KR20180014070A

KR20180014070A - 스틸 시트의 비접촉 냉각 방법 및 이를 위한 장치

Info

Publication number: KR20180014070A
Application number: KR1020177037655A
Authority: KR
Inventors: 마르쿠스 브루이레이어; 쿠르트 에첼스도르페르; 라이너 켈시; 안드레아스 좀머; 베네딕트 튜트올
Original assignee: 뵈스트알파인 스탈 게엠베하; 푀스트알피네 메탈 포밍 게엠베하
Priority date: 2015-05-29
Filing date: 2016-05-18
Publication date: 2018-02-07
Also published as: EP3303640B1; CA2987500A1; WO2016192994A1; JP2018532877A; CN107922988A; ES2781198T3; CN107922988B; KR20180014069A; CN107922984A; JP7028514B2; EP3303640A1; MX2017015330A; ES2808779T3; WO2016192993A1; CN108136464A; US10814367B2; EP3303642A1; CN108136464B; KR20180012328A; US20190076899A1

Abstract

시트 블랭크(sheet blank)가 스탬핑(stamping)되고, 스탬핑된 시트 블랭크가 ≥Ac₃ 온도로 가열되고, 필요하다면, 오스테나이트(austenite) 성형을 실시하기 위해 이 온도에서 미리 정한 시간 동안 유지되고, 그 후에 전체 또는 일부 구역에서 가열되어 있는 시트 블랭크가 성형 다이로 이동되고, 성형 다이에서 성형되고, 성형 다이에서 임계 경화 속도보다 높은 속도로 냉각되고, 경화되거나 또는 완전히 냉간 성형되고, 성형된 시트 블랭크가 전체 또는 일부 구역에서 >Ac₃ 온도로 가열되고, 필요하다면, 오스테나이트 성형을 실시하기 위해 이 온도에서 미리 정한 시간 동안 유지되고, 그 후에 전체 또는 일부 구역에서 가열되어 있는 시트 블랭크가 경화 다이로 이동되고, 경화 다이에서 경화되고, 경화 다이에서 임계 경화 속도보다 높은 속도로 경화되고; 스틸 재료가 변태-지연 방식으로 조정되어, 450℃부터 700℃까지의 범위에 있는 성형 온도에서, 오스테나이트에서 마르텐사이트(martensite)로의 변태 동안 담금질 경화가 진행되고; 가열 후 성형 전에, 시트 블랭크 또는 시트 블랭크의 일부가 >15 K/s의 냉각속도로 냉각되는 능동 냉각이 진행되는, 경화 스틸 부품을 제조하는 방법에 있어서,
고온의 시트 블랭크 또는 부품의 균일한 비접촉 냉각을 위하여, 냉각 장치 및 고온 표면을 갖는 제품이 서로에 대해 상대적으로 움직이고; 냉각 장치가 서로에 대해 평행하고 떨어져 있는 둘 이상의 냉각 블레이드 또는 냉각 칼럼을 갖고; 냉각될 시트 블랭크 또는 냉각될 부품으로 지향되어, 냉각 블레이드 또는 냉각 칼럼이 노즐을 갖는 노즐 에지를 갖고; 노즐이 냉각될 시트 블랭크 또는 냉각될 제품의 표면으로 냉각 유체를 향하게 하고, 냉각 유체가 고온의 표면과 접촉한 후, 블레이드 또는 냉각 칼럼 사이의 공간으로 흘러나가는 방법.

Description

스틸 시트의 비접촉 냉각 방법 및 이를 위한 장치

본 발명은 스틸 시트(steel sheet)를 비접촉으로 냉각하는 방법 및 이를 위한 장치에 관한 것이다.

기술 현장에서, 예를 들어 평판을 냉각해야 하는 경우와 같이, 많은 분야에서 냉각 공정이 필요한데, 예를 들어 유리 생산에서 유리 표면을 냉각하거나, 또는 가공 장치를 냉각하는 경우 등에서도 필요하다.

종래의 냉각 시스템은 매우 비싸거나, 또는, 예를 들어, 공기 또는 물이나 오일과 같은 유체를 부는 방법에 의한 것으로 비교적 간단하지만, 이는 바람직하지 않고 제어되지 않은 유동 조건이 항상 표면에서 발생하는 단점을 수반하며, 각별히 제어된 냉각이 필요한 경우에 문제가 된다.

종래 기술에서, 소위 십자류(cross flow)로 불리는 불리한 유체 조건이 냉각될 평평한 표면 위에 존재하고 이것이 불균일한 표면 온도를 야기한다고 일반적으로 추정되어야 한다. 이는 균일한 물성을 얻기 위하여 표면 지역에 균일한 온도가 요구되는 경우에 특히 불리하다. 특히 불균일한 표면 온도는 또한 뒤틀림을 유발한다.

통상적인 냉각 방법은 미리 정한 목표 온도의 제어된 달성을 허용하지 않으며, 사실상 냉각 속도를 달성 가능한 최대 냉각 속도로 시스템적으로 설정할 수도 없다.

균일한 온도 조건으로 냉각 되어야 하는 냉각 표면에 다른 물질 두께 또는 개시 온도가 있으면 특히 어렵다.

시트 스틸(sheet steel)로 만들어진 소위 프레스 경화 부품이 특히 자동차에 사용되는 것이 알려져 있다. 이러한 시트 스틸로 만들어진 프레스 경화 부품은 특히 차량 몸체 부분의 안전부품으로 사용되는 고강도 부품이다. 이와 관련하여, 이러한 고강도 부품을 사용하면 보통 강도의 스틸에 비해 상대적으로 재료의 두께를 감소시킬 수 있다.

프레스 경화에 의해 이러한 부품을 제조하는 서로 다른 두 가지 가능성이 기본적으로 존재한다. 소위 직접 및 간접 방법 간의 구별이다.

직접 방법에서는, 스틸 시트 블랭크가 소위 오스테나이트화(austenitizatin) 온도보다 높은 온도로 가열되고, 필요하다면, 원하는 정도의 오스테나이트화가 달성될 때까지 이 온도에서 유지된다. 그 후 이 가열된 블랭크는 성형 다이(forming die)로 이동되고, 이 성형 다이에서 한 단계의 성형 공정으로 완성품으로 성형되고, 이 공정에서, 냉각된 성형 다이에 의해 임계 경화 속도보다 높은 속도로 동시에 냉각된다. 이는 경화된 부품을 생산한다.

간접 방법에서는, 가능하게는 여러 단계의 성형 공정에서, 부품이 먼저 거의 완벽하게 성형된다. 이 성형된 부품은 그 후 마찬가지로 오스테나이트화 온도보다 높은 온도로 가열되고, 필요하다면, 원하고 필요한 정도의 시간 동안 이 온도에서 유지된다.

그 후 이 가열된 부품은 이동되고, 가능하게는 예비 성형된 부품의 열 팽창을 고려하여, 부품의 치수 또는 부품의 최종 치수를 이미 갖고 있는 성형 다이로 삽입된다. 다이(특히 냉각된)가 닫힌 후, 예비 성형된 부품은 임계 경화 속도보다 높은 속도로 이 다이에서 냉각만 되고 이에 따라 경화된다.

이와 관련하여, 직접 방법은 실행하기에 좀더 용이하지만, 이는 단일 성형 단계에서 실제로 제조될 수 있는 형태, 즉 상대적으로 단순한 프로파일의 형태의 제조만이 가능하다.

간접 방법은 다소 복잡하지만, 좀더 복잡한 형태를 제조할 수 있다.

