KR20170046744A - 납땜 조인트의 제조 방법 및 납땜 조인트 - Google Patents

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Abstract

우수한 인장 강도(TSS 및 CTS)를 갖는 납땜 조인트 및 그 제조 방법을 제공하는 것. 강판(210, 220)의 사이에 납재(230)를 끼워서 구성한 판조(200)를 강판(모재)의 Ac3점 이상의 온도에서 가열하고, 강판에 있어서의 납재 근방 영역의 Ar3점을, 강판(모재)의 Ar3점보다도 높게 한 후, ??칭 개시 온도 X를, 강판(모재)의 Ar3점 이하의 온도로 하여 핫 스탬프 성형 공정을 실시함으로써 납땜 조인트를 제조한다.

Description

납땜 조인트의 제조 방법 및 납땜 조인트{BRAZING JOINT AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR}
본 발명은 납땜 조인트의 제조 방법 및 납땜 조인트에 관한 것으로, 특히, 복수매의 강판의 판면끼리를 납땜하기 위해 사용하기 적합한 것이다.
종래부터, 핫 스탬프 공정에 의해 핫 스탬프 성형품을 제조하는 일이 행해지고 있다. 이때, 복수매의 강판의 판면끼리를 접합함으로써 제조된 블랭크재를 핫 스탬프 공정에 제공함으로써, 핫 스탬프 성형품의 강도 및 강성을 높이는 일도 행해지고 있다. 이 경우, 메인 강판 영역 중, 다른 영역보다도 큰 강도 및 강성이 필요해지는 영역에 대하여, 1장 또는 복수매의 강판이 접합된다. 이러한 블랭크재를 사용한 핫 스탬프 성형품의 용도로서, 예를 들어 모노코크 바디(유닛 콘스트럭션 바디)의 구성 부품인 프론트 사이드 멤버나 센터 필러 등이 있다.
이러한 메인 강판과 보강용 강판의 접합을, 납땜에 의해 행하는 기술이 있다.
특허문헌 1에는, 메인 강판과 보강용 강판의 판면 간에 납재(경질납. 이하 동일함)를 배치하여 용접에 의해 강판과 납재를 가고정한 후, 강판의 성형 온도보다도 높은 온도까지 강판을 가열하여 열간 프레스 성형을 행하고, 그 후, 금형 내에서 성형 후의 강판을 냉각하여 납재를 응고시키는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 메인 강판과 보강용 강판의 판면 사이에, 고상선 온도가 1050℃ 이하이며 또한 액상선 온도가 700℃ 이상인 납재를 끼워 넣고, 이것을 가열로에 넣어, 900℃ ~ 1050℃에서 가열하고, 그 후, ??칭과 프레스 성형(핫 스탬프)을 행하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는, 판면에 납재를 도포한 메인 강판을 ??칭하기 위해 가열함과 함께 당해 납재를 용융시키고, 이 용융된 납재를 통해 메인 강판 판면과 보강용 강판의 판면을 접합하고, 그 후, ??칭과 프레스 성형(핫 스탬프)을 행하는 기술이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 제2002-178069호 공보 일본 특허 공개 제2004-141913호 공보 일본 특허 공개 제2011-88484호 공보 일본 특허 공개 제2014-200840호 공보 일본 특허 공개 제2015-166099호 공보
구니타케 다츠로 저, 「강의 Ac1, Ac3 및 Ms 변태점의 경험식에 의한 예측」, 열처리, 41(3), p.164-p.169 CHOQUET, P.et al, Mathematical Model for Predictions of Austenite and Ferrite Microstructures in Hot Rolling Processes.IRSID Report, St.Germain-en-Laye, 1985. 7p.
그러나, 특허문헌 1 ~ 3에 기재된 기술에서도, 강판의 사이에 납재가 충전되지 않는 개소가 발생할 우려가 있고, 강판의 사이에 간극이 잔존할 우려가 있다. 따라서, 특허문헌 1 ~ 3에 기재된 기술에서는, 핫 스탬프 성형품의 강도 및 강성을 충분히 향상시키는 것이 용이하지 않다.
따라서, 본 발명자들은, 특허문헌 4에 있어서, 핫 스탬프를 위한 가열 공정 시, 또는, 가열 공정으로부터 핫 스탬프 성형 공정으로 이행할 때까지의 동안에, 납재를 사이에 끼운 복수매의 금속판에 대하여 판 두께의 방향으로 가압하는 수법을 제안하였다. 이 수법에 의하면, 특허문헌 1 ~ 3에 기재된 기술과 같이, 강판의 사이에 간극이 잔존하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명자들은, 특허문헌 5에 있어서, 핫 스탬프 공정에 있어서의 가열 온도를 상회하고, 또한, 금속판의 고상선 온도를 하회하는 고상선 온도를 갖는 납재를 사용함으로써, 핫 스탬프 공정에 대폭적인 변경을 가하는 일 없이, 상술한 특허문헌 4에 기재된 핫 스탬프 성형품과 대략 동등한 강도 및 강성을 갖는 핫 스탬프 성형품을 제조하는 수법을 제안하였다.
한편, 예를 들어 경량화와 고강도화의 양립이 요구되는 자동차 부품 등에, 납땜에 의해 복수매의 강판을 접합하여 핫 스탬프함으로써 얻어지는 핫 스탬프 성형품(납땜 조인트)을 적용하기 때문에, 한층 더 고강도화가 요구되고 있다.
그러나, 특허문헌 1 ~ 3에 기재된 납땜 조인트의 구체적인 인장 강도[TSS(Tensile Shear Strength) 및 CTS(Cross Tension Strength)]는 기재되어 있지 않고, 납땜 조인트의 고강도화가 불충분하다. 핫 스탬프 공정에 있어서의 강판의 온도 제어(관리)를, 납땜 조인트의 조인트 강도를 높이는 관점에서 검토하고 있지 않다.
따라서, 본 발명은 우수한 인장 강도(TSS 및 CTS)를 갖는 납땜 조인트 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명자들은 핫 스탬프 공정에 있어서의 강판의 온도 제어(관리)에 착안해 검토를 행하였다. 그 결과, 강판에 있어서의 납재 근방 영역에서의 Ar3점이, 강판 본래의 Ar3점보다도 높아지는 것을 발견하였다. 그리고, 핫 스탬프 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도를, 강판 본래의 Ar3점 이하로 제어함으로써, 강판의 납재 근방 영역에서의 ??칭 정도와, 그 이외의 영역에서의 ??칭 정도를 상이하게 하여, 강판의 납재 근방 영역에 연화 영역을 형성하고, 납땜 조인트의 인장 강도를 향상할 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
본 발명의 형태는, 이하와 같다.
(1) 판면이 서로 대향하도록 중첩된 복수매의 강판과, 상기 복수매의 강판 중, 서로 인접하는 2매의 강판의 판면 사이의 소정의 영역에 배치된 제1 납재를 갖는 판조를, 상기 강판의 Ac3점 이상의 가열 온도에서 가열하는 가열 공정과, 상기 가열 공정에 의해 가열된 상기 판조에 대하여 ??칭과 성형을 행하는 핫 스탬프 성형 공정을 갖고, 상기 제1 납재의 액상선 온도가 상기 가열 온도 미만이고, 상기 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 전에, 상기 강판에 있어서의 납재 근방 영역의 Ar3점이, 상기 강판의 Ar3점보다도 높게 되어 있고, 상기 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 상기 판조의 ??칭 개시 온도를, 상기 강판의 Ar3점 이하의 온도로 하는 것을 특징으로 하는 납땜 조인트의 제조 방법.
(2) 상기 제1 납재 대신에, 상기 가열 공정에 있어서의 가열 온도를 초과하고, 또한 상기 강판의 고상선 온도 미만의 고상선 온도를 갖는 제2 납재가, 상기 2매의 강판의 판면 사이의 소정의 영역에 배치된 판조를 얻는 공정과, 상기 가열 공정 전에, 상기 판조를, 상기 제2 납재의 액상선 온도를 초과하고, 또한 상기 강판의 고상선 온도 미만의 온도로 가열한 후, 상기 제2 납재의 고상선 온도 미만까지 냉각하여 상기 강판을 납땜하는 납땜 공정을 더 갖고 있는 것을 특징으로 하는 (1)에 기재된 납땜 조인트의 제조 방법.
(3) 상기 가열 공정은, 상기 판조를 상기 강판의 판 두께 방향으로 가압하면서, 상기 판조를 가열하는 것을 특징으로 하는 (1) 또는 (2)에 기재된 납땜 조인트의 제조 방법.
(4) 상기 납땜 공정은, 상기 판조를 상기 강판의 판 두께 방향으로 가압하면서, 상기 판조를 가열하는 것을 특징으로 하는 (2)에 기재된 납땜 조인트의 제조 방법.
(5) 상기 복수매의 강판은, 표면에 도금이 입혀져 있지 않은 비도금 강판과, 아연계 도금 강판 또는 알루미늄계 도금 강판 중 한쪽 또는 양쪽으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 (1) ~ (4) 중 어느 하나에 기재된 납땜 조인트의 제조 방법.
(6) 판면이 서로 대향하도록 중첩된 복수매의 강판과, 상기 복수매의 강판 중, 서로 인접하는 2매의 강판의 판면 사이의 소정의 영역에 배치된 납재를 갖고, 상기 2매의 강판이 상기 납재에 의해 접합된 납땜 조인트이며, 상기 납재에 접하는 상기 강판에 있어서의 납재 근방 위치의 평균 경도와, 당해 강판에 있어서의 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도의 관계가, 이하의 (A) 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 납땜 조인트.
납재 근방 위치의 평균 경도(HV)+50HV<모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV) …(A)
(A) 식에 있어서, 상기 납재 근방 위치는, 상기 강판과 상기 납재의 경계면의 위치로부터, 상기 강판의 판 두께 방향을 따라서 상기 강판 측으로 10㎛만큼 이격된 위치이며, 상기 모재 영역의 대표 위치는, 상기 납재에 접하는 2개의 상기 강판 각각에 있어서의 위치이며, 상기 강판의 2개의 판면 중, 상기 납재와 접하고 있지 않은 측의 판면으로부터, 상기 강판의 판 두께 방향을 따라서 상기 강판 측으로, 상기 강판의 판 두께의 1/4배의 길이만큼 이격된 위치이며, 상기 납재 근방 위치의 평균 경도는, 3개소의 상기 납재 근방 위치에 있어서의 비커스 경도의 산술 평균값이며, 상기 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도는, 상기 모재 영역의 대표 위치에 있어서의 비커스 경도의 산술 평균값이며, 상기 3개소의 간격은, 상기 비커스 경도의 측정을 위해 최초에 형성된 압흔의 2개의 대각선 길이의 산술 평균값의 3배의 길이를 갖는 것으로 한다.
