KR102422579B1 - 테일러 웰디드 블랭크 제조방법 - Google Patents
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Abstract
이종 두께나 재질의 블랭크들을 서로 용접하여 얻어지는 핫스탬핑용 테일러 웰디드 블랭크의 제조방법이 소개된다. 그 제조방법은 도금 강판의 가장자리 용접부를 따라서 표면에 레이저를 조사하여 도금층의 45~55%를 제거하는 단계; 및 전단계에서 얻어진 도금 강판들을 서로 맞대고 가장자리 용접부를 따라 레이저로 용접하는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 블랭크 제조방법, 특히 이종 두께나 재질의 블랭크들을 서로 용접하여 얻어지는 핫스탬핑용 테일러 웰디드 블랭크의 제조방법에 관한 것이다.
전세계적인 환경규제 및 안전법규의 강화 추세에 따라 차량 산업 분야에서 경량화 및 고강도화 요구가 높다. 전통적인 내연기관 차량은 물론 전기차, 수소차 등 소위 친환경 차량에 있어서도 경량화는 필수이며, 경량화와 더불어 안전성 보장을 위해 부품들의 고강도화가 필요하다.
고강도 차량 부품의 제조를 위해 초고장력강이 사용되고 있으나, 초고장력 강판은 성형성이 열악하여 그 적용범위에 한계가 있다. 고강도와 고성형성의 동시 구현을 위해 핫스탬핑 기술이 개발되어 그 적용이 널리 확대되고 있다.
핫스탬핑은 강판을 오스테나이트 변태온도(AC3) 이상, 예로서 900℃ 이상의 고온으로 가열한 후 프레스 금형 내에서 성형과 동시에 급냉시켜 1400Mpa급 이상의 고강도 부품을 얻고자 하는 기술이다. 핫스탬핑 소재로는 0.2중량% 내외의 탄소와 열처리 성능 향상 위해 망간(Mn), 보론(B)이 소량 함유된 이른바 보론강이 사용된다.
핫스탬핑은 성형 및 열처리가 동시에 수행되므로 생산성이 우수할 뿐만 아니라 고온에서 강판이 성형되므로 성형성 및 치수 정밀도가 우수하다. 또한 핫스탬핑은 초고장력 강판의 냉간 성형 시 특히 문제되는 스프링백이나 지연파괴를 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
핫스탬핑은 공정이 900℃ 이상의 고온에서 수행되기 때문에, 비도금 강판을 사용하는 경우 성형과정에 강판 표면에 스케일이 발생한다. 이 스케일은 후공정에서 제거되어야 하는데, 번거로운 이 디스케일링 공정을 생략하기 위해 제안된 것이 Al, Zn 도금층을 갖는 강판이다. Al 도금 강판에 관해서는 미국특허 제6296805호가 참고될 수 있다.
차량 바디 부품의 제조분야에서 TWB(Tailor Welded Blank) 기술이 적용되고 있다. TWB 기술은 제조하고자 하는 부품에서 요구되는 특성에 부합하도록 두께나 강도가 서로 다른 블랭크들을 맞대기 용접하여 하나의 블랭크(테일러 웰디드 블랭크)로 만드는 기술이다. TWB와 핫스탬핑을 함께 활용하여 바디 부품들의 경량화 및 충돌성능의 향상이 가능하다.
TWB는 도금층을 갖는 핫스탬핑용 강판, 예로서 Al 도금 강판에 적용하기 어렵다. 용접과정에 Al 도금층의 Al-Si 성분들이 용접부 내에 혼입되어 용접부 강도를 저하시키기 때문이다.
본 발명은 위와 같은 종래기술의 문제를 해결하기 위한 핫스탬핑용 테일러 웰디드 블랭크 제조방법을 제공하고자 한다.
또한 본 발명은 용접부의 용접 품질과 강도가 우수할 수 있는 핫스탬핑용 테일러 웰디드 블랭크 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 것이다.
위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핫스탬핑용 테일러 웰디드 블랭크 제조방법은 도금 강판의 가장자리 용접부를 따라서 표면에 레이저를 조사하여 도금층의 45~55%를 제거하는 단계; 및 전단계에서 얻어진 도금 강판들을 서로 맞대고 가장자리 용접부를 따라 레이저로 용접하는 단계를 포함한다.
