JP3560855B2

JP3560855B2 - 溶接用締結部材とその製造方法

Info

Publication number: JP3560855B2
Application number: JP17981599A
Authority: JP
Inventors: 雅嗣村尾; 光昭村尾
Original assignee: Namitei Co Ltd
Current assignee: Namitei Co Ltd
Priority date: 1999-06-25
Filing date: 1999-06-25
Publication date: 2004-09-02
Anticipated expiration: 2019-06-25
Also published as: JP2001009553A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車のボディに直接溶接されるナット或いはスタッドボルト（植え込みボルト）のような溶接用締結部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車を好例として省エネルギ対策のために全体重量の軽量化が押し進められている。車両ボディに溶接されるナットやボルトなどもその例外でなく、同じネジ径を確保しながら、全体の幅や高さなどを減じて全体重量を減らすように、或いは１段下の呼び径（例えば、従来Ｍ１０のボルト・ナットを使用していたならばＭ８のボルト・ナットに変更する事）の締結部材の使用が要求されている。
【０００３】
そのためには引っ張り強さの大きい高炭素鋼種（例えばＳ４５Ｃ）を使用すればよいのであるが、炭素当量が０．４を越えると溶接性が悪くなる。従って、前記ナットやボルトを車両ボディのような被溶接部材にプロジェクション抵抗溶接を行っても十分に母材に溶接されず、前記溶接ナットや溶接ボルトを使用しての締結作業時或いは被溶接部材の移送時に母材に溶接された筈のナットやボルトなどの溶接用締結部材が脱落してしまい作業性を著しく損なう。従って、炭素当量が０．４を越える鋼種は、引っ張り強さが高いとしても溶接用ナットやスタッドボルトなどの溶接用締結部材というような用途には不適当であり、前記要求に見合う鋼材がないという問題を生じた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、強度的には高炭素鋼種に匹敵し、炭素当量が０．４以下で溶接性にも優れた溶接用締結部材並びにその製造方法の開発にある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
「請求項１」に記載の溶接用締結部材（Ａ）の製造方法は「炭素当量が０．２〜０．４で、高温に加熱された鋼材を温水浸漬、風冷或いはソルトバス浸漬にて鋼材を熱処理して引っ張り強さを高め、続いて前記鋼材を所定寸法に切断した後、該切断片を冷間塑性変形加工により所定形状にする共に７０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ^２の引っ張り強さを付与した」事を特徴とする。
【０００６】
「請求項２」に記載の溶接用締結部材(A)の製造方法は「熱処理後、更に伸線加工が行われ、その後に鋼材を所定寸法に切断する」ことを特徴とする。
【０００７】
「請求項３」は請求項１の塑性変形加工を限定したもので「圧造加工或いは伸線加工と伸線加工後に行われる圧造加工である」事を特徴とする。
【０００８】
これによれば素材の炭素当量が０．２〜０．４であるので、溶接性には問題がなく十分な強度を保って母材に溶接される。また、熱処理して引っ張り強さを高めるので、続いて行われる塑性変形加工を経て最終製品となった時、熱処理による引っ張り強さの向上分が加工硬化による引っ張り強さの向上分に嵩上げされるため、その分だけ最終製品の引っ張り強さが高くなり、低炭素鋼にも拘わらず、高炭素鋼種に匹敵する引っ張り強さを有する溶接用締結部材（Ａ）を得る事が出来る。溶接用締結部材（Ａ）としては、溶接用ナット或いはスタドボルトなどがある。
【０００９】
