KR102489870B1 - 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품의 제조 방법 및 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품 - Google Patents

프레스 경화 레이저 용접된 강 부품의 제조 방법 및 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품 Download PDF

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Abstract

부품을 제조하는 방법으로서, 제 1 및 제 2 프리코팅된 시트 (1,2) 를 제공하는 단계, 블랭크 (15) 를 얻기 위해 제 1 및 제 2 프리코팅된 시트 (1, 2) 를 맞대기 용접하는 단계, 블랭크 (15) 를 열처리 온도로 가열하고 2 내지 10 분의 시간 동안 열처리 온도에 블랭크 (15) 를 유지하는 단계로서, 상기 열처리 온도는 용접 조인트 (22) 의 완전한 오스테나이트화 온도보다 적어도 10 ℃ 낮고 최소 온도 (Tmin) 보다 적어도 15 ℃ 높으며, 식(I),
Figure 112021107794353-pat00057
여기서 Ac3 (WJ) 는 용접 조인트 (22) 의 완전한 오스테나이트화 온도이고, 식 (II),
Figure 112021107794353-pat00058
여기서 TS1 및 Ts2 는 프레스 경화 후 가장 강한 기재 및 가장 약한 기재의 극한 인장 강도들이며, CFW 는 필러 재료의 탄소 함량이고, β 는 필러 재료의 비율이며, ρ 는 가장 약한 기재와 가장 강한 기재의 두께 사이의 비인, 상기 가열하고 유지하는 단계, 블랭크 (15) 를 부품으로 프레스 성형하는 단계, 및 냉각하는 단계를 포함한다.

Description

프레스 경화 레이저 용접된 강 부품의 제조 방법 및 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품{METHOD FOR PRODUCING A PRESS-HARDENED LASER WELDED STEEL PART AND PRESS-HARDENED LASER WELDED STEEL PART}
본 발명은 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품의 제조 방법 및 그리하여 얻어진 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품에 관한 것이다.
이러한 유형의 강 부품들은, 특히 자동차 산업에서, 보다 구체적으로 충돌 관리 부품들, 예를 들어 밀려들어감 방지 (anti-intrusion) 또는 충격 흡수 부품들, 구조적 부품들 또는 자동차들의 안전에 기여하는 부품들의 제조를 위해 사용된다.
이러한 유형의 부품들에 대해서, 자동차 제조업체에서는 용접 조인트가 용접된 강 부품의 가장 약한 영역을 구성해서는 안된다고 규정한다.
부식을 방지하기 위해, 이러한 용접된 강 부품들을 제조하는데 사용되는 강 시트들은 알루미늄 함유 욕에서 용융 코팅 (hot dip coating) 을 통하여 알루미늄계 프리코팅으로 프리코팅된다. 강 시트들이 임의의 사전 준비 없이 용접된다면, 알루미늄계 프리코팅은 용접 작업 중에 용융 금속 내에서 강 기재와 희석될 것이다. 알루미늄은 용융 금속의 완전한 오스테나이트화 온도를 증가시키는 경향이 있으므로, 종래의 열처리 온도를 사용하여 열간 성형 중에 오스테나이트로의 완전한 변태를 방지한다. 결과적으로, 열간 성형 공정 중에 발생하는 프레스 냉각 동안 용접 조인트에서 완전한 마르텐사이트 또는 베이나이트 미세조직을 얻는 것이 더 이상 가능하지 않을 수 있다.
더욱이, 용접 조인트의 완전한 오스테나이트화를 허용하는 더 높은 열처리 온도를 사용하는 것이 가능하지 않고, 이는 프레스 경화 부품의 스팟 용접성 및/또는 페인트의 접착성에 잠재적으로 부정적인 결과로 코팅의 과잉 합금화를 초래하기 때문이다.
이러한 상황에 직면하여, 이러한 프리코팅된 강 시트들로부터 부품들을 제조할 때, 종래의 열처리 온도를 사용하여 열간 성형 및 켄칭 후 용접 조인트에서 완전한 마르텐사이트 조직을 얻을 수 있도록 선행 기술에서 2 가지 유형의 방안들이 개발되었다.
특히, EP 2007545 에는, 용접 조인트에서 알루미늄의 총 함량을 현저히 감소시켜 프리코팅된 강 시트들의 모재에 근접한 완전한 오스테나이트화 온도를 얻기 위해, 프리코팅된 강 시트들의 용접 에지들에서 금속 합금의 표면층을 제거하는 제 1 방안이 개시되어 있다.
더욱이, EP 2 737 971, US 2016/0144456 및 WO 2014075824 에는, 용접 조인트에서의 알루미늄 존재에 대해 보상하고 이의 완전한 오스테나이트화 온도를 감소시켜 종래의 열처리 온도를 사용하여 열간 성형 및 켄칭 후 용접 조인트에서 완전한 마르텐사이트 조직을 얻기 위해, 탄소, 망간 또는 니켈과 같은 오스테나이트 안정화 원소들을 포함하는 필러 와이어를 사용하여 프리코팅된 강 시트들을 용접하는 제 2 방안이 개시되어 있다.
하지만, 이러한 방법들은 완전히 만족스럽지 않다.
실제로, 제 1 방안은 비교적 시간이 많이 걸린다. 더욱이, 제 2 방안은 열처리 후 용접 조인트에서 완전한 마르텐사이트 조직을 얻을 수 있도록, 비교적 많은 양의 오스테나이트 형성 원소들의 추가를 필요로 할 수도 있다. 이러한 추가는, 제조 비용을 증가시키고, 더욱이 만족스럽지 않은 용접 조인트 형상 또는 프리코팅된 강 시트들의 재료와 국부적으로 잔류 오스테나이트를 가질 위험이 있는 용접 조인트에서의 필러 와이어로부터의 재료 사이의 불균일한 혼합을 유발하는 문제를 발생시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 프레스 경화 후, 비교적 낮은 비용으로, 용접 조인트에서 심지어 비교적 높은 알루미늄 함량에 대해서도 만족스러운 충돌 성능 특성들을 갖는 부품들을 얻을 수 있도록 하는 2 개의 프리코팅된 시트들로부터 용접된 강 블랭크를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이러한 목적을 위해, 본 발명은 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 이하의 연속 단계들을 포함한다:
- 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트를 제공하는 단계로서, 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 각각은 강 기재를 포함하고, 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 중 적어도 하나는, 그의 주면들 중 적어도 하나에, 적어도 50 중량% 알루미늄을 포함하는 알루미늄 함유 프리코팅을 가지고,
상기 제 1 프리코팅된 강 시트는 제 1 두께를 가지고, 상기 제 2 프리코팅된 강 시트는 제 2 두께를 가지며,
상기 제 1 프리코팅된 강 시트의 기재는, 프레스 경화 후, 상기 제 2 프리코팅된 강 시트의 기재의, 프레스 경화 후 극한 인장 강도보다 엄밀하게 더 큰 극한 인장 강도를 가지고,
상기 제 1 프리코팅된 강 시트의, 프레스 경화 후 극한 인장 강도와 제 1 두께의 곱은 상기 제 2 프리코팅된 강 시트의 극한 인장 강도와 제 2 두께의 곱보다 엄밀하게 더 큰, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트를 제공하는 단계, 그 후
- 적어도, 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트를 맞대기 용접함으로써 얻어진 용접 조인트에서의 이론적인 평균 알루미늄 함량이 엄밀하게 1.25 wt.% 를 초과하면, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 중 적어도 하나의 용접될 에지 또는 용접 에지에서 적어도 하나의 주면상의 두께의 적어도 일부에 걸쳐 알루미늄 함유 프리코팅을 제거하여서, 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 그리하여 준비된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트를 맞대기 용접함으로써 얻어진 용접 조인트에서의 이론적인 평균 알루미늄 함량이 엄밀하게 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 인, 알루미늄 함유 프리코팅을 제거하는 단계,
- 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 사이에 용접 조인트를 얻음으로써 용접된 블랭크를 얻기 위해, 레이저 용접을 사용하여 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트를 맞대기 용접하는 단계로서, 상기 맞대기 용접하는 단계는 가능하다면 필러 재료의 사용을 포함하는, 상기 맞대기 용접하는 단계,
- 상기 용접된 블랭크를 열처리 온도로 가열하고 2 내지 10 분의 시간 동안 열처리 온도에서 상기 용접된 블랭크를 유지하는 단계로서, 상기 열처리 온도는 용접 조인트의 완전한 오스테나이트화 온도보다 적어도 10 ℃ 낮고 최소 온도 (Tmin) 보다 적어도 15 ℃ 높으며,
여기에서
Figure 112021107794353-pat00001
Ac3 (WJ) 는 용접 조인트의 완전한 오스테나이트화 온도 (℃) 이고, Al 은 용접 조인트의 알루미늄 함량 (wt.%) 이며,
Figure 112021107794353-pat00002
는 다음의 식을 사용하여 계산된 용접 조인트의 최대 임계간 페라이트 함량이고,
Figure 112021107794353-pat00003
,
여기서
TS1 은 프레스 경화 후 가장 강한 기재의 극한 인장 강도 (MPa) 이고,
TS2 는 프레스 경화 후 가장 약한 기재의 극한 인장 강도 (MPa) 이며,
CFW 는 필러 재료의 탄소 함량 (wt.%) 이고,
β 는 0 내지 1 인, 용접 풀에 추가된 필러 재료의 비율이며,
ρ 는 가장 약한 기재를 포함하는 프리코팅된 강 시트의 두께와 가장 강한 기재를 포함하는 프리코팅된 강 시트의 두께 사이의 비 (ρ= t2/t1) 인, 상기 용접된 블랭크를 가열하고 유지하는 단계,
- 상기 용접된 블랭크를 강 부품으로 프레스 성형하는 단계, 및
- 그리하여 형성된 강 부품을 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트의 기재들 사이의 가장 경화가능한 기재의 임계 마르텐사이트 또는 베이나이트 냉각 속도 이상의 냉각 속도로 냉각켜서 프레스 경화 용접된 강 부품을 얻는 단계.
