KR20230116892A - 용접 조인트 및 자동차 부품 - Google Patents

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KR20230116892A
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steel sheet
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다쿠야 미츠노부
히로시 다케바야시
다케히로 다카하시
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

본 개시의 기술은, 제1 강판과 제2 강판을 스폿 용접한 용접 조인트에 있어서 액체 금속 취화(LME) 균열을 억제함과 함께, 내식성을 향상시키는 것이다. 본 개시의 용접 조인트에 있어서는, 제1 강판의 제2 강판에 마주보는 면 상에, 제1 도금층이 구비되고, 제2 강판의 제1 강판에 마주보는 면 상에, 도금층이 존재하지 않거나, 또는, 제2 도금층이 구비되고, 제1 강판과 제2 강판 사이, 또한, 코로나 본드의 단부로부터 스폿 용접부의 외측을 향하여 0.5㎜의 범위에, 경계 도금층이 구비된다. 제1 강판의 인장 강도와 제2 강판의 인장 강도 중 높은 쪽의 인장 강도가, 780㎫ 이상이며, 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률이 10％ 이상이며, 제1 도금층 및 상기 제2 도금층이, 소정의 관계 I을 충족한다.

Description

용접 조인트 및 자동차 부품
본원은 용접 조인트 및 자동차 부품을 개시한다.
복수의 도금 강판을 스폿 용접에 의해 접합하였을 때, 도금층 중의 금속 성분이 강판의 입계에 침입하여, 액체 금속 취화(LME) 균열을 야기하는 경우가 있다. LME 균열은, 특히 고강도 강판에 있어서 문제가 되기 쉽다.
스폿 용접 시의 LME 균열을 억제하는 기술로서, 특허문헌 1에는, 스폿 용접 시, 총 판 두께의 함수에 기초하여 용접 전극의 용접 후 유지 시간을 결정하는 기술이 개시되어 있다. 또한, LME 균열과 직접 관계되는 기술은 아니지만, 특허문헌 2에는, 스폿 용접부에 초음파 충격 처리를 실시하여, 용접부의 균열을 개구시켜, 균열로의 수분의 침입을 억제하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2017-047045호 공보 일본 특허 공개 제2005-103608호 공보
종래 기술에 있어서는, 스폿 용접에 있어서의 공정이나 조작에 의해 LME 균열을 억제하고 있다. 한편, 도금 강판 그 자체를 연구함으로써 LME 균열을 억제하는 것에 대해서는 충분한 검토는 이루어져 있지 않다. 이 점에서, 용접 조인트에 있어서의 LME 균열의 억제에 관하여 개선의 여지가 있다.
또한, 종래 기술에 있어서는, 용접 조인트의 내식성을 확보하는 것에 대해서는 충분한 검토가 이루어져 있지 않다. 이 점에서, 용접 조인트에 있어서, LME 균열의 억제와 내식성의 확보를 양립시키는 것에 관하여, 개선의 여지가 있다.
본원은 상기 과제를 해결하기 위한 수단의 하나로서,
용접 조인트이며, 제1 강판과, 제2 강판과, 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판을 접합하는 스폿 용접부를 구비하고,
상기 제1 강판의 상기 제2 강판에 마주보는 면 상에, 제1 도금층이 구비되고,
상기 제2 강판의 상기 제1 강판에 마주보는 면 상에, 도금층이 존재하지 않거나, 또는, 제2 도금층이 구비되고,
상기 스폿 용접부가, 너깃과 코로나 본드를 구비하고,
상기 제1 강판과 상기 제2 강판 사이, 또한, 상기 코로나 본드의 단부로부터 상기 스폿 용접부의 외측을 향하여 0.5㎜의 범위에, 경계 도금층이 구비되고,
상기 제1 강판의 인장 강도와 상기 제2 강판의 인장 강도 중 높은 쪽의 인장 강도가, 780㎫ 이상이며,
상기 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률이 10％ 이상이며,
상기 제1 도금층 및 상기 제2 도금층이, 이하의 관계 I을 충족하는,
용접 조인트
를 개시한다.
관계 I: 0.30≥[(상기 제1 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]/[(상기 제1 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]≥ 0.06
여기서, 상기 제2 도금층이 존재하지 않는 경우, 제2 도금층의 Mg 조성, Zn 조성 및 부착량은 0이다.
본 개시의 용접 조인트에 있어서는, 상기 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률이 60％ 이상이어도 된다.
본 개시의 용접 조인트에 있어서는, 상기 경계 도금층이, 긴 직경이 0.5㎛ 이상인 산화물을 1개 이상 갖는 것이어도 된다.
본 개시의 용접 조인트는, 상기 제1 강판의 상기 제2 강판에 마주보는 면측에, 깊이 1.5㎛ 이상, 20.0㎛ 이하의 내부 산화층을 갖는 것이어도 된다.
본 개시의 용접 조인트는 예를 들어 자동차 부품으로서 적용될 수 있다. 예를 들어, 본 개시의 자동차 부품은, 상기 본 개시의 용접 조인트를 구비하고, 상기 제1 강판이 차량 외측에 배치되고, 상기 제2 강판이 차량 내측에 배치되고, 상기 제1 도금층의 Mg 조성보다도 상기 제2 도금층의 Mg 조성이 낮은 것이어도 된다.
본 개시의 자동차 부품에 있어서는, [상기 제1 도금층의 Mg 조성(질량％)]/[제1 도금층의 Zn 조성(질량％)]이 0.30보다도 커도 된다.
본 개시의 용접 조인트에 있어서는, LME 균열의 억제와 내식성의 확보가 양립되기 쉽다.
도 1은 용접 조인트의 단면 구성의 일례를 개략적으로 도시하고 있다.
도 2는 자동차 부품의 구성의 일례를 개략적으로 도시하고 있다.
1. 용접 조인트
도 1에 도시된 바와 같이, 용접 조인트(100)는, 제1 강판(10)과, 제2 강판(20)과, 제1 강판(10) 및 제2 강판(20)을 접합하는 스폿 용접부(30)를 구비한다. 여기서, 상기 제1 강판(10)의 상기 제2 강판(20)에 마주보는 면 상에, 제1 도금층(11)이 구비된다. 상기 제2 강판(20)의 상기 제1 강판(10)에 마주보는 면 상에, 도금층이 존재하지 않거나, 또는, 제2 도금층(21)이 구비된다. 상기 스폿 용접부(30)는, 너깃(31)과 코로나 본드(32)를 구비한다. 상기 제1 강판(10)과 상기 제2 강판(20) 사이, 또한, 상기 코로나 본드(32)의 단부로부터 상기 스폿 용접부(30)의 외측을 향하여 0.5㎜의 범위에, 경계 도금층(50)이 구비된다. 용접 조인트(100)에 있어서는, 상기 제1 강판(10)의 인장 강도와 상기 제2 강판(20)의 인장 강도 중 높은 쪽의 인장 강도가, 780㎫ 이상이며, 상기 경계 도금층(50)의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률이 10％ 이상이며, 상기 제1 도금층(10) 및 상기 제2 도금층(20)이, 이하의 관계 I을 충족하는 것에 특징이 있다
관계 I: 0.30≥[(상기 제1 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]/[(상기 제1 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]≥ 0.06
1. 1 강판
용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 강판(10) 및 제2 강판(20) 중 적어도 하나가, 780㎫ 이상의 인장 강도를 갖는다. 바꿔 말하면, 제1 강판(10)의 인장 강도와 제2 강판(20)의 인장 강도 중 높은 쪽의 인장 강도가, 780㎫ 이상이다. 즉, 용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 강판(10)의 인장 강도가 780㎫ 이상, 또한, 제2 강판(20)의 인장 강도가 780㎫ 미만이어도 되고, 제1 강판(10)의 인장 강도가 780㎫ 미만, 또한, 제2 강판(20)의 인장 강도가 780㎫ 이상이어도 되고, 제1 강판(10) 및 제2 강판(20)의 양쪽의 인장 강도가 780㎫ 이상이어도 된다. 이와 같이, 용접 조인트(100)가 인장 강도 780㎫ 이상의 고강도 강판을 포함하는 경우에, LME 균열의 문제가 현저해지기 쉽다. 제1 강판(10)과 제2 강판(20)은, 서로 동일 정도의 인장 강도를 가져도 되고, 서로 다른 인장 강도를 가져도 된다. 또한, 용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 강판(10)의 인장 강도와 제2 강판(20)의 인장 강도 중 높은 쪽의 인장 강도가, 980㎫ 이상, 1180㎫ 이상 또는 1470㎫ 이상이어도 된다. 인장 강도의 상한은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 2500㎫ 이하, 2200㎫ 이하 또는 2000㎫ 이하여도 된다. 또한, 본원에서 말하는 강판의 「인장 강도」란, ISO 6892-1:2009에 따르는 것이다.
