DP강 자동차 강판 적용 현황
저탄소 용접 가능한 고강도 강판(AHSS)은 연료 효율을 높이고 경량화를 실현하는 데 중요한 역할을 합니다. 점 용접 특히, 이중상(DP강) 강판과 변형유도소성(TRIP강) 강판은 각각 페라이트-마르텐사이트 및 페라이트-베이나이트-잔류 오스테나이트 미세구조를 가지고 있어 이러한 목적에 적합합니다. 본 글에서는 다양한 강판 등급(DP980, DP690, TRIP980, TRIP780)에 대해 8mm 전극을 사용하여 저항 점용접(RSW) 특성을 조사하였습니다.
DP강 TRIP강 점용접 실험 방법
연구 대상 강판 및 실험 장비
본 연구에서는 JSW Steel Ltd.에서 제조한 1.2mm 두께 접 기계와 170 kVA/650V의 용량을 가진 중간 주파수 인버터를 사용하여 수행되었습니다. 각 강판에 대해 다양한 전류 범위(5~13 kA)에서 용접을 수행하였으며, 각 전류 값에서 3개의 시편을 용접하였습니다. 두 개의 시편은 인장 시험에 사용되었고, 나머지 하나는 용접 금속 조직 및 경도 평가에 사용되었습니다.
점 용접 조건 및 매개변수
점 용접은 동일한 형태의 시편을 겹쳐서 수행되었으며, 전류는 5 kA에서 13 kA까지 변화시켰습니다. 용접 전류는 최소 용접 크기를 생성하는 최소 전류에서 시작하여 용접 금속 방출이 발생할 때까지 점진적으로 증가시켰습니다. 용접 후 각 시편의 용접 Nugget 직경을 측정하고, 용접된 시편을 반으로 절단하여 광학 용접 미세구조를 관찰하였습니다. 인장 전단 강도(TSS) 시험은 Zwick RKP-250 기계에서 수행되었으며, Vickers 미세경도는 Zwick/Roell사의 HX-40 모델 미세경도 테스터로 측정하였습니다.
점용접 결과 및 토론
기본 재료 특성
각 강판의 화학적 조성은 ARL 3800 분광기를 사용하여 분석하였고, XRD 기술을 사용하여 기본 금속의 상 구성을 확인하였습니다. DP980 강판은 DP780보다 1% 더 높은 Mn 함량을 가지고 있어 더 큰 마르텐사이트 비율을 가지며, 이는 용접 융합 영역의 경도를 증가시켰습니다. TRIP980 강판은 TRIP690보다 0.05% 더 높은 탄소 함량을 가지고 있어 마르텐사이트 및 잔류 오스테나이트를 증가시켰습니다.
용접 특성 및 매개변수 최적화
TRIP 강판은 DP 강판보다 더 강한 용접을 보였으며, 전류 범위는 강판 등급에 따라 5 kA에서 13 kA까지 변했습니다. TRIP 강판의 높은 합금 함량은 저항률을 높이고 열 전도율을 감소시켜 더 빠른 용접 풀 형성과 낮은 냉각 속도를 초래하였습니다. 이로 인해 미세구조가 영향을 받았습니다. DP780 강판은 0.17% Mo를 포함하여 고용 강화제로 작용하며 베이나이트를 강화시켰습니다.
각 DP강판의 화학적 조성은 ARL 3800 분광기를 사용하여 분석하였고, XRD 기술을 사용하여 기본 금속의 상 구성을 확인하였습니다. DP980 강판은 DP780보다 더 높은 Mn 함량을 가지고 있어 더 큰 마르텐사이트 비율을 가지며, 이는 용접 융합 영역의 경도를 증가시켰습니다. 이러한 특성은 용접 후 강도와 내구성에 중요한 영향을 미쳤습니다.
용접부 미세구조 및 경도 분석
용접부의 미세구조는 주로 마르텐사이트와 베이나이트로 구성되었으며, TRIP 강판은 높은 전류에서 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트를 보였습니다. DP 강판은 마르텐사이트 함량이 높은 등급과 마르텐사이트가 분산된 페라이트로 구성된 낮은 등급을 보였습니다.
DP강판의 용접 특성은 주로 마르텐사이트와 베이나이트로 구성되었으며, DP980은 높은 마르텐사이트 함량으로 인해 더 높은 경도를 보였습니다. 용접부의 미세구조는 용접 조건에 따라 변하였으며, 높은 전류에서는 더 큰 Nugget 직경과 강도를 보였습니다. DP780은 상대적으로 낮은 전류에서도 우수한 용접 품질을 보였으나, DP980은 더 높은 전류가 필요했습니다.
DP강 인장 전단 강도(TSS) 및 TRIP강 코치 필 강도(CPS) 분석
DP780의 인장 전단 강도는 가장 낮았으며(16kN), 다른 등급은 20~22kN 범위에 있었습니다. TRIP 강판의 강도 향상은 높은 전류에서 더 큰 용접 직경으로 인한 것이며, 부분 인발 파손 모드가 관찰되었습니다. 코치 필 강도는 DP780에서 가장 높았고(3.2kN), DP980(2.2kN), TRIP690(2kN), TRIP980(1.7kN) 순으로 나타났습니다.
고강도강(AHSS)은 차량 경량화와 충돌 안전성 향상을 위해 자동차 산업에서 널리 사용됩니다. 그 중에서도 이중상(DP) 강판은 페라이트-마르텐사이트 미세구조를 가지고 있어 우수한 기계적 특성과 용접성을 제공합니다. 본 연구에서는 다양한 DP강판 등급(DP780, DP980)을 대상으로 저항 점용접(RSW) 특성을 분석하고 최적의 용접 조건을 도출하고자 합니다.
결론
본 글에서는 다양한 전류 및 용접 조건 하에서 DP 및 TRIP 강판의 용접 특성을 체계적으로 분석하였습니다. 주요 결과는 다음과 같습니다:
- TRIP 강판은 높은 전류에서 마르텐사이트와 잔류 오스테나이트를 보였으며, DP 강판은 마르텐사이트 함량이 높은 등급과 마르텐사이트가 분산된 페라이트를 보였습니다.
- 용접부의 경도와 강도는 강판의 합금 함량과 용접 조건에 따라 달라졌습니다.
- TRIP 강판은 높은 용접 직경과 강도를 보였으며, DP 강판은 상대적으로 낮은 강도를 보였습니다.
- 용접 과정에서 발생하는 미세구조 변화와 용접 품질 간의 상관관계를 체계적으로 이해함으로써 향후 고강도 강판의 용접 품질을 향상시키는 데 기여할 수 있습니다.