1GPa급 Q&P 강의 신장플랜지성에 미치는 천공 방법의 영향

Abstract

세계적인 환경규제와 각 국가별 연비규제로 인한 자동차의 경량화 요구가 꾸준히 증가하고 있다. 자동차의 경량화를 위해 경량 소재의 적용뿐만 아니라 자동차용 철강소재의 고강도를 통한 경량화가 활발히 진행 중이다. 그 중에서도 Q&P 강은 Quenching and partitioning 공정을 적용하여 높은 항복강도와 우수한 인성을 가져 차세대 자동차용 고강도 강재로 주목받고 있다. 하지만 Q&P 강의 고강도가 진행됨에 따라 낮은 신장 플랜지성에 의한 가공 균열 문제점이 보고되면서 성형성을 향상시키기 위한 연구가 진행되고 있다. 지금까지의 선행 연구에서는 Q&P 강의 신장플랜지성(stretch-flangeability)은 Retained austenite의 안정성에 영향을 받는다고 보고되었지만 최근에는 다상 복합조직의 미세조직학적 영향이 더 크다는 보고도 되고 있다. 이에 미세조직학적 변화에 영향을 주는 근본적인 원인에 대한 의견이 분분한 상태이며 체계적인 연구가 부족한 상태이다. 따라서 본 연구에서는 신장플랜지성에 미치는 미세조직의 영향을 명확하게 알아보기 위하여 구멍 확장시험(hole expansion test)을 진행하고 미세조직 정량화를 통해 변형거동과 파괴거동의 차이를 분석하여 결과적으로 신장플랜지성에 미치는 미세조직의 영향에 대하여 규명하고자 하였다. 그리고 구멍 확장시험을 하기 위하여 천공할 때 일반적으로 punching하여 구멍을 뚫게 되면 재료의 구멍 가장자리 부에는 큰 변형이 가해지게 된다. 반대로 wire cutting하여 구멍을 뚫게 되면 거의 변형을 주지 않아 천공 방법을 달리하여 구멍 가장자리 부에 인가하는 변형 정도에 따른 미세조직 변화를 비교하였다. Punching한 경우 가공 초기에 이미 공칭 변형율 20% 이상을 받아 Retained austenite 대부분이 Martensite로 변태하고 Ferrite로의 변형 집중을 많이 받은 것을 확인할 수 있었다. 또한 구멍 가장자리에서 공극과 균열 등 결함을 다수 관찰하였다. 따라서 구멍 확장시험을 진행할 때 변형이 집중되어 취약해진 Ferrite를 따라 균열이 급격하게 전파되어 낮은 HER을 가진다. 하지만 wire cutting한 경우 변형을 거의 받지 않은 상태이므로 구멍 가장자리에서 변형 유기 변태와 공극 및 균열이 관찰되지 않았다. 또한 Ferrite 뿐만 아니라 Bainite와 Tempered martensite에서 함께 변형이 일어나고 구멍 확장 중 가공경화가 일어나면서 Retained austenite는 변형 유기 변태한다. 따라서 비교적 전체적으로 균일하게 변형이 일어나 균열의 blunting이 일어나며 높은 균열 저항성을 보여 높은 HER을 가질 수 있었다.