JP2019157219A

JP2019157219A - タンクバンド用フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板およびこれを用いたタンクバンドならびにスポット溶接方法

Info

Publication number: JP2019157219A
Application number: JP2018046509A
Authority: JP
Inventors: 濱田　純一; Junichi Hamada; 純一濱田; 憲博神野; Norihiro Jinno; 睦子吉井; Mutsuko Yoshii; 小野　直人; Naoto Ono; 直人小野
Original assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Stainless Steel Corp
Priority date: 2018-03-14
Filing date: 2018-03-14
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2038-03-14
Also published as: JP6961518B2

Abstract

【課題】スポット溶接時のナゲット形状および強度を確保したスポット溶接性に優れたフェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板およびこれを用いたタンクバンドならびに適正な溶接方法を提供する。【解決手段】Ｃ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：２〜５％、Ｐ≦０．０５％、Ｓ≦０．００５％、Ｎｉ：０．１〜６．０％、Ｃｒ：１５．０〜２３．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎ：０．００５〜０．３０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％、Ｏ：０．０００１〜０．０１００％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１００％を含有し、電気抵抗率が０．７μΩｍ以上であるタンクバンド用フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板。【選択図】図３

Description

本発明は、特に自動車の燃料部品を締結するために使用するタンクバンドへの適用に有効なスポット溶接性に優れたフェライト相とオーステナイト相から成る２相ステンレス鋼板およびこれを用いたタンクバンドならびにスポット溶接方法に関するものである。

近年、排気ガス規制の強化が更に強まる他、燃費性能の向上やダウンサイジング等の動きから自動車の車体軽量化が進められており、各部材の薄肉化が急務である。自動車の締結部品であるフランジ、ブラケット、ステー、タンクバンドには主に鉄系材料が使用されており、ステンレス鋼の場合フェライト系ステンレス鋼板が適用される場合が多い。これらの部品は各種排気部品や燃料部品等を車体と結合するためのものであり、自動車走行時の振動、衝突時の衝撃、排気管を流れる排気ガスによる熱環境に耐える必要があり、高い信頼性が求められる。また、各部品は溶接によって結合されることが多く、溶接部の靭性および高強度が要求される。例えばステンレス製の燃料系部品の場合、燃料タンクを支持するタンクバンドへの高耐食フェライト系ステンレス鋼板であるＳＵＳ４３６Ｌ（１７％Ｃｒ−０．２％Ｔｉ−１％Ｍｏ）の適用が特許文献１〜３に開示されている。しかしながら、該鋼は低炭素・窒素成分に起因してフェライト単相組織を有することから、部品を溶接した際に溶接組織が粗大化してしまい、靭性や強度が低下する課題があった。また、素材の引張強度が４５０ＭＰａ程度であるため、所定の締結力を得るためには２ｍｍ以上の板厚とする必要があった。車体の軽量化を進めるためには、タンクバンドのような締結部品に対しても薄肉化を行う必要があるが、燃料タンクは重要保安部品であるため、これを支持するタンクバンドには極めて高い信頼性、強度が必要であり、従来の材料を用いる限り薄肉化は困難であった。

一方、フェライト相とオーステナイト相から成る２相ステンレス鋼板は、耐食性に優れているとともに、微細組織であるため高強度であることから、化学プラントなど広範囲に使用されている。近年では省合金２相ステンレス鋼板が家電、各種構造物、自動車、二輪車および鉄道等の輸送機器への適用も進められている。従来の代表的な２相ステンレス鋼は、ＳＵＳ３２９Ｊ４Ｌ（２５％Ｃｒ−７％Ｎｉ−３％Ｍｏ−０．１％Ｎ）に代表される高Ｎｉ、Ｍｏ含有であったが、最近ではＮｉ量を低減したり、Ｍｏを含有しない省合金フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼が開発され、種々の分野に適用されつつある。このような省Ｎｉ、Ｍｏ含有鋼は、ＭｎやＮを添加することでオーステナイト量の調整や耐食性の確保が成されており、ＳＵＳ３０４（１８％Ｃｒ−８％Ｎｉ）やＳＵＳ３１６（１８％Ｃｒ−１０％Ｎｉ−２％Ｍｏ）の代替としても期待されている。

