KR102306471B1 - 고 저항 스폿 용접성을 가진 아연 코팅된 강판 - Google Patents

고 저항 스폿 용접성을 가진 아연 코팅된 강판 Download PDF

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세바스띠앙 크레멜
아니르반 차크라보르티
데이먼 파나히
올가 기리나
핫산 가세미-아르마키
벤카타수르야 파반 찰라
야신 벤라트레슈
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Abstract

100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 용접부 당 평균 2 개 이하의 액체 금속 취화 균열들을 함유하는 저항 스폿 용접부들을 제조하기 위해, 900 MPa 보다 높은 인장 강도를 가진 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서,
이하의 연속적인 단계들:
- 중량% 로, 0.07% ≤ C ≤ 0.5%, 0.3% ≤ Mn ≤ 5%, 0.010% ≤ Al ≤ 1%, 0.010% ≤ Si ≤ 2.45%, 단 0.35% ≤ (Si+Al) ≤ 2.5%,, 0.001% ≤ Cr ≤ 1.0%,, 0.001% ≤ Mo ≤ 0.5%, 및 임의로 0.005% ≤ Nb ≤ 0.1%, 0.005% ≤ V ≤ 0.2%, 0.005% ≤ Ti ≤ 0.1%, 0.0001% ≤ B ≤ 0.004%, 0.001% ≤ Cu ≤ 0.5%, 0.001% ≤ Ni ≤ 1.0%, 잔부로서 철 및 S < 0.003%, P < 0.02%, N < 0.008% 와 같은 제련으로 인한 불가피한 불순물들를 포함하는 공칭 조성을 갖는 냉간 압연된 강판을 제공하는 단계; 철이 산화되지 않도록, 2 ~ 15 부피% 의 수소, 잔부로서 질소 및 불가피한 불순물들을 함유하는 분위기 (A1) 를 가진 노 구역에서, 550 ℃ ~ Ac1+50 ℃ 의 온도 (T1) 까지 상기 냉간 압연된 강판을 가열하는 단계; 노 분위기에 온도 T ≥ T1 에서 (0.07%/h × α) 보다 큰 주입 유량 (Q) 으로 수증기 또는 산소로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 추가하여, -15 ℃ 와 철/철 산화물 평형 노점의 온도 (Te) 사이의 노점 (DP2) 을 가진 분위기 (A2) 를 얻는 단계로서, 상기 α 는 상기 원소가 수증기이면 1 이거나 상기 원소가 산소이면 0.52 인, 상기 분위기 (A2) 를 얻는 단계; 산소 부분 압력이 10-21 atm 보다 높고, 2 ~ 15 부피% 수소 및 0.1 부피% 초과의 CO 를 함유하는 질소의 분위기 (A2) 하의 노 구역에서, 상기 강판을 온도 T1 에서부터 720 ℃ ~ 1000 ℃ 의 온도 T2 까지 가열하는 단계로서, 상기 온도 T1 에서부터 온도 T2 에서의 소킹 종료까지 강판을 가열하는 지속시간 (tD) 이 100 ~ 500 초인, 상기 가열하는 단계; T2 에서 강판을 소킹하는 단계; 10 ~ 400 ℃/s 의 속도로 강판을 냉각시키는 단계; 강판을 아연 또는 아연 합금 코팅으로 코팅하는 단계를 포함한다.

Description

고 저항 스폿 용접성을 가진 아연 코팅된 강판
본 발명은, 특히 자동차 산업의 요구에 맞춰진 액체 금속 취화 (Liquid Metal Embrittlement) 로 인한 균열 형성에 대한 낮은 민감성을 가진 저항 스폿 용접부들을 얻을 수 있게 하는 고강도 아연 코팅된 강판의 제조에 관한 것이다.
아연 또는 아연 합금 코팅된 강판은 내식성에 매우 효과적이므로, 자동차 산업에서 널리 사용된다. 하지만, 특정 강의 용접이 "LME (Liquid Metal Embrittlement)" 또는 "LMAC (Liquid Metal Assisted Cracking)" 으로 불리는 현상으로 인해 특정 균열의 발생을 초래할 수 있는 것으로 경험되었다. 이 현상은 구속, 열 팽창 또는 상 변태로부터 초래되는 인가된 응력 또는 내부 응력 하에서 기초가 되는 강 기재의 결정립계를 따른 액체 Zn 의 침투를 특징으로 한다. 응력 레벨이 높을수록 LME 위험이 증가하는 것으로 인식되어 있다. 용접 자체 동안 존재하는 응력은 특히 모재 (base metal) 의 강도 레벨에 의존하기 때문에, 더 높은 강도의 강으로 만들어진 용접부가 일반적으로 LME 에 더 민감한 것으로 경험되었다.
LME 위험을 감소시키기 위해, 공보 EP 0812647 은 Cu 를 함유하는 금속 코어 와이어를 사용한 가스 실딩 아크 용접이 수행되는 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 공정은 자동차 산업에서 얇은 판을 접합하는데 적합하지 않다.
JP 2006035293 은, 25% 초과의 페라이트를 함유하는 용접부를 제조하고 모재의 인장 강도의 1.8 배 미만의 용접부에서의 인장 강도를 획득하기 위해, 스테인리스 강 와이어를 사용한 아크 용접 방법을 개시하고 있다. 그러나, 이 공정이 자동차 산업의 요건에 적합하지 않다는 사실외에, 용접부에서 강도가 낮은 것은 바람직하지 않다.
문헌 JP 2004211158 은 또한 3 ~ 40 ppm 붕소가 강 조성에 존재하는 튜브의 전기 저항 용접 (ERW) 을 위한 공정을 개시하고 있다. 그러나, 이 문헌의 결론은 ERW 공정의 특정 조건과 관련되어 있으며, 간단히 저항 스폿 용접 공정으로 바뀔 수는 없다. 또한, B 첨가가 모든 고강도 강 등급에서 바람직하지는 않다.
문헌 JP 2005002415 는, 아연의 확산을 최소화하여 열 영향 구역에서 LME 균열의 발생을 억제하기 위한 니켈 기재층이 코팅과 강 기판 사이에 개재하는 것을 제안한다. 그러나, 강판의 제조는 더 복잡하고 비용이 많이 든다.
문헌 EP 2682495 는 아연-알루미늄-마그네슘 코팅된 강판을 개시하고 있으며, 강 조성은 아크 용접부에서 LME 균열에 대한 높은 저항을 얻기 위해, 특히 C, Mn 및 Si 에 일부 제한을 포함한다. 그러나, 이 문헌은 아크 용접과 관련이 있으며 저항 스폿 용접과는 관련이 없다. 또한, 최근 개발된 강은 더 높은 인장 강도를 얻기 위해 일반적으로 C, Mn 및 Si 에서 더 높은 함량을 포함한다. 따라서, 강판에서 보다 높은 강도 레벨의 요구로 EP 2682495 에서 조성 한계를 단순히 조정하는 것이 불가능하다.
따라서, 2 개의 상충되는 하기의 요건들을 조정하는 Zn 코팅된 판들의 저항 스폿 용접에 의해 결합될 수 있는 아연 코팅된 고도로 성형가능한 강판을 가지는 것이 바람직하다:
- 한편으로는 모재 판에서 900 MPa 보다 높은 인장 강도 TS 를 달성하기 위해, 어느 정도 양의 합금 원소들을 요구한다.
- 다른 한편으로는, LME 에 대한 높은 저항을 가진 저항 스폿 용접부를 제조할 수 있기 위해, 모재 강도 및 합금 레벨이 낮을 때 LME 는 덜 발생하는 경향이 있다.
보다 구체적으로, 용접부들의 기계적 성능을 저하시키지 않도록, 적은 개수의 LME 깊은 균열들을 가진 용접부를 얻는 것이 바람직하다. 특히, 깊이가 100 마이크로미터를 초과하는 용접부 당 LME 균열들의 평균 개수는, 용접 강도가 스폿 용접에서 배출 (expulsion) 발생에 대응하는 Imax 이하이면, 2 보다 작고 그리고 용접 강도가 Imax ~ Imax+10% 이면 2 이하인 것이 바람직하다.
