JP2007177279A - 溶接性に優れた鋼板 - Google Patents

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Abstract

【課題】１００ｃｍ／分以上の高速アーク溶接であっても、幅広のビードを形成することができる高速溶接性に優れた鋼板を提供すること。
【解決手段】Ｓｉ：０．２０〜２％（質量％の意味、以下同じ）、およびＭｎ：１〜２．５％をＳｉとＭｎとの合計量が１．５％以上となるように含有し、さらにＯ：０．００２％以下（０％を含まない）、Ｃ：０．０２〜０．２５％、Ｐ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０２〜０．２％、Ｎ：０．００１５〜０．０１５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼板。
【選択図】なし

Description

本発明は、溶接を施して自動車部品等の素材として用いられる鋼板に関し、より詳しくは、特にアーク溶接において１００ｃｍ／分以上という高速であっても、幅広のビードを形成することができる、高速アーク溶接性に優れた高張力鋼板に関するものである。
自動車部品の組立てには種々の溶接が用いられているが、中でも剛性を必要とする部品においてはガスシールドアーク溶接が用いられることが多い。アーク溶接の接合強度は高く、溶接品質も安定しており、部品剛性を高めることができるからである。しかしアーク溶接は、切断、プレス、塗装といった他工程に比べて、時間がかかるという欠点がある。そのためアーク溶接を採用すると、ライン速度が落ち、生産コストの増加につながる。そのため鋼板のアーク溶接速度を高めることができれば、生産コストの大幅な低減が可能となり、産業上非常に有意義である。
例えば特許文献１の発明では、化学成分組成を特定したＳｉ、Ｍｎを含有するガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いることにより、高速ガスシールドアーク溶接を達成しようと試みている。しかし該文献の発明は、ワイヤの組成を特定したことに要旨があり、鋼板の組成については何ら考慮していない。なお該文献では、ビードの波目の均一化およびバリ減少という効果を達成するためにワイヤ中のＯ量を、あえて０．００８％以上と規定している（特許請求の範囲および第２頁右下欄参照）。
高張力鋼板のアーク溶接のために鋼板組成を考慮しているものとして、例えば特許文献２の発明を挙げることができる。特許文献２では、Ｓｉの溶接ビード形状への影響を考慮して、「鋼板のＳｉ量（質量％）＋ワイヤのＳｉ量（質量％）≧１．５」とすることに要旨を有する高張力鋼板の溶接方法を開示している。しかし特許文献２は、その実施例において３０〜６０ｃｍ／分の速度で溶接しているように、アーク溶接の高速化を意図していない（段落００１７参照）。また該文献は、アーク溶接に対する酸素の影響については何ら記載していない。
さらに高速アーク溶接では、溶接のビード幅が狭くなる傾向がある。そして実際のアーク溶接では、溶接の開先位置やワイヤ位置のずれ、またはルートギャップが生ずるため、高速アーク溶接を実用化するためには、ある程度のビード幅を確保する必要がある。しかし前記のいずれの文献も、高速アーク溶接の際のビード幅について検討していない。
また近年、自動車分野では燃費改善の観点から、鋼板の軽量化（薄肉化）が求められているが、それにより衝突安全性を落とすことはできない。軽量化および衝突安全性の確保という双方の要求を満足するために、高張力鋼（いわゆるハイテン）から薄く形成された鋼板が、自動車分野でますます使用されている。このような薄い鋼板は、高電流のアーク溶接では溶け落ち易くなるので、高電流によって溶接量を稼ぐことができない。そのため薄い鋼板では溶接のビード幅が細くなるという傾向があり、より広いビード幅を確保する必要がある。さらに高張力鋼は、軟鋼に比べてプレス成形の安定性が低いために、ルートギャップが大きくなりやすく、より広いビード幅を確保する必要がある。