特許文献４には、成分の他に形状アスペクトやオーステナイト粒の面積率等を所定の範囲にすることで成形性に優れるフェライト・オーステナイト系ステンレス鋼板の技術が開示されている。特許文献５、６にはオーステナイト相の面積率の他、集合組織や粒径を規定することで成形性に優れた２相ステンレス鋼板を得る技術が開示されている。更に、特許文献７には溶接熱影響部の耐食性と靭性が良好な省合金二相ステンレス鋼板を得ることが開示されている。しかしながら板厚が１０ｍｍ以上の厚鋼板に対する大入熱溶接（サブマージアーク溶接）を前提とした技術であり、自動車締結部品に使用される薄鋼板の靭性や耐疲労強度に関する知見はなかった。特に自動車燃料タンクを支持するタンクバンドはスポット溶接で結合される場合が多い。

特開２００６−１４４０４０号公報特開２００４−３３０９９３号公報特許第３９４１７６２号公報特許第５８６９９２２号公報特開２０１７−８８９４５号公報特許第６１４０８５６号公報特許第５３４５０７０号公報

本発明は、高価な合金元素に頼らず、フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板のスポット溶接部の強度、靭性を安定的に発現させることができる、タンクバンド用フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板およびこれを用いたタンクバンドならびにスポット溶接方法を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明ではスポット溶接部の強度や靭性を満足するために、鋼成分や組織学的検討ならびにスポット溶接条件の研究を行った。そして、本発明者らはフェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板のスポット溶接におけるナゲット形成ならびにその機械的特性について詳細に調査した。そして、かかる目的を達成すべく種々の検討を重ねた結果、以下の知見を得た。

本発明者らは，省合金２相ステンレス鋼板において、スポット溶接のナゲット形状の安定化のために鋼成分を調整するとともに電気抵抗率を規定することによって優れたスポット溶接性が得られることを知見した。スポット溶接とは、２枚の素材を電極棒で加圧しつつ電流を流し、接触面の抵抗熱により素材内部で金属が溶解凝固して接合する手法であり、タンクバンドの結合に多用される。素材で溶解凝固した溶接部をナゲットと呼ぶ。スポット溶接はアーク溶接に比べて溶接温度が低く、溶接による変形や残留応力が小さい長所があるが、接触面での発熱が電気抵抗によるものであるため、素材の電気抵抗が重要になる。また、材質によって電極を押し付ける加圧力、電流値、通電時間を変える必要があり、適正な溶接条件にしないと必要な強度が出ない他、接合界面で脆性的に剥離する課題がある。本発明では、接触面での発熱を効率的に行い、適正なナゲット形状を得るためにタンクバンド用素材の電気抵抗率を０．７μΩｍ以上として規定する。本発明の材料の用途は自動車を主体とするタンクバンドであり、スポット溶接部にはせん断および剥離応力が作用する。その際に接合界面で脆性的に破壊する界面破壊が生じると溶接部の信頼性が得られない。またそれぞれの破断荷重を所定の荷重まで耐えられるようにする必要がある。本発明では鋼成分、電気抵抗率およびスポット溶接条件により適正なナゲット形状、スポット溶接強度を得ることを可能にし、従来の鋼に比べて薄肉軽量化に寄与するタンクバンドを提供することに成功した。

本発明は上記知見に基づいて完成したもので、その発明の要旨は、次の通りのものである。
（１）質量％にて、Ｃ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：２〜５％、Ｐ≦０．０５％、Ｓ≦０．００５％、Ｎｉ：０．１〜６．０％、Ｃｒ：１５．０〜２３．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎ：０．００５〜０．３０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％、Ｏ：０．０００１〜０．０１００％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、フェライト相とオーステナイト相の２相組織を示し、電気抵抗率が０．７μΩｍ以上であることを特徴とするタンクバンド用フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板。
（２）さらに、質量％にて、Ｔｉ：０．００５〜０．３０％、Ｎｂ：０．００５〜０．３０％、Ｚｒ：０．００５〜０．３０％、Ｓｎ：０．００５〜０．５０％、Ｗ：０．０１〜２．０％、Ｓｂ：０．００５〜０．５０％、Ｔａ：０．００５〜０．３０％、Ｈｆ：０．００５〜０．３０％、Ｃｏ：０．０１〜０．５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．０５％、Ｇａ：０．０００２〜０．１％の１種以上を含有することを特徴とする（１）に記載のタンクバンド用フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板。

（３）スポット溶接部のナゲット径が４ｔ^1/2以上であることを特徴とする（１）ま（２）に記載のタンクバンド用フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板を用いたタンクバンド。ここでｔは材料の板厚である。
（４）スポット溶接部のせん断試験における破断強度が１０ｋＮ以上であることを特徴とする（３）に記載のタンクバンド。
（５）スポット溶接部の剥離試験における破断強度が２ｋＮ以上であることを特徴とする（３）に記載のタンクバンド。

