JP4640995B2 - Steel plate for brazing joint with aluminum material, joining method and joint using the steel plate - Google Patents
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Description
本発明は、自動車用構造物などの組立工程の際に必要となる鋼板とアルミニウム系材料との接合技術に関し、詳しくは、アルミニウム系材料とロウ付けで接合するのに適した鋼板、その鋼板とアルミニウム系材料との接合方法、およびその方法で接合された接合継手に関する。 The present invention relates to a joining technique between a steel plate and an aluminum-based material required in an assembly process such as an automobile structure, and more specifically, a steel plate suitable for joining with an aluminum-based material by brazing, and the steel plate and The present invention relates to a joining method with an aluminum-based material, and a joined joint joined by the method.
鉄系材料の一種である鋼板とアルミニウム系材料(アルミニウムおよびアルミニウム合金を総称したもの)とを接合する場合、接合部に脆い金属間化合物が生成しやすいために信頼性のある高強度を有する接合部を得ることは非常に困難であった。 When joining steel sheets, which are a type of iron-based material, and aluminum-based materials (a collective term for aluminum and aluminum alloys), brittle intermetallic compounds are likely to form at the joints, so that the joints have high reliability and reliability. It was very difficult to get a part.
この対策として以下のような多数の従来技術が開示されている。 As countermeasures against this, a number of conventional techniques have been disclosed as follows.
例えば、鉄系材料の表面に特定の組成の鉄−クロム層を設けアルミニウムと重ね合わせて加圧しながら加熱して接合する方法(特許文献1参照)、予め用意した鉄系材料層およびアルミニウム合金層からなる2層のクラッド材を介在させてレーザ溶接、抵抗溶接またはシーム溶接する方法(特許文献2〜4参照)、鉄系材料の接合部にアルミニウム系溶射材を溶射しTIG溶接する方法(特許文献5参照)、鉄系材料の接合部にアルミニウム、銅、亜鉛などのめっきを施しロウ付けする方法(特許文献6および7参照)、接合面に岩塩型構造の窒化物、炭化物またはケイフッ化カリウムの被覆層を形成しロウ付けする方法(特許文献8および9参照)などである。
For example, a method of providing an iron-chromium layer having a specific composition on the surface of an iron-based material and superimposing it on aluminum and heating it while applying pressure (see Patent Document 1), an iron-based material layer and an aluminum alloy layer prepared in advance A method of laser welding, resistance welding or seam welding with a two-layer clad material made of (see
しかしながら、上記従来技術には以下のような問題がある。 However, the above prior art has the following problems.
鉄系材料の表面に特定の組成の鉄−クロム層を設けアルミニウムと重ね合わせて加圧しながら加熱して接合する方法(特許文献1参照)は、平板など比較的単純な形状の部材同士の接合には利用可能であるが、プレス加工品など部材の形状が複雑な場合には適用できないため、適用範囲が狭く汎用性が劣っている。 A method in which an iron-chromium layer having a specific composition is provided on the surface of an iron-based material and is heated and bonded while being superposed on aluminum (see Patent Document 1) is a method of bonding members having a relatively simple shape such as a flat plate. However, since it cannot be applied when the shape of a member such as a pressed product is complicated, the applicable range is narrow and the versatility is poor.
予め用意した鉄系材料層およびアルミニウム合金層からなる2層のクラッド材を介在させてレーザ溶接、抵抗溶接またはシーム溶接する方法(特許文献2〜4参照)では、鉄系材料とアルミニウム系材料との間にクラッド材がインサートされるため、2枚の板の接合が3枚の板の接合となる。このため、実際の施工時にインサート材(クラッド材)の挿入工程や固定工程を必要とし工程が複雑となるため品質の安定性が確保できない問題がある。
In a method of laser welding, resistance welding or seam welding (see
鉄系材料の接合部にアルミニウム系溶射材を溶射しTIG溶接する方法(特許文献5参照)、鉄系材料の接合部にアルミニウム、銅、亜鉛などのめっきを施しロウ付けする方法(特許文献6および7参照)、接合面に岩塩型構造の窒化物、炭化物またはケイフッ化カリウムの被覆層を形成しロウ付けする方法(特許文献8および9参照)は、溶射やめっき、コーティングの工程を必要とし、上記と同様に工程が複雑となるため品質の安定性が確保できない問題がある。 A method in which an aluminum-based thermal spray material is sprayed on a joint portion of an iron-based material and TIG welding is performed (see Patent Document 5), and a method in which plating of aluminum, copper, zinc, or the like is performed on the joint portion of an iron-based material and brazed (Patent Document 6) And 7), a method of forming a brazing layer of a rock salt structure nitride, carbide or potassium silicofluoride and brazing (see Patent Documents 8 and 9) requires spraying, plating, and coating processes. As described above, since the process becomes complicated, there is a problem that quality stability cannot be secured.
