特許 5873934 テーラードブランクの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5873934

(24)【登録日】2016年1月22日

(45)【発行日】2016年3月1日

(54)【発明の名称】テーラードブランクの製造方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 26/322 20140101AFI20160216BHJP

   B21D 22/20 20060101ALI20160216BHJP

   B23K 26/323 20140101ALI20160216BHJP

   B23K 26/21 20140101ALI20160216BHJP

   B62D 25/04 20060101ALN20160216BHJP

【ＦＩ】

   B23K26/322

   B21D22/20 E

   B21D22/20 G

   B21D22/20 H

   B23K26/323

   B23K26/21 N

   !B62D25/04 C

   !B62D25/04 B

【請求項の数】4

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-551212(P2014-551212)

(86)(22)【出願日】2013年5月28日

(65)【公表番号】特表2015-510453(P2015-510453A)

(43)【公表日】2015年4月9日

(86)【国際出願番号】KR2013004629

(87)【国際公開番号】WO2014088170

(87)【国際公開日】20140612

【審査請求日】2013年11月7日

(31)【優先権主張番号】10-2012-0139035

(32)【優先日】2012年12月3日

(33)【優先権主張国】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】509107932

【氏名又は名称】ヒュンダイ ハイスコ カンパニー リミテッド

(73)【特許権者】

【識別番号】513281404

【氏名又は名称】プサン ナショナル ユニバーシティー インダストリー−ユニバーシティー コーオペレイション ファウンデーション

(74)【代理人】

【識別番号】100082647

【弁理士】

【氏名又は名称】永井 義久

(72)【発明者】

【氏名】クォン・ミンソク

(72)【発明者】

【氏名】キム・ユンギュ

(72)【発明者】

【氏名】キム・ヨンジン

(72)【発明者】

【氏名】カン・ジョンユン

(72)【発明者】

【氏名】コン・ジョンパン

(72)【発明者】

【氏名】オ・ミョンファン

(72)【発明者】

【氏名】シン・ヒョンジョン

(72)【発明者】

【氏名】オ・スンテク

【審査官】 豊島 唯

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００６−２１８５１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−０５７４６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２１９５８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−０９００４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０２１２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１５４２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０２５９００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３８２６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２０４４５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／７０

Ｂ２１Ｄ ２２／２０

Ｂ６２Ｄ ２５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

異種強度又は異種厚さを有するめっき鋼板ブランクを製造するテーラードブランクの製造方法において、
フィラーワイヤを使用してレーザー溶接で接合される第一の段階と；及び
ホットスタンピング加熱温度８００℃ないし９５０℃の範囲に加熱されてホットスタンピング加工される第二の段階を含み、
前記第一の段階で使用される前記めっき鋼板はＡｌ―Ｓｉ成分又はＺｎのめっき層を有し、
前記第一の段階で使用される前記フィラーワイヤは前記めっき鋼板の母材の成分よりもオーステナイト安定化元素の含量を多く含むものであって、
前記めっき鋼板の母材の成分及び前記めっき層の成分との関係で前記第一の段階で生成される前記レーザー溶接の前記接合部の溶け込みの混合後の成分が前記第二段階において前記ホットスタンピング加熱温度の範囲内でフェライト組織を生成しない成分となるフィラーワイヤを用いることを特徴とするテーラードブランクの製造方法。

【請求項2】

前記オーステナイト安定化元素はＣ又はＭｎを含み前記ホットスタンピング加工後の前記レーザー溶接の前記接合部がマルテンサイト組織を有することを特徴とする、請求項１に記載のテーラードブランクの製造方法。

【請求項3】

前記フィラーワイヤのＣ含量は、前記めっき鋼板母材のＣ含量よりも０.２重量％ないし０．８重量％高く前記ホットスタンピング加工後の前記レーザー溶接の前記接合部がマルテンサイト組織を有することを特徴とする、請求項２に記載のテーラードブランクの製造方法。

【請求項4】

前記フィラーワイヤのＭｎ含量は、前記めっき鋼板母材のＭｎ含量よりも２.５重量％ないし７.０重量％高く前記ホットスタンピング加工後の前記レーザー溶接の前記接合部がマルテンサイト組織を有することを特徴とする、請求項２に記載のテーラードブランクの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、異種材質又は異種厚さのブランクを連結して製造されるテーラードブランク、テーラードブランクの製造方法及びテーラードブランクを用いたホットスタンピング部品に関し、より詳細には、溶接で連結される接合部で発生する品質の問題を解消できるテーラードブランク、テーラードブランクの製造方法及びテーラードブランクを用いたホットスタンピング部品に関する。

