KR20250026309A - 프레스 경화된 가시성 강 부분을 갖는 자동차 - Google Patents

Abstract

자동차는, 적어도 하나의 외부 스킨 부분 또는 반가시성 부분이 코팅된 프레스 경화된 강으로 제조되고, 가열 및 프레스 경화된 전에 상기 강의 코팅은 중량 당으로 8 내지 12%의 규소, 최대 3%의 철, 및 최대 0.1%의 불가피한 불순물들을 함유하고, 잔부는 알루미늄이고, 상기 코팅은 측면 당 10 내지 20 ㎛의 두께를 갖다.

Description

프레스 경화된 가시성 강 부분을 갖는 자동차

본 발명은 개선된 외관을 갖는 코팅된 강의 프레스 경화된 부분을 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이고, 보다 상세하게는 자동차용의 노출된 또는 반노출된 부분의 제조를 위해 사용되도록 의도되지만 이에 제한되지 않는 프로세스에 관한 것이다.

최근, 특히 자동차 산업에서, 부분들의 형상화를 위한 열간 스탬핑 프로세스들에서 코팅된 강의 사용이 중요하게 되었다. 이러한 부분들의 제조는 다음의 주요 단계들을 포함할 수 있다:

- 핫 딥핑에 의해, 강판을 코팅하는 단계

- 트리밍(trimming) 또는 커팅하여 블랭크를 획득하는 단계

- 블랭크를 가열하여 강 미세조직을 오스테나이트로 변형하는 단계

- 열간 성형 후에 부분을 급속 냉각하여 주로 마르텐사이트 구조를 획득하는 단계.

자동차 제조를 위해 의도된 프레스 경화된 강 부분은 일반적으로 알루미늄계 금속 코팅으로 코팅되어, 이는 오스테나이트화 열처리와 후속 프레스 경화된 단계 자체를 모두 견딘다. 부분의 고온 변형 및 켄칭 후, 코팅은 부식에 대한 보호부를 제공한다. 상기 코팅은 액체 배스에서 핫-딥 코팅에 의해 디포짓팅된다.

자동차 제조를 위해 의도된 프레스 경화된 강 부분은 고온에서 깊게 드로잉될 수 있으며 성형 공구로 켄칭되어 목표로 하는 미세조직에 이른다. 재료 특성의 관점에서, 500 내지 2000 MPa의 인장 강도 및 5 내지 15%의 인장 연신율이 달성될 수 있다. 프레스 경화된 강 부분은 매우 높은 강도와 우수한 성형성을 조합한다는 주요 이점을 제공한다.

그후, 프레스 경화된 부분을 조립하여 화이트의 바디(body in white)를 형성하고, 그후 적어도 하나의 페인트 코트로 코팅함으로써, 더 큰 부식 보호부를 제공한다.

냉간 스탬핑된 아연 도금 강 재료에 의해 달성되는 양태에 비해, 프레스 경화된 강의 표면 양상은 불량하게 유지된다. 페인트 층은 표면 불규칙성을 줄이는 경향을 갖는다. 그러나 페인팅 후에도, 표면 결함과 대응하는 유해한 외관 때문에 프레스 경화된 부분은 외부 스킨 부분에 대해 사용될 수 없다. 이는 프레스 경화된 코팅된 강 부분이 물결형 표면과 같은 다양한 결함을 갖기 때문이다. 페인팅 후, 부분은 예를 들어 국지적으로 "오렌지 껍질"과 유사한 허용되지 않는 외관을 가질 것이다.

외부 스킨 부분 외에도, 반가시성 부분은 차량의 문이 열릴 때에만 가시성일 수 있다. 프레스 경화된 부분은 반가시성 부분을 제조하기에 적합하지 않다.

앞서 설명한 이유로, 프레스로 경화된 부분은 고객의 시선에 직접 노출되지 않고 더 양호한 외관을 갖는 부가적인 금속 부분으로 커버된다. 상기 부가적인 부분은 외관상의 기능일 뿐 기계적 기능이 없거나 매우 적다. 그것은 스크린으로서 작용하며 프레스 경화된 부분을 눈에 비가시성으로 만든다. 예를 들어, 바디-사이드(body-side)라 불리는 부분은 보통 매우 양호한 시각적 양상을 갖는 하나의 큰 피스로 제조된다. 이러한 외관상의 바디-사이드 부분은 스크린으로서 작용하여 전방 휠로부터 후방 휠까지 구조적 부분을 커버한다.