上記いずれの方法とも、上記問題以外に、現状の溶接ラインに新たな設備を組み入れなければならないため設備コストが高くなる問題があった。さらに、クラッド材を用いる方法では、クラッド材自体も鉄系材料とアルミニウム系材料とを接合して製造する必要があることからその製造条件が厳しく制約され、安価でかつ性能の安定したクラッド材を入手することが困難であった。 In any of the above methods, in addition to the above problem, there is a problem that the equipment cost becomes high because a new equipment must be incorporated into the current welding line. Furthermore, in the method using a clad material, the clad material itself must be manufactured by joining an iron-based material and an aluminum-based material. Therefore, the production conditions are severely restricted, and an inexpensive and stable performance clad material is required. It was difficult to obtain.
鉄系材料とアルミニウム系材料との接合に上記のような種々の方法が提案されている背景の1つとして、鉄系材料とアルミニウム系材料とを直接溶融接合すると接合部に脆弱な金属間化合物が生成し、割れを生じ易くなることが挙げられる。そのため、ロウ材を用いて接合する場合を含めて鉄系材料とアルミニウム系材料とを直接接合する際には、鉄系材料とアルミニウム系材料との界面近傍に脆弱な金属間化合物層を如何にして生成させないようにするかが極めて重要となる。 As one of the backgrounds in which various methods as described above have been proposed for joining an iron-based material and an aluminum-based material, an intermetallic compound that is brittle at the joint when the iron-based material and the aluminum-based material are directly melt-bonded. May be generated and cracking is likely to occur. For this reason, when directly joining an iron-based material and an aluminum-based material, including the case of joining using a brazing material, how to form a fragile intermetallic compound layer near the interface between the iron-based material and the aluminum-based material. It is extremely important not to generate them.
このような観点から、ロウ材(またはロウ付けワイヤ)の成分を調整して接合部における金属間化合物の生成を抑制しつつ接合する方法(特許文献10および11参照)が提案されている。 From such a viewpoint, there has been proposed a method (see Patent Documents 10 and 11) in which components of the brazing material (or brazing wire) are adjusted to suppress the formation of intermetallic compounds in the joint.
しかしながら、本発明者らの検討によれば、ロウ材(またはロウ付けワイヤ)の成分を適切に選定しても、鋼板とアルミニウム系材料とをロウ付けして得られた接合継手は、剪断引張強度はともかくとして、引き剥がし強度が著しく低くなる場合があることがわかった。
そこで、本発明は、アルミニウム系材料とのロウ付け接合により、剪断引張強度のみならず引き剥がし強度にも優れた接合継手が得られるような鋼板を提供することを目的とし、さらにその鋼板を用いた接合方法および接合継手を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has an object to provide a steel plate that can provide a joint joint excellent not only in shear tensile strength but also in peel strength by brazing and joining with an aluminum-based material. An object of the present invention is to provide a bonding method and a bonded joint.
