KR20200056424A

KR20200056424A - 프리코팅된 강판의 제조 방법 및 관련 시트

Info

Publication number: KR20200056424A
Application number: KR1020207011184A
Authority: KR
Inventors: 캉땡 베르나르디; 퇀 에이 마이; 데르 보르흐트 니콜라스 판
Original assignee: 아르셀러미탈
Priority date: 2017-10-20
Filing date: 2017-10-20
Publication date: 2020-05-22
Also published as: CA3078864C; EP3697563A1; BR112020007477A2; MX2020003917A; JP6961815B2; CN111278595A; KR102337605B1; US20210107095A1; CA3078864A1; BR112020007477B1; UA127021C2; JP2021500237A; CN111278595B; WO2019077395A1; ZA202002312B; RU2742207C1

Abstract

프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법으로서,
- 금속간 합금층 및 금속간 합금층 위에 연장되는 금속 합금층을 포함하는 프리코팅을 면들 중 적어도 하나 상에 갖는 강 기재 (3) 를 포함하는 프리코팅된 강 스트립을 제공하는 단계로서, 금속 합금층은 알루미늄층, 알루미늄 합금층 또는 알루미늄계 합금층인, 상기 프리코팅된 강 스트립을 제공하는 단계,
- 적어도 하나의 프리코팅된 강판 (1) 을 얻기 위해 상기 프리코팅된 강 스트립을 레이저 절단하는 단계로서, 상기 프리코팅된 강판 (1) 은 적어도 하나의 절단 에지 표면 (13) 을 포함하고, 절단 에지 표면 (13) 은 기재 영역 (14) 및 프리코팅 영역 (15) 을 포함하고, 프리코팅된 강판 (1) 의 두께는 1 mm 내지 5 mm 인, 레이저 절단하는 단계를 포함한다
레이저 절단은 절단 에지 표면 (13) 의 전체 높이 (h) 에 걸쳐 그리고 그 길이 이하의 길이에 걸쳐 연장되는 감소된 알루미늄 구역 (20) 이 직접 발생하도록 수행되고, 레이저 절단 작업으로 직접 발생하는 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 기재 영역 (14) 상의 알루미늄 표면 분율은 0.3 % 내지 6 % 이다.

Description

프리코팅된 강판의 제조 방법 및 관련 시트

본 발명은 금속간 합금층 및 금속간 합금층 위에 연장되는 금속 합금층을 포함하는 프리코팅을 그 면들 중 적어도 하나 상에 갖는 강 기재를 포함하는 프리코팅된 강 스트립으로부터 프리코팅된 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 금속 합금층은 알루미늄층, 알루미늄 합금층 또는 알루미늄계 합금층이다.

자동차의 강 부품은 이하의 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 우선, 일반적으로 용융 도금을 통해 얻어진 프리코팅된 강 스트립이 제공되고 레이저 절단을 통해 시트로 절단된다. 그 후, 각각의 시트는 레이저 삭마를 통해 절단 에지에 인접한 제거 구역에서 금속 합금층을 제거함으로써 용접을 위해 준비되고, 이에 따라 준비된 시트는 함께 레이저 용접되어 용접된 블랭크 (welded blank) 를 생성한다. 그 후, 용접된 블랭크는 고온 스탬핑되고 프레스 경화되어 최종 부품을 얻는다.

이러한 강 부품은 특히 자동차 산업에서, 더욱 구체적으로는 침입 방지 부품, 구조적 부품 또는 자동차의 안전에 기여하는 부품의 제조에 사용된다.

WO 2007/118939 호에 설명된 바와 같이, 다른 시트에 용접되도록 의도된 프리코팅된 강판의 에지 영역에서 프리코팅의 금속 합금층의 제거는 용접 금속 구역의 알루미늄 함량을 감소시키고, 이는 결국 내부의 금속간 화합물 또는 페라이트 중 어느 하나의 형성을 감소시키며, 금속간 화합물은 초기 균열이 발생할 가능성이 가장 큰 부위이다. 그 결과, 프리코팅된 강판이 레이저 삭마를 통해 준비되지 않은 강 부품과 비교하여 본 방법을 통해 얻어진 강 부품에서 용접 조인트의 기계적 특성이 개선된다.

그러나, 이 방법이 전적으로 만족스럽지는 않다.

실제로, 프레스 경화된 부품에서 용접된 조인트의 기계적 특성, 더욱 구체적으로 경도는 부품의 나머지 부분, 특히 2 개의 인접한 강판에서 대응하는 특성만큼 여전히 좋지 않은 것으로 보인다.

이러한 관찰로부터 시작하여, 본 발명의 발명자들은 US 2008/0011720 호에 언급된 바와 같이, 레이저 절단이 통상적인 조건 하에서 수행될 때 전단 (shearing) 의 경우와 같이 기계적 작용을 통해 측면 에지 상으로 코팅을 변위시키지 않는 경우에도, 레이저 절단은 실제로 코팅으로부터 절단 에지 표면으로 비교적 많은 양의 알루미늄을 쏟아지게 한다는 것을 보였다.

레이저 삭마에 의해 제거되지 않은 이 알루미늄은 레이저 용접 동안 용접 금속 구역으로 도입되어 용접 금속 영역에서 알루미늄 함량이 증가된다. 알루미늄은 매트릭스에서 고용체 중의 페라이트 형성 원소이므로 열간 성형 이전 단계 중에 발생하는 오스테나이트로의 변태를 방지한다. 따라서, 열간 성형 후에 냉각 동안 용접 조인트에서 완전히 마르텐사이트 또는 베이나이트 조직을 얻는 것이 더 이상 가능하지 않으며, 용접 조인트는 페라이트를 함유할 것이다.

결과적으로, 강 부품의 용접 조인트는 프레스 경화 후에 2 개의 인접한 시트의 경도 및 기계적 강도보다 낮은 경도 및 기계적 강도를 나타낸다.

본 발명의 발명자들은 시트의 기재에 레이저 절단 동안 절단 에지 표면에 쏟아진 알루미늄의 높은 접착성으로 인해, 용접 전에 시트의 절단 에지 표면의 단순한 브러싱이 절단 작업에서 발생하는 알루미늄의 트레이스를 충분히 제거할 수는 없음을 추가로 관찰하였다.

본 발명의 하나의 목적은 만족스러운 기계적 특성을 갖는 알루미늄 프리코팅된 용접된 강판으로부터 양호한 생산성으로 고온 스탬핑되고 프레스 경화된 부품을 얻을 수 있게 하는 방법을 제공하는 것이며, 여기서 용접 조인트의 경도 및 기계적 강도는 인접 시트의 경도 및 기계적 강도와 적어도 동등하다.

이를 위해, 본 발명은 프리코팅된 강판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 본 방법은:

- 금속간 합금층 및 금속간 합금층 위에 연장되는 금속 합금층을 포함하는 프리코팅을 주 표면들 중 적어도 하나 상에 갖는 강 기재를 포함하는 프리코팅된 강 스트립을 제공하는 단계로서, 금속 합금층은 알루미늄층, 알루미늄 합금층 또는 알루미늄계 합금층인, 상기 프리코팅된 강 스트립을 제공하는 단계,

- 적어도 하나의 프리코팅된 강판을 얻기 위해 상기 프리코팅된 강 스트립을 레이저 절단하는 단계로서, 상기 프리코팅된 강판은 절단 작업으로 인한 절단 에지 표면을 포함하고, 절단 에지 표면은 기재 부분 및 프리코팅 부분을 포함하고, 프리코팅된 강판의 두께는 1 mm 내지 5 mm 인, 레이저 절단하는 단계의 연속적인 단계들을 포함하고,

레이저 절단은 절단 에지 표면의 전체 높이에 걸쳐 그리고 절단 에지 표면의 길이 이하의 길이에 걸쳐 연장되는 절단 에지 표면의 감소된 알루미늄 구역이 직접 발생하도록 수행되고, 레이저 절단 작업으로 직접 발생하는 절단 에지 표면의 감소된 알루미늄 구역의 기재 영역 상의 알루미늄 표면 분율은 0.3 % 내지 6 % 이도록 수행된다.

