JP7304476B1 - 鋼板の抵抗スポット溶接部における液体金属脆性割れ感受性の評価方法 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]一方又は両方が亜鉛系めっき鋼板である第1の鋼板と第2の鋼板とが隙間なく重ね合わせられた板組を、前記第1及び第2の鋼板の主表面と垂直な軸方向を有する一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して抵抗スポット溶接を行う溶接工程と、
前記抵抗スポット溶接の通電終了と同時又はそれ以降に、前記第2の鋼板の溶接部に対して、所定の歪量に制御された曲げ歪及び引張歪の一方又は両方の歪を付与する歪付与工程と、
その後、前記第2の鋼板の溶接部を観察して、液体金属脆性割れの有無を観察結果として把握する観察工程と、
前記観察結果に基づいて、前記第2の鋼板の溶接部における液体金属脆性割れ感受性を評価する評価工程と、
を有する、鋼板の抵抗スポット溶接部における液体金属脆性割れ感受性の評価方法。
その際、前記歪付与工程は、前記歪を付与する時点及び前記所定の歪量の一方又は両方が互いに異なる複数の条件にて行い、前記複数の条件は、前記第2の鋼板の溶接部に液体金属脆性割れが発生する第1の条件と、前記第2の鋼板の溶接部に液体金属脆性割れが発生しない第2の条件と、からなり、
前記評価工程は、
前記第1の条件のうち少なくとも1つにおいて、前記第2の鋼板の溶接部における前記液体金属脆性割れの発生位置を特定し、
前記複数の条件のうち、(i)前記第1の条件については、前記発生位置における前記歪を付与する時点の温度を歪付与温度として求め、(ii)前記第2の条件については、前記発生位置に対応する位置における、前記歪を付与する時点の温度を歪付与温度として求め、
前記複数の条件の前記観察結果に基づいて、前記歪付与温度及び前記所定の歪量と、前記液体金属脆性割れの有無との関係を求め、
前記関係に基づいて、前記第2の鋼板の溶接部における液体金属脆性割れ感受性を評価する
ことを含む、上記[1]に記載の液体金属脆性割れ感受性の評価方法。
前記関係から、前記第2の鋼板の溶接部に液体金属脆性割れが発生する歪量及び温度の領域を特定し、
前記領域に基づいて、前記第2の鋼板の溶接部における液体金属脆性割れ感受性を評価する
ことを含む、上記[2]に記載の液体金属脆性割れ感受性の評価方法。
前記領域から、前記第2の鋼板の溶接部に液体金属脆性割れが発生する最小の歪量を求め、
前記最小の歪量に基づいて、前記第2の鋼板の溶接部における液体金属脆性割れ感受性を評価する
ことを含む、上記[3]に記載の液体金属脆性割れ感受性の評価方法。
溶接時の発熱によって、めっき層中の亜鉛が加熱されて溶融状態になるとともに、母材(素地鋼板)との合金化が進展する(めっき層中のFe濃度が増大する)ものの、通電終了後の冷却過程においては、約800℃程度の温度まで、ナゲット周りの熱影響部に亜鉛は溶融状態で存在することになる。また、冷却過程では溶接部の熱収縮によって、亜鉛が溶融状態にある熱影響部に引張歪が作用し、溶接によって粗大化した母材のオーステナイト粒界に溶融亜鉛が接触して粒界強度を低下させ、LME割れが発生するものと理解されている。
本発明の一実施形態による鋼板の抵抗スポット溶接部におけるLME割れ感受性の評価方法は、
(I)一方又は両方が亜鉛系めっき鋼板である第1の鋼板と第2の鋼板とが隙間なく重ね合わせられた板組を、前記第1及び第2の鋼板の主表面と垂直な軸方向を有する一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して抵抗スポット溶接を行う溶接工程と、
(II)前記抵抗スポット溶接の通電終了と同時又はそれ以降に、前記第2の鋼板の溶接部に対して、所定の歪量に制御された曲げ歪及び引張歪の一方又は両方の歪を付与する歪付与工程と、
(III)その後、前記第2の鋼板の溶接部を観察して、液体金属脆性割れの有無を観察結果として把握する観察工程と、
(IV)前記観察結果に基づいて、前記第2の鋼板の溶接部における液体金属脆性割れ感受性を評価する評価工程と、
を有する。