자동차의 일반적인 구조는 다음의 라벨링: 1 : A-필러, 2 : B-필러, 3 : C-필러, 4 : 측면 실, 5 : 루프 레일, 6 : 바디 사이드를 갖는 도 1에서 볼 수 있다.

표면파형(W)은 짧은 파장(< 0.8 mm)의 기하학적 불규칙성에 대응하는, 거칠기(R)와 구별되는, 상당히 긴 파장(0.8 내지 10 mm)의 완만한 의사주기적 기하학적 불규칙성이다.

본 발명에서, 시트의 표면파형을 특징짓기 위해 ㎛로 표현되는, 표면파형 프로파일의 산술 평균(Wa)이 사용되며, 2.5 mm 내지 8.0 mm의 컷-오프 임계치를 갖는 표면파형 측정치는 Wa_2.5-8로 표시된다.

따라서, 본 발명의 목적은 종래기술 분야의 프레스 경화된 부분에 비해 그 표면파형(Wa_2.5-8)이 감소된 적어도 하나의 프레스 경화된 코팅된 강 부분으로 제조된 자동차를 제공하는 것이다.

이러한 목적은 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 자동차에 의해 달성된다.

이를 위해, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 프레스 경화된 코팅된 강 부분의 제조 방법을 개시한다.

A) 0.7 내지 2.5mm의 두께를 갖는 강판을 공급하는 단계,

B) 중량 당으로, 8 내지 12%의 규소, 최대 3%의 철, 및 최대 0.1%의 제조 프로세스로부터의 불가피한 불순물을 함유하는 알루미늄계 액체 금속 배스에 핫 딥핑함으로써 상기 강판을 코팅하는 단계로서, 상기 코팅은 측면 당 10 내지 20 ㎛의 두께를 갖는, 상기 코팅하는 단계,

C) 템퍼 압연 스탠드 안의 재료와 밖의 재료 사이의 속도 차이에 의해 정의되는, 0.1 내지 1.2%의 총 연신율로 코팅된 강판을 템퍼 압연하는 단계,

D) 상기 코팅된 템퍼 압연된 강판을 커팅하여 블랭크를 획득하는 단계,

E) 800 내지 970℃의 온도에서 상기 블랭크를 가열하여 강에서 완전 오스테나이트계 미세조직을 획득하는 단계,

F) 프레스 공구 내로 블랭크를 이송하는 단계,

G) 상기 블랭크를 프레스 경화시켜 프레스 경화된 부분을 획득하는 단계.

단계 A)에서, 임의의 강이 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있다. 하지만, 높은 기계적 강도를 갖는 강이, 특히 자동차 구조 부분을 위해 필요한 경우에, 500 MPa 보다 높은, 유리하게는 열처리 전 또는 후에 500 내지 2000 MPa 의 인장 저항을 갖는 강이 사용될 수 있다. 강판의 중량은 다음과 같은 것이 바람직하다: 0.03% ≤ C ≤ 0.50%; 0.3% ≤ Mn ≤ 3.0%; 0.05% ≤ Si ≤ 0.8%; 0.015% ≤ Ti ≤ 0.2%; 0.005% ≤ Al ≤ 0.1%; 0% ≤ Cr ≤ 2.50%; 0% ≤ S ≤ 0.05%; 0% ≤ P ≤ 0.1%; 0% ≤ B　≤ 0.010%; 0% ≤ Ni ≤ 2.5%; 0% ≤ Mo ≤ 0.7%; 0% ≤ Nb ≤ 0.15%; 0% ≤ N ≤ 0.015%; 0% ≤ Cu ≤ 0.15%; 0% ≤ Ca ≤ 0.01%; 0% ≤ W ≤ 0.35%, 잔부는 철 및 강의 제조로부터의 불가피한 불순물이다

예를 들어, 강판은 다음의 중량 조성을 갖는 22MnB5이다: 0.20% ≤ C ≤ 0.25%; 0.15% ≤ Si ≤ 0.35%; 1.10% ≤ Mn ≤ 1.40%; 0% ≤ Cr ≤ 0.30%; 0.020% ≤ Ti ≤ 0.060%; 0.020% ≤ Al ≤ 0.060%; 0.002% ≤ B ≤ 0.004%, 잔부는 철 및 강의 제조로부터의 불가피한 불순물이다.

