JP6852273B2 - Manufacturing method of tailored blank molding material - Google Patents
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Description
本発明は、自動車の構造部材のような強度が要求される部材の製造に使用されるブランクに関し、複数の鋼板をあらかじめ溶接し、その後、高温でのプレス(いわゆるホットスタンプ)により、必要な強度を持った部材に加工されたテーラードブランク成形材に関する。 The present invention relates to a blank used for manufacturing a member requiring strength such as a structural member of an automobile, in which a plurality of steel plates are pre-welded and then pressed at a high temperature (so-called hot stamping) to obtain the required strength. It relates to a tailored blank molding material processed into a member having.
近年、地球環境保護の観点から、CO2ガス排出量削減のために自動車車体の軽量化が重要な課題となっている。そのひとつの対策として、高強度鋼板を適用する検討が進められており、鋼板の強度は、ますます高まっている。 In recent years, from the viewpoint of protecting the global environment, weight reduction of automobile bodies has become an important issue in order to reduce CO 2 gas emissions. As one of the measures, the application of high-strength steel sheets is under consideration, and the strength of steel sheets is increasing more and more.
しかし、鋼板の高強度化はプレス成形時に必要なプレス力が高くなり、設備の大型化を伴って設備コストが増大することに加え、鋼板の高強度化に伴う成形の難しさによる金型の修正コスト、金型自体のメンテナンスコスト、形状凍結性向上のためのリストライキングによる生産性の劣化など、コスト増をもたらす様々な問題点が指摘されている。 However, increasing the strength of the steel sheet increases the pressing force required for press forming, which increases the equipment cost due to the increase in size of the equipment and the difficulty of forming due to the increasing strength of the steel sheet. It has been pointed out that there are various problems that bring about an increase in cost, such as correction cost, maintenance cost of the mold itself, and deterioration of productivity due to wrist-like to improve shape freezing.
この問題を解決するひとつの方法としてホットスタンプが注目されている。ホットスタンプとは、鋼板を高温に加熱し、高温域でプレス加工する技術である。ホットスタンプは、鋼板をAc3変態温度以上に加熱し、熱間でプレス加工を施すことを特徴とし、金型による抜熱で急速に冷却し、プレス圧が掛った状態で変態を起こさせることにより、高強度でかつ形状凍結性の優れたプレス加工品を製造することができる技術である。 Hot stamping is attracting attention as one way to solve this problem. Hot stamping is a technique for heating a steel sheet to a high temperature and pressing it in a high temperature range. Hot stamping is characterized in that a steel sheet is heated to an Ac3 transformation temperature or higher and pressed hot, and is rapidly cooled by heat removal from a die to cause transformation in a state where press pressure is applied. This is a technology capable of producing a pressed product having high strength and excellent shape freezing property.
一方、部品の軽量化、高機能化を実現する方法として、テーラードブランクがある。テーラードブランクとは、目的に応じて、複数の鋼板の端面をレーザ溶接などによって接合したプレス用素材であるテーラードブランク材を用いる方法である。テーラードブランク材は、異種鋼板をつなぎ合わせることにより、ひとつの部品の中で板厚や強度を自由に変化させることができるため、部品の軽量化や、高機能化が可能なことに加え、一体化による部品点数が削減できるメリットがある。 On the other hand, there is a tailored blank as a method for realizing weight reduction and high functionality of parts. The tailored blank is a method of using a tailored blank material which is a press material in which end faces of a plurality of steel plates are joined by laser welding or the like, depending on the purpose. Tailored blank material can freely change the plate thickness and strength in one part by joining dissimilar steel plates, so in addition to being able to reduce the weight and enhance the functionality of the part, it is integrated. There is a merit that the number of parts can be reduced due to the conversion.
近年では、さらなる軽量化・高機能化を目指し、上述の二つの技術を組合せた、すなわち、溶接されたテーラードブランク材をホットプレスにより製造する部材も見られている。 In recent years, with the aim of further weight reduction and high functionality, there have been some members that combine the above two technologies, that is, to manufacture a welded tailored blank material by hot pressing.
一方、自動車用部材など耐食性を必要とするものの多くには、亜鉛系のめっき鋼板が用いられる。亜鉛系めっき鋼板を用いたブランクをホットスタンプする場合、ブランクは700~1000℃に加熱される。この温度は、亜鉛の沸点に近いため、加熱中に亜鉛は蒸発し、耐食性が損なわれる。このため、ホットスタンプ用のブランクには、亜鉛系のめっきに比べて沸点が高いAl系めっきが施された鋼板、いわゆるアルミニウムめっき鋼板を使用することが望ましい。 On the other hand, zinc-based plated steel sheets are used for many of the parts that require corrosion resistance, such as automobile members. When hot stamping a blank using a galvanized steel sheet, the blank is heated to 700 to 1000 ° C. Since this temperature is close to the boiling point of zinc, zinc evaporates during heating and the corrosion resistance is impaired. Therefore, for the blank for hot stamping, it is desirable to use a steel sheet that has been subjected to Al-based plating, which has a higher boiling point than zinc-based plating, that is, a so-called aluminum-plated steel sheet.
しかし、アルミニウムめっき鋼板を溶接したテーラードブランク材をホットプレスすると、鋼板表面のAlめっき層が、溶接金属中に溶け込み、溶接金属の焼入れ性が低下するために、ホットスタンプ後に十分な継手強度が得られないことが知られている。 However, when a tailored blank material obtained by welding an aluminum-plated steel plate is hot-pressed, the Al-plated layer on the surface of the steel plate melts into the weld metal and the hardenability of the weld metal is reduced, so that sufficient joint strength is obtained after hot stamping. It is known that it cannot be done.
特許文献1には、板の周囲に位置する領域からアルミニウムめっき層が取り除かれているアルミニウム合金めっき鋼が開示されている。 Patent Document 1 discloses an aluminum alloy-plated steel in which an aluminum-plated layer is removed from a region located around a plate.
特許文献2には、ホットスタンプ後の溶接金属の硬さと溶接金属の最も薄い部分の厚さの積が、低強度側の鋼板のホットスタンプ後の硬さと板厚の積よりも高くなるように、突合せ溶接する鋼板が組み合わされて溶接されているテーラードブランクが開示されている。
特許文献1に開示される技術は、テーラードブランク材の製造のまえに、ブラシやレーザアブレーションにより溶接される部分のめっき層を取り除くことが必要なため、工数の増大やそのための設備が必要となるなどの課題がある。 Since the technique disclosed in Patent Document 1 requires removing the plating layer of the portion to be welded by a brush or laser ablation before manufacturing the tailored blank material, an increase in man-hours and equipment for that purpose are required. There are issues such as.
特許文献2に開示される技術は、ワイヤ添加により、溶接金属の成分を調整し、溶接部の焼き入れ硬度を確保することを骨子としている。特許文献2の技術によれば、継手強度の高いホットスタンプ用テーラードブランク材を得ることができるが、本発明者らが検討した結果、溶接ビード端(溶融境界近傍)には、Alの濃化した層が形成される場合があり、継ぎ手強度のバラツキを生じる場合があることが分かった。
The gist of the technique disclosed in
本発明は、上述した継ぎ手強度のばらつきを改善し、アルミニウムめっき鋼板を、溶接される部分のめっき層を取り除かずにそのまま突合せレーザ溶接して形成し、ホットプレスにより加工したテーラードブランク成形材であって、十分な安定した継手強度を有するテーラードブランク成形材を提供することを課題とする。 The present invention is a tailored blank molding material that improves the above-mentioned variation in joint strength, forms an aluminum-plated steel plate by butt laser welding as it is without removing the plating layer of the portion to be welded, and processes it by hot pressing. Therefore, it is an object of the present invention to provide a tailored blank molding material having sufficient stable joint strength.
