JP2001287051A - 高張力鋼材の摩擦圧接継手 - Google Patents
高張力鋼材の摩擦圧接継手Info
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- JP2001287051A JP2001287051A JP2000101037A JP2000101037A JP2001287051A JP 2001287051 A JP2001287051 A JP 2001287051A JP 2000101037 A JP2000101037 A JP 2000101037A JP 2000101037 A JP2000101037 A JP 2000101037A JP 2001287051 A JP2001287051 A JP 2001287051A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 硬度が摩擦圧接の回転半径方向にわたってほ
ぼ均一となる高張力鋼材の摩擦圧接継手を提供する。 【解決手段】 結晶粒径が２μｍ以下の微細組織を有
し、引張強さが６０kgf/mm 2以上であるとともに、炭素
量が0.1wt％以下の高張力鋼材を摩擦圧接する。接合部
の硬度分布は、溶接のままの状態で母材硬さの９０〜13
5％以内に入る。
ぼ均一となる高張力鋼材の摩擦圧接継手を提供する。 【解決手段】 結晶粒径が２μｍ以下の微細組織を有
し、引張強さが６０kgf/mm 2以上であるとともに、炭素
量が0.1wt％以下の高張力鋼材を摩擦圧接する。接合部
の硬度分布は、溶接のままの状態で母材硬さの９０〜13
5％以内に入る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この出願の発明は、高張力鋼
材の摩擦圧接継手に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、母材そのものの特徴を活かして
溶接部及び熱影響部の組織変化を抑制し、硬度が摩擦圧
接の回転半径方向にわたってほぼ均一となる高張力鋼材
の摩擦圧接継手に関するものである。
材の摩擦圧接継手に関するものである。さらに詳しく
は、この出願の発明は、母材そのものの特徴を活かして
溶接部及び熱影響部の組織変化を抑制し、硬度が摩擦圧
接の回転半径方向にわたってほぼ均一となる高張力鋼材
の摩擦圧接継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】高張力鋼は、軟鋼に合金元素
が少量添加されて強度が高められ、構造物の重量軽減と
性能向上を実現し得るものとして開発された溶接構造用
鋼であるが、溶接硬化という問題を抱えている。
が少量添加されて強度が高められ、構造物の重量軽減と
性能向上を実現し得るものとして開発された溶接構造用
鋼であるが、溶接硬化という問題を抱えている。
【０００３】すなわち、添加された合金元素の影響によ
り高張力鋼では硬化性が増大しており、これが溶接性に
影響を及ぼしている。溶接部及び熱影響部での硬度増加
は低温割れの発生や延性低下等の問題を引き起こす。
り高張力鋼では硬化性が増大しており、これが溶接性に
影響を及ぼしている。溶接部及び熱影響部での硬度増加
は低温割れの発生や延性低下等の問題を引き起こす。
【０００４】例えば、中実高張力鋼材に対し摩擦圧接を
行うと、その中心部と外周部とでは周速度が異なるた
め、溶接入熱に分布が生じ、継手の溶接部及び熱影響部
の内、投入入熱の大きい部分は大幅に組織変化して硬化
する。過度に硬化した部分は、脆くなり、母材の特性を
維持することはできない。このため、高張力鋼材の用途
は、溶接部及び熱影響部が硬化してもこれが許容される
ものに限定されていた。
行うと、その中心部と外周部とでは周速度が異なるた
め、溶接入熱に分布が生じ、継手の溶接部及び熱影響部
の内、投入入熱の大きい部分は大幅に組織変化して硬化
する。過度に硬化した部分は、脆くなり、母材の特性を
維持することはできない。このため、高張力鋼材の用途
は、溶接部及び熱影響部が硬化してもこれが許容される
ものに限定されていた。
【０００５】ここで摩擦圧接とは、２つの被接合物をヒ
ーティング加圧力をかけながら回転させ、この時発生す
