KR20240050361A

KR20240050361A - 강제(鋼製) 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법 및 상기 테일러 용접 부재로 제조된 핫 스탬핑 부재

Info

Publication number: KR20240050361A
Application number: KR1020247007824A
Authority: KR
Inventors: 후아 판; 쳉지에 리우; 티안하이 우; 밍 레이; 종쿠 선; 하오민 지앙; 슈양 왕; 유에 우
Original assignee: 바오샨 아이론 앤 스틸 유한공사
Priority date: 2021-08-25
Filing date: 2022-08-25
Publication date: 2024-04-18
Also published as: CN115722795A; WO2023025242A1; AU2022334395A1; CA3229639A1; EP4393631A1

Abstract

강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법 및 테일러 용접 부재를 사용하여 제조된 핫 스탬핑 부재는, 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층(12, 12', 22, 22')이 있는 용접 대상 강판(10, 20)을 채택하며, 용접 과정에서 보호 가스(50) 조성, 용접 와이어(30) 성분을 조절하고, 용접 속도와 와이어 급송 속도 제어도 함께 수행하여, 용접 이음의 유리 알루미늄 함량을 0.1 내지 4.0wt.%로 제어함으로써, 테일러 용접 과정에서 용접 이음에 철-알루미늄 금속간 화합물이 생성되는 것을 방지하는 동시에, 용접 이음에 적정량의 확산 분포된 페라이트가 생성되도록 보장한다. 획득되는 테일러 용접 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+1 내지 15vol.% 확산 분포된 페라이트+0 내지 5vol.% 잔류 오스테나이트이며; 핫 스탬핑 성형을 거쳐 획득된 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+0.1 내지 10vol.% 확산 분포된 페라이트이다.

Description

강제(鋼製) 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법 및 상기 테일러 용접 부재로 제조된 핫 스탬핑 부재

본 발명은 용접 부재의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법 및 테일러 용접 부재를 사용하여 제조된 핫 스탬핑 부재에 관한 것이다.

경량화, 고강도의 자동차 강판은 최근 자동차 산업이 추구하는 목표가 되었으며, 국가의 에너지 절약 및 배기가스 저감 정책의 활발한 추진과 맞물려, 자동차 산업에서는 자동차 강판의 고강도 박형화에 대한 요구가 높아지고 있다. 콜드 스탬핑 기술에 비해 핫 스탬핑 기술은 현저한 중량 감소, 우수한 성형성, 높은 치수 정밀도 등의 장점을 갖추고 있으며, 자동차 강판의 고강도화 측면에서 중요한 역할을 한다. 자동차의 안전성, 신뢰성 및 편안함에 대한 사람들의 요구 수준이 높아짐에 따라, 많은 자동차 회사에서는 자동차 구조 설계 개선과 새로운 제조 공정 채택 등의 관점에서 제품 품질을 개선하고 있다. 테일러 용접 부재는 부품의 재료 성능에 대한 다양한 요구 사항을 충족시키기 위해, 동일한/상이한 재료, 동일한/상이한 두께 또는 동일한/상이한 도금층의 여러 강판을 함께 용접한 것이다. 레이저 테일러 용접의 핫 스탬핑 공정은 차체 중량을 줄이고 조립 정확도를 향상시키며 조립 단계를 단순화하는 동시에, 핫 스탬핑 성형의 장점도 갖추고 있어, 강판의 성형성을 더욱 개선할 수 있다.

레이저 테일러 용접으로 성형한 핫 스탬핑 제품은 높은 강도, 복잡한 형상, 우수한 성형성, 높은 치수 정확도, 작은 스프링백 등의 특성을 가지고 있다. 핫 스탬핑용 강판은 표면 상태에 따라 미도금 강판과 도금층이 있는 강판으로 나눌 수 있으며, 실제 핫 스탬핑 과정에서, 미도금 강판 표면은 고온에서 쉽게 산화되어, 스케일을 형성하고, 스탬핑 과정에서, 스케일이 강판에 압입되어, 표면 결함을 형성하므로, 그 사용 성능에 큰 영향을 미치게 되나, 도금층이 있는 핫 스탬핑 강판은 미도금 강판에 비해 강판이 산화되지 않도록 보호하는 동시에 핫 스탬핑 후 숏피닝(shot peening) 처리를 생략할 수 있기 때문에, 도금층이 있는 핫 스탬핑 강판이 점점 더 광범위하게 주목 받고 있으며, 현재 일반적으로 사용되는 것은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층 핫 스탬핑 강이나, 이러한 강은 용접 시 도금층이 용융풀에 용입된 후, 부서지기 쉽고 단단한 금속간 화합물(Fe₃Al, Fe₂Al₅, FeAl₃) 및 페라이트가 형성되어, 용접 조인트의 강도 및 연성이 저하되어, 사용할 수 없다.

중국 특허 제CN101426612A호는 "압연된 도금판으로 기계적 특성이 우수한 용접 부재를 제조하는 방법"을 개시하였으며, 이 방법은 알루미늄-실리콘 도금층이 함유된 강판을 원료로 사용하여, 금속간 화합물만 예비 도금층으로 함유한 용접 블랭크를 제조하며, 이 방법은 알루미늄이 용융풀에 용입됨에 따라 용접 이음 강도 및 연신율이 기준에 도달하지 못하는 문제를 해결하였으나, 강판 용접 전에 도금층에 대해 용제 처리를 수행해야 하므로, 설비 투자 비용이 증가하고, 생산 효율이 저하된다.

중국 특허 제CN102985216A호는 "질소 및/또는 산소를 함유한 가스를 사용하여 알루미늄 도금강 부재의 아크/레이저 하이브리드 용접 방법"을 개시하였으며, 이 특허에서는 알루미늄 도금 부재 용접 시 아크+레이저 하이브리드 용접을 채택하며, 보호 가스는 추가 가스인 질소 또는 산소를 추가하며, 추가 가스 부피 함량은 1 내지 20%이고, 추가 가스의 기능은 알루미늄을 포획하여 Al₂O₃ 또는 AlN계의 화합물을 형성함으로써, 페라이트 또는 기타 유해한 금속간 화합물의 형성을 방지하는 것이며, 형성된 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄은 용융풀의 표면에 부유하므로, 알루미늄이 용접 용융풀에 용해되는 것을 방지하고(0015단락), 용접 이음 조직은 완전 마르텐사이트 조직이다. 이 특허에서 알 수 있듯이 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층이 있는 강판을 직접 테일러 용접할 경우, 용접 시 도금층이 용융풀에 침투하여, 핫 스탬핑 후 용접 조인트 강도가 저하되며, 조인트의 연신율이 약 1%이므로, 차량 충돌 시 테일러 핫 스탬핑 부재의 용접 이음이 파열되어, 필수적인 안전 보호 기능을 제공하지 못한다.

중국 특허 제CN108025400A호는 "알루미늄계 또는 알루미늄-실리콘계 도금층이 있는 담금질강으로 반제품판을 생산하는 레이저 용접 방법"을 개시하였는데, 이는 차등 강도 핫 스탬핑 강판에 대해 테일러 용접을 수행하며, 최종 획득된 용접 이음 조직이 완전 마르텐사이트 조직이다.

중국 특허 제CN201380027064.4호는 "용접 노치부를 가지는 시트 금속 피스 및 이를 형성하는 방법"을 개시하였으며, 이 방법은 알루미늄-실리콘 도금층 강판을 원료로, 알루미늄-실리콘 도금층을 모두 제거한 후 다시 용접하는데, 이 방법도 알루미늄이 용융풀에 용입되어 용접 이음 강도 및 연신율이 기준에 도달하지 못하는 문제를 해결할 수 있으나, 도금층 제거의 깊이 제어 난이도가 높은데, 도금층 제거가 불완전할 경우, 중국 특허 제CN101426612A호에 개시된 방법과 유사하게, 도금층 제거 깊이가 너무 깊으면, 강 매트릭스가 손상되는데, 이는 재료가 변태되고 박형화되는 것에 상당하여, 용접 후 조인트 성능이 필연적으로 저하되며; 그 외, 도금층 제거 폭의 제어도 문제이다. 제거 폭이 용접 이음보다 좁으면, 용접 시 도금층이 있는 원소가 용융풀에 용입되면서, 용접 이음 성능이 저하되고; 제거 폭이 용접 이음보다 넓으면, 용접열 영향부가 도금층을 보호하지 못해, 조인트의 내식성에 영향을 미친다.

