WO2011025015A1 - 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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nugget
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及川 初彦
秀樹 濱谷
東 昌史
鈴木 規之
史徳 渡辺
丸山 直紀
裕之 川田
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新日本製鐵株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a spot-welded joint and spot-welding method for high-strength steel sheets used in the automotive field and the like.
  • spot-welded joints The important properties of spot-welded joints (hereinafter referred to as spot-welded joints) include tensile strength and fatigue strength, but particularly important is tensile strength.
  • the tensile strength of spot welded joints includes tensile shear strength (TSS) measured by applying a tensile load in the shear direction and cross tensile strength (CTS) measured by applying a tensile load in the peeling direction. .
  • TSS tensile shear strength
  • CTS cross tensile strength
  • Methods for measuring the tensile shear strength and the cross tensile strength are defined in, for example, JIS Z 3136 and JIS Z 3137.
  • the fracture mode during the tensile test is good (breaking occurs around the nugget) and is sufficient High tensile strength is obtained, and the variation is small.
  • the nugget hardness value is high but the toughness value is low, or if segregation in the nugget is significant, peeling rupture (break in the nugget) or partial plug rupture (in the nugget) (Partial breakage) occurs, and a good form of breakage cannot be obtained. In such a case, the tensile strength is remarkably lowered and the variation is increased.
  • defects and cracks in the nugget are considered to be caused by abrupt shrinkage of the nugget after energization. That is, in spot welding, a part of the high-strength steel sheet is melted during energization between the two welding electrodes, and solidifies mainly by heat removal through the welding electrode after the energization is completed. Since the welding electrode is water-cooled, rapid solidification may occur in the thickness direction of the high-strength steel plate when the molten portion is solidified. For this reason, as shown to FIG. 1A, the shrinkage
  • the nugget 103 may shrink in the lateral direction, and the high strength steel plates 101A and 101B that are not heated cannot follow the shrinkage, and as shown in FIG. 1B, the nugget 103 has the high strength steel plates 101A and 101B. In some cases, a longitudinal stress 106 is generated in the nugget 103 due to the tensile stress from 101B.
  • Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 describe methods aimed at solving such problems.
  • temper energization is performed after a certain period of time has elapsed after spot energization, and the spot welds (nugget and heat affected zone) are annealed to reduce the hardness of the weld.
  • spot welds node welds
  • heat affected zone a spot welds
  • these methods have a problem that productivity is lowered because welding takes a long time.
  • peeling fracture within the nugget is likely to occur due to softening of the welded part by tempering.
  • Patent Documents 2 and 3 describe methods for solving the problem that the joint strength decreases.
  • the tempering process is performed by heating the welded portion at a high frequency after spot welding.
  • a separate process is required after welding, and it becomes complicated, and a special device for using a high frequency is required.
  • peeling breakage easily occurs in the nugget due to softening of the welded portion by tempering.
  • Non-Patent Document 2 and Patent Document 4 describe that the tensile strength (peeling strength) of an L-shaped welded joint is improved by heating and maintaining the temperature by a paint baking process in the automobile production process.
  • Non-Patent Document 2 and Patent Document 4 do not clarify the relationship between the steel type or steel plate component (particularly carbon equivalent) and the cross tensile strength.
  • the detailed fracture form of the welded part when various steel types are used, and the relationship between the fracture form and the cross tensile strength are not shown.
  • Non-Patent Document 3 spot welding may be performed using a steel plate having a low carbon equivalent.
  • problems such as difficulty in manufacturing the steel sheet itself due to component restrictions, and failure to obtain necessary mechanical properties occur.
  • a 1470 MPa class hot stamping steel sheet as described in Patent Document 5 is used, a quenching process is required, and thus it is difficult to lower the carbon equivalent.
  • Patent Document 6 describes a method in which spot welding is performed using a predetermined high-strength steel plate, and temper energization is performed under predetermined conditions after energization of welding to reduce the hardness of the welded portion.
  • the predetermined high-strength steel sheet a steel sheet in which the carbon equivalent is specified in a predetermined range and the slope of the stress-strain diagram in the range of 3 to 7% of the true strain obtained by a tensile test is specified to be 5000 MPa or more is used.
  • this method also has a problem that peeling and breaking within the nugget is likely to occur due to softening of the weld.
  • Patent Document 7 describes a method in which post-heat energization is performed at a current value equal to or greater than a main energization current value after nugget formation by main energization.
  • Patent Document 8 describes a method in which post-heat energization is performed by increasing the applied pressure after nugget formation by main energization.
  • these methods also have a problem that a high joint strength cannot be obtained stably.
  • JP 2002-103048 A JP 2009-125801 A JP 2009-127119 A JP 2009-299797 A JP 2002-102980 A JP 2009-138223 A JP 2010-115706 A JP 2010-149187 A
  • inclusions may be formed in the nugget.
  • this inclusion may become a starting point of the crack and cause peeling rupture or partial plug rupture.
  • the joint strength is significantly reduced or the joint strength varies, and the reliability of the spot welded joint is impaired.
  • the present invention prevents the occurrence of defects and cracks during spot welding even when the tensile strength of a high-strength steel sheet that is a material to be welded is 750 MPa or more, improves joint strength, and reduces variations in joint strength. It is another object of the present invention to provide a spot welded joint and a spot welding method capable of obtaining a highly reliable weld while ensuring good workability.
  • the present inventors have determined that the nugget microstructure is appropriate in a spot welded joint of a high-strength steel sheet having a predetermined tensile strength and a predetermined composition. It was found that the tensile strength of spot welded joints can be improved and the variation in tensile strength can be reduced. Further, it has also been found that such a spot welded joint can be obtained while avoiding a significant increase in cost and the like by defining an energization pattern and the like appropriately. That is, the gist of the present invention is as follows.
  • the microstructure consists of a dendrite structure with an average arm spacing of 12 ⁇ m or less, A spot-welded joint for high-strength steel sheets, wherein the carbides contained in the microstructure have an average particle diameter of 5 nm to 100 nm and a number density of 2 ⁇ 10 6 pieces / mm 2 or more.
  • Ceq [C] + [Si] / 30 + [Mn] / 20 + 2 [P] +4 [S] ...
  • the high-strength steel plate is C: 0.10% by mass to 0.40% by mass, Si: 0.01% by mass to 2.50% by mass, and Mn: 1.5% by mass to 3.0% by mass, P content is 0.03 mass% or less, S content is 0.01 mass% or less, N content is 0.0100 mass% or less, O content is 0.007 mass% or less, Al content is 1.00 mass% or less,
  • the high-strength steel sheet Ti: 0.005 mass% to 0.10 mass%, [2], characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of Nb: 0.005 mass% to 0.10 mass%, and V: 0.005 mass% to 0.10 mass%.
  • Nb 0.005 mass% to 0.10 mass%
  • V 0.005 mass% to 0.10 mass%
  • the high-strength steel sheet, B 0.0001 mass% to 0.01 mass%, Cr: 0.01% by mass to 2.0% by mass, Ni: 0.01% by mass to 2.0% by mass, [2] or at least one selected from the group consisting of Cu: 0.01% by mass to 2.0% by mass and Mo: 0.01% by mass to 0.8% by mass
  • the high-strength steel sheet further contains at least one selected from the group consisting of Ca, Ce, Mg, and REM in a range of 0.0001% by mass to 0.5% by mass in total.
  • the high-strength steel spot welded joint according to any one of [2] to [4].
  • the nugget is a thin steel plate portion that has been melted and solidified by spot welding.
  • a spot welding method in which a nugget is formed on a joint surface of two or more thin steel plates, At least one of the two or more thin steel plates is a high strength steel plate having a tensile strength of 750 MPa to 1850 MPa, and a carbon equivalent Ceq represented by the following formula (1) is 0.22 mass% to 0.55.
  • the post-heating energization current PC (kA) that satisfies the following equation (4) defined by using the welding current WC (kA) in the welding energization while maintaining the pressure EF, and the following equation (5)
  • the step of releasing the pressurization with the applied pressure EF Have Between the step of conducting the welding energization and the step of performing the post-heating energization, the post-welding cooling time Ct (ms) satisfying the following expression (3) is maintained while the pressure EF is maintained, and the thin steel plate is cooled.
  • the holding time Ht (ms) for holding the pressurizing force EF between the step of performing post-heating energization and the step of releasing the pressurization with the pressurizing force EF satisfies the following expression (6): Spot welding method for high-strength steel sheets.
  • Ceq [C] + [Si] / 30 + [Mn] / 20 + 2 [P] +4 [S] ...
  • a spot welding method in which a nugget is formed on a joint surface of two or more thin steel plates, The tensile strength of at least one of the two or more thin steel plates is 750 MPa to 1850 MPa, and the carbon equivalent Ceq represented by the following formula (1) is 0.22 mass% to 0.55 mass%.
  • the post-heating energization current PC (kA) that satisfies the following equation (4) defined by using the welding current WC (kA) in the welding energization while maintaining the pressure EF, and the following equation (5)
  • the step of releasing the pressurization with the applied pressure EF Have Between the step of conducting the welding energization and the step of performing the post-heating energization, the post-welding cooling time Ct (ms) satisfying the following expression (3) is maintained while the pressure EF is maintained, and the thin steel plate is cooled.
  • the holding time Ht (ms) for holding the pressurizing force EF between the step of performing post-heating energization and the step of releasing the pressurization with the pressurizing force EF satisfies the following expression (6): Spot welding method for high-strength steel sheets.
  • Ceq [C] + [Si] / 30 + [Mn] / 20 + 2 [P] +4 [S] ...
  • the high-strength steel plate is C: 0.10% by mass to 0.40% by mass, Si: 0.01% by mass to 2.50% by mass, and Mn: 1.5% by mass to 3.0% by mass, P content is 0.03 mass% or less, S content is 0.01 mass% or less, N content is 0.0100 mass% or less, O content is 0.007 mass% or less, Al content is 1.00 mass% or less,
  • the spot welding method for high-strength steel sheets according to any one of [6] to [9], wherein the balance is Fe and inevitable impurities.
  • the high-strength steel sheet Ti: 0.005 mass% to 0.10 mass%, [10] characterized in that it contains at least one selected from the group consisting of Nb: 0.005 mass% to 0.10 mass%, and V: 0.005 mass% to 0.10 mass%.
  • the spot welding method of the high strength steel plate as described.
  • the high-strength steel sheet, B 0.0001 mass% to 0.01 mass%, Cr: 0.01% by mass to 2.0% by mass, Ni: 0.01% by mass to 2.0% by mass, [10] or at least one selected from the group consisting of Cu: 0.01% by mass to 2.0% by mass and Mo: 0.01% by mass to 0.8% by mass [11]
  • the high-strength steel sheet further contains at least one selected from the group consisting of Ca, Ce, Mg, and REM in a range of 0.0001% by mass to 0.5% by mass in total.
  • the method for spot welding high strength steel sheets according to any one of [10] to [12].
  • the step of holding the high-strength steel sheet at the heat treatment temperature after welding after releasing the pressure may be performed by paint baking during the automobile production process.
  • the characteristics of the high-strength steel sheet can be further improved without adding a new step of heat-treating the high-strength steel sheet. That is, a high-strength vehicle body can be obtained without reducing productivity.
  • the nugget mode and the conditions of each process are controlled, it is possible to prevent the occurrence of shrinkage defects and cracks in the nugget while ensuring good workability, and the fracture form is good Thus, there is little variation in joint strength and a sufficiently high joint strength can be obtained, and a highly reliable spot welded joint can be obtained.
  • FIG. 1A is a schematic diagram showing shrinkage defects.
  • FIG. 1B is a schematic diagram showing vertical cracks.
  • FIG. 2A is a schematic view showing the spot welded joint according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a schematic diagram showing the nugget outer layer region.
  • FIG. 3A is a schematic diagram illustrating a spot welding method according to the second embodiment.
  • FIG. 3B is a schematic diagram illustrating the spot welding method in the order of steps following FIG. 3A.
  • FIG. 3C is a schematic diagram illustrating the spot welding method in the order of steps following FIG. 3B.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an energization pattern of current flowing between welding electrodes.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing a spot welded joint including three thin steel plates.
  • FIG. 6A is a schematic diagram illustrating an example of a nugget.
  • FIG. 6B is a schematic diagram illustrating another example of a nugget.
  • FIG. 6C is a schematic diagram illustrating still another example of the nugget.
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing a cross tension test method.
  • FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of a nugget after fracture.
  • FIG. 9A is a schematic diagram showing peeling fracture.
  • FIG. 9B is a schematic diagram showing plug rupture.
  • FIG. 9C is a schematic diagram showing a partial plug fracture.
  • FIG. 2A is a schematic view showing the spot welded joint according to the first embodiment.
  • the microstructure has an average value of the arm spacing. Is composed of a dendrite structure of 12 ⁇ m or less, the average particle size of carbides contained in the microstructure is 5 nm to 100 nm, and the number density is 2 ⁇ 10 6 pieces / mm 2 or more.
  • Microstructure of Nugget 3 Here, the reason for limiting the microstructure of the nugget 3 will be described.
  • the average particle size of carbides contained in the microstructure of the nugget 3 is 5 nm to 100 nm.
  • the microstructure of the nugget 3 contains a lot of martensite having high strength and low toughness.
  • carbides are precipitated in the microstructure of the nugget 3, the toughness is improved as the nugget 3 is softened. If it is less than 5 nm, the effect of improving the toughness of the nugget 3 is small.
  • the average particle size of the carbide exceeds 100 nm, cracks are generated in the nugget 3 starting from coarse carbides. It is difficult to improve and joint strength tends to vary.
  • the average particle size of the carbide is 5 to 100 nm. From the viewpoint of stably securing joint strength even when there are fluctuations in welding conditions during mass production of automobile parts, such as wear at the electrode tip and gaps between plates when welding, the average grain size of carbide
  • the upper limit of the diameter is more preferably 60 nm or less.
  • carbide type Although the kind of carbide
  • carbides such as Mo, Cr, Nb, Ti, and V can be precipitated by high-frequency heating or ordinary tempering, so that both the strength and toughness of the nugget can be achieved.
  • heat treatment at a high temperature for example, 500 ° C. or more is required. This is because these substitutional elements need to be diffused and concentrated.
  • tempering at a low temperature for example, less than 500 ° C.
  • a low temperature for example, less than 500 ° C.
  • the number of carbides included in the microstructure of the nugget 3 The density is 2 ⁇ 10 6 pieces / mm 2 or more.
  • the toughness is improved as the nugget 3 is softened.
  • the number density of carbides is less than 2 ⁇ 10 6 pieces / mm 2 , it is difficult to sufficiently improve toughness. Therefore, the number density of carbides is 2 ⁇ 10 6 pieces / mm 2 or more.
  • the number density of the carbide is preferably 3 ⁇ 10 6 pieces / mm 2 or more, and more preferably 4 ⁇ 10 6 pieces / mm 2 or more.
  • the upper limit of the number density of carbides is not particularly limited, but is, for example, 1 ⁇ 10 9 pieces / mm 2 .
  • Step structure of nugget 3 If the total volume fraction of retained austenite and fresh martensite contained in the microstructure of the nugget 3 exceeds 15%, the toughness is lowered and cracks are likely to occur in the nugget 3, and it is difficult to obtain sufficiently high joint strength and toughness. . Therefore, the total volume fraction of retained austenite and fresh martensite contained in the microstructure of the nugget 3 is preferably 15% or less.
  • this total volume ratio is more preferably 10% or less from the viewpoint of suppressing the deterioration of the fractured form and ensuring the joint strength more stably, and further, the welding condition in mass production of automobile members From the viewpoint of stably securing the joint strength even when there is a fluctuation, for example, a wear of the electrode tip or a gap between the plates when welding, it is more preferably 5% or less.
  • Other structures included in the microstructure of the nugget 3 are not particularly limited.
  • the microstructure is preferably composed of tempered martensite on which carbides are precipitated, and may include bainite.
  • fresh martensite refers to martensite that does not contain carbides inside or that has a number density of internal carbides of 1 ⁇ 10 4 pieces / mm 2 or less.
  • fresh martensite is present in a nugget formed by cooling immediately after welding, and is converted into martensite containing carbides by a subsequent heat treatment.
  • a high strength steel sheet having a tensile strength of 750 MPa or more contains a large amount of Si and Mn, if it is cooled immediately without performing a heat treatment after the welding, carbides are contained in the martensite generated during cooling. Is difficult to precipitate.
  • the average particle size and number density of carbides and the steel structure are specified by the following method.
  • a test piece containing a nugget is cut out from a spot welded joint, embedded in a resin or the like and polished, and the polished surface is corroded with a nital reagent.
  • observation is performed using a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM) with a magnification of 1000 to 100,000.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • the average particle size and number density of the carbides are obtained by observing 20 fields of view at 100000 times using TEM, and obtaining the average values.
  • carbonized_materials is plate shape or needle shape, the particle size of such carbide
  • the microstructure of the nugget 3 is composed of a dendrite structure having an average arm interval of 12 ⁇ m or less.
  • the larger the arm spacing of the dendrite the larger the width of the P or S segregation band between the arms.
  • interval exceeds 12 micrometers, toughness will fall significantly with the segregation of P and S, and it will become easy to produce a crack in a nugget.
  • the average value of the arm spacing is 12 ⁇ m or less, the segregation of P and S contained in the nugget is reduced, the toughness is improved, and cracks are less likely to occur.
