KR940003248B1

KR940003248B1 - 자동차용 임팩트 빔의 제조방법

Info

Publication number: KR940003248B1
Application number: KR1019920003369A
Authority: KR
Inventors: 김이환; 김종규; 이진석; 배종수
Original assignee: 동원금속공업 주식회사; 이종희
Priority date: 1992-02-29
Filing date: 1992-02-29
Publication date: 1994-04-16
Also published as: KR930017645A

Abstract

내용 없음.

Description

자동차용 임팩트 빔의 제조방법

제1도는 임팩트 빔의 사시도.

제2도는 임팩트 빔의 사용 상태도.

제3도는 본 발명의 열처리 공정도.

제4도는 본 발명의 탬퍼링 온도 증가에 따른 기계적 성질의 변화도이다.

본 발명은 측면 충돌시 운전자 및 승객의 안전을 도모하기 위하여 자동차의 문 내부에 장착하는 튜브형 임팩트 빔의 제조방법에 관한 것으로서 특히, 탄소함량이 0.08~0.095%인 비교적 저탄소강의 소재를 고주파 유도 담금질 및 탬퍼링을 행하여 저온 취성에 의한 크랙발생을 줄이며 용접성 및 인장강도 등이 우수한 자동차 임팩트 빔을 제조하기 위한 방법이다.

최근 들어 전세계적으로 자동차 제작사들은 경쟁적으로 자동차의 안정성 향상을 기하기 위하여 문짝 내부에 강철제 보강재를 설치하고 있는 추세이며 지금까지 자동차용 임팩트 빔은 고장력 강판을 파형으로 성형한 재료가 주로 사용되어 왔으나 자동차의 연비향상을 목적으로 한 차량의 경량화면에서 종래의 프래스 성형품이 고강도 강관으로 대체되는 경향이 높아지고 있다.

강관은 제작방법에 따라 이음매가 없는 튜브(Seamless Tube)와 용접 튜브로 구분되나 요즈음은 경량인 용접튜브를 사용하여 자동차의 경량화를 꾀하고 있다.

튜브형 임팩트 빔은 승차자의 안전과 관계되는 것이므로 우수한 강도를 요구하고 있으며, 특히 임팩트 빔에서 중요시 되는 것은 임팩트 빔의 외경의 비율에 따라 어느 일정하중 이상에서는 국부 좌굴현상이 나타날 수 있으므로 이러한 현상이 나타나지 않는 소재의 치수 범위를 선정하거나 또는 연구되는 품질기준을 만족시키는 강도를 지니는 강을 채택하여야 한다.

일례로 길이 800mm 강관의 국부 좌굴의 발생한계는 t/D≤8.5%이므로 외경(D)이 31.8mm인 경우에는 두께(t)는 최소한 2.7mm 이상이 되어야 한다.

그러나 두께의 증가는 좌굴현상을 방지할 수는 있으나 경량화에는 상반되므로 실용상 두께를 최대한 감소할 수 있게끔 기계적 성질을 향상시키는 것이 과제로 되어 있다.

또한 임팩트 빔은 조관시 용접 공정을 거치고 자동차 문짝에 용접되어 사용되므로 용접성이 우수하여야 하며, 저온 취성으로 인한 크랙 등 결함이 발생되지 않아야 한다.

이에따라 미연방 자동차 안전규격(FMVSS No.214) 등에서는 임팩트 빔의 기계적 성질을 인장강도 110Kg/㎟ 이상, 항복 강도 80Kg/㎟ 이상, 연신율 10% 이상으로 규정하고 있는 실정이다.

임팩트 빔 제조기술은 최근들어 많이 발표되고 있는데 대표적인 종래기술은 국내 특허공고 제92-529호의 “차량의 문을 보강하기 위한 튜브용 강합금의 제조방법”과 일본국 공개특허공보 평 4-52254호의 “자동차 도어 보강재용 소입강관의 제조방법” 등이 있으며, 국내 특허공고 제95-529호는 보강재인 튜브용 강합금의 성분조성에 관한 것으로서 그 제조공정 특히 열처리 공정에 대하여는 구체적인 설명없이 930℃에서 플림 처리후 공냉한다는 기술로만 되어 있고, 일본국 공개특허공보 평 4-52254호는 C가 0.1~0.3%인 비교적 고탄소강을 소재로 하여 고주파 유도가열후 수냉하여 인장강도가 우수한 자동차 도어 보강재 소입강관을 제조하는 방법으로서 임팩트 빔이 요구하는 고강도를 얻는데는 성공하였으나 고탄소강을 소재로 사용하는 관계로 조관 용접시 및 저온에서 사용시 크랙의 발생이 우려되고 용접성이 불량하여 임팩트 빔을 자동차에 부착하는데 많은 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 이러한 문제점을 해결하기 위하여 C : 0.08~0.095%을 함유하는 비교적 저탄소강의 소재를 특정의 조건으로 열처리하므로 인장강도, 항복강도, 연신율 등 기계적 성질이 뛰어날 뿐만 아니라 저온에서 크랙 등 발생이 일어나지 않고 용접성도 우수한 임팩트 빔 제조를 그 목적으로 한다.

