JP2009534529A - 被覆積層板から非常に高い機械的特性を有する溶接部品を製造する方法 - Google Patents

Abstract

鋼基板（１）およびプレコーティング（２）によって板が構成されており、上記プレコーティングは、上記基板に接し、金属合金層（４）が載せられた金属間合金層（３）によって構成されており、上記板の少なくとも１つのプレコーティングされた表面上において、１つのゾーン（６）は、上記金属合金層がなく、上記ゾーンは、上記板の周囲に位置していることを特徴とする。

Description

本発明は、溶接され、次いで加熱処理されて、良好な機械的特性および良好な耐食性を有する部品を得ることを目的とする被覆鋼の板または半加工品（仏語でｆｌａｎ、英語でｂｌａｎｋ）の製造に関する。

用途によっては、高い機械的強度、高い耐衝撃性および良好な耐食性を兼ね備えた鋼部品を必要としている。この種の兼ね備えは、衝突時にエネルギーを吸収するために、車両重量の飛躍的な低減および優れた収容能力を必要とする自動車産業において特に望ましい。これは、特に、マルテンサイト微構造やベイナイト−マルテンサイト微構造を有する非常に良好な機械的特性を有する鋼を使用することにより達成され得、例えば、バンパー、ドア強化材、Ｂピラー強化材またはルーフ強化材などの自走車両の耐侵入部品、構造部品または安全部品が、上記特性を必要としている。

欧州特許第０９７１０４４号明細書は、アルミニウムまたはアルミニウム合金で被覆された熱延鋼板や冷延鋼板が出発材料である製造方法を開示している。成形し、部品を作製した後、Ａ_ｃ１より高い温度での熱処理前に、コーティングが加熱されて、鋼とアルミニウムコーティングとの間の相互拡散によって表面合金を形成する。この合金は、炉内での熱処理中に金属の脱炭および酸化を防ぐ。したがって、それは、特別の雰囲気を含む炉の必要性を取り除く。この合金の存在は、さらに、ショットブラストなどの処理された部品に対するある種の表面操作を取り除き、その操作は、コーティングを有さない板に必要である。部品は、次いで、１５００ＭＰａを超える可能性がある引張強度を付与するためになされる条件下で冷却される。

車両重量を低減する目的で、連続的に突き合わせ溶接された異なる組成や異なる厚みの鋼半加工品からなる部品が開発されている。これらの溶接部品は、「突き合わせ溶接された半加工品（ｂｕｔｔ−ｗｅｌｄｅｄ ｂｌａｎｋｓ）」として知られている。レーザービーム溶接は、そのような半加工品を組み立てて、工程の柔軟性、質および製造特性を開発する好ましい方法である。これらの溶接された半加工品が冷間プレスされた後、機械的強度、プレス性、衝撃吸収特性が自身内で変化する部品が得られる。したがって、部品のすべてに不必要または高価な不利な条件を課すことなく、適切な位置で必要な特性を提供することが可能である。

欧州特許第０９７１０４４号明細書に記載された製造方法は、次のような方法で突き合わせ溶接された半加工品に適用され得る。突き合わせ溶接された半加工品が、異なる組成または厚みの可能性があり、金属プレコーティングを有する鋼板から溶接法によって得られる。これらの溶接された半加工品は、次いで、熱処理を受けて表面合金を形成し、次いで、ホットプレスされ、急冷される。これは、変化するとともに局部負荷要件に対する理想的応答を表す厚みおよび固有機械的特性を有する急冷部品を製造する。
欧州特許第０９７１０４４号明細書

しかし、この製造方法は、相当な困難に陥っており、被覆鋼半加工品を溶接する場合、最初の表面プレコーティングの一部が、溶接操作によって生成された溶融領域に移動される。これらの外因性金属元素は、特に、液体金属中の強い対流によって濃縮される。これらの元素は、特に、溶解された元素の最も高い濃度の液体分率が位置する樹枝状組織内空間で偏析される。オーステナイト化が、溶接された半加工品を急冷する目的で行われるなら、これらの濃縮領域は、鉄やマトリックスの他の元素との相互拡散によって合金化され、金属間領域を形成する。その後の機械的負荷において、これらの金属間領域は、静的条件や動的条件で破壊の開始場所である傾向がある。したがって、熱処理後の溶接された接合部の全体変形能は、溶接、その後の合金化およびオーステナイト化に起因するこれらの金属間領域の存在によって著しく低減される。

したがって、これらの金属間領域源、すなわち、突き合わせ溶接の間に溶解されがちな最初の表面金属コーティングを取り除くことが望ましい。しかし、この金属間領域源自体を取り除くことは、重大問題を生じさせる。すなわち、将来の溶接された接合部の一方側のプレコーティングされた領域が、例えば、機械的工程によって取り除かれる可能性がある。プレコーティングが取り除かれるこの領域の幅は、金属間領域のその後の形成を促進しないように、溶接されることによって溶解される将来の領域の幅と少なくとも等しくなければならない。実際上、プレコーティングが取り除かれるこの領域の幅は、組立操作の間に、溶融領域の幅の変動を考慮に入れるために、はるかに将来の領域の幅より大きくなければならない。したがって、溶接操作後、表面金属プレコーティングを有さない領域が、溶接された接合部の一方側に存在する。さらに合金化熱処理およびオーステナイト化熱処理の間、スケール形成および脱炭が、溶接の隣に位置するこれらの領域内で生じる。これらは、いかなるコーティングによっても保護されないので、部品が使用されるようになる場合に腐食する傾向がある領域である。

