[논문]비도금 보론강판 산화층 평가용 시편의 퀜칭속도 예측기법 연구

이지호; 송정한; 배기현

doi:10.5228/kstp.2022.31.1.17

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Hot stamping is widely used to manufacture structural parts to satisfy requirements of eco-friendly vehicles. Recently, hot forming technology using uncoated steel sheet is being studied to reduce cost and solve patent problems. In particular, research is focused on process technology capable of sup...

Hot stamping is widely used to manufacture structural parts to satisfy requirements of eco-friendly vehicles. Recently, hot forming technology using uncoated steel sheet is being studied to reduce cost and solve patent problems. In particular, research is focused on process technology capable of suppressing the generation of an oxide layer. To evaluate the oxide layer in the hot stamping process, Gleeble testing machine can be used to evaluate the oxide layer by controlling the temperature history and the atmosphere condition. At this time, since cooling by gas injection is impossible to protect the oxide layer on the surface of a specimen, research on a method for securing a quenching speed through natural cooling is required. This paper proposes a specimen shape design method to secure a target quenching speed through natural cooling when evaluating the oxide layer of an un-coated boron steel sheet by Gleeble test. For the evaluation of the oxide layer of the un-coated steel sheet through the Gleeble test, dog-bone and rectangular type specimens were used. In consideration of the hot stamping process, the temperature control conditions for the Gleeble test were set and the quenching speed according to the specimen shape design was measured. Finally, the quenching speed sensitivity according to shape parameter was analyzed through regression analysis. A quenching speed prediction equation was then constructed according to the shape of the specimen. The constructed quenching speed prediction equation can be used as a specimen design guideline to secure a target quenching speed when evaluating the oxide layer of an un-coated boron steel sheet by the Gleeble test.

Keyword

표/그림 (14)

그림 Fig. 1 Gleeble 3500 System
그림 Fig. 2 Specimen shape for the sheet metal tensile test
그림 Fig. 3 Imposed temperature history for the Gleeble test based on the hot stamping process
표 Table 1 Chemical compositions of 22MnB5(unit :Wt%)
그림 Fig. 4 Temperature history of dog-bone type specimen
그림 Fig. 5 Parameters for the specimen shape design
그림 Fig. 6 Specimens for the oxide layer evaluation of the uncoated boron steel sheet
표 Table 2 Quenching speed of dog-bone type specimen under the natural quenching condition
표 Table 3 Quenching speed measurement according to the design parameter of dog-bone type specimen
그림 Fig. 7 Sensitivity analysis result according to the specimen shape parameters
표 Table 4 Quenching speed measurement according to the design parameter of rectangular type specimen
그림 Fig. 8 Sensitivity analysis result according to the specimen shape parameter
표 Table 5 Verification of the quenching speed prediction equation for the dog-bone type specimen
표 Table 6 Verification of the quenching speed prediction equation for the rectangular type specimen

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 글리블 시험을 이용한 비도금 보론강의 핫스탬핑 산화층 발생량 평가를 위하여 시편 형상에 따른 퀜칭 속도 예측식을 구성하였다. 글리블용 판재 인장시편에 대하여 핫스탬핑 온도 이력에 따른 22MnB5 소재의 가열-냉각 시험을 수행하여 퀜칭 속도 측정 방법을 제시한다.

