KR20190078436A

KR20190078436A - 점용접성이 우수한 고강도 고망간 도금강판 용접 구조물 및 그의 제조방법

Info

Publication number: KR20190078436A
Application number: KR1020170180334A
Authority: KR
Inventors: 김영하; 최두열; 윤상만; 김성규; 엄상호
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2019-07-04
Also published as: KR101999032B1; WO2019132289A1

Abstract

점용접성이 우수한 고강도 고망간 도금강판 용접구조물 및 그의 제조방법이 제공된다.
본 발명은, 중량％로, C: 0.3~0.9%, Mn: 10~25%, Ti: 0.01~0.5%, Al: 0.01~3.0%, Al/C + Mn > 14를 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 고망간 도금강판과 이종 금속을 점 용접하여 얻어지는 고망간 도금강판 용접구조물에 있어서, 상기 용접구조물은 그 단면구조가 고망간 도금강판/filler metal/이종 금속의 3층 구조를 가지며, 상기 용접구조물 너겟부 고망간강 측 미세 조직상의 오스테나이트 상분율이 95% 이상이고 고 망간강의 희석율이 50%를 초과하며, 그리고 고 망간 도금강판의 너겟부 장반경을 이종 금속의 너겟부 장반경으로 나눈 값, 즉, 장반경 비 > 1을 만족하는 비대칭적인 너겟부 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물에 관한 것이다.

Description

점용접성이 우수한 고강도 고망간 도금강판 용접 구조물 및 그의 제조방법 {HIGH MANGANESE COATED STEEL WELDED STRUCTURE WITH SUPERIOR SPOT WELDABILITY AND METHOD FOR MANUFACTURING SAME}

본 발명은 점용접성이 우수한 고강도 고망간 도금강판 용접 구조물 및 그의 제조방법에 관한 것이다

최근 들어, 자동차의 안전규제가 강화되고, 온실가스의 배출을 저감하기 위한 친환경적인 노력의 일환으로 자동차용 강판의 고강도 및 경량화에 대한 요구가 증가하고 있다. 이를 위해 Si, Mn 또는 Al과 같은 난도금성 원소들을 다량 함유한 DP(Dual Phase)강, TRIP(Transformation Induced Plasticity)강, TWIP(Twinning Induced Plasticity)강 등의 고강도강에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다.

성형성 및 기계적 성질이 우수한 강을 제공하기 위한 다양한 시도 중의 대표적인 예로, 특허문헌 1에는 중량%로, C: 0.5~1.5％, Si: 0.01~0.1％, Mn: 10~25％, P: 0.1％ 이하, S: 0.05％ 이하, Al: 0.01~0.1％, Ni: 3.0~8.0％, Mo: 0.01~0.1%, N: 0.01% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 강판으로서, 높은 수준의 연성 및 700 내지 900MPa의 인장 강도를 가지는 고장력 강판이 개시되어 있으며, 특허문헌 2에는 중량%로, C: 1.00% 이하, Mn: 7.00~30.00%, Al: 1.00%~10.00%, Si: 2.50~8.00%, Al+Si: 3.50~12.00%, B: 0.00% ~ 0.01%, Fe 및 불가피한 불순물을 함유하는 강판이 개시되어 있다.

한편, 자동차용 강판은 사용 과정에서 부식 환경에 왕왕 노출되게 되는바, 우수한 내부식성을 가질 것이 요구되며, 이에 따라 일반적으로 그 표면에 도금층을 형성하여 아연도금강판의 형태로 사용된다.

고 망간강 아연도금강판을 자동차용 강판으로 사용하는 경우, 프레스 가공에 의해 부품을 가공한 후 점 용접 또는 아크 용접 등으로 용접하여 조립하게 되는데, 이때 고 망간강 아연 도금강판을 점 용접하게 되면 용접 열영향부(Heat Affected Zone; HAZ)는 용접(입)열에 의해 용해되어 액상의 용융 아연으로 잔류하게 되고, 소지 조직은 고 망간강의 높은 저항값에 의해 타 강종 대비 고온이 되며, 높은 열팽창 계수에 의한 입계 확장이 일어나게 된다. 이러한 상태로 열영향부에 인장력이 작용하게 되면, 용접 열영향부 조직에서는 액상의 용융 아연이 소지 표면의 결정 입계에 침투하여 균열을 발생시켜 취성 파괴인 용접 액상금속취화(Liquid Metal Embrittlement, 이하, 'LME'이라 함)를 일으키게 된다. 이로 인해 내구성 및 피로 수명 저하를 유발함으로써 자동차 차체뿐만 아니라 인간의 생명을 위협할 수 있는 위험 요소로 작용할 수 있다.

