JP5516380B2 - 抵抗溶接用冷延鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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- Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)
Description
(1)C:0.05%以上0.20%以下(本明細書では特に断りがない限り化学組成に関する「%」は「質量%」を意味するものとする)、Si+Al:0.4%以上1.6%以下、Mn:0.1%以上3.0%以下、P:0.02%以下、S:0.01%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、(1)式;固溶Si濃度=TSi−OSiおよび(2)式;固溶Al濃度=TAl−OAlにより規定される鋼板表層部の固溶Si濃度および固溶Al濃度の合計が0.20%以上であり、鋼板表面のクラックの最大深さが5μm以下であり、かつ、幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックの数密度が10個/50μm以下であり、引張強度590MPa以上である機械特性を有することを特徴とする抵抗溶接用冷延鋼板。
(3)式;
本発明において、TSiおよびTAlは、それぞれ鋼板表面から30nm深さ位置までの鋼板表層部におけるSiおよびAlの全体の濃度であり、グロー放電発光分析法(GDS)によって鋼板表層部を分析して求めるものである。
(1)化学組成
[C:0.05%以上0.20%以下]
Cは、鋼板の強度を高める作用を有する元素である。C含有量が0.05%未満では、590MPa以上の引張強度を確保することが困難となる。したがって、C含有量は0.05%以上とする。一方、C含有量が0.20%超では、抵抗溶接のナゲット部の硬度上昇により溶接部強度の低下が著しくなる。したがって、C含有量は0.20%以下とする。好ましくは0.15%以下である。
SiおよびAlは、鋼の電気抵抗を大きくすることにより抵抗溶接におけるナゲット生成を促進する作用を有する元素である。SiおよびAlの合計含有量が0.4%未満では、上記作用を十分に得ることができない場合がある。したがって、SiおよびAlの合計含有量は0.4%以上とする。一方、SiおよびAlの合計含有量が1.6%超では、抵抗溶接のナゲット部の硬度上昇により溶接部強度の低下が著しくなる。したがって、SiおよびAlの合計含有量は1.6%以下とする。なお、Si含有量は0.03%以上とすることが好ましく、Al含有量は0.01%以上とすることが好ましい。
Mnは、鋼板の強度を高める作用を有する元素である。Mn含有量が0.1%未満では、590MPa以上の引張強度を確保することが困難となる。したがって、Mn含有量は0.1%以上とする。一方、Mn含有量が3.0%超では、抵抗溶接のナゲット部の硬度上昇により溶接部強度の低下が著しくなる。したがって、Mn含有量は3.0%以下とする。
Pは、不純物として含有される元素であり、抵抗溶接のナゲット内で偏析を生じてナゲット部の靭性を低下させる作用を有する。P含有量が0.02%超では、抵抗溶接のナゲット部の靭性低下が著しくなる。したがって、P含有量は0.02%以下とする。
Sは、不純物として含有される元素であり、抵抗溶接のナゲット部の靭性を低下させる作用を有する。また、鋼中にMnSを形成して鋼板の加工性を低下させる。S含有量が0.01%超では、抵抗溶接のナゲット部の靭性低下が著しくなったり、鋼板の加工性低下が著しくなったりする。したがって、S含有量は0.01%以下とする。
Nは、不純物として含有される元素であり、鋼中に粗大な窒化物を形成して鋼板の加工性を低下させる作用を有する。N含有量が0.01%超では、鋼板の加工性の低下が著しくなる。したがって、N含有量は0.01%以下とする。
これらの元素は、任意元素であり、鋼板の焼入れ性を高めることにより、鋼板の強度を高める作用を有する。したがって、590MPa以上の引張強度を確保することを容易にするために1種または2種以上を含有させることが好ましい。しかしながら、Cr含有量が1.0%超では、化成処理性の劣化が著しくなる。したがって、Cr含有量は1.0%以下とする。好ましくは0.9%以下である。また、Mo含有量を2.0%超としたり、Cu含有量を1.0%超としたり、Ni含有量を1.0%超としたり、B含有量を0.01%超としても、上記作用による効果は飽和してしまい、いたずらに製造コストの上昇を招く。したがって、Mo含有量は2.0%以下、Cu含有量は1.0%以下、Ni含有量は1.0%以下、B含有量は0.01%以下とすることが好ましい。Mo含有量は1.6%以下、Cu含有量は0.8%以下、Ni含有量は0.8%以下、B含有量は0.008%以下とすることがさらに好ましい。