特開昭６１−７０８９号公報、特許請求の範囲および第２頁右下欄 特開２０００−１６７６９１号公報、段落００１７
本発明は前記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、１００ｃｍ／分以上の高速アーク溶接であっても、幅広のビードを形成することができる高速溶接性に優れた高張力鋼板を提供することにある。
前記目的を達成し得た本発明の鋼板とは、Ｓｉ：０．２０〜２％（質量％の意味、以下同じ）およびＭｎ：１〜２．５％を、ＳｉとＭｎとの合計量が１．５％以上となるように含有し、さらにＯ：０．００２％以下（０％を含まない）、Ｃ：０．０２〜０．２５％、Ｐ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０２〜０．２％、Ｎ：０．００１５〜０．０１５％を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とするものである。
さらに本発明の鋼板では、表層に存在する内部酸化層の厚さが５μｍ以下であることが望ましい。また本発明の鋼板は、焼入性を向上させるために、さらにＣｒ：２％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）およびＢ：０．００５％以下（０％を含まない）から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することが好ましい。また本発明の鋼板は、析出強化を図るために、さらにＮｂ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）およびＷ：０．５％以下（０％を含まない）から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することも好ましい。
耐食性の観点から本発明の鋼板は、さらにＣｕ：０．５％以下（０％を含まない）およびＮｉ：０．５％以下（０％を含む）を含有していても良い。また加工性を改善するために本発明の鋼板は、さらにＣａ：０．００５％以下（０％を含まない）および／または希土類元素：０．００５％以下（０％を含まない）を含有していても良く、さらにＺｒおよび／またはＭｇを、合計で０．００５％以下（０％を含まない）含有することができる。延性を改善するために本発明の鋼板は、さらにＣｏ：１％以下（０％を含まない）を含有していてもよい。
本発明の鋼板を１００ｃｍ／分以上もの高速でアーク溶接しても、幅広のビードが得られ、溶接強度に優れた溶接部材を形成することができる。よって本発明は、前記要件を満たす鋼板を溶接することにより得られた溶接部材も提供する。
本発明者らが、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、ＳｉおよびＭｎが、高速アーク溶接で有利な効果を奏することを見出した。しかしＳｉが過剰であるとビードのスラグ量が多くなり、その後の塗装が剥離し易くなるという問題が生じ、一方Ｍｎが過剰であると鋼板の加工性が低下するという問題が生ずる。従ってＳｉおよびＭｎ単独を過剰に含有させるのではなく、これらを併用して用いることにより、前記耐食性および加工性を維持しつつ、溶接の際に、ビードが一定の幅とはならず数珠玉状となる、いわゆるハンピングを抑制して、幅広のビードを形成することができる。
但しＳｉとＭｎとを前記の量以上で含有する鋼板であっても、殊に１００ｃｍ／分以上という高速のアーク溶接では、ハンピングが生じ、ビード幅が不充分である。そこで、さらに検討した結果、鋼板中のＯがハンピングに悪影響を及ぼしていることを見出した。よって鋼板中にＳｉおよびＭｎを一定量以上特含有させ、かつＯ量を０．００２％以下に抑制することにより、１００ｃｍ／分以上の高速アーク溶接でも、ハンピングを防いで、広いビード幅を確保することができる。