이러한 문제를 해결하는 관점에서, 본 발명은 100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 용접부 당 평균 2 개 이하의 액체 금속 취화 균열들을 함유하는 저항 스폿 용접부들을 제조하기 위해, 900 MPa 보다 높은 인장 강도를 가진 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 이하의 연속적인 단계들:
- 중량% 로 : 0.07% ≤ C ≤ 0.5%, 0.3% ≤ Mn ≤ 5%, 0.010% ≤ Al ≤1%, 0.010% ≤ Si ≤ 2.45%, 단 0.35% ≤ (Si+Al) ≤ 2.5%, 0.001% ≤ Cr ≤ 1.0%, 0.001% ≤ Mo ≤ 0.5%, 및 선택적으로 : 0.005% ≤ Nb ≤0.1%, 0.005% ≤ V ≤ 0.2%, 0.005% ≤ Ti ≤ 0.1%, 0.0001% ≤ B ≤ 0.004%, 0.001% ≤ Cu ≤ 0.5%, 0.001% ≤ Ni ≤ 1.0%, 잔부로서 철 및 제련으로 인한 불가피한 불순물들, 예를 들어 S < 0.003%, P < 0.02%, N < 0.008% 함량을 함유하는 공칭 조성을 갖는, 냉간 압연된 강판을 제공하는 단계, 그 후
- 철이 산화되지 않도록, 2 ~ 15 부피% 의 수소, 잔부로서 질소 및 불가피한 불순물들을 함유하는 분위기 A1 를 가진 노 구역에서, 550 ℃ ~ Ac1+50 ℃ 의 온도 T1 까지 상기 냉간 압연된 강판을 가열하는 단계, 그 후
- 노 분위기에 온도 T ≥ T1 에서 (0.07%/h × α) 보다 큰 주입 유량 Q 으로 수증기 또는 산소로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 추가하여, -15 ℃ 와 철/철 산화물 평형 노점의 온도 Te 사이의 노점 DP2 을 가진 분위기 A2 를 얻는 단계로서, 상기 α 는 상기 원소가 수증기이면 1 이거나 상기 원소가 산소이면 0.52 인, 상기 분위기 A2 를 얻는 단계,
- 산소 부분 압력이 10-21 atm. 보다 높고, 2 ~ 15 부피% 수소 및 0.1 부피% 초과의 CO 를 함유하는 질소 분위기 A2 하의 노 구역에서, 상기 강판을 온도 T1 에서부터 720 ℃ ~ 1000 ℃ 의 온도 T2 까지 가열하는 단계로서, 상기 온도 T1 에서부터 온도 T2 에서의 소킹 종료까지 강판을 가열하는 지속시간 tD 는 100 ~ 500 초인, 상기 가열하는 단계,
- 강판을 T2 에서 소킹하는 단계, 그 후
- 10 ~ 400 ℃/s 의 속도로 강판을 냉각시키는 단계, 그 후
- 강판을 아연 또는 아연 합금 코팅으로 코팅하는 단계.
바람직하게는, 노점 DP2 는 -10 ~ + 20 ℃ 이다.
일 실시형태에 따라서, 분위기 A2 는 0.2 부피% 초과의 CO 를 함유한다.
일 실시형태에 따라서, 온도 T2 는 750 ~ 900 ℃ 이고, 분위기 A2 는 3 ~ 5 부피% 의 H2 를 함유한다.
일 실시형태에 따라서, 소킹 후에, 강판은 Ms ~ Ms+150 ℃ 의 온도 T3 로 냉각되고, 적어도 40 초 동안 T3 에서 유지되어, 탄화물이 없는 베이나이트 강판을 얻게 된다.
일 실시형태에 따라서, 온도 T3 는 Ms+10 ℃ ~ Ms+150 ℃ 이다.
다른 실시형태에 따라서, 냉각 후에, 강판은 Ms-5 ℃ 와 Ms-170 ℃ 사이의 온도 QT 로 냉각되고, 선택적으로 2 ~ 8 초의 지속시간 동안 QT 로 유지된 후, 350 ~ 550 ℃ 의 온도 T4 까지 재가열되어, 분할된 마르텐사이트를 얻게 된다. 바람직하게는, 노점 T4 는 350 ~ 490 ℃ 이다.
바람직하게는, 강의 미세조직은 잔류 오스테나이트를 20% 이하의 양으로 함유한다.
일 실시형태에 따라서, 코팅은 용융 도금에 의해 수행된다.
다른 실시형태에 따라서, 코팅은 전기도금에 의해 수행된다.
다른 실시형태에 따라서, 코팅은 기상 증착 기술에 의해 수행된다.
본 발명은 또한 용접부 당 100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 평균 2 개 이하의 액체 금속 취화 균열들을 함유하는 저항 스폿 용접부들의 제조를 위한 900 MPa 초과의 인장 강도를 가진 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판에 관한 것으로서, 강 기재를 포함하고, 중량% 로: 0.07% ≤ C ≤ 0.5%, 0.3% ≤ Mn ≤ 5%, 0.010% ≤ Al ≤1%, 0.010% ≤ Si ≤ 2.45%, 단 0.35% ≤ (Si+Al) ≤ 2.5%, 0.001% ≤ Cr ≤ 1.0%, 0.001% ≤ Mo ≤ 0.5%, 및 선택적으로: 0.005% ≤ Nb ≤0.1%, 0.005% ≤ V ≤ 0.2%, 0.005% ≤ Ti ≤ 0.1%, 0.0001% ≤ B ≤ 0.004%, 0.001% ≤ Cu ≤ 0.5%, 0.001% ≤ Ni ≤ 1.0%, 잔부로서 철 및 제련으로 인한 불가피한 불순물들, 예를 들어 S < 0.003%, P < 0.02%, N < 0.008% 함량을 포함하는 공칭 조성을 갖고, 아연 또는 아연 합금 코팅 바로 아래 0 ~ 100 마이크로미터에 구역 D100 이 있으며, 구역 D100 에서 평균 탄소 함량 Cav(100) 은: Cav(100)/Cnom< 0.6 (Cav (100) 은 구역 D100 에서의 C 의 평균 함량이고, Cnom 은 강의 공칭 C 함량임) 및 Cav(100) + (Siav(100))/32 < 0.21% (Cav(100) 및 Siav(100) 은 각각 중량% 로 나타내는 구역 D100 에서의 C 및 Si 의 평균 함량임) 를 만족시킨다.
바람직하게는, 강판은: Cav(100) + (Siav(100)/32) + (Mnav(100)/14) < 0.30% 이며, Cav(100), Siav(100) 및 Mnav(100) 은 각각 중량% 로 나타내는 구역 D100 에서의 C, Si 및 Mn 의 평균 함량이다.
바람직하게는, 강판은: Cav(100) + (Siav(100)/32) + (Mnav(100)/14) - (Alav(100)/48) + (Crav(100)/11) < 0.34% 이며, Cav(100), Siav(100), Mnav(100), Alav(100), Crav(100) 은 각각 중량% 로 나타낸 구역 D100 에서의 C, Si, Mn, Al, Cr 의 평균 함량이다.
일 실시형태에 따라서, Mn 함량은 구역 D100 에서 일정하지 않고: dMnmin > 1 ㎛, dMnmin 은 D100 의 깊이이고, 이 깊이에서 구역 D100 에서 Mn 함량이 최소값 Mnmin 이며: dMnmin/(Mnmin/Mnnom) > 8, Mnnom 은 강의 공칭 Mn 함량이다.
일 실시형태에 따라서, Si 함량은 구역 D100 에서 일정하지 않고: dSimin > 1 ㎛, dSimin 은 D100 의 깊이이고, 이 깊이에서 구역 D100 에서 Si 함량이 최소값 Simin 이며: dSimin/(Simin/Sinom) > 4, Sinom 은 강의 공칭 Si 함량이다.
본 발명은 또한 100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 2 개 이하의 액체 금속 취화 균열들을 함유하는 저항 스폿 용접의 제조에 관한 것으로서, 이하의 연속적인 단계들을 포함한다:
- 두께가 0.5 ~ 2.5 mm 인 전술한 바와 같이 적어도 2 개의 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판들을 제공하는 단계, 그 후에
- 적어도 아연 또는 아연 코팅된 강판들을 부분적으로 중첩하는 단계, 그 후에
- 중첩된 강판들의 외부측에 수직하게 배치된 전극들에 의해 350 ~ 500 daN 포함되는 힘을 적용하는 단계, 그 후에
- Imin ~ 1.10 Imax 의 강도 I 로 강판들을 용접하는 단계로서, Imin 은 저항 스폿 용접부가 전단 인장 시험을 받을 때 인발 파괴 (pullout failure) 가 관찰되는 최소 강도이며, Imax 는 저항 스폿 용접시에 액체 금속의 배출이 관찰되기 시작하는 강도이다.