したがって、溶接されたアセンブリ内で、破壊の開始源である金属間領域の形成を防ぐ製造工程の必要性がある。

さらに、溶接され、加熱処理された部品が良好な耐食性を有する製造工程の必要性がある。

また、現行の溶接ラインに容易に一体化され得、その後のプレス段階や熱処理段階に適合する経済的な製造工程の必要性がある。

また、突き合わせ溶接、次の熱処理、プレスおよび急冷の操作が、満足な延性および良好な耐食性を有する部品の製造をもたらす必要性がある。溶接された接合部にわたる全伸長が４％以上である特有の必要性がある。

本発明の目的は、上に言及された問題を解決することである。

したがって、本発明は、鋼基板と、基板に接し、金属合金の層が載せられた金属間合金の層からなるプレコートとからなる板からなる。板の少なくとも１つのプレコーティングされた表面上において、板の周囲に位置する領域は、金属合金層が取り除かれている。

プレコートは、アルミニウムの合金またはアルミニウム系であることが好ましい。

プレコートの金属合金層は、重量で、シリコンを８％から１１％および鉄を２％から４％含み、組成の残部は、アルミニウムおよび不可避の不純物であることが好ましい。

金属合金層が除かれた領域の幅は、０．２ｍｍから２．２ｍｍであることが好ましい。

金属層が除かれた領域の幅が変化することが好ましい。

金属間合金層の厚みは、３μｍから１０μｍであることが好ましい。

板のプレコーティングされた少なくとも１つの面上の金属合金層にブラシをかけることにより部分的に取り除くことにより、金属合金が除かれた領域が得られることが好ましい。

金属合金が取り除かれた領域は、レーザービームによって、板のプレコーティングされた少なくとも１つの面上の合金層を部分的に取り除くことにより得られることができる。

本発明はまた、上記実施形態のいずれかに記載の少なくとも２つの板を突き合わせ溶接することによって得られた溶接された半加工品であって、溶接された接合部は、金属合金層が取り除かれた領域に隣接する端面上でもたらされる溶接された半加工品からなる。

本発明は、さらに、プレコートは、熱処理によってその厚み全体にわたって、上記実施形態に記載の溶接された半加工品の熱処理および変形によって得られた部品にあり、プレコートは、熱処理によってその厚み全体にわたって、鋼基板の腐食および脱炭に対する保護を付与する金属間合金化合物に変化させられる部品からなる。

本発明は、さらに、鋼の組成は、重量で、０．１０％≦Ｃ≦０．５％、０．５％≦Ｍｎ≦３％、０．１％≦Ｓｉ≦１％、０．０１％≦Ｃｒ≦１％、Ｔｉ≦０．２％、Ａｌ≦０．１％、Ｓ≦０．０５％、Ｐ≦０．１％、０．０００５％≦Ｂ≦０．０１０％を含み、残部は、鉄および製造工程に起因する不可避の不純物からなる上記実施形態のうちのいずれかに記載の板、半加工品または部品からなる。

鋼の組成は、重量で、０．１５％≦Ｃ≦０．２５％、０．８％≦Ｍｎ≦１．８％、０．１％≦Ｓｉ≦０．３５％、０．０１％≦Ｃｒ≦０．５％、Ｔｉ≦０．１％、Ａｌ≦０．１％、Ｓ≦０．０５％、Ｐ≦０．１％、０．００２％≦Ｂ≦０．００５％を含み、残部は、鉄および製造工程に起因する不可避の不純物からなることが好ましい。

本発明は、さらに、鋼の微構造は、マルテンサイト、ベイナイト、ベイナイト−マルテンサイトである上記実施形態のうちのいずれか１つに記載の部品からなる。

本発明は、さらに、鋼板が被覆されて、金属合金層が上に載せられた金属間合金層からなるプレコートを得、板の少なくとも１つの面において、金属合金層が、板の周囲の領域で取り除かれる方法からなる。

領域の幅は、０．２ｍｍから２．２ｍｍであることが好ましい。

本発明は、さらに、プレコーティングされた鋼板を製造する方法であって、
− 鋼板が被覆されて、金属合金層が上に載せられた金属間合金層からなるプレコートを得、次いで、
− 板の少なくとも１つの面上において、金属合金層は、板の周囲に全体的に隣接していない領域で取り除かれ、次いで、
− 金属合金が取り除かれた領域が切断板の周囲にあるように、板が、平面で切断される、方法からなる。

金属合金が取り除かれ、板の周囲に全体的に隣接していない領域の幅は、０．４ｍｍから３０ｍｍであることが好ましい。

プレコーティングは、アルミニウムを使用する浸漬コーティングによってもたらされることが好ましい。

層は、ブラシをかけることにより取り除かれることが好ましい。

好ましい実施形態では、層は、プレコートへのレーザービームの衝突によって取り除かれる。

本発明は、さらに、金属合金層が取り除かれた領域の放射率または反射率が測定され、測定値は、金属合金層の放射率または反射率に特有の基準値と比較され、測定値と基準値との差が臨界値より大きい場合、取り除く操作が停止される、上記実施形態のいずれか１つによる方法からなる。