る摩擦熱で接合界面の温度を上昇させ、さらにアプセッ
ト加圧力をかけて塑性流動を生じさせて接合するという
溶接法である。被接合物が中実材の場合、その外周部の
周速度は（相対回転速度）×(回転半径)であるのに対
し、中心では（相対回転速度）×０であり、溶接部及び
熱影響部の投入入熱には回転半径方向の分布が生じてい
る。
ーティング加圧力をかけながら回転させ、この時発生す
る摩擦熱で接合界面の温度を上昇させ、さらにアプセッ
ト加圧力をかけて塑性流動を生じさせて接合するという
溶接法である。被接合物が中実材の場合、その外周部の
周速度は（相対回転速度）×(回転半径)であるのに対
し、中心では（相対回転速度）×０であり、溶接部及び
熱影響部の投入入熱には回転半径方向の分布が生じてい
る。
【０００６】一方、特開平１０−180468号公報には、高
張力鋼の上記欠点を解消するために、接合面に金、銀、
銅等の軟質材を被覆し、この軟質材を摩擦熱により変形
させて母材を接合する方法が提案されている。この接合
方法は、室温に近い状態で信頼性の高い接合を行うこと
ができるという利点を有しているが、金、銀、銅等の軟
質材の使用を前提としている。
張力鋼の上記欠点を解消するために、接合面に金、銀、
銅等の軟質材を被覆し、この軟質材を摩擦熱により変形
させて母材を接合する方法が提案されている。この接合
方法は、室温に近い状態で信頼性の高い接合を行うこと
ができるという利点を有しているが、金、銀、銅等の軟
質材の使用を前提としている。
【０００７】この出願の発明は、以上の通りの事情に鑑
みてなされたものであり、母材そのものの特徴を活かし
て溶接部及び熱影響部の組織変化を抑制し、硬度が摩擦
圧接の回転半径方向にわたってほぼ均一となる高張力鋼
材の摩擦圧接継手を提供することを目的としている。
みてなされたものであり、母材そのものの特徴を活かし
て溶接部及び熱影響部の組織変化を抑制し、硬度が摩擦
圧接の回転半径方向にわたってほぼ均一となる高張力鋼
材の摩擦圧接継手を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この出願の発明は、上記
の課題を解決するものとして、結晶粒径が２μｍ以下の
微細組織を有し、引張強さが６０kgf/mm2以上であると
ともに、炭素量が0.1wt％以下の高張力鋼材が摩擦圧接
され、接合部の溶接のままの硬度分布が母材硬さの９０
〜135％以内に入ることを特徴とする高張力鋼材の摩擦
圧接継手（請求項１）を提供する。
の課題を解決するものとして、結晶粒径が２μｍ以下の
微細組織を有し、引張強さが６０kgf/mm2以上であると
ともに、炭素量が0.1wt％以下の高張力鋼材が摩擦圧接
され、接合部の溶接のままの硬度分布が母材硬さの９０
〜135％以内に入ることを特徴とする高張力鋼材の摩擦
圧接継手（請求項１）を提供する。
【０００９】またこの出願の発明は、炭素量が0.05wt％
以下であり、接合部の溶接のままの硬度分布が母材硬さ
の９０〜125％以内に入ること（請求項２）を好ましい
態様として提供する。
以下であり、接合部の溶接のままの硬度分布が母材硬さ
の９０〜125％以内に入ること（請求項２）を好ましい
態様として提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】この出願の発明において高張力鋼
材は、結晶粒径が２μｍ以下の微細組織を有し、引張強
さが６０kgf/mm2以上の高強度化されたものを対象とし
ている。そして、この出願の発明では、高張力鋼材の炭
素量を0.1wt％以下と低く抑えている。この0.1wt％以下
の低炭素量により、摩擦圧接する際に、高張力鋼材の外
周部は組織変化が抑制され、硬化が抑制される。低入熱
である中心部との硬度差は縮小する。継手の溶接部及び
熱影響部の硬度は、溶接のままの状態で母材硬さの９０
〜135％以内に入り、摩擦圧接の回転半径方向にわたっ
てほぼ均一となる。すなわち、炭素量が0.10wt％の時、
接合部の硬度分布は、溶接のままで200〜300Hvの範囲内
に入り、220Hvを基準とする母材硬さの90〜135％以内に
入る。炭素量が0.10wt％を超えて0.15wt％となると、一
般に接合部の硬度の上限とされる400Hvを超えてしま
う。
