Листовая сварная заготовка для горячей штамповки, горячештампованный элемент и способ для его производства

Листовая сварная заготовка для горячей штамповки, горячештампованный элемент и способ для его производства

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к листовой сварной (то есть адаптированной) заготовке для горячей штамповки, которая получается путем сваривания нескольких стальных листов и предлагается для горячей штамповки (также называемой горячим прессованием или закалкой в пресс-форме; однако в настоящем документе называемой горячей штамповкой), а также к способу для ее производства. В дополнение к этому настоящее изобретение относится к горячештампованному элементу, полученному путем выполнения горячей штамповки листовой сварной заготовки для горячей штамповки, а также к способу для его производства. Испрашивается приоритет японской патентной заявки №2012-074222, поданной 28 марта 2012 г., и японской патентной заявки №2012-093812, поданной 17 апреля 2012 г., содержание которых тем самым включено в настоящий документ посредством ссылки.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] В последние годы рос спрос на сокращение веса автомобильной рамы с целью уменьшения количества выбросов углекислого газа с точки зрения глобальной защиты окружающей среды и соответственно проводились активные исследования относительно применения листа высокопрочной стали в элементах автомобиля. Кроме того, требования к прочности стали также постепенно увеличиваются.

Однако высокое упрочнение стального листа приводит к увеличению силы, требуемой для прессования, а увеличение размера оборудования сопровождается увеличением затрат. Кроме того, указывается, что в случае, когда стальной лист имеет более высокую прочность, трудность формования, проистекающая из высокой прочности стального листа, может вызвать проблемы с затратами на изменение пресс-формы и с затратами на уменьшение износа пресс-формы, а также снижение производительности из-за необходимости правки давлением для улучшения фиксируемости формы, что приводит к увеличению затрат.

[0003] Горячая штамповка привлекает внимание как один из способов для того, чтобы решить вышеописанные проблемы. Горячая штамповка относится к способу, в котором стальной лист нагревается до высокой температуры и прессуется в диапазоне высоких температур. В частности, горячая штамповка является способом, в котором стальной лист прессуется в диапазоне температур точки Ar₃ или выше, стальной лист быстро охлаждается посредством теплопередачи с использованием штампа (пресс-формы), и фазовое превращение, такое как мартенситное превращение или бейнитное превращение, вызывается в структуре стального листа в соответствии с прикладыванием давления, посредством чего может быть произведено штампованное изделие, имеющее высокую прочность и превосходное свойство фиксируемости формы.

[0004] С другой стороны, для того чтобы увеличить объем производства и производительность, адаптированная заготовка используется в качестве материала для прессования элементов автомобиля и подобного.

Адаптированная заготовка относится к материалу для прессования, получаемому путем соединения краевых поверхностей нескольких стальных листов посредством лазерной сварки и подобным в соответствии с предполагаемым использованием. Использование адаптированной заготовки позволяет неограниченно изменять толщину листа или прочность в одном изделии. В результате функциональность изделия улучшается, а количество элементов может быть уменьшено.

[0005] Между тем для большинства элементов, требующих коррозионной стойкости, таких как элементы автомобиля, используется стальной лист, покрытый металлом на основе цинка. Однако в том случае, когда заготовка (материал для прессования) штампуется горячим штампованием, заготовка нагревается до температуры в диапазоне от 700°C до 1000°C. Эта температура близка к точке кипения цинка или даже выше, чем точка кипения цинка. Следовательно, когда горячая штамповка выполняется на стальном листе с металлическим покрытием на основе цинка, существует случай, в котором часть слоя металлического покрытия на поверхности плавится или испаряется во время нагревания для горячей штамповки. Следовательно, в качестве заготовки для горячей штамповки желательно использовать стальной лист, покрытый слоем на основе алюминия, имеющим более высокую температуру кипения, а не слоем на основе цинка, то есть использовать так называемый покрытый металлическим алюминием стальной лист с точки зрения подавления плавления или испарения слоя металлического покрытия.

