KR20160033541A - 필러와이어 및 이를 이용한 맞춤용접블랭크 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도금 강판 블랭크의 성분계보다 많은 양의 니켈을 포함하고, 둘 이상의 도금 강판 블랭크의 접합부에서 상기 접합부와 용융부를 생성하여 둘 이상의 상기 도금 강판 블랭크를 접합시키고 핫 스탬핑 성형체를 제조하기 위한 맞춤용접블랭크 접합용 필러와이어가 개시된다.

Description

필러와이어 및 이를 이용한 맞춤용접블랭크 제조방법{FILLERWIRE AND METHOD OF MAKING TAYLORED WELDED BLANK USING THEREOF}

본 발명은 필러와이어, 이를 이용한 맞춤용접블랭크 제조방법 및 핫스템핑 성형체 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도금 강판 블랭크의 접합부의 물성이 변하지 않게 하기 위한 필러와이어 및 이를 이용해 도금 강판 블랭크를 접합시켜 맞춤용접블랭크를 제조하기 위한 것이다.

맞춤용접블랭크 제조에 일반적으로 사용되는 도금 강판들은 모두 다양한 재질 및 두께를 가지고 있어, 그 물성이 서로 다르다. 예를 들어, 차체에 사용되는 맞춤용접블랭크의 경우, 차량 충돌 시 충돌에너지를 흡수하여 구겨져야 하는 부분들은 비교적 약한 강도를 가지나, 탑승자의 생존 공간을 확보하는 부분의 경우 차체 지붕이 내려앉지 않도록 형상 유지를 해야하기 때문에 비교정 강한 강도를 가지고 있다.

이러한 이종 재질 또는 이종 두께를 가지는 소재를 레이저 등을 이용하여 용접하여 제조한 블랭크를 테일러 웰디드 블랭크(Tailor welded blank), 즉 맞춤용접블랭크라고 한다. 이러한 맞춤용접블랭크는 자동차, 선박 등에 주로 사용되며 따라서 도금 강판 소재를 이용하여 제조하는 경우가 일반적이다.

그런데 상기 도금 강판 소재를 레이저로 용접하게 되는 경우, 도금 강판 소재에 도금된 도금층의 성분이 접합 부위의 용융부 내로 유입되게 된다. 이러한 경우, 도금층의 성분이 용융부 내의 성분과 섞이게 되어 접합 부위의 물성이 도금 강판 소재 자체와 다른 물성을 가지게 되는 문제점이 발생한다. 특히, 도금층으로 많이 쓰이는 Al-Si 또는 Zn의 경우, 레이저 용접시에 접합 부위로 도금 성분이 유입되면 맞춤용접블랭크 용접부분의 물성 저하를 가져오게 되는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서, 종래에는 레이저로 용접되는 부분의 도금층을 제거한 다음 용접을 진행함으로서 도금 성분의 용접부 혼입을 방지하고 있었는데, 이러한 방법은 도금층을 제거하는 공정 및 도금층이 제거된 부분의 재도금 공정이 추가됨으로서 그에 따른 설비 투자비 증가 및 가공비 상승을 가져오게 되어 전체 부품의 제조 원가가 상승되는 문제점을 가지고 있었다.

관련 선행 기술로는 대한민국특허 출원번호 10-2010-0061579호(등록일자 2011년 5월 12일)의 'TWB 공법을 이용한 핫 스탬핑 성형체 및 그 제조방법'이 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 도금 강판 블랭크의 접합에 따른 물성 변화를 방지하기 위해 사용되는 필러와이어 및 이를 이용한 맞춤용접블랭크 제조방법을 제공하는 것이다.

일 측면으로서, 본 발명은, 둘 이상의 도금 강판 블랭크의 접합부에서 용융부를 생성하여 둘 이상의 상기 도금 강판 블랭크를 접합시키고 핫 스탬핑 성형체 제조를 위한, 도금 강판 블랭크의 성분계보다 많은 양의 니켈을 포함하는, 맞춤용접블랭크(Tailored Welded Blank) 접합용 필러와이어를 제공한다.

상기 도금 강판 블랭크란, 도금된 강판이 일반적인 다듬질이 안된 상태인 소재를 의미하고, 이러한 블랭크를 다듬질 성형하여 원하는 제품으로 만들 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 도금 강판 블랭크에 도금된 재료는 Al, Si 또는 Ai-Si 임을 특징으로 한다.