특정 실시형태에 따르면, 본 발명에 따른 방법은 단독으로 또는 기술적으로 가능한 임의의 조합에 따라 이하의 특징 중 하나 또는 몇몇을 추가로 포함한다:

- 절단 에지 표면의 상기 감소된 알루미늄 구역에 걸쳐, 레이저 절단은 보조 가스로서 불활성 가스로 수행되고, 레이저 절단 선형 에너지는 0.6 kJ/cm 이상이고,

- 레이저 절단 선형 에너지는 0.8 kJ/cm 이상이고, 더욱 구체적으로 1.0 kJ/cm 이상이고, 더욱 더 구체적으로 1.2 kJ/cm 이상이고,

- 보조 가스의 압력은 2 바 (bar) 내지 18 바이고,

- 불활성 가스는 질소, 헬륨, 아르곤 또는 이 가스들의 혼합물 중에서 선택되고,

- 레이저 절단은 CO₂ 레이저를 사용하여 수행되고,

- 레이저 절단은 고체 상태 (solid-state) 레이저를 사용하여 수행되고,

- 고체 상태 레이저는 Nd:YAG 유형 레이저, 디스크 레이저, 다이오드 레이저 또는 섬유 레이저이고,

- 프리코팅된 강판의 두께는 1.0 mm 내지 3.0 mm, 더욱 구체적으로 1.0 mm 내지 2.5 mm 이고,

- 프리코팅의 두께는 19 ㎛ 내지 33 ㎛ 이고,

- 감소된 알루미늄 구역은 절단 에지 표면의 전체 길이에 걸쳐 연장되고,

- 감소된 알루미늄 구역의 길이는 절단 에지 표면의 전체 길이보다 엄밀하게 더 작다.

본 발명은 또한 용접된 블랭크를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은:

- 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판을 제조하는 단계로서, 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 중 적어도 하나는 상술한 바와 같은 방법을 사용하여 제조되는, 상기 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판을 제조하는 단계;

- 상기 프리코팅된 강판들 사이에 용접 조인트를 생성하여 용접된 블랭크를 얻기 위해 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판들을 맞대기 용접하는 단계를 포함하고, 상기 맞대기 용접하는 단계는, 프리코팅된 강판들 중 적어도 하나의 감소된 알루미늄 구역이 다른 프리코팅된 강판의 에지, 그리고 바람직하게는 감소된 알루미늄 구역에 대면하도록 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판을 배열하는 단계를 포함한다.

특정 실시형태에 따르면, 용접된 블랭크를 제조하는 방법은 단독으로 또는 기술적으로 가능한 임의의 조합에 따라 이하의 특징 중 하나 이상을 추가로 포함한다:

- 용접은 레이저 용접 작업이고,

- 본 방법은 맞대기 용접 단계 전에, 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판들 각각에 대해, 각각의 프리코팅된 강판의 감소된 알루미늄에 인접한 제거 구역의 금속 합금층을 제거하는 단계를 더 포함하고, 맞대기 용접 단계 동안, 금속 합금층이 제거된 에지들에서 프리코팅된 강판들이 용접되고,

- 금속 합금층의 제거는 레이저 빔을 사용하여 수행되고,

- 제거 단계 동안, 금속간 합금층이 그 높이의 적어도 일부에 걸쳐 제거 구역에 남겨지고,

- 레이저 용접은 필러 와이어 (filler wire) 또는 분말 첨가를 사용하여 수행되고,

- 필러 와이어 또는 분말은 오스테나이트 (austenite) 형성 합금 원소들을 함유한다.

본 발명은 또한 프레스 경화된 강 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 본 방법은:

- 용접된 블랭크를 얻기 위해 상술한 방법을 수행하는 단계,

- 용접된 블랭크를 형성하는 프리코팅된 강판들에서 적어도 부분적으로 오스테나이트 조직을 얻도록 용접된 블랭크를 가열하는 단계,

- 프레스 성형된 강 부품을 얻기 위해 프레스에서 용접된 블랭크를 열간 성형하는 단계, 및

- 프레스 경화된 강 부품을 얻기 위해 프레스에서 강 부품을 냉각시키는 단계를 포함한다.

본 발명은 또한 프리코팅된 강판에 관한 것으로, 프리코팅된 강판은:

- 금속간 합금층 부분 및 금속간 합금층 부분 위에 연장되는 금속 합금층 부분을 포함하는 프리코팅 부분을 면들 중 적어도 하나 상에 갖는 강 기재 부분으로서, 금속 합금층 부분은 알루미늄층, 알루미늄 합금층 또는 알루미늄계 합금층이고, 프리코팅된 강판의 두께는 1 mm 내지 5 mm 인, 강 기재 부분, 및

- 프리코팅된 강판의 면들 사이에 연장되고 기재 영역 및 적어도 하나의 프리코팅 영역을 포함하는 적어도 하나의 레이저 절단 에지 표면을 포함하고,

프리코팅된 강판은 레이저 절단 에지 표면 상에 복수의 응고 줄무늬를 포함하고,

레이저 절단 에지 표면은 레이저 절단 에지 표면의 전체 높이에 걸쳐 그리고 레이저 절단 에지 표면의 길이 이하의 길이에 걸쳐 연장되는 감소된 알루미늄 구역을 포함하고, 감소된 알루미늄 구역의 기재 영역 상의 알루미늄 표면 분율은 0.3 % 내지 6 % 이다. 특정 실시형태에 따르면, 프리코팅된 강판은 이하의 특징 중 하나를 포함한다:

- 감소된 알루미늄 구역의 길이는 절단 에지 표면의 전체 길이보다 엄밀하게 작다.

본 발명은 단지 예로서 제공되고 첨부 도면을 참조하여 후술하는 명세서를 읽으면 더 잘 이해될 것이다.

도 1 은 스트립의 길이 방향에 수직으로 취한, 프리코팅된 강 스트립의 개략 단면도이다.
도 2 는 프리코팅된 강판의 개략 사시도이다.
도 3 은 도 2 의 프리코팅된 강판의 개략 측면도이다.
도 4 는 레이저 절단 작업으로 인해 기재 영역 상에 존재하는 알루미늄 트레이스를 백색으로 나타내는 절단 에지 표면의 이미지이다.
도 5 는 제거 구역을 포함하는 프리코팅된 강판의 개략 사시도이다.
도 6 은 레이저 절단 선형 에너지의 함수로서 절단 에지 표면의 기재 영역 상의 알루미늄 표면 분율을 나타내는 그래프이다.

본 발명은 프리코팅된 강판 (1) 의 제조 방법에 관한 것이다.

본 방법은 도 1 의 단면도에 나타낸 바와 같이, 프리코팅된 강 스트립 (2) 을 제공하는 제 1 단계를 포함한다.

도 1 에 나타낸 바와 같이, 프리코팅된 강 스트립 (2) 은 그 면들 중 적어도 하나 상에 프리코팅 (5) 을 갖는 금속 기재 (3) 를 포함한다. 프리코팅 (5) 은 기재 (3) 상에 중첩되어 이 기재와 접촉한다.

금속 기재 (3) 는 보다 구체적으로 강 기재이다.

기재 (3) 의 강은 보다 구체적으로 페리토 펄라이트 (ferrito-perlitic) 미세 조직을 갖는 강이다.

