JP2011006765A - プロジェクション溶接用冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.05〜0.20%、Si:0.4〜2.0%、Mn:0.1〜3.0%、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Al:0.05〜1.0%、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなるとともに、質量比[Si/Al]が0.05超20未満である化学組成を有し、鋼板表面から15μm深さ位置までの鋼板表層部における、長径が100nm以上の酸化物の数密度が200個/100μm2以下であり、原子比[(Si+Al)/Mn]が0.5未満であるとともに長径が50nm以上100nm未満であるSi−Al−Mn系複合酸化物の数密度が200個/100μm2以下であり、鋼板表面のクラックの最大深さが5μm以下であり、かつ、幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックの数密度が10個/50μm以下とする。
【選択図】なし
Description
(a)プロジェクション溶接における溶接部強度は、ナゲット部とナゲット周辺に形成される圧接部とによって決定される。
(b)従前から用いられてきた比較的強度の低い冷延鋼板は、合金元素の含有量が低いため、鋼中に形成される酸化物等の量は少なく、鋼は比較的清浄である。また、熱間圧延工程における粒界酸化は比較的緩やかであるため、酸洗および冷間圧延後の鋼板表面にクラックを生じ難い。このため、プロジェクション溶接の圧接部の界面は清浄であるとともに空隙の存在が抑制され、良好な圧接部強度が得られる。
(c)一方、近年になって用いられるようになった比較的強度の高い冷延鋼板は、合金元素の含有量が高いため、これらの合金元素の酸化物等が鋼中に多量に形成され、鋼の清浄性が劣る。また、熱間圧延工程における粒界酸化が進行し易いため、酸洗および冷間圧延後の鋼板表面にクラックを生じ易い。このため、プロジェクション溶接における圧接部の界面に酸化物等が介在し易くなり、さらに、空隙を生じ易くなり、圧接部強度の低下を招き易い。
(d)このように、近年になって問題化してきたプロジェクション溶接の溶接部強度の低下の原因は、溶接母材である鋼板の高強度化に伴うプロジェクション溶接の圧接部の強度低下である。
(e)プロジェクション溶接の圧接部界面に介在して圧接部強度の低下をもたらすのは、主として鋼板表層部に存在する著しく粗大な酸化物および、著しく粗大ではないが特定の組成を有する粗大なSi−Al−Mn系複合酸化物である。したがって、鋼板表層部に存在するこれらの酸化物を規制することにより、プロジェクション溶接の圧接部強度の低下を抑制することができる。
(f)また、プロジェクション溶接の圧接部界面に空隙を形成して圧接部強度の低下をもたらす鋼板表面のクラックは、深さが著しいものや、幅が狭くある程度の深さを有するものである。したがって、これらの鋼板表面のクラックを規制することにより、プロジェクション溶接の圧接部強度の低下を抑制することができる。
(1)C:0.05%以上0.20%以下(本明細書では特に断りがない限り化学組成に関する「%」は「質量%」を意味するものとする)、Si:0.4%以上2.0%以下、Mn:0.1%以上3.0%以下、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Al:0.05%以上1.0%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなるとともに、Si含有量とAl含有量との質量比[Si/Al]が0.05超20未満である化学組成を有し、鋼板表面から15μm深さ位置までの鋼板表層部における、長径が100nm以上の酸化物の数密度が200個/100μm2以下であり、SiとAlの合計含有量とMn含有量との原子比[(Si+Al)/Mn]が0.5未満であるとともに長径が50nm以上100nm未満であるSi−Al−Mn系複合酸化物の数密度が200個/100μm2以下であり、鋼板表面のクラックの最大深さが5μm以下であり、かつ、幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックの数密度が10個/50μm以下であり、引張強度590MPa以上である機械特性を有することを特徴とするプロジェクション溶接用冷延鋼板。
(2)化学組成が、Feの一部に代えて、Cr:1.0%以下、Mo:2.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下およびB:0.01%以下からなる群から選択される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)項に記載のプロジェクション溶接用冷延鋼板。
