무게는 줄이고 강도는 높입니다

혁신적인 고성능 신규 강종이 빠른 속도로 개발되고 있습니다. 이 제품들은 몇몇 분야에서 연강과 비교할 때 강도와 안전성 면에서 개선되었으며 경량화 설계에 기여하여 결과적으로 연료 소비를 감소시켜 환경을 보호합니다.

초고장력강(AHSS 및 UHSS)은 무엇보다 자동차 산업 분야에 혁신을 일으키는데 기여하며 Docol® 강종은 이 혁신에 참여하고 있습니다. 실제로 전 세계 메이저 제조사 거의 대부분의 최신 자동차 부품들이 좌석 프레임에서부터 사이드 임팩트 및 루프 빔 그리고 범퍼에 이르기까지 갈수록 초고장력 강종으로 제조된 것을 보게 됩니다.

Docol® AHSS의 강도

Docol® AHSS의 강도는 구조 성능의 손실 없이 적은 양의 재료로 설계가 가능하도록 합니다. Dual phase 강과 마르텐사이트 강은 항복 강도가 매우 높은 제품들이 있습니다. 이 강종들은 성형 시에는 현저한 가공경화 효과를, 도장 공정에서는 소부경화 효과를 보여 줍니다.

가공 경화 효과는 2% 변형률에서는 대략 150 MPa, 전형적인 도장 공정의 경우 소부경화 효과는 50 MPa가 추가됩니다.

가공 경화 및 소부 경화 효과 이외에도 AHSS는 변형률 경화 효과가 있어 변형속도가 높을 때 더 높은 응력을 지탱합니다. 이 효과는 자동차 충돌 시 국부적으로 나타나는 높은 변형률에서는 약 100 MPa에 해당합니다.

중량 감소의 잠재력

AHSS의 고장력은 차체 골격(BIW)과 범퍼 시스템, 도어 사이드 임팩트 빔, 시트 구조 등등의 중량 감소에 유리합니다. 이 잠재력이 잘 드러날 수 있는 이론상의 두 가지 사례를 아래의 두 그림으로 소개하겠습니다. 강판이 순전히 응력 상태에 있다면(그림. 1a) 응력은 1개의 두께와 일직선상으로 비례합니다. 순전히 휨 응력 상태에 있다면, 응력은 두께의 제곱에 비례합니다(그림 1b).

그림 1: 강판 작용과 표면 작용

더 높은 응력을 지탱하는 재료를 도입할 경우 성능은 동일하게 유지하면서 두께를 줄일 수 있습니다. 그림 2는 이러한 이론상의 두 사례에서 중량 감소의 잠재력을 보여 줍니다.

안전에 중요한 요소의 경우 실현 가능한 중량 감소는 많은 경우 이러한 두 극단의 값 사이에 있습니다. 그렇지만 휨의 경우는 보존적 하한선이 아닙니다. 폭이 좁은 설계에서는 국부적 좌굴이 발생할 수 있기 때문입니다.

그림 2에서 처럼 AHSS는 재료의 잠재력을 최대한 이용하기 위해 국부적 휨을 방지할 수 있는 조치에 더욱 초점을 맞춥니다. 휨 응력 상태를 방지하기 위해 적절한 조치를 취해야 합니다. 빔을 사용하면 전체적인 휨 모멘트가 가장 잘 전달됩니다. 롤 형태의 프로파일이나 관으로는 휨 모멘트를 지탱하는 최적의 형상을 설계하고 제조할 수 있습니다.

그림 2: 응력 상태 및 휨 응력 상태에 AHSS를 사용할 경우의 중량 감소. 표시된 강종의 항복 강도는 2%의 가공 경화와 도장 후의 항복 강도에 해당합니다.