KR102399887B1 - 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은, 서로 다른 승온 속도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비한 가열로 내로 모재의 적어도 일면에 도금층이 형성된 블랭크를 투입하는 단계; 및 상기 복수의 구간을 통과하며 상기 블랭크를 단계적으로 가열하는 다단 가열 단계;를 포함하고, 상기 복수의 구간은, 제1 평균 승온속도 변화율을 가지는 제1 가열 구간; 상기 제1 가열 구간 이후에, 상기 제1 평균 승온속도 변화율과 상이한 제2 평균 승온속도 변화율을 가지는 제2 가열 구간; 및 상기 제2 가열 구간 이후에, 상기 제1 평균 승온속도 변화율 및 상기 제2 평균 승온속도 변화율과 상이한 제3 평균 승온속도 변화율을 가지는 제3 가열 구간을 포함하며, 상기 제3 평균 승온속도 변화율은 양의 값에서 음의 값으로 변화하는 구간을 포함한다.
Description
본 발명은 핫 스탬핑 부품, 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
자동차 산업에서 환경 규제와 안전 기준의 강화에 따라 고강도를 가지면서도 경량화된 차량 소재에 대한 필요성이 증대되고 있다. 이러한 고강도 및 경량성 차량 소재를 제조하는 공법으로서 핫 스탬핑 기술이 주목받고 있으며, 핫 스탬핑 소재에 대한 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.
핫 스탬핑 공정은 일반적으로 가열/성형/냉각/트림으로 이루어지며 공정 중 소재의 상변태, 및 도금의 합금화 등의 미세조직의 변화를 이용할 수 있다. 이때, 상기 핫 스탬핑 공정 중 가열 또는 열처리 중에 수소 혼입량이 증가하고, 도금층 구조에 따른 용접성이 떨어지는 등 부품 성능의 저하가 발생하는 문제점이 발생할 수 있다. 특히, 상기 가열 또는 열처리 온도에 따라 핫 스탬핑 소재의 미세조직 특성이 달라지고, 이에 따라 수소취성, 용접 성능이 달라질 수 있다.
따라서, 핫 스탬핑 소재의 부품 성능에 대하여 핫 스탬핑 열처리 온도 조건을 이용한 정밀한 제어가 요구된다. 이와 관련된 기술로서, 대한민국 특허공개공보 제10-2013-0136565호(발명의 명칭: 핫 스탬프 부재용 강판 및 그 제조 방법) 등이 있다.
본 발명의 실시예들은 핫 스탬핑 가열 온도를 제어함으로써 강도 특성, 혼입 수소량에 따른 수소취성, 및 도금층 구조에 따른 용접성 등의 핫 스탬핑 소재의 부품 성능이 개선된 핫 스탬핑 부품 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은, 서로 다른 승온 속도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비한 가열로 내로 모재의 적어도 일면에 도금층이 형성된 블랭크를 투입하는 단계; 및 상기 복수의 구간을 통과하며 상기 블랭크를 단계적으로 가열하는 다단 가열 단계;를 포함하고, 상기 복수의 구간은, 제1 평균 승온속도 변화율을 가지는 제1 가열 구간; 상기 제1 가열 구간 이후에, 상기 제1 평균 승온속도 변화율과 상이한 제2 평균 승온속도 변화율을 가지는 제2 가열 구간; 및 상기 제2 가열 구간 이후에, 상기 제1 평균 승온속도 변화율 및 상기 제2 평균 승온속도 변화율과 상이한 제3 평균 승온속도 변화율을 가지는 제3 가열 구간;을 포함하며, 상기 제3 평균 승온속도 변화율은 양의 값에서 음의 값으로 변화하는 구간을 포함한다.
상기 제1 가열 구간과 상기 제2 가열 구간 사이에서, 상기 제1 평균 승온속도 변화율로부터 상기 제2 평균 승온속도 변화율로의 변화는 불연속적일 수 있다.
상기 제3 가열 구간은 제3-1 평균 승온속도 변화율을 가지는 제3-1 가열 구간 및 제3-2 평균 승온속도 변화율을 가지는 제3-2 가열 구간을 포함하되, 상기 제3-1 평균 승온속도 변화율은 양의 값을 가지며, 상기 제3-2 평균 승온속도 변화율은 음의 값을 가지고, 상기 제3-1 평균 승온속도 변화율의 절대값은 상기 제3-2 평균 승온속도 변화율의 절대값보다 작을 수 있다.
상기 제1 평균 승온속도 변화율 및 상기 제2 평균 승온속도 변화율은 각각 음의 값을 가지고, 상기 제1 평균 승온속도 변화율의 절대값은 상기 제2 평균 승온속도 변화율의 절대값보다 클 수 있다.
상기 복수의 구간은, 제3 가열 구간 이후에, 상기 제1 평균 승온속도 변화율, 상기 제2 평균 승온속도 변화율 및 상기 제3 평균 승온속도 변화율과 상이한 제4 평균 승온속도 변화율을 가지는 제4 가열 구간을 더 포함하고, 상기 제4 평균 승온속도 변화율의 절대값은 상기 제1 평균 승온속도 변화율, 상기 제2 평균 승온속도 변화율 및 상기 제3 평균 승온속도 변화율 각각의 절대값보다 작을 수 있다.
상기 제3-1 평균 승온속도 변화율은 0 이상 0.25 ℃/s2 이하의 값을 가지고, 상기 제3-2 평균 승온속도 변화율은 -0.3 ℃/s2 이상 0 이하의 값을 가질 수 있다.
상기 제1 평균 승온속도 변화율은 -0.5 ℃/s2 이상 0 이하의 값을 가지고, 상기 제2 평균 승온속도 변화율은 -0.25 ℃/s2 이상 0 이하의 값을 가질 수 있다.
상기 제2 가열 구간에서 상기 도금층이 합금화되고, 상기 제3 가열 구간에서 상기 모재가 상변태할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 방법에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품으로서, 혼입 수소량이 0 이상 0.21 ppm 미만이고, 동저항값은 0 초과 0.8 mΩ 이하일 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 핫 스탬핑 가열 공정에서 승온 속도를 구간별로 제어함으로써 핫 스탬핑 강에 대하여 강도 특성, 혼입 수소량에 따른 수소취성 및 도금층 구조에 따른 용접성 등 핫 스탬핑 소재의 부품 성능을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 2는 종래 방법에 의해 블랭크가 단일 가열되는 경우, 블랭크의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 블랭크가 다단 가열 및 균열 가열되는 경우의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서 가열 시간에 따른 복수의 구간의 승온속도 변화율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 나타내는 SEM(주사전자현미경) 이미지이다.
