KR102250977B1

KR102250977B1 - 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재

Info

Publication number: KR102250977B1
Application number: KR1020197003643A
Authority: KR
Inventors: 가츠토시 다카시마; 히로시 마츠다; 린세이 이케다; 요시야스 가와사키
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2016-08-22
Filing date: 2017-08-21
Publication date: 2021-05-11
Also published as: EP3473740B1; CN109563588A; JP6447752B2; KR20190026854A; MX2019001521A; US20190201999A1; WO2018038045A1; US10940556B2; EP3473740A4; CN109563588B; JPWO2018038045A1; EP3473740A1

Abstract

고강도 강판, 특히 인장 강도가 900MPa를 넘는 강판에서, 십자 인장 시험에 있어서의 파단 형태가 플러그 파단하는 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재를 제공한다. 소정의 성분 조성을 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 고강도 강판을, 적어도 1개 포함하는, 2개 이상의 강판을 고정하는 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재로서, 저항 용접부에 있어서의 열 영향부 중에서 가장 높은 경도(HV_BM)가, 저항 용접시의 판 세트 중에서 가장 연질인 강판에 형성된 저항 용접부에 있어서의 너깃부의 경도(HV_W)의 1.1배 이상이고, 또한 고강도 강판에 있어서의 너깃부의 단부에서 판 두께 직각 방향으로 2mm 이내의 열 영향부의, 강판 조직의 평균 결정 입경이 3㎛이하이고, 또한, 열 영향부 중에서 가장 낮은 경도(HV_min)가 저항 용접 전의 고강도 강판의 경도(HV_α)의 90%이상이다.

Description

저항 용접부를 갖는 자동차용 부재

본 발명은 고강도 용접부를 갖는 강재에 관한 것으로서, 특히, 자동차 등의 구조 부품의 부재로서 바람직한 고강도 강판이 우수한 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재에 관한 것이다.

근래, 환경 문제의 고조로부터 CO₂ 배출 규제가 엄격화되고 있으며, 특히 자동차 분야에서는 자동차의 연비 향상을 위한 차체의 경량화가 진행되고 있다. 차체의 경량화에 대해서는 자동차 부품에 고강도 강판을 적용하고 박육화화하는 것이 유효하며, 인장 강도가 900MPa이상의 고강도 강판의 적용이 진행되고 있다.

자동차의 조립에서는 코스트나 제조 효율의 관점에서, 저항 용접(스폿 용접)에 의해 프레스 성형된 자동차 부품을 조합하는 경우가 많다. 그 때문에, 강판의 고강도화에 수반하여, 용접부에 있어서의 강도를 향상시키는 것이 요구된다. 그러나, 일반적으로, 용접부의 이음매의 인장 강도(전단 방향에 인장 하중을 부하하여 측정하는 인장 전단 강도를 말하며. 이하, 인장 전단 강도라고 함)는 용접용 강판(모재)의 인장 강도의 고강도화에 수반하여 비례적으로 증가하지만, 용접부의 이음매의 십자 인장 강도는 모재의 인장 강도가 900MPa를 넘으면 저하하고, 파단 형태가 계면 파단으로 되는 문제가 발생한다.

용접부의 강도를 개선하는 종래 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1에, C 등의 첨가량을 조정한 강 조성을 갖는 동시에, 용접 조건을 변화시키는 것에 의해, 용접부에 있어서의 강도를 확보하는 기술이 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본국 특허공개공보 제2015-93282호

그러나, 특허문헌 1은 탄소당량이 소정 범위로 되도록 C 등의 첨가량을 규정하기 때문에, 모재의 재질이 제한되고, 자동차용 강판에 요구되는 고연성의 확보가 곤란하게 된다. 또, 저P화, 저S화에 의해, 제강 코스트가 증대한다. 또한, 특허문헌 1의 용접 조건에서는 용접 시간이 장시간화되면 자동차의 조립 공정도 장시간화되기 때문에, 생산성이 현격히 떨어진다. 그 때문에, 실정으로서, 인장 강도 700MPa를 넘는 고강도 강판에서, 용접 후의 십자 인장 시험에 있어서의 파단 형태가 계면 파단으로 되지 않는 기술은 개발되어 있지 않다.

본 발명은 이러한 문제를 감안하여, 십자 인장 시험에 있어서의 파단 형태가 플러그 파단하는 고강도 강판, 특히 인장 강도가 900MPa를 넘는 강판에서 우수한 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재를 제공하는 것을 목적으로 한다.

종래부터, 인장 강도가 900MPa를 넘는 강판에서는 용접한 후에 생성되는 열 영향부의 연화부(이하, HAZ 연화부라고 함)가 존재함으로써, 국소적인 응력 집중이 일어나 균열의 기점으로 된다. 또한, 열 영향부의 경화부(이하, HAZ 경화부라고 함)에 조대한 마텐자이트가 존재함으로써, 균열이 진전하기 쉬워지고, 계면 파단을 일으킨다.

본 발명자들은 상기 과제를 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 강판의 성분 조성을 최적으로 조정함으로써, 응력 집중하는 HAZ 연화부의 연화량을 억제하는 것을 알아내었다. 즉, 열 영향부를 연화시키지 않고, 더 나아가서는 미세한 HAZ 경화부를 생성함으로써, 고강도재에 있어서도 강도 확보가 가능하게 된다.

