JPWO2011025015A1 - スポット溶接継手およびスポット溶接方法 - Google Patents
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Abstract
Description
互いにスポット溶接された2枚以上の薄鋼板と、
前記薄鋼板の接合面に形成されたナゲットと、
を有し、
前記2枚以上の薄鋼板のうちの少なくとも1枚の引張強さが750MPa〜1850MPaの高強度鋼板であり、下記(1)式で表される炭素当量Ceqが0.22質量%〜0.55質量%であり、
前記ナゲット内の当該ナゲットの外形の90%の相似形領域を除いたナゲット外層域では、
ミクロ組織が、アーム間隔の平均値が12μm以下のデンドライト組織からなり、
前記ミクロ組織に含まれる炭化物の平均粒径が5nm〜100nmであり、個数密度が2×106個/mm2以上であることを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接継手。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S]
・・・(1)
([C]、[Si]、[Mn]、[P]および[S]は、それぞれC、Si、Mn、PおよびSの各含有量(質量%)を示す。)
[2]
前記高強度鋼板が、
C :0.10質量%〜0.40質量%、
Si:0.01質量%〜2.50質量%、および
Mn:1.5質量%〜3.0質量%を含有し、
Pの含有量が0.03質量%以下であり、
Sの含有量が0.01質量%以下であり、
Nの含有量が0.0100質量%以下であり、
Oの含有量が0.007質量%以下であり、
Alの含有量が1.00質量%以下であり、
残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする[1]に記載の高強度鋼板のスポット溶接継手。
[3]
前記高強度鋼板が、さらに、
Ti:0.005質量%〜0.10質量%、
Nb:0.005質量%〜0.10質量%、および
V :0.005質量%〜0.10質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする[2]に記載の高強度鋼板のスポット溶接継手。
[4]
前記高強度鋼板が、さらに、
B :0.0001質量%〜0.01質量%、
Cr:0.01質量%〜2.0質量%、
Ni:0.01質量%〜2.0質量%、
Cu:0.01質量%〜2.0質量%、および
Mo:0.01質量%〜0.8質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする[2]または[3]に記載の高強度鋼板のスポット溶接継手。
[5]
前記高強度鋼板が、さらに、Ca、Ce、Mg、およびREMからなる群から選択された少なくとも1種を、合計で0.0001質量%〜0.5質量%の範囲で含有することを特徴とする[2]〜[4]のいずれか1つに記載の高強度鋼板のスポット溶接継手。
2枚以上の薄鋼板の接合面にナゲットを形成させるスポット溶接方法であって、
前記2枚以上の薄鋼板のうちの少なくとも1枚の引張強さが750MPa〜1850MPaの高強度鋼板であり、下記(1)式で表される炭素当量Ceqが0.22質量%〜0.55質量%であり、
前記2枚以上の薄鋼板に対する溶接電極の加圧力EF(N)が下記(2)式を満たす条件で溶接通電を行う工程と、
次に、前記加圧力EFを保持したまま、前記溶接通電における溶接電流WC(kA)を用いて定められる下記(4)式を満たす後加熱通電電流PC(kA)、および、下記(5)式を満たす後加熱通電時間Pt(ms)で前記溶接電極に後加熱通電を行う工程と、
次に、前記加圧力EFでの加圧を解放する工程と、
を有し、
前記溶接通電を行う工程と前記後加熱通電を行う工程との間に、前記加圧力EFを保持したまま、下記(3)式を満たす溶接後冷却時間Ct(ms)、前記薄鋼板を冷却し、
前記後加熱通電を行う工程と前記加圧力EFでの加圧を解放する工程との間の前記加圧力EFを保持する保持時間Ht(ms)が下記(6)式を満たすことを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S]
・・・(1)
1960×h≦EF≦3430×h ・・・(2)
16≦Ct≦300 ・・・(3)
0.40×WC≦PC≦0.95×WC ・・・(4)
30≦Pt≦200 ・・・(5)
0≦Ht≦240 ・・・(6)
([C]、[Si]、[Mn]、[P]および[S]は、それぞれC、Si、Mn、PおよびSの各含有量(質量%)を示し、
hは、前記薄鋼板の板厚(mm)を示す。)
[7]
2枚以上の薄鋼板の接合面にナゲットを形成させるスポット溶接方法であって、
前記2枚以上の薄鋼板のうちの少なくとも1枚の引張強さが750MPa〜1850MPaであり、下記(1)式で表される炭素当量Ceqが0.22質量%〜0.55質量%であり、
前記2枚以上の薄鋼板に対する溶接電極の加圧力EF(N)が下記(7)式を満たす条件で溶接通電を行う工程と、
