100)에 먼저 도달할 것이므로, 제1강판(100)의 강도를 더 크게 설계할수록 충돌 성능을 더 향상시킬 수 있다. 이때, 제1강판(100) 및 제2강판(200)은 전술한 바와 같이 동종(同種)의 강판일 수도 있고, 이종(異種)의 강판일 수도 있다.

이상에서는, 제1강판(100)의 인장 강도가 제2강판(200)보다 큰 것을 예시로 들어 설명하였다. 다만, 실시예에 따라서 제2강판(200)의 인장 강도가 제1강판(100)보다 클 수도 있고, 두 강판(100, 200)의 인장 강도가 동일할 수도 있음은 물론이다. 또한, 실시예에 따라서 두 강판(100, 200)의 인장 강도 뿐만 아니라 굽힘성(굽힘각), 연신율 등의 다른 기계적 특성을 달리 설계할 수도 있다.

실시예에 따라서, 제1강판(100)과 제2강판(200)의 인장 강도 등의 기계적 특성은 동일 또는 유사하나 두 강판(100, 200)의 두께가 서로 다를 수 있다. 두 강판(100, 200)의 두께를 서로 달리 하여 각 강판(100, 200)이 흡수하는 충격을 차등 설계함으로써 보강 구조물(10)에 도달하는 충격이 효율적으로 분배될 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 차체 구조물(1)이 포함하는 제1강판(100) 및 제2강판(200)으로 서로 다른 물성 또는 서로 다른 두께를 가지는 강판을 채용함으로써 외부 충격을 효과적으로 완화할 수 있다. 전술한 고강도 강판 또는 핫스탬핑 부품에 관하여는 도 5의 후단부에서 상세히 설명한다.

일 실시예에서, 보강 구조물(10)은 제1강판(100)의 일 영역과 제2강판(200)의 일 단이 접하고, 제1강판(100)의 타 영역과 제2강판(200)의 타 단이 접하도록 배치되어, 하나의 폐단면을 단면으로 가지도록 형성되는 제1공간부(250)를 포함할 수 있다. 본 명세서에서 각 강판(100, 200)의 '단'이라 함은 각 강판(100, 200)의 경계인 끝 부분을 의미할 수 있다. 또한, 제1강판(100)의 구성에 있어서 '영역'이라 함은 제1강판(100)의 일 단 및 상기 일 단으로부터 연장되는 적어도 일부 영역을 의미할 수 있다.

일 실시예에서, 보강 구조물(10)은 상기 두 강판(100, 200)에 의해 형성되는 제1공간부(250)에 배치되는 중공형 파이프(300)를 더 포함할 수 있다. 중공형 파이프(300)는 본체부(310)와, 본체부(310) 내측의 중공부(320)를 포함할 수 있다. 중공형 파이프(300)는 본체부(310)의 외측면이 제1강판(100)의 일 측면 및/또는 제2강판(200) 일 측면과 인접하도록 배치될 수 있다.

보강 구조물(10)은 중공형 파이프(300)를 둘러싸며, 중공형 파이프(300)와 제1강판(100) 사이 및 중공형 파이프(300)와 제2강판(200) 사이를 채우는 복합 소재(400)를 더 포함할 수 있다. 중공형 파이프(300)는 복합 소재(400)를 통해 제1강판(100)에 접합될 수 있다. 중공형 파이프(300)는 복합 소재(400)를 통해 제2강판(200)에 접합될 수 있다. 또한, 제1강판(100) 및 제2강판(200)은 복합 소재(400)에 의해 서로 접합될 수 있다. 다만, 중공형 파이프(300)의 중공부(320)는 복합 소재(400)가 배치되지 않고 비어있을 수 있다.

일 실시예에서, 차체 구조물(1)은 보강 구조물(10)에 조립되는 차체 강판(LP)을 더 포함할 수 있다. 제1강판(100)의 양 단을 포함하는 적어도 일부 영역 및 차체 강판(LP)의 적어도 일부 영역은 서로 결합되어 제1 및 제2고정부(J1, J2)를 형성할 수 있다. 일 실시예에서, 차체 구조물(1)은 보강 구조물(10) 및 차체 강판(LP)과 조립되는 외부 강판(OP)을 더 포함할 수 있다. 외부 강판(OP)은 차체 강판(LP)과 제1강판(100)을 사이에 두고 마주보도록 배치될 수 있다. 이때, 제1 및 제2고정부(J1, J2)는 상기 제1강판(100)의 적어도 일부 영역, 상기 차체 강판(LP)의 적어도 일부 영역과 더불어 외부 강판(OP)의 적어도 일부 영역이 함께 접합되어 형성될 수 있다.

이상과 같은, 보강 구조물(10)은 도 1에 도시된 차체(CB)를 구성하는 차체 프레임(S1, S2 등)의 내부에 포함되는 구성요소일 수 있고, 차체 강판(LP) 및 외부 강판(OP)은 차체 프레임 자체를 구성하는 구성요소일 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물(1)의 구성을 보다 상세히 설명하기 위한 도면이다. 이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 차체 구조물(1)의 구조 및 구성요소의 배치 관계 등에 대하여 더 상세히 설명한다.

제1강판(100)은 중앙의 메인부(130), 메인부(130)의 일 측에 구비되는 제1플랜지(110), 상기 일 측과 대향하는 타 측에 구비되는 제2플랜지(120)를 포함할 수 있다. 제1플랜지(110)는 메인부(130)의 일 측에 연결된 제1영역(100a)으로부터 연장된 일 단에 구비될 수 있고, 제2플랜지(120)는 메인부(130)의 타 측에 연결된 제2영역(100b)으로부터 연장된 타 단에 구비될 수 있다. 제1강판(100)의 메인부(130)는 제1영역(100a)과 제2영역(100b) 사이에 배치될 수 있다.

제2강판(200)은 중앙의 메인부(230), 메인부(230)의 일 측의 제1단(210), 타 측의 제2단(220)을 포함할 수 있다.

이때, 제1강판(100)의 제1플랜지(110) 및 제2플랜지(120)는 제2강판(200)의 제1단(210) 및 제2단(220)을 덮도록 위치할 수 있다. 즉, 제1플랜지(110) 및 제2플랜지(120)는 그 하부에 배치된 제2강판(200)의 양 단(210, 220) 각각으로부터 돌출되도록 구비될 수 있다.

제1강판(100)의 제1영역(100a)은 제2강판(200)의 제1단(210)과 접하여 제1접부(F1)를 형성할 수 있다. 상기 제1영역(100a)은 제1강판(100)의 일 단과 메인부(130) 사이의 영역을 의미할 수 있다. 상기 제1영역(100a)은 제1강판(100)의 메인부(130)로부터 일 측으로 연장된 제1강판(100)의 적어도 일부 영역일 수 있다.