請求項1に記載の発明は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板よりなる群から選ばれたいずれか1種の鋼板であって、質量%で(以下、同じ。)、C:0.05〜0.25%、Si:1.5%以下、Mn:0.1〜3.5%、P:0.05%以下、S:0.03%以下、Al:0.1%以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物よりなり、かつ、C+(Si+Mn)/40≧0.15を満たすことを特徴とする、アルミニウム系材料とのロウ付け接合用鋼板である。
The invention according to
請求項2に記載の発明は、さらに、Cr、Moのうち1種または2種を合計で1.0%以下含有する、請求項1に記載のアルミニウム系材料とのロウ付け接合用鋼板である。
Invention of
請求項3に記載の発明は、さらに、Ti、Nb、V、Zrのうち1種または2種以上を合計で0.1%以下含有する、請求項1または2に記載のアルミニウム系材料とのロウ付け接合用鋼板である。
The invention according to
請求項4に記載の発明は、さらに、B:0.003%以下含有する、請求項1〜3のいずれか1項に記載のアルミニウム系材料とのロウ付け接合用鋼板である。
Invention of
請求項5に記載の発明は、さらに、Cu、Niのうち1種または2種を合計で0.6%以下含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアルミニウム系材料とのロウ付け接合用鋼板である。
The invention according to
請求項6に記載の発明は、さらに、Ca:0.005%以下含有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載のアルミニウム系材料とのロウ付け接合用鋼板である。
Invention of
請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の鋼板と、アルミニウム系材料とをロウ付けで接合することを特徴とする、鋼板とアルミニウム系材料との接合方法である。
Invention of
請求項8に記載の発明は、前記ロウ付けがMIGロウ付けまたはTIGロウ付けである、請求項7に記載の鋼板とアルミニウム系材料との接合方法である。
The invention according to claim 8 is the method for joining the steel sheet and the aluminum-based material according to
請求項9に記載の発明は、前記請求項7または8に記載の方法で接合されてなり、接合界面の中央部における金属間化合物層の厚みが2μm以下であることを特徴とする、鋼板とアルミニウム系材料との接合継手である。
Invention of Claim 9 is joined by the method of
本発明に係る鋼板を用いることにより、アルミニウム系材料とロウ付けする際の加熱によって鋼板の接合部表面にC、SiおよびMnが濃化し、アルミニウム系材料との界面に生成する脆い鉄−アルミニウム金属間化合物の生成および成長が抑制されて、その層厚が一定値以下に制限される結果、剪断引張強度のみならず引き剥がし強度にも優れた接合継手が得られる。 By using the steel sheet according to the present invention, the brittle iron-aluminum metal generated at the interface with the aluminum-based material by concentrating C, Si, and Mn on the surface of the joint of the steel sheet by heating when brazing with the aluminum-based material Formation and growth of intermetallic compounds are suppressed, and the layer thickness is limited to a certain value or less. As a result, a bonded joint excellent not only in shear tensile strength but also in peel strength can be obtained.
〔実施形態〕
(1)本発明に係る鋼板の構成
まず、本発明に係る鋼板の化学成分の限定理由について説明する。
Embodiment
(1) Configuration of Steel Sheet According to the Present Invention First, the reasons for limiting chemical components of the steel sheet according to the present invention will be described.
Cは、マルテンサイト等の低温変態組織を生成し、鋼板を高強度化するために必須の元素であり、このC量が低くなると所定の低温変態組織量が得られず強度不足を招くため、下限を0.05%とする。しかし、過多に含有させると成形性や溶接性が阻害されるので、含有量の上限を0.25%とする。より好ましいC含有量の範囲は0.05〜0.20%である。 C is an essential element for generating a low-temperature transformation structure such as martensite and increasing the strength of the steel sheet. If this C amount is low, a predetermined low-temperature transformation structure amount cannot be obtained, resulting in insufficient strength. The lower limit is 0.05%. However, if it is contained excessively, formability and weldability are hindered, so the upper limit of the content is made 0.25%. A more preferable range of the C content is 0.05 to 0.20%.
Siは、鋼板の伸びの低下を抑制しながら高強度化するために有効な固溶強化元素である。しかし、含有量が多すぎると、化成処理性や亜鉛めっき等のめっき密着性を劣化させるので、その上限を1.5%とする。より好ましいSi含有量の上限は1.0%である。 Si is a solid solution strengthening element effective for increasing the strength while suppressing a decrease in the elongation of the steel sheet. However, if the content is too large, the chemical conversion property and the plating adhesion such as galvanization are deteriorated, so the upper limit is made 1.5%. A more preferable upper limit of the Si content is 1.0%.
Mnは、C同様、鋼板を高強度化するために必須の元素であるが、含有量が多いと延性を劣化させるので、その上限を3.5%とする。一方、0.1%より少ないとその効果が過小であるので、下限を0.1%とする。より好ましいMn含有量の範囲は0.5〜0.03%である。 Mn, like C, is an essential element for increasing the strength of the steel sheet. However, if the content is large, ductility deteriorates, so the upper limit is made 3.5%. On the other hand, if the content is less than 0.1%, the effect is too small, so the lower limit is made 0.1%. A more preferable range of the Mn content is 0.5 to 0.03%.
Pは、鋼板を強化し延性を高めるためにも有効な元素であるが、反面、粒界に偏析しやすく粒界強度を低下させ靭性も低下するので、その上限は0.05%とする。より好ましいP含有量の範囲は0.01〜0.03%である。 P is an element effective for strengthening the steel sheet and increasing the ductility, but on the other hand, it easily segregates at the grain boundary, lowers the grain boundary strength and lowers the toughness, so the upper limit is made 0.05%. A more preferable range of the P content is 0.01 to 0.03%.
