CN112996626A - 接合结构体和接合结构体的制造方法 - Google Patents

接合结构体和接合结构体的制造方法 Download PDF

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Abstract

在母材的力学特性良好，钢中的碳量多的高张力钢板中，也不会阻碍焊接施工性，而提高熔融凝固部的韧性，提高接头强度。接合结构体(100)具有：由高张力钢形成的第一构件(12)；重叠于第一构件(12)，由高张力钢形成的第二构件(14)；形成于第一构件(12)的与第二构件(14)的重叠面或第二构件(14)的与第一构件(12)的重叠面中的至少一方的表面软质层(20)；第一构件(12)和第二构件(14)经熔融和凝固而形成的熔融凝固部(30)；形成于熔融凝固部(30)的周围的热影响部(40)。表面软质层(20)的合计厚度为5μm以上且200μm以下，熔融凝固部(30)的碳量为0.21质量％以上，热影响部(40)内的表面软质层(20)的最大维氏硬度为100Hv以上500Hv以下。

Description

接合结构体和接合结构体的制造方法
技术领域
本发明涉及接合结构体和接合结构体的制造方法。
背景技术
近年来，为了实现以削减CO2排放量为目的的车身轻量化和碰撞安全性强化，汽车的车架结构等适用高张力钢板(High Tensile Strength Steel；HTSS)，要求可以确保优异的焊接部品质的高张力钢板(高强度钢板)的焊接技术。
作为表现焊接部品质的代表性的焊接品质评价项目，可列举接头的静力强度。在静力强度中，有拉伸剪切强度(TSS)和十字拉伸强度(CTS)，但在高张力钢板中，由于母材成分中的C量多，导致焊接部的韧性降低，当负荷十字剥离模式的载荷时，容易发生界面断裂和部分塞型断裂(熔核内断裂)。特别若是抗拉强度为980MPa以上的高张力钢板，则这一倾向显著显现，至今为止，为了使十字拉伸强度提高而提出有各种对策。
在专利文献1中公开了为了防止熔核的韧性降低和元素向熔核内的偏析，限制有助于熔核韧性的C、Si，Cr和作为偏析元素的P、S、N含量，从而能够得到良好的十字拉伸强度。
但是，限制上述钢中的各种基本构成元素的成分量(钢中成分)，存在母材自身的力学特性(材料强度、变形能力)降低等问题。
在专利文献2中记载有对于钢中成分中的C量为0.07质量％以上的两张高张力钢板重叠的板组，以母材硬度Hv(BM)与熔敷焊道(焊接金属)的硬度Hv(WM)的关系满足0.7≤Hv(WM)/Hv(BM)≤1.2的方式，进行电弧点焊，从而能够得到良好的十字拉伸强度。
上述专利文献2所述的技术是关于使用焊丝稀释焊接母材，形成具有规定硬度的焊接部的技术。在此技术中，需要向进行稀释的位置供给熔融金属，存在控制困难的问题。另外，汽车车身等的焊接结构体，需要以各种角度(焊接姿势)进行焊接，由于角度问题，有可能导致无法将熔融金属供给到接合部，焊接施工性存在问题。
在专利文献3中记载有通过使用了高频加热的点焊法，从熔核端部至中心部的硬度降低，形成韧性高的熔核，能够得到良好的十字拉伸强度。
上述专利文献3所述的技术是关于通过使用高频加热的点焊，形成具有规定硬度的焊接部的技术，要求特殊的点焊机。
即，在现有的技术中，为了在高张力钢板彼此的焊接接头中，取得良好的十字拉伸强度，需要不得不限制钢中成分(母材成分)，特别是碳量(C量)，牺牲母材自身的力学特性(材料强度、变形能力)。或者，需要限制焊接法，因此会不可避免地阻碍焊接施工性。
但是，为了应对CO2排放量和碰撞安全性的严格化，必须适用成形性良好的高成分系钢板。另外，电弧点焊法其焊接施工的自由度低，在汽车组装中可适用的部位被限定。此外，使用高频加热的点焊，需要特殊的焊接机，成本方面存在问题。因此，在高张力钢板的焊接中，希望有一种施工方法，其不用牺牲母材的力学特性，还能够满足高接头强度，即高十字拉伸强度(Cross Tension Strength；CTS)和提高焊接施工性。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本国特开2012－167338号公报
专利文献2：日本国特开2013－10139号公报
专利文献3：国际公开第2011/013793号
发明内容
本发明其目的在于，提供一种母材的力学特性良好的，即使在钢中的碳量多的高张力钢板中，也不会阻碍焊接施工性，而能够提高熔融凝固部的韧性，提高接头强度(十字拉伸强度)的接合结构体和接合结构体的制造方法。