본 방법의 특정 실시형태들에 따라서:
- 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트를 맞대기 용접함으로써 얻어진 용접 조인트에서 이론적인 평균 알루미늄 함량이 엄밀하게 1.25 wt.% 를 초과한다면,
- 그리고 선택적으로, 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트를 맞대기 용접함으로써 얻어진 용접 조인트에서 이론적인 평균 알루미늄 함량이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 이고, 보다 특히 엄밀하게 0.5 wt.% 를 초과한다면,
- 알루미늄 함유 프리코팅을 제거하는 단계가 수행되고:
가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트를 맞대기 용접함으로써 얻어진 용접 조인트에서 이론적인 평균 알루미늄 함량이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 이도록, 상기 단계가 수행되며;
- 가열 단계의 종료시에, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트의 기재들의 미세 조직이 완전히 오스테나이트화되고;
- 상기 제 1 프리코팅된 강 시트의 기재의 프레스 경화 후 극한 인장 강도와 상기 제 2 프리코팅된 강 시트의 기재의 프레스 경화 후 극한 인장 강도 사이의 비가 1.2 이상이며;
- 제 1 프리코팅된 강 시트의 기재의 탄소 함량이 제 2 프리코팅된 강 시트의 기재의 탄소 함량보다 적어도 0.05 wt.% 만큼 더 높고;
- 상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 각각은 그의 주면들 중 적어도 하나에 적어도 50 중량% 알루미늄을 포함하는 알루미늄 함유 프리코팅을 포함하며;
- 상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트는 그의 주면들 둘 다에 적어도 50 중량% 알루미늄을 포함하는 알루미늄 함유 프리코팅을 포함하고;
- 맞대기 용접시, 알루미늄 함유 프리코팅은 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 중 적어도 하나의 주면들 둘 다에, 예를 들어 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 각각에 일체로 유지되며;
- 상기 방법은, 맞대기 용접 전에, 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트를 맞대기 용접함으로써 얻어진 용접 조인트에서 이론적인 평균 알루미늄 함량이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 이더라도, 적어도 하나의 주면에서 적어도 두께의 일부에 걸쳐서 알루미늄 함유 프리코팅을 제거함으로써, 용접 조인트에 적어도 부분적으로 통합되도록 된, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 중 적어도 하나의 용접 에지를 준비하는 단계를 더 포함하고,
- 상기 방법은, 맞대기 용접 전에, 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트를 맞대기 용접함으로써 얻어진 용접 조인트에서 이론적인 평균 알루미늄 함량이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 이더라도, 적어도 하나의 주면에서 적어도 두께의 일부에 걸쳐서 알루미늄 함유 프리코팅을 제거함으로써, 용접 조인트에 적어도 부분적으로 통합되도록 된, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 중 적어도 하나의 용접 에지를 준비하는 단계를 더 포함하고, 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 그리하여 준비된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트를 맞대기 용접함으로써 얻어진 용접 조인트에서 이론적인 평균 알루미늄 함량이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 로 남도록 제거하는 단계를 수행하며;
- 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 중 적어도 하나에 대해서, 기재의 강은, 중량으로:
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%
B ≤ 0.010%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이고;
- 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 중 적어도 하나에 대해서, 기재의 강은, 중량으로:
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%
B ≤ 0.005%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이고;
- 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 중 적어도 하나에 대해서, 기재의 강은, 중량으로:
0.040% ≤ C ≤ 0.100%
0.70% ≤ Mn ≤ 2.00%
Si ≤ 0.50%
S ≤ 0.009%
P ≤ 0.030%
0.010% ≤ Al ≤0.070%
0.015% ≤ Nb ≤ 0.100%
Ti ≤ 0.080%
N ≤ 0.009%
Cu ≤ 0.100%
Ni ≤ 0.100%
Cr ≤ 0.2%
Mo ≤ 0.100%
Ca ≤ 0.006%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이고;
- 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 중 적어도 하나에 대해서, 기재의 강은, 중량으로:
0.06% ≤ C ≤ 0.100%
1.4% ≤ Mn ≤ 1.9%
0.2% ≤ Si ≤ 0.5%
0.010% ≤ Al ≤ 0.070%
0.04% ≤ Nb ≤ 0.06%
3.4xN ≤Ti ≤ 8xN
0.02% ≤ Cr ≤0.1%
0.0005% ≤ B ≤ 0.004%
0.001% ≤ S ≤ 0.009%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이고;
- 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 중 적어도 하나에 대해서, 기재의 강은, 중량으로:
0.24% ≤ C ≤ 0.38%
0.40% ≤ Mn ≤ 3%
0.10% ≤ Si ≤ 0.70%
0.015% ≤ Al ≤ 0.070%
0% ≤ Cr ≤ 2%
0.25% ≤ Ni ≤ 2%
0.015% ≤ Ti ≤ 0.10%
0% ≤ Nb ≤ 0.060%
0.0005% ≤ B ≤ 0.0040%
0.003% ≤ N ≤ 0.010%
0.0001% ≤ S ≤ 0.005%
0.0001% ≤ P ≤ 0.025%
를 포함하고,
티타늄 및 질소의 함량들은 이하의 관계식을 만족하고:
Ti/N > 3.42,
탄소, 망간, 크롬 및 규소 함량들은 다음의 관계식을 만족하며:
Figure 112021107794353-pat00004
,
상기 강은, 선택적으로:
0.05% ≤ Mo ≤ 0.65%
0.001% ≤ W ≤ 0.30%
0.0005% ≤ Ca ≤ 0.005%
중 하나 이상을 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불가피한 불순물들이며;
- 레이저 용접은 보호 가스, 특히 헬륨 및/또는 아르곤을 사용하여 수행되고;
- 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트는 상이한 두께를 가진다.
본 발명은 또한 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품에 관한 것으로서, 상기 강 부품은 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 제 2 코팅된 강 부품 부분을 포함하고,
각각의 코팅된 강 부품 부분은 강 기재를 포함하고, 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나는, 그의 주면들 중 적어도 하나에, 적어도 30 중량% 의 알루미늄을 포함하는 알루미늄 함유 코팅을 가지며,
상기 제 1 코팅된 강 부품 부분은 제 1 두께를 가지고, 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분은 제 2 두께를 가지며, 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분의 기재는 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분의 기재의 극한 인장 강도보다 엄밀하게 더 큰 극한 인장 강도를 가지고, 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분의 극한 인장 강도와 제 1 두께의 곱은 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분의 극한 인장 강도와 제 2 두께의 곱보다 엄밀하게는 더 크며;
상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분은 용접 조인트에 의해 결합되고, 상기 용접 조인트는 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 의 알루미늄 함량을 가지며, 상기 용접 조인트의 미세조직은 마르텐사이트 및/또는 베이나이트 및 15 % 내지 최대 임계간 페라이트 분율 - 5 % 의 임계간 페라이트의 분율을 포함하고, 상기 최대 임계간 페라이트 분율은 다음의 식을 사용하여 결정되며:
Figure 112021107794353-pat00005
,
여기서
TS1 은 프레스 경화 후 가장 강한 기재의 극한 인장 강도 (MPa) 이고,
TS2 는 프레스 경화 후 가장 약한 기재의 극한 인장 강도 (MPa) 이며,
β 는 0 내지 1 인, 용접 풀에 추가된 필러 재료의 비율이며,
CFW 는 필러 재료의 탄소 함량 (wt.%) 이고,
ρ 는 가장 약한 기재를 포함하는 코팅된 강 부품 부분의 두께와 가장 강한 기재를 포함하는 코팅된 강 부품 부분의 두께 사이의 비 (ρ= t2/t1) 이며,
상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나의 기재는 주로 마르텐사이트 및/또는 베이나이트 미세조직을 가진다.
강 부품의 특정 실시형태들에 따라서, 제 1 코팅된 강 부품 부분의 기재의 극한 인장 강도와 제 2 코팅된 강 부품 부분의 기재의 극한 인장 강도 사이의 비는 1.2 이상이고;
- 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나에 대해서, 기재의 강은, 중량으로:
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%
B ≤ 0.010%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이고;
- 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나에 대해서, 기재의 강은, 중량으로:
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%
B ≤ 0.005%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이고;
- 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나에 대해서, 기재의 강은, 중량으로:
0.040% ≤ C ≤ 0.100%
0.70% ≤ Mn ≤ 2.00%
Si ≤ 0.50%
S ≤ 0.005%
P ≤ 0.030%
0.010% ≤ Al ≤ 0.070%
0.015% ≤ Nb ≤ 0.100%
Ti ≤ 0.080%
N ≤ 0.009%
Cu ≤ 0.100%
Ni ≤ 0.100%
Cr ≤ 0.2%
Mo ≤ 0.100%
Ca ≤ 0.006%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이고;
- 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나에 대해서, 기재의 강은, 중량으로:
0.24% ≤ C ≤ 0.38%
0.40% ≤ Mn ≤ 3%
0.10% ≤ Si ≤ 0.70%
0.015% ≤ Al ≤ 0.070%
0% ≤ Cr ≤ 2%
0.25% ≤ Ni ≤ 2%
0.015% ≤ Ti ≤ 0.10%
0% ≤ Nb ≤ 0.060%
0.0005% ≤ B ≤ 0.0040%
0.003% ≤ N ≤ 0.010%
0.0001% ≤ S ≤ 0.005%
0.0001% ≤ P ≤ 0.025%
를 포함하고,
티타늄 및 질소의 함량들은 이하의 관계식을 만족하고:
Ti/N > 3.42,
탄소, 망간, 크롬 및 규소 함량들은 다음의 관계를 만족하며:
Figure 112021107794353-pat00006
,
상기 강은, 선택적으로:
0.05% ≤ Mo ≤ 0.65%
0.001% ≤ W ≤ 0.30%
0.0005 % ≤ Ca ≤ 0.005%
중 하나 이상을 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불가피 불순물이고;
- 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나에 대해서, 기재의 강은, 중량으로:
0.06% ≤ C ≤ 0.100%
1.4% ≤ Mn ≤ 1.9%
0.2% ≤ Si ≤ 0.5%
0.010% ≤ Al ≤ 0.070%
0.04% ≤ Nb ≤ 0.06%
3.4xN ≤ Ti ≤ 8xN
0.02% ≤ Cr ≤0.1%
0.0005% ≤ B ≤ 0.004%
0.001% ≤ S ≤ 0.009%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 단지 예로서 주어진 다음의 설명을 읽을 때 더 잘 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 방법의 용접 단계 시작의 개략적인 단면도이다.
도 2 는 용접 단계 종료시에 얻은 용접된 블랭크의 개략적인 단면도이다.
도 3 은 준비 단계 후 프리코팅된 강 시트의 사시도이다.
전체 특허 출원에서, 원소들의 함량들은 중량 백분율 (wt.%) 로 표시된다.
본 발명은 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 방법은 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 를 제공하는 제 1 단계를 포함한다.
각각의 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 는 2 개의 반대편의 주면들 (5, 6) 뿐만 아니라 2 개의 반대편의 주면들 (5, 6) 사이에서 하나의 주면 (5, 6) 에서 다른 주면으로 연장되는 적어도 하나의 측면 (13) 을 포함한다. 도 3 에 도시된 예에서, 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 은 4 개의 측면들 (13) 을 포함한다. 예를 들면, 측면들 (13) 은 주면들 (5, 6) 중 하나와 60° 내지 90°의 각도를 형성한다.
도 1 에 도시된 바와 같이, 각각의 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 는, 그의 주면들 중 적어도 하나에, 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 을 가진 금속 기재 (3, 4) 를 포함한다. 프리코팅 (7, 8) 은 기재 (3, 4) 상에 중첩되고 이 기재와 접촉한다.
금속 기재 (3, 4) 는 보다 구체적으로 강 기재이다.
기재 (3, 4) 의 강은 보다 구체적으로 페리토-펄라이트 미세조직을 갖는 강이다.
바람직하게, 기재 (3, 4) 는 열적 처리를 위해 의도된 강, 보다 구체적으로 프레스-경화가능한 강, 및 22MnB5 유형 강과 같은 예를 들면 망간-붕소 강으로 제조된다.
일 실시형태에 따라서, 기재 (3, 4) 의 강은, 중량으로:
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%
B ≤ 0.010%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이다.
보다 구체적으로, 기재 (3, 4) 의 강은, 중량으로:
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%
B ≤ 0.005%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이다.
대안예에 따라서, 기재 (3, 4) 의 강은, 중량으로:
0.040% ≤ C ≤ 0.100%
0.70% ≤ Mn ≤ 2.00%
Si ≤ 0.50%, 보다 특히 Si ≤0.30%
S ≤ 0.009%, 보다 특히 S ≤ 0.005%
P ≤ 0.030%
0.010% ≤ Al ≤0.070%
0.015% ≤ Nb ≤ 0.100%
Ti ≤ 0.080%
N ≤ 0.009%
Cu ≤ 0.100%
Ni ≤ 0.100%
Cr ≤ 0.2%
Mo ≤ 0.100%
Ca ≤ 0.006%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이다.