Ｏ（酸素）について、さらに検討を重ねたところ、Ｏ量を０．００２％以下に抑制しても、鋼板表層部に内部酸化層が５μｍを超える厚さで存在する場合、鋼板の高速アーク溶接性に悪影響を及ぼし得ることを見出した。これは、鋼板中のＯ量を低減させたとしても、表層に内部酸化層が存在すれば、それから溶接金属に酸素が供給されるため、ハンピングが生じ、またビード幅も狭くなることが考えられる。但し本発明は、このような推定メカニズムに限定されない。よって本発明の好ましい実施態様では、さらに鋼板中の内部酸化層の厚さを５μｍ以下に抑えることにより、より良好な高速溶接性を実現することができる。
発明を実施するための形態
本発明は、前記のように鋼板中のＳｉおよびＭｎ量を特定し、かつＯ量を抑制させたことに要旨がある。さらに本発明の好ましい実施態様では、鋼板表層に存在する内部酸化層厚さを、５μｍ以下に抑制することが重要である。よってまずＳｉ、ＭｎおよびＯ量について、さらに内部酸化層の厚さについて説明する。
［Ｓｉ：０．２０〜２％］
Ｓｉは高速アーク溶接においてビード幅を広くするという効果を有し、本発明にとって重要な成分元素である。この効果を発揮させるためには鋼板中に０．２０％以上、好ましくは０．５０％以上、より好ましくは０．８０％以上含有させる。しかしＳｉ量が過剰になると、溶融池の粘性が高くなりすぎてハンピングが生ずるので、溶接性の観点からＳｉ量を３．０％未満に抑える必要がある。またＳｉ量が過剰になると、ビードのスラグ量が増大し、その後の塗装において剥離が生じ易くなり、塗装後の耐食性が低下するので、耐食性の観点から２％以下に抑える必要がある。よってＳｉ量は、２％以下、好ましくは１．８％以下、より好ましくは１．５％以下である。
［Ｍｎ：１〜２．５％］
Ｍｎも、Ｓｉと同様に、高速溶接性に寄与し、本発明にとって重要な成分元素である。また強度確保のためにも必要である。よってＭｎ量は、１％以上、より好ましくは１．２％以上、より好ましくは１．５％以上である。しかしＭｎ量が過剰であると、偏析が顕著になり、打ち抜き部などで２枚割れを起こすなどの加工性が低下し得る。よってＭｎ量は、２．５％以下、好ましくは２．０％以下、より好ましくは１．５％以下である。
［ＳｉとＭｎとの合計量が１．５％以上］
前記のようにＳｉが過剰であると溶接部分の塗装剥離が過剰になり、一方Ｍｎが過剰であると加工性が低下するという問題があるため、ＳｉまたはＭｎの単独添加では、殊に１００ｃｍ／分以上の高速でのアーク溶接において、幅広のビードを確保するのが難しい。よって本発明にとって、鋼板がＳｉとＭｎとの両方を同時に含むことが重要である。鋼板中のＳｉとＭｎとの合計量の下限は１．５％である。好ましくは１．８％以上、より好ましくは２．０％以上である。一方、ＳｉとＭｎとの合計量の上限は、Ｓｉ量およびＭｎ量それぞれの上限合計である４．５％である。またＳｉとＭｎとの双方が過剰であっても、その効果は飽和するので、これらの合計量は、好ましくは４．２％以下、より好ましくは３．８％以下である。
［Ｏ：０．００２％以下（０％を含まない）］
鋼板中のＯ量が過剰であると、溶融池の粘性が低くなりすぎて、湯流れが激しく、ハンピングが起こり易い。またビード幅も狭くなる。よって良好な高速アーク溶接性を達成するために鋼板中のＯ量を、０．００２％以下、好ましくは０．００１８％以下、より好ましくは０．００１５％以下に抑制することが本発明にとって重要である。良好な高速アーク溶接性を確保するために鋼板中のＯ量はできるだけ低減することが好ましいが、その量を０％にすることは工業的に困難であると考えられる。
鋼板中のＯ量は、溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置で脱ガス処理（以下「ＲＨ脱ガス処理」と省略することがある。）に供することにより低減することができる。しかし本発明の鋼板、およびそれを形成する溶鋼は、Ｏとの結びつきが強いＳｉおよびＭｎを多量に含んでいるため、ＲＨ脱ガス処理において酸素の除去速度が低下する傾向がある。よってＯ量を０．００２％以下にまで低減させた本発明の鋼板を製造するために、ＲＨ脱ガス処理の時間は、通常のものよりも長くする必要がある。具体的には、通常２５０ｔｏｎの溶鋼をＲＨ脱ガス処理する場合、通常の平均的な処理時間は３０分程度であるが、これを５０分以上に延長することが推奨される。
［鋼板表層に存在する内部酸化層の厚さが５μｍ以下］
