REPORT핫스탬핑이란 금형 내에서 부품성형과 동시에 경질조직으로 변태시키는 일종의 가공열처리 기술로서, 형상가공과 고강도화를 동시에 달성하는 기술이며 자동차산업에서 핵심적으로 사용되는 열간가공 프로세스이다. 고장력강의 성형에는 대형 프레스가 필요하고 금형을 자주 수정해야 하는 결점이 있으나, 핫스탬핑에서는 보통강 수준의 재질로도 고장력강의 강도를 작은 성형하중으로 달성할 수 있는 장점이 있다. 핫스탬핑은 강판을 오스테나이트온도까지 가열하여 찍어내고자 하는 자동차 부품의 금형에 찍어낸다. 그리고 급냉을 시켜서 마르텐사이트온도 이하로 떨어뜨린다. 핫스탬핑은 약 900℃로 가열된 철강소재를 프레스로 이동시켜 성형이 용이한 고온에서 성형하고 동시에 물이 순환하는 금형으로 급냉하여 열변형이 없고, 마르텐사이트 조직이 만들어지는 고강도 부품 제조 기술이다. 핫스탬핑 공법을 사용하게 되면 두께는 동일하지만 인장강도는 1470MPa~2000MPa의 초고장력강(AHSS)이 만들어지며 무게는 15~25% 줄일 수 있다.사진은 핫스탬핑 공정을 나타낸 자료이다. 그림을 보면 일반 강이 열처리와 냉각을 거쳐 AHSS로 만들어지는 것을 볼 수 있다핫스탬핑 공정은 판재의 가열→ 금형에 의한 프레스 가공→ 금형 내에서 급냉→ 트리밍, 펀칭 등 후가공의 공정으로 구성된다. 성형용 소재를 A₃온도 이상으로 가열하여 오스테나이트 조직으로 한 후, 이를 프레스로 성형하고 금형 내에서 급랭하여 마르텐사이트로 변태시키는 가공열처리 기술의 일종이다. 핫스탬핑에서는 금형 내의 냉각에 의해 마르텐사이트 변태가 일어나야 하므로 여기에는 경화능이 좋은 강재가 이용된다. 대표적인 강재로는 경화능에 기여하는 Mn, Cr, B를 소량 첨가한 Fe-0.23C-1.18Mn-0.16Cr-0.002B(중량%)의 조성을 갖는 22MnB5강이 핫스탬핑 용으로 현재 유럽에서 가장 많이 이용 되고 있다. 22MnB5강은 아래 표 에서 보는 바와 같이 통상은 페라이트(F)+펄라이트(P)의 복합조직을 갖는 강종으로 강도 가 약 600MPa에 불과하지만, 핫스탬핑을 적용하면 강도가 1500MPa 이상으로 높아진다. 다만 이러한 강도를 얻기 위해 서는 연속냉각변태도에서 보는 바와 같이 금형 내에서 마르텐사이트 변태 온도인 400℃까지 27℃/sec 이상의 냉각속도를 실현해야 한다.핫스탬핑의 가장 큰 장점은 금형 내에서 성형 후의 급냉으로 경질조직인 마르텐사이트상이 생성되므로 스프링백(spring back)이 없고, 형상동결성과 고강도화가 동시에 달성되는 점이다. 또 가공 시 변형저항이 냉간변형의 1/20에 불과하므로 프레스 하중의 현저한 저감에 의해 성형프레스의 소형화가 가능하다. 이외에도 금형의 수정이 불필요하고, 금형 내 냉각(die quenching) 효과에 의하여 보통강으로부터 1500MPa 이상의 고강도 성형부품을 제조할 수 있는 장점이 있다. 하지만 핫스탬핑의 문제점으로는 가열로 등 부대시설이 필요하고, 냉각에 시간이 지체되고 연속작업이 곤란하여 생 산성이 낮으며, 절단, 트리밍(trimming), 천공(piercing) 등의 후처리에 레이저 가공설비가 필요하고, 고온성형 과정에서 생성된 산화 스케일의 제거를 위한 숏피닝(shot peening) 설비가 필요하다. 이와 같은 결점들이 핫스탬핑의 보급에 장애가 되고 있어 이의 해결을 위해 재료기술, 장치기술, 공정기술, 성 형가공기술 등의 분야에서 적극적인 연구개발이 추진되어 새로 운 기술이 등장하고 있다.아래의 그림은 자동차 차체에서 핫스탬핑 강이 적용되는 부품들을 표시한 것이다.실제 부품의 가공 및 성형 공정의 복잡성에 따라, 핫스탬핑 공정은 2가지로 나뉘게 되는데 직접 핫스탬핑 공정과 간접 핫스탬핑 공정으로 나눌 수 있다.