CN114901422B - 铝基镀覆坯料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的一实施例公开一种铝基镀覆坯料，其包括：第一镀覆钢板；第二镀覆钢板，其与所述第一镀覆钢板连接；以及接头，其在所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板的边界，连接所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板。

Description

铝基镀覆坯料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种铝基镀覆坯料及其制造方法。
背景技术
车辆使用具有各种强度的部件。例如，在车辆碰撞或倾覆时应吸收能量的部分需要较低的强度，而需要保持形状以确保乘车者生存空间的部分需要较高的强度。
如果碰撞时应吸收能量的部分的强度过高，就无法适度吸收冲击能量并照搬传递到其它部分，因此反而会导致将过度的冲击传递到乘车者和车辆其它部件的问题。
车辆不断需要轻量化和降低成本，随之一个部件需要具有部分彼此不同的两种强度。
即，部件的某些区间为了保护乘车者而需要高强度，而某些区间则为了吸收冲击能量而需要相对较低的强度。
所述部件的典型例子就是汽车的B柱。所述B柱下部要求相对较低的抗拉强度，上部则要求较高的抗拉强度。需要不同强度的原因在于，车辆碰撞时同时需要以高强度维持形状的部分(倾覆时应支撑车顶的上部)和被碾压时吸收冲击的部分(与其它车辆侧面碰撞的可能性较高的下部)。
另外，为了确保稳定的空间以防止乘车者受伤，B柱上部必须维持形状，因此需要高强度。如果未能确保B柱的上部强度，当车辆倾覆时车顶就会掉下来，对乘车者的安全构成极大威胁。但是B柱下部则需要通过变形吸收冲击能量，因此要求相对低的强度。因为如果B柱下部也具有高强度，侧面碰撞时就无法吸收冲击能量而使冲击传递到其它结构材料。
具体要求的强度根据车辆的类型或形状而不同，但是B柱上部要求约1500MPa的抗拉强度，而B柱下部要求约500至1000MPa的抗拉强度。
传统的做法也有用低强度材料形成部件，然后在需要高强度的部分附着另外的加强件的方法，但是当一个部件分区间需要不同强度时，上部使用硬化性高的材料(或是厚度大的材料)，下部使用低强度和硬化性低的材料(或是厚度小的材料)，进而用激光接合两种材料制成坯料，并且通过热冲压工序制作最终产品。
另一方面，拼焊板(TWB；tailor welded blakns)是通过将材质和厚度中的一个或多个不同的至少两种钢板材料接合而成的部件。所述TWB用钢板材料在表面使用Al-Si镀覆层。
但是，当用激光接合镀覆钢板时，镀覆层的成分会渗入接合(接头)部的熔池内，因此结合部会具有与母材不同的物理性质。当镀覆层为铝-硅(Al-Si)或锌(Zn)基时，在激光接合过程中镀覆层成分会混入接合部中，从而使机械性能下降。
对此，可以通过填充焊丝的成分来解决接合部的强度变低现象或使其最小化，但混入的镀覆层成分(Al)因材料(镀覆附着量大的材料)和接合条件(高接合速度)而无法与母材均匀稀释，从而导致发生偏析等问题，因此仅由填充焊丝成分的效果可能不够充分。
与本发明相关的背景技术公开于韩国授权专利公报第10-1637084号(公告日：2016年07月06日，发明名称：填充焊丝和使用填充焊丝的定制焊接坯料制造方法)中。
发明内容
技术问题
根据本发明的一实施例，提供一种能够使坯料接头的硬度和物性降低最小化的铝基镀覆坯料。
根据本发明的一实施例，提供一种能够防止发生诸如发生坯料接头偏析等缺陷的铝基镀覆坯料。
根据本发明的一实施例，提供一种在热冲压工序之后能够使坯料接头的物性降低最小化的铝基镀覆坯料。
根据本发明的一实施例，提供一种所述铝基镀覆坯料的制造方法。
技术方案
本发明的一实施例提供一种铝基镀覆坯料，其包括：第一镀覆钢板；第二镀覆钢板，其与所述第一镀覆钢板连接；以及接头，其在所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板的边界，连接所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板，其中，所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板分别包括基材铁和镀覆层，所述镀覆层以20～100g/m2的附着量形成于所述基材铁的至少一表面且包括铝，所述基材铁包括0.01～0.5重量％的碳(C)、0.01～1.0重量％的硅(Si)、0.5～3.0重量％的锰(Mn)、大于0至小于或等于0.05重量％的磷(P)、大于0至小于或等于0.01重量％的硫(S)、大于0至小于或等于0.1重量％的铝(Al)、大于0至小于或等于0.001重量％的氮(N)、剩余部分的铁(Fe)以及其它不可避免的杂质，所述接头包括大于或等于0.2重量％至小于或等于2.0重量％的铝(Al)、大于或等于0.8重量％至小于或等于2.5重量％的锰(Mn)以及大于或等于0.1重量％至小于或等于0.4重量％的碳(C)，但所述铝基镀覆坯料在大于或等于所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板中最高的Ac3的温度中不形成铁素体。
根据本实施例，当通过将所述铝基镀覆坯料加热至大于或等于所述Ac3来进行冲压成形，然后通过以10℃/s至500℃/s的冷却速度冷却至小于或等于300℃来进行热冲压成形时，所述接头的平均硬度可以大于或等于所述基材铁的平均硬度。
根据本实施例，所述接头在所述热冲压成形后可以包括大于或等于90面积％的马氏体的微组织。
根据本实施例，所述基材铁可以进一步包括铌(Nb)、钛(Ti)、铬(Cr)、钼(Mo)以及硼(B)中的一种或多种成分。
根据本实施例，所述镀覆层可以包括表面层与合金化层，所述表面层形成于所述基材铁的表面并包括大于或等于80重量％的铝(Al)，所述合金化层形成于所述表面层和所述基材铁之间，所述合金化层包括铝-铁(Al-Fe)和铝-铁-硅(Al-Fe-Si)金属间化合物，并且可以包括20～70重量％的铁(Fe)。
本发明的另一实施例提供一种铝基镀覆坯料的制造方法，其包括：将第一镀覆钢板和第二镀覆钢板边缘处布置为彼此相对；以及向所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板的边界提供填充焊丝，通过照射激光束来形成连接所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板的接头的接合的步骤，其中，所述接头通过所述激光束的照射使所述第一镀覆钢板、所述第二镀覆钢板以及所述填充焊丝共同熔融而形成，所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板分别包括基材铁和镀覆层，所述镀覆层以20～100g/m2的附着量形成于所述基材铁的至少一表面且包括铝，所述接头包括大于或等于0.2重量％至小于或等于2.0重量％的铝(Al)、大于或等于0.8重量％至小于或等于2.5重量％的锰(Mn)以及大于或等于0.1重量％至小于或等于0.4重量％的碳(C)，但所述铝基镀覆坯料在大于或等于所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板中最高的Ac3的温度中不形成铁素体。
根据本实施例，所述激光束照射以横穿所述边界执行往复运动，所述激光束可以具有100～1500Hz的频率和1～20kW的功率，所述接头的形成速度可以为15～170mm/sec。
根据本实施例，所述接头的形成速度可以为15～120mm/sec，所述激光束的频率、激光束半径以及所述接头形成速度可以满足下式1的关系。
【式1】
(在所述式1中，α为0.7，f为所述激光束的频率(Hz)，r为在铝基镀覆钢板的表面测量的所述激光束的半径(mm)，v为所述接头的形成速度(mm/sec))。
