JP7124991B1 - 溶接継手及び自動車部品 - Google Patents

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Abstract

本開示の技術は、第1鋼板と第2鋼板とをスポット溶接した溶接継手において液体金属脆化(LME)割れを抑制するとともに、耐食性を向上させるものである。本開示の溶接継手においては、第1鋼板の第2鋼板に向かい合う面の上に第1めっき層が備えられ、第2鋼板の第1鋼板に向かい合う面の上にめっき層が存在しないか、又は、第2めっき層が備えられる。第1鋼板と第2鋼板との間、且つ、スポット溶接部のコロナボンドの端部からスポット溶接部の外側に向かって0.5mmの範囲に境界めっき層が備えられ、境界めっき層に隣接する第1鋼板及び第2鋼板のうちの少なくとも一方にZn侵入部が存在する。Zn侵入部は、境界めっき層から鋼粒界に沿って進展し、Zn侵入部の先端であって、Zn濃度が0.1質量%の箇所のMg濃度が0.20質量%以下である。第1めっき層及び第2めっき層が、所定の関係Iを満たす。

Description

本願は溶接継手及び自動車部品を開示する。
複数のめっき鋼板をスポット溶接により接合した際、めっき層中の金属成分が鋼板の粒界へと侵入し、液体金属脆化(LME)割れを引き起こす場合がある。LME割れは、特に高強度鋼板において問題となり易い。
スポット溶接時のLME割れを抑制する技術として、特許文献1には、スポット溶接の際、総板厚の関数に基づいて溶接電極の溶接後保持時間を決定する技術が開示されている。また、LME割れと直接関係する技術ではないものの、特許文献2には、スポット溶接部に超音波衝撃処理を施し、溶接部のき裂を開口させ、き裂への水分の侵入を抑制する技術が開示されている。
特開2017-047045号公報 特開2005-103608号公報
従来技術においては、スポット溶接における工程や操作によってLME割れを抑制している。一方で、めっき鋼板そのものを工夫することでLME割れを抑制することについては十分な検討はなされていない。この点、溶接継手におけるLME割れの抑制に関して、改善の余地がある。
また、従来技術においては、溶接継手の耐食性を確保することについては十分な検討がなされていない。この点、溶接継手において、LME割れの抑制と耐食性の確保とを両立することに関して、改善の余地がある。
本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
溶接継手であって、第1鋼板と、第2鋼板と、前記第1鋼板及び前記第2鋼板を接合するスポット溶接部と、を備え、
前記第1鋼板の前記第2鋼板に向かい合う面の上に、第1めっき層が備えられ、
前記第2鋼板の前記第1鋼板に向かい合う面の上に、めっき層が存在しないか、又は、第2めっき層が備えられ、
前記スポット溶接部が、ナゲットとコロナボンドとを備え、
前記第1鋼板と前記第2鋼板との間、且つ、前記コロナボンドの端部から前記スポット溶接部の外側に向かって0.5mmの範囲に、境界めっき層が備えられ、
前記境界めっき層に隣接する前記第1鋼板及び前記第2鋼板のうちの少なくとも一方に、Zn侵入部が存在し、
前記Zn侵入部が、前記境界めっき層から鋼粒界に沿って進展し、
前記Zn侵入部の先端であってZn濃度が0.1質量%の箇所のMg濃度が、0.20質量%以下であり、
前記第1めっき層及び前記第2めっき層が、以下の関係Iを満たす、
溶接継手
を開示する。
関係I:0.010≧[(前記第1めっき層のMg組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のMg組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]/[(前記第1めっき層のZn組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のZn組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]≧0.001
ここで、前記第2めっき層が存在しない場合、第2めっき層のMg組成、Zn組成及び付着量は0である。
本開示の溶接継手においては、前記第1めっき層及び前記第2めっき層が、以下の関係I-1を満たすものであってもよい。
関係I-1:0.006≧[(前記第1めっき層のMg組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のMg組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]/[(前記第1めっき層のZn組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のZn組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]≧0.001
本開示の溶接継手においては、前記境界めっき層に、長径が0.5μm以上である酸化物が1個以上存在していてもよい。
本開示の溶接継手は、前記第1鋼板の前記第2鋼板に向かい合う面側に、深さ1.5μm以上、20.0μm以下の内部酸化層を有するものであってもよい。
本開示の溶接継手においては、前記第1鋼板及び前記第2鋼板のうち、前記Zn侵入部を有するものの引張強さが、590MPa以上であってもよい。
本開示の溶接継手は例えば自動車部品として適用され得る。例えば、本開示の自動車部品は、上記の本開示の溶接継手を備え、前記第1鋼板が車両外側に配置され、前記第2鋼板が車両内側に配置され、前記第1めっき層のMg組成よりも前記第2めっき層のMg組成が低いものであってもよい。
本開示の自動車部品においては、[前記第1めっき層のMg組成(質量%)]/[第1めっき層のZn組成(質量%)]が0.01よりも大きくてもよい。
本開示の溶接継手においては、LME割れの抑制と耐食性の確保とが両立され易い。
溶接継手の断面構成の一例を概略的に示している。 Zn侵入部の断面構成の一例を概略的に示している。 Zn侵入部の断面構成の一例を示している。 自動車部品の構成の一例を概略的に示している。
1.溶接継手
図1~3に示されるように、溶接継手100は、第1鋼板10と、第2鋼板20と、第1鋼板10及び第2鋼板20を接合するスポット溶接部30と、を備える。ここで、前記第1鋼板10の前記第2鋼板20に向かい合う面の上に、第1めっき層11が備えられる。前記第2鋼板20の前記第1鋼板10に向かい合う面の上に、めっき層が存在しないか、又は、第2めっき層21が備えられる。前記スポット溶接部30は、ナゲット31とコロナボンド32とを備える。前記第1鋼板10と前記第2鋼板20との間、且つ、前記コロナボンド32の端部から前記スポット溶接部30の外側に向かって0.5mmの範囲に、境界めっき層50が備えられる。前記境界めっき層50に隣接する前記第1鋼板10及び前記第2鋼板20のうちの少なくとも一方にZn侵入部60が存在し、前記Zn侵入部60が、前記境界めっき層から鋼粒界に沿って進展している。溶接継手100においては、前記Zn侵入部の先端であって、Zn濃度が0.1質量%の箇所のMg濃度が0.20質量%以下であり、且つ、前記第1めっき層及び前記第2めっき層が、以下の関係Iを満たすことに特徴がある。
関係I:0.010≧[(前記第1めっき層のMg組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のMg組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]/[(前記第1めっき層のZn組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のZn組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]≧0.001
