핫스탬핑 철강과 아연코팅 평가 실험

최근 몇 년 동안 차량의 수명 동안 안전 성능이 점점 더 주목받고 있습니다. 이 글에서는 핫스탬핑 철강과 아연 코팅에 댛나 평가실험에 대해 알려주려고 합니다. 고강도 강판을 사용하는 핫 스탬핑 부품은 높은 안전성과 경량화를 위해 널리 사용됩니다. 그러나 이러한 부품의 수명 동안 효과를 보장하는 방법이 중요한 문제로 대두되었습니다.

핫스탬핑과 부식

핫 스탬핑 부품에 치명적인 손상 중 하나는 부식으로, 이는 미세 균열과 그 후의 균열 성장을 유발할 수 있으며, 심지어 부품의 파손을 초래할 수 있습니다. 바닥 중간 채널과 도어 실과 같은 하부 핫 스탬핑 부품은 습한 환경에 노출됩니다. 이러한 부품은 더 높은 부식 저항 특성이 필요합니다. 전통적으로 사용된 코팅이 없는 핫 스탬핑 부품과 Al-Si 코팅에 비해, 순수 Zn 코팅(GI), Zn-Fe 코팅(GA), Zn-Ni 코팅(GA)과 같은 Zn 기반 코팅이 이론적으로나 실제로 조사되었습니다. 이러한 코팅은 핫 성형 중에 산화 방지뿐만 아니라 핫 스탬핑 부품에 추가적인 음극 보호를 제공합니다. 그러나 저융점 상으로 인해 Zn 코팅 강철의 핫 스탬핑은 액체 금속 유발 취성(LME)으로 제한되었습니다.

 

핫스탬핑 평가 방법

두께 1.4 mm의 냉간 압연 후 용융 아연 도금된 22MnB5 강판을 사용했습니다. 항복 강도와 최대 인장 강도는 각각 427 MPa와 621 MPa입니다. 연신율은 27%입니다. 화학 성분은 표 1에 나와 있습니다. 재료는 레이저로 도어 실 형태로 절단된 후, 상온에서 약 900°C로 가열하기 위해 다층 서랍형 가마로 옮겨집니다. 내구성을 위해 소재의 내부 구조가 완전히 오스테나이트화되도록 설정 온도에 도달할 때까지 가마에 머물러야 합니다. 오스테나이트화 후 가열된 블랭크는 핫 스탬핑 다이로 옮겨집니다. 이 과정에서 고압 분무 예냉이 적용되어 이전 가열 과정 중 녹은 코팅의 빠른 응고가 이루어집니다. 냉각 종료 시 목표 온도는 약 600°C입니다. 예냉 과정이 끝나면 다이가 닫힙니다. 이후 과정은 전통적인 핫 스탬핑 공정과 유사한 프레스 경화 과정입니다. Zn 코팅된 PHS 강철의 핫 스탬핑에 채택된 접근 방식의 주요 공정은 그림 1에 나타나 있습니다.

 

각 평가 공정 매개변수 제어방법

핵심은 블랭크가 가마를 떠난 후의 온도를 제어하는 것입니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이, 분무 노즐은 프레스 작업판에 위치하며, 노즐과 핫 스탬핑 다이 사이의 거리 및 분사 각도는 분무 효과에 따라 조정할 수 있습니다. 빨간색을 제외한 색깔의 실선은 분무 범위를 나타냅니다. 분무 매체는 압축 공기와 혼합되어 분무가 물방울을 형성하지 않도록 합니다. 블랭크의 온도 값과 분포를 모니터링하기 위해 적외선 열 화상 장치를 사용합니다. 시트의 온도 변동을 보상하기 위해, 적외선 열 화상 장치가 수집한 온도와 분무 매체의 흐름 및 압축 공기의 압력이 제어 시스템에 통합됩니다. 이 제어 시스템을 통해 분무 과정을 자동으로 제어할 수 있습니다. 이전 연구에 따르면, 매체의 흐름과 공기 압력이 분무 예냉 효과에 영향을 미치는 두 가지 주요 요소입니다. 그러나 작업량 때문에 이 논문에서는 매체의 흐름만 변수로 변경합니다. 실험은 7바의 공기 압력으로 매체 흐름을 각각 50L/h와 100L/h로 수행합니다. 시트 전송 시간은 8초이며, 분무 예냉 시간은 약간 짧아 6초입니다. 반복성을 보장하기 위해, 각 공정 매개변수는 세 번 반복됩니다. 핫 스탬핑 후, 기계적 특성, 미세 구조 및 LME 테스트를 통해 분무 예냉 공정의 타당성을 평가합니다. A50 인장 샘플은 그림 2에 나와 있습니다.

 

LME균열 관찰

미세 구조와 LME(액체 금속 취성)는 광학 현미경을 사용하여 동일한 샘플로 테스트할 수 있습니다. 샘플은 프레스 경화 부품의 필렛 부분에서 레이저로 절단됩니다. 낮은 매체 흐름과 높은 매체 흐름 후의 미세 구조는 각각 그림 4와 5에 나타나 있습니다. 기본 재료의 상은 거의 마르텐사이트로 구성되어 있으며, 소량의 페라이트가 혼합되어 있습니다. 표면층과 기본 재료 사이에는 명확한 전이층이 존재하며, 이는 그림 4와 5 모두에서 확인할 수 있습니다. 그러나 낮은 매체 흐름 조건에서는 전이층을 통해 기본 재료로 10µm 이상 침투한 LME 균열이 관찰되었는데, 이는 BMW와 벤츠와 같은 일부 자동차 제조업체의 요구 사항에 맞지 않습니다. 반면 높은 매체 흐름에서는 연속적인 전이층이 유지됩니다. 결과는 가열된 블랭크의 표면에 더 높은 매체 흐름을 가하여 녹은 Zn-코팅을 고체화하여 LME를 크게 줄이거나 억제할 수 있음을 보여줍니다.