본 발명에 의하면 도금 강판은 기재 강판을 Al 도금욕에 침지하여 도금을 한 후 670~900℃의 온도에서 열처리한 것으로서, 도금층은 Fe-Al계 금속간 화합물층과 이 금속간 화합물층 상에 형성된 알루미늄층을 구비하며, 도금층 두께는 5~20㎛이고 Fe-Al계 금속간 화합물층 두께는 5~18㎛이다.
본 발명에 의하면 테일러 웰디드 블랭크의 도금층이 미리 합금화되어 Fe-Al계 금속간 화합물층이 도금층의 주요 구성부일 뿐만 아니라, Fe-Al계 금속간 화합물층을 포함하여 도금층의 45~55%가 제거되므로, 도금층의 두께가 얇고 용접부에 경질의 Fe-Al계 금속간 화합물층이 존재하므로 용접이 용이하며, 용접부에서의 용접 품질과 강도가 우수할 수 있다.
또한 도금 강판의 가장자리 용접부를 따라서 표면에 레이저를 조사하여 도금층을 제거하므로, 레이저 가공속도가 신속할 수 있다.
이하 본 발명의 여러 특징적인 측면들을 이해할 수 있도록 실시예들을 들어 보다 구체적으로 살펴본다. 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들은 동일한 참조부호로 표시될 수 있고, 도면들은 본 발명의 특징들에 대한 직관적인 이해를 위해 과장되거나 개략적으로 도시될 수 있다.
실시예에 따른 테일러 웰디드 블랭크 제조방법이 설명된다.
두께나 강도가 서로 다른 알루미늄계 도금 강판들이 준비된다. 도금 강판들은 편면 또는 양면에 도금층을 가지며, 이 도금층은 Fe-Al계 금속간 화합물층과 이 금속간 화합물층 상에 형성된 알루미늄층을 구비한다. 도금 강판은 기재 강판을 Al 도금욕에 침지하여 도금을 한 후 670~900℃의 온도에서 열처리한 것으로서, 도금층 두께는 5~20㎛이고 Fe-Al계 금속간 화합물층 두께는 5~18㎛이다.
준비된 도금 강판들의 용접부에서 도금층의 45~55%가 제거된다. 도금 강판의 용접부는 맞대기 용접될 도금 강판의 가장자리를 따라서 마련된다. 도금층의 부분적인 박리를 위해 도금 강판들의 가장자리 용접부를 따라서 레이저가 조사된다. 레이저는 가장자리 용접부에 경사진 방향으로 조사될 수 있다. 경사진 방향으로 도금 강판의 중앙 측에서 가장자리를 향하는 방향이다. 가장자리의 용접부를 따라서 표면에 레이저를 조사하여 도금층이 제거되므로, 레이저 가공은 신속하게 수행될 수 있다.
도금 강판의 알루미늄층은 10% 미만이다. 도금층의 45~55%가 제거되므로, 금속간 화합물층의 40% 정도가 제거된다. 금속간 화합물층은 금속간 화합물이 주요 구성부이나 완전히 100% 금속간 화합물로만 이루어진다고 할 수는 없다. 표면 도금층의 합금화 과정을 통해 기재인 강판과 Al 도금간의 상호 확산이 되며, 도금층의 상부에는 알루미늄이 풍부하고, 도금층의 하부에는 철이 풍부할 수 있다. 용접을 방해하며 용접부의 품질을 열악하게 하는 알루미늄층은 물론 금속간 화합물층 또한 제거함을 통해 용접부에서의 용접 품질이 향상될 수 있다.
용접부의 도금층이 부분 제거된 도금 강판들을 서로 맞대어 놓고 용접하여 테일러 웰디드 블랭크를 얻는다. 용접은 레이저로 수행된다.
위와 같이 얻어진 테일러 웰디드 블랭크를 가열로에 투입하여 오스테나이트화 온도 이상으로 가열한 후, 프레스 금형을 이용하여 포밍 및 급냉시킨다. 급냉에 의해 마르텐사이트 상을 갖는 고강도의 부품이 얻어진다.
본 발명의 실시예에 따른 알루미늄계 도금 강판은 기재 강판, 및 기재 강판 표면에 형성된 도금층을 포함하고, 도금층은 기재 강판의 표면에 형성되고 Fe3Al, FeAl(Si), Fe2Al5 및 FeAl3 중 하나 이상을 포함하는 금속간 화합물층, 및 금속간 화합물층 상에 형성되고 두께가 도금층 두께의 10% 미만인 알루미늄층을 포함하고, 도금층의 두께는 5~20㎛ 이고, 도금층의 표면으로부터 0.1㎛ 깊이에서 GDS로 측정한 산소가 10중량% 이하이다.
