KR102619442B1 - 자동차용 서스펜션 부품 - Google Patents

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겐이치로 오츠카
마사후미 아즈마
요이치로 모리
신지 고다마
마사히로 마츠바
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명의 자동차용 서스펜션 부품은, 인장 강도가 780MPa 이상인 제1 강판과 제2 강판이 겹쳐지고, 제1 강판의 단부면과 제2 강판의 표면 사이에, 필렛 용접부가 형성되어 이루어지는 용접 조인트를 구비하는 것으로서, 이러한 용접 조인트를 형성하는 용접 금속의 화학 성분은, 용접 금속의 전체 질량에 대한 질량％로, C: 0.02 내지 0.30％, Si: 0.10 내지 1.0％ 미만, Mn: 1.2 내지 3.0％, Al: 0.002 내지 0.30％, Ti: 0.005 내지 0.30％, P: 0 초과 내지 0.015％, S: 0 초과 내지 0.030％ 함유함과 함께, 하기 식 (1A), 식 (1B), 식 (2), 및 식 (3)을 충족하는 것이며, 또한, 필렛 용접부의 지단부의 슬래그는, 식 (4)를 충족하는 것이다.
[Al]+[Ti]>0.05 …식 (1A)
[Ti]/[Al]>0.9 …식 (1B)
7×[Si]+7×[Mn]-112×[Ti]-30×[Al]≤12 …식 (2)
2.0<[Si]+[Mn] …식 (3)
[슬래그 표면의 Ti 함유량]>[슬래그 표면의 Si 함유량] …식 (4)

Description

자동차용 서스펜션 부품
본 발명은 자동차용 서스펜션 부품에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 용접 금속의 강도 및 내식성이 우수한 용접 조인트를 갖는 자동차용 서스펜션 부품에 관한 것이다.
본원은, 2019년 3월 27일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2019-061002호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 본 명세서에 원용한다.
자동차의 서스펜션 부품은, 통상적으로, 가스 실드 아크 용접 등에 의해 복수의 강재를 겹쳐서 용접함으로써 제조되고 있다.
자동차의 내식성의 기준은 해마다 엄격해지고 있고, 특히 암, 서브 프레임, 빔과 같은 서스펜션 부품의 조인트부(아크 용접부)에 있어서의 적녹을 억제하는 요구가 높아지고 있다. 부품으로서는, 각종 로워 암, 각종 어퍼 암, 토우 컨트롤 암, 트레일링 암, 토션 빔, 캐리어, 서브 프레임, 사이드 레일, 캡, 언더 런 프로텍터, 휠 및 플로어 크로스가 있다.
이들 자동차용 서스펜션 부품은, 복수의 강제 부재에 대하여 용접 와이어를 사용한 아크 용접을 행하여 제조된 후에, 도장이 실시된다. 이 도장에 있어서, 용접 금속의 표면에 도장 불량이 발생하면, 미관이 나빠질뿐만 아니라, 내식성이 저하되는 경우가 있었다. 또한, 외견상은 도장이 양호하게 실시되어 있었다고 하더라도, 들뜸이나 도장의 박리 등의 도장 불량이 발생하면, 용접 금속의 산화 슬래그와 도장 피막 사이에 있어서 적녹이 발생하는 경우가 있었다.
여기서, 특허문헌 1에는, 용접 후에 전착 도장되는 탄소강 모재에 대하여 강제 용접 와이어를 사용하여 가스 실드 메탈 아크 용접을 행하는 방법이며, 중량％로 모재와 용접 와이어의 합계 Si량이 0.04 내지 0.2％로 되고, 또한 모재와 용접 와이어의 합계 Mn량이 0.5％ 이상으로 되는 성분 조성의 용접 와이어를 사용하는 것을 특징으로 하는 용접부 및 그 근방의 도장 후 내식성을 높이는 가스 실드 메탈 아크 용접 방법이 개시되어 있다.
이 특허문헌 1의 기술에 의하면, 절연성의 Si 슬래그의 생성을 억제함으로써, 가스 실드 메탈 아크 용접에 의한 용접부 및 그 근방의 도장 후의 내식성을 높일 수 있다고 되어 있다.
일본 특허 공개 평8-33997호 공보
그러나, 특허문헌 1의 기술과 같이 단지 Si를 저감한 경우, 용접 금속의 강도를 확보하는 것에 대해서는 전혀 검토되고 있지 않다. 따라서, 780MPa 이상의 높은 강도가 요구되는 자동차용 서스펜션 부품에의 적용은 곤란하였다.
본 발명은 상술한 실정을 감안하여 이루어진 것이며, 용접 금속의 강도 및 내식성이 우수하고, 780MPa 이상의 모재 강판으로 형성되는 용접 조인트를 갖는 자동차용 서스펜션 부품을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 구체적 방법은 이하와 같다.
[1] 본 발명의 제1 양태는, 인장 강도가 780MPa 이상인 제1 강판과 제2 강판이 겹쳐지고, 상기 제1 강판의 단부면과 상기 제2 강판의 표면 사이에, 필렛 용접부가 형성되어 이루어지는 용접 조인트를 구비하는 자동차용 서스펜션 부품이다. 상기 용접 조인트를 형성하는 용접 금속의 화학 성분은, 상기 용접 금속의 전체 질량에 대한 질량％로, C: 0.02 내지 0.30％, Si: 0.10 내지 1.0％ 미만, Mn: 1.2 내지 3.0％, Al: 0.002 내지 0.30％, Ti: 0.005 내지 0.30％, P: 0％ 초과 내지 0.015％, S: 0％ 초과 내지 0.030％, Cu: 0 내지 0.50％, Cr: 0 내지 1.5％, Nb: 0 내지 0.3％, V: 0 내지 0.3％, Mo: 0 내지 1.0％, Ni: 0 내지 2.5％, B: 0 내지 0.005％이며, 잔부가 철 및 불순물을 포함하고, 하기 식 (1A), 식 (1B), 식 (2), 및 식 (3)을 충족하고, 상기 필렛 용접부의 지단부의 슬래그는, 식 (4)를 충족한다.