상기 접합부는 복수의 상기 도금 강판 블랭크가 접합되는 부분을 의미한다.

상기 용융부는 상기 접합부에서 상기 도금강판 블랭크 및 상기 필러와이어의 성분이 녹아 들어가 있는 부분으로, 상기 용융부는 응고하여 복수의 상기 도금강판 블랭크를 접합시켜 맞춤용접 블랭크를 제조한다.

일 실시예에 있어서, 상기 필러와이어는 탄소(C) 및 망간(Mn)을 추가로 포함할 수 있고, 상기 탄소(C)의 함량은 상기 도금 강판 블랭크의 성분계보다 적은 양을 포함할 수 있으며, 상기 망간(Mn)의 함량은 상기 도금 강판 블랭크의 성분계와 같거나 많은 양을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 필러와이어는 핫 스탬핑 온도 800 이상에서, 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 5배 이상이 되도록 니켈을 포함할 수 있다. 상기 용융부 내 니켈의 함량이 상기 용융부 내 알루미늄의 함량의 5배 이상인 경우, 상기 용융부가 오스테나이트로 존재할 수 있기 때문이다.

일 실시예에 있어서, 상기 필러와이어는 핫 스탬핑 온도 900 이상에서, 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 0.5배 이상이 되도록 니켈을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 필러와이어는 핫 스탬핑 온도 800 이상에서, 상기 용융부 내 알루미늄 함량이 0.42중량% 이상일 때 상기 용융부 내 니켈의 함량이 2.25중량% 이상이 되도록 니켈을 포함할 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 필러와이어는 핫 스탬핑 온도 850 이상에서, 상기 용융부 내 알루미늄 함량이 0.42중량% 이상일 때 상기 용융부 내 니켈의 함량이 0.45중량% 이상이 되도록 니켈을 포함할 수 있다.

다른 측면으로서, 본 발명의 맞춤용접블랭크를 이용한 핫스탬핑 성형체 제조방법은 이종강도 또는 이종두께를 가지는 도금 강판 블랭크 및 상기의 필러와이어를 준비하는 준비단계; 이종강도 또는 이종두께를 가지는 도금 강판 블랭크 및 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 필러와이어를 준비하는 준비단계; 및 상기 용융부를 800 내지 950의 핫스탬핑 온도로 핫스탬핑 하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 맞춤용접블랭크는 필요에 따라 복수의 상기 도금강판 블랭크를 접합시켜 제조한 블랭크를 의미한다.

상기 이종강도 또는 이종두께는 복수의 상기 도금 강판 블랭크의 조성 및/또는 두께가 다를 경우, 서로의 강도 또는 두께의 차이가 발생하는 것을 의미한다.

일 실시예에 있어서, 본 발명의 핫스탬핑 성형체 제조방법은 상기 필러와이어가 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 5배 이상이 되도록 니켈을 포함하는 경우, 상기 핫스탬핑 온도는 800 이상임을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 본 발명의 핫스탬핑 성형체 제조방법은 상기 필러와이어가 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 0.5배 이상이 되도록 니켈을 포함하는 경우, 상기 핫스탬핑 온도는 900 이상임을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 본 발명의 핫스탬핑 성형체 제조방법은 상기 필러와이어가 상기 용융부 내 알루미늄 함량이 0.42중량% 이상일 때 상기 니켈의 함량이 2.25중량% 이상이 되도록 니켈을 포함하는 경우, 상기 핫스탬핑 온도는 800 이상임을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 본 발명의 핫스탬핑 성형체 제조방법은 상기 필러와이어가 상기 용융부 내 알루미늄 함량이 0.42중량% 이상일 때 상기 니켈의 함량이 0.45중량% 이상이 되도록 니켈을 포함하는 경우, 상기 핫스탬핑 온도는 850 이상임을 특징으로 한다.

일 실시예에 있어서, 상기 핫스탬핑 하는 단계는 맞춤용접블랭크 제조방법에 의해 제조된 맞춤용접블랭크를 가열하는 단계; 및 상기 가열된 소재를 프레스 금형으로 열간 성형하여 성형체를 형성하는 프레스 성형 단계; 상기 프레스 금형을 냉각하여 상기 성형체를 급냉하는 급냉 단계를 포함할 수 있다.