이하 본 발명의 구성에 대하여 상세히 설명한다.

본 발명은 중량 %로 C : 0.08~0.095%, Mn : 1.0~1.6%, Si : 0.15~0.8%, P : 0.005~0.010%, S : 0.001~0.009%, Al : 0.01~0.1%, Nb : 0.035~0.08%, Fe : 잔량으로 조성된 압연 강판을 성형 및 용접을 행하여 튜브 형상의 임팩트 빔을 제조하는 단계와, 상기 제조된 임팩트 빔을 고주파 유도가열 장치에서 860~950℃의 온도범위로 5초~2분 30초간 가열한후 공기중에서 1~6초간 방치하였다가 40℃ 이하의 물에 급냉 처리하는 고주파 담금질 단계와, 상기 담금질 된 임팩트 빔을 고주파 유도가열 장치에서 100~250℃의 온도범위로 5~15분간 가열한 후 공냉처리하는 고주파 탬퍼링 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인장강도, 항복강도, 연신율 및 용접성이 우수한 자동차용 임팩트 빔의 제조방법을 제공한다.

다음에 상기와 같은 공정과 조건으로 한정하는 이유에 대하여 설명한다.

임팩트 빔용 소재로서 요구되는 조건은 저렴하면서도 특정의 열처리에 의해 고장력화가 가능하여야 하고, 조관 및 자동차 문짝에 부착이 용이하게 용접성이 우수하여야 하며 냉간균열과 같은 용접 결함이 발생하지 말아야 한다.

금속재료의 합금성분으로 C나 Mn은 강의 강도를 좌우하는 주요성분이긴 하지만 적정함량 이상으로 증가하면 용접성과 노치인성이 떨어지는 단점이 있다. 0.1% 이상의 C나 1.6% 이상의 Mn은 용접시에 크랙의 발생이 우려되고 노치인성이 낮은 미세조직을 나타내고, 0.08% 미만의 C나 1.0% 미만의 Mn은 소정의 강도를 얻기 힘들다.

Nb은 제어 열간압연에 의해 C의 감소에 따른 용접성과 인성의 상승효과를 유지시키면서 강도저하를 보상해 주는 효과가 있어 0.035~0.08%를 첨가한다.

Si은 건전하고 치밀한 조직을 얻는데 필요하고 경화능과 강도강화효과를 나타내며 고온 산화방지에도 효과적이므로 0.15~0.8% 첨가한다.

Al은 탈산제와 입자 성장을 제어하기 위하여 널리 사용되며 미량으로 입자를 미세화 하는데 효과가 있으므로 0.01~0.1% 첨가한다.

P는 페라이트에 있어 효과적인 고용체 강화제이며 내식성은 강화시키나 연성의 감소를 수반하므로 0.005~0.010%로 제한한다.

S는 불순물로서 0.001~0.009%로 제한한다.

고주파 담금질 조건을 860~950℃에서 5초~2분 30초간 가열하는 이유는 후 공정에서 실시되는 수냉에 의해 소재의 조직을 오스테나이트에서 마르텐 사이트 조직으로 변태시켜 소정의 강도를 부여하기 위하여 실시하는 것으로, 860℃ 이하로 가열하는 경우 소정의 강도를 얻기가 힘들고, 950℃ 이상으로 가열하는 경우 강도는 증가하나 연신율이 저하되며, 5초 이하로 가열하는 경우 소재의 조직이 오스테나이트로의 변태가 부족하여 후의 냉각 공정에서 소정의 강도를 얻기 힘들며, 2분 30초 이상으로 가열하는 경우 에너지 낭비와 효율성이 저하된다.

