JP3501667B2 - 高張力鋼板のアーク溶接方法 - Google Patents
高張力鋼板のアーク溶接方法Info
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Description
や部品、建設機械の部材や部品に好適される高強度鋼板
の溶接方法に関するものである。
されてきており、その中で特にCO2ガスを代表する温
室効果ガスによる地球の温暖化が深刻化してきている。
このため自動車業界ではCO2 ガス排出量削減のため自
動車の低燃費化を進めてきており、自動車の安全性向上
の動きも相まって、高強度鋼材の自動車車体等への適用
が本格化してきている。板厚の厚い鋼板を使用している
トラックの車体部品については一層の高強度化により軽
量化が求められている。
板同士の接合は溶接による接合が主である。この中で板
厚が2.0mmを超えるような鋼板同士の接合は一般に
アーク溶接により行われる。アーク溶接において、被溶
接材となる鋼材と溶接材料(溶接金属)の関係について
は、これまでに開示された例は少なく、経験的に鋼板中
のSi量の少ない鋼種では溶接ビード形状が悪いことが
知られていた。アーク溶接のビード形状が粗悪になる
と、接合が不十分であったり、溶接部の強度の低下や応
力集中の発生による疲労強度の低下が問題となる。
例えばクレーンのアームでの摺動性の問題から、表面性
状についての要求も強くなってきている。高強度化を目
的として、安価で強度向上代の大きいSiを添加した鋼
板が多いが、一方で過多なSiの添加は酸化スケールを
生成させ、表面性状を劣化させる。以上のようなことか
ら、Si量が少ない鋼板でも良好な溶接ビードが得られ
るような溶接方法について開示されることが強く求めら
れていた。
なる鋼成分に対し溶接に用いるワイヤを最適な成分のワ
イヤに規定することにより上記のような問題点を解消
し、高品質で安定した溶接方法を提供することを目的と
するものである。
題を解決するため種々検討を重ねた結果以下のことを見
いだした。本発明者らは、各種の鋼板と溶接棒を用いた
時の溶接ビード形状について溶接実験を行った。ビード
形状を図1に示すようなビード断面の面積測定方法によ
り評価し、鋼板のSi量と溶接棒のSi量とを加えたも
のでビード断面の面積比を整理した結果が図3のように
なる。面積比が0.7以上であれば、一般にビード形状
は良好であると判断されるが、鋼板のSi量と溶接棒の
Si量とを加えたものが1.5以上になった場合には面
積比が0.7以上になり、溶接ビード形状が良好になる
ことを見いだした。
0.01〜0.10%、Mn:0.5〜2.5%、P:
≦0.05%、S:≦0.05%、Al:0.005〜
0.1%を含み残部がFeと不可避的不純物元素よりな
る組成を有する鋼板をC:0.01〜0.40%、M
n:0.2〜3.0%で、Si:0.1〜2.0%の範
囲でかつ鋼板のSi量とワイヤのSi量を下式を満たす
範囲で含むワイヤで溶接する高張力鋼板の溶接方法。 鋼板のSi量(mass%)+ワイヤのSi量(mas
s%)≧1.5
0%、Si:0.01〜0.10%、Mn:0.5〜
2.5%、P:≦0.05%、S:≦0.05%、A
l:0.005〜0.1%およびTi:0.005〜
0.1%、Nb:0.005〜0.05%、B:0.0
003〜0.01%、Ca:0.0005〜0.005
0%のうち1種以上を含み残部がFeと不可避的不純物
元素よりなる組成を有する鋼板をC:0.01〜0.4
0%、Mn:0.2〜3.0%で、Si:0.1〜2.
