(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）重量％で、炭素（Ｃ）：０．１％ないし０．５％、シリコン（Ｓｉ）：０．１％ないし０．５％、マンガン（Ｍｎ）：０．５％ないし３．０％、リン（Ｐ）：０．１％以下、硫黄（Ｓ）：０．０５％以下、クロム（Ｃｒ）：０．０１％ないし１．０％、アルミニウム（Ａｌ）：０．１％以下、チタン（Ｔｉ）：０．２％以下、ボロン（Ｂ）：０．０００５％ないし０．０８％及び残りのＦｅと不可避な不純物からなる素材を用意する段階；（ｂ）前記素材を予め定められた形状に成形することによって成形体を製造する段階；及び
（ｃ）前記成形体で高強度が要求される部分（以下、高強度部という）にレーザー熱処理を実施し、前記高強度部を局部的に強化させる段階；を含む、鋼製品の製造方法であって、
前記（ａ）段階において、前記素材は、
引張強度４００ＭＰａないし９９０ＭＰａ及び延伸率１０％ないし４０％を有し、
前記（ｃ）段階において、前記レーザー熱処理は、
前記高強度部にレーザーを照射し、前記高強度部をＡｃ３温度以上に加熱した後、５℃／ｓｅｃないし３００℃／ｓｅｃの冷却速度でＭｓ温度以下まで冷却する、方法。
【請求項２】
前記（ａ）段階において、前記素材は、
Ａｌめっき層、Ａｌ―Ｓｉめっき層、Ｚｎ―Ｎｉめっき層、Ｚｎめっき層、Ｚｎ―Ａｌめっき層及び高温耐酸化樹脂コーティング層より選ばれる層が表面に形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の鋼製品の製造方法。
【請求項３】
前記（ｃ）段階において、前記レーザー熱処理は、
前記高強度部の引張強度が１２００ＭＰａないし１９００ＭＰａになるように、レーザーの照射時間及びレーザー強度を調節することを特徴とする、請求項１又は２に記載の鋼製品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用シートフレーム、バンパーバックビームなどの鋼製品を製造する方法に関し、より詳細には、レーザー熱処理を用いて単一素材で異種強度を有する鋼製品の製造方法及びこれに用いられる熱処理硬化鋼に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、自動車用部品は、燃費改善のために漸次軽量化及び高強度化されている。このような軽量化及び高強度化は、素材の合金成分及び熱処理などの工程を通して実現されている。
【０００３】
最近、自動車部品の製造技術が発達するにつれて、ホットスタンピング（Ｈｏｔ  Ｓｔａｍｐｉｎｇ）技術が開発された。ホットスタンピング技術は、引張強度が約５００ＭＰａの素材を約９００℃で加熱した状態で所望の形状に成形すると同時に、急冷することによって微細組織をマルテンサイト化し、１０００ＭＰａ以上の引張強度を有する高強度部品を製造できる技術である。
【０００４】
このようなホットスタンピングが適用された文献としては、大韓民国特許公開公報第１０―２００９―００８６９７０号（２００９．０８．１４．公開）、大韓民国登録特許公報第１０―０７６５７２３（２００７．１０．１１．公告）などがある。
【０００５】
しかし、前記各文献に記載されているように、ホットスタンピング技術は、主に素材全体の高強度化に用いられているだけで、局部的な高強度化に適用されにくい。
【０００６】
一方、大韓民国特許公開公報第１０―２０１１―００６２４２８号（２０１１．０６．１０．公開）には、局部強化ホットスタンピング方法が記載されている。しかし、ホットスタンピング方法で局部強化を行うためには、ホットスタンピングの前に局部強化が行われない部分に断熱材を適用するなどの予備工程を経るべきであるという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、別途の予備工程がなくても、単一素材で異種強度を有する鋼製品を製造できる方法を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、前記鋼製品の製造方法に適用され得る熱処理硬化鋼を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の一つの目的を達成するための本発明の実施例に係る鋼製品の製造方法は、（ａ）重量％で、炭素（Ｃ）：０．１％ないし０．５％、シリコン（Ｓｉ）：０．１％ないし０．５％、マンガン（Ｍｎ）：０．５％ないし３．０％、リン（Ｐ）：０．１％以下、硫黄（Ｓ）：０．０５％以下、クロム（Ｃｒ）：０．０１％ないし１．０％、アルミニウム（Ａｌ）：０．１％以下、チタン（Ｔｉ）：０．２％以下、ボロン（Ｂ）：０．０００５％ないし０．０８％及び残りのＦｅと不可避な不純物からなる素材を用意する段階；（ｂ）前記素材を予め定められた形状に成形することによって成形体を製造する段階；及び（ｃ）前記成形体で高強度が要求される部分（以下、高強度部という）にレーザー熱処理を実施し、前記高強度部を局部的に強化させる段階；を含むことを特徴とする。