本发明的上述目的，可通过接合结构体的下述[1]的构成达成。
[1]一种接合结构体，其特征在于，具有：
由高张力钢形成的第一构件；
与所述第一构件重叠，由高张力钢形成的第二构件；
表面软质层，其形成于所述第一构件中的与所述第二构件的重叠面，或所述第二构件中的与所述第一构件的重叠面的至少一方；
所述第一构件与所述第二构件熔融和凝固而形成的熔融凝固部；
形成于所述熔融凝固部的周围的热影响部，
所述表面软质层的合计厚度为5μm以上且200μm以下，并且，所述熔融凝固部的碳量为0.21％以上，同时，
所述热影响部内的所述表面软质层的最大维氏硬度为100Hv以上且500Hv以下。
另外，接合结构体的本发明的优选的实施方式，涉及以下的[2]～[4]。
[2]根据上述[1]所述的接合结构体，其特征在于，所述表面软质层是脱碳层。
[3]根据上述[1]或[2]所述的接合结构体，其特征在于，所述熔融凝固部的直径D与所述第一构件的板厚和所述第二构件的板厚之中薄的一方的板厚tmin满足下述式(1)。
Figure BDA0003053444960000031
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的接合结构体，其特征在于，所述表面软质层的合计厚度为30μm以上。
另外，本发明的上述目的，可通过接合结构体的制造方法的下述[5]的构成达成。
[5]一种接合结构体的制造方法，其特征在于，是制造上述[1]～[4]中任一项所述的接合结构体的方法，
以使形成于所述第一构件和所述第二构件的至少一方的表面的所述表面软质层介于所述第一构件与所述第二构件之间的方式将所述第一构件与所述第二构件重叠后，通过焊接形成所述熔融凝固部。
根据本发明，在母材的力学特性良好的、钢中的碳量多的高张力钢板的接合中，不会阻碍焊接施工性，而能够提高熔融凝固部的韧性，提高接头强度(十字拉伸强度)。
附图说明
图1是本发明的一个实施方式的接合结构体的剖视图。
图2是本发明的另一实施方式的接合结构体的剖视图。
图3是本发明的又一其他实施方式的接合结构体的剖视图。
具体实施方式
以下，对于本发明的实施方式，参照附图详细说明。
＜接合结构体的基本构成＞
图1是本发明的一个实施方式的接合结构体的剖视图。本构成的接合结构体100具有：由高张力钢形成的第一构件12；与第一构件12重叠，由高张力钢形成的第二构件14；表面软质层20，其形成于第一构件12的与第二构件14的重叠面或第二构件14的与第一构件12的重叠面中的至少一方；熔融凝固部30；形成于熔融凝固部30的周围的热影响部40。第一构件12与第二构件14的高张力钢，均由抗拉强度为440MPa以上的高张力钢板(High TensileStrength Steel；HTSS)构成。
熔融凝固部30，是第一构件12和第二构件14经过点焊等的焊接处理而熔融后，凝固而形成的接合部。熔融凝固部30，坚固地接合第一构件12和第二构件14。还有，在使用点焊这样的电阻焊的焊接时，熔融凝固部30n也称为熔核。
另外，热影响部(Heat Affected Zone；HAZ)40，是由于焊接热，组织和力学特性发生变化的、未熔融的母材的部分。热影响部40位于在热影响部40的外侧的区域未受到热影响的母材部分与熔融凝固部30的中间。
还有，在熔融凝固部30的周边，形成有被固相焊接的环状的部分，即塑性金属环区50。
在此，作为对接合结构体100的十字拉伸强度(CTS)施加影响的因素，可知是碳量(C量)。碳量的值，如果在规定值以下(例如低于0.21质量％)，则十字拉伸试验中的断裂形态良好，CTS的值不会降低。
另外，使第一构件12和第二构件14熔融接合时，该熔融凝固部30的碳量(M1，M2)，如下述式(1)所示，为第一构件12的碳量(M1)与第二构件14的碳量(M2)的平均值。
碳量(M1，M2)＝{碳量(M1)+碳量(M2)}/2…(1)
在此，第一构件12和第二构件14都使用高张力钢板时，因为各构件的碳量为比较高的值(例如0.21质量％以上)，所以熔融凝固部30的碳量也为与第一构件12和第二构件14同等水平的高值，结果是CTS的值变低。
另一方面，如上述专利文献1所示，通过限制钢中的各种基本构成元素的成分量，特别是限制碳量，可以使CTS提高。但是，抑制钢中的碳量时，钢自身的力学特性(材料强度)有可能降低。因此，以良好的接头强度(十字拉伸强度)焊接高张力钢彼此有困难。
