JP6763483B2 - 抵抗スポット溶接方法、抵抗スポット溶接継手の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、抵抗スポット溶接方法、抵抗スポット溶接継手の製造方法に関する。

近年、自動車車体には、燃費改善のための車体重量の軽減、および衝突安全性の確保の観点から、種々の高強度鋼板（ハイテン）の適用が進められている。このような高強度鋼板からなる部材、例えば自動車の組み立てラインにおける自動車の構造部材の接合として、主に抵抗スポット溶接（以下、スポット溶接と称することもある。）が用いられている。スポット溶接で接合された溶接継手は、上述のように衝突安全性の確保より、衝突変形時でも破断しない強度（引張強度）が要求される。この溶接継手の強度（以下、継手強度と称することもある。）は、一般に、次の方法で評価される。溶接継手のスポット溶接部の継手強度は、継手のせん断方向への引張強度（せん断引張強度）であるＴＳＳ（Ｔｅｎｓｉｌｅ ｓｈｅａｒ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）と、継手の剥離方向への引張強度（十字引張強度）であるＣＴＳ（Ｃｒｏｓｓ ｔｅｎｓｉｏｎ ｓｔｒｅｎｇｔｈ）で評価される。

スポット溶接部のＴＳＳは、母材の引張強度と共に増加する傾向がある。しかし、スポット溶接部のＣＴＳは、母材の引張強度が７８０Ｎ／ｍｍ^２（７８０ＭＰａ）以上では低下する場合があるとされている。ＣＴＳが低下する場合、破断形態は、スポット溶接部の周囲の母材またはＨＡＺで延性的に破断するプラグ破断からナゲット内に脆性的に破断する界面破断もしくは部分プラグ破断へ遷移する。一般に、ＣＴＳが低下する原因としては、ナゲット端部でのＰ、Ｓの偏析や急冷後のナゲット端部の硬化により脆性的な破壊が起こることとされている。この脆性的な破壊を解決するため、本通電後に再度通電を行う後通電法の検討が様々になされている。

本通電後に再度通電を行う後通電法としては、例えば、特許文献１、２に、後通電として短時間の通電を行う技術が開示されている。具体的には、特許文献１の方法では、０．７０×ＷＣ≦ＰＣ１≦０．９０×ＷＣ、４０≦Ｐｔ１≦８０（ただし、ＷＣ：溶接電流（ｋＡ）、ＰＣ１：溶接後後加熱通電電流（ｋＡ）、Ｐｔ１：溶接後後加熱通電時間（ｍｓ）を示す）を満たす後通電を行うことを、特許文献２の方法では、０．７０×ＷＣ≦ＰＨＣ１≦０．９０×ＷＣ、４０≦ＰＨＴ１≦８０（ただし、ＷＣ：溶接電流（ｋＡ）、ＰＨＣ１：後加熱電流（ｋＡ）、ＰＨＴ１：後加熱時間（ｍｓ）を示す）を満たす後通電を行うことを、それぞれ記載している。

また、特許文献３には、ナゲット形成後、長時間冷却した後に初期通電に比べて高い電流値で短時間の後通電を行うテンパー通電法により、十字引張強度を高める技術が記載されている。

特開２０１１−６７８５３号公報 特開２００９−２４１０８６号公報 特開２０１０−１７２９４６号公報

しかしながら、特許文献１、２に記載の技術を、鋼板成分としてＭｎ：２．５〜１０．０質量％を含有する鋼板（以下、この鋼板を中Ｍｎ鋼板と称する）に適用するには、以下の課題が存在する。

ナゲット端部の靱性を得るためには、まず本通電により、ナゲットを形成し、その後冷却過程によりマルテンサイト変態させなければならない。その後、再通電によりマルテンサイト組織を焼き戻し、焼き戻しマルテンサイトを生成する。焼き戻しマルテンサイトは焼き入れままマルテンサイトと比較して高い靱性を示す組織であるため、ナゲット端部の応力集中に大きく影響を受けるＣＴＳを向上させることができる。しかし、特許文献１、２に記載の技術にあるような短時間の冷却及び後通電では、完全なマルテンサイト変態、及び焼き戻しマルテンサイト組織を生成することができない。そのため、焼き戻しによる靱性の向上効果を得ることができず、安定した継手強度を得ることができない。

特許文献３に記載の技術は、後通電を初期通電より高い電流値で行う方法であるが、同様に焼き戻しの効果を得ることができない。

また、脆性的な破壊を解決するその他の方法として、単通電のみのスポット溶接方法もある。しかし、引張強度が７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板にこの方法を適用する場合には、単通電のみの通電により所謂焼き入れた組織となり、オーステナイト組織がマルテンサイト変態を経て、硬くて脆いマルテンサイト組織となる。その結果、十字引張強度が低くなる問題点があった。

本発明は係る問題に鑑み、引張強度が７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板、特に中Ｍｎ鋼板であっても、スポット溶接部のナゲット端部における脆化を防止し、さらにナゲット端部における偏析を軽減することにより、継手強度を向上させることができる抵抗スポット溶接方法、抵抗スポット溶接継手の製造方法の提供を目的とする。

