WO2023277290A1 - 알루미늄계 도금 블랭크 및 이의 제조방법 - Google Patents

알루미늄계 도금 블랭크 및 이의 제조방법 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum-based plated blank and a manufacturing method thereof.
  • Parts having various strengths are used in vehicles. For example, parts that need to absorb energy when a vehicle crashes or rolls over require relatively weak strength, and parts that need to maintain their shape to secure a space for occupants to survive require strong strength.
  • Vehicles are continuously required to reduce weight and reduce costs, and accordingly, it is necessary for one part to partially have different strengths.
  • Some sections of the parts require high strength to protect occupants, but some sections require relatively low strength to absorb impact energy.
  • a typical example of such a part is the B-pillar of a passenger car.
  • the lower part of the B-pillar requires a relatively low tensile strength
  • the upper part of the B-pillar requires a high tensile strength.
  • the reason for the difference in strength is that the part that needs to maintain its shape with high strength in the event of a vehicle collision (the upper part that needs to support the roof in case of a rollover) and the part that needs to absorb the impact while being crushed (the lower part that has a high possibility of side collision with other vehicles) are at the same time Because it is necessary.
  • the upper part of the B-pillar since the upper part of the B-pillar must maintain its shape in order to secure a stable space capable of preventing injury to passengers, high strength is required. If the strength of the upper part of the B-pillar is not secured, the roof is lowered when the vehicle overturns, posing a great threat to the safety of passengers.
  • the lower part of the B-pillar needs to absorb impact energy while being deformed, relatively low strength is required. This is because if the lower part of the B-pillar also has high strength, impact energy is not absorbed in the event of a side collision and the impact is transmitted to other structural materials.
  • the specific required strength will vary depending on the type or shape of the vehicle, but a tensile strength of about 1350 MPa or more is required for the upper part of the B-pillar, while a tensile strength of about 450 MPa or more and less than about 1350 MPa is required for the lower part of the B-pillar. is required
  • a tailor welded blank is a part manufactured by bonding two or more steel plate materials having at least one different material and thickness.
  • a steel plate material for such a TWB an Al-Si plating layer is used on the surface.
  • the components of the plating layer are melted into the molten pool of the joint (joint) portion, so the joint portion has different physical properties from those of the parent material.
  • the plating layer is aluminum-silicon (Al-Si) or zinc (Zn)-based, plating components are mixed into the joint during laser bonding, resulting in deterioration in mechanical properties.
  • the mixed plating layer component (Al) is evenly diluted with the base material depending on the material (material with a large amount of plating) and bonding condition (high bonding speed). Failure to do so may cause problems such as segregation, and the effect of the filler wire component alone may be insufficient.
  • an aluminum-based plating blank capable of minimizing deterioration in hardness and physical properties of a blank joint.
  • an aluminum-based plating blank capable of preventing defects such as segregation of blank joints is provided.
  • an aluminum-based plated blank capable of minimizing deterioration of physical properties of a blank joint after a hot stamping process.
  • it is to provide a method for manufacturing an aluminum-based plated blank.
  • One embodiment of the present invention as an aluminum-based plated blank, a first plated steel sheet; a second coated steel sheet connected to the first coated steel sheet; and a joint connecting the first coated steel sheet and the second coated steel sheet at the boundary between the first coated steel sheet and the second coated steel sheet, wherein each of the first coated steel sheet and the second coated steel sheet, A base iron and a plating layer formed in an adhesion amount of 20 to 100 g/m 2 on at least one surface of the base iron and containing aluminum (Al), the joint portion including aluminum (Al), and the joint portion including aluminum (Al ) has an average content of 0.5% by weight or more and 1.5% by weight or less.
  • the standard deviation of the aluminum (Al) content of the joint may be 0 or more and 0.25 or less.
  • the plating layer is formed on the surface of the base iron and includes a surface layer containing 80% by weight or more of aluminum (Al); and a diffusion layer formed between the surface layer and the base iron, wherein the diffusion layer may include aluminum-iron (Al-Fe) and aluminum-iron-silicon (Al-Fe-Si) compounds.
  • the base iron contains 0.01 wt% or more and 0.5 wt% or less of carbon (C), 0.01 wt% or more to 1.0 wt% or less of silicon (Si), and 0.3 wt% or more to 2.0 wt% or less of manganese (Mn). , phosphorus (P) greater than 0 and 0.1% by weight or less, sulfur (S) greater than 0 and 0.1% by weight or less, the balance of iron (Fe) and other unavoidable impurities.
  • C carbon
  • Si silicon
  • Mn manganese
  • Another embodiment of the present invention is a method for manufacturing an aluminum-based plated blank, comprising the steps of arranging edges of a first coated steel sheet and a second coated steel sheet to face each other; And a bonding step of providing a filler wire to the boundary between the first coated steel sheet and the second coated steel sheet and irradiating a laser beam to form a joint connecting the first coated steel sheet and the second coated steel sheet.
  • the joint is formed by melting together the first coated steel sheet, the second coated steel sheet, and the filler wire by irradiation of the laser beam, and each of the first coated steel sheet and the second coated steel sheet, A plating layer formed on at least one surface of the base iron in an adhesion amount of 20 to 100 g/m 2 and containing aluminum, wherein the joint part contains aluminum (Al), and the average content of aluminum (Al) in the joint part is 0.5
  • a method for producing an aluminum-based plated blank having a weight % or more and 1.5 weight % or less is provided.
  • the laser beam is irradiated to reciprocate across the boundary, the laser beam has a frequency of 100 to 1500 Hz, a power of 1 to 20 kW, and a forming speed of the joint may be 15 to 170 mm/sec. there is.
  • the forming speed of the joint is 15 to 120 mm/sec, and the frequency of the laser beam, the laser beam radius, and the forming speed of the joint may satisfy the relationship of Equation 1 below.
  • Equation 1 ⁇ is 0.7, f is the frequency of the laser beam (Hz), r is the radius of the laser beam measured on the surface of the coated steel sheet (mm), and v is the formation speed of the joint (mm/ sec).)
  • the standard deviation of the aluminum (Al) content of the joint may be 0 or more and 0.25 or less.
  • the plating layer is formed on the surface of the base iron and includes a surface layer containing 80% by weight or more of aluminum (Al); and a diffusion layer formed between the surface layer and the base iron, wherein the diffusion layer may include aluminum-iron (Al-Fe) and aluminum-iron-silicon (Al-Fe-Si) compounds.
  • the base iron contains 0.01 wt% or more and 0.5 wt% or less of carbon (C), 0.01 wt% or more to 1.0 wt% or less of silicon (Si), and 0.3 wt% or more to 2.0 wt% or less of manganese (Mn). , phosphorus (P) greater than 0 and 0.1% by weight or less, sulfur (S) greater than 0 and 0.1% by weight or less, the balance of iron (Fe) and other unavoidable impurities.
  • C carbon
  • Si silicon
  • Mn manganese
  • the filler wire may include one or more austenite stabilizing elements of carbon (C) and manganese (Mn), the balance of which is iron (Fe), and unavoidable impurities.
  • At least one of the first coated steel sheet, the second coated steel sheet, and a laser head irradiating the laser beam may move.
  • the present invention can minimize the deterioration of the hardness and physical properties of the blank joint, prevent the generation of defects such as segregation of the blank joint, and the joint where the segregation is phase-changed into an Al-Fe compound by the hot stamping process. breakage can be minimized.
  • 1(a) and 1(b) are cross-sectional views schematically illustrating an aluminum-based plated blank according to an exemplary embodiment.
  • FIGS. 2(a) and 2(b) are perspective views schematically illustrating a manufacturing process of an aluminum-based plated blank according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view schematically illustrating a process of bonding aluminum-based coated steel sheets by irradiating a laser beam.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an apparatus for manufacturing an aluminum-based plated blank according to an embodiment.
  • 5(a) and 5(b) are cross-sectional views respectively showing a cross section of an aluminum-based plated blank.
  • 6(a) and 6(b) are graphs showing changes in hardness for each part after hot stamping of an aluminum-based plated blank, respectively.
  • 7(a) and 7(b) are cross-sectional views showing a cross section of an aluminum-based plated blank, respectively.
  • FIGS. 1(a) and 1(b) are cross-sectional views schematically illustrating an aluminum-based plated blank according to an exemplary embodiment
  • FIGS. 2(a) and 2(b) are respectively aluminum-based plated blanks according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 3 is a plan view schematically illustrating a process of bonding aluminum-based plated steel sheets by irradiating a laser beam.
  • an aluminum-based plated blank 100 includes a first coated steel sheet 10, a second coated steel sheet 20 connected to the first coated steel sheet 10, and a second coated steel sheet 20 connected to the first coated steel sheet 10.
  • a joint 30 connecting the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 may be included at the boundary between the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 .
  • the first plated steel sheet 10 may include a first base iron 12 and a first plating layer 14 formed on at least one surface of the first base iron 12, and a second plated steel plate ( 20) may include a second base iron 22 and a second plating layer 24 formed on at least one surface of the second base iron 22.
  • the first base iron 12 and the second base iron 22 may include the same components, and the first plating layer 14 and the second plating layer 24 may include the same components.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the first base iron 12 and the second base iron 22 may include different components.
  • the first base iron 12 may include a first alloy composition.
  • the first alloy composition includes 0.01 wt% or more and 0.5 wt% or less of carbon (C), 0.01 wt% or more to 1.0 wt% or less of silicon (Si), 0.3 wt% or more to 2.0 wt% or less of manganese (Mn), and phosphorus (P). It may contain greater than 0 and 0.1% by weight or less, sulfur (S) greater than 0 and 0.1% by weight or less, the balance of iron (Fe) and other unavoidable impurities.
  • the first alloy composition may further include one or more of boron (B), titanium (Ti), niobium (Nb), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and nickel (Ni).
  • the first alloy composition includes boron (B) 0.0001 wt% or more and 0.005 wt% or less, titanium (Ti) 0.01 wt% or more and 0.1 wt% or less, niobium (Nb) 0.01 wt% or more and 0.1 wt% or less, chromium (Cr) ) 0.01 wt% or more and 0.5 wt% or less, molybdenum (Mo) 0.01 wt% or more and 0.5 wt% or less, and nickel (Ni) 0.01 wt% or more and 1.0 wt% or less.
  • the first coated steel sheet 10 includes the first base iron 12
  • the first coated steel sheet 10 includes the first alloy composition.
  • the aluminum-based plated blank 100 includes a first coated steel sheet 10 and a second coated steel sheet 20 that include a first alloy composition and have different thicknesses and/or components, and the aluminum-based plated blank 100 is hot-stamped. After that, some sections of the blank can absorb impact energy.
  • the aluminum-based plated blank 100 includes a first coated steel sheet 10 and a second coated steel sheet 20 having different strengths after hot stamping and having the same thickness due to different components, or having the same components for hot stamping.
  • first coated steel sheet 10 and a second coated steel sheet 20 may include a first coated steel sheet 10 and a second coated steel sheet 20 having the same or similar post strength and different thicknesses, and the tensile strength of the steel sheet among the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 Impact energy can be absorbed by a steel plate with a small product of strength (MPa) and thickness (mm).
  • MPa product of strength
  • mm thickness
  • the present invention is not limited thereto.
  • Carbon (C) is a major element that determines the strength and hardness of steel, and may be added for the purpose of securing tensile strength of steel after a hot stamping (or hot press) process. In addition, carbon may be added for the purpose of securing hardenability characteristics of steel materials. In one embodiment, carbon may be included in an amount of 0.01 wt % or more and 0.5 wt % or less with respect to the total weight of the first base iron 12 . When carbon is included in an amount of less than 0.01% by weight based on the total weight of the first base iron 12, it may be difficult to achieve the mechanical strength of the present invention. On the other hand, when carbon is included in an amount of more than 0.5% by weight based on the total weight of the first base iron 12, a problem of reducing toughness of the steel or controlling brittleness of the steel may be caused.
  • Silicon (Si) may act as a ferrite stabilizing element in the first base iron 12 .
  • Silicon (Si) can improve ductility by cleaning ferrite, and can perform a function of improving carbon concentration in austenite by suppressing the formation of low-temperature carbides.
  • silicon (Si) may be a key element for hot rolling, cold rolling, hot stamping, homogenization (control of pearlite, manganese segregation zone), and fine dispersion of ferrite.
  • silicon may be included in an amount of 0.01 wt % or more and 1.0 wt % or less based on the total weight of the first base iron 12 .
  • silicon When silicon is included in an amount of less than 0.01% by weight based on the total weight of the first base iron 12, the aforementioned function may not be sufficiently exhibited. On the other hand, when silicon is included in an amount of more than 1.0% by weight with respect to the total weight of the first base iron 12, hot-rolling and cold-rolling loads increase, hot-rolled red scales become excessive, and bondability may deteriorate.
  • Manganese (Mn) may be added for the purpose of increasing hardenability and strength during heat treatment.
  • manganese may be included in an amount of 0.3% by weight or more and 2.0% by weight or less based on the total weight of the first base iron 12 .
  • manganese is included in an amount of less than 0.3% by weight based on the total weight of the first base iron 12, there is a high possibility that the material after hot stamping will be insufficient (hard phase fraction is insufficient) due to insufficient hardenability.
  • Phosphorus (P) is an element that is easily segregated and may be an element that impairs the toughness of steel.
  • phosphorus (P) may be included in an amount greater than 0 and less than or equal to 0.1% by weight based on the total weight of the first base iron 12 .
  • phosphorus is included in the above-described range with respect to the total weight of the first base iron 12, deterioration in toughness of the steel can be prevented.
  • phosphorus is included in an amount of more than 0.1% by weight based on the total weight of the first base iron 12, cracks may be caused during the process, and a phosphide iron compound may be formed, which may decrease the toughness of the steel.
  • S may be an element that inhibits workability and physical properties.
  • sulfur may be included in an amount greater than 0 and less than or equal to 0.1% by weight based on the total weight of the first base iron 12 .
  • sulfur is included in an amount of more than 0.1% by weight based on the total weight of the first base iron 12, hot workability may be deteriorated, and surface defects such as cracks may occur due to formation of large inclusions.
  • Boron (B) is added for the purpose of securing hardenability and strength of steel by securing a martensitic structure, and may have an effect of grain refinement by increasing austenite grain growth temperature.
  • boron may be included in an amount of 0.0001 wt% or more and 0.005 wt% or less based on the total weight of the first base iron 12 . When boron is included in the above-described range with respect to the total weight of the first base iron 12, it is possible to prevent grain boundary brittleness in the hard phase and to secure high toughness and bendability.
  • Titanium (Ti) may be added for the purpose of strengthening hardenability and improving the material by forming precipitates after hot stamping heat treatment.
  • titanium forms a precipitate phase such as Ti(C,N) at high temperature, and can effectively contribute to the refinement of austenite grains.
  • titanium may be included in an amount of 0.01 wt% or more and 0.1 wt% or less based on the total weight of the first base iron 12 .
  • poor performance can be prevented, coarsening of precipitates can be prevented, and the physical properties of the steel can be easily secured, and the steel The occurrence of cracks on the surface can be prevented or minimized.
  • Niobium may be added for the purpose of increasing strength and toughness according to a decrease in martensite packet size.
  • niobium may be included in an amount of 0.01 wt % or more and 0.1 wt % or less based on the total weight of the first base iron 12 .
  • the crystal grain refinement effect of the steel material is excellent in the hot rolling and cold rolling process, and cracks in the slab and brittleness of the product during steelmaking/playing It is possible to prevent breakage and minimize the generation of coarse precipitates for steelmaking.
  • Chromium (Cr) may be added for the purpose of improving hardenability and strength of steel.
  • chromium may be included in an amount of 0.01 wt% or more and 0.5 wt% or less based on the total weight of the first base iron 12 .
  • chromium is included in the range described above with respect to the total weight of the first base iron 12, it is possible to improve hardenability and strength of the steel, and to prevent an increase in production cost and a decrease in toughness of the steel material.
  • Molybdenum (Mo) can contribute to strength improvement by inhibiting coarsening of precipitates and increasing hardenability during hot rolling and hot stamping.
  • Molybdenum (Mo) may be included in an amount of 0.01 wt% or more and 0.5 wt% or less based on the total weight of the first base iron 12 . When molybdenum is included in the above range with respect to the total weight of the first base iron 12, the effect of suppressing the coarsening of precipitates and increasing hardenability during hot rolling and hot stamping may be excellent.
  • Nickel (Ni) may be added for the purpose of securing hardenability and strength.
  • nickel is an austenite stabilizing element and can contribute to improving elongation by controlling austenite transformation.
  • nickel may be included in an amount of 0.01 wt% or more and 1.0 wt% or less based on the total weight of the first base iron 12 .
  • nickel When nickel is included in an amount of less than 0.01% by weight based on the total weight of the first base iron 12, it may be difficult to properly implement the above-described effect.
  • nickel is included in an amount of more than 1.0% by weight based on the total weight of the first base iron 12, toughness and cold workability may be deteriorated, and manufacturing cost of the product may increase.
  • first bag iron 12 and the second bag iron 22 may include different components.
  • first base iron 12 may include a second alloy composition containing less than 0.20% carbon by weight
  • second base iron 22 may include a third alloy composition containing at least 0.20% carbon by weight. composition may be included.
  • the first base iron 12 may include a second alloy composition.
  • the second alloy composition contains 0.01 wt% or more and less than 0.20 wt% of carbon (C), 0.01 wt% or more and 0.8 wt% or less of silicon (Si), 0.8 wt% or more and 2.0 wt% or less of manganese (Mn), and more than 0 phosphorus (P). 0.05% by weight or less, sulfur (S) greater than 0 and 0.01% by weight or less, the balance of iron (Fe) and other unavoidable impurities may be included.
  • the second alloy composition may further include one or more of boron (B), titanium (Ti), niobium (Nb), chromium (Cr), and aluminum (Al).
  • the second alloy composition includes boron (B) 0.0001 wt% or more and 0.003 wt% or less, titanium (Ti) 0.01 wt% or more and 0.1 wt% or less, niobium (Nb) 0.01 wt% or more and 0.1 wt% or less, chromium (Cr) ) 0.01 wt % or more and 0.5 wt % or less, and 0.001 wt % or more and 0.1 wt % or less of aluminum (Al) may optionally further include one or more components.
  • the first coated steel sheet 10 includes the first base iron 12
  • the first coated steel sheet 10 includes the second alloy composition.
  • carbon may be included in an amount of 0.01 wt % or more and less than 0.20 wt % based on the total weight of the first base iron 12 .
  • carbon When carbon is included in an amount of less than 0.01% by weight based on the total weight of the first base iron 12, it may be difficult to achieve the mechanical strength of the present invention.
  • carbon when carbon is included in an amount of 0.20% by weight or more with respect to the total weight of the first base iron 12, a problem of reducing the toughness of the steel or controlling the brittleness of the steel may be caused.
  • silicon may be included in an amount of 0.01 wt% or more and 0.8 wt% or less based on the total weight of the first base iron 12 .
  • silicon is included in an amount of less than 0.01% by weight with respect to the total weight of the first base iron 12, the above-described function may not be sufficiently exhibited.
  • silicon is included in an amount of more than 0.8% by weight with respect to the total weight of the first base iron 12, hot-rolled and cold-rolled loads increase, hot-rolled red scales become excessive, and bondability may deteriorate.
  • manganese may be included in an amount of 0.8% by weight or more and 2.0% by weight or less based on the total weight of the first base iron 12 .
  • manganese When manganese is included in an amount of less than 0.8% by weight based on the total weight of the first base iron 12, there is a high possibility that the material after hot stamping will be insufficient (hard phase fraction is insufficient) due to insufficient hardenability.
  • manganese when manganese is included in an amount of more than 2.0% by weight based on the total weight of the first base iron 12, ductility and toughness may be deteriorated due to manganese segregation or pearlite band, and it may cause deterioration in bending performance and A homogeneous microstructure may occur.
  • phosphorus may be included in an amount greater than 0 and less than or equal to 0.05% by weight based on the total weight of the first base iron 12 .
  • phosphorus is included in the above-described range with respect to the total weight of the first base iron 12, deterioration in toughness of the steel can be prevented.
  • phosphorus is included in an amount of more than 0.05% by weight based on the total weight of the first base iron 12, cracks may be caused during the process, and a phosphide iron compound may be formed, which may decrease the toughness of the steel.
  • sulfur may be included in an amount greater than 0 and less than or equal to 0.01% by weight based on the total weight of the first base iron 12 .
  • sulfur is included in an amount of more than 0.01% by weight based on the total weight of the first base iron 12, hot workability may be deteriorated, and surface defects such as cracks may occur due to formation of large inclusions.
  • the second base iron 22 may include a third alloy composition.
  • the third alloy composition contains 0.20 wt% or more and 0.5 wt% or less of carbon (C), 0.1 wt% or more and 0.8 wt% or less of silicon (Si), 0.3 wt% or more and 2.0 wt% or less of manganese (Mn), and more than 0 phosphorus (P). 0.05% by weight or less, sulfur (S) greater than 0 and 0.01% by weight or less, the balance of iron (Fe) and other unavoidable impurities may be included.
  • the third alloy composition may further include one or more of boron (B), titanium (Ti), niobium (Nb), chromium (Cr), molybdenum (Mo), and nickel (Ni).
  • the third alloy composition includes boron (B) 0.001 wt% or more and 0.005 wt% or less, titanium (Ti) 0.01 wt% or more and 0.1 wt% or less, niobium (Nb) 0.01 wt% or more and 0.1 wt% or less, chromium (Cr) ) 0.01 wt% or more and 0.5 wt% or less, molybdenum (Mo) 0.01 wt% or more and 0.5 wt% or less, and nickel (Ni) 0.01 wt% or more and 1.0 wt% or less.
  • the second coated steel sheet 20 includes the second base iron 22, it may be understood that the second coated steel sheet 20 includes the third alloy composition.
  • carbon may be included in an amount of 0.20 wt% or more and 0.5 wt% or less based on the total weight of the second base iron 22 .
  • carbon When carbon is included in less than 0.20% by weight based on the total weight of the second base iron 22, it may be difficult to achieve the mechanical strength of the present invention.
  • carbon when carbon is included in an amount of more than 0.5% by weight based on the total weight of the second base iron 22, a problem of reducing the toughness of the steel or controlling the brittleness of the steel may be caused.
  • silicon may be included in an amount of 0.1 wt% or more and 0.8 wt% or less based on the total weight of the second base iron 22 .
  • silicon is contained in an amount of less than 0.1% by weight based on the total weight of the second base iron 22, the above-described function may not be sufficiently exhibited.
  • silicon is included in an amount of more than 0.8% by weight with respect to the total weight of the second base iron 22, hot-rolling and cold-rolling loads increase, hot-rolled red scales become excessive, and bondability may deteriorate.
  • manganese may be included in an amount of 0.3% by weight or more and 2.0% by weight or less based on the total weight of the second base iron 22 .
