자동차용 고강도강판 소재 기술개발 및 성형기술 동향
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글 : 채영석(webmaster@global-autonews.com)|
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승인 2014-06-25 00:03:15 |
본문
1. 서론
최근 미국에서는 환경 오염 규제를 강화하는 방안으로써 자동차에서 소비하는 화석연료 소비량을 축소시키는 새로운 연비 정책을 발표하였다. 이에 완성차 업계는 평균적으로 매년 5%의 연비 개선이 요구되고, 2025년에 이르러서는 현재 수준보다 2배 이상 효율이 개선된 고연비 차량을 개발해야 한다.
글 / 이진우 (포항공과대학교)
출처 / 오토저널 3월호
많은 완성차 업체들은 하이브리드 구동 시스템, 친환경 디젤 엔진, 전기 자동차와 같은 친환경 자동차를 연구 개발하고 있지만, 연비 개선을 위한 부가적인 자동차 부품들의 차체 중량 증가분이 연비에 미치는 영향 또한 무시할 수 없는 상황이다. 새로운 친환경 기술 적용의 실효성을 향상시키기 위해서는 차체 경량화 기술의 선행 연구가 필수적으로 이루어져야 한다.
최근 연비 규제뿐만 아니라 차량 사고 발생시 충돌로부터 운전자와 승객의 안전성 확보에 대한 판매 규제가 강화되면서 고강도강 판재를 적용한 차체 개발이 더욱 가속화되고 있다. 이는 차체 강성을 유지하면서 판재의 두께를 효과적으로 줄일 수 있기 때문에 충돌 안전도와 연비를 동시에 향상시킬 수 있기 때문이다. 한예로 독일 폭스바겐사의 2012년 형 골프(GOLF) 모델은 고강도 강판이 적용된 차체 부품의 수를 대폭 증가
시킨 결과, 이전 동급 모델 대비 약 100kg의 중량을 감소시킬 수 있었다. 이와 같은 고강도 강판을 활용한 차체 경량화 기술은 앞으로도 지속적으로 발전될 전망이다.
2. 자동차용 고강도강판 소재 기술개발 현황
자동차용 강판의 경량화 연구는 국제철강협회 주도로 시작된‘고강도 철강을 이용한 차체경량화 프로젝트(ULSAB)’를 기점으로 현재까지 이어지고 있으며 2세대 고강도강을 대표하는 2상조직(Dual Phase)강과 변태유기소성(Transformation Induced Plasticity)강 등 다상복합조직강이 개발되었다.
일반적으로 경질상인 마르텐사이트의 함량이 증가하면 재료의 강도가 증가한다. 2상조직강은 타 고강도강과는 달리 소부경화(Bake Hardening) 효과를 가지고 있다. 2상조직강의 소부경화 효과와 우수한 충돌흡수 능력으로 인해 대표적 외판재인 도어, 후드 및 루프 등에 적용된다. 그러나 낮은 성형성으로 인해 복합적인 형상의 차체적용을 위해서는 새로운 성형기술개발이 필요한 실정이다.
변태유기소성강은 연질상인 페라이트와 경질상인 마르텐사이트 혹은 베이나이트(Bainite) 및 잔류(Retained) 오스테나이트 등으로 이루어져있다. 잔류 오스테나이트는 소성 변형 중 마르텐사이트로 변태하면서 변태유기소성을 발생시키기 때문에 동일 강도의 2상조직강과 비교하여 보다 높은 연신율을 보인다. 이러한 고강도 고성형성은 차체 부품 중 늘림 성형이 요구되는 부품에 주로 활용된다.
앞서 언급한 2세대 고강도강의 단점인 낮은 성형성을 극복하기 위해서 포스코는 17~24%의 망간을 함유한 TWIP(Twin Induced Plasticity)강을 개발하였다. TWIP강은 1GPa 이상의 초고강도강 임에도 불구하고 50% 이상의 연신율을 보일 정도로 성형성이 우수하다. 포스코는 합금 금속의 가격 변동성과 합금으로 인한 용접성 약화를 보완한 TWIP강 개발에 주력하고 있으며 현재 경량화 차체 기술 개발에 주력하고 있다.