(7) 상기 납재에 접하는 상기 강판의 영역이며, 이하의 (B) 식을 만족시키는 영역인 연화 영역의 두께가 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 (6)에 기재된 납땜 조인트.
상기 연화 영역의 경도(HV)+50HV<상기 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV) …(B)
(B) 식에 있어서, 상기 연화 영역의 경도는, 상기 연화 영역에 있어서의 비커스 경도인 것으로 한다.
(8) 상기 복수매의 강판은, 표면에 도금이 입혀져 있지 않은 비도금 강판과, 아연계 도금 강판 또는 알루미늄계 도금 강판 중 한쪽 또는 양쪽으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 (6) 또는 (7)에 기재된 납땜 조인트.
본 발명에 따르면, 가열 공정에 있어서, 강판에 있어서의 납재 근방 영역에서의 Ar3점이, 강판 본래의 Ar3점보다도 높아진다. 그리고, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 판조의 ??칭 개시 온도를, 강판의 Ar3점 이하의 온도로 한다. 그 결과, 강판의 납재 근방 영역에서의 ??칭 정도와, 그 이외의 영역에서의 ??칭 정도를 상이하게 하여 강판의 납재 근방 영역의 경도를, 그 이외의 영역보다도 저하시킬 수 있다. 이 납재 근방 영역이 연화됨으로써, 납재에 대한 응력 집중을 완화할 수 있다. 따라서, 핫 스탬프 공정에 있어서의 강판의 온도 제어에 의해, 납땜 조인트의 조인트 강도를 높일 수 있다.
도 1은 성형 부품의 외관 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 판조의 구성의 일례를 도시하는 도면이다.
도 3은 판조에 대한 가압 방법의 일례를 설명하는 도면이다.
도 4는 연화 영역의 일례를 설명하는 도면이다.
도 5는 실시예에 있어서의 인장 전단 시험의 시험편의 형상을 도시하는 도면이다.
도 6은 실시예에 있어서의 십자 인장 시험의 시험편의 형상을 도시하는 도면이다.
도 7은 실시예에 있어서의 인장 전단 강도(TSS)와 ??칭 개시 온도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 8은 실시예에 있어서의 십자 인장 강도(CTS)와 ??칭 개시 온도의 관계를 도시하는 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태를 설명한다.
본 실시 형태에서는, 자동차의 프론트 사이드 멤버나 센터 필러 등에 이용되는 성형 부품을 제조하는 경우를 예로 들어 설명한다. 단, 성형 부품은, 이러한 것에 한정되지 않는다.
(성형 부품의 개형)
먼저, 본 실시 형태의 성형 부품의 일례에 대하여 설명한다. 도 1은 성형 부품(100)의 외관 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 또한, 각 도면에 나타내는 X-Y-Z 좌표는, 각 도면에 있어서의 방향의 관계를 나타내는 것이며, 좌표의 원점은, 각 도면에 있어서 공통이다. 도 1에 있어서, 성형 부품(100)은 해트형 부재(110)와, 클로징 플레이트(120)를 갖는다.
해트형 부재(110)는, 핫 스탬프 성형품의 일례이며, 메인 부재(111)와 보강용 부재(112)를 갖는다. 메인 부재(111)와 보강용 부재(112)는 각각 1장의 강판으로 이루어지는 것이다.
메인 부재(111)의 횡단면 형상은 해트형이다. 보강용 부재(112)의 횡단면 형상은, 메인 부재(111)의 볼록부의 내측 면의 형상·크기에 맞춘 コ자형이다. 보강용 부재(112)의 외측 면과, 메인 부재(111)의 볼록부의 내측 면이 납땜에 의해 접합된다. 이에 의해, 메인 부재(111)의 볼록부의 내측 면의 능선을 포함하는 영역이, 보강용 부재(112)에 의해 덮인다. 또한, 납땜의 상세에 대해서는 후술한다.
클로징 플레이트(120)는 1매의 강판(평판)으로 이루어지는 것이다. 메인 부재(111)의 플랜지부의 하면과 클로징 플레이트(120)의 상면은, 스폿 용접 등의 용접을 행함으로써 접합된다.
메인 부재(111), 보강용 부재(112), 및 클로징 플레이트(120)의 두께는, 동일해도 상이해도 된다.
(제조 공정과 납땜 조인트)
이어서, 성형 부품의 제조 공정과, 성형 부품의 일부를 구성하는 납땜 조인트의 일례를 설명한다. 본 실시 형태에서는, 성형 부품의 제조 공정은, 판조 준비 공정과, 판조 제조 공정과, 가열 공정과, 핫 스탬프 성형 공정과, 숏 블라스트 공정을 포함한다. 공정순은, 판조 준비 공정, 판조 제조 공정, 가열 공정, 핫 스탬프 성형 공정, 숏 블라스트 공정의 순서이다.
[판조 준비 공정]
판조 준비 공정은, 도 2에 도시하는 바와 같은 판조(200)를 구성하는 재료[강판(210, 220)과, 납재(230)]를 준비하는 공정이다.
<판조(200)의 구성>
도 2는 판조(200)의 구성의 일례를 도시하는 도면이다. 구체적으로 도 2의 (a)는 판조(200)의 횡단면을 도시하는 도면이다. 도 2의 (b)는 납재(230)가 배치되는 영역을 도시하는 도면이며, 강판(220)의 상방으로부터 판조(200)를 본 도면이다. 도 2의 (b)에서는, 납재(230)가 배치되는 영역을 파선으로(투시하여) 나타낸다.
도 2에 있어서, 판조(200)는 강판(210, 220)과, 납재(230)를 갖는다. 강판(210)은 메인 부재(111)가 되는 것이며, 강판(220)은 보강용 부재(112)가 되는 것이다. 납재(230)는 강판(210, 220)의 판면 사이에 배치된다. 도 2의 (b)에 도시하는 바와 같이, 납재(230)는 강판(220)의 판면 영역 중, 당해 판면의 에지 부분을 제외한 소정의 영역에 배치된다. 또한, 납재(230)를 강판(220)의 판면 전체면에 배치해도 된다.
<강판(210, 220)의 구성>
강판(210, 220)의 판 두께는 특별히 한정되지 않는다. 강판(210, 220)의 재질로서는 특별히 제한되지 않고, 탄소강, 합금강, 스테인리스강 등이 예시된다. 본 실시 형태에서 제조되는 성형 부품(100)에서는, 고강도·고강성이 요구된다. 따라서, 강판(210, 220)은, 예를 들어 고강도 강판이며, 성형 부품에 요구되는 강도·강성이 얻어지도록 화학 조성 및 그 밖의 설계가 이루어지는 편이 바람직하다. 핫 스탬프 성형 공정에서는, 성형 중에(금형 내에서) ??칭이 실시된다. 따라서, 강판(210, 220)의 ??칭성은 높은 편이 바람직하다. 즉, 강판(210, 220)에는, 강도·강성 및 ??칭성을 높이는 원소가 함유되어 있는 편이 바람직하다. 특히, 후술하는 연화 영역을 확실하게 형성하기 위해서, 탄소 및 망간이 함유되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 강판(210, 220)으로서는, 그 표면에 도금이 입혀져 있지 않은 강판(비 도금 강판)을 사용할 수 있다. 단, 강판(210, 220)은, 그 표면에 아연 도금 또는 알루미늄 도금이 입혀진 강판(아연계 도금 강판 또는 알루미늄계 도금 강판)이어도 된다. 이러한 아연계 도금 강판은, 비합금의 아연 도금[예를 들어 비합금의 용융 아연 도금 강판(GI)]이어도, 합금화 아연 도금[예를 들어 합금화 용융 아연 도금 강판(GA)]이어도 된다. 또한, 비도금 강판과, 아연계 도금 강판 또는 알루미늄계 도금 강판을 조합해도 된다.
또한, 클로징 플레이트(120)에 대해서는, 납땜이 행해지지 않는다. 따라서, 클로징 플레이트(120)에 대해서는, 어떠한 강판으로 구성해도 된다. 도금 강판을 사용하여 클로징 플레이트(120)를 구성해도 되고, 비도금 강판을 사용하여 클로징 플레이트(120)를 구성해도 된다.
<납재(230)의 구성>
납재(230)는 공지된 납재이다. 납재(230)로서는, 예를 들어 Cu-Sn계, Cu-Zn계, Ag-Cu계, Ni-P계, Ni-Cr-P계, 및 Al-Si계의 납재를 채용할 수 있다. 납재(230)는 분상인 것이어도, 페이스트상인 것이어도, 고체인 것이어도 된다.
이하의 설명에서는, 납재(230) 중, 납재의 액상선 온도가 가열 공정에 있어서의 가열 온도 미만인 제1 납재(231)를 사용한다. 제1 납재(231)는 납재(230)의 일례이며, 이후의 설명 및 도면에서는, 특별히 단서가 없는 한, 「납재(230)」라는 기재를, 「납재(231)」라는 기재로 대신해 읽으면 된다.
가열 공정에 있어서, 납재(231)는 가열되어, 가열 온도가, 납재의 액상선 온도를 초과하면 용융되고, 그 후, 냉각되어, 납재의 고상선 온도 미만이 되면 고상이 되고, 강판끼리를 접합하여 납땜이 완료된다.
납재(231)가 고상이 되는 것은 가열 공정 중이어도 되고, 핫 스탬프 성형 공정 중이어도 된다. 그로 인해, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 냉각 금형에 의한 성형을 개시하는 시점에 있어서, 고액 공존 상태, 액상, 고상 중 어느 상태여도 되지만, 고상의 상태로 되어 있는 편이 바람직하다. 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 냉각 금형에 의한 성형을 개시하는 시점에서 납재(231)가 고상 상태인 경우에는, 확실하게 액체 금속 취화 균열을 방지할 수 있다.