중국 특허 제CN104023899A호는 "테일러 용접 부재 및 이의 제조 방법, 및 테일러 용접 부재를 사용한 핫 스탬핑 부재"를 개시하였으며, 이 특허는 모재보다 탄소, 망간 함량이 높은 용접 와이어를 채택하여 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층 판을 용접하는데, 용접 이음 성능 문제를 해결하였으나, 용접 이음이 핫 스탬핑 시 용접 이음 조직 전체가 마르텐사이트로 변태되며, 용접 와이어의 탄소 및 망간 함량이 모재보다 각각 0.1 내지 0.8wt.%, 1.5 내지 7.0wt.% 높다. 공지된 바와 같이, 핫 스탬핑 강의 탄소, 망간 등 원소의 함량 자체가 매우 높기 때문에, 특허에 개시된 용접 와이어는 고탄소, 고망간 용접 와이어이며, 용접 와이어의 제조 난이도가 높다.

중국 특허 제CN111230301A호는 "알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층이 있는 강제 박벽 용접 등의 강도 부재의 제조 방법"을 개시하였으며, 이 특허는 모재보다 탄소 및 망간 함량이 낮은 용접 와이어를 채택하여 1500MPa 레벨 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층 판을 용접하고, 이 방법으로 획득된 용접 조인트는 1500MPa 레벨에만 도달할 수 있고, 이 방법을 사용하면 더 높은 강도 레벨의 핫 스탬핑 부재를 얻을 수 있으나, 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트가 준정적으로 연신되면 용접 이음 강도가 모재보다 낮아져, 용접 이음이 파열되므로, 자동차 공장에서 사용될 수 없다.

본 발명의 목적은 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법, 및 테일러 용접 부재를 사용하여 제조된 핫 스탬핑 부재를 제공함으로써, 테일러 용접 과정에서 도금층이 용융풀에 용입됨에 따라, 테일러 용접 부재가 핫 스탬핑 후 용접 이음 성능이 저하되는 문제를 해결하고, 테일러 용접 부재를 사용하여 획득된 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트의 준정적 인장 파단 위치가 모재에 위치하고, 조인트 연신율이 4%보다 크며, 용접 이음 강도가 저강도 모재 인장강도보다 크도록 보장하고; 용접 조인트는 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 그 인장 파단 변형값이 0.08보다 커서, 자동차 생산 분야의 적용 요구를 보다 잘 충족시키도록 하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에서 채택하는 기술적 해결책은 이하와 같다.

강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법으로서,

1) 강판 용접 전 준비

강도 레벨이 동일하거나 상이한 2개의 용접 대상 강판을 취하고, 용접하기 전에 용접 대상 강판의 표면을 세척하는 단계 ― 용접 대상 강판은 매트릭스 및 그 적어도 하나의 표면 상의 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층을 포함하고, 도금층은 매트릭스와 접촉되는 금속간 화합물 합금층 및 그 위의 금속 합금층을 포함하고, 용접 대상 강판의 도금층은 제거 또는 박형화 처리가 수행되지 않음 ― ;

2) 맞대기 간격의 용접 사전 설정

용접 대상 강판의 맞대기 간격을 0.1 내지 0.5mm로 사전 설정하는 단계; 및

3) 용접 공정

레이저 필러 와이어 용접, 금속 활성 가스 아크 용접(Metal Active Gas Arc Welding, MAG 용접) 또는 레이저 MAG 하이브리드 용접으로 용접을 수행하는 단계를 포함한다.

여기에서, 레이저 필러 와이어 용접의 용접 속도는 40 내지 120m/s이고, 와이어 급송 속도는 2 내지 8m/min이다.

MAG 용접의 용접 속도는 300 내지 800mm/min이다.

레이저 MAG 하이브리드 용접의 용접 속도는 40 내지 150mm/s이고, 와이어 급송 속도는 2 내지 10m/min이다.

보호 가스는 Ar+15 내지 80vol.%CO₂+1 내지 10vol.%N₂이고, 보호 가스 유량은 10~25L/min이다.

용접용 용접 와이어의 성분에는 C, Mn 및 Ni 오스테나이트 안정화 원소가 포함되고, 용접 와이어 성분 중 3가지 원소의 함량에서 용접 대상 강판 A 중 해당 원소의 함량을 차감하여, 획득한 차이값을 △C, △Mn 및 △Ni로 각각 표시하며; 용접 대상 강판 A는 강도 레벨이 동일한 2개의 용접 대상 강판 중 하나이거나, 강도 레벨이 상이한 2개의 용접 대상 강판 중 강도 레벨이 더 낮은 용접 대상 강판이다.

여기에서, 용접 대상 강판 A의 인장강도 <900MPa, △C: -0.05 내지 0.09wt.%, △Mn: -0.5 내지 1.4wt.% 및 △Ni: 0 내지 4.0wt.%이거나;

900MPa≤용접 대상 강판 A의 인장강도 <1300MPa, △C: -0.01 내지 0.09wt.%, △Mn: -2 내지 1.4wt.% 및 △Ni: 0 내지 4.0wt.%이거나;

1300MPa≤용접 대상 강판 A의 인장강도 <1700MPa, △C: -0.21 내지 -0.05wt.%, △Mn: -1.4 내지 1.4wt.% 및 △Ni: 1.76 내지 4.0wt.%이거나; 또는

용접 대상 강판 A의 인장강도 ≥1700MPa, △C: -0.26 내지 -0.15wt.%, △Mn: -1.4 내지 0.7wt.%, △Ni: 2.26 내지 4.0wt.%인 요구를 충족한다.

테일러 용접 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+1 내지 15vol.% 확산 분포된 페라이트+0 내지 5vol.% 잔류 오스테나이트이고; 용접 이음의 유리 알루미늄 함량은 0.1 내지 4.0wt.%이다.

바람직하게는, 3) 단계에서, 보호 가스 중 CO₂ 함량은 15 내지 50vol.%이다.

바람직하게는, 3) 단계에서, 보호 가스 중 N₂ 함량은 2 내지 4vol.%이다.

바람직하게는, 3) 단계에서, MAG 용접 또는 레이저 MAG 하이브리드 용접의 용접 전류는 110 내지 130A이고, 용접 전압은 18 내지 25V이다. 바람직하게는, 3) 단계에서, MAG 용접 또는 레이저 MAG 하이브리드 용접의 용접 전류는 110 내지 125A이고, 용접 전압은 18 내지 25V이다.

바람직하게는, 3) 단계에서, 레이저 MAG 하이브리드 용접의 용접 속도는 60 내지 150mm/s이고, 와이어 급송 속도는 4 내지 10m/min이다.

바람직하게는, 3) 단계에서, 레이저 필러 와이어 용접 또는 레이저 MAG 하이브리드 용접 공정에서 탈초점량은 -10 내지 10mm이고, 레이저 출력 제어 범위는 3 내지 8kW이다. 바람직하게는, 탈초점량은 -8 내지 8mm이고, 레이저 출력 제어 범위는 4 내지 8kW이다.

바람직하게는, 3) 단계의 레이저 필러 와이어 용접 또는 레이저 MAG 하이브리드 용접 공정에서, 레이저 가공 헤드에서 출력 가능한 최소 스팟 직경은 0.3 내지 1.6mm이다. 본원에서, 당업자는 실제 상황에 따라 관련 매개변수를 선택하여, 레이저 가공 헤드에 의해 출력되는 최소 스팟 직경이 0.3 내지 1.6mm가 되도록 보장할 수 있다. 예를 들어, 포커싱 렌즈의 초점 거리와 콜리메이팅 렌즈의 초점 거리의 비율은 0.75 내지 4.0, 레일리 길이(Rayleigh Length)는 1.249 내지 44.955, 레이저 전송 광섬유의 직경은 0.2 내지 0.8mm, 포커싱 각도(Focusing Angle)는 2.3 내지 18.4Grad로 설정할 수 있다.

바람직하게는, 3) 단계에서, 용접은 레이저 필러 와이어 용접이고, 용접 속도는 40 내지 120mm/s이고, 와이어 급송 속도는 2 내지 8m/min이고, 탈초점량은 -8 내지 8mm이고, 레이저 출력 제어 범위는 4 내지 8kW이다.