또한 프레스 경화 부품의 필요에 더하여, 이러한 부품을 미코팅된 스틸 시트로부터 생산하지 않고, 이러한 부품을 부식 방지층으로 제공할 필요가 제기된다.

자동차 공학에서, 부식 방지층을 위한 유일한 선택은, 별로 잘 사용되지 않는 알루미늄이나 알루미늄 합금이거나 또는 훨씬 수요가 많은 아연계 코팅이다. 이와 관련하여, 아연은 알루미늄과 같은 보호성 장벽층을 제공할 뿐만 아니라 음극 부식 보호를 제공한다는 장점이 있다. 덧붙여, 아연으로 코팅된 프레스 경화 부품은 차량 몸체의 전체적인 부식 방지에 더 적합한데, 몸체가 현재 유행하는 디자인에서 완전히 아연 도금 되기 때문이다. 이와 관련하여, 접촉 부식을 감소시키거나 또는 심지어 제거할 수 있다.

그러나 양 방법은 종래기술에서 논의된 단점도 갖고 있다. 직접 방법, 즉 프레스 경화 스틸을 아연 코팅으로 열간 성형함에 있어서, 미소 균열(micro-crack)(10μm 내지 100μm) 또는 거시 균열(macro-crack)이 재료에서 발생한다; 미소 균열이 코팅에서 발생하고, 거시 균열이 시트의 전체 단면을 통해 확장된다. 거시 균열이 있는 이러한 부품은 추가적인 사용에 적합하지 않다.

간접 방법, 즉 이어지는 경화와 나머지 성형에 의한 냉간 성형에 있어서, 마찬가지로 원하지 않는 미소 균열이 코팅에서 발생하기는 하지만 훨씬 덜 두드러진다.

현 시점까지, 아시아 시장에서의 부품을 제외하고, 아연 코팅 스틸은 직접 방법, 즉 열간 성형에 널리 사용되지 않았다. 이 경우, 알루미늄/실리콘 코팅을 갖는 스틸이 사용된다.

“자동차용 프레스 경화 스틸에 대한 상이한 금속 코팅의 부식 저항”("Corrosion resistance of different metallic coatings on press hardened steels for automotive", Arcelor Mittal Maiziere Automotive Product Research Center F-57283 Maiziere-Les-Mez)이라는 논문에서 개관이 제공된다. 이 논문에서, 열간 성형 공정을 위해 우시보르(Usibor) 1500P라는 이름으로 상업적으로 판매되는 알루미늄 도금된 붕소/망간 스틸이 있다고 서술하고 있다. 덧붙여, 음극 부식 방지의 목적으로, 아연으로 예비 도금된 스틸이 열간 성형 방법과 관련하여 판매되는데, 즉 낮은 퍼센트의 알루미늄을 함유하는 아연 코팅으로 아연 도금된 우시보르 GI와, 10%의 철을 함유한 아연층을 갖는 소위 갈바닐(galvanneal) 된 코팅된 우시보르 GA이다.

주목할 것은, 782℃보다 높은 온도에서, 철 함량이 낮은 한, 특히 60% 미만인 한, 액체 아연/철 상(phase)이 발생하는 큰 영역이 형성됨을 아연/철 상태도(phase diagram)에서 보여주고 있다는 것이다. 그러나 이는 오스테나이트화 된 스틸이 열간 성형되는 온도 범위이기도 하다. 또한 주목되어야 할 것은, 만약 성형이 782℃보다 높은 온도에서 일어나면, 유체 아연으로 인한 응력 부식의 위험이 높은데, 이는 짐작컨대 스틸 재료의 결정입계로 침투하여, 스틸 재료의 거시 균열을 야기한다. 나아가, 코팅에서 30% 미만의 철 함량을 가지면, 거시 균열이 없는 안전한 제품을 성형하기 위한 최고 온도는 782℃보다 낮다. 이는 직접 성형 방법이 여기에 사용되지 않고 대신에 간접 성형 방법이 사용되는 이유이다. 이의 의도는 상기에서 설명한 문제를 방지하려는 것이다.

이 문제를 방지하기 위한 다른 선택은 갈바닐 된 코팅 스틸을 사용하는 것이어야 하는데, 시작 시에 이미 주어지는 10%의 철 함량 및 Fe₂Al₅ 장벽층의 부재는 지배적인 철-풍부의 상으로부터 코팅이 더 균일하게 형성되게 하기 때문이다. 이는 아연-풍부의 액체상의 감소 또는 방지로 이어진다.

파스칼 드릴렛, 라이사 그리고리에바, 그레고리 로일러 및 토마스 비에토리스(Pascal Drillet, Raisa Grigorieva, Gregory Leuillier, and Thomas Vietoris)에 의한 "프레스 경화된 스틸 아연계 코팅에서 스틸 내부의 균열의 확산에 대한 연구"라는 논문("STUDY OF CRACKS PROPAGATION INSIDE THE STEEL ON PRESS HARDENED STEEL ZINC BASED COATINGS", 8th International Conference on Zinc and Zinc Alloy Coated Steel Sheet, GALVATECH 2011 - Conference Proceedings, Genoa (Italy), 2011)에서는 아연 도금된 시트가 직접 방법으로는 가공될 수 없음을 언급하고 있다.

EP 1 439 240 B1은 코팅된 스틸 제품의 열간 성형 방법을 개시하고 있는데, 스틸 재료가 스틸 재료의 표면 위에 형성된 아연 또는 아연 도금 코팅을 갖고, 코팅이 있는 스틸 기본 재료가 700℃ 내지 1000℃의 온도로 가열되어 열간 성형되고; 가열될 때 아연의 기화를 방지하기 위하여, 스틸 기본 재료가 아연 또는 아연 합급 층으로 가열되기 전에, 코팅이 주로 산화아연으로 구성되는 산화층을 갖는다. 특별한 순서의 공정이 이를 위해 제공된다.

EP 1 642 991 B1는 스틸의 열간 성형 방법을 개시하고 있는데, 이 방법에서는, 소정의 붕소/망간 스틸로 구성된 부품이 Ac₃ 포인트 또는 더 높은 온도로 가열되고, 이 온도에서 유지되고, 그 후 가열된 스틸 시트가 완성품으로 성형되고; M_s 포인트에서의 냉각 속도가 적어도 임계 냉각 속도에 상응하고, M_s 포인트에서 200℃로의 성형 부품의 평균 냉각 속도가 25℃/초 내지 150℃/초의 범위에 있도록, 성형된 부품이 성형 중 또는 후에 성형 온도로부터 냉각되어 식혀진다.

본 출원인이 출원한 EP 1 651 789 B1은 시트 스틸로 만들어진 경화 부품을 제조하는 방법을 개시하고 있는데; 이 경우, 음극 부식 방지가 제공된 스틸 시트로 만들어진 성형 부분이 냉간 성형되고 이어서 오스테나이트화의 목적으로 열처리되고; 성형 부분의 냉간 성형 전, 도중 또는 후에, 성형 부분의 최종 트리밍과 임의의 필요한 펀치아웃이 수행되거나 또는 구멍 패턴이 형성되고, 부품 상의 구멍 패턴의 냉간 성형, 트리밍, 펀칭 및 위치 결정은 최종 경화 후의 부품의 치수보다 0.5% 내지 2% 작아야 하고; 열 처리로 가열된 냉간 성형된 성형 부분이 적어도 일부 구역에서 스틸 재료의 오스테나이트화가 가능한 온도로 가열되고(대기 산소의 공급을 수반함), 그 후 가열된 부품이 다이로 이동되고, 이 다이에서, 성형-경화 다이에 의한 부품의 접촉 및 프레싱(홀딩)이 부품을 냉각하고 경화시키는 소위 성형-경화가 진행되고, 음극 부식 방지 코팅은 기본적으로 아연으로 구성되는 혼합물로 구성되고 또한 하나 이상의 산소 친화성 성분을 함유한다. 결과적으로, 산소 친화성 성분으로 구성되는 산화 스킨이 가열 중에 부식 방지 코팅의 표면 상에 형성되고, 이는 음극 부식 방지층, 특히 아연층을 보호한다. 상기 방법에서, 또한 부품의 최종 기하학적 구조의 측면에서 부품의 크기에서의 감소는 부품의 열 팽창을 고려함으로써, 성형 경화는 캘리브레이션이나 형태 형성을 필요로 하지 않는다.