도 6은 본 발명의 비교 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 나타내는SEM(주사전자현미경) 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 이용되는 블랭크를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 가열로 내로 투입된 블랭크를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 종래 방법에 의해 블랭크가 단일 가열되는 경우, 블랭크의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 블랭크가 다단 가열 및 균열 가열되는 경우의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서 가열 시간에 따른 복수의 구간의 승온속도 변화율을 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 나타내는 SEM(주사전자현미경) 이미지이다.
도 6은 본 발명의 비교 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 나타내는SEM(주사전자현미경) 이미지이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 이용되는 블랭크를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 가열로 내로 투입된 블랭크를 개략적으로 도시한 평면도이다.
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, 제2 등의 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 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 개략적으로 도시한 순서도이다. 이하에서는, 도 1을 참조하여 핫 스탬핑 부품의 제조 방법을 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법은 블랭크 투입 단계(S100) 및 다단 가열 단계(S200)를 포함할 수 있고, 다단 가열 단계(S200) 이후에, 이송 단계(S300), 형성 단계(S400), 및 냉각 단계(S500)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 블랭크 투입 단계(S100)는 서로 다른 승온 속도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비한 가열로 내로 블랭크를 투입하는 단계일 수 있다. 상기 블랭크는 모재의 적어도 일면에 도금층이 형성된 형태로 구비될 수 있다.
가열로 내로 투입되는 블랭크는 핫 스탬핑 부품 형성을 위한 판재(또는 모재)를 재단하여 형성된 것일 수 있다. 상기 판재는 강 슬라브에 열간압연 또는 냉간압연을 수행한 후 소둔 열처리하는 과정을 통해 제조될 수 있다. 또한, 상기 소둔 열처리 이후에, 상기 소둔 열처리된 판재의 적어도 일면에 Al-Si계 도금층 또는 Zn 도금층을 형성할 수 있으며, 모재의 일면에 형성되는 도금층의 종류는 이에 한정되지 않는다.
블랭크 투입 단계(S100) 이후에, 다단 가열 단계(S200)가 수행될 수 있다. 다단 가열 단계(S200)는 블랭크가 가열로 내에 구비된 복수의 구간을 통과하며 단계적으로 가열되는 단계일 수 있다. 다단 가열 단계(S200)에 관하여는 후술하는 도 2 내지 도 4의 그래프를 이용하여 더 상세히 설명한다.
다단 가열 단계(S200) 이후에 이송 단계(S300), 형성 단계(S400) 및 냉각 단계(S500)가 더 수행될 수 있다.
이송 단계(S300)는 다단 가열 중 균열 가열된 블랭크를 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계일 수 있다. 균열 가열된 블랭크를 가열로로부터 프레스 금형으로 이송하는 단계에 있어서, 균열 가열된 블랭크는 7초 내지 15초 동안 공랭될 수 있고, 바람직하게는 10초 내지 15초 동안 공랭될 수 있다.
형성 단계(S400)는 이송된 블랭크를 핫 스탬핑하여 성형체를 형성하는 단계일 수 있다. 냉각 단계(S500)는 형성된 성형체를 냉각하는 단계일 수 있다.
프레스 금형에서 최종 부품형상으로 성형된 후 성형체를 냉각하여 최종 제품이 형성될 수 있다. 프레스 금형에는 내부에 냉매가 순환하는 냉각 채널이 구비될 수 있다. 프레스 금형에 구비된 냉각 채널을 통하여 공급되는 냉매에 순환에 의해 가열된 블랭크를 성형과 동시에 급냉시킬 수 있게 된다. 이때, 판재의 스프링 백(spring back) 현상을 방지함과 더불어 원하는 형상을 유지하기 위해서는 프레스 금형을 닫은 상태에서 가압하면서 급랭을 실시할 수 있다. 가열된 블랭크를 성형 및 냉각 조작을 함에 있어, 마르텐사이트 종료 온도까지 평균냉각속도를 최소 10℃/s 이상으로 냉각할 수 있다. 블랭크는 프레스 금형 내에서 3 ~ 20초간 유지될 수 있다. 프레스 금형 내 유지 시간이 3초 미만일 경우, 충분한 양의 마르텐사이트가 생성되지 않아 기계적 물성이 확보되지 않을 수 있다. 또한, 프레스 금형 내 유지 시간이 20초를 초과하는 경우, 프레스 금형 내 유지 시간이 길어져 생산성이 저하될 수 있다.
도 2는 종래 방법에 의해 블랭크가 단일 가열되는 경우, 블랭크의 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 구체적으로, 도 2는 가열로의 내부 온도가 블랭크의 목표 온도(Tt)와 동일하게 유지되도록 가열로의 온도를 설정한 후, 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크와 1.6 mm의 두께를 가진 블랭크를 동시에 단일 가열(310, 320)한 경우, 시간에 따른 이들 블랭크들의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
이때, 블랭크의 목표 온도(Tt)는 Ac3(페라이트에서 오스테나이트로의 변태가 완료되는 온도) 이상일 수 있다. 바람직하게는 블랭크의 목표 온도(Tt)는 약 930℃일 수 있다. 더욱 바람직하게는 블랭크의 목표 온도(Tt)는 약 950℃일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 단일 가열은 가열로 내에 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크와 1.6 mm의 두께를 가진 블랭크를 각각 투입하여 가열하는 것이 아닌, 가열로의 온도를 단일 온도로 설정한 후, 가열로 내에 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크와 1.6 mm의 두께를 가진 블랭크를 동시에 투입하여 가열한 경우를 의미한다.
도 2를 참조하면, 가열로 내부의 온도를 블랭크의 목표 온도(Tt)와 동일한 온도로 세팅한 후, 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크, 및 1.6 mm의 두께를 가진 블랭크를 동시에 단일 가열하는 경우, 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크가 1.6 mm의 두께를 가진 블랭크에 비해 목표 온도(Tt)에 먼저 도달함을 알 수 있다.
즉, 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크가 먼저 목표 온도(Tt)에 도달하여, 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크는 제1 시간(S1) 동안 균열 가열되고(310), 1.6 mm의 두께를 가진 블랭크는 상기 제1 시간(S1) 보다 짧은 제2 시간(S2) 동안 균열 가열될 수 있다(320). 목표 온도에 늦게 도달하는 블랭크를 기준으로 균열 가열 시간이 조절되므로, 목표 온도에 먼저 도달한 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크가 과가열되어 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크의 수소지연파단이 증가하고, 용접성이 저하될 수 있다.
