JP2015000422A - 重ね溶接部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】引張強度が１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の成形品に溶接を行った場合でも、衝突時にこの成形品が、スポット溶接部のＨＡＺ最軟化部において低ひずみで破断することを防止する。【解決手段】少なくとも、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板またはその成形体である第１の構成部材２と、他の鋼板またはその成形体であって第１の構成部材２に重ねられて溶接された第２の構造部材３とを備える重ね溶接部材１である。重ね溶接部材１は、例えばスポット溶接により形成された１つ以上のナゲット６と、ナゲット６の一部または全部を囲むように第１の構成部材２側に設けられた軟化領域７とを有し、軟化領域７は、スポット溶接を行った場合に形成されるＨＡＺ最軟化部が形成される範囲を含むとともに高強度鋼板２の端面２ｂを除いた範囲に形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、鋼板またはその成形体が２枚以上重ね合わされて溶接された重ね溶接部材およびその製造方法に関する。

衝突安全性の向上と燃費の向上とを両立するため、自動車車体を構成するモノコックボディの骨格をなす構造部材（以下、「自動車用構造部材」という）への高強度鋼板の適用が拡大している。現在、自動車用構造部材には引張強度が９８０ＭＰａ級の高張力鋼板が用いられており、さらに、最近は引張強度が１１８０ＭＰａ級以上の高張力鋼板の適用も検討されている。また、プレス成形と同時に焼入れを行うホットスタンプ法を用いることにより引張強度が１５００ＭＰａ以上の高強度の自動車用構造部材の製造も進められている。ホットスタンプ法によれば、鋼板が高温の軟質な状態でプレス成形を行うために成形後の寸法精度に関する問題の発生が少ないとともに、高温かつ高延性の状態でプレス成形を行うことができることから成形性に優れるという大きなメリットがある。

自動車用構造部材は、これら鋼板の成形品を一般的にはスポット溶接により他の成形品と溶接することにより構築される。しかし、１１８０ＭＰａ以上の高張力鋼板やホットスタンプ鋼板などの高強度鋼板の母材は、焼入れにより強化されているため、スポット溶接を行うとスポット溶接部の熱影響部（ＨＡＺ）が焼き戻しを受け、母材より軟化する。ＨＡＺの軟化（以下、「ＨＡＺ軟化」ともいう）は、９８０ＭＰａ鋼板でも認められるが、特に水冷機能を有する連続焼鈍設備（ＷＱ−ＣＡＬ）でマルテンサイト組織とされた１１８０ＭＰａ以上の高張力鋼板やホットスタンプ鋼板のスポット溶接部のＨＡＺにおいて著しい。例えば、１１８０ＭＰａ級の冷延鋼板では母材の硬度はビッカース硬さＨｖ３７０から４２０程度であるのに対し、ＨＡＺの最軟化部の硬度はＨｖ３００程度にまで低下する。

図１１は、高強度鋼板からなる部材（１５００ＭＰａ級のホットスタンプ鋼板部材）のスポット溶接部の硬さ分布の一例を示すグラフである。

図１１のグラフに示すように、１５００ＭＰａ級のホットスタンプ材の場合には、母材はビッカース硬さＨｖ４５０程度であるが、ＨＡＺの最軟化部はＨｖ３００程度となり、ＨＡＺの最軟化部は母材よりもＨｖ１５０程度低下する。

図１２は、図１１に示すスポット溶接部の硬さ分布を有するホットスタンプ鋼板部材が、ＨＡＺ最軟化部を起点として破断した状況を示す説明図であり、図１２（ａ）は上面図、図１２（ｂ）は断面図である。

このようなＨＡＺ軟化は、スポット溶接の継手評価である、引張せん断試験、および十字引張試験の結果には影響しないものの、スポット溶接部を含んだホットスタンプの部品のフランジ部全体に引張荷重が負荷されると、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示すように、ＨＡＺ軟化部に局所的にひずみが集中し、破断することがある。このように、１１８０ＭＰａ以上の鋼板のプレス成形品におけるスポット溶接部のＨＡＺ軟化は、衝突時にプレス成形品の破断の起点となることがある。

例えばＡピラー，Ｂピラー，ルーフレール，サイドシルといった、閉じた横断面を有するとともにこの横断面を成すためにスポット溶接されるフランジを備える自動車車体の筒状の構造部材は、自動車の衝突時にその部材が破断することなく塑性変形することにより、キャビン内の乗客を保護することを求められる。しかしながら、厳しい衝突モードの場合、例えば、米国道路安全保険協会（ＩＩＨＳ）のＳＵＶ側面衝突試験の場合、高強度鋼板を用いたＢピラーリンフォースは、Ｂピラーのフランジのスポット溶接部のＨＡＺ軟化部にひずみが集中して破断起点となってＢピラー材が衝突中に破断し、キャビン内へのＢピラーの侵入量が大きくなり、目標とする衝突性能を得られなくなることがある。また、Ｅｕｒｏ ＮＣＡＰのポール側突試験の場合、ルーフレールのフランジのスポット溶接部のＨＡＺ軟化部にひずみが集中して破断起点となってルーフレールが破断しキャビン内へのＢピラーの侵入量が大きくなり、目標とする衝突性能を得られなくなることがある。

このため、これら１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の自動車車体への適用では、自動車用構造部材におけるフランジに形成されたスポット溶接部のＨＡＺ最軟化部が衝突により破断起点とならないことが求められる。

非特許文献１には、ホットスタンプ成形されるルーフレールにおける衝突による破断の危険がある部分を、ホットスタンプ成形時に行う熱処理によって母材の強度を低下することによって、スポット溶接を行われてもＨＡＺ軟化を生じず、ＨＡＺ軟化部を起点とする自動車用構造部材の破断を防止する方法が開示されている。

非特許文献２には、ホットスタンプ成形品であるＢピラーのフランジ部を高周波加熱による焼戻しによって母材の強度を低下させ、スポット溶接を行われてもＨＡＺ軟化が生じず、ＨＡＺ軟化部を起点とする自動車用構造部材の破断を防止する方法が開示されている。