본 발명은 또한 100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 2 개 이하의 액체 금속 취화 균열들을 포함하는 저항 스폿 용접의 제조를 위한 방법에 관한 것으로서, 이하의 연속적인 단계들을 포함한다:
- 두께가 0.5 ~ 2.5 mm 인 TS > 900 MPa 를 가진 강 (1) 의 적어도 2 개의 아연 또는 아연 합금 코팅된 판들을 제공하는 단계,
- C1av(100), Si1av(100), Mn1av(100), Al1av(100), Cr1av(100) 를 측정하는 단계로서, 이들의 함량은 아연 또는 아연 합금 코팅 아래 0 ~ 100 마이크로미터인 강 기재의 구역 D100 에서의 C, Si, Mn, Al, Cr 의 평균 함량을 각각 나타내는, 상기 측정하는 단계, 그 후에
- 강 (1) 의 인자 CSI1 를 산출하는 단계:
CSI1= C1av(100) + (Si1av(100)/32)+(Mn1av(100/14) - (Al1av(100)/48) + (Cr1av(100)/11)
- 그 후에, Imin ~ 1.1 Imax 의 강도 I1 로 적어도 10 개의 용접부들에서 저항 스폿 용접을 수행하는 단계로서, Imin 은 저항 스폿 용접부가 전단 인장 시험을 받을 때 인발 파괴가 관찰되는 최소 강도이며, Imax 는 저항 스폿 용접시에 액체 금속의 배출이 관찰되기 시작하는 강도인, 상기 저항 스폿 용접을 수행하는 단계, 그 후에
- 적어도 10 개의 용접부들로부터 100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 액체 금속 취화 균열들의 평균 개수 Crack1av 를 측정하는 단계, 그 후에, Crack1av 이 2 보다 높으면,
- 강 (1) 의 하나의 판과 동일한 두께를 가진 TS > 900 MPa 인 제 2 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판 (2) 을 제공하는 단계로서, 강 (1) 의 조성이 CSI2 < CSI1 - ((Crack1av - 2)/20) 이도록 선택되고:
CSI2= C2av(100) + (Si2av(100)/32) + (Mn2av(100)/14) - (Al2av(100)/48) + (Cr2av(100)/11),
C2av(100), Si2av(100), Mn2av(100), Al2av(100), Cr2av(100) 은 아연 또는 아연 합금 코팅 아래 0 ~ 100 마이크로미터 포함된 강 (1) 기재의 구역 D100 에서의 C, Si, Mn, Al, Cr 의 평균 함량을 각각 지정하고, 그 후에
- 강도 I1 로 강판 (2) 에 저항 스폿 용접을 수행하는 단계.
본 발명은 또한 자동차의 구조 부품들의 제조를 위해 전술한 바와 같이 제조되거나 전술한 바와 같이 강판의 용도를 목적으로 한다.
본 발명은 이제 제한을 도입하지 않고 자세하게 설명되고 예들로서 설명될 것이다.
먼저, 냉간 압연된 강판들에는 자동차 산업에서 사용되는 통상적인 두께 범위인 0.5 ~ 2.5 ㎜ 의 두께 (th) 가 제공된다. 본 발명에서 구현되는 강판은 주조, 열간 압연, 코일링, 선택적으로 중간 어닐링, 산세, 냉간 압연, 연속 어닐링 및 코팅의 단계들을 연속적으로 포함하는 공정을 통해 제조된다. 강의 조성은 중량% 로 이하의 원소들을 포함한다.
- 탄소 : 0.07% 내지 0.5%. 탄소 함량이 0.07% 미만이면, 인장 강도는 불충분할 수 있고, 즉 900 MPa 보다 낮다. 더욱이, 강 미세조직이 잔류 오스테나이트를 함유하면, 충분한 신장을 달성하는데 필요한 안정성을 얻을 수 없다. 0.4% C 초과에서, 열 영향 구역 (Heat Affected Zone) 또는 스폿 용접부의 용융 구역에서 낮은 인성 미세조직이 형성되기 때문에 용접성이 감소된다. 바람직한 실시형태에서, 탄소 함량은 0.18 내지 0.4% 범위이며, 이는 1180 MPa 보다 높은 인장 강도를 달성할 수 있게 한다. Zn 코팅된 강판이 가열될 때, 강 기재의 낮은 탄소 함량은 강과 액체 Zn 또는 Zn 합금 사이의 상호작용을 감소시킨다. 그 결과, LME 이 발생가능성이 줄어든다.
- 망간은 900 MPa 보다 높은 인장 강도를 획득하는데 기여하는 고용 경화 원소이다. 이러한 효과는 Mn 함량이 적어도 0.3 중량% 일 때 얻어진다. 하지만, 5% 초과에서, Mn 첨가는 용접부들의 기계적 특성들에 악영향을 줄 수 있는 지나치게 표시된 분리 구역들을 가진 조직의 형성에 기여한다. 바람직하게는, 망간 함량은 이러한 효과를 획득하기 위해 1.5% 내지 3% 범위이다. 이로써, 강의 산업적 제조의 어려움을 증가시키지 않고 용접부들의 경화성을 증가시키지 않으면서, 만족스러운 기계적 강도를 얻을 수 있다. 특정 어닐링 조건에서, Mn 은 Si 및 O 와 반응하여 하위 표면 영역에서 강의 Si 함량을 감소시킨다. 따라서, Mn 이 C, Si, Al 및 Cr 과 함께 Zn 코팅하에서 특정량 이하로 유지되면, LME 저항이 증가한다.
- 규소는 기계적 성질과 용접성의 요구되는 조합을 달성하기 위해 0.010 내지 2.45% 이어야 하며: 규소는 시멘타이트에서의 그의 낮은 용해도로 인해 그리고 이 원소가 오스테나이트에서의 탄소의 활성을 증가시킨다는 사실로 인해 판의 냉간 압연 후 어닐링 동안에 탄화물 석출을 감소시킨다. 따라서, 탄소에서 오스테나이트의 농후는 실온에서의 안정화 및 TRIP (Transformation Induced Plasticity) 거동의 출현으로 이어지고, 이는 예를 들어 성형 동안 응력의 적용이 이 오스테나이트의 마르텐사이트로의 변대를 초래할 것임을 의미한다. Si 가 2.45% 보다 높으면, 용융 도금 갈바나이징 전에 어닐링 동안 강하게 부착되는 산화물이 형성될 수 있으며, 이는 코팅의 표면 결함을 초래할 수 있다. C 에 대해서, Si 를 낮추면 저항 스폿 용접 동안 LME 를 촉진시킨다. 어닐링 조건을 제어함으로써, 코팅하에서 Si 의 함량이 수정될 수 있다. 노점은 어닐링 노 내부의 산소 부분 압력을 제어한다. 산소는 강 내부로 확산되어 Si 와 반응하여 SiO2 를 형성한다. 그 결과, 강의 하위 표면 영역에서 Si 의 함량이 감소된다. 따라서, Si 가 Zn 코팅하에서 특정량 미만으로 유지되면, LME 저항이 증가된다.
- 알루미늄은 0.010 내지 1% 이어야 한다. 잔류 오스테나이트의 안정화와 관련하여, 알루미늄은 규소와 비교적 유사한 영향을 갖는다. 그러나, 1 중량% 초과하는 알루미늄 함량은 Ac3 온도, 즉 어닐링 단계 동안 강에서 오스테나이트로 완전 변태 온도를 증가시켜 산업 공정을 보다 비싸게 만들 것이다. 따라서, Al 함량은 1% 로 제한된다.
고도로 성형가능한 강들은 실온에서 잔류 오스테나이트를 포함하므로, 오스테나이트의 충분한 안정화는 강 조성에서 규소 및/또는 알루미늄의 첨가를 통하여 다음과 같은 양 : (Si + Al) ≥ 0.35% 으로 존재되어야 한다. (Si+Al) < 0.35% 이면, 잔류 오스테나이트의 분율이 5% 미만일 수 있고, 따라서 냉간 성형에서 연성 및 변형 경화 특성들이 불충분하다. 그러나, (Si+Al) > 2.5% 이면, 코팅성 (coatability) 및 용접성이 감소된다.
- 크롬은 어닐링 사이클 동안 최대 온도에 유지한 후 냉각 단계 동안 초석정 페라이트의 형성을 지연시켜, 보다 높은 인장 레벨을 달성할 수 있게 한다. 따라서, 크롬 함량은 비용적인 이유로 그리고 과도한 경화를 방지하기 위해 0.001% 초과 1.0% 미만이다. Cr 은 강의 LME 저항에도 영향을 주고: 특정 어닐링 조건에서, Cr 은 하위 표면 영역에서 Mn 및 O 와 반응한다. 따라서, Cr 이 C, Si, Al 및 Cr 과 함께 Zn 코팅하에서 특정량 미만으로 유지되면, LME 저항이 증가될 수 있다.
- 0.001% 내지 0.5% 의 양의 몰리브덴은 이 원소가 오스테나이트의 분해를 지연시키므로 경화성을 증가시키고 잔류 오스테나이트를 안정화시키는데 효과적이다.