ホットスタンプ用のテーラードブランク材では、ホットスタンプにより鋼板母材部は焼入されて硬くなる。ホットスタンプ後において必要な継手強度を確保するためには、ホットスタンプ後の溶接金属の硬さが、少なくとも、継手部を形成する鋼板のうちの低強度側の鋼板母材部の硬さと同等以上であるとともに、溶接ビード端のAl濃化域を生じないことが必要である。 In the tailored blank material for hot stamping, the steel plate base material is hardened by the hot stamping and becomes hard. In order to secure the required joint strength after hot stamping, the hardness of the weld metal after hot stamping is at least equal to or higher than the hardness of the steel plate base material on the low strength side of the steel plates forming the joint. At the same time, it is necessary not to generate an Al-enriched region at the weld bead end.
本発明者らは、アルミニウムめっき鋼板からなるブランクを溶接し、テーラードブランク材とする際に、ホットスタンプ後の低強度側の鋼板母材部と同等以上の硬さを有する溶接金属部が形成され、かつ、溶接ビード端にAl濃化域を生じないようにするための手段を検討し、その結果、そのような溶接金属部の形成に必要な条件を見出すことによって上記課題を解決した。 When a blank made of an aluminum-plated steel plate is welded to obtain a tailored blank material, the present inventors form a weld metal portion having a hardness equal to or higher than that of a steel plate base material portion on the low strength side after hot stamping. In addition, the above-mentioned problems have been solved by examining means for preventing the Al-concentrated region from being generated at the weld bead end, and as a result, finding the conditions necessary for forming such a weld metal portion.
そのようにしてなされた本発明の要旨は、以下のとおりである。 The gist of the present invention made in this way is as follows.
(1)テーラードブランク成形材の製造方法であって、複数枚のアルミニウムめっき鋼板を突き合わせ、レーザビームを照射して、溶接する際、溶接進行方向に対向する方向に、前記鋼板の表裏面双方に気体を噴射しながら溶接して製造したテーラードブランク材を、ホットスタンプにより加工し、かつ、当該テーラードブランク成形材の溶接部において、(1) A method for manufacturing a tailored blank molding material, in which a plurality of aluminum-plated steel sheets are butted against each other, irradiated with a laser beam, and welded. A tailored blank material manufactured by welding while injecting gas is processed by hot stamping, and at the welded portion of the tailored blank molded material.
上記溶接部の溶接金属のアルミニウムの平均濃度が、1.5質量%以下であり、上記溶接金属の組織がマルテンサイトを面積率で80%以上含有し、上記溶接金属の硬さと上記溶接金属の最も薄い部分の厚さの積の値が、上記2枚のアルミニウムめっき鋼板のうち強度が低いアルミニウムめっき鋼板の硬さと板厚の積の値より高く、かつ、上記溶接金属の硬さと上記溶接金属の最も薄い部分の厚さの積の値が682.5以上であり、上記溶接金属のうち、溶融境界から0.3mm以内、溶接部の表面から鋼板の板厚の1/4以内の領域のアルミニウム濃度が1.5質量%未満であることを特徴とするテーラードブランク成形材の製造方法。 The average concentration of aluminum in the weld metal of the weld is 1.5% by mass or less, the structure of the weld metal contains martensite in an area ratio of 80% or more, and the hardness of the weld metal and that of the weld metal The value of the product of the thickness of the thinnest part is higher than the value of the product of the product of the hardness and the thickness of the aluminum-plated steel sheet having the lower strength among the above two aluminum-plated steel sheets, and the value of the hardness of the weld metal and the weld metal The value of the product of the thickness of the thinnest part of the metal is 682.5 or more, and the region of the weld metal within 0.3 mm from the molten boundary and within 1/4 of the thickness of the steel plate from the surface of the weld. A method for producing a tailored blank molding material, which comprises an aluminum concentration of less than 1.5% by mass.
(2)前記気体を噴射する方向は、溶融池直上を横切ることを特徴とする前記(1)のテーラードブランク成形材の製造方法。(2) The method for producing a tailored blank molding material according to (1), wherein the direction of injecting the gas crosses directly above the molten pool.
(3)前記気体の噴射する鋼板面に対する角度は、0度以上30度以下であることを特徴とする前記(1)又は(2)のテーラードブランク成形材の製造方法。(3) The method for producing a tailored blank molded material according to (1) or (2), wherein the angle of the gas with respect to the surface of the steel sheet is 0 degrees or more and 30 degrees or less.
(4)前記気体の噴射速度は、溶融池直上よりも溶融池周囲の速度が大きいことを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかのテーラードブランク成形材の製造方法。(4) The method for producing a tailored blank molded material according to any one of (1) to (3) above, wherein the injection speed of the gas is higher around the molten pool than immediately above the molten pool.
本発明によれば、鋼板端部におけるAlめっきを除去することなく、アルミニウムめっき鋼板を突き合せレーザ溶接した継手強度の高いテーラードブランク成形材を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a tailored blank molded material having high joint strength in which aluminum-plated steel sheets are butt-welded and laser-welded without removing Al plating at the end of the steel sheet.
はじめに、本発明者らが検討した内容について説明する。なお、以下の説明においては、アルミニウムめっき鋼版を突き合わせ溶接したホットスタンプ用の素材をテーラードブランク材、テーラードブランク材をホットスタンプにより加工して得られる構造部材をテーラードブランク成形材という。 First, the contents examined by the present inventors will be described. In the following description, a material for hot stamping in which aluminum-plated steel plates are butt-welded is referred to as a tailored blank material, and a structural member obtained by processing a tailored blank material by hot stamping is referred to as a tailored blank molding material.
ホットスタンプ用の鋼板はC含有量が高く、突合せレーザ溶接により形成された溶接金属は、溶接後の冷却で焼入され、母材より硬くなる。しかし、アルミニウムめっき鋼板を突合せレーザ溶接した場合には、レーザ光が直接照射されることにより、鋼母材とともに、溶融しためっき層のAlが溶接金属にほぼ均等に混入し、溶接金属中のAl濃度によっては、焼入性が低下して溶接後に十分な硬さを有する溶接した金属が得られない場合がある。 The steel sheet for hot stamping has a high C content, and the weld metal formed by butt laser welding is hardened by cooling after welding and becomes harder than the base metal. However, when the aluminum-plated steel plate is butt-welded by butt laser welding, the Al of the molten plating layer is mixed with the steel base material almost evenly in the weld metal due to the direct irradiation of the laser beam, and the Al in the weld metal is mixed. Depending on the concentration, the hardenability may decrease and a welded metal having sufficient hardness may not be obtained after welding.
一方、レーザ光の直接の照射により、溶融されないレーザスポット(レーザ照射径)周りのAlは、形成された溶融池からの伝熱により溶融し、凝固中の溶融池に侵入し、溶接ビード端に濃化するため、同様に、焼き入れ性が低下する。 On the other hand, Al around the laser spot (laser irradiation diameter) that is not melted by direct irradiation of laser light melts by heat transfer from the formed molten pool, penetrates into the molten pool being solidified, and reaches the end of the weld bead. Since it is thickened, the hardenability is similarly reduced.