바람직하게는, 3) 단계에서, 용접은 MAG 용접이고, 용접 속도는 400 내지 800mm/min, 용접 전류는 110 내지 125A, 용접 전압은 18 내지 25V이다.

바람직하게는, 3) 단계에서, 용접은 레이저 MAG 하이브리드 용접이고, 용접 속도는 60 내지 150mm/s, 와이어 급송 속도는 4 내지 10m/min, 탈초점량은 -10 내지 10mm, 레이저 출력 제어 범위는 3 내지 8kW, 용접 전류는 110 내지 130A, 용접 전압은 18 내지 25V이다.

바람직하게는, 용접용 용접 와이어의 직경은 1.0 내지 1.6mm이다.

바람직하게는, 매트릭스의 두께는 0.5 내지 3mm이다.

바람직하게는, 도금층은 알루미늄 합금 도금층이고, 알루미늄 합금 도금층의 성분은 중량백분율에 따라 Si: 5 내지 11%, Fe: 0 내지 4%이고, 나머지는 Al 및 기타 불가피한 불순물이다. 일부 실시형태에서, 알루미늄 합금 도금층의 성분은 중량백분율에 따라 Si: 8.5 내지 10.5%, Fe: 1.5 내지 2.5%이고, 나머지는 Al 및 기타 불가피한 불순물이다.

바람직하게는, 용접 대상 강판 A의 인장강도는 <900MPa이고, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.06 내지 0.1%, 0＜Si≤0.1%, Mn: 0.5 내지 1.0%, P<0.03%, S<0.01%, Al<0.1%, 0＜Cr≤0.1%, 0＜Ti≤0.05%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다.

바람직하게는, 용접 대상 강판 A의 인장강도는 900MPa 이상 1300MPa 미만이고, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.06 내지 0.15%, Si: 0.3 내지 1.0%, Mn: 0.5 내지 2.5%, P≤0.10%, S≤0.05%, Al: 0.02 내지 0.30%, Cr: 0.05 내지 0.5%, Nb: 0.02 내지 0.20%, V≤0.15%, Ti: 0.01 내지 0.10%, Mo≤0.5%, Ni≤0.5%, B: 0.001 내지 0.01%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다.

바람직하게는, 용접 대상 강판 A의 인장강도는 1300MPa 이상 1700MPa 미만이고, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.2 내지 0.3%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5 내지 2.5%, P<0.015%, S<0.05%, Al<0.1%, Ti<0.2%, B: 0.0005 내지 0.08%, Cr: 0.01 내지 1%, Ni≤0.24%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다.

바람직하게는, 용접 대상 강판 A의 인장강도는 ≥1700MPa이고, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.30 내지 0.39%, Si: 0.05 내지 0.6%, Mn: 0.5 내지 2.5%, P≤0.015%, S≤0.01%, Al: 0.01 내지 0.07%, Cr≤1.0%, Nb≤0.08%, V≤0.1%, Ti: 0.01 내지 0.12%, Mo: 0.01 내지 0.5%, Ni＜0.25%, B: 0.0001 내지 0.005%, N≤0.006%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다.

바람직하게는, 용접 와이어의 성분은 중량백분율에 따라 C: 0.05 내지 0.15%, Mn: 0.5 내지 1.9%, Ni: 0 내지 4%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이다. 일부 실시형태에서, 용접 와이어의 Ni 함량은 0.5 내지 4%이다. 용접 와이어에서 C, Mn 및 Ni 함량의 선택은 전술한 요구를 충족해야 함이 유의되어야 한다.

본 발명은 전술한 제조 방법에 의해 획득되는 강제 박벽 테일러 용접 부재를 포함한다.

일부 실시형태에서, 본 발명은 강제 박벽 테일러 용접 부재를 제공하며, 강도 레벨이 동일하거나 상이한 2개의 용접 대상 강판을 용접하여 형성하며, 용접 대상 강판은 매트릭스 및 이의 적어도 하나의 표면 상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층을 포함하고, 도금층은 매트릭스와 접촉되는 금속간 화합물 합금층 및 그 위의 금속 합금층을 포함하고, 강제 박벽 테일러 용접 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+1 내지 15vol.% 확산 분포된 페라이트+0 내지 5vol.% 잔류 오스테나이트이고, 용접 이음의 유리 알루미늄 함량은 0.1 내지 4.0wt.%이다.

바람직하게는, 매트릭스의 두께는 0.5 내지 3mm이다.

바람직하게는, 2개의 용접 대상 강판은,

인장강도가 <900MPa인 강판으로, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.06 내지 0.1%, 0＜Si≤0.1%, Mn: 0.5 내지 1.0%, P<0.03%, S<0.01%, Al<0.1%, 0＜Cr≤0.1%, 0＜Ti≤0.05%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이고;

인장강도가 900MPa 이상 1300MPa 미만인 강판으로, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.06 내지 0.15%, Si: 0.3 내지 1.0%, Mn: 0.5 내지 2.5%, P≤0.10%, S≤0.05%, Al: 0.02 내지 0.30%, Cr: 0.05 내지 0.5%, Nb: 0.02 내지 0.20%, V≤0.15%, Ti: 0.01 내지 0.10%, Mo≤0.5%, Ni≤0.5%, B: 0.001 내지 0.01%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이고;

인장강도가 1300MPa 이상 1700MPa 미만인 강판으로, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.2 내지 0.3%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5 내지 2.5%, P<0.015%, S<0.05%, Al<0.1%, Ti<0.2%, B: 0.0005 내지 0.08%, Cr: 0.01 내지 1%, Ni≤0.24%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이고; 및

인장강도가 ≥1700MPa인 강판으로, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.30 내지 0.39%, Si: 0.05 내지 0.6%, Mn: 0.5 내지 2.5%, P≤0.015%, S≤0.01%, Al: 0.01 내지 0.07%, Cr≤1.0%, Nb≤0.08%, V≤0.1%, Ti: 0.01 내지 0.12%, Mo: 0.01 내지 0.5%, Ni＜0.25%, B: 0.0001 내지 0.005%, N≤0.006%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물인 강판으로부터 각각 독립적으로 선택된다.

바람직하게는, 강제 박벽 테일러 용접 부재의 용접 이음 조직에는 철-알루미늄 금속간 화합물 및 괴상 페라이트가 존재하지 않는다.

본 발명은 전술한 제조 방법에 의해 획득된 강제 박벽 테일러 용접 부재를 채택하여 제조된 핫 스탬핑 부재를 더 제공하며, 이 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+0.1 내지 10vol.% 확산 분포된 페라이트이고, 핫 스탬핑 부재의 준정적 인장 파단 위치는 모재이고, 조인트 연신율은 4% 이상이고; 용접 조인트는 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 용접 조인트 인장파단 변형값이 0.08보다 크다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직에서 페라이트 함량은 0.5 내지 5vol.%이다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직에서 페라이트는 침상이다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트는 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 용접 조인트의 인장 파단 변형값이 0.09보다 크다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직에는 철-알루미늄 금속간 화합물 및 괴상 페라이트가 존재하지 않는다.

본 발명은 핫 스탬핑 부재를 더 제공하며, 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+0.1 내지 10vol.% 확산 분포된 페라이트이고, 핫 스탬핑 부재의 준정적 인장 파단 위치는 모재이고, 조인트 연신율은 4% 이상이고; 용접 조인트는 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 용접 조인트의 인장 파단 변형값이 0.08보다 크다.

바람직하게는, 핫 스탬핑 부재는 본 발명의 강제 박벽 테일러 용접 부재를 채택하여 제조되거나, 본 발명에 따른 제조 방법에 의해 획득된 강제 박벽 테일러 용접 부재를 채택하여 제조된다.

본 발명은 핫 스탬핑 부재의 제조 방법을 더 제공하며, 방법에는 본 발명의 강제 박벽 테일러 용접 부재에 대해 핫 스탬핑 및 담금질을 수행하는 단계가 포함된다.

일부 실시형태에서, 용접 후 테일러 용접판에 대해 핫 스탬핑 및 담금질을 수행하며, 가열 온도는 920 내지 950℃이고, 가열 시간은 3 내지 6분이고, 통수 금형에서 8 내지 20초 동안 압력을 유지한다.

바람직하게는, 방법에는 본원의 어느 하나의 실시형태에 따른 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법을 채택하여 강제 박벽 테일러 용접 부재를 제조하는 단계, 및 제조된 강제 박벽 테일러 용접 부재에 대해 핫 스탬핑 및 담금질을 수행하는 단계가 포함된다.