또한 고 망간강을 차체 부품 조립하는 과정에서 이종 소재와 점 용접하게 될 경우, 고 망간강 중 다량 함유된 C, Mn 등은 희석되어 희석율에 기반하여 너겟부 주변에 미세 조직을 형성하게 된다. 경우에 따라서는 너겟부 주변 조직 내 국부적으로 brittle한 마르텐사이트가 형성되어 용접부 취성을 증가시켜, 십자인장 모드로 용접강도 측정 시 interfacial 파단 모드를 보이며 열위한 용접 강도를 보이게 된다. 즉, 점용접 시 너겟부 주변에 형성된 미세조직의 종류 및 경도에 따라 용접 강도 및 크랙 전파 경로가 정해지며, 성형성이 우수한 고망간강을 자동차용 강판에 사용하기 위해서는 우수한 이종 용접강도를 가진 고망간강 도금강판 개발이 시급한 실정이다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 고망간강 중 성분을 개선하여 고 망간강의 점용접성을 향상시키는 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 이들 성분의 대부분은 점 용접성 이외에 기계적 성질, 도금성, LME 민감도 등을 열위하게 하는 등의 문제점들이 있다.

따라서 초고강도 고망간 아연도금강판의 이종 간 점 용접성을 우수하게 확보할 수 있는 기술에 대한 요구가 매우 절실한 시점이다.

국제 공개특허공보 WO2011-122237호 국제 공개특허공보 WO2002-101109호

따라서 본 발명은 상기 종래기술을 감안하여 안출된 것으로서, 점 용접성이 우수한 고망간 도금강판 용접 구조물 및 그 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.

또한 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

중량％로, C: 0.3~0.9%, Mn: 10~25%, Ti: 0.01~0.5%, Al: 0.01~3.0%, Al/C + Mn > 14를 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 고망간 도금강판과 이종 금속을 점 용접하여 얻어지는 고망간 도금강판 용접구조물에 있어서,

상기 용접구조물은 그 단면구조가 고망간 도금강판/filler metal/이종 금속의 3층 구조를 가지며,

상기 용접부구조물 너겟부 고망간강 측 미세 조직상의 오스테나이트 상분율이 95% 이상이고 고 망간강의 희석율이 50%를 초과하며, 그리고

고 망간 도금강판의 너겟부의 장반경을 이종 금속의 너겟부의 장반경으로 나눈 값, 즉, 장반경 비 > 1을 만족하는 비대칭적인 너겟부 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 filler metal은 Ni 단독 또는 Ni base alloy일 수가 있다.

또한 본 발명은,

중량％로, C: 0.3~0.9%, Mn: 10~25%, Ti: 0.01~0.5%, Al: 0.01~3.0%, Al/C + Mn > 14를 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 고망간 도금강판을 준비하는 단계;

Filler metal과 이종 금속을 준비하는 단계; 및

상기 도금강판 상에 상기 Filler metal과 이종금속을 순차적으로 적층한 후, 점 용접함으로써 그 단면구조가 도금강판/filler metal/이종 금속의 3층 구조를 지닌 용접구조물을 제조하는 단계;를 포함하고,

상기 용접구조물 너겟부 고망간 도금강판 측 미세 조직상의 오스테나이트 상분율이 95% 이상이고 고 망간강의 희석율이 50%를 초과하며, 그리고

고 망간 도금강판의 너겟부의 장반경을 이종 소재의 너겟부의 장반경으로 나눈 값, 즉, 장반경 비 > 1을 만족하는 비대칭적인 너겟부 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에서 상기 도금강판은 아연 도금강판 또는 알루미늄 도금강판 일 수가 있다.

본 발명에서 상기 아연 도금강판은 전기아연 도금강판, 용융 아연 도금강판 및 합금화 용융아연 도금강판 중 하나의 아연도금강판 일 수 있다.

본 발명에서 상기 알루미늄 도금강판은 용융 알루미늄 도금강판 또는 합금화 용융 알루미늄 도금강판 일 수가 있다.

상술한 바와 같은 구성의 본 발명은, 다량의 Mn이 함유된 고망간 강판을 이종 소재와 점 용접 시 우수한 점 용접성을 확보할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 실시예에서 고망간 아연도금 강판을 이종 소재인 DP 소재와 점용접한 후 절단한 단면을 광학현미경(OM, Optical Microscope)으로 관찰한 사진으로서, 도 1(a)는 발명예 1의 용접 구조물을, 그리고 도 1(b)는 비교예 1의 용접구조물을 나타낸 사진이다.
도 2는 용접 구조물 너겟부의 장반경을 모식도으로 나타낸 그림으로서, (a)는 동종금속간 점 용접시 형성되는 너겟부를, (b)는 이종금속간 점 용접시 형성되는 너겟부의 장반경을 나타낸다.