次に、前記加圧力EFを保持したまま、前記溶接通電における溶接電流WC(kA)を用いて定められる下記(4)式を満たす後加熱通電電流PC(kA)、および、下記(5)式を満たす後加熱通電時間Pt(ms)で前記溶接電極に後加熱通電を行う工程と、
次に、前記加圧力EFでの加圧を解放する工程と、
を有し、
前記溶接通電を行う工程と前記後加熱通電を行う工程との間に、前記加圧力EFを保持したまま、下記(3)式を満たす溶接後冷却時間Ct(ms)、前記薄鋼板を冷却し、
前記後加熱通電を行う工程と前記加圧力EFでの加圧を解放する工程との間の前記加圧力EFを保持する保持時間Ht(ms)が下記(6)式を満たすことを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S]
・・・(1)
16≦Ct≦300 ・・・(3)
0.40×WC≦PC≦0.95×WC ・・・(4)
30≦Pt≦200 ・・・(5)
0≦Ht≦240 ・・・(6)
1470×h≦EF<1960×h ・・・(7)
([C]、[Si]、[Mn]、[P]および[S]は、それぞれC、Si、Mn、PおよびSの各含有量(質量%)を示し、
hは、前記薄鋼板の板厚(mm)を示す。)
[8]
前記加圧を解放する工程の後に、
前記薄鋼板を、下記(8)式を満たす溶接後熱処理温度AT(℃)に下記(9)式を満たす溶接後熱処理時間At(s)、保持する工程を有することを特徴とする[6]または[7]に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
120≦AT≦220 ・・・(8)
100≦At≦6000 ・・・(9)
[9]
前記加圧を解放する工程と前記薄鋼板を前記溶接後熱処理温度に保持する工程との間に、
前記薄鋼板を放冷して、前記薄鋼板の前記溶接電極が接触していた部分の表面温度を下記(10)式を満たす温度CT(℃)まで低下させる工程を有することを特徴とする[8]に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
CT≦150 ・・・(10)
[10]
前記高強度鋼板は、
C :0.10質量%〜0.40質量%、
Si:0.01質量%〜2.50質量%、および
Mn:1.5質量%〜3.0質量%を含有し、
Pの含有量が0.03質量%以下であり、
Sの含有量が0.01質量%以下であり、
Nの含有量が0.0100質量%以下であり、
Oの含有量が0.007質量%以下であり、
Alの含有量が1.00質量%以下であり、
残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする[6]〜[9]のいずれか1つに記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
[11]
前記高強度鋼板が、さらに、
Ti:0.005質量%〜0.10質量%、
Nb:0.005質量%〜0.10質量%、および
V :0.005質量%〜0.10質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする[10]に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
[12]
前記高強度鋼板が、さらに、
B :0.0001質量%〜0.01質量%、
Cr:0.01質量%〜2.0質量%、
Ni:0.01質量%〜2.0質量%、
Cu:0.01質量%〜2.0質量%、および
Mo:0.01質量%〜0.8質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする[10]または[11]に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
[13]
前記高強度鋼板が、さらに、Ca、Ce、Mg、およびREMからなる群から選択された少なくとも1種を、合計で0.0001質量%〜0.5質量%の範囲で含有することを特徴とする[10]〜[12]のいずれか1つに記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
先ず、本発明の第1の実施形態について説明する。図2Aは、第1の実施形態に係るスポット溶接継手を示す模式図である。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S]
・・・(1)
([C]、[Si]、[Mn]、[P]および[S]は、それぞれC、Si、Mn、PおよびSの各含有量(質量%)を示す。)
ここで、ナゲット3のミクロ組織を限定する理由について説明する。
上述のように、少なくともナゲット外層域3cでは、ナゲット3のミクロ組織に含まれる炭化物の平均粒径は5nm〜100nmである。ナゲット3のミクロ組織には、強度が高く靱性が低いマルテンサイトが多く含まれているが、ナゲット3のミクロ組織に炭化物が析出していると、ナゲット3の軟化に伴い靱性が向上する。5nm未満であるとナゲット3の靭性を向上させる効果が少なく、一方、炭化物の平均粒径が100nmを超えていると、粗大な炭化物を起点にしてナゲット3内に割れが生じるため、継手強度が向上しにくく、継手強度がばらつきやすい。従って、炭化物の平均粒径は5〜100nmとする。自動車部材の量産時における溶接条件の変動、例えば、電極先端部の摩耗や溶接する際の板間の隙間の変動があった際にも継手強度を安定的に確保する観点から、炭化物の平均粒径の上限は60nm以下であることがより好ましい。