【００１０】
前記の他の目的を達成するための本発明の実施例に係る熱処理硬化鋼は、重量％で、炭素（Ｃ）：０．１％ないし０．５％、シリコン（Ｓｉ）：０．１％ないし０．５％、マンガン（Ｍｎ）：０．５％ないし３．０％、リン（Ｐ）：０．１％以下、硫黄（Ｓ）：０．０５％以下、クロム（Ｃｒ）：０．０１％ないし１．０％、アルミニウム（Ａｌ）：０．１％以下、チタン（Ｔｉ）：０．２％以下、ボロン（Ｂ）：０．０００５％ないし０．０８％及び残りのＦｅと不可避な不純物からなり、熱処理前に引張強度４００ＭＰａないし９９０ＭＰａ及び延伸率１０％ないし４０％を有し、熱処理後に引張強度１２００ＭＰａないし１９００ＭＰａ及び延伸率１％ないし１３％を有することを特徴とする。
【００１１】
前記鋼の表面には、Ａｌめっき層、Ａｌ―Ｓｉめっき層、Ｚｎ―Ｎｉめっき層、Ｚｎめっき層、Ｚｎ―Ａｌめっき層及び高温耐酸化樹脂コーティング層より選ばれる層を形成することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る鋼製品の製造方法は、レーザー熱処理を用いることによって、予備工程がなくても容易に単一素材に対する局部強化が可能である。したがって、本発明に係る鋼製品の製造方法は、異種強度が要求される自動車用シートフレーム、バンパーバックビームなどの製造に活用することができる。
【００１３】
また、本発明に係る鋼製品の製造方法は、レーザー熱処理を通して高強度化が可能になることによって補強材を省略することができ、その結果、軽量化を追及することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係る鋼製品の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【図２】本発明に適用されるレーザー熱処理の例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の利点及び特徴、そして、それらを達成する方法は、詳細に後述している各実施例及び図面を参照すると明確になるだろう。
【００１６】
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に具現することができる。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。
【００１７】
以下、本発明に係るレーザー熱処理を用いた異種強度を有する鋼製品の製造方法及びこれに用いられる熱処理硬化鋼について詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施例に係る鋼製品の製造方法を概略的に示すフローチャートである。
【００１９】
図１を参照すると、図示した鋼製品の製造方法は、素材用意段階（Ｓ１１０）、成形体製造段階（Ｓ１２０）及びレーザー熱処理段階（Ｓ１３０）を含む。
【００２０】
素材用意
素材用意段階では、重量％で、炭素（Ｃ）：０．１％ないし０．５％、シリコン（Ｓｉ）：０．１％ないし０．５％、マンガン（Ｍｎ）：０．５％ないし３．０％、リン（Ｐ）：０．１％以下、硫黄（Ｓ）：０．０５％以下、クロム（Ｃｒ）：０．０１％ないし１．０
％、アルミニウム（Ａｌ）：０．１％以下、チタン（Ｔｉ）：０．２％以下、ボロン（Ｂ）：０．０００５％ないし０．０８％及び残りのＦｅと不可避な不純物からなる素材を用意する。
【００２１】
また、前記素材は、ブランクの形態になり得るもので、熱間圧延材或いは冷間圧延材であり得る。
【００２２】
また、前記素材の表面には、レーザー熱処理過程での表面酸化或いは脱炭を防止するために、Ａｌめっき層、Ａｌ―Ｓｉめっき層、Ｚｎ―Ｎｉめっき層、Ｚｎめっき層、Ｚｎ―Ａｌめっき層、高温耐酸化樹脂コーティング層などを形成することができる。
【００２３】
一方、自動車用バンパーバックビームなどの鋼製品に適用される素材は、一定水準の強度を有しながらも、成形性に優れ、熱処理によって超高強度化が行われる熱処理硬化鋼で用意することが望ましい。
【００２４】
前記の提示された組成を有する熱処理硬化鋼の場合、スラブ再加熱、Ａｒ３以上での熱間圧延及び約５００℃ないし６００℃の巻取温度が適用される通常の熱延工程或いは約６００℃ないし９００℃の焼鈍温度が適用される通常の冷延工程によって引張強度４００ＭＰａないし９９０ＭＰａ及び延伸率１０％ないし４０％を有することができる。
【００２５】
