JP2006035256A - Method for spot welding of high strength steel plate - Google Patents

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初彦 及川
Tadashi Kasuya
正 糟谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a stable technique in the spot welding of high strength steel plates, which can manufacture a reliable joint having high fatigue strength and is suitable for a practical spot welding work. <P>SOLUTION: In the spot welding method of high strength steel plates having a yield stress of at least 270 MPa, and a plate thickness of 1.0 to 3.6 mm, a through-hole is formed at a joint portion from one side surface by plasma, and then the welding is performed by forming weld metal in the through-hole, wherein the weld metal has a yield stress of 270 MPa and a transformation starting temperature of 200 to 350°C in the case of the transformation from austenite structure to martensite or bainite structure. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、自動車分野などで広く適用されるスポット溶接方法に関し、特に車体の軽量化、衝突安全性向上を目的として、高強度鋼板スポット溶接継手の疲労強度を向上させるスホット溶接方法に関するものである。   The present invention relates to a spot welding method widely applied in the field of automobiles and the like, and more particularly to a hot welding method for improving the fatigue strength of a high-strength steel spot welded joint for the purpose of reducing the weight of a vehicle body and improving collision safety. .

近年、自動車の低燃費化、CO2排出量削減および衝突安全性向上の観点から、自動車の車体や部品等に用いられる素材として高強度鋼板のニーズが高まっており、今後、益々そのニーズは高まるものと考えられる。 In recent years, the need for high-strength steel sheets as materials used in automobile bodies and parts has been increasing from the viewpoint of reducing fuel consumption, reducing CO 2 emissions, and improving collision safety. It is considered a thing.

一方、車体の組立てや部品の取付け等に用いられる溶接法として、抵抗スポット溶接法が広く用いられている。   On the other hand, a resistance spot welding method is widely used as a welding method used for assembling a vehicle body or attaching parts.

抵抗スポット溶接は、図1に示すように、例えば、高強度鋼板1同士を重ね合わせ、水冷された上下二つの銅電極2で高強度鋼板1を加圧しながら通電し、高強度鋼板1同士の接触部(重ね合わせ面)を溶融させ、通電終了後、その部分を水冷された銅電極で冷却して溶融部を凝固させ、ナゲット3を形成させる溶接法である。 As shown in FIG. 1, resistance spot welding is performed, for example, by superposing high-strength steel plates 1, energizing the high-strength steel plates 1 with two water-cooled upper and lower copper electrodes 2 while pressing the high-strength steel plates 1. This is a welding method in which the contact portion (overlapping surface) is melted, and after energization, the portion is cooled with a water-cooled copper electrode to solidify the molten portion and form the nugget 3.

抵抗スポット溶接部(溶接継手)の品質指標としては、静的引張強さとともに疲労強度が重要になる。
通常、抵抗スポット溶接継手の静的引張強さは鋼板の引張強さの増加とともに増加する。これに対して抵抗スポット溶接継手の疲労強度は、鋼板の引張強さが増加してもほとんど増加しないことが知られている。
例えば、引張強さが290MPaの軟鋼板の代わりに、引張強さが590MPaの高強度鋼板を用いた場合には、抵抗スポット溶接継手の引張せん断強さ(せん断方向に荷重を負荷した場合の引張強さ)はほぼ2倍の値に向上する。これに対して、同じ鋼板の引張強さの増加条件で抵抗スポット溶接継手の引張せん断疲労強度(せん断方向に繰り返し荷重を負荷した場合の疲労強度、すなわち、応力負荷の回数が一定の値での荷重)は増加せず、軟鋼板の場合とほぼ同じ値を示すのである。
As a quality index of resistance spot welds (welded joints), fatigue strength is important as well as static tensile strength.
Usually, the static tensile strength of resistance spot welded joints increases with increasing tensile strength of the steel sheet. On the other hand, it is known that the fatigue strength of the resistance spot welded joint hardly increases even if the tensile strength of the steel sheet increases.
For example, when a high strength steel plate with a tensile strength of 590 MPa is used instead of a mild steel plate with a tensile strength of 290 MPa, the tensile shear strength of the resistance spot welded joint (the tensile strength when a load is applied in the shear direction) (Strength) increases to almost double the value. In contrast, the tensile shear fatigue strength of a resistance spot welded joint under the same tensile strength increase condition of the same steel sheet (fatigue strength when a repeated load is applied in the shear direction, that is, the number of stress loads is a constant value. (Load) does not increase and shows almost the same value as in the case of a mild steel plate.

このように、鋼板の引張強さを増加しても抵抗スポット溶接継手の疲労強度が向上しない理由として、従来、抵抗スポット溶接部のノッチ形状が疲労強度の低下の原因とする報告されている。すなわち、図2に示すように、抵抗スポット溶接継手では、高強度鋼板1の重ね合わせ面に形成したナゲット3の両端部がノッチ形状となりやすい。このため抵抗スポット溶接継手の引張せん断方向(矢印方向)4に荷重を負荷して疲労試験を行った場合、このノッチ効果によって疲労強度が低下し、鋼板の引張強さを増加させても疲労強度が向上しないのである。 Thus, as a reason why the fatigue strength of the resistance spot welded joint is not improved even if the tensile strength of the steel sheet is increased, it has been reported that the notch shape of the resistance spot welded portion causes a decrease in the fatigue strength. That is, as shown in FIG. 2, in the resistance spot welded joint, both end portions of the nugget 3 formed on the overlapping surface of the high-strength steel plate 1 are likely to have a notch shape. For this reason, when a fatigue test is performed with a load applied in the tensile shear direction (arrow direction) 4 of the resistance spot welded joint, the fatigue strength is reduced by this notch effect, and the fatigue strength is increased even if the tensile strength of the steel sheet is increased. Does not improve.

特に抵抗スポット溶接中に散り(通電中、鋼板間に形成された溶融部の直径が銅電極の先端直径より大きくなって、鋼板間から溶融金属が飛散する現象)が発生した場合には、鋼板間に形成されたナゲットの端部が鋭い切り欠き形状になるため、その結果、継手の疲労強度は、散りが発生しない場合に比べてさらに低下する場合がある。   In particular, when scattering occurs during resistance spot welding (a phenomenon in which molten metal scatters from between steel plates when the diameter of the melted part formed between the steel plates becomes larger than the tip diameter of the copper electrode during energization) Since the end portion of the nugget formed therebetween has a sharp notch shape, as a result, the fatigue strength of the joint may be further reduced as compared with the case where no scattering occurs.

また、一般的に、鋼板の引張強さが増加すると、下記(1)、(2)式で定義される炭素当量の値も増加する。
Ceqh=C+Si/40+Cr/20 ・・・(1)
Ceqt=C+Si/30+Mn/20+2P+4S ・・・(2)
ここで、C、Si、Cr、Mn、PおよびSは、それぞれ、鋼板中の炭素、珪素、クロム、マンガン、リン、硫黄の含有量(質量%)を示す。
上記(1)式で示されるCeqhは、ナゲット部の硬さに対応する炭素当量であり、この値が増加するほど、ナゲット部の硬さは増加する。
また、上記(2)式で示されるCeqtは、ナゲット部の亀裂発生感受性に対応する炭素当量であり、この値が増加するほど、ナゲット部の亀裂発生感受性は高まる。
Moreover, generally, when the tensile strength of a steel plate increases, the value of the carbon equivalent defined by the following formulas (1) and (2) also increases.
Ceqh = C + Si / 40 + Cr / 20 (1)
Ceqt = C + Si / 30 + Mn / 20 + 2P + 4S (2)
Here, C, Si, Cr, Mn, P and S indicate the contents (mass%) of carbon, silicon, chromium, manganese, phosphorus and sulfur in the steel sheet, respectively.
Ceqh shown by the above formula (1) is a carbon equivalent corresponding to the hardness of the nugget part, and the hardness of the nugget part increases as this value increases.
Moreover, Ceqt shown by said Formula (2) is a carbon equivalent corresponding to the crack generation sensitivity of a nugget part, and the crack generation sensitivity of a nugget part increases, so that this value increases.

一般的に、抵抗スポット溶接継手において鋼板の引張強さが増加するほど、上記(1)、(2)式で示される炭素当量Ceqh、Ceqtの値は高くなる。このため、鋼板の引張強さの増加に伴い、抵抗スポット溶接継手におけるナゲット部の硬さが高くなり、また、亀裂発生感受性が高まって、疲労試験時にナゲット部に亀裂が容易に発生するようになる。
高強度鋼板を用いた抵抗スポット溶接継手では、上述したノッチ効果と併せてこれらのナゲット部の硬さや亀裂発生感受性の影響が作用するため、疲労強度が向上しにくくなるのである。
In general, the carbon equivalents Ceqh and Ceqt expressed by the above formulas (1) and (2) increase as the tensile strength of the steel sheet increases in the resistance spot welded joint. For this reason, as the tensile strength of the steel sheet increases, the hardness of the nugget part in the resistance spot welded joint increases, and the cracking susceptibility increases, so that the crack is easily generated in the nugget part during the fatigue test. Become.
In a resistance spot welded joint using a high-strength steel plate, the fatigue strength is difficult to improve because of the influence of the hardness of the nugget part and cracking susceptibility in combination with the above-described notch effect.

一方、抵抗スポット溶接継手の剥離方向(引張せん断方向(矢印方向)4と垂直な方向)に荷重を負荷して疲労試験を行った場合にも、せん断方向に負荷した場合と同様、高強度鋼板溶接継手の疲労強度は軟鋼板の場合と同じ値を示す。この場合も、せん断方向に負荷した場合と同様、ノッチ効果が抵抗スポット溶接継手の疲労強度低下の原因となる。しかし、この場合には、抵抗スポット溶接継手のせん断方向に繰り返し荷重を負荷した場合に比べて、ナゲットの周辺部での応力集中が顕著になり、局部的な応力負荷が高まってそこで亀裂が発生し易くなるため、せん断方向に負荷した場合に比べて疲労強度は一桁程度低下する。 On the other hand, when a fatigue test is performed with a load applied in the peeling direction of the resistance spot welded joint (a direction perpendicular to the tensile shear direction (arrow direction) 4), the high strength steel plate is the same as when the load is applied in the shear direction. The fatigue strength of the welded joint shows the same value as that of the mild steel plate. In this case as well, as in the case of loading in the shear direction, the notch effect causes a decrease in the fatigue strength of the resistance spot welded joint. However, in this case, compared to when a load is repeatedly applied in the shear direction of a resistance spot welded joint, the stress concentration at the periphery of the nugget becomes more prominent, and the local stress load increases and cracks occur. Therefore, the fatigue strength is reduced by about an order of magnitude compared to when the load is applied in the shear direction.

また、抵抗スポット溶接継手における鋼板の引張強さが増加すると変形が起こり難くなるため、疲労試験時の変形量が少なくなり、ナゲットの周囲に応力集中が高まるため、この作用によっても継手疲労強度は低下する。さらに、高強度鋼板は軟鋼に比べてスプリングバックが起こり易いため、スポット溶接部には引張の残留応力が発生し易くなることも、スポット溶接継手の疲労強度低下の原因に挙げられる。   In addition, the increase in the tensile strength of the steel plate in a resistance spot welded joint makes it difficult for deformation to occur.Therefore, the amount of deformation during the fatigue test decreases, and stress concentration increases around the nugget. descend. Furthermore, since high-strength steel sheets are more likely to spring back than mild steel, tensile residual stress is likely to occur in spot welds, which is a cause of a decrease in fatigue strength of spot welded joints.

以上のように、従来の抵抗スポット溶接方法では、鋼板の引張強さを増加しても溶接継手の疲労強度は軟鋼板を用いた場合と同程度にしかならなかった。
そこで、従来から抵抗スポット溶接継手の疲労強度を向上する方法について検討されている。
As described above, in the conventional resistance spot welding method, even if the tensile strength of the steel sheet is increased, the fatigue strength of the welded joint is only about the same as when using a mild steel sheet.
Thus, methods for improving the fatigue strength of resistance spot welded joints have been studied.

従来、高強度鋼板の抵抗スポット溶接継手の疲労強度を向上させる手段として、抵抗スポット溶接の通電が完了した後、一定時間経過後にテンパー通電を行い、抵抗スポット溶接部におけるナゲット部と熱影響部を焼鈍して硬さを低下させ、残留応力を変化させる方法が知られている(非特許文献1参照)。 Conventionally, as a means to improve the fatigue strength of resistance spot welded joints of high strength steel plates, after energization of resistance spot welding is completed, temper energization is performed after a certain period of time, and the nugget part and heat affected zone in the resistance spot welded part are A method is known in which the hardness is reduced by annealing and the residual stress is changed (see Non-Patent Document 1).

しかし、この方法は、テンパー通電の適正な条件範囲の幅が非常に狭く、また、操業条件の変化により再現性が乏しいという実用上の問題がある。特に、めっき鋼板を連続的に打点して抵抗スポット溶接する場合には、打点数の増加とともに、電極先端がめっきとの合金化反応によって劣化し、電極先端径が増大して電流密度が低下し、最適なテンパー通電条件から外れるため、安定的に継手の疲労強度を向上させることが困難となる。   However, this method has a practical problem that the appropriate condition range of the temper energization is very narrow, and the reproducibility is poor due to a change in operating conditions. In particular, when spot-welding is performed by continuously striking plated steel sheets, the electrode tip deteriorates due to an alloying reaction with plating as the number of striking points increases, and the electrode tip diameter increases and the current density decreases. Therefore, it is difficult to stably improve the fatigue strength of the joint because it deviates from the optimum temper energization condition.

これ以外にも、抵抗スポット溶接部の疲労強度を向上させる方法として、下記特許文献1〜6に開示されているように、疲労強度特性が優れた鋼板を用いて抵抗スポット溶接する方法が知られている。
しかし、これらの方法は、何れも軟鋼板の抵抗スポット溶接に関するものであり、高強度鋼板の抵抗スポット溶接部で疲労強度を向上させる方法については、未だ報告された例はない。
In addition to this, as disclosed in Patent Documents 1 to 6 below, a method of resistance spot welding using a steel plate having excellent fatigue strength characteristics is known as a method of improving the fatigue strength of a resistance spot weld. ing.
However, all of these methods relate to resistance spot welding of mild steel plates, and there are no reported examples of methods for improving fatigue strength at resistance spot welds of high strength steel plates.