本発明は、さらに、金属合金層がレーザービームによって取り除かれ、レーザービームの衝突点で放たれた放射線の強度または波長が測定され、測定値は、金属合金層の放射率に特有の基準値と比較され、測定値と基準値との差が臨界値より大きい場合、取り除く操作が停止されることを特徴とする、方法からなる。

本発明は、さらに、上記実施形態のうちのいずれかによって製造される少なくとも２つの板が突き合わせ溶接され、溶接された接合部は、金属合金層が取り除かれた領域に隣接する端面上に製造される、方法からなる。

金属層が板の周囲で取り除かれた領域の溶接前の幅は、溶接の幅の半分より２０％から４０％大きいことが好ましい。

金属層が取り除かれ、板の周囲に全体的に隣接していない領域の幅は、溶接の幅より２０％から４０％大きいことが好ましい。

本発明は、さらに、上記実施形態によって製造された溶接された半加工品が加熱されて、鋼基板とコーティングとの合金化により金属間合金化合物を形成し、鋼に部分的にまたは全体的にオーステナイト組織を付与し、次いで、
− 半加工品は、熱変形されて部品を得、
− 部品は、目標の機械的特性を付与するようになされる速度で冷却される、部品の製造方法からなる。

冷却速度は、マルテンサイト焼入れのための限界速度より速いことが好ましい。

好ましい実施形態では、溶接は、レーザービームによってもたらされる。

溶接は、電気アークによってもたらされることがさらに好ましい。

本発明は、さらに、電動陸上自走車両のための構造部品または安全部品の製造のための上記実施形態のうちのいずれか１つに記載の板、半加工品または部品の使用からなる。

本発明の他の特徴および利点は、一例としておよび次の添付図面を参照して以下に付与される説明の過程で明らかとなるであろう。

以上の通り、溶接前の接合部の一方の側の金属コーティングを完全に取り除くと、局部的な腐食問題がもたらされた。驚くべきことに、本発明者らは、コーティングの一部を正確に取り除くと、上述された問題が解決されることを示した。

本発明について説明すると、溶融亜鉛浴、溶融アルミニウム浴、亜鉛合金浴またはアルミニウム合金浴に浸漬することによって通常製造される被覆ストリップまたは板の第１のある特性が説明される。

これらの連続的な、いわゆる「浸漬」方法は、次のコーティングの一般的な形態をもたらす。
− 板の鋼基板の表面で、数μｍの厚みの金属間合金が、溶融浴中の浸漬における非常に速い反応によって沈殿、形成される。これらの金属間合金は、比較的脆弱であるので、この層の成長を制限しようとして、抑制剤が溶融浴に添加される。亜鉛またはアルミニウム合金コーティングの場合、この層を構成する合金は、しばしば、Ｆｅ_ｘＡｌ_ｙ系であり、特に、Ｆｅ_２Ａｌ_５である。亜鉛合金コーティングの場合、このアルミニウム濃縮金属間層の存在は、抑制剤の役割を果たす少量のアルミニウムを亜鉛浴がしばしば含有することによって説明される。

金属間合金のこの層は、例えば、２つの金属間サブレイヤに分類される複合特性をしばしば有する可能性があり、基板に接するサブレイヤは、鉄がより濃縮している。
− 金属間合金のこの層上には、金属合金層が載せられており、その組成は、浴の組成に非常に近い。より厚いまたはより薄い金属層が、溶融浴から離れながら、板によって取り込まれ、この厚みは、空気噴流や窒素噴流によって制御され得る。

本発明者らは、上述された問題を解決するために、この層を局所的に取り除くことが必要なことを示し、それは、特に有利である。

本発明の板を示す図１をより特に検討する。板という用語は、広い意味で理解され、特に、ストリップ、コイルまたは板を切断することにより得られる任意のストリップや物体を示す。この特定の実施例において、板は２つの面および４つの端面を有する。もちろん、本発明は、この長方形形状に限定されない。図１は、以下を示す。
− 鋼基板１。この基板は、要求された厚みまたは他の適切な形態に応じて、熱間圧延または冷間圧延される板とすることができる。
− プレコーティング２は、基板上に接触して置かれ、部品の２つの面上に存在する。このプレコーティングは、それ自体、次のものからなる。
− 基板１に接する金属間合金の層３。この層は、既に説明されたように、基板と溶融金属浴との反応によって形成される。

プレコートは、アルミニウム合金またはアルミニウム系であることが有利である。この種のプレコートは、特に、基板１との相互拡散および（以下参照）表面層の局部的な除去によって金属間化合物を形成する後の熱処理に適切である。プレコートの金属合金は、特に、重量で、シリコンを８％から１１％および鉄を２％から４％含み、残部は、アルミニウムおよび不可避の不純物からなる。シリコンを添加すると、金属間層３の厚みを低減することが可能である。
− 板の周囲５も示されている。本発明によれば、周囲の部分６は、金属合金層４を支えないが、金属間合金層３を保持する。この部分６は、他の板に接して置かれ、次いで、端面１１によって画定された平面で突き合わせ溶接されるようになされて、半加工品を形成する。
− 第１の実施形態では、層４は、周囲５で達成されたブラッシング操作によって取り除かれるのが有利であり、ブラシによって取り除かれた材料は、本質的に最低の硬度を有する表面層、つまり、合金層４である。より硬い層３は、ブラシが通過しても適所に残る。アルミニウムまたはアルミニウム系プレコートを使用すると、金属間合金層３と金属層４との硬度の差が非常に大きいので、特に有利である。