[Al]+[Ti]>0.05 …식 (1A)
[Ti]/[Al]>0.9 …식 (1B)
7×[Si]+7×[Mn]-112×[Ti]-30×[Al]≤12 …식 (2)
2.0<[Si]+[Mn] …식 (3)
[슬래그 표면의 Ti 함유량]>[슬래그 표면의 Si 함유량] …식 (4)
단, [Si], [Al], [Ti], [Mn]은, 상기 용접 금속의 전체 질량에 대한 각 성분의 질량％에 의한 함유량을 의미한다.
[2] 상기 [1]에 기재된 자동차용 서스펜션 부품은, 상기 용접 금속의 화학 성분은, 상기 용접 금속의 전체 질량에 대한 질량％로, Cu: 0.005 내지 0.50％, Cr: 0.05 내지 1.5％, Nb: 0.005 내지 0.3％, V: 0.005 내지 0.3％, Mo: 0.005 내지 1.0％, Ni: 0.05 내지 2.5％, B: 0.0005 내지 0.005％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다.
[3] 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 자동차용 서스펜션 부품은, 상기 제1 강판의 판 두께는 0.8㎜ 이상 4.0㎜ 이하여도 된다.
본 발명에 관계되는 서스펜션 부품에 의하면, 용접 금속의 성분 조성이 적절하게 제어되어 있기 때문에, 780MPa 이상의 모재 강판으로 형성되는 용접 조인트에 있어서의 용접 금속에 있어서 우수한 강도 및 내식성을 발휘할 수 있다.
도 1은 본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품의 사시도이다.
도 2는 본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품의 용접 조인트를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 노즐과 모재의 거리를 도시하는 개략도이다.
본 발명자 등은, 상술한 과제를 해결하기 위한 방책에 대하여 예의 검토한 결과, 하기의 지견을 얻었다.
(A) 강도를 높이기 위하여 용접 금속의 Si 함유량을 높이면 Si계의 슬래그가 발생하고, 당해 Si계의 슬래그의 발생 위치에 있어서 도장 불량이 발생하여, 적녹이 발생하기 쉬워지지만, 용접 금속의 Si와 Mn과 Ti와 Al의 함유량을 적절하게 제어함으로써 적녹을 억제할 수 있는 것.
(B) 용접 금속에 Al과 Ti를 적절한 밸런스로 공존시켰을 경우에는, 적녹의 억제 효과가 얻어지는 것.
(C) 슬래그가 고이기 쉬운 필렛 용접부의 지단부에서, 슬래그 표면의 Ti와 Si를 적절한 밸런스로 공존시켰을 경우에는, 적녹의 억제 효과가 얻어지는 것.
(D) 필렛 용접부를 형성할 때의 용접 조건을, 노즐 내경이 14 내지 20㎜ 또한, 가스 유량이 20 내지 30L/min 또한, 노즐과 모재의 거리가 20㎜ 이하로 했을 때, 슬래그 표면의 Ti와 Si를 적절한 밸런스로 공존시킬 수 있는 것.
본 발명은 상술한 지견에 기초하여 이루어진 것이다. 이하, 본 발명의 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품에 대해서 상세하게 설명한다.
본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품은, 예를 들어, 각종 로워 암, 각종 어퍼 암, 토우 컨트롤 암, 트레일링 암, 토션 빔, 캐리어, 서브 프레임, 사이드 레일, 캡, 언더 런 프로텍터, 휠 및 플로어 크로스이다. 도 1은, 자동차용 서스펜션 부품인 로워 암의 사시도이며, 이 도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품은, 2매의 강판이 겹쳐져서 용접된 용접 조인트(1)를 구비한다.
도 2는, 도 1의 자동차용 서스펜션 부품의 용접 조인트(1)를 도시하는 개략 단면도이다. 이 도 2에 도시하는 바와 같이, 용접 조인트(1)는 2매의 강판(2 및 3)(제1 강판, 제2 강판)이 겹쳐져서 한쪽의 강판(2)의 단부면과 다른 쪽의 강판(3)의 표면 사이에, 필렛 용접부(4)가 형성됨으로써 구성되어 있다.
필렛 용접부(4)는 2매의 강판(2 및 3)을, 용접 와이어를 사용하여 아크 용접함으로써 형성된다.
2매의 강판(2 및 3)은, 동종 강판이어도 되고, 이종 강판이어도 된다. 단부면에 필렛 용접부(4)가 형성되는 강판(2)의 판 두께는, 0.8㎜ 이상 4.0㎜ 이하인 것이 바람직하다.
강판(2)의 판 두께가 0.8㎜ 이상이면, 아크 용접할 때의 용접 불량의 발생이 억제되고, 강판(2)의 판 두께가 4.0㎜ 이하이면 중량의 증가를 억제할 수 있다. 바람직하게는, 강판(2)의 판 두께는 1.4㎜ 이상이며, 보다 바람직하게는 2.0㎜ 이상이다. 또한, 바람직하게는, 강판(2)의 판 두께는 3.5㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 3.0㎜ 이하이다.
또한, 강판(2 및 3)의 판 두께는, 모두 0.8㎜ 이상 4.0㎜ 이하인 것이 보다 바람직하다.