철강 업체들은 2세대 고강도강의 (강도)×(연성) 밸런스를 뛰어 넘는 25GPa% 수준의 1GPa급 3세대 고강도강 개발에 나서고 있다. 2세대 고강도강인 변태유기소성강의 연질상을 경질상인 베이나이트 혹은 마르텐 사이트로 대체하고 잔류오스테나이트의 분율을 조절하여 높은 강도와 연실률을 얻는 새로운 개념의 강종을 개발 중에 있다.
최근 차체 경량화 소재로 각광받고 있는 알루미늄과 마그네슘은 철강 소재 대비 각각 34%와 25% 정도 수준의 비중을 차지하고 있다. 이러한 경량 비철금속재와 경쟁하기 위해서는 철강의 높은 강도를 고려하더라도 10% 정도의 비중 감소를 필요로 한다. 유럽에서는 알루미늄을 첨가한 자동차용 저비중 철강재료를 개발하는 등 다양한 연구가 진행되고 있다.
3. 자동차용 고강도강판 성형기술 현황
프레스 성형은 박판 성형 기술 중 가장 광범위하게 사용되는 대표적 기술로, 균질한 제품을 대량생산하는 방법으로 오래도록 사용되어왔다. 하지만 차체 경량화 및 충돌안전성 확보를 위한 고강도강의 사용 증가는 기존의 프레스 성형 공정 상에 새로운 문제점들을 야기시켰다. 얇은 두께의 고강도강의 프레스 성형에 따른 예기치 못한 파단과 스프링백 등이 그것이다. 또한 소재 강도의 증가에 따라 프레스 금형의 수명이 연질강
(Mild Steel)을 사용했을 때 보다 큰 폭으로 줄어들게 되었다. 이를 해결하고자 고강도강의 판재 성형을 위한 다양한 성형 기술이 개발 되고 있다.
서보 프레스는 기계식 프레스와는 다르게 서보 모터로부터 슬라이드의 동력 및 속도를 조절하는 방식이다(그림 3). 서보 프레스를 이용하여 고강도강판의 형상동결성 저하 현상을 개선할 것이라 기대되며, 현재이들에 대한 기초연구가 학계와 산업계 등에서 활발히 진행되고 있다. 국외에서는 일본이 서보 프레스 장치보급 및 이를 이용한 정밀부품 성형 연구를 활발히 하고 있으며, 국내에서는 포스코 및 현대제철 등에서 서
보 프레스를 이용한 고강도강의 성형성 향상에 대한 연구를 수행하고 있다.
고강도 강의 벤딩 성형성을 이용한 롤성형(Roll Forming)은 (그림 4)와 같이 일렬로 연속되는 형상 롤을 통해서 단계적으로 최종 형상으로 변형시키는 공법이다. 롤성형은 형상정밀도가 높다는 장점이 있지만 공정특성상 유사한 단면의 상대적으로 길이가 긴 차체 구조용 제품의 생산에 적용된다는 단점이 있다.
직접적으로 고강도강 판재를 성형하는 다른 공법들과는 달리, 열간프레스성형(Hot Press Forming)은 고온에서 강의 높은 성형성과 냉각 공정에서 발생하는 상변태를 이용하여 목표하는 고강도 부품을 제조하는 공법이다. 가열로를 이용하여 오스테나이트 변태 온도 이상으로 가열된 판재는 연질의 오스테나이트상의 기질을 가지게 된다. 프레스로 옮겨진 고온 오스테나이트상의 판재는 성형과 동시에 금형에 의한 냉각공정(Die Quenching)을 겪게 된다.
