KR20220013553A

KR20220013553A - 성형된 고강도 강으로 이루어진 용접된 부품을 제조하는 방법 및 이 방식으로 제조된 부품

Info

Publication number: KR20220013553A
Application number: KR1020217039377A
Authority: KR
Inventors: 마뉴엘 닥터. 오토
Original assignee: 잘쯔기터 플래시슈탈 게엠베하
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2020-05-25
Publication date: 2022-02-04
Also published as: WO2020239671A1; US20220266389A1; DE102019114090A1; CN114174542A; EP3976842A1

Abstract

본 발명은 용접된 부품(1)을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 목적은 용접 심 영역에서의 기계적 특성, 특히 영향을 받지 않는 모재의 것과 필적하는 피로 강도, 바람직하게는 모재보다 더 높은 강도로 달성되는 방법을 제공하는 것이다. 이는 상기 방법이 다음 단계를 갖는다는 점에서 달성된다: - 적어도 1.5 mm의 재료 두께를 갖는 고 강도 공기 경화 강으로 만들어진 열간 압연된 강 제품(2, 3)을 제조하는 단계로서, 상기 열간 압연된 강 제품(2, 3)은 중량%로: C: 0.03 내지 0.4, 바람직하게는 0.06 내지 0.12, 특히 바람직하게는 0.08 내지 0.10; Mn: 1.0 내지 4.0, 바람직하게는 1.80 내지 2.20, 특히 바람직하게는 1.80 내지 2.00; Si: 0.09 내지 2.0, 바람직하게는 0.22 내지 0.34, 특히 바람직하게는 0.25 내지 0.30; Al: 0.02 내지 2.0, 바람직하게는 0.02 내지 0.06, 특히 바람직하게는 0.02 내지 0.05; P: 0.1 이하, 바람직하게는 0.020 이하; S: 0.1 이하, 바람직하게는 0.010 이하; N: 0.001 내지 0.5, 바람직하게는 0.0030 내지 0.0125, 특히 바람직하게는 0.0030 내지 0.0080; Ti: 0.01 내지 0.2, 바람직하게는 0.010 내지 0.050, 특히 바람직하게는 0.020 내지 0.030; Cr: 0.05 내지 2.0, 바람직하게는 0.60 내지 1.0, 특히 바람직하게는 0.70 내지 0.80; B: 0.001 내지 0.1, 바람직하게는 0.0015 내지 0.0060, 특히 바람직하게는 0.0025 내지 0.0035; Mo: 0.01 내지 0.1, 바람직하게는 0.10 내지 0.40, 특히 바람직하게는 0.15 내지 0.30; V: 0.01 내지 0.2, 바람직하게는 0.05 내지 0.09, 특히 바람직하게는 0.05 내지 0.08; 선택적으로: Ni: 0.02 내지 1.0; Nb: 0.01 내지 0.1; 나머지는 일반적인 강 관련 원소를 포함하는 철의 화학 조성을 갖는, 열간 압연된 강 제품을 제조하는 단계; - 후속적으로 제조된 열간 압연된 강 제품(2, 3)을 공기 경화시키는 단계; - 그 후에 공기 경화 상태에서 열간 압연된 강 제품(2, 3)을 부품으로 성형하는 단계; 및 - 상기 부품 상에 융착 용접에 의해 용접 연결부를 생성하는 단계. 본 발명은 또한 이러한 방식으로 제조된 용접된 부품(1)에 관한 것이다.

Description

이형 고강도 강으로 이루어진 용접된 부품을 제조하는 방법 및 이 방식으로 제조된 부품

본 발명은 재료 두께가 적어도 1.5 mm인 고강도 강으로 구성된 열간 압연된 강 제품이 부품으로 형성되고 용접 연결부가 융합 용접에 의해 부품 상에 생성되는 용접된 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 재료 두께가 적어도 1.5 mm인 고강도 강으로 구성된 열간 압연 강 제품이 부품으로 형성되는 용접된 부품에 관한 것이다.

경쟁이 치열한 자동차 시장은 생산자가 무엇보다도 자동차 연료 소비를 줄이는 동시에 가능한 최고 수준의 안락함과 승객 보호 수준을 유지하기 위한 솔루션을 끊임없이 찾아야 한다는 것을 의미한다. 한편으로는 모든 차량 부품의 중량 감소가 결정적인 역할을 하며, 다른 한편으로는 작동 중 높은 정적 및 동적 하중이 가해지는 경우 그리고 또한 충돌의 경우 개별 차체 및 섀시 부품의 가능한 가장 유리한 동작을 수행한다. 공급자는 고강도 및 초 고강도 강을 제공함으로써 벽 두께를 감소시키는 동시에 제조 및 작동 중에 개선된 부품 거동을 달성할 수 있다는 점에서 이러한 요구 사항을 고려하려고 시도한다. 따라서, 이러한 강은 강도, 신장성, 인성, 에너지 소비, 피로 강도뿐만 아니라 예를 들어 냉간 성형, 용접 및/또는 표면 처리 중에 작동 강도 및 가공성 측면에서 비교적 엄격한 요구 사항을 충족해야 한다.

높은 부식 요구 사항으로 인해 이러한 강의 표면은 종종 예를 들어 아연으로 구성되는 적절한 부식 방지 층으로 마감될 수 있어야 하며, 기존의 아연 용융 도금 및 고온 아연 도금이 모두 사용된다.

과거에는 비교적 높은 시트 두께를 갖는 기존 강, 물로 템퍼링된 고강도 세립강 또는 다상 강이 이 적용 분야에 주로 사용되었다.