ナゲット3に含まれる炭化物の種類は特に限定されないが、鉄基炭化物であることが好ましい。これは、低温で析出させることができるからである。高周波加熱または通常の焼き戻しにより、鉄基炭化物に加え、Mo、Cr、Nb、Ti、V等の炭化物を析出させ、ナゲットの強度および靭性を両立させることも可能である。しかし、これら合金炭化物(Mo、Cr、Nb、Ti、V等の炭化物)を鋼中で析出させるためには、高温、例えば500℃以上での熱処理が必要とされる。これは、これらの置換型元素を拡散、濃縮する必要があるためである。一方、鉄基炭化物を析出させるためには、低温、例えば500℃未満での焼き戻しを行えば良い。これは、鉄が鋼の主要な構成元素であるため、Cが鋼中に拡散、濃縮するだけで鉄基炭化物が析出し、また、Cが侵入型元素であるため、拡散しやすいからである。
上述のように、ナゲット3の高強度鋼板との境界面から中心に向けて5%の厚さ(ナゲット外層域に相当する厚さ)の領域では、ナゲット3のミクロ組織に含まれる炭化物の個数密度は2×106個/mm2以上である。上述のように、ナゲット3のミクロ組織に炭化物が析出していると、ナゲット3の軟化に伴い靱性が向上する。しかし、炭化物の個数密度が2×106個/mm2未満であると、靱性を十分に向上させることが困難である。従って、炭化物の個数密度は2×106個/mm2以上とする。また、炭化物の個数密度は、好ましくは3×106個/mm2以上であり、更に好ましくは4×106個/mm2以上である。炭化物の個数密度の上限は特に限定されないが、例えば1×109個/mm2である。
ナゲット3のミクロ組織に含まれる残留オーステナイトおよびフレッシュマルテンサイトの総体積率が15%を超えると、靱性が低下してナゲット3内において割れを発生しやすく、十分に高い継手強度および靱性を得にくい。従って、ナゲット3のミクロ組織に含まれる残留オーステナイトおよびフレッシュマルテンサイトの総体積率は15%以下であることが好ましい。また、この総体積率は、破断形態の劣化を抑制し、より安定的に継手強度を確保する観点から、10%以下であることがより好ましく、さらには、自動車部材の量産時における溶接条件の変動、例えば、電極先端部の摩耗や溶接する際の板間の隙間の変動があった際にも継手強度を安定的に確保する観点から5%以下であることが一層好ましい。ナゲット3のミクロ組織に含まれる他の組織は特に限定されないが、例えば、炭化物が析出した焼き戻しマルテンサイトからなることが好ましく、ベイナイトが含まれていても良い。
上述のように、ナゲット3のミクロ組織は、アーム間隔の平均値が12μm以下のデンドライト組織からなる。一般的に、デンドライトのアーム間隔が大きいほど、アーム間へのPやSの偏析帯の幅が大きくなる。そして、アーム間隔の平均値が12μmを超えていると、PやSの偏析に伴って靭性が大幅に低下し、ナゲット内に割れが生じやすくなる。その一方で、アーム間隔の平均値が12μm以下であれば、ナゲットに含まれるPやSの偏析が低減され、靭性が向上し、割れが生じにくくなる。また、熱処理(焼き戻し)の際に炭化物が析出しやすくなる。従って、アーム間隔の平均値は12μm以下とする。また、破断形態の劣化を抑制し、より安定的に継手強度を確保する観点から、アーム間隔の平均値は、10μm以下が好ましい。更に自動車部材の量産時における溶接条件の変動、例えば、電極先端部の摩耗や溶接する際の板間の隙間の変動があった際にも継手強度を安定的に確保する観点から、8μm以下が一層好ましい。
結晶の態様、並びに炭化物の平均粒径および個数密度を規定する範囲は、ナゲット3内の当該ナゲット3の外形3aの90%の相似形領域3bを除いたナゲット外層域3cである。ナゲット3のミクロ組織を均一にすることは容易ではないが、継手強度にはナゲット3の中央部よりも外周部の方が寄与しやすい。本発明者等は、実験的に、少なくとも、ナゲット外層域3cでの結晶の態様並びに平均粒径および個数密度が上記の数値範囲内にあれば、本発明の効果が得られることを確認している。
次に、高強度鋼板の特性を限定する理由について説明する。
上述のように、高強度鋼板の引張強さは750MPa〜1850MPaである。一般的に、高強度鋼板の引張強さが増加するほど、スポット溶接継手に作用する荷重が大きくなり、また、溶接部における応力集中も高まることから、高い継手強度が必要とされる。しかし、スポット溶接継手の十字引張強さは、590〜780MPa級鋼板までは強度に比例して増加するが、それ以上の強度を有する鋼板では逆に減少する。高強度鋼板の引張強さが750MPa未満と低い場合には、元々十字引張強さの値も高く、また、スポット溶接継手に対する負荷が小さいため、スポット溶接継手の破断形態の劣化や継手強度に関する問題点は生じにくい。このため、高強度鋼板の引張強さは750MPa以上とする。その一方で、高強度鋼板の引張強さが1850MPaを超えると、スポット溶接継手の破断形態の劣化、並びにそれに伴う継手強度の低下やばらつきの抑制が困難となり、また、ナゲット内での欠陥や割れの抑制も困難となる。このため、高強度鋼板の引張強さは1850MPa以下とする。