  • the average value of the arm interval is set to 12 ⁇ m or less. Further, from the viewpoint of suppressing the deterioration of the fracture form and securing the joint strength more stably, the average value of the arm interval is preferably 10 ⁇ m or less. Furthermore, from the viewpoint of stably securing the joint strength even when there are fluctuations in welding conditions during mass production of automobile members, for example, the wear of the electrode tip and the gap between the plates when welding, the thickness is 8 ⁇ m or less. Even more preferred.
  • the average value of the arm interval is set to 12 ⁇ m or less.
  • the arm interval of the dendrite structure is specified by the following method. First, a test piece containing a nugget is cut out from a spot welded joint, and this is embedded in a resin or the like and polished. At this time, a surface perpendicular to the rolling direction is defined as a polished surface. Next, a dendrite structure is revealed using a solution comprising a saturated picric acid aqueous solution and a surfactant described in “Iron and Steel, 1975, Vol. 61, No. 6, p110”. And the observed dendrite structure
  • the range defining the crystal form and the average grain size and number density of the carbide is the nugget outer layer region 3c excluding the 90% similar region 3b of the outer shape 3a of the nugget 3 in the nugget 3.
  • the outer peripheral portion tends to contribute more to the joint strength than the central portion of the nugget 3.
  • the inventors have confirmed experimentally that the effects of the present invention can be obtained if at least the aspect of the crystal in the nugget outer layer region 3c and the average particle diameter and number density are within the above numerical ranges. Yes.
  • the tensile strength of the high-strength steel plate is 750 MPa to 1850 MPa.
  • the load acting on the spot welded joint increases, and the stress concentration at the welded portion increases, so that high joint strength is required.
  • the cross tensile strength of the spot welded joint increases in proportion to the strength up to the 590 to 780 MPa class steel plate, but conversely decreases in the steel plate having a strength higher than that.
  • the tensile strength of a high-strength steel sheet When the tensile strength of a high-strength steel sheet is as low as less than 750 MPa, the value of the cross tensile strength is originally high and the load on the spot welded joint is small. Dots are unlikely to occur. For this reason, the tensile strength of a high-strength steel plate shall be 750 MPa or more. On the other hand, if the tensile strength of the high-strength steel plate exceeds 1850 MPa, it is difficult to suppress the deterioration of the fracture form of the spot-welded joint, and the accompanying decrease in joint strength and variations, and defects and cracks in the nugget. It becomes difficult to suppress this. For this reason, the tensile strength of a high-strength steel plate shall be 1850 MPa or less.
  • the carbon equivalent Ceq represented by the following formula (1) of the high-strength steel plate is 0.22% by mass to 0.55% by mass.
  • Ceq [C] + [Si] / 30 + [Mn] / 20 + 2 [P] +4 [S] ...
  • [C], [Si], [Mn], [P] and [S] indicate the contents (mass%) of C, Si, Mn, P and S, respectively.
  • the carbon equivalent Ceq exceeds 0.55% by mass, the hardness of the nugget 3 and the surrounding heat-affected zone 4 increases, and the amount of segregation increases. For these reasons, the deformability and toughness of the nugget 3 are reduced, cracks are generated in the nugget 3, and the fracture mode is deteriorated. In addition, joint strength decreases and varies with the deterioration of the fracture mode. On the other hand, when the carbon equivalent Ceq is less than 0.22% by mass, problems relating to the fracture mode and joint strength of the spot welded joint are unlikely to occur.
  • composition of chemical components constituting the high-strength steel plate is not particularly limited as long as the carbon equivalent Ceq is within a predetermined range, but is preferably as follows.
  • ⁇ C 0.10% by mass to 0.40% by mass ⁇ C is a strengthening element and improves the tensile strength of steel. Moreover, the higher the C content of the steel, the higher the C content of the nugget, and the driving force for precipitation of carbides during tempering increases, and the precipitation of carbides is promoted. However, when the C content is less than 0.10% by mass, it is difficult to obtain a tensile strength of 750 MPa or more, and it is difficult to sufficiently precipitate carbide. Moreover, when C content exceeds 0.40 mass%, the workability of a high-strength steel plate will fall easily. Accordingly, the C content is preferably 0.10% by mass to 0.40% by mass.
  • Si 0.01% to 2.50% by mass
  • Si is a strengthening element and increases the strength of steel by solid solution strengthening and structure strengthening.
  • the Si content exceeds 2.50% by mass, the workability of the steel tends to decrease.
  • the Si content is preferably 0.01% by mass to 2.50% by mass.
  • Mn 1.5 mass% to 3.0 mass% ⁇ Mn increases the strength of the steel.
  • the Mn content exceeds 3.0% by mass, the moldability tends to deteriorate.
  • the Mn content is less than 1.5% by mass, it is difficult to obtain a tensile strength of 750 MPa or more. Therefore, the Mn content is preferably 1.5% by mass to 3.0% by mass.
  • ⁇ P 0.03 mass% or less ⁇ P causes embrittlement of the nugget. And when P content exceeds 0.03 mass%, the crack in a nugget tends to arise and it is difficult to obtain sufficient joint strength. Therefore, the P content is preferably 0.03% by mass or less. In addition, in order to make P content less than 0.001 mass%, since a cost rises, it is not preferable.
  • S causes embrittlement of the nugget. Further, S is combined with Mn to form coarse MnS, thereby reducing workability. And when S content exceeds 0.01 mass%, it is easy to produce the crack in a nugget and it is difficult to obtain sufficient joint strength. In addition, the workability is likely to be significantly reduced. Therefore, the S content is preferably 0.01% by mass or less. In order to make the S content less than 0.0001% by mass, the cost increases, which is not preferable.
  • N forms coarse nitrides and deteriorates moldability. N also causes blowholes during welding. And when N content exceeds 0.0100 mass%, such a tendency will become remarkable. Therefore, the N content is preferably 0.0100% by mass or less. In order to make the N content less than 0.0005% by mass, the cost increases, which is not preferable.
  • O forms an oxide and deteriorates moldability. And when O content exceeds 0.007 mass%, this tendency will become remarkable. Therefore, the O content is preferably 0.007% by mass or less. In order to make the O content less than 0.0005% by mass, the cost increases, which is not preferable.
  • Al is a ferrite stabilizing element and suppresses precipitation of cementite. For this reason, it is contained for the control of the steel structure.
  • Al also functions as a deoxidizer.
  • Al is very easy to oxidize, and when the Al content exceeds 1.00% by mass, inclusions increase and formability tends to deteriorate. Therefore, the Al content is preferably 1.00% or less.
  • the following elements may be selectively contained in the high-strength steel plate as necessary.
  • ⁇ Ti 0.005 mass% to 0.10 mass% ⁇ ⁇ Nb: 0.005 mass% to 0.10 mass% ⁇ ⁇ V: 0.005 mass% to 0.10 mass% ⁇
  • Ti, Nb, and V are steel strengthening elements. These elements contribute to an increase in the strength of steel by precipitation strengthening, fine grain strengthening by suppressing the growth of ferrite crystal grains, and dislocation strengthening by suppressing recrystallization. However, when the content thereof is less than 0.005% by mass, the above effect is small. On the other hand, if these contents exceed 0.10 mass%, the moldability tends to deteriorate. Therefore, the content of these elements is preferably 0.005% by mass to 0.10% by mass.
  • ⁇ B 0.0001 mass% to 0.01 mass% ⁇ B strengthens steel by control of steel structure.
  • the B content is less than 0.0001% by mass, it is difficult to sufficiently improve the strength.
  • the B content exceeds 0.01% by mass, the above effect is saturated. Therefore, the B content is preferably 0.0001% by mass to 0.01% by mass.
  • ⁇ Cr 0.01% to 2.0% by mass ⁇ ⁇ Ni: 0.01% to 2.0% by mass ⁇ ⁇ Cu: 0.01% to 2.0% by mass ⁇ ⁇ Mo: 0.01% to 0.8% by mass ⁇ Cr, Ni, Cu, and Mo are elements that contribute to improving the strength of steel, and can be used in place of a part of Mn, for example.
  • the content of these elements is preferably 0.01% by mass or more.
  • the Cr, Ni, and Cu contents are preferably 2.0% by mass or less, and the Mo content is preferably 0.8% by mass or less.
  • ⁇ Ca, Ce, Mg, and REM (rare earth metal) at least one selected from the group consisting of: 0.0001 mass% to 0.5 mass% in total ⁇ Ca, Ce, Mg, and REM can reduce the size of the oxide after deoxidation and the size of the sulfide present in the hot-rolled steel sheet, and contribute to the improvement of formability.
  • the total content is less than 0.0001% by mass, the above effect is small.
  • these contents exceed 0.5% by mass in total, the moldability tends to be lowered. Accordingly, the total content of these elements is preferably in the range of 0.0001 mass% to 0.5 mass%.
  • REM is an element belonging to the lanthanoid series
  • REM and Ce can be added to molten steel as misch metal at the stage of steelmaking.
  • lanthanoid series elements may be contained in combination.
  • the steel type of the high strength steel plate is not particularly limited.
  • Steel types of high-strength steel sheets include, for example, a two-phase structure type (for example, a structure containing martensite in ferrite and a structure containing bainite in ferrite), a work-induced transformation type (structure containing residual austenite in ferrite), and quenching Any type of steel may be used, such as a mold (martensitic structure) and a fine crystal type (ferrite main structure). Even if it is a high-strength steel plate made of any steel type, the fracture form can be made good, and the reduction and variation in joint strength can be suppressed.
  • a plating layer may be formed on the surface of the high-strength steel plate.
  • the plating layer include Zn-based, Zn-Fe-based, Zn-Ni-based, Zn-Al-based, Zn-Mg-based, Pb-Sn-based, Sn-Zn-based, and Al-Si-based.
  • the high-strength steel plate provided with the Zn-based plating layer include alloyed hot-dip galvanized steel plate, hot-dip galvanized steel plate, and electrogalvanized steel plate.
  • the basis weight of the plating layer is not particularly limited, but is preferably 100 g / m 2 or less in terms of the basis weight on one side. This is because if the basis weight of plating exceeds 100 g / m 2 per side, the plating layer may become an obstacle during welding.
  • the plating layer may be formed on only one side or on both sides.
  • An inorganic or organic film for example, a lubricating film or the like may be formed on the surface layer of the plating layer.
  • the plate thickness of the high-strength steel plate is not particularly limited. For example, it may be about the thickness (0.5 mm to 3.2 mm) of a high-strength steel plate generally used for a car body of an automobile. However, since the stress concentration around the nugget increases as the thickness of the high-strength steel plate increases, the thickness of the high-strength steel plate is preferably 2.0 mm or less.
  • the thin steel plates 1A and 1B may be high strength steel plates having different steel types, and one of the thin steel plates 1A and 1B may be a mild steel plate.
  • the plate thicknesses may be different from each other.
  • three or more high-strength steel plates may be joined by spot welding, and some of them may be mild steel plates. Generally, the thickness of a thin steel plate is 6 mm or less.
  • the joint strength can be improved even with a high-strength steel sheet of 750 to 1850 MPa, and variations in joint strength can be sufficiently reduced. It is also possible. Moreover, the fracture
  • the second embodiment is a method of performing spot welding of the above-described thin steel plates 1A and 1B, and FIGS. 3A to 3C are schematic views showing the spot welding method according to the second embodiment.
  • this energization includes welding energization and post-heating energization. As a result of such predetermined energization, a portion where the metal is melted is formed between the two thin steel plates 1A and 1B.
  • a nugget (nugget portion) 3 having, for example, a substantially elliptical cross section is formed between the two thin steel plates 1A and 1B.
  • the pressing of the welding electrodes 2A and 2B to the thin steel plates 1A and 1B is released, and the welding electrodes 2A and 2B are separated from the thin steel plates 1A and 1B as shown in FIG. 3C.
  • welding energization is performed under the condition that the applied pressure EF (N) of the welding electrodes 2A and 2B with respect to the thin steel plates 1A and 1B satisfies the following expression (2).
  • the post-heating energization current PC (kA) that satisfies the following equation (4) defined by using the welding current WC (kA) in welding energization is satisfied, and the following equation (5) is satisfied, while maintaining the pressurizing force EF.
  • Post-heating energization is performed on the welding electrodes 2A and 2B in the post-heating energization time Pt (ms). Next, the pressurization with the applied pressure EF is released.
  • the post-weld cooling time Ct (ms) satisfying the following formula (3) and the thin steel plates 1A and 1B are cooled while maintaining the applied pressure EF.
  • the holding time Ht (ms) for holding the pressurizing force EF from when the post-heating energization is performed until the pressurization with the pressurizing force EF is released is made to satisfy the following formula (6).
  • the tensile strength of one or both of the thin steel plates 1A and 1B, which are welded materials is 750 MPa to 1850 MPa, and the carbon equivalent Ceq is 0.22 mass% to 0.55 mass%.
  • martensite that is hard and has low toughness is formed in the nugget and the heat-affected zone, and stress concentration tends to occur in the nugget. And these cause deterioration of the fracture form of a spot welded joint, reduction in joint strength, variation, and the like.
  • the fracture mode is improved, and the joint strength is improved and the variation in joint strength is reduced accordingly. An effect is acquired and reliability can be improved.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of an energization pattern of a current flowing between the welding electrodes 2A and 2B.
  • the vertical axis of the graph shown in FIG. 4 indicates current (I), and the horizontal axis indicates time (t).
  • the energization is completely stopped and cooling is performed for the post-weld cooling time Ct. Subsequently, after-heating energization time Pt is performed with a post-heating energization current PC lower than the welding current WC. Then, after the energization of the post-heating energization is completed, the welding electrodes 2A and 2B are separated from the thin steel plates 1A and 1B when the holding time Ht has elapsed, and the applied pressure is released.
  • the current (I) rising pattern at the start of welding energization may be an upslope (gradually increasing current) pattern as shown in FIG. 4 or without providing such an upslope pattern. It is good also as a pattern which raises to welding current WC instantly.
  • the applied pressure EF (Pressure force on thin steel plates 1A and 1B of welding electrodes 2A and 2B: EF)
  • the applied pressure EF (N) is defined in a range represented by the following expression (2). 1960 ⁇ h ⁇ EF ⁇ 3430 ⁇ h (2)
  • h shows the plate
  • the applied pressure EF of the welding electrodes 2A and 2B greatly affects the occurrence of defects and cracks in the nugget 3.
  • the applied pressure EF is less than “1960 ⁇ h” (N)
  • the applied pressure EF exceeds “3430 ⁇ h” (N)
  • the dents at the portions where the welding electrodes 2A and 2B are in contact with each other become large, which not only deteriorates the appearance but also reduces the joint strength. Connected.
  • a robot arm having high rigidity is used as a welding gun (a device that applies a pressurizing force to the welding electrodes 2A and 2B and energizes the welding electrodes 2A and 2B).
  • the applied pressure EF is set to “1960 ⁇ h” (N) or more and “3430 ⁇ h” (N) or less.
  • the tip diameter of the welding electrodes 2A and 2B becomes too large, the surface pressure at the tip will be reduced, and the above effect will be difficult to obtain. For this reason, it is preferable to use the welding electrodes 2A and 2B having a tip diameter of about 6 mm to 8 mm.
  • the average value may be used as “h” in the equation (2).
  • the sum of the thicknesses of all the thin steel sheets is obtained, and the value obtained by dividing the sum into two is used as “h” in the equation (2). It ’s fine.
  • the welding current WC and the energization time are not particularly limited.
  • the current value and the energization time that have been conventionally employed may be set.
  • the power source is not particularly limited, and an AC, DC inverter, AC inverter, or the like can be used.
  • the cooling time Ct immediately after welding has a great influence on the dendrite structure (diendrite distance, etc.) of the nugget 3 and the segregation state.
  • the cooling time Ct is less than 16 ms, it is not possible to obtain the effect of improving the fracture mode and improving the joint strength and reducing the variation in joint strength.
  • the cooling time Ct exceeds 300 ms, the temperature is excessively lowered and the above effect is reduced, and the productivity is lowered. Accordingly, the cooling time Ct is set to 16 ms or more and 300 ms or less. In order to avoid a decrease in productivity as much as possible, it is desirable that the cooling time Ct is in the range of 16 ms to 300 ms.
  • the post-heating energization current PC (kA) after welding is defined within a range represented by the following equation (4). 0.40 ⁇ WC ⁇ PC ⁇ 0.95 ⁇ WC (4) However, in the above equation (4), WC is the welding current (kA).
  • Post-heating current PC greatly affects the structure and segregation state of the nugget and heat affected zone.
  • the post-heating energization current PC is less than “0.40 ⁇ WC” (kA)
  • the effect of improving the fracture mode and improving the joint strength and reducing the variation in joint strength associated therewith cannot be obtained.
  • the post-heating energization current PC exceeds “0.95 ⁇ WC” (kA)
  • the post-heating energization current PC is set to “0.40 ⁇ WC” (kA) or more and “0.95 ⁇ WC” (kA) or less.
  • the post-heating energization current PC is preferably “0.70 ⁇ WC” (kA) or more and “0.85 ⁇ WC” (kA) or less. This is because the above-mentioned effect appears remarkably.
  • the post-heating energization time Pt (ms) after welding is defined within a range represented by the following equation (5). 30 ⁇ Pt ⁇ 200 (5)
  • the post-heating energization time Pt has a great influence on the structure and segregation state of the nugget and the heat-affected zone, like the above-described post-heating energization current PC.
  • the post-heating energization time Pt is less than 30 ms, it is not possible to obtain the effect of improving the fracture mode and improving the joint strength and reducing the variation in joint strength.
  • the post-heating energization time Pt exceeds 200 ms, the above effect is reduced, and the productivity is lowered. Therefore, the post-heating energization time Pt is set to 30 ms or more and 200 ms or less.