（６）（３）〜（５）のいずれか１つに記載のタンクバンドの製造において、スポット溶接を施す際に、電流値を５．５ｋＡ以上、加圧力を７．５ｋＮ以上とすることを特徴とするスポット溶接方法。

自動車締結部品用に従来適用されているフェライト系ステンレス鋼板のタンクバンドの課題を解消するとともに、スポット溶接部のナゲット径、強度を確保でき、特に自動車燃料タンクの締結部品に適用することで、既存鋼よりも薄肉・軽量化等のメリットが得られる。また、自動車分野以外の輸送機器、家電製品、建築部材としての適用も可能である。

スポット溶接部のナゲット形状を示す図である。せん断試験と剥離試験を示す図である。発明鋼と比較鋼のスポット溶接における電流値とナゲット形状（ナゲット径）の関係を示す図である。スポット溶接条件を本発明範囲とした場合のナゲット部の欠陥発生状況を示す図であり、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は部分拡大図である。スポット溶接条件を本発明範囲から外れた条件とした場合のナゲット部の欠陥発生状況を示す図であり、（Ａ）は全体図、（Ｂ）は部分拡大図である。

以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本発明のフェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板の化学成分についての限定理由について説明する。ここで、成分についての「％」は質量％を意味する。

Ｃは、０．０５％超の添加で成形性、耐食性および靭性を著しく劣化させるとともに、スポット溶接時の脆性的な割れに起因したボイドが発生しやすいため、上限を０．０５％とした。しかしながら、オーステナイト相を安定的に生成させて組織微細化を得るために０．００１％以上の添加が必要である。更に、精錬コスト、溶接部の鋭敏化抑制を考慮すると０．０１５〜０．０３％が望ましい。

Ｓｉは、脱酸剤としても有用な元素であり、固溶強化による高疲労強度化につながるが、１．０％超の添加により熱間加工性が劣化して製造し難くなる他、靭性の低下が生じるとともに、スポット溶接時の脆性的な割れに起因したボイドが発生しやすいため、１．０％以下とした。しかしながら、脱酸のためには０．０１％以上必要なことから、下限を０．０１％とした。更に、精錬コスト、耐酸化性、耐食性を考慮すると、０．３％〜０．８％が望ましい。

Ｍｎは、脱酸剤として添加される元素であるとともに、Ｎｉに代わりオーステナイト相を安定的に生成させる元素である。本発明ではオーステナイト相率を４０％以上とするために２％以上添加するが、過度に添加するとオーステナイト相が軟化して疲労亀裂進展の抵抗とならないため上限を５％とする。更に、耐酸化性や製造時の酸洗性を考慮すると、２．５〜４．５％が望ましい。

Ｐは、不純物として含有され製造時の熱間加工性や靭性を劣化させるとともに、スポット溶接時の脆性的な割れに起因したボイドが発生しやすいため、上限を０．０５％とした。但し、過度の低減は精錬コストの増加につながる他、リン化物形成による亀裂発生を考慮すると、０．０２〜０．０４％が望ましい。

Ｓは、不純物として含有され製造時の熱間加工性や靭性を劣化させるとともに、スポット溶接時の脆性的な割れに起因したボイドが発生しやすいため、０．００５％以下とした。但し、過度の低減は精錬コストの増加につながるため０．０００２％以上が望ましい。

Ｎｉはオーステナイト相を安定的に生成させる元素であり、溶接組織微細化と靭性向上に寄与するため０．１％を下限とする。一方、６．０％超の添加によりコスト高になるため上限を６．０％とした。但し、耐食性をより向上する観点、及び応力腐食割れ防止の観点から０．５〜３．０％が望ましい。

Ｃｒは耐食性や耐酸化性を確保するために１５．０％以上添加する。一方、多量の添加は合金コストの増加につながる他、オーステナイト相率確保が困難になる他、溶接組織が粗大化するため上限を２３．０％とした。更に、靭性等の製造性や隙間腐食性を考慮すると、１９〜２２％が望ましい。

Ｎは２相ステンレス鋼の耐食性や強度を向上させるとともに、オーステナイトを安定的に生成させて溶接組織の微細化に寄与するため、特に省Ｎｉ２相ステンレス鋼には必要な元素である。本発明では０．００５％以上の添加を行うが、０．３０％超添加するとオーステナイト相率が過度に多くなる他、Ｃｒ₂Ｎの生成によって低靭性化するとともに、スポット溶接時の脆性的な割れに起因したボイドが発生しやすいため上限を０．３０％とする。また、精錬コストや延性を考慮すると、０．０１〜０．２５％が望ましい。更に、製造性や高温強度を考慮すると、０．０５〜０．２０％が望ましい。