본 출원인이 출원한 WO 2010/109012 A1은 부분적으로 경화된 스틸 부품을 제조하는 방법을 개시하고 있는데; 경화될 수 있는 스틸 시트로 구성된 시트 블랭크가 담금질 경화에 충분한 온도 증가에 노출되고, 바람직한 온도 및 가능하다면 바람직한 노출 시간 후에, 시트 블랭크가 부품으로 성형되는 성형 다이로 이동되고, 이와 동시에 담금질 경화되거나 또는 시트 블랭크가 냉간 성형되고, 냉간 성형으로부터 수득한 부품이 온도 증가에 노출되고; 온도 증가는 담금질 경화에 필요한 부품의 온도가 달성되도록 진행되고, 그 후 부품이 다이로 이동되어 가열된 부품이 냉각되고 담금질 경화되고; 경화에 필요한 온도로 온도를 높이기 위해 시트 블랭크 또는 부품을 가열하는 중에, 흡수 질량은 더 낮은 경도 및/또는 더 높은 연성을 갖게 되는 영역에 위치하거나 또는 이 흡수 질량은 이 영역으로부터 작은 간격을 두고 떨어져 있고; 팽창 및 두께, 열 전도도, 열 용량에 있어서 및/또는 방사율과 관련하여 특이적으로 치수화되어, 연성으로 남아 있을 부품의 영역에 가해지는 열 에너지가 부품을 통해 흡수 질량으로 흘러가서, 이들 영역이 더 차갑게 남아 있고, 특히, 경화에 필요한 온도에 도달하지 않거나 또는 부분적으로만 도달하여, 이들 영역이 경화될 수 없거나 또는 부분적으로만 경화될 수 있도록 한다.

DE 10 2005 003 551 A1는 스틸 시트를 열간 성형하고 경화하는 방법을 개시하고 있는데, 여기서 스틸 시트는 Ac₃ 포인트보다 높은 온도로 가열되고, 400℃ 내지 600℃ 범위의 온도로 냉각되고, 이 온도 범위가 달성된 후에 성형만 된다. 그러나 이 인용문헌은 균열 문제나 코팅에 대해 다루지 않고 있고, 마르텐사이트(martensite) 형성도 설명하고 있지 않다. 발명의 목적은 소위 베이나이트(bainite)로 불리는 중간 구조물을 생산하는 것이다.

EP 2 290 133 A1는 망간 스틸로 구성되고 스틸 부품의 성형 전에 ZnNi 합급 코팅이 제공된 평평한 스틸 제품을 성형함으로써 금속성의 부식 방지 코팅이 제공되는, 스틸 부품울 제조하는 방법을 개시하고 있다. 이 방법에 의하여, ZnNi 합금 코팅으로 이전에 코팅된 상태에서 시트 블랭크는 800℃ 이상의 온도로 가열된다. 이 인용문헌은 “액체 금속 취화(embrittlement)”의 문제에 대해 다루고 있지 않다.

DE 10 2011 053 941 A1은 유사한 방법을 개시하고 있는데, 이 방법에서, 시트 블랭크 또는 성형된 시트 블랭크가 일부 영역에서 >Ac₃ 온도로 가열되기만 하고, 오스테나이트 형성이 이뤄질 수 있도록 미리 정한 시간 동안 이 온도에서 유지되고, 그 후 경화 다이로 이동되어 이 경화 다이에서 경화되고; 시트 블랭크가 임계 경화 속도보다 높은 속도로 냉각된다. 덧붙여, 여기서 사용된 재료는 지연-변태(delayed-transformation) 재료이고; 중간 냉각 단계에서, 더 뜨거운 오스테나이트화 된 영역과 덜 뜨거운 비-오스테나이트화 또는 부분적으로만 오스테나이트화 된 영역이 온도의 측면에서 조정되고, 시트 블랭크 또는 성형된 시트 블랭크가 온도와 관련하여 균일화된다.

DE 10 2011 053 939 A1는 경화된 부품을 제조하는 방법을 개시하고 있는데; 여기에서, 아연 또는 아연 합금으로 구성된 코팅을 갖는, 경화된 스틸 부품을 제조하는 방법이 개시되어 있다. 시트 블랭크가 이 시트로부터 스탬핑 되고, 스탬핑 된 시트 블랭크가 ≥Ac₃의 온도로 가열되고, 필요한 경우, 오스테나이트화 형성을 수행하기 위하여 미리 정한 시간 동안 이 온도에서 유지되고, 그 후 성형 다이로 이동되고, 거기서 성형되고, 성형 다이에서 임계 경화 속도보다 높은 속도로 냉각되어 경화된다. 이 경우, 사용되는 스틸 재료가 변태-지연(transformation-delaying) 방식으로 조정되어, 450℃ 내지 700℃ 범위에 있는 성형 온도에서 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태 동안 담금질 경화가 일어나고; 오스테나이트화 목적의 가열 후에, 그러나 성형 전에, 능동 냉각이 진행되어, 시트 블랭크가 오스테나이트화를 보장하는 개시 온도에서 450℃ 내지 700℃ 범위의 온도로 냉각됨으로써, 낮은 온도에도 불구하고 마르텐사이트 경화가 일어나도록 한다. 이는 성형 상에서, 즉 응력이 도입될 때 가능한 한 최소의 용융 아연이 오스테나이트와 접촉하는 것을 달성해야 하는데, 진행된 중간 냉각이 철/아연 시스템의 포정(peritectic) 온도보다 낮은 온도에서 성형이 일어나도록 하기 때문이다. 주목할 점은, 냉각이 공기 노즐로 수행될 수 있지만, 공기 노즐로 한정되지 않고, 대신에 냉각된 테이블 또는 냉각된 프레스 상에서도 동등하게 사용될 수 있다는 것이다.

본 발명의 목적은 냉각, 특히 성형 및 경화의 목적으로 스틸 시트의 중간 냉각의 방법을 더 개선하는 것이다.

상기 목적은 청구항 1의 특징을 갖는 방법으로 달성된다.

유익한 변형이 그 종속 청구항에 개시되어 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 실시하는 장치를 제공하는 것이다.

이 목적은 청구항 15의 특징을 갖는 장치에 의해 달성된다.

유익한 변형이 그 종속 청구항에 개시되어 있다.

본 발명에 따르면, 제곱미터 내에서 최대 30℃의 온도 편차를 허용하는 냉각이 20 내지 900℃에서 보장된다. 사용되는 냉각 매질은 대기 가스 및 혼합 가스이지만, 물이나 다른 유체일 수도 있다. 이후 본 설명에서 이들 유체 중에서 하나만 언급되더라도, 이는 상기 언급된 모든 유체를 대표한다.

