KR20230112728A

KR20230112728A - 골격 부재

Info

Publication number: KR20230112728A
Application number: KR1020237022821A
Authority: KR
Inventors: 료마 가토; 다카히로 아이토; 신고 후지나카; 유리 도다
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2021-04-22
Filing date: 2022-04-14
Publication date: 2023-07-27
Also published as: EP4249158A1; CN116761691A; JPWO2022224898A1; JP7140311B1; MX2023007934A; US20240058887A1

Abstract

이 골격 부재는, 제1 강판 부재와 제2 강판 부재를 스폿 용접부에서 스폿 용접함으로써 접합한 골격 부재이다. 상기 골격 부재의 긴 변 방향에 수직인 단면이 폐단면인 단면 영역을 갖고, 상기 제1 강판 부재는 1900MPa 이상의 인장 강도를 갖고, 상기 스폿 용접부는, 상기 스폿 용접에 의해 형성된 용융 금속부와, 상기 용융 금속부의 외측에 인접하는 열 영향부를 갖는다. 상기 가상 직선 상에 있어서의, 상기 제1 영역에 대응하는 측정 개소에 있어서의 평균 비커스 경도 Hv_Ave와, 상기 가상 직선 상에 있어서의, 상기 제3 영역에 대응하는 측정 개소에 있어서의 최저 비커스 경도 Hv_Min이, Hv_Ave-Hv_Min≤100을 만족시킨다.

Description

골격 부재

본 발명은, 충돌 시의 스폿 용접부로부터의 파단을 억제함으로써 고강도화에 적합한 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘 가능한 골격 부재에 관한 것이다.

본원은, 2021년 4월 22일에, 일본에 출원된 일본 특허 출원 제2021-072691호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

자동차 업계에서는, 충돌 시의 충격을 저감할 수 있는 차체 구조의 개발이 진행되고 있다. 차체 구조를 구축하는 골격 부재에는, 충돌 에너지를 흡수시킬 것이 요구되고, 예를 들어 복수의 강판을 프레스 성형 등에 의해 소정 형상으로 성형한 후, 스폿 용접에 의해 폐단면화한 구조가 채용되고 있다.

이러한 구조에 있어서는, 충돌 시의 입력에 의해 부재가 변형된 경우에 있어서도 스폿 용접부가 쉽게 파단하지 않고, 부재의 폐단면을 유지할 수 있게 하는 강도를 확보하는 것이 중요하다.

일반적으로 강판을 고강도화함으로써, 골격 부재의 단위 질량당의 충돌 시의 흡수 에너지를 높일 수 있다. 이 때문에, 강판의 고강도화는 자동차 차체의 경량화 수단으로서 사용되는 경우가 많다.

한편으로, 강판의 고강도화에 의해, 스폿 용접부의 강도가 저하되는 것이 알려져 있다. 따라서, 고강도의 강판을 사용하여 스폿 용접에 의해 폐단면화하는 경우에는, 부재에 충돌 입력이 가해졌을 때에 스폿 용접부가 파단하지 않도록 연구할 필요가 있다. 스폿 용접부로부터의 파단이 발생하면, 폐단면을 유지할 수 없고, 고강도화에 적합한 에너지 흡수 성능이 얻어지지 않기 때문이다.

이러한 실상으로부터, 고강도화에 적합한 에너지 흡수 성능을 얻는 것을 목적으로 한 골격 부재가 제안되어 있다.

예를 들어 특허문헌 1에는, 제1 강판과 제2 강판과 제1 용접 금속부를 구비하고, 제2 강판의 제1 용접 금속부의 주위 4mm 이내의 영역의 최저 비커스 경도는, 제2 강판의 영역의 외측의 경도의 80％ 이상인 자동차 골격 부재가 개시되어 있다.

국제 공개 제2020/090916호

특허문헌 1의 기술에 의하면, 용접부를 포함한 부재 전체의 강도의 향상과 충격 흡수 특성의 향상을 양립시키는 것이 가능하다고 되어 있다.

그러나, 특허문헌 1이 해결하려고 하는 과제는 HAZ 연화에 의한 경도 저하의 억제에 관한 것이지만, 강판을 고강도화한 경우에 있어서의, 접합 강도 저하의 요인은, HAZ 연화에 의한 경도 저하에 한정된 것은 아니고, 특허문헌 1의 기술을 가지고 해도, 사용하는 강재에 따라서는 스폿 용접부로부터의 파단에 의해 원하는 에너지 흡수 성능을 발휘할 수 없는 경우가 있고, 에너지 흡수 성능을 더 높일 여지가 있었다.