제1 강판(10) 및 제2 강판(20)의 화학 조성이나 금속 조직에 상관없이, 본 개시의 용접 조인트(100)에 의한 효과가 발휘된다. 즉, 제1 강판(10) 및 제2 강판(20) 중 적어도 한쪽이 780㎫ 이상의 인장 강도를 갖는 한, 각각의 강판의 화학 조성이나 금속 조직은 특별히 한정되는 것은 아니다. 강판(10, 20)의 화학 조성이나 금속 조직은, 용접 조인트(100)의 용도 등에 따라서 적절히 결정될 수 있다. 제1 강판(10)이나 제2 강판(20)은, 예를 들어 질량％로, C: 0.01 내지 0.50％, Si: 0.01 내지 3.50％, Mn: 0.10 내지 5.00％, P: 0.100％ 이하, S: 0.0300％ 이하, N: 0.0100％ 이하, O: 0 내지 0.020％, Al: 0 내지 1.000％, B: 0 내지 0.010％, Nb: 0 내지 0.150％, Ti: 0 내지 0.20％, Mo: 0 내지 3.00％, Cr: 0 내지 2.00％, V: 0 내지 1.00％, Ni: 0 내지 2.00％, W: 0 내지 1.00％, Ta: 0 내지 0.10％, Co: 0 내지 3.00％, Sn: 0 내지 1.00％, Sb: 0 내지 0.50％, Cu: 0 내지 2.00％, As: 0 내지 0.050％, Mg: 0 내지 0.100％, Ca: 0 내지 0.100％, Zr: 0 내지 0.100％, Hf: 0 내지 0.100％, 및 REM: 0 내지 0.100％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어지는 화학 조성을 갖고 있어도 된다. 또한, 상기 화학 조성에 있어서, 임의 첨가 원소의 함유량의 하한은 0.0001％ 또는 0.001％여도 된다.
제1 강판(10) 및 제2 강판(20)의 각각의 판 두께는 특별히 한정되는 것은 아니다. 판 두께는 용도에 따라서 적절히 결정되면 된다. 판 두께는, 예를 들어 0.5㎜ 이상, 0.8㎜ 이상, 1.0㎜ 이상, 1.2㎜ 이상 또는 2.0㎜ 이상이어도 되고, 10.0㎜ 이하, 5.0㎜ 이하, 4.0㎜ 이하 또는 3.0㎜ 이하여도 된다. 판 두께는, 강판의 전체에 있어서 동일해도 되고, 강판의 부위마다 다르게 되어 있어도 된다.
1. 2 도금층
용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 강판(10)의 제2 강판(20)에 마주보는 면 상에, 제1 도금층(11)이 구비된다. 또한, 제2 강판(20)의 제1 강판(10)에 마주보는 면 상에, 도금층이 존재하지 않거나, 또는, 제2 도금층(21)이 구비된다. 도 1에는, 제1 도금층(11)과 제2 도금층(21)의 양쪽을 구비하는 형태가 도시되어 있지만, 용접 조인트(100)에 있어서의 도금층의 형태는 이것에 한정되지는 않는다. 용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 강판(10) 및 제2 강판(20)이, 도금층을 사이에 두고 용접되면 된다. 또한, 제1 강판(10)의 제2 강판(20)에 마주보지 않는 면 상에는, 도금층이 있어도 없어도 된다. 또한, 제2 강판(20)의 제1 강판(10)에 마주보지 않는 면 상에는, 도금층이 있어도 없어도 된다. 제1 도금층(11)과, 제2 도금층(21)은, 동일한 종류여도 다른 종류여도 된다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 화학 조성은, 후술하는 관계 I이 충족되고, 경계 도금층(50)의 단면에 있어서 MgZn2상에 대한 소정의 면적률이 충족되는 한, 특별히 한정되는 것은 아니다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)은, Zn계 도금이어도 되고, 예를 들어 이하의 화학 조성을 갖고 있어도 된다.
(Al: 0 내지 90.0％)
도금층에 Al을 포함시킴으로써, 도금층의 내식성이 향상되는 경우가 있다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 각각에 있어서의 Al의 함유량은, 질량％로, 0％여도 되고, 0.010％ 이상, 0.100％ 이상, 0.500％ 이상, 1.0％ 이상, 또는 3.0％ 이상이어도 된다. 또한, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 각각에 있어서의 Al의 함유량은, 질량％로, 90.0％ 이하, 80.0％ 이하, 70.0％ 이하, 60.0％ 이하, 50.0％ 이하, 40.0％ 이하, 30.0％ 이하, 20.0％ 이하, 10.0％ 이하, 또는 5.0％ 이하여도 된다. 용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21) 중 어느 한쪽 또는 양쪽이, Al을 포함하지 않는 것이어도 되고, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21) 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 Al을 포함하는 것이어도 된다.
(Mg: 0 내지 60.0％)
도금층에 Mg를 포함시킴으로써, LME 균열이 억제되기 쉬워진다. 또한, 도금층의 내식성이 향상되는 경우가 있다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 각각에 있어서의 Mg의 함유량은, 질량％로, 0％여도 되고, 0.010％ 이상, 0.100％ 이상, 0.500％ 이상, 1.0％ 이상, 또는 3.0％ 이상이어도 된다. 또한, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 각각에 있어서의 Mg의 함유량은, 질량％로, 60.0％ 이하, 55.0％ 이하, 50.0％ 이하, 40.0％ 이하, 30.0％ 이하, 20.0％ 이하, 15.0％ 이하, 10.0％ 이하, 또는 5.0％ 이하여도 된다. 단, 상기 관계 I로부터 자명한 바와 같이, 제1 도금층(11)과 제2 도금층(21) 중 적어도 한쪽이, Mg를 포함한다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21) 중, Mg를 포함하는 도금층에 있어서의 Mg의 함유량은, 예를 들어 질량％로, 3.0％ 이상, 6.0％ 이상, 8.0％ 이상, 10.0％ 이상, 12.0％ 이상 또는 15.0％ 이상이어도 되고, 60.0％ 이하, 55.0％ 이하, 50.0％ 이하, 40.0％ 이하, 30.0％ 이하, 20.0％ 이하여도 된다. 용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21) 중 어느 한쪽이 Mg를 포함하지 않는 것이어도 되고, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21) 중 어느 한쪽 또는 양쪽이 Mg를 포함하는 것이어도 된다.
(Fe: 0 내지 65.0％)
강판의 표면에 도금층을 형성한 후에 열 처리한 경우, 강판으로부터 도금층으로 Fe가 확산되는 경우가 있다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 각각에 있어서의 Fe의 함유량은, 질량％로, 0％여도 되고, 1.0％ 이상, 2.0％ 이상, 3.0％ 이상, 4.0％ 이상 또는 5.0％ 이상이어도 된다. 또한, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 각각에 있어서의 Fe의 함유량은, 질량％로, 65.0％ 이하, 55.0％ 이하, 45.0％ 이하, 35.0％ 이하, 25.0％ 이하, 15.0％ 이하, 12.0％ 이하, 10.0％ 이하, 8.0％ 이하 또는 6.0％ 이하여도 된다.
(Si: 0 내지 10.0％)
도금층에 Si를 포함시킴으로써, 도금층의 내식성이 향상되는 경우가 있다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 각각에 있어서의 Si의 함유량은, 질량％로, 0％여도 되고, 0.005％ 이상, 0.010％ 이상, 0.050％ 이상 또는 0.100％ 이상이어도 된다. 또한, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 각각에 있어서의 Si의 함유량은, 질량％로, 10.0％ 이하, 8.0％ 이하, 5.0％ 이하, 3.0％ 이하, 2.5％ 이하, 2.0％ 이하, 1.5％ 이하 또는 1.0％ 이하여도 된다.
(기타)
제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)은, 각각, 임의로, 질량％로, Sb: 0 내지 0.50％, Pb: 0 내지 0.50％, Cu: 0 내지 1.0％, Sn: 0 내지 1.0％, Ti: 0 내지 1.0％, Sr: 0 내지 0.50％, Cr: 0 내지 1.0％, Ni: 0 내지 1.0％, 및 Mn: 0 내지 1.0％ 중 1종 또는 2종 이상을 함유해도 된다. 이들 임의 첨가 원소의 합계 함유량은, 예를 들어 5.0％ 이하 또는 2.0％ 이하여도 된다.