기존 강의 사용은 부품 중량이 높다는 단점이 있다. 대안적인 초 고강도 다상 강은 기본 경도가 높아 용접 적합성이 떨어지고 성형성이 떨어지는 단점이 있다. 물로 템퍼링된 강은 생산 비용이 비싸기 때문에 종종 비경제적이다.

이러한 강이 예를 들어 Ac3(약 900℃) 초과의 용접 심 영역의 온도가 발생하는 용접에 의해 후속 열처리를 받은 경우, 이 강은 원래의 강도를 잃는다. 예를 들어 대응하는 열처리 영역의 용접 심이 교차하는 것과 같은 여러 열 처리의 경우, 이 현상이 반복되어 강이 꾸준히 강도를 잃는다.

고강도 다상 강의 경우, 냉각이 제어 및 강화되지 않으면 변환 온도 Ac3 초과로 가열하는 동안 원래의 마르텐사이트 상 비율이 손실되기 때문에 대응하는 열처리 후에 강도 손실이 훨씬 더 두드러진다.

이는 동적으로 응력을 받고 용접된 섀시 부분 또는 섀시 부품의 경우에 특히 불리하며, 이는 성능 사양에 따라 필요한 피로 및 작동 강도가 더 이상 달성되지 않음을 의미하기 때문이다. 이들 부품은 강 스트림 또는 강 시트 또는 용접된 다른 것, 예를 들어, 고주파 유도(HFI) 용접 파이프 또는 심리스(seamless) 파이프로부터 생성될 수 있다.

따라서, 본 발명의 관점에서, 강 스트립, 강 시트, 용접된 또는 심리스 파이프는 이하에서 강 제품으로 요약된다.

이러한 이유로, 공기 경화형 강 재료는 공지된 강의 대안으로 개발되었으며 필요한 재료 특성이 현재 예를 들어 부품의 열처리 후에 공기 중에서 강을 냉각함으로써만 생산된다는 점에서 공지된 강의 단점을 극복한다. 이러한 강의 경우, 양호한 냉간 성형성(예를 들어, Rp0.2: <420 MPa A80: >=25%)이 공기 경화 상태에서 형성된 부품(예를 들어, Rm: >800 MPa)의 고강도 및 경도와 조합된 연성 어닐링 상태에서 달성된다. 열처리는 예를 들어 노(furnace) 가열 또는 고온 아연 도금일 수 있다.

공기 경화 강으로 구성된 강 스트립의 경우, 강은 열간 압연 후 너무 빨리 냉각되어 적어도 공기, 특히 정지된 공기 섹션에서 공기 경화 효과가 시작된다. 종래 기술에서는 지금까지 하류의 소프트 어닐링 공정, 예를 들어 배치식 어닐링 공정 또는 균질화 어닐링에 의해 성형 부품의 생산을 위한 냉간 성형성을 달성할 필요가 있다. 대안적으로, 열간 압연 후 냉간 성형성은 대응하게 단단히 감긴 코일이 아마도 특수한 단열 시트 금속 상자에서 천천히 냉각되는 경우에도 유지될 수 있다.

이는 냉간 성형성을 회복하기 위해 공기 냉각 및 경화 후 소프트 어닐링 공정을 거친 종래 기술의 심리스 열간 압연 파이프에 대해서도 동일하게 적용된다.

특허 공개 문헌 DE 102 21 487 A1은 경량 차량 구조에서 성형 부푸?ㄹ 위한 공기 경화 강 재료의 사용을 개시하며, 주요 원소 C(0.09 - 0.13 중량%), Si(0.15 - 0.30 중량%), Mn(1.10 - 1.60 중량%), Cr(1.0 - 1.6 중량%), Mo(0.30 - 0.60 중량%) 및 V(0.12 - 0.25중량%)를 가지며, 나머지는 일반적인 관련 원소를 포함하는 철이다.

이 Cr-Mo-V 기반 합금 개념은 공기 경화된 상태에서 상기 응용 분야에 필요한 기계적 특성과 우수한 템퍼링 저항 및 아연 도금 능력을 달성하지만, 1.0 - 1.6 중량%의 상대적으로 높은 Cr 함량 및 특히 파이프 생산에 자주 사용되는 HFI 용접의 경우 용접 심에서 바람직하지 않은 탄화 크롬 침전이 발생할 수 있다. 이러한 침전은 작업 중 용접 부품에 강한 기계적 하중을 가하거나 성형함으로써 용접 파이프의 추가 처리 동안 용접 심에 균열을 형성할 수 있으며 따라서 부품의 조기 파손을 초래할 수 있다. 또한, 상대적으로 높은 크롬 함량은 비용을 증가시킨다.

특허 문헌 EP 0 576 107 B1은 Cr 함량이 낮고 심리스로 제조된 아연 도금되지 않은 구조용 파이프, 예를 들어 자동차 엔지니어링의 도어 보강 파이프로서 사용되는 공기 경화 강을 개시한다. Mn-Si-Ti-B를 기반으로 한 합금 개념은 주요 원소 C(0.15 - 0.30 중량%), Mn(2.05 - 3.35 중량%), Si(0.50 - 0.80 중량%), Cr(0.5 - 1.0 중량%), Mo(최대 0.6 중량%), Ti(0.01 - 0.05 중량%), B(0.0015 - 0.0035 중량%) 및 N(0.002 - 0.015 중량%)를 가지며, 나머지는 철 및 일반적인 연관된 원소이다.