본 발명의 일 구현례에 따른 알루미늄계 도금 강판은 기재 강판 및 기재 강판 표면에 형성된 도금층을 포함한다. 또한 도금층은 기재 강판의 표면에 형성되고 Fe3Al, FeAl(Si), Fe2Al5 및 FeAl3 중 하나 이상을 포함하는 금속간 화합물층, 및 금속간 화합물층 위에 형성된 알루미늄층을 포함한다.
본 발명의 일 구현례에 따르면, 금속간 화합물층은 Fe3Al, FeAl(Si), Fe2Al5 및 FeAl3 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 또한, 금속간 화합물층은 Fe3Al, FeAl(Si), Fe2Al5 및 FeAl3 중 하나 이상을 주로 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 따르면, 금속간 화합물층은 Fe3Al, FeAl(Si), Fe2Al5 및 FeAl3 중 하나 이상을 50% 이상 포함할 수 있고, 바람직하게는 80% 이상 포함할 수 있으며, 보다 바람직하게는 90% 이상 포함할 수 있고, 가장 바람직하게는 95% 이상 포함할 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 따르면, 금속간 화합물층은 Fe3Al, FeAl(Si), Fe2Al5 및 FeAl3 중 하나 이상의 합금상을 주로 포함하되, 불가피하게 포함되는 불순물 및 도금욕에 포함될 여지가 있는 다른 원소들도 소량 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 하나의 예로서 Mg을 첨가하면, 함금화층 중의 Al-Fe계 합금상에 Mg이 일부 포함될 수도 있고, 금속간 화합물층은 Al-Fe-Mg계 합금상을 포함하는 다른 합금상들도 포함할 수 있다.
기재 강판에 알루미늄 도금한 후 합금화 열처리를 실시하면, 기재 강판의 Fe 가 Al 함량이 높은 알루미늄 도금층으로 확산된다. 그 결과, 기재 강판 상에는 확산의 결과 형성된 Al 및 Fe의 금속간 화합물로 주로 이루어지는 금속간 화합물층이 형성될 수 있다. 이것으로 제한되는 것은 아니나 금속간 화합물층을 주로 이루는 Al-Fe계 금속간화합물의 합금상으로는 Fe3Al, FeAl(Si), Fe2Al5, FeAl3 등을 들 수 있다. 상술한 합금화 층의 위에는 원래 도금층 성분과 동일하거나 기재 강판으로부터 소량 확산된 Fe를 포함하는 알루미늄층이 존재할 수도 있으며, 경우에 따라서는 완전 합금화에 의하여 알루미늄층은 존재하지 않을 수도 있다.
도금층의 두께는 5~20㎛ 일 수 있다. 도금층의 두께가 5㎛ 미만이면 내식성이 열위해지고, 반면 도금층의 두께가 20㎛ 를 초과하면 용접성이 저하되는 문제가 발생한다. 따라서 본 발명에서 합금 도금층의 두께는 5~20㎛ 두께로 제한하는 것이 바람직하다. 한편, 도금층의 두께는 바람직하게는 6.2~19.5㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 5~15㎛ 두께일 수 있다.
도금층의 표면으로부터 0.1㎛ 깊이에서 GDS(Glow Discharge Spectrometer)로 측정한 산소가 10중량% 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 7.4중량%일 수 있다. 즉, 본 발명에 있어서, 도금층의 표면으로부터 0.1㎛ 깊이에서 GDS로 측정한 산소는 작으면 작을수록 좋기 때문에 하한은 별도로 한정하지 않을 수 있다.
다만, 본 발명의 일 구현례에 의하면, 오차범위를 포함하여 도금층의 표면으로부터 0.1㎛ 깊이에서 GDS로 측정한 산소는 0% 초과 10중량% 이하일 수 있고, 혹은 0% 초과 7.4% 이하일 수 있다.
본 발명에서는 알루미늄 도금층의 합금화 시, 용융 알루미늄 도금 후 냉각하지 않고 승온하여 짧은 시간으로 합금화 열처리를 실시하기 때문에 도금층 표면의 산소 함량이 높아지는 것을 효과적으로 억제할 수 있다. 도금층 표면의 산소 함량이 10중량%를 초과하면 도금 강판의 표면 품질이 열위해질 수 있다. 반면 도금층 표면에서의 산소 함량은 적을수록 유리하므로, 그 하한은 별도로 제한하지 않을 수 있다.