  • manganese When manganese is included in an amount of less than 0.3% by weight based on the total weight of the second base iron 22, there is a high possibility that the material after hot stamping will be insufficient (hard phase fraction insufficient) due to insufficient hardenability.
  • manganese when manganese is included in an amount of more than 2.0% by weight based on the total weight of the second base iron 22, ductility and toughness may be deteriorated due to manganese segregation or pearlite band, and it causes deterioration in bending performance and is undesirable. A homogeneous microstructure may occur.
  • phosphorus may be included in an amount greater than 0 and less than or equal to 0.05% by weight based on the total weight of the second base iron 22 .
  • phosphorus is included in the above-described range with respect to the total weight of the second base iron 22, deterioration in toughness of the steel can be prevented.
  • phosphorus is included in an amount of more than 0.05% by weight based on the total weight of the second base iron 22, cracks may be caused during the process, and a phosphide iron compound may be formed, resulting in deterioration in toughness of the steel.
  • sulfur may be included in an amount greater than 0 and less than or equal to 0.01% by weight based on the total weight of the second base iron 22 .
  • sulfur is included in an amount of more than 0.01% by weight based on the total weight of the second base iron 22, hot workability may be deteriorated, and surface defects such as cracks may occur due to formation of large inclusions.
  • the first coated steel sheet 10 including the second alloy composition when hot stamping the first coated steel sheet 10 including the second alloy composition, after hot stamping, the first coated steel sheet 10 is about 450 MPa or more, preferably about 450 MPa or more about 1350 MPa It may have a tensile strength of less than In one embodiment, when the second coated steel sheet 20 including the third alloy composition is hot stamped, the second coated steel sheet 20 after hot stamping is about 1350 MPa or more and less than about 2300 MPa, preferably about 1350 MPa It may have a tensile strength of less than about 1680 MPa. Alternatively, the second coated steel sheet 20 after hot stamping may have a tensile strength of about 1680 MPa or more, preferably about 1680 MPa or more and less than about 2300 MPa. That is, after hot stamping, the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 may have different tensile strengths.
  • the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 may have the same thickness.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 may have different thicknesses.
  • first body iron 12 and the second body iron 22 may include the same components.
  • first base iron 12 and the second base iron 22 may include a third alloy composition.
  • the first coated steel sheet 10 after hot stamping when the first coated steel sheet 10 including the third alloy composition is hot stamped, is about 1350 MPa or more and less than about 2300 MPa, preferably about 1350 MPa It may have a tensile strength of less than about 1680 MPa. Alternatively, the first coated steel sheet 10 after hot stamping may have a tensile strength of about 1680 MPa or more, preferably about 1680 MPa or more and less than about 2300 MPa.
  • the second coated steel sheet 20 may include the same components as the first coated steel sheet 10, that is, the second coated steel sheet 20 may include a third alloy composition. Accordingly, the second coated steel sheet 20 after hot stamping may have a tensile strength of about 1350 MPa or more and less than about 2300 MPa, preferably about 1350 MPa or more and less than about 1680 MPa. Alternatively, the second coated steel sheet 20 after hot stamping may have a tensile strength of about 1680 MPa or more, preferably about 1680 MPa or more and less than about 2300 MPa.
  • the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 may have different thicknesses.
  • the present invention is not limited thereto.
  • the first coated steel sheet 10 is obtained by reheating a steel slab having a first alloy composition, a second alloy composition, or a third alloy composition, finishing rolling the reheated slab, and winding the hot-rolled steel sheet, It can be manufactured by cold-rolling the rolled steel sheet, annealing the cold-rolled sheet material, and forming a first plating layer 14 on the surface of the annealed sheet material.
  • the second coated steel sheet 20 is obtained by reheating a steel slab having a first alloy composition, a second alloy composition, or a third alloy composition, finishing rolling the reheated slab, and winding the hot-rolled steel sheet, Cold-rolling the rolled steel sheet, annealing the cold-rolled sheet material, and forming a second plating layer 24 on the surface of the annealed sheet material can be manufactured.
  • the first plating layer 14 and the second plating layer 24 may include the same components.
  • the first plating layer 14 is described, but the same may be applied to the first plating layer 14 .
  • the first plating layer 14 is formed by immersing the first base iron 12 in a plating bath containing at least one of molten aluminum and an aluminum alloy at 600 to 800 ° C, followed by an average of 1 to 50 ° C / s. It may be formed including the step of cooling at a cooling rate.
  • a first plating layer 14 may be formed on at least one surface of the first base iron 12 .
  • the first plating layer 14 may include a diffusion layer and a surface layer sequentially stacked on the first base iron 12 .
  • the surface layer is a layer containing 80% by weight or more of aluminum (Al), and can prevent oxidation of the first base iron 12.
  • the diffusion layer is formed by mutual diffusion of iron (Fe) of the first base iron 12 and aluminum (Al) of the first plating layer 14, and the diffusion layer is composed of aluminum-iron (Al-Fe) and aluminum-iron-silicon (Al). -Fe-Si) compounds may be included.
  • the diffusion layer may include 20 wt % to 60 wt % of iron (Fe), 30 wt % to 80 wt % of aluminum (Al), and 0.1 wt % to 40 wt % of silicon (Si).
  • the diffusion layer may have a higher melting point than the surface layer. Since a diffusion layer having a higher melting point than the surface layer is provided between the first base iron 12 and the surface layer, the surface layer is melted during the hot press process, and aluminum (Al) of the surface layer penetrates into the structure of the first base iron 12 The occurrence of liquid metal embrittlement may be prevented or minimized.
  • the spraying amount of the plating layer 14 can be adjusted.
  • the coating weight may be 20 to 150 g/m 2 on at least one surface of the first base iron 12 .
  • the coating weight may be 20 to 100 g/m 2 on at least one surface of the first base iron 12 .
  • the coating weight is less than 20 g/m 2 , corrosion resistance of a portion where the first plating layer 14 and the joint 30 come into contact after hot stamping may be deteriorated.
  • the coating weight exceeds 100 g/m 2 , when the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 are bonded, the amount of aluminum (Al) mixed into the joint 30 increases, and the aluminum (Al) Segregation may occur.
  • the area fraction of the surface layer (cross-sectional area of the surface layer / cross-sectional area of the first plating layer), which is the ratio of the cross-sectional area of the surface layer to the cross-sectional area of the plating layer, may be 97% or less.
  • the area fraction of the surface layer (cross-sectional area of the surface layer / cross-sectional area of the first plating layer), which is the ratio of the cross-sectional area of the surface layer to the cross-sectional area of the plating layer may be 65% or more and 97% or less.
  • the surface layer may include 80% to 100% by weight of aluminum (Al), and the average thickness of the surface layer may be 10 ⁇ m to 40 ⁇ m.
  • the surface layer is a layer having a high aluminum (Al) content, and when the area fraction of the surface layer exceeds 97% by weight or the average thickness of the surface layer exceeds 40 ⁇ m, the amount of aluminum (Al) incorporated into the joint 30 This may cause aluminum (Al) segregation.
  • the thickness of the diffusion layer becomes thin, aluminum (Al) of the surface layer is melted during hot stamping, and the molten aluminum (Al) penetrates into the structure of the first base iron 12 or breaks the structure of the first base iron 12.
  • the joint 30 is formed at the boundary between the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 after aligning the side surface of the first coated steel sheet 10 and the side surface of the second coated steel sheet 20 to face each other. It may be formed by supplying a filler wire 200 to and irradiating a laser to melt the first coated steel sheet 10, the second coated steel sheet 20, and the filler wire 200. Therefore, the joint portion 30 contains 0.5% by weight or more and 1.5% by weight or less of aluminum (Al), and the balance includes components mixed in the first coated steel sheet 10, the second coated steel sheet 20, and the filler wire 200. can do.
  • Al aluminum
  • the joint 30 contains 0.05% by weight or more and less than 3.0% by weight of carbon (C), 0.05% by weight or more and less than 1.0% by weight of silicon (Si), 1.0% by weight or more and less than 3.0% by weight of manganese (Mn), Phosphorus (P) greater than 0 and less than 0.2% by weight, sulfur (S) greater than 0 and less than 0.2% by weight, titanium (Ti) 0.01% by weight and less than 0.5% by weight, boron (B) 0.0005% by weight and less than 0.01% by weight, aluminum ( Al) 0.5% by weight or more and 1.5% by weight or less, the balance of iron (Fe) and other unavoidable impurities.
  • the joint 30 may further include one or more components of niobium (Nb) of 0.01 wt% or more and less than 1.5 wt% and chromium (Cr) of 0.05 wt% or more and less than 2.0 wt%.
  • Nb niobium
  • Cr chromium
  • the joint 30 is configured to determine the Ac3 temperature of the first coated steel sheet 10 and the second plating Among the Ac3 temperatures of the steel sheet 20, it may be made of a component system in which ferrite is not formed at a higher Ac3 temperature or higher.
  • the joint 30 may be made of a component system in which ferrite is not formed at 840° C. or higher.
  • the joint 30 after the hot stamping process that is, the aluminum-based plated blank 100 is heated to 850 to 1000 ° C, press-formed, and rapidly cooled at an average cooling rate of 10 to 500 ° C / s
  • the joint 30 after the hot stamping process is made of a component system that can have a microstructure containing 90% or more of martensite in area fraction.
  • the joint 30 may exist as a full austenite structure, and may be transformed into a martensite structure having an area fraction of 90% or more, preferably a full martensite structure, upon cooling.
  • the joint 30 may include 0.5% by weight or more and 1.5% by weight or less of aluminum (Al).
  • the amount of aluminum included in the joint 30 may be the sum of aluminum mixed from the molten first coated steel sheet 10 , the second coated steel sheet 20 , and the filler wire 200 .
  • the aluminum content of the joint 30 is less than 0.5% by weight, the first plating layer 14 and / or the first plating layer 14 and / or the first plating layer 14 and / or Since the second plating layer 24 must be removed, the efficiency of the manufacturing process may be reduced.
  • the joint 30 when the aluminum content of the joint 30 is more than 1.5% by weight, the joint 30 may be softened, and the martensite fraction of the joint 30 is lowered after hot stamping, resulting in an aluminum-based plated blank ( 100) may deteriorate.
  • the joint 30 may include 0.05% by weight or more and less than 3.0% by weight of carbon (C).
  • the amount of carbon included in the joint 30 may be the sum of carbon mixed from the molten first coated steel sheet 10 , the second coated steel sheet 20 , and the filler wire 200 . If the carbon content of the joint 30 is less than 0.05% by weight, the joint 30 is softened so that the hardness of the joint 30 is greater than that of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20. Breakage may occur at the joint 30 because it is small. On the other hand, when the carbon content is 3.0% by weight or more, the hardness of the joint 30 is excessively increased, and brittle fracture may occur in the joint 30 due to an external impact or the like.
  • the joint 30 may contain silicon (Si) in an amount of 0.05% by weight or more and less than 1.0% by weight.
  • Si silicon
  • the joint 30 may contain silicon (Si) in an amount of 0.05% by weight or more and less than 1.0% by weight.
  • Si silicon
  • brittle fracture may occur in the joint 30 .
  • the content of silicon included in the joint 30 is 1.0% by weight or more, slag may be generated on the surface of the bead.
  • the joint 30 may include 1.0% by weight or more and less than 3.0% by weight of manganese (Mn).
  • the content of manganese (Mn) included in the joint 30 may be the sum of manganese mixed from the first molten coated steel sheet 10 , the second coated steel sheet 20 , and the filler wire 200 .
  • the joint 30 is softened during hot stamping, so that the hardness of the joint 30 is reduced to the first plated steel sheet 10 and the second plating It is smaller than the hardness of the steel plate 20, and fracture may occur at the joint 30.
  • the content of manganese is 3.0% by weight or more
  • the hardness of the joint 30 is excessively increased, and brittle fracture may occur in the joint 30 due to external impact, and the viscosity of the joint 30 when melted During degradation and transformation into a solid phase, the quality of the shape of the joint 30 may deteriorate and cracks may occur in the joint 30 due to the expansion of the expansion coefficient.
  • the joint portion 30 may include more than 0 and less than 0.2% by weight of phosphorus (P). When the phosphorus content of the joint 30 is 0.2% by weight or more, brittle fracture due to segregation may occur in the joint 30 .
  • the joint portion 30 may include more than 0 and less than 0.2% by weight of sulfur (S).
  • S sulfur
  • the content of sulfur (S) in the joint 30 is 0.2% by weight or more, cracks may occur in the joint 30 due to formation of inclusions.
  • the joint 30 may include 0.01 wt % or more and less than 0.5 wt % of titanium (Ti).
  • Ti titanium
  • the joint 30 is softened during hot stamping, so that the hardness of the joint 30 is reduced between the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 ) Smaller than the hardness of the joint 30 may cause breakage.
  • the content of titanium in the joint 30 is 0.5% by weight or more, brittle fracture may occur in the joint 30 .
  • the joint portion 30 may include boron (B) in an amount of 0.0005% by weight or more and less than 0.01% by weight.
  • B boron
  • the joint 30 is softened during hot stamping, and the hardness of the joint 30 is reduced to the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 It is smaller than the hardness of and may cause breakage in the joint 30.
  • the boron content of the joint 30 is 0.01% by weight or more, brittle fracture may occur in the joint 30 .
  • the joint portion 30 may include a first side portion 31 , a second side portion 33 , and a central portion 35 .
  • the first side portion 31 may be a portion of the joint portion 30 adjacent to the first coated steel sheet 10
  • the second side portion 33 may be a portion of the joint portion 30 adjacent to the second coated steel sheet 20.
  • the central portion 35 may be a portion located between the first side portion 31 and the second side portion 33 . That is, the center portion 35 of the joint portion 30 may be the center (or center) portion of the joint portion 30 .
  • the first side portion 31, the second side portion 33, and the center portion 35 of the joint portion 30 may be provided with the same width.
  • the width of the first side portion 31 may be 1/3 of the total width of the joint 30, and the width of the second side portion 33 may be 1/3 of the total width of the joint 30.
  • the width of the center portion 35 may be 1/3 of the total width of the joint portion 30 .
  • the present invention is not limited thereto.
  • the total width of the joint 30 may mean the width between the boundary between the joint 30 and the first coated steel sheet 10 and the boundary between the joint 30 and the second coated steel sheet 20. .
  • the first side portion 31 may include a first portion 31a, a second portion 31b, and a third portion 31c.
  • the first part 31a, the second part 31b, and the third part 31c of the first side part 31 may be sequentially arranged in a direction crossing the width direction of the joint part 30 .
  • the second side part 33 may include a fourth part 33a, a fifth part 33b, and a sixth part 33c.
  • the fourth part 33a, the fifth part 33b, and the sixth part 33c of the second side part 33 may be sequentially arranged in a direction crossing the width direction of the joint part 30 .
  • the central portion 35 may include a seventh portion 35a, an eighth portion 35b, and a ninth portion 35c.
  • the seventh portion 35a, the eighth portion 35b, and the ninth portion 35c of the central portion 35 may be sequentially arranged in a direction crossing the width direction of the joint portion 30 .
  • the average content of aluminum (Al) in the joint portion 30 including the first side portion 31, the second side portion 33, and the center portion 35 may be 0.5% by weight or more and 1.5% by weight or less. there is. Specifically, the average value of the aluminum (Al) content measured in the first part 31a to the ninth part 35c of the joint 30 may be 0.5% by weight or more and 1.5% by weight or less.
  • the standard deviation of the aluminum (Al) content of the joint portion 30 including the first side portion 31, the second side portion 33, and the center portion 35 may be 0 or more and 0.25 or less.
  • the standard deviation of the aluminum (Al) content measured in the first part 31a to the ninth part 35c of the joint 30 may be 0 or more and 0.25 or less.
  • the standard deviation of the aluminum (Al) content of the first side portion 31 may be 0 or more and 0.2 or less. Specifically, the standard deviation of the aluminum (Al) content measured in the first portion 31a, the second portion 31b, and the third portion 31c of the first side portion 31 may be 0 or more and 0.2 or less. When the standard deviation of the aluminum (Al) content of the first side portion 31 is greater than 0.2, it may mean that aluminum (Al) is unevenly distributed in the first side portion 31 .
  • the standard deviation of the aluminum (Al) content of the first side portion 31 is greater than 0.2, since aluminum (Al) is unevenly distributed in the first side portion 31, the Local aluminum (Al) segregation may occur on the first side portion 31 . Therefore, when the standard deviation of the aluminum (Al) content of the first side portion 31 is 0 or more and 0.2 or less, since aluminum (Al) is evenly distributed and present in the first side portion 31, the Local segregation of aluminum (Al) in the first side portion 31 can be prevented, the microstructure of the first side portion 31 can be made uniform after hot stamping, and at the same time, the joint portion 30 is fractured. can prevent doing so.
  • the standard deviation of the aluminum (Al) content of the second side portion 33 may be 0 or more and 0.2 or less. Specifically, the standard deviation of the aluminum (Al) content measured in the fourth part 33a, the fifth part 33b, and the sixth part 33c of the second side part 33 may be 0 or more and 0.2 or less. When the standard deviation of the aluminum (Al) content of the second side portion 33 is greater than 0.2, it may mean that aluminum (Al) is unevenly distributed in the second side portion 33 .
  • the standard deviation of the aluminum (Al) content of the second side portion 33 is greater than 0.2, since aluminum (Al) is unevenly distributed in the second side portion 33, the Local aluminum (Al) segregation may occur on the second side portion 33 . Therefore, when the standard deviation of the aluminum (Al) content of the second side portion 33 is 0 or more and 0.2 or less, since aluminum (Al) is evenly distributed and present in the second side portion 33, the Local segregation of aluminum (Al) on the second side portion 33 can be prevented, the microstructure of the second side portion 33 can be made uniform after hot stamping, and at the same time, breakage occurs at the joint portion 30 can prevent doing so.
  • first coated steel sheet 10 and the joint 30 are adjacent (eg, the first side portion 31) and the portion where the second coated steel sheet 20 and the joint portion 30 are adjacent (eg, the second side portion (eg, the second side portion))
  • aluminum (Al) segregation occurs in 33)
  • a portion where the first coated steel sheet 10 and the joint 30 are adjacent (eg, the first side portion 31) and a portion where the second coated steel sheet 20 and the joint 30 are adjacent (eg, the first side portion 31) is provided to be 0 or more and 0.2 or less, so that aluminum (Al) is evenly distributed in the first side portion 31 and the second side portion 33, and the first Breakage between the coated steel sheet 10 and the joint 30 and between the second coated steel sheet 20 and the joint 30 may be prevented or minimized.
  • the standard deviation of the aluminum (Al) content of the side adjacent to the steel sheet having a large product of tensile strength (MPa) and thickness (mm) after hot stamping among the first side portion 31 and the second side portion 33 is After stamping, the product of the tensile strength (MPa) and the thickness (mm) may be less than the standard deviation of the aluminum (Al) content of the side adjacent to the small steel sheet.
  • the product of tensile strength (MPa) and thickness (mm) which are relatively low in impact energy absorption performance, is more uniformly distributed with aluminum (Al) on the side adjacent to the steel plate to prevent breakage at the joint (30). It can be prevented.
  • the average hardness of the first coated steel sheet 10 and the average hardness of the second coated steel sheet 20 may be different from each other.
  • the average hardness of the joint portion 30 may be greater than at least one of the average hardness of the first base iron 12 and the average hardness of the second base iron 22 .
  • the average of the joint 30 may be greater than at least one of the average hardness of the first base iron 12 and the average hardness of the second base iron 22 .
  • the average hardness of the joint 30 after hot stamping is It may be greater than the average hardness of the first base iron 12 and the second base iron 22.
  • the joint 30 after hot stamping may be greater than the minimum hardness of a steel sheet having a small tensile strength among the first and second body irons 12 and 22 after hot stamping.
  • the minimum hardness of the joint 30 after hot stamping may be greater than the minimum hardness of the first body iron 12 and the second body iron 22 after hot stamping.
  • the minimum hardness of the joint 30 after hot stamping is hot It may be greater than the minimum hardness of the first base iron 12 and the second base iron 22 after stamping.
  • the joint 30 after hot stamping may be greater than the minimum hardness of a steel sheet having a small tensile strength among the first and second body irons 12 and 22 after hot stamping.
  • the minimum hardness of the joint 30 after hot stamping is greater than the minimum hardness of the first base iron 12 and the second base iron 22 after hot stamping, breakage of the joint 30 is prevented. or can be minimized.
  • the value obtained by multiplying the thickness of the joint 30 by the tensile strength of the joint 30 after hot stamping is the thickness of the first coated steel sheet 10 and the tensile strength of the first coated steel sheet 10 after hot stamping. It may be greater than at least one of a value obtained by multiplying the strength by the product of the thickness of the second coated steel sheet 20 and the tensile strength of the second coated steel sheet 20 after hot stamping.
  • the maximum thickness of the joint 30 and after hot stamping is greater than the value obtained by multiplying the thickness of the thin coated steel sheet among the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 by the tensile strength of the coated steel sheet after hot stamping.
  • the joint 30 when the aluminum-based plated blank 100 is combined with steel sheets of different components (eg, the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 each include a second alloy composition and a third alloy composition, or When the components of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 are different including the first alloy composition between the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20), the joint 30
  • the product of the maximum thickness and the tensile strength of the joint 30 after hot stamping may be greater than the product of the thickness of the first coated steel sheet 10 and the tensile strength of the first coated steel sheet 10 after hot stamping, It may be greater than a value obtained by multiplying the thickness of the second coated steel sheet 20 by the tensile strength of the second coated steel sheet 20 after hot stamping.
  • the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 may be different from each other at least one of strength and thickness.
  • the first base iron 12, the first plating layer 14, the second base iron 22, and the second plating layer 24 the first base iron 12, the first plating layer 14, the second base iron 22, and the second plating layer 24 .
  • the type and/or amount of the component melted into the joint 30 may be different depending on the strength and thickness of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20.
  • the filler wire 200 is used to prevent ferrite from being formed or excessively formed at the joint 30 at a temperature of Ac3 or higher during bonding of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20.
  • the content of the components can be varied in consideration of the components welded from the coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20, in particular, the first plating layer 14 and the second plating layer 24, and as a result, the joint ( 30) may vary in the content of austenite stabilizing elements.
  • the joint 30 is the first coated steel sheet ( 10) and a component system in which ferrite is not formed above the Ac3 temperature of the second coated steel sheet 20.
  • the joint 30 may be made of a component system in which ferrite is not formed at 840° C. or higher.
  • the area fraction of the joint 30 after the aluminum-based plated blank 100 is heated to 850 to 1000 ° C, then subjected to a hot stamping process in which press molding is performed and rapid cooling is performed at an average cooling rate of 10 to 500 ° C / s
  • It consists of a component system that can have a microstructure including 90% or more of martensite and the rest and other unavoidable structures.
  • the joint 30 may exist as a full austenite structure, and may be transformed into a martensite structure having an area fraction of 90% or more, preferably a full martensite structure, upon cooling.