고주파 유도가열한 후 1~6초간 공기중에서 방치하는 이유는 오스테나이트가 펄라이트 변태를 하지않는 온도 영역까지 서냉하면서 변태 페라이트를 생성시켜 최종 마텐사이트 분율을 어느정도 유지시켜 연성을 향상시키고자 하는 목적으로서, 1초 이하로 방치하는 경우 연신율 저하 및 켄칭에 따른 크랙이 발생하며, 6초 이상 방치하는 경우 강도가 떨어진다.

담금질된 소재를 100~250℃의 온도범위로 5~15분간 가열한 후 공냉처리하는 이유는 마텐사이트 조직을 연화시키어서 연성 및 인성을 증가시키기 위한 것이다.

탬퍼링 온도의 증가에 따른 기계적 성질의 변화를 제4도에 의거 설명한다.

연신율의 변화는 제4도에 나타난 바와 같이 항복강도의 인장강도에 대한 비율의 증가에 따라 점차 감소하다가 300℃를 기점으로 다시 증가하기 시작하여 항복강도와 인장강도가 대폭 떨어진 500℃에서 크게 증가하는 특징을 나타내고 있다. 또한, 인장강도와 경도의 변화추이는 탬퍼링 온도의 증가에 따라 거의 비례적으로 감소하였으며 500℃에서 크게 감소하는 경향을 나타낸 반면에 항복강도의 변화추이는 250℃에서 오히려 증가하여 인장강도에 근접하면서 감소하는 경향을 나타내었다.

따라서 탬퍼링 효과의 한계는 100~250℃ 이하의 비교적 낮은 온도범위로 국한하였다.

5분 이하로 가열하는 경우 변태가 제대로 이루어지지 않아 소정의 연신을 얻기 힘들고, 15분 이상 가열하는 경우 소정의 강도를 얻기 힘들다.

본 발명의 작용효과를 다음 실시예에 의거 상세히 설명한다.

[실시예]

중량 %로 C : 0.08~0.095%, Mn : 1.0~1.6%, Si : 0.15~0.8%, P : 0.005~0.010%, S : 0.001~0.009%, Al : 0.01~0.1%, Nb : 0.035~0.08%, Fe : 잔량으로 조성된 압연 강판을 제3도에 나타나 있는 열처리 공정과 표 1의 열처리 조건으로 작업을 행하였다.

[표 1]

열처리 조건 및 열처리에 따른 기계적 성질

상기 표 1에 나타난 바와 같이 열처리 후의 기계적 성질은 미연방 자동차 안전규격 No. 214(FMVSS)에서 규정하는 것보다 우수한 것으로 나타나 있다.

또한 임팩트 빔의 굴곡 특성을 두께별, 용접선 각도별로 굴곡 시험한 결과를 표 2에 정리하였다.

[표 2]

굴곡 특성시험결과

표 2에서와 같이 압착저항에너지, 하중, 변위, 응력 등에 있어서 두께와 용접성과의 시험방향에 관계없이 모두 우수한 결과를 나타내었다. 이는 용접품질의 신뢰성으로 평가할 수 있는 특성이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 특징은 인장강도, 항복강도, 연신율 등 기계적 성질이 뛰어날 뿐만 아니라 용접성이 우수하여 임팩트 빔이 요구하는 제반요건을 만족하고 있는 우수한 제조방법의 제조방법이다.

탁월한 기계적 성질에 의해 임팩트 빔을 더욱 경량화할 수 있는 특징을 갖는 유용한 방법이다.

Claims

중량 %로 C : 0.08~0.095%, Mn : 1.0~1.6%, Si : 0.15~0.8%, P : 0.005~0.010%, S : 0.001~0.009%, Al : 0.01~0.1%, Nb : 0.035~0.08%, Fe : 잔량으로 조성된 냉간압연 강판을 성형, 용접을 행하여 튜브 형상의 임팩트 빔을 제조하는 단계와, 상기 임팩트 빔을 고주파 유도가열 장치에서 860~950℃의 온도범위로 5초~2분 30초간 가열한 후 공기중에서 1초~6초간 방치하였다가 40℃ 이하의 물에 급냉처리하는 고주파 담금질 단계와, 상기 담금질된 임팩트 빔을 고주파 유도가열 장치에서 100~250℃의 온도범위로 5~15분간 가열한 후 공냉처리하는 고주파 탬퍼링 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 인장강도, 항복강도, 연신율 및 용접성이 우수한 자동차용 임팩트 빔의 제조방법.