CN110382154B - 角焊接头及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及角焊接头及其制造方法，其课题是提供抑制低温裂纹并且具有优异的焊接疲劳强度的角焊接头。本发明的角焊接头，其母材的抗拉强度为980MPa以上、碳当量为0.36以上且0.60以下，抗拉强度[MPa]为所述碳当量[wt％]的1950倍以上，其焊缝金属的平均碳当量为0.45以上且0.65以下，在焊趾的表面下的规定位置，焊缝金属与热影响区的边界处的维氏硬度HVbond、距边界向焊缝金属侧为0.1mm以上且0.3mm以下的位置的焊缝金属的维氏硬度的平均值HVwmt、和距边界(距焊缝边界)向热影响区侧为0.1mm以上且0.3mm以下的位置的热影响区的维氏硬度的平均值HVhaz满足HVbond≤HVwmt、HVbond≥HVhaz‑50、HVhaz≤350。

Description

角焊接头及其制造方法

技术领域

本发明涉及角焊接头及其制造方法，特别涉及抑制低温裂纹并且使焊 接疲劳强度提高的角焊技术。

背景技术

近年来，以车身、特别是底盘的轻量化为目的，期待着利用薄高强度 钢板。底盘构件，从耐久性的观点出发，构件的疲劳强度被重视，但一般 地在将钢板彼此焊接的情况下，焊接部成为应力集中部位，成为构件的疲 劳强度的降低主要因素。而且，在应用薄高强度钢板的情况下，需要根据 钢板的强度增加来提高焊接部的疲劳强度。然而，在将高强度钢板作为母 材的情况下，存在母材的热影响区(HAZ)的硬度相对于焊缝金属变高的 倾向，起因于该硬度差，焊接部的疲劳强度有时降低。因此，为了将面向 车身的薄高强度钢板应用于底盘，需要使高强度钢板的焊接部疲劳强度增 加。

具体而言，若钢板的抗拉强度超过780MPa，则显示焊接部的疲劳强 度显著降低的倾向。因此，特别期望开发使用抗拉强度为980MPa以上的 高强度钢板的情况下的使焊接部的疲劳强度提高的技术。

作为使焊接部的疲劳强度提高的技术，已知以下的技术。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平11-104838号公报

专利文献2：国际公开WO2017/018492号公报

专利文献3：国际公开WO2011/037272号公报

在专利文献1中公开了一种结构用钢焊接接头。该接头的特征在于， 在焊趾的表面下0.5mm以内的位置、且在从熔融边界向焊缝金属侧1mm 的范围中依据JIS Z2244测定的维氏硬度的平均值A与在从所述熔融边界 向母材的焊接热影响区粗晶区侧1mm的范围中同样地测定的最高硬度B 的差(A-B)为26以上且39以下。据说根据这样的特征能够稳定地提供 使疲劳强度提高了的焊接接头。

在专利文献2中公开了一种角弧焊接头。该接头的特征在于，在包含 角弧焊的焊趾部与热影响区的边界的区域，形成基于激光照射的再熔融部 直至规定的深度。根据这样的特征，焊接部被局部地淬火硬化，抑制了焊 接部的裂纹的进展。

在专利文献3中公开了一种角弧焊接头。该接头的特征在于，在钢板 和焊丝之中，特别地限制Si量。根据这样的特征，即使焊接速度超过 80cm/min，特别是超过110cm/min且为150cm/min以下，焊趾形状的形 状也良好，能够使角弧焊接头的疲劳特性提高。

发明内容

在专利文献1所公开的技术中，为了使焊接部的疲劳强度提高而使焊 缝金属的硬度比趾部以及热影响区的硬度高。通常，若母材强度变高，则 钢材成分的淬硬性也变高，因此原本为钢板本身的热影响区的硬度也变高。 因此，在使用抗拉强度为980MPa以上那样的高强度钢板的情况下，关于 成为焊缝金属的主成分的焊丝，也需要使用高强度的焊丝。

然而，若过度地提高焊丝强度，则有可能焊缝金属硬化、焊缝金属产 生低温裂纹。低温裂纹的原因在于氢脆化，为了抑制氢脆化，减少在焊接 时侵入到焊缝金属中的扩散氢、降低因焊缝金属的收缩而产生的拉伸残余 应力、降低焊缝金属的硬度是有效的。但是，在一般的焊接条件下，难以 降低扩散氢量、拉伸残余应力，防止焊缝金属的过度硬化成为防止氢脆化 的对策。

另外，要是以薄钢板为母材制造焊接接头的话，由于焊接以高速度进 行，因此有可能在焊缝金属凝固时焊丝成分和母材成分未均匀地混合。因 此，在趾部附近，会产生与合金成分浓度比较高的焊丝相比合金成分浓度 比较低的母材成分较多地混合的区域，有可能不能充分得到该区域中的焊 缝金属硬度。

这样，在接头焊接中，使用抗拉强度为980MPa以上的高强度薄钢板 作为母材的情况下，存在下述问题：由于焊缝金属的低温裂纹的限制，不 能充分提高趾部附近的焊缝金属的硬度。其结果，有可能伴随载荷的应变 集中在热影响区与焊缝金属的边界区域，在该边界区域产生裂纹，不能够 得到优异的焊接部疲劳强度。

再者，在专利文献2所公开的技术中，在包含焊趾部和热影响区的边 界的区域，形成基于激光照射的再熔融部直至规定的深度。这样的激光照 射是在焊接作业后重叠地进行的，有可能用于其的设备投资、作业负荷增 大。另外，在专利文献2中，没有关于低温裂纹的记载和启示。