また、この他にも、抵抗スポット溶接部の疲労強度を向上させる方法として、特許文献7に開示されているように、抵抗スポット溶接部に超音波衝撃処理を施す方法が知られている。
しかし、この方法は、溶接終了後に後処理行程が必要となり、その分、作業工程が増えて、経済的負荷も増加するので、作業性や経済性の点で好ましい方法ではない。
In addition to this, as disclosed in Patent Document 7, as a method for improving the fatigue strength of the resistance spot welded portion, a method of applying an ultrasonic impact treatment to the resistance spot welded portion is known.
However, this method is not a preferable method in terms of workability and economy because it requires a post-treatment process after the end of welding, which increases the number of work steps and the economic load.

また、従来、溶接継手の疲労強度を向上させるために抵抗スポット溶接打点数(ナゲット数)を増やす方法も知られている。しかし、この方法は、溶接作業効率の低下、溶接施工コストの上昇、および設計自由度の制約等の問題を抱えている。また、この方法は、抵抗スポット溶接打点数(ナゲット数)を増やすことで、継手における1個当たりのナゲット周辺部の応力集中を軽減することを狙うものである。しかし、継手に応力が負荷された場合、各溶接点(ナゲット)に必ずしも均等に応力がかからないため、応力分散効果が十分発揮されず、どちらかの溶接点に応力が集中する。その結果、溶接打点数を、例えば、1点から2点、3点と増やしたとしても、継手の疲労強度は、必ずしも2倍、3倍にはならない。 Conventionally, a method of increasing the number of resistance spot welding points (number of nuggets) in order to improve the fatigue strength of the welded joint is also known. However, this method has problems such as a decrease in welding work efficiency, an increase in welding construction cost, and a restriction on design freedom. Moreover, this method aims at reducing the stress concentration of the nugget periphery part per joint in a joint by increasing the number of resistance spot welding points (number of nuggets). However, when stress is applied to the joint, the stress is not necessarily applied evenly to each welding point (nugget), so that the stress dispersion effect is not sufficiently exhibited, and the stress concentrates on one of the welding points. As a result, even if the number of welding points is increased from 1 point to 2 points or 3 points, for example, the fatigue strength of the joint is not necessarily doubled or tripled.

一方、抵抗スポット溶接方法とは異なるスポット溶接方法として、プラズマを利用したスポット溶接方法またはプラズマトーチが、例えば、非特許文献2、特許文献8および9等で知られている。しかし、これらの方法は、何れも軟鋼板や引張強さが比較的低い鋼板を対象とし、溶接材料を用いずに片面溶接する方法における溶接作業性向上を目的とするものである。
これらのプラズマによるスポット溶接方法を用いて高強度鋼板を溶接する場合には、溶接作業効率の低下、溶接施工コストの上昇、および設計自由度の制約等の問題を抱えている。また、この方法を用いることにより、抵抗スポット溶接方法に比べて、溶接材料により溶接金属の成分組成を調整し、鋼板の高強度化に伴う溶接金属の硬さや亀裂発生感受性の上昇による影響を少なくすることが期待されるが、これらの文献では溶接材料について全く開示がない。さらに、スポット溶接継手に特有な鋼板重ね合わせ面に形成される溶接部端部の切り欠き形状の応力集中および引張残留応力に起因する継手疲労強度の低下の問題を解決できるものではない。
On the other hand, as a spot welding method different from the resistance spot welding method, a spot welding method using plasma or a plasma torch is known from, for example, Non-Patent Document 2, Patent Documents 8 and 9, and the like. However, these methods are intended for improving the welding workability in a method of performing single-sided welding without using a welding material, targeting mild steel plates or steel plates having relatively low tensile strength.
In the case of welding high-strength steel plates using these spot welding methods using plasma, there are problems such as a reduction in welding work efficiency, an increase in welding construction cost, and a restriction in design freedom. In addition, by using this method, compared with the resistance spot welding method, the component composition of the weld metal is adjusted by the welding material, and the effects of increased hardness of the weld metal and cracking susceptibility associated with higher strength of the steel sheet are reduced. However, these documents do not disclose any welding materials. Furthermore, it cannot solve the problem of joint fatigue strength reduction caused by the stress concentration in the notch shape at the welded portion end formed on the steel plate overlapping surface unique to the spot welded joint and the tensile residual stress.

また、従来から鋼板をアーク溶接して作製した隅肉溶接継手の疲労強度を向上する方法として、例えば、特許文献10や11で開示されるように、低温変態溶接材料を用いて溶接金属の低温側での変態膨張を利用し、継手の溶接部、特にビード止端部近傍の引張残留応力を低減する方法が知られている。
この方法は、凝固後の溶接金属の冷却過程において、オーステナイトからマルテンサイトに変態開始する温度を低くし、相変態に伴う体積膨張を低温で発生させ、変態後の熱収縮量を低減させることにより、隅肉溶接継手のビード止端部近傍の引張残留応力を低減し、継手の疲労強度を向上させる方法である。しかし、この方法は、鋼板同士を重ね合わせて下側鋼板面と上側鋼板端面との隅部をアーク溶接する隅肉溶接継手の疲労向上方法であり、スポット溶接継手の疲労強度向上方法ではない。つまり、この方法により、スポット溶接継手に特有な鋼板重ね合わせ面に形成される溶接部端部の切り欠き形状の応力集中および引張残留応力に起因する継手疲労強度の低下の問題を解決できるものではない。

特開昭63−317625号公報 特開平2-163323号公報 特開平5−263184号公報 特開平9−268346号公報 特開平10−8187号公報 特開平11−279689号公報 特開2004−122152号公報 特開昭60−68156号公報 特開平07−303971号公報 特開2000−17380 特開2002−239722 「鉄と鋼」第68巻(1982年)第9号第1444〜1451頁 溶接技術2002年1月号 78〜83頁
Further, as a method for improving the fatigue strength of fillet welded joints produced by arc welding of steel sheets, as disclosed in, for example, Patent Documents 10 and 11, the low temperature of weld metal using a low temperature transformation welding material is used. There is known a method for reducing the tensile residual stress near the welded portion of the joint, particularly in the vicinity of the bead toe, using the transformation expansion on the side.
In this method, in the cooling process of the weld metal after solidification, the temperature at which transformation starts from austenite to martensite is lowered, volume expansion associated with phase transformation is generated at low temperature, and the amount of heat shrinkage after transformation is reduced. This is a method of reducing the tensile residual stress in the vicinity of the bead toe of the fillet welded joint and improving the fatigue strength of the joint. However, this method is a fatigue improving method for fillet welded joints in which the steel plates are overlapped to arc weld the corners of the lower steel plate surface and the upper steel plate end surface, and is not a method for improving the fatigue strength of spot welded joints. In other words, this method cannot solve the problem of joint fatigue strength reduction due to stress concentration at the notch shape at the weld end and the tensile residual stress formed on the steel plate overlap surface unique to spot welded joints. Absent.

Japanese Unexamined Patent Publication No. Sho 63-317625 JP-A-2-163323 JP-A-5-263184 JP-A-9-268346 Japanese Patent Laid-Open No. 10-8187 Japanese Patent Laid-Open No. 11-279589 JP 2004-122152 A JP 60-68156 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-303971 JP 2000-17380 JP2002-239722 "Iron and Steel" Vol. 68 (1982) No. 9, pp. 1444-1451 Welding Technology January 2002, pages 78-83

前述のように、従来、高強度鋼板をスポット溶接した継手の疲労強度は、軟鋼板をスポット溶接した継手の疲労強度と変わらないため、自動車分野において高強度鋼板を用いても、高強度鋼板を用いることによる安全性向上や軽量化による低燃費化、CO2排出量削減のメリットを十分に享受することができなかった。 As mentioned above, conventionally, the fatigue strength of joints spot welded with high strength steel plates is not different from the fatigue strength of joints spot welded with mild steel plates, so even if high strength steel plates are used in the automotive field, It was not possible to fully enjoy the benefits of improving safety, reducing fuel consumption by reducing weight, and reducing CO 2 emissions.

本発明では、これらの従来技術における問題点を解決するために、高強度鋼板のスポット溶接において、良好な溶接作業性を確保しつつ溶接継手の疲労強度を向上させることが可能なスポット溶接方法を提供することを目的とする。   In the present invention, in order to solve these problems in the prior art, a spot welding method capable of improving the fatigue strength of a welded joint while ensuring good welding workability in spot welding of a high-strength steel sheet. The purpose is to provide.

本発明者らは、スポット溶接継手の疲労強度が、ナゲット周辺の残留応力状態に依存することに着目し、スポット溶接継手の疲労強度を向上するためにナゲット周辺の残留応力状態を改善する手段を鋭意検討した。 The present inventors paid attention to the fact that the fatigue strength of spot welded joints depends on the residual stress state around the nugget, and in order to improve the fatigue strength of the spot welded joint, means for improving the residual stress state around the nugget We studied diligently.

その結果、降伏応力が270MPa以上で、かつ板厚が1.0〜3.6mmの高強度鋼板の片面からプラズマにより接合位置に貫通孔を形成した後、その貫通孔内に、降伏応力が270MPa以上で、オーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに変態を開始する温度が200〜350℃である溶接金属を形成することによって高強度鋼板の溶接継手における疲労強度を効果的に向上することができることを見い出した。 As a result, after forming a through-hole at the joining position by plasma from one side of a high-strength steel plate having a yield stress of 270 MPa or more and a plate thickness of 1.0 to 3.6 mm, the yield stress is 270 MPa in the through-hole. As described above, it has been found that the fatigue strength in a welded joint of a high-strength steel sheet can be effectively improved by forming a weld metal whose temperature at which transformation starts from austenite to martensite or bainite is 200 to 350 ° C. .

本発明は、上記問題点を解決すべく、発明者らが鋭意研究を重ねた結果得られた結果に基づくものであり、その要旨とするところは、以下の通りである。
(1)降伏応力が270MPa以上で、かつ板厚が1.0〜3.6mmの高強度鋼板のスポット溶接方法において、片面からプラズマにより接合位置に貫通孔を形成した後、該貫通孔内に、降伏応力が270MPa以上で、オーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに変態を開始する温度が200〜350℃であり、質量%で、
C :0.01〜0.2%、
Si:0.1〜0.5%、
Mn:0.01〜1.5%、
P :0.03%以下、
S :0.02%以下、
Ni:8〜12%を含有し、残部が鉄または不可避不純物からなる溶接金属を形成することにより溶接することを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
(2)前記溶接金属が、質量%で、さらに、
Nb:0.01〜0.4%、
Ti:0.01〜0.4%、
V :0.1〜1.0%
Cr:0.1〜3.0%、
Mo:0.1〜3.0%、
Co:0.1〜2.0%の1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(1)記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
(3)前記溶接金属が、質量%で、さらに、
Cu:0.05〜0.4%を含有することを特徴とする上記(1)または(2)記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
(4)降伏応力が270MPa以上で、かつ板厚が1.0〜3.6mmの高強度鋼板のスポット溶接方法において、片面からプラズマにより接合位置に貫通孔を形成した後、該貫通孔内に、降伏応力が270MPa以上で、オーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに変態を開始する温度が200〜350℃であり、質量%で、
C :0.001〜0.05%、
Si:0.1〜0.7%、
Mn:0.4〜2.5%、
P :0.03%以下、
S :0.02%以下、
Ni:4〜8%、
Cr:10〜15%、
N :0.001〜0.05%を含有し、C及びNの合計量が0.001〜0.06%であり、残部が鉄または不可避不純物からなる溶接金属を形成することにより溶接することを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
(5)前記溶接金属が、質量%で、さらに、
Nb:0.005〜0.3%、
Ti:0.005〜0.3%、
V :0.05〜0.5%、
Mo:0.1〜2.0%、
Co:0.1〜2.0%の1種または2種以上を含有することを特徴とする上記(4)記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
(6)前記溶接金属が、質量%で、さらに、
Cu:0.05〜0.4%を含有することを特徴とする上記(4)または(5)記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
(7)降伏応力が270MPa以上で、かつ板厚が1.0〜3.6mmの高強度鋼板のスポット溶接方法において、片面からプラズマにより接合位置に貫通孔を形成した後、該貫通孔内に、降伏応力が270MPa以上で、オーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに変態を開始する温度が200〜350℃であり、質量%で、
C:0.35〜0.70%、
Si:0.1〜0.8%、
Mn:0.4〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.02%以下を含有し、残部が鉄または不可避不純物からなる溶接金属を形成することにより溶接することを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
(8)前記溶接金属が、質量%で、さらに、Ni、Cr、Nb、Ti、V、Mo、および、Coのうちの1種または2種以上を合計量で0.001〜2.0%含有することを特徴とする上記(7)記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
(9)前記溶接金属が、質量%で、さらに、
Cu:0.05〜0.4%を含有することを特徴とする上記(7)または(8)記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
The present invention is based on the results obtained as a result of extensive studies by the inventors in order to solve the above-mentioned problems, and the gist thereof is as follows.
(1) In a spot welding method of a high strength steel plate having a yield stress of 270 MPa or more and a plate thickness of 1.0 to 3.6 mm, after a through hole is formed at a joining position by plasma from one side, The yield stress is 270 MPa or more, the temperature at which transformation starts from austenite to martensite or bainite is 200 to 350 ° C.
C: 0.01-0.2%
Si: 0.1 to 0.5%,
Mn: 0.01 to 1.5%,
P: 0.03% or less,
S: 0.02% or less,
A spot welding method for a high-strength steel sheet, characterized by welding by forming a weld metal containing Ni: 8 to 12% and the balance being iron or inevitable impurities.
(2) The weld metal is in mass%, and
Nb: 0.01 to 0.4%,
Ti: 0.01 to 0.4%,
V: 0.1 to 1.0%
Cr: 0.1 to 3.0%
Mo: 0.1 to 3.0%,
Co: 0.1-2.0% of 1 type or 2 types or more are contained, The spot welding method of the high strength steel plate of said (1) description characterized by the above-mentioned.
(3) The weld metal is in% by mass,
Cu: 0.05-0.4% is contained, The spot welding method of the high strength steel plate of the said (1) or (2) description characterized by the above-mentioned.
(4) In a spot welding method of a high strength steel plate having a yield stress of 270 MPa or more and a plate thickness of 1.0 to 3.6 mm, after a through hole is formed at a joining position by plasma from one side, The yield stress is 270 MPa or more, the temperature at which transformation starts from austenite to martensite or bainite is 200 to 350 ° C.
C: 0.001 to 0.05%,
Si: 0.1 to 0.7%,
Mn: 0.4 to 2.5%
P: 0.03% or less,
S: 0.02% or less,
Ni: 4-8%,
Cr: 10 to 15%,
N: 0.001 to 0.05% is contained, the total amount of C and N is 0.001 to 0.06%, and the remainder is welded by forming a weld metal made of iron or inevitable impurities. A spot welding method for high-strength steel sheets characterized by
(5) The weld metal is in% by mass, and
Nb: 0.005-0.3%
Ti: 0.005 to 0.3%,
V: 0.05-0.5%
Mo: 0.1 to 2.0%,
Co: 0.1-2.0% of 1 type or 2 types or more is contained, The spot welding method of the high strength steel plate of the said (4) description characterized by the above-mentioned.
(6) The weld metal is in% by mass, and
Cu: 0.05-0.4% is contained, The spot welding method of the high strength steel plate of the said (4) or (5) description characterized by the above-mentioned.
(7) In a spot welding method of a high strength steel plate having a yield stress of 270 MPa or more and a plate thickness of 1.0 to 3.6 mm, after a through hole is formed at a joining position by plasma from one side, The yield stress is 270 MPa or more, the temperature at which transformation starts from austenite to martensite or bainite is 200 to 350 ° C.
C: 0.35-0.70%,
Si: 0.1 to 0.8%,
Mn: 0.4 to 2.0%,
P: 0.03% or less,
S: A spot-welding method for high-strength steel sheets, comprising welding by forming a weld metal containing 0.02% or less and the balance being iron or inevitable impurities.
(8) The weld metal is in% by mass, and further 0.001 to 2.0% in total of one or more of Ni, Cr, Nb, Ti, V, Mo, and Co. The spot welding method for a high-strength steel sheet according to the above (7), comprising:
(9) The weld metal is in% by mass, and
Cu: 0.05-0.4% is contained, The spot welding method of the high strength steel plate of the said (7) or (8) description characterized by the above-mentioned.