심리스 파이프 제조를 위해 알려진 이 강의 단점은 이 합금 개념으로 강의 일반적인 용접성이 상대적으로 높은 C 및 Mn 함량에 의해 제한되고 용융 도금에 의한 아연 도금 또는 고온 아연 도금이 최대 0.8 중량%의 상대적으로 높은 Si 함량에 의해 매우 크게 제한된다는 것이다.

또한, 조사에 따르면 이 알려진 강의 광범위한 템퍼링 저항은 특히 바나듐 부족으로 인해 보장되지 않는 것으로 나타나며, 높은 온도에서, 예를 들어, 550℃ 초과에서 예를 들어 높은 온도의 아연 도금에서 일어나는 것과 같이, 강도가 공기 경화 강에 대한 필요한 값 아래로 크게 떨어진다.

충분한 템퍼링 저항은 특히 충분한 양의 Cr-, Mo- 및/또는 V-탄화물 또는 탄질화물의 형성을 필요로 하며, 이는 결정립계 상의 석출에 의해 상승된 온도에서 슬라이딩 전위를 방지하는 것으로 알려져 있다. 이 절차를 2차 경화라고도 한다.

특허 공개 문헌 DE 44 46 709 A1은 예를 들어 도어 보강 요소를 위한 심리스로 열간 제조된 파이프로 구성된 구조용 중공 프로파일용 공기 경화 강의 사용을 개시한다. 이를 위해 강 합금은 다음의 주요 원소: C(0.17 - 0.28 중량%), Mn(1.30 - 2.50 중량%), Si(0.30 - 0.49 중량%), Cr(0.49 중량% 이하), Mo(0.20 - 0.40 중량%), Ni(0.05 - 0.19 중량%), Ti(0.02 - 0.07 중량%), B(0.0015 - 0.0050 중량%), Nb(0.01 - 0.10 중량%), V(0.01 - 0.10 중량%) 및 N(0.015중량% 이하)를 가지며, 나머지는 철 및 일반적인 연관 원소이다. 또한, V+Nb+Ti의 총 함량은 0.15 중량%의 값을 초과하지 않아야 한다.

Nb와 Ni가 첨가된 이 합금 개념은 공기 경화 강에 대한 요구 사항에 대해 비싸고 상대적으로 높은 C 함량으로 인해 용접 기술 면에서 문제가 있다. 또한, 이 강은 아연 도금 능력에 중요한 0.30 내지 0.49 중량%의 실리콘 함량을 갖는다.

알려진 합금 개념의 경우, 부품을 제조하기 위한 공기 경화 강의 냉간 성형은 충분한 냉간 성형성을 보장하고 까다로운 형상을 갖는 부품을 제조할 수 있도록 일반적으로 강 제품의 소프트 어닐링 상태에서 발생한다.

선행 기술에 따르면, 냉간 성형은 다음과 같은 공정 변형을 의미하는 것으로 이해된다:

a) 부품 강도를 증가시키기 위해 후속 가능한 템퍼링 처리와 함께 딥 드로잉 또는 이와 유사한 방식으로 소프트 열간 스트립에서 대응하는 부품의 직접 생산. 공기 경화 강에 대한 템퍼링 처리는 Ac3 온도 초과로 성형한 후 부품을 재가열하고 공기 중에서 냉각하고(공기 경화) Ac3 온도 미만의 상승된 온도로 어닐링 또는 템퍼링하는 것으로 구성된다.

b) 대응하는 드로잉 및 어닐링 프로세스를 통해 파이프로 추가 처리. 그 다음 파이프 자체가 예를 들어 굽힘, 내부 고압 성형(IHPF) 또는 이와 유사한 방법에 의해 부품으로 형성되고 그 다음 템퍼링된다.

c) 통합(배치식) 어닐링 공정을 통해 열간 스티립을 냉간 스트립으로 추가 처리. 그 다음 냉간 스트립은 딥 드로잉 또는 a)와 유사한 방식으로 처리된다.

예를 들어 특허 공개 문헌 DE 10 2004 053 620 A1, DE 100 23 488 A1, DE 44 46 709 A1 또는 WO 2001/000351 A1으로부터 알려진 모든 공기 경화 강은 또한 부품으로 성형된 후에 더 높은 강도의 공기 경화 상태가 후속 열 처리에 의해, 예를 들어 고온 아연 도금에 의해 유지되어야 한다는 공통점이 있다. 성형 자체는 실온 또는 상승된 온도, 예를 들어 최대 Ac1 온도(하프 웜(half warm)) 또는 최대 Ac3 변환 온도 또는 기술적으로 필요한 것으로 보이면 그 초과에서 일어날 수 있다.

그러나, 알려진 공기 경화 강으로 구성되는 소프트 어닐링된 강 스트립으로부터 예를 들어 섀시 부분 또는 섀시 부품과 같은 용접된 부품의 제조는 열간 스트립(열간 압연된 상태) 또는 냉간 스트립(냉간 압연된 상태)의 강 스트립이 부품 제조를 위한 충분한 냉간 성형성을 얻기 위해 상술한 바와 같이 열간 압연 또는 냉간 압연 후에 추가 열처리되어야 하기 때문에 비용 집약적이다.

추가 열처리는 특히 평평한 부품의 경우 부품의 원치 않는 상당한 치수 왜곡을 유발할 수 있다.

