JP2015093282A - 高強度鋼板のスポット溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】2枚以上の薄鋼板からなる高強度鋼板の内、少なくとも1枚の引張強さが750〜1850MPaであり、各々の板厚が0.8〜3.6mm、炭素当量Ceqが0.22〜0.55質量%である高強度鋼板1同士を抵抗スポット溶接する際、次式{1.96×t≦EF1≦3.43×t}で表される加圧力EF1で溶接通電を行った後、次式{1.2×EF1≦PEF1≦2.4×EF1}で表される加圧力PEF1に設定し、次式{0.60×WC≦PC1≦0.95×WC}で表される後通電電流PC1および次式{30≦Pt1≦200}で表される後通電時間Pt1で後通電を行い、次いで、次式{0≦Ht≦200}で表される電極保持時間Htで電極保持を行う。
【選択図】図1
Description
一方、自動車用部品の製造や車体の組立などでは、抵抗スポット溶接(以下、スポット溶接と略称することがある)が主に用いられているが、高強度鋼板、特に引張強さが750MPa以上の高強度鋼板をスポット溶接した場合には、以下のような問題が生じる。
一般に、溶接継手の静的強度は、スポット溶接した溶接金属部(ナゲット部)と熱影響部の硬さの値が高く、十分な強度があり、さらに靭性も高い場合には十分高い値が得られるが、溶接金属部(ナゲット部)と熱影響部の硬さの値が高過ぎて靭性が低い場合には低い値を示し、特に、剥離方向に引張荷重を負荷して測定する十字引張強さ(CTS)では顕著となる。
さらに、高強度鋼板、特に引張強さが750MPa以上の高強度鋼板をスポット溶接した場合には、母材が変形し難いため、通電終了後の収縮によって溶接部で高い引張残留応力が発生し、溶接後しばらく経ってから遅れ破壊(割れ)が生じることもある。このような遅れ破壊が発生すると、接合部において十分な静的強度や疲労強度が得られず、また、その部分(割れ)に水分が浸入すると、腐食が発生して接合部の強度がさらに低下するという問題が生じる。
また、例えば、特許文献5に記載されているような1470MPa級のホットスタンピング鋼板を用いた場合には、焼入れ処理が必要となるため、炭素当量を下げることが困難である。
しかしながら、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するため、最適なテンパー通電条件から外れることから、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。
しかしながら、特許文献7に記載の方法も、上述した非特許文献7の方法と同様、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。また、巻戻し後の加圧力が非常に高いため、電極寿命が非常に短くなり、さらに、溶接部の凹みが大きくなるという問題も生じる。
しかしながら、この方法では、最適加圧条件が明確に示されておらず、引張強さの異なる各種高強度鋼板に対して、どのような加圧力で処理をすべきかが不明である。
しかしながら、この方法は、軟鋼板スポット溶接継手の疲労強度の向上方法に関するものであり、高強度鋼板スポット溶接継手の疲労強度の向上方法に関するものではない。また、スポット溶接部の加圧に関して、先端形状がどのようなツールを用い、強度が異なる各種高強度鋼板に対して、どのような加圧力で加圧するのかという検討は十分にされていない。
しかしながら、この方法は、溶接作業効率の低下や溶接施工コストの上昇、および、設計自由度の制約などの問題を抱えている。また、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るわけではないため、応力分散効果が十分発揮されず、いずれ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。
しかしながら、特許文献18、19に記載の技術は、鋼板特性の最適化に関わるものである。
また、特許文献20に記載の技術は、プロジェクション溶接方法に関するものである。ここで、プロジェクション溶接とスポット溶接は、同じ抵抗溶接であるが、そもそも、突起部で溶接するか、平坦部で溶接するかで溶接現象が異なっており、各溶接パラメーターの最適値も全く異なっている。したがって、特許文献20では、スポット溶接方法に関しては何ら提案されていないと考えられる。
すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S] ・・(1)
1.96×t ≦ EF1 ≦ 3.43×t ・・・(2)
1.2×EF1 ≦ PEF1 ≦ 1.5×EF1 ・・・(3)
0.60×WC ≦ PC1 ≦ 0.95×WC ・・・(4)
30 ≦ Pt1 ≦ 200 ・・・(5)
0 ≦ Ht ≦ 200 ・・・(6)
