KR102262703B1

KR102262703B1 - 자동차 골격 부재

Info

Publication number: KR102262703B1
Application number: KR1020207035947A
Authority: KR
Inventors: 야스히로 이토; 히로키 후지모토
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2019-10-30
Publication date: 2021-06-10
Also published as: EP3766762A1; WO2020090916A1; KR20210002735A; CN112930299B; US20210147002A1; EP3766762A4; EP3766762B1; CN112930299A; US11117624B2

Abstract

제1 강판(10)과 제2 강판(20)과, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)의 계면을 접합하는 제1 용접 금속부(40)를 구비하고, 제1 강판(10)의 인장 강도는 1.0㎬ 이상 1.6㎬ 이하이고, 제2 강판(20)의 인장 강도는 1.8㎬ 이상 2.5㎬ 이하이고, 제1 강판(10)은 홈부(18)를 구비하고, 제2 강판(20)은 홈부(18)에 중첩되고, 제2 강판(20)의 제1 용접 금속부(40)의 주위 4㎜ 이내의 영역의 최저 비커스 경도는, 제2 강판(20)의 상기 영역의 외측의 경도의 80% 이상인, 자동차 골격 부재(1).

Description

자동차 골격 부재

본 개시는 자동차 골격 부재에 관한 것이다.

근년, 자동차의 배기 가스에 포함되는 이산화탄소의 배출량 삭감이나 연비 향상을 위하여 차체의 경량화가 요구되고 있다. 차체의 한층 더한 경량화를 실현하는 데에는, 예를 들어 높은 강도가 필요한 개소의 판 두께를 두껍게 하고, 높은 강도가 필요 없는 개소의 판 두께를 얇게 하거나 하여 부재 형상의 최적화를 도모하는 것이 바람직하다.

또한 자동차의 골격 부재에 있어서는, 강도의 한층 더한 향상이 요구됨과 함께, 충돌 시에 차체 골격 내부를 보호하는 것에 필요한 충격 흡수 특성의 한층 더한 향상도 요구된다.

하기 특허문헌 1에는, 자동차의 골격 부재에 있어서, 본체 부재에 대하여 부분적으로 레인포스 부재를 중합한 상태에서 용접하여 고강도와 경량화를 양립시키는 기술이 기재되어 있다. 또한 하기 특허문헌 2에는, 제1 블랭크와 제2 블랭크를 용접한 후 열간 프레스 성형하는 기술이 기재되어 있다.

일본 특허 공개 제2013-71532호 공보 일본 특허 공개 제2013-189173호 공보

그러나 부재끼리를 용접한 경우, 용접부의 용접 금속부의 주변 영역에 있어서는, 용접 시의 입열에 의하여 모재와는 특성, 조직이 변화되는 것이 알려져 있다. 당해 주변 영역은 열 영향부(HAZ; Heat Affected Zone)라 칭해진다.

상기 특허문헌 1에 기재된 기술에 있어서는, 본체 부재와 레인포스 부재의 HAZ에 있어서의 강도 저하는 고려되어 있지 않아서 강도 향상의 관점에서 개선의 여지가 있다는 문제가 있었다. 또한 골격 부재에 요구되는 충격 흡수 특성에 대해서도 개선의 여지가 있다는 문제가 있었다.

또한 상기 특허문헌 2에 기재된 기술에 있어서는, 열간 프레스 성형에 의하여 HAZ에 있어서의 강도의 개선은 기대할 수 있지만, 부재끼리의 접합 강도에 있어서 한층 더한 개선의 여지가 있다.

그래서 본 개시는 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이며, 본 발명의 목적으로 하는 바는, 용접부를 포함한 부재 전체의 강도의 향상과 충격 흡수 특성의 향상을 더 높은 레벨에서 양립시키고, 또한 부재끼리의 접합 강도를 개선하는 것이 가능한, 신규이고 개량된 골격 부재를 제공하는 것에 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 개시에 따르면,

제1 강판과 제2 강판과, 상기 제1 강판과 상기 제2 강판의 계면을 접합하는 제1 용접 금속부를 구비하고,

상기 제1 강판의 인장 강도는 1.0㎬ 이상 1.6㎬ 이하이고,

상기 제2 강판의 인장 강도는 1.8㎬ 이상 2.5㎬ 이하이고,

상기 제1 강판은 홈부를 구비하고,

상기 제2 강판은 상기 홈부에 중첩되고,

상기 제2 강판의 상기 제1 용접 금속부의 주위 4㎜ 이내의 영역의 최저 비커스 경도는, 상기 제2 강판의 상기 영역의 외측의 경도의 80% 이상인,

자동차 골격 부재가 제공된다.

상기 제1 용접 금속부의 비커스 경도는 400 이상 540 이하여도 된다.

상기 제1 강판은 상기 홈부의 외측에 플랜지부를 구비하고,

제3 강판과, 상기 제3 강판과 상기 플랜지부의 계면을 접합하는 제2 용접 금속부를 구비하고,

상기 제3 강판의 인장 강도는 0.45㎬ 이상, 1.6㎬ 이하여도 된다.

본 개시에 따르면, 골격 부재 전체의 강도의 향상과 충격 흡수 특성의 향상을 더 높은 레벨에서 양립시키고, 또한 부재끼리의 접합 강도를 개선하는 것이 가능한 자동차 골격 부재가 제공된다.

도 1은 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재의 일례를 도시하는 사시도이다.
도 2는 동 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재의 강도비와, 제2 강판의 인장 강도의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 동 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재의 일례를 도시하는 X-Z 평면 단면도이다.
도 4는 동 실시 형태에 관한 용접부의 일례를 도시하는 확대도이다.
도 5a는 종래예에 관한 용접부의 경도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 5b는 동 실시 형태에 관한 용접부의 경도 변화의 일례를 나타내는 그래프이다.
도 6은 제1 용접 금속부의 인장 전단 강도를 측정하는 시험의 설명도이다.
도 7은 제1 용접 금속부의 인장 전단 강도를 측정한 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 동 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재의 그 외의 예를 도시하는 사시도이다.
도 9는 동 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재의 제조 방법의 일례를 도시하는 도면이다.
도 10은 동 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재가 적용될 가능성이 있는 자동차 골격 부품을 도시하는 도면이다.
도 11a는 B 필러로서 본 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재가 적용되는 일례를 도시하는 외관 사시도이다.
도 11b는 도 11a에 있어서의 Ⅱ-Ⅱ' 단면도이다.
도 12a는 B 필러로서 본 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재가 적용되는 일례를 도시하는 외관 사시도이다.
도 12b는 도 12a에 있어서의 Ⅲ-Ⅲ' 단면도이다.
도 13a는 루프 레일로서 본 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재가 적용되는 일례를 도시하는 외관 사시도이다.
도 13b는 루프 레일로서 본 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재가 적용되는 일례를 도시하는 외관 사시도이다.
도 14a는 사이드 실로서 본 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재가 적용되는 일례를 도시하는 외관 사시도이다.
도 14b는 도 14a에 있어서의 Ⅴ-Ⅴ' 단면도이다.
도 15a는 리어 사이드 멤버로서 본 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재가 적용되는 일례를 도시하는 분해 사시도이다.
도 15b는 도 15a에 있어서의 Ⅵ-Ⅵ' 단면도이다.
도 15c는 플로어 멤버로서 본 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재가 적용되는 일례를 도시하는 단면도이다.

이하에, 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 실시 형태에 대하여 상세히 설명한다. 또한 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는 동일한 번호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.

<1. 제1 실시 형태>

[골격 부재의 외관예]

먼저, 도 1을 참조하여, 본 개시의 제1 실시 형태에 관한 자동차 골격 부재(1)의 개략 구성에 대하여 설명한다. 또한 이하에서는 「자동차 골격 부재」를 생략하여 「골격 부재」라 칭하는 일이 있다.

도 1은, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)의 일례를 도시하는 사시도이다. 도 1에 도시한 바와 같이 골격 부재(1)는, 일례로서, 도 1에 나타내는 Y 방향이 긴 쪽 방향으로서 연장되고, 짧은 쪽 방향을 따른 단면(X-Z 평면)에서 보아 Z 방향이 개구된 직사각 형상으로 되어 있는 부재이다. 특히 골격 부재(1)는, 짧은 쪽 방향을 따른 단면(X-Z 평면)에서 보아 대략 해트 형상을 갖고 있다. 골격 부재(1)는, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)이 중첩되어 있다. 제1 강판(10)과 제2 강판(20)은 복수의 제1 용접 금속부(40)를 통해 용접되어 일체화되어 있다.

