KR101246393B1 - Ｔｒｂ 제조 장치 및 이를 이용한 ｔｒｂ 제조 방법 - Google Patents

Ｔｒｂ 제조 장치 및 이를 이용한 ｔｒｂ 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 TRB 제조 방법 및 이를 이용한 TRB 제조 장치에 관한 것으로, 열간 압연 공정이 완료된 열연 코일을 이용하여, 하나의 블랭크(Blank)내에 두께가 상이하게 나타나도록 하는 TRB(Tailored Rolled Blank) 압연 공정을 수행하되, 상기 TRB 압연 공정은 상기 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일이 갖는 온도 이상의 온도에서 수행되도록 하고, 이를 위해서 TRB(Tailored Rolled Blank) 압연 공정을 수행하는 압연 롤부와, 상기 압연 롤부를 포함한 공정라인 전체를 감싸는 형태로 구비되어, 상기 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일이 갖는 온도가 유지되도록 하는 TRB 보온 박스와, 상기 TRB 보온 박스의 일측에 구비되는 코일 입구부 및 상기 코일 입구부와 대칭이 되는 타측에 구비되는 코일 배출부를 포함하는 TRB 제조 장치를 제공하는 발명에 관한 것이다.

Description

ＴＲＢ 제조 장치 및 이를 이용한 ＴＲＢ 제조 방법{APPARATUS FOR FABRICATING TAILORED ROLLED BLANK AND METHOD FOR FABRICATING TAILORED ROLLED BLANK USING THE SAME}
본 발명은 TRB(Tailored Rolled Blank) 제조 장치 및 이를 이용한 TRB 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고강도 강판을 이용하여 TRB를 제조 공정에 보온 박스를 이용함으로써, 열연 코일이 갖는 온도를 유지하면서 압연이 용이하게 이루어질 수 있도록 하고, 압연 부하를 감소시키고 0.8mm의 얇은 두께의 강판이라도 TRB 압연이 가능하도록 하는 기술에 관한 것이다.
자동차 강판 중 경량화를 위한 TRB(Tailored Rolled Blank) 제조 방법은 상온에서 인장강도 440MPa 이하의 강판을 일정간격에 따라 재압연함으로써, 하나의 블랭크(Blank)내에 두께가 상이하게 나타나도록 하는 소재 가공 방법이다.
본 발명의 목적은 인장강도 540MPa 이상의 고강도 강판을 TRB로 제조하는데 있어서, 열간 압연이후 권취된 상태에서의 온도가 400 ~ 500℃ 이상인 점을 이용하여, 고강도 강판이 압연후 권취된 상태에서 바로 재압연을 통한 TRB 제조 공정이 진행되도록 하는 방법을 제공하는 것이다.
이를 위해서 본 발명은 TRB 제조 공정이 수행되는 TRB 압연 롤부를 중심으로 코일의 온도가 유지되도록 하는 TRB 보온 박스를 제공하는 것을 그 목적으로 한다. 아울러, 본 발명은 TRB 대상이 되는 열연 코일 및 TRB 코일을 보관할 수 있는 별도의 보온 박스를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 TRB 제조 방법은 열간 압연 공정이 완료된 열연 코일을 이용하여, 상기 열연 코일에서 두께가 상이하게 형성되도록 하는 TRB(Tailored Rolled Blank) 압연 공정을 수행하되, 상기 TRB 압연 공정은 상기 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일의 온도 이상의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일의 400 ~ 500℃이고, 상기 TRB 압연 공정은 상기 TRB 압연 공정이 수행되는 영역 전체를 감싸는 TRB 보온 박스를 이용하는 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 TRB 제조 장치는 열연 코일을 이용하여, 상기 열연 코일에서 두께가 상이하게 형성되도록 하는 TRB(Tailored Rolled Blank) 압연 공정을 수행하는 압연 롤부 및 상기 압연 롤부 및 상기 열연 코일 전체를 감싸는 형태로 구비되어, 상기 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일의 온도가 유지되도록 하는 TRB 보온 박스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 TRB 보온 박스에는 입측에 구비되어 상기 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일이 유입될 때 개방되는 코일 입구부와, 출측에 구비되어 상기 TRB 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일이 배출될 때 개방되는 코일 배출부가 형성되어 있을 수 있다.
