힘을 극복하다

Scientific Reports 12권, 기사 번호: 15411(2022) 이 기사 인용

996 액세스

1 알트메트릭

측정항목 세부정보

자동차의 무게를 줄이고 승객의 안전을 보장하기 위해 자동차 응용 분야에서 고장력강이 그 어느 때보다 중요해지고 있습니다. 그러나 강도가 증가하면 일반적으로 성형성이 저하되기 때문에 고강도 강철을 최종 형상으로 냉간 성형하는 것은 자동차 제조업체와 공급업체 모두에게 여전히 어려운 과제로 남아 있습니다. 여기서 우리는 고강도 강의 성형성을 향상시키는 전통적인 접근 방식에서 벗어나 냉간 성형 가능한 강의에 고강도를 부여할 수 있는 새로운 합금 및 가공 설계 개념을 보고합니다. 설계된 가공 경로를 거친 이러한 설계된 강철은 자동차 승객의 안전에 매우 중요한 성형성과 강도는 물론 내충격성까지 탁월한 조합을 보여줍니다. 본 연구에 사용된 합금 및 가공 설계 개념은 극저온 처리를 통해 냉간 성형 가능한 오스테나이트에 높은 강도를 부여하는 열 유도 오스테나이트를 마르텐사이트 변태로 활용하는 것에 기반을 두고 있습니다.

초고장력강(AHSS)은 차량의 안전과 경량화에 대해 점점 더 엄격해지는 자동차 산업의 요구 사항을 충족할 수 있기 때문에 자동차 제조에서 중요한 역할을 합니다1,2. 자동차의 구조 부품에 사용할 수 있는 Al 및 Mg 합금과 같은 가벼운 재료에는 여러 가지 변형이 있지만 고강도 및 낮은 제조 비용과 같은 AHSS의 특성으로 인해 다른 재료보다 선택되는 재료가 됩니다3,4,5. AHSS의 여러 등급 중에서 프레스 경화강이라고도 불리는 열간 프레스 성형(HPF) 강은 고온 성형으로 구성된 독특한 가공 경로로 인해 우수한 인장 특성과 우수한 치수 정확도를 제공하기 때문에 많은 주목을 받아 왔습니다. 오스테나이트 영역을 다이에서 냉각하여 마르텐사이트 또는 베이나이트와 같은 저온 경질상을 형성합니다6,7,8. 그러나 이러한 가공 경로는 생산 효율성이 낮고 더욱이 이러한 HPF 강철은 일반적으로 고온 성형 중 코팅과 기판 사이의 상호 작용으로 인해 액체 금속 취성(LME) 또는 미세 균열이 발생합니다9,10,11,12,13,14. 따라서, 저온에서 최종 형상으로 성형될 수 있고 고온 성형과 관련된 LME 또는 미세 균열이 발생하지 않는 새로운 유형의 고장력강이 필요합니다.

성형성을 향상시키는 기존 접근 방식은 강도에 역효과를 미치거나 그 반대의 경우도 있기 때문에 고강도와 성형성의 조합에 대한 요구 사항을 충족시키는 것은 어려운 작업입니다. 이와 관련하여, 준안정 오스테나이트를 주요 구성상으로 사용하는 것은 면심 입방정(fcc) 상인 오스테나이트가 실온에서 우수한 성형성을 제공할 수 있고 변태 시 높은 강도를 제공할 수 있기 때문에 실행 가능한 접근법이 될 것입니다. 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변화는 형성 후 마르텐사이트 시작(Ms) 온도15,16,17,18,19 이하로 냉각함으로써 강화됩니다. 실온에서 오스테나이트의 안정화는 전통적으로 오스테나이트화 처리되는 고전적 변태 유도 소성(TRIP) 강20 및 고Mn 강15,16,21의 경우와 같이 상당히 많은 양의 오스테나이트 안정화 원소를 추가함으로써 달성되었습니다. 이어서 물 담금질(WQ)이 수행됩니다. 아공석강의 오스테나이트 안정성이 오스테나이트화 처리에 비해 (페라이트 + 오스테나이트) 임계간 영역에서 어닐링될 때 증가한다는 점을 고려하면, 임계간 어닐링(IA) 후 더 희박한 합금 조성을 갖는 강에서는 상당히 많은 양의 오스테나이트가 유지될 수 있습니다. 중 Mn TRIP 강의 기본 합금 설계 개념인 물 담금질에 의한 것입니다22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,32,33. 이러한 중간 Mn TRIP 강은 합금 조성에 따라 일반적으로 30~70vol%의 오스테나이트를 함유하고 우수한 성형성을 나타냅니다. 그러나 항복강도는 HPF강의 항복강도보다 훨씬 낮습니다. 이전에 언급한 바와 같이 중 Mn강의 항복 강도는 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태가 저온 냉각, 즉 극저온 처리에 의해 촉진될 때 크게 증가할 수 있습니다. 여기서 중요한 문제는 고강도를 달성하기 위해 극저온 처리를 통해 오스테나이트에서 마르텐사이트로의 변태가 이루어져야 하지만, 최종 부품의 충격성을 보장하기 위해 극저온 처리 후에도 상당량의 오스테나이트가 유지되어야 한다는 것입니다.