또, 상술한 성분 조성을 최적으로 조정한 강판을 포함하는 3개 이상의 강판을 중첩해서 용접되는 경우에는 판 세트 중에서 가장 연질인 강판에 있어서의 너깃부의 경도보다 HAZ 경화부의 경도가 높은 것에 의해, HAZ 경화부는 강도를 담보할 수 있다. 이것에 의해, 십자 인장 시험에서도 충분한 강도가 확보 가능하고, 플러그 파단이 되는 것을 알아내었다.

구체적으로는 Mn을 3.1%이상 첨가시키는 것에 의해, 마텐자이트 변태 개시 온도를 저하시키고, 용접 중의 마텐자이트의 담금질을 억제한다. 이와 함께, Ti 또는 Nb의 탄질화물을 생성시켜 둠으로써 용접 후의 강판 조직을 미세화시키고, HAZ 경화부의 경도를 상승시킨다. 이것에 의해, HAZ 연화부에 있어서의 응력 집중이 작아지기 때문에 계면 파단을 방지할 수 있고, 건전한 저항 용접부, 즉 우수한 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재가 제공 가능한 것이 명백하게 되었다.

본 발명은 이상의 지견에 의거하여 이루어진 것이며, 이하를 요지로 하는 것이다.

[1] 성분 조성은 질량%로, C:0.08∼0.25%, Si:0.01∼2.50%, Mn:3.1∼8.1%, Al:0.01∼2.00%, N:0.010%이하를 함유하고, Ti, Nb의 1종 또는 2종을 각각 0.005∼0.100% 함유하고, 잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 고강도 강판을 적어도 1개 포함하는, 2개 이상의 강판을 고정시키는 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재로서, 상기 저항 용접부에 있어서의 열 영향부 중에서 가장 높은 경도(HV_BM)가 저항 용접시의 판 세트 중에서 가장 연질인 강판에 형성된 상기 저항 용접부에 있어서의 너깃부의 경도(HV_W)의 1.1배 이상이고, 또한, 상기 고강도 강판에 있어서의 너깃부의 단부에서 판 두께 직각 방향으로 2mm 이내의 열 영향부의 강판 조직의 평균 결정 입경이 3㎛이하이고, 또한, 상기 열 영향부 중에서 가장 낮은 경도(HV_min)가 저항 용접 전의 상기 고강도 강판의 경도(HV_α)의 90%이상인 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.

[2]　상기 성분 조성에, 질량%로, V:0.05%이하, B:0.010%이하, Cu:0.50%이하, Ni:0.50%이하, Cr:0.50%이하, Mo:0.50%이하, Ca:0.0050%이하, REM:0.0050%이하에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 [1]에 기재된 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.

[3]　상기 고강도 강판의 조직은 면적율에서, 잔류 오스테나이트가 20∼50%인 [1] 또는 [2]에 기재된 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.

[4]　상기 고강도 강판의 표면에 도금층을 갖는 [1] 내지 [3] 중의 어느 하나에 기재된 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.

[5]　상기 도금층은 아연 도금층인 [4]에 기재된 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.

[6]　상기 도금층은 합금화 아연 도금층인 [4]에 기재된 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.

또한, 본 발명에 있어서, 고강도 강판은 인장 강도가 900MPa를 넘는 강판이며, 냉연강판, 아연 도금 처리, 합금화 아연 도금 처리 등의 표면 처리를 냉연강판에 실시한 강판을 포함하는 것이다. 또, 본 발명에 있어서, 우수한 저항 용접부는 저항 용접 후의 십자 인장 시험에 있어서의 파단 형태가 플러그 파단하는 저항 용접부의 것을 의미한다.

본 발명에 따르면, 인장 강도가 900MPa를 넘는 강판에서, 저항 용접 후의 십자 인장 시험에 있어서의 파단 형태가 플러그 파단하는 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 스폿 용접 방법의 실시형태의 일예를 설명하는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 스폿 용접 방법의 실시형태의 다른 예를 설명하는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 이용하는 전극 칩의 일예를 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 스폿 용접 방법에 의해 얻어지는 용접 이음매의 개략 구성을 설명하는 일부 확대 종단면도이다.

이하, 본 발명에 대해 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다.

우선, 본 발명의 고강도 강판의 성분 조성과 그 한정 이유에 대해 설명한다. 또한, 이하의 성분 조성을 나타내는 %는 특히 단정하지 않는 한 질량%를 의미한다.

C:0.08∼0.25%

C는 강판의 고강도화에 유효한 원소이다. 모재의 인장 강도가 900MPa초과를 얻기 위해서는 C량은 0.08%이상을 함유하는 것이 필요하다. 바람직하게는 C량은 0.095%이상으로 한다. 더욱 바람직하게는 C량은 0.11%이상으로 한다. 또한, C량이 0.08%미만에서는 마텐자이트 변태 개시 온도를 상승시키고, 용접 중의 마텐자이트의 담금질을 촉진시켜 버린다. 그 때문에, HAZ 연화부의 연화량이 증가한다. 한편, C를 과잉으로 함유하면 너깃부의 인성이 손상되고, 계면 파단을 일으킨다. 그 때문에, C량은 0.25%이하로 한다. 바람직하게는 C량은 0.21%이하로 한다. 더욱 바람직하게는 C량은 0.18%이하로 한다.

