JPS63317648A - 加工性とスポット溶接性に優れる冷延鋼板 - 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） この発明は、加工性とスポット溶接性に優れる冷延鋼板
に関し、とくに鋼板表面粗度を調整することにより、優
れた加工性とスポット溶接性とを同時に得ようとするも
のである。

（従来の技術） 加工性とくに深絞り性を改善した冷延鋼板の主たる用途
は自動車の内・外装板である。従って、従来は、自動車
用部品としてプレス成形される場合に、鋼板に要求され
る材料特性を満足する最適の製造条件を得ることを前提
として、主に研究が行われてきた。

特に、自動車用鋼板の場合、多種多様のデザインに適応
する必要上、深絞り性に対応するｒ値の改善、ならびに
形状凍結性の観点から低降伏応力化、高加工硬化重化な
どが重要視されてきた。

この様な観点から、開発された技術については、たとえ
ば特開昭５９−１９３２２１号公報や発明者らが先に出
願した特願昭６１−２１９８０３号明細書などにおいて
開示されている。

しかしながら自動車用鋼板に要求されるもう一つの重要
な特性として、加工後の組み立て作業において避けるこ
とができないスポット溶接時における作業性ならびに溶
接部の機械的性質の確保が挙げられるが、これらの点に
着目した技術はこれまでのところほとんど開示されてい
ない。

わずかに特開昭６１−１１０７５７号公報において、鋼
板表面に極薄の酸化膜を形成することでスポット溶接性
を改善する技術が提案されているが、近年多用されつつ
ある極低炭素鋼板においては表面酸化膜の厚み制御は極
めて難しいので工業的には実用的とはいい難い。

（発明が解決しようとする問題点） 加工性、特にプレス成形時の深絞り性あるいは形状凍結
性の観点からは、伸び（Ｅｌ）とランクフォード値（ｒ
値）を改善し、併せてｙ、ｓ、を低く　（低Ｙ、　Ｒ，
）、するのが良いとされ、そのための製造技術が極低炭
素化によって実現された。しかし一方で、この様な鋼板
をスポット溶接に供した場合には、従来鋼より強度が劣
るだけでなく、この様な鋼板の適正溶接条件範囲が従来
鋼より高溶接電流側にずれるため、スポット溶接機の消
耗が早くなるという新たな問題が生じた。

この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、鋼板
成分および鋼板の表面粗度に工夫を加えることによって
、プレス成形性とスポット溶接性の両者に優れた冷延鋼
板を提案することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） まずこの発明の解明経緯について説明する。

加工性、すなわちｒ値やＥｌを改善するには、Ｃ量の低
減が有効であり、その結果、鋼は軟質化する。しかしな
がら、スポット溶接性を改善する技術の開発研究の過程
で、発明者らは、軟質化しすぎた鋼板では、スポット溶
接時に電極からの加圧によって局部変形が容易に起るた
めに、電極−鋼板間あるいは鋼板−鋼板間の接触抵抗が
異常に低下することを突き止めた。極軟質鋼板のスポッ
ト溶接における適正条件範囲のずれは、かかる電気抵抗
の低下に起因するものと考えられる。このような電気抵
抗の異常低下を回避するためには加工変形の防止すなわ
ちＹ、Ｓ、を大きくすればより、Ｙ。

Ｓ、の上昇は、スキンバス圧下量の上昇などによって容
易に達成できるけれども、その反面でｒ値やＥｌの低下
は免れ得ない。

そこで発明者らは、上記の問題を解決すべく幾多の実験
および検討を重ねた結果、表面にダル加工好適にはレー
ザーダル加工を施したロールを用いてスキンパス圧延し
、＠板の表面粗度を大きくすることによって、または表
面凸部の面積を限定することによって、ｒ値やＥＩの低
下を引き起こす原因となるｙ、ｓ、の上昇を招くことな
しにスポット溶接性が有利に改善されることを見い出し
た。

すなわち、鋼板の表面粗度を大きくし、鋼板とｍ仮の接
触面積を小さくすれば、溶接時の電気抵抗が大きくなり
、その結果溶接電流値を低下させ得ることが判明したの
である。