材は、結晶粒径が２μｍ以下の微細組織を有し、引張強
さが６０kgf/mm2以上の高強度化されたものを対象とし
ている。そして、この出願の発明では、高張力鋼材の炭
素量を0.1wt％以下と低く抑えている。この0.1wt％以下
の低炭素量により、摩擦圧接する際に、高張力鋼材の外
周部は組織変化が抑制され、硬化が抑制される。低入熱
である中心部との硬度差は縮小する。継手の溶接部及び
熱影響部の硬度は、溶接のままの状態で母材硬さの９０
〜135％以内に入り、摩擦圧接の回転半径方向にわたっ
てほぼ均一となる。すなわち、炭素量が0.10wt％の時、
接合部の硬度分布は、溶接のままで200〜300Hvの範囲内
に入り、220Hvを基準とする母材硬さの90〜135％以内に
入る。炭素量が0.10wt％を超えて0.15wt％となると、一
般に接合部の硬度の上限とされる400Hvを超えてしま
う。
【００１１】溶接硬化をより抑えるためには、高張力鋼
材の炭素量は0.05wt％以下とより低く抑えるのが好まし
い。炭素量が0.05wt％の時、接合部の硬度分布は、溶接
のままで200〜275Hvの範囲内に入り、220Hvを基準とす
る母材硬さの90〜125％以内に入る。
材の炭素量は0.05wt％以下とより低く抑えるのが好まし
い。炭素量が0.05wt％の時、接合部の硬度分布は、溶接
のままで200〜275Hvの範囲内に入り、220Hvを基準とす
る母材硬さの90〜125％以内に入る。
【００１２】このように、この出願の発明の高張力鋼材
の摩擦圧接継手は、金、銀、銅等の軟質材を接合面に被
覆する必要が全くなく、母材そのものの特徴により溶接
部及び熱影響部の組織変化が抑制され、硬度が摩擦圧接
の回転半径方向にわたってほぼ均一となる。溶接硬化が
低く抑えられた摩擦圧接継手は、靱性を適度に合わせ持
ち、しかもこれがこの出願の発明により安価に実現され
る。したがって、高張力鋼材の用途範囲の拡大が見込ま
れるとともに、摩擦圧接継手の量産化も見込まれる。
の摩擦圧接継手は、金、銀、銅等の軟質材を接合面に被
覆する必要が全くなく、母材そのものの特徴により溶接
部及び熱影響部の組織変化が抑制され、硬度が摩擦圧接
の回転半径方向にわたってほぼ均一となる。溶接硬化が
低く抑えられた摩擦圧接継手は、靱性を適度に合わせ持
ち、しかもこれがこの出願の発明により安価に実現され
る。したがって、高張力鋼材の用途範囲の拡大が見込ま
れるとともに、摩擦圧接継手の量産化も見込まれる。
【００１３】高張力鋼の組成については、炭素量を0.1w
t％以下とする以外は特に制限はない。また、鋼材とし
ての形態にも特に制限はなく、中実材はもちろんのこ
と、肉厚のパイプ等とすることもできる。さらに、製造
方法についても特別な制限はない。結晶粒径２μｍ以下
の微細組織が形成され、引張強さ６０kgf/mm2以上を実
現し得る各種の方法を任意に採用することができる。
t％以下とする以外は特に制限はない。また、鋼材とし
ての形態にも特に制限はなく、中実材はもちろんのこ
と、肉厚のパイプ等とすることもできる。さらに、製造
方法についても特別な制限はない。結晶粒径２μｍ以下
の微細組織が形成され、引張強さ６０kgf/mm2以上を実
現し得る各種の方法を任意に採用することができる。
【００１４】以下、実施例を示し、この出願の発明の高
張力鋼材の摩擦圧接継手についてさらに詳しく説明す
る。
張力鋼材の摩擦圧接継手についてさらに詳しく説明す
る。
【００１５】
【実施例】以下の表１に示した組成及び結晶粒径を有す
る中実高張力鋼材を作製し、各中実高張力鋼材を表２に
示した溶接条件で摩擦圧接した。得られた継手の回転半
径方向の硬度分布は図１〜図３に示した通りである。
る中実高張力鋼材を作製し、各中実高張力鋼材を表２に
示した溶接条件で摩擦圧接した。得られた継手の回転半
径方向の硬度分布は図１〜図３に示した通りである。
【００１６】
【表１】
【００１７】
【表２】
【００１８】図１は炭素量が0.10wt％の場合（実施例
１）であり、図２、図３は、それぞれ炭素量が0.05wt％
(実施例２)、0.15wt％(比較例１)の場合である。
１）であり、図２、図３は、それぞれ炭素量が0.05wt％
(実施例２)、0.15wt％(比較例１)の場合である。
【００１９】なお、図中において、位置０mmは接合面に
