JP5606741B2

JP5606741B2 - テーラードブランクの製造方法およびテーラードブランク用鋼板

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Publication number: JP5606741B2
Application number: JP2010005112A
Authority: JP
Inventors: 泰明田中; 正人内原; 匡浩中田; 俊太郎須藤
Original assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-01-13
Filing date: 2010-01-13
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2030-01-13
Also published as: JP2011143430A

Description

本発明は、テーラードブランクの製造方法およびテーラードブランク用鋼板に関し、詳しくは、切断クリアランスが大きい条件で切断された鋼板を用いる場合であっても、アンダーフィルの小さい良好な溶接品質が得られるテーラードブランクの製造方法およびテーラードブランク用鋼板に関する。

図１２は、鋼板１、２の突合せ溶接部のアンダーフィルを示す説明図である。
突合せレーザ溶接の素材である鋼板１、２は、その端面を切断される際におけるクリアランスの変動に対する切断端面の変化、例えば、刃の摩耗や金型のたわみによって、シャープな切断端面が得られないことがある。このため、この鋼板１、２を突合せレーザ溶接により接合する際に、突き合わせた部分に大きな隙間３が生じ、溶接時に隙間３を埋めるための溶融金属の体積が不足するために溶接部に穴あきや凹み（アンダーフィル）が生じ易い。凹みはプレス品の疲労強度を低下させる。なお、アンダーフィルの程度は、図１２に示すように｛（Ｔ−Ｔｗ）／Ｔ｝×１００（％）として求められる。このように、２枚の鋼板を突合せレーザ溶接により接合する場合、安定した溶接品質を確保することは容易ではなかった。

従来より、テーラードブランクの溶接部の品質を確保するためには、突き合わされる鋼板の端面を精度良く切断することが重要であることが知られている。例えば、切断方向への直線精度をできるだけ高めること、端面におけるバリやダレの発生が小さいこと、さらには鋼板の端面が表面に対して直角であることが望ましい。

図１３は、鋼板４の切断の状況を模式的に示す説明図であり、図１４は、鋼板４の切断端面を示す説明図である。図１３、１４を参照しながら金型切断を説明する。
図１３、１４に示すように、プレスやシャーリングによって鋼板４に施されるせん断切断では、下降する上刃５によってせん断面Ｓが形成され、さらに上刃５および下刃６それぞれの先端からそれぞれクラックが発生および成長し、これらが会合することにより破断面Ｂが形成されて、切断に至る。

通常、切断された２枚の鋼板のうち、図１３に示す板抑え７がある側の鋼板のほうが、切断長手方向の直線性が高い切断端面を得られるため、溶接する端面として使用される。上刃５および下刃６の間隔Ｃｌが広くなると、破断面Ｂの角度θ（面ダレ角）が大きくなって突合せ時に相手材と接触しない隙間８（以降、「端面隙」という）が大きく形成されるため、突合せ溶接時に溶接金属の体積が不足し、溶接金属部の表裏面が凹形状となるアンダーフィルが発生する。

したがって、テーラードブランクの生産では、金型のクリアランス｛（上刃５および下刃６の間隔Ｃｌ／板厚ｔ）×１００（％）｝を１０％以下に設定して切断が行われることが多い。

特許文献１には、Ｃ：０．１０％以下（本明細書においては、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）、Ｓｉ：０．０１％未満、Ｍｎ：１．５％以下、Ａｌ：０．２０％以下、（Ｔｉ＋Ｎｂ）／２：０．０５〜０．５０％、Ｓ：０．００５％以下、Ｎ：０．００５％以下、Ｏ：０．００４％以下をＳ、ＮおよびＯの合計が０．０１００％以下で含む化学組成を有するとともに、９５％以上の実質的フェライト単相の金属組織を有する、局部延性が高いフェライト単相鋼を被切断材として用いることによって、クリアランスが１％以下の精密切断においてせん断面率が１００％の切断面を得られることが開示されている。