제1강판(100)의 제1영역(100b)은 제2강판(200)의 제2단(220)과 접하여 제2접부(F2)를 형성할 수 있다. 상기 제2영역(100b)은 제1강판(100)의 타 단과 메인부(130) 사이의 영역을 의미한다. 상기 제2영역(100b)은 제1강판(100)의 메인부(130)로부터 타 측으로 연장된 제1강판(100)의 적어도 일부 영역일 수 있다.

제1강판(100)은 차체 강판(LP)에 인접하여 배치되는 제2강판(200)을 덮도록 배치될 수 있다. 즉, 제1강판(100)의 단면적이 제2강판(200)의 단면적보다 넓을 수 있고, 더 상세하게는 제1강판(100)의 메인부(130)의 단면적이 제2강판(200)의 메인부(230)의 단면적보다 넓을 수 있다.

차체 강판(LP)은 제2강판(200)과 대체적으로 나란하게 배치되는 메인부, 메인부로부터 일 측으로 연장되는 제1단(L1), 및 타 측으로 연장되는 제2단(L2)을 포함할 수 있다. 이때 제1플랜지(110)의 일 면은 상기 차체 강판(LP)의 제1단(L1)과 결합되어 도 2에서 전술한 제1고정부(J1)를 형성하고, 제2플랜지(120)의 일 면은 차체 강판(LP)의 제2단(L2)과 결합되어 제2고정부(J2)를 형성할 수 있다.

한편, 외부 강판(OP) 또한 제1강판(100)의 메인부(130)와 대체적으로 나란하게 배치되는 메인부, 메인부로부터 일 측으로 연장되는 제1단(O1), 및 타 측으로 연장되는 제2단(O2)을 포함할 수 있다. 이때 제1단(O1)은 제1강판(100)의 제1플랜지(110)의 타 면과 결합되어 제1고정부(J1)를 형성할 수 있다. 즉, 제1고정부(J1)는 차체 강판(LP)(특히, 제1단(L1)), 제1플랜지(110) 및 외부 강판(OP)(특히, 제1단(O1))이 순차적으로 결합되어 형성될 수 있다. 마찬가지로 제2단(O2)은 제1강판(100)의 제2플랜지(120)의 타 면과 결합되어 제2고정부(J2)를 형성할 수 있다. 즉, 제2고정부(J2)는 차체 강판(LP)(특히, 제2단(L2)), 제2플랜지(120) 및 외부 강판(OP)(특히, 제2단(O2))이 순차적으로 결합되어 형성될 수 있다. 양 고정부(J1, J2)의 결합은 일 예로 용접 결합이 사용될 수 있다.

이하에서는, 제1 및 제2강판(100, 200)에 의해 형성되는 폐단면을 가지는 제1공간부(250)와, 상기 제1공간부(250) 내에 배치되는 폐단면을 갖는 중공형 파이프(300)에 관하여 설명한다.

전술한 제1 및 제2접부(F1, F2)를 통한 제1 및 제2강판(100, 200)의 접합은 제1공간부(250)에 포함되는 복합 소재(400)에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 제1공간부(250) 내에 배치되는 중공형 파이프(300)와 제1 및 제2강판(100, 200)의 접합은 복합 소재(400)를 통해 이루어질 수 있다. 후술할 보강 구조물(10)의 제조 방법에 있어서, 외측면에 예비 복합 소재가 도포된 중공형 파이프(300)가 두 강판(100, 200) 사이에 개재될 수 있다. 이후 열처리 과정에서 예비 복합 소재가 발포 및 경화되어 형성되는 복합 소재(400)는 중공형 파이프(300)를 둘러싸며, 중공형 파이프(300)와 제1강판(100) 사이, 및 중공형 파이프(300)와 제2강판(200) 사이 영역을 채울 수 있다. 중공형 파이프(300)는 복합 소재(400)에 의해 제1강판(100) 및 제2강판(200)에 접합될 수 있다. 제2강판(200)의 양 단(210, 220) 각각은 복합 소재(400)가 경화되면서 제1강판(100)의 제1영역(100a) 및 제2영역(100b) 각각과 접합될 수 있고, 그 단면이 하나의 폐단면을 갖는 제1공간부(250)를 형성할 수 있다. 제1공간부(250)의 단면은 폐단면이면 족하고, 본 발명은 분리된 두 강판(100, 200)의 접합을 통해 단면을 자유롭게 설계하고자 하는 것으로 단면의 형태는 본 발명을 제한하지 않는다.

상기 제1공간부(250)에는 또 하나의 폐단면을 갖는 중공형 파이프(300)가 배치되므로, 보강 구조물(10)은 이중의 폐단면을 가질 수 있다. 중공형 파이프(300)의 단면은 폐단면이면 족하며, 도 5에서는 중공형 파이프(300)가 원형의 폐단면을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 제1 및 제2강판(100, 200)에 의해 형성되는 폐단면을 갖는 제1공간부(250) 내에 중공형 파이프(300)를 배치함으로써, 중공형 파이프(300)의 단면을 자유롭게 설계하고자 하는 것으로 그 형태는 본 발명을 제한하지 않는다.

상기 복합 소재(400)는, 접착성을 갖는 발포체로서, 예컨대 에폭시 계열의 발포체를 포함할 수 있다. 후술할 바와 같이, 복합 소재(400)는 예비 복합 소재(C400, 도 8)를 열처리하여 발포 및 경화된 것일 수 있다. 예비 복합 소재(C400)는 예컨대, 열경화성 에폭시 수지 조성물일 수 있다. 그러나, 복합 소재(400)는 이에 한정되지 않는다.

완성차는 충돌 성능 향상을 위해 보강재의 적용이 필수적이라 할 수 있다. 완성차의 차체 프레임에 적용되는 보강재에는 판, 시트(sheet) 형태로 구비되는 개단면 보강재와, 파이프(pipe) 형태로 구비되는 폐단면 보강재가 있다. 개단면 보강재에 사용되는 시트 성형은 냉간 성형 및/또는 핫 스탬핑 공정이 적용될 수 있는데, 충돌 성능의 향상을 위해 여러 부품(시트)들이 겹쳐진 상태로 제조하므로, 차량의 중량이 상승되어 충돌에 취약해지는 문제점이 있다.

한편, 폐단면 보강재에 사용되는 파이프는 직관 형태로 열처리 공정을 사용하여 제조될 수 있는데, 파이프는 차체의 다양한 부분에 장착될 수 있는 다양하고 복잡한 형태로 성형하기가 어렵고, 파이프를 차체에 고정하려면 별도의 브라켓을 필요로 하는 등 제조 및 설계가 용이하지 않은 문제점이 있다. 또한, 기존의 보강재를 제조하는 기술들은 보강재를 구성하는 여러 부품들, 또는 보강재를 완성차에 결합시키는데 사용되는 완성차의 다른 부품들을 조립하는 과정에서 치수 경향에 따른 품질 확보가 어려운 문제점을 수반한다.

