세계 車업계, 친환경·경량화 추세…안전강화까지
RIST 박광수 박사 “초고장력 車 부품 성형 위해”

국내 열처리 기업들이 ‘국부연화 열처리기술’ 개발을 서둘러야 한다는 주장이 제기됐다.

포항산업과학연구원(RIST) 재료공정연구소 박광수 박사는 세계 자동차 업계가 최근 환경 규제를 강화하고 있고, 차체 안정성과 충돌 흡수능력 최적화 기술을 요구하고 있다며 22일 이같이 밝혔다.

실제 미국은 2020년까지 현재보다 자동차 연비가 40% 향상된 갤런(3.8ℓ)당 35마일(56㎞)을 충족해야 하는 CAFE(Corporate Average Fuel Economy, 자동차 업체별 평균 연비기준) 법안을 2000년대 후반 가결했다.

여기에 주요국 온실가스 감축안을 담은 2004년 교토의정서에 이어 지난해 파리 기후협약 등 세계적으로 환경 규제가 강화되고 있어, 차 부품의 고효율과 경량화에 따른 초고강도강 핫 스탬핑(hot stamping)이 증가하고 있다.

최근 초고강도강 성형 신공법 필요성이 대두, 금형 가열 블랭킹 소재의 열처리 신공법 개발이 활발한 이유라고 박 광수 박사는 설명했다.

아울러 최근 미국과 유럽연합이 탑승자의 안전을 높이기 위해 차체 안정성 제고와 측면 충돌 시 차량의 충돌에너지 흡수 기능도 요구하고 있다.

이에 따라 제품 특성에 적합한 충돌 흡수 능력을 최적화 한 기술이 개발되고 있는 등 후열처리 기술을 이용한 국부연화 기술 개발 역시 부상했다고 박광수 박사는 강조했다.

국부연화 기술 개발에 따른 열처리 공정은 블랭킹→가열(930℃)→핫스탬핑(냉각 포함)→반제품→레이저 커팅→국부 연화(충돌에너지 흡수부 고주파 열처리)→최종 제품(상부 침입저지-1.5Gpa 이상▶하부 에너지 흡수 1Gpa 이하▶충돌 성능 강화) 순이다.

핫스탬핑 소재의 국부연화 방식은 고주파를 이용하는 방식이 경제적이다. 기존 파셜 퀜칭방식은 초기 투자 비용과 함께 공정에 대한 제조 비용 역시 높다.

◆국부연화, 고주파 이용이 ‘경제적’

반면, 고주파 국부연화 방식은 투자비용과 생산 축소가 각각 종전 방식보다 20% 정도 절감효과가 있다.

국부연화 방식을 적용한 부품은 정밀도도 우수한 것으로 나타났다.

핫스탬핑 센터필라 고주파 국부연화 공정의 경우 단품 치수 정밀도를 ±1.0㎜를 목표로 잡았으나, 실적은 센터필러 좌측면 기준 최대 지수 편차 ±0.5㎜, 센터필러 우측면 기준 최대 지수 편차 ±0.7㎜로 각각 파악됐다.

국부연화 적용 핫스탬핑 단품 충격 시험(센터필러)의 경우 12㎞/h에서 1,840㎏에서 파단이 이뤄졌다.

충격 시험에서 양산품의 경우 16m/s,38m/s, 51m/h에 꺽임이 발생했다. 국부연화품(580℃)은 17m/s, 66m/s에 꺽임이 발생하는 등 잔폭 변화가 커서 불안전 했으나, 국부연화품(520℃,480℃)은 진푝 변화가 적어, 보다 안정적인 현상을 보였다는 게 박 박사 지적이다.

박 박사는 “양산품과 국부연화 적용 핫스탬핑 단품은 실제 측면 충돌 시험결과 차이를 나타냈다”면서 “충격후 대차를 저지하지 않고 충격 방향으로 계속 이동했다”고 말했다.

그러면서도 그는 “580℃ 국부연화품의 동적 변형량은 23.4㎝, 520℃·480℃의 동적 변화는 22.1㎝로 다소 차이를 보였다”고 덧붙였다.