JP5515629B2 - 高強度薄鋼板の溶接方法 - Google Patents
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Description
なお、ここでは溶接金属と溶接熱影響部を総称して溶接部と記す。
自動車の走行によるCO2の排出量を削減するためには、車体の軽量化が多大な効果を発揮する。たとえば車体を100kg軽量化すると、ガソリン1literあたりの走行距離(いわゆる燃費)を約1km/liter向上できる。一方で自動車の安全基準は年々厳しくなっており、車体の強度の向上のみならず強度の最適な配分を達成することによって、乗員および歩行者の安全を確保する技術が求められている。
そして、さらなる圧延技術の進歩によって、980MPa以上の引張強さを有する高強度薄鋼板の製造が可能となってきた。そのような高強度薄鋼板は、溶接による低温割れが発生し易い。特に開先加工を施すことなく、そのまま用いられる板厚6.0mm以下の高強度薄鋼板の1パス溶接では、その傾向が顕著に現われる。溶接した後で熱処理を施すことによって低温割れを抑制することは可能であるが、熱処理によって部材の変形が生じる。しかも極めて大規模な熱処理炉を稼働させる必要があるので、省エネルギーの観点から問題がある。
(A)溶込み深さを板厚の40%以上とする、
(B)溶接金属のビッカース硬さを350以下とする
ことによって、低温割れを抑制できることが判明した。
本発明は、これらの知見に基づいてなされたものである。
すなわち本発明は、引張強さ980MPa以上,板厚1.2〜6.0mmかつ下記の(1)式で算出されるPcm値が0.250〜0.305の範囲内を満足する高強度薄鋼板の溶接方法において、逆極性でガスシールドアーク溶接を行ない、溶込み深さを板厚の40%以上とし、溶接金属のビッカース硬さを350以下とする高強度薄鋼板の溶接方法である。
Pcm=[%C]+[%Si]/30+[%Mn]/20+[%Cu]/20+[%Ni]/60+[%Cr]/20
+[%Mo]/15+[%V]/10+5[%B] ・・・(1)
[%C]:高強度薄鋼板のC含有量(質量%)
[%Si]:高強度薄鋼板のSi含有量(質量%)
[%Mn]:高強度薄鋼板のMn含有量(質量%)
[%Cu]:高強度薄鋼板のCu含有量(質量%)
[%Ni]:高強度薄鋼板のNi含有量(質量%)
[%Cr]:高強度薄鋼板のCr含有量(質量%)
[%Mo]:高強度薄鋼板のMo含有量(質量%)
[%V]:高強度薄鋼板のV含有量(質量%)
[%B]:高強度薄鋼板のB含有量(質量%)
本発明の高強度薄鋼板の溶接方法においては、溶接電流をI,アーク電圧をE,溶接速度をSとし、高強度薄鋼板の板厚をtとして、下記の(2)式で算出されるQ値を100以上とすることが好ましい。
Q=(I×E)/(S×t2) ・・・(2)
I:溶接電流(A)
E:アーク電圧(V)
S:溶接速度(mm/秒)
t:高強度薄鋼板の板厚(mm)
一般に高強度薄鋼板は、C,Si,Mn,Mo,Ni等を添加して固溶強化を生じさせ、さらにTi,Nb,V,B等を添加して析出強化を生じさせるとともに、圧下量や温度を制御しつつ圧延を行なうことによって、引張強さの向上を図っている。このような高強度薄鋼板のうち、引張強さ980MPa以上、特に1180MPa以上、の高強度薄鋼板は、これらの元素の添加量を増加して固溶強化や析出強化を促進する、あるいは過酷な条件で圧延して加工硬化を促進する必要があるので、割れ感受性が増大するのは避けられない。そのため溶接構造物を製作するにあたって、溶接の条件を厳格に管理しなければならない。
ところが本発明の溶接方法を採用すれば、板厚6.0mm以下の高強度薄鋼板の溶接であっても、容易に低温割れを防止することが可能であり、健全な溶接構造物を安定して製作できる。ただし、高強度薄鋼板の板厚が1.2mm未満では、溶接によって高張力薄鋼板が溶落ちあるいは変形する惧れがある。したがって、高強度薄鋼板の板厚は1.2〜6.0mmの範囲内とする。
Pcm=[%C]+[%Si]/30+[%Mn]/20+[%Cu]/20+[%Ni]/60+[%Cr]/20
+[%Mo]/15+[%V]/10+5[%B] ・・・(1)
本発明を適用して高強度薄鋼板を溶接するにあたって使用する溶接用ワイヤは、Cを0.10質量%以下,Siを0.95質量%以下,Mnを1.60質量%以下含有し、残部はFeおよび不可避的不純物であることが好ましい。
P:0.050質量%以下
Pは、鋼の融点を低下させるとともに電気抵抗率を向上させ、溶融効率を向上させ、正極性の溶接においてアークを安定化する作用を有する元素である。しかし0.050質量%を超えて添加すると、正極性の溶接においては、溶融メタルの粘性を低下させ、アークが不安定となり、小粒のスパッタが増加する。また、溶接金属に高温割れを生じる危険性が高まる。このため、Pは0.050質量%以下が好ましい。
Sは、溶融メタルの粘性を低下させ、溶接用ワイヤ先端に懸垂した溶滴の離脱を助け、正極性の溶接において低電流でのアークを安定化する働きがある。また、Sは、溶融メタルの粘性を低下させて、ビードを平坦にし、上板の溶落ちを抑制する働きも有するが、0.050質量%を超えて含有すると、小粒のスパッタが増すとともに、溶接金属の靭性が低下する。このため、Sは0.050質量%以下が好ましい。
