JP7399360B1 - プロジェクション溶接継手の製造方法、プロジェクション溶接継手、及び自動車部品 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2022年3月25日に、日本に出願された特願2022-050329号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2×[P]+4×[S]:式1
ここで、前記式1に含まれる元素記号は、前記鋼板に含まれる各元素の含有量である。
(2)上記(1)に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法では、前記鋼板がホットスタンプ鋼板であってもよい。
(3)上記(1)又は(2)に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法では、前記鋼板の化学成分が、単位質量%で、C:0.07~0.45%、Si:0.001~2.50%、Mn:0.8~5.0%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、を含有してもよい。
(4)上記(1)~(3)のいずれか一項に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法では、前記鋼板が亜鉛系めっきホットスタンプ鋼板であってもよい。
(5)上記(1)~(4)のいずれか一項に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法では、前記鋼板が亜鉛系めっきホットスタンプ鋼板であり、前記鋼板の板厚が1.2mm~3.6mmであり、前記クール工程の長さが332msec以上であり、前記第二通電工程における平均電流値I2及び通電時間t2の積I2×t2が、前記第一通電工程における平均電流値I1及び通電時間t1の積I1×t1の0.5倍以上であってもよい。
(6)上記(1)~(5)のいずれか一項に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法では、前記プロジェクション溶接継手の製造方法が、前記第一通電工程の前に、前記第一通電工程の開始時点の電流値未満の電流値で、前記鋼板及び前記鋼部材に通電する前通電工程をさらに有してもよい。
(7)上記(1)~(6)のいずれか一項に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法では、前記鋼部材が前記ナットであってもよい。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2×[P]+4×[S]:式2
Hedge<0.9×Hm:式3
Hmax>0.9×Hm:式4
ここで、前記式3及び式4に含まれる記号Hmは、式5によって算出される値である。
Hm=884×[C]×(1-0.3×[C]2)+294:式5
ここで、前記式2及び前記式5に含まれる元素記号は、前記鋼板に含まれる各元素の含有量である。
(9)上記(8)に記載のプロジェクション溶接継手では、前記複数の接合部のそれぞれにおいて、前記端部領域の前記最大硬度Hedgeが式3´の関係を満たしてもよい。
Hedge<0.8×Hm:式3´
(10)上記(8)又は(9)に記載のプロジェクション溶接継手では、前記鋼板が亜鉛系めっきホットスタンプ鋼板であってもよい。
以下、本実施形態に係るプロジェクション溶接継手の製造方法について、図面を適宜参照しながら説明する。
(S1)図1A及び図1Bに示されるように、非めっき鋼板または亜鉛系めっき鋼板である鋼板11の第一面11aに、複数の突起121を有するナット又はボルトである鋼部材12をプロジェクション溶接して、複数の接合部13を形成するように、鋼板11及び鋼部材12に通電をする第一通電工程
を有し、さらに、
(S2)図1Cに示される、複数の接合部13それぞれの端部領域131を焼入れするクール工程と、
(S3)複数の接合部13それぞれの端部領域131を焼戻すように、鋼板11及び鋼部材12にさらに通電をする第二通電工程と、
を有する。
なお、端部領域131とは、鋼部材12の中心及び接合部13の中心を通り、且つ鋼板11の第一面11aに垂直な断面において、特定される領域である。具体的には、当該断面において、接合部13のうち鋼部材12の中心から最も離れた位置が、接合部13の端部130と定義される。そして、接合部13のうち、鋼板11の第一面11aに沿って、端部130から鋼部材12の中心に向かって0.5mm離れた位置までの領域を、接合部13の端部領域131と定義する。この端部領域131が、上述の危険部位に相当する。以下に、本実施形態に係る製造方法について詳述する。