이하, 본 발명을 설명한다.

본 발명은, 중량％로, C: 0.3~0.9%, Mn: 10~25%, Ti: 0.01~0.5%, Al: 0.01~3.0%, Al/C + Mn > 14를 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 고망간 도금강판과 이종 금속을 점 용접하여 얻어지는 고망간 도금강판 용접구조물에 있어서, 상기 용접구조물은 그 단면구조가 고망간 도금강판/filler metal/이종 금속의 3층 구조를 가지며, 상기 용접부구조물 너겟부 고망간강 측 미세조직상의 오스테나이트 상분율이 95% 이상이고 고 망간강의 희석율이 50%를 초과하며, 그리고 고 망간 도금강판의 너겟부 장반경을 이종 금속의 너겟부 장반경으로 나눈 값, 즉, 장반경 비 > 1을 만족하는 비대칭적인 너겟부 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 아연도금강판 용접구조물에 관한 것이다.

먼저, 본 발명의 용접구조물을 이루는 고망간 도금강판의 조성성분 및 그 함량 제한사유를 설명한다. 후술하는 각 성분의 함량은 특별히 언급하지 않는 한 모두 중량%이다.

·C: 0.3~0.9%

탄소는 오스테나이트 조직의 안정화에 기여하는 원소로서, 그 함량이 증가할 수 록 오스테나이트 조직을 확보하는데 유리한 측면이 있다. 또한 탄소는 강의 적층결함에너지를 증가시켜 인장 강도 및 연신율을 동시에 증가시키는 역할을 한다. 만일 탄소 함량이 0.3% 미만이면, 강판의 고온 가공 시 탈탄에 의해 α'(알파다시)-마르텐사이트 조직이 형성되어 지연 파괴에 취약하게 되는 문제가 있으며, 또한 목표하는 인장강도 및 연신율 확보가 어려운 문제가 있다. 반면, 그 함량이 0.9%를 초과할 경우 전기 비저항이 증가하여 용접성이 나빠질 수 있다. 따라서 본 발명에서는 탄소 함량을 0.3~0.9%로 한정함이 바람직하다.

·망간(Mn): 10~25%

망간은 탄소와 함께 오스테나이트 조직을 안정화시키는 원소이다. 만약, 그 함량이 10% 미만이며, 변형 중 α'(알파다시)-마르텐사이트 조직이 형성되어 안정한 오스테나이트 조직을 확보하기 어려우며, 반면, 그 함량이 25%를 초과할 경우 강도 향상의 효과는 포화하고, 제조 원가가 상승하는 단점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 망간 함량을 10~25%로 한정함이 바람직하다.

·티타늄(Ti): 0.01~0.5%

티타늄은 강 중 질소와 반응하여 질화물을 형성함으로써 강의 성형성을 향상시키며, 강 중 탄소와 반응하여 탄화물을 형성함으로써 강의 강도를 향상시킨다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서는 티타늄 함량이 0.01% 이상인 것이 바람직하다. 다만 그 함량이 0.5%를 초과할 경우 석출물이 과도하게 형성되어 강의 피로 특성을 열화시키는 문제가 있다. 따라서 본 발명에서는 티타늄 함량을 0.01~0.5%로 한정함이 바람직하다.

·알루미늄(Al): 0.01~3.0%

알루미늄은 통상 강의 탈산을 위해 첨가하는 원소이나, 본 발명에서는 적층결함에너지를 높여 ε(입실런)-마르텐사이트 생성을 억제함으로써 강의 연성 및 내지연파괴 특성을 향상시키는 역할을 한다. 만약, 알루미늄 함량이 0.01% 미만인 경우 급격한 가공 경화 현상에 의해 강의 연성이 저하되어 내지연파괴 특성이 열화되는 문제가 있으며, 반면, 3.0%를 초과할 경우 강의 인장강도가 저하되고 주조성이 열위해지며, 열간압연 시 강 표면 산화가 심화되어 표면품질이 열화되는 문제가 있다. 따라서, 본 발명에서는 알루미늄 함량을 0.01~3.0%로 한정함이 바람직하다.