제1 강판(10)은, 도 1에 있어서의 X-Z 평면 단면에서 보아 대략 해트 형상으로 형성된 부재이며, 골격 부재(1)의 외형을 이루고 있다. 제1 강판(10)은, 제1 천장벽부(11)와, 제1 천장벽부(11)로부터 제1 굴곡부(13)를 통해 굴곡된 제1 종벽부(15)와, 제1 종벽부(15)의 제1 천장벽부(11)측과는 반대측의 단부로부터 외방으로 굴곡된 플랜지부(17)를 갖는다. 제1 강판(10)은, 제1 천장벽부(11)의 양측에 제1 굴곡부(13)를 통해 굴곡된 제1 종벽부(15)를 가짐으로써 구성되는 홈부(18)를 구비하고 있다. 또한 제1 강판(10)은, 홈부(18)의 양 외측에 배치된 플랜지부(17)를 구비하고 있다.

또한 플랜지부(17)가 판형 부재(도시하지 않음, 후술하는 제3 강판으로서의 판형 부재(30)에 상당)와 용접됨으로써 골격 부재(1)는 폐단면 형상으로 할 수 있다. 여기서, 도 1에 있어서의 X-Z 평면 단면이란, 제1 굴곡부(13)의 능선에 수직인 면이다. 제1 굴곡부(13)의 능선은, 제1 천장벽부(11)의 외표면을 연장시킨 가상면과, 제1 종벽부(15)의 외표면을 연장시킨 가상면의 교선을 능선으로 한다.

제2 강판(20)은, 도 1에 있어서의 X-Z 평면 단면에서 보아 한쪽이 개구된 직사각 형상으로 형성되어 있다. 제2 강판(20)은, 제2 천장벽부(21)와, 제2 천장벽부(21)로부터 제2 굴곡부(23)를 통해 연장된 제2 종벽부(25)를 갖는다. 제2 강판(20)은, 제1 강판(10)의 대략 해트 형상의 내측 벽면에 중첩되어 설치되어 보강 부재로서 기능한다. 즉, 제2 강판(20)이 제1 강판(10)의 대략 해트 형상의 내측에 중첩되어 설치되어 있음으로써 골격 부재(1)의 판 두께를 증가시킬 수 있어서, 골격 부재(1) 전체로서의 강도가 향상된다.

제2 강판(20)은, 제1 강판(10)의 긴 쪽 방향에 있어서 부분적으로 마련되어도 된다. 또한 제2 강판(20)은, 제1 강판(10)의 긴 쪽 방향(도 1에 있어서의 Y 방향)에 걸쳐 연장되어 마련되어도 된다. 또한 제2 강판(20)은 제1 강판(10)의 대략 해트 형상의 외측 벽면에 마련되어도 된다.

제2 강판(20)은, 도 1에 있어서의 X-Z 평면 단면에서 보아 한쪽이 개구된 직사각 형상에 한정되지 않는다. 예를 들어 단면 L자 형상의 부재여도 된다. 이 경우, 제2 강판(20)은 제1 강판(10)의 제1 굴곡부(13)의 굽힘 내측 또는 굽힘 외측에 설치된다.

제2 강판(20)은, 홈부(18)에 있어서 제1 강판(10)에 중첩되어 있으면 되며, 다음 중 어느 경우여도 된다. 제2 강판(20)이, 제1 강판(10)의 제1 천장벽부(11)와 양측의 제1 종벽부(15)의 내측 또는 외측에 배치되는 경우. 제2 강판(20)이, 제1 강판(10)의 제1 천장벽부(11)와 한쪽만의 제1 종벽부(15)의 내측 또는 외측에 배치되는 경우. 제2 강판(20)이, 제1 강판(10)의 제1 천장벽부(11), 제1 종벽부(15) 중 어느 것의 내측 또는 외측에 배치되는 경우.

제1 강판(10)을 구성하는 재료로서는 인장 강도로 1.0㎬ 이상 1.6㎬ 이하의 강판을 들 수 있다. 또한 제1 강판(10)을 구성하는 재료로서는 인장 강도로 1.5㎬ 이하의 강판이 바람직하다. 또한 제1 강판(10)을 구성하는 재료로서 인장 강도로 1.35㎬ 이하의 강판이 바람직하다. 또한 본 개시에서 말하는 제1 강판(10)의 인장 강도는, 나중에 설명할 핫 스탬프 공법에 의한 경도 제어가 행해진 후의 인장 강도이다. 제1 강판(10)으로 사용되는 강판의 판 두께로서는 0.9 내지 2.3㎜ 정도를 들 수 있다. 또한 제1 강판(10)으로 이용되는 강판 중의 탄소 성분을 0.23질량% 이하로 할 수 있다. 게다가 제1 강판(10)으로 이용되는 강판 중의 탄소 성분을 0.16질량% 이하로 할 수 있다. 강판 중의 탄소 성분을 낮게 억제함으로써 제1 용접 금속부(40)의 인성 저하를 억제할 수 있다.

제2 강판(20)을 구성하는 재료로서는 인장 강도로 1.8㎬ 이상 2.5㎬ 이하의 강판을 들 수 있다. 용접성의 관점에서는 인장 강도가 2.15㎬ 이하가 더 바람직하다. 또한 본 개시에서 말하는 제2 강판(20)의 인장 강도는, 나중에 설명할 핫 스탬프 공법에 의한 경도 제어가 행해진 후의 인장 강도이다. 또한 인장 시험 샘플을 채취할 수 없는 경우, 인장 강도는 비커스 경도를 변환하여 이용해도 된다. 경도의 변환은 JIS의 경도 변환표(SAE J 417 1983년 개정)를 이용하면 된다. 경도 변환표에 없는 인장 강도 2.15㎬는 Hv618, 2.5㎬는 Hv720으로 간주한다. 제2 강판(20)으로 사용되는 강판의 판 두께로서는 0.9 내지 2.6㎜ 정도를 들 수 있다. 제2 강판(20)으로 이용되는 강재 중의 탄소 성분은, 보강재로서의 강도를 확보하기 위하여, 예를 들어 0.27% 이상 0.38% 이하로 할 수 있다.

제1 강판(10)과 제2 강판(20)은 동일한 판 두께여도 되고 상이한 판 두께여도 된다. 상이한 판 두께인 경우에는, 골격 부재(1)의 외형을 이루는 제1 강판(10)을 얇은 판 두께로 하는 한편, 보강 부재로서의 제2 강판(20)을 비교적 두껍게 함으로써, 강도를 확보하면서 골격 부재(1)를 전체로서 경량화할 수 있다.

[제1 용접 금속부의 주변 영역의 경도]

도 2를 참조하여, 제2 강판(20)에 의한 골격 부재(1)의 강도 향상 효과에 대하여 구체적으로 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)의 굽힘 강도비와, 제2 강판(20)의 인장 강도의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2에 있어서, 제2 강판(20)의 강판을, 제1 강판(10)으로 이용되는 강판의 강도 클래스의 상한인, 인장 강도가 1.6㎬인 강판으로 한 경우의, 골격 부재(1)의 굽힘 강도를 1로 하여 비교 대상으로 하고 있다(도 2 중의 백색 동그라미). 이때, 제2 강판(20)으로서 인장 강도가 1.8㎬인 강판을 이용한 경우, 골격 부재(1)의 굽힘 강도비는 1.15 정도의 값을 나타낸다. 즉, 제2 강판(20)의 강판을 인장 강도가 1.8㎬ 이상으로 함으로써 골격 부재(1) 전체로서의 강도가 향상된다. 또한 제2 강판(20)으로서 인장 강도가 2.0㎬인 강판을 이용한 경우, 골격 부재(1)의 굽힘 강도비는 1.23 정도의 값을 나타낸다. 또한 제2 강판(20)으로서 인장 강도가 2.5㎬인 강판을 이용한 경우, 골격 부재(1)의 굽힘 강도비는 1.45 정도의 값을 나타낸다.

이와 같이 제2 강판(20)으로서 인장 강도가 1.8㎬ 이상인 강판을 이용함으로써, 제1 강판(10)으로서 1.6㎬ 이하의 강판을 사용하더라도 골격 부재(1)의 전체의 강도를 향상시킬 수 있다.