在专利文献3所公开的技术中，通过限制钢板及焊丝的特别是Si量， 来使焊趾形状的形状良好，使角弧焊接头的疲劳特性提高。然而，在专利 文献3中，几乎没有关于低温裂纹的记载和启示。具体而言，在专利文献 3中，由于若焊丝有狭缝则有外部气体(氢)侵入的危险性，因此只不过 记载了不设置狭缝。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的是提供在抗拉强度为 980MPa以上的钢板中抑制低温裂纹且具有优异的焊接疲劳强度的角焊接 头及其制造方法。

本发明人对能够抑制低温裂纹并且实现优异的焊接疲劳强度的角焊接 头进行了深入研究。其结果得到下述见解：关于具有规定的抗拉强度的母 材，使用适当地选择了碳当量的值、和碳当量[wt％]与抗拉强度[MPa]的关 系的高强度钢板，并且使用具有适当的碳当量的焊丝，焊缝金属与热影响 区的边界区域的维氏硬度HVbond、焊缝金属的维氏硬度的平均值HVwmt 以及热影响区的维氏硬度的平均值HVhaz满足适当的关系，由此能够得到抑制低温裂纹并且实现优异的焊接疲劳强度的角焊接头。本发明是基于这 样的见解而完成的，其主旨如下。

(1)一种角焊接头，是将两个母材的一部分重叠并实施角焊而得到的 角焊接头，其特征在于，

所述角焊接头包含所述母材、焊缝金属以及热影响区，

所述母材的抗拉强度为980MPa以上，所述母材的碳当量为0.36以上 且0.60以下，所述母材的抗拉强度[MPa]为所述母材的碳当量[wt％]的1950 倍以上，

所述焊缝金属的平均碳当量为0.45以上且0.65以下，且比所述母材的 碳当量高，

在与所述角焊接头的焊接线垂直的截面中，在通过距焊趾向所述母材 的板厚方向为0.1mm以上且0.3mm以下的位置、且与所述母材表面平行 的直线上，

所述焊缝金属与所述热影响区的边界处的维氏硬度HVbond、距所述 边界向所述焊缝金属侧为0.1mm以上且0.3mm以下的位置的所述焊缝金 属的维氏硬度的平均值HVwmt、和距所述边界向所述热影响区侧为0.1mm 以上且0.3mm以下的位置的所述热影响区的维氏硬度的平均值HVhaz满 足以下的关系。

HVbond≤HVwmt (1)

HVbond≥HVhaz-50 (2)

HVhaz≤350 (3)

(2)根据上述(1)所述的角焊接头，所述母材的抗拉强度[MPa]为 所述母材的碳当量[wt％]的2750倍以下。

(3)根据上述(1)或(2)所述的角焊接头，所述母材以质量％计含 有0.01≤C≤0.25、0.01≤Si≤2.00、0.05≤Mn≤3.0、0.001≤Al≤0.4，余量为Fe 以及不可避免的杂质。

(4)根据上述(3)所述的角焊接头，所述母材以质量％计还含有 0.1≤Ni≤3.0、0.1≤Cr≤2.0、0.005≤Mo≤0.5、0.005≤Nb≤0.3、0.005≤V≤0.3、 0.005≤Ti≤0.3、0.0001≤B≤0.01中的至少1种。

(5)根据上述(1)～(4)的任一项所述的角焊接头，所述焊缝金属 以质量％计含有0.03≤C≤0.25、0.01≤Si≤2.00、0.5≤Mn≤3.0、0.001≤Al≤0.15， 余量为Fe以及不可避免的杂质。

(6)根据上述(5)所述的角焊接头，所述焊缝金属以质量％计还含 有0.1≤Ni≤3.0、0.1≤Cr≤2.0、0.005≤Mo≤0.5、0.005≤Nb≤0.1、0.005≤V≤0.15、 0.005≤Ti≤0.15、0.0001≤B≤0.01中的至少1种。

(7)根据上述(1)～(6)的任一项所述的角焊接头，所述母材的板 厚为1.0mm以上且3.6mm以下。

(8)根据上述(1)～(7)的任一项所述的角焊接头，在与所述角焊 接头的焊接线垂直的截面中，在通过距焊根点向所述母材的板厚方向为 0.1mm以上且0.3mm以下的位置、且与所述母材表面平行的直线上，

距位于所述焊根点的下方的所述焊缝金属与所述热影响区的边界向所 述焊缝金属侧为0.1mm以上且0.3mm以下的区域中的所述焊缝金属的维 氏硬度的平均值HVwmr满足以下的关系。

HVwmr≤350

(9)一种角焊接头的制造方法，是将两个母材的一部分重叠并使用焊 丝来实施角焊的角焊接头的制造方法，其特征在于，

所述母材的抗拉强度为980MPa以上，所述母材的碳当量为0.36以上 且0.60以下，所述母材的抗拉强度[MPa]为所述母材的碳当量[wt％]的1950 倍以上，

所述焊丝的碳当量为0.50以上且0.80以下，且比所述母材的碳当量高，

焊接速度为60cm/min以上且150cm/min以下。

在本发明中，关于具有规定的抗拉强度的母材，使用适当地选择了碳 当量的值、碳当量与抗拉强度的关系的高强度钢板，并且，使用具有适当 的碳当量的高强度焊丝。因此，根据本发明，能够适当地控制焊缝金属与 热影响区的边界区域、焊缝金属、以及热影响区的各自的维氏硬度，进而 能够抑制角焊接头的低温裂纹并且实现优异的焊接疲劳强度。