- 강은 탄화물, 질화물 또는 탄질화물 형태로 석출가능한 원소들을 선택적으로 함유할 수 있으며, 따라서 석출 경화를 달성할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 강은 니오븀, 티타늄 또는 바나듐: 0.005 내지 0.1% 양의 Nb 및 Ti, 및 0.005 내지 0.2% 의 양의 V 을 함유할 수 있다.
- 강은 인성을 향상시키기 위해 0.001% 내지 1.0% 양의 니켈을 선택적으로 함유할 수 있다.
- 강은 또한 0.001% 내지 0.5% 양의 추가 경화를 제공하기 위해 구리를 선택적으로 함유할 수 있다.
- 강은 또한 0.0001 내지 0.005%, 바람직하게는 0.0001 내지 0.004% 양의 붕소를 선택적으로 함유할 수 있다. 결정립계에서의 편석에 의해, B 는 결정립계 에너지를 감소시키고, 따라서 액체 금속 취화에 대한 저항을 증가시키는데 유리하다.
- 조성의 잔부는 철 및 제강으로 인한 잔류 원소들로 이루어진다. 이와 관련하여, S, P 및 N 은 적어도 잔류 원소들 또는 불가피한 불순물들로 간주된다. 따라서, 이들의 함량은 S 가 0.03% 미만, P 가 0.02% 미만, N 가 0.008% 미만이다.
상기 조성은 공칭 조성, 즉 강판의 2 개의 메인 표면들 바로 아래에 위치된, 100 마이크로미터 두께의 2 개의 구역들을 제외하는, 판의 중간 두께를 중심으로 구역에 존재하는 강판의 조성인 것으로 이해되어야 한다. 후술되는 바와 같이, 본 발명에서, 이러한 공칭 조성은 Zn 코팅 바로 아래에 강 기재의 표면에 존재하는 국부적인 조성과 상이하다.
냉간 압연 후에, 강 미세조직은 매우 이방성이고 연성 특성들이 감소된다. 따라서, 어닐링은 결정 재결정화를 달성하고 그리고 오스테나이트 변태를 얻기 위해 수행되어, 최종 원하는 미세조직을 생성할 수 있게 한다. 어닐링은 여러 구역들로 나누어진 노에서 강 스트립의 연속 변위에 의해 수행된다.
본 발명에 따라서, 냉간 압연된 강판은, 복사관 노 또는 저항로 또는 유도로 또는 이러한 방법들 중 적어도 임의의 2 개를 조합하는 노에서, 550 ℃ 내지 Ac1+50 ℃ 의 온도 T1 까지 연속적으로 어닐링되고, 여기서, Ac1 은 강이 노 구역에서 가열됨에 따라 오스테나이트 변태의 시작 온도를 나타내고, 분위기 (A1) 는 2 부피% 내지 15 부피% 의 수소, 바람직하게는 3 ~ 5 부피% 수소, 잔부로서 질소 및 불가피한 불순물들을 함유하고, 철이 산화되지 않도록 노점 (DP1) 을 가진다. 이러한 값은, 예를 들어 D. Huin, P. Flauder, J.B. Leblond 의 "Numerical simulation of internal oxidation of steels during annealing treatments" 의 간행물: Oxidation of Metals 2005;64;1:131-67 로부터 결정될 수 있다.
그 후에, 판은 온도 T1 에서부터 720 내지 1000 ℃ 의 온도 T2 까지 가열되는 한편, 수증기 또는 산소로부터 선택된 적어도 하나의 원소는 온도 T1 에서 노안으로 주입되기 시작한다.
수증기의 경우에, 이 수증기의 온도는 90 내지 150 ℃ 이고, 후술될 강판 표면의 변형을 얻기 위해 주입 유량 (Q) 은 시간당 0.07% 보다 높아야 하고, 그리하여 높은 LME 저항을 얻을 수 있게 한다. 주입 유량 (Q) 은, 후술되는 바와 같이, 수증기의 주입 위치와 소킹 온도 T2 에서 가열된 노 섹션의 단부 사이에서 노 구역의 부피로 시간당 주입된 증기 부피를 나눔으로써 평가된다.
산소 주입의 경우에, LME 에 대한 저항을 증가시키는데 필요한 강 표면의 변형을 얻기 위해서 주입 유량 (Q) 은 0.036%/h 보다 높아야 한다. 주입 유량 (Q) 은, 산소의 주입 위치와 소킹 온도 T2 에서 가열된 노 섹션의 단부 사이에서 노의 부피로 시간당 주입된 산소의 부피를 나눔으로써 평가된다.
따라서, 어떠한 주입 유형 (수증기 또는 산소) 이 수행되든지, 증가된 LME 저항을 얻기 위한 최소 주입 유량 (Q) 은 (0.07%/h ×α) 이며, 주입된 원소가 수증기이면 α 는 1 이고, 주입된 원소가 산소이면 0.52 이다.
온도 T1 와 온도 T2 사이의 노의 섹션에서, 분위기 A2 는 -15 ℃ 와 철/철 산화물 평형 노점의 온도 Te 사이, 바람직하게는 -10 ℃ ~ +20 ℃ 의 노점 DP2 을 가져야 한다. 분위기 A2 는 질소 및 2 내지 15 부피% 의 수소, 바람직하게는 3 ~ 5 부피% 의 수소를 함유한다. 온도 Te 는 예를 들어 간행물: American Chemical Society and the American Institute of Physics for the National Bureau of Standards 에 의해 공개된 JANAF Thermomechanical Tables, 3 판, Part II, Journal of Physical and Chemical Reference Data, 1985 년 14 권, 보충 n°1 에 의해 결정될 수 있다.
비유량 (Q) 으로 인해, 분위기 A2 는 0.1 부피% 초과의 CO, 바람직하게는 0.2 부피% 초과의 CO 를 함유하고, 분위기 A2 에서 산소 부분 압력은 10-21 atm 보다 높다. 이는 0 내지 100 미크론 사이에 위치된, 강판의 하위 표면 구역에서 C, Mn, Si, Al, Cr 의 변형을 얻는 것을 가능하게 한다.
T1 과 T2 에서의 소킹 종료 사이의 지속시간 (tD) 은 100 내지 500 초이다. 지속시간 (tD) 이 100 초 미만이면, 0 내지 100 미크론 사이에 위치된 하위 표면 구역에서 강 조성의 변형은 LME 에 대한 저항을 상당히 개선시키기는데 불충분하다. 지속시간 (tD ) 이 500 초 초과이면, 강판의 기계적 특성이 불충분해질 위험이 있다.
그 후에, 판은 전술한 분위기 A2 하에서 T2 내지 T2+50 ℃ 사이의 온도에서 소킹된다.
온도 T2 에서의 소킹 후에, 30 내지 400 초 사이의 지속시간 동안, 강판은 냉각되어 900 MPa 보다 높은 고 성형가능성 및 인장 강도를 조합한 미세조직을 얻는다. 냉각은 10 ℃/s 내지 400 ℃/s 인 냉각 속도를 얻기 위해 5 내지 70% 수소를 가진 질소를 사용함으로써 또는 물 켄칭에 의하여 실시될 수 있다.
일 실시형태에 따라서, 탄화물 없는 베이나이트 ("CFB") 미세조직을 얻기 위해, 강판은 Ms 와 Ms+150 ℃ 사이, 또는 Ms+10 ℃ 와 Ms+150 ℃ 사이의 온도 T3 까지 냉각된다. 그 후에, 강판은 미세조직 변태를 얻기 위해 적어도 40 초 동안 온도 T3 에서 유지된다. 최종 미세조직은 통상적으로 잔류 오스테나이트의 10 ~ 20% 및 베이나이트의 50% 초과를 함유하고, 이는 실제로 조대한 탄화물이 없고, 즉 0.1 ㎛ 보다 큰 크기를 가진 라스간 탄화물들의 단위 면적당 개수가 50000/mm2 이하가 되도록 된다.
다른 실시형태에 따라서, 켄칭되고 분할된 ("Q-P") 미세조직을 얻기 위해, 강판은 마르텐사이트 시작 온도 (Ms) 미만의 온도 (QT), 즉 Ms-5 ℃ 와 Ms-170 ℃ 사이의 온도로 냉각되고, 선택적으로 2 내지 8 초의 지속시간 동안 QT 에 유지된 후, 350 내지 550 ℃, 바람직하게는 350 내지 490 ℃ 의 온도 T4 까지 재가열되고, 철의 표면 재산화가 발생하지 않도록 분위기 A3 에서 30 내지 500 초 동안 소킹된다. 바람직하게는, 이러한 분위기는 2 내지 15 부피% 수소, 보다 바람직하게는 3 ~ 5 부피% 수소를 함유한다.