Tailored Properties for Press-hardened body parts Dr.Camilla Wastlund, Automotive Circle International, Insight edition 2011 Ultra-high strength steels in car body lightweight design-current challenges and future potential Tempering of hot-formed steel using induction heating(http://publications.lib.chalmers.se/publication/144308)

非特許文献１により開示されるようにルーフレールからＡピラーまで一体化された部品でルーフレールの部位を広い範囲で強度を調整する方法では、ルーフレールの比較的広い範囲に低強度部が不可避的に形成されることになり、ホットスタンプ成形部品の高い強度が得られるというメリットを充分に享受することができず、軽量化の効果も限定的なものとなる。加えて、この方法では、焼入れ領域と未焼き入れ領域の間に不可避的に形成される比較的広い遷移領域において、強度特性がばらつき易く、自動車用構造部材の衝突性能にばらつきを生じる恐れがある。

非特許文献２により開示されるように、ホットスタンプ成形後に、Ｂピラーのフランジを広範囲にわたり高周波加熱により焼き戻し軟化させる方法は、広範囲な焼き戻しで発生する熱ひずみによってＢピラーが変形し、Ｂピラーの寸法精度が低下する恐れがある。Ｂピラーのみならず、Ａピラー，ルーフレールといったドアー開口部周りに配置される自動車用構造部材には、車体の建て付け精度を確保するために高い寸法精度が要求され、例えばドアーパネルとの間の隙間（パーティング）がドアーパネルの全周において均一になることが要求される。このため、ドアー開口部周りに配置される自動車用構造部材の寸法精度の低下は、自動車の外観品質を著しく損なう。また、フランジを広範囲に焼き戻すことにより自動車用構造部材の強度が低下し、ホットスタンプ材の高強度な特性を享受できなくなる問題がある。

また、自動車車体の設計段階において、Ｂピラーなどの自動車用構造部材の構造を、Ｂピラーのフランジのスポット溶接部のＨＡＺ軟化部が、衝突時に破断するひずみに達することがないように、設計を変更することも考えられる。しかしながら、この方法では、自動車用構造部材へのレインフォースメントの追加，自動車用構造部材の板厚の増加等を行う必要が生じ、部品点数や板厚の増加による自動車車体のコスト上昇や自動車車体の重量増加が避けられない。

以上の説明では、自動車車体の組立に多用されるスポット溶接を例にとったが、レーザ溶接やアーク溶接といったスポット溶接以外の他の溶接においても事情は同じである。

本発明は、従来の技術が有するこのような課題に鑑みてなされたものであり、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の成形品に溶接を行った場合でも、衝突時にこの成形品が、溶接部のＨＡＺ軟化部において低ひずみで破断することを防止できる高強度鋼板の重ね溶接構造および重ね溶接構造と自動車用構造部材を提供することを目的とする。

本発明は以下に列記の通りである。
（１）少なくとも、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板またはその成形体である第１の構成部材と、他の鋼板またはその成形体であって第１の構成部材に重ねられて溶接された第２の構成部材とを備える重ね溶接部材であって、
この重ね溶接部材は、
溶接により、この部材の長手方向に沿って形成された１つ以上の溶接金属と、
１つ以上の溶接金属の一部または全部において、溶接金属の周囲に形成されているＨＡＺ最軟化部を含むように少なくとも第１の構成部材側に設けられた軟化領域とを有し、
軟化領域は第１の構成部材の長手方向に沿った端面を除いた範囲に設けられていること
を特徴とする重ね溶接部材。

（２）第１の構成部材または第２の構成部材と重ね合わされて溶接された鋼板またはその成形体である第３の構成部材を備える（１）項に記載された重ね溶接部材。

（３）軟化領域のビッカース硬さＡ（Ｈｖ）は、軟化領域およびＨＡＺ軟化部を除く第１の構成部材のビッカース硬さをＢ（Ｈｖ）とするとともにＨＡＺ最軟化部のビッカース硬さをＣ（Ｈｖ）とした場合に、下記（１）式および（２）式を満足する（１）項または（２）項に記載された重ね溶接部材。

Ａ≦Ｃ＋５０ ・・・・・（１）
Ｂ−３００≦Ａ ・・・・・（２）

（４）軟化領域は、長手方向について溶接金属の端から４．０ｍｍ以上離れた位置まで、かつ長手方向と直交する方向について溶接金属の長手方向と直交する方向の最大寸法の３倍以下の範囲に形成されている（１）項から（３）項までのいずれか１項に記載された重ね溶接部材。

（５）軟化領域は焼戻し組織により形成される（１）項から（４）項までのいずれか１項に記載された重ね溶接部材。

（６）少なくとも、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板またはその成形体である第１の構成部材と他の鋼板またはその成形体である第２の構成部材とを重ね合わせて溶接する重ね溶接部材の製造方法であって、
第１の構成部材に、長手方向に沿った端面を除いた範囲に長手方向に沿って少なくとも１つの軟化領域を設ける第１の工程と、
軟化領域を形成された第１の構成部材と第２の構成部材とを重ね合わせ、軟化領域の内側で溶接する第２の工程とを備えること
を特徴とする重ね溶接部材の製造方法。

（７）第２の工程において、第１の構成部材と、第２の構成部材と、これらとは他の鋼板またはその成形体である第３の構成部材とを重ね合わせて溶接する（６）項に記載された重ね溶接部材の製造方法。

（８）軟化領域のビッカース硬さＡ（Ｈｖ）は、軟化領域およびＨＡＺ軟化部を除く高強度鋼板のビッカース硬さＢ（Ｈｖ）とするとともにＨＡＺ軟化部のビッカース硬さをＣ（Ｈｖ）とした場合に、下記（１）式および（２）式を満足する（６）項または（７）項に記載された重ね溶接部材の製造方法。

Ａ≦Ｃ＋５０ ・・・・・（１）
Ｂ−３００≦Ａ ・・・・・（２）

（９）軟化領域は、長手方向について溶接金属の端から４．０ｍｍ以上離れた位置まで、かつ長手方向と直交する方向について溶接金属の長手方向と直交する方向の最大寸法の３倍以下の範囲に形成される（６）項から（８）項までのいずれか１項に記載された重ね溶接部材の製造方法。