또한, 핫 스탬핑 공정의 목표 온도(Tt)와 시간만을 기준으로 제어 범위를 설정할 경우 부품 성능을 효과적으로 제어할 수 없는 문제점이 있다. 일 예로, Al-Si 도금층을 포함하는 부품은 핫 스탬핑 공정 중에 도금층의 합금화와 모재의 상변태 동작을 수반할 수 있다. 이때 부품에 가해지는 온도 이력, 핫 스탬핑 공정 제어에 따라 도금층의 구조나 상호 확산층의 두께, 도금층 박리, 성형성, 수소취성 및 용접성 등의 부품 성능이 달리 결정된다. 기존의 핫 스탬핑 공정은 전술한 최종 목표 온도(Tt)나 전체적인 승온속도를 기준으로 제어될 수 있는데, 단순히 목표 온도, 시간만을 이용한 공정 제어로는 부품 성능을 정밀하게 제어하는 것에 한계가 있기 때문에, 이하 본 발명의 실시예들에서는 블랭크에 대한 승온속도 변화율을 제어함으로써 부품 성능을 용이하고 정밀하게 제어하고자 한다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 다단 가열 단계에서 블랭크가 통과하며 단계적으로 가열되는 복수의 구간에 대하여 살펴본다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 블랭크가 다단 가열, 및 균열 가열되는 경우의 온도 변화를 나타내는 그래프이다. 더 구체적으로, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크를 다단 가열(510), 및 1.6 mm의 두께를 가진 블랭크를 다단 가열(520)하는 경우의 시간에 따른 온도 변화를 나타내는 그래프로서, 시간에 따른 온도 변화를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 가열로는 서로 다른 온도 범위를 가지는 복수의 구간(P1, P2, P3, P4)을 구비할 수 있다. 보다 구체적으로, 가열로는 제1 온도 범위(T1)를 가지는 제1 가열 구간(P1), 제2 온도 범위(T2)를 가지는 제2 가열 구간(P2), 제3 온도 범위(T3)를 가지는 제3 가열 구간(P3) 및 제4 온도 범위(T4)를 가지는 제4 가열 구간(P4)을 구비할 수 있다. 이때, 제3 가열 구간(T3)은 서로 다른 온도 범위를 가지는 두 개의 구간을 구비할 수 있다. 제3 가열 구간(T3)은 제3-1 온도 범위(T3-1)를 가지는 제3-1 가열 구간(P3-1) 및 제3-2 온도 범위(T3-2)를 가지는 제3-2 가열 구간(P3-2)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라서, 제2 가열 구간(T2)은 서로 다른 온도 범위를 가지는 복수 개의 구간을 구비할 수 있다. 제2 가열 구간(T2)은 제2-1 온도 범위(T2-1)를 가지는 제2-1 가열 구간(P2-1) 내지 제2-n 온도 범위(T2-n)를 가지는 제2-n 가열 구간(P2-n)을 포함할 수 있다. 또한, 제1 가열 구간(T1)도 서로 다른 온도 범위를 가지는 복수 개의 구간을 구비할 수 있다. 제1 가열 구간(T1)은 제1-1 온도 범위(T1-1)를 가지는 제1-1 가열 구간(P1-1) 내지 제1-n 온도 범위(T1-n)를 가지는 제1-n 가열 구간(P1-n)을 포함할 수 있다.
제1 가열 구간(P1) 내지 제4 가열 구간(P4)은 차례대로 가열로 내에 배치될 수 있다. 제1 가열 구간(P1)은 블랭크가 투입되는 가열로의 입구와 인접하고, 제4 가열 구간(P4)은 블랭크가 배출되는 가열로의 출구와 인접할 수 있다. 따라서, 제1 온도 범위(T1)를 가지는 제1 가열 구간(P1)이 가열로의 첫 번째 구간일 수 있고, 제4 온도 범위(T4)를 가지는 제4 가열 구간(P4)이 가열로의 마지막 구간일 수 있다. 후술할 바와 같이, 가열로의 복수의 구간들 중 마지막 구간인 제4 가열 구간(P4)은 다단 가열이 수행되는 구간이 아닌 균열 가열이 수행되는 구간일 수 있다.
가열로 내에 구비된 복수의 구간의 온도, 예컨대 제1 가열 구간(P1) 내지 제4 가열 구간(P4)의 온도는 블랭크가 투입되는 가열로의 입구로부터 블랭크가 취출되는 가열로의 출구 방향으로 증가할 수 있다. 또한, 가열로 내에 구비된 복수의 구간 중 서로 인접한 두 개의 구간들 간의 온도 차는 0℃ 보다 크고 100℃ 이하일 수 있다. 예를 들어, 제1 가열 구간(P1)과 제2 가열 구간(P2)의 온도 차는 0℃ 보다 크고 100℃ 이하일 수 있다.
일 실시예로, 제1 가열 구간(P1)의 제1 온도 범위(T1)는 840℃ 내지 860℃일 수 있고, 835℃ 내지 865℃일 수 있다. 제2 가열 구간(P2)의 제2 온도 범위(T2)는 870℃ 내지 920℃일 수 있고, 865℃ 내지 925℃일 수 있다. 제3-1 구간(P3-1)의 제3-1 온도 범위(T3-1)는 920℃ 내지 940℃일 수 있고, 915℃ 내지 945℃일 수 있다. 제3-2 구간(P3-2)의 제3-2 온도 범위(T3-2)는 940℃ 내지 960℃일 수 있고, 935℃ 내지 965℃일 수 있다. 제4 가열 구간(P4)의 제4 온도 범위(T4)는 Ac3 내지 1,000℃일 수 있다. 바람직하게는 제4 가열 구간(P4)의 제4 온도 범위(T4)는 930℃ 이상 1,000℃이하일 수 있다. 더욱 바람직하게는 제4 가열 구간(P4)의 제4 온도 범위(T4)는 950℃ 이상 1,000℃이하일 수 있다.