최종 미세조직은 통상적으로 잔류 오스테나이트의 3 ~ 20%, 분할된 마르텐사이트의 25% 초과, 즉 강의 공칭 C 함량보다 낮은 C 함량을 가진 템퍼링된 마르텐사이트를 함유한다.
강판은, 그 후에 온도 Tbm 에 유지되는 Zn 계 액체 금속욕에서 용융 도금 코팅된다. 이와 관련하여, Tbm-10 ℃ 와 Tbm+50 ℃ 의 온도를 가지는 강은 코팅될 액체 금속욕을 연속적으로 통과한다. 이러한 판들은 아연 또는 아연 합금 코팅된 판들이고, 이 아연 또는 아연 합금 코팅된 판들은 Zn 함량이 50 중량% 보다 높은 코팅을 나타낸다. 특히, 코팅은 "GI (Hot-Dip-Galvanized)" 에 의해, 또는 그 직후에 약 475 ~ 570 ℃ 에서의 열처리에 의해 수행되어, 코팅 중의 철의 확산을 야기하고 약 7 ~ 14% Fe 를 함유하는 "갈바닐링된 (galvannealed)" 또는 "GA" 코팅을 얻을 수 있다. 또한 전기도금 공정 또는 기상 증착 공정에 의해 획득되는 아연 또는 아연합금 코팅일 수 있다. Zn-합금은 또한 예컨대 Zn-3% Mg-3.7% Al, 또는 Zn-1.2% Al-1.2% Mg 코팅과 같은 Zn-Mg-Al 코팅일 수 있다.
갈바나이징된 코팅된 강판 (GI) 을 제조하기 위한 바람직한 실시형태에서, (원하는 미세조직, CFB 또는 Q-P 강에 따라서) T3 또는 T4 에서 소킹힌 후, 강판은 465 ℃ ± 20 ℃ 로 가열되고 460 ℃ ± 20 ℃ 에서 유지되는 0.15 ~ 0.40 wt% 알루미늄을 함유하는 액체 아연욕에서 용융 도금 갈바나이징된다. 갈바나이징 지속시간은 2 초 ~ 10 초이다.
갈바닐링된 코팅 (GA) 을 제조하기 위한 다른 바람직한 실시형태에서, 갈바나이징은 460 ℃ ± 20 ℃ 에서 유지된 0.10 ~ 0.17 wt% 알루미늄을 함유하는 액체 아연욕에서 수행된 다음에 475 ~ 570 ℃ 에서 코팅후 열처리된다.
아연 코팅은 또한 전기도금 방법을 통하여 강판에 도포될 수 있다. 이 공정에서 강판은 T3 또는 T4 온도에서 소킹한 후 실온으로 냉각된다. 이 강판은 그 후에 50 ~ 100 ℃ 로 유지되는 아연의 염화 또는 황산 기반 염들의 용액을 포함하는 전기 갈바나이징욕에 침지된다. 이 공정에서, 전류는 두 개의 애노드들을 통하여 흐르는 반면, 강판은 캐소드로서 작용한다.
아연 코팅은 또한 자체 공지된 기상 증착 방법에 의해 강판에 도포될 수 있다.
놀랍게도, 본 발명자들은 강판 공칭 조성이 전술한 특징에 대응할 때 그리고 Zn 또는 Zn 합금 코팅 바로 아래에 0 ~ 100 ㎛ 에 위치된 구역 D100 의 조성이 특정 특징을 나타낼 때, 높은 인장 강도 및 LME 균열에 대한 높은 저항의 조합이 얻어질 수 있음을 입증하였다. 이 구역 D100 은 강판의 2 개의 메인 표면들 각각에 존재함을 이해해야 한다. 이러한 구역에서 특정 특징은 어닐링 공정에서, 즉 Zn 또는 Zn 합금 코팅을 도포하기 전에 강 표면의 조성을 변경할 수 있게 하는 특정 온도, 주입 유량, 노 분위기, 지속시간 및 노점 범위에 의해 얻어진다. 따라서, 변형된 조성, 즉 탄소, 망간, 규소, 알루미늄 및 크롬을 가진 구역이 얻어진다. 이러한 구역의 평균 조성 및 이러한 구역내의 Mn 및 Si 의 구배는 공칭 강 조성, 온도 T1 및 T2, 유량 Q, T1 과 T2 에서의 소킹 종료 사이의 지속시간 tD 및 노 분위기에 의해 제어된다. 특히, 노점 DP2 및 T1 과 T2 사이의 산소 부분 압력은 구역의 성질 및 깊이에 강한 영향을 준다.
Zn 또는 Zn 합금 코팅 하의 구역 D100 에서, 강의 조성은 강 공칭 조성과 비교하여 상이하다. 이러한 특정 구역은 스폿 용접시 LME 균열에 대한 저항을 향상시킨다. Zn 욕에서 용융 도금하기 직전의 강판과 비교하여, 약 1 마이크로미터의 강판 표면이 액체 아연 합금욕과 반응하거나 액체 아연 합금욕에 용해되는 것으로 나타났다.
구역 D100 에서 C, Mn Si, Cr, Al 과 같은 원소들의 함량 프로파일 뿐만 아니라 이 구역에서의 이의 평균 함량, 각각: Cav(100), Siav(100), Mnav(100), Alav(100), Crav(100) 은 예를 들어 GDOES (Glow-Discharge Optical Emission Spectroscopy) 와 같은 그 자체가 공지된 기술에 의해 측정될 수 있다.
Cav(100) 은 이에 따라서 강판의 공칭 C 함량, Cnom 과 비교될 수 있다. 본 발명자들은, 어떠한 양의 탈탄 (decarburization) 이 D100 에 존재되어야 하고, 즉 Cav(100)/Cnom 이 LME 균열에 대한 저항을 향상시키도록 0.6 보다 작아야 함을 입증하게 되었다. 강판의 표면에서 C 의 이러한 구배를 생성하는 것에 더하여, 본 발명자들은, D100 에서 C 및 Si 가 Cav(100) + Siav(100)/32 < 0.21% 일 때, LME 저항이 효과적으로 얻어질 수 있음을 입증하게 되었다.
또한, D100 에 존재하는 원소들과 (100 ㎛ 보다 깊은 균열의 용접부 당 평균 개수로 측정함에 따라) LME 균열에 대한 저항을 상관시킴으로써, 본 발명자들은, 이 구역에서 조건: Cav (100)+ (Siav(100)/32) + (Mnav(100)/14) < 0.30% 을 규정하도록 D100 에서 C, Si 및 Mn 을 고려함으로써 보다 양호한 상관 계수가 얻어짐을 입증하게 되었다.
가장 엄격한 용접 조건들에서, 즉 높은 구속과 관련된 기하학적 형상에 의해 그리고 높은 용접 강도에 의해, C, Mn, Si, Al, Cr 은 LME 에 대한 최적의 저항을 얻기 위해서 모두 고려되어야 하고, 즉 이러한 원소들은 구역 D100 에서 하기의 조건을 충족해야 한다:
Cav(100) + (Siav(100)/32) + (Mnav(100)/14) - (Alav(100)/48) + (Crav(100)/11) < 0.34%
또한, 어닐링 조건은 구역 D100 에서 Mn 및 Si 에서의 구배를 형성하여, 이러한 원소들의 농도는 이 구역에서 변하며: Si 및 Mn 함량에서의 최소값 (각각 Simin 및 Mnmin) 은 Zn 코팅하에서 어떠한 거리 dSimin 및 dMnmin 에서 각각 경험된다.
본 발명자들은 다음과 같은 경우에 LME 균열에 대한 높은 저항이 얻어짐을 입증하였다: dSimin > 1 ㎛, 그리고 dSimin/(Simin/Sinom) > 4, Sinom 은 강의 공칭 Si 함량을 나타낸다.
Mn 에 대하여, 유사한 방식으로, 다음과 같은 경우에 LME 에 대한 높은 저항이 관찰된다: dMnmin > 1 ㎛, 그리고 dMnmin/(Mnmin/Mnnom) > 8, Mnnom 은 강의 공칭 Mn 함량을 나타낸다.
또한, 다수의 관찰 및 발견에 기초하여, 본 발명자들은 100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 2 개 이하의 액체 금속 취화 균열을 함유하는 저항 스폿 용접부들을 제조하기 위한 방법을 도출하였다. 현재의 상황에서, LME 균열을 경험할 때, 공칭 강 조성 또는 코팅들을 변형시키기 위한 시험이 수행된다. 하지만, 이러한 변형으로 인한 최종 개선은 일반성의 특성을 갖지 않을 수 있다: 예를 들어, 개선은 용접 조건 1 에 대해 중요할 수 있고 다른 강도를 가진 용접 조건 2 에 대해 덜 중요할 수 있다.