한편, 가열 공정에 있어서의 가열 온도는, 통상 800℃ ~ 1000℃이고, 1200℃가 되는 것도 상정된다. 이러한 가열 온도에 있어서, 납재(231)는 액상의 상태로 되어 있지만, 고액 공존 상태여도 된다.
따라서, 가열 공정에 있어서 강판(210, 220)의 납땜이 적절하게 행해지고, 핫 스탬프 성형 공정이 종료될 때까지 납땜이 완료되도록, 제1 납재(231)(의 액상선 온도와 고상선 온도)를 선택하는 것이 바람직하다.
이상의 관점에서, 납재(231)의 고상선 온도는 700℃ 이상이 바람직하고, 750℃ 이상이 보다 바람직하다. 또한, 납재(231)의 액상선 온도는 800℃ 이상이 바람직하고, 850℃ 이상이 보다 바람직하다.
[판조 제조 공정]
판조(200)를 제조할 때에는, 먼저, 강판(220)의 판면 영역 중, 당해 판면의 에지 부분을 제외한 소정의 영역에 납재(231)가 배치되도록, 납재(231)를 통해 강판(210, 220)의 판면끼리를 중첩한다. 이때, 메인 부재(111)와 보강용 부재(112)의 원하는 위치 관계가 얻어지고, 또한, 납땜에 적합한 위치가 되도록, 강판(210, 220)의 위치 정렬이 행해진다.
페이스트상의 납재(231)를 사용하는 경우에는, 예를 들어 강판(220)의 판면의 상술한 영역(에지를 제외한 영역)에 납재(231)를 도포한 후, 강판(220)의 판면[납재(231)가 도포되어 있는 면]과 강판(210)의 판면을, 상술한 위치 정렬을 행하여, 중첩한다.
한편, 분상, 고체의 납재(231)를 사용하는 경우에는, 예를 들어 강판(210, 220)의 판면 사이의 상술한 영역(에지를 제외한 영역)에 납재(231)가 배치되도록, 상술한 위치 정렬을 행하고, 강판(210, 220)의 판면을 납재(231)를 사이에 두고 중첩한다.
여기서, 납재(231)의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 강판(210, 220)을 접합하는 것을 담보할 수 있다는 관점에서, 납재(231)의 두께를, 30㎛ ~ 200㎛로 할 수 있다.
또한, 납재(231)를 사이에 두고 강판(210, 220)을 중첩한 후, 강판(210, 220)에 대하여 용접을 실시해도 된다. 용접은, 대표적으로는 스폿 용접이며, 레이저 용접, TIG 용접, 심 용접 등이어도 된다. 이와 같이 하면, 강판(210, 220)끼리의 위치가 고정되고, 또한, 강판(210, 220)끼리의 밀착도를 높일 수 있다.
또한, 강판(210, 220)의 화학 조성과 판 두께를 동일하게 해도, 이들 중 적어도 어느 한쪽을 상이하게 해도 된다. 또한, 강판(210, 220)의 형상은 상이해도 되고 동일해도 된다. 예를 들어, 핫 스탬프 성형품이 센터 필러일 경우, 메인 부재(111)가 되는 강판(210)을 연강으로 하고, 보강용 부재(112)가 되는 강판(220)을 메인 부재(111)와는 판 두께가 상이한 고강도 강판으로 할 수 있다. 이 경우, 도 1에 도시하는 바와 같이, 메인 부재(111)가 되는 강판(210)의 표면의 일부에, 보강용 부재(112)가 되는 강판(220)이 중첩된다. 판조(200)를 구성하는 복수의 강판(210, 220)의 조합은, 핫 스탬프 성형품의 용도나 핫 스탬프 성형품에 요구되는 성능 등에 따라서 적절히 결정할 수 있다.
여기서, 강판(210, 220)의 각각의 판 두께로서, 예를 들어 0.6㎜ 이상, 3.0㎜ 이하를 채용할 수 있다. 이러한 범위라면, 납땜에 의한 접합을 확실하게 행할 수 있기 때문이다.
[가열 공정]
판조 제조 공정에서 얻어진 판조(200)를 핫 스탬프 성형 공정에 의해 성형하기 위해 필요한 온도로 가열한다. 가열 온도의 하한은, 강판(210, 220)의 Ac3점이다. 한편, 가열 온도의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 1000℃로 할 수 있다. 여기서, Ac3점은, 비특허문헌 1의 기재와 같이, 이하의 (1) 식의 근사식으로 나타냈을 경우의 온도인 것으로 한다.
Ac3=-230.5×[C]+31.6×[Si]-20.4×[Mn]-39.8×[Cu]-18.1×[Ni]-14.8×[Cr]+16.8×[Mo]+912 …(1)
(1) 식에 있어서, [C], [Si], [Mn], [Cu], [Ni], [Cr], [Mo]는, 각각 탄소, 실리콘, 망간, 구리, 니켈, 크롬, 몰리브덴의 함유량(질량％)이다.
가열 공정에 있어서의 가열 방법으로서는 다양한 방법이 있다. 일반적으로는, 워킹 빔식 또는 뱃치식 가열로가 사용된다. 단, 가열로의 종류는 특별히 한정되지 않고 전기로여도 되고, 가스로여도 된다.
또한, 가열로 이외에, 통전 가열이나 고주파 가열을 사용할 수 있다. 통전 가열이란, 지그에 세트된 판조를 구성하는 강판(210, 220)에 전극을 설치하고, 강판(210, 220) 사이를 통전하여 강판(210, 220)을 가열하는 것을 말한다.
고주파 가열이란, 고주파 전류를 흐르게 한 코일 내에, 지그에 세트된 판조를 통과시킴으로써, 전자기 유도의 작용에 의해, 강판(210, 220)에 전류를 흐르게 하여 강판(210, 220)을 가열하는 것을 말한다.
이들 통전 가열이나 고주파 가열은, 진공 중 또는 불활성 가스 분위기 중에서 행하는 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 특허문헌 4의 명세서에 기재되어 있는 바와 같이, 가열 공정에 있어서 가열 중의 판조(200)에 대하여 강판(210, 220)의 판 두께 방향으로 가압을 행한다. 이 가압에 의해, 판조(200)를 가열했을 경우에, 강판(210, 220)과 납재(231)의 사이에 간극이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 즉, 강판(210, 220)과 납재(231)를 가급적 밀착시킬 수 있다. 또한, 후술하는 핫 스탬프 공정에 있어서, 납재(231)가 고상 상태인 경우에는 상기의 가압은 행하지 않아도 된다.
판조(200)에 대한 가압 방법으로서는 다양한 방법이 있다. 도 3은 판조(200)에 대한 가압 방법의 일례를 설명하는 도면이다.
도 3에 도시하는 바와 같이, 강판(210) 하면의 전체에, 지지판(310)을 배치한다. 또한, 강판(220) 상면의 전체에, 누름판(320)을 배치한다. 그리고, 누름판(320) 및 지지판(310) 사이에 끼워진 판조(200)를 가열 공정(가열로 등)에서 가열한다. 이때, 누름판(320)의 자중에 의해, 판조(200)가 압력 P로 가압된다. 이 가압에 의해, 판조(200) 내의 강판(210, 220)의 변형은 구속된다. 그로 인해, 가열 후의 판조에 있어서, 강판(210, 220)과 납재(231)[도 3에서는 납재(230)]의 사이에 간극이 형성되는 것을 억제할 수 있고, 강판(210, 220)과 납재(231)를 가급적 밀착시킬 수 있다.
지지판(310) 및 누름판(320)은 가열 중의 강판(210, 220)의 변형을 억제하기에 충분한 강도 및/또는 두께를 갖고 있으면, 재질 등은 특별히 한정되지 않는다. 가압 시의 강판(210, 220)에 대한 바람직한 평균 하중은 0.1×10-3 ~ 1.0㎫이다. 따라서, 누름판(320)은 이 평균 하중을 판조(200)[강판(210, 220)]에 부여할 수 있을 정도의 중량을 갖는 편이 바람직하다.
지지판(310) 및 누름판(320)을 이용하여 판조를 가열하는 경우, 지지판(310) 및 누름판(320)이 열을 차폐하기 때문에, 판조의 온도가 높아지기 어려워지는 경우가 있다. 따라서, 지지판(310) 및 누름판(320)은 가열 중에 강판(210, 220)이 변형되지 않을 정도의 강도를 확보할 수 있는 범위에서, 두께를 얇게 하거나, 격자 형상 또는 망상의 구조로 하거나 할 수 있다.
지지판(310) 및 누름판(320) 사이에 끼워진 판조(200)를 가열 공정을 실시하는 가열 장치(가열로 등)에 장입하고, 소정의 시간 또는 처리가 경과한 후, 당해 가열 장치로부터 추출한다.
이상의 가열 공정에 의해, 블랭크재가 제조된다.
[핫 스탬프 성형 공정]
가열 공정에서 제조된 블랭크재는, 핫 스탬프 성형 장치까지 반송된다.
블랭크재의 반송 시에, 지지판(310)을 블랭크재[판조(200)]로부터 떼어내고, 누름판(320)을 블랭크재 위에 씌운 채 반송해도 된다. 이 경우, 블랭크재의 추가적인 온도 저하를 억제할 수 있다.
블랭크재를 반송한 후, 누름판(320)을 블랭크재로부터 떼어내고 블랭크재를 핫 스탬프 성형 장치 내의 냉각 금형에 배치한다. 냉각 금형으로서는, 예를 들어 수랭식 금형을 채용할 수 있다. 이렇게 냉각 금형에 배치된 블랭크재에 대하여 핫 스탬프 성형을 실시하여, 핫 스탬프 성형품을 제조한다. 이 핫 스탬프 성형 공정에 의해, 성형과 ??칭이 동시에 행해진다.
또한, 여기서는, 지지판(310)을 블랭크재로부터 떼어낸 후에 블랭크재를 반송하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 단, 판조(200)의 온도가 납재(231)의 고상선 온도 미만이 된 후에, 지지판(310) 및 누름판(320)을 블랭크재로부터 떼어내는 것이 바람직하다. 납재(231)가 고상이 되기 때문에, 강판(210, 220)과 납재(231)의 사이에 간극이 형성되기 어려워지기 때문이다.