대안예에 따라서, 기재 (3, 4) 의 강은, 중량으로:
0.24% ≤ C ≤ 0.38%
0.40% ≤ Mn ≤ 3%
0.10% ≤ Si ≤ 0.70%
0.015% ≤ Al ≤ 0.070%
0% ≤ Cr ≤ 2%
0.25% ≤ Ni ≤ 2%
0.015% ≤ Ti ≤ 0.10%
0 % ≤ Nb ≤ 0.060%
0.0005% ≤ B ≤ 0.0040%
0.003% ≤ N ≤ 0.010%
0.0001% ≤ S ≤ 0.005%
0.0001% ≤ P ≤ 0.025%
를 포함하고,
티타늄 및 질소의 함량들은 이하의 관계식을 만족하고:
Ti/N > 3.42.
탄소, 망간, 크롬 및 규소 함량들은 다음의 관계를 만족하며:
Figure 112021107794353-pat00007
,
상기 강은, 선택적으로:
0.05% ≤ Mo ≤ 0.65%
0.001% ≤ W ≤ 0.30%
0.0005% ≤ Ca ≤ 0.005%
중 하나 이상을 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불가피한 불순물들이다.
대안예에 따라서, 기재 (3, 4) 의 강은, 중량으로:
0.06% ≤ C ≤ 0.100%
1.4% ≤ Mn ≤ 1.9%
0.2% ≤ Si ≤ 0.5%
0.010% ≤ AI ≤ 0.070%
0.04% ≤ Nb ≤ 0.06%
3.4xN ≤ Ti ≤ 8xN
0.02% ≤ Cr ≤ 0.1%
0.0005% ≤ B ≤ 0.004%
0.001% ≤ S ≤ 0.009%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이다.
기재 (3, 4) 는, 원하는 두께에 따라서, 열간 압연에 의해서 및/또는 냉간 압연 후에 어닐링에 의해서, 또는 임의의 다른 적절한 방법에 의해서 얻어질 수도 있다.
기재 (3, 4) 는, 유리하게는 0.6 mm 내지 5 mm, 보다 특히 0.8 mm 내지 5 mm, 보다 더 특히 1.0 mm 내지 2.5 mm 의 두께를 가진다.
일 예에 따라서, 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 기재 (3) 의 두께는 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 의 두께와 상이하다.
대안예에 따라서, 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (3, 4) 는 동일한 두께를 가진다.
본원에 따라서, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 기재 (3) 는, 프레스 경화 후, 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 의, 프레스 경화 후 극한 인장 강도 (Ts2) 보다 엄밀하게 더 큰 극한 인장 강도 (Ts1) 를 가진다.
이와 관련하여, "프레스 경화 후" 는 고려된 강 기재의 완전한 오스테나이트화 온도 (Ac3) 이상의 온도로 가열한 후, 열간 프레스 성형한 후 냉각하여, 초기 상태와 비교하여 경화를 얻는 것을 의미한다.
예를 들어, 프레스 경화 후 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 기재 (3) 의 극한 인장 강도 (Ts1) 는 1400 MPa 내지 1600 MPa 또는 1700 MPa 내지 2000 MPa 이다.
예를 들어, 프레스 경화 후 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (3) 의 극한 인장 강도 (Ts2) 는 500 MPa 내지 700 MPa 또는 1000 MPa 내지 1200 MPa 이다.
예를 들어, 프레스 경화 후 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 기재 (3) 의 극한 인장 강도 (Ts1) 와 프레스 경화 후 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 의 극한 인장 강도 (Ts2) 사이의 비 (
Figure 112021107794353-pat00008
) 는 1.2 이상, 보다 특히 1.4 이상이다.
더욱이, 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 는 제 1 두께 (t1) 를 가진다. 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 는 제 1 두께 (t2) 를 가진다.
두께들 (t1, t2) 은, 예를 들어 0.6 mm 내지 5 mm, 보다 특히 0.8 mm 내지 5 mm, 보다 더 특히 1.0 mm 내지 2.5 mm 이다.
일 실시형태에 따라서, 두께들 (t1 및 t2) 은 동일하다. 대안예에 따라서, 두께들 (t1 및 t2) 은 상이하다.
제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 극한 인장 강도 (Ts1) 와 제 1 두께 (t1) 의 곱은 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 극한 인장 강도 (Ts2) 와 제 2 두께 (t2) 의 곱보다 엄밀하게 더 크다.
특히, 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 기재들 (3, 4) 의 조성은 전술한 조성 중에서 선택된다.
예를 들어, 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 기재 (3) 의 강은, 중량으로:
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%
B ≤ 0.005%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이고,
다른 예에 따라서, 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 기재 (3) 의 강은, 중량으로:
0.24% ≤ C ≤ 0.38%
0.40% ≤ Mn ≤ 3%
0.10% ≤ Si ≤ 0.70%
0.015% ≤ Al ≤ 0.070%
0% ≤ Cr ≤ 2%
0.25% ≤ Ni ≤ 2%
0.015% ≤ Ti ≤ 0.10%
0 % ≤ Nb ≤ 0.060%
0.0005% ≤ B ≤ 0.0040%
0.003% ≤ N ≤ 0.010%
0.0001% ≤ S ≤ 0.005%
0.0001% ≤ P ≤ 0.025%
를 포함하고,
티타늄 및 질소의 함량들은 이하의 관계식을 만족하고:
Ti/N > 3.42.
탄소, 망간, 크롬 및 규소 함량들은 다음의 관계를 만족하며:
Figure 112021107794353-pat00009
,
상기 강은 선택적으로 이하의 원소들 중 하나 이상을 포함하고:
0.05% ≤ Mo ≤ 0.65%
0.001% ≤ W ≤ 0.30%
0.0005 % ≤ Ca ≤ 0.005%
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불가피한 불순물들이다.
예를 들어, 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 의 강은, 중량으로:
0.040% ≤ C ≤ 0.100%
0.70% ≤ Mn ≤ 2.00%
Si ≤ 0.50%, 보다 특히 Si ≤ 0.30%,
S ≤ 0.009%, 보다 특히 S ≤ 0.005%
P ≤ 0.030%
0.010% ≤ Al ≤0.070%
0.015% ≤ Nb ≤ 0.100%
Ti ≤ 0.080%
N ≤ 0.009%
Cu ≤ 0.100%
Ni ≤ 0.100%
Cr ≤ 0.2%
Mo ≤ 0.100%
Ca ≤ 0.006%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이다.
다른 예에 따라서, 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 의 강은, 중량으로:
0.06% ≤ C ≤ 0.100%
1.4% ≤ Mn ≤ 1.9%
0.2% ≤ Si ≤ 0.5%
0.010% ≤ Al ≤ 0.070%
0.04% ≤ Nb ≤ 0.06%
3.4xN ≤ Ti ≤ 8xN
0.02% ≤ Cr ≤0.1%
0.0005% ≤ B ≤ 0.004%
0.001% ≤ S ≤ 0.009%
를 포함하고,
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이다.
바람직하게는, 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 기재 (3) 의 탄소 함량이 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 의 탄소 함량보다 적어도 0.05 wt.% 더 높다.
본 발명에 따라서, 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 중 적어도 하나에 대해서, 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 은 적어도 50 중량% 의 알루미늄을 포함한다.
바람직하게는, 프리코팅 (7) 은 용융 코팅에 의해서, 즉 용융 금속의 욕 내로 기재 (3, 4) 를 침지함으로써 얻어진다. 이러한 경우에, 도 1 에 도시된 바와 같이, 프리코팅 (7, 8) 은 기재 (3, 4) 와 접촉하는 적어도 금속간 합금층 (9, 10) 을 포함한다.
금속간 합금층 (9, 10) 은 적어도 철 및 알루미늄을 포함하는 금속간 화합물을 포함한다. 금속간 합금층 (9, 10) 은, 특히 욕의 용융 금속과 기재 (3, 4) 사이의 반응에 의해 형성된다. 보다 구체적으로는, 금속간 합금층 (9, 10) 은 Fex-Aly 유형, 및 보다 특히 Fe2Al5 의 금속간 화합물들을 포함한다.
도 1 에 도시된 예에서, 프리코팅 (7, 8) 은 금속간 합금층 (9, 10) 의 최상단으로 연장되는 금속 합금층 (11, 12) 을 더 포함한다. 금속 합금층 (11, 12) 은 욕 중의 용융 금속의 조성에 근접한 조성을 갖는다. 이는 용융 코팅 중에 용융 금속 욕을 통하여 이동함에 따라 시트에 의해 멀리 운반되는 용융 금속에 의해 형성된다.
금속 합금층 (11, 12) 은, 예를 들어 알루미늄 층 또는 알루미늄 합금층 또는 알루미늄계 합금층이다.
이와 관련하여, 알루미늄 합금은 50 중량% 초과의 알루미늄을 포함하는 합금을 지칭한다. 알루미늄계 합금은, 중량으로, 알루미늄이 주요 원소인 합금이다.
예를 들면, 금속 합금층 (11, 12) 은 규소를 더 포함하는 알루미늄 합금층이다. 보다 구체적으로는, 금속 합금층 (11, 12) 은, 중량으로:
- 8% ≤ Si ≤ 11%,
- 2% ≤ Fe ≤ 4%
를 포함하고,
잔부는 알루미늄 및 가능한 불순물들이다.
금속 합금층 (11, 12) 은, 예를 들면, 19 ㎛ 내지 33 ㎛ 또는 10 ㎛ 내지 20㎛ 의 두께를 가진다.
프리코팅 (7, 8) 이 금속 합금층 (11, 12) 을 포함하는 도 1 에 도시된 예에서, 금속간 합금층 (9, 10) 의 두께는 일반적으로 몇 마이크로미터 정도이다. 특히, 상기 금속간 합금층의 평균 두께는 통상적으로 2 내지 7 마이크로미터이다.
용융 코팅에 의해 얻어진 금속 합금층 (11, 12) 및 금속간 합금층 (9, 10) 을 포함하는 프리코팅 (7, 8) 의 특정 조직은, 특히 특허 EP 2 007 545 에 개시되어 있다.
다른 실시형태에 따라서, 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 은 단지 전술한 바와 같이 금속간 합금층 (9, 10) 만을 포함한다. 이러한 경우에, 금속간 합금층 (9, 10) 의 두께는, 예를 들면 10 ㎛ 내지 40 ㎛ 이다. 금속간 합금층 (9, 10) 으로 이루어지는 이러한 프리코팅 (7, 8) 은, 예를 들면 전술한 바와 같이 금속간 합금층 (9, 10) 및 금속 합금층 (11, 12) 을 포함하는 프리코팅 (7, 8) 이 사전 합금화 처리를 받음으로써 얻어질 수 있다. 이러한 사전 합금화 처리는 프리코팅 (7, 8) 의 두께의 적어도 일부에 걸쳐 기재 (3, 4) 와 프리코팅 (7, 8) 을 합금화하도록 선택된 유지 시간 동안 그리고 온도에서 실행된다.
