KR20180073621A - 차량용 스틸 부품 제조 방법 - Google Patents

차량용 스틸 부품 제조 방법 Download PDF

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KR20180073621A
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자샤 지코라
요에르크 고르쉬뤼터
마리아 쾨이어
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티센크루프 스틸 유럽 악티엔게젤샤프트
티센크룹 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 차량용 부품(5) 제조 방법에 관한 것으로, -(A) 열처리 가능한 스틸 재료(2)로 제조되고 양면에 아연 함유 코팅이 제공되는 공작물을 제공하는 단계, -(B) 상기 공작물을 Ac1 초과의 온도로 적어도 부분적으로 가열하는 단계, -(C) 적어도 부분적으로 가열된 공작물을 하나 이상의 펀치와 하나 이상의 다이를 포함하는 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에 삽입하는 단계, -(D) 펀치 및/또는 다이의 상대 운동에 의해 공구를 폐쇄하고 공작물을 열간 성형 및/또는 가압 경화하는 단계로서, 적어도 부분적으로 경화 미세구조가 형성되도록, 폐쇄된 공구 내에서 가열된 공작물의 하나 이상의 영역이 냉각되는 단계를 포함한다. 본 발명의 과제는, 능동적인 부식 방지와 함께, 충돌 사고 시의 충분한 부품 강도 및 특히 주기적 하중 하에서의 충분한 기대 수명이 보장될 수 있는, 차량용 부품 제조 방법, 차량용 부품, 및 상기 부품의 사용을 제공하는 것이며, 상기 과제는, 공작물이 공작물의 제2 표면(4)에 비해 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 더 얇은 제1 표면(3)을 가짐으로써 해결된다. 상기 공작물은, 공작물의 제1 표면(3)이 부품 제조 과정 중에 압축 및/또는 인장을 주로 받는 측에, 특히 주로 오목하게 형성된 공구 측에 배치되도록, 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에 삽입된다.

Description

차량용 스틸 부품 제조 방법
본 발명은,
양면에 아연 함유 코팅이 제공된, 열처리 가능한 스틸 재료로 형성된 공작물을 제공하는 단계,
상기 공작물을 Ac1 초과의 온도로 적어도 부분적으로 가열하는 단계,
적어도 부분적으로 가열된 공작물을 하나 이상의 펀치와 하나 이상의 다이를 포함하는 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에 삽입하는 단계,
펀치 및/또는 다이의 서로를 향한 상대 운동에 의해 공구를 폐쇄하고 공작물을 열간 성형 및/또는 가압 경화하며, 적어도 부분적으로 경화 미세구조가 형성되도록, 폐쇄된 공구 내 가열된 공작물의 하나 이상의 영역을 냉각시키는 단계를 포함하는, 차량용 부품 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한, 특히 본 발명의 방법에 의해 제조되는 부품, 및 이 부품의 상응하는 사용에 관한 것이다.
가압 경화 부품이 없이는 오늘날의 자동차 생산을 상상하기 어렵다. 종래의 스틸 부품은 새로운 고강도 및 초고강도의 스틸 재료로 대체되었고, 재료의 강도 증가 또는 높은 강도에 의해 동일한 기계적 특성에서 재료 두께가 감소될 수 있었으며, 따라서 차량의 전체 중량 감소에 대한 긍정적인 효과가 가능함으로 인해 관련 CO2 배출의 감소도 가능하다. 사용된 스틸 재료는 열처리 가능한 스틸, 예를 들어 망간-붕소 스틸이며, 현재 가장 보편적인 대표 제품은 22MnB5이다. 가압 경화 부품은 일반적으로 코팅 성형된 블랭크로 제조되거나 예비성형된 반제품을 제공하기 위해 먼저 냉간 성형되는 코팅 블랭크로 제조된다. 코팅 유형은 유기 코팅일 수 있지만, 실제로는 알루미늄 또는 알루미늄/실리콘을 기반으로 하고 아연을 기반으로 하는 무기 코팅이 정착되었다. 알루미늄 또는 알루미늄/실리콘 기반 코팅의 경우에는, 가열 공정(오스테나이트화) 중에, 모재(22MnB5)로부터 코팅 내로의 철 확산이 이루어져 AlSi-Fe 층이 형성되며, 이는 부식방지 특성과 관련하여 소위 배리어 효과를 갖는다. 알루미늄-기반 코팅의 경우에는 능동적인 음극 부식 방지가 제공되지 않는다. 그러나, 아연-기반 코팅에 의하면 능동적인 음극 부식 방지가 제공된다. 가열 공정(오스테나이트화) 중에 다시 모재(22MnB5)로부터 코팅 내로의 철 확산이 일어나긴 한다. 이 확산이 철-농후 아연 코팅의 융점을 상승시키긴 하나, 액체 아연 상(phase)의 형성["액체 취화(liquid embrittlement)"라고도 알려짐]이 완전히 억제될 수는 없다. 액체 취화에 의해, 후속 열간 성형 및/또는 가압 경화의 과정에서, 코팅 표면에서의 성형에 기인하는 성형 정도에 따라 균열이 발생하며, 이 균열은 재료 응력(압축-인장)으로 인해 모재의 방향으로 더 전파되어 모재 내부에까지 이를 수 있다. 균열 확산의 책임은, 재료의 입자 경계에 존재하는 액체 아연 상에 있으며, 이는 재료를 약화시키고, 압축/인장 응력에 의해 코팅내 균열이 모재 내부에까지 진행되도록 촉진한다. 이처럼 균열에 시달리는 가압 경화 부품은, 충돌 발생 시 부품 강도의 저하 및 특히 주기적 하중 하에서의 기대 수명의 단축을 초래할 수 있다.