제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)에 있어서 상기 성분 이외의 잔부는 Zn 및 불순물로 이루어져 있어도 된다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)에 있어서의 불순물로서는, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)을 형성할 때, 원료를 비롯하여, 형성 공정의 다양한 요인에 의해 혼입되는 성분을 들 수 있다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)에 있어서는, 위에서 설명한 원소 이외의 원소가 미량으로 포함되어 있어도 된다.
도금층의 화학 조성은, 강재의 부식을 억제하는 인히비터를 첨가한 산 용액에 도금층을 용해하고, 얻어진 용액을 ICP(고주파 유도 결합 플라스마) 발광 분광법에 의해 측정함으로써 특정할 수 있다.
제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 각각의 두께는, 예를 들어 3㎛ 이상이어도 되고, 50㎛ 이하여도 된다. 또한, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 각각의 부착량은, 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 강판의 편면당 10g/㎡ 이상이어도 되고, 170g/㎡ 이하여도 된다. 도금층의 부착량은, 지철의 부식을 억제하는 인히비터를 첨가한 산 용액에 도금층을 용해하고, 산세 전후의 중량 변화로부터 결정된다.
(관계 I)
용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)이 이하의 관계 I을 충족한다. 바꿔 말하면, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)에 포함되는 성분으로부터 산출되는 평균 Mg/Zn이 이하의 관계 I을 충족한다.
관계 I: 0.30≥[(상기 제1 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]/[(상기 제1 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]≥ 0.06
상기 관계 I은, 용접 조인트(100)에 있어서, 제1 도금층(11)의 화학 조성과 제2 도금층(21)의 화학 조성을 도금층의 부착량을 고려하여 가중 평균한 경우에 있어서의 Zn에 대한 Mg의 질량비 Mg/Zn이 0.06 이상 0.30 이하인 것을 의미한다. 또한, 본 개시에 있어서, 화학 조성에 관하여 「평균」이라고 하는 경우에는, 이 가중 평균을 의미한다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)이 상기 관계 I을 충족하는 경우, 후술하는 경계 도금층(50)에 있어서 Mg를 존재시키기 쉬워진다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)에 포함되는 Mg가 경계 도금층(50)에 있어서의 LME 균열에 미치는 영향에 대한 상세는 명확하지 않지만, 예를 들어 이하와 같이 생각할 수 있다. 즉, 용접 조인트(100)에 구비되는 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 평균 조성에 있어서 질량비 Mg/Zn이 상기 소정의 범위인 경우, 경계 도금층(50)에 있어서 Mg와 Zn이 공존하여, 강 입계에 있어서의 Zn의 존재를 불안정화하여, LME 균열로 이어지는 강 입계로의 Zn 침입이 억제되는 것으로 생각된다. 또한, 상기 관계 I을 충족하는 경우, 용접 조인트(100)의 내식성을 향상시킬 수도 있다. 상기 관계 I에 있어서의 하한은, 0.07 이상, 0.09 이상 또는 0.10 이상이어도 되고, 상한은, 0.25 이하, 0.20 이하 또는 0.18 이하여도 된다. 혹은, 관계 I에 있어서의 하한은 0.20 초과여도 된다.
또한, 상술한 바와 같이, 용접 조인트(100)에 있어서는, 제2 도금층(21)이 존재하지 않아도 된다. 즉, 상기 관계 I에 있어서, 제2 도금층(21)이 존재하지 않는 경우, 제2 도금층(21)의 Mg 조성, Zn 조성 및 부착량은 0이다.
용접 조인트(100)에 있어서 상기 관계 I이 충족되는지 여부에 대해서는, 용접 조인트(100)에 구비되는 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 화학 조성 및 부착량을 측정함으로써, 판단할 수 있다. 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 화학 조성 및 부착량은, 예를 들어 스폿 용접부(30)로부터 충분히 이격된 도금층(11, 21)의 부분에 있어서 확인하면 된다.
1. 3 스폿 용접부
용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)이 스폿 용접부(30)에 의해 접합된다. 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 강판(10) 및 제2 강판(20)에 대하여 스폿 용접이 이루어지면, 전극에 의해 가압된 부분에 너깃(31)이라 불리는 강 성분 및/또는 도금층 성분이 용융 응고된 부분이 형성되고, 그리고 그 너깃(31)의 주위에 상기 성분이 용융되지 않고 접합된 코로나 본드(32)가 형성된다. 또한, 「코로나 본드」란, 너깃의 주위에 형성된 제1 강판과 제2 강판이 압접된 개소이다. 통상은 코로나 본드의 개소에 있던 도금층은, 코로나 본드 형성 시에 코로나 본드의 주위로 압출된다. 코로나 본드에는 Zn이 잔류하는 경우가 있다. 이 경우, Zn은 제1 강판과 제2 강판에 고용된 상태로 잔류한다. Zn이 고용되어 있어도 코로나 본드에 있어서 제1 강판과 제2 강판은 간극없이 접하고 있으므로 코로나 본드의 단부는 판별 가능하다. 또한, 코로나 본드에 있어서 고용된 Zn으로부터, 후술하는 Zn 침입부가 형성되는 일은 없다. 고용된 Zn은 고온에서도 α-(Fe, Zn)상으로서 존재하여, Zn이 석출되는 일은 없기 때문이다. 너깃(31) 및 코로나 본드(32)는, 화학 조성이 다르기 때문에, 예를 들어 주사형 전자 현미경(SEM)의 반사 전자상(BSE상)에 의해 용이하게 판별 가능하다. 용접 조인트(100)에 있어서의 너깃(31)의 형상이나 조성에 대해서는 특별히 한정되지는 않는다.
1. 4 세퍼레이션부
용접 조인트(100)에 있어서는, 스폿 용접부(30)의 주위(코로나 본드(32)의 주위)에 세퍼레이션부(40)가 존재한다. 세퍼레이션부(40)는, 스폿 용접에 의한 용접이나 압접이 발생하지 않은 부분을 말한다. 즉, 「세퍼레이션부」란, 코로나 본드의 주위의 제1 강판과 제2 강판이 직접 접하고 있지 않은 개소를 말한다. 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이, 스폿 용접부(30)의 주위의 세퍼레이션부(40)에 있어서는, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)의 용접이나 압접이 이루어지지 않아, 제1 강판(10)과 제2 강판(20) 사이에 간극이 존재할 수 있다. 세퍼레이션부(40)에 있어서의 간극의 크기는, 특별히 한정되는 것은 아니다.
1. 5 경계 도금층
「경계 도금층」이란, 코로나 본드의 주위에 있는 용접 입열에 의해 녹아서 굳어진 도금층이다. 경계 도금층은, 경계부라고도 한다. 용접 조인트(100)에 있어서, 경계 도금층(50)은, 코로나 본드(32)의 단부로부터 스폿 용접부(30)의 외측을 향하여 0.5㎜의 범위에 포함된다. 즉, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)의 서로 마주보는 면에 존재하는 도금층(11, 21) 중, 코로나 본드(32)의 단부로부터 스폿 용접부(30)의 외측을 향하여 0.5㎜의 구간에 있는 도금층이, 스폿 용접에 의해, 경계 도금층(50)으로 된다. 또한, 코로나 본드(32)로 된 개소에 있던 도금층이 스폿 용접 시에 코로나 본드의 외측으로 압출되어 경계 도금층(50)의 일부를 형성한다. 스폿 용접의 용접 입열이 높으면, 경계 도금층(50)으로 되는 구간은 스폿 용접의 외측을 향하여 더 확대된다. 또한, 제2 강판(20)의 제1 강판(10)에 마주보는 면에 도금층이 없는 경우, 코로나 본드(32)에 인접하는 세퍼레이션부(40)의 제2 강판(20) 측에 제1 강판의 도금층이 녹아서 돌아들어가 경계 도금층(50)을 형성하는 경우가 있다. 경계 도금층(50)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 부채 형상(반원상)의 단면 형상을 갖고 있어도 되고, 이것 이외의 형상을 갖고 있어도 된다. 경계 도금층(50)의 형상은, 스폿 용접 조건 등에 따라 변화될 수 있다.