  • the joint 30 may be composed of a component system in which ferrite is formed at a higher Ac3 temperature of the Ac3 temperature of the first coated steel sheet 10 and the Ac3 temperature of the second coated steel sheet 20.
  • the joint 30 after the hot stamping process may have a microstructure including martensite, ferrite, and other unavoidable structures.
  • a method of manufacturing an aluminum-based plated blank 100 includes arranging the edges of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 to face each other, and the first coated steel sheet 10 and Joint 30 connecting the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 by providing a filler wire 200 at the boundary of the second coated steel sheet 20 and irradiating a laser beam 310 It may include a bonding step of forming.
  • the side of the first coated steel sheet 10 and the side of the second coated steel sheet 20 may be disposed to face each other. At this time, the side surface of the first coated steel sheet 10 and the side surface of the second coated steel sheet 20 may come into contact with each other.
  • a filler wire 200 is provided at the boundary between the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20, and the laser head 300 irradiates the laser beam 310 to the first coated steel sheet.
  • a joint portion 30 connecting the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 may be formed at the boundary between (10) and the second coated steel sheet 20.
  • the joint 30 is formed by melting the first coated steel sheet 10, the second coated steel sheet 20, and the filler wire 200 by the laser beam 310, and through this process, the joint 30 Components of the first plating layer 14 of the first coated steel sheet 10 and the second plating layer 24 of the second coated steel sheet 20 may be welded. Therefore, the composition of the filler wire 200 should be determined in consideration of component penetration of the first plating layer 14 and the second plating layer 24 during laser welding.
  • filler wire 200 may include an austenite stabilizing element.
  • the filler wire 200 may include one or more austenite stabilizing elements of carbon (C) and manganese (Mn), the balance of which is iron (Fe), and unavoidable impurities.
  • the content of carbon (C) in the filler wire 200 may be 0.1 wt% or more and 1.0 wt% or less
  • the content of manganese (Mn) may be 0.1 wt% or more and 10.0 wt% or less.
  • the filler wire 200 is melted into the joint 30, and the component system of the joint 30 can be adjusted.
  • the filler wire 200 contains 0.1 wt% or more and 1.0 wt% or less of carbon (C), 0.1 wt% or more and 2.0 wt% or less of silicon (Si), 0.1 wt% or more and 10.0 wt% or less of manganese (Mn), It may contain phosphorus (P) greater than 0 and 0.1% by weight or less, sulfur (S) greater than 0 and 0.1% by weight or less, the balance of iron (Fe) and other unavoidable impurities.
  • C carbon
  • Si silicon
  • Mn manganese
  • P phosphorus
  • S sulfur
  • Fe iron
  • the filler wire 200 contains 0.4 wt% or more and 0.9 wt% or less of carbon (C), 0.15 wt% or more and 0.35 wt% or less of silicon (Si), 0.3 wt% or more and 4.5 wt% or less of manganese (Mn), phosphorus (P) more than 0.03% by weight or less, sulfur (S) more than 0.03% by weight or less, the balance of iron (Fe) and other unavoidable impurities.
  • C carbon
  • Si silicon
  • Mn manganese
  • P phosphorus
  • S sulfur
  • Fe iron
  • the filler wire 200 may include 0.1% by weight or more and 1.0% by weight or less of carbon (C). Preferably, the filler wire 200 may include 0.4% by weight or more and 0.9% by weight or less of carbon (C).
  • the content of carbon (C) included in the filler wire 200 is less than 0.4% by weight, the joint 30 is softened so that the hardness of the joint 30 is reduced between the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet ( 20), fracture may occur at the joint 30.
  • the content of carbon (C) included in the filler wire 200 exceeds 0.9% by weight, brittle fracture may occur at the joint 30 .
  • the filler wire 200 may include silicon (Si) in an amount of 0.1% by weight or more and 2.0% by weight or less. Preferably, the filler wire 200 may include silicon (Si) in an amount of 0.15% or more and 0.35% or less.
  • silicon (Si) included in the filler wire 200 is less than 0.15 jungnang%, brittle fracture may occur at the joint 30 .
  • the content of silicon (Si) included in the filler wire 200 is greater than 0.35% by weight, slag may be generated on the surface of the bead.
  • the filler wire 200 may include 0.1% by weight or more and 10.0% by weight or less of manganese (Mn). Preferably, the filler wire 200 may include 0.3% by weight or more and 4.5% by weight or less of manganese (Mn).
  • Mn manganese
  • the joint 30 is softened so that the hardness of the joint 30 is reduced between the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet ( 20), fracture may occur at the joint 30.
  • the content of manganese (Mn) included in the filler wire 200 exceeds 4.5% by weight, brittle fracture may occur at the joint 30 .
  • the filler wire 200 may include more than 0 and 0.1% by weight or less of phosphorus (P). Preferably, the filler wire 200 may include more than 0 and 0.03% by weight or less of phosphorus (P). When the content of phosphorus (P) included in the filler wire 200 exceeds 0.03% by weight, brittle fracture due to segregation may occur.
  • the filler wire 200 may include more than 0 and 0.1% by weight or less of sulfur (S). Preferably, the filler wire 200 may include more than 0 and 0.03% by weight or less of sulfur (S). When the content of sulfur (S) included in the filler wire 200 is greater than 0.03% by weight, cracks may occur due to formation of inclusions.
  • the austenite stabilizing element added to the filler wire 200 forms the joint portion.
  • the microstructure of (30) may have a martensitic structure of 90% or more in area fraction after hot stamping, preferably a full martensitic structure. That is, according to the present invention, even if the components of the first plating layer 14 and the second plating layer 24 are mixed into the joint 30 without removing the first plating layer 14 and the second plating layer 24, the joint It is possible to prevent deterioration in hardness and strength of (30), thereby preventing breakage of the joint (30).
  • the austenite stabilizing element added to the filler wire 200 prevents the microstructure of the joint 30 from containing excessive ferrite after hot stamping to prevent breakage at the joint 30. can do.
  • the laser beam 310 may be irradiated to form a pattern at a predetermined angle based on the formation direction of the joint 30. there is.
  • the pattern may be formed by moving at least one of the first coated steel sheet 10 , the second coated steel sheet 20 , and the laser head 300 when the laser beam 310 is irradiated.
  • the laser beam 310 is pattern-moved at a predetermined angle with the direction in which the joint 30 is formed, and the filler wire 200 and the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 are moved.
  • the joint 30 may be formed by melting.
  • the joint 30 may be formed by moving at least one of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 and the laser head 300 while irradiating the laser beam 310 while moving in a pattern.
  • “relative movement” means movement of one or more of the first coated steel sheet 10, the second coated steel sheet 20, and the laser head 300.
  • the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 may form the joint 30 by moving the laser head 300 in a stationary state.
  • FIG. 2 (a) schematically shows a process of forming the joint 30 by pattern movement of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 .
  • the laser head 300 is fixed and the filler wire 200 is supplied toward the facing portions of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20, A beam 310 may be irradiated.
  • the joint portion 30 may be formed by irradiating the laser beam 310 while performing a pattern movement so that the moving path Y1 forms a predetermined angle with the forming direction Y2 of the joint portion 30 .
  • FIG. 2(b) schematically shows a process of forming the joint 30 while the laser head 300 moves.
  • the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 are in a fixed state, and the portion where the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 face each other
  • the filler wire 200 is supplied toward the , and the laser head 300 moves so that the laser beam 310 can be irradiated.
  • the laser head 300 moves in parallel in the same direction D2 as the direction Y2 in which the joint 30 is formed, and at the same time, the moving path Y1 of the laser beam 310 moves along the joint 30 It is possible to form the joint 30 by irradiating the laser beam 310 while performing a pattern motion to form a predetermined angle with the forming direction Y2 of the .
  • the laser beam 310 may pattern move at 45° or more and less than 90° with respect to the joint forming direction Y2.
  • the laser beam 310 may move in a direction different from the movement direction D2 of the laser head 300 .
  • the movement direction of the laser beam 310 may form a constant angle with the movement direction D2 of the laser head 300 .
  • the movement direction of the laser beam 310 may be a direction perpendicular to the movement direction D2 of the laser head 300 .
  • the laser beam 310 may pattern move at an angle of 45° or more and less than 90° with respect to the movement direction D2 of the laser head 300 .
  • the laser beam 310 may be irradiated while performing a pattern motion having a predetermined angle with the direction Y2 of forming the joint 30 . Therefore, compared to the case where the laser beam 310 is irradiated in the same direction as the direction Y2 of forming the joint 30, the intensity of the laser beam 310 on the surfaces of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 As the moving length becomes longer, not only the area where the energy of the laser beam 310 can be transmitted to the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 is widened, but also the moving path of the laser beam 310 ( Y1) and the laser beam 310 depending on the size of the radius, the area where the energy is transmitted may overlap, and the components of the first plating layer 14, the components of the second plating layer 24, and the components of the filler wire 200 may overlap. It is possible to form the joint 30 by sufficiently diluting with the components of the first base iron 12 and the second base iron 22.
  • the laser beam 310 may have a frequency of 100 to 1500 Hz and a power of 1 to 20 kW.
  • the power of the laser beam 310 may mean an output value of the laser oscillation unit, and the frequency of the laser beam 310 may mean a frequency of pattern movement of the laser beam 310 .
  • the formation speed of the joint 30 is 1 m/min or more, the laser frequency is 1500 Hz or less, and the laser beam 310 power is 20 kW or less for minimum productivity. and business feasibility may be secured.
  • high-performance equipment is required, which increases the size of the equipment and increases the price of the equipment.
  • the forming speed of the joint 30 means the displacement per unit time in which the laser head 300 moves relative to the joint forming direction Y2.
  • the forming speed of the joint 30 may be 1 to 10 m/min.
  • the forming speed of the joint 30 exceeds 10 m/min, even if the laser beam 310 is irradiated with a frequency of 100 to 1500 Hz, a power of 1 to 20 kW, and a beam radius of 0.1 to 1.0 mm, the laser beam (310)
  • the angle between the movement path Y1 and the direction Y2 in which the joint 30 is formed increases, so that the first plating layer 14, the second plating layer 24, and the second plating layer 24 are formed by the laser beam 310.
  • the first base iron 12 and the second base iron 22 are melted, the components of the first plating layer 14 and the second plating layer 24 change to the first base iron 12 and the second base iron 22
  • the forming speed of the joint 30 may be 15 to 170 mm/sec.
  • the forming speed of the joint 30 may be 1 to 7 m/min. More preferably, the forming speed of the joint 30 may be 15 to 120 mm/sec.
  • the radius of the laser beam 310 may be 0.1 to 1.0 mm. In order for the radius of the laser beam 310 to exceed 1.0 mm, the distance between the filler wire 200, the first and second coated steel sheets 10 and 20, and the laser head 300 must be close. In this case, the filler wire ( 200) is supplied or when the filler wire 200 is consumed, there is not enough space to replace it, and thus manufacturing process efficiency may decrease. On the other hand, when the radius of the laser beam 310 is less than 0.1 mm, as shown in FIG. 3 , an area S where the laser beam 310 is not irradiated may exist. Referring to FIG.
  • a region S may exist.
  • the frequency of the laser beam 310 is less than 100 Hz, the distance between the spots of the laser beam 310 increases, so the laser beam power of 1 to 20 kW, the radius of the laser beam 310 of 0.1 to 1.0 mm, and the When the laser beam 310 is irradiated even when the condition for forming the joint 30 of 7 m/min is satisfied, the components of the first plating layer 14 and the second plating layer 24 are changed to the first base iron 12 and There may be a part that is not sufficiently diluted in the components of the second base iron 22 .
  • the power of the laser beam 310 is less than 1 kW
  • the frequency of the laser beam 310 is 100 to 1500 Hz
  • the radius of the laser beam 310 is 0.1 to 1.0 mm
  • the joint 30 forming speed is 1 to 7 m/min. is satisfied, even if the energy transmitted to the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 is insufficient and the laser beam 310 is irradiated, the first plating layer 14 and the second plating layer 24 There may be a part in which the component is not sufficiently diluted with the components of the first and second base irons 12 and 22 .
  • a first laser beam and a second laser beam spaced apart from each other may be irradiated.
  • the first laser beam melts the filler wire 200, the first plating layer 14, the second plating layer 24, the first base iron 12 and the second base iron 22, and
  • the sum of powers of the first laser beam and the second laser beam may be 1 to 20 kW.
  • the joint 30 may be greater than at least one of the average hardness of the first and second substrate irons 12 and 22, and preferably, the minimum hardness of the joint 30 is the first and second irons. It may be greater than the minimum hardness of the second holding iron 22.
  • the minimum hardness of the joint 30 after hot stamping is hot It may be greater than the minimum hardness of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20 after stamping.
  • the joint 30 after hot stamping may be greater than the minimum hardness of a steel sheet having a small tensile strength among the first and second substrate irons 12 and 22 after hot stamping.
  • the forming speed of the joint 30 is 15 to 120 mm/sec, and at this time, the frequency of the laser beam 310, the radius of the laser beam 310, and the forming speed of the joint 30 are related by Equation 1 below. can satisfy:
  • Equation 1 ⁇ is 0.7, f is the frequency of the laser beam (Hz), r is the radius of the laser beam measured on the surface of the coated steel sheet (mm), and v is the joint formation speed (mm/sec)) .
  • the frequency, power, radius, and formation speed of the joint 30 of the laser beam 310 of Equation 1 are controlled, in order to secure sufficient tensile strength of the joint 30, the aluminum (Al) segregation area fraction must be lowered. To do so, the laser beam 310 is irradiated from the laser head 300 as well as the frequency, power, radius, and joint 30 forming speed of the laser beam 310 to form the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet.
  • the present inventors through excessively repeated experiments, use the correction coefficient ( ⁇ ) in consideration of the various situations described above to determine the size of the joint 30 only with the frequency and radius of the laser beam 310 and the forming speed of the joint 30. Conditions that can secure sufficient tensile strength were derived.
  • the aluminum (Al) segregation area fraction can be lowered to 5% or less.
  • the forming speed of the joint 30 is preferably 1 to 7 m/min, and more preferably, the forming speed of the joint 30 may be 15 to 120 mm/sec.
  • the formation speed of the joint 30 is high, there is a problem in that time for evenly transferring energy to the joint 30 is insufficient.
  • the condition of forming the joint 30 of 120 to 170 mm/s excessive segregation of aluminum (Al) in the joint may occur even if Equation 1 is satisfied.
  • the interface between the joint 30 and the first coated steel sheet 10 and the joint 30 and the second coated steel sheet It is possible to prevent aluminum (Al) segregation from occurring at the interface of (20).
  • the pattern angle is the direction of formation of the joint 30 (Y2) and the moving path of the laser beam (Y1) on the surfaces of the first coated steel sheet 10 and the second coated steel sheet 20. ) is the angle formed by
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an aluminum-based blank manufacturing apparatus according to an embodiment.
  • a laser oscillation unit 500 for generating a laser light source and two or more aluminum-based coated steel sheets are disposed, and an edge of one aluminum-based coated steel sheet and another aluminum plated steel sheet are disposed.
  • the steel plate loading unit 400 disposed so that the edges of the coated steel sheet face each other, the wire supply unit 210 for supplying the filler wire 200 for forming the joint of the aluminum-based coated steel sheet, and the laser oscillation unit 500 supply It may include a laser head 300 for irradiating a laser beam 310 to portions of the aluminum-based coated steel sheet facing each other and the supplied filler wire 200 using a laser light source.
  • the aluminum-based coated steel sheet may be the first coated steel sheet 10 (FIG. 1(a)) and the second coated steel sheet 20 (FIG. 1(a)) described above.
  • the laser head 300 is fastened to the robot arm 320 and can move in the opposite direction to the direction in which the joint is formed.
  • the aluminum-based coated steel sheet may be moved in the same direction as the direction in which the joint is formed by using the steel sheet loading unit 400 .
  • the laser beam 310 When joining the steel plates, the laser beam 310 is irradiated to form a pattern of a predetermined angle based on the direction of formation of the joint, and the laser beam 310 may have a frequency of 100 to 1500 Hz and a power of 1 to 20 kW.
  • the forming speed of the joint may be 1 to 10 m/min, preferably 15 to 170 mm/sec.
  • the pattern may be formed by pattern movement of at least one of the aluminum-based coated steel sheet of the steel sheet loading unit and the laser beam 310 .
  • it is formed in an adhesion amount of 20 to 100 g / m 2 on at least one surface of the base iron and base iron including sulfur (S) 0 and 0.1% by weight or less, the balance of iron (Fe) and other unavoidable impurities, and aluminum (Al ), but two or more aluminum-based coated steel sheets having different strengths and thicknesses were prepared.
  • the plating layer of the aluminum-based coated steel sheet is formed on the surface of the base iron and is formed between the surface layer containing 80% by weight or more of aluminum (Al), and between the surface layer and the base iron, respectively, and is formed of aluminum-iron (Al-Fe) and aluminum-iron- A diffusion layer containing a silicon (Al-Fe-Si) compound and containing 20 to 60% by weight of iron (Fe) was included.
  • the edge of one coated steel sheet and the edge of the other coated steel sheet among two or more aluminum-based coated steel sheets were disposed to face each other in the steel sheet loading unit of the aluminum-based coated blank manufacturing apparatus. Then, a filler wire is supplied from the wire supply unit to the portion where the aluminum-based coated steel sheets face each other, and a laser beam is irradiated to melt the portion where the aluminum-based coated steel sheet faces each other and the filler wire to form a joint, thereby forming aluminum-based plating.
  • a blank was prepared.
  • laser beams were irradiated to form a pattern of a predetermined angle based on the direction of formation of the joint, and bonding was performed. Specifically, while the laser head moved in parallel in the same direction as the joint forming direction, the laser beam was irradiated while pattern-moving at 60° with respect to the joint forming direction. In addition, the laser beam was irradiated with a frequency of 100 Hz, a beam power of 1 kW, and a beam radius of 0.1 mm, and the joint was formed at a forming speed of 1 m/min.
  • Table 1 below shows fracture occurrence sites during a tensile test after hot stamping according to the standard deviation of the aluminum content in the joint.
  • Example 1 0.5 0.11 0.08 0.16 coated steel sheet
  • Example 2 0.9 0.05 0.02 0.05 coated steel sheet
  • Example 3 1.50 0.25 0.20 0.16 coated steel sheet Comparative Example 1 0.60 0.25 0.21 0.16 joint Comparative Example 2 1.50 0.26 0.04 0.08 joint Comparative Example 3 1.40 0.23 0.22 0.04 joint Comparative Example 4 1.50 0.12 0.02 0.21 joint Comparative Example 5 1.60 0.06 0.08 0.07 joint
  • the average content of aluminum (Al) in the joint 30 may be 0.5% by weight or more and 1.5% by weight or less.
  • the joint portion 30 may include a first side portion 31, a second side portion 33, and a central portion 35, and the standard deviation of the aluminum (Al) content of the joint portion 30 is 0 or more. It may be 0.25 or less, and the standard deviation of the aluminum (Al) content of the first side part 31 and the second side part 33 may be 0 or more and 0.20 or less.
  • the aluminum-based plated blank 100 is hot-stamped and then coated steel sheet (e.g., the first coated steel sheet) in a tensile test. It can be confirmed that fracture occurs in (10) and/or the second coated steel sheet 20.
  • Comparative Example 2 is a case where the standard deviation of the aluminum (Al) content of the joint 30 exceeds 0.25, and the standard deviation of the aluminum (Al) content of the joint 30 exceeds 0.25 even when other conditions are satisfied.
  • hot stamping the aluminum-based plating blank 100 it can be confirmed that fracture occurs at the joint 30 during a tensile test.
  • Comparative Example 4 is a case where the standard deviation of the aluminum (Al) content of the second side portion 33 exceeds 0.20, and the standard deviation of the aluminum (Al) content of the second side portion 33 is 0.20 even when other conditions are satisfied. If it exceeds, it can be confirmed that breakage occurs at the joint 30 during a tensile test after hot stamping the aluminum-based plated blank 100.
  • Comparative Example 5 is a case where the average content of aluminum (Al) in the joint 30 exceeds 1.5% by weight, and the average content of aluminum (Al) in the joint 30 is 1.5% by weight even when other conditions are satisfied. If it exceeds, it can be confirmed that fracture occurs at the joint 30 during a tensile test after hot stamping the aluminum-based plated blank 100.
  • the average content of aluminum (Al) of the joint 30 is 0.5% by weight or more and 1.5% by weight or less, and the standard deviation of the aluminum (Al) content of the joint 30 is 0 or more and 0.25 or less. In this case, it is possible to prevent or minimize breakage of the joint 30 during a tensile test after hot stamping the aluminum-based plated blank 100 .
  • first coated steel sheet 10 and the joint 30 are adjacent (eg, the first side portion 31) and a portion where the second coated steel sheet 20 and the joint 30 are adjacent (eg, the second side portion 31) Since the standard deviation of the aluminum (Al) content of the side portion 33 is 0 or more and 0.2 or less, aluminum (Al) is evenly distributed on the first side portion 31 and the second side portion 33, and the first plated steel sheet ( 10) and the joint 30, or between the second coated steel sheet 20 and the joint 30, the occurrence of fracture can be prevented or minimized.
  • An aluminum-based plated blank was manufactured in the same manner as in Experimental Example 1 described above, except that the aluminum-based plated steel sheets were joined by applying the laser beam power, beam radius, frequency, and joint forming speed conditions in Table 2 below.
  • each specimen was heated to an austenite single-phase temperature or higher (Ac3 or higher) and 10 to 500 ° C / 300 ° C or less.
  • the hardness values of the joint of the aluminum-based plated blank and the aluminum-coated steel sheet were measured.
  • the hardness was measured by the Vickers hardness test method for metal materials (load 300g), and when the minimum hardness of the joint was greater than or equal to the minimum hardness of the plated steel sheet, it was judged as Pass and less than the minimum hardness as Fail.
  • Table 2 The results are shown in Table 2 below.
  • the minimum hardness of the joint is the smallest value among the hardness values of the joint measured at 5 points spaced apart at regular intervals, and the minimum hardness of the plated steel sheet (or base iron) is measured at 5 points spaced apart at regular intervals. It is the smallest value among hardness values of steel sheet (or base iron).
  • energy density is "the value obtained by dividing the beam power P (kW) of the laser oscillator by the laser beam area ( ⁇ r 2 ) on the surface of the steel sheet (where r is the radius of the laser beam)" Assume.
  • the aluminum-based coated steel sheets were joined by applying the laser beam power, beam radius, frequency, joint formation speed according to Tables 3 to 6 below, and the conditions according to Equation 1 below, and the laser head was directed in the same direction as the joint formation direction.
  • An aluminum-based plated blank was manufactured in the same manner as in Experimental Example 1 described above, except that the laser beam was irradiated with a pattern motion of 45° with respect to the joint formation direction while moving in parallel to .