상기 프레스 금형은 필요에 따른 핫스탬핑 성형체를 제조하기 위한 금속성의 형으로서, 상기 맞춤용접 블랭크의 모양을 변형시킬 수 있는 금형을 의미한다.

상기 열간 성형은 상기 맞춤용접블랭크를 상기 프레스 금형에 넣어 가열시킨 뒤, 이에 압력을 가해 다듬질 성형하는 방법을 의미한다.

상기 니켈, 망간 또는 탄소는 오스테나이트 안정화 원소이며, 강판의 성형 공정이 이루어지는 일정 온도에서, 강판의 상 조직이 페라이트 조직 상태가 아닌 오스테나이트 조직 상태로 존재하도록 상기 도금 강판 블랭크 접합부의 조성을 변화시켜주는 원소를 의미한다.

상기 오스테나이트 조직이란, 탄소를 고용하고 있는 철, 즉 고용체를 의미하며 담금질강 조직의 일종이다. 상기 오스테나이트 조직은 급냉시킬 경우, 상온에서 안정적으로 풀 마르텐사이트 조직으로 변화할 수 있다.

상기 페라이트 조직이란, 철을 바탕으로 한 고용체를 의미하며 철강에 합금원소 또는 불순물이 녹아있는 형태의 고용체이다. 상기 페라이트 조직에서 마르텐사이트로 변화할 수 있다. 상기 페라이트 조직은 불순물이 녹아있기 때문에 급냉하여 마르텐사이트로 변화할 경우, 마르텐사이트의 물성이 변화할 수 있어 불안정하다.

본 발명은 도금층이 용융부에 혼입되서 용접 부위의 물성이 변화하는 것을 방지하기 위해 설계된 필러와이어를 제공한다.

상기 필러와이어는 오스테나이트 안정화 원소를 포함하여 상기 도금층 및 도금 강판 소재의 모재와 용융부를 형성하여 도금층에 의해 용접 부위의 물성이 변화하는 것을 방지하는 효과를 가져온다.

따라서, 기존의 도금층 제거 공정 및 재도금 공정이 필요하지 않아, 생산성이 향상되고, 제품 단가를 절감할 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 상기 방법에 의해 제조된 필러와이어를 도시한 도면이다.
도 2는 필러와이어에 함유된 니켈의 함량에 따른 온도별 상 변태도를 도시한 도면이다.
도 3은 필러와이어에 함유된 니켈의 함량에 따른 온도별 상 변태도를 도시한 도면이다.
도 4는 용융부 내 알루미늄 함량에 따라 오스테나이트 상태를 유지하기 위한 니켈의 함량을 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 동일한 알루미늄 중량% 및 니켈 중량%를 가지는 필러와이어를 사용한 경우, 상기 수학식 1에서 도출되는 핫스탬핑 가능 온도와 상기 도4의 시뮬레이션을 통해 측정된 핫스탬핑 가능 온도를 비교한 그래프이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들에 대해서만 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 구성요소 등이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 구성요소 등이 존재하지 않거나 부가될 수 없음을 의미하는 것은 아니다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

먼저 기존의 맞춤용접블랭크 제조방법에 대해 설명한다.

기존의 맞춤용법블랭크는 이종 강도 및/또는 이종 두께를 가지는 블랭크를 레이저를 이용하여 용접하는 방식으로 제조하였다. 서로 다른 도금 강판 재질의 블랭크를 용접하여 접합하는 단계 후, 이렇게 제조된 도금 강판 맞춤용접블랭크를 용도에 맞추어 성형하는 공정을 거치게 된다. 그런데 도금 강판 블랭크의 경우 가공 및 성형시 성형힘(Forming Force)이 크고, 복잡한 형상의 가공이 어려운 문제점이 있다. 이러한 문제점을 극복하기 위하여 800 내지 950의 고온으로 가열된 도금 강판 블랭크를 금형에 넣고 프레스로 성형한 뒤, 상기 금형 내에서 급속 냉각시키는 핫스탬핑(Hot-Stamaping) 공정이 개발되었다. 이러한 핫스탬핑 공정을 적용하기 위해서는 모재의 탈탄 및 산화를 방지하기 위해 강판의 도금이 필수적으로 필요하다. 따라서 맞춤용법블랭크를 제조하기 위한 이종 강도 및/또는 이종 두께를 가지는 블랭크는 도금이 되어 있다. 하지만, 맞춤용접블랭크의 제조를 위한 용접 시 상기 블랭크의 도금성분이 용융부에 유입되어 용접부의 물성이 달라지게 되는 문제점이 발생하였다. 이에 따라, 용접부의 물성이 다른 맞춤용접블랭크를 핫스탬핑 공정으로 성형하는 경우, 상기 맞춤용접블랭크의 용접부의 기계적 성질이 저하되는 문제가 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 필러와이어 및 이를 이용한 맞춤용접블랭크 제조방법을 제공한다.