根据本实施例，所述基材铁可以包括0.01至0.5重量％的碳(C)、0.01至1.0重量％的硅(Si)、0.5至3.0重量％的锰(Mn)、大于0至小于或等于0.05重量％的磷(P)、大于0至小于或等于0.01重量％的硫(S)、大于0至小于或等于0.1重量％的铝(Al)、大于0至小于或等于0.001重量％的氮(N)、剩余部分的铁(Fe)以及其它不可避免的杂质，所述镀覆层包括表面层与合金化层，所述表面层形成于所述基材铁的表面并包括大于或等于80重量％的铝(Al)，所述合金化层形成于所述表面层和所述基材铁之间，所述合金化层包括铝-铁(Al-Fe)和铝-铁-硅(Al-Fe-Si)金属间化合物，并且可以包括20至70重量％的铁(Fe)。
根据本实施例，当通过将所述铝基镀覆坯料加热至大于或等于所述Ac3来进行冲压成形，然后通过以10℃/s至500℃/s的冷却速度冷却至小于或等于300℃来进行热冲压成形时，所述接头的平均硬度可以大于或等于所述基材铁的平均硬度，所述接头在所述热冲压成形后可以形成为具有包括大于或等于90％马氏体的微组织。
根据本实施例，所述填充焊丝可以包括大于或等于1.5重量％且小于或等于4.5重量％的锰(Mn)以及大于或等于0.4重量％且小于或等于0.9重量％的碳(C)，所述第一镀覆钢板的第一硬度、所述第镀覆钢板的第一厚度的乘积与所述第二镀覆钢板的第二强度、所述第二镀覆钢板的第二厚度的乘积之差可以大于500MPA×mm且小于或等于1000MPA×mm。
根据本实施例，所述填充焊丝可以包括大于或等于2.5重量％至小于或等于4.0重量％的锰(Mn)以及大于或等于0.5重量％至小于或等于0.9重量％的碳(C)，所述第一镀覆钢板的第一硬度、所述第镀覆钢板的第一厚度的乘积与所述第二镀覆钢板的第二强度、所述第二镀覆钢板的第二厚度的乘积之差可以小于或等于500MPA×mm。
根据本实施例，当所述激光束照射时，所述第一镀覆钢板、所述第二镀覆钢板以及照射所述激光束的激光头中的一个或多个可以运动。
有益效果
本发明的铝基镀覆坯料通过将强度和厚度中的一个或多个不同的至少两个铝基镀覆钢板接合而成，其可以使坯料接头的硬度和物性降低最小化，防止发生诸如发生坯料接头偏析等缺陷，并且可以最小化因所述偏析通过热冲压工序相变为Al-Fe金属间化合物而发生的接头断裂。
附图说明
图1是示意性示出根据本发明一实施例的铝基镀覆坯料的剖面图。
图2和图3是分别示意性示出根据本发明一实施例的铝基镀覆坯料制作过程的立体图。
图4是示意性示出通过激光束照射来接合铝基镀覆钢板过程的图。
图5是示意性示出根据本发明一实施例的铝基镀覆坯料制造设备的剖面图。
图6和图7是分别示出铝基镀覆坯料截面的剖面图。
图8和图9是分别示出铝基镀覆坯料经热冲压成形后的每个部位硬度变化的图。
图10和图11是分别示出铝基镀覆坯料截面的剖面图。
具体实施方式
本发明可以进行各种变换并具有多种实施例，因此将特定实施例示于附图并在详细描述中进行详细描述。参考后面将与附图一同描述的实施例，本发明的效果和特征以及其实现方法将变得显而易见。但是本发明并不受限于以下公开的实施例，并且可以各种形式实施。
在以下实施例中，诸如第一、第二等术语用于区分一个构成要素与另一个构成要素，而非具有限制意义。
在以下实施例中，单数的表达包括复数的表达，除非上下文存在明确的区分。
在以下实施例中，“包括”或“具有”等术语意指说明书上记载的特征或构成要素存在，并不预先排除一个或多个其它特征或构成要素附加的可能性。
在以下实施例中，当提及膜、区域、构成要素等的部分位于其它部分之上时，不仅包括直接位于其它部分之上的情况，也包括其中间夹置其它膜、区域、构成要素等的情况。
为了便于描述，附图中构成要素的大小可能被放大或缩小。例如，为了便于描述，任意示出了附图中所示的每个组件的大小和厚度，因此本发明并不必然限定于附图中所示内容。
在某些实施例可以其它方式实施时，可以实施不同于描述的顺序的特定工序顺序。例如，连续描述的两个工序实际上可以同时执行，或者可以与描述的顺序相反的顺序执行。
下面，将参考附图详细描述本发明的实施例，在参考附图进行描述时，相同或对应的构成要素赋予相同的附图标记。
图1是示意性示出根据本发明一实施例的铝基镀覆坯料的剖面图，图2和图3是分别示意性示出根据本发明一实施例的铝基镀覆坯料制作过程的立体图，图4是示意性示出通过激光束照射来接合铝基镀覆钢板过程的图。
首先参考图1，根据本发明一实施例的铝基镀覆坯料100可以包括第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20以及接头30，所述第二镀覆钢板20与所述第一镀覆钢板10连接，所述接头30在所述第一镀覆钢板10和所述第二镀覆钢板20的边界，连接所述第一镀覆钢板10和所述第二镀覆钢板20。
所述第一镀覆钢板10可以包括第一基材铁12和第一镀覆层14，所述第一镀覆层14形成于所述第一基材铁12的至少一表面；所述第二镀覆钢板20可以包括第二基材铁22和第二镀覆层24，所述第二镀覆层24形成于所述第二基材铁22的至少一表面。第一基材铁12和第二基材铁22可以包括相同的成分，第一镀覆层14和第二镀覆层24可以包括相同的成分。下面，为了便与描述将对第一基材铁12和第一镀覆层14进行描述，但其可以同样分别适用于第二基材铁22和第二镀覆层24。
第一基材铁12可以包括0.01至0.5重量％的碳(C)、0.01至1.0重量％的硅(Si)、0.5至3.0重量％的锰(Mn)、大于0至小于或等于0.05重量％的磷(P)、大于0至小于或等于0.01重量％的硫(S)、大于0至小于或等于0.1重量％的铝(Al)、大于0至小于或等于0.001重量％的氮(N)、剩余部分的铁(Fe)以及其它不可避免的杂质。
碳(C)是决定钢的强度和硬度的主要元素，其为了在热冲压(或热压)工序后确保钢材的抗拉强度而添加。另外，出于确保淬透性特性的目的而添加碳。在一具体实施方式中，所述碳以基于所述第一基材铁12总重量的0.01至0.5重量％包括在其中。当所述碳以小于0.01重量％包括时难以达成本发明的机械强度，当大于0.5重量％时，会导致钢材的韧性降低或控制钢脆性的问题。
硅(Si)在第一基材铁12中用作铁素体稳定元素。其通过使铁素体纯净来提高延展性，并且抑制低温域碳化物的形成，从而能够发挥提高奥氏体中碳浓缩度的作用。另外，其是热轧、冷轧、热冲压组织均化(珠光体、控制锰偏析区域)以及细分散铁素体的核心元素。在一具体实施方式中，所述硅以基于所述第一基材铁12总重量的0.01至1.0重量％包括在其中。当所述硅以小于0.01重量％包括时难以发挥所述作用，当大于1.0重量％时，可能导致热轧和冷轧负荷增加，热轧红色型氧化皮过多，以及使接合性降低。
锰(Mn)出于热处理时增加淬透性和强度的目的而添加。在一具体实施方式中，所述锰以基于所述第一基材铁12总重量的0.5至3.0重量％包括在其中。当所述锰以小于0.5重量％包括时，热冲压后的材料因淬透性不足而不达标(硬质相分数不达标)的可能性很高，当大于3.0重量％时，延展性和韧性可能因锰偏析或珠光体带而降低，其成为导致弯曲性能降低的原因，并且可能产生不均匀的微组织。
磷(P)是容易偏析的元素，是抑制钢的韧性的元素。在一具体实施方式中，所述磷以基于所述第一基材铁12总重量的大于0至小于或等于0.05重量％包括在其中。当以所述范围包括时可以防止韧性降低。当所述磷以大于0.05重量％包括时，可能在工序中引起裂痕，并可能形成磷化铁化合物使韧性降低。
硫(S)是抑制加工性和物性的元素。在一具体实施方式中，所述硫以基于所述第一基材铁12总重量的大于0至小于或等于0.01重量％包括在其中。当所述硫以大于0.01重量％包括时热加工性能降低，并且由于巨大夹杂物的生成而产生裂痕等表面缺陷。
铝(Al)具有去除第一基材铁12中氧的脱氧剂作用。在一具体实施方式中，所述铝以基于所述第一基材铁12总重量的大于0至小于或等于0.1重量％包括在其中。当所述铝的含量大于0.1重量％时，会在炼钢过程中造成喷嘴堵塞，并在铸造过程中可能因氧化铝等产生热脆性，从而导致裂痕发生或降低延展性。
当大量添加氮(N)时固溶氮量增加，进而可能使第一基材铁12的冲击特性和延伸率下降，并且接头的韧性可能大幅下降。在一具体实施方式中，所述氮以基于所述第一基材铁12总重量的大于0至小于或等于0.001重量％包括在其中。当所述氮以大于0.001重量％包括时，第一基材铁12的冲击特性和延伸率下降，并且接头的韧性可能会下降。
在一具体实施方式中，所述第一基材铁12可以进一步包括铌(Nb)、钛(Ti)、铬(Cr)、钼(Mo)以及硼(B)中的一种或多种成分。