보다 구체적으로는, 사전 합금화 처리는 다음의 단계들: 620 ℃ 내지 1000 ℃ 의 사전 합금화 온도로 시트를 가열하는 단계 및 사용된 처리 온도에 따라서 몇 분 내지 몇 시간의 시간 동안 이러한 온도에 사전 합금화된 시트를 유지하는 단계를 포함한다. 이러한 경우에, 금속간 합금층 (9, 10) 은 상이한 금속간 하위층들, 예를 들면 Fe2Al5, FeAl3, FeAl, Fe6Al12Si5 및 FeAl3 하위층들로 자체적으로 구성될수 있다.
유리하게는, 도 1 에 도시된 바와 같이, 기재 (3, 4) 에는 그의 주면 둘 다에 전술한 바와 같이 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 이 제공된다.
제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 는 동일한 프리코팅 (7, 8) 을 지닐 수도 있다.
대안으로, 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 프리코팅 (7, 8) 은 상이한 조성을 가질 수도 있다.
가능하다면 필러 재료를 사용하여, 전술한 제 1 프리코팅된 강 시트와 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 사이의 맞대기 용접에 의해 얻어진 용접 조인트 (22) 에서 알루미늄의 이론적인 평균 함량 (
Figure 112021107794353-pat00010
) 은 그 후에 결정된다.
필러 재료가 사용되도록 의도되는 경우에, 필러 재료는 바람직하게는 0.05 wt.% 이하의 알루미늄 함량을 가진 강 기재의 필러 재료이다.
이러한 결정은 당업자에게 알려진 임의의 방식으로 수행된다.
예를 들어, 용접 조인트 (22) 에서 알루미늄의 이론적인 평균 함량은 다음의 식을 사용하여 결정될 수 있고:
Figure 112021107794353-pat00011
,
여기서
Figure 112021107794353-pat00012
는 용접 조인트 (22) 에서 알루미늄의 이론적인 평균 함량 (wt.%) 이고,
Alcoating 은 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 에서 평균 알루미늄 함량 (wt.%) 이며,
Mc 는 2 개의 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 각각에 대한 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 의 단위 면적당 중량 (g/㎡) 이고,
β 는, 0 내지 1 인, 용접 풀에 선택적으로 추가된 강 기재의 필러 재료의 비율이며, 여기서 β 는 용접 풀에 필러 재료가 추가되지 않는 경우에 0 이며,
t1 은 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 두께 (mm) 이고,
t2 는 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 두께 (mm) 이다.
상기 식은, 필러 재료가 0.05 wt.% 이하의 알루미늄 함량을 포함하는 한, 필러 재료가 사용되는 경우에도 사용될 수도 있다.
상기 식은, 기재들 (3, 4) 의 알루미늄 함량이 0.05 wt.% 이하인 한, 기재들 (3, 4) 이 알루미늄을 포함하는 경우에도 추가로 사용될 수도 있다.
용접 풀에 선택적으로 추가되는 강 기재의 필러 재료의 비율 (β) 는, 예를 들어 0 내지 0.5, 즉 비율이 백분율로 표시될 때 0 % 내지 50 % 이다.
용접 조인트 (22) 에서 알루미늄의 이론적인 평균 함량 (
Figure 112021107794353-pat00013
) 이 엄밀하게 1.25 wt.% 보다 큰 경우에, 본 발명에 따른 방법은, 준비한 후, 용접 조인트에서 알루미늄의 이론적인 평균 함량 (
Figure 112021107794353-pat00014
) 이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 이도록 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 중 적어도 하나의 용접 에지 (14) 를 준비하는 단계를 더 포함한다.
보다 구체적으로는, 고려되는 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 용접 에지 (14) 는, 다른 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 에 용접되도록 의도된 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 에지이다.
도 3 에 보다 구체적으로 도시된 바와 같이, 용접 에지 (14) 는 맞대기 용접 중에 용접 조인트 (22) 에 적어도 부분적으로 통합되도록 의도된 프리코팅된된 강 시트 (1, 2) 의 주변 부분을 포함한다. 보다 구체적으로는, 용접 에지 (14) 는 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 측면 (13) 과, 이러한 측면 (13) 으로부터 연장되고 프리코팅 (7, 8) 의 일부 및 기재 (3, 4) 의 일부를 포함하는 프리코팅된 시트 (1, 2) 의 일부를 포함한다.
보다 구체적으로는, 용접 에지 (14) 를 준비하는 단계는, 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 중 적어도 하나의 적어도 하나의 주면 (5, 6) 상의 두께의 적어도 일부에 걸쳐 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 을 제거하는 단계를 포함한다. 프리코팅 (7, 8) 은, 용접 에지 (14) 에서 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 측면 (13) 으로부터 연장되는 제거 구역 (18) 에 걸쳐 제거된다. 제거 구역 (18) 은 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 측면 (13) 으로부터 0.5 mm 내지 2 mm 의 폭에 걸쳐 연장될 수도 있다. 그리하여 준비된 프리코팅된 강 시트 (1) 의 예가 도 3 에 도시되어 있다.
이러한 제거는 바람직하게는 레이저 빔을 사용하여 수행된다.
유리하게는, 제거 구역 (18) 에서, 금속 합금층 (11, 12) 은 제거되지만, 금속간 합금층 (9, 10) 은 그 두께의 적어도 일부에 걸쳐 유지된다.
보다 구체적으로는, 제거 구역 (18) 에서, 금속 합금층 (11, 12) 은 제거되지만, 금속간 합금층 (9, 10) 은 그대로 유지된다.
잔류 금속간 합금층 (9, 10) 은 용접 조인트 (22) 에 바로 인접한 용접된 블랭크의 영역들을 후속의 열간 성형 단계 동안 산화 및 탈탄으로부터 그리고 사용 동안 부식으로부터 보호한다.
도 3 에 도시된 예에서, 금속 합금층 (11, 12) 은 용접 에지 (14) 에서 제거 구역 (18) 에 걸쳐 제거되어, 금속간 합금층 (9, 10) 을 그대로 남겨둔다.
특히, 제거되는 프리코팅 (7, 8) 의 일부 뿐만 아니라 프리코팅 (7, 8) 이 제거될 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 의 주면들의 개수는, 제거 후 용접 조인트 (22) 에서 알루미늄의 이론적인 평균 함량 (
Figure 112021107794353-pat00015
) 이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 이 되도록 된다.
특히, 프리코팅 (7, 8) 은 다음의 위에서 그 두께의 적어도 일부에 걸쳐 제거될 수도 있다:
- 제 1 프리코팅된 강 시트 또는 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 하나의 주면 (5, 6) 에서만 또는
- 총 2 개의 주면들에서, 예를 들어 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 각각의 하나의 주면 (5, 6) 에서만 또는 제 1 프리코팅된 강 시트 또는 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 중 오직 하나의 2 개의 주면들 (5, 6) 에서; 또는
- 총 3 개의 주면들 (5, 6) 에서, 즉 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 중 일방의 2 개의 주면들 (5, 6) 및 타방의 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 오직 하나의 주면 (5, 6) 에서; 또는
- 총 4 개의 주면들 (5, 6) 에서, 즉 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 중 2 개의 주면들 (5, 6) 에서.
가능하다면 0.05 wt.% 이하의 알루미늄 함량을 가진 필러 재료를 사용하여, 제공하는 단계에서 제공된 제 1 프리코팅된 강 시트와 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 사이의 맞대기 용접에 의해 얻어진 용접 조인트 (22) 에서 이론적인 평균 알루미늄 함량이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 인 경우에, 특히 프리코팅 (7, 8) 을 미리 제거하지 않고 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 에 용접을 수행한다. 보다 구체적으로는, 이러한 경우에, 적어도 용접 에지들 (14) 에서 프리코팅 (7, 8) 이 그대로인 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 와 용접이 수행된다.
선택적으로, 가능하다면 0.05 wt.% 이하의 알루미늄 함량을 가진 필러 재료를 사용하여, 제공하는 단계에서 제공된 제 1 프리코팅된 강 시트와 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 사이의 맞대기 용접에 의해 얻어진 용접 조인트 (22) 에서 이론적인 평균 알루미늄 함량 (
Figure 112021107794353-pat00016
) 이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.%, 보다 특히 엄밀하게는 0.5 wt.% 초과인 경우에도, 프리코팅 (7, 8) 은 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 중 적어도 하나의 적어도 하나의 주면 (5, 6) 에서, 예를 들어 2 개의 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 중 적어도 하나의 오직 하나의 주면 (5, 6) 에서, 용접 에지 (14) 에서의 두께의 적어도 일부에 걸쳐 제거될 수 있다. 예를 들어, 프리코팅 (7, 8) 은 2 개의 프리코팅 된 강 시트들 (1, 2) 각각의 오직 하나의 주면 (5, 6) 에서 용접 에지 (14) 에서의 두께의 적어도 일부에 걸쳐 제거된다. 이러한 선택적인 제거 단계는, 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 그리하여 준비된 제 1 프리코팅된 강 시트 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 를 용접함으로써 얻어진 용접 조인트 (22) 에서 이론적인 평균 알루미늄 함량 (
Figure 112021107794353-pat00017
) 이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 이도록 수행된다.
특히, 이러한 제거는, 후속의 열처리에 사용된 열처리 온도 (Tt) 를 더욱 더 낮추기 위해 수행될 수도 있고, 열처리 온도 (Tt) 는 후술하는 바와 같이 결정된다. 실제로, 용접 조인트 (22) 의 오스테나이트화 온도 (Ac3 (WJ)) 는 알루미늄 함량이 감소함에 따라 감소한다. 특히, 이러한 선택적인 제거 단계는, 제거하지 않은 상태에서 결정된 열처리 온도 (Tt) 가 엄밀하게는 950 ℃ 초과인 경우에 수행될 수도 있다. 실제로, 양호한 도장성과 용접성을 유지하기 위해서는, 950 ℃ 이하의 열처리 온도 (Tt) 를 사용하는 것이 바람직하다.
용접 조인트 (22) 에서 이론적인 평균 알루미늄 함량 (
Figure 112021107794353-pat00018
) 의 결정 후 그리고 필요하거나 원한다면 준비 단계 후, 본 방법은 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 사이에 용접 조인트 (22) 를 얻기 위해 그리하여 용접된 강 블랭크 (15) 를 얻기 위해서, 레이저 용접을 사용하여 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 를 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 에 맞대기 용접하는 단계를 더 포함한다.
용접 조인트 (22) 는 0.5 내지 1.25 wt.% 의 알루미늄 함량을 가진다.
일 실시형태에 따라서, 용접 단계는 필러 재료의 사용을 포함한다.
필러 재료는 유리하게는 0.05 wt.% 이하의 알루미늄 함량을 가진 강 기재의 필러 재료이다. 필러 재료는 코팅에서 알루미늄을 희석하기 위해 낮은 함량의 알루미늄을 가진다.
예를 들어, 필러 재료는 프리코팅 (7, 8) 으로부터 알루미늄의 페라이트 형성 및/또는 금속간 화합물 형성 영향을 부분적으로 밸런싱하기 위해 오스테나이트 형성 원소들을 더 포함한다.
필러 재료는, 예를 들어 필러 와이어 또는 분말이다.
용접 풀에 추가된 필러 재료의 비율은, 예를 들어 0 내지 0.5 이다.