因此，在本实施方式的接合结构体100中，使熔融凝固部30的碳量的值为0.21质量％以上的高值，同时在第一构件12的与第二构件14的重叠面，或第二构件14的与第一构件12的重叠面的至少一方，形成表面软质层20，将第一构件12与第二构件14经焊接处理而得到的热影响部40内的表面软质层20的最大维氏硬度控制在100Hv以上且500Hv以下的范围。
通过在第一构件12与第二构件14的界面设置表面软质层20，能够将第一构件12与第二构件14焊接时得到的、形成于熔融凝固部30的周围的热影响部40内的表面软质层20(详细地说，就是图1所示的，在塑性金属环区50的周围连续形成的，热影响部40内的表面软质层20的部分)的最大维氏硬度控制在规定值以下(具体来说，就是500Hv以下)。在此，作为能够将热影响部40内的表面软质层20的最大维氏硬度控制在规定值以下的合适的表面软质层，可列举脱碳层。脱碳层与母材比较，因为非常地薄，所以几乎不会使母材强度降低，而可以提高局部变形能力。
在十字拉伸中，主要对材料施加弯曲变形，但是，通过将热影响部40内的表面软质层20的最大维氏硬度控制在规定值以下，则应力集中点附近(具体来说，就是塑性金属环区50的端部附近)的变形能力提高，因此能够优先使母材部分变形，从而能够有效地抑制熔融凝固部30的断裂和热影响部40的脆性断裂。另外，热影响部40所包含的塑性金属环区50也软化，因此，能够抑制塑性金属环区50的初始龟裂和进展。
＜接合结构体的详情＞
接下来，对于上述构成的接合结构体100的各构成要素详细说明。
(高张力钢构件)
第一构件12、第二构件14，如前述，是抗拉强度为440MPa以上的高张力钢板(HTSS)。还有，作为上述高张力钢板，只要是440MPa级以上的便没有特别限定，例如，也可以是590MPa级以上、780MPa级以上、980MPa级以上的高张力钢板。
在第一构件12、第二构件14的表面单侧或两面，也可以形成锌或锌合金等的金属镀覆皮膜、涂料等的有机树脂皮膜、润滑剂和/或润滑油等通常对钢材实施的公知的皮膜。另外，这些皮膜可以由单独使用的单层被覆，或者也可以使之复合以组合的多层被覆。
第一构件12、第二构件14的钢中成分量没有特别限定，以下说明钢中包含的各元素(C、Si、Mn、P、S和其他的金属元素)的含量的希望范围及其范围的限定理由。还有，各元素的含量的％表示，全部是“质量％”的意思。
[C：0.05～0.60％]
因为C是有助于钢的母材强度提高的元素，所以在高张力钢板中是必须元素。因此，C含量(碳量)的下限优选为0.05％以上。另一方面，若过量地添加，则熔融凝固部30和热影响部40的硬度变高，得不到良好的接头强度。因此，C含量的上限优选为0.60％以下，更优选为0.40％以下，进一步优选为0.20％。
还有，使第一构件12和第二构件14熔融接合时，为了使该熔融凝固部30的碳量(M1，M2)为0.21质量％以上，需要使第一构件12的碳量(M1)和第二构件14的碳量(M2)的平均值为0.21质量％以上。
[Si：0.01～3.0％]
Si是有助于脱氧的元素。因此，Si含量的下限优选为0.01％以上。另一方面，若过量地添加，则回火软化抗力变高，熔融凝固部30和热影响部40的硬度变得过高，得不到良好的接头强度。因此，Si含量的上限优选为3.00％以下，更优选为2.00％以下，进一步优选为1.00％以下。
[Mn：0.5～3.0％]
Mn是有助于淬火性提高的元素，是用于生成马氏体等硬质组织的必须元素。因此，Mn含量的下限优选为0.5％以上。另一方面，若过量地添加，则熔融凝固部30和热影响部40的硬度变得过高，得不到良好的接头强度。因此，Mn含量的上限优选为3.0％以下，更优选为2.5％以下，进一步优选为2.0％以下。
[P：0.05％以下(不包括0％)]
P是不可避免混入到钢中的元素，但容易向晶内和晶界偏析，使熔融凝固部30和热影响部40的韧性降低，因此希望极力减少。因此，P含量的上限优选为0.05％以下，更优选为0.04％以下，进一步优选为0.02％以下。
[S：0.05％以下(不包括0％)]
S与P同样，是不可避混入到钢中的元素，容易向晶内和晶界偏析，使熔融凝固部30和热影响部40的韧性降低，因此希望极力减少。因此，S含量的上限优选为0.05％以下，更优选为0.04％以下，进一步优选为0.02％以下。
[其他的金属元素]
本件发明的第一构件12和第二构件14中，除了上述C、Si、Mn、P和S以外，还优选有如下元素：
Al：1.0％以下(包括0％)；