한편, 도금층 내 표면 측, 그리고 금속간 화합물층 위에는 주로 알루미늄으로 이루어진 알루미늄층이 형성되어 있을 수 있다. 본 발명에서 알루미늄층의 두께는 도금층 두께의 10% 미만으로 제어될 수 있으며, 경우에 따라서는 충분한 합금화가 이루어져 알루미늄층이 존재하지 않을 수도 있다. 알루미늄계 도금 강판에서 알루미늄층과 금속간 화합물층 사이의 계면은 불안정하기 때문에 알루미늄층의 두께가 도금층 두께의 10% 이상으로 두꺼우면 합금화 열처리 후 권취할 때 알루미늄층의 박리가 발생할 수 있다. 한편 알루미늄층의 두께는 작을수록 바람직하다. 알루미늄층의 두께는 5% 미만일 수 있고, 보다 바람직하게는 1% 미만일 수 있으며, 0%일 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 따르면 도금층은 중량%로, 기재 강판으로부터 확산된 Fe 함량을 제외한 나머지 합금 조성을 100%로 할 때, Si: 4% 초과 15% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. Si는 도금층 내에서 Fe 와의 합금화를 균일하게 하는 역할을 하며, 이와 같은 효과를 얻기 위해서는 적어도 4% 초과하여 포함되어야 한다. 반면 Si는 Fe의 확산을 억제하는 역할도 하므로 15% 를 초과하여 함유될 경우 Fe 확산이 과도하게 억제되어 본 발명에서 원하는 도금층 구조를 얻지 못하게 될 수 있다. Si 함량은 바람직하게 는 4.5~14.1%일 수 있고, 보다 바람직하게는 6~13% 일 수 있으며, 가장 바람직하게는 8~11% 일 수 있다.
또한 일 구현례로서 도금층은 선택적으로 중량%로 1.1% 이하의 Mg 을 추가로 포함할 수 있다. Mg 는 첨가될 경우 도금 강판의 내식성을 향상시키는 역할을 하며, 합금화 속도를 증가시키는 효과도 얻을 수 있다. 다만 Mg 함량이 1.1% 를 초과하는 경우에는 합금화 후 및/또는 열간프레스 성형 후 표면에 다량의 Mg 산화물이 생성되어 용접성이 저하되는 문제가 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 Mg 함량을 1.1% 이하로 제한할 수 있다. 또한, 보다 바람직하게는 Mg를 0.9% 이하로 제한할 수 있고, 경우에 따라서는 Mg를 0.1% 이하로 제한할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 도금층은 Mg을 포함하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 구현례에 따르면, 기재 강판은 열간 프레스 성형용 강판으로서, 열간 프레스 성형에 사용된다면 특별히 제한하지 않을 수 있다. 다만 한가지 비제한적인 예를 든다면 기재 강판은 중량%로, C: 0.04~0.5%, Si: 0.01~2%, Mn: 0.01~10%, Al: 0.001~1.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.02% 이하 및 N: 0.02% 이하를 포함하는 조성을 가질 수 있다.
C는 열처리 부재의 강도를 상향시키기 위해 필수적인 원소로서 적정한 양으로 첨가될 수 있다. 즉, 열처리 부재의 강도를 충분하기 확보하기 위해서 C는 0.04% 이상 첨가될 수 있다. 바람직하게는 C 함량의 하한은 0.1%이상일 수 있다. 다만, 그 함량이 너무 높으면 냉연재를 생산하는 경우 열연재를 냉간압연할 때 열연재 강도가 너무 높아 냉간압연성이 크게 열위하게 될 뿐만 아니라, 점용접성을 크게 저하시키기 때문에, 충분한 냉간압연성과 점용접성을 확보하기 위해 0.5% 이하로 첨가될 수 있다. 또한, C 함량은 0.45% 이하일 수 있으며, 보다 바람직하게는 0.4% 이하로 그 함량을 제한할 수도 있다.