4. 자동차용 고강도강판 재료 모델링 기술 현황
최근 유한요소법(Finite Element Method)을 활용한 성형 해석 전산모사 기술이 일반화되고 있으며 이를 이용한 차체 부품의 설계 및 공정 최적화가 활발히 이루어지고 있다. 이는 부품의 설계 및 최적화 과정에서 발생하는 시행착오를 줄여 개발비용과 기간을 줄일 수 있다는 장점들 때문이다. 뿐만 아니라 생산공정에서 발생하는 조기 파단 및 형상동결성 불량의 문제점들을 금형 설계 수정과 공정 변수 연구를 통해 신속히 대처 할 수 있도록 도와주어 생산 기술력의 향상에 도움이 되고 있다.
앞서 언급했듯이 고강도강 판재는 소성 변형이 발생하는 동안 높은 유동응력이 형성되어 형상동결성을 저하시키는 스프링백(Springback) 현상을 야기시킨다. 따라서 고강도강 판재를 활용한 차체 부품의 개발을 위해서는 유한요소해석으로 대표되는 전산모사 기술을 통한 형상불량 예측이 필수적으로 선행되어야만 한다.
스프링백 예측의 정확도를 높이기 위해서는 변형률 경로 변화에 따른 고강도강 판재 거동 해석이 중요하다. (그림 6)에서 비교할 수 있듯이 연강(Mild Steel)의 재료거동에서는 크게 대두되지 않던, 바우싱거 효과, 과도기적 경화 거동, 경화 침체 현상, 영구적 연화 현상 등 복잡한 재료거동이 고강도강의 주요 특징으로 나타난다.
20세기 중반의 연구자들은 변형률 경로 변화에 따른 재료거동의 특이현상들 중에서 바우싱거 효과를 표현하기 위한 재료모델 개발에 집중하였다. 예를 들면 선형이동 경화 모델의 경우는 항복 곡면이 응력의 방향 또는 소성 변형 증분의 방향에 따라 일정한 속도로 이동함을 표현하였다. 이 모델은 바우싱거 효과의 재료거동 예측에는 적합하였지만, 과도기적 경화 거동은 잘 예측하지 못하였다.
21세기에 급부상한 스프링백 연구에서는 대표적으로 세가지 형태의 가공 경화 모델들을 사용한다. 첫째는 위에서 언급한 선형 이동 경화 모델에서 벗어나 항복 곡면이 소성 변형에 따라 크기가 커지면서 동시에 이동을 하는 비선형 등방-이동 경화 모델(Nonlinear Isotropic-kinematic Hardening)이 있다. 이 모델은 구성방정식의 상수들이 해석적 형태로 정의되어 실험을 통해 쉽게 얻어질 수 있는 장점이 있다. 비선형 등
방-이동 경화 모델은 바우싱거 효과 및 과도기적 경화 거동을 표현하여 스프링백 해석 예측 정확도를 높여주었다. 하지만 최근 개발된 고강도강 재료들에서 영구적 연화 현상이 도드라지게 나타남에 따라 이를 모사할 수 없는 비선형 등방-이동 경화 모델을 발전시키기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.
두 번째로는, 항복 곡면 이외에 또 다른 곡면을 이용하여 경화 거동을 표현하는 모델이 있다. 이 모델의 항복 곡면은 경계 곡면을 벗어 날 수가 없으며 경계 곡면은 앞서 언급한 비선형 등방-이동 경화 모델을 따른다. 하지만 이 모델에서는 비선형 등방-이동 경화 모델과는 다르게 구성방정식의 상수들이 해석적 형태로 정의되지 않기 때문에 많은 연구자들이 최적화 이론을 통해 구성방정식 상수들을 추출하게 된다. 이 경우
<그림 6>에 나타난 모든 특이현상들의 표현이 가능해지며, 상용 유한요소 해석 프로그램인 LS-DYNA, Pam-Stamp 등에 이미 내재되어 있어 많은 연구자들이 판재성형 해석에 사용하고 있다.