本発明における「内部酸化層の厚さ」とは、鋼板表面から圧延直角方向に、酸化物が存在する最大距離（最大深さ）を意味する。この「酸化物」は主にＳｉやＭｎの酸化物から構成されるが、その他にＴｉなどの酸化物も含まれ、主としてフェライト粒界に存在する。この内部酸化層の厚さは、圧延直角方向の鋼板断面を、観察倍率１，０００倍のＳＥＭで板表面から５０μｍの深さまで観察することにより測定することができる。但し内部酸化層の厚さの値にはバラツキがあるため、本発明では、「内部酸化層厚さの値」として、鋼板の幅方向の任意の５つ以上の箇所で求められた値の平均値を採用する。
本発明の鋼板のようにＳｉおよびＭｎを比較的高い量で含有するものは、鋼板中のＯ量を抑制しても、仕上げ圧延後の鋼板巻取りの際に、内部酸化層が形成され得る。よって内部酸化層の少ないまたは無い鋼板を製造するために、ＲＨ脱ガス処理を充分に行って鋼板中のＯ量を低減するとともに、仕上げ圧延後に鋼板を充分に冷却してから巻取りを行うことが必要である。具体的には、内部酸化層厚さを５μｍ以下にするために、巻取り温度を６００℃未満にすることが推奨される。
本発明の鋼板は、前記Ｓｉ、ＭｎおよびＯの他に、基本成分元素として、Ｃ、Ｐ、Ｓ、ＡｌおよびＮを含有する。以下、この基本成分元素について説明する。
［Ｃ：０．０２〜０．２５％］
Ｃは強度確保のために必要な元素であり、その下限を０．０２％と定めた。好ましくは０．０６％以上、より好ましくは０．０８％以上である。しかしＣ量が過剰であると溶接金属の凝固割れが発生することがあるため、その上限を０．２５％と定めた。好ましくは０．２２％以下、より好ましくは０．２０％以下である。
［Ｐ：０．１％以下（０％を含まない）］
鋼板中のＰ量が過剰であると溶接割れが生ずるため、その上限を０．１％と定めた。好ましくは０．０８０％以下、より好ましくは０．０６０％以下である。特に溶接割れに注意を要する鋼板用途を予定している場合、できる限りＰ量を低減することが好ましい。但し鋼板中のＰ量を０％にすることは、工業的に困難であると考えられる。またＰは、固溶強化による強度確保に有効でもあるため、Ｐ量は、好ましくは０．０１０％以上、より好ましくは０．０１５％以上である。
［Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）］
Ｓは介在物を形成する有害元素であり、その量が過剰であると鋼板の加工性が劣化するため、上限を０．０５％以下と定めた。好ましくは０．０３％以下、より好ましくは０．０１％以下である。なお鋼板中のＳ量を０％にすることは、工業的に困難であると考えられる。
［Ａｌ：０．０２〜０．２％］
Ａｌは脱酸に必要な元素であり、０．０２％以上含有させることが必要である。好ましくは０．０２５％以上、より好ましくは０．００３０％以上である。しかしＡｌが過剰に含まれると、酸化物系介在物が増えて、へげ疵が増加するため、その上限を０．２％と定めた。好ましくは０．１５％以下、より好ましくは０．１０％以下である。
［Ｎ：０．００１５〜０．０１５％］
Ｎは、固溶強化による強度確保のために有効であり、またＡｌなどと窒化物を形成して組織の微細化に寄与するので、その下限を０．００１５％と定めた。好ましくは０．００２０％以上、より好ましくは０．００３０％以上である。しかしＮ量が過剰であると、溶接時にブローホールが発生するので、その上限を０．０１５％と定めた。好ましくは０．０１０％以下、より好ましくは０．００８０％以下である。
本発明の鋼板の基本成分組成は前記の通りであり、残部は実質的にＦｅである。但し原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避不純物（例えばＳｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ａｓ）が鋼板中に含まれることは、当然に許容される。さらに本発明の鋼板は、必要に応じて、以下の任意元素を含有していてもよい。
［Ｃｒ：２％以下］