본 발명은 적은 투자비용과 적은 운영비용으로 높은 시스템 이용성, 높은 적응성, 및 기존 제조공정으로의 간단한 통합을 달성할 수 있어야 한다.

본 발명에 따르면, 냉각될 표면이 X, Y 또는 Z 평면에서 로봇 또는 선형 드라이브에 의해 움직일 수 있는데, 냉각될 표면의 임의의 움직임 궤적 및 속도를 미리 설정할 수 있다. 이때, 진동은 X 및 Y 평면에서 정지 위치의 주위가 바람직하다. Z 평면(즉, 수직 방향)에서의 진동이 선택적으로 가능하다.

또한 일면 또는 양면에서의 냉각이 손쉽게 가능하다.

본 발명에 따른 냉각 유닛은 서로 떨어져 위치한 노즐을 갖는다; 노즐은 서로 떨어져 위치할 뿐만 아니라, 박스, 지지대 또는 다른 표면으로부터도 떨어져 위치한다.

이때 냉각 유닛은, 고온 플레이트로부터 흘러나가는 매질이 노즐 사이에서 충분한 공간을 찾고 노즐 사이에서 효과적으로 이동되어, 그 결과로 십자류 또는 횡방향 유동이 생성되지 않도록 구현된다.

이때 노즐 사이의 공간에는, 냉각 속도를 증가시키고 이에 따라 고온 플레이트로부터 흘러나가는 냉각 매질을 효과적으로 이동시키기 위하여, 즉 빨아들이기 위하여, 추가의 십자류가 작용할 수 있다. 그러나, 이 십자류는 노즐에서 플레이트로의 매질 흐름, 즉 자유 흐름을 방해해서는 안 된다.

이때 냉각 기구는 냉각 박스로부터 뻗어나오고 그 자유단(free end) 또는 자유변(free edge)에 일렬의 노즐을 갖는 냉각 블레이드를 가질 수 있다.

나아가, 냉각 기구는 또한 지지체 표면으로부터 돌출된 개개의 냉각 칼럼의 형태로 구현될 수 있다; 이들 냉각 칼럼은 지지체 표면을 마주보고 떨어진 칼럼의 표면 또는 팁(tip)에서 하나 이상의 노즐을 지지한다. 이때 냉각 칼럼은 실린더형 단면 또는 다른 단면을 가질 수 있다; 또한 냉각 칼럼의 단면은 바람직한 십자류에 맞춰질 수 있고, 타원형, 표면이 있는 평면을 닮은 형태, 또는 다각형 등의 형태로 구현될 수 있다.

자연적으로는, 혼합된 형태도 가능한데, 이 형태에서 냉각 블레이드는 연속적으로 구현되지 않고 비연속적으로 구현되거나, 또는, 냉각 칼럼이 넓은 타원형으로 구현될 때, 다수의 노즐이 칼럼 팁으로부터 돌출된다.

노즐의 노즐 개구부 또는 배출 개구부의 기하학적 구조는 단순한 원형 구조로부터 기하학적으로 정의된 복잡한 구현까지 모든 범위에 이른다.

바람직하게는, 노즐 또는 노즐의 열(row)은 서로 오프셋(offset) 되어, 노즐이 오프셋 패턴 또는 다른 패턴을 형성하는 방식으로, 냉각 칼럼 또는 블레이드가 서로 오프셋 될 수 있다. 특히 양면에 대한 냉각으로, 이는 아랫면에서의 노즐 또는 노즐의 열에 대해 상대적인 정상부에서의 이들의 위치 결정에 적용된다.

노즐은 바람직하게는 제한할 수 있는 방식으로 구현되고, 필요한 경우, 노즐을 통한 유체의 통과를 차단한다. 예를 들어, 개개의 촉발성 핀이 각 노즐에 제공될 수 있고, 이것이 가스의 통과를 제한할 수 있다. 예를 들어, 상이한 냉각 작용이 달성되어, 노즐 배출 개구부로부터 냉각될 표면까지의 거리가, 예를 들어, 상이한 냉각 칼럼 높이에 의하여, 다르게 설정될 수 있다. 이 방법의 장점은 각 노즐을 통한 연속적 흐름과 이에 따라 용이하게 예측가능한 흐름 조건에 있는데, 흐름 저항이 높이의 변화에 의해 사실상 변하지 않게 유지될 수 있기 때문이다.

본 발명에 따르면, 냉각될 표면에서 바람직한 흐름 패턴은 벌집모양 구조를 가져야 한다.

냉각이 하나 이상의 냉각 블레이드에 의해 일어나면, 냉각 블레이드는 플레이트형 구성이고, 베이스로부터 배출 스트립 쪽으로 점점 가늘어질 수도 있다; 하나 이상의 노즐이 배출 스트립에 배치된다. 이때, 블레이드는 중공(hollow)으로 구현되어, 노즐이 중공 블레이드로부터 냉각 유체와 함께 제공될 수 있다. 노즐은 웨지형(wedge-like) 구성요소와 함께 서로 떨어져 있을 수 있다; 또한 웨지형 구성요소는 노즐 방향으로의 흐름 유체를 위한 공간을 좁게 할 수 있다.

특히, 이는 유체의 유출 제트에서의 회전을 일으킨다.

바람직하게는, 다수의 블레이드가 서로 나란하게 위치하고, 서로 오프셋 되도록 제공된다.

이러한 오프셋 배치는 서로에게 오프셋 된 지점에서 냉각을 일으키고, 서로에게 섞이는 지점에서 균일한 냉각을 일으키며, 유출되는 유체가 두 블레이드 사이의 위치에서 빨아들여져 이동된다.

바람직하게는, 다음의 조건이 존재한다:

노즐의 수력학적 직경 = DH (이때, DH = 4 x A / U임);

대상으로부터 노즐까지의 거리 = H;

두 냉각 블레이드/냉각 실린더 사이의 거리 = S;

노즐의 길이 = L;

L >= 6 x DH;

H <= 6 x DH, 특히 4~6 x DH;

S <= 6 x DH, 특히 4~6 x DH (엇갈린 배열);

진동 = X, Y(가능하게는 Z)에서 두 냉각 블레이드 사이 간격의 절반임.

냉각이 냉각 칼럼에서 실시되면, 이들 칼럼은 상응하는 방식으로 배치된다.

이때, 바람직하게는, 냉각될 구성, 예를 들어, 냉각될 플레이트는 한편으로는 플레이트의 이동과 다른 한편으로는 노즐의 오프셋 배치로 냉각 유체가 플레이트 전역을 흘러가도록 하여, 균일한 냉각이 달성되도록 움직인다.