【背景技術】

【0002】

車両の各部分には、その部分の機能に応じて多様な強度を有する各部品を使用しなければならない。例えば、車両の衝突時に発生する衝突エネルギーを吸収すべき部分には比較的弱い強度を有する部品を使用しなければならず、搭乗者の生存空間の確保のために形状維持が必要な部分には強い強度を有する部品を使用しなければならない。

【0003】

衝突時に発生する衝突エネルギーを吸収すべき部分の強度が高いと衝突エネルギーを適宜吸収できず、衝突エネルギーを他の部分にそのまま伝達させることになり、却って搭乗者と車両の他の部品に過度な衝撃が伝達されるという問題が発生する。

【0004】

一方、車両には、持続的に軽量化と原価低減が要求されており、その結果、一つの部品が部分的に互いに異なる異種強度を有する必要が生じた。

【0005】

部品の一部の区間には搭乗者の保護のために高強度が要求されるが、他の一部の区間には衝突エネルギー吸収のために相対的に低い強度が要求される。

【0006】

このような部品としては、代表的に乗用車のＢピラーを例に挙げることができる。

【0007】

図１は、自動車の車体構造とＢピラー部分を拡大して示した斜視図である。

【0008】

車両のＢピラー１は、乗用車のフロントドアとリアドアとの間で車体の底面とルーフ（ｒｏｏｆ）とを連結する部分をいう。

【0009】

Ｂピラー１は、下部１ｂには相対的に低い引張強度が要求され、上部１ａには相対的に高い引張強度が要求される。単一部品であるＢピラーで部分的に強度の差が必要な理由は、車両衝突時に高強度で形状が維持されるべき部分（転覆時にルーフを支えるべき上部）と潰れながら衝撃を吸収すべき部分（他の車両との側面衝突の可能性が高い下部）とが一つの部品に存在するためである。

【0010】

搭乗者の負傷を防止できる安定した空間を確保するために、Ｂピラー１の上部１ａには形状維持のために高強度が要求され、Ｂピラー１の下部１ｂには、変形しながら衝撃エネルギーを吸収するために相対的に低い強度が要求される。Ｂピラー１の下部１ｂが上部１ａと同じ高強度を有する場合、側面衝突時に衝突エネルギーの吸収が行われなく、他の構造材に衝撃が伝達されるので良くない。

【0011】

具体的な要求強度は車両の種類や形態に応じて異なるが、Ｂピラー１の上部１ａの場合に約１５００ＭＰａの引張強度が要求される一方、Ｂピラー１の下部１ｂの場合は約５００ＭＰａないし１,０００ＭＰａの引張強度が要求される。

【0012】

従来は、低強度の素材で部品を形成した後、高強度が要求される部分に別途の補強材を付着する方式を使用していたが、一つの部品に区間的に異なる強度が要求される場合、硬化能が高い素材（又は厚さが厚い素材）と、強度が低く且つ硬化能が低い素材（又は厚さが薄い素材）をレーザーで溶接してブランクを作り、ホットスタンピング工程を経て最終製品を製作していた。

【0013】

異種材質（又は厚さ）を有する素材をレーザーで溶接して製造したブランクをテーラードブランク（Ｔａｉｌｏｒ ｗｅｌｄｅｄ ｂｌａｎｋ）というが、テーラードブランクは、めっき鋼板素材を用いて製造することもある。

【0014】

ところが、めっき鋼板素材をレーザーで溶接すると、めっき層の成分が溶接部の溶融プール内に溶け込まれるので、溶接部が母材と異なる物性を有するようになる。

【0015】

めっき層がＡｌ―Ｓｉ又はＺｎ系である場合、レーザー溶接時にめっき成分が溶接部に混入し、溶接部の物性を低下させるという問題が発生する。

【0016】

このような問題を解決するために、従来は、レーザーで溶接される部分のめっき層を除去した後、溶接することによってめっき層の混入を防止する方法を使用していた。ところが、このような方法は、めっき層除去工程の追加による設備投資費増加と加工費上昇をもたらし、全体部品の製造原価を上昇させるという問題を有していた。