본 발명은, 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 본 발명의 목적으로 하는 점은, 충돌 시의 스폿 용접부에서의 파단을 억제함으로써 고강도화에 적합한 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘 가능한 골격 부재를 제공하는 데 있다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은 이하의 구성을 채용한다.

(1) 본 발명의 제1 양태는, 제1 강판 부재와 제2 강판 부재를 스폿 용접부에서 스폿 용접함으로써 접합한 골격 부재이며, 상기 골격 부재의 긴 변 방향에 수직인 단면이 폐단면인 단면 영역을 갖고, 상기 제1 강판 부재는 1900MPa 이상의 인장 강도를 갖고, 상기 스폿 용접부는, 상기 스폿 용접에 의해 형성된 용융 금속부와, 상기 용융 금속부의 외측에 인접하는 열 영향부를 갖고, 상기 용융 금속부의 중심점을 포함하는 상기 긴 변 방향에 수직인 단면에 있어서, 상기 용융 금속부에 상당하는 영역을 제1 영역으로 정의하고, 상기 열 영향부에 상당하는 영역을 제2 영역으로 정의하고, 상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계로부터 상기 제1 영역측으로 100㎛ 이격할 때까지의 영역과, 상기 경계로부터 상기 제2 영역측으로 100㎛ 이격할 때까지의 영역에 의해 구성되는 영역을 제3 영역으로 정의하고, 상기 제1 영역의 중앙부에서 상기 제2 영역측으로 연장되는 가상 직선을 따라, 10gf의 하중으로 15㎛ 피치로 비커스 경도를 측정했을 때, 상기 가상 직선 상에 있어서의, 상기 제1 영역에 대응하는 측정 개소에 있어서의 평균 비커스 경도 Hv_Ave와, 상기 가상 직선 상에 있어서의, 상기 제3 영역에 대응하는 측정 개소에 있어서의 최저 비커스 경도 Hv_Min이, Hv_Ave-Hv_Min≤100을 만족시키는 골격 부재이다.

(2) 상기 (1)에 기재된 골격 부재에서는, 상기 골격 부재의 긴 변 방향에 수직인 단면에 있어서의, 상기 제1 강판 부재에 있어서의 상기 스폿 용접부가 형성되어 있는 부위의 판 두께 방향을 따르는, 상기 제1 강판 부재의 높이 h1과, 상기 제1 강판 부재에 있어서의 상기 스폿 용접부가 형성되어 있는 부위의 판 두께 방향에 수직인 방향을 따르는, 상기 골격 부재의 폭 w와의 비율 h1/w가 0.6 이하인 단면 영역을 가져도 된다.

(3) 상기 (2)에 기재된 골격 부재에서는, 상기 비율 h1/w가 0.6 이하인 단면 영역이, 상기 골격 부재의 상기 긴 변 방향의 전체 길이의 50％ 이상으로 존재해도 된다.

상기의 양태에 의하면, 용융 금속과 HAZ부의 경계의 근방의 경도 분포가 적정화되어 있음으로써, 충돌 시의 스폿 용접부에서의 파단을 억제할 수 있고, 고강도화에 적합한 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘 가능하게 된다.

도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 골격 부재를 도시하는 사시도이다.
도 2a는, 동 실시 형태에 관한 골격 부재의 스폿 용접부의 근방을 도시하는 개략 단면도이다.
도 2b는, 도 2a의 가상 직선 a를 따르는 경도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 3a는, Mn 함유량이 1.27질량％인 강판 부재를 사용한 골격 부재의 스폿 용접부의 근방을 도시하는 개략 단면도이다.
도 3b는, 도 3a의 가상 직선 a를 따르는 경도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4는, 실시예에서 사용하는 부재의 단면 형상을 설명하기 위한 모식도이다.
도 5는, 실험예의 3점 굽힘 시험 조건을 설명하기 위한 모식도이다.
도 6a는, 3점 굽힘 시험에 의해 스폿 파단이 발생한 상태를 나타내는 모식도이며, 편측 5군데에 스폿 파단이 발생한 상태를 나타낸다.
도 6b는, 3점 굽힘 시험에 의해 스폿 파단이 발생한 상태를 나타내는 모식도이며, 편측 1군데에 스폿 파단이 발생한 상태를 나타낸다.

본 발명자들은, 고강도화에 적합한 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘할 수 있는 골격 부재의 구성에 대하여 예의 검토하였다.

본 발명자들은, 2.0GPa 초과의 핫 스탬프재를 골격 부재의 재료로서 적용한 경우에 발생하는 스폿 파단에 대하여 분석하는 중에, 동일한 강도여도 Mn 함유량이 다른 경우에 스폿 파단의 발생 빈도가 다른 것에 착안하였다.