上述のように、高強度鋼板の、下記(1)式で表される炭素当量Ceqは0.22質量%〜0.55質量%である。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S]
・・・(1)
([C]、[Si]、[Mn]、[P]および[S]は、それぞれC、Si、Mn、PおよびSの各含有量(質量%)を示す。)
高強度鋼板を構成する化学成分の組成は、上記の炭素当量Ceqが所定の範囲内にあれば特に限定されないが、以下のようなものとなっていることが好ましい。
Cは、強化元素であり、鋼の引張強さを向上させる。また、鋼のC含有量が高いほど、ナゲットのC含有量も高くなり、焼き戻し時の炭化物の析出の駆動力が増加し、炭化物の析出が促進される。しかし、C含有量が0.10質量%未満であると、750MPa以上の引張強さを得にくく、また、十分に炭化物を析出させにくくなる。また、C含有量が0.40質量%を超えていると、高強度鋼板の加工性が低下しやすい。従って、C含有量は0.10質量%〜0.40質量%であることが好ましい。
Siは、強化元素であり、固溶強化および組織強化により、鋼の強度を高める。しかし、Si含有量が2.50質量%を超えていると、鋼の加工性が低下しやすい。また、Si含有量を工業的に0.01質量%未満にすることは困難である。従って、Si含有量は0.01質量%〜2.50質量%であることが好ましい。
Mnは、鋼の強度を高める。しかし、Mn含有量が3.0質量%を超えていると、成形性が劣化しやすい。その一方で、Mn含有量が1.5質量%未満であると、750MPa以上の引張強さを得にくい。従って、Mn含有量は1.5質量%〜3.0質量%であることが好ましい。
Pは、ナゲットの脆化をもたらす。そして、P含有量が0.03質量%を超えていると、ナゲット内の割れが生じやすく、十分な継手強度を得にくい。従って、P含有量は0.03質量%以下であることが好ましい。なお、P含有量を0.001質量%未満にするためには、コストが上昇するので、好ましくない。
Sは、ナゲットの脆化をもたらす。また、SはMnと結びついて粗大なMnSを形成し、加工性を低下させる。そして、S含有量が0.01質量%を超えていると、ナゲット内の割れが生じやすく、十分な継手強度を得にくい。また、加工性の低下が顕著となりやすい。従って、S含有量は0.01質量%以下であることが好ましい。なお、S含有量を0.0001質量%未満にするためには、コストが上昇するので、好ましくない。
Nは、粗大な窒化物を形成し、成形性を劣化させる。また、Nは、溶接時のブローホールの発生の原因になる。そして、N含有量が0.0100質量%を超えていると、このような傾向が顕著となる。従って、N含有量は0.0100質量%以下であることが好ましい。なお、N含有量を0.0005質量%未満にするためには、コストが上昇するので、好ましくない。
Oは、酸化物を形成し、成形性を劣化させる。そして、O含有量が0.007質量%を超えていると、この傾向が顕著となる。従って、O含有量は0.007質量%以下であることが好ましい。なお、O含有量を0.0005質量%未満とするためには、コストが上昇するので、好ましくない。
Alは、フェライト安定化元素であり、セメンタイトの析出を抑制する。このため、鋼組織の制御のために含有されている。また、Alは脱酸材としても機能する。その一方で、Alは極めて酸化しやすく、Al含有量が1.00質量%を超えていると、介在物が増加し、成形性が低下しやすくなる。従って、Al含有量は1.00%以下であることが好ましい。
{Nb:0.005質量%〜0.10質量%}
{V:0.005質量%〜0.10質量%}
Ti、Nb、およびVは、鋼の強化元素である。これらの元素は、析出強化、フェライト結晶粒の成長の抑制による細粒強化、および、再結晶の抑制による転位強化により、鋼の強度の上昇に寄与する。しかしながら、これらの含有量が0.005質量%未満であると、上記の効果が小さい。その一方で、これらの含有量が0.10質量%を超えていると、成形性が劣化しやすい。従って、これらの元素の含有量は0.005質量%〜0.10質量%であることが好ましい。
Bは、鋼組織の制御により鋼を強化する。しかしながら、B含有量が0.0001質量%未満であると、十分に強度を向上させにくい。その一方で、B含有量が0.01質量%を超えていると、上記の効果が飽和する。従って、B含有量は0.0001質量%〜0.01質量%であることが好ましい。
{Ni:0.01質量%〜2.0質量%}
{Cu:0.01質量%〜2.0質量%}
{Mo:0.01質量%〜0.8質量%}