강판(2 및 3)의 판 두께가 0.8㎜ 이상이면, 아크 용접할 때의 용접 불량의 발생이 억제되고, 강판(2 및 3)의 판 두께가 4.0㎜ 이하이면 중량의 증가를 억제할 수 있다. 바람직하게는, 강판(2 및 3)의 판 두께는 1.4㎜ 이상이며, 보다 바람직하게는 2.0㎜ 이상이다. 또한, 바람직하게는, 강판(2 및 3)의 판 두께는 3.5㎜ 이하이고, 보다 바람직하게는 3.0㎜ 이하이다.
용접 조인트(1)의 용접 금속(4)의 성분 조성은, 강판 성분과 용접 와이어 성분에 따라 조정할 수 있다. 이하에, 용접 금속(4)에 있어서의, 각각의 성분 조성에 대하여 설명한다.
이하의 설명에 있어서, 내식성을 충족한다란, JASO법 M610에 규정하는 복합 사이클 시험(CCT, 5％ NaCl, 웨트율 50％)을 75사이클로 평가하여 적녹이 발생하지 않는 것을 의미한다.
강도를 충족한다란, 용접한 시험편에 대하여 인장 시험을 실시했을 때에 용접 금속으로부터 파단되지 않고 모재로부터 파단되는 것을 의미한다.
「용접 금속」이란, 강판 모재와 용접 와이어가 녹아, 혼합된 금속을 의미한다.
용접 금속의 화학 성분을 용접 금속의 전체 질량에 대한 비율인 질량％로 나타내는 것으로 하고, 그 질량％에 관한 기재를 간단히 ％로 기재하여 설명한다.
용접 금속의 화학 성분은 고주파 유도 결합 플라스마(ICP)에 의한 발광 분광 분석법으로 측정할 수 있다. 구체적으로는, (1) 용접부의 길이 방향 중앙부에 있어서, 길이 방향에 수직한 단면을 눈으로 보기 관찰함으로써 미리 용접 금속의 영역을 특정하고, (2) 그 영역을 드릴로 절삭함으로써 용접 금속의 절삭 가루를 채취하고, (3) 그 절삭 가루를 시료로 하여 고주파 유도 결합 플라스마(ICP)에 의한 발광 분광 분석법으로 측정한다.
〔C: 0.02 내지 0.30％〕
C는, 아크를 안정화하여 용적을 세립화하는 작용이 있고, C 함유량이 0.02％ 미만이면 용적이 커져서 아크가 불안정해져서, 스패터 발생량이 많아진다. 그 결과, 비드 형상이 요철이 되어 불량이 되기 때문에, 적녹이 발생한다. 비드 형상 불량에 의해 적녹이 발생하는 이유는, 불량에 의한 오목부는 용접 슬래그가 발생하기 쉽고, 또한, 적녹의 원인이 되는 물이나 수분을 포함한 흙 등이 고이기 쉽기 때문이다. 또한, C 함유량이 0.02％ 미만이면, 용접 금속에 있어서의 인장 강도가 얻어지지 않아, 원하는 인장 강도를 얻을 수 없다. 따라서, C의 하한은 0.02％ 이상이며, 바람직하게는 0.04％ 이상이며, 더욱 바람직하게는 0.06％ 이상이다.
한편, C 함유량이 0.30％를 초과하면, 용접 금속이 경화함으로써 내 갈라짐성이 저하되어, 용접 금속이 파단되기 쉬워진다. 따라서, C의 상한은 0.30％이며, 바람직하게는 0.25％이다.
〔Si: 0.10 내지 1.0％ 미만〕
Si는 탈산 원소로서 용접 와이어 또는 모재에 함유된다. 특히, 용접 와이어에 있어서의 Si는, 용융지의 탈산을 촉진함으로써 용접 금속의 인장 강도를 향상시킨다. 따라서, Si의 하한은 0.10％이며, 바람직하게는 0.20％이며, 더욱 바람직하게는 0.30％이다. 한편, Si를 과잉으로 함유하는 경우에는 비도전성의 Si계 슬래그가 증가해버려, 슬래그와 용접 금속 사이에서 적녹이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Si의 상한은 1.0％ 미만, 바람직하게는 0.9％ 미만, 더욱 바람직하게는 0.8％ 미만이다. 보다 한층 바람직하게는 0.7％ 이하이다. 더한층 바람직하게는 0.62％ 미만이다.
〔Mn: 1.2 내지 3.0％〕
Mn도 Si와 마찬가지로 탈산 원소이며, 아크 용접 시에 있어서의 용융지의 탈산을 촉진함과 함께, 용접 금속의 인장 강도를 향상시키는 원소이다. Mn 함유량이 적으면, 용접 금속의 인장 강도를 충분히 확보할 수 없어, 용접 금속이 파단되기 쉬워진다. 따라서, Mn의 하한은 1.2％ 이상이며, 바람직하게는 1.5％ 이상이다.
한편, Mn이 과잉으로 함유되면, 용융 금속의 점성이 높아지고, 용접 속도가 큰 경우에 용접 부위에 적절하게 용융 금속이 유입될 수 없어, 험핑 비드가 되어, 비드 형상 불량이 발생하기 쉬워진다. 그 결과, 비드 형상이 요철이 되어 불량이 되기 때문에, 적녹이 발생한다. 따라서, Mn의 상한은 3.0％ 이하이고, 바람직하게는 2.5％ 이하이다.
〔Al: 0.002 내지 0.30％〕
Al은 강력한 탈산 원소이며, 아크 용접 시에 용융 금속의 탈산을 촉진하여 블로우홀의 발생을 억제하는 효과가 있다. 따라서, Al 함유량의 하한은 0.002％이며, 바람직하게는 0.01％이며, 보다 바람직하게는 0.02％이다.
한편, Al 함유량이 과잉이면, 비도전성의 Al계 슬래그가 증가해버려, 슬래그와 용접 금속 사이에서 적녹이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 용접 금속의 Al 함유량의 상한은, 0.30％이며, 바람직하게는 0.25％이며, 보다 바람직하게는 0.20％이다.