Si:0.01∼2.50%

Si는 페라이트를 고용 강화한다. 또, Si는 HAZ 연화부의 고용 강화에도 기여한다. 그들 효과를 얻기 위해서는 Si량은 0.01%이상의 함유가 필요하다. 바람직하게는 Si량은 0.10%이상으로 한다. 한편, Si를 과잉으로 함유하면 강판의 표면 특성(화성 처리성이나 도금성)이 저하한다. 그 때문에, Si량은 2.50%이하로 한다. 바람직하게는 Si량은 2.00%이하로 한다. 더욱 바람직하게는 Si량은 1.50%이하로 한다.

Mn:3.1∼8.1%

Mn은 본 발명에 있어서 중요한 원소이다. Mn은 마텐자이트 변태 개시 온도를 저하시키고, 용접 중의 마텐자이트의 담금질을 억제한다. 이것에 의해, HAZ 연화부의 연화량을 크게 억제한다. 또한, Mn은 모재의 강판 조직의 잔류 오스테나이트의 생성에도 크게 영향을 준다. 그들 효과를 얻기 위해서는 Mn량은 3.1%이상을 함유하는 것이 필요하다. 바람직하게는 Mn량은 3.5%이상으로 한다. 더욱 바람직하게는 Mn량은 4.0%이상으로 한다. 한층 바람직하게는 Mn량은 4.5%이상으로 한다. 한편, Mn을 과잉으로 함유한 경우, 도금성이 저하한다. 그 때문에, Mn량은 8.1%이하로 한다. 바람직하게는 Mn량은 7.5%이하로 한다. 더욱 바람직하게는 Mn량은 7.0%이하로 한다. 한층 바람직하게는 Mn량은 6.3%이하로 한다.

Al:0.01∼2.00%

Al은 탈산에 필요한 원소이다. 이 효과를 얻기 위해서는 Al량은 0.01%이상을 함유하는 것이 필요하다. 바람직하게는 Al량은 0.02%이상으로 한다. 한편, Al을 과잉으로 함유한 경우, 도금성이 저하한다. 그 때문에, Al량은 2.00%이하로 한다. 바람직하게는 Al량은 1.50%이하로 한다.

N:0.010%이하

N은 조대한 질화물을 형성한다. 그 개재물 기인에 의한 보이드의 생성에 의해, HAZ의 인장 강도를 감소시키기 때문에, N은 함유량을 억제할 필요가 있다. N량이 0.010%를 넘어 함유하면, 이 경향이 현저하게 된다. 따라서, N량은 0.010%이하로 한다. 바람직하게는 N량은 0.005%이하로 한다. 극저N화는 제강 코스트의 상승을 초래하기 때문에, 바람직하게는 N량은 0.0003%이상으로 한다.

Ti, Nb: 1종 또는 2종을 각각 0.005∼0.100%

Ti:0.005∼0.100%

Ti는 미세한 탄질화물을 생성함으로써, HAZ 연화부의 경도 상승에 기여한다. 또한, Ti는 탄질화물을 생성시켜 둠으로써 용접시의 오스테나이트의 성장을 억제한다. 이것에 의해, 용접 후에 미세한 마텐자이트를 생성시킴으로써 HAZ 연화부의 연화량의 억제가 가능하다. 이상의 효과를 발휘시키기 위해서는 Ti량은 0.005%이상을 함유하는 것이 필요하다. 바람직하게는 Ti량은 0.008%이상으로 한다. 더욱 바람직하게는 Ti량은 0.010%이상으로 한다. 한편, 다량으로 Ti를 함유하면, 도금성이 현저하게 저하한다. 그 때문에, Ti의 함유량은 0.100%이하로 한다. 바람직하게는 Ti량은 0.080%이하로 한다. 더욱 바람직하게는 Ti량은 0.060%이하로 한다.

Nb:0.005∼0.100%

Nb는 Ti와 마찬가지로, 미세한 탄질화물을 생성함으로써, HAZ 연화부의 연화량의 억제에 기여한다. 그 때문에, Nb의 함유량은 0.005%이상으로 한다. 바람직하게는 Nb의 함유량은 0.008%이상으로 한다. 더욱 바람직하게는 Nb의 함유량은 0.010%이상으로 한다. 한편, Nb의 다량의 함유는 Ti와 마찬가지로, 도금성이 저하한다. 그 때문에, Nb의 함유량은 0.100%이하로 한다. 바람직하게는 Nb의 함유량은 0.080%이하로 한다. 더욱 바람직하게는 Nb의 함유량은 0.060%이하로 한다.

잔부는 철 및 불가피한 불순물이다. 불가피한 불순물로서는 예를 들면, P, S, Sb, Sn, Zn, Co 등을 들 수 있으며, 이들 함유량의 허용 범위는 각각 P:0.05%이하, S:0.005%이하, Sb:0.01%이하, Sn:0.10%이하, Zn:0.01%이하, Co:0.10%이하이다. 또한, 본 발명에서는 Ta, Mg, Zr를 합계 0.1%미만의 범위내에서 함유해도, 그 효과는 소실되지 않는다.

이상의 필수 원소로 본 발명의 강판은 목적으로 하는 특성이 얻어지지만, 상기의 필수 원소에 부가하여, 필요에 따라 하기의 원소를 함유할 수 있다.

V:0.05%이하, B:0.010%이하, Cu:0.50%이하, Ni:0.50%이하, Cr:0.50%이하, Mo:0.50%이하, Ca:0.0050%이하, REM:0.0050%이하에서 선택되는 1종 또는 2종 이상

V:0.05%이하

V는 미세한 탄질화물을 형성함으로써, HAZ의 강도 상승에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이러한 효과를 얻기 위해, V를 함유하는 경우에는 V량을 0.01%이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, 다량으로 V를 함유시켜도, V량이 0.05%를 초과한 분의 강도 상승의 효과는 작다. 또, 합금 코스트의 증가도 초래해 버린다. 따라서, V를 함유하는 경우에는 V량을 0.05%이하로 하는 것이 바람직하다.