(3)化学組成が、Feの一部に代えて、Ti:0.05%以下、Nb:0.05%以下およびV:0.1%以下からなる群から選択される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)項または(2)項に記載のプロジェクション溶接用冷延鋼板。
(4)化学組成が、Feの一部に代えて、REM:0.1%以下、Mg:0.01%以下およびCa:0.01%以下からなる群から選択される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)項から(3)項までのいずれかに記載のプロジェクション溶接用冷延鋼板。
(5)化学組成が、Feの一部に代えて、Bi:0.05%以下を含有することを特徴とする上記(1)項から(4)項までのいずれかに記載のプロジェクション溶接用冷延鋼板。
(6)上記(1)項から(5)項までのいずれかに記載の化学組成を有するスラブを1100℃以上1350℃以下として熱間圧延を施し、840℃以上950℃以下で熱間圧延を完了し、下記(1)式に示す冷却条件で冷却し、300℃以上600℃以下で巻取り、さらに、酸洗、冷間圧延および焼鈍を施すことを特徴とするプロジェクション溶接用冷延鋼板の製造方法。
また、鋼板表層部における酸化物の数密度は、#1000の研磨紙で仕上研磨した圧延方向の板厚断面について、SEMを用いて5000〜50000倍で観察し、観察された長径が50nm以上100nm未満の酸化物についてはさらにEDSを用いて組成を分析することにより、SiとAlの合計含有量とMn含有量との原子比[(Si+Al)/Mn]が0.5未満であるSi−Al−Mn系複合酸化物を選別し、鋼板表面から15μm深さまでの鋼板表層部における長径が100nm以上の酸化物の個数と長径が50nm以上100nm未満のSi−Al−Mn系複合酸化物の個数を測定することにより求めるものである。
(1)化学組成
[C:0.05%以上0.20%以下]
Cは、鋼板の強度を高める作用を有する元素である。C含有量が0.05%未満では、590MPa以上の引張強度を確保することが困難となる。したがって、C含有量は0.05%以上とする。一方、C含有量が0.20%超では、プロジェクション溶接のナゲット部の硬度上昇により溶接部強度の低下が著しくなる。したがって、C含有量は0.20%以下とする。好ましくは0.15%以下である。
Siは、鋼の電気抵抗を大きくすることによりプロジェクション溶接におけるナゲット生成を促進する作用を有する元素である。また、Si−Al−Mn系複合酸化物のSiとAlの合計含有量とMn含有量との原子比[(Si+Al)/Mn]を高めて、Si−Al−Mn系複合酸化物の溶接時における球状化を促し、圧接部強度の低下を抑制する作用も有する。Si含有量が0.4%未満では、上記作用を十分に得ることができない場合がある。したがって、Si含有量は0.4%以上とする。一方、Si含有量が2.0%超では、プロジェクション溶接のナゲット部の硬度上昇により溶接部強度の低下が著しくなる。したがって、Si含有量は2.0%以下とする。
Mnは、鋼板の強度を高める作用を有する元素である。Mn含有量が0.1%未満では、590MPa以上の引張強度を確保することが困難となる。したがって、Mn含有量は0.1%以上とする。一方、Mn含有量が3.0%超では、プロジェクション溶接のナゲット部の硬度上昇により溶接部強度の低下が著しくなる。したがって、Mn含有量は3.0%以下とする。
Pは、不純物として含有される元素であり、ナゲット内で偏析してナゲット部の靭性を低下させる作用を有する。P含有量が0.02%超では、プロジェクション溶接のナゲット部の靭性低下が著しくなる。したがって、P含有量は0.02%以下とする。
Sは、不純物として含有される元素であり、ナゲット部の靭性を低下させる作用を有する。また、鋼中にMnSを形成して鋼板の加工性を低下させる。S含有量が0.01%超では、プロジェクション溶接のナゲット部の靭性低下が著しくなったり、鋼板の加工性低下が著しくなったりする。したがって、S含有量は0.01%以下とする。
Alは、Siと同様に、鋼の電気抵抗を大きくすることによりプロジェクション溶接におけるナゲット生成を促進する作用を有する元素である。また、Si−Al−Mn系複合酸化物のSiとAlの合計含有量とMn含有量との原子比[(Si+Al)/Mn]を高めて、Si−Al−Mn系複合酸化物の溶接時における球状化を促し、圧接部強度の低下を抑制する作用も有する。Al含有量が0.05%未満では、上記作用を十分に得ることができない場合がある。したがって、Al含有量は0.05%以上とする。一方、Al含有量が1.0%超では、酸化物系介在物の増加に起因する表面性状の劣化や加工性の劣化が顕著となる。このため、Al含有量は1.0%以下とする。好ましくは0.09%以下である。
Nは、不純物として含有される元素であり、鋼中に粗大な窒化物を形成して鋼板の加工性を低下させる作用を有する。N含有量が0.01%超では、鋼板の加工性低下が著しくなる。したがって、N含有量は0.01%以下とする。好ましくは0.005%以下、さらに好ましくは0.003%以下である。