Cr、Ni、Cu、およびMoは、鋼の強度の向上に寄与する元素であり、例えばMnの一部に代えて用いることができる。しかしながら、これらの含有量が0.01質量%未満であると、十分に強度を向上させにくい。従って、これらの元素の含有量は0.01質量%以上であることが好ましい。その一方で、Cr、Ni、Cuの含有量が2.0質量%を超えている場合、Mo含有量が0.8質量%を超えている場合には、酸洗時や熱間加工時に支障が生じることがある。従って、Cr、Ni、Cuの含有量は2.0質量%以下であることが好ましく、Mo含有量は0.8%質量以下であることが好ましい。
earth metal)からなる群から選択された少なくとも1種:合計で0.0001質量%〜0.5質量%}
Ca、Ce、Mg、およびREMは、脱酸後の酸化物のサイズや、熱間圧延鋼板中に存在する硫化物のサイズを低下させることが可能であり、成形性の向上に寄与する。しかしながら、これらの含有量が合計で0.0001質量%未満であると、上記の効果が小さい。その一方で、これらの含有量が合計で0.5質量%を超えていると、成形加工性が低下しやすい。従って、これらの元素の含有量は、合計で0.0001質量%〜0.5質量%の範囲であることが好ましい。なお、REMは、ランタノイド系列に属する元素であり、REMおよびCeは、製鋼の段階でミッシュメタルとして溶鋼に添加することができる。また、LaやCeの他にランタノイド系列の元素が複合で含有されていても良い。
高強度鋼板の鋼種は特に限定されない。高強度鋼板の鋼種は、例えば、2相組織型(例えば、フェライト中にマルテンサイトを含む組織、フェライト中にベイナイトを含む組織)、加工誘起変態型(フェライト中に残留オーステナイトを含む組織)、焼入れ型(マルテンサイト組織)、微細結晶型(フェライト主体組織)等、何れの型の鋼種であっても良い。何れの鋼種からなる高強度鋼板であっても、破断形態を良好なものとし、継手強度の低下およびばらつきを抑制することができる。
高強度鋼板の表面にめっき層が形成されていても良い。めっき層の種類としては、例えば、Zn系、Zn−Fe系、Zn−Ni系、Zn−Al系、Zn−Mg系、Pb−Sn系、Sn−Zn系、Al-Si系等が挙げられる。Zn系めっき層を備えた高強度鋼板としては、例えば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、および電気亜鉛めっき鋼板、等が挙げられる。高強度鋼板の表面にめっき層が形成されていると、スポット溶接継手10が優れた耐食性を示す。めっき層が、高強度鋼板の表面に合金化した亜鉛めっき層である場合には、特に優れた耐食性が得られ、また、塗料の密着性が良好になる。
高強度鋼板の板厚は特に限定されない。例えば、自動車の車体等に一般的に用いられている高強度鋼板の板厚(0.5mm〜3.2mm)程度であれば良い。但し、高強度鋼板の板厚の増加に伴ってナゲット周囲での応力集中が増加するため、高強度鋼板の板厚は2.0mm以下であることが好ましい。
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態は、上記の薄鋼板1Aおよび1Bのスポット溶接を行う方法であり、図3A〜図3Cは、第2の実施形態に係るスポット溶接方法を示す模式図である。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S]
・・・(1)
1960×h≦EF≦3430×h ・・・(2)
16≦Ct≦300 ・・・(3)
0.40×WC≦PC≦0.95×WC ・・・(4)
30≦Pt≦200 ・・・(5)
0≦Ht≦240 ・・・(6)
([C]、[Si]、[Mn]、[P]および[S]は、それぞれC、Si、Mn、PおよびSの各含有量(質量%)を示し、
hは、薄鋼板1Aおよび1Bの板厚(mm)を示す。)
ここで、スポット溶接の諸条件を限定する理由について説明する。図4は、溶接電極2Aおよび2Bの間に流す電流の通電パターンの一例を示す図である。図4に示すグラフの縦軸は電流(I)を示し、横軸は時間(t)を示している。
第2の実施形態では、加圧力EF(N)を、下記(2)式で表される範囲に規定する。
1960×h≦EF≦3430×h ・・・(2)
但し、上記(2)式において、hは薄鋼板1Aおよび1Bの板厚(mm)を示す。
第2の実施形態では、スポット溶接直後の冷却時間Ct(ms)を、下記(3)式で表される範囲に規定する。
16≦Ct≦300 ・・・(3)
第2の実施形態では、溶接後の後加熱通電電流PC(kA)を、下記(4)式で表される範囲に規定する。
0.40×WC≦PC≦0.95×WC ・・・(4)
但し、上記(4)式において、WCは溶接電流(kA)である。
第2の実施形態では、溶接後の後加熱通電時間Pt(ms)を、下記(5)式で表される範囲に規定する。
30≦Pt≦200 ・・・(5)
上記条件で後加熱通電を行った後、溶接電極2A、2Bで薄鋼板1A、1Bを加圧保持する保持時間Ht(ms)を、下記(6)式で表される範囲に規定する。
0≦Ht≦240 ・・・(6)
なお、上記範囲の保持時間Htで、溶接電極2A、2Bで薄鋼板1A、1Bを加圧保持する際の加圧力EF(N)は、例えば上記(2)式で表される範囲である。
