JPH04178271A - アーク溶接時の気孔発生の少ないＺｎめっき鋼板とその溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野） 本発明は、主として自動車、建設機械などの溶接構造物
に用いられるＺｎめっき鋼板に係り、特に、アーク溶接
時の気孔発生の少ないＺｎめつき鋼板とその溶接方法に
関するものである。 （従来の技術及び解決しようとする課題）最近、自動車
の防錆能向上などの観点からＺｎめっき鋼板が多用され
るようになっており、外板、足まわり部品ではＺｎの厚
目付化も検討されている。これに伴い、自動車生産現場
ではプレス成形性の劣化、溶接性の劣化などの問題が大
きくなっている。 例えば、強度部材である足まわり部品の重ね合せすみ肉
アーク溶接では、重ね合せ面のＺｎがアーク熱によって
気化し、それが溶融金属中を通って外部へ放呂される際
に溶融金属の凝固によって溶接ビードに閉じ込められる
不良現象があり、疲労強度及び美観の点で重大な問題と
なっている。 このような気孔の発生はＺｎめっきの目付量が増すほど
厳しくなることから、車両の防錆能向上の大きな阻害要
因となっている。 ところで、Ｚｎめっき鋼板のアーク溶接時の気孔発生を
抑制する方法については、これまで幾つか検討されてい
る。例えば、溶接技術に関連して電源の制御様式、溶接
姿勢、電流・電圧の影響などが研究されている。また、
溶接時のシールドガス、溶接ワイヤについても研究され
ており、気孔発生が少ないフラックス入りワイヤの開発
も報告されている。更に、めっき鋼板表面への塗布剤に
ついての報告もなされている。 これらの研究開発の成果は、いずれも今後のＺｎめっき
鋼板の溶接技術の発展に重要な指針を与えるものと考え
られるが、気孔発生の抑制は比較的新しい技術課題であ
ることから、現状では十分でなく、特に、自動車用のＺ
ｎめっき鋼板については、今後のめっき鋼板厚目付化に
対処し得る技術の出現が切望されているのが実情である
。 本発明は、か）る要請に応えるべくなされたものであっ
て、Ｚｎの厚目付化においても、気孔発生の少ないＺｎ
めっき鋼板、並びにその溶接方法を提供することを目的
とするものである。 （課題を解決するための手段） 前記課題を解決するため、本発明者らは、従来全く検討
されていなかっためっき鋼板の化学成分と溶接条件との
関連性について鋭意研究を重ねた結果、化学成分と溶接
条件と−の特定の組合せによって気孔を低減させること
が可能であることを見い出し、ここに本発明を完成した
ものである。 すなわち、本発明は、Ｃ≦０．２％、ＳｉＳ２゜３％、
Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．０５〜０．２％及び
Ａｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残部がＦｅ及び
不可避的不純物からなることを特徴とするアーク溶接時
の気孔発生の少ないＺｎめっき鋼板を要旨とするもので
ある。 また、その製造方法は、前記化学成分を有するＺｎめっ
き鋼板をアーク溶接するに際し、下記式で表わされる溶
接入熱が１５００Ｊ／ｃｍ以上で、溶接後の溶着金属の
Ｐ量が０．０２５〜０．１％を満足するように溶接する
ことを特徴とするものである。 ０ＸＩＸＶ 溶接入熱（Ｊ／ｃ菖）＝□ ここで、工：溶接電流（アンペア） Ｖ：溶接電圧（ボルト） Ｓ：溶接速度（ｃｍ／ｗｉｎ） 以下に本発明を更に詳述する。 （作用） 前述のとおり、本発明者らはＺｎめっき鋼板のアーク溶