（１０）軟化領域は焼戻しにより形成される（６）項から（９）項までのいずれか１項に記載された重ね溶接部材の製造方法。

本発明により、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板の成形品の組立てに溶接を用いた場合でも、衝突時に溶接部のＨＡＺ軟化部が低ひずみで破断することを抑制できるようになる。これにより、例えば衝突時の乗員保護性能に優れ、高強度で形状精度の高い自動車用構造部材を提供できる。

図１（ａ），図１（ｂ）は、Ｂピラーに本発明に係る重ね溶接部材を適用した状況を示す説明図であり、図１（ａ）はＢピラーをサイドパネルアウタ側から透視したＢピラーリンフォースの斜視図であり、図１（ｂ）はＢピラーの横断面図である。 図２（ａ），図２（ｂ）は、ルーフレールに本発明に係る第１〜３の重ね溶接部材を適用した状況であって、図２（ａ）はルーフレールをルーフレールインナ側から透視したルーフレールアウタリンフォースの斜視図であり、図２（ｂ）はルーフレールのＢ−Ｂ断面図である。 図３（ａ）は、低強度鋼板の成形体である第２の構成部材に接合される第１の構成部材のフランジの近傍の一例を模式的に示す説明図であり、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、スポット溶接部および軟化領域の近傍における断面の硬さ分布の一例を示すグラフである。 図４（ａ）は、本発明の効果を示すグラフであり、１５００ＭＰａ級のホットスタンプ材に４４０ＭＰａ級冷延鋼板がスポット溶接された部材のフランジを模擬した引張試験片に引張荷重を与えた場合の応力−伸び線図であり、図４（ｂ）は、比較例の引張試験片を示す説明図であり、図４（ｃ）は本発明例の引張試験片を示す説明図である。 図５（ａ）〜図５（ｄ）は、高強度鋼板である第１の構成部材におけるスポット溶接部と軟化領域の関係を概念的に示す説明図である。 図６（ａ）は、低強度鋼板の成形品である第２の構成部材とともに重ね溶接部材を構成する、高強度鋼板（１５００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板）の成形品である第１の構成部材におけるＣ字状レーザ溶接部と軟化領域との関係を概念的に示す説明図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）中の断面図における硬さ測定位置Ｃにおける第１の構成部材の硬さの測定結果を示すグラフである。 図７（ａ）は、低強度鋼板の成形品である第２の構成部材とともに重ね溶接部材を構成する、高強度鋼板（１５００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板）の成形品である第１の構成部材におけるリング状レーザ溶接部と軟化領域との関係を概念的に示す説明図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）中の断面図における硬さ測定位置Ｃにおける第１の構成部材の硬さの測定結果を示すグラフである。 図８（ａ）は、低強度鋼板の成形品である第２の構成部材とともに重ね溶接部材を構成する、高強度鋼板（１５００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板）の成形品である第１の構成部材における円状レーザ溶接部と軟化領域との関係を概念的に示す説明図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）中の断面図における硬さ測定位置Ｃにおける第１の構成部材の硬さの測定結果を示すグラフである。 図９（ａ）は、低強度鋼板の成形品である第２の構成部材とともに重ね溶接部材を構成する、高強度鋼板（１５００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板）の成形品である第１の構成部材における円状アーク溶接部と軟化領域との関係を概念的に示す説明図であり、図９（ｂ）は、図９（ａ）中の断面図における硬さ測定位置Ｃにおける第１の構成部材の硬さの測定結果を示すグラフである。 図１０は、本実施例で用いた試験片の形状を示す説明図である。 図１１は、高強度鋼板からなる部材（１５００ＭＰａ級のホットスタンプ鋼板部材）のスポット溶接部の硬さ分布の一例を示すグラフである。 図１２は、図１１に示すスポット溶接部の硬さ分布を有するホットスタンプ鋼板部材が、ＨＡＺ最軟化部を起点として破断した状況を示す説明図であり、図１２（ａ）は上面図、図１２（ｂ）は断面図である。

本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。本発明は、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を少なくとも１枚含む２枚以上の鋼板の重ね合わせ部を溶接する高強度鋼板の重ね溶接部材およびその製造方法に関するので、これらを順次説明する。なお、以降の説明では、溶接がスポット溶接である場合を例にとる。

１．重ね溶接部材１
本発明に係る重ね溶接部材１について、まず、図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるＢピラーの例を参照しながら、順次説明する。

図１（ａ），図１（ｂ）は、Ｂピラー１に本発明に係る重ね溶接部材１を適用した状況を示し、図１（ａ）はＢピラー１をサイドパネルアウタ３側から透視したＢピラーリンフォース２の斜視図であり、図１（ｂ）はＢピラー１の横断面図である。

本発明の重ね溶接部材１は、少なくとも，第１の構成部材２と第２の構成部材３とを備える。重ね溶接部材１を構成する鋼板の重ね枚数は２枚もしくは３枚である。３枚重ねの場合は、第１の構成部材２および第２の構成部材３に加え、さらにこれらに重ね合わされて溶接される第３の構成部材４を備える。

第１の構成部材２は、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板またはその成形体（以下、成形体の場合も含めて、「鋼板」と称する。）であり、１５００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板であることが例示される。第１の構成部材２を構成する鋼板は、連続焼鈍設備でマルテンサイトを含む焼入れ組織とした高張力鋼板や、ホットスタンプ用の鋼板をオーステナイト温度以上に加熱し、水冷金型で成形しながら焼入れることにより強度を高めたホットスタンプ鋼板が例示される。

Ｂピラー１に本発明に係る重ね溶接部材１を適用する場合には、図１（ｂ）に示すように、第２の構成部材３は、Ｂピラーインナパネルであり、４４０ＭＰａ級鋼板であることが例示されるとともに、第３の構成部材４は、サイドパネルアウタであり、２７０ＭＰａ級鋼板であることが例示される。