N：0.01％以下(包括0％)；
Ti、V、Nb、Zr的合计0.1％以下(包括0％)；
Cu、Ni、Cr和Mo的合计1.0％以下(包括0％)；
B：0.01％以下(包括0％)；
Mg、Ca、REM的合计0.01％以下(包括0％)。
另外，余量优选为Fe和不可避免的杂质。不可避免的杂质，是在钢的制造时不可避免混入的杂质，能够在不损害上述第一构件12和第二构件14的诸特性范围内含有。
第一构件12、第二构件14为可焊接的板厚即可。通常，将具有3mm以下的板厚的作为接合结构体100使用。另外，关于高张力钢构件的成型方法，没有特别限定，例如，能够采用冲压成型、滚轧成型等。
(表面软质层)
表面软质层20，如图1所示，形成于第一构件12的与第二构件14的重叠面或第二构件14的与第一构件12的重叠面中的至少一方。在图1中，在第一构件12和第二构件14的两面上形成有表面软质层20，但也可以只在第一构件12的表面，或只在第二构件14的表面上形成表面软质层20。另外，表面软质层20，是维氏硬度低于第一构件12和第二构件14的软质的组织，变形能力优异。即，在十字拉伸中施加弯曲变形时，如本实施方式这样，通过在第一构件12或第二构件14的表面上形成表面软质层20，能够提高初始变形能力，抑制热影响部40的龟裂发生，优先使母材部变形。因此，通过表面软质层20的形成，十字拉伸强度(CTS)提高。
关于表面软质层20的材质，只要是维氏硬度低于第一构件12和第二构件14的软质的组织，便没有特别限制。
因此，在接合第一构件12和第二构件14时，预先在第一构件12与第二构件14之间形成作为表面软质层20的脱碳层，从而第一构件12和第二构件14的熔融凝固部30的碳量(M1，M2，N)，如下述式(2)所示，成为第一构件12的碳量(M1)、第二构件14的碳量(M2)和表面软质层20(脱碳层)的碳量(N)的平均值。这种情况下，熔融凝固部30，被碳量比第一构件12和第二构件14低的表面软质层20(脱碳层)稀释，变得比第一构件12的碳量(M1)和第二构件14的碳量(M2)低。其结果是，由于熔融凝固部30的碳量的降低，从而能够得到韧性优异，具有良好的接头强度的接合结构。
碳量(M1，M2，N)＝(碳量(M1)+碳量(M2)+碳量(N))/3…(2)
还有，为了充分地发挥上述稀释的效果，优选将表面软质层20形成于第一构件12的与第二构件14的重叠面，或第二构件14的与第一构件12的重叠面双方。
为了有效地发挥形成这样的表面软质层20带来的效果，使表面软质层20的合计厚度为5μm以上，优选为20μm以上，更优选为30μm以上，进一步优选为40μm以上，更进一步优选为50μm以上。但是，若表面软质层20过厚，则抗拉强度和疲劳强度降低，因此表面软质层20的合计厚度为200μm以下，优选为160μm以下，更优选为120μm以下，更进一步优选为80μm以下。
还有，上述所谓“合计厚度”，在表面软质层20只形成于第一构件12的与第二构件14的重叠面，或第二构件14的与第一构件12的重叠面的任意一方时，意思是该所形成的表面软质层20的厚度。另外，在其形成于第一构件12的与第二构件14的重叠面，或第二构件14的与第一构件12的重叠面双方时，意思是形成于这两方的各表面软质层20的合计的厚度。
还有，表面软质层20的形成方法没有特别限定。表面软质层20是脱碳层时，在不损害本实施方式的效果的范围，能够适用公知的各种脱碳处理方法。例如，可以在含有二氧化碳、空气、水蒸气等有助于脱碳反应的气体的气氛气体中，以700℃～950℃的温度保持1小时，在此条件下形成脱碳层。
另外，除了脱碳处理的方法以外，例如，也可以通过包覆(多层轧制)，形成维氏硬度低于第一构件12和第二构件14的材料(金属板等)。
另外，表面软质层20是脱碳层时，脱碳层的厚度，通过如下等方式判断：对于刚脱碳处理之后的试样，用光学显微镜或电子显微镜等测量以铁素体为主层的层的厚度。
(热影响部)
如上述，热影响部(Heat Affected Zone；HAZ)40，是由于焊接热，导致组织、力学特性发生变化的、未熔融的母材的这部分，形成于熔融凝固部30的周围。第一构件12与第二构件14的界面附近的热影响部40的硬度，很大程度影响到十字拉伸试验的变形量。因此，为了得到良好的接头强度，优选其最大硬度在规定值以下。具体来说，热影响部40内的表面软质层20的最大维氏硬度为500Hv以下，优选为400Hv以下，更优选为300Hv以下，进一步优选为200Hv以下。