上述したように、鋼板の高強度化が進むにつれ、十字引張強度は低下する。その原因は、凝固時の偏析や、急冷により硬化組織が形成されることによるナゲット端部の脆化であるとされている。そこで、本発明者らは、このような高強度鋼板の十字引張強度を向上させるための方法、すなわち、引張強度が７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板を含む板組みの抵抗スポット溶接における十字引張強度が低下するメカニズムおよび十字引張強度を向上させる方法について、それぞれ鋭意検討した。

その結果、十字引張強度を向上させるためには、適切な後通電条件があることが明らかとなった。具体的には、まず、ナゲット形成のために融点以上までの加熱を目的として電流値Ｉ_Ｗ（ｋＡ）で通電する主通電を行う。その後、溶融部が凝固を経て、オーステナイトからマルテンサイトへ変態する温度まで急冷する冷却過程と、引き続き、Ａ_１点直下までの加熱を目的とした電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）を通電する加熱過程を付与することで、ナゲット端部の硬化部分の焼き戻しの効果が得られることがわかった。

更に、ナゲット形成のための主通電工程と焼き戻し後熱処理工程の間に、一旦、凝固を完了するための短時間の冷却過程の後、融点付近まで再熱を行うことを目的とした電流値Ｉ_ｐ（ｋＡ）を付与することで、ナゲット端部の凝固偏析を緩和できることがわかった。

そして、これらの過程を設けることで、通電Ｉ_ｗ（ｋＡ）のみの場合と比較して、十字引張強度が向上する。以上の結果から、本発明の通電パターンを行うことで十字引張強度を向上することができる。

本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。
［１］ ２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組を、一対の電極で狭持し、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
電流値Ｉ_ｗ（ｋＡ）で通電する主通電工程を行い、
その後、焼き戻し後熱処理工程として、
式（１）に示す冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）で冷却した後、
式（２）に示す電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）で、式（３）に示す通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）の間通電を行い、
前記板組のうち少なくとも１枚の鋼板は、
０．０８≦Ｃ≦０．３（質量％）、
０．１≦Ｓｉ≦０．８（質量％）、
２．５≦Ｍｎ≦１０．０（質量％）、
Ｐ≦０．１（質量％）
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分を有する抵抗スポット溶接方法。
８００≦ｔ_ｃｔ ・・・式（１）
０．５×Ｉ_ｗ≦Ｉ_ｔ≦Ｉ_ｗ ・・・式（２）
５００≦ｔ_ｔ ・・・式（３）
［２］ 前記板組のうち少なくとも１枚の鋼板は、前記成分に加えてさらに、
Ｃｕ≦３（質量％）、
Ｎｉ≦３（質量％）、
Ｍｏ≦１．０（質量％）、
Ｃｒ≦１．０（質量％）、
Ｎｂ≦０．２（質量％）、
Ｖ≦０．５（質量％）、
Ｔｉ≦０．２（質量％）、
Ｂ≦０．００５（質量％）、
Ａｌ≦２（質量％）、
Ｃａ≦０．０１０（質量％）
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上記［１］に記載の抵抗スポット溶接方法。
［３］ 前記主通電工程と前記焼き戻し後熱処理工程の間に、
さらに偏析緩和後熱処理工程として、
式（４）に示す冷却時間ｔ_ｃｐ（ｍｓ）で冷却した後、
式（５）に示す電流値Ｉ_ｐ（ｋＡ）で、式（６）に示す通電時間ｔ_ｐ（ｍｓ）の間通電を行う上記［１］または［２］に記載の抵抗スポット溶接方法。
１０≦ｔ_ｃｐ ・・・式（４）
０．６×Ｉ_ｗ≦Ｉ_ｐ≦０．９９×Ｉ_ｗ ・・・式（５）
４００≦ｔ_ｐ ・・・式（６）
［４］ 前記板組のうち少なくとも１枚の鋼板は、引張強度が７８０ＭＰａ以上である上記［１］〜［３］のいずれか１つに記載の抵抗スポット溶接方法。
［５］ 上記［１］〜［４］のいずれか１つに記載の抵抗スポット溶接方法を用いた抵抗スポット溶接継手の製造方法。

本発明によれば、高強度鋼板を少なくとも１枚含む、複数枚の鋼板を重ね合わせた板組に対して抵抗スポット溶接方法を施すに際し、高強度鋼板の抵抗スポット溶接部におけるナゲット端の偏析を減らすことによって、抵抗スポット溶接継手の継手強度を向上させることができ、産業上格段の効果を奏する。特に、中Ｍｎ鋼板を少なくとも１枚含む板組に対して抵抗スポット溶接方法を施す場合に、上記効果をより向上することが可能である。

図１は、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接を模式的に示す断面図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る通電パターンを示すグラフである。 図３は、本発明の他の実施形態に係る通電パターンを示すグラフである。

以下、各図を参照して、本発明の抵抗スポット溶接方法、抵抗スポット溶接継手の製造方法について説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されない。

本発明は、１枚以上の高強度鋼板を含む合計２枚以上の鋼板を抵抗スポット溶接によって接合するものである。図１には、一例として、２枚の鋼板に抵抗スポット溶接を行う場合を示す。図１に示すように、本発明の抵抗スポット溶接方法は、鋼板１、２を重ね合わせた板組３を、板組３に対して下側に配置される電極４および上側に配置される電極５（すなわち、上下一対の電極）で挟持し、加圧しながら通電する。そして、必要サイズのナゲット６を形成して溶接継手を得るものである。なお、３枚以上の鋼板を重ねて板組３としてもよく、この場合も上記した溶接方法と同様にして溶接継手を得ることができる。