対応し、これより左側の継手位置をマイナスの位置、右
側をプラスの位置として示している。また、図中の白抜
き四角印は継手外周部の硬度を、白抜き三角印は継手に
おける回転半径の１／２の部分の硬度を、そして黒塗り
丸印は継手中心部の硬度をそれぞれ示している。
対応し、これより左側の継手位置をマイナスの位置、右
側をプラスの位置として示している。また、図中の白抜
き四角印は継手外周部の硬度を、白抜き三角印は継手に
おける回転半径の１／２の部分の硬度を、そして黒塗り
丸印は継手中心部の硬度をそれぞれ示している。
【００２０】図１から確認されるように、摩擦圧接継手
の回転半径方向の硬度分布は母材硬度の９０〜135％以
内に入っている。図２からは、摩擦圧接継手の回転半径
方向の硬度分布が母材硬度の９０〜125％以内に入って
おり、溶接硬化がより抑制されていることが確認され
る。一方、図３からは、中実高張力鋼材の炭素量が0.10
wt％を超えたために、摩擦圧接継手の最高硬さが母材硬
度の160％にまで達し、組織変化に伴いかなり硬化して
いることが確認される。
の回転半径方向の硬度分布は母材硬度の９０〜135％以
内に入っている。図２からは、摩擦圧接継手の回転半径
方向の硬度分布が母材硬度の９０〜125％以内に入って
おり、溶接硬化がより抑制されていることが確認され
る。一方、図３からは、中実高張力鋼材の炭素量が0.10
wt％を超えたために、摩擦圧接継手の最高硬さが母材硬
度の160％にまで達し、組織変化に伴いかなり硬化して
いることが確認される。
【００２１】勿論、この出願の発明は、以上の実施例に
よって限定されるものではない。高張力鋼の組成、鋼材
の形態及び製造方法、摩擦圧接条件等の細部については
様々な態様が可能であることは言うまでもない。
よって限定されるものではない。高張力鋼の組成、鋼材
の形態及び製造方法、摩擦圧接条件等の細部については
様々な態様が可能であることは言うまでもない。
【００２２】
【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この出願の発
明によって、母材そのものの特徴を活かして溶接部及び
熱影響部の組織変化を抑制し、硬度が摩擦圧接の回転半
径方向にわたってほぼ均一となる高張力鋼材の摩擦圧接
継手が提供される。
明によって、母材そのものの特徴を活かして溶接部及び
熱影響部の組織変化を抑制し、硬度が摩擦圧接の回転半
径方向にわたってほぼ均一となる高張力鋼材の摩擦圧接
継手が提供される。
【図１】炭素量0.10wt％の中実高張力鋼材の摩擦圧接継
手の回転半径方向の硬度分布を示した分布図である。
手の回転半径方向の硬度分布を示した分布図である。
【図２】炭素量0.05wt％の中実高張力鋼材の摩擦圧接継
手の回転半径方向の硬度分布を示した分布図である。
手の回転半径方向の硬度分布を示した分布図である。
【図３】炭素量0.15wt％の中実高張力鋼材の摩擦圧接継
手の回転半径方向の硬度分布を示した分布図である。
手の回転半径方向の硬度分布を示した分布図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雀部 謙 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 (72)発明者 志賀 千晃 茨城県つくば市千現１丁目２番１号 科学 技術庁金属材料技術研究所内 Ｆターム(参考） 4E067 AA02 BG00 DA10
Claims (2)
- 【請求項１】 結晶粒径が２μｍ以下の微細組織を有
し、引張強さが６０kgf/mm2以上であるとともに、炭素
量が0.1wt％以下の高張力鋼材が摩擦圧接され、接合部
の溶接のままの硬度分布が母材硬さの９０〜135％以内
に入ることを特徴とする高張力鋼材の摩擦圧接継手。 - 【請求項２】 炭素量が0.05wt％以下であり、接合部の
溶接のままの硬度分布が母材硬さの９０〜125％以内に