さらに鋼板の成分系についても極低Ｃ系鋼を基本成分と
して検討を重ねたところ、ＴｉおよびＮｂ添加に加え、
さらに、微量Ｂを添加することによって、スポット溶接
部のｍ織の微細化が図られ、その結果接合強度がさらに
改善されることも併せて見い出した。

この発明は、上記の知見に直弾するものである。

すなわちこの発明は、Ｃ：　０．００４　ｗｔχ（以下
単に％で示す）以下、Ｓｊ：　０．１％以下、Ｍｎ　：
　０．５％以下、Ｐ　：　Ｑ、０２５％以下、Ｓ　：　
０．０２５％以下、Ｔｉ；　０．０１〜０．０４％、Ｎ
ｂ　：　０．００１〜０．０１０％、Ｂ　：０．０００
１〜０．００１０％および八ｌ　：　０．０１〜０．１
０％を含有し、残部は実質的にＦｅの組成になり、かつ
表面粗さが下記（（）　、　（０）のいずれが一方の条
件を満足することから成る、加工性とスボッＮ８接性に
優れる冷延鋼板である。

記 （イ）表面粗度（ＳＲａ）と降伏応力（Ｙ、Ｓ、）とが
ＳＲａ≧　（３２，４／Ｙ、Ｓ、）−１，１の関係式を
満足する。　　　゛ （ＩＩ）鋼板表面の凸部面積率ＳＳｒが６０％以下でか
っ、凸部１個当りの平均面積ＳＧｒが２Ｘ１０’　μｉ
以上。

以下この発明を具体的に説明する。

まずこの発明の基礎となった実験結果から説明する。

供試鋼として表１に成分組成を示した低炭素鋼および極
低炭素鋼冷延鋼板を用いた。

これらの冷延鋼板に、レーザーにより表面にダル目を付
けたスキンパスロールを用いて、０．８％の圧下率でス
キンパス圧延を施した。この時、レーザーダル加工法を
種々変えることにより、スキンパス圧延後の鋼板表面の
粗度パターンを変化させた。ついで各鋼板から３０Ｘ３
０ｍｍ角の板を切り出し、スポット溶接に供した。

第１図に、スポット溶接時の、溶接可能下限電流値と表
面粗度（ＳＲａ）との関係を示す。このときのスポット
溶接は、試料厚さを０．１ｍｍとし、溶接時間ニアサイ
クル、加圧カニ　１７５　ｋｇｆ　、キャップ径：４．
Ｏｍｍの条件で行った。なお表面粗度ＳＲａとは中心面
平均粗さのことであり、粗さ曲面から、その中心面上に
面積Ｓイの部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心面
上に直交座標軸、Ｙ軸、Ｙ軸をおき、中心面に直交する
軸をＺ軸として、粗さ曲面をＺ＝ｆ　（Ｘ、Ｙ）で表と
したとき、次式で与えられる値 ただし　Ｌ、　Ｌ、−島 のことである（単位μｍ）。

同図より明らかなように溶接可能下限電流値は、ＳＲａ
の増加によって低下し、ＳＲａ・２．０μｍになると、
極低炭素鋼における溶接可能下限電流値は、低炭素鋼並
みに低下している。

ＳＲａの増加による、溶接可能下限電流値の低下の理由
は次のとおりと考えられる。すなわち表面粗度が大きく
なるほど、溶接時の接触面積は小さくなるが、同じ大き
さの電流を通じた場合、接触面積が小さいほど電気抵抗
は大きくなるので、発熱量は増大する。したがって、表
面粗度が大きいほど、同じ発熱量を得るための電流値は
少なくて済む。

このように極低炭素鋼のスポット溶接性は表面粗度ＳＲ
ａに依存することを知見したが、さらに幾多の実験を行
なった結果、Ｙ、Ｓ、にも強く依存することが判明した
。

そこで発明者らは、次にＳＲａとＹ、Ｓ、とを広範囲に
変更させた実験を行なった。

第２図に、第１図で用いた極低炭素鋼を用い、ＳＲａと
Ｙ、Ｓ、とを変化させたときの溶接可能限界電流値につ
いて調べた結果を示す。スポット溶接条件は、試料サイ
ズを０．８　Ｘ３０Ｘ３０ｍｍとして、４．５ｍｍφの
ＣＦタイプ電極を用い、加圧カニ　１９０　ｋｇｆ、溶
接時間：８サイクル、溶接電流ニア。５ｋＡとした。

