KR20160118374A

KR20160118374A - 높은 생산율로 프레스 경화 및 코팅된 강 부품들을 제조하는 방법

Info

Publication number: KR20160118374A
Application number: KR1020167026841A
Authority: KR
Inventors: 크리스땡 데셍; 미셸 사나드르
Original assignee: 아르셀러미탈
Priority date: 2014-03-31
Filing date: 2015-02-13
Publication date: 2016-10-11
Also published as: ZA201605204B; CN106164184A; KR101747620B1; CA2941331C; US11466339B2; JP2017518438A; CN106164184B; JP6397047B2; US10619224B2; WO2015150848A1; US10648055B2; MA39281A1; MX2016012629A; BR112016022592A2; CA2941331A1; US20190185959A1; MX2021003967A; UA114875C2; US20170016086A1; US10640842B2

Abstract

본 발명은 열 처리용 강 기재를 포함하는 프리코팅된 블랭크 또는 금속 시트에 관한 것이고, 블랭크의 메인 면들 중 적어도 하나의 적어도 일부는 프리코팅에 의해 커버되고, 상기 프리코팅은, 규소를 함유하지 않는 폴리머로 이루어진 2 ~ 30 마이크로미터 두께의 중합층에 의해 커버되는 상기 프리코팅의 적어도 일부에 오버레이된 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 층을 포함하고, 상기 중합층의 질소 함량은 상기 중합층에 대해 표현될 때 1 중량% 미만이며, 상기 중합층은 상기 중합층에 대해 표현될 때 3 ~ 30 중량% 의 양으로 탄소 안료를 함유한다.

Description

높은 생산율로 프레스 경화 및 코팅된 강 부품들을 제조하는 방법 {METHOD OF PRODUCING PRESS-HARDENED AND -COATED STEEL PARTS AT A HIGH PRODUCTIVITY RATE}

본 발명은, 가열되고, 스탬핑된 후 프레싱 공구에서 홀딩하여 획득되는 냉각 중 경화되는 프리코팅된 강 시트들로부터 부품들의 제조 방법에 관한 것으로, 상기 부품들은, 다른 것들 중에서, 침입 방지 기능 또는 에너지 흡수 기능을 수행하는 자동차 차량들에서 구조 요소들로서 사용되도록 의도되어 있다. 이런 유형의 부품들은, 예를 들어, 농업 기계의 공구들 또는 부품들의 제조에 또한 사용될 수 있다.

이런 유형의 용도들에서, 목적은 높은 기계적 강도, 양호한 내식성과 양호한 용접성을 조합한 강 부품들을 제조하는 것이다. 또한, 높은 생산성 방법들을 사용해 이런 핫 스탬핑된 부품들을 제조할 수 있어야 한다. 이런 요건은, 특히, 목적이 차량 중량의 상당한 감소에 있는 자동차 산업에 적용된다. 침입 방지 부품들 또는, 예를 들어, 범퍼들, 도어 보강부들 또는 센터 필러들과 같은 자동차 차량들의 안전성에 역할을 하는 부품들은 전술한 품질들을 요구한다. 이런 품질들은 특히 미세조직이 마텐자이트 또는 베이나이트-마텐자이트인 강 부품들 덕분에 획득될 수 있다.

이런 유형의 부품들의 제조는 특히 공보 FR2780984 및 FR2807447 에서 공지되어 있고, 상기 공보에 따르면 금속 또는 금속성 합금으로 프리코팅된, 열 처리용 강 시트에서 절단된 블랭크는 노에서 가열된 후 핫 스탬핑된다. 프리코팅은 알루미늄 또는 알루미늄 합금, 아연 또는 아연 합금일 수 있다. 노에서 가열하는 동안, 이 프리코팅은 탈탄 및 스케일 (scalet) 의 형성에 반하여 강의 표면을 보호하는 화합물을 형성하도록 강 기재와 합금화한다. 이 화합물은 열간 성형에 적합하다. 성형 후 공구에 피스를 홀딩하는 것은 급속 냉각을 가능하게 하는데, 이것은, 강도 및 경도의 양호한 기계적 특징들과 연관되는, 강 기재에서 경화된 미세조직들의 달성을 이끈다. 이 방법은 "프레스 경화" 로 공지되어 있다.

이런 유형의 방법에서, 블랭크들은 일반적으로 연속 노들에서 가열되어서, 블랭크들이 이런 노들 내 롤러들 상에서 전방으로 움직인다. 이 단계는 일반적으로 대략 900 ~ 950 ℃ 로 노에서 온도 홀딩이 뒤따르는 가열 단계를 포함한다. 홀드 온도와 홀드 시간은, 다른 것들 중에서, 블랭크들의 두께 및 블랭크들에서 프리코팅의 유형에 따른다. 생산성을 이유로, 노에서 가열하는 단계를 가능한 한 단축시킬 수 있는 방법들을 이용하는 것이 바람직하다. 이와 관련하여, 공보 EP2312005 는, 알루미늄 프리코팅을 갖는 강의 코일이 제공되고 그 후 1 시간 ~ 200 시간 범위의 기간 동안 600 ~ 750 ℃ 에서 어닐링되는 방법을 개시한다. 기재로부터 프리코팅으로 철의 확산은, 프리합금 제품이 획득되는 지점까지 발생한다. 절단 후, 이런 프리합금 블랭크들은, 특히 프리합금화 처리에 의해 유발되는 방사율 변경으로 인해, 보다 신속하게 가열될 수 있다. 하지만, 이 방법은 많은 시간이 소비되는 코일의 사전 어닐링을 요구한다.

문헌 EP2463395 는 또한 다양한 방법들, 블랙 도료의 사전 적용, 쇼트 블라스팅, 롤링, 산성 용액에서 레이저 또는 침지 에칭에 의한 표면 조도 변경에 의해 블랭크의 반사율을 국부적으로 감소시킴으로써 가열 단계의 반응 속도 (kinetics) 를 가속화하는 것을 제안한다. 이 문헌은 또한 수성상의 안료 또는 용매상의 폴리에스테르/멜라민 기반 블랙 도료가 아연 도금 프리코팅들에 성막된 실시예들을 설명한다. 종래의 혼합 비율, 건조 후 도료층에서 90 ~ 92% 폴리에스테르와 8 ~ 10% 멜라민 (C₁₅H₃₀N₆0₆) 과 30 부피% 의 최대 안료 농도를 고려하면, 이 테스트들에서 사용된 도료층에서 질소 함량은 건조 후 대략 1.7 ~ 2.4% 이다. 하지만, 이 방법은 이 부품들의 추후 이용과 관련된 임의의 필수적 문제점들을 완전히 무시한다. 핫 스탬핑 후, 부품들은 전기 영동에 의한 도장에 적합해야 하고, 용접가능해야 하고 내부식성이어야 한다. 하지만, 이하 나타낸 것처럼, 핫 스탬핑 전 고온에 잘 견디는 종래의 블랙 도료의 적용은 이런 특성을 획득할 수 없도록 한다.

따라서, 동시에 핫 스탬핑 프로세스의 생산성을 높이고 이렇게 획득되는 핫 스탬핑되고 경화된 부품들이 종래의 산업상 제조 조건들에 맞도록, 즉 그것이 예를 들어 이 부품들의 조립을 위한 저항 스폿 용접 기계들의 기존의 세팅 변경을 요구하지 않도록 프로세스를 제어할 수 있도록 하는 방법을 찾기 위해서 시도되었다. 이 방법은 또한 문헌 EP2007545 에서 설명한 대로 블랭크의 주변에서 프리코팅의 일부의 사전 삭마를 요구하는 알루미늄 코팅으로 프리코팅된 용접된 블랭크들의 제조에 상용가능해야 한다.

또한, 제조 조건들의 임의의 잠재적 변화들에 비교적 민감하지 않은 방법을 찾기 위해서 시도되었다. 특히, 결과가 프리코팅된 블랭크의 제조 조건들에 비교적 민감하지 않은 방법을 고안하기 위해서 시도되었다.

더욱이, 지연 균열에 대해 우수한 저항을 획득할 수 있도록 하는 방법을 추구한다. 프레스 경화는 극도로 높은 기계적 강도를 갖는 부품들을 획득할 수 있도록 하는데, 그것의 미세조직은, 응력, 예를 들어, 부품들의 절단에서 기인하는 응력의 존재시 수소의 존재로 인한 균열에 민감할 수 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 지연 균열의 어떠한 증가된 위험도 보이지 않거나 심지어 이런 위험에 대한 감도를 감소시킬 수 있는 방법을 규정하기 위해서 시도되었다.