特許文献２には、溶接鋼板の溶接部の近傍の熱影響軟化部の幅が板厚の２５％以下で、かつ、少なくとも一方の母材の引張強度が７８０ＭＰａ以上である薄鋼板を突き合わせて、８ｍ／ｍｉｎ以上の溶接速度でレーザ溶接を行って製造されたレーザ突き合わせ溶接鋼板は、プレス成形中の熱影響軟化部での破断に起因した成形性の不良を解決できることが開示されている。

特開２００４−１３７６０７号公報特開２００６−２１８５００号公報

特許文献１には、突き合わせ溶接用鋼板においてクリアランスが例えば１５％以上となる切断については記載されていない。また、特許文献２には、突き合わせ溶接用鋼板の切断に関して何も記載されていない。

このため、特許文献１、２により開示された発明に基づいても、クリアランスが例えば１５％以上と大きい条件で切断された端面を有する鋼板を用いてもアンダーフィルの小さい良好な溶接品質が得られるテーラードブランクを製造することはできない。

下記の本発明において、「クリアランス」とは、｛（金型の上刃および下刃の、切断方向と直交する方向の間隔）／板厚｝×１００（％）を意味する。
本発明は、クリアランスが１５〜２５％に設定された金型により切断された端面を有する第１の鋼板の当該端面と、クリアランスが１５〜２５％に設定された金型により切断された端面を有する第２の鋼板の当該端面とを突き合わせ溶接して一体化したテーラードブランクの製造方法であって、第１の鋼板および前記第２の鋼板は、合計の体積率で９５％以上のフェライトおよびベイナイトの２相からなる金属組織を有し、ベイナイトの体積率が６０％以上であるとともに、前記第１の鋼板における前記端面のせん断面比率、および前記第２の鋼板における前記端面のせん断面比率は、いずれも、２５％以上であることを特徴とするテーラードブランクの製造方法である。

別の観点からは、本発明は、突き合わせレーザ溶接するための切断加工を行われた端面を有するテーラードブランク用鋼板であって、合計の体積率で９５％以上のフェライトおよびベイナイトの２相からなる金属組織を有し、ベイナイトの体積率が６０％以上であるとともに、前記端面のせん断面比率が２５％以上であることを特徴とするテーラードブランク用鋼板である。

本発明によれば、生産管理が容易で良好な溶接品質が得られる、テーラードブランクの製造方法およびテーラードブランク用鋼板を提供すること、具体的には、切断クリアランスが１５％以上と大きい条件で切断された鋼板を用いる場合であっても、アンダーフィルの小さい良好な溶接品質が得られるテーラードブランクの製造方法およびテーラードブランク用鋼板を提供することが可能になる。