제안 방법

본 논문에서는 글리블 시험을 이용한 비도금 보론강의 핫스탬핑 산화층 발생량 평가를 위하여 시편 형상에 따른 퀜칭 속도 예측식을 구성하였다. 글리블용 판재 인장시편에 대하여 핫스탬핑 온도 이력에 따른 22MnB5 소재의 가열-냉각 시험을 수행하여 퀜칭 속도 측정 방법을 제시한다. 도그본 시편과 사각 시편의 형상에 따른 실험조건을 수립하였으며, 가열-냉각시험 수행을 통하여 퀜칭 속도를 측정한다.
글리블용 판재 인장시편에 대하여 핫스탬핑 온도 이력에 따른 22MnB5 소재의 가열-냉각 시험을 수행하여 퀜칭 속도 측정 방법을 제시한다. 도그본 시편과 사각 시편의 형상에 따른 실험조건을 수립하였으며, 가열-냉각시험 수행을 통하여 퀜칭 속도를 측정한다. 퀜칭 속도 측정 결과를 바탕으로 시편 형상변수에 따른 민감도를 분석하고, 회귀분석을 통하여 시편 형상에 따른 퀜칭 속도 예측식을 구성한다.
도그본 시편과 사각 시편의 형상에 따른 실험조건을 수립하였으며, 가열-냉각시험 수행을 통하여 퀜칭 속도를 측정한다. 퀜칭 속도 측정 결과를 바탕으로 시편 형상변수에 따른 민감도를 분석하고, 회귀분석을 통하여 시편 형상에 따른 퀜칭 속도 예측식을 구성한다.
퀜칭 속도 예측식의 정확도를 검증하기 위하여도 그 본 시편과 사각시편에서 각각 -70˚C/s와 -60˚C/s 의 퀜칭 속도 확보가 가능한 2 가지 설계안을 제안하였으며, 설계안에 따라 준비한 시편을 사용하여 검증 시험을 수행하였다. Table 5, 6은 도그본 시편과 사각 시편에 대하여 회귀식을 통한 퀜칭속도 예측 결과와 글리블 시험을 통한 퀜칭속도 측정 결과를 비교한 것이다.
본 논문에서는 비도금 22MnB5 소재의 핫스탬핑 시 형상 변수에 따른 퀜칭 속도 예측식을 구성하였다. 시편 형상인자의 민감도 분석을 통하여 게이 지부 길이가 주요 영향인자 임을 확인하였으며, 예측 식을 이용하여 시편형상을 설계할 경우 자연냉각방식을 통하여 목표 퀜칭 속도 확보가 가능함을 확인하였다.

데이터처리

시편형상 설계변수에 따른 퀜칭 속도 민감도 분석 및 예측식 구성을 위하여 회귀분석을 수행하였다. 회귀분석은 Minitab17 프로그램을 이용하였으며, 2차 회귀 식으로 결과를 근사하였다.
시편형상 설계변수에 따른 퀜칭 속도 민감도 분석 및 예측식 구성을 위하여 회귀분석을 수행하였다. 회귀분석은 Minitab17 프로그램을 이용하였으며, 2차 회귀 식으로 결과를 근사하였다. 도그본 시편과 사각 시편의 민감도 분석 결과를 Fig.

성능/효과

7에 제시하였다. 두 가지 시편 형상 모두 설계범위 내에서는 게이 지부 길이가 주요 인자임을 확인할 수 있으며, 시편 폭에 따른 퀜칭 속도 변화는 크지 않은 것을 확인하였다.
따라서 글리블 시험 수행을 위한 적정 시편 폭을 설정한 후 게이지부 길이를 조절하여 목표 퀜칭 속도를 확보하는 것이 효과적일 것으로 판단된다.
Table 5, 6은 도그본 시편과 사각 시편에 대하여 회귀식을 통한 퀜칭속도 예측 결과와 글리블 시험을 통한 퀜칭속도 측정 결과를 비교한 것이다. 도그본 시편과 사각시편의 퀜칭 속도 오차의 평균은 각각 0.6%, 0.8%로 예측성능이 매우 우수함을 확인할 수 있다. 따라서 구성된 예측 식은 목표 퀜칭 속도 조건 확보를 위한 산화층 평가용 시편 설계 기준으로 활용 가능할 것으로 판단된다.
본 논문에서는 비도금 22MnB5 소재의 핫스탬핑 시 형상 변수에 따른 퀜칭 속도 예측식을 구성하였다. 시편 형상인자의 민감도 분석을 통하여 게이 지부 길이가 주요 영향인자 임을 확인하였으며, 예측 식을 이용하여 시편형상을 설계할 경우 자연냉각방식을 통하여 목표 퀜칭 속도 확보가 가능함을 확인하였다. 따라서 구성된 예측식은 비도금 핫스탬핑 강판의 퀜칭 속도 제어에 따른 산화층 평가를 위한 시편 설계 가이드라인으로 활용 가능할 것으로 기대된다.

후속연구

8%로 예측성능이 매우 우수함을 확인할 수 있다. 따라서 구성된 예측 식은 목표 퀜칭 속도 조건 확보를 위한 산화층 평가용 시편 설계 기준으로 활용 가능할 것으로 판단된다.
시편 형상인자의 민감도 분석을 통하여 게이 지부 길이가 주요 영향인자 임을 확인하였으며, 예측 식을 이용하여 시편형상을 설계할 경우 자연냉각방식을 통하여 목표 퀜칭 속도 확보가 가능함을 확인하였다. 따라서 구성된 예측식은 비도금 핫스탬핑 강판의 퀜칭 속도 제어에 따른 산화층 평가를 위한 시편 설계 가이드라인으로 활용 가능할 것으로 기대된다.

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