KR20220104211A - 사전-코팅된 강판으로 제조된 용접된 강 부품의 용접 금속 구역의 기계적 강도를 증가시키기 위한 추가 코팅을 포함하는 사전-코팅된 강판 - Google Patents
사전-코팅된 강판으로 제조된 용접된 강 부품의 용접 금속 구역의 기계적 강도를 증가시키기 위한 추가 코팅을 포함하는 사전-코팅된 강판 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 주로, 사전-코팅된 강판 (1, 1') 의 반대편 면들 (6a, 6b) 중 적어도 하나의 면 (6a; 6b) 의 주변부 (7) 에서의 적어도 일 영역이 레이저 용접 방법 동안 사전-코팅 (2) 과 상기 추가 코팅 (8) 사이의 증기 압력을 사전-코팅 (2) 이 용접부 (14) 로부터 떨어져 배출되는 임계 압력까지 증가시키도록 선택된 추가 코팅 (8) 으로 코팅되는, 사전-코팅된 강판에 관한 것이다. 바람직하게는, 추가 코팅 (8) 의 기화 온도는 사전-코팅 (2) 의 기화 온도보다 높고, 추가 코팅은 탄소 및/또는 니켈과 같은 감마젠 원소들을 포함한다. 본 발명은 또한 전술한 바와 같이 적어도 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판 (1, 1') 의 레이저 용접, 바람직하게는 맞대기 레이저 용접에 의해 얻어지는 강 부품에 관한 것이다.
Description
본 발명은 주로 사전-코팅된 강판으로 제조된 용접된 강 부품의 용접 금속 구역의 기계적 강도를 증가시키기 위한 추가 코팅을 포함하는 사전-코팅된 강판에 관한 것이다.
본 발명은 또한 상기 사전-코팅된 강판을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명은 또한 용접된 강 부품의 용접 금속 구역의 기계적 강도를 증가시키기 위한 추가 코팅을 포함하는 적어도 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 레이저 용접에 의해 얻어지는 강 부품에 관한 것이다.
본 발명은 마지막으로 상기 강 부품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
선행 기술은 서로 연속적으로 맞대기-용접되는 상이한 조성 및/또는 두께의 강 블랭크로 용접된 강 부품들을 제조하는 방법을 개시한다. 제 1 공지된 제조 모드에서, 이러한 용접된 블랭크들은 냉간 성형된다. 제 2 공지된 제조 모드에서, 이러한 용접된 블랭크들은, 강의 오스테나이트화를 가능하게 하는 온도로 가열된 후, 성형 다이에서 열간 성형 및 급속 냉각된다. 본 발명은 이러한 제 2 제조 모드에 관한 것이다.
강의 조성은 후속의 가열 및 성형 작업들을 둘 다 가능하게 하도록 그리고 용접된 강 부품에 높은 기계적 강도, 높은 충격 강도 및 양호한 내식성을 부여하도록 선택될 수 있다.
최근에는 프레스-경화 조건에서 우수한 극한 인장강도 (1500 내지 2000 MPa) 로 인해 붕소 함유 프레스-경화강 (PHS) 이 자동차 제조업체들 사이에서 주목받고 있다. 프레스-경화 강의 높은 비강도 및 부품 설계에서의 이들의 높은 유연성으로 인해, 이들은 B-필러, A-필러, 도어 링과 같은 자동차 내충돌성 (crashworthy) 구성요소에 널리 사용되고 있다. 전형적으로, 프레스-경화 강은 수용된 그 상태에서 페라이트-펄라이트 조직으로 구성되고, 그 후 고온에서 오스테나이트화되고 이어서 약 30℃/s 의 임계 냉각 속도로 수냉식 다이로 프레스 경화 동안 주위 온도로 냉각될 때, 완전한 마르텐사이트 조직으로 변태된다. 프레스-경화 강은 Al-Si, Zn, 및 Zn-Ni 와 같은 다양한 형태의 내식성 합금 코팅으로 자동차 산업에 의해 점점 더 채용되고 있으며; 이들 중에서, Al-Si 코팅이 보다 양호한 내식성 및 고온 내산화성 능력을 갖는다.
용접된 강 부품들의 제조를 위한 공지된 방법은, 공개 EP 971044 에 기재된 바와 같이 적어도 2 개의 강판들을 획득하는 단계, 이들 2 개의 강판들을 용접하여 용접된 블랭크를 얻는 단계, 선택적으로 이 용접된 블랭크를 절단하는 단계, 및 그 후 강 부품에 그의 적용에 필요한 형상을 부여하기 위해 고온 성형 작업을 수행하기 전에 용접된 블랭크를 가열하는 단계로 이루어진다.
공지된 하나의 용접 기술은 레이저 빔 용접이다. 이러한 기술은, 시임 용접 또는 아크 용접과 같은 다른 용접 기술들과 비교하여, 유연성, 품질 및 생산성 면에서 장점을 갖는다.
그러나, 용접 작업 동안, 금속 합금의 층으로 덮인, 강 기재와 접촉하는 금속간 합금층으로 이루어진 알루미늄계 사전-코팅은, 용접 작업 동안 용융 상태에 있는 구역이고 그리고 용접 작업 후에 고형화되는 용접 금속 구역내에서 강 기재와 희석되어, 2 개의 강판들 사이에 결합을 형성한다.
사전-코팅의 알루미늄 함량의 범위에서, 매트릭스 내의 고용체 내의 알파젠 (alphagene) 원소인 알루미늄은 스탬핑 이전 단계 동안 발생하는 오스테나이트로의 변태를 방지한다. 그 결과, 고온 성형 후 냉각 동안 마르텐사이트를 얻는 것이 더이상 불가능하고, 용접 시임은 페라이트를 함유한다. 그 후, 용접 금속 구역은 2 개의 인접한 판들의 경도 및 기계적 강도보다 작은 경도 및 기계적 강도를 나타내며, 이는 용접 구역에서 최종 부품의 임계 파괴를 초래할 수 있다.