溶接工程(I)では、図4に示すように、第1の鋼板(図4ではZnめっき鋼板としての上板a)と第2の鋼板(図4ではZnめっき鋼板としての下板b)とが隙間なく重ね合わせられた板組を、第1及び第2の鋼板の主表面と垂直な軸方向を有する一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して抵抗スポット溶接を行う。このように、シートギャップが無く、かつ、電極の打角が無い状態で抵抗スポット溶接を行うことで、従来の方法とは異なり、電極による加圧時に、溶接部に制御不能な変形歪が加わることがなく、これが高精度な評価につながる。なお、板組は第1の鋼板及び第2の鋼板の2枚からなるものでもよいし、それ以外の鋼板を含む3枚以上の鋼板からなるものでもよい。なお、第1の鋼板と第2の鋼板とが「隙間なく」重ね合わせられるとは、図2及び図3のように、第1の鋼板と第2の鋼板との間にスペーサを設けて意図的に両者の間にシートギャップを設けるものではないことを意味する。すなわち、「隙間なく」とは、両者の間にスペーサがなければよく、両鋼板の表面間にミクロな空隙が存在することは当然ながら許容される。また、第1及び第2の鋼板の主表面と「垂直な」軸方向を有する一対の電極とは、図3のように、一対の電極に意図的な打角をつけるものではないことを意味する。すなわち、「垂直な」とは、純粋に数学的な垂直を意味するものではなく、電極設置の精度の観点から不可避なずれや誤差は当然ながら許容される。
歪付与工程(II)では、抵抗スポット溶接の通電終了と同時又はそれ以降に、第2の鋼板の溶接部に対して、所定の歪量に制御された曲げ歪及び引張歪の一方又は両方の歪を付与する。歪付与のタイミングは、通電終了と同時又は通電終了から所定時間以内であることが好ましい。「所定時間」とは、溶接により溶融した亜鉛が再度凝固するまでの時間を意味するものとする。
観察工程(III)では、第2の鋼板の溶接部を観察して、LME割れの有無を観察結果として把握する。そして、評価工程(IV)では、観察工程(III)で得られた観察結果に基づいて、第2の鋼板の溶接部におけるLME割れ感受性を評価する。本実施形態では、上記の溶接工程及び歪付与工程に起因して、高精度かつ定量的にLME割れ感受性を評価することができる。
本実施形態では、第1の鋼板として同種の鋼板から採取した複数の試験片を採用し、かつ、第2の鋼板として同種の鋼板から採取した複数の試験片を採用して、前記溶接工程、前記歪付与工程、及び前記観察工程からなる一連の工程を複数回行い、その際、前記歪付与工程は、前記歪を付与する時点及び前記所定の歪量の一方又は両方が互いに異なる複数の条件にて行うことが好ましい。ここで、「同種の鋼板」とは、同じ成分組成を有し、かつ、同じ条件での製造プロセスを経て得られた鋼板であり、製品として同一仕様で、同等のLME割れ感受性を有することが見込まれる鋼板を意味するものとする。「同種の鋼板」の典型例としては、同一の鋼板や同一のコイルが挙げられる。
本発明例1では、板厚1.6mm、亜鉛目付量が両面とも60g/m2の780MPa級合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA鋼板)を第1及び第2の鋼板として採用して、単相交流溶接機によって抵抗スポット溶接を実施した。本発明例2では、板厚1.6mm、亜鉛目付量が両面とも60g/m2の980MPa級合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA鋼板)を第1及び第2の鋼板として採用して、単相交流溶接機によって抵抗スポット溶接を実施した。本発明例3では、板厚1.6mm、亜鉛目付量が両面とも60g/m2の1180MPa級合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA鋼板)を第1及び第2の鋼板として採用して、単相交流溶接機によって抵抗スポット溶接を実施した。本発明例1~3のいずれにおいても、溶接用電極にはCr-Cu製の16DR6-40R(DR型電極、外径16φ、電極フェース:6φ、40R)キャップチップ電極を用い、GA鋼板2枚を重ねて、加圧力350N、スキーズ時間5/50秒、通電時間12/50秒、ホールド時間5/50秒でナゲット径が4√t(=5.1mm、t:板厚)となる溶接電流で抵抗スポット溶接を実施した。