한편, 최근 전기차나 자율주행차 등의 친환경차량에 대한 수요 및 공급이 증대됨에 따라 친환경차량의 개발 동향에 맞추어 충돌 성능을 강화할 수 있는 보강재에 대한 수요가 증대되고 있다. 특히, 폐단면 보강재와 관련하여 다양한 공법이 연구 개발되고 있다. 그러나 기존의 폐단면 보강재 관련 공법들은 기술적인 한계를 보인다. 예컨대, 핫블로우포밍 공법은 폐단면을 가지는 보강재가 부푸는 동작에 한계가 있어 보강재의 유연한 설계가 어려운 문제점이 있다. 용접 등의 다른 제조 공정도 여타 기술적인 문제점을 보유한다. 일 예로, 도 1에 도시된 A필라(A)부터 C필라(C)까지 연장되는 루프사이드부(S1) 부품의 경우 요구되는 충돌 성능 및 제품 스펙 등을 고려하여 길이 방향에 따라 다양한 단면을 갖는 보강 구조물을 필요로 하나, 종래 기술에 따른 파이프 보강재의 경우 길이 방향에 따라 다양한 단면을 갖도록 형성하기 어렵고, 원하는 충돌 성능을 확보하는데 한계가 있다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물(1)에 포함되는 보강 구조물(10)은 분리된 두 강판(100, 200)을 접합하는 방식으로 형성된 폐단면을 가지므로, 완성차의 레이아웃을 고려해 보강 구조물(10)이 길이방향에 따라 다양한 단면을 갖도록 형성할 수 있어 설계의 자유도가 향상될 수 있고, 보강 구조물(10)이 적용되는 영역에 따라 형상 변경이 용이하여 조립성도 향상될 수 있다. 또한, 완성 차 내 보강 구조물(10)이 적용되는 영역에 따라 각 강판(100, 200)의 재질이나 물성 등을 차별화하여 설계함으로써 각 영역에 인가되는 충돌을 유연하게 완화시킬 수 있어, 충돌 성능이 개선될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물(1)의 보강 구조물(10)은 두 강판(100, 200)의 접합에 의한 폐단면 보강재의 내부에 폐단면을 갖는 중공형 파이프(300)를 포함하여, 이중 폐단면 구조를 가지므로, 충돌 성능이 더욱 강화될 수 있다. 이때, 중공형 파이프(300)는 두 강판(100, 200)의 접합에 의해 형성되는 폐단면 보강재 내부에 배치되므로 완성차의 레이아웃에 따라 길이방향으로 다양한 단면을 갖도록 형성할 수 있어 설계의 자유도가 증가할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물(1)의 보강 구조물(10)은 용접 등의 전통적인 결합 방식이 아닌, 접착력을 갖는 복합 소재(400)를 이용해서 두 강판(100, 200)과 중공형 파이프(300)를 접합하므로, 각 부분의 곡률, 치수 등이 엄격하게 제한되지 않고 보강 구조물(10)의 형태를 유연하게 설계할 수 있는 장점이 있다. 두 강판(100, 200)과 중공형 파이프(300) 사이에 포함되는 복합 소재(400)는 충진재 역할을 하므로 충돌 성능도 더욱 향상될 수 있다. 또한, 중공형 파이프(300)의 중공부(320)는 복합 소재(400)로 채워지지 않고 비어 있는 구조이므로, 두 강판 사이의 공간부 전체가 복합 소재로 채워지는 경우와 비교하여 중량적 이점도 가질 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차체 구조물(1')의 구성을 도시한 단면도이다. 도 4는 도 2의 변형 실시예로서, 도 1의 차체(CB)의 일부를 I-I'선에 따라 따른 단면도에 해당한다. 도 4는 보강 구조물의 구성에서 도 2와 차이점을 가지므로, 이를 중심으로 설명하고 중복된 내용은 생략한다.

도 4를 참조하면, 차체 구조물(1')은 보강 구조물(10')을 포함하고, 보강 구조물(10')은 제1강판(100), 중공형 파이프(300), 및 복합 소재(400)를 포함할 수 있다. 도 4의 보강 구조물(10')은 도 2와 달리 제2강판(200, 도 2)을 포함하지 않을 수 있다.

일 실시예에서, 제1강판(100)은 인장 강도가 590MPa 이상의 강판일 수 있다. 예컨대, 제1강판(100)은 핫 스탬핑용 강판을 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하는 핫 스탬핑 공정으로 제조된 핫 스탬핑 부품일 수 있다. 다만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 제1강판(100)은 핫 스탬핑 공정을 거치지 않은 강판일 수 있다.

일 실시예에서, 보강 구조물(10')의 제1강판(100)은 일 영역(100a)과 타 영역(100b) 사이에 배치되는 메인부(130)를 포함할 수 있다. 메인부(130)는 밴딩 또는 절곡된 부분일 수 있다.

일 실시예에서, 보강 구조물(10')은 제1강판(100)의 일 영역(100a)과 타 영역(100b)을 지나는 가상의 면(VS)과 제1강판(100)의 메인부(130) 사이에 배치되는 중공형 파이프(300)를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 보강 구조물(10')은 제1강판(100)의 메인부(130)와 상기 가상의 면(VS) 사이의 제2공간부(240)를 포함할 수 있으며, 상기 제2공간부(240)에는 중공형 파이프(300)가 배치될 수 있다. 중공형 파이프(300)는 본체부(310)와, 본체부(310) 내측의 중공부(320)를 포함할 수 있다. 중공형 파이프(300)는 본체부(310)의 외측면이 제1강판(100)의 일 측면, 예컨대 절곡된 메인부(130)의 내측면과 인접하도록 배치될 수 있다. 즉, 제1강판(100)의 일 측면은 중공형 파이프(300)의 외측면을 적어도 부분적으로 감쌀 수 있다.

보강 구조물(10')은 중공형 파이프(300)를 둘러싸며, 중공형 파이프(300)와 제1강판(100), 예컨대 제1강판(100)의 메인부(130) 사이를 채우는 복합 소재(400)를 더 포함할 수 있다. 중공형 파이프(300)는 복합 소재(400)를 통해 제1강판(100)에 접합될 수 있다. 다만, 중공형 파이프(300)의 중공부(320)에는 복합 소재(400)까 배치되지 않고 비어있을 수 있다.

