금형 속에서 강판 식히니 강도가 3배 높아졌다

생산기술연구원 권의표 그룹장 연구팀 '직수냉각 핫스탬핑 기술' 개발

생산기술연구원 탄소소재응용연구그룹 권의표 그룹장이 직수냉각 핫스탬핑 성형 시스템으로 만든 성형품을 들어 보여주고 있다. 생산기술연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 국내 연구진이 두꺼운 강판을 금형으로 제품을 만들때 열을 식히는 시간을 5분의 1로 단축하는 기술을 개발했다. 연구진은 이 기술을 적용하면 강판의 강도를 2~3배 가량 높이면서도 강판 두께는 오히려 줄일 수 있어 부품 경량화에 매우 유리하다고 설명했다.

한국생산기술연구원은 탄소소재응용연구그룹 권의표 그룹장 연구팀이 3㎜ 이상의 두꺼운 강판에도 적용 가능하고 냉각성능도 3배 이상 향상시킨 '직수냉각 핫스탬핑 기술'을 개발했다고 11일 밝혔다.

핫스탬핑 기술은 약 950℃로 고온 가열한 금속을 금형에 넣고 프레스 성형한 후, 꺼내지 않고 금형 속에서 급속 냉각시키는 공법이다.

연구진은 이번에 개발한 시스템을 3.2㎜ 두께로 두꺼운 강판 핫스탬핑 성형에 적용해 시험했다.

그결과 기존 방식으로는 강판을 냉각하는데 33초 걸리던 것을 7초만에 해내 초당 89℃의 뛰어난 냉각속도를 보였다. 또한 인장강도가 1600MPa(메가파스칼)급 초고강도를 구현해냈다.

연구진은 이 기술을 기반으로 자동차 부품기업 '동해금속㈜'과 함께 공동연구해 지난해 12월 친환경 버스 프레임 제작에 사용되는 사이드 멤버 부품까지 개발해냈다.

권의표 그룹장은 "버스 프레임 이외에도 경량화 및 고강도가 요구되는 트럭, 특장차, 항공기 등 다양한 분야에 활용 가능할 것"이라고 설명했다. 권 그룹장은 또한 "냉각속도가 빨라야 후열처리 과정에서 강도가 향상되는 고강도 알루미늄 소재 성형기술에도 적용이 기대된다"고 말했다.

직수냉각 핫스탬핑 성형 시스템을 이용해 표면에 한 방향으로 유로(물길)가 새겨져 있는 직수냉각 펀치 금형(왼쪽)과 비교품. 생산기술연구원 제공

연구진은 이번 기술개발을 통해 현재 관련 논문 2편을 발표했으며, 특허의 경우 출원 2건 중 1건이 등록 완료된 상태다.

연구진은 냉각수를 금형 내에서만 순환시키는 기존 '금형 냉각 핫스탬핑' 기술의 한계점에 주목했다.

기존 기술은 간접냉각 방식으로 냉각속도가 느리고, 강판이 두꺼울 경우 열전달이 어려워 냉각성능도 크게 떨어진다.

연구진은 냉각수를 금형 내부뿐만 아니라 표면에 새겨진 물길(유로)에도 동시에 흐르게 할 수 있는 혼합 방식의 '직수유로분사' 냉각법을 새롭게 고안해냈다.

또한 냉각수 공급량을 최적 수준으로 제어해주는 냉각수 분사·배출 장치까지 제작해 일련의 직수냉각성형 시스템을 구축해냈다.

[e-mail] 김만기 기자