바람직하게는, 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+0.1 내지10vol.% 확산 분포된 페라이트이고, 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트의 준정적 인장 파단 위치는 모재이고, 조인트 연신율은 4% 이상이고; 용접 조인트는 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 용접 조인트의 인장 파단 변형값이 0.08보다 크다.

바람직하게는, 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직에서 페라이트 함량은 0.5 내지 5vol.%이다.

바람직하게는, 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직에서 페라이트는 침상이다.

바람직하게는, 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직에는 철-알루미늄 금속간 화합물 및 괴상 페라이트가 존재하지 않는다.

바람직하게는, 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트는 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 용접 조인트의 인장 파단 변형값이 0.09보다 크다.

본 발명의 용접 대상 강판에 사용되도록 선택된 매트릭스 표면 중 적어도 일면에는 도금층이 있고, 용접 전, 용접 과정에서 용접 대상 강판의 용접 대상 영역의 도금층에 대해 제거 또는 박형화 처리를 수행하지 않으며, 알루미늄 함유 도금층의 존재로 인해, 도금층이 용융풀에 용입되어, 부서지기 쉽고 딱딱한 금속간 화합물(Fe₃Al, Fe₂Al₅, FeAl₃) 및 과량의 페라이트가 형성됨에 따라, 핫 스탬핑된 용접 조인트의 강도 및 연성이 저하되어, 사용될 수 없으며, 테일러 용접 부재의 핫 스탬핑 후 용접 이음 성능을 향상시키기 위해, 용접 과정에서 용접 이음 중 유리 알루미늄의 양을 제어하여, 용접 이음에 철-알루미늄 금속간 화합물의 형성을 방지하는 동시에 적정량의 페라이트를 생성하도록 해야 한다.

용접 과정에서 아르곤, 이산화탄소 및 질소가 혼합된 3원 보호 가스를 사용하며, N₂의 부피 함량은 1 내지 10%이고, N₂는 용접 이음에 질소 원소를 전이시키며, 한편으로는, 용융풀의 Al과 N이 반응하고, 형성된 AlN은 용융풀의 격렬한 교반과 함께 용융풀에 확산 분포되며, 핫 스탬핑을 거친 후 2차 상 입자로서 용접 이음의 강도를 향상시키고; 다른 한편으로는, 용융풀에서의 유리 Al과 N이 결합하여 AlN을 생성하고, 용융풀의 유리된 Al 농도를 제어하며, 과량의 페라이트가 석출되는 것을 방지하는 동시에, 실온에서 용접 이음에 페라이트가 존재하지 않는 것도 방지한다. 그러나 보호 가스의 N₂ 비율은 너무 높아서는 안 되며, 그렇지 않을 경우 용접 조인트의 연성이 낮아지는 동시에, 질소 기공이 유발될 수도 있다. CO₂의 부피 함량은 15 내지 80%이고, CO₂는 용접 영역에서 보호 가스의 활성을 강화시켜, 판재의 용입율 및 액상 금속의 유동성을 높이고, 용융풀 금속의 성분 균일성을 향상시키고, 알루미늄 원소의 편석을 회피하고, 용접 이음 성분이 균일하도록 보장하며, 성분 불균일로 인해 나타나는 띠상 조직을 회피하는 데 도움이 되는데, 특히 알루미늄 응집으로 인해 형성된 큰 괴상 페라이트를 회피하여, 페라이트가 용접 이음에 확산 분포되도록 보장하여, 용접 이음의 성능을 안정화시킨다.

또한 용접 과정에 사용되는 용접 와이어에는 오스테나이트 상 영역을 확장하는 탄소, 망간, 니켈 등 원소가 함유된다. 용접 이음 중 탄소, 망간 및 니켈의 원소 함량과 용접 대상 강판 사이의 차이값을 제어하며, 한편으로는, 이 세 가지 원소는 오스테나이트 상 영역을 확장하는 원소이며, 고온 페라이트 영역을 압축시켜, 용접 이음이 핫 스탬핑 금형 폐합 전에 과량의 페라이트가 석출되는 것을 방지함으로써, 용접 이음 강도를 향상시키며; 다른 한편으로는, 용접 이음의 마르텐사이트 변태 시작 온도를 낮춰, 마르텐사이트의 변태율을 보장할 수 있다.

탄소는 용접 와이어의 중요한 조성 원소로, 용접 와이어의 가공성 및 용접 이음의 탄소 당량에 영향을 미친다. 탄소 함량이 너무 낮으면, 용접 이음의 오스테나이트 안정성이 떨어져, 용접이음의 강도를 보장하기 어렵고; 탄소 함량이 너무 높으면, 용접 와이어의 제조성이 떨어지며, 용접 이음의 가소성과 인성이 저하된다. 바람직하게는, 용접 와이어에서 C 함량은 0.05 내지 0.15%이다.

망간은 용접 와이어의 주요 조성 원소로, 용접 이음의 오스테나이트 안정성을 향상시키고, C 곡선을 오른쪽으로 이동시켜, 마르텐사이트 임계 냉각 속도를 감소시킬 수 있다. 망간 함량이 너무 높으면, 용접 와이어의 제조성에 영향을 미치고, 용접 이음의 가소성과 인성이 낮아질 수 있다. Mn 함량이 너무 낮으면, 용접 이음의 담금질성이 낮아지고, 강화 작용이 약화된다. 바람직하게는, 용접 와이어에서 Mn 함량은 0.5 내지 1.9%이다.

망간은 용접 와이어의 또 다른 주요 조성 원소이며, 용접 이음 중 오스테나이트의 안정성을 증가시키고, 임계 Ms점 온도를 낮추며, 용접 이음의 담금질성, 강도 및 인성을 향상시킬 수 있다. 니켈 함량이 너무 높으면, 용접 와이어의 생산 비용이 증가하고, 용접 이음의 핫 스탬핑 후 잔류 오스테나이트가 증가하여, 용접 이음의 강도에 영향을 미치며; 용접 와이어의 니켈 함량은 용접 대상 판의 강도 레벨에 따라 조절하여, 용접 이음의 강도와 인성 수요를 보장할 수 있다. 바람직하게는, 용접 와이어의 Ni 함량은 0 내지 4%일 수 있으며, 예를 들어 0.5 내지 4%이다.

본 발명에서 용접용 용접 와이어의 성분은 저강도강 레벨 용접 대상 강판의 성분에 따라 달라지는데, 상이한 강도 레벨의 용접 대상 강판의 경우, 용접 와이어 성분이 이에 상응하도록 변경될 수 있으며, 대응하는 용접 이음 성분도 필연적으로 변경되므로, 용접 후 또는 핫 스탬핑 후 용접 이음의 조직이 동일하더라도, 용접 이음에 나타나는 기계적 성능이 달라, 자동차 산업에서 강도가 상이한 테일러 용접판의 성능 요건을 충족시킬 수 있다.

본 발명은 보호 가스 및 용접 와이어의 성분 제어를 기반으로, 용접 속도와 와이어 급송 속도를 추가적으로 제어하고, 용접 이음에서 용착 금속(용접 와이어가 용융된 후 형성된 용착 금속)의 비율을 변경하며, 용접 대상 강판에 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층이 포함되어 있더라도, 테일러 용접 부재의 용접 이음에 용입되는 알루미늄 원소 농도를 제어할 수 있다. 보호 가스, 용접 와이어의 성분 및 용접 공정의 공동 작용을 통해, 테일러 용접 부재 중 유리 알루미늄의 농도를 0.1 내지 4.0wt.%로 제어한다.

공지된 바와 같이, Al은 페라이트 형성의 촉진 원소이며, 용접 이음의 유리 Al을 감소시키면, 페라이트 형성 능력이 약화되므로, 용접 이음의 유리 Al 함량을 0.1 내지 4.0wt.%로 제어하며, 한편으로는 용접 이음에 과량의 페라이트가 생성되는 것을 방지하여, 용접 이음 강도를 보장하고; 다른 한편으로는 용접 이음에 철-알루미늄 금속간 화합물이 생성되는 것을 방지할 수 있고, 적정량의 페라이트가 용접 이음에 유지되도록 하여, 실온에서 테일러 용접 부재의 용접 이음 조직이 마르텐사이트+1 내지 15vol.% 확산 분포된 페라이트+0 내지 5vol.% 잔류 오스테나이트가 되도록 보장한다.