なお図中の数値は、各点における溶接可能下限電流値で
ある。

同図より明らかなように、 低炭素鋼並みの低い溶接可能下限電流値が得られている
。

このように、・ｙ、ｓ、が高くなるにつれて、溶接可能
下限電流値が低ＳＲａ側にシフトする理由は必ずしも明
らかではないが、今のところ以下のように考えられる。

すなわち同−ＳＲａの場合、Ｙ、Ｓ、が高いほど、加圧
時の変形が小さくなるため溶接時の接触面積が小さくな
り、電気抵抗が上がり、発熱量が増大する。したがって
、Ｙ、Ｓ：が高くなるほど、溶接可能下限電流値が低Ｓ
Ｒａ側まで存在する。

上述したように、ＳＲａとＹ、Ｓ、とが上掲式を満足す
るようにＳＲａを調整すれば、良好な加工性とスポット
溶接性が得られるのであるが、発明者らの研究によれば
、その他にも、鋼板表面の凸部面積率ＳＳｒと凸部１個
当りの平均面積率ＳＧｒとを所定の範囲に規定すること
によっても所期した目的が達成されることが判明した。

第３図に、第１図及び第２図で用いた極低炭素鋼を用い
、スボッ日容接後の十字引張強度におよぼす、凸部の面
積率（ＳＳｒ）と凸部１個当りの平均面積（ＳＧｒ）と
の関係について調べた結果を示す。

十字引張試験片としてはＪＩＳ　Ｚ　３１３７に準じた
板厚Ｑ、３ｍｍのものを用いた。スポット溶接条件は、
溶接時間＝８サイクル、加圧カニ　１７５　ｋｇｆ　、
溶接電流：　７．５ｋＡである。また、凸部の面積率（
ＳＳｒ）と凸部１個当りの平均面積（ＳＧｒ）は、３次
元表面粗度計を用いて求めた。さらに図中の数値は、各
点におけるスポット溶接部の剪断引張力である。

同図より明らかなように、ＳＳｒ５６０％でかつＳＧｒ
≧２Ｘ１０’　μｌ！１２の場合に剪断引張力が３００
　ｋｇｆ／５ｐｏｔ以上となり、強度が著しく向上して
いる。

溶接部の強度について、以上のような適正範囲が存在す
る理由は次のように考えられる。すなわち凸部面積率が
低いほど、接触面積が小さくなるので、溶接時の電気抵
抗が上昇し、溶接電流値は低下する。しかし、一方で、
凸部面積率が低いと、溶接後の強度が低下する。そこで
、溶接後の強度を補償するために、凸部面積率が低い分
、凸部１個当りの平均面積の最低ラインが存在している
ものと考えられる。

発明者らは、上記した基礎的データに基づき、研究を重
ねた結果、以下のように、表面状態を規制することによ
り、加工性およびスポット溶接性にすぐれた冷延鋼板が
得られることを究明したのである。

では、溶接可能下限電流値は低炭素鋼並みとはならず、
スポット溶接性の改善は認められない。

さらに、この発明の第２の態様によれば、ＳＳｒ５６０
％でかつ、ＳＧｒ≧２　ＸＩＯ’　ｌｔｍ２であること
が必要である。ＳＳｒ　＞６０％又はＳＧｒ　＜　２　
ＸＩＯ’　６ｍ２では、すぐれたスポット溶接性を得る
ことができない。

（作　用） 次にこの発明において鋼成分を前記の範囲に限定した理
由について説明する。

Ｃ： 鋼を軟質化させ、Ｅｌ、　ｒ値を改善するには、Ｃ含有
量を下げることが有効である。Ｃ含有量が０．００４０
％を超えると材質が大幅に劣化し始めるのでｃ４の上限
は０．００４０％とした。

