KR102206929B1 - 코팅된 강 시트의 제조 방법 - Google Patents

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아모림 티아고 마차도
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Abstract

본 발명은 코팅된 강 시트의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

코팅된 강 시트의 제조 방법
본 발명은 코팅된 강 시트의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 자동차의 제조에 특히 상당히 적합하다.
아연 기반 코팅은 배리어 보호 및 음극 보호 덕분에 부식을 방지할 수 있기 때문에 일반적으로 사용된다. 배리어 효과는 강 표면에 금속 코팅을 적용하여 획득된다. 따라서, 금속 코팅은 강과 부식성 분위기 사이의 접촉을 방지한다. 배리어 효과는 코팅 및 기재의 성질과는 무관하다. 반대로, 희생 음극 보호는 아연이 강에 비해 보다 활성 금속이라는 사실에 근거한다. 따라서, 부식이 일어나면, 아연은 강보다 우선적으로 소비된다. 음극 보호는, 주위 아연이 강 전에 소비되는 절삭 엣지처럼, 강이 부식성 분위기에 직접 노출되는 영역에서 필수적이다.
하지만, 이러한 아연 코팅된 강 시트에 가열 단계, 예를 들어 핫 프레스 경화 또는 용접이 수행될 때에, 강/코팅 계면으로부터 확산된 크랙이 강에서 관찰된다. 실제로, 때때로, 전술한 작업 후 코팅된 강 시트에 크랙이 존재하기 때문에 금속의 기계적 특성이 감소된다. 이러한 크랙은 하기 조건에서 나타난다: 고온; 외부 응력의 존재에 더해 (아연과 같이) 낮은 융점을 갖는 액체 금속과의 접촉; 기재 그레인 및 그레인 경계를 갖는 용융 금속의 불균일한 확산. 이러한 현상의 명칭은 액체 금속 취화 (Liquid Metal Embrittlement: LME) 로서 알려져 있으며, 또한 액체 금속 보조 크랙킹 (Liquid Metal Assisted Cracking: LMAC) 으로도 불린다.
따라서, 본 발명의 목적은 LME 문제를 가지지 않는 금속 코팅으로 코팅된 강 시트를 제공하는 것이다. 본 발명은 성형 및/또는 용접 후에 LME 문제를 가지지 않는 부품을 얻기 위해 유용한, 특히 구현하기 쉬운 방법을 제공하는 것을 목표로 한다.
이러한 목적은 제 1 항에 따른 강 시트를 제공함으로써 달성된다. 이러한 강 시트는 청구항 2 내지 청구항 12 의 임의의 특징들을 또한 포함할 수 있다.
다른 목적은 청구항 13 에 따른 방법을 제공함으로써 달성된다. 방법은 청구항 14 내지 청구항 17 의 임의의 특징들을 또한 포함할 수 있다.
다른 목적은 청구항 18 에 따른 스폿 용접된 조인트를 제공함으로써 달성된다. 스폿 용접된 조인트는 청구항 19 내지 청구항 22 의 특징들을 또한 포함할 수 있다.
마지막으로, 또 다른 목적은 제 23 항에 따른 강 시트 또는 조립체의 사용을 제공함으로써 달성된다.
본 발명의 다른 특징들 및 이점들은 본 발명의 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
"강" 또는 "강 시트" 라는 명칭은 부품이 2500 MPa 이하, 보다 바람직하게는 2000 MPa 이하의 인장 강도를 달성하게 하는 조성을 갖는 강 시트, 코일, 플레이트를 의미한다. 예를 들어, 인장 강도는 500 MPa 이상, 바람직하게는 980 MPa 이상, 유리하게는 1180 MPa 이상, 심지어 1470 MPa 이상이다.
본 발명은 10 ~ 40 % 의 니켈을 포함하고 잔부가 아연인 코팅으로 코팅되는 강 시트에 관한 것으로, 이러한 강 시트는 1 ~ 50 % 의 잔류 오스테나이트, 1 ~ 60 % 의 마텐자이트 및 선택적으로 베이나이트, 페라이트, 시멘타이트 및 펄라이트로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 미세조직, 및 중량% 로
0.10 < C < 0.50%,
1.0 < Mn < 5.0%,
0.7 < Si < 3.0%,
0.05 < Al < 1.0%,
0.75 < (Si+Al) < 3.0%, 및 순전히 선택적인 기준에 따라, 다음과 같은 하나 이상의 원소들
Nb ≤0.5 %,
B ≤ 0.005%,
Cr ≤ 1.0%,
Mo ≤ 0.50%,
Ni ≤ 1.0%,
Ti ≤ 0.5%,
철 및 정교화 (elaboration) 로부터 유래하는 불가피한 불순물로 구성되는 잔부의 화학 조성을 갖는다. 이러한 경우에, 마텐자이트는 템퍼링되거나 템퍼링되지 않을 수 있다.