본 발명의 테일러 용접 부재 생산 과정에서는 테일러 용접 부재의 용접 이음 조직 구성을 중점적으로 조절하며, 주로 페라이트의 수량 및 형상을 조절하고, 용접 과정에서 철-알루미늄 금속간 화합물 및 괴상 페라이트의 생성을 회피하며, 최종적으로 획득된 테일러 용접 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+1 내지 15 vol.% 확산 분포된 페라이트+0 내지 5vol% 잔류 오스테나이트이고, 테일러 용접 부재는 핫 스탬핑 성형 공정을 거쳐 핫 스탬핑 부재를 획득하고, 핫 스탬핑 부재의 용접 이음에 적정량의 확산 분포된 페라이트가 하면에 유지되도록 하며, 최종적으로 획득된 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+0.1 내지 10vol.% 확산 분포된 페라이트이다.

본 발명의 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+0.1 내지 10vol.% 확산 분포된 페라이트이며, 용접 조인트의 고속 인장 성능을 향상시키고, 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 용접 조인트의 파단 변형값이 0.08보다 크다. 종래의 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 단일 마르텐사이트이며, 변형 속도가 40/s일 때, 용접 조인트의 파단 변형값은 약 0.07이고; 변형 속도가 800/s일 때, 용접 조인트의 파단 변형값이 약 0.058이므로, 본 발명의 핫 스탬핑 부재의 고속 인장 파단 변형값이 유의하게 향상되었음을 알 수 있다. 이는 마르텐사이트의 기계적 특성이 고강도, 고경도 및 약한 변형 능력이고; 페라이트의 기계적 특성이 우수한 소성과 인성 및 강한 변형 능력이기 때문이다. 용접 이음 조직이 마르텐사이트+확산 분포된 침상 페라이트인 용접 조인트는 용접 이음 조직이 단일 마르텐사이트인 용접 조인트에 비해, 외력을 받았을 때 마르텐사이트에 더 많은 변형 적합성의 기회를 제공할 수 있으며; 또한, 마르텐사이트의 하부 구조는 주로 전위이고, 페라이트의 존재는, 용접 이음 조직 중 마르텐사이트 내부 전위 밀도를 용접 이음이 단일 마르텐사이트인 경우보다 크게 낮아지도록 할 수 있으며; 전위 축적은 미세 균열을 쉽게 형성하므로, 용접 이음 조직이 마르텐사이트+확산 분산된 침상 페라이트인 용접 이음은 용접 이음 조직이 단일 마르텐사이트인 용접 조인트보다 미세 균열을 형성할 위험이 크게 감소하며; 미세 균열이 형성된다 하더라도, 확산 분포된 페라이트는 미세 균열의 추가적인 성장, 확장에 대해서도 차단 기능을 나타내므로, 용접 이음 조직이 마르텐사이트+확산 분포된 침상 페라이트인 용접 조인트는 용접 이음 조직이 단일 마르텐사이트인 용접 조인트보다 더욱 우수한 변형 능력을 나타내며, 특히 고속 인장 과정에서 그러하다.

이는 본 발명의 기술적 해결책을 통해 획득한 테일러 용접 부재가, 핫 스탬핑으로 제조된 핫 스탬핑 부재와 충돌할 때, 용접 이음의 변형 능력이 더욱 강하고, 더 많은 에너지를 흡수할 수 있으며, 부재의 충돌 안전성이 더 높다는 것을 설명한다. 그러나 핫 스탬핑 부재의 용접 이음에서 페라이트 함량은 너무 높아서는 안 되며, 그렇지 않을 경우 용접 이음의 강도와 인성이 낮아질 수 있다.

열간 성형 강판을 테일러 용접하여, 용접 와이어 성분, 용접 공정 및 보호 가스의 상호협력 및 상호지원을 통해, 핫 스탬핑 후 용접 이음의 강도를 향상시켜, 테일러 용접 부재를 핫 스탬핑으로 성형하여 획득한 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트 준정적 인장 파단이 모재에 위치하도록 보장하고, 용접 이음 강도가 조인트에서 저강도강의 모재 강도보다 크며, 우수한 고속 인장 성능을 가지므로, 자동차 생산 분야의 수요를 충족시킬 수 있다.

본 발명의 유익한 효과는 이하와 같다:

본 발명은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 강판에 대해 테일러 용접을 수행하며, 용접 와이어 성분을 조정하고, 용접 속도와 와이어 급송 속도를 제어하고, 보호 가스는 3원 보호 가스를 채택함으로써, 테일러 용접 부재의 유리 알루미늄의 양이 감소하고, 용접 이음의 유리 알루미늄 함량이 0.1 내지 4.0wt.%로 제어되므로, 한편으로는 용접 이음에 과량의 페라이트가 생성되는 것을 방지하고, 용접 이음 강도와 인성을 보장하며; 다른 한편으로는 용접 이음에 철-알루미늄 금속간 화합물이 생성되는 것을 방지하고, 적정량의 페라이트가 용접 이음에 유지되도록 할 수 있으며, 보호 가스 중 CO₂는 알루미늄 원소의 편석을 회피하고, 용접 이음 성분이 균일하도록 보장하며, 알루미늄 응집으로 인한 큰 괴형 페라이트가 형성되는 것을 회피할 수 있어, 용접 이음 성능이 더욱 안정적일 수 있다. 획득된 테일러 용접 부재는 핫 스탬핑에 의해 성형 제조된 핫 스탬핑 부재이며, 용접 이음에 AlN이 존재하므로, 용접 이음 강도가 더욱 향상되고, 용접 조인트의 준정적 인장 파단 위치가 모재인데, 이는 용접 이음 강도가 모재 강도보다 크기 때문에, 자동차 생산 부문의 요건을 충족시킨다는 것을 의미한다.

본 발명은 용접 와이어 성분, 용접 공정, 보호 가스 성분 및 함량의 상호협력 및 상호지원을 통해, 테일러 용접 부재의 용접 이음 조직이 마르텐사이트+1 내지 15vol.% 확산 분포된 페라이트+0 내지 5vol.% 잔류 오스테나이트가 되도록 보장하며; 이러한 방식으로 테일러 용접 부재를 핫 스탬핑 성형하여 획득한 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직에 마르텐사이트+0.1 내지 10vol.% 확산 분포된 페라이트를 형성하며, 용접 이음 조직이 완전 마르텐사이트인 핫 스탬핑 부재와 비교할 경우, 본 발명의 핫 스탬핑 부재 용접 조인트의 고속 인장 성능이 현저하게 향상되고, 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 용접 조인트의 파단 변형값이 0.08보다 크다. 종래의 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 단일 마르텐사이트이며, 변형 속도가 40/s일 때, 용접 조인트의 파단 변형값은 약 0.07이고, 변형 속도가 800/s일 때, 용접 조인트의 파단 변형값은 약 0.058이다. 즉, 본 발명의 기술적 해결책을 통해 획득한 테일러 용접 부재로 제조된 열간 성형 부재는 준정적 기계적 성능을 보장한다는 전제 하에, 더욱 우수한 고속 변형 능력을 가지며, 충돌 시 더 많은 에너지를 흡수하고, 충돌 안전성이 더욱 높다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 레이저 필러 와이어 테일러 용접의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 획득한 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트 준정적 인장 성능 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1에서 획득한 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트 준정적 인장 샘플의 파단 위치도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1에서 획득한 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트 금속 표면 확대도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1에서 획득한 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트 경도 분포이다.

이하에서는 실시예와 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상을 바탕으로 누구나 다양한 형태의 제품을 생산할 수 있으나, 그 형태나 구조의 변경에 관계없이, 본 출원과 동일 또는 유사한 기술적 해결책을 갖는다면, 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 레이저 필러 와이어 테일러 용접은, 보호 가스(50)의 보호 하에서, 레이저 빔(40)을 이용하여 용접 와이어(30) 및 용접 대상 강판(10)과 용접 대상 강판(20)을 용융시켜 테일러 용접을 구현하며; 용접 대상 강판(10)에는 철강 매트릭스(11) 및 매트릭스 상의 도금층(12, 12')이 포함되고, 용접 대상 강판(20)에는 철강 매트릭스(21) 및 매트릭스 상의 도금층(22, 22')이 포함되며, 도금층은 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층이다.