직접식은 아래 그림에서 보는 바와 같이 판재를 오스테나이트 온도로 가열한 후, 프레스 성형을 실시하고 금형 내에서 그대로 급냉시키는 방법으로 통상적으로 핫스탬핑은 이와 같은 직접식을 의미한다. 이에 대하여 간접식은 최종형상의 90～95%까지 냉간에서 예비성형을 실시하고, 예비 성형품을 오스테나이트 온도로 가열한 후 금형으로 옮겨 최종형상으로 조정한 후 급냉시키는 방법이다. 이후의 처리로서 트리밍(trimming), 천공(piercing), 숏피닝(shot peening) 등의 후공정은 직접식이나 간접식이나 공통적으로 적용된다.(직접 핫스탬핑 방법의 부품)다음은 간접 핫스탬핑 공정이다. 간접식은 금형표면의 마모를 방지할 목적이나 또는 DP성형을 위한 목적으로 적용한다. 특히 핫스탬핑에서는 성형성이 우수한 페라이트 집합조직은 생성되기 어렵고, 또 공구접촉부와 비접촉부에서 온도분포가 존재하여 고온부위에 변형이 집중되어 피단이 일어나기 쉬우므로 DP성형이 곤란하다. 이의 해결법으로 냉간프레스 성형 후에 핫스탬핑을 실시하여 고강도화를 달성하는 방안이 제안되고 있다.그러나 이 방법은 공정이 추가될 뿐만 아니라 부품형상으로 가공된 것을 가열하므로 가열로의 대형화가 필요하다. 이러한 문제의 해결을 위해서는 마찰계수가 낮은 저렴한 윤화제의 개발과 함께 DP가공이 가능한 핫스탬핑 기술의 개발이 요구된다.핫스탬핑 강은 경화능을 필요로 한다. 경화능이란 급냉에 의한 경화층의 깊이와분포상태를 결정하는 성질로 쉽게 말해 급냉에 의한 마르텐사이트 변태의 난이의 장도를 말한다. 그래서 강의 경화능이 높다는 것은 느린 냉각속도에서도 완전한 마르텐사이트를 형성할 수 있는 능력을 말한다. 보통 탄소강은 낮은 경화능을 갖지만, 모든 일반적인 합금원소는 강의 경화능을 증가시킨다. 강의 경화능을 비교하기 위해서는 Jominy 시험이 사용되는데 시험 후에 시편의 길이방향으로 경도를 측정하여 경화능 곡선을 얻으며 경화능에 영향을 미치는 인자로는 강의 C%, 결정립의 크기, 합금 원소의 종류와 양 등이 있다.참고문헌열처리기술/ 열처리 초보자를 위한 알기쉬운 열처리용어-메탈넷코리아 Hyperlink "http://www.metalnet.co.kr/Technical/Thermo/HT101_Terminology/Thermo_Terminology.html" http://www.metalnet.co.kr/Technical/Thermo/HT101_Terminology/Thermo_Terminology.html금속재료학 2020-2.pdf Hyperlink "file:///C:/Users/user/Downloads/%EA%B8%88%EC%86%8D%EC%9E%AC%EB%A3%8C%ED%95%99%202020-2.pdf" file:///C:/Users/user/Downloads/%EA%B8%88%EC%86%8D%EC%9E%AC%EB%A3%8C%ED%95%99%202020-2.pdf블로그- 핫스탬핑(Hot Stamping) Hyperlink "https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=newzsk103&logNo=221017243628&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F" https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=newzsk103&logNo=221017243628&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F한국소성가공학회지, 제 18 권 제 4 호, 2009 Transactions of Materials Processing, Vol.18, No.4, 2009 - 핫스탬핑에 의한 고강도 차체 부품 개발 (이두환, 김태정, 임종대, 임희중)한국과학기술정보연구원 – 고강도부품 제조를 위한 열간스탬핑 기술 (심재동)