Однако в патентном документе 1 подчеркивается, что в случае, когда стыковая сварка выполняется на алюминиевой пластине, алюминий из металлического покрытия переходит в сварочный металл, сегрегируется, формирует интерметаллическую область, служит исходной точкой для трещин и ухудшает способность соединения к деформации.

Патентный документ 1 также описывает, что для того, чтобы решить вышеописанную проблему, сварка выполняется после удаления слоя металлического покрытия в области, подлежащей сварке.

ДОКУМЕНТЫ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

ПАТЕНТНЫЕ ДОКУМЕНТЫ

[0006] (Патентный документ 1) Опубликованная национальная японская заявка №2009-534529 на базе заявки РСТ.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ПРОБЛЕМЫ, КОТОРЫЕ РЕШАЮТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕМ

[0007] В соответствии со способом, описанным в патентном документе 1, возможно подавить перемещение и концентрацию алюминия в сварочном металле из металлического покрытия, а также возможно подавить отрицательные воздействия, вызванные перемещением и концентрацией алюминия. Однако стальной лист, полученный с использованием способа, раскрытого в Патентном документе 1, не имеет слоя металлического покрытия в той области, которая должна быть сварена, и поэтому существует проблема возникновения обезуглероживания или окисления сварочного металла во время горячей штамповки или проблема недостаточной коррозионной стойкости элемента, полученного с помощью горячей штамповки. В дополнение к этому требуется новая стадия для удаления слоя металлического покрытия в части, которая подлежит сварке, что влечет за собой снижение производительности или увеличение затрат.

[0008] Настоящее изобретение было сделано с учетом вышеописанных методик предшествующего уровня техники, и задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить адаптированную заготовку для горячей штамповки, позволяющую обеспечить достаточную прочность соединения после горячей штамповки, а также способ для ее производства. В дополнение к этому другая задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить горячештампованный элемент, полученный с использованием адаптированной заготовки для горячей штамповки, а также способ для его производства.

СРЕДСТВА ДЛЯ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМ

[0009] Авторы настоящего изобретения провели исследования возможностей устранения процесса удаления слоя металлического покрытия в свариваемой части, который был предложен в Патентном документе 1. Таким образом, интенсивные исследования были проведены для того, чтобы осуществить практическое применение адаптированной заготовки для горячей штамповки, получаемой путем выполнения стыковой сварки на слое металлического покрытия в свариваемой части покрытого металлическим алюминием стального листа без удаления слоя металлического покрытия, что трудно выполнить в Патентном документе 1.

В результате авторы настоящего изобретения обнаружили, что когда перемещение и концентрация алюминия в сварочный металл из металлического покрытия ускоряются вместо их предотвращения, как предложено в Патентном документе 1, становится возможным сформировать алюминиевый слой на поверхности сварочного металла. В дополнение к этому было впервые обнаружено, что когда алюминиевый слой формируется на поверхности сварочного металла путем ускорения перемещения и концентрации алюминия в сварочный металл, становится возможным решить проблему обезуглероживания или окисления сварочного металла во время горячей штамповки или проблему недостаточной коррозионной стойкости элемента, полученного путем горячей штамповки.

С другой стороны, была также обнаружена новая проблема, заключающаяся в том, что когда перемещение и концентрация алюминия в сварочный металл из металлического покрытия чрезмерно ускоряются, становится трудно гарантировать достаточную прочность соединения в горячештампованном, покрытом металлическим алюминием стальном листе.

Было установлено, что вышеописанный факт происходит не из-за формирования интерметаллической области, как описано в Патентном документе 1, а из-за того, что перемещение и концентрация алюминия в сварочный металл из металлического покрытия во время сварки увеличивает значение точки Ac₃ сварочного металла до высокой температуры, и таким образом становится трудно увеличить прочность путем упрочнения сварочного металла в процессе горячей штамповки, или из-за того, что в некоторых случаях прочность ослабляется из-за отпуска.