또한, 생산성을 고려하면, 가열 공정이 종료되고 나서, 블랭크재를 핫 스탬프 성형 장치에 배치할 때까지의 사이 중, 가능한 한 늦은 시점에 누름판(320)을 블랭크재로부터 떼어내는 것이 바람직하고, 핫 스탬프 성형 장치에 블랭크재를 배치하기 직전에, 누름판(320)을 블랭크재로부터 떼어내는 것이 더욱 바람직하다.
<핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도>
본 실시 형태에서는, 이상의 핫 스탬프 성형 공정(의 냉각 금형)에 있어서의 ??칭 개시 온도 X(℃)와, 강판(210, 220)의 Ar3점(℃)의 관계가, 이하의 (2) 식을 만족시키는 온도 영역에서, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 강판(210, 220)의 냉각을 행한다.
X≤강판(모재)의 Ar3점 …(2)
이렇게 본 실시 형태에서는, 핫 스탬프 성형 공정(의 냉각 금형)에 있어서의 ??칭 개시 온도 X℃를, 강판(210, 220)의 Ar3점(℃) 이하의 온도로 하여, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 강판(210, 220)의 냉각을 행하고, ??칭을 행한다. 또한, Ar3점은, 오스테나이트부터 페라이트로 변태를 개시하는 온도이다. 또한, 강판(210)의 성분 조성과, 강판(220)의 성분 조성이 상이한 경우에는, 강판(210)의 Ar3점과, 강판(220)의 Ar3점이 상이하다. 이 경우, 식 (2)의 Ar3점으로서는, Ar3점이 낮은 쪽을 사용한다.
지금까지의 기술 상식에서는, 페라이트의 석출을 억제하여 ??칭성(핫 스탬프 성형품의 강도 및 강성)을 높이기 위해, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도 X를, 강판의 Ar3점을 상회하도록 하는 것이 바람직하다고 여겨지고 있다(??칭 개시 온도 X는 높은 편이 바람직하다고 여겨지고 있음). 여기서, 특허문헌 2에서는, 알루미늄 도금 강판의 블랭크재에 납재를 사이에 끼운 후, 700℃에서 형 투입하는 것이 개시되어 있다. 당해 특허문헌 2의 (0015) 단락에서는, 납재의 액상선 온도 이하에서 급냉 개시 온도 이상의 온도로 블랭크재를 유지해야 하고, 급냉 개시 온도가 아무런 설명도 없이 700℃라고 기재되어 있다. 실시예에도 형 투입 온도가 700℃인 예가 개시되어 있지만, 강재의 성분이 개시되어 있지 않으므로, 700℃가 Ar3점 이하인지 미만인지 알 수단이 전혀 없다. 또한, 형 투입 온도로서, 700℃부터 830℃의 범위까지의 실시예가 개시되어 있지만, 이 온도 범위에서 접합 강도가 「양호」였다고 기재되는 것만으로, 형 투입 온도와 접합 강도가 어떠한 관계인지도 불분명하다. 형 투입 온도를 바꾸면, 납재 근방의 경도가 연화되었는지 여부도 개시되어 있지 않다.
이에 반해, 본 발명자들은, 후술하는 실시예로 대표되는 바와 같이, 핫 스탬프 성형 공정(의 냉각 금형)에 있어서의 ??칭 개시 온도만을 바꾸고, 기타 조건을 동일하게 했을 경우의 다양한 납땜 조인트의 조인트 강도를 조사하였다. 그 결과, ??칭 개시 온도를 낮게 한 쪽이, 납땜 조인트의 조인트 강도가 높아진다는, 지금까지의 기술 상식과는 상이한 특이한 지견을 얻었다. 그리고 이러한 지견에 대하여 한층 더 조사를 행한 결과, 강판(210, 220)의 납재(231) 근방의 영역에서는, 강판(210, 220)의 다른 영역에 비하여 경도가 저하된다는 지견을 얻었다. 또한, 본 발명자들은, 납땜 조인트의 파단 형태는, 핫 스탬프 성형 공정(의 냉각 금형)에 있어서의 ??칭 개시 온도 X에 관계없이 응집 파괴(납재의 내부에서의 파괴)라는 지견을 얻었다.
또한, 이하의 설명에서는, 강판(210, 220)의 납재(231) 근방의, 강판(210, 220)의 다른 영역에 비하여 경도가 저하되는 영역을, 필요에 따라 「연화 영역」이라고 칭한다. 또한, 강판(210, 220)의 영역 중, 연화 영역 이외의 영역을 필요에 따라서 「모재 영역」이라고 칭한다.
여기서, 연화 영역이 형성되는 것은, 가열 공정에 있어서 판조(200)[강판(210, 220) 및 납재(231)]가 고온이 됨으로써, 강판(210, 220) 내의 강의 강도에 작용하는 원소(예를 들어, 탄소, 망간 등)가 납재(231)로 확산되고, 강판(210, 220)의 납재(231) 근방의 영역에서는, 당해 원소의 양이 적어지기 때문이라고 추측된다.
즉, 이 확산에 의해, 연화 영역의 원소(탄소 및 망간 등)의 양이, 원래의 강판(210, 220)에 있어서의 원소의 양과 비교하여 적어진다. 한편, Ar3점은, 비특허문헌 2의 기재와 같이, 이하의 (3) 식의 근사식으로 나타낼 수 있다.
Ar3=902-527C-62Mn+60Si …(3)
(3) 식에 있어서, C, Mn, Si는, 각각 탄소, 망간, 실리콘의 함유량(질량％)이다.
이로 인해, 연화 영역에 있어서의 Ar3점은, 강판(210, 220) 본래의 Ar3점보다도 높아진다. 따라서, 강판(210, 220)의 Ar3점 이하의 온도를 ??칭 개시 온도로 하여 ??칭(핫 스탬프 성형 공정)을 실시하면, 모재 영역과, 연화 영역은, Ar3점이 상이하기 때문에, ??칭 정도도 상이하다. 그 결과, 연화 영역은 모재 영역보다도 연화된다. 구체적으로는, 연화 영역의 비커스 경도는, 모재 영역의 비커스 경도보다도 50HV 이상 낮아진다.
이상과 같이, 본 발명자들은, 연화 영역이 형성된다는 지견과, 응집 파괴가 일어난다는 지견을 얻었다. 이들 지견을 감안하면, 납땜 조인트에 하중이 가해졌을 때에는, 모재 영역보다도 비커스 경도로 50HV 이상 낮은 연화 영역이 변형됨으로써, 납재에 대한 응력 집중이 완화되고, 이 응력 집중의 완화에 의해, 납땜 조인트의 강도를 현저하게 향상시킬 수 있다고 생각된다.
이상과 같이, 강판(210, 220)의 Ar3점으로 ??칭을 행했다고 하더라도, 연화 영역에서는, ??칭 정도가 모재 영역의 ??칭 정도보다도 작기 때문에 연화된다. 이것으로부터, 연화 영역에서의 Ar3점[강판(210, 220) 본래의 Ar3점보다도 상승하는 Ar3점]을 Y(℃)라 하면, 이하의 (4) 식이 만족되도록, 핫 스탬프 성형 공정(의 냉각 금형)에 있어서의 ??칭 개시 온도 X(℃)를 정하면 된다.
X<Y …(4)
연화 영역에 있어서의 Ar3점[=Y(℃)]은 상술한 확산의 정도에 따라 의존한다고 생각되기 때문에, 일정한 값으로 정하는 것은 용이하지 않다. 그러나, 상술한 바와 같이, 연화 영역에서의 Ar3점[=Y(℃)]은 강의 ??칭 후의 강도에 작용하는 원소의 납재로의 확산에 의해, 강판(210, 220) 본래의 Ar3점을 초과하는 온도가 된다. 이상, 즉 이하의 (5) 식이 성립된다.
강판(모재)의 Ar3점<Y …(5)
이상의 (4) 식 및 (5) 식으로부터, 본 발명자들은, 상술한 (2) 식을 만족시키도록 ??칭 개시 온도를 제어하면, 모재 영역의 ??칭을 진행시켜서 강도를 높이는 것과, 연화 영역(??칭 정도가 모재 영역보다도 작은 것에 의한) 연화의 양쪽을 동시에 실현할 수 있음을 발견하였다.
또한, 핫 스탬프 성형 공정(의 냉각 금형)에 있어서의 ??칭 개시 온도 X의 하한값은, 납땜 조인트(핫 스탬프 성형품)의 용도나, 납땜 조인트(핫 스탬프 성형품)에 요구되는 성능에 따라서 적절히 정할 수 있다. 단, 핫 스탬프 성형 공정(의 냉각 금형)에 있어서의 ??칭 개시 온도 X를 너무 낮게 하면, 모재 영역의 ??칭이 부족해 버려, 강판(210, 220) 전체의 강도가 저하되고, 납재에 대한 응력 집중을 완화하는 효과가 저하되어 버린다. 이러한 관점에서, 핫 스탬프 성형 공정(의 냉각 금형)에 있어서의 ??칭 개시 온도 X의 하한값으로서, 예를 들어 (Ar3-100)℃를 채용할 수 있다.
이상의 ??칭 개시 온도 X에서 핫 스탬프 성형 공정을 행함으로써, 납땜 조인트[본 실시 형태에서는, 해트형 부재(110)(핫 스탬프 성형품)]가 제조된다.
[숏 블라스트 공정]
핫 스탬프용 성형 공정에서 제조된 해트형 부재(110)(핫 스탬프 성형품)에 대하여 숏 블라스트 처리를 행하고, 해트형 부재(110)[강판(210, 220)]의 표면에 형성된 스케일을 제거한다. 또한, 숏 블라스트 공정은, 일반적인 기술로 실현할 수 있다.
이상과 같이 하여, 해트형 부재(110)가 제조된다. 그리고, 해트형 부재(110)의 플랜지부와 클로징 플레이트(120)를, 예를 들어 스폿 용접에 의해 접합함으로써, 성형 부품(100)이 제조된다.
이하에, 이와 같이 하여 제조되는 성형 부품(100)을 구성하는 납땜 조인트(110)에 대하여 설명한다.
<연화 영역>
도 4는 연화 영역의 일례를 설명하는 도면이다. 본 실시 형태에서는, 비커스 경도(HV)로 모재 영역과 연화 영역의 경도를 규정한다. 또한, 비커스 경도의 측정은, JIS Z 2244에 규정되는 방법으로 행해지는 것으로 한다.