図１は、体積率がフェライト１００％のフェライト単相組織を有する、板厚２．９ｍｍの７８０ＭＰａ級熱延鋼板と、板厚２．３ｍｍの７８０ＭＰａ級熱延鋼板とを切断金型を用いて切断した後にこの切断による端面でレーザ突き合わせ溶接を行うことにより、切断金型のクリアランスがレーザ溶接部のアンダーフィルに及ぼす影響を調査した結果を示すグラフである。図２は、体積率がフェライト１００％のフェライト単相組織を有する、板厚２．９ｍｍの７８０ＭＰａ級熱延鋼板と、板厚２．３ｍｍの７８０ＭＰａ級熱延鋼板とを切断金型を用いて切断した後にこの切断による端面でレーザ突き合わせ溶接を行うことにより、切断金型のクリアランスが端面の形状（せん断破面率およびダレ角度）に及ぼす影響を調査した結果を示すグラフである。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、フェライト単相組織を有するとともに、板厚がそれぞれ２．９ｍｍ、２．３ｍｍである７８０ＭＰａ級の二枚の鋼板のぞれぞれの端面同士を突き合わせた際に形成される隙間に及ぼすクリアランスの影響を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、それぞれ、クリアランスが１０％である場合、１５％である場合、２０％である場合を示す。図４は、板厚２．０ｍｍ、強度７８０ＭＰａのフェライト単相組織を有するＡ鋼板と、板厚２．０ｍｍ、強度９８０ＭＰａのフェライト５０％およびマルテンサイト５０％の２相組織を有するＢ鋼板とに関して、クリアランスとせん断面比率との関係を示すグラフである。図５は、Ａ鋼板とＢ鋼板とに関して、クリアランスとアンダーフィルとの関係を示すグラフである。図６は、素材である鋼板のフェライト面積率とせん断面率との関係を示すグラフである。図７は、素材である鋼板のフェライト面積率とアンダーフィルとの関係を示すグラフである。図８は、フェライト７０％および残部ベイナイトの２相組織を有する鋼板の一例の金属組織写真である。図９は、フェライト７０％および残部ベイナイトの２相組織を有する２枚の鋼板（板厚２．９ｍｍ、２．３ｍｍ）の、クリアランス２０％で切断された端面の突き合わせ状況と、エネルギー４．５ｋＷ、焦点径０．６ｍｍおよび溶接速度３．７５ｍ／ｍｉｎの溶接条件でレーザ溶接された溶接部の端面の一例の断面写真である。図１０は、疲労強度に及ぼすアンダーフィルの影響を評価するための疲労試験の結果を示すグラフである。図１１は、疲労試験に用いるレーザ突き合わせ鋼板を構成する鋼板のせん断性評価試験の概要を示す説明図である。図１２は、鋼板の突合せ溶接部のアンダーフィルを示す説明図である。図１３は、鋼板の切断の状況を模式的に示す説明図である。図１４は、鋼板の切断端面を示す説明図である。

本発明を実施するための形態を、添付図面を参照しながら説明する。
（１）本発明の原理
図１は、体積率がフェライト１００％のフェライト単相組織を有する、板厚２．９ｍｍの７８０ＭＰａ級熱延鋼板と、板厚２．３ｍｍの７８０ＭＰａ級熱延鋼板とを切断金型を用いて切断した後にこの切断による端面でレーザ突き合わせ溶接を行うことにより、切断金型のクリアランスがレーザ溶接部のアンダーフィルに及ぼす影響を調査した結果を示すグラフであり、図２は、この場合に切断金型のクリアランスが端面の形状（せん断破面率およびダレ角度）に及ぼす影響を調査した結果を示すグラフである。

図１にグラフで示すように、従来、溶接に適した切断端面を得られないと考えられてきた大きなクリアランス（例えば１０％以上）での切断でも、フェライト単相組織を有する鋼板の場合には、アンダーフィルが２５％以下の比較的良好な溶接部が得られること、および、クリアランスの増加とともにアンダーフィルが増大するが、クリアランスが１５％を超えるとアンダーフィルが逆に減少することがわかる。

また、図２にグラフで示すように、フェライト単相組織を有する鋼板では、クリアランスの増加とともに破断面のダレ角およびせん断面率がいずれも増加することがわかる。
図１にグラフで示すように、クリアランスの増加に伴ってアンダーフィルが増減する理由を、図３を参照しながら説明する。

図３（ａ）〜図３（ｃ）は、フェライト単相組織を有するとともに、板厚がそれぞれ２．９ｍｍ、２．３ｍｍである７８０ＭＰａ級の二枚の鋼板１、２のぞれぞれの端面同士を突き合わせた際に形成される隙間３に及ぼすクリアランスの影響を模式的に示す説明図であり、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）は、それぞれ、クリアランスが１０％である場合、１５％である場合、２０％である場合を示す。

図３（ａ）に示すように、クリアランスが１０％であると、鋼板１、２のダレ角が小さいために突き合わせ時の隙間３が小さくなり、接合に適した端面を得られる。
図３（ｂ）に示すように、クリアランスが１５％であると、せん断面およびダレ角がいずれも大きいため、突き合わせ時の隙間３が大きくなり、アンダーフィルが大きくなる。