기재 (3) 는 유리하게는 열처리를 위해 의도된 강, 보다 구체적으로 프레스 경화성 강, 및 예를 들어, 22MnB5 유형 강과 같은 망간 붕소 강으로 이루어진다.

일 실시형태에 따르면, 기재 (3) 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 불순물이다.

더욱 구체적으로, 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 불순물이다.

대안에 따르면, 기재 (3) 의 강은, 중량으로:

0.040 % ≤ C ≤ 0.100 %

0.80 % ≤ Mn ≤ 2.00 %

Si ≤ 0.30 %

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 ≤ 0.100 %

Mo ≤ 0.100 %

Ca ≤ 0.006 %

를 포함하고,

잔부는 철 및 제조로부터 기인한 불순물들이다.

대안에 따르면, 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,

여기서 티타늄 및 질소 함량은 다음 관계를 충족한다:

Ti/N > 3.42,

탄소, 망간, 크롬 및 규소 함량은 다음 관계를 충족한다:

강은 선택적으로 이하의 원소들:

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.

기재 (3) 는 원하는 두께에 따라 열간 압연 및/또는 냉간 압연 후 어닐링 또는 임의의 다른 적절한 방법에 의해 얻어질 수 있다.

기재 (3) 는 유리하게는 1.0 mm 내지 5 mm, 더욱 구체적으로 1.0 mm 내지 3.0 mm, 더욱 구체적으로 1.0 mm 내지 2.5 mm, 및 더욱 더 구체적으로 1.2 mm 내지 2.5 mm 의 두께를 갖는다.

프리코팅 (5) 은 용융 도금, 즉, 기재 (3) 를 용융 금속의 욕으로 침지시킴으로써 얻어진다. 이는 기재 (3) 와 접촉하는 금속간 합금층 (9) 과 금속간 합금층 (9) 위에 연장되는 금속 합금층 (11) 을 포함한다.

금속간 합금층 (9) 은 기재 (3) 와 욕의 용융 금속간의 반응에 의해 형성된다. 이는 금속 합금층 (11) 으로부터의 적어도 하나의 원소 및 기재 (3) 로부터의 적어도 하나의 원소를 포함하는 금속간 화합물을 포함한다.

금속간 합금층 (9) 의 두께는 일반적으로 수 마이크로미터 정도이다. 특히, 그 평균 두께는 통상적으로 2 내지 7 마이크로미터이다.

금속 합금층 (11) 은 욕의 용융 금속의 조성에 가까운 조성을 갖는다. 이는 용융 도금 동안 용융 금속 욕을 통해 이동함에 따라 스트립에 의해 운반된 용융 금속에 의해 형성된다.

금속 합금층 (11) 은 예를 들어, 19 ㎛ 내지 33 ㎛ 또는 10 ㎛ 내지 20 ㎛ 의 두께를 갖는다.

금속 합금층 (11) 은 알루미늄층, 또는 알루미늄 합금층 또는 알루미늄계 합금층이다.

이와 관련하여, 알루미늄 합금은 50 중량% 초과의 알루미늄을 포함하는 합금을 지칭한다. 알루미늄계 합금은 중량 기준으로 알루미늄이 주 원소인 합금이다.

금속간 합금층 (9) 은 Fe_x-Al_y 유형의 금속간 화합물, 더욱 구체적으로 Fe₂Al₅를 포함한다.

용융 도금에 의해 얻어진 프리코팅 (5) 의 특정 조직이 특히 특허 EP 2 007 545 호에 개시되어 있다.

일 실시형태에 따르면, 금속 합금층 (11) 은 규소를 추가로 포함하는 알루미늄 합금층이다.

일 예에 따르면, 금속 합금층 (11) 은 중량 기준으로 이하를 포함한다:

- 8 % ≤ Si ≤ 11 %,

- 2 % ≤ Fe ≤ 4 %,

잔부는 알루미늄과 가능한 불순물이다.

유리하게는, 그리고 도 1 에 나타낸 바와 같이, 기재 (3) 에는 그 양쪽 면 상에 상술한 바와 같이 프리코팅 (5) 이 제공된다.

프리코팅된 강판 (1) 의 제조 방법은 적어도 하나의 프리코팅된 강판 (1) 을 얻기 위해 레이저 절단을 통해 상기 프리코팅된 강 스트립 (2) 을 절단하는 단계를 추가로 포함한다.

도 2 는 이러한 프리코팅된 강판 (1) 의 개략 사시도이다.

프리코팅된 강판 (1) 은 기재 부분 (3') 및 적어도 하나의 프리코팅 부분 (5') 을 포함하고, 프리코팅 부분 (5') 은 금속간 합금층 부분 (9') 및 금속 합금층 부분 (11') 을 포함한다.

프리코팅된 강판 (1) 은 2 개의 주 대향면 (4') 및 강판 (1) 의 둘레 주위의면들 (4') 사이에서 연장되는 주변 에지 (12) 를 추가로 포함한다. 주변 에지 (12) 의 길이는 강판 (1) 의 주변과 동일하다. 주변 에지 (12) 의 높이 (h) 는 강판 (1) 의 두께와 동일하다.

본 특허 출원과 관련하여, 요소의 높이는 프리코팅된 강판 (1) 의 두께 방향 (도면에서 z 방향) 을 따라 취한 이 요소의 치수이다.

주변 에지 (12) 는 면 (4') 에 실질적으로 수직으로 연장된다. 이와 관련하여, "실질적으로" 는 주변 에지 (12) 가 면 (4') 중 하나에 대해 65 ° 내지 90 ° 로 구성된 각도로 연장됨을 의미한다. 면 (4') 에 대한 주변 에지 (12) 의 각도는 시트 (1) 의 주변을 따라 변할 수 있다.

도 2 에 나타낸 예에서, 주변 에지 (12) 는 4 개의 직선형 측면을 포함하는 실질적으로 직사각형의 윤곽을 갖는다. 그러나, 어플리케이션에 따라 임의의 다른 윤곽이 사용될 수도 있다.

주변 에지 (12) 는 레이저 절단 작업으로 인한 절단 에지 표면 (13) 을 포함한다.

절단 에지 표면 (13) 은 프리코팅된 강판 (1) 의 면 (4') 사이에서 한 면 (4') 으로부터 다른 면으로 연장된다. 이는 주변 에지 (12) 의 전체 높이 (h) 에 걸쳐 연장된다.

절단 에지 표면 (13) 은 적어도 하나의 실질적으로 평평한 부분을 포함한다.

유리하게는, 프리코팅된 강판 (1) 은 그 전체 윤곽을 따라 레이저 절단에 의해 얻어진다. 이 경우, 주변 에지 (12) 는 절단 에지 표면 (13) 으로 구성된다. 따라서, 절단 에지 표면 (13) 은 강판 (1) 의 전체 주변 둘레로 연장된다. 대안에 따르면, 절단 에지 표면 (13) 은 주변 에지 (12) 의 길이의 일부에 걸쳐서만 연장된다. 이 경우, 나머지 주변 에지 (12) 는 스트립 (2) 의 원래 측면 에지와 일치할 수 있다.

본 특허 출원과 관련하여, 요소의 길이는 프리코팅된 강 스트립 (2) 의 주어진 면 (4') 의 평면에서의 이 요소의 치수이다. 따라서, 절단 에지 표면 (13) 의 길이는 특히 레이저 절단 동안 레이저 빔의 경로를 따른 절단 에지 표면 (13) 의 치수에 대응한다.