열간 스탬핑 강의 Al 계 코팅의 전술한 불리한 상호작용과 3 세대 Zn 계 사전-코팅된 냉간 스탬핑 강의 레이저 용접에 의해 야기된 문제를 갖는 레이저 용접 작업 사이에 평행이 이루어질 수 있다. 냉간 스탬핑에 의해 복잡한 구조 부품들을 제조하기 위해 사용되는, 매우 높은 강도 및 높은 성형성을 나타내는 이러한 3 세대 강들은 레이저 용접 동안 액체 금속 취성을 받는다. 이는 사전-코팅의 액화된 아연과 기재의 잔류 오스테나이트 사이의 상호작용에 기인한다.
전술한 불리한 상호작용을 방지하기 위해 여러 가지 방안이 개발되었다. 예를 들어, 공개 EP 2007545 에는 용접 작업을 받도록 예정된 판의 주변부의 레벨에서, 금속 합금의 표면층을 제거하여, 금속간 합금의 층만을 남기는 것으로 구성되는 방안이 기재되어 있다. 이러한 제거는 브러싱에 의해 또는 레이저 빔에 의해 수행될 수 있다. 금속간 합금층은 성형 작업 이전의 열처리 동안 탈탄 및 산화의 현상들을 방지하고 내식성을 보장하도록 보존된다.
본 발명의 목적은 레이저 용접 동안 베이스 금속/사전 코팅 상호작용에 대한 새로운 방안을 제공하는 것이다. 제조가 용이하고, 상기 사전-코트된 강판으로 제조되는 용접된 강 부품의 용접 금속 구역의 기계적 강도를 증가시키는 사전-코팅된 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 위해, 본 발명의 제 1 과제는, 사전-코팅된 강판의 반대편 면들 중 적어도 하나의 면의 주변부에서의 적어도 일 영역이 레이저 용접 방법 동안 사전-코팅과 상기 추가 코팅 사이의 증기 압력을 사전-코팅이 용접부로부터 떨어져 배출되는 임계 압력까지 증가시키도록 선택된 추가 코팅으로 코팅되는, 사전-코팅된 강판으로 구성된다.
본 발명에 따른 사전-코팅된 강판은 또한 개별적으로 또는 조합하여 아래에 나열된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 추가 코팅의 기화 온도는 사전-코팅의 기화 온도보다 높다.
- 추가 코팅은 감마젠 (gammagene) 원소들을 포함한다.
- 추가 코팅은 탄소 및/또는 니켈을 포함한다.
- 추가 코팅은 상기 사전-코팅된 강판의 하나의 면의 주변부를 따라 위치된다.
- 추가 코팅은 니켈을 포함하고, 그 두께는 15 내지 40 ㎛, 바람직하게는 20 내지 30 ㎛ 이다.
- 추가 코팅의 두께는 약 25 ㎛ 이다.
- 추가 코팅은 탄소를 포함하고, 그 두께는 30 내지 85 ㎛, 바람직하게는 35 내지 50 ㎛ 이다.
- 추가 코팅의 두께는 약 40 ㎛ 이다.
- 사전-코팅은 알루미늄 또는 알루미늄계 합금의 금속 합금 코팅이다.
- 금속 합금 코팅은, 중량 백분율로 표현되는, 8 내지 11% 의 규소 및 2 내지 4% 의 철을 포함하고, 금속 합금 코팅 조성의 나머지는 알루미늄 및 불가피한 불순물로 이루어진다.
- 강 기재의 조성은 중량 백분율로 표현되는 다음의 원소를 포함한다:
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%, 및
0.0002% ≤ B ≤ 0.010%
잔부는 철 및 가공에 따른 불가피한 불순물이다.
본 발명의 제 2 과제는, 사전-코팅된 강판의 반대편 면들 중 적어도 하나의 면의 주변부에서의 적어도 일 영역에 추가 코팅을 도포하는 단계를 적어도 포함하는 사전-코팅된 강판을 제조하는 방법으로 구성되며, 상기 추가 코팅은 레이저 용접 방법 동안 사전-코팅과 상기 추가 코팅 사이의 증기 압력을 사전-코팅이 용접부로부터 떨어져 배출되는 임계 압력까지 증가시키도록 선택된다.
본 발명에 따른 방법은 또한 개별적으로 또는 조합하여 아래에 나열된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 추가 코팅의 기화 온도는 사전-코팅의 기화 온도보다 높다.
- 추가 코팅은 감마젠 원소들을 포함한다.
- 추가 코팅은 탄소 및/또는 니켈을 포함한다.
본 발명의 다른 과제는, 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 반대편 면들 중 적어도 하나의 면의 주변부에서의 적어도 일 영역이 레이저 용접 방법 동안 사전-코팅과 상기 추가 코팅 사이의 증기 압력을 사전-코팅이 용접부로부터 떨어져 배출되는 임계 압력까지 증가시키도록 선택된 추가 코팅으로 코팅되는, 적어도 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 레이저 용접에 의해 획득된 강 부품으로 구성된다.
본 발명에 따른 강 부품은 또한 개별적으로 또는 조합하여 아래에 나열된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 추가 코팅은 상기 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 하나의 면의 주변부를 따라 위치된다.
- 추가 코팅은 니켈을 포함하고, 그 두께는 15 내지 40 ㎛, 바람직하게는 20 내지 30 ㎛, 가장 바람직하게는 약 20 ㎛ 이다.