본 발명은 도면에 기초한 예를 통해 설명될 것이다. 도면은 다음과 같다:
도 1은 서로 평행하게 배치된 다수의 노즐 블레이드에 대한 평면도를 보여준다.
도 2는 도 1의 A-A 단면에 따른 노즐 블레이드의 배치를 보여준다.
도 3은 도 2의 C-C 단면에 따른 노즐 블레이드의 종단면을 보여준다.
도 4는 노즐을 보여주는 도 3을 자세히 확대한 것이다.
도 5는 노즐 블레이드의 배치에 대한 도식적인 투시도이다.
도 6은 블레이드의 배치 내에서 오프셋 되어 있는 노즐 블레이드의 에지 지역을 확대한 상세도이다.
도 7은 냉각 블록과 통합된 본 발명에 따른 냉각 블레이드의 배치에 대한 투시도이다.
도 8은 도 7에 따른 배치의 투시적 배면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 냉각 블레이드의 내부에 대한 도면이다.
도 10은 틀 내의 노즐 칼럼의 배치에 대한 도식적 투시도이다.
도 11은 도 10에 따른 구현예의 평면도를 보여준다.
도 12는 도10 및 11에 따른 배치의 측면도를 보여준다.
도 13은 냉각 박스를 갖는 도10 내지 12에 따른 구현예를 보여준다.
도 14는 냉각될 플레이트, 온도 분배 및 유체 온도 분배를 보여주는, 노즐을 갖는 냉각 블레이드를 묘사한다.
도 15는 속도 분배를 보여주는, 도 10에 따른 배치에 대한 도면이다.
도 16은 서로 오프셋 되어 배치된 본 발명에 따른 다수의 냉각 블레이드와 냉각될 대상을 갖고서 이를 이동시키는 이동 운반대로 구성되는 두 개의 마주보는 냉각 박스의 배치를 도식적으로 묘사한다.
도 17은 본 발명에 따른 장치로 냉각된 플레이트의 온도 분포를 보여준다.
도 18은 구조화된 냉각된 부품을 보여준다.
도 19는 노(爐) 및 성형 공정 사이의 냉각에 대한 시간/온도 곡선을 보여준다.
도 20은 상이하게 가열된 구역을 갖는 시트 메탈에 대해 상응하는 냉각 곡선을 갖는 아연/철 다이어그램을 보여준다.

한 가능한 구현예가 다음에 설명될 것이다.

본 발명에 따른 냉각 장치(1)는 서로 간격을 두고 떨어진 노즐(10)을 갖는 냉각 기구(2, 15)를 갖는다; 노즐(10)은 서로 간격을 두고 떨어져 있을 뿐만 아니라, 박스(16), 운반체, 또는 냉각 기구(2, 15)를 지지하는 다른 표면과도 간격을 두고 떨어져 있다.

이때, 냉각 기구(2, 15)는, 고온의 플레이트로부터 흘러나가는 매질이 노즐(10) 사이에서 충분한 공간을 찾아 노즐 사이로 소위 돌진할 수 있고, 이에 따라 십자류 또는 횡방향 유동이 냉각될 표면 상에 생성되지 않도록 상응하여 구현된다.

이때 노즐(10) 사이의 공간에는, 냉각 속도를 증가시키고 이에 따라 흘러나가는 냉각 매질을 소위 빨아들이기 위하여, 추가의 십자류가 작용할 수 있다. 그러나, 이 십자류는 노즐에서 플레이트로 유입되는 냉각 매질, 즉 자유 흐름을 방해해서는 안 된다.

이때 냉각 장치(1)는, 냉각 박스(16)로부터 뻗어나오고 그 자유단 또는 자유변(6)에 일렬의 노즐을 갖는 하나 이상의 냉각 블레이드(2)의 형태로 냉각 기구(2)를 가질 수 있다.

냉각 기구는 또한 표면으로부터 돌출된 개개의 냉각 칼럼(15)을 가질 수 있다; 이들 냉각 칼럼(15)은 각각 지지체 표면을 마주보고 떨어진 이들의 표면 또는 팁(17)에서 하나 이상의 노즐(10)을 지지한다. 이때 냉각 칼럼(15)은 실린더형 단면 또는 다른 단면을 가질 수 있다; 또한 냉각 칼럼(15)의 단면은 바람직한 십자류(cross flow)에 맞춰질 수 있고, 타원형, 표면이 있는 평면을 닮은 형태 등으로 구현될 수 있다.

자연적으로는, 혼합된 형태도 가능한데, 이 형태에서 냉각 블레이드(2)는 연속적으로 구현되지 않고 비연속적으로 구현되거나, 또는, 냉각 칼럼(15)이 넓은 타원형으로 구현될 때, 다수의 노즐(10)이 칼럼 팁으로부터 돌출된다. 다른 가능한 대체예로는, 십자류에 영향을 줄 수 있는, 배플(baffle)에 의해 연결되는 다수의 냉각 칼럼이 있다.

노즐의 노즐 개구부 또는 배출 개구부의 기하학적 구조는 단순한 원형 구조로부터 기하학적의 정의된 복잡한 구현까지 모든 범위에 이른다.

바람직하게는, 노즐(10) 또는 노즐의 열은 서로 오프셋 되도록 위치하여, 냉각 칼럼(15) 또는 블레이드(2)도 노즐이 오프셋 패턴 또는 다른 패턴을 형성하는 방식으로 서로 오프셋 되도록 위치한다.

본 발명에 따른 냉각 장치(1)의 일례는 하나 이상의 냉각 블레이드(2)를 갖는다. 냉각 블레이드(2)는 길쭉한 플랩(flap) 형태로 구현되고, 냉각 블레이드 베이스(3), 냉각 블레이드 베이스로부터 뻗어 나온 2개의 냉각 블레이드의 넓은 면(4), 냉각 블레이드의 넓은 면을 연결시키는 2개의 냉각 블레이드의 좁은 면(5), 및 자유 노즐 에지(6)를 갖는다.

냉각 블레이드(2)는 냉각 블레이드 공동(cavity)(7)과 함께 중공(hollow)으로 구현되고, 공동은 냉각 블레이드의 넓은 면(4), 냉각 블레이드의 좁은 면(5) 및 노즐 에지(6)에 의해 둘레가 이루어지고, 냉각 블레이드는 베이스(3)에서 개방된다. 냉각 블레이드 베이스(3)와 함께, 냉각 블레이드는 틀(8)에 삽입되고, 틀(8)은 중공의 유체 공급 박스(16)에 위치할 수 있다.

노즐 에지(6)의 위치에 다수의 노즐(10) 또는 개구부가 제공되고, 이들은 공동(7)으로 이어져, 유체가 공동으로부터 노즐(10)을 통해 외부로 흘러나가도록 한다.

노즐(10)로부터 노즐 도관(conduit)(11)이 공동(7)으로 연장되어, 적어도 노즐 에지(6) 위치에서 노즐(10)을 서로 공간적으로 분리시킨다. 이때 노즐 도관(11)은 바람직하게는 웨지(wedge)형으로 구현되어, 노즐 도관 또는 노즐이 웨지형 버팀대(strut)(12)에 의해 서로 분리되도록 한다. 바람직하게는, 노즐 도관은 공동(7) 방향으로 넓어지도록 구현되어, 유입되는 유체가 노즐 도관이 좁아짐에 따라 가속되도록 한다.

냉각 블레이드의 넓은 면(4)은 냉각 블레이드 베이스(3)로부터 노즐 에지(6)로 수렴하도록 구현되어, 공동이 노즐 에지(6) 방향으로 좁아지도록 할 수 있다.

덧붙여, 냉각 블레이드의 좁은 면(5)은 수렴하거나 또는 분기하도록 구현될 수 있다.

바람직하게는, 2개 이상의 냉각 블레이드(2)가 제공되는데, 이들은 넓은 면에 대해 서로 평행하도록 배치된다. 노즐(10)의 간격과 관련하여, 냉각 블레이드(2)는 노즐 사이 거리의 절반으로 서로 오프셋 되어 있다.

또한 2개 이상의 냉각 블레이드(2)가 있을 수 있다.

노즐 에지(6)의 전장과 관련하여, 노즐(10)은 노즐 에지(6)와 함께 길이방향의 흐름으로 구현될 수 있다; 그러나, 노즐(10)은 또한 원형이거나, 타원형으로 노즐 에지(6)와 일직선이거나 또는 타원형으로 노즐 에지를 가로지르거나, 육각형, 팔각형 또는 다각형으로 구현될 수 있다.