이런 용접된 블랭크들의 다른 부분들에서 크게 다른 가열 속도를 유발하지 않는 다른 두께들의 시트들로부터 용접된 블랭크들을 제조할 수 있도록 하는 방법을 규정하기 위해서 부가적으로 시도되었다.

끝으로, 매우 높은 비용 상승을 유발하지 않으면서 구성 단계들 및 물리적 요소들이 방법 구현을 가능하게 하는 방법을 고안하도록 시도되었다.

놀랍게도, 발명자들은 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 층을 포함하는 프리코팅에 중합층의 핫 스탬핑 전 성막 덕분에 전술한 문제점들이 경제적으로 해결될 수 있음을 보여주었고, 중합층은 3 ~ 30 중량% 양으로 탄소 안료를 함유한 특정 폴리머로 이루어진다.

이를 위해, 본 발명의 제 1 목적은, 규소를 함유하지 않는 폴리머로 이루어진 2 ㎛ ~ 30 ㎛ 의 두께를 가지는 중합층 (3) 에 의해 프리코팅의 적어도 일부에 오버레이된 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 층을 포함하는 프리코팅 (2) 에 의해 블랭크의 메인 면들 중 적어도 하나의 적어도 일부에 오버레이된 열 처리용 강 기재 (1) 를 포함하는 이고, 상기 중합층의 질소 함량은 중합층에 대해 표현될 때 1 중량% 미만이며, 상기 중합층은 상기 중합층에 대해 표현될 때 3 ~ 30 중량% 의 양으로 탄소 안료를 함유한다.

바람직하게, 상기 폴리머의 원소들은 C, H, 0, N 으로 구성된 목록에서 선택된다.

바람직한 일 실시형태에서, 상기 중합층은 수성상의 분산액 또는 에멀젼 형태의 수지로부터 획득된다.

다른 바람직한 실시형태에 따르면, 상기 중합층은 비수성 용매에서 용액의 형태의 수지로부터 획득된다.

바람직한 다른 실시형태에서, 상기 중합층은 상기 기재에 롤 본딩된 필름으로 구성된다.

바람직하게, 상기 중합층은 아크릴 유형 수지로부터 획득된다.

바람직한 일 실시형태에서, 상기 중합층은 비수성 용매에서 용액의 형태로 에폭시 또는 아크릴 유형 수지로부터 획득된다.

바람직한 다른 실시형태에서, 상기 중합층은 폴리에틸렌-테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌 또는 폴리부틸렌-테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌 필름으로 구성된다.

상기 안료는 바람직하게 적어도 부분적으로 활성탄으로 구성된다.

바람직한 일 실시형태에서, 상기 안료는 적어도 부분적으로 흑연으로 이루어진다.

상기 중합층에서 활성탄의 양은 바람직하게 상기 중합층에 대해 중량으로 표현했을 때 5% 미만이다.

바람직하게, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층은 상기 프리코팅의 두께의 50% 를 초과하여 구성한다.

본 발명의 부가적 목적은, 상기 프리코팅이 금속성 알루미늄 합금층 (5) 에 의해 오버레이된 상기 기재 (1) 와 접촉하는 금속간 합금층 (4) 을 포함하고, 상기 시트의 적어도 하나의 프리코팅된 표면에서, 상기 중합층과 금속성 합금층은 구역 (6) 에 존재하지 않고, 상기 구역은 상기 시트 또는 블랭크의 주변에 위치되는 것을 특징으로 하는, 전술한 실시형태들 중 하나에 따른 시트 또는 블랭크이다.

본 발명의 부가적 목적은, 적어도 2 개의 블랭크들을 용접함으로써 획득되는 용접된 블랭크이고, 상기 블랭크들 (7) 중 적어도 하나는 두께 (e₇) 를 가지는 상기 특징들 중 어느 하나에 따른 블랭크이고, 상기 블랭크들 중 적어도 하나는 상기 블랭크 (7) 의 것과 동일한 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층에 의해 코팅된 강 기재에 의해 구성된 두께 (e₈) 를 가지는 블랭크 (8) 이고, 상기 블랭크들 (7, 8) 의 두께는

＞ 1 이도록 되어 있다.

상기 블랭크 (7) 는 바람직하게 중합층 (3) 의 전체 프리코팅 위에 코팅된 블랭크이고, 두께들 (e₇, e₈) 은 2.6 ≥

≥ 2.2 이도록 되어 있다.

본 발명의 부가적 목적은, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 층을 포함하는 프리코팅을 가지는 시트 또는 블랭크의, 스탬핑 공구에 홀딩하여 핫 스탬핑과 경화가 뒤따르는, 오스테나이트화에 의해 획득된 부분 (9) 이고, 상기 부분의 기재 (10) 의 미세조직은 마텐자이트 및/또는 베이나이트를 함유하고, 상기 기재는 상기 강 기재와 상기 프리코팅 사이 상호 확산으로부터 유발되는 코팅 (11) 에 의해 주요 표면들 중 적어도 하나에 오버레이되고, 상기 코팅 (11) 은 산화물 층 (12) 에 의해 오버레이되고, 상기 부분의 표면 아래 0 ~ 0.01 ㎛ 의 평균 산소 중량 퍼센트는 25% 미만이고, 상기 표면 아래 0.1 ~ 0.2 ㎛ 의 평균 산소 중량 퍼센트는 10% 미만이다.

본 발명의 부가적 목적은 프레스 경화된 부품의 제조 방법으로서, 상기 방법은 다음 단계들:

- 열 처리용 강 시트 또는 블랭크 기재가 제공되는 단계,

- 상기 시트 또는 블랭크의 메인 면들 중 적어도 하나에서 강 기재와 접촉하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 층을 포함하는 프리코팅이 수행되는 단계, 그 후

- 상기 프리코팅에, 규소를 함유하지 않는 폴리머로 이루어지고 중합층에 대해 표현시 질소 함량이 1 중량% 미만인, 2 ~ 30 ㎛ 의 두께를 가지는 중합층 (3) 이 성막되는 단계로서, 상기 중합층은 상기 중합층에 대해 표현시 3 ~ 30 중량% 의 양으로 탄소 안료를 함유하는 단계, 그 후

- 상기 블랭크 또는 상기 시트는 상기 강 기재와 상기 프리코팅 사이에 상호 확산을 획득하고 강에 부분적으로 또는 전적으로 오스테나이트 조직을 획득하도록 가열되는 단계, 그 후

- 상기 블랭크 또는 상기 시트는 부품을 획득하도록 핫 스탬핑되는 단계, 그 후

- 상기 강 기재의 미세 조직은 상기 부품의 적어도 일부에 마텐자이트 및/또는 베이나이트를 함유하도록 스탬핑 공구에 부품을 홀딩함으로써 상기 부품이 냉각되는 단계를 연속적으로 포함한다.

바람직한 일 실시형태에서, 상기 시트 또는 상기 블랭크의 두께는 1 ㎜ ~ 2 ㎜ 이고, 50 ~ 500 ℃ 에서 상기 블랭크 또는 상기 시트의 가열 속도는 15 ~ 35 ℃/s 이다.

바람직하게, 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층은 상기 프리코팅의 두께의 50% 를 초과해 차지한다.

바람직한 일 실시형태에서, 상기 폴리머의 원소들은 C, H, 0, N 으로 구성된 목록에서 선택된다.

본 발명의 부가적 목적은, 핫 스탬핑되고 프레스 경화되는 용접된 블랭크의 제조 방법으로서, 다음 단계들:

ㆍ 두께 (e₇) 를 가지는 상기 특징들 중 하나에 따른 적어도 하나의 블랭크 (7),

ㆍ 전술한 블랭크 (7) 의 것과 동일한 프리코팅의 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층으로 코팅된 강 기재에 의해 구성된 두께 (e₈) 를 가지는 적어도 하나의 블랭크 (8) 를 가지고,

ㆍ 상기 블랭크들 (7, 8) 의 두께는

＞ 1 이도록 된,

- 적어도 2 개의 블랭크들을 용접함으로써 만들어진 용접된 블랭크가 제공되는 단계,

- 상기 용접된 블랭크는 상기 강 기재와 상기 프리코팅 사이에 상호 확산을 가져오고 강에 부분적으로 또는 전적으로 오스테나이트 조직을 부여하도록 가열되는 단계, 그 후

- 상기 용접된 블랭크는 핫 스탬핑된 용접된 블랭크를 획득하도록 스탬핑되는 단계, 그 후

- 상기 핫 스탬핑된 용접된 블랭크의 기재의 적어도 일부에 마텐자이트 및/또는 베이나이트를 획득하도록 스탬핑 공구에 블랭크를 홀딩함으로써 상기 핫 스탬핑된 용접된 블랭크가 냉각되는 단계를 연속적으로 포함한다.