Sは不純物であり、含有量が多いと鋼中の介在物が増加して加工性が劣化するので、その上限を0.03%とする。より好ましいS含有量の上限は0.015%である。 S is an impurity. If the content is large, inclusions in the steel increase and the workability deteriorates, so the upper limit is made 0.03%. A more preferable upper limit of the S content is 0.015%.
Alは溶鋼の脱酸剤として有用な元素である。しかし、含有量が0.1%を超えると鋼板の清浄度が損なわれるとともに、表面疵が生じ易くなるので、その上限を0.10%とする。より好ましいAl含有量の範囲は0.03〜0.06%である。 Al is an element useful as a deoxidizer for molten steel. However, if the content exceeds 0.1%, the cleanliness of the steel sheet is impaired and surface flaws are liable to occur, so the upper limit is made 0.10%. A more preferable range of Al content is 0.03 to 0.06%.
次に、C+(Si+Mn)/40≧0.15の規定を設けた理由について説明する。発明者らの検討によれば、アルミニウム系材料とロウ付けする際の加熱によって鋼板の接合部表面にC、SiおよびMnが濃化する現象が認められた。現段階では詳細なメカニズムは明確ではないが、このC、SiおよびMnの濃化の度合いが一定以上になると、アルミニウム系材料との界面に生成する脆い鉄−アルミニウム金属間化合物の生成および成長が顕著に抑制され、金属間化合物の厚みが一定値以下に制限されることがわかった。 Next, the reason for the provision of C + (Si + Mn) /40≧0.15 will be described. According to the study by the inventors, a phenomenon in which C, Si, and Mn are concentrated on the surface of the joint portion of the steel sheet by heating when brazing with the aluminum-based material was recognized. Although the detailed mechanism is not clear at this stage, when the degree of concentration of C, Si, and Mn exceeds a certain level, the formation and growth of brittle iron-aluminum intermetallic compounds formed at the interface with the aluminum-based material may occur. It was remarkably suppressed and the thickness of the intermetallic compound was found to be limited to a certain value or less.
ここで、金属間化合物層の厚みは、継手強度、すなわち剪断引張強度および引き剥がし強度に大きな影響を及ぼすと考えられる。すなわち、その厚みが一定値を超えて厚くなると、金属間化合物層の内部に発生する歪が大きくなり、外部からの荷重に対して破壊は脆い金属間化合物層の内部から発生するため、破壊強度すなわち、継手強度は急激に低下する。これに対して、金属間化合物層の厚みが一定値以下に制限される場合には、外部からの力に対して破壊は主に、金属間化合物層とアルミニウム系材料、あるいは金属間化合物層と鋼板の界面から発生するため、破壊強度すなわち、継手強度は高く維持される。 Here, it is considered that the thickness of the intermetallic compound layer has a great influence on the joint strength, that is, the shear tensile strength and the peel strength. That is, when the thickness exceeds a certain value, the strain generated inside the intermetallic compound layer increases, and the fracture occurs from the inside of the intermetallic compound layer, which is brittle with respect to external loads. That is, the joint strength decreases rapidly. On the other hand, when the thickness of the intermetallic compound layer is limited to a certain value or less, the breakdown is mainly caused by an external force, the intermetallic compound layer and the aluminum-based material, or the intermetallic compound layer. Since it occurs from the interface of the steel plates, the fracture strength, that is, the joint strength is maintained high.
このように、C、SiおよびMnの濃化によって金属間化合物層の厚みが一定値以下に制限される結果、剪断引張強度とともに引き剥がし強度にも優れた接合継手が得られることがわかった。 As described above, it was found that, as a result of concentrating C, Si and Mn, the thickness of the intermetallic compound layer is limited to a certain value or less, and as a result, a joint joint having excellent peel strength as well as shear tensile strength can be obtained.
そして、金属間化合物層の厚みはC+(Si+Mn)/40と強い相関関係を有し、C+(Si+Mn)/40が0.15以上になると金属間化合物層の厚みは上記一定値である2μm以下に低下し、金属間化合物層の厚みが上記一定値である2μm以下になると剪断引張強度、引き剥がし強度とも所要の強度が得られることを見いだした(後記実施例参照)。以上より、C+(Si+Mn)/40≧0.15と規定した。 The thickness of the intermetallic compound layer has a strong correlation with C + (Si + Mn) / 40, and when C + (Si + Mn) / 40 is 0.15 or more, the thickness of the intermetallic compound layer is 2 μm or less, which is the above constant value. It has been found that when the thickness of the intermetallic compound layer becomes 2 μm or less, which is the above-mentioned constant value, the required strength can be obtained for both the shear tensile strength and the peel strength (see Examples below). From the above, it was defined as C + (Si + Mn) /40≧0.15.