〔Ti: 0.005 내지 0.30％〕
Ti는 탈산 원소이기 때문에, 블로우홀 발생의 억제에 효과가 있다. 따라서, Ti 함유량의 하한은 0.005％이며, 바람직하게는 0.01％이며, 보다 바람직하게는 0.05％이다.
한편, Ti를 과잉으로 함유하는 경우에는 Ti계 슬래그가 증가해버려 Ti계 슬래그와 용접 금속의 밀착성이 저하되어서 박리되기 쉬워진다. 따라서, 박리된 개소로부터 적녹이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Ti 함유량의 상한은 0.30％이며, 바람직하게는 0.25％이며, 보다 바람직하게는 0.20％이다.
〔Al과 Ti가 공존하는 것에 의한 상승 효과〕
또한, Al과 Ti는 양쪽 모두 Si계 슬래그를 억제하여 Al계 슬래그 및 Ti계 슬래그를 생성하는 원소이며, 도장 불량의 억제에 기여하는 원소이다. 단, Al과 Ti의 어느 한쪽밖에 하한값 이상 포함되어 있지 않은 경우, Al계 슬래그만, 또는, Ti계 슬래그만이 용접 비드 상에 응집해버리는 경향이 된다. 이들 슬래그가 응집해버릴 경우에는, 용접 비드 상에 도장 불량이 없더라도, 용접 금속과 슬래그 사이에 공극이 생기기 쉬워져, 이 공극으로부터 적녹이 발생해버린다. 즉 Al계 슬래그와 Ti계 슬래그의 양쪽이 생성됨으로써 동일계의 슬래그의 응집이 억제되어, 그 결과, 적녹이 억제된다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 용접 금속이 Al과 Ti를 모두 함유하는 성분계로 함으로써, 우수한 내식성을 얻는 것이 가능하게 되어 있다.
〔Al, Ti〕
Al과 Ti의 함유량은, 이하의 식 (1A)와 식 (1B)를 충족한다.
[Al]+[Ti]>0.05 …식 (1A)
[Ti]/[Al]>0.9 …식 (1B)
Al과 Ti는, 모두, 조대화 페라이트의 생성을 억제함으로써, 용접 금속의 강도를 충분히 확보할 수 있다. Al과 Ti의 합계 함유량이 0.05％ 이하인 경우, 블로우홀이 발생하지 않는 경우이더라도 용접 금속의 페라이트가 조대화하기 쉬워져, 용접 금속의 강도가 충분히 얻어지지 않아, 용접 금속에서 파단이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Al과 Ti의 합계 함유량의 하한값은 0.05％ 초과이며, 바람직하게는 0.10％이며, 더욱 바람직하게는 0.15％이다.
Al+Ti의 상한값은 특별히 한정되는 것은 아니며, Al과 Ti 각각의 상한값으로부터 계산되는 0.60％이면 된다. 단, Al+Ti의 상한이 0.30％ 이하이면, Al계 슬래그 및 Ti계 슬래그의 발생이 억제되어, Al계 슬래그 및 Ti계 슬래그와 용접 금속 사이에서의 적녹의 발생이 억제되기 때문에 바람직하다. Al+Ti의 상한은, 더욱 바람직하게는 0.20％이다.
또한, Si와 Mn의 함유량이 높은 성분계에 있어서는, Al과 Ti의 밸런스가 중요하다. 그래서, Al과 Ti는 상기 식 (1B)를 충족하도록 함유량이 조정된다. 이 식 (1B)를 충족하지 않는 경우, 즉, Ti/Al이 0.9 이하인 경우에는, Al계의 슬래그가 용접 비드 상에 응집하여 두께가 두껍고 또한 용접 금속과 슬래그 사이에 공극이 생기기 쉬워져, 이 공극으로부터 적녹이 발생할 우려가 있다. 또한, Ti/Al의 값의 상한은 특별히 규정되는 것은 아니다.
〔Si, Mn, Ti, Al〕
또한, Si와 Mn과 Ti와 Al의 함유량은, 이하의 식 (2)를 충족한다.
7×[Si]+7×[Mn]-112×[Ti]-30×[Al]≤12 …식 (2)
발명자들이 여러가지 성분계를 갖는 용접 금속에 대하여 슬래그와 용접 금속 사이에 있어서의 적녹의 발생 유무를 조사한 결과, 적녹의 발생에 관한 지표인 7×[Si]+7×[Mn]-112×[Ti]-30×[Al]의 값이 12를 초과하면 적녹이 조기에 발생해버려, 내식성이 모자람이 명확해졌다. 그 때문에, 상기 식에 있어서, 상한을 12로 하고 있다.
하한값은 특별히 한정되는 것은 아니며, Si와 Mn의 하한값과, Al과 Ti의 상한값으로부터 계산되는 -33.5이다.
〔Si, Mn〕
또한, Si와 Mn의 함유량은, 이하의 식 (3)을 충족한다.
2.0<[Si]+[Mn] …식 (3)
Si와 Mn의 합계량이 2.0％ 초과인 것으로, 용접 금속의 강도를 확보할 수 있어, 인장 부하를 받은 때에 용접 금속으로부터 파단되는 것을 방지할 수 있다.
Si와 Mn의 함유량의 상한값은 특별히 한정되는 것은 아니며, Si와 Mn의 상한값으로부터 계산되는 4.0％ 미만이다.
또한, 상술한 식에 있어서, [Si], [Al], [Ti], [Mn]은, 용접 금속의 전체 질량에 대한 각 성분의 질량％에 의한 함유량을 의미한다.
지단부의 슬래그: [슬래그 표면의 Ti 함유량]>[슬래그 표면의 Si 함유량]
필렛 용접부의 지단부는 슬래그가 고이기 쉬운 장소이므로, 지단부 이외의 부분보다도 적녹이 발생하기 쉬운 경향이 있다. 그 때문에, 필렛 용접부에 있어서, 지단부의 슬래그는, 식 (4)를 충족할 필요가 있다.