실시예에 따라서, 제2 가열 구간(P2)이 전술한 서로 다른 온도 범위를 가지는 제2-1 가열 구간(P2-1) 및 제2-2 가열 구간(P2-2)을 포함하는 경우, 제2-1 온도 범위(T2-1)는 870℃ 내지 890℃일 수 있고, 865℃ 내지 895℃일 수 있으며, 제2-2 가열 구간(P2-2)의 제2-2 온도 범위(T2-2)는 900℃ 내지 920℃일 수 있고, 895℃ 내지 925℃일 수 있다.
전술한 복수의 구간을 정의하는 경계값들에 관하여 설명한다. 상기 경계값들은 그래프의 가로축으로서 가열 시간 범위(sec)를 나타낸다. 먼저, 제1 가열 구간(P1) 및 제2 가열 구간(P2)의 사이에 위치하는 제1 경계값(e1)은 약 30 내지 약 50일 수 있고, 약 40(sec)일 수 있다. 제2 가열 구간(P2) 및 제3 가열 구간(P3)의 사이에 위치하는 제2 경계값(e2)은 약 80 내지 약 130일 수 있고, 약 85(sec)일 수 있다. 제3-1 가열 구간(P3-1) 및 제3-2 가열 구간(P3-2)의 사이에 위치하는 제3 경계값(e3)은 약 110 내지 약 180일 수 있고, 약 120(sec)일 수 있다. 제3-2 가열 구간(P3-2) 및 제4 가열 구간(P4)의 사이에 위치하는 제4 경계값(e4)은 약 140 내지 약 230일 수 있고, 약 150(sec)일 수 있다.
실시예에 따라서, 제2 가열 구간(P2)이 전술한 서로 다른 온도 범위를 가지는 제2-1 가열 구간(P2-1) 및 제2-2 가열 구간(P2-2)을 포함하는 경우, 제2-1 가열 구간(P2-1) 및 제2-2 가열 구간(P2-2)의 사이에 위치하는 제2-1 경계값(e2')은 약 50 내지 약 110일 수 있고, 약 60(sec)일 수 있다.
도 3에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 가열로가 대표적으로 서로 다른 온도 범위를 가지는 다섯 개의 구간(P1, P2, P3-1, P3-2, P4)을 구비한 것으로 도시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 가열로 내에는 서로 다른 온도 범위를 가지는 다섯 개, 일곱 개, 또는 여덟 개 등의 구간이 구비될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서 가열 시간에 따른 복수의 구간의 승온속도 변화율을 나타내는 그래프로서 가열 시간(s)에 따른 블랭크의 승온 속도(℃/s) 그래프를 나타낸다. 도 4에 도시된 복수의 구간 및 경계값들은 도 3에서 전술한 내용과 동일한 내용으로 설명을 간략히 하거나 생략할 수 있다.
도 4를 참조하면, 블랭크의 다단 가열이 수행되는 복수의 구간의 승온속도(℃/s) 또는 승온속도 변화율(℃/s2)의 분포는 후술하는 바와 같다. 이하, "승온속도 변화율"이라 함은 도 4에 도시된 그래프의 각 구간의 평균 기울기로서, 이하에서는 '평균 승온속도 변화율'로 설명할 수 있다. 이하에서는, 일 구간에서의 '평균 승온속도 변화율'은 일 예로 해당 구간에서의 최초 승온속도 및 최종 승온속도의 차이를 해당 구간의 시간으로 나눈 값으로 정의될 수 있다. 도 4에는 본 발명의 일 실시예에 따른 승온속도 제1 제어 곡선(610) 및 비교 실시예에 따른 승온속도 제2 제어 곡선(620)이 도시되어 있다.
먼저 본 발명의 일 실시예에 따른 승온속도 제1 제어 곡선(610)에 대하여 설명한다.
제1 가열 구간(P1)은 제1 평균 승온속도 변화율(r1)을 가질 수 있다. 제1 가열 구간(P1) 이후에 위치하는 제2 가열 구간(P2)은 제1 평균 승온속도 변화율(r1)과 상이한 제2 평균 승온속도 변화율(r2)을 가질 수 있다. 상기 제2 가열 구간(P2) 이후에 위치하는 제3 가열 구간(P3)은 제1 및 제2 평균 승온속도 변화율(r1, r2)과 상이한 제3 평균 승온속도 변화율(r3)을 가질 수 있다. 이때, 제3 평균 승온속도 변화율(r3)은 양의 값에서 음의 값으로 변화하는 구간을 포함할 수 있다. 제3 가열 구간(P3) 이후에 위치하는 제4 가열 구간(P4)은 상기 제1, 제2 및 제3 평균 승온속도 변화율(r1, r2, r3)과 상이한 제4 평균 승온속도 변화율(r4)을 가질 수 있다.
제1 가열 구간(P1)은 일반 승온 구간일 수 있고, 제2 가열 구간(P2)에서는 승온속도가 제1 가열 구간(P1) 대비 완만하게 감소하여(
) 도금층의 합금화가 수행될 수 있다. 제3 가열 구간(P3)은 블랭크의 모재가 상변태하는 상변태 구간으로서, 제3-1 가열 구간(P3-1)은 양(+)의 승온속도 변화율을 가지고, 제3-2 가열 구간(P3-2)은 음(-)의 승온속도 변화율을 가질 수 있다. 제4 가열 구간(P4)은 블랭크가 균일한 온도로 균열 가열되는 안정화 구간일 수 있다.
제1 제어 곡선(610)을 참조하면, 제1 평균 승온속도 변화율(r1) 및 제2 평균 승온속도 변화율(r2)은 각각 음의 값을 가지고, 제1 평균 승온속도 변화율(r1)의 절대값은 제2 평균 승온속도 변화율(r2)의 절대값보다 클 수 있다 (
). 제1 평균 승온속도 변화율(r1)은 약 -0.5 ℃/s2 이상 0 이하일 수 있고, 일 예로 약 -0.3 ℃/s2 일 수 있다. 제2 평균 승온속도 변화율(r2)은 약 -0.25 ℃/s2 이상 0 이하일 수 있고, 일 예로 약 -0.07 ℃/s2 일 수 있다.