반면에, 소프트 어닐링된 강 스트립으로 구성된 용접된 섀시 부품의 경우, 경도 및 강도가 떨어지는 것에 의해 초래되는 용접 심 영역의 전술한 “소프트닝(softening)”으로 인해 달성 가능한 피로 강도가 여전히 불충분하다.

따라서, 본 발명의 목적은 언급된 단점이 극복되고, 특히 용접 심 영역에서의 기계적 특성, 특히 영향을 받지 않는 모재의 것과 같은 피로 강도, 바람직하게는 모재에서보다 더 높은 강도로 달성되는 고 강도 강으로 구성되는 용접된 부품, 특히 동적으로 응력을 받는 섀시 부품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다. 대응하는 특성을 갖는 용접된 부품 또한 제공될 것이다.

본 발명의 교시에 따르면, 이 목적은 적어도 1.5 mm의 재료 두께를 갖는 고강도 공기 경화 강으로 구성된 열간 압연된 강 제품이 초기에 제조되는 방법에 의해 달성되며, 열간 압연된 강 제품은 중량%로 다음과 같은 화학 조성을 갖는다:

C: 0.03 내지 0.4, 바람직하게는 0.06 내지 0.12, 특히 바람직하게는 0.08 내지 0.10

Mn: 1.0 내지 4.0, 바람직하게는 1.80 내지 2.20, 특히 바람직하게는 1.80 내지 2.00

Si: 0.09 내지 2.0, 바람직하게는 0.22 내지 0.34, 특히 바람직하게는 0.25 내지 0.30

Al: 0.02 내지 2.0, 바람직하게는 0.02 내지 0.06, 특히 바람직하게는 0.02 내지 0.05

P: 0.1 이하, 바람직하게는 0.020 이하

S: 0.1 이하, 바람직하게는 0.010 이하

N: 0.001 내지 0.5, 바람직하게는 0.0030 내지 0.0125, 특히 바람직하게는 0.0030 내지 0.0080

Ti: 0.01 내지 0.2, 바람직하게는 0.010 내지 0.050, 특히 바람직하게는 0.020 내지 0.030

Cr: 0.05 내지 2.0, 바람직하게는 0.60 내지 1.0, 특히 바람직하게는 0.70 내지 0.80

B: 0.001 내지 0.1, 바람직하게는 0.0015 내지 0.0060, 특히 바람직하게는 0.0025 내지 0.0035

Mo: 0.01 내지 0.1, 바람직하게는 0.10 내지 0.40, 특히 바람직하게는 0.15 내지 0.30

V: 0.01 내지 0.2, 바람직하게는 0.05 내지 0.09, 특히 바람직하게는 0.05 내지 0.08

선택적으로:

Ni: 0.02 내지 1.0

Nb: 0.01 내지 0.1

나머지는 일반적인 강 관련 원소를 포함하는 철이다.

제조된 열간 압연된 강 제품은 그 다음 공기 경화된 후 일반적으로 요구되는 소프트 어닐링 없이 공기 경화된 상태의 부품으로 직접 성형된다. 마지막 단계로 용접된 연결부는 부품에 대한 융착 용접을 통해 제조된다. 전체 부품을 Ac3 초과의 온도로 가열하고 냉각 및 템퍼링하는 것으로 구성되는 부품의 템퍼링 처리는 발생하지 않는다.

이러한 방식으로, 특히 냉간 성형 전에 소프트 어닐링을 피하고 최종 템퍼링 처리를 피하여 용접된 부품이 얻어진다.

이와 관련하여, 부품에 대한 용접 연결부의 최종 제조는 템퍼링 처리로 이해되어서는 안된다. Ac3 온도 초과의 온도는 용접하는 동안 용접 심 주변에 국부적으로 정의된 방식으로 지점에 도달하지만, 이러한 용접 연결부는 템퍼링 처리 측면에서 전체 부품 재료의 강도를 증가시키기 위해 달성되지 않는다.

C: 0.03 내지 0.4 중량%와 같은 중량%의 범위 사양과 관련하여 범위의 초기 값 및 최종값도 포함되는 것으로 간주된다.

부품으로의 성형은 예를 들어 딥 드로잉, 폴딩, 굽힘, 롤 프로파일링(roll-profiling) 또는 플랜징(flanging)에 의해 일반적인 냉간 시트 성형 방법을 사용하여 수행될 수 있다.

바람직하게는, 성형은 -5℃ 내지 40℃의 범위, 바람직하게는 15℃ 내지 25℃의 범위의 실온에서 냉간 성형으로 수행된다.

그러나 기술적으로 필요한 경우 이는 Ac1 온도까지, Ac3 온도까지 또는 Ac3 온도 초과에서 최대 1000℃까지의 상승된 온도에서 수행될 수도 있다.

바람직하게는, 냉간 성형 전 연간 압연된 강 제품은 450 MPa 초과 또는 심지어 600 MPa 초과의 최소 항복 강도 Rp0.2 및/또는 바람직하게는 700 MPa 또는 심지어 800 MPa 초과의 최소 인장 강도 Rm을 갖는다. 본 발명의 목적을 위해, 이는 고강도 특성의 정의로 간주된다. 공기 경화된 상태에서도 열간 압연된 강 제품은 적어도 6%, 바람직하게는 적어도 13%의 파단 연신율 A5를 갖는다.