표 1은 용접 대상 강판(10)의 성분을 나타내고, 표 2는 용접 대상 강판(20)의 성분을 나타내고, 표 3은 본 발명에 따른 용접 와이어의 성분을 나타내고, 표 4는 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트의 준정적 인장 성능을 나타내고, 표 5는 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트의 고속 인장 성능을 나타낸다.

본 발명에 따른 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법은,

1) 강판 용접 전 준비

강도 레벨이 동일하거나 상이한 2개의 용접 대상 강판을 취하여, 용접 전에 용접 대상 강판의 표면을 세척하는 단계;

2) 맞대기 간격의 용접 사전 설정

3) 용접 공정

레이저 필러 와이어 용접, MAG 용접 또는 레이저 MAG 하이브리드 용접을 채택하여, 2개의 용접 대상 강판을 용접하는 단계를 포함한다.

실시예 1 내지 21, 및 비교예 1 내지 2에 언급된 용접 대상 강판의 알루미늄 합금 도금층에서 Si 및 Fe 성분의 중량백분율은 표 1 및 표 2와 같고, 나머지는 Al 및 기타 불가피한 불순물이다.

실시예 1 내지 21, 및 비교예 1 내지 2에 언급된 강도 레벨 500MPa, 1000MPa, 1500MPa 및 1800MPa는 용접 대상 강판이 핫 스탬핑된 후의 인장강도 레벨을 의미한다. 이러한 4가지 강도 레벨에 대응하는 인장강도(ISO 6892 표준에 따라 테스트) 범위는 각각, 500MPa 레벨은 400 내지 750MPa, 1000MPa 레벨은 1000 내지 1300MPa, 1500MPa 레벨은 1300 내지 1700MPa, 1800MPa 레벨은 1700 내지 2150MPa이다.

실시예 1

용접 대상 열간 성형 강판의 표면을 세척하여, 표면의 기름얼룩, 물얼룩 등의 오염물을 제거함으로써, 표면 청결을 확보한다.

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1800MPa, 두께 t=1.8mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1800MPa, 두께 t=1.4mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.3mm를 남기고, 용접 출력은 4kW, 용접 속도는 80mm/s이고, 탈초점량은 10mm이고, 와이어 급송 속도는 4m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 48vol.%Ar+50vol.%CO₂+2vol.%N₂이고, 가스 유량은 15L/min이다.

용접 후 용접 이음에 대해 단면 금속 조직 관찰을 수행하였으며, 용접 이음의 거시적 형태가 우수하고, 뚜렷한 스패터가 나타나지 않았다.

용접 후 테일러 용접판에 대해 핫 스탬핑 및 담금질을 수행하였으며, 가열 온도는 945℃이고, 가열 시간은 4분이고, 통수 금형에서 10초 동안 압력을 유지하였다.

전술한 열 순환을 거쳐, 테일러 용접판을 먼저 오스테나이트화하였으며, 이 가열 기간 동안 도금층과 철강의 원자가 서로 확장되어, 원래 도금층 전체를 금속간 화합물층으로 변형시켰으며, 이 층의 두께는 원래 도금층의 두께보다 더 두꺼웠다. 또한, 이 층은 고융점, 고경도의 특성을 갖고 있어, 기판이 가열 단계, 압력 유지 단계에서 산화 및 탈탄되는 것을 방지하였다. 금형 내 압력을 유지하는 동안, 테일러 용접판에서 마르텐사이트 변태가 발생하였다.

용접 조인트의 준정적 인장 곡선은 도 2에 도시된 바와 같고, 도 2에서 알 수 있듯이 핫 스탬핑 부재의 연신율은 모두 4%보다 크고, 조인트 강도는 자동차 공장의 요건을 충족시킬 수 있었다.

조인트 파단 부위는 도 3에 도시된 바와 같고, 도 3에서 알 수 있듯이 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트의 준정적 인장 시, 파단 위치가 모재에 위치하였다.

조인트의 금속 조직 이미지는 도 4에 도시된 바와 같고, 용접 이음 조직은 마르텐사이트+4.9vol.% 확산 분포된 침상 페라이트이며, 철-알루미늄 금속간 화합물 및 괴상 페라이트는 발견되지 않았다.

조인트 경도는 도 5에 도시된 바와 같고, 도 5에서 알 수 있듯이 핫 스탬핑 부재의 용접 이음은 모재의 경도와의 일치성이 비교적 우수하였다. 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트의 준정적 인장 성능은 표 4와 같다. 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트의 고속 인장 성능은 표 5와 같다.

실시예 2

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1800MPa, 두께 t=1.4mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1800MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.1mm를 남기고, 용접 출력은 3kW이고, 용접 속도는 40mm/s이고, 탈초점량은 0mm이고, 와이어 급송 속도는 2m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.0mm이고, 보호 가스는 81vol.%Ar+15vol.%CO₂+4vol.%N₂이고, 가스 유량은 10L/min이다.

용접 후 실시예 1과 동일한 핫 스탬핑 공정을 채택하여 핫 스탬핑을 수행하였다. 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트의 준정적 인장 성능은 표 4와 같다. 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트의 고속 인장 성능은 표 5와 같다.

실시예 3

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.8mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.6mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.5mm를 남기고, 용접 출력은 7kW, 용접 속도는 50mm/s, 탈초점량은 -10mm, 와이어 급송 속도는 8m/min, 용접 와이어 직경은 1.2mm, 보호 가스는 10vol.%Ar+80vol.%CO₂+10vol.%N₂, 가스 유량은 25L/min이다.

실시예 4

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.4mm를 남기고, 용접 출력은 4.5kW, 용접 속도는 60mm/s, 탈초점량은 5mm, 와이어 급송 속도는 5m/min, 용접 와이어 직경은 1.2mm, 보호 가스는 19vol.%Ar+80vol.%CO₂+1vol.%N₂, 가스 유량은 20L/min이다.

실시예 5

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1000MPa, 두께 t=1.8mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1000MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.2mm를 남기고, 용접 출력은 5kW이고, 용접 속도는 70mm/s이고, 탈초점량은 7mm이고, 와이어 급송 속도는 4m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 49vol.%Ar+50vol.%CO₂+1vol.%N₂이고, 가스 유량은 17L/min이다.

실시예 6

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1000MPa, 두께 t=2.0mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1000MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.1mm를 남기고, 용접 출력은 5kW이고, 용접 속도는 120mm/s이고, 탈초점량은 -5mm이고, 와이어 급송 속도는 7m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.0mm이고, 보호 가스는 40vol.%Ar+50vol.%CO₂+10vol.%N₂이고, 가스 유량은 22L/min이다.

실시예 7

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 500MPa, 두께 t=1.6mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 500MPa, 두께 t=1.4mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.3mm를 남기고, 용접 출력은 8kW이고, 용접 속도는 100mm/s이고, 탈초점량은 -8mm이고, 와이어 급송 속도는 6m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 46vol.%Ar+50vol.%CO₂+4vol.%N₂이고, 가스 유량은 19L/min이다.

실시예 8

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 500MPa, 두께 t=1.4mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 500MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.3mm를 남기고, 용접 출력은 5kW이고, 용접 속도는 90mm/s이고, 탈초점량은 -6mm이고, 와이어 급송 속도는 5m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 83vol.%Ar+15vol.%CO₂+2vol.%N₂이고, 가스 유량은 21L/min이다.

실시예 9

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1800MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.8mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.4mm를 남기고, 용접 출력은 8kW이고, 용접 속도는 100mm/s이고, 탈초점량은 3mm이고, 와이어 급송 속도는 3m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.6mm이고, 보호 가스는 81vol.%Ar+18vol.%CO₂+1vol.%N₂이고, 가스 유량은 23L/min이다.

실시예 10

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1800MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.75mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.3mm를 남기고, 용접 출력은 8kW이고, 용접 속도는 88mm/s이고, 탈초점량은 -3mm이고, 와이어 급송 속도는 5m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 74vol.%Ar+16vol.%CO₂+10vol.%N₂이고, 가스 유량은 18L/min이다.

실시예 11

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1800MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1000MPa, 두께 t=1.4mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.4mm를 남기고, 용접 출력은 5.5kW이고, 용접 속도는 80mm/s이고, 탈초점량은 -6mm이고, 와이어 급송 속도는 5.5m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 58vol.%Ar+40vol.%CO₂+2vol.%N₂이고, 가스 유량은 17L/min이다.