铌(Nb)出于随马氏体(Martensite)板条束尺寸(Packet size)的缩小而提高强度和韧性的目的而添加。在一具体实施方式中，所述铌以基于所述第一基材铁12总重量的0.005至0.1重量％包括在其中。当以所述范围包括时，在热轧和冷轧工序中钢材的晶粒细化效果优异，防止炼钢/连铸时发生板坯裂痕以及产品脆性断裂，并可以使炼钢粗析出物的生成最小化。
钛(Ti)可以出于热冲压热处理后析出物形成所带来的淬透性强化和材质上升的目的而添加。另外，通过在高温下形成Ti(C、N)等析出相，有效地有助于奥氏体晶粒的细化。在一具体实施方式中，所述钛以基于所述第一基材铁12总重量的0.005至0.1重量％包括在其中。当以所述含量范围包括时，防止连铸不良和析出物的粗大化，可以容易地确保钢材的物性，并且可以防止钢材表面的裂痕发生等缺陷。
所述铬(Cr)出于提高所述第一铝基镀覆钢板10的淬透性和强度的目的而添加。在一具体实施方式中，所述铬以基于所述第一基材铁12总重量的0.01至0.5重量％包括在其中。当以所述范围包括时，提高所述第一铝基镀覆钢板10的淬透性和强度，并且可以防止生产成本增加和钢材的韧性下降。
钼(Mo)可以通过在热轧和热冲压中抑制析出物的粗大化和淬透性增加，有助于提高强度。所述钼(Mo)以基于所述第一基材铁12总重量的0.001至0.008重量％包括在其中。当以所述范围包括时，在热轧和热冲压中抑制析出物的粗大化和淬透性增加的效果可以优异。
硼(B)出于通过确保马氏体组织来确保所述钢材的淬透性和强度的目的而添加，并且通过奥氏体晶粒生长温度增加来获得晶粒细化效果。在一具体实施方式中，所述硼以基于所述第一基材铁12总重量的0.001至0.008重量％包括在其中。当以所述范围包括时可以防止发生硬质相晶间脆性，并确保高韧性和弯曲性。
在一具体实施方式中，第一镀覆钢板10可以通过以下步骤制造，其包括：再加热钢板坯，其包括0.01至0.5重量％的碳(C)、0.01至1.0重量％的硅(Si)、0.5至3.0重量％的锰(Mn)、大于0至小于或等于0.05重量％的磷(P)、大于0至小于或等于0.01重量％的硫(S)、大于0至小于或等于0.1重量％的铝(Al)、大于0至小于或等于0.001重量％的氮(N)、剩余部分的铁(Fe)以及其它不可避免的杂质；热终轧所述再加热的板坯；卷绕所述热轧的钢板；冷轧所述卷绕的钢板；对所述冷轧的钢板进行退火处理；以及在所述进行退火处理的钢板表面形成第一镀覆层14。
在第一基材铁12的至少一表面上形成的第一镀覆层14可以每面20至100g/m2的附着量形成。另外，第一镀覆层14包括铝(Al)。在一具体实施方式中，所述第一镀覆层14可以通过以下步骤形成，其包括：将第一基材铁12浸入包括600至800℃的熔融铝和铝合金中的一个或多个的镀浴中，然后以平均1至50℃/s的冷却速度进行冷却所述第一基材铁。
在一具体实施方式中，将所述第一基材铁12浸入镀浴后，向所述第一基材铁12表面喷射空气和气体中的一个或多个，以擦拭热浸镀覆层，并可以通过控制喷射压力来调节第一镀覆层14的镀层附着量。
所述镀覆附着量可以20至150g/m2形成于所述第一基材铁12的至少一表面。优选以20至100g/m2形成于所述第一基材铁12的至少一表面。所述镀覆附着量以小于20g/m2的量形成时耐腐蚀性降低，当大于100g/m2时，在所述第一铝基镀覆钢板10和所述第二铝基镀覆钢板20接合的过程中混入接头30的铝(Al)的量增加，从而使接头30的强度在热冲压后下降。
在一具体实施方式中，所述第一镀覆层14可以包括表面层与合金化层，所述表面层形成于所述第一基材铁12的表面并包括大于或等于80重量％的铝(Al)，所述合金化层形成于所述表面层和所述第一基材铁12之间，并且包括铝-铁(Al-Fe)和铝-铁-硅(Al-Fe-Si)金属间化合物以及20至70重量％的铁(Fe)。
在一具体实施方式中，所述表面层可以包括80至100重量％的铝，并且可以具有10至40μm的平均厚度。当表面层的平均厚度小于10μm时，第一铝基镀覆钢板10的耐腐蚀性降低，当表面层的平均厚度大于40μm时，在第一铝基镀覆钢板10和第二铝基镀覆钢板20接合的过程中混入接头30的铝(Al)的量增加，从而使接头30的机械性能在热冲压后下降。例如，表面层可以具有10至30μm的平均厚度。
在一具体实施方式中，所述合金化层可以包括20至70重量％的铁(Fe)。在所述条件下，所述合金化层会具有较高的熔点，因此可以防止发生所述表面层在热冲压炉中熔融，进而渗入所述第一基材铁12组织中的液态金属脆化现象(Liquid Metal Embrittlement)。例如，所述合金化层可以包括20至60重量％的铁(Fe)。
对齐第一镀覆钢板10的侧面和第二镀覆钢板20的侧面以彼此相对后，向第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的边界供应填充焊丝200，通过照射激光使第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20以及填充焊丝200熔融而形成接头30，所形成的接头30可以由在大于或等于第一镀覆钢板10的Ac3温度和第二镀覆钢板20的Ac3温度中更高的Ac3温度中不形成铁素体的成分***所组成。优选，接头30可以由在大于或等于850℃中不形成铁素体的成分***所组成。具体地，经热冲压工序后的接头30，即，将所述铝基镀覆坯料100加热至850至1000℃后进行冲压成形，然后以10至500℃/s的平均冷却速度被骤冷的经热冲压工序后的接头30由能够具有包括面积分数计大于或等于90％的马氏体的微组织的成分***所组成。例如，在热冲压加热温度下，接头30可以全奥氏体组织存在，然后在冷却时可以相变为面积分数计大于或等于90％的马氏体组织，优选为全马氏体组织。
所述接头30包括0.2至2.0重量％的铝(Al)。所述铝的含量可以是从熔融的第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20以及填充焊丝200混入的铝(Al)之和。当所述接头30的铝(Al)含量小于0.2重量％时，由于在第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20接合的过程中需要去除第一镀覆层14和第二镀覆层24，以调节铝(Al)的混入量，因此制造工序的效率下降。与此相反，当接头30的铝(Al)含量大于0.2重量％时，热冲压之后接头的马氏体分数降低，从而使镀覆坯料100的机械性能下降。另一方面，当接头30包括大于1.0重量％的铝时，接头30的表面有可能形成氧化膜，为了防止这种情况，接头30可以包括0.2至1.0重量％的铝。
另外，接头30比第一基材铁12和第二基材铁22包括更多的奥氏体稳定元素。例如，接头30可以包括大于或等于0.1重量％至小于或等于0.4重量％的碳(C)和大于或等于0.8重量％至小于或等于2.5重量％的锰(Mn)。
接头30包括的碳(C)含量可以是从所熔融的第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20以及填充焊丝200混入的碳(C)之和。当所述接头30的碳(C)含量小于0.1重量％时，接头30的硬度会小于第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的硬度，从而可能使接头30产生断裂。与此相反，当碳(C)含量大于0.4重量％时，接头30的硬度过度上升，从而可能使接头30因外部冲击等而发生脆性破坏。
接头30包括的锰(Mn)含量可以是从所熔融的第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20以及填充焊丝200混入的锰(Mn)之和。当所述接头30的锰(Mn)含量小于0.8重量％时，热冲压时铁素体组织可能会共存于接头30，当锰(Mn)的含量大于2.5重量％时，由于熔融时接头30的粘性下降以及相变为固态时膨胀系数的扩大，有可能发生接头30形状的品质下降并在接头30出现裂痕。
另一方面，第一镀覆钢板10的平均硬度和第二镀覆钢板20的平均硬度可以彼此不同。另外，接头30的平均硬度可以大于第一镀覆钢板10的平均硬度和第二镀覆钢板20的平均硬度。例如，接头30的最少硬度值可以大于第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20中最大的硬度值。