본 발명에 따른 TRB 제조 방법을 이용하여 고강도 강판의 TRB를 제작할 경우, 기존에는 고강도 강판의 인장강도에 따라 압연 부하가 너무 높아서 작업속도가 현저히 떨어졌던 문제를 해결할 수 있다.
또한, 기존 TRB 제조 방법을 이용하는 경우 최대 30%의 압하율로 가공할 수 있었던 것과 비교할 때, 본 발명은 최대 60%의 압하율을 부여하여 TRB의 두께를 자유롭게 조절할 수 있는 효과를 제공한다.
따라서 본 발명은 시간당 생산량을 기존의 TRB대비 3 ~ 4배 가량 증가시킬 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 압연 권취기에서 바로 재압연이 진행됨으로 별도의 열처리 공정이 필요 없음으로 열처리에 필요한 에너지를 절약할 수 있는 효과를 제공한다.
그리고, 본 발명은 압연 롤부에 부하가 적게 걸림으로 압연 롤부의 피로도를 감소시키고, 장비 사용 기간을 더 오랜 시간 동안 연장 시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TRB 제조 방법을 위한 열연강판의 온도 및 인장강도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TRB 제조 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 TRB 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 TRB를 성형하여 제조한 프론트 사이드 멤버를 나타낸 개략도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
아울러, 일반적으로 블랭크(Blank)라 함은 핫스탬핑 공정에서와 같은 프레스 압연기 사이즈에 맞도록 가공된 형태의 강판을 말하지만, 하기 본 발명에서는 가공 이전에 코일 형태로 구비되는 경우도 모두 지칭하는 것으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 TRB 제조 장치 및 이를 이용한 TRB 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 TRB 제조 방법을 위한 열연강판의 온도 및 인장강도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 1을 참조하면, 400℃ 이상의 고온에서 인장강도(TS)가 300MPa 이하로 나타남을 알 수 있다.
즉, 상온에서는 인장강도가 540MPa 이상인 고강도 강판이더라도 400℃ 이상으로 가열하면 인장강도가 300MPa 이하로 감소되고, 그 만큼 압연 롤부에 가해지는 부하가 적게 가해짐을 알 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 TRB 의 두께 조절을 위한 재압연 공정을 400℃ 이상의 온도에서 수행하되, 별도의 가열 장치를 TRB 제조 장치에 추가하는 것이 아니라, 열간 압연이 종료된 후의 열연 강판 자체 온도를 이용할 수 있도록 한다.
이때, 인장강도 540MPa 이상의 고강도 강판은 압연이후 권취된 상태에서의 온도가 일부 마르텐사이트(martensite)강을 제외하고, 보통 400 ~ 500℃ 이상이다.
따라서, 고강도 강판이 압연후 권취된 상태에서 바로 재압연을 통한 TRB 제조 공정을 진행하면 되는데, 본 발명에서는 단열재를 이용한 보온 박스를 이용하여 열연 코일의 자체 온도가 유지될 수 있도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 TRB 제조 장치를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 먼저 중심부에 TRB 압연 공정을 수행하는 압연 롤부(160)가 구비된다. TRB 대상 코일(150)은 언코일링되면서 압연 롤부(160)를 통과한다. 압연 롤부(160)를 통과하여 TRB 압연 공정이 완료된 언코일링 상태의 강판은 다시 권취되어 TRB 코일 형태(170)로 될 수 있다.
여기서, TRB 대상 코일(150)에서부터 압연 롤부(160)를 포함한 TRB 코일(170)까지의 영역을 'TRB 압연 공정이 수행되는 영역'이라 정의할 수 있다.
이때, 실제 TRB 제조 장치에는 압연 두께조절부(180)를 비롯하여, 롤러테이블이나 코일 고정 장치 등 복잡한 기계 장치들이 필요하겠으나, 본 발명에서는 설명의 편의를 위해 생략하는 것으로 한다. 따라서, 도시되지 않은 TRB 제조 장치의 구성들에 의해서 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
아울러, 본 발명에서는 상기 TRB 압연 공정이 수행되는 영역 전체를 감싸는 형태로 구비되어, TRB 압연 공정이 진행되는 동안에도 TRB 대상 코일(150) 및 TRB 코일(170)의 자체 온도가 유지될 수 있도록 하는 TRB 보온 박스(100)가 구비된다.