또 다른 실시예에서, 강판은 다음의 중량 조성을 갖는다: 0.24% ≤ C ≤ 0.38%; 0.40% ≤ Mn ≤ 3%; 0.10% ≤ Si ≤ 0.70%; 0.015% ≤ Al ≤ 0.070%; Cr ≤ 2%; 0.25% ≤ Ni ≤ 2%; 0.015% ≤ Ti ≤ 0.10%; Nb ≤ 0.060%; 0.0005% ≤ B ≤ 0.0040%; 0.003% ≤ N ≤ 0.010%; S ≤ 0.005%; P ≤ 0.025%; 잔부는 철 및 강의 제조로부터의 불가피한 불순물이다.

대안적으로, 강판은 다음과 같은 중량 조성을 가질 수 있다: 0.30% ≤ C ≤ 0.40%; 0.5% ≤ Mn ≤ 1.0%; 0.40% ≤ Si ≤ 0.80%; 0.1% ≤ Cr ≤ 0.4%; 0.1% ≤ Mo ≤ 0.5%; 0.01% ≤ Nb ≤ 0.1%; 0.01% ≤ Al ≤ 0.1%; 0.008% ≤ Ti ≤ 0.003%; 0.0005% ≤ B ≤ 0.003%; 0.0% ≤ P ≤ 0.02%; 0.0% ≤ Ca ≤ 0.001%; 0.0% ≤ S ≤ 0.004%; 0.0% ≤ N ≤ 0.005%, 잔부는 철 및 강의 제조로부터 기인된 불가피한 불순물이다.

예를 들어, 강 시트는 다음의 중량 조성을 갖는다: 0.040% ≤ C ≤ 0.100%; 0.80% ≤ Mn ≤ 2.00%; 0% ≤ Si ≤ 0.30%; 0% ≤ S ≤ 0.005%; 0% ≤ P ≤ 0.030%; 0.010% ≤ Al ≤ 0.070%; 0.015% ≤ Nb ≤ 0.100%; 0.030% ≤ Ti ≤ 0.080%; 0% ≤ N ≤ 0.009%; 0% ≤ Cu ≤ 0.100%; 0% ≤ Ni ≤ 0.100%; 0% ≤ Cr ≤ 0.100%; 0% ≤ Mo ≤ 0.100%, 잔부는 철 및 강의 제조로부터의 불가피한 불순물이다.

또 다른 실시예에서, 강판은 다음의 중량 조성을 갖는다: 0.06% ≤ C ≤ 0.1%, 1% ≤ Mn ≤ 2%, Si ≤ 0.5%, AI ≤ 0.1%, 0.02% ≤ Cr ≤ 0.1%, 0.02% ≤ Nb ≤ 0.1%, 0.0003% ≤ B ≤ 0.01%, N ≤ 0.01%, S ≤ 0.003%, P ≤ 0.020%, 0.1% 미만의 Cu, Ni 및 Mo, 잔부는 철 및 강 제조로부터 기인된 불가피한 불순물이다.

다른 실시예에서, 강판은 다음의 중량 조성을 갖는다: 0.015% ≤ C ≤ 0.25%; 0.5% ≤ Mn ≤ 1.8%; 0.1% ≤ Si ≤ 1.25%; 0.01% ≤ Al ≤ 0.1%; 0.1% ≤ Cr ≤ 1.0%; 0.01% ≤ Ti ≤ 0.1%; 0% ≤ S ≤ 0.01%; 0.001% ≤ B ≤ 0.004%; 0% ≤ P ≤ 0.020%; 0% ≤ N ≤ 0.01%; 잔부는 철 및 강의 제조로부터의 불가피한 불순물이다.

대안적으로, 강판은 다음의 중량 조성을 갖는다: 0.2% ≤ C ≤ 0.34%; 0.5% ≤ Mn ≤ 1.24%; 0.5% ≤ Si ≤ 2.0%; 0% ≤ S ≤ 0.01%; 0% ≤ P ≤ 0.020%; 0% ≤ N ≤ 0.01%, 잔부는 철 및 강의 제조로부터의 불가피한 불순물이다.

강판은 원하는 두께에 따라 열간 압연 및 선택적으로 냉간 압연에 의해 획득될 수 있다. 0.5 mm 미만의 두께는 열간 성형 프로세스 동안 찢어질 수 있다. 3.0mm보다 두꺼운 프레스 경화된 부분은 자동차 바디에 대해 요구되지 않는다.