但是，使热影响部40内的表面软质层20的最大维氏硬度低于100Hv，这从钢板的特性上出发有困难，因此，使热影响部40内的表面软质层20的最大维氏硬度的下限为100Hv。
还有，热影响部40内的表面软质层20的最大维氏硬度，能够通过在第一构件12和第二构件14的表面形成脱碳层来控制。此外，如后述，点焊时，在用于熔融凝固部30形成的主体通电(熔融通电)之后，能够作为后通电而适用回火通电来进行控制。
另外，本实施方式的“热影响部40内的表面软质层20的最大维氏硬度”，是对于热影响部40内的相当于表面软质层20的部分，用维氏硬度计，沿板厚垂直方向测量得到的硬度分布之中最大的硬度。还有，硬度的测量方法不只限于上述方法，用纳米压痕仪等其他的测量方法也无妨。
(熔融凝固部)
熔融凝固部30的维氏硬度，很大地影响熔融凝固部30的韧性(点焊时为熔核韧性)，很大地左右断裂形态。因此，从得到良好的接头强度的观点出发，具体来说，优选熔融凝固部30的最软化部的维氏硬度为600Hv以下，更优选为500Hv以下，进一步优选为350Hv以下。但是，使熔融凝固部30的最软化部的维氏硬度低于200Hv，这从钢板的特性上出发有困难，因此，使熔融凝固部30的最软化部的维氏硬度的下限为200Hv。
还有，熔融凝固部30的最软化部的维氏硬度，例如，是点焊的情况下，如后述，能够在用于形成熔融凝固部30的主体通电(熔融通电)之后，作为后通电而适用回火通电来加以控制。另外，所谓熔融凝固部30的最软化部，是熔融凝固部30的硬度最低的部分。本实施方式中的“最软化部的维氏硬度”为，在设第一构件12的板厚与第二构件14的板厚之中薄的一方的板厚为tmin时，对于距薄的一方的构件表面深3tmin/4的位置的熔融凝固部30的部分，利用维氏硬度计，沿板厚垂直方向测量得到的硬度分布之中最小的硬度。
另外，如图1所示，优选熔融凝固部30的直径D(点焊时为熔核直径)与第一构件12的板厚和第二构件14的板厚之中薄的一方的板厚tmin，满足下述式(3)。还有，第一构件12的板厚与第二构件14的板厚为相同的厚度时，设其厚度为tmin。
Figure BDA0003053444960000101
若熔融凝固部30的直径D低于
Figure BDA0003053444960000102
则应力向熔融凝固部30的集中显著，因此在十字拉伸试验时母材太难变形，难以得到设置表面软质层20(脱碳层)带来的效果。因此，熔融凝固部30的直径D，优选为
Figure BDA0003053444960000103
以上，更优选为
Figure BDA0003053444960000104
以上，进一步优选为
Figure BDA0003053444960000105
以上，更优选为
Figure BDA0003053444960000111
以上，最优选为
Figure BDA0003053444960000112
以上。
上述熔融凝固部30，由点焊而形成，但不限定于此。熔融凝固部30，除点焊以外，也能够使用激光焊、电弧焊等公知的焊接法形成。另外，关于焊接条件，根据需要的强度和刚性等的设计条件适宜选择、决定即可。
例如，如果是点焊，则可以采用使外加电流值以两个阶段变化的二段通电条件，和外加脉冲电流的脉冲通电条件等，形成熔融凝固部30。这种情况下，能够高精度地设定施加到熔融凝固部30的能量，能够精细地设定熔融凝固部30的温度和尺寸等。
还有，点焊中，因为焊接时以电极压住被焊接材，所以不论焊接姿势，都可以进行高品质的施工。另外，本技术可以直接利用现有的软钢等的量产点焊设备，也不需要高张力钢用的特殊装置和控制。
＜接合结构体的制造方法＞
接下来，对于接合结构体的制造方法进行说明。本发明的一个实施方式的接合结构体100，例如，按以下的步骤接合。首先，在碳量分别为0.21质量％以上的第一构件12和第二构件14的至少一方的表面上，形成脱碳层等的表面软质层20。然后，以使表面软质层20介于第一构件12与第二构件14之间的方式使第一构件12与第二构件14重叠。使第一构件12与第二构件14重叠后，用一对点焊电极夹住第一构件12和第二构件14，外加焊接电流。由此，第一构件12和第二构件14熔融和凝固，形成熔融凝固部30(熔融核)。
还有，通电模式没有特别限定，也可以根据需要，应用使电流值适宜变化的多段通电。关于加压条件，也可以根据需要，在通电中或冷却中使之变化。关于电极材质和电极形状，在不损害设置表面软质层20带来的本实施方式的效果的范围，适宜选择即可。