Ｍｏは、耐食性や高温強度向上に寄与する元素であるとともに、疲労強度向上に有効な元素であるため、０．０１％以上添加する。また、偏析元素であるため溶接凝固時にフェライト／オーステナイト相界面に濃化し、組織微細化に寄与して靭性や疲労強度の向上に有効であることを見い出した。一方、１．０％超の添加はコスト高になる他、Ｍｏはフェライト相生成元素であり、オーステナイト相の確保や組織微細化が困難になることから、上限を１．０％とした。但し、合金コストや製造性を考慮すると、０．１〜０．５％が望ましい。

Ｃｕは、耐食性に寄与する元素であり、オーステナイト相生成元素であるため、オーステナイト相率の調整のために０．０１％以上添加する。また、偏析元素であるため、フェライト／オーステナイト相界面に濃化し、組織微細化に寄与して靭性や疲労強度の向上に有効であることを見い出した。一方、２．０％超の添加は製造性を著しく低下させる他、析出Ｃｕの影響で溶接部の靭性が低下するとともに、スポット溶接時の脆性的な割れに起因したボイドが発生しやすいことから、上限を２．０％とした。但し、精錬コストや熱間加工性や酸洗性を考慮すると、０．５〜１．５％が望ましい。

Ｂは、溶接凝固時にフェライト／オーステナイト相界面に偏析し、組織微細化に寄与して靭性や疲労強度の向上に有効であるとともに、粒界強化よる脆化割れ抑制効果でスポット溶接時のボイド発生を抑制することを見出した。この効果は０．０００５％以上で発現することから０．０００５％以上添加する。但し、フェライト生成元素である他、凝固割れ感受性が高くなることから上限を０．０１００％とする。更に、粒界腐食性を考慮すると、０．０００５〜０．００３０％が望ましい。

Ａｌは、脱酸剤として活用できる他、耐酸化性や耐食性を向上させ、さらに適量の添加によって介在物の微細分散化によって溶接凝固時の凝固核として作用し、溶接組織微細化と靭性向上および疲労強度向上に寄与し、スポット溶接時のボイド発生を抑制することを見出した。この効果は０．０１％以上で発現するため、下限を０．０１％とした。一方、０．５％超の添加では、耐酸化性や耐食性の向上が飽和するとともに、ＡｌＮやＡｌ系酸化物が凝集粗大化して衝撃および疲労亀裂の起点となるため、上限を０．５％とした。但し、靭性を考慮すると、０．０１〜０．１０％が望ましい。

Ｖは、ＣやＮと結合して凝固組織の微細化や耐食性向上に寄与し、スポット溶接時のボイド発生を抑制するため０．０１％以上添加する。一方、過度な添加はコスト高になる他、耐酸化性の劣化に繋がるため上限を０．５０％とする。但し、耐食性を考慮すると、０．０５〜０．３０％が望ましい。

Ｍｇは、脱酸剤として活用する他、ＭｇＯ等が凝固核となって溶接部および鋳造組織の組織微細化に有効な元素であり、スポット溶接時のボイド発生を抑制するため、０．０００２〜０．０１００％添加する。０．０００２％未満の添加では、溶接部および鋳造組織の組織微細化に対し効果がない。０．０１００％超の添加で、その効果は飽和するとともに、介在物の粗大化に起因して亀裂起点や伝播促進の原因になる。但し、製造性を考慮すると、０．０００２〜０．００２０％が望ましい。

Ｃａは、Ｓと結合して熱間加工性を向上させる他、ＣａＯ等が凝固核となって溶接部および鋳造組織の組織微細化に有効な元素であり、スポット溶接時のボイド発生を抑制するため、０．０００２〜０．０１００％添加する。０．０１００％超の添加で、その効果は飽和するするとともに、介在物の粗大化に起因して亀裂起点や伝播促進の原因になる。但し、耐食性を考慮すると、０．０００５〜０．００１０％が望ましい。

Ｏは通常低い方が耐食性などの点で優位であるが、各種酸化物を凝固核として溶接組織微細化を達成するために０．０００１〜０．０１００％に規定する。０．０１００％超の場合には、介在物の粗大化に起因して亀裂起点や伝播促進の原因になるとともに、スポット溶接時の脆性的な割れに起因したボイドが発生しやすい。但し、耐食性や精錬コストを考慮すると、０．０００５〜０．００１０％が望ましい。