어떠한 이론에도 구속됨 없이, 본 발명에 따른 아연 및 니켈을 포함하는 코팅으로 코팅된 특정 강 시트는 예를 들어 용접인 임의의 가열 단계들 동안 강으로의 액체 아연 침투를 방지하는 것으로 보인다. 따라서, 본 발명에 따른 방법을 적용함으로써, 전술한 가열 단계 동안 아연-니켈 금속간 화합물들을 얻을 수 있다. 이러한 금속간 화합물들은 높은 용융 온도를 가지고, 상기 가열 단계 동안 고체 상태로 유지되며, 따라서 LME 를 방지한다.
바람직하게는, 코팅은 10 ~ 30 중량%, 더 바람직하게는 10 ~ 20 중량% 및 유리하게는 11 ~ 15 wt.% 의 니켈을 포함한다.
바람직한 실시형태에서, 코팅은 아연 및 니켈로 이루어진다.
유리하게는, 코팅은 강 시트와 직접 접촉한다.
바람직하게는, 코팅은 5 ~ 15 ㎛ 및 더 바람직하게는 5 ~ 10 ㎛ 의 두께를 갖는다.
바람직한 실시형태에서, 강 시트는 5 내지 25 % 의 잔류 오스테나이트를 포함하는 미세조직을 갖는다.
바람직하게는, 강 시트는 1 내지 60 %, 더욱 바람직하게는 10 내지 60 % 의 템퍼링된 마텐자이트를 포함하는 미세조직을 갖는다.
유리하게는, 강 시트는 10 내지 40 % 의 베이나이트를 포함하는 미세조직을 가지며, 이러한 베이나이트는 10 내지 20 % 의 하부 베이나이트, 0 내지 15 % 의 상부 베이나이트 및 0 내지 5 % 의 탄화물 무함유 베이나이트를 포함한다.
바람직하게는, 강 시트는 1 내지 25 % 의 페라이트를 포함하는 미세조직을 갖는다.
바람직하게는, 강 시트는 1 내지 15 % 의 템퍼링되지 않은 마텐자이트를 포함하는 미세조직을 갖는다.
본 발명에 따라, 코팅된 강 시트의 제조 방법은 이하의 단계들을 포함한다:
A. 본 발명에 따른 화학 조성을 가지는 어닐링된 강 시트의 제공 단계로서, 이러한 강 시트는 600 ~ 1200 ℃ 의 온도에서 어닐링되는, 상기 어닐링된 강 시트의 제공 단계, 및
B. 1 ~ 40 % 의 니켈을 포함하고 잔부는 아연인 코팅으로 단계 A) 에서 얻어진 강 시트의 코팅 단계.
바람직하게는, 단계 A) 에서, 강 시트는 연속 어닐링에서 어닐링된다. 예를 들어, 연속 어닐링은 가열, 소킹 (soaking) 및 냉각 단계를 포함한다. 이는 예열 단계를 추가로 포함할 수 있다.
유리하게는, 열처리는 -10 ~ -60 ℃ 의 이슬점에서 1 ~ 30 % 의 H2 를 포함하는 분위기에서 수행된다. 예를 들어, 분위기는 -10 ~ -60 ℃ 의 이슬점에서 1 ~ 10 % 의 H2 를 포함한다.
바람직하게는, 단계 B) 에서의 코팅은 진공 증착 또는 전기 도금 방법에 의해 증착된다. 유리하게는, 코팅은 전기 도금 방법에 의해 증착된다.
강 시트의 제조 후, 차량의 일부 부품들을 제조하기 위해, 두 개의 금속 시트들을 용접함으로써 조립하는 것이 공지되어 있다. 따라서, 스폿 용접된 조인트는 적어도 두 개의 금속 시트들의 용접 동안 형성되고, 상기 스폿은 적어도 두 개의 금속 시트들 사이의 링크이다.
본 발명에 따른 스폿 용접된 조인트를 생성하기 위해, 용접은 다음과 같이 수행된다: 유효 강도는 3kA 내지 15kA 이고, 전극에 가해지는 힘은 150 내지 850 daN 이고, 전극 활성면 직경은 4 내지 10 mm 이다.