【0017】

関連先行技術としては、特許文献１（公開日：２００９年１月１２日）の‘コーティングされた積層シートから非常に高い機械的特性を有する溶接要素を製造する方法'がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0018】

【特許文献1】大韓民国公開特許公報公開番号１０―２００９―０００５００４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

本発明の目的は、めっき層を除去せずとも、溶接接合部の品質に優れるテーラードブランク及びその製造方法を提供することにある。

【0020】

本発明の他の目的は、ホットスタンピング加工後、溶接接合部がマルテンサイト組織を有するホットスタンピング部品を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0021】

本発明は、異種強度又は異種厚さを有するめっき鋼板ブランクを、フィラーワイヤを使用してレーザー溶接で接合することを特徴とするテーラードブランクの製造方法を提供する。

【0022】

前記フィラーワイヤは、めっき鋼板のめっき層の成分系の混入を考慮して、溶接接合部が８００℃ないし９５０℃の範囲でフェライト組織を生成しない成分系を有することが望ましい。

【0023】

前記めっき鋼板はＡｌ―Ｓｉめっき層を備えており、前記フィラーワイヤは、めっき鋼板母材の成分系よりもオーステナイト安定化元素の含量が多いことが望ましい。このとき、前記オーステナイト安定化元素はＣ又はＭｎを含むことが望ましい。

【0024】

前記フィラーワイヤのＣ含量は、前記めっき鋼板母材のＣ含量よりも０.１重量％ないし０.８重量％高いことが望ましい。

【0025】

前記フィラーワイヤのＭｎ含量は、前記めっき鋼板母材のＭｎ含量よりも１.５重量％ないし７.０重量％高いことが望ましい。

【0026】

そして、本発明は、異種強度又は異種厚さを有するめっき鋼板ブランクがフィラーワイヤを使用してレーザー溶接で接合され、前記レーザー溶接接合部は８００℃ないし９５０℃でオーステナイト組織を備える組成を有することを特徴とするテーラードブランクを提供する。

【0027】

このとき、前記溶接接合部は、前記めっき鋼板母材及びめっき層とフィラーワイヤとが混合された組成を有する。

【0028】

また、本発明は、異種強度又は異種厚さを有するめっき鋼板ブランクがフィラーワイヤを使用してレーザー溶接で接合され、前記レーザー溶接接合部は、マルテンサイト組織を有するテーラードブランクをホットスタンピング加工して製造されたホットスタンピング部品を提供する。

【0029】

前記めっき鋼板ブランクは、硬化能を有するボロン鋼板を母材とし、Ａｌ―Ｓｉめっき層又はＺｎめっき層を備えており、前記フィラーワイヤは、前記めっき鋼板ブランクの母材よりもオーステナイト安定化元素の含量が高く組成される。このとき、前記オーステナイト安定化元素はＣ又はＭｎを含む。

【発明の効果】

【0030】

本発明は、めっき層の溶け込みを考慮して設計されたフィラーワイヤを用いてテーラードブランクを製造することによって、溶接部がホットスタンピング成形後にフルマルテンサイト組織を有するようになる。

【0031】

したがって、テーラードブランクの製造時にめっき層除去工程及び再めっき工程が必要でないので、原価を節減し、生産性を向上させるという効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【0032】

【図1】自動車の車体構造とＢピラー部分を概略的に示した図である。

【図2】Ａｌ―Ｓｉめっき層を除去せずにレーザー溶接した溶接部の断面組織及びこのような溶接部のホットスタンピング前後の硬度分布を示したグラフである。

【図3】本発明に係るテーラードブランクの製造方法を概念的に示した図である。

【図4】オーステナイト安定化元素の含量増強による変態曲線の移動を示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0033】

以下では、本発明の実施例に係るテーラードブランク、その製造方法及びこれを用いたホットスタンピング部品について説明する。

【0034】

本発明の長所及び特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に説明している各実施例を参照すれば明確になるだろう。しかし、本発明は、以下で開示する各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で具現可能である。ただし、本実施例は、本発明の開示を完全にし、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであって、本発明は、請求項の範疇によって定義されるものに過ぎない。明細書全体にわたって同一の参照符号は、同一の構成要素を示す。