<<납재 근방 위치의 평균 경도>>
먼저, 도 4에 도시하는 바와 같이, 강판(210)과 납재(231)[도 4에서는 납재(230)]의 경계면의 위치로부터, 강판(210)의 판 두께 방향을 따라서 강판(210) 측으로 10㎛만큼 이격된 위치(411)를, 강판(210)의 납재(231) 근방의 위치로서 평가한다. 강판(220)에 대해서도 마찬가지로, 강판(220)과 납재(231)의 경계면의 위치로부터, 강판(220)의 판 두께 방향을 따라서 강판(220) 측으로 10㎛만큼 이격된 위치(421)를, 강판(210)의 납재(231) 근방의 위치로서 평가한다. 이하의 설명에서는, 이 위치(411, 421)를 필요에 따라서 「납재 근방 위치」라고 칭한다.
또한, 도 4에서는, 강판(210, 220)의 X축 방향의 중앙 위치를, 납재 근방 위치(411, 412)로서 나타낸다. 그러나, 납재 근방 위치는, 강판(210, 220)과 납재(231)의 경계면의 위치로부터, 강판(210, 220)의 판 두께 방향을 따라서 강판(210, 220) 측으로 10㎛만큼 이격된 위치라면, 반드시 강판(210, 220)의 X축 방향의 중앙 위치가 아니어도 된다.
비커스 경도의 측정 시에는, 예를 들어 강판(210, 220)을 절단 및 연마하여, 강판(210, 220)의 판면에 수직인 단면(도 4에 도시한 바와 같은 단면)을 측정면으로 하여 얻을 수 있도록 한다.
이와 같이 하여 얻은 측정면 상의 3개소의 측정 위치의 각각에 대하여 10gf의 하중으로 판면 방향으로 압자를 압입하고, 그 결과로부터, 강판(210, 220) 각각에 대해서, 납재 근방 위치의 평균 경도를 측정한다. 구체적으로는, 이하의 (a) ~ (e)의 공정에 의해, 납재 근방 위치의 평균 경도를 측정한다.
(a) 먼저, 측정면에 포함되는 납재 근방 위치[강판(210)과 납재(231)의 경계면의 위치로부터, 강판(210)의 판 두께 방향을 따라서 강판(210) 측으로 10㎛만큼 이격된 위치]의 임의의 1개소를 측정 위치로서 선택하고, 당해 측정 위치에 있어서의 비커스 경도를 측정한다.
(b) 이어서, 상기 (a)에서 선택한 측정 위치에 형성된 압흔의 2개의 대각선 길이의 산술 평균값 d의 3배(=3×d)의 길이를 구한다.
(c) 이어서, 상기 (a)에서 선택한 측정 위치에 형성된 압흔의 중심으로부터, 상기 (b)에서 구한 길이(=3×d)만큼 이격된 측정면 상의 2개소의 위치이며, 당해 압흔의 중심을 통과하고, 강판(210)과 납재(231)의 경계면에 평행한 직선 상의 위치를 측정 위치(납재 근방 위치)로서 특정한다.
(d) 이어서, 상기 (c)에서 특정한 2개소의 측정 위치에 있어서의 비커스 경도를 측정한다.
(e) 마지막으로, 이상과 같이 하여 측정한 3개소(납재 근방 위치)에 있어서의 비커스 경도의 산술 평균값을 구한다. 이 산술 평균값을, 납재 근방 위치의 평균 경도로 한다.
이상의 납재 근방 위치의 평균 경도의 도출을, 강판(210, 220) 각각에 대하여 행한다.
<<연화 영역의 두께 D>>
본 실시 형태에서는, 후술하는 「연화 영역의 특정」에 있어서 산출되는 연화 영역의 두께[강판(210, 220)의 두께 방향에 있어서의 연화 영역의 길이] D(㎛)는 10㎛ 이상이며, 강판(210, 220)[납재(231)에 접하는 2매의 강판]의 각각의 판 두께 t1(㎛), t2(㎛)의 1/20배의 합 이하인 것으로 한다. 즉, 이하의 (6) 식이 성립되는 것으로 한다. 여기서, 강판(210)의 판 두께가 t1(㎛), 강판(220)의 판 두께가 t2(㎛)인 것으로 한다.
10≤D≤t1×(1/20)+t2×(1/20) …(6)
본 발명자들은, 후술하는 실시예를 포함하여, 상술한 <핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도>에서 설명한 조건을 만족시키는 다양한 조건에서 핫 스탬프 성형 공정을 실시한 결과로부터, 이하의 지견을 얻었다.
먼저, 연화 영역의 두께 D가 10㎛ 이상이면, 연화 영역이, 납땜 조인트의 조인트 강도의 향상에 확실하게 기여한다는 지견을 얻었다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 상기 (6) 식과 같이 하여 연화 영역의 두께 D의 하한값을 정하는 것으로 하였다.
또한, 연화 영역의 두께 D를, 강판(210, 220)의 판 두께 t1(㎛), t2(㎛)의1/20배의 합이 되도록 하기 위해서는, 핫 스탬프 성형 공정(의 냉각 금형)에 있어서의 ??칭 개시 온도 X를 (Ar3-100)℃ 이하로 해야만 한다는 지견을 얻었다. 상술한 바와 같이, 핫 스탬프 성형 공정(의 냉각 금형)에 있어서의 ??칭 개시 온도 X를 (Ar3-100)℃ 이하로 하면, 강판(210, 220) 전체의 강도가 너무 저하될 우려가 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 상기 (6) 식과 같이 하여 연화 영역의 두께 D의 상한값을 정하는 것으로 하였다.
<<모재 영역의 대표 위치의 평균 경도>>
강판(210)의 영역 중, 연화 영역 이외의 영역이 모재 영역이 된다. 상술한 바와 같이 본 실시 형태에서는, 연화 영역의 두께 D의 상한값은, 상기 (6) 식으로 정해진다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 강판(210, 220)의 판면 중, 납재(231)와 접하고 있지 않은 측의 판면으로부터, 강판(210, 220)의 판 두께 방향을 따라, 적어도, 강판(210, 220)의 판 두께 t1(㎛), t2(㎛)의 19/20배만큼 각각 이격된 위치까지의 영역이 모재 영역이 된다.
따라서, 본 실시 형태에서는, 강판(210)의 2개의 표면(판면) 중 납재(231)와 접하고 있지 않은 측의 표면으로부터, 강판(210)의 판 두께 방향을 따라서 강판(210) 측으로, 강판(210)의 판 두께 t1(㎛)의 1/4배(=t1/4)의 길이만큼 이격된 위치를, 강판(210) 내의 모재 영역의 대표 위치로서 평가한다. 강판(220)에 대해서도 마찬가지로, 강판(220)의 2개의 표면(판면) 중, 납재(231)와 접하고 있지 않은 측의 표면으로부터, 강판(220)의 판 두께 방향을 따라서 강판(220) 측으로, 강판(220)의 판 두께 t2(㎛)의 1/4배(=t2/4)의 길이만큼 이격된 위치를, 강판(220) 내의 모재 영역의 대표 위치로서 평가한다. 이러한 위치를 모재 영역의 대표 위치로 하는 것은, 납땜 조인트에 적용되는 강판이라면, 어떠한 강판이어도, 이러한 위치는 모재 영역에 포함되기 때문이다.
비커스 경도의 측정 시에는, 납재 근방 위치의 평균 경도의 측정의 경우와 마찬가지로, 예를 들어 강판(210, 220)을 절단 및 연마하여, 강판(210, 220)의 판면에 수직인 단면(도 4에 도시하는 바와 같은 단면)을 측정면으로서 얻도록 한다.
이와 같이 하여 얻은 측정면의 3개소의 측정 위치 각각에 대하여 10gf의 하중으로 판면 방향으로 압자를 압입하고, 그 결과로부터, 강판(210, 220) 각각에 대해서, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도를 측정한다. 구체적으로는, 이하의 (f) ~ (g)의 공정에 의해, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도를 측정한다.
(f) 먼저, 측정면에 포함되는 모재 영역의 대표 위치[강판(210)의 2개의 표면(판면) 중, 납재(231)와 접하고 있지 않은 측의 표면으로부터, 강판(210)의 판 두께 방향을 따라서 강판(210) 측으로, 강판(210)의 판 두께 t1(㎛)의 1/4배(=t1/4)의 길이만큼 이격된 위치]의 임의의 1개소를 측정 위치로서 선택하고, 당해 측정 위치에 있어서의 비커스 경도를 측정한다.
(g) 이어서, 측정면에 포함되는 모재 영역의 대표 위치[강판(220)의 2개의 표면(판면) 중, 납재(231)와 접하고 있지 않은 측의 표면으로부터, 강판(220)의 판 두께 방향을 따라서 강판(220) 측으로, 강판(220)의 판 두께 t2(㎛)의 1/4배(=t2/4)의 길이만큼 이격된 위치]의 임의의 1개소를 측정 위치로서 선택하고, 당해 측정 위치에 있어서의 비커스 경도를 측정한다.
(h) 마지막으로, 이상의 (f) 및 (g)의 공정에서 측정된 2개의 비커스 경도의 산술 평균값을 구한다. 이 산술 평균값을, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도로 한다.
<<납재 근방 위치의 평균 경도와 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도의 관계>>
본 발명자들은, 후술하는 실시예를 포함하여, 상술한 <핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도>에서 설명한 조건을 만족시키는 다양한 조건에서 핫 스탬프 성형 공정을 실시하였다. 그 결과, 상술한 <핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도>에서 설명한 조건을 만족시키는 경우에는, 강판(210, 220)에 있어서의 납재 근방 위치의 평균 경도에 50HV를 가산한 값이, 강판(210, 220)에 있어서의 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도 미만이 된다는 지견을 얻었다. 즉, 이하의 (7) 식이 성립된다는 지견을 얻었다.
납재 근방 위치의 평균 경도(HV)+50HV<모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV) …(7)
단, 상술한 바와 같이, 연화 영역은, 모재 영역의 경도와 비교하여 경도가 저하되어 있으면 있을수록, 납땜 조인트의 조인트 강도의 향상에 크게 기여한다. 따라서, 강판(210, 220)에 있어서의 납재 근방 위치의 평균 경도에 100HV를 가산한 값이, 강판(210, 220)에 있어서의 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도 미만이 되도록 하는 것이 바람직하다. 즉, 이하의 (8) 식이 성립되는 것이 바람직하다.
