[논문]스프링백 저감을 위한 초고강도강의 국부적 연화 열처리에 따른 미세조직과 기계적 특성 변화에 관한 연구

박상언; 박병학; 오명환; 강범수; 구태완

doi:10.5228/kstp.2021.30.3.134

스프링백 저감을 위한 초고강도강의 국부적 연화 열처리에 따른 미세조직과 기계적 특성 변화에 관한 연구
Effect of Local Softening for Spring-back Reduction of Ultra High Strength Steel on Microstructure and Mechanical Properties 원문보기

소성가공 = Transactions of materials processing : Journal of the Korean society for technology of plastics, v.30 no.3, 2021년, pp.134 - 141

박상언 ((주)성우하이텍 R&D 본부 선행기술팀) , 박병학 ((주)성우하이텍 R&D 본부 선행기술팀) , 오명환 ((주)성우하이텍 R&D 본부 선행기술팀) , 강범수 (부산대학교 항공우주공학과) , 구태완 (부산대학교 설계기반미래성형기술센터)

Abstract ▼ AI-Helper

In order to improve excessive spring-back behavior as a result of the roll forming process using ultra high strength steel (UHSS) sheet, local softening in region of a partial area expected to be deformed on an initial blank is considered in this study. With SPFC1470 UHSS sheet with initial blank thickness of 1.20mm, the local softening is performed with the following conditions: temperatures of 500℃, 550℃, 600℃ and 650℃, and holding time of 20s, 40s, 80s and 160s. Mechanical properties, such as yield stress and tensile strength, as well as elongation, are evaluated through uniaxial tensile tests, while the microstructural characteristics as a result of local softening are also investigated using the heat-treated specimens. As a result, it is shown that the spring-back behavior of the roll-formed prototype was reduced about by 78.9%, when the local softening at about 500℃ was performed for 160s considering the practical manufacturing condition.

주제어

표/그림 (16)

표 Table 1 Chemical composition of SPFC1470 UHSS (unit : wt%)
표 Table 2 Summary of mechanical properties of SPFC1470 UHSS with thickness of 1.20mm
그림 Fig. 1 SEM micrograph of SPFC1470 UHSS: (a) base material, (b) enlarged image at region denoted as X₁ in (a)
그림 Fig. 2 Phase diagram derived from Thermo-Calc^TM for SPFC1470 UHSS
그림 Fig. 3 Time-temperature curves of SPFC1470 UHSS specimens
그림 Fig. 4 Experimental results on mechanical property of SPFC1470 UHSS sheet with thickness of 1.20mm according to softening temperature and holding time: (a) yield strength, (b) tensile strength, (c) elongation
그림 Fig. 5 Relationship between tensile (ultimate) strength and hardness of heat treated SPFC1470 specimen
그림 Fig. 6 Optical microstructure images by softening heat treatment: (a) 500℃-20s, (b) 550℃-20s, (c) 600℃-20s, (d) 500℃-40s, (e) 550℃-40s, (f) 600℃-40s, (g) 500℃-80s, (h) 550℃-80s, (i) 600℃-80s, (j) 500℃-160s, (k) 550℃-160s, (i) 600℃-160
그림 Fig. 7 Optical and SEM images of heat treated SPFC1470 microstructure at 700℃-20s: (a) optical image, (b) SEM image at region denoted as Y₁ in (a)
그림 Fig. 8 Optical and SEM microstructures by softening heat treatment: (a) optical image for case of 500℃-20s condition, (b) optical image for case of 650℃-20s, (c) SEM image at region denoted as A₁ in (a), (d) SEM image at region denoted as B₁ in (b), (e) SEM image at region of A₂ in (c), (f) SEM image at region of B₂ in (d)
그림 Fig. 9 Grain size of prior austenite by holding time and softening temperature of SPFC1470
그림 Fig. 10 Schematic views of microstructure formation: (a) under A_C1 temperature, (b) over A_C1 temperature
그림 Fig. 11 Cross-sectional target profile of automotive bumper member using SPFC1470 UHSS sheet with initial thickness of 1.20mm (①, ②, ③, ④ : target sections of local softening)
그림 Fig. 12 Local softening sections and heat treated blank on SPFC1470 UHSS sheet (unit : mm)
그림 Fig. 13 Cross-sectional profiles of automotive bumper member obtained by cold roll forming process using SPFC1470 UHSS sheet: (a) for no-heat treated sheet, (b) for heat treated sheet at 200℃, (c) for heat treated sheet at 350℃, (d) for heat treated sheet at 500℃
표 Table 3 Experimental results on spring-back amount by cold roll-forming of local softened SPFC1470

AI 본문요약
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문제 정의

그러나, 초고강도 강판 재의 연화에 따른 기계적 성질 변화에 대한 연구는 많이 보고된 바 있지만, 연화 열처리 온도와 시간에 따른 기계적 성질과 미세조직과의 상관 관계에 대한 연구는 전무한 실정이다. 따라서, 본 연구에서는 인장강도가 약 1.5GPa 급 초고강도강 판재인 SPFC1470 에 대한 연화 열처리 조건(온도 및 시간)에 따른 기계적 성질과 미세조직적 변화를 분석하고 평가하고자 하였다. SPFC1470 초고강도강 판재(초기 두께 약 1.
본 연구에서는 SPFC1470 초고강도강 판재의 다단 롤 포밍 공정 적용시 발생하는 스프링백을 감소시키기 위한 방안으로 국부적 연화 열처리 공정을 고려하였다. 연화 열처리 온도와 유지시간에 따른 항복강도와 인장강도 및 연신율 측면에서 실험적 연구를 수행하였으며, 미세조직적 특성 변화도 분석하였다.