{但し、上記(1)〜(6)式中において、Ceq:炭素当量(質量%)、[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]:C、Si、Mn、P、Sの各々の含有量(質量%)、t:板厚(mm)、EF1:溶接通電時の電極の加圧力(kN)、PEF1:後通電時の電極加圧力(kN)、WC:溶接電流(kA)、PC1:後通電電流(kA)、Pt1:後通電時間(ms)、Ht:後通電後の電極保持時間(ms)を示す。}
[2] 上記[1]に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法であって、前記溶接通電と前記後通電との間に、さらに、下記(7)式で表される冷却時間Ctを設けることを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
16 ≦ Ct ≦ 300 ・・・(7)
{但し、上記(7)式中において、Ct:溶接通電後の冷却時間(ms)を示す。}
0.80×WC ≦ PC2 ≦ 0.95×WC ・・・(8)
30 ≦ Pt2 ≦ 100 ・・・(9)
0.60×WC ≦ PC3 ≦ 0.75×WC ・・・(10)
30 ≦ Pt3 ≦ 100 ・・・(11)
{但し、上記(8)〜(11)式中において、WC:溶接電流(kA)、PC2:第1の後通電電流(kA)、Pt2:第1の後通電時間(ms)、PC3:第2の後通電電流(kA)、Pt3:第2の後通電時間(ms)を示す。}
[4] 上記[3]に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法であって、前記溶接通電と前記第1の後通電との間に、さらに、上記[2]に記載の(7)式で表される冷却時間Ctを設けることを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
[5] 上記[1]〜[4]の何れか1項に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法であって、前記電極保持の後、さらに、下記(12)で表される熱処理温度ATおよび下記(13)式で表される熱処理時間Atで溶接後の熱処理を行うことを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
120 ≦ AT ≦ 220 ・・・(12)
100 ≦ At ≦ 6000 ・・・(13)
{但し、上記(12)、(13)式中において、AT:溶接後の熱処理温度(℃)、At:溶接後の熱処理時間(s)を示す。}
以下、本発明の高強度鋼板のスポット溶接方法の各実施形態について詳細に説明する。
以下、本発明の高強度鋼板のスポット溶接方法の第1の実施形態について、主に図1および図2を適宜参照しながら説明する。なお、本実施形態は、本発明の高強度鋼板のスポット溶接方法の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S] ・・(1)
1.96×t ≦ EF1 ≦ 3.43×t ・・・(2)
1.2×EF1 ≦ PEF1 ≦ 1.5×EF1 ・・・(3)
0.60×WC ≦ PC1 ≦ 0.95×WC ・・・(4)
30 ≦ Pt1 ≦ 200 ・・・(5)
0 ≦ Ht ≦ 200 ・・・(6)
但し、上記(1)〜(6)式中において、Ceq:炭素当量(質量%)、[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]:C、Si、Mn、P、Sの各々の含有量(質量%)、t:板厚(mm)、EF1:溶接通電時の電極の加圧力(kN)、PEF1:後通電時の電極加圧力(kN)、WC:溶接電流(kA)、PC1:後通電電流(kA)、Pt1:後通電時間(ms)、Ht:後通電後の電極保持時間(ms)を示す。
図1は、本発明において高強度鋼板1(図1中の符号1A、1Bで表される2枚の高強度鋼板を参照)を溶接するのに用いられる、一般的な抵抗スポット溶接方法を説明するための模式図である。本発明で用いられる抵抗スポット溶接方法とは、まず、被溶接材である2枚の高強度鋼板1A、1Bを重ね合わせる。そして、これら高強度鋼板1A、1Bの重ね合わせ部分に対して両側から、すなわち、図1に示す例では上下方向から挟み込むように、銅合金からなる電極2A、2Bを押し付けつつ通電することにより、高強度鋼板1Aと高強度鋼板1Bとの間に溶融金属部を形成させる。この溶融金属部は、溶接通電が終了した後、水冷された電極2A、2Bによる抜熱や鋼板自体への熱伝導によって急速に冷却されて凝固し、高強度鋼板1A、1B間に、図示例のような断面楕円形状のナゲット(溶接金属部)3が形成される。このようなナゲット3が形成されることにより、高強度鋼板1Aと高強度鋼板1Bとが溶接される。
以下に、本実施形態における高強度鋼板1の鋼板特性の限定理由について詳述する。