또한, 적어도 1.5 mm의 재료 두께를 갖는 공기 경화된 고강도 강으로 구성된 열간 압연된 강 제품으로부터의 냉간 성형에 의해 제조되는 본 발명에 따른 용접 부품이 제공되며, 강 제품은 중량%로 다음 화학 조성을 갖는다:

Al: 0.02 내지 2.0, 바람직하게는 0.02 내지 0.06, 특히 바람직하게는 0.05

P: 0.1 이하, 바람직하게는 0.020 이하

S: 0.1 이하, 바람직하게는 0.010 이하

선택적으로:

Ni: 0.02 내지 1.0

Nb: 0.01 내지 0.1

공기 경화된 상태의 열간 압연된 강 제품은 부품으로의 냉간 성형 전에 바람직하게는 450 MPa 또는 600 MPa 초과의 최소 항복 강도 Rp0.2, 바람직하게는 700 MPa 또는 800MPa 초과의 최소 인장 강도 Rm 및/또는 적어도 6%, 바람직하게는 13%의 파단 연신율 A5를 갖는다.

본 발명에 따른 열간 압연된 강 제품에 대한 일반적인 시트 두께는 1.5 mm 내지 25 mm, 바람직하게는 최대 15mm이다.

산업 제조에서 일반적인 모든 방법은 빔 용접, 특히 레이저 빔 용접과 같은 융착 용접 방법 또는 예를 들어 보호 가스 용접과 같은 금속 아크 용접 방법으로 사용된다.

본 발명의 유리한 개발에서, 열간 압연된 강 스트립 또는 냉간 성형용 강 시트는 부품을 제조하는데 사용되며 열간 압연 및 냉각 후에 공기 경화된 상태를 갖는다. 열간 압연된 그리고 공기 경화된 강 스트립 또는 강 시트의 냉간 성형성은 합금 개념으로 인해 충분히 높기 때문에 충분한 냉간 성형성을 생성하기 위한 소프트 어닐링이 더 이상 필요하지 않으며 부품의 생산 비용이 따라서 크게 감소된다.

놀랍게도, 조사에 따르면 본 발명에 따른 공기 경화 강은 공기 경화 상태에서 충분히 높은 냉간 성형성을 갖는다. 따라서 최대 25.0 mm의 시트 두께에 대한 테스트에서 13% 이상의 파단 연신율 A5가 결정된다. 열간 압연된 강 제품은 1.5 mm 내지 25.0 mm, 바람직하게는 최대 15 mm의 재료 두께를 갖고 제공될 수 있으며, 따라서 섀시 영역의 일반적인 두께 스펙트럼을 커버한다.

따라서 열간 압연 후 강 제품의 소프트 어닐링이 생략될 수 있다. 부품을 제조하기 위한 열간 압연된 심리스 파이프의 냉간 성형에도 동일하게 적용된다.

또한, 용접 부품의 기계적 특성에 대한 조사는 강의 공기 경화 특성이 경도가 떨어지는 것을 방지하며, 바람직하게는 경도 및 강도를 상승시키기 때문에 용접 심 영역에서 용접 중 도입된 열과 후속 공기 냉각이 더 이상 용접 심 영역을 연화시키지 않는 것으로 나타났다. 따라서 용접된 섀시 부품의 기계적 특성 및 피로 강도는 적어도 용접 심 영역 및 인접한 강 제품의 영향을 받지 않는 모재에서 비슷한 수준이다. 비슷한 수준은 인장 강도 또는 경도와 관련하여 + - 20% 범위의 모재 및 용접 심 영역 사이의 편차로 이해된다. 비슷한 수준 대신 최대 + 50% 및 최대 + 100%의 값으로 더 높은 수준이 달성될 수도 있다. 이는 열 영향 구역의 영역에서 더 높은 응력 전달을 가능하게 한다.

높은 피로 강도 또는 작동 강도를 달성하는데 유리한 것은 바람직하게는 용접 심 영역의 증가된 경도뿐만 아니라 열 영향 구역 및 용접 심 또는 선택된 용접 와이어에 추가로 의존하는 용접 재료에 대해 발생하는 주로 미세한 입자의 베이나이트 미세 구조이다.

유리하게는, 열간 압연된 강 제품은 따라서 50% 초과, 바람직하게는 80% 초과, 특히 바람직하게는 90% 초과의 베이나이트 함량을 갖는 복합 상 미세 구조를 갖는다. 이 미세 구조는 유리하게는 용접 연결부의 열 영향 구역의 영역에도 적용된다.

본 발명은 도면에서 예시되고 평가된 테스트를 사용하여 이하에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 용접된 부푸(1)의 단면을 측단면도로 도시하며,
도 2는 도 1에 도시된 단면에 걸친 격자형(grid-type) 경도 테스트의 정성적 결과를 도시하며,
도 3은 용접된 부품(1)의 모재 영역의 미세 구조-현미경 사진을 도시한다.
도 4는 용접된 부품(1)의 열 영향 구역의 영역의 미세 구조-현미경 사진을 도시한다.
도 5는 용접된 부품(1)의 용융선(fusion lin)의 영역의 미세 구조-현미경 사진을 도시한다.
도 6은 용접된 부품(1)의 용접 심의 영역의 미세 구조-현미경 사진을 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 용접된 부품(1)의 단면을 일반적인 중첩 연결부의 측단면도로 도시한다. 섀시 부품 형태의 용접된 부품(1)은 본질적으로 제1 하부 강 제품(2), 특히 평탄 강 제품으로 구성되며, 그 위에 추가적인 제2 상부 강 제품(3), 특히 평탄 강 제품이 이를 부분적으로 덮도록 배치된다. 강 제품(2, 3)은 각각 3 mm의 재료 두께를 갖는다. 상부 강 제품(3)은 중첩 조인트 방식으로 용접 연결부(4)를 통해 전방 에지(3v)의 영역에서 하부 강 제품(2)의 표면(2o)에 연결된다.