·Al/C + Mn > 14

C, Mn, Al은 오스테나이트 조직 안정화 측면에서 강 중 함유량이 많을수록 오스테나이트 조직이 안정화되고 brittle한 마르텐사이트 형성이 억제될 수 있다. 다만, C을 강 중에 무한정 첨가할 수 없는 이유는 탄화물 석출에 의해 압연성 확보가 어려워지기 때문에 적정 함량을 첨가할 수밖에 없기 때문이다. Al 역시 탈산작용을 위해 불가피하게 강 중에 첨가될 뿐 아니라, 내지연파괴특성이나 강도 측면에서 적정량을 강 중에 첨가하게 된다. 따라서 Mn 함량이 상기 관계식에 따라 적정량 이상 첨가되어야 오스테나이트 조직이 안정해질 수 있게 된다. 본 발명에서 이러한 효과를 얻기 위해서 Al/C + Mn > 14 관계식을 만족하는 것이 바람직하다.

한편 본 발명에서는 통상의 제조과정에서는 원료 또는 주위 환경으로부터 의도되지 않는 불순물들이 불가피하게 혼입될 수 있으므로, 이를 배제할 수는 없다. 이들 불순물들은 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구라도 알 수 있는 것이기 때문에 그 모든 내용을 본 명세서에서 특별히 언급하지는 않는다.

또한 본 발명의 고 망간 강판 용접구조물은 그 단부 구조가 고망간 도금강판/filler metal/이종 금속의 3층 구조를 가지며, 상기 용접구조물 너겟부 고망간강 측 미세 조직상의 오스테나이트 상분율이 95% 이상이고 고 망간강의 희석율이 50%를 초과함을 특징으로 한다. 이러한 오스테나이트 상분율이 95% 이상이어야 하는 이유는 오스테나이트 상 외에 이상조직 가령, brittle한 마르텐사이트조직이 5%를 초과하여 존재할 경우, brittle한 마르텐사이트를 따라 크렉의 판단 경로가 형성되에 따라 파단이 쉽게 일어나 충분한 용접강도를 확보할 수 없게 된다. 또한, 망간 희석율이 50%를 초과해야 하는 이유는 희석율에 비례하게 입열량이 증가하기 때문에 50%를 초과하지 않을 경우, 충분한 온도 확보가 어려워 오스테나이트 상 안정화가 어려워지기 때문이다.

본 발명에서는 상기 filler metal은 Ni 단독 또는 Ni base alloy일 수가 있다.

나아가, 본 발명의 용접구조물을 이루는 고 망간 도금강판의 너겟부 장반경을 이종 금속의 너겟부 장반경으로 나눈 값, 즉, 장반경 비 > 1을 만족하는 비대칭적인 너겟부 형상을 가짐으로써 우수한 점용접 특성을 나타낼 수 있다. 장반경 비가 1을 초과한다는 것은 고 망간 도금강판의 너깃경이 이종 소재 너깃경 대비 상대적으로 크다는 것이며, 입열량이 훨씬 많다는 것이다. 입열량이 이종 소재 대비 많을수록 이상조직 형성이 억제되고 오스테나이트상 안정화에 유리하기 때문에 장반경 비 > 1을 만족할 필요가 있다.

도 1은 용접 구조물 너겟부의 장반경을 모식도으로 나타낸 그림으로서, (a)는 동종금속간 점 용접시 형성되는 너겟부를, (b)는 이종금속간 점 용접시 형성되는 너겟부의 장반경을 나타낸다. 도 2에 나타난 바와 같이, 이종금속간 점용접 시 용접구조물에 형성되는 너겟부의 장반경이 금속에 따라 차이가 있음을 알 수 있다.

또한 본 발명에서 상기 도금강판은 아연도금강판 또는 알루미늄 도금강판일 수 있다.

다음으로, 본 발명의 점 용접 특성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물 제조방법을 설명한다.

본 발명의 용접구조물 제조방법은, 상술한 바와 같은 조성을 갖는 고망간 도금강판을 준비하는 단계; Filler metal과 이종 금속을 준비하는 단계; 및 상기 도금강판 상에 상기 Filler metal과 이종금속을 순차적으로 적층한 후, 점 용접함으로써 그 단면구조가 고망간 도금강판/filler metal/이종 금속의 3층 구조를 지닌 용접구조물을 제조하는 단계;를 포함한다.

먼저, 본 발명에서는 중량％로, C: 0.3~0.9%, Mn: 10~25%, Ti: 0.01~0.5%, Al: 0.01~3.0%, Al/C + Mn > 14를 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 고망간 도금강판을 마련한다.

본 발명은 이러한 고망간 도금 강판을 제조하는 구체적인 공정조건에 제한되지 않으며, 다양한 제조공정을 이용할 수도 있다.

아울러, 본 발명에서는 상기 도금강판은 아연도금강판 또는 알루미늄 도금강판일 수 있다.

본 발명에서 상기 알루미늄 도금강판은 용융 알루미늄 도금강판 또는 합금화 용융 알루미늄 도금강판일 수가 있다.