また本発明に係る鋼板には、上記以外に下記の化学成分を含有させてもよい。 In addition to the above, the steel sheet according to the present invention may contain the following chemical components.
Cr,Moは、鋼板の焼入れ性を向上させるために有効な元素である。しかし、これらの元素を過度に含有させると、延性の低下をもたらすとともに高価な金属であるので製造コストが高くなる。したがって、含有量の上限はCrおよびMoの合計量で1.0%とする。なお、CrおよびMoは、どちらか1種のみを含有させてもよいし、両方とも含有させてもよい。 Cr and Mo are effective elements for improving the hardenability of the steel sheet. However, when these elements are contained excessively, the ductility is lowered and the cost is high because the metal is expensive. Therefore, the upper limit of the content is 1.0% in terms of the total amount of Cr and Mo. In addition, Cr and Mo may contain only one sort, and may contain both.
Ti,Nb,V,Zrは、組織の微細化や析出強化を目的として含有させるものである。しかし、これらの元素を過多に含有させると、析出物が増加し、延性を著しく劣化させるため、含有量の上限は、Ti、Nb、VおよびZrの合計量で0.1%とする。なお、これらの元素は、いずれか1種のみを含有させてもよいし、いずれか2種以上を含有させてもよい。 Ti, Nb, V, and Zr are contained for the purpose of refining the structure and strengthening the precipitation. However, if these elements are contained excessively, precipitates increase and ductility is remarkably deteriorated, so the upper limit of the content is 0.1% in terms of the total amount of Ti, Nb, V and Zr. In addition, these elements may contain only any 1 type, and may contain any 2 or more types.
Bは、鋼板の焼入れ性を大きく向上するとともに、焼入れ組織の靱性向上にも効果のある有用な元素である。しかし、過多に含有させるとその効果が飽和するとともに延性を低下させるので、0.003%を含有量の上限とする。 B is a useful element that greatly improves the hardenability of the steel sheet and is effective in improving the toughness of the quenched structure. However, if contained excessively, the effect is saturated and ductility is lowered, so 0.003% is made the upper limit of the content.
Cu,Niは、生成錆を緻密化して大気環境下における鋼板の腐食速度を著しく低減し、耐遅れ破壊特性の向上を図る上で極めて有用な元素である。また、これらの元素は電気化学的に鉄よりも貴な元素であることから、相乗的に鋼板の耐食性を向上させる。しかし、これらの元素の過多の含有は、熱間圧延時に脆化を引き起こす恐れがあるとともに、高価な金属であるので製造コストが高くなる。したがって、含有量の上限はCuおよびNiの合計量で0.6%とする。なお、CuおよびNiは、どちらか1種のみを含有させてもよいし、両方とも含有させてもよい。 Cu and Ni are extremely useful elements for densifying the generated rust, remarkably reducing the corrosion rate of the steel sheet in the atmospheric environment, and improving delayed fracture resistance. Further, since these elements are electrochemically noble elements than iron, they synergistically improve the corrosion resistance of the steel sheet. However, the excessive content of these elements may cause embrittlement during hot rolling, and the production cost increases because it is an expensive metal. Therefore, the upper limit of the content is 0.6% in terms of the total amount of Cu and Ni. Cu and Ni may contain only one of them or both of them.
Caは、硫化物系介在物の低減そのものと、生じる硫化物系介在物の形態制御に有用な元素である。しかし、過多の含有は、効果が飽和するとともに、鋼の清浄度を悪くする。したがって、その上限は0.005%とする。 Ca is an element useful for reducing the sulfide inclusions themselves and for controlling the form of the resulting sulfide inclusions. However, if the content is excessive, the effect is saturated and the cleanliness of the steel is deteriorated. Therefore, the upper limit is made 0.005%.