B:0.010%이하

B는 담금질성을 향상시키고, HAZ의 고강도화에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이들 효과를 발휘하기 위해, B를 함유하는 경우에는 B량을 0.0003%이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, B량은 0.010%를 넘어 함유시켜도 효과가 포화한다. 그 때문에, B를 함유하는 경우에는 B량은 0.010%이하로 하는 것이 바람직하다.

Cu:0.50%이하

Cu는 고용 강화에 의해 강판의 고강도화에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이들 효과를 발휘하기 위해, Cu를 함유하는 경우에는 Cu량을 0.05%이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, Cu량은 0.50%를 넘어 함유시켜도 효과가 포화한다. 또, Cu에 기인하는 표면 결함이 발생하기 쉬워진다. 그 때문에, Cu를 함유하는 경우에는 Cu량은 0.50%이하로 하는 것이 바람직하다.

Ni:0.50%이하

Ni는 Cu와 마찬가지로, 고용 강화에 의해 강판의 고강도화에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이들 효과를 발휘시키기 위해, Ni를 함유하는 경우에는 Ni량을 0.05%이상 함유시키는 것이 바람직하다. 또한, Ni는 Cu와 동시에 함유하면, Cu 기인의 표면 결함을 억제하는 효과가 있기 때문에, Cu 함유시에 유효하다. 한편, Ni량은 0.50%를 넘어 함유시켜도 효과가 포화한다. 그 때문에, Ni를 함유하는 경우에는 Ni량은 0.50%이하로 하는 것이 바람직하다.

Cr:0.50%이하

Cr은 담금질성을 향상시키고, HAZ의 고강도화에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이 효과를 발휘시키기 위해, Cr을 함유하는 경우에는 Cr량을 0.05%이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, Cr량은 0.50%를 넘어 함유시키면, 과잉으로 마텐자이트가 생성된다. 그 때문에, Cr량은 0.50%이하로 하는 것이 바람직하다.

Mo:0.50%이하

Mo는 Cr과 마찬가지로, 담금질성을 향상시키고, HAZ의 고강도화에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이들 효과를 발휘시키기 위해, Mo를 함유하는 경우에는 Mo량을 0.01%이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, Mo량은 0.50%를 넘어 함유시켜도 효과가 포화한다. 그 때문에, Mo를 함유하는 경우에는 Mo량은 0.50%이하로 하는 것이 바람직하다.

Ca:0.0050%이하

Ca는 황화물의 형상을 구형상화하고, 용접부의 편석에 의한 악영향의 개선에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이들 효과를 발휘시키기 위해, Ca를 함유하는 경우에는 Ca량을 0.0005%이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, Ca량은 0.0050%를 넘어 함유하면, 그 황화물이 구부림성을 열화시킨다. 그 때문에, Ca를 함유하는 경우에는 Ca량은 0.0050%이하로 하는 것이 바람직하다.

REM:0.0050%이하

REM은 Ca와 마찬가지로, 황화물의 형상을 구형상화하고, 용접부의 편석에 의한 악영향의 개선에 기여하는 원소이며, 필요에 따라 함유할 수 있다. 이들 효과를 발휘시키기 위해, REM을 함유하는 경우에는 REM량을 0.0005%이상 함유시키는 것이 바람직하다. 한편, REM량은 0.0050%를 넘어 함유시켜도 효과가 포화한다. 그 때문에, REM을 함유하는 경우에는 REM량은 0.0050%이하로 하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판을 모재에 이용한다. 또한, 모재의 강판 조직에 관해서는 특히 한정하지 않는다. 그러나, 본 발명에 있어서의 고강도 강판의 강판 조직은 면적율에서 잔류 오스테나이트를 20∼50% 포함하는 것이 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다. 인장 강도가 900MPa를 넘는 강판을 이용하는 경우, 프레스 성형성이 문제가 된다. 그 때문에, 응력/왜곡 변태 유기에 의한 높은 균일 신장을 확보할 수 있는 잔류 오스테나이트를 함유하는 것이 바람직하다. 이 효과를 얻는 경우에는 잔류 오스테나이트의 면적율은 20%이상으로 하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 잔류 오스테나이트의 면적율은 25%이상으로 한다. 한편, 잔류 오스테나이트의 면적율은 50%를 넘어 과도하게 존재하면 국소적으로 경질의 부분이 존재되게 되며, 높은 신장을 확보하는 것이 곤란하게 되는 경우가 있다. 그 때문에, 잔류 오스테나이트의 면적율은 50%이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 잔류 오스테나이트의 면적율은 45%이하로 한다. 또한, 면적율은 강판 조직 전체에 대한 면적율로 한다. 또, 잔류 오스테나이트의 면적율은 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

여기서, 본 발명에 있어서, 잔류 오스테나이트 이외의 조직은 마텐자이트, 베이나이트 등이어도 좋다. 이들 조직의 면적율은 합계 10%이하가 바람직하다.