本発明では、選択元素としてさらに下記に示す成分を含有することとしても良い。

Ｔｉは、ＮとＴｉＮを形成して溶接部および鋳造組織の組織微細化に有効な元素であるとともに耐食性を向上する元素であるため、必要に応じて０．００５〜０．３０％添加する。０．００５％未満の添加では、溶接部および鋳造組織の組織微細化に対し効果が発現しない。０．３０％超の添加で、その効果は飽和するとともに、粗大ＴｉＮが過度に生成し亀裂起点や伝播促進の原因になる。また、鋼板の製造工程において表面疵の発生原因となる。但し、合金コストや靭性を考慮すると、０．００５〜０．１５％が望ましい。

Ｎｂは、Ｔｉと類似の作用があるとともに強度を向上させる元素であり、必要に応じて０．００５〜０．３０％添加する。０．００５％未満の添加では、溶接部および鋳造組織の組織微細化に対し効果が発現しない。０．３０％超の添加で、その効果は飽和するとともにＮｂＮが過度に生成し亀裂起点や伝播促進の原因になる。但し、合金コストや靭性を考慮すると、０．００５〜０．１５％が望ましい。

Ｚｒ、ＴａおよびＨｆは、ＴｉやＮｂと類似の作用があるとともに耐酸化性を向上させる元素であり、必要に応じて０．００５〜０．３０％添加する。０．００５％未満の添加では、溶接部および鋳造組織の組織微細化に対し効果がなく、耐酸化性の効果を発現しない。０．３０％超の添加で、その効果は飽和するとともに、各窒化物や炭化物が粗大に生成し、亀裂起点や伝播促進の原因になる。但し、合金コストや靭性を考慮すると、０．００５〜０．１５％が望ましい。Ｚｒ添加量が０．１５％を超えると靱性が低下する傾向にある。

ＳｎやＳｂは、耐食性を向上させる元素であり、必要に応じて０．００５〜０．５０％添加する。０．０５％未満の添加では、耐食性の向上効果がない。０．５０％超の添加で、その効果は飽和する。但し、熱間加工性や溶接性を考慮すると、０．０５〜０．２０％が望ましい。

Ｗは、耐食性や耐熱性を向上させる元素であり、必要に応じて０．０１〜２．０％添加する。０．０１％未満の添加では、耐食性や耐熱性の向上効果がない。２．０％超の添加で、その効果は飽和する。但し、合金コストや靭性を考慮すると、０．１〜１．０％が望ましい。

Ｃｏは、高温強度の向上やオーステナイト相の靭性向上に寄与するため，必要に応じて０．０１％以上添加する。０．５％超の添加によりコスト高になる他、延性の低下につながるため，上限を０．５％とする．更に，精錬コストや製造性を考慮すると、０．０１〜０．４％が望ましい。

ＲＥＭは、種々の析出物の微細化による靭性向上や耐酸化性の向上の観点から必要に応じて添加される場合があり、この効果は０．００１％以上で発現することから下限を０．００１％とした。しかしながら、０．０５％超の添加により鋳造性が著しく悪くなることから上限を０．０５％とした。更に，精錬コストや製造性を考慮すると、０．００１〜０．０１％が望ましい。ＲＥＭ（希土類元素）は、一般的な定義に従い、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）の２元素と、ランタン（Ｌａ）からルテチウム（Ｌｕ）までの１５元素（ランタノイド）の総称を指す。単独で添加してもよいし、混合物であってもよい。

Ｇａは、耐食性向上や水素脆化抑制のため、０．１％以下で添加してもよい。硫化物や水素化物形成の観点から下限は０．０００２％とする。さらに、製造性やコストの観点ならびに、延性や靭性の観点から０．００２０％以下が好ましい。

その他の成分について本発明では特に規定するものではないが、本発明においては、Ｂｉ等を必要に応じて、０．００１〜０．１％添加してもよい。なお、Ａｓ、Ｐｂ等の一般的な有害な元素や不純物元素はできるだけ低減することが好ましい。

次に、本発明においてスポット溶接形状および強度を得るための技術について説明する。

先にも示したようにスポット溶接は種々の条件の適正化が必要である。接触面での発熱を素材の電気抵抗で行うため、本発明では素材の電気抵抗率を０．７μΩｍ以上とすることで効果的にナゲット形状を得ることを知見した。