따라서, 본 발명에 따른 적어도 하나의 코팅된 강 시트를 포함하는 적어도 2 개의 금속 시트들의 스폿 용접된 조인트가 얻어지며, 이러한 상기 조인트는 100 ㎛ 초과의 크기를 갖는 2 개 미만의 크랙을 포함하고, 가장 긴 크랙은 250 ㎛ 미만의 길이를 갖는다.
바람직하게는, 제 2 금속 시트는 강 시트 또는 알루미늄 시트이다. 보다 바람직하게는, 제 2 금속 시트는 본 발명에 따른 강 시트이다.
다른 실시형태에서, 스폿 용접된 조인트는 강 시트 또는 알루미늄 시트인 제 3 금속 시트를 포함한다. 예를 들어, 제 3 금속 시트는 본 발명에 따른 강 시트이다.
본 발명에 따른 강 시트 또는 스폿 용접된 조인트는 자동차용 부품들의 제조에 사용될 수 있다.
본 발명은 이제 정보만을 위해 수행된 시험들에서 설명될 것이다. 이들은 제한되지 않는다.
실시예
모든 샘플들에 대해, 사용된 강 시트는 중량% 로 다음의 조성을 갖는다:
- 강 시트 1: C = 0.37 wt.%, Mn = 1.9 wt.%, Si = 1.9 wt.%, Cr = 0.35 wt.%, Al = 0.05 wt.% 및 Mo = 0.1%, 및
- 강 시트 2: C = 0.18 wt.%, Mn = 2.7 wt.%, Al = 0.05wt.% 및 Si = 1.8 wt.%.
시험 1 내지 시험 4 는 -60 ℃ 의 이슬점에서 5 % 의 H2 및 95 % 의 N2 를 포함하는 분위기에서 연속 어닐링에서의 어닐링을 수행함으로써 준비되었다. 강 시트 (1) 및 강 시트 (2) 는 900 ℃ ~ 820 ℃ 의 온도에서 각각 가열되었다. 그런 다음, 시험 시트 (1) 및 시험 시트 (2) 는 13 % 의 니켈을 포함하고 잔부는 아연인 코팅으로 코팅되었다. 코팅은 전기 도금 방법에 의해 증착되었다.
비교 목적을 위해, 시험 3 및 시험 4 에서, 전술한 조건 하에서 열 처리된 강 시트들 (1 및 2) 에 대해 순수한 아연이 전착되었다.
상기 시험들의 LME 저항은 저항 스폿 용접 방법을 사용하여 평가되었다. 이를 위해, 각각의 시험에 대해, 2 개의 코팅된 강 시트들이 저항 스폿 용접에 의해 함께 용접되었다. 전극의 유형은 직경이 16 mm 인 ISO 유형 B 이었고; 전극의 힘은 5 kN 이었고, 또한 물의 유량은 1.5 g/min 이었다. 용접 사이클의 세부 사항은 표 1 에 나타내어 진다.
Figure 112020039963792-pct00001
그런 다음, 다음과 같이 표 2 에 보고된 바와 같이 광학 현미경뿐만 아니라 SEM (주사 전자 현미경; Scanning Electron Microscopy) 을 사용하여 100 ㎛ 초과의 크랙들의 수가 평가되었다.
Figure 112020039963792-pct00002
본 발명에 따른 시험 1 및 시험 2 는 시험 3 및 시험 4 와 비교하여 LME 에 대한 양호한 저항성을 나타낸다.
LME 크랙 저항 거동은 또한 3 층 적층 조건을 사용하여 평가되었다. 각각의 시험에 대해, 3 개의 코팅된 강 시트들이 저항 스폿 용접에 의해 함께 용접되었다. 이어서, 표 3 에 보고된 바와 같이 광학 현미경을 사용하여 100 ㎛ 의 크랙의 수가 평가되었다.
Figure 112020039963792-pct00003
본 발명에 따른 시험 1 및 시험 2 는 시험 3 및 시험 4 와 비교하여 LME 에 대한 양호한 저항성을 나타낸다.