另外，当通过将铝基镀覆坯料100加热至大于或等于Ac3来进行冲压成形，然后通过以10至500℃/s的冷却速度冷却至小于或等于300℃来进行热冲压成形时，接头30的平均硬度可以大于第一基材铁12和第二基材铁22各自的平均硬度值。
第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20可以在强度和厚度中的至少一个方面彼此不同。此时，在第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20接合的过程中，从第一镀覆层14和第二镀覆层24渗入到接头30的成分的量可以根据第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的强度和厚度而不同。另一方面，为了接头30在大于或等于Ac3温度中不形成铁素体(为了防止在高于或等于Ac3的温度中在接头30生成铁素体)，可以考虑第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20接合过程中从第一镀覆层14和第二镀覆层24渗入的成分改变填充焊丝200成分的含量，结果，接头30包括的奥氏体稳定元素的含量可能发生变化。
例如，当第一镀覆钢板10具有第一厚度T1和第一强度，第二镀覆钢板20具有第二厚度T2和第二强度，并且第一强度、第一厚度T1的乘积与第二强度、第二厚度T2的乘积之差小于或等于500MPA×mm时，接头30可以包括大于或等于0.25重量％至小于或等于0.4重量％的碳(C)以及大于或等于1.5重量％至小于或等于2.5重量％的锰(Mn)。
另外，当第一强度、第一厚度T1的乘积与第二强度、第二厚度T2的乘积之差大于500MPA×mm并小于或等于1000MPA×mm时，接头30可以包括大于或等于0.2重量％至小于或等于0.3重量％的碳(C)以及大于或等于1.0重量％至小于或等于2.0重量％的锰(Mn)。
当第一强度、第一厚度T1的乘积与第二强度、第二厚度T2的乘积之差大于1000MPA×mm时，接头30可以包括大于或等于0.1重量％至小于或等于0.25重量％的碳(C)以及大于或等于0.8重量％至小于或等于1.5重量％的锰(Mn)。
即，第一强度、第一厚度T1的乘积与第二强度、第二厚度T2的乘积之差越大，接头30包括的碳(C)和锰(Mn)的含量就可能减少，当满足所述范围时，在热冲压加热温度下接头30可以全奥氏体组织存在，然后在冷却时可以相变为面积分数计大于或等于90％的马氏体组织，优选为全马氏体组织。
另外，可以将如上所述的铝基镀覆坯料100加热至大于或等于Ac3的温度后进行冲压成形，然后通过以10至500℃/s的平均冷却速度冷却至小于或等于300℃来形成热冲压部件，形成的热冲压部件中对应于所述第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20以及接头30的部分，其抗拉强度可以高于所述坯料100的第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20以及接头30。特别地，所述坯料100的接头30可以具有包括面积分数计大于或等于90％马氏体的微组织。
下面，将参考图2和图3描述铝基镀覆坯料的制造方法。
根据本发明一实施例的铝基镀覆坯料100的制造方法包括，将第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20边缘处布置为彼此相对；以及向所述第一镀覆钢板10和所述第二镀覆钢板20的边界提供填充焊丝200，通过照射激光束310来形成连接所述第一镀覆钢板10和所述第二镀覆钢板20的接头30的接合的步骤。
第一镀覆钢板10的侧面和第二镀覆钢板20的侧面布置为彼此相对。此时，第一镀覆钢板10的侧面和第二镀覆钢板20的侧面可以彼此接触。
填充焊丝200提供至第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的边界，从激光头300照射激光束310，在第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的边界处形成连接第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的接头30。
接头30通过激光束310使第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20以及填充焊丝200熔融而形成，通过该过程第一镀覆钢板10中第一镀覆层14和第二镀覆钢板20中第二镀覆层24的成分渗入接头30。因此，应考虑激光焊接时第一镀覆层14和第二镀覆层24的成分渗入来决定填充焊丝200的组成。
在一具体实施方式中，填充焊丝200可以包括奥氏体稳定元素。例如，所述奥氏体稳定元素可以包括碳(C)和锰(Mn)中的一个或多个。所述填充焊丝200以熔融状态渗入接头30以调节接头30的成分***。
具体地，即使第一镀覆层14和第二镀覆层24的铝(Al)混入接头30的熔池，也因添加于填充焊丝200的奥氏体稳定元素，接头30的微组织可以在热冲压之后具有面积分数计大于或等于90％的马氏体组织，优选为全马氏体组织。即，根据本发明，即使不去除第一镀覆层14和第二镀覆层24，并且第一镀覆层14和第二镀覆层24的成分混入接头30，也可以防止接头30的硬度和强度下降，因此可以防止接头30的断裂现象。
另一方面、第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20可以在强度和厚度中的至少一个方面彼此不同。此时，在第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20接合的过程中，从第一镀覆层14和第二镀覆层24渗入到接头30的成分的量可以根据第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的强度和厚度而不同。此时，填充焊丝200包括的碳(C)和锰(Mn)的含量可以根据第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的强度和厚度而不同。
例如，当第一镀覆钢板10具有第一厚度T1和第一强度，第二镀覆钢板20具有第二厚度T2和第二强度，并且第一强度、第一厚度T1的乘积与第二强度、第二厚度T2的乘积之差小于或等于500MPA×mm时，填充焊丝200可以包括大于或等于0.5重量％至小于或等于0.9重量％的碳(C)以及大于或等于2.5重量％至小于或等于4.5重量％的锰(Mn)。
另外，当第一强度、第一厚度T1的乘积与第二强度、第二厚度T2的乘积之差大于500MPA×mm且小于或等于1000MPA×mm时，填充焊丝200可以包括大于或等于0.4重量％至小于或等于0.9重量％的碳(C)以及大于或等于1.5重量％至小于或等于4.5重量％的锰(Mn)。
另外，当第一强度、第一厚度T1的乘积与第二强度、第二厚度T2的乘积之差大于1000MPA×mm时，填充焊丝200可以包括大于或等于0.3重量％至小于或等于0.9重量％的碳(C)以及大于或等于0.3重量％至小于或等于4.5重量％的锰(Mn)。
如上所述，根据第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的强度和厚度的乘积之差，填充焊丝200包括的碳(C)和锰(Mn)的含量会不同，因此可以调节接头30包括的碳(C)和锰(Mn)的含量，结果在热冲压加热温度下接头30可以全奥氏体组织存在，然后在冷却时可以相变为面积分数计大于或等于90％的马氏体组织，优选为全马氏体组织。
另一方面，即使第一镀覆层14和第二镀覆层24的渗入成分因所述填充焊丝200稀释，也可能根据接合条件无法将填充焊丝200的成分和第一镀覆层14、第二镀覆层24的成分均匀地分布于第一基材铁12和第二基材铁22成分中。为了防止这种情况，可以在所述第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20接合时照射激光束310，以使其基于所述接头30的形成方向形成预定角度的模式(pattern)。