- 추가 코팅은 탄소를 포함하고, 그 두께는 30 내지 85 ㎛, 바람직하게는 35 내지 50 ㎛, 가장 바람직하게는 약 40 ㎛ 이다.
- 용접 금속 구역의 탄소 함량은 추가 코팅 없이 적어도 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 레이저 용접으로 인한 용접 금속 구역의 탄소 함량에 비해 적어도 25% 만큼 증가된다.
- 사전-코팅은 알루미늄 또는 알루미늄계 합금의 금속 합금 코팅이다.
- 금속 합금 코팅은, 중량 백분율로 표현되는, 8 내지 11% 의 규소 및 2 내지 4% 의 철을 포함하고, 금속 합금 코팅 조성의 나머지는 알루미늄 및 불가피한 불순물로 이루어진다.
- 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 강 기재의 조성은, 중량 백분율로 표현되는 다음의 원소를 포함한다:
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%, 및
0.0002% ≤ B ≤ 0.010%
잔부는 철 및 가공에 따른 불가피한 불순물이다.
마지막으로, 본 발명은, 또한 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 반대편 면들 중 적어도 하나의 면의 주변부에서의 적어도 일 영역이 레이저 용접 방법 동안 사전-코팅과 상기 추가 코팅 사이의 증기 압력을 사전-코팅이 용접부로부터 떨어져 배출되는 임계 압력까지 증가시키도록 선택된 추가 코팅으로 미리 코팅된, 적어도 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 적어도 레이저 용접하는 단계를 포함하는 강 부품을 제조하는 방법으로 구성된다.
본 발명에 따른 방법은 또한 개별적으로 또는 조합하여 아래에 나열된 선택적인 특징들을 가질 수 있다:
- 레이저 용접은 맞대기 레이저 용접이다.
- 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 반대편 면들 중 하나의 면의 주변부에서의 적어도 일 영역에 추가 코팅의 도포 및 상기 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 용접을 동시에 수행한다.
- 추가 코팅의 기화 온도는 사전-코팅의 기화 온도보다 높다.
- 추가 코팅은 감마젠 원소들을 포함한다.
- 추가 코팅은 탄소 및/또는 니켈을 포함한다.
본 발명 다른 특징들 및 이점들은 다음의 설명에서 보다 상세하게 설명될 것이다.
본 발명은, 하기를 참조하여, 단지 설명의 목적으로만 제공되고, 제한하려는 의도가 아닌 이하의 설명을 정독한다면 보다 양호하게 이해될 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 사전-코팅된 강판의 개략적인 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 맞대기 레이저 용접 작업의 개략적인 사시도이다.
도 3 은 Zn 계 사전-코팅을 갖고 추가 코팅이 없는 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 레이저 용접 작업의 사진이다.
도 4 는 Zn 계 사전-코팅을 갖고 상기 강판들의 주변부에 본 발명에 따라 추가 코팅이 코팅된 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 레이저 용접 작업의 사진이다.
도 5 는 임의의 추가 코팅이 없는 케이스를 포함하는, 탄소를 포함하는 추가 코팅의 두께에 따른 용접된 구역에서의 총 페라이트 면적 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 6 은 임의의 추가 코팅이 없는 케이스를 포함하는, 탄소를 포함하는 추가 코팅의 두께에 따른 용접된 구역에서의 알루미늄 중량 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 7 은 임의의 추가 코팅이 없는 케이스를 포함하는, 탄소를 포함하는 추가 코팅의 두께에 따른 용접된 구역에서의 탄소 중량 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 8 은 임의의 추가 코팅이 없는 케이스를 포함하는, 대응하는 추가 코팅의 두께에 따라서, 탄소를 포함하는 추가 코팅으로 그리고 니켈을 포함하는 추가 코팅으로 상기 강판의 주변부가 코팅되는, 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 레이저 용접 작업으로부터 발생하는 용접된 구역의 극한 인장 강도의 비교 프로파일을 도시한다.
도 9 는 Al 계 사전-코팅을 갖고 추가 코팅이 없는 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 레이저 용접 작업의 사진이다.
도 10 은 Al 계 사전-코팅을 갖고 상기 강판들의 주변부에 본 발명에 따라 추가 코팅이 코팅된 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 레이저 용접 작업의 사진이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시형태에 따른 사전-코팅된 강판의 개략적인 사시도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시형태에 따른 방법의 맞대기 레이저 용접 작업의 개략적인 사시도이다.
도 3 은 Zn 계 사전-코팅을 갖고 추가 코팅이 없는 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 레이저 용접 작업의 사진이다.
도 4 는 Zn 계 사전-코팅을 갖고 상기 강판들의 주변부에 본 발명에 따라 추가 코팅이 코팅된 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 레이저 용접 작업의 사진이다.
도 5 는 임의의 추가 코팅이 없는 케이스를 포함하는, 탄소를 포함하는 추가 코팅의 두께에 따른 용접된 구역에서의 총 페라이트 면적 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 6 은 임의의 추가 코팅이 없는 케이스를 포함하는, 탄소를 포함하는 추가 코팅의 두께에 따른 용접된 구역에서의 알루미늄 중량 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 7 은 임의의 추가 코팅이 없는 케이스를 포함하는, 탄소를 포함하는 추가 코팅의 두께에 따른 용접된 구역에서의 탄소 중량 백분율을 나타내는 그래프이다.
도 8 은 임의의 추가 코팅이 없는 케이스를 포함하는, 대응하는 추가 코팅의 두께에 따라서, 탄소를 포함하는 추가 코팅으로 그리고 니켈을 포함하는 추가 코팅으로 상기 강판의 주변부가 코팅되는, 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 레이저 용접 작업으로부터 발생하는 용접된 구역의 극한 인장 강도의 비교 프로파일을 도시한다.