附图说明

图1是表示将两个母材的一部分重叠并实施角焊而得到的本实施方式 的角焊接头的截面图。

图2是关于图1所示的角焊接头示出维氏硬度与假想线上的点的关系 的图。

图3是用于说明疲劳弯曲试验的图。

图4是表示在实施例中采用的焊接方法的图。

具体实施方式

<角焊接头>

本发明人为了在高强度薄钢板的角焊中抑制焊缝金属的低温裂纹并且 提高焊接部(包含焊缝金属和热影响区)的疲劳强度，反复进行了深入研 究。其结果，本发明人得到以下见解：通过以使用抗拉强度为980MPa以 上的薄钢材作为母材为前提，使用适当地选择了母材的碳当量的值、碳当 量与抗拉强度的关系的高强度钢板，并且使用具有适当的碳当量的高强度 焊丝，由此能够提高趾部附近区域的焊接部的疲劳强度，并且能够防止成 为低温裂纹的原因的焊缝金属的氢脆化。本实施方式的角焊接头是基于上 述那样的见解的接头。

再者，根据JIS Z3001(焊接术语)，热影响区意指由于焊接、切割等 的热而使组织、冶金性质、机械性质等发生了变化的、未熔融的母材的部 分。

本实施方式的角焊接头是将两个高强度薄钢板(母材)的一部分重叠 并实施角焊而得到的接头，具体而言，是包括搭接接头、T接头的概念。

另外，本实施方式的角焊接头，以将抗拉强度为980MPa以上的所谓 高强度钢板作为母材的接头为对象。但是，若母材的抗拉强度超过 1470MPa，则不能充分得到后述的本实施方式的接头的焊接部疲劳强度的 提高。因此，母材的抗拉强度优选为1470MPa以下。

在这样的条件下，本实施方式的角焊接头，将母材的碳当量设为0.36 以上且0.60以下。通过使母材的碳当量为0.36以上，能够使母材自身硬质 化，得到能够充分地用作为车体、特别是底盘的构件的程度的强度。

与此相对，通过使母材的碳当量为0.60以下，能够在不过度提高热影 响区的硬度的情况下抑制热影响区与焊缝金属的边界区域的硬度与边界区 域附近的热影响区的硬度的差，从而高效率地防止该边界区域附近的裂纹 的产生。在此，热影响区与焊缝金属的边界能够通过在与焊接线垂直的方 向上切断焊接部并腐蚀其截面来求出。

再者，通过使母材的碳当量为0.40以上且0.55以下，能够以更高的水 平发挥上述的各效果。

在此，母材、焊缝金属、以及焊丝的碳当量[wt％]由下述式表示。

碳当量[wt％]＝C+Si/24+Mn/6+Ni/40+Cr/5+Mo/4+V/14

式中的C、Mn、Ni、Cr、Mo、V为其在各材料中的含有率[wt％]。 再者，上述元素的含有率是采用不含镀层部分的母材和/或不含镀层部分的 焊丝的一部分测定的。

而且，在本实施方式的角焊接头中，将母材的抗拉强度[MPa]设为母 材的碳当量[wt％]的1950倍以上。通过满足本要件，母材的组织成为马氏 体主体的组织。母材的组织受母材制造中的热轧条件支配，特别是为了确 保规定的母材强度，提高热轧时的冷却速度而形成为马氏体组织并且利用 基于轧制加工的加工硬化是重要的。

但是，若使用以这样的轧制方式制造的高强度钢板进行焊接，则热影 响区(HAZ)有时会回火软化。因此，优选使母材的抗拉强度[MPa]为母 材的碳当量[wt％]的2750倍以下。由此，能够抑制相对于母材强度的接头 的静态强度的降低、即由HAZ软化引起的强度降低。优选：以母材的抗 拉强度为基准，接头的抗拉强度的比(接头的抗拉强度/母材的抗拉强度) 为0.7以上。

图1是表示将两个母材的一部分重叠并实施角焊而得到的本实施方式 的角焊接头的截面图。该截面是与角焊接头的焊接线垂直的截面。本实施 方式的角焊接头10包含两个母材12、14、焊缝金属16、以及热影响区(未 图示)。在图1中，点A是所谓的焊趾，虚线是表示通过距焊趾A向所述 母材的板厚方向为S mm(0.1mm以上且0.3mm以下)的位置、且与所述母材表面平行的直线的假想线。

关于以上那样的构成的角焊接头，考虑该假想线上的点或区域、即

·焊缝金属16与(母材14的)热影响区(HAZ)的边界处的代表点B、

·距代表点B向焊缝金属16侧为0.1mm以上且0.3mm以下的区域C 中的焊缝金属的维氏硬度的平均值HVwmt、

·距代表点B向热影响区侧为0.1mm以上且0.3mm以下的区域D中的 热影响区的维氏硬度的平均值HVhaz。

再者，关于维氏硬度的平均值HVwmt、以及维氏硬度的平均值 HVhaz，设为在区域C、D的各自中至少任意3点的硬度的平均值。

在此，作为边界区域的观察面，使用苦味酸腐蚀了的截面。若用苦味 酸腐蚀，则能够确认枝晶的生长方向等的凝固形态，因此能够明确地区分 熔融凝固了的焊缝金属部和作为相变组织的热影响区。另外，代表点B意 指作为具有枝晶组织的焊缝金属与不具有该组织的热影响区的边界而决定 的点。