도 2는 용접 부품(1)의 도시된 전체 단면에 걸친 격자형 경도 테스트의 결과를 정성적으로 도시한다. 수직 해칭과 함께 제1 경도 영역(5a)으로 도시된 기본 상태의 하부 강 제품(2)의 경도로부터 시작하여, 열 영향 구역은 강 제품(2, 3)에서 통상적인 방식으로 용접 재료(4a) 또는 용융물의 방향으로 인접하며, 해칭 또는 패턴 없이 제2 경도 영역(5b)으로 도시된다. 강의 공기 경화 특성에 기초하여, 제2 경도 영역(5b)은 제1 경도 영역(5a)에 비해 경화된다. 용접 연결부(4)의 용접 재료(4a)는 도트 패턴을 특징으로 하는 제3 경도 영역(5c)을 갖는다. 이 제3 경도 영역(5c)은 용접 와이어의 선택에 따라 경도와 관련하여 조정 가능하고 일반적으로 기본 상태의 강 제품(2, 3)의 경도 영역에 있을 것이다.

제1 경도 영역(5a)에 대한 결정된 측정값은 280 내지 320 HV 0.1에 있으며, 제2 경도 영역(5b)에 대해서는 430 내지 470 HV 0.1 그리고 제3 경도 영역(5c)에 대해서는 230 내지 270 HV 0.1의 범위이다.

도 3 내지 6은 각각 용접된 부품(1)의 상이한 영역에서의 미세 구조-현미경 사진을 도시한다. 모든 미세 구조-현미경 사진은 샘플 제조와 관련하여 나이탈(natal)로 에칭되었으며, 1:500의 배율로 도시된다.

도 3은 용접된 부품(1)의 모재 영역의 미세 구조-현미경 사진을 도시한다. 이 위치에서 5% 페라이트, 3% 펄라이트, 90% 베이나이트 및 2% 마르텐사이트를 갖는 복합 상 미세 구조가 존재한다. 평균 페라이트 입자 크기는 13.5 μm이다.

도 4는 용접된 부품(1)의 열 영향 구역의 영역의 미세 구조-현미경 사진을 도시한다. 일부 페라이트를 갖는 베이나이트로 구성된 미세구조를 볼 수 있다. 평균 페라이트 입자 크기는 13.5 μm이다.

도 5는 용접된 부품(1)의 용융선의 영역의 미세 구조-현미경 사진을 도시한다. 이 위치에서 미세 구조는 100% 베이나이트이다.

도 6은 용접된 부품(1)의 용접 심(4a)의 영역의 미세 구조-현미경 사진을 도시한다. 볼 수 있는 미세 구조는 페라이트와 베이나이트의 가벼운 네트워크(light network)가 산재된 베이나이트이다.

위에서 이미 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 용접된 부품(1)은 열 영향 구역뿐만 아니라 용접 심(4a)에 대해 용접된 연결부(4)의 영역에서 발생하는 주로 미세한 입자의 베이나이트 미세구조로 인해 높은 피로 강도 또는 작동 강도를 달성한다. 용접된 부품의 모재는 이미 베이나이트의 비율이 우세한 복합 상 미세 구조로 존재한다.

경량 차량 구성을 위한 본 발명의 고강도 공기 경화 강은 마찬가지로 이 합금 개념이 알려진 공기 경화 강의 단점 없이 예를 들어 보호 가스 용접, 보호 가스 솔더링 또는 레이저 용접과 같은 일반적인 용접 방법의 경우 우수한 용접성을 달성한다는 사실을 특징으로 한다. 고주파 유도 용접(HFI 용접)은 용접 심에서 바람직하지 않은 크롬 탄화물 석출 없이도 문제가 없다.

심리스 파이프에 대한 알려진 공기 경화 강과 비교하여 마찬가지로 감소된 C 및 Mn의 함량은 우수한 성형 특성과 동시에 우수한 일반 용접성을 보장한다.

동시에 감소된 Si 함량은 강의 아연 도금 능력을 보장하고 V의 첨가는 템퍼링 저항을 보장한다.

조사 결과 강의 공기 경화성이 Cr-Mo-Ti-B에 기초한 복합 합금 개념에 의해 동시에 개선된다면 공기 경화 효과에 대해 결정적인 Cr 함량이 HFI 용접 동안 크롬 탄화물 석출을 방지하는데 중요하지 않은 값으로 감소될 수 있음이 밝혀?다.

본 발명에 따르면, 강 제품에 대한 합금 개념은 심리스 파이프에 대한 알려진 강과 대조적으로 질화 붕소 침전을 방지하기 위해 질소가 티타늄에 의해 완전히 결합되어야 하며 따라서 첨가된 붕소의 효율성을 보장하며, 질소는 또한 Cr 또는 Mo와 같은 다른 합금 원소에 의해 결합되는 지식을 기초로 한다.

따라서 더 이상 질소와 관련하여 과잉 화학론적 티타늄 첨가를 결정할 필요가 없다. 바나듐의 첨가는 더 높은 템퍼링 온도에서 V(C, N) 유형의 바나듐 탄질화물의 석출을 유도하며, 이는 2차 경화를 통한 강도 저하에 대응한다.