Ｓｉ　、　Ｍｎ　： いずれも脱酸剤として有効に寄与するが、過剰に含有さ
れると延性を害する原因となるので、上限をＳｉは０．
１％、Ｍｎは０．５％とした。

Ｐ、Ｓ： いずれも不純物元素であり、極力低下させることが望ま
しいが、ともに０．０２５％以下程度なら許容できる。

Ｔｉ　： Ｃ，Ｎ、Ｓ等の固溶成分の固定に有効に寄与するだけで
なく、Ｃ，Ｎ、Ｓ等との析出物形成による材質の改善に
多大の効果がある。しかしながら含有量が０．０１％に
満たないとその添加効果に乏しい。一方、スキンバスに
よるＹ、Ｓ、の調節のためには、多少の固溶Ｃ，Ｎが存
在して加工硬化を促進する方が有利であるため、上限を
０．０４％とした。

Ｎｂ： ＮｂはＴｉとの複合添加によって高Ｅｌ、高ｒ値を確保
した上で、ｙ、ｓ、を高めるのに有用である。またＮｂ
はＢと共存することにより溶接部の組織を微細化する効
果もある。しかしながら含有量が０．００１％に満たな
いとその添加効果に乏しく、一方０．０１０％を超える
と、ｙ、ｓ、の過度の上昇やＥｌの低下を招くため、０
．００１〜０．０１０％に制限した。

Ｂ： 微量の添加によって、スポット溶接部組織の有利な微細
化が図られ、母材および溶接部の強度を上昇させるのに
有用である。しかしながら多量の添加は、材質の劣化を
招くため、添加量は１〜１０ｐｐｍの範囲に限定した。

なお、Ｂの強度改善効果はＮｂの存在により一層増加す
る。

＾１　： 脱酸剤として０．０１％以上の添加が必要である。

しかしながら多量の添加は不純物の増加を招き材質へ悪
影響を及ぼすので、０．１０％を上限とした。

第４図に、低炭素鋼板および種々の組成の極低炭素鋼板
にスポット溶接を施したときの、溶接部の硬度について
調べた結果をまとめて示す。

供試材の成分組成および溶接条件は次のとおりである。

低炭素鋼板・Ｃ：　０．０４％、Ｓｔ　：　０．０１％
、Ｍｎ　：０．２０％、ｐ　：　ｏ、ｏｉ％、Ｎ　：　
０．００４０％、Ａｌ二０．０３６％。

極低炭素鋼板・Ｃ：　０．００２％、Ｓｉ　：　０．１
％、Ｍｎ＝０．１％、Ｐ　：　０．０１％、Ｓ：０．０
１％、ＡＩ　？　０．０２％、Ｎ　：０．００２〜０．
００３％をベースとして、Ｔｉ　、　Ｎｂ　、　　Ｂを
それぞれＴｉ　：　０．０２〜０．０４％、Ｎｂ：０．
００５〜０．００８％、Ｂ　：　０．０００５〜０．０
００８％の範囲で適宜に添加した。

試料サイズは０．８　Ｘ３０Ｘ３０ｍｍとし、４．５ｍ
ｍφのＣＦタイプ電極を用い、加圧カニ　１９０　ｋｇ
ｆ　、　’（ｆｆ接待時間８サイクル、溶接電流：　７
．５ｋＡで行った。

同図より明らかなように、Ｔｉ　−Ｎｂ　−Ｂ　Ｑ５加
鋼は極低炭素鋼でありながら低炭素銅皿みの母材硬度を
有している。またＴｉ　、　Ｎｂ　、　Ｂ何れの１成分
が欠けても低炭素銅皿みの母板硬度は得られなかった。

なおダル加工手段としては、レーザーダル加工について
主に説明したが、その他プラズマ加工や放電加工が利用
できるのはいうまでもなく、要は表面粗度を前述した適
正範囲に収めることが重要である。

（実施例） 実施例１ 表２に示す化学組成になる鋼スラブを転炉一連続鋳造法
により製造し、ついで１２５０°Ｃに加熱−均熱後、粗
圧延−仕上げ圧延により３．２閤厚の熱延鋼板とした。