납재 근방 위치의 평균 경도(HV)+100HV<모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV) …(8)
<<연화 영역의 특정>>
납재 근방 위치는 연화 영역에 포함되는 위치이다. 본 실시 형태에서는, 납재 근방 위치의 평균 경도와 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도의 관계를 상기 (7) 식의 관계로 정할 경우에는, 이하의 (9) 식이 성립되는 영역을 연화 영역으로 한다.
연화 영역의 경도(HV)+50HV<모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV) …(9)
즉, 강판(210)에 대하여 10gf의 하중으로 판면 방향에 압자를 압입하고, 그 결과로부터 측정되는 비커스 경도(HV)에 50HV를 가산한 값이, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV) 미만이 되는 영역을 연화 영역으로 한다.
한편, 납재 근방 위치의 평균 경도와 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도의 관계가 상기 (8) 식의 관계를 만족하는 경우에는, 이하의 (10) 식이 성립되는 영역을 규정할 수 있고, 이 (10) 식이 성립되는 영역은, (9) 식이 성립되는 영역인 연화 영역에 포함된다.
연화 영역의 경도(HV)+100HV<모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV) …(10)
즉, 강판(210)에 대하여 10gf의 하중으로 판면 방향으로 압자를 압입하고, 그 결과로부터 측정되는 비커스 경도(HV)에 100HV를 가산한 값이, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV) 미만이 되는 영역을 (10) 식이 성립되는 영역으로 한다.
여기서, 본 실시 형태에서는, 상기 (9) 식 및 상기 (10) 식 중 어느 것이어도, 이하와 같이 하여, 강판(210)에 있어서의 비커스 경도의 측정 위치를 결정한다.
먼저, 상술한 납재 근방 위치[도 4에 도시하는 예에서는, 납재 근방 위치(411)]를 통과하고, 또한, 강판(210)과 납재(231)의 경계면에 평행한 제1 가상선[도 4에 도시하는 예에서는 제1 가상선(412)]과의 이루는 각도가 30°가 되는 제2 가상선[도 4에 도시하는 예에서는 제2 가상선(413)]을 설정한다.
제2 가상선 상의 위치이며, 납재 근방 위치로부터, 납재(231)가 형성되어 있는 측과는 반대측에, 납재 근방 위치에 있어서의 압흔의 2개의 대각선 길이의 산술 평균값 d의 3배(=3×d)만큼 이격된 위치[도 4에 도시하는 예에서는, 위치(414)]에 대하여 10gf의 하중으로 판면 방향에 압자를 압입하고, 그 결과로부터, 비커스 경도를 측정한다. 이 비커스 경도가, 상기 (9) 식 또는 상기 (10) 식을 만족시키는 경우에는, 당해 위치(414)는 연화 영역에 포함되어 있는 것으로 한다.
그리고, 위치(414)로부터, 납재(231)가 형성되어 있는 측과는 반대측에, 위치(414)에 있어서의 압흔의 2개의 대각선 길이의 산술 평균값 d의 3배(=3×d)만큼 이격된 위치[도 4에 도시하는 예에서는, 위치(415)]에 대하여 10gf의 하중으로 판면 방향으로 압자를 압입하고, 그 결과로부터, 비커스 경도를 측정한다. 이 비커스 경도가, 상기 (9) 식 또는 상기 (10) 식을 만족시키는 경우에는, 당해 위치(415)는 연화 영역에 포함되어 있는 것으로 한다.
또한, 위치(415)로부터, 납재(231)가 형성되어 있는 측과는 반대측에, 위치(415)에 있어서의 압흔의 2개의 대각선 길이의 산술 평균값 d의 3배(=3×d)만큼 이격된 위치[도 4에 도시하는 예에서는, 위치(416)]에 대하여 10gf의 하중으로 판면 방향으로 압자를 압입하고, 그 결과로부터, 비커스 경도를 측정한다. 이 비커스 경도가, 상기 (9) 식 또는 상기 (10) 식을 만족시키는 경우에는, 당해 위치(416)는 연화 영역에 포함되어 있는 것으로 한다.
이상과 같은 측정을, 측정한 비커스 경도가, 상기 (9) 식을 만족시키지 않게 될 때까지 행한다. 그리고, 강판(210)의 2개의 판면 중, 납재(231)와 접하고 있는 측의 판면으로부터, 상기 (9) 식을 마지막에 만족시키는 위치까지의, 강판(210)의 판 두께 방향의 길이를, 강판(210)에 있어서의 연화 영역의 두께 D로서 특정한다. 강판(220)에 대해서도, 강판(210)과 마찬가지로 하여 연화 영역을 특정할 수 있다.
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 납재 근방 위치(411)를 통과하고, 또한, 강판(210, 220)과 납재(231)의 경계면에 평행한 제1 가상선(412)과의 이루는 각도가 30°가 되는 제2 가상선(413)을 따라 비커스 경도를 측정한다. 따라서, 강판(210, 220)의 두께 방향을 따라서(제1 가상선과 제2 가상선이 이루는 각도가 90°가 되도록 하여) 비커스 경도를 측정하는 것보다도, 강판(210, 220)의 두께 방향에 있어서의 비커스 경도의 분포를, 보다 고정밀도로 측정할 수 있다[강판(210, 220)의 두께 방향에 있어서의 비커스 경도의 측정 간격을 미세하게 할 수 있음].
(실시예)
이어서, 실시예를 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
[판조]
표 1의 No.1 ~ No.6에 나타내는 6개의 강판을 준비하였다. 표 1에 나타내는 탄소 당량 Ceq는, 이하의 (11) 식으로 정해지는 것으로 하였다.
Ceq=C+Si/40+Cr/20 …(11)
(11) 식에 있어서, C, Si, Cr은, 각각 탄소, 실리콘, 크롬의 함유량(질량％)이다.
표 1에 나타내는 No.1의 강판과 No.2의 강판은 판 두께만이 상이하다. No.1의 강판과 No.2의 강판의[(3) 식으로 정해짐] Ar3점은, 727℃이고, Ac3점은 842℃이다.
No.3의 강판과 No.4의 강판은 판 두께만이 상이하다. No.3의 강판과 No.4의 강판의[(3) 식으로 정해짐] Ar3점은, 711℃이고, Ac3점은 835℃이다.
No.5의 강판과 No.6의 강판은 Ar3점이 700℃ 미만인 것이다. No.5의 강판과 No.6의 강판의[(3) 식으로 정해짐] Ar3점은, 각각 680℃, 693℃이고, Ac3점은 각각 822℃, 825℃이다.
또한, No.1 ~ No.3, No.5에 나타내는 4개의 강판은, 모두, 그 표면에 도금이 입혀져 있지 않은 강판(비도금 강판)이다. No.4에 나타내는 강판은, 용융 아연 도금 강판, No.6에 나타내는 강판은, 합금화 용융 아연 도금 강판이다.
Figure pct00001
[납땜 조인트의 평가]
표 1에 있어서의 동일한 번호(「No.」)의 2개의 강판(예를 들어, No.1의 강판끼리)의 판면의 사이에, 두께 30㎛의 납재를 배치하여, 판조를 제조하였다. 여기서, 강판의 판면의 크기는, 모두, 폭 50㎜, 길이 50㎜이다. 또한, 2개의 강판의 판면의 전체가 중첩되도록 하고, 당해 중첩되는 영역의 전체에, 납재가 배치되도록 하였다.
이어서, 로 내 온도가 1000℃인 가열로에 판조를 장입하고, 가열 공정을 실시하였다. 로 내 체류 시간(접합 시간)을 5min, 로 내 분위기를 환원성 분위기로 하였다. 본 실시예에서는, 로 내 가열 시에는 판조의 가압력을 1.0×10-3㎫로 하였다.
이상의 조건에서 가열 공정을 실시한 후, 내부 수랭의 평판 프레스기(모두 성형면이 평탄한 상형과 하형을 사용)로, 판조를 상하로부터 끼워 넣고, 핫 스탬프 성형 공정을 실시하였다. 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 금형 냉각 속도는 모두 45℃/sec로 하였다.
핫 스탬프 성형 공정을 실시함으로써 얻어진 납땜 조인트에 대해서, 상술한 방법으로, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(각 판 두께의 1/4 위치의 측정)와, 납재 근방 위치(납재로부터 10㎛ 떨어진 위치의 3점 측정)의 평균 경도와, 연화 영역의 두께를 측정하였다. 그 결과를, 표 2 및 표 3에 나타낸다.
Figure pct00002
Figure pct00003
표 2, 표 3에 있어서, 「판의 조합」은, 표 1에 나타내는 번호(「No.」)에 대응한다. 「판의 조합」이 「1-1」, 「2-2」, 「3-3」, 「4-4」, 「5-5」, 「6-6」인 것은, 각각, 표 1에 나타내는 No.1, No.2, No.3, No.4, No.5, No.6의 강판을 2장 사용한 것을 나타낸다. 이것은, 후술하는 표 4 및 표 5에서도 동일하다.
또한, 표 2 및 표 3에 있어서, 「납재」의 란의 「A」는, Cu-Sn 20％ 납(고상선 온도 770℃, 액상선 온도 930℃)을 납재로서 사용한 것을 나타낸다. 이것은, 후술하는 표 4 및 표 5에서도 동일하다.
또한, 표 2에 있어서, 「850℃ ??칭」은, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도 X를 850℃로 한 것을 나타낸다. 「700℃ ??칭」은, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도 X를 700℃로 한 것을 나타낸다. 상술한 바와 같이, No.1의 강판과 No.2의 강판의 Ar3점은 727℃이고, No.3의 강판과 No.4의 강판 Ar3점은, 711℃이다. 따라서, 「850℃ ??칭」은, 상술한 (2) 식의 조건을 만족시키지 않는 예(비교예)가 된다. 한편, 「700℃ ??칭」은, 상술한 (2) 식의 조건을 만족시키는 예(발명예)가 된다.
마찬가지로, 표 3에 있어서, 「850℃ ??칭」은, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도 X를 850℃로 한 것을 나타낸다. 「650℃ ??칭」은, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도 X를 650℃로 한 것을 나타낸다. 상술한 바와 같이, No.5의 강판의 Ar3점은 680℃이고, No.6의 강판의 Ar3점은 693℃이다. 따라서, 「850℃ ??칭」은, 상술한 (2) 식의 조건을 만족시키지 않는 예(비교예)가 된다. 한편, 「650℃ ??칭」은, 상술한 (2) 식의 조건을 만족시키는 예(발명예)가 된다.