当業者は、可能な限り完全且つ迅速に除去を実行するために、ブラシの種類の選択、回転や平行相対運動の速度、表面への垂直圧力などのブラッシング操作に特有の様々なパラメータを適用し、プレコートの特有の特性にそれらを適用する方法を知っている。例えば、部品６の端面に平行移動で駆動される回転シャフトに設けられたワイヤブラシが使用され得る。
− 第２の実施形態では、層４は、板の周囲に向けられたレーザービームによって取り除かれ、この高エネルギー密度ビームとプレコートとの間の相互作用によって、プレコートの表面が気化し、排除される。本出願人らは、金属合金層４や金属間層３の異なる熱特性や物理的特性を鑑みて、適切なパラメータの短いレーザーパルスを連続させると、金属層４が選択的に除去され、適所に層３が残ることを示した。したがって、被覆板の周囲に向けられ、その板に対して平行に移動されるパルスレーザービームの相互作用は、周辺の金属層４を取り除く。当業者は、レーザービームの選択、入射エネルギー、パルス時間、ビームと板との間の平行相対運動の速度、表面へのビームの焦点調節などの様々なパラメータを適用して、可能な限り早く且つ完全に除去を実行して、プレコートの特有の特性をそれらに適用する方法を知っている。例えば、数百ワットの公称電力を有し、５０ナノセカンドのオーダーの期間でパルスを伝えるＱスイッチレーザーが使用され得る。除去領域６の幅は、当然、連続接触除去によって変化され得る。

次のことを可能にするために、金属層が取り除かれた領域６の幅が調節されなければならない：
− 溶融領域にプレコートのいずれの元素も導入することのない溶接、
− 後の合金化熱処理およびオーステナイト熱処理後の溶接されたアセンブリの十分な耐食性。

本発明者らは、領域６の幅が、半加工品を突き合わせ溶接する際に作成された溶融領域の幅の半分より２０％から４０％大きい場合、上記条件が満足されることを示した。

２０％の最小値は、プレコートが溶接中に溶融金属に導入されないことを保証し、４０％の値は、満足な耐食性を保証する。

領域６の幅は、１ｍｍから３ｍｍの厚みの板に関する溶接条件を鑑みて、０．２ｍｍから２．２ｍｍである。

この状況は、図３で表され、金属間合金層３および金属層４から形成されたプレコート２を含む板を溶接した後、断面で図示する。溶融領域１０は、溶接方向にその軸平面９を有する。一点鎖線は、溶接操作によって溶融された領域６の最初の範囲を示す。

図３は、溶接が板の２つの対向面上において全体的に対称である状況を示す。これらの条件下では、領域６の幅は、両方の面上で正確に同じである。しかし、溶接は、使用される溶接法およびその方法のパラメータに応じて、非対称の外観を有する可能性がある。本発明によれば、この幅がそれぞれの２つの各面上において溶融領域１０の幅の半分よりわずかに大きいように、領域６の幅は、次いで、この非対称な外観に調整され得る。これらの条件下では、領域６の幅は、図３に示される領域６’とは異なる。

溶接条件が組立操作の間に展開する場合、例えば、形状または厚みの局部的修正を考慮するために、領域６の幅も、板の溶接された周囲に沿った溶融領域の幅の対応する変化につれて調整され得る。局部的条件がより広い溶接の形成をもたらすなら、領域６の幅は当然増加する。

異なる厚みの２つの被覆板を溶接する場合、領域６の幅も、２つの各板の溶接された周辺部分上で異なるようにすることができる。

図２に示される本発明の変形例では、層４は、板の周囲５に全体的に隣接していない被覆板の領域７にわたって取り除かれる。次いで、板は、例えば、切断工程によって、板に垂直な軸平面８で切断される。次いで、図１に示されるような板が得られる。取り除かれた幅は、軸平面８での溶接操作によって製造される溶融領域の幅より２０％から４０％大きい。

本発明の１つの変形例では、取り除かれた幅は、０．４ｍｍから３０ｍｍである。最小値は、軸平面８での切断が、２つの各板上で０．２ｍｍの非常に狭い幅の取除領域を有する２つの板を製造するような幅に相当する。３０ｍｍの極大値は、そのような取除を行なうための産業機械によく適した除去幅に相当する。後の切断操作は、除去領域の中央に位置する軸平面８上ではなく、その除去幅が、本発明の条件によって定義される、溶接操作によって製造される溶融領域の幅の半分よりわずかに大きい板を製造するためになされた位置で達成され得る。

以上の説明の通り、取り除かれた幅は、板の後の溶接中に溶融金属に金属コーティングが導入されないこと、および溶接された半加工品が熱処理後に耐食性であることを保証する。

金属層４の除去は、顕微鏡試験によって測定され得る。しかし、光学検査によって除去操作の効率が非常に速く確認され得ることがさらに示され、金属層４と下地の金属間層３の間に外観の差があり、それはより暗い。したがって、除去操作は継続し、領域６で、表面コーティングに対して色調の著しい変化が見られる場合、停止されなければならない。したがって、分光計反射率や放射率の測定によって除去を測定することは可能であり、領域６は、光源によって照らされ、１つまたは複数の光学センサが、この領域に向けられる。測定値は、反射エネルギーに相当する。その値は、金属層４の放射率や反射率に対応する基準値、または金属層に向けられる他のセンサによって測定された値と比較される。さらに、時間に応じて、反射エネルギーの変化を測定することが可能である。層６が表面と同一平面であるなら、集められたエネルギーは、金属合金層４に対応するものより低い。したがって、除去操作が層３に達する正確な瞬間は、予めの測定によって決定され得る。