Ｃｒは焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．２０％である。しかしＣｒ量が過剰であると、リン酸塩浴中に浸漬する塗装下地処理を行っても、その後の塗装において塗膜密着性が著しく低下し、母材鋼板および溶接部分での塗装後耐食性に悪影響を及ぼす。よってＣｒ量の上限を２％と定めた。より好ましくは１．５％以下である。
［Ｍｏ：１％以下］
Ｍｏも焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．２０％である。しかしＭｏ量が過剰であると、Ｃｒの場合と同様に、Ｐ処理性が低下し、塗装剥離が増大するので、その上限を１％と定めた。より好ましくは０．８％以下である。
［Ｂ：０．００５％以下］
Ｂも焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０００３％、より好ましくは０．０００５％である。しかしＢを過剰に添加してもその効果は飽和し、また酸化物系介在物が増加して加工性が劣化するため、その上限を０．００５％と定めた。より好ましくは０．００３％以下である。
［Ｎｂ：０．１％以下］
Ｎｂは、結晶粒微細化および析出強化に寄与し、高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０２０％、より好ましくは０．０３０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．１％と定めた。好ましくは０．８％以下である。
［Ｔｉ：０．３％以下］
Ｔｉも、結晶粒微細化および析出強化に寄与し、高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０１０％、より好ましくは０．０２０％である。しかし過剰に添加するとＴｉＮ介在物量が大幅に増加して鋼板の加工性を劣化させるため、その上限を０．３％と定めた。好ましくは０．２０％以下である。
［Ｖ：０．５％以下］
Ｖも、結晶粒微細化および析出強化に寄与し、高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０１０％、より好ましくは０．０２０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
［Ｗ：０．５％以下］
Ｗは、析出強化による高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０１０％、より好ましくは０．０２０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
［Ｃｕ：０．５％以下］
Ｃｕは、耐食性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０５％、より好ましくは０．０８％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
［Ｎｉ：０．５％以下］
鋼板がＣｕを含有する場合、割れを防止するために、さらにＮｉを含有していることが好ましい。但しＣｕはＮｉと必ず組み合わせて使用する必要は無く、鋼板がＣｕを含有していても、Ｎｉを含有している必要は無い。Ｎｉの鋼板中の質量割合は、好ましくはＣｕの質量割合の半分程度である。しかし過剰に、殊にＣｕの質量割合以上に添加してもその効果は飽和するため、Ｎｉの上限は、Ｃｕの上限と同じ０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
［Ｃａ：０．００５％以下］
Ｃａは介在物の形態を改善して、鋼板の加工性を向上させる効果があり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．００１０％、より好ましくは０．００２０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和し、また酸化物系介在物が増大し、かえって加工性が劣化するため、その上限を０．００５％と定めた。好ましくは０．００３％以下である。
［希土類元素：０．００５％以下］