0%の範囲でかつ鋼板のSi量とワイヤのSi量を下式
を満たす範囲で含むワイヤで溶接する高張力鋼板の溶接
方法である。 鋼板のSi量(mass%)+ワイヤのSi量(mas
s%)≧1.5
について詳述し、またその限定理由について述べる。ま
ず被溶接材の鋼板の限定理由について述べる。成分であ
るが、Cは強度確保のため必要な元素であり最低0.0
1%必要である。しかし、0.20%を超えるように過
多に添加した場合には靱性の低下、冷間加工性が低下す
るばかりではなく、溶接時の熱影響により溶接後の硬度
が大幅に増加し、溶接部の靱性の低下、溶接割れの発生
などを招くため、0.20%を上限とした。
る。Siは脱酸及び強度確保のために最低0.01%必
要である。また、溶接時における溶接金属との濡れ性に
も寄与すると考えられ、0.01%を下限とする。しか
し過多に添加した場合に酸化スケールを生成し表面性状
を悪化させるので0.1%以下を制限範囲とした。Mn
は強化元素である。Mnは0.5%以下であると強度が
不十分であり、2.5%以上を超えると溶製上の問題や
製造コストの点で不適当である。
の切削仕上げ面を改善する。この機構は明らかでない
が、この効果はPが0.005%以上添加されたときに
発現するので、これを下限値とする。一方、0.05%
を超えた場合、加工性・溶接性等を劣化させるととも
に、偏析を助長する。従って、本発明鋼においては0.
05%以下にすることが必要である。Sは0.05%を
超えるように過多に添加した場合には、鋼の延性や靱性
を害するので、0.05%以下にすることが必要であ
る。Alは脱酸上重要な元素であり0.005%以上添
加することが必要である。過多に添加しすぎると鋼中に
Al2 O3 系のクラスターを多く生じ、溶接時の割れ問
題を生じるので、その上限を0.1%とする。Nが鋼中
に過剰に存在すると溶接部の靱性を低下させるので0.
010%を上限とする。
適宜以下の元素を添加することが可能である。TiはC
と結合しTiCを形成し、析出強化により鋼板が強度増
加する。これらの効果はTiが0.005%以上添加し
た場合に発現するので、これを下限値とする。また0.
1%を超すように過多に添加した場合には延性が低下す
るばかりでなくTiCにより工具の損傷を早め、またコ
ストが悪化するので0.1%を上限とする。Nbは0.
005%以上の添加で炭・窒化物を形成して強度を向上
させる効果があるが、0.05%を超えると溶接継手部
の靱性を下げるのでこれを上限とする。Bは0.000
3%以上あればオーステナイト粒界に偏析して溶接部の
焼き入れ性を向上させるが、0.01%を超えると熱間
脆性が劣化するので0.01%を上限とする。
化)により曲げ性や穴拡げ性を向上することができる。
これらの効果はCaが0.0005%以上添加されたと
きに発現するためこれを下限とする。しかし、0.00
50%を超えるように過剰に添加すると効果が飽和し、
介在物の増加により曲げ性や穴拡げ性を低下させるのと
同時に溶接におけるスパッタを増加させるので0.00
50%を上限とした。また、これらを主成分とする鋼に
Cr、Ni、Mo、Vを合計で3%以内を上限として含
有することができる。Cr、Ni、Mo、Vは合計で3
%以内であれば本発明の効果を損なわずに、強度を増加
させることができ、その量によっては耐食性が改善され
る等好ましい場合もある。
について説明する。本発明鋼では特にスケールの厚み、
組成について特に限定はない。しかし本発明鋼は多くの
場合圧延ままのスケールが付着した状態で使用される。
特にスケール厚みについてはスケールの剥離による作業
環境悪化防止の観点から、出来るだけ薄いことが好まし
く、スケール厚みを20μm以下にすることが望まし
い。しかし、鋼板を酸洗しデスケーリングを行う場合は
この限りでない。
る。Cは鋼の強度を向上させるのに必要な元素であり、
溶接金属の強度確保のためにも0.01%必要である。
一方で過多に添加した場合溶接性を劣化させるととも
に、高炭素マルテンサイトを生成し、靱性を劣化させる
ため0.40%を上限とする。Siは本発明において最
も重要な元素である。Siは脱酸及び強度確保にも効果
を有する元素である。またワイヤ中にSiを含有するこ
とにより、気泡の発生及び溶接金属の酸化を防止する作
用もあると同時に、溶接時における被溶接材との濡れ性
にも寄与すると考えられる。これらの効果はSiが0.