２枚重ね構造であれば、第２の構成部材３と第１の構成部材２とが重ね合わされてスポット溶接される。図１（ｂ）に示すように３枚重ね構造であれば、第２の構成部材３および第３の構成部材４は、第１の構成部材２に重ねられてスポット溶接される。

なお、図１（ｂ）に示すＢピラー１では、第１の構成部材であるＢピラーリンフォース２の内側に、第４の構成部材５としてヒンジリンフォースが部分的にさらに重ね合わされて、互いの溝底部で２枚重ね溶接されている。第４の構成部材５としては、９８０ＭＰａ級鋼板であることが例示される。

このように、重ね溶接部材１は、第１の構成部材２および第２の構成部材３が（３枚重ね構造の場合はさらに第３の構造部材４が）部分的に重ね合わされ、重ね合わせ部がスポット溶接されることにより、組み立てられた構造を有している。

重ね溶接部材１において、第１の構成部材２は、スポット溶接により形成された一つ以上のナゲット６と、ナゲット６のうちの全部または一部を取り囲むように形成された軟化領域７とを備える。軟化領域７は、ナゲット６およびその周囲に形成されたＨＡＺ軟化部を取り囲むとともに、第１の構成部材２の長手方向に沿った端面２ｂを除いた範囲に設けられている。

スポット溶接部であるナゲット６の破断は、重ね溶接部材１であるＢピラーの強度を主として担う第１の構成部材２がマルテンサイト組織の割合が多い引張強度が高い鋼板であるほど発生し易い傾向にある。したがって、第１の構成部材２が例えばホットスタンプ等により１５００ＭＰａ級以上の引張強度を有する場合に、本発明は特に大きな効果を発揮する。第１の構成部材２を構成する鋼板の引張強度の上限には特に制限はないが、２０００ＭＰａとすることが望ましい。

第１の構成部材２，第２の構成部材３および第３の構成部材４を構成する鋼板の板厚の範囲も、通常の自動車強度部材用途に使用される、０．６〜２．６ｍｍ程度では十分適用可能である。

例えば、本発明をＢピラー１に適用する場合は、上述のように、サイドパネルアウタ（第３の構成部材）として板厚０．７ｍｍの２７０ＭＰａ級合金化溶融亜鉛めっき鋼板と、Ｂピラーリンフォース（第１の構成部材）として板厚１．８ｍｍの１５００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板もしくは板厚１．６ｍｍの１８００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板と、Ｂピラーインナ（第２の構成部材３）として板厚１．２ｍｍの４４０ＭＰａ級冷延鋼板との３枚重ね構造であることが例示される。

また、本発明をルーフレールに適用する場合は、サイドパネルアウタとして板厚０．７ｍｍの２７０ＭＰａ級合金化溶融亜鉛めっき鋼板と、ルーフレールアウタリンフォースとして板厚１．２ｍｍの１５００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板と、ルーフレールインナとして板厚１．４ｍｍの５９０ＭＰａ級冷延鋼板との３枚重ね構造であることが例示される。

さらに、本発明をバンパーリンフォースに適用する場合は、リンフォースアウタ（第１の構成部材）として板厚１．４ｍｍの１８００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板と、リンフォースインナ（第２の構成部材）として板厚１．４ｍｍの５９０ＭＰａ級冷延鋼板との２枚重ね構造であることが例示される。

これらの例では、第１の構成部材２のみが１１８０ＭＰａ級以上の高強度鋼板であったが、第２の構成部材３または第３の構成部材４が１１８０ＭＰａ級以上の高強度鋼板であってもよい。重ね合わされる第２の構成部材３が１１８０ＭＰａ級以上の高強度鋼板の場合、衝突時に重ね合わされる第２の構成部材３のスポット溶接部のＨＡＺ最軟化部での破断が予想されるケースでは、第２の構成部材３についても部分的に軟化領域７を形成すればよい。逆に衝突時に第２の構成部材３のスポット溶接のＨＡＺ最軟化部での破断が発生しないと予想されるケースでは、第２の構成部材３については軟化領域７を形成する必要はない。

第１の構成部材２の鋼板の表面は、非めっきでもよいし、めっきがされていてもよい。用いられるめっき鋼板としては、電気亜鉛めっき鋼板，電気亜鉛系合金めっき鋼板（たとえばＺｎ−Ｎｉ合金電気めっき鋼板），溶融亜鉛めっき鋼板，合金化溶融亜鉛めっき鋼板，溶融アルミニウムめっき鋼板，溶融亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板等が例示される。またこれらがホットスタンプされた鋼板であってもよい。

スポット溶接により第１の構成部材２と第２の構成部材３との界面に形成されるナゲット６のナゲット径は、４√ｔ以上７√ｔ以下（ｔ：重ね面の薄い側の板厚（ｍｍ））であることが望ましい。３枚重ね構造であれば、第１の構成部材２と第３の構成部材４の界面においても同様である。

重ね溶接部材１における軟化領域７のビッカース硬さＡ（Ｈｖ）は、第１の構成部材２の母材のビッカース硬さをＢ（Ｈｖ）とするとともにＨＡＺ最軟化部のビッカース硬さをＣ（Ｈｖ）とした場合に、（１）式：Ａ≦Ｃ＋５０、および（２）式：Ｂ−３００≦Ａを満足することが望ましい。すなわち、スポット溶接部２のＨＡＺ最軟化部へのひずみ集中を確実に抑制するためにはＡ≦Ｃ＋５０であることが望ましい。また、第１の構成部材２の母材の硬さ低下による重ね溶接部材の強度低下を防止するためには、Ｂ−３００≦Ａであることが望ましい。

重ね溶接部材１における軟化領域７は、望ましくは、対象とするナゲット６に対して、第１の構成部材２の長手方向についてナゲット６の端から４．０ｍｍ以上離れた位置までかつ長手方向と直交する方向についてナゲット６の径の３倍以下の範囲に設ける。軟化領域７の長手方向の長さを十分に取ることにより、ＨＡＺ最軟化部へのひずみの集中を防ぐことができる。軟化領域７の長さの上限は特に望ましい値はないが、軟化時の熱ひずみの影響や自動車用構造部材としての強度低下を小さくするためには、例えばスポット溶接部６の端から５０ｍｍ以下であることが望ましい。また軟化領域７の幅の上限についても同様で、ナゲット６の径の３倍以下であることが望ましい。