도 9 는 Al 계 사전-코팅을 갖고 추가 코팅이 없는 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 레이저 용접 작업의 사진이다.
도 10 은 Al 계 사전-코팅을 갖고 상기 강판들의 주변부에 본 발명에 따라 추가 코팅이 코팅된 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 레이저 용접 작업의 사진이다.
본 발명의 사전-코팅된 강판은, 일반적으로 부식으로부터 강 기재를 보호하도록 설계된 금속 코팅으로 코팅된다. 사전-코팅의 금속 코팅은, 예를 들어 Al 계일 수 있으며, 이는 프레스-경화 강들의 경우에 일반적으로 사용된다. 사전-코팅의 금속 코팅은, 예를 들어 Zn 계일 수 있으며, 이는 냉간 스탬핑 강들의 경우에 일반적으로 사용된다. Al 계는, 코팅이 적어도 50 중량% 의 Al 을 함유하는 것을 의미한다. Zn 계는, 코팅이 적어도 50 중량% 의 Zn 을 함유하는 것을 의미한다.
본 발명의 사전-코팅된 강판은 공개 EP 971044 에 기재된 바와 같이 연속 "딥 코팅" 이라 불리는 방법에 따라 용융 알루미늄의 욕에 침지되어 코팅된다. 용어 "판" 은 광범위한 의미에서 스트립, 코일 또는 판으로부터 절단함으로써 획득된 임의의 스트립 또는 물체를 의미하는데 사용된다. 딥핑 작업의 대상인 알루미늄 욕은 또한 8 내지 11% 규소 및 2 내지 4% 철을 포함할 수 있다. 따라서, 사전-코팅된 강판의 사전-코팅은 중량 백분율로 8 내지 11 중량% 의 규소 및 2 내지 4 중량%의 철을 포함하는 금속 합금 코팅이다.
강판의 강 기재를 구성하는 강은 중량 백분율로 표현되는 이하의 조성을 나타낸다:
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%, 및
0.0002% ≤ B ≤ 0.010%
잔부는 철 및 가공에 따른 불가피한 불순물이다.
서로 용접될 판들은 동일하거나 상이한 조성일 수 있다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 사전-코팅된 강판 (1) 은 강 기재 (3) 와 접촉하는 금속 합금 코팅 (2) 을 포함한다. 금속 합금 코팅 (2) 은 강 기재 (3) 의 표면과 접촉하는 AlSiFe 유형의 제 1 금속간 합금층 (4) 을 갖는다. 이 금속간 합금층 (4) 은 강 기재 (3) 와 알루미늄 욕 사이의 반응으로부터 유발된다. 이 금속간 합금층 (4) 은 사전-코팅 (2) 의 표면층을 형성하는 금속 합금층 (5) 에 의해 덮인다. 사전-코팅 (2) 은 판 (4) 의 2 개의 반대편 면들 (6a, 6b) 상에 존재한다.
본 발명에 따르면, 사전-코팅된 강판 (1) 의 상부면 (6a) 의 주변부 (7) 에서의 적어도 일 영역은 추가 코팅 (8) 으로 코팅된다. 본 발명의 일 실시형태를 나타내는 도 1 을 참조하면, 추가 코팅 (8) 은 강판 (1) 의 자유 에지 (9) 를 따라 연장된다. 추가 코팅 (8) 의 특성은 더욱 상세하게 설명될 것이다.
본 발명에 따르면, 추가 코팅 (8) 은 스핀 코팅에 의해, 또는 분무 페인팅에 의해 또는 페인트 브러시를 사용하는 것과 같은 도포 수단을 갖는 상기 추가 코팅 (8) 의 도포에 의해 상부면 (6a) 또는 양 면 (6a, 6b) 상에 도포될 수 있으며, 상기 도포 수단은 당업자에게 잘 알려져 있다. 추가 코팅 (8) 은 도 2 의 도시에 따라 레이저 용접 작업 이전에 실시하는 별도의 단계 또는 레이저 용접 작업과 동일한 공정 단계에서 도포된다.
도 2 를 참조하면, 제 1 판 (1) 및 제 2 판 (1') 은 각각의 자유 에지들 (9, 9') 사이의 접촉 또는 거의 접촉에 의해 종래의 레이저 용접 기술에 따라 맞대기-조인트 또는 맞대기-용접 구성으로 알려진 에지-투-에지로 배치된다.
도 2 는 각 판 (1, 1') 의 주변부에 추가 코팅 (8, 8') 의 도포를 보장하는 적어도 하나의 도포 수단 (12) 을 포함하고 그리고 레이저 빔 (13) 을 더 포함하는 용접 헤드 (11) 를 포함하는 레이저 용접 기계 (10) 의 일부를 나타낸다. 레이저 용접 작업 동안, 레이저 용접 기계 (10) 와 용접될 강판들 사이의 상대 이동이 보장되고, 용접 기계 (10) 의 상대 이동은 화살표 (F) 로 도시된 용접 방향을 따른다. 추가 코팅 (8, 8') 은 레이저 빔 (13) 의 상류에 위치된 도포 수단 (12) 에 의해 사전-코팅된 강판 (1, 1') 의 각각의 주변부 상에 도포된다. 동시에, 레이저 빔 (13) 은 그 주변부가 이미 추가 코팅 (8, 8') 으로 코팅된 강판들 (1, 1') 사이의 접합부를 따라 용접을 작동시키고, 이어서 2 개의 강판들 (1, 1') 을 함께 연결하는 용접 금속 구역 (14) 을 형성한다. 대안적으로, 레이저 빔은 도 2 에 도시되지 않은 필러 와이어와 결합될 수 있다. 그 결과 강 부품 (100) 은 용접 금속 구역 (14) 에 의해 결합된 베이스 금속 (101, 101') 으로 명명될 본질적으로 2 개의 플레이트들을 포함한다.