[0010] Соответственно, авторы настоящего изобретения провели исследования, чтобы убедиться в достаточной прочности соединения в горячештампованном элементе после горячей штамповки, даже когда сварочный металл недостаточно закаливается в процессе горячей штамповки или когда сварочный металл подвергается отпуску в процессе горячей штамповки. В результате авторы настоящего изобретения пришли к новой идее увеличивать прочность сварочного металла заранее перед процессом горячей штамповки вместо того, чтобы получать высокое упрочнение сварочного металла путем закалки в процессе горячей штамповки.

В дополнение к этому авторы настоящего изобретения обнаружили, что когда перемещение и концентрация алюминия в сварочный металл из металлического покрытия контролируются в пределах подходящего диапазона, и точка Ac₃ сварочного металла устанавливается равной или ниже предопределенной температуры, становится возможным закаливать сварочный металл во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который осуществляется перед горячей штамповкой, и таким образом становится возможным увеличить прочность сварочного металла. Таким образом, было найдено, что даже когда сварочный металл не закаливается в процессе горячей штамповки или когда сварочный металл отпускается в процессе горячей штамповки, возможно гарантировать достаточную прочность соединения в горячештампованном элементе после горячей штамповки.

Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что увеличение прочности сварочного металла позволяет ускорить закалку во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который осуществляется перед горячей штамповкой, а установка точки Ac₁ сварочного металла равной или ниже предопределенной температуры позволяет использовать закалку в процессе горячей штамповки, при этом задание минимальной толщины сварочного металла, равной или больше предопределенного значения, позволяет гарантировать более высокую прочность соединения после горячей штамповки.

Кроме того, авторы настоящего изобретения обнаружили, что задание конкретной формы сварочного металла обеспечивает более надежный контакт между областями, находящимися в непосредственной близости от сваренной части в адаптированной заготовке для горячей штамповки, и пресс-формой, и таким образом становится возможным более надежно закалить области, находящиеся в непосредственной близости от сваренной части в адаптированной заготовке для горячей штамповки, посредством теплопередачи пресс-формы.

Кроме того, авторы настоящего изобретения установили, что увеличение содержания кислорода в сварочном металле позволяет улучшить ударную вязкость сварочного металла.

Настоящее изобретение было сделано на основе вышеописанных установленных фактов, и его суть описывается ниже.

[0011] (1) В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения предлагается адаптированная заготовка для горячей штамповки, включающая в себя сварную часть, сформированную сваркой встык первого покрытого металлическим алюминием стального листа и второго покрытого металлическим алюминием стального листа, в которой средняя концентрация алюминия в сварочном металле в сварной части составляет от 0,3 масс. % до 1,5 масс. %, температура точки Ac₃ сварочного металла, определяемая в °C по следующей формуле (1), составляет 1250°C или ниже, и кроме того алюминиевый слой, сформированный во время сварки встык, присутствует на поверхности сварной части.

[Выражение 1]

Здесь C, Ni, Si, V, Mo, W, Mn, Cr, Cu, P, Al, As и Ti в формуле представляют собой количество отдельных элементов в сварочном металле в масс. %, а для отсутствующих элементов их количество при вычислениях полагается равным нулю.

[0012] (2) Кроме того, в адаптированной заготовке для горячей штамповки в соответствии с вышеописанным п. (1) значение Δt_M в секундах, определяемое по следующей формуле (2), может составлять 0,5 с или больше.

[Выражение 2]

Здесь C, Si, Al, Mn, Cu, Ni, Mo, и Cr в формуле представляют собой количество отдельных элементов в сварочном металле в масс. %, причем для отсутствующих элементов их количество при вычислениях полагается равным нулю, а ΔH в формуле представляет собой числовое значение, определяемое, как описано ниже, в соответствии с количеством бора в масс. % и fN, когда fN устанавливается равным (0,02-N)/0,02, используя количество азота в сварочном металле в масс. %:

если B ≤ 0,0001, тогда ΔH=0,

если 0,0001 < B ≤ 0,0002, тогда ΔH=0,03×fN,

если 0,0002 < B ≤ 0,0003, тогда ΔH=0,06×fN, и

если 0,0003 < B, тогда ΔH=0,09×fN.