특히, 만약 노즐 에지의 길이방향 전장과 관련하여 노즐(10)이 길쭉하게, 특히 길쭉한 타원형이나 길쭉한 다각형으로 구현된다면, 이는 유체의 유출 제트에서의 회전을 일으킨다(도 10 및 11); 노즐 거리의 절반으로 오프셋 된 배치는 플레이트형의 대상 위에서 상응하여 오프셋 된 냉각 패턴을 만든다(도 10).

또 다른 유익한 구현예에서(도 10 내지 13), 틀(8)에는 다수의 돌출된 냉각 칼럼(15) 또는 실린더(15)가 제공되는데, 칼럼 또는 실린더는 각각 이들의 자유로운 외부의 팁(17) 또는 표면(17)에서 하나 이상의 노즐(10)을 갖는다. 이 틀(8)은 마찬가지로 냉각 박스(16)로 삽입되어(도 13), 냉각 박스(16)로의 유체 흐름이 각각의 냉각 칼럼(15) 및 노즐(10)로부터 나오도록 한다. 이 구현예에서, 냉각 블레이드(2)와는 대조적으로, 노즐(10)은 말하자면 격리되는데; 노즐(10) 및 그의 기하학적 구조와 노즐 도관(11)에 대한 상기에서의 설명이 이 구현예에도 적용된다.

노즐 도관(11)에서, 축의 방향으로 미끄러짐으로써 유효한 노즐 단면을 감소시키고 이에 따라 가스 흐름에 영향을 줄 수 있는 기구가 제공될 수 있다. 예를 들어, 그러한 기구는 적절하게는 핀의 형태로 구현될 수 있는데, 핀은 배출 구역에서 노즐의 단면에 상응하는 단면을 갖는다; 핀은 노즐 도관(11)의 형태, 예를 들어 원뿔 형태로 조정될 수 있다. 핀은 개별적으로 미끄러지는 방식으로 구현되어, 핀이 노즐 도관으로 미끄러질 때, 핀이 유효한 노즐의 단면 또는 노즐 도관의 단면을 감소시키고 이에 따라 가스 흐름과 흐름 속도에 영향을 줄 수 있다.

핀이 계속 미끄러지면, 노즐(10)은 바람직하게는 완전히 닫힌다.

노즐(10)의 핀은 개별적으로, 열에 따라, 블레이드 별로, 또는 기타 방식으로 그룹화되어 작동될 수 있어, 냉각 기구에서 일정한 흐름 프로파일을 생성하여 냉각될 제품이 단일하게 냉각되지 않고 상이한 강도로 냉각되도록 할 수 있다.

또한, 핀에 대한 대안으로, 냉각될 제품에 대하여 바람직한 흐름 프로파일을 보장하는, 자유롭게 구현된 구멍 또는 격판(diaphragm)을 사용할 수 있다.

냉각 속도에 영향을 주기 위하여, 냉각 블레이드 또는 냉각 칼럼의 길이 및/또는 높이를 부분적으로 조정하는 것이 또한 가능하다.

냉각에의 이러한 영향은 많은 사용 목적, 무엇보다도 상이한 기계적 특성을 갖는 구역을 생성할 수 있도록 평평한 시트 블랭크에 상이한 수준의 냉각을 제공하기 위한 것에 유리할 뿐만이 아니라, 상이한 두께의 시트 영역 및/또는 상이하게 템퍼링 된 시트 영역을 균일하게 템퍼링된 제품을 수득하기 위해 개별적으로 조정된 냉각 속도로써 냉각하기 위한 맞춤식 용접 블랭크(tailored-welded blank; TWB), 맞춤식 압연 블랭크(tailored-rolled blank; TRB) 또는 맞춤식 가열 블랭크(tailored-heated blank; THB)에도 유리하다.

또한 상응하는 속도 프로파일은 상응하는 분포를 만든다(도 15).

본 발명에 따르면, 노즐(10)로부터 흘러나오는 유체는 냉각될 대상의 표면을 타격하지만(도 10 및 11), 냉각 장치(1)의 2개 이상의 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15) 사이로 돌진하면서 깨끗하게 흘러나가 냉각될 대상의 표면에서 냉각 흐름이 방해 받지 않도록 한다는 것이 밝혀졌다.

예를 들어, 냉각 장치(1)(도 12)는 틀(8)에서 냉각 블레이드(2)의 두 개의 배치 또는 두 열의 냉각 칼럼(15)을 갖는다; 틀(8)은 상응하는 유체 공급(14)으로 구현되고, 특히 냉각 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15)으로부터 멀어지는 방향의 면에서 가압된 유체를 함유한 유체 박스와 함께, 특히 가압된 유체의 공급에 의하여 제공된다.

덧붙여, 이동 기구(18)가 제공된다; 이동 기구(18)는 냉각될 대상의 양 측면에 냉각 작용이 이뤄질 수 있는 방식으로 마주보는 냉각 블레이드의 배치 사이에서 냉각될 대상이 운반될 수 있도록 구현된다. 일련의 프레스 경화 시스템의 이동 기구에 대하여, 예를 들어, 노(爐) 및 프레스 사이의 운반 기구가, 예를 들어, 로봇 또는 선형 드라이브에 의해 작동될 수 있다. 이러한 경우의 바람직한 구현예에서, 냉각될 대상은 이동 기구에 의해 내려질 필요가 없고 다시 파지될 필요가 없는데, 다시 말해, 노로부터 프레스로의 경로에서, 냉각될 대상이 파지된 상태일 때 냉각이 일어난다.

이때 냉각될 대상으로부터 노즐 에지(6)의 거리는, 예를 들어, 5 내지 250mm이다.

냉각될 대상에 대한 냉각 장치(1)의 상대적 움직임이나 또는 그 역의 상대적 움직임을 통해, 도 10에 따른 냉각 패턴이 냉각될 대상의 표면을 따라 움직인다; 고온의 대상으로부터 흘러나오는 매질은 냉각 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15) 사이에서 충분한 공간을 찾게 되고, 따라서 십자류가 냉각될 표면 상에서 생성되지 않는다.

본 발명에 따르면, 사이의 공간에는 고온의 대상으로부터 흘러나오는 매질이 블레이드 사이에서 빨아들여질 수 있도록 추가의 십자류가 상응하는 흐름 매질과 함께 작용할 수 있다.

본 발명에 따르면, 프레스 경화 스틸 재료로 사용되는 22MnB5 또는 20MnB8과 같은 통상적인 붕소/망간 스틸이 오스테나이트의 다른 상으로의 변태와 관련하여 사용된다; 이 재료에서, 변태가 더 낮은 범위로 전환되고 마르텐사이트가 형성될 수 있다.

다음 합금 조성의 스틸이 본 발명에 적합하다(모든 표시는 중량%임):

C	Si	Mn	P	S	Al	Cr	Ti	B	N
[%]	[%]	[%]	[%]	[%]	[%]	[%]	[%]	[%]	[%]
0.20	0.18	2.01	0.0062	0.001	0.054	0.03	0.032	0.0030	0.0041
잔류 철 및 용융-관련 불순물

특히, 합금 성분인 붕소, 망간, 탄소 및 선택적으로 크롬 및 몰리브덴은 이러한 스틸에서 변태-지연제로 사용된다.