ここで、前記第2めっき層が存在しない場合、第2めっき層のMg組成、Zn組成及び付着量は0である。
1.1 鋼板
第1鋼板10及び第2鋼板20は、引張強さが小さいものであっても、大きいものであってもよいが、特に、第1鋼板10及び第2鋼板20のうちの少なくとも一つが引張強さの大きい高強度鋼板である場合に高いLME割れ抑制効果が期待できる。例えば、溶接継手100においては、第1鋼板10及び第2鋼板20のうちの少なくとも一つが、590MPa以上の引張強さを有していてもよい。すなわち、溶接継手100においては、第1鋼板10の引張強さが590MPa以上、且つ、第2鋼板20の引張強さが590MPa未満であってもよく、第1鋼板10の引張強さが590MPa未満、且つ、第2鋼板20の引張強さが590MPa以上であってもよく、第1鋼板10及び第2鋼板20の双方の引張強さが590MPa以上であってもよい。第1鋼板10と第2鋼板20とは、互いに同程度の引張強さを有してもよいし、互いに異なる引張強さを有してもよい。また、溶接継手100においては、第1鋼板10及び第2鋼板20のうちの少なくとも一つが、780MPa以上、980MPa以上、1180MPa以上又は1470MPa以上の引張強さを有してもよい。また、溶接継手100においては、第1鋼板10及び第2鋼板20のうち、後述のZn侵入部60を有するものの引張強さが590MPa以上、780MPa以上、980MPa以上、1180MPa以上又は1470MPa以上であってもよい。引張強さの上限は特に限定されるものではないが、例えば、2500MPa以下、2200MPa以下又は2000MPa以下であってもよい。尚、本願にいう鋼板の「引張強さ」とは、ISO 6892-1:2009にしたがうものである。
第1鋼板10及び第2鋼板20の化学組成や金属組織によらず、本開示の溶接継手100による効果が発揮される。鋼板10、20の化学組成や金属組織は、溶接継手100の用途等に応じて適宜決定され得る。第1鋼板10や第2鋼板20は、例えば、質量%で、C:0.01~0.50%、Si:0.01~3.50%、Mn:0.10~5.00%、P:0.100%以下、S:0.0300%以下、N:0.0100%以下、O:0~0.020%、Al:0~1.000%、B:0~0.010%、Nb:0~0.150%、Ti:0~0.20%、Mo:0~3.00%、Cr:0~2.00%、V:0~1.00%、Ni:0~2.00%、W:0~1.00%、Ta:0~0.10%、Co:0~3.00%、Sn:0~1.00%、Sb:0~0.50%、Cu:0~2.00%、As:0~0.050%、Mg:0~0.100%、Ca:0~0.100%、Zr:0~0.100%、Hf:0~0.100%、及び、REM:0~0.100%を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有していてもよい。また、上記化学組成において、任意添加元素の含有量の下限は0.0001%又は0.001%であってもよい。
第1鋼板10及び第2鋼板20の各々の板厚は特に限定されるものではない。板厚は用途に応じて適宜決定されればよい。板厚は、例えば、0.5mm以上、0.8mm以上、1.0mm以上、1.2mm以上又は2.0mm以上であってもよく、10.0mm以下、5.0mm以下、4.0mm以下又は3.0mm以下であってもよい。板厚は、鋼板の全体において同一であってもよいし、鋼板の部位ごとに異なっていてもよい。
1.2 めっき層
溶接継手100においては、第1鋼板10の第2鋼板20に向かい合う面の上に、第1めっき層11が備えられる。また、第2鋼板20の第1鋼板10に向かい合う面の上に、めっき層が存在しないか、又は、第2めっき層21が備えられる。図1には、第1めっき層11と第2めっき層21との両方を備える形態が示されているが、溶接継手100におけるめっき層の形態はこれに限定されない。溶接継手100においては、第1鋼板10及び第2鋼板20が、めっき層を挟んで溶接されればよい。尚、第1鋼板10の第2鋼板20に向かい合わない面の上には、めっき層があってもなくてもよい。また、第2鋼板20の第1鋼板10に向かい合わない面の上には、めっき層があってもなくてもよい。第1めっき層11と、第2めっき層21とは、互いに同じ種類であっても異なる種類であってもよい。第1めっき層11及び第2めっき層21の化学組成は、後述する関係Iが満たされ、且つ、Zn侵入部60の先端部60aにおいて、所定のMg濃度が満たされる限り、特に限定されるものではない。第1めっき層11及び第2めっき層21は、Zn系めっきであってよく、例えば、以下の化学組成を有していてもよい。
(Al:0~90.0%)
めっき層にAlを含ませることで、めっき層の耐食性が向上する場合がある。第1めっき層11及び第2めっき層21の各々におけるAlの含有量は、質量%で、0%であってもよく、0.010%以上、0.100%以上、0.500%以上、1.0%以上、又は3.0%以上であってもよい。また、第1めっき層11及び第2めっき層21の各々におけるAlの含有量は、質量%で、90.0%以下、80.0%以下、70.0%以下、60.0%以下、50.0%以下、40.0%以下、30.0%以下、20.0%以下、10.0%以下、又は5.0%以下であってもよい。溶接継手100においては、第1めっき層11及び第2めっき層21のいずれか一方又は両方が、Alを含まないものであってもよいし、第1めっき層11及び第2めっき層21のいずれか一方又は両方がAlを含むものであってもよい。
(Mg:0~60.0%)
めっき層にMgを含ませることで、めっき層の耐食性が向上する場合がある。第1めっき層11及び第2めっき層21の各々におけるMgの含有量は、質量%で、0%であってもよく、0.010%以上、0.100%以上、0.500%以上、1.0%以上、又は3.0%以上であってもよい。また、第1めっき層11及び第2めっき層21の各々におけるMgの含有量は、質量%で、60.0%以下、50.0%以下、40.0%以下、30.0%以下、20.0%以下、10.0%以下、又は5.0%以下であってもよい。ただし、関係Iから自明なように、第1めっき層11と第2めっき層21とのうちの少なくとも一方が、Mgを含む。第1めっき層11及び第2めっき層21のうち、Mgを含むめっき層におけるMgの含有量は、例えば、質量%で、0.100%以上、0.500%以上、0.800%以上又は1.0%以上であってもよく、60.0%以下、40.0%以下、20.0%以下又は5.0%以下であってもよい。溶接継手100においては、第1めっき層11及び第2めっき層21のいずれか一方がMgを含まないものであってもよいし、第1めっき層11及び第2めっき層鋼板21のいずれか一方又は両方がMgを含むものであってもよい。
(Fe:0~65.0%)
鋼板の表面にめっき層を形成した後に熱処理した場合、鋼板からめっき層へとFeが拡散する場合がある。第1めっき層11及び第2めっき層21の各々におけるFeの含有量は、質量%で、0%であってもよく、1.0%以上、2.0%以上、3.0%以上、4.0%以上又は5.0%以上であってもよい。また、第1めっき層11及び第2めっき層21の各々におけるFeの含有量は、質量%で、65.0%以下、55.0%以下、45.0%以下、35.0%以下、25.0%以下、15.0%以下、12.0%以下、10.0%以下、8.0%以下又は6.0%以下であってもよい。
(Si:0~10.0%)