なお、本発明に係る鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、冷延鋼板および熱延鋼板のうちのいずれであってもよい。ここで、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板または電気亜鉛めっき鋼板(これらを「亜鉛めっき鋼板」と総称)を用いると、アルミニウム系材料とロウ付けする際、亜鉛めっきとロウ材の界面において、金属間化合物および酸化物からなる層が形成される。そして、この層中のめっき成分である亜鉛が、母材の鋼板およびアルミニウム系材料(異種金属部材と総称)の表面の酸化物から酸素を奪いながら、ロウ材中に拡散していく。これにより、異種金属部材の表面は活性化され、ロウ材のぬれが生じ、異種金属部材表面には、ロウ材の成分と異種金属部材の成分とからなる化合物層が形成されるとともに、その化合物層を介してロウ材が強固に付着し、ロウ材からなるめっき層が形成される(特許文献7の段落[0006]参照)。したがって、亜鉛めっき鋼板を用いると、亜鉛めっきを施していない裸の鋼板である冷延鋼板または熱延鋼板を用いる場合に比べて、より接合強度に優れた継手が得られるものと推察される。しかしながら、裸の鋼板である冷延鋼板または熱延鋼板であっても、本発明の規定する成分組成を有するものであれば、上記亜鉛による異種金属部材表面の活性化作用は期待し得ないものの、本発明の作用効果であるC、SiおよびMnの濃化作用による金属間化合物の生成および成長の抑制効果が得られることに変わりはなく、当然に、本発明の技術的範囲に属する。 The steel sheet according to the present invention may be any one of an alloyed hot-dip galvanized steel sheet, hot-dip galvanized steel sheet, electrogalvanized steel sheet, cold-rolled steel sheet, and hot-rolled steel sheet. Here, when an alloyed hot-dip galvanized steel sheet, hot-dip galvanized steel sheet or electrogalvanized steel sheet (these are collectively referred to as “galvanized steel sheet”), when brazing with an aluminum-based material, the interface between the galvanizing and the brazing material , A layer composed of an intermetallic compound and an oxide is formed. Then, zinc, which is a plating component in this layer, diffuses into the brazing material while depriving oxygen from the oxides on the surface of the base steel plate and the aluminum-based material (generally referred to as dissimilar metal member). As a result, the surface of the dissimilar metal member is activated to cause the wetting of the brazing material, and a compound layer composed of the brazing material component and the dissimilar metal member component is formed on the dissimilar metal member surface, and the compound The brazing material adheres firmly through the layer, and a plating layer made of the brazing material is formed (see paragraph [0006] of Patent Document 7). Therefore, when a galvanized steel sheet is used, it is presumed that a joint having a higher bonding strength can be obtained than when a cold-rolled steel sheet or a hot-rolled steel sheet, which is a bare steel sheet not subjected to galvanization, is used. However, even if it is a cold-rolled steel plate or a hot-rolled steel plate, which is a bare steel plate, the activation of the surface of the dissimilar metal member by zinc is not expected as long as it has the composition defined by the present invention. The effect of suppressing the formation and growth of intermetallic compounds by the concentration effect of C, Si and Mn, which is the effect of the present invention, is still obtained, and naturally belongs to the technical scope of the present invention.
(2)本発明に係る鋼板を用いた接合方法
上記化学成分からなる鋼板をアルミニウム系材料とロウ付けすることにより、接合界面の中央部における金属間化合物層厚みが2μm以下となり、剪断引張強度とともに引き剥がし強度にも優れた接合継手が得られる。
(2) Joining method using steel sheet according to the present invention By brazing a steel sheet made of the above chemical component with an aluminum-based material, the intermetallic compound layer thickness at the center of the joint interface becomes 2 μm or less, together with shear tensile strength. A joint joint with excellent peel strength can be obtained.
ここで、ロウ材としては、アルミニウム系材料どうしを接合するのに一般的に用いられるロウ材であれば特に限定されないが、例えば銅合金、Ni合金、アルミニウム合金等を用いることができる。 Here, the brazing material is not particularly limited as long as it is a brazing material generally used for joining aluminum-based materials. For example, a copper alloy, a Ni alloy, an aluminum alloy, or the like can be used.
また、ロウ付け方法としては、通常の手作業で行うロウ付け法の他、汎用の溶接装置を使用しアークによってロウ付けを行うMIGロウ付け法(特許文献11参照)やTIGロウ付け法などを用いることもできる。なお、MIGロウ付け法に用いられる溶接形態としては、その溶滴移行現象に関係して、短絡アーク、パルスアーク、スプレーアーク等による直流MIGならびに交流MIGが存在するが、いずれの溶接形態においても本発明の効果が得られるものであり、限定されるものではない。溶接条件としては、電流:40〜90A、電圧:8〜12V、溶接速度:40〜200cm/minが推奨される。 Further, as a brazing method, in addition to a normal manual brazing method, a MIG brazing method (refer to Patent Document 11) or a TIG brazing method in which a general-purpose welding apparatus is used to braze by an arc. It can also be used. In addition, as a welding form used for the MIG brazing method, there are a direct current MIG and an alternating current MIG due to a short-circuit arc, a pulse arc, a spray arc, etc. in relation to the droplet transfer phenomenon. The effect of the present invention can be obtained and is not limited. As welding conditions, current: 40 to 90 A, voltage: 8 to 12 V, and welding speed: 40 to 200 cm / min are recommended.