1. 니켈 함유 필러와이어의 특성 실험

(1) 실시예1

우선, 니켈이 함유된 큰 직경의 와이어(Stock Wire)를 일련의 구멍다이스 또는 롤러다이스에 의해 인발시켜 제조한 본 발명의 필러 와이어를 준비하였다. 상기 본 발명의 필러와이어는 탄소 0.06중량%, 실리콘 0.52중량%, 망간 1.48중량%, 인 0.002중량%, 황 0.003중량%, 몰리브덴 0.57중량%, 니켈 1.75 내지 4 중량% 및 철 95.615 내지 93.365중량%의 조성을 포함한다. 도 1은 상기 방법에 의해 제조된 실시예1의 필러와이어를 도시한 도면이다.

상기 준비된 본 발명의 필러와이어 및 이종 두께와 이종 강도를 가진 두 개의 도금강판 블랭크를 준비한다. 상기 두 개의 도금강판 블랭크는 Al-Si 도금된 브론 강판(SABC1470)을 사용하였다. 상기 도금강판 블랭크는 탄소 0.228중량%, 실리콘 0.238중량%, 망간 1.189중량%,, 크롬 0.183중량%, 니오븀(Niobium) 0.004중량%, 티타늄 0.036중량%, 붕소 0.0023중량%, 인 0.0015중량%, 황 0.0015중량%, 철 98.1167중량%의 조성을 포함한다. 0.8 내지 2.0mm 사이의 이종 두께를 가지고 도금층을 포함하는 2개의 도금강판 블랭크를 상기 전술한 필러와이어와 함께 준비하였다. 상기 도금 강판 성분계의 탄소 함량은 0.228중량%로 상기 필러와이어의 탄소 함량인 0.06중량%보다 많이 포함되어 있음을 확인할 수 있다. 또한, 상기 도금 강판 성분계의 망간 함량은 1.189중량%로 상기 필러와이어의 망간 함량인 1.48중량%보다 적게 포함되어 있음을 확인할 수 있다.

도 2는 필러와이어를 사용하여 이종두께를 가진 도금강판 블랭크의 접합을 도시한 도면이다. 이종두께를 가진 실시예1의 상기 2개의 도금강판 블랭크를 편의상 제1 도금강판 블랭크 및 제2 도금강판 블랭크로 지칭한다.

도 2를 참조하면, 상기 제1 도금강판 블랭크(1)의 접합부와 상기 제2 도금강판 블랭크(2)의 접합부 사이에 상기 필러와이어(3)를 위치시킨 다음 상기 제1 도금강판 블랭크(1)의 접합부, 상기 제2 도금강판 블랭크(2)의 접합부 및 상기 필러와이어(3)를 레이저 용접하여 용융부(4)를 생성하였다. 상기 용융부(4)는 상기 제1 도금강판 블랭크(1), 상기 제2 도금강판 블랭크(2) 및 상기 필러와이어(3)의 조성이 각각 혼합되어 있다. 추가로 상기 제1 도금강판 블랭크(1) 및 상기 제2 도금강판 블랭크(2)에 각각 도금된 Al-Si도금층(5)의 성분 역시 상기 용융부(4)에 혼합된다. 이 경우 상기 용융부(4) 내의 니켈 함량은 전술한대로 0.45 내지 3.45 중량%을 가지도록 유지시켰다. 상기 용융부(4)가 응고하면서 상기 제1 도금강판 블랭크(1) 및 상기 제2 도금강판 블랭크(2)를 서로 접합시켜 본 발명의 맞춤용접블랭크가 제작되었다.