도 2 및 도 3 에서 알 수 있는 바와 같이, 절단 에지 표면 (13) 은 기재 영역 (14) 및 적어도 하나의 프리코팅 영역 (15) 을 포함한다. 기재 영역 (14) 은 절단 에지 표면 (13) 에 위치된 기재 (3') 의 표면에 대응한다. 이는 본질적으로 기재 (3) 의 재료로 구성된다. 프리코팅 영역 (15) 은 절단 에지 표면 (13) 에 위치된 프리코팅 (5') 의 표면에 대응한다. 이는 본질적으로 프리코팅 (5') 의 재료로 구성된다.

프리코팅된 강판 (1) 의 두께는 프리코팅된 강 스트립 (2) 의 두께와 동일하다. 이는 1.0 mm 내지 5 mm, 더욱 구체적으로 1.0 mm 내지 3.0 mm, 더욱 구체적으로 1.0 mm 내지 2.5 mm, 및 더욱 더 구체적으로 1.2 mm 내지 2.5 mm 이다.

레이저 절단 단계 동안, 레이저 절단 디바이스의 레이저 빔이 절단 에지 표면 (13) 을 얻기 위해 미리 정해진 경로를 따라 강 스트립 (2) 에 가해진다. 이러한 미리 정해진 경로는 시트 (1) 의 면 (4') 의 평면에서 연장된다.

본 발명에 따르면, 그리고 도 3 및 도 5 에 나타낸 바와 같이, 절단 에지 표면 (13) 은 절단 에지 표면 (13) 의 길이의 적어도 일부에 걸쳐 연장되는 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 포함한다.

감소된 알루미늄 구역 (20) 은 레이저 절단 작업으로부터 직접 발생한다.

도 3 에 나타낸 바와 같이, 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 절단 에지 표면 (13) 의 전체 높이에 걸쳐, 그리고 절단 에지 표면 (13) 의 전체 길이 이하의 길이에 걸쳐 연장된다.

유리하게는, 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 적어도 3 mm 와 동일한 길이에 걸쳐, 그리고 더욱 구체적으로 적어도 10 mm 에 걸쳐 연장된다.

절단 에지 표면 (13) 의 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 바람직하게는 적어도 하나의 실질적으로 평평한 부분을 포함한다. 예를 들어, 프리코팅된 강판 (1) 이 직사각형 윤곽을 갖는 도 2 에 나타낸 예에서, 절단 에지 표면 (13) 의 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 직사각형의 하나 이상의 측면에 걸쳐 연장된다.

본 발명의 일 실시형태에 따르면, 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 전체 절단 에지 표면 (13) 에 걸쳐 연장된다. 이 경우, 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 절단 에지 표면 (13) 과 일치하고, 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 길이는 절단 에지 표면 (13) 의 길이와 동일하다.

다른 실시형태에 따르면, 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 절단 에지 표면 (13) 의 길이의 일부에 걸쳐서만 연장된다. 예를 들어, 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 절단 에지 표면 (13) 의 하나의 실질적으로 평평한 부분에 걸쳐서만 연장된다. 예를 들어, 프리코팅된 강판 (1) 이 직사각형 윤곽을 갖는 경우, 절단 에지 표면 (13) 의 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 직사각형의 측면의 일부에 걸쳐서만, 그리고 예를 들어, 직사각형의 하나의 측면에 걸쳐서만 연장될 수 있다.

바람직하게는, 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 다른 프리코팅된 강판에 용접되도록 의도된 프리코팅된 강판 (1) 의 에지를 형성한다. 이 경우, 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 용접 조인트에 통합되도록 의도된다.

본 발명에 따르면, 레이저 절단 단계 동안, 레이저 절단은 레이저 절단 작업으로 직접 발생하는 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 기재 영역 (14) 상의 알루미늄의 표면 분율이 0.3 % 내지 6 % 이도록 수행된다.

이와 관련하여, 특히 "직접 발생하는" 은 레이저 절단 디바이스의 레이저 빔이 프리코팅된 강판 (1) 을 프리코팅된 강 스트립 (2) 으로부터 절단한 직후, 그리고 특히 임의의 추가 단계가 프리코팅된 강판 (1) 의 절단 에지 표면 (13) 상에 수행되기 전에, 예를 들어, 브러싱, 기계가공, 밀링, 샌드블래스팅 또는 스트립핑 (stripping) 과 같은 절단 에지 표면 (13) 의 가능한 마무리 단계 전에, 알루미늄의 분율 또는 비율이 측정됨을 의미한다.

프리코팅된 강판 (1) 의 절단 에지 표면 (13) 의 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 기재 영역 (14) 상의 알루미늄의 표면 분율은 다음과 같이 결정될 수 있다:

- 절단 에지 표면 (13) 의 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 기재 영역 (14) 이 주사 전자 현미경을 사용하여 촬상되고;

- 주사 전자 현미경으로부터 얻어진 정보는 모든 합금 원소 중에서 고려된 기재 영역 (14) 상에 존재하는 알루미늄만을 보여주는 EDS (Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy) 이미지를 얻기 위해 처리된다. 예를 들어, 이미지는 고려된 기재 영역 (14) 상에 존재하는 알루미늄 트레이스가 흑색 배경과 강하게 대비되는 적색과 같은 컬러로 나타나도록 처리된다. 절단 중 레이저 변위의 결과로, 알루미늄은 경사형 적하 트레이스로 보인다.

이러한 EDS 이미지의 예가 도 4 에 나타내어진다. 이러한 흑백 사진에서, 이와 다르게 적색으로도 보일 수 있는 알루미늄 트레이스는 흑색 배경 상에 백색으로 보인다.

- 이렇게 얻어진 EDS 이미지는 그 후 이미지에서 알루미늄의 표면 분율을 결정하기 위해 이미지 처리를 통해 처리된다.

이를 위해, 고려되는 기재 영역 (14) 의 EDS 이미지에서 알루미늄에 대응하는 픽셀 개수 N, 즉, 예를 들어, 적색 픽셀 개수가 이미지 처리를 사용하여 측정된다.

알루미늄에 대응하는 픽셀 개수 N 은 다음과 같이 결정될 수 있다. EDS 이미지의 각각의 픽셀에 대해, 이 픽셀이 적색, 즉, 알루미늄 픽셀로서 간주될 수 있는지 여부를 결정하기 위해 적색 RGB 파라미터의 값에 대해 임계값이 설정된다. 특히, 임계값 T 는

로 설정되어, 픽셀의 적색 RGB 파라미터의 값이 임계값 T보다 큰 경우, 이 픽셀은 이러한 분석의 목적상 적색 픽셀인 것으로 간주될 것이다. 예를 들어, 이러한 이미지 처리는 예를 들어, Gimp 이미지 분석 소프트웨어와 같이 자체 공지된 종래의 이미지 처리 분석 소프트웨어를 통해 수행될 수 있다.

감소된 알루미늄 구역 (20) 의 기재 영역 (14) 에서 알루미늄의 표면 분율은 이렇게 측정된 알루미늄 픽셀, 즉, 예를 들어, 적색 픽셀의 개수 N 을 고려된 기재 영역 (14) 의 이미지의 전체 픽셀 개수로 나눔으로써 얻어진다.

레이저 절단은 보조 가스로서 불활성 가스를 사용하여 수행된다. 불활성 가스는 예를 들어, 질소, 아르곤, 헬륨 또는 질소/아르곤, 질소/헬륨, 아르곤/헬륨 또는 질소/헬륨/아르곤 혼합물과 같은 이들의 혼합물 중에서 선택된다.

레이저는 유리하게는 연속 레이저이다.

감소된 알루미늄 구역 (20) 을 얻기 위해, 레이저 절단은 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 걸쳐 0.6 kJ/cm 이상의 선형 에너지로 수행될 수 있다.