제1 가열 구간(P1)과 제2 가열 구간(P2) 사이에서, 즉 제1 경계값(e1) 부근에서 제1 평균 승온속도 변화율(r1)로부터 제2 평균 승온속도 변화율(r2)로의 변화는 불연속적이다. 더 구체적으로, 제1 가열 구간(P1)에서 제1 평균 승온속도 변화율(r1)을 정의하는 상기 제1 경계값(e1)에서의 승온속도(v1)와, 제2 가열 구간(P2)에서 제2 평균 승온속도 변화율(r2)을 정의하는 상기 제1 경계값(e1)에서의 승온속도(v2)는 다른 값을 가질 수 있다. 다시 말해, 제1 평균 승온속도 변화율(r1)의 최종 승온속도(v1)와 제2 평균 승온속도 변화율(r2)의 최초 승온속도(v2)는 다른 값일 수 있다. 제1 경계값(e1) 부근에서 승온속도 변화율이 불연속적으로 변화할 때(r1 → r2)(610), 연속적으로 변화하는 경우(620)와 비교할 때 핫 스탬핑 부품의 용접성을 향상시킬 수 있다.
상기 제1 가열 구간(P1) 및 제2 가열 구간(P2) 사이에서 평균 승온속도 변화율의 불연속적인 변화는 도금층 변화에 많은 에너지가 요구되기 때문이다. 모재의 Fe가 Al 도금층으로 확산이 이루어지고, 도금층 내에 Al-Fe 상이 초기 생성되고 성장하기 위해서는 필요한 에너지가 공급되어야 한다. 또한 모재로 확산된 Fe는 시간이 경과함에 따라 Al-Fe-Si 합금층을 생성하는데, 상기 제1 경계값(e1) 부근에서 승온속도 변화율의 변화가 불연속적일수록 표면까지의 확산이 균일하게 이루어지고 이에 따라 양호한 용접성을 얻을 수 있다. 반면, 상기 변화가 연속적인 경우에는 Al-Fe-Si의 확산이 표면까지 빠르고 불균일하게 이루어지기 때문에 표면에 용접 저항이 높은 상들이 존재하여 용접성이 떨어지는 현상이 발생한다.
제3 가열 구간(P3)은 제3-1 승온속도 변화율(r3-1)을 가지는 제3-1 가열 구간(P3-1) 및 제3-2 승온속도 변화율(r3-2)을 가지는 제3-2 가열 구간(P3-2)을 포함한다. 제3-1 평균 승온속도 변화율(r3-1)은 양의 값을 가지고, 제3-2 평균 승온속도 변화율(r3-2)은 음의 값을 가져, 제3 평균 승온속도 변화율(r3)은 양에서 음의 값으로 변화하는 구간을 가질 수 있다. 이때, 제3-1 평균 승온속도 변화율(r3-1)의 절대값은 제3-2 평균 승온속도 변화율(r3-2)의 절대값보다 작을 수 있다 (
). 제3-1 평균 승온속도 변화율(r3-1)은 0 이상 약 0.25 ℃/s2 이하일 수 있고, 일 예로 제3-1 평균 승온속도 변화율(r3-1)은 약 0.07 ℃/s2 일 수 있다. 제3-2 평균 승온속도 변화율(r3-2)은 약 -0.3 ℃/s2 이상 0 이하일 수 있고, 일 예로 약 -0.08 ℃/s2 일 수 있다.
제3-1 가열 구간(P3-1)에서 제3 평균 승온속도 변화율(r3)이 작을수록, 제1 제어 곡선(610)의 기울기가 완만할수록 혼입 수소량은 감소하고 이에 따라 수소취성은 개선된다. 이와 대비하여 제2 제어 곡선(620)은 제3-1 가열 구간(P3-1)에서 승온속도 변화율이 급격히 증가하거나 불연속으로 증가하는 형태를 가지는데, 이런 경우 혼입 수소량은 증가하고 이에 따라 수소취성은 열위해질 수 있다. 이와 같이, 제3 가열 구간(P3)에서는 제1 가열 구간(P1) 및 제2 가열 구간(P2) 사이에서와 달리, 모재의 상변태가 수행되는 구간으로서 급격한 온도 변화가 있을 경우 이로 인한 수소취성, 지연 파단 등의 문제가 있을 수 있으므로, 승온속도 변화율이 낮을수록 유리하다.
제2 가열 구간(P2)과 제3-1 가열 구간(P3-1) 사이에서, 즉 제2 경계값(e2) 부근에서 제2 평균 승온속도 변화율(r2)로부터 제3-1 평균 승온속도 변화율(r3-1)로의 변화는 음의 값으로부터 양의 값으로 변화 한다. 즉, 승온속도가 감소하다가 증가하면서 모재의 상변태가 일어날 수 있다. 예컨대, 상기 모재의 상변태 중 해당 구간에서 오스테나이트로 변태 시 흡열 반응이 일어나며 이를 위한 에너지 공급이 필요하므로 승온속도는 제3-1 가열 구간(P3-1)에서 다시 증가해야 오스테나이트로의 합리적인 수준의 상변태를 유도할 수 있다.
제3-1 가열 구간(P3-1)과 제3-2 가열 구간(P3-2) 사이에서, 즉 제3 경계값(e3) 부근에서 제3-1 평균 승온속도 변화율(r3-1)로부터 제3-2 평균 승온속도 변화율(r3-2)로의 변화는 양의 값으로부터 음의 값으로 변화한다. 즉, 승온속도가 증가하다가 다시 감소하면서 모재의 상변태가 일어날 수 있다. 상변태가 진행될수록 흡열 반응으로 많은 양의 열에너지 공급이 필요하여 승온속도가 증가하나, 상변태가 진행됨에 따라 오스테나이트 양이 증가되어 제3-2 가열 구간(P3-2)에서는 상기 흡열 반응에 필요한 열에너지가 점차 감소하여 승온속도가 감소할 수 있다.
제4 평균 승온속도 변화율(r4)의 절대값은 제1 평균 승온속도 변화율(r1), 제2 평균 승온속도 변화율(r2) 및 제3 평균 승온속도 변화율(r3) 각각의 절대값보다 작을 수 있다. 일 예로, 제4 평균 승온속도 변화율(r4)은 0에 가까운 값으로 제4 가열 구간(P4)은 균일한 온도로 균열 가열되는 구간일 수 있다. 제4 가열 구간(P4)에서 블랭크가 가열되는 시간(t4)은 전체 가열 시간(t)의 약 50 % 이하일 수 있다. 이는 블랭크가 제1 내지 제3 가열 구간(P1, P2, P3)에서 다단 가열되는 시간(t1) 대비 제4 가열 구간(P4)에서 균열 가열되는 시간(t4)이 길어질수록 용접성, 수소취성 및 굽힘 성능 등의 부품 특성이 열위해질 수 있기 때문이다. 일 예로, 다단 가열하는 구간(P1, P2, P3)의 길이와 균열 가열하는 구간(P4)의 길이의 비(t1:t4)는 1:1 내지 4:1을 만족할 수 있다.