이밖에, 표 2 및 표 3에 있어서 「모재 영역의 대표 위치의 평균 경도」, 「납재 근방 위치의 평균 경도」 및 「연화 영역의 두께」는, 모두 본 실시 형태에서 설명한 것이다. 이것은, 후술하는 표 6 및 표 7에서도 동일하다.
단, 여기서는, 상술한 (9) 식을 만족시키는 영역을 연화 영역으로 하였다. 즉, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV)로부터 50HV를 감산한 값보다도 비커스 경도의 값이 작아지는 영역을 연화 영역으로서 특정하였다.
표 2 및 표 3에 나타내는 바와 같이, (2) 식의 조건을 만족시키지 않으면, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도에 대하여, 납재 근방 위치의 평균 경도는 거의 저하되지 않는 것을 알 수 있다. 또한, 연화 영역은 형성되지 않았다. 한편, (2) 식의 조건을 만족하면, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도에 대하여, 납재 근방 위치의 평균 경도는 50HV 이상 저하되는 것을 알 수 있다. 그리고, 30㎛ 이상의 두께를 갖는 연화 영역이 형성되는 것을 알 수 있다.
[핫 스탬프 성형품의 평가]
도 5는 인장 전단 시험의 시험편 형상을 도시하는 도면이다. 표 1에 있어서의 동일한 번호(「No.」)의 2개의 강판(예를 들어, No.1의 강판끼리)의 판면의 사이에, 두께 30㎛의 납재를 배치하여, 판조(인장 전단 시험의 시험편)를 제조하였다.
도 5의 상측 도면에 도시하는 바와 같이, 폭 25㎜, 길이 90㎜의 2개의 강판을, 폭 방향의 영역 전체가 중첩되고, 또한, 선단으로부터 길이 방향을 따라서 25㎜의 영역이 중첩되도록 함과 함께, 당해 중첩되는 영역의 전체(25㎜×25㎜의 영역)에, 납재가 배치되도록 하였다.
도 6은 십자 인장 시험의 시험편 형상을 도시하는 도면이다. 표 1에 있어서의 동일한 번호(「No.」)의 2개의 강판(예를 들어, No.1의 강판끼리)의 판면의 사이에, 두께 30㎛의 납재를 배치하여, 판조(십자 인장 시험의 시험편)를 제조하였다.
도 6의 상측 도면에 도시하는 바와 같이, 폭 50㎜, 길이 150㎜의 2개의 강판을, 그 중앙의 50㎜×50㎜의 정사각형의 영역이 중첩되도록 함과 함께, 당해 중첩되는 영역의 전체(50㎜×50㎜의 영역)에, 납재가 배치되도록 하였다.
이상과 같이 하여 제조한 판조(인장 전단 시험의 시험편 및 십자 인장 시험의 시험편) 각각에 대해서, 상술한 납땜 조인트와 동일 조건에서 가열 공정과 핫 스탬프 성형 공정을 실시했다([납땜 조인트의 평가]의 항을 참조).
핫 스탬프 성형 공정을 실시함으로써 얻어진 납땜 조인트(인장 시험의 시험편)에 대하여 JIS Z3136에 준한 수법으로 인장 전단 시험을 실시하고, 인장 전단 강도(TSS)를 측정하였다. 또한, 인장 전단 시험 시의 인장의 방향은, 도 5의 하측 도면에 나타내는 백색 바탕의 화살표 선의 방향이다.
또한, 동일하게 핫 스탬프 성형 공정을 실시함으로써 얻어진 납땜 조인트(십자 인장 시험의 시험편)에 대하여 JIS Z3137에 준한 수법으로 십자 인장 시험을 실시하고, 십자 인장 강도(CTS)를 측정하였다. 또한, 십자 인장 시험 시의 인장의 방향은, 도 6의 하측 도면에 나타내는 백색 바탕의 화살표 선의 방향이다.
도 1에 도시한 해트형 부재(110)와 같은 핫 스탬프 성형품에서는, 장소에 따라 부여되는 응력의 형태가 상이하다. 당해 응력의 형태는, 도 5 및 도 6의 하측 도면에 나타내는 백색 바탕의 화살표 선의 방향으로 힘이 작용하는 경우의 응력 조합으로 근사할 수 있다. 따라서, 상술한 (2) 식을 만족시키는 경우 쪽이 만족시키지 않는 경우보다도, 인장 전단 강도(TSS) 및 십자 인장 강도(CTS)가 모두 향상되면, 납땜 조인트를 어떻게 성형하더라도, 조인트 강도가 향상된다고 할 수 있다. 따라서, 여기에서는, 인장 전단 강도(TSS)와 십자 인장 강도(CTS) 각각을 평가함으로써, 핫 스탬프 성형품을 평가한다. 그 결과를 표 4 ~ 표 7에 나타낸다.
Figure pct00004
Figure pct00005
Figure pct00006
Figure pct00007
표 4 및 표 5에 있어서, 「납재」의 란의 「B」는, Cu-Zn 30％ 납(고상선 온도 900℃, 액상선 온도 930℃)을 납재로서 사용한 것을 나타낸다.
표 4 ~ 표 7에 있어서의 「??칭 (개시) 온도」는, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도 X를 나타낸다. 표 4에서는, 「??칭 (개시) 온도」가 850℃인 경우와 700℃인 경우의 각각에 있어서의 인장 전단 강도(TSS)와 십자 인장 강도(CTS)의 각각의 측정 결과를 나타낸다. 표 2를 참조하면서 설명한 바와 같이, 「??칭 (개시) 온도」가 850℃인 경우의 측정 결과는, 상술한 (2) 식의 조건을 만족시키지 않는 예(비교예)가 된다. 한편, 「??칭 (개시) 온도」가 700℃인 경우의 측정 결과는, 상술한 (2) 식의 조건을 만족시키는 예(발명예)가 된다. 또한, 표 5에서는, 「??칭 (개시) 온도」가 850℃인 경우와 650℃인 경우의 각각에 있어서의 인장 전단 강도(TSS)와 십자 인장 강도(CTS) 각각의 측정 결과를 나타낸다. 표 3을 참조하면서 설명한 바와 같이, 「??칭 (개시) 온도」가 850℃인 경우의 측정 결과는, 상술한 (2) 식의 조건을 만족시키지 않는 예(비교예)가 된다. 한편, 「??칭 (개시) 온도」가 650℃인 경우의 측정 결과는, 상술한 (2) 식의 조건을 만족시키는 예(발명예)가 된다.
표 4 및 표 5에 나타내는 바와 같이, 판의 조합 및 납재의 종류에 관계없이, (2) 식의 조건을 만족시키지 않는 경우보다도 만족시키는 경우 쪽이, 인장 전단 강도(TSS)와 십자 인장 강도(CTS)의 양쪽을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.
또한, 표 6, 표 7에서는, 각각 「판의 조합」이 「2-2」인 경우에 대해서, 「??칭 온도」(핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 온도 X)를 상이하게 했을 경우의 인장 전단 강도(TSS), 십자 인장 강도(CTS)의 측정 결과를 나타낸다. 표 6 및 7의 측정 결과를 그래프로 하여, 각각 도 7 및 8에 나타낸다.
표 6 및 표 7에 나타내는 바와 같이, 「??칭 온도」가 낮아지면, 인장 전단 강도(TSS) 및 십자 인장 강도(CTS)의 양쪽이 커지는 경향이 되는 것을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, No.2의 강판의 Ar3점은 727℃이다. 표 6 및 표 7에 있어서, 「??칭 온도」가 이 온도를 상회하는 경우의 측정 결과는, (2) 식을 만족시키지 않는 예(비교예)가 된다. 한편, 「??칭 온도」가 이 온도 이하가 될 경우의 측정 결과는, (2) 식을 만족시키는 예(발명예)가 된다.
표 6 및 표 7에 나타내는 바와 같이, 「??칭 온도」의 범위를 변화시킨 경우, 표 2 및 표 3을 참조하면서 설명한 바와 같이, (2) 식의 조건을 만족시키지 않으면, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도에 대하여, 납재 근방 위치의 평균 경도는 거의 저하되지 않는 것을 알 수 있다. 이것은, 도 7 및 8로부터 시각적으로도 알 수 있다. 또한, 연화 영역은 형성되지 않았다. 한편, (2) 식의 조건을 만족하면, 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도에 대하여 납재 근방 위치의 평균 경도는 50HV 이상 저하되는 것을 알 수 있다. 이것은, 도 7 및 8로부터 시각적으로도 알 수 있다. 그리고, 10㎛ 이상의 두께를 갖는 연화 영역이 형성되는 것을 알 수 있다.
특히, ??칭 개시 온도 X가, (Ar3점-100)[℃] 이상 Ar3점[℃] 이하인 경우에는, 모재 영역이 충분히 ??칭되어 경도가 상승하고, 게다가 형성된 연화 영역이 납재에 대한 응력 집중을 완화할 수 있기 때문에, 인장 전단 강도(TSS) 및 십자 인장 강도(CTS)의 양쪽이 커지는 것이 도 7 및 8로부터 시각적으로 알 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 동일한 번호의 판의 조합에 관한 결과를 나타내고, 그 밖의 판의 조합에 관한 설명을 생략하였다. 그러나, 본 발명자들은, 상이한 번호의 판의 조합에 대해서도, 본 실시예에서 설명한 것과 마찬가지의 경향이 얻어지는 것을 확인하였다.
(정리)
이상과 같이 본 실시 형태에서는, 강판(210, 220)의 사이에 납재(231)를 사이에 끼워서 구성한 판조(200)를 강판(모재)의 Ac3점 이상의 온도로 가열한 후, ??칭 개시 온도 X를, 강판(모재)의 Ar3점 이하의 온도로 하여 핫 스탬프 성형 공정을 실시함으로써 납땜 조인트를 제조한다. 이와 같이 하면, 강판(210, 220)의 납재(230) 근방의 위치에 있어서의 비커스 경도(납재 근방 위치의 평균 경도)를, 강판(210, 200)의 원래의 비커스 경도(모재 영역의 대표 위치의 평균 경도)로부터 50HV를 감산한 값보다도 작게 할 수 있다. 즉, 강판(210, 220)의 납재(231) 근방의 영역(연화 영역)의 경도를 저하시킬 수 있다. 따라서, 핫 스탬프 공정에 있어서의 강판의 온도 제어에 의해, 납땜 조인트의 조인트 강도를 높일 수 있다. 따라서, 핫 스탬프 성형품을 제조하는 종래의 공정을 크게 변경하는 일 없이, 고강도의 납땜 조인트를 제조할 수 있다.