めっき層にSiを含ませることで、めっき層の耐食性が向上する場合がある。第1めっき層11及び第2めっき層21の各々におけるSiの含有量は、質量%で、0%であってもよく、0.005%以上、0.010%以上、0.050%以上又は0.100%以上であってもよい。また、第1めっき層11及び第2めっき層21の各々におけるSiの含有量は、質量%で、10.0%以下、8.0%以下、5.0%以下、3.0%以下、2.5%以下、2.0%以下、1.5%以下又は1.0%以下であってもよい。
(その他)
第1めっき層11及び第2めっき層21は、各々、任意に、質量%で、Sb:0~0.50%、Pb:0~0.50%、Cu:0~1.0%、Sn:0~1.0%、Ti:0~1.0%、Sr:0~0.50%、Cr:0~1.0%、Ni:0~1.0%、及びMn:0~1.0%のうち1種又は2種以上を含有してもよい。これらの任意添加元素の合計含有量は、例えば、5.0%以下又は2.0%以下であってもよい。
第1めっき層11及び第2めっき層21において上記成分以外の残部はZn及び不純物からなっていてよい。第1めっき層11及び第2めっき層21における不純物としては、第1めっき層11及び第2めっき層21を形成する際に、原料をはじめとして、形成工程の種々の要因によって混入する成分が挙げられる。第1めっき層11及び第2めっき層21においては、上で説明した元素以外の元素が微量に含まれていてもよい。
めっき層の化学組成は、鋼材の腐食を抑制するインヒビターを加えた酸溶液にめっき層を溶解し、得られた溶液をICP(高周波誘導結合プラズマ)発光分光法によって測定することにより特定することができる。
第1めっき層11及び第2めっき層21の各々の厚さは、例えば、3μm以上であってもよく、50μm以下であってもよい。また、第1めっき層11及び第2めっき層21の各々の付着量は、特に限定されないが、例えば、鋼板の片面当たり10g/m以上であってもよく、170g/m以下であってもよい。めっき層の付着量は、地鉄の腐食を抑制するインヒビターを加えた酸溶液にめっき層を溶解し、酸洗前後の重量変化から決定される。
(関係I)
溶接継手100においては、第1めっき層11及び第2めっき層21が以下の関係Iを満たす。言い換えれば、第1めっき層11及び第2めっき層21に含まれる成分をめっき層の付着量を考慮して加重平均した平均Mg/Znが以下の関係Iを満たす。尚、本開示において、化学組成に関して「平均」という場合は、この加重平均を意味する。
関係I:0.010≧[(前記第1めっき層のMg組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のMg組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]/[(前記第1めっき層のZn組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のZn組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]≧0.001
上記関係Iは、溶接継手100において、第1めっき層11の化学組成と第2めっき層21の化学組成とを平均した場合におけるZnに対するMgの質量比(平均Mg/Zn)が0.001以上0.010以下であることを意味する。平均Mg/Znがこのような範囲であることで、より優れたLME割れ抑制効果と耐腐食性とが確保できる。上記関係Iにおける下限は、0.002以上又は0.003以上であってもよい。上限は、0.009以下、0.008以下、0.007以下、0.006以下又は0.005以下であってもよい。特に、第1めっき層11及び第2めっき層21が以下の関係I-1を満たす場合により一層高いLME割れ抑制効果及び耐食性が期待できる。
関係I-1:0.006≧[(前記第1めっき層のMg組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のMg組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]/[(前記第1めっき層のZn組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のZn組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]≧0.001
尚、上述したように、溶接継手100においては、第2めっき層21が存在しなくてもよい。すなわち、上記関係Iにおいて、第2めっき層21が存在しない場合、第2めっき層21のMg組成、Zn組成及び付着量は0である。
溶接継手100において上記関係Iが満たされるか否かについては、溶接継手100に備えられる第1めっき層11及び第2めっき層21の化学組成及び付着量を測定することによって、判断できる。第1めっき層11及び第2めっき層21の化学組成及び付着量は、例えば、スポット溶接部30から十分離れためっき層11、21の部分において確認すればよい。
1.3 スポット溶接部
溶接継手100においては、第1鋼板10と第2鋼板20とがスポット溶接部30によって接合される。図1に示されるように、第1鋼板10及び第2鋼板20に対してスポット溶接がなされると、電極により加圧された部分にナゲット31と呼ばれる鋼成分及び/又はめっき層成分が溶融凝固した部分が形成され、そしてそのナゲット31の周囲に前記成分が溶融せずに接合したコロナボンド32が形成される。尚、「コロナボンド」とは、ナゲットの周囲に形成された第1鋼板と第2鋼板とが圧接された箇所である。通常はコロナボンドの箇所にあっためっき層は、コロナボンド形成時にコロナボンドの周囲に押し出される。コロナボンドにはZnが残留することがある。この場合、Znは第1鋼板と第2鋼板に固溶した状態で残留する。Znが固溶していてもコロナボンドにおいて第1鋼板と第2鋼板とは隙間なく接しているのでコロナボンドの端部は判別可能である。また、コロナボンドにおいて固溶したZnから、後述するZn侵入部が形成されることは無い。固溶したZnは高温でもα-(Fe,Zn)相として存在し、Znが析出するようなことは無いからである。ナゲット31及びコロナボンド32は、化学組成が異なるため、例えば走査型電子顕微鏡(SEM)の反射電子像(BSE像)により容易に判別可能である。溶接継手100におけるナゲット31の形状や組成については特に限定されない。
1.4 セパレーション部
溶接継手100においては、スポット溶接部30の周囲(コロナボンド32の周囲)にセパレーション部40が存在する。セパレーション部40は、スポット溶接による溶接や圧接が生じていない部分をいう。すなわち、「セパレーション部」とは、コロナボンドの周囲の第1鋼板と第2鋼板とが直接接していない箇所をいう。例えば図1に示されるように、スポット溶接部30の周囲のセパレーション部40においては、第1鋼板10と第2鋼板20との溶接や圧接がなされず、第1鋼板10と第2鋼板20との間に隙間が存在し得る。セパレーション部40における隙間の大きさは、特に限定されるものではない。
1.5 境界めっき層
「境界めっき層」とは、コロナボンドの周囲にある溶接入熱により融けて固まっためっき層である。境界めっき層は、境界部ともいう。溶接継手100において、境界めっき層50は、コロナボンド32の端部からスポット溶接部30の外側に向かって0.5mmの範囲に含まれる。すなわち、第1鋼板10と第2鋼板20との互いに向き合う面に存在するめっき層11、21のうち、コロナボンド32の端部からスポット溶接部30の外側に向かって0.5mmの区間にあるめっき層が、スポット溶接により、境界めっき層50になる。また、コロナボンド32になった箇所にあっためっき層がスポット溶接時にコロナボンドの外側に押し出されて境界めっき層50の一部を形成する。スポット溶接の溶接入熱が高ければ、境界めっき層50になる区間はスポット溶接の外側に向かってさらに拡大する。また、第2鋼板20の第1鋼板10に向き合う面にめっき層が無い場合、コロナボンド32に隣接するセパレーション部40の第2鋼板20側に第1鋼板のめっき層が融けて回り込んで境界めっき層50を形成することがある。境界めっき層50は、図1に示されるように、扇形状(半円状)の断面形状を有していてもよいし、これ以外の形状を有していてもよい。境界めっき層50の形状は、スポット溶接条件等によって変化し得る。