鋼板11は、引張強さ1.5GPa以上かつ炭素当量Ceqが0.30質量%以上の高強度鋼板である。これにより、プロジェクション溶接継手1は、極めて優れた静的強度を有する。鋼板11の引張強さは1.6GPa以上、1.7GPa以上、又は1.8GPa以上であってもよい。鋼板11の炭素当量Ceqは0.32質量%以上、0.35質量%以上、又は0.38質量%以上であってもよい。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2×[P]+4×[S] :式1
式1に含まれる元素記号は、鋼板11に含まれる各元素の含有量である。炭素当量Ceqは、鋼材の焼入れ性の指標値である。炭素当量Ceqが高いほど、焼入れによる鋼材の硬度上昇量が大きい。
鋼部材12は、図1Aに示されるように、複数の突起121を有する。突起121は、プロジェクション溶接の際に鋼板11に押し付けられ、電流経路となる。そして突起121は、複数の突起121と鋼板11との接触面に電流を集中させて、鋼部材12と鋼板11とを接合する接合部13を形成する。
本実施形態に係るプロジェクション溶接継手の製造方法では、まず、鋼板11の第一面11aに、複数の突起121を有する鋼部材12をプロジェクション溶接して、複数の接合部13を形成するように、鋼板11及び鋼部材12に第一通電工程を行う。プロジェクション溶接の際には、複数の突起121を鋼板11の第一面11aに押し付けるように、鋼板11及び鋼部材12を加圧しながら通電を行う。突起121と鋼板11の第一面11aとの接触面に電流が集中することにより、接触面の温度が上昇し、鋼板11と鋼部材12とを接合する接合部13が形成される。
本実施形態に係るプロジェクション溶接継手の製造方法では、第一通電工程に次いで、複数の接合部13のそれぞれにおける、複数の端部領域131を焼入れするために、複数の接合部13を冷却する。この冷却を、クール工程と称する。端部領域131とは、図1Cを参照しながら上述したように、接合部13の端部130から0.5mm離れた位置までの領域のことである。接合部13の端部130とは、接合部13のうち鋼部材12の中心から最も離れた位置のことである。
本実施形態に係るプロジェクション溶接継手の製造方法では、クール工程に次いで、複数の接合部13のそれぞれにおける複数の端部領域131を焼戻しするように、鋼板11及び鋼部材12に通電する。この通電をする工程を、第二通電と称する。第二通電工程によって端部領域131を焼戻すと、端部領域131が軟化する。これにより、クール工程において、端部領域131に導入された応力が緩和される。さらに、端部領域131を軟化させてから電極を開放することにより、電極開放時に端部領域131に導入される応力も緩和される。焼戻しは、全ての接合部13に対して行われる必要がある。
第一通電工程の前に、第一通電工程の開始時点の電流値未満の電流値で、鋼板11及び鋼部材12に通電してもよい。この通電は、前通電と称される。前通電工程を行うことにより、鋼板11と鋼部材12との接合現象が生じる前に、鋼部材12の突起121を軟化させ、変形させることができる。これにより、複数の突起121と鋼板11との接触状態を均一化させて、プロジェクション溶接継手の接合強度を一層高めることができる。特に、鋼板11が亜鉛系ホットスタンプ鋼板である場合、前通電は接合強度の確保のために有効である。上述のように、亜鉛系ホットスタンプ鋼板のプロジェクション溶接では、表面抵抗値のばらつきに起因して、突起ごとの加熱温度がばらつきやすい。しかしながら、第一通電に先だって前通電を実施することにより、突起と鋼板との接触面積が拡大し、表面抵抗値のばらつきを緩和し、突起ごとの加熱温度を均一化することができる。
次に、本実施形態に係るプロジェクション溶接継手について、以下に説明する。なお、上述したプロジェクション溶接継手の製造方法において説明した様々な構成は、後述するプロジェクション溶接継手に適宜適用することができる。ただし、本実施形態に係るプロジェクション溶接継手の製造方法は特に限定されない。上述された製造方法以外の方法によって得られたプロジェクション溶接継手も、後述する要件を満たす場合は、本実施形態に係るプロジェクション溶接継手であると解される。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2×[P]+4×[S] :式2
Hedge<0.9×Hm :式3