제안 방법

5GPa 급 초고강도강 판재인 SPFC1470 에 대한 연화 열처리 조건(온도 및 시간)에 따른 기계적 성질과 미세조직적 변화를 분석하고 평가하고자 하였다. SPFC1470 초고강도강 판재(초기 두께 약 1.20mm)에 대한 연화 열처리 온도를 500℃, 550℃, 600℃ 그리고 650℃ 등 4 가지 조건과 열처리 유지시간(holding time)을 20초, 40초, 80초 및 160초 조건을 기준으로 실험적 연구를 수행하였다.
연화 열처리 온도와 유지시간에 따른 항복강도와 인장강도 및 연신율 측면에서 실험적 연구를 수행하였으며, 미세조직적 특성 변화도 분석하였다. 국부적으로 연화 열처리된 두께가 1.20mm 인 SPFC1470 판재를 이용하여 자동차용 범퍼 빔 성형을 위한 다단 롤 포밍 공정에 적용하였다. 본 연구를 통해 도출된 결과들을 요약하면 다음과 같다.
이는 연화된 마르텐사이트조직 내부의 탄소 성분에 기인하는 것으로 판단된다. 따라서, 열처리 온도와 유지시간에 따른 기계적 특성 변화의 원인을 파악하기 위해 미세조직 분석을 통한 기계적 성질과의 성관관계를 검토하고자 하였다.
본 연구에서는 SPFC1470 초고강도강 판재의 다단 롤 포밍 공정 적용시 발생하는 스프링백을 감소시키기 위한 방안으로 국부적 연화 열처리 공정을 고려하였다. 연화 열처리 온도와 유지시간에 따른 항복강도와 인장강도 및 연신율 측면에서 실험적 연구를 수행하였으며, 미세조직적 특성 변화도 분석하였다. 국부적으로 연화 열처리된 두께가 1.
또한, 전기가열로 내부에서 각 시험편이 목표 온도에 도달하는 시간은 110 초에서 120 초로 측정되었다. 연화 열처리 유지시간은 다양한 생산현장 조건을 고려하기 위해 20초, 40초, 80초 및 160초를 적용하였으며, 열처리된 시험 시편을 공랭(air cooling)하여 시험에 적용하였다.

대상 데이터

SPFC1470 초고강도강 판재(초기 두께 1.20mm) 에대한 국부 연화 열처리에 따른 스프링백 개선 효과를 확인하기 위해, 냉간 다단 롤 포밍 공정으로 성형되는 자동차용 범퍼 부재를 대상으로 실험적 연구를 수행하였으며, 최종 성형품으로써 요구되는 단면 형상을 Fig. 11 에 간략하게 도시하였다.
Table 1은 본 연구에서 사용한 약 1.47GPa 수준의 인장강도를 가지는 초고강도강(SPFC1470)의 화학조성을 나타낸 것이다. 초기 두께가 약 1.
47GPa 수준의 인장강도를 가지는 초고강도강(SPFC1470)의 화학조성을 나타낸 것이다. 초기 두께가 약 1.20mm 인 판재에 대한 기계적 특성을 평가하기 위해 ASTM E8/E8M 표준 시편 규격 및 시험 방법에 따라 연화 열처리 전∙후의 시험 시편을 준비하였다. Table 2 는 연화 열처리 전 SPFC1470 시험 시편에 대한 기계적 물성을 요약한 것으로, 약 1,200MPa 수준의 항복강도와 약 1,470MPa 수준의 인장강도를 가지는 것으로 평가되었으며, 연신율은 약 7% 수준인 것으로 조사되었다.

성능/효과

(1) 연화 열처리 온도(500℃~650℃) 및 유지시간 (20초~160초)이 증가할수록 SPFC1470 초고강도 강의 항복강도와 인장강도는 감소함을 실험적으로 확인하였다.
(2) 연화 열처리 온도와 유지시간이 증가할수록 연신율은 다소 개선되는 것으로 조사되었으나, 열처리 온도가 550℃~650℃일 경우에는 유지시간 증가에 의한 개선 효과가 크지 않음을 알 수 있었다.
(4) 자동차용 범퍼 부재를 대상으로 500℃에서 연화 열처리된 SPFC1470 초고강도강 판재를 이용하여다단 롤 포밍 공정을 실험적으로 수행한 결과, 탄성 회복량은 국부 연화 열처리를 통해 개선될 수 있음을 확인할 수 있었다.
50mm로 측정되었다. 따라서, 본 연구에서 제시한 SPFC1470 초고강도강 판재의 국부 연화 열처리를 통해 일정 수준 이상의 탄성회복 감소 효과를 유도할 수 있다는 것을 확인하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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