단계 B)에서, 그후 용융 배스에서 강판을 핫 딥핑하고 후속하여 에어 나이프에 의해 와이핑하여 코팅 두께를 조정한다. 코팅 두께가 측면 당 10㎛ 미만이면 부식 성능이 충분하지 않다. 코팅 두께가 측면 당 20㎛를 초과한다면, 스탬핑된 부분의 표면파형(Wa_2.5-8)이 너무 높다.

단계 C)에서는 그후 강판을 템퍼 압연한다. 템퍼 압연 작업은 단일 스탠드 템퍼 압연 밀에서 행해지며, 강 스트립은 상기 밀의 2개의 작업 롤 사이에서 압연된다. 작업 롤에 의해 강판에 압력이 인가되고, 이는 스트립과 접촉하는 모선을 따라 선형 압력을 가한다. 템퍼 압연 밀에서의 연신율 레이트는 템퍼 압연 스탠드 밖으로 압연되는 재료 속도에서 상기 스탠드 내에서 압연되는 재료 속도를 뺀 값의 상대 차이에 의해 주어진다. 연신율이 0.1% 미만이면, 최종 프레스 경화된 부분의 강판 상에서도 또한 점과 같은 표면 결함이 관찰된다. 연신율이 1.2% 초과이면, 프레스 경화된 부분의 표면파형(Wa)이 너무 높아지게 된다. 실제로, 본 발명자들은 놀랍게도 1.2% 초과의 템퍼 압연 연신율 레이트가 0.41㎛ 초과의 프레스 경화된 부분의 표면파형(Wa_2.5-8 )을 유도한다는 것을 발견하였다. 이론에 얽매이지 않는다면, 템퍼 압연 연신율이 감소한다는 것은 또한 프레스 경화된 부분의 표면파형도 감소시킨다고 여겨진다.

바람직하게는, 단계 C)의 연신율 레이트는 0.9% 이하, 보다 바람직하게는 0.7% 이하, 유리하게는 0.5% 이하, 또는 심지어 0.3% 이하이다.

본 발명에 따른 자동차에서, 프레스 경화된 부분은 0.41㎛ 미만, 바람직하게는 0.35㎛ 미만, 또는 심지어 0.29㎛ 미만의 표면파형(Wa_2.5-8)을 갖는다.

본 발명에 따른 자동차의 프레스 경화된 부분은 외부 스킨 부분에 대해 적합하다.

본 발명으로 인해, 프레스 경화된 부분을 숨기는 외관상의 부분이 억제될 수 있다. 예를 들어, 본 발명은 바디-사이드(6)을 억제할 수 있다.

본 발명에 따른 자동차의 프레스 경화된 부분은 또한 반가시성 부분에 대해 적합하다. 예를 들어, 본 발명은 도어가 개방될 때에만 가시성으로 되는 자동차의 다음의 반가시성 부분: A-필러(1), B-필러(2), C-필러(3), 측면 실(4), 또는 루프 레일(5)에 대해 적합하다.

예를 들어, 본 발명은 또한 후방 테일게이트가 개방될 때만 가시성으로 되는 자동차의 해치백에 포함된 반가시성 부분에 대해 적합하다.

본 발명에 따른 자동차에서 사용된 프레스 경화된 부분은 목표로 하는 기계적 특성, 특히 항복 강도 및 인장 강도에 따라, 다양한 타입의 미세조직을 가질 수 있다. 예를 들어, 프레스 경화된 부분은 높은 저항이 필요할 때, 부피 분율의 관점에서, 적어도 95%의 마르텐사이트를 포함하는 강 미세조직을 갖는다. 프레스 경화된 부분은 또한 적어도 50%의 마르텐사이트 및 40% 미만의 베이나이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다. 이는 저항과 변형이 모두 필요한 자동차에 위치된 부분에 대한 경우이다. 크래시의 경우에 변형을 허용하는 것은 크래시 에너지를 흡수하기 위한 설계 기술이다. 마지막으로, 프레스 경화된 부분은 침입 방지 기능을 갖는 부분에 대해, 5 내지 20%의 마르텐사이트, 최대 10%의 베이나이트 및 적어도 75%의 등축화된 페라이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.

본 발명은 지금부터 단지 정보를 위해 실행되는 시험들에서 설명될 것이다. 그것들은 제한되지 않는다.