한편, 제2 강판(20)의 인장 강도가 지나치게 높아지면, 후술하는 바와 같이 제1 용접 금속부(40)의 경도가 지나치게 높아져 제1 강판(10)과 제2 강판(20)의 접합 강도가 저하되어 버릴 우려가 있다. 그 때문에 제2 강판(20)의 인장 강도는 2.5㎬ 이하로 한다.

다음으로, 도 3을 참조하여, 폐단면으로 형성된 골격 부재(1)의 X-Z 평면의 단면 형상에 대하여 설명한다. 도 3은, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)의 일례를 도시하는 X-Z 평면의 단면도이며, 도 1에 있어서의 Ⅰ-Ⅰ' 단면도이다. 단, 도 3에 도시한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)는, 제1 강판(10)의 플랜지부(17)가 제3 강판으로서의 판형 부재(30)에 용접됨으로써 폐단면으로 형성되어 있다. 골격 부재(1)의 폐단면의 내측에는 제2 강판(20)이 마련되어 있다. 제2 강판(20)은 제1 용접 금속부(40)를 통해 제1 강판(10)과 용접되어 있다. 판형 부재(30)(제3 강판)와 플랜지부(17)의 계면은 제2 용접 금속부(41)에 의하여 접합되어 있다.

본 실시 형태에서는, 제1 용접 금속부(40)는, 제1 강판(10)의 제1 천장벽부(11)와 제2 강판(20)의 제2 천장벽부(21)의 계면에 있어서 형성되어 있다. 또한 제1 용접 금속부(40)는, 제1 강판(10)의 제1 종벽부(15)와 제2 강판(20)의 제2 종벽부(25)의 계면에 있어서 형성되어 있다. 또한 제1 용접 금속부(40)는, 제1 천장벽부(11)와 제2 천장벽부(21)의 계면, 또는 제1 종벽부(15)와 제2 종벽부(25)의 계면 중 적어도 어느 한쪽에 형성되어 있으면 된다.

제1 용접 금속부(40)는 X-Z 평면에 있어서, 제1 천장벽부(11)와 제2 천장벽부(21)의 계면, 또는 제1 종벽부(15)와 제2 종벽부(25)의 계면을 따라 복수 개소에 형성되어도 된다. 또한 제1 용접 금속부(40)는, 도 1에 도시한 바와 같이 골격 부재(1)의 긴 쪽 방향(도 1의 Y 방향)을 따라 복수 개소에 형성되어도 된다. 또한 제1 용접 금속부(40)는, 점형뿐 아니라 C자형, 일본어 コ자형, 타원형, 소정의 길이를 갖는 선형, 지그재그형으로 마련되어도 된다.

또한 골격 부재(1)를 폐단면으로 형성하는 경우, 제2 용접 금속부(41)는, 플랜지부(17)와 판형 부재(30)의 계면의 임의의 위치로 할 수 있으며, 점형, C자형, 일본어 コ자형, 타원형, 소정의 길이를 갖는 선형, 지그재그형 등으로 할 수 있다.

제1 용접 금속부(40) 및 제2 용접 금속부(41)는, 공지된 기술인 다양한 접합 기술을 적용함으로써 형성될 수 있다. 제1 용접 금속부(40) 및 제2 용접 금속부(41)를 형성하는 방법의 일례로서 스폿 용접, 레이저 용접, 스폿 용접과 레이저 용접의 병용을 들 수 있다.

다음으로, 도 4와 도 5a, 도 5b를 참조하여, 본 실시 형태에 관한 제1 용접 금속부(40)와 그 주위의 열 영향부에 대하여 설명한다. 도 4는, 본 실시 형태에 관한 제1 용접 금속부(40)의 일례를 도시하는 확대도이다. 도 4에 도시한 바와 같이 제1 용접 금속부(40)는, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)이 중첩된 계면에 있어서, 제1 강판(10)의 모재와 제2 강판(20)의 모재가 서로 용융 응고되어 형성된 부분이다. 즉, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)이 제1 용접 금속부(40)에 의하여, 서로 중첩된 계면에서 용접되어 있다.

여기서 종래, 용접에 의하여 모재끼리가 용융 응고된 영역(이른바 너깃부)의 주변 영역에 있어서는, 용접 시의 입열에 의하여 모재와는 특성, 조직이 변화되는 것이 알려져 있다. 당해 주변 영역은 열 영향부(HAZ; Heat Affected Zone)라 칭해진다. 용접 대상의 부재가, 마르텐사이트 조직을 포함하는 강판인 경우에는, 이 열 영향부에서의 입열에 수반하는 온도 상승에 의하여 부분적으로 템퍼링 연화가 생긴다. 이 결과, 열 영향부에서의 경도가 모재에 비해 저하되는 경우가 있다. 이와 같은 열 영향부에서의 경도 저하는, 용접 후의 부재가 하중을 받은 경우의 파단의 기점으로 되어 부재 전체의 강도에 크게 영향을 미칠 가능성이 있다.

본 발명자들은, 특히 용접 대상으로 되는 부재가, 상이한 인장 강도를 갖는 고장력 강판인 경우, 강도의 상위에 의하여 열 영향부에 있어서의 경도 차의 영향이 커지는 것을 알아내었다. 즉, 비교적 강도가 높은 강판에 있어서는, 본래의 모재의 경도가 충분히 높으므로 열 영향부의 경도 저하 폭이 커지는 경향이 있다. 한편, 강도가 낮은 강판에서는, 열 영향부에서의 경도 저하 폭은, 강도가 높은 강판에 비하면 낮게 억제된다. 따라서 서로 강도가 다른 부재끼리가 용접된 경우, 더 강도가 높은 강판측의 열 영향부에서의 경도 저하가 상대적으로 현저한 것으로 된다. 또한 부재의 보강을 목적으로 하여 강도가 다른 부재끼리의 용접이 이루어진 경우, 보강분을 예측하여, 더 큰 하중이 생기는 조건에서 사용될 것이 상정된다. 그와 같은 경우에는, 열 영향부에서의 경도 저하는 부재 전체의 강도에 더 큰 영향을 줄 가능성이 있다.

실제의 용접부에서의 경도 변화에 대하여 도 5a를 참조하여 설명한다. 도 5a는, 종래예에 관한 용접부 및 그 주변의 경도 변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 용접부의 경도 측정 조건으로서는 이하와 같다.

골격 부재의 제1 용접 금속부의 근방을 포함하는 시료의 판면에 수직인 단면을 채취하고 측정면의 시료 조제를 행하여 경도 시험에 제공한다. 측정면의 조제 방법은 JIS Z 2244에 준하여 실시한다. #600 내지 #1500의 탄화 규소 페이퍼를 사용하여 측정면을 연마한 후, 입도 1㎛ 내지 6㎛의 다이아몬드 파우더를 알코올 등의 희석액이나 순수에 분산시킨 액체를 사용하여 경면으로 마무리하고, 피크럴로 부식시켜 너깃을 출현시킨다. 경도 시험은 JIS Z 2244에 기재된 방법으로 실시한다. 측정면이 조제된 시료에 대하여, 비커스 경도 시험기를 이용하여 경도의 측정이 실시된다. 시료 단면에 있어서의, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)의 중첩면으로부터 0.2㎜의 위치에 있어서, 제1 용접 금속부의 전역으로부터 모재측까지에 걸쳐 하중 1㎏f에서 측정 피치 0.25㎜로 경도를 측정한다. 도 4의 연속된 도트(50)로 측정 개소를 모식적으로 나타낸다.

각 측정점에서의 경도를, 제1 용접 금속부(40)(너깃에 상당)의 중심 위치를 원점으로 한 경우의 거리에 따라 플롯한 것이, 도 5a의 그래프이다.

도 5a에 나타낸 바와 같이 제1 용접 금속부(40)의 경도는, 제1 강판(10)의 경도와 제2 강판(20)의 경도의 거의 평균값이며, 예를 들어 500Hv 정도이다. 또한 제1 강판(10)의 모재측의 경도는, 예를 들어 400Hv 정도이다. 또한 제2 강판(20)의 모재측의 경도는, 예를 들어 600Hv 정도이다.

여기서 모재측의 경도란, 용접 조건에 따라 정해지는 제1 용접 금속부(40)로부터의 열 영향에 의한 특성 변화가 없는 영역(제1 용접 금속부(40)로부터 충분히 떨어진 위치)에 있어서의 경도의 평균값이다. 모재측의 경도는, 용접 전의 각 부재가 갖는 경도와 동일한 정도의 값으로 된다. 또한 제1 용접 금속부의 경도란, 제1 용접 금속부(40)(너깃)에 있어서의 경도의 평균값을 가리킨다.