용접 조인트(100)에 있어서는, 경계 도금층(50)이, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)에서 유래되는 성분을 포함한다. 즉, 경계 도금층(50)은, 스폿 용접에 의해 용융한 도금층(11, 21) 등이 응고됨으로써 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 양쪽이 존재하는 경우, 경계 도금층(50)에 있어서는, 당해 2개의 도금층(11, 21)에서 유래되는 성분과, 강판에서 유래되는 성분이 혼합된다. 즉, 경계 도금층(50)에는, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)에서 유래되는 성분 외에, 강판(10, 20)에서 유래되는 성분이 존재하고 있어도 된다. 경계 도금층(50)의 화학 조성은, 강판에서 유래되는 성분을 제외한 경우, 용접 조인트(100)에 구비되는 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 평균 조성과 대응할 수 있다. 단, 본 발명자의 지견에 의하면, 경계 도금층(50)에 있어서는 화학 조성에 큰 편차가 있어, 경계 도금층(50)에 있어서의 화학 조성을 명확하게 특정하는 것은 어렵다. 이 점에서, 본 개시의 용접 조인트(100)에 있어서는, 경계 도금층(50)에 있어서의 화학 조성이 특정될 필요는 없고, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)의 평균 화학 조성이 특정되면 된다. 즉, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)에 관하여 상기의 관계 I이 충족됨으로써, 경계 도금층(50)의 화학 조성이 LME 균열 억제에 효과적인 화학 조성이 되기 쉽다.
상기와 같이, 경계 도금층(50)의 화학 조성은 특별히 한정되는 것은 아니다. 경계 도금층(50)은, 그 적어도 일부에 있어서, 이하의 화학 조성을 갖고 있어도 된다. 혹은, 경계 도금층(50)은, 그 평균의 화학 조성으로서, 이하의 화학 조성을 갖고 있어도 된다.
(Mg/Zn: 0.06 내지 0.30)
용접 조인트(100)에 있어서는, 경계 도금층(50)에 있어서의 Mg와 Zn의 질량비 Mg/Zn이, 경계 도금층(50)의 적어도 일부에 있어서, 혹은, 경계 도금층(50)의 평균의 화학 조성으로서, 0.06 이상, 0.30 이하여도 된다. 본 발명자의 새로운 지견에 의하면, 경계 도금층(50)에 있어서 이와 같은 소정 범위의 양으로 Mg가 포함됨으로써, 강판(10, 20)에 대한 Zn의 침입이 효과적으로 억제되어, LME 균열이 발생하기 어려워진다. Mg의 작용 기구에 대하여 상세는 명확하지 않지만, Mg가 존재함으로써 강 입계에 있어서의 Zn의 존재를 불안정화하여, LME 균열로 이어지는 강 입계로의 Zn 침입을 억제하는 것으로 생각된다. 경계 도금층(50)에 있어서의 Mg와 Zn의 질량비 Mg/Zn은, 0.07 이상, 0.09 이상 또는 0.10 이상이어도 되고, 0.25 이하, 0.20 이하 또는 0.18 이하여도 된다.
(Fe: 65.0질량％ 이하)
경계 도금층(50)은, 그 적어도 일부에 있어서, 혹은, 그 평균 화학 조성에 있어서, Fe의 농도가 65.0질량％ 이하, 55.0질량％ 이하, 45.0질량％ 이하, 35.0질량％ 이하, 25.0질량％ 이하, 15.0질량％ 이하, 12.0질량％ 이하, 10.0질량％ 이하, 8.0질량％ 이하 또는 6.0질량％ 이하여도 된다. 상술한 바와 같이, 경계 도금층(50)은, 스폿 용접 시, 도금층(11, 21) 유래의 금속 성분이나 강판(10, 20) 유래의 금속 성분이 용융되거나 하여 혼합됨으로써 형성된다. 즉, 스폿 용접 시, 강판(10, 20)으로부터 경계 도금층(50)으로 Fe가 확산될 수 있다. 본 발명자의 새로운 지견에 의하면, 스폿 용접 시에 액상의 Zn과 공존하는 Fe의 농도가 낮은 경우(즉, 강판(10, 20)으로부터 경계 도금층(50)으로의 Fe의 확산이 작은 경우), 강판(10, 20)에 대한 Zn의 침입이 억제되는 경향이 있다. 강판(10, 20)으로부터 경계 도금층(50)으로의 Fe의 확산을 억제하기 위해서는, 예를 들어 강판(10, 20) 중 적어도 한쪽에 대하여, 후술하는 내부 산화 처리를 실시하는 것이 유효하다. 또한, 핫 스탬프 등에 의해 용접 전의 도금층(11, 21)에 Fe가 다량으로 포함되어 있었다고 해도, 용접 시에 액상의 Zn과 공존하는 Fe의 농도는 반드시 높게는 되지 않는다. 이것은, 핫 스탬프 등에 의해 도금층(11, 21) 중에 확산된 Fe가, 그 밖의 금속과 함께 고융점 금속간 화합물을 형성할 수 있기 때문에, 용접 시에는 용융되기 어렵기 때문이다.
(그 밖의 성분)
경계 도금층(50)에 있어서, 상기한 성분 이외의 성분의 함유량에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 경계 도금층(50)은, 그 적어도 일부에 있어서, 혹은, 그 평균 화학 조성에 있어서, Al을 0.500질량％ 이상, 90.0질량％ 이하 포함하고 있어도 되고, Si를 0.001질량％ 이상, 10.0질량％ 이하 포함하고 있어도 된다. 또한, 상술한 바와 같이, 경계 도금층(50)은, 도금층(11, 21)이나 강판(10, 20)에서 유래되는 그 밖의 원소나 불순물을 포함하고 있어도 된다.
(MgZn2상: 면적률 10％ 이상)
상술한 바와 같이, 경계 도금층(50)에 있어서의 Fe의 농도가 낮은 경우, 강판(10, 20)에 대한 Zn의 침입이 억제되는 경향이 있다. 즉, 경계 도금층(50)에는, Fe 농도가 낮은 상이 일정 이상 포함되면 된다. 본 발명자의 지견에 의하면, 경계 도금층(50)의 단면에 있어서, MgZn2상의 면적률이 10％ 이상인 경우에, LME 균열이 한층 더 억제되기 쉽다. 「MgZn2상」이란, Mg/Zn 질량비가 0.25 내지 0.45인 범위 내에서, Fe 농도가 5질량％ 이하인 상을 말한다. 경계 도금층(50)의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률은, 30％ 이상, 40％ 이상, 50％ 이상 또는 60％ 이상이어도 되고, 100％ 이하, 95％ 이하, 90％ 이하 또는 80％ 이하여도 된다. 경계 도금층(50)의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률은, 경계 도금층(50)의 단면에 있어서의 금속 조성을 측정하는 것 등에 의해 특정 가능하다. MgZn2상의 면적률의 측정 방법에 대해서는, 실시예에서 상세하게 설명한다.
(산화물)
경계 도금층(50)은, 긴 직경이 0.5㎛ 이상인 산화물을 1개 이상 갖고 있어도 된다. 즉, 경계 도금층(50)의 절단면을 관찰한 경우에, 긴 직경 0.5㎛ 이상의 산화물이 있어도 된다. 또한, 경계 도금층(50)은, 긴 직경이 0.5㎛ 이상인 산화물을 2개 이상, 3개 이상, 5개 이상, 10개 이상 또는 20개 이상 갖고 있어도 된다. 나아가, 경계 도금층(50)은, 긴 직경이 1.5㎛ 이상인 산화물을 2개 이상, 3개 이상, 5개 이상, 10개 이상 또는 20개 이상 갖고 있어도 된다. 후술하는 바와 같이, 강판(10, 20) 중 적어도 하나에 내부 산화 처리가 실시되어 있는 경우, 스폿 용접 시, 강판(10, 20)으로부터 경계 도금층(50)으로 내부 산화물이 확산될 수 있다. 당해 내부 산화물은, 강재에 소정의 어닐링 처리(어닐링의 전처리를 포함함)를 행함으로써 얻을 수 있다. 산화물은, 산소에 더하여, 강판(10, 20) 중에 포함되는 원소 중 1종 또는 2종 이상을 포함하는 것이며, 전형적으로, Si, O 및 Fe를 포함하고, 경우에 따라 또한 Mn을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로는, 산화물은, 전형적으로 Si: 5 내지 25％, Mn: 0 내지 10％, O: 40 내지 65％, 및 Fe: 10 내지 30％를 포함하고 있어도 된다. 당해 산화물은, 이들 원소 이외에도 상술한 원소를 포함해도 된다. 산화물은, Si 및/또는 Mn을 함유하는 산화물이어도 된다. Si 및/또는 Mn을 함유하는 산화물은, 부식 환경에 있어서, 부식 생성물의 절연 피막화를 촉진할 수 있다. 이에 의해, 용접 조인트(100)의 내식성이 향상되는 경우가 있다. 또한, 산화물에 대해서 「긴 직경」이란, 당해 산화물을 가로지르는 최대의 선분의 길이를 말한다. 산화물의 형상은, 특별히 한정되지는 않고, 원상, 대략 원상, 타원상, 다각 형상 등이어도 된다. 산화물의 긴 직경은, 0.7㎛ 이상, 1.0㎛ 이상 또는 1.5㎛ 이상이어도 된다. 산화물의 긴 직경의 상한은 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어 10.0㎛ 이하여도 된다.