바람직하게, 본 발명에 따른 핫 스탬핑되고 경화된, 용접된 블랭크는, 상기 블랭크 (7) 가 전체 프리코팅에 대해 중합층 (3) 에 의해 코팅되고, 2.6 ≥

≥ 2.2 인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 부가적 특징들과 장점들은 첨부 도면들을 참조하여 예로서 주어진 하기 설명에서 분명해질 것이다.

도 1 은 핫 스탬핑 전, 본 발명에 따른 프리코팅된 시트 또는 블랭크의 개략적인 예를 도시한다.
도 2 는, 2 개의 블랭크들이 동일한 두께를 가지지 않는 본 발명에 따른 용접된 블랭크의 개략적인 예를 도시한다.
도 3 은 레이저 용접된 후 핫 스탬핑되도록 의도된 본 발명에 따른 블랭크의 개략적인 예를 도시한다.
도 4 는 본 발명에 따른 핫 스탬핑된 피스에서 관찰되는 층들의 구성예의 개략도이다.
이 도면들은 다른 구성 요소들의 상대 치수들을 일정한 비율로 재현한 것은 아니라는 점에 주목해야 한다.
도 5 는, 핫 스탬핑 및 프레스 경화가 뒤따르는, 900 ℃ 로 가열 후 산소 함량의 표면 프로파일 분석들을 도시한다.
도 6 은, 핫 스탬핑 및 프레스 경화가 뒤따르는, 900 ℃ 로 가열 후 탄소 함량의 표면 프로파일 분석들을 도시한다.
도 7 은, 본 발명에 따르지 않은 프리코팅된 블랭크의, 핫 스탬핑 및 프레스 경화가 뒤따르는, 900 ℃ 에서 처리 후 탄소, 산소 및 규소의 표면 프로파일 분석들을 도시한다.
도 8 은, 탄소 안료를 갖는 폴리머 층의 사전 성막을 포함하지 않는 핫 스탬핑된 부품과 비교한 본 발명에 따른 핫 스탬핑된 부품의 표면 외관을 도시한다.
도 9 는 상기 사전 성막을 포함하지 않는 핫 스탬핑된 부품을 도시한다.

본 발명에 따른 방법에서 사용되는 강 시트의 두께는 바람직하게 대략 0.5 ~ 4 ㎜, 특히 자동차 산업용 구조적 또는 보강 부품들의 제조에 사용되는 두께 범위이다.

기재의 강은 열 처리용 강, 즉 오스테나이트화 후 경화 및 ??칭 (quenching) 에 의해 급속 냉각할 수 있는 강이다.

예로서, 강은 유리하게도 다음 원소들을 함유하고, 조성은 중량 퍼센트로 표현된다:

- 탄소 함량은 0.07 ~ 0.5%, 바람직하게 0.09 ~ 0.38 중량%, 매우 바람직하게 0.15 ~ 0.25 중량% 이다. 이 원소는, 오스테나이트화 처리가 뒤따르는 냉각 후 획득된 경화능 및 기계적 강도에 주요 역할을 한다. 0.07 중량% 의 함량 미만에서, 경화에 대한 적합성이 감소되고 프레스 경화 후 기계적 인장 강도는 불충분하다. 0.15% 의 C 함량은 가장 많이 열간 가공된 구역들에서 충분한 경화능을 보장하는 것을 가능하게 한다. 0.5 중량% 의 함량을 초과시, 결함 형성 위험은 특히 최대 두께를 가지는 부분들에 대해 경화 중 증가한다. 또한, 프레스 경화 후 부분들의 벤딩 중 연성을 보장하는 것이 어려워진다. 부품의 미세조직이 전적으로 마텐자이트일 때 0.09 ~ 0.38% 의 탄소 함량은 대략 1000 ~ 2050 MPa 의 인장 강도 (Rm) 를 획득하는 것을 가능하게 한다.

- 탈산 역할 이외에, 망간은 또한 특히 그것이 0.5 중량% 초과, 바람직하게 0.8 중량% 초과의 양으로 존재할 때 경화능에 중요한 영향을 미친다. 하지만, 과다한 편석을 방지하도록 망간의 첨가를 3 중량% 로 제한하고, 매우 우선적으로 그것을 1.5% 로 제한하는 것이 바람직하다.

- 강의 규소 함량은 0.02 ~ 0.5 중량%, 바람직하게 0.1 ~ 0.35% 이어야 한다. 액체 강의 탈산 역할 이이에, 이 원소는, 그것의 농도가 산화물들의 과다한 형성을 방지하고 용융 도금 코팅성에 대한 어떠한 악영향도 방지하도록 제한되어야 하지만 강의 경화에 기여한다.

- 0.01 % 보다 높은 농도 초과시, 크롬은 경화능을 증가시키고 열간 가공 작동 후 높은 강도를 달성하는데 기여한다. 1 %, 바람직하게 0.3% 의 농도 초과시, 부품에서 기계적 특성의 균일성에 대한 크롬의 영향은 포화된다.

- 알루미늄은 질소의 산화 및 석출을 촉진하는 원소이다. 과다한 양에서, 조대 알루미네이트가 제강 중 형성되고, 이것은 연성을 감소시키는 경향이 있고, 그 결과 알루미늄 함량은 0.25 중량% 로 제한된다. 0.001 % 의 최소 농도는 프로세싱 중 액체 상태에서 강을 산화시키는 것을 가능하게 한다.

- 과다한 양에서, 황과 인은 증가된 취성을 유발한다. 그것이, 이 원소들의 레벨들을 각각 0.05 및 0.1 중량% 로 제한하는 것이 바람직한 이유이다.

- 0.0005 ~ 0.010 중량%, 바람직하게 0.002 ~ 0.005 중량% 의 함량을 가져야 하는 붕소는 경화능 면에서 중요한 역할을 하는 원소이다. 0.0005% 의 함량 미만에서는, 경화능에 대한 충분한 효과가 획득되지 않는다. 0.002% 의 함량에 대해 완전한 효과가 획득된다. 최대 붕소 함량은, 인성에 악영향을 미치지 않도록 0.010% 미만, 바람직하게 0.005% 이어야 한다.

- 티타늄은 질소에 대한 강한 친화성을 갖는다. 그것은 이 원소가 유리된 형태로 있도록 붕소를 보호하는데, 그것은 경화능에 완전한 효과를 가질 수 있도록 허용한다. 하지만, 0.2% 초과시, 액체 강에 조대 질화 티타늄을 형성할 수 있는 위험이 존재하고, 이것은 인성에 부정적인 영향을 갖는다. 티타늄 함량은 바람직하게 0.02 ~ 0.1 % 이다.

- 선택적으로, 강은 중량% 의 양으로 0.001 ~ 0.3% 의 텅스텐을 또한 포함할 수 있다. 표시된 양에서, 이 원소는 카바이드의 형성 때문에 경화능과 경화에 대한 적합성을 증가시킨다.

- 선택적으로, 강은 또한 0.0005 ~ 0.005% 의 양으로 칼슘을 함유할 수 있다. 산소 및 황과 조합함으로써, 칼슘은 시트들 또는 시트들로 제조된 부품들의 연성에 바람직하지 못한 영향을 미치는 큰 인클루전들 (inclusions) 의 형성을 방지한다.

강의 조성의 밸런스는 철 및 프로세싱으로부터 유발되는 불가피한 불순물로 구성된다.

바람직하게, 중량 퍼센트로, 0.20 ~ 0.25% C, 1.1 ~ 1.35% Mn, 0.15 ~ 0.35% Si, 0.02 ~ 0.06% Al, 0.02 ~ 0.05% Ti, 0.02 ~ 0.25% Cr, 0.002 ~ 0.004% B 를 함유하고, 밸런스는 철과 불가피한 불순물인 22MnB5 강이 사용될 것이다.