Caは、製鋼および鋳造時の不純物として、あるいは伸線加工時の不純物として溶接用ワイヤに混入する。正極性の炭酸ガスシールドアーク溶接においては、アーク安定性を劣化させる作用を有する。Caが0.0030質量%を超えると、アークの安定性が阻害される。このため、Caは0.0030質量%以下が好ましい。
Ti,ZrおよびAlは、強脱酸剤として作用し、さらに溶接金属の強度を高める元素である。これらの元素の1種または2種以上の含有量が合計0.05質量%以下では、溶接金属の脱酸による粘性向上によるビード形状の確保(溶接線方向の凹凸抑制)と溶接金属の強度確保の効果が得られない。一方、0.20質量%を超えて含有すると、溶接金属の靭性が著しく低下する。このため、Ti,Zr,Alの中から選ばれる1種または2種以上を合計0.05〜0.20質量%含有することが好ましい。
Kは、正極性炭酸ガスアーク溶接でアークを広げ、溶滴のスプレー移行の低電流化を促進し、溶滴そのものを微細化する作用を有する。この効果は0.0001質量%以上の含有で認められる。一方、0.0150質量%以上の含有は、アーク長が長くなり、溶接用ワイヤ先端に懸垂した溶滴が不安定になり、スパッタの発生が増加する。このため、Kは0.0001〜0.0150質量%が好ましい。なお、より好ましくは0.0003〜0.0030質量%である。
Mo:0.05〜1.5質量%,B:0.0010〜0.020質量%
Mo,Bは、いずれも溶接金属の強度を増加させる元素であり、必要に応じて選択的に含有できる。しかし、過剰な含有は、靭性の低下を招く。このため、Mo,Bを含有する場合は、Mo:0.05〜1.5質量%,B:0.0010〜0.020質量%が好ましい。
Cr,Ni,Cuは、いずれも溶接金属の強度を増加させ、かつ耐候性を向上させる元素であり、必要に応じて選択的に含有できる。しかし、過剰な含有は、靭性の低下を招く。このため、Cr,Ni,Cuを含有する場合は、Cr:3.0質量%以下,Ni:3.0質量%以下,Cu:3.0質量以下%が好ましい。
Cr,Ni,Cuは、いずれも溶接金属の強度を増加させ、かつ耐候性を向上させる元素であり、必要に応じて選択的に含有できる。しかし、過剰な含有は、靭性の低下を招く。このため、Cr,Ni,Cuを含有する場合は、Cr:3.0質量%以下,Ni:3.0質量%以下,Cu:3.0質量以下%が好ましい。
Nb,Vは、いずれも溶接金属の強度,靭性およびアークの安定性を向上させる元素である。しかし、過剰な添加は靭性の低下を招く。このため、Nb,Vを含有する場合は、Nb:0.05質量%以下,V:0.05質量%以下が好ましい。
上記した成分以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。不可避的不純物としては、O:0.030質量%以下,N:0.020質量%以下が許容できる。Oは、溶製中、あるいは溶接用ワイヤ製造中に不可避的に混入する元素であるが、溶滴の移行形態を微細化するのに効果があり、0.0030質量%以上,0.020質量%以下が好ましく、より好ましくは0.0080質量%未満である。
Q=(I×E)/(S×t2) ・・・(2)
使用した高強度薄鋼板の成分および引張強さは表1に示す通りである。溶接用ワイヤの成分は表2に示す通りである。なお、溶接用ワイヤの表面には厚さ0.5μmのCuめっきを施し、さらに潤滑油を塗布した。潤滑油は鉱物油を使用し、その塗布量は溶接用ワイヤ10kg当たり1gとした。
表3から明らかなように、発明例(すなわち溶接番号1〜11)では低温割れが大幅に低減された。
1b 溶接試験片
2 拘束板
3a 隅肉溶接部
3b 隅肉溶接部
Claims (2)
- 引張強さ980MPa以上、板厚1.2〜6.0mm、かつ下記の(1)式で算出されるPcm値が0.250〜0.305の範囲内を満足する高強度薄鋼板の溶接方法において、逆極性でガスシールドアーク溶接を行ない、溶込み深さを板厚の40%以上とし、溶接金属のビッカース硬さを350以下とすることを特徴とする高強度薄鋼板の溶接方法。
Pcm=[%C]+[%Si]/30+[%Mn]/20+[%Cu]/20+[%Ni]/60+[%Cr]/20
+[%Mo]/15+[%V]/10+5[%B] ・・・(1)
[%C]:高強度薄鋼板のC含有量(質量%)
[%Si]:高強度薄鋼板のSi含有量(質量%)
[%Mn]:高強度薄鋼板のMn含有量(質量%)
[%Cu]:高強度薄鋼板のCu含有量(質量%)
[%Ni]:高強度薄鋼板のNi含有量(質量%)
[%Cr]:高強度薄鋼板のCr含有量(質量%)
[%Mo]:高強度薄鋼板のMo含有量(質量%)
[%V]:高強度薄鋼板のV含有量(質量%)
[%B]:高強度薄鋼板のB含有量(質量%) - 前記高強度薄鋼板の溶接を行なうにあたって、溶接電流をI、アーク電圧をE、溶接速度をSとし、前記高強度薄鋼板の板厚をtとして、下記の(2)式で算出されるQ値を100以上とすることを特徴とする請求項1に記載の高強度薄鋼板の溶接方法。
Q=(I×E)/(S×t2) ・・・(2)
I:溶接電流(A)
E:アーク電圧(V)
S:溶接速度(mm/秒)
t:高強度薄鋼板の板厚(mm)
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