  • Equation 1 ⁇ is 0.7, f is the frequency of the laser beam (Hz), r is the radius of the laser beam measured on the surface of the coated steel sheet (mm), and v is the joint formation speed (mm/sec)) .
  • each specimen was heated to an austenite single-phase temperature or higher (Ac3 or higher) and cooled at 10 to 500 ° C/s to 300 ° C or lower. cooled at speed. Then, the aluminum segregation area fraction and tensile test of the joint of each specimen were performed, and the results are shown in Tables 3 to 6 below. Specifically, the measurement of the area fraction of aluminum (Al) segregation in the joint was shown as the average value of the Al segregation area fraction in the three specimens, and the tensile test results showed that all three specimens broke at the joint after applying a tensile force to the specimen. The case where it did not occur was marked as Pass, and the case where rupture occurred more than once at the joint was marked as Fail.
  • Example 20 One One 0.1 1500 4.66 4.2 Pass Example 21 One One One One 100 3.51 3.6 Pass Example 22 One One One 1500 23.34 5 Pass Example 23 One 3 0.1 1500 2.16 1.1 Pass Example 24 One 3 0.4 130 1.03 One Pass Example 25 One 3 0.4 1500 5.7 3.1 Pass Example 26 One 3 One 100 1.63 1.1 Pass Example 27 One 3 One 1500 10.82 4.2 Pass Example 28 One 5 0.1 1500 1.51 1.6 Pass Example 29 One 5 One 100 1.14 1.2 Pass Example 30 One 5 One 1500 7.57 3.9 Pass Example 31 One 7 0.1 1500 1.2 1.3 Pass Example 32 One 7 One 1500 5.98 3.3 Pass Comparative Example 18 One One One 0.1 100 0.7 18.7 Fail Comparative Example 19 One One 0.1 160 0.98 18.3 Fail Comparative Example 20 One 3 0.1 100 0.33 14.2 Fail Comparative Example 21 One 3 0.4 100
  • Example 33 One 0.1 1500 4.66 4.9 Pass Example 34 3 One One 100 3.51 4.8 Pass Example 35 3 One One 1500 23.34 4.8 Pass Example 36 3 3 0.1 1500 2.16 2.1 Pass Example 37 3 3 0.4 130 1.03 0 Pass Example 38 3 3 3 0.4 1500 5.7 3.9 Pass Example 39 3 3 One 100 1.63 1.2 Pass Example 40 3 3 One 1500 10.82 4.6 Pass Example 41 3 5 0.1 1500 1.51 1.4 Pass Example 42 3 5 One 100 1.14 0.9 Pass Example 43 3 5 One 1500 7.57 3.1 Pass Example 44 3 7 0.1 1500 1.2 1.2 Pass Example 45 3 7 One 1500 5.98 3.9 Pass Comparative Example 28 3 One 0.1 100 0.7 15.1 Fail Comparative Example 29 3 One 0.1 160 0.98 14.6 Fail Comparative Example 30 3 3 3 0.1 100 0.33 12.8 Fail Comparative Example 31 3 3 3 3
  • the aluminum-based coated steel sheets were joined by applying the laser beam power, joint formation speed, beam radius, and frequency according to Tables 7 and 8 below, and the laser head moves in parallel in the same direction as the joint formation direction, while the laser beam
  • An aluminum-based plated blank was manufactured in the same manner as in Experimental Example 1, except that the pattern angles of the conditions in Tables 7 and 8 were irradiated with respect to the direction of forming the silver joint.
  • the pattern angle means an angle formed between the direction of forming the joint and the moving path of the laser beam on the surface of the plated steel sheet when the joint is formed.
  • each specimen was heated to an austenite single phase temperature or higher (Ac3 or higher) and cooled at 10 to 500 ° C/s to 300 ° C. cooled at speed. Then, the area fraction of aluminum segregation at the joint of each specimen, whether or not aluminum segregation occurred at the interface of the joint, and the tensile test results are shown in Tables 7 and 8 below. Specifically, the measurement of the area fraction of aluminum (Al) segregation in the joint was shown as the average value of the Al segregation area fraction in the three specimens, and the tensile test results showed that all three specimens broke at the joint after applying a tensile force to the specimen. The case where it did not occur was judged as X, and the case where fracture occurred more than once at the joint was judged as ⁇ .
  • FIG. 5(a) shows a cross-section of an aluminum-based plated blank manufactured by a conventional method in which a laser beam is bonded but the laser beam is not applied at a predetermined pattern angle
  • FIG. 5(b) is an aluminum-based blank of Example 1. This is an optical micrograph showing the cross section of the blank.
  • Figure 6 (a) is a graph showing the change in hardness by region after hot stamping of the aluminum-based blank of Example 10
  • Figure 6 (b) is a graph showing the change in hardness by region of the aluminum-based blank of Comparative Example 10.
  • 6(a) and 6(b) in Example 10, the minimum hardness of the joint 30 after hot stamping was greater than or equal to the minimum hardness of the plated steel sheet (or base iron), but the present invention In the case of Comparative Example 10 out of the condition of hot stamping, it was found that the minimum hardness of the joint 30 after hot stamping was less than the minimum hardness of the plated steel sheet (or base iron).
  • FIG. 7(a) shows a cross section of an aluminum-based blank of Example 37
  • FIG. 7(b) is an optical micrograph showing a cross section of an aluminum-based blank of Comparative Example 33.
  • Example 37 the aluminum-based blank of Example 37 minimized aluminum segregation at the joint, but in the case of Comparative Example 33 outside the condition of Equation 1 of the present invention, Example 37 In comparison, it was found that the occurrence of aluminum segregation in the joint increased.

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Abstract

본 발명의 일 실시예는, 제1 도금강판; 상기 제1 도금강판과 연결된 제2 도금강판; 및 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판의 경계에서 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판을 연결하는 이음부;를 포함하는 알루미늄계 도금 블랭크를 개시한다.

Description

알루미늄계 도금 블랭크 및 이의 제조방법
본 발명은 알루미늄계 도금 블랭크 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
차량에는 다양한 강도를 갖는 부품들이 사용된다. 예를 들어 차량 충돌 또는 전복 시 에너지를 흡수해야 하는 부분들은 비교적 약한 강도가 요구되며, 탑승자의 생존공간 확보를 위해 형상 유지가 필요한 부분은 강한 강도가 요구된다.
충돌 시 에너지를 흡수해야 하는 부분이 강도가 지나치게 높으면 충격에너지를 적절하게 흡수하지 못하고 다른 부분으로 그대로 전달하게 되어, 오히려 탑승객과 차량의 다른 부품들에 과도한 충격을 전달하는 문제점을 가져오기 때문이다.
차량은 지속적으로 경량화와 원가절감이 요구되고 있으며, 이에 따라 하나의 부품이 부분적으로 서로 다른 이종 강도를 갖는 것이 필요하게 되었다.
부품의 일부 구간은 탑승자 보호를 위해 고강도가 요구되지만, 일부 구간은 충격 에너지 흡수를 위해 상대적으로 낮은 강도가 요구되는 것이다.
이러한 부품에는 대표적으로 승용차의 B 필러를 예로 들 수 있다. B 필러의 하부는 상대적으로 낮은 인장강도가 요구되고, B 필러의 상부는 높은 인장강도가 요구된다. 강도의 차이가 필요한 이유는 차량 충돌 시 고강도로 형상이 유지되어야 하는 부분(전복 시 루프를 지탱해야 하는 상부)과 찌그러지면서 충격을 흡수해야 하는 부분(타 차량과 측면 충돌 가능성이 높이 하부)이 동시에 필요하기 때문이다.
또한, 탑승객의 부상을 방지할 수 있는 안정된 공간을 확보하기 위하여 B 필러의 상부는 형상이 유지되어야 하므로 고강도가 요구된다. B 필러의 상부 강도가 확보되지 않으면 차량 전복될 경우 루프가 내려 앉아 탑승객의 안전에 큰 위협이 된다. 그러나 B 필러의 하부는 변형이 되면서 충격에너지를 흡수해야 하므로 상대적으로 낮은 강도가 요구된다. B 필러의 하부도 고강도를 가지게 되면 측면 충돌 시 충돌에너지의 흡수가 이루어지지 않아 다른 구조재에 충격이 전달되기 때문이다.
구체적인 요구 강도는 차량의 종류나 형태에 따라 다르겠지만, B 필러의 상부의 경우 약 1350 MPa 이상의 인장강도가 요구되는 반면에, B 필러의 하부의 경우에는 약 450 MPa 이상 약 1350 MPa 미만의 인장강도가 요구된다.
종래에는 저강도의 소재로 부품을 형성한 후, 고강도가 요구되는 부분에 별도의 보강재를 부착하는 방식을 사용하기도 하였으나, 하나의 부품이 구간적으로 다른 강도가 요구되는 경우 상부는 경화능이 높은 소재(또는 두께가 두꺼운 소재)를 사용하고, 하부는 강도가 낮고 경화능이 낮은 소재(또는 두께가 얇은 소재)를 사용하여 두 소재를 레이저로 접합하여 블랭크를 만들고 핫스탬핑 공정을 거쳐 최종 제품을 제작하고 있었다.
한편 테일러 웰디드 블랭크(TWB)는 재질 및 두께 중 하나 이상이 상이한 2 이상의 강판 소재를 접합하여 제조되는 부품이다. 이러한 TWB용 강판 소재로는 표면에 Al-Si 도금층이 사용된다.
그러나 도금강판 소재를 레이저로 접합하게 되면, 도금층의 성분이 접합(이음)부의 용융풀 내로 용입되기 때문에 접합부는 모재와 다른 물성을 가지게 된다. 도금층이 알루미늄-실리콘(Al-Si) 또는 아연(Zn)계인 경우, 레이저 접합시에 도금성분이 접합부로 혼입되어 기계적 물성 저하를 가져오게 된다.
이에 필러 와이어의 성분에 의해 접합부의 강도 저하현상을 해결하거나 최소화 할 수 있으나, 소재(도금 부착량이 많은 소재) 및 접합조건(고 접합속도)에 따라서 혼입된 도금층 성분(Al)이 골고루 모재와 희석되지 못하여 편석이 발생하는 등의 문제가 발생하여, 필러 와이어 성분에 의한 효과만으로는 불충분할 수 있다.
본 발명과 관련한 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1637084호(2016.07.06. 공고, 발명의 명칭: 필러와이어 및 이를 이용한 맞춤 용접블랭크 제조방법)에 개시되어 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 블랭크 이음부의 경도 및 물성 저하를 최소화할 수 있는 알루미늄계 도금 블랭크를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 블랭크 이음부의 편석 발생 등의 결함 발생을 방지할 수 있는 알루미늄계 도금 블랭크를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 핫스탬핑 공정 이후 블랭크 이음부의 물성 저하를 최소화할 수 있는 알루미늄계 도금 블랭크를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 알루미늄계 도금 블랭크의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는, 알루미늄계 도금 블랭크로서, 제1 도금강판; 상기 제1 도금강판과 연결된 제2 도금강판; 및 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판의 경계에서 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판을 연결하는 이음부;를 포함하고, 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판 각각은, 소지철과 상기 소지철의 적어도 일면에 20~100g/m2의 부착량으로 형성되며 알루미늄(Al)을 포함하는 도금층을 포함하고, 상기 이음부는 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 이음부의 알루미늄(Al)의 평균 함량은 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하인, 알루미늄 도금 블랭크가 제공된다.
본 실시예에 있어서, 상기 이음부의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 0 이상 0.25 이하일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 도금층은, 상기 소지철의 표면에 형성되며 알루미늄(Al)을 80 중량% 이상 포함하는 표면층; 및 상기 표면층과 상기 소지철 사이에 형성되는 확산층;을 포함하고, 상기 확산층은, 알루미늄-철(Al-Fe) 및 알루미늄-철-실리콘(Al-Fe-Si) 화합물을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 소지철은 탄소(C) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.01 중량% 이상 내지 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0.3 중량% 이상 내지 2.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 알루미늄계 도금 블랭크의 제조방법으로서, 제1 도금강판과 제2 도금강판의 가장자리를 서로 마주보도록 배치하는 단계; 및 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판의 경계에 필러 와이어를 제공하고, 레이저 빔을 조사하여 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판을 연결하는 이음부를 형성하는 접합 단계;를 포함하고, 상기 이음부는 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 제1 도금강판, 상기 제2 도금강판 및 상기 필러 와이어가 함께 용융되어 형성되며, 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판 각각은, 소지철과 상기 소지철의 적어도 일면에 20~100g/m2의 부착량으로 형성되며 알루미늄을 포함하는 도금층을 포함하고, 상기 이음부는 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 이음부의 알루미늄(Al)의 평균 함량은 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하인, 알루미늄계 도금 블랭크 제조방법이 제공된다.
본 실시예에 있어서, 상기 레이저 빔은 상기 경계를 가로질러 왕복운동을 하도록 조사되고, 상기 레이저 빔은 주파수 100~1500Hz, 파워 1~20kW이며, 상기 이음부의 형성 속도는 15~170mm/sec일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 이음부의 형성 속도는 15~120mm/sec이고, 상기 레이저 빔의 주파수, 레이저 빔 반경 및 상기 이음부의 형성 속도는 하기 식 1의 관계를 만족할 수 있다.
[식 1]
Figure PCTKR2022001407-appb-I000001
(상기 식 1에서, α는 0.7이고, f는 상기 레이저 빔의 주파수(Hz), r은 도금강판의 표면에서 측정한 상기 레이저 빔의 반경(mm) 및 v는 상기 이음부의 형성 속도(mm/sec)이다.)
본 실시예에 있어서, 상기 이음부의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 0 이상 0.25 이하일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 도금층은, 상기 소지철의 표면에 형성되며 알루미늄(Al)을 80 중량% 이상 포함하는 표면층; 및 상기 표면층과 상기 소지철 사이에 형성되는 확산층;을 포함하고, 상기 확산층은, 알루미늄-철(Al-Fe) 및 알루미늄-철-실리콘(Al-Fe-Si) 화합물을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 소지철은 탄소(C) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.01 중량% 이상 내지 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0.3 중량% 이상 내지 2.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 필러 와이어는 탄소(C) 및 망간(Mn) 중 하나 이상의 오스테나이트 안정화 원소와 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 상기 레이저 빔이 조사 시, 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판 및 상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드 중 하나 이상이 운동할 수 있다.
본 발명은 블랭크 이음부의 경도 및 물성 저하를 최소화할 수 있으며, 블랭크 이음부의 편석 발생 등의 결함 발생을 방지할 수 있고, 편석이 핫스탬핑 공정에 의해 Al-Fe 화합물로 상변화하여 발생하는 이음부 파단을 최소화할 수 있다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 각각 일 실시예에 따른 알루미늄계 도금 블랭크를 개략적으로 도시한 단면도들이다.
도 2(a) 및 도 2(b)는 각각 일 실시예에 따른 알루미늄계 도금 블랭크 제조 과정을 개략적으로 도시한 사시도들이다.
도 3은 레이저 빔을 조사하여 알루미늄계 도금강판을 접합하는 과정을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 알루미늄계 도금 블랭크의 제조장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 알루미늄계 도금 블랭크의 단면을 각각 도시한 단면도들이다.
도 6(a) 및 도 6(b)는 각각 알루미늄계 도금 블랭크의 핫스탬핑 성형 후 부위별 경도 변화를 나타낸 그래프들이다.
도 7(a) 및 도 7(b)는 각각 알루미늄계 도금 블랭크의 단면을 도시한 단면도들이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명의 효과 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
이하의 실시예에서, 제1, 제2 등의 용어는 한정적인 의미가 아니라 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하는 목적으로 사용되었다.
이하의 실시예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
이하의 실시예에서, 포함하다 또는 가지다 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 또는 구성요소가 존재함을 의미하는 것이고, 하나 이상의 다른 특징들 또는 구성요소가 부가될 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정한 공정 순서는 설명되는 순서와 다르게 수행될 수도 있다. 예를 들어, 연속하여 설명되는 두 공정이 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 설명되는 순서와 반대의 순서로 진행될 수 있다.
도 1(a) 및 도 1(b)는 각각 일 실시예에 따른 알루미늄계 도금 블랭크를 개략적으로 도시한 단면도들이고, 도 2(a)및 도 2(b)는 각각 일 실시예에 따른 알루미늄계 도금 블랭크 제조 과정을 개략적으로 도시한 사시도들이며, 도 3은 레이저 빔을 조사하여 알루미늄계 도금 강판을 접합하는 과정을 개략적으로 도시한 평면도이다.
먼저, 도 1(a)를 참조하면, 일 실시예에 따른 알루미늄계 도금 블랭크(100)는 제1 도금강판(10), 제1 도금강판(10)과 연결된 제2 도금강판(20) 및 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 경계에서 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)을 연결하는 이음부(30)를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도금강판(10)은 제1 소지철(12)과 제1 소지철(12)의 적어도 일면에 형성된 제1 도금층(14)을 포함할 수 있고, 제2 도금강판(20)은 제2 소지철(22)과 제2 소지철(22)의 적어도 일면에 형성된 제2 도금층(24)을 포함할 수 있다. 제1 소지철(12)과 제2 소지철(22)은 동일한 성분을 포함할 수 있으며, 제1 도금층(14)과 제2 도금층(24)은 동일한 성분을 포함할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 제1 소지철(12)과 제2 소지철(22)은 상이한 성분을 포함할 수 있다.
이하에서는, 설명의 편의상 제1 소지철(12)에 대하여 설명하지만, 이는 제2 소지철(22)에도 동일하게 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 소지철(12)은 제1 합금 조성을 포함할 수 있다. 제1 합금 조성은 탄소(C) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.01 중량% 이상 내지 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0.3 중량% 이상 내지 2.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 제1 합금 조성은 보론(B), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 니켈(Ni) 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 합금 조성은 보론(B) 0.0001 중량% 이상 0.005 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하, 니오븀(Nb) 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 및 니켈(Ni) 0.01 중량% 이상 1.0 중량% 이하 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 도금강판(10)이 제1 소지철(12)을 포함함으로, 제1 도금강판(10)이 제1 합금 조성을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
알루미늄계 도금 블랭크(100)는 제1 합금 조성을 포함하며 두께 및/또는 성분이 서로 상이한 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)을 포함하여 알루미늄계 도금 블랭크(100)를 핫 스탬핑한 후 블랭크 일부 구간에서 충격 에너지를 흡수하도록 할 수 있다. 예컨대, 알루미늄계 도금 블랭크(100)는 서로 성분이 상이하여 핫 스탬핑 후의 강도가 다르고 두께가 동일한 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)을 포함하거나, 서로 성분이 동일하여 핫 스탬핑 후의 강도가 동일하거나 유사하고 두께는 상이한 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)을 포함할 수 있고, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20) 중 강판의 인장강도(MPa)와 두께(mm)의 곱한 값이 작은 강판에서 충격 에너지를 흡수할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
탄소(C)는 강의 강도, 경도를 결정하는 주요 원소이며, 핫 스탬핑(또는 열간 프레스) 공정 이후, 강재의 인장강도를 확보하는 목적으로 첨가될 수 있다. 또한, 탄소는 강재의 소입성 특성을 확보하기 위한 목적으로 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, 탄소는 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하 포함될 수 있다. 탄소가 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 미만으로 포함되는 경우, 본 발명의 기계적 강도를 달성하기 어려울 수 있다. 반면에, 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 탄소가 0.5 중량% 초과로 포함되는 경우, 강재의 인성 저하 문제 또는 강의 취성 제어 문제가 야기될 수 있다.
실리콘(Si)은 제1 소지철(12) 내 페라이트 안정화 원소로 작용할 수 있다. 실리콘(Si)은 페라이트를 청정하게 해줌으로써 연성을 향상시키며, 저온역 탄화물 형성을 억제함으로써 오스테나이트 내 탄소 농화도를 향상시키는 기능을 수행할 수 있다. 나아가, 실리콘(Si)은 열연, 냉연, 핫 스탬핑 조직 균질화(펄라이트, 망간 편석대 제어) 및 페라이트 미세 분산의 핵심 원소일 수 있다. 일 실시예에서, 실리콘은 제1 소지철(12) 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 1.0 중량% 이하 포함될 수 있다. 실리콘이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 미만으로 포함되는 경우, 전술한 기능을 충분히 발휘하지 못할 수 있다. 반면에, 실리콘이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 1.0 중량% 초과로 포함되는 경우, 열연 및 냉연 부하가 증가하며 열연 붉은형 스케일이 과다해지고 접합성이 저하될 수 있다.
망간(Mn)은 열처리 시 소입성 및 강도 증가 목적으로 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, 망간은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.3 중량% 이상 2.0 중량% 이하 포함될 수 있다. 망간이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.3 중량% 미만으로 포함되는 경우, 소입성 미달로 핫 스탬핑 후 재질이 미달(경질상 분율 미달)할 가능성이 높을 수 있다. 반면에, 망간이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 2.0 중량% 초과로 포함되는 경우, 망간 편석 또는 펄라이트 밴드에 의한 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 굽힘 성능 저하의 원인이 되며 불균질 미세조직이 발생할 수 있다.
인(P)은 편석이 잘 되는 원소로 강의 인성을 저해하는 원소일 수 있다. 일 실시예에서, 인(P)은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.1 중량% 이하 포함될 수 있다. 인이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 전술한 범위로 포함되는 경우 강의 인성 저하를 방지할 수 있다. 반면에, 인이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 초과로 포함되는 경우, 공정 중 크랙을 유발하고, 인화철 화합물이 형성되어 강의 인성이 저하될 수 있다.
황(S)은 가공성 및 물성을 저해하는 원소일 수 있다. 일 실시예에서, 황은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.1 중량% 이하 포함될 수 있다. 황이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 초과로 포함되는 경우, 열간 가공성이 저하될 수 있고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
보론(B)은 마르텐사이트 조직을 확보함으로써, 강재의 소입성 및 강도를 확보하는 목적으로 첨가되며, 오스테나이트 결정립 성장 온도 증가로 결정립 미세화 효과를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 보론은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.0001 중량% 이상 0.005 중량% 이하 포함될 수 있다. 보론이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 전술한 범위로 포함되는 경우 경질상 입계 취성 발생을 방지하며, 고인성과 굽힘성을 확보할 수 있다.
티타늄(Ti)은 핫 스탬핑 열처리 후 석출물 형성에 의한 소입성 강화 및 재질 상향 목적으로 첨가될 수 있다. 또한, 티타늄은 고온에서 Ti(C,N) 등의 석출상을 형성하여, 오스테나이트 결정립 미세화에 효과적으로 기여할 수 있다. 일 실시예에서, 티타늄은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하 포함될 수 있다. 티타늄이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 전술한 범위로 포함되는 경우, 연주 불량이 방지될 수 있고 석출물 조대화가 방지될 수 있으며, 강재의 물성을 용이하게 확보할 수 있고, 강재 표면에 크랙이 발생되는 것이 방지 또는 최소화될 수 있다.