図３は、発明鋼と比較鋼を種々の電流値でスポット溶接した際のナゲット径を比較したものである。本発明鋼の成分は、０．０１６％Ｃ−０．４０％Ｓｉ−３．１３％Ｍｎ−０．０２％Ｐ−０．００１０％Ｓ−２．２％Ｎｉ−２１．２％Ｃｒ−０．１６％Ｎ−０．４０％Ｍｏ−１．０５％Ｃｕ−０．０２％Ａｌ−０．００１６％Ｂ−０．０６％Ｖ−０．００２０％Ｃａ−０．００２％Ｏ−０．０００５％Ｍｇであり、電気抵抗率は０．７８μΩ・ｍである。比較鋼は、タンクバンドに適用されているＳＵＳ４３６Ｌで、成分は０．００４％Ｃ−０．０５％Ｓｉ−０．０３％Ｍｎ−０．０３％Ｐ−０．００１０％Ｓ−０．１％Ｎｉ−１７．３％Ｃｒ−０．０１％Ｎ−１．００％Ｍｏ−０．０４％Ｃｕ−０．０８％Ａｌ−０．２１％Ｔｉ−０．０００３％Ｂ−０．０７％Ｖ−０．００１０％Ｃａ−０．００１％Ｏ−０．０００５％Ｍｇであり、電気抵抗率は０．５２μΩ・ｍである。

図１に、スポット溶接部の断面概略図を示す。板厚ｔの鋼板１同士がスポット溶接部２においてスポット溶接され、ナゲット部３と熱影響部４が形成されている。１．５ｍｍ厚さの同材料（鋼板１）をスポット溶接した後、ナゲット部３の断面組織観察を行い、ナゲット長さ（ナゲット径ｄ）を測定した。スポット溶接条件は、電極：ＣＲ型、φ８ｍｍ、Ｒ４０、加圧力６ｋＮ、通電時間：１６サイクル、電流を４．０〜１２ｋＡと変化させている。一般的に自動車部品のスポット溶接においてはナゲット径ｄが４ｔ^1/2以上確保する必要があるとされている。ナゲット径確保のため、比較鋼では約８ｋＡ以上の電流値が必要であるのに対して、本発明鋼は約５．５ｋＡ以上で適正ナゲット径を確保できており、極めてスポット溶接性に優れているとともに、電力コストの削減に有効であることが分かる。ここでｔは材料の板厚である。

素材の電気抵抗率を０．７μΩｍ以上とすることで、好適なスポット溶接条件を採用することとあいまって、ナゲット径が４ｔ^1/2以上の良好なナゲット形状を得ることができる。

次にタンクバンドにおけるスポット溶接部の特性およびそれを得るためのスポット溶接方法について説明する。タンクバンドは燃料タンク等の部品を支えるための部品であるためスポット溶接の強度信頼性が極めて重要である。その評価にはせん断試験および剥離試験が行われ、破断強度がそれぞれ１０ｋＮ以上および２ｋＮ以上である必要がある。

一般的にナゲット径が４ｔ^1/2以上確保されていると上記の特性が得られる場合が多いことから、本発明で好ましくは、スポット溶接部のナゲット径が４ｔ^1/2以上であることを特徴とする。

ところで、フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼の場合、高窒素成分に起因して溶融部に窒素ガスによるボイドやフェライト相の靭性不足による割れが生じる場合があり、所定の強度が発現しない場合がある。また、一般的にスポット溶接部の破断形態はナゲット部外の熱影響部や母材が破壊するプラグ破断が生じることが好ましいが、ナゲット部にボイドや割れといった欠陥が多数存在する場合にはナゲット部に亀裂が進行して破壊する界面破断が生じるケースが多くなる。

溶融部のボイドや割れはスポット溶接時に発生する窒素ガスに起因するもので窒素ガスのブローホールや熱応力に起因した脆性破壊であることを本発明で知見し、これを効果的に抑制する方法を種々検討した。その結果、鋼の成分組成及び電気抵抗率を上記本発明の好適条件とするとともに、スポット溶接条件の加圧力を７．５ｋＮ以上とすることで窒素によるブローホール形成を抑制し、これに起因する脆性的な割れを防止できることを知見した。また、これによりナゲット周りのコロナボンド部５（図１参照）の接合量を多くすることができ、ナゲット部３の亀裂進行を抑制でき、亀裂が熱影響部や母材の方に進行し易くなるためプラグ破断を示すことを見出した。
更に、このような加圧力条件において所定のナゲット形状である４ｔ^1/2以上を確保するために、電流値を５．５ｋＡ以上とする。