溶接継手100においては、境界めっき層50が、第1めっき層11及び第2めっき層21に由来する成分を含む。すなわち、境界めっき層50は、スポット溶接によって溶融しためっき層11、21等が凝固することによって形成され得る。例えば、第1めっき層11及び第2めっき層21の双方が存在する場合、境界めっき層50においては、当該2つのめっき層11、21に由来する成分と、鋼板に由来する成分とが混ざり合う。すなわち、境界めっき層50には、第1めっき層11及び第2めっき層21に由来する成分のほか、鋼板10、20に由来する成分が存在していてもよい。境界めっき層50の化学組成は、鋼板に由来する成分を除いた場合、溶接継手100に備えられる第1めっき層11及び第2めっき層21の平均組成と対応し得る。ただし、本発明者の知見によると、境界めっき層50においては化学組成に大きなバラつきがあり、境界めっき層50における化学組成を明確に特定することは難しい。この点、本開示の溶接継手100においては、境界めっき層50における化学組成が特定される必要はなく、第1めっき層11及び第2めっき層21の平均の化学組成が特定されればよい。すなわち、第1めっき層11及び第2めっき層21に関して上記の関係Iが満たされることで、境界めっき層50の化学組成がLME割れ抑制に効果的な化学組成となり易い。
上記の通り、境界めっき層50の化学組成は特に限定されるものではない。境界めっき層50は、その少なくとも一部において、以下の化学組成を有していてもよい。或いは、境界めっき層50は、その平均の化学組成として、以下の化学組成を有していてもよい。
(Mg/Zn:0.001~0.010)
溶接継手100においては、境界めっき層50におけるMgとZnとの質量比Mg/Znが、境界めっき層50の少なくとも一部において、或いは、境界めっき層50の平均の化学組成として、0.001以上、0.010以下であってよい。境界めっき層50においてこのような所定範囲の量にてMgが含まれることで、耐食性が向上し易い。境界めっき層50におけるMgとZnとの質量比Mg/Znは、0.002以上又は0.003以上であってもよく、0.009以下、0.008以下、0.007以下、0.006以下又は0.005以下であってもよい。
(Fe:65.0質量%以下)
境界めっき層50は、その少なくとも一部において、或いは、その平均化学組成において、Feの濃度が65.0質量%以下、55.0質量%以下、45.0質量%以下、35.0質量%以下、25.0質量%以下、15.0質量%以下、12.0質量%以下、10.0質量%以下、8.0質量%以下又は6.0質量%以下であってもよい。上述したように、境界めっき層50は、スポット溶接の際、めっき層11、21由来の金属成分や鋼板10、20由来の金属成分が溶融等して混ざり合うことにより形成される。すなわち、スポット溶接時、鋼板10、20から境界めっき層50へとFeが拡散し得る。本発明者の新たな知見によると、スポット溶接時に液相のZnと共存するFeの濃度が低い場合(すなわち、鋼板10、20から境界めっき層50へのFeの拡散が小さい場合)、鋼板10、20に対するZnの侵入が抑制される傾向にある。鋼板10、20から境界めっき層50へのFeの拡散を抑制するためには、例えば、鋼板10、20のうちの少なくとも一方に対して、後述する内部酸化処理を施すことが有効である。尚、ホットスタンプ等によって溶接前のめっき層11、21にFeが多量に含まれていたとしても、溶接時に液相のZnと共存するFeの濃度は必ずしも高くはならない。これは、ホットスタンプ等によってめっき層11、21中に拡散したFeが、その他の金属とともに高融点金属間化合物を形成し得ることから、溶接時には溶融し難いためである。
(その他の成分)
境界めっき層50において、上記した成分以外の成分の含有量については特に限定されるものではない。例えば、境界めっき層50は、その少なくとも一部において、或いは、その平均化学組成において、Alを0.500質量%以上、90.0質量%以下含んでいてもよいし、Siを0.001質量%以上、10.0質量%以下含んでいてもよい。また、上述したように、境界めっき層50は、めっき層11、21や鋼板10、20に由来するその他の元素や不純物を含んでいてもよい。境界めっき層50における組織については特に限定されるものではない。
(酸化物)
境界めっき層50は、長径が0.5μm以上である酸化物を1個以上有していてもよい。すなわち、境界めっき層50の切断面を観察した場合に、長径0.5μm以上の酸化物があってもよい。また、境界めっき層50は、長径が0.5μm以上である酸化物を2個以上、3個以上、5個以上、10個以上又は20個以上有していてもよい。さらには、境界めっき層50は、長径が1.5μm以上である酸化物を2個以上、3個以上、5個以上、10個以上又は20個以上有していてもよい。後述するように、鋼板10、20のうちの少なくとも一つに内部酸化処理が施されている場合、スポット溶接時、鋼板10、20から境界めっき層50へと内部酸化物が拡散し得る。当該内部酸化物は、鋼材に所定の焼鈍処理(焼鈍の前処理を含む)を行うことで得ることができる。酸化物は、酸素に加え、鋼板10、20中に含まれる元素のうち1種又は2種以上を含むものであって、典型的に、Si、O及びFeを含み、場合によりさらにMnを含み得る。より具体的には、酸化物は、典型的にSi:5~25%、Mn:0~10%、O:40~65%、及びFe:10~30%を含んでいてよい。当該酸化物は、これらの元素以外にも上述した元素を含んでもよい。酸化物は、Si及び/又はMnを含有する酸化物であってもよい。Si及び/又はMnを含有する酸化物は、腐食環境において、腐食生成物の絶縁皮膜化を促進し得る。これにより、溶接継手100の耐食性が向上する場合がある。尚、酸化物についての「長径」とは、当該酸化物を横切る最大の線分の長さをいう。酸化物の形状は、特に限定されず、円状、略円状、楕円状、多角形状などであってもよい。酸化物の長径は、0.7μm以上、1.0μm以上又は1.5μm以上であってもよい。酸化物の長径の上限は特に限定されないが、例えば、10.0μm以下であってもよい。
1.6 Zn侵入部
図2及び3に示されるように、溶接継手100においては、境界めっき層50に隣接する第1鋼板10及び第2鋼板20のうちの少なくとも一方に、Zn侵入部60が存在する。Zn侵入部60は、境界めっき層50から鋼粒界に沿って進展している。Zn侵入部60は、スポット溶接時に、めっき層に含まれるZnが鋼板の鋼粒界に侵入することによって形成され得る。尚、溶接継手100においてZn侵入部60が存在するからといって、これがLME割れに繋がるわけではない。
Zn侵入部60の粒界に沿った長さは、特に限定されるものではないが、例えば、0.5μm以上、1μm以上、2μm以上又は3μm以上であってもよく、30μm以下、15μm以下、10μm以下又は5μm以下であってもよい。Zn侵入部60の形状や侵入方向等は、鋼板の粒界の形態に応じて決定され得る。