아연-코팅된 블랭크의 열간 성형 시의 균열 발생 현상의 예가 하기 간행물에 개시되어 있다: Drillet 외 공저, "가압 경화 스틸의 아연 기반 코팅에서 스틸 내부의 균열 전파에 대한 연구(Study of cracks propagation inside the steel on press hardened steel zinc based coatings)", La Metallurgia Italiana - n. 1/2012, 3-8페이지). 열간 성형 및 가압 경화될 오메가 형상 프로파일 단면에 대한 연구가 이루어졌다. 특히 제조될 프레임의 영역(임계 영역)에서 가열의 결과로 재료에 존재하는 액체 아연 포켓에 의해 촉진되는 균열은 먼저 다이와 대면하는 측에서의 압축 응력 및/또는 후속 인장 응력으로 인해 발생할 수 있으며 모재 내부에까지 연장될 수 있음이 밝혀졌다. 특히 프레임 영역에서 성형 정도가 복잡할수록, 균열 성향이 더 높아짐에 따라, 균열이 모재 내로 더 깊게 형성될 수 있다.
종래 기술에 근거하여 본 발명의 과제는, 능동적인 부식 방지뿐만 아니라 충돌 시 충분한 부품 강도 및 특히 주기적 하중 하에서의 기대 수명이 보장될 수 있는, 차량용 부품 제조 방법, 차량용 부품, 및 상기 부품의 사용을 구체화하는 것이다.
상기 과제는 본원 방법에 따라, 공작물이 자신의 제2 표면에 비해 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 더 얇은 제1 표면을 가지고, 이때 공작물은 공작물의 제1 표면이 부품 제조 시 압축 및/또는 인장을 주로 받는 측에, 특히 주로 오목하게 형성된 공구 측에 배치되도록 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에 삽입됨으로써, 해결된다.
차량용 부품의 제조를 위한 본 발명의 방법은 먼저, 양면에 아연 함유 코팅이 제공되고 열처리 가능한 스틸 재료로 형성된 공작물을 제공하는 단계를 포함한다. 사용되는 열처리 가능한 스틸은 실질적으로 망간-붕소 스틸이다. 열처리의 결과로 공급 상태에 비해서 더 높은 강도가 발생할 수 있는 다른 종의 스틸을 사용하는 것도 고려될 수 있다. 추가 단계는 공작물을 Ac1 초과, 특히 Ac3 초과의 온도로 적어도 부분적으로 가열하는 단계를 포함한다. 공작물은 먼저 부분적으로 또는 완전히 오스테나이트화 온도로 가열되며, 제조될 부품의 요건 및 자동차에서의 그 용도에 따라 공작물에는 (부분적으로) 상이한 미세구조 또는 철저히 균일한 미세구조가 형성될 수 있다. 이것은 적절한 노에 의해서 및/또는 적절한 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에 의해서 실행될 수 있다. 공작물 내의 상이한 미세구조들을 고려할 때, 이를 경질 미세구조를 갖는 하나 이상의 영역과, 연질 미세구조를 가지며 경질 미세구조에 비해 큰 연성을 갖는 하나 이상의 영역이 형성됨을 의미하는 "맞춤형 템퍼링(tailored tempering)"이라고 한다. 추가 단계는 적어도 부분적으로 가열된 공작물을 하나 이상의 펀치와 하나 이상의 다이를 포함하는 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에 삽입하는 단계를 포함한다. 공구의 적어도 일 측면은 주로 오목하고, 바람직하게 다이이며, 공구의 적어도 일 측면은 주로 볼록하고, 바람직하게 펀치이다. 펀치 및/또는 다이의 서로를 향한 상대 운동에 의한 공구의 폐쇄와 공작물의 열간 성형 및/또는 가압 경화는, 경화 미세구조가 적어도 부분적으로 형성되도록, 폐쇄된 공구 내의 가열된 공작물의 하나 이상의 영역을 냉각시키는 추가 단계를 포함한다. 공작물은 완전히 또는 적어도 부분적으로 경화되는데, 이는 열간 성형 및 가압 경화(직접 열간 성형) 과정에서 또는 가압 경화(간접 열간 성형) 과정에서 공구, 특히 능동적으로 냉각되는 공구 내의 급속 냉각에 의해 실행되며, 공작물의 적어도 부분적으로 오스테나이트계인 영역의 미세구조는 급속 냉각에 의해 마르텐사이트계 및/또는 베이나이트계 미세구조로 변환되고, 마르텐사이트계 미세구조의 달성이 특히 바람직하다.