용접 방법은 당업자가 잘 알고 있는 조건 및 장비로 실현된다.
추가 코팅 (8) 은, 레이저 용접 동안 상기 사전-코팅 (2) 과 상기 추가 코팅 (8) 사이의 증기 압력을, 사전-코팅 (2) 이 용접부로부터 멀리 배출되는 임계 압력까지 증가시키기 위해 사전-코팅 (2) 과 연계하여 고려되는 자신의 능력 하에서 먼저 선택된다. 사전-코팅 (2) 이 AlSiFe 유형일 때, 용접 구역으로부터의 그의 배출은 용접 금속 구역 내의 알루미늄 함량을 방지하거나 적어도 제한하도록 유도하는데, 이는 더 상세히 설명될 것이다.
이러한 배출을 제공하기 위해, 추가 코팅 (8) 은 사전-코팅 (2) 과 상기 추가 코팅 (8) 사이의 증기 압력이 레이저 용접 동안 충분히 증가할 수 있게 하는 상태로 유지되어야 한다. 이를 위해, 바람직하게는, 추가 코팅 (8) 의 기화 온도는 사전-코팅 (2) 의 기화 온도보다 높아서, 사전 코팅 (2) 과 추가 코팅 (8) 사이의 용접 구역에서의 온도 증가로 인한 사전-코팅 (2) 의 기화가 증기 압력을, 추가 코팅 (8) 이 사전-코팅 (2) 의 일부와 함께 배출되는 임계 압력까지 증가시키도록 유도될 수 있다. AlSiFe 유형 사전-코팅 (2) 의 기화 온도가 알루미늄의 약 2520℃ 기화 온도에 대응하는 것을 고려하면, 적어도 2720℃ 초과의 기화 온도를 갖는 추가 코팅 (8) 을 갖는 것이 바람직하다.
추가 코팅 (8) 은 또한 바람직하게는 용접 구역에 감마젠 원소들을 가져오도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 추가 코팅 (8) 은 유리하게는 탄소 및/또는 니켈을 포함한다. 탄소가 약 3500℃ 의 기화 온도를 갖고 니켈이 약 2913℃ 의 기화 온도를 갖기 때문에, 이들은 또한 전술한 바와 같이 사전-코팅 (2) 과 추가 코팅 (8) 사이의 증기 압력의 충분한 증가를 허용하는 가능한 후보이다. 추가 코팅 (8) 이 탄소계일 때, PELCO® Conductive Graphite Isopropanol 계가 유리하게 사용될 수 있다.
도 3, 도 4 및 도 9, 도 10 을 참조하면, 추가 코팅을 포함하는 본 발명의 사전-코팅된 강판의 레이저 용접은 추가 코팅 없이 사전-코팅된 강판의 레이저 용접 (도 3 및 도 9) 과 비교하여, 스파크 형태 (도 4 및 도 10) 의 재료 (알루미늄) 배출을 수반한다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따르면, 추가 코팅 (8) 은 사전-코팅된 강판 (1) 의 하나의 면 또는 양 반대편 면 상의 주변부를 따라 도포될 수 있다.
추가 코팅 (8) 이 사전-코팅된 강판 (1) 의 하나의 면 상에 도포될 때 그리고 추가 코팅 (8) 이 순수 니켈을 포함할 때, 상기 추가 코팅 (8) 의 두께는 15 내지 40 ㎛, 바람직하게는 20 내지 30 ㎛, 가장 바람직하게는 약 25 ㎛ 일 수 있다.
추가 코팅 (8) 이 사전-코팅된 강판 (1) 의 하나의 면 상에 도포될 때 그리고 추가 코팅 (8) 이 탄소 (PELCO® Conductive Graphite Isopropanol 계) 를 포함할 때, 상기 추가 코팅 (8) 의 두께는 30 내지 85 ㎛, 바람직하게는 35 내지 50 ㎛, 가장 바람직하게는 약 40 ㎛ 일 수 있다.
추가 코팅 (8) 의 폭은 적어도 용접 구역을 덮도록 조정된다. 이를 위해, 추가 코팅 (8) 의 폭은 2 mm 내지 5 mm 일 수 있다.
실시예
1
이 실시예에서, 추가 코팅 (8) 은 함께 용접되도록 의도된 각각의 사전-코팅된 강판 (1, 1') 의 하나의 면 (상부면) 에만 도포된다.
각각의 사전-코팅된 강판 (1, 1') 은 Al-Si 코팅된 프레스-경화 강 (PHS) (USIBOR® 1500) 이다.
사용된 프레스-경화 강의 화학적 조성은 하기 표 1 에 나타낸다.
Al-Si 의 사전-코팅 (2) 은 90 중량% 의 알루미늄 및 8 중량% 의 규소 및 2 중량% 의 철을 포함한다. 사전-코팅 (2) 의 두께는 약 15 마이크로미터이다.