강 기재는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 프리코팅을 포함한다. 후자의 경우에, 코팅은 그에 따라 50 중량% 를 초과하는 알루미늄 함량을 함유한다. 바람직하게 연속 용융 도금 프로세스에 의해 적용된 이 프리코팅은 유리하게도 7 ~ 15 중량% 규소, 2 ~ 4 중량% 철, 선택적으로 15 ~ 30 ppm 칼슘을 포함하고, 잔부는 알루미늄과 프로세싱으로부터 유발되는 불가피한 불순물인 알루미늄-규소 합금이다.

프리코팅은 또한 40 ~ 45% Zn, 3 ~ 10% Fe, 1 ~ 3% Si 를 함유하고, 밸런스는 알루미늄과 프로세싱으로부터 유발되는 불가피한 불순물로 구성된 알루미늄 합금일 수 있다.

프리코팅은 또한 연속 단계들로 성막된 층들의 중첩으로 이루어질 수 있고, 상기 층들 중 적어도 하나는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이다. 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층 (또는, 이런 유형의 복수의 층들이 있다면, 이 층들의 두께의 합) 은 바람직하게 프리코팅의 두께의 50% 를 초과해 차지한다.

이 프리코팅은, 시트의 메인 표면들 중 적어도 하나에서, 탄소 안료를 함유한 중합층에 의해 오버레이된다. 이 층은 금속성 프리코팅의 전체 또는 단지 그것의 일부에 성막될 수 있다. 이 후자의 경우에, 하기 설명되는, 이 층에 의해 부여되는 효과는, 층이 존재하는 구역들에서 획득된다. 특히 이 층의 열적 효과에 대해, 그것은 또한 층이 성막된 구역들에 국부적으로 인접한 구역들에서 보다 적게 적용한다.

이 중합층은 특히 다음 단계들에 의해 획득될 수 있다:

- 수성상에서 분산액 또는 에멀젼 형태의 수지로 개시하는 단계. 특히, 아크릴 유형의 수지가 사용될 수 있다.

- 비수성 용매에서 용액 형태의 수지로 개시하는 단계. 특히, 에폭시 유형 수지, 예를 들어 에폭시-페놀 또는 아크릴 수지가 사용될 수 있다.

- 기재 시트에 롤 본딩된 열가소성 폴리머 필름으로 개시하는 단계. 특히, 폴리에틸렌-테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌 또는 폴리부틸렌-테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌 필름이 사용될 수 있다.

생산성과 두께 규칙성의 이유로, 이 층은 바람직하게 롤 코팅에 의해 성막될 수 있다. 중합 및/또는 건조 후, 두께가 2 ~ 30 ㎛ 인 중합층이 획득된다. 2 ㎛ 미만의 두께는 방법을 구현하는 충분한 커버리지 비율을 획득하는 것을 가능하게 하지 않는다. 30 ㎛ 초과 두께는 후속 가열 중 노들의 오염 위험을 증가시킨다.

시트 또는 프리코팅된 블랭크는 도 1 에 개략적으로 도시된다. 도 1 은, 탄소 안료를 함유한 중합층 (3) 에 의해 오버레이되는, 금속성 프리코팅 (2) 에 의해 오버레이된 열 처리용 강 기재 (1) 를 도시한다.

이 스테이지에서, 강 기재는 여전히 경화되지 않고, 즉 그것은 경화로부터 유발되는 어떠한 구성 부분들도 함유하지 않거나, 적어도 단지 소수의 구성 부분들, 예를 들어 10% 미만의 마텐자이트를 함유한다. 시트 또는 블랭크는 본질적으로 평평한 형상을 갖는다.

프레스 경화 방법에서, 강 기재는 후속 냉각 중 마텐자이트 또는 베이나이트 변태를 달성하기 위해서, 적어도 부분적으로, 오스테나이트화를 유발하는 온도 (T_γ) 로 가열된다. 도료로 코팅된 시트가 이러한 온도로 가열된다면, 그러면 T_γ 보다 높은 온도 (T) 에 견디는 도료, 즉 바인더가 도료에서 안료에 대해 기능을 유지하는 도료를 선택하는 것이 당연할 것이다. 고온에 견디는 안료는 일반적으로 규소 또는 따라서 규소를 함유한 폴리실록산 수지인 것이 알려져 있다. 사실상, 그것은 매우 안정적인 결합들을 포함하고 고온에 잘 견디는 Si-Q-Si 체인들을 기반으로 한다. 하지만, 발명자들은 놀랍게도 규소를 함유하지 않은 폴리머들을 사용하는 것이 필요하다는 점을 발견하였다. 폴리머들의 구성 원소들이 탄소, 수소, 산소 또는 질소에서 선택될 때 이하 설명되는 유리한 효과들이 획득된다. 가열 중, 이 폴리머들은 T_γ미만의 온도에서 파괴되고 노 분위기의 산소와 부분적으로 결합된다. 그러면, 바인더에서 제거된, 도료의 안료는 더이상 기재에 부착되지 않고 분리될 것으로 예상될 것이다. 또한, 가열 후, 전기 영동 또는 저항 용접의 추후 구현을 방지하는 도료의 분해로부터 비롯되는 층이 존재할 것을 우려할 이유일 수도 있다. 하지만, 발명자들은 놀랍게도 이런 바람직하지 못한 결과가 본 발명의 조건 하에 발생하지 않는 것을 보여주었다.

중합층 (3) 의 질소 함량은, 스탬핑에 필요한 온도로 가열하는 동안 HCN 유형 또는 과다한 양의 암모니아의 화합물들을 형성한다는 페널티 하에, 1 %, 바람직하게 0.5%, 매우 바람직하게 0.2% 로 제한되어야 한다.

중합층 (3) 에 대해 표현된, 탄소 안료의 중량 함량은 3 ~ 30% 이다. 3% 미만에서는, 가열 사이클 타임의 감소가 불충분하다. 30% 초과시, 혼합물은 적용에 부적합한 점도를 갖는다. 이 범위의 함량에서, 핫 스탬핑 후 획득된 부분은 하기에 나타낸 것처럼 실제로 탄소가 농후한 표면은 없다.

탄소 안료는 흑연 또는 활성탄의 형태일 수 있다. 고온 탄화 단계에 의해 획득된 후자는 비정질 구조 및 그것에 높은 흡착력을 제공하는 큰 비표면적을 갖는다. 성막층에 대해 표현된, 활성탄의 중량 함량은 폴리머와 혼합하기에 적합하도록 5% 미만이어야 한다.

금속성 프리코팅 및 탄소 입자들을 함유한 폴리머 층을 포함한 블랭크들은 노에서 일반적인 대기 하에 주위 온도로부터, 후속 핫 스탬핑을 가능하게 하는 종래의 대략 900 ℃ 의 온도 (Tγ) 로 가열된다. 가열 중, 층 내 탄소는 이 가열 단계의 대부분에 대해 블랭크의 표면에 존재해 있고, 즉 반사율에 대한 그것의 효과는 이 단계 대부분 동안 가해지고 따라서 그것은 단계의 소요 시간을 매우 많이 감소시키는데 기여한다. 본 발명의 조건 하에, 발명자들은 그것이 가열 중 노에서 산소와 점진적으로 조합하여 블랭크가 온도 (Tγ) 에 도달했을 때 거의 완전히 사라지는 것을 발견하였다. 발명자들은 또한 본 발명에 따른 도료의 적용이, 전기 영동에 의한 후속 도장에 악영향을 미칠 수 있는, 잠재적 산화물 층을 제거하도록 후속 샌드 블라스팅 처리를 필요로 하지 않는 것을 발견하였다. 본 발명에 따른 도료의 적용은 핫 스탬핑 후 부품들의 저항 용접에 대한 적합성을 변경하지 않아서, 용접 기계들의 세팅을 변경할 필요가 없다. 게다가, 이하 나타낸 것처럼, 본 발명에 따른 방법은, 확산성 수소의 함량 감소 때문에, 핫 스탬핑된 부품들의 지연 균열에 대한 저항을 증가시키는 것을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 도료의 적용은 핫 스탬핑된 부품들의 내식성을 감소시키지 않는다.