또한, 본 발명에 있어서, 고강도 강판은 통상 공지의 수법으로 제조할 수 있다. 예를 들면, 전로-레이들 정련-연속 주조법으로 상기에 나타내는 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 제조한다. 이들 강 슬래브를, 가열 온도 1100∼1250℃, 마무리 압연 종료 온도 700∼1000℃의 조건에서 열간 압연을 실행하고, 권취 온도 200∼700℃에서 권취를 실행하고, 열연강판으로 한다. 다음에, 얻어진 열연강판을 산세한 후, 550∼800℃에서 열 처리를 실행한다. 그 후, 냉간압연을 실행한 후, 600∼850℃에서 10분간 열처리하고, 실온까지 냉각하는 소둔을 실행하며, 냉연강판으로 해도 좋다.

본 발명에서는 필요에 따라, 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판을 포함하는 모재의 강판 표면에 도금층을 가져도 좋다. 또한, 도금 처리는 일반적으로 실행되고 있는 방법, 예를 들면, 용융 아연 도금 처리, 전기 아연 도금 처리에 의해 실행한다. 예를 들면, 특히 자동차 용도용으로서, 강판 표면에 용융 아연 도금 처리를 실시하고, 용융 아연 도금 강판(이하, GI 강판으로 하는 경우도 있음)으로 해도 좋다. 또한, 용융 아연 도금 후에 합금화 처리를 실시하고, 합금화 용융 아연 도금 강판(이하, GA 강판으로 하는 경우도 있음)으로 해도 좋다.

다음에, 본 발명의 자동차용 부재에 있어서의 저항 용접부와, 그 저항 용접의 용접 조건에 대해 설명한다.

본 발명의 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재는 예를 들면, 도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판을 적어도 1개 포함하고, 2개 이상의 강판을 중첩한 판 세트(4)를 상하 한 쌍의 전극 칩(하부 전극 칩(5)과 상부 전극 칩(6))의 사이에 두고, 가압하면서 통전함으로써 접촉부를 용융시키고, 필요 사이즈의 너깃(7)을 형성한 저항 용접부를 갖는 부재이다. 여기서는 2개 또는 3개의 강판을 중첩한 판 세트를 이용한다. 또한, 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판을 적어도 1개 포함하는 2개 이상의 강판은 2개 이상의 강판 중 적어도 1개가 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판인 것을 의미한다. 따라서, 2개의 강판을 중첩한 판 세트인 경우, 하부 강판(1) 및 상부 강판(2)이 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판이어도 좋다. 또, 3개의 강판을 중첩한 판 세트의 경우, 예를 들면 하부 강판(1)만, 또 예를 들면 하부 강판(1) 및 상하의 강판 사이에 위치하는 강판(3)이 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판이어도 좋다.

계속해서, 저항 용접의 용접 조건에 대해 설명한다.

본 발명에서는 중첩 저항 용접법의 일종인 저항 스폿 용접법을 이용한다. 본 발명에 있어서의 바람직하게 사용할 수 있는 저항 용접기는 상하 한 쌍의 전극을 구비하고, 한 쌍의 전극 사이에 용접하는 부분을 두고, 가압, 통전할 수 있으면 좋다. 또한, 저항 용접기는 용접 중에 가압력 및 용접 전류를 각각 임의로 제어 가능한 가압력 제어 장치 및 용접 전류 제어 장치를 갖고 있으면 좋다. 또한, 저항 용접기에 있어서의 에어 실린더나 서보 모터 등의 가압 기구, 교류나 직류 등의 전류 제어 기구, 정치식이나 로봇 건 등의 형식 같은 등은 특히 한정하지 않는다. 여기서는 예를 들면, 용접 건에 부착된 서보 모터 가압식에서 직류 전원의 저항 용접기를 이용하여 저항 스폿 용접을 실행한다. 한 쌍의 전극 칩은 도 3에 나타내는 바와 같이, 선단의 곡률 반경 R40, 선단 직경 6mm를 갖는 알루미나 분산동의 DR형 전극을 이용한다.

본 발명의 용접 조건은 건전한 너깃을 얻기 위해, 가압력:2.0∼7.0kN으로 한다. 바람직하게는 가압력:2.5∼6.0kN으로 한다. 또, 강도 확보 가능한 너깃 직경을 얻기 위해, 통전 시간:5∼50사이클(50Hz)로 한다. 바람직하게는 통전 시간:10∼30 사이클(50Hz)로 한다. 홀드 시간:0.5∼100사이클(50Hz)로 한다. 바람직하게는 홀드 시간:1∼20사이클(50Hz)로 한다. 또한, 용접 전류는 열 영향역의 확대, 및 그것에 수반하는 강도 저하를 회피하기 위해, 너깃 직경이 5√t이상(t는 판 두께)이 되도록, 4.0∼10.0kA의 범위에서 조절된다.

여기서는 예를 들면, 저항 스폿 용접의 조건은 가압력:3.0∼5.0kN, 통전 시간:15∼25사이클(50Hz), 홀드 시간:1∼15사이클(50Hz)로 하고, 너깃 직경이 5√t이상(t는 판 두께)이 되도록, 용접 전류는 5.0∼7.0kA의 범위에서 조절해서 실행한다.

이상에 기술한 저항 스폿 용접에 의해 얻어지는 본 발명의 자동차용 부재의 저항 용접부에 대해 설명한다. 여기서는 도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 저항 용접 후의 저항 용접부를 갖는 부재에 있어서의 너깃부(7)의 주위를 둘러싸고, 가열에 의해 조직이 변화하여 경도가 변화한 부분을 열 영향부(HAZ)(8)로 한다.