在这样的前提下，本实施方式的角焊接头，代表点B处的维氏硬度 HVbond、区域C中的焊缝金属的维氏硬度的平均值HVwmt以及区域D 中的热影响区的维氏硬度的平均值HVhaz满足以下的关系(a)～(c)。

(a)HVbond≤HVwmt

(b)HVbond≥HVhaz-50

(c)HVhaz≤350

图2是关于图1所示的角焊接头，表示维氏硬度与假想线上的区域的 关系的图。再者，该图中所示的维氏硬度不是表示定量的值的，而是表示 定性的值的。以下，对所述关系(a)～(c)进行详细说明。

(a)HVbond≤HVwmt

本规定是意指与熔融边界区域相比使焊缝金属硬化的指标。对于本规 定，焊丝的成分、以及作为薄钢板焊接的特征的高速焊接产生影响。在高 速度的焊接下，母材成分与焊丝成分的混合变得不均匀，特别是焊缝金属 与热影响区的边界附近(区域C)的焊缝金属中的母材成分的混合率变高。 另外，若母材成分因焊接热而熔融，则由于气氛的氧化性气体的影响，合 金元素氧化消耗，并且焊缝金属中的氧化物系夹杂物促进铁素体相变，因 此熔融边界附近(区域C)的焊缝金属硬度变低。因此，为了防止由向软 质化的熔融边界附近(区域C)的焊缝金属的应变集中引起的疲劳裂纹， 需要规定焊丝的碳当量的下限(为0.50以上且高于母材的碳当量)而使 HVbond≤HVwmt。

(b)HVbond≥HVhaz-50

以往，在角焊接头中不能充分发挥焊接部(包含焊缝金属和热影响区) 的疲劳强度的最大原因是因为：由于图2的点B处的维氏硬度与区域D中 的维氏硬度(的平均值)的差异过度地大，因此从趾部A附近产生疲劳破 坏。其原因是，在焊缝金属与母材的热影响区的边界(代表点B)成为平 滑凝固界面，钢成分的合金元素向熔融金属侧排出，因此硬度变得较低， 另一方面，在热影响区(区域D)中由于由焊接后的冷却所引起的马氏体 相变而导致硬度变得较高。

与此相对，本规定是意指：通过除了母材的抗拉强度以外还适当地选 择母材的抗拉强度与碳当量的关系，从而能够使这些点B、区域D中的硬 度差与以往相比显著减小的指标。具体而言，以通过使母材的碳当量为0.36 以上且增大热轧钢板制造时的冷却速度来促进母材的马氏体相变并且利用 加工硬化来使母材的抗拉强度为980MPa以上为前提，对于HVhaz的硬化 抑制，通过使母材的碳当量为0.60以下，能够抑制熔融边界附近的焊接热 影响区的硬化。本技术是下述的与以往构思不同的技术：相对于钢板母材 的制造中的伴随冷却和加工的硬化，减小焊接时的热影响区的冷却所致的 硬化的程度，由此确保母材的强度并且抑制热影响区的硬化。另一方面， 对于HVbond的软化抑制，规定焊丝的碳当量的下限(为0.50以上且高于 母材的碳当量)，能够防止焊缝金属的软质化，并且不增大与热影响区的 硬度的差异。

(c)HVhaz≤350

本规定是规定熔融边界附近的热影响区的硬度的上限的，是用于防止 过度的热影响区的硬化、进而防止与之相伴的焊接部疲劳强度的降低的指 标。通过使母材的碳当量为0.60以下，能够抑制熔融边界附近的焊接热影 响区的硬化。

以上所示的关系(a)～(c)互相结合，本实施方式的角焊接头能够 实现焊接部(包含焊缝金属和热影响区)的优异的疲劳强度。

再者，疲劳强度通过以下的试验来测定。

作为疲劳试样，准备图3所示的形状的平面弯曲疲劳试样，评价焊趾 部的疲劳强度。为了通过对称循环弯曲试验求出焊趾部的疲劳强度，在进 行了评价对象的搭接角焊之后，对背面侧进行拘束焊接来防止根部的开口。 疲劳试验为位移控制的弯曲疲劳试验(应力比R＝-1)，重复频率为25Hz， 试验结束条件设为40％的力矩(torque)降低、或者没有力矩的降低而重 复次数达到2×10⁶次时。

疲劳强度也可以针对相对的基准进行评价。以以往的角焊接头的疲劳 强度为基准，疲劳强度比越高，可视为越优异的疲劳强度。相对于以往产 品的疲劳强度比越高越优选，可以为1.1以上。进一步优选的是，疲劳强 度比可以为1.2以上。更优选的是，疲劳强度比可以为1.3以上。作为成为 基准的以往的角焊接头的疲劳强度，可以关于本申请发明中规定的碳当量 等不予考虑而使用对780MPa钢进行角焊所得到的角焊接头的疲劳强度。

而且，本实施方式的角焊接头，其焊缝金属的平均碳当量为0.45以上 且0.65以下，且高于母材的碳当量。根据本规定，通过使焊缝金属的平均 碳当量为0.45以上且高于母材的碳当量，能够防止焊缝金属的软化，能够 进一步提高焊接部(包含焊缝金属和热影响区)的疲劳强度。另一方面， 通过使焊缝金属的平均碳当量为0.65以下，能够抑制焊缝金属的过度的硬 化，防止焊缝金属的氢脆化。另外，在将这样的碳当量的范围设为0.50以 上且0.60以下的情况下，能够分别以高水平发挥上述效果，因此是优选的。 关于焊缝金属的平均碳当量，设为在焊缝金属部至少任意3点的平均碳当 量的平均值。