本発明によれば、自動車分野等における車体の組立てや自動車用部品の取付けで用いられる高強度鋼板のスポット溶接において、良好な作業性を確保しつつ溶接継手の疲労強度を向上させることができる。したがって、これにより、自動車分野等で高強度鋼板適用による安全性向上や軽量化による低燃料費、CO2排出量削減のメリット等を十分に享受でき、社会的な貢献は多大である。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fatigue strength of a welded joint can be improved, ensuring favorable workability | operativity in the spot welding of the high-strength steel plate used for the assembly of the vehicle body in the automotive field | area etc., or attachment of the components for motor vehicles. Therefore, this makes it possible to fully enjoy the benefits of improving safety by applying high-strength steel sheets, reducing fuel costs by reducing weight, and reducing CO 2 emissions in the automotive field and the like.

本発明について以下に詳細に説明する。
図3に本発明の実施形態の一例を示す。
本発明の高強度鋼板のスポット溶接方法は、高強度鋼板1同士を重ね合わせた後、これらの片面側に設置したプラズマトーチ5から発生するプラズマ6を接合位置に吹き付けて貫通孔7を形成させ(図3(a)、参照)、引き続き、プラズマ6中に溶材8を供給しつつ貫通孔7内に溶融した溶接金属を形成し(図3(b)、参照)、その後、溶接金属を凝固させ溶接金属部9を形成させる(図3(c)、参照)ことで行なわれる。なお、通常のスポット溶接では、鋼板間に隙間がある場合、隙間を埋めるために加圧力をより高く設定しなくてはならないが、本発明の方法を用いれば、鋼板間に隙間がある場合でも溶融した溶材が鋼板同士を橋渡しして接合するため(図3(d)、参照)、容易に接合が可能になる。
The present invention will be described in detail below.
FIG. 3 shows an example of an embodiment of the present invention.
In the spot welding method for high-strength steel sheets according to the present invention, after the high-strength steel sheets 1 are overlapped with each other, the plasma 6 generated from the plasma torch 5 installed on one side of these is blown to the joining position to form the through holes 7. (See FIG. 3 (a)). Subsequently, molten metal is formed in the through-hole 7 while supplying the melt 8 into the plasma 6 (see FIG. 3 (b)), and then the weld metal is solidified. The weld metal part 9 is formed (see FIG. 3C). In normal spot welding, if there is a gap between the steel plates, the pressurizing force must be set higher to fill the gap, but if the method of the present invention is used, even if there is a gap between the steel plates. Since the melted molten material bridges and joins the steel plates (see FIG. 3D), it can be easily joined.

接合部に貫通孔を開ける方法としては、プラズマの他にも、機械加工やレーザ等の方法が考えられるが、効率よく短時間で、しかも十分な大きさの孔を開けることが可能で、かつ、孔開け工程の直後に溶材を溶かしてその孔を埋める方法としてはプラズマが最適だと考えられるため、本発明ではプラズマを採用した。 In addition to plasma, methods such as machining and laser are conceivable as a method for opening a through hole in a joint, but it is possible to open a sufficiently large hole efficiently in a short time, and Since plasma is considered to be the most suitable method for filling the hole by melting the molten material immediately after the drilling step, the present invention employs plasma.

本発明では、上記実施形態において、後述する理由で、降伏応力が270MPa以上で、かつ板厚が1.0〜3.6mmの高強度鋼板を用い、この片面からプラズマ6により接合位置に貫通孔を形成した後、この貫通孔7内に降伏応力が270MPa以上で、オーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに変態を開始する温度が200〜350℃である溶接金属を形成することを特徴とする。 In the present invention, in the above embodiment, a high-strength steel plate having a yield stress of 270 MPa or more and a plate thickness of 1.0 to 3.6 mm is used for reasons described later. After forming, a weld metal having a yield stress of 270 MPa or more and a temperature at which transformation starts from austenite to martensite or bainite is 200 to 350 ° C. is formed in the through hole 7.


まず、本発明の技術思想、つまり、スポット溶接継手の疲労強度を向上させるためのスポット溶接部及びその周辺の残留応力を低減する方法について説明する。
鋼板の溶接において、溶接部に残留応力が発生する過程は、概略、次のとおりである。溶接後、溶接金属が凝固し冷却されて、溶接金属の温度が変態開始温度に達すると、溶接金属はオーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに変態し体積が膨張する。この際、溶接金属は周囲の熱影響部を含む母材部分から拘束されるため、溶接金属の近傍では圧縮残留応力が発生する。しかし、導入された圧縮残留応力は、変態後の溶接金属がさらに冷却される過程で熱収縮が大きければ、室温状態では引張応力状態にまで戻る。従来の抵抗スポット溶接では、溶接材料を用いないため、溶接金属の変態開始温度は鋼板の成分組成で決定され、ステンレス鋼の一部を除き、通常の鋼板を溶接する際には、溶接金属の変態が開始する温度が高いため、溶接金属の変態膨張により一旦溶接止端部近傍に圧縮残留応力が導入されるが、その後の熱収縮により最終的には溶接金属の止端部近傍は引張残留応力となる。
この結果、特に高強度鋼板を抵抗スポット溶接する場合には、上述したナゲット端部のノッチ形状などによる影響に加えて、溶接金属の端部の引張残留応力がスポット溶接継手の疲労強度を低下させる原因となる。
スポット溶接部近傍で発生する残留応力状態は、溶接金属が変態膨張時に周囲の熱影響部を含む母材部分の拘束で生じる圧縮応力と、溶接金属の変態後の熱収縮時に周囲の母材部分の拘束で生じる引張応力との大小関係で決まると考えられる。
,
First, the technical idea of the present invention, that is, a method for reducing the residual stress in the spot welded portion and its surroundings for improving the fatigue strength of the spot welded joint will be described.
In the welding of steel plates, the process of generating residual stress in the welded portion is roughly as follows. After welding, when the weld metal is solidified and cooled and the temperature of the weld metal reaches the transformation start temperature, the weld metal transforms from austenite to martensite or bainite and the volume expands. At this time, since the weld metal is restrained from the base material portion including the surrounding heat-affected zone, compressive residual stress is generated in the vicinity of the weld metal. However, the introduced compressive residual stress returns to the tensile stress state at room temperature if the thermal shrinkage is large in the process of further cooling the weld metal after transformation. In conventional resistance spot welding, since no welding material is used, the transformation start temperature of the weld metal is determined by the composition of the steel sheet, and when welding a normal steel sheet except for a part of stainless steel, Since the temperature at which transformation starts is high, compressive residual stress is once introduced in the vicinity of the weld toe due to transformation expansion of the weld metal. It becomes stress.
As a result, particularly in the case of resistance spot welding of high-strength steel sheets, in addition to the influence of the notch shape at the end of the nugget described above, the tensile residual stress at the end of the weld metal reduces the fatigue strength of the spot welded joint. Cause.
Residual stress conditions that occur in the vicinity of the spot weld are the compressive stress generated by the restraint of the base metal part including the surrounding heat-affected zone when the weld metal undergoes transformation expansion, and the surrounding base metal part during heat shrinkage after transformation of the weld metal. This is considered to be determined by the magnitude relationship with the tensile stress generated by the restraint.

以上から、スポット溶接継手の溶接止端部近傍の引張残留応力を低減する方法として、変態膨張後の熱収縮に伴う引張応力を低減する方法と、変態膨張時の圧縮応力を増大する方法が考えられる。
上記熱収縮は、溶接金属の変態後から室温までの温度差に熱膨張係数を乗じたものと考えられるから、この温度変化を小さくすれば、熱収縮に伴う引張残留応力を小さくできる。
この具体的手段として、プラズマによるスポット溶接方法を適用するとともに、従来からアーク溶接による隅肉溶接での適用が検討されている、溶接金属の変態開始温度を低くコントロールできる溶接材料を用い、溶接金属の変態膨張をより低温で行なわせ、変態終了後から室温までの熱収縮量を低減させる方法が適用できる。
しかし、この手段だけで溶接端部を圧縮残留応力状態とするには溶接金属の変態開始温度を200℃以下にまで低下しなければならない。また、そのためには必然的に合金含有量を増加することとなり、その結果、溶接材料のコスト増加、溶接作業性の低下、溶接金属の靭性等の機械特性劣化などを招く恐れがあり、好ましくない。
そこで、本発明は、溶接金属の変態開始温度を200℃以上とする条件でも溶接金属の変態膨張を利用して溶接止端部に十分に圧縮残留応力を発生させるための具体的手段を検討した。
溶接金属が変態膨張する過程で溶接端部近傍に導入される圧縮残留応力は、この変態温度域での溶接金属及びこれを周囲から拘束する母材部分の弾性歪み(降伏応力:σy 、ヤング率:Eとすると、弾性歪みはσy/Eで示される)に制限される。つまり、変態膨張により弾性歪みを超えて応力が増加しても、溶接金属及びその周囲の母材部分が降伏し、塑性変形させるだけであって溶接止端部の圧縮残留応力を増加することにはならない。
そこで、本発明では、鋼板および溶接金属の降伏応力と、鋼板の板厚をそれぞれ所定値以上確保することにより、溶接金属の変態膨張時に周囲の拘束力を高め、圧縮残留応力を増大させることを手段とし、溶接金属の変態開始温度を200℃以上とする条件でも溶接止端部に十分に圧縮残留応力を発生させることを技術思想とする。
また、本発明は、比較的板厚が薄い自動車用鋼板を対象とするが、その板厚の増加とともに溶接金属の変態膨張終了後、室温までの熱収縮における周囲の拘束力を受け、引張応力を増加させるため、鋼板板厚の上限を制限することも技術思想とする。
From the above, as a method of reducing the tensile residual stress in the vicinity of the weld toe of the spot welded joint, a method of reducing the tensile stress accompanying thermal contraction after transformation expansion and a method of increasing the compressive stress during transformation expansion are considered. It is done.
It is considered that the thermal shrinkage is obtained by multiplying the temperature difference from after the transformation of the weld metal to room temperature by the thermal expansion coefficient. Therefore, if this temperature change is reduced, the tensile residual stress accompanying the thermal shrinkage can be reduced.
As a specific means, a spot welding method using plasma is applied, and a welding material that has been studied for fillet welding by arc welding and that can control the transformation start temperature of the weld metal to be low is used. It is possible to apply a method in which the transformation expansion is performed at a lower temperature and the amount of heat shrinkage from the end of transformation to room temperature is reduced.
However, the transformation start temperature of the weld metal must be lowered to 200 ° C. or lower in order to bring the weld end to a compressive residual stress state only by this means. In addition, for that purpose, the alloy content is inevitably increased, and as a result, there is a risk of increasing the cost of the welding material, lowering the workability of welding, deterioration of mechanical properties such as toughness of the weld metal, etc., which is not preferable. .
Therefore, the present invention examined specific means for generating sufficient compressive residual stress at the weld toe using the transformation expansion of the weld metal even under conditions where the transformation start temperature of the weld metal is 200 ° C. or higher. .
The compressive residual stress introduced in the vicinity of the weld end in the process of transformation expansion of the weld metal is the elastic strain (yield stress: σy, Young's modulus) of the weld metal in this transformation temperature region and the base metal part constraining it from the surroundings. : E, the elastic strain is limited to σy / E). In other words, even if the stress increases beyond the elastic strain due to transformation expansion, the weld metal and the surrounding base metal part yield and only undergo plastic deformation, increasing the compressive residual stress at the weld toe. Must not.
Therefore, in the present invention, by securing the yield stress of the steel plate and the weld metal and the plate thickness of the steel plate to a predetermined value or more, the surrounding restraint force is increased during the transformation expansion of the weld metal, and the compressive residual stress is increased. The technical idea is to generate sufficient compressive residual stress at the weld toe even when the transformation start temperature of the weld metal is 200 ° C. or higher.
In addition, the present invention is intended for automotive steel sheets having a relatively thin plate thickness. However, as the plate thickness increases, after the transformation expansion of the weld metal is completed, the surrounding restraint force in the thermal contraction to room temperature is received and tensile stress is applied. Therefore, it is also a technical idea to limit the upper limit of the steel plate thickness.

本発明は、以上の技術思想および知見を基になされたものであり、スポット溶接継手の疲労強度を向上させる手段として、プラズマを利用したスポット溶接方法を用い、さらに、溶接金属のマルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度、高強度鋼板及び溶接金属の降伏応力、および、高強度鋼板の板厚を適正化するものである。
溶接金属のマルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度、および、降伏応力は、溶接金属の成分組成によって決まる。
本発明では、スポット溶接継手の疲労強度以外の機械的特性および適用用途により、溶接金属の変態開始温度を低減させるための成分系として、Niを主成分としたNi系、NiおよびCrを主成分としたNi−Cr系、Cを主成分としたC系の大きく3つの成分系の溶接金属を適用した。
C系の溶接金属は、Ni系およびNi−Cr系の溶接金属に比べて高価な合金元素を減らせる点で経済的効果が期待できる。C系の溶接金属では、Cの増加に伴う溶接金属の高温凝固割れが発生しやすいが、本発明では板厚の上限を低く制限しているためこの問題を回避できる。
The present invention has been made on the basis of the above technical idea and knowledge. As a means for improving the fatigue strength of a spot welded joint, a spot welding method using plasma is used, and further, martensite or bainite of a weld metal is used. The transformation start temperature, the yield stress of the high strength steel plate and the weld metal, and the thickness of the high strength steel plate are optimized.
The transformation start temperature of martensite or bainite of the weld metal and the yield stress are determined by the composition of the weld metal.
In the present invention, as a component system for reducing the transformation start temperature of the weld metal depending on the mechanical properties other than the fatigue strength of the spot welded joint and the application, the Ni-based material containing Ni as the main component, Ni and Cr as the main components. The weld metal of the three main component system of Ni-Cr type | system | group and C type | system | group which made C the main component was applied.
The C-based weld metal can be expected to have an economic effect in that it can reduce expensive alloy elements as compared with Ni-based and Ni-Cr-based weld metals. In the case of a C-based weld metal, high temperature solidification cracking of the weld metal is likely to occur with an increase in C. However, in the present invention, the upper limit of the plate thickness is limited to be low, and this problem can be avoided.