Si는 제강에서 탈산제로 첨가되어야 할 뿐만 아니라, 열간 프레스 성형 부재의 강도에 가장 크게 영향을 미치는 탄화물 생성을 억제하는 역할을 한다. 본 발명에서는 열간 프레스 성형에 있어서 마르텐사이트 생성 후 마르텐사이트 라스(lath) 입계로 탄소를 농화시켜 잔류오스테나이트를 확보하기 위하여 0.01% 이상의 함량으로 첨가될 수 있다. 또한, 압연 후 강판에 알루미늄 도금을 행할 때 충분한 도금성을 확보하기 위해서 Si 함량의 상한을 2%로 정할 수 있다. 바람직하게는 Si 함량을 1.5% 이하로 제한할 수도 있다.
Mn은 고용강화 효과를 확보할 수 있을 뿐만 아니라 열간 프레스 성형 부재에 있어서 마르텐사이트를 확보하기 위한 임계냉각속도를 낮추기 위하여 0.01% 이상의 함량으로 첨가될 수 있다. 또한, 강판의 강도를 적절하게 유지함으로써 열간 프레스 성형 공정 작업성을 확보하고, 제조원가를 절감하며, 점용접성을 향상시킨다는 점에서 Mn 함량은 10% 이하로 제한 할 수 있다. 바람직하게는 Mn 함량은 9% 이하일 수 있으며, 경우에 따라서는 8% 이하일 수 있다.
Al은 Si과 더불어 제강에서 탈산 작용을 하여 강의 청정도를 높일 수 있으며, 효과를 얻기 위해 0.001% 이상의 함량으로 첨가될 수 있다. 또한, Ac3 온도가 너무 높아지지 않도록 하여 열간 프레스 성형시 필요한 가열을 적절한 온도범위에서 할 수 있도록 하기 위하여 Al의 함량은 1.0% 이하로 제한할 수 있다.
P는 강 내에 불순물로서 존재하며, 가급적 그 함량이 적을수록 유리하다. 따라서, 본 발명에서 P 함량을 0.05% 이하로 제한할 수 있으며, 바람직하게는 0.03% 이하로 제한될 수도 있다. P는 적으면 적을수록 유리한 불순물 원소이기 때문에 그 함량의 상한을 특별히 정할 필요는 없다. 다만, P 함량을 과도하게 낮추기 위해서는 제조비용이 상승할 우려가 있으므로, 이를 고려할 경우에는 그 하한을 0.001%로 할 수 있다.
S는 강 중에 불순물로서, 부재의 연성, 충격특성 및 용접성을 저해하는 원소이기 때문에 최대함량을 0.02%로 제한하며, 바람직하게는 0.01% 이하로 제한할 수 있다. 또한 그 최소함량이 0.0001% 미만에서는 제조비용이 상승될 수 있으므로, 그 함량의 하한을 0.0001%로 할 수 있다.
N은 강 중에 불순물로 포함되는 원소로서, 슬라브 연속주조 시에 크랙 발생에 대한 민감도를 감소시키고, 충격특성을 확보하기 위해서는 그 함량이 낮을 수록 유리하며, 따라서 0.02% 이하로 포함할 수 있다. 하한을 특별히 정할 필요는 없으나, 제조비용의 상승 등을 고려하면 N 함량을 0.001% 이상으로 정할 수도 있다.
본 발명에서는 필요에 따라 선택적으로, 상술한 강 조성에 더하여 Cr, Mo 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 합: 0.01~4.0%, Ti, Nb, Zr 및 V으로 이루어진 그룹에서 1종 이상의 합: 0.001~0.4%, Cu + Ni: 0.005~2.0%, Sb + Sn: 0.001~1.0% 및 B: 0.0001~0.01% 중에서 하나 이상을 추가로 첨가할 수 있다.
Cr, Mo 및 W으로 이루어진 그룹에서 선택된 1종 이상의 합 : 0.01~4.0%
Cr, Mo 및 W 은 경화능 향상과, 석출강화 효과를 통한 강도 및 결정립 미세화를 확보할 수 있으므로, 이들 1종 이상을 함량 합계 기준으로 0.01% 이상 첨가할 수 있다. 또한, 부재의 용접성을 확보하기 위해서 그 함량을 4.0% 이하로 제한할 수도 있다. 또한, 이들 원소의 함량이 4.0%를 초과하면 효과가 포화되기 때문에 함량을 4.0% 이하로 제한할 수 있다.