在这样的构成的角焊接头中，母材和/或焊缝金属能够从以下那样的成 分(单位均为质量％)选择。

首先，对母材的成分进行说明。再者，在此，母材中的各成分的值是 在不含镀层部分的母材的基材部分中测定出的值。

C：0.01％以上且0.25％以下

为了确保接头的强度，C优选为0.01％以上。另外，为了使焊趾附近 的硬度分布均匀化，优选为0.25％以下。

Si：0.01％以上且2.00％以下

Si对脱氧和确保强度是有用的，优选为0.01％以上。另外，若添加超 过2.00％，则损害焊接性，因此含量优选为2.00％以下。

Mn：0.05％以上且3.0％以下

Mn作为廉价地提高强度的元素是有用的，为了确保强度，优选设为 0.05％以上。另外，若添加超过3.0％，则损害焊接性，因此含量优选为3.0％ 以下。

Al：0.001％以上且0.4％以下

为了脱氧，Al优选为0.001％以上。另外，若添加超过0.4％，则钢中 及焊缝金属中的夹杂物变得过多，使韧性降低，因此优选为0.4％以下。

余量：Fe以及杂质

余量为Fe和杂质。在此，杂质是指在原材料中所含的、或在制造过程 中混入的、在母材中非有意地含有的成分。作为杂质，可举出P、S。另外， 由于有时在母材的表面施加有镀层，因此有时Zn、Al等镀层成分作为不 可避免的成分而以0.10～0.3％左右混入到母材中。为了不受镀层等的影响， 优选考虑镀层等的厚度来分析母材的成分。

任意选择性元素：Ni、Cr、Mo、Nb、V、Ti、B

Ni、Cr、Mo、Nb、V、Ti、B均是提高接头疲劳特性的成分，影响到 焊缝金属及热影响区(HAZ)，使其疲劳强度提高。在这一点上，这些成 分是有效成分，在本实施方式的角焊接头中，可含有这些成分中的至少1 种。然而，过量的添加均会使钢板材质劣化。因此，优选分别在0.1≤Ni≤3.0、0.1≤Cr≤2.0、0.005≤Mo≤0.5、0.005≤Nb≤0.3、0.005≤V≤0.3、0.005≤Ti≤0.3、 0.0001≤B≤0.01的范围含有。

接着，对焊缝金属的成分(单位均为质量％)进行说明。

焊缝金属的成分，可通过使用从焊缝金属部采集的切屑，利用高频电 感耦合等离子体(ICP)发射光谱分析法进行测定来求出。再者，关于切 屑的采集，通过观察焊接部的截面来预先测定焊缝金属的区域，并从该区 域利用钻头等刀具进行切削来采集。因此，焊缝金属的成分大致为焊缝金 属中央部的平均值，碳当量也为焊缝金属的平均的值。

在焊接、特别是气体保护电弧焊中，在焊接施工时，微量的氧、氮从 大气及保护气体混入到熔融金属中，因此与钢板母材不同，在焊缝金属中 包含氧化物、氮化物。氧化物促进焊缝金属组织的铁素体相变，成为强度 降低的原因。因此，在焊缝金属中，需要与母材相比增加作为淬硬性提高 元素的C、Mn。另一方面，氮与Al、Nb、V反应，生成氮化物，使焊缝 金属显著硬化，并且使焊缝金属的韧性值降低。因此，在焊缝金属中，需 要与母材相比限制这些元素的上限值。

从上述观点出发，焊缝金属的成分可以如以下那样规定。

C：0.03％以上且0.25％以下

为了确保接头的强度，C优选为0.03％以上。C生成氧化物，促进焊 缝金属组织的铁素体相变，成为强度降低的原因。因此，在焊缝金属中， 与母材相比增加作为淬硬性提高元素的C。另外，为了使焊趾附近的硬度 分布均匀化，优选为0.25％以下。

Si：0.01％以上且2.00％以下

Si对脱氧和确保强度是有用的，优选为0.01％以上。另外，若添加超 过2.00％，则损害焊接性，因此含量优选为2.00％以下。

Mn：0.5％以上且3.0％以下

Mn作为廉价地提高强度的元素是有用的，为了确保强度，优选设为 0.5％以上。Mn生成氧化物，促进焊缝金属组织的铁素体相变，成为强度 降低的原因。因此，在焊缝金属中，与母材相比增加作为淬硬性提高元素 的Mn。另外，若添加超过3.0％，则损害焊接性，因此含量优选为3.0％ 以下。

Al：0.001％以上且0.15％以下

为了脱氧，Al优选为0.001％以上。另外，若添加超过0.15％，则与 氮反应，生成氮化物，使焊缝金属显著硬化，并且使焊缝金属的韧性值降 低。因此优选为0.15％以下。因此，在焊缝金属中，与母材相比限制Al 的上限值。

余量：Fe及杂质

余量为Fe和杂质。在此，杂质视为除了上述所记载的元素和后述的任 意选择性元素以外的成分。作为杂质，可举出Cu、Zn等。焊缝金属包含 焊丝和母材的成分。在焊丝的表面，有时为了确保导电性而施加有Cu镀 层等，另外，在母材也被施加了镀层的情况下，由于镀层成分会包含在焊 缝金属中，因此Cu、Zn也视为杂质。