그 바람직한 일실시예로서, 본 발명의 고망간 도금강판은 아래와 같은 공정을 이용하여 제조될 수 있다.

먼저, 본 발명에서는 상술한 바와 같은 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 재가열한다. 일실시예에 따르면, 상기 강 슬라브의 재가열 시, 재가열 온도는 1050~1200℃일 수 있다. 만일 재가열 온도가 1050℃ 미만이면 탄질화물 석출물이 생성되어 열간 압연성 및 열연강판 품질이 나빠질 우려가 있으며, 반면, 1200℃를 초과하면 오스테나이트 결정립이 조대화되어 강도확보가 어렵게 되며 표면 흠이 다량 발생하게 된다.

다음으로, 상기 재가열된 강 슬라브를 마무리 압연하여 열연강판을 제조한다. 일실시예에 따르면, 상기 마무리 압연 시 마무리 압연 온도는 800~1000℃일 수 있다. 만일 마무리 압연 온도가 800℃ 미만이면, 혼립 조직이 발생하여 경도, 연신율 등의 기계적 성질에 악영향을 미치게 되며, 반면, 마무리 압연 온도가 1000℃를 초과하면 오스테나이트 결정립이 조대화되어 강도확보가 어려울 수 있다.

이어, 본 발명에서는 상기 제조된 열연강판을 냉각 후, 권취한다. 이때, 권취 온도의 제어가 매우 중요한데, 이는 권취 온도를 제어함으로써 Si, Mn 및 Al 내부 산화물 형성을 최대한 억제할 수 있기 때문이다.

본 발명에서는 상기 권취 온도를 500℃ 이하로 제어함을 특징으로 하며, 만약, 권취 온도가 500℃를 초과할 경우, 내부 산화물의 형성이 가속화되며, 이러한 내부 산화물은 저항체 역할을 하여 점 용접시 용접부에서의 국부적인 온도 상승의 원인으로 작용하여 점 용접성이 나빠지게 된다.

그리고 본 발명에서는 상기 권취된 열연강판을 냉간압연함으로써 냉연강판을 제조한다.

일실시예에 따르면, 상기 냉간 압연 시, 냉간 압하율은 30~60%일 수 있다. 만일 냉간 압하율이 30% 미만이면 변형량이 적어 회복 및 재결정시 결정립 미세화를 유도할 수 없어 강도확보가 어려울 수 있으며, 반면, 냉간 압하율이 60%를 초과하면 압연롤에 부하를 일으켜 안전 및 설비 손상의 우려가 있다.

이어, 본 발명에서 상기 냉연강판을 환원 분위기 하에서 가열한 후, 유지한다. 이때, 냉연강판의 가열 온도는 500~800℃인 것이 바람직하다. 만일 상기 가열 온도가 500℃ 미만이면 냉각과정에서 강판온도가 도금욕 온도보다 낮아져 도금성 및 밀착성 열위를 초래할 수 있으며, 반면, 가열 온도가 800℃를 초과하면 2차 재결정에 의해 강의 인장 강도 또는 연신율 등이 저하되며, 강판 표면에 Si, Mn 및 Al 산화물층이 두껍게 형성되어 아연 도금 이후 도금층과 강판 계면에 존재하는 소둔 산화물에 의해 미도금 발생 및 도금 박리 현상을 유발할 수 있다.

한편, 냉연강판의 가열시, 가열 속도는 조업 라인에서 라인 스피드(line speed), 즉 생산성과 직결되기 때문에 강판의 품질에 악영향을 미치지 않는 범위 내에서는 빠를수록 좋다. 특히, 가열 속도가 지나치게 낮을 경우, 강판 표면에 Si, Mn 및 Al의 농화가 심해 두꺼운 산화물층을 형성함으로써 미도금 발생 및 도금 박리 현상을 유발할 수 있다. 따라서 가열 구간에서의 가열 속도는 소둔 산화물층 두께에 중대한 영향을 미쳐, 이후 아연 도금을 하는 과정에서 도금성 및 도금 박리 여부를 결정짓는 중요한 변수가 된다. 다만 가열 속도를 증가시키기 위해 라인 스피드를 무리하게 증가시킬 경우, 선행 코일과의 용접부 파단의 발생 및 강판이 한쪽으로 쏠리는 사행 발생 우려가 가중되기 때문에 가열 속도를 무한정 높일 수는 없다.