니오븀(Nb)은 마르텐사이트(Martensite) 패캣 크기(Packet size) 감소에 따른 강도 및 인성 증가를 목적으로 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, 니오븀은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하 포함될 수 있다. 니오븀이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 전술한 범위로 포함되는 경우, 열간 압연 및 냉간 압연 공정에서 강재의 결정립 미세화 효과가 우수하고, 제강/연주시 슬라브의 크랙 발생 및 제품의 취성 파단 발생을 방지하며, 제강성 조대 석출물 생성을 최소화할 수 있다.
크롬(Cr)은 강의 소입성 및 강도를 향상시키는 목적으로 첨가될 수 있다. 일 실시예에서, 크롬은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하 포함될 수 있다. 크롬이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 전술한 범위로 포함되는 경우, 강의 소입성 및 강도를 향상시키며, 생산비 증가와 강재의 인성 저하를 방지할 수 있다.
몰리브덴(Mo)은 열간 압연 및 핫스탬핑 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대를 통해 강도 향상에 기여할 수 있다. 몰리브덴(Mo)은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하 포함될 수 있다. 몰리브덴이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 전술한 범위로 포함시, 열간압연 및 핫스탬핑 중 석출물의 조대화 억제 및 소입성 증대 효과가 우수할 수 있다.
니켈(Ni)은 소입성 및 강도 확보 목적으로 첨가될 수 있다. 또한, 니켈은 오스테나이트 안정화 원소로 오스테나이트 변태 제어로 연신율 향상에 기여할 수 있다. 일 실시예에서, 니켈은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 1.0 중량% 이하 포함될 수 있다. 니켈이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 미만 포함되는 경우, 상술한 효과를 제대로 구현하기 어려울 수 있다. 니켈이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 1.0 중량% 초과 포함되는 경우, 인성이 저하될 수 있고 냉간 가공성이 저하될 수 있으며 제품의 제조 비용이 증가할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 소지철(12)과 제2 소지철(22)은 상이한 성분을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 소지철(12)은 탄소를 0.20 중량% 미만으로 포함하는 제2 합금 조성을 포함할 수 있고, 제2 소지철(22)은 탄소를 0.20 중량% 이상 포함하는 제3 합금 조성을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 소지철(12)은 제2 합금 조성을 포함할 수 있다. 제2 합금 조성은 탄소(C) 0.01 중량% 이상 0.20 중량% 미만, 실리콘(Si) 0.01 중량% 이상 0.8 중량% 이하, 망간(Mn) 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.05 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.01 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 제2 합금 조성은 보론(B), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 및 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 합금 조성은 보론(B) 0.0001 중량% 이상 0.003 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하, 니오븀(Nb) 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 및 알루미늄(Al) 0.001 중량% 이상 0.1 중량% 이하 중 하나 이상의 성분을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 도금강판(10)이 제1 소지철(12)을 포함함으로, 제1 도금강판(10)이 제2 합금 조성을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시예에서, 탄소는 제1 소지철(12) 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 0.20 중량% 미만 포함될 수 있다. 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 탄소가 0.01 중량% 미만으로 포함되는 경우, 본 발명의 기계적 강도를 달성하기 어려울 수 있다. 반면에, 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 탄소가 0.20 중량% 이상으로 포함되는 경우, 강재의 인성 저하 문제 또는 강의 취성 제어 문제가 야기될 수 있다.
일 실시예에서, 실리콘은 제1 소지철(12) 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 이상 0.8 중량% 이하 포함될 수 있다. 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 실리콘이 0.01 중량% 미만으로 포함되는 경우, 전술한 기능을 충분히 발휘하지 못할 수 있다. 반면에, 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 실리콘이 0.8 중량% 초과로 포함되는 경우, 열연 및 냉연 부하가 증가하며 열연 붉은형 스케일이 과다해지고 접합성이 저하될 수 있다.
일 실시예에서, 망간은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.8 중량% 이상 2.0 중량% 이하 포함될 수 있다. 망간이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.8 중량% 미만으로 포함되는 경우, 소입성 미달로 핫 스탬핑 후 재질이 미달(경질상 분율 미달)할 가능성이 높을 수 있다. 반면에, 망간이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 2.0 중량% 초과로 포함되는 경우, 망간 편석 또는 펄라이트 밴드에 의한 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 굽힘 성능 저하의 원인이 되며 불균질 미세조직이 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 인은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.05 중량% 이하 포함될 수 있다. 인이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 전술한 범위로 포함되는 경우 강의 인성 저하를 방지할 수 있다. 반면에, 인이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.05 중량% 초과로 포함되는 경우, 공정 중 크랙을 유발하고, 인화철 화합물이 형성되어 강의 인성이 저하될 수 있다.
일 실시예에서, 황은 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 이하 포함될 수 있다. 황이 제1 소지철(12)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 초과로 포함되는 경우, 열간 가공성이 저하될 수 있고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 소지철(22)은 제3 합금 조성을 포함할 수 있다. 제3 합금 조성은 탄소(C) 0.20 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.1 중량% 이상 0.8 중량% 이하, 망간(Mn) 0.3 중량% 이상 2.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.05 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.01 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
또한, 제3 합금 조성은 보론(B), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo) 및 니켈(Ni) 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 제3 합금 조성은 보론(B) 0.001 중량% 이상 0.005 중량% 이하, 티타늄(Ti) 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하, 니오븀(Nb) 0.01 중량% 이상 0.1 중량% 이하, 크롬(Cr) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 몰리브덴(Mo) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 및 니켈(Ni) 0.01 중량% 이상 1.0 중량% 이하 중 하나 이상의 성분을 선택적으로 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제2 도금강판(20)이 제2 소지철(22)을 포함함으로, 제2 도금강판(20)이 제3 합금 조성을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
일 실시예에서, 탄소는 제2 소지철(22) 전체 중량에 대하여 0.20 중량% 이상 0.5 중량% 이하 포함될 수 있다. 탄소가 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 0.20 중량% 미만으로 포함되는 경우, 본 발명의 기계적 강도를 달성하기 어려울 수 있다. 반면에, 탄소가 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 0.5 중량% 초과로 포함되는 경우, 강재의 인성 저하 문제 또는 강의 취성 제어 문제가 야기될 수 있다.
일 실시예에서, 실리콘은 제2 소지철(22) 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 이상 0.8 중량% 이하 포함될 수 있다. 실리콘이 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 0.1 중량% 미만으로 포함되는 경우, 전술한 기능을 충분히 발휘하지 못할 수 있다. 반면에, 실리콘이 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 0.8 중량% 초과로 포함되는 경우, 열연 및 냉연 부하가 증가하며 열연 붉은형 스케일이 과다해지고 접합성이 저하될 수 있다.
일 실시예에서, 망간은 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 0.3 중량% 이상 2.0 중량% 이하 포함될 수 있다. 망간이 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 0.3 중량% 미만으로 포함되는 경우, 소입성 미달로 핫 스탬핑 후 재질이 미달(경질상 분율 미달)할 가능성이 높을 수 있다. 반면에, 망간이 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 2.0 중량% 초과로 포함되는 경우, 망간 편석 또는 펄라이트 밴드에 의한 연성 및 인성이 저하될 수 있으며, 굽힘 성능 저하의 원인이 되며 불균질 미세조직이 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 인은 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.05 중량% 이하 포함될 수 있다. 인이 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 전술한 범위로 포함되는 경우 강의 인성 저하를 방지할 수 있다. 반면에, 인이 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 0.05 중량% 초과로 포함되는 경우, 공정 중 크랙을 유발하고, 인화철 화합물이 형성되어 강의 인성이 저하될 수 있다.
일 실시예에서, 황은 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 0 초과 0.01 중량% 이하 포함될 수 있다. 황이 제2 소지철(22)의 전체 중량에 대하여 0.01 중량% 초과로 포함되는 경우, 열간 가공성이 저하될 수 있고, 거대 개재물 생성에 의해 크랙 등 표면 결함이 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 합금 조성을 포함하는 제1 도금강판(10)을 핫 스탬핑 하는 경우, 핫 스탬핑 후 제1 도금강판(10)은 약 450 MPa 이상, 바람직하게는 약 450 MPa 이상 약 1350 MPa 미만의 인장강도를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 제3 합금 조성을 포함하는 제2 도금강판(20)을 핫 스탬핑 하는 경우, 핫 스탬핑 후 제2 도금강판(20)은 약 1350 MPa 이상 약 2300 MPa 미만, 바람직하게는 약 1350 MPa 이상 약 1680 MPa 미만의 인장강도를 가질 수 있다. 또는, 핫 스탬핑 후 제2 도금강판(20)은 약 1680 MPa 이상, 바람직하게는 약 1680 MPa 이상 약 2300 MPa 미만의 인장강도를 가질 수 있다. 즉, 핫 스탬핑 후 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 상이한 인장강도를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 두께는 동일하게 구비될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 두께는 서로 상이하게 구비될 수도 있다.
일 실시예에서, 제1 소지철(12)과 제2 소지철(22)은 동일한 성분을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 소지철(12)과 제2 소지철(22)은 제3 합금 조성을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제3 합금 조성을 포함하는 제1 도금강판(10)을 핫 스탬핑 하는 경우, 핫 스탬핑 후 제1 도금강판(10)은 약 1350 MPa 이상 약 2300 MPa 미만, 바람직하게는 약 1350 MPa 이상 약 1680 MPa 미만의 인장강도를 가질 수 있다. 또는, 핫 스탬핑 후 제1 도금강판(10)은 약 1680 MPa 이상, 바람직하게는 약 1680MPa 이상 약 2300 MPa 미만의 인장강도를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제2 도금강판(20)은 제1 도금강판(10)과 동일한 성분을 포함할 수 있으므로, 즉, 제2 도금강판(20)은 제3 합금 조성을 포함할 수 있다. 따라서, 핫 스탬핑 후 제2 도금강판(20)은 약 1350 MPa 이상 약 2300 MPa 미만, 바람직하게는 약 1350 MPa 이상 약 1680 MPa 미만의 인장강도를 가질 수 있다. 또는, 핫 스탬핑 후 제2 도금강판(20)은 약 1680 MPa 이상, 바람직하게는 약 1680MPa 이상 약 2300 MPa 미만의 인장강도를 가질 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 두께는 서로 상이하게 구비될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 제1 도금강판(10)은 제1 합금 조성, 제2 합금 조성 또는 제3 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 재가열하고, 재가열된 슬라브를 마무리압연하며, 열간압연된 강판을 권취하고, 권취된 강판을 냉간압연하며, 냉간압연된 판재를 소둔 처리하고, 그리고 소둔 처리된 판재의 표면에 제1 도금층(14)을 형성하는 단계를 포함하여 제조할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 도금강판(20)은 제1 합금 조성, 제2 합금 조성 또는 제3 합금 조성을 갖는 강 슬라브를 재가열하고, 재가열된 슬라브를 마무리압연하며, 열간압연된 강판을 권취하고, 권취된 강판을 냉간압연하며, 냉간압연된 판재를 소둔 처리하고, 그리고 소둔 처리된 판재의 표면에 제2 도금층(24)을 형성하는 단계를 포함하여 제조할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도금층(14)과 제2 도금층(24)은 동일한 성분을 포함할 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의상 제1 도금층(14)에 대해 설명하지만, 이는 제1 도금층(14)에도 동일하게 적용될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도금층(14)은 600~800℃의 용융 알루미늄 및 알루미늄 합금 중 하나 이상을 포함하는 도금욕에 제1 소지철(12)을 침지한 다음 평균 1~50℃/s의 냉각 속도로 냉각시키는 단계를 포함하여 형성될 수 있다.
제1 소지철(12)의 적어도 일면 상에는 제1 도금층(14)이 형성될 수 있다. 제1 도금층(14)은 제1 소지철(12) 상에 순차적으로 적층된 확산층과 표면층을 포함할 수 있다. 표면층은 알루미늄(Al)을 80 중량% 이상 포함하는 층으로, 제1 소지철(12)의 산화 등을 방지할 수 있다. 확산층은 제1 소지철(12)의 철(Fe)과 제1 도금층(14)의 알루미늄(Al)이 상호 확산되어 형성되며 확산층은 알루미늄-철(Al-Fe) 및 알루미늄-철-실리콘(Al-Fe-Si) 화합물을 포함할 수 있다. 확산층은 철(Fe) 20 중량% 내지 60 중량%, 알루미늄(Al) 30 중량% 내지 80 중량%, 및 실리콘(Si) 0.1 중량% 내지 40 중량% 를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 확산층은 표면층에 비해 높은 융점을 가질 수 있다. 제1 소지철(12)과 표면층 사이에 표면층 보다 높은 융점을 갖는 확산층이 구비됨으로써, 열간 프레스 공정 시 표면층이 용융되어 표면층의 알루미늄(Al)이 제1 소지철(12)의 조직 내로 침투하게 되는 액체 금속 취화 현상{Liquid Metal Embrittlement}이 발생하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 소지철(12)을 도금욕에 침지한 후 제1 소지철(12)의 표면에 공기 및 가스 중 하나 이상을 분사하여 용융 도금층을 와이핑하여 분사 압력을 조절함으로써 제1 도금층(14)의 도금 부착량을 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 도금 부착량은 제1 소지철(12)의 적어도 일면에 20~150g/m2로 형성될 수 있다. 바람직하게는, 도금 부착량은 제1 소지철(12)의 적어도 일면에 20~100g/m2로 형성될 수 있다. 도금 부착량이 20g/m2 미만인 경우, 핫 스탬핑 후 제1 도금층(14)과 이음부(30)가 접하는 부분의 내식성이 저하될 수 있다. 반면에, 도금 부착량이 100g/m2 초과인 경우, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)을 접합 시 이음부(30)로 혼입되는 알루미늄(Al)의 양이 증가하여 알루미늄(Al) 편석이 발생할 수 있다.
일 실시예에서, 도금층의 단면적에 대한 표면층의 단면적의 비율인 표면층의 면적분율(표면층의 단면적 / 제1 도금층의 단면적)은 97% 이하일 수 있다. 바람직하게는, 도금층의 단면적에 대한 표면층의 단면적의 비율인 표면층의 면적분율(표면층의 단면적 / 제1 도금층의 단면적)은 65% 이상 97% 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 표면층은 알루미늄(Al)을 80 중량% 내지 100 중량% 포함할 수 있고, 표면층의 평균 두께는 10㎛ 내지 40㎛ 일 수 있다. 표면층은 알루미늄(Al) 함량이 높은 층으로서, 표면층의 면적분율이 97 중량%를 초과하거나 표면층의 평균 두께가 40㎛를 초과하는 경우, 이음부(30)로 혼입되는 알루미늄(Al)의 양이 증가하여 알루미늄(Al) 편석이 발생할 수 있다. 또한, 확산층의 두께가 얇아지게 되므로 핫 스탬핑 중 표면층의 알루미늄(Al)이 용융되어 용융된 알루미늄(Al)이 제1 소지철(12)의 조직 내로 침투하거나 제1 소지철(12)의 조직을 통해 이음부(30)와 제1 소지철(12) 간의 계면 부위로 침투하는 현상이 발생할 수 있다. 또한, 표면층의 면적분율이 65% 미만이거나 표면층의 평균 두께가 10㎛ 미만인 경우, 확산층의 두께가 두꺼워지게 되므로 핫 스탬핑 부품의 생산성이 저하될 수 있다.
이음부(30)는 제1 도금강판(10)의 측면과 제2 도금강판(20)의 측면을 서로 마주보게 정렬한 후, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 경계에 필러 와이어(200)를 공급하고, 레이저를 조사하여 제1 도금강판(10), 제2 도금강판(20) 및 필러 와이어(200)를 용융시켜 형성될 수 있다. 따라서, 이음부(30)는 알루미늄(Al) 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하, 잔부 제1 도금강판(10), 제2 도금강판(20), 및 필러 와이어(200)에서 혼입된 성분을 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 이음부(30)는 탄소(C) 0.05 중량% 이상 3.0 중량% 미만, 실리콘(Si) 0.05 중랑% 이상 1.0 중랑% 미만, 망간(Mn) 1.0 중량% 이상 3.0 중량% 미만, 인(P) 0 초과 0.2 중량% 미만, 황(S) 0 초과 0.2 중량% 미만, 티타늄(Ti) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 미만, 보론(B) 0.0005 중량% 이상 0.01 중량% 미만, 알루미늄(Al) 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 또한, 이음부(30)는 니오븀(Nb) 0.01 중량% 이상 1.5 중량% 미만 및 크롬(Cr) 0.05 중량% 이상 2.0 중량% 미만 중 하나 이상의 성분을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 탄소 함량이 0.2 중량% 이상인 경우, 이음부(30)는 제1 도금강판(10)의 Ac3 온도와 제2 도금강판(20)의 Ac3 온도 중 더 높은 Ac3 온도 이상에서 페라이트가 형성되지 않는 성분계로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 이음부(30)는 840℃ 이상에서 페라이트가 형성되지 않는 성분계로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 핫 스탬핑 공정을 거친 후의 이음부(30), 즉, 알루미늄계 도금 블랭크(100)를 850~1000℃까지 가열한 후 프레스 성형을 하고 10~500℃/s의 평균냉각속도로 급냉하는 핫 스탬핑 공정을 거친 후의 이음부(30)가 면적분율로 90% 이상의 마르텐사이트를 포함하는 미세조직을 가질 수 있는 성분계로 이루어진다. 예를 들어, 핫 스템핑 가열온도에서 이음부(30)는 풀 오스테나이트 조직으로 존재하고, 이후 냉각시 면적분율로 90% 이상의 마르텐사이트 조직, 바람직하게는 풀 마르텐사이트 조직으로 변태될 수 있다.
이음부(30)는 알루미늄(Al) 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하 포함할 수 있다. 이음부(30)에 포함된 알루미늄의 함량은 용융된 제1 도금강판(10), 제2 도금강판(20) 및 필러 와이어(200)로부터 혼입되는 알루미늄의 합일 수 있다. 이음부(30)의 알루미늄 함량이 0.5 중량% 미만인 경우, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 접합 시 알루미늄의 혼입량의 조절을 위해 제1 도금층(14) 및/또는 제2 도금층(24)을 제거하여야 하므로 제조 공정의 효율이 감소될 수 있다. 반면에, 이음부(30)의 알루미늄 함량이 1.5 중량% 초과인 경우, 이음부(30)가 연화될 수 있고, 핫 스탬핑 이후 이음부(30)의 마르텐사이트 분율이 저하되어 알루미늄계 도금 블랭크(100)의 기계적 성질이 저하될 수 있다.
이음부(30)는 탄소(C)를 0.05 중량% 이상 3.0 중량% 미만 포함할 수 있다. 이음부(30)에 포함된 탄소의 함량은 용융된 제1 도금강판(10), 제2 도금강판(20) 및 필러 와이어(200)로부터 혼입되는 탄소의 합일 수 있다. 이음부(30)의 탄소의 함량이 0.05 중량% 미만이면, 이음부(30)가 연화되어 이음부(30)의 경도가 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)의 경도보다 작아 이음부(30)에 파단이 발생할 수 있다. 반면에, 탄소의 함량이 3.0 중량% 이상인 경우, 이음부(30)의 경도가 지나치게 상승하여 외부 충격 등에 의해 이음부(30)에 취성 파괴가 발생할 수 있다.
이음부(30)는 실리콘(Si)을 0.05 중량% 이상 1.0 중량% 미만 포함할 수 있다. 이음부(30)에 포함된 실리콘의 함량이 0.05 중량% 미만인 경우, 이음부(30)에 취성 파괴가 발생할 수 있다. 반면에, 이음부(30)에 포함된 실리콘의 함량이 1.0 중량% 이상인 경우, 비드 표면에 슬래그가 발생할 수 있다.
이음부(30)는 망간(Mn)을 1.0 중량% 이상 3.0 중량% 미만 포함할 수 있다. 이음부(30)에 포함된 망간(Mn)의 함량은 용융된 제1 도금강판(10), 제2 도금강판(20) 및 필러 와이어(200)로부터 혼입되는 망간의 합일 수 있다. 이음부(30)의 망간(Mn)의 함량이 1.0 중량% 미만인 경우, 핫 스템핑 시 이음부(30)가 연화되어 이음부(30)의 경도가 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)의 경도보다 작아 이음부(30)에 파단이 발생할 수 있다. 반면에, 망간의 함량이 3.0 중량% 이상인 경우, 이음부(30)의 경도가 지나치게 상승하여 외부 충격 등에 의해 이음부(30)에 취성 파괴가 발생할 수 있고, 이음부(30)의 용융 시 점성 하락과 고상으로의 변태 시 팽창 계수의 확대에 의해 이음부(30) 형상의 품질저하 및 이음부(30)에 크랙 등이 발생할 수 있다.
이음부(30)는 인(P)을 0 초과 0.2 중량% 미만 포함할 수 있다. 이음부(30)의 인의 함량이 0.2 중량% 이상인 경우, 이음부(30)에 편석에 의한 취성 파괴가 발생할 수 있다.
이음부(30)는 황(S)을 0 초과 0.2 중량% 미만 포함할 수 있다. 이음부(30)의 황(S)의 함량이 0.2 중량% 이상인 경우, 이음부(30)에 개재물 형성에 의한 크랙이 발생할 수 있다.
이음부(30)는 티타늄(Ti)을 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 미만 포함할 수 있다. 이음부(30)의 티타늄의 함량이 0.01 중량% 미만인 경우, 핫 스템핑 시 이음부(30)가 연화되어 이음부(30)의 경도가 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)의 경도보다 작아 이음부(30)에 파단이 발생할 수 있다. 반면에, 이음부(30)의 티타늄의 함량이 0.5 중량% 이상인 경우, 이음부(30)에 취성 파괴가 발생할 수 있다.
이음부(30)는 보론(B)을 0.0005 중량% 이상 0.01 중량% 미만 포함할 수 있다. 이음부(30)의 보론의 함량이 0.0005 중량% 미만인 경우 핫 스템핑 시 이음부(30)가 연화되어 이음부(30)의 경도가 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)의 경도보다 작아 이음부(30)에 파단이 발생할 수 있다. 반면에, 이음부(30)의 보론의 함량이 0.01 중량% 이상인 경우, 이음부(30)에 취성 파괴가 발생할 수 있다.
도 1(b)를 참조하면, 일 실시예에서, 이음부(30)는 제1 측부(31), 제2 측부(33), 및 중심부(35)를 포함할 수 있다. 제1 측부(31)는 이음부(30) 중 제1 도금강판(10)과 인접한 부분일 수 있고, 제2 측부(33)는 이음부(30) 중 제2 도금강판(20)과 인접한 부분일 수 있으며, 중심부(35)는 제1 측부(31)와 제2 측부(33) 사이에 위치한 부분일 수 있다. 즉, 이음부(30)의 중심부(35)는 이음부(30)의 중심(또는, 가운데) 부분일 수 있다.
