자동차 설계자들에게 프레스 경화강이 지금 "뜨거운" 이유

핫스탬핑된 자동차용 강종의 현재 동향과 PHS 2000 개발에 관한 간략한 개요.

저희는 SSAB의 프레스 경화강 전문가 두 명을 인터뷰하여 다음 사항에 대해 자세히 알아보았습니다:

  • 자동차 OEM 업체들은 현재 차체에 1800MPa 및 2000MPa의 핫스탬핑된 보론강을 사용하고 있습니다.
  • “소프트 셀” 부품을 포함하여 현재 PHS 생산 기술이 제공하는 설계의 자유.
  • 핫스탬핑의 장점(예:더 나은 형상 정확도, 복합적인 부품 형상)과 단점(비용, 에너지, 느린 속도).
  • Docol® 2000 PHS.개발 이야기.
  • UHSS 강종 비교: PHS 대 마르텐사이트 강.

Jenny Fritz
Jenny Fritz는 SSAB의 냉간압연 강대 제품 개발 관리자입니다.
Kenneth Olsson
Kenneth Olsson은 철강 산업에서 40년 경력의 베테랑으로 SSAB에서 다양한 직무를 수행했습니다.

1900MPa 프레스 경화강의 새로운 VDA 표준에 대해 말씀해 주실 수 있나요?

이는 매우 새로운 표준이지만 자동차 제조업체들은 자체 OEM 표준을 개발하는 데 이미 이 표준을 사용했습니다. 새로운 PHS 강종의 VDA 명칭은 CR1900T-MB-DS이며 이 명칭은 SSAB의 Docol® PHS 2000 강종에 해당합니다. 이 강종의 인장 강도는 2 기가파스칼 또는 2000MPa에 달합니다.

이 강재는 현재 강도가 가장 높은 강재입니다 - 자동차 설계자는 어디에 이 강재를 사용하나요?

사용 가능한 응용 분야는 많지만, 목록 상단에는 특히 측면 충돌 테스트 시 어려운 문제가 되는 인트루젼이 허용되지 않는 전기 자동차 플랫폼의 배터리 보호케이스가 있습니다. 따라서 자동차 OEM 업체들은 EV 배터리를 보호하기 위해 측면 로커 패널 사이에 있는 바닥 영역의 크로스 빔과 같은 안전 구성품에 PHS 2000MPa 강종을 사용할 수 있습니다.

새로운 Docol® PHS 2000Mpa를 기존에 PHS 1500MPa가 사용되었던 다른 적용 분야에서도 사용할 수 있다고 생각하십니까?

예, PHS 2000 및 PHS 1800은 EV뿐만 아니라 ICE(내부 연소 엔진) 차량에도 유용합니다. 설계자가 최고의 철강 강도를 필요로 하든, 아니면 벽의 두께를 더 얇게 하여 중량 감소를 필요로 하든, 그 어떤 경우에도 사용할 수 있습니다.

보론 프레스 경화강의 전형적인 자동차 응용 분야는 차량의 A 및 B 필러입니다. 그러나 PHS는 루프 레일, 사이드월 멤버, 루프 및 대시 패널 크로스 멤버뿐만 아니라 도어, 윈드실드 필러 및 바닥 보강재에 사용됩니다. 현재 이러한 핫스탬핑된 부품의 설계는 고도로 복잡한 형상을 특징으로 하고 있으며, PHS 강종이 이 부문에서 탁월하다는 것을 알게 될 것입니다.

또한 핫스탬핑된 강재를 사용할 때의 또 다른 장점은 부품 하나가 다양한 강도를 가질 수 있다는 점입니디 - 따라서 충돌 시 이 부품은 충돌 시 특정 방식으로 반응하게 됩니다, 그렇죠?

맞습니다. 핫스탬핑 다이는 서로 상이한 퀜칭 공정을 거치는 세그먼트로 나눌 수 있습니다. 예를 들어 PHS "소프트 셀"을 생성할 때, 부품 전체를 퀜칭하지 않습니다. 퀜칭되지 않은 피복된 부품은 강도가 낮은 반면 충돌 시 높은 에너지를 흡수할 수 있습니다. 부품에서 인장 강도가 더 높고 퀜칭된 세그먼트는 가해지는 강한 힘을 견뎌낼 것입니다. 최근 몇 년간 PHS 소프트 셀이 많이 개발되었습니다. 예를 들어 소프트 셀로 차량 B 필러의 하부를 만듭니다.

맞춤형 판재는 PHS 부품의 “세그먼트별 제품”을 확인할 수 있는 또 다른 방법입니다. 맞습니까?

예. 압연된 맞춤형 판재는 강대 폭을 가로질러 두께가 다르도록 냉간압연된 강대입니다. 따라서 부품의 궁극적인 요구 사항과 원하는 작용 방식에 기반하여 강대를 더 두껍게, 또는 더 얇게 만드는 지점을 지정할 수 있습니다.

맞춤형 용접 판재는 이보다 더 다양할 수 있습니다: 두께가 다른 PHS 강대를 함께 용접하거나 심지어 PHS 강종이 아닌 강대에 PHS 강종의 강대를 용접할 수 있습니다.

이 모든 선택은 일명 PHS의 "설계의 자유”를 상기시켜 줍니다.

900°C에서 가열하고 스탬핑하는 보론강을 갖고 있다고 생각해 보세요. 이 온도에서 PHS를 핫스탬핑하여 깊이 파인 부분이 있는 매우 복합적인 형상으로 쉽게 제작할 수 있습니다. 이러한 종류의 설계의 자유를 활용하여 자동차 설계자는 구성품을 더욱 창의적으로 설계할 수 있습니다. 아마도 PHS의 높은 인장 강도를 활용하여 더욱 가벼운 부품을 설계할 수도 있습니다. 아마도 제약없는 형상 설계를 활용하여 부품 수를 줄이거나 부품을 통합시킬 수도 있습니다. 또한 어쩌면 다양한 설계를 활용하여 충돌 테스트에서 더 나은 성능을 발휘하는 부품을 만들 수도 있습니다.

