KR20140051934A - 강판 블랭크의 열간 성형 및 경화 방법 - Google Patents

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Abstract

강판 블랭크는 오스테나이트 범위로 가열되며 말텐자이트 형성의 시작을 위한 온도(Ms) 다소 아래로 제품의 온도가 떨어질 때까지 형성된 제품을 급속히 냉각시키는 냉각된 공구 쌍 내에서 형성된다. 냉각은 급속 차단되며 제품의 온도는 Ms를 초과할 때까지 상승되고 재료가 50 체적%보다 많은 베이나이트를 함유하게 될 때까지 거기에 유지된다. Ms 온도 아에서 짧은 시간은 베이나이트의 형성에 선호되며 유지 시간을 단축한다.

Description

강판 블랭크의 열간 성형 및 경화 방법 {A METHOD OF HOT SHAPING AND HARDENING A SHEET STEEL BLANK}
본 발명은 성형된 제품을 급속 냉각하는 공구 쌍 내에서 오스테나이트 범위로 가열된 재료를 형성함으로써 강판 블랭크를 열간 성형 및 경화하는 방법에 관한 것이다.
자동차 산업에 있어서, 프레스-경화 기술, 즉 경화 가능한 붕소 강의 강판 블랭크가 오스테나이트 범위로 가열되고 냉각된 공구 쌍 내에서 형성되며 수 초 동안 고정장치로서의 공구 쌍에 의해 그 공구 쌍 내에 유지됨으로써 형성된 제품이 말텐자이트 조직을 얻는 기술에 의해 형성되고 경화되는 고강도 강의 제품들이 점점더 이용되고 있다. 이러한 공정은 1400 MPa 초과의 인장 강도를 야기한다. 후속 가공, 예를 들어 펀칭 또는 에지들의 레이저 절단이 경화된 재료에 대해 이루어지나 때때로 후속 가공될 부분들의 급속 냉각은 완전 경화된 재료의 가공을 피하기 위해서 방지된다.
베이나이트 조직을 갖는 강은 프레스-경화 공정에 의해 얻은 것과 거의 동일한 고 인장 강도를 가질 수 있으나 베이나이트 조직은 말텐자이트 조직보다 더 강인하고 더 연성이다. US 6,149,743에는 베이나이트 경화를 위한 방법을 설명하고 있다. 재료는 오스테나이트 범위로부터 Ms(말텐자이트 형성의 시작을 위한 온도) 약간 초과 온도로 급속 냉각되며 이 온도는 거의 10 시간 동안 유지되며 그 보유 시간의 끝을 향해서 그 온도는 경화 시간을 단축하기 위해서 상승된다. 이러한 공정은 롤러 베어링들에 대해서도 이용될 수 있다.
본 발명의 목적은 종래의 프레스-경화 공정에 의해 제조된 것들보다 더 양호한 재료 특성들을 가지는 제품을 경제적인 방식으로 제조하고자 하는 것이다. 다른 목적은 제품이 완전히 경화되기 이전에 후속 가공의 가능성을 생성하고자 하는 것이다.
형성된 제품은 제품의 온도가 말텐자이트의 형성의 시작을 위한 온도 아래로 떨어질 때까지 급속 냉각되며 그 후 그 제품의 온도는 말텐자이트의 형성의 시작을 위한 온도를 초과할 때까지 상승되고 베이나이트가 형성될 때까지 유지된다. 말텐자이트의 형성 및 베이나이트의 형성을 위한 시간과 온도는 재료가 50 체적% 보다 많은 베이나이트를 함유하게 되도록 선택될 수 있다. 형성 및 급속 냉각은 수 초 걸리는 반면에 그 열을 유지하는 것은 수 분 걸린다. 그 열을 유지하기 위한 시간(보유 시간)은 후속 가공, 예를 들어 에지 절단에도 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공정의 예를 위한 시간-온도 다이어그램이며,
도 2는 그 공정을 도시하는 블록 선도이다.
도 2는 노(11) 내의 오스테나이트 상, 냉각된 형성 공구(12) 내의 형성 상, 및 노(13) 내에 보유되는 후속 온도에 대해 블록 선도를 도시한다.
본 발명에 따른 공정의 예를 위한 도 1의 온도 곡선은 오스테나이트 범위로 블랭크를 노 내에서 가열하고 있는 제 1 부분(20)을 도시한다. 냉각된 형성 공구 쌍으로 재료를 이동하는 것은[온도 곡선의 곡선 부분(21)] 정상적으로 5 내지 10 초 걸리며 온도의 작은 감소를 수반한다. 냉각 공구 쌍 내에서의 형성은 1 초 또는 수 초 정도이나 그 제품은 Ms(말텐자이트 형성의 시작을 위한 온도) 조금 아래로 급속 냉각될 때까지 공구들 내에서 머물러 있어야 한다. 말텐자이트의 형성은 순간적이며 온도의 함수이나 시간의 함수는 아니다. 따라서 이러한 냉각은 고정 장치로서의 공구 쌍에 의해 수행된다. 형성 및 급속 냉각은 도면 부호 22로 나타냈다. 제품은 공구 쌍으로부터 급속히 꺼내지며 말텐자이트 형성의 시작으로 열을 발생하며 Ms를 초과할 수 있는 온도 상승(23)을 수반한다. 온도를 Ms 초과 온도로 급속히 올리기 위해서 추가의 열, 예를 들어 유도 열 또는 복사 열이 이용될 수 있다. 그 후 제품은 제품이 곡선 부분(24)으로 재제시된 얼마간의 분들 동안 Ms를 약간 초과하는 아주 균일한 온도에서 유지되는 노로 이동된다. 그 후에 제품은 점선의 곡선 부분(25)으로 재제시되는, 공기 중에서 냉각되거나 곡선 부분(26)으로 재제시된 바와 같이 고속화된다.
말텐자이트 형성의 시작은 베이나이트 형성을 선호하며 베이나이트 형성을 위한 보유 시간은 일반적으로 30분 미만 또는 10분 미만 또는 심지어 1분 미만으로 단축된다. 이는 경제적 공정을 위한 전제조건이다. 말텐자이트의 양은 온도를 얼마나 많이 Ms 미만으로 낮출 것인가를 선택함으로써 미리 결정될 수 있다. 베이나이트의 형성을 위한 온도는 수십도 만큼 변화하도록 이루어질 수 있으며 따라서 그 보유 시간은 후속 가공, 예를 들어 에지 절단을 위해 이용될 수 있으며, 그 후속 가공은 재료가 그의 완전 경도에 도달하기 이전에 수행하는 것이 유리한데, 이는 공구의 마모를 감소시키고 또한 균열의 개시 위험 및 제품이 이용될 때의 균열의 뒤이은 형성 위험을 감소시키기 때문이다. 후속 가공은 또한, 성형 공구에 통합되거나 곡선 부분(22)에 통합될 수 있다. 즉, 이는 말텐자이트의 형성 이전 또는 형성 중에 수행될 수 있다.
변형된 공정에서 제품은 제 1 공구 쌍에서 형성될 수 있으며 Ms 약간 위로 냉각될 수 있으며 형성된 제품은 그 후에 고정장치를 이루는 제 2 공구 쌍으로 이동될 수 있으며 그 제품을 Ms 온도 조금 아래로 냉각시킨다. 이러한 제 2 공구 쌍은 제품이 열을 유지하기 위한 노로 이동되기 이전에 후속 가공, 예를 들어 에지 절단을 동시에 수행할 수 있다. 대안적으로, 후속 가공은 제 1 공구 쌍에 통합될 수 있다. 두 개의 공구 쌍들은 동시에 가공될 수 있으며, 이는 사이클 시간을 단축한다.
붕소 강, 즉 붕소를 갖는 탄소-망간 강이 말텐자이트로 완전히 경화되는 종래의 프레스 경화에 이용된다. 탄소-실리콘-망간 강이 본 발명에 따른 공정에 적합하게 이용될 수 있다. 상기 강은 0.2 내지 0.3 중량%의 탄소 함량, 1 내지 2 중량%의 망간 함량 및 1 내지 2 중량%의 실리콘 함량을 가질 수 있다. 또한, 1 중량% 미만의 전체 함량을 갖는 크롬과 다른 통상 합금 물질들이 존재할 수 있다. 실리콘은 시멘타이트의 분리를 방지하고 바람직한 미세조직을 생성한다.