일 실시예에서, 이음부(30)의 제1 측부(31), 제2 측부(33), 및 중심부(35)는 동일한 폭으로 구비될 수 있다. 예를 들어, 제1 측부(31)의 폭은 이음부(30)의 전체 폭의 1/3일 수 있고, 제2 측부(33)의 폭은 이음부(30)의 전체 폭의 1/3일 수 있으며, 중심부(35)의 폭은 이음부(30)의 전체 폭의 1/3일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 이음부(30)의 전체 폭은 이음부(30)와 제1 도금강판(10)의 경계 및 이음부(30)와 제2 도금강판(20)의 경계 사이의 폭을 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 측부(31)는 제1 부분(31a), 제2 부분(31b), 및 제3 부분(31c)을 포함할 수 있다. 제1 측부(31)의 제1 부분(31a), 제2 부분(31b), 및 제3 부분(31c)은 이음부(30)의 폭 방향과 교차하는 방향으로 순차적으로 배열될 수 있다.
일 실시예에서, 제2 측부(33)는 제4 부분(33a), 제5 부분(33b), 및 제6 부분(33c)을 포함할 수 있다. 제2 측부(33)의 제4 부분(33a), 제5 부분(33b), 및 제6 부분(33c)은 이음부(30)의 폭 방향과 교차하는 방향으로 순차적으로 배열될 수 있다.
일 실시예에서, 중심부(35)는 제7 부분(35a), 제8 부분(35b), 및 제9 부분(35c)을 포함할 수 있다. 중심부(35)의 제7 부분(35a), 제8 부분(35b), 및 제9 부분(35c)은 이음부(30)의 폭 방향과 교차하는 방향으로 순차적으로 배열될 수 있다.
일 실시예에서, 제1 측부(31), 제2 측부(33), 및 중심부(35)를 포함하는 이음부(30)의 알루미늄(Al)의 평균 함량은 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하일 수 있다. 구체적으로, 이음부(30)의 제1 부분(31a) 내지 제9 부분(35c)에서 측정한 알루미늄(Al)의 함량의 평균값은 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 측부(31), 제2 측부(33), 및 중심부(35)를 포함하는 이음부(30)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 0 이상 0.25 이하일 수 있다. 구체적으로, 이음부(30)의 제1 부분(31a) 내지 제9 부분(35c)에서 측정한 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 0 이상 0.25 이하일 수 있다.
일 실시예에서, 제1 측부(31)의 알루미늄(Al) 함량의 표준편차는 0 이상 0.2 이하일 수 있다. 구체적으로, 제1 측부(31)의 제1 부분(31a), 제2 부분(31b), 및 제3 부분(31c)에서 측정한 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 0 이상 0.2 이하일 수 있다. 제1 측부(31)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0.2 초과인 경우, 제1 측부(31) 내에 알루미늄(Al)이 불균등하게 분포되어 있다는 것을 의미할 수 있다. 즉, 제1 측부(31)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0.2 초과인 경우, 제1 측부(31) 내에 알루미늄(Al)이 불균등하게 분포되어 존재하므로 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 제1 측부(31)에 국부적인 알루미늄(Al) 편석이 발생할 수 있다. 따라서, 제1 측부(31)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0 이상 0.2 이하인 경우, 제1 측부(31) 내에 알루미늄(Al)이 고르게 분포되어 존재하므로 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 제1 측부(31)에 국부적인 알루미늄(Al) 편석이 발생하는 것을 방지할 수 있고 핫 스탬핑 후 제1 측부(31)의 미세조직을 균일하게 할 수 있으며 동시에 이음부(30)에 파단이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 제2 측부(33)의 알루미늄(Al) 함량의 표준편차는 0 이상 0.2 이하일 수 있다. 구체적으로, 제2 측부(33)의 제4 부분(33a), 제5 부분(33b), 및 제6 부분(33c)에서 측정한 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 0 이상 0.2 이하일 수 있다. 제2 측부(33)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0.2 초과인 경우, 제2 측부(33) 내에 알루미늄(Al)이 불균등하게 분포되어 있다는 것을 의미할 수 있다. 즉, 제2 측부(33)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0.2 초과인 경우, 제2 측부(33) 내에 알루미늄(Al)이 불균등하게 분포되어 존재하므로 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 제2 측부(33)에 국부적인 알루미늄(Al) 편석이 발생할 수 있다. 따라서, 제2 측부(33)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0 이상 0.2 이하인 경우, 제2 측부(33) 내에 알루미늄(Al)이 고르게 분포되어 존재하므로 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 제2 측부(33)에 국부적인 알루미늄(Al) 편석이 발생하는 것을 방지할 수 있고 핫 스탬핑 후 제2 측부(33)의 미세조직을 균일하게 할 수 있으며 동시에 이음부(30)에 파단이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
제1 도금강판(10)과 이음부(30)가 인접한 부분(예컨대, 제1 측부(31)) 및 제2 도금강판(20)과 이음부(30)가 인접한 부분(예컨대, 제2 측부(33))에 알루미늄(Al) 편석이 발생하는 경우 제1 도금강판(10)과 이음부(30) 사이 및 제2 도금강판(20)과 이음부(30) 사이에 파단이 발생할 가능성이 높다.
일 실시예에서, 제1 도금강판(10)과 이음부(30)가 인접한 부분(예컨대, 제1 측부(31)) 및 제2 도금강판(20)과 이음부(30)가 인접한 부분(예컨대, 제2 측부(33))의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0 이상 0.2 이하로 구비됨으로써, 제1 측부(31) 및 제2 측부(33)에 알루미늄(Al)이 고르게 분포되어 제1 도금강판(10)과 이음부(30) 사이 및 제2 도금강판(20)과 이음부(30) 사이에 파단이 발생하는 것을 방지 또는 최소화할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 측부(31)와 제2 측부(33) 중 핫 스탬핑 후 인장강도(MPa)와 두께(mm)의 곱이 큰 강판과 인접한 측부의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 핫 스탬핑 후 인장강도(MPa)와 두께(mm)의 곱이 작은 강판과 인접한 측부의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차 이하일 수 있다. 핫 스탬핑 후 충격 에너지 흡수 성능이 상대적으로 낮은 인장강도(MPa)와 두께(mm)의 곱이 큰 강판과 인접한 측부의 알루미늄(Al)을 더욱 균일하게 분포시켜 이음부(30)에 파단이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도금강판(10)의 평균 경도와 제2 도금강판(20)의 평균 경도는 서로 상이할 수 있다. 또한, 이음부(30)의 평균 경도는 제1 소지철(12)의 평균 경도 및 제2 소지철(22)의 평균 경도 중 적어도 하나 보다 클 수 있다.
구체적으로, 알루미늄계 도금 블랭크(100)를 Ac3 이상으로 가열하여 프레스 성형을 하고, 300℃ 이하까지 10~500℃/s의 냉각속도로 냉각하여 핫 스탬핑 성형한 경우, 이음부(30)의 평균 경도는, 제1 소지철(12)의 평균 경도와 제2 소지철(22)의 평균 경도 중 적어도 하나 보다 클 수 있다. 알루미늄계 도금 블랭크(100)가 동종 성분 강판으로 조합된 경우(예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제1 합금 조성을 포함하거나 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제3 합금 조성을 포함하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 동일한 경우), 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 평균 경도는 핫 스탬핑 후 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)의 평균 경도 보다 클 수 있다. 또한, 알루미늄계 도금 블랭크(100)가 이종 성분 강판으로 조합된 경우(예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 각각 제2 합금 조성과 제3 합금 조성을 포함하거나 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제1 합금 조성을 포함하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 상이한 경우), 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 평균 경도는 핫 스탬핑 후 제1 소지철(12)과 제2 소지철(22) 중 인장강도가 작은 강판의 최소 경도 보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 최소 경도는 핫 스탬핑 후 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)의 최소 경도 보다 클 수 있다. 구체적으로, 알루미늄계 도금 블랭크(100)가 동종 성분 강판으로 조합된 경우(예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제1 합금 조성을 포함하거나 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제3 합금 조성을 포함하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 동일한 경우), 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 최소 경도는 핫 스탬핑 후 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)의 최소 경도 보다 클 수 있다. 또한, 알루미늄계 도금 블랭크(100)가 이종 성분 강판으로 조합된 경우(예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 각각 제2 합금 조성과 제3 합금 조성을 포함하거나 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제1 합금 조성을 포함하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 상이한 경우), 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 최소 경도는 핫 스탬핑 후 제1 소지철(12)과 제2 소지철(22) 중 인장 강도가 작은 강판의 최소 경도 보다 클 수 있다.
핫 스탬핑 후 이음부(30)의 최소 경도가 핫 스탬핑 후 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)의 최소 경도 보다 크게 구비됨으로써, 이음부(30)에 파단이 발생하는 것이 방지 또는 최소화될 수 있다.
일 실시예에서, 이음부(30)의 두께와 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 인장강도를 곱한 값은 제1 도금강판(10)의 두께와 핫 스탬핑 후 제1 도금강판(10)의 인장강도를 곱한 값과 제2 도금강판(20)의 두께와 핫 스탬핑 후 제2 도금강판(20)의 인장강도를 곱한 값 중 적어도 하나 보다 클 수 있다.
구체적으로, 알루미늄계 도금 블랭크(100)가 동종 성분 강판으로 조합된 경우(예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제1 합금 조성을 포함하거나 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제3 합금 조성을 포함하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 동일한 경우), 이음부(30)의 두께 최대값과 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 인장강도를 곱한 값은 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20) 중 얇은 두께를 갖는 도금강판의 두께와 핫 스탬핑 후 도금강판의 인장강도를 곱한 값 보다 클 수 있다. 또한, 알루미늄계 도금 블랭크(100)가 서로 상이한 성분의 강판으로 조합된 경우(예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 각각 제2 합금 조성과 제3 합금 조성을 포함하거나 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제1 합금 조성을 포함하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 상이한 경우), 이음부(30)의 두께 최대값과 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 인장강도를 곱한 값은 제1 도금강판(10)의 두께와 핫 스탬핑 후 제1 도금강판(10)의 인장강도를 곱한 값 보다 클 수 있고, 제2 도금강판(20)의 두께와 핫 스탬핑 후 제2 도금강판(20)의 인장강도를 곱한 값 보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)은 강도 및 두께 중 하나 이상이 서로 상이할 수 있다. 이 경우, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 접합 시 제1 소지철(12), 제1 도금층(14), 제2 소지철(22), 및 제2 도금층(24)으로부터 이음부(30)로 용입되는 성분의 종류 및/또는 양은 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 강도 및 두께에 따라 상이할 수 있다. 한편, 필러 와이어(200)는 Ac3 온도 이상에서 이음부(30)에 페라이트가 형성되지 않거나 과도하게 형성되지 않도록 하기 위해 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 접합 시 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20) 특히, 제1 도금층(14)과 제2 도금층(24)으로부터 용입되는 성분을 고려하여 그 성분의 함량을 달리할 수 있고, 그 결과 이음부(30)에 포함되는 오스테나이트 안정화 원소의 함량이 달라질 수 있다.
일 실시예에서, 알루미늄계 도금 블랭크(100)가 동종 성분 강판으로 조합된 경우(예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제1 합금 조성을 포함하거나 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제3 합금 조성을 포함하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 동일한 경우), 이음부(30)는 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)의 Ac3 온도 이상에서 페라이트가 형성되지 않는 성분계로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 이음부(30)는 840℃ 이상에서 페라이트가 형성되지 않는 성분계로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 알루미늄계 도금 블랭크(100)를 850~1000℃ 까지 가열한 후 프레스 성형을 하고 10~500℃/s의 평균냉각속도로 급냉하는 핫 스탬핑 공정을 거친 후의 이음부(30)가 면적분율로 90% 이상의 마르텐사이트 및 잔부 기타 불가피한 조직을 포함하는 미세조직을 가질 수 있는 성분계로 이루어진다. 예를 들어, 핫 스템핑 가열온도에서 이음부(30)는 풀 오스테나이트 조직으로 존재하고, 이후 냉각시 면적분율로 90% 이상의 마르텐사이트 조직, 바람직하게는 풀 마르텐사이트 조직으로 변태될 수 있다.
일 실시예에서, 알루미늄계 도금 블랭크(100)가 이종 성분 강판으로 조합된 경우(예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 각각 제2 합금 조성과 제3 합금 조성을 포함하거나 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제1 합금 조성을 포함하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 상이한 경우), 이음부(30)는 제1 도금강판(10)의 Ac3 온도와 제2 도금강판(20)의 Ac3 온도 중 더 높은 Ac3 온도 이상에서 페라이트가 형성된 성분계로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 핫 스탬핑 공정을 거친 후의 이음부(30)는 마르텐사이트, 페라이트, 및 잔부 기타 불가피한 조직을 포함하는 미세조직을 가질 수 있다.
이하에서는, 도 2(a)와 도 2(b)를 참조하여, 알루미늄계 도금 블랭크(100)의 제조 방법을 설명한다.
일 실시예에 따른 알루미늄계 도금 블랭크(100)의 제조방법은, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 가장자리를 서로 마주보도록 배치하는 단계 및 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 경계에 필러 와이어(200)를 제공하고, 레이저 빔(310)을 조사하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)을 연결하는 이음부(30)를 형성하는 접합 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도금강판(10)의 측면과 제2 도금강판(20)의 측면은 서로 마주보도록 배치될 수 있다. 이때, 제1 도금강판(10)의 측면과 제2 도금강판(20)의 측면은 서로 맞닿을 수 있다.
일 실시예에서, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 경계에는 필러 와이어(200)가 제공되고, 레이저 헤드(300)에서 레이저 빔(310)을 조사하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 경계부에서 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)을 연결하는 이음부(30)가 형성될 수 있다.
이음부(30)는 레이저 빔(310)에 의해 제1 도금강판(10), 제2 도금강판(20) 및 필러 와이어(200)가 용융되어 형성되며, 이 과정을 통해 이음부(30)에는 제1 도금강판(10)의 제1 도금층(14)과 제2 도금강판(20)의 제2 도금층(24)의 성분이 용입될 수 있다. 따라서, 필러 와이어(200)는 레이저 용접 시 제1 도금층(14)과 제2 도금층(24)의 성분 용입을 고려하여 그 조성이 결정되어야 한다.
일 실시예에서, 필러 와이어(200)는 오스테나이트 안정화 원소를 포함할 수 있다. 예를 들면, 필러 와이어(200)는 탄소(C) 및 망간(Mn) 중 하나 이상의 오스테나이트 안정화 원소와 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 이때, 필러 와이어(200) 중 탄소(C)의 함량은 0.1 중량% 이상 1.0 중량% 이하이고, 망간(Mn)의 함량은 0.1 중량% 이상 10.0중량% 이하일 수 있다. 이러한 필러 와이어(200)는 이음부(30)에 용입되며, 이음부(30)의 성분계를 조절할 수 있다.
일 실시예에서, 필러 와이어(200)는 탄소(C) 0.1 중량% 이상 1.0 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.1 중랑% 이상 2.0 중랑% 이하, 망간(Mn) 0.1 중량% 이상 10.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 필러 와이어(200)는 탄소(C) 0.4 중량% 이상 0.9 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.15 중랑% 이상 0.35 중랑% 이하, 망간(Mn) 0.3 중량% 이상 4.5 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.03 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.03 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함할 수 있다.
필러 와이어(200)는 탄소(C)를 0.1 중량% 이상 1.0 중량% 이하 포함할 수 있다. 바람직하게는, 필러 와이어(200)는 탄소(C)를 0.4 중량% 이상 0.9 중량% 이하 포함할 수 있다. 필러 와이어(200)에 포함된 탄소(C)의 함량이 0.4 중량% 미만인 경우, 이음부(30)가 연화되어 이음부(30)의 경도가 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)의 경도보다 작아 이음부(30)에 파단이 발생할 수 있다. 반면에, 필러 와이어(200)에 포함된 탄소(C)의 함량이 0.9 중량% 초과인 경우, 이음부(30)에 취성 파괴가 발생할 수 있다.
필러 와이어(200)는 실리콘(Si)을 0.1 중랑% 이상 2.0 중랑% 이하 포함할 수 있다. 바람직하게는, 필러 와이어(200)는 실리콘(Si)을 0.15 중랑% 이상 0.35 중랑% 이하 포함할 수 있다. 필러 와이어(200)에 포함된 실리콘(Si)의 함량이 0.15 중랑% 미만인 경우, 이음부(30)에 취성 파괴가 발생할 수 있다. 반면에, 필러 와이어(200)에 포함된 실리콘(Si)의 함량이 0.35 중랑% 초과인 경우, 비드 표면에 슬래그가 발생할 수 있다.
필러 와이어(200)는 망간(Mn)을 0.1 중량% 이상 10.0 중량% 이하 포함할 수 있다. 바람직하게는, 필러 와이어(200)는 망간(Mn)을 0.3 중량% 이상 4.5 중량% 이하 포함할 수 있다. 필러 와이어(200)에 포함된 망간(Mn)의 함량이 0.3 중량% 미만인 경우, 이음부(30)가 연화되어 이음부(30)의 경도가 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)의 경도보다 작아 이음부(30)에 파단이 발생할 수 있다. 반면에, 필러 와이어(200)에 포함된 망간(Mn)의 함량이 4.5 중량% 초과인 경우, 이음부(30)에 취성 파괴가 발생할 수 있다.
필러 와이어(200)는 인(P)을 0 초과 0.1 중량% 이하 포함할 수 있다. 바람직하게는, 필러 와이어(200)는 인(P)을 0 초과 0.03 중량% 이하 포함할 수 있다. 필러 와이어(200)에 포함된 인(P)의 함량이 0.03 중량% 초과인 경우, 편석에 의한 취성 파괴가 발생할 수 있다.
필러 와이어(200)는 황(S)을 0 초과 0.1 중량% 이하 포함할 수 있다. 바람직하게는, 필러 와이어(200)는 황(S)을 0 초과 0.03 중량% 이하 포함할 수 있다. 필러 와이어(200)에 포함된 황(S)의 함량이 0.03 중량% 초과인 경우, 개재물 형성에 의한 크랙이 발생할 수 있다.
구체적으로, 제1 도금층(14)과 제2 도금층(24)의 알루미늄(Al)이 이음부(30)의 용융풀에 혼입되더라도 필러 와이어(200)에 첨가되어 있는 오스테나이트 안정화 원소에 의해 이음부(30)의 미세조직이 핫 스탬핑 후 면적분율로 90% 이상의 마르텐사이트 조직, 바람직하게는 풀 마르텐사이트 조직을 가질 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면 제1 도금층(14)과 제2 도금층(24)을 제거하지 않고 제1 도금층(14)과 제2 도금층(24)의 성분이 이음부(30)로 혼입되더라고 이음부(30)의 경도 및 강도 저하를 방지할 수 있게 되어 이음부(30)의 파단 현상을 방지할 수 있다.
또한, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 상이한 경우, 제1 도금층(14)과 제2 도금층(24)의 알루미늄(Al)이 이음부(30)의 용융풀에 혼입되더라도 필러 와이어(200)에 첨가되어 있는 오스테나이트 안정화 원소에 의해 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 미세조직이 페라이트를 과도하게 포함하지 않도록 하여 이음부(30)에서 파단이 방지하는 것을 방지할 수 있다.
한편, 필러 와이어(200)에 의해 제1 도금층(14) 및 제2 도금층(24)의 용입 성분을 희석시키더라도, 접합 조건에 따라 필러 와이어(200)의 성분과 제1 도금층(14) 및 제2 도금층(24)을 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22) 성분에 고르게 분포 시키지 못할 수 있다. 이를 방지하기 위해 상기 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 접합 시, 이음부(30)의 형성 방향을 기준으로 소정 각도의 패턴을 이루도록 레이저 빔(310)을 조사할 수 있다.
일 실시예에서, 패턴은 레이저 빔(310)이 조사 시, 제1 도금강판(10), 제2 도금강판(20), 및 레이저 헤드(300) 중 하나 이상이 운동하여 이루어질 수 있다.
예를 들면, 레이저 빔(310)은 이음부(30)가 형성되는 방향과 소정의 각도로 패턴 운동하며, 필러 와이어(200)와 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)을 용융시켜 이음부(30)를 형성할 수 있다.
또한, 이음부(30)는 레이저 빔(310)이 패턴 운동하며 조사됨과 동시에, 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20) 및 레이저 헤드(300) 중 하나 이상이 운동하여 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 "상대 운동"은 제1 도금강판(10), 제2 도금강판(20) 및 레이저 헤드(300) 중 하나 이상이 운동하는 것을 의미한다. 바람직하게는, 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)은 정지된 상태로 레이저 헤드(300)가 운동을 하여 이음부(30)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 도 2(a)는 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)이 패턴 운동하여 이음부(30)를 형성하는 과정을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 2(a)를 참조하면, 레이저 헤드(300)는 고정된 상태로 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)의 마주보는 부위를 향하여 필러 와이어(200)가 공급되며, 레이저 빔(310)이 조사될 수 있다. 한편, 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)은 이음부(30)가 형성되는 방향(Y2)에 대하여 반대 방향(D1)으로 평행하게 이동하면서, 동시에 레이저 빔(310)의 이동경로(Y1)가 이음부(30)의 형성 방향(Y2)과 소정의 각도를 이루도록 패턴 운동을 하며 레이저 빔(310)이 조사되어 이음부(30)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 도 2(b)는 레이저 헤드(300)가 이동하면서 이음부(30)를 형성하는 과정을 모식적으로 나타낸 것이다. 도 2(b)를 참조하면, 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)은 고정된 상태로, 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)이 서로 마주보는 부위를 향하여 필러 와이어(200)가 공급되며, 레이저 헤드(300)가 운동하여 레이저 빔(310)이 조사될 수 있다. 이때, 레이저 헤드(300)는 이음부(30)가 형성되는 방향(Y2)과 동일한 방향(D2)으로 평행하게 이동하면서, 동시에 레이저 빔(310)의 이동경로(Y1)가 이음부(30)의 형성 방향(Y2)과 소정의 각도를 이루도록 패턴 운동을 하며 레이저 빔(310)이 조사되어 이음부(30)를 형성할 수 있다. 레이저 빔(310)은 이음부 형성 방향(Y2)에 대하여, 45° 이상 90° 미만으로 패턴 운동할 수 있다.
도 2(b)에서, 레이저 빔(310)은 레이저 헤드(300)의 운동 방향(D2)과 다른 방향으로 운동할 수 있다. 바람직하게는, 레이저 빔(310)의 운동 방향은 레이저 헤드(300)의 운동 방향(D2)과 일정한 각도를 이룰 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 빔(310)의 운동 방향은 레이저 헤드(300)의 운동 방향(D2)과 수직한 방향일 수 있다. 또는, 레이저 빔(310)은 레이저 헤드(300)의 운동 방향(D2)에 대하여 45° 이상 90° 미만의 각도를 이루며 패턴 운동할 수 있다.
