(57)【要約】【課題】超高張力鋼板の加熱および成形の際に熱的組織安定性と寸法安定性を確保して、正確な強度を保証するとともに生産性を増加させることができる超高張力鋼板の温間成形方法に関する。【解決手段】本発明による超高張力鋼板の温間成形方法は、単相組織を有する鋼板をＡ１変態温度以下に加熱する加熱工程と、前記加熱された鋼板を加圧して、所定の形状に成形するプレス工程と、前記プレスされた鋼板を取り出した後、冷却する冷却工程と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単相組織を有する鋼板をＡ１変態温度以下に加熱する加熱工程と、
前記加熱された鋼板を加圧して、所定の形状に成形するプレス工程と、
前記プレスされた鋼板を取り出した後、冷却する冷却工程と、を含む、超高張力鋼板の温間成形方法。
【請求項２】
前記鋼板は、単相のマルテンサイト組織の鋼板または単相のフェライト組織の鋼板であることを特徴とする、請求項１に記載の超高張力鋼板の温間成形方法。
【請求項３】
前記単相のフェライト組織の鋼板は、析出硬化により強度が向上したことを特徴とする、請求項２に記載の超高張力鋼板の温間成形方法。
【請求項４】
前記プレス工程において用いられるモールドは、別の加熱、冷却無しに、前記加熱された鋼板から伝達された熱によって温度が調節されることを特徴とする、請求項１に記載の超高張力鋼板の温間成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超高張力鋼板の温間成形方法に関し、より詳細には、強度および成形性を同時に確保することができる超高張力鋼板の温間成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車産業の発達に伴い、超高張力鋼板の使用量が増大している。超高張力鋼板は、約５０ｋｇ／ｍｍ２の抗張力を有する高張力鋼板より高い抗張力を有する鋼材であり、加工硬化（ｓｔｒａｉｎ  ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）、焼入れ（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）、焼なまし（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、焼戻し（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）、焼ならし（ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ）、析出硬化、結晶粒微細化、固溶強化などの様々な強化機構により強度を向上させることができるが、強度の向上に反比例して成形性の低下が生じる。
【０００３】
従来、超高張力鋼板の成形性低下のため複雑な形状の部品や成形深さの深い部品などに超高張力鋼板を適用できない問題を解決するために、加熱により超高張力鋼板の成形性を向上させるための多くの試みがあった。
【０００４】
しかし、加熱後に生じる超高張力鋼板の強度低下、部材の歪みおよび寸法変形によって、正確な強度の保証と精密な寸法安定性を要求する自動車部品への適用が困難であった。
【０００５】
近年、このような問題点を解決するために、ホットスタンプ工法を適用して自動車部品用超高張力鋼板を製造しているが、ホットスタンプ工法は、鋼板の成形段階において鋼板を９００℃以上の温度に加熱して成形性を向上させ、冷却水が循環する特殊の金型を用いてプレス成形と同時に鋼板を急冷させることで高い強度を得る工法である。
【０００６】
このようなホットスタンプ工法は、鋼板のオーステナイト相をマルテンサイト相に変態させて１５０Ｋ以上の高強度を得ることができ、金型内で部品が固定された状態で冷却が完全になされる特性により、部品の寸法変形が生じず、鋼板の取り出し後にもスプリングバックが生じないという利点がある。
【０００７】
しかし、冷却水が循環可能な専用の金型を使用しなければならず、ドローパネルのレーザトリミングが必要であり、金型内で鋼板の冷却が完全になされることから、生産性が２ＳＰＭ水準まで低いという欠点がある。
【０００８】
また、鋼板を加熱する温度が、オーステナイトのＡ３変態温度以上に上がるため、析出硬化により加工された超高張力鋼板の場合、析出物による強化効果が失われる。
【０００９】
すなわち、鋼板に加えられる高温の熱により再結晶化が進むことで強化効果がほとんど失われるだけでなく、結晶相の変化に伴い格子構造および格子定数が変形して鋼板の寸法もまた変わる。
【００１０】