任意选择性元素：Ni、Cr、Mo、Nb、V、Ti、B

Ni、Cr、Mo、Nb、V、Ti、B均为提高接头疲劳特性的成分，影响到 焊缝金属及热影响区(HAZ)，使其疲劳强度提高。在这一点上，这些成 分是有效成分，在本实施方式的角焊接头中，可以含有这些成分中的至少 1种。然而，过量的添加均使钢板材质劣化。因此，优选分别在0.1≤Ni≤3.0、 0.1≤Cr≤2.0、0.005≤Mo≤0.5、0.005≤Nb≤0.1、0.005≤V≤0.15、0.005≤Ti≤0.15、 0.0001≤B≤0.01的范围含有。再者，Nb和Ti与氮反应，生成氮化物，使焊 缝金属显著硬化，并且使焊缝金属的韧性值降低。因此，在焊缝金属中， 与母材相比限制这些元素的上限值。

而且，在上述构成的角焊接头中，能够使所述母材的板厚为1.0mm以 上且3.6mm以下。通过使所述母材的板厚为1.0mm以上，能够不使母材 过度熔化而不论在角焊接头母材的长度方向的哪个部位都能够防止烧穿不 良等焊接缺陷。

与此相对，通过使所述母材的板厚为3.6mm以下，钢板的向面外方向 的变形变得容易，能够降低在厚钢板的焊接中成为问题的焊接部的拉伸残 余应力。

再者，若将母材的板厚设为1.8mm以上且2.6mm以下，则能分别以 高水平发挥上述效果，因此是优选的。

而且，在上述构成的角焊接头中，下述规定的焊根点侧的焊缝金属的 维氏硬度HVwmr可以满足以下的关系。

HVwmr≤350

图1中的点E是所谓的焊根点。焊根部的维氏硬度HVwmr设为：在 与所述角焊接头的焊接线垂直的截面中，在通过距焊根点E向所述母材14 的板厚方向为0.1mm以上且0.3mm以下的位置、且与所述母材表面平行 的直线上，距焊根点侧的焊缝金属与热影响区的边界区域(位于焊根点E 的下方的焊缝金属与热影响区的边界区域)向所述焊缝金属侧为0.1mm以 上且0.3mm以下的区域F中的所述焊缝金属的维氏硬度的平均值。关于该 平均值，设为在区域F中至少任意的3点的硬度的平均值。

通常，薄钢板的电弧焊接，由于进行高速度的焊接，因此焊丝成分和 母材成分未充分地混合而凝固，因此焊缝金属内的成分产生不均。其结果 有下述倾向：在趾部A附近的焊缝金属中，母材成分的混合率变高，而在 根点E附近的区域F中的母材成分的混合较少。

在本申请中，以提高焊接部疲劳强度为目的，焊缝金属成分的碳当量 高于母材成分的碳当量，因此与趾部A附近的焊缝金属相比，根点附近(区 域F)的焊缝金属硬度容易变硬。因此，为了防止根部的低温裂纹，优选 使根点附近(区域F)的焊缝金属硬度作为任意3点的平均值以维氏硬度 计为350以下(HVwmr≤350)。

再者，维氏硬度350的数值作为在厚钢板的焊接中用于防止低温裂纹 的指标而已知，并且，也与本申请发明人进行的薄钢板的搭接角焊中的低 温裂纹研究结果中的值一致。即，通过将焊根点侧的焊缝金属的维氏硬度 设为350以下，低温裂纹的抑制效果提高。

<角焊接头的制造方法>

接着，对本实施方式的角焊接头的制造方法进行详述。

本实施方式的角焊接头的制造方法，是将抗拉强度和碳当量为规定的 范围的两个母材的一部分重叠，使用规定的碳当量的焊丝，以规定的焊接 速度实施角焊的角焊接头的制造方法，如上所述，母材的抗拉强度为 980MPa以上，母材的碳当量为0.36以上且0.60以下，母材的抗拉强度[MPa] 为母材的碳当量[wt％]的1950倍以上。所得到的角焊接头包含所述母材、 焊缝金属以及热影响区而成。

具体而言，在本实施方式的角焊接头的制造方法中，作为焊丝，使用 碳当量为0.50以上且0.80以下、且高于母材的碳当量的焊丝。通过将焊丝 的碳当量设为0.50以上，能够防止焊缝金属的软化，另一方面，通过设为 0.80以下，能够抑制焊缝金属的过度的硬化，防止焊缝金属的氢脆化。另 外，在将这样的碳当量的范围设为0.55以上且0.70以下的情况下，能分别 以高水平发挥上述效果，因此是优选的。

再者，在本实施方式的角焊接头的制造方法中，相对于上述的母材的 碳当量(0.36以上且0.60以下)，焊丝的碳当量被设定得较高。这是因为， 焊丝的合金成分在焊接时发生氧化消耗，并且，焊缝金属中的氧化夹杂物 促进焊缝金属的晶内相变，产生微细的组织。

另外，在本实施方式的角焊接头的制造方法中，将焊接速度设为 60cm/min以上且150cm/min以下。这是因为，通过使焊接速度为60cm/min 以上，在高速焊接中观察到的趾部附近的焊缝金属的母材成分与焊丝成分 的混合不均较显著，容易发挥本发明的疲劳强度提高效果。再者，在将这 样的焊接速度的范围设为80cm/min以上的情况下，能以高水平发挥上述 效果，因此是优选的。焊接速度是决定焊接结构物的制造效率的要因之一， 将其速度设定得越高效率就越好。因此，如果是不影响到疲劳强度等的范 围，则也可以不对焊接速度特别地规定上限。但是，过度的高速化会使熔 池的运动剧烈等，从焊道形状的观点出发是不优选的。因此，焊接速度设 为150cm/min以下。优选的是，焊接速度也可以设为120cm/min以下。