또한 다음의 일반적인 합금 조성의 스틸이 본 발명에 적합하다(모든 표시는 중량%임):

탄소 (C)	0.08-0.6
망간 (Mn)	0.8-3.0
알루미늄 (Al)	0.01-0.07
실리콘 (Si)	0.01-0.5
크롬 (Cr)	0.02-0.6
티타늄 (Ti)	0.01-0.08
질소 (N)	< 0.02
붕소 (B)	0.002-0.02
인 (P)	< 0.01
황 (S)	< 0.01
몰리브덴 (Mo)	< 1
잔류 철 및 용융-관련 불순물

다음의 스틸 조성이 특히 적합하다고 밝혀졌다(모든 표시는 중량%임):

탄소 (C)	0.08-0.30
망간 (Mn)	1.00-3.00
알루미늄 (Al)	0.03-0.06
실리콘 (Si)	0.01-0.20
크롬 (Cr)	0.02-0.3
티타늄 (Ti)	0.03-0.04
질소 (N)	< 0.007
붕소 (B)	0.002-0.006
인 (P)	< 0.01
황 (S)	< 0.01
몰리브덴 (Mo)	< 1
잔류 철 및 용융-관련 불순물

변태-지연제로 기능하는 합금 성분을 조정하면 담금질 경화, 즉 780℃보다 낮은 온도에서도 임계 경화 속도보다 빠른 냉각 속도로 급속 냉각하는 것을 신뢰성 있게 달성한다. 이는, 이러한 경우에 아연/철 시스템의 포정(peritectic)보다 아래에서 가공이 진행된다는 것을, 다시 말해, 기계적 응력이 포정보다 아래에서만 가해진다는 것을 의미한다. 또한 이는 기계적 응력이 가해지는 순간에, 오스테나이트와 접촉할 수 있는 아연 상이 더 이상 없다는 것을 의미한다. 더 큰 변태 지연을 설정하는 것의 또 다른 장점은, 냉각 기구 및 성형 프레스 간의 더 긴 이동 시간을 가능하게 하여, 냉각될 대상의 열 전도 때문에, 온도의 추가적인 균일화를 달성하는 데에 활용될 수 있다는 것이다.

도 19는 오스테나이트화 된 스틸 시트의 유익한 온도 진행을 보여주는데; 오스테나이트화 온도보다 높은 온도로 가열하고 냉각 기구에 위치시킨 후에, 상당 정도의 냉각이 이미 진행되었음이 분명히 보여진다. 여기에 급속 중간 냉각 단계가 뒤따른다. 중간 냉각 단계는 적어도 15K/s, 바람직하게는 적어도 30K/s, 더 바람직하게는 50K/s에서 유익하게 실시된다. 그 후 시트 블랭크가 프레스로 운반되고, 성형 및 경화가 실시된다.

도 20의 철/탄소 다이어그램은, 예를 들어, 상이한 고온 구역을 갖는 시트 블랭크에 어떻게 상응하여 처리되는지를 보여준다. 여기서, 다이어그램은 경화될 고온 구역에 대해 800℃ 내지 900℃ 사이의 높은 개시온도를 보여주지만, 반면에 부드러운 영역은 700℃ 미만의 온도로 가열되고, 특히 경화를 진행할 수 없다. 온도 균일화가 약 550℃ 또는 다소 낮은 온도에서 보여지는데; 더 고온인 지역의 집중 냉각 후에, 부드러운 영역의 온도는 약 20K/s로 급속 냉각된다.

본 발명의 목적을 위하여, 75℃, 특히 50℃(양 방향으로)를 초과하지 않는 (이전의) 고온 구역 및 (이전의) 저온 구역의 온도 차이가 있도록 온도 균일화가 실시된다면, 이러한 측면에서 충분하다.

균일하게 가열된 시트 블랭크로, 상기 시트 블랭크를 냉각 장치에 위치시키고, 이를 향해 냉각 블레이드의 노즐에 의하여 기체 냉각 매질의 균일한 흐름을 유도하여, 이를 단일한 더 낮은 온도로 냉각시킴으로써, 중간 냉각이 바람직하게 실시된다.

시트 블랭크가 일부 영역에서만 오스테나이트화 온도로 가열되는 경우, 노즐 및/또는 냉각 블레이드는, 특히 노즐은 기구 또는 핀에 의하여, 고온의 구역만이 적어도 아연/철 다이어그램의 포정 온도로 냉각되고 나머지 구역은 시트 블랭크에서 온도의 균일성을 달성하기 위하여 흐름이 적거나 또는 없게 되는 방식으로 작동된다. 이는 온도의 측면에서 균일한 시트 블랭크가 성형 및 담금질 기구에 삽입되도록 보장한다.

또한 상이한 시트, 즉 상이한 품질의 스틸로 된 시트 또는 상이한 두께의 시트로 구성되는 시트 블랭크를 가공할 수 있다. 예를 들어, 상이한 두께의 상이한 시트로 구성된 복합 시트 블랭크는 상이하게 냉각되어야 할 것인데, 더 두꺼운 시트는 동일한 온도에서 더 얇은 시트보다 더 집중적으로 냉각되어야 하기 때문이다. 그러므로, 시트 블랭크가 조립되거나 용접된 상이한 두께의 시트 구성요소로 구성되거나 또는 상이한 압연 두께로 구성되든지 간에 상관없이, 장치는 상이한 시트 두께를 갖는 시트 블랭크에 대해 신속하고 균일한 중간 냉각을 실시할 수 있다.

본 발명으로, 저렴하면서 대상 온도 및 가능한 처리시간에 있어서 높은 수준의 가변성을 갖고서 고온 물체의 균일한 냉각을 유리하게 달성할 수 있다.

또한 본 발명은, 매우 신뢰성이 높은 방식으로, 스틸 시트 블랭크가 성형 다이 또는 성형-경화 다이에 삽입되기 전에 그 전체 영역 또는 일부 영역에 대해 매우 정확하고 신뢰성이 높으며 매우 신속하게 중간 냉각될 수 있다는 장점을 제공한다.

1: 냉각 장치
2: 냉각 블레이드
3: 냉각 블레이드 베이스
4: 냉각 블레이드의 넓은 면
5: 냉각 블레이드의 좁은 면
6: 노즐 에지
7: 공동
8: 틀
10: 노즐
11: 노즐 도관
12: 웨지형 버팀대
14: 유체 공급
15: 칼럼
16: 박스
17: 칼럼 에지/팁
18: 이동 방향