레이저 절단 선형 에너지는 단위 길이당 레이저 절단 중 레이저 빔에 의해 전송되는 에너지의 양에 대응한다. 이는 레이저 빔의 전력을 절단 속도로 나눔으로써 계산될 수 있다.

본 발명자들은 상술한 레이저 절단 파라미터를 사용하여 절단 에지 표면 (13) 의 구역 (20) 이 생성될 때, 절단 에지 표면 (13) 의 이 구역 (20) 의 기재 영역 (14) 상의 알루미늄의 표면 분율이 0.3 % 내지 6 % 임을 알았다.

유리하게는, 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 얻기 위해, 레이저 절단 선형 에너지는 0.8 kJ/cm 이상, 더욱 구체적으로 1.0 kJ/cm 이상, 더욱 더 구체적으로 1.2 kJ/cm 이상이다. 특히, 본 발명의 발명자들은 레이저 절단 선형 에너지를 증가시키면 감소된 알루미늄 구역 (20) 에서 알루미늄의 표면 분율의 감소 측면에서 훨씬 더 양호한 결과가 얻어질 수 있음을 관찰하였다.

바람직하게는, 보조 가스 압력은 2 바 내지 18 바, 더욱 바람직하게는 6 바 내지 18 바, 더욱 더 바람직하게는 10 바 내지 18 바이다.

예를 들어, 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 얻기 위해, 0.8 kJ/cm 이상의 레이저 절단 선형 에너지 및 2 바 내지 18 바의 보조 가스 압력을 사용하여 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 걸쳐 레이저 절단이 수행된다.

다른 예에 따르면, 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 얻기 위해, 1.0 kJ/cm 이상의 레이저 절단 선형 에너지 및 2 바 내지 18 바의 보조 가스 압력을 사용하여 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 걸쳐 레이저 절단이 수행된다.

추가 예에 따르면, 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 얻기 위해, 1.0 kJ/cm 이상의 레이저 절단 선형 에너지 및 10 바 내지 18 바의 압력을 사용하여 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 걸쳐 레이저 절단이 수행된다.

일 실시형태에 따르면, 레이저 절단 단계는 CO₂ 레이저를 사용하여 수행된다.

CO₂ 레이저는 유리하게는 연속 레이저이다.

CO₂ 레이저는 예를 들어, 2 kW 내지 7 kW, 바람직하게는 4 kW 내지 6 kW 의 전력을 갖는다.

예를 들어, 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 얻기 위해, 레이저 절단은 보조 가스로서 질소를 갖고, 4 m/분 의 절단 속도로 그리고 0.6 kJ/cm 의 레이저 절단 선형 에너지에 대응하는 4 kW 의 레이저 전력을 갖는 연속 CO₂ 레이저를 사용하여 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 걸쳐 수행된다. 보조 가스의 압력은 예를 들어, 14 바와 같다.

다른 예에 따르면, 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 얻기 위해, 레이저 절단은 보조 가스로서 질소를 갖고, 2 m/분 의 절단 속도로 그리고 1.2 kJ/cm 의 레이저 절단 선형 에너지에 대응하는 4 kW 의 레이저 전력을 갖는 연속 CO₂ 레이저를 사용하여 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 걸쳐 수행된다. 보조 가스의 압력은 예를 들어, 14 바와 같다.

다른 실시형태에 따르면, 레이저 절단 단계는 고체 상태 (solid-state) 레이저를 사용하여 수행된다. 고체 상태 레이저는 예를 들어, Nd:YAG (네오디뮴-도핑된 이트륨 알루미늄 가넷) 레이저, 섬유 레이저, 다이오드 레이저 또는 디스크 레이저이다.

고체 상태 레이저는 예를 들어, 2 kW 내지 15 kW, 바람직하게는 4 kW 내지 12 kW, 더욱 바람직하게는 4 kW 내지 10 kW, 및 더욱 더 바람직하게는 4 kW 내지 8 kW 의 전력을 갖는다.

예로서, 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 얻기 위해, 레이저 절단은 보조 가스로서 질소를 갖고 6 kW 의 전력을 갖는 섬유 레이저를 사용하여 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 걸쳐 수행된다. 이 예에서, 절단 속도는 예를 들어, 0.72 kJ/cm 와 같은 레이저 절단 선형 에너지에 대응하는 5 m/분과 같다.

선택적으로, 프리코팅된 강판 (1) 의 제조 방법은 예를 들어, 레이저 절단을 수행한 직후에 절단 에지 표면 (13) 의 적어도 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 브러싱하는 단계를 포함한다. 상술한 바와 같이, 브러싱만으로 절단 에지 표면 (13) 상의 레이저 절단으로 인한 알루미늄 트레이스를 충분히 제거할 수 없지만, 절단 에지 표면 (13) 상의 알루미늄 분율을 더욱 추가로 감소시키기 위하여 본 발명에 따른 레이저 절단 단계에 추가하여 이것이 사용될 수 있다.

감소된 알루미늄 구역 (20) 이 절단 에지 표면 (13) 의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 경우, 동일한 레이저 절단 파라미터, 특히 동일한 선형 에너지 및 동일한 보조 가스 압력이 절단 에지 표면 (13) 의 전체 길이에 걸쳐, 즉, 절단 단계 전반에서 사용될 수 있다.

감소된 알루미늄 구역 (20) 이 절단 에지 표면 (13) 의 길이의 일부만에 걸쳐 연장되는 경우, 상이한 레이저 절단 파라미터, 그리고 특히 상이한 절단 속도로 인한 상이한 선형 에너지가 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 얻기 위해, 그리고 나머지 절단 에지 표면 (13) 을 얻기 위해 사용될 수 있다. 특히, 레이저 절단 속도는 절단 에지 표면 (13) 의 길이에 걸쳐 변경될 수 있으며, 제 1 절단 속도는 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 얻기 위해 사용되고, 제 1 절단 속도와 다른 제 2 절단 속도는 절단 에지 표면 (13) 의 나머지를 얻기 위해 사용된다.

예를 들어, 동일한 레이저 빔에 대해, 즉, 특히 동일한 레이저 유형 및 전력에 대해, 이 구역 (20) 을 생성할 때보다 절단 에지 표면 (13) 의 감소된 알루미늄 구역 (20) 외부에 더 높은 절단 속도가 사용될 수 있다. 이 경우, 레이저 절단 선형 에너지는 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 외부에서 더 작아질 것이며, 이는 감소된 알루미늄 구역 (20) 에서보다 절단 에지 표면 (13) 의 이 영역의 기재 영역 (14) 에 걸쳐 알루미늄의 더 높은 표면 분율을 초래한다.

절단 단계 동안 레이저 절단 파라미터의 이러한 조정은 레이저 절단 디바이스에 의해 자동으로 수행될 수 있다. 이는 또한 조작자에 의해 수동으로 수행될 수 있다.

예를 들어, 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 프리코팅된 강판 (1) 의 용접 에지, 즉, 프리코팅된 강판 (1) 이 다른 강판에 용접되도록 의도된 주변 에지 (12) 의 구역에 대응한다. 이 경우, 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 용접 조인트에 통합되도록 의도된다.

감소된 알루미늄 구역 (20) 이 프리코팅된 강판 (1) 의 용접 에지에 대응하는 실시형태는 레이저 절단 작업으로 인한 프리코팅된 강판 (1) 이 절단 에지 표면 (13) 의 상기 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 걸쳐 다른 강판에 용접되도록 단지 의도되는 경우에 특히 유리하다. 실제로, 이 경우에, 이는 감소된 알루미늄 구역 (20) 이 절단 에지 표면 (13) 의 전체 길이에 걸쳐 연장될 때의 용접 조인트의 경도와 관련하여 동일한 이점을 초래한다. 그러나, 동일한 레이저 전력에 대해, 용접 조인트의 부품이 될 것으로 의도되지 않고, 그에 따라 용접 조인트의 부품일 될 것으로 의도되는 감소된 알루미늄 구역 (20) 에서만큼 알루미늄이 표면 분율이 중요하지 않은 영역에서 더 높은 레이저 절단 속도가 사용될 수 있으므로, 생산성이 훨씬 더 증가될 수 있다.