결과적으로, 레이저 빔(310)은 이음부(30)의 형성 방향(Y2)과 소정의 각도를 가지는 패턴 운동을 하며 조사될 수 있다. 따라서, 레이저 빔(310)이 이음부(30) 형성 방향(Y2)과 동일한 방향으로 조사되는 경우 보다, 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20) 표면에서 레이저 빔(310)의 이동 길이가 더 길어지게 되어 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)으로 레이저 빔(310)의 에너지를 전달할 수 있는 면적이 넓어지게 될 뿐만 아니라, 레이저 빔(310) 이동 경로(Y1)와 레이저 빔(310) 반경의 크기에 따라 에너지가 전달되는 영역이 중첩될 수도 있는 바, 제1 도금층(14)의 성분, 제2 도금층(24)의 성분 및 필러 와이어(200)의 성분을 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)의 성분에 충분히 희석시켜 이음부(30)를 형성할 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 빔(310)은 주파수 100~1500Hz, 파워 1~20kW일 수 있다. 일 실시예에서, 레이저 빔(310)의 파워는 레이저 발진부의 출력값을 의미할 수 있고, 레이저 빔(310)의 주파수는 레이저 빔(310)의 패턴 운동이 가지는 주파수를 의미할 수 있다.
일 실시예에서, 알루미늄계 도금 블랭크(100)의 제조 시, 이음부(30)의 형성 속도는 1m/min 이상, 레이저 주파수는 1500Hz 이하, 레이저 빔(310) 파워는 20kW 이하가 되어야 최소한의 생산성 및 사업성 확보가 가능할 수 있다. 레이저 주파수와 레이저 빔(310) 파워는 높을수록 좋지만, 1500Hz를 초과하는 주파수 및 20kW를 초과하는 파워를 구현하기 위해서는 고성능의 설비가 필요하므로 설비 크기가 커지고 설비 가격이 비싸지는 문제가 있다. 또한, 최소한의 생산성 확보를 위해서는 이음부(30)의 형성 속도를 1m/min 이상으로 유지할 필요가 있다. 이음부(30) 형성 속도는 레이저 헤드(300)가 이음부 형성 방향(Y2)과 평행하게 상대 운동한 단위 시간당 변위를 의미한다.
일 실시예에서, 이음부(30)의 형성 속도는 1~10m/min 일 수 있다. 이음부(30)의 형성 속도가 10m/min를 초과하는 경우, 레이저 빔(310)을 주파수 100~1500Hz, 파워 1~20kW의 파워 및 0.1~1.0mm의 빔 반경 조건으로 조사하여도, 레이저 빔(310) 이동 경로(Y1)와 이음부(30)가 형성되는 방향(Y2) 간의 각도가 커지게 되어, 레이저 빔(310)에 의해 제1 도금층(14), 제2 도금층(24), 제1 소지철(12), 및 제2 소지철(22)이 용융될 때 제1 도금층(14) 및 제2 도금층(24)의 성분이 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)의 성분에 충분히 희석되지 못하는 부분이 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 이음부(30)의 형성 속도는 15~170mm/sec 일 수 있다. 바람직하게는, 이음부(30)의 형성 속도는 1~7m/min 일 수 있다. 더욱 바람직하게는, 이음부(30)의 형성 속도는 15~120mm/sec 일 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 빔(310)의 반경은 0.1~1.0mm일 수 있다. 레이저 빔(310)의 반경이 1.0mm를 초과하기 위해서는 필러 와이어(200)와 제1,2 도금강판(10, 20)과 레이저 헤드(300) 간의 거리가 가까워야 하는데, 이러한 경우는 필러 와이어(200)가 공급되는 공간 또는 필러 와이어(200)가 소비된 경우 이를 교체할 공간이 충분하지 못하여 제조 공정 효율이 저하될 수 있다. 반면에, 레이저 빔(310)의 반경이 0.1mm 미만인 경우는 도 3에 도시된 바와 같이, 레이저 빔(310)이 조사되지 않는 영역(S)이 존재할 수 있다. 도 3을 참조하면, 레이저 빔 반경이 0.1mm 미만인 경우에는, 레이저 빔을 주파수 100~1500Hz, 파워 1~20kW의 조건으로 조사하여도, 레이저 빔 반경이 작기 때문에 레이저 빔(310)이 조사되지 않는 영역(S)이 존재할 수 있다.
한편, 레이저 빔(310)의 주파수가 100Hz 미만이 되면, 레이저 빔(310)의 스팟 간의 간격이 증가하므로, 1~20kW의 레이저 빔 파워, 0.1~1.0mm의 레이저 빔(310) 반경 및 1~7m/min의 이음부(30) 형성 속도 조건을 만족하여도 레이저 빔(310)을 조사할 때, 제1 도금층(14) 및 제2 도금층(24)의 성분이 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)의 성분에 충분히 희석되지 못하는 부분이 존재할 수 있다.
또한, 레이저 빔(310)의 파워가 1kW 미만인 경우에는, 레이저 빔(310)의 주파수 100~1500Hz, 레이저 빔(310) 반경 0.1~1.0mm 및 이음부(30) 형성 속도 1~7m/min 조건을 만족하여도, 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)으로 전달되는 에너지가 부족하여 레이저 빔(310)을 조사하더라도, 제1 도금층(14) 및 제2 도금층(24)의 성분이 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)의 성분에 충분히 희석되지 못하는 부분이 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 빔(310) 조사 시 서로 이격된 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 조사할 수 있다. 예를 들면, 제1 레이저 빔이 필러 와이어(200)와 제1 도금층(14), 제2 도금층(24), 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)을 용융시키며, 제2 레이저 빔으로 용융된 상태를 유지시켜, 용융된 부위의 균일한 교반이 이루어져 이음부(30)의 편석 발생을 방지하며, 품질 및 기계적 물성이 우수할 수 있다. 한편, 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔을 사용하는 경우, 제1 레이저 빔 및 제2 레이저 빔의 파워의 합이 1~20kW 일 수 있다.
한편, 알루미늄계 도금 블랭크(100)는 상술한 레이저 빔 파워, 반경, 주파수 및 이음부(30) 형성 속도 범위 안에서 접합한 후 고온으로 가열하고 급냉하는 열처리를 수행했을 때, 이음부(30)의 평균 경도가 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)의 평균 경도 중 적어도 하나 보다 클 수 있고, 바람직하게는, 이음부(30)의 최소 경도가 제1 소지철(12) 및 제2 소지철(22)의 최소 경도 보다 클 수 있다.
구체적으로, 알루미늄계 도금 블랭크(100)가 동종 성분 강판으로 조합된 경우(예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제1 합금 조성을 포함하거나 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제3 합금 조성을 포함하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 동일한 경우), 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 최소 경도는 핫 스탬핑 후 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)의 최소 경도 보다 클 수 있다. 또한, 알루미늄계 도금 블랭크(100)가 이종 성분 강판으로 조합된 경우(예컨대, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 각각 제2 합금 조성과 제3 합금 조성을 포함하거나 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)이 제1 합금 조성을 포함하여 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 성분이 상이한 경우), 핫 스탬핑 후 이음부(30)의 평균 경도는 핫 스탬핑 후 제1 소지철(12)과 제2 소지철(22) 중 인장강도가 작은 강판의 최소 경도보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 이음부(30)의 형성 속도는 15~120mm/sec 이며, 이때 레이저 빔(310)의 주파수, 레이저 빔(310) 반경 및 이음부(30) 형성 속도는 하기 식 1의 관계를 만족할 수 있다:
[식 1]
Figure PCTKR2022001407-appb-I000002
(식 1에서, α는 0.7이고, f는 레이저 빔의 주파수(Hz), r은 도금강판의 표면에서 측정한 레이저 빔의 반경(mm) 및 v는 이음부의 형성 속도(mm/sec)이다).
식 1의 레이저 빔(310)의 주파수, 파워, 반경 및 이음부(30) 형성 속도를 제어하더라도, 이음부(30)의 충분한 인장 강도를 확보하려면, 알루미늄(Al) 편석 면적분율을 낮추어야 한다. 그러기 위해서는 레이저 빔(310)의 주파수, 파워, 반경 및 이음부(30) 형성 속도 뿐만 아니라, 레이저 빔(310)이 레이저 헤드(300)에서 조사되어 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)까지 전달되면서 발생하는 에너지 손실, 제1 도금층(14)과 제2 도금층(24)의 열 반사율, 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 열전도율, 제1 소지철(12)과 제2 소지철(22) 두께 및 제1 도금층(14)과 제2 도금층(24)의 두께 등 수 많은 변수를 고려해야 한다.
또한, 레이저 빔(310)의 반경을 제어 시에는 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20)의 표면에서의 에너지 밀도를 고려해야 할 뿐만 아니라, 레이저 빔(310)의 주파수와 이음부(30)의 형성 속도에 따라 결정되는 제1 도금강판(10)과 제2 도금강판(20) 표면에서의 레이저 빔(310)의 이동 경로도 고려하여 이음부(30)에 고르게 에너지가 전달되도록 하여야 하는 어려움이 있다.
이에, 본 발명자는 과도하게 반복된 실험을 거쳐 상술한 다양한 상황을 고려한 보정계수(α)를 사용하여 레이저 빔(310)의 주파수와 반경 및 이음부(30) 형성 속도 만으로 이음부(30)의 충분한 인장강도를 확보할 수 있는 조건을 도출했다.
식 1에 따른 조건 만족 시 알루미늄(Al) 편석 면적분율을 5% 이하로 낮출 수 있다. 다만, 이때 이음부(30)의 형성 속도는 1~7m/min인 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 이음부(30)의 형성 속도는 15~120mm/sec일 수 있다. 이음부(30)의 형성 속도가 빠른 경우, 이음부(30)에 고르게 에너지가 전달될 수 있는 시간이 부족한 문제가 있다. 예를 들면, 120~170mm/s의 이음부(30)의 형성 속도 조건에서는, 식 1을 만족하여도 이음부의 알루미늄(Al) 편석이 과도하게 발생할 수 있다.
한편, 이음부(30)의 알루미늄(Al) 편석 면적분율이 5% 이하를 만족 하여도, 이음부(30)와 제1 소지철(12)의 경계면 및 이음부(30)와 제2 소지철(22)의 경계면에 알루미늄(Al) 편석이 발생하는 경우에는 이음부(30), 구체적으로는 이음부(30)와 제1 도금강판(10)의 경계면 및 이음부(30)와 제2 도금강판(20)의 경계면에서 파단이 발생할 가능성이 높다.
일 실시예에서, 레이저 빔(310)의 패턴 각도를 45° 이상 90° 미만으로 실시하는 경우 이음부(30)와 제1 도금강판(10)의 경계면 및 이음부(30)와 제2 도금강판(20)의 경계면에 알루미늄(Al) 편석이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 패턴 각도는 이음부(30)가 형성될 때 제1 도금강판(10) 및 제2 도금강판(20)의 표면에서, 이음부(30)의 형성 방향(Y2)과 레이저 빔의 이동 경로(Y1)가 이루는 각도를 의미한다.
도 4는 일 실시예에 따른 알루미늄계 블랭크 제조장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 알루미늄계 도금 블랭크 제조장치(1000)는 레이저 광원을 생성하는 레이저 발진부(500), 2 이상의 알루미늄계 도금강판이 배치되되, 하나의 알루미늄계 도금강판의 가장자리와 다른 하나의 알루미늄계 도금강판의 가장자리를 서로 마주보도록 배치되는 강판 로딩부(400), 알루미늄계 도금강판의 이음부를 형성하기 위한 필러 와이어(200)를 공급하는 와이어 공급부(210) 및 레이저 발진부(500)로부터 공급된 레이저 광원을 이용하여 알루미늄계 도금강판의 서로 마주보는 부위 및 공급된 필러 와이어(200)에 레이저 빔(310)을 조사하는 레이저 헤드(300)를 포함할 수 있다. 이때, 알루미늄계 도금강판은 앞서 설명한 제1 도금강판(10, 도 1(a)) 및 제2 도금강판(20, 도 1(a))일 수 있다.
일 실시예에서, 레이저 헤드(300)는 로봇 암(320)에 체결되어, 이음부가 형성되는 방향에 대하여 반대 방향으로 이동할 수 있다.
일 실시예에서, 강판 로딩부(400)를 이용하여 알루미늄계 도금강판을 이음부가 형성되는 방향과 동일한 방향으로 이동할 수 있다.
강판 접합 시, 이음부의 형성 방향을 기준으로 소정 각도의 패턴을 이루도록 레이저 빔(310)을 조사하여 접합되며, 레이저 빔(310)은 주파수 100~1500Hz, 파워 1~20kW 일 수 있다. 이음부의 형성 속도는 1~10m/min, 바람직하게는 15~170mm/sec 일 수 있다.
일 실시예에서, 패턴은 강판 로딩부의 알루미늄계 도금강판 및 레이저 빔(310) 중 하나 이상이 패턴 운동하여 이루어질 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
실험예 1
탄소(C) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.01 중량% 이상 내지 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0.3 중량% 이상 내지 2.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는 소지철 및 소지철의 적어도 일면에 20~100g/m2의 부착량으로 형성되며, 알루미늄(Al)을 포함하는 도금층을 포함하되, 서로 강도 및 두께가 각각 다른 2 이상의 알루미늄계 도금강판을 준비하였다. 알루미늄계 도금강판의 도금층은 각각 소지철의 표면에 형성되며 알루미늄(Al)을 80 중량% 이상 포함하는 표면층, 및 표면층과 소지철 사이에 형성되며 알루미늄-철(Al-Fe) 및 알루미늄-철-실리콘(Al-Fe-Si) 화합물을 포함하며, 철(Fe)을 20~60 중량% 포함하는 확산층을 포함하였다.
그리고 도 4와 같은 알루미늄계 도금 블랭크 제조장치의 강판 로딩부에 2 이상의 알루미늄계 도금강판 중 하나의 도금강판의 가장자리와 다른 하나의 도금강판의 가장자리를 서로 마주보도록 배치하였다. 그 다음에 알루미늄계 도금강판이 서로 마주보는 부위에 와이어 공급부로부터 필러 와이어를 제공하고, 레이저 빔을 조사하여, 알루미늄계 도금강판의 서로 마주보는 부위 및 필러 와이어를 용융하여 이음부를 형성하여 알루미늄계 도금 블랭크를 제조하였다.
강판 접합 시, 이음부의 형성 방향을 기준으로 소정 각도의 패턴을 이루도록 레이저 빔을 조사하여 접합하였다. 구체적으로, 레이저 헤드는 이음부 형성 방향과 동일한 방향으로 평행하게 이동하면서, 레이저 빔은 이음부의 형성 방향에 대해 60°로 패턴 운동을 하며 조사되었다. 또한, 레이저 빔은 주파수 100Hz, 빔파워 1kW, 빔반경 0.1mm로 조사하였으며, 이음부는 1m/min의 형성 속도로 형성하였다.
하기 표 1은 이음부 내의 알루미늄 함량의 표준편차에 따른 핫 스탬핑 후 인장시험 시 파단발생부위를 나타낸 것이다.
구 분 알루미늄 평균 함량
(중량%)		 이음부의 알루미늄 함량의 표준편차 제1 측부에서의 알루미늄 함량의 표준편차 제2 측부에서의 알루미늄 함량의 표준편차 핫 스탬핑 후
인장시험 시
파단발생부위
실시예 1 0.5 0.11 0.08 0.16 도금강판
실시예 2 0.9 0.05 0.02 0.05 도금강판
실시예 3 1.50 0.25 0.20 0.16 도금강판
비교예 1 0.60 0.25 0.21 0.16 이음부
비교예 2 1.50 0.26 0.04 0.08 이음부
비교예 3 1.40 0.23 0.22 0.04 이음부
비교예 4 1.50 0.12 0.02 0.21 이음부
비교예 5 1.60 0.06 0.08 0.07 이음부
전술한 바와 같이, 이음부(30)의 알루미늄(Al)의 평균 함량은 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하일 수 있다. 또한, 이음부(30)는 제1 측부(31), 제2 측부(33), 및 중심부(35)를 포함할 수 있고, 이음부(30)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 0 이상 0.25 이하일 수 있고, 제1 측부(31) 및 제2 측부(33)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 0 이상 0.20 이하일 수 있다.
표 1을 참조하면, 이음부(30)의 알루미늄(Al)의 평균 함량, 이음부(30)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차, 제1 측부(31)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차, 및 제2 측부(33)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 전술한 조건을 만족하는 경우, 알루미늄계 도금 블랭크(100)를 핫 스탬핑 한 후 인장시험 시 도금강판(예컨대, 제1 도금강판(10) 및/또는 제2 도금강판(20))에 파단이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
비교예 1 및 비교예 3은 제1 측부(31)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0.20 을 초과하는 경우로서, 다른 조건을 만족하여도 제1 측부(31)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0.20 를 초과하는 경우, 알루미늄계 도금 블랭크(100)를 핫 스탬핑 한 후 인장시험 시 이음부(30)에 파단이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
비교예 2는 이음부(30)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0.25 를 초과하는 경우로서, 다른 조건을 만족하여도 이음부(30)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0.25 를 초과하는 경우 알루미늄계 도금 블랭크(100)를 핫 스탬핑 한 후 인장시험 시 이음부(30)에 파단이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
비교예 4는 제2 측부(33)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0.20 을 초과하는 경우로서, 다른 조건을 만족하여도 제2 측부(33)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0.20 를 초과하는 경우, 알루미늄계 도금 블랭크(100)를 핫 스탬핑 한 후 인장시험 시 이음부(30)에 파단이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
비교예 5는 이음부(30)의 알루미늄(Al)의 평균 함량이 1.5 중량%를 초과하는 경우로서, 다른 조건을 만족하여도 이음부(30)의 알루미늄(Al)의 평균 함량이 1.5 중량%를 초과하는 경우 알루미늄계 도금 블랭크(100)를 핫 스탬핑 한 후 인장시험 시 이음부(30)에 파단이 발생하는 것을 확인할 수 있다.
따라서, 이음부(30)의 알루미늄(Al)의 평균 함량이 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하로 구비되고, 이음부(30)의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0 이상 0.25 이하로 구비되는 경우, 알루미늄계 도금 블랭크(100)를 핫 스탬핑 한 후 인장시험 시 이음부(30)에 파단이 발생하는 것이 방지 또는 최소화될 수 있다. 특히, 제1 도금강판(10)과 이음부(30)가 인접한 부분(예컨대, 제1 측부(31)) 및 제2 도금강판(20)과 이음부(30)가 인접한 부분(예컨대, 제2 측부(33))의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차가 0 이상 0.2 이하로 구비됨으로써, 제1 측부(31) 및 제2 측부(33)에 알루미늄(Al)이 고르게 분포되어 제1 도금강판(10)과 이음부(30) 사이 및 제2 도금강판(20)과 이음부(30) 사이에 파단이 발생하는 것이 방지 또는 최소화될 수 있다.
실험예 2
하기 표 2 조건의 레이저 빔 파워, 빔 반경, 주파수, 이음부 형성 속도 조건을 적용하여 알루미늄계 도금강판을 접합한 것을 제외하고, 전술한 실험예 1과 동일한 방법으로 알루미늄계 도금 블랭크를 제조하였다.
실시예 4~19 및 비교예 6~17의 알루미늄계 도금 블랭크 시편을 각각 3개씩 제조한 후, 각 시편을 오스테나이트 단상역 온도 이상(Ac3 이상)으로 가열하고 300℃ 이하까지 10~500℃/s의 냉각 속도로 냉각 후 알루미늄계 도금 블랭크의 이음부와 알루미늄 도금강판의 경도값을 측정하였다. 여기서 경도는 금속재료의 비커스 경도 시험 방법(하중 300g)으로 측정하였으며, 이음부의 최소 경도가 도금강판의 최소 경도 이상인 경우는 Pass, 최소 경도 미만인 경우를 Fail로 판정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 이음부의 최소 경도는 일정한 간격으로 이격된 5지점에서의 측정된 이음부의 경도값 중 가장 작은 값이며 도금강판(또는, 소지철)의 최소 경도는 일정한 간격으로 이격된 5지점에서 측정된 도금강판(또는, 소지철)의 경도값 중 가장 작은 값이다.
구 분 빔파워
(kW)		 빔반경
(mm)		 주파수
(Hz)		 이음부
형성 속도
(m/min)		 경도 테스트 결과
(Pass/Fail)
실시예 4 1 0.1 100 1 Pass
실시예 5 1 0.1 1500 1 Pass
실시예 6 1 0.1 100 10 Pass
실시예 7 1 0.1 1500 10 Pass
실시예 8 1 1 100 1 Pass
실시예 9 1 1 1500 1 Pass
실시예 10 1 1 100 10 Pass
실시예 11 1 1 1500 10 Pass
실시예 12 1 0.32 100 1 Pass
실시예 13 1 0.32 1500 10 Pass
실시예 14 10 1 100 1 Pass
실시예 15 10 1 1500 10 Pass
실시예 16 20 0.1 100 1 Pass
실시예 17 20 0.1 1500 1 Pass
실시예 18 20 0.1 100 10 Pass
실시예 19 20 0.1 1500 10 Pass
비교예 6 1 0.05 100 1 Fail
비교예 7 1 0.05 1500 1 Fail
비교예 8 1 0.1 90 1 Fail
비교예 9 1 1 90 1 Fail
비교예 10 1 1 100 11 Fail
비교예 11 1 1 1500 11 Fail
비교예 12 20 0.05 100 1 Fail
비교예 13 20 0.05 1500 1 Fail
비교예 14 20 0.1 90 1 Fail
비교예 15 20 1 90 1 Fail
비교예 16 20 1 100 11 Fail
비교예 17 20 1 1500 11 Fail
이하, 본 발명에서 "에너지 밀도"는 "레이저 발진기의 빔 파워P(kW)를 강판 표면에서의 레이저 빔 면적(π·r2)으로 나눈 값(단, r은 레이저 빔의 반경임)"으로 가정한다.
표 2의 결과를 참조하면, 본 발명의 레이저 빔 조사 및 이음부 형성 속도를 만족하는 실시예 4~19의 경우, 이음부의 최소 경도는 도금강판(또는, 소지철)의 최소 경도 이상임을 알 수 있었다.
표 2의 결과를 참조하면, 본 발명의 레이저 빔 조사 및 이음부 형성 속도를 만족하는 실시예 4~19의 경우 이음부의 최소 경도는 도금강판(또는, 소지철)의 최소 경도 이상임을 알 수 있었다.
반면, 비교예 6, 7, 12 및 13의 경우, 에너지 밀도는 충분하나, 이음부 형성 속도를 최소로 했음에도 레이저 빔의 반경이 작기 때문에 레이저 빔에 의해 알루미늄 도금강판의 도금층 및 소지철의 용융 시 도금층의 성분이 소지철 성분에 충분히 희석되지 못하는 부분이 존재하여 이음부의 최소 경도가 도금강판(또는, 소지철)의 최소 경도 이하로 형성되었다.