本実施形態において用いられる高強度鋼板1(1A、1B)は、引張強さが750〜1850MPa、板厚が0.8〜3.0mmであるとともに、上記した(1)式で表される炭素当量Ceqが質量%で0.22〜0.55%の範囲とされている。
本実施形態においては、被溶接材である母材の強度、すなわち、高強度鋼板1(1A、1B)の引張強さに関し、2枚以上の高強度鋼板1の内の少なくとも1枚が750〜1850MPaの範囲とされる。
また、高強度鋼板の引張強さが1850MPaを超えると、母材強度が高すぎることから、本発明の方法を用いた場合であっても、溶接部における応力負荷が高く、また、引張残留応力の低減が困難であり、溶接継手の静的強度、疲労強度、遅れ破壊特性の改善効果が得られないことから、本発明の適用範囲外である。
本実施形態においては、高強度鋼板1の板厚を0.8〜3.6mmの範囲に規定する。高強度鋼板1の板厚が上記範囲であれば、本発明の適用による静的強度や疲労強度、遅れ破壊特性を向上させる十分な効果が得られる。
また、高強度鋼板の板厚が3.6mmを超えると、板厚が厚すぎることから、本発明の方法を用いた場合であっても、溶接部における応力負荷が高く、また、引張残留応力の低減が困難であり、溶接継手の静的強度(特に剥離方向の引張強さ)、疲労強度、遅れ破壊特性の改善効果が得られないことから、本発明の適用範囲外である。
(鋼組織)
本実施形態のスポット溶接において用いられる高強度鋼板1の鋼種については、特に限定されず、例えば、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など)、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)、焼入れ型(マルテンサイト組織)、微細結晶型(フェライト主体組織)など、何れの型の鋼板であっても良い。何れの鋼種からなる高強度鋼板を用いた場合であっても、鋼板の特性を失うことなく、本発明を適用することによる効果が確実に得られる。
高強度鋼板1の成分組成としても、特に限定されるものではなく、この分野で一般的に用いられている炭素鋼や合金鋼などを採用することが可能である。但し、本実施形態の高強度鋼板1としては、以下に詳述するように、上記(1)式で表される炭素当量Ceqと各元素との関係を満足する組成のものを採用することが必須となる。
本実施形態においては、下記(1)式で規定される、高強度鋼板1の炭素当量Ceqを、0.22〜0.55質量%の範囲に規定する。
Ceq = [C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S] ・・(1)
但し、上記(1)式において、Ceq:炭素当量(質量%)、[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]:C、Si、Mn、P、Sの各々の含有量(質量%)を示す。
また、高強度鋼板の炭素当量Ceqが0.55質量%を超えると、炭素当量が高すぎることから、本発明の方法を用いた場合であっても、溶接部での靭性向上や引張残留応力の低減が困難であるため、溶接部の静的強度や疲労強度、遅れ破壊特性の改善効果が得られないことから、本発明の適用対象外である。
Ceqh = [C]+[Si]/40+[Cr]/20 ・・・(14)
Ceqt = [C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S] ・・・(15)
但し、上記(14)、(15)式において、[C]、[Si]、[Mn]、[P]および[S]は、それぞれ高強度鋼板中のC、Si、Mn、P、Sの各含有量(質量%)を示す。
本実施形態において用いられる高強度鋼板1は、表面処理を施さずに、冷間圧延・熱間圧延後の状態で使用することができるが、必要に応じてめっき処理を施しても良い。また、この際のめっき層の種類についても、例えば、Zn系、Zn−Fe系、Zn−Ni系、Zn−Al系、Zn−Mg系、Pb−Sn系、Sn−Zn系、Al-Si系など、何れのめっき層であっても良い。また、めっき層の表層に無機系、有機系の皮膜(例えば、潤滑皮膜など)が施されていても良い。
高強度鋼板1の表面に上述のようなめっき処理を施すことにより、鋼板の耐食性を確保することが可能となる。
以下に、本実施形態で規定する抵抗スポット溶接条件について、その限定理由を詳述する。
本実施形態においては、溶接通電時における電極2A、2Bの高強度鋼板1A、1Bに対する加圧力EF1(kN)を、下記(2)式で表される範囲、すなわち、板厚t(mm)に1.96〜3.43を乗じた数値の範囲とする。
1.96×t ≦ EF1 ≦ 3.43×t ・・・(2)
但し、上記(2)式中において、t:板厚(mm)、EF1:溶接通電時の電極の加圧力(kN)を示す。
なお、上記において、2枚以上の各鋼板が同厚でない場合には、全ての板厚を足し合わせ、2枚板組みと見なして2で割った値(相加平均)をtとする。
本実施形態におけるスポット溶接電流WC(kA)については、鋼板同士を溶接するスポット溶接法において従来から採用されている電流値と同程度とすることが可能である。