핫스탬핑된 부품의 경우 최종 부품 형상 정확도가 훨씬 더 우수할 수 있습니다. 맞습니까?

그렇죠, 열처리가 가능한 철강의 표준형 확장판은 스프링백이 거의 없거나 전혀 없으며, 그 결과 형상 정확도가 개선됩니다. AHSS 인장 강도가 계속해서 높아지고, 스프링백이 증가할 가능성이 있기 때문에 많은 사람들이 이러한 생각을 갖고 있습니다.

그렇지만 다른 한편으로, 우리는 기가파스칼 강종을 사용하더라도 그 어느 때보다도 냉간성형된 자동차 부품의 스프링백에 대해서도 더 많이 이해하고, 더 잘 예측하고 제어하게 될 것입니다.

물론 부품 설계에 따라 크게 달라집니다: 스프링백 방지를 위해 PHS 강종을 사용하면 더 많은 비용을 지불해야 한다고 가정하는 대신 설계 콘셉트 프로세스 초기에 AHSS 공급업체와 상의해야 합니다. 많은 설계 콘셉트는 약간의 수정과 적절한 생산 단계 순서를 이용하여 성공적으로 냉간성형되어 매우 우수한 최종 형상 정확도를 보여 줄 수 있습니다.


Docol® PHS 2000 강종은 원래 한 고객을 위해 개발되었기 때문에 특이한 강종입니다, 그렇죠?

예. 우리는 항상 고객과 긴밀하게 협력합니다. 하지만 이 경우, 고객인 Gestamp는 매우 구체적인 요구사항을 당사에 전달했습니다: "인장 강도는 2000 메가파스칼이지만 22MnB5(1500MPa 인장 강도)의 연성을 지닌 프레스 경화강을 개발할 수 있습니까? 우리는 이 제품을 사용하여 범퍼를 좀더 가볍게 만들고자 합니다.” 우리는 다른 안전용 부품에서도 2000 MPa 강종의 가치를 확인했으므로 그렇다고 말했습니다.

핫스탬핑 강종 개발에는 고유한 난관이 있습니다. 맞습니까?

맞습니다. 아시다시피 프레스 경화강을 사용하면 제작업체는 강종을 가열, 성형한 후 퀜칭하여 최종적인 기계적 물성을 개발합니다. 그리고 많은 다양한 요소들이 함께 작용합니다: 강종이 용광로에 얼마 동안, 그리고 몇 도에 있어야 합니까? 공구에서 어떤 냉각 매체를 사용하고 있습니까? 공구와 재료 사이의 접촉 압력은 얼마나 됩니까?

또한 이 모든 OEM 업체 및 1차 공급업체의 핫스탬핑 공정은 특허를 받았으며, 각 업체들은 PHS 강종 처리 공정을 서로 다르게 처리할 수 있습니다. Gestamp는 핫스탬핑 정보조차도 당사와 공유하지 않습니다(!웃음) 그렇지만 우리는 여러 자동차 OEM 업체에서 사용 가능한 PHS 2000 강종을 만들어야 했습니다. 그래서 정말 힘들었어요.

PHS 2000 강종을 필요한 연성 레벨로 끌어올리기 위해 SSAB는 강재의 화학적 조성성분과 당사 제강소의 처리 시스템에 중점을 두어야 했습니다. 이와 더불어 고객에게 권장 용광로 온도와 권장 냉각 속도를, 즉 강종의 마르텐사이트 미세 구조에 도달하고, 그 결과 궁극적인 인장 강도에 도달하기 위해 필수적인 최저 냉각 속도를 고객에게 제공했습니다.

그리고 Gestamp는 어떻게 했나요?

이 회사는 자사의 프레스 경화 공구를 사용하여 당사 재료를 테스트했습니다. 이들의 피드백과 테스트는 PHS 2000 강종에 수정을 가할 때 그 가치가 매우 높았습니다. 이 회사와 아주 긴밀하게 공동으로 작업하면서 당사의 학습 정도와 이 회사의 능력을 크게 끌어올렸습니다.

결과는 어땠습니까?

Gestamp PHS 2000 강종 범퍼는 17% 가벼우면서도 비용 효율적입니다. 그래서 Gestamp와 SSAB 모두에게 이익이 되었습니다.
Gestamp의 범퍼 보강재

간략한 초고장력강 비교

  프레스 경화강(PHS) 마르텐사이트 강(MS)
부품 성형 공정 핫스탬핑 냉간 성형
가장 높은 인장 강도 2000 MPa 1700 MPa
복합 형상 부품에 대한 자유로운 설계
(예: 깊이 파인 부분 등등)
매우 높음:900°C에서 부품을 수월하게
복합 설계에 따른 형상으로 만들 수 있음
냉간 성형 기술 적용을 위해 복합적인 설계에
수정이 필요할 수도 있음
스프링백 크게 감소 또는 제거됨 예측 및 제어 필요함
최종 형상 정확도 매우 우수함 스프링백을 적절히 관리하면
매우 우수함
툴링 훨씬 더 비싸다 보다 저렴함
생산 시간 훨씬 더 느림 훨씬 더 빠름
에너지 사용/CO2 탄소 발자국,
성형 시
매우 높음 더 낮음
부품 총 비용 더 높음 더 낮음
인기도(차체에서 차지하는 %) 성장하고 있음 성장하고 있음

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