도 5a에 나타낸 바와 같이, 상술한 바와 같이 제1 강판(10) 및 제2 강판(20) 어느 것이나 모두, 제1 용접 금속부(40)의 주변에 존재하는 열 영향부(61)에 있어서 경도가 부분적으로 저하되어 있다. 열 영향부(61)의 범위는, 제1 용접 금속부(40)의 단부로부터 4㎜ 외측까지의 범위 내에 있다.

여기서 부분적으로 경도가 저하된 부분이란, 경도 변화의 측정 결과에 있어서 경도 저하에 의한 피크를 나타내는 부분이며, 측정 오차 등의 변화를 제외한 유의미한 경도 저하를 가리킨다. 구체적으로는, 예를 들어 절댓값으로 25Hv 이상의 경도 저하를 가리킨다.

제1 강판(10)의 열 영향부(61)에 있어서의 경도는, 제1 강판(10)의 모재의 경도에서 부분적으로 크게 저하되어 있다(X=약 3㎜ 내지 4㎜, X=약 -4㎜ 내지 -3.5㎜의 위치). 경도 차의 절댓값은 최대로 80Hv 정도이다.

제2 강판(20)의 열 영향부(61)에 있어서의 경도는, 제2 강판(20)의 모재의 경도에서 부분적으로 크게 저하되어 있다(X=약 3㎜ 내지 5㎜, X=약 -5.5㎜ 내지 -3.5㎜). 경도 차의 절댓값은 최대로 200Hv 정도이다.

이들 제1 강판(10) 및 제2 강판(20)에서의 경도 저하가 부재 전체의 강도에 큰 영향을 줄 가능성이 있다. 특히 제2 강판(20)에 있어서의 경도 저하가 부재 전체의 강도에 큰 영향을 줄 가능성이 있다.

그래서 본 발명자들은 예의 검토한 결과, 제1 용접 금속부(40) 주변에 있어서의 경도 저하를 억제하는 것을 상도하였다. 특히 본 발명자들은, 제1 용접 금속부(40)의 입열에 의한 영향을 저감하기 위한, 후술하는 소정의 처리를 행하여, 본 실시 형태에 관한 제1 용접 금속부(40)의 주변 영역의 경도를 제어하였다.

이하에, 도 5b를 참조하면서 본 실시 형태에 관한 용접부(제1 용접 금속부(40) 및 그 주변)의 경도 변화에 대하여 설명한다. 도 5b는, 본 실시 형태에 관한 제1 용접 금속부(40) 및 그 주변의 경도 변화의 일례를 나타내는 그래프이다. 경도 측정의 조건은 도 5a의 경우와 마찬가지이다.

도 5b에 나타낸 바와 같이 제1 용접 금속부(40)의 경도, 제1 강판(10)의 모재측의 경도, 및 제2 강판(20)의 모재측의 경도는, 어느 것이나 모두 도 5a의 경우와 동일한 정도이다.

여기서, 상술한 바와 같이 본 실시 형태에 관한 제1 용접 금속부(40)의 주변에 있어서는, 용접 시의 입열에 의한 경도 저하 등의 영향을 저감하는 처리가 이루어진다. 그 결과, 제1 용접 금속부(40)의 주변에는 종래의 열 영향부(61) 대신, 열 영향부(61)에 대응하는 주변 영역(62)이 존재한다. 당해 주변 영역(62)의 범위는, 제1 용접 금속부(40)의 주연을 따라 제1 용접 금속부(40)의 단부로부터 4㎜ 외측까지의 범위로 한다.

제1 용접 금속부(40)의 단부는, 상술한 제1 용접 금속부(40)의 경도 측정 조건에 있어서의 부식 처리에 의하여 시인할 수 있는 제1 용접 금속부(40)의 경계선을 가리킨다. 구체적으로 용접 방법이 스폿 용접인 경우에는 제1 용접 금속부(40)와 모재의 경계이다. 또한 레이저 용접인 경우에는 제1 용접 금속부(40)의 폭 방향 단부의 경계이다.

도 5b에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 제1 강판(10)의 주변 영역(62)에 있어서의 경도는, 제1 강판(10)의 모재의 경도에 대하여 부분적으로 크게 저하되어 있지 않다. 달리 말하면, 본 실시 형태에 관한 제1 강판(10)의 주변 영역(62)에 있어서의 경도의 하한값은, 제1 강판(10)의 모재의 경도 이상으로 되어 있다.

또한 도 5b에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 제2 강판(20)의 주변 영역(62)에 있어서의 경도는, 제2 강판(20)의 모재의 경도에 대하여 부분적으로 크게 저하되어 있지 않다. 즉, 제2 강판(20)의 주변 영역(62)에 있어서의 경도는 600Hv 정도여서, 제2 강판(20)의 모재의 경도와 동등하게 되어 있다. 구체적으로 도 5b에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 제2 강판(20)의 주변 영역(62)에 있어서의 경도의 하한값과, 제2 강판(20)의 모재의 경도 차는, 절댓값으로 100Hv 이하에 들어가 있다.

또한 제2 강판(20)의 주변 영역(62)의 경도의 하한값과 제2 강판(20)의 모재의 경도의 관계에 대하여 파악하기 위하여, 주변 영역(62)의 경도의 하한값과 제2 강판(20)의 모재의 경도의 비율이 주변 영역(62)에 있어서의 파단의 발생에 미치는 영향에 대하여 조사하였다.

조사를 위한 실험 조건은 이하와 같다. 사이즈가 1.6t×25㎜×200㎜인, 인장 강도가 1.3㎬인 강판으로 이루어지는 제1 시험편의 중앙부에, 사이즈가 1.3t×25㎜×25㎜인, 인장 강도가 1.8㎬인 강판으로 이루어지는 제2 시험편을 중첩하고 스폿 용접하여, 인장 시험편을 복수 제작하였다. 각 시험편에 대하여 스폿 용접 후에 적절히 조건을 바꾸면서 가열 처리를 하여, 주변 영역(62)에 있어서의 경도의 하한값/모재 경도(%)가 다른 시험편으로 하였다. 이들 시험편에 대하여 인장 시험을 속도 10㎜/min으로 실시하고, 파단 후에 파단면을 관찰하여 파단 양태를 평가하였다. 이하의 표 1에 결과를 정리하였다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 제2 강판(20)의 주변 영역(62)에 있어서의 경도의 하한값(최저 비커스 경도)이, 제2 강판(20)의 모재의 경도에 대하여 80%보다 작은 값으로 되는 경우, 골격 부재(1)에 충격 하중이 가해지면 주변 영역(62)에 있어서 파단이 생겼다. 한편, 제2 강판(20)의 주변 영역(62)에 있어서의 경도의 하한값이, 제2 강판(20)의 경도에 대하여 80% 이상인 경우, 골격 부재(1)에 충격 하중이 가해지더라도 주변 영역(62)에 있어서 파단이 생기지 않았다.

따라서 본 실시 형태에 관한 제2 강판(20)의 주변 영역(62)에 있어서의 경도의 하한값(최저 비커스 경도)이, 제2 강판(20)의 모재의 경도에 대하여 80% 이상으로 됨으로써, 골격 부재(1) 전체로서 강도가 향상되는 것을 알 수 있었다. 특히 제2 강판(20)의 주변 영역(62)의 경도의 하한값(최저 비커스 경도)이, 제2 강판(20)의 모재의 경도에 대하여 90% 이상으로 되어도 된다. 이상, 주변 영역(62)의 경도의 하한값과 제2 강판(20)의 경도의 비율이 주변 영역(62)에 있어서의 파단의 발생에 미치는 영향에 대하여 설명하였다.

본 실시 형태에 관한 제1 용접 금속부(40)와 모재 사이의 열 영향부(61), 주변 영역(62)의 경도의 제어는, 공지된 기술인 다양한 표면 처리, 표면 가공, 또는 열처리 기술을 적용함으로써 행해진다. 경도 제어의 방법의 일례로서, 후술하는, 용접 후의 핫 스탬프 공법에 의한 경도 제어를 들 수 있다.