그리고, 본 발명자들은, 2.0GPa 초과의 핫 스탬프재를 2매 중첩하여 스폿 용접한 골격 부재의 스폿 용접부의 근방의 경도 분포를 자세하게 조사하였다. 그 결과, 스폿 파단이 발생하기 쉬운 골격 부재에 있어서는, HAZ 연화부와는 별도로, 용융 금속과 HAZ부의 경계의 근방에 있어서, 용융 금속의 평균 경도보다도 경도가 100Hv 이상 저하되는 부위가 존재하는 경향이 있는 것을 발견하였다.

또한, 이 경향은, Mn 함유량이 높은 강판 재료를 사용한 경우에 있어서 현저한 것에 착안하고, 더한층의 연구를 행하였다. 그 결과, 용융 금속과 HAZ부의 경계의 근방에 발생하는 Mn 결핍층의 존재가 상기의 경향의 원인인 것을 본 발명자들은 발견하였다.

이들의 발견에 기초하여, 본 발명자들은, 용융 금속과 HAZ부의 경계의 근방의 경도 분포를 적정화함으로써, 2.0GPa 초과의 핫 스탬프재를 적용한 골격 부재에 있어서도 스폿 파단을 억제할 수 있고, 고강도화에 적합한 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.

이하, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 골격 부재(1)에 대하여 설명한다.

또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.

먼저, 본 명세서에 있어서의 어구에 대하여 설명한다.

「긴 변 방향 Z」는, 골격 부재의 재축 방향, 즉, 축선이 연장되는 방향을 의미한다. 「폭 방향 X」는, 긴 변 방향 Z에 수직인 방향 중, 스폿 용접되는 2개의 강판 부재의 접합면이 연장되는 방향이다. 「높이 방향 Y」는, 긴 변 방향 Z와 폭 방향 X에 수직인 방향이다.

「용융 금속부」란, 중첩된 강판 부재가 스폿 용접 열에 의해 용융하여 일체가 된 부위를 의미한다. 용융 금속부는 너깃이라고 호칭되는 경우도 있다.

「열 영향부」란, 용융 금속부보다도 외측에 인접하여 형성되는 부위이고, 스폿 용접 열의 영향에 의해 모재 금속부의 조직과는 다른 조직을 갖는 부위이다. 열 영향부는 HAZ(Heat Affected Zone)라고 호칭되는 경우도 있다.

또한, 통상 열 영향부에 있어서의 외주 영역에서는, 스폿 용접 열의 영향에 의해 용융 금속부 및 모재 금속부보다도 연화된 HAZ 연화부가 존재한다.

도 1은, 골격 부재(1)의 사시도이다. 골격 부재(1)는, 긴 변 방향 Z를 따라 연장되는 중공 통 형상의 긴 부재이다. 골격 부재(1)는, 제1 강판 부재(10)와 제2 강판 부재(20)가 복수의 스폿 용접부(50)에 의해 접합됨으로써 구성된다.

제1 강판 부재(10)는, 강판을, 해트형 단면 형상으로 프레스 성형함으로써 얻어지는 부재이다. 제1 강판 부재(10)의 판 두께(즉, 프레스 성형 전의 강판의 판 두께)는 0.4mm 이상 4.2mm 이하이면 된다.

도 1에 도시하는 바와 같이, 제1 강판 부재(10)는, 천장판(11)과, 천장판(11)의 폭 방향 X의 단부 테두리로부터 굴곡하여 연장되는 한 쌍의 측벽(13, 13)과, 한 쌍의 측벽(13, 13)에 있어서의 천장판(11)과는 반대측의 단부 테두리로부터 굴곡하여 폭 방향 X로 외측을 향하여 연장되는 한 쌍의 플랜지(15, 15)를 갖는다.

제1 강판 부재(10)는, 1900MPa 이상의 인장 강도를 갖는다. 제1 강판 부재(10)가 1900MPa 이상의 인장 강도를 가짐으로써, 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘 할 수 있다.

단, 골격 부재(1)의 충격 변형 시에 스폿 용접부(50)로부터의 파단이 발생하고, 폐단면이 붕괴되는 경우에 있어서는, 제1 강판 부재(10)가 1900MPa 이상의 인장 강도를 갖는 것에 의한 에너지 흡수 성능을 충분히 발휘할 수 없다. 따라서, 본원에 있어서는, 후술하는 바와 같이, 스폿 용접부(50)의 근방의 경도 분포를 적정화함으로써, 고강도 부재를 사용하면서도 스폿 파단을 억제하는 것이 긴요하다.

제1 강판 부재(10)는, 강판을 오스테나이트 변태 온도 이상으로 가열하고, 수랭 금형에서 성형하면서 ??칭하는 공법(핫 스탬프 공법)에 의해 제조될 수 있다.