본 발명자는 부품 제조 시에 주로 압축 및/또는 인장을 받는 측에, 특히 주로 오목한 공구 측에 배치되고 바람직하게 공구의 다이와 접촉하는 공작물의 제1 표면 상의 아연 함유 코팅의 코팅 두께의 감소는 놀랍게도 실제로 관행적인 코팅 두께에 비해서 임계 영역에서의 균열 또는 균열 깊이를, 충돌 발생시의 부품 강도 및 특히 주기적 하중 하에서의 기대 수명에 대한 요구를 충족하는 정도로 감소시킬 수 있다는 것을 밝혀냈다. 균열 형성은 전술한 현상으로 인해 완전히 회피될 수는 없다. 코팅 두께의 감소를 통해 아연 공급도 감소하며, 이로써 가열 공정 중에 재료 내에서 재료를 약화시키는 액체 아연 상이 덜 발생할 수 있다.
본 발명의 방법의 제1 구성에서, 공작물은, 그 제공 이전에, 전기분해 방식으로 도포되거나 용융 도금된, 특히 연속 코팅 공정으로 제공된 아연 함유 코팅을 갖는 스트립 형태의 스틸 재료로부터 분리된다. 연속 코팅 공정은 첫째로 경제적으로 실용적이며, 둘째로 요구되는 코팅 두께를 원하는 대로 설정할 수 있다. 스트립 형태의 스틸 재료의 표면에 대한 상이한 코팅 두께의 도포(차등 코팅)가 이루어지는 방식은 관련 기술분야에 공지되어 있다.
바람직하게, 상기 스트립 형태의 스틸 재료는 아연 함유 코팅의 도포 이후에 특히 200℃ 내지 Ac1, 바람직하게 350℃ 내지 Ac1의 온도에서 5 내지 300초, 바람직하게 20 내지 240초의 기간 동안 열처리를 거친다. 열간 성형 및/또는 가압 경화 이전에 추가로 수행되는 열처리(갈바닐링)를 통해 목표한 대로 코팅에 철이 농후해지며, 이는 아연 함유 코팅의 융점을 높이고 재료 내의 오스테나이트화 중에 액체 아연 상의 형성을 약화시킬 수 있다. 열처리는 연속적으로 바람직하게 코팅 공정 이후에 인라인으로 수행되는 것이 바람직하다. 열처리는 또한 예를 들어 배치(batch)-어닐링되는 코일을 형성하기 위해 권취된 스트립 형태의 스틸 재료에 대해 교대로 이루어질 수 있으며, 이 경우에 열처리 시간은 수 분 내지 수 시간일 수 있고 온도 범위는 상기 10배 이내이다.
본 발명의 방법의 바람직한 구성에서, 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 4㎛ 미만, 특히 3.5㎛ 미만, 보다 바람직하게 3㎛ 미만인 제1 표면, 및 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 4㎛ 이상, 특히 4.5㎛ 이상, 보다 바람직하게 5㎛ 이상인 제2 표면을 갖는 공작물은 각각 아직 가압 경화되지 않은 상태(공급 시의 상태)에서 사용된다. 특히 임계 영역에서의 균열 또는 균열 깊이의 감소는 코팅 두께가 공작물의 제1 표면에서 4㎛ 미만일 때 실질적으로 인지될 수 있다. 충분한 음극 부식 방지를 보장하기 위해서, 제1 표면 상의 코팅 두께는 1㎛ 이상, 특히 1.5㎛ 이상, 보다 바람직하게 2㎛ 이상이어야 한다. 제2 표면 상의 코팅 두께는 도포된 층 내의 철 농후를 위한 확산 경로를 짧게 유지하기 위해 25㎛ 이하, 특히 20㎛ 이하, 보다 바람직하게 15㎛이다.