본 발명에서는 저항 용접부에 있어서의 열 영향부(8) 중에서 가장 높은 경도(이하, HV_BM으로 하는 경우도 있음)가 저항 용접시의 판 세트 중에서 가장 연질인 강판에 형성된 너깃부(7)의 경도(이하, HV_W로 하는 경우도 있음)의 1.1배 이상으로 한다. HV_BM이 HV_W의 1.1배 미만의 경우, 저항 용접시의 판 세트 중에서 가장 연질인 강판에 있어서의 너깃부(7)의 단부에 응력 집중하고, 열 영향부(HAZ)(8)로부터 균열이 진전하며, 계면 파단으로 된다. 바람직하게는 HV_BM이 HV_W의 1.2배 이상으로 한다. 더욱 바람직하게는 HV_BM이 HV_W의 1.3배 이상으로 한다. 한편, 열 영향부(HAZ)(8)의 경도가 너무 높아지면 인성이 열화하고, 균열이 열 영향부(HAZ)(8)로부터 생성되기 때문에 계면 파단으로 된다. 이 때문에, HV_BM이 HV_W의 2.0배 이하가 바람직하다. 더욱 바람직하게는 HV_BM이 HV_W의 1.8배 이하가 바람직하다. 또한, 각 경도(HV_BM, HV_W)는 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

본 발명에서는 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판에 있어서의 너깃부(7)의 단부 e에서 판 두께 직각 방향으로 2mm 이내의 열 영향부(HAZ)(8)에 있어서의 강판 조직의 평균 결정 입경(이하, 결정 입경으로 하는 경우도 있음)을 3㎛이하로 한다. 또한, 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판에 있어서의 너깃부(7)의 단부 e는 저항 용접시의 판 세트 중에서 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판에 형성된 너깃부의 너깃 직경 방향의 양단부를 말한다. 결정 입경이 3㎛를 넘는 경우, 마텐자이트 변태 개시 온도가 높게 되어 있게 되고, 저항 용접 중에 마텐자이트의 담금질이 촉진되게 된다. 이 때문에, HAZ 연화부의 연화량이 증가해 버린다. 또한, 결정립의 조대화에 의해 인성이 열화하고, 균열의 진전이 용이하게 되며, 계면 파단해 버린다. 바람직하게는 결정 입경은 2㎛이하로 한다. 한편, 미세화에 의한 강도 상승이 너무 높아도 인성이 열화하기 때문에, 결정 입경은 0.1㎛이상이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 결정 입경은 0.2㎛이상이 바람직하다. 또한, 결정 입경은 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

본 발명에서는 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판의 저항 용접부에 있어서의 상기 열 영향부 중에서 가장 낮은 경도(HV_min)가 저항 용접 전의 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판의 경도의 90%이상으로 한다. 여기서는 저항 용접 전의 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판의 경도(이하, HV_α로 하는 경우도 있음)에 대한 상기 열 영향부 중에서 가장 낮은 경도(HV_min)의 비를 Hv비로 한다. Hv비가 90%미만의 경우, 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판에 있어서의 HAZ 연화부의 연화량이 많다고 하는 것으로 되고, HAZ에서 균열을 생성시켜 버린다. 바람직하게는 Hv비는 93%이상으로 한다. 더욱 바람직하게는 Hv비는 96%이상으로 한다. 또한, 경도(HV_min)는 후술하는 실시예에 기재된 방법으로 측정할 수 있다.

여기서, 도 4를 이용하여, HV_BM, HV_min, HV_W에 대해 설명한다. 도 4는 도 1, 2에 나타내는 바와 같은 저항 용접 후의 저항 용접부를 갖는 부재(용접 이음매)에 있어서의 개략 구성을 설명하는 일부 확대 종단면도이다. 도 4에 나타낸 부호 e는 저항 용기의 판 세트 중에서 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판(예를 들면 강판(3)으로 함)에 형성된 너깃부(7)의 너깃 직경 방향의 양단부를 가리킨다. HV_BM은 너깃부(7)의 외주 부분에서 바깥 방향을 향해 확대된 소정의 영역이고, 또한 열 영향부(HAZ)(8)의 영역내에 있어서의 가장 높은 경도를 가리킨다. 또, HV_min은 너깃부(7)의 외주 부분에서 바깥 방향을 향해 확대된 소정의 영역이고, 또한 열 영향부(8)의 영역내에 있어서이 가장 낮은 경도를 가리킨다. 여기서는 너깃부(7)의 단부 e를 시점으로 한 경우, 너깃부(7)의 양단부 e에서 바깥 방향으로, 판 두께 직각 방향에서 2mm 이내의 영역을 측정 범위로 한다. HV_W는 너깃부(7)의 외주 부분에서 안쪽 방향을 향해 확대된 소정의 영역이고, 또한 너깃부(7)의 영역내에 있어서의 가장 낮은 경도를 가리킨다. 여기서는 너깃부(7)의 양단부 e에서 안쪽 방향으로, 판 두께 직각 방향에서 2mm 이내의 영역을 측정 범위로 한다

본 발명에서는 HV_α는 식(1)에서 구할 수 있다.

HV_α(Hv)=(저항 용접 전의 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판의 인장 강도(MPa)-30)/3.14 (1)

또한, 판 세트 중에서 경도가 상이한 경우에는 가장 높은 Mn량을 갖는 강판을 이용해서 산출한다.

또, Hv비는 이미 기술한 바와 같이, 식 (2)에서 구할 수 있다.