제2 강판 부재(20)는, 평판상의 강판이다. 제2 강판 부재(20)의 판 두께는 0.4mm 이상 4.2mm 이하이면 된다.

제2 강판 부재(20)의 인장 강도는 특별히 한정되지 않지만, 제1 강판 부재(10)와 마찬가지로, 1900MPa 이상인 경우에는, 더 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘할 수 있는 점에서 바람직하다.

스폿 용접부(50)는, 제1 강판 부재(10)의 한 쌍의 플랜지(15, 15)에 제2 강판 부재(20)를 중첩한 상태에서 스폿 용접을 행함으로써 형성된다.

스폿 용접부(50)는, 골격 부재(1)의 긴 변 방향 Z를 따라 15mm 내지 50mm 정도의 피치로 복수 형성된다.

스폿 용접의 조건은, 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 너깃 직경(즉, 용융 금속부의 직경)이 6√t(t는 제1 강판 부재(10)의 판 두께와 제2 강판 부재(20)의 판 두께 중, 얇은 쪽의 판 두께) 정도가 되는 입열 조건이면 된다.

도 2a는, 도 1의 A1-A1선을 따르는 단면의 모식도이다. 환언하면, 도 2a는, 스폿 용접부(50)의 중심점 P를 포함하는, 긴 변 방향 Z에 수직인 단면을 도시하는 모식도이다.

이 도 2a에 도시하는 바와 같이, 스폿 용접부(50)는, 용융 금속부(51)와, 용융 금속부(51)의 외측에 인접하여 형성되는 열 영향부(53)에 의해 구성된다.

여기서, 스폿 용접부(50)의 중심점 P를 포함하는 긴 변 방향 Z에 수직인 단면에 있어서, 용융 금속부(51)에 상당하는 영역을 제1 영역 α로 정의하고, 열 영향부(53)에 상당하는 영역을 제2 영역 β로 정의한다.

또한, 제1 영역 α와 제2 영역 β의 경계인 용융 경계로부터, 제1 영역 α측으로 100㎛ 이격할 때까지의 영역과, 제2 영역 β측으로 100㎛ 이격할 때까지의 영역에 의해 구성되는 영역을 제3 영역 γ로 정의한다.

또한, 제3 영역 γ는, 제1 영역 α의 일부와 제2 영역 β의 일부에 중복한다.

도 2b는, 스폿 용접부(50)의 경도 분포를 나타내는 그래프이다. 이 그래프에 있어서, 횡축은, 도 2b에 이점쇄선으로 나타내는 가상 직선 a의 위치에 대응하고, 종축은, 가상 직선 a를 따라 측정되는 비커스 경도에 대응한다.

가상 직선 a는, 제1 영역 α의 중앙부에서 제2 영역 β측으로 연장된다. 보다 구체적으로는, 가상 직선 a는, 제1 강판 부재(10)와 제2 강판 부재(20)의 접합면(도 2a에 있어서의 일점쇄선)으로부터, 제1 강판 부재(10)측으로 200㎛ 이격하여 접합면에 평행하게 연장된다.

한 쌍의 a2점은, 가상 직선 a 중, 제1 영역 α와 제2 영역 β의 경계인 용융 경계에 교차하는 점이다.

한 쌍의 a2점보다도 내측에 존재하는 한 쌍의 a1점은, 가상 직선 a 중, 제3 영역 γ의 내연에 교차하는 점이다.

한 쌍의 a2점보다도 외측에 존재하는 한 쌍의 a3점은, 가상 직선 a 중, 제3 영역 γ의 외연에 교차하는 점이다.

한 쌍의 a3점보다도 더 외측에 존재하는 한 쌍의 a4점은, 가상 직선 a 중, 제2 영역 β의 외연에 교차하는 점이다.

따라서, 가상 직선 a에 있어서는,

한 쌍의 a2점을 연결하는 선분이 제1 영역 α에 대응하고,

a2점과 a4점을 연결하는 2개의 선분이 제2 영역 β에 대응하고,

a1점과 a3점을 연결하는 2개의 선분이 제3 영역 γ에 대응한다.

도 2b에 도시하는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)에 있어서는, 제2 영역 β에 있어서의 외측의 영역(a3점과 a4점 사이)에 있어서는 HAZ 연화부가 존재함으로써 경도가 저하되고 있지만, 제3 영역 γ에 있어서는 경도가 저하되고 있지 않다.

따라서, 제1 영역 α에 있어서의 평균(산술 평균) 비커스 경도 Hv_Ave와 제3 영역 γ에 있어서의 최저 비커스 경도 Hv_Min이, Hv_Ave-Hv_Min≤100을 충족하고 있다.