在此，作为能够应用于本实施方式的焊接接头的制造方法的焊接方法， 可举出使用Ar与CO₂的混合气体等的气体保护焊接法。特别是通过采用 脉冲MAG焊接，即使在高速焊接中也能够得到均匀的焊道形状，能够高 效地实现本发明的效果(抑制低温裂纹并且提高焊接疲劳强度)。

如上所述，在选择了母材的抗拉强度及碳当量的情况下，母材成为对 马氏体施加了加工硬化的组织，但热影响区成为自动回火(auto temper) 了的马氏体组织，能够抑制硬度的过度的增加。

另一方面，焊缝金属的组织成为马氏体、贝氏体、铁素体的混合组织。 在焊缝金属中，在焊接时生成的氧化物系夹杂物成为铁素体相变的起点， 晶内相变得到促进，结果是，在较高强度焊缝金属中也显示出微细的组织 形态。

通过这样的母材的抗拉强度、母材的碳当量、以及焊丝的碳当量的选 择，在采用本实施方式的制造方法得到的角焊接头中，满足以下的关系(式 (4)～式(6))。

HVbond≤HVwmt (4)

HVbond≥HVhaz-50 (5)

HVhaz≤350 (6)

因此，通过满足上述式(4)～(6)，在采用本实施方式的制造方法得 到的角焊接头中，能够实现疲劳强度优异的焊接部(包含焊缝金属和热影 响区)。

而且，在采用本实施方式的制造方法得到的角焊接头中，焊根部的维 氏硬度HVwmr也能够满足以下的关系。

HVwmr≤350

由此，角焊接头中的低温裂纹的抑制效果提高。

实施例

以下，对用于实证本申请发明的效果的实施例进行详述。

图4是表示在实施例中采用的焊接方法的图。如该图所示，使用两个 薄板(厚度为2.6mm)制成搭接角焊接头。图4中的标记26表示焊缝金 属，标记W表示焊接机。

焊接条件设为电流230A、电压26V的脉冲MAG焊接，焊接速度均 设为80cm/min。

表1中示出在实施例中使用的钢材(母材)A～F的成分及碳当量，表 2中示出在实施例中使用的焊丝a～e的成分及碳当量。关于钢材的碳当量， 钢材B、C在本发明的范围(0.36以上且0.60以下)外，关于焊丝的碳当 量，焊丝a、d在本发明的范围(0.50以上且0.80以下)外。

以表1的成分制造各种强度的钢板(母材)，接着，使用这些钢板和 表2的焊丝，制作了表3所示的比较例1～6及发明例1～8的搭接角焊接头。 而且，关于这些各角焊接头的每一个，对于在与角焊接头的焊接线垂直的 截面中，在通过距焊趾向母材的板厚方向为0.2mm的位置、且与母材表面 平行的直线上，焊缝金属与热影响区的边界处的维氏硬度HVbond、距边 界区域向焊缝金属侧为0.2mm的位置的焊缝金属的维氏硬度的平均值HVwmt、距边界向热影响区侧为0.2mm的位置的热影响区的维氏硬度的 平均值HVhaz进行了调查。另外，也对焊根点侧的焊缝金属的维氏硬度 HVwmr进行了调查。将这些结果一并记于表3。再者，疲劳试验方法为平 面弯曲疲劳试验，关于疲劳强度的判定，将高于比较例1中所示的780MPa 钢的疲劳强度的情形判定为合格。另外，关于接头的静态强度的判定，由 于作为现有技术使用的热模压钢的强度降低至母材强度的6成左右，因此 将母材强度的6成以上的强度判定为“可”，将母材强度的7成以上的强度 判定为“良”。

由表3明确确认到：发明例1～8均以母材强度为980MPa以上、母材 的碳当量为0.36～0.60(％)、(母材抗拉强度/母材碳当量)为1950以上、 焊丝的碳当量为0.50～0.80且比母材的碳当量高为前提条件，满足 HVbond≤HVwmt、HVbond≥HVhaz-50、以及HVhaz≤350。而且，关于 这些发明例1～8，均确认到：不产生低温裂纹而得到优异的疲劳强度(以比较例1所示的780MPa钢的疲劳强度为基准，为1.1倍以上的疲劳强度 比)。

另外，特别是关于(母材抗拉强度/母材碳当量)≤2750以下的发明例 1、2、4～7，也确认到能够抑制由HAZ软化引起的接头抗拉强度的降低。

与此相对，关于比较例1～6，均确认到：由于母材的抗拉强度、母材 的碳当量、母材的抗拉强度与碳当量的关系、焊丝的碳当量、维氏硬度中 的至少某一项在本发明所规定的规定范围外，因此低温裂纹、疲劳强度和 静态抗拉强度中的至少某一项没有得到优异的结果。更具体而言，在比较 例1中，母材的抗拉强度、母材的抗拉强度与碳当量的关系、以及维氏硬 度(关系式(1)HVbond≤HVwmt)在本发明所规定的规定范围外，抗拉 强度低，疲劳强度为215MPa。