본 발명자들은, Imax 주위의 상이한 용접 강도값들에 대해 LME 저항 (100 ㎛ 보다 깊은 균열의 평균 개수에 의해 측정됨) 과 파라미터 CSI= Cav(100) + (Siav(100)/32) + (Mnav(100)/14) - (Alav(100)/48) + (Crav(100)/11) 사이의 상관관계를 확립하였고, 이는 저항 스폿 용접에서 액체 금속의 배출이 관찰되기 시작하는 강도이다. 이들은, 균열의 개수가 CSI 의 선형 함수이고 그리고 이 상관관계의 슬로프가 Imax 주위 범위의 어떠한 강도와 거의 동일하다는 것을 관찰하였다. 이러한 발견에 기초하여, 본 발명자들은 보다 용이하게 LME 문제를 개선하기 위해 다음의 방법을 상정하였다: 제 1 단계로서, TS > 900 MPa 를 가진 강 (1) 의 아연 또는 아연 합금 코팅된 판들이 제공되고, 두께는 0.5 내지 2.5 mm 이다. 이러한 강판들은 저항 스폿 용접에 의해 접합된다.
그 후, C1av(100), Si1av(100), Mn1av(100), Al1av(100), Cr1av(100) 이 측정되고, 이들의 함량은 아연 또는 아연 합금 코팅하에서 0 ~ 100 마이크로미터인 강 기재의 구역 D100 에서 C, Si, Mn, Al, Cr 의 평균 함량을 각각 나타낸다. 강 (1) 의 인자 CSI1 는 다음을 통하여 산출된다: CSI1= C1av(100) + (Si1av(100)/32) + (Mn1av(100)/14) - (Al1av(100)/48) + (Cr1av(100)/11)
그 후에 Imin ~ 1.1 Imax 의 강도 I1 로 적어도 10 개의 용접부들상에서 저항 스폿 용접이 수행되고, Imin 은 저항 스폿 용접부가 전단 인장 시험을 받을 때 인발 파괴가 관찰되는 최소 강도이며, Imax 는 저항 스폿 용접시에 액체 금속의 배출이 관찰되기 시작하는 강도이다.
그 후에, 적어도 10 개의 용접부들로부터 100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 LME 균열들의 평균 개수 Crack1av 가 측정된다. 결과가 만족스럽지 않으면, 즉 Crack1av 이 2 보다 크면, 본 발명자들은 요구사항들을 충족시킬 수 있는 강판을 신속하게 제공하는 방법을 도출하였다:
강 (1) 중 하나와 동일한 두께를 가진 TS > 900 MPa 인 제 2 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판 (2) 이 제공되고, 강 (1) 의 조성이 CSI2 < CSI1 - ((Crack1av - 2)/20) 이도록 선택되고:
CSI2= C2av(100) + (Si2av(100)/32)+(Mn2av(100)/14) - (Al2av(100)/48) +(Cr2av(100)/11)
C2av(100), Si2av(100), Mn2av(100), Al2av(100), Cr2av(100) 는 아연 또는 아연 합금 코팅하에서 0 ~ 100 마이크로미터인 강 (1) 기재의 구역 D100 에서 C, Si, Mn, Al, Cr 의 평균 함량을 각각 중량% 로 나타낸다. 그 후, 이 강 (1) 은 동일한 강도 I1 로 용접된다.
이러한 방법은 강 (1) 으로 제조된 스폿 용접부들이 만족스럽고 그리고 비용과 시간 소모적인 시험 및 시행 착오 테스트를 절감시킨다.
본 발명은 이제 제한적이지 않은 방식으로 이하의 예들에 의해 설명된다.
실시예 1:
1.4 내지 1.6 mm 범위의 두께를 갖는 냉간 압연된 강판이 제공되었으며, 공칭 조성은 A ~ F 로 언급되고, 표 1 에 보고되어 있다. 상기 조성의 잔부는 철 및 제련으로부터 기인하는 불가피한 불순물들이다. 특히, S, P 및 N 은 중량% 로 : S < 0.003%, P < 0.02%, N < 0.008% 이다.
가열시 오스테나이트로의 변태 개시 및 냉각시 마르텐사이트 변태 개시에 각각 대응하는 Ac1 및 Ms 온도가 또한 표 1 에 보고되어 있다.
Figure 112019129055398-pct00001
이러한 강판들은 상이한 어닐링 주기로 제출되었다. 표 2 는 이러한 상이한 조건들에서 분위기, 온도, 유속, 노점 및 온도 T1 및 T2 에서의 지속시간을 나타낸다. 따라서, 판 D3 는, 예를 들어 어닐링 조건 3 에 제출된 조성 D 로 냉간 압연된 강을 나타낸다.
조건들 2 ~ 5 에서, 온도 T1 에서 노의 주입은 110 ℃ 의 온도를 가진 수증기로 수행되었다.
A1 에서 철 산화가 발생하지 않는다.
어닐링 조건 1 에서, 강판 표면은 충분히 변형되지 않았으므로, 아래 표 4 및 표 5 에서 테스트 B1c, E1a, E1b 에서 볼 수 있는 바와 같이, LME 에 대한 높은 저항을 달성할 수 있게 하는 특정 표면 특징이 존재하지 않는다.
어닐링 조건 2 에서, 증기 주입, 하지만 0.05%/h 의 불충분한 증기 유량으로 수행되었다. 표 4 및 표 5 에서 테스트 A2c 및 C2d 에서 볼 수 있는 바와 같이, 분위기 A2 에서 CO 백분율 및 산소 부분 압력은 또한 높은 LME 저항을 달성하기에 불충분하였다.
어닐링 조건 3 ~ 5 에서, 수증기 주입은 본 발명의 조건에 따라 수행되었다.
T2 에서 소킹 후에, 강판 A ~ D 는 온도 T3 가 강 A 에 대해서 Ms+45 ℃, 강 B 에 대해서 Ms+90 ℃, 강 C 및 D 에 대해서 Ms+40 ℃ 가 될 때까지 10 ~ 400 ℃/s 의 냉각 속도로 냉각되었다. T2 에서의 유지 지속시간은 강 A, B 및 C ~ D 에 대해 각각 300 초, 40 초 및 360 초이다.
강 E 는 225 ℃ 의 온도 QT 로 냉각된 후, 90 초의 지속시간 동안 410 ℃ 의 온도 T4 까지 재가열되었다.
강 F 는 150 ℃ 의 온도 QT 로 냉각된 후, 120 초의 지속시간 동안 465 ℃ 의 온도 T4 까지 재가열되었다.
강판 A 및 C ~ F 는 순수 아연으로 전기도금 (EG) 되는 반면, 강 B 는 0.3% Al 및 0.4% Fe 를 함유하는 Zn 욕에서 용융 도금 갈바나이징 (GI) 되었다. 적용된 모든 코팅들은 7 ㎛ 의 유사한 두께를 가진다.
구역 D100 에서 C, Mn Si, Cr, Al 의 함량 변화 및 이러한 구역에서 이러한 원소들의 평균값 (각각: Cav(100), Siav(100), Mnav(100), Alav(100), Crav(100)) 은 GDOES (Glow-Discharge Optical Emission Spectroscopy) 에 의해 측정되었다.
강 A ~ D 로부터 획득된 판들의 미세조직은, 0.1 ㎛ 보다 큰 크기를 가진 라스간 탄화물들의 단위 면적당 개수가 50000/mm2 이하인, 12% 의 잔류 오스테나이트 및 50% 초과의 베이나이트를 함유한다. 강 E ~ F 에서 얻은 강의 미세조직은 3 ~ 20% 의 잔류 오스테나이트, 25% 초과의 분할된 마르텐사이트를 함유한다.
Figure 112019129055398-pct00002
강판은 표 3 에 따른 상이한 조건들에서 50 또는 60 HZ 의 교류 및 450 ~ 500 daN 의 전극력하에서 저항 스폿 용접되었다. 전극들은 강판에 수직으로 위치된다. D3d 는 예를 들어, 조건 d 에 따라 용접된, n°3 으로 언급된 조건에서 어닐링된 강 D 로 제조된 용접부를 나타낸다.