마지막으로 이전 모델들과 다르게 이동 경화 모델을 이용하지 않은 왜곡 경화 모델(Distortional Hardening)이 있다. 이 모델은 이동 경화 개념을 사용하지 않았기 때문에 항복 곡면의 중심 위치가 변하지 않으며 응력의 방향에 따라서 항복 곡면의 형상이 변형된다. 이 모델은 변형률 경로 변화가 없는 소성 변형에서는 등방 경화와 같은 재료 거동을 보이고, 변형률 경로 변화가 있는 경우에는 변형률 이력을 저장하여 경로 변화에 따른 재료 거동을 표현한다. 재료의 변형률 경로 변화 이력을 저장할 수 있기 때문에 다단 성형과 같이 변형률 경로 변화가 많이 발생하는 성형 해석에서 우수한 예측 정확도를 제공할 것으로 기대된다.
5. 결론
본 고에서는 자동차 경량화를 이끌어 갈 자동차용 고강도강판의 개발과 소재 성형기술의 현황을 간략히 소개했다. 환경규제 및 연비향상에 대한 전세계적인 요구에 대응하는 경량 자동차 개발을 앞당기고 초고강도강 부품의 빠른 현장 적용을 위해서는 무엇보다 철강산업과 자동차 산업간의 긴밀한 연대가 필요할 것이다. 자동차용 강판의 선두 주자라고 할 수 있는 독일 및 일본의 경우를 보듯이 철강업계는 자동차업계와 연
구개발 단계에서 협력하고, 소재개발뿐만 아니라 가공기술의 연구개발에도 집중해야 한다.
고강도강의 난성형성, 탄성복원 등 가공 성형 면에서 기존 소재들에서 나타나지 않던 기술적인 문제들은 서보프레스 성형, 롤성형, 열간프레스 성형 등 다양한 신성형 기술로 극복할 수 있을 것이다. 또한 성형공정 최적화에 따른 비용 및 개발 기간을 줄이기 위해 유한요소해석으로 대표되는 전산모사 기술의 정확도 및 효율성 향상에 대한 연구개발도 지속되어야 할 것이다.
이를 위해 기존 연강과 달리 복합조직을 활용하는 고강도강의 미세조직 특성에 따른 복잡한 기계적 물성을 고려할 수 있는 재료 구성방정식의 개발은 미래 신성형 기술 확보를 위해서 매우 중요한 요소가 될 것 이다.
최근 미국에서는 환경 오염 규제를 강화하는 방안으로써 자동차에서 소비하는 화석연료 소비량을 축소시키는 새로운 연비 정책을 발표하였다. 이에 완성차 업계는 평균적으로 매년 5%의 연비 개선이 요구되고, 2025년에 이르러서는 현재 수준보다 2배 이상 효율이 개선된 고연비 차량을 개발해야 한다.
글 / 이진우 (포항공과대학교)
출처 / 오토저널 3월호
많은 완성차 업체들은 하이브리드 구동 시스템, 친환경 디젤 엔진, 전기 자동차와 같은 친환경 자동차를 연구 개발하고 있지만, 연비 개선을 위한 부가적인 자동차 부품들의 차체 중량 증가분이 연비에 미치는 영향 또한 무시할 수 없는 상황이다. 새로운 친환경 기술 적용의 실효성을 향상시키기 위해서는 차체 경량화 기술의 선행 연구가 필수적으로 이루어져야 한다.
최근 연비 규제뿐만 아니라 차량 사고 발생시 충돌로부터 운전자와 승객의 안전성 확보에 대한 판매 규제가 강화되면서 고강도강 판재를 적용한 차체 개발이 더욱 가속화되고 있다. 이는 차체 강성을 유지하면서 판재의 두께를 효과적으로 줄일 수 있기 때문에 충돌 안전도와 연비를 동시에 향상시킬 수 있기 때문이다. 한예로 독일 폭스바겐사의 2012년 형 골프(GOLF) 모델은 고강도 강판이 적용된 차체 부품의 수를 대폭 증가
시킨 결과, 이전 동급 모델 대비 약 100kg의 중량을 감소시킬 수 있었다. 이와 같은 고강도 강판을 활용한 차체 경량화 기술은 앞으로도 지속적으로 발전될 전망이다.