本実施形態においては、高強度鋼板1A、1Bを重ね合わせて溶接通電を行い、抵抗スポット溶接する際の基本通電パターンとしては、従来からこの分野において採用されている通電パターンを何ら制限なく採用することができる。すなわち、本実施形態の溶接通電においては、大電流・短時間通電や、小電流・長時間通電など、様々な通電パターンも想定されるが、溶接通電時の加圧力EF1(kN)を上記範囲としたうえで、その溶接電流WC(kA)および通電時間については、適宜最適条件に調整することが好ましい。
本実施形態においては、抵抗スポット溶接通電を行った後、下記(3)式で表される範囲、すなわち、上述した溶接通電時の加圧力EF1(kN)に1.2〜1.5を乗じた加圧力PEF1(kN)で、後通電を行う。
1.2×EF1 ≦ PEF1 ≦ 1.5×EF1 ・・・(3)
但し、上記(3)式中において、EF1:溶接通電時の電極の加圧力(kN)、PEF1:後通電時の電極加圧力(kN)を示す。
本実施形態においては、上記加圧力PEF1で後通電を行う際の後通電電流PC1(kA)を、下記(4)式で表される範囲、すなわち、上記溶接電流WCに0.60〜0.95を乗じた数値の範囲に規定する。
0.60×WC ≦ PC1 ≦ 0.95×WC ・・・(4)
但し、上記(4)式中において、WC:溶接電流(kA)、PC1:後通電電流(kA)を示す。
本実施形態においては、後通電を行う際の後通電時間(ms)を、下記(5)式で表される範囲、すなわち、30〜200(ms)の範囲に規定する。
30 ≦ Pt1 ≦ 200 ・・・(5)
但し、上記(5)式中において、Pt1:後通電時間(ms)を示す。
本実施形態においては、上記各条件による溶接通電および後通電の後、さらに、電極2A、2Bによって、重ね合わされた高強度鋼板1A、1Bを加圧する電極保持時間Ht(ms)を設ける。具体的には、保持時間Htは、下記(6)式で表される範囲、すなわち、0〜200(ms)の範囲に規定する。
0 ≦ Ht ≦ 200 ・・・(6)
但し、上記(6)式中において、Ht:後通電後の電極保持時間(ms)を示す。
本実施形態では、上記条件の電極保持の後、さらに、下記(12)で表される熱処理温度ATおよび下記(13)式で表される熱処理時間Atで溶接後の熱処理を行っても良い。
120 ≦ AT ≦ 220 ・・・(12)
100 ≦ At ≦ 6000 ・・・(13)
但し、上記(12)、(13)式中において、AT:溶接後の熱処理温度(℃)、At:溶接後の熱処理時間(s)を示す。
本実施形態において溶接後の熱処理を実施する場合には、その熱処理温度ATを、上記(12)式で表されるように120〜220(℃)の範囲とする。溶接後の熱処理温度ATは、マルテンサイトの分解によるナゲットおよび熱影響部の靭性改善に大きく寄与する。溶接後の熱処理温度ATが120℃未満であると、マルテンサイトの分解が不十分となり、破断形態の改善、および、それに伴う継手強度の向上ならびに継手強度のばらつき低減の効果が得られ難い。一方、熱処理温度ATが220℃を超えると、上記効果が得られ難く、また、ナゲットの硬さが過剰に低下し、ナゲット内において剥離破断が起こりやすくなる。したがって、溶接後の熱処理温度ATは、120〜220(℃)の範囲とすることが好ましく、また、上記効果が顕著に発現する観点からは、熱処理温度ATは140〜200(℃)の範囲とすることがより好ましい。
本実施形態において溶接後の熱処理を実施する場合、熱処理温度ATを上記範囲とするとともに、その際の熱処理時間Atを100〜6000(s:秒)の範囲とする。溶接後の熱処理時間Atが100秒未満であると、マルテンサイトの分解が不十分となり、破断形態の改善、および、それに伴う継手強度の向上、ならびに、継手強度のばらつき低減の効果が得られ難い。一方、熱処理時間Atが6000秒を超えると、上記した効果が得られ難く、また、工程時間が長くなって生産性が低下する。したがって、溶接後の熱処理時間Atを100〜6000秒の範囲とすることにより、ナゲットの硬さをほとんど低下させることなく靱性を確保することが可能となる。また、溶接後の熱処理時間Atは、3600秒以下(1時間以下)とすることがより好ましく、600〜2400秒の範囲とすることが最も好ましい。
本実施形態における溶接後の熱処理を行う手段としては、特に限定されず、例えば、炉中加熱、バーナー加熱、高周波加熱などを用いることができる。また、溶接後に塗装焼付け(ベークハード)処理などを行っても良い。
通常、炭素当量Ceq、特に、炭素量が高い高強度鋼板をスポット溶接すると、熱処理前の状態では、ナゲットおよび熱影響部のビッカース硬さHvが400以上となる場合が多い。このため、本実施形態においては、溶接後の熱処理を行った後の、ナゲットおよび熱影響部におけるビッカース硬さの低下量ΔHvが50以下に収まるように、溶接後熱処理の条件を制御することがより好ましい。