Hmax>0.9×Hm :式4
ここで、前記式3及び式4に含まれる記号Hmは、式5によって算出される値である。
Hm=884×[C]×(1-0.3×[C]2)+294 :式5
ここで、前記式2及び前記式5に含まれる元素記号は、前記鋼板に含まれる各元素の含有量である。
鋼板11は、引張強さ1.5GPa以上かつ炭素当量Ceqが0.30質量%以上の非めっき高強度鋼板または亜鉛系めっき高強度鋼板である。これにより、プロジェクション溶接継手1は、極めて優れた静的強度を有する。上述したプロジェクション溶接継手の製造方法において例示された鋼板11の好適な形態を、本実施形態に係るプロジェクション溶接継手1の鋼板11に適用することができる。
本実施形態に係るプロジェクション溶接継手において、鋼部材12はボルト又はナットである。ここで鋼部材12は、鋼板11に接する複数の突起121を判別可能に有してもよいし、判別可能に有しなくともよい。複数の突起121は、プロジェクション溶接の際に潰れて消失しうるからである。また、突起121はプロジェクション溶接のために必要とされるものであり、溶接の終了後には特に必要とされない。また、鋼部材12の形状は特に限定されない。
接合部13は、プロジェクション溶接によって、複数の突起121と、鋼板11の第一面11aとの接触部位に形成されたものである。そのため、接合部13の数は2つ以上であり、好ましくは3つ以上又は4つ以上である。接合部13は、鋼板11の第一面11a及び鋼部材12を接合する。接合部13は溶接金属から構成されていても、固相接合面から構成されていてもよい。接合部13の位置は特に限定されないが、突起121と同様に、接合面に関して平面視したときに、鋼部材12の重心に関して回転対称な位置に接合部13が配されることが好ましい。
Hedge<0.9×Hm :式3
Hmax>0.9×Hm :式4
ここで、式3及び式4に含まれるHmは、式5によって算出される値である。
Hm=884×[C]×(1-0.3×[C]2)+294 :式5
ここで、式5に含まれる元素記号は、鋼板11に含まれる各元素の含有量である。
Hedge<0.8×Hm :式3´
Hedgeは、Hmの0.7倍以下、又は0.6倍以下であってもよい。ただし、接合部13において式3の関係が満たされない場合でも、上述のクール工程及び第二通電工程において接合部13に焼入れ及び焼戻しが行われていれば、遅れ破壊を抑制する効果は得られる。
端部領域131の最大硬度Hedge及び接合部13の最大硬度Hmaxの測定方法は以下の通りである。まず、複数の接合部13全てを、鋼板11の第一面11aに垂直な面において切断し、次いで切断面を研磨する。なお、これら切断面それぞれは、鋼部材12の中心を通り、且つ、接合部13の中心を通る必要がある。例えば、図2に示されるように3つの突起部を有する鋼部材においては、一点鎖線に沿って接合部13を切断する。
次に、本実施形態に係る自動車部品について、以下に説明する。本実施形態に係る自動車部品は、上に説明した実施形態に係るプロジェクション溶接継手を備える。これにより、本実施形態に係る自動車部品は、引張強さ1.5GPa以上の高強度鋼板から構成され、且つ耐遅れ破壊特性に優れる。自動車部品とは、例えばピラー部品である。ピラー部品とは例えば、Aピラー、Bピラー、及びルーフリンフォース等である。
2種類の評価結果のうち悪い方を、総合評価として「判定」列に記載した。判定が△又は〇であった条件を、耐遅れ破壊特性に優れた発明例と判断した。
・鋼部材:3つのドーム型突起を有するM8ナット
・亜鉛系めっき:なし
11 鋼板
111 通し穴
11a 第一面
11b 第二面
12 鋼部材
121 突起
13 接合部
130 端部
131 端部領域
132 中心領域
i 硬度測定点
Claims (11)
- 非めっき鋼板または亜鉛系めっき鋼板である鋼板の第一面に、複数の突起を有するナット又はボルトである鋼部材をプロジェクション溶接して、複数の接合部を形成するように、前記鋼板及び前記鋼部材に通電をする第一通電工程を備えるプロジェクション溶接継手の製造方法であって、
前記鋼板の引張強さが1.5GPa以上であり、
下記式1によって算出される前記鋼板の炭素当量Ceqが0.30質量%以上であり、
前記鋼部材の中心及び前記接合部の中心を通り、且つ前記鋼板の前記第一面に垂直な断面において、
前記接合部のうち、前記鋼部材の中心から最も離れた位置を、前記接合部の端部とし、
前記接合部のうち、前記鋼板の前記第一面に沿って前記端部から前記鋼部材の中心に向かって0.5mm離れた位置までの領域を、前記接合部の端部領域とするとき、