在一具体实施方式中，当所述激光束310照射时，所述模式(pattern)可以由所述第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20以及激光头300中的一个或多个的运动而形成。
例如，所述激光束310以与所述接头30形成的方向形成预定角度地执行模式运动，并且其可以使所述填充焊丝200、第一镀覆钢板10以及第二镀覆钢板20熔融，从而形成所述接头30。
另外，所述接头30可以通过所述激光束310的模式运动并照射，同时第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20以及激光头300中的一个或多个运动来形成。在本说明书中，所述“相对运动”是指所述第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20以及激光头300中的一个或多个运动。优选地，可以通过所述第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20处于停止状态，所述激光头300运动来形成接头30。
例如，图2示意地表示第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20模式运动并形成接头30的过程。参考图2，激光头300可以在固定的状态下，将填充焊丝200供应至第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20相对的区域，照射激光束310。另一方面，第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20朝向与接头30的形成方向Y2相反的方向D1平行移动的同时，激光束310进行模式运动以使激光束310的移动路径Y1与接头30的形成方向Y2形成预定角度并照射，从而可以形成接头30。
再例如，图3示意地表示激光头300移动的同时形成接头30的过程。参考图3，在第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20固定的状态下，填充焊丝200供应至铝基镀覆钢板10、20彼此相对的区域，并且激光头300可以运动并照射激光束310。此时，激光头300朝向与接头30的形成方向Y2相同的方向D2平行移动的同时，激光束310进行模式运动以使激光束310的移动路径Y1与接头30的形成方向Y2形成预定角度并照射，从而可以形成接头30。激光束310可以相对于接头的形成方向Y2执行大于或等于45°且小于90°的模式运动。
在图3中，激光束310可以朝向与所述激光头300的运动方向D2不同的方向运动。优选地，激光束310的运动方向可以与所述激光头300的运动方向D2形成一定角度。
例如，激光束310的运动方向可以是与所述激光头300的运动方向D2垂直的方向。作为可选实施例，激光束310可以相对于所述激光头300的运动方向D2，以形成大于或等于45°且小于90°的角度执行模式运动。
总而言之，所述激光束310可以执行与所述接头的形成方向Y2形成预定角度的模式运动并照射。因此，相比于激光束310朝向与接头的形成方向Y2相同的方向照射，在第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20表面上激光束310的移动长度变得更长，因而不仅是将激光束310的能量传递至第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的面积扩大，而且根据所述激光束310的移动路径Y1和所述激光束310的半径大小，传递能量的区域可能重叠，因此可以通过将所述第一镀覆层14的成分、第二镀覆层24的成分以及填充焊丝200的成分充分稀释于所述第一基材铁12的成分和第二基材铁22成分来形成接头30。
在一实施例中，激光束310可以具有100～1500Hz的频率和1～20kW的功率。在一具体实施方式中，所述激光束310的功率可以是指激光振荡单元的输出值，所述激光束310的频率可以是指所述激光束310的模式运动具有的频率。
在一具体实施方式中，当制造所述铝基镀覆坯料100时，只有接头30的形成速度为大于或等于1m/min，激光频率为小于或等于1500Hz，激光束310的功率为小于或等于20kW时，才能确保最低限度的生产率和商业可行性。虽然所述激光频率和激光束310的功率越大越好，但要实现大于1500Hz的频率和大于20kW的功率需要高性能设备，因此存在设备体积越来越大、设备价格日趋昂贵的问题。另外，为了确保最低限度的生产率，有必要将接头30的形成速度维持在大于或等于1m/min。所述接头30的形成速度是指，所述激光头300与所述接头的形成方向Y2平行地相对运动的单位时间的位移。
在一具体实施方式中，所述接头30的形成速度可以是1～10m/min。当所述接头30的形成速度大于10m/min时，即使在100～1500Hz的频率、1～20kW的功率以及0.1～1.0mm的激光半径条件下照射激光束310，所述激光束310的移动路径Y1和接头30的形成方向Y2间的角度也会扩大，因此在第一镀覆层14和第二镀覆层24以及第一基材铁12和第二基材铁22被所述激光束310熔融时，可能存在第一镀覆层14和第二镀覆层24的成分无法充分稀释于第一基材铁12和第二基材铁22成分的部分。
在一具体实施方式中，所述接头30的形成速度可以是15～170mm/sec。优选地，形成速度可以是1～7m/min。优选地，所述接头30的形成速度可以是15～120mm/sec。
在一具体实施方式中，所述激光束310半径可以是0.1～1.0mm。要使所述激光束310的半径大于1.0mm，所述填充焊丝200与所述第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20以及与激光头300间的距离必须相近，但在所述情况下，供应填充焊丝200的空间或已消耗所述填充焊丝200时替换其的空间不足，从而使制造工序的效率下降。与此相反，当激光束310的半径小于0.1mm时，如图4所示，可能存在激光束310未照射的区域S。参考所述图4，当所述激光束的半径小于0.1mm时，即使在100至1500Hz的频率、1至20kW的功率条件下照射激光束310，也因激光束半径小而可能存在手术激光束310未照射的区域S。
另一方面，当所述激光束310的频率小于100Hz时，所述激光束310光斑间的间距扩大，因而即使满足1至20kW的激光束功率、0.1至1.0mm的激光束310半径以及1至7m/min的接头30形成速度的条件，在照射所述激光束310时，也可能存在所述第一镀覆层14和第二镀覆层24的成分无法充分稀释于第一基材铁12和第二基材铁22成分的部分。
另外，当所述激光束310的功率小于1kW时，即使满足100至1500Hz的激光束310频率、0.1至1.0mm的激光束310半径以及1至7m/min的接头30形成速度的条件，也因传递至所述第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的能量不足，当照射所述激光束310也可能存在所述第一镀覆层14和第二镀覆层24的成分无法充分稀释于第一基材铁12和第二基材铁22成分的部分。
作为可选实施例，当所述激光束310照射时可以照射彼此相隔的第一激光束和第二激光束。例如，所述第一激光束使填充焊丝200、第一镀覆层14、第二镀覆层24、第一基材铁12以及第二基材铁22熔融，而用第二激光束维持所述熔融的状态，从而通过使熔融区域均匀地搅拌，防止发生接头30的偏析并使质量和机械物性优异。另一方面，当使用所述第一激光束和第二激光束时，所述第一激光束和第二激光束的功率之和可以是1至20kW。
另一方面，当所述铝基镀覆坯料100在上述的激光束功率、半径、频率以及所述接头30形成速度范围内接合，然后以高温加热并对其执行骤冷的热处理时，所述接头30的平均硬度可以大于或等于所述第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的平均硬度，优选地，所述接头30的最小硬度可以大于或等于所述第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的平均硬度。当所述接头30的平均硬度小于所述第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的平均硬度时，如果张力施加到所述热处理后的坯料100，所述接头30可能发生断裂。在一具体实施方式中，当通过将铝基镀覆坯料100加热至大于或等于Ac3来进行冲压成形，然后通过以10至500℃/s的冷却速度冷却至小于或等于300℃来进行热冲压成形时，所述接头30的平均硬度可以大于或等于所述第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的平均硬度。