Ti, Nb, Zr 및 V로 이루어진 그룹 중 선택된 1종 이상의 합 : 0.001~0.4%
Ti, Nb 및 V 은 미세 석출물 형성으로 열처리 부재의 강판 향상과, 결정립 미세화에 의해 잔류 오스테나이트 안정화와 충격인성 향상에 효과가 있으므로 이들 중 1종 이상을 함량의 합계로 0.001% 이상 첨가할 수 있다. 다만, 그 첨가량이 0.4%를 초과하면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라 과다한 합금철 첨가로 비용 상승을 초래할 수 있다.
Cu와 Ni는 미세 석출물을 형성시켜 강도를 향상시키는 원소이다. 상술한 효과를 얻기 위해서 이들 중 하나 이상의 성분의 합을 0.005% 이상으로 할 수 있다. 다만, 그 값이 2.0%를 초과하면 과다한 비용 증가가 되기 때문에 그 상한을 2.0% 로 할 수 있다.
Sb와 Sn은 Al-Si도금을 위한 소둔 열처리 시, 표면에 농화되어 Si 또는 Mn 산화물이 표면에 형성되는 것을 억제하여 도금성을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 효과를 얻기 위해서 0.001% 이상 첨가될 수 있다. 다만, 그 첨가량이 1.0%를 초과하면 과다한 합금철 비용이 소요될 뿐만 아니라 슬라브 입계에 고용되어 열간압연 시 코일 에지(edge) 크랙을 유발시킬 수 있기 때문에 그 상한을 1.0%로 한다.
B은 소량의 첨가로도 경화능을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 구오스테나이트 결정립계에 편석되어 P 및/또는 S 의 입계 편석에 의한 열간 프레스 성형 부재의 취성을 억제할 수 있는 원소이다. 따라서 B는 0.0001% 이상 첨가될 수 있다. 다만, 0.01%를 초과하면 그 효과가 포화될 뿐만 아니라, 열간압연에서 취성을 초래하므로 그 상한을 0.01%로 할 수 있으며, 한가지 구현례에서는 B 함량을 0.005% 이하로 할 수 있다.
상술한 성분 이외의 잔부로서는 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 들 수 있으며, 또한 열간 프레스 성형용 강판에 포함될 수 있는 성분이라면 특별히 추가적인 첨가를 제한하지 않는다.
상술한 구성의 도금층으로 이루어진 알루미늄계 도금 강판을 880~950℃의 온도범위에서 3~10분의 열처리 후 열간 프레스 성형하여 열간 프레스 성형 부재를 제조하면, 도금층의 90% 이상이 FeAlSi 및 Fe3Al 중 하나 이상으로 이루어진 확산층으로 형성될 수 있으므로, 열간 프레스 성형 시에 강재 내로 침투한 수소가 용이하게 빠져나가 강재 내 확산성 수소 함량이 0.1 ppm 이하를 만족하여 내수소 특성이 향상될 수 있다. 또한 점용접 전류범위가 1 kA 이상을 만족하여 점용접성이 향상될 수 있다.
다음으로 본 발명의 다른 일 측면에 따른 열간 프레스 성형용 알루미늄계 도금 강판의 제조방법을 상세히 설명한다. 다만, 하기의 열간 프레스 성형용 알루미늄계 도금 강판의 제조방법은 일 예시일 뿐이며, 본 발명의 열간 프레스 성형용 알루미늄계 도금 강판이 반드시 본 제조방법에 의해 제조되어야 한다는 것은 아니며, 어떠한 제조방법이라도 본 발명의 청구범위를 충족하는 방법이라면 본 발명의 각 구현례를 구현하는데 사용함에 아무런 문제가 없다는 것에 유의할 필요가 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 알루미늄계 도금 강판은 열간 압연 또는 냉간 압연된 기재 강판의 표면에 중량%로 Si: 4% 초과 15% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 도금욕을 이용하여 편면기준 10~40g/㎡의 도금량으로 용융 알루미늄 도금을 실시하고, 도금 공정에 연속하여 초기 냉각 한 후, 이어서 곧바로 열처리하는 온라인(on-line) 합금화 처리를 실시함으로써 얻을 수 있다.
이하 알루미늄 도금 강판을 얻는 방법이 설명된다.