본 발명의 방법의 추가 구성에서, 공작물은 가열된 후에 실질적으로 편평한 공작물로서 열간 성형 및 가압 경화 공구에 삽입되거나(직접 열간 성형), 이미 냉간 성형된 거의 완성된 형상의 공작물로서 가압 경화 공구에 삽입된다(간접 열간 성형). 간접 열간 성형의 장점은, 재료 내에 액체 아연 상이 존재하지 않으며, 거의 완성된 형상의 공작물을 제공하기 위한 냉간 (예비) 성형을 통해 균열이 전혀 발생하지 않거나, 재료의 응력에 의해 냉간 성형 중에 특히 임계 영역에서 모재 내로의 중대한 균열 진행이 발생하지 않는다는 데 있다. 오스테나이트화 이후, 낮은 성형도를 포함할 수 있는 가압 경화 공구에서 담금질(quenching) 및 교정이 실시된다. 단점은 추가 방법 단계, 즉 공작물의 예비성형이 요구되고 플랜트에 대한 추가 투자 또한 이와 연관된다는 것이다. 직접 열간 성형을 사용하는 것이 특히 바람직하다. 공작물은 편평한 스틸 시트 또는 아직 경화되지 않은 냉간 예비 성형된 스틸 부품을 의미한다.
본 발명의 방법의 대체 구성에서, 공작물은 제1 공구에서 열간 성형을 거치며 제2 공구에서 적어도 부분 가압 경화를 거친다. "열간 성형" 공정과 "가압 경화" 공정을 2개의 공구에서 분담함에 따라 바람직하게 사이클 시간을 증가시킬 수 있고, 이로써 경제성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 공정이 둘로 분할됨에 따라, 이미 열간 성형된 공작물이 가압 경화 공구에 삽입될 때 온도가 Ms 온도(마르텐사이트 개시 온도)를 하회하지 않는 점이 보장될 수 있어야 한다. 바람직하게, 삽입 시의 온도는 Ms+20K 이상, 특히 Ms+50K이다.
본 발명의 방법의 추가 구성에서, 공작물은 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에서 트리밍된다. 이것은 바람직하게 아직 고온 상태에 있는 공작물이 온도가 아직 Ms 온도 아래로 떨어지지 않았을 때 비교적 쉽게 트리밍될 수 있다는 장점을 갖는다. 이로써, 완성된 공작물(부품)의 높은 경도로 인해 마모되기 쉽고 수명이 짧은 추가의 기계적 절삭 공구 또는 대안적인 분리 장치, 예를 들어 고가의 레이저 하드 트리밍이 절약될 수 있다.
본 발명의 방법의 추가 구성에서는, 맞춤형 제품인 공작물이 사용된다. 맞춤형 제품은 관련 기술분야에 공지되어 있는 맞춤형 블랭크 또는 맞춤형 용접 블랭크, 맞춤형 스트립 또는 맞춤형 용접 스트립, 및 맞춤형 압연 블랭크 또는 맞춤형 압연 스트립을 의미하는 것으로 이해된다. 균일한 재료 두께를 갖는 공작물과 비교하여 질량을 절감하기 위해 상이한 시트 두께를 갖는 맞춤형 블랭크와 맞춤형 스트립 및 맞춤형 압연 블랭크가 추가로 사용될 수 있다. 맞춤형 블랭크와 맞춤형 스트립뿐 아니라 상이한 시트 두께에서는, 이미 언급한 "맞춤형 템퍼링"에 의해서는 형성되지 않는 공작물 내의 상이한 미세구조들을 고려하기 위해 상이한 스틸 재료를 사용할 수도 있는 바; 즉, 경화 이후 경질 미세구조를 갖는 열처리 가능한 스틸 재료는, 경화 이후 그 연질 미세구조를 실질적으로 유지하는 하나 이상의 열처리 불가능한 비경화성 스틸 재료와 각자의 접합 에지를 따라서, 바람직하게는 레이저에 의해 서로 맞대기 용접(butt welding)된다. AlSi 코팅의 경우에 절대적으로 필요한 접합 영역의 복잡한 탈코팅(decoating)이 아연 함유 코팅 시에는 생략될 수 있다.