본 발명에 따른 TRB 보온 박스(100)는 TRB 제조 설비의 규모에 따라서 상이하게 구비될 수 있다. 도시된 바에 따르면 단순한 박스 형태를 갖는 것으로 되어 있으나, 실제로는 구형, 각뿔형 및 원기둥형 중 어느 하나의 형태로도 구비될 수 있으며, 다양한 형태로 구비될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 TRB 보온 박스(100)는 건축용 단열재 등을 이용한 구조물 형태로 구비될 수 있다.
이때, TRB 대상 코일(150)이 TRB 보온 박스(100) 내부에 장착될 수 있도록 하기 위해서, TRB 보온 박스(100)의 입측에는 코일 입구부(110)가 형성되고, 코일 입구부(110)와 대칭이 되는 출측에 코일 배출부(120)가 형성될 수 있다.
온도 유지를 위하여, 코일 입구부(110)는 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일이 유입될 때만 개방될 수 있다. 또한, 코일 배출부(120)는 TRB 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일이 배출될 때만 개방될 수 있다.
여기서도, 도시된 코일 입구부(110) 및 코일 배출부(120) 형태는 입출입 장치에 대한 대표적인 일례를 나타낸 것일 뿐이므로 이에 한정되는 것은 아니다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 TRB 제조 장치의 TRB 보온 박스(100)가 구비되며, 본 발명에 따른 TRB 제조 장치를 이용하면 고강도 강판의 경우에도 압연 부하에 대한 영향을 거의 받지 않기 때문에 다양한 두께의 TRB를 제작할 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 TRB 제조 효율 향상을 위해서, TRB 대상 코일(150)의 이동 시에 발생할 수 있는 온도 유실을 방지용 열연 코일 보온 박스 등이 더 구비될 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 TRB 제조 장치를 나타낸 개략도이다.
먼저 도 3을 참조하면, 열간 압연 공정이 완료된 일반 코일(240)과 TRB 대상 코일(250)로 분류할 수 있음을 알 수 있다.
이때, 본 발명에서는 TRB 대상 코일(250)의 온도 유지를 위해서 단열재를 이용하여 박스 형태로 제작한 코일 운반용 보온 박스(260)를 이용한다.
그리고 본 발명에 따른 코일 운반용 보온 박스(260) 형태 TRB 대상 코일(250)을 감쌀 수만 있다면 어떠한 형태로 구비되어도 무방하다.
여기서, TRB 대상 코일(250)의 최종 온도가 400 ~ 500℃로 나타나기 위한 열연 공정을 개략적으로 살펴보면 다음과 같이 설명될 수 있다.
먼저, 본 발명에 따른 열연 강판용 슬래브(200)는 1150 ~ 1250℃의 온도에서 재가열 된다. 이때, 재가열 온도가 1150℃ 미만이면 슬래브(200) 표면 특성이 저하되어 압연이 정상적으로 이루어지지 않을 수 있다. 반대로 슬래브 재가열 온도가 1250℃를 초과하면 오스테나이트 결정입도가 증가하여 최종 미세 조직의 페라이트가 조대화되어 강도 확보가 어려울 수 있으며, 과도한 가열 공정으로 인하여 강판의 제조비용만 상승할 수 있다.
다음으로, 슬래브(200)는 사상압연부(210)를 통과하면서 750 ~ 850℃로 마무리 압연된다. 이때, 마무리 압연 온도가 850℃를 초과할 경우 오스테나이트 결정립이 조대화되어 변태후 페라이트 결정립 미세화가 충분히 이루어지지 않으며, 이에 따라 강도 확보가 어려워질 수 있다. 또한, 마무리 압연 온도가 750℃ 미만으로 너무 낮으면, 이상역 압연에 의한 혼립 조직이 발생하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
다음으로, 런아웃테이블부(200) 및 권취부(230)를 연속적으로 통과하면서 열연 코일 형태가 완성된다. 이때, 냉각 및 권취 온도는 400 ~ 500℃로 조절된다. 본 발명에서 냉각 과정은 열간 압연된 판재를 수냉 등의 방식을 통하여 수행하는데, 400℃ 미만으로 냉각 및 권취될 경우에는 강판의 결정립 성장을 억제하여 미세한 페라이트 결정립을 가지는 기지 조직을 형성시키고, 또한 펄라이트 조직을 형성시켜 고강도 및 고인성 확보가 어려워 질 수 있다. 반대로 500℃를 초과하는 온도로 냉각 및 권취될 경우에는 특별한 제한이 있는 것은 아니나 강도가 불충분해 질 수 있다.