  • the post-heating energization time Pt is preferably 40 ms or more and 200 ms or less. This is because the above-mentioned effect appears remarkably.
  • the holding time Ht (ms) for pressurizing and holding the thin steel plates 1A and 1B with the welding electrodes 2A and 2B is defined in a range represented by the following expression (6). 0 ⁇ Ht ⁇ 240 (6)
  • the pressurizing force EF (N) when holding the thin steel plates 1A and 1B with the welding electrodes 2A and 2B with the holding time Ht in the above range is a range represented by, for example, the above formula (2).
  • the holding time Ht greatly affects the structure of the nugget and the heat-affected zone and the occurrence of defects and cracks in the nugget 3.
  • the holding time Ht exceeds 240 ms, the effect of improving the fracture mode and the accompanying improvement in joint strength and reducing variation in joint strength is reduced, and the productivity is reduced. This is because the time required to start air cooling accompanying the separation of the welding electrodes 2A and 2B becomes longer. Therefore, the holding time Ht is set to 240 ms or less. Further, the holding time Ht is desirably shorter in order to start the air cooling at an early stage and stably obtain the above effect, and is particularly preferably 0 ms or more and 100 ms or less.
  • the holding time Ht may be set to 0 ms. Note that the holding time described above is an actual holding time. However, with existing welding machines, the operation of the welding gun is delayed, so the actual holding time is generally longer than the set holding time. is there. There is therefore a need to take this into account.
  • the third embodiment is the same as the second embodiment except that welding energization is performed under the condition that the applied pressure EF (N) of the welding electrodes 2A and 2B with respect to the thin steel plates 1A and 1B satisfies the following expression (7). Perform the process. 1470 ⁇ h ⁇ EF ⁇ 1960 ⁇ h (7)
  • the pressing force EF is less than “1960 ⁇ h” (N)
  • the applied pressure EF is less than “1960 ⁇ h” (N)
  • an effect of significantly increasing the joint strength in the peeling direction is obtained. This is due to the following reason. That is, the heat removal from the welding electrodes 2A and 2B is reduced as the pressurizing force EF is reduced, and the penetration (thickness of the nugget) is increased.
  • the softening zone in the heat affected zone increases, and the spot welded joint is easily deformed when a stress that causes deformation of the high-strength steel plate is applied during actual use or tensile test.
  • stress concentration at the end of the nugget is alleviated.
  • the applied pressure EF is less than “1470 ⁇ h” (N)
  • the occurrence of defects and cracks in the nugget 3 becomes remarkable, and the improvement of the fracture mode and the accompanying improvement in the joint strength and the joint strength are achieved.
  • the effect of reducing variation cannot be obtained.
  • the applied pressure EF exceeds “1960 ⁇ h” (N)
  • the pressing force EF is set to “1470 ⁇ h” (N) or more and less than “1960 ⁇ h” (N).
  • the post-weld heat treatment is performed after performing the processing of the second or third embodiment, that is, after releasing the pressure holding by the welding electrodes 2A and 2B.
  • the post-weld heat treatment temperature (post-weld heat treatment temperature AT) satisfies the following equation (8)
  • the time (post-weld heat treatment time At) satisfies the following equation (9).
  • the post-weld heat treatment temperature AT (° C.) is defined within a range represented by the following equation (8). 120 ⁇ AT ⁇ 220 (8)
  • the microstructure of the nugget 3 after the pressure holding release is mainly composed of martensite containing no carbide, the hardness value in the nugget 3 is high but the toughness is low. Therefore, by performing an appropriate post-weld heat treatment, carbides can be precipitated and the toughness in the nugget 3 can be improved.
  • the post-weld heat treatment temperature AT greatly contributes to the improvement of the toughness of the nugget 3 and the heat-affected zone due to the decomposition of martensite.
  • the post-weld heat treatment temperature AT is less than 120 ° C., the martensite is not sufficiently decomposed, and it is difficult to obtain the effect of improving the fracture shape, and improving the joint strength and reducing the variation in joint strength.
  • the post-weld heat treatment temperature AT is set to 120 ° C. or higher and 220 ° C. or lower.
  • the post-weld heat treatment temperature AT is preferably 140 ° C. or higher and 200 ° C. or lower. This is because the above-mentioned effect appears remarkably.
  • the post-weld heat treatment temperature AT is in the range of 120 to 220 ° C., and thus the post-weld heat treatment is performed. The effect that there is no deterioration is obtained.
  • the post-weld heat treatment time At (sec) is defined within a range represented by the following equation (9). 100 ⁇ At ⁇ 6000 (9)
  • the post-weld heat treatment time At is set to 100 seconds or more and 6000 seconds or less.
  • the post-weld heat treatment time At is preferably 3600 seconds (1 hour) or less, and more preferably 600 seconds or more and 2400 seconds or less.
  • the toughness of the nugget 3 and the heat-affected zone can be improved, and the effect of improving the fracture shape and accompanyingly improving the joint strength and reducing the variation in joint strength becomes remarkable.
  • the method of the heat processing after welding is not specifically limited, For example, heating in a furnace, burner heating, high frequency heating, etc. can be performed. Moreover, you may perform a paint baking (baking hard) process etc.
  • the Vickers hardness Hv of the nugget 3 and the heat-affected zone is often 400 or more before heat treatment.
  • the nugget 3 and the Vickers hardness Hv of the heat affected zone may be 500 or more.
  • the post-weld heat treatment conditions it is preferable to control the post-weld heat treatment conditions so that the decrease amount ⁇ Hv of the Vickers hardness is about 50 to 150. By controlling such conditions, it is possible to make the effect of improving the fracture mode and the accompanying effect of improving joint strength and reducing variation in joint strength.
  • the heat treatment conditions after welding are appropriately controlled so that the structure of the nugget 3 and the heat-affected zone is changed from the one containing fresh martensite to one not containing fresh martensite by heat treatment. It is preferable to do. That is, the structure before the heat treatment includes fresh martensite, and further includes tempered martensite and / or lower bainite. It is preferable to control the heat treatment conditions so that such a structure does not contain fresh martensite and consists of tempered martensite and / or lower bainite. By making the structure of the nugget 3 and the heat-affected zone into such a structure, the above effect can be obtained more remarkably.
  • the arm interval (diendrite distance) of the dendrite structure is shortened, and a small amount of carbide is precipitated.
  • the post-weld heat treatment is performed under the above-described conditions, even when spot welding is performed on a high-strength steel sheet having a high carbon content, it is possible to suppress the occurrence of strength variations during welding. Is obtained.
  • the microstructure of the nugget 3 that is formed is mainly martensite containing no carbides. 3 toughness can be improved.
  • post-weld heat treatment is performed in the same manner as in the fourth embodiment. If the surface temperature CT of the welded portion, which has decreased during the post-weld heat treatment, exceeds 150 ° C., the post-weld heat treatment is started before the martensitic transformation is completely completed. For this reason, even if the heat treatment after welding is performed, it is difficult to sufficiently obtain the effect of improving the fracture mode and improving the joint strength and reducing the variation in joint strength.
  • the fifth embodiment since the surface temperature CT is lowered to 150 ° C. or less by allowing to cool, the structure of the nugget 3 is almost completely martensitic transformed at the start of the heat treatment after welding. Accordingly, it is possible to obtain the effects of improving the fracture mode and improving the joint strength and reducing the variation in joint strength associated therewith.
  • the spot welded joint according to the first embodiment can be obtained, and defects in the nugget 3 can be secured while ensuring good workability. It is possible to suppress the occurrence of cracks and cracks, and the effects of improving the form of fracture and improving the joint strength and reducing the variation in joint strength associated therewith can be obtained. For this reason, a highly reliable weld can be obtained.
  • the high-strength steel plate that is the target of the spot welding method in the second to fifth embodiments is, for example, a tensile strength used for reinforcing parts or the like for improving safety of an automobile body and a carbon equivalent of 750 MPa or more.
  • a high-strength steel sheet that is high in strength and is a high-strength steel sheet that is concerned about a decrease in strength or variation in spot welds.
  • a spot with high efficiency and high reliability can be used within the range of actual operation without using a special device. A welded joint can be obtained.
  • the composition of the high-strength steel sheet is not particularly limited as long as the carbon equivalent Ceq is within an appropriate range, and the above effects can be obtained.
  • the C content is preferably 0.40% by mass to 0.10% by mass
  • the Si content is 2.50% by mass to 0.01% by mass.
  • the Mn content is preferably 3.0% by mass to 1.5% by mass.
  • the P content is preferably 0.03% by mass or less
  • the S content is preferably 0.01% by mass or less
  • the N content is preferably 0.0100% by mass or less
  • the O content is preferably 0.007% by mass or less
  • the Al content is preferably 1.00% by mass or less.
  • the content of other elements is preferably in the same range as in the first embodiment. Even when there are fluctuations in welding conditions during mass production of automobile parts, such as wear at the tip of the electrode or fluctuations in the gap between the plates when welding, ensuring a more stable and high joint strength, This is for further suppressing variation.
  • equation (11) represents the carbon equivalent Ceqh related to the hardness of the nugget of the high-strength steel plate
  • the numerical value of the carbon equivalent (Ceqh or Ceqt) represented by the above formula (11) or (12) increases, and as a result, the hardness of the welded portion. Increases and toughness decreases.
  • the hardness of the welded portion increases and the toughness decreases, cracks are likely to occur in the nugget 3, and the fracture mode is deteriorated, reducing the joint strength, particularly the cross tensile strength. Variation occurs.
  • the numerical value of the carbon equivalent Ceqt represented by the above equation (12) is too large, the fracture mode is deteriorated and the joint strength, particularly the cross tensile strength, is reduced or varied.
  • the carbon equivalent Ceq of the high-strength steel sheet is defined in an appropriate range, so that the fracture form is improved, and the joint strength is improved and the variation in joint strength is reduced accordingly. The effect of can be obtained.
  • the thin steel plates 1A, 1B, and 1C may be used, and the same effect as described above can be obtained in the spot welded joint 11 that includes the three thin steel plates 1A, 1B, and 1C. Further, spot welding may be performed on four or more thin steel plates, and the same effect can be obtained in a spot welded joint including four or more thin steel plates.
  • it is not necessary that all the thin steel plates are high-strength steel plates, and some of them may be mild steel plates. Moreover, it is not necessary that all the high-strength steel plates are the same steel type, and a combination of different steel types may be used. Further, the plate thicknesses need not all be the same, and may be a combination of different thicknesses.
  • the tensile strength of at least one sheet is 750 MPa to 1850 MPa.
  • the equivalent Ceq may be 0.22% by mass to 0.55% by mass. Therefore, in the spot welded joint, at least one of the two or more thin steel plates contained therein has a tensile strength of 750 MPa to 1850 MPa, and a carbon equivalent Ceq of 0.22 mass% to 0.55 mass%. If it is good.
  • compositions, tensile strength, and carbon equivalent of the steel sheet combined with the high-strength steel sheet that defines the composition, tensile strength, and carbon equivalent in the present invention are substantially higher than the values specified in the present invention. Since the probability of occurrence of deterioration of the fracture form and accompanying joint strength decrease and joint strength variation increases, the composition, tensile strength, and carbon equivalent of the combined thin steel sheet are the same as those of the high-strength steel sheet specified in the present invention. Or less.
  • the shape of the nugget 3 is not limited to an ellipsoid or a substantially ellipsoid, and the present invention can be applied to any shape of the nugget 3 as shown in FIGS. 6A, 6B, and 6C. Further, regardless of the shape of the nugget 3, it is possible to specify the nugget outer layer region 3c as shown in FIGS. 6A to 6C.
  • Example 1 17 types of steel sheets (high-strength cold-rolled steel sheet, electroplated steel sheet, and alloyed hot-dip zinc having the components shown in Tables 1 and 2 below and having a plate thickness of 1.6 mm and a tensile strength of 750 MPa or more. (Plated steel sheet) was prepared. And it superimposes with the combination of the same steel grade, and condition No. shown in the following Table 3 and Table 4 is shown. A-1 to No. At A-86, spot welding was performed using a servo gun type welding machine to prepare a spot welded joint specimen. Further, some of the test pieces were subjected to post-weld heat treatment after spot welding under the conditions shown in Tables 3 and 4 below.
  • the microstructure of the nugget was observed using one of the six test specimens, and the cross tensile strength was measured using the remaining five specimens.
  • the microstructure was observed using an optical microscope.
  • the measurement of the cross tensile strength was performed based on a cross tension test method (JIS Z3137) of resistance spot welded joints, and the average value of joint strength and the dispersion of joint strength were calculated. That is, as indicated by reference numeral 24 in FIG. 7, the cross tensile test is performed by applying a load in the direction in which the upper test piece 21A is directed upward, the lower test piece 21B is directed downward, and peeled from each other.
  • the cross tensile strength (CTS) was measured.
  • the average value of the cross tensile strength of the test piece prepared in A-86 was evaluated by comparing with the average value of the cross tensile strength of the reference test piece.
  • a spot welded joint having an excellent joint strength was defined as one in which the ratio of the reference specimen to the average value of the cross tensile strength was 1 or more.
  • the nugget outer layer area excluding the 90% similarity region from the nugget is from the boundary between the nugget and the high-strength steel plate. It corresponds to an area having a thickness of about 0.3 mm toward the center of the nugget.
  • the average value of the arm spacing was measured.
  • the ratio (volume ratio) of fresh martensite, tempered martensite and residual martensite constituting the nugget was also measured.
  • the requirement defined in claim 1 was satisfied, so that a spot welded joint having excellent joint strength and small strength variation was obtained.
  • Table 6 the condition No. A-41, no. A-44, no. A-46, no. A-48-No. A-52, no. A-54, no. A-55, no. A-58, no.
  • cooling after welding energization was not performed, or the cooling time Ct after welding energization was too short, the cooling rate after welding could not be increased, and the dendrite arm interval was large. .
  • the segregation of P and S is large, and even if the heat treatment after welding is performed, the carbide cannot be sufficiently precipitated.
  • Condition No. in the comparative example A-86 the carbon equivalent Ceq of the steel sheet was too high, so the joint strength was low and the strength variation was large.
  • Condition No. in A-85 since the carbon equivalent Ceq of the steel sheet was less than 0.22% by mass, the Ms point was sufficiently high, and the martensite was sufficiently tempered by itself, and high joint strength was obtained.
  • Example 2 As shown in Table 7 and Table 8 below, sheet thickness: 1.2 mm or 1.6 mm, tensile strength: 295 MPa to 1905 MPa mild steel sheet (CR270E), work-induced transformation type steel sheet (CR780T, CR980T), two-phase structure Using a shaped steel plate (CR980Y, CR1180Y, CR1470Y, GA980Y, GA1180Y) and a hardened steel plate (CR1470HP, CR1760HP, CR1900HP, Al1470HP), a 40 mm ⁇ 40 mm specimen for microstructure observation was prepared.
  • CR represents a cold-rolled steel sheet
  • GA represents an alloyed galvanized steel sheet
  • Al represents an aluminum-plated steel sheet
  • the numerical value represents a strength level expressed by tensile strength.
  • a cross tensile test piece was prepared based on the cross tension test method (JIS Z3137) for resistance spot welded joints.
  • JIS Z3137 cross tension test method
  • CR270E, CR980Y, CR1180Y, CR1470Y, GA980Y, GA1180Y are Japan Iron and Steel Federation standard products (JSC270E, JSC980Y, JSC1180Y, JSC1470Y, JAC980Y, JAC1180Y), CR780T, CR Is a work-induced transformation type steel sheet disclosed in Japanese Patent Laid-Open No.
  • CR1470HP, CR1760HP, CR1960HP, and Al1470HP are hot presses (hot stamping) disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-234153. ) Indicates a steel plate.
  • the structure observation specimens were overlapped with a combination of the same steel types and the same plate thickness, and welded by the resistance spot welding method under the conditions shown in Tables 7 and 8.
  • a weld specimen was prepared.
  • the conditions shown in Table 7 satisfy the conditions defined in claim 6, and the conditions shown in Table 8 do not satisfy at least one of the conditions defined in claim 6.
  • the grade of the hollow of a welding part was observed visually.
  • the macro structure observation of the cross section was performed using the optical microscope, and the nugget diameter was measured. Furthermore, the presence or absence of shrinkage defects and cracks in the nugget were observed.
  • Example 1 in the outer layer region of the nugget, the microstructure was observed using an optical microscope in the inner part of the nugget and about 0.2 mm inside from the boundary between the nugget and the high-strength steel plate. The average value of the arm spacing, the average particle size of carbide, and the number density were measured.
  • test pieces were superposed in a cross shape as shown in FIG. Spot welding was performed to prepare a cross tensile test piece. Three cross tension test pieces were prepared under the same conditions.
  • the load is applied in the peeling direction, that is, the upper test piece 21A is directed upward and the lower test piece 21B is directed downward.
  • a cross tensile test was carried out to measure the cross tensile strength (CTS).
  • Tables 7 and 8 show a list of production conditions and test results for each test piece in Example 2.
  • the holding time shown in the place of welding conditions has shown actual holding time.
  • a special signal is used in the welding machine and the case where the holding time is 0 ms is also shown.
  • Condition No. shown in Table 7 B-1 to No. B-32 is an example of the present invention.
  • B-33 to No. B-63 is a comparative example. That is, as described above, the conditions shown in Table 7 satisfy the conditions defined in claim 6, and the conditions shown in Table 8 do not satisfy at least one of the conditions defined in claim 6.