이하, 전술한 제1 제어 곡선(610) 대비 제2 제어 곡선(620)의 특성에 대하여 설명하되, 제1 제어 곡선(610)과 다른 점을 위주로 설명한다. 제2 제어 곡선(620)을 참조하면, 제1 가열 구간(P1) 및 제2 가열 구간(P2) 사이에서 제1’ 평균 승온속도 변화율(r1’)은 연속적으로 변화한다. 더 구체적으로, 제1 가열 구간(P1)에서 제1' 평균 승온속도 변화율(r1)을 정의하는 상기 제1 경계값(e1)에서의 승온속도와, 제2 가열 구간(P2)에서 제1' 평균 승온속도 변화율(r1')을 정의하는 상기 제1 경계값(e1)에서의 승온속도(v1')는 같은 값을 가질 수 있다.
제1’ 평균 승온속도 변화율(r1’)은 약 -0.26 ℃/s2이상 0 이하일 수 있고, 일 예로 약 -0.2 ℃/s2 일 수 있다. 제2 제어 곡선(620)의 제3 가열 구간(P3)에서의 승온속도 변화율(r3'; r3-1', r3-2')의 변화 특성은 제1 제어 곡선(610)에서 설명한 것과 동일한 특성을 가질 수 있다. 다만, 제3-1' 승온속도 변화율(r3-1')은 제1 제어 곡선(610)의 제3-1 평균 승온속도 변화율(r3-1) 대비 불연속, 불안정한 값을 가질 수 있다. 이때, 제3-1' 승온속도 변화율(r3-1')은 제3-1 가열 구간(P3-1) 중 승온 속도가 증가 추세를 보이는 전단부에서의 변화율을 의미할 수 있다. 제3-1' 승온속도 변화율(r3-1')은 약 0.04 ℃/s2 이상 약 0.16 ℃/s2 이하일 수 있고, 일 예로 약 0.1 ℃/s2 일 수 있다. 제3-2' 승온속도 변화율(r3-2')은 약 -0.16 ℃/s2 이상 약 -0.04 ℃/s2 이하일 수 있고, 일 예로 약 -0.1 ℃/s2 일 수 있다. 제2 제어 곡선(620)의 제4 가열 구간(P4)은 제1 제어 곡선(610)과 마찬가지로 제4 평균 승온속도 변화율(r4)이 0에 근사한 값을 가지는 균열 가열 구간일 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 전술한 바와 같은 복수의 구간 특성에 따른 구간 별로 승온속도 변화율을 제어함으로써 핫 스탬핑 부품의 초고강도 특성, 용접성, 수소취성, 굽힘 성능 등의 부품 특성을 정밀하게 제어하고 개선할 수 있다. 실시예들에 따른 핫 스탬핑 부품의 부품 특성에 관하여는 후술하는 도 5 및 도 6에서 더 상세히 살펴본다.
도 4의 가로축에 도시된 가열 시간(s)과 경계값들 간의 관계는 도 4에 도시된 바에 한정되지 않고, 본 개시의 핫 스탬핑용 부품의 부품 성능을 개선하는 범위에서 다양하게 변경 적용될 수 있다. 이상에서는 복수의 구간이 5개의 구간을 구비하는 것으로 설명하였으나, 승온속도 변화율의 분포에 따라 복수의 구간은 다르게 구분될 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 나타내는 SEM(주사전자현미경) 이미지이다. 도 5에 따른 핫 스탬핑 부품은 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품 제조 방법(예를 들어 도 4의 610 곡선)에 의해 제조된 부품일 수 있다.
도 5를 참조하면, 핫 스탬핑 부품(1)은 모재(10) 및 상기 모재(10) 위에 위치하는 복수의 층(21, 22, 23, 24)을 포함하는 도금층(20)을 포함할 수 있다. 상기 모재(10)는 소지 강판으로서 소정의 합금 원소를 소정 함량 포함하도록 주조된 강 슬라브에 대해 열연 공정, 및/또는 냉연 공정을 진행하여 제조된 강판일 수 있다. 일 예로, 소지 강판(100)은 탄소(C), 실리콘(Si), 망간(Mn), 인(P), 황(S), 티타늄(Ti), 보론(B), 잔부의 철(Fe), 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 소지 강판(100)은 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
도금층(20)은 합금화층으로서 모재(10)의 적어도 일면에 형성되고, 알루미늄(Al), 철(Fe) 등을 포함할 수 있다. 도금층(20)은 모재(10) 상에 순차적으로 적층된 복수의 층(21, 22, 23, 24)을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품은 도 5에 도시된 바와 같이 도금층(20)이 4 층(4 layer)으로 명확히 구분될 수 있다. 일 예로 복수의 층(21, 22, 23, 24)은 순차적으로 α-Fe상, Fe2Al5상, AlFe상 및 Fe2Al5상을 가질 수 있으나 복수의 층의 조성은 이에 한정되지 않는다. 도 5에 도시된 핫 스탬핑 부품(1)은 혼입 수소량이 0 이상 0.21 ppm 미만이고, 동저항값은 0 초과 0.8 mΩ 이하일 수 있다.
도 6은 본 발명의 비교 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 단면을 나타내는SEM(주사전자현미경) 이미지로서, 도 5의 단면과 차이점이 되는 부분을 위주로 설명한다. 도 6에 따른 핫 스탬핑 부품(1')은 전술한 핫 스탬핑 부품 제조 방법(예를 들어 도 4의 620 곡선)에 의해 제조된 부품일 수 있다.
도 6에 도시된 핫 스탬핑 부품(1')은 모재(10) 및 모재(10) 위에 위치하는 도금층(30)을 포함할 수 있다. 도금층(30)은 도 5의 도금층(20)과 달리 복수의 층이 아닌 단일층일 수 있고, 도금층(20)보다 그 두께가 얇을 수 있다. 실시예에 따라서 도금층(30)은 복수의 층을 포함하더라도 그 경계가 불분명한 상태일 수 있다. 도금층(30)은 Al, Fe 및 Si 중 적어도 어느 하나의 원소를 포함할 수 있다. 도 6에 도시된 핫 스탬핑 부품(1')은 혼입 수소량이 0 이상 0.35 ppm 미만이고, 동저항값은 0.5 mΩ이상 1.5 mΩ 이하일 수 있다.