다음으로, TRB 대상 코일(250)은 TRB 압연 롤부를 통과하여 최종 TRB 형상이 이루어지도록 하며, 그 구체적 예를 살펴보면 하기 도 4와 같다.
도 4를 참조하면, 열간 압연 공정에 의해서 최종 형성된 TRB 대상 코일(300)은 코일 운반용 보온 박스(310)에 넣어진 형태로 TRB 보온 박스(350)로 연결된다.
다음으로, TRB 보온 박스(350) 내에서 TRB 대상 코일(300)은 압연 롤부(330)를 통과하여 최종 TRB 형태를 갖게되고, TRB는 다시 코일(320) 형태로 권취된다.
이때, TRB 보온 박스(350) 내부의 온도는 400℃ 이상이 유지되도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위해서 본 발명에서는 필요에 따라 TRB 보온 박스(350) 내부의 온도를 모니터링 하고, 모니터링된 온도가 400℃미만일 경우에는 초음파 유도 가열 또는 열풍 발생 등의 방법으로 온도를 유지시킬 수 있는 보조가열부(360)를 더 포함할 수 있다.
다음으로, 가공이 완료된 TRB 코일(320)은 TRB 보온 박스(350)에서 배출되도록 하고, 별도의 응력 제거(Stress Relief) 공정을 거치게 된다. 이때, 본 발명에서는 상기 코일 운반용 보온 박스와 유사한 형태의 응력 제거용 보온 박스(340)를 이용함으로써, 특별한 재가열 없이도 응력 제거 공정이 용이하게 이루어 질 수 있도록 한다.
이때, TRB 대상 코일(300)의 온도 및 TRB 코일(320)의 온도 차이가 100℃이상 나지 않도록 하는 것이 바람직하다. 온도 차이가 100℃를 초과할 경우에는 TRB 압연 효율이 저하되고 완성된 TRB의 특성이 저하될 수 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 TRB 제조 방법 및 장치를 이용할 경우 고강도 열연 강판을 이용하더라도 효율적으로 TRB 제조를 완료할 수 있으며, 그 구체적 일례를 살펴보면 하기 도 5와 같다.
도 5는 본 발명에 따른 TRB를 성형하여 제조한 프론트 사이드 멤버를 나타낸 개략도이다.
도 5는 상술한 TRB 제조 방법을 이용하여 강판의 두께를 2.0mm, 1.4mm 및 0.8mm로 압연한 TRB를 제조하고, 이 TRB를 성형하여 제조한 프론트 사이드 멤버(Front Side Member, 400)을 나타낸다.
이때, 전면 충격 특성이 우수해야 하는 프론트 사이드 멤버의 경우 전면 충돌부(410)는 0.8mm의 얇은 두께를 유지하여야 하고, 중간 굴곡부(420)는 1.4mm의 두께를 만족하여야 하고, 캐빈(Cabin)부는 2.0mm의 두께를 만족하여야 한다.
여기서, 고강도 강판의 상온 연신률은 25 ~ 30%이므로, 기존 상온 TRB 공정을 이용할 경우에는 최대 30%의 압하율 밖에 구현할 수 없었다. 따라서, 2.0mm의 TRB 대상 강판이 최대 1.4mm까지만 제작되는 한계가 있었다.
하지만 본 발명에 따르면, 400 ~ 500℃이상의 고온에서의 고강도 강판의 경우 인장강도가 100 ~ 300MPa 로 떨어지게 되고, 연신률 또한 40 ~ 60%까지 늘어나게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 TRB 보온 박스를 이용할 경우 압연 부하가 적게 걸려서, 작업성이 향상되고, 2.0mm의 강판이 최대 0.8mm까지 압하 될 수 있는 것이다.