[슬래그 표면의 Ti 함유량]>[슬래그 표면의 Si 함유량] …식 (4)
필렛 용접부의 지단부의 슬래그가 식 (4)를 충족하지 않는 경우에는, 절연성인 Si계의 슬래그가 용접 비드 상에 응집하여 두께가 증가하고 또한 용접 금속과 슬래그 사이에 공극이 생기기 쉬워져, 이 공극으로부터 적녹이 발생할 우려가 있다.
슬래그 표면의 Ti 함유량 및 Si 함유량은, SEM(주사형 전자 현미경) 및 EDS(에너지 분산형 X선 분광기)로 측정할 수 있다.
보다 구체적으로는, 필렛 용접부를 절단 가공으로 채취하고, 수지에 매립한다. 그 후 슬래그 박리가 없는 개소까지 수지 매립 샘플을 연마한다. SEM으로 용접부 단면의 슬래그 부착부를 확대하여 관찰하고, 슬래그의 100㎛×100㎛의 영역의 평균 Si 농도, 평균 Ti 농도를 EDS로 구한다. 또한, 관찰 개소에 따른 변동을 방지하기 위해서, 상기 평균 Si 농도, 상기 평균 Ti 농도는 3단면의 관찰 결과의 평균으로 한다.
〔P: 0％ 초과 내지 0.015％〕
P는, 일반적으로 강 중에 불순물로서 혼입되는 원소이며, 또한, 강판 및 용접 와이어 중에도 불순물로서 포함되는 것이 통상이기 때문에, 용접 금속 중에도 포함된다. 여기서, P는, 용접 금속의 고온 균열을 발생시키는 주요 원소의 하나이기 때문에, 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다. P 함유량이 0.015％를 초과하면, 용접 금속의 고온 균열이 현저해지기 때문에, 용접 금속의 P 함유량의 상한은 0.015％ 이하이다.
또한, P 함유량의 하한은, 특별히 제한되지 않기 때문에, 0％ 초과인데, 탈P의 비용 및 생산성의 관점에서, 0.001％여도 된다.
〔S: 0％ 초과 내지 0.030％〕
S도, P와 마찬가지로 일반적으로 강 중에 불순물로서 혼입되는 원소이며, 또한 용접 와이어 중에도 불순물로서 포함되는 것이 통상이기 때문에, 용접 금속 중에도 포함된다. 여기서, S는, 용접 금속의 내 갈라짐성을 저해하는 원소이며, 가능한 한 억제하는 것이 바람직하다. S 함유량이 0.030％를 초과하면, 용접 금속의 내 갈라짐성이 악화되기 때문에, 용접 금속의 S 함유량은 0.030％ 이하이다.
또한, S 함유량의 하한은, 특별히 제한되지 않기 때문에, 0％ 초과인데, 탈S의 비용 및 생산성의 관점에서, 0.001％여도 된다.
Cu, Cr, Nb, V, Mo, Ni 및 B는, 필수적인 원소는 아니지만, 필요에 따라 1종 또는 2종 이상을 동시에 함유해도 된다. 각 원소를 함유시킴으로써 얻어지는 효과와 상한값에 대하여 설명한다. 또한, 이들 원소를 함유시키지 않는 경우의 하한은 0％이다.
〔Cu: 0 내지 0.50％〕
Cu는 용접 와이어의 구리 도금에서 유래하여 용접 금속에 함유되는 경우가 있기 때문에, 0.005％ 이상을 포함시켜도 된다. 한편, Cu의 함유량이 과잉이 되면, 용접 갈라짐이 발생하기 쉬워지기 때문에, Cu의 상한은 0.50％ 이하이다.
〔Cr: 0 내지 1.5％〕
Cr은, 용접부의 ??칭성을 높여서 인장 강도를 향상시키기 위하여 0.05％ 이상 함유시켜도 된다. 한편, Cr을 과잉으로 함유시킨 경우, 용접부의 신장이 저하된다. 따라서, Cr의 상한은 1.5％ 이하이다.
〔Nb: 0 내지 0.3％〕
Nb는, 용접부의 ??칭성을 높여서 인장 강도를 향상시키기 위하여 0.005％ 이상 함유시켜도 된다. 한편, Nb를 과잉으로 함유시킨 경우, 용접부의 신장이 저하된다. 따라서, Nb의 상한은 0.3％ 이하이다.
〔V: 0 내지 0.3％〕
V는, 용접부의 ??칭성을 높여서 인장 강도를 향상시키기 위하여 0.005％ 이상 함유시켜도 된다. 한편, V를 과잉으로 함유시킨 경우, 용접부의 신장이 저하된다. 따라서, V의 상한은 0.3％ 이하이다.
〔Mo: 0 내지 1.0％〕
Mo는, 용접부의 ??칭성을 높여서 인장 강도를 향상시키기 위하여 0.005％ 이상 함유시켜도 된다. 한편, Mo를 과잉으로 함유시킨 경우, 용접부의 신장이 저하된다. 따라서, Mo의 상한은 1.0％ 이하이다.
〔Ni: 0 내지 2.5％〕
Ni는, 용접부의 인장 강도와 신장을 향상시키기 위하여 0.05％ 이상 함유시켜도 된다. 한편, Ni를 과잉으로 함유시킨 경우, 용접 갈라짐이 발생하기 쉬워진다. 따라서, Ni의 상한은 2.5％ 이하이다. 바람직하게는 2.0％ 이하이다.