【0035】

まず、テーラードブランクの製造方法について説明する。

【0036】

本発明は、異種材質又は異種厚さを有するブランクをレーザー溶接で連結し、局部的に異なる物性を有するテーラードブランクを製造するための方法に関し、より詳細には、ブランクがめっき鋼板である場合において接合部のレーザー溶接時にめっき層の成分が接合部に溶け込まれて発生する問題を解消するためのものである。

【0037】

めっき鋼板材質であるブランクをレーザー溶接で接合する場合、溶接接合部にはめっき層が溶け込まれる。

【0038】

すなわち、接合部は、母材とめっき層とが混合された成分系を有するようになり、その結果、母材とは異なる物性を示す。

【0039】

特に、テーラードブランクがホットスタンピング成形方法で加工される場合、溶接部のめっき層混合は溶接部の強度低下の原因になる。

【0040】

ホットスタンピング成形のためのテーラードブランクは、母材として、硬化能を有するボロン鋼板材質にＡｌ―Ｓｉめっき層が形成されたものを主に使用する。したがって、溶接部にはめっき層が溶け込まれ、溶接部の組成には母材に比べてＡｌとＳｉ含量が増加し、その結果、溶接部がホットスタンピング加工後にフルマルテンサイト組織を有することができず、マルテンサイトとフェライトとが共存する組織を有するようになる。結果的に、フェライトの共存によって強度の低下が発生する。

【0041】

本発明は、レーザー溶接時におけるめっき層成分の溶け込みを考慮してフィラーワイヤの成分系を設計し、このように設計されたフィラーワイヤを使用することによって、溶接接合部が所望の物性を示すようになる。

【0042】

図２は、Ａｌ―Ｓｉめっき層を除去せずにレーザー溶接した溶接部の断面組織と、この溶接部の断面組織のホットスタンピング前後の硬度分布を示した図である。

【0043】

図示したように、ホットスタンピング前（青色グラフ）の場合、溶接部の硬度が母材の硬度より高く表れ、溶接による熱影響部の硬度が最も高く表れる。

【0044】

しかし、ホットスタンピングを経ると（赤色グラフ）、母材の硬度は上昇する一方、溶接部の硬度は却って低くなることが分かる。

【0045】

結果的に、ホットスタンピング工程を経た後、溶接部の硬度（３００Ｈｖないし３５０Ｈｖ）が母材（５００Ｈｖ）の硬度より低くなる。

【0046】

表１は、めっき層を除去せずにレーザー溶接した試片に対して溶接線に垂直な方向に引張試験を行った結果を示したものである。

【0047】

【表1】

【0048】

結果を見ると、溶接部の降伏強度と引張強度は、両方とも母材より低く示され、溶接部の延伸率は母材の延伸率の１０％以下に示された。

【0049】

このような結果は、めっき層の成分（Ａｌ、Ｓｉ）が溶接部内に混入して発生したものであって、ホットスタンピング後、溶接部の硬度と強度が全て下落することが分かり、結果的に、車両の衝突時に溶接部で破断が発生する可能性が高くなる。

【0050】

図３は、本発明に係るテーラードブランクの製造方法を示した図である。

【0051】

図示したように、本発明に係るテーラードブランクの製造方法は、母材１２、２２の表面にめっき層１４、２４を備える異種のブランク１０、２０をレーザー３０で溶接し、フィラーワイヤ４０を使用することによって、溶接接合部にフィラーワイヤ４０、母材１２、２２、めっき層１４、２４を混入させることを特徴とする。

【0052】

本発明は、溶接接合部に溶け込まれるフィラーワイヤ４０の成分系を調節して溶接接合部の組成を制御し、これを通して溶接接合部が所望の物性を有するようになる。

【0053】

母材１２、２２としては、硬化能を有するボロン鋼板材質を使用することができ、めっき層１４、２４としては、Ａｌ―Ｓｉめっき層又はＺｎめっき層を使用することができる。

【0054】

フィラーワイヤ４０は、めっき層１４、２４の混入を考慮して、溶接接合部に９００℃ないし９５０℃の範囲でフェライト組織が生成されないようにする成分系を有するべきである。