溶接金属は、レーザ溶接時の溶融、冷却により、オーステナイト変態、マルテンサイト変態し、マルテンサイト主体の組織となる。その後のホットスタンプ工程で加熱されることにより、再びオーステナイト変態し、ホットスタンプ時の金型との接触による冷却でマルテンサイト変態する。 The weld metal undergoes austenite transformation and martensite transformation due to melting and cooling during laser welding, and becomes a martensite-based structure. By being heated in the subsequent hot stamping process, it is transformed into austenite again, and by cooling by contact with the mold during hot stamping, it is transformed into martensite.
しかしながら、溶融Alめっき層が混入した成分では、Ac3点温度が上昇しており、ホットスタンプの加熱温度(例えば900℃)では、十分にオーステナイト変態しない。オーステナイト変態しない組織は焼きが入らず焼戻されることになる。 However, in the component mixed with the molten Al plating layer, the temperature at the Acc3 point rises, and the austenite transformation does not occur sufficiently at the heating temperature of the hot stamp (for example, 900 ° C.). Tissues that do not undergo austenite transformation will not be burned and will be burned back.
また、ホットスタンプ用のテーラードブランクでは、互いに突合せ溶接するアルミニウムめっき鋼板の一方が強度の高い鋼板で、他方がそれよりも強度の低い鋼板の組み合わせを採用することが多い。そのような強度の異なるアルミニウムめっき鋼板をレーザ溶接して形成されたテーラードブランクでは、形成された溶接金属が、ホットスタンプ工程で焼戻されても、強度の低い側の鋼板のホットスタンプ後の硬さと同等以上の硬さを有していれば、必要な溶接継手部の強度を保つことができる。 Further, in a tailored blank for hot stamping, one of aluminum-plated steel sheets to be butt-welded to each other is often a high-strength steel sheet, and the other is a combination of lower-strength steel sheets. In a tailored blank formed by laser welding aluminum-plated steel plates having different strengths, even if the formed weld metal is tempered in the hot stamping process, the hardness of the steel plate on the lower strength side after hot stamping is hard. As long as it has a hardness equal to or higher than that of the welded joint, the required strength of the welded joint can be maintained.
本発明者らは、アルミニウムめっき鋼板をレーザ溶接してテーラードブランク材を製造する際、溶接ビード端に生じるAl濃化層を抑制し、ホットスタンプ工程において必要な焼入れ特性を有した溶接金属が形成できれば、突合せ部端部のアルミニウムめっきを除去しなくても溶接が可能であるとの観点から、そのために必要な溶接金属やアルミめっき鋼板の条件について検討した。 When the aluminum-plated steel plate is laser-welded to produce a tailored blank material, the present inventors suppress the Al-concentrated layer generated at the weld bead end and form a weld metal having the quenching characteristics required in the hot stamping process. If possible, from the viewpoint that welding is possible without removing the aluminum plating at the end of the butt joint, the conditions of the weld metal and aluminum-plated steel plate required for that purpose were examined.
溶接ビード端のAl濃化域は、その分布形態から、レーザ照射により形成された溶融池の熱によってレーザ照射範囲外にあるAlめっきが溶融し、溶融池の凝固過程で侵入したために、溶接金属端に形成されたと推測された。そのため、引用文献2に開示されるワイヤによる成分調整は難しい。そこで、本発明者らは、溶融したAlめっき層の侵入を防ぐため、ガス付与により侵入を抑制する条件を検討した。
Due to the distribution pattern of the Al-concentrated region at the end of the weld bead, the Al plating outside the laser irradiation range was melted by the heat of the molten pool formed by laser irradiation, and invaded during the solidification process of the molten pool. It was speculated that it was formed on the edge. Therefore, it is difficult to adjust the components by the wire disclosed in Cited
一方、Alが混入した部位の焼き入れ性を確保するためは、少なくともレーザ溶接時に形成された溶接金属が溶接後の冷却過程においてオーステナイト変態し、さらに冷却される過程で焼きが入って十分硬くなることが必要である。また、焼きが入った溶接部が、ホットスタンプ工程において、再びオーステナイトに変態して焼き入れされるか、十分に変態できずに焼戻されても、強度の低い側の鋼板と同等以上の硬さを維持できることが必要である。 On the other hand, in order to ensure the hardenability of the portion where Al is mixed, at least the weld metal formed during laser welding undergoes austenite transformation in the cooling process after welding, and is further hardened in the cooling process to become sufficiently hard. It is necessary. In addition, even if the hardened welded part is transformed into austenite and hardened again in the hot stamping process, or tempered without being sufficiently transformed, the hardness is equal to or higher than that of the steel sheet on the lower strength side. It is necessary to be able to maintain the strength.
アルミニウムめっき鋼板の突合せレーザ溶接では、溶接される鋼板組成、鋼板板厚、Alめっき層の溶融量から溶接金属の組成が決まる。本発明者らは、したがって、焼きが入る溶接金属の条件を明らかにすれば、突合せ部端部のAlめっきを除去しなくても溶接が可能である、鋼板組成、鋼板板厚、Alめっき層の厚みの組み合わせが決定できるものと考えた。 In butt laser welding of aluminum-plated steel sheets, the composition of the weld metal is determined by the composition of the steel sheet to be welded, the thickness of the steel sheet, and the amount of melt in the Al-plated layer. Therefore, if the conditions of the weld metal to be hardened are clarified, the present inventors can perform welding without removing the Al plating at the end of the butt portion, the steel plate composition, the steel plate plate thickness, and the Al plating layer. It was thought that the combination of thicknesses could be determined.
本発明者らの検討の結果、レーザビームの照射により形成される溶融池に向け、溶接進行方向から溶融池に直接あたらないように気体を噴出することにより、溶融したAlめっき層が溶融池に侵入するのを抑制するとともに、アルミニウムめっき鋼板を突合せレーザ溶接して形成される溶接金属のAlの平均濃度を0.3質量%以上、1.5質量%以下とし、かつ、溶接金属のAc3点温度を1250℃以下とし、ホットスタンプ後の溶接金属の硬さと溶接金属の最も薄い部分の厚さの積の値が、低強度側の鋼板のホットスタンプ後の硬さと板厚の積の値より高くなるように、前記突合せ溶接する鋼板が組み合わされて溶接される本発明のテーラードブランク成形材に到達した。 As a result of the study by the present inventors, the molten Al plating layer is formed into the molten pool by ejecting gas from the welding progress direction so as not to directly hit the molten pool toward the molten pool formed by irradiation with a laser beam. In addition to suppressing intrusion, the average concentration of Al in the weld metal formed by butt-welding aluminum-plated steel plates is 0.3% by mass or more and 1.5% by mass or less, and the Ac 3 points of the welding metal. When the temperature is set to 1250 ° C or lower, the value of the product of the hardness of the weld metal after hot stamping and the thickness of the thinnest part of the weld metal is higher than the value of the product of the hardness of the low-strength steel plate after hot stamping and the plate thickness. The tailored blank molding material of the present invention, which is welded by combining the steel plates to be butt-welded so as to be high, has been reached.