예들

모든 샘플에 대해, 사용된 탄소강 코일은 22MnB5 이다. 강의 조성은 다음과 같다: C = 0.23 %; Mn = 1.2 %; Si = 0.25 %; %; Cr = 0.2 %; Al = 0.04 %; Ti = 0.04 %; B = 0.003 %이다.

모든 강 코일은 원하는 두께로 연속적으로 압연되었다. 압연 후, 이들은 어닐링되었고 금속 배스에 핫 딥핑함으로써 디포짓팅된 코팅으로 연속적으로 코팅되었다. 이러한 코팅은 9 중량% 의 규소, 3 중량%의 철을 포함하고, 잔부는 알루미늄이다.

핫-딥핑 알루미늄 처리 후, 강 코일은 상이한 연신율로 템퍼 압연되었다. 템퍼 압연 작업은 단일 스탠드 템퍼 압연 밀에서 행해지며, 강 스트립은 상기 밀의 2개의 작업 롤 사이에서 압연된다. 템퍼 압연 밀에서의 연신율 레이트는 템퍼 압연 스탠드 밖으로 압연되는 재료 속도에서 상기 스탠드 내에서 압연되는 재료 속도를 뺀 값의 상대 차이에 의해 주어진다.

테스트가 진행됨에 따라, Wa_2.5-8 표면파형 값이 측정된다. 이러한 측정은 스키드가 없는 기계적 촉진에 의해, 압연 방향에 대해 횡방향의 방향으로 측정된, 40mm 길이의 시트의 프로파일을 획득하는 것으로 이루어진다. 8 mm의 컷오프를 갖는 가우시안 필터를 사용하여 형태에 대응하는 긴 파 성분을 분리한다. 그후, 표면파형(Wa)은 2.5 mm의 컷오프를 갖는 가우스 필터에 의해 거칠기(Ra)를 포함하는, 짧은 파 성분으로부터 격리된다. 사용되는 가우시안 필터는 표준 ISO 16610-21:2012에 정의된다.

예 1: 열간 스탬핑 테스트

강판을 200x250 mm²의 치수를 갖는 직사각형 블랭크로 커팅하였다. 그후 각각의 블랭크를 재료 두께에 따라, 900℃에서 345 내지 405초 동안 노에서 가열했다. 가열 후, 각각의 블랭크를 2개의 플레이트로 구성된 플랫형 공구 내로이송했다. 플레이트를 순환하는 물로 냉각시켰다. 냉각수 회로의 온도 설정점은 17℃이었다. 2개의 플레이트 사이의 공구 가압력은 50T였다.

템퍼 압연된 강판에 대해 각각의 템퍼 연신율에 대응하는 표면파형(Wa _2.5-8)을 측정하였다. 그 결과는 표 1에 개시된다.

표 1

*본 발명에 따른 예들, 밑줄 친 값들은 본 발명에 따르지 않은 것이다

Claims (7)

1. 자동차로서,
   적어도 하나의 외부 스킨 부분 또는 적어도 하나의 반가시성 부분이 코팅된 프레스 경화된 강으로 제조되고, 가열 및 프레스 경화 전에 상기 강의 코팅은 중량 당으로, 8 내지 12%의 규소, 최대 3%의 철, 및 최대 0.1%의 불가피한 불순물들을 함유하고, 잔부는 알루미늄이고, 상기 코팅은 측면 당 10 내지 20 ㎛의 두께를 갖는, 자동차.
2. 제1항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 반가시성 부분은 A-필러, B-필러, C-필러, 루프 레일 및 측면 실 중으로부터 선택되는, 자동차.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 부분은 프레스 경화된 후 0.41㎛ 미만의 표면파형(waviness : Wa_2.5-8)을 갖는, 자동차.
4. 제3항에 있어서,
   상기 부분은 프레스 경화된 후 0.35㎛ 미만의 표면파형(Wa_2.5-8)을 갖는, 자동차.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   프레스 경화된 부분의 미세조직은, 부피 분율의 관점에서, 적어도 95%의 마르텐사이트를 포함하는, 자동차.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   프레스 경화된 부분의 미세조직은, 부피 분율의 관점에서, 적어도 50%의 마르텐사이트 및 40% 미만의 베이나이트를 포함하는, 자동차.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   프레스 경화된 부분의 미세조직이 5 내지 20%의 마르텐사이트, 최대 10%의 베이나이트 및 적어도 75%의 등축화된 페라이트를 포함하는, 자동차.
   

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