이렇게 제조된 본 발명의 맞춤용접블랭크를 핫스탬핑 공정을 통해 성형하였다. 상기 핫스탬핑 공정을 진행단계는 다음과 같다. 우선 상기 본 발명의 맞춤용접블랭크를 800 내지 950의 온도로 가열한다. 그리고 상기 가열된 본 발명의 맞춤용접블랭크를 프레스 금형에 넣고 압력을 가하고 다듬질하여 성형하는 열간 성형을 통해 상기 본 발명의 맞춤용접 블랭크의 성형체를 형성하였다. 그런 뒤, 상기 프레스 금형을 급속 냉각시켜 상기 성형체를 급속 냉각시켜 본 발명의 핫스탬핑 성형체를 제조하였다.

(2) 비교예

비교예에서는 실시예1의 필러와이어에서 니켈 성분만이 없는 필러와이어를 준비하였다. 비교예에서는 이러한 니켈이 함유되지 않은 필러와이어를 사용한 것을 제외하고는 실시예1과 동일하게 ?스탬핑 성형체를 제조하였다.

(3) 결과1 (핫스탬핑 공정 온도에서 오스테나이트로 존재하기 위한 핫스탬핑 성형체의 용융부 Al함량 비교)

도 3은 필러와이어에 니켈의 함유 여부에 따른, 온도별 핫스탬핑 성형체의 용융부 상 변태도를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 니켈이 첨가되지 않은 비교예의 필러와이어를 사용하여 핫스탬핑 성형체를 생성한 경우보다, 실시예1의 니켈이 첨가된 필러와이어를 사용하여 핫스탬핑 성형체를 생성한 경우의 오스테나이트 영역이 넓어진 것을 확인할 수 있다. 특히, 핫스탬핑 공정 온도인 800 내지 950 영역을 확인해보면, 비교예의 경우는 Al이 0 내지 1중량% 함유되는 경우 용융부가 오스테나이트로 존재할 수 있으나, 실시예1의 경우는 Al이 0 내지 2.5중량% 함유되는 경우까지 용융부가 오스테나이트 상태로 존재할 수 있음을 확인하였다.

상기 오스테나이트 조직이란, 탄소를 고용하고 있는 철, 즉 고용체를 의미한다. 상기 오스테나이트 조직을 급속냉각을 할 경우 상온에서 풀 마르텐사이트로 변화하게 되고, 풀 마르텐사이트로 변화하게 되면 용융부의 강도가 상기 맞춤용접블랭크의 강도보다 높아지는 효과가 있다. 이에 반해, 상기 페라이트 조직이란, 철을 바탕으로 한 고용체를 의미하며 상기 고용체는 철강에 합금원소 또는 불순물이 녹아있는 형태이다. 상기 페라이트 조직은 불순물이 녹아있기 때문에 급속냉각을 할 경우 풀 마르텐사이트로 변태되지 않고, 마르텐사이트의 물성이 변화할 수 있어 불안정하다.

도 3을 통해 본 발명의 실시예1의 맞춤용접블랭크를 800 내지 950에서 핫스탬핑 성형할 경우, 비교예에 비해 좀 더 많은 알루미늄이 용융부에 함유된 경우에도 쉽게 오스테나이트 상태로 존재할 수 있음을 확인하였다.

(4) 결과2 (핫스탬핑 성형체의 강도비교)

No	YS(MPa)	TS(MPa)	EL(%)	파단부
실시예1	940	1430	4.8	모재
비교예	890	1000	1.5	용접부

표 1은 본원 발명의 니켈을 함유한 실시예1의 필러와이어를 사용하여 제조한 핫스탬핑 성형체와 기존의 니켈을 함유하지 않은 비교예의 필러와이어를 사용하여 제조한 핫스탬핑 성형체의 항복강도, 인장강도, 연신율 및 파단부를 비교한 그래프이다.

상기 표 1에서 비교예는 Ni이 첨가되지 않고 Mn이 첨가된 필러와이어를 적용한 기존의 핫스템핑 성형체를 의미하고, 실시예1은 Ni 및 Mn이 모두 첨가된 필러와이어를 적용한 본 발명의 핫스템핑 성형체를 의미한다.

상기 표 1을 참조하면, 상기 비교예의 핫스템핑 성형체의 항복강도, 인장강도 및 연신율은 각각 890Mpa, 1000Mpa 및 1.5%로 측정되었다. 이에 비해, 상기 실시예1의 핫스템핑 성형체의 항복강도, 인장강도 및 연신율은 각각 940Mpa, 1430Mpa 및 4.8%로 측정되었다. 비교하면 항복강도, 인장강도 및 연신율 모두 실시예1의 핫스탬핑 성형체가 높게 나타남을 확인하였다.