Claims (25)

  1. 강 시트를 포함하는 적어도 두 개의 금속 시트들의 스폿 용접된 조인트로서,
    상기 강 시트는 10 ~ 40 % 의 니켈을 포함하고 잔부가 아연인 코팅으로 코팅되고,
    상기 강 시트는 1 ~ 50 % 의 잔류 오스테나이트, 1 ~ 60 % 의 마텐자이트 및 선택적으로 베이나이트, 페라이트, 시멘타이트 및 펄라이트로부터 선택된 적어도 하나의 원소를 포함하는 미세조직, 및 중량% 로,
    0.10 < C < 0.50%,
    1.0 < Mn < 5.0%,
    0.7 < Si < 3.0%,
    0.05 < Al < 1.0%,
    0.75 < (Si+Al) < 3.0%, 및 순전히 선택적인 기준에 따라, 다음과 같은 하나 이상의 원소들
    Nb ≤ 0.5 %,
    B ≤ 0.005%,
    Cr ≤ 1.0%,
    Mo ≤ 0.50%,
    Ni ≤ 1.0%,
    Ti ≤ 0.5%,
    철 및 정교화 (elaboration) 로부터 유래하는 불가피한 불순물로 구성되는 잔부의 화학 조성을 갖고,
    상기 조인트는 100 ㎛ 초과의 크기를 가지는 2 개 미만의 크랙들을 포함하고, 또한 가장 긴 크랙은 250 ㎛ 미만의 길이를 가지는, 스폿 용접된 조인트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅은 10 ~ 30 중량% 의 니켈을 포함하는, 스폿 용접된 조인트.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 코팅은 10 ~ 20 중량% 의 니켈을 포함하는, 스폿 용접된 조인트.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 코팅은 아연 및 니켈로 이루어지는, 스폿 용접된 조인트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅은 상기 강 시트와 직접 접촉하는, 스폿 용접된 조인트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 코팅은 5 ~ 15 ㎛ 의 두께를 가지는, 스폿 용접된 조인트.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 코팅은 5 ~ 10 ㎛ 의 두께를 가지는, 스폿 용접된 조인트.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 시트의 미세조직은 5 ~ 25 % 의 잔류 오스테나이트를 포함하는, 스폿 용접된 조인트.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 시트의 미세조직은 1 ~ 60 % 의 템퍼링된 마텐자이트를 포함하는, 스폿 용접된 조인트.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 시트의 미세조직은 10 ~ 40 % 의 베이나이트를 포함하는, 스폿 용접된 조인트.
  11. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 시트의 미세조직은 1 ~ 25 % 의 페라이트를 포함하는, 스폿 용접된 조인트.
  12. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 시트의 미세조직은 1 ~ 15 % 의 템퍼링되지 않은 마텐자이트를 포함하는, 스폿 용접된 조인트.
  13. A. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 따른 화학 조성을 가지는 어닐링된 강 시트의 제공 단계로서, 상기 강 시트는 600 ~ 1200 ℃ 의 온도에서 어닐링되는, 상기 어닐링된 강 시트의 제공 단계, 및
    B. 1 ~ 40 % 의 니켈을 포함하고 잔부는 아연인 코팅으로 단계 A) 에서 얻어진 강 시트의 코팅 단계를 포함하는, 코팅된 강 시트의 제조 방법으로부터 얻을 수 있는 강 시트를 포함하는 적어도 두 개의 금속 시트들의 스폿 용접된 조인트로서,
    상기 조인트는 100 ㎛ 초과의 크기를 가지는 2 개 미만의 크랙들을 포함하고, 또한 가장 긴 크랙은 250 ㎛ 미만의 길이를 가지는, 스폿 용접된 조인트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    단계 A) 에서, 상기 강 시트는 연속 어닐링에서 어닐링되는, 스폿 용접된 조인트.
  15. 제 13 항에 있어서,
    단계 A) 에서, 어닐링은 -10 ~ -60 ℃ 의 이슬점에서 1 ~ 30 % 의 H2 를 포함하는 분위기에서 수행되는, 스폿 용접된 조인트.
  16. 제 13 항에 있어서,
    단계 B) 에서 코팅은 진공 증착 또는 전기 도금 방법에 의해 증착되는, 스폿 용접된 조인트.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 코팅은 전기 도금 방법에 의해 증착되는, 스폿 용접된 조인트.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 1 항에 있어서,
    제 2 금속 시트는 강 시트이거나 알루미늄 시트인, 스폿 용접된 조인트.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 제 2 금속 시트는 상기 강 시트인, 스폿 용접된 조인트.
  22. 제 1 항에 있어서,
    강 시트 또는 알루미늄 시트인 제 3 금속 시트를 포함하는, 스폿 용접된 조인트.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 조인트는 100 ㎛ 초과의 크기를 가지는 크랙들을 가지지 않는, 스폿 용접된 조인트.
  24. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 강 시트는 자동차용 부품을 제조하기 위해 사용되는, 스폿 용접된 조인트.
  25. 제 1 항에 있어서,
    상기 조인트는 자동차용 부품을 제조하기 위해 사용되는, 스폿 용접된 조인트.
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