이 경우, 제3 영역 γ에 있어서의 국소적인 경도 저하에 기인하는, 골격 부재(1)의 변형 도중에서의 스폿 파단이 억제되고, 폐단면이 유지된다. 이에 의해, 골격 부재(1)는, 고강도화에 적합한 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘할 수 있다.

여기서, 도 3a는, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)의 제1 강판 부재(10)와 제2 강판 부재(20) 대신에, Mn 함유량이 1.27질량％이고, 인장 강도가 1900MPa 이상인 제1 강판 부재(110)와, Mn 함유량이 1.27질량％이고, 인장 강도가 1900MPa 이상인 제2 강판 부재(120)를 사용한 골격 부재(101)에 대해서, 스폿 용접부(150)의 중심점 P를 포함하는 긴 변 방향 Z에 수직인 단면을 도시하는 모식도이다. 도 3a에 도시하는 바와 같이, 스폿 용접부(150)는, 용융 금속부(151)와 열 영향부(153)를 갖고 구성되어 있다.

또한, 도 3b는, 스폿 용접부(150)의 경도 분포를 나타내는 그래프이다. 이 그래프도, 도 2b와 마찬가지로, 횡축은 도 3a에 있어서의 이점쇄선으로 나타내는 가상 직선 a의 위치에 대응하고, 종축은 가상 직선 a를 따라 측정되는 비커스 경도에 대응한다.

도 3b에 도시하는 바와 같이, 골격 부재(101)에 있어서는, 제2 영역 β에 있어서의 외측의 영역(a3점과 a4점 사이)에 존재하는 HAZ 연화부와는 별도로, 제3 영역 γ에 있어서, 경도가 급격하게 저하되고 있는 부위가 존재한다.

따라서, 제1 영역 α에 있어서의 평균 비커스 경도 Hv_Ave와 제3 영역 γ에 있어서의 최저 비커스 경도 Hv_Min이, Hv_Ave-Hv_Min>100이 된다.

이 현상은, 본 발명자들의 연구 결과에 의하면, Mn 함유량이 높고 또한 고강도의 강판을 스폿 용접한 경우에 발생하는 Mn 결핍층에 기인하는 것으로 추정된다.

이 골격 부재(101)에 있어서는, 제3 영역 γ에 연화부가 존재하기 때문에, 변형 도중에 스폿 파단이 발생함으로써 폐단면이 유지되지 않고, 고강도화에 적합한 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘할 수 없는 경우가 있다.

한편, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)에 의하면, 가상 직선 a 중, 제1 영역 α에 대응하는 측정 개소에 있어서의 평균 비커스 경도 Hv_Ave와, 제3 영역 γ에 대응하는 측정 개소에 있어서의 최저 비커스 경도 Hv_Min이, Hv_Ave-Hv_Min≤100을 만족시킴으로써, 국소적인 경도 저하에 기인하는, 변형 도중에서의 스폿 파단이 억제되고, 폐단면이 유지된다. 따라서, 골격 부재(1)는, 고강도화에 적합한 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 변형 도중에서의 스폿 파단을 보다 확실하게 방지하기 위해서는, Hv_Ave-Hv_Min≤50인 것이 바람직하고, Hv_Ave-Hv_Min≤30인 것이 더욱 바람직하다.

Hv_Ave-Hv_Min≤100을 만족시키게 되는 경도 분포를 얻기 위한 방책으로서는, 예를 들어 제1 강판 부재(10)의 재료로서, Mn 함유량이 1.0질량％ 이하, 바람직하게는 0.50질량％ 이하인 강판을 사용하는 것이 생각된다. 이와 같이, Mn 함유량을 저감함으로써, 제3 영역 γ에 있어서의 Mn 편석의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 제3 영역 γ에 국소적인 연화부가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, Mn 이외의 합금 원소량을 조정함으로써도, 제3 영역 γ에 국소적인 연화부가 발생하는 것을 방지할 수 있다.

(측정 방법)

가상 직선 a 중, 제1 영역 α에 대응하는 측정 개소에 있어서의 평균 비커스 경도 Hv_Ave와, 제3 영역 γ에 대응하는 측정 개소에 있어서의 최저 비커스 경도 Hv_Min은, 하기와 같이 측정할 수 있다.

비커스 경도는, JIS Z 2244에 준거하여, 10gf의 하중으로 가상 직선 a를 따라 15㎛의 측정 피치로 연속적으로 측정한다.

이러한 측정에 의해 얻어진 비커스 경도의 값으로부터, 제1 영역 α에 있어서의 평균 비커스 경도 Hv_Ave와 제3 영역 γ에 있어서의 최저 비커스 경도 Hv_Min을 각각 구할 수 있다.