以下、本発明について、必要な条件や好ましい条件について順次説明する。 Hereinafter, the necessary conditions and preferable conditions of the present invention will be sequentially described.
(ビード端への溶融Alの侵入抑制)
本発明者らは、レーザ溶接時に形成される溶融池からの伝熱により溶融されたAlめっきのビード端への侵入防止を気体噴出装置により実施することを考え、種々検討を行った。その結果、気体噴出装置を溶接進行方向前方の溶接表裏面に設け、溶接線方向に、溶融池直上に向けて、噴出することが有効であること見出した。
(Suppression of molten Al intrusion into the bead end)
The present inventors have conducted various studies considering that a gas ejection device is used to prevent the Al plating melted by heat transfer from the molten pool formed during laser welding from entering the bead end. As a result, it was found that it is effective to install a gas ejection device on the front and back surfaces of the welding in front of the welding progress direction and eject the gas in the welding line direction directly above the molten pool.
溶融池の伝熱によるAlめっきの溶融、侵入は、溶接表・裏面で生じるために、気体噴出装置を溶接表裏面双方に設ける必要がある。また、速い流速を有した噴出気体による溶融池の乱れ、溶融池からの流出を抑制するために、噴出気体は溶融池直上に付与されることが望ましい。 Since the melting and intrusion of Al plating due to heat transfer in the molten pool occurs on both the front and back surfaces of the weld, it is necessary to provide gas ejection devices on both the front and back surfaces of the weld. Further, in order to suppress the disturbance of the molten pool due to the ejected gas having a high flow velocity and the outflow from the molten pool, it is desirable that the ejected gas is applied directly above the molten pool.
気体の噴射は、気体噴射手段の噴射口の下端に沿う延長線と溶融池との垂直距離が3mm以下の範囲となるように溶融池の直上を横切って気体を噴射することが好ましい。図1は、本発明の溶接装置の構成を模式的に示した図であり、溶接部の板厚方向の断面を示している。レーザ溶接は紙面右から左へ進行し、ノズルによる気体噴射は、レーザの進行方向前方から行われる。なお、図1では、裏面側の気体噴出装置は省略している。 For gas injection, it is preferable to inject gas across the directly above the molten pool so that the vertical distance between the extension line along the lower end of the injection port of the gas injection means and the molten pool is within a range of 3 mm or less. FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the welding apparatus of the present invention, and shows a cross section of the welded portion in the plate thickness direction. Laser welding proceeds from right to left on the paper surface, and gas injection by the nozzle is performed from the front in the direction of travel of the laser. In FIG. 1, the gas ejection device on the back surface side is omitted.
気体噴射手段の「噴射口の下端に沿う延長線」は、噴射口の下端形状により決まり、たとえば、噴射口の下端が、図1に示した例のように、鋼板1の上面に対して平行であれば、その延長線Akも鋼板1に平行となる。また、たとえば、噴射口の下端が末広がり状となっている場合には、該末広がり状の下端を延長するように延長線が形成される。ノズルの下端に沿う延長線と、溶融池との垂直距離を3mm以内と小さくすることで、効率よく溶融Alの浸入を防止することができる。 The "extension line along the lower end of the injection port" of the gas injection means is determined by the shape of the lower end of the injection port. For example, the lower end of the injection port is parallel to the upper surface of the steel plate 1 as in the example shown in FIG. If so, the extension line Ak is also parallel to the steel plate 1. Further, for example, when the lower end of the injection port has a divergent shape, an extension line is formed so as to extend the divergent lower end. By reducing the vertical distance between the extension line along the lower end of the nozzle and the molten pool to 3 mm or less, it is possible to efficiently prevent the infiltration of molten Al.
また、噴流は、溶融池の上面に対して水平であることが好ましいが、これに限定されることはなく、溶融池の上面に対して離れる、または近づく方向に角度を有してもよい。角度は特に限定されるものではないが、噴流が直接に溶融池に当たると溶融池から溶融金属が流れ出すことがあるので、図2に示したθ’、θ’’がともに0度〜30度であることが好ましく、特にθ’’は0度〜20度であることが好ましい。 Further, the jet is preferably horizontal to the upper surface of the molten pool, but is not limited to this, and may have an angle in a direction away from or closer to the upper surface of the molten pool. The angle is not particularly limited, but if the jet directly hits the molten pool, molten metal may flow out of the molten pool, so both θ'and θ'' shown in FIG. 2 are 0 to 30 degrees. It is preferable that there is, and in particular, θ'' is preferably 0 to 20 degrees.
ノズルの形状は特に限定されるものではない。たとえば、図3のように、幅方向に二つの噴射口を有するノズルから気体を噴射し、溶融池直上に比べその周囲の噴射速度を高くする(図4)ことにより、溶接品質の向上が期待される。 The shape of the nozzle is not particularly limited. For example, as shown in FIG. 3, the welding quality is expected to be improved by injecting gas from a nozzle having two injection ports in the width direction and increasing the injection speed around the nozzle as compared with the one directly above the molten pool (Fig. 4). Will be done.
噴射される気体の種類は特に限定されるものではない。圧縮空気や不活性ガス、酸素、窒素等を用いることができるが、溶融金属と反応する懸念がある場合には、不活性ガス(Ar)が好ましい。 The type of gas to be injected is not particularly limited. Compressed air, an inert gas, oxygen, nitrogen, or the like can be used, but the inert gas (Ar) is preferable when there is a concern that it will react with the molten metal.
(溶接ビード端のAl濃化域)
前述したとおり、アルミニウムめっき鋼板を突合せレーザ溶接した場合、レーザ光の直接の照射により溶融されないレーザスポット(レーザ照射径)周りのAlが、形成された溶融池からの伝熱により溶融し、凝固中の溶融池に侵入し、溶接ビード端にAl濃化域を形成する。
(Al concentrated area at the end of the weld bead)
As described above, when aluminum-plated steel plates are butt-welded, Al around the laser spot (laser irradiation diameter), which is not melted by direct irradiation of laser light, is melted by heat transfer from the formed molten pool and is solidifying. Invades the molten pool and forms an Al-enriched region at the end of the weld bead.
本発明においては、上述した方法により溶接ビード端への溶融Alの侵入を抑制し、Alが濃化しやすい溶接ビード端におけるAl濃度を1.5%未満とする。ここで溶接ビード端とは、溶融境界から0.3mm以内、溶接部の表面から鋼板の板厚の1/4以内の領域をいうものとする。溶融境界は、溶接ビードを溶接線に対し垂直な断面で切断し、研磨し、エッチングすることで容易に確認することができる。 In the present invention, the invasion of molten Al into the weld bead end is suppressed by the method described above, and the Al concentration at the weld bead end where Al is likely to be concentrated is set to less than 1.5%. Here, the weld bead end means a region within 0.3 mm from the melting boundary and within 1/4 of the plate thickness of the steel plate from the surface of the welded portion. The melt boundary can be easily confirmed by cutting the weld bead in a cross section perpendicular to the weld line, polishing and etching.