つまり、近年、適用が急速に拡大しているホットスタンプ工法もまた、自動車部品用超高張力鋼板を製造するための最適の方法になることができないため、本発明では上述の問題点を解決するための方法を提示する。
【００１１】
鋼板の成形性低下を防止するための方法が、従来の「熱処理特性に優れた自動車補強材用冷延鋼板とその製造方法（韓国登録特許１０‐０５３００６８）」および「熱処理硬化型超高強度鋼板、これを用いた熱処理硬化型部材とその製造方法（韓国登録特許１０‐０８７８６１４）」に具体的に開示されている。
【００１２】
従来の「熱処理特性に優れた自動車補強材用冷延鋼板とその製造方法（韓国登録特許１０‐０５３００６８）」では、アルミキルド鋼を１０５０〜１３００℃で均質化処理してＡｒ３変態点直上の８５０〜９５０℃の仕上圧延温度条件で熱間圧延し、６５０〜８００℃の温度範囲で巻き取った後、３０〜８０％の冷間圧下率で冷間圧延することを含んでなる熱処理特性に優れた自動車補強材用冷延鋼板の製造方法を提示した。
【００１３】
また、従来の「熱処理硬化型超高強度鋼板、これを用いた熱処理硬化型部材とその製造方法（韓国登録特許１０‐０８７８６１４）」では、熱処理硬化により高い引張強度を確保してから塗装熱処理後、高い降状強度上昇を有する熱処理硬化型鋼板およびこれを用いた熱間成形部材とその製造方法を提示した。
【００１４】
しかし、従来の「熱処理特性に優れた自動車補強材用冷延鋼板とその製造方法（韓国登録特許１０‐０５３００６８）」および「熱処理硬化型超高強度鋼板、これを用いた熱処理硬化型部材とその製造方法（韓国登録特許１０‐０８７８６１４）」では、上述の問題点である専用の金型の使用および金型内での急冷による生産性の減少、再結晶による強化効果の失効、格子定数および格子構造の変化などの問題点を解決することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】韓国登録特許１０‐０５３００６８（２００５．１１．１４）
【特許文献２】韓国登録特許１０‐０８７８６１４（２００９．０１．０７）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、このような従来の問題点を解決するために、超高張力鋼板の加熱および成形の際に熱的組織安定性と寸法安定性を確保して、正確な強度を保証するとともに生産性を増加させることができる、超高張力鋼板の温間成形方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
このような目的を達成するための本発明による超高張力鋼板の温間成形方法は、単相組織を有する鋼板をＡ１変態温度以下に加熱する加熱工程と、前記加熱された鋼板を加圧して、所定の形状に成形するプレス工程と、前記プレスされた鋼板を取り出した後、冷却する冷却工程と、を含む。
【００１８】
前記鋼板は、単相のマルテンサイト組織の鋼板または単相のフェライト組織の鋼板であることを特徴とする。
【００１９】
前記単相のフェライト組織の鋼板は、析出硬化により強度が向上したことを特徴とする。
【００２０】
前記プレス工程において用いられるモールドは、別の加熱、冷却無しに、前記加熱された鋼板から伝達された熱によって温度が調節されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、下記のような様々な効果を奏する。
【００２２】
第一に、本発明によれば、相変化が生じず別の冷却工程を必要としないことから、生産性を向上させることができる。
【００２３】
第二に、本発明によれば、Ａ１変態温度以下に加熱することから、加熱時間およびエネルギーの無駄使いを最小化することができる。
【００２４】
第三に、本発明によれば、複雑な形状を有する部品を製造するとともに高い強度を確保することができる。
【００２５】
第四に、本発明によれば、寸法安定性および熱的組織安定性に優れた超高張力鋼板を製造することができる。
【００２６】
第五に、本発明によれば、鋼板に加えられた加工硬化の効果を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】強化機構により強化した多相組織を有する鋼板の温度別の伸び率および強度を示すグラフである。
【図２】多相組織を有する鋼板と単相組織を有する鋼板を約４００℃〜７００℃に加熱した後、冷却したときの鋼板の強度の変化を示すグラフである。
【図３】本発明による温間成形の際に超高張力鋼板の温度変化、強度変化および伸び率変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、添付の図面を参照して本発明の一実施例について説明し、背景技術および既に説明した構成の図面符号は、特に言及しない限り同様に適用される。