일 예에 따라서, 필러 와이어는 중량으로 다음의 조성을 가진다:
0.1% ≤ C ≤ 1.2%
0.01% ≤ Mn ≤ 10%
0.02% ≤ Ni ≤ 7%
0.02% ≤ Cr ≤ 5%
0.01% ≤ Si ≤ 2%
선택적으로:
미량 ≤ Mo ≤ 1%
미량 ≤ Ti ≤ 0.1%
미량 ≤ V ≤ 0.1%
미량 ≤ B ≤ 0.01%
미량 ≤ Nb ≤ 0.1%
미량 ≤ Al ≤ 0.05%
잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불가피한 불순물들이다.
특정 예들에 따라서, 필러 재료는 하기 표 1 에 기재된 조성물들 (W1, W2 또는 W3) 중 하나를 가질 수 있다.
[표 1]
Figure 112021107794353-pat00019
이러한 모든 조성물들에서, 함량은 중량 백분율로 표시된다.
더욱이, 각각의 조성물에 대해서, 조성물의 잔부는 철 및 불가피한 불순물이다.
상기 표 1 에서, "-" 은 조성물이 최대로 미량의 원소를 포함한다는 것을 의미한다.
변형예에 따라서, 용접 단계는 자가 용접 단계이고, 이는 용접이 필러 재료를 사용하지 않고 수행됨을 의미한다. 이러한 경우에, 용접 조인트 (22) 의 조성은 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 기재들 (3, 4) 의 조성 및 용접 조인트 (22) 에 포함된 프리코팅 (7, 8) 의 양에만 의존한다.
용접 작업은 2 개의 시트들 (1, 2) 사이의 접합부에서 용접 조인트 (22) 를 형성하게 한다.
용접 단계는 레이저 빔 (24) 이 2 개의 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 사이의 접합부를 향해 지향되는 레이저 용접 단계이다.
레이저 용접 단계는, 예를 들면 CO2 레이저 또는 고체 (solid state) 레이저 또는 반도체 레이저를 사용하여 수행된다.
레이저 공급원는 바람직하게 고출력 레이저 공급원이다. 이는, 예를 들어 10 마이크로미터의 파장을 갖는 CO2 레이저, 1 마이크로미터의 파장을 갖는 고체 레이저 공급원, 또는 반도체 레이저 공급원, 예를 들어 0.8 내지 1 마이크로미터의 파장을 갖는 다이오드 레이저 중에 선택될 수도 있다.
레이저의 출력은 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 두께에 따라서 선택된다. 특히, 출력은 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 의 용접 에지들 (14) 의 융합 뿐만 아니라 용접 조인트 (22) 에서 충분한 혼합이 되도록 선택된다. CO2 레이저에 대해서, 레이저 출력은 예를 들면 3 내지 12 kW 이다. 고체 레이저 또는 반도체 레이저에 대해서, 레이저 출력은 예를 들면 2 내지 8 kW 이다.
레이저 빔 (24) 의 직경은, 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 에 대한 충돌 지점 (26) 에서 레이저 공급원들 유형의 둘 다에 대해서 약 600 ㎛ 일 수도 있다.
용접 단계 중에, 용접은 예를 들면 보호 분위기 하에서 수행된다. 이러한 보호 분위기는, 특히 용접이 수행되는 영역의 산화 및 탈탄, 용접 조인트 (22) 에서 질화붕소의 형성 및 수소 흡수로 인한 가능한 냉간 균열을 방지한다.
보호 분위기는, 예를 들면 비활성 가스 또는 비활성 가스들의 혼합물에 의해 형성된다. 비활성 가스들은 헬륨 또는 아르곤 또는 이들 가스들의 혼합물일 수도 있다.
용접은 레이저 빔을 열원으로서만 사용하여 수행될 수도 있다.
선택적으로, 레이저 용접 단계는, 레이저 빔에 추가로, 예를 들어 전기 아크 또는 유도 가열과 같은 추가적인 열원을 포함한다. 이러한 추가적인 열원은 용접 조인트 (22) 를 형성하기 위해 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 에지들을 용융시키는데 기여한다.
선택적으로, 용접 단계는 도 1 에서 점선으로 도시한 바와 같이 필러 와이어 (20) 의 사용을 포함한다. 이러한 경우에, 레이저 빔 (24) 은 추가적으로 레이저 빔 (24) 의 충돌 지점 (26) 에서 필러 와이어 (20) 를 용융시키도록 구성된다.
이러한 용접 단계 중에, 2 개의 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 의 대면하는 용접 에지들 (14) 사이의 거리는, 예를 들면 0.3 mm 이하, 보다 구체적으로는 0.1 mm 이하이다. 2 개의 시트들 (1, 2) 의 대면하는 용접 에지들 (14) 사이에 이러한 간극을 제공함으로써, 용접 작업 중에 가능한 필러 와이어 (20) 로부터 재료의 디포지션을 향상시키고 용접 조인트 (22) 에서 과도한 두께의 형성을 방지한다.
용접 단계의 종료시에, 도 2 에 도시된 바와 같이 용접된 강 블랭크 (15) 가 얻어진다.
용접 단계 후, 본 발명에 따른 방법은 그리하여 얻어진 용접된 강 블랭크 (15) 를 열처리 오븐에서 가열하는 단계를 포함한다.
보다 구체적으로는, 가열 단계는 용접된 강 블랭크 (15) 를 열처리 온도 (Tt) 로 가열하는 것을 포함한다.
본 발명에 따라서, 열처리 온도 (Tt) 는 용접 조인트 (22) 의 완전한 오스테나이트화 온도 (Ac3 (WJ)) 보다 적어도 10 ℃ 낮다.
용접 조인트 (22) 의 완전한 오스테나이트화 온도 (Ac3 (WJ)) (℃) 는, 예를 들어 다음의 식을 사용하여 용접 조인트 (22) 의 조성으로부터 결정된다:
Ac3(WJ) = 102.2 x Al + 439 x C + 181.9 x Mn + 364.1 x Si + 148 x Al2 - 425.2 x C2 - 29.2 x Mn2 - 497.8 x Si2- 400 x Al x C + 9.9 x Al x Mn - 50.5 x Al x Si - 208.9 x C x Mn + 570.3, 여기서 Al, C, Mn 및 Si 는, 용접 조인트 (22) 에서 알루미늄, 탄소, 망간 및 규소의 함량을 각각 wt % 로 나타낸다.
Ac3 (WJ) 에 대한 상기 식은 아래의 표 2 에 표시된 함량 범위에 사용될 수도 있다:
[표 2]
Figure 112021107794353-pat00020
상기 표 2 에서:
- 모든 함량은 중량 백분율로 표시된다.
- "-" 는 하한이 없음을 의미한다.
본 발명에 따라서, 열처리 온도 (Tt) 는 최소 온도 (Tmin) 보다 적어도 15 ℃ 더 높다. 이와 관련하여, 최소 온도 (Tmin) 는 다음과 같이 규정된다:
Figure 112021107794353-pat00021
여기서
Ac3 (WJ) 는 용접 조인트 (22) 의 완전한 오스테나이트화 온도 (℃) 이고,
Al 은 용접 조인트 (22) 의 알루미늄 함량 (wt.%) 이며,
Figure 112021107794353-pat00022
여기서
TS1 은 프레스 경화 후 가장 강한 기재 (3) 의 극한 인장 강도 (MPa) 이고,
TS2 는 프레스 경화 후 가장 약한 기재 (4) 의 극한 인장 강도 (MPa) 이며,
β 는 0 내지 1 인, 용접 풀에 추가된 필러 재료의 비율이며,
CFW 는 필러 재료의 탄소 함량 (wt.%) 이고,
ρ 는 가장 약한 기재 (4) 를 포함하는 프리코팅된 강 시트 (2) 의 두께와 가장 강한 기재 (3) 를 포함하는 프리코팅된 강 시트 (1) 의 두께 사이의 비 (ρ= t2/t1) 이다.
이와 관련하여, 기재는 프레스 경화 후 낮은 극한 인장 강도 (Ts) 를 가지면 다른 기재보다 더 약하다.
이에 따라서, 최소 온도 (Tmin) 는 하기에 기초로 하여 계산될 수 있다:
- 용접 조인트 (22) 의 화학적 조성,
- 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 의 기재들 (3, 4) 의 특성,
- 필러 재료가 사용되는 경우에, 필러 재료의 비율 및 조성.
용접된 블랭크 (15) 를 가열하는 단계는, 용접된 강 블랭크 (15) 를 2 내지 10 분의 시간 동안 열처리 온도 (Tt) 에 유지하는 단계를 더 포함한다.
가열 단계의 종료시에, 용접된 강 블랭크 (15) 가 용접 조인트 (22) 의 완전한 오스테나이트화 온도 (Ac3 (WJ)) 보다 적어도 10 ℃ 낮은 온도로 가열되었기 때문에, 용접 조인트 (22) 의 미세조직은 완전한 오스테나이트가 아니다. 용접 조인트 (22) 에서 임계간 페라이트의 분율은 열처리 온도 (Tt) 와 용접 조인트 (22) 의 완전한 오스테나이트화 온도 (Ac3 (WJ)) 사이의 온도차에 의존한다. 특히, 가열 단계의 종료시에, 용접 조인트 (22) 에서 임계간 페라이트의 분율 (
Figure 112021107794353-pat00023
) 이 15 % 이상이고 최대 임계간 페라이트 분율 (
Figure 112021107794353-pat00024
) 보다 적어도 5 % 만큼 낮다
Figure 112021107794353-pat00025
.
최대 임계간 페라이트 분율 (
Figure 112021107794353-pat00026
) 은, % 로, 다음의 식을 사용하여 결정될 수도 있다:
Figure 112021107794353-pat00027
,
여기서
TS1 은 프레스 경화 후 가장 강한 기재 (3) 의 극한 인장 강도 (MPa) 이고,
TS2 는 프레스 경화 후 가장 약한 기재 (4) 의 극한 인장 강도 (MPa) 이며,
β 는 0 내지 1 인, 용접 풀에 추가된 필러 재료의 비율이며,
CFW 는 필러 재료의 탄소 함량 (wt.%) 이고,
ρ 는 가장 약한 기재 (4) 를 포함하는 프리코팅된 강 시트 (2) 의 두께와 가장 강한 기재 (3) 를 포함하는 프리코팅된 강 시트 (1) 의 두께 사이의 비 (ρ= t2/t1) 이다.
당업자에게 알려진 바와 같이, 임계간 페라이트 분율은, 예를 들어 열처리 온도 (Tt) 로 가열한 후 용접된 블랭크 (15) 를 직접 켄칭함으로써 측정될 수 있다. 조정된 Nital 에칭 후, 임계간 페라이트는 회색빛의 마르텐사이트 매트릭스에 걸쳐 옅은 성분으로 나타난다.