이에, 본 발명에서는 냉연강판의 가열 시, 가열 속도를 2.0℃/sec 이상으로 제어한다. 만일 상기 가열 속도가 2.0℃/s 미만이면, 강판의 생산성이 저하되는 단점과 더불어, 가열 중 강판의 표면에 Si, Mn 및 Al의 농화가 증가하여 띠 형태의 Si, Mn 및 Al의 복합 산화물층이 두껍게 형성되어 미도금 발생 및 도금 박리 현상을 유발할 수 있다

또한 본 발명에서는 상기 환원 분위기는 3~20부피%의 수소(H₂) 및 잔부 질소(N₂) 가스 분위기일 수 있다. 만약, 수소의 함량이 3 부피% 미만이면 강판 표면에 불가피하게 형성된 철 산화 피막의 환원이 충분히 일어나지 않아 잔류 산화층에 의한 도금층의 박리를 초래할 우려가 있다. 다만 수소 함량이 과도하게 높을 경우 수소 함량 증가에 따라 비용이 증가할 뿐만 아니라, 폭발 위험이 증대되는바, 그 함량을 20 부피%이하로 한정함이 바람직하다.

그리고 일실시예에 따르면, 상기 냉연강판의 가열 및 유지시 이슬점 온도는 -30℃ 이하로 제어하는 것이 바람직하며, 이는 강판 표면에 Si, Mn 및 Al 산화물의 농화를 최대한 억제하기 위함이다. 만일 이슬점 온도가 -30℃를 초과할 경우 강 중 Mn이 산소와 반응하여 Mn 산화물을 강판 표층에 띠 형태로 두껍게 형성시킴에 따라 아연의 도금성이 나빠지게 될 우려가 있다.

이후, 상기 가열 및 유지된 냉연강판을 도금하여 아연계 또는 알루미늄계 도금강판을 얻는다.

이때, 본 발명에서는 아연계 도금강판을 제조하기 위한 구체적인 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어, 전기 아연계 도금법이나 용융 아연계 합금 도금법을 이용하여 아연계 도금강판을 제조할 수 있다. 또한 알루미늄계 도금강판을 제조하기 위한 구체적인 방법에 대해서는 특별히 한정하지 않으며, 예를 들어 용융 알루미늄계 합금 도금에 의해 알루미늄계 도금강판을 제조할 수 있다.

만일 용융 아연계 또는 알루미늄계 도금에 의해 아연계 또는 알루미늄계 도금강판을 제조할 경우, 도금욕 온도는 440~460℃로 제어하는 것이 바람직하다. 만일 도금욕의 온도가 440℃ 미만이면 도금욕의 점도가 과도하게 상승하여 강판을 감는 롤(roll)의 이동도가 감소되며, 이로 인해 강판과 롤 간의 슬립(slip)을 유발시켜 강판 표면 결함을 야기할 우려가 있다. 반면, 도금욕의 온도가 460℃를 초과할 경우 강판의 용해를 촉진시켜 Fe-Al 화합물 형태의 드로스 발생을 가속화시키며, 이에 따라 미도금을 야기할 수 있다.

이때, 본 발명에서는 필요에 따라, 상기 용융 아연도금 후, 아연계 또는 알루미늄계 도금강판을 480~600℃의 온도에서 합금화 열처리함으로써 합금화 아연계 또는 알루미늄계 도금강판을 제조할 수 있다. 합금화 열처리 온도를 480℃ 이상으로 제어함으로써 도금층 내 충분한 Fe 함량을 확보할 수 있으며, 600℃ 이하로 제어함으로써 도금층 중 Fe 함량이 과도하여 가공 중 도금층이 탈락하는 파우더링 현상을 방지할 수 있다.

후속하여, 본 발명에서는 Filler metal과 이종 금속을 준비한다.

본 발명은 상기 Filler matal에 특별한 제한이 있는 것은 아니나, 상기 filler metal은 Ni 단독 또는 Ni base alloy일 수가 있다. 상기 필러금속은 오스테나이트 안정화 원소이어야 하며, 대표적인 원소가 Ni이다. 점용접 시 고 망간 도금강판과 이종 소재 간 전류가 통하면서 저항열에 의해 용융이 일어난다. 이 과정에서 필러금속이 혼입되어 응고과정에서 brittle한 마르텐사이트 형성을 억제시키고 오스테나이트 상을 안정화시키는 역할을 한다.

또한 본 발명은 상기 이종 금속의 종류에 제한되지 않으며, DP, TRIP강 등과같은 다양한 고강도강을 이종 금속으로 이용할 수 있다.

다음으로, 본 발명에서는 상기 제조된 아연 도금강판 상에 상기 Filler metal과 이종금속을 순차적으로 적층한 후, 점 용접함으로써 그 단면구조가 아연 도금강판/filler metal/이종 금속의 3층 구조를 지닌 용접구조물을 제조한다.