図３（ｃ）に示すように、クリアランスが２０％であると、ダレ角が大きいもののせん断面率も大きいため、突き合わせた際の突き合わせ端面の接触領域が広がるため、隙間３が小さくなり、アンダーフィルが逆に減少する。

次に、切断端面形状ならびにアンダーフィルに及ぼす鋼板組織の影響を説明する。
図４は、板厚２．０ｍｍ、強度７８０ＭＰａのフェライト単相組織の鋼板（以下、「Ａ鋼板」という）と、板厚２．０ｍｍ、強度９８０ＭＰａのフェライト５０％とマルテンサイト５０％との２相組織の鋼板（以下、「Ｂ鋼板」という）とに関して、クリアランスとせん断面比率との関係を示すグラフであり、図５は、Ａ鋼板とＢ鋼板とに関して、クリアランスとアンダーフィルとの関係を示すグラフである。図４、５のグラフにおける丸印はＡ鋼板を示し、三角印はＢ鋼板を示す。なお、図５に示すグラフにおいて、アンダーフィルは、種々のクリアランスで切断した端面を突き合わせて形成される隙間の形状を測定することにより算出した。

図４、５にグラフで示すように、Ａ鋼板はＢ鋼板に比べて、クリアランス１０〜２３％の全領域においてせん断面比率が大きいため、アンダーフィルが小さくなることがわかる。特に、クリアランスが２０％以上の領域では、Ａ鋼板はＢ鋼板に比べてアンダーフィルが大きく減少することがわかる。

図６は、素材である鋼板のフェライト面積率とせん断面率との関係を示すグラフであり、図７は、素材である鋼板のフェライト面積率とアンダーフィルとの関係を示すグラフである。図６、７のグラフに示されるフェライト面積率を有する鋼板は、フェライト単相組織、ベイナイト単相組織、またはフェライトおよびベイナイトの２相組織のいずれかの金属組織を有する鋼板である。なお、図６、７のグラフにおける丸印、四角印、菱形印は、それぞれ、クリアランスが１０％、１５％、２０％であることを示す。

図６，７にグラフで示すように、
（Ｉ）鋼板がフェライト単相またはベイナイト単相の金属組織を有すること、または
（ＩＩ）鋼板がフェライトおよびベイナイトよりなる二相を主体とする金属組織を有し、かつ、フェライトの体積率が６５％以上またはベイナイトの体積率が６０％以上であること
によって、切断金型の上刃および下刃によるクラックの発生および成長を遅延させることができ、これにより、クリアランスが比較的狭い場合は元より、クリアランスが１５％以上、例えば２０％程度に大きい場合においても、突合せ溶接に有利な広いせん断面と小さい端面隙とを有する切断端面を得ることができる。

図８は、フェライト７０％および残部ベイナイトの２相組織を有する鋼板の一例の金属組織写真であり、図９は、フェライト７０％および残部ベイナイトの２相組織を有する２枚の鋼板（板厚２．９ｍｍ、２．３ｍｍ）の、クリアランス２０％で切断された端面の突き合わせ状況と、エネルギー４．５ｋＷ、焦点径０．６ｍｍおよび溶接速度３．７５ｍ／ｍｉｎの溶接条件でレーザ溶接された溶接部の端面の一例の断面写真である。

（２）第１、２の鋼板の化学組成
本発明で用いる第１の鋼板および第２の鋼板それぞれの好適な化学組成を説明する。
第１の鋼板または第２の鋼板の化学組成は、例えば、Ｃ：０．０２〜０．２％、Ｓｉ：０．０１〜１．５％、Ｍｎ：０．２〜２．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２〜２．０％、Ｎ：０．０１％以下、任意添加元素として、Ｔｉ：０．３％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．３％以下およびＭｏ：０．３％以下の１種もしくは２種以上、残部Ｆｅおよび不純物が例示される。この理由を説明する。