열처리 가능한 스틸은 경화된 상태에서 1500MPa 이상의 인장 강도를 갖는 마그네슘-붕소 스틸이다. 그 합금 성분(중량%)은 다음과 같이 제한되는 것이 바람직하다:
C ≤ 0.5
Si ≤ 0.7
Mn ≤ 2.5
S ≤ 0.01
Al ≥ 0.015
Ti ≤ 0.05
Cr+Mo ≤ 1.0
B ≤ 0.05
나머지: 철 및 불가피한 불순물.
본 발명의 방법의 추가 구성에서는, 적어도 일부 영역에서 모자 형상 또는 오메가 형상의 프로파일 단면을 갖는 부품이 제조된다. 보다 구체적으로, 제조된 부품은 하프 쉘(half shell)의 형태를 갖는다. 하프 쉘은, 설치된 상태에서 바람직하게 A-, B-, C-, D-필라(pillar), 문틀(door sill), 세로 빔, 가로 빔, 크래시 박스 또는 섀시 부품의 부분인 부품이다.
본 발명의 제2 양태에서는, 적어도 일부 영역에서 모자 형상 또는 오메가 형상의 프로파일 단면을 가지며, 적어도 부분적으로 가압 경화되고, 특히 본 발명의 방법에 의해 제조되는 차량용 부품이 제시되며, 이 부품은 부품의 제2 표면에 비해서 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 더 얇은 제1 표면을 갖는다. 반복을 피하기 위해 이 점에 대해서는 전술한 내용을 참조한다.
본 발명의 부품의 제1 구성에서, 부품은 특히 중량에 영향을 미칠 수 있도록 맞춤형 제품으로 형성되었다. 부품이 상이한 미세구조들을 가져야 한다면, 이는 대안적으로 또는 부가적으로 "맞춤형 템퍼링" 공정에 의해 제조될 수도 있다.
제3 양태에에 따라 본 발명은, 본 발명에 따른 부품을 차량의 차체 부품으로서, 특히 A-, B-, C-, D-필라, 문틀, 세로 빔, 가로 빔, 크래시 박스의 부분으로서, 또는 차량의 섀시 부분으로서, 특히 섀시 부품의 부분으로서, 보다 바람직하게는, 연소 엔진에 의해 그리고/또는 전기 구동 장치에 의해 구동되는지의 여부를 불문하고, 승용차, 유틸리티 차량, 화물차, 특수 차량, 버스, 승합차뿐만 아니라 예를 들어 트램이나 여객 수송 차량과 같은 철도 차량에서 사용하는 점과 관련된다.
본 발명은 이하에서 실시예를 나타내는 도면을 참조하여 설명된다. 동일한 부분에는 동일한 참조번호가 부여된다.
도 1은 본 발명의 방법의 제1 구성에서 차량용 부품의 제조를 위한 단계의 개략 시퀀스이다.
도 2는 본 발명의 부품의 제1 실시예의 부분 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 열간 성형 및 가압 경화 부품의, 도 2에 도시된, 임계 영역의 현미경사진이며, 가압 경화되지 않은 상태(공급 시의 상태)에서 코팅 두께는 5㎛ 및 3㎛였다.
도 1은 본 발명의 방법의 제1 구성에서 차량용 부품의 제조를 위한 단계의 시퀀스(E)를 개략적으로 도시한다. 본 발명의 방법은 먼저, 양면에 아연 함유 코팅이 제공된 열처리 가능한 스틸 재료로 형성된 공작물을 제공하는 단계(A)를 포함한다. 코팅은 각각의 경우에 아직 가압 경화되지 않은 상태(공급 시의 상태)에서 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 4㎛ 미만, 특히 3.5㎛ 미만, 보다 바람직하게 3㎛ 미만인 제1 표면(3), 및 코팅 두께가 4㎛ 이상, 특히 4.5㎛ 이상, 보다 바람직하게 5㎛ 이상인 제2 표면(4)을 갖는다.
여기에는 도시되지 않았으나, 공작물은 그 제공 이전에, 전기분해 방식으로 도포되거나 용융 도금된, 특히 연속 코팅 공정으로 도포된, 아연 함유 코팅이 제공된 스트립 형태의 스틸 재료로부터 분리된다. 열처리 가능한 스틸 재료는 실질적으로 망간-붕소 스틸이다. 추가 단계(B)는 공작물을 Ac1 초과의, 특히 Ac3 초과의 온도로 적어도 부분적으로, 바람직하게 완전히 가열하는 단계를 포함한다. 공작물은 먼저 부분적으로 또는 완전히 오스테나이트화 온도로 가열되며, 제조될 부품의 요건 및 자동차에서의 그 용도에 따라서 공작물에 상이한 미세구조들 또는 철저히 균일한 미세구조가 형성될 수 있다. 이것은 적절한 노(oven)를 통해 실행될 수 있다. 공작물로서, 균일한 재료 두께, 예를 들어 0.5 내지 6mm, 특히 0.8 내지 4mm의 재료 두께를 갖는 모놀리식 스틸 재료 또는 맞춤형 제품이 사용된다.