그러나, Mn-Si-Ti-B에 기반한 이러한 합금 개념의 단점은 고강도 값을 달성하는데 필요하지만 조각 아연 도금을 더 어렵게 만드는 지나치게 높은 Si 함량이다. 또한, 예를 들어 550℃의 온도에서는 재료의 강도가 요구되는 값보다 현저히 떨어지므로 템퍼링 저항도 보장되지 않는다.

이러한 발견에 기초하여, 앞서 설명한 본 발명의 합금 개념이 결정되었고 중량%로 다음의 분석 범위가 유리한 것으로 판명되었다. 분석 범위에 대한 각 사양은 개별적으로 또는 전체적으로 충족될 수 있다:

C: 0.06 내지 0.12

Mn: 1.80 내지 2.20

Si: 0.22 내지 0.34

Al: 0.02 내지 0.06

P: 0.020 이하

S: 0.010 이하

N: 0.0030 내지 0.0125

Ti: 0.010 내지 0.050

Cr: 0.60 내지 1.0

B: 0.0015 내지 0.0060

Mo: 0.10 내지 0.40

V: 0.05 내지 0.09

다음 분석 범위가 중량%로 관찰될 때 특히 유리한 가공 및 부품 특성이 달성된다:

C: 0.08 내지 0.10

Al: 0.02 내지 0.05

Si: 0.25 내지 0.30

Mn: 1.80 내지 2.00

P: 0.020 이하

S: 0.010 이하

N: 0.0030 내지 0.0080

Ti: 0.020 내지 0.030

Cr: 0.70 내지 0.80

B: 0.0025 내지 0.0035

Mo: 0.15 내지 0.30

V: 0.05 내지 0.08

결과는 최대 700℃의 온도까지 강의 높은 템퍼링 저항을 보여준다.

본 발명에 따른 열간 압연된 그리고 공기 경화된 강 제품으로 구성된 용접된 부품에 대한 조사가 보여주듯이, 이 강은 자동차 섹터에서뿐만 아니라 높은 강 강도 또는 피로 강도 및 용접 부품의 동적 응력 하에서 작동 강도와 함께 양호한 냉간 성형성이 필요한 모든 적용 분야에서 유리하게 사용될 수 있다. 따라서 이러한 부품의 적용 분야는 예를 들어 특히 섀시 부품을 위한 자동차 산업, 건설 장비 산업, 가전 제품 산업 또는 화학 기기 엔지니어링일 수 있다. 자동차 산업에서는 섀시 부품, 범퍼 또는 크로스 멤버로 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 이러한 공기 경화 강의 장점은 아래에 다시 한번 나열된다:

- 공기 경화 상태에서 매우 우수한 냉간 성형성

- 부드럽고 공기 경화된 상태에서의 매우 우수한 용접성

- 매우 우수한 HFI 용접성

- 캐소드 딥 코팅(CDC), 용융 아연 도금 및 고온 아연 도금과 같은 일반적인 코팅 방법으로 효과적으로 코팅될 수 있음

- 특히 차량의 섀시에서 높은 정적 및 동적 하중을 받는 용접된 부품에 사용

- 비용 효율적인 합금 개념.

1 용접된 부품
2 하부 강 제품
3 상부 강 제품
4 용접 연결부
4a 용접 심
5a 제1 경도 구역
5b 제2 경도 구역
5c 제3 경도 구역