接時の気孔発生に関するこれまでの研究成果を参考にし
、気孔軽減について新しい観点から実験を試みた。 すなわち、気孔の発生は重ね合せ部の溶接で顕著であり
、溶接時のＺｎの蒸気化に溶接ワイヤの化学成分が何ら
かの影響を及ぼすことから、めっき層が溶融し始める時
のＺｎ蒸気−の発生・浮上挙動にめっき鋼板の化学成分
も影響していることが考えられ、以下に示す基礎実験を
行った。 めっき鋼板の代表的強化元素であるＣ、Ｍｎ。 Ｐの各量を変化させ或いはＴｉ量も変化させた供試鋼（
第１表）を実験室にて溶解し、鍛造、熱間圧延により３
．２ｍ■厚鋼板とした。表裏面研削した２　、　３　ａ
ｍ厚鋼板の両面に３０ｇ７ｍ、２相当のＺｎめっを施し
、第２表に示す条件にて溶接を実施した。 Ｃ量を高めた鋼板についてはＺｎめっきの目付量をも変
化させて溶接実験に供した。溶接板はＸ線透過によって
ビード部の気孔数を調査した。 調査の結果を第１図に示すが、気孔数に及ぼす鋼板の化
学成分の影響をベース鋼（島１）との比較から見ると、
Ｍｎ或いはＰの量を高めた鋼板で気孔の低減が大きいこ
とがわかる。 溶鋼の流動性を高めることから、気孔の浮上を促進する
と思われたＣ１並びに、溶鋼の粘性を高めて気孔発生を
抑制すると思われたＴｉは、いずれも予想した効果が認
められなかった。 Ｍｎ量或いはＰの量を高めることによる気孔抑制効果は
、本実験の場合、めっきの目付量を６０ｇ／−２から３
Ｑｇ／ｍ”に低減させた場合より大きい。 自動車生産現場では、従来の４５ｇ／ｍ”目付から６０
ｇ／ｍ”目付への変更による車両防錆能向上が鋭意検討
され、一部実用化されているが、溶接時の気孔発生が急
増することから、厚目付化を断念している部品が多い実
情を考慮すると１本実験結果は、厚目付鋼板の実用化に
大きく貢献し得ると考えられる。 すなわち１本発明者らは、めっき厚目付に伴う問題が鋼
板の化学成分のコントロールによって解消し得ることを
知見したものである。 Ｍｎ及びＰの気孔抑制効果の原因は、必ずしも明確でな
いが、一般にＭｎは溶融金属の流動を抑える働きがあり
、これが何らかの影響を及ぼしているものと考えられる
。また、ＰはＺｎとの化合物を形成し易いことから、Ｚ
ｎ蒸気の発生を抑制する働きがあるものと考えられる。 本発明者らは、更にＭｎとＰの複合添加鋼についても調
査した。 供試材としては工場現場材（合金化溶融Ｚｎめつき・４
５ｇ／■２目付材）を用いて前述と同様の条件でアーク
溶接を実施した。供試材の化学成分、機械的性質及び気
孔発生の調査結果を第３表に示す。 なお、同表には、比較のため同一チャンスに実験した低
Ｃ−Ａｌキルド軟鋼についての結果も示した。その結果
、ＭｎとＰの複合添加材は比較材より気孔の発生が明ら
かに少ないことがわかる。すなわち、ＭｎとＰによる気
孔抑制効果はそれら元素の複合添加によっても失われて
いないことが判明した。 また、本実験では溶接条件との組合せについても調査し
たところ、鋼板のＭｎ及びＰによる気孔抑制効果は溶接
電流・溶接速度によって変化することが判明した。溶接
時に供給される溶接ワイヤのＭｎ及びＰの量を含めてこ
れら因子の影響は溶接時の入熱量と溶着金属のＭｎ或い
はＰの量の変化と対応させて表わすことができる。 まず、溶接入熱については、気孔抑制への鋼板Ｍｎ及び
Ｐの効果を大きくするためには鋼板の溶は込みを大きく
するのがよく、そのためには溶接入熱Ｃ＝　６０　Ｘ　
Ｉ　Ｘ　Ｖ／　Ｓ　（Ｊ　／ｃｍ）、但し、Ｉ：溶接電