[제1 용접 금속부의 경도]

또한 제2 강판(20)의 주변 영역(62)에 있어서의 경도의 하한값(최저 비커스 경도)를 제어하는 것에 더해, 제1 용접 금속부(40)의 비커스 경도가 소정의 범위 내로 되는 것도 중요하다. 즉, 제1 용접 금속부(40)에서는, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)이 용융되어 응고되기 때문에, 제1 용접 금속부(40)의 경도는, 제1 강판(10)의 경도와 제2 강판(20)의 경도의 거의 평균값으로 추정할 수 있다.

상술한 바와 같이 골격 부재(1)의 전체의 강도를 향상시키기 위해서는, 보강 부재로서 이용할 제2 강판(20)의 인장 강도가 높으면 높을수록 유효하다. 그러나 제1 용접 금속부(40)의 경도는, 제1 강판(10)의 경도와 제2 강판(20)의 경도의 거의 평균값으로 되기 때문에, 제2 강판(20)의 인장 강도가 높아지면 비례하여 제1 용접 금속부(40)의 경도도 높아지는 관계에 있다. 그 결과, 제1 용접 금속부(40)의 경도가 지나치게 높아져 인성이 열화되고 골격 부재(1)에 외력이 가해진 때, 제1 용접 금속부(40)가 파단되어 버릴 염려가 있다.

그래서 본 개시에서는, 제2 강판(20)의 인장 강도가 2.5㎬ 이하로 됨으로써, 제1 용접 금속부(40)의 경도가 지나치게 높아지는 것에 의한 인성의 열화가 회피된다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 어느 것이나 모두 평판형인 제1 강판(10)과 제2 강판(20)을 제1 용접 금속부(40)에서 접합하였다. 제1 용접 금속부(40)의 직경(너깃 직경)은 6.3㎜이다. 그리고 제1 강판(10)과 제2 강판(20)을 서로 인장하여 인장 전단 강도(kN)를 측정하였다. 결과를 표 2, 도 7에 나타낸다.

제1 용접 금속부(40)에 있어서의 인성의 열화의 지표로서, 인장 전단 강도가 20.0kN을 합격선으로 하였다. 제1 용접 금속부(40)의 경도가 400 내지 540의 범위에 있는 마크 D, E, F, G에서는, 인장 전단 응력이 20.0kN 이상으로 되어 합격선을 만족시켰다. 한편, 제1 용접 금속부(40)의 경도가 400 미만인 마크 A, B, C, 및 제1 용접 금속부(40)의 경도가 540을 초과하는 마크 H, I에서는, 인장 전단 응력이 20.0kN 미만으로 되었다.

(작용 효과)

본 실시 형태에 따르면, 비교적 강도가 낮은 강판으로 이루어지는 제1 강판(10)과, 비교적 강도가 높은 강판으로 이루어지는 제2 강판(20)을 용접하여, 골격 부재(1)로서 강도를 향상시키면서 또한 제1 용접 금속부(40)에 있어서 경도 저하를 회피하였으므로, 강도가 높은 강판에 의한 보강 효과를 충분히 발휘할 수 있다. 또한 본 실시 형태에 있어서, 종래의 열 영향부 대신, 제1 용접 금속부(40)의 단부로부터 4㎜ 외측까지의 영역에 있어서의 경도의 변화를 제어하였다. 이 결과, 제1 용접 금속부(40)의 주변에 열 영향부의 강도 저하 영역이 생기지 않기 때문에, 충돌 시에 강도 저하 영역을 기점으로 부재가 파단되는 일 없이 제1 강판(10)과 제2 강판(20)의 용접에 의한 강도 향상 효과를 최대한으로 발휘시킬 수 있다.

본 실시 형태에 따르면, 골격 부재(1)의 외형 부분이, 비교적 강도가 낮은 제1 강판(10)으로 형성되어 있다. 이 결과, 골격 부재(1)에 충격 하중이 입력된 경우에 골격 부재(1)가 파단되지 않고 크게 변형되므로 충격 흡수 에너지를 크게 할 수 있다.

본 실시 형태에 따르면, 제2 강판(20)의 인장 강도가 2.5㎬ 이하로 됨으로써 제1 용접 금속부(40)의 경도가 400 내지 540의 범위로 되어 인성이 향상된다. 이 때문에 제1 강판(10)과 제2 강판(20)의 접합 강도가 증가하여, 골격 부재(1)에 충격 하중이 입력된 경우에 있어서도 제1 강판(10)과 제2 강판(20)의 접합 상태를 유지할 수 있다. 이 때문에 골격 부재(1)가 파단되지 않고 크게 변형될 수 있으므로 충격 흡수 에너지를 더 크게 할 수 있다.

[변형예]

다음으로, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)의 변형예에 대하여, 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8은, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)의 그 외의 예를 도시하는 사시도이다. 본 변형예는 상술한 실시 형태와, 제2 강판(20)의 제2 종벽부(25)의 단부 에지의 형상에 있어서 상이하다. 또한 본 변형예의 그 외의 구성은 상술한 실시 형태와 공통되므로 설명은 생략한다.

도 8에 도시한 바와 같이 본 변형예에 있어서, 제1 강판(10)은, 도 6에 있어서의 X-Z 평면 단면에서 보아 대략 해트 형상을 갖는다. 제2 강판(20)은, X-Z 평면 단면에서 보아 한쪽이 개구된 직사각 형상을 갖고 있다. 제2 강판(20)은 제1 강판(10)의 내측 벽면에 설치되어 있다.

제2 강판(20)은, 제2 종벽부(25)의 단부 에지가, 골격 부재(1)의 긴 쪽 방향(Y 방향)을 따라 교호로 요철을 반복하는 파형 형상으로 되어 있다. 즉, 제2 강판(20)에 있어서, 제2 종벽부(25)의 연장 방향(Z 방향) 길이가 주기적으로 변화되고 있다. 제2 종벽부(25)의 볼록 부분에는 제1 용접 금속부(40)가 형성되며, 제1 용접 금속부(40)를 통해 제1 강판(10)과 제2 강판(20)이 용접되어 있다.

본 변형예에서는, 제2 강판(20)의 제2 종벽부(25)의 단부 에지가 요철을 가지므로 오목부의 분만큼 경량화를 도모할 수 있다. 또한 제2 강판(20)의 제2 종벽부(25)의 볼록부에 제1 용접 금속부(40)가 형성되어 있으므로, 오목부에 의하여 긴 쪽 방향으로부터의 응력의 전달이 분단되어 제1 용접 금속부(40)로의 응력 집중이 경감된다. 이상, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)의 변형예에 대하여 설명하였다.

[핫 스탬프 공법]

다음으로, 도 9를 참조하면서 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다. 도 9는, 본 실시 형태에 관한 골격 부재의 제조 방법의 일례를 도시하는 도면이다. 도 9에 도시한 바와 같이 먼저, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)이 블랭크재(평판 부재)로서 준비된다. 계속해서, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)이 제1 용접 금속부(40)를 통해 서로 용접된다. 제1 용접 금속부(40)를 통해 일체화된 제1 강판(10)과 제2 강판(20)으로 이루어지는 블랭크재는, 가열로에 있어서 약 900℃의 오스테나이트 영역까지 가열된다. 그 후, 블랭크재는 핫 스탬프 공법에 의하여 소정의 형상으로 성형됨과 함께, ??칭되어 골격 부재(1)가 형성된다. 이때, 가열·??칭 공정에 의하여 제1 용접 금속부(40)의 열 영향부의 경도가 소정의 범위 내로 제어된다. 계속해서, 쇼트 블라스트가 실시되어 강판 표면의 스케일이 제거된다. 또한 강판에 있어서, 알루미늄계 도금, 아연계 도금 등 도금 처리가 실시되어 있는 경우에는 쇼트 블라스트 공정은 불요하다.

일반적으로 ??칭 후의 인장 강도가 1.6㎬ 이하인 강판은, 열간 프레스재용 강판(핫 스탬프 공법에 이용되는 강판)으로는 채용되지 않는 일이 많다. 왜냐하면 인장 강도 1.6㎬ 이하의 영역에서는, 냉간 고강도 강판을 냉간 프레스하는 방법이 경제적으로 유리하기 때문이다. 인장 강도가 1.5㎬ 이하, 더욱이 1.35㎬ 이하이면, 열간 프레스재용 강판은 더더욱 채용되지 않는다.