前記炭素当量とは、［Ｃ＋（１／５）Ｍｎ＋（１／７）Ｓｉ］で表される値で、０．４以上になると、溶接性が悪くなるとされている。また、最終製品の引っ張り強さを７０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ^２とした理由は、７０ｋｇｆ／ｍｍ^２以下では前述のように体積を減じてその重量を減らした場合、或いは呼び径を一段落とした場合の要求強度に達し得ず、１００ｋｇｆ／ｍｍ^２以上の場合は、最終製品にするための塑性変形加工時の硬度が大き過ぎて金型を損傷するおそれがるためである。７５〜８５ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲が好ましい。
【００１０】
また、前記熱処理を、温水浸漬、風冷或いはソルトバス浸漬にて行う場合、冷却速度が過大とならず、結晶粒が微細化するものの焼き入れ迄には至らず、従って引っ張り強さを高めるだけでなく靱性の向上も得られ且つ均一に冷却が行われるため鋼材が全体的に均質となる。特に、鋼材が巻き取られた鋼線の場合、仕上げ圧延後、鋼線は高温状態のまま図示しない巻取装置にて巻き取られ、熱処理を施すことなく巻き取り状態で高温状態から放冷されると、巻き取りコイルの外側のターンは比較的早く冷却されて硬くなるが、内側のターンはなかなか冷えず、その結果冷却速度の速い外側では結晶粒が微細化すると共に軽い焼き入れ状態となって硬くなり、これに対して内側では徐冷状態となって結晶粒の粗大化が起こり、引っ張り強さが低くなるというようなバラツキが生じる。しかしながら、本発明のような熱処理を施すと前述のように全体的に均質となる。
【００１３】
「請求項４」は溶接用締結部材（Ａ）の形状に関し「請求項１〜３の方法で形成された溶接用締結部材（Ａ）であって、締結部材本体（ａ）から溶接用突起（３）が形成されている」事を特徴とし、「請求項５」は「溶接用締結部材がナット又はスタッドボルトである」ことを特徴とする。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示実施例に従って説明する。本発明に使用する素材は、例えば主たる化学組成が、Ｃ；０．１０〜０．２５重量％，Ｓｉ；０．１５〜０．３５重量％，Ｍｎ；０．３０〜１．２０重量％の高Ｍｎ低炭素鋼で、炭素当量が０．２〜０．４（好ましくは、０．２〜０．３６）の範囲の鋼線である。炭素当量が前記範囲内に入っておれば、化学組成は前記範囲に限られない。但し炭素量が余り低い場合は、熱処理や塑性加工による強度の向上は見込めない。
【００１５】
多数の圧延工程を経て線材に加工され、仕上げ圧延機から引き出された高温（７２０℃前後）の線材は、温水浸漬、風冷或いはソルトバス（加熱して溶融状態にした塩を浴として使用するもの）浸漬にて熱処理される。前記熱処理は、水冷や油冷に比べて比較的冷却速度が遅いため焼き入れ状態に至らないが結晶の微細化は行われるので、結晶の微細化に伴う引っ張り強さの向上が見込まれる。これと同時に線材の状態で連続的に熱処理されるので、従来の放冷による場合と異なり、線材全体の均一冷却による均質化が図られる。前記熱処理による引っ張り強さの向上は５〜６ｋｇｆ／ｍｍ^２程度と見込まれる。（図６参照）
熱処理後、図示しないダイスを通して１乃至数回の伸線加工を施して加工硬化させ、且つ線材（４）の直径を所定の太さにして巻き取られ、圧造装置（６）にセットされる。圧造装置（６）のアンコイル部（６ａ）から引き出された線材（４）は、図５に示すように引き出された線材（４）の曲がりを矯正する線材矯正部（５）を通過し圧造装置（６）に供給される。
【００１６】
圧造装置（６）では、供給された線材（４）を所定の寸法に切断し、その切断片（７）を圧造装置（６）内にセットされた図示しない金型を使用して溶接用ナット（１）やスタッドボルト（２）などの溶接用部材（Ａ）に連続的に圧造する。圧造装置（６）の機構や製造方法は公知であるので、説明を省略する。圧蔵された最終製品の加工度は製品によって異なるが、大略３０〜５０％程度で、加工度が４０％の場合を代表例とするとその引っ張り強さは７０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ^２に達する。軽量化の要求と金型の安全性を見込むと７５〜８５ｋｇｆ／ｍｍ^２の範囲が好ましい。
【００１７】