上記Si−Al−Mn系複合酸化物の溶接時における球状化を促進するには、Si−Al−Mn系複合酸化物におけるSi含有量とAl含有量との比を同程度とすることによりSi−Al−Mn系複合酸化物の融点を低下させることが効果的である。したがって、Si含有量とAl含有量との質量比[Si/Al]を0.05超20未満とする。
これらの元素は、任意元素であり、鋼板の焼入れ性を高めることにより、鋼板の強度を高める作用を有する。したがって、590MPa以上の引張強度を確保することを容易にするために1種または2種以上を含有させることが好ましい。しかしながら、Cr含有量が1.0%超では、化成処理性の劣化が著しくなる。したがって、Cr含有量は1.0%以下とする。好ましくは0.9%以下である。また、Mo含有量を2.0%超としたり、Cu含有量を1.0%超としたり、Ni含有量を1.0%超としたり、B含有量を0.01%超としても、上記作用による効果は飽和してしまい、いたずらに製造コストの上昇を招く。したがって、Mo含有量は2.0%以下、Cu含有量は1.0%以下、Ni含有量は1.0%以下、B含有量は0.01%以下とすることが好ましい。Mo含有量は1.6%以下、Cu含有量は0.8%以下、Ni含有量は0.8以下、B含有量は0.008%以下とすることがさらに好ましい。
これらの元素は、任意元素であり、鋼中に微細な析出物を形成して鋼板の結晶粒を微細化することにより、鋼板の加工性を高める作用を有する。したがって、より良好な加工性を確保するために、1種または2種以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ti含有量を0.05%超としたり、Nb含有量を0.05%超としたり、V含有量を0.1%超とすると、熱間圧延段階における鋼板表層部の酸化が促進されるため、冷延鋼板表層部におけるクラックを誘発する場合がある。したがって、Ti含有量は0.05%以下、Nb含有量は0.05%以下、V含有量は0.1%以下とする。Ti含有量は0.04%以下、Nb含有量は0.04%以下、V含有量は0.08%以下とすることが好ましい。
[REM:0.1%以下、Mg:0.01%以下およびCa:0.01%以下からなる群から選択される1種または2種以上]
これらの元素は、硫化物、酸化物等の介在物を球状化して鋼板の成形性を向上させる作用を有する元素である。また、Ti添加鋼の場合には、TiNなどの窒化物の生成核となる酸化物になるため、TiNを微細分散化でき、これにより鋼板の成形性を向上させる作用も有する。したがって、より良好な加工性を確保するために、1種または2種以上含有させることが好ましい。しかしながら、REM含有量を0.1%超としたり、Mg含有量を0.01%超としたり、Ca含有量を0.01%超としても、上記作用による効果は飽和してしまい、いたずらに製造コストの上昇を招く。したがって、REM含有量は0.1%以下、Mg含有量は0.01%以下、Ca含有量は0.01%以下とする。
Biは、任意元素であり、その含有によって凝固組織が微細化し、Mn等を多量に含有させても凝固偏析が抑制されて組織が均一となり、成形性の劣化を抑制する作用を有する。したがって、より良好な加工性を確保するために含有させることが好ましい。しかしながら、Bi含有量が0.05%超では、熱間加工性の劣化が著しくなり、熱間圧延が困難になる場合がある。したがって、Bi含有量は0.05%以下とする。
上記以外の残部はFeおよび不純物である。
鋼板表面から15μm深さ位置までの鋼板表層部における、長径が100nm以上の酸化物の数密度を200個/100μm2以下とし、SiとAlの合計含有量とMn含有量との原子比[(Si+Al)/Mn]が0.5未満であるとともに長径が50nm以上100nm未満であるSi−Al−Mn系複合酸化物の数密度を200個/100μm2以下とする。
鋼板表面のクラックの最大深さを5μm以下、かつ、幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックの数密度を10個/50μm以下とする。
(4)引張強度
冷延鋼板の引張強度は590MPa以上とする。引張強度が590MPa未満の冷延鋼板については、本発明が目的とするプロジェクション溶接の溶接部強度低下という課題自体が生じることは少ないからである。
上述した鋼板の表面には、耐食性の向上等を目的としてめっき層を備えさせて表面処理鋼板としてもよい。めっき層は電気めっき層であってもよく溶融めっき層であってもよい。電気めっき層としては、電気亜鉛めっき、電気Zn−Ni合金めっき等が例示される。溶融めっき層としては、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、溶融アルミニウムめっき、溶融Zn−Al合金めっき、溶融Zn−Al−Mg合金めっき、溶融Zn−Al−Mg−Si合金めっき等が例示される。
本発明のプロジェクション溶接用冷延鋼板は、上記化学組成、鋼板表層部の酸化物、鋼板表面のクラックおよび引張強度の規定を満足するものであればよく、その製造方法は特に限定する必要はないが、以下の方法により製造することが好適である。