［Ｃ：０．０２〜０．２％］
Ｃは、強度を決定する重要な元素である。５９０ＭＰａ以上の強度を達成するために、Ｃ含有量を０．０２％以上とする。過度に含有すると、粗大炭化物の形成により母材の成形性を損なうことと、硬質第２相を形成して切断端面のせん断面比率を低下させ、高クリアランス域で溶接不良を生じやすくなるため上限を０．２％とする。したがって、Ｃ含有量は０．０２％以上０．２％以下とするのが望ましい。

［Ｓｉ：０．０１〜１．５％］
Ｓｉは、母材の強度−成形性バランスを向上するとともに、鋼中セメンタイトの粗大化を抑制して切断性を向上させるために、０．０１％以上含有する。Ｓｉ含有量は０．２％以上とすることが望ましい。しかし、過剰の含有により製品表面に施されるリン酸〜リン酸亜鉛による化成処理性を損なうため、上限を１．５％とする。したがって、Ｓｉ含有量は０．０１％以上１．５％以下とするのが望ましい。

［Ｍｎ：０．２〜２．０％］
Ｍｎは、強度確保に有効な元素であり、含有量を０．２％以上とする。過剰の含有は硬質な第２相の形成を促して切断性を低下させるため、上限を２．０％とする。したがって、Ｍｎ含有量は０．２％以上２．０％以下とするのが望ましい。

［Ｐ：０．１０％以下］
Ｐは強度の確保に寄与する元素であるが、粒界に偏析し脆化を生じるため、含有量は０．１０％を上限とするのが望ましい。

［Ｓ：０．０１％以下］
Ｓは、Ｍｎ等と結合し、粗大な硫化物系の介在物を形成して加工性を著しく損なうため、その含有量は０．０１％以下とするのが望ましい。

［ｓｏｌ．Ａｌ：０．０２〜２．０％］
Ａｌは、延性を向上させる元素であるが、過度に含有させると、熱間圧延における仕上温度を過度に上昇させる必要が生じることがあるため、ｓｏｌ．Ａｌ含有量を２．０％以下とする。下限は不純物レベルでよい。通常脱酸過程により０．０２％程度混入する。したがって、ｓｏｌ．Ａｌ含有量は０．０２％以上２．０％以下とするのが望ましい。

［Ｎ：０．０１％以下］
Ｎは、加工性を損なう不純物元素であり、その含有量は０．０１％以下とするのが望ましい。より好ましくは０．００６％以下である。

次に、任意添加元素を説明する。
［Ｔｉ：０．２％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．３％以下およびＭｏ：０．３％以下の１種または２種以上］
これらの元素は、１種を単独で、または２種以上を複合して含有することにより、Ｃと結合し微細な金属炭化物を形成し強度の向上に著しく寄与するとともに、成形性を劣化させる粗大な鉄炭化物の生成を抑制する効果があり、さらに、切断時のクラック伝播を抑制してせん断面を拡大し、突合せ溶接性を向上する効果があるが、過剰に含有すると粗大な炭窒化物を形成し、切断時のクラック源となってせん断面を縮減しつき合わせ溶接性を低下させるので、Ｔｉ：０．２％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．３％以下およびＭｏ：０．３％以下とすることが望ましい。上述した効果を確実に奏するために、Ｔｉ：０．０１％以上、Ｎｂ：０．０１％以上、Ｖ：０．０１％以上、Ｍｏ：０．０１％以上であることが望ましい。

上記以外はＦｅおよび不純物である。
（３）第１、２の鋼板の金属組織
第１の鋼板または第２の鋼板は、
（Ａ）体積率で９５％以上の実質的にフェライト単相の金属組織を有すること、
（Ｂ）体積率で９５％以上の実質的にベイナイト単相の金属組織を有すること、または
（Ｃ）合計の体積率で９５％以上の実質的にフェライトおよびベイナイトの２相の金属組織を有し、フェライトの体積率が６５％以上またはベイナイトの体積率が６０％以上であることが有効である。