1. 6 보충
상술한 바와 같이, 용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 강판(10)과 제2 강판(20) 중 적어도 하나가, 내부 산화 처리된 것이어도 된다. 예를 들어, 용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 강판(10)과 제2 강판(20) 중 적어도 하나가, 깊이 1.5㎛ 이상, 20.0㎛ 이하의 내부 산화층을 가져도 된다. 보다 구체적으로는, 예를 들어 용접 조인트(100)는, 제1 강판(10)의 제2 강판(20)에 마주보는 면측에, 깊이 1.5㎛ 이상, 20.0㎛ 이하의 내부 산화층을 갖는 것이어도 된다. 또한, 내부 산화층의 「깊이」란, 강판(지철) 표면으로부터의 깊이를 말한다. 제1 강판(10)과 제2 강판(20) 중 적어도 하나가 소정의 내부 산화층을 갖는 경우, 상술한 바와 같이, LME 균열이 억제되기 쉽다. 특히, 내부 산화층을 갖는 강판에 있어서의 LME 균열이 억제되기 쉽다.
상술한 바와 같이, 용접 조인트(100)에 있어서는, 제1 도금층(11)과 제2 도금층(21)의 양쪽이 구비되어 있어도 된다. 예를 들어, 제1 강판(10)의 제2 강판(20)과 마주보는 면 상에, 제1 도금층(11)을 가져도 된다. 또한, 제2 강판(20)의 제1 강판(10)과 마주보는 면 상에, 제2 도금층(21)을 가져도 된다. 또한, 제1 도금층(11)과 제2 도금층(21) 중 적어도 하나가, Zn과 Mg의 양쪽을 포함해도 된다. 또한, 경계 도금층(50)이, 제1 도금층(11)에서 유래되는 성분과, 제2 도금층(21)에서 유래되는 성분을 포함해도 된다.
상기 설명에서는, 용접 조인트(100)가, 제1 강판(10) 및 제2 강판(20)을 구비하는 형태에 대하여 설명하였지만, 용접 조인트(100)는, 제1 강판(10) 및 제2 강판(20)에 더하여, 이들 이외의 강판을 더 구비하고 있어도 된다. 즉, 용접 조인트(100)는 3매 이상의 강판이 중첩되어 스폿 용접에 의해 접합된 것이어도 된다. 또한, 용접 조인트(100)는, 복수의 스폿 용접부를 갖는 것이어도 된다. 어쨌든, 용접 조인트(100)는, 적어도 일부에, 상기 제1 강판(10), 제2 강판(20), 스폿 용접부(30), 및 경계 도금층(50)으로 간주할 수 있는 부분이 있으면 된다. 즉, 복수의 스폿 용접부를 구비하는 경우, 복수의 경계 도금층의 일부에, 상기 경계 도금층(50)의 조건이 충족되지 않는 것이 존재하고 있어도 된다.
2. 용접 조인트의 제조 방법
용접 조인트(100)의 제조 방법은, (1) 제1 강판(10) 및 제2 강판(20)을 제조하는 것, 여기에서 상기 제1 강판(10)의 상기 제2 강판(20)과 마주보는 면 상에 제1 도금층(11)이 구비되고, 상기 제2 강판(20)의 상기 제1 강판(10)과 마주보는 면 상에 도금층이 존재하지 않거나, 또는, 제2 도금층(21)이 구비되고, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21) 중 적어도 한쪽이, Zn 및 Mg를 포함하고, 제1 강판(10)의 인장 강도와 제2 강판(20)의 인장 강도 중 높은 쪽의 인장 강도가, 780㎫ 이상이며, 및 (2) 도금층을 사이에 두도록 하여 상기 제1 강판(10) 및 상기 제2 강판(20)을 중첩한 후에 스폿 용접하는 것을 포함할 수 있다. 이하, 용접 조인트(100)의 제조 방법의 일례에 대하여 설명하지만, 용접 조인트(100)는, 이것 이외의 방법에 의해 제조되어도 된다.
2. 1 강판의 제조 조건
강판은, 예를 들어 성분 조성을 조정한 용강을 주조하여 강편을 형성하는 주조 공정, 강편을 열간 압연하여 열연 강판을 얻는 열연 공정, 열연 강판을 권취하는 권취 공정, 권취한 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판을 얻는 냉연 공정, 냉연 강판에 대하여 통전 처리하는 전처리 공정, 및 전처리한 냉연 강판을 어닐링하는 어닐링 공정을 행함으로써 얻을 수 있다. 대체적으로, 열연 공정 후에 권취하지 않고, 산세하여 그대로 냉연 공정을 행해도 된다. 그 후, 강판의 표면에 도금을 실시함으로써, 도금층을 갖는 강판이 제조된다.
(주조 공정)
주조 공정의 조건은 특별히 한정되지는 않는다. 예를 들어, 고로나 전로 등에 의한 용제에 이어서, 각종 2차 제련을 행하고, 이어서, 통상의 연속 주조, 잉곳법에 의한 주조 등의 방법으로 주조하면 된다.
(열연 공정)
상기와 같이 주조한 강편을 열간 압연하여 열연 강판을 얻을 수 있다. 열연 공정은, 주조한 강편을 직접 또는 일단 냉각한 후에 재가열하여 열간 압연함으로써 행해진다. 재가열을 행하는 경우에는, 강편의 가열 온도는, 예를 들어 1100℃ 내지 1250℃이면 된다. 열연 공정에 있어서는, 통상, 조압연과 마무리 압연이 행해진다. 각 압연의 온도나 압하율은, 원하는 금속 조직이나 판 두께에 따라서 적절히 변경하면 된다. 예를 들어 마무리 압연의 종료 온도를 900 내지 1050℃, 마무리 압연의 압하율을 10 내지 50％로 해도 된다.
(권취 공정)
열연 강판은 소정의 온도에서 권취할 수 있다. 권취 온도는, 원하는 금속 조직 등에 따라서 적절히 변경하면 되고, 예를 들어 500 내지 800℃이면 된다. 권취하기 전 또는 권취한 후에 풀어, 열연 강판에 소정의 열처리를 부여해도 된다. 대체적으로, 권취 공정은 행하지 않고 열연 공정 후에 산세하여 후술하는 냉연 공정을 행할 수도 있다.
(냉연 공정)
열연 강판에 산세 등을 행한 후, 열연 강판을 냉간 압연하여 냉연 강판을 얻을 수 있다. 냉간 압연의 압하율은, 원하는 금속 조직이나 판 두께에 따라서 적절히 변경하면 되고, 예를 들어 20 내지 80％이면 된다. 냉연 공정 후에는 예를 들어 공랭하여 실온까지 냉각하면 된다.
(전처리 공정)
냉연 강판을 어닐링하기 전에 소정의 전처리 공정을 행한 경우, 상기 압연 공정에서 강판 표면에 형성되는 외부 산화막 등이 적절하게 제거되어, 어닐링 시에 산소가 강의 내부에 침입하기 쉬워져, 강판의 내부에 있어서의 산화물의 형성이 촉진되기 쉽다. 또한, 강판 표층에 변형을 도입하는 것 등에 의해 강판의 내부에 있어서의 산화물의 형성을 촉진하는 경우도 있을 수 있다. 즉, 이와 같은 전처리 공정을 행한 경우에는, 후술하는 어닐링 공정에 있어서 원하는 내부 산화물을 생성하기 쉽다. 당해 전처리 공정은, 브러시 등을 사용한 연삭 처리나 전해 처리를 포함하고 있어도 된다. 예를 들어, 연삭 처리는, NaOH를 0.5 내지 4.0질량％ 포함하는 수용액을 냉연 강판에 도포하고, 브러시 압하량 0.5 내지 4.0㎜, 회전량 200 내지 1200rpm으로 브러시 연삭을 실시하는 것을 포함하고 있어도 되고, 전해 처리는, 예를 들어 pH8.0 이상의 용액 중에서 냉연 강판을 통전하는 것을 포함하고 있어도 된다. 통전 시의 전류 밀도는 1.0 내지 8.0A/dm2이어도 된다. 통전 시간은 5 내지 10초간이면 된다. 이와 같은 pH, 전류 밀도 및 통전 시간으로 제어하여 통전 처리를 행함으로써, 후술하는 어닐링 공정에 있어서, 내부 산화물을 효율적으로 형성할 수 있다.