図2に示されるように、Zn侵入部60は、スポット溶接時にめっき層11、21由来の成分を含む液相が拡散して形成された第1部分61と、スポット溶接時にめっき層11、21由来の成分を含む固相が拡散して形成された第2部分62と、を含んでいてもよい。第1部分61は、第2部分62よりも、鋼板の表面側に存在し得る。また、図2に示されるように、Zn侵入部60は先端部60aを有する。ここで、本願においては、鋼板の表面側から内部に向かって、Znが侵入した鋼粒界に沿って、Zn濃度が0.1質量%以下になるまでZn濃度を測定し、Zn濃度が0.1質量%(0.095~0.104%の範囲内)となった位置を「Zn侵入部60の先端部60a」とみなして、後述のMg濃度を測定する。尚、先端部60aにおける主成分はFeであってよい。
Zn侵入部60において、先端部60aにおけるMg濃度は、0.20質量%以下である。先端部60aにおけるMg濃度が所定以下である場合、粒界に対してZnが侵入し難い状態が確保され、Znが粒界の浅い部分に留まっているといえることから、LME割れが生じ難い。具体的には、Zn侵入部60の先端部60aにおけるMg濃度が高くなると、鋼粒内へのZn拡散が阻害され、高濃度のZnを含有するZn侵入部が形成されやすくなる。すなわち、Mg濃度が高くなるとLME割れが生じやすくなり、Mg濃度を低く抑えるとLME割れが生じ難くなる。
後述の通り、溶接継手100においては、第1鋼板10と第2鋼板20とのうちの少なくとも一つが内部酸化処理されたものであってよく、この場合、鋼板10、20の表層においてZnが液相になり難い。また、内部酸化処理が施された鋼板10、20を用いて溶接継手100を構成した場合、スポット溶接時にめっき層11、21中のZnやMgが液相となったとしても、ZnやMgの液相が鋼板10、20の表面近傍に高濃度で留まり易く、粒界の奥深くにZnやMgの液相が侵入し難くなる。結果として、Zn侵入部60の先端部60aにおけるMg濃度が低くなり易い。先端部60aにおけるMg濃度は0.15質量%以下又は0.10質量%以下であってもよい。
Zn侵入部60は、Zn及びMg以外の成分を含んでいてもよい。例えば、Zn侵入部60は、Al、Si、Fe等を含んでいてもよい。また、Zn侵入部60は、めっき層や鋼板に由来するその他の元素や不純物を含んでいてもよい。Zn侵入部60における組織については特に限定されるものではない。
1.7 補足
上述したように、溶接継手100においては、第1鋼板10と第2鋼板20とのうちの少なくとも一つが、内部酸化処理されたものであってもよい。例えば、溶接継手100においては、第1鋼板10と第2鋼板20とのうちの少なくとも一つが、深さ1.5μm以上、20.0μm以下の内部酸化層を有してもよい。より具体的には、例えば、溶接継手100は、第1鋼板10の第2鋼板20に向かい合う面側に、深さ1.5μm以上、20.0μm以下の内部酸化層を有するものであってもよい。尚、内部酸化層の「深さ」とは、鋼板(地鉄)表面からの深さをいう。第1鋼板10と第2鋼板20とのうちの少なくとも一つが所定の内部酸化層を有する場合、上述したように、Zn侵入部60の先端部60aにおけるMg濃度が低くなり易く、LME割れが抑制され易い。特に、内部酸化層を有する鋼板におけるLME割れが抑制され易い。
上述したように、溶接継手100においては、第1めっき層11と第2めっき層21との双方が備えられていてもよい。例えば、第1鋼板10の第2鋼板20と向かい合う面の上に、第1めっき層11を有してもよい。また、第2鋼板20の第1鋼板10と向かい合う面の上に、第2めっき層21を有してもよい。また、第1めっき層11と第2めっき層21とのうちの少なくとも一つが、ZnとMgとの両方を含んでもよい。さらに、境界めっき層50が、第1めっき層11に由来する成分と、第2めっき層21に由来する成分とを含んでもよい。
上記説明では、溶接継手100が、第1鋼板10及び第2鋼板20を備える形態について説明したが、溶接継手100は、第1鋼板10及び第2鋼板20に加えて、これら以外の鋼板をさらに備えていてもよい。すなわち、溶接継手100は3枚以上の鋼板が重ね合わされてスポット溶接により接合されたものであってもよい。また、溶接継手100は、複数のスポット溶接部を有するものであってもよい。いずれにしても、溶接継手100は、少なくとも一部に、上記の第1鋼板10、第2鋼板20、スポット溶接部30、及び境界めっき層50とみなせる部分があればよい。すなわち、複数のスポット溶接部を備える場合、複数の境界めっき層の一部に、上記の境界めっき層50の条件が満たされないものが存在していてもよい。
2.溶接継手の製造方法
溶接継手100の製造方法は、(1)第1鋼板10及び第2鋼板20を製造すること、ここで前記第1鋼板10の前記第2鋼板20と向かい合う面の上に第1めっき層11が備えられ、前記第2鋼板20の前記第1鋼板10と向かい合う面の上にめっき層が存在しないか、又は、第2めっき層21が備えられ、前記第1めっき層11及び前記第2めっき層21のうちの少なくとも一方が、Zn及びMgを含む、及び、(2)めっき層を挟むようにして前記第1鋼板10及び前記第2鋼板20を重ね合わせたうえでスポット溶接すること、を含み得る。以下、溶接継手100の製造方法の一例について説明するが、溶接継手100は、これ以外の方法によって製造されてもよい。
2.1 鋼板の製造条件
鋼板は、例えば、成分組成を調整した溶鋼を鋳造して鋼片を形成する鋳造工程、鋼片を熱間圧延して熱延鋼板を得る熱延工程、熱延鋼板を巻取る巻取工程、巻取った熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を得る冷延工程、冷延鋼板に対して通電処理する前処理工程、及び前処理した冷延鋼板を焼鈍する焼鈍工程を行うことで得ることができる。代替的に、熱延工程後に巻き取らず、酸洗してそのまま冷延工程を行ってもよい。その後、鋼板の表面にめっきを施すことで、めっき層を有する鋼板が製造される。
(鋳造工程)
鋳造工程の条件は特に限定されない。例えば、高炉や電炉等による溶製に引き続き、各種の二次製錬を行い、次いで、通常の連続鋳造、インゴット法による鋳造などの方法で鋳造すればよい。
(熱延工程)
上記のように鋳造した鋼片を熱間圧延して熱延鋼板を得ることができる。熱延工程は、鋳造した鋼片を直接又は一旦冷却した後に再加熱して熱間圧延することにより行われる。再加熱を行う場合には、鋼片の加熱温度は、例えば1100℃~1250℃であればよい。熱延工程においては、通常、粗圧延と仕上圧延とが行われる。各圧延の温度や圧下率は、所望の金属組織や板厚に応じて適宜変更すればよい。例えば仕上げ圧延の終了温度を900~1050℃、仕上圧延の圧下率を10~50%としてもよい。
(巻取工程)
熱延鋼板は所定の温度で巻取ることができる。巻取温度は、所望の金属組織等に応じて適宜変更すればよく、例えば500~800℃であればよい。巻取る前又は巻取った後に巻き戻して、熱延鋼板に所定の熱処理を与えてもよい。代替的に、巻取工程は行わずに熱延工程後に酸洗して後述する冷延工程を行うこともできる。
(冷延工程)
熱延鋼板に酸洗等を行った後、熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を得ることができる。冷間圧延の圧下率は、所望の金属組織や板厚に応じて適宜変更すればよく、例えば20~80%であればよい。冷延工程後は、例えば空冷して室温まで冷却すればよい。
(前処理工程)