在一具体实施方式中，所述接头30的形成速度为15至120mm/sec，此时所述激光束310的频率、激光束310的半径以及所述接头30形成速度可以满足下式1的关系：
【式1】
(在所述式1中，α为0.7，f为所述激光束的频率(Hz)，r为在铝基镀覆钢板的表面测量的所述激光束的半径(mm)，v为所述接头的形成速度(mm/sec))。
即使控制所述式1中的激光束310的频率、功率、半径以及所述接头30的形成速度，如果要确保接头30的足够的抗拉强度，也应降低铝(Al)偏析面积分数。为了实现这一点，除了所述激光束310的频率、功率、半径以及所述接头30的形成速度之外，也应考虑所述激光束310从激光头300照射并传递至第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的过程中发生的能量损失、第一镀覆层14和第二镀覆层24的热反射率、第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的热导率、第一基材铁12和第二基材铁22的厚度以及第一镀覆层14和第二镀覆层24的厚度等诸多变量。
另外，在控制所述激光束310的半径时，问题在于：除了第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20表面上的能量密度外，也要考虑根据所述激光束310的频率和所述接头30形成速度而决定的第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20表面上的激光束310的移动路径来使能量均匀地传递至接头30。
对此，本发明人通过过度重复的实验并使用考虑到上述各种状况的校正系数(α)，导出了仅用激光束310的频率、半径以及接头30的形成速度就能够确保接头30充分的抗拉强度的条件。
在满足根据所述式1的条件时，铝(Al)偏析分数可以降到小于或等于5％。但是，此时所述接头30的形成速度优选为1至7m/min，进一步优选为15至120mm/sec。当所述接头30的形成速度快时，存在能量能够均匀地传递至所述接头30的时间不足的问题。例如，在120至170mm/s的接头30形成速度条件下，即使满足所述式1也有可能过度发生接头的Al偏析。
另一方面，当所述接头30的铝(Al)偏析面积分数满足小于或等于5％的情况下，在所述接头30与第一基材铁12、第二基材铁22边界处发生铝(Al)偏析时，在接头30，具体地在接头30与第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20边界处发生断裂的可能性非常高。
在一具体实施方式中，以大于或等于45°且小于90°的模式角度执行所述激光束310时，可以防止在所述接头30与第一镀覆钢板10、第二镀覆钢板20的边界处发生铝(Al)偏析。所述模式角度是指，所述接头30形成时在所述第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20的表面，所述接头30的形成方向Y2与所述激光束310的移动路径Y1形成的角度。
图5是示意性示出根据本发明一实施例的铝基镀覆坯料制造设备的剖面图。
参考图5，一种铝基镀覆坯料制造设备1000包括：激光振荡单元500，其生成激光光源；钢板加载单元400，其上布置两个或更多个铝基镀覆钢板，其中一个镀覆钢板的边缘处与另一个镀覆钢板的边缘处彼此相对地布置；焊丝供应单元210，其供应用于形成所述镀覆钢板的接头的填充焊丝200；以及激光头300，其利用从所述激光振荡单元500供应的激光光源，向所述铝基镀覆钢板彼此相对的区域以及所供应的填充焊丝照射激光束。
在一具体实施方式中，激光头300可以紧固于机械手(robot arm)320，并朝向与所述接头形成的方向相反的方向移动。
在一具体实施方式中，通过所述钢板加载单元400，可以将铝基镀覆钢板朝向与所述接头形成的方向相同的方向移动。
当接合所述钢板时，通过照射激光束以基于所述接头的形成方向形成预定角度的模式来进行接合，并且所述激光束可以具有100至1500Hz的频率与1至20kW的功率。所述接头的形成速度可以为1至10m/min，优选为15至170mm/sec。
所述铝基镀覆钢板可以是上述的第一镀覆钢板10和第二镀覆钢板20(图1中的10、20)。
在一具体实施方式中，所述模式可以是通过所述钢板加载单元的镀覆钢板以及激光束中的一个或多个执行模式运动来形成。
下面，将通过本发明的优选实施例，进一步详细描述本发明的技术特征和功能。但是，这仅是作为本发明的优选实施例而示出，在任何意义上都不应被解释为限制本发明。
实施例与比较例
实施例1
分别准备具有彼此不同的强度和厚度的两个或更多个铝基镀覆钢板，其包括：基材铁，其包括0.01至0.5重量％的碳(C)、0.01至1.0重量％的硅(Si)、0.5至3.0重量％的锰(Mn)、大于0至小于或等于0.05重量％的磷(P)、大于0至小于或等于0.01重量％的硫(S)、大于0至小于或等于0.1重量％的铝(Al)、大于0至小于或等于0.001重量％的氮(N)、剩余部分的铁(Fe)以及其它不可避免的杂质；以及镀覆层，其以20至100g/m2的附着量形成于所述基材铁的至少一表面且包括铝(Al)。所述铝基镀覆钢板的镀覆层包括：表面层，其分别形成于所述基材铁的表面并包括大于或等于80重量％的铝(Al)；以及合金化层，其形成于所述表面层和基材铁之间，并且包括铝-铁(Al-Fe)和铝-铁-硅(Al-Fe-Si)金属间化合物以及20～70重量％的铁(Fe)。
然后，在如图5的铝基镀覆坯料制造设备的钢板加载单元上布置两个或更多个铝基镀覆钢板，以使其中一个镀覆钢板的边缘处与另一个镀覆钢板的边缘处彼此相对。然后，从焊丝供应单元向所述铝基镀覆钢板的彼此相对的区域供应填充焊丝后照射激光束，通过使所述铝基镀覆钢板的彼此相对的区域和填充焊丝熔融来形成接头，从而制造铝基镀覆坯料。
在接合钢板时，通过照射激光束以基于所述接头的形成方向形成预定角度的模式来使钢板彼此接合。具体地，激光头与接头的形成方向相同的方向平行移动，激光束相对于所述接头形成方向以60°模式运动并照射。另外，所述激光束以100Hz的频率、1kW的光束功率以及0.1mm的光束半径照射，接头以1m/min的形成速度所形成。
下表1示出在进行根据由接头连接的两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差，以及填充焊丝包括的碳(C)和锰(Mn)含量的铝基镀覆坯料的抗拉试验时接头的判断结果。
【表1】
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当由接头连接的两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积不同时，在激光照射过程中渗入接头的成分的量会出现差异。因此，为了使接头在热冲压加热温度下以全奥氏体组织存在，然后在冷却时相变为面积分数计大于或等于90％的马氏体组织，优选为全马氏体组织，可以根据两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差，对填充焊丝包括的碳(C)和锰(Mn)的含量进行不同地调节。
如表1所示，当属于下列范围时可以防止接头发生断裂：当两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差小于或等于500MPA×mm时，填充焊丝包括0.5重量％至0.9重量％的碳(C)、2.5重量％至小于4.5重量％的锰(Mn)；当两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差大于500MPA×mm且小于或等于1000MPA×mm时，填充焊丝包括0.4重量％至0.9重量％的碳(C)、1.5重量％至4.5重量％的锰(Mn)；当两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差大于1000MPA×mm时，填充焊丝200包括0.3重量％至0.9重量％的碳(C)、0.3重量％至4.5重量％的锰(Mn)。