실시예 12

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1800MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1000MPa, 두께 t=1.6mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.35mm를 남기고, 용접 출력은 7.5kW이고, 용접 속도는 110mm/s이고, 탈초점량은 -7.5mm이고, 와이어 급송 속도는 7.5m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.4mm이고, 보호 가스는 51vol.%Ar+45vol.%CO₂+4vol.%N₂이고, 가스 유량은 19L/min이다.

실시예 13

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1800MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 500MPa, 두께 t=1.7mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.25mm를 남기고, 용접 출력은 6.5kW이고, 용접 속도는 85mm/s이고, 탈초점량은 -5.5mm이고, 와이어 급송 속도는 5.5m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 65vol.%Ar+30vol.%CO₂+5vol.%N₂이고, 가스 유량은 12L/min이다.

실시예 14

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1800MPa, 두께 t=1.4mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 500MPa, 두께 t=1.8mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.3mm를 남기고, 용접 출력은 7.5kW이고, 용접 속도는 105mm/s이고, 탈초점량은 -4.5mm이고, 와이어 급송 속도는 8m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.0mm이고, 보호 가스는 59vol.%Ar+35vol.%CO₂+6vol.%N₂이고, 가스 유량은 14L/min이다.

실시예 15

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1000MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.35mm를 남기고, 용접 출력은 4.5kW이고, 용접 속도는 65mm/s이고, 탈초점량은 -7mm이고, 와이어 급송 속도는 4.5m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 67vol.%Ar+25vol.%CO₂+8vol.%N₂이고, 가스 유량은 11L/min이다.

실시예 16

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1000MPa, 두께 t=1.8mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.2mm를 남기고, 용접 출력은 5.5kW이고, 용접 속도는 70mm/s이고, 탈초점량은 -6.5mm이고, 와이어 급송 속도는 5m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 73vol.%Ar+20vol.%CO₂+7vol.%N₂이고, 가스 유량은 16L/min이다.

실시예 17

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 500MPa, 두께 t=1.4mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 가스 금속 아크 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.4mm를 남기고, 용접 전류는 110A이고, 용접 전압은 22V이고, 용접 속도는 500mm/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 76vol.%Ar+20vol.%CO₂+4vol.%N₂이고, 가스 유량은 13L/min이다.

실시예 18

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 500MPa, 두께 t=1.7mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.3mm를 남기고, 용접 출력은 4kW이고, 용접 속도는 60mm/s이고, 탈초점량은 -6.5mm이고, 와이어 급송 속도는 4m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 56vol.%Ar+35vol.%CO₂+9vol.%N₂이고, 가스 유량은 20L/min이다.

실시예 19

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1000MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 500MPa, 두께 t=1.3mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 MAG 하이브리드 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 용접 출력은 3kW, 용접 속도는 80mm/s이고, 테일러 용접판 간격은 0.3mm를 남기고, 탈초점량은 2mm이고; MAG 열원의 전류는 120A이고, 전압은 20V이고; 와이어 급송 속도는 6m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고; 보호 가스는 78vol.%Ar+20vol.%CO₂+2vol.%N₂이고, 가스 유량은 24L/min이다.

실시예 20

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1000MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 500MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.1mm를 남기고, 용접 출력은 5kW이고, 용접 속도는 85mm/s이고, 탈초점량은 -8.5mm이고, 와이어 급송 속도는 6m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.0mm이고, 보호 가스는 40vol.%Ar+50vol.%CO₂+10vol.%N₂이고, 가스 유량은 25L/min이다.

실시예 21

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.2mm, 강판 성분은 표 1 참조), 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 하기 공정을 채택하여 레이저 필러 와이어 테일러 용접을 수행하였으며, 본 발명에 따른 용접 와이어(용접 와이어 성분은 표 3 참조)를 채택하고, 테일러 용접판 간격은 0.3mm를 남기고, 용접 출력은 5kW이고, 용접 속도는 83mm/s이고, 탈초점량은 -6mm이고, 와이어 급송 속도는 7m/min이고, 용접 와이어 직경은 1.2mm이고, 보호 가스는 40vol.%Ar+50vol.%CO₂+10vol.%N₂이고, 가스 유량은 19L/min이다.

비교예 1

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 1 참조)과 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해 용제 용접을 채택하여 테일러 용접을 수행하였다. 용접 후 실시예 1과 동일한 핫 스탬핑 공정을 채택하여 핫 스탬핑을 수행하였다. 용제 용접으로 획득된 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 완전 마르텐사이트였다. 제조된 테일러 용접 핫 스탬핑 부재의 고속 인장 시험 결과는 표 5와 같고, 시험은 표준 ISO/DIS 26203-2를 참조하여 수행하였다.

비교예 2

알루미늄 합금 도금층이 있는 핫 스탬핑 용접 대상 강판(10)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 1 참조)과 용접 대상 강판(20)(강도 레벨 1500MPa, 두께 t=1.5mm, 강판 성분은 표 2 참조)에 대해, 필러 와이어 용접을 채택하여 테일러 용접을 수행하였으며(용접 와이어 성분은 표 3 참조), 획득된 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트₊괴상 페라이트였다. 용접 조인트의 고속 인장 시험 결과는 표 5와 같고, 시험은 표준 ISO/DIS 26203-2를 참조하여 수행하였다.

표 4 및 표 5에서 알 수 있듯이, 본 발명에서 획득된 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트의 준정적 인장 파단 위치가 모재이며, 이는 용접 이음 강도가 저강도 모재의 강도보다 커서, 자동차 생산 분야의 요건을 충족시킬 수 있음을 의미한다. 용접 조인트의 고속 인장 성능이 유의하게 향상되었으며, 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 용접 조인트의 파단 변형값이 0.09보다 크다.

비교예 1에서 종래의 용제 용접으로 용접을 수행하였으며, 획득된 용접 조인트의 용접 이음 조직이 단일 마르텐사이트였고, 이는 변형 속도가 40/s일 때 용접 조인트의 파단 변형값은 약 0.07이었으며, 변형 속도가 800/s일 때 용접 조인트의 파단 변형값은 약 0.058이었다.

비교예 2에서는 필러 와이어 용접을 채택하여 용접을 수행하였으나, 용접 와이어 성분이 본 발명의 요구를 충족시키지 못하였으며, 용접 조인트의 파단 변형값의 최대값이 0.029였다. 즉, 본 발명의 기술적 해결책을 통해 획득한 테일러 용접 부재로 제조된 열간 성형 부재는 준정적 기계적 성능을 보장한다는 전제 하에, 더욱 우수한 고속 변형 능력을 가지며, 충돌 시 더 많은 에너지를 흡수하고, 충돌 안전성이 더욱 높다.

* 조인트의 준정적 인장 시험은 ISO 4136 표준을 참조하여 수행되었다.

* 고속 인장 시험은 ISO/DIS 26203-2 표준을 참조하여 수행되었다.

실시예 1 내지 21에서 획득한 테일러 용접 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+1 내지 15vol.% 확산 분포된 침상 페라이트+0 내지 5vol.% 잔류 오스테나이트이고, 용접 이음의 유리 알루미늄 농도는 0.1 내지 4.0wt.%이고, 테일러 용접 부재는 핫 스탬핑 성형 공정을 거쳐 핫 스탬핑 부재를 획득하고, 핫 스탬핑 부재의 용접 이음에 적정량의 확산 분포된 페라이트가 하면에 유지되도록 하였으며, 최종적으로 획득된 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+0.1 내지 10vol.% 확산 분포된 페라이트였고, 철-알루미늄 금속간 화합물 및 괴상 페라이트가 존재하지 않았다.