본 발명의 일 구현례에서는 기재 강판을 준비하고, 기재 강판을 중량%로 Si: 4% 초과 15% 이하, 잔부 Al 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 알루미늄 도금욕에 침지하여 기재 강판의 표면에 편면기준 10~40g/㎡의 도금량으로 알루미늄을 도금함으로써 알루미늄 도금 강판을 얻을 수 있다. 한편, 보다 바람직하게 도금량은 15~38g/㎡일 수 있다. 또한 선택적으로 도금 전 강판에 대해 소둔 처리를 실시할 수도 있다.
Si 는 도금층 내에서 Fe 와의 합금화를 균일하게 하는 역할을 하는 원소로서, 위 효과를 얻기 위하여 적어도 4% 초과하여 포함될 수 있다. 다만 Si 는 Fe의 확산을 억제하는 역할을 하기 때문에 15% 를 초과하여 함유될 경우 합금화 속도가 저하되어 충분한 합금화를 얻기 어렵다. 따라서 본 발명에서 도금욕에 포함되는 Si 함량은 4% 초과 15% 이하로 제한할 수 있다. 한편, Si 함량은 바람직하게는 4.5~14.1%일 수 있고, 보다 바람직하게는 6~13% 일 수 있으며, 가장 바람직하게는 8~11% 일 수 있다.
일 구현례로서 알루미늄 도금욕에는 Mg 이 선택적으로 첨가될 수 있다. Mg 는 알루미늄계 도금 강판의 내식성을 향상시키는 역할을 하며, 또한 합금화 속도를 증가시키는 역할도 한다. 다만, Mg이 1.1% 를 초과하여 포함되면 합금화 후 및/또는 열간프레스 성형 후 표면에 다량의 Mg 산화물이 생성되어 용접성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 본 발명에서 선택적으로 포함되는 Mg 함량은 1.1% 이하로 제한할 수 있다. 한편, 보다 바람직하게는 Mg를 0.9% 이하로 제한할 수 있고, 경우에 따라서는 Mg를 0.1% 이하로 제한할 수 있다. 또한, 경우에 따라서는 도금욕은 Mg을 포함하지 않을 수 있다.
알루미늄 도금 후 640℃ 이상의 온도범위까지 0.1~5℃/초의 냉각속도로 초기 냉각을 실시할 수 있다. 또한, 초기 냉각은 보다 바람직하게는 640~680℃의 온도범위로 실시할 수 있고, 냉각속도는 1~4℃/초일 수 있다.
본 발명에서 알루미늄 도금 후의 초기 냉각은 균일한 합금층을 형성시키는 수단인 점에서 중요하다. 냉각 종료 온도가 640℃ 미만이면 뒤따르는 온라인 합금화 열처리에서 합금화를 위하여 보다 많은 출력을 가해야 하기 때문에 설비 부하가 발생할 수 있는 문제가 있다.
한편 냉각속도가 0.1℃/초 미만이면 도금 표면에 응고층이 충분히 생성되지 않아 온라인 합금화 시 불균일한 합금화가 진행되어 강판의 표면 특성이 열위해지는 문제를 야기할 수 있다. 반면, 냉각속도가 5℃/초를 초과하면 과다하게 도금층이 냉각되어 합금화를 위한 소정의 온도를 확보하기 위하여 설비 부하 및 시간이 길어져 생산성을 저해할 수 있다.
초기 냉각 후 바로 연속하여 열처리하는 온라인(on-line) 합금화 처리를 실시할 수 있다. 또한 또한 합금화 열처리 시의 가열 온도 범위는 670~900℃ 일 수 있으며, 유지시간은 1~20초 일 수 있다.
본 발명에서 온라인 합금화 처리는 도 1 에 도시된 개략도에서 볼 수 있는 바와 같이, 용융 알루미늄 도금 후 승온하여 열처리하는 공정을 의미한다. 본 발명에 따른 온라인 합금화 열처리 방식에서는 용융 알루미늄 도금 후 도금층이 냉각되어 굳어지기 전에 합금화를 위한 열처리가 시작되기 때문에 짧은 시간에 합금화가 가능하다. 종래 알려진 알루미늄 도금 강판의 도금층 성분계에서는 합금화 속도가 느려 짧은 시간 안에 충분한 합금화를 완료시킬 수 없었기 때문에 도금 후 바로 열처리하는 온라인(on-line) 합금화 방법을 적용하기 어려웠다. 그러나 본 발명에서는 합금화 속도에 영향을 미치는 도금욕 성분, 특히 Si 의 함량 및 도금층 두께를 얇게 형성함으로써 1~20초의 짧은 열처리 시간에도 불구하고 알루미늄 도금층의 합금화를 효과적으로 완료할 수 있다.