본 발명은,

＞ 1 이도록 각각의 두께들 (e₇, e₈) 을 가지는 2 개의 블랭크들 (7, 8) 을 포함하는 용접된 블랭크를 개략적으로 보여주는, 도 2 에 도시된 일 특정 모드로 구현될 수 있다. 이런 2 개의 블랭크들은 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 프리코팅된 강 기재를 포함하고, 프리코팅은 양쪽 블랭크들에서 동일하다. 용접된 조인트는 임의의 알맞은 방법에 의해, 특히 아크 용접에 의해 또는 레이저 용접에 의해 만들어질 수 있다. 이 유형의 용접된 시임이 핫 스탬핑을 위해 가열된다면, 구성 부분들의 다른 두께들은 2 개의 부분들에서 다른 가열 반응 속도를 유발하고, 블랭크 (7) 는 더 얇은 블랭크 (8) 보다 덜 빠르게 가열된다. 그것은 결국 기재에서 그리고 핫 스탬핑 후 부분들 (7, 8) 의 코팅에서 다른 미세조직들과 다른 특성을 이끌 수 있다. 임의의 경우에, 용접된 조인트의 다른 구성 구역들에서 원하는 특성을 획득하도록, 가열 온도 및 홀드 시간과 같은 만족스러운 작동 조건들을 결정할 수 없다.

본 발명은, 전술한 폴리머 층이 보다 두꺼운 블랭크 (7) 에서 3 ~ 30% 의 탄소 안료를 함유한 중합층을 획득하도록 성막되는 것을 알려준다. 보다 얇은 블랭크 (8) 는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 프리코팅에 이러한 층을 가지지 않는다. 핫 스탬핑된 부품에 대한 특성의 원하는 균일성에 따라, 전체 블랭크 (7) 위에 또는 단지 그것의 일부 위에 층을 성막할 수 있다. 용접된 블랭크는 그 후 노에 배치된다. 도료층의 사전 적용은 블랭크 (7) 의 방사율을 증가시키고 두께 차이로부터 유발되는 2 개의 블랭크들 (7, 8) 사이 가열 속도 차이를 감소시킬 수 있다.

발명자들은, 블랭크들이 2.6 ≥

≥ 2.2 인 형태로 제공될 때, 본 발명에 따른 도료층의 적용은, 핫 스탬핑 및 프레스 경화 후 부품 특성의 우수한 균일성을 보장하는, 가열 사이클에서 블랭크들 (7, 8) 의 두께들 사이 차이 효과를 거의 전부 보상하도록 방사율을 변경하기 때문에, 가열 소요 시간이 부분들 (7, 8) 에서 실제로 동일하다는 것을 보여주었다.

블랭크들 (7, 8) 은, 중량으로 7 ~ 15% 규소, 2 ~ 4% 철, 선택적으로 15 ~ 30 ppm 칼슘을 포함하고, 잔부가 알루미늄과 프로세싱으로부터 기인한 불가피한 불순물로 구성된, 예를 들어, 알루미늄-규소 합금으로 프리코팅될 수 있다. 이런 조건 하에, 개략적으로 도 3 에 도시된 대로, 프리코팅 (2) 은 강 기재 (1) 와 접촉하는, 대부분 Fe₂Al₃, Fe₂Al₅ 및 Fe_xAl_ySi_z 를 포함하는 수 마이크로미터 두께의 금속간 합금층 (4) 을 포함한다. 이 금속간 층 (4) 은 금속성 합금 Al-Si-Fe 의 층 (5) 에 의해 오버레이된다. 보다 두꺼운 블랭크 (7) 에서, 이 층 (5) 그 자체는 3 ~ 30% 의 탄소 안료를 함유한 전술한 폴리머 층 (3) 에 의해 오버레이된다. 용접 중 용융된 구역에서 취성 금속간 화합물들의 형성을 방지하도록, 금속성 합금의 층 (5) 이 블랭크들의 주변에서 제거되고, 얇은 금속간 합금층 (4) 을 제자리에 둔다. 이런 국부적 삭마는, 임의의 수단에 의해, 특히 펄스 레이저를 이용한 용융 및 기화에 의해 실시될 수 있다. 발명자들은, 탄소 안료를 갖는 폴리머 층의 존재가 삭마를 간섭하지 않고, 이것은 만족스러운 생산성 조건 하에 실시될 수 있음을 보여주었다. 예로서, 50 W ~ 1.5 ㎾ 의 레이저 동력, 약 3 ~ 6 m/mn 의 삭마 속도, 및 300 ~ 1500 ㎚ 의 파장을 이용해 원하는 결과들을 얻을 수 있다.

도 3 은, 프리코팅된 도장된 블랭크의 일 가장자리에서 도료층 (3) 과 금속성 합금 층 (5) 이 제거된 일 실시예를 도시한다. 따라서, 금속간 코팅 (4) 은 이 삭마 후 표면 (6) 에서 노출된다. 도 3 은 블랭크의 단일 표면에서 삭마가 실시된 실시예를 도시한다. 또한, 재용융함으로써 용융된 용접 금속으로 도입되는 알루미늄의 양을 최소화하는 것이 바람직할 때 양 면에서 이런 삭마를 수행할 수 있다.

블랭크들은, 삭마가 수행되는 가장자리를 따라 용접된다. 블랭크들은 그 후 가열되고, 핫 스탬핑되고 프레스 경화된다.

발명자들은, 본 발명에 따른 방법이 전기 영동에 의한 스폿 용접 및 도장에 양호한 적합성, 부식과 지연 균열에 양호한 저항을 가지는 핫 스탬핑된 부품들을 제조할 수 있도록 한다는 것을 보여주었다.

비제한적인 실시예들로서, 하기 실시형태들은 본 발명에 의해 달성되는 장점들을 보여준다.

실시예 1:

1 ㎜ 두께의 블랭크들은 중량 퍼센트로 다음 조성, 0.228% C, 1.189% Mn, 0.014% P, 0.001% S, 0.275% Si, 0.028% Al, 0.034% Ti, 0.003% B, 0.177% Cr 을 가지고, 밸런스는 철 및 프로세싱으로부터 기인한 불순물인 강으로 만들어져 제공되었다. 이 블랭크들은, 9 중량% 규소, 3 중량% 철을 함유하고, 밸런스가 알루미늄 및 불가피한 불순물인, 24 ㎛ 두께의 프리코팅을 각 표면에 포함한다. 이 블랭크들 중 일부에서, 그 후, 하기 표에 나타낸 다른 조건들 하에, 수성상으로, 폴리머와 탄소 안료로 이루어진 2 개의 표면들 전부에 롤 코팅에 의해 층이 성막되었다. 아크릴 페녹시 수지는 성막층에 0.2% 미만의 질소를 함유한다. 이런 롤 코팅된 층들에서 탄소 안료의 중량 퍼센트는 아래 표 1 에 나타나 있다. 성막된 층들은 5 분 동안 70 ℃ 에서 킬른을 통과함으로써 건조되었다.

열무게 분석들은, 아크릴 수지의 대부분이 대략 400 ℃ 에서 분해되는 것을 보여준다.

상기 표에 나타낸 조건들 하에 제조된 강 블랭크들은 일반적인 대기 하에 노에서 주위 온도로부터 900 ℃ 로 가열되고, 이 온도에서 1 분 동안 홀딩되고, 그 후 블랭크들을 스탬핑 공구에 홀딩하여 핫 스탬핑되고 템퍼링-경화된다. 이렇게 획득된 급속 냉각은 강 기재에서 마텐자이트 조직을 변환한다. 기계적 강도 (Rm) 는 약 1500 MPa 이다.

열 사이클은 코팅과 기재 철의 합금화를 유발하여서, 본질적으로 알루미늄, 철과 규소를 함유한 금속간 합금들을 형성한다.

상기 조건들 각각에서, 가열 소요 시간 (

), 즉 블랭크가 주위 온도로 있는 순간과 그것이 900 ℃ 에 도달한 순간 사이에서 경과한 시간을 측정하는데 열전대들이 사용되었다. 결과들은 표 2 에 제공된다.

탄소 안료를 포함한 중합층의 적용 (테스트들 I1 내지 I5 및 R1) 은, 단독 금속성 프리코팅 (테스트 R2) 과 비교해 50% 초과하여 가열 시간을 감소시킬 수 있다.

50 ~ 500 ℃ 에서 가열 중 획득된 평균 속도는 또한 1 ~ 2 ㎜ 의 두께를 가지는 조건 I3 및 조건 R2 하에 제조된 블랭크들에서 측정되었다. 표 3 은 획득된 결과들을 보여준다.