これらの場合の残部組織として、マルテンサイト、パーライト、残留オーステナイトの１種または２種以上を有していてもよい。以下、残部組織を説明する。
第１の鋼板または第２の鋼板がフェライト単相の金属組織を有する場合には、ベイナイト、マルテンサイト、パーライト、残留オーステナイトの１種または２種以上を、合計の体積率で０％以上５％未満、残部組織として有していてもよい。

第１の鋼板または第２の鋼板がベイナイト単相の金属組織を有する場合には、フェライト、マルテンサイト、パーライト、残留オーステナイトの１種または２種以上を、合計の体積率で０％以上５％未満、残部組織として有していてもよい。

第１の鋼板または第２の鋼板がフェライトおよびベイナイトの２相の金属組織を有する場合には、残部組織として、マルテンサイト、パーライト、残留オーステナイトの１種または２種以上を合計で０％以上５％未満、残部組織として有していてもよい。

第１の鋼板または第２の鋼板が上述したいずれかの金属組織を有すると、第１の鋼板または第２の鋼板の局部変形能が優れるため、クラックの発生および進展が抑制され、クリアランスが１５％以上２５％以下の条件で２５％以上のせん断面率を確保することが可能となる。

第１の鋼板または第２の鋼板がフェライト単相の金属組織を有する場合にフェライト体積率が９５％未満になったり、あるいは、第１の鋼板または第２の鋼板がベイナイト単相の金属組織を有する場合にベイナイト体積率が９５％未満になると、破断面が早期に形成されるためにせん断面の確保が不十分となり、溶接部のアンダーフィルが増大し易くなる。

また、第１の鋼板または第２の鋼板がフェライトおよびベイナイトの２相の金属組織を有する場合に、フェライトとベイナイトの合計の体積率が９５％未満になったり、フェライトの体積率が６５％未満になったり、またはベイナイトの体積率が６０％未満になると、破断面が早期に形成されるためにせん断面の確保が不十分となり、溶接部のアンダーフィルが増大し易くなる。

第１の鋼板または第２の鋼板は、体積率で９５％以上の実質的にフェライト単相の金属組織を有することが望ましい。
第１の鋼板または第２の鋼板の金属組織に、硬質相であるマルテンサイトが混在すると、切断による変形の際に、他の組織との界面にボイドが発生し易く、上刃または下刃から早期にクラックを生じて突合せ性ならびに突合せ溶接性が低下するとともに、シャシー部品素材として重要なバーリング加工性が低下する。したがって、第１の鋼板または第２の鋼板におけるマルテンサイトの体積率は５％未満であることが望ましく、３％未満であることがさらに望ましい。

（４）第１、２の鋼板の板厚
板厚は、特に限定しないが、例えば２ｍｍ以上であることが望ましい。板厚が大きくなると、切断時の刃に加える荷重が大きくなる。このため、刃の損耗を抑えるために、クリアランスを大きく設定した切断が指向されるために大きなアンダーフィルが発生し易くなるからである。板厚の上限は、特に制限する必要はないが、テーラードブランクとして適用が想定される自動車部品の場合には、５ｍｍ程度が上限である。

（５）第１、２の鋼板の引張強さ
引張強さは、特に規定しないが、引張強度が低いと、クリアランスが大きい条件で大きなせん断面を得ようとすると端面にバリが生じ易くなり、溶接用鋼板の端面として適さない。このため、第１、２の鋼板の引張強さは５９０ＭＰａ以上であることが望ましい。

なお、第１、２の鋼板として引張強度が５９０ＭＰａ以上の鋼板を用いるにあたっては、フェライトあるいはベイニティックフェライトを固溶強化あるいは析出強化の一方または双方として用いて、強化された鋼板とするのが望ましい。

（６）クリアランス
本発明は、クリアランスが１５％以上２５％以下である金型により切断された、第１の鋼板または第２の鋼板の端面を突き合わせ溶接してテーラードブランクを製造することを前提とする。なお、この１５％以上２５％以下というクリアランスは、周知慣用のクリアランスに比べて極めて大きいものである。クリアランスが２５％を超えると、バリが生じ易い。