レーザーアブレーションによるコーティング除去の場合、プレコーティングされた板上のレーザービームの衝突点で放たれた放射線の強度または波長を分析することも可能である。層４が除去され、レーザービームが層３に衝突する場合、強度および波長が修正される。したがって、取り除かれた層の厚みは、次の方法で測定され得る。レーザービームの衝突点で放たれた放射線の強度または波長が測定され、その測定値は、金属合金層４の放射率に特有の基準値と比較され、測定値と基準値との差が、所定の臨界値より大きい場合、除去操作は停止される。

特定の制約にもよるが、金属合金層を取り除くこのステップは、製造工程の様々な段階で行われることができ、特に以下の場合に行われることができる：
− 連続圧延機で製造されたコイルを解いた後、またはより小さな構成の板を形成するために切断する前のいずれか、
− または、切断板を溶接する前。

本発明の方法では、次の組成を有する熱延鋼板または冷延鋼板が出発材料である。０．１０重量％から０．５重量％、好ましくは、０．１５重量％から０．２５重量％の炭素含有量。この元素は、焼入性、および溶接された半加工品の合金化およびオーステナイト化に続く冷却後に得られる機械的強度に非常に影響を与える。０．１０重量％の含有量より低いと、焼入性は低すぎ、強度特性は不十分である。対照的に、０．５重量％の含有量を超えると、焼入れの間に現われる欠陥の危険性が、特に、最も厚い部品に関して高くなる。０．１５重量％から０．２５重量％の炭素含有量は、約１２５０から１６５０ＭＰａの引張強度を生成する。
− マンガンは、その濃度が少なくとも０．５重量％、好ましくは０．８重量％であるならば、脱酸素剤としてのその役割とは別に、特に、焼入性にも重要な効果を有する。しかし、あまりにも多い量（３重量％、または好ましくは１．８重量％）は、過度の偏析の危険性をもたらす。
− 鋼のシリコン含有量は、０．１重量％から１重量％、好ましくは０．１重量％から０．３５重量％でなければならない。この元素は、溶鋼から酸素を除くその役割とは別に、硬化に寄与する。しかし、その含有量は、酸化物の過度の形成を回避し、かつ被覆性を促進するために限定されなければならない。
− クロムは、含有量が０．０１％より高いと、焼入性を増加させ、オーステナイト化熱処理および合金化熱処理に続いて冷却した後、部品の様々な部分において加熱成形操作後に高強度を得ることに寄与する。含有量が１％（好ましくは０．５％）より多いと、均質な機械的特性を得ることに対するクロムの貢献は飽和する。
− アルミニウムは、脱酸素および窒素の析出に有利に働く。０．１重量％を超える量では、粗いアルミン酸塩が製造中に生じ、それは、含有量をこの値に限定する誘因である。
− 過度の量の硫黄およびリンは、脆弱性の増加をもたらす。この理由で、それらのそれぞれの含有量を０．０５重量％および０．１重量％に限定することが好ましい。
− ホウ素の含有量は、０．０００５重量％から０．０１０重量％、好ましくは、０．００２重量％から０．００５重量％でなければならず、ホウ素は、焼入性に大きな影響を及ぼす。０．０００５重量％より低い含有量では、焼入性に関してもたらされる効果は不十分である。十分な効果は、０．００２重量％の含有量で得られる。最大ホウ素含有量は、０．０１０重量％未満でなければならず、靭性を低下しないように、０．００５重量％であることが好ましい。
− チタンは、窒素に対して高い親和性を有しており、したがって、ホウ素が焼入性にその十分な効果を有するために自由形態で検出されるようにこの元素を保護することに寄与する。しかし、０．２％より多く、より特に０．１％より多いと、溶鋼中で粗い窒化チタンを形成する危険性があり、それは、靭性に悪影響を有する。

上述された方法のいずれかによる板の準備後、それらは、溶接されることにより組み立てられて、溶接された半加工品を得る。２つより多い板は、当然組み立てられて、複雑な完成部品を製造することができる。板は、異なる厚みまたは組成を有して、必要な特性を局所的に提供することができる。

溶接は、板を、端面を合わせて置いた後に達成され、金属合金層を有さない領域が互いに接している。したがって、溶接は、金属合金層が取り除かれた領域６に隣接する端面に沿ってもたらされる。

本発明の状況では、厚み、および溶接された接合部に必要な生産性や特性条件に適切に、いずれかの連続的な溶接手段も使用され得、特に、以下のものが使用され得る：
− レーザービーム溶接、
− アーク溶接、特に、ＧＴＡＷ（ガスタングステンアーク溶接）、プラズマ、ＭＩＧ（金属不活性ガス）またはＭＡＧ（金属活性ガス）工程。

本発明の条件下では、溶接操作は、金属コーティング４の部分の再溶融をもたらさず、その元素は、その後、溶融領域で見られることとなる。最小量の金属間合金層３のみが、この操作によって溶融領域中に再溶融される。次の実施例が示すように、この非常に限定された量は、合金化熱処理およびオーステナイト化熱処理後に、溶接された接合部の冶金学的特性または機械的特性に影響がない。