冷延鋼板を焼鈍する前に所定の前処理工程を行った場合、上記圧延工程で鋼板表面に形成される外部酸化膜などが適切に除去され、焼鈍時に酸素が鋼の内部に侵入し易くなり、鋼板の内部における酸化物の形成が促進され易い。また、鋼板表層に歪を導入すること等によって鋼板の内部における酸化物の形成を促進することもあり得る。すなわち、このような前処理工程を行った場合は、後述する焼鈍工程において所望の内部酸化物を生成し易い。当該前処理工程は、ブラシ等を用いた研削処理や電解処理を含んでいてよい。例えば、研削処理は、NaOHを0.5~4.0質量%含む水溶液を冷延鋼板に塗布し、ブラシ圧下量0.5~4.0mm、回転量200~1200rpmでブラシ研削を施すことを含んでいてよく、電解処理は、例えば、pH8.0以上の溶液中で冷延鋼板を通電することを含んでいてよい。通電の際の電流密度は1.0~8.0A/dm2であるとよい。通電時間は5~10秒間であるとよい。このようなpH、電流密度及び通電時間に制御して通電処理を行うことで、後述する焼鈍工程において、内部酸化物を効率的に形成することができる。
(焼鈍工程)
焼鈍は、例えば0.1~20MPaの張力をかけた状態で行うのが好ましい。焼鈍時に張力をかけると鋼板に歪みをより効果的に導入することが可能となり、鋼板の内部に酸化物が生成され易くなる。
内部酸化物を適切に形成するために、焼鈍工程の保持温度は700~900℃であるとよく、好ましくは720~870℃である。このような範囲にすることで、外部酸化層の形成を抑制し、酸化物を鋼板の内部に形成することができる。上記保持温度が700℃未満であると、焼鈍時に所望の内部酸化物が十分に形成されない場合がある。上記保持温度が900℃超であると、焼鈍時に外部酸化層が形成され易い。上記保持温度までの昇温速度は、特に限定されないが1~10℃/秒で行えばよい。また、昇温は、1~10℃/秒の第1昇温速度と、当該第1昇温速度とは異なる1~10℃/秒の第2昇温速度とにより、2段階で行ってもよい。
上記焼鈍工程の保持温度での保持時間は、10~300秒間であってもよいし、30~250秒間であってもよい。このような範囲にすることで、外部酸化層の形成を抑制し、酸化物を鋼板の内部に形成することができる。上記保持時間が10秒間未満であると、焼鈍時に所望の内部酸化物が十分に形成されない場合がある。上記保持時間が300秒間超であると、焼鈍時に外部酸化層が形成され易い。
焼鈍工程における雰囲気の露点は、内部酸化物を十分に生成させる観点から、-20~10℃であるとよく、好ましくは-10~5℃である。
尚、焼鈍工程を行う前に、焼鈍工程よりも前の工程において鋼板の内部に生成した酸化物(典型的に粒界型酸化物を含む)を除去してもよい。上述した圧延工程、特に熱延工程の間に、鋼板の表層に内部酸化層が形成される場合がある。そのような圧延工程で形成された内部酸化層は、焼鈍工程において内部酸化物を形成するのを阻害するおそれがあるため、当該内部酸化層は酸洗処理等により焼鈍前に除去しておいてもよい。例えば、焼鈍工程での内部酸化層の成長を見越して、焼鈍工程前における冷延鋼板の内部酸化物の層の深さを、1.5μm以下、1.0μm以下、0.5μm以下、0.3μm以下、0.2μm以下又は0.1μm以下にしておくとよい。
以上の通り、鋼板10、20を製造するにあたっては、鋼板の表層(例えば鋼板の表面から20μmまでの領域、すなわち鋼板の内部)において内部酸化物を形成しておくことが有効である。例えば、第1鋼板10におけるLME割れを抑制したい場合は、第1鋼板10の表層において上記の内部酸化物を形成しておくとよい。このような内部酸化物としては、鋼の結晶粒内又は結晶粒界上に粒状に分散した粒状型酸化物、鋼の結晶粒界に沿って存在する粒界型酸化物、及び/又は結晶粒内にデンドライト状に存在するデンドライト型酸化物などが挙げられる。鋼板10、20に対して内部酸化処理を施した場合、例えば、鋼板10、20に含まれるSiが酸化され、鋼板10、20の表層において固溶Siが欠乏した状態となる。本発明者の新たな知見によると、鋼板10、20の表層において固溶Siが欠乏すると、鋼板10、20の表層においてZnが液相になり難くなる。すなわち、溶接継手100において、第1鋼板10と第2鋼板20とのうちの少なくとも一つが適切に内部酸化処理されたものである場合、鋼板10、20の表層においてZnが液相になり難い。結果として、鋼板10、20の内部へとZnが侵入し難くなり、LME割れが抑制される。鋼板10、20の表面上(外部)に膜状に酸化物が形成される場合、すなわち外部酸化層が形成される場合は、このような効果は得られ難い。
2.2 めっき工程
めっき工程により、鋼板の表面に対してめっき層が形成される。めっき工程は、当業者に公知の方法に従って行えばよい。めっき工程は、例えば、溶融めっきにより行ってもよく、電気めっきにより行ってもよく、蒸着めっきにより行ってもよい。好ましくは、めっき工程は溶融めっきにより行われる。めっき工程の条件は、所望のめっき層の成分組成、厚さ及び付着量等を考慮して適宜設定すればよい。めっき処理の後、合金化処理を行ってもよい。典型的には、めっき工程の条件は、Al:0~90.0%、Mg:0~60.0%、Fe:0~15.0%、及びSi:0~10.0%を含み、残部がZn及び不純物からなるめっき層を形成するように設定するとよい。
2.3 スポット溶接条件
以上のようにして鋼板10、20を製造した後は、鋼板10、20を重ね合わせて、少なくとも1箇所にスポット溶接を行う。スポット溶接の条件は、当業者に公知の条件で行えばよい。例えば、ドームラジアス型の先端直径6~8mmの溶接電極を用い、加圧力1.5~6.0kN、通電時間0.1~1.0s(5~50サイクル、電源周波数50Hz)、通電電流4~15kAにてスポット溶接を行うことができる。
以上の通り、本開示の溶接継手100のように、第1めっき層11及び第2めっき層21が所定の関係Iを満たし、Zn侵入部60の先端部60aにおいて所定以下のMg濃度が満たされることで、LME割れが抑制され易く、且つ、優れた耐食性が確保され易い。
3.溶接継手の用途
溶接継手100は、上述のようにLME割れが抑制され易く、且つ、優れた耐食性を有するものであり、様々な用途に適用され得る。例えば、自動車部品に適用されることが好ましい。好ましい形態において、自動車部品は、上記の溶接継手100を備え、第1鋼板10が車両外側に配置され、第2鋼板20が車両内側に配置され、第1めっき層11のMg組成よりも第2めっき層21のMg組成が低い。また、当該自動車部品においては、[前記第1めっき層のMg組成(質量%)]/[第1めっき層のZn組成(質量%)]が0.01よりも大きくてもよい。
自動車部品は複数の鋼板から構成される。自動車部品において鋼板を重ね合わせたとき、車両外側に配置される鋼板の方が、車両内側に配置される鋼板より高い耐食性が要求される。この要求にこたえるため、車両外側に配置される鋼板の表面に高Mgのめっき層を配置すればよい。一方、車両内側に配置される鋼板は、耐食性の観点から、車両外側に配置される鋼板に比べめっき層に含まれるMgの含有量を高くする必要が無い。車両外側に配置される鋼板の表面の高Mgのめっき層により車内側に配置される鋼板との溶接部にLME割れが懸念される場合、車両内側に配置される鋼板の車両外側の表面にあるめっき層のMg/Znの含有量の割合と、めっき層の厚さ(付着量)とを、上記関係Iを満たす範囲にすれば、自動車部品の耐食性と溶接部の健全性との両立を達成することができる。さらに、上記の好ましい形態のように、第1めっき層がLEM割れの発生が懸念されるような組成であったとしても、第2めっき層のMg組成を抑えることによって、LME割れの抑制が可能である。また、第1めっき層の組成が単体でLME割れの発生が無いMg量であったとしても、第2めっき層の組成と付着量とを調整することで溶接部が不十分な耐食性になることを避けられる。
