최근 자동차 산업에서 안전규제법(FMVSS : fedral motor vehicle safety standard) 강화에 대응하기 위하여 자동차 제조업체에서는 범퍼, 도어보강재, 브래킷 등에 고용강화형 혹은 석출강화형의 고장력 냉연강판을 사용하면서 그 사용 범위가 증가하고 있으며, CO2 가스 배출 감소와 연비향상을 위하여 차체의 경량화가 필수적으로 요구되고 있으며, 이러한 자동차 차체의 경량화와 고강도화 추세에 따라 첨단고강도강(Advanced High Strength Steel, AHSS)의 적용이 급격히 증가하고 있다.
그러나 강재 자체의 고강도화가 됨에 따라 강재의 연성이 부족하여 차체 부품 성형시 원래상태로 돌아가는 스프링백(Springback) 현상이 발생하고, 이로 인해 복잡한 형상의 가공이 어려운 단점이 있다.
최근 이러한 성형성 문제를 해결하기 위하여 소입성을 향상시키기 위하여 보론을 소량 첨가한 강(이하 보론강)을 900 ~ 950 °C의 온도로 가열하여 금형에서 성형과 동시에 냉각함으로써 고강도와 성형성을 모두 확보할 수 있는 기술인 핫스탬핑 공정(Hot-stamping)이 개발되었다.
핫 스탬핑 공정기술은 강재가 고온에서 우수한 연신율과 낮은 강도를 가지므로, 고온으로 가열하여 원하는 형상의 부품으로 성형한 후, 수냉을 하게 되면 빠른 냉각 속도로 인해 마르텐사이트 변태를 통한 고강도를 갖는 부품을 연속공정으로 제조하는 공정이다.
사용되는 강재로는 주로 퀜칭공정에 의해 마르텐사이트 변태가 가능한 보론강이 주로 사용되고 있다. 보론강은 성형 전에는 약 500 MPa이지만 핫스탬핑 처리 후에는 약 1500 MPa급의 초고강도 성형된 부품을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 두께 감소로 인한 부품의 경량화를 동시에 얻을 수 있다는 장점 때문에 자동차 부품 성형기술로서 각광받고 있다.
그러나 핫스탬핑 처리 공정은 900 °C(A3 이상의 온도)이상의 가열공정으로 이루어지기 때문에 산화방지를 하지 않을 경우, 강재의 표면산화에 의한 스케일(Scale) 생성 및 표면탈탄 현상이 발생하게 된다. 따라서 핫스탬핑 처리시 강재의 산화를 방지하기 위하여 강재 표면에 도금층이 필수적으로 요구되고 있다. 일반 냉연강판에는 주로 Zn 도금과 Al-Si 용융도금을 실시하는데 Zn 도금의 경우 핫스탬핑 처리시 표면에서 형성된 Crack이 모재까지 파고들어 산화 스케일 방지에 효과적이지 못한 반면 Al-Si도금층의 경우 모재로의 Crack 전파를 효과적으로 방지하여 핫스탬핑용 강재에는 Al-Si 용융도금을 필수적으로 도금을 실시한다.
이러한 핫스탬핑 공정은 높은 충격 특성을 필요로 하는 범퍼 빔, A-필러, B-필러 등에 적용되어 자동차에 확대 적용되고 있다.
한편, 자동차 제작공정의 복잡화와 세분화로 인하여 각 부위별 원하는 물성이 다르기 때문에 하나의 부품에서도 여러 가지 강종을 용접하여 세분화하기 위하여 TWB(Tailor Welded Blank) 용접이 많이 적용되고 있으며, 최근에는 TWB레이저 용접기술과 핫스탬핑 처리 기술의 장점을 조합하여 최적 충돌특성을 갖는 이종두께 및 이종재료의 TWB 부품 제조의 혁신적인 기술로 검토 되고 있다.
그러나 일반적으로 Al 도금강판을 레이저 용접시, 레이저 용접부에 Al이 혼입되어 금속간화합물이 관찰되는 것으로 보고 있다. 따라서 Al-Si도금강판도 레이저 용접을 실시할 경우 표면의 Al-Si도금층을 제거하고 레이저 용접을 실시하는 방법도 시도되고 있다.
Al-Si 용융 도금된 보론 강판의 레이저용접에 대한 대표적인 연구는 다음과 같다. ArcelorMittal사의 연구결과에 의하면, 레이저 용접을 실시한 Al 도금된 보론 강을 핫 스탬핑을 실시한 용접재의 인장시험 시 용융부와 열영향부의 경계인 본드라인 상부의 백색상에서 파단이 발생하여 인장특성이 저하된다고 보고하고 있다. 또한 Jung등의 연구결과에 의하면 Al 도금된 B강과 Zn 도금된 Dual Phase 강재를 레이저 용접시 Al-Si 도금층이 용융부에 혼입되어 Fe3(Al,Si) 금속간화합물이 형성되고, 이러한 Fe3(Al,Si)이 핫 스탬핑 열처리 시 연질의 페라이트 조직으로 상변태가 일어나 인장성질이 저하된다고 보고 하였다. 이처럼 Al-Si 도금층이 레이저 용접 및 핫 스팸핑 시 용접부 미세조직과 인장성질에 상당한 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
한편 레이저 용접에 따른 용융부내 혼입된 도금층의 영향으로 인한 미세조직과 인장성질에 대한 연구는 많이 이루어진 상태이지만 도금층이 레이저 용접시 어떠한 메카니즘에 의해 혼입되고 편석되는지에 대한 연구는 전무한 실정이다. 또한 레이저 용접의 경우 발진매체에 따라 CO2기체를 레이저 매체로 한 CO2 레이저와 고체 물질을 레이저 매체(Solid State)로 한 Nd:YAG 레이저 두가지 종류가 있다. 이렇게 레이저 발진매체에 따라 용접 입열 효율이 달라지고 이로 인해 용접부의 미세조직과 기계적 성질에 영향을 미칠 것으로 판단된다.
따라서 본 연구에서는 Al-Si 용융 도금된 보론강의 용융부내 도금층 혼입거동 분석과 레이저 열원에 따른 레이저 용접부의 핫스탬핑 처리 전 후의 미세조직과 인장성질변화에 대해 체계적으로 검토하였다.

In this study, Al-Si coated boron steel(1.2 mm) were laser welded by CO2 laser and Solid State Laser(Nd:YAG) and hot-stamping was applied to the laser joints. Tensile properties and microstructures of the joints were investigated before and after hot-stamping. Tensile and yield strengths of the as welded specimen similar with base metal and fracture occurred base metal of boron steel regardless of laser source. Although, in case of after hot-stamped specimen, fracture occurred fusion zone. Fracture of CO2 laser welded specimen occurred Al segregated zone near the bond line. But in case of Nd:YAG laser welded specimen, fracture occurred center of fusion zone. These could be explained by the existence of ferrite, in the Al segregated zone in fusion zone. Before hot-stamping, hardness of base metal is lower than fusion zone and heat affected zone in spite of exist Al segregation zone(Fe3(Al,Si)). So fracture occurred base metal. Although, after hot-stamping, in case of CO2 laser welded specimens microstructure of base metal and welds zone transformed to martensite and bainite except in Al segregation zone near the bond line that Fe3(Al,Si) transformed to a-ferrite. So fracture occurred Al segregation zone near the bond line. In case of Nd:YAG laser welded specimens micorostruture of base metal transformed to martensite and bainite. but Al segregation zone in fusion zone transformed to martensite and bainite, ferrite. So fractur occurred center of fusion zone.