なお、ナゲット６の径は２枚の鋼板を重ねた界面における溶融凝固部の径の値とする。なお、３枚以上の複数の重ね合わせの場合に、第１の構成部材２の鋼板との重ね界面の溶融凝固部のうち、径が大きい側の溶融凝固部の値をナゲットの径とする。

また、前述したように、溶接は必ずしもスポット溶接である必要はない。このような場合も含めて、軟化領域は、望ましくは、長手方向について溶接金属（溶融凝固部）の端から４．０ｍｍ以上離れた位置まで、かつ長手方向と直交する方向について溶接金属（溶融凝固部）の最大寸法の３倍以下の範囲に設ける。

軟化領域７は、レーザビームもしくは高周波加熱による焼き戻しにより形成されることが望ましい。

次に、具体的な態様例として、Ｂピラー１およびルーフレールでの適用例について、上述の図１（ａ）および図１（ｂ）とともに図２（ａ）および図２（ｂ）を参照してさらに説明する。

図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、Ｂピラー１においては、第１の構成部材であるＢピラーリンフォース２と、第２の構成部材であるＢピラーインナー３と、第３の構成部材であるサイドパネルアウタ４とが重ね合わされて、フランジ部（Ｂピラーリンフォース２においてはフランジ２ａ）には長手方向に複数のスポット溶接部６が形成されている。この例では、Ｂピラーリンフォース２の上部では、スポット溶接部６を囲むように軟化領域７が形成され、Ｂピラーリンフォース２の下部では、同様にスポット溶接部６を囲むように軟化領域７が形成されるのに対し、Ｂピラーンフォース２の高さ方向中間部では、スポット溶接部６に対応する軟化領域７が形成されていない。

上部の軟化領域７の形成は、衝突時にＢピラー１の上部でのスポット溶接部６のＨＡＺ最軟化部での破断による折れを防止し、下部の軟化領域７の形成は、衝突での大変形領域でのスポット溶接部６のＨＡＺ最軟化部での破断を防止する。ＨＡＺ最軟化部が破断するひずみに達しない、Ｂピラーリンフォース２のフランジ２ａの高さ方向中央部には、軟化領域７を形成しない。このように、軟化領域７の形成は、衝突時のスポット溶接部６のＨＡＺ最軟化部を起点とする破断を防止するために、必要最小限であればよい。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、ルーフレール９に本発明に係る重ね溶接部材を適用した状況を示す説明図であって、図２（ａ）はルーフレール９をルーフレールインナ９−１側から透視したルーフレールアウタリンフォース８の斜視図であり、図２（ｂ）はルーフレール９の横断面図である。

ルーフレール９においては、第３の構成部材であるサイドパネルアウタ１０、第１の構成部材であるルーフレールアウタリンフォース８、および第２の構成部材であるルーフレールインナ９−１が重ね合わされて、それぞれのフランジ部（ルーフレールアウタリンフォース８では８ａ）に長手方向に複数のスポット溶接部６が形成されている。ルーフレールアウタリンフォース８の一部のスポット溶接部６に局所的な軟化領域７が形成されている。これにより、ルーフレールアウタリンフォース８の強度を極力下げることなく、スポット溶接のＨＡＺ最軟化部での破断を抑制することができる。なお、図２（ａ）における符号１１はＡピラーを示す。

次に、本発明における軟化領域７の技術的意義を説明する。
図３（ａ）は、低強度鋼板の成形体である第２の構成部材３に接合される第１の構成部材２のフランジ２ａの近傍の一例を模式的に示す説明図であり、図３（ｂ）および図３（ｃ）は、スポット溶接部６および軟化領域７の近傍における断面の硬さ分布の一例を示すグラフである。なお、図３（ａ）における符号２ｂはフランジ２ａの端面を示し、符号２ｃは第１の構成部材２の曲げ部を示し、符号Ｌはフランジ２ａの長手方向への軟化領域７の長さであり、符号Ｗはフランジ２ａの長手方向と直交する方向への軟化領域７の長さ（幅）である。また、図３（ｂ）および図３（ｃ）における硬さは、図３（ａ）中に破線で示す硬さ測定位置（第１の構成部材２の板厚方向中央位置）Ｃでの測定値である。なお、図３（ｂ），図３（ｃ）のグラフにおける「単独」と示された測定結果は、スポット溶接部６のみを形成し、軟化領域７を形成しない場合について硬さ測定位置Ｃにおける第１の構成部材２の硬さの測定結果を示す。

図３（ａ）に示すように、１５００ＭＰａ級冷延鋼板の成形品である第１の構成部材２が、フランジ２ａを介して、４４０ＭＰａ級鋼板の成形品である第２の構成部材３と重ね合わされ、フランジ２ａの延設方向へ断続的にスポット溶接部６が形成され（図３（ａ）では一つのスポット溶接部６を示す）、第１の構成部材２のフランジ２ａのスポット溶接部６を囲むように軟化領域７が設けられている。

溶接部６の近傍の硬さ分布は、図３（ｂ）のグラフに示すように、ナゲット６の周囲にＨＡＺ最軟化部のピークが認められる場合もあれば、図３（ｃ）のグラフに示すように、ＨＡＺ最軟化部１２のピークが認められない場合もある。これは、軟化領域７の硬さが十分小さくて、例えば仮に軟化領域７を設けないでスポット溶接した場合におけるＨＡＺ最軟化部１２の硬さよりも小さければ、図３（ｃ）のようにＨＡＺ最軟化部１２のピークが明確には認められないと考えられる。

図４（ａ）は、本発明の効果を示すグラフであり、図３（ａ）に示すような１５００ＭＰａ級のホットスタンプ材に４４０ＭＰａ級冷延鋼板がスポット溶接された部材のフランジを模擬した引張試験片に引張荷重を与えた場合の応力−伸び線図であり、図４（ｂ）は、比較例の引張試験片１３を示す説明図であり、図４（ｃ）は本発明例の引張試験片１４を示す説明図である。