Hv비(%)=HV_min/HV_α×100　　　　(2)

실시예

이하, 본 발명의 실시예에 대해 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

통상 공지의 수법, 예를 들면 전로-레이들 정련-연속 주조법으로, 표 1에 나타내는 성분 조성을 갖는 강 슬래브를 제조하였다. 이들 강 슬래브를, 가열 온도 1250℃, 마무리 압연 종료 온도 900℃의 조건으로 열간 압연을 실행하고, 권취 온도 500℃에서 권취를 실행하고, 판 두께 2.6mm의 열연강판으로 하였다. 다음에, 얻어진 열연강판을 산세한 후, 700℃에서 열처리를 실행하였다. 그 후, 냉간압연을 실행한 후, 650℃에서 10분간 열처리하고, 실온까지 냉각하는 소둔을 실행하고, 판 두께 1.2mm의 냉연강판을 얻었다.

[표 1]

상기와 같이 해서 얻은 냉연강판에 대해, 이하에 나타내는 강판의 구성 조직의 정량 평가, 인장 시험을 실행하였다. 얻어진 결과를 표 3에 나타낸다.

잔류 오스테나이트의 면적율

잔류 오스테나이트의 면적율은 Co의 Kα선을 이용하여 X선 회절법에 의해 구하였다. 강판의 판 두께 1/4 부근의 면을 측정면으로 하는 시험편을 사용하고, 오스테나이트의 (211)면 및 (220)면과, 페라이트의 (200)면과 (220)면의 피크 강도 비로부터 잔류 오스테나이트의 체적율을 산출하고, 3차원적으로 균질이기 때문에, 이것을 잔류 오스테나이트의 면적율로 하였다. 또한, 결과는 표 3의 잔류 γ의 면적율(%)로 나타낸다.

기계 특성

기계 특성(인장 강도 TS)은 압연 방향에 대해 직각 방향을 긴쪽 방향(인장 방향)으로 하는 JIS5호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z 2241(2011)에 준거한 인장 시험을 실행하여 평가하고, 인장 강도를 측정하였다.

또, 본 발명의 실시예로서, 도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 상술한 성분 조성을 갖는 고강도 강판을 적어도 1개 포함하고, 2개 또는 3개의 강판을 중첩한 판 세트(4)에 대해, 용접 건에 부착된 서보 모터 가압식에서 직류 전원의 저항 용접기를 이용하여 저항 스폿 용접을 실행하고, 저항 용접부를 보유한 인장 시험편을 제작하였다. 또한, 사용한 한 쌍의 전극 칩은 모두 도 3에 나타내는 바와 같이, 선단의 곡률 반경 R40, 선단 직경 6mm를 갖는 알루미나 분산동의 DR형 전극으로 하였다. 또한, 판 세트(4)를 구성하는 본 발명의 고강도 강판 이외의 강판은 임의의 성분 조성을 갖는다. 예를 들면, 표 2에 나타내는 성분 조성을 갖는 냉연강판(강종 N∼R)을 이용한다. 또, 표 2의 강판의 인장 강도는 상술한 바와 마찬가지의 방법으로 측정한다. 표 2에 기재된 270MPa급은 270∼400MPa의 인장 강도를 갖는 강판이며, 590MPa급은 590∼780MPa의 인장 강도를 갖는 강판이며, 980MPa급은 980∼1180MPa의 인장 강도를 갖는 강판이며, 1180MPa급은 1180∼1320MPa의 인장 강도를 갖는 강판이며, 1470MPa급은 1470∼1800MPa의 인장 강도를 갖는 강판이다.

시험편으로서, 상기와 같이 해서 얻은 냉연강판, 표 2의 성분 조성을 갖는 냉연강판(강종 N∼R)으로부터, 각각 시험편을 잘라내어 사용하였다.

[표 2]

실시예의 저항 용접의 조건은 가압력을 3500N, 통전 시간은 14∼16사이클(50Hz), 홀드 시간은 1∼5사이클(50Hz)로 하고, 너깃 직경이 5√t이상(t는 판 두께)이 되도록, 용접 전류는 5.0∼9.0kA의 범위에서 조절하고, 7.0kA로 하였다. 용접 조건을 표 3에 나타낸다. 얻어진 저항 용접부에 대해, 이하에 나타내는 방법으로 평가하고, 얻어진 결과를 표 3에 나타낸다.

용접 후의 인장 특성

용접 후의 인장 특성은 십자 인장 시험 방법(JIS Z 3137(1999))에 의거하여, 50×150mm의 십자 인장 시험편(여기서는 강판 α, 강판 β로 함)을 잘라내고, 상술한 저항 용접 조건에서 실시하였다. 또한, 3개 이상의 강판의 경우에는 강판 γ를 50×50mm로 잘라내어 용접하고, 인장 시험편을 제작하였다. 시험편의 판 세트를 표 3에 나타낸다(표 3의 용접부 판 세트 참조). 또, 시험편의 도금의 유무를 표 3에 나타낸다(표 3의 도금 참조). 도금이 없는 경우에는 냉연강판, GA는 GA 강판, GI는 GI 강판이다. 또한, GA 강판, GI 강판의 평량은 45g/㎡이었다. 십자 인장 시험 후의 파단 형태를 관찰하였다. 표 3의 파단 형태는 십자 인장 시험 후에 편측의 강판이 잔존하고 있는 경우를 플러그 파단으로 하였다. 플러그 파단 중, 강판의 잔존량이 70%이상인 경우:기호 ○(우수), 강판의 잔존량이 70%미만인 경우:기호 △(양호)로서 각각 나타내었다. 한편, 강판이 잔존하지 않고 계면 파단으로 된 경우를, 기호 ×(뒤떨어짐)로 나타내었다.