(변형예)
본 실시 형태에서는, 가열 공정에 있어서 가열 중인 판조(200)에 대하여, 강판(210, 220)의 판 두께 방향으로 가압을 행하도록 하였다. 그러나, 특허문헌 4의 명세서에 기재되어 있는 바와 같이, 당해 가압은, 가열 공정의 후, 핫 스탬프 성형 공정 전에 행해도 된다. 또한, 이상과 같은 가압을 행하면, 강판(210, 220)과 납재(231)의 사이에 간극이 형성되는 것을 확실하게 억제할 수 있으므로 바람직하지만, 반드시 당해 가압을 행할 필요는 없다.
또한, 본 실시 형태에서는, 특허문헌 4의 명세서에 기재된 기술과 같이, 가열 공정에 있어서 납땜을 행하는 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 특허문헌 5의 명세서에 기재된 기술과 같이, 가열 공정 전에 납땜을 행하도록 해도 된다.
즉, 액상선 온도가 가열 공정에 있어서의 가열 온도보다도 낮은 제1 납재(231)를 대신하여, 핫 스탬프용 가열 공정(본 실시 형태에 있어서의 「가열 공정」)에 있어서의 가열 온도를 상회하고, 또한, 강판(210, 220)의 고상선 온도를 하회하는 고상선 온도를 갖는 제2 납재(232)로 강판(210, 220)을 납땜한다(납땜 공정). 제2 납재(232)는 납재(230)의 일례이며, 제1 납재(231)에 대하여 액상선 온도 및 고상선 온도가 상이하지만, 그 밖의 특성, 형상 등은 같아도 되고, 상이해도 된다. 또한, 납땜 공정에 있어서의 납재(232)의 배치, 또는, 연화 영역의 규정에 대해서는, 도 2 ~ 4에 있어서, 「납재(230)」라는 기재를, 「납재(232)」라는 기재로 대신해 읽으면 된다.
납땜 공정에서는, 납재(232)의 온도가, 납재(232)의 액상선 온도를 상회하고, 또한, 강판(210, 220)의 고상선 온도를 하회하는 온도가 되도록, 지그에 세트된 판조(200)를 가열한다. 또한, 이때, 도 3을 참조하면서 설명한 것과 마찬가지로, 판조(200)를 가압하면서 가열하는 것이 바람직하다. 이상과 같이 하여 가열된 판조(200)를, 납재(232)의 온도가, 납재(232)의 고상선 온도를 하회할 때까지 냉각한다.
그 후, 본 실시 형태에서 설명한, 가열 공정, 핫 스탬프 성형 공정, 및 숏 블라스트 공정을 이 순으로 실시한다. 납땜된 판조(200)를 가열 공정에서 가열해도, 납재(232)의 고상선 온도는 가열 온도보다도 높으므로, 납재(232)는 액상화되지 않고, 고상 상태를 유지할 수 있다. 또한, 제1 납재(231)를 사용한 경우와 마찬가지로, 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 전에, 강판에 있어서의 납재 근방 영역의 Ar3점이, 강판의 Ar3점보다도 높게 되어 있다.
따라서, 상술한 연화 영역을 강판에 형성하고, 납땜 조인트의 인장 강도를 높일 수 있는 것에 더하여, 핫 스탬프 성형 시에 액체 금속 취화 균열을 확실하게 방지할 수 있다. 또한, 핫 스탬프 성형 전의 가열 공정과는 별도의 공정에서 납땜을 행하기 때문에, 납땜의 관리가 용이하게 되고, 납땜 조건에 제약이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 또한, 핫 스탬프 성형 전의 가열 공정의 분위기가 비환원성 분위기여도, 납재의 산화에 의해 납땜이 불가능하게 되는 것을 방지할 수 있다. 이상으로부터, 종래의 핫 스탬프 공정에 대폭적인 변경을 가하는 일 없이, 납땜 조인트의 조인트 강도를 높일 수 있다. 이러한 제2 납재를 사용한 경우에 얻어지는 상기의 효과는, 본 발명자들에 의해 실험적으로도 확인되고 있다. 또한, 이와 같이 한 경우, 가열 공정을 개시할 때, 납땜이 완료되어 있으므로, 가열 공정에 있어서는 상술한 가압을 행하지 않도록 해도 된다.
또한, 본 실시 형태에서는, 면 접합하는 강판의 매수가 2장일 경우를 예로 들어 설명하였다. 그러나, 면 접합하는 강판의 매수는 3장 이상이어도 된다. 이 경우, 서로 대향하는 2매의 강판 사이의 각각에, 납재가 배치되도록 한다.
또한, 실시예 및 변형예를 포함하여 본 실시 형태에서 설명한 온도의 측정 위치는, 모두 납재의, 강판의 판 두께 방향의 중심 위치이다.
또한, 실시예 및 변형예를 포함하여 본 실시 형태는, 모두 본 발명을 실시하는 데 있어서 구체화의 예를 나타낸 것에 지나지 않고, 이것들에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정적으로 해석되어서는 안되는 것이다. 즉, 본 발명은 그 기술 사상, 또는 그 주요한 특징으로부터 일탈하는 일 없이, 다양한 형태로 실시할 수 있다.

Claims (8)

  1. 판면이 서로 대향하도록 중첩된 복수매의 강판과, 상기 복수매의 강판 중, 서로 인접하는 2매의 강판의 판면 사이의 소정의 영역에 배치된 제1 납재를 갖는 판조를, 상기 강판의 Ac3점 이상의 가열 온도에서 가열하는 가열 공정과,
    상기 가열 공정에 의해 가열된 상기 판조에 대하여 ??칭과 성형을 행하는 핫 스탬프 성형 공정을 갖고,
    상기 제1 납재의 액상선 온도가 상기 가열 온도 미만이고,
    상기 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 ??칭 개시 전에, 상기 강판에 있어서의 납재 근방 영역의 Ar3점이, 상기 강판의 Ar3점보다도 높게 되어 있고,
    상기 핫 스탬프 성형 공정에 있어서의 상기 판조의 ??칭 개시 온도를, 상기 강판의 Ar3점 이하의 온도로 하는 것을 특징으로 하는 납땜 조인트의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 납재 대신에, 상기 가열 공정에 있어서의 가열 온도를 초과하고, 또한 상기 강판의 고상선 온도 미만의 고상선 온도를 갖는 제2 납재가, 상기 2매의 강판의 판면 사이의 소정의 영역에 배치된 판조를 얻는 공정과,
    상기 가열 공정 전에, 상기 판조를, 상기 제2 납재의 액상선 온도를 초과하고, 또한 상기 강판의 고상선 온도 미만의 온도로 가열한 후, 상기 제2 납재의 고상선 온도 미만까지 냉각하여 상기 강판을 납땜하는 납땜 공정을 더 갖고 있는 것을 특징으로 하는 납땜 조인트의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가열 공정은, 상기 판조를 상기 강판의 판 두께 방향으로 가압하면서, 상기 판조를 가열하는 것을 특징으로 하는 납땜 조인트의 제조 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 납땜 공정은, 상기 판조를 상기 강판의 판 두께 방향으로 가압하면서, 상기 판조를 가열하는 것을 특징으로 하는 납땜 조인트의 제조 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수매의 강판은, 표면에 도금이 입혀져 있지 않은 비도금 강판과, 아연계 도금 강판 또는 알루미늄계 도금 강판 중 한쪽 또는 양쪽으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 납땜 조인트의 제조 방법.
  6. 판면이 서로 대향하도록 중첩된 복수매의 강판과,
    상기 복수매의 강판 중, 서로 인접하는 2매의 강판의 판면 사이의 소정의 영역에 배치된 납재를 갖고, 상기 2매의 강판이 상기 납재에 의해 접합된 납땜 조인트이며,
    상기 납재에 접하는 상기 강판에 있어서의 납재 근방 위치의 평균 경도와, 당해 강판에 있어서의 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도의 관계가, 이하의 (A) 식을 만족시키는 것을 특징으로 하는 납땜 조인트.
    납재 근방 위치의 평균 경도(HV)+50HV<모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV) …(A)
    (A) 식에 있어서, 상기 납재 근방 위치는, 상기 납재에 접하는 2개의 상기 강판과 상기 납재의 경계면의 위치로부터, 상기 강판의 판 두께 방향을 따라서 상기 강판 측으로 10㎛만큼 이격된 위치이며,
    상기 모재 영역의 대표 위치는, 상기 납재에 접하는 2개의 상기 강판 각각에 있어서의 위치이며, 상기 강판의 2개의 판면 중, 상기 납재와 접하고 있지 않은 측의 판면으로부터, 상기 강판의 판 두께 방향을 따라서 상기 강판 측으로, 상기 강판의 판 두께의 1/4배의 길이만큼 이격된 위치이며,
    상기 납재 근방 위치의 평균 경도는, 3개소의 상기 납재 근방 위치에 있어서의 비커스 경도의 산술 평균값이며,
    상기 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도는, 상기 모재 영역의 대표 위치에 있어서의 비커스 경도의 산술 평균값이며,
    상기 3개소의 간격은, 상기 비커스 경도의 측정을 위해 최초에 형성된 압흔의 2개의 대각선 길이의 산술 평균값의 3배의 길이를 갖는 것으로 함.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 납재에 접하는 상기 강판의 영역이며, 이하의 (B) 식을 만족시키는 영역인 연화 영역의 두께가 10㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 납땜 조인트.
    상기 연화 영역의 경도(HV)+50HV<상기 모재 영역의 대표 위치의 평균 경도(HV) …(B)
    (B) 식에 있어서, 상기 연화 영역의 경도는, 상기 연화 영역에 있어서의 비커스 경도인 것으로 함.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 복수매의 강판은, 표면에 도금이 입혀져 있지 않은 비도금 강판과, 아연계 도금 강판 또는 알루미늄계 도금 강판 중 한쪽 또는 양쪽으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 납땜 조인트.
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