以下に、本発明で規定する溶接金属の変態開始温度、溶接金属および鋼板の降伏強度、鋼板の板厚、および、Ni系、Ni−Cr系、C系各溶接金属の成分組成の限定理由について説明する。 Below, the transformation start temperature of the weld metal specified in the present invention, the yield strength of the weld metal and the steel plate, the plate thickness of the steel plate, and the reasons for limiting the component composition of each of the Ni-based, Ni-Cr-based, and C-based weld metals explain.

(溶接金属の変態開始温度:200〜350℃)
本発明では、スポット溶接後に溶接金属が凝固後、冷却してオーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに相変態する際の溶接金属の体積膨張を利用して溶接金属止端部近傍に圧縮残留応力を導入する必要がある。
溶接金属のマルテンサイトまたはベイナイト変態開始温度は、通常の鋼板および溶接金属では500℃以下、多くは450℃以下である。
溶接金属端部近傍で圧縮残留応力を導入させ、室温までその圧縮残留応力を維持するためには、溶接金属の変態開始温度を低下させ、より低温側で溶接金属を変態膨張させるのが好ましい。しかし、溶接金属の変態開始温度を低減するためにNi、Crなどの合金元素量を過度に増加することは、溶接材料のコスト増加、溶接作業性の低下および靭性等の溶接金属機械的特性の劣化を招くため、好ましくない。
したがって、本発明では、Ni系、Ni−Cr系およびC系の何れの溶接金属についても、工業的価値のある溶接材料で実現可能であり、溶接作業性および靭性等の溶接金属の機械的特性を良好に維持するために、マルテンサイトまたはベイナイトに変態開始温度の下限を200℃に規定した。
(Weld metal transformation start temperature: 200-350 ° C.)
In the present invention, after the weld metal is solidified after spot welding, compressive residual stress is introduced in the vicinity of the weld metal toe using the volume expansion of the weld metal when it is cooled and phase transformed from austenite to martensite or bainite. There is a need.
The martensite or bainite transformation start temperature of the weld metal is 500 ° C. or less, and most is 450 ° C. or less for ordinary steel plates and weld metals.
In order to introduce compressive residual stress in the vicinity of the weld metal end and maintain the compressive residual stress to room temperature, it is preferable to lower the transformation start temperature of the weld metal and to transform and expand the weld metal at a lower temperature side. However, excessively increasing the amount of alloy elements such as Ni and Cr in order to reduce the transformation start temperature of the weld metal increases the cost of the weld material, decreases the welding workability, and reduces the weld metal mechanical properties such as toughness. Since it causes deterioration, it is not preferable.
Therefore, in the present invention, any welding metal of Ni-type, Ni-Cr-type, and C-type can be realized with a welding material having industrial value, and the mechanical properties of the weld metal such as welding workability and toughness. In order to maintain a good temperature, the lower limit of the transformation start temperature was specified at 200 ° C. for martensite or bainite.

一方、溶接金属のマルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度の上限は、Ni系、Ni−Cr系およびC系溶接金属の何れの場合も、変態開始温度が350℃より高くなると、後述する本発明の溶接金属及び鋼板の降伏応力、鋼板板厚の条件でも、変態膨張後の室温までの熱収縮による引張残留応力の影響が大きくなるため、溶接止端部近傍に十分な圧縮残留応力を導入し室温でその状態を維持できず、スポット溶接継手の疲労強度を十分に向上することができなくなる。
したがって、Ni系、Ni−Cr系およびC系溶接金属の何れも、マルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度の上限を350℃に規定した。なお、溶接止端部近傍に十分な圧縮残留応力を導入するためには、上記変態開始温度の上限はより低い方が好ましく、300℃以下とすることが望ましい。
On the other hand, the upper limit of the transformation start temperature of the martensite or bainite of the weld metal is any of the Ni-based, Ni-Cr-based, and C-based weld metals. Even under the conditions of the yield stress and thickness of the weld metal and steel plate, the effect of tensile residual stress due to thermal shrinkage to room temperature after transformation expansion increases, so a sufficient compressive residual stress is introduced near the weld toe. Thus, the state cannot be maintained, and the fatigue strength of the spot welded joint cannot be sufficiently improved.
Therefore, the upper limit of the transformation start temperature of martensite or bainite is defined as 350 ° C. for all of the Ni-based, Ni-Cr-based, and C-based weld metals. In order to introduce sufficient compressive residual stress in the vicinity of the weld toe, the upper limit of the transformation start temperature is preferably lower, and desirably 300 ° C. or lower.

なお、上記変態開始温度の上限を350℃より高い条件であっても、溶接金属及び鋼板の降伏応力が充分高ければ溶接金属の変態膨張時に周囲の拘束力が高まり止端部に大きな圧縮残留応力を導入することができる。しかし、溶接金属及び鋼板の過度な降伏応力の向上も、製造コストおよび機械的特性を低下させる恐れがある。本発明の上記変態開始温度の上限は、後述する工業的価値ある鋼板および溶接材料を用い、本発明の溶接金属及び鋼板の降伏応力の条件下で目的とするスポット溶接継手の疲労強度向上を可能とするために350℃とした。 Even if the upper limit of the transformation start temperature is higher than 350 ° C., if the yield stress of the weld metal and steel plate is sufficiently high, the surrounding restraint force increases during transformation expansion of the weld metal and a large compressive residual stress is applied to the toe. Can be introduced. However, excessive yield stress enhancement of the weld metal and steel sheet can also reduce manufacturing costs and mechanical properties. The upper limit of the transformation start temperature of the present invention is to improve the fatigue strength of the target spot welded joint under the conditions of the yield stress of the weld metal and steel sheet of the present invention using the industrial steel sheet and welding material described later. Therefore, the temperature was set to 350 ° C.

(鋼板および溶接金属の降伏応力:270MPa以上)
本発明では、スポット溶接後に溶接金属が凝固後、冷却してオーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに相変態する際の溶接金属の体積膨張を利用して溶接金属端部近傍に十分に圧縮残留応力を導入するためには、上記溶接金属の変態開始温度の規定に加えて溶接金属および鋼板の降伏応力を所定以上確保する必要がある。
溶接金属が変態膨張する際に溶接止端部近傍に導入される圧縮残留応力は、変態温度域での溶接金属及びこれを周囲から拘束する母材部分の圧縮弾性歪み限界(降伏応力:σy 、ヤング率:Eとすると、圧縮弾性歪み限界はσy/Eで示される)に制限される。つまり、変態膨張により圧縮弾性歪み限界を超えて応力が増加しても、溶接金属及びその周囲の母材部分が降伏し、塑性変形させるだけであって溶接端部の圧縮残留応力を増加することにはならない。したがって、溶接金属端部近傍に十分に圧縮残留応力を導入し、本発明が目的とする継手疲労強度をより確実に向上させるためには、溶接金属および鋼板の降伏応力を所定以上とし圧縮弾性歪限界を大きくすることが重要である。
Ni系、Ni−Cr系およびC系溶接金属の何れの場合も、溶接金属および鋼板の降伏応力が270MPa未満であると、溶接金属がオーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに相変態する際に、溶接金属の体積膨張を十分に周囲から拘束し溶接金属端部近傍に十分な圧縮残留応力を導入することが困難となる。その結果、変態終了後の熱収縮により引張残留応力が導入され、溶接端部近傍の圧縮残留応力状態を十分に維持できなり、スポット溶接継手の疲労強度を十分に向上することができなくなる。したがって、Ni系、Ni−Cr系およびC系溶接金属の何れの場合も、溶接金属および鋼板の降伏応力の下限を270MPaと規定した。
(Yield stress of steel plate and weld metal: 270 MPa or more)
In the present invention, after the weld metal is solidified after spot welding, sufficiently compressive residual stress is introduced near the end of the weld metal by utilizing the volume expansion of the weld metal when cooled and phase transformed from austenite to martensite or bainite. In order to do this, it is necessary to ensure the yield stress of the weld metal and the steel plate at a predetermined level or more in addition to the regulation of the transformation start temperature of the weld metal.
The compressive residual stress introduced in the vicinity of the weld toe when the weld metal undergoes transformation expansion is the compression elastic strain limit (yield stress: σy) of the weld metal in the transformation temperature region and the base metal part constraining it from the surroundings. When Young's modulus is E, the compression elastic strain limit is limited to σy / E). In other words, even if the stress increases beyond the compression elastic strain limit due to transformation expansion, the weld metal and the surrounding base metal part yield and only plastically deform, increasing the compressive residual stress at the weld end. It will not be. Therefore, in order to sufficiently introduce compressive residual stress in the vicinity of the weld metal end portion and to improve the joint fatigue strength intended by the present invention more reliably, the yield stress of the weld metal and the steel sheet is set to a predetermined value or more to compressive elastic strain. It is important to increase the limits.
In any case of Ni-based, Ni-Cr-based, and C-based weld metals, when the yield stress of the weld metal and the steel sheet is less than 270 MPa, the weld metal is transformed when the weld metal undergoes phase transformation from austenite to martensite or bainite. It is difficult to sufficiently restrain the volume expansion from the surroundings and to introduce a sufficient compressive residual stress in the vicinity of the weld metal end portion. As a result, tensile residual stress is introduced by heat shrinkage after the end of transformation, the compressive residual stress state in the vicinity of the weld end can be sufficiently maintained, and the fatigue strength of the spot welded joint cannot be sufficiently improved. Therefore, the lower limit of the yield stress of the weld metal and the steel plate is defined as 270 MPa in any case of Ni-based, Ni-Cr-based and C-based weld metals.

一方、溶接金属および鋼板の降伏応力の上限は特に規定するものではないが、降伏応力の過度な増加は、これを実現するための溶接材料及び鋼板の製造コストの増加、溶接作業性および溶接金属の靭性など機械的特性の低下を招くため、好ましくない。C系溶接金属は、Ni系およびNi−Cr系溶接金属に比べて溶接材料のコストの点で優れているが、降伏応力の過度な増加は、炭素当量を増加させ溶接金属の高温割れや亀裂発生感受性を高めるため好ましくない。
これらの点から、Ni系、Ni−Cr系およびC系溶接金属の何れの場合も、溶接金属および鋼板の降伏応力の上限を1300MPaとするのが好ましい。
On the other hand, the upper limit of the yield stress of the weld metal and steel plate is not particularly specified, but excessive increase of the yield stress increases the manufacturing cost of welding material and steel plate to realize this, welding workability and weld metal. This is not preferable because it causes a decrease in mechanical properties such as toughness. C weld metal is superior to Ni and Ni-Cr weld metal in terms of the cost of the welding material, but excessive increase in yield stress increases the carbon equivalent and causes hot cracks and cracks in the weld metal. This is not preferable because it increases the development sensitivity.
From these points, it is preferable that the upper limit of the yield stress of the weld metal and the steel plate is 1300 MPa in any of the Ni-based, Ni-Cr-based and C-based weld metals.

(板厚:1.0〜3.6mm)
本発明では、溶接金属の変態膨張時に溶接金属端部近傍に十分に圧縮残留応力を導入させるためには、上記溶接金属の変態開始温度、溶接金属および鋼板の降伏応力の規定に加えて鋼板の板厚を所定以上確保する必要がある。
鋼板の板厚が1.0mm未満の場合には、溶接金属の変態膨張時に周囲の鋼板が塑性変形してしまい十分な拘束力が働かず、溶接金属止端部近傍に十分な圧縮残留応力を導入できないため鋼板の板厚の下限を1.0mmとした。
一方、本発明では、比較的板厚の薄い自動車鋼板を対象とするが、その板厚が過度に厚くなると、本発明のプラズマによるスポット溶接時に、溶接入熱の周囲母材部分への熱伝達が遅くなり、溶接金属が変態後の熱収縮過程で引張応力を増加させる原因となる。また、鋼板の板厚が3.6mmを越える場合には、本発明のプラズマによるスポット溶接時に鋼板に貫通孔を形成することが困難となるため、板厚の上限を3.6mm以下に規定した。
(Thickness: 1.0 to 3.6 mm)
In the present invention, in order to sufficiently introduce compressive residual stress in the vicinity of the weld metal end portion at the time of transformation expansion of the weld metal, in addition to the above specifications for the transformation start temperature of the weld metal, the yield stress of the weld metal and the steel plate, It is necessary to secure a plate thickness of a predetermined value or more.
When the thickness of the steel sheet is less than 1.0 mm, the surrounding steel sheet is plastically deformed during transformation expansion of the weld metal, and sufficient restraint force does not work, and sufficient compressive residual stress is applied in the vicinity of the weld metal toe. Since it cannot be introduced, the lower limit of the thickness of the steel sheet was set to 1.0 mm.
On the other hand, in the present invention, a relatively thin plate is used for an automobile steel plate. However, if the plate thickness becomes excessively thick, heat transfer to the surrounding base material portion of the welding heat input during spot welding by plasma of the present invention. , Which causes the weld metal to increase tensile stress during the heat shrinkage process after transformation. Further, when the plate thickness of the steel plate exceeds 3.6 mm, it is difficult to form a through hole in the steel plate during spot welding by plasma of the present invention, so the upper limit of the plate thickness is defined to be 3.6 mm or less. .