図４（ｃ）に示す引張試験片１４、すなわち１５００ＭＰａ級の鋼板である第１の構成部材２が４４０ＭＰａ級の鋼板である第２の構成部材３と重ね合わされスポット溶接部６（ナゲット径：５〜６ｍｍ（おおよそ４√ｔ））が形成され、さらにそのスポット溶接部６を囲むようにして軟化領域７（幅：１０ｍｍ，長さ：１５ｍｍ）が第１の構成部材２に設けられた引張試験片１４では、図４（ｂ）に示すような軟化領域を設けない引張試験片１３と比較して、図４（ａ）のグラフに示すように、引張荷重に対して破断の発生するひずみ量が格段に増加し、吸収エネルギーが増加していた。

これは、引張試験片（すなわち重ね構造部材）１３，１４に引張荷重が負荷されたときに、軟化領域７が設けられていない引張試験片１３では、ＨＡＺ最軟化部に局所的にひずみが集中するのに対し、引張試験片１４は広がりを持った軟化領域７を有するために局所的なひずみの集中が抑制され、引張試験片１４が破断するまでの変形量が向上したためである。

また、本発明によれば、従来のフランジを広範囲に焼き戻す手法や、重ね溶接部材の広い範囲に軟化領域を形成する手法に比べて、熱ひずみによる部品の変形が極めて小さい。そのため、Ｂピラー，ルーフレール，Ａピラー等の高い形状精度を要求される自動車用構造部材への適用に特に適する。加えて、軟化領域７が第１の構成部材２の長手方向の端面に沿った範囲に形成されていないので、重ね溶接部材の強度低下が小さく、ホットスタンプ材など高強度材の材料特性を十分に生かすことができる。

図５（ａ）〜図５（ｄ）は第１の構成部材２におけるスポット溶接部６と軟化領域７の関係を概念的に示す説明図である。

図５（ａ）は、高強度鋼板２のフランジ２ａのスポット溶接部６を含むとともに端面２ｂを除いた範囲に、矩形状の軟化領域７が部分的に形成されたものである。

図５（ｂ）は、高強度鋼板２のフランジ２ａのスポット溶接部６を含むとともに端面２ｂを除いた範囲に、曲げＲ部２ｃ側にまで軟化領域７が部分的に形成されたものである。

図５（ｃ）は、高強度鋼板２のフランジ２ａのスポット溶接部６を含むとともに端面２ｂを除いた範囲に、楕円状の軟化領域７が部分的に形成されたものである
さらに、図５（ｄ）は、高強度鋼板２のフランジ２ａのスポット溶接部６を含むとともに端面２ｂを除いた範囲に、矩形状の軟化領域７が形成されたもので、隣接する軟化領域７同士が連なったものである。

このようにして、図１（ａ），図１（ｂ）や図２（ａ），図２（ｂ）に例示するように、側面衝突でキャビン内の乗員を保護する重要部材であるＢピラー，ルーフレール，サイドシルなどの、キャビンを取り囲んで配置される自動車用構造部材に本発明を適用することにより、これらの自動車用構造部材のスポット溶接部６のＨＡＺ最軟化部での破断を抑制でき、側面衝突時に対する安全性を高めることができる。さらに、バンパーリンフォース，ドアビーム，フロアメンバー，フロントサイドメンバー，リアサイドメンバーへも本発明を適用することにより、これらの自動車用構造部材の強度特性を高めることができる。

以上説明した本発明に係る重ね溶接構造は、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を含む自動車用構造部材への適用に適する。例えば、Ｂピラー，Ａピラー，ルーフレール，サイドシル，バンパーリンフォース，ドアビーム，フロアメンバー，フロントサイドメンバー，リアサイドメンバーなどへ適用可能である。

２．重ね溶接部材の製造方法
次に、本発明において重ね溶接部材１を製造する方法について、説明する。なお、以下の説明は、主として２枚重ね構造についてのものであるが、３枚重ね構造でも同様である。また、図１（ａ）に示すような、重ね溶接部材１の長手方向へ複数の溶接部６および軟化領域７が形成される部材を想定して説明する。

本発明に係る重ね溶接部材１を製造する方法は、第１の工程で、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の第１の構成部材２の長手方向の端面に及ばない範囲に部分的に軟化領域７を形成し、第２の工程で、形成された軟化領域７の内側でスポット溶接を行うことによりナゲット６を形成する。

まず、第１の工程で、スポット溶接により第１の構成部材２においてナゲット６の形成が予定されている部分のうち必要な箇所に、たとえば略矩形状の軟化領域７を形成する。すなわち、スポット溶接前に、スポット溶接が予定位置に軟化領域７形成する。このとき、スポット溶接を行ったときにＨＡＺ軟化部が形成される範囲を含むとともに高強度鋼板２の端面２ｂを除いた範囲に、部分的な軟化領域７を形成しておき、第２の工程でこの軟化領域７の内部でスポット溶接する。

すなわち、軟化領域７は、ナゲット６の形成が予定される部分の周囲であって高強度鋼板のこの位置にスポット溶接を行った場合にＨＡＺ軟化部が形成される範囲のうちでＨＡＺ最軟化部が形成される範囲を含む範囲であって、第１の構成部材２の長手方向の端面を除いた範囲に、形成される。

軟化領域７の大きさ、形状または硬度の望ましい範囲は、前述した通りである。
スポット溶接の溶接条件には特に制限はなく、少なくとも対象となる鋼板２の重ね合わせ界面にナゲット径が４√ｔ以上７√ｔ以下（ｔ：重ね面の薄い側の板厚（ｍｍ））となるナゲット６が形成されるように適宜決定すればよい。例えば、単相交流スポット溶接機もしくはインバータ直流スポット溶接機を用い、溶接電極の先端直径を６〜８ｍｍの範囲とし、先端の曲率半径Ｒを例えば４０ｍｍとし、加圧力を２．５〜６．０ｋＮの範囲とし、溶接電流の電流値を７〜１１ｋＡの範囲とし、通電時間を１０／６０〜４０／６０秒の範囲とすればよい。スポット溶接条件は例示した条件に限定されるものではなく、鋼種や板厚等に応じて適宜調整すればよいことは言うまでもない。