在此接合结构体100中，通过在第一构件12与第二构件14的界面设置表面软质层20，将第一构件12和第二构件14的经由焊接处理而得到的热影响部40内的表面软质层20的维氏硬度控制在100Hv以上且500Hv以下的范围。通过将热影响部40内的表面软质层20的维氏硬度控制在规定值以下，应力集中点附近的变形能力提高，因此能够优先使母材部分变形，能够有效地抑制熔融凝固部30(熔核)的断裂和热影响部40的脆性断裂。
根据上述构成，接合结构体100，可以得到韧性优异，并具有良好的接头强度的接合结构。另外，根据上述接合结构体100的制造方法，只需直接使用通常的点焊的设备，也不用复杂地控制焊接条件，即可不使接合强度降低而恰当地进行高张力钢构件之间的焊接。
还有，在制造上述接合结构体100时，作为点焊的焊接条件，也可以在用于形成熔融凝固部30的主体通电(熔融通电)之后，作为后通电而适用回火通电。所谓回火通电，就是由主体通电而形成熔融凝固部30之后，先冷却熔融凝固部30，之后再加热熔融凝固部30的通电。经过此通电，能够得到如下等效果：进一步使熔融凝固部30的硬度降低，缓和熔融凝固部(熔核)30和HAZ的P和S等的元素偏析，能够进一步提高十字拉伸强度。还有，回火通电不限于只施加1次，根据需要实施多次也无妨。另外，回火通电的通电波形没有限定，选择脉冲通电波形等适宜最佳波形即可。
以上对于本发明的实施方式进行了说明，但本发明不受上述的实施方式限定，从业者使实施方式的各构成相互组合，或基于说明书所述，以及众所周知的技术进行变更、应用，也是本发明的约定范围，包含在要求保护的范围内。
例如，在上述实施方式中，如图1所示，在第一构件12和第二构件14的两面上形成表面软质层20，不过，表面软质层20，形成于第一构件12中的与第二构件14的重叠面或第二构件14的与第一构件12的重叠面中的至少一方即可，像图2所示的接合结构体200那样，只在第一构件12的表面形成表面软质层20也无妨。
另外，在上述实施方式中，以使用第一构件12和第二构件14的两张高张力钢的接合结构体为例进行了说明，不过，例如像图3所示的接合结构体300这样，也可以是重叠3张高张力钢(第一构件12、第二构件14和第三构件16)而进行接合的情况。
【实施例】
以下，列举实施例和比较例更具体地说明本发明，但本发明不受这些实施例限定。
首先，对于表1所示的各个钢种22MnB、钢种35MnB及钢种S45C(碳量全部为0.21质量％以上)，准备在钢板的两个表面上形成有作为表面软质层的脱碳层的试料，和没有形成脱碳层的试料。脱碳层通过在大气炉中，以700℃～950℃的温度保持1小时的条件形成。通过酸洗处理(酸洗液：10～50％盐酸，温度：25～82℃，酸洗时间：20～3600秒)，除去由于热处理而发生的氧化皮。
脱碳层的厚度(深度)，如表1所示，针对钢种22MnB、钢种35MnB和钢种S45C准备各种厚度的试料。还有，这里所说的“脱碳层的厚度”，意思是形成于钢板的单面的脱碳层的厚度。
接着，在实施例1～7中，以形成有脱碳层的钢种22MnB、钢种35MnB或钢种S45C中的任意一个作为第一构件和第二构件，基于十字拉伸试验方法(JIS Z3137：以下，省略十字拉伸试验方法的JIS规格的记述)，按以下所示的条件重叠焊接，制作十字拉伸试验片。
另外，在比较例1～7中，将未形成脱碳层的钢种22MnB、钢种35MnB或钢种S45C中的任意一个作为第一构件和第二构件，与实施例同样，按以下所示的条件重叠焊接，制作十字拉伸试验片。
叠式焊接，使用气动加压式单相交流焊接机，以下述的通电条件实施点焊。电极上下均为前端直径6mm(前端R40mm)，圆顶半径型(DR电极)的铬铜电极。在电极流通的冷却水量上下均为1.5L/min。
(通电条件)
加压力：400～500kgf
电流值：5～8kA
通电时间：0.3sec
保持时间：0.16sec
对于点焊得到的接头，基于上述的十字拉伸试验方法，实施十字拉伸试验，调查十字拉伸强度(CTS)。
接着，在接头的断面中，测量热影响部内的表面软质层(脱碳层)的最大维氏硬度。测量利用维氏硬度计，分别在下述的条件下进行，调查板厚垂直方向的硬度分布。基于得到的各个硬度分布，求得热影响部内的表面软质层(脱碳层)的最大维氏硬度，和熔融凝固部的最软化部的维氏硬度。
·表面软质层(脱碳层)
载荷：10～50gf(表面脱碳层的硬度测量载荷，根据脱碳层厚度适宜调节。)
测量间距：0.10mm
测量位置：从塑性金属环区与热影响部的界面，至热影响部与母材界面