(어닐링 공정)
어닐링은, 예를 들어 0.1 내지 20㎫의 장력을 가한 상태에서 행하는 것이 바람직하다. 어닐링 시에 장력을 가하면 강판에 변형을 보다 효과적으로 도입하는 것이 가능해져, 강판의 내부에 산화물이 생성되기 쉬워진다.
내부 산화물을 적절하게 형성하기 위해, 어닐링 공정의 유지 온도는 700 내지 900℃이면 되고, 바람직하게는 720 내지 870℃이다. 이와 같은 범위로 함으로써, 외부 산화층의 형성을 억제하여, 산화물을 강판의 내부에 형성할 수 있다. 상기 유지 온도가 700℃ 미만이면, 어닐링 시에 원하는 내부 산화물이 충분히 형성되지 않는 경우가 있다. 상기 유지 온도가 900℃ 초과이면, 어닐링 시에 외부 산화층이 형성되기 쉽다. 상기 유지 온도까지의 승온 속도는, 특별히 한정되지는 않지만 1 내지 10℃/초로 행하면 된다. 또한, 승온은, 1 내지 10℃/초의 제1 승온 속도와, 당해 제1 승온 속도와는 다른 1 내지 10℃/초의 제2 승온 속도에 의해, 2단계로 행해도 된다.
상기 어닐링 공정의 유지 온도에서의 유지 시간은, 10 내지 300초간이어도 되고, 30 내지 250초간이어도 된다. 이와 같은 범위로 함으로써, 외부 산화층의 형성을 억제하여, 산화물을 강판의 내부에 형성할 수 있다. 상기 유지 시간이 10초간 미만이면, 어닐링 시에 원하는 내부 산화물이 충분히 형성되지 않는 경우가 있다. 상기 유지 시간이 300초간 초과이면, 어닐링 시에 외부 산화층이 형성되기 쉽다.
어닐링 공정에서의 분위기의 노점은, 내부 산화물을 충분히 생성시키는 관점에서, -20 내지 10℃이면 되고, 바람직하게는 -10 내지 5℃이다.
또한, 어닐링 공정을 행하기 전에, 어닐링 공정보다도 전의 공정에 있어서 강판의 내부에 생성된 산화물(전형적으로 입계형 산화물을 포함함)을 제거해도 된다. 상술한 압연 공정, 특히 열연 공정 동안에, 강판의 표층에 내부 산화층이 형성되는 경우가 있다. 그와 같은 압연 공정에서 형성된 내부 산화층은, 어닐링 공정에 있어서 내부 산화물을 형성하는 것을 저해할 우려가 있기 때문에, 당해 내부 산화층은 산세 처리 등에 의해 어닐링 전에 제거해 두어도 된다. 예를 들어, 어닐링 공정에서의 내부 산화층의 성장을 예측하여, 어닐링 공정 전에 있어서의 냉연 강판의 내부 산화물의 층의 깊이를, 1.5㎛ 이하, 1.0㎛ 이하, 0.5㎛ 이하, 0.3㎛ 이하, 0.2㎛ 이하 또는 0.1㎛ 이하로 해 두면 된다.
이상과 같이, 강판(10, 20)을 제조함에 있어서는, 강판의 표층(예를 들어 강판의 표면으로부터 20㎛까지의 영역, 즉 강판의 내부)에 있어서 내부 산화물을 형성해 두는 것이 유효하다. 예를 들어, 제1 강판(10)에 있어서의 LME 균열을 억제하고자 하는 경우에는, 제1 강판(10)의 표층에 있어서 상기 내부 산화물을 형성해 두면 된다. 이와 같은 내부 산화물로서는, 강의 결정립 내 또는 결정립계 상에 입상으로 분산된 입상형 산화물, 강의 결정립계를 따라서 존재하는 입계형 산화물, 및/또는 결정립 내에 덴드라이트 상에 존재하는 덴드라이트형 산화물 등을 들 수 있다. 강판(10, 20)에 대하여 내부 산화 처리를 실시한 경우, 예를 들어 강판(10, 20)에 포함되는 Si가 산화되어, 강판(10, 20)의 표층에 있어서 고용 Si가 결핍된 상태가 된다. 본 발명자의 새로운 지견에 의하면, 강판(10, 20)의 표층에 있어서 고용 Si가 결핍되면, 강판(10, 20)의 표층에 있어서 Zn이 액상으로 되기 어려워진다. 즉, 용접 조인트(100)에 있어서, 제1 강판(10)과 제2 강판(20) 중 적어도 하나가 적절하게 내부 산화 처리된 것인 경우, 강판(10, 20)의 표층에 있어서 Zn이 액상으로 되기 어렵다. 결과로서, 강판(10, 20)의 내부로 Zn이 침입하기 어려워져, LME 균열이 억제된다. 강판(10, 20)의 표면 상(외부)에 막상으로 산화물이 형성되는 경우, 즉 외부 산화층이 형성되는 경우에는, 이와 같은 효과는 얻어지기 어렵다.
2. 2 도금 공정
도금 공정에 의해, 강판의 표면에 대하여 도금층이 형성된다. 도금 공정은, 당업자에 공지의 방법에 따라서 행하면 된다. 도금 공정은, 예를 들어 용융 도금에 의해 행해도 되고, 전기 도금에 의해 행해도 되고, 증착 도금에 의해 행해도 된다. 바람직하게는, 도금 공정은 용융 도금에 의해 행해진다. 도금 공정의 조건은, 원하는 도금층의 성분 조성, 두께 및 부착량 등을 고려하여 적절히 설정하면 된다. 도금 처리 후, 합금화 처리를 행해도 된다. 전형적으로는, 도금 공정의 조건은, Al: 0 내지 90.0％, Mg: 3.0 내지 60.0％, Fe: 0 내지 15.0％, 및 Si: 0 내지 10.0％를 포함하고, 잔부가 Zn 및 불순물로 이루어지는 도금층을 형성하도록 설정하면 된다.
2. 3 스폿 용접 조건
이상과 같이 하여 강판(10, 20)을 제조한 후에는, 강판(10, 20)을 중첩하여, 적어도 1개소에 스폿 용접을 행한다. 스폿 용접의 조건은, 당업자에 공지의 조건에서 행하면 된다. 예를 들어, 돔 라디우스형의 선단 직경 6 내지 8㎜의 용접 전극을 사용하여, 가압력 1.5 내지 6.0kN, 통전 시간 0.1 내지 1.0s(5 내지 50사이클, 전원 주파수 50Hz), 통전 전류 4 내지 15kA로 스폿 용접을 행할 수 있다.
이상과 같이, 본 개시의 용접 조인트(100)와 같이, 제1 도금층(11) 및 제2 도금층(21)이 소정의 관계 I을 충족하고, 경계 도금층(50)의 단면에 있어서 MgZn2상이 소정의 면적률을 충족함으로써, LME 균열이 억제되기 쉽고, 또한, 우수한 내식성이 확보되기 쉽다.
3. 용접 조인트의 용도
용접 조인트(100)는, 상술한 바와 같이 LME 균열이 억제되기 쉽고, 또한, 우수한 내식성을 갖는 것이며, 다양한 용도에 적용될 수 있다. 예를 들어, 자동차 부품에 적용되는 것이 바람직하다. 바람직한 형태에 있어서, 자동차 부품은, 상기 용접 조인트(100)를 구비하고, 제1 강판(10)이 차량 외측에 배치되고, 제2 강판(20)이 차량 내측에 배치되고, 제1 도금층(11)의 Mg 조성보다도 제2 도금층(21)의 Mg 조성이 낮다. 또한, 당해 자동차 부품에 있어서는, [상기 제1 도금층의 Mg 조성(질량％)]/[제1 도금층의 Zn 조성(질량％)]이 0.30보다도 커도 된다.
자동차 부품은 복수의 강판으로 구성된다. 자동차 부품에 있어서 강판을 중첩하였을 때, 차량 외측에 배치되는 강판쪽이, 차량 내측에 배치되는 강판보다 높은 내식성이 요구된다. 이 요구에 부응하기 위해, 차량 외측에 배치되는 강판의 표면에 고Mg의 도금층을 배치하면 된다. 한편, 차량 내측에 배치되는 강판은, 내식성의 관점에서, 차량 외측에 배치되는 강판에 비해 도금층에 포함되는 Mg의 함유량을 높게 할 필요가 없다. 차량 외측에 배치되는 강판의 표면의 고Mg의 도금층에 의해 차내측에 배치되는 강판과의 용접부에 LME 균열이 염려되는 경우, 차량 내측에 배치되는 강판의 차량 외측의 표면에 있는 도금층의 Mg/Zn의 함유량의 비율과, 도금층의 두께(부착량)를, 상기 관계 I을 충족하는 범위로 하면, 자동차 부품의 내식성과 용접부의 건전성의 양립을 달성할 수 있다. 또한, 제1 도금층의 조성이 단체로 LME 균열의 발생이 없는 Mg양이었다고 해도, 제2 도금층의 조성과 부착량을 조정함으로써 용접부의 내식성이 불충분하게 되는 것을 피할 수 있다.