本発明の高強度鋼板のスポット溶接方法の第2の実施形態について、以下に説明する。なお、本実施形態では、上記第1の実施形態と共通する構成については同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
16 ≦ Ct ≦ 300 ・・・(7)
但し、上記(7)式中において、Ct:溶接通電後の冷却時間(ms)を示す。
本実施形態では、溶接通電後の冷却時間Ctを、16〜300(ms)の範囲に規定する。
溶接通電の直後に、通電を停止することで行われる冷却の時間は、ナゲットのデンドライト組織(デンドライト間距離など)や偏析状態に大きな影響を及ぼす。溶接通電後の冷却時間Ctが上記範囲であれば、破断形態が改善され、剥離方向の引張強さが向上する効果がより顕著に得られる。
本実施形態では、上記規定以外の条件については、上述した第1の実施形態と同様とすることができる。例えば、溶接通電時の溶接電流WCの他、後通電時の加圧力や後通電電流、後通電時間、さらに、電極保持などについては、上記第1の実施形態と同様の条件に設定することができる。
また、冷却時間Ctの間、電極2A、2Bは、溶接通電時の加圧力EF1で高強度鋼板1A、1Bを加圧し続け、その後に行われる後通電から、加圧力PEF1で加圧するパターンとすることができる。
さらに、溶接後の熱処理についても、上記第1の実施形態と同様の手順及び条件で行うことができる。
本発明の高強度鋼板のスポット溶接方法の第3の実施形態について、以下に説明する。なお、本実施形態では、上記第1、2の実施形態と共通する構成については同じ符号を付し、その詳しい説明を省略する。
0.80×WC ≦ PC2 ≦ 0.95×WC ・・・(8)
30 ≦ Pt2 ≦ 100 ・・・(9)
0.60×WC ≦ PC3 ≦ 0.75×WC ・・・(10)
30 ≦ Pt3 ≦ 100 ・・・(11)
但し、上記(8)〜(11)式中において、WC:溶接電流(kA)、PC2:第1の後通電電流(kA)、Pt2:第1の後通電時間(ms)、PC3:第2の後通電電流(kA)、Pt3:第2の後通電時間(ms)を示す。
「後通電電流:PC2」
本実施形態では、溶接通電の後、最初に後通電処理として行う第1の後通電に関し、その後通電電流を上記(8)式で表される範囲、すなわち、溶接通電時の溶接電流WC(kA)の0.80〜0.95倍に規定する。
後通電電流は、ナゲットおよび熱影響部の組織や偏析状態に大きな影響を及ぼす。第1の後通電における後通電電流PC2が上記範囲であれば、剥離方向の引張強さが向上する効果がより顕著に得られる。
本実施形態では、第1の後通電における後通電時間Pt2を、上記(9)式で表されるように、30〜100(ms)の範囲に規定する。
後通電時間は、上述の後通電電流と同様、ナゲットおよび熱影響部の組織や偏析状態に大きな影響を及ぼす。第1の後通電における後通電時間Pt2が上記範囲であれば、剥離方向の引張強さが向上する効果がより顕著に得られる。
「後通電電流:PC3」
本実施形態では、上記条件の第1の後通電に引き続いて行われる第2の後通電に関し、その後通電電流PC3を、上記(10)で表される範囲、すなわち、溶接通電時の溶接電流WC(kA)の0.60〜0.75倍に規定し、上記第1の後通電における後通電電流PC2よりも低めとする。
後通電電流PC3が上記範囲の下限未満だと、破断形態の改善と、それに伴う引張強さ向上の効果が得られ難い。一方、後通電電流PC3が上記範囲の上限を超えると、実質的に冷却が行われない状態となり、上記効果が得られなくなる。
本実施形態では、第2の後通電における後通電時間Pt3を、上記(11)式で表されるように、30〜100(ms)の範囲、すなわち、上記第1の後通電における後通電時間Pt2と同じ時間に規定する。
後通電時間Pt3が30ms未満だと、破断形態の改善と、それに伴う引張強さ向上の効果が得られ難い。一方、後通電時間Pt3が200msを超えると、上記効果が小さくなり、また、工程時間が長くなって生産性が低下してしまう。
本実施形態では、上記規定以外の条件については、上述した第1、2の実施形態と同様とすることができる。例えば、溶接通電時の溶接電流WCの他、後通電の後の電極保持などについては、上記第1の実施形態と同様の条件に設定することができる。また、溶接通電と後通電との間に冷却時間Ctを設ける場合にも、上記第2の実施形態と同様の条件とすることができる。
さらに、溶接後の熱処理についても、上記第1の実施形態と同様の手順及び条件で行うことができる。
『試験片の作成』
下記表1に示すような、板厚:1.0〜4.0mm、引張強さ:793〜1960MPaの2相組織型鋼板(780D、980D、1180D)、加工誘起変態型鋼板(980T)、焼入れ型鋼板(1470HP、1760HP、1960HP:特開2000−234153号の実施例に記載の発明例を参照)を用意した。なお、各鋼板の頭に示された記号は、Cが冷延鋼板、Hが熱延鋼板、Gが合金化亜鉛めっき鋼板を示し、また、それぞれの数字は引張強さのレベルを示す。