실시예에 따라서, 차체 구조물(1')은 보강 구조물(10')에 조립되는 차체 강판(LP)을 더 포함할 수 있다. 제1강판(100)의 양 단을 포함하는 적어도 일부 영역 및 차체 강판(L)의 적어도 일부 영역은 서로 결합되어 제1 및 제2고정부(J1, J2)를 형성할 수 있다. 실시예에 따라서 차체 구조물(1')은 보강 구조물(10') 및 차체 강판(LP)과 조립되는 외부 강판(OP)을 더 포함할 수 있다. 이때, 제1 및 제2고정부(J1, J2)는 상기 제1강판(100)의 적어도 일부 영역, 상기 차체 강판(LP)의 적어도 일부 영역과 더불어 외부 강판(OP)의 적어도 일부 영역이 함께 접합되어 형성될 수 있다.

도 5는 도 4의 차체 구조물의 구성을 더 상세히 설명하기 위한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 제1강판(100)은 제1영역(100a)과 제2영역(100b) 사이의 메인부(130)를 포함하며, 메인부(130)의 일 측에 구비되는 제1플랜지(110), 상기 일 측에 구비되는 제2플랜지(120)를 포함할 수 있다. 제1플랜지(110)는 메인부(130)의 일 측에 연결된 제1영역(100a)으로부터 연장된 일 단에 구비될 수 있고, 제2플랜지(120)는 메인부(130)의 타 측에 연결된 제2영역(100b)으로부터 연장된 타 단에 구비될 수 있다.

제1영역(100a)은 제1강판(100)의 일 단과 메인부(130) 사이의 영역을 의미할 수 있다. 제1영역(100a)은 제1강판(100)의 메인부(130)로부터 일 측으로 연장된 제1강판(100)의 적어도 일부 영역일 수 있다. 제2영역(100b)은 제1강판(100)의 타 단과 메인부(130) 사이의 영역을 의미한다. 제2영역(100b)은 제1강판(100)의 메인부(130)로부터 타 측으로 연장된 제1강판(100)의 적어도 일부 영역일 수 있다.

차체 강판(LP)은 중앙의 메인부, 메인부로부터 일 측으로 연장되는 제1단(L1), 및 타 측으로 연장되는 제2단(L2)을 포함할 수 있다. 이때 제1플랜지(110)의 일 면은 상기 차체 강판(LP)의 제1단(L1)과 결합되어 도 4에서 전술한 제1고정부(J1)를 형성하고, 제2플랜지(120)의 일 면은 차체 강판(LP)의 제2단(L2)과 결합되어 제2고정부(J2)를 형성할 수 있다.

한편, 외부 강판(OP) 또한 제1강판(100)의 메인부(130)와 대체적으로 나란하게 배치되는 메인부, 메인부로부터 일 측으로 연장되는 제1단(O1), 및 타 측으로 연장되는 제2단(O2)을 포함할 수 있다. 이때 제1단(O1)은 제1강판(100)의 제1플랜지(110)의 타 면과 결합되어 제1고정부(J1)를 형성할 수 있다. 마찬가지로 제2단(O2)은 제1강판(100)의 제2플랜지(120)의 타 면과 결합되어 제2고정부(J2)를 형성할 수 있다. 양 고정부(J1, J2)의 결합은 일 예로 용접 결합이 사용될 수 있다.

이하에서는, 제1강판(100)의 제1영역(100a) 및 제2영역(100b)을 지나는 가상의 면(VS)과 제1강판(100)의 메인부(130)에 의해 형성되는 제2공간부(240), 및 상기 제2공간부(240) 내에 배치되는 폐단면을 갖는 중공형 파이프(300)에 관하여 설명한다.

제1강판(100)의 메인부(130)는 밴딩 또는 절곡된 부분일 수 있으며, 메인부(130)의 일 측면은 예컨대, 제1면(130a), 제2면(130b), 및 제3면(130c)을 포함할 수 있다. 제1영역(100a) 및 제2영역(100b)을 지나는 가상의 면(VS)과 메인부(130)의 일 측면, 예컨대, 제1면(130a), 제2면(130b), 및 제3면(130c)은 제2공간부(240)를 형성할 수 있다. 중공형 파이프(300)는 상기 제2공간부(240)에 배치될 수 있다. 중공형 파이프(300)의 본체부(310)의 외측면은 예컨대, 제1강판(100)의 제1면(130a), 제2면(130b), 및 제3면(130c) 중 적어도 하나와 인접하도록 배치될 수 있다. 제1강판(100)의 절곡된 내측면, 예컨대 제1면(130a), 제2면(130b), 및 제3면(130c)은 중공형 파이프(300)의 외측면을 적어도 부분적으로 감쌀 수 있다. 도 5에서는, 메인부(130)의 일 측면이 제1면(130a), 제2면(130b), 및 제3면(130c)을 포함하는 것으로 설명하였으나, 제1강판(100)의 메인부(130)는 밴딩 또는 절곡되어 중공형 파이프(300)를 부분적으로 감쌀 수 있는 단면을 가지면 족하고, 단면의 구체적인 형태는 본 발명을 제한하지 않는다.

제2공간부(240) 내에 배치되는 중공형 파이프(300)와 제1강판(100)의 접합은 복합 소재(400)를 통해 이루어질 수 있다. 후술할 보강 구조물(10')의 제조 방법에 있어서, 외측면에 예비 복합 소재가 도포된 중공형 파이프(300)가 절곡된 메인부(130)의 일측의 상기 제2공간부(240)에 배치될 수 있다. 이후 열처리 과정에서 예비 복합 소재가 발포 및 경화되어 형성되는 복합 소재는 중공형 파이프(300)를 둘러싸며, 중공형 파이프(300)와 제1강판(100), 예컨대 제1강판(100)의 메인부(130) 사이를 채울 수 있다. 중공형 파이프(300)는 복합 소재(400)에 의해 제1강판(100), 예컨대, 제1강판(100)의 메인부(130)의 내측면에 접합될 수 있다. 중공형 파이프(300)의 단면은 폐단면이면 족하며, 도 5에서는 중공형 파이프(300)가 원형의 폐단면을 갖는 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 본 발명은 중공형 파이프(300)를 절곡된 제1강판(100)에 의해 형성되는 제2공간부(240) 내에 배치함으로써, 중공형 파이프(300)의 단면을 자유롭게 설계하고자 하는 것으로 그 형태는 본 발명을 제한하지 않는다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차체 구조물(1')에 포함되는 보강 구조물(10')은 개단면 보강재인 제1강판(100) 및 폐단면 보강재인 중공형 파이프(300)를 모두 포함하여 충돌 성능이 더욱 강화될 수 있다. 또한, 보강 구조물(10')은 제1강판(100)이 절곡된 메인부(130)를 포함하고, 중공형 파이프(300)는 절곡된 내측면에 접합되어 메인부(130)에 의해 적어도 부분적으로 감싸지는 구조를 가지므로, 중공형 파이프(300)는 길이 방향으로 다양한 단면을 갖도록 형성할 수 있어 설계의 자유도가 증가할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 차체 구조물(1')의 보강 구조물(10')은 용접 등의 전통적인 결합 방식이 아닌, 접착력을 갖는 복합 소재(400)를 통해 제1강판(100)과 중공형 파이프(300)를 접합하므로, 각 부분의 곡률, 치수 등에 엄격하게 제한되지 않고 보강 구조물(10')의 형태를 유연하게 설계할 수 있다. 또한, 제1강판(100)이 차체와 결합되는 방식으로 보강 구조물(10')이 차체 구조물(1')에 결합되므로, 파이프 보강재를 차체에 고정하기 위한 별도의 브라켓을 필요로 하지 않는 장점이 있다. 제1강판(100)과 중공형 파이프(300) 사이에 포함되는 복합 소재(400)는 충진재 역할을 하므로 충돌 성능도 더욱 향상될 수 있다. 또한, 중공형 파이프(300)의 중공부(320)는 복합 소재(400)로 채워지지 않고 비어있는 구조이므로 중량적 이점을 가질 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 실시예들에 따른 보강 구조물(10, 10')의 제1강판(100) 및/또는 제2강판(200)에 채용될 수 있는 강판에 대하여 설명한다. 이하에서 설명하는 '강판'은 전술한 핫 스탬핑 부품, 또는 고강도 강판 중 상기 핫 스탬핑 부품을 제조하기 위한 핫 스탬핑용 강판에 해당할 수 있다. 핫 스탬핑 부품 또는 핫 스탬핑용 강판은 후술하는 '제1합금 조성'을 가질 수 있다.