这是因为根据两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差，填充焊丝包括所述范围的碳(C)和锰(Mn)时，形成的接头包括的碳(C)和锰(Mn)的含量也会根据两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差所不同，此时因接头包括的碳(C)和锰(Mn)的含量，即使第一镀覆层和第二镀覆层的成分混入接头，也能够防止接头的硬度和强度下降，从而防止接头的断裂现象。
即，接合的两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差小于500MPA×mm时，接头会包括0.25重量％至0.4重量％的碳(C)、1.5重量％至2.5重量％的锰(Mn)；当两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差大于500MPA×mm且小于或等于1000MPA×mm时，接头会包括0.2重量％至0.3重量％的碳(C)、1.0重量％至2.0重量％的锰(Mn)；当两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差大于1000MPA×mm时，接头会包括0.1重量％至0.25重量％的碳(C)、0.8重量％至1.5重量％的锰(Mn)，因此接头在热冲压加热温度下以全奥氏体组织存在，然后在冷却时相变为面积分数计大于或等于90％的马氏体组织，优选为全马氏体组织。
实施例2至实施例16、比较例1至比较例12
除了适用下表2中的激光束功率、光束半径、频率以及接头形成速度条件来接合铝基镀覆钢板之外，以与所述实施例1相同的方法制造了铝基镀覆坯料。
实验例(1)硬度测试：分别制造3个所述实施例1至16和比较例1至12的铝基镀覆坯料试片，然后将每个试片加热至大于或等于奥氏体单相区温度(大于或等于Ac3)并以10至500℃/s的冷却速度冷却至小于或等于300℃后，测量了所述铝基镀覆坯料的接头和所述铝基镀覆钢板的平均硬度值。其中，硬度通过金属材料的维氏硬度试验方法(承载量300g)测量，所述接头的最低硬度大于或等于所述基材铁的平均硬度时判定为合格，小于平均硬度时判定为不合格，并将其结果示于下表2。另外，接头的最低硬度是在以一定间距相隔的五个点处测量的接头的硬度值中最小的值，基材铁的平均硬度是以一定间距相隔的五个点处测量的基材铁的硬度值的平均值。
【表2】
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下面，本发明中的“能量密度”假定为“激光振荡器的光束功率P(kW)除以钢板表面上的激光束面积的值(但是，r为激光束的半径)”。
参考表2的结果，以满足本发明的激光束照射以及接头形成速度的实施例1至16为例，可以看出所述接头的最低硬度大于或等于所述基材铁的平均硬度。
与此相反，以比较例1、2、7以及8为例，虽然能量密度充足，即使将接头形成速度设为最小值激光束的半径也小，因此，在所述铝基镀覆钢板的镀覆层以及基材铁被所述激光束熔融时，存在所述镀覆层的成分无法充分稀释于所述基材铁成分的部分，因此，所述接头的最低硬度形成为小于所述基材铁平均硬度。
以比较例3、4、9以及10为例，虽然将激光束半径的值设为最大值(1.0mm)并将接头形成速度也设为最低值(1m/min)但因频率低，使所述激光束移动路径的间距扩大，并且在所述铝基镀覆钢板的镀覆层以及基材铁被所述激光束熔融时，存在所述镀覆层的成分无法充分稀释于所述基材铁成分的部分，因此，所述接头的最低硬度形成为小于所述基材铁平均硬度。
另外，以比较例5、6、11以及12为例，虽然能量密度充足并且光束半径也设为最大值，但因极快的速度使所述激光束移动路径的间距扩大，并且在所述铝基镀覆钢板的镀覆层以及基材铁被所述激光束熔融时，存在所述镀覆层的成分无法充分稀释于所述基材铁成分的部分，从而所述接头的最低硬度形成为小于所述基材铁平均硬度。
实施例17至实施例68、比较例13至比较例52
除了适用下表3至表6的激光束功率、光束半径、频率、接头形成速度以及根据下式1的条件接合了铝基镀覆钢板，激光头朝向与接头形成方向相同的方向平行移动，并且激光束相对于所述接头形成方向以45°模式运动并照射之外，以与所述实施例1相同的方法制造了铝基镀覆坯料。
【式1】
(在所述式1中，α为0.7，f为所述激光束的频率(Hz)，r为在铝基镀覆钢板的表面测量的所述激光束的半径(mm)，v为所述接头的形成速度(mm/sec))。
实验例(2)接头的铝(Al)偏析分数(％)和抗拉测试：分别制造3个所述实施例17至68和比较例13至52的坯料试片，然后将每个试片加热至大于或等于奥氏体单相区温度(大于或等于Ac3)并以10至500℃/s的冷却速度冷却至小于或等于300℃。然后，对所述每个试片的接头进行铝偏析面积分数和抗拉测试，其结果示于下表3至表6。具体地，所述接头的铝(Al)偏析的面积分数测量通过3个试片中的Al偏析面积分数的平均值示出，对于所述抗拉试验的结果，向试片施加张力后3个试片均在所述接头未发生断裂的情况示为合格，在接头发生1次或多次断裂的情况示为不合格。
【表3】
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【表4】
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【表5】
【表6】
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参考所述表3至表6的结果，以本发明的实施例17至68为例，其满足了式1的条件以及接头的铝偏析面积分数为小于或等于5％，并且抗拉测试结果显示接头未发生断裂(合格)。但是，以本发明条件之外的比较例13至52为例，当无法满足本发明的式1的条件时，接头的铝偏析面积分数大于5％，并且在抗拉测试中接头发生了断裂。另外，即使满足式1，当接头形成速度大于7m/min时，因接头形成速度快，激光束无法充分搅拌至基材铁的内部，因而过度产生铝偏析并在抗拉测试中接头发生了断裂。
实施例69至实施例98、比较例53至比较例72
除了适用下表7和表8的激光束功率、接头形成速度、光束半径以及频率接合了铝基镀覆钢板，激光头朝向与接头形成方向相同的方向平行移动，并且激光束相对于所述接头形成方向以下表7和表8条件的模式角度照射之外，以与所述实施例1相同的方法制造了铝基镀覆坯料。此时，所述模式角度是指，当所述接头形成时在所述镀覆钢板的表面上所述接头形成方向和所述激光束的移动路径形成的角度。
实验例(3)确认接头的铝(Al)偏析分数(％)、接头边界处的铝偏析以及接头是否断裂：分别制造3个所述实施例69至98和比较例53～72的坯料试片，然后将每个试片加热至大于或等于奥氏体单相区温度(大于或等于Ac3)并以10至500℃/s的冷却速度冷却至小于或等于300℃。然后，将所述每个试片的接头的铝偏析面积分数、是否发生接头边界处的铝偏析以及抗拉测试结果示于下表7和表8。具体地，所述接头的铝(Al)偏析的面积分数测量通过三个试片中的Al偏析面积分数的平均值示出，对于所述抗拉试验结果，向试片施加张力后三个试片均在所述接头未发生断裂的情况示为×，在接头发生一次或多次断裂的情况示为○。
【表7】
【表8】
另一方面，即使所述接头的铝偏析的面积分数满足小于或等于5％的情况下，在所述接头和基材铁的边界处发生铝(Al)偏析时，在接头，具体地在接头和钢板的边界处发生断裂的可能性非常高。参考所述表7和表8的结果，以适用大于或等于45°且小于90°模式角度的实施例为例，可以看出接头的铝偏析形成为小于或等于5％的面积分数，可以防止在接头和基材铁的边界处发生铝(Al)偏析，并且在抗拉试验时防止接头的断裂。与此相反，以适用小于45°模式角度的比较例53至72为例，可以看出接头边界处发生铝偏析并出现接头的断裂。