次に、第3の実施形態について説明する。第3の実施形態では、薄鋼板1Aおよび1Bに対する溶接電極2Aおよび2Bの加圧力EF(N)が下記(7)式を満たす条件で溶接通電を行う点を除き、第2の実施形態と同様の処理を行う。
1470×h≦EF<1960×h ・・・(7)
次に、第4の実施形態について説明する。第4の実施形態では、第2または第3の実施形態の処理を行った後、即ち、溶接電極2A、2Bによる加圧保持を解放した後、溶接後熱処理を行う。この溶接後熱処理の温度(溶接後熱処理温度AT)は下記(8)式を満たし、時間(溶接後熱処理時間At)は下記(9)式を満たす。
120≦AT≦220 ・・・(8)
100≦At≦6000 ・・・(9)
第4の実施形態では、溶接後熱処理温度AT(℃)を、下記(8)式で表される範囲に規定する。
120≦AT≦220 ・・・(8)
第4の実施形態では、溶接後熱処理時間At(sec)を、下記(9)式で表される範囲に規定する。
100≦At≦6000 ・・・(9)
次に、第5の実施形態について説明する。第5の実施形態では、第2または第3の実施形態の処理を行った後、即ち、溶接電極2A、2Bによる加圧保持を解放した後、第4の実施形態の溶接後熱処理を行うまでの間に、適切な放冷を行う。
第5の実施形態では、溶接電極2A、2Bによる加圧保持を解放した後、薄鋼板1A、1Bを放冷することにより、溶接部の表面温度を、下記(10)式を満たす温度CTまで低下させる。
CT≦150 ・・・(10)
Ceqh=[C]+[Si]/40+[Cr]/20 ・・・(11)
Ceqt=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S] ・・・(12)
先ず、下記表1および表2に示す成分を有し、板厚:1.6mm、引張強さ:750MPa以上の17種類の鋼板(高強度冷延鋼板、電気めっき鋼板、および、合金化溶融亜鉛めっき鋼板)を準備した。そして、同鋼種の組合せで重ね合わせ、下記表3および表4に示す条件No.A−1〜No.A−86にて、サーボガンタイプの溶接機を用いてスポット溶接を行ってスポット溶接継手の試験片を作製した。また、一部の試験片に関しては、スポット溶接後に、下記表3および表4に示す条件にて溶接後熱処理を行った。なお、スポット溶接の前に予備実験を行っておき、この予備実験の結果に基づいて、スポット溶接の際の溶接電流を、ナゲット径が1枚の鋼板の板厚の平方根の4.5倍となる値(4.5√t)に設定した。また、なお、1つの条件につき6個の試験片を作製した。
下記表7および表8に示すような、板厚:1.2mmまたは1.6mm、引張強さ:295MPa〜1905MPaの軟鋼板(CR270E)、加工誘起変態型鋼板(CR780T、CR980T)、2相組織型鋼板(CR980Y、CR1180Y、CR1470Y、GA980Y、GA1180Y)、焼入れ型鋼板(CR1470HP、CR1760HP、CR1900HP、Al1470HP)を用い、40mm×40mmの組織観察用試験片を作製した。但し、各記号のうち、CRは冷延鋼板を、GAは合金化亜鉛めっき鋼板を、Alはアルミニウムめっき鋼板を示し、数値は引張強さで表した強度レベルを示す。
「◎:極小」 十字引張強さの平均値に対して最小値が10%以内
「○:小」 十字引張強さの平均値に対して最小値が10%超から15%以内
「△:やや大」 十字引張強さの平均値に対して最小値が15%超から20%以内
「×:大」 十字引張強さの平均値に対して最小値が20%超
下記表9および表10に示すような、上記実施例2と同様の各種鋼板を用い、実施例2と同様の手順で組織観察用試験片および十字引張試験片を作製し、同様の方法で各種試験を行った。この際、上記各試験片のスポット溶接時の加圧力EFを、表9および表10に示す条件とした。その他の条件は上記実施例2と同様の範囲とした。なお、表9に示す条件は、請求項7に規定する条件を満たしており、表10に示す条件は、請求項7に規定する条件の少なくとも一つを満たしていない。
下記表11および表12に示すような、上記実施例2および実施例3と同様の各種鋼板を用い、実施例2および実施例3と同様の手順で組織観察用試験片および十字引張試験片を作製し、同様の方法で各種試験を行った。この際、加圧力EFでの加圧を解放した後、表11および表12に示す条件で溶接後熱処理を行った。その他の条件は上記実施例2と同様の範囲とした。なお、表11に示す条件は、請求項6および8に規定する条件を満たしており、表12に示す条件は、請求項6および8に規定する条件の少なくとも一つを満たしていない。
下記表13および表14に示すような、上記実施例2〜実施例4と同様の各種鋼板を用い、実施例2と同様の手順で組織観察用試験片および十字引張試験片を作製し、同様の方法で各種試験を行った。この際、上記各試験片のスポット溶接時の加圧力EFを、表13および表14に示す条件とした。その他の条件は上記実施例2と同様の範囲とした。なお、表13に示す条件は、請求項7および8に規定する条件を満たしており、表14に示す条件は、請求項7および8に規定する条件の少なくとも一つを満たしていない。