[0013] (3) Кроме того, в адаптированной заготовке для горячей штамповки в соответствии с вышеописанными пп. (1) или (2) значение температуры точки Ac₁ сварочного металла, определяемое в °C по следующей формуле (3), может составлять 860°C или ниже.

[Выражение 3]

Здесь C, Si, Ni, V, Al, W, Cu, B, С, P, Mn, Cr и Mo в формуле представляют собой количество в масс. % отдельных элементов в сварочном металле, причем для отсутствующих элементов их количество при вычислениях полагается равным нулю.

[0014] (4) В адаптированной заготовке для горячей штамповки в соответствии с любым из вышеописанных пп. (1)-(3), когда толщина самой тонкой части сварочного металла обозначается величиной t в миллиметрах, толщина первого покрытого металлическим алюминием стального листа обозначается величиной t1 в миллиметрах, и толщина второго покрытого металлическим алюминием стального листа обозначается величиной t2 в миллиметрах, в случае, когда значение t1 равно значению t2, значение t может составлять 80% или больше от значения t1, а в случае, когда значение t1 отличается от значения t2, значение t может составлять 80% или больше от меньшего из значений t1 и t2.

[0015] (5) В адаптированной заготовке для горячей штамповки в соответствии с любым из вышеописанных пп. (1)-(4), в случае, когда значение t1, которое равно толщине первого покрытого металлическим алюминием стального листа, равно значению t2, которое равно толщине второго покрытого металлическим алюминием стального листа, максимальная высота сварочного металла может составлять 300 мкм или меньше от расширенной прямой поверхности первого покрытого металлическим алюминием стального листа; а в случае, когда значение t1 отличается от значения t2, максимальная высота сварочного металла может составлять 300 мкм или меньше от расширенной прямой поверхности более толстого из первого покрытого металлическим алюминием стального листа и второго покрытого металлическим алюминием стального листа.

[0016] (6) В адаптированной заготовке для горячей штамповки в соответствии с любым из вышеописанных пп. (1)-(5) содержание кислорода в сварочном металле может на 50 частей на миллион или более превышать среднее содержание кислорода в первом стальном листе, который является основным материалом для покрытия металлом первого покрытого металлическим алюминием стального листа, и во втором стальном листе, который является основным материалом для покрытия металлом второго покрытого металлическим алюминием стального листа.

[0017] (7) В соответствии со вторым аспектом настоящего изобретения предлагается способ для производства адаптированной заготовки для горячей штамповки, в котором сварка встык выполняется с использованием первого покрытого металлическим алюминием стального листа и второго покрытого металлическим алюминием стального листа, включающий в себя определение режима сварки так, чтобы средняя концентрация алюминия в сварочном металле в сварной части находилась в диапазоне от 0,3 масс. % до 1,5 масс. %, а значение температуры точки Ac₃ (°C) сварочного металла, определяемое по следующей формуле (1), составляло 1250°C или ниже; и формирование алюминиевого слоя, получаемого из слоев алюминиевого покрытия первого покрытого металлическим алюминием стального листа и второго покрытого металлическим алюминием стального листа, на поверхности сварочного металла в сварной части путем выполнения сварки в определенном режиме сварки.

Здесь C, Ni, Si, V, Mo, W, Mn, Cr, Cu, P, Al, As и Ti в формуле представляют собой количество отдельных элементов в сварочном металле в масс. %. В дополнение к этому для отсутствующих элементов их количество при вычислениях полагается равным нулю.

[0018] (8) В способе для производства адаптированной заготовки для горячей штамповки в соответствии с вышеописанным п. (7) при определении режима сварки, кроме того, режим сварки может быть определен так, чтобы значение Δt_M, определяемое в секундах по следующей формуле (2), составляло 0,5 секунды или больше.