入る請求項１記載の高張力鋼材の摩擦圧接継手。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000101037A JP2001287051A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 高張力鋼材の摩擦圧接継手 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000101037A JP2001287051A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 高張力鋼材の摩擦圧接継手 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001287051A true JP2001287051A (ja) | 2001-10-16 |
Family
ID=18615157
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000101037A Withdrawn JP2001287051A (ja) | 2000-04-03 | 2000-04-03 | 高張力鋼材の摩擦圧接継手 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001287051A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8114528B2 (en) | 2006-10-02 | 2012-02-14 | Nippon Steel Corporation | Electron beam welded joint excellent in brittle fracture resistance |
| KR20180027575A (ko) | 2015-07-31 | 2018-03-14 | 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸 | 마찰 접합 방법 |
| WO2018168687A1 (ja) | 2017-03-17 | 2018-09-20 | 国立大学法人大阪大学 | 摩擦圧接方法 |
| WO2019181360A1 (ja) | 2018-03-20 | 2019-09-26 | 国立大学法人大阪大学 | 金属材の固相接合方法及び固相接合装置 |
-
2000
- 2000-04-03 JP JP2000101037A patent/JP2001287051A/ja not_active Withdrawn
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8114528B2 (en) | 2006-10-02 | 2012-02-14 | Nippon Steel Corporation | Electron beam welded joint excellent in brittle fracture resistance |
| KR101192815B1 (ko) * | 2006-10-02 | 2012-10-18 | 신닛뽄세이테쯔 카부시키카이샤 | 취성 파괴 발생 저항성이 우수한 전자빔 용접 이음부 |
| KR20180027575A (ko) | 2015-07-31 | 2018-03-14 | 고꾸리쯔 다이가꾸 호우징 오사까 다이가꾸 | 마찰 접합 방법 |
| WO2018168687A1 (ja) | 2017-03-17 | 2018-09-20 | 国立大学法人大阪大学 | 摩擦圧接方法 |
| US11110542B2 (en) | 2017-03-17 | 2021-09-07 | Osaka University | Friction pressure welding method |
| WO2019181360A1 (ja) | 2018-03-20 | 2019-09-26 | 国立大学法人大阪大学 | 金属材の固相接合方法及び固相接合装置 |
| US11745287B2 (en) | 2018-03-20 | 2023-09-05 | Osaka University | Metal material solid-phase bonding method and solid-phase bonding device |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20070605 |