비교예 8, 9, 14 및 15의 경우, 레이저 빔 반경 값을 최대(1.0mm)로 하고 이음부 형성 속도를 최소(1m/min)로 했음에도, 주파수가 낮기 때문에 레이저 빔 이동 경로의 간격이 커지고, 레이저 빔에 의해 알루미늄 도금강판의 도금층 및 소지철이 용융될 때 도금층의 성분이 소지철 성분에 충분히 희석되지 못하는 부분이 존재하여 이음부의 최소 경도가 도금강판(또는, 소지철)의 최소 경도 이하로 형성되었다.
또한, 비교예 10, 11, 16 및 17의 경우, 에너지 밀도는 충분하고 빔 반경도 최대로 했으나, 속도가 너무 빨라서 레이저 빔 이동 경로의 간격이 커지고, 레이저 빔에 의해 알루미늄 도금강판의 도금층 및 소지철이 용융될 때 도금층의 성분이 소지철 성분에 충분히 희석되지 못하는 부분이 존재하여, 이음부의 최소 경도가 도금강판(또는, 소지철)의 최소 경도 이하로 형성되었다.
실험예 3
하기 표 3 내지 표 6에 따른 레이저 빔 파워, 빔 반경, 주파수, 이음부 형성 속도와, 하기 식 1에 따른 조건을 적용하여 알루미늄계 도금강판을 접합하였으며, 레이저 헤드는 이음부 형성 방향과 동일한 방향으로 평행하게 이동하면서, 레이저 빔은 이음부 형성 방향에 대해 45°의 패턴 운동을 하며 조사한 것을 제외하고, 전술한 실험예 1과 동일한 방법으로 알루미늄계 도금 블랭크를 제조하였다.
[식 1]
Figure PCTKR2022001407-appb-I000003
(식 1에서, α는 0.7이고, f는 레이저 빔의 주파수(Hz), r은 도금강판의 표면에서 측정한 레이저 빔의 반경(mm) 및 v는 이음부의 형성 속도(mm/sec)이다).
실시예 20~71 및 비교예 18~57의 블랭크 시편을 각각 3개씩 제조한 후, 각 시편을 오스테나이트 단상역 온도 이상(Ac3 이상)으로 가열하고 300℃ 이하까지 10~500℃/s의 냉각 속도로 냉각하였다. 그 다음에, 각 시편의 이음부의 알루미늄 편석 면적분율과 인장 테스트를 실시하여 그 결과를 하기 표 3 내지 표 6에 나타내었다. 구체적으로, 이음부의 알루미늄(Al) 편석의 면적분율 측정은 3개 시편에서의 Al 편석 면적분율의 평균값으로 나타내었으며, 인장 시험 결과는 시편에 인장력을 가한 후 3개의 시편 모두 상기 이음부에서 파단이 일어나지 않은 경우를 Pass, 이음부에서 1회 이상 파단이 발생한 경우를 Fail로 표시한 것이다.
구 분 빔파워
(kW)		 이음부 형성 속도
(m/min)		 빔반경
(mm)		 주파수
(Hz)		 식 1
(v:mm/sec)		 Al 편석 면적분율
(%)		 인장 테스트 결과
(Pass/Fail)
실시예 20 1 1 0.1 1500 4.66 4.2 Pass
실시예 21 1 1 1 100 3.51 3.6 Pass
실시예 22 1 1 1 1500 23.34 5 Pass
실시예 23 1 3 0.1 1500 2.16 1.1 Pass
실시예 24 1 3 0.4 130 1.03 1 Pass
실시예 25 1 3 0.4 1500 5.7 3.1 Pass
실시예 26 1 3 1 100 1.63 1.1 Pass
실시예 27 1 3 1 1500 10.82 4.2 Pass
실시예 28 1 5 0.1 1500 1.51 1.6 Pass
실시예 29 1 5 1 100 1.14 1.2 Pass
실시예 30 1 5 1 1500 7.57 3.9 Pass
실시예 31 1 7 0.1 1500 1.2 1.3 Pass
실시예 32 1 7 1 1500 5.98 3.3 Pass
비교예 18 1 1 0.1 100 0.7 18.7 Fail
비교예 19 1 1 0.1 160 0.98 18.3 Fail
비교예 20 1 3 0.1 100 0.33 14.2 Fail
비교예 21 1 3 0.4 100 0.86 13.6 Fail
비교예 22 1 5 0.1 100 0.23 11.2 Fail
비교예 23 1 7 0.1 100 0.18 19.2 Fail
비교예 24 1 7 1 100 0.9 14.5 Fail
비교예 25 1 8 0.1 1500 1.09 13.9 Fail
비교예 26 1 8 1 1500 5.45 15.7 Fail
비교예 27 1 10 1 1500 4.66 19.5 Fail
구 분 빔파워
(kW)		 이음부 형성 속도
(m/min)		 빔반경
(mm)		 주파수
(Hz)		 식 1
(v:mm/sec)		 Al 편석 면적분율
(%)		 인장 테스트 결과
(Pass/Fail)
실시예 33 3 1 0.1 1500 4.66 4.9 Pass
실시예 34 3 1 1 100 3.51 4.8 Pass
실시예 35 3 1 1 1500 23.34 4.8 Pass
실시예 36 3 3 0.1 1500 2.16 2.1 Pass
실시예 37 3 3 0.4 130 1.03 0 Pass
실시예 38 3 3 0.4 1500 5.7 3.9 Pass
실시예 39 3 3 1 100 1.63 1.2 Pass
실시예 40 3 3 1 1500 10.82 4.6 Pass
실시예 41 3 5 0.1 1500 1.51 1.4 Pass
실시예 42 3 5 1 100 1.14 0.9 Pass
실시예 43 3 5 1 1500 7.57 3.1 Pass
실시예 44 3 7 0.1 1500 1.2 1.2 Pass
실시예 45 3 7 1 1500 5.98 3.9 Pass
비교예 28 3 1 0.1 100 0.7 15.1 Fail
비교예 29 3 1 0.1 160 0.98 14.6 Fail
비교예 30 3 3 0.1 100 0.33 12.8 Fail
비교예 31 3 3 0.4 100 0.86 17.7 Fail
비교예 32 3 5 0.1 100 0.23 16.3 Fail
비교예 33 3 7 0.1 100 0.18 16.1 Fail
비교예 34 3 7 1 100 0.9 14.1 Fail
비교예 35 3 8 0.1 1500 1.09 13.6 Fail
비교예 36 3 8 1 1500 5.45 11.6 Fail
비교예 37 3 10 1 1500 4.66 16.7 Fail
구 분 빔파워
(kW)		 이음부 형성 속도
(m/min)		 빔반경
(mm)		 주파수
(Hz)		 식 1
(v:mm/sec)		 Al 편석 면적분율
(%)		 인장 테스트 결과
(Pass/Fail)
비교예 38 7 1 0.1 100 0.7 14.2 Fail
비교예 39 7 1 0.1 160 0.98 16.7 Fail
비교예 40 7 3 0.1 100 0.33 15.2 Fail
비교예 41 7 3 0.4 100 0.86 11.6 Fail
비교예 42 7 5 0.1 100 0.23 11 Fail
비교예 43 7 7 0.1 100 0.18 11.2 Fail
비교예 44 7 7 1 100 0.9 12.6 Fail
비교예 45 7 8 0.1 1500 1.09 13.2 Fail
비교예 46 7 8 1 1500 5.45 17 Fail
비교예 47 7 10 1 1500 4.66 19.5 Fail
실시예 46 7 1 0.1 1500 4.66 5 Pass
실시예 47 7 1 1 100 3.51 4.1 Pass
실시예 48 7 1 1 1500 23.34 4.9 Pass
실시예 49 7 3 0.1 1500 2.16 1.1 Pass
실시예 50 7 3 0.4 130 1.03 1 Pass
실시예 51 7 3 0.4 1500 5.7 3.9 Pass
실시예 52 7 3 1 100 1.63 1.8 Pass
실시예 53 7 3 1 1500 10.82 4.1 Pass
실시예 54 7 5 0.1 1500 1.51 1.7 Pass
실시예 55 7 5 1 100 1.14 1.2 Pass
실시예 56 7 5 1 1500 7.57 3.5 Pass
실시예 57 7 7 0.1 1500 1.2 1.9 Pass
실시예 58 7 7 1 1500 5.98 3.4 Pass
구 분 빔파워
(kW)		 이음부 형성 속도
(m/min)		 빔반경
(mm)		 주파수
(Hz)		 식 1
(v:mm/sec)		 Al 편석 면적분율
(%)		 인장 테스트 결과
(Pass/Fail)
비교예 48 20 1 0.1 100 0.7 12.2 Fail
비교예 49 20 1 0.1 160 0.98 10.9 Fail
비교예 50 20 3 0.1 100 0.33 15.2 Fail
비교예 51 20 3 0.4 100 0.86 14 Fail
비교예 52 20 5 0.1 100 0.23 15.5 Fail
비교예 53 20 7 0.1 100 0.18 20.9 Fail
비교예 54 20 7 1 100 0.9 12.2 Fail
비교예 55 20 8 0.1 1500 1.09 13.9 Fail
비교예 56 20 8 1 1500 5.45 12.7 Fail
비교예 57 20 10 1 1500 4.66 16.1 Fail
실시예 59 20 1 0.1 1500 4.66 3.9 Pass
실시예 60 20 1 1 100 3.51 4 Pass
실시예 61 20 1 1 1500 23.34 3 Pass
실시예 62 20 3 0.1 1500 2.16 1.9 Pass
실시예 63 20 3 0.4 130 1.03 1.3 Pass
실시예 64 20 3 0.4 1500 5.7 3.2 Pass
실시예 65 20 3 1 100 1.63 0 Pass
실시예 66 20 3 1 1500 10.82 5 Pass
실시예 67 20 5 0.1 1500 1.51 1.2 Pass
실시예 68 20 5 1 100 1.14 1.3 Pass
실시예 69 20 5 1 1500 7.57 4.4 Pass
실시예 70 20 7 0.1 1500 1.2 1.3 Pass
실시예 71 20 7 1 1500 5.98 3 Pass
표 3 내지 표 6의 결과를 참조하면, 본 발명의 실시예 20~71의 경우, 식 1의 조건을 만족하였으며, 이음부의 알루미늄 편석 면적분율이 5% 이하를 만족하였고, 인장 테스트 결과 이음부에서 파단이 발생하지 않았다(PASS). 그러나, 본 발명의 조건을 벗어난 비교예 18~57의 경우, 본 발명의 식 1의 조건을 만족하지 못하는 경우 이음부의 알루미늄 편석 면적분율이 5%를 초과하였으며, 인장 테스트 시 이음부에서 파단이 발생하였다. 또한, 식 1을 만족하더라도 이음부의 형성 속도가 7m/min을 초과하는 경우 이음부의 형성 속도가 빨라서 레이저 빔이 소지철의 내부까지 충분히 교반하지 못하여 알루미늄 편석이 과도하게 발생하였으며, 인장 테스트 시 이음부에서 파단이 발생하였다.
실험예 4
하기 표 7 및 표 8에 따른 레이저 빔 파워, 이음부 형성 속도, 빔 반경, 주파수를 적용하여 알루미늄계 도금강판을 접합하였으며, 레이저 헤드는 이음부 형성 방향과 동일한 방향으로 평행하게 이동하면서, 레이저 빔은 이음부 형성 방향에 대해 하기 표 7 및 표 8 조건의 패턴 각도로 조사한 것을 제외하고, 전술한 실험예 1과 동일한 방법으로 알루미늄계 도금 블랭크를 제조하였다. 이때 패턴 각도는 이음부가 형성될 때 도금강판의 표면에서 상기 이음부 형성 방향과 레이저 빔의 이동 경로가 이루는 각도를 의미한다.
실시예 72~101 및 비교예 58~77의 블랭크 시편을 각각 3개씩 제조한 후, 각 시편을 오스테나이트 단상역 온도 이상(Ac3 이상)으로 가열하고 300℃ 하까지 10~500℃/s의 냉각 속도로 냉각하였다. 그 다음에, 각 시편의 이음부의 알루미늄 편석 면적분율, 이음부 경계면의 알루미늄 편석 발생 여부와, 인장 테스트를 결과를 하기 표 7 및 표 8에 나타내었다. 구체적으로, 이음부의 알루미늄(Al) 편석의 면적분율 측정은 3개 시편에서의 Al 편석 면적분율의 평균값으로 나타내었으며, 인장 시험 결과는 시편에 인장력을 가한 후 3개의 시편 모두 상기 이음부에서 파단이 일어나지 않은 경우를 X, 이음부에서 1회 이상 파단이 발생한 경우를 ○로 판정하였다.
구 분 빔파워
(kW)		 이음부 형성 속도
(m/min)		 빔반경
(mm)		 주파수
(Hz)		 패턴각도
(degree)		 Al 편석 면적분율
(%)		 이음부
경계면
Al 편석		 이음부
파단여부
비교예 58 3 1 0.1 1500 20 4.8 유 O
비교예 59 40 4.1 유 O
실시예 72 45 4.9 무 X
실시예 73 60 4.1 무 X
실시예 74 85 3.2 무 X
비교예 60 3 1 1 100 20 4.8 유 O
비교예 61 40 4.2 유 O
실시예 75 45 0 무 X
실시예 76 60 4.1 무 X
실시예 77 85 3.4 무 X
비교예 62 3 1 1 1500 20 4.8 유 O
비교예 63 40 4.3 유 O
실시예 78 45 0 무 X
실시예 79 60 4.5 무 X
실시예 80 85 3.1 무 X
비교예 64 3 7 0.1 1500 20 3.2 유 O
비교예 65 40 2.2 유 O
실시예 81 45 1.2 무 X
실시예 82 60 1.8 무 X
실시예 83 85 0.5 무 X
비교예 66 3 7 1 1500 20 4.7 유 O
비교예 67 40 4.2 유 O
실시예 84 45 3.9 무 X
실시예 85 60 1.5 무 X
실시예 86 85 0 무 X
구 분 빔파워
(kW)		 이음부 형성 속도
(m/min)		 빔반경
(mm)		 주파수
(Hz)		 패턴각도
(degree)		 Al 편석 면적분율
(%)		 이음부
경계면
Al 편석		 이음부
파단여부
비교예 68 7 1 0.1 1500 20 4.6 유 O
비교예 69 40 4.1 유 O
실시예 87 45 5 무 X
실시예 88 60 4.1 무 X
실시예 89 85 3.9 무 X
비교예 70 7 1 1 100 20 4.7 유 O
비교예 71 40 3.9 유 O
실시예 90 45 3.5 무 X
실시예 91 60 3.5 무 X
실시예 92 85 3.5 무 X
비교예 72 7 1 1 1500 20 4.7 유 O
비교예 73 40 4.5 유 O
실시예 93 45 4.9 무 X
실시예 94 60 4.1 무 X
실시예 95 85 2.8 무 X
비교예 74 7 7 0.1 1500 20 4.9 유 O
비교예 75 40 3.5 유 O
실시예 96 45 1.9 무 X
실시예 97 60 1.8 무 X
실시예 98 85 1.1 무 X
비교예 76 7 7 1 1500 20 4.8 유 O
비교예 77 40 3.8 유 O
실시예 99 45 3.4 무 X
실시예 100 60 2.8 무 X
실시예 101 85 1.9 무 X
한편, 이음부의 알루미늄 편석의 면적분율이 5% 이하를 만족하여도, 이음부와 소지철의 경계면에 알루미늄(Al) 편석이 발생하는 경우에는, 이음부, 구체적으로 이음부 및 강판의 경계면에서 파단이 발생할 가능성이 높다. 표 7 및 표 8의 결과를 참조하면, 패턴 각도를 45° 이상 90°미만으로 적용한 실시예의 경우 이음부의 알루미늄 편석이 면적분율 5% 이하로 형성되며, 이음부와 소지철의 경계면에 알루미늄(Al) 편석이 발생하는 것을 방지할 수 있으며, 인장시험 시 이음부의 파단이 방지되는 것을 알 수 있었다. 반면, 45° 미만의 패턴 각도를 적용한 비교예 58~77의 경우 이음부 경계면에 알루미늄 편석이 발생하며 이음부의 파단이 발생함을 알 수 있었다.
도 5(a)는 레이저 빔으로 접합하되, 레이저 빔을 소정의 패턴 각도를 적용하지 않은 종래 방법으로 제조된 알루미늄계 도금 블랭크의 단면을 나타낸 것이며, 도 5(b)는 실시예 1의 알루미늄계 블랭크의 단면을 나타낸 광학현미경 사진이다. 도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, 레이저 빔을 소정의 패턴 각도를 적용하지 않은 종래 방법을 적용 시, 도금층의 성분이 소지철의 성분에 충분히 희석되지 못하여, 이음부 알루미늄 편석의 면적분율이 증가하였으나, 실시예 1의 경우, 도금층의 성분이 소지철의 성분에 충분히 희석되어, 이음부에 알루미늄 편석 발생을 최소화할 수 있음을 알 수 있었다.
도 6(a)는 실시예 10의 알루미늄계 블랭크의 핫스탬핑 성형 후 부위별 경도 변화를 나타낸 그래프이며, 도 6(b)는 비교예 10의 알루미늄계 블랭크의 부위별 경도 변화를 나타낸 그래프이다. 도 6(a) 및 도 6(b)를 참조하면, 실시예 10은 핫스탬핑 성형 후 이음부(30)의 최소 경도가 도금강판(또는, 소지철)의 최소 경도 이상을 가졌으나, 본 발명의 조건을 벗어난 비교예 10의 경우 핫 스탬핑 성형 후 이음부(30)의 최소 경도가 도금강판(또는, 소지철)의 최소 경도 이하인 것을 알 수 있었다.
도 7(a)는 실시예 37 알루미늄계 블랭크의 단면을 나타낸 것이며, 도 7(b)는 비교예 33의 알루미늄계 블랭크의 단면을 나타낸 광학현미경 사진이다.
도 7(a) 및 도 7(b)를 참조하면, 실시예 37의 알루미늄계 블랭크는 이음부의 알루미늄 편석을 최소화하였으나, 본 발명의 식 1의 조건을 벗어난 비교예 33의 경우, 실시예 37에 비해 이음부의 알루미늄 편석 발생이 증가한 것을 알 수 있었다.
이와 같이 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 알루미늄계 도금 블랭크로서,
    제1 도금강판;
    상기 제1 도금강판과 연결된 제2 도금강판; 및
    상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판의 경계에서 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판을 연결하는 이음부;를 포함하고,
    상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판 각각은, 소지철과 상기 소지철의 적어도 일면에 20~100g/m2의 부착량으로 형성되며 알루미늄(Al)을 포함하는 도금층을 포함하고,
    상기 이음부는 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 이음부의 알루미늄(Al)의 평균 함량은 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하인, 알루미늄계 도금 블랭크.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이음부의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 0 이상 0.25 이하인, 알루미늄계 도금 블랭크.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 도금층은, 상기 소지철의 표면에 형성되며 알루미늄(Al)을 80 중량% 이상 포함하는 표면층; 및
    상기 표면층과 상기 소지철 사이에 형성되는 확산층;을 포함하고,
    상기 확산층은, 알루미늄-철(Al-Fe) 및 알루미늄-철-실리콘(Al-Fe-Si) 화합물을 포함하는, 알루미늄계 도금 블랭크.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 소지철은 탄소(C) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.01 중량% 이상 내지 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0.3 중량% 이상 내지 2.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 알루미늄계 도금 블랭크.
  5. 알루미늄계 도금 블랭크의 제조방법으로서,
    제1 도금강판과 제2 도금강판의 가장자리를 서로 마주보도록 배치하는 단계; 및
    상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판의 경계에 필러 와이어를 제공하고, 레이저 빔을 조사하여 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판을 연결하는 이음부를 형성하는 접합 단계;를 포함하고,
    상기 이음부는 상기 레이저 빔의 조사에 의해 상기 제1 도금강판, 상기 제2 도금강판 및 상기 필러 와이어가 함께 용융되어 형성되며,
    상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판 각각은, 소지철과 상기 소지철의 적어도 일면에 20~100g/m2의 부착량으로 형성되며 알루미늄을 포함하는 도금층을 포함하고,
    상기 이음부는 알루미늄(Al)을 포함하고, 상기 이음부의 알루미늄(Al)의 평균 함량은 0.5 중량% 이상 1.5 중량% 이하인, 알루미늄계 도금 블랭크 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 레이저 빔은 상기 경계를 가로질러 왕복운동을 하도록 조사되고,
    상기 레이저 빔은 주파수 100~1500Hz, 파워 1~20kW이며, 상기 이음부의 형성 속도는 15~170mm/sec인, 알루미늄계 도금 블랭크 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 이음부의 형성 속도는 15~120mm/sec이고,
    상기 레이저 빔의 주파수, 레이저 빔 반경 및 상기 이음부의 형성 속도는 하기 식 1의 관계를 만족하는 알루미늄계 도금 블랭크 제조방법
    [식 1]
    Figure PCTKR2022001407-appb-I000004
    (상기 식 1에서, α는 0.7이고, f는 상기 레이저 빔의 주파수(Hz), r은 도금강판의 표면에서 측정한 상기 레이저 빔의 반경(mm) 및 v는 상기 이음부의 형성 속도(mm/sec)이다.)
  8. 제5항에 있어서,
    상기 이음부의 알루미늄(Al) 함량의 표준 편차는 0 이상 0.25 이하인, 알루미늄계 도금 블랭크 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 도금층은, 상기 소지철의 표면에 형성되며 알루미늄(Al)을 80 중량% 이상 포함하는 표면층; 및
    상기 표면층과 상기 소지철 사이에 형성되는 확산층;을 포함하고,
    상기 확산층은, 알루미늄-철(Al-Fe) 및 알루미늄-철-실리콘(Al-Fe-Si) 화합물을 포함하는, 알루미늄계 도금 블랭크 제조방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 소지철은 탄소(C) 0.01 중량% 이상 0.5 중량% 이하, 실리콘(Si) 0.01 중량% 이상 내지 1.0 중량% 이하, 망간(Mn) 0.3 중량% 이상 내지 2.0 중량% 이하, 인(P) 0 초과 0.1 중량% 이하, 황(S) 0 초과 0.1 중량% 이하, 잔부의 철(Fe) 및 기타 불가피한 불순물을 포함하는, 알루미늄계 도금 블랭크 제조방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 필러 와이어는 탄소(C) 및 망간(Mn) 중 하나 이상의 오스테나이트 안정화 원소와 잔부 철(Fe) 및 불가피한 불순물을 포함하는, 알루미늄계 도금 블랭크 제조방법.
  12. 제5항에 있어서,
    상기 레이저 빔이 조사 시, 상기 제1 도금강판과 상기 제2 도금강판 및 상기 레이저 빔을 조사하는 레이저 헤드 중 하나 이상이 운동하는, 알루미늄계 도금 블랭크 제조방법.
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