또한, 실시예1 및 2 모두 파단이 일어나는 한계까지 인장력을 가하여 파단 부위를 확인하였다. 결과, 비교예의 핫스탬핑 성형체는 성형체의 용접부에서 파단이 일어난 반면, 실시예1의 핫스탬핑 성형체는 성형체의 모재 자체에서 파단이 일어났다. 이는 실시예1의 용접부 강도가 핫스탬핑 성형체의 모재 자체 강도보다 높음을 의미한다. 즉, 상기 실시예1의 용융부는 상기 맞춤용접 블랭크 모재의 물성에 동등하거나 그 초과의 물성을 가지는 것으로 확인되었다. 따라서, 상기 표 1을 통해 실시예1인 본 발명의 핫스템핑 성형체의 용접부 강도가 비교예의 기존의 Ni를 함유하지 않은 핫스템핑 성형체의 용접부 강도보다 높은 것을 확인할 수 있었다.

2. 필러와이어 내 적정 니켈 함량

(1) 용융부 내 Al 함량의 결정

실시예 1의 필러와이어, 상기 제1 도금강판 블랭크 및 제2 도금강판 블랭크를 접합시키기 위해 레이저 용접하여 용융부를 생성하는 실험을 다수 반복하였다. 또한, 상기 실험을 통해 생성된 다수의 용융부에 함유된 Al 함량을 확인하기 위해, 상기 다수의 용융부 각각의 위치별로 Al 함량을 조사하였다.

용융부 내 Al 함량을 다수의 실험을 통해 조사한 결과, 상기 다수의 용융부 내에서 Al의 최대 함량은 0.78중량%이고, Al의 최소 함량은 0.42중량%를 가지는 것으로 측정되었다.

(2) 시뮬레이션을 통한 용융부 내 Al 함량에 따른 적정 니켈 함량 결정

도 4는 용융부 내 알루미늄 함량에 따라 오스테나이트 상태를 유지하기 위한 니켈의 함량을 시뮬레이션을 통해 나타낸 그래프이다.

도 4를 참조하면, 왼쪽의 그래프는 0.42중량%의 알루미늄이 용융부 내에 함유된 경우의 상태도 그래프이고, 오른쪽의 그래프는 0.78중량%의 알루미늄이 용융부 내에 함유된 경우의 상태도 그래프이다. 상기 용융부 내 Al 함량을 결정하기 위한 반복실험 결과, 상기 용융부 내 Al의 최대 함량은 0.78중량%, 최저 함량은 0.42중량%로 확인되었기 때문에, 상기 두 함량에 대한 적정 니켈의 함량을 결정하기 위해 시뮬레이션 하였다.

도 4의 왼쪽 그래프를 참조하면, 상기 용융부에 0.42중량%의 알루미늄이 함유되어 있고 핫스탬핑 공정이 시작되는 온도인 800 이상인 경우, 니켈이 2.25중량% 이상 함유되어야 상기 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인할 수 있다. 또한, 왼쪽 그래프에서 핫스탬핑 온도가 850이상인 경우, 니켈이 0.45중량% 이상 함유되어 있을 때 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인할 수 있다.

도 4의 오른쪽 그래프를 참조하면, 상기 용융부에 0.78중량%의 알루미늄이 함유되어 있고 핫스탬핑 공정이 시작될 수 있는 온도인 800 이상인 경우, 니켈이 3.45중량% 이상 함유되어 있어야 상기 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인할 수 있다. 또한, 오른쪽 그래프에서 핫스탬핑 온도가 850이상인 경우, 니켈이 1.74중량% 이상 함유되어 있을 때 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인할 수 있다. 마찬가지로 오른쪽 그래프에서 핫스탬핑 온도가 900이상인 경우에는 니켈이 0.45중량% 이상 함유되어 있을 때 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인할 수 있다.