본 발명의 고 망간 강판 용접구조믈은 그 단부 구조가 고망간 아연 도금강판/filler metal/이종 금속의 3층 구조를 가지며, 상기 용접구조물 너겟부 고망간강 측 미세 조직상의 오스테나이트 상분율이 95% 이상이고 고 망간강의 희석율이 50%를 초과한다.

나아가, 본 발명의 용접구조물을 이루는 고 망간 아연도금강판의 너겟부 장반경을 이종 금속의 너겟부 장반경으로 나눈 값, 즉, 장반경 비 > 1을 만족하는 비대칭적인 너겟부 형상을 가진다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명한다.

(실시예)

하기 표 1과 같은 조성을 갖는 TWIP 강판을 열간 및 냉간 압연하고, 탈지 및 산세공정을 거쳐 강판 표면을 청정화한 후, 환원로에서 5 체적%의 수소를 포함하는 질소가스를 불어 주며 760℃의 온도에서 40초 동안 소둔 공정을 실시하였다. 다음으로, 소둔 공정을 거친 냉연 강판을 냉각하고, 용융 아연 도금욕에 5초 동안 침지한 후, 에어 와이핑(Air wipping)을 통해 도금 부착량을 60~70g/m² 수준으로 조절하였다.

이후, 제조된 고망간 아연 도금강판의 이종 용접성을 평가하기 위해 용융도금된 980DP 소재 1.4mmt와 TWIP 소재 1.4mmt를 50mm*150mm 크기로 각각 절단하고 DP 소재와 TWIP 소재 사이에 Ni filler metal을 0.3mmt 두께의 plate 형태로 삽입하였다, 그리고 DP 소재와 TWIP 소재를 십자 형태로 겹친 후 8mm 전극경을 가진 전극을 사용하여 spatter가 발생하는 expulsion 전류보다 0.2kA 낮은 용접 전류에서, 가압력 4.5kN, 3 pulse를 각각 180ms씩 냉각시간 40ms로 인가하며 용접한 후 400ms동안 유지하며 점용접을 실시하였다. 상하부 grip에 980DP소재와 TWIP소재를 각각 물려 일축으로 인장하며 인장 강도를 측정하여, 이를 이종 용접강도(Cross Tension Strength, CTS)로서 하기 표 1에 나타내었다.

한편 오스테나이트 상분율은 용접부 너겟 주변에 대해 광학현미경으로 500X 배율로 오스테나이트 조직의 면적분율을 10군데 측정하여 평균값을 산출한 결과치이다. 그리고 고망간강 희석율은 용접부 조직 사진 상에서 전체 너겟(고Mn강 + 이종 소재) 면적에 대한 고Mn강의 너겟 면적 비율을 Image Analyzer로 측정하여 산출한 결과치이다.

구분	강 조성성분(중량%)					E*	장반경비 (D고Mn/D이종금속)	고망간강의 희석율(%)	Filler metal 사용 여부f	이종 용접강e도(kN)
구분	C	Mn	Ti	Al	Al/C+Mn	E*	장반경비 (D고Mn/D이종금속)	고망간강의 희석율(%)	Filler metal 사용 여부f	이종 용접강e도(kN)
발명예1	0.2	15.1	0.06	0.03	15.3	100	1.05	63	사용	10.8
발명예2	0.4	22.3	0.05	0.04	22.4	100	1.13	74	사용	10.5
발명예3	0.35	18.4	0.05	0.5	19.7	100	1.09	69	사용	9.9
발명예4	0.41	23.0	0.07	0.03	23.1	100	1.15	76	사용	10.7
비교예1	0.66	16.8	0.04	1.8	19.5	97	0.98	48	미사용	2.9
비교예2	0.08	12.8	0.06	0.03	13.2	95	0.95	46	사용	2.6
비교예3	0.1	14.9	0.05	0.02	15.1	24	0.97	47	미사용	2.7

*상기 표 1에서 E*는 너겟부 고망간강 측 미세조직상의 오스테니이트 분율(%)

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 도금강판의 조성성분이 본 발명의 범위를 만족하고 filler metal 사용하였으며, 용접구조물 너겟부 고망간강 측 미세조직상의 오스테나이트 상분율(%)과 고망간강의 희석율(%)이 본 발명의 범위를 만족하는 발명예 1-4의 경우 모두 기준치 ≥6.6kN의 우수한 이종 용접강도를 나타내었다.

