DP강 배경
초고강도강(AHSS, Advanced High Strength Steel)은 최근 몇 년 간 많은 주목과 관심을 받아왔습니다. 자동차 산업에서는 승객의 안전성 향상과 경량화를 위해 다양한 초고강도강(AHSS)이 개발되었습니다. 그 중에서도 q&p강, dp강, trip강, 퀜칭 및 파티셔닝(Q&P강) 공정은 Speer에 의해 제안 된 새로운 방식으로 상당한 양의 잔류 오스테나이트를 포함하는 마텐사이트 강을 생산하는 혁신적인 방법입니다. Q&P강은 인장 강도와 연신율 사이에서 뛰어난 균형을 이루며, 기존의 TRIP 강보다 높은 인장 강도와 마텐사이트 강 및 듀얼 페이즈(DP) 강보다 향상된 연신율과 성형성을 제공합니다.
이번 글의 주요 목적은 Q&P, DP 및 TRIP 강판의 스트레치-플랜지 성능을 향상 시키고 이를 설명하는데 목적이 있습니다. 이를 위해 다양한 등급의 Q&P 강판과 TRIP, DP 강판을 대상으로 홀 확장 테스트를 수행했습니다. 또한, 홀 가장자리를 펀칭, 밀링, 와이어 커팅 등의 방법으로 준비하여 각 방법이 홀 확장 성능에 미치는 영향을 비교 분석했습니다.
DP강 재료 준비
이번 글에서는 ISO실헝방법 TS16630:2009에 따라 두 가지 등급의 Q&P 강(Q&P1180, Q&P980)을 홀 확장 테스트를 통해 연구했습니다. Q&P 강의 홀 확장 특성은 세 가지 등급의 TRIP 강(TRIP780, TRIP900, TRIP690)과 한 가지 등급의 DP 강(DP980)과 비교되었습니다. Q&P1180, Q&P980, TRIP780, TRIP900의 조성은 거의 동일하지만, TRIP690과 DP980의 조성은 다릅니다.
Q&P1180은 인장 강도 1204 MPa, 항복 강도 1070 MPa, 총 연신율 11.3%를 나타내며, Q&P980은 인장 강도 992 MPa, 항복 강도 701 MPa, 총 연신율 19.1%를 나타냅니다. TRIP 강의 경우, TRIP900은 인장 강도 900 MPa, 항복 강도 576 MPa, 총 연신율 24.8%, TRIP780은 인장 강도 817 MPa, 항복 강도 494 MPa, 총 연신율 28.7%를 나타내고 있습니다. DP980은 인장 강도 975 MPa, 항복 강도 613 MPa, 총 연신율 14.6%를 나타냅니다.
TRIP 강 홀 준비 및 확장 테스트
130mm x 130mm 크기의 시편을 사용하고, 시트의 중앙에 10mm의 홀을 펀칭, 밀링, 와이어 커팅 중 하나의 방법으로 가공했습니다. 홀 확장 테스트를 위해 ISO실험방법 TS16630:2009에서 제안된 12±2%의 다이 간격을 선택하여 펀칭된 시편을 준비했습니다. 시트 두께는 1.0 mm에서 2.0 mm까지 다양했으며, 이에 따라 홀 펀칭 공정에서 다른 다이 내부 직경을 사용했습니다.
홀 확장 테스트는 60°의 각도를 가진 원뿔형 펀치를 사용하여 수행되었으며, 테스트는 1mm/s의 속도로 진행되었습니다. 최소한 세 개의 시편을 각 조건에 대해 테스트했으며, 디지털 카메라를 사용하여 균열이 시작되는 순간을 감지했습니다. 확장된 홀의 최종 직경은 두 개의 수직 방향으로 측정하여 홀 확장 비율(HER)을 계산했습니다.
q&p강 결과 및 논의
1. 홀 확장 비율
홀 확장 테스트 결과, 와이어 컷 가장자리가 대부분의 테스트 강판에서 가장 높은 HER을 보여주었고, 밀링과 펀칭 가장자리가 그 뒤를 이었습니다. 와이어 커팅과 밀링된 가장자리의 경우, 엣지 품질이 유사하여 HER 값도 비슷하게 나타났습니다. 반면, 펀칭된 가장자리의 경우, Q&P1180이 가장 높은 HER을 보였고, Q&P980은 DP980과 비슷한 HER을 보였으며, TRIP 강은 가장 낮은 HER을 보였습니다. 특히, Q&P1180의 경우, 펀칭된 홀의 HER이 50% 이상으로 매우 높게 나타났습니다.
2. 기계적 특성과 HER의 관계
펀칭된 가장자리의 HER과 일부 기계적 특성 간의 관계를 분석한 결과, YS/TS 비율이 HER에 강한 긍정적 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 이는 높은 YS/TS 비율이 전단된 가장자리의 강도를 증가시키기 때문으로 보입니다. 또한, n-값이 높을수록 펀칭된 가장자리와 기계 가공된 가장자리 간의 HER 차이가 크게 나타났습니다. 이는 높은 n-값이 전단된 가장자리에서 더 높은 강도를 초래하기 때문입니다.
3.모재 특성
각각의 홀 가공 방법이 엣지 특성에 미치는 영향을 분석하기 위해 광학 현미경(LOM), 주사 전자 현미경(SEM), 마이크로 경도 테스트를 사용했습니다. 펀칭된 가장자리는 롤오버, 번니시, 파단, 버어 등 네 가지 구역으로 나뉘었고, 밀링 및 와이어 커팅된 가장자리는 이러한 구역이 명확하지 않았습니다. 마이크로 경도 측정 결과, 펀칭 공정이 가장자리에서 상당한 경도 증가를 초래한 반면, 밀링된 가장자리는 경도 증가가 미미했으며, 와이어 커팅된 가장자리는 거의 경도 증가가 없었습니다.
DP강 결론
이번 연구에서는 Q&P, DP 및 TRIP 강판의 홀 확장 테스트를 통해 홀 확장 성능, 전단 영향 구역의 특성, 기계적 특성이 HER에 미치는 영향을 분석했습니다. 주요 결론은 다음과 같습니다:
펀칭된 Q&P1180의 HER은 50% 이상으로 매우 높았으며, Q&P980의 HER은 30%에 가까워 DP980과 비슷하고 TRIP 강보다 약간 높았습니다.
YS/TS 비율이 펀칭된 가장자리의 HER에 강한 긍정적 영향을 미쳤습니다. Q&P1180의 높은 HER은 높은 YS/TS 비율 때문으로 보입니다.
펀칭 공정은 밀링 및 와이어 커팅에 비해 홀 확장 성능을 저하했으며, Q&P1180은 펀칭과 와이어 커팅 간의 HER 손실이 가장 적었습니다. 또한, Q&P1180은 낮은 n-값으로 인해 전단된 가장자리에서 가장 작은 경도 증가세를 보였습니다. 반면, 높은 n-값을 가진 TRIP 강은 더 큰 HER 손실을 보였습니다.
이번 글에서는 Q & P 강의 스트레치-플랜지 가능성을 향상 시키기 위한 이해를 높이는 데 중요한 기여를 했으며 향후 자동차 산업에서의 활용 가능성을 높이는 데 도움이 될 것으로 기대됩니다.
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