〔B: 0 내지 0.005％〕
B는, 용접부의 ??칭성을 높여서 인장 강도를 향상시키기 위하여 0.0005％ 이상 함유시켜도 된다. 한편, B를 과잉으로 함유시킨 경우, 용접부의 신장이 저하된다. 따라서, B의 상한은 0.005％이다. 바람직하게는, 0.003％ 이하이다.
상기에서 설명한 성분의 잔부는 Fe 및 불순물을 포함한다. 불순물이란, 원재료에 포함되는 성분이나, 제조의 과정에서 혼입되는 성분이며, 용접 금속에 의도적으로 함유시킨 성분이 아닌 성분, 또는 본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품에 악영향을 주지 않는 범위에서 허용되는 성분을 말한다.
이상, 본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품에 대하여 설명하였다. 또한, 본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품의 모재를 형성하는 강판의 종류는 인장 강도가 780MPa 이상이면 특별히 한정되지 않지만, C: 0.030 내지 0.40％, Si: 0.4 내지 1.8％, Mn: 1.80 내지 3.20％, P: 0.05％ 미만 및 S: 0.010％ 미만의 성분을 함유하는 강판인 것이 바람직하다. 또한, 상기 성분에 추가로, Al이나 Ti 등의 임의 성분을 함유하는 강판이어도 된다.
이어서, 본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품의 제조 방법에 대하여 설명한다. 또한, 이하에 있어서는 필렛 용접부의 형성을 가스 실드 아크 용접에 의해 행하는 경우를 예로서 설명한다.
노즐 내경이 14 내지 20㎜ 또한, 가스 유량이 20 내지 30L/min 또한, 노즐과 모재의 거리가 20㎜ 이하
본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품을 제조함에 있어서, 필렛 용접부를 가스 실드 아크 용접에 의해 형성할 때의 용접 조건은, 노즐 내경이 14 내지 20㎜ 또한, 가스 유량이 20 내지 30L/min 또한, 노즐과 모재의 거리가 20㎜ 이하로 한다. 이에 의해, 용접 금속이 산화되기 어려워져, 필렛 용접부의 지단부에서 [슬래그 표면의 Ti 함유량]>[슬래그 표면의 Si 함유량]이 된다.
노즐과 모재의 거리(6)란, 도 3에 도시하는 바와 같이, 용접 노즐(51)에 있어서의 실드 가스(52)의 출구 선단부와, 용접 와이어(53)의 목표 위치(7)의 최단 거리이다. 또한 도 3은, 용접 와이어(53)의 목표 위치(7)가 강판(2)의 단부면을 지나는 평면과 강판(3)의 표면과의 교차부(54)인 경우를 도시하는 도면이다.
본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품의 제조 방법은, 보다 바람직하게는, 식 (5)를 충족하는 것이다.
(10/6×[노즐 내경]-20/6)×0.8≤[가스 유량]≤(10/6×[노즐 내경]-20/6)×1.2 …식 (5)
식 (5)를 충족함으로써, 용접 금속 표면의 실드 상태가 더욱 양호해져서, 용접 금속이 더한층 산화되기 어려워진다. 따라서, 필렛 용접부의 지단부에서의 슬래그 표면의 Ti 및 Si의 함유량을 [슬래그 표면의 Ti 함유량]>[슬래그 표면의 Si 함유량]의 관계로 제어하기 쉬워진다.
본 실시 형태에 관계되는 자동차용 서스펜션 부품의 제조 방법은, 보다 바람직하게는, 용접 토치의 경사 각도(일으키기 각도)가 50 내지 70°이다. 용접 토치의 경사 각도(일으키기 각도)가 50° 이상인 경우, 용접 금속 표면의 실드 상태가 더욱 양호해져서, 용접 금속이 더한층 산화되기 어려워진다. 따라서, 필렛 용접부의 지단부에서의 슬래그 표면의 Ti 및 Si의 함유량을 [슬래그 표면의 Ti 함유량]>[슬래그 표면의 Si 함유량]의 관계로 제어하기 쉬워진다. 한편, 용접 토치의 경사 각도(일으키기 각도)가 70° 이하인 것에 의해, 용접 금속의 용입 형상을 양호하게 유지할 수 있다.
용접 토치의 경사 각도(일으키기 각도)란, 토치의 길이 방향과 강판(3)의 표면이 이루는 예각이다.
실시예
이하, 본 발명의 효과를 실시예에 의해 구체적으로 설명한다.
인장 강도 980MPa의 강판끼리, 또는, 인장 강도 780MPa의 강판끼리에 대하여 여러가지 용접 와이어를 사용하여 겹침 필렛 아크 용접을 행하여 용접 조인트를 제조하고, 용접 금속의 평가를 행하였다. 한쪽 및 다른 쪽의 강판의 겹침대를 15㎜로 하여 밀착시키고, 강판의 판 두께는 2.6㎜로 하였다. 용접 자세는 용접선을 수평으로 하고, 다른 쪽의 강판의 경사 각도 α를 0°로 하였다. 용접 방법은 펄스 MAG 아크 용접 방법으로 하고, 용접 토치의 경사 각도(일으키기 각도)를 60°로 하고, 실드 가스는, 주로 20체적％ CO2를 포함하는 Ar 가스를 사용하였다. 또한, 실드 가스로서, 3％의 O2를 포함하는 Ar 가스나, 20％의 CO2와 2％의 O2를 포함하는 Ar 가스도 사용하였다. 와이어 선단 목표는 한쪽의 강판의 단부면과 다른 쪽의 강판의 표면에 의해 구성되는 코너부로 하였다.
또한, 실험 No.1 내지 28 및 No.29 내지 42의 용접 조건은, 노즐 내경이 14 내지 20㎜ 또한, 가스 유량이 20 내지 30L/min 또한, 노즐과 모재의 거리가 20㎜ 이하였다. 또한, 노즐 내경과 가스 유량의 관계가 상기 식 (5)를 충족하고, 용접 토치의 경사 각도(일으키기 각도)가 50 내지 70°였다.