(3) 시뮬레이션을 통한 온도별 용융부 내 Al 대비 니켈 함량 결정

도 4의 왼쪽 및 오른쪽 두 그래프를 분석한 결과를 통해, 핫스탬핑 온도가 800 이상이고, 상기 용융부 내 알루미늄의 함량이 0.42중량%일 때 상기 용융부 내 니켈의 함량이 2.25중량% 이상이 되도록 상기 필러와이어가 니켈을 포함하고, 이 경우 상기 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인할 수 있었다. 또한, 핫스탬핑 온도가 800 이상이고, 상기 용융부 내 알루미늄의 함량이 0.78중량%일 때 상기 용융부 내 니켈의 함량이 3.45중량% 이상이 되도록 상기 필러와이어가 니켈을 포함하고, 이 경우 상기 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 알루미늄 대비 니켈의 함량을 분석한 결과, 핫스탬핑 온도 800 이상에서 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 5배 이상이 되는 경우, 상기 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인하였다.

또한, 핫스탬핑 온도가 850 이상인 경우, 상기 필러와이어가 상기 용융부 내 알루미늄의 함량이 0.42중량%일 때 상기 용융부 내 니켈의 함량이 0.45중량% 이상이 되도록 하는 니켈을 포함하는 경우, 상기 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인할 수 있었다. 마찬가지로 핫 스탬핑 온도가 850 이상인 경우, 상기 필러와이어가 상기 용융부 내 알루미늄의 함량이 0.78중량%일 때 상기 용융부 내 니켈의 함량이 1.74중량% 이상이 되도록 하는 니켈을 포함하는 경우, 상기 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 알루미늄 대비 니켈의 함량을 분석한 결과, 핫스탬핑 온도 850 이상에서 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 2배 이상이 되는 경우, 상기 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인하였다.

마찬가지로, 핫스탬핑 온도가 900이상이고, 상기 용융부 내 알루미늄의 함량이 0.78중량%일 때 상기 용융부 내 니켈의 함량이 0.45중량% 이상이 되도록 상기 필러와이어가 니켈을 포함하고, 이 경우 상기 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통해 알루미늄 대비 니켈의 함량을 분석한 결과, 핫스탬핑 온도 900 이상에서 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 0.5배 이상이 되는 경우, 상기 용융부가 오스테나이트 상태로 유지됨을 확인하였다.

상기 도 4의 시뮬레이션 결과를 분석하여, 핫스탬핑 가능 온도, 알루미늄 중량% 및 니켈의 중량%의 관계를 하기의 관계식 1로 도출하였다.

<관계식 1>

핫스탬핑 가능 온도 = 810 + 125*알루미늄 중량% - 31.4*니켈 중량%

상기 알루미늄 중량%의 범위는 상기 용융부 내에서 부분별로 측정된 임의의 알루미늄 중량%를 의미한다. 상기 니켈 중량%는 상기 핫스탬핑 가능 온도 및 알루미늄 중량%에 따라 결정되는 니켈의 중량%를 의미한다.

상기 수학식 1을 통해, 핫스탬핑 가능 온도는 예를 들어, 바람직하게 800 내지 900의 범위에서 임의 선택 가능할 것이다. 따라서, 상기 수학식 1을 통해, 알루미늄 중량%가 0.42 내지 0.78중량% 사이의 임의의 값을 가지는 경우에도, 800 내지 900의 원하는 핫스탬핑 온도에서의 니켈 중량%를 결정할 수 있다.

도 5는 동일한 알루미늄 중량% 및 니켈 중량%를 가지는 필러와이어를 사용한 경우, 상기 수학식 1에서 도출되는 핫스탬핑 가능 온도와 상기 도4의 시뮬레이션을 통해 측정된 핫스탬핑 가능 온도를 비교한 그래프이다. 도 5를 참조하면, 수학식 1에서 측정된 핫스탬핑 가능온도와 시뮬레이션을 통해 측정된 핫스탬핑 가능온도가 98.87% 일치함을 알 수 있다.

Claims (16)