Claims

강제(鋼製) 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법으로서,
1) 강판 용접 전 준비
강도 레벨이 동일하거나 상이한 2개의 용접 대상 강판을 취하고, 용접하기 전에 용접 대상 강판의 표면을 세척하는 단계 ― 상기 용접 대상 강판은 매트릭스 및 그 적어도 하나의 표면 상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층을 포함하고, 상기 도금층은 상기 매트릭스와 접촉되는 금속간 화합물 합금층 및 그 위의 금속 합금층을 포함하고, 상기 용접 대상 강판의 도금층은 제거 또는 박형화 처리가 수행되지 않음 ― ;
2) 맞대기 간격의 용접 사전 설정
용접 대상 강판의 맞대기 간격을 0.1 내지 0.5mm로 사전 설정하는 단계; 및
3) 용접
레이저 필러 와이어 용접, MAG 용접 또는 레이저 MAG 하이브리드 용접으로 용접을 수행하는 단계를 포함하고,
레이저 필러 와이어 용접의 용접 속도는 40 내지 120mm/s이고, 와이어 급송 속도는 2 내지 8m/min이고; MAG 용접의 용접 속도는 300 내지 800mm/min이고; 레이저 MAG 하이브리드 용접의 용접 속도는 60 내지 150mm/s이고, 와이어 급송 속도는 4 내지 10m/min이고;
보호 가스는 Ar+15 내지 80vol.%CO₂+1 내지 10vol.%N₂이고, 보호 가스 유량은 10 내지 25L/min이고;
용접용 용접 와이어의 성분 중 C, Mn 및 Ni의 함량에서 용접 대상 강판 A의 해당 원소의 함량을 차감하여 획득한 차이값 △C, △Mn 및 △Ni는,
용접 대상 강판 A의 인장강도 <900MPa, △C: -0.05 내지 0.09wt.%, △Mn: -0.5 내지 1.4wt.% 및 △Ni: 0 내지 4.0wt.%이거나;
900MPa≤용접 대상 강판 A의 인장강도 <1300MPa, △C: -0.1 내지 0.09wt.%, △Mn: -2 내지 1.4wt.% 및 △Ni: 0 내지 4.0wt.%이거나;
1300MPa≤용접 대상 강판 A의 인장강도 <1700MPa, △C: -0.21 내지 -0.05wt.%, △Mn: -1.4 내지 1.4wt.% 및 △Ni: 1.76 내지 4.0wt.%이거나; 또는
용접 대상 강판 A의 인장강도 ≥1700MPa, △C: -0.26 내지 -0.15wt.%, △Mn: -1.4 내지 0.7wt.%, △Ni: 2.26 내지 4.0wt.%인 요구를 충족하고;
용접 대상 강판 A는 강도 레벨이 동일한 2개의 용접 대상 강판 중 하나이거나, 강도 레벨이 상이한 2개의 용접 대상 강판 중 강도 레벨이 더 낮은 용접 대상 강판이고;
테일러 용접 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+1 내지 15vol.% 확산 분포된 페라이트+0 내지 5vol.% 잔류 오스테나이트이고; 용접 이음의 유리 알루미늄 함량은 0.1 내지 4.0wt.%인 것을 특징으로 하는, 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 3) 단계에서, 상기 보호 가스 중 CO₂ 함량이 15 내지 50vol.%인 것을 특징으로 하는, 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 3) 단계에서, 상기 보호 가스 중 N₂ 함량이 2 내지 4vol.%인 것을 특징으로 하는, 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 MAG 용접 또는 레이저 MAG 하이브리드 용접의 용접 전류가 110 내지 130A이고, 용접 전압이 18 내지 25V인 것을 특징으로 하는, 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 레이저 필러 와이어 용접 또는 레이저 MAG 하이브리드 용접 공정에서 탈초점량은 -10 내지 10mm이고, 레이저 출력 제어 범위는 3 내지 8kW이고; 바람직하게는, 레이저 필러 와이어 용접 또는 레이저 MAG 하이브리드 용접 공정에서, 레이저 가공 헤드에서 출력되는 최소 스팟 직경은 0.3 내지 1.6mm인 것을 특징으로 하는, 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 도금층은 알루미늄 합금 도금층이고, 상기 알루미늄 합금 도금층의 성분은 중량백분율에 따라 Si: 5 내지 11%, Fe: 0 내지 4%이고, 나머지는 Al 및 기타 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는, 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 용접 대상 강판 A의 인장강도는 <900MPa이고, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.06 내지 0.1%, 0＜Si≤0.1%, Mn: 0.5 내지 1.0%, P<0.03%, S<0.01%, Al<0.1%, 0＜Cr≤0.1%, 0＜Ti≤0.05%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이거나;
상기 용접 대상 강판 A의 인장강도는 900MPa 이상 1300MPa 미만이고, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.06 내지 0.15%, Si: 0.3 내지 1.0%, Mn: 0.5 내지 2.5%, P≤0.10%, S≤0.05%, Al: 0.02 내지 0.30%, Cr: 0.05 내지 0.5%, Nb: 0.02 내지 0.20%, V≤0.15%, Ti: 0.01 내지 0.10%, Mo≤0.5%, Ni≤0.5%, B: 0.001 내지 0.01%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이거나;
상기 용접 대상 강판 A의 인장강도는 1300MPa 이상 1700MPa 미만이고, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.2 내지 0.3%, Si: 0.1 내지 0.5%, Mn: 0.5 내지 2.5%, P<0.015%, S<0.05%, Al<0.1%, Ti<0.2%, B: 0.0005 내지 0.08%, Cr: 0.01 내지 1%, Ni≤0.24%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물이거나; 또는
상기 용접 대상 강판 A의 인장강도는 ≥1700MPa이고, 이의 성분 중량백분율은 C: 0.30 내지 0.39%, Si: 0.05 내지 0.6%, Mn: 0.5 내지 2.5%, P≤0.015%, S≤0.01%, Al: 0.01 내지 0.07%, Cr≤1.0%, Nb≤0.08%, V≤0.1%, Ti: 0.01 내지 0.12%, Mo: 0.01 내지 0.5%, Ni＜0.25%, B: 0.0001 내지 0.005%, N≤0.006%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는, 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 용접 와이어의 성분은 중량백분율에 따라 C: 0.05 내지 0.15%, Mn: 0.5 내지 1.9%, Ni: 0 내지 4%, 바람직하게는 0.5 내지 4%이고, 나머지는 Fe 및 기타 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는, 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법.
강제 박벽 테일러 용접 부재로서,
강도 레벨이 동일하거나 상이한 2개의 용접 대상 강판을 용접하여 형성하며, 용접 대상 강판은 매트릭스 및 이의 적어도 하나의 표면 상에 알루미늄 또는 알루미늄 합금 도금층을 포함하고, 상기 도금층은 매트릭스와 접촉되는 금속간 화합물 합금층 및 그 위의 금속 합금층을 포함하고, 상기 강제 박벽 테일러 용접 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+1 내지 15vol.% 확산 분포된 페라이트+0 내지 5vol.% 잔류 오스테나이트이고, 용접 이음의 유리 알루미늄 함량은 0.1 내지 4.0wt.%이고; 바람직하게는, 상기 강제 박벽 테일러 용접 부재는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조되는, 강제 박벽 테일러 용접 부재.
핫 스탬핑 부재로서,
상기 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직은 마르텐사이트+0.1 내지 10vol.% 확산 분포된 페라이트이고, 용접 조인트의 준정적 인장 파단 위치는 모재이고, 조인트 연신율은 4% 이상이고; 용접 조인트는 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 용접 조인트의 인장 파단 변형값이 0.08보다 큰 것을 특징으로 하는, 핫 스탬핑 부재.
제10항에 있어서,
상기 핫 스탬핑 부재는 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 제조 방법에 의해 획득된 강제 박벽 테일러 용접 부재를 채택하여 제조되거나, 제9항에 따른 강제 박벽 테일러 용접 부재를 채택하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 핫 스탬핑 부재.
제10항에 있어서,
상기 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직에서 페라이트 함량이 0.5 내지 5vol.%이고; 및/또는
상기 핫 스탬핑 부재의 용접 이음 조직에서 페라이트는 침상인 것을 특징으로 하는, 핫 스탬핑 부재.
제10항에 있어서,
상기 핫 스탬핑 부재의 용접 조인트는 변형 속도가 40 내지 800/s일 때, 용접 조인트의 인장 파단 변형값이 0.09보다 큰 것을 특징으로 하는, 핫 스탬핑 부재.
핫 스탬핑 부재의 제조 방법으로서,
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 강제 박벽 테일러 용접 부재의 제조 방법을 채택해 강제 박벽 테일러 용접 부재를 제조하는 단계, 및 제조된 강제 박벽 테일러 용접 부재에 대해 핫 스탬핑 및 담금질을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 방법.
제14항에 있어서,
상기 핫 스탬핑 담금질에서, 가열 온도는 920 내지 950℃이고, 가열 시간은 3 내지 6분이고, 통수 금형에서 8 내지 20초 동안 압력을 유지하는 것을 특징으로 하는, 방법.