軟化領域７の形成方法は、高周波加熱もしくはレーザビームを用いた加熱による、焼き戻しが挙げられる。好適にはレーザビームによる加熱が望ましい。レーザビームは、エネルギーが安定しているためである。レーザビームとしては、ディスクレーザ，ファイバレーザ，ダイレクトダイオードレーザ，ＹＡＧレーザ，炭酸ガスレーザを用い、ビーム径５〜２５ｍｍの範囲とし、出力１〜１０ｋＷの範囲とし、溶接速度１〜２０ｍ／ｍｉｎの範囲とすることが例示される。さらに好適には、矩形集光が可能で矩形状のエネルギー分布を有するダイレクトダイオードレーザの適用が望ましい。

レーザビームによる焼き戻しによれば、レーザ照射は比較的短時間なので、鋼板２の表面は若干酸化するものの、スポット溶接性を低下させることは通常認められない。しかし、必要に応じて、アルゴン，窒素，炭酸ガス，ヘリウムなどの不活性のシールドガスを用いればよい。レーザビームの照射条件は、例示した条件には限定されず、前述した所定の軟化領域７が得られる照射条件であればよい。

第２の工程では、第１の構成部材２は、第２の構成部材３と重ね合わされ、スポット溶接によりナゲット６を形成することにより第２の構成部材３と接合される。

第２の構成部材３が１１８０ＭＰａ級以上の高強度鋼板である場合等、衝突時に第２の構成部材３のスポット溶接部６のＨＡＺ最軟化部での破断が予想されるケースでは、第２の構成部材３についても、前述の第１の工程での説明と同様に、予め部分的に軟化領域７を形成すればよい。

以上の説明は、重ね枚数が２枚の場合を例にとったが、重ね枚数が３枚の場合、すなわち例えば図１に示すように、第２の構成部材３と第３の構成部材４との間に第１の構成部材３を配置する構造の場合には、第２の工程でさらに第３の構成部材４を重ね合わせスポット溶接を行うようにしてもよい。

また、第１，２の構成部材２，３をいずれも引張強度が１１８０ＭＰａ以上の高強度鋼板により構成するとともに第３の構成部材４を引張強度が例えば２７０〜９８０ＭＰａ級の鋼板により構成する場合には、第１，２の構成部材２，３をまず重ね合わせてスポット溶接し、続いて第１の構成部材２または第２の構成部材３の一方または双方に軟化領域７を形成してから（軟化領域７は必要性に応じて一方または双方に形成するかを判断する）、第１の構成部材２に第３の構成部材４を重ねてスポット溶接するようにしてもよい。

以上の説明では、溶接がスポット溶接である場合を例にとったが、本発明はスポット溶接に限定されるものではなく、レーザ溶接やアーク溶接といったスポット溶接以外の他の溶接についても等しく適用される。

図６（ａ）〜図９（ａ）は、いずれも、低強度鋼板の成形品である第２の構成部材３とともに重ね溶接部材を構成する、高強度鋼板（１５００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板）の成形品である第１の構成部材２における各種の溶接部６−１〜６−４と軟化領域７の関係を概念的に示す説明図であり、図６（ｂ）〜図９（ｂ）は、それぞれ図６（ａ）〜図９（ａ）中の断面図における硬さ測定位置Ｃにおける第１の構成部材２の硬さの測定結果を示すグラフである。なお、図６（ｂ）〜図９（ｂ）のグラフにおける「単独」と示された測定結果は、各レーザ溶接部６−１〜６−４のみを形成し、軟化領域７を形成しない場合について硬さ測定位置Ｃにおける第１の構成部材２の硬さの測定結果を示す。

図６（ａ）は、第１の構成部材２のフランジ２ａにＣ字状レーザ溶接部６−１を形成し、Ｃ字状レーザ溶接部６−１を取り囲んで軟化領域７が形成されたものである。

図７（ａ）は、第２の構成部材２のフランジ２ａにリング状レーザ溶接部６−２を形成し、リング状レーザ溶接部６−２を取り囲んで軟化領域７が形成されたものである。

図８（ａ）は、第２の構成部材２のフランジ２ａに円状レーザ溶接部６−３を形成し、円状レーザ溶接部６−３を取り囲んで軟化領域７が形成されたものである。

さらに、図９（ａ）は、第２の構成部材２のフランジ２ａに円状アーク溶接部６−４を形成し、円状アーク溶接部６−４を取り囲んで軟化領域７が形成されたものである。

本発明を、実施例を参照しながら、より具体的に説明する。
供試材の化学成分を表１に示す。表１の単位は質量％であり、表１に示される以外の残部はＦｅおよび不純物である。

表１における供試材ＳＱ１５００は、非めっきの冷延鋼板をホットスタンプして得た引張強度１５００ＭＰａ級のホットスタンプ鋼板であり、供試材ＳＱＺ１５００は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板をホットスタンプして得た引張強度１５００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板であり、供試材ＳＱ１８００は、非めっきの冷延鋼板をホットスタンプして得た引張強度１８００ＭＰａ級ホットスタンプ鋼板であり、供試材ＪＳＣ１２７０は、非めっきの引張強度１２７０ＭＰａ級の冷延鋼板である。また、表１における供試材ＪＳＣ４４０は、非めっきの４４０ＭＰａ級鋼板である。

レーザビームを照射して略矩形状の軟化領域を形成し、その後スポット溶接し、試験片とした。

図１０は、本実施例で用いた試験片１５の形状を示す説明図である。
試験片１５は、供試材１６である鋼板にレーザを照射し焼き戻しをして軟化領域７を形成した。レーザ照射には、ダイレクトダイオードレーザを用い、ビームサイズ１．２×４ｍｍ〜１５ｍｍとし、速度２．０〜４．０ｍ／ｍｉｎ、シールドガス：アルゴン２０ｌ／ｍｉｎとした。軟化領域３をコントロールするため、出力を１．５ｋＷ〜４ｋＷの範囲で変化させた。