바람직하게 노(연속 노)에서의 가열(균일 가열, through heating) 온도는 예를 들어 850 내지 930℃이며, 체류 시간은 예를 들어 3 내지 12분이다. 가열 이후, 적어도 부분적으로, 바람직하게 완전히 가열된 공작물은 하나 이상의 펀치와 하나 이상의 다이를 포함하는 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에 삽입된다(단계 C). 공작물의 제2 표면에 비해 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 더 얇은 제1 표면을 갖는 공작물은 공작물의 제1 표면이 공구의 주로 오목한 측과, 바람직하게 공구의 다이와 접촉하고 공작물의 제2 표면이 공구의 주로 볼록한 측과, 바람직하게 공구의 펀치와 접촉하는 방식으로 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에 삽입되는 것이 보장되어야 한다. 이것은 부정확한 삽입을 피하기 위해 예를 들어 여기에 도시되지 않은 적절한 수단, 예를 들어 측정 시스템, 예를 들어 열화상 카메라 등에 의해, 즉 노의 충전 영역의 초기 스테이지에서 및/또는 노의 출구에서 및/또는 공구에 대한 삽입 이전에 검증될 수 있다. 바람직하게 공구의 다이와 접촉하게 되는 공작물의 제1 표면(3) 상의 아연 함유 코팅의 코팅 두께의 감소는 임계 영역(1)에서의 균열 또는 지나치게 높은 균열 깊이를, 충돌 사고 시의 부품 강도에 대한 요구 및 특히 주기적인 응력 하의 기대 수명에 대한 요구를 충족시키는 정도까지 실제로 관행적인 코팅 두께에 비해서 감소시킬 수 있다. 코팅 두께의 감소는 또한 아연 공급을 감소시키며, 따라서 재료를 약화시키는 액체 아연 상의 낮은 레벨이 가열 공정 중에 재료에 형성된다.
펀치 및/또는 다이의 서로를 향한 상대 운동에 의한 공구의 폐쇄와 공작물의 열간 성형 및/또는 가압 경화는 폐쇄된 공구 내의 고온 공작물의 하나 이상의 영역을 경화 미세구조가 적어도 부분적으로 형성되도록 냉각시키는 추가 단계(D)를 포함한다. 공작물은 적어도 완전히 또는 부분적으로 경화되는데, 이는 열간 성형 및 가압 경화(직접 열간 성형) 과정에서 또는 가압 경화(간접 열간 성형) 과정에서 공구, 특히 능동적으로 냉각되는 공구 내에서의 급속 냉각에 의해 실행되며, 공작물의 적어도 부분적으로 오스테나이트계인 영역의 미세구조는 급속 냉각에 의해 마르텐사이트계 및/또는 베이나이트계 미세구조로 변환되고, 마르텐사이트계 미세구조의 달성이 특히 바람직하다. 공작물 내에 상이한 미세구조들이 요구될 경우에, "맞춤형 템퍼링" 공정에 의해서 또는 대안적으로 예를 들어 하나 이상의 열처리 가능한 스틸 재료와 하나 이상의 열처리 불가능한 스틸 재료로 형성된 맞춤형 블랭크의 사용을 통해서, 경질 미세구조를 갖는 하나 이상의 영역과 연질 미세구조를 가지며 경질 미세구조에 비해 연성이 더 큰 하나 이상의 영역을 형성할 수 있다. 직접 열간 성형이 특히 바람직하다.