本開示の溶接継手100は、第1鋼板10と第2鋼板20とがスポット溶接部30を介して接合されるあらゆる自動車部品に適用可能である。図4に一実施形態に係る自動車部品1000を示す。図4に示されるように、自動車部品1000は、車両外側に配置されるハット型部材200と、車両内側に配置される補強部材300及びクロージングプレート300とを備えるものであってもよい。尚、自動車部品1000は、補強部材300を備えないものであってもよい。自動車部品1000のうち、例えば、ハット型部材200が、上記の溶接継手100における第1鋼板10に相当するものであってもよい。また、自動車部品1000のうち、例えば、補強部材300が、上記の溶接継手100における第2鋼板20に相当するものであってもよい。また、自動車部品1000のうち、例えば、クロージングプレート400が、上記の溶接継手100における第2鋼板20に相当するものであってもよい。
以下、実施例を示しつつ本開示の溶接継手による効果についてさらに説明するが、本開示の溶接継手はこれらの実施例に限定されるものではない。
1.鋼板の製造
成分組成を調整した溶鋼を鋳造して鋼片を形成し、鋼片を熱間圧延し、酸洗した後に冷間圧延して冷延鋼板を得た。次いで、室温まで空冷し、冷延鋼板に酸洗処理を施して圧延により形成された内部酸化層を除去した。次いで、一部の冷延鋼板について、ブラシによる研削処理と電解処理とを行った。ブラシ研削処理は、冷延鋼板にNaOHを2.0%含む水溶液を塗布した状態で、鋼板に対するブラシ圧下量を2.0mm、回転量を600rpmとして2回実施した。電解処理は、冷延鋼板を、pH9.8の溶液中で6.1A/dmの電流密度で7.2秒間通電するものとした。その後、所定の露点、保持温度及び保持時間により焼鈍処理を行い、各鋼板を作製した。全ての鋼板において、焼鈍時の昇温速度は、500℃までは6.0℃/秒とし、500℃から保持温度までは2.0℃/秒とした。保持温度は800℃で保持時間は100秒とし、保持中の雰囲気はN-4%Hで露点は0℃とした。上記焼鈍処理において、一部の冷延鋼板については0.5MPaの張力をかけた状態で焼鈍処理を行い、その他の冷延鋼板については張力をかけずに焼鈍処理を行った。なお、各鋼板について、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、JIS Z 2241(2011)に準拠して引張試験を行った。使用した鋼板の板厚は全て1.6mmであった。
2.めっき
各鋼板を100mm×200mmのサイズに切断した後、各鋼板に対して溶融亜鉛めっきを施し、次いで合金化処理を行った。溶融亜鉛めっき工程では、切断した試料を440℃の溶融亜鉛めっき浴に3秒間浸漬した。浸漬後、100mm/秒で引き抜き、N2ワイピングガスによりめっき付着量を制御した。めっき後の冷却速度は10℃/秒としてめっき浴温から150℃以下まで冷却しサンプルを得た。その後、一部のサンプルには500℃で合金化処理を行い、合金化Zn系めっき鋼板を得た。
3.スポット溶接
各Zn系めっき鋼板を50mm×100mmのサイズに切断したものを2枚準備し、その2枚のZn系めっき鋼板試料に対して、ドームラジアス型の先端直径8mmの溶接電極を用いて、打角3°、加圧力3.0kN、通電時間0.5秒(20サイクル、電源周波数50Hz)、通電電流7kA、板隙0.3mmにてスポット溶接を行うことで、溶接継手を得た。なお、「打角」とは、電極と鋼板のなす角度が90°からどれだけ傾いているかを意味する。例えば打角3°は、電極と鋼板が87°の角度で接したまま溶接することを意味する。
4.めっき層の金属組成の分析・算出
得られた各溶接継手に対して、第1鋼板の第2鋼板と向かい合う面の上に形成された第1めっき層の化学組成と、第2鋼板の第1鋼板と向かい合う面の上に形成された第2めっき層の化学組成とを分析し、以下の式で表される平均Mg/Znを算出した。第1めっき層の組成分析と第2めっき層の組成分析とは、境界めっき層から10mm以上離れた部分もしくは溶接を施していない部分を対象とした。めっき層の組成は、30mm×30mmに切断したサンプルをインヒビター入りの10%塩酸に浸漬してめっき層を溶解させた後、溶液中に溶解しためっき成分をICP分析することで測定した。
平均Mg/Zn=[(前記第1めっき層のMg組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のMg組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]/[(前記第1めっき層のZn組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のZn組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]
5.Zn侵入部の先端部における元素分析
得られた各溶接継手に対して、Znが侵入した鋼粒界に沿って、Zn濃度が0.1%以下になるまでZn濃度を測定し、Zn濃度が0.1%になる点をZn侵入部の先端とみなし、当該先端におけるMg濃度を測定した。具体的には、JEM-2100F(日本電子製)を用いてTEM観察し、加速電圧は200kVで、TEM-EDS測定してZn濃度を測定した。TEM観察用の薄膜試験片は、溶接部を断面SEM観察してZn侵入部の個所を特定した後、Zn侵入部先端を含む視野(サイズ5~15μm×5~15μm)をFIB加工を用いて切り出した。
6.LME割れの有無の評価
得られた各溶接継手のスポット溶接部を観察し、LME割れの有無を評価した。評価基準は以下の通りである。
評価AA:LME割れなし
評価A:LME亀裂長さ0μm超~100μm
評価B:LME亀裂長さ100μm超~300μm
評価C:LME亀裂長さ300μm超
7.耐食性評価
各溶接継手について、JASO(M609-91)に従って複合サイクル腐食試験に供して120サイクル後の鋼材の腐食状況により、スポット溶接部の耐食性を評価した。各評価用サンプルについて、上記腐食試験の完了後、スポット溶接部(ナゲット及びコロナボンド)と鋼板とを含む部分の断面をSEMにより観察した(例えば図1のような部分)。観察画像から、境界めっき層から鋼板の方向に向かって(例えば図1では上方向に向かって)1mmの範囲における鋼板部分の最大腐食深さを測定し、以下の評価基準で耐食性を評価した。
評価A:腐食深さ0.3mm以下
評価B:腐食深さ0.3mm超~0.5mm以下
評価C:腐食深さ0.5mm以上
8.評価結果
下記表に、各溶接継手に採用した第1鋼板及び第2鋼板の強度、めっき組成及びその他の性状、Zn侵入部の先端部におけるMg濃度、溶接継手に対するLME割れの評価結果、並びに、溶接継手における耐食性の評価結果を示す。
Figure 0007124991000001
Figure 0007124991000002
Figure 0007124991000003
表1~3に示される結果から明らかなように、溶接継手が以下の要件を満たす場合、LME割れが顕著に抑制されるとともに、耐食性も確保されることが分かる(No.2~5、8~11、14~19、20、23、24、26、27)。
(1)第1鋼板の第2鋼板に向かい合う面の上に、第1めっき層が備えられ、第2鋼板の第1鋼板に向かい合う面の上に、めっき層が存在しないか、又は、第2めっき層が備えられること。
(2)第1めっき層及び第2めっき層が、以下の関係Iを満たすこと。
(3)第1鋼板と第2鋼板との間、且つ、コロナボンドの端部からスポット溶接部の外側に向かって0.5mmの範囲に、境界めっき層が備えられ、当該境界めっき層に隣接する第1鋼板及び第2鋼板のうちの少なくとも一方に、Zn侵入部が存在し、当該Zn侵入部が、境界めっき層から鋼粒界に沿って進展していること。
(4)Zn侵入部の先端であってZn濃度が0.1質量%の箇所のMg濃度が、0.20質量%以下であること。