希土類元素（「ＲＥＭ」と省略することがある）も、Ｃａと同様に介在物の形態を改善して鋼板の加工性を向上させる効果があり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．００１０％、より好ましくは０．００２０％である。しかし過剰に添加しても、Ｃａと同様にその効果は飽和し、かえって加工性が劣化するため、その上限を０．００５％と定めた。好ましくは０．００３％以下である。
［Ｚｒおよび／またはＭｇを、合計で０．００５％以下］
ＺｒおよびＭｇのいずれも、介在物の分散およびＴｉＮのサイズ低下に寄与し、鋼板の加工性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その合計量の下限は、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１０％である。しかしこれらが過剰になると、酸化物系介在物が増大し、かえって加工性が劣化するため、合計量の上限を０．００５％と定めた。好ましい合計量上限は０．００３０％である。
［Ｃｏ：１％以下］
Ｃｏは、フェライト中の固溶炭素量を減らし、鋼板の加工性、特に伸びを向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０３％、より好ましくは０．０５％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を１％と定めた。好ましくは０．８０％以下である。
本発明の鋼板は、前記の化学成分組成、殊にＳｉ、ＭｎおよびＯ量、さらに内部酸化層厚さに特徴があり、本発明において鋼板自体の厚さには特に限定は無い。但し鋼板の厚さがあまりに薄いと高速アーク溶接で鋼板自体が溶け落ちるおそれがある。逆に鋼板の厚さを増やすことは、鋼板の軽量化という要請に反する。よって好ましい鋼板の厚さは、１〜５ｍｍである。
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
１．鋼板の製造
転炉において脱炭した溶鋼を、ＬＦ（取鍋精錬炉）において二次精錬し、さらにＲＨ真空脱ガス装置において合金元素の添加およびＲＨ脱ガス処理を行い、表１に示す化学成分組成に調製した。ＲＨ脱ガス処理を、Ｏ量が高い鋼板Ｎｏ．１０９（Ｏ：０．００３５％）に対応する溶鋼のみ、３０分間（平均的な処理時間）行い、その他のものについては、ＲＨ脱ガス処理を５０分間行ってＯ量を０．００２％以下に低減させた。
次いで連続鋳造を行い、それにより得られたスラブを、熱間にて表面スカーフ処理にかけ、加熱炉に挿入して１，２００〜１，２５０℃に加熱し、高圧水デスケーリングを施した後に、粗圧延機において４０ｍｍ厚まで圧延した。ここでスラブ温度を１，０００〜１，１００℃にコントロールした後、さらに高圧水デスケーリングを施してから仕上げ圧延を施した。仕上げ圧延は７スタンドの連続圧延であり、圧延中の温度制御を行うことによって、仕上げ出側温度を８５０〜９００℃の間に制御した。
仕上げ圧延機から出た板を、２〜４秒後に冷却速度２０〜６０℃／秒で急冷（水冷）してから、コイラー位置まで搬送して、表２で示す巻取り温度（表２中で「ＣＴ」と記載）で巻取りを行った。巻取り温度が、６００℃以上のもの（鋼板Ｎｏ．１１２および１１３）では、内部酸化層厚さ（表２中で「酸化層」と記載）が５μｍを超えていた。
巻き取ったコイルを、１００℃以下まで自然放冷し、その後、スキンパスおよびレベラーに通板してスケールに亀裂を入れてから（伸び率０．３〜０．５％）、塩酸での酸洗によりスケールを除去し、その後、防錆油を塗布して、鋼板Ｎｏ．１〜２３（本発明）およびＮｏ．１０１〜１１３（比較例）を作製した。
Figure 2007177279
Figure 2007177279
２．鋼板の内部酸化層厚さの測定
前記のようにして得られた鋼板において、圧延直角方向の断面を、観察倍率１，０００倍のＳＥＭで１箇所あたり５０μｍの深さまで観察し、内部酸化層厚さを測定した。結果を表２に示す（表２中で「酸化層」と記載）。なお表２に示す内部酸化層厚さの値は、鋼板の幅方向で、任意に５つ選んだ箇所で観察した値の平均値である。
３．鋼板の機械的特性の測定