이하, [표 1]을 함께 사용하여 전술한 도 5 및 도 6에 따른 핫 스탬핑 부품의 특성을 비교하여 설명한다. 하기 표에 기재된 평가 내용은 상대적인 비교 결과일 수 있다.
| 실시예 1 (도 5) | 비교예 (도 6) | |
| 도금층 두께 | 두꺼움 | 얇음 |
| 혼입 수소량(수소취성) | 적음 (우위) |
많음 (열위) |
| 동저항 | 작음(약 0.8 mΩ 이하) | 큼 (약 0.8 mΩ 이상) |
| 용접성 | 우위 | 열위 |
도 5의 도금층(20)은 도 6의 도금층(30)보다 복수의 층으로 구성되며 이때 복수의 층들 간의 경계 또한 명확할 수 있고, 이에 따라 도금층(20)의 두께가 도금층(30)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 여기서 도 4를 함께 참조하면 이러한 도금층의 두께 특성과 제1 제어 곡선(610)의 제어 특성은 상호 영향의 결과로 도출된 것일 수 있다. 예를 들어 도금층이 두꺼울 경우 제1 가열 구간(P1) 및 제2 가열 구간(P2) 동안 가열할 때 두 구간(P1, P2) 사이에서 승온속도 변화율이 불연속적으로 변할 수 있고, 제3 가열 구간(P3)에서는 제1 제어 곡선(610)의 기울기가 완만, 즉 승온속도 변화율이 작을 수 있다.
한편, 도금층의 두께가 두꺼울수록 혼입 수소량이 적어져 블랭크의 수소취성이 우수해진다. 도 5의 도금층(20)의 두께가 두꺼우므로 전술한 바와 같이 혼입 수소량이 도 5의 부품(1)(약 0.21 ppm 미만)이 도 6의 부품(1')(약 0.35 ppm 미만)에 비해 작고, 이에 따라 수소취성이 더 우위에 있으며 수소 지연 파단의 위험성이 감소할 수 있다.
또한, 전술한 도금층의 두께 특성으로 인해 표면 저항은 도 5의 부품(1)이 도 6의 부품(1')보다 작을 수 있다. 또한, 동저항이 작을수록 용접성이 우수해지는데 전술한 바와 같이 동저항 값이 도 5의 부품(1)(약 0.8 mΩ 이하)이 도 6의 부품(1')(약 0.8 mΩ 이하)에 비해 작으므로, 용접성 또한 도 5의 부품(1)이 더 우위에 있음을 확인할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 의하면, 복수의 구간 별로 승온속도 변화율을 제어함으로써 부품에 대한 정밀 제어가 가능하고 이로 인한 핫 스탬핑 부품의 용접성, 수소취성, 초고강도 특성 등의 부품 성능을 개선할 수 있는 이점이 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 이용되는 블랭크를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 블랭크(200)는 단일 두께를 가지는 블랭크(210), 두께가 서로 다른 이종의 판재를 필요한 모양으로 재단하여 용접한 테일러 웰디드 블랭크(220)(Taylor Welded Blank, TWB), 단일 두께의 판재를 압연하여 서로 다른 두께를 가지는 테일러 롤드 블랭크(230)(Tailor Rolled Blank, TRB) 및 큰 블랭크에 작은 패치 블랭크를 용접하여 제조된 패치워크(240)(Patchwork) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
테일러 웰디드 블랭크(220)는 서로 다른 두께를 갖는 제1 판재(221), 및 제2 판재(223)를 용접하여 제조할 수 있다. 차량의 충돌 부재용 중요 부품인 B-필러(Pillar)는 상부의 충돌 지지부와 하부의 충격 흡수부에 서로 다른 강도의 판재가 결합된 형태로, 두 판재를 용접한 후 성형하여 제작한다. 이때 주로 사용되는 테일러 웰디드 블랭크 공법은 두께, 강도 및 재질이 서로 다른 이종의 판재를 필요한 모양으로 재단하여 용접한 후 프레스 성형하여 부품을 제조하는 일련의 과정을 의미하는데, 이종의 두께를 가진 판재를 용접하여 서로 다른 두께를 가진 블랭크를 제조함으로써, 블랭크의 부분별로 상이한 특성을 갖도록 할 수 있다. 예를 들어 B-필러의 상부의 충돌 지지부에는 120~150K급 초고 강도 판재를 사용하고, 응력이 집중되는 B-필러의 하단부에는 충격 흡수성능이 좋은 판재를 연결하여 차량 충돌 시 충격 흡수능력을 향상시킬 수 있다.
테일러 롤드 블랭크(230)는 냉연 상태의 강재를 특정 두께 프로파일을 갖도록 압연하여 제조할 수 있으며, 상기 테일러 롤드 블랭크(230)를 이용하여 핫 스탬핑 부품 제조 시 경량화 효과가 우수하다. 일 예로, 상기 두께 프로파일은 통상적인 방법으로 실시할 수 있다. 예컨대, 상기 냉연 상태의 강재를 냉간 압연 시, 압하율을 조절하여 제1 두께를 갖는 제1 영역(231), 제2 두께를 갖는 제2 영역(232), 제3 두께를 갖는 제3 영역(233), 및 제4 두께를 갖는 제4 영역(234)을 포함하는 테일러 롤드 블랭크(230)를 형성할 수 있다. 이때, 제1 두께, 제2 두께, 제3 두께, 및 제4 두께는 각각 상이할 수 있고, 제1 영역(231)과 제2 영역(232) 사이, 제2 영역(232)과 제3 영역(233) 사이, 및 제3 영역(233)과 제4 영역(234) 사이에는 천이구간(235)이 존재할 수 있다. 다만, 도 2에서는 테일러 롤드 블랭크(230)가 제1 영역(231) 내지 제4 영역(234)을 포함하는 것을 도시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 테일러 롤드 블랭크(230)는 제1 영역(231), 제2 영역(232), …, 제n 영역을 포함하여 형성될 수도 있다.
패치워크(240)는 적어도 두개 이상의 판재를 사용하여 부분적으로 모재를 보강하는 공법으로, 성형공정 이전에 패치가 모재에 접합되어 모재와 패치가 동시에 형성될 수 있다. 일 예로, 제1 크기를 갖는 모재(241)에 상기 제1 크기보다 작은 제2 크기를 갖는 패치(243)가 용접된 후, 동시에 성형될 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 핫 스탬핑 부품의 제조 방법에 있어서, 가열로 내로 투입된 블랭크를 개략적으로 도시한 평면도이다. 이하, 도 1을 함께 참조하여 설명한다.