次に供試材である鋼板１７を、図１０に示すように重ね合わせ、軟化領域７の内側でスポット溶接を行ってスポット溶接部６を形成した。スポット溶接は、単相交流スポット溶接機を用い、ＤＲ型電極（先端の直径６ｍｍ，曲率半径４０ｍｍ）を用い、加圧力：４００ｋｇｆ，通電時間２０ｃｙｃ，電流値：ナゲット径６．０ｍｍが得られる電流値である。スポット溶接のＨＡＺの最軟化部のビッカース硬さはＳＱ１５００：２９０、ＳＱＺ１５００：２９０、ＳＱ１８００：３９０、ＳＰＣ１２７０：２８０である。

次に、各試験片１５で引張試験を実施した。引張試験は評点間距離５０ｍｍとし、引張速度３ｍｍ／ｍｉｎ一定とした。破断までのひずみ（評点間隔５０ｍｍとし、鋼板にクラックが入りチャート上で急激に荷重が低下するひずみ）が３％未満の場合を×とし、３％以上３．５％未満を△とし、３．５％以上４％未満を□とし、４％以上のものを○とした。試験結果を表２に示す。

表２に示すように、本発明例では、破断ひずみが３．５％以上であるのに対し、比較例ではスポット溶接のＨＡＺ軟化部で小さいひずみで破断し、破断ひずみはいずれも３．５％未満であった。

１ 本発明に係る重ね溶接部材（Ｂピラー）
２ Ｂピラーリンフォース（第１の構成部材）
２ａ フランジ
２ｂ フランジ端面
２ｃ 端面
３ サイドパネルアウタ（第２の構成部材）
４ Ｂピラーインナパネル（第３の構成部材）
５ ヒンジリンフォース（第４の構成部材）
６ ナゲット(溶接金属、スポット溶接部)
６−１ Ｃ字状レーザ溶接部
６−２ リング状レーザ溶接部
６−３ 円状レーザ溶接部
６−４ 円状アーク溶接部
７ 軟化領域
８ ルーフレールアウタリンフォース（第１の構成部材）
８ａ フランジ部
９ ルーフレール
９−１ ルーフレールインナ（第２の構成部材）
１０ サイドパネルアウタ（第３の構成部材）
１１ Ａピラー
１２ ＨＡＺ最軟化部
１３ 比較例の引張試験片
１４ 本発明例の引張試験片
１５ 試験片
１６，１７ 供試材

Claims (10)

1. 少なくとも、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板またはその成形体である第１の構成部材と、他の鋼板またはその成形体であって前記第１の構成部材に重ねられて溶接された第２の構成部材とを備える重ね溶接部材であって、
   当該重ね溶接部材は、
   前記溶接により、当該部材の長手方向に沿って形成された１つ以上の溶接金属と、
   前記１つ以上の溶接金属の一部または全部において、当該溶接金属の周囲に形成されているＨＡＺ最軟化部を含むように少なくとも前記第１の構成部材側に設けられた軟化領域とを有し、
   前記軟化領域は第１の構成部材の長手方向に沿った端面を除いた範囲に設けられていること
   を特徴とする重ね溶接部材。
2. 前記第１の構成部材または前記第２の構成部材と重ね合わされて溶接された鋼板またはその成形体である第３の構成部材を備える請求項１に記載された重ね溶接部材。
3. 前記軟化領域のビッカース硬さＡ（Ｈｖ）は、前記軟化領域および前記ＨＡＺ軟化部を除く前記第１の構成部材のビッカース硬さをＢ（Ｈｖ）とするとともに前記ＨＡＺ最軟化部のビッカース硬さをＣ（Ｈｖ）とした場合に、下記（１）式および（２）式を満足する請求項１または請求項２に記載された重ね溶接部材。
   Ａ≦Ｃ＋５０ ・・・・・（１）
   Ｂ−３００≦Ａ ・・・・・（２）
4. 前記軟化領域は、前記長手方向について前記溶接金属の端から４．０ｍｍ以上離れた位置まで、かつ前記長手方向と直交する方向について前記溶接金属の長手方向と直交する方向の最大寸法の３倍以下の範囲に形成されている請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された重ね溶接部材。
5. 前記軟化領域は焼戻し組織により形成される請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された重ね溶接部材。
6. 少なくとも、引張強度が１１８０ＭＰａ以上の鋼板またはその成形体である第１の構成部材と他の鋼板またはその成形体である第２の構成部材とを重ね合わせて溶接する重ね溶接部材の製造方法であって、
   前記第１の構成部材に、長手方向に沿った端面を除いた範囲に長手方向に沿って少なくとも１つの軟化領域を設ける第１の工程と、
   該軟化領域を形成された該第１の構成部材と前記第２の構成部材とを重ね合わせ、前記軟化領域の内側で溶接する第２の工程とを備えること
   を特徴とする重ね溶接部材の製造方法。
7. 前記第２の工程において、前記第１の構成部材と、前記第２の構成部材と、これらとは他の鋼板またはその成形体である第３の構成部材とを重ね合わせて溶接する請求項６に記載された重ね溶接部材の製造方法。
8. 前記軟化領域のビッカース硬さＡ（Ｈｖ）は、前記軟化領域および前記ＨＡＺ軟化部を除く前記高強度鋼板のビッカース硬さＢ（Ｈｖ）とするとともに前記ＨＡＺ軟化部のビッカース硬さをＣ（Ｈｖ）とした場合に、下記（１）式および（２）式を満足する請求項６または請求項７に記載された重ね溶接部材の製造方法。
   Ａ≦Ｃ＋５０ ・・・・・（１）
   Ｂ−３００≦Ａ ・・・・・（２）
9. 前記軟化領域は、前記長手方向について前記溶接金属の端から４．０ｍｍ以上離れた位置まで、かつ前記長手方向と直交する方向について前記溶接金属の長手方向と直交する方向の最大寸法の３倍以下の範囲に形成される請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載された重ね溶接部材の製造方法。
10. 前記軟化領域は焼戻しにより形成される請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載された重ね溶接部材の製造方法。