2. 자동차용 고강도강판 소재 기술개발 현황
자동차용 강판의 경량화 연구는 국제철강협회 주도로 시작된‘고강도 철강을 이용한 차체경량화 프로젝트(ULSAB)’를 기점으로 현재까지 이어지고 있으며 2세대 고강도강을 대표하는 2상조직(Dual Phase)강과 변태유기소성(Transformation Induced Plasticity)강 등 다상복합조직강이 개발되었다.
일반적으로 경질상인 마르텐사이트의 함량이 증가하면 재료의 강도가 증가한다. 2상조직강은 타 고강도강과는 달리 소부경화(Bake Hardening) 효과를 가지고 있다. 2상조직강의 소부경화 효과와 우수한 충돌흡수 능력으로 인해 대표적 외판재인 도어, 후드 및 루프 등에 적용된다. 그러나 낮은 성형성으로 인해 복합적인 형상의 차체적용을 위해서는 새로운 성형기술개발이 필요한 실정이다.
변태유기소성강은 연질상인 페라이트와 경질상인 마르텐사이트 혹은 베이나이트(Bainite) 및 잔류(Retained) 오스테나이트 등으로 이루어져있다. 잔류 오스테나이트는 소성 변형 중 마르텐사이트로 변태하면서 변태유기소성을 발생시키기 때문에 동일 강도의 2상조직강과 비교하여 보다 높은 연신율을 보인다. 이러한 고강도 고성형성은 차체 부품 중 늘림 성형이 요구되는 부품에 주로 활용된다.
앞서 언급한 2세대 고강도강의 단점인 낮은 성형성을 극복하기 위해서 포스코는 17~24%의 망간을 함유한 TWIP(Twin Induced Plasticity)강을 개발하였다. TWIP강은 1GPa 이상의 초고강도강 임에도 불구하고 50% 이상의 연신율을 보일 정도로 성형성이 우수하다. 포스코는 합금 금속의 가격 변동성과 합금으로 인한 용접성 약화를 보완한 TWIP강 개발에 주력하고 있으며 현재 경량화 차체 기술 개발에 주력하고 있다.
철강 업체들은 2세대 고강도강의 (강도)×(연성) 밸런스를 뛰어 넘는 25GPa% 수준의 1GPa급 3세대 고강도강 개발에 나서고 있다. 2세대 고강도강인 변태유기소성강의 연질상을 경질상인 베이나이트 혹은 마르텐 사이트로 대체하고 잔류오스테나이트의 분율을 조절하여 높은 강도와 연실률을 얻는 새로운 개념의 강종을 개발 중에 있다.
최근 차체 경량화 소재로 각광받고 있는 알루미늄과 마그네슘은 철강 소재 대비 각각 34%와 25% 정도 수준의 비중을 차지하고 있다. 이러한 경량 비철금속재와 경쟁하기 위해서는 철강의 높은 강도를 고려하더라도 10% 정도의 비중 감소를 필요로 한다. 유럽에서는 알루미늄을 첨가한 자동차용 저비중 철강재료를 개발하는 등 다양한 연구가 진행되고 있다.
3. 자동차용 고강도강판 성형기술 현황
프레스 성형은 박판 성형 기술 중 가장 광범위하게 사용되는 대표적 기술로, 균질한 제품을 대량생산하는 방법으로 오래도록 사용되어왔다. 하지만 차체 경량화 및 충돌안전성 확보를 위한 고강도강의 사용 증가는 기존의 프레스 성형 공정 상에 새로운 문제점들을 야기시켰다. 얇은 두께의 고강도강의 프레스 성형에 따른 예기치 못한 파단과 스프링백 등이 그것이다. 또한 소재 강도의 증가에 따라 프레스 금형의 수명이 연질강
(Mild Steel)을 사용했을 때 보다 큰 폭으로 줄어들게 되었다. 이를 해결하고자 고강도강의 판재 성형을 위한 다양한 성형 기술이 개발 되고 있다.