図４、図５に、本発明鋼に対してスポット溶接時の加圧力と電流値を変化させた時のナゲット組織を示す。鋼成分は０．０１６％Ｃ−０．４０％Ｓｉ−３．１３％Ｍｎ−０．０２％Ｐ−０．００１０％Ｓ−２．２％Ｎｉ−２１．２％Ｃｒ−０．１６％Ｎ−０．４０％Ｍｏ−１．０５％Ｃｕ−０．０２％Ａｌ−０．００１６％Ｂ−０．０６％Ｖ−０．００２０％Ｃａ−０．００２％Ｏ−０．０００５％Ｍｇであり、電気抵抗率は０．７８μΩ・ｍである。板厚は１．５ｍｍである。スポット溶接条件は、電極：ＣＲ型、φ８ｍｍ、Ｒ４０、通電時間：１６サイクルとし、加圧力と電流値を図４、図５に記載したように変化させている。加圧力と電流値が高い場合（図４）にナゲット部にブローホールや割れ等の欠陥は観察されず、健全なスポット溶接組織が得られていることがわかる。それに対し、図５に示すものは、加圧力が低く本発明の好適範囲を外れており、図５（Ｂ）の矢印部に示すように、ナゲット部にブローホールや割れ等の欠陥が観察された。

鋼の成分組成及び電気抵抗率を上記本発明の好適条件とするとともに、スポット溶接を施す際に、電流値を５．５ｋＡ以上、加圧力を７．５ｋＮ以上とすることにより、スポット溶接部のせん断試験における破断強度が１０ｋＮ以上であるとともに、スポット溶接部の剥離試験における破断強度が２ｋＮ以上であるタンクバンドとすることができる。

本発明の鋼板は、ステンレス冷延鋼板の汎用的な製造工程で製造することができる。具体的には、製鋼−熱間圧延−酸洗−冷間圧延−焼鈍・酸洗の各工程よりなる。
製鋼においては、前記必須成分および必要に応じて添加される成分を含有する鋼を、転炉あるいは電炉溶製し、続いて２次精錬を行う方法が好適である。溶製した溶鋼は、公知の鋳造方法（連続鋳造）に従ってスラブとする。
スラブは、所定の温度に加熱され、所定の板厚に連続圧延で熱間圧延される。熱間圧延は複数スタンドから成る熱間圧延機で圧延された後に巻き取られる。熱間圧延後は、熱延板焼鈍を施しても省略しても良い。冷間圧延においては、所定の板厚に応じて冷延圧下率を選択すれば良いが、２０％未満の圧下率ではオーステナイト相の展伸が不十分であるため、圧下率は２０％以上が望ましい。冷間圧延における他の条件（ロール径、パス数、圧延温度等）は特に規定せず、生産性に応じて適宜選択すれば良い。尚、冷間圧延後の焼鈍は、オーステナイト相量の調整のために、１０５０℃以上に加熱することが望ましい。他工程の製造方法については特に規定しないが、熱延板厚、焼鈍雰囲気などは適宜選択すれば良い。また、冷延・焼鈍後に調質圧延やテンションレベラーを付与しても構わない。更に、製品板厚についても、要求部材厚に応じて選択すれば良い。加えて、タンクバンドのスポット溶接において、溶接される材料の板厚や鋼成分が異なっていても構わず、スポット溶接機および電極の種類、通電パターンや後通電処理等は適宜選択すれば良い。

本発明は、フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼を対象とする。本発明に規定する成分組成を有する鋼とし、熱間圧延及びその後の熱処理工程を１２５０℃以下で行うことにより、２相ステンレス鋼とすることができる。

本発明の２相ステンレス鋼板は、電気抵抗率が０．７μΩｍ以上である。本発明に規定する成分組成を有する２相ステンレス鋼板とし、さらに本発明範囲内においてＮｉやＭｎの含有量を増やすことにより、電気抵抗率を本発明範囲内とすることができる。

表１、表２に示す成分組成の鋼を溶製した後熱間圧延して４ｍｍ厚の熱延板とした。その後、熱延板を焼鈍・酸洗し、１．５ｍｍ厚まで冷間圧延し、１０８０℃で焼鈍後、酸洗を施して薄鋼板とした。鋼板断面組織を観察し、２相鋼である場合は合格（○）とし、そうでない場合は（×）とした。また、鋼板の電気抵抗率を測定した。