（７）第１、２の鋼板の切断端面のせん断面比率
切断端面のせん断面比率が２５％以上である２枚の鋼板を突き合わせて溶接することによってアンダーフィルが２５％以下の疲労強度に優れた溶接部を得ることができる。

なお、突き合わせる第１の鋼板および第２の鋼板の少なくともいずれか一方の端面のせん断面比率が２５％未満であると、２５％以下のアンダーフィルを確保することが困難になる。第１、第２の鋼板の切断端面のせん断面比率はいずれも４０％以上であることが望ましい。せん断面比率の上限は特に規定しないが、クリアランスが１５％以上２５％以下の切断では、せん断面比率は９０％程度が上限となる。

なお、せん断面は、切断端面の表面を目視観察し、板厚方向に上下のスジを伴う光沢のある部分として判別される。
（８）第１、２の鋼板の突き合わせ形態
第１の鋼板および第２の鋼板の突き合わせ形態は、特に限定しないが、第１の鋼板および第２の鋼板それぞれのせん断面同士が対向するように、突き合わせることが望ましい。

（９）第１、２の鋼板の溶接部のアンダーフィル
第１、２の鋼板の溶接部のアンダーフィルが過大となると、成形品の疲労強度が大きく低下する。アンダーフィル部が応力集中部となり、アンダーフィルが大きいほど応力集中が大きくなるからである。したがって、溶接金属のアンダーフィルは２５％以下とすることが望ましい。以下、詳細に説明する。

図１０は、疲労強度に及ぼすアンダーフィルの影響を評価するための疲労試験の結果を示すグラフである。また、図１１は、この疲労試験に用いるレーザ突き合わせ鋼板を構成する鋼板のせん断性評価試験の概要を示す説明図である。

図１１に示すように、板厚が２．６ｍｍの７８０ＭＰａ級の熱延鋼板１０と、板厚が２．３ｍｍの７８０ＭＰａ級の熱延鋼板１１とを、金型の上刃１２および下刃１３によりクリアランス１０％で切断した。

そして、板押さえ１４側の熱延鋼板１０、１１を突き合わせ、突き合わせの際の隙間量０〜０．１５ｍｍに変化させて、出力４．５ｋＷおよび溶接速度４ｍ／ｍｉｎの溶接条件でレーザにて突き合わせ溶接してアンダーフィル量の異なる疲労試験片を製作した。

この疲労試験片を用いて周波数約３０Ｈｚの両振り平面曲げ試験を実施した。同じアンダーフィルを有する試験片を種々の応力で疲労試験を行い、破断する繰り返し数（破断寿命）を求め、応力と破断寿命とから疲労強度特性線図（ＳＮ線図）を作成した。ＳＮ線図から、各アンダーフィルでの１００万回破断応力を求めた。

図１０にグラフで示すように、アンダーフィルの増大とともに疲労強度は低下することがわかる。特にアンダーフィルが２０％から３０％までにおいて、疲労強度が大きく低下しており、アンダーフィルは２５％以下であることが望ましいことがわかる。アンダーフィルが過大となると、溶接部の穴明き欠陥が発生しやすい。さらに望ましくは、アンダーフィル量は２３％以下である。

（１０）溶接方法
溶接方法は、レーザ溶接や電子ビーム溶接のような溶融部の小さい高エネルギービーム溶接法であることが望ましい。

（１１）適用対象
本発明に係るテーラードブランク用鋼板の適用対象は、特に限定する必要はないが、例えば、ホイール、サスペンションアームさらにはサスペンションメンバといった、自動車の足廻り部品の製造に好適である。自動車の足廻り部品は、板厚が比較的厚く、端面を精度良く切断することが困難であるために、本発明がより有効となるためである。

参考例１

Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：０．９８％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．００８％、Ｓ：０．０００９％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．１８％、Ｎ：０．００２９％、Ｔｉ：０．１７％、Ｎｂ：０．０３２％、残部Ｆｅおよび不純物からなる化学組成を有し、フェライト体積率が７０％であって残部ベイナイトの２相の金属組織を有するとともに、公称強度グレードが７８０ＭＰａである、板厚２．９ｍｍの第１の鋼板および板厚２．３ｍｍの第２の鋼板を種々の切断条件で切断し、第１の鋼板および第２の鋼板を突き合わせてレーザ溶接を行った。

