[첨단 헬로티]
이나기키 나오토 (稻垣 直人), 히구치 시게키 (樋口 成起) 大同특수강(주)
1. 서론
최근 자동차의 출돌 안전성 및 연비 향상의 요구로부터 차체 골격 부품의 고강도화가 요구되고 있으며, 기존 대비 고강도의 부품 제조가 가능한 핫스탬핑 공법이 주목받고 있다.
핫스탬핑 공법은 가열한 강판을 프레스 성형과 동시에 금형 내에서 일정 온도 이하가 될 때까지 냉각 유지할 필요가 있기 때문에 성형 공정의 사이클 타임이 냉간 프레스 공법보다 대폭으로 길어지는 단점이 있다. 그렇기 때문에 사용되는 금형용 강에는 강판의 발열을 촉진시키고, 사이클 타임을 향상시키는 목적으로 높은 열전도율이 요구된다.
또한 냉간 프레스 공법과는 달리 열 부하에 의해 연화가 발생하기 때문에 내마모성 향상 요구가 있으며, 금형에는 고경도와 고연화저항성이 요구된다.
동사에서는 기존 대비 높은 열전도율을 가지면서도 금형에 필요한 담금질성과 경도를 겸비하고 있으며, 더구나 높은 연화저항성을 가진 핫스탬핑 금형용 강 RDH395(이하 개발강)을 개발해 그 특성을 보고했다. 개발강의 위치매김을 그림 1에 나타냈다. 이 글에서는 실제 금형을 모의한 핫스탬핑 시험을 이용해 개발강을 평가한 사례를 소개한다.
2. 실제 금형 모의 핫스탬핑 시험의 고열전도율성의 효과
개발강의 고열전도율성이 금형 온도에 미치는 영향을 확보하기 위해 판두께 2mm의 1.5GPa급 알루미늄 도금 강판을 핫스탬핑 공법으로 연속 성형을 하고, 금형 온도의 변화를 확인했다. 개발강과 JIS SKD61의 2종류 금형재로 제작한 인서트를 그림 2와 같이 나란히 배치해, 1숏의 성형으로 동시에 양 재료의 평가를 실시할 수 있는 구조로 했다.
또한 금형 내부에 수관을 배치해 냉각수에 의한 금형 냉각이 가능한 구조로 했다. 금형의 온도는 표면에서 5mm 깊이의 위치에 설치한 열전대로 측온했다. 시험 조건의 상세는 그림 2에 나타냈다.
시험의 결과, 개발강은 SKD61과 비교해 그림 3에 나타냈듯이 연속 성형 시의 금형 온도를 저하시키는 것을 확인할 수 있었다. 개발강과 SKD61은 금형 온도에 약 30℃의 차이가 생기고 있으며, 고열전도율화에 의해 발열 효율이 향상됐다고 생각된다. 한편, 강판의 온도도 개발강측 쪽이 저하하고 있는 것을 확인했다.
시험 결과로부터 개발강의 적용에 의해 프레스 하사점 유지에서 강판의 Mf점인 200℃ 이하에 대한 냉각 시간 단축이 가능하고, 사이클 타임 단축을 기대할 수 있다.
3. 고연화저항성과 금형 마모의 관계
개발강의 고연화저항성과 금형 마모의 관계를 확인하기 위해 열간단조 시의 마모 상황을 확인했다. 마모 측정 위치는 핫스탬핑 공법으로 발생하는 마모의 상태에 가까운, 열간단조 시에 금형 표면 온도가 변태점을 넘지 않는 영역을 선택했다. 시험 방법, 시험 조건은 그림 4에 나타냈다. 100숏마다 금형의 마모량을 측정, 500회까지 단조를 했다.
마모량 측정은 피단재의 플래시 랜드부의 위치 두께를 4점 측정해, 평균값을 마모량으로 했다. 그림 5에 금형 마모량의 측정 결과를 나타냈다. 고경도를 얻을 수 있고 연화저항성이 우수한 개발강은 SKD61 대비 마모량이 저감한다.
이 결과로부터 개발강은 경도를 높일 수 있는 것(≤54HRC)에 더해 연화저항성이 높기 때문에 핫스탬핑의 금형 장수명화 요구에 공헌하는 것을 기대할 수 있다.
4. 맺음말
① 실제 금형 모의 핫스탬핑 시험에서 개발강은 JIS SKD61 대비 연속 성형 시의 금형 온도를 저하시킨다.
② 핫스탬핑의 마모를 모의한 열간단조 시험에서 JIS SKD61에 비해 고경도, 고연화저항을 얻을 수 있는 개발강은 금형 마모가 감소한다.
이상으로부터 개발강은 핫스탬핑 공법의 과제인 사이클 타임의 단축과 열부하에 기인한 금형 마모의 개선에 공헌하는 것을 기대할 수 있다.