Claims (7)

  1. 형성된 제품을 급속 냉각시키는 공구 쌍 내에서 오스테나이트 범위로 가열된 블랭크를 형성함으로써 강판 블랭크를 열간 성형 및 경화하는 방법에 있어서,
    형성된 제품은 제품의 온도가 말텐자이트 형성의 시작을 위한 온도(Ms) 아래로 떨어질 때까지 냉각되며, 상기 제품의 온도는 그 후에 말텐자이트 형성의 시작을 위한 온도를 초과할 때 상승되고 고온으로 유지되어서 베이나이트가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    강판 블랭크를 열간 성형 및 경화하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상승된 열은 1 내지 20분의 보유 시간 동안 유지되는 것을 특징으로 하는,
    강판 블랭크를 열간 성형 및 경화하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    온도들은 재료가 50 체적%보다 큰 베이나이트를 함유하게 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는,
    강판 블랭크를 열간 성형 및 경화하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    형성된 제품은 상기 공구 쌍에서 직접적으로 후속 가공되는 것을 특징으로 하는,
    강판 블랭크를 열간 성형 및 경화하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 재료는 제 1 공구 쌍 내에서 성형되고 Ms를 초과하는 온도 아래로 냉각되며 성형된 블랭크는 그 후에 제 2 공구 쌍으로 이동되고 고정장치로서의 제 2 공구 쌍에 의해 Ms 미만의 온도로 추가로 냉각되는 것을 특징으로 하는,
    강판 블랭크를 열간 성형 및 경화하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    형성된 제품은 상기 제 1 공구 쌍 내에서 후속 가공되는 것을 특징으로 하는,
    강판 블랭크를 열간 성형 및 경화하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    형성된 제품은 상기 제 2 공구 쌍 내에서 후속 가공되는 것을 특징으로 하는,
    강판 블랭크를 열간 성형 및 경화하는 방법.
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