강판은 소정의 합금 원소를 소정 함량 포함하도록 주조된 슬래브에 대해 열연 공정 및/또는 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다.

강판은 일 예로 후술하는 제1합금 조성을 가질 수 있다. 제1합금 조성은 탄소(C) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.01 중량% 이상 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0.3 중량% 이상 2.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.

또한, 상술한 제1합금 조성은 보론(B), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 니켈(Ni) 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1합금 조성은 보론(B) 0.0001 중량% 이상 0.005 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하, 니오븀(Nb) 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 및 니켈(Ni) 0.01 중량% 이상 1.0 중량% 이하 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.

탄소(C)는 강의 강도, 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑(또는 열간 프레스) 공정 이후, 강재의 인장 강도를 확보하는 목적으로 첨가된다. 또한, 탄소는 강재의 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 탄소는 강판 전체 중량에 대하여 0.01~0.5 중량%로 포함된다. 탄소가 0.01 중량% 미만으로 포함되는 경우, 본 발명의 기계적 강도를 달성하기 어려우며, 0.5 중량%를 초과하는 경우, 강재의 인성 저하 문제 또는 강의 취성 제어 문제가 야기될 수 있다.

실리콘(Si)은 강판 내 페라이트 안정화 원소로 작용한다. 실리콘은 페라이트를 청정하게 해줌으로써 연성을 향상시키며, 저온역 탄화물 형성을 억제함으로써 오스테나이트 내 탄소 농도를 향상시키는 기능을 수행할 수 있다. 나아가, 실리콘은 열연, 냉연, 핫 스탬핑 조직 균질화(펄라이트, 망간 편석대 제어) 및 페라이트 미세 분산의 핵심 원소이다. 한 구체예에서 실리콘은 강판 전체 중량에 대하여 0.01~1.0 중량% 포함된다. 실리콘이 0.01 중량% 미만으로 포함되는 경우, 상술한 기능을 충분히 발휘하지 못하며, 1.0 중량%를 초과하는 경우, 열연 및 냉연 부하가 증가하며 열연 붉은형 스케일이 과다해지고 결합성이 저하될 수 있다.

망간(Mn)은 열처리시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 망간은 강판 전체 중량에 대하여 0.5~3.0 중량% 포함된다. 망간을 0.5 중량% 미만으로 포함시 소입성 미달로 핫스탬핑 후 재질이 미달(경질상 분율 미달)할 가능성이 높으며, 3.0 중량%를 초과하여 포함시 망간 편석 또는 펄라이트 밴드에 의한 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 굽힘 성능 저하의 원인이 되며 불균질 미세조직이 발생할 수 있다.

인(P)은 편석이 잘 되는 원소로 강의 인성을 저해하는 원소이다. 한 구체예에서 인은 강판 전체 중량에 대하여 0 초과 0.05 중량% 이하로 포함된다. 상기 범위로 포함시 인성 저하를 방지할 수 있다. 인을 0.05 중량%를 초과하여 포함시, 공정 중 크랙을 유발하고, 인화철 화합물이 형성되어 인성이 저하될 수 있다.

황(S)은 가공성 및 물성을 저해하는 원소이다. 한 구체예에서 황은 강판 전체 중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 이하 포함될 수 있다. 황을 0.01 중량%를 초과하여 포함시 강판의 열간 가공성을 떨어뜨릴 수 있고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등의 표면 결함이 발생할 수 있다.

니오븀(Nb)은 마르텐사이트(Martensite) 패캣 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성 증가를 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 니오븀은 강판 전체 중량에 대하여 0.005~0.1 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시, 열간압연 및 냉간 압연 공정에서 강재의 결정립 미세화 효과가 우수하고, 제강/연주시 슬라브의 크랙 발생과, 제품의 취성 파단 발생을 방지하며, 제강성 조대 석출물 생성을 최소화할 수 있다.

티타늄(Ti)은 핫 스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향 목적으로 첨가될 수 있다. 또한, 고온에서 Ti(C,N) 등의 석출상을 형성하여, 오스테나이트 결정립 미세화에 효과적으로 기여한다. 한 구체예에서 티타늄은 강판 전체 중량에 대하여 0.005~0.1 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시, 연주 불량 및 석출물 조대화를 방지하며, 강재의 물성을 용이하게 확보할 수 있고, 강재 표면에 크랙 발생 등의 결함을 방지할 수 있다.

크롬(Cr)은 강판의 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가된다. 한 구체예에서 크롬은 강판 전체 중량에 대하여 0.01~0.5 중량% 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시, 강판의 소입성 및 강도를 향상시키며, 강재의 인성 저하를 방지할 수 있다.

몰리브덴(Mo)은 열간압연 및 핫스탬핑 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대를 통해 강도 향상에 기여할 수 있다. 몰리브덴은 강판 전체 중량에 대하여 0.001~0.008 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시, 열간압연 및 핫스탬핑 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대 효과가 우수할 수 있다.

보론(B)은 마르텐사이트 조직을 확보함으로써, 강재의 소입성 및 강도를 확보하는 목적으로 첨가되며, 첨가시 오스테나이트 결정립 성장 온도를 증가시켜 결정립 미세화 효과를 가진다. 한 구체예에서 보론(B)은 강판 전체 중량에 대하여 0.0005 중량% 내지 0.008 중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위로 포함시, 경질상 입계 취성 발생을 방지하며, 고인성과 굽힘성을 확보할 수 있다.