본 발명은 또한 상술한 방법을 사용하여 얻을 수 있는 프리코팅된 강판 (1) 에 관한 것이다. 이러한 프리코팅된 강판 (1) 은 도 2 를 참조하여 상술되었다.

레이저 절단의 사용은 절단 에지 표면 (13) 의 특정 기하학적 형상을 초래한다. 실제로, 이는 절단 에지 표면 (13) 에서 기재 (3) 와 프리코팅 (5) 의 재료의 융합을 초래하고, 이는 그 후 재응고하여 응고 주름 (ripple) 이라고도 칭하는 응고 줄무늬를 생성하며, 그 간격은 특히 레이저 절단 속도, 보조 가스의 성질 및 압력에 의존한다. 따라서, 프리코팅된 강판 (1) 은 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 포함하여 절단 에지 표면 (13) 상에서 복수의 응고 줄무늬 또는 주름을 포함한다.

또한, 프리코팅된 강판 (1) 은 절단 에지 표면 (13) 에서 열 영향 구역을 포함한다. 이러한 열 영향 구역은 레이저 절단 동안 절단 에지 표면 (13) 의 가열에 기인한다. 이는 예를 들어, 마이크로- 또는 나노-경도 측정을 통해 또는 적응된 에칭 후의 금속 현미경 관찰을 통해 열 영향 구역의 존재를 검출하기 위한 통상적인 수단을 통해 관찰될 수 있다.

또한, 프리코팅된 강판 (1) 은 0.3 % 내지 6 % 의 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 기재 영역 (14) 상의 알루미늄의 표면 분율을 갖는다.

본 발명은 또한 용접된 블랭크를 제조하는 방법에 관한 것이며, 본 방법은:

- 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 단계로서, 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 (1) 중 적어도 하나, 그리고 바람직하게는 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 (1) 이 상술한 바와 같은 방법을 사용하여 제조되는, 상기 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 단계;

- 상기 강판들 (1) 사이에 용접 조인트를 생성하고 용접된 블랭크를 얻기 위해 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판들 (1) 을 맞대기 용접 (butt welding) 하는 단계를 포함한다.

맞대기 용접하는 단계는, 프리코팅된 강판들 (1) 중 적어도 하나의 감소된 알루미늄 구역 (20) 이 다른 시트 (1) 의 에지, 그리고 바람직하게는 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 대면하도록 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판들 (1) 을 배열하는 단계를 포함한다.

상기 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판들 (1) 사이의 용접 조인트는 그 대면 에지의, 그리고 특히 그 2 개의 감소된 알루미늄 구역들 (20) 사이에서 용융으로부터 얻어진다.

용접은 유리하게는 레이저 용접이다.

용접은 자생 (autogenous) 용접일 수 있으며, 즉, 예를 들어, 와이어 또는 분말 형태의 필러 재료를 첨가하지 않는다.

대안에 따르면, 용접은 적절한 필러 재료, 예를 들어, 필러 와이어 또는 분말을 사용하여 수행된다. 필러 와이어 또는 분말은 특히 프리코팅 (5') 으로부터 알루미늄의 페라이트 형성 및/또는 금속간 화합물 형성 효과의 균형을 맞추기 위해 오스테나이트 형성 원소를 포함한다.

유리하게는, 도 5 에 나타낸 바와 같이, 맞대기 용접 전에, 각각의 프리코팅된 강판 (1) 에 대해, 금속 합금층 (11') 이 고려된 프리코팅된 강판 (1) 의 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 인접한 제거 구역 (25) 에 걸쳐 프리코팅된 강판 (1) 의 적어도 하나의 면 (4') 상에서 제거되고, 맞대기 용접 단계 동안, 프리코팅된 강판 (1) 은 금속 합금층 (11') 이 제거된 각각의 에지에서 용접된다.

금속 합금층 (11') 의 제거는 유리하게는 선행 출원 WO 2007/118939호에 개시된 바와 같이 레이저 삭마를 통해 수행된다.

각각의 강판 (1) 상의 제거 구역 (25) 의 폭은 예를 들어, 0.2 내지 2.2 mm로 구성된다.

바람직하게는, 제거 단계는 금속간 합금층 (9') 을 남기면서 금속 합금층 (11') 만을 제거하도록 수행된다. 따라서, 금속간 합금층 (9') 은 그 높이의 적어도 일부에 걸쳐 제거 구역에 남겨진다. 이 경우에, 잔류하는 금속간 합금층 (9') 은 후속하는 열간 성형 단계 동안의 산화 및 탈탄 (decarburization) 으로부터, 그리고 사용 중 서비스 동안의 부식으로부터 용접 조인트에 바로 인접한 용접된 블랭크의 영역을 보호한다.

선택적으로, 용접된 블랭크를 제조하는 방법은 용접 단계를 수행하기 전에, 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 (1) 중 적어도 하나, 그리고 바람직하게는 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 (1) 모두의 용접될 프리코팅된 강판 (1) 의 에지를 브러싱하는 단계를 포함한다.

본 방법이 용접 전에 금속 합금층 (11') 의 제거를 포함하는 경우, 바람직하게는 이 제거 단계 후에 브러싱이 수행된다. 이 경우, 브러싱은 제거 작업 동안 용접될 시트 (1) 의 에지로 튀겨 (spattering) 질 수 있는 알루미늄 트레이스를 제거한다. 이러한 튀김은 특히 제거가 레이저 삭마를 통해 수행될 때 발생할 수 있다. 이러한 튀김는 에지에 대해 비교적 낮은 접착성을 가지므로, 브러싱을 통해 비교적 쉽게 제거될 수 있다. 따라서, 브러싱은 용접 조인트에서 알루미늄 함량을 추가로 감소시킬 수 있다.

본 발명은 또한 프레스 경화된 강 부품을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은:

- 상술한 바와 같은 방법을 사용하여 용접된 블랭크를 생성하는 단계;

- 용접된 블랭크를 형성하는 강판들 (1) 에서 적어도 부분적으로 오스테나이트 조직 (austenitic structure) 을 얻기 위해 용접된 블랭크를 가열하는 단계;

- 프레스 성형된 강 부품을 얻기 위해 프레스에서 용접된 블랭크를 열간 성형하는 단계; 및

더욱 구체적으로, 용접된 블랭크는 강판 (1) 의 상부 오스테나이트 변태 온도 Ac3 보다 높은 온도로 가열된다.

냉각 단계 동안, 냉각 속도는 강판의 임계 마르텐사이트 또는 베이나이트 냉각 속도 이상인 것이 유리하다.

본 발명의 발명자들은 이하의 실험을 수행하였다.

프리코팅된 강판 (1) 은 보조 가스로서 질소를 갖고 다른 레이저 절단 선형 에너지를 사용하는 CO₂ 레이저를 사용하여 레이저 절단을 통해 프리코팅된 강 스트립 (2) 으로부터 절단되었다. 프리코팅된 강판 (1) 은 직사각형 형상을 가졌다.

각각의 레이저 절단 선형 에너지에 대해, 본 발명자들은 절단 에지 표면 (13) 의 기재 영역 (14) 상에서 알루미늄의 표면 분율을 측정하였다.