関係I:0.010≧[(前記第1めっき層のMg組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量)+(前記第2めっき層のMg組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量)]/[(前記第1めっき層のZn組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量)+(前記第2めっき層のZn組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量)]≧0.001
ここで、第2めっき層が存在しない場合、第2めっき層のMg組成、Zn組成及び付着量は0である。
特に、第1めっき層及び第2めっき層が、以下の関係I-1を満たす場合に、LME割れ抑制効果に一層優れたものとなる。
関係I-1:0.006≧[(前記第1めっき層のMg組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のMg組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]/[(前記第1めっき層のZn組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のZn組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]≧0.001
尚、No.1及び12については、めっき層の平均Mg/Znが大きかったため、Zn侵入部の先端部のMg濃度も大きくなり、結果としてLME割れが抑制され難かった。
No.6及び7については、冷延鋼板に対して内部酸化処理を施す際、ブラシ研削や張力制御を行わなかったことから、内部酸化物の形態を適切に制御できず、Zn侵入部の先端部のMg濃度が大きくなり、結果としてLME割れが抑制され難かった。
No.13については、めっき層の平均Mg/Znが0であり、すなわち、めっき層にMgが含まれなかったことから、十分な耐食性が確保できなかった。
上記表1~3に示されるように、第2めっき層が無い場合においても、関係IとZn侵入部の先端Mg濃度が上記要件を満たしていれば、LME割れの抑制と耐食性との両立を達成できる。ここで、第2めっき層が無い事例はNo.20、21、22、23及び26である。このうち、関係IとZn侵入部の先端Mg濃度が上記要件を満たすのは、No.20、23及び26である。すなわち、No.20、23及び26は実施例である。これらの実施例はLME割れの抑制と耐食性との両立を達成できている。一方、No.21は関係Iの下限を外れているため、十分な耐食性が得られない。また、No.22は関係Iの上限を外れており、Zn侵入部の先端Mg濃度の上限も外れているため、LME割れを抑制できていない。
また、第1めっき層と第2めっき層との両方にMgを含有する場合でも、関係IとZn侵入部の先端Mg濃度が上記要件を満たしていれば、LME割れの抑制と耐食性との両立を達成できる。第1めっき層と第2めっき層との両方にMgを含有する事例はNo.24及び25である。No.24は関係IとZn侵入部の先端Mg濃度が上記要件を満たす実施例である。No.24はLME割れの抑制と耐食性との両立を達成できている。一方、No.25は関係Iの上限を外れ、Zn侵入部の先端Mg濃度の上限も外れているため、LME割れを抑制できていない。
さらに、内部酸化層に関してさらに詳述すると以下の通りである。No.6、7は、関係Iを満たすものの、Zn侵入部の先端Mg濃度の上限を外れているため、LME割れを抑制できていない。No.6、7と同等の関係Iの値の実施例は、No.2、18、19である。これらの実施例では第1鋼板と第2鋼板との少なくとも一方に深さが1.5μm以上の内部酸化層がある。すなわち、深さが1.5μm以上の内部酸化層が存在すると、関係Iを満たした場合におけるZn侵入部の先端Mg濃度が、深さが1.5μm以上の内部酸化層が無い場合よりも低くなり、LME割れを抑制しやすくなる。No.27は関係IとZn侵入部の先端Mg濃度とが上記要件を満たす実施例である。Zn侵入部の先端Mg濃度がNo.27と同等の実施例はNo.5、15、16、23、24及び26である。これらの実施例の関係Iの値は、No.27の約3倍である。つまり、No.27のように内部酸化層の深さが1.5未満である場合、関係Iの値を低くしないとZn侵入部の先端Mg濃度の上限を逸脱してしまう。このことからも深さが1.5μm以上の内部酸化層の存在が、Zn侵入部の先端Mg濃度の抑制に寄与していることがわかる。
10 第1鋼板
11 第1めっき層
20 第2鋼板
21 第2めっき層
30 スポット溶接部
31 ナゲット
32 コロナボンド
40 セパレーション部
50 境界めっき層
60 Zn侵入部
100 溶接継手
200 ハット型部材
300 補強部材
400 クロージングプレート

Claims (2)

  1. 溶接継手を備える自動車部品であって、
    前記溶接継手が、 第1鋼板と、第2鋼板と、前記第1鋼板及び前記第2鋼板を接合するスポット溶接部と、を備え、
    前記第1鋼板の前記第2鋼板に向かい合う面の上に、第1めっき層が備えられ、
    前記第2鋼板の前記第1鋼板に向かい合う面の上に、第2めっき層が備えられ、
    前記スポット溶接部が、ナゲットとコロナボンドとを備え、
    前記第1鋼板と前記第2鋼板との間、且つ、前記コロナボンドの端部から前記スポット溶接部の外側に向かって0.5mmの範囲に、境界めっき層が備えられ、
    前記境界めっき層に隣接する前記第1鋼板及び前記第2鋼板のうちの少なくとも一方に、Zn侵入部が存在し、
    前記Zn侵入部は、前記境界めっき層から鋼粒界に沿って進展し、
    前記Zn侵入部の先端であってZn濃度が0.1質量%の箇所のMg濃度が、0.20質量%以下であり、
    前記第1めっき層及び前記第2めっき層が、以下の関係Iを満た し、
    前記第1鋼板が、車両外側に配置され、
    前記第2鋼板が、車両内側に配置され、
    前記第1めっき層のMg組成よりも前記第2めっき層のMg組成が低く、
    [前記第1めっき層のMg組成(質量%)]/[前記第1めっき層のZn組成(質量%)]が、0.01よりも大きい、
    自動車部品
    関係I:0.010≧[(前記第1めっき層のMg組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のMg組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]/[(前記第1めっき層のZn組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のZn組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]≧0.001
  2. 前記第1めっき層及び前記第2めっき層が、以下の関係I-1を満たす、
    請求項1に記載の自動車部品
    関係I-1:0.006≧[(前記第1めっき層のMg組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のMg組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]/[(前記第1めっき層のZn組成(質量%))×(前記第1めっき層の付着量(g/m))+(前記第2めっき層のZn組成(質量%))×(前記第2めっき層の付着量(g/m))]≧0.001
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