  • condition no. B-1 to No. In B-12 the steel type was changed with a steel plate having a thickness of 1.6 mm
  • condition No. B-13 to No. In B-16 the steel grade was changed with a steel plate having a thickness of 1.2 mm.
  • B-17 no. In B-18, a steel plate with a thickness of 1.6 mm was used.
  • B-4 No. The nugget diameter was changed from B-6.
  • Condition No. B-19 to No. In B-22 the steel plate having a thickness of 1.6 mm was used to change the tensile strength and carbon equivalent.
  • B-23 ⁇ No. In B-32 a steel plate having a plate thickness of 1.6 mm was used, and the welding conditions were changed within the range specified in claim 6.
  • condition no. B-35 ⁇ No. In B-52 as a comparative example, welding was performed by a conventionally known method. That is, no post-heating energization was performed. And condition no. B-35 ⁇ No. In B-46, the steel grade was changed with a steel plate having a thickness of 1.6 mm, and the condition No. B-47 to No. In B-50, the steel grade was changed with a steel plate having a thickness of 1.2 mm. B-51, No. In B-52, a steel plate with a thickness of 1.6 mm was used. B-38, no. The nugget diameter was changed from B-40. In addition, Condition No. B-53-No.
  • condition no. B-1 to No. In the present invention example of B-32, the conditions specified in claim 6 are satisfied. Therefore, in any steel type, the dendrite arm spacing, carbide average particle diameter, and carbide number density are within the scope of the present invention. there were. Further, it was confirmed that shrinkage defects and cracks did not occur, and that the dent in the welded portion was small. As a result, condition no. B-1 to No. In B-32, the fracture mode was plug fracture, the plug ratio was high, and no brittle fracture surface was observed. Furthermore, condition No. in Table 8 in which no post-heating energization is performed. B-35 ⁇ No. Compared with the comparative example of B-52, it was confirmed that CTS was high and variation in CTS was small.
  • condition No. B-55 it was confirmed that the fracture mode was plug fracture, the plug ratio was large, no brittle fracture surface was observed, the CTS was high, and the CTS variation was small, but shrinkage defects occurred. This is not desirable.
  • condition No. B-56 Condition No. with a long cooling time Ct after welding.
  • B-58 the condition No. in which the post heating energization time Pt is long B-62, condition no.
  • each effect is recognized, but the effect is small. In these cases, productivity is lowered, which is not desirable.
  • Example 3 Using various steel plates similar to Example 2 as shown in Table 9 and Table 10 below, a specimen for observing a structure and a cross tensile test piece were prepared in the same procedure as in Example 2, and various methods were used in the same manner. A test was conducted. Under the present circumstances, the pressurizing force EF at the time of spot welding of each said test piece was made into the conditions shown in Table 9 and Table 10. Other conditions were in the same range as in Example 2 above. The conditions shown in Table 9 satisfy the conditions specified in claim 7, and the conditions shown in Table 10 do not satisfy at least one of the conditions specified in claim 7.
  • Tables 9 and 10 show a list of production conditions and test results for each test piece in Example 3.
  • Condition No. shown in Table 9 C-1 to No. C-32 is an example of the present invention.
  • C-33-No. C-63 is a comparative example. That is, as described above, the conditions shown in Table 9 satisfy the conditions specified in claim 7, and the conditions shown in Table 10 do not satisfy at least one of the conditions specified in claim 7.
  • condition no. C-1 to No. In C-12 the steel grade was changed with a steel plate having a thickness of 1.6 mm
  • condition No. C-13 to No. In C-16 the steel type was changed with a steel plate having a thickness of 1.2 mm.
  • C-17 no. In C-18, a steel plate with a thickness of 1.6 mm was used.
  • C-4 No. The nugget diameter was changed from C-6.
  • Condition No. C-19 to No. In C-22 the tensile strength and carbon equivalent of a steel plate having a thickness of 1.6 mm were changed.
  • C-23 to No. In C-32 a steel plate having a thickness of 1.6 mm was used, and the welding conditions were changed within the range specified in claim 7.
  • condition no. C-35 to No. In C-52 as a comparative example, welding was performed by a conventionally known method. That is, no post-heating energization was performed. And condition no. C-35 to No. In C-46, the steel grade was changed with a steel plate having a thickness of 1.6 mm. C-47 to No. In C-50, the steel grade was changed with a steel plate having a thickness of 1.2 mm. C-51, No. In C-52, a steel plate with a thickness of 1.6 mm was used. C-38, no. The nugget diameter was changed from C-40. In addition, Condition No. C-53-No.
  • condition no. C-54 the tensile strength and carbon equivalent of the high-strength steel plate were changed outside the ranges specified in claim 7. Furthermore, condition no. C-55 to No. In C-63, a steel plate having a thickness of 1.6 mm was used, and the welding conditions were changed outside the range specified in claim 7. Condition No. C-33-No. In C-34, a mild steel plate (plate thickness: 1.2 mm, 1.6 mm) having extremely low tensile strength and carbon equivalent was used for comparison.
  • condition no. C-1 to No. In the present invention example of C-32, the conditions specified in claim 7 are satisfied and the pressurizing force FE is set to be low, so that some shrinkage defects are observed in the nugget, but in any steel type Also, the dendrite arm spacing, the average particle size of carbides, and the number density of carbides were within the scope of the present invention. Moreover, it has confirmed that a crack did not generate
  • condition no. C-51 to No. in the comparative example of C-63, since the conditions defined in claim 7 are not satisfied, the dendrite arm interval, the average particle size of carbides, and the number density of carbides of the present invention are the same regardless of the type of steel used. It was out of range. Moreover, any of shrinkage defects and cracks, large depressions at the welds, a decrease in plug ratio due to partial plug breakage, and brittle fracture surface were observed. It was also confirmed that CTS was low and CTS variation was large.
  • condition No. in the comparative example of C-56 since the condition defined in claim 6 was satisfied, the same effect as in Example 2 was recognized.
  • C-58 the condition No. in which the post-heating energization time Pt is long.
  • C-62 condition no.
  • each effect is recognized, but the effect is small. In these cases, productivity is lowered, which is not desirable.
  • Example 4 Using various steel plates similar to those in Example 2 and Example 3 as shown in Table 11 and Table 12 below, the structure observation test piece and the cross tensile test piece were prepared in the same procedure as in Example 2 and Example 3. It produced and various tests were done by the same method. At this time, after releasing the pressurization with the applied pressure EF, post-weld heat treatment was performed under the conditions shown in Tables 11 and 12. Other conditions were in the same range as in Example 2 above. The conditions shown in Table 11 satisfy the conditions specified in claims 6 and 8, and the conditions shown in Table 12 do not satisfy at least one of the conditions specified in claims 6 and 8.
  • Tables 11 and 12 show a list of production conditions and test results for each test piece in Example 4.
  • Condition No. shown in Table 11 D-1 to No. D-37 is an example of the present invention.
  • D-38-No. D-73 is a comparative example. That is, as described above, the conditions shown in Table 11 satisfy the conditions specified in claims 6 and 8, and the conditions shown in Table 12 satisfy at least one of the conditions specified in claims 6 and 8. Not. If the condition described in claim 6 is satisfied, a certain effect can be obtained even if the condition described in claim 8 is not satisfied. Even if the specified conditions are satisfied, those that do not satisfy the conditions specified in claim 8 are referred to as comparative examples.
  • condition no. D-1 to No. In the D-37 example of the present invention, after the treatment within the range defined in claim 6, the post-weld heat treatment within the range defined in claim 8 was performed.
  • Condition No. D-1 to No. In D-12 the steel type was changed with a steel plate having a plate thickness of 1.6 mm.
  • D-13-No. In D-16 the steel type was changed to 1.2 mm and the steel type was changed.
  • D-17, no. In D-18 a steel plate with a plate thickness of 1.6 mm was used.
  • D-4 no. The nugget diameter was changed from D-6.
  • Condition No. D-19-No. In D-22 the tensile strength and carbon equivalent of the steel plate having a thickness of 1.6 mm were changed.
  • D-32 a steel plate having a plate thickness of 1.6 mm was used, and the welding conditions were changed within the range specified in claim 6.
  • D-36 a steel plate having a thickness of 1.6 mm was used, and the post-weld heat treatment conditions were changed within the range specified in claim 8.
  • condition no. D-40-No. In D-57 as a comparative example, welding was performed without performing post-heating energization.
  • condition no. D-40-No. In D-51 the steel grade was changed with a steel plate having a thickness of 1.6 mm.
  • the steel type was changed with a steel plate having a thickness of 1.2 mm.
  • D-56 no.
  • D-57 a steel plate with a thickness of 1.6 mm was used.
  • D-43 no. The nugget diameter was changed from D-45.
  • Condition No. D-38-No. In D-39 a mild steel plate (thickness: 1.2 mm, 1.6 mm) having extremely low tensile strength and carbon equivalent was used for comparison.
  • condition no. D-1 to No. In the present invention example of D-37, the conditions defined in claims 6 and 8 are satisfied. Therefore, in any steel type, the dendrite arm interval, the average particle diameter of carbides, and the number density of carbides are within the scope of the present invention. It was in. Further, it was confirmed that shrinkage defects and cracks did not occur, and that the dent in the welded portion was small. As a result, condition no. D-1 to No. In D-37, the fracture mode was plug fracture, the plug ratio was large, and no brittle fracture surface was observed. Furthermore, no. D-40-No. It was confirmed that the CTS was high and the variation in CTS was small compared to the comparative example of D-57.
  • condition No. D-40-No. In the comparative example of D-57, although post-weld heat treatment was performed, post-heat energization was not performed before that, so both post-heat energization and post-weld heat treatment were performed although the effect of the post-heat treatment was recognized. It turns out that the effect is small compared with the case where it went.
  • condition No. shown in Table 11 D-1 to No. The CTS in the present invention example of D-37 is the condition No. shown in Table 7. B-1 to No. It was higher than the inventive example of B-32 (the inventive example not subjected to post-weld heat treatment). This indicates that CTS is further improved by post-weld heat treatment.
  • condition no. D-69-No. In the comparative example of D-72, the condition specified in claim 6 is satisfied, but the condition of the heat treatment after welding does not satisfy the condition specified in claim 8. For this reason, the effect of the post-weld heating current is recognized, but the effect of the post-weld heat treatment is not recognized.
  • condition No. D-60 it was confirmed that the fracture mode was plug fracture, the plug ratio was large, no brittle fracture surface was observed, the CTS was high, and the variation in CTS was small, but shrinkage defects occurred. This is not desirable.
  • D-67, condition no. In D-68 each effect is recognized, but the effect is small, and in these cases, productivity is lowered, which is not desirable.
  • the condition of the heat treatment after welding does not satisfy the condition specified in claim 8.
  • D-72 the post-weld heat treatment temperature AT is low.
  • D-69 No. with a short post-weld heat treatment time At.
  • D-71 only the effect of heating energization after welding was recognized, and condition No. No. D-70, condition No. with a long post-weld heat treatment time At.
  • D-72 not only the effect of post-weld heating energization but also the effect of post-weld heat treatment is recognized, but the effect is smaller than that satisfying the conditions defined in claim 8.
  • Example 5 Using various steel plates similar to those in Examples 2 to 4 as shown in Table 13 and Table 14 below, a structure observation specimen and a cross tensile specimen were prepared in the same procedure as in Example 2. Various tests were conducted by the methods described above. Under the present circumstances, the pressurizing force EF at the time of spot welding of each said test piece was made into the conditions shown in Table 13 and Table 14. FIG. Other conditions were in the same range as in Example 2 above. The conditions shown in Table 13 satisfy the conditions defined in claims 7 and 8, and the conditions shown in Table 14 do not satisfy at least one of the conditions defined in claims 7 and 8.
  • Tables 13 and 14 show a list of the production conditions and test results for each test piece in Example 5.
  • Condition No. shown in Table 13 E-1 to No. E-37 is an example of the present invention.
  • E-38-No. E-73 is a comparative example. That is, as described above, the conditions shown in Table 13 satisfy the conditions specified in claims 7 and 8, and the conditions shown in Table 14 satisfy at least one of the conditions specified in claims 7 and 8. Not. Note that, if the condition described in claim 7 is satisfied, a certain effect can be obtained even if the condition described in claim 8 is not satisfied. Even if the specified conditions are satisfied, those that do not satisfy the conditions specified in claim 8 are referred to as comparative examples.
  • condition no. E-1 to No. In the present invention example of E-37, after the treatment within the range defined in claim 7, the post-weld heat treatment within the range defined in claim 8 was performed.
  • Condition No. E-1 to No. In E-12 the steel grade was changed with a steel plate having a plate thickness of 1.6 mm.
  • E-13-No. In E-16 the steel grade was changed with a steel plate having a thickness of 1.2 mm.
  • E-17, no. In E-18 a steel plate with a thickness of 1.6 mm was used.
  • E-4 no. The nugget diameter was changed from E-6.
  • Condition No. E-19 to No. In E-22 the tensile strength and carbon equivalent were changed with a steel plate having a thickness of 1.6 mm.
  • a steel plate having a thickness of 1.6 mm was used, and the welding conditions were changed within the range specified in claim 6.
  • condition no. E-33-No. E-36 is an example in which a steel plate having a plate thickness of 1.6 mm is used and the post-weld heat treatment conditions are changed within the range specified in claim 8.
  • condition no. E-40 to No. In E-57 as a comparative example, welding was performed without performing post-heating energization. And condition no. E-40 to No. In E-51, the steel type was changed with a steel plate having a thickness of 1.6 mm, and the condition No. E-52-No. In E-55, the steel grade was changed with a steel plate having a thickness of 1.2 mm. E-56, no. In E-57, a steel plate with a thickness of 1.6 mm was used. E-43, ⁇ No. The nugget diameter was changed from E-45. Condition No. E-38-No. In E-39, a mild steel plate (thickness: 1.2 mm, 1.6 mm) having extremely low tensile strength and carbon equivalent was used for comparison.
  • condition no. E-1 to No. In the present invention example of E-37, the conditions specified in claims 7 and 8 are satisfied. Therefore, in any steel type, the dendrite arm interval, the average particle diameter of carbides, and the number density of carbides are within the scope of the present invention. It was in. Further, it was confirmed that shrinkage defects and cracks did not occur, and that the dent in the welded portion was small. As a result, condition no. E-1 to No. In E-37, the fracture mode was plug fracture, the plug ratio was large, and no brittle fracture surface was observed. Furthermore, condition no. E-40 to No. It was confirmed that the CTS was high and the variation in CTS was small compared to the comparative example of E-57.
  • condition No. E-40 to No. In the comparative example of E-57, although post-weld heat treatment was performed, post-heat energization was not performed before that. It turns out that the effect is small compared with the case where it went.
  • condition No. shown in Table 13 E-1 to No. The CTS in the inventive example of E-37 is the condition No. shown in Table 9. B-1 to No. It was higher than the inventive example of B-32 (the inventive example not subjected to post-weld heat treatment). This indicates that CTS is further improved by post-weld heat treatment.
  • condition no. E-69-No. In the comparative example of E-72, although the condition specified in claim 7 is satisfied, the condition of the heat treatment after welding does not satisfy the condition specified in claim 8. For this reason, although the effect of heating current supply after welding is recognized, the effect of heat treatment after welding is not recognized.
  • condition No. in the comparative example of E-61 since the conditions defined in claims 6 and 8 were satisfied, the same effect as in Example 4 was recognized.
  • E-63 the condition No. in which the post-heating energization time Pt is long.
  • E-67 condition no. In the comparative example of E-68, each effect is recognized, but the effect is small. In these cases, productivity is lowered, which is not desirable.
  • the condition of the heat treatment after welding does not satisfy the condition specified in claim 8.
  • E-69-No. In E-72 the heat treatment temperature AT after welding was low.
  • E-71 only the effect of heating energization after welding was recognized.
  • E-70 condition No. with long post-weld heat treatment time
  • E-72 not only the effect of post-weld heating energization but also the effect of post-weld heat treatment is recognized, but the effect is smaller than that satisfying the conditions defined in claim 8.
  • Example 6 In Example 6, various steel plates similar to those in Examples 4 and 5 as shown in Tables 11 to 14 were used, and the structure observation specimens and the like were obtained in the same procedure as in Examples 4 and 5. A cross tensile test piece was prepared and various tests were performed in the same manner. At this time, after releasing the pressurization with the pressurizing force EF and before starting the heat treatment after welding, it was allowed to cool under the conditions shown in Tables 11 to 14 (temperature CT before heat treatment). Other conditions were in the same range as in Example 4 and Example 5 above.
  • the condition No. satisfying the conditions specified in claim 9 is satisfied.
  • D-37 the condition No. 1 in which the post-weld heat treatment was started with the surface temperature higher than the pre-heat treatment temperature CT defined in claim 9 being maintained.
  • the CTS was higher than the comparative example of D-73.
  • Table 13 and Table 14 the condition No. satisfying the conditions specified in claim 9 is satisfied.
  • E-37 the condition No. 1 in which the post-weld heat treatment was started with the surface temperature higher than the pre-heat treatment temperature CT defined in claim 9 being maintained.
  • CTS was higher than that of E-73.
  • CTS was improved, so that the surface temperature of a welding part fell by standing to cool after welding, it did not change so much at 150 degrees C or less.
  • Example 7 As shown in Table 15 and Table 16 below, various steel plates similar to those in Examples 2 to 6 and solid solution strengthened steel plates having a plate thickness of 1.2 mm or 1.6 mm and tensile strengths of 455 MPa and 618 MPa ( CR440W) Using a two-phase structure steel plate (CR590Y), a structure observation specimen and a cross tension specimen were prepared in the same procedure as in Example 2, and various tests were performed in the same manner.