ついで酸洗後、冷間圧延により、０．８胴厚の冷延鋼板
とし、連続焼鈍（均熱温度７５０〜８５０°Ｃ）を施し
た後、スキンパス圧延（圧下率０．８％）を行った。

ここで、スキンパスロールは、レーザー加工によってダ
ル目を付けたロール（レーザーダル加工したロール）を
用いた。

鋼板表面粗度は圧延方向について測定し、平均表面粗度
ＳＲａを求めた。かくして得られた各冷延板から引張試
験用のＪＩＳ５号試験片を切り出し、機械的緒特性につ
いて調べた結果を表３に示す。ここに下値は１５％引張
予歪を与えたのち、３点法により測定し、Ｌ（圧延）方
向、Ｃ（圧延方向に対して９０°）方向およびＤ（圧延
方向に対して４５°）方向の平均値、 で求めた。

またスポット溶接は、溶接時間二８サイクル、加圧カニ
　１８５　ｋｇｆ　、電流：　７．５に八で行ない、こ
の時の引張剪断強度によってスポットｔｆＪ接性を評価
した。得られた結果を表３に併記する。

巨 Ｌ・ ］・ １・ ｌ・ ［ 表３より明らかなように、この発明に従い得られた冷延
鋼板はいずれも、従来例はもとより比較例と比べてもイ
■れたプレス成形性およびスポット溶接性を呈している
。

実施例２ 実施例１と同じ化学組成の鋼スラブＣ−Ｅを、同様の方
法により製造し、実験に供した。

得られた冷延鋼板の表面粗度中心面における凸１）ＩＸ
面積率および表面粗度中心面における凸部１個当りの平
均面積を、３次元表面粗度計を用いて求＼″）だ。

表４に各冷延板の表面粗度および材料特性を示同表より
明らかなようにこの発明に従う泪（反はいずれも、比較
例に比べて優れた、プレス成形性およびスポット溶接後
を示している。

（発明の効果） かくしてこの発明によれば、加工性を損うことなしに、
スポット溶接性に優れた極低炭素Ｅ＋Ｈを得ることがで
き、たとえば自動車用鋼板など成形加工後スポット溶接
が施されるような用途に用いて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、スポット溶接後における、鋼板の表面粗度Ｓ
Ｒａと溶接可能下限電流値との関係を示したグラフ、 第２図は、＠板の表面粗度ＳＲａと引張強度Ｙ、Ｓ。 とが溶接可能下限電流値に及ばず影響を示したグラフ、 第３図は、スポット溶接後の十字引張強度に及ぼす凸部
の面積率ＳＳｒと凸部１個当りの平均面積ＳＧｒとの関
係を示したグラフ、 第４図は、溶接部の硬度に及ぼす添加成分の影響を示し
たグラフである。 特許出願人　川ＷＪ１！Ｉ！鉄株式会社代理人弁理士　
杉　　村　　暁　　査 問　　弁理士　杉　　村　　興　　作 第１図 表面粗度Ｓ／？ｃＬ（μｍ） 第３図 Ｓに７１（ｘｒｏ’／１４ｍ”） 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｃ：０．００４ｗｔ％以下、 Ｓｉ：０．１ｗｔ％以下、 Ｍｎ：０．５ｗｔ％以下、 Ｐ：０．０２５ｗｔ％以下、 Ｓ：０．０２５ｗｔ％以下、 Ｔｉ：０．０１〜０．０４ｗｔ％、 Ｎｂ：０．００１〜０．０１０ｗｔ％、 Ｂ：０．０００１〜０．００１０ｗｔ％およびＡｌ：０
   ．０１〜０．１０ｗｔ％ を含有し、残部は実質的にＦｅの組成になり、かつ表面
   粗さが下記（イ）、（ロ）のいずれか一方の条件を満足
   することを特徴とする、加工性とスポット溶接性に優れ
   る冷延鋼板。 記 （イ）表面粗度（ＳＲａ）と降伏応力（Ｙ．Ｓ．）とが
   ＳＲａ≧（３２．４／Ｙ．Ｓ．）−１．１ の関係式を満足する。 （ロ）鋼板表面の凸部面積率ＳＳｒが６０％以下でかつ
   、凸部１個当りの平均面積ＳＧｒが２ ×１０＾４μｍ＾２以上。