流（アンペア）、■＝溶接電圧（ボルト）、Ｓ：溶接速
度（ｃｍ／分）〕を１５００ｊ／ｃ腸以上にする必要が
ある。 溶着金属のＭｎ及びＰの量については、実験結果の一例
を第２図に示す、Ｍｎ及びＰ含有量が異なるＺｎめっき
鋼板を種々の条件でＣＯ２ガスアーク溶接し、気孔の発
生状況を調査した。溶接ワイヤのＭｎ及びＰの量をも変
化させて溶接を実施した。その結果、第２図に示すよう
に、溶着金属のＭｎ及びＰ量が低い場合に気孔が多く発
生し、それらのいずれかの量が増大するにつれて気孔が
低減することが判明した。すなわち、Ｍｎ１．０５以上
或いはＰｏ、０２５％以上の領域で気孔抑制の効果が認
められている。特に両条件を満足する領域で気孔抑制が
著しい。 以上のことから、Ｚｎめっき鋼板のアーク溶接時の気孔
発生は鋼板の化学成分と溶接条件との組合せを最適とす
ることによって大きく抑制することが可能であることと
の知見を得た。 本発明はこのような実験結果のうちＰの挙動に着目して
更に鋭意研究した結果なされたものである。

【以下余白】

次に、本発明における化学成分及び溶接条件の限定理由
について示す。 まず、Ｚｎめっき鋼板の化学成分の限定理由は次のとお
りである。 Ｃ： Ｃは、０．２％を超えると、前述と同様、溶接割れの点
で好ましくないので、０．２％以下に規制する。気孔抑
制の点からＣ量の下限は特に規定しないが、実用上は０
．００１％前後のＣ量が脱ガス技術の限界である。 Ｓｉ： Ｓｉは、Ｚｎめっき鋼板のめっき性阻害元素であること
から、０．３％を上限とする。 Ｍｎ： Ｍｎは、０．１％未満では鋼板の熱間圧延に先立って鋼
が脆化し易くなり、好ましくない。一方、２．５％を超
えると溶接割れの感受性が高まる。 よって、Ｍｎ量は０．１〜２．５％の範囲とする。 Ｐ　： 本発明ではＰ含有量がもっとも重要な因子である。すな
わち、０．０５％未満では溶接部のＺｎ蒸気発生を十分
妨げることができず、気孔抑制効果が小さい。また０、
２％を超えると溶接継手の脆化が大きくなるので好まし
くない。したがって、Ｐ量は０．０５〜０．２％の範囲
とする。 Ａｌ： 本発明はＡｌキルド鋼を前提としていることからＡｊ２
量を０．００５〜０．１％の範囲とする。 本発明におけるＺｎめっき鋼板の必須成分は以上の如く
であるが、用途に応じて以下の元素の添加が可能である
。 すなわち、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕはそれぞれ０゜５％
以下、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｖはそれぞれ０．１０％以下、Ｂは
０．００３％以下、Ｃａ、Ｚｒ、ＲＥＭはそれぞれ０．
０５％以下である。特に自動車用の鋼板は優れたプレス
成形性、疲労特性などが要求され、０．０５％以下のＣ
量で０．０１〜０．０５％程度のＮｂ、Ｔｉなどを添加
した極低Ｃ軟鋼板やＣｒ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉなどを含む
高強度鋼板が現在多用されているので、このような成分
組成のものも可能である。勿論、これらの鋼板について
も本発明の効果が認められることは云うまでもない。 本発明に用いるＺｎめっき鋼板は熱延板を原板としても
よく、冷延板を原板としてもよい。また、めっきは電気
めっきでも溶融めっきでもよい。合金化処理、複合めっ
き処理のいずれを施してもよいが、目付量が過度に多く
なると本発明の効果が小さくなる傾向にあるので、実用