이에 반하여, 비교예 1은 filler metal을 사용하지 않아, 이종 점 용접 시 너겟부 고망간강 측 미세조직상에서 오스테나이트상이 95% 미만으로 형성되었다. 또한 고망간강의 희석율이 50%에 미치지 못하여, 국부적으로 brittle한 마르텐사이트상이 형성되어 용접부 파단 시 크랙의 전파경로로 작용하여 우수한 이종 용접 강도 확보가 어려웠다.

또한 비교예 2는 고망간 강판의 조성 성분에서 Al/C + Mn 값이 본 발명의 범위를 벗어난 경우로서, filler metal을 사용하였음도 불구하고 초기 기지조직이 마르텐사이트 조직이므로 너겟부 고망간강 측 미세조직상의 오스테나이트 상분율이 95%에 미치지 못하였다. 그리고 고망간강의 희석율 또한 50%에 미치지 못하여 국부적으로 형성된 brittle한 마르텐사이트상이 용접부 취성 증가를 초래하여 이종 용접 강도가 나쁜 결과를 얻었다.

그리고 비교예 3은 고망간의 기지 조직 내 이상 조직이 존재함에 따라, 점 용접 후 너겟부 고망간강 측 미세조직상의 오스테나이트 상분율이 본 발명의 범위95%에 훨씬 미치지 못하였으며, 고망간강의 희석율도 50%에 미치지 못하여 이종 용접 강도가 나쁜 결과를 초래함을 알 수 있다.

한편 도 2는 본 실시예에서 고망간 아연도금 강판을 이종 소재인 DP 소재와 점용접한 후 절단한 단면을 광학현미경(OM, Optical Microscope)으로 관찰한 사진으로서, 도 2(a)는 발명예 1의 용접구조물을, 그리고 도 2(b)는 비교예 1의 용접 구조물을 나타낸 사진이다. 도 2(a-b)에 나타난 바와 같이, 발명예 1 대비 비교예 1은 용접구조물에 국부적으로 brittle한 마르텐사이트상이 형성되어 있으며, 이에 따라, 용접부 파단 시 크랙의 전파경로로 작용하여 우수한 이종 용접 강도 확보가 어려움을 알 수 있다.

이상에서 본 명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims

중량％로, C: 0.3~0.9%, Mn: 10~25%, Ti: 0.01~0.5%, Al: 0.01~3.0%, Al/C + Mn > 14를 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 고망간 도금강판과 이종 금속을 점 용접하여 얻어지는 고망간 도금강판 용접구조물에 있어서,
상기 용접구조물은 그 단면구조가 고망간 도금강판/filler metal/이종 금속의 3층 구조를 가지며,
상기 용접구조물 너겟부 고망간강 측 미세 조직상의 오스테나이트 상분율이 95% 이상이고 고 망간강의 희석율이 50%를 초과하며, 그리고
고 망간 도금강판의 너겟부 장반경을 이종 금속의 너겟부 장반경으로 나눈 값, 즉, 장반경 비 > 1을 만족하는 비대칭적인 너겟부 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물.
제 1항에 있어서, 상기 filler metal은 Ni 단독 또는 Ni base alloy인 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물.
제 1항에 있어서, 상기 도금강판은 아연 도금강판 또는 알루미늄 도금강판 인 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물.
제 3항에 있어서, 상기 아연 도금강판은 전기아연 도금강판, 용융 아연 도금강판 및 합금화 용융아연 도금강판 중 하나의 아연도금강판인 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물.
제 3항에 있어서, 상기 알루미늄 도금강판은 용융 알루미늄 도금강판 또는 합금화 용융 알루미늄 도금강판인 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물.
중량％로, C: 0.3~0.9%, Mn: 10~25%, Ti: 0.01~0.5%, Al: 0.01~3.0%, Al/C + Mn > 14를 만족하고, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 고망간 도금강판을 준비하는 단계;
Filler metal과 이종 금속을 준비하는 단계; 및
상기 도금강판 상에 상기 Filler metal과 이종금속을 순차적으로 적층한 후, 점 용접함으로써 그 단면구조가 도금강판/filler metal/이종 금속의 3층 구조를 지닌 용접구조물을 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 용접부구조물 너겟부 고망간 도금강판 측 미세 조직상의 오스테나이트 상분율이 95% 이상이고 고 망간강의 희석율이 50%를 초과하며, 그리고
고 망간 도금강판의 너겟부 장반경을 이종 금속의 너겟부 장반경으로 나눈 값, 즉, 장반경 비 > 1을 만족하는 비대칭적인 너겟부 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 filler metal은 Ni 단독 또는 Ni base alloy인 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물 제조방법.
제 6항에 있어서, 상기 도금강판은 아연 도금강판 또는 알루미늄 도금강판 인 것을 특징으로 하는 점용점성이 우수한 고망간 도금강판 용접구조물 제조방법.