次いで、上記試験片を、下記表1に示すように、同鋼種または異鋼種の組合せで重ね合わせ、下記表1に示す溶接条件(本発明の請求項1に記載の溶接条件、および、その範囲外の溶接条件)で抵抗スポット溶接方法を行うことにより、3種類の溶接試験片(溶接継手)、すなわち、窪み・割れ観察用試験片、十字引張用試験片、疲労試験片を作製した。なお、それぞれの溶接試験片のナゲット径は、5√t(ただし、tは1枚の鋼板の板厚(mm))に設定した。
上記手順で得られた溶接試験片について、以下に説明するような各評価試験を実施し、結果を下記表1に示した。
上記手順で得られた窪み・割れ観察用溶接試験片について、外観観察を実施し、溶接部の窪み状態と割れの有無を観察した。また、溶接部をマイクロカッターで切断して研磨し、ピクリン酸でエッチングした後、光学顕微鏡を用いて断面のマクロ組織観察を行い、溶接部(ナゲット部および熱影響部)における割れ(高温割れ)の有無を観察した。
上記手順で得られた溶接試験片について、スポット溶接継手の十字引張試験方法(JIS Z3137)に基づき、図5に示すように、剥離方向(図中の符号6)に負荷を付与して十字引張試験を実施した。なお、十字引張試験は、同じ試験片に関して3体で実施し、その平均値を十字引張強さ(CTS)とした。
上記手順で得られた各試験片について、スポット溶接継手の疲れ強さ試験方法(JIS Z3138)に基づき、図6に示すように、せん断方向(図中の符号7)に負荷して引張せん断疲労試験を実施した。なお、疲労試験では、繰返し数106回で破断が起こらない荷重を疲労強度とした。
上記手順で得られた、別の窪み・割れ観察用溶接試験片について、耐低温割れ性を調査するため、溶接継手試験片を0.2Nの硫酸中に24時間浸漬し、取り出した後に水洗して断面組織を観察し、割れが発生しているかどうかを調べた。
表1は、本実施例において用いた鋼板、スポット溶接条件ならびに各種評価結果の一覧を示すものである。ここで、表1には、溶接部の窪み、溶接直後の割れ有無、十字引張強さ向上率、疲労強度向上率、低温割れ(遅れ破壊)有無、総合評価結果を示している。なお、十字引張強さと疲労強度の向上率は、本発明の請求項1で規定する後通電を実施しない場合との比較から算出した値である。
下記表2に示すような、板厚:1.0〜3.2mm、引張強さ:793〜1785MPaの2相組織型鋼板(780D、980D、1180D)、加工誘起変態型鋼板(980T)、焼入れ型鋼板(1470HP、1760HP:特開2000−234153号の実施例に記載の発明例を参照)を用意した。なお、各鋼板の頭に示された記号は、Cが冷延鋼板、Hが熱延鋼板、Gが合金化亜鉛めっき鋼板を示し、また、それぞれの数字は引張強さのレベルを示す。
次いで、上記試験片を、下記表2に示すように、同鋼種または異鋼種の組合せで重ね合わせ、下記表2に示す溶接条件(本発明の請求項2に記載の溶接条件、および、その範囲外の溶接条件)で抵抗スポット溶接方法を行うことにより、3種類の溶接試験片(溶接継手)、すなわち、窪み・割れ観察用試験片、十字引張用試験片、疲労試験片を作製した。なお、それぞれの溶接試験片のナゲット径は、5√t(ただし、tは1枚の鋼板の板厚(mm))に設定した。
下記表2に、実施例2における各試験片の作製条件並びに観察結果の一覧を示す。
表2の各種評価結果に示すように、本発明の請求項2で規定する鋼板特性を備える高強度鋼板を、同様に規定する溶接条件で抵抗スポット溶接を行った、条件No.B−1〜B−20の本発明例においては、何れの鋼種を用いた場合でも、溶接部の窪みが少なく、溶接直後の割れも認められず、冷却時間を設けない場合(実施例1)に比べて、十字引張強さ(CTS)と疲労強度の顕著な向上が認められ、低温割れが認められず耐遅れ破壊特性に優れていることが確認できた。
下記表3に示すような、板厚:1.0〜4.0mm、引張強さ:793〜1960MPaの2相組織型鋼板(780D、980D、1180D)、加工誘起変態型鋼板(980T)、焼入れ型鋼板(1470HP、1760HP、1960HP:特開2000−234153号の実施例に記載の発明例を参照)を用意した。なお、各鋼板の頭に示された記号は、Cが冷延鋼板、Hが熱延鋼板、Gが合金化亜鉛めっき鋼板を示し、また、それぞれの数字は引張強さのレベルを示す。
次いで、上記試験片を、下記表3に示すように、同鋼種または異鋼種の組合せで重ね合わせ、下記表3に示す溶接条件(本発明の請求項3に記載の溶接条件、および、その範囲外の溶接条件)で抵抗スポット溶接方法を行うことにより、3種類の溶接試験片(溶接継手)、すなわち、窪み・割れ観察用試験片、十字引張用試験片、疲労試験片を作製した。なお、それぞれの溶接試験片のナゲット径は、5√t(ただし、tは1枚の鋼板の板厚(mm))に設定した。
下記表3に、実施例3における各試験片の作製条件並びに観察結果の一覧を示す。