(溶接金属の組織)
テーラードブランク成形材の溶接金属は、強度を確保するために、十分な溶接部硬さを有する必要がある。そのため、溶接金属の組織は、マルテンサイトを面積率で80%以上含有する必要がある。ここで、マルテンサイトとは、焼き戻されていないフレッシュマルテンサイト、及び焼き戻しマルテンサイトの双方を含むものとする。
(Welded metal structure)
The weld metal of the tailored blank molding must have sufficient weld hardness to ensure strength. Therefore, the structure of the weld metal needs to contain martensite in an area ratio of 80% or more. Here, martensite includes both non-tempered fresh martensite and tempered martensite.
フレッシュマルテンサイトの面積率は、マルテンサイトは、レペラーエッチングを行えば、光学顕微鏡によって白くなった相として観察することが可能である。また、焼き戻しマルテンサイトの面積率は、SEM−EBSDを用いた組織解析により求めることが可能である。 The area ratio of fresh martensite can be observed as a whitened phase by an optical microscope if the martensite is subjected to repeater etching. In addition, the area ratio of tempered martensite can be obtained by microstructure analysis using SEM-EBSD.
(溶接金属のAc3点温度)
溶接金属のAl濃度が1.5質量%以下で、下記の式(1)で定義される溶接金属のAc3点が1250℃以下であれば、レーザ溶接後において溶接金属に十分に焼きを入れ、上述した組織を得るのに有利である。その結果、十分な溶接部硬さを有するテーラードブランク材が製造できるので、ホットスタンプ工程によって溶接部が焼き戻されても十分な強度を保持することができる。
(Ac3 point temperature of weld metal)
If the Al concentration of the weld metal is 1.5% by mass or less and the Ac3 point of the weld metal defined by the following formula (1) is 1250 ° C. or less, the weld metal is sufficiently hardened after laser welding. It is advantageous to obtain the above-mentioned structure. As a result, a tailored blank material having sufficient weld hardness can be produced, so that sufficient strength can be maintained even if the weld is backfired by the hot stamping process.
Ac3=910−230C0.5−15.2Ni+44.7Si+104V
+31.5Mo+13.1W−30Mn−11Cr−20Cu+700P
+400Al+120As+400Ti ・・・(1)
Ac3 = 910-230C 0.5 -15.2Ni + 44.7Si + 104V
+ 31.5Mo + 13.1W-30Mn-11Cr-20Cu + 700P
+ 400Al + 120As + 400Ti ... (1)
ここで、式(1)において、元素記号はそれぞれの元素の含有量(質量%)を表す。また、含有していない元素は含有量0として計算する。 Here, in the formula (1), the element symbol represents the content (mass%) of each element. In addition, elements that are not contained are calculated with a content of 0.
なお、このAc3の式は、文献(Leslie, W.C.著、幸田成康/監訳「レスリー鉄鋼材料学」丸善(1985)発行、p.273)等によりよく知られた式である。 The formula of Ac3 is a well-known formula in the literature (Leslie, W.C., translated by Shigeyasu Koda / translated by Maruzen (1985), p.273).
CやMnなどの含有量が少なく、Siの含有量が多い場合など、鋼材の化学組成によっては、溶接金属のAl濃度が1.5wt%以下であっても、レーザ溶接後、十分に焼きが入らない場合が生じる。本発明者らは、式(1)で見積もられるAc3点温度が1250℃以下であれば、レーザ溶接によって十分に焼きが入ることを実験的に確認した。 Depending on the chemical composition of the steel material, such as when the content of C and Mn is low and the content of Si is high, even if the Al concentration of the weld metal is 1.5 wt% or less, it will be sufficiently baked after laser welding. It may not fit. The present inventors have experimentally confirmed that if the Ac 3-point temperature estimated by the formula (1) is 1250 ° C. or lower, sufficient quenching is performed by laser welding.
(ホットスタンプ後の溶接金属の硬さ)
テーラードプランク材をホットスタンプしてテーラードブランク成形材である構造部材を製造した後、その部材が自動車に組み込まれ、衝突によって大変形を受けた際にも、溶接ビードで破断することなく、良好な変形能・エネルギー吸収特性・耐力を発揮しなければならない。
(Hardness of weld metal after hot stamping)
After manufacturing a structural member that is a tailored blank molding material by hot stamping a tailored plank material, even when the member is incorporated into an automobile and undergoes large deformation due to a collision, it does not break at the weld bead and is good. It must exhibit deformability, energy absorption characteristics, and proof stress.
そのためには、ホットスタンプ後のテーラードブランク成形材の溶接部の強度が、少なくとも強度の低い側の鋼板のホットスタンプ後の強度と同等またはそれ以上であることが必要である。 For that purpose, the strength of the welded portion of the tailored blank molded material after hot stamping needs to be at least equal to or higher than the strength after hot stamping of the steel sheet on the lower strength side.
すなわち、ホットスタンプ後の溶接金属の硬さHv(WM)と溶接金属の最も薄い部分の厚さt(WM)の積が、ホットスタンプ後の低強度側鋼板の硬さHv(LBM)と低強度側鋼板の板厚t(LBM)の積の値より高くなる、すなわち、
Hv(WM)×t(WM)>Hv(LBM)×t(LBM)
となるように、高強度側と低強度側の鋼板及び溶接金属が組み合わされて、溶接されていることが必要である。
That is, the product of the hardness Hv (WM) of the weld metal after hot stamping and the thickness t (WM) of the thinnest portion of the weld metal is as low as the hardness Hv (LBM) of the low-strength side steel plate after hot stamping. It is higher than the value of the product of the plate thickness t (LBM) of the strength side steel plate, that is,
Hv (WM) x t (WM)> Hv (LBM) x t (LBM)
It is necessary that the steel plate and the weld metal on the high-strength side and the low-strength side are combined and welded so as to be.
ここで、溶接金属の硬さは、溶接ビード長手方向の横断面において、ビード幅の中心で板厚方向に5点測定し、最も高い測定値と最も低い測定値を除いた中3点の測定値を平均したものとする。 Here, the hardness of the weld metal is measured at 5 points in the plate thickness direction at the center of the bead width in the cross section in the longitudinal direction of the weld bead, and 3 points are measured excluding the highest measurement value and the lowest measurement value. Let the values be averaged.
また、溶接金属の最も薄い部分の厚さとは、溶接金属の表面から、板に垂直な板厚方向の溶接金属の裏面までの長さが、溶接金属中で最も短い箇所の長さをいうものとする。 The thickness of the thinnest part of the weld metal means the length of the shortest part of the weld metal from the front surface of the weld metal to the back surface of the weld metal in the plate thickness direction perpendicular to the plate. And.
Ac3点温度が上昇すると、ホットスタンプの加熱温度では十分にオーステナイト変態せず、ホットスタンプにより溶接部は焼き戻されることになる。こうした場合でも、溶接する鋼板の組み合わせを選択して、Hv(WM)×t(WM)>Hv(LBM)×t(LBM)の条件を満たすようにすることは可能であり、その場合には、ホットスタンプされた部材が、自動車の構造部材として十分な機能を発揮することが確かめられた。 When the Ac3 point temperature rises, the austenite transformation is not sufficiently performed at the heating temperature of the hot stamp, and the welded portion is backfired by the hot stamp. Even in such a case, it is possible to select a combination of steel sheets to be welded so as to satisfy the condition of Hv (WM) × t (WM)> Hv (LBM) × t (LBM). , It was confirmed that the hot stamped member exerts a sufficient function as a structural member of an automobile.