次いで、溶接された半加工品は、加熱されて、以下のように結合してもたらす。
− 鋼基板の元素、特に、鉄、マンガンおよびシリコンが、プレコート中に拡散する表面合金処理。これは、表面金属間合金化合物を形成し、その融点は、金属合金層４より著しく高い。熱処理中のこの化合物の存在は、下にある鋼の酸化および脱炭を防ぐ。
− 部分または全体のベース鋼のオーステナイト化。部品が、Ａｃ１とＡｃ３＋１００℃との間の温度に達するように、加熱は炉内で有利にもたらされる。Ａｃ１およびＡｃ３は、それぞれ、加熱で生じるオーステナイト変態の開始温度および終了温度である。本発明によれば、この温度は、部品の様々な点での温度および微構造を均一にするよう２０秒以上維持される。

本発明の条件下では、この加熱段階中に、脆弱な金属間領域は、溶融金属内に形成されず、部品の機械的特性に有害であろう。

この後、部品としてのその最終形状に半加工品が加熱変形され、このステップは、温度に伴うクリープ限界の低減および鋼の延性の向上によって有利に働かされる。部品は、高温で部分的にまたは全体的にオーステナイトである構造から出発し、次いで、目標機械的特性を付与する適切な条件で冷却される。特に、部品は、冷却中に工具内に保持され得、工具は、それ自体、熱の排出を促進するために冷却され得る。良好な機械的特性を得るために、マルテンサイト微構造、ベイナイト微構造またはベイナイト−マルテンサイト微構造を生成することが好ましい。

溶接された接合部の一方の側の領域６では、金属間層３は、熱処理前に、厚みが３μｍから１０μｍであり、鋼基板と合金化され、良好な耐食性を生成する。

以下の実施形態は、本発明により付与される他の利点を実施例によって示す。それらは、重量で表す次の組成を有する、厚み１．５ｍｍの冷延鋼板に関わる。

圧延鋼板は、シリコンを９．３％、鉄を２．８％含み、残部がアルミニウムおよび不可避の不純物からなるアルミニウム合金の溶融浴に浸漬することによりプレコーティングされた。次いで、圧延鋼板は、３００×５００ｍｍ^２の構成で板に切断された。これらは、各面上に、大部分Ｆｅ_２Ａｌ_３、Ｆｅ_２Ａｌ_５およびＦｅ_ｘＡｌ_ｙＳｉ_ｚを含む金属間合金の層を含むプレコートを有する。鋼基板に接するこの５μｍの厚い層は、その上にＡｌ−Ｓｉ金属合金の２０μｍの厚い層を有する。

レーザービーム溶接前に、以下の４つの異なる準備方法が使用された。
− 方法Ｉ（本発明による）：Ａｌ−Ｓｉ金属合金層が、５００ｍｍの板の長辺に、端面から幅１．１ｍｍにわたって縦にブラシをかけることにより取り除かれた。ブラッシングは、角度のある回転形式で設けられ、釣り合いおもりベンチ上での平行移動で案内される８０ｍｍの直径の「Ｓｐｉｒａｂａｎｄ」ワイヤブラシを使用して、両方の面上で正確に同様に達成された。ブラッシング力は、ブラシ／半加工品接触点でおよそ３５Ｎであり、ブラシの移動速度は１０ｍ／分である。ブラッシングは、金属合金層を取り除き、ブラシがかけられた領域で５μｍの金属間合金層のみを残す。
− 方法ＩＩ（本発明による）：Ａｌ−Ｓｉ金属合金層は、板の端面から幅０．９ｍｍにわたってレーザーアブレーションによって取り除かれた。レーザーアブレーションは、７０ｎｓパルスを伝える４５０Ｗの公称エネルギーを有するＱスイッチレーザーを使用して、両方の面上で正確に同様にして行われた。パルスエネルギーは、４２ｍＪである。板に対するレーザービームの平行移動の一定速度は、２０ｍ／分である。図６は、このレーザーアブレーションが、合金層４を取り除いて、処理領域において５μｍの金属間合金層３のみを残すことを示す。
− 方法Ｒ１（本発明によらない）：金属合金層および金属間合金を含むプレコートのすべては、幅１．１ｍｍにわたって機械的に取り除かれ、したがって、縦平行移動で速い機械加工のための炭化物板タイプの工具によって方法１と同一に行われた。その効果、後の溶接は、接合部の一方の側で取り除かれたプレコートのすべてを有する領域で実行される。
− 方法Ｒ２（本発明によらない）：レーザー溶接は、周囲の特有の準備なしでプレコーティングされた板上で達成された。

上記板は、下記条件下でレーザービーム溶接された。公称電力は６キロワット、溶接速度は４ｍ／分であった。溶接の幅を鑑みて、方法Ｉでは、溶接された接合部の作製に続いて、およそ０．３ｍｍの幅にわたって金属合金を有さない領域の存在が見られる。

溶接された半加工品は、９２０℃の温度に加熱することを含む合金化熱処理およびオーステナイト化熱処理にさらされ、それは、７分間維持された。これらの条件は、基板の鋼の完全オーステナイト変態をもたらす。この加熱および一定温度段階の間に、ベース鋼と合金化することにより、アルミニウムシリコン系プレコートは、その厚み全体にわたって金属間化合物を形成することが分かる。この合金コーティングは、高融点および高硬度を有し、高い耐食性を特色とし、加熱段階中およびその段階後に、下にあるベース鋼の酸化および脱炭を防ぐ。