도 5, 도 6 및 도 7 을 참조하면, 추가 코팅 (8) 은 상품명 PELCO® Conductive Graphite Isopropanol 계로 시판되는 이소프로판올계 흑연 저항성 및 건식 필름 윤활제 코팅이다. 이 실시예에서, 맞대기-용접 작업은 먼저 플레이트상의 비드 (bead on plate) 유형 구성을 사용하여 시뮬레이션되었다. 이 구성에서, 용접될 (맞대기-용접 구성) 나란히 위치되는 2 개의 별개의 사전-코팅된 판들을 사용하는 대신에, 추가 코팅의 사전 도포와 함께 그리고 사전 도포 없이, 판의 표면에 레이저 빔을 적용함으로써 레이저 용접 작업이 시뮬레이션되는 단일 판을 사용하여 실험이 수행된다. 맞대기-용접 공정과 동일한 유형의 레이저와 동일한 재료를 사용하기 때문에, 플레이트상의 비드 구성은 레이저 빔에 의해 초래되는 에너지의 효과 및 기재, 사전-코팅 및 추가 코팅 사이의 상호작용과 연관된 물리적 현상을 시뮬레이션하는 편리한 방법이다. 용접할 2 개의 판들을 나란히 설정하는 것이 아니기 때문에 맞대기 용접보다 구현이 간단하여 실험을 수행하는 것이 편리하다.
사전-코팅된 강판들을 각각 4 kW 및 4 m/분의 출력 및 속도로 IPG 포토닉스 이테르븀 섬유 레이저 시스템 (모델: YLS-6000-S2) 을 사용하여 플레이트상의 비드 구성으로 용접한다. 레이저 용접 시스템에 대한 상세한 설명은 하기 표 2 에 제공된다.
용접 후, 용접된 판들을 930℃ 에서 5 분 동안 노에서 오스테나이트화한 후, 평평한 다이들 사이에서 켄칭한다.
페라이트 함량 (도 5 의 도면부호 15), 알루미늄 함량 (도 6 의 도면부호 16) 및 탄소 함량 (도 7 의 도면부호 17) 은 탄소 추가 코팅 (8) 의 두께의 함수로서 Clemex Vision Lite 소프트웨어를 사용하여 이미지 분석에 의해 융합 구역에서 측정된다.
도 5 를 참조하면, 용접 금속 구역에서의 페라이트 면적 백적율 (15) 은, 용접된 판들이 추가 코팅으로 코팅되지 않을 때의 용접 금속 구역에서의 페라이트 면적 백분율에 비교하여 20 ㎛ 의 탄소 코팅 두께에 대해 상당히 감소되고, 40 ㎛ 의 탄소 코팅 두께에 대해 30% 만큼 가장 상당히 감소됨을 알 수 있다.
이러한 페라이트 면적 백분율 감소는 레이저 용접 동안 Al-Si 의 사전-코팅 (2) 에 포함된 알루미늄의 배출에 의해 설명될 수 있다. 이러한 배출은 도 6 에 의해 확인되며, 여기서 용접 금속 구역에서의 알루미늄 중량 백분율 (16) 은, 20 ㎛ 의 탄소 코팅 두께에 대해 상당히 감소되고, 용접된 판들이 추가 코팅으로 코팅되지 않을 때의 용접 금속 구역에서의 알루미늄 중량 백분율과 비교하여 40 ㎛ 의 탄소 코팅 두께의 탄소 코팅에 대해 30% 만큼 가장 상당히 감소됨을 알 수 있다.
이와 동시에, 도 7 에 도시된 바와 같이, 용접 금속 구역 내의 탄소 중량 백분율은 탄소 코팅 두께의 증가에 따라 증가한다.
도 8 은 추가 코팅 두께의 함수로서 탄소 (도면부호 19) 및 니켈 (도면부호 18) 의 추가 코팅으로 각각 코팅된 본 발명의 2 개의 사전-코팅된 강판들의 맞대기 조인트 구성에서 레이저 용접 작업으로부터 초래되는 용접된 구역의 극한 인장 강도의 비교 프로파일을 도시한다. 도면부호 20 은 강 기재의 1543 MPa 의 극한 인장 강도를 나타낸다.
니켈을 포함하는 추가 코팅 (도면부호 19) 에 대해서, 극한 인장 강도는 25 ㎛ 의 추가 코팅 두께에 대해 1539 MPa 의 최대 극한 인장 강도에 도달하고, 이어서 금속 용접 구역으로부터 베이스 금속으로 파괴를 시프팅시킨다. 금속 용접 구역에서의 체계적인 파괴를 방지하기 위해, 그리고 참조된 곡선 (19) 의 형상을 참조하면, 니켈 코팅 두께는 15 내지 40 ㎛, 바람직하게는 20 내지 30 ㎛ 일 수 있다.
탄소를 포함하는 추가 코팅 (도면부호 18) 에 대해서, 극한 인장 강도는 40 ㎛ 의 추가 코팅 두께에 대해 1555 MPa 의 최대 극한 인장 강도에 도달하고, 이어서 금속 용접 구역으로부터 베이스 금속으로 파괴를 시프팅시킨다. 금속 용접 구역에서의 체계적인 파괴를 방지하기 위해, 그리고 참조된 곡선 (18) 의 형상을 참조하면 탄소 코팅 두께는 30 내지 85 ㎛, 바람직하게는 35 내지 50 ㎛ 일 수 있다.
실시예
2
이 실시예에서, 사전-코팅은 냉간 스탬핑 강들의 경우에 전형적으로 사용되는 Zn 계 사전-코팅이다. 이 실험은 맞대기 용접 구성을 사용하여 수행되었다. 사용된 추가 코팅은 Ni-계 코팅이다. 도 9 는 추가 코팅 없이 수행된 맞대기 용접 작업의 사진이다. 볼 수 있는 바와 같이, 사전-코팅의 배출은 실시되지 않는다. 한편, 용접될 에지들에 추가 코팅이 도포된 판들의 경우에, 도 10 에서 볼 수 있는 바와 같이, 스파크 형태의 사전-코팅 배출이 발생한다.