  • CR440W and CR590Y indicate Japan Iron and Steel Federation standard products (JSC440W, JSC590Y).
  • the plate assemblies in Tables 15 and 16 are different from those in Examples 2 to 6, and are any of the same thicknesses, different thicknesses, and different thickness combinations.
  • the conditions shown in Table 15 are as follows: The conditions specified in claim 6 or claim 7 are satisfied, and the conditions shown in Table 16 satisfy the conditions specified in claims 6 and 8 and claims 7 and 8.
  • Tables 15 and 16 show a list of the production conditions and test results for each test piece in Example 7.
  • Condition No. shown in Table 15 G-1 to No. G-23, condition no. G-24-No. E-46 is an example of the present invention. That is, as described above, the conditions shown in Table 15 satisfy the conditions specified in claim 6 or claim 7, and the conditions shown in Table 16 are specified in claims 6 and 8, and claims 7 and 8. The conditions to be met are met.
  • G-1 to No. G-6 is a double stack of different thicknesses.
  • G-7-No. G-9 is a double stack of the same type and thickness.
  • G-10 to No. G-15 is a stack of two sheets of different thicknesses.
  • G-16 to No. G-18 is a three-layer stack of different thicknesses and satisfies the conditions defined in claim 6.
  • Condition No. G-19 is a stack of two different thicknesses of the same thickness.
  • G-20 is a double stack of the same type and thickness.
  • G-21-No. G-22 is a double stack of different thicknesses.
  • G-23 is a stack of three sheets of different thicknesses and satisfies the condition defined in claim 7.
  • condition no. G-1 to No. In the present invention example of G-23, since the conditions specified in claim 6 or 7 are satisfied, the dendrite arm spacing, carbide average particle diameter, and carbide number density are within the scope of the present invention in any steel type. It was in. Further, it was confirmed that shrinkage defects and cracks did not occur, and that the dent in the welded portion was small. As a result, condition no. G-1 to No. In G-23, the fracture mode was plug fracture, the plug ratio was large, and no brittle fracture surface was observed. As a result, a high CTS was obtained as in the case of the same type and thickness plate assembly of Examples 2 to 3. In addition, in the case of stacking three sheets, fracture occurred at the interface between the steel plate 2 and the steel plate 3.
  • condition No. in Table 16 G-24-No. G-29 is a stack of two sheets of the same thickness of different types.
  • G-30 to No. G-32 is a double stack of the same type and thickness.
  • G-33 to No. G-38 is a double stack of different thicknesses.
  • G-39 to No. G-41 is a three-layer stack of different thicknesses and satisfies the conditions defined in claims 6 and 8.
  • Condition No. G-42 is a stack of two sheets of the same thickness of different types.
  • G-43 is a double stack of the same type and thickness.
  • G-44 to No. G-45 is a stack of two sheets of different thicknesses.
  • G-46 is a stack of three sheets of different thicknesses and satisfies the conditions defined in claims 7 and 8.
  • condition no. G-24-No. In the present invention example of G-46, the conditions defined in claim 6 and claim 8, claim 7 and claim 8 are satisfied. Therefore, in any of the steel types, the dendrite arm interval and the average grain size of carbides The number density of carbides was within the scope of the present invention. Further, it was confirmed that shrinkage defects and cracks did not occur, and that the dent in the welded portion was small. As a result, condition no. G-24-No. In G-46, the fracture form was plug fracture, the plug ratio was large, and no brittle fracture surface was observed. As a result, a high CTS was obtained as in the case of the same type and thickness plate assembly of Examples 4 to 5. Further, it can be seen from comparison with Table 15 that CTS is improved by heat treatment of welding. In the case of stacking three sheets, fracture occurred at the interface between the steel plate 2 and the steel plate 3 as in Table 15.
  • the cross tensile strength is improved and the variation is reduced according to the present invention.
  • the tensile strength is the same in the peeling direction. It is also effective for reducing and improving variation in L-shaped tensile strength.
  • the present invention can be used, for example, in industries related to spot welding joints and spot welding methods such as assembling automobile bodies and mounting parts.

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Abstract

 引張強さが750MPa~1850MPaで、炭素当量Ceqが0.22質量%以上~0.55質量%である薄鋼板を少なくとも1枚含み、薄鋼板(1A、1B)の界面でナゲット(3)が形成されたスポット溶接継手(10)であり、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、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2×10個/mm以上であるスポット溶接継手。

Description

スポット溶接継手およびスポット溶接方法
 本発明は、自動車分野等で使用される高強度鋼板のスポット溶接継手およびスポット溶接方法に関するものである。
 近年、自動車分野においては、車体や部品等に高強度鋼板を使用するニーズが高まっている。これは、低燃費化や炭酸ガス(CO)排出量削減を達成するために車体の軽量化が必要であり、また、衝突安全性を向上させなくてはならないからである。一方、車体の組立や部品の取付等の工程においては、主としてスポット溶接が使われている。しかしながら、高強度鋼板、特に引張強さの高い高強度鋼板をスポット溶接した場合には、以下の問題が生じる。
 スポット溶接した継手(以下、スポット溶接継手と称する)で重要な特性としては引張強さと疲労強度が挙げられるが、特に重要なのは引張強さである。スポット溶接継手の引張強さには、せん断方向に引張荷重を負荷して測定する引張せん断強さ(TSS)と、剥離方向に引張荷重を負荷して測定する十字引張強さ(CTS)がある。引張せん断強さと十字引張強さの測定方法は、例えば、JIS Z 3136、JIS Z 3137に規定されている。
 一般に、ナゲットの硬さの値が高く靱性の値も高くて、かつナゲットにおける偏析が抑制されている場合には、引張試験時の破断形態が良好(ナゲットの周囲で破断が生じる)で、十分に高い引張強さが得られ、そのばらつきも小さい。一方、ナゲットの硬さの値は高いが靭性の値が低い場合や、ナゲットにおける偏析が顕著な場合には、引張試験時に剥離破断(ナゲット内での破断)や部分プラグ破断(ナゲット内での部分的な破断)が生じ、良好な破断形態が得られなくなる。このような場合には、引張強さが著しく低下し、そのばらつきも大きくなる。このような引張強さの低下やばらつきは、特に十字引張強さで顕著に現れる。また、高強度鋼板のスポット溶接では、ナゲット内に割れや欠陥が発生する場合もあるが、そのような場合には、継手強度の低下やばらつきは顕著になる。このため、高強度鋼板のスポット溶接部では、破断形態の改善とそれに伴う十字引張強さの向上およびそのばらつきの低減が求められている。
 なお、ナゲット内での欠陥や割れは、通電終了後のナゲットの急激な収縮によって起こると考えられる。即ち、スポット溶接では、2個の溶接電極間の通電中に高強度鋼板の一部が溶融し、通電終了後に、主に溶接電極を介した抜熱によって凝固する。溶接電極は水冷されているため、溶融した部分の凝固の際には、高強度鋼板の板厚方向に急激な収縮が生じる場合がある。このため、図1Aに示すように、高強度鋼板101Aおよび101B間に形成されるナゲット103の中心に収縮欠陥105が生じる場合がある。また、ナゲット103は横方向にも収縮する場合があり、温度が上昇していない高強度鋼板101Aおよび101Bはその収縮に追従できず、図1Bに示すように、ナゲット103は高強度鋼板101Aおよび101Bから引張応力を受け、ナゲット103に縦割れ106が生じる場合がある。
 上述のように、ナゲットの靭性が低い場合やナゲットでの偏析が顕著な場合に良好な破断形態が得られないため、スポット溶接継手の引張強さ(継手強度)の低下及び、溶接強度のばらつきが発生する。一方、ナゲットにおける靱性の不足および顕著な偏析は、炭素当量が高い高強度鋼板をスポット溶接した場合に生じやすい。このような問題を解決することを目的とした方法が、非特許文献1および特許文献1に記載されている。これらの方法では、スポット溶接の通電が終了して一定時間が経過した後にテンパー通電を行い、スポット溶接部(ナゲット部および熱影響部)を焼鈍して溶接部の硬さを低下させている。しかしながら、これらの方法では、何れも溶接に長時間を要するために生産性が低下するという問題がある。また、焼き戻しによる溶接部の軟化により、ナゲット内での剥離破断が起こりやすいという問題もある。
 継手強度が低下する問題を解決する方法が、特許文献2および3に記載されている。この方法では、スポット溶接後に高周波で溶接部を加熱して焼き戻し処理を行っている。しかしながら、これらの方法では、溶接後に別工程が必要となって煩雑になり、また、高周波を利用するための特殊な装置が必要となる等の問題を生じる。。さらに、焼き戻しによる溶接部の軟化によってナゲット内での剥離破断が起こりやすいという問題もある。
 非特許文献2および特許文献4には、自動車生産工程内の塗装焼付け処理による加熱および温度保持によって、L字溶接継手の引張強さ(剥離強度)が向上することが記載されている。しかしながら、非特許文献2および特許文献4では、鋼種や鋼板成分(特に炭素当量)と十字引張強さとの関係が明確にされていない。また、各種鋼種を用いた場合の溶接部の詳細な破断形態、および破断形態と十字引張強さとの関係も示されていない。
 これら技術の他に、例えば、非特許文献3に示されるように、炭素当量の低い鋼板を使用してスポット溶接を行うことも考えられる。しかし、この方法では、成分の制約によって鋼板自体の製造が困難になったり、必要な機械的特性が得られなかったりする等の問題が生じる。また、例えば、特許文献5に記載されているような1470MPa級のホットスタンピング鋼板を用いた場合には、焼入れ処理が必要となるため、炭素当量を下げることが困難である。
 また、高強度鋼板をスポット溶接する際に、スポット溶接の打点数を増やすという技術も知られている。しかしながら、この方法では、溶接作業効率が低下して生産性が低下するという問題がある。また、溶接施工コストの増加や設計自由度が制限される等の問題もある。
 特許文献6には、所定の高強度鋼板を用いてスポット溶接を行い、溶接通電後に所定の条件でテンパー通電を行って溶接部の硬さを低下させる方法が記載されている。所定の高強度鋼板としては、炭素当量が所定範囲に規定され、引張試験で求められる真歪み3~7%の範囲の応力-歪線図の傾きが5000MPa以上に規定されたものが用いられる。しかしながら、この方法にも、溶接部の軟化によってナゲット内での剥離破断が起こりやすいという問題がある。
 特許文献7には、本通電によるナゲット形成の後に、本通電電流値以上の電流値で後熱通電するという方法が記載されている。また、特許文献8には、本通電によるナゲット形成の後に、加圧力を増加させて後熱通電するという方法が記載されている。しかしながら、これらの方法でも、安定して高い継手強度が得られないという問題がある。
 なお、ナゲット内での欠陥や割れの発生を防止する方法としては、溶接後に、高強度鋼板に対する溶接電極の加圧力を増加させる方法が知られている。しかしながら、この方法では、非常に高い加圧力を必要とするため、剛性の高い溶接ガンが必要となり、実用には向かないという問題がある。また、溶接直後に、引き続き、後加熱通電を行うことによって溶接後の冷却速度を低下させる方法も知られている。この方法では、冷却速度の低下に伴って溶接部の収縮速度が低下するため、欠陥や割れが発生しにくくなる。しかしながら、この方法でも、自動車の補強部品等で用いられる、引張強さが750MPa以上で炭素量や炭素当量が高い高強度鋼板のスポット溶接では、必ずしも有効ではない。
特開2002-103048号公報 特開2009-125801号公報 特開2009-127119号公報 特開2009-291797号公報 特開2002-102980号公報 特開2009-138223号公報 特開2010-115706号公報 特開2010-149187号公報
「高張力鋼における点溶接継手疲労強度の改善-鉄と鋼-」,日本鉄鋼協会,1982年,第68巻,第9号 P318~325 「自動車鋼板のスポット溶接継手強度に及ぼす塗装焼付けの熱履歴の影響-溶接学会全国大会講演概要-」,社団法人溶接学会,第83巻,2008年,第9号,P4-5 「川崎製鐵技報」,川崎製鐵株式会社,2000年,No.32,P65
 従来の技術では、高強度鋼板、特に引張強さが750MPa以上の炭素等量が高い高強度鋼板をスポット溶接すると、ナゲットの硬さが増加して靭性が低下し、破壊起点付近で脆性破面が観察されることがある。このため、上述のように、継手強度が著しく低下したり、継手強度のばらつきが生じたりする。そして、スポット溶接継手に対する信頼性、およびこのスポット溶接継手を含む部材の信頼性が損なわれてしまう。
 また、高強度鋼板、特に引張強さが750MPa以上の炭素等量が高い高強度鋼板をスポット溶接すると、ナゲット内で欠陥や割れが生じることがある。このため、上述のように、継手強度が著しく低下したり、継手強度のばらつきが生じたりする。そして、スポット溶接継手に対する信頼性が損なわれてしまう。
 更に、ナゲット内で比較的大きな介在物が形成されることがある。このような介在物がナゲット内に存在すると、ナゲットが硬くその靭性が低い場合には、この介在物がき裂の起点となって剥離破断や部分プラグ破断が生じることがある。この結果、継手強度が著しく低下したり、継手強度のばらつきが生じ、スポット溶接継手に対する信頼性が損なわれてしまう。
 このように、従来の技術では、高強度鋼板、特に引張強さが750MPa以上の高強度鋼板のスポット溶接で、継手の引張強さを十分に向上させ、そのばらつきを十分に低減させることは困難である。このため、スポット溶接継手に高い信頼性を得ることができなかった。
 本発明は、被溶接材である高強度鋼板の引張強さが750MPa以上の場合でも、スポット溶接時の欠陥や割れの発生を防止し、継手強度を向上させ、継手強度のばらつきを低減させることができ、更に、良好な作業性を確保しつつ信頼性の高い溶接部を得ることが可能なスポット溶接継手およびスポット溶接方法を提供することを目的とする。
 本発明者等は、上記問題を解決するために鋭意研究した結果、所定の引張強さおよび所定の組成の高強度鋼板のスポット溶接継手において、ナゲットのミクロ組織を適切なものに規定することにより、スポット溶接継手の引張強さを向上させ、引張強さのばらつきを低減させることができることを見出した。また、このようなスポット溶接継手は、通電パターン等を適切なものに規定することにより、コスト等の大幅な増加を回避しながら得ることが可能であることも見出した。即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
 [1]
 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2×10個/mm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。
 なお、ナゲットとは、スポット溶接に伴って溶融および凝固した薄鋼板の部分をいう。
 [6]
 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。
 なお、上記の高強度鋼板を用いて自動車を生産する場合には、加圧の解放後に高強度鋼板を溶接後熱処理温度に保持する工程を、自動車生産過程中の塗装焼付けによって行っても良い。この場合、新たに高強度鋼板を熱処理する工程を追加しなくても高強度鋼板の特性をより向上させることができることとなる。つまり、生産性を低下させることなく強度の高い車体を得ることができる。
 本発明によれば、ナゲットの態様および各処理の条件を制御しているため、良好な作業性を確保しつつ、ナゲットでの収縮欠陥や割れの発生を防止することができ、破断形態が良好で継手強度のばらつきも少なく十分に高い継手強度を有し、信頼性の高いスポット溶接継手を得ることができる。
図1Aは、収縮欠陥を示す模式図である。 図1Bは、縦割れを示す模式図である。 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。 図2Bは、ナゲット外層域を示す模式図である。 図3A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。 図3Bは、図3Aに引き続き、スポット溶接方法を工程順に示す模式図である。 図3Cは、図3Bに引き続き、スポット溶接方法を工程順に示す模式図である。 図4は、溶接電極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5は、3枚の薄鋼板を含むスポット溶接継手を示す模式図である。 図6Aは、ナゲットの例を示す模式図である。 図6Bは、ナゲットの他の例を示す模式図である。 図6Cは、ナゲットの更に他の例を示す模式図である。 図7は、十字引張試験方法を示す模式図である。 図8は、破断後のナゲットの例を示す模式図である。 図9Aは、剥離破断を示す模式図である。 図9Bは、プラグ破断を示す模式図である。 図9Cは、部分プラグ破断を示す模式図である。
 以下、本発明の実施形態について添付の図面を参照しながら説明する。
 [第1の実施形態]
 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。
 図2Aに示すように、第1の実施形態に係るスポット溶接継手10においては、スポット溶接により2枚の薄鋼板1Aおよび1Bがナゲット3を介して接合されている。また、ナゲット3の周囲には熱影響部4が存在している。薄鋼板1Aと1Bのどちらか一方または両方の引張強さは750MPa~1850MPaであり、また、炭素当量Ceqは0.22質量%以上~0.55質量%である。ここで、炭素当量Ceqは(1)式で表わされる。
 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。)
 また、図2Bに示すように、少なくとも、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を除いた領域であるナゲット外層域3c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、ミクロ組織に含まれる炭化物の平均粒径が5nm以上100nm以下であり、個数密度が2×10個/mm以上である。
 「ナゲット3のミクロ組織」
 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。
 (炭化物の平均粒径)
 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。
 (炭化物の種類)
 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。
 (炭化物の個数密度)
 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2×10個/mm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2×10個/mm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2×10個/mm以上とする。また、炭化物の個数密度は、好ましくは3×10個/mm以上であり、更に好ましくは4×10個/mm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1×10個/mmである。
 (ナゲット3の鋼組織)
 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。
 なお、フレッシュマルテンサイトとは、内部に炭化物を含まないか、または、内部の炭化物の個数密度が1×10個/mm以下のマルテンサイトをいう。一般的に、フレッシュマルテンサイトは、溶接後に直ちに冷却されて形成されたナゲットに存在し、その後の熱処理により、炭化物を含むマルテンサイトへと変化する。特に、引張強さが750MPa以上の高強度鋼板にはSiおよびMnが多く含有されているため、その溶接後に熱処理を行わずに直ちに冷却を行うと、冷却中に生成するマルテンサイト中には炭化物が析出しにくい。また、引張強さが750MPa以上の高強度鋼板にはCも多く含有されているため、ナゲットのマルテンサイト変態温度が低く、冷却中に焼き戻しが行われにくい。従って、従来の方法でスポット溶接を行った場合、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%を超えやすい。一方、後述のような方法でスポット溶接を行えば、容易に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を15%以下にすることができる。
 なお、炭化物の平均粒径および個数密度、並びに鋼組織は、本発明では、次のような方法により特定する。先ず、スポット溶接継手からナゲットを含む試験片を切り出し、これを樹脂等に埋め込んで研磨し、研磨面をナイタール試薬により腐食させる。次いで、1000倍~100000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)を用いて観察を行う。なお、ナゲット中に存在する炭化物は極めて微細であるため、特にFE-SEM(電界放射型走査電子顕微鏡)、TEMを用いて観察を行うことが好ましい。また、光学顕微鏡を併用して観察を行っても良い。
 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、FE-SEMを用いて10000倍にて10視野の観察を行い、その平均値を求める。また、炭化物の平均粒径および個数密度は、TEMを用いて100000倍にて20視野の観察を行い、その平均値を求める。なお、多くの炭化物の形状は板状または針状であるが、このような炭化物の粒径は、円相当径に換算して求める。
 (結晶の態様)
 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。
 PやSは鉄基炭化物中に固溶しないため、偏析帯の幅が大きいほど、鉄基炭化物の析出が遅延する。従って、PやSの偏析帯では、後述の溶接後熱処理が行われる場合であっても、偏析部における鉄基炭化物の析出が抑制される。この結果、偏析帯では、後述の溶接後熱処理による炭化物の析出の促進、並びにそれに伴う継手強度の向上およびナゲット内での割れの抑制の効果が得られにくくなる。従って、偏析帯を狭めるという観点からも、アーム間隔の平均値は12μm以下とする。
 デンドライト組織のアーム間隔は、本発明では次のような方法により特定する。先ず、スポット溶接継手からナゲットを含む試験片を切り出し、これを樹脂等に埋め込んで研磨する。このとき、圧延方向に垂直な面を研磨面とする。次いで、「鉄と鋼,1975年,第61巻,第6号,p110」に記載のピクリン酸飽和水溶液および界面活性剤よりなる溶液を用いて、デンドライト組織を顕出する。そして、顕出したデンドライト組織を、光学顕微鏡を用いて1000倍で10視野の観察を行い、その平均値を求める。但し、ナゲット内における外殻近傍と中心部とでは冷却速度が異なるとともに、中心部では様々な方向から成長してきたデンドライトのアームが衝突するため、アーム間隔を正確に測定することが難しい場合もある。
 (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)
 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。
 「高強度鋼板の特性」
 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。
 (引張強さ)
 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。
 (炭素当量Ceq)
 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。)
 炭素当量Ceqが0.55質量%を超えていると、これに伴ってナゲット3およびその周囲の熱影響部4の硬さが増加し、また、偏析量の増加にも繋がる。そして、これらのために、ナゲット3の変形能や靭性が低下し、ナゲット3内に割れが発生したり、破断形態が劣化したりする。また、破断形態の劣化に伴って継手強度の低下やばらつきが生じる。その一方で、炭素当量Ceqが0.22質量%未満であると、スポット溶接継手の破断形態および継手強度に関する問題点は生じにくい。
 (化学成分の組成)
 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:0.10質量%~0.40質量%}
 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:0.01質量%~2.50質量%}
 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:1.5質量%~3.0質量%}
 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:0.03質量%以下}
 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:0.01質量%以下}
 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:0.0100質量%以下}
 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:0.007質量%以下}
 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:1.00質量%以下}
 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。
 高強度鋼板に、上記の主要成分の他に、必要に応じて以下に示す元素が選択的に含まれていても良い。
 {Ti:0.005質量%~0.10質量%}
 {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:0.0001質量%~0.01質量%}
 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。
 {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%}
 {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。
 {Ca、Ce、Mg、およびREM(rare
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。
 (鋼種)
 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。
 (めっき)
 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。
 めっき層の目付け量も特に限定されないが、片面の目付け量で100g/m以下とすることが好ましい。めっきの目付け量が片面あたりで100g/mを超えると、めっき層が溶接の際の障害となる場合があるからである。めっき層は、片面だけでも両面に形成されていても良い。なお、めっき層の表層に無機系または有機系の皮膜(例えば、潤滑皮膜等)等が形成されていても良い。
 (高強度鋼板の板厚)
 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。
 また、薄鋼板1Aおよび1Bは、互いに鋼種が異なった高強度鋼板でも良く、薄鋼板1A、1Bのどちらか一方が軟鋼板であっても良い。また、互いに板厚が異なっていても良い。さらに、3枚以上の高強度鋼板がスポット溶接によって接合されていても良いし、その内の一部が軟鋼板であっても良い。一般的に、薄鋼板の厚さは6mm以下である。
 このような第1の実施形態に係るスポット溶接継手10によれば、750~1850MPaの高強度鋼板であっても、継手強度を向上させることができ、また、継手強度のばらつきを十分に低減させることも可能である。また、ナゲット3の破断形態も良好なものとなる。従って、スポット溶接継手で高い信頼性を得ることができる。例えば、JIS Z 3137で定められたスポット溶接継手の十字引張強さ(n=5)の平均値が、上記の高強度鋼板であっても、270MPa級IF(interstitial free)鋼の十字引張強さ以上となる。また、上記の十字引張強さ(n=5)の最小値は、平均値の0.85倍以上となる。つまり、十字引張強さ(n=5)のばらつきが抑制される。
 [第2の実施形態]
 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。
 第2の実施形態では、先ず、図3Aに示すように、被溶接材である2枚の薄鋼板1A、1B同士を重ね合わせる。そして、薄鋼板1A、1Bの重ね合わせ部分に対して両側から、即ち、図3Aに示す例では上下方向から挟み込むように、例えば銅合金からなる溶接電極2A、2Bを押し付けつつ、所定の通電を行う。詳細は後述するが、この通電には、溶接通電および後加熱通電が含まれる。そして、このような所定の通電の結果、2枚の薄鋼板1A、1Bの間に金属が溶融した部分が形成される。この金属が溶融した部分は、通電が終了した後、水冷された溶接電極2A、2Bによる抜熱および薄鋼板1A、1Bへの熱伝導によって急速に冷却されて凝固する。この結果、図3Bに示すように、2枚の薄鋼板1A、1Bの間に、例えば断面形状が略楕円形のナゲット(ナゲット部)3が形成される。続いて、溶接電極2A、2Bの薄鋼板1A、1Bへの押し付けを解放し、図3Cに示すように、溶接電極2A、2Bを薄鋼板1A、1Bから離間させる。上述のようなナゲット3が形成されることにより、2枚の薄鋼板1A、1Bが溶接される。
 具体的には、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(2)式を満たす条件で溶接通電を行う。次に、加圧力EFを保持したまま、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)で溶接電極2Aおよび2Bに後加熱通電を行う。次に、加圧力EFでの加圧を解放する。また、溶接通電を行ってから後加熱通電を行うまでの間に、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)、薄鋼板1Aおよび1Bを冷却する。また、後加熱通電を行ってから加圧力EFでの加圧を解放するまでの間の加圧力EFを保持する保持時間Ht(ms)が下記(6)式を満たすようにする。
 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。)
 このようなスポット溶接を行うと、ナゲット3での破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減、ナゲット3内での欠陥および割れ等の発生が抑制されるという効果が得られる。このため、信頼性を向上することができる。
 上述のように、被溶接材である薄鋼板1Aおよび1Bのどちらか一方または両方の引張強さは750MPa~1850MPaであり、炭素当量Ceqが0.22質量%~0.55質量%である。このため、従来の方法でスポット溶接を行った場合には、ナゲットおよび熱影響部に硬くて靭性が低いマルテンサイトが形成され、ナゲットにおいて応力集中が起こりやすい。そして、これらが、スポット溶接継手の破断形態の劣化、継手強度の低下やばらつき等を引き起こす。これに対し、第2の実施形態では、詳細は後述するが、スポット溶接の諸条件を適切に規定しているため、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減という効果が得られ、信頼性を向上することができる。
 「スポット溶接の条件」
 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。
 この通電パターンの例では、加圧力を印加しながらの溶接電流WCでの溶接通電が終了した後、通電を完全に停止して溶接後冷却時間Ctの冷却を行う。次いで、溶接電流WCよりも低い後加熱通電電流PCで、後加熱通電時間Ptの後加熱通電を行う。そして、後加熱通電の通電が終了した後、保持時間Htが経過した時点で溶接電極2Aおよび2Bを薄鋼板1Aおよび1Bから離間し、加圧力を解放する。
 なお、溶接通電を開始する際の電流(I)の立ち上げパターンは、図4に示すようなアップスロープ(電流を徐々に上げる)パターンとしても良いし、このようなアップスロープパターンを設けずに瞬時に溶接電流WCまで立ち上げるパターンとしても良い。
 (溶接電極2A、2Bの薄鋼板1A、1Bに対する加圧力:EF)
 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。
 溶接電極2A、2Bの加圧力EFは、ナゲット3内での欠陥や割れの発生に大きな影響を及ぼす。加圧力EFが「1960×h」(N)未満であると、ナゲット3内の欠陥および割れの発生を抑制することが困難となり、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果が得られにくい。その一方で、加圧力EFが「3430×h」(N)を超えていると、溶接電極2A、2Bが接触する部分の凹みが大きくなって、外観を損ねるだけでなく、継手強度の低下につながる。また、「3430×h」(N)より高い加圧力EFを生じさせるためには、溶接ガン(溶接電極2A、2Bに加圧力を加えそれを支えて通電する装置)として剛性の高いロボットアームが必要となる。従って、第2の実施形態では、加圧力EFは「1960×h」(N)以上「3430×h」(N)以下とする。
 なお、溶接電極2A、2Bの先端径が大きくなり過ぎると、当該先端での面圧が低下して上記の効果が得られにくくなる。このため、溶接電極2A、2Bとしては、その先端径が6mm~8mm程度のものを使うことが好ましい。
 また、薄鋼板1Aおよび1Bの板厚が互いに異なっている場合には、その平均値を(2)式中の「h」として用いれば良い。また、3枚以上の薄鋼板のスポット溶接を行う場合には、全ての薄鋼板の板厚の和を求め、これを2分して得られる値を(2)式中の「h」として用いれば良い。
 なお、溶接電流WCおよび通電時間は特に限定されず、例えば、薄鋼板を抵抗スポット溶接する方法において、従来から採用されている電流値および通電時間と同程度とすれば良い。
 また、一連のスポット溶接に用いる設備としては、従来の一般的な設備をそのまま用いることができる。また、溶接電極2A、2B等についても、従来から使用されている構成のものを用いれば良い。電源も特に限定されず、交流、直流インバータ、交流インバータ等を用いることができる。
 (冷却時間:Ct)
 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)
 溶接直後の冷却時間Ctは、ナゲット3のデンドライト組織(デンドライト間距離等)や、偏析状態に大きな影響を及ぼす。冷却時間Ctが16ms未満であると、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果が得られない。また、冷却時間Ctが300msを超えていると、温度が低下しすぎて上記の効果が小さくなり、また、生産性が低下してしまう。従って、冷却時間Ctは16ms以上300ms以下とする。生産性の低下をできるだけ避けるために、冷却時間Ctは、16ms以上300ms以下の範囲内とすることが望ましい。
 (後加熱通電電流:PC)
 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。
 後加熱通電電流PCは、ナゲットおよび熱影響部の組織や偏析状態に大きな影響を及ぼす。後加熱通電電流PCが「0.40×WC」(kA)未満であると、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果が得られない。また、後加熱通電電流PCが「0.95×WC」(kA)を超えている場合にも、上記の効果が得られない。従って、後加熱通電電流PCは、「0.40×WC」(kA)以上「0.95×WC」(kA)以下とする。また、後加熱通電電流PCは、「0.70×WC」(kA)以上「0.85×WC」(kA)以下であることが好ましい。上記の効果が顕著に現れるからである。
 (後加熱通電時間:Pt)
 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)
 後加熱通電時間Ptは、上述の後加熱通電電流PCと同様、ナゲットおよび熱影響部の組織や偏析状態に大きな影響を及ぼす。後加熱通電時間Ptが30ms未満であると、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果が得られない。また、後加熱通電時間Ptが200msを超えていると、上記の効果が小さくなり、また、生産性が低下してしまう。従って、後加熱通電時間Ptは30ms以上200ms以下とする。また、後加熱通電時間Ptは40ms以上200ms以下であることが好ましい。上記の効果が顕著に現れるからである。
 溶接電流WCの通電終了直後の冷却時間Ct、後加熱通電電流PCおよび後加熱通電時間Ptを上記条件の設定することにより、ナゲットにおける大きな介在物の生成を低減できる。これにより、介在物を起点とした脆性破面の発生を抑制することができるので、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減という効果が安定して得られる。
 (保持時間:Ht)
 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。
 保持時間Htは、ナゲットおよび熱影響部の組織やナゲット3内の欠陥や割れ発生に大きな影響を及ぼす。保持時間Htが240msを超えていると、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果が小さくなり、また、生産性が低下する。これは、溶接電極2A、2Bの離間に伴う空冷の開始までに要する時間が長くなるからである。従って、保持時間Htは240ms以下とする。また、保持時間Htは、空冷を早期に開始して上記の効果を安定して得るためには短い方が望ましく、特に0ms以上100ms以下であることが好ましい。図4で示した本発明の通電パターンでは、後加熱通電中にもナゲットの温度が低下するため、保持時間Htを短くした場合でも収縮欠陥や割れが生じにくい。従って、溶接電極2Aおよび2Bを薄鋼板1A、1Bから即時に離間させることが可能であれば、保持時間Htを0msとしても良い。なお、上記で述べた保持時間は実際の保持時間であるが、現存の溶接機では、溶接ガンの動作に遅れが生じるため、実際の保持時間は設定した保持時間より長くなるのが一般的である。したがって、このことを考慮に入れる必要性がある。
 [第3の実施形態]
 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)
 上述のように、加圧力EFが「1960×h」(N)未満であると、ナゲット3内の欠陥および割れの発生を抑制することが難しくなり、板厚や鋼板の強度が増加すると、欠陥や割れが発生する場合がある。その一方で、加圧力EFが「1960×h」(N)未満であると、剥離方向の継手強度が顕著に増加するという効果が得られる。これは、次のような理由による。即ち、加圧力EFの低下に伴って溶接電極2A、2Bからの抜熱が低下し、溶け込み(ナゲットの厚さ)が増加する。このため、熱影響部での軟化域が増加し、実使用時および引張試験時等に高強度鋼板に変形が生じるような応力が作用した際のスポット溶接継手の変形が容易になる。この結果、ナゲットの端部での応力集中が緩和される。但し、加圧力EFが「1470×h」(N)未満であると、ナゲット3内の欠陥および割れの発生が顕著になって、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果が得られなくなる。また、加圧力EFが「1960×h」(N)を超えていると、剥離方向の継手強度が顕著に増加するという効果を得にくい。従って、第3の実施形態では、加圧力EFは「1470×h」(N)以上「1960×h」(N)未満とする。
 [第4の実施形態]
 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)
 (溶接後熱処理温度:AT)
 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)
 加圧保持解放後のナゲット3のミクロ組織は、主として炭化物を含まないマルテンサイトからなるため、ナゲット3内の硬さの値は高いが靭性は低い。そこで、適切な溶接後熱処理を行うことにより炭化物を析出させて、ナゲット3内の靭性を改善することができる。そして、溶接後熱処理温度ATは、マルテンサイトの分解によるナゲット3および熱影響部の靭性改善に大きく寄与する。溶接後熱処理温度ATが120℃未満であると、マルテンサイトの分解が不十分となり、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果を得にくい。また、溶接後熱処理温度ATが220℃を超えていると、上記の効果が得にくく、また、ナゲット3の硬さが過剰に低下し、ナゲット3内において剥離破断が起こりやすくなる。従って、溶接後熱処理温度ATは、120℃以上220℃以下とする。また、溶接後熱処理温度ATは、140℃以上200℃以下であることが好ましい。上記の効果が顕著に現れるからである。
 一般的に、高強度鋼板の母材に400℃以上の熱処理を施すと、母材組織に影響がおよび、母材特性が低下する等の問題が生じることがある。第4の実施形態では、溶接後熱処理温度ATを120~220℃の範囲として溶接後の熱処理を行うため、高強度鋼板の母材組織に熱処理による悪影響を及ぼすことが無く、また、機械的特性を劣化させることが無いという効果が得られる。
 (溶接後熱処理時間:At)
 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)
 溶接後熱処理時間Atが100秒間未満であると、マルテンサイトの分解が不十分となり、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果を得にくい。また、溶接後熱処理時間Atが6000秒間を超えていると、上記の効果が得にくく、また、生産性が低下する。従って、溶接後熱処理時間Atは、100秒間以上6000秒間以下とする。溶接後熱処理時間Atを上記範囲とすることにより、ナゲット3の硬さをほとんど下げることなく、靱性を確保することが可能となる。また、溶接後熱処理時間Atは、3600秒間(1時間)以下とすることが好ましく、600秒間以上2400秒間以下とすることがより好ましい。
 上記条件で溶接後の熱処理を行うことにより、ナゲット3および熱影響部の靭性を改善でき、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果が顕著となる。
 また、溶接後熱処理温度ATおよび溶接後熱処理時間Atが上記条件とされた熱処理を行うことにより、介在物を起点として脆性破面が発生するのを抑制することができる。従って、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果を安定して得ることができる。
 なお、溶接後熱処理の方法は特に限定されず、例えば、炉中加熱、バーナー加熱、高周波加熱等を行うことができる。また、塗装焼付け(ベークハード)処理等を行っても良い。
 通常、炭素当量Ceq、特に炭素量が高い高強度鋼板をスポット溶接すると、熱処理前では、ナゲット3および熱影響部のビッカース硬さHvは400以上となる場合が多い。第4の実施形態では、溶接後熱処理に伴うビッカース硬さの低下量ΔHvが50以下に収まるように溶接後熱処理の条件を制御することがより好ましい。なお、炭素当量Ceqが高い高強度鋼板では、ナゲット3および熱影響部のビッカース硬さHvが500以上となる場合もある。この場合には、ビッカース硬さの低下量ΔHvが50~150程度となるように、溶接後熱処理の条件を制御することが好ましい。このような条件の制御により、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果を顕著なものとすることができる。
 また、第4の実施形態では、熱処理によって、ナゲット3および熱影響部の組織が、フレッシュマルテンサイトを含むものからフレッシュマルテンサイトを含まないものへと変化するように溶接後の熱処理条件を適宜制御することが好ましい。つまり、熱処理前の組織には、フレッシュマルテンサイトが含まれており、更に、テンパードマルテンサイトおよび/または下部ベイナイトが含まれている。このような組織が、フレッシュマルテンサイトを含まずに、テンパードマルテンサイトおよび/または下部ベイナイトからなるように熱処理条件を制御することが好ましい。ナゲット3および熱影響部の組織をこのような組織とすることにより、上記の効果が更に顕著に得られる。
 ここで、ナゲット3および熱影響部の組織にテンパードマルテンサイトが生成した場合には、デンドライト組織のアーム間隔(デンドライト間距離)が短くなり、また、少量の炭化物を析出するという作用がある。第4の実施形態では、上記の条件で溶接後熱処理を行うため、炭素含有量の高い高強度鋼板をスポット溶接した場合であっても、溶接時の強度ばらつきが生じるのが抑制されるという効果が得られる。
 なお、高強度鋼板の引張強さが700MPa未満であっても、形成されるナゲット3のミクロ組織は、主として、炭化物を含まないマルテンサイトとなるため、溶接後熱処理により、炭化物を析出させ、ナゲット3の靭性を向上させることが可能である。
 [第5の実施形態]
 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。
 (溶接後の溶接部の表面温度:CT)
 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)
 そして、このような放冷を行った後、第4の実施形態と同様にして溶接後熱処理を行う。溶接後熱処理を行うまでの間に低下した溶接後の溶接部の表面温度CTが150℃を超えていると、マルテンサイト変態が完全に終了する前に溶接後熱処理を開始することになる。このため、溶接後熱処理を行っても、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果を十分には得にくい。第5の実施形態では、放冷により表面温度CTを150℃以下まで低下させるため、溶接後熱処理の開始時には、ナゲット3の組織がほぼ完全にマルテンサイト変態している。従って、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果を更に顕著に得ることができる。
 これらの第2~第5の実施形態の方法を実行することにより、第1の実施形態に係るスポット溶接継手を得ることができ、また、良好な作業性を確保しつつ、ナゲット3内の欠陥および割れの発生を抑制することが可能となり、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減という効果が得られる。このため、信頼性の高い溶接部を得ることができる。
 また、第2~第5の実施形態でスポット溶接方法の対象としている高強度鋼板は、例えば、自動車車体の安全性向上のために補強部品等で使用される引張強さが750MPa以上で炭素当量が高い高強度鋼板であり、スポット溶接部の強度の低下やばらつきが懸念される高強度鋼板である。そして、第2~第5の実施形態によれば、このような高強度鋼板のスポット溶接を行うに際して、特別な装置を使用することなく、実操業の範囲内で効率良く、信頼性の高いスポット溶接継手を得ることが可能となる。更に、これらの実施形態に要する時間は短時間で、効率良く炭化物を析出させることが可能なものとなっている。このため、信頼性の高い溶接部が形成できるとともに作業性の面からも格別の効果が得られ、従来とは技術的思想が全く異なる。
 また、第4および第5の実施形態では、適切な通電パターンと溶接後熱処理とが組み合わされているため、スポット溶接部のような凝固組織を有する部位においても、優れた強度特性と信頼性を得ることが可能となっており、極めて有意義である。
 なお、第2~第5の実施形態のいずれにおいても、高強度鋼板の組成は、炭素当量Ceqが適切な範囲内にあれば、特に限定されず、上記の効果を得ることができる。そして、第1の実施形態と同様に、C含有量は0.40質量%~0.10質量%であることが好ましく、Si含有量は2.50質量%~0.01質量%であることが好ましく、Mn含有量は3.0質量%~1.5質量%であることが好ましい。また、P含有量は0.03質量%以下であることが好ましく、S含有量は0.01質量%以下であることが好ましく、N含有量は0.0100質量%以下であることが好ましく、O含有量は0.007質量%以下であることが好ましく、Al含有量は1.00質量%以下であることが好ましい。また、他の元素の含有量も第1の実施形態と同様の範囲内にあることが好ましい。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場合においても、より安定して高い継手強度を確保し、継手強度のばらつきをより抑制するためである。
 ここで、下記(11)式は、高強度鋼板のナゲットの硬さに関わる炭素当量Ceqhを表し、また、下記(12)式は、溶接部の靱性に関わる炭素当量Ceqtを表している。なお、(12)式は、上記(1)式と共通となっている。
 Ceqh=[C]+[Si]/40+[Cr]/20 ・・・(11)
 Ceqt=[C]+[Si]/30+[Mn]/20+2[P]+4[S] ・・・(12)
 一般的に、高強度鋼板の引張強さが増加すると、上記(11)式または(12)式で表される炭素当量(CeqhまたはCeqt)の数値が増加し、その結果、溶接部の硬さが増加して靭性が低下する。このように、溶接部の硬さが増加して靭性が低下すると、ナゲット3内で割れが発生しやすくなり、また、破断形態の劣化が生じて、継手強度、特に十字引張強さに低下やばらつきが発生する。特に、上記(12)式で表される炭素当量Ceqtの数値が大き過ぎると、破断形態の劣化が生じて継手強度、特に十字引張強さに低下やばらつきが発生する。
 これに対し、第1~第5の実施形態では、高強度鋼板の炭素当量Ceqを適切な範囲に規定しているため、破断形態の改善、並びにそれに伴う継手強度の向上および継手強度のばらつき低減の効果を得ることができる。
 なお、これらの説明は、2枚の薄鋼板のスポット溶接を行う場合、およびこのようなスポット溶接により得られるスポット溶接継手に関するものであるが、図5に示すように、スポット溶接の対象が3枚の薄鋼板1A、1Bおよび1Cであっても良く、3枚の薄鋼板1A、1Bおよび1Cを含むスポット溶接継手11においても、上記と同様の効果が得られる。更に、4枚以上の薄鋼板に対してスポット溶接を行っても良く、4枚以上の薄鋼板を含むスポット溶接継手においても同様の効果が得られる。なお、上記板組みにおいて、薄鋼板の全てが高強度鋼板である必要性はなく、その一部が軟鋼板であっても良い。また、高強度鋼板の全てが同鋼種である必要性はなく、異鋼種の組合せであっても良い。また、板厚も全て同じである必要性はなく、異厚の組合せであっても良い。
 また、スポット溶接の対象である2枚以上の薄鋼板の全てが上記の引張強さおよび炭素当量の範囲を満たしている必要はなく、少なくとも1枚の引張強さが750MPa~1850MPaであり、炭素当量Ceqが0.22質量%~0.55質量%であれば良い。従って、スポット溶接継手においては、これに含まれる2枚以上の薄鋼板の内、少なくとも1枚の引張強さが750MPa~1850MPaであり、炭素当量Ceqが0.22質量%~0.55質量%であれば良い。しかし、実質上、本発明で組成、引張強さ、炭素当量を規定する高強度鋼板と組み合わせる薄鋼板の組成、引張強さ、炭素当量が、本発明で規定する値以上のものである場合には、破断形態の劣化やそれに伴う継手強度の低下および継手強度のばらつきが発生する確率が高まるため、組み合わせる薄鋼板の組成、引張強さ、炭素当量は、本発明で規定する高強度鋼板と同じかそれ以下であることが必要である。
 更に、ナゲット3の形状も楕円体または略楕円体に限定されるものではなく、図6A、図6Bおよび図6Cに示すように、本発明はあらゆる形状のナゲット3に適用することができる。また、ナゲット3がどのような形状であっても、図6A~図6Cに示すように、ナゲット外層域3cを特定することが可能である。
 以下、本発明の範囲に属する実施例について、本発明の範囲から外れる比較例と比較しながら説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
 [実施例1]
 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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 そして、条件毎に、6個の試験片の内の1個を用いてナゲットのミクロ組織の観察を行い、残りの5個を用いて十字引張強さの測定を行った。ミクロ組織の観察は、光学顕微鏡を用いて行った。また、十字引張強さの測定は、抵抗スポット溶接継手の十字引張試験方法(JIS Z3137)に基づいて行い、継手強度の平均値および継手強度のばらつきを算出した。即ち、図7中の符号24で示すように、上側の試験片21Aを上方向に、下側の試験片21Bを下方向に、相互に剥離する方向で荷重を付加することで十字引張試験を実施し、十字引張強さ(CTS)を測定した。
 また、引張強さが289MPaであり、板厚が1.6mmのIF鋼板同士を2枚重ね合わせ、ナゲット径が4.5√tとなる条件にてスポット溶接を行って5個のスポット溶接継手の基準試験片を作製した。これらの基準試験片の十字引張強さを測定したところ、その平均値は8.2kNであった。
 そして、上記の条件No.A-1~No.A-86にて作製された試験片の十字引張強さの平均値を基準試験片の十字引張強さの平均値と比較して評価した。この評価では、基準試験片の十字引張強さの平均値に対する割合が1以上となるものを、優れた継手強度を有しているスポット溶接継手と定義した。
 上記の条件(4.5√t)で形成されたナゲット径は約5.7mmであるため、ナゲットから90%の相似形領域を除いたナゲット外層域は、ナゲットと高強度鋼板との境界からナゲット中心に向かい、約0.3mmの厚みをもつ領域に相当する。ミクロ組織の観察では、上記、ナゲット外層域の中で、ナゲットと高強度鋼板との境界からナゲット中心に向かい約0.2mm内側の部分において、炭化物の平均粒径および個数密度、並びにデンドライト組織のアーム間隔の平均値を測定した。また、ナゲットを構成するフレッシュマルテンサイト、焼き戻しマルテンサイトおよび残留マルテンサイトの割合(体積率)も測定した。
 これらの評価の結果および測定結果を下記表5および表6に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
 表5に示すように、条件No.A-1、No.A-3、No.A-4、No.A-7、No.A-8、No.A-11~No.A-13、No.A-15~No.A-17、No.A-19~No.A-21、No.A-24~No.A-27、No.A-29~No.A-34、No.A-38~No.A-40の本発明例では、請求項1に規定する要件が満たされているため、優れた継手強度を有し、強度ばらつきが小さいスポット溶接継手が得られた。同様に、表6に示すように、条件No.A-41、No.A-44、No.A-46、No.A-48~No.A-52、No.A-54、No.A-55、No.A-58、No.A-59、No.A-62、No.A-63、No.A-65~No.A-67、No.A-69~No.A-73、No.A-77、No.A-78、No.A-80~No.A-84の本実施例でも、請求項1に規定する要件が満たされているため、優れた継手強度を有し、強度ばらつきが小さいスポット溶接継手が得られた。
 これに対し、表5に示すように、条件No.A-2、No.A-5、No.A-6、No.A-9、No.A-10、No.A-14、No.A-18、No.A-22、No.A-23、No.A-28、No.A-35~No.A-37の比較例では、請求項1に規定する要件の少なくとも一つが満たされていないため、継手強度が低かった。また、継手強度のばらつきが大きいものもあった。同様に、表6に示すように、条件No.A-42、No.A-43、No.A-45、No.A-47、No.A-53、No.A-56、No.A-57、No.A-60、No.A-61、No.A-64、No.A-68、No.A-74~No.A-76、No.A-79、No.A-86の比較例では、請求項1に規定する要件の少なくとも一つが満たされていないため、継手強度が低かった。
 即ち、条件No.A-2、No.A-23、No.A-36、No.A-53、No.A-74の比較例では、溶接通電後の冷却を行っていないか、溶接通電後の冷却時間Ctが短すぎたために、溶接後の冷却速度を大きくすることできず、デンドライトアーム間隔が大きかった。このため、PやSの偏析が大きく、溶接後熱処理を行っても、炭化物を十分に析出させることができなかった。
 条件No.A-5、No.A-37、No.A-56、No.A-75の比較例では、溶接通電後の冷却時間Ctが長すぎたために、適切な後加熱通電を行うことができなかった。このため、炭化物を十分に析出させることができなかった。
 条件No.A-6、No.A-9、No.A-10、No.A-28、No.A-42、No.A-43、No.A-57、No.A-60、No.A-61、No.A-76の比較例では、後加熱通電の電流PCまたは時間Ptが過剰であるかまたは不足していたため、炭化物を十分に析出させることができなかった。
 条件No.A-14、No.A-47、No.A-64の比較例では、加圧の解放までの処理は請求項6に規定する範囲内のものであったが、その後に、十分な冷却を行わないまま溶接後熱処理を開始したため、ナゲット内のミクロ組織を焼き戻しマルテンサイト主体の組織とすることができなかった。このため、溶接後熱処理を行っても、残留オーステナイトやフレッシュマルテンサイトが残りやすく、炭化物を十分に析出させることができなかった。
 条件No.A-18、No.A-35、No.A-45、No.A-68、No.A-79の比較例では、加圧の解放までの処理は請求項6に規定する範囲内のものであったが、その後の溶接後熱処理の温度が高すぎたために、粗大な炭化物が旧オーステナイト粒界にネットワーク状に析出し、ナゲット内での割れを抑制することができなかった。
 条件No.A-22の比較例では、加圧の解放までの処理は請求項6に規定する範囲内のものであったが、その後の溶接後熱処理の時間が長すぎたために、粗大な炭化物が旧オーステナイト粒界にネットワーク状に析出し、ナゲット内での割れを抑制することができなかった。
 条件No.A-86の比較例では、鋼板の炭素当量Ceqが高すぎたため、継手強度が低く、強度のばらつきが大きかった。また、条件No.A-85では、鋼板の炭素当量Ceqが0.22質量%未満であったため、Ms点が十分に高く、それだけで十分にマルテンサイトが焼き戻され、高い継手強度が得られた。
 [実施例2]
 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。
 また、抵抗スポット溶接継手の十字引張試験方法(JIS Z3137)に基づいて、十字引張試験片を作製した。ここで、表7および表8中に示す鋼種のうち、CR270E、CR980Y、CR1180Y、CR1470Y、GA980Y、GA1180Yは日本鉄鋼連盟規格品(JSC270E、JSC980Y、JSC1180Y、JSC1470Y、JAC980Y、JAC1180Y)を、CR780T、CR980Tは特開平11-270682号公報等に開示されている加工誘起変態型鋼板を、また、CR1470HP、CR1760HP、CR1960HP、Al1470HPについては特開2000-234153号公報等に開示されているホットプレス(ホットスタンピング)鋼板を示す。
 次に、上記組織観察用試験片を、図3A~図3Cに示すように、同鋼種同板厚の組合せで重ね合わせ、表7および表8に示す条件で、抵抗スポット溶接方法によって溶接し、溶接試験片を作製した。なお、表7に示す条件は、請求項6に規定する条件を満たしており、表8に示す条件は、請求項6に規定する条件の少なくとも一つを満たしていない。そして、得られた溶接試験片について、溶接部の窪みの程度を目視で観察した。また、光学顕微鏡を用いて断面のマクロ組織観察を行い、ナゲット径を測定した。更に、ナゲット内の収縮欠陥の有無および割れの有無を観察した。また、実施例1と同様に、ナゲット外層域において、ナゲットと高強度鋼板との境界からナゲット中心に向かい約0.2mm内側の部分において、光学顕微鏡を用いてミクロ組織を観察し、デンドライト組織のアーム間隔の平均値、炭化物の平均粒径および個数密度を測定した。