９２０℃に加熱する段階後、部品は、加熱変形され冷却された。

治具間の後の冷却は、マルテンサイト構造をもたらした。そのような処理後に得られた鋼基板の張力Ｒ_ｍは、１４５０ＭＰａより高い。

次いで、下記技術が、このように得られた部品での溶接された接合部を特徴づけるために使用された。
− 顕微鏡断面は、溶接された接合部内のいずれかの金属間領域の存在を示す。
− サンプル１２．５×５０ｍｍ^２内の溶接された接合部にわたる機械的引張試験は、引張強度Ｒ_ｍおよび全伸長を決定する。
− 促進腐食試験が、ＤＩＮ５００２１、５００１７および５００１４品質基準によって行われた。これらの試験としては、２３℃の乾燥段階および４０℃の湿潤段階を交互にする次の塩噴霧散布サイクルが挙げられる。

表２は、これらの特性の結果を示す。

熱処理後に要求される焼入条件下では、ベース金属および溶接中の溶融領域の微構造は、上記４つの方法では全体的にマルテンサイトである。

本発明の方法Ｉの場合には、図４が示すように、溶融領域は、金属間領域を含まない。

他方では、方法Ｒ２において、特に、マランゴニ効果によって引き起こされた浴液での自然対流によってプレコートの元素が濃縮された溶融領域の周囲に向かって、金属間領域（図５参照）の存在に留意する。これらの大きな金属間領域は、機械的負荷に実質的に垂直に方向付けられ得、応力集中および破壊効果の開始の役割をする。横方向における伸長は、特に、これらの金属間領域の存在によって低減され、これらの領域がない状態では、伸長は４％より大きい。それら領域が存在する場合、伸長は１％未満に低下する。

機械的特性（強度および伸長）の顕著な差は、本発明の方法Ｉと方法Ｒ１との間で留意されない。これは、図４が示すように、ブラッシングによって適所に残され、溶接により再び溶融される金属間合金の薄い層が、溶融金属内に脆弱な領域の形成をもたらさないことを示す。

方法Ｒ１の場合には、耐食性が低減され、鋼は、プレコート全体の除去によって溶接された接合部の一方の側に全体的に露出される。次いで、赤錆が、腐食防止を欠いて、溶接の一方の側で熱の影響を受けた領域に現われるのが見られる。

このように、本発明の方法は、処理後の溶接された接合部の良好な延性および良好な耐食性を同時に達成する。

鋼の組成、特に、その炭素含有量およびそのマンガン、クロムおよびホウ素含有量に応じて、部品の最大強度が目標用途に適用され得る。そのような部品は、安全部品の製造に、および特に、自走車両の構造のための、耐侵入部品や車体底面部品、補強筋、Ｂピラーに有益に使用されるであろう。

溶接前の本発明による板の一実施形態を示す図である。 本発明による板の第２の実施形態の図である。 本発明の突き合わせ溶接された接合部の実施例の図である。 オーステナイト化熱処理および合金化熱処理後の本発明の溶接された接合部の拡大図である。 溶融金属内の有害金属間領域の外観を示す基準の溶接された接合部の拡大図である。 レーザービームを使用して金属合金が部分的に取り除かれた、溶接前の本発明による板の拡大図である。

Claims (30)