Claims

시트 블랭크(sheet blank)가 스탬핑(stamping)되고, 스탬핑된 시트 블랭크가 ≥Ac₃ 온도로 가열되고, 필요하다면, 오스테나이트(austenite) 성형을 실시하기 위해 이 온도에서 미리 정한 시간 동안 유지되고, 그 후에 전체 또는 일부 구역에서 가열되어 있는 시트 블랭크가 성형 다이로 이동되고, 성형 다이에서 성형되고, 성형 다이에서 임계 경화 속도보다 높은 속도로 냉각되고, 경화되거나 또는 완전히 냉간 성형되고, 성형된 시트 블랭크가 전체 또는 일부 구역에서 >Ac₃ 온도로 가열되고, 필요하다면, 오스테나이트 성형을 실시하기 위해 이 온도에서 미리 정한 시간 동안 유지되고, 그 후에 전체 또는 일부 구역에서 가열되어 있는 시트 블랭크가 경화 다이로 이동되고, 경화 다이에서 경화되고, 경화 다이에서 임계 경화 속도보다 높은 속도로 경화되고; 스틸 재료가 변태-지연 방식으로 조정되어, 450℃부터 700℃까지의 범위에 있는 성형 온도에서, 오스테나이트에서 마르텐사이트(martensite)로의 변태 동안 담금질 경화가 진행되고; 가열 후 성형 전에, 시트 블랭크 또는 시트 블랭크의 일부가 >15 K/s의 냉각속도로 냉각되는 능동 냉각이 진행되는, 경화 스틸 부품을 제조하는 방법에 있어서,
고온의 시트 블랭크 또는 부품의 균일한 비접촉 냉각을 위하여, 냉각 장치(1) 및 고온 표면을 갖는 제품이 서로에 대해 상대적으로 움직이고; 냉각 장치(1)가 서로에 대해 평행하고 떨어져 있는 둘 이상의 냉각 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15)을 갖고; 냉각될 시트 블랭크 또는 냉각될 부품으로 지향되어, 냉각 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15)이 노즐(10)을 갖는 노즐 에지(6, 17)를 갖고; 노즐(10)이 냉각될 시트 블랭크 또는 냉각될 제품의 표면으로 냉각 유체를 향하게 하고, 냉각 유체가 고온의 표면과 접촉한 후, 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15) 사이의 공간으로 흘러나가는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
스틸 재료가 붕소, 망간, 탄소, 및 선택적으로 크롬 및 몰리브덴을 변태-지연제로 함유하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
다음의 조성 분석(모든 표시는 중량%임)을 갖는 스틸 재료가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법:
탄소(C) 0.08-0.6;
망간(Mn) 0.8-3.0;
알루미늄(Al) 0.01-0.07;
실리콘(Si) 0.01-0.5;
크롬(Cr) 0.02-0.6;
티타늄(Ti) 0.01-0.08;
질소(N) < 0.02;
붕소(B) 0.002-0.02;
인(P) < 0.01;
황(S) < 0.01;
몰리브덴(Mo) < 1;
잔류 철 및 용융-관련 불순물.
제1항 또는 제2항에 있어서,
다음의 조성 분석(모든 표시는 중량%임)을 갖는 스틸 재료가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법:
탄소(C) 0.08-0.30;
망간(Mn) 1.00-3.00;
알루미늄(Al) 0.03-0.06;
실리콘(Si) 0.01-0.20;
크롬(Cr) 0.02-0.3;
티타늄(Ti) 0.03-0.04;
질소(N) < 0.007;
붕소(B) 0.002-0.006;
인(P) < 0.01;
황(S) < 0.01;
몰리브덴(Mo) < 1;
잔류 철 및 용융-관련 불순물.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
시트 블랭크가 노(爐)에서 >Ac₃ 온도로 가열되고 이 온도에서 미리 정한 시간 동안 유지되고, 그 후 아연층이 고화하도록 시트 블랭크가 500℃ 내지 600℃ 사이의 온도로 냉각되고, 그 후 시트 블랭크가 성형 다이로 이동되어 거기서 성형되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 속도가 >30 K/s가 되도록 능동 냉각이 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
제6항에 있어서,
냉각이 >50 K/s보다 빠른 속도에서 일어나도록 능동 냉각이 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상이한 강도의 구역을 만들기 위해 상이한 강도의 가열에 제공될 상응하는 구역을 갖는 시트 블랭크에서, 능동 냉각이 실시되어, 능동 냉각 후에, 이전에 더 뜨거웠던 오스테나이트화 된 구역이 그 온도 수준(+/- 50K)에서 덜 집중적으로 가열된 구역과 균등하게 되어, 시트 블랭크가 성형 다이에 기본적으로 단일한 온도로 삽입되도록 하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
능동 냉각이 기체, 가스 또는 다른 유체를 불어서 이뤄지는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 공정 및/또는 성형 다이로의 삽입 시의 온도가 센서에 의해, 특히 고온계에 의해 모니터되고, 냉각이 적절하게 제어되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
아연 또는 아연 합금으로 코팅된 스틸 재료가 스틸 재료로서 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 블레이드(2) 및/또는 냉각 칼럼(15) 및/또는 냉각 장치는 X, Y 또는 Z 축으로 특히 흔들리거나 또는 진동하는 방식으로 장치를 움직일 수 있는 기구(18)를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
다음의 조건이 있는 것을 특징으로 하는 방법:
노즐의 수력학적 직경 = DH (이때, DH = 4 x A / U임);
대상으로부터 노즐까지의 거리 = H;
두 냉각 블레이드/냉각 실린더 사이의 거리 = S;
노즐의 길이 = L;
L >= 6 x DH;
H <= 6 x DH, 특히 4~6 x DH;
S <= 6 x DH, 특히 4~6 x DH (엇갈린 배열);
진동 = X, Y(가능하게는 Z)에서 두 냉각 블레이드 사이 간격의 절반임.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
장치를 이동시키는 기구(18)는 사이클당 0.25초의 진동속도를 생성하는 것을 특징으로 하는 방법.
하나 이상의 냉각 블레이드(2) 또는 다수의 냉각 칼럼(15)을 갖고; 냉각 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15)이 중공(hollow)에 구현되고 노즐 에지(6, 17)를 갖고; 노즐 에지(6, 17)에 냉각될 제품으로 지향된 하나 이상의 노즐(10)이 제공되고; 냉각될 표면의 흐름 패턴이 벌집모양 구조를 형성하도록, 다수의 냉각 블레이드(2) 또는 다수의 열(row)의 냉각 칼럼(15)이 배치되는 것을 특징으로 하는, 고온의 스틸 시트 블랭크 또는 시트 스틸 부품을 냉각하는, 특히 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 장치.
제15항에 있어서,
다수의 냉각 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15)이 나란하고 서로 떨어져서 배치되도록 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
제15항 또는 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15)이 노즐 에지(6)에서 노즐(10) 사이 거리의 절반으로 각각 서로 오프셋(offset) 되어 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 블레이드(2)가 냉각 블레이드 베이스(3), 냉각 블레이드의 넓은 면(4), 냉각 블레이드의 좁은 면(5) 및 노즐 에지(6)를 가지고; 노즐 에지(6), 냉각 블레이드의 넓은 면(4) 및 냉각 블레이드의 좁은 면(5)이 공동(7)의 둘레를 이루고, 냉각 블레이드(2)가 틀(8) 내 또는 위에 냉각 블레이드 베이스(3)와 함께 위치하고; 틀(8)이 유체 공급을 위하여 유체 박스(15)에 위치할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,
이동 기구(18)가 제공되고, 이동 기구는 냉각 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15)을 틀(8) 및 유체 공급 박스(16)와 함께 냉각될 대상을 가로질러서 움직이게 할 수 있고, 또는 이동 기구는 냉각될 대상을 냉각 블레이드(2) 또는 냉각 칼럼(15)에 대해 상대적으로 움직이게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 장치.
제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
냉각 블레이드(2) 및/또는 냉각 칼럼(15) 및/또는 냉각 장치는 X, Y 또는 Z 축으로 특히 흔들리거나 또는 진동하는 방식으로 장치를 움직일 수 있는 기구(18)를 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
다음의 조건이 있는 것을 특징으로 하는 장치:
노즐의 수력학적 직경 = DH (이때, DH = 4 x A / U임);
대상으로부터 노즐까지의 거리 = H;
두 냉각 블레이드/냉각 실린더 사이의 거리 = S;
노즐의 길이 = L;
L >= 6 x DH;
H <= 6 x DH, 특히 4~6 x DH;
S <= 6 x DH, 특히 4~6 x DH (엇갈린 배열);
진동 = X, Y(가능하게는 Z)에서 두 냉각 블레이드 사이 간격의 절반임.
제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
장치를 이동시키는 기구(18)는 사이클당 0.25초의 진동속도를 생성하는 것을 특징으로 하는 장치.