본 발명의 조건들 하에, 따라서, 전체 두께 범위에 대해 50 ~ 500 ℃ 에서 15 ~ 40 ℃/s 의 가열 속도를 획득할 수 있지만, 반면에 이 속도는 참조예의 조건들 R2 하에 12 ℃/s 미만으로 유지되는 것을 보여주었다.

도 5 는 900 ℃ 로 가열된 후 경화된 블랭크들에서 수행되는 글로 방전 광학 분광기에 의한 산소 분석들을 도시한다. 이 분석들은, 프레스 경화된 부품들의 표면으로부터 시작하는 두께에 따른 중량 퍼센트의 산소 함량 변화를 나타낸다. 참조예의 테스트 R1 (폴리실록산 베이스 코팅) 및 테스트 R2 (도료 적용하지 않은 금속성 프리코팅) 에 대해, 본 발명 (I3) 에 따른 수지 및 탄소 안료의 적용은 말단 표면에서 산화물 층의 환원을 유발한다. 테스트 I3 의 경우에, 표면 아래 0 ~ 0.01 ㎛ 에서 측정된 평균 산소 함량은 16.7% 이고, 그것은 테스트 R2 에 대해서는 30.3% 이다. 평균 표면 산소 함량의 이런 감소는 접촉 저항을 감소시킬 수 있도록 하고, 이것은 스폿 저항 용접에 대한 적합성을 개선한다. 특정 이론에 얽매이지 않으면서, 본 발명에 따른 폴리머 층의 성막은 어느 정도까지 하위 알루미늄 합금 층을 보호하고 표면에서 알루미나의 형성을 감소시키는 것으로 생각된다.

다른 테스트들 I4 및 I5 에서, 깊이에 따른 산소 함량 변화는 도 5 에서 I3 에 대해 도시된 것과 매우 유사한 것으로 발견되었다

테스트 R1 의 경우에, 폴리실록산 베이스 폴리머의 사용은 두꺼운 산화물 층의 형성을 유발한다. 표면 아래 0.1 ~ 0.2 ㎛ 에서 측정된 평균 산소 함량은 18% 이고, 그것은 본 발명의 조건들 하에 10% 미만으로, 테스트 I3 에서 3.8%, 테스트 I4 에 대해 3%, 테스트 I5 에 대해 4.8% 이다. 테스트 R1 의 경우에, 전기 영동에 의한 후속 도장을 수행하도록, 고가의 샌드 블라스팅 또는 쇼트 블라스팅 처리들에 의해 산화물 층을 제거하는 것이 필요하지만, 본 발명의 경우에는 산화물 층이 상당히 더 작은 두께를 가지기 때문에 이런 처리들이 필요하지 않다.

본 발명에 따른 테스트들 I3 내지 I5 에서, 하기 표에 나타낸 것처럼, 프레스 경화 후 표면 산소 함량은 프리코팅에 성막된 중합층의 두께에 비교적 독립적이다.

이것은, 탄소 입자들로 폴리머 층을 성막하는 초기 단계는 두께 면에서 임의의 공차를 가지고 실시될 수 있어서 특정한 고비용의 적용 방법들의 구현을 요구하지 않는 것을 의미한다.

도 6 에서는, 본 발명 (테스트들 I3 및 I5) 의 조건들 하에 폴리머와 탄소 안료의 성막은 참조예의 상황 (R2) 과 비교했을 때 탄소의 상당한 표면 농후화를 유발하지 않는 것으로 관찰될 것이다. 예상되는 것과 달리, 발명자들은 탄소 안료의 첨가는 심지어 프레스 경화 처리 후 말단 표면에서 탄소 함량을 감소시키는 것을 보여주었다. 이것은 대기에서 산소와 탄소의 반응은 노에서 블랭크의 가열 단계 동안 거의 완전히 발생하는 것을 나타낸다.

본 발명의 조건들 하에, 가열 중 다른 온도에서 중단된 테스트들은 탄소가 이 단계 대부분에 대해 블랭크의 표면에 존재하고, 즉 반사율에 대한 그것의 효과는 가열 사이클 거의 대부분 동안 직접 발생하는 것을 보여준다. 하지만, 전술한 대로, 탄소와 대기 중 산소의 점진적 조합은, 블랭크가 900 ℃ 의 온도에 도달했을 때 탄소 원소를 거의 완전히 소실되게 한다.

참조예의 조건들 (R1) 하에 레이 다운된 성막의 경우에, 도 7 은 900 ℃ 로 가열하고, 이 온도에서 1 분 동안 홀딩한 후, 핫 스탬핑 및 프레스 경화함으로써 획득된 부분들에서 측정된 중량으로 탄소, 산소 및 규소 함량의 변화들을 보여준다. 본 발명에 따른 테스트들 I3 내지 I5 에서보다 더 높은 산소 함량 이외에, 1.5 밀리옴보다 큰, 접촉 저항의 급격한 증가로 인해 저항 용접에 대한 적합성을 변경하는 산화물 형태로 존재하는 규소의 표면 함량의 큰 증가가 있다. 조건들 I2 및 R2 에 따라 만들어진 부품들의 스폿 저항 용접에 대한 적합성은 350 daN 의 용접력 하에 스폿 용접을 실행함으로써 평가되었다. 용접성 범위 폭은, 만족스러운 기계적 강도와 연관된 6 ㎜ 의 스폿 직경을 획득할 수 있도록 하는 최소 세기 (I_min) 와 용접 중 초과시 액체 금속의 방출이 존재하도록 하는 최대 세기 (I_max) 사이 차이에 의해 평가되었다. 용접성 범위 폭 (I_max - I_min) 은, 조건들 I2 및 R2 에 등가인 대략 1500 A 이다. 마찬가지로, 스폿 용접에서 가로 인장 테스트들의 결과들은 동일한 것으로 발견되었다. 용접 세기 (I_min) 에 대해, 기계적 강도는 3370 N (조건 R2) 및 3300 N (조건 I2) 이다. 용접 세기 (I_max) 에 대해, 기계적 강도는 4290 N (조건 R2) 및 4127 (조건 I2) 이다. 따라서, 본 발명에 따른 폴리머와 탄소 입자들의 적용은 스폿 용접에 대한 적합성을 변경하지 않는다. 본 발명은 용접 기계들의 세팅을 변경하지 않고 구현될 수 있다. 용접 조건들이 2 가지 유형들의 시트들에 완벽하게 적합할 것이라는 점을 보장하여, 본 발명에 따른 폴리머와 탄소의 성막을 갖는 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 프리코팅된 시트 및 단지 프리코팅된 시트를 용접할 수 있다. 조건들 I1 내지 I3 및 R2 하에 핫 스탬핑되고 경화된 부품들의 표면들은 주사형 전자 현미경 하에 천정 (zenith) 면에서 관찰되었다. 참조예의 조건 (R2, 도 8) 하에, 표면 조도가 중요한데, 이것은 추후 전기 영동에 의한 양호한 도장성을 보장한다.

도 9 는 본 발명의 조건 (I2) 하에 제조된 부품의 표면 조도가 유사한 것을 보여준다. 조건들 (I1, I3) 에 대해 동일한 관찰이 수행되었다. 본 발명에 따라 제조된 부품들의 표면은 탄소가 농후하지 않다는 점을 위에서 언급하였으므로, 그것은 전기 영동에 대한 적합성이 폴리머와 탄소 안료의 사전 적용에 의해 감소되지 않도록 보장한다.

실시예 2:

제조된 핫 스탬핑되고 프레스 경화된 부품들의 다른 형태의 부식 저항이 표 1 로부터 조건 I2 (본 발명에 따른 AlSi 프리코팅 및 도장) 및 조건 R2 (AlSi 프리코팅 단독) 에 따라 평가되었다.

표면 부식 (cosmetic corrosion) 에 대한 저항은 다음 조건들 하에 결정되었다: 단지 코팅에만 영향을 미치거나 (조건 A) 핫 스탬핑된 부품들의 기재에도 영향을 미치는 (조건 B), 다른 깊이의 스크래치들이 만들어졌다. 이 부품들은, 그 자체가 공지된 "New VDA 테스트 233-102" 에서 설명된 조건들 하에 6 주 동안 염분 함유 미스트에서 온도와 수분 사이클들을 부여받았다. 스크래치 레벨에서 블리스터 폭이 그 후 측정되었다. 결과들은 표 5 에 제공된다.