Claims

다음 단계를 포함하는, 특히 다음 단계로 배타적으로 구성되는 용접된 부품(1)을 제조하는 방법으로서,
- 적어도 1.5 mm의 재료 두께를 갖는 고 강도 공기 경화 강으로부터 열간 압연된 강 제품(2, 3)을 제조하는 단계로서, 상기 열간 압연된 강 제품(2, 3)은 중량%로:
C: 0.03 내지 0.4, 바람직하게는 0.06 내지 0.12, 특히 바람직하게는 0.08 내지 0.10
Mn: 1.0 내지 4.0, 바람직하게는 1.80 내지 2.20, 특히 바람직하게는 1.80 내지 2.00
Si: 0.09 내지 2.0, 바람직하게는 0.22 내지 0.34, 특히 바람직하게는 0.25 내지 0.30
Al: 0.02 내지 2.0, 바람직하게는 0.02 내지 0.06, 특히 바람직하게는 0.02 내지 0.05
P: 0.1 이하, 바람직하게는 0.020 이하
S: 0.1 이하, 바람직하게는 0.010 이하
N: 0.001 내지 0.5, 바람직하게는 0.0030 내지 0.0125, 특히 바람직하게는 0.0030 내지 0.0080
Ti: 0.01 내지 0.2, 바람직하게는 0.010 내지 0.050, 특히 바람직하게는 0.020 내지 0.030
Cr: 0.05 내지 2.0, 바람직하게는 0.60 내지 1.0, 특히 바람직하게는 0.70 내지 0.80
B: 0.001 내지 0.1, 바람직하게는 0.0015 내지 0.0060, 특히 바람직하게는 0.0025 내지 0.0035
Mo: 0.01 내지 0.1, 바람직하게는 0.10 내지 0.40, 특히 바람직하게는 0.15 내지 0.30
V: 0.01 내지 0.2, 바람직하게는 0.05 내지 0.09, 특히 바람직하게는 0.05 내지 0.08
선택적으로:
Ni: 0.02 내지 1.0
Nb: 0.01 내지 0.1
나머지는 일반적인 강 관련 원소를 포함하는 철의 화학 조성을 갖는, 열간 압연된 강 제품을 제조하는 단계;
- 후속적으로 제조된 열간 압연된 강 제품(2, 3)을 공기 경화시키는 단계;
- 그 후에 공기 경화 상태에서 열간 압연된 강 제품(2, 3)을 부품으로 성형하는 단계; 및
- 상기 부품 상에 융착 용접에 의해 용접 연결부를 생성하는 단계를 포함하는,
용접된 부품을 제조하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 성형하는 단계는 통상적인 냉간 시트 성형 방법, 특히 딥 드로잉, 폴딩, 롤-프로파일링(roll-profiling), 굽힘 또는 플랜징(flanging)인,
용접된 부품을 제조하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 성형하는 단계는 -5℃ 내지 40℃의 온도에서, 바람직하게는 15℃ 내지 25℃ 범위의 실온에서 수행되는,
용접된 부품을 제조하는 방법.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
금속 아크 용접 또는 빔 용접, 특히 레이저 빔 용접이 융착 용접 공정으로 사용되는,
용접된 부품을 제조하는 방법.
제4항에 있어서,
보호 가스 용접이 상기 금속 아크 용접으로 사용되는,
용접된 부품을 제조하는 방법.
제1항 내지 제5항 중 적어도 한 항에 있어서,
상기 열간 압연된 공기 경화 강 제품(2, 3)은 성형하는 단계 전에 바람직하게는 450 MPa 또는 600 MPa 초과의 최소 항복 강도 Rp0.2, 바람직하게는 700 MPa 또는 800 MPa 초과의 최소 인장 강도 Rm 및/또는 적어도 6%, 바람직하게는 13%의 파단 연신율 A5를 갖는,
용접된 부품을 제조하는 방법.
적어도 1.5 mm의 재료 두께를 갖는 공기 경화 고강도 강으로 구성되는 열간 압연된 강 제품으로부터 성형에 의해 제조되는 용접된 부품(1)으로서,
상기 강 제품은 중량%로:
C: 0.03 내지 0.4, 바람직하게는 0.06 내지 0.12, 특히 바람직하게는 0.08 내지 0.10
Mn: 1.0 내지 4.0, 바람직하게는 1.80 내지 2.20, 특히 바람직하게는 1.80 내지 2.00
Si: 0.09 내지 2.0, 바람직하게는 0.22 내지 0.34, 특히 바람직하게는 0.25 내지 0.30
Al: 0.02 내지 2.0, 바람직하게는 0.02 내지 0.06, 특히 바람직하게는 0.02 내지 0.05
P: 0.1 이하, 바람직하게는 0.020 이하
S: 0.1 이하, 바람직하게는 0.010 이하
N: 0.001 내지 0.5, 바람직하게는 0.0030 내지 0.0125, 특히 바람직하게는 0.0030 내지 0.0080
Ti: 0.01 내지 0.2, 바람직하게는 0.010 내지 0.050, 특히 바람직하게는 0.020 내지 0.030
Cr: 0.05 내지 2.0, 바람직하게는 0.60 내지 1.0, 특히 바람직하게는 0.70 내지 0.80
B: 0.001 내지 0.1, 바람직하게는 0.0015 내지 0.0060, 특히 바람직하게는 0.0025 내지 0.0035
Mo: 0.01 내지 0.1, 바람직하게는 0.10 내지 0.40, 특히 바람직하게는 0.15 내지 0.30
V: 0.01 내지 0.2, 바람직하게는 0.05 내지 0.09, 특히 바람직하게는 0.05 내지 0.08
선택적으로:
Ni: 0.02 내지 1.0
Nb: 0.01 내지 0.1의 화학 조성을 가지며,
공기 경화 상태에서 열간 압연된 강 제품은 부품으로의 성형 전에 바람직하게는 450 MPa 또는 600 MPa 초과의 최소 항복 강도 Rp0.2, 바람직하게는 700 MPa 또는 800 MPa 초과의 최소 인장 강도 Rm 및/또는 적어도 6%, 바람직하게는 13%의 파단 연신율 A5를 갖는,
용접된 부품.
제7항에 있어서,
상기 용접된 부품은 냉간 성형에 의해 제조되는,
용접된 부품.
제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 용접된 부품은 융착 용접 방법에 의해 제조되는,
용접된 부품.
제9항에 있어서,
상기 융착 용접은 금속 아크 용접 또는 빔 용접, 특히 레이저 빔 용접인,
용접된 부품.
제10항에 있어서,
상기 금속 아크 용접은 보호 가스 용접인,
용접된 부품.
제7항 내지 제11항 중 적어도 한 항에 있어서,
상기 열간 압연된 강 제품(2, 3)은 1.5 mm 내지 25 mm, 바람직하게는 최대 15 mm의 재료 두께를 갖는,
용접된 부품.
제7항 내지 제12항 중 적어도 한 항에 있어서,
상기 열간 압연된 강 제품(2, 3)은 50% 초과, 바람직하게는 80% 초과, 특히 바람직하게는 90% 초과의 베이나이트 함량을 갖는 복합 상 미세 구조를 갖는,
용접된 부품.
제13항에 있어서,
용접 연결부(4)의 열 영향 구역의 영역에서 상기 열간 압연된 강 제품(2, 3)은 50% 초과, 바람직하게는 80% 초과, 특히 바람직하게는 90% 초과의 베이나이트 함량을 갖는 복합 상 미세 구조를 갖는,
용접된 부품.
특히 섀시 부품, 범퍼 또는 크로스 멤버로서의 자동차 산업, 건설 산업, 가전 제품 산업 또는 화학 기기 엔지니어링에서 사용하기 위한 제7항 내지 제14항 중 적어도 한 항에 따른 용접된 부품.