鋼板の機械的特性として、引張強さ（ＭＰａ）、伸び（％）、穴拡げ率（％）も測定した。これらの結果を表２に示す（表２中で「引張強さ」を「ＴＳ」と、「伸び」を「Ｅｌ」と、穴拡げ率を「λ」と記載）。なお穴拡げ率の定義および試験方法は、日本鉄鋼連盟規格の「穴拡げ試験方法ＪＦＳＴ１００１−１９９６」に従った。
引張強さは６００ＭＰａ以上のもの、伸びは１５％以上のもの、穴拡げ率は５０％以上のものを、それぞれ良好と評価した。
４．鋼板の溶接
前記のようにして得られた鋼板を、以下の条件で溶接した：
・鋼板の板厚：２．９ｍｍ
・溶接機：パルス溶接機
・継手姿勢：横向重ねすみ肉溶接
・トーチ角度；移動角：４５°、動作角：前進１０°
・シールドガス組成；Ａｒ：８０体積％、ＣＯ2：２０体積％
（但し、鋼板Ｎｏ．２３の溶接では、Ａｒ：９０体積％、ＣＯ2：１０体積％の組成を有するシールドガスを使用した）
・アーク溶接電流
以下のように溶接速度にあわせて、電流を変化させた。なお電圧は、シールドガス組成に応じて最適値を選択した；
８０ｃｍ／分：２１０Ａ
９０ｃｍ／分：２３０Ａ
１００ｃｍ／分：２５０Ａ
１１０ｃｍ／分：２７０Ａ
１２０ｃｍ／分：２９０Ａ
１３０ｃｍ／分：３１０Ａ
１４０ｃｍ／分：３３０Ａ
１５０ｃｍ／分：３５０Ａ
・溶接ワイヤ
銅めっき有り
（但し、鋼板Ｎｏ．２１の溶接では、銅めっきが施されていない溶接ワイヤを使用した）
ワイヤ径：１．２ｍｍφ
ワイヤ組成；Ｃ：０．０５％（質量％の意味、以下同じ）、Ｓｉ：０．８１％、Ｍｎ：１．２５％、Ｐ：０．０１０％、Ｓ：０．０１５％
（鋼板Ｎｏ．２２の溶接では、Ｃ：０．０６％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：１．３４％、Ｐ：０．０１２％、Ｓ：０．０１８％、Ｔｉ：０．０５％の組成を有する溶接ワイヤを使用し、鋼板Ｎｏ．２３の溶接では、Ｃ：０．０６％、Ｓｉ：０．３０％、Ｍｎ：１．２５％、Ｐ：０．００７％、Ｓ：０．０１０％の組成を有する溶接ワイヤを使用した）
・溶接ワイヤの突出し長さ：１５ｍｍ
５．鋼板の溶接性の評価
（１）限界速度
溶接速度を８０ｃｍ／分から１０ｃｍ／分ずつ上げて鋼板を溶接し、ハンピング不良を起こさなかった限界速度を求めた。結果を表２に示す。限界速度が１００ｃｍ／分以上の鋼板を、高速溶接性が良好であると評価した。
（２）ビード幅
溶接速度１００ｃｍ／分で鋼板を溶接した際のビード幅の値を測定した。結果を表２に示す。なおビード幅は、任意に３点選んだ溶接の典型的箇所の平均値を採用した。ビード幅が７．０ｍｍ以上の鋼板を、高速溶接性が良好であると評価した。
（３）破断位置
溶接速度１００ｃｍ／分で鋼板を溶接し、その重ね溶接継手から幅２５ｍｍの試験片を採取して、継手引張試験を行った。そして破断位置が母材（鋼板）または溶接金属のいずれであるかを判定し、母材で破断したものを、継手強度が良好であると評価した。なお溶接金属で破断したものでも、その破断強度が６００ＭＰａ以上（鋼板の目標引張強さ）であるのものは、継手強度が良好であると評価した。
Figure 2007177279
Figure 2007177279
表２の結果から、本発明の化学成分組成および内部酸化層厚さの要件を満たす鋼板Ｎｏ．１〜２３は、アーク溶接の限界速度が１００ｃｍ／分以上、かつ１００ｃｍ／分でのビード幅が７．０ｍｍ以上と、高速溶接性に優れており、さらに継手強度も良好である（破断位置が母材か、または溶接金属で破断しても破断強度が６００ＭＰａ以上である）ことが分かる。また鋼板Ｎｏ．２３〜２４は、６００ＭＰａ以上の引張強さ、かつ１５％以上の伸びおよび５０％以上の穴拡げ率を示し、高強度でありながら、加工性が良好である。
鋼板Ｎｏ．１０１は、Ｃ量が、本発明の下限未満であり、引張強さが４７１ＭＰａと不充分であった。
鋼板Ｎｏ．１０２は、Ｓｉ＋Ｍｎ量が、本発明の下限未満であり、ビード幅が６．０ｍｍと狭く、高速溶接性が不充分であった。
鋼板１０３は、Ｔｉ量が本発明の上限を超えており、介在物が増加したことにより穴拡げ率（加工性）が４０％と不充分であった。
鋼板Ｎｏ．１０４は、Ｃ量が本発明の上限を超えており、加工性（伸びおよび穴拡げ率）が低かった。また溶接金属で凝固割れが発生した。これは、鋼板中のＣ量が過剰であることから、溶接金属中のＣ量も上昇したためであると考えられる。