또한, 본원에서는, 200㎛ 정도의 좁은 제3 영역 γ에 있어서의 경도 저하를 억제함으로써 스폿 파단을 회피하려고 하는 것이다. 따라서, 통상보다도 좁은 15㎛라고 하는 측정 피치를 채용하고 있다.

환언하면, 측정 피치가 너무 큰 경우에는, 제3 영역 γ의 근방에 있어서의 국소적인 경도 저하가 있었다고 해도, 그러한 경도 저하를 검출할 수 없다.

또한, 여기서는, 200㎛ 이격하여 접합면에 평행하게 연장되는 가상 직선 a를 따라 측정하는 방법을 나타내지만, 이 방법에서의 측정이 곤란한 경우에는, 용융부 중앙으로부터 외측을 향하여, 용융 경계를 넘도록 15㎛m 피치로 측정해도 된다.

제1 강판 부재(10) 및 제2 강판 부재(20)의 화학 성분은 특별히 한정되지 않는다. 단, 제1 강판 부재(10) 및 제2 강판 부재(20) 각각에 대해서, Mn 함유량이 과잉이면, Mn 편석이 발생하기 쉬워지기 때문에, Mn 함유량은 1.0질량％ 이하인 것이 바람직하고, 0.5질량％ 이하인 것이 더욱 바람직하다.

제1 강판 부재(10) 및 제2 강판 부재(20) 각각에 대해서, ??칭성의 확보의 관점에서는, Mn 함유량이 0.1질량％ 이상인 것이 바람직하다.

또한, Mn 함유량을 저감하는 경우, 강도를 확보하기 위하여 C(탄소) 함유량은 0.30 내지 0.60질량％이면 된다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 가진 자라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

예를 들어, 상기 실시 형태에 관한 골격 부재(1)에서는 제1 강판 부재(10)와 제2 강판 부재(20)를 사용하여 구성되어 있지만, 3개 이상의 복수의 강판 부재를 사용하여 구성되어도 된다.

또한, 상기 실시 형태에 관한 골격 부재(1)에서는 제1 강판 부재(10)가 해트형 단면 형상을 갖고 제2 강판 부재(20)가 평판의 단면 형상을 갖지만, 폐단면을 갖는 한, 단면 형상은 상관없다. 예를 들어, 제1 강판 부재(10)가 평판상의 단면 형상을 갖고, 제2 강판 부재(20)가 해트형 단면 형상을 가져도 되고, 제1 강판 부재(10)와 제2 강판 부재(20)가 모두 해트형 단면 형상을 가져도 된다.

또한, 상기 실시 형태에 관한 골격 부재(1)에서는, 한 쌍의 측벽(13, 13)의 높이는 서로 동일하지만, 서로 다르게 되어 있어도 된다.

골격 부재(1)의 긴 변 방향 Z에 수직인 단면에 있어서의, 제1 강판 부재(10)에 있어서의 스폿 용접부(50)가 형성되어 있는 부위의 판 두께 방향을 따르는, 제1 강판 부재(10)의 높이 h1과, 제1 강판 부재(10)에 있어서의 스폿 용접부(50)가 형성되어 있는 부위의 판 두께 방향에 수직인 방향을 따르는, 골격 부재(1)의 폭 w의 비율 h1/w가 0.6 이하인 단면 영역을 갖는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하면, 스폿 용접부(50)의 강도를 높인 강판을 사용하여 부재 단면의 종횡비를 적정화한 부재로 함으로써, 스폿 용접부(50)의 파단을 억제할 수 있다. 이에 의해, 더 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘할 수 있다.

또한, 한 쌍의 측벽(13, 13)의 높이가 서로 다른 해트형 단면 형상의 경우, 양측의 측벽(13, 13)의 높이의 평균 길이를 높이 h1로 한다.

본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)에 있어서, 제2 강판 부재(20)는 평판상이기 때문에, 높이 h2는 0mm이다. 제2 강판 부재(20)가 평판상이 아닌 부재의 경우, 그 높이 h2는 골격 부재(1)의 폭 w와의 비율 h2/w가 0.6 이하인 단면 영역을 갖는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시 형태에 관한 골격 부재(1)는, 전체 길이에 걸쳐 균일한 단면 형상을 갖지만, 전체 길이에 걸쳐 균일한 단면 형상을 갖지 않아도 된다.

비율 h1/w가 0.6 이하인 단면 영역은, 골격 부재(1)의 긴 변 방향 Z의 전체 길이의 50％ 이상으로 존재하는 것이 바람직하고, 80％ 이상으로 존재하는 것이 바람직하다.

또한, 마찬가지로, 비율 h2/w가 0.6 이하인 단면 영역은, 골격 부재(1)의 긴 변 방향 Z의 전체 길이의 50％ 이상으로 존재하는 것이 바람직하고, 80％ 이상으로 존재하는 것이 바람직하다.