니켈(Ni)은 소입성 및 강도 확보 목적으로 첨가될 수 있다. 또한, 니켈(Ni)은 오스테나이트 안정화 원소로 오스테나이트 변태 제어로 연신율 향상에 기여할 수 있다. 일 실시예에서, 니켈은 강판의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 1.0 중량% 이하 포함될 수 있다. 강판의 전체 중량에 대하여 니켈이 0.01 중량% 미만 포함되는 경우, 상술한 효과를 제대로 구현하기 어려울 수 있다. 강판의 전체 중량에 대하여 니켈이 1.0 중량% 초과 포함되는 경우, 인성이 저하될 수 있고 냉간 가공성이 저하될 수 있으며 제품의 제조 비용이 증가할 수 있다.

일 실시예에서, 제1합금 조성을 포함하는 강판을 핫 스탬핑 하는 경우, 핫 스탬핑 후 강판은 약 1350 MPa 이상, 바람직하게는 1350 MPa 이상 1680MPa 미만의 인장 강도를 가질 수 있다. 또는, 핫 스탬핑 후 강판은 약 1680 MPa 이상, 바람직하게는 1680MPa 이상 2000MPa 미만의 인장 강도를 가질 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 강판의 제조 방법의 일부를 개략적으로 도시하는 흐름도이다. 이하, 도 6을 참조하여 본 발명의 제1강판(100) 또는 제2강판(200)에 채용될 수 있는 강판으로서, ‘핫 스탬핑 부품'의 모체가 되는 '핫 스탬핑용 강판'의 제조 방법에 대하여 설명한다. 즉, 도 6의 방법으로 제조된 핫 스탬핑용 강판에 대하여 핫 스탬핑 공정을 수행하여 핫 스탬핑 부품이 제조된다.

일 실시예에 따른 핫 스탬핑용 강판의 제조 방법은, 재가열 단계(S10), 열간압연 단계(S20), 냉각/권취 단계(S30), 냉간압연 단계(S40), 소둔 열처리 단계(S50) 및 도금 단계(S60)를 포함할 수 있다.

도 6은 S10 내지 S60 단계가 독립적인 단계로 도시되어 있으나, S10 내지 S60 단계 중 일부는 하나의 공정에서 수행될 수 있으며, 필요에 따라 S10 내지 S60 단계 중 일부가 생략되는 것도 가능하다.

먼저, 핫 스탬핑용 강판을 제조하는 공정의 대상이 되는 반제품 상태의 슬래브를 준비한다. 상기 슬래브는 일 예로 상술한 제1합금 조성을 가질 수 있으며, 제1합금 조성은 상술한 내용과 같으므로 여기서는 생략한다.

재가열 단계(S10)는 열간압연을 위해 상기 조성을 갖는 슬래브를 소정의 슬래브 재가열 온도(Slab Reheating Temperature: SRT) 범위에서 재가열하는 단계이다. 재가열 단계(S10)에서는 연속 주조 공정을 통해 확보한 슬래브를 소정의 온도 범위에서 재가열하는 것을 통하여, 주조 시 편석된 성분을 재고용하게 된다. 슬래브 재가열 온도(SRT)는 오스테나이트 미세화 및 석출경화 효과 극대화를 위하여 사전 설정된 온도 범위 내로 제어될 수 있다.

일 실시예로, 슬래브 재가열 온도(SRT)는 1,200°C 내지 1,260°C로 제어될 수 있다. 슬래브 재가열 온도(SRT)가 1,200°C 미만인 경우에는 주조 시 편석된 성분(예컨대, Ti, Nb, Mo 등)이 충분히 재고용되지 못해 합금 원소의 균질화 효과를 크게 보기 어렵다는 문제점이 있다. 반면에, 슬래브 재가열 온도(SRT)는 고온일수록 균질화에 유리하나 1,260°C를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정 입도가 증가하여 강도 확보가 어려울 뿐만 아니라 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조 비용만 상승할 수 있다.

열간압연 단계(S20)는 재가열 단계(S10)에서 재가열된 슬래브를 소정의 마무리 압연 온도(Finishing Delivery Temperature: FDT) 범위에서 열간압연하여 강판을 제조하는 단계이다.

일 실시예로, 마무리 압연 온도(FDT) 범위는 870°C 내지 930°C로 제어될 수 있다. 마무리 압연 온도(FDT)가 870°C 미만인 경우, 이상영역 압연에 의한 혼립 조직이 발생으로 강판의 가공성 확보가 어렵고, 미세조직 불균일에 따라 가공성이 저하되는 문제가 있을 뿐만 아니라 급격한 상 변화에 의해 열간압연 중 통판성의 문제가 발생할 수 있다. 이와 반대로, 마무리 압연 온도(FDT)가 930°C를 초과할 경우에는 오스테나이트 결정립이 조대화되어 강도 확보가 어려워질 수 있다. 또한, 석출물이 조대화되어 최종 부품 성능이 저하될 위험이 있다.

일 실시예로, 열간압연 시 압하율은 90% 이상을 만족하도록 제어될 수 있다. 또한, 후술하는 냉간압연 시 압하율은 30% 내지 70%로 제어될 수 있다. 이를 통해 탄소(C)의 함량 및/또는 망간(Mn)의 함량이 상대적으로 높은 펄라이트가 국부적으로 집적된 영역(펄라이트 영역)의 발생을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 강판의 미세조직은 페라이트 및 펄라이트를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 강판은 면적분율로 페라이트: 60~99% 및 펄라이트: 1~30%를 포함할 수 있다. 또한, 핫스탬핑용 강판은 기타 불가피한 조직을 포함할 수 있다. 예컨대, 핫스탬핑용 강판은 기타 불가피한 조직을 0% 이상 5% 미만 포함할 수 있다. 한편, 일 실시예로, 핫스탬핑용 강판이 포함하는 페라이트의 평균 결정립 크기는 2㎛ 이상 50㎛ 이하를 만족하도록 제어될 수 있다.

한편, 재가열 단계(S10) 및 열간압연 단계(S20)에서는 에너지가 불안정한 입계에서 미세석출물들의 일부가 석출될 수 있다. 이때, 입계에 석출된 미세석출물들은 오스테나이트의 결정립 성장을 방해하는 요소로 작용하여 오스테나이트 미세화를 통한 강도 향상의 효과를 제공할 수 있다.

냉각/권취 단계(S30)는 열간압연 단계(S20)에서 열간압연된 강판을 냉각하는 단계 및 냉각된 강판을 권취하는 단계를 포함할 수 있다. 냉각/권취 단계(S30)에서는 열간 압연된 강판을 소정의 권취 온도(Coiling Temperature: CT)까지 냉각하여 권취한다. 상기 열간압연된 강판을 냉각하는 단계는, 열간압연된 강판을 소정의 냉각 종료 온도 범위까지 사전 설정된 냉각 시간 동안 ROT(Run out table) 냉각하는 단계일 수 있다.