본 개시의 용접 조인트(100)는, 제1 강판(10)과 제2 강판(20)이 스폿 용접부(30)를 통해 접합되는 모든 자동차 부품에 적용 가능하다. 도 2에 일 실시 형태에 관한 자동차 부품(1000)을 도시한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 자동차 부품(1000)은, 차량 외측에 배치되는 해트형 부재(200)와, 차량 내측에 배치되는 보강 부재(300) 및 클로징 플레이트(300)를 구비하는 것이어도 된다. 또한, 자동차 부품(1000)은, 보강 부재(300)를 구비하지 않는 것이어도 된다. 자동차 부품(1000) 중, 예를 들어 해트형 부재(200)가 상기 용접 조인트(100)에 있어서의 제1 강판(10)에 상당하는 것이어도 된다. 또한, 자동차 부품(1000) 중, 예를 들어 보강 부재(300)가, 상기 용접 조인트(100)에 있어서의 제2 강판(20)에 상당하는 것이어도 된다. 또한, 자동차 부품(1000) 중, 예를 들어 클로징 플레이트(400)가, 상기 용접 조인트(100)에 있어서의 제2 강판(20)에 상당하는 것이어도 된다.
실시예
이하, 실시예를 나타내면서 본 개시의 용접 조인트에 의한 효과에 대하여 더 설명하지만, 본 개시의 용접 조인트는 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
1. 강판의 제조
성분 조성을 조정한 용강을 주조하여 강편을 형성하고, 강편을 열간 압연하고, 산세한 후에 냉간 압연하여 냉연 강판을 얻었다. 이어서, 실온까지 공랭하고, 냉연 강판에 산세 처리를 실시하여 압연에 의해 형성된 내부 산화층을 제거하였다. 이어서, 일부의 냉연 강판에 대하여, 브러시에 의한 연삭 처리와 전해 처리를 행하였다. 브러시 연삭 처리는, 냉연 강판에 NaOH를 2.0％ 포함하는 수용액을 도포한 상태에서, 강판에 대한 브러시 압하량을 2.0㎜, 회전량을 600rpm으로 하여 2회 실시하였다. 전해 처리는, 냉연 강판을, pH9.8의 용액 중에서 6.1A/dm2의 전류 밀도로 7.2초간 통전하는 것으로 하였다. 그 후, 소정의 노점, 유지 온도 및 유지 시간에 의해 어닐링 처리를 행하여, 각 강판을 제작하였다. 모든 강판에 있어서, 어닐링 시의 승온 속도는, 500℃까지는 6.0℃/초로 하고, 500℃로부터 유지 온도까지는 2.0℃/초로 하였다. 유지 온도는 800℃이며 유지 시간은 100초로 하고 유지 중의 분위기는 N2-4％ H2이며 노점은 0℃로 하였다. 상기 어닐링 처리에 있어서, 일부의 냉연 강판에 대해서는 0.5㎫의 장력을 가한 상태에서 어닐링 처리를 행하고, 그 밖의 냉연 강판에 대해서는 장력을 가하지 않고 어닐링 처리를 행하였다. 또한, 각 강판에 대하여, 압연 방향에 직각인 방향을 긴 변 방향으로 하는 JIS5호 인장 시험편을 채취하고, JIS Z 2241(2011)에 준거하여 인장 시험을 행하였다. 사용한 강판의 판 두께는 모두 1.6㎜였다.
2. 도금
각 강판을 100㎜×200㎜의 사이즈로 절단한 후, 각 강판에 대하여 용융 아연 도금을 실시하고, 이어서 합금화 처리를 행하였다. 용융 아연 도금 공정에서는, 절단한 시료를 440℃의 용융 아연 도금욕에 3초간 침지하였다. 침지 후, 100㎜/초로 인발하여, N2 와이핑 가스에 의해 도금 부착량을 제어하였다. 도금 후의 냉각 속도는 10℃/초로 하여 도금욕온으로부터 150℃ 이하까지 냉각하여 샘플을 얻었다. 그 후, 일부의 샘플에는 500℃에서 합금화 처리를 행하여, 합금화 Zn계 도금 강판을 얻었다.
3. 스폿 용접
각 Zn계 도금 강판을 50㎜×100㎜의 사이즈로 절단한 것을 2매 준비하고, 그 2매의 Zn계 도금 강판 시료에 대하여, 돔 라디우스형의 선단 직경 8㎜의 용접 전극을 사용하여, 타각 3°, 가압력 4.0kN, 통전 시간 0.5초(20사이클, 전원 주파수 50Hz), 통전 전류 7kA, 판 간극 0.3㎜로 스폿 용접을 행함으로써, 용접 조인트를 얻었다. 또한, 「타각」이란, 전극과 강판이 이루는 각도가 90°로부터 얼마나 기울어져 있는지를 의미한다. 예를 들어 타각 3°는, 전극과 강판이 87°의 각도로 접한 채로 용접하는 것을 의미한다.
4. 도금층의 금속 조성의 분석·산출
얻어진 각 용접 조인트에 대하여, 제1 강판의 제2 강판과 마주보는 면 상에 형성된 제1 도금층의 화학 조성과, 제2 강판의 제1 강판과 마주보는 면 상에 형성된 제2 도금층의 화학 조성을 분석하고, 이하의 식으로 표시되는 평균 Mg/Zn을 산출하였다. 제1 도금층의 조성 분석과 제2 도금층의 조성 분석은, 경계 도금층으로부터 10㎜ 이상 이격된 부분 혹은 용접을 실시하지 않은 부분을 대상으로 하였다. 도금층의 조성은, 30㎜×30㎜로 절단한 샘플을 인히비터가 함유된 10％ 염산에 침지하여 도금층을 용해시킨 후, 용액 중에 용해된 도금 성분을 ICP 분석함으로써 측정하였다.
평균 Mg/Zn=[(상기 제1 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]/[(상기 제1 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]
5. 경계 도금층의 단면에 있어서의 금속 조직의 확인
경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률의 측정은, 단면 SEM 관찰에 의해 행한다. 여기서, Mg와 Zn이 공존하고, Mg/Zn의 질량비가 0.25 내지 0.45, Fe 농도가 5질량％ 이하인 층을 MgZn2상으로 간주한다. 관찰하는 단면은, 용접 조인트의 너깃 중심을 지나, 제1 강판의 판 두께 방향을 따른 용접 조인트의 단면이다. MgZn2상의 면적률 측정은 다음 수순으로 행한다. 먼저, 경계 도금층을 포함하는 단면을 SEM 관찰하여 SEM 화상을 얻는다. 다음으로 SEM 화상 중, 코로나 본드의 단부로부터 용접부의 외측을 향하여 0.5㎜의 구간에 있는 도금층을 경계 도금층으로서 구획한다. 구획한 경계 도금층의 원소 맵을 SEM-EDS를 사용하여 취득한다. 취득한 원소 맵에 있어서, MgZn2상에 해당하는 상과 해당하지 않는 상을 화상 해석 소프트웨어로 2치화하여 면적률을 도출한다.
6. LME 균열의 유무의 평가
얻어진 각 용접 조인트의 스폿 용접부를 관찰하여, LME 균열의 유무를 평가하였다. 평가 기준은 이하와 같다.
평가 AA: LME 균열 없음
평가 A: LME 균열 길이 0㎛ 초과 내지 100㎛
평가 B: LME 균열 길이 100㎛ 초과 내지 300㎛
평가 C: LME 균열 길이 300㎛ 초과
7. 내식성 평가
각 용접 조인트에 대하여, JASO(M609-91)에 따라서 복합 사이클 부식 시험에 제공하여 360사이클 후의 강재의 부식 상황에 의해, 스폿 용접부의 내식성을 평가하였다. 각 평가용 샘플에 대하여, 상기 부식 시험의 완료 후, 스폿 용접부(너깃 및 코로나 본드)와 강판을 포함하는 부분의 단면을 SEM에 의해 관찰하였다(예를 들어 도 1과 같은 부분). 관찰 화상으로부터, 경계 도금층으로부터 강판의 방향을 향하여(예를 들어 도 1에서는 상방향을 향하여) 1㎜의 범위에 있어서의 강판 부분의 최대 부식 깊이를 측정하고, 이하의 평가 기준으로 내식성을 평가하였다.