이와 같은 구성에 의하면, 보다 확실하게 충돌 시의 스폿 용접부로부터의 파단을 억제할 수 있고, 더 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘할 수 있다.

(실시예)

실시예에 의해 본 발명의 일 양태의 효과를 더욱 구체적으로 설명한다. 단, 실시예에서의 조건은, 본 발명의 실시 가능성 및 효과를 확인하기 위하여 채용한 일 조건예에 지나지 않는다. 본 발명은 이 일 조건예에 한정되지 않는다. 본 발명은 본 발명의 요지를 일탈하지 않고, 본 발명의 목적을 달성하는 한, 다양한 조건을 채용할 수 있다.

도 5에 도시하는 3점 굽힘 시험을 수치 해석 모델로 재현하고, 스폿 파단수를 평가하였다. 스폿 용접부를 너깃 직경: 6√t(t=1.4mm)로 모델화하였다. 스폿 용접부 강도에는, 전단형 조인트 용접 시험 결과를 사용하였다. 재료 물성에는, 인장 시험 결과를 사용하였다.

먼저, 평가에 사용하는 강판의 특정을 표 1에 나타내는 대로 하였다.

실험예 1 내지 3, 5 내지 7에서는, 강판 A를 사용한 소정의 부재 높이 h1을 갖는 해트형 강판 부재와, 당해 해트형 강판 부재의 플랜지에 스폿 용접으로 접합된, 강판 A와 동등한 특성을 갖는 평판상의 강판 부재(h2=0mm)로 이루어지는 골격 부재를 사용하였다. 스폿 용접의 피치를 40mm로 하였다.

실험예 4에서는, 강판 B를 사용한 소정의 부재 높이 h1을 갖는 해트형 강판 부재와, 당해 해트형 강판 부재의 플랜지에 스폿 용접으로 접합된, 강판 B와 동등한 특성을 갖는 평판상의 강판 부재(h2=0mm)로 이루어지는 골격 부재를 사용하였다. 스폿 용접의 피치를 40mm로 하였다. 실험예 8 내지 13에서는, 강판 C를 사용한 소정의 부재 높이 h1을 갖는 해트형 강판 부재와, 당해 해트형 강판 부재의 플랜지에 스폿 용접으로 접합된, 강판 C와 동등한 특성을 갖는 평판상의 강판 부재(h2=0mm)로 이루어지는 골격 부재를 사용하였다. 스폿 용접의 피치를 40mm로 하였다.

이에 의해, 도 4에 도시하는 바와 같이, 부재 폭 w가 130mm이고, 부재 높이 h1이 하기 표 2에 나타내는 대로의 단면 형상의 골격 부재로 하였다. 또한, 골격 부재의 길이는 800mm이고, 전체 길이에 걸쳐서 단면 형상이 일정한 구조를 채용하였다.

이어서, 도 5에 도시하는 바와 같이, 700mm의 간격으로 배치된 한 쌍의 다이(R50mm) 상에, 이들의 다이의 중간 지점과 골격 부재의 긴 변 방향의 중앙이 높이 방향으로 겹치도록 골격 부재를 배치하였다. 그 후, 골격 부재의 긴 변 방향의 중앙에 강체 반원형(R50mm) 임팩터를 일정 속도 7.2km/hr로 충돌시키고, 이때의 변형 상태로부터 스폿 파단수를 평가하였다.

도 6a는, 스폿 파단수가 10(편측 5군데)이 된 경우의 예이다. 이 예에 있어서는, 스폿 파단이 발생하여 배판이 넘어가고, 폐단면은 유지되어 있지 않다.

도 6b는, 스폿 파단수가 2(편측 1군데)가 된 경우의 예이다. 이 예에 있어서는, 스폿 파단이 발생하여 배판이 강판 부재측으로 들어가 있지만, 폐단면은 유지되고 있다.

실시예에 있어서는, 스폿 파단수가 4 이하인 경우를 합격으로 판정하였다. 평가 결과를 표 2에 나타낸다.

또한, 2매의 강판 A를 중첩하여 스폿 용접을 행함으로써 얻어진 스폿 용접부에 대해서, 강판 부재끼리의 접합면에서 해트형 강판 부재측으로 200㎛ 이격하여 접합면에 평행하게 연장되는 가상 직선을 따라, JIS Z 2244에 준거하여 10gf의 하중으로 15㎛ 피치로 비커스 경도를 측정했다고 가정하였다.

이렇게 가정한 비커스 경도의 값으로부터, 제1 영역 α에 있어서의 평균 비커스 경도 Hv_Ave와 제3 영역 γ에 있어서의 최저 비커스 경도 Hv_Min의 차(Hv_Ave-Hv_Min)가 45가 되도록 설정하였다.