차등 코팅에 의해, 공작물은 일부 영역에서 모자 형상 또는 오메가 형상 프로파일 단면(5)을 갖는 부품을, 간접 열간 성형, 바람직하게 직접 열간 성형에 의해, 제조하기 위해 사용된다. 보다 구체적으로, 제조된 부품은 하프 쉘의 형태를 갖는다. 하프 쉘은, 설치된 상태에서 바람직하게 A-, B-, C-, D-필라, 문틀, 세로 빔, 가로 빔, 크래시 박스 또는 섀시 부품의 부분인 부품이다. 여기에 도시되지 않은 것은, 열간 성형된 부분이 예를 들어 부속물로서, 특히 휠 림의 부분으로서, 바람직하게 휠 림의 휠 디스크로서 사용되는 다른 프로파일 단면을 가질 수도 있다는 것이다. 도 2는 예를 들어 B 필라 형태의, 본 발명의 부품의 제1 실시예의 부분 단면도이다. 도시된 것은 부품의 축(F)을 따른 단면도이며, 이 부품은 적어도 이 단면에서 축(F)에 대해 대칭적으로 형성될 수 있다. B 필라는 그 부품 축을 따라서 가변적인 길이의 단면을 갖는다. 특히 바람직한 직접 열간 성형의 경우에, 열간 성형 및 가압 경화 중에 다이와 접촉하는 공작물의 제1 표면(3)은 높은 압축/인장 응력을 겪으며, 그 결과 모재 내로 연장되는 균열 깊이가 깊은 균열이 가열로 인해 재료를 약하게 하는 액체 아연 상에 의해 임계 영역(1)에 형성된다. 열간 성형 및 가압 경화 중에 펀치와 접촉하는 공작물의 제2 표면(4)은 제1 표면에 비해 더 낮은 압축/인장 응력을 겪으며, 그 결과 펀치와 대면하는 측에 과도하게 깊은 균열이 형성될 위험이 없다. 이 종류의 부품 또는 하프 쉘은 공동을 갖는 프로파일을 형성하기 위해 추가 부품 또는 하프 쉘에 결합되는 것이 바람직하다. (공급 시의 상태에서) 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 감소된 부품의 제1 표면(3)은 따라서 부품-관련 이유로 외측면을 갖는다. 제1 표면(3)에 비해서 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 두꺼운 제2 표면(4)은 따라서 부품 관련 이유로 공동 내에 존재하는 내측면을 갖는다. 특히 공동에서, 부식성 매체가 유입되는 경우, 부식 위험이 증가할 수 있다. 일반적으로, 이차 조치, 예를 들어 왁스에 의한 공동 밀봉이 이들 영역에서 취해진다. 제2 표면(4) 상의 아연 함유 코팅의 대응하는(더 높은) 코팅 두께에 의하면, 본 발명에 따라서 능동적인 장기 부식 방지를 제공할 수 있다.
균열의 형성을 연구하기 위해, 열간 성형 및 가압 경화 부품(5)의 임계 영역(1)으로부터 두 개의 샘플을 취하였으며, 코팅(7)은 현미경사진을 생성할 수 있도록, 어닐링 처리와 후속 열간 성형 및 가압 경화 이후에 온도-관련 이유로 철이 농후해졌다. 6분의 체류 시간에서 노 온도는 880℃였다. 가압 경화 부품은 적어도 제1 표면(3) 상에 전기분해식으로 도포되는 아연 함유 코팅을 갖고 공급 시의 상태에서의 가압 경화 이전에 3㎛(도 3a) 및 5㎛(도 3b)의 코팅 두께를 갖는 망간-붕소 스틸(22MnB5)로 제조되었다. 철-농후 코팅에서는, (공급 시의 상태에서) 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 4㎛ 이상일 때 균열 깊이(6')가 깊은 균열이 존재하며 이 균열은 모재(2)로 연장됨을 현미경 사진에서 알 수 있다. 모재 내의 균열 깊이(6')는 10㎛ 이상이며(도 3b), 이것은 충돌 시 충분한 부품 강도 및 특히 주기적 하중 하에서의 기대 수명이 더 이상 보장될 수 없음을 의미한다. 균열 형성 거동은 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 4㎛ 미만인(공급 시의 상태에서) 경우와 다르다. 모재(2) 내의 균열 깊이(6)는 최대 10㎛로 감소될 수 있으며, 이는 충돌 시 충분한 부품 강도 및 특히 주기적 하중 하에서의 기대 수명이 보장될 수 있음을 의미한다. 충분한 음극 부식 방지를 보장하기 위해, 제1 표면(3) 상의 코팅 두께는 아직 가압 경화되지 않은 상태에서(공급 시의 상태에서), 1㎛ 이상, 특히 1.5㎛ 이상, 보다 바람직하게 2㎛ 이상이다. 제2 표면(4) 상의 코팅 두께는 25㎛ 이하, 특히 20㎛ 이하, 보다 바람직하게 15㎛로 제한된다.
A, B, C, D: 단계 시퀀스, 방법 단계
E: 공정 방향
F: 부품 축
1: 임계 영역
2: 열처리 가능한 스틸 재료, 모재
3: 스틸 재료의 제1 표면
4: 스틸 재료의 제2 표면
5: 가압 경화 부품
6, 6': 균열 깊이
7: 어닐링 처리와 후속 열간 성형 및 가압 경화 이후의 코팅

Claims (12)

  1. 차량용 부품(5) 제조 방법이며,
    - (A) 양면에 아연 함유 코팅이 제공되고 열처리 가능한 스틸 재료(2)로 구성된 공작물을 제공하는 단계,
    - (B) 상기 공작물을 Ac1 초과의 온도로 적어도 부분적으로 가열하는 단계,
    - (C) 적어도 부분적으로 가열된 공작물을 하나 이상의 펀치와 하나 이상의 다이를 포함하는 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에 삽입하는 단계,
    - (D) 펀치 및/또는 다이의 서로를 향한 상대 운동에 의해 공구를 폐쇄하고 공작물을 열간 성형 및/또는 가압 경화하는 단계로서, 적어도 부분적으로 경화 미세구조가 형성되도록, 폐쇄된 공구 내에서 가열된 공작물의 하나 이상의 영역을 냉각시키는 단계를 포함하는, 차량용 부품 제조 방법에 있어서,
    공작물은 공작물의 제2 표면(4)에 비해 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 더 얇은 제1 표면(3)을 가지며, 상기 공작물은 공작물의 제1 표면(3)이 부품 제조 시 압축 및/또는 인장을 주로 받는 측에, 특히 주로 오목하게 형성된 공구 측에 배치되도록 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 차량용 부품 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 공작물은 그 제공 이전에, 전기분해 방식으로 도포되거나 용융 도금된 아연 함유 코팅이 제공된 스트립 형태의 스틸 재료로부터 분리되는 것을 특징으로 하는, 차량용 부품 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 스트립 형태의 스틸 재료는, 아연 함유 코팅의 도포 이후에, 특히 200℃ 내지 Ac1, 바람직하게 350℃ 내지 Ac1의 온도에서, 5 내지 300초, 바람직하게 20 내지 240초의 기간동안 열처리를 거치는 것을 특징으로 하는, 차량용 부품 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 4㎛ 미만, 특히 3.5㎛ 미만, 보다 바람직하게 3㎛ 미만인 제1 표면(3), 및 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 4㎛ 이상, 특히 4.5㎛ 이상, 보다 바람직하게 5㎛ 이상인 제2 표면(4)을 갖는 공작물은 각각 아직 가압 경화되지 않은 상태에서 사용되는 것을 특징으로 하는, 차량용 부품 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물은 가열된 후에 실질적으로 편평한 공작물로서 열간 성형 및 가압 경화 공구에 삽입되거나, 이미 냉간 성형된 거의 완성된 형상의 공작물로서 가압 경화 공구에 삽입되는 것을 특징으로 하는, 차량용 부품 제조 방법.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물은 제1 공구에서 열간 성형되고 제2 공구에서 적어도 부분적으로 가압 경화되는 것을 특징으로 하는, 차량용 부품 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공작물은 열간 성형 및/또는 가압 경화 공구에서 트리밍되는 것을 특징으로 하는, 차량용 부품 제조 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 맞춤형 제품인 공작물이 사용되는 것을 특징으로 하는, 차량용 부품 제조 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 적어도 일부 영역에서 모자 형상 또는 오메가 형상의 프로파일 단면을 갖는 부품(5)이 특히 하프 쉘 형태로, 바람직하게는 A-, B-, C-, D-필라, 문틀, 세로 빔, 가로 빔, 크래시 박스 또는 섀시 부품의 부분으로서 제조되는 것을 특징으로 하는, 차량용 부품 제조 방법.
  10. 적어도 일부 영역에서 모자 형상 또는 오메가 형상의 프로파일 단면을 가지며, 적어도 부분적으로 가압 경화되고, 특히 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따라 제조되는, 차량용 부품(5)에 있어서,
    상기 부품은 부품(5)의 제2 표면(4)에 비해서 아연 함유 코팅의 코팅 두께가 더 얇은 제1 표면(3)을 갖는 것을 특징으로 하는, 차량용 부품.
  11. 제10항에 있어서, 상기 부품(5)은 맞춤형 제품으로 형성된 것을 특징으로 하는, 차량용 부품.
  12. 차량의 차체 부품으로서, 특히 A-, B-, C-, D-필라, 문틀, 세로 빔, 가로 빔, 크래시 박스의 부분으로서, 또는 차량 섀시 부분으로서, 특히 섀시 부품의 부분으로서의, 제10항 또는 제11항에 따른 부품(5)의 사용.
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