なお、C系溶接金属の場合には、鋼板の板厚増加に伴って溶接金属の高温凝固割れが発生する危険が高くなる。これは、Cの増加により溶接金属の凝固温度が低下し、溶接金属の凝固過程において低融点部分が発生し、これが高温割れの原因となるためである。
本発明では、鋼板の板厚を3.6mm以下と制限することにより、C系溶接金属の場合に、溶接金属の凝固が一様に表面方向に向かうようにし、突き合せ凝固を抑制することで高温凝固割れを回避することができる。
In the case of C-based weld metal, the risk of high-temperature solidification cracking of the weld metal increases as the plate thickness of the steel plate increases. This is because the solidification temperature of the weld metal decreases due to an increase in C, and a low melting point portion is generated in the solidification process of the weld metal, which causes hot cracking.
In the present invention, by limiting the thickness of the steel sheet to 3.6 mm or less, in the case of C-based weld metal, the solidification of the weld metal is uniformly directed in the surface direction, thereby suppressing the butt solidification. Hot solidification cracking can be avoided.

次に本発明で適用するNi系、Ni−Cr系、C系のそれぞれの溶接金属における成分組成の限定理由について説明する。   Next, the reason for limitation of the component composition in each of the Ni-based, Ni-Cr-based, and C-based weld metals applied in the present invention will be described.

(Ni系溶接金属の成分組成)
以下に、Ni系溶接金属について、その成分範囲限定理由について説明する。
(Component composition of Ni weld metal)
The reason for limiting the component range of the Ni-based weld metal will be described below.

Cは、それを鉄に添加することにより、マルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度を下げる働きをする。しかし、その一方で、過度の添加は、溶接金属の靱性劣化と溶接金属割れの問題を引き起こすため、その含有量の上限を0.2%とした。しかし、Cが無添加の場合は、マルテンサイトまたはベイナイトが得られにくく、また他の高価な元素のみで残留応力低減を図らなければならず経済的とはいえない。C含有量を0.01%以上に限定したのは、安価な元素であるCを利用し、その経済メリットが出る最低限の値として設定した。なお、C含有量の上限は、溶接金属割れの観点から、好ましくは0.15%に設定することが望ましい。 C acts to lower the transformation start temperature of martensite or bainite by adding it to iron. However, on the other hand, excessive addition causes problems of weld metal toughness deterioration and weld metal cracking, so the upper limit of its content was made 0.2%. However, when C is not added, it is difficult to obtain martensite or bainite, and it is not economical because residual stress must be reduced only with other expensive elements. The reason for limiting the C content to 0.01% or more was to use C, which is an inexpensive element, and set it as the minimum value that would bring about its economic merit. The upper limit of the C content is preferably set to 0.15% from the viewpoint of weld metal cracking.

Siは、脱酸元素として知られている。Siは、溶接金属の酸素レベルを下げる効果がある。特に溶接中には、空気が混入する危険性があるため、Si含有量を適切な値にコントロールすることは極めて重要である。まず、Si含有量の下限についてであるが、溶接金属に添加するSi含有量として0.1%に満たない場合、脱酸効果が薄れ溶接金属中の酸素レベルが高くなりすぎ、機械的特性、特に靱性の劣化を引き起こす危険性がある。そのため、溶接金属については、その下限を0.1%とした。一方、過度のSi添加も靱性劣化を発生せしめるため、その含有量の上限を0.5%とした。
Mnは、強度を上げる元素として知られている。そのため、本発明における残留応力低減メカニズムである変態膨張時の降伏応力確保という観点から有効利用すべき元素である。Mn含有量の下限0.01%は強度確保という効果が得られる最低限の値として設定した。一方、過度の添加は、母材と溶接金属の靱性劣化を引き起こすため、その含有量の上限を1.5%とした。
Si is known as a deoxidizing element. Si has the effect of lowering the oxygen level of the weld metal. Especially during welding, there is a risk of air being mixed in, so it is extremely important to control the Si content to an appropriate value. First, regarding the lower limit of the Si content, when the Si content to be added to the weld metal is less than 0.1%, the deoxidation effect is weakened, the oxygen level in the weld metal becomes too high, the mechanical properties, In particular, there is a risk of causing toughness degradation. Therefore, the lower limit of the weld metal is set to 0.1%. On the other hand, excessive Si addition also causes toughness deterioration, so the upper limit of its content was made 0.5%.
Mn is known as an element that increases the strength. Therefore, it is an element that should be used effectively from the viewpoint of securing the yield stress at the time of transformation expansion, which is a residual stress reduction mechanism in the present invention. The lower limit of 0.01% of the Mn content was set as the minimum value at which the effect of securing the strength was obtained. On the other hand, excessive addition causes toughness deterioration of the base metal and the weld metal, so the upper limit of its content was made 1.5%.

PおよびSは、本発明では不純物である。しかし、これら元素は、溶接金属に多く存在すると靱性が劣化するため、その含有量の上限をそれぞれ0.03%、0.02%とした。   P and S are impurities in the present invention. However, if these elements are present in large amounts in the weld metal, the toughness deteriorates, so the upper limit of their contents was set to 0.03% and 0.02%, respectively.

Niは、単体で面心構造を持つ金属であり、鉄系の溶接金属に添加することによりオーステナイトの状態をより安定な状態にする元素である。鉄そのものは、高温域でオーステナイトすなわち面心構造になり、低温域でフェライトすなわち体心構造になる。Niは、それを添加することにより、鉄の高温域における面心構造をより安定な構造にするため、無添加の場合に比べ、より低温度域においても面心構造となる作用をする。このことは、体心構造に変態する温度が低くなることを意味する。Ni含有量の下限の8%は、残留応力低減効果が現れる最低限の添加量という意味で決定した。Ni含有量の上限の12%は、残留応力低減の観点からはこれ以上添加してもあまり効果が変わらない上、これ以上添加するとNiが高価であるという経済的デメリットが生じてくるためである。   Ni is a metal having a face-centered structure as a single element, and is an element that makes the austenite state more stable when added to an iron-based weld metal. Iron itself has an austenite or face-centered structure at high temperatures and a ferrite or body-centered structure at low temperatures. Ni, when added, makes the face-centered structure in the high-temperature region of iron more stable, and therefore acts as a face-centered structure even in a lower temperature range than in the case of no addition. This means that the temperature at which it transforms into a body-centered structure is lowered. 8% of the lower limit of the Ni content was determined in the sense of the minimum addition amount at which the residual stress reduction effect appears. The upper limit of 12% of Ni content is because the effect does not change so much from the viewpoint of reducing the residual stress, and if added more than this, there is an economic disadvantage that Ni is expensive. .

以上が、本発明のNi系溶接金属の基本成分であるが、本発明の目的とする溶接金属の特性を阻害害さない範囲で、以下の目的でさらに以下のNb、Ti、V、Cr、Mo、および、Coの1種または2種以上、さらには、Cuをそれぞれ適量添加することができる。 The above is the basic component of the Ni-based weld metal of the present invention. However, the following Nb, Ti, V, Cr, and Mo are further added for the following purposes within the range that does not impair the characteristics of the weld metal of the present invention. , And one or more of Co, and further, an appropriate amount of Cu can be added.

Nbは、溶接金属中においてCと結合し炭化物を形成する。Nb炭化物は、少量で溶接金属の強度を上げる働きがあるため、有効利用する経済的メリットは大きい。また、本発明における技術思想である変態開始温度における降伏応力を高める意味からもメリットは大きい。しかし、一方で過度の炭化物形成は、靱性劣化の原因となるため自ずと含有量の上限が設定される。Nb含有量の下限値としては、炭化物を形成せしめ、強度向上効果が期待できる最低の値として0.01%を設定した。含有量の上限は、靱性劣化による溶接部の信頼性が損なわれない値として0.4%とした。   Nb combines with C in the weld metal to form a carbide. Since Nb carbide works to increase the strength of the weld metal in a small amount, the economic merit of using it effectively is great. The merit is also great from the viewpoint of increasing the yield stress at the transformation start temperature, which is the technical idea of the present invention. However, on the other hand, excessive carbide formation causes deterioration of toughness, so the upper limit of the content is naturally set. As the lower limit value of the Nb content, 0.01% was set as the lowest value at which a carbide was formed and an effect of improving the strength could be expected. The upper limit of the content was set to 0.4% as a value that does not impair the reliability of the weld due to toughness deterioration.

TiもNbと同様、炭化物を形成し析出硬化を生じせしめる。しかし、Tiでの析出硬化量はNbの場合とは異なる。そのため、Tiの含有量の範囲はNbと異なった範囲が設定される。Ti含有量の下限0.01%は、その効果が期待できる最低量として、含有量の上限の0.4%は靱性劣化を考慮して決定した。 Ti, like Nb, forms carbides and causes precipitation hardening. However, the precipitation hardening amount in Ti is different from that in Nb. Therefore, the range of Ti content is set to a range different from Nb. The lower limit of Ti content of 0.01% was determined as the minimum amount at which the effect can be expected, and the upper limit of 0.4% of content was determined in consideration of deterioration of toughness.

VもNb、Tiと同様な働きをする元素である。しかし、NbやTiと異なり、同じ析出効果を期待するためには、含有量を多くする必要性がある。V含有量の下限0.1%は、添加することにより析出硬化が期待できる最低値として設定したが、好ましい含有量の下限値は0.3%である。V含有量の上限は、これより多く添加すると析出硬化が顕著になりすぎ靱性劣化を引き起こすために1.0%とした。   V is an element that functions similarly to Nb and Ti. However, unlike Nb and Ti, it is necessary to increase the content in order to expect the same precipitation effect. The lower limit of 0.1% for the V content is set as the lowest value at which precipitation hardening can be expected by adding, but the lower limit for the preferred content is 0.3%. The upper limit of the V content is set to 1.0% in order to cause excessive precipitation hardening and cause toughness deterioration if added more than this.

Crは、Nb、V、Ti同様析出硬化元素である。また、Crはマルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度を低減させる効果も併せ持つので有効活用すべき元素である。しかし、本発明におけるNi系溶接金属は、主としてNi添加によりマルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度低減を達成しているため、Cr添加量はNiより少なくすべきである。過度のCr添加は必ずしも残留応力低減効果を向上させず、Crが高価であるため産業上好ましくはない。Cr含有の下限0.1%は、これを添加し残留応力低減効果が得られる最低限の値として設定した。Cr含有量の上限3.0%は、Ni系溶接金属については、マルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度がNi添加によりすでに低減されていること、他の析出元素により強度も確保されていることから、これ以上添加しても残留応力低減効果があまり変わらなくなり、靱性劣化が顕著になることにより設定した。   Cr is a precipitation hardening element like Nb, V, and Ti. Cr is an element that should be effectively used because it also has the effect of reducing the transformation start temperature of martensite or bainite. However, since the Ni-based weld metal in the present invention achieves the transformation start temperature reduction of martensite or bainite mainly by adding Ni, the Cr addition amount should be less than that of Ni. Excessive Cr addition does not necessarily improve the residual stress reduction effect and is not industrially preferable because Cr is expensive. The lower limit of 0.1% of Cr content was set as a minimum value at which the residual stress reduction effect can be obtained by adding this. The upper limit of the Cr content is 3.0% because, for Ni-based weld metals, the transformation start temperature of martensite or bainite has already been reduced by addition of Ni, and the strength is secured by other precipitation elements. Even if added more than this, the residual stress reduction effect does not change so much, and the toughness deterioration becomes remarkable.

MoもCrと同様の効果を持つ元素である。しかし、Moは、Cr以上に析出硬化が期待できる元素である。そのため、添加範囲はCrより狭く設定した。含有量の下限の0.1%は、Mo添加の効果が期待できる最低限の値として設定した。含有量の上限の3.0%は、これ以上添加すると、硬化しすぎるため靱性劣化が顕著になってくるため設定した。   Mo is an element having the same effect as Cr. However, Mo is an element for which precipitation hardening can be expected more than Cr. Therefore, the addition range was set narrower than Cr. The lower limit of 0.1% was set as the minimum value at which the effect of Mo addition can be expected. The upper limit of 3.0% of the content is set because when it is added more than this, the toughness deteriorates remarkably because it hardens too much.

Coは、Ti等と異なり、強い析出硬化を生じせしめる元素ではない。しかし、Coは、それを添加することにより強度増加をもたらし、かつ強度増加を期待しながら靱性を確保するという観点からは、Niより好ましい元素である。しかし、Niは、残留応力低減効果を期待できる程度の低い変態開始温度を確保するために溶接金属に添加しているため、Co含有量の下限0.1%は、Co添加の効果が期待できる最低限の値として設定した。一方、過度の添加は、強度増加が過大となり靱性劣化をもたらすため、その含有量の上限を2.0%とした。 Unlike Ti and the like, Co is not an element that causes strong precipitation hardening. However, Co is a more preferable element than Ni from the viewpoint of adding strength to increase strength and securing toughness while expecting strength increase. However, since Ni is added to the weld metal in order to secure a transformation start temperature that is low enough to expect a residual stress reduction effect, the lower limit of Co content of 0.1% can be expected to have the effect of Co addition. It was set as the minimum value. On the other hand, excessive addition causes an increase in strength and causes toughness deterioration, so the upper limit of its content was made 2.0%.

Cuは、溶接ワイヤにめっきすることにより導電性をよくする効果があるため、溶接作業性を改善するために有効な元素である。また、Cuは焼入性を向上させる元素でもあるため、溶接金属に添加することによりマルテンサイトまたはベイナイトの変態を促進させるという効果も期待できる。したがって、これらの目的で溶接金属中にCuを含有させても良い。Cu含有量の下限は、作業性改善やマルテンサイトまたはベイナイトの変態促進のために必要な最低限の値として0.05%とする。しかし、Cuの過度の添加は、作業性改善の効果がないだけでなく、ワイヤ製造コストを上げるため産業上も好ましくはない。そのため、その含有量の上限は0.4%とする。 Cu is an effective element for improving welding workability because it has the effect of improving conductivity by plating on the welding wire. Moreover, since Cu is also an element which improves hardenability, the effect of promoting the transformation of martensite or bainite can be expected by adding to the weld metal. Therefore, Cu may be contained in the weld metal for these purposes. The lower limit of the Cu content is 0.05% as the minimum value necessary for improving workability and promoting the transformation of martensite or bainite. However, excessive addition of Cu not only has an effect of improving workability, but also increases the manufacturing cost of the wire, which is not preferable in the industry. Therefore, the upper limit of the content is 0.4%.

(Ni−Cr系溶接金属の成分組成)
以下に、Ni−Cr系溶接金属について、その成分範囲限定理由について説明する。
(Component composition of Ni-Cr weld metal)
The reason for limiting the component range of the Ni—Cr weld metal will be described below.