가열 온도는 열처리되는 강판의 표면온도를 기준으로 한다. 가열 온도가 670℃ 미만이면 합금화가 불충분하게 되는 문제가 발생할 수 있다. 반면 가열 온도가 900℃를 초과하면 합금화 후 냉각시키기가 어렵고, 냉각속도를 빠르게 할 경우 기재 강판의 강도가 너무 높아지는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 합금화 열처리 시의 가열온도는 670~900℃로 제한하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 680~880℃일 수 있고, 가장 바람직하게는 700~800℃ 일 수 있다.
한편, 합금화 열처리 시 유지시간은 1~20초로 제한할 수 있다. 본 발명에서 유지시간은 강판에서 가열 온도(편차 ±10℃ 포함)가 유지되는 시간을 의미한다. 유지시간이 1초 미만이면 가열 시간이 너무 짧아 충분한 합금화가 이루어지지 않는다. 반면 유지시간이 20초를 초과하면 생산성이 너무 저하되는 문제가 발생할수 있다. 따라서 합금화 열처리 시의 유지시간은 1~20초로 제한하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1.5~18초일 수 있고, 가장 바람직하게는 1~10초일 수 있다.
상기한 바에 따라 합금화를 완료한 다음, 열간 프레스 성형을 행하여 성형부재로서 제조할 수 있다. 이때, 열간 프레스 성형은 당해 기술분야에 일반적으로 이용되는 방법을 이용할 수 있으며, 예컨대 본 발명에 따른 알루미늄계 도금 강판을 880~950℃ 온도범위에서 3~10분 가열한 후 프레스를 이용하여 가열된 강판을 원하는 형상으로 열간 성형할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 열간 프레스 성형 부재의 기재 강판의 조성은 상술한 알루미늄계 도금 강판의 기재 강판의 조성과 동일할 수 있다.
이상 본 발명의 실시예들이 설명되었고, 이들 실시예는 본 발명의 다양한 측면들과 특징들을 이해하는데 도움이 될 것이다. 이 실시예들에서 제시된 요소들은 서로들 간에 선택적으로 조합될 수 있고, 이러한 조합에 의해 본 문서에서는 미처 설명되지 못한 또 다른 실시예가 제시될 수 있다.
이하 본 발명의 권리범위를 정하기 위한 청구항들이 기재된다. 청구항에 기재된 요소(들)은, 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않으면서, 다양하게 변경 및 수정되고 등가물로 대체될 수 있다. 청구항들에 기재된 도면부호들은, 만일 기재되어 있다면, 청구된 발명들이나 그 요소들에 대한 쉽고 그리고 직관적인 이해를 돕기 위한 것일 뿐 청구된 발명들의 권리범위를 한정하지 않는다.
Claims (1)
- 도금 강판의 가장자리 용접부를 따라서 표면에 레이저를 조사하여 도금층을 부분적으로 제거하는 단계 - 도금 강판은 기재 강판을 Al 도금욕에 침지하여 도금을 한 후 670~900℃의 온도에서 열처리한 것으로서, 도금층은 Fe-Al계 금속간 화합물층과 이 금속간 화합물층 상에 형성된 알루미늄층을 구비하며, 도금층 두께는 5~20㎛이고 Fe-Al계 금속간 화합물층 두께는 5~18㎛이고, 레이저 조사에 의해 Fe-Al계 금속간 화합물층을 포함하여 도금층의 45~55%가 제거됨; 및
전단계에서 얻어진 도금 강판들을 서로 맞대고 가장자리 용접부를 따라 레이저로 용접하는 단계를 포함하며,
상기 기재 강판은 중량%로 C: 0.04~0.5%, Si: 0.01~2%, Mn: 0.01~10%, Al: 0.001~1.0%, P: 0.05% 이하, S: 0.02% 이하, N: 0.02% 이하, 잔부 Fe 및 불가피한 불순물을 포함하는 것을 특징으로 하는 핫스탬핑용 테일러 웰디드 블랭크 제조방법.
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KR101141994B1 (ko) * | 2006-04-19 | 2012-05-24 | 아르셀러미탈 프랑스 | 코팅된 적층 시트로부터 매우 높은 기계적 특성을 갖는 용접 요소를 제조하는 방법 |
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