レーザ溶接は、ＹＡＧレーザを用い焦点径０．６ｍｍの光学条件で、出力４．５ｋＷおよび溶接速度４ｍ／ｍｉｎで行った。
第１の鋼板および第２の鋼板の突き合わせる端面のせん断面比率は、せん断端面を拡大鏡にて目視で測定して求め、溶接部のアンダーフィルは先端の尖ったマイクロメータで溶接部の肉厚を測定することにより求めた。表１に結果をまとめて示す。

表１において、番号１、２はクリアランスが５％、１０％の参考例であり、アンダーフィルの小さい溶接部を得られた。
番号４〜６は、クリアランスが１６％、１９％、２４％であって、せん断面比率が２７％〜４５％の参考例であり、アンダーフィルが２５％以下の良好な接合部が得られた。

番号３は、第１の鋼板のせん断面比率が２３％であるために２５％以下のアンダーフィルを確保することができなかった。
さらに、番号７は、第１の鋼板のクリアランスが２８％であるために切断時に大きなバリが発生したため溶接が困難であった。

表２に示す鋼種Ａ〜Ｌの化学成分と金属組織とを有する２．０ｍｍ厚の鋼板から、２５ｍｍ幅、５０ｍｍ長さの試験片を切り出し、図１１に示すように先端１０ｍｍを種々のクリアランスでせん断切断して、切断端面のせん断面比率を測定した後、同一のクリアランスで切断した同一の金属組織を有する鋼板同士を突き合わせレーザ溶接した。

レーザ溶接は、ＹＡＧレーザを用い焦点径０．６ｍｍの光学条件で、出力４．５ｋＷ、溶接速度５ｍ／ｍｉｎで行った。金属組織の構成分率は、製造した鋼板の圧延方向断面を鏡面研磨し、ナイタル腐食液により現出した顕微鏡写真を画像解析することにより求めた。

結果を表３にまとめて示す。

表３の試番２〜５、７〜１０、１２〜１５、１７〜２０と試番３２−４５に示すように、鋼種Ａ〜ＤならびにＨ〜Ｌでは、クリアランス１５〜２５％において、せん断面比率が２５％以上の切断端面が得られ、この切断端面を有する鋼板同士を突き合わせ溶接することにより、アンダーフィル量が２５％以下の良好な接合部が得られた。

また、試番２２〜３０に示すように、鋼種Ｅ、Ｆ、Ｇでは、クリアランス１５〜２５％において、せん断面比率が２５％未満となり、アンダーフィル量が２５％超となった。
なお、試番１、６、１１、１６、２１および３１は、クリアランスが１０．０％の参考例である。

Claims

クリアランスが１５〜２５％に設定された金型により切断された端面を有する第１の鋼板の当該端面と、クリアランスが１５〜２５％に設定された金型により切断された端面を有する第２の鋼板の当該端面とを突き合わせ溶接して一体化したテーラードブランクの製造方法であって、前記第１の鋼板および前記第２の鋼板は、いずれも、合計の体積率で９５％以上のフェライトおよびベイナイトの２相からなる金属組織を有し、前記ベイナイトの体積率が６０％以上であるとともに、前記第１の鋼板における前記端面のせん断面比率、および前記第２の鋼板における前記端面のせん断面比率は、いずれも、２５％以上であることを特徴とするテーラードブランクの製造方法。
突き合わせレーザ溶接するための切断加工を行われた端面を有するテーラードブランク用鋼板であって、合計の体積率で９５％以上のフェライトおよびベイナイトの２相からなる金属組織を有し、前記ベイナイトの体積率が６０％以上であるとともに、前記端面のせん断面比率は２５％以上であることを特徴とするテーラードブランク用鋼板。