Здесь C, Si, Al, Mn, Cu, Ni, Mo и Cr в формуле представляют собой количество отдельных элементов в сварочном металле в масс. %, а для отсутствующих элементов их количество при вычислениях полагается равным нулю. В дополнение к этому ΔH в формуле представляет собой числовое значение, определяемое, как описано ниже, в соответствии с количеством бора в масс. % и fN, когда fN устанавливается равным (0,02-N)/0,02, используя количество азота в сварочном металле в масс. %:

если B ≤ 0,0001, тогда ΔH=0,

если 0,0001 < B ≤ 0,0002, тогда ΔH=0,03×fN,

если 0,0002 < B ≤ 0,0003, тогда ΔH=0,06×fN, и

если 0,0003 < B, тогда ΔH=0,09×fN.

[0019] (9) В способе для производства адаптированной заготовки для горячей штамповки в соответствии с вышеописанным пп. (7) или (8), кроме того, при определении режима сварки он может быть определен так, чтобы значение температуры точки Ac₁ сварочного металла, определяемое в °C по следующей формуле (3), составляло 860°C или ниже.

[Выражение 6]

Здесь C, Si, Ni, V, Al, W, Cu, B, С, P, Mn, Cr и Mo в формуле представляют собой количество в масс. % отдельных элементов в сварочном металле, а для отсутствующих элементов их количество при вычислениях полагается равным нулю.

[0020] (10) В способе для производства адаптированной заготовки для горячей штамповки в соответствии с любым из вышеописанных пп. (7)-(9), кроме того, при определении режима сварки он может быть определен так, чтобы, когда толщина самой тонкой части сварочного металла обозначается величиной t в миллиметрах, толщина первого покрытого металлическим алюминием стального листа обозначается величиной t1 в миллиметрах, и толщина второго покрытого металлическим алюминием стального листа обозначается величиной t2 в миллиметрах в случае, когда значение t1 равно значению t2, значение t составляло 80% или больше от значения t1; а в случае, когда значение t1 отличается от значения t2, значение t составляло 80% или больше от меньшего из значений t1 и t2.

[0021] (11) В способе для производства адаптированной заготовки для горячей штамповки в соответствии с любым из вышеописанных пп. (7)-(10), кроме того, при определении режима сварки он может быть определен так, чтобы в случае, когда значение t1, которое равно толщине первого покрытого металлическим алюминием стального листа, равно значению t2, которое равно толщине второго покрытого металлическим алюминием стального листа, максимальная высота сварочного металла составляла 300 мкм или меньше от расширенной прямой поверхности первого покрытого металлическим алюминием стального листа; а в случае, когда значение t1 отличается от значения t2, максимальная высота сварочного металла составляла 300 мкм или меньше от расширенной прямой поверхности более толстого из первого покрытого металлическим алюминием стального листа и второго покрытого металлическим алюминием стального листа.

[0022] (12) В способе для производства адаптированной заготовки для горячей штамповки в соответствии с любым из вышеописанных пп. (7)-(11) при определении режима сварки он может быть определен так, чтобы содержание кислорода в сварочном металле на 50 частей на миллион или более превышало среднее содержание кислорода в стальном листе, который является основным материалом для покрытия металлом первого покрытого металлическим алюминием стального листа и второго покрытого металлическим алюминием стального листа.

[0023] (13) В способе для производства адаптированной заготовки для горячей штамповки в соответствии с любым из вышеописанных пп. (7)-(12) стыковая сварка может быть любой из лазерной сварки, сварки электронным лучом и плазменной сварки.

[0024] (14) В способе для производства адаптированной заготовки для горячей штамповки в соответствии с любым из вышеописанных пп. (7)-(13) стыковая сварка может быть лазерной сваркой, выполняемой с подачей сварочной проволоки.

[0025] (15) В соответствии с третьим аспектом настоящего изобретения предлагается горячештампованный элемент, полученный путем выполнения горячей штамповки адаптированной заготовки для горячей штамповки в соответствии с любым из вышеописанных пп. (1)-(6), в котором произведение твердости сварочного металла на толщину самой тонкой части сварочного металла больше либо произведения твердости первого покрытого металлическим алюминием стального листа на толщину первого покрытого металлическим алюминием стального листа, либо произведения твердости второго покрытого металлическим алюминием стального листа на толщину второго покрытого металлическим алюминием стального листа.