このような抵抗スポット溶接方法を実施する好適な溶接装置としては、上下一対の電極を備え、一対の電極で溶接する部分を挟んで、加圧、通電ができ、さらに溶接中の加圧力および溶接電流をそれぞれ任意に制御可能な加圧力制御装置および溶接電流制御装置を有していればよい。

なお、加圧機構（例えばエアシリンダやサーボモータ等）や、電流制御機構（例えば交流や直流等）、形式（例えば定置式、ロボットガン等）等は特に限定されない。電源の種類（単相交流、交流インバータ、直流インバータ）なども特に限定されない。電極の形状も特に限定されない。電極の先端の形式は、例えばＪＩＳ Ｃ ９３０４：１９９９に記載されるＤＲ形（ドームラジアス形）、Ｒ形（ラジアス形）、Ｄ形（ドーム形）である。

本発明は、高強度鋼板を含む複数枚の板組の溶接方法に適用することができる。例えば、図１に示す抵抗スポット溶接の場合には、板組３のうち、鋼板１および鋼板２の少なくとも１枚の鋼板が高強度鋼鈑である。

高強度鋼板は、セル界面に溶質が偏析し、Ｐ、Ｓなどの不純物が過度に濃化するとセル界面が脆化しやすくなる。加えてスポット溶接後の急冷により、ナゲットが硬化しやすい傾向にある。しかしながら、本発明によれば、融点直下での再熱による偏析の拡散とマルテンサイト変態とその焼き戻しを起こすための十分な冷却と適切な温度への再熱を行うことにより、ナゲット端部の靱性を向上させている。これにより、中Ｍｎ高強度鋼板の抵抗スポット溶接部におけるナゲット端の偏析や急冷後のナゲット端部の硬化により脆性的な破壊を減らすことができるという効果を有する。

そのため、本発明では、溶接を行う板組のうち、少なくとも１枚の鋼板が、０．０８≦Ｃ≦０．３（質量％）、０．１≦Ｓｉ≦０．８（質量％）、２．５≦Ｍｎ≦１０．０（質量％）、Ｐ≦０．１（質量％）を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分を有する高強度鋼板とする。このような成分を有する高強度鋼板であっても、上記効果を有することができる。以下、各成分における％とは、質量％のことを指す。

Ｃ：０．０８％以上０．３％以下
Ｃはマルテンサイトなどを生成することができることから鋼の強化に寄与する元素であり、Ｃ含有量が０．０８％未満であると、強度レベルがかなり低くなってしまう。そのため、Ｃ含有量０．０８％未満で引張強度７８０ＭＰa以上の鋼板を製作することは極めて困難である。一方、Ｃ含有量が０．３％を超えると、鋼板の強度は高くなるものの、ナゲットとその周辺の熱影響部が過度に硬化し、脆化も進むため、十字引張強度を向上させることは困難である。そのため、Ｃ含有量は０．０８％以上０．３％以下とする。Ｃ含有量は、より好ましくは０．１０％以上であり、より好ましくは０．２％以下である。

Ｓｉ：０．１％以上０．８％以下
Ｓｉ含有量が０．１％以上であると、鋼の強化に有効に作用する。一方、Ｓｉ含有量が０．８％を超えると、鋼は強化されるものの、脆化による延性低下と、靱性に悪影響を与えることがある。そのため、Ｓｉ含有量は０．１％以上０．８％以下とする。Ｓｉ含有量は、より好ましくは０．１％以上であり、より好ましくは０．５％以下である。

Ｍｎ：２．５％以上１０．０％以下
上述のように、本発明は中Ｍｎ鋼板にも好適に用いることができ、本発明はＭｎ含有量が２．５％以上の高強度鋼板を対象とすることが好ましい。その理由は、Ｍｎ含有量が２．５％未満であると、本発明のように長時間の冷却を与えずとも、高い継手強度を得ることができるためである。一方、Ｍｎ含有量が１０．０％を超えると、溶接部の脆化あるいは脆化に伴う割れが顕著に現れるため継手強度を向上させることは困難である。そのため、Ｍｎ含有量は２．５％以上１０．０％以下とする。Ｍｎ含有量は、より好ましくは３．５％以上であり、より好ましくは８．０％以下である。

Ｐ：０．１％以下
Ｐは不可避的不純物であるが、Ｐ含有量が０．１％を超えると、溶接部のナゲット端に強偏析が現れるため継手強度を向上させることは困難である。そのため、Ｐ含有量は０．１％以下とする。より好ましくは、Ｐ含有量は０．０２％以下である。

なお、本発明では、上記した高強度鋼板の成分に加えて、必要に応じて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｃａから選択される１種または２種以上の元素を任意成分として含有させてもよい。

Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏは、鋼の強度向上に寄与することができる元素である。Ｃｕは鋼の強化に有効だが過剰に入れすぎると割れ発生の原因となる。このことからＣｕを含有する場合には、Ｃｕは３％以下とすることが好ましく、１％以下とすることがより好ましい。また、鋼の強度向上の観点より、Ｃｕを含有する場合には、Ｃｕは０．００５％以上とすることが好ましい。
Ｎｉは焼き入れ性を向上するが、高価である。このことからＮｉを含有する場合には、製造コスト上の観点より、Ｎｉは３％以下とすることが好ましく、１％以下とすることがより好ましい。また、焼き入れ性向上の観点より、Ｎｉを含有する場合には、Ｎｉは０．００５％以上とすることが好ましい。
Ｍｏは焼き入れ性を向上させるが、高価であり、またＭｏ含有量が１．０％以上では効果が飽和する。このことからＭｏを含有する場合には、Ｍｏは１．０％以下とすることが好ましく、０．８％以下とすることがより好ましい。また、焼き入れ性の向上と強度延性のバランスを向上させる観点から、Ｍｏを含有する場合には、Ｍｏは０．００５％以上とすることが好ましい。

Ｃｒは、焼き入れ性を向上させることができる元素であるが、過剰に含有してしまうとＨＡＺの靱性が劣化する恐れがある。このことからＣｒを含有する場合には、Ｃｒは１．０％以下とすることが好ましく、０．８％以下とすることがより好ましい。また、焼き入れ性向上の観点より、Ｃｒを含有する場合には、Ｃｒは０．０１％以上とすることが好ましい。

Ｎｂ、Ｖは、析出強化により組織制御をして鋼を強化することができる元素である。しかし、Ｎｂを過剰に含有すると硬質なマルテンサイトが増大してしまう原因となり、Ｖを過剰に含有すると靱性の劣化を起こす恐れがある。このことからＮｂを含有する場合には、Ｎｂは０．２％以下とすることが好ましく、０．１％以下とすることがより好ましい。また、ＨＡＺ強度を得るためには、Ｎｂを含有する場合には、Ｎｂは０．００５％以上とすることが好ましい。Ｖを含有する場合には、Ｖは０．５％以下とすることが好ましく、０．２％以下とすることがより好ましい。また、ＨＡＺ軟化防止の観点より、Ｖを含有する場合には、Ｖは０．００３％以上とすることが好ましい。

Ｔｉ、Ｂは、焼き入れ性を改善して鋼を強化することができる元素である。しかし、Ｔｉを過剰に含有してしまうと硬質なマルテンサイトが増大してしまう恐れがある。このことからＴｉを含有する場合には、Ｔｉは０．２％以下とすることが好ましく、０．１％以下とすることがより好ましい。また、析出強化を向上させる観点より、Ｔｉを含有する場合には、Ｔｉは０．００３％以上とすることが好ましい。
Ｂを過剰に含有すると上記効果が飽和してしまう恐れがある。このことからＢを含有する場合には、Ｂは０．００５％以下とすることが好ましく、０．００４％以下とすることがより好ましい。また、ＨＡＺ強度の低下防止の観点より、Ｂを含有する場合には、Ｂは０．０００１％以上とすることが好ましい。

Ａｌは、オーステナイト細粒化により組織制御をすることができる元素であるが、過剰に含有すると靱性劣化の原因となる。このためＡｌを含有する場合には、Ａｌは２％以下とすることが好ましく、０．１％以下とすることがより好ましい。また、脱酸により鋼の浄化する観点より、Ａｌを含有する場合には、Ａｌは０．０１％以上とすることが好ましい。

Ｃａは、鋼の加工性向上に寄与することができる元素であるが、過剰に含有すると靱性の劣化を引き起こす恐れがある。このためＣａを含有する場合には、Ｃａは０．０１０％以下とすることが好ましく、０．００５％以下とすることがより好ましい。また、硫化物の影響を改善する観点より、Ｃａを含有する場合には、Ｃａは０．０００５％以上とすることが好ましい。

以上説明したように、本発明では、これらの効果を得るため、上記成分に加えて、必要に応じて、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、Ｃａから選択される１種または２種以上の元素を加えることができる。

残部Ｆｅおよび不可避的不純物
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。

また、上記した成分を有する高強度鋼板の引張強度は、７８０ＭＰａ以上とすることが好ましい。上述のように、特に母材の引張強度が７８０ＭＰａ以上の場合、ＣＴＳが低下する恐れがある。本発明によれば、引張強度が７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であっても、ナゲット端でのＰ、Ｓの偏析や急冷後のナゲット端部の硬化による脆性的な破壊を防止できるため、ＣＴＳの低下を抑制できる。なお、引張強度が７８０ＭＰａ未満の高強度鋼板でも、当然に上記効果は得られる。

なお、溶接を行う板組のうち、少なくとも１枚の鋼板が、亜鉛めっき鋼板であっても、上記効果を得ることができる。本発明において亜鉛めっき鋼板とは、亜鉛を主成分とするめっき層を有する鋼板であり、亜鉛を主成分とするめっき層には、従来から公知の亜鉛めっき層をすべて含むものとする。具体的には、亜鉛を主成分とするめっき層として、溶融亜鉛めっき層や電気亜鉛めっき層をはじめとして、Ａｌめっき層、Ｚｎ−Ａｌめっき層やＺｎ−Ｎｉ層等が含まれる。

また、重ね合わせる複数の鋼板は、同種鋼板を複数枚重ねてもよいし、あるいは異種鋼板を複数枚重ねてもよい。各鋼板の板厚が異なっても何ら問題ないし、めっき層を有する表面処理鋼板とめっき層を有さない鋼板を重ね合わせてもよい。なお、板厚が増加すると、ナゲット端部での応力が集中してしまうため、０．４ｍｍ〜２．２ｍｍが好ましい。

本発明は、鋼板を重ねて抵抗スポット溶接する方法であって、図１に示す電極４および電極５を用いて板組３（鋼板１および鋼板２）に通電する工程を、以下のように制御する。

まず、電流値Ｉ_ｗ（ｋＡ）で通電する主通電工程を行う。次いで、焼き戻し後熱処理工程として、下記の式（１）に示す冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）で冷却した後、下記の式（２）に示す電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）で、下記の式（３）に示す通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）の間、通電を行う。
８００≦ｔ_ｃｔ ・・・式（１）
０．５×Ｉ_ｗ≦Ｉ_ｔ≦Ｉ_ｗ ・・・式（２）
５００≦ｔ_ｔ ・・・式（３）
〔主通電工程〕
主通電工程とは、鋼板１および鋼板２の重ね合わせ部を溶融してナゲット６を形成する通電工程である。なお、本発明では、主通電工程におけるナゲット６を形成するための通電条件、加圧条件を特に限定しない。従来から用いられている溶接条件を採用することができる。

なお、本発明の上記鋼板成分を有する高強度鋼板を用いる場合には、主通電の通電条件は、好ましくは１２０ｍｓ〜４００ｍｓとする。加圧条件は、好ましくは２．０ｋＮ〜４．０ｋＮとする。

〔焼き戻し後熱処理工程〕
焼き戻し後熱処理工程とは、主通電工程で形成されたナゲット６に対し、ナゲット端部を焼き戻して、靱性を向上させるための後熱処理工程である。ナゲット端部を焼き戻して、靱性を向上させる効果を得るためには、焼き戻し後熱処理工程における溶接条件を以下のように制御することが重要である。

まず、上記した式（１）に示す冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）で冷却を行い、その後、上記した式（２）に示す電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）で、上記した式（３）に示す通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）の間焼き戻し通電を行う。

冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）が８００（ｍｓ）未満の場合、ナゲット６をマルテンサイト変態が生じる温度まで冷却できない。その結果、マルテンサイト変態することができなかった残留オーステナイトは再通電、再冷却によりマルテンサイト組織、あるいは残留オーステナイト組織となる。これらは焼き戻しマルテンサイトではないため、靱性を有する組織ではなく、硬い組織のままである。よって、冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）は８００（ｍｓ）以上とする。焼き戻しをより進行させるために、冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）は、好ましくは１０００（ｍｓ）以上とし、より好ましくは１２００（ｍｓ）以上である。

なお、冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）の上限は特に限定しないが、冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）は２００００（ｍｓ）以下とすることが好ましい。冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）が２００００（ｍｓ）を超える場合、上記した効果の向上は見られず、生産性を阻害するので望ましくない。冷却時間ｔ_ｃｔは、好ましくは１００００（ｍｓ）以下とする。冷却時間ｔ_ｃｔが１００００（ｍｓ）以下であれば十分な焼き戻しの効果を得られることから、ナゲット端部のオーステナイト組織の大部分を焼き戻しマルテンサイト組織とすることができる。生産性をより重視する場合は、ナゲット端部を焼き戻すための後通電時間として、冷却時間ｔ_ｃｔを２０００（ｍｓ）以下とすることがより好ましい。

焼き戻し通電の電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）が０．５×Ｉ_ｗ（ｋＡ）未満の場合、マルテンサイトを焼戻すために十分なＡ_１点直下の温度とすることができない。その結果、焼き戻しマルテンサイト組織とならず、硬く脆いままのマルテンサイト組織となり、ナゲット端部の靱性を向上することはできない。一方、電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）が主通電の電流値Ｉ_ｗ（ｋＡ）を超える場合、Ａ_１点を超える温度となるため、ナゲット端部における焼き戻しの効果が得られない。よって、電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）の電流範囲は、０．５×Ｉ_ｗ（ｋＡ）以上Ｉ_ｗ（ｋＡ）以下とする。好ましくは、０．６×Ｉ_ｗ（ｋＡ）以上であり、０．９９×Ｉ_ｗ（ｋＡ）以下である。

焼き戻し通電の通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）が５００（ｍｓ）未満の場合、本発明で目的とする焼き戻しの効果を得るためには十分な加熱時間とは言えない。よって、通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）は５００（ｍｓ）以上とする。通電時間ｔ_ｔは、好ましくは１０００（ｍｓ）以上である。ナゲット端部をより長い時間焼き戻して継手強度をより向上させるためには、１５００（ｍｓ）以上とすることがより好ましい。更に焼き戻しの効果を向上させるためには、１８００（ｍｓ）以上とすることがさらに好ましい。

なお、焼き戻し通電の通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）の上限は特に限定しないが、通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）は２００００（ｍｓ）以下とすることが望ましい。通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）が２００００（ｍｓ）を超える場合、生産性を阻害するので望ましくない。通電時間ｔ_ｔは、より好ましくは８０００（ｍｓ）以下とし、さらに好ましくは３０００（ｍｓ）以下とする。

ここで、図２に、上記した本発明の抵抗スポット溶接方法における通電パターンの一例を示す。主通電工程および焼き戻し後熱処理工程は、図２に示す通電パターンに制御される。

具体的には、主通電である主通電工程の電流値をＩ_ｗ（ｋＡ）、主通電の通電時間をｔ_ｗ（ｍｓ）に設定する。また、後通電である焼き戻し後熱処理工程の冷却時間をｔ_ｃｔ（ｍｓ）に設定し、電流値をＩ_ｔ（ｋＡ）とするとき該電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）を主通電の電流値Ｉ_ｗ（ｋＡ）未満、通電時間をｔ_ｔ（ｍｓ）に設定する。そして、図１に示すように、板組３（鋼板１、２）を一対の電極４、５で挟持し、図２に示す通電パターンで通電を行い、鋼板１、２の境界にナゲット６を形成する。

本発明によれば、主通電で形成されナゲット６に対して、焼き戻し後熱処理工程において、Ａ_１点直下の温度で、かつ５００（ｍｓ）以上の長い時間をかけて焼き戻し通電を行うため、板組３に上記した鋼板成分を有する高強度鋼板を含む場合であっても、ナゲット６の端部を焼き戻して、靱性を向上できる。

本発明では、継手強度をより効果的に向上させる観点より、上記した主通電工程と焼き戻し後熱処理工程の間に、さらに偏析緩和後熱処理工程として、下記の式（４）に示す冷却時間ｔ_ｃｐ（ｍｓ）で冷却した後、下記の式（５）に示す電流値Ｉ_ｐ（ｋＡ）で、下記の式（６）に示す通電時間ｔ_ｐ（ｍｓ）の間、通電を行うことができる。
１０≦ｔ_ｃｐ ・・・式（４）
０．６×Ｉ_ｗ≦Ｉ_ｐ≦０．９９×Ｉ_ｗ ・・・式（５）
４００≦ｔ_ｐ ・・・式（６）
〔偏析緩和後熱処理工程〕（好適条件）
偏析緩和後熱処理工程とは、主通電工程で形成されたナゲット６における、ナゲット端部の偏析を減らすための後熱処理工程である。ナゲット端部の偏析を減らす効果を得るためには、主通電工程と焼き戻し後熱処理工程の間で行う偏析緩和後熱処理工程における、溶接条件を以下のように制御することが好ましい。

まず、上記した式（４）に示す冷却時間ｔ_ｃｐ（ｍｓ）で冷却を行い、その後、上記した式（５）に示す電流値Ｉ_ｐ（ｋＡ）で、上記した式（６）に示す通電時間ｔ_ｐ（ｍｓ）の間、再度通電を行うこと好ましい。

偏析緩和後熱処理工程の冷却時間ｔ_ｃｐ（ｍｓ）が１０（ｍｓ）未満では、溶融したナゲット６の凝固を完了するのに十分な時間と言えない場合がある。その結果、ナゲットが溶融した状態を保ち、偏析緩和後熱処理工程の効果である凝固後の溶質原子拡散による不純物の偏析緩和が達成されない。よって、冷却時間ｔ_ｃｐ（ｍｓ）は１０（ｍｓ）以上とすることが好ましい。より好ましくは、１００（ｍｓ）以上である。さらに好ましくは、２００（ｍｓ）以上である。

なお、冷却時間ｔ_ｃｐ（ｍｓ）の上限は特に限定しないが、冷却時間ｔ_ｃｐ（ｍｓ）は７５０（ｍｓ）以下とすることが好ましい。冷却時間ｔ_ｃｐ（ｍｓ）が７５０（ｍｓ）を超えると、冷却が進み過ぎ、その後の加熱過程（偏析緩和後熱処理工程の偏析緩和通電）で、融点直下まで再熱するまでに時間を要するので望ましくない。より好ましくは、７００（ｍｓ）以下である。さらに好ましくは、２５０（ｍｓ）以下とする。

偏析緩和後熱処理工程の偏析緩和通電の電流値Ｉ_ｐ（ｋＡ）が０．６×Ｉ_ｗ（ｋＡ）未満では、融点付近まで再熱することができない恐れがある。一方、電流値Ｉ_ｐ（ｋＡ）が０．９９×Ｉ_ｗ（ｋＡ）を超えると、ナゲット６が再溶融するため、融点直下の固相状態で凝固偏析を拡散により緩和する効果が得られない恐れがある。よって、電流値Ｉ_ｐ（ｋＡ）の電流範囲は、０．６×Ｉ_ｗ（ｋＡ）以上０．９９×Ｉ_ｗ（ｋＡ）以下とすることが好ましい。より好ましくは、０．８×Ｉ_ｗ（ｋＡ）以上である。融点直下の温度に近づけるためには、さらに好ましくは０．８７×Ｉ_ｗ（ｋＡ）以上であり、より一層好ましくは０．９０×Ｉ_ｗ（ｋＡ）以上である。より好ましくは０．９８×Ｉ_ｗ（ｋＡ）以下である。

偏析緩和後熱処理工程の偏析緩和通電の通電時間ｔ_ｐ（ｍｓ）が４００（ｍｓ）未満では、凝固偏析を拡散により緩和する効果が十分に得られない恐れがある。よって、通電時間ｔ_ｐ（ｍｓ）は４００（ｍｓ）以上とすることが好ましい。より好ましくは、６００（ｍｓ）以上である。

なお、偏析緩和後熱処理工程の偏析緩和通電の通電時間ｔ_ｐ（ｍｓ）の上限は特に限定しないが、通電時間ｔ_ｐ（ｍｓ）は８０００（ｍｓ）以下とすることが好ましい。通電時間ｔ_ｐ（ｍｓ）が８０００（ｍｓ）を超えると、上記した効果の向上は得られにくく、生産性を阻害するので望ましくない。通電時間ｔ_ｐは、好ましくは７０００（ｍｓ）以下とし、より好ましくは２０００（ｍｓ）以下とする。

ここで、図３に、主通電工程と焼き戻し後熱処理工程の間に、さらに偏析緩和後熱処理工程を含む、本発明の抵抗スポット溶接方法における通電パターンの一例を示す。主通電工程、偏析緩和後熱処理工程および焼き戻し後熱処理工程は、図３に示す通電パターンに制御される。

具体的には、主通電である主通電工程の電流値をＩ_ｗ（ｋＡ）、主通電の通電時間をｔ_ｗ（ｍｓ）に設定する。また、偏析緩和後熱処理工程の冷却時間をｔ_ｃｐ（ｍｓ）に設定し、偏析緩和通電の電流値をＩ_ｐ（ｋＡ）とするとき該電流値Ｉ_ｐ（ｋＡ）を主通電の電流値Ｉ_ｗ（ｋＡ）×０．９９以下、偏析緩和通電の通電時間をｔ_ｐ（ｍｓ）に設定する。さらに、後通電である焼き戻し後熱処理工程の冷却時間をｔ_ｃｔ（ｍｓ）に設定し、後通電の電流値をＩ_ｔ（ｋＡ）とするとき該電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）を主通電の電流値Ｉ_ｗ（ｋＡ）以下、後通電の通電時間をｔ_ｔ（ｍｓ）に設定する。そして、図１に示すように、板組３（鋼板１、２）を一対の電極４、５で挟持し、図３に示す通電パターンで通電を行い、鋼板１、２の境界にナゲット６を形成する。

なお、電流値Ｉ_ｐ（ｋＡ）と電流値をＩ_ｔ（ｋＡ）の関係は、好ましくはＩ_ｐ≧Ｉ_ｔとする。偏析緩和通電Ｉ_ｐはナゲット端部を融点直下の温度で偏析を緩和する。一方、焼き戻し後熱処理通電の電流値Ｉ_ｔはナゲット端部をＡ_１点以下の温度で保持することで焼き戻しを行っている。Ａ_１点は融点よりも温度が大幅に低く、冷却時間ｔ_ｃｔで冷却を行っても、通常電流値の関係はＩ_ｐ≧Ｉ_ｔである。

本発明によれば、主通電で形成されナゲット６に対して、偏析緩和後熱処理工程において、短時間で冷却後に融点付近まで再熱を行うため、融点直下の固相状態で凝固偏析を拡散により緩和し、ナゲット６端部の偏析を減らすことができる。これにより、得られる溶接継手のＣＴＳを向上させることが可能となる。

次に、抵抗スポット溶接継手の製造方法について説明する。

本発明は、上述した抵抗スポット溶接方法を用いた抵抗スポット溶接継手の製造方法である。本発明の抵抗スポット溶接継手の製造方法では、例えば、２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組を一対の電極で狭持し、加圧しながら所定の溶接条件で通電する抵抗スポット溶接を行い、必要サイズのナゲットを形成し、抵抗スポット溶接継手を得る。なお、鋼板や溶接条件等は上述の説明と同様である。

以上のように、本発明の抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接継手の製造方法は、後工程すなわち焼き戻し後熱処理工程での溶接条件を適切に制御することにより、ナゲット端部を焼き戻して、靱性を向上させる。これにより、得られる溶接継手の継手強度を向上させることができる。さらに、主通電工程と焼き戻し後熱処理工程の間に、再熱の工程（偏析緩和後熱処理工程）を行うことにより、ナゲット端部の凝固偏析を緩和して、ＣＴＳを向上させる。そのため、板組に高強度鋼板として上記した鋼板成分を有する中Ｍｎ鋼板を含む場合でも、継手強度をより向上させることができる。

なお、本発明により得られるナゲットの成分は、０．０５≦Ｃ≦０．３５（質量％）、０．１≦Ｓｉ≦０．８（質量％）、２．０≦Ｍｎ≦１０（質量％）の範囲とするのが好ましい。ナゲット内成分の算出方法は、上述の方法で作製したサンプルからナゲットを切出し、化学分析により求めても良い。あるいは、溶接部の断面写真から求め、その割合を上下それぞれの鋼板の溶融部の断面積の割合とそれぞれの鋼板成分の含有量より換算しても良い。

以下、本発明の作用および効果について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

本発明の実施例として、上述の図１に示すように、２枚の鋼板（下の鋼板１と上の鋼板２）を重ね合わせた板組３について、Ｃガンに取付けられたサーボモータ加圧式で直流電源を有する抵抗溶接機を用いて抵抗スポット溶接を行い、必要サイズのナゲット６を形成して抵抗スポット溶接継手を作製した。

試験片には、７８０ＭＰａ級〜１１８０ＭＰａ級までの板厚１．２ｍｍの高強度鋼板（鋼板Ａ〜鋼板Ｆ）を使用した。試験片のサイズは、長辺：１５０ｍｍ、短辺：５０ｍｍとした。鋼板Ａ〜鋼板Ｆには、表１−１に示す成分組成の鋼板を用いた。以下、鋼板の成分組成を表す％は、特に明記しない限り「質量％」を意味する。

まず、得られた試験片を用いて板組３とした。表１−２に示すように、板組ａ、ｂは、同一種類の中Ｍｎ鋼板を２枚重ね合わせた板組である。板組ｃは、異種類の中Ｍｎ鋼板を重ね合わせた板組であり、板組ｄ、ｅは中Ｍｎ鋼板と高強度鋼板を重ね合わせた板組である。板組ｆは高Ｃ成分の同一鋼板を重ね合わせた板組である。板組ｇは高Ｍｎ成分の同一鋼板を重ね合わせた板組である。板組ｈは、同一種類の中Ｍｎ鋼板を３枚重ね合わせた板組である。板組i、ｊは、上記した任意成分を含有する中Ｍｎ鋼を重ね合わせた板組である。板組ａ〜ｇ、i、ｊの板厚は、全て同じである。

次に、各板組３を用いて、表２−１および表２−２に示す溶接条件の抵抗スポット溶接を行い、必要サイズのナゲット６を形成し、抵抗スポット溶接継手を得た。なお、この時の通電は、以下に示す条件で行った。通電中の加圧力は一定とし、ここでは３．５ｋＮで行った。また、下の電極４と上の電極５は、いずれも先端の直径：６ｍｍ、先端の曲率半径：４０ｍｍとし、クロム銅製のＤＲ型電極を用いた。ナゲット径は、板厚：ｔ（ｍｍ）とするとき５．５√ｔ（ｍｍ）以下となるように形成した。

得られた抵抗スポット溶接継手を用いて、以下に記載の方法でＣＴＳの評価を行った。

［ＣＴＳの評価］
ＣＴＳの評価は、作製した抵抗スポット溶接継手に対し、ＪＩＳＺ３１３７に規定の方法で十字引張試験を行い、ＣＴＳ（十字引張力）を測定して行った。測定値がＪＩＳ Ａ級（３．４ｋＮ）以上であったものに対して記号○を付し、ＪＩＳ Ａ級未満であったものに対して記号×を付した。なお、本実施例では、記号○の場合を良好と評価し、記号×の場合を劣ると評価する。表２−１および表２−２に溶接後の抵抗スポット溶接継手におけるＣＴＳの評価結果を示す。

表２−１および表２−２に示したとおり、本発明の方法に従い抵抗スポット溶接を行った本発明例では、良好な抵抗スポット溶接継手が得られた。これに対し、本発明の方法の溶接条件を外れる比較例では良好な継手が得られなかったことが分かる。

１ 下の鋼板
２ 上の鋼板
３ 板組
４ 下の電極
５ 上の電極
６ ナゲット

Claims (4)

1. ２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組を、一対の電極で狭持し、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
   電流値Ｉ_ｗ（ｋＡ）で通電する主通電工程を行い、
   その後、焼き戻し後熱処理工程として、
   式（１）に示す冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）で冷却した後、
   式（２）に示す電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）で、式（３）に示す通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）の間通電を行い、
   前記主通電工程と前記焼き戻し後熱処理工程の間に、
   さらに偏析緩和後熱処理工程として、
   式（４）に示す冷却時間ｔ _ｃｐ （ｍｓ）で冷却した後、
   式（５）に示す電流値Ｉ _ｐ （ｋＡ）で、式（６）に示す通電時間ｔ _ｐ （ｍｓ）の間通電を行い、
   前記板組のうち少なくとも１枚の鋼板は、
   ０．０８≦Ｃ≦０．３（質量％）、
   ０．１≦Ｓｉ≦０．８（質量％）、
   ２．５≦Ｍｎ≦１０．０（質量％）、
   Ｐ≦０．１（質量％）
   を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分を有する抵抗スポット溶接方法。
   ８００≦ｔ_ｃｔ ・・・式（１）
   ０．５×Ｉ_ｗ≦Ｉ_ｔ≦Ｉ_ｗ ・・・式（２）
   ５００≦ｔ_ｔ ・・・式（３）
   １０≦ｔ _ｃｐ ・・・式（４）
   ０．６×Ｉ _ｗ ≦Ｉ _ｐ ≦０．９９×Ｉ _ｗ ・・・式（５）
   ４００≦ｔ _ｐ ・・・式（６）
2. 前記板組のうち少なくとも１枚の鋼板は、前記成分に加えてさらに、
   Ｃｕ≦３（質量％）、
   Ｎｉ≦３（質量％）、
   Ｍｏ≦１．０（質量％）、
   Ｃｒ≦１．０（質量％）、
   Ｎｂ≦０．２（質量％）、
   Ｖ≦０．５（質量％）、
   Ｔｉ≦０．２（質量％）、
   Ｂ≦０．００５（質量％）、
   Ａｌ≦２（質量％）、
   Ｃａ≦０．０１０（質量％）
   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に記載の抵抗スポット溶接方法。
3. 前記板組のうち少なくとも１枚の鋼板は、引張強度が７８０ＭＰａ以上である請求項１または２に記載の抵抗スポット溶接方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接方法を用いた抵抗スポット溶接継手の製造方法。

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