블랭크 투입 단계(S100)에 있어서, 두께 및 크기 중 적어도 어느 하나가 서로 다른 적어도 두 개의 블랭크(200)는 가열로 내로 동시에 투입될 수 있다.
일 예로, 도 8은 가열로 내로 동시에 투입되는 두 개의 제1 블랭크(250)와 두 개의 제2 블랭크(260)를 도시한다. 이때, 제1 블랭크(250)와 제2 블랭크(260)는 서로 다른 크기 및 다른 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 블랭크(250)는 약 1.2 mm의 두께를 가지고, 제2 블랭크(260)는 약 1.6 mm의 두께를 가질 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 한 개의 제1 블랭크(250), 및 한 개의 제2 블랭크(260)가 가열로 내로 동시에 투입될 수도 있다. 또한, 제1 블랭크(250)와 제2 블랭크(260)는 크기는 동일하지만 두께가 상이하게 형성되거나, 또는 동일한 두께로 다른 크기를 가지도록 형성되는 등 다양한 변형이 가능하다.
다른 실시예로, 블랭크 투입 단계(S100)에 있어서, 가열로 내로 단일 두께를 가지는 적어도 두 개의 블랭크(200)가 동시에 투입될 수 있다. 예를 들어, 1.2 mm의 두께를 가진 블랭크(240)가 적어도 두 개 이상 동시에 투입될 수 있고, 1.6 mm의 두께를 가진 블랭크(250)가 적어도 두 개 이상 동시에 투입될 수 있다. 또한, 블랭크 투입 단계(S100)에 있어서, 가열로 내로 전술한 테일러 웰디드 블랭크(220, 도 7 참조), 또는 테일러 롤드 블랭크(230, 도 7 참조)가 투입될 수도 있다.
가열로 내로 투입된 블랭크는 롤러에 실장된 후 이송 방향을 따라 이송될 수 있다(S300).
블랭크 투입 단계(S100) 이후에, 다단 가열 단계(S200)가 이루어질 수 있다. 다단 가열 단계(S200)는 블랭크가 가열로 내에 구비된 복수의 구간을 통과하며 단계적으로 가열되는 단계일 수 있고, 균열 가열이 수행되는 구간을 적어도 하나 이상 포함할 수 있다.
이와 같이 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.
Claims (10)
- 서로 다른 승온 속도 범위를 가지는 복수의 구간을 구비한 가열로 내로 모재의 적어도 일면에 도금층이 형성된 블랭크를 투입하는 단계; 및
상기 복수의 구간을 통과하며 상기 블랭크를 단계적으로 가열하는 다단 가열 단계;를 포함하고,
상기 복수의 구간은,
제1 평균 승온속도 변화율을 가지는 제1 가열 구간;
상기 제1 가열 구간 이후에, 상기 제1 평균 승온속도 변화율과 상이한 제2 평균 승온속도 변화율을 가지는 제2 가열 구간; 및
상기 제2 가열 구간 이후에, 상기 제1 평균 승온속도 변화율 및 상기 제2 평균 승온속도 변화율과 상이한 제3 평균 승온속도 변화율을 가지는 제3 가열 구간;을 포함하며,
상기 제3 평균 승온속도 변화율은 양의 값에서 음의 값으로 변화하는 구간을 포함하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 가열 구간과 상기 제2 가열 구간 사이에서, 상기 제1 평균 승온속도 변화율로부터 상기 제2 평균 승온속도 변화율로의 변화는 불연속적인, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제3 가열 구간은 제3-1 평균 승온속도 변화율을 가지는 제3-1 가열 구간 및 제3-2 평균 승온속도 변화율을 가지는 제3-2 가열 구간을 포함하되,
상기 제3-1 평균 승온속도 변화율은 양의 값을 가지며, 상기 제3-2 평균 승온속도 변화율은 음의 값을 가지고,
상기 제3-1 평균 승온속도 변화율의 절대값은 상기 제3-2 평균 승온속도 변화율의 절대값보다 작은, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제1 평균 승온속도 변화율 및 상기 제2 평균 승온속도 변화율은 각각 음의 값을 가지고,
상기 제1 평균 승온속도 변화율의 절대값은 상기 제2 평균 승온속도 변화율의 절대값보다 큰, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 복수의 구간은, 제3 가열 구간 이후에,
상기 제1 평균 승온속도 변화율, 상기 제2 평균 승온속도 변화율 및 상기 제3 평균 승온속도 변화율과 상이한 제4 평균 승온속도 변화율을 가지는 제4 가열 구간을 더 포함하고,
상기 제4 평균 승온속도 변화율의 절대값은 상기 제1 평균 승온속도 변화율, 상기 제2 평균 승온속도 변화율 및 상기 제3 평균 승온속도 변화율 각각의 절대값보다 작은, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법. - 제3항에 있어서,
상기 제3-1 평균 승온속도 변화율은 0 이상 0.25 ℃/s2 이하의 값을 가지고, 상기 제3-2 평균 승온속도 변화율은 -0.3 ℃/s2 이상 0 이하의 값을 가지는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법. - 제4항에 있어서,
상기 제1 평균 승온속도 변화율은 -0.5 ℃/s2 이상 0 이하의 값을 가지고, 상기 제2 평균 승온속도 변화율은 -0.25 ℃/s2 이상 0 이하의 값을 가지는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법. - 제1항에 있어서,
상기 제2 가열 구간에서 상기 도금층이 합금화되고,
상기 제3 가열 구간에서 상기 모재가 상변태하는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법. - 제6항에 있어서,
상기 제1 평균 승온속도 변화율은 -0.5 ℃/s2 이상 0 이하의 값을 가지고, 상기 제2 평균 승온속도 변화율은 -0.25 ℃/s2 이상 0 이하의 값을 가지는, 핫 스탬핑 부품의 제조 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의해 제조된 핫 스탬핑 부품으로서,
혼입 수소량이 0 이상 0.21 ppm 미만이고, 동저항값은 0 초과 0.8 mΩ 이하인, 핫 스탬핑 부품.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] | ||
| Z072 | Maintenance of patent after cancellation proceedings: certified copy of decision transmitted [new post grant opposition system as of 20170301] | ||
| Z131 | Decision taken on request for patent cancellation [new post grant opposition system as of 20170301] | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |