고급 핫스탬핑 기술로 승객 안전성 향상

자동차 산업의 가장 중요한 과제 중 하나는 승객 안전성을 향상시키면서 차량 무게를 줄여 에너지 소비와 배출량을 낮추는 것입니다. 초고 강도 강철(UHSS)은 이러한 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 하고 있습니다. 그러나 이러한 강철의 전통적인 차가운 성형은 종종 높은 응력과 스프링백 문제를 야기합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 고온 스탬핑(HS) 기술이 개발되었으며, 이를 통해 강도가 1500 MPa를 초과하는 복잡한 형상의 부품을 생산할 수 있게 되었습니다.

핫 스탬핑 기술의 장점

HS는 스프링백을 줄이고 초고 강도 부품을 생산하는 혁신적인 고온 성형 공정입니다. 이 공정은 강철 블랭크를 오스테나이트화 온도까지 가열한 다음, 냉각된 다이에서 형성하고 단냉합니다. 이로써 강철의 미세 구조가 마르텐 사이트로 변화하여 강도와 내구성을 향상시킵니다. HS 부품으로는 차량 안전에 중요한 A/B 피라미드, 범퍼 및 지붕 레일 등이 있습니다.

핫스탬핑 사용 소재

사용된 소재는 0.20C-0.85Si-1.60Mn-0.006P-0.002S-0.0015B (wt.%)의 새로운 저탄소 보론 합금강으로, 1.5mm 두께의 차가운 압연 시트 형태로 제공되었습니다. 이 강철 시트는 변환로 소성 후 솥로로 정련, 연속 주조 및 연속 압연을 통해 생산되었습니다. 시험된 강의 임계 온도는 Bähr DIL805L 빠른 냉각 장치(Bähr-Thermoanalyse GmbH, Hüllhorst, Germany)에 1.5mm × 4mm × 10mm 시편을 사용하여 팽창계 측정을 통해 얻었습니다(그림 1 참조). 1.5mm 두께의 차가운 압연 시트로부터 200mm폭과 300mm 길이의 시편이 절단되었습니다. 시편은 질소 보호 전기 저항로(ECOO Co., Ltd., Yancheng, China)에서 940°C에서 5분 동안 오스테나이트화되고, 그 후에는 연속적으로 내부 냉각수가 공급되는 설계된 HS 장치로 빠르게 이동되어 최종적으로 핫 스탬핑되었습니다(그림 2 참조). 비교를 위해 일부 시편은 직접 물로 빠르게 단냉되었습니다, 즉 HS 없이(DQ로 여기서 이후로 지칭됨). DQ 및 HS 시편의 일부는 100°C 및/또는 200°C에서 120분 동안 조직화되고 공기로 냉각되었습니다(각각 DQ-T100 및 HS-T200 시편이라고 함). 다양한 조직화 온도의 선택은 주로 수정된 HS 일정의 효과 및 저온 조직화 처리가 수소 취성 깨짐에 대한 감수성을 완화하는 데 미치는 영향을 연구하기 위한 것입니다. 인장 시트 시편의 절단은 그림 3에 나와 있습니다. 인장 시험을 위해 매끄러운 인장 시트 시편은 1.5mm 두께, 8mm 폭 및 40mm 게이지 길이로 절단되었습니다. 스트레스 집중 계수 Kt = 3.8인 0.25mm 노치 루트 반경, 1.5mm 노치 깊이의 노치가 있는 인장 시편은 SSRT 시험에 사용되었습니다.

수소 취성 깨짐과의 도전

HS는 기계적 특성을 향상시키지만, 특히 고강도 강철의 경우 수소 취성 깨짐(HE)에 민감도가 증가합니다. HE는 수소 노출이 최소라도 발생할 경우 재해를 일으킬 수 있습니다. 이 문제로 인해 수소가 풍부한 환경에서 UHSS의 사용이 제한됩니다. 22MnB5와 같은 보론 합금강은 HS 이후 마르텐 사이트 구조를 형성하여 강도와 탄성을 균형있게 제공하여 이 문제를 해결하려는 연구가 집중되어 왔습니다. 그러나 특히 추가적인 조직화가 있는 상태에서 이러한 강철의 HE 행동에 대한 연구가 더 필요합니다.

소재 선택 및 연구 초점

22MnB5와 같은 보론 합금강은 우수한 침투력으로 인해 HS에 널리 사용됩니다. 최근 연구에서는 맞춤형 특성을 갖는 다른 합금 및 비 보론 강을 탐구하여 단일 구성 요소 내에서 다양한 미세 구조를 결합하여 최적의 성능을 추구하고 있습니다. 수소의 유해한 영향에 대한 연구가 많이 진행되었지만, 핫 스탬핑 강에 대한 HE 감수성에 관한 데이터는 여전히 부족합니다.

현재 연구 및 미래 방향

현재 연구는 Nb 및 Ti와 같은 미량 합금 원소가 HE 감수성에 미치는 영향, Al-Si 코팅된 강에서 수소의 흡수/방출, 그리고 조직화가 HE에 미치는 영향을 조사하고 있습니다. 이 연구는 저탄소 보론 합금강의 HS 및 저온 조직화가 HE 행동에 미치는 복합적인 영향을 슬로 스트레인 비율 인장(SSRT) 시험을 통해 조사함으로써 수소 풍부한 환경에서의 자동차 부품의 안전성을 보장하고자 합니다.

결론

핫 스탬핑은 초고 강도 자동차 부품 제조의 과제를 해결하기 위한 유망한 해결책을 제공하며, 안전과 무게 감소의 필요를 균형 있게 유지합니다. 수소 취성 깨짐 및 소재 특성에 대한 지속적인 연구가 자동차 산업에서 이러한 기술의 적용을 발전시키는 데 중요할 것입니다.