- 상이한 강도 값을 적용함으로써, 저항 스폿 용접부가 전단 인장 시험에 제출될 때 인발 파괴가 관찰되는 최소 강도인 Imin 및 저항 스폿 용접부에서 액체 금속의 배출이 관찰되기 시작하는 강도인 Imax 에 의해 규정된 적절한 용접 범위를 결정할 수 있다. 산업적 조건에서 강도의 선택은 종종 이 마지막 값 주위에서 이루어지는데, 이것이 높은 용접 인장 특성을 얻을 수 있게 하는 큰 용접 너겟 직경에 대응하기 때문이다. 본 경우에, 용접은 Imax 에서 그리고 배출 도메인 (expulsion domain) 중 약간 위에서, 즉 Imax+10% 에서 수행되었다. Imax 와 Imax+10% 사이의 강도를 갖는 용접이 LME 민감도를 증가시키지만, 이 조건은 산업적인 실무에서 일부 경우에 맞닥뜨릴 수 있다.
- 표 3 은 또한 용접 시퀀스를 보고한다: 예를 들어 12-2-12 는 용접 시퀀스가 전류가 흐르는 20 ms 의 12 주기 ("고온 주기") 다음에 전류가 흐르지 않는 20 ms 의 2 주기 ("차가운 주기") 및 마지막으로 전류가 흐르는 12 주기로 구성되는 것을 나타낸다.
- 2 개 또는 3 개의 판을 함께 용접하고 스택업 구성을 생성함으로써, 스택업 두께가 증가함에 따라 LME 균열에 대한 민감도가 높아진다. 이종 용접이 수행되고, 다른 강판은 0.032% C, 0.008% Si, 0.222% Mn, 0.052% Al, 0.039% Cr 및 0.012% N 을 포함하는 조성을 가진 연강이다. 연강은, 이 연강의 스폿 용접이 900 MPa 초과의 인장 응력을 가진 강보다 적절한 용접부들을 얻기 위해 더 높은 전류 레벨을 필요로 하기 때문에 선택된다. 이 높은 전류 레벨은 높은 열 입력을 유도하고, 결과적으로 고 저항 강의 용접 중에 더 많은 LME 균열을 유도한다. 따라서, 용접 조건의 열악함 (severity) 은 증가된다. 표 3 은 스택업의 총 두께를 보고하고 있다. 이러한 스택업들에서, 용접은 900 MPa 보다 높은 인장 강도를 가진 강판이 용접 전극과 접촉하는 하나의 표면을 갖도록 수행된다. 최종 균열은 판 표면에서 용접 전극에 의해 생성된 만입 구역에서 더욱 발생하기 쉽다.
Figure 112019129055398-pct00003
LME 로 인한 균열의 관찰 및 정량화는 다음의 조건들에서 수행되었다: 10 ~ 20 개의 용접부들의 하프-단면 절단 및 경면 연마 후, 용접부 섹션들은 10 ~ 1000 의 배율을 가진 광학 현미경을 통해 관찰되었다. 100 미크론 초과의 깊이를 가진 균열들의 개수는 각각의 용접부에 대해 측정되었고, 스폿 용접당 100 ㎛ 보다 더 깊은 LME 균열들의 평균 개수는 20 개의 일련의 용접부들에 대해 산출되었다.
I = Imax 로 용접하는 경우에 평균 균열 개수가 2 미만일 때 또는 Imax+10% 로 용접하는 경우에 평균 균열 개수가 2 이하일 때, LME 균열에 대한 높은 저항이 얻어진다.
표 4 및 표 5 에서는, GDOES 로부터 측정된 바와 같이, Zn 코팅하에서 구역 D100 에서 강 조성의 일부 특정 특징들과 관련하여, Imax 또는 Imax+10% 의 용접 조건에서 결정된 평균 LME 균열 개수를 나타낸다. 더욱이, 표 4 는 모재에서 측정된 최소 인장 강도를 보고한다.
Figure 112019129055398-pct00004
Figure 112019129055398-pct00005
표 4 로부터 명백한 바와 같이, 조성 및 어닐링 조건은 모든 경우들에서 높은 성형성 및 적어도 900 MPa 의 인장 강도를 가지는 Zn 또는 Zn 합금 코팅된 강판을 제조하는 것을 가능하게 하였다. 하지만, 이러한 판들은 LME 균열에 대해 동일한 저항을 갖지 않는다:
강판 D3, F4, E5 는 본 발명의 조건에 따라 제조되었다. 따라서, 구역 D100 에서 C, Mn, Si 및 Cr 의 평균 함량은 Imax+10% 에서 용접 조건에서도 LME 균열이 덜 발생하기 어려울 정도로 감소된다.
어닐링 조건은 Mn 및 Si 에서 구배를 가진 구역 D100 을 생성하였다. 표 5 는, 또한 이러한 강들에 대해서, Mn 및 Si 프로파일들이 Si 및 Mn 함량에서 최소의 위치가 Zn 코팅하에서 1 ㎛ 초과이고 dSimin/(Simin/Sinom) > 4 및 dMnmin/(Mnmin/Mnnom) > 8 임을 나타낸다. Zn 코팅으로부터 충분한 거리에 위치된, Si 및 Mn 이 충분히 고갈된 이러한 구역의 생성은, LME 저항을 향상시킬 수 있게 한다.
대조적으로, 판 B1, E1, A2, C2 의 어닐링 조건은 본 발명에 해당하지 않는다. 따라서, Si, Mn, Cr 및 Al 에서의 탈탄 및 조성 변형은 충분한 LME 저항을 얻기에 충분하지 않다.
따라서, 저항 스폿 용접에서 높은 기계적 특성 및 LME 균열에 대한 높은 저항성으로 인해, 본 발명에 따라 제조된 고강도 강판은 자동차용 구조 부품의 제조에 유리하게 사용될 수 있다.

Claims (19)

100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 용접부 당 평균 2 개 이하의 액체 금속 취화 균열들을 함유하는 저항 스폿 용접부들을 제조하기 위해, 900 MPa 보다 높은 인장 강도를 가진 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법으로서,
이하의 연속적인 단계들:
- 중량%로,
0.07% ≤ C ≤ 0.5%
0.3% ≤ Mn ≤ 5%
0.010% ≤ Al ≤ 1%
0.010% ≤ Si ≤ 2.45%
단, 0.35% ≤ (Si+Al) ≤ 2.5%
0.001% ≤ Cr ≤ 1.0%
0.001% ≤ Mo ≤ 0.5%
및 선택적으로,
0.005% ≤ Nb ≤ 0.1%
0.005% ≤ V ≤ 0.2%
0.005% ≤ Ti ≤ 0.1%
0.0001% ≤ B ≤ 0.004%
0.001% ≤ Cu ≤ 0.5%
0.001% ≤ Ni ≤ 1.0%
잔부로서 철 및 S < 0.003%, P < 0.02%, N < 0.008% 와 같은 내용물로, 제련으로 인한 불가피한 불순물들
을 포함하는 공칭 조성을 갖는 냉간 압연된 강판을 제공하는 단계,
- 철이 산화되지 않도록, 2 ~ 15 부피% 의 수소, 잔부로서 질소 및 불가피한 불순물들을 함유하는 분위기 A1 를 가진 노 구역에서, 550 ℃ ~ Ac1+50 ℃ 의 온도 T1 까지 상기 냉간 압연된 강판을 가열하는 단계,
- 노의 상기 분위기에 온도 T ≥ T1 에서 (0.07%/h × α) 보다 큰 주입 유량 Q 로 수증기 또는 산소로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 추가하여, -15 ℃ 와 철/철 산화물 평형 노점의 온도 (Te) 사이의 노점 DP2 을 가진 분위기 A2 를 얻는 단계로서, 상기 α 는 상기 원소가 수증기이면 1 이거나 상기 원소가 산소이면 0.52 이고, 상기 주입 유량 Q 는, 수증기 또는 산소의 주입 위치와 소킹 온도 T2 에서 가열된 노 섹션의 단부 사이의 노의 부피에 의해 나누어진 시간당 주입된 수증기 또는 산소의 부피인, 상기 분위기 A2 를 얻는 단계,
- 산소 부분 압력이 10-21 atm 보다 높고, 2 ~ 15 부피% 의 수소 및 0.1 부피% 초과의 CO 를 함유하는 질소의 분위기 A2 하의 노 구역에서, 상기 강판을 상기 온도 T1 에서부터 720 ℃ ~ 1000 ℃ 의 온도 T2 까지 가열하는 단계로서, 상기 온도 T1 에서부터 상기 온도 T2 에서의 소킹 종료까지 상기 강판을 가열하는 지속시간 tD 이 100 ~ 500 초인, 상기 가열하는 단계,
- T2 에서 상기 강판을 소킹하는 단계,
- 10 ~ 400 ℃/s 의 속도로 상기 강판을 냉각시키는 단계,
- 상기 강판을 아연 또는 아연 합금 코팅으로 코팅하는 단계
를 포함하는, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 노점 DP2 는 -10 ~ +20 ℃ 인, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 분위기 A2 는 0.2 부피% 초과의 CO 를 함유하는, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 온도 T2 는 750 ~ 900 ℃ 이고, 상기 분위기 A2 는 3 ~ 5 부피% 의 H2 를 함유하는, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 소킹하는 단계 후에, 상기 강판은 Ms ~ Ms+150 ℃ 의 온도 T3 로 냉각되고, 적어도 40 초 동안 T3 에서 유지되어, 탄화물이 없는 베이나이트 강판을 얻게 되는, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
제 5 항에 있어서,