일 실시예로, 상기 냉각 종료 온도 범위는 마르텐사이트 변태 개시온도(Ms) 내지 펄라이트 변태 개시온도(Ps)+40°C이고, 상기 사전 설정된 시간은 30초 이하일 수 있다.

상기 냉각된 강판을 권취하는 단계는 냉각된 강판을 소정의 권취 온도(Coiling Temperature: CT) 범위에서 권취하여 판재를 제조하는 단계일 수 있다.

일 실시예로, 권취 온도(CT)는 550°C 내지 780°C로 제어될 수 있다. 권취 온도(CT)는 탄소(C)의 재분배에 영향을 미친다. 이러한 권취 온도(CT)가 550°C 미만일 경우에는 과냉으로 인한 저온상 분율이 높아져 강도 증가 및 냉간압연 시 압연부하가 심화될 우려가 있으며, 연성이 급격히 저하되는 문제점이 있다. 반대로, 권취 온도가 780°C를 초과할 경우에는 이상 결정입자 성장이나 과도한 결정입자 성장으로 성형성 및 강도 열화가 발생하는 문제가 있다.

한편, 상기 권취하는 단계에서는 미세석출물들이 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 권취하는 단계에서는 슬래브가 포함하는 티타늄(Ti), 니오븀(Nb) 및/또는 바나듐(V)의 질화물 또는 탄화물이 형성될 수 있다. 또한, 상기 권취하는 단계는 미세석출물들의 평형 석출량이 최대치에 도달할 수 있도록 페라이트역에서 진행될 수 있다. 이와 같이 결정립 재결정이 완료된 후 페라이트로 조직 변태 시 입계뿐 아니라 입내에서도 미세석출물들의 입자 크기가 균질하게 석출될 수 있다. 이와 같이 본 발명의 실시예들에 의하면, 권취 온도(CT) 범위를 제어함으로써, 미세석출물들의 석출 거동을 제어할 수 있다.

냉간압연 단계(S40)는 냉각/권취 단계(S30)에서 제조된 판재를 언코일링(uncoiling)하여 산세 처리한 후, 냉간압연하는 단계이다. 이때, 산세는 판재, 즉 상기의 열연과정을 통하여 제조된 열연 코일의 스케일을 제거하기 위한 목적으로 실시하게 된다.

소둔 열처리 단계(S50)는 냉간압연 단계(S40)에서 냉간압연된 강판을 700°C 이상의 온도에서 소둔 열처리하는 단계이다. 일 실시예로, 소둔 열처리 단계(S50)는 냉간압연된 강판을 760°C 내지 850°C의 온도 범위에서 소둔 열처리하는 단계일 수 있다. 한편, 소둔 열처리는 냉연 판재를 가열하고, 가열된 냉연 판재를 소정의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다.

도금 단계(S60)는 소둔 열처리된 강판에 대해 도금층을 형성하는 단계이다. 일 실시예로, 도금 단계(S60)는 소둔 열처리 단계(S50)에서 소둔 열처리된 강판 상에 Al-Si 도금층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

구체적으로, 도금 단계(S60)는 강판을 400°C 내지 700°C의 온도를 가지는 도금욕에 침지시켜 강판의 표면에 용융도금층을 형성하는 단계 및 상기 용융도금층이 형성된 강판을 냉각시켜 도금층을 형성하는 냉각 단계를 포함할 수 있다. 이때, 도금욕은 첨가 원소로서 Si, Fe, Al, Mn, Cr, Mg, Ti, Zn, Sb, Sn, Cu, Ni, Co, In 및/또는 Bi을 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 도금욕은 5~12%의 Si, 1~4%의 Fe 및 그 외 Al을 포함할 수 있다. 또한, 전면 및 후면 각각에 대한 도금량은 30 g/m2 내지 200 g/m2을 만족하도록 제어될 수 있다.

이와 같이 S10 내지 S60 단계를 거쳐 제조한 핫 스탬핑용 강판에 대하여 '핫 스탬핑 공정'을 수행함으로써, 본 발명에서 요구되는 기계적 특성(예컨대, 인장 강도, 항복 강도, 굽힘 특성, 연신율 등)을 만족하는 핫 스탬핑 후의 성형 부품인 핫 스탬핑 부품을 제조할 수 있다.

상기 '핫 스탬핑 공정'은 슬래브를 이용하여 제조한 핫 스탬핑용 강판을 가열하는 단계, 상기 핫 스탬핑용 강판을 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계 및 상기 성형체를 냉각하여 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로, 상기 핫 스탬핑용 강판을 가열하는 단계는, 상기 핫 스탬핑용 강판을 Ac3 이상의 온도로 가열하는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 상기 성형체를 냉각하여 핫 스탬핑 부품을 형성하는 단계는, 상기 성형체를 300°C 이하까지 평균 25°C/s 이상의 냉각속도로 냉각하는 단계를 포함할 수 있다. 다만, 상기 핫 스탬핑 공정에 적용되는 온도 범위, 냉각 속도 등의 공정 조건은 상술한 예시로 제한되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.

또한, 핫 스탬핑 부품은 마르텐사이트, 베이나이트, 페라이트 및/또는 오스테나이트를 포함할 수 있다. 예컨대, 핫 스탬핑 부품의 미세조직은 70% 이상의 마르텐사이트, 30% 이하의 베이나이트와 페라이트 및 5% 이하의 잔량 탄화물 또는 잔류 오스테나이트를 포함할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.

도 7 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 차체 구조물의 제조 방법을 개략적으로 나타내는 단면도들이다. 먼저, 차체 강판에 조립되는 보강 구조물(10, 10')을 제조할 수 있다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 먼저, 성형된 제1강판(100) 및/또는 제2강판(200)을 준비할 수 있다. 또한, 예비 복합 소재(C400)가 외측면에 도포된 중공형 파이프(300)를 준비할 수 있다. 중공형 파이프(300)의 외측면에 예비 복합 소재(C400)를 도포하는 단계는 예컨대, 사출 등의 공정을 이용하여 수행할 수 있다.

이후, 조립 장치(50)에서 상기 준비된 중공형 파이프(300), 제1강판(100), 및/또는 제2강판(200)을 보강 구조물로 조립할 수 있다. 상기 조립 단계는, 아래의 단계들로 수행될 수 있다. 먼저, 조립 장치(50)의 로딩부(51)에 준비된 제1강판(100)을 배치할 수 있다. 이후, 제1강판(100) 상에 예비 복합 소재(C400)가 외측면에 도포된 중공형 파이프(300)를 배치할 수 있다. 실시예에 따라서, 중공형 파이프(300)를 배치한 후, 제1강판(100) 및 중공형 파이프(300) 상에 제2강판(200)을 더 배치할 수 있다. 구체적으로, 제2강판(200)의 양 단이 각각 제1강판(100)의 일 영역 및 타 영역에 접하도록 배치할 수 있다. 제1강판(100) 상에 배치되는 제2강판(200)은 그 단면적이 제1강판(100)의 단면적보다 작을 수 있다. 실시예에 따라서, 제2강판(200)은 제외될 수 있다.