용접 와이어로서, 여러가지 성분계의 솔리드 와이어를 사용함으로써 용접 금속의 성분을 조정하였다.
각 강판의 인장 강도, 판 두께 및 주요 성분은 이하와 같다.
(980MPa 강판)
·판 두께: 2.6㎜
·성분: C=0.060％, Si=1.2％, Mn=2.50％, P=0.01％, S=0.005％, Al=0.03％, Ti=0.12％
(780MPa 강판)
·판 두께: 2.6㎜
·성분: C=0.045％, Si=0.02％, Mn=1.55％, P=0.01％, S=0.005％, Al=0.3％, Ti=0.13％
이와 같이 하여 얻어진 용접 조인트에 대해서, 용접 금속의 화학 성분을 측정하였다.
구체적으로는, (1) 용접부의 길이 방향 중앙부에 있어서, 길이 방향에 수직한 단면을 눈으로 보기 관찰함으로써 미리 용접 금속의 영역을 특정하고, (2) 그 영역을 드릴로 절삭함으로써 용접 금속의 절삭 가루를 채취하고, (3) 그 절삭 가루를 시료로 하여 고주파 유도 결합 플라스마(ICP)에 의한 발광 분광 분석법으로 측정함으로써, 용접 금속의 화학 성분을 측정하였다.
표 1, 표 2, 표 3에는, 각 성분의 함유량과, 식 (1A), 식 (1B), 식 (2), 및 식 (3)의 값을 나타낸다. 또한, 본 발명의 범위 외의 수치에는 밑줄을 그었다. 또한, 첨가되지 않은 성분은, 표에 있어서 공백으로 하였다.
또한, 필렛 용접부의 지단부의 슬래그 표면의 Ti 함유량 및 Si 함유량을, 전술한 방법으로, SEM-EDS로 측정하였다. 필렛 용접부의 지단부의 슬래그 표면의 Ti 함유량 및 Si 함유량이 식 (4)를 충족하는 경우에는 OK로 하고, 식 (4)를 충족하지 않는 경우에는 NG로 하였다. 표 4에는, 각각의 실험예에 대해서, 강도(파단 위치), 식 (4)에 의한 판정 결과 및 적녹의 평가 결과도 아울러 나타낸다.
Figure 112021111708511-pct00001
Figure 112021111708511-pct00002
Figure 112021111708511-pct00003
(강도의 평가)
강도는 조인트 인장 시험에 있어서의 파단 위치에서 평가하였다. 인장 시험은, 25㎜×100㎜의 2매의 강판을 길이 방향의 단부를 15㎜ 서로 겹쳐서 겹침 필렛 용접하고, 길이 방향으로 인장 속도 10㎜/min의 속도로 실시하였다. 파단 위치가 모재인 경우에는 OK로 하고, 파단 위치가 용접 금속인 경우에는 NG로 하였다.
(적녹의 평가)
JASO법 M610에 규정하는 복합 사이클 시험(CCT, 5％ NaCl, 웨트율 50％)을 50사이클, 75사이클 및 100사이클 행하고, 적녹의 유무를 각각 평가하였다. 적녹이 발생하지 않은 경우에는 OK로 하고, 적녹이 발생한 경우에는 NG로 하였다.
하기의 A, B, C 및 D의 4단계로 내식성을 평가하였다. A 및 B가 내식성을 충족하는 것으로 하고, C 및 D가 내식성을 충족하지 않는 것으로 하였다.
A: 50사이클, 75사이클 및 100사이클의 모두가 OK이다.
B: 50사이클 및 75사이클이 OK이며, 100사이클이 NG이다.
C: 50사이클이 OK이며, 75사이클 및 100사이클이 NG이다.
D: 50사이클, 75사이클 및 100사이클의 모두가 NG이다.
본 발명예에 관계되는 실험 No.1 내지 28에서는, 용접 금속의 성분 조성 및 용접 조건이 적정한 것에 의해, 용접 금속의 성분 조성 및 필렛 용접부의 지단부의 슬래그 표면의 성분 조성이 적절하게 제어되어 있기 때문에, 용접 금속에 있어서 우수한 강도 및 내식성을 얻을 수 있었다. 단, Si 함유량이 0.7％ 초과인 실험 No.8, 13, 18, 26 및 28에서는, 복합 사이클 시험에 있어서 50사이클 및 75사이클에서는 적녹이 발생하지 않았지만, 100사이클에서는 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.29에서는, 용접 금속의 Si 함유량이 과잉이어서, 식 (4)를 충족하지 않았기 때문에, 비도전성의 슬래그를 형성하여 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.30에서는, 용접 금속의 화학 성분이 식 (2)를 충족하지 않고 또한 식 (4)를 충족하지 않았기 때문에, 적녹의 발생을 억제할 수 없었다.
비교예에 관계되는 실험 No.31에서는, 용접 금속의 C 함유량이 과잉이었기 때문에, 용접 금속이 경화하여, 원하는 강도를 얻을 수 없었다.