참조예의 테스트 R2 와 비교했을 때, 본 발명에 따른 도료의 적용은 표면 부식에 대한 저항을 감소시키지 않는 것을 발견하였다. 관통 부식에 대한 저항은 위에서 나타낸 "New VDA" 테스트 조건들 하에 12 주에 걸쳐 수행된 테스트들에 의해 평가되었다. 조건들 (I2, R2) 하에 제조된 부품들에 대해 측정된 중량 손실은 다음과 같다:

참조예의 테스트 R2 와 비교했을 때, 본 발명에 따른 도료의 적용은 표면 부식에 대한 저항을 감소시키지 않는다.

조건들 (I2, R2) 에 따라 핫 스탬핑되고 제조된 1 ㎜ 부분들은 전기 영동에 의해 도장되었다. 체크 무늬의 패턴에서 스크래치 후 이 전기 영동 층의 부착력이 측정되었고, 10 일 동안 50 ℃ 에서 물 속에서 침지가 뒤따랐다. 본 발명에 따른 도료의 적용은 전기 영동 층의 부착력을 감소시키지 않는 것이 발견되었다.

실시예 3:

9% Si 와 3% Fe 를 함유하고 밸런스는 알루미늄과 불가피한 불순물인 23 ㎛ 두께의 프리코팅을 양측에 포함하는 1.5 및 2 ㎜ 두께의 22MnB5 강으로 만들어진 블랭크들이 얻어졌다. 블랭크들 중 일부에서, 폴리머와 탄소 안료로 이루어진 층은 표 1 에 나타낸 본 발명에 따른 조건들 I2 하에 2 개의 주요 표면들 전부에 대해 롤코팅함으로써 성막되었다. 다른 블랭크들은 도장되지 않았다 (조건 R).

블랭크들은 900 ℃ 로 가열되었고, 이 온도에서 1 분 동안 홀딩된 후, 스탬핑 공구에 그것을 홀딩하여 핫 스탬핑되고 경화되었다. 확산성 수소 함량은 그 자체가 공지된 열 탈착 분석 방법을 사용해 측정되었다. 이 블랭크들의 확산성 수소 함량은 표 7 에 제공된다.

본 발명에 따른 특정 도료의 성막은 확산성 수소의 함량을 매우 많이 감소시키는 것을 가능하게 한다. 이론에 얽매이지 않으면서, 발명자들은, 본 발명에 따른 성막 적용이 스탬핑 전 가열 단계 중 수소가 흡착될 수 있는 기간을 감소시키는 것으로 생각한다. 따라서, 본 발명은 핫 스탬핑되고 경화된 부품들의 지연된 균열에 대한 감도를 크게 감소시키는 것을 가능하게 한다. 따라서, 본 발명의 구현예는, 보다 높은 레벨의 합금 원소들을 함유하는 강들을 이용하는 것을 가능하게 하고 모두 지연된 균열에 대해 위험을 증가시키지 않으면서 핫 스탬핑 후 더 높은 기계적 강도를 유발한다.

실시예 4:

9% Si 와 3% Fe 를 함유하고 밸런스는 알루미늄과 불가피한 불순물인 23 ㎛ 두께의 프리코팅을 양측에 포함하는 1, 2 및 2.5 ㎜ 두께의 22MnB5 강으로 만들어진 블랭크들이 얻어졌다. 프리코팅은, 강 기재와 접촉하는 대략 4 ㎛ 두께의, Fe₂Al₃, Fe₂Al₅ 및 Fe_xAl_ySi_z 로 대부분 구성된, 얇은 금속간 합금층에 의해 이루어진다. 이 금속간 층은 19 ㎛ 두께의 Al-Si 금속성 합금 층에 의해 오버레이된다.

블랭크들 중 일부에서, 폴리머와 탄소 안료로 이루어진 층은 표 1 에 나타낸 조건들 I2 하에 2 개의 주요 표면들 전부에 대해 롤코팅함으로써 성막되었다.

이 블랭크들은 900 ℃ 로 가열되었다. 열전대들에 의해 측정된 열 사이클들은 열 방사율을 결정하는 것을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 도장된 시트들에 대해, 열 방사율은 가열 사이클 중 대략 0.6 에서 0.3 으로 감소한다. 미도장 참조예의 시트들에 대해, 방사율은 가열 사이클 중 대략 0.2 에서 0.1 로 감소한다.

개략적인 도 2 를 참조하면, 블랭크들은 레이저 용접에 의해 조립되었고, 이 블랭크들은 다른 두께의 2 개의 블랭크들이었다. 8 로서 식별된, 두께 e₈ 을 갖는 더 얇은 블랭크들은 상기 알루미늄 합금으로 프리코팅된 시트에 의해 이루어진다. 7 로서 식별된, 두께 e₇ 을 갖는 더 두꺼운 블랭크는 상기 조건 I2 에 따라 동일한 알루미늄 합금과 중합층으로 프리코팅된 시트에 의해 이루어진다. 용접 중 용융된 구역에서 금속간 화합물들의 형성을 방지하도록, 펄스 레이저는 얇은 금속간 합금층을 제자리에 두면서 블랭크들의 주변으로부터 1.1 ㎜ 의 폭에 대해 양면에서 삭마에 의해 금속성 Al-Si-Fe 합금 코팅을 제거하는데 사용되었다. 미도장 프리코팅된 블랭크들의 경우에, 단지 금속성 합금층만 제거되었고; 중합층을 갖는 프리코팅된 블랭크들의 경우에, 중합층뿐만 아니라 금속성 합금층이 위에서 나타낸 폭에 대해 제거되었다. 3 m/mn 의 삭마 속도는 원하는 결과들을 얻을 수 있도록 한다.

이 용접된 블랭크들은 그 후 용접된 블랭크들 (두께 e₇ 및 두께 e₈ 을 갖는 블랭크들) 의 2 개의 부분들 (7, 8) 각각에 배치된 열전대들을 사용해 온도를 측정함으로써 900 ℃ 로 가열되었다. 그렇게 함으로써, 모든 가열 순간에 상기 2 개의 부분들 사이 온도 차이 뿐만 아니라 각각의 부분들 (7, 8) 에서 가열 시간 (

) 이 결정되었다.

뿐만 아니라 가열 사이클 중 최대 온도 차이 (

) 가 표 8 에 제공된다. 용접된 블랭크들은 그 후 핫 스탬핑되고 프레스 경화된다.

그에 비해, 표 9 는 각각 2 ㎜ 와 1 ㎜ 의 두께들을 가지고, 미도장된, Al-Si 합금으로 프리코팅된 2 개의 블랭크들에 의해 이루어진 용접된 블랭크의 가열 중 얻은 결과들을 제공한다.

본 발명의 조건들 (테스트 I4 및 I5) 하에, 가열 시간은 용접된 조인트를 구성하는 2 개의 부분들 (7, 8) 에서 매우 유사하다. 이것은 오스테나이트화 후 강 기재 및 상호 확산에 의해 획득된 코팅의 미세조직들이 용접된 조인트의 부분들 (7, 8) 에서 매우 유사하도록 보장하는 것을 가능하게 한다. 그에 비해, 참조예의 테스트 R3 은, 용접된 블랭크의 더 두꺼운 부분이 얇은 부분보다 훨씬 더 느리게 900 ℃ 로 가열되는 상황을 유발한다. 따라서, 보다 얇은 부분의 강 기재에서 바람직하지 못한 오스테나이트 결정립 성장, 또는 이 부분에서 프리코팅과 기재 사이 과다한 상호 확산을 이끌 수 있는, 900 ℃ 의 온도에 두꺼운 부분이 도달하도록 190 초 동안 900 ℃ 에서 용접된 조인트의 얇은 부분이 홀딩될 필요가 있다. 본 발명에 따른 방법은 이런 문제점들을 방지하는 것을 가능하게 한다.

비 (

) 가 2.5 인 테스트 I5 에서, 가열 사이클에서 임의의 지점에서 용접된 조인트의 두 부분들 사이 온도 차이는 2 ℃ 미만으로 특히 낮고, 테스트 I4 (

= 2) 에서 온도 차이는 44 ℃ 이다. 두께 비가 2.2 ~ 2.6 인 이런 우선적 모드는, 목적이 용접된 블랭크들의 가열 중 최대 가능한 열 균일성일 때 선택될 것이다.