1. 도금 강판 블랭크의 성분계보다 많은 양의 니켈을 포함하고, 둘 이상의 도금 강판 블랭크의 접합부에서 용융부를 생성하여 둘 이상의 상기 도금 강판 블랭크를 접합시키는,
   맞춤용접블랭크(Tailored Welded Blank) 접합용 필러와이어.
2. 제1항에 있어서,
   상기 필러와이어는 탄소(C) 및 망간(Mn)을 추가로 포함함을 특징으로 하는,
   맞춤용접블랭크 접합용 필러와이어.
3. 제2항에 있어서,
   상기 탄소(C)의 함량은 상기 도금 강판 블랭크의 성분계보다 적은 양을 포함하는,
   맞춤용접블랭크 접합용 필러와이어.
4. 제2항에 있어서,
   상기 망간(Mn)의 함량은 상기 도금 강판 블랭크의 성분계와 같거나 많은 양을 포함하는,
   맞춤용접블랭크 접합용 필러와이어.
5. 제1항에 있어서,
   상기 필러와이어는 상기 용융부 내 니켈의 함량이 0.45 내지 3.45 중량%을 가지도록 니켈을 포함함을 특징으로 하는,
   맞춤용접블랭크 접합용 필러와이어.
6. 제1항에 있어서,
   상기 필러와이어는 핫 스탬핑 온도 800 이상에서, 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 5배 이상이 되도록 니켈을 포함함을 특징으로 하는,
   맞춤용접블랭크 접합용 필러와이어.
7. 제1항에 있어서,
   상기 필러와이어는 핫 스탬핑 온도 900 이상에서, 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 0.5배 이상이 되도록 니켈을 포함함을 특징으로 하는,
   맞춤용접블랭크 접합용 필러와이어.
8. 제1항에 있어서,
   상기 필러와이어는 핫 스탬핑 온도 800 이상에서, 상기 용융부 내 알루미늄 함량이 0.42중량% 이상일 때 상기 용융부 내 니켈의 함량이 2.25중량% 이상이 되도록 니켈을 포함함을 특징으로 하는,
   맞춤용접블랭크 접합용 필러와이어.
9. 제1항에 있어서,
   상기 필러와이어는 핫 스탬핑 온도 850 이상에서, 상기 용융부 내 알루미늄 함량이 0.42중량% 이상일 때 상기 용융부 내 니켈의 함량이 0.45중량% 이상이 되도록 니켈을 포함함을 특징으로 하는,
   맞춤용접블랭크 접합용 필러와이어.
10. 제1항에 있어서,
    상기 도금은 Al, Si 및 Ai-Si 도금임을 특징으로 하는,
    맞춤용접블랭크 접합용 필러와이어.
11. 이종강도 또는 이종두께를 가지는 도금 강판 블랭크 및 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 필러와이어를 준비하는 준비단계;
    상기 도금 강판 블랭크의 접합부 및 상기 필러와이어를 용접하여 상기 도금 강판 블랭크를 접합시키는 접합단계; 및
    상기 용융부를 800 내지 950의 핫스탬핑 온도로 핫스탬핑 하는 단계를 포함하는,
    맞춤용접블랭크를 이용한 핫스탬핑 성형체 제조방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 필러와이어가 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 5배 이상이 되도록 니켈을 포함하는 경우, 상기 핫스탬핑 온도는 800 이상임을 특징으로 하는,
    맞춤용접블랭크를 이용한 핫스탬핑 성형체 제조방법.
13. 제11항에 있어서,
    상기 필러와이어가 상기 용융부 내 알루미늄 대비 니켈의 함량이 0.5배 이상이 되도록 니켈을 포함하는 경우, 상기 핫스탬핑 온도는 900 이상임을 특징으로 하는,
    맞춤용접블랭크를 이용한 핫스탬핑 성형체 제조방법.
14. 제11항에 있어서,
    상기 필러와이어가 상기 용융부 내 알루미늄 함량이 0.42중량% 이상일 때 상기 니켈의 함량이 2.25중량% 이상이 되도록 니켈을 포함하는 경우, 상기 핫스탬핑 온도는 800 이상임을 특징으로 하는,
    맞춤용접블랭크를 이용한 핫스탬핑 성형체 제조방법.
15. 제11항에 있어서,
    상기 필러와이어가 상기 용융부 내 알루미늄 함량이 0.42중량% 이상일 때 상기 니켈의 함량이 0.45중량% 이상이 되도록 니켈을 포함하는 경우, 상기 핫스탬핑 온도는 850 이상임을 특징으로 하는,
    맞춤용접블랭크를 이용한 핫스탬핑 성형체 제조방법.
16. 제11항에 있어서,
    상기 핫스탬핑 하는 단계는
    맞춤용접블랭크 제조방법에 의해 제조된 맞춤용접블랭크를 가열하는 단계; 및 상기 가열된 소재를 프레스 금형으로 열간 성형하여 성형체를 형성하는 프레스 성형 단계; 상기 프레스 금형을 냉각하여 상기 성형체를 급냉하는 급냉 단계를 포함하는,
    맞춤용접블랭크를 이용한 핫스탬핑 성형체 제조방법.
    
    

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