[0026] (16) В соответствии с четвертым аспектом настоящего изобретения предлагается способ для производства горячештампованного элемента, включающий в себя выполнение горячей штамповки адаптированной заготовки для горячей штамповки в соответствии с любым из вышеописанных пп. (1)-(6), в котором после горячей штамповки произведение твердости сварочного металла на толщину самой тонкой части сварочного металла больше как произведения твердости первого покрытого металлическим алюминием стального листа на толщину первого покрытого металлическим алюминием стального листа, так и произведения твердости второго покрытого металлическим алюминием стального листа на толщину второго покрытого металлическим алюминием стального листа.

ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТЫ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0027] В соответствии с настоящим изобретением возможно обеспечить адаптированную заготовку для горячей штамповки, имеющую высокую прочность соединения после горячей штамповки, даже в том случае, когда покрытый металлическим алюминием стальной лист сваривается встык без удаления слоя металлического покрытия в свариваемой части.

В дополнение к этому в соответствии с настоящим изобретением возможно обеспечить горячештампованный элемент, имеющий высокую прочность соединения после горячей штамповки, даже в том случае, когда полученная адаптированная заготовка для горячей штамповки используется для сварки встык покрытого металлическим алюминием стального листа без удаления слоя металлического покрытия в свариваемой части.

Кроме того, поскольку поверхности наплавленных за один проход слоев металла в вышеописанной адаптированной заготовке для горячей штамповки и горячештампованного элемента покрываются алюминием, возможно решить проблему обезуглероживания или окисления сварочного металла во время горячей штамповки или проблему недостаточной коррозионной стойкости после горячей штамповки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0028] Фиг. 1 представляет собой фотографию, показывающую пример поперечного сечения сваренной части, сформированной путем выполнения лазерной сварки встык покрытого металлическим алюминием стального листа.

Фиг. 2 представляет собой блок-схему, показывающую пример способа для производства адаптированной заготовки в соответствии с настоящим вариантом осуществления.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему, показывающую пример способа для производства горячештампованного элемента в соответствии с одним вариантом осуществления.

ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ НАСТОЯЩЕГО ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0029] Далее будут описаны адаптированная заготовка для горячей штамповки в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения (в дальнейшем в некоторых случаях называемая адаптированной заготовкой в соответствии с одним вариантом осуществления), способ для ее производства, горячештампованный элемент в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения (в дальнейшем в некоторых случаях называемый горячештампованным элементом в соответствии с одним вариантом осуществления), а также способ для его производства.

[0030] 1. Адаптированная заготовка для горячей штамповки

(Средняя концентрация алюминия в сварочном металле: от 0,3 масс. % до 1,5 масс. %)

Адаптированная заготовка в соответствии с одним вариантом осуществления получается путем соединения множества покрытых металлическим алюминием стальных листов посредством стыковой сварки, и сварная часть, содержащая сварочный металл, присутствует в сваренной встык части.

В адаптированной заготовке в соответствии с одним вариантом осуществления важно управлять перемещением алюминия в сварочный металл из металлического покрытия так, чтобы оно находилось в пределах подходящего диапазона, как описано ниже, для того, чтобы гарантировать прочность соединения после горячей штамповки путем подавления обезуглероживания или окисления сварочного металла во время горячей штамповки, и кроме того гарантировать коррозионную стойкость после горячей штамповки. Для того чтобы управлять перемещением алюминия в сварочный металл из металлического покрытия, важно установить среднюю концентрацию алюминия в сварочном металле в диапазоне от 0,3 масс. % до 1,5 масс. %.