Cは、それを鉄に添加することにより、マルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度を下げる働きをする。しかし、その一方で、過度の添加は、溶接割れの問題や靱性劣化の問題を引き起こすため、その含有量の上限値を0.05%とした。しかし、Cが無添加の場合は、マルテンサイトまたはベイナイトが得られにくく、また、他の高価な元素のみで残留応力低減を図らなければならないため経済的とはいえない。C含有量を0.001%以上と限定したのは、安価な元素であるCを利用し、その経済的メリットが出る最低限の値として設定した。   C acts to lower the transformation start temperature of martensite or bainite by adding it to iron. However, on the other hand, excessive addition causes problems of weld cracking and toughness deterioration, so the upper limit of the content was set to 0.05%. However, when C is not added, it is difficult to obtain martensite or bainite, and it is not economical because residual stress must be reduced only with other expensive elements. The reason for limiting the C content to 0.001% or more was to use C, which is an inexpensive element, and set it as the minimum value that would bring about its economic merit.

Siは、脱酸元素として知られる。Siは、溶接金属の酸素レベルを下げる効果がある。特に溶接施工において、溶接中に空気が混入する危険性があるため、Si含有量を適切な値にコントロールすることはきわめて重要である。まず、Siの下限についてであるが、溶接金属に添加するSi含有量として0.1%に満たない場合、脱酸効果が薄れ溶接金属中の酸素レベルが高くなりすぎ、機械的特性、特に靱性の劣化を引き起こす危険性がある。そのため、溶接金属については、その含有量の下限を0.1%とした。一方、過度のSi添加も靱性劣化を発生せしめるため、その含有量の上限を0.7%とした。   Si is known as a deoxidizing element. Si has the effect of lowering the oxygen level of the weld metal. In particular, in welding work, there is a risk of air being mixed during welding, so it is extremely important to control the Si content to an appropriate value. First, regarding the lower limit of Si, when the Si content to be added to the weld metal is less than 0.1%, the deoxidation effect is weakened, the oxygen level in the weld metal becomes too high, and mechanical properties, particularly toughness. There is a risk of causing deterioration. Therefore, the lower limit of the content of the weld metal is set to 0.1%. On the other hand, excessive Si addition also causes toughness deterioration, so the upper limit of its content was made 0.7%.

Mnは、強度を上げる元素として知られている。そのため、本発明における技術思想である変態膨張時の降伏応力確保という観点から有効利用すべき元素である。Mn含有量の下限0.4%は強度確保という効果が得られる最低限の値として設定した。一方、過度の添加は、溶接金属の靱性劣化を引き起こすため、その含有量の上限を2.5%とした。   Mn is known as an element that increases the strength. Therefore, it is an element that should be used effectively from the viewpoint of securing the yield stress at the time of transformation expansion, which is the technical idea of the present invention. The lower limit of 0.4% of the Mn content was set as the minimum value at which the effect of securing the strength was obtained. On the other hand, excessive addition causes toughness deterioration of the weld metal, so the upper limit of its content was set to 2.5%.

PおよびSは、本発明では不純物である。しかし、これら元素は、溶接金属に多く存在すると靱性が劣化するため、その含有量の上限を、それぞれ、0.03%、0.02%とした。   P and S are impurities in the present invention. However, if these elements are present in large amounts in the weld metal, the toughness deteriorates, so the upper limit of their contents was set to 0.03% and 0.02%, respectively.

Niは、単体で面心構造を持つ金属である。鉄そのものは、高温域でオーステナイトすなわち面心構造になり、低温域でフェライトすなわち体心構造になる。Niは、それを添加することにより、鉄の高温域における面心構造をより安定な構造にするため、無添加の場合に比べ、より低温度域においても面心構造となるよう作用する。このことは、体心構造に変態する温度が低くなることを意味する。また、Niは、それを添加することにより、溶接金属の靱性を改善するという効果を持つ。Ni、Cr系溶接金属におけるNi含有量の下限4%は、残留応力低減効果が現れる最低限の添加量および靱性確保の観点から決定した。Ni含有量の上限8%は、Ni、Cr系溶接金属においては、次に述べるCr含有によりある程度マルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度が低減されていること、および残留応力低減の観点からはこれ以上添加してもあまり効果が変わらない上、これ以上添加するとNiが高価であるという経済的デメリットが生じてくるためこの値を設定した。   Ni is a metal having a face-centered structure by itself. Iron itself has an austenite or face-centered structure at high temperatures and a ferrite or body-centered structure at low temperatures. Ni, when added, makes the face-centered structure in the high-temperature region of iron more stable, and therefore acts to form a face-centered structure even in a lower temperature range than in the case of no addition. This means that the temperature at which it transforms into a body-centered structure is lowered. Moreover, Ni has the effect of improving the toughness of the weld metal by adding it. The lower limit of 4% of the Ni content in the Ni and Cr-based weld metals was determined from the viewpoint of ensuring the minimum addition amount and toughness in which the residual stress reduction effect appears. The upper limit of the Ni content is 8% in the case of Ni and Cr-based weld metals. From the viewpoint of reducing the martensite or bainite transformation temperature to some extent by the Cr content described below and reducing the residual stress. This value was set because the effect did not change much even when added, and the economic disadvantage of Ni being expensive would occur if added more than this.

Crは、Niと異なり、フェライト形成元素ある。しかし、Crは、それを鉄に添加すると、高温度域ではフェライトであるものの、中温度域ではオーステナイトを形成し、さらに温度が低くなると、再びフェライトを形成する。溶接部では、溶接入熱量による熱履歴によって、低い温度側でのフェライトは形成されず、マルテンサイトまたはベイナイトが形成される。これは、Cr添加によって、焼入性が増加することが原因である。すなわち、Cr添加によるマルテンサイトまたはベイナイトの変態は、焼入性が増加することによってフェライト変態が生じないということと、マルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度そのものが低くなるということの2つを意味する。これら両方の効果を満たしながら残留応力を低減させるための変態膨張を有効利用するCr含有範囲として、含有量の下限10%を設定した。含有量の上限15%は、これを上回る量を添加してもその効果が大きくならない上、経済的にもデメリットが大きくなるため、この値を設定した。 Unlike Ni, Cr is a ferrite forming element. However, when Cr is added to iron, it is ferrite in the high temperature range, but forms austenite in the medium temperature range, and forms ferrite again when the temperature is further lowered. In the welded part, ferrite on the low temperature side is not formed by the heat history due to the welding heat input, but martensite or bainite is formed. This is because hardenability is increased by adding Cr. That is, the transformation of martensite or bainite by addition of Cr means that the ferrite transformation does not occur due to the increase in hardenability and that the transformation start temperature itself of martensite or bainite is lowered. . The lower limit of 10% of the content was set as the Cr-containing range that effectively utilizes transformation expansion for reducing the residual stress while satisfying both of these effects. The upper limit of 15% is set to this value because the effect is not increased even if an amount exceeding this is added, and the disadvantage is increased economically.

Nは、オーステナイト形成元素として知られている元素である。Nを添加することによりマルテンサイトまたはベイナイトが得られやすくなるため、最低限の添加は必要である。N含有量の下限0.001%は、C同様、低い変態開始温度が得られるための最低値として定めた。しかし、過大な添加は窒化物を形成し、靱性劣化や延性劣化の問題が発生するため、その含有量の上限を0.05%とした。   N is an element known as an austenite forming element. Since it becomes easy to obtain martensite or bainite by adding N, the minimum addition is necessary. The lower limit of 0.001% of the N content was set as the lowest value for obtaining a low transformation start temperature, as in the case of C. However, excessive addition forms nitrides and causes problems of toughness deterioration and ductility deterioration, so the upper limit of the content was made 0.05%.

CとNは、それぞれ炭化物、窒化物を形成し、また、オーステナイト形成元素であるなど、その働きが似ており、CおびNの合計量も上限、下限を設定する必要がある。CおびNの合計量の下限0.001%は、マルテンサイトまたはベイナイトを得やすくし、かつマルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度を低くするための最低限の値として、またCおびNの合計量の上限の0.06%は、炭化物、窒化物による靱性劣化および延性劣化の問題が発生しない限界値として定めた。 C and N form carbides and nitrides, respectively, and are similar in function, such as being an austenite forming element, and the total amount of C and N needs to set an upper limit and a lower limit. The lower limit of 0.001% of the total amount of C and N is the minimum value for easily obtaining martensite or bainite and lowering the transformation start temperature of martensite or bainite, and the total amount of C and N. The upper limit of 0.06% was determined as a limit value at which problems of toughness deterioration and ductility deterioration due to carbides and nitrides did not occur.

以上が、本発明のNi−Cr系溶接金属の基本成分であるが、本発明の目的とする溶接金属の特性を阻害害さない範囲で、以下の目的でさらに以下のNb、Ti、V、Cr、Mo、および、Coの1種または2種以上、さらには、Cuをそれぞれ適量添加することができる。 The above are the basic components of the Ni—Cr weld metal of the present invention, but within the range that does not impair the characteristics of the weld metal of the present invention, the following Nb, Ti, V, Cr are further included for the following purposes: One or more of Mo, Co, and Co, and further, Cu can be added in appropriate amounts.

Nbは、溶接金属中においてCと結合し炭化物を形成する。Nb炭化物は、少量で溶接金属の強度を上げる働きがあり、従って、有効利用することの経済的メリットは大きい。また、本発明における残留応力低減技術である、マルテンサイトまたはベイナイトの変態開始温度における降伏応力を高める意味からもメリットは大きい。しかし、一方で過度の炭化物形成は、靱性劣化が発生するため自ずと上限が設定される。Nb含有量の下限は、炭化物を形成せしめ強度増加効果が期待できる最低の値として0.005%を設定した。含有量の上限は、靱性劣化による溶接部の信頼性が損なわれない値として0.3%とした。 Nb combines with C in the weld metal to form a carbide. Nb carbide works to increase the strength of the weld metal in a small amount, and therefore, the economic merit of effective use is great. The merit is also great from the viewpoint of increasing the yield stress at the transformation start temperature of martensite or bainite, which is a residual stress reduction technique in the present invention. However, excessive carbide formation, on the other hand, naturally sets an upper limit because toughness degradation occurs. The lower limit of the Nb content is set to 0.005% as the lowest value at which a carbide is formed and an effect of increasing the strength can be expected. The upper limit of the content was set to 0.3% as a value that does not impair the reliability of the weld due to toughness deterioration.

TiもNbと同様、炭化物を形成し析出硬化を生じせしめる。しかし、Tiの析出硬化量はNbと異なる。そのため、Ti含有量の範囲もNbと異なった範囲が設定される。Ti含有量の下限0.005%は、その効果が期待できる最低量として、含有量の上限の0.3%は靱性劣化を考慮して決定した。 Ti, like Nb, forms carbides and causes precipitation hardening. However, the precipitation hardening amount of Ti is different from Nb. Therefore, the range of Ti content is set to a range different from Nb. The lower limit of the Ti content is 0.005%, and the upper limit of 0.3% is determined in consideration of deterioration of toughness.

VもNb、Tiと同様な働きをする元素である。しかし、Nb、Tiと異なり、同じ析出効果を期待するためには、Nb、Tiより添加量を多くする必要性がある。V含有量の下限0.05%は、添加することにより析出硬化が期待できる最低値として設定した。V含有量の上限は、これより多く添加すると析出硬化が顕著になりすぎ、靱性劣化を引き起こすために0.5%とした。   V is an element that functions similarly to Nb and Ti. However, unlike Nb and Ti, in order to expect the same precipitation effect, it is necessary to increase the amount of addition than Nb and Ti. The lower limit of 0.05% of V content was set as the lowest value at which precipitation hardening can be expected by addition. The upper limit of the V content is set to 0.5% in order to cause excessive precipitation hardening and cause deterioration in toughness when added more than this.

Moも、Nb、Ti、Vと同様、析出硬化が期待できる元素である。しかし、Moは、Nb、Ti、Vと同等な効果を得るためには、Nb、V、Ti以上に添加する必要がある。Mo含有量の下限0.1%は、析出硬化による降伏強度増加が期待できる最低値として設定した。また、含有量の上限の2.0%は、Nb、V、Tiと同様、靱性劣化を考慮して決定した。   Mo, like Nb, Ti and V, is an element that can be expected to be precipitation hardened. However, Mo needs to be added more than Nb, V, Ti in order to obtain the same effect as Nb, Ti, V. The lower limit of 0.1% of Mo content was set as the lowest value at which an increase in yield strength due to precipitation hardening can be expected. Moreover, 2.0% of the upper limit of the content was determined in consideration of toughness deterioration as in the case of Nb, V, and Ti.

Coは、Ti等と異なり、強い析出硬化を生じせしめる元素ではない。しかし、Coは、それを添加することにより強度増加をもたらし、かつ強度増加を期待しながら靱性を確保するという観点からは、Niより好ましい元素である。しかし、Niは、残留応力低減効果を期待できる程度の低い変態開始温度を確保するために溶接金属に添加しているため、Co含有量の下限0.1%は、Co添加の効果が期待できる最低限の値として設定した。一方、過度の添加は、強度増加が過大となり靱性劣化をもたらすため、その含有量の上限を2.0%とした。 Unlike Ti and the like, Co is not an element that causes strong precipitation hardening. However, Co is a more preferable element than Ni from the viewpoint of adding strength to increase strength and securing toughness while expecting strength increase. However, since Ni is added to the weld metal in order to secure a transformation start temperature that is low enough to expect a residual stress reduction effect, the lower limit of Co content of 0.1% can be expected to have the effect of Co addition. It was set as the minimum value. On the other hand, excessive addition causes an increase in strength and causes toughness deterioration, so the upper limit of its content was made 2.0%.

Cuは、溶接ワイヤにめっきすることにより導電性をよくする効果があるため、溶接作業性を改善するために有効な元素である。また、Cuは焼入性を向上させる元素でもあるため、溶接金属に添加することによりマルテンサイトまたはベイナイトの変態を促進させるという効果も期待できる。したがって、これらの目的で溶接金属中にCuを含有させても良い。Cu含有量の下限は、作業性改善やマルテンサイトまたはベイナイトの変態促進のために必要な最低限の値として0.05%とする。しかし、過度の添加は、作業性改善の効果がないだけでなく、ワイヤ製造コストを上げるため産業上も好ましくはない。そのため、その含有量上限は0.4%とする。 Cu is an effective element for improving welding workability because it has the effect of improving conductivity by plating on the welding wire. Moreover, since Cu is also an element which improves hardenability, the effect of promoting the transformation of martensite or bainite can be expected by adding to the weld metal. Therefore, Cu may be contained in the weld metal for these purposes. The lower limit of the Cu content is 0.05% as the minimum value necessary for improving workability and promoting the transformation of martensite or bainite. However, excessive addition not only has no effect of improving workability, but also increases the manufacturing cost of the wire, which is not preferable in the industry. Therefore, the upper limit of the content is set to 0.4%.