また、前記組成を有する熱処理硬化鋼にはボロン（Ｂ）が添加されている。したがって、前記組成を有する熱処理硬化鋼は、レーザー熱処理などの熱処理によって引張強度１２００ＭＰａないし１９００ＭＰａ及び延伸率１％ないし１３％を有することができる。
【００２６】
以下、本発明に係る熱処理硬化鋼に含まれる各成分の含量及び添加理由について説明する。
【００２７】
炭素（Ｃ）
炭素（Ｃ）は、鋼の強度確保のために添加する。また、炭素は、オーステナイト相に濃化される量に応じてオーステナイト相を安定化させる役割をする。
【００２８】
前記炭素は、鋼全体重量の０．１重量％ないし０．５重量％で添加されることが望ましい。炭素の添加量が０．１重量％未満である場合、十分な強度を確保しにくい。その一方、炭素の含量が０．５重量％を超える場合、強度は増加するが、靭性及び溶接性が大きく低下し得る。
【００２９】
シリコン（Ｓｉ）
シリコン（Ｓｉ）は、脱酸剤として作用し、固溶強化によって鋼の強度向上に寄与する。
【００３０】
前記シリコンは、鋼全体重量の０．１重量％ないし０．５重量％で添加されることが望ましい。シリコンの添加量が０．１重量％未満である場合、その添加効果が不十分になる。その一方、シリコンの添加量が０．５重量％を超える場合、溶接性及びめっき特性が低下し得る。
【００３１】
マンガン（Ｍｎ）
マンガン（Ｍｎ）は、オーステナイト安定化を通して強度向上に寄与する。
【００３２】
前記マンガンは、鋼全体重量の０．５重量％ないし３．０重量％で添加されることが望ましい。マンガンの添加量が０．５重量％未満である場合、その添加効果が不十分になる
。その一方、マンガンの添加量が３．０重量％を超える場合、溶接性が低下し、靭性が劣化するという問題がある。
【００３３】
リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）
リン（Ｐ）は、強度向上に寄与するが、過多に含有される場合、偏析によって鋼材質を劣化させ、溶接性を悪化させ得る。そこで、本発明では、リンの含量を鋼全体重量の０．１重量％以下に制限した。
【００３４】
また、硫黄（Ｓ）は、加工性向上に一部寄与するが、過多に含有される場合、ＭｎＳ介在物の過多生成が問題となる。そこで、本発明では、硫黄の含量を鋼全体重量の０．０５重量％以下に制限した。
【００３５】
クロム（Ｃｒ）
クロム（Ｃｒ）は、フェライト結晶粒を安定化して延伸率を向上させ、オーステナイト相内の炭素濃化量を増進してオーステナイト相を安定化させることによって、強度向上に寄与する。
【００３６】
前記クロムは、鋼全体重量の０．０１重量％ないし１．０重量％で添加されることが望ましい。クロムの含量が０．０１重量％未満である場合、その添加効果が不十分になる。その一方、クロムの含量が１．０重量％を超える場合、めっき性が低下するという問題がある。
【００３７】
アルミニウム（Ａｌ）
アルミニウム（Ａｌ）は、水素脆性を防止する役割をし、軟性及びめっき性の向上に有効である。ただし、アルミニウムが０．１重量％を超えて添加される場合、過多な介在物を形成し、鋼の軟性及び靭性を阻害し得る。
【００３８】
したがって、アルミニウムは、鋼全体重量の０．１重量％以下で添加されることが望ましい。
【００３９】
チタン（Ｔｉ）
チタン（Ｔｉ）は、炭窒化物形成元素であって、強度向上に寄与する。ただし、チタンの添加量が０．２重量％を超える場合、靭性の低下をもたらし得る。
【００４０】
したがって、チタンは、鋼全体重量の０．２重量％以下で添加されることが望ましい。
【００４１】
ボロン（Ｂ）
ボロン（Ｂ）は、強力な焼入性元素であって、０．０００５重量％以上だけ添加されても熱処理後の鋼の超高強度化に寄与する。
【００４２】
前記ボロンは、鋼全体重量の０．０００５重量％ないし０．０８重量％で添加されることが望ましい。ボロンの添加量が０．０００５重量％未満である場合、その添加効果が不十分になる。その一方、ボロンの添加量が０．０８重量％を超える場合、過度な焼入性の上昇によって靭性が大きく低下するという問題がある。
【００４３】
成形体の製造
次に、成形体製造段階（Ｓ１２０）では、前記素材を予め定められた形状に成形することによって成形体を製造する。
【００４４】
成形としては、冷間成形などを用いることができる。
【００４５】
一方、本段階（Ｓ１２０）で必ずしも全ての成形を行わなければならないのではなく、レーザー熱処理後にも、トリミング、ピアシングなどの一部の成形を行うことができる。
【００４６】
レーザー熱処理（局部強化）
次に、レーザー熱処理段階（Ｓ１２０）では、成形体で高強度が要求される部分（以下、高強度部という）にレーザー熱処理を実施し、前記高強度部を局部的に強化させる。
【００４７】