このようにして得られた薄鋼板を用いてスポット溶接した。この際のスポット溶接条件は、電極：ＣＲ型、φ８ｍｍ、Ｒ４０、加圧力７．５ｋＮ、通電時間：１６サイクル、電流を５．５ｋＡとした。
ナゲット径の評価、ナゲット部のボイド（ブローホール、脆性割れ）の有無、せん断試験および剥離試験（図２参照）を実施した。ナゲット形状が４ｔ^1/2以上、ボイドなし、せん断試験における破断強度が１０ｋＮ以上、剥離試験における破断強度が２ｋＮ以上であるものを合格（○）とし、これらに満たないものやせん断試験や剥離試験で界面破壊が生じた場合を不合格（×）とした。

また、タンクバンドの耐食性の評価としてスポット溶接部に対してＪＡＳＯ−ＣＣＴ試験を行った。ＪＡＳＯ−ＣＣＴの条件は、塩水噴霧（温度３５℃、ＮａＣｌ濃度５％、２時間）、乾燥（温度６０℃、湿度２５％、４時間）、湿潤（温度５０℃、湿度９５％）を１サイクルとし、２４０サイクル実施した。その後、最大孔食深さを測定し、最大孔食深さが０．５ｍｍ以下のものを合格（○）、０．５ｍｍ超のものを不合格（×）とした。

結果を表１、表２に示す。本発明範囲から外れる数値に下線を付している。本発明鋼を用いたスポット溶接部は、ナゲット形状、強度ともにタンクバンドとしての特性を満足するとともに、耐食性にも優れており、タンクバンドに適した材料であることがわかる。

また表１の鋼Ｎｏ．２に対して、表３に示す条件でスポット溶接時の加圧力と電流値を変化させた場合の結果を同じく表３に示す。この際のスポット溶接条件は、電極：ＣＲ型、φ８ｍｍ、Ｒ４０、通電時間：１６サイクルとした。これより、加圧力が７．５ｋＮ未満の場合はナゲット径の確保とボイド抑制を両立することができず、剥離およびせん断特性も満足しない。一方、加圧力を７．５ｋＮ以上とし、かつ電流値を５．５ｋＡ以上とすることでナゲット径を確保しつつボイドも抑制でき、剥離およびせん断特性を満足することを確認できる。

本発明によれば、スポット溶接性に優れたフェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板を提供することが可能である。特に、自動車の燃料部品の締結用タンクバンドとしての活用が有効であるが、二輪、鉄道、建築用途、各種構造部品や締結部品として使用できる。これによって、薄肉軽量化や複雑構造の成形品に展開することが可能であることから、産業上極めて有益である。

１鋼板
２スポット溶接部
３ナゲット部
４熱影響部
５コロナボンド部

Claims

質量％にて、
Ｃ：０．００１〜０．０５％、Ｓｉ：０．０１〜１．０％、Ｍｎ：２〜５％、Ｐ≦０．０５％、Ｓ≦０．００５％、Ｎｉ：０．１〜６．０％、Ｃｒ：１５．０〜２３．０％、Ｍｏ：０．０１〜１．０％、Ｃｕ：０．０１〜２．０％、Ｎ：０．００５〜０．３０％、Ｂ：０．０００５〜０．０１００％、Ａｌ：０．０１〜０．５％、Ｖ：０．０１〜０．５０％、Ｃａ：０．０００２〜０．０１００％、Ｏ：０．０００１〜０．０１００％、Ｍｇ：０．０００２〜０．０１００％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、フェライト相とオーステナイト相の２相組織を示し、電気抵抗率が０．７μΩｍ以上であることを特徴とするタンクバンド用フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板。
さらに、質量％にて、
Ｔｉ：０．００５〜０．３０％、Ｎｂ：０．００５〜０．３０％、Ｚｒ：０．００５〜０．３０％、Ｓｎ：０．００５〜０．５０％、Ｗ：０．０１〜２．０％、Ｓｂ：０．００５〜０．５０％、Ｔａ：０．００５〜０．３０％、Ｈｆ：０．００５〜０．３０％、Ｃｏ：０．０１〜０．５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．０５％、Ｇａ：０．０００２〜０．１％の１種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載のタンクバンド用フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板。
スポット溶接部のナゲット径が４ｔ^1/2以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタンクバンド用フェライト・オーステナイト２相ステンレス鋼板を用いたタンクバンド。ここでｔは材料の板厚である。
スポット溶接部のせん断試験における破断強度が１０ｋＮ以上であることを特徴とする請求項３に記載のタンクバンド。
スポット溶接部の剥離試験における破断強度が２ｋＮ以上であることを特徴とする請求項３に記載のタンクバンド。
請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載のタンクバンドの製造において、スポット溶接を施す際に、電流値を５．５ｋＡ以上、加圧力を７．５ｋＮ以上とすることを特徴とするスポット溶接方法。