1. 鋼基板（１）と、前記基板に接し、金属合金の層（４）が載せられた金属間合金の層（３）からなるプレコート（２）とからなる板であって、
   前記板の少なくとも１つのプレコーティングされた表面上において、前記板の周囲に位置する領域（６）は、前記金属合金層が取り除かれていることを特徴とする、板。
2. 前記プレコート（２）が、アルミニウムの合金またはアルミニウム系であることを特徴とする、請求項１に記載の板。
3. 前記プレコート（２）の金属合金層（４）が、重量で、シリコンを８％から１１％および鉄を２％から４％含み、組成の残部が、アルミニウムおよび不可避の不純物であることを特徴とする、請求項２に記載の板。
4. 前記金属合金層が除かれた領域（６）の幅が、０．２ｍｍから２．２ｍｍであることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の板。
5. 前記金属層が除かれた前記領域（６）の幅が変化することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の板。
6. 前記金属間合金層（３）の厚みが、３μｍから１０μｍであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の板。
7. 前記板のプレコーティングされた少なくとも１つの面上の金属合金層（４）にブラシをかけることにより部分的に取り除くことにより、金属合金が除かれた前記領域（６）が得られることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の板。
8. 金属合金が取り除かれた前記領域（６）が、レーザービームによって、前記板のプレコーティングされた少なくとも１つの面上の合金層（４）を部分的に取り除くことにより得られることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の板。
9. 請求項１から８のいずれか一項に記載の少なくとも２つの板を突き合わせ溶接することによって得られた溶接された半加工品であって、
   溶接された接合部が、金属合金層が取り除かれた前記領域（６）に隣接する端面（１１）上でもたらされることを特徴とする、溶接された半加工品。
10. 前記プレコートが、前記熱処理によってその厚み全体にわたって、前記鋼基板の腐食および脱炭に対する保護を付与する金属間合金化合物に変化させられることを特徴とする、請求項９に記載の溶接された半加工品の熱処理および変形によって得られる部品。
11. 前記鋼の組成が、重量によって以下に表される含量、
    ０．１０％≦Ｃ≦０．５％
    ０．５％≦Ｍｎ≦３％
    ０．１％≦Ｓｉ≦１％
    ０．０１％≦Ｃｒ≦１％
    Ｔｉ≦０．２％
    Ａｌ≦０．１％
    Ｓ≦０．０５％
    Ｐ≦０．１％
    ０．０００５％≦Ｂ≦０．０１０％
    を含み、
    残部が、鉄および製造工程に起因する不可避の不純物からなることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の板、半加工品または部品。
12. 前記鋼の組成が、重量によって以下に表される含量、
    ０．１５％≦Ｃ≦０．２５％
    ０．８％≦Ｍｎ≦１．８％
    ０．１％≦Ｓｉ≦０．３５％
    ０．０１％≦Ｃｒ≦０．５％
    Ｔｉ≦０．１％
    Ａｌ≦０．１％
    Ｓ≦０．０５％
    Ｐ≦０．１％
    ０．００２％≦Ｂ≦０．００５％
    を含み、
    残部が、鉄および製造工程に起因する不可避の不純物からなることを特徴とする、請求項１１に記載の板、半加工品または部品。
13. 前記鋼の微構造が、マルテンサイト、ベイナイト、またはベイナイト−マルテンサイトであることを特徴とする、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の部品。
14. 鋼板が被覆されて、金属合金層（４）が上に載せられた金属間合金層（３）からなるプレコートを得る、プレコーティングされた鋼板を製造する方法であって、
    前記板の少なくとも１つの面において、前記金属合金層が、前記板の周囲の領域（６）で取り除かれることを特徴とする、方法。
15. 前記領域（６）の幅が、０．２ｍｍから２．２ｍｍであることを特徴とする、請求項１４に記載の製造方法。
16. プレコーティングされた鋼板を製造する方法であって、
    鋼板が被覆されて、金属合金層（４）が上に載せられた金属間合金層（３）からなるプレコートを得、次いで、
    前記板の少なくとも１つの面上において、前記金属合金層が、前記板の周囲（５）に全体的に隣接していない領域（７）で取り除かれ、次いで、
    金属合金が取り除かれた前記領域（７）が前記切断板の周囲にあるように、前記板が、平面（８）で切断される、方法。
17. 前記領域（７）の幅が、０．４ｍｍから３０ｍｍであることを特徴とする、請求項１６に記載の製造方法。
18. 前記プレコーティングが、アルミニウムを使用する浸漬コーティングによってもたらされることを特徴とする、請求項１４から１７のいずれか一項に記載の製造方法。
19. 前記層（４）が、ブラシをかけることにより取り除かれることを特徴とする、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の製造方法。
20. 前記層（４）が、前記プレコート（２）へのレーザービームの衝突によって取り除かれることを特徴とする、請求項１４から１８のいずれか一項に記載の製造方法。
21. 前記金属合金層（４）が取り除かれた前記領域（６）の放射率または反射率が測定され、測定値が、前記金属合金層（４）の放射率または反射率に特有の基準値と比較され、前記測定値と前記基準値との差が臨界値より大きい場合、取り除く操作が停止されることを特徴とする、請求項１４から２０のいずれか一項に記載の板の製造方法。
22. 前記レーザービームの衝突点で放たれた放射線の強度または波長が測定され、前記測定値が、前記金属合金層（４）の放射率に特有の基準値と比較され、前記測定値と前記基準値との差が臨界値より大きい場合、取り除く操作が停止されることを特徴とする、請求項２０に記載の板の製造方法。
23. 溶接された半加工品の製造方法であって、
    請求項１から８のいずれか一項に記載の少なくとも２つの板、または請求項１４から２２のいずれか一項に記載のように製造された少なくとも２つの板が突き合わせ溶接され、溶接された接合部は、金属合金層が取り除かれた領域に隣接する端面（１１）上でもたらされる、製造方法。
24. 前記領域（６）の幅が、請求項２３によって製造された溶接の幅の半分より２０％から４０％大きいことを特徴とする、請求項１４に記載の製造方法。
25. 前記領域（７）の幅が、請求項２３によって製造された溶接の幅より２０％から４０％大きいことを特徴とする、請求項１６に記載の製造方法。
26. 請求項２３に記載のように製造された溶接された半加工品が加熱されて、前記鋼基板（１）と前記コーティング（２）との合金化により金属間合金化合物を形成し、前記鋼に部分的にまたは全体的にオーステナイト組織を付与し、次いで、
    前記半加工品が、熱変形されて部品を得、
    前記部品が、目標の機械的特性を付与するようになされる速度で冷却される、部品の製造方法。
27. 前記冷却速度が、マルテンサイト焼入れのための限界速度より速いことを特徴とする、請求項２６に記載の方法。
28. 溶接が、レーザービームによってもたらされることを特徴とする、請求項２３、２６または２７のいずれか一項に記載の製造方法。
29. 溶接が、電気アークによってもたらされることを特徴とする、請求項２３、２６または２７のいずれか一項に記載の製造方法。
30. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の板、半加工品または部品、または電動陸上自走車両のための構造部品または安全部品の製造のための請求項１４から２９のいずれか一項に記載の方法によって製造される板、半加工品または部品の使用。

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