용접 조인트 (22) 에서의 임계간 페라이트 분율은 또한 샘플의 망간 원소 맵핑 이미지의 분석을 통해 결정될 수 있으며, 이는 샘플에서 망간 함량의 분포를 보여준다. 이러한 맵핑 이미지는, 예를 들어 전자 프로브 마이크로-분석 (electron probe micro-analysis; EPMA) 을 통하여 샘플의 분석에 의해 얻어질 수 있다. 이러한 Mn 맵핑 이미지에서, Mn 함량이 최소를 나타내는 영역은 임계간 페라이트 영역과 일치하는 반면, Mn 함량이 높은 영역은 임계간 어닐링 중에 형성된 오스테나이트의 변태로 인한 상들 (phases) 에 해당한다. 따라서, 임계간 페라이트의 표면 분율은 이 이미지에서 Mn 함량 최소 영역의 표면 분율에 해당한다. 이 방법은, 예를 들어 문서 Hanlon, D; Rijkenberg, A; Leunis, E 등: 다중상 강들의 정량적인 상 분석, PHAST (2007), ISBN 92-79-02658-5, 77-79 쪽에 개시되어 있다. 실제로, 임계간 어닐링 중에, 오스테나이트와 페라이트 사이에서 망간 분할이 발생하고, 망간이 페라이트에서 오스테나이트로 이동하여, 임계간 어닐링의 종료시에, 임계간 페라이트의 Mn 함량이 오스테나이트의 Mn 함량보다 엄밀하게 더 작음을 알게 된다. 후속의 냉각 동안, 마르텐사이트, 변태 페라이트 및/또는 베이나이트와 같은 오스테나이트로부터 형성되는 상들은 오스테나이트의 Mn 함량을 물려받지만, 임계간 페라이트는 분할로 인해 더 낮은 Mn 함량을 유지한다. 따라서, Mn 원소 맵핑 이미지에서, 임계간 페라이트는 다른 상들, 특히 다른 유형의 페라이트와 구별될 수 있고, Mn 함량이 최소인 영역들에 해당한다.
이러한 특허 출원과 관련하여, 미세조직과 관련된 모든 분율은 표면 백분율로 표시된다.
가열 단계의 종료시에, 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 기재들 (3, 4) 의 미세조직은 완전한 오스테나이트이다. 특히, 용접시 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 의 용접 에지들 (14) 상에 프리코팅 (5, 6) 으로 인한 알루미늄이 존재하기 때문에, 기재들 (3, 4) 의 완전한 오스테나이트화 온도 (Ac3) 는 엄밀하게는 용접 조인트 (22) 의 완전한 오스테나이트화 온도 (Ac3 (WJ)) 보다 더 낮다.
가열 단계의 종료시에, 용접된 강 블랭크 (15) 는 프레스 성형 공구에서 강 부품으로 프레스에서 열간 성형된다. 예를 들어, 용접된 강 블랭크 (15) 는 조정된 열간 스탬핑 공구를 사용하여 열간 스탬핑에 의해 강 부품으로 형성된다.
바람직하게는, 열처리 오븐과 프레스 성형 공구 사이의 이송 시간은 10 초 이하이다. 예를 들어, 5 내지 10 초이다. 이송 시간은, 고온 성형 전에, 용접된 블랭크 (15) 의 야금학적 변태, 특히 페라이트의 형성을 방지하도록 가능한 한 짧게 되도록 선택된다.
그 후에, 그리하여 형성된 강 부품은 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 기재들 (3, 4) 중 가장 경화가능한 기재 (3, 4) 의 임계 마르텐사이트 또는 베이나이트 냉각 속도 이상의 냉각 속도로 냉각된다.
유리하게는, 냉각 단계는, 예를 들어 프레스 성형 공구에 형성된 냉각 채널들을 포함하는 냉각 시스템이 제공된 성형 공구를 사용하여, 프레스 성형 공구에서 수행된다.
본 발명에 따라서, 냉각 단계의 종료시에, 용접 조인트 (22) 는 마르텐사이트 및/또는 베이나이트 및 15 % 이상 및 최대 임계간 페라이트 분율 (
Figure 112021107794353-pat00028
) 보다 적어도 5 % 만큼 낮은 임계간 페라이트 분율 (
Figure 112021107794353-pat00029
)
Figure 112021107794353-pat00030
을 포함하는 미세조직을 가진다. 최대 임계간 페라이트 분율 (
Figure 112021107794353-pat00031
) 은 전술한 바와 같이 결정될 수도 있다.
냉각 단계의 종료시에, 기재들 (3, 4) 중 적어도 하나는 주로 마르텐사이트 및/또는 베이나이트 미세조직을 가진다. 마르텐사이트 및/또는 베이나이트는 가열 단계 동안 형성된 오스테나이트의 냉각 단계 동안의 변태에 기인한다.
일 예에 따라서, 기재들 (3, 4) 둘 다는 주로 마르텐사이트 및/또는 베이나이트 조직을 가진다.
이와 관련하여, "주로" 는 미세조직이 마르텐사이트 및/또는 베이나이트 및 최대 5 % 의 페라이트로 구성됨을 의미한다.
본 발명은 또한 전술한 방법을 사용하여 얻어지는 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품에 관한 것이다.
이 부품은, 특히 충돌 관리 부품, 예를 들어 밀려들어감 방지 부품 또는 충격 흡수 부품, 구조적 부품 또는 자동차의 안전에 기여하는 부품이다.
프레스 경화 레이저 용접된 강 부품은, 전술한 바와 같이 용접 조인트 (22) 에 의해 결합된 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 제 2 코팅된 강 부품 부분을 포함한다.
보다 구체적으로는, 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 제 2 코팅된 강 부품 부분은 각각 제 1 프리코팅된 강 시트 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 프레스 성형 공구에서 열간 프레스 성형 및 냉각으로부터 기인한다.
보다 구체적으로는, 각각의 코팅된 강 부품 부분은, 그의 주면들의 적어도 하나에, 철 및 적어도 30 wt.% 의 알루미늄을 포함하는 알루미늄 함유 코팅을 갖는 강 기재를 포함한다.
특히, 제 1 강 부품 부분 및 제 2 강 부품 부분의 알루미늄 함유 코팅은 고온 프레스 성형 중에 프리코팅 (7, 8) 의 적어도 부분적인 합금화로부터 기인한다.
제 1 강 부품 부분 및 제 2 강 부품 부분의 기재들은, 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 에 대해 전술한 조성들을 가진다. 이들은 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 의 기재들 (3, 4) 의 고온 프레스 성형 및 냉각으로부터 기인한다.
제 1 코팅된 강 부품 부분의 기재는 엄밀하게는 제 2 코팅된 강 부품 부분의 기재의 극한 인장 강도 (Ts2) 보다 큰 극한 인장 강도 (Ts1) 를 가진다.
예를 들어, 제 1 코팅된 강 부품 부분은 제 1 두께를 가지고, 제 2 코팅된 강 부품 부분은 제 2 두께를 가지며, 제 1 코팅된 강 부품 부분의 극한 인장 강도와 제 1 두께의 곱은 엄밀하게는 제 2 코팅된 강 부품 부분의 극한 인장 강도 (Ts2) 와 제 2 두께의 곱보다 크다.
용접 조인트 (22) 는 0.5 내지 1.25 wt.% 의 알루미늄 함량을 가진다.
용접 조인트 (22) 는 마르텐사이트 및/또는 베이나이트 및 15 % 이상 및 최대 임계간 페라이트 분율 (
Figure 112021107794353-pat00032
) 보다 적어도 5 % 만큼 낮은 임계간 페라이트 분율 (
Figure 112021107794353-pat00033
)
Figure 112021107794353-pat00034
을 포함하는 미세조직을 가진다.
최대 임계간 페라이트 분율 (
Figure 112021107794353-pat00035
) 은 전술한 바와 같이 결정될 수도 있다.
프레스 경화 레이저 용접된 강 부품에서, 용접 작업 중 용접 풀에 추가되는 필러 재료의 비율 (β) 은 임의의 조정된 방법을 통하여 용접 조인트 (22) 에서 알루미늄 함량 (Alweld) 을 측정함으로써 결정될 수도 있다. 용접된 강 시트들의 코팅에서 알루미늄의 함량 (Alcoating) 을 알고, 그리고 필러 재료에서 알루미늄 양이 무시가능함을 고려하여, 비율 (β) 은 전술한 식
Figure 112021107794353-pat00036
에 기초로 하여 식:
Figure 112021107794353-pat00037
을 사용하여 계산될 수도 있다. 그 후, 필러 재료의 탄소 함량 (CFW) 은 기재들 (3, 4) 의 탄소 함량, 용접 조인트 (22) 의 알루미늄 함량에 기초하여 결정된 필러 재료의 비율 (β) 및 용접 조인트 (22) 에서 측정된 탄소 함량에 기초하여 결정될 수 있다.
용접 조인트 (22) 의 극한 인장 강도는 프레스 경화 후 가장 약한 기재 (4) 의 극한 인장 강도 이상이다.
적어도 제 1 기재 (3) 의 강에 대응하는 용접 조인트 (22) 의 적어도 일 측면상의 강은, 주로 마르텐사이트 및/또는 베이나이트 조직을 가진다. 예를 들어, 제 1 기재 (3) 및 제 2 기재 (4) 의 강에 대응하는 용접 조인트 (22) 의 양측면상의 강은, 주로 마르텐사이트 및/또는 베이나이트 조직을 가진다.
본 발명의 발명자들은, 놀랍게도 용접된 블랭크 (15) 가 전술한 조건하에서 열처리될 때, 용접 조인트 (22) 의 극한 인장 강도가 엄밀하게는 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4), 즉 가장 낮은 극한 인장 강도를 가진 기재의 극한 인장 강도보다 더 클 것이다. 따라서, 용접 조인트 (22) 에 수직인 방향으로 인장 시험을 했을 때, 전술한 열처리 후에 얻어진 부품이, 열처리 후의 용접 조인트 (22) 의 조직이 완전한 마르텐사이트 또는 베이나이트가 아니더라도, 용접 조인트 (22) 에서 파손되지 않는다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은 감소된 비용으로 만족스러운 기계적 특성들을 얻을 수 있기 때문에 특히 유리하다. 실제로, 알루미늄 함유 프리코팅을 포함하는 프리코팅된 강 시트를 함께 용접할 때, 예를 들어 프리코팅된 강 시트들의 양 측면들에서 프리코팅을 제거함으로써 또는 필러 와이어와 같은 필러 재료를 사용하여 용접부에 다량의 오스테나이트 형성 원소를 추가함으로써, 용접 조인트의 완전한 오스테나이트화 온도가 기재들의 완전한 오스테나이트화 온도 이하가 되도록, 용접 조인트의 조성을 더이상 조정할 필요가 없다. 특히, 강 시트들의 양면의 프리코팅의 제거는 총 처리 시간을 저감시킨다. 더욱이, 필러 재료를 통하여 추가해야 하는 오스테나이트 형성 원소의 양을 줄이거나 심지어 필러 재료의 사용을 방지함으로써 제조 비용을 완전히 줄이고, 높은 비율의 필러 재료 추가로 인한 문제, 특히 용접 조인트의 기하학적 형상 및 프리코팅된 강 시트들로부터의 재료와 용접 조인트의 필러 재료로부터의 재료 사이의 균일한 혼합 확보와 관련된 문제를 방지한다.
본 발명의 발명자들은 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 을 사용하여 용접된 강 블랭크들 (15) 을 제조하는 실험들 E1 내지 E36 을 수행하였다. 각각의 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 은 아래에 설명된 조성 (표 5 참조) 을 갖는 기재 (3, 4), 및 주면들 둘 다에, 용융 코팅에 의해 형성된 프리코팅 (7, 8) 을 가지고, 프리코팅 (7, 8) 은 88 wt.% 의 알루미늄, 10 wt.% 의 규소 및 2 wt.% 의 철을 포함하는 금속 합금층 (11, 12) 을 포함한다.
임의의 제거 단계 이전에 각각의 프리코팅된 강 시트 (1, 2) 의 주면들 둘 다에 프리코팅 (7, 8) 의 단위 면적당 총 중량은 150 g/㎡ 이었다.