【００２９】
後述する本発明の超高張力鋼板の温間成形方法に関する説明は、本発明の好ましい実施例であって、その実施例に限定されず、様々な形態に具現することができる。
【００３０】
通常、弾性変形および塑性変形する金属の強度を高めるための最も基本的な原理は、原子の移動を防ぐことであり、このため、格子内の原子移動を困難にするための加工硬化（ｓｔｒａｉｎ  ｈａｒｄｅｎｉｎｇ）、焼入れ（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ）、焼なまし（ａｎｎｅａｌｉｎｇ）、焼戻し（ｔｅｍｐｅｒｉｎｇ）、焼ならし（ｎｏｒｍａｌｉｚｉｎｇ）、析出硬化、結晶粒微細化、固溶強化などの様々な強化機構が用いられる。
【００３１】
このような強化機構を鋼板に適用すると、鋼板の内部では相変化および組織変化が生じて鋼板の強度が急激に増加するが、強化機構により向上した強度に反比例して成形性が減少し、複雑な形状を有する部品を製造するには適さない特性を有するようになる。
【００３２】
そのため、強化機構により製造された鋼板を複雑な形状の部品に適用するためには、別の加熱工程により成形性を向上させる。すなわち、高温に加熱して鋼板の伸び率を向上させた後、プレス成形を実施することで、所定の形状を有する部品を製造する。
【００３３】
しかし、鋼板に加えられる高熱により鋼板内部の相変化、組織変化、格子構造変化などが生じて強化機構が解除され、鋼板の強度を確保するために冷却水が流れる金型を用いてプレス成形と同時に焼入れを実施する。
【００３４】
本発明は、従来のこのような問題点を解決するためのものであり、強化機構および格子構造が温度に敏感に反応せず、焼入れまたは水冷のような別の人為的な冷却工程を必要としない超高張力鋼板の温間成形方法に関する。
【００３５】
本発明の一実施例による超高張力鋼板の温間成形方法は、加熱工程と、プレス工程と、冷却工程と、を含む。
【００３６】
加熱工程は、鋼板の成形性を向上させるために鋼板を加熱するにあたり、鋼板の加熱温度をＡ１変態温度以下にする工程である。
【００３７】
鋼板の機械的物性は、加熱温度に応じて急激に変化するが、鋼板の温度が上昇すると、格子振動エネルギーが上昇して弾塑性挙動が粘弾性挙動に変化し、図１に示すように伸び率が増加する。
【００３８】
図１は強化機構により強化された多相組織を有する鋼板の温度別の伸び率および強度を示すグラフであり、それぞれ、常温、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃のときの伸び率および強度の変化を示している。
【００３９】
これを参照すると、鋼板の温度が常温のときに約１２００ＭＰａの強度を有するが、温度が増加するほど強度が低下することが分かり、それに反比例して伸び率が増加することが分かる。
【００４０】
鋼板の伸び率が増加することは成形性が向上することを意味し、成形性が向上すると、プレス成形により複雑な形状を有する部品を容易に製造することができる。
【００４１】
しかし、フェライト、オーステナイト、マルテンサイトなどの相が混在している多相組織の鋼板は、温度上昇の際に相変化、組織変化、格子構造変化などが生じて、鋼板の温度が増加するほど強度が減少するため、従来の問題点を解決することができない。
【００４２】
したがって、本発明による加熱工程では、多相組織ではなく単相組織を有する鋼板を適用しており、このような単相鋼板をＡ１変態以下に加熱した。
【００４３】
図２は多相組織を有する鋼板と単相組織を有する鋼板を約４００℃〜７００℃に加熱した後、冷却したときの鋼板の強度の変化を示すグラフである。
【００４４】
図２に示すように、単相組織を有する鋼板は、冷却後の最終強度が加熱前の初期強度に比べてあまり変わらず、多相組織を有する鋼板は、加熱温度が上昇するほど冷却後の最終強度が急激に減少することが分かる。
【００４５】
すなわち、多相組織を有する鋼板ではなく単相組織を有する鋼板を強化機構により強化した後、Ａ１変態温度以下に加熱すると、高い強度とともに成形性を同時に確保することができる。
【００４６】
この際、加熱する温度を鋼板のＡ１変態温度以下に限定することは、単相組織を有する鋼板に加えられたＡ１変態温度以上の高熱により相変態、組織変化、格子構造変化、格子定数変化などの現象が生じて寸法安定性が低下することを防止し、鋼板に適用された強化機構が解除されて強度が低下することを防止するためである。
【００４７】