鋼板Ｎｏ．１０５は、Ｓｉ量が本発明の下限未満であり、ハンピングしやすく、限界速度が９０ｃｍ／分と低く、高速溶接性が不充分であった。
鋼板Ｎｏ．１０６は、Ｓｉ量が本発明の上限を超えており、ビードのスラグ量が多いため、その後の塗装において剥離量が多く、耐食性が劣化した。またＳｉ量が３．００％と高すぎるため、溶融池の粘性が高くなりすぎてハンピングを起こした。
鋼板Ｎｏ．１０７は、Ｍｎ量が本発明の上限を超えており、加工性（伸びおよび穴拡げ率）が不充分であった。
鋼板Ｎｏ．１０８は、Ｍｎ量が本発明の下限未満であり、ビード幅が５．５ｍｍと細く、高速溶接性が不充分であった。さらに引張強さも５１０ＭＰａと不充分であった。
鋼板Ｎｏ．１０９は、Ｏ量が本発明の上限を超えており、溶融池の粘性が過剰に低下してハンピングしやすくなり、限界速度が９０ｃｍ／分と高速溶接性が不充分であった。
鋼板Ｎｏ．１１０は、Ｓｉ量が本発明の下限未満であり、溶接時にハンピングしやすく、限界速度が９０ｃｍ／分と低く、高速溶接性が不充分であった。
鋼板Ｎｏ．１１１は、Ｓｉ量が本発明の下限未満であり、溶融池の粘性不足により、ビード幅６．５ｍｍと細く、高速溶接性が不充分であった。
鋼板Ｎｏ．１１２は、内部酸化層の厚さが６μｍと大きく、溶融池の粘性低下によりビードが幅６．０ｍｍと細く、高速溶接性が不充分であった。
鋼板Ｎｏ．１１３は、内部酸化層の厚さが８μｍと大きく、溶融池の粘性低下によりハンピングしやすくなり、限界速度が９０ｃｍ／分と高速溶接性が不充分であった。

Claims (9)

  1. Ｓｉ：０．２０〜２％（質量％の意味、以下同じ）、および
    Ｍｎ：１〜２．５％
    をＳｉとＭｎとの合計量が１．５％以上となるように含有し、さらに
    Ｏ：０．００２％以下（０％を含まない）
    Ｃ：０．０２〜０．２５％、
    Ｐ：０．１％以下（０％を含まない）、
    Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、
    Ａｌ：０．０２〜０．２％、
    Ｎ：０．００１５〜０．０１５％、
    を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする鋼板。
  2. 鋼板表層に存在する内部酸化層の厚さが、５μｍ以下である請求項１に記載の鋼板。
  3. さらに、Ｃｒ：２％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）およびＢ：０．００５％以下（０％を含まない）から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する請求項１または２に記載の鋼板。
  4. さらに、Ｎｂ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｔｉ：０．３％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）およびＷ：０．５％以下（０％を含まない）から選ばれる少なくとも１種の元素を含有する請求項１〜３のいずれかに記載の鋼板。
  5. さらにＣｕ：０．５％以下（０％を含まない）およびＮｉ：０．５％以下（０％を含む）を含有する請求項１〜４のいずれかに記載の鋼板。
  6. さらにＣａ：０．００５％以下（０％を含まない）および／または希土類元素：０．００５％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜５のいずれかに記載の鋼板。
  7. さらにＺｒおよび／またはＭｇを、合計で０．００５％以下（０％を含まない）含有する請求項１〜６のいずれかに記載の鋼板。
  8. さらにＣｏ：１％以下（０％を含まない）を含有する請求項１〜７のいずれかに記載の鋼板。
  9. 請求項１〜８のいずれかに記載の鋼板を溶接することにより得られた溶接部材。
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