1%以上のときに発現するのでこれを下限とする。一方
で過多に添加した場合、溶接金属の靱性が低下するの
で、2.0%を上限とする。
と靱性の双方を向上させる効果がある。この効果はMn
が0.20%以上の時に発現するためこれを下限とす
る。一方、過多に添加した場合耐割れ性や靱性が著しく
劣化するために、Mnの添加量の上限を3.00%とす
る。P、Sに関しては特に制限はないが、Pを過多に添
加すると靱性の低下が懸念され、またSを過多に添加す
ると溶接金属部の延性の低下、溶接金属部の耐割れ性の
低下が懸念されるため、それぞれ被溶接材である鋼板の
10倍程度までの添加量を目安とする。さらに、上記元
素に加え、必要に応じCr、Mo、Ti、Zr、Nb、
V、Cuを各々0.005〜1.5%の範囲で、B、C
a、REMを0.0003〜0.0010%の範囲で選
択して1種以上添加することができ、これらの添加によ
り溶接金属の機械的性質の改善、特に強度や延性の向
上、靱性の強化を図ることができるなど好ましい場合が
ある。
と比較して説明するが、これにより本発明が何ら制限さ
れるものではない。表1に示す化学成分の鋼を溶製し、
連続鋳造にてスラブとした後に、加熱、熱間圧延して板
厚3.2mmから7mmまでの鋼帯を製造した。製造後
の鋼帯を巻き戻して矯正により、平坦化した後に剪断
し、鋼板となした。鋼板から試験片を切り出し、T字継
ぎ手形状とし、表2に示す溶接棒(径1.2mmφ)を
用いて図2に示すようなアーク溶接により水平すみ肉溶
接を行った。溶接条件は、溶接電流が200〜300
A、アーク電圧25〜30V、溶接速度30〜60cm
/min、トーチ角度が45°、トーチの前進角0°、
トーチ先端の溶接材料と溶接部との距離10〜20mm
とした。溶接性の評価は図1に示すようなビード断面の
面積比測定方法およびビード外観を官能試験で評価し
た。結果を表3に示す。
17は本発明例でありその他は比較例である。スケール
による表面性状を改善するため鋼板のSi量を0.1%
以下に下げた場合でも、Si量の多いワイヤを用いて、
鋼板Si量+ワイヤSi量≧1.5を満足していれば、
溶接ビードの形状及びビード外観が良好である。一方で
比較例のT−13、T−14、T−18〜20は、鋼板
Si量+ワイヤSi量≧1.5を満たしており溶接性に
ついては良好であるが、鋼板Si量>1.0%であり、
スケールのため表面性状が悪い。またT−1、T−3、
T−4、T−6〜8、T−11、T−15、T−16は
鋼板Si量が0.1%より低いため鋼板の表面性状は良
好であるが、ワイヤのSi量も低いためビード形状及び
ビード外観が悪い。
溶接材の鋼板の成分と溶接金属の成分を規定することに
より良好な溶接が可能になる。したがって、高強度鋼板
の溶接方法として自動車用、産業機械用などで極めて大
きな効果を有する。
る。
とビード断面の面積比との関係を説明する図である。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量割合で、 C :0.01〜0.20%、 Si:0.01〜0.10%、 Mn:0.5〜2.5%、 P :≦0.05%、 S :≦0.05%、 Al:0.005〜0.1% を含み残部がFeと不可避的不純物元素よりなる組成を
有する鋼板をC:0.01〜0.40%、Mn:0.2
〜3.0%で、Si:0.1〜2.0%の範囲でかつ鋼
板のSi量とワイヤのSi量を下式を満たす範囲で含む
ワイヤで溶接する高張力鋼板の溶接方法。 鋼板のSi量(mass%)+ワイヤのSi量(mas
s%)≧1.5 - 【請求項2】 重量割合で、 C :0.01〜0.20%、 Si:0.01〜0.10%、 Mn:0.5〜2.5%、 P :≦0.05%、 S :≦0.05%、 Al:0.005〜0.1% およびTi:0.005〜0.1%、 Nb:0.005〜0.05%、 B :0.0003〜0.01%、 Ca:0.0005〜0.0050% のうち1種以上を含み残部がFeと不可避的不純物元素
よりなる組成を有する鋼板をC:0.01〜0.40
%、Mn:0.2〜3.0%で、Si:0.1〜2.0
%の範囲でかつ鋼板のSi量とワイヤのSi量を下式を
満たす範囲で含むワイヤで溶接する高張力鋼板の溶接方
法。 鋼板のSi量(mass%)+ワイヤのSi量(mas
s%)≧1.5
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JP34615298A JP3501667B2 (ja) | 1998-12-04 | 1998-12-04 | 高張力鋼板のアーク溶接方法 |
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-
1998
- 1998-12-04 JP JP34615298A patent/JP3501667B2/ja not_active Expired - Fee Related
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