비교예에 관계되는 실험 No.32에서는, 용접 금속의 Si 함유량이 과소임과 동시에, 용접 금속의 화학 성분이 식 (1)을 충족하지 않았기 때문에, 조대화 페라이트의 생성을 억제하는 효과를 충분히 향수할 수 없어, 용접 금속의 강도를 확보할 수 없었다. 또한, 식 (4)를 충족하지 않는 것에 기인하여 복합 사이클 시험의 75사이클 및 100사이클에 있어서 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.33에서는, 용접 금속의 C 함유량이 과소했기 때문에, 용접 금속에 있어서의 인장 강도가 얻어지지 않아, 원하는 인장 강도를 얻을 수 없었다. 또한, 비드 형상 불량에 기인하여 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.34에서는, 용접 금속의 Mn 함유량이 과잉이었기 때문에, 비드 형상 불량에 기인하여 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.35에서는, 용접 금속의 Al 함유량이 과잉이었기 때문에, Al계 슬래그가 증가해버려, Al계 슬래그와 용접 금속 사이에서 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.36에서는, 용접 금속의 Ti 함유량이 0％이며, Al과 Ti가 공존하지 않았기 때문에, Al계 슬래그만이 용접 비드 상에 응집하여, 용접 금속과 Al계 슬래그 사이에 공극이 생기고, 이 공극으로부터 적녹이 발생하였다. 또한, 식 (4)를 충족하지 않는 것에도 기인하여 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.37에서는, 용접 금속의 Mn 함유량이 과소했기 때문에, 용접 금속의 강도를 확보할 수 없어, 용접 금속에 있어서 파단이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.38에서는, 용접 금속의 Ti 함유량이 과잉이었기 때문에, Ti계 슬래그가 증가해버려, Ti계 슬래그의 밀착성이 저하되어서 박리되어버렸다. 그 때문에, 박리된 개소에 있어서 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.39에서는, 용접 금속의 Al 함유량이 0％이며, Al과 Ti가 공존하지 않았기 때문에, Ti계 슬래그만이 용접 비드 상에 응집하여, 용접 금속과 Ti계 슬래그 사이에 공극이 생기고, 이 공극으로부터 적녹이 발생하였다. 또한, 식 (4)를 충족하지 않는 것에도 기인하여 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.40에서는, 용접 금속의 화학 성분이 식 (3)을 충족하지 않았기 때문에, 용접 금속의 강도를 확보할 수 없고, 인장 부하를 받은 때에 용접 금속으로부터 파단이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.41에서는, 용접 금속의 화학 성분이 식 (1B)를 충족하지 않았기 때문에, Al계의 슬래그가 응집한 것, 및 식 (4)를 충족하지 않는 것에 기인하여 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.42에서는, 용접 금속의 Si 함유량이 과잉이어서 식 (4)를 충족하지 않았기 때문에, 비도전성의 슬래그를 형성하여 적녹이 발생하였다.
비교예에 관계되는 실험 No.43에서는, 용접 조건을, 노즐 내경이 14㎜ 미만 또한, 가스 유량이 20L/min 미만 또한, 노즐과 모재의 거리가 20㎜ 초과로 하였다. 그 결과, 식 (4)를 충족하지 않았기 때문에, 복합 사이클 시험의 75사이클 및 100사이클에 있어서 적녹이 발생하였다.
본 발명에 따르면, 용접 금속의 강도 및 내식성이 우수하고, 780MPa 이상의 모재 강판으로 형성되는 용접 조인트를 갖는 자동차용 서스펜션 부품을 제공할 수 있어, 산업상의 이용 가치가 높다.
1: 용접 조인트
2: 제1 강판
3: 제2 강판
4: 필렛 용접부, 용접 금속
51: 노즐(용접 토치)
52: 실드 가스
53: 용접 와이어
54: 교차부
6: 노즐과 모재의 거리
7: 목표 위치

Claims (3)

  1. 인장 강도가 780MPa 이상인 제1 강판과 제2 강판이 겹쳐지고, 상기 제1 강판의 단부면과 상기 제2 강판의 표면 사이에, 필렛 용접부가 형성되어 이루어지는 용접 조인트를 구비하는 자동차용 서스펜션 부품이며,
    상기 용접 조인트를 형성하는 용접 금속의 화학 성분은, 상기 용접 금속의 전체 질량에 대한 질량％로,
    C: 0.02 내지 0.30％,
    Si: 0.10 내지 1.0％ 미만,
    Mn: 1.2 내지 3.0％,
    Al: 0.002 내지 0.30％,
    Ti: 0.005 내지 0.30％,
    P: 0％ 초과 내지 0.015％,
    S: 0％ 초과 내지 0.030％,
    Cu: 0 내지 0.50％,
    Cr: 0 내지 1.5％,
    Nb: 0 내지 0.3％,
    V: 0 내지 0.3％,
    Mo: 0 내지 1.0％,
    Ni: 0 내지 2.5％,
    B: 0 내지 0.005％
    이고, 잔부가 철 및 불순물을 포함하고,
    하기 식 (1A), 식 (1B), 식 (2), 및 식 (3)을 충족하고,
    상기 필렛 용접부의 지단부의 슬래그는, 식 (4)를 충족하는 것을 특징으로 하는 자동차용 서스펜션 부품.
    [Al]+[Ti]>0.05 …식 (1A)
    [Ti]/[Al]>0.9 …식 (1B)
    7×[Si]+7×[Mn]-112×[Ti]-30×[Al]≤12 …식 (2)
    2.0<[Si]+[Mn] …식 (3)
    [슬래그 표면의 Ti 함유량]>[슬래그 표면의 Si 함유량] …식 (4)
    단, [Si], [Al], [Ti], [Mn]은, 상기 용접 금속의 전체 질량에 대한 각 성분의 질량％에 의한 함유량을 의미한다.
  2. 제1항에 있어서, 상기 용접 금속의 화학 성분은, 상기 용접 금속의 전체 질량에 대한 질량％로,
    Cu: 0.005 내지 0.50％,
    Cr: 0.05 내지 1.5％,
    Nb: 0.005 내지 0.3％,
    V: 0.005 내지 0.3％,
    Mo: 0.005 내지 1.0％,
    Ni: 0.05 내지 2.5％,
    B: 0.0005 내지 0.005％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유하는 것을 특징으로 하는 자동차용 서스펜션 부품.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 강판의 판 두께는 0.8㎜ 이상 4.0㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 자동차용 서스펜션 부품.
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