HAZ의 평균 결정 입경

HAZ의 평균 결정 입경의 측정은 강판의 압연 방향에 평행한 판 두께 단면을 연마 후, 3% 나이탈로 부식하고, SEM(주사형 전자현미경), TEM(투과형 전자현미경), FE-SEM(전계 방출형 주사 전자현미경)에 의해, 너깃부의 단부에서 판 두께 직각 방향으로 2mm이내의 열 영향부에 대해 강판 조직을 관찰하고, Media Cybernetics사의 Image-Pro를 이용하여, 강판 조직 사진으로부터 원 상당 직경을 산출하고, 그들 값을 평균하여 구하였다.

저항 용접부의 경도

저항 용접부의 경도 측정은 JIS Z 2244(2009)의 규정에 의거하여 측정하였다. 또한, 시험력은 2.94N(0.3kgf)으로 하였다. 경도 측정은 용접부를 반절하고, 경면 연마 후의 너깃 중앙부에서 판 두께의 직각 방향으로 6mm까지, 단면을 피치 100㎛에서 측정을 실행하고, 해당 강판의 열 영향부의 최대값 HV_BM, HV_min 및 판 세트 중에서 가장 연질인 강판의 너깃부의 경도 HV_W를 구하였다. 또, 단면을 상기 피치 100㎛에서 측정을 실행하고, 열 영향부에 의한 경도 변화가 없어져 안정된 개소, 또한, 나이탈 에칭 후의 강판 조직이 변화하고 있지 않은 개소를 저항 용접 후의 강판 α의 경도 HV_min로 하였다.

[표 3]

본 발명예(시료 번호 1∼13, 17)에서는 강판 α는 전부에 있어서 인장 강도 900MPa초과이고, HV_BM/HV_w가 1.1이상, HAZ의 결정 입경이 3㎛이하, Hv비가 90%이상을 달성하였다. 또한, 스폿 용접 이음매의 십자 인장 강도의 안정성을 판단함에 있어서 파단 형태가 유효하다. 본 발명예(시료 번호 1∼13)의 강판의 저항 스폿 용접 이음매에서는 십자 인장 시험에 있어서 모두 플러그 파단이 얻어졌다. 특히, Mn량이 4.0%를 넘는 경우(시료 번호 1∼5, 7∼13), 강판의 잔존량은 70%이상이며, 플러그 파단의 평가에 있어서 더욱 우수한 것을 알 수 있었다.

한편, 본 발명의 요건을 만족시키지 않는 비교예(시료 번호 14∼16)에서는 HV_BM/HV_w가 1.1이상, HAZ의 결정 입경이 3㎛이하, Hv비가 90%이상의 어느 하나 이상이 달성되지 않았다. 또한, 비교예(시료 번호 14∼16)에서는 전부에 있어서 파단 형태가 계면 파단으로 되었다.

1; 하부 강판 2; 상부 강판
3; 상하의 강판 사이에 위치하는 강판 4; 판 세트
5; 하부 전극 칩 6; 상부 전극 칩
7; 너깃부 8; 열 영향부

Claims

성분 조성은 질량%로,
C:0.08∼0.25%,
Si:0.01∼2.50%,
Mn:3.1∼8.1%,
Al:0.01∼1.50%,
N:0.010%이하를 함유하고,
Ti, Nb의 1종 또는 2종을 각각 0.005∼0.100% 함유하고,
잔부가 철 및 불가피한 불순물로 이루어지는 고강도 강판을 적어도 1개 포함하는, 2개 이상의 강판을 고정시키는 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재로서,
상기 고강도 강판의 조직은 면적율에서, 잔류 오스테나이트가 28∼50%이고,
상기 저항 용접부에 있어서의 열 영향부 중에서 가장 높은 경도(HV_BM)가 저항 용접시의 판 세트 중에서 가장 연질인 강판에 형성된 상기 저항 용접부에 있어서의 너깃부의 경도(HV_W)의 1.1배 이상 2.0배 이하이고,
또한, 상기 고강도 강판에 있어서의 너깃부의 단부에서 판 두께 직각 방향으로 2mm이내의 열 영향부의 강판 조직의 평균 결정 입경이 0.1㎛이상 3㎛이하이고,
또한, 상기 열 영향부 중에서 가장 낮은 경도(HV_min)가 저항 용접 전의 상기 고강도 강판의 경도(HV_α)의 90%이상인 것을 특징으로 하는 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.
제 1 항에 있어서,
상기 성분 조성은 질량%로,
V:0.05%이하,
B:0.010%이하,
Cu:0.50%이하,
Ni:0.50%이하,
Cr:0.50%이하,
Mo:0.50%이하,
Ca:0.0050%이하,
REM:0.0050%이하
에서 선택되는 1종 또는 2종 이상을 더 함유하는 것을 특징으로 하는 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 고강도 강판의 표면에 도금층을 갖는 것을 특징으로 하는 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.
제 3 항에 있어서,
상기 도금층은 아연 도금층인 것을 특징으로 하는 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.
제 3 항에 있어서,
상기 도금층은 합금화 아연 도금층인 것을 특징으로 하는 저항 용접부를 갖는 자동차용 부재.
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