(C系溶接金属の成分組成)
以下に、C系溶接金属について、技術思想とその成分範囲限定理由について説明する。
(Component composition of C-based weld metal)
Below, the technical idea and the reason for limiting the component range of the C-based weld metal will be described.

Cは、溶接金属の強度を増加させ、またマルテンサイトまたはまたはベイナイトの変態開始温度を下げるという意味において本発明で最も重要な成分である。C含有量の下限0.35%は、これを下回る量では変態温度が充分低減されないため残留応力が低減されず、結果的に疲労強度が向上しないからである。また、Cの上限0.70%は、これを上回る量を添加しても、その効果が同じとなり、また溶接ワイヤを作製するときの製造工程負荷が増加するため、その含有量の上限を0.70%とした。   C is the most important component in the present invention in the sense that it increases the strength of the weld metal and lowers the transformation start temperature of martensite or bainite. The lower limit of the C content is 0.35% because if the amount is less than this, the transformation temperature is not sufficiently reduced, the residual stress is not reduced, and as a result, the fatigue strength is not improved. Further, the upper limit of 0.70% of C is the same effect even if an amount exceeding this is added, and the load of the manufacturing process when producing a welding wire increases, so the upper limit of the content is 0. 70%.

Siは主として脱酸元素として添加されるべき元素である。Si含有量の下限0.1%は、これを下回る添加量では脱酸効果が不十分で溶接金属中の酸素を充分低減できない危険性がある。酸素の増加は機械的特性、特に靱性の劣化を招くため含有量の下限を0.1%とした。含有量の上限は、0.8%を上回る量を添加すると靱性劣化を招くため0.8%と設定した。   Si is an element to be added mainly as a deoxidizing element. The lower limit of Si content of 0.1% has a risk that the deoxidation effect is insufficient and the oxygen in the weld metal cannot be sufficiently reduced if the addition amount is less than this. The increase in oxygen causes deterioration of mechanical properties, particularly toughness, so the lower limit of the content was made 0.1%. The upper limit of the content is set to 0.8% because adding more than 0.8% causes toughness deterioration.

Mnは、強度を上げかつ変態温度を下げる効果を持つため添加する。Mn含有量の下限0.4%は強度確保という効果が得られる最低限の値として設定した。変態温度を下げるという観点からは、Mnの含有量は本発明にある上限2.0%を上回っても問題はないが、本発明ではすでに説明したCで変態温度が充分低減されていること、および過度のMn添加は溶接材料が高価になり本発明の本意からはれるため含有量の上限を2.0%とした。   Mn is added because it has the effect of increasing the strength and lowering the transformation temperature. The lower limit of 0.4% of the Mn content was set as the minimum value at which the effect of securing the strength was obtained. From the viewpoint of lowering the transformation temperature, there is no problem even if the content of Mn exceeds the upper limit of 2.0% in the present invention, but in the present invention, the transformation temperature is sufficiently reduced by C already described, And excessive Mn addition makes the welding material expensive and detracts from the spirit of the present invention, so the upper limit of the content was set to 2.0%.

PおよびSは、本発明では不純物である。しかし、これら元素は、溶接金属に多く存在すると靱性が劣化するため、その含有量の上限をそれぞれ0.03%、0.02%とした。 P and S are impurities in the present invention. However, if these elements are present in large amounts in the weld metal, the toughness deteriorates, so the upper limit of their contents was set to 0.03% and 0.02%, respectively.

以上が、本発明のC系溶接金属の基本成分であるが、本発明の目的とする溶接金属の特性を阻害害さない範囲で、以下の目的で以下のNi、Cr、Nb、Ti、V、MoおよびCoの1種または2種以上、さらには、Cuをそれぞれ適量添加することができる。 The above are the basic components of the C-based weld metal of the present invention. However, the following Ni, Cr, Nb, Ti, V, One or two or more of Mo and Co, and further, an appropriate amount of Cu can be added.

Ni、Cr、Nb、Ti、V、Mo、Coは、溶接金属の強度、さらには靱性を向上させる作用を有する成分元素であり、溶接金属の要求特性に応じてこれらの1種または2種以上を添加することができる。しかし、溶接金属の強度、靱性のみに着目してこららの合金元素を多量に添加させると、安価な材料で溶接継手の疲労強度を向上させるという目的に反する結果になりかねない。
本発明では、継手の疲労強度向上以外の目的、例えば、溶接金属の強度、靱性改善などの目的でさらなる添加元素として、Ni、Cr、Nb、Ti、V、MoおよびCoの1種または2種以上を、これら合計で0.001%以上添加することができる。これら含有量の合計量の下限:0.001%は、これら合金元素を添加し、靱性改善効果が期待できる最低限の含有量として規定した。一方、安価な材料で疲労強度を向上させるという目的のためには、これらの合計を2.0%以下に抑える必要であり、好ましくはこれら合金元素の合計1.0%以下とすることが望ましい。
Ni, Cr, Nb, Ti, V, Mo, and Co are component elements that have the effect of improving the strength and further toughness of the weld metal, and one or more of these elements depending on the required characteristics of the weld metal Can be added. However, if a large amount of these alloy elements are added by paying attention only to the strength and toughness of the weld metal, the result may be contrary to the purpose of improving the fatigue strength of the welded joint with an inexpensive material.
In the present invention, one or two kinds of Ni, Cr, Nb, Ti, V, Mo and Co are added as additional elements for the purpose other than improving the fatigue strength of the joint, for example, for improving the strength and toughness of the weld metal. The above can be added by 0.001% or more in total. The lower limit of the total amount of these contents: 0.001% was defined as the minimum content at which these alloying elements can be added and a toughness improving effect can be expected. On the other hand, for the purpose of improving the fatigue strength with an inexpensive material, it is necessary to keep the total of these to 2.0% or less, and preferably the total of these alloy elements is 1.0% or less. .

Cuは、溶接ワイヤにめっきすることにより導電性をよくする効果があるため、溶接作業性を改善するために有効な元素である。また、Cuは焼入性を向上させる元素でもあるため、溶接金属に添加することによりマルテンサイトまたはベイナイトの変態を促進させるという効果も期待できる。したがって、これらの目的で溶接金属中にCuを含有させても良い。Cu含有量の下限は、作業性改善やマルテンサイトまたはベイナイトの変態促進のために必要な最低限の値として0.05%程度が良い。しかし、過度の添加は、作業性改善の効果がないだけでなく、ワイヤ製造コストを上げるため産業上も好ましくはない。そのため、その含有量上限は0.4%とする。 Cu is an effective element for improving welding workability because it has the effect of improving conductivity by plating on the welding wire. Moreover, since Cu is also an element which improves hardenability, the effect of promoting the transformation of martensite or bainite can be expected by adding to the weld metal. Therefore, Cu may be contained in the weld metal for these purposes. The lower limit of the Cu content is preferably about 0.05% as the minimum value necessary for improving workability and promoting the transformation of martensite or bainite. However, excessive addition not only has no effect of improving workability, but also increases the manufacturing cost of the wire, which is not preferable in the industry. Therefore, the upper limit of the content is set to 0.4%.

以上、本発明の溶接金属の成分についてその範囲限定理由について述べたが、Ni系、Ni−Cr系、C系の、それぞれの溶接金属の成分組成を制御する方法として、溶接ワイヤ、溶接ワイヤおよびフラックス、あるいは溶接心線および被覆フラックスのそれぞれの成分を調整することで実現可能である。 The reason for limiting the range of the components of the weld metal according to the present invention has been described above. As a method for controlling the component composition of each of the weld metals of Ni-based, Ni-Cr-based, and C-based, welding wire, welding wire, and This can be realized by adjusting each component of the flux, or the welding core wire and the coating flux.

なお、本発明のスポット溶接においては、鋼板の種類について特に限定する必要がなく、固溶型、析出型(例えば、Ti析出型、Nb析出型)、2相組織型(例えば、フェライト中にマルテンサイトを含む組織、フェライト中にベイナイトを含む組織)、加工誘起変態型(フェライト中に残留オーステナイトを含む組織)、微細結晶型(フェライト主体組織)など、いずれの型の鋼板を用いる場合でも、本発明のスポット溶接方法の適用により、鋼板の特性を損なうことなく、優れた疲労強度を有する継手を実現することができる。 In the spot welding of the present invention, it is not necessary to specifically limit the type of the steel plate, and a solid solution type, a precipitation type (for example, Ti precipitation type, Nb precipitation type), a two-phase structure type (for example, martensite in ferrite). Even if any type of steel sheet is used, such as a structure containing sites, a structure containing bainite in ferrite), a processing-induced transformation type (structure containing residual austenite in ferrite), or a fine crystal type (ferrite-based structure). By applying the spot welding method of the invention, a joint having excellent fatigue strength can be realized without impairing the properties of the steel sheet.

また、上記鋼板表層にめっきを施した、高強度めっき鋼板を本発明法によりスポット溶接する場合も、高強度めっき鋼板の特性を損なうことなく、優れた疲労強度を有する継手を実現することができる。
特に、本発明法により高強度めっき鋼板をスポット溶接する場合は、プラズマによる貫通孔の形成時に鋼板メッキ層中のZn等の低融点メッキ成分は蒸発、離散し、その後、貫通孔内に溶材を供給しナゲットを形成するため、従来の抵抗スポット溶接で問題となる、溶接時に鋼板間の溶融金属中に閉じ込められたZn蒸気の内圧による溶融金属の爆飛や、ブローホール欠陥などの発生を抑制することができる。
Moreover, even when spot-welding a high-strength plated steel sheet with the steel sheet surface layer plated by the method of the present invention, a joint having excellent fatigue strength can be realized without impairing the properties of the high-strength plated steel sheet. .
In particular, when spot-welding a high-strength plated steel sheet according to the method of the present invention, low melting point plating components such as Zn in the steel sheet plating layer evaporate and disperse at the time of formation of the through-holes by plasma, and then a solution material is introduced into the through-holes. Suppresses the occurrence of blown-out defects such as blown-down defects due to the internal pressure of Zn vapor confined in the molten metal between the steel plates during welding, which is a problem in conventional resistance spot welding because it forms a nugget by supplying it can do.

なお、高強度めっき鋼板の表層に施されるめっき層の種類は、特に限定するものではなく、Zn系のものなら、例えば、Zn、Zn−Fe、Zn−Ni、Zn−Al、Sn−Znなどいずれのもので良く、これらのめっき層の目付量は両面で100/100g/m2以下のものが望ましい。
また、本発明の方法は、同種同厚鋼板組合せに限定されるものではなく、規定を満たしているのであれば、同種異厚、異種同厚、異種異厚組合せであっても良い。
In addition, the kind of the plating layer applied to the surface layer of the high-strength plated steel sheet is not particularly limited. For example, Zn, Zn—Fe, Zn—Ni, Zn—Al, Sn—Zn can be used as long as it is Zn-based. The weight per unit area of these plating layers is preferably 100/100 g / m 2 or less on both sides.
Further, the method of the present invention is not limited to the same type and the same thickness steel plate combination, and may be the same type of different thickness, different type of different thickness, or different types of different thickness combination as long as the specification is satisfied.

以下に実施例により本発明の効果を説明するが、本発明は、実施例で用いた条件に限定されるものではない。 The effects of the present invention will be described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the conditions used in the examples.

(実施例1)
プラズマスポット溶接用の溶接材料として、表1に示した、直径1.2mmの、Ni系溶材(WA1〜WA5)、Ni−Cr系溶材(WB1〜WB5)、C系溶材(WC1〜WC4)を試作した。また、比較用の溶接材料として、直径1.2mmの490、590、780、980MPa級鋼板用の溶材(MAG溶接用市販品、WD1:490MPa級鋼板用、WD2:590MPa級鋼板用、WD3:780MPa級鋼板用、WD4:980MPa級鋼板用)を用いた。
供試材として、表2に示した、板厚が0.8、1.6mmで引張強さが270MPa級の軟裸鋼板(270E)、板厚が1.6mmで引張強さが370MPa級の高強度裸鋼板(370R:370MPa級固溶強化型鋼板)、板厚が0.8、1.6、4.2mmで引張強さが590MPa級の高強度裸鋼板(590T:590MPa級TRIP型複合組織鋼板)を用いた。また、表3に示した、板厚が1.2mmで引張強さが270MPa級の軟裸鋼板(270E)、引張強さが440、590、780、980、1180、1470MPa級の高強度裸鋼板(440W:440MPa級固溶強化型鋼板、590R:590MPa級析出強化型鋼板、590Y:590MPa級DP型複合組織鋼板、590T:590MPa級TRIP型複合組織鋼板、780Y:780MPa級DP型複合組織鋼板、780T:780MPa級TRIP型複合組織鋼板、980Y:980MPa級DP型複合組織鋼板、1180Y:1180MPa級DP型複合組織鋼板、1470Y:1470MPa級DP型複合組織鋼板)、および板厚が1.2mmで引張強さが590、780MPa級の高強度合金化亜鉛めっき鋼板(590Y:590MPa級DP型複合組織鋼板、780Y:780MPa級DP型複合組織鋼板、目付量:片面45/45 g/m2)を用いた。
Example 1
As welding materials for plasma spot welding, Ni-based melts (WA1 to WA5), Ni-Cr melts (WB1 to WB5), and C-based melts (WC1 to WC4) with a diameter of 1.2 mm shown in Table 1 are used. Prototype. Further, as a welding material for comparison, a molten material for 490, 590, 780, and 980 MPa grade steel sheets having a diameter of 1.2 mm (commercial product for MAG welding, WD1: for 490 MPa grade steel sheets, WD2: for 590 MPa grade steel sheets, WD3: 780 MPa) Grade steel plate, WD4: 980 MPa grade steel plate).
As test materials, a soft bare steel plate (270E) having a plate thickness of 0.8, 1.6 mm and a tensile strength of 270 MPa shown in Table 2, a plate thickness of 1.6 mm and a tensile strength of 370 MPa is shown. High-strength bare steel plate (370R: 370MPa class solid solution strengthened steel plate), high-strength bare steel plate (590T: 590MPa class TRIP type composite with plate thickness of 0.8, 1.6, 4.2mm and tensile strength of 590MPa) (Structure steel plate) was used. Further, as shown in Table 3, a soft bare steel plate (270E) having a thickness of 1.2 mm and a tensile strength of 270 MPa, and a high strength bare steel plate having a tensile strength of 440, 590, 780, 980, 1180, and 1470 MPa. (440W: 440 MPa class solid solution strengthened steel sheet, 590R: 590 MPa class precipitation strengthened steel sheet, 590Y: 590 MPa class DP composite steel sheet, 590T: 590 MPa class TRIP composite steel sheet, 780Y: 780 MPa class DP composite steel sheet, 780T: 780 MPa class TRIP type composite structure steel sheet, 980Y: 980 MPa class DP type composite structure steel sheet, 1180Y: 1180 MPa class DP type composite structure steel sheet, 1470Y: 1470 MPa class DP type composite structure steel sheet), and tensile at 1.2 mm High-strength alloyed galvanized steel sheets with strengths of 590 and 780 MPa (59 Y: 590 MPa grade DP type composite structure steel sheet, 780Y: 780 MPa grade DP type composite structure steel sheet, basis weight: one side 45/45 g / m 2) was used.