요약하면, 용접 이전에 각각의 사전-코팅된 강판의 주변부의 영역의 적어도 하나의 면 상에 코팅된 탄소 또는 니켈 추가 코팅을 도입함으로써, 사전-코팅된 강판들이 맞대기 조인트 레이저 용접에 의해 성공적으로 조인트되었다. 용접 금속 구역 내의 알루미늄 함량은 연질 델타-페라이트 상을 형성하는데 필요한 임계값 미만으로 감소되고; 따라서, 용접 풀 내의 델타-페라이트 상 형성이 억제/제거된다. 용접 금속 구역 미세조직은 페라이트-마르텐사이트 이중상 조직으로부터 프레스-경화 조건에서 용접되지 않은 베이스 금속에 비교하여 높은 기계적 특성 (미세경도 및 인장 특성 모두) 을 나타내는 완전 마르텐사이트 조직으로 변태된다. 극한 인장 강도는 용접되지 않은 베이스 금속과 유사하게 얻어지며; 파단 경로는 용접 금속 구역으로부터 베이스 금속으로 시프팅된다. 사전-코팅된 강 부품들을 열간 스탬핑한 후의 용접된 조인트 강도 및 연성은 용접되지 않은 베이스 프레스-경화된 강들의 레벨로 향상된다.
Claims (28)
- 강 기재 (3) 및 상기 강 기재 (3) 의 표면과 접촉하는 금속성 사전-코팅 (2) 을 포함하는 사전-코팅된 강판 (1, 1') 으로서,
상기 사전-코팅된 강판 (1, 1') 의 반대편 면들 (6a, 6b) 중 적어도 하나의 면의 주변부 (7) 에서의 적어도 일 영역은 스핀 코팅 또는 분무 페인팅에 의해 또는 페인트 브러시를 사용하여 금속 합금 코팅 (2) 의 상부에 도포되는 추가 코팅 (8, 8') 으로 코팅되고,
상기 추가 코팅 (8, 8') 은 상기 금속 합금 코팅 (2) 보다 높은 기화 온도를 가지며, 레이저 맞대기-용접 방법 동안 상기 사전-코팅 (2) 과 상기 추가 코팅 (8, 8') 사이의 증기 압력을 상기 사전-코팅 (2) 이 용접부 (14) 로부터 떨어져 배출되는 임계 압력까지 증가시키도록 선택되는, 사전-코팅된 강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 추가 코팅은 감마젠 원소들 (gammagene elements) 을 포함하는, 사전-코팅된 강판. - 제 2 항에 있어서,
상기 추가 코팅은 탄소 및/또는 니켈을 포함하는, 사전-코팅된 강판. - 제 3 항에 있어서,
상기 추가 코팅은 니켈을 포함하고, 그 두께가 15 내지 40 ㎛, 바람직하게는 20 내지 30 ㎛ 인, 사전-코팅된 강판. - 제 3 항에 있어서,
상기 추가 코팅은 탄소를 포함하고, 그 두께가 30 내지 85 ㎛, 바람직하게는 35 내지 50 ㎛ 인, 사전-코팅된 강판. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사전-코팅 (2) 은 알루미늄 또는 알루미늄계 합금의 금속 합금 코팅인, 사전-코팅된 강판. - 제 6 항에 있어서,
상기 금속 합금 코팅은, 중량 백분율로 표현되는, 8 내지 11% 의 규소 및 2 내지 4% 의 철을 포함하고, 금속 합금 코팅 조성의 나머지는 알루미늄 및 불가피한 불순물로 이루어지는, 사전-코팅된 강판. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 합금 코팅은 적어도 50% 의 아연을 포함하는, 사전-코팅된 강판. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강 기재 (3) 의 조성은, 중량 백분율로 표현되는, 하기 원소를 포함하고,
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%, 및
0.0002% ≤ B ≤ 0.010%
잔부가 철 및 가공에 따른 불가피한 불순물인, 사전-코팅된 강판. - 강 기재 (3) 및 상기 강 기재 (3) 의 표면과 접촉하는 금속성 사전-코팅 (2) 을 포함하는 사전-코팅된 강판을 제조하는 방법으로서,
상기 방법은, 상기 사전-코팅된 강판 (1, 1') 의 반대편 면들 (6a, 6b) 중 적어도 하나의 면 (6a; 6b) 의 주변부 (7) 에서의 적어도 일 영역에 추가 코팅 (8, 8') 을 스핀 코팅 또는 분무 페인팅에 의해 또는 페인트 브러시를 사용하여 금속 합금 코팅 (2) 의 상부에 도포하는 단계를 적어도 포함하고,
상기 추가 코팅 (8, 8') 은 상기 금속 합금 코팅 (2) 보다 높은 기화 온도를 가지며, 레이저 맞대기-용접 방법 동안 상기 사전-코팅 (2) 과 상기 추가 코팅 (8, 8') 사이의 증기 압력을 상기 사전-코팅 (2) 이 용접부 (14) 로부터 떨어져 배출되는 임계 압력까지 증가시키도록 선택되는, 사전-코팅된 강판을 제조하는 방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 추가 코팅은 감마젠 원소들을 포함하는, 사전-코팅된 강판을 제조하는 방법. - 제 11 항에 있어서,
상기 추가 코팅 (8, 8') 은 탄소 및/또는 니켈을 포함하는, 사전-코팅된 강판을 제조하는 방법. - 강 기재 (3) 및 상기 강 기재 (3) 의 표면과 접촉하는 금속성 사전-코팅 (2) 을 각각 포함하는 적어도 제 1 사전-코팅된 강판 (1) 및 제 2 사전-코팅된 강판 (1') 의 레이저 맞대기-용접에 의해 획득되는 강 부품으로서,
상기 제 1 사전-코팅된 강판 (1) 및 상기 제 2 사전-코팅된 강판 (1') 의 반대편 면들 (6a, 6b) 중 적어도 하나의 면 (6a; 6b) 의 주변부 (7) 에서의 적어도 일 영역은 스핀 코팅 또는 분무 페인팅에 의해 또는 페인트 브러시를 사용하여 상기 금속 합금 코팅 (2) 의 상부에 도포되는 추가 코팅 (8, 8') 으로 코팅되고,