자동차 등의 골격 부재의 강성을 부분적으로 높이기 위하여, 강성을 높일 개소에, 제1 강판에 제2 강판을 중첩하는 것이 행해지고 있다. 이때, ??칭된(열간 프레스된) 강판끼리를 중첩하고 용접하면 용접 금속부의 주위가 연화된다. 즉, 용접 금속부의 주위에 HAZ 연화부가 출현한다. HAZ 연화부가 있으면, 자동차 등의 골격 부재에 하중이 부여된 때, HAZ 연화부로부터 골격 부재가 부서지기 쉬워진다. 이를 피하기 위하여 본 개시에서는, 미리 제1 강판(10)과 제2 강판(20)을 중첩하고 용접함으로써 제작한 열간 프레스용 강판을 미리 준비해 두고 열간 프레스(핫 스탬프)한다. 이것에 의하여, 용접한 때 생긴 HAZ 연화부를 열간 프레스(핫 스탬프) 시의 ??칭으로 소실시킬 수 있다.

단, HAZ 연화부를 소실시켰다고 하더라도, ??칭 후에 있어서 제1 용접 금속부(40)의 경도가 지나치게 높으면, 자동차 등의 골격 부재(1)에 하중이 부여된 때, 제1 용접 금속부(40)가 파단되어 골격 부재(1)가 부서지기 쉬워진다. 이를 피하고자 본 개시에서는, 제1 용접 금속부(40)가 ??칭되더라도 경도가 지나치게 높아지지 않도록 제1 강판(10)의 인장 강도를 비교적 낮게 함과 함께, 제2 강판(20)의 인장 강도에 상한을 설정하였다. ??칭 후(핫 스탬프된 후)의 제1 강판(10)의 인장 강도가 1.0㎬ 내지 1.6㎬, ??칭 후(핫 스탬프된 후)의 제2 강판(20)의 인장 강도가 1.8㎬ 내지 2.6㎬의 조합이면, 제1 용접 금속부(40)의 경도가 지나치게 높아지는 것을 피할 수 있다. 즉, 통상은 핫 스탬프에는 사용되지 않는, 인장 강도가 1.6㎬ 이하로 되는 강판을 제1 용접 금속부(40)에 사용하면, 제1 용접 금속부(40)의 경도가 지나치게 높아지는 것을 피할 수 있다. 인장 강도가 1.5㎬ 이하, 더욱이 1.35㎬ 이하이면, 더 높은 효과를 나타낸다.

또한 ??칭 후(핫 스탬프된 후)의 제1 용접 금속부(40)의 경도가 비커스 경도로 400 내지 540Hv이면 바람직하다.

[제3 강판과의 관계]

본 개시의 골격 부재(1)는, 앞서 도 3에서 설명한 바와 같이 폐단면으로 형성되어 있어도 된다. 폐단면으로 하는 경우, 제3 강판으로서의 판형 부재(30)의 제1 강판(10)의 플랜지부(17)에 용접된다. 이 때문에, 제1 강판(10)의 플랜지부(17)와 판형 부재(30)의 계면에 제2 용접 금속부(41)가 존재한다.

통상, 제1 강판(10)의 플랜지부(17)와 판형 부재(30)의 용접은 열간 프레스(핫 스탬프) 후에 행해진다. 그 때문에 제1 강판(10)의 플랜지부(17) 및 판형 부재(30)에 있어서, 제2 용접 금속부(41)의 근방에 열 영향부(HAZ; Heat Affected Zone)가 출현한다.

그러나 앞서 도 5a에도 나타낸 바와 같이 제1 강판(10)의 인장 강도는 1.0㎬ 내지 1.6㎬로 비교적 낮은 값이기 때문에, 제1 강판(10)에 있어서는, HAZ에 의한 강도 저하의 영향은 적게 할 수 있다. 또한 마찬가지로 제3 강판으로서의 판형 부재(30)의 인장 강도를 0.45 내지 1.6㎬로 비교적 낮은 값으로 함으로써, 판형 부재(30)에 있어서도, HAZ에 의한 강도 저하의 영향은 적게 할 수 있다. 더 적합하게는 판형 부재(30)의 인장 강도는 0.6 내지 1.35㎬이고, 최적으로는 0.6 내지 1.25㎬이다.

또한 판형 부재(30)는 일반적으로 클로징 플레이트라고도 칭해진다. 판형 부재(30)(클로징 플레이트)는, 인장 강도가 낮더라도 골격 부재(1) 전체의 성능(초기 하중, 충격 에너지 흡수 성능)은 낮아지기 어렵다. 또한 제1 강판(10)과 판형 부재(30)로, 비교적 인장 강도가 낮은, 탄소 함유량이 낮은 강판을 이용함으로써, 제1 강판(10)의 플랜지부(17)와 판형 부재(30)의 용접도 양호해져 양자 간의 접합 강도가 향상된다.

본 실시 형태에 따르면, 골격 부재(1)의 외형 부분을 비교적 강도가 낮은 제1 강판(10)으로 형성하고, 제1 강판(10)의 플랜지부(17)에서 판형 부재(30)에 용접되어 골격 부재(1)가 폐단면으로서 형성된다. 제1 강판(10)의 강도가 비교적 낮게 설정되어 있기 때문에, 플랜지부(17)의 용접에 있어서의 열 영향부에서의 경도 저하를 경감할 수 있다. 이 결과, 제1 강판(10)과 판형 부재(30)의 용접 강도를 높일 수 있다. 즉, 골격 부재(1)에 있어서, 제1 강판(10)과 판형 부재(30)의 용접 개소를 기점으로 한 파괴의 발생을 억제할 수 있어서 골격 부재(1)의 강도를 향상시킬 수 있다.

[본 개시의 실시 형태에 관한 골격 부재의 적용예]

이상, 본 개시의 적합한 실시 형태에 대하여 상세히 설명하였다. 여기서, 도 10 내지 도 15c를 참조하여 본 개시의 실시 형태에 관한 골격 부재의 적용예에 대하여 설명한다. 도 10은, 본 개시 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가 적용되는 일례로서의 자동차 골격(100)을 도시하는 도면이다. 골격 부재(1)는 캐빈 골격 또는 충격 흡수 골격으로서 자동차 골격(100)을 구성할 수 있다. 캐빈 골격으로서의 골격 부재(1)의 적용예는 루프 센터 레인포스(201), 루프 레일(203), B 필러(207), 사이드 실(209), 터널(211), A 필러 로어(213), A 필러 어퍼(215), 킥 레인포스(227), 플로어 크로스 멤버(229), 언더 레인포스(231), 프런트 헤더(233) 등을 들 수 있다.

또한 충격 흡수 골격으로서의 골격 부재(1)의 적용예는 리어 사이드 멤버(205), 에이프런 어퍼 멤버(217), 범버 레인포스(219), 크래시 박스(221), 프런트 사이드 멤버(223) 등을 들 수 있다.

도 11a는, B 필러(207a)로서 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가 적용되는 일례를 도시하는 외관 사시도이다. 또한 도 11b는, 도 11a에 있어서의 Ⅱ-Ⅱ' 단면도이다. 도 10 및 도 11a에 도시한 바와 같이 B 필러(207a)는, 차량의 측면에 있어서, 전부 좌석과 후부 좌석 사이에서 플로어와 루프 사이를 결합하는 기둥형 부재이다. B 필러(207a)에 있어서, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가, 플로어와 루프를 결합하는 부분에 사용된다.

도 11b에 도시한 바와 같이 B 필러(207a)는, 단면에서 보아 대략 해트 형상의 제1 강판(10)의 플랜지부가 제3 강판으로서의 상대 부재(70)에 용접됨으로써 폐단면으로 형성되어 있다. B 필러(207)의 폐단면의 내측에는, 단면에서 보아 한쪽이 개구된 직사각 형상의 제2 강판(20)이 마련되어 있다. 제2 강판(20)은 제1 용접 금속부(40)를 통해 제1 강판(10)의 내측 벽면에 용접되어 있다. 상대 부재(70)는 일례로서, 판 폭 방향을 따른 단면에서 보아 양단에 플랜지부와, 각 플랜지부에 인접함과 함께 폐단면 외측으로 돌출한 2개의 돌출부를 갖고 있다. 또한 상대 부재(70)에 있어서, 2개의 돌출부 사이를 평판부가 접속하고 있다.

B 필러(207a)는, 제1 강판(10)측이 차체 외측으로 되고 상대 부재(70)측이 차체 내측으로 되도록 배치되어 있다. 또한 B 필러(207a)의 차체 외측에는, 제1 강판(10)을 외방으로부터 덮는, 제4 부재로서의 커버 부재가 더 마련되어도 된다.