製造しようとするテーラードブランク成形材が、このような条件を満たすかどうかは、実際に製造して確認することが基本となる。ホットスタンプ後の低強度側鋼板の硬さHv(BM)と溶接金属の硬さHv(BM)を予測して、テーラードブランクが上記の条件を満たすかどうか、あらかじめ推定することもできる。 Whether or not the tailored blank molded material to be manufactured satisfies such a condition is basically manufactured and confirmed. It is also possible to predict in advance whether or not the tailored blank satisfies the above conditions by predicting the hardness Hv (BM) of the low-strength side steel plate after hot stamping and the hardness Hv (BM) of the weld metal.
Hv(WM)は、両鋼板の化学成分と板厚より溶接金属のC量を推定し、推定されたC量によって、溶接金属がマルテンサイトである時の硬さHv(WM)を下記式(2)より計算し、計算された硬さから100を引いた値を溶接金属の下限として推定する。なお、100は、実験的に求められた数である。 Hv (WM) estimates the C amount of the weld metal from the chemical composition and plate thickness of both steel plates, and the hardness Hv (WM) when the weld metal is martensite is calculated by the following formula (HM) based on the estimated C amount. Calculated from 2), the value obtained by subtracting 100 from the calculated hardness is estimated as the lower limit of the weld metal. Note that 100 is an experimentally determined number.
Hv(M)=884C(1−0.3C2)+294 ・・・(2) Hv (M) = 884C (1-0.3C2) +294 ... (2)
溶接金属には、Alが入ることからAc1、Ac3が上昇する。ホットスタンプ工程によって、Al量によっては、完全にオーステナイトに変態せず、2相域、あるいは単に焼き戻されるだけになる。単に焼き戻されるだけの場合に最も軟らかくなる。経験的にその硬さは、Hv(M)−100程度となることを確認した。 Since Al is contained in the weld metal, Ac1 and Ac3 increase. Depending on the amount of Al, the hot stamping process does not completely transform into austenite, but only in the two-phase region or simply reprints. It becomes the softest when it is simply baked. It was empirically confirmed that the hardness was about Hv (M) -100.
Hv(BM)は、式(2)から計算されるHv(M)値と鋼板の元素含有量(質量%)を用いて計算される、下記の式
{1650(C+f(B))+10Si+80(Mn+Cr+V+2Mo+2Nb
+Cu/2+Ni/4)}
の値の低い方を推定値として採用する。
Hv (BM) is calculated by using the Hv (M) value calculated from the formula (2) and the element content (mass%) of the steel sheet.
+ Cu / 2 + Ni / 4)}
The lower value of is adopted as the estimated value.
ただし、B含有量≧0.0004質量%の場合は、f(B)=0.03とし、B含有量
<0.0004質量%の場合は、f(B)=0とする。
However, when the B content ≥ 0.0004 mass%, f (B) = 0.03, and when the B content <0.0004 mass%, f (B) = 0.
以上のように予測された硬さと、組み合わせようとする鋼板の板厚、溶接金属の厚みを
鋼板板厚〜0.9×鋼板板厚として、上記式を満たすかどうか判定して、テーラードブラ
ンクを構成する鋼板の組み合わせの可能性をあらかじめ予測することができる。
The hardness predicted as described above, the thickness of the steel plate to be combined, and the thickness of the weld metal are set to the steel plate thickness to 0.9 × the steel plate thickness, and it is determined whether or not the above formula is satisfied, and the tailored blank is formed. It is possible to predict in advance the possibility of combining the constituent steel sheets.
(溶接金属の厚み)
シャー切断されたままの鋼板の端面の突合せレーザ溶接では、端面の切断精度の関係で、通常は溶接ビード表面が鋼板表面に対して窪んだ状態(肉やせした状態)で溶接される。
(Thickness of weld metal)
In butt laser welding of the end face of a steel sheet as it is shear-cut, the surface of the weld bead is usually welded in a recessed state (thin state) with respect to the surface of the steel sheet due to the cutting accuracy of the end face.
しかし、溶接金属の肉厚が母材鋼板の板厚よりも小さくなりすぎると、溶接継手部の強度が低下するため、溶接金属の最も薄いところの肉厚が、鋼板板厚(鋼板の板厚が異なる場合は、薄い方の板厚)の90%未満とならないようにするのが好ましい。 However, if the wall thickness of the weld metal becomes too small than the plate thickness of the base steel plate, the strength of the welded joint decreases, so the wall thickness of the thinnest part of the weld metal is the steel plate plate thickness (steel plate thickness). If they are different, it is preferable that the thickness is not less than 90% of the thinner plate thickness).
肉厚が90%未満の場合には、溶接金属が焼きが入りやすい組成であっても、高温となるホットスタンプ時に溶接部で破断したり、破断しなくても製品強度が低下したりするので、フィラーワイヤを用いて溶接して、肉やせ分を補うことが好ましい。 If the wall thickness is less than 90%, even if the weld metal has a composition that is easily hardened, it may break at the welded part during hot stamping at a high temperature, or the product strength may decrease even if it does not break. , It is preferable to weld using a filler wire to supplement the thin meat.
一方、溶接部の肉厚の薄い場合に限らず、溶接金属のAl濃度の調整のためにフィラーワイヤを用いて溶接してもよい。 On the other hand, not only when the wall thickness of the welded portion is thin, welding may be performed using a filler wire for adjusting the Al concentration of the weld metal.
フィラーワイヤを用いて溶接する場合、溶接ビードの表裏面を鋼板表裏面に対して盛り上がらせて、溶接金属の肉厚を厚くする方が、溶接部の強度を確保することができる。しかしながら、溶接金属の盛り上がり高さが過度になると、ホットスタンプ時に溶接部付近で鋼板と金型との接触が不良となり、鋼板に対する焼き入れが不足する。 When welding using a filler wire, the strength of the welded portion can be ensured by raising the front and back surfaces of the weld bead with respect to the front and back surfaces of the steel plate to increase the wall thickness of the weld metal. However, if the raised height of the weld metal becomes excessive, the contact between the steel plate and the mold becomes poor near the welded portion at the time of hot stamping, and quenching of the steel plate becomes insufficient.
そこで、溶接金属の表裏面が、アルミニウムめっき鋼板の表裏面(鋼板の板厚が異なる場合は、厚い方の鋼板の表裏面)の延長線を基準として、それより300μmを超えて外側に突出しないようにする。突出量が300μm以下であれば、金型、特に直水冷金型を用いて、鋼板に十分に焼きを入れることができる。直水冷金型とは、金型より冷却水を噴出し、鋼板を冷却する金型である。 Therefore, the front and back surfaces of the weld metal do not protrude outward beyond 300 μm based on the extension line of the front and back surfaces of the aluminum-plated steel sheet (or the front and back surfaces of the thicker steel sheet when the thickness of the steel sheet is different). To do so. When the protrusion amount is 300 μm or less, the steel sheet can be sufficiently hardened by using a die, particularly a direct water-cooled die. The direct water cooling mold is a mold that cools a steel sheet by ejecting cooling water from the mold.
(アルミニウムめっき鋼板)
本発明でテーラードブランク材に用いられるアルミニウムめっき鋼板は、特定のものに限定されるものではない。以下、鋼板母材やめっき層について、本発明のテーラードブランク成形材に適用可能な一例について説明する。
(Aluminum galvanized steel sheet)
The aluminum-plated steel sheet used for the tailored blank material in the present invention is not limited to a specific one. Hereinafter, an example of the steel plate base material and the plating layer that can be applied to the tailored blank molding material of the present invention will be described.