実施例6においては、表11〜表14に示すような、上記実施例4および実施例5と同様の各種鋼板を用い、実施例4および実施例5と同様の手順で組織観察用試験片および十字引張試験片を作製し、同様の方法で各種試験を行った。この際、加圧力EFでの加圧の解放後かつ溶接後熱処理の開始前に、表11〜表14に示す条件(熱処理前温度CT)で放冷を行った。その他の条件は上記実施例4および実施例5と同様の範囲とした。
下記表15および表16に示すような、上記実施例2〜実施例6と同様の各種鋼板および板厚:1.2mmまたは1.6mm、引張強さ:455MPa、618MPaの固溶強化型鋼板(CR440W)、2相組織型鋼板(CR590Y)を用い、実施例2と同様の手順で組織観察用試験片および十字引張試験片を作製し、同様の方法で各種試験を行った。ここで、表15および表16中に示す鋼種のうち、CR440W、CR590Yは日本鉄鋼連盟規格品(JSC440W、JSC590Y)を示す。なお、表15、表16の板組みは、実施例2〜実施例6の場合と異なり、異種同厚、同種異厚、異種異厚の組合せのどれかであり、表15に示す条件は、請求項6または請求項7に規定する条件を満たしており、表16に示す条件は、請求項6および8、請求項7および8に規定する条件を満たしている。
Claims (13)
- 互いにスポット溶接された2枚以上の薄鋼板と、
前記薄鋼板の接合面に形成されたナゲットと、
を有し、
前記2枚以上の薄鋼板のうちの少なくとも1枚の引張強さが750MPa〜1850MPaの高強度鋼板であり、下記(1)式で表される炭素当量Ceqが0.22質量%〜0.55質量%であり、
前記ナゲット内の当該ナゲットの外形の90%の相似形領域を除いたナゲット外層域では、
ミクロ組織が、アーム間隔の平均値が12μm以下のデンドライト組織からなり、
前記ミクロ組織に含まれる炭化物の平均粒径が5nm〜100nmであり、個数密度が2×106個/mm2以上であることを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接継手。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S] ・・・(1)
([C]、[Si]、[Mn]、[P]および[S]は、それぞれC、Si、Mn、PおよびSの各含有量(質量%)を示す。) - 前記高強度鋼板が、
C :0.10質量%〜0.40質量%、
Si:0.01質量%〜2.50質量%、および
Mn:1.5質量%〜3.0質量%を含有し、
Pの含有量が0.03質量%以下であり、
Sの含有量が0.01質量%以下であり、
Nの含有量が0.0100質量%以下であり、
Oの含有量が0.007質量%以下であり、
Alの含有量が1.00質量%以下であり、
残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板のスポット溶接継手。 - 前記高強度鋼板が、さらに、
Ti:0.005質量%〜0.10質量%、
Nb:0.005質量%〜0.10質量%、および
V :0.005質量%〜0.10質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項2に記載の高強度鋼板のスポット溶接継手。 - 前記高強度鋼板が、さらに、
B :0.0001質量%〜0.01質量%、
Cr:0.01質量%〜2.0質量%、
Ni:0.01質量%〜2.0質量%、
Cu:0.01質量%〜2.0質量%、および
Mo:0.01質量%〜0.8質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項2または3に記載の高強度鋼板のスポット溶接継手。 - 前記高強度鋼板が、さらに、Ca、Ce、Mg、およびREMからなる群から選択された少なくとも1種を、合計で0.0001質量%〜0.5質量%の範囲で含有することを特徴とする請求項2乃至4のいずれか1項に記載の高強度鋼板のスポット溶接継手。
- 2枚以上の薄鋼板の接合面にナゲットを形成させるスポット溶接方法であって、
前記2枚以上の薄鋼板のうちの少なくとも1枚の引張強さが750MPa〜1850MPaの高強度鋼板であり、下記(1)式で表される炭素当量Ceqが0.22質量%〜0.55質量%であり、
前記2枚以上の薄鋼板に対する溶接電極の加圧力EF(N)が下記(2)式を満たす条件で溶接通電を行う工程と、
次に、前記加圧力EFを保持したまま、前記溶接通電における溶接電流WC(kA)を用いて定められる下記(4)式を満たす後加熱通電電流PC(kA)、および、下記(5)式を満たす後加熱通電時間Pt(ms)で前記溶接電極に後加熱通電を行う工程と、
次に、前記加圧力EFでの加圧を解放する工程と、
を有し、
前記溶接通電を行う工程と前記後加熱通電を行う工程との間に、前記加圧力EFを保持したまま、下記(3)式を満たす溶接後冷却時間Ct(ms)、前記薄鋼板を冷却し、
前記後加熱通電を行う工程と前記加圧力EFでの加圧を解放する工程との間の前記加圧力EFを保持する保持時間Ht(ms)が下記(6)式を満たすことを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S] ・・・(1)