상기 온도 T3 는 Ms+10 ℃ ~ Ms+150 ℃ 인, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각시키는 단계 후에, 상기 강판은 Ms-5 ℃ 와 Ms-170 ℃ 사이의 온도 QT 로 냉각되고, 선택적으로 2 ~ 8 초의 지속시간 동안 QT 로 유지된 후, 350 ~ 550 ℃, 또는 350 ~ 490 ℃ 의 온도 T4 까지 재가열되어, 분할된 마르텐사이트를 얻게 되는, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각시키는 단계 후에, 상기 강판의 미세조직은 20% 이하의 양의 잔류 오스테나이트를 함유하는, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅하는 단계는 용융 도금에 의해 수행되는, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 코팅하는 단계는 전기도금에 의해 수행되는, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
용접부 당 100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 평균 2 개 이하의 액체 금속 취화 균열들을 함유하는 저항 스폿 용접부들의 제조를 위한 900 MPa 초과의 인장 강도를 가진 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판으로서,
강 기재를 포함하고,
중량% 로:
0.07% ≤ C ≤ 0.5%
0.3% ≤ Mn ≤ 5%
0.010% ≤ Al ≤ 1%
0.010% ≤ Si ≤ 2.45%
단, 0.35% ≤ (Si+Al) ≤ 2.5%
0.001% ≤ Cr ≤ 1.0%
0.001% ≤ Mo ≤ 0.5%
및 선택적으로
0.005% ≤ Nb ≤ 0.1%
0.005% ≤ V ≤ 0.2%
0.005% ≤ Ti ≤ 0.1%
0.0001% ≤ B ≤ 0.004%
0.001 % ≤ Cu ≤ 0.5%
0.001% ≤ Ni ≤ 1.0%
잔부로서 철 및 S < 0.003%, P < 0.02%, N < 0.008% 과 같은 내용물로, 제련으로 인한 불가피한 불순물들
을 포함하는 공칭 조성을 갖고,
상기 아연 또는 아연 합금 코팅 바로 아래 0 ~ 100 마이크로미터에 구역 D100 이 있고, 상기 구역 D100 에서 평균 탄소 함량 Cav(100) 은 다음 식들을 만족시키며,
Cav(100)/Cnom < 0.6
Cav(100) 는 상기 구역 D100 에서의 C 의 평균 함량이고, Cnom 은 상기 강판의 공칭 C 함량이며,
Cav(100) + (Siav(100))/32 < 0.21%
Cav(100) 및 Siav(100) 는 각각 중량% 로 나타낸 상기 구역 D100 에서의 C 및 Si 의 평균 함량인, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판.
제 11 항에 있어서,
Cav(100) + (Siav(100)/32) + (Mnav(100)/14) < 0.30%
Cav(100), Siav(100) 및 Mnav(100) 는 각각 중량% 로 나타낸 상기 구역 D100 에서의 C, Si 및 Mn 의 평균 함량인, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판.
제 11 항에 있어서,
Cav(100) + (Siav(100)/32) + (Mnav(100)/14) - (Alav(100)/48) + (Crav(100)/11) < 0.34%
Cav(100), Siav(100), Mnav(100), Alav(100), Crav(100) 는 각각 중량% 로 나타낸 상기 구역 D100 에서의 C, Si, Mn, Al, Cr 의 평균 함량인, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판.
제 11 항에 있어서,
Mn 함량은 상기 구역 D100 에서 일정하지 않고,
dMnmin > 1 ㎛
dMnmin 는 상기 구역에서 Mn 함량이 최소값 Mnmin 이 되는 D100 에서의 깊이이고,
dMnmin/(Mnmin/Mnnom) > 8
Mnnom 은 강의 공칭 Mn 함량인, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판.
제 11 항에 있어서,
Si 함량은 상기 구역 D100 에서 일정하지 않고,
dSimin > 1 ㎛
dSimin 는 상기 구역에서 Si 함량이 최소값 Simin 이 되는 D100 에서의 깊이이고,
dSimin/(Simin/Sinom) > 4
Sinom 은 강의 공칭 Si 함량인, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판.
100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 2 개 이하의 액체 금속 취화 균열들을 함유하는 저항 스폿 용접부의 제조를 위한 방법으로서,
이하의 연속적인 단계들,
- 두께가 0.5 ~ 2.5 mm 인 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 2 개의 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판들을 제공하는 단계,
- 적어도 아연 또는 아연 코팅된 강판들을 부분적으로 중첩하는 단계,
- 중첩된 강판들의 외부측에 수직하게 배치된 전극들에 의해 350 ~ 500 daN 의 힘을 인가하는 단계,
- Imin ~ 1.10 Imax 의 강도 I 로 강판들을 용접하는 단계로서, Imin 은 저항 스폿 용접부가 전단 인장 시험을 받을 때 인발 파괴 (pullout failure) 가 관찰되는 최소 강도이며, Imax 는 저항 스폿 용접시에 액체 금속의 배출이 관찰되기 시작하는 강도인, 상기 강판들을 용접하는 단계
를 포함하는, 저항 스폿 용접부의 제조를 위한 방법.
100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 2 개 이하의 액체 금속 취화 균열들을 함유하는 저항 스폿 용접부의 제조를 위한 방법으로서,
이하의 연속적인 단계들,
- 두께가 0.5 ~ 2.5 mm 인 TS > 900MPa 를 가진 강 (1) 의 적어도 2 개의 아연 또는 아연-합금 코팅된 판들을 제공하는 단계,
- C1av(100), Si1av(100), Mn1av(100), Al1av(100), Cr1av(100) 를 측정하는 단계로서, 이들의 양은 아연 또는 아연 합금 코팅 아래 0 ~ 100 마이크로미터인 강 기재의 구역 D100 에서의 C, Si, Mn, Al, Cr 의 평균 함량을 각각 나타내는, 상기 측정하는 단계,
- 상기 강 (1) 의 인자 CSI1 를 산출하는 단계,
CSI1= C1av(100) + (Si1av(100)/32) + (Mn1av(100)/14) - (Al1av(100)/48) + (Cr1av(100)/11)
- Imin ~ 1.1 Imax 의 강도 I1 로 적어도 10 개의 용접부들에서 저항 스폿 용접을 수행하는 단계로서, Imin 은 저항 스폿 용접부가 전단 인장 시험을 받을 때 인발 파괴가 관찰되는 최소 강도이며, Imax 는 저항 스폿 용접시에 액체 금속의 배출이 관찰되기 시작하는 강도인, 상기 저항 스폿 용접을 수행하는 단계,
- 적어도 10 개의 용접부들로부터 100 ㎛ 이상의 깊이를 가진 액체 금속 취화 균열들의 평균 개수 Crack1av 를 측정하는 단계, Crack1av 이 2 보다 크면,
- 강 (1) 의 하나의 판과 동일한 두께를 가진 TS > 900 MPa 인 제 2 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판 (2) 을 제공하는 단계로서, 상기 강 (1) 의 조성은,
CSI2 < CSI1 - ((Crack1av - 2)/20)
이도록 선택되고, 여기서 CSI2= C2av(100) + (Si2av(100)/32) + (Mn2av(100)/14) - (Al2av(100)/48) + (Cr2av(100)/11)
C2av(100), Si2av(100), Mn2av(100), Al2av(100), Cr2av(100) 는 아연 또는 아연 합금 코팅아래 0 ~ 100 마이크로미터인 강 (1) 기재의 구역 D100 에서의 C, Si, Mn, Al, Cr 의 평균 함량을 각각 나타내는, 상기 강판 (2) 을 제공하는 단계,
- 상기 강도 I1 로 상기 강판 (2) 에 저항 스폿 용접을 수행하는 단계
를 포함하는, 저항 스폿 용접부의 제조를 위한 방법.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
아연 또는 아연 합금 코팅된 상기 강판은 자동차의 구조 부품들의 제조에 사용되는, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판을 제조하는 방법.
제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강판은 자동차의 구조 부품들의 제조에 사용되는, 아연 또는 아연 합금 코팅된 강판.
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