2매의 강판 B를 중첩하여 스폿 용접을 행함으로써 얻어진 스폿 용접부에 대해서도 마찬가지로 하여, Hv_Ave-Hv_Min의 값을 90으로 하였다.

2매의 강판 C를 중첩하여 스폿 용접을 행함으로써 얻어진 스폿 용접부에 대해서도 마찬가지로 하여, Hv_Ave-Hv_Min의 값을 140으로 하였다.

Mn 함유량이 0.39질량％인 강판 A를 사용했다고 가정한 실험예 1 내지 3, 5 내지 7 및 Mn 함유량이 0.80질량％인 강판 B를 사용했다고 가정한 실험예 4에 있어서는, 국소적인 경도 저하가 발생하지 않고, Hv_Ave-Hv_Min의 값이 100 이하였다. 따라서, 변형 도중에서의 스폿 파단수를 4 이하로 억제할 수 있었다.

한편, Mn 함유량이 1.27질량％인 강판 C를 사용했다고 가정한 실험예 8 내지 13에 있어서는, 국소적인 경도 저하가 발생하고, Hv_Ave-Hv_Min의 값이 100 초과였다. 따라서, 변형 도중에서의 스폿 파단수가 8 이상이 되었다.

또한, 발명예의 실험예 1 내지 3, 5 내지 7의 비교로부터는, h1/w의 값이 0.6 이하일수록 보다 스폿 파단수를 억제할 수 있는 것도 확인할 수 있었다.

본 발명에 따르면, 충돌 시의 스폿 용접부에서의 파단을 억제함으로써 고강도화에 적합한 우수한 에너지 흡수 성능을 발휘 가능한 골격 부재를 제공할 수 있다.

1: 골격 부재
10: 제1 강판 부재
11: 천장판
13: 측벽
15: 플랜지
20: 제2 강판 부재
50: 스폿 용접부
51: 용융 금속부
53: 열 영향부
α: 제1 영역
β: 제2 영역
γ: 제3 영역

Claims

제1 강판 부재와 제2 강판 부재를 스폿 용접부에서 스폿 용접함으로써 접합한 골격 부재이며,
상기 골격 부재의 긴 변 방향에 수직인 단면이 폐단면인 단면 영역을 갖고,
상기 제1 강판 부재는 1900MPa 이상의 인장 강도를 갖고,
상기 스폿 용접부는, 상기 스폿 용접에 의해 형성된 용융 금속부와, 상기 용융 금속부의 외측에 인접하는 열 영향부를 갖고,
상기 용융 금속부의 중심점을 포함하는 상기 긴 변 방향에 수직인 단면에 있어서,
상기 용융 금속부에 상당하는 영역을 제1 영역으로 정의하고,
상기 열 영향부에 상당하는 영역을 제2 영역으로 정의하고,
상기 제1 영역과 상기 제2 영역의 경계로부터 상기 제1 영역측으로 100㎛ 이격할 때까지의 영역과, 상기 경계로부터 상기 제2 영역측으로 100㎛ 이격할 때까지의 영역에 의해 구성되는 영역을 제3 영역으로 정의하고,
상기 제1 영역의 중앙부에서 상기 제2 영역측으로 연장되는 가상 직선을 따라, 10gf의 하중으로 15㎛ 피치로 비커스 경도를 측정했을 때,
상기 가상 직선 상에 있어서의, 상기 제1 영역에 대응하는 측정 개소에 있어서의 평균 비커스 경도 Hv_Ave와, 상기 가상 직선 상에 있어서의, 상기 제3 영역에 대응하는 측정 개소에 있어서의 최저 비커스 경도 Hv_Min이, Hv_Ave-Hv_Min≤100을 만족시키는
것을 특징으로 하는 골격 부재.
제1항에 있어서, 상기 골격 부재의 긴 변 방향에 수직인 단면에 있어서의, 상기 제1 강판 부재에 있어서의 상기 스폿 용접부가 형성되어 있는 부위의 판 두께 방향을 따르는, 상기 제1 강판 부재의 높이 h1과, 상기 제1 강판 부재에 있어서의 상기 스폿 용접부가 형성되어 있는 부위의 판 두께 방향에 수직인 방향을 따르는, 상기 골격 부재의 폭 w의 비율 h1/w가 0.6 이하인 단면 영역을 갖는
것을 특징으로 하는 골격 부재.
제2항에 있어서, 상기 비율 h1/w가 0.6 이하인 단면 영역이, 상기 골격 부재의 상기 긴 변 방향의 전체 길이의 50％ 이상으로 존재하는
것을 특징으로 하는 골격 부재.