熱間圧延完了から巻取りまでの冷却条件が上記式(1)を満足しなかったり、巻取温度が600℃超であったりすると、鋼板表層部の全体的な酸化や粒界酸化の進行が著しくなり、酸洗および冷間圧延後において、鋼板表面のクラックが誘発されたり、さらに鋼板表層部の固溶Si濃度が低下することにより、焼鈍時に生成する酸化物がMn主体のものとなる傾向が強まってSiとAlの合計含有量とMn含有量との原子比[(Si+Al)/Mn]が0.5未満であるとともに長径が50nm以上100nm未満であるSi−Al−Mn系複合酸化物が増加したりする。さらに、巻取温度が600℃超であると、酸洗による鋼板表層部の酸化物の除去が不十分となって、焼鈍時にこれらの酸化物が成長するので、長径100nm以上の酸化物が増加する。
各種冷延鋼板から、圧延方向に直角な方向を長手方向とするJIS5号引張試験片を採取し、引張特性(降伏強度YS、引張強度TS、全伸びEl)を調査した。
上述した方法により、鋼板表面から15μm深さまでの鋼板表層部における、長径が100nm以上の酸化物と、SiとAlの合計含有量とMn含有量との原子比[(Si+Al)/Mn]が0.5未満であるとともに長径が50nm以上100nm未満であるSi−Al−Mn系複合酸化物の個数を測定して、鋼板表層部における上記酸化物および上記Si−Al−Mn系複合酸化物の個数密度を求めた。
(iii)プロジェクション溶接
各種冷延鋼板から、60mm×60mmの試験片を採取し、中央に直径11mmの穴をあけ、図1に示す接合面形状を有するフランジ付きM10溶接用ナット(プロジェクションは3箇所)を、前記試験片の穴の中心とナットの穴の中心とが一致するように交流溶接機にセットし、表3に示す溶接条件にてプロジェクション溶接を行った。
一方、比較例である供試材No.1〜4および6〜10は、Ti含有量が高いため、鋼板表面に深さ5μm超のクラックが存在するとともに幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックが多く存在している。このため圧接部の強度低下を招き、剥離強度が低い。
Claims (6)
- 質量%で、C:0.05%以上0.20%以下、Si:0.4%以上2.0%以下、Mn:0.1%以上3.0%以下、P:0.02%以下、S:0.01%以下、Al:0.05%以上1.0%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなるとともに、Si含有量とAl含有量との質量比[Si/Al]が0.05超20未満である化学組成を有し、
鋼板表面から15μm深さ位置までの鋼板表層部における、長径が100nm以上の酸化物の数密度が200個/100μm2以下であり、SiとAlの合計含有量とMn含有量との原子比[(Si+Al)/Mn]が0.5未満であるとともに長径が50nm以上100nm未満であるSi−Al−Mn系複合酸化物の数密度が200個/100μm2以下であり、
鋼板表面のクラックの最大深さが5μm以下であり、かつ、幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックの数密度が10個/50μm以下であり、
引張強度590MPa以上である機械特性を有すること
を特徴とするプロジェクション溶接用冷延鋼板。 - 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、Cr:1.0%以下、Mo:2.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下およびB:0.01%以下からなる群から選択される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に記載のプロジェクション溶接用冷延鋼板。
- 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、Ti:0.05%以下、Nb:0.05%以下およびV:0.1%以下からなる群から選択される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または請求項2に記載のプロジェクション溶接用冷延鋼板。
- 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、REM:0.1%以下、Mg:0.01%以下およびCa:0.01%以下からなる群から選択される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から請求項3までのいずれかに記載のプロジェクション溶接用冷延鋼板。
- 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、Bi:0.05%以下を含有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載のプロジェクション溶接用冷延鋼板。
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