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples.
アルミ合金系MIGロウ付け用ワイヤを用いて、表1に示す種々の化学成分を有する鋼板Aとアルミニウム系材料Bとの重ねすみ肉溶接試験を行った。溶接条件は、電流:85A、電圧:10V、速度:180cm/minである。また、シールドガスとしてはAr(流量は25L/min)を使用し、アークの狙い位置は下板側コーナ部11bとした。
Using an aluminum alloy-based MIG brazing wire, a lap fillet welding test was performed on a steel sheet A having various chemical components shown in Table 1 and an aluminum-based material B. The welding conditions are: current: 85 A, voltage: 10 V, speed: 180 cm / min. Moreover, Ar (flow rate is 25 L / min) was used as the shielding gas, and the target position of the arc was the lower plate
具体的には、厚さ1.0mmのアルミニウム系材料としてのA6022アルミニウム合金板B(下板12)と、厚さ1.0〜1.4mmの鋼板A(上板11)とを重ね合わせて重ねすみ肉継手を形成し、アルミ合金系MIGロウ付け用ワイヤ13を用いて鋼板Aとアルミニウム合金板Bとの溶接(接合)を行なった(図1参照)。なお、鋼板Aとしては、合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA)を用いた。また、アルミ合金系MIGロウ付け用ワイヤ13としては、Siを1.5〜7.5%含有したアルミ合金系MIGロウ付け用ワイヤを用いた。
Specifically, an A6022 aluminum alloy plate B (lower plate 12) as an aluminum-based material having a thickness of 1.0 mm and a steel plate A (upper plate 11) having a thickness of 1.0 to 1.4 mm are overlapped. A lap fillet joint was formed, and welding (joining) between the steel plate A and the aluminum alloy plate B was performed using the aluminum alloy MIG brazing wire 13 (see FIG. 1). In addition, as the steel plate A, the galvannealed steel plate (GA) was used. As the aluminum alloy
試験片の平面サイズは、鋼板A、アルミニウム合金板Bとも150mm×400mmとし、直径1.2mmの溶接ワイヤ(MIGロウ付用ワイヤ)13を使用した。 The plane size of the test piece was 150 mm × 400 mm for both the steel plate A and the aluminum alloy plate B, and a welding wire (MIG brazing wire) 13 having a diameter of 1.2 mm was used.
溶接(接合)後、板幅25mmの継手強度評価用試験片を採取し、図2に示す剪断引張り試験片、またはジグに挟み込み接合部(上板11の端面)から10mmの位置で90度曲げて図3に示す引き剥がし試験片とした。そして、それぞれの試験片を用いて10mm/minの速度で剪断引張試験と引き剥がし試験を行い、下記式(1)にしたがい継手強度を算出した。 After welding (joining), a test piece for joint strength evaluation having a plate width of 25 mm was taken, sandwiched between shear tensile test pieces shown in FIG. 2 or a jig, and bent at a position of 10 mm from the joint (end face of the upper plate 11). The peel test piece shown in FIG. Then, a shear tensile test and a peeling test were performed at a speed of 10 mm / min using each test piece, and the joint strength was calculated according to the following formula (1).
式(1)(継手強度)=(最大荷重点荷重)/(接合部長さ) Formula (1) (joint strength) = (maximum load point load) / (joint length)
また、上記剪断引張り試験片(試験前のもの)を溶接ビードに対して垂直に切断して、断面観察用サンプルを作製し、図4(a)のマクロ写真に示す接合界面Dの中央部Eを顕微鏡写真にて400倍で撮影し、同図(b)の顕微鏡写真に示すように、接合界面Dに沿った方向に15μmの長さの領域をとり、この領域の中央と両端の3ヶ所における金属間化合物層Fの厚みd1〜d3を測定し、これら3ヶ所の厚みd1〜d3を算術平均して得た値を、本発明で規定する「接合界面の中央部における金属間化合物層の厚み(以下、単に「金属間化合物層の厚み」ともいう。)」と定義した。 Further, the shear tensile test piece (before the test) was cut perpendicularly to the weld bead to produce a sample for cross-sectional observation, and the central portion E of the bonding interface D shown in the macro photograph of FIG. Was photographed at a magnification of 400, and as shown in the micrograph of FIG. 4 (b), a region with a length of 15 μm was taken in the direction along the bonding interface D, and three regions at the center and both ends of this region were taken. The thicknesses d 1 to d 3 of the intermetallic compound layer F in the above are measured, and the values obtained by arithmetically averaging these three thicknesses d 1 to d 3 are defined in the present invention as “metal at the center of the bonding interface” The thickness of the intermetallic compound layer (hereinafter also simply referred to as “the thickness of the intermetallic compound layer”) ”.