【0055】

換言すると、前記フィラーワイヤ４０は、めっき鋼板母材の成分系よりもオーステナイト安定化元素の含量が高く設計され、めっき層の溶け込みが発生するとしても、ホットスタンピング加熱温度で溶接接合部にフェライトが共存せず、溶接接合部がフルオーステナイト組織を有するようにすべきである。

【0056】

図４は、オーステナイト安定化元素含量増強による変態曲線の移動を示した図である。

【0057】

図示したように、オーステナイト安定化元素（例えば、Ｃ、Ｍｎなど）の含量が増加すると、Ａｃ３温度が低くなり、変態曲線が右側に移動し、結果的にオーステナイトルーフが増大する。

【0058】

本発明で使用するオーステナイト安定化元素はＣ又はＭｎを含むことが望ましい。

【0059】

フィラーワイヤが母材よりも多くのオーステナイト安定化元素を含む場合、ホットスタンピング加熱温度８００℃ないし９５０℃で溶接接合部がフルオーステナイト組織を有するようになり、クエンチング時に溶接接合部の組織がフルマルテンサイト組織に変態される。

【0060】

すなわち、めっき層の成分が溶接部の溶融プールに混入したとしても、フィラーワイヤに添加されているオーステナイト安定化元素の含量が多いので、溶接接合部の微細組織がホットスタンピング後にフルマルテンサイト組織を有するようになる。

【0061】

これを通して、めっき層を除去せずにめっき層の成分が溶接部に混入したとしても硬度／強度の低下を防止できるようになるので、溶接部の物性と母材部の物性との間に差が生じることなく、溶接部の破断現象を防止することができる。

【0062】

めっき層のＡｌ混入によるフェライト組織の生成を抑制するためには、フィラーワイヤのＭｎ含量は、ボロン鋼材質母材のＭｎ含量よりも１.５重量％ないし７.０重量％高いことが望ましい。

【0063】

Ｍｎ含量が前記範囲より低いと（１.５重量％未満であると）、オーステナイトルーフの増大が小さいので、８００℃ないし９５０℃で溶接接合部にフェライト組織が共存するようになり、Ｍｎ含量が前記範囲より高いと（７.０重量％を超えると）溶融部の粘性が下落し、液相から固相への変態時、膨張係数の拡大によって溶接部の形状品質において問題が発生し、溶接部にクラックなどの問題が発生し得る。

【0064】

また、Ｃ含量は、ボロン鋼材質母材のＣ含量よりも０.１重量％ないし０.８重量％高いことが望ましい。

【0065】

Ｃ含量が前記範囲より低いと、オーステナイトルーフの増大が小さいので８００℃ないし９５０℃で溶接接合部にフェライト組織が共存するようになり、Ｃ含量が前記範囲より高いと、溶接部の過度な硬度・強度の上昇によって衝突時に溶接部に破断が発生するという問題をもたらす。

【0066】

評価の結果、Ｃ：０.２２重量％、Ｓｉ：０.２４重量％、Ｍｎ：１.１９重量％、Ｐ：０.００１５重量％、Ｓ：０.０００６重量％などと不可避な不純物を含み、残量のＦｅで組成されるＳＡＢＣ１４７０鋼板を、フィラーワイヤを使用せずにレーザー溶接した場合、引張試験で溶接接合部に破断が発生したが、Ｃ：０.６重量％を含むフィラーワイヤを用いてレーザー溶接した場合は、母材に破断が発生した。

【0067】

そして、本発明は、前記のような方法で製造され、異種強度又は異種厚さを有するめっき鋼板ブランクがフィラーワイヤを使用してレーザー溶接で接合され、前記レーザー溶接接合部は、８００℃ないし９５０℃でオーステナイト組織を備える組成を有するテーラードブランクを提供する。このような本発明に係るテーラードブランクの溶接接合部は、ホットスタンピング成形後にも強度と硬度の低下が発生しなくなる。

【0068】

以上、添付の図面を参照して本発明の各実施例を説明したが、本発明は、前記各実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態に製造することができ、本発明の属する技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須な特徴を変更せずとも他の具体的な形態で実施可能であることを理解できるだろう。したがって、以上で記述した各実施例は、全ての面で例示的なものであって、限定的なものではないと理解しなければならない。

【符号の説明】

【0069】

１０、２０：ブランク、１２、２２：母材、１４、２４：めっき層、３０：レーザー、４０：フィラーワイヤ

【図1】

【図3】

【図2】

【図4】