측정은 이하의 파라미터를 사용하여 주사 전자 현미경으로 촬영된 것으로 고려되는 에지 표면의 이미지에 기초하여 수행되었다:

- 배율: x60

- 분석 길이: 3 mm;

- 전자 빔 에너지: 15 내지 25 keV.

실험은 4 kW 의 전력을 갖는 CO₂ 레이저를 사용하여 수행되었다. 질소 압력은 2 내지 18 바이었다.

프리코팅된 강 스트립 (2) 은 상술한 바와 같은 조성 및 프리코팅을 갖는 스트립이었다.

더욱 구체적으로, 스트립 (2) 의 강은, 이하의 중량%로:

C : 0.22 %

Mn : 1.16 %

Al : 0.03 %

Si : 0.26 %

Cr : 0.17 %

B : 0.003 %

Ti : 0.035 %

S : 0.001 %

N : 0.005 %

를 포함하고,

잔부는 철 및 정교함 (elaboration) 으로부터 기인한 가능한 불순물들이다.

이 강은 상품명 Usibor 1500 으로 알려져 있다.

프리코팅 (5) 은 용융 금속의 욕에 강 스트립 (2) 을 용융 도금함으로써 얻어졌다.

프리코팅 (5) 의 금속 합금층은, 이하의 중량으로:

Si : 9 %

Fe : 3 %

를 포함하고,

잔부는 알루미늄 및 정교함으로부터 기인한 가능한 불순물들이다.

금속 합금층은 20 ㎛ 의 평균 전체 두께를 가졌다.

금속간 합금층은 Fe_x-Al_y 유형, 주로 Fe₂Al₃, Fe₂Al₅ 및 Fe_xAl_ySi_z의 금속간 화합물을 함유하였다. 이는 5 ㎛ 의 평균 두께를 가졌다.

스트립은 1.5 mm 의 두께를 가졌다.

도 6 은 이러한 일련의 실험에서 레이저 절단 선형 에너지의 함수로서 프리코팅된 강판 (1) 의 고려된 에지 표면 (13) 의 기재 영역 (14) 상의 알루미늄의 표면 분율 (Al 비) 의 그래프이다.

도 6 에서 알 수 있는 바와 같이, 0.6 kJ/cm 보다 엄밀히 더 작은 레이저 절단 선형 에너지의 경우, 레이저 절단으로 인한 고려되는 에지 표면 (13) 의 기재 영역 (14) 상의 알루미늄의 표면 분율은 6 % 보다 엄밀하게 더 크다.

반대로, 0.6 kJ/cm 이상의 레이저 절단 선형 에너지의 경우, 절단 에지 표면 (13) 상의 알루미늄 표면 분율은 약 6 % 이하가 된다. 이는 또한 0.3 kJ/cm 이상이다.

1.20 kJ/cm 와 같은 선형 절단 에너지의 경우, 절단 에지 표면 (13) 의 기재 영역 (14) 상의 알루미늄의 표면 분율은 또한 0.3 % 내지 4.5 % 이다.

따라서, 본 발명자들은 0.6 kJ/cm 이상의 절단 선형 에너지로 프리코팅된 강 스트립 (2) 을 레이저 절단하는 것이 레이저 절단 작업으로 인해 절단 에지 표면 (13) 상의 특히 소량의 알루미늄 디포짓을 초래한다는 것을 예상치 못하게 알게 되었다.

본 발명자들은 다른 유형의 불활성 가스, 특히 아르곤을 사용할 때 유사한 결과가 얻어질 수 있음을 추가로 관찰하였다.

본 발명자들은 용접된 블랭크를 얻기 위해 본 발명에 따른 2 개의 프리코팅된 강판 (1) 이 제살 레이저 용접을 통해, 즉, 필러 재료 없이 함께 맞대기 용접되었고, 그에 따라 얻어진 용접된 블랭크가 열간 성형 및 프레스 경화되어 프레스 경화된 강 부품을 생성한 실험을 추가로 수행하였다.

이렇게 얻어진 강 부품의 용접 조인트에 대해 수행된 경도 측정은, 용접 조인트가 본 발명에 따르지 않고, 예를 들어, 더 작은 레이저 절단 선형 에너지로 레이저 절단을 통해 얻어진 프리코팅된 강판을 사용할 때 얻어질 수 있는 경도보다 높은 경도를 가짐을 나타낸다.

따라서, 본 발명에 따른 방법은 용접에서 상대적인 경도 강하를 겪지 않으므로 유리하다.

실제로, 다른 프리코팅된 강판에 용접될 에지 표면 상에서 알루미늄 분율이 6 % 이하로 만들어질 수 있다는 사실로 인해, 이러한 프리코팅된 강판으로부터 얻어진 프레스 경화된 강 부품은 그 에지 표면 상에서 6 % 초과의 알루미늄 표면 분율을 갖는 프리코팅된 강판에 비해 개선된 기계적 특성을 가질 것이다.

더욱이, 에지 표면의 기재 영역 (14) 상에서 0.3 % 미만의 알루미늄 표면 분율을 얻는 것은 경제적 관점에서 너무 비용이 많이 들 것이다.

용접 전에, 프리코팅된 강판 (1) 의 코팅이 상술한 바와 같이 또는 오스테나이트 형성 원소를 포함하는 필러 와이어 또는 분말이 사용될 때 용접될 에지를 따라 적어도 부분적으로 제거되는 경우, 용접 조인트의 특히 만족스러운 기계적 특성을 얻을 수 있다. 이러한 기계적 특성은, 부품이 침입 방지 부품, 구조적 부품 또는 자동차의 안전에 기여하는 부품을 형성하도록 의도된 경우 특히 중요하다.

또한, 용접 작업 전에 절단 에지 표면 상에 존재하는 알루미늄의 트레이스를 제거하기 위해 추가 작업이 필요하지 않기 때문에, 이러한 부품을 높은 생산성으로 얻을 수 있다.

본 발명에 따른 방법은, 레이저 절단 선형 에너지를 주어진 범위에서 단지 제어함으로써 레이저 절단으로 인한 절단 에지 표면의 기재 영역 (14) 상에 존재하는 알루미늄 양의 상당한 감소가 가능하므로, 생산성 증가와 관련하여 더욱 특히 유리하다.

보조 가스로서 질소, 아르곤을 순수 또는 아르곤/질소 혼합물의 형태로 사용하는 것이 특히 흥미로운데, 이는 이들 가스가 특히 헬륨에 비해 비교적 저렴하기 때문이다. 순수 헬륨보다 덜 비싸기 때문에, 질소 및/또는 아르곤과 헬륨의 혼합물도 또한 흥미롭다.

레이저 절단 동안 선형 에너지를 미리 정해진 범위 내에서 제어하는 것이 절단 에지 표면 (13) 의 기재 영역 (14) 상의 알루미늄의 양을 감소시킨다는 사실은 전혀 예상하지 못한 것이다. 또한, 실제로 통상적으로 구현되는 선형 에너지보다 큰 레이저 절단을 위한 선형 에너지를 사용하면서 전체 생산성이 개선될 수 있다는 것은 예상하지 못한 것이다. 실제로, 동일한 레이저 전력에 대해, 증가된 선형 에너지는 절단 속도의 상대적 감소를 통해서만 얻을 수 있다.