これらの元素は、任意元素であり、鋼中に微細な析出物を形成して鋼板の結晶粒を微細化することにより、鋼板の加工性を高める作用を有する。したがって、より良好な加工性を確保するために、1種または2種以上含有させることが好ましい。しかしながら、Ti含有量を0.10%超としたり、Nb含有量を0.10%超としたり、V含有量を0.10%超とすると、熱間圧延段階における鋼板表層部の酸化が促進されるため、冷延鋼板の表層部におけるクラックを誘発する場合がある。したがって、Ti含有量は0.10%以下、Nb含有量は0.10%以下、V含有量は0.10%以下とする。Ti含有量は0.06%以下、Nb含有量は0.06%以下、V含有量は0.08%以下とすることがさらに好ましい。
[REM:0.1%以下、Mg:0.01%以下およびCa:0.01%以下からなる群から選択される1種または2種以上]
これらの元素は、硫化物、酸化物等の介在物を球状化して鋼板の成形性を向上させる作用を有する元素である。また、Ti添加鋼の場合には、TiNなどの窒化物の生成核となる酸化物になるため、TiNを微細分散化でき、これにより鋼板の成形性を向上させる作用も有する。したがって、より良好な加工性を確保するために、1種または2種以上含有させることが好ましい。しかしながら、REMの含有量を0.1%超としたり、Mg含有量を0.01%超としたり、Ca含有量を0.01%超としても、上記作用による効果は飽和してしまい、いたずらに製造コストの上昇を招く。したがって、REM含有量は0.1%以下、Mg含有量は0.01%以下、Ca含有量は0.01%以下とする。
Biは、任意元素であり、その含有によって凝固組織が微細化し、Mn等を多量に含有させても凝固偏析が抑制されて組織が均一となり、成形性の劣化を抑制する作用を有する。したがって、より良好な加工性を確保するために含有させることが好ましい。しかしながら、Bi含有量が0.05%超では、熱間加工性の劣化が著しくなり、熱間圧延が困難になる場合がある。したがって、Bi含有量は0.05%以下とする。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Bi含有量を0.0001%以上とすることが好ましく、0.0010%以上とすることがさらに好ましい。
(2)鋼板表層部における固溶Si濃度および固溶Al濃度
(1)式;固溶Si濃度=TSi−OSiおよび(2)式;固溶Al濃度=TAl−OAlにより規定される鋼板表層部の固溶Si濃度および固溶Al濃度の合計を0.20質量%以上とする。ここで、TSiおよびTAlは、それぞれ鋼板表面から30nm深さ位置までの鋼板表層部におけるSiおよびAlの全体の濃度(単位:質量%)であり、OSiおよびOAlは、それぞれ前記鋼板表層部において酸化物を形成しているSiおよびAlの濃度(単位:質量%)である。
鋼板表面のクラックの最大深さを5μm以下、かつ、幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックの数密度を10個/50μm以下とする。
したがって、鋼板表面のクラックの最大深さを5μm以下、かつ、幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックの数密度を10個/50μm以下とする。
冷延鋼板の引張強度は590MPa以上とする。引張強度が590MPa未満の冷延鋼板については、本発明が目的とするプロジェクション溶接の溶接部強度低下という課題自体が生じることは少ないからである。
上述した鋼板の表面には、耐食性の向上等を目的としてめっき層を備えさせて表面処理鋼板としてもよい。めっき層は,電気めっき層であってもよく、あるいは溶融めっき層であってもよい。電気めっき層としては、電気亜鉛めっき、電気Zn−Ni合金めっき等が例示される。一方、溶融めっき層としては、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、溶融アルミニウムめっき、溶融Zn−Al合金めっき、溶融Zn−Al−Mg合金めっき、溶融Zn−Al−Mg−Si合金めっき等が例示される。
本発明のプロジェクション溶接用冷延鋼板は、上記化学組成、固溶Si濃度および固溶Al濃度の合計、鋼板表面のクラックおよび引張強度の規定を満足するものであればよく、その製造方法は特に限定する必要はないが、以下の方法により製造することが好適である。