따라서, 본 발명은, 증가된 생산성, 전기 영동에 의한 스폿 용접 및 도장에 양호한 적합성을 보이고, 부식 및 지연 균열에 높은 저항을 보이는 조건 하에 핫 스탬핑된 피스들의 제조를 가능하게 한다 . 이 부품들은 유리하게도 자동차 구성 분야에서 구조 부품들 또는 보강부들로서 사용될 수 있다.

Claims

시트 또는 프리코팅된 블랭크로서,
프리코팅 (2) 에 의해 상기 블랭크의 메인 면들 중 적어도 하나의 적어도 일부에 오버레이된 열 처리용 강 기재 (1) 를 포함하고,
상기 프리코팅은, 규소를 함유하지 않는 폴리머로 이루어진 2 ㎛ ~ 30 ㎛ 의 두께를 가지는 중합층 (3) 에 의해 상기 프리코팅의 적어도 일부에 오버레이된 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 층을 포함하고,
상기 중합층의 질소 함량은 상기 중합층에 대해 표현될 때 1 중량% 미만이며,
상기 중합층은 상기 중합층에 대해 표현될 때 3 ~ 30 중량% 의 양으로 탄소 안료를 함유하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 1 항에 있어서,
상기 폴리머의 원소들은 C, H, 0, N 으로 구성된 목록에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중합층은 수성상의 분산액 또는 에멀젼 형태의 수지로부터 획득되는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중합층은 비수성 용매에서 용액의 형태의 수지로부터 획득되는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 중합층은 상기 기재에 롤 본딩된 필름에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 3 항에 있어서,
상기 중합층은 아크릴 유형 수지로부터 획득되는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 4 항에 있어서,
상기 중합층은 에폭시 또는 아크릴 유형 수지로부터 획득되는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 5 항에 있어서,
상기 중합층은 폴리에틸렌-테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌 또는 폴리부틸렌-테레프탈레이트 또는 폴리프로필렌의 필름에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안료는 적어도 부분적으로 활성탄에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 안료는 적어도 부분적으로 흑연에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 중합층에서 활성탄의 양은 상기 중합층에 대해 5 중량% 미만인 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층은 상기 프리코팅의 두께의 50% 를 초과하여 구성하는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프리코팅은 금속성 알루미늄 합금층 (5) 에 의해 오버레이된 상기 기재 (1) 와 접촉하는 금속간 합금층 (4) 을 포함하고, 상기 시트의 적어도 하나의 프리코팅된 면에서, 상기 중합층과 금속성 합금층은 구역 (6) 에 존재하지 않고, 상기 구역은 상기 시트 또는 블랭크의 주변에 위치되는 것을 특징으로 하는, 시트 또는 프리코팅된 블랭크.
적어도 2 개의 블랭크들의 용접에 의해 제조되는 용접된 블랭크로서,
상기 블랭크들 (7) 중 적어도 하나는 두께 (e₇) 를 가지는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 블랭크이고,
상기 블랭크들 중 적어도 하나는 상기 블랭크 (7) 와 동일한 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층에 의해 코팅된 강 기재에 의해 구성된 두께 (e₈) 를 가지는 블랭크 (8) 이고,
상기 블랭크들 (7, 8) 의 두께는
＞ 1 이도록 된 것을 특징으로 하는, 적어도 2 개의 블랭크들의 용접에 의해 제조되는 용접된 블랭크.
제 14 항에 있어서,
상기 블랭크 (7) 는 그것의 전체 프리코팅이 중합 코팅 (3) 에 의해 코팅된 블랭크이고, 2.6 ≥
≥ 2.2 인 것을 특징으로 하는, 적어도 2 개의 블랭크들의 용접에 의해 제조되는 용접된 블랭크.
알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 층을 가지는 프리코팅을 포함하는 시트 또는 블랭크를 스탬핑 공구에서 홀딩하여 핫 스탬핑과 경화가 뒤따르는 오스테나이트화에 의해 획득된 부품 (9) 으로서,
상기 부품의 기재 (10) 의 미세조직은 마텐자이트 및/또는 베이나이트를 함유하고, 상기 기재는 상기 강 기재와 상기 프리코팅 사이 상호 확산으로부터 유발되는 코팅 (11) 으로 메인 면들 중 적어도 하나에 오버레이되고, 상기 코팅 (11) 은 산화물 층 (12) 에 의해 오버레이되고,
피스의 표면 아래 0 ~ 0.01 ㎛ 의 평균 산소 중량 함량은 25% 미만이고, 상기 표면 아래 0.1 ~ 0.2 ㎛ 의 평균 산소 중량 퍼센트는 10% 미만인 것을 특징으로 하는, 오스테나이트화에 의해 획득된 부품 (9).
프레스 경화된 부품의 제조 방법으로서,
- 열 처리를 위한 시트 또는 강 기재 블랭크가 제공되는 단계,
- 상기 시트 또는 블랭크의 주요 면들 중 적어도 하나 위에 강 기재와 접촉하는 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 적어도 하나의 층을 가지는 프리코팅이 적용되는 단계, 그 후
- 상기 프리코팅에, 규소를 함유하지 않는 폴리머로 이루어진, 2 ~ 30 ㎛ 의 두께를 가지고 상기 중합층에 대해 표현시 질소 함량이 1 중량% 미만인 중합층 (3) 이 성막되는 단계로서, 상기 중합층은 상기 중합층에 대해 표현시 3 ~ 30 중량% 의 양으로 탄소 안료를 함유하는 단계, 그 후
- 상기 블랭크 또는 상기 시트는 상기 강 기재와 상기 프리코팅 사이에 상호 확산을 획득하고 강에 부분적으로 또는 전적으로 오스테나이트 조직을 제공하도록 가열되는 단계, 그 후
- 상기 블랭크 또는 상기 시트는 부품을 획득하도록 핫 스탬핑되는 단계, 그 후
- 상기 강 기재의 미세조직이 피스의 적어도 일부에 마텐자이트 및/또는 베이나이트를 함유하도록 스탬핑 공구에 부품을 홀딩함으로써 상기 부품이 냉각되는 단계를 연속적으로 포함하는, 프레스 경화된 부품의 제조 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 시트 또는 상기 블랭크의 두께는 1 ㎜ ~ 2 ㎜ 이고 50 ~ 500 ℃ 에서 상기 블랭크 또는 상기 시트의 가열 속도는 15 ~ 35 ℃/s 인 것을 특징으로 하는, 프레스 경화된 부품의 제조 방법.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,
알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층은 상기 프리코팅의 두께의 50% 를 초과해 차지하는 것을 특징으로 하는, 프레스 경화된 부품의 제조 방법.
제 17 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 폴리머의 원소들은 C, H, 0, N 으로 구성된 목록에서 선택되는 것을 특징으로 하는, 프레스 경화된 부품의 제조 방법.
핫 스탬핑되고 프레스 경화되는 용접된 블랭크의 제조 방법으로서,
ㆍ 두께 (e₇) 를 가지는 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 블랭크 (7),
ㆍ 전술한 블랭크 (7) 와 동일한 프리코팅의 알루미늄 또는 알루미늄 합금의 층에 의해 코팅된 강 기재에 의해 구성된 두께 (e₈) 를 가지는 적어도 하나의 블랭크 (8) 를 가지고,
ㆍ 상기 블랭크들 (7, 8) 의 두께는
＞ 1 이도록 된,
- 적어도 2 개의 상기 블랭크들을 용접함으로써 만들어진 용접된 블랭크가 제공되는 단계,
- 상기 용접된 블랭크는 상기 강 기재와 상기 프리코팅 사이에 상호 확산을 획득하고 강에 부분적으로 또는 전적으로 오스테나이트 조직을 제공하도록 가열되는 단계, 그 후
- 상기 용접된 블랭크는 핫 스탬핑된 용접된 블랭크를 획득하도록 스탬핑되는 단계,
- 상기 핫 스탬핑된 용접된 블랭크의 기재의 적어도 일부에 마텐자이트 및/또는 베이나이트를 획득하도록 스탬핑 공구에 블랭크를 홀딩함으로써 상기 블랭크가 냉각되는 단계를 연속적으로 포함하는, 핫 스탬핑되고 프레스 경화되는 용접된 블랭크의 제조 방법.
제 21 항에 있어서,
상기 블랭크 (7) 는 전체 프리코팅이 중합층 (3) 에 의해 코팅되고, 2.6 ≥
≥ 2.2 인 것을 특징으로 하는, 핫 스탬핑되고 프레스 경화되는 용접된 블랭크의 제조 방법.