[アルミニウムめっき鋼板の母材]
母材鋼板として、強度の高い側の鋼板には、ホットスタンプ工程で焼入され、高い機械的強度(例えば、引張強さ・降伏点・伸び・絞り・硬さ・衝撃値・疲れ強さ・クリープ強さなど)を有する組成の鋼板を使用することが望ましい。
[Base material of aluminum-plated steel sheet]
As the base steel sheet, the steel sheet on the high strength side is hardened by the hot stamping process and has high mechanical strength (for example, tensile strength, yield point, elongation, drawing, hardness, impact value, fatigue strength, etc.) It is desirable to use a steel sheet with a composition that has creep strength, etc.).
そのような鋼板の例としては、質量%で、C:0.15〜0.45%、Si:0.1〜0.5%、Mn:0.8〜3.0%、Cr:0.01〜0.5%、B:0.1%以下(0%を含む)を含有し、残部Fe及び不可避的不純物からなる成分の鋼、あるいは、この鋼をベースに、さらに、Ti、Mo、Nbの1種又は2種以上を、それぞれ1.0%以下添加した鋼が例示できる。 Examples of such steel sheets are, in terms of mass%, C: 0.15 to 0.45%, Si: 0.1 to 0.5%, Mn: 0.8 to 3.0%, Cr: 0. 01-0.5%, B: 0.1% or less (including 0%), and a steel component consisting of the balance Fe and unavoidable impurities, or based on this steel, Ti, Mo, Examples of steels in which one type or two or more types of Nb are added in an amount of 1.0% or less are exemplified.
このような鋼板に組み合わされる鋼板の例としては、冷延鋼板として270〜1800MPa級の引張強度が得られる組成のアルミニウムめっき鋼板が例示できる。ただし、ホットスタンプ用の鋼板では、ホットスタンプ前の鋼板強度そのものは特に規定されるのもではない。 As an example of a steel sheet to be combined with such a steel sheet, an aluminum-plated steel sheet having a composition capable of obtaining a tensile strength of 270 to 1800 MPa class as a cold-rolled steel sheet can be exemplified. However, in the steel sheet for hot stamping, the strength of the steel sheet before hot stamping itself is not particularly specified.
鋼板母材の板厚は、たとえば、0.8〜4mmの範囲が本発明に適用できる。 The plate thickness of the steel plate base material can be, for example, in the range of 0.8 to 4 mm according to the present invention.
[Alめっき層]
Alめっき層は、鋼板の腐食を防止するとともに、鋼板をホットスタンプにより加工する際に、高温に加熱された鋼板の表面が酸化することにより発生するスケール(鉄の酸化物)の生成を防止する。Alめっき層は、有機系材料によるめっき被覆や他の金属系材料(例えばZn系)によるめっき被覆よりも沸点などが高いため、ホットスタンプ方法により成形する際に高い温度での加工が可能となり、溶接金属に焼きを入れるために有利である。これらの作用のため、Alめっき層は鋼板の両面に形成されていることが望ましい。
[Al plating layer]
The Al plating layer prevents corrosion of the steel sheet and prevents the formation of scale (iron oxide) generated by oxidation of the surface of the steel sheet heated to a high temperature when the steel sheet is processed by hot stamping. .. Since the Al plating layer has a higher boiling point than the plating coating with an organic material or the plating coating with another metal material (for example, Zn), it is possible to process at a high temperature when molding by the hot stamping method. It is advantageous for baking the weld metal. For these actions, it is desirable that the Al plating layer is formed on both sides of the steel sheet.
Alめっき層は、例えば溶融めっき法により鋼板の表面に形成される。めっき層の成分として、Alを含有していれば本発明を適用できる。Al以外の成分は、特に限定しない。たとえば、Siを3〜15質量%添加したものでもよい。 The Al plating layer is formed on the surface of the steel sheet by, for example, a hot dip galvanizing method. The present invention can be applied as long as Al is contained as a component of the plating layer. The components other than Al are not particularly limited. For example, Si may be added in an amount of 3 to 15% by mass.
Siを添加すると、溶融めっき金属被覆時に生成される合金層を制御することができる。その効果を得るためには、Siを3%以上含有させることが好ましい。Siの含有量が15%を超えるとめっき層の加工性や耐食性が低下することがあるので、Siの含有量は15%未満とすることが好ましい。 By adding Si, it is possible to control the alloy layer formed during hot dip galvanizing metal coating. In order to obtain the effect, it is preferable to contain 3% or more of Si. If the Si content exceeds 15%, the processability and corrosion resistance of the plating layer may decrease. Therefore, the Si content is preferably less than 15%.
(テーラードブランク材を製造するための溶接方法)
本発明のテーラードブランク成形材を得るために用いるテーラードブランク材は、アルミニウムめっき鋼板をレーザ溶接によって溶接して得られる。アルミニウムめっき鋼板のテーラードブランク材では、溶接金属にめっき層のAlが溶け込むことで、溶接金属のAc3点温度が上昇し、ホットスタンプ工程では、十分にオーステナイト化できない。そのため、テーラードブランクを製造する際に、溶接後の冷却で十分に溶接部に焼きを入れることが必要となるので、溶接後の冷却速度の速いレーザ溶接による溶接が必要である。
(Welding method for manufacturing tailored blank material)
The tailored blank material used to obtain the tailored blank molded material of the present invention is obtained by welding an aluminum-plated steel sheet by laser welding. In the tailored blank material of the aluminum-plated steel plate, the Al of the plating layer melts into the weld metal, so that the temperature at the Ac3 point of the weld metal rises, and the hot stamping process cannot sufficiently austenite. Therefore, when manufacturing a tailored blank, it is necessary to sufficiently harden the welded portion by cooling after welding, so welding by laser welding with a high cooling rate after welding is required.
レーザ溶接方法は、レーザ発振器の種類などには特に限定されず、用いられる鋼板板厚に応じたレーザ出力で溶接すればよい。その際、前述のように、フィラーワイヤを供給して溶接することもできる。 The laser welding method is not particularly limited to the type of laser oscillator and the like, and welding may be performed with a laser output according to the thickness of the steel plate used. At that time, as described above, the filler wire can be supplied and welded.
なお、本発明のテーラードブランク成形材は2枚のアルミニウムめっき鋼板からなるものに限定されるものではない。3枚以上のアルミニウムめっき鋼板、2か所以上の溶接部を含むものでもよい。その場合は、各溶接部の溶接金属の硬さと溶接金属の最も薄い部分の厚さの積の値が、その溶接部により溶接された2枚のアルミニウムめっき鋼板のうち強度が低いアルミニウムめっき鋼板の硬さと板厚の積の値より高くなるようにすればよい。 The tailored blank molding material of the present invention is not limited to the one composed of two aluminum-plated steel plates. It may include three or more aluminum-plated steel plates and two or more welded portions. In that case, the value of the product of the hardness of the weld metal of each weld and the thickness of the thinnest part of the weld metal is that of the aluminum-plated steel plate with the lowest strength among the two aluminum-plated steel plates welded by the weld. It may be set to be higher than the value of the product of hardness and plate thickness.