前記製造方法がさらに、
複数の前記接合部のそれぞれを焼入れするクール工程と、
複数の前記接合部のそれぞれにおいて、前記端部領域を焼戻すように、前記鋼板及び前記鋼部材にさらに通電をする第二通電工程と、
を備えるプロジェクション溶接継手の製造方法。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2×[P]+4×[S] :式1
ここで、前記式1に含まれる元素記号は、前記鋼板に含まれる各元素の含有量である。 - 前記鋼板がホットスタンプ鋼板であることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法。
- 前記鋼板の化学成分が、単位質量%で、
C:0.07~0.45%、
Si:0.001~2.50%、
Mn:0.8~5.0%、
P:0.03%以下、
S:0.01%以下、
を含有することを特徴とする請求項1に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法。 - 前記鋼板が亜鉛系めっきホットスタンプ鋼板であることを特徴とする請求項1に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法。
- 前記鋼板が亜鉛系めっきホットスタンプ鋼板であり、
前記鋼板の板厚が1.2mm~3.6mmであり、
前記クール工程の長さが332msec以上であり、
前記第二通電工程における平均電流値I2及び通電時間t2の積I2×t2が、前記第一通電工程における平均電流値I1及び通電時間t1の積I1×t1の0.5倍以上である
ことを特徴とする請求項1に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法。 - 前記プロジェクション溶接継手の製造方法が、前記第一通電工程の前に、前記第一通電工程の開始時点の電流値未満の電流値で、前記鋼板及び前記鋼部材に通電する前通電工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項1に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法。 - 前記鋼部材が前記ナットであることを特徴とする請求項1~6のいずれか一項に記載のプロジェクション溶接継手の製造方法。
- 非めっき鋼板または亜鉛系めっき鋼板である鋼板と、
ナット又はボルトである鋼部材と、
前記鋼板の第一面及び前記鋼部材を接合する複数の接合部と
を備え、
前記鋼板の引張強さが1.5GPa以上であり、
下記式2によって算出される前記鋼板の炭素当量Ceqが0.30質量%以上であり、
前記鋼部材の中心及び前記接合部の中心を通り且つ前記鋼板の前記第一面に垂直な断面において、
前記接合部のうち、前記鋼部材の中心から最も離れた位置を、前記接合部の端部とし、
前記接合部のうち、前記鋼板の前記第一面に沿って前記端部から前記鋼部材の中心に向かって0.5mm離れた位置までの領域を、前記接合部の端部領域とするとき、
前記複数の接合部のそれぞれにおいて、前記第一面から0.3mm深さの位置のビッカース硬さを連続的に測定することによって求められる、前記端部領域の最大硬度Hedgeが式3の関係を満たし、
前記複数の接合部のそれぞれにおいて、前記第一面から0.3mm深さの位置のビッカース硬さを連続的に測定することによって求められる、前記接合部の最大硬度Hmaxが式4の関係を満たす
プロジェクション溶接継手。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2×[P]+4×[S] :式2
Hedge<0.9×Hm :式3
Hmax>0.9×Hm :式4
ここで、前記式3及び式4に含まれる記号Hmは、式5によって算出される値である。
Hm=884×[C]×(1-0.3×[C]2)+294 :式5
ここで、前記式2及び前記式5に含まれる元素記号は、前記鋼板に含まれる各元素の含有量である。 - 前記複数の接合部のそれぞれにおいて、前記端部領域の前記最大硬度Hedgeが式3´の関係を満たすことを特徴とする請求項8に記載のプロジェクション溶接継手。
Hedge<0.8×Hm :式3´ - 前記鋼板が亜鉛系めっきホットスタンプ鋼板であることを特徴とする請求項8に記載のプロジェクション溶接継手。
- 請求項8~10のいずれか一項に記載のプロジェクション溶接継手を備える自動車部品。
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