图6是示出通过激光束接合但未对激光束适用预定模式角度的传统方法来制造的铝基坯料截面的图，图7是示出实施例1的铝基坯料截面的光学显微镜照片。参考所述图6和图7，可以看出利用未对激光束适用预定模式角度的传统方法时，因镀覆层的成分未充分稀释于基材铁的成分而接头铝偏析的面积分数增加，但以实施例1为例，镀覆层的成分充分稀释于基材铁的成分，从而可以最小化在接头发生的铝偏析。
图8是示出实施例7的铝基坯料经热冲压成形后的每个部位硬度变化的图，图9是示出比较例5的铝基坯料的每个部位硬度变化的图。参考所述图8和图9，可以看出实施例7经热冲压成形后所述接头30具有的最低硬度大于或等于所述基材铁的平均硬度，但以本发明条件外的比较例5为例，经热冲压成形后所述接头30具有的最低硬度小于所述基材铁的平均硬度。
图10是示出实施例34的铝基坯料截面的图，图11是示出比较例28的铝基坯料截面的光学显微镜照片。
参考所述图10和图11，可以看出实施例34的铝基坯料使接头的铝偏析最小化，但以本发明式1的条件之外的比较例28为例，接头发生的铝偏析比所述实施例34增加。
如上所述，本发明参考附图中所示的一实施例进行了描述，但这仅是示例性的，所属领域的技术人员能够理解可以基于实施例进行各种变换和实施例的变换。因此，本发明真正的技术保护范围应以所附权利要求的技术构思所决定。

Claims (11)

1.一种铝基镀覆坯料，其包括：
第一镀覆钢板；
第二镀覆钢板，其与所述第一镀覆钢板连接；以及
接头，其在所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板的边界，连接所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板，其中，
所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板分别包括基材铁和镀覆层，所述镀覆层以20～100g/m的附着量形成于所述基材铁的至少一表面且包括铝，
所述基材铁包括0.01～0.5重量％的碳、0.01～1.0重量％的硅、0.5～3.0重量％的锰、大于0至小于或等于0.05重量％的磷、大于0至小于或等于0.01重量％的硫、大于0至小于或等于0.1重量％的铝、大于0至小于或等于0.001重量％的氮、剩余部分的铁以及其它不可避免的杂质，
所述接头包括大于或等于0.2重量％至小于或等于2.0重量％的铝、大于或等于0.8重量％至小于或等于2.5重量％的锰以及大于或等于0.1重量％至小于或等于0.4重量％的碳，但所述铝基镀覆坯料在大于或等于所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板中最高的Ac3的温度中不形成铁素体，
所述接头通过激光束的照射使所述第一镀覆钢板、所述第二镀覆钢板以及填充焊丝共同熔融而形成，当所述第一镀覆钢板的第一强度、所述第一镀覆钢板的第一厚度的乘积与所述第二镀覆钢板的第二强度、所述第二镀覆钢板的第二厚度的乘积之差小于或等于500MPA×mm时，所述接头包括0.25重量％至0.4重量％的碳、1.5重量％至2.5重量％的锰；当两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差大于500MPA×mm且小于或等于1000MPA×mm时，所述接头包括0.2重量％至0.3重量％的碳、1.0重量％至2.0重量％的锰；当两个镀覆钢板的强度和厚度的乘积之差大于1000MPA×mm时，所述接头包括0.1重量％至0.25重量％的碳、0.8重量％至1.5重量％的锰。
2.根据权利要求1所述的铝基镀覆坯料，其中，当通过将所述铝基镀覆坯料加热至大于或等于Ac3的温度来进行冲压成形，然后通过以10℃/s至500℃/s的冷却速度冷却至小于或等于300℃来进行热冲压成形时，所述接头的平均硬度大于或等于所述基材铁的平均硬度。
3.根据权利要求2所述的铝基镀覆坯料，其中，所述接头在所述热冲压成形后具有包括大于或等于90面积％的马氏体的微组织。
4.根据权利要求1所述的铝基镀覆坯料，其中，所述基材铁进一步包括铌、钛、铬、钼以及硼中的一种或多种成分。
5.根据权利要求1所述的铝基镀覆坯料，其中，所述镀覆层包括表面层与合金化层，所述表面层形成于所述基材铁的表面并包括大于或等于80重量％的铝，所述合金化层形成于所述表面层和所述基材铁之间，且
所述合金化层包括铝-铁和铝-铁-硅金属间化合物，并且包括20～70重量％的铁。
6.一种铝基镀覆坯料的制造方法，其包括：
将第一镀覆钢板和第二镀覆钢板边缘处布置为彼此相对；以及
向所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板的边界提供填充焊丝，通过照射激光束来形成连接所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板的接头的接合的步骤，
其中所述接头通过所述激光束的照射使所述第一镀覆钢板、所述第二镀覆钢板以及所述填充焊丝共同熔融而形成，
所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板分别包括基材铁和镀覆层，所述镀覆层以20至100g/m的附着量形成于所述基材铁的至少一表面且包括铝，
所述接头包括大于或等于0.2重量％至小于或等于2.0重量％的铝、大于或等于0.8重量％至小于或等于2.5重量％的锰以及大于或等于0.1重量％至小于或等于0.4重量％的碳，但所述铝基镀覆坯料在大于或等于所述第一镀覆钢板和所述第二镀覆钢板中最高的Ac3的温度中不形成铁素体，
当所述第一镀覆钢板的第一强度、所述第一镀覆钢板的第一厚度的乘积与所述第二镀覆钢板的第二强度、所述第二镀覆钢板的第二厚度的乘积之差小于或等于500MPA×mm时，所述填充焊丝包括0.5重量％至0.9重量％的碳、2.5重量％至4.5重量％的锰；当所述第一镀覆钢板的第一强度、所述第一镀覆钢板的第一厚度的乘积与所述第二镀覆钢板的第二强度、所述第二镀覆钢板的第二厚度的乘积之差大于500MPA×mm且小于或等于1000MPA×mm时，所述填充焊丝包括0.4重量％至0.9重量％的碳、1.5重量％至4.5重量％的锰；当所述第一镀覆钢板的第一强度、所述第一镀覆钢板的第一厚度的乘积与所述第二镀覆钢板的第二强度、所述第二镀覆钢板的第二厚度的乘积之差大于1000MPA×mm时，所述填充焊丝包括0.3重量％至0.9重量％的碳、0.3重量％至4.5重量％的锰。
7.根据权利要求6所述的铝基镀覆坯料的制造方法，其中，
所述激光束照射以横穿所述边界执行往复运动，
所述激光束具有100至1500Hz的频率和1至20kW的功率，所述接头的形成速度为15至170mm/sec。
8.根据权利要求7所述的铝基镀覆坯料的制造方法，其特征在于，
所述接头的形成速度为15至120mm/sec，
所述激光束的频率、激光束半径以及所述接头形成速度满足下式1的关系：
【式1】
在所述式1中，α为0.7，f为所述激光束的频率(Hz)，r为在铝基镀覆钢板的表面测量的所述激光束的半径(mm)，v为所述接头的形成速度(mm/sec)。
9.根据权利要求6所述的铝基镀覆坯料的制造方法，其中，
所述基材铁包括0.01至0.5重量％的碳、0.01至1.0重量％的硅、0.5至3.0重量％的锰、大于0至小于或等于0.05重量％的磷、大于0至小于或等于0.01重量％的硫、大于0至小于或等于0.1重量％的铝、大于0至小于或等于0.001重量％的氮、剩余部分的铁以及其它不可避免的杂质，
所述镀覆层包括表面层与合金化层，所述表面层形成于所述基材铁的表面并包括大于或等于80重量％的铝，所述合金化层形成于所述表面层和所述基材铁之间，
所述合金化层包括铝-铁和铝-铁-硅金属间化合物，并且包括20至70重量％的铁。
10.根据权利要求6所述的铝基镀覆坯料的制造方法，其中，
当通过将所述铝基镀覆坯料加热至大于或等于Ac3的温度来进行冲压成形，然后通过以10℃/s至500℃/s的冷却速度冷却至小于或等于300℃来进行热冲压成形时，所述接头的平均硬度大于或等于所述基材铁的平均硬度，
所述接头在所述热冲压成形后形成为具有包括大于或等于90％马氏体的微组织。
11.根据权利要求6所述的铝基镀覆坯料的制造方法，其中，
当所述激光束照射时，所述第一镀覆钢板、所述第二镀覆钢板以及照射所述激光束的激光头中的一个或多个运动。
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