[0031] Авторы настоящего изобретения обнаружили, что в адаптированной заготовке для горячей штамповки, полученной путем сварки встык покрытого металлическим алюминием стального листа без удаления слоя металлического покрытия в свариваемой части, когда средняя концентрация алюминия в сварочном металле равна или больше определенного значения, путем перемещения и концентрации алюминия в сварочный металл из металлического покрытия возможно сформировать алюминиевый слой на поверхности сварочного металла. Таким образом было найдено, что поверхность сварочного металла (наплавленного за один проход слоя металла) покрывается алюминиевым слоем, сформированным во время сварки встык, как проиллюстрировано на фиг. 1. В дополнение к этому было обнаружено, что, поскольку поверхность сварочного металла покрывается слоем алюминия, возможно решить проблему обезуглероживания или окисления сварочного металла во время горячей штамповки или проблему недостаточной коррозионной стойкости элемента, получаемого горячей штамповкой (горячештампованного элемента). Причина вышеописанного факта неясна, но считается, что во время стыковой сварки металл покрытия (алюминий), расплавленный в подвергшейся тепловому воздействию зоне, вовлекается в поток в ванне расплава наплавленного за один проход слоя металла, и металл покрытия, имеющий более низкую температуру плавления, чем сталь, растекается на поверхности наплавленного за один проход слоя металла даже после отверждения ванны расплава, покрывая таким образом наплавленный за один проход слой металла.

Когда средняя концентрация алюминия в сварочном металле составляет менее 0,3 масс. %, перемещение и концентрация алюминия в сварочный металл из металлического покрытия являются недостаточными, и поэтому невозможно сформировать алюминиевый слой на поверхности сварочного металла. Следовательно, в этом случае невозможно решить проблему обезуглероживания или окисления сварочного металла во время горячей штамповки или проблему недостаточной коррозионной стойкости элемента, полученного горячей штамповкой. Следовательно, в данном варианте осуществления средняя концентрация алюминия в сварочном металле устанавливается равной 0,3 масс. % или больше.

[0032] С другой стороны, в адаптированной заготовке для горячей штамповки, получаемой путем сварки встык покрытого металлическим алюминием стального листа без удаления слоя металлического покрытия в свариваемой части, когда перемещение и концентрация алюминия в сварочный металл из металлического покрытия соответственным образом контролируются, становится возможным закалить сварочный металл во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который выполняется перед горячей штамповкой. В этом случае становится возможным заранее увеличить прочность сварочного металла перед процессом горячей штамповки. Таким образом, даже когда сварочный металл не закаливается в процессе горячей штамповки или когда сварочный металл отпускается в процессе горячей штамповки, возможно гарантировать достаточную прочность соединения после горячей штамповки (в горячештампованном элементе). С другой стороны, в случае, когда перемещение и концентрация алюминия в сварочный металл из металлического покрытия являются чрезмерными, средняя концентрация алюминия в сварочном металле становится слишком высокой. Поскольку алюминий является ферритообразующим, когда средняя концентрация алюминия в сварочном металле становится слишком высокой, аустенит не образуется во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который выполняется перед горячей штамповкой, и сварочный металл недостаточно закаливается во время процесса охлаждения в процессе сварки. Следовательно, в этом случае невозможно достичь высокого упрочнения сварочного металла, и становится невозможным гарантировать достаточную прочность соединения после горячей штамповки. Когда перемещение и концентрация алюминия в сварочный металл из металлического покрытия соответственно подавляются, возможно гарантировать достаточную прочность соединения после горячей штамповки.

Когда средняя концентрация алюминия в сварочном металле превышает 1,5 масс. %, невозможно гарантировать достаточную прочность соединения после горячей штамповки по вышеописанной причине. Поэтому средняя концентрация алюминия в сварочном металле устанавливается равной 1,5 масс. % или меньше. Когда средняя концентрация алюминия в сварочном металле устанавливается равной 1,5 масс. % или меньше, становится возможным получить упрочненную структуру, такую как мартенситная структура или мартенсит и бейнитная структура, путем закалки сварочного металла во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который выполняется перед горячей штамповкой.