表3の各種評価結果に示すように、本発明の請求項3で規定する鋼板特性を備える高強度鋼板を、同様に規定する溶接条件で抵抗スポット溶接を行った、条件No.C−1〜C−24の本発明例においては、何れの鋼種を用いた場合でも、溶接部の窪みが少なく、溶接直後の割れも認められず、後通電を2段通電としない場合(実施例1、2)に比べて、十字引張強さ(CTS)と疲労強度の顕著な向上が認められ、低温割れが認められず耐遅れ破壊特性に優れていることが確認できた。
下記表4に示すような、板厚:1.0〜3.2mm、引張強さ:793〜1785MPaの2相組織型鋼板(780D、980D、1180D)、加工誘起変態型鋼板(980T)、焼入れ型鋼板(1470HP、1760HP:特開2000−234153号の実施例に記載の発明例を参照)を用意した。なお、各鋼板の頭に示された記号は、Cが冷延鋼板、Hが熱延鋼板、Gが合金化亜鉛めっき鋼板を示し、また、それぞれの数字は引張強さのレベルを示す。
次いで、上記試験片を、下記表4に示すように、同鋼種または異鋼種の組合せで重ね合わせ、下記表4に示す溶接条件(本発明の請求項4に記載の溶接条件、および、その範囲外の溶接条件)で抵抗スポット溶接方法を行うことにより、3種類の溶接試験片(溶接継手)、すなわち、窪み・割れ観察用試験片、十字引張用試験片、疲労試験片を作製した。なお、それぞれの溶接試験片のナゲット径は、5√t(ただし、tは1枚の鋼板の板厚(mm))に設定した。
下記表4に、実施例4における各試験片の作製条件並びに観察結果の一覧を示す。
表4の各種評価結果に示すように、本発明の請求項4で規定する鋼板特性を備える高強度鋼板を、同様に規定する溶接条件で抵抗スポット溶接を行った、条件No.D−1〜D−24の本発明例においては、何れの鋼種を用いた場合でも、溶接部の窪みが少なく、溶接直後の割れも認められず、冷却時間を設けない場合(実施例3)に比べて、十字引張強さ(CTS)と疲労強度の顕著な向上が認められ、低温割れが認められず耐遅れ破壊特性に優れていることが確認できた。
下記表5、6に示すような、板厚:1.0〜3.2mm、引張強さ:793〜1785MPaの2相組織型鋼板(780D、980D、1180D)、加工誘起変態型鋼板(980T)、焼入れ型鋼板(1470HP、1760HP:特開2000−234153号の実施例に記載の発明例を参照)を用意した。なお、各鋼板の頭に示された記号は、Cが冷延鋼板、Hが熱延鋼板、Gが合金化亜鉛めっき鋼板を示し、また、それぞれの数字は引張強さのレベルを示す。
次いで、上記試験片を、下記表5、6に示すように、同鋼種または異鋼種の組合せで重ね合わせ、下記表5、6に示す溶接条件(本発明の請求項5に記載の溶接条件(1段通電)、および、その範囲外の溶接条件)で抵抗スポット溶接方法を行うことにより、3種類の溶接試験片(溶接継手)、すなわち、窪み・割れ観察用試験片、十字引張用試験片、疲労試験片を作製した。なお、それぞれの溶接試験片のナゲット径は、5√t(ただし、tは1枚の鋼板の板厚(mm))に設定した。
下記表5、6に、実施例5における各試験片の作製条件並びに観察結果の一覧を示す。
表5の各種評価結果に示すように、本発明の請求項5で規定する鋼板特性を備える高強度鋼板を、同様に規定する溶接条件(1段通電)で抵抗スポット溶接を行った、条件No.E−1〜B−40の本発明例においては、何れの鋼種を用いた場合でも、溶接部の窪みが少なく、溶接直後の割れも認められず、溶接後の熱処理を行わない場合(実施例1)に比べて、十字引張強さ(CTS)と疲労強度の顕著な向上が認められ、低温割れが認められず耐遅れ破壊特性に優れていることが確認できた。
下記表7、8に示すような、板厚:1.0〜3.2mm、引張強さ:793〜1785MPaの2相組織型鋼板(780D、980D、1180D)、加工誘起変態型鋼板(980T)、焼入れ型鋼板(1470HP、1760HP:特開2000−234153号の実施例に記載の発明例を参照)を用意した。なお、各鋼板の頭に示された記号は、Cが冷延鋼板、Hが熱延鋼板、Gが合金化亜鉛めっき鋼板を示し、また、それぞれの数字は引張強さのレベルを示す。
次いで、上記試験片を、下記表7、8に示すように、同鋼種または異鋼種の組合せで重ね合わせ、下記表7、8に示す溶接条件(本発明の請求項5に記載の溶接条件(2段通電)、および、その範囲外の溶接条件)で抵抗スポット溶接方法を行うことにより、3種類の溶接試験片(溶接継手)、すなわち、窪み・割れ観察用試験片、十字引張用試験片、疲労試験片を作製した。なお、それぞれの溶接試験片のナゲット径は、5√t(ただし、tは1枚の鋼板の板厚(mm))に設定した。
下記表7、8に、実施例6における各試験片の作製条件並びに観察結果の一覧を示す。
表7の各種評価結果に示すように、本発明の請求項6で規定する鋼板特性を備える高強度鋼板を、同様に規定する溶接条件(2段通電)で抵抗スポット溶接を行った、条件No.F−1〜B−48の本発明例においては、何れの鋼種を用いた場合でも、溶接部の窪みが少なく、溶接直後の割れも認められず、溶接後の熱処理を行わない場合(実施例1)に比べて、十字引張強さ(CTS)と疲労強度の顕著な向上が認められ、低温割れが認められず耐遅れ破壊特性に優れていることが確認できた。