금속간 합금층 (9, 10) 을 그대로 남겨두면서, 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 의 주면들 (5, 6) 중 하나에서만 금속 합금층 (11, 12) 을 제거한 후, 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 각각의 잔류 프리코팅 (7, 8) 의 단위 면적당 총 중량은 100 g/㎡ 이었다.
실험들에 사용된 기재들의 조성물은 아래의 표 3 에 개시되어 있다. 실험들에 사용된 필러 와이어들의 조성물은 아래의 표 4 에 개시되어 있다.
[표 3]
Figure 112021107794353-pat00038
[표 4]
Figure 112021107794353-pat00039
상기 표 3 및 표 4 에서, 조성물은 중량 백분율로 표시된다.
더욱이, 표 3 및 표 4 의 각각의 조성물들에 대해서, 조성물의 잔부는 철 및 불가피한 불순물이다.
"-" 은 조성물이 최대로 미량의 원소를 포함한다는 것을 의미한다.
상기 기재 S1, S2 및 S3 의 완전한 오스테나이트화 온도 (Ac3) 및 극한 인장 강도 (Ts) 는 다음과 같다:
S1: 834 ℃;　Ts=1500 MPa
S2: 858 ℃; 　Ts=1050 MPa
S3: 806 ℃; Ts=700 MPa
프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 은 5.6 kW 출력의 디스크 레이저 또는 4 kW 출력의 YAG 레이저를 사용하여 맞대기 레이저 용접되었다.
모든 예들에서, 용접이 수행되는 영역의 산화 및 탈탄 뿐만 아니라 용접 조인트에서의 질화붕소의 형성 및 수소 흡수로 인한 가능한 냉간 균열을 방지하기 위해 헬륨 또는 아르곤으로 구성된 보호 분위기가 사용되었다. 가스의 유량은 15 ℓ/min 이상이었다.
그 후, 용접된 블랭크들 (1) 은 열처리를 받았고, 이 열처리는 920 ℃ 의 열처리 온도 (Tt) 로 가열하는 것, 6 분 동안 이 온도에 유지되는 것, 가열 오븐과 열간 성형 공구 사이에 페라이트 형성을 방지하도록 선택된 이송 시간으로 블랭크를 열간 프레스 성형 공구로 이송한 후, 프레스 경화된 블랭크를 얻도록 30 ℃/s 이상의 냉각 속도로 1 분 동안 프레스 성형 공구에서 냉각하는 것을 포함한다.
실험 E1 ~ 실험 E36 에 사용된 실험 조건은 아래의 표 5 및 표 6 에 요약되어 있다.
그 후, 인장 시편은 그리하여 얻어진 열처리된 블랭크들로부터 용접 조인트에 수직인 방향으로 절단되었다.
인장 시험은 다음의 표준들: 압연 방향에 평행하게 추출된 유형 EN 12,5 x 50 (240 x 30 mm) 의 종방향 인장 시편에서 NF EN ISO 4136 및 NF ISO 6892-1 에 개시된 방법을 사용하여 주위 온도 (약 20 ℃) 에서 수행되었다. 열처리된 용접된 블랭크 각각에 대해, 5 회의 인장 시험을 수행하였다.
인장 시험의 결과는, 인장 시험 중에 파손이 발생한 위치를 나타내는, 아래의 표 6 에서 "파손 위치" 라는 열에 표시되어 있다.
이 열에서 :
- "BM" 은 모재, 즉 프리코팅된 시트들 중 하나의 기재의 파손을 지칭하고,
- "Weld" 는 용접 조인트의 파손을 지칭하며;
- "Mix" 는 인장 시편들의 일부가 용접 조인트에서 파손되지만 다른 인장 시편들이 모재에서 파손되는 경우를 지칭한다.
[표 5]
Figure 112021107794353-pat00040
Figure 112021107794353-pat00041
위의 표 5 에서, 150 g/㎡ 의 프리코팅 중량은 용접 이전에 준비 단계를 수행하지 않은 경우에 해당하고, 즉 프리코팅은 용접시 프리코팅된 강 시트들의 주면 둘 다에 그대로 잔류하는 반면, 100 g/㎡ 의 프리코팅 중량은, 금속간 합금층 (9, 10) 을 그대로 남겨두면서, 프리코팅된 강 시트들 (1, 2) 의 각각의 하나의 주면에서만 금속 합금층 (11, 12) 을 제거함으로써 용접 이전에 프리코팅된 강 시트가 준비된 경우에 해당한다.
[표 6]
Figure 112021107794353-pat00042
Figure 112021107794353-pat00043
상기 표 5 및 표 6 에서, 본 발명에 따르지 않는 예들은 밑줄이 그어져 있다.
이러한 결과는, 용접된 블랭크 (15) 가 프레스 성형 및 냉각 전에 열처리 온도에서 2 내지 10 분의 유지 시간으로, 전술한 온도 범위 내에 포함된 열처리 온도로 가열될 때, 용접 조인트 (22) 에서가 아니라 조립체의 가장 약한 모재 (상기 표 5 및 표 6 에서 "제 2 프리코팅된 강 시트의 기재") 에서 파손이 발생한다 (실험 E1, E2, E5, E10, E12, E13, E1, E2, E5, E10, E12, E13, E1, E2, E5, E10, E12, E13, E16, E18, E22 및 E29 ~ E32).
반대로, 엄밀하게는 최소 열처리 온도 (Tmin) + 15 ℃ 보다 낮은 열처리 온도 및 열처리 온도에서 2 내지 10 분의 유지 시간 동안, 용접 조인트 (22) 에서 항상 파손이 발생 (실험 E3, E4, E6 ~ E8, E14, E15, E17, E19 , E21, E23, E27 ~ E27 및 E33 ~ E36) 하거나 고려된 실험에 대해서 인장 시편들의 적어도 일부의 용접 조인트 (22) 에서 파손이 발생 (표에서 "Mix" 로 지칭되는 실험 E9, E11, E20, E24 및 E28) 하는 것이 관찰된다.
본 발명자들은, 본 발명에 따른 모든 실험들에서, 용접 조인트 (22) 가 15% 내지
Figure 112021107794353-pat00044
- 5% 의 임계간 페라이트의 분율을 포함하는 미세조직을 가짐을 추가로 알았다.
이러한 결과는, 용접된 블랭크 (15) 가 본 발명에 따른 열처리 조건을 사용하여 열처리될 때, 용접 조인트 (22) 가 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 에 대응하는 가장 약한 모재보다 엄밀하게는 더 큰 극한 인장 강도를 갖는다는 것을 입증한다. 따라서, 용접 조인트 (22) 가 아니라 부품의 가장 약한 구역을 형성하는 것은 이 기재 (4) 이다. 따라서, 용접 조인트 (22) 자체가 아니라 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 에서 파손이 발생할 것이다. 이러한 결과는, 용접 조인트 (22) 가 완전히 오스테나이트화되지 않았고 이에 따라서 열처리 후에 주로 마르텐사이트 및/또는 베이나이트 미세조직을 갖지 않음에도 불구하고 얻어지기 때문에 놀랍다.
따라서, 본 발명에 따른 방법은, 제조 비용과 시간을 최소화하면서 만족스러운 특성들을 갖는 부품을 얻기 위해 최적의 공정 매개변수들 (최소 열처리 온도 및 추가할 필러 재료의 양 포함) 을 결정할 수 있기 때문에 특히 유리하다.

Claims (24)

  1. 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법으로서, 이하의 연속 단계들:
    - 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 를 제공하는 단계로서, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 각각은 강 기재 (3, 4) 를 포함하고, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 중 적어도 하나는, 그의 주면들 중 적어도 하나에, 적어도 50 중량% 알루미늄을 포함하는 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 을 가지고,
    상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 는 제 1 두께 (t1) 를 가지고, 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 는 제 2 두께 (t2) 를 가지며,
    상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 기재 (3, 4) 는, 프레스 경화 후, 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 의, 프레스 경화 후 극한 인장 강도 (Ts2) 보다 엄밀하게 더 큰 극한 인장 강도 (Ts1) 를 가지고,
    상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 프레스 경화 후 상기 극한 인장 강도 (Ts1) 와 상기 제 1 두께 (t1) 의 곱은 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 프레스 경화 후 상기 극한 인장 강도 (Ts2) 와 상기 제 2 두께 (t2) 의 곱보다 엄밀하게 더 큰, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 를 제공하는 단계,
    - 적어도, 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 를 맞대기 용접함으로써 얻어진 용접 조인트 (22) 에서의 이론적인 평균 알루미늄 함량 (
    Figure 112022061922750-pat00045
    ) 이 엄밀하게 1.25 wt.% 를 초과하면, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 중 적어도 하나의 강 시트의 용접 에지 (14) 에서 적어도 하나의 주면 (5, 6) 상의 두께의 적어도 일부에 걸쳐 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 을 제거하여서, 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 그리하여 준비된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 를 맞대기 용접함으로써 얻어진 상기 용접 조인트 (22) 에서의 이론적인 평균 알루미늄 함량 (
    Figure 112022061922750-pat00046
    ) 이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 인, 상기 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 을 제거하는 단계,
    - 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 와 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 사이에 용접 조인트 (22) 를 얻음으로써 용접된 블랭크 (15) 를 얻기 위해 레이저 용접을 사용하여 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 를 맞대기 용접하는 단계로서, 상기 맞대기 용접하는 단계는 가능하다면 필러 재료 (20) 의 사용을 포함하는, 상기 맞대기 용접하는 단계,
    - 상기 용접된 블랭크 (15) 를 열처리 온도 (Tt) 로 가열하고 2 내지 10 분의 시간 동안 상기 열처리 온도 (Tt) 에서 상기 용접된 블랭크 (15) 를 유지하는 단계로서, 상기 열처리 온도 (Tt) 는 상기 용접 조인트 (22) 의 완전한 오스테나이트화 온도 (Ac3(WJ)) 보다 적어도 10 ℃ 낮고 최소 온도 (Tmin) 보다 적어도 15 ℃ 높으며, 여기서
    Figure 112022061922750-pat00047

    Ac3 (WJ) 는 상기 용접 조인트 (22) 의 완전한 오스테나이트화 온도 (℃) 이고, Al 은 상기 용접 조인트 (22) 의 알루미늄 함량 (wt.%) 이며,
    Figure 112022061922750-pat00048
    는 다음의 식을 사용하여 계산된 상기 용접 조인트 (22) 의 최대 임계간 페라이트 함량이고,
    Figure 112022061922750-pat00049
    ,
    여기서
    TS1 은 프레스 경화 후 가장 강한 기재 (3) 의 극한 인장 강도 (MPa) 이고,
    TS2 는 프레스 경화 후 가장 약한 기재 (4) 의 극한 인장 강도 (MPa) 이며,
    CFW 는 필러 재료의 탄소 함량 (wt.%) 이고,
    β 는 0 내지 1 인, 용접 풀에 추가된 필러 재료의 비율이며,
    ρ 는 상기 가장 약한 기재를 포함하는 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 두께와 상기 가장 강한 기재를 포함하는 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 두께 사이의 비 (ρ= t2/t1) 인, 상기 용접된 블랭크를 가열하고 유지하는 단계,
    - 상기 용접된 블랭크 (15) 를 강 부품으로 프레스 성형하는 단계, 및
    - 그리하여 형성된 상기 강 부품을 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재들 (3, 4) 사이의 가장 경화가능한 기재의 임계 마르텐사이트 또는 베이나이트 냉각 속도 이상의 냉각 속도로 냉각시켜서 프레스 경화 용접된 강 부품을 얻는 단계
    를 포함하고,
    프레스 경화 후, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 기재 (3) 의 상기 극한 인장 강도 (Ts1) 와 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 의 상기 극한 인장 강도 (Ts2) 사이의 비는 1.4 이상인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 의 기재 (3) 의 탄소 함량이 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 의 기재 (4) 의 탄소 함량보다 적어도 0.05 wt.% 만큼 더 높은, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 각각은, 그의 주면들 (5, 6) 중 적어도 하나에 적어도 50 중량% 알루미늄을 포함하는 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 을 포함하는, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 는, 그의 주면들 (5, 6) 둘 다에 적어도 50 중량% 알루미늄을 포함하는 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 을 포함하는, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    맞대기 용접시, 상기 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 은 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 중 적어도 하나의 주면들 (5, 6) 둘 다에 일체로 유지되는, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    맞대기 용접시, 상기 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 은 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 각각의 주면들 (5, 6) 둘 다에 일체로 유지되는, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 방법은, 맞대기 용접 전에, 가능하다면 최대 0.05 wt.% 알루미늄을 함유하는 필러 재료를 사용하여, 상기 제공하는 단계에서 제공된 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 를 맞대기 용접함으로써 얻어진 상기 용접 조인트 (22) 에서의 이론적인 평균 알루미늄 함량 (