[0033] (Температура точки Ac₃ сварочного металла: 1250°C или ниже)

Авторы настоящего изобретения обнаружили, что даже когда средняя концентрация алюминия в сварочном металле составляет 1,5 масс. % или меньше, в химическом составе сварочного материала, в случае, когда содержание углерода или марганца мало, а содержание кремния велико, становится трудным заранее увеличить прочность сварочного металла путем закалки во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который выполняется перед горячей штамповкой, то есть становится трудным гарантировать достаточную прочность соединения после горячей штамповки. Авторы настоящего изобретения провели интенсивные исследования вышеописанного факта. В результате было подтверждено, что когда температура точки Ac₃ (°C), определяемая следующей формулой (1), составляет 1250°C или меньше, становится возможным заранее увеличить прочность сварочного металла путем закалки сварочного металла во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который выполняется перед горячей штамповкой. Таким образом, было экспериментально подтверждено, что когда температура точки Ac₃ устанавливается равной 1250°C или меньше, достаточная прочность соединения после горячей штамповки может быть обеспечена даже в том случае, когда сварочный металл не закаливается в процессе горячей штамповки, или когда сварочный металл отпускается в процессе горячей штамповки.

В случае, когда температура точки Ac₃ сварочного металла, определяемая формулой (1), превышает 1250°C, становится трудным закалить сварочный металл во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который выполняется перед горячей штамповкой, и поэтому становится трудным гарантировать достаточную прочность соединения после горячей штамповки. Поэтому температура точки Ac₃ сварочного металла, определяемая формулой (1), устанавливается равной 1250°C или ниже.

[0034]

Здесь обозначения элементов в формуле (C, Ni, Si, V, Mo, W, Mn, Cr, Cu, P, Al, As и Ti) представляют собой количество (масс. %) отдельных элементов в сварочном металле. В дополнение к этому для отсутствующих элементов их количество при вычислениях полагается равным нулю.

Формула для температуры точки Ac₃ является формулой, известной из документа «The Physical metallurgy of Steels» authored by Leslie. W.C., translated and edited by Kouda Shigeyasu, published by Maruzen Company, Limited (1985), p. 273.

Так как более низкое значение точки Ac₃ является более выгодным для закалки во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который выполняется перед горячей штамповкой, нижний предел значения температуры для точки Ac₃ конкретно не определяется.

[0035] (Δt_M сварочного металла: 0,5 секунды или дольше)

Как было описано выше, для того, чтобы гарантировать достаточную прочность соединения после горячей штамповки, важно заранее увеличить прочность сварочного металла, закаливая его во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который выполняется перед горячей штамповкой. Для того, чтобы заранее увеличить прочность сварочного металла путем закалки, предпочтительно увеличить закаливаемость сварочного металла в дополнение к управлению значением температуры точки Ac₃.

Значение Δt_M, определяемое следующей формулой (2), является индексом закаливаемости, означающим пороговое время охлаждения (в секундах), при котором структура сварочного металла полностью становится мартенситной при охлаждении. Более высокое значение Δt_M указывает на большую легкость закалки. Формула (2) описана, например, в документе Kasuya and Hashiba, Nippon Steel Technical Report No. 385, p. 48 to 55 (2006).

Когда значение Δt_M, определяемое следующей формулой (2), устанавливается равным 0,5 секунды или больше, становится возможным заранее увеличить прочность сварочного металла путем его закалки во время процесса охлаждения в процессе стыковой сварки, который выполняется перед горячей штамповкой. В дополнение к этому увеличение прочности сварочного металла облегчает обеспечение достаточной прочности соединения после горячей штамповки. Поэтому в адаптированной заготовке в соответствии с одним вариантом осуществления значение Δt_M сварочного металла, определяемое формулой (2), предпочтительно устанавливается равным 0,5 секунды или дольше. Значение Δt_M более предпочтительно устанавливается равным 1,0 секунды или больше. Поскольку большее значение Δt_M приводит к более высокой закаливаемости, нет никакой необходимости особенно ограничивать верхний предел значения Δt_M.

[0036]

Здесь соответствующие обозначения элементов (C, Si, Al, Mn, Cu, Ni, Mo и Cr) представляют собой содержание (в масс. %) элементов в сварочном металле, а для отсутствующих элементов их количеств