ここで、高強度部は、自動車用バンパーバックビームでセンター部のように応力が集中する部分、シートフレームに適用されるレール、ベース、リクライナーアームで応力が集中する部分などになり得る。
【００４８】
レーザー熱処理は、ダイオードレーザーなどのレーザーを高強度部に照射し、前記高強度部をＡｃ３温度以上、約Ａｃ３＋２００℃に局部的に加熱した後、Ｍｓ温度以下、約略ＭｓないしＭｓ−２００℃まで冷却する方式で実施することができる。
【００４９】
冷却は、５℃／ｓｅｃないし３００℃／ｓｅｃの冷却速度で実施されることが望ましい。冷却速度が５℃／ｓｅｃ未満である場合、十分な強度の確保が難しい。その一方、冷却速度が３００℃／ｓｅｃを超える場合、靭性及び軟性の確保が難しい。
【００５０】
レーザー熱処理は、高強度部の引張強度が１２００ＭＰａないし１９００ＭＰａになるように、レーザーの照射時間及びレーザー強度を調節することができる。例えば、高強度部の引張強度を約１９００ＭＰａにするために、レーザー照射時間を長くしたり、またはレーザー強度を高めることができる。その一方、高強度部の引張強度を約１２００ＭＰａにするために、レーザー照射時間を相対的に短くしたり、またはレーザー強度を相対的に低下させることができる。
【００５１】
すなわち、レーザー熱処理でのレーザー照射時間及びレーザー強度は、目標とする高強度部の強度によって変わり得る。また、レーザー熱処理でのレーザー照射時間及びレーザー強度は、レーザー熱処理に用いられるレーザー照射装置によっても変わり得る。
【００５２】
図２は、本発明に適用されるレーザー熱処理の例を示した図である。
【００５３】
図２を参照すると、レーザー熱処理のためのレーザーの照射は、レーザービーム２１０を固定ジグ装置２２０に固定された成形体２０１の高強度部に照射することによって実施することができる。熱は、レーザービームが直接照射される部分からそれに隣接した部分に伝導されながら、一定部分を高温で加熱することができる。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明の望ましい実施例を通して本発明の構成及び作用をより詳細に説明する。ただし、これは、本発明の望ましい例示として提示されたものであって、如何なる意味でもこれによって本発明が制限されると解釈することはできない。
【００５５】
ここに記載されていない内容は、この技術分野で熟練した者であれば十分に技術的に類推可能であるので、それについての説明は省略する。
【００５６】
１．試片の製造
下記の表１に記載した組成及び下記の表２に記載した温度で焼鈍処理された冷延試片を用意した。その後、試片１ないし１０に対してレーザー熱処理を実施した。レーザー熱処理は、ダイオードレーザー装置（ユーロビジョン製造）を用いて各試片の中央部の温度を
９５０℃にした後、５０℃／ｓｅｃの平均冷却速度で１００℃まで冷却した。
【００５７】
【表１】
0005898772.tif 000002
【００５８】
試片１ないし１０に対して、レーザー熱処理が実施される前の試片の中央部の機械的特性（Ａ）、レーザー熱処理後、レーザー熱処理が行われた試片の中央部の機械的特性（Ｂ）及びレーザー熱処理が行われていない試片の縁部の機械的特性（Ｃ）を測定した。
【００５９】
機械的特性としては引張強度（ＴＳ）及び延伸率（Ｅｌ）を測定し、その結果を表２に示した。
【００６０】
【表２】
0005898772.tif 000003
【００６１】
表２を参照すると、試片１ないし１０の場合、レーザー熱処理後、レーザー熱処理が行われた部分は引張強度１２００ＭＰａないし１９００ＭＰａで超高強度化となり、レーザー熱処理が行われていない部分は、熱処理前の物性と同様に、引張強度４００ＭＰａないし９９０ＭＰａ及び延伸率１０％ないし４０％を示した。
【００６２】
したがって、本発明に係る鋼部品の製造方法の場合、自動車用バンパーバックビームのように異種強度が要求される部品に適用することができる。これによって、別途の補強材の使用を省略することができ、軽量化に寄与することができる。また、レーザー熱処理のみでも局部強化が可能であるので、単一素材に異種強度を付与するための別途の予備工程を要しない。
【００６３】
本発明は、図面に示した実施例を参考にして説明したが、これは、例示的なものに過ぎなく、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、これから多様な変形及び均等な他の実施例が可能であることを理解するだろう。
【００６４】
したがって、本発明の真の技術的保護範囲は、下記の特許請求の範囲によって定めるべきであろう。
【図１】
0005898772.tif 000004
【図２】
0005898772.tif 000005