2(2A、2B)…電極、
3…ナゲット
Claims (5)
- 2枚以上の薄鋼板同士の接合面にナゲットを形成させる高強度鋼板のスポット溶接方法であって、
前記2枚以上の薄鋼板からなる高強度鋼板の内、少なくとも1枚の引張強さが750〜1850MPaであり、かつ、各々の板厚が0.8〜3.6mmであるとともに、下記(1)式で表される炭素当量Ceqが0.22〜0.55質量%の範囲である前記高強度鋼板同士を重ね合わせ、
下記(2)式で表される加圧力EF1で溶接通電を実施した後、下記(3)式で表される加圧力PEF1に設定するとともに、下記(4)式で表される後通電電流PC1および下記(5)式で表される後通電時間Pt1で後通電を行い、
次いで、下記(6)式で表される電極保持時間Htで電極保持を行うことを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S] ・・(1)
1.96×t ≦ EF1 ≦ 3.43×t ・・・(2)
1.2×EF1 ≦ PEF1 ≦ 1.5×EF1 ・・・(3)
0.60×WC ≦ PC1 ≦ 0.95×WC ・・・(4)
30 ≦ Pt1 ≦ 200 ・・・(5)
0 ≦ Ht ≦ 200 ・・・(6)
{但し、上記(1)〜(6)式中において、Ceq:炭素当量(質量%)、[C]、[Si]、[Mn]、[P]、[S]:C、Si、Mn、P、Sの各々の含有量(質量%)、t:板厚(mm)、EF1:溶接通電時の電極の加圧力(kN)、PEF1:後通電時の電極加圧力(kN)、WC:溶接電流(kA)、PC1:後通電電流(kA)、Pt1:後通電時間(ms)、Ht:後通電後の電極保持時間(ms)を示す。} - 請求項1に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法であって、
前記溶接通電と前記後通電との間に、さらに、下記(7)式で表される冷却時間Ctを設けることを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
16 ≦ Ct ≦ 300 ・・・(7)
{但し、上記(7)式中において、Ct:溶接通電後の冷却時間(ms)を示す。} - 引張強さが750〜1850MPa、板厚が0.8〜3.6mmであるとともに、請求項1に記載の(1)式で表される炭素当量Ceqが0.22〜0.55質量%の範囲である高強度鋼板同士を重ね合わせて抵抗スポット溶接を行う、高強度鋼板のスポット溶接方法であって、
請求項1に記載の(2)式で表される加圧力EF1で溶接通電を実施した後、請求項1に記載の(3)式で表される加圧力PEF1に設定し、
下記(8)式で表される後通電電流PC2および下記(9)式で表される後通電時間Pt2で第1の後通電を行った後、さらに、下記(10)式で表される後通電電流PC3および下記(11)式で表される後通電時間Pt3で第2の後通電を行うことで2段後通電を実施し、
次いで、請求項1に記載の(6)式で表される電極保持時間Htで電極保持を行うことを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
0.80×WC ≦ PC2 ≦ 0.95×WC ・・・(8)
30 ≦ Pt2 ≦ 100 ・・・(9)
0.60×WC ≦ PC3 ≦ 0.75×WC ・・・(10)
30 ≦ Pt3 ≦ 100 ・・・(11)
{但し、上記(8)〜(11)式中において、WC:溶接電流(kA)、PC2:第1の後通電電流(kA)、Pt2:第1の後通電時間(ms)、PC3:第2の後通電電流(kA)、Pt3:第2の後通電時間(ms)を示す。} - 請求項3に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法であって、
前記溶接通電と前記第1の後通電との間に、さらに、請求項2に記載の(7)式で表される冷却時間Ctを設けることを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。 - 請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法であって、
前記電極保持の後、さらに、下記(12)で表される熱処理温度ATおよび下記(13)式で表される熱処理時間Atで溶接後の熱処理を行うことを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
120 ≦ AT ≦ 220 ・・・(12)
100 ≦ At ≦ 6000 ・・・(13)
{但し、上記(12)、(13)式中において、AT:溶接後の熱処理温度(℃)、At:溶接後の熱処理時間(s)を示す。}
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