평가 AA: 부식 깊이 0.1㎜ 이하
평가 A: 부식 깊이 0.1㎜ 초과 내지 0.3㎜ 이하
평가 B: 부식 깊이 0.3㎜ 초과 내지 0.5㎜ 이하
평가 C: 부식 깊이 0.5㎜ 이상
8. 평가 결과
하기 표에, 각 용접 조인트에 채용한 제1 강판 및 제2 강판의 강도, 도금 조성 및 그 밖의 성상, 용접 조인트에 있어서의 경계 도금층의 MgZn2상의 면적률, 용접 조인트에 대한 LME 균열의 평가 결과, 그리고, 내식성의 평가 결과를 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
Figure pct00003
표 1 내지 3에 나타낸 결과로부터 명백한 바와 같이, 용접 조인트가 이하의 요건을 충족하는 경우, 인장 강도 780㎫ 이상의 고강도 강판을 포함하는 경우에 있어서도, LME 균열이 현저하게 억제됨과 함께, 내식성도 확보되는 것을 알 수 있다(No.2, 3, 5 내지 7, 10 내지 12, 14, 16, 18 내지 22, 25, 26, 28, 31 내지 34).
(1) 제1 강판의 제2 강판에 마주보는 면 상에, 제1 도금층이 구비되고, 제2 강판의 제1 강판에 마주보는 면 상에, 도금층이 존재하지 않거나, 또는, 제2 도금층이 구비되는 것.
(2) 제1 도금층 및 제2 도금층이, 이하의 관계 I을 충족하는 것.
(3) 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률이 10％ 이상인 것.
관계 I: 0.30≥[(상기 제1 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]/[(상기 제1 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]≥ 0.06
또한, No.1, 4, 8, 9, 13 및 17에 대해서는, 평균 Mg/Zn이 상기 관계 I의 하한값을 하회하였기 때문에, 경계부에 있어서의 MgZn2상의 면적률도 작아져, 경계부에 있어서 Mg와 Zn이 공존하는 것에 의한 효과가 얻어지기 어려워, LME 균열로 이어지는 강 입계로의 Zn 침입이 발생하기 쉬웠던 결과, LME 균열로 이어진 것으로 생각된다. 또한, Mg가 너무 적음으로써, 충분한 내식성을 확보할 수 없었던 것으로 생각된다.
No.15, 23 및 24에 대해서는, 냉연 강판의 내부 산화 처리 조건이 적절하지 않았던 결과, 용접 시에 경계부에 Fe가 확산되기 쉬워져, 경계부에 있어서의 MgZn2상의 면적률이 작아져, 강판 표층에 있어서 Zn의 액상이 발생하기 쉬워진 결과, LME 균열이 발생하기 쉬워진 것으로도 생각된다.
No.27에 대해서는, 평균 Mg/Zn이 상기 관계 I의 상한값을 상회하고 있고, Mg가 과잉이 됨으로써 내식성이 저하된 것으로 생각된다.
또한, 제2 도금층이 없는 경우에 있어서도, 상기 요건을 충족하면 LME 균열의 억제와 내식성의 양립을 달성할 수 있음을 알 수 있다. 제2 도금층이 없는 사례는 No.28, 29, 30, 31, 32 및 34이다. 이 중, 상기 요건을 충족하는 것은, No.28, 31, 32 및 34이다. 즉, No.28, 31, 32 및 34는 실시예이다. 이들 실시예는 LME 균열의 억제와 내식성의 양립을 달성할 수 있었다. 한편, No.29는 관계 I의 하한을 벗어나고, No.30은 관계 I의 상한을 벗어나 있기 때문에, 충분한 내식성이 얻어지지 않는다. 또한, No.29는, 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률이 10％ 미만이고, LME 균열도 억제되어 있지 않다.
또한, 내부 산화층에 관하여 더욱 상세하게 설명하면 이하와 같다. No.15, 23 및 24의 사례는, 관계 I을 충족하는 것의 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률이 너무 작았기 때문에, LME 균열을 억제할 수 없었다. No.15, 23 및 24와 동등한 관계 I의 값의 실시예는, No.6, 7, 10, 16, 18, 22, 25, 26, 28 및 32이다. 이들 실시예에서는 제1 강판과 제2 강판 중 적어도 한쪽에 깊이가 1.5㎛ 이상인 내부 산화층이 있다. 즉, 깊이가 1.5㎛ 이상인 내부 산화층이 존재하면, 관계 I을 충족하였을 때 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률이, 깊이가 1.5㎛ 이상인 내부 산화층이 없는 경우보다도 높아져, LME 균열을 억제하기 쉬워진다. No.32 및 No.34의 실시예에서는, 제1 강판과 제2 강판의 내부 산화층 중 내부 산화층의 두께(깊이)가 1.5㎛ 이상인 것은 한쪽밖에 없다. 이와 같은 경우에서는 관계 I의 값이 0.06 이상이면, 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률을 10％ 이상으로 할 수 있다. 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 비율이 10％ 이상이면, LME 균열을 억제할 수 있다. No.31 및 No.33의 실시예에서는, 제1 강판과 제2 강판의 내부 산화층의 두께(깊이)가 어느 쪽도 1.5㎛ 미만이다. 이와 같은 얇은(얕은) 내부 산화층밖에 없어도, 관계 I의 값이 0.20을 초과하고 있으면, 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률을 크게 할 수 있다. 즉, 내부 산화층의 상태에 관계없이 MgZn2상의 면적률을 크게 하여 LME 균열을 억제할 수 있다.
10: 제1 강판
11: 제1 도금층
20: 제2 강판
21: 제2 도금층
30: 스폿 용접부
31: 너깃
32: 코로나 본드
40: 세퍼레이션부
50: 경계 도금층
100: 용접 조인트
200: 해트형 부재
300: 보강 부재
400: 클로징 플레이트

Claims (6)

  1. 용접 조인트이며, 제1 강판과, 제2 강판과, 상기 제1 강판 및 상기 제2 강판을 접합하는 스폿 용접부를 구비하고,
    상기 제1 강판의 상기 제2 강판에 마주보는 면 상에, 제1 도금층이 구비되고,
    상기 제2 강판의 상기 제1 강판에 마주보는 면 상에, 도금층이 존재하지 않거나, 또는, 제2 도금층이 구비되고,
    상기 스폿 용접부가, 너깃과 코로나 본드를 구비하고,
    상기 제1 강판과 상기 제2 강판 사이, 또한, 상기 코로나 본드의 단부로부터 상기 스폿 용접부의 외측을 향하여 0.5㎜의 범위에, 경계 도금층이 구비되고,
    상기 제1 강판의 인장 강도와 상기 제2 강판의 인장 강도 중 높은 쪽의 인장 강도가, 780㎫ 이상이며,
    상기 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률이 10％ 이상이며,
    상기 제1 도금층 및 상기 제2 도금층이, 이하의 관계 I을 충족하는,
    용접 조인트.
    관계 I: 0.30≥[(상기 제1 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Mg 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]/[(상기 제1 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제1 도금층의 부착량(g/㎡))+(상기 제2 도금층의 Zn 조성(질량％))×(상기 제2 도금층의 부착량(g/㎡))]≥ 0.06
    여기서, 상기 제2 도금층이 존재하지 않는 경우, 제2 도금층의 Mg 조성, Zn 조성 및 부착량은 0이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 경계 도금층의 단면에 있어서의 MgZn2상의 면적률이 60％ 이상인, 용접 조인트.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 경계 도금층이, 긴 직경이 0.5㎛ 이상인 산화물을 1개 이상 갖는, 용접 조인트.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 강판의 상기 제2 강판에 마주보는 면측에, 깊이 1.5㎛ 이상, 20.0㎛ 이하의 내부 산화층을 갖는, 용접 조인트.
  5. 자동차 부품이며, 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 기재된 용접 조인트를 구비하고,
    상기 제1 강판이 차량 외측에 배치되고,
    상기 제2 강판이 차량 내측에 배치되고,
    상기 제1 도금층의 Mg 조성보다도 상기 제2 도금층의 Mg 조성이 낮은,
    자동차 부품.
  6. 제5항에 있어서,
    [상기 제1 도금층의 Mg 조성(질량％)]/[제1 도금층의 Zn 조성(질량％)]이 0.30보다도 큰, 자동차 부품.
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