Figure 2006035256
Figure 2006035256

Figure 2006035256
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スポット溶接継手の疲れ試験方法(JIS Z3138)に基づいて、上記供試材から引張せん断疲労試験片を切り出し、図3で示したように、試験片を重ね合わせてプラズマスポット溶接し疲労試験用の継手を作製した。なお、プラズマガスとしては、Ar+7%H組成のものを、シールドガスとしては、裸鋼板ではAr+7%H組成のものを、合金化亜鉛めっき鋼板ではAr+50%O組成のものを用いた。また、比較のため、抵抗スポット溶接法で疲労試験用の継手を作製した。
次に、スポット溶接継手の疲れ試験方法(JIS Z3138)に基づいて、繰返し周波数:20Hz、応力比:0.05の条件で引張せん断疲労試験を実施し、繰返し数が2×10回における荷重を疲労強度とした。
Based on the spot welded joint fatigue test method (JIS Z3138), a tensile shear fatigue test piece was cut out from the above specimen, and as shown in FIG. A joint was made. As the plasma gas, those Ar + 7% H 2 composition, as the shielding gas, the naked steel ones Ar + 7% H 2 composition, the galvannealed steel sheet used was the Ar + 50% O 2 composition. For comparison, a joint for fatigue test was prepared by resistance spot welding.
Next, based on the spot welded joint fatigue test method (JIS Z3138), a tensile shear fatigue test was conducted under the conditions of a repetition frequency of 20 Hz and a stress ratio of 0.05, and the load at a repetition rate of 2 × 10 6 times. Was defined as fatigue strength.

表2の条件No.11〜No.14で示した比較例である、抵抗スポット溶接で作製した継手では、590T継手の疲労強度が270E継手と同レベルの値を示し、鋼板の引張強さが増加しても継手の疲労強度が増加しない結果であった。
これに対して、本発明で規定した成分組成の溶接材料を使用し、プラズマスポット溶接法により溶接した表2の条件No.1〜No.10に示した本発明例である、590T継手では、いずれの場合も、比較例(条件No.13〜No.14)の抵抗スポット溶接継手に比べてその疲労強度が高い値を示した。
また、プラズマスポット溶接法を用いたが、本発明で規定する範囲外である成分組成の溶接材料を用いた表2の条件No.15〜No.19に示す比較例や、本発明で規定する範囲外である降伏応力の鋼板を用いた表2の条件No.20〜No.21に示す比較例では、抵抗スポット溶接で作製した溶接継手と同等以下の低い疲労強度であった。
また、プラズマスポット溶接法を用いたが、本発明で規定する鋼板の板厚範囲より低い場合の表2の条件No.22に示す比較例も、抵抗スポット溶接で作製した溶接継手と同等以下の低い疲労強度であった。
また、プラズマスポット溶接法を用いたが、本発明で規定する鋼板の板厚範囲より高い場合の表2の条件No.23に示す比較例では、健全なスポット溶接部(ナゲット)を形成させることが不可能であった。
Condition No. in Table 2 11-No. In the joint manufactured by resistance spot welding, which is a comparative example shown in FIG. 14, the fatigue strength of the 590T joint shows the same level as that of the 270E joint, and the fatigue strength of the joint increases even if the tensile strength of the steel sheet increases. The result was not.
On the other hand, condition No. 2 in Table 2 was welded by the plasma spot welding method using the welding material having the composition defined in the present invention. 1-No. In each case, the 590T joint, which is an example of the present invention shown in FIG. 10, showed a higher fatigue strength than the resistance spot welded joint of the comparative example (conditions No. 13 to No. 14).
Moreover, although the plasma spot welding method was used, condition No. in Table 2 using a welding material having a component composition outside the range specified in the present invention. No. 15 to No. 19 and conditions No. 2 in Table 2 using steel sheets having yield stress that is outside the range defined by the present invention. 20-No. In the comparative example shown in 21, the fatigue strength was as low as or less than that of a welded joint produced by resistance spot welding.
Further, although the plasma spot welding method was used, the condition No. 2 in Table 2 in the case where it is lower than the plate thickness range of the steel plate specified in the present invention. The comparative example shown in 22 also had a low fatigue strength equivalent to or less than a welded joint produced by resistance spot welding.
Moreover, although the plasma spot welding method was used, condition No. in Table 2 in the case where it is higher than the plate thickness range of the steel plate specified in the present invention. In the comparative example shown in FIG. 23, it was impossible to form a healthy spot weld (nugget).

(実施例2)
前記(実施例1)と同じ要領で、表1に示した溶接材料を用い、表3で示したように、板厚1.2mm、引張強さが270〜1470MPa級の様々な裸鋼板、合金化亜鉛めっき鋼板(表3、参照)を用いて、同様に継手を作製し、継手の疲労強度を調べた。
本発明の溶接材料を用いてプラズマスポット溶接して作製した継手は(表3の条件No.1〜No.33参照)、抵抗スポット溶接により作製した継手(表3の条件No.34〜No.45参照)および本発明の規定範囲から外れた溶接材料を用いて作製した継手(表3の条件No.46〜No.57参照)に比べて継手疲労強度が高い値を示し、優れた疲労強度を得ることができた。
(Example 2)
In the same manner as in Example 1, the welding materials shown in Table 1 were used, and as shown in Table 3, various bare steel plates and alloys having a plate thickness of 1.2 mm and a tensile strength of 270 to 1470 MPa class. Using galvanized steel sheets (see Table 3), joints were similarly produced, and the fatigue strength of the joints was examined.
Joints produced by plasma spot welding using the welding material of the present invention (see conditions No. 1 to No. 33 in Table 3) and joints produced by resistance spot welding (conditions No. 34 to No. 3 in Table 3). 45) and a joint fatigue strength that is higher than that of a joint (see conditions No. 46 to No. 57 in Table 3) produced using a welding material deviating from the specified range of the present invention. Could get.

Figure 2006035256
Figure 2006035256

上記において、板厚の異なる鋼板を用いても、他の鋼種を用いても、また、めっき種が異なる鋼板を用いても、実験結果は同様であった。   In the above, the experimental results were the same regardless of whether steel plates with different thicknesses were used, other steel types, or steel plates with different plating types.

本発明は、例えば、自動車分野におけるボディ部品、足廻り部品、衝突安全対策用補強部品だけでなく、高い疲労強度が要求され、かつ、軽量化が必要とされる部品に対して活用される可能性がある。 The present invention can be used not only for body parts, underbody parts, and collision safety countermeasure reinforcement parts in the automotive field, but also for parts that require high fatigue strength and require weight reduction. There is sex.

高強度鋼板の抵抗スポット溶接を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the resistance spot welding of a high strength steel plate. 抵抗スポット溶接継手の引張せん断疲労試験を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating the tensile shear fatigue test of a resistance spot welded joint. 本発明のプラズマスポット溶接の実施形態の一例を説明するための概念図である。It is a conceptual diagram for demonstrating an example of embodiment of the plasma spot welding of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…高強度鋼板
2…銅電極
3…ナゲット
4…荷重負荷方向
5…プラズマトーチ
6…プラズマ
7…貫通穴
8…低温変態溶材
9…溶接金属部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... High-strength steel plate 2 ... Copper electrode 3 ... Nugget 4 ... Load application direction 5 ... Plasma torch 6 ... Plasma 7 ... Through-hole 8 ... Low temperature transformation molten material 9 ... Weld metal part

Claims (9)

降伏応力が270MPa以上で、かつ板厚が1.0〜3.6mmの高強度鋼板のスポット溶接方法において、片面からプラズマにより接合位置に貫通孔を形成した後、該貫通孔内に、降伏応力が270MPa以上で、オーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに変態を開始する温度が200〜350℃であり、質量%で、
C :0.01〜0.2%、
Si:0.1〜0.5%、
Mn:0.01〜1.5%、
P :0.03%以下、
S :0.02%以下、
Ni:8〜12%を含有し、残部が鉄または不可避不純物からなる溶接金属を形成することにより溶接することを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
In a spot welding method of a high strength steel plate having a yield stress of 270 MPa or more and a plate thickness of 1.0 to 3.6 mm, a through hole is formed at a joining position by plasma from one side, and then a yield stress is formed in the through hole. Is at least 270 MPa, the temperature at which transformation starts from austenite to martensite or bainite is 200 to 350 ° C.
C: 0.01-0.2%
Si: 0.1 to 0.5%,
Mn: 0.01 to 1.5%,
P: 0.03% or less,
S: 0.02% or less,
A spot welding method for a high-strength steel sheet, characterized by welding by forming a weld metal containing Ni: 8 to 12% and the balance being iron or inevitable impurities.
前記溶接金属が、質量%で、さらに、
Nb:0.01〜0.4%、
Ti:0.01〜0.4%、
V :0.1〜1.0%
Cr:0.1〜3.0%、
Mo:0.1〜3.0%、
Co:0.1〜2.0%の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
The weld metal is in% by mass;
Nb: 0.01 to 0.4%,
Ti: 0.01 to 0.4%,
V: 0.1 to 1.0%
Cr: 0.1 to 3.0%
Mo: 0.1 to 3.0%,
Co: 0.1-2.0% of 1 type or 2 types or more are contained, The spot welding method of the high strength steel plate of Claim 1 characterized by the above-mentioned.
前記溶接金属が、質量%で、さらに、
Cu:0.05〜0.4%を含有することを特徴とする請求項1または2記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
The weld metal is in% by mass;
Cu: 0.05-0.4% is contained, The spot welding method of the high strength steel plate of Claim 1 or 2 characterized by the above-mentioned.
降伏応力が270MPa以上で、かつ板厚が1.0〜3.6mmの高強度鋼板のスポット溶接方法において、片面からプラズマにより接合位置に貫通孔を形成した後、該貫通孔内に、降伏応力が270MPa以上で、オーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに変態を開始する温度が200〜350℃であり、質量%で、
C :0.001〜0.05%、
Si:0.1〜0.7%、
Mn:0.4〜2.5%、
P :0.03%以下、
S :0.02%以下、
Ni:4〜8%、
Cr:10〜15%、
N :0.001〜0.05%を含有し、C及びNの合計量が0.001〜0.06%であり、残部が鉄または不可避不純物からなる溶接金属を形成することにより溶接することを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
In a spot welding method of a high strength steel plate having a yield stress of 270 MPa or more and a plate thickness of 1.0 to 3.6 mm, a through hole is formed at a joining position by plasma from one side, and then a yield stress is formed in the through hole. Is at least 270 MPa, the temperature at which transformation starts from austenite to martensite or bainite is 200 to 350 ° C.
C: 0.001 to 0.05%,
Si: 0.1 to 0.7%,
Mn: 0.4 to 2.5%
P: 0.03% or less,
S: 0.02% or less,
Ni: 4-8%,
Cr: 10 to 15%,
N: 0.001 to 0.05% is contained, the total amount of C and N is 0.001 to 0.06%, and the remainder is welded by forming a weld metal made of iron or inevitable impurities. A spot welding method for high-strength steel sheets characterized by
前記溶接金属が、質量%で、さらに、
Nb:0.005〜0.3%、
Ti:0.005〜0.3%、
V :0.05〜0.5%、
Mo:0.1〜2.0%、
Co:0.1〜2.0%の1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項4記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
The weld metal is in% by mass;
Nb: 0.005-0.3%
Ti: 0.005 to 0.3%,
V: 0.05-0.5%
Mo: 0.1 to 2.0%,
Co: 0.1-2.0% of 1 type or 2 types or more are contained, The spot welding method of the high strength steel plate of Claim 4 characterized by the above-mentioned.
前記溶接金属が、質量%で、さらに、
Cu:0.05〜0.4%を含有することを特徴とする請求項4または5記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
The weld metal is in% by mass;
Cu: 0.05-0.4% is contained, The spot welding method of the high strength steel plate of Claim 4 or 5 characterized by the above-mentioned.
降伏応力が270MPa以上で、かつ板厚が1.0〜3.6mmの高強度鋼板のスポット溶接方法において、片面からプラズマにより接合位置に貫通孔を形成した後、該貫通孔内に、降伏応力が270MPa以上で、オーステナイトからマルテンサイトまたはベイナイトに変態を開始する温度が200〜350℃であり、質量%で、
C:0.35〜0.70%、
Si:0.1〜0.8%、
Mn:0.4〜2.0%、
P:0.03%以下、
S:0.02%以下を含有し、残部が鉄または不可避不純物からなる溶接金属を形成することにより溶接することを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
In a spot welding method of a high strength steel plate having a yield stress of 270 MPa or more and a plate thickness of 1.0 to 3.6 mm, a through hole is formed at a joining position by plasma from one side, and then a yield stress is formed in the through hole. Is at least 270 MPa, the temperature at which transformation starts from austenite to martensite or bainite is 200 to 350 ° C.
C: 0.35-0.70%,
Si: 0.1 to 0.8%,
Mn: 0.4 to 2.0%,
P: 0.03% or less,
S: A spot-welding method for high-strength steel sheets, characterized by welding by forming a weld metal containing 0.02% or less, the balance being iron or inevitable impurities.
前記溶接金属が、質量%で、さらに、Ni、Cr、Nb、Ti、V、Mo、および、Coのうちの1種または2種以上を合計量で0.001〜2.0%含有することを特徴とする請求項7記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。   The weld metal contains 0.001 to 2.0% in total by mass% of one or more of Ni, Cr, Nb, Ti, V, Mo, and Co. The high-strength steel sheet spot welding method according to claim 7. 前記溶接金属が、質量%で、さらに、
Cu:0.05〜0.4%を含有することを特徴とする請求項7または8記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
The weld metal is in% by mass;
Cu: 0.05-0.4% is contained, The spot welding method of the high strength steel plate of Claim 7 or 8 characterized by the above-mentioned.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2007263830A (en) * 2006-03-29 2007-10-11 Jfe Steel Kk Device, method and program for collision analysis using finite element method
JP2019005764A (en) * 2017-06-20 2019-01-17 株式会社神戸製鋼所 Welding method and welding system
WO2019202589A1 (en) * 2018-04-16 2019-10-24 Weldobot Ltd. Spot welding apparatus

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