    Figure 112021107794353-pat00050
    ) 이 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 이더라도, 적어도 하나의 주면 (5, 6) 에서 적어도 두께의 일부에 걸쳐서 상기 알루미늄 함유 프리코팅 (7, 8) 을 제거함으로써, 상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 중 적어도 하나의 강 시트의 용접 에지 (14) 를 준비하는 단계를 더 포함하는, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 중 적어도 하나에 있어서, 상기 기재 (3, 4) 의 강은, 중량으로,
    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%
    B ≤ 0.010%
    를 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 중 적어도 하나에 있어서, 상기 기재 (3, 4) 의 강은, 중량으로,
    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%
    B ≤ 0.005%
    를 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 중 적어도 하나에 있어서, 상기 기재 (3, 4) 의 강은, 중량으로,
    0.040% ≤ C ≤ 0.100%
    0.70% ≤ Mn ≤ 2.00%
    Si ≤ 0.50%
    S ≤ 0.009%
    P ≤ 0.030%
    0.010% ≤ Al ≤0.070%
    0.015% ≤ Nb ≤ 0.100%
    Ti ≤ 0.080%
    N ≤ 0.009%
    Cu ≤ 0.100%
    Ni ≤ 0.100%
    Cr ≤ 0.2%
    Mo ≤ 0.100%
    Ca ≤ 0.006%
    를 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  11. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 중 적어도 하나에 있어서, 상기 기재 (3, 4) 의 강은, 중량으로,
    0.06% ≤ C ≤ 0.100%
    1.4% ≤ Mn ≤ 1.9%
    0.2% ≤ Si ≤ 0.5%
    0.010% ≤ Al ≤ 0.070%
    0.04% ≤ Nb ≤ 0.06%
    3.4xN ≤ Ti ≤ 8xN
    0.02% ≤ Cr ≤0.1%
    0.0005% ≤ B ≤ 0.004%
    0.001% ≤ S ≤ 0.009%
    를 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  12. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 중 적어도 하나에 있어서, 상기 기재 (3, 4) 의 강은, 중량으로,
    0.24% ≤ C ≤ 0.38%
    0.40% ≤ Mn ≤ 3%
    0.10% ≤ Si ≤ 0.70%
    0.015% ≤ Al ≤ 0.070%
    0% ≤ Cr ≤ 2%
    0.25% ≤ Ni ≤ 2%
    0.015% ≤ Ti ≤ 0.10%
    0% ≤ Nb ≤ 0.060%
    0.0005% ≤ B ≤ 0.0040%
    0.003% ≤ N ≤ 0.010%
    0.0001% ≤ S ≤ 0.005%
    0.0001% ≤ P ≤ 0.025%
    를 포함하고,
    티타늄 및 질소의 함량들은 이하의 관계식을 만족하고:
    Ti/N > 3.42,
    탄소, 망간, 크롬 및 규소 함량들은 다음의 관계를 만족하며:
    Figure 112021107794353-pat00051
    ,
    상기 강은, 선택적으로,
    0.05% ≤ Mo ≤ 0.65%
    0.001% ≤ W ≤ 0.30%
    0.0005 % ≤ Ca ≤ 0.005%
    중 하나 이상을 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불가피한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  13. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 레이저 용접은 보호 가스를 사용하여 수행되는, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 보호 가스는 헬륨 및 아르곤 중 적어도 하나인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  15. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 프리코팅된 강 시트 (1) 및 상기 제 2 프리코팅된 강 시트 (2) 은 상이한 두께를 가지는, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  16. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 용접은 필러 재료를 사용하지 않고 수행되는, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  17. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 용접은 필러 재료를 사용하여 수행되는, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 필러 재료는 중량으로,
    0.1% ≤ C ≤ 1.2%
    0.01% ≤ Mn ≤ 10%
    0.02% ≤ Ni ≤ 7%
    0.02% ≤ Cr ≤ 5%
    0.01% ≤ Si ≤ 2%
    선택적으로,
    미량 ≤ Mo ≤ 1%
    미량 ≤ Ti ≤ 0.1%
    미량 ≤ V ≤ 0.1%
    미량 ≤ B ≤ 0.01%
    미량 ≤ Nb ≤ 0.1%
    미량 ≤ Al ≤ 0.05%
    를 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불가피한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품을 제조하는 방법.
  19. 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품으로서,
    상기 강 부품은 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 제 2 코팅된 강 부품 부분을 포함하고,
    각각의 코팅된 강 부품 부분은 강 기재를 포함하고, 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나는, 그의 주면들 중 적어도 하나에, 적어도 30 중량% 의 알루미늄을 포함하는 알루미늄 함유 코팅을 가지며,
    상기 제 1 코팅된 강 부품 부분은 제 1 두께 (t1) 를 가지고, 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분은 제 2 두께 (t2) 를 가지며, 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분의 기재는 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분의 기재 (4) 의 극한 인장 강도 (Ts2) 보다 엄밀하게 더 큰 극한 인장 강도 (Ts1) 를 가지고, 상기 제 1 코팅된 강 부품 부분의 상기 극한 인장 강도 (Ts1) 와 상기 제 1 두께 (t1) 의 곱은 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분의 상기 극한 인장 강도 (Ts2) 와 상기 제 2 두께 (t2) 의 곱보다 엄밀하게는 더 크며,
    상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분은 용접 조인트 (22) 에 의해 결합되고, 상기 용접 조인트 (22) 는 0.5 wt.% 내지 1.25 wt.% 의 알루미늄 함량을 가지며, 상기 용접 조인트 (22) 의 미세조직은 마르텐사이트 및 베이나이트 중 적어도 하나, 및 15 % 내지 최대 임계간 페라이트 분율 (
    Figure 112022061922750-pat00052
    ) - 5 % 의 임계간 페라이트의 분율 (
    Figure 112022061922750-pat00053
    ) 을 포함하고, 상기 최대 임계간 페라이트 분율 (
    Figure 112022061922750-pat00054
    ) 은 다음의 식을 사용하여 결정되며:
    Figure 112022061922750-pat00055
    ,
    여기서
    TS1 은 프레스 경화 후 가장 강한 기재 (3) 의 극한 인장 강도 (MPa) 이고,
    TS2 는 프레스 경화 후 가장 약한 기재 (4) 의 극한 인장 강도 (MPa) 이며,
    β 는 0 내지 1 인, 용접 풀에 추가된 필러 재료의 비율이며,
    CFW 는 필러 재료의 탄소 함량 (wt.%) 이고,
    ρ 는 상기 가장 약한 기재를 포함하는 코팅된 강 부품 부분의 두께와 상기 가장 강한 기재를 포함하는 코팅된 강 부품 부분의 두께 사이의 비 (ρ= t2/t1) 이며,
    상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나의 강 부품 부분의 기재 (3, 4) 는 주로 마르텐사이트 미세조직 및 베이나이트 미세조직 중 적어도 하나를 가지고,
    상기 제 1 코팅된 강 부품 부분의 기재의 상기 극한 인장 강도 (Ts1) 와 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분의 기재의 극한 인장 강도 (Ts2) 사이의 비는 1.4 이상인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나에 있어서, 상기 기재의 강은, 중량으로,
    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%
    B ≤ 0.010%
    를 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나에 있어서, 상기 기재의 강은, 중량으로,
    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%
    B ≤ 0.005%
    를 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품.
  22. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나에 있어서, 상기 기재의 강은, 중량으로,
    0.040% ≤ C ≤ 0.100%
    0.70% ≤ Mn ≤ 2.00%
    Si ≤ 0.50%
    S ≤ 0.005%
    P ≤ 0.030%
    0.010% ≤ Al ≤0.070%
    0.015% ≤ Nb ≤ 0.100%
    Ti ≤ 0.080%
    N ≤ 0.009%
    Cu ≤ 0.100%
    Ni ≤ 0.100%
    Cr≤ 0.2%
    Mo ≤ 0.100%
    Ca ≤ 0.006%
    를 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품.
  23. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나에 있어서, 상기 기재의 강은, 중량으로,
    0.24% ≤ C ≤ 0.38%
    0.40% ≤ Mn ≤ 3%
    0.10% ≤ Si ≤ 0.70%
    0.015% ≤ Al ≤ 0.070%
    0% ≤ Cr ≤ 2%
    0.25% ≤ Ni ≤ 2%
    0.015% ≤ Ti ≤ 0.10%
    0% ≤ Nb ≤ 0.060%
    0.0005% ≤ B ≤ 0.0040%
    0.003% ≤ N ≤ 0.010%
    0.0001% ≤ S ≤ 0.005%
    0.0001% ≤ P ≤ 0.025%
    를 포함하고,
    티타늄 및 질소의 함량들은 이하의 관계식을 만족하고:
    Ti/N > 3.42,
    탄소, 망간, 크롬 및 규소 함량들은 다음의 관계를 만족하며:
    Figure 112021107794353-pat00056
    ,
    상기 강은, 선택적으로,
    0.05% ≤ Mo ≤ 0.65%
    0.001% ≤ W ≤ 0.30%
    0.0005% ≤ Ca ≤ 0.005%
    중 하나 이상을 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불가피한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품.
  24. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 제 1 코팅된 강 부품 부분 및 상기 제 2 코팅된 강 부품 부분 중 적어도 하나에 있어서, 상기 기재의 강은, 중량으로,
    0.06% ≤ C ≤ 0.100%
    1.4% ≤ Mn ≤ 1.9%
    0.2% ≤ Si ≤ 0.5%
    0.010% ≤ Al ≤ 0.070%
    0.04% ≤ Nb ≤ 0.06%
    3.4xN ≤ Ti ≤ 8xN
    0.02% ≤ Cr ≤0.1%
    0.0005% ≤ B ≤ 0.004%
    0.001% ≤ S ≤ 0.009%
    를 포함하고,
    잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들인, 프레스 경화 레이저 용접된 강 부품.
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