서보 프레스는 기계식 프레스와는 다르게 서보 모터로부터 슬라이드의 동력 및 속도를 조절하는 방식이다(그림 3). 서보 프레스를 이용하여 고강도강판의 형상동결성 저하 현상을 개선할 것이라 기대되며, 현재이들에 대한 기초연구가 학계와 산업계 등에서 활발히 진행되고 있다. 국외에서는 일본이 서보 프레스 장치보급 및 이를 이용한 정밀부품 성형 연구를 활발히 하고 있으며, 국내에서는 포스코 및 현대제철 등에서 서
보 프레스를 이용한 고강도강의 성형성 향상에 대한 연구를 수행하고 있다.
고강도 강의 벤딩 성형성을 이용한 롤성형(Roll Forming)은 (그림 4)와 같이 일렬로 연속되는 형상 롤을 통해서 단계적으로 최종 형상으로 변형시키는 공법이다. 롤성형은 형상정밀도가 높다는 장점이 있지만 공정특성상 유사한 단면의 상대적으로 길이가 긴 차체 구조용 제품의 생산에 적용된다는 단점이 있다.
직접적으로 고강도강 판재를 성형하는 다른 공법들과는 달리, 열간프레스성형(Hot Press Forming)은 고온에서 강의 높은 성형성과 냉각 공정에서 발생하는 상변태를 이용하여 목표하는 고강도 부품을 제조하는 공법이다. 가열로를 이용하여 오스테나이트 변태 온도 이상으로 가열된 판재는 연질의 오스테나이트상의 기질을 가지게 된다. 프레스로 옮겨진 고온 오스테나이트상의 판재는 성형과 동시에 금형에 의한 냉각공정(Die Quenching)을 겪게 된다.
4. 자동차용 고강도강판 재료 모델링 기술 현황
최근 유한요소법(Finite Element Method)을 활용한 성형 해석 전산모사 기술이 일반화되고 있으며 이를 이용한 차체 부품의 설계 및 공정 최적화가 활발히 이루어지고 있다. 이는 부품의 설계 및 최적화 과정에서 발생하는 시행착오를 줄여 개발비용과 기간을 줄일 수 있다는 장점들 때문이다. 뿐만 아니라 생산공정에서 발생하는 조기 파단 및 형상동결성 불량의 문제점들을 금형 설계 수정과 공정 변수 연구를 통해 신속히 대처 할 수 있도록 도와주어 생산 기술력의 향상에 도움이 되고 있다.
앞서 언급했듯이 고강도강 판재는 소성 변형이 발생하는 동안 높은 유동응력이 형성되어 형상동결성을 저하시키는 스프링백(Springback) 현상을 야기시킨다. 따라서 고강도강 판재를 활용한 차체 부품의 개발을 위해서는 유한요소해석으로 대표되는 전산모사 기술을 통한 형상불량 예측이 필수적으로 선행되어야만 한다.
스프링백 예측의 정확도를 높이기 위해서는 변형률 경로 변화에 따른 고강도강 판재 거동 해석이 중요하다. (그림 6)에서 비교할 수 있듯이 연강(Mild Steel)의 재료거동에서는 크게 대두되지 않던, 바우싱거 효과, 과도기적 경화 거동, 경화 침체 현상, 영구적 연화 현상 등 복잡한 재료거동이 고강도강의 주요 특징으로 나타난다.
20세기 중반의 연구자들은 변형률 경로 변화에 따른 재료거동의 특이현상들 중에서 바우싱거 효과를 표현하기 위한 재료모델 개발에 집중하였다. 예를 들면 선형이동 경화 모델의 경우는 항복 곡면이 응력의 방향 또는 소성 변형 증분의 방향에 따라 일정한 속도로 이동함을 표현하였다. 이 모델은 바우싱거 효과의 재료거동 예측에는 적합하였지만, 과도기적 경화 거동은 잘 예측하지 못하였다.