즉, 본 발명에 따른 프론트 사이드 멤버의 경우, 기존 2.0mm 및 1.4mm의 이종 두께로만 이루어진 경우의 제품 보다, 약 30% 경량화가 가능하게 될 수 있다.
따라서 시간당 생산량이 기존의 TRB 제조 공정 대비 3 ~ 4배 가량 높아질 수 있다. 또한, 압연 권취가 완료된 후 바로 TRB 보온 박스 내에서 압연이 진행될 수 있도록 하기 때문에, 최초 열연 코일이 갖는 온도가 그대로 유지된다. 따라서, 응력 제거용 열처리 에너지 등을 절약할 수 있으며, 압연 부하가 적게 걸림으로 압연 롤부의 피로도를 줄임으로 더 오랜 시간 동안 TRB 제조 장치를 사용할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 당업자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.
100, 350 : TRB 보온 박스 110 : 코일 입구부
120 : 코일 배출부 150, 250, 300 : TRB 대상 코일
160 : 압연 롤부 170, 320 : TRB 코일
180 : 두께조절부 200 : 슬래브
210 : 사상압연부 220 : 런아웃테이블부
230 : 권취부 240 : 일반 코일
260, 310 : 코일 운반용 보온 박스 340 : 응력 제거용 보온 박스
360 : 보조가열부 400 : 프론트 사이드 멤버
410 : 전면 충돌부 420 : 중간 굴곡부
430 : 캐빈부

Claims (11)

  1. 열간 압연 공정이 완료된 열연 코일을 이용하여, 상기 열연 코일에서 두께가 상이하게 형성되도록 하는 TRB(Tailored Rolled Blank) 압연 공정을 수행하되,
    상기 TRB 압연 공정은 상기 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일의 온도 이상의 온도에서 실시되는 것을 특징으로 하는 TRB 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일의 온도는
    400 ~ 500℃인 것을 특징으로 하는 TRB 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 TRB 압연 공정이전에,
    상기 열연 코일의 온도 유지를 위해서, 코일 운반용 보온 박스를 이용하는 것을 특징으로 하는 TRB 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 TRB 압연 공정은
    상기 TRB 압연 공정이 수행되는 영역 전체를 감싸는 TRB 보온 박스를 이용하는 것을 특징으로 하는 TRB 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 TRB 압연 공정 이후에
    응력 제거용 보온 박스를 이용하여 상기 TRB 공정이 완료된 코일의 응력 제거(Stress Relief)가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 TRB 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 TRB 압연 공정은
    압하율 60% 이하로 수행하는 것을 특징으로 하는 TRB 제조 방법.
  7. 열연 코일을 이용하여, 상기 열연 코일에서 두께가 상이하게 형성되도록 하는 TRB(Tailored Rolled Blank) 압연 공정을 수행하는 압연 롤부; 및
    상기 압연 롤부 및 상기 열연 코일 전체를 감싸는 형태로 구비되어, 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일의 온도가 유지되도록 하는 TRB 보온 박스;를 포함하는 것을 특징으로 하는 TRB 제조 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 TRB 보온 박스에는
    입측에 구비되어 상기 열간 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일이 유입될 때 개방되는 코일 입구부와,
    출측에 구비되어 상기 TRB 압연 공정이 완료된 상태의 열연 코일이 배출될 때 개방되는 코일 배출부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 TRB 제조 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 TRB 제조 장치는
    상기 열간 압연 공정이 완료된 열연 코일을 상기 TRB 보온 박스까지 이송시키는 동안 온도를 유지할 수 있도록 하는 코일 보온 박스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TRB 제조 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 TRB 제조 장치는
    상기 TRB 압연 롤부를 통과하여 제조된 TRB 코일의 온도를 유지하면서, 응력 제거 공정을 수행할 수 있도록 구비되는 응력 제거용 보온 박스를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TRB 제조 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 TRB 제조 장치는
    상기 TRB 보온 박스 내부의 온도를 400℃ 이상으로 유지시키기 위한 보조 가열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 TRB 제조 장치.
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