上はＺｎ目付量を９０ｇ／ｍ”以下とするのが望ましい
。 次に溶接条件について説明する。 アーク溶接はＣＯ２アーク溶接のほか、ＣＯ□とＡｒな
どの混合ガスアーク溶接でもよく、溶接ワイヤはソリッ
ドワイヤ、フラックス入すワイヤのいずれでもよい。一
般にはパルス溶接電源を用いてメタル系フラックス入り
ワイヤで溶接することによって気孔の発生をより軽減す
ることができる。 溶接入熱は、前述の理由から１５００ｊ／ｃｍ以上とす
る。上限は特に規定しないが、実用上過大入熱は溶融金
属の溶は落ちなどを生じるため５０００ｊ／ｃｍ以下が
望ましい。 更に、溶着金属のＰ量が０．０２５〜０．１％の範囲と
なるように溶接を行う。Ｐ量が０．０２５％未満では、
第２図に示したとおり、アーク溶接時の気孔発生を効果
的に抑制することが困離である。また、０．１％を超え
ると溶接割れが発生するので好ましくない。 なお、他の溶接条件は特に制限されない。 次に本発明の実施例を示す。 （実施例） 第４表に示す種々の化学成分の供試鋼を実験室にて溶解
し、皮削り、鍛造の後、熱間粗圧延を実施して３０ｍｍ
厚の熱間圧延用スラブとした。その後の熱間圧延では、
１２００℃にスラブを加熱し仕上温度を９００℃として
３．２ｍｍ厚に圧延し、常温まで放冷した。 この圧延材を用いて２．３１厚のＺｎめつき鋼板（目付
量３０ｇ／ｍ”）を作製し、第２表と同一の条件にてＣ
Ｏ２溶接を実施した。溶接ビード部ＩＸ線撮影して気孔
発生状況を調査した。併せて溶着金属のＰ含有量も調査
した。その結果を第４表にまとめて示す。 第４表より、本発明例はいずれも気孔の発生が極めて少
ないことがわかる。これに対し、比較例の＆１及びＮｏ
　３は、母材及び溶着金属のＰ量が低すぎるために気孔
発生量が多い。

【以下余白】

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、Ｚｎめっき鋼板
のアーク溶接において、Ｚｎ目付量が多い場合でも、ア
ーク溶接時の気孔発生を極めて少なく抑制できるので、
特にめっき鋼板厚目付化に十分対処し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種Ｚｎ目付量の鋼板における気孔発生状況を
示す図、 第２図は気孔発生に及ぼす溶着金属のＭｎ及びＰ量の影
響を示す図、 第３図はＣＯ２ガスアーク溶接の要領を説明する図であ
る。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第１図 第２図 帰肩ｔＡ／ｌ　Ｍ−ｄＬ　（殉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％で（以下、同じ）、Ｃ≦０．２％、Ｓｉ≦
   ０．３％、Ｍｎ：０．１〜２．５％、Ｐ：０．０５〜０
   ．２％及びＡｌ：０．００５〜０．１％を含有し、残部
   がＦｅ及び不可避的不純物からなることを特徴とするア
   ーク溶接時の気孔発生の少ないＺｎめっき鋼板。
2. （２）前記化学成分を有するＺｎめっき鋼板をアーク溶
   接するに際し、下記式で表わされる溶接入熱が１５００
   Ｊ／ｃｍ以上で、溶接後の溶着金属のＰ量が０．０２５
   〜０．１％を満足するように溶接することを特徴とする
   アーク溶接時の気孔発生の少ないＺｎめっき鋼板の溶接
   方法。 溶接入熱（Ｊ／ｃｍ）＝（６０×Ｉ×Ｖ）／Ｓここで、
   Ｉ：溶接電流（アンペア） Ｖ：溶接電圧（ボルト） Ｓ：溶接速度（ｃｍ／ｍｉｎ）