※热影响部，经苦味酸腐蚀进行判别。(比母材白的部分)
【表1】
Figure BDA0003053444960000141
【表2】
Figure BDA0003053444960000151
表2所示的实施例1～7之中，在实施例1和实施例2中，对于形成有32μm厚度的脱碳层的钢种22MnB(碳量：0.21质量％)彼此的板组实施焊接。还有，如表2所示，实施例1和实施例2，由于焊接时的通电时间不同，导致熔核直径(熔融凝固部的直径)不同。
在实施例3～5中，对于形成有54μm厚度的脱碳层的钢种35MnB(碳量：0.35质量％)彼此的板组实施焊接。在实施例3～5中也同样，由于焊接时的通电时间不同，导致熔核直径不同。
在实施例6和7中，对于形成有47μm厚度的脱碳层的钢种S45C(碳量：0.43质量％)彼此的板组实施焊接。在实施例6和7中也同样，由于焊接时的通电时间不同，导致熔核直径不同。
另外，在比较例1和比较例2中，对于没有脱碳层的钢种22MnB(碳量：0.21质量％)彼此的板组实施焊接。还有，如表2所示，在比较例1和比较例2中，由于焊接时的通电时间不同，导致熔核直径不同。
在比较例3～5中，对于没有脱碳层的钢种35MnB(碳量：0.35质量％)彼此的板组实施焊接。在比较例3～5中也同样，由于焊接时的通电时间不同，导致熔核直径不同。
在比较例6和7中，对于没有脱碳层的钢种S45C(碳量：0.43质量％)彼此的板组实施焊接。在比较例6和7中也同样，由于焊接时的通电时间不同，导致熔核直径不同。
如表2的结果所示可知，在实施例中均形成脱碳层，热影响部的脱碳层的最大硬度变低，结果是十字拉伸强度(CTS)提高。
若详细比较实施例和比较例，例如，在使用了钢种22MnB的钢板的例子中，比较同等的试验条件下的实施例1和比较例1时，实施例1相对于比较例1而言，可知热影响部内的脱碳层的最大维氏硬度从552Hv降低至382Hv，随之而来的是，CTS从5.66kN提高到6.13kN。
另外，在使用了钢种35MnB的钢板的例子中，比较同等的试验条件下的实施例3和比较例3时，实施例3相对于比较例3而言，可知热影响部内的脱碳层的最大维氏硬度从624Hv降低至292Hv，随之而来的是，CTS从3.79kN提高到3.81kN。
此外，在使用了钢种S45C的钢板的例子中，比较同等的试验条件的实施例6和比较例6时，实施例6相对于比较例6而言，可知热影响部内的脱碳层的最大维氏硬度从694Hv降低至493Hv，随之而来的是，CTS从1.99kN提高到5.20kN。
还有，钢种不同而进行比较时，可理解为越是碳量多的钢种(即，熔核部的碳量多的情况)，形成脱碳层带来的CTS的提高效果越高。例如，关于碳量为0.21质量％的钢种22MnB，比较实施例2与比较例2时，实施例2相对于比较例2而言，CTS只从8.38kN提高到8.6kN，但关于碳量为0.43质量％的钢种S45C，比较实施例7与比较例7时，实施例7相对于比较例7而言，可知CTS从1.99kN大幅提高到6.00kN。
这被认为是由于，钢中的碳量越多的高张力钢板，不设置脱碳层时的CTS的降低比率越高，因此设置脱碳层带来的CTS提高的效果才会显著呈现。
另外，熔核直径不同而进行比较时，可理解为熔核直径越大，形成脱碳层带来的CTS的提高效果越高。例如，关于钢种S45C，在比较实施例6(熔核直径
Figure BDA0003053444960000171
)与实施例7(熔核直径
Figure BDA0003053444960000172
)时，可知实施例6相对于比较例6而言，CTS只从1.99kN提高到5.20kN，但实施例7相对于比较例7而言，可知CTS从1.99kN大幅提高到6.00kN。
这被认为如上述，是由于熔核直径越小，应力向熔核的集中越显著，因此十字拉伸试验时母材太难变形，难以得到由设置脱碳层带来的效果。
如以上，本说书明中公开有以下事项。
[1]一种接合结构体，其特征在于，具有：
由高张力钢形成的第一构件；
与所述第一构件重叠，由高张力钢形成的第二构件；
表面软质层，其形成于所述第一构件的与所述第二构件的重叠面或所述第二构件的与所述第一构件的重叠面中的至少一方；
所述第一构件和所述第二构件经熔融和凝固而形成的熔融凝固部；
形成于所述熔融凝固部的周围的热影响部，
所述表面软质层的合计厚度为5μm以上且200μm以下，并且，所述熔融凝固部的碳量为0.21质量％以上，同时
所述热影响部内的所述表面软质层的最大维氏硬度为100Hv以上且500Hv以下。