在比较例2中，母材的碳当量在本发明所规定的规定范围外，疲劳强 度低于相当于现有产品的比较例1。

在比较例3中，母材的碳当量、母材的抗拉强度与碳当量的关系、以 及维氏硬度(关系式(1)～(3))在本发明所规定的规定范围外，疲劳强 度低于相当于现有产品的比较例1。

在比较例4中，焊丝的碳当量比本发明所规定的规定范围少，另外， 维氏硬度(关系式(1))在本发明所规定的规定范围外，疲劳强度低于相 当于现有品的比较例1。

在比较例5中，焊丝的碳当量比本发明所规定的规定范围多，不满足 根部的维氏硬度的关系和HVwmr≤350，产生了低温裂纹。

在比较例6中，维氏硬度(关系式(1)和(3))在本发明所规定的 规定范围外，疲劳强度低于相当于现有技术的比较例1。

因此，在各比较例中，不能说在焊接部(包含焊缝金属和热影响区) 能抑制低温裂纹并且实现优异的疲劳强度。

附图标记说明

10 角焊接头

12、14、22、24 母材

16、26 焊缝金属

A 焊趾

B 边界的代表点

C 作为距代表点B向焊缝金属16侧为0.1mm以上且0.3mm以下 的位置的、焊缝金属内的区域

D 作为距边界(代表点B)向热影响区侧为0.1mm以上且0.3mm以 下的位置的热影响区内的区域

E 焊根点

F 作为距焊根点侧的边界(位于焊根点E的下方的焊缝金属与热影 响区的边界)向焊缝金属侧为0.1mm以上且0.3mm以下的位置的焊缝金 属内的区域

S 焊趾部与假想线之间的尺寸

W 焊接机

Claims (9)

1.一种角焊接头，是将两个母材的一部分重叠并实施角焊而得到的角焊接头，其特征在于，

所述角焊接头包含所述母材、焊缝金属以及热影响区，

所述母材的抗拉强度为980MPa以上，所述母材的碳当量为0.36以上且0.60以下，所述母材的抗拉强度为所述母材的碳当量的1950倍以上，其中，所述抗拉强度的单位为MPa，所述碳当量的单位为wt％，

所述焊缝金属的平均碳当量为0.45以上且0.65以下，且比所述母材的碳当量高，

在与所述角焊接头的焊接线垂直的截面中，在通过距焊趾向所述母材的板厚方向为0.1mm以上且0.3mm以下的位置、且与所述母材表面平行的直线上，

位于所述焊趾的下方的所述焊缝金属与所述热影响区的边界处的维氏硬度HVbond、距所述边界向所述焊缝金属侧为0.1mm以上且0.3mm以下的位置的所述焊缝金属的维氏硬度的平均值HVwmt、和距所述边界向所述热影响区侧为0.1mm以上且0.3mm以下的位置的所述热影响区的维氏硬度的平均值HVhaz满足以下的关系：

HVbond≤HVwmt (1)；

HVbond≥HVhaz-50 (2)；

HVhaz≤350 (3)。

2.根据权利要求1所述的角焊接头，所述母材的抗拉强度为所述母材的碳当量的2750倍以下，其中，所述抗拉强度的单位为MPa，所述碳当量的单位为wt％。

3.根据权利要求1或2所述的角焊接头，所述母材以质量％计含有0.01≤C≤0.25、0.01≤Si≤2.00、0.05≤Mn≤3.0、0.001≤Al≤0.4，余量含有Fe以及不可避免的杂质。

4.根据权利要求3所述的角焊接头，所述母材以质量％计还含有0.1≤Ni≤3.0、0.1≤Cr≤2.0、0.005≤Mo≤0.5、0.005≤Nb≤0.3、0.005≤V≤0.3、0.005≤Ti≤0.3、0.0001≤B≤0.01中的至少1种。

5.根据权利要求1或2所述的角焊接头，所述焊缝金属以质量％计含有0.03≤C≤0.25、0.01≤Si≤2.00、0.5≤Mn≤3.0、0.001≤Al≤0.15，余量含有Fe以及不可避免的杂质。

6.根据权利要求5所述的角焊接头，所述焊缝金属以质量％计还含有0.1≤Ni≤3.0、0.1≤Cr≤2.0、0.005≤Mo≤0.5、0.005≤Nb≤0.1、0.005≤V≤0.15、0.005≤Ti≤0.15、0.0001≤B≤0.01中的至少1种。

7.根据权利要求1或2所述的角焊接头，所述母材的板厚为1.0mm以上且3.6mm以下。

8.根据权利要求1或2所述的角焊接头，

在与所述角焊接头的焊接线垂直的截面中，在通过距焊根点向所述母材的板厚方向为0.1mm以上且0.3mm以下的位置、且与所述母材表面平行的直线上，

距位于所述焊根点的下方的所述焊缝金属与所述热影响区的边界向所述焊缝金属侧为0.1mm以上且0.3mm以下的区域中的所述焊缝金属的维氏硬度的平均值HVwmr满足以下的关系：

HVwmr≤350。

9.一种角焊接头的制造方法，是将两个母材的一部分重叠并使用焊丝来实施角焊的、权利要求1～8中任一项所述的角焊接头的制造方法，其特征在于，

所述母材的抗拉强度为980MPa以上，所述母材的碳当量为0.36以上且0.60以下，所述母材的抗拉强度为所述母材的碳当量的1950倍以上，其中，所述抗拉强度的单位为MPa，所述碳当量的单位为wt％，

所述焊丝的碳当量为0.50以上且0.80以下，且比所述母材的碳当量高，

焊接速度为60cm/min以上且150cm/min以下。

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