21세기에 급부상한 스프링백 연구에서는 대표적으로 세가지 형태의 가공 경화 모델들을 사용한다. 첫째는 위에서 언급한 선형 이동 경화 모델에서 벗어나 항복 곡면이 소성 변형에 따라 크기가 커지면서 동시에 이동을 하는 비선형 등방-이동 경화 모델(Nonlinear Isotropic-kinematic Hardening)이 있다. 이 모델은 구성방정식의 상수들이 해석적 형태로 정의되어 실험을 통해 쉽게 얻어질 수 있는 장점이 있다. 비선형 등
방-이동 경화 모델은 바우싱거 효과 및 과도기적 경화 거동을 표현하여 스프링백 해석 예측 정확도를 높여주었다. 하지만 최근 개발된 고강도강 재료들에서 영구적 연화 현상이 도드라지게 나타남에 따라 이를 모사할 수 없는 비선형 등방-이동 경화 모델을 발전시키기 위해 많은 노력을 기울이고 있다.
두 번째로는, 항복 곡면 이외에 또 다른 곡면을 이용하여 경화 거동을 표현하는 모델이 있다. 이 모델의 항복 곡면은 경계 곡면을 벗어 날 수가 없으며 경계 곡면은 앞서 언급한 비선형 등방-이동 경화 모델을 따른다. 하지만 이 모델에서는 비선형 등방-이동 경화 모델과는 다르게 구성방정식의 상수들이 해석적 형태로 정의되지 않기 때문에 많은 연구자들이 최적화 이론을 통해 구성방정식 상수들을 추출하게 된다. 이 경우
<그림 6>에 나타난 모든 특이현상들의 표현이 가능해지며, 상용 유한요소 해석 프로그램인 LS-DYNA, Pam-Stamp 등에 이미 내재되어 있어 많은 연구자들이 판재성형 해석에 사용하고 있다.
마지막으로 이전 모델들과 다르게 이동 경화 모델을 이용하지 않은 왜곡 경화 모델(Distortional Hardening)이 있다. 이 모델은 이동 경화 개념을 사용하지 않았기 때문에 항복 곡면의 중심 위치가 변하지 않으며 응력의 방향에 따라서 항복 곡면의 형상이 변형된다. 이 모델은 변형률 경로 변화가 없는 소성 변형에서는 등방 경화와 같은 재료 거동을 보이고, 변형률 경로 변화가 있는 경우에는 변형률 이력을 저장하여 경로 변화에 따른 재료 거동을 표현한다. 재료의 변형률 경로 변화 이력을 저장할 수 있기 때문에 다단 성형과 같이 변형률 경로 변화가 많이 발생하는 성형 해석에서 우수한 예측 정확도를 제공할 것으로 기대된다.
5. 결론
본 고에서는 자동차 경량화를 이끌어 갈 자동차용 고강도강판의 개발과 소재 성형기술의 현황을 간략히 소개했다. 환경규제 및 연비향상에 대한 전세계적인 요구에 대응하는 경량 자동차 개발을 앞당기고 초고강도강 부품의 빠른 현장 적용을 위해서는 무엇보다 철강산업과 자동차 산업간의 긴밀한 연대가 필요할 것이다. 자동차용 강판의 선두 주자라고 할 수 있는 독일 및 일본의 경우를 보듯이 철강업계는 자동차업계와 연
구개발 단계에서 협력하고, 소재개발뿐만 아니라 가공기술의 연구개발에도 집중해야 한다.
고강도강의 난성형성, 탄성복원 등 가공 성형 면에서 기존 소재들에서 나타나지 않던 기술적인 문제들은 서보프레스 성형, 롤성형, 열간프레스 성형 등 다양한 신성형 기술로 극복할 수 있을 것이다. 또한 성형공정 최적화에 따른 비용 및 개발 기간을 줄이기 위해 유한요소해석으로 대표되는 전산모사 기술의 정확도 및 효율성 향상에 대한 연구개발도 지속되어야 할 것이다.
이를 위해 기존 연강과 달리 복합조직을 활용하는 고강도강의 미세조직 특성에 따른 복잡한 기계적 물성을 고려할 수 있는 재료 구성방정식의 개발은 미래 신성형 기술 확보를 위해서 매우 중요한 요소가 될 것 이다.
