1.5GPa급 비도금 보론강판의 표면품질 확보를 위한 핫스탬핑에 대한 연구

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Recently, fuel efficiency regulations due to environmental problems have been strengthened, and demand for eco-friendly cars has increased. As a result, the automobile business has increased the application of hot stamping parts in high lightweight, high-strength collision safety parts compared to conventional internal combustion locomotives to satisfy various fuel efficiency regulations and environmental regulations.

In the case of an Al-Si plated boron steel plate used for general hot stamping, the Al-Si coating layer has the advantage of preventing the formation of an oxide layer when the material is heated, but the Al-Si coating layer melts together during welding to produce Fe3(Al, Si) intermetallic compounds. Furthermore, when hot stamping is carried out using an Al-Si plated boron steel plate, the production unit price of the parts is raised by paying the license cost by the process patent.

This paper proposes a hot stamping process technology to improve the surface properties of uncoated boron steel sheets. Hat Type specimens were subjected to hot stamping using an uncoated boron steel sheet and an Al-Si coated boron steel sheet, and the changes in surface properties before and after heat treatment were comparatively analyzed. In addition, using the Gleeble 3500 instrument capable of atmospheric control, we explored a method for improving surface characteristics according to atmospheric control conditions. An induction heating hot stamping simulator was then constructed and controlled atmosphere conditions were used to simulate the process to perform hot stamping of hat parts. After that, the oxidized layer and the decarburized layer were quantitatively analyzed for each part position.

국문 초록 (Abstract)

최근 환경문제로 인한 연비규제가 강화됨에 따라 친환경 차량의 수요가 증가하고 있다. 이로 인해 자동차 산업은 각종 연비 규제 및 환경 규제를 만족하기 위해 기존 내연 기관 차량 대비 고경량 고강도의 충돌 안전 부품으로 핫스탬핑 부품 적용을 증가시키고 있으며 이에 따라 핫스탬핑에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

일반적인 핫스탬핑에 사용되는 Al-Si 도금 보론강판의 경우 소재가 가열되었을 때 Al-Si 코팅층이 산화층 형성을 방지해 주는 장점이 존재하지만 Al-Si 코팅층이 용접 시 함께 용융되어 Fe3(Al,Si) 금속 간 화합물을 발생시켜 용접부 파단 물성 저하를 유발하며 코팅층이 선 가열되어 코팅층 밀림 현상이 발생하는 문제점을 가지고 있다. 또한 Al-Si 도금 보론강판을 이용하여 핫스탬핑을 진행할 경우 공정 특허로 인한 라이센스 비용 지불로 인해 부품의 생산 단가가 높아진다는 문제점을 가지고 있다.

본 논문에서는 비도금 보론강판의 표면 특성 확보를 위한 핫스탬핑 공정 기술을 제안하고자 한다. 비도금 보론강판 및 Al-Si 도금 보론강판을 이용하여 모사 부품 핫스탬핑을 통해 열처리 전후 표면 특성 변화를 비교 분석하였고 분위기 제어가 가능한 Gleeble 3500 장비를 이용하여 분위기 제어 조건에 따라 표면 특성 개선 방안을 모색하였다. 이후 유도가열 핫스탬핑 시뮬레이터를 제작하여 분위기 제어 조건 속에서 실제 공정을 모사하였고 모사 부품 핫스탬핑 진행 후 부품 위치별 산화층 및 탈탄층을 정량적으로 분석하였다.

목차 (Table of Contents)

• 요약문 4
• Abstract 5
• 목차 7
• 제1장 서론 9
• 1.1 연구배경 9
• 1.2 관련 연구 동향 12
• 1.3 연구 목적 및 범위 14
• 제2장 이론적 배경 15
• 2.1 핫스탬핑 15
• 2.2 유도가열 17
• 제3장 도금층에 따른 표면특성 영향 분석 19
• 3.1 평판 시편 열처리 공정 19
• 3.1.1 열처리 장비 및 조건 19
• 3.1.2 도금층 유무에 따른 표면 특성 분석 23
• 3.2 모자형 모사시편 성형 공정 26
• 3.2.1 핫스탬핑 장비 및 조건 26
• 3.2.2 도금층 유무에 따른 위치별 표면 특성 분석 27
• 3.3 도금층 유무에 따른 위치별 경도 분석 29
• 3.4 비도금 강판 표면특성 개선 방안 고찰 30
• 제4장 분위기 제어에 따른 산화층 발생 분석 31
• 4.1 실험장비 및 조건 31
• 4.2 시편형상 설계 33
• 4.3 산소량에 따른 산화층 두께 평가 38
• 제5장 비도금강판 핫스탬핑 분위기 제어 40
• 5.1 분위기 제어 핫스탬핑 시뮬레이터 장비 제작 40
• 5.1.1 시험장비 설계 40
• 5.1.2 유도가열 코일 가열 성능 검토 42
• 5.1.3 분위기 제어 성능 검토 45
• 5.2 분위기 제어 모사부품 핫스탬핑 실험 47
• 5.2.1 시험 조건 및 결과 47
• 5.2.2 모사부품 산화층 및 탈탄층 분석 50
• 5.2.3 비도금강판 핫스탬핑 분위기 제어 방안 고찰 54
• 제6장 결론 55
• Reference 57
• List of Figures 60
• List of Table 63