1960×h≦EF≦3430×h ・・・(2)
16≦Ct≦300 ・・・(3)
0.40×WC≦PC≦0.95×WC ・・・(4)
30≦Pt≦200 ・・・(5)
0≦Ht≦240 ・・・(6)
([C]、[Si]、[Mn]、[P]および[S]は、それぞれC、Si、Mn、PおよびSの各含有量(質量%)を示し、
hは、前記薄鋼板の板厚(mm)を示す。) - 2枚以上の薄鋼板の接合面にナゲットを形成させるスポット溶接方法であって、
前記2枚以上の薄鋼板のうちの少なくとも1枚の引張強さが750MPa〜1850MPaの高強度鋼板であり、下記(1)式で表される炭素当量Ceqが0.22質量%〜0.55質量%であり、
前記2枚以上の薄鋼板に対する溶接電極の加圧力EF(N)が下記(7)式を満たす条件で溶接通電を行う工程と、
次に、前記加圧力EFを保持したまま、前記溶接通電における溶接電流WC(kA)を用いて定められる下記(4)式を満たす後加熱通電電流PC(kA)、および、下記(5)式を満たす後加熱通電時間Pt(ms)で前記溶接電極に後加熱通電を行う工程と、
次に、前記加圧力EFでの加圧を解放する工程と、
を有し、
前記溶接通電を行う工程と前記後加熱通電を行う工程との間に、前記加圧力EFを保持したまま、下記(3)式を満たす溶接後冷却時間Ct(ms)、前記薄鋼板を冷却し、
前記後加熱通電を行う工程と前記加圧力EFでの加圧を解放する工程との間の前記加圧力EFを保持する保持時間Ht(ms)が下記(6)式を満たすことを特徴とする高強度鋼板のスポット溶接方法。
Ceq=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S] ・・・(1)
16≦Ct≦300 ・・・(3)
0.40×WC≦PC≦0.95×WC ・・・(4)
30≦Pt≦200 ・・・(5)
0≦Ht≦240 ・・・(6)
1470×h≦EF<1960×h ・・・(7)
([C]、[Si]、[Mn]、[P]および[S]は、それぞれC、Si、Mn、PおよびSの各含有量(質量%)を示し、
hは、前記薄鋼板の板厚(mm)を示す。) - 前記加圧を解放する工程の後に、
前記薄鋼板を、下記(8)式を満たす溶接後熱処理温度AT(℃)に下記(9)式を満たす溶接後熱処理時間At(s)、保持する工程を有することを特徴とする請求項6または7に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
120≦AT≦220 ・・・(8)
100≦At≦6000 ・・・(9) - 前記加圧を解放する工程と前記薄鋼板を前記溶接後熱処理温度に保持する工程との間に、
前記薄鋼板を放冷して、前記薄鋼板の前記溶接電極が接触していた部分の表面温度を下記(10)式を満たす温度CT(℃)まで低下させる工程を有することを特徴とする請求項8に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
CT≦150 ・・・(10) - 前記高強度鋼板は、
C :0.10質量%〜0.40質量%、
Si:0.01質量%〜2.50質量%、および
Mn:1.5質量%〜3.0質量%を含有し、
Pの含有量が0.03質量%以下であり、
Sの含有量が0.01質量%以下であり、
Nの含有量が0.0100質量%以下であり、
Oの含有量が0.007質量%以下であり、
Alの含有量が1.00質量%以下であり、
残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とする請求項6乃至9のいずれか1項に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。 - 前記高強度鋼板が、さらに、
Ti:0.005質量%〜0.10質量%、
Nb:0.005質量%〜0.10質量%、および
V :0.005質量%〜0.10質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項10に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。 - 前記高強度鋼板が、さらに、
B :0.0001質量%〜0.01質量%、
Cr:0.01質量%〜2.0質量%、
Ni:0.01質量%〜2.0質量%、
Cu:0.01質量%〜2.0質量%、および
Mo:0.01質量%〜0.8質量%からなる群から選択された少なくとも1種を含有することを特徴とする請求項10または11に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。 - 前記高強度鋼板が、さらに、Ca、Ce、Mg、およびREMからなる群から選択された少なくとも1種を、合計で0.0001質量%〜0.5質量%の範囲で含有することを特徴とする請求項10乃至12のいずれか1項に記載の高強度鋼板のスポット溶接方法。
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