図１及び２は、本発明の溶接用ナット（１）の斜視図で、略立方体状或いは略直方体状の本体（ａ）の中心にナット孔（８）が穿設されており、その４周の稜部の一部の肉を移動させて本体（ａ）の底部の４隅から突出した溶接用突起（３）が形成されており、溶接用突起（３）を母材（９）にプロジェクション抵抗溶接するようになっている。
【００１８】
溶接用締結部材（Ａ）の他の例としては、母材（９）にその頭部（溶接用突起（３）に相当する）を溶接して使用されるスタッドボルト（２）が挙げられる。
【００１９】
前記一連の塑性加工により本発明最終製品である溶接用部材（Ａ）は、熱処理並びに加工硬化を併用する事で、溶接性の良い低炭素鋼であるにも拘わらず、引っ張り強さが７０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ^２となり、溶接性は悪いが高い引っ張り強さを示現出来る高炭素鋼に匹敵するものとすることが出来る。
【００２０】
従来の炭素当量が０．２〜０．４の鋼材では、４〜６Ｔ（ボルト・ナットの強度を示す単位で、１０Ｔの場合は、Ｍ１０のボルトをＭ１０のナットに螺入し、ボルトとナットとを互いに逆向きに引っ張った時、１００ｋｇｆ／ｍｍ^２で破壊する時の強度）程度の強度しか達成できなかったが、本発明の場合では、溶接性を低下させることなく同じ呼び径であれば、８〜１０Ｔの強度を示現させることが出来る。
【００２１】
図３は、本発明に係る溶接用ナットを板材に溶接し、これを用いて他の板材（１０）をボルト止めした例である。溶接用ナット（１）の板材（９）への溶接は、４隅から突出した溶接用突起（３）の接触面と板材（９）との間のプロジェクション抵抗溶接によるもので、溶接用ナット（１）の炭素当量が０．２〜０．４であるため、板材（９）との溶接では何ら異常を生じることなく堅固に接続される。
【００２２】
一方、溶接用ナット（１）の素材の強度は従来例と異なり、低炭素であるにも拘わらず、熱処理と加工硬化の協働により、従来の低炭素鋼では達成し得なかった高い引っ張り強さを達成する事が出来、溶接用締結部材（Ａ）の肉厚や高さを小さくする事は元より、呼び径そのものも小さくすることが出来、溶接用締結部材（Ａ）の小型軽量化を実現する事が出来る。
【００２３】
【発明の効果】
本発明方法では、素材鋼種の炭素当量が０．２〜０．４であるので、母材への溶接性は確保されており、しかも素材鋼材を熱処理するので、全長に亘って品質が安定すると共に結晶組織がある程度微細化されて引っ張り強さの向上に寄与し、続く冷間塑性変形加工と協働して低炭素鋼では不可能と考えられていた７０〜１００ｋｇｆ／ｍｍ^２の引っ張り強さを達成する事が出来、低炭素鋼にも拘わらず、高炭素鋼種に匹敵する引っ張り強さを有する溶接用締結部材を得る事が出来た。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶接用ナットの斜視図
【図２】図１の底部から見た斜視図
【図３】本発明に係る溶接用ナットを用いて板材をボルト接合した場合の断面図
【図４】本発明に係るスタッドボルトの使用例を示す断面図
【図５】本発明に係る溶接用締結部材の製造工程概略図
【図６】本発明と従来例との加工硬化の比較グラフ
【符号の説明】
（Ａ）溶接用締結部材
（ａ）本体
（１）溶接用ナット
（２）スタッドボルト
（３）溶接用突起
（４）線材

Claims

炭素当量が０．２〜０．４で、高温に加熱された鋼材を温水浸漬、風冷或いはソルトバス浸漬にて熱処理してその引っ張り強さを高め、続いて前記鋼材を所定寸法に切断した後、その切断片を冷間塑性変形加工により所定形状にすると共に最終製品に７０〜１００Ｋｇｆ／ｍｍ^２の引っ張り強さを付与した事を特徴とする溶接用締結部材の製造方法。
熱処理後、更に伸線加工が行われ、その後に鋼材を所定寸法に切断することを特徴とする請求項１に記載の溶接用締結部材の製造方法。
塑性変形加工が圧造加工である事を特徴とする請求項１又は２に記載の溶接用締結部材の製造方法。
請求項１又は３の方法で形成された溶接用締結部材であって、
締結部材本体から溶接用突起が形成されている事を特徴とする溶接用締結部材。
溶接用締結部材がナット又はスタッドボルトであることを特徴とする請求項４に記載の溶接用締結部材。