比較例として、従来のLME割れ評価方法を実施した。すなわち、通常の溶接法、板間隙間を2mmにしたシートギャップ法、及び、板間隙間を2mmにすることに加え電極打角を5°にしたシートギャップ+電極打角法の3種の評価方法を実施した。比較例のLME割れ評価は、溶接終了後に溶接継手断面を切断して、埋め込み研磨後にエッチング処理し、顕微鏡にて断面ミクロ組織観察を実施して、割れ発生状況を確認し評価した。なお、板厚1.6mm、亜鉛目付量が両面とも60g/m2の780MPa級、980MPa級、及び1180MPa級合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA鋼板)を第1及び第2の鋼板として採用して、単相交流溶接機によって抵抗スポット溶接を実施した。溶接用電極にはCr-Cu製の16DR6-40R(DR型電極、外径16φ、電極フェース:6φ、40R)キャップチップ電極を用い、同じ鋼種のGA鋼板2枚を重ねて、加圧力350N、スキーズ時間5/50秒、通電時間12/50秒、ホールド時間5/50秒でナゲット径が4√t(=5.1mm、t:板厚)となる溶接電流で抵抗スポット溶接を実施した。
表1に比較例を、表2、表3、及び表4に本発明例による780MPa級、980MPa級、及び1180MPa級GA鋼板のLME割れ感受性の評価結果をそれぞれまとめて示す。
Claims (8)
- 一方又は両方が亜鉛系めっき鋼板である第1の鋼板と第2の鋼板とが隙間なく重ね合わせられた板組を、前記第1及び第2の鋼板の主表面と垂直な軸方向を有する一対の電極によって挟み、加圧しながら通電して抵抗スポット溶接を行う溶接工程と、
前記抵抗スポット溶接の通電終了と同時又はそれ以降に、前記第2の鋼板の溶接部に対して、所定の歪量に制御された曲げ歪及び引張歪の一方又は両方の歪を付与する歪付与工程と、
その後、前記第2の鋼板の溶接部を観察して、液体金属脆性割れの有無を観察結果として把握する観察工程と、
前記観察結果に基づいて、前記第2の鋼板の溶接部における液体金属脆性割れ感受性を評価する評価工程と、
を有する、鋼板の抵抗スポット溶接部における液体金属脆性割れ感受性の評価方法。 - 前記第1の鋼板として同種の鋼板から採取した複数の試験片を採用し、かつ、前記第2の鋼板として同種の鋼板から採取した複数の試験片を採用して、前記溶接工程、前記歪付与工程、及び前記観察工程からなる一連の工程を複数回行い、
その際、前記歪付与工程は、前記歪を付与する時点及び前記所定の歪量の一方又は両方が互いに異なる複数の条件にて行い、前記複数の条件は、前記第2の鋼板の溶接部に液体金属脆性割れが発生する第1の条件と、前記第2の鋼板の溶接部に液体金属脆性割れが発生しない第2の条件と、からなり、
前記評価工程は、
前記第1の条件のうち少なくとも1つにおいて、前記第2の鋼板の溶接部における前記液体金属脆性割れの発生位置を特定し、
前記複数の条件のうち、(i)前記第1の条件については、前記発生位置における前記歪を付与する時点の温度を歪付与温度として求め、(ii)前記第2の条件については、前記発生位置に対応する位置における、前記歪を付与する時点の温度を歪付与温度として求め、
前記複数の条件の前記観察結果に基づいて、前記歪付与温度及び前記所定の歪量と、前記液体金属脆性割れの有無との関係を求め、
前記関係に基づいて、前記第2の鋼板の溶接部における液体金属脆性割れ感受性を評価する
ことを含む、請求項1に記載の液体金属脆性割れ感受性の評価方法。 - 前記評価工程は、
前記関係から、前記第2の鋼板の溶接部に液体金属脆性割れが発生する歪量及び温度の領域を特定し、
前記領域に基づいて、前記第2の鋼板の溶接部における液体金属脆性割れ感受性を評価する
ことを含む、請求項2に記載の液体金属脆性割れ感受性の評価方法。 - 前記評価工程は、
前記領域から、前記第2の鋼板の溶接部に液体金属脆性割れが発生する最小の歪量を求め、
前記最小の歪量に基づいて、前記第2の鋼板の溶接部における液体金属脆性割れ感受性を評価する
ことを含む、請求項3に記載の液体金属脆性割れ感受性の評価方法。 - 前記複数回の溶接工程は、同一の溶接条件にて行う、請求項2~4のいずれか一項に記載の液体金属脆性割れ感受性の評価方法。
- 前記歪付与工程において、前記曲げ歪の付与は、前記第2の鋼板が一定の曲率を有するように、前記第2の鋼板に対して曲げ変形を加えることにより行う、請求項1~4のいずれか一項に記載の液体金属脆性割れ感受性の評価方法。
- 前記歪付与工程において、前記引張歪の付与は、前記第2の鋼板に対して引張変形を加えることにより行う、請求項1~4のいずれか一項に記載の液体金属脆性割れ感受性の評価方法。
- 前記観察工程において、前記第2の鋼板から前記第1の鋼板を剥離して、前記第2の鋼板の溶接部を、前記第1の鋼板と溶接されていた主表面側から観察する、請求項1~4のいずれか一項に記載の液体金属脆性割れ感受性の評価方法。
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