도 10을 참조하면, 가열 장치(60)에서 상기 조립된 보강 구조물을 열처리할 수 있다. 상기 열처리는 250℃ 미만의 저온에서 수행될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 열처리는 130℃ 내지 230℃, 바람직하게는 150℃ 내지 210℃ 범위에 속하는 온도에서 수행될 수 있다. 상기 열처리 과정에서 예비 복합 소재(C400)가 발포 및 경화되면서 복합 소재(400)가 형성될 수 있다. 복합 소재(400)를 통해 제1강판(100)과 중공형 파이프(300)가 접합될 수 있다. 실시예에 따라서 복합 소재(400)를 통해 제1강판(100)과 제2강판(200), 제2강판(200)과 중공형 파이프(300)가 서로 접합될 수 있다. 제1강판(100), 중공형 파이프(300) 및/또는 제2강판(200)이 복합 소재(400)를 통해 접합되면서, 보강 구조물(10, 10')이 제조될 수 있다.

도시하지 않았으나, 전술한 보강 구조물(10, 10')을 제조한 후 차체 강판에 조립하여 차체 구조물을 제조할 수 있다. 도 3 및 도 5를 참조하면, 보강 구조물(10, 10')이 조립되는 차체 강판(LP)을 준비한 후, 제1강판(100)을 차체 강판과 접합하여 보강 구조물(10, 10')을 차체 강판(LP)에 조립할 수 있다.

구체적으로, 제1강판(100)의 제1플랜지(110) 및 제2플랜지(120) 각각을 차체 강판(LP)의 일 단(L1) 및 타 단(L2)과 접합하여 보강 구조물(10, 10')을 차체 강판(LP)에 조립할 수 있다. 이때 접합은, 용접, 스팟 등으로 수행될 수 있다. 실시예에 따라서, 차체 구조물은 외부 강판(OP)을 더 포함할 수 있고, 상기 외부 강판(OP)의 양 단(O1, O2) 또한 차체 강판(LP)과 같이 제1 및 제2플랜지(110, 120)와 접합될 수 있다. 상기 접합에 따라 제1 및 제2고정부(J1, J2)가 형성될 수 있다.

이와 같은 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

1, 1': 차체 구조물
10, 10': 보강 구조물
100: 제1강판
200: 제2강판
100a: 제1영역
100b: 제2영역
130: 메인부
300: 중공형 파이프
400: 복합 소재

Claims

제1강판; 및
중공형 파이프;를 포함하는 보강 구조물을 포함하고,
상기 제1강판은 일 영역과 타 영역 사이의 절곡된 메인부를 포함하고,
상기 중공형 파이프는 상기 제1강판의 상기 일 영역과 상기 타 영역을 지나는 가상의 면과 상기 제1강판의 상기 메인부 사이에 배치되는, 차체 구조물.
제1항에 있어서,
상기 보강 구조물은,
상기 중공형 파이프를 둘러싸며, 상기 중공형 파이프와 상기 제1강판의 상기 메인부 사이를 채우는 복합 소재;를 더 포함하고,
상기 중공형 파이프는 상기 복합 소재를 통해 상기 제1강판에 접합되는, 차체 구조물.
제2항에 있어서,
상기 복합 소재는 에폭시 계열의 발포체를 포함하는, 차체 구조물.
제1항에 있어서,
상기 제1강판의 일 단에는 상기 일 영역으로부터 연장된 제1플랜지가 구비되고,
상기 제1강판의 타 단에는 상기 타 영역으로부터 연장된 제2플랜지가 구비되는, 차체 구조물.
제4항에 있어서,
상기 차체 구조물은 상기 보강 구조물이 조립되는 차체 강판;을 더 포함하고,
상기 보강 구조물은 상기 제1강판의 상기 제1플랜지 및 상기 제2플랜지 각각이 상기 차체 강판의 일 단 및 타 단과 결합됨으로써 상기 차체 구조물에 결합되는, 차체 구조물.
제5항에 있어서,
상기 제1강판은 상기 중공형 파이프를 사이에 두고 상기 차체 강판과 마주보도록 배치되는, 차체 구조물.
제1항에 있어서,
상기 제1강판은,
핫 스탬핑용 강판을 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하는 핫 스탬핑 공정으로 제조된 핫 스탬핑 부품인, 차체 구조물.
제1강판;
상기 제1강판과 별개로 구비되는 제2강판; 및
중공형 파이프;를 포함하는 보강 구조물을 포함하고,
상기 제1강판의 일 영역과 상기 제2강판의 일 단이 접하고, 상기 제1강판의 타 영역과 상기 제2강판의 타 단이 접하도록 배치되어 하나의 폐단면을 단면으로 가지는 공간부를 형성하고,
상기 중공형 파이프는 상기 공간부에 배치되는, 차체 구조물.
제8항에 있어서,
상기 보강 구조물은,
상기 중공형 파이프를 둘러싸며, 상기 중공형 파이프와 상기 제1강판 사이 및 상기 중공형 파이프와 상기 제2강판 사이를 채우는 복합 소재;를 더 포함하고,
상기 중공형 파이프는 상기 복합 소재를 통해 상기 제1강판에 접합되는, 차체 구조물.
제8항에 있어서,
상기 제1강판의 일 단에는 상기 일 영역으로부터 연장된 제1플랜지가 구비되고,
상기 제1강판의 타 단에는 상기 타 영역으로부터 연장된 제2플랜지가 구비되며,
상기 제1플랜지 및 상기 제2플랜지는 각각 상기 제2강판의 상기 일 단 및 상기 타 단을 덮도록 위치하는, 차체 구조물.
제8항에 있어서,
상기 제1강판은 상기 제2강판을 덮도록 위치하고,
상기 보강 구조물을 형성하는 상기 제1강판의 단면적이 상기 제2강판의 단면적보다 넓은, 차체 구조물.
제8항에 있어서,
상기 제1강판 및 상기 제2강판 중 적어도 하나는,
핫 스탬핑용 강판을 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급속 냉각하는 핫 스탬핑 공정으로 제조된 핫 스탬핑 부품인, 차체 구조물.
제8항에 있어서,
상기 제1강판 및 상기 제2강판은 인장 강도를 포함한 기계적 특성이 서로 상이한, 차체 구조물.
제8항에 있어서,
상기 보강 구조물은 이중 폐단면을 갖는, 차체 구조물.