Claims

프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법으로서,
- 금속간 합금층 (9) 및 상기 금속간 합금층 (9) 위에 연장되는 금속 합금층 (11) 을 포함하는 프리코팅 (5) 을 주 표면들 중 적어도 하나 상에 갖는 강 기재 (3) 를 포함하는 프리코팅된 강 스트립 (2) 을 제공하는 단계로서, 상기 금속 합금층 (11) 은 알루미늄층, 알루미늄 합금층 또는 알루미늄계 합금층인, 상기 프리코팅된 강 스트립 (2) 을 제공하는 단계;
- 적어도 하나의 프리코팅된 강판 (1) 을 얻기 위해 상기 프리코팅된 강 스트립 (2) 을 레이저 절단하는 단계로서, 상기 프리코팅된 강판 (1) 은 절단 작업으로 인한 절단 에지 표면 (13) 을 포함하고, 상기 절단 에지 표면 (13) 은 기재 부분 (14) 및 프리코팅 부분 (15) 을 포함하고, 상기 프리코팅된 강판 (1) 의 두께는 1 mm 내지 5 mm 인, 상기 레이저 절단하는 단계
의 연속적인 단계들을 포함하고,
상기 레이저 절단은 상기 절단 에지 표면 (13) 의 전체 높이 (h) 에 걸쳐 그리고 상기 절단 에지 표면 (13) 의 길이 이하의 길이에 걸쳐 연장되는 상기 절단 에지 표면 (13) 의 감소된 알루미늄 구역 (20) 이 직접 발생하도록 수행되고, 상기 레이저 절단 작업으로 직접 발생하는 상기 절단 에지 표면 (13) 의 상기 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 기재 영역 (14) 상의 알루미늄 표면 분율은 0.3 % 내지 6 % 인 것을 특징으로 하는, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 절단 에지 표면 (13) 의 상기 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 걸쳐, 상기 레이저 절단은 보조 가스로서 불활성 가스로 수행되고, 레이저 절단 선형 에너지는 0.6 kJ/cm 이상인, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
제 2 항에 있어서,
상기 보조 가스의 압력은 2 바 (bar) 내지 18 바인, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 불활성 가스는 질소, 헬륨, 아르곤 또는 이 가스들의 혼합물 중에서 선택되는, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 절단은 CO₂ 레이저를 사용하여 수행되는, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 절단은 고체 상태 (solid-state) 레이저를 사용하여 수행되는, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 고체 상태 레이저는 Nd:YAG 유형 레이저, 디스크 레이저, 다이오드 레이저 또는 섬유 레이저인, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프리코팅된 강판 (1) 의 두께는 1.0 mm 내지 3.0 mm, 더욱 구체적으로 1.0 mm 내지 2.5 mm 인, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 프리코팅 (5) 의 두께는 19 ㎛ 내지 33 ㎛ 인, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 상기 절단 에지 표면 (13) 의 전체 길이에 걸쳐 연장되는, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 길이는 상기 절단 에지 표면 (13) 의 전체 길이보다 엄밀하게 작은, 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 방법.
용접된 블랭크를 제조하는 방법으로서,
- 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 단계로서, 상기 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 (1) 중 적어도 하나는 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 사용하여 제조되는, 상기 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 (1) 을 제조하는 단계;
- 프리코팅된 강판들 (1) 사이에 용접 조인트를 생성하여 용접된 블랭크를 얻기 위해 상기 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판들 (1) 을 맞대기 용접하는 단계를 포함하고, 상기 맞대기 용접하는 단계는, 상기 프리코팅된 강판들 (1) 중 적어도 하나의 상기 감소된 알루미늄 구역 (20) 이 다른 프리코팅된 강판 (1) 의 에지, 그리고 바람직하게는 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 대면하도록 상기 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판들 (1) 을 배열하는 단계를 포함하는, 용접된 블랭크를 제조하는 방법.
제 12 항에 있어서,
상기 용접은 레이저 용접 작업인, 용접된 블랭크를 제조하는 방법.
제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
상기 맞대기 용접 단계 전에, 상기 제 1 및 제 2 프리코팅된 강판 (1) 각각에 대해, 각각의 상기 프리코팅된 강판 (1) 의 감소된 알루미늄 구역 (20) 에 인접한 제거 구역 (25) 의 금속 합금층 (11') 을 제거하는 단계를 더 포함하고, 상기 맞대기 용접 단계 동안, 상기 금속 합금층 (11') 이 제거된 에지들에서 상기 프리코팅된 강판들 (1) 이 용접되는, 용접된 블랭크를 제조하는 방법.
제 14 항에 있어서,
상기 금속 합금층 (11) 의 제거는 레이저 빔을 사용하여 수행되는, 용접된 블랭크를 제조하는 방법.
제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,
상기 제거 단계 동안, 금속간 합금층 (9') 이 상기 높이의 적어도 일부에 걸쳐 상기 제거 구역 (25) 에 남겨지는, 용접된 블랭크를 제조하는 방법.
제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이저 용접은 필러 와이어 (filler wire) 또는 분말 첨가를 사용하여 수행되는, 용접된 블랭크를 제조하는 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 필러 와이어 또는 분말은 오스테나이트 형성 합금 원소들을 함유하는, 용접된 블랭크를 제조하는 방법.
프레스 경화된 강 부품을 제조하는 방법으로서,
- 용접된 블랭크를 얻기 위해 제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 방법을 수행하는 단계;
- 상기 용접된 블랭크를 형성하는 상기 프리코팅된 강판들 (1) 에서 적어도 부분적으로 오스테나이트 조직을 얻도록 상기 용접된 블랭크를 가열하는 단계;
- 프레스 성형된 강 부품을 얻기 위해 프레스에서 상기 용접된 블랭크를 열간 성형하는 단계; 및
- 상기 프레스 경화된 강 부품을 얻기 위해 상기 프레스에서 상기 강 부품을 냉각시키는 단계
의 연속적인 단계들을 포함하는, 프레스 경화된 강 부품을 제조하는 방법.
제 19 항에 있어서,
냉각 속도가 상기 강판들 (1) 의 임계 마르텐사이트 또는 베이나이트 냉각 속도 이상인, 프레스 경화된 강 부품을 제조하는 방법.
프리코팅된 강판 (1) 으로서,
- 금속간 합금층 부분 (9') 및 상기 금속간 합금층 부분 (9') 위에 연장되는 금속 합금층 부분 (11') 을 포함하는 프리코팅 부분 (5') 을 면들 중 적어도 하나 상에 갖는 강 기재 부분 (3') 으로서, 상기 금속 합금층 부분 (11') 은 알루미늄층, 알루미늄 합금층 또는 알루미늄계 합금층이고, 상기 프리코팅된 강판 (1) 의 두께는 1 mm 내지 5 mm 인, 강 기재 부분 (3'), 및
- 상기 프리코팅된 강판 (1) 의 면들 (4') 사이에 연장되고 기재 영역 (14) 및 적어도 하나의 프리코팅 영역 (15) 을 포함하는 적어도 하나의 레이저 절단 에지 표면 (13) 을 포함하고,
상기 프리코팅된 강판 (1) 은 상기 레이저 절단 에지 표면 (13) 상에 복수의 응고 줄무늬를 포함하고,
상기 레이저 절단 에지 표면 (13) 은 상기 레이저 절단 에지 표면 (13) 의 전체 높이 (h) 에 걸쳐 그리고 상기 레이저 절단 에지 표면 (13) 의 길이 이하의 길이에 걸쳐 연장되는 감소된 알루미늄 구역 (20) 을 포함하고, 상기 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 상기 기재 영역 (14) 상의 알루미늄 표면 분율은 0.3 % 내지 6 % 인, 프리코팅된 강판 (1).
제 21 항에 있어서,
상기 감소된 알루미늄 구역 (20) 은 상기 절단 에지 표면 (13) 의 전체 길이에 걸쳐 연장되는, 프리코팅된 강판 (1).
제 21 항에 있어서,
상기 감소된 알루미늄 구역 (20) 의 길이는 상기 절단 에지 표면 (13) 의 전체 길이보다 엄밀하게 작은, 프리코팅된 강판 (1).