根据该接合结构体，通过在第一构件与第二构件的界面设置表面软质层，能够将焊接第一构件和第二构件时所得到的、形成于熔融凝固部的周围的热影响部内的最大维氏硬度控制在规定值以下。在十字拉伸中，主要对材料施加弯曲变形，但通过将热影响部内的表面软质层的最大维氏硬度控制在规定值以下，应力集中点附近的变形能力提高，因此能够优先使母材部分变形，能够有效地抑制熔融凝固部的断裂和热影响部的脆性断裂。另外，包含在热影响部的塑性金属环区部也软化，因此，能够抑制塑性金属环区部的初始龟裂和进展。
[2]根据上述[1]所述的接合结构体，其特征在于，所述表面软质层是脱碳层。
根据该接合结构体，在接合第一构件和第二构件时，预先在第一构件与第二构件之间形成作为表面软质层的脱碳层，也能够得到熔融凝固部的碳量，被碳量低于第一构件和第二构件的脱碳层稀释的效果。其结果是，熔融凝固部30的碳量的降低，由此能够得到韧性优异，具有良好的接头强度的接合结构。
[3]根据上述[1]或[2]所述的接合结构体，其特征在于，所述熔融凝固部的直径D与所述第一构件的板厚和所述第二构件的板厚之中薄的一方的板厚tmin满足下述式(1)。
Figure BDA0003053444960000181
根据该接合结构体，能够抑制应力向熔融凝固部的集中，十字拉伸试验时母材容易变形，可提高设置表面软质层(脱碳层)带来的效果。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的接合结构体，其特征在于，所述表面软质层的合计厚度为30μm以上。
根据该接合结构体，通过在第一构件和第二构件的表面形成表面软质层，可改善局部变形能力，提高使十字拉伸强度(CTS)提升这样的效果。
[5]一种接合结构体的制造方法，其特征在于，是制造上述[1]～[4]中任一项所述的接合结构体的方法，以使形成于所述第一构件和所述第二构件的至少一方的表面的所述表面软质层介于所述第一构件与所述第二构件之间的方式将所述第一构件与所述第二构件重叠之后，通过焊接形成所述熔融凝固部。
据此接合结构体的制造方法，在母材的力学特性良好，钢中的基本构成元素的成分量，特别是碳量多的高张力钢板的接合中，不会损害焊接施工性，而能够提高熔融凝固部的韧性，提高接头强度(十字拉伸强度)。
以上，一边参照附图一边对于各种实施的方式进行了说明，但本发明当然不受这样的例子限定。如果是从业者，则显然在专利权利要求的范围所述的范畴内，能够想到各种变更例或修改例，关于这些，当然认为都属于本发明的技术的范围。另外，在不脱离发明的宗旨的范围，也可以任意组合上述实施方式的各构成要素。
还有，本申请基于2018年11月19日申请的日本专利申请(特愿2018－216804)，其内容在本申请之中作为参照援引。
符号说明
12 第一构件
14 第二构件
16 第三构件
20 表面软质层(脱碳层)
30 熔融凝固部
40 热影响部
50 塑性金属环区
100、200、300 接合结构体

Claims (5)

1.一种接合结构体，其特征在于，具有：
由高张力钢形成的第一构件；
与所述第一构件重叠，由高张力钢形成的第二构件；
表面软质层，所述表面软质层形成于所述第一构件的与所述第二构件的重叠面或所述第二构件的与所述第一构件的重叠面中的至少一方；
所述第一构件和所述第二构件经熔融和凝固而形成的熔融凝固部；
形成于所述熔融凝固部的周围的热影响部，
所述表面软质层的合计厚度为5μm以上且200μm以下，并且，所述熔融凝固部的碳量为0.21质量％以上，并且，
所述热影响部内的所述表面软质层的最大维氏硬度为100Hv以上且500Hv以下。
2.根据权利要求1所述的接合结构体，其特征在于，所述表面软质层是脱碳层。
3.根据权利要求1或2所述的接合结构体，其特征在于，所述熔融凝固部的直径D与所述第一构件的板厚和所述第二构件的板厚之中薄的一方的板厚tmin满足下述式(1)，
Figure FDA0003053444950000011
4.根据权利要求1或2所述的接合结构体，其特征在于，所述表面软质层的合计厚度为30μm以上。
5.一种接合结构体的制造方法，其特征在于，是制造权利要求1或2所述的接合结构体的方法，以使形成于所述第一构件和所述第二构件中的至少一方的表面上的所述表面软质层介于所述第一构件与所述第二构件之间的方式将所述第一构件与所述第二构件重叠后，通过焊接形成所述熔融凝固部。
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