熱間圧延の巻取温度が540℃超であったり、巻取後の冷却条件が上記式(3)を満足しなかったりすると、鋼板表層部の全体的な酸化や粒界酸化の進行が著しくなり、酸洗および冷間圧延後において、鋼板表層部の固溶Si濃度または固溶Al濃度が低下したり、鋼板表面のクラックが誘発されたりする。したがって、巻取温度は540℃以下とし、巻取後の冷却条件は上記式(3)を満足するものとする。なお、巻取温度が300℃未満であると、熱延鋼板が硬質化して冷間圧延における鋼板の平坦くずれや破断を生じ易い。したがって、巻取温度は300℃以上とする。
本発明は、抵抗溶接時のナゲット生成を促進するために、鋼板表層部の固溶Si濃度および固溶Al濃度の合計を所定の範囲とするものであるが、斯かる状態の実現を容易にするために、常温大気中における3600秒間以上の保持を挟む2回の酸洗を施す。
(i)引張試験
各種冷延鋼板から、圧延方向に直角な方向を長手方向とするJIS5号引張試験片を採取し、引張特性(降伏強度YS、引張強度TS、全伸びEl)を調査した。
上述した方法により、鋼板表面から30nm深さまでの鋼板表層部における固溶Si濃度を測定した。また、上述した方法により、最大深さが5μm超のクラックの有無と、幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックの数密度を求めた。
各種冷延鋼板から、60mm×60mmの試験片を採取し、中央に直径11mmの穴をあけ、図1に示す接合面形状を有するフランジ付きM10溶接用ナット(プロジェクションは3箇所)を、前記試験片の穴の中心と前記ナットの穴の中心とが一致するように交流溶接機にセットし、表3に示す溶接条件にてプロジェクション溶接を行った。
一方、比較例である供試材No.6は、Ti含有量が高いため、幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックが多く存在し、このため圧接部の強度低下を招き、剥離強度が低い。
供試材No.19はSiおよびAlの合計含有量が高いため、抵抗溶接のナゲット部の硬度上昇により剥離強度が低い。
Claims (6)
- 質量%で、C:0.05%以上0.20%以下、Si+Al:0.4%以上1.6%以下、Mn:0.1%以上3.0%以下、P:0.02%以下、S:0.01%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学組成を有し、
下記(1)式および(2)式により規定される鋼板表層部の固溶Si濃度および固溶Al濃度の合計が0.20質量%以上であり、
鋼板表面のクラックの最大深さが5μm以下であり、かつ、幅6μm以下で深さ2μm以上のクラックの数密度が10個/50μm以下であり、
引張強度590MPa以上である機械特性を有すること
を特徴とする抵抗溶接用冷延鋼板。
固溶Si濃度=TSi−OSi ・・・・・・・(1)
固溶Al濃度=TAl−OAl ・・・・・・・(2)
ここで、TSiおよびTAlは、それぞれ鋼板表面から30nm深さ位置までの鋼板表層部におけるSiおよびAlの全体の濃度(単位:質量%)であり、OSiおよびOAlは、それぞれ前記鋼板表層部において酸化物を形成しているSiおよびAlの濃度(単位:質量%)である。 - 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、Cr:1.0%以下、Mo:2.0%以下、Cu:1.0%以下、Ni:1.0%以下およびB:0.01%以下からなる群から選択される1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1に記載の抵抗溶接用冷延鋼板。
- 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、Ti:0.10%以下、Nb:0.10%以下およびV:0.10%以下からなる群から選択される1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の抵抗溶接用冷延鋼板。
- 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、REM:0.1%以下、Mg:0.01%以下およびCa:0.01%以下からなる群から選択される1種または2種以上を含有することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかに記載の抵抗溶接用冷延鋼板。
- 前記化学組成が、前記Feの一部に代えて、Bi:0.05%以下を含有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれかに記載の抵抗溶接用冷延鋼板。
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