상기 추가 코팅 (8, 8') 은 상기 금속 합금 코팅 (2) 보다 높은 기화 온도를 가지며, 상기 레이저 맞대기-용접 방법 동안 상기 사전-코팅 (2) 과 상기 추가 코팅 (8) 사이의 증기 압력을 상기 사전-코팅 (2) 이 용접부로부터 떨어져 배출되는 임계 압력까지 증가시키도록 선택되는, 강 부품. - 제 13 항에 있어서,
용접 금속 구역 (14) 의 알루미늄 함량은 추가 코팅 없이 적어도 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 레이저 맞대기-용접 방법으로 인한 용접 금속 구역의 알루미늄 함량에 비교하여 적어도 30% 만큼 감소되는, 강 부품. - 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
용접 금속 구역 (14) 의 페라이트 함량은 추가 코팅 없이 적어도 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 레이저 맞대기-용접으로 인한 용접 금속 구역의 페라이트 함량에 비교하여 적어도 30% 만큼 감소되는, 강 부품. - 제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추가 코팅 (8, 8') 은 감마젠 원소들을 포함하는, 강 부품. - 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추가 코팅 (8, 8') 은 탄소 및/또는 니켈을 포함하는, 강 부품. - 제 17 항에 있어서,
상기 추가 코팅은 니켈을 포함하고, 그 두께가 15 내지 40 ㎛, 바람직하게는 20 내지 30 ㎛ 인, 강 부품. - 제 17 항에 있어서,
상기 추가 코팅 (8, 8') 은 탄소를 포함하고, 그 두께가 30 내지 85 ㎛, 바람직하게는 35 내지 50 ㎛ 인, 강 부품. - 제 17 항 또는 제 19 항에 있어서,
상기 용접 금속 구역 (14) 의 탄소 함량은 추가 코팅 없이 적어도 제 1 사전-코팅된 강판 및 제 2 사전-코팅된 강판의 레이저 맞대기-용접으로 인한 용접 금속 구역의 탄소 함량에 비교하여 적어도 25% 만큼 증가되는, 강 부품. - 제 13 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사전-코팅 (2) 은 알루미늄 또는 알루미늄계 합금의 금속 합금 코팅인, 강 부품. - 제 13 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 사전-코팅 (2) 은 적어도 50% 아연을 포함하는 금속 합금 코팅인, 강 부품. - 제 21 항에 있어서,
상기 금속 합금 코팅 (2) 은, 중량 백분율로 표현되는, 8 내지 11% 의 규소 및 2 내지 4% 의 철을 포함하고, 금속 합금 코팅 조성의 나머지는 알루미늄 및 불가피한 불순물로 이루어지는, 강 부품. - 제 13 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 사전-코팅된 강판 (1) 및 상기 제 2 사전-코팅된 강판 (1') 의 상기 강 기재 (3) 의 조성은, 중량 백분율로 표현되는 하기 원소들을 포함하고:
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%, 및
0.0002% ≤ B ≤ 0.010%
잔부가 철 및 가공에 따른 불가피한 불순물인, 강 부품. - 강 기재 (3) 및 상기 강 기재 (3) 의 표면과 접촉하는 금속성 사전-코팅 (2) 을 각각 포함하는 적어도 제 1 사전-코팅된 강판 (1) 및 제 2 사전-코팅된 강판 (1') 의 레이저 맞대기-용접 단계를 적어도 포함하는 강 부품을 제조하는 방법으로서,
상기 제 1 사전-코팅된 강판 (1) 및 상기 제 2 사전-코팅된 강판 (1') 의 반대편 면들 (6a, 6b) 중 적어도 하나의 면 (6a; 6b) 의 주변부 (7) 에서의 적어도 일 영역은 스핀 코팅 또는 분무 페인팅에 의해 또는 페인트 브러시를 사용하여 금속 합금 코팅 (2) 의 상부에 도포되는 추가 코팅 (8, 8') 으로 미리 코팅되었고,
상기 추가 코팅 (8, 8') 은 상기 금속 합금 코팅 (2) 보다 높은 기화 온도를 가지며, 레이저 맞대기-용접 방법 동안 상기 사전-코팅 (2) 과 상기 추가 코팅 (8, 8') 사이의 증기 압력을 상기 사전-코팅 (2) 이 용접부 (14) 로부터 떨어져 배출되는 임계 압력까지 증가시키도록 선택되는, 강 부품을 제조하는 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 제 1 사전-코팅된 강판 (1) 및 상기 제 2 사전-코팅된 강판 (1') 의 반대편 면들 (6a, 6b) 중 하나의 면 (6a) 의 주변부 (7) 에서의 적어도 일 영역에 상기 추가 코팅 (8, 8') 의 도포 및 상기 제 1 사전-코팅된 강판 (1) 및 제 2 사전-코팅된 강판 (1') 의 레이저 맞대기-용접을 동시에 수행하는, 강 부품을 제조하는 방법. - 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서,
상기 추가 코팅 (8, 8') 은 감마젠 원소들을 포함하는, 강 부품을 제조하는 방법. - 제 25 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추가 코팅 (8, 8') 은 탄소 및/또는 니켈을 포함하는, 강 부품을 제조하는 방법.
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