表1に、本溶接試験に使用した各鋼板のめっきの種類、鋼の成分、機械的性質(JIS5号試験片にて測定)、めっき付着量および板厚を示す。表2に、本溶接試験で得られた継手の、接合界面の中央部における金属間化合物の厚み、剪断引張り強度および引き剥がし強度を示す。
また、図5に鋼板のC+(Si+Mn)/40と金属間化合物層の厚みとの関係を、図6に金属間化合物層の厚みと継手の剪断引張強度との関係を、図7に金属間化合物層の厚みと継手の引き剥がし強度との関係を示す。図5より、C+(Si+Mn)/40<0.15では金属間化合物層の厚みは2μmを超え、図6および図7より、金属間化合物層の厚みが2μmを超えると剪断引張強度、引き剥がし強度とも急激に低下することがわかる。さらに、表1および表2の鋼種No.10〜14、18〜20,22(比較例)のデータおよび図8から明らかなように、単にC、SiおよびMnを含めた個々の元素の含有量が本発明の成分範囲を満たすだけでは不十分であり、C+(Si+Mn)/40の値が本発明の規定する範囲(0.15以上)を満たさない限りは、剪断引張強度、引き剥がし強度とも十分に得られないことがわかる。 FIG. 5 shows the relationship between C + (Si + Mn) / 40 of the steel sheet and the thickness of the intermetallic compound layer, FIG. 6 shows the relationship between the thickness of the intermetallic compound layer and the shear tensile strength of the joint, and FIG. The relationship between the thickness of a compound layer and the peeling strength of a joint is shown. From FIG. 5, when C + (Si + Mn) / 40 <0.15, the thickness of the intermetallic compound layer exceeds 2 μm, and from FIGS. 6 and 7, when the thickness of the intermetallic compound layer exceeds 2 μm, the shear tensile strength and peeling It can be seen that the strength also decreases rapidly. Furthermore, the steel types No. 1 in Table 1 and Table 2 were used. As is clear from the data of 10 to 14, 18 to 20, 22 (comparative examples) and FIG. 8, it is not sufficient that the contents of individual elements including C, Si and Mn simply satisfy the component range of the present invention. It can be seen that unless the value of C + (Si + Mn) / 40 satisfies the range defined by the present invention (0.15 or more), neither the shear tensile strength nor the peel strength can be obtained sufficiently.
また、発明例の鋼板(鋼種No.6)について、上記図5(b)の接合界面Dに垂直な方向にEPMA線分析を行った結果、図9に示すように、ロウ付け後の鋼板の接合部表面にC、SiおよびMnが高濃度に濃化しているのが認められた。 Further, as a result of EPMA line analysis in the direction perpendicular to the bonding interface D of FIG. 5 (b), the steel plate of the invention example (steel type No. 6), as shown in FIG. It was recognized that C, Si, and Mn were concentrated at a high concentration on the joint surface.
したがって、本発明が規定する各元素の成分範囲とC+(Si+Mn)/40≧0.15とを同時に満たす鋼板を用いることにより、アルミニウム系材料とロウ付けしても、剪断引張強度のみならず引き剥がし強度も安定して高い値を示す接合継手が得られることを確認できた。 Therefore, by using a steel sheet that simultaneously satisfies the component range of each element defined by the present invention and C + (Si + Mn) /40≧0.15, even if brazed to an aluminum-based material, not only the shear tensile strength but also the tensile strength is reduced. It was confirmed that a joint joint having a high peel strength and a stable high value was obtained.
11…上板
11b…下板側コーナ部
12…下板
13…MIGロウ付用ワイヤ(溶接ワイヤ)
14…アークトーチ(溶接トーチ)
A…鋼板
B…アルミニウム系材料(アルミニウム合金板)
C…ロウ材(溶接金属)
D…接合界面
E…中央部
F…金属間化合物層
11 ...
14 ... Arc torch (welding torch)
A ... Steel plate B ... Aluminum-based material (aluminum alloy plate)
C ... brazing material (welded metal)
D ... Bonding interface E ... Central part F ... Intermetallic compound layer
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