계속해서, 도 12a는, B 필러(207b)로서 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가 적용되는 그 외의 예를 도시하는 외관 사시도이다. 또한 도 12b는, 도 12a에 있어서의 Ⅲ-Ⅲ' 단면도이다. 도 12a 및 도 12b에 도시한 바와 같이 B 필러(207b)는, 단면에서 보아 대략 해트 형상의 제1 강판(10)의 플랜지부가 제3 강판으로서의 상대 부재(70)에 용접됨으로써 폐단면으로 형성되어 있다. B 필러(207b)의 폐단면의 외측에는, 단면에서 보아 한쪽이 개구된 직사각 형상의 제2 강판(20)이 마련되어 있다. 제2 강판(20)은 제1 용접 금속부(40)를 통해 제1 강판(10)의 외측 벽면에 용접되어 있다. 또한 도 12a에 도시되는 형태에서는, 제1 강판(10)의 하부는, 제1 강판(10)보다 인장 강도가 낮은 제4 강판(71)과 레이저로 맞대기 용접(72)된 구조로 되어 있다. 이것에 의하여, 측면 충돌 시에 B 필러(207b)의 하부인 제4 강판(71)이 변형됨으로써 충돌 에너지가 효율적으로 흡수된다. 제1 강판(10)과 제4 강판(71)은, 예를 들어 테일러드 블랭크재(TWB)를 프레스 성형한 것이다. 또한 제1 강판(10)과 제4 강판은 부분적으로 중첩되어 스폿 용접되어 있어도 된다.

그 외의 구성은, 도 11a 및 도 11b에 도시한 B 필러(207a)와 마찬가지이므로 설명은 생략한다. 또한 도 11a에 도시한 B 필러(207a)에 대해서도, 제1 강판(10)의 하부는 도 12a와 마찬가지로, 제1 강판(10)보다 인장 강도가 낮은 제4 강판과 용접되어 있어도 된다.

계속해서, 도 13a는, 루프 레일(203)로서 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가 적용되는 일례를 도시하는 외관 사시도이다. 또한 도 13b는, 도 13a에 있어서의 Ⅳ-Ⅳ' 단면도이다. 도 10 및 도 13a에 도시한 바와 같이 루프 레일(203)은, 차체 전후 방향으로 연장된, 루프의 차체 폭 방향의 측부를 형성하고 있는 기둥형 부재이다. 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가 루프 레일(203)에 적용된다.

도 13b에 도시한 바와 같이 루프 레일(203)은, 단면에서 보아 대략 C자 형상의 제1 강판(10)의 단부가 제3 강판으로서의 상대 부재(70)에 용접됨으로써 폐단면으로 형성되어 있다. 루프 레일(203)의 폐단면의 내측에는, 단면에서 보아 한쪽이 개구된 직사각 형상의 제2 강판(20)이 마련되어 있다. 제2 강판(20)은 제1 용접 금속부(40)를 통해 제1 강판(10)의 내측 벽면과 용접되어 있다.

루프 레일(203)은, 제1 강판(10)측이 차체 외측으로 되고 상대 부재(70)측이 차체 내측으로 되도록 배치되어 있다. 상대 부재(70)는 일례로서, 판 폭 방향의 복수 개소에서 구부러져, 판 폭 방향을 따른 단면에서 보아 폐단면 외측으로 볼록해지는 만곡 형상으로 되어 있다. 또한 상대 부재(70)에는, 폭 방향의 일단이 굴곡되어 플랜지부가 형성되어 있다. 또한 차체 외측에는, 제1 강판(10)을 외방으로부터 덮는, 제4 부재로서의 커버 부재(80)가 더 마련되어도 된다.

계속해서, 도 14a는, 사이드 실(209)로서 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가 적용되는 일례를 도시하는 외관 사시도이다. 또한 도 14b는, 도 14a에 있어서의 Ⅴ-Ⅴ' 단면도이다. 도 10 및 도 14a에 도시한 바와 같이 사이드 실(209)은, 차체 측면의 하부에 있어서 차체 전후 방향으로 연장된 기둥형 부재이다. 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가 사이드 실(209)에 적용된다.

도 14b에 도시한 바와 같이 사이드 실(209)은, 단면에서 보아 대략 해트 형상의 제1 강판(10)의 플랜지부가 제3 강판으로서의 상대 부재(70)에 용접됨으로써 폐단면으로 형성되어 있다. 사이드 실(209)의 폐단면의 내측에는, 단면에서 보아 L자 형상으로 형성된 제2 강판(20)이 마련되어 있다. 제2 강판(20)은 제1 용접 금속부(40)를 통해 제1 강판(10)의 굴곡부의 내측 벽면과 용접되어 있다.

사이드 실(209)은, 제1 강판(10)측이 차체 외측으로 되고 상대 부재(70)측이 차체 내측으로 되도록 배치되어 있다. 상대 부재(70)는, 단면에서 보아 대략 해트 형상으로 형성되어 있다. 또한 차체 외측에는, 제1 강판(10)을 외방으로부터 덮는, 제4 부재로서의 커버 부재(80)가 더 마련되어도 된다.

계속해서, 도 15a는, 리어 사이드 멤버(205)로서 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가 적용되는 일례를 도시하는 분해 사시도이다. 또한 도 15b는, 도 15a에 있어서의 Ⅵ-Ⅵ' 단면도이다. 또한 도 15c는, 플로어 멤버(237)로서 본 실시 형태에 관한 골격 부재가 적용되는 일례를 도시하는 단면도이다. 플로어 멤버(237)는, 차체 하면에 있어서, 차체 전후 방향 또는 차체 폭 방향으로 연장되어 플로어를 형성하는 기둥형 부재이다. 리어 사이드 멤버(205)는, 특히 차체 후방에 있어서 플로어를 형성하는 기둥형 부재이다. 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가 리어 사이드 멤버(205) 또는 플로어 멤버(237)에 적용된다.

도 15a 및 도 15b에 도시한 바와 같이, 단면에서 보아 대략 해트 형상의 제1 강판(10)의 내측에는, 단면에서 보아 한쪽이 개구된 직사각 형상의 제2 강판(20)이 마련되어 있다. 제2 강판(20)은 제1 용접 금속부(40)를 통해 제1 강판(10)의 내측 벽면과 용접되어 있다.

또한 도 15c에 도시한 바와 같이 플로어 멤버(237)는, 제1 강판(10)의 플랜지부가 제3 강판으로서의 상대 부재(70)에 용접됨으로써 폐단면으로 형성되어 있다. 플로어 멤버(237)의 폐단면의 내측에는 제2 강판(20)(프런트 사이드 멤버 킥부로부터 이어지는 부재)이 마련되어 있다. 제2 강판(20)은 제1 용접 금속부(40)를 통해 제1 강판(10)의 내측 벽면과 용접되어 있다. 또한 상대 부재(70)는, 단면에서 보아 대략 해트 형상으로 형성되어 있다. 또한 제1 강판(10)과 상대 부재(70) 사이에는 판형 부재(30)(플로어 패널)가 더 마련되어 있다. 또한 상대 부재(70)를 외방으로부터 덮는, 제4 부재로서의 커버 부재가 더 마련되어도 된다.

이상 설명한 바와 같이, 골격 부재(1)가 캐빈 골격 또는 충격 흡수 골격으로서 사용됨으로써, 골격 부재(1)는 충분한 내하중을 가지므로 충돌 시의 변형을 저감할 수 있다. 또한 골격 부재(1)는 변형능도 향상되어 있어서, 자동차 골격(100)에 측면 충돌 등의 입력이 있은 경우에도 충분한 변형에 의하여 충격을 흡수하여 골격 내부를 보호할 수 있다. 이상, 본 개시의 실시 형태에 관한 골격 부재의 적용예에 대하여 설명하였다.

실시예

본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)의 특성을 평가하기 위하여, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)를 실제로 제작하여 다양한 관점에서 특성 평가를 행하였다. 골격 부재(1)의 단면 구성은, 도 3에 도시하는 것으로 하며, 골격 부재(1)의 높이(도 3에 있어서의 Z 방향)는 60㎜, 골격 부재(1)의 폭(도 3에 있어서의 X 방향)은 80㎜, 골격 부재(1)의 길이(도면 중 3에 있어서의 Y 방향)는 800㎜로 하였다. 실시예는, 제1 강판(10)으로서 1.2㎬의 강판을 사용하고, 제2 강판(20)으로서 1.8㎬의 강판을 사용하며, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)을 소정의 조건에서 스폿 용접한 블랭크재를 대략 해트 형상으로 핫 스탬프 공법으로 성형하였다. 또한 대략 해트 형상의 플랜지부(17)를 판형 부재(30)와 용접하여 폐단면의 골격 부재(1)로 하였다.