ホットスタンプにより引張強度が1470MPa級となる鋼板(鋼種HS)、ホットスタンプ前で引張強度が270MPa、440MPa、590MPaとなる鋼板(鋼種270r、440、590)を用いて、レーザ溶接によって接合した。用いた鋼板の板厚は、1.0mmから1.8mmの範囲とした。また、適宜、Φ0.9mmの溶接ワイヤ(YGW12,YM−80)を溶接中に供給した。 A steel sheet having a tensile strength of 1470 MPa class by hot stamping (steel type HS) and a steel sheet having a tensile strength of 270 MPa, 440 MPa, and 590 MPa (steel type 270r, 440, 590) before hot stamping were joined by laser welding. The thickness of the steel plate used was in the range of 1.0 mm to 1.8 mm. Further, a welding wire (YGW12, YM-80) having a diameter of 0.9 mm was appropriately supplied during welding.
溶接金属中のAl平均濃度を作り分けるために、Alめっきの無い鋼板の外に、Alめっき付着量が、両面に片面当たり40gr/m2、及び両面に片面当たり80gr/m2の鋼板を試作した。 Prototype To separately form the Al average concentration of weld metal, out of the free steel sheet Al plating, Al coating weight is, per side 40Gr / m 2 on both surfaces, and the steel sheet per surface 80 gr / m 2 on both surfaces did.
これらの鋼板を、シャー切断したままの状態で突合せ、ファイバレーザにより溶接した。レーザの集光スポット径は0.6mmとした。 These steel sheets were butted in a shear-cut state and welded by a fiber laser. The focused spot diameter of the laser was 0.6 mm.
また、溶融Alの侵入防止を目的として、内径4mm、外径6mmの丸管2本を水平方向に隣接した丸管隣接ノズルを用いた。これにより図4に示したような、噴流の横断面において中央の速度が遅い速度分布を得ることができた。 Further, for the purpose of preventing the intrusion of molten Al, a round tube adjacent nozzle having two round tubes having an inner diameter of 4 mm and an outer diameter of 6 mm adjacent to each other in the horizontal direction was used. As a result, it was possible to obtain a velocity distribution with a slow center velocity in the cross section of the jet as shown in FIG.
ノズルは、先端位置がレーザ光路より12mm離れた位置に、溶融池の直上3mmを狙い、溶接表裏面に配置し、Arガスを、圧力0.5MPa、100L/分の条件で噴射した。溶接速度は4m/minの一定とし、板厚に応じてレーザ出力を2kWから4kWの範囲で調整した。 The nozzle was placed on the front and back surfaces of the weld at a position where the tip position was 12 mm away from the laser optical path, aiming at 3 mm directly above the molten pool, and Ar gas was injected under the conditions of a pressure of 0.5 MPa and 100 L / min. The welding speed was kept constant at 4 m / min, and the laser output was adjusted in the range of 2 kW to 4 kW according to the plate thickness.
溶接により得られたテーラードブランク材を、次いでホットスタンプし、ホットスタンプ成形材を得た。ホットスタンプは、炉加熱によりブランク材を900℃にまで加熱して金型で挟み込むことにより行い、平板に仕上げた。 The tailored blank material obtained by welding was then hot stamped to obtain a hot stamped molding material. Hot stamping was performed by heating the blank material to 900 ° C. by heating in a furnace and sandwiching it with a mold to finish it as a flat plate.
レーザ溶接後、溶接金属中のAl平均濃度を分析して求めた。また、レーザ溶接後の溶接部の品質確認のために、溶接部の板厚方向の断面観察とビード厚計測を実施した。 After laser welding, the average Al concentration in the weld metal was analyzed and determined. In addition, in order to confirm the quality of the welded portion after laser welding, cross-section observation and bead thickness measurement of the welded portion in the plate thickness direction were carried out.
さらに、ホットスタンプによる焼き入れ状態確認のため、ホットスタンプ後の母材部及び溶接ビード部の硬さ測定を実施した。また、部分的に強度を作り分けたホットスタンプ後の部材性能評価として、溶接ビードと直交して負荷をかける引張試験及び密着曲げ試験を行った。 Further, in order to confirm the quenching state by hot stamping, the hardness of the base metal portion and the weld bead portion after hot stamping was measured. In addition, as a member performance evaluation after hot stamping in which the strength was partially divided, a tensile test and a close contact bending test in which a load was applied orthogonal to the welding bead were performed.
使用した鋼板や溶接後やホットスタンプ後の各種測定した結果を表1に示す。実施例溶接金属の厚さに、数字を2つ記載した場合、例えば、No.12は、溶接金属の厚さが、薄い側の鋼板の板厚+0.20mm(溶接金属の表側)+0.15mm(溶接金属の裏側)と測定されたことを意味する。
Table 1 shows the steel sheets used and the results of various measurements after welding and hot stamping. Example When two numbers are described in the thickness of the weld metal, for example, No. 12 means that the thickness of the weld metal was measured as the plate thickness of the steel plate on the thin side +0.20 mm (front side of the weld metal) +0.15 mm (back side of the weld metal).
1 被溶接材
17 ノズル
27a ノズル
27b 噴出口
27c 噴出口
C 溶接部
1 Material to be welded 17
Claims (4)
2枚のアルミニウムめっき鋼板を突き合わせ、レーザビームを照射して、溶接する際、溶接進行方向に対向する方向に、前記鋼板の表裏面双方に気体を噴射しながら溶接して製造したテーラードブランク材を、ホットスタンプにより加工し、かつ、
当該テーラードブランク成形材の溶接部において、
上記溶接部の溶接金属のアルミニウムの平均濃度が、1.5質量%以下であり、
上記溶接金属の組織がマルテンサイトを面積率で80%以上含有し、
上記溶接金属の硬さと上記溶接金属の最も薄い部分の厚さの積の値が、上記2枚のアルミニウムめっき鋼板のうち強度が低いアルミニウムめっき鋼板の硬さと板厚の積の値より高く、かつ、上記溶接金属の硬さと上記溶接金属の最も薄い部分の厚さの積の値が682.5(HV・mm)以上であり、
上記溶接金属のうち、溶融境界から0.3mm以内、溶接部の表面から鋼板の板厚の1/4以内の領域のアルミニウム濃度が1.5質量%未満であることを特徴とするテーラードブランク成形材の製造方法。 A method for manufacturing tailored blank molding materials.
When two aluminum-plated steel sheets are butted against each other, irradiated with a laser beam, and welded, a tailored blank material manufactured by welding while injecting gas onto both the front and back surfaces of the steel sheet in a direction facing the welding progress direction is produced. , Processed by hot stamping, and
In the welded part of the tailored blank molding material
The average concentration of aluminum in the weld metal of the weld is 1.5% by mass or less.
The structure of the weld metal contains martensite in an area ratio of 80% or more.
The value of the product of the hardness of the weld metal and the thickness of the thinnest portion of the weld metal is higher than the value of the product of the hardness and the thickness of the aluminum-plated steel sheet having the lower strength among the two aluminum-plated steel sheets, and , The value of the product of the hardness of the weld metal and the thickness of the thinnest part of the weld metal is 682.5 (HV · mm) or more.
Tailored blank molding characterized in that the aluminum concentration in the region of the weld metal within 0.3 mm from the molten boundary and within 1/4 of the plate thickness of the steel sheet from the surface of the welded portion is less than 1.5% by mass. Material manufacturing method.
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