このような単相組織を有する鋼板は、超高張力鋼板が要求する高い強度を満たすためにマルテンサイトまたはフェライトの単相組織を有することが好ましい。マルテンサイトは、針状構造からなっており、強度が非常に高いことから超高張力鋼板に適する。
【００４８】
フェライトは、マルテンサイトに比べて相対的に低い強度を有するが、様々な強化機構により強度を向上させることができることから、本発明による超高張力鋼板の温間成形方法に適用することができる。
【００４９】
また、フェライト組織を有する鋼板のうち析出硬化により強度が向上した鋼板を適用することが、超高張力鋼板で要求する高い強度を確保するために効果的であり、加熱温度もまたＡ１変態温度以下であることから析出硬化の効果が失われず維持することができる。
【００５０】
プレス工程は、加熱工程により加熱された鋼板を所定の形状に成形する工程であり、本発明による温間成形方法を適用すると、鋼板の強度、相、組織、格子構造、格子定数などが変化しないため、従来の方法とは異なり、焼入れを必要としない。
【００５１】
このようなプレス工程は、鋼板を成形するために様々な方法を適用することができるが、一般的にモールドを用いており、本発明では、プレス成形の際に冷却をともに実施しないため、鋼板の冷却が完了するまで待機しなくてもよい。
【００５２】
また、別の加熱、冷却無しに、加熱された鋼板から伝達された熱によってモールドの温度が調節されるため、従来のような冷却水が設けられた専用の金型ではなく一般の金型を用いることができる。
【００５３】
空冷工程は、プレス工程が完了した鋼板を取り出した後、冷却する工程であり、従来、プレスされた鋼板の形状が変化することを防止し、強度が減少することを防止するために金型内で冷却してから取り出したが、本発明の一実施例では、プレス工程が完了した後、別の冷却を実施することなくそのまま取り出して冷却する。
【００５４】
また、上述のように鋼板の強度、相、組織、格子構造、格子定数などの変化がないことから、水冷、焼入れのような長い時間がかかる冷却方法ではなく、空冷を適用することができる。
【００５５】
すなわち、加熱およびプレスされた鋼板が冷却されるまで待機することなく、すぐ取り出して空冷させることで生産速度を急激に向上させることができる。
【００５６】
図３は本発明による温間成形の際における超高張力鋼板の温度変化、強度変化および伸び率変化を示すグラフであり、本発明の一実施例では、温間成形の際に一般的に用いられる２００℃〜６００℃の温度範囲を適用しており、このような温度は、適用された鋼板のＡ１変態温度より低い温度である。
【００５７】
図３に示すように、鋼板の温度を増加させると強度が一定の水準まで徐々に減少することを確認することができ、それに反比例して伸び率が向上することが分かる。
【００５８】
しかし、加熱された鋼板を移送してモールドに装着すると鋼板の温度が急激に低くなることが分かるが、これは、モールドに別の加熱装置が設けられておらず、モールドの温度が加熱された金型の温度より低い状態であるため、加熱された鋼板がモールドと接触すると急激に温度が減少するためである。
【００５９】
また、これとは反対に、減少した強度はまた増加して一定の水準を維持し、伸び率は急激に減少してから一定の水準を維持する。
【００６０】
プレス工程の際に伸び率が急激に減少してから一定の水準を維持することは、鋼板の温度が急激に減少してから一定の水準を維持するためであるが、伸び率が減少したため、プレス完了した鋼板が簡単に変形されず、形状を維持できるものである。
【００６１】
プレス完了した鋼板を別の措置を取らずにすぐ取り出した後、空冷を実施すると、時間が経つにつれて鋼板の温度が常温まで減少するようになり、これとは反対に、強度はより増加し、伸び率はより低下して、成形が困難になる。
【００６２】
上述のように、本発明による超高張力鋼板の温間成形方法によれば、複雑な形状の部品を成形するとともに高い強度を確保することができ、生産性を向上させることができる。
【００６３】
以上、本発明について好ましい実施例により詳細に説明しているが、本発明の範囲は、特定の実施例に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲によって解釈すべきである。また、本技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく、様々な修正と変形が可能であることを理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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