비교예 1은, 골격 부재(1)의 외형을 이루는 부재, 및 보강 부재로서 1.8㎬의 강판을 사용하였다. 먼저, 각 부재를 핫 스탬프 공법에 의하여 대략 해트 형상으로 성형하고 나서 스폿 용접하여 일체화하였다. 또한 대략 해트 형상의 플랜지부를 판형 부재와 용접하여 폐단면의 골격 부재로 하였다.

비교예 2는, 단일의 1.8㎬의 강판을 대략 해트 형상으로 성형하고, 플랜지부에 있어서 부분 템퍼링을 행하여 경도를 저감하였다. 또한 해트 형상의 부재를 플랜지부에 있어서 판형 부재와 용접하여 폐단면의 골격 부재로 하였다. 또한 판재 부재로는 780㎫급의 강판을 이용하였다.

이들 골격 부재에 대하여 용접부 주변의 경도를 측정하였다. 또한 골격 부재의 양단에 굽힘 모멘트를 부여하는 압괴 시험을 실시하였다. 표 3에 평가 결과를 정리하였다.

표 3에 나타낸 바와 같이 비교예 1은, 2개의 부재를 용접한 것에 의하여 골격 부재로서의 강성은 충분하여 OK 평가로 되었다. 한편, 비교예 1은, 2개의 부재 간의 접합 강도의 관점에서는, 스폿 용접 시의 입열에 의하여 제1 용접 금속부(40)의 주변의 열 영향부의 경도 저하가 생겨서, 접합 강도는 충분한 값이 얻어지지 않아서 NG 평가로 되었다. 또한 비교예 1에 있어서, 대략 해트 형상의 플랜지부와 판형 부재를 용접한 바, 제1 용접 금속부(40)의 주변의 열 영향부에서의 경도 저하와 제1 용접 금속부(40)의 강도 저하가 현저하여 NG 평가로 되었다. 이는, 비교예 1에서의 대략 해트 형상 부재가 1.8㎬의 강판으로 이루어져 열 영향부의 연화가 현저한 것, 강판 중의 탄소 성분이 비교적 높은 점에서 제1 용접 금속부(40)의 취화가 큰 것이 원인으로 생각된다. 또한 비교예 1에 있어서, 대략 해트 형상 부재의 종벽부는 1.8㎬의 강판이어서 고강도이지만, 변형능이 작기 때문에 크게 변형되지 않고 종벽부에서 균열이 발생하여 NG 평가로 되었다.

또한 비교예 2는, 단일의 부재를 대략 해트 형상으로 성형하였으므로 강성은 불충분하여 NG 평가로 되었다. 또한 비교예 2는, 단일의 부재이기 때문에 부재 간의 접합 강도는 평가할 수 없었다. 비교예 2에 있어서, 대략 해트 형상의 플랜지부와 판형 부재를 용접한 바, 플랜지부를 부분적으로 템퍼링한 것에 의하여 용접 금속부의 주변에 있어서 국소적인 경도의 저하를 피할 수 있어서 OK 평가로 되었다. 비교예 2에 있어서, 대략 해트 형상의 종벽부는 1.8㎬의 강판이어서 고강도이지만, 변형능이 작기 때문에 크게 변형되지 않고 종벽부에서 균열이 발생하여 NG 평가로 되었다.

실시예는, 2개의 부재를 용접한 것에 의하여 골격 부재(1) 전체로서의 강성은 충분하여 OK 평가로 되었다. 또한 실시예는, 2개의 부재 간의 접합 강도의 관점에서는, 제1 용접 금속부(40)의 주변 영역(62)의 경도 변화를 소정의 범위 내로 설정하였으므로, 경도 저하가 생기고 있지 않아 접합 강도는 충분한 값으로 되어서 OK 평가로 되었다. 또한 실시예에 있어서, 제1 강판(10)과 판형 부재(30)를 용접한 바, 플랜지부(17)는 1.2㎬의 강판이어서 플랜지부(17)에서의 제2 용접 금속부(41)의 주위 열 영향부에서의 경도 저하를 경감할 수 있었다. 또한 제1 강판(10)은, 비교적 탄소 성분이 적은 점에서 플랜지부(17)에서의 제2 용접 금속부(41)의 인성 저하를 억제할 수 있었다. 따라서 판형 부재(30)와의 접합 강도는 저하되지 않아서 OK 평가로 되었다. 실시예에 있어서, 제1 종벽부(15)도 1.2㎬의 강판이며, 변형능이 크기 때문에 충격 하중에 대하여 크게 변형되어 충격 흡수 에너지가 컸던 점에서 OK 평가로 되었다. 이와 같이, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)가 다양한 관점에서 높은 성능을 갖는 것으로 나타났다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 개시의 적합한 실시 형태에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 개시는 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 개시가 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자이면, 특허 청구의 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명백하며, 이들에 대해서도 당연히 본 개시의 기술적 범위에 속하는 것으로 이해된다.

예를 들어 상기 실시 형태에서는 플랜지부(17)가 판형 부재(30)에 용접된다고 하였지만, 본 개시는 이러한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어 플랜지부(17)를 통하지 않고 제1 종벽부(15)의 단부가 직접 용접되도록 해도 된다. 또한, 예를 들어 판형 부재(30)가 아니라, 상대 부재가 플랜지부를 갖는 단면 해트 형상의 부재이며, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)의 플랜지부(17)가, 상대 부재의 플랜지부와 용접되어도 된다. 판형 부재(30)는 일례로서, 판 두께가 0.6㎜ 내지 2.6㎜, 인장 강도가 270㎫ 내지 1600㎫인 1매 이상의 성형된 강판을 들 수 있다. 판형 부재(30)의 강판 표면은 비도금이어도 되고, 아연계 도금, 알루미늄계 도금 등의 도금 처리가 이루어져 있어도 된다. 또한 용접법으로서는, 스폿 용접, 레이저 용접, 아크 용접, 스폿 용접과 레이저 용접의 병용, 스폿 용접과 아크 용접의 병용, 스폿 용접과 볼트, 나사, 리벳 등의 기계적 접합의 병용, 스폿 용접과 실러제 혹은 접착제의 병용을 들 수 있다. 또한 이때의 제2 용접 금속부(41)는, 점형뿐 아니라, C자형, 일본어 コ자형, 타원형, 소정의 길이를 갖는 선형, 지그재그형으로 마련되어도 된다.

1: 골격 부재
10: 제1 강판
11: 제1 천장벽부
13: 제1 굴곡부
15: 제1 종벽부
17: 플랜지부
18: 홈부
20: 제2 강판
21: 제2 천장벽부
23: 제2 굴곡부
25: 제2 종벽부
30: 판형 부재(제3 강판)
40: 제1 용접 금속부
41: 제2 용접 금속부
62: 주변 영역(영역)
70: 상대 부재(제3 강판)

Claims

제1 강판과 제2 강판과, 상기 제1 강판과 상기 제2 강판의 계면을 접합하는 제1 용접 금속부를 구비하고,
상기 제1 강판의 인장 강도는 1.0㎬ 이상 1.6㎬ 이하이고,
상기 제2 강판의 인장 강도는 1.8㎬ 이상 2.5㎬ 이하이고,
상기 제1 강판은 홈부를 구비하고,
상기 제2 강판은 상기 홈부에 중첩되고,
상기 제2 강판의 상기 제1 용접 금속부의 주위 4㎜ 이내의 영역의 최저 비커스 경도는, 상기 제2 강판의 상기 영역측의 외측의 경도의 80% 이상인,
자동차 골격 부재.
제1항에 있어서,
상기 제1 용접 금속부의 비커스 경도는 400 이상 540 이하인, 자동차 골격 부재.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제1 강판은 상기 홈부의 외측에 플랜지부를 구비하고,
제3 강판과, 상기 제3 강판과 상기 플랜지부의 계면을 접합하는 제2 용접 금속부를 구비하고,
상기 제3 강판의 인장 강도는 0.45㎬ 이상 1.6㎬ 이하인,
자동차 골격 부재.