 さらに、上記十字引張試験片を用いて、抵抗スポット溶接継手の十字引張試験方法(JIS Z3137)に基づき、図7に示すような十字状に試験片を重ね合せ、表7および表8に示す条件でスポット溶接を行い、十字引張試験片を作製した。なお、十字引張試験片は、同様の条件で各3体作製した。
 そして、剥離方向、即ち、図7中の符号24で示すように、上側の試験片21Aを上方向に、下側の試験片21Bを下方向に、相互に剥離する方向で荷重を付加することで十字引張試験を実施し、十字引張強さ(CTS)を測定した。
 また、十字引張試験を行った後、各試験体について、溶接部の破断形態を観察した。この際、図8に示すように、溶接部にナゲット23を含んだ突起部(プラグ)25が残留している場合には、突起部25の直径(プラグ径dp)を測定してナゲット径dnとの比(プラグ率:dp/dn)を計算した。そして、図9A~図9Cに示すように、ナゲット23内で剥離して破断している場合には剥離破断(図9A)、プラグ25の直径がナゲット径とほぼ同じ場合にはプラグ破断(図9B)、プラグ25の直径がナゲット径より明らかに小さい場合には部分プラグ破断(図9C)と判定した。また、十字引張試験後の破面を拡大鏡やSEMで観察し、脆性破面が観察されるかどうかを調べた。
 表7および表8に、実施例2における各試験片の作製条件および試験結果の一覧を示す。なお、溶接条件の所で示した保持時間は実際の保持時間を示している。現存の溶接機では、保持時間を0msに設定するのは難しいが、本実施例では、溶接機で特殊な信号を用い、保持時間:0msの場合についても示している。
 なお、CTSばらつきの評価に関しては、十字引張試験片の平均値および最小値を用い、下記のような「◎」~「×」の4段階の基準を設けた。
 「◎: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
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
 表7に示す条件No.B-1~No.B-32は本発明例であり、表8に示す条件No.B-33~No.B-63は比較例である。つまり、上記のように、表7に示す条件は、請求項6に規定する条件を満たしており、表8に示す条件は、請求項6に規定する条件の少なくとも一つを満たしていない。
 これらのうち、条件No.B-1~No.B-12では、板厚が1.6mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.B-13~No.B-16では、板厚が1.2mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.B-17、No.B-18では、板厚1.6mmの鋼板で、条件No.B-4、No.B-6からナゲット径を変化させた。また、条件No.B-19~No.B-22では、板厚が1.6mmの鋼板で引張強さや炭素当量を変化させ、条件No.B-23~No.B-32では、板厚が1.6mmの鋼板を用いて、溶接条件を請求項6に規定する範囲内で変化させた。
 また、条件No.B-35~No.B-52では、比較例として、従来公知の方法で溶接を行った。即ち、後加熱通電を行わなかった。そして、条件No.B-35~No.B-46では、板厚が1.6mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.B-47~No.B-50では、板厚が1.2mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.B-51、No.B-52では、板厚が1.6mmの鋼板で、条件No.B-38、No.B-40からナゲット径を変化させた。また、条件No.B-53~No.B-54では、高強度鋼板の引張強さ、炭素当量を請求項6に規定する範囲外で変化させた。さらに、条件No.B-55~No.B-63では、板厚が1.6mmの鋼板を用いて、溶接条件を請求項6に規定する範囲外で変化させた。なお、条件No.B-33~No.B-34では、比較のため、引張強さ、炭素当量が極めて低い軟鋼板(板厚:1.2mm、1.6mm)を用いた。
 表7に示すように、条件No.B-1~No.B-32の本発明例では、請求項6に規定する条件が満たされているため、何れの鋼種においても、デンドライトアーム間隔、炭化物の平均粒径、炭化物の個数密度が本発明の範囲内であった。また、収縮欠陥および割れが発生せず、また、溶接部における窪みが小さいことが確認できた。その結果、条件No.B-1~No.B-32では、破断形態がプラグ破断であり、プラグ率が大きく、脆性破面が認められなかった。更に、後加熱通電を行っていない表8中の条件No.B-35~No.B-52の比較例に比べ、CTSが高く、CTSのばらつきが小さいことが確認できた。
 一方、表8に示すように、条件No.B-53~No.63の比較例では、請求項6に規定する条件が満たされていないため、何れの鋼種においても、デンドライトアーム間隔、炭化物の平均粒径、炭化物の個数密度が本発明の範囲外であった。また、収縮欠陥や割れの発生、溶接部での大きな窪み、部分プラグ破断の発生によるプラグ率の減少、脆性破面の発生の何れかが認められた。また、CTSが低く、CTSのばらつきが大きいことが確認された。
 なお、加圧力EFが低い条件No.B-55の比較例では、破断形態がプラグ破断であり、プラグ率が大きく、脆性破面が認められず、CTSが高く、CTSのばらつきが小さいことが確認できたが、収縮欠陥が発生していたため望ましくない。また、加圧力EFが高い条件No.B-56、溶接後の冷却時間Ctが長い条件No.B-58、後加熱通電時間Ptが長い条件No.B-62、保持時間Htが長い条件No.B-63の比較例では、それぞれの効果が認められるものの、その効果は小さく、これらの場合には生産性が低下するため望ましくない。
 [実施例3]
 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。
 表9および表10に、実施例3における各試験片の作製条件および試験結果の一覧を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000010
 表9に示す条件No.C-1~No.C-32は本発明例であり、表10に示す条件No.C-33~No.C-63は比較例である。つまり、上記のように、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。
 これらのうち、条件No.C-1~No.C-12では、板厚が1.6mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.C-13~No.C-16では、板厚が1.2mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.C-17、No.C-18では、板厚が1.6mmの鋼板で、条件No.C-4、No.C-6からナゲット径を変化させた。また、条件No.C-19~No.C-22では、板厚が1.6mmの鋼板で引張強さや炭素当量を変化させ、条件No.C-23~No.C-32では、板厚が1.6mmの鋼板を用いて、溶接条件を請求項7に規定する範囲内で変化させた。
 また、条件No.C-35~No.C-52では、比較例として、従来公知の方法で溶接を行った。即ち、後加熱通電を行わなかった。そして、条件No.C-35~No.C-46では、板厚が1.6mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.C-47~No.C-50では、板厚が1.2mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.C-51、No.C-52では、板厚が1.6mmの鋼板で、条件No.C-38、No.C-40からナゲット径を変化させた。また、条件No.C-53~No.C-54では、高強度鋼板の引張強さ、炭素当量を請求項7に規定する範囲外で変化させた。さらに、条件No.C-55~No.C-63では、板厚が1.6mmの鋼板を用いて、溶接条件を請求項7に規定する範囲外で変化させた。なお、条件No.C-33~No.C-34では、比較のため、引張強さ、炭素当量が極めて低い軟鋼板(板厚:1.2mm、1.6mm)を用いた。
 表9に示すように、条件No.C-1~No.C-32の本発明例では、請求項7に規定する条件が満たされており、加圧力FEが低めに設定されているため、ナゲットに若干の収縮欠陥が認められたものの、何れの鋼種においても、デンドライトアーム間隔、炭化物の平均粒径、炭化物の個数密度が本発明の範囲内であった。また、割れが発生せず、また、溶接部における窪みが小さいことが確認できた。その結果、条件No.C-1~No.C-32では、破断形態がプラグ破断であり、プラグ率が大きく、脆性破面が認められなかった。更に、後加熱通電を行っていない表10中の条件No.C-35~No.C-52の比較例に比べ、CTSが高く、CTSのばらつきが小さいことが確認できた。また、実施例2の条件No.B-1~No.B-32に比べ、CTSが高かった。
 一方、表10に示すように、条件No.C-51~No.C-63の比較例では、請求項7に規定する条件が満たされていないため、何れの鋼種を用いた場合においても、デンドライトアーム間隔、炭化物の平均粒径、炭化物の個数密度が本発明の範囲外であった。また、収縮欠陥や割れの発生、溶接部での大きな窪み、部分プラグ破断の発生によるプラグ率の減少、脆性破面の発生の何れかが認められた。また、CTSが低く、CTSのばらつきが大きいことが確認された。
 なお、加圧力EFが高い条件No.C-56の比較例では、請求項6に規定する条件が満たされているため、実施例2と同様の効果が認められた。また、溶接後の冷却時間Ctが長い条件No.C-58、後加熱通電時間Ptが長い条件No.C-62、保持時間Htが長い条件No.C-63の比較例では、それぞれの効果が認められるものの、その効果は小さく、これらの場合には生産性が低下するため望ましくない。
 [実施例4]
 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。
 表11および表12に、実施例4における各試験片の作製条件および試験結果の一覧を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000011
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000012
 表11に示す条件No.D-1~No.D-37は本発明例であり、表12に示す条件No.D-38~No.D-73は比較例である。つまり、上記のように、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。なお、請求項6に記載の条件が満たされていれば、請求項8に記載の条件が満たされていない場合であっても一定の効果が得られるが、ここでは、便宜上、請求項6に規定する条件を満たしていても請求項8に規定する条件を満たしていないものは比較例ということとする。
 これらのうち、条件No.D-1~No.D-37の本発明例では、請求項6に規定する範囲内の処理を行った後に、請求項8に規定する範囲内の溶接後熱処理を施した。条件No.D-1~No.D-12では、板厚が1.6mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.D-13~No.D-16では、板厚が1.2mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.D-17、No.D-18では、板厚が1.6mmの鋼板で、条件No.D-4、No.D-6からナゲット径を変化させた。また、条件No.D-19~No.D-22では、板厚が1.6mmの鋼板で引張強さや炭素当量を変化させ、条件No.D-23~No.D-32では、板厚が1.6mmの鋼板を用いて、溶接条件を請求項6に規定する範囲内で変化させた。更に、条件No.D-33~No.D-36では、板厚1.6mmの鋼板を用いて、溶接後熱処理の条件を請求項8に規定する範囲内で変化させた。
 また、条件No.D-40~No.D-57では、比較例として、後加熱通電を行わずに溶接を行った。そして、条件No.D-40~No.D-51では、板厚が1.6mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.D-52~No.D-55では、板厚が1.2mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.D-56、No.D-57では、板厚が1.6mmの鋼板で、条件No.D-43、No.D-45からナゲット径を変化させた。なお、条件No.D-38~No.D-39では、比較のために、引張強さ、炭素当量が極めて低い軟鋼板(板厚:1.2mm、1.6mm)を用いた。
 表11に示すように、条件No.D-1~No.D-37の本発明例では、請求項6および8に規定する条件が満たされているため、何れの鋼種においても、デンドライトアーム間隔、炭化物の平均粒径、炭化物の個数密度が本発明の範囲内であった。また、収縮欠陥および割れが発生せず、また、溶接部における窪みが小さいことが確認できた。その結果、条件No.D-1~No.D-37では、破断形態がプラグ破断であり、プラグ率が大きく、脆性破面が認められなかった。更に、後加熱通電を行っていないNo.D-40~No.D-57の比較例に比べ、CTSが高く、CTSのばらつきが小さいことが確認できた。
 なお、条件No.D-40~No.D-57の比較例では、溶接後熱処理を行ってはいるものの、その前に後加熱通電を行っていないため、溶接後熱処理による効果が認められるものの、後加熱通電および溶接後熱処理の両方を行った場合に比べ、その効果が小さいことがわかる。
 また、表11に示す条件No.D-1~No.D-37の本発明例におけるCTSは、表7に示す条件No.B-1~No.B-32の本発明例(溶接後熱処理を行っていない本発明例)よりも高かった。このことは、溶接後熱処理によりCTSがより向上することが示している。
 一方、表12に示すように、条件No.D-58~No.D-68の比較例では、請求項6に規定する条件が満たされていないため、何れの鋼種を用いた場合においても、CTSの低下、プラグ率の減少、脆性破面の発生の何れかが認められた。
 また、条件No.D-69~No.D-72の比較例では、請求項6に規定する条件が満たされているものの、溶接後熱処理の条件が請求項8に規定する条件を満たしていない。このため、溶接後後加熱通電の効果は認められるものの、溶接後熱処理の効果は認められていない。
 なお、加圧力EFが低い条件No.D-60の比較例では、破断形態がプラグ破断であり、プラグ率が大きく、脆性破面が認められず、CTSが高く、CTSのばらつきが小さいことが確認できたが、収縮欠陥が発生していたため望ましくない。また、加圧力EFが高い条件No.D-61、溶接後の冷却時間Ctが長い条件No.D-63、後加熱通電時間Ptが長い条件No.D-67、保持時間Htが長い条件No.D-68では、それぞれの効果が認められるものの、その効果は小さく、これらの場合には生産性が低下するため望ましくない。さらに、溶接後熱処理の条件が請求項8に規定する条件を満たしていない条件No.D-69~No.D-72では、溶接後熱処理温度ATが低いNo.D-69、溶接後熱処理時間Atが短いNo.D-71では溶接後後加熱通電の効果のみが認めら、溶接後熱処理温度ATが高い条件No.D-70、溶接後熱処理時間Atが長い条件No.D-72の比較例では、溶接後後加熱通電の効果のみならず溶接後熱処理の効果が認められるが、その効果は請求項8に規定する条件を満たしているものに比べ小さい。
 [実施例5]
 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。
 表13および表14に、実施例5における各試験片の作製条件および試験結果の一覧を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000013
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000014
 表13に示す条件No.E-1~No.E-37は本発明例であり、表14に示す条件No.E-38~No.E-73は比較例である。つまり、上記のように、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。なお、請求項7に記載の条件が満たされていれば、請求項8に記載の条件が満たされていない場合であっても一定の効果が得られるため、ここでは、便宜上、請求項7に規定する条件を満たしていても請求項8に規定する条件を満たしていないものは比較例ということとする。
 これらのうち、条件No.E-1~No.E-37の本発明例では、請求項7で規定する範囲内の処理を行った後に、請求項8に規定する範囲内の溶接後熱処理を施した。条件No.E-1~No.E-12では、板厚が1.6mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.E-13~No.E-16では、板厚が1.2mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.E-17、No.E-18では、板厚が1.6mmの鋼板で、条件No.E-4、No.E-6からナゲット径を変化させた。また、条件No.E-19~No.E-22では、板厚が1.6mmの鋼板で引張強さや炭素当量を変化させ、条件No.E-23~No.E-32では、板厚1.6mmの鋼板を用いて、溶接条件を請求項6に規定する範囲内で変化させた。更に、条件No.E-33~No.E-36では、板厚が1.6mmの鋼板を用いて、溶接後熱処理の条件を請求項8に規定する範囲内で変化させた場合の例である。
 また、条件No.E-40~No.E-57では、比較例として、後加熱通電を行わずに溶接を行った。そして、条件No.E-40~No.E-51では、板厚が1.6mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.E-52~No.E-55では、板厚が1.2mmの鋼板で鋼種を変化させ、条件No.E-56、No.E-57では、板厚が1.6mmの鋼板で、条件No.E-43、~No.E-45からナゲット径を変化させた。なお、条件No.E-38~No.E-39では、比較のために、引張強さ、炭素当量が極めて低い軟鋼板(板厚:1.2mm、1.6mm)を用いた。
 表13に示すように、条件No.E-1~No.E-37の本発明例では、請求項7および8に規定する条件が満たされているため、何れの鋼種においても、デンドライトアーム間隔、炭化物の平均粒径、炭化物の個数密度が本発明の範囲内であった。また、収縮欠陥および割れが発生せず、また、溶接部における窪みが小さいことが確認できた。その結果、条件No.E-1~No.E-37では、破断形態がプラグ破断であり、プラグ率が大きく、脆性破面が認められなかった。更に、後加熱通電を行っていない条件No.E-40~No.E-57の比較例に比べ、CTSが高く、CTSのばらつきが小さいことが確認できた。
 なお、条件No.E-40~No.E-57の比較例では、溶接後熱処理を行ってはいるものの、その前に後加熱通電を行っていないため、溶接後熱処理による効果が認められるものの、後加熱通電および溶接後熱処理の両方を行った場合に比べ、その効果が小さいことがわかる。
 また、表13に示す条件No.E-1~No.E-37の本発明例におけるCTSは、表9に示す条件No.B-1~No.B-32の本発明例(溶接後熱処理を行っていない本発明例)よりも高かった。このことは、溶接後熱処理によりCTSがより向上することが示している。
 一方、表14に示すように、条件No.E-58~No.E-72の比較例では、請求項7に規定する条件が満たされていないため、何れの鋼種を用いた場合においても、CTSの低下、プラグ率の減少、脆性破面の発生の何れかが認められた。
 また、条件No.E-69~No.E-72の比較例では、請求項7に規定する条件が満たされているものの、溶接後熱処理の条件が請求項8に規定する条件を満たしていない。このため、溶接後加熱通電の効果は認められるものの、溶接後熱処理の効果は認められていない。
 なお、加圧力EFが高い条件No.E-61の比較例では、請求項6および8に規定する条件が満たされているため、実施例4と同様の効果が認められた。また、溶接後の冷却時間Ctが長い条件No.E-63、後加熱通電時間Ptが長い条件No.E-67、保持時間Htが長い条件No.E-68の比較例では、それぞれの効果が認められるものの、その効果は小さく、これらの場合には生産性が低下するため望ましくない。さらに、溶接後熱処理の条件が請求項8に規定する条件を満たしていない条件No.E-69~No.E-72では、溶接後熱処理温度ATが低いNo.E-69、溶接後熱処理時間Atが短いNo.E-71では溶接後後加熱通電の効果のみが認めら、溶接後熱処理温度ATが高い条件No.E-70、溶接後熱処理時間Atが長い条件No.E-72の比較例では、溶接後後加熱通電の効果のみならず溶接後熱処理の効果が認められるが、その効果は請求項8に規定する条件を満たしているものに比べ小さい。
 [実施例6]
 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。
 表11および表12に示すように、請求項9に規定する条件を満たす条件No.D-37の本発明例では、請求項9に規定する熱処理前温度CTよりも高い表面温度のままで溶接後熱処理を開始した条件No.D-73の比較例に比べ、CTSが高かった。また、表13および表14に示すように、請求項9に規定する条件を満たす条件No.E-37の本発明例では、請求項9に規定する熱処理前温度CTよりも高い表面温度のままで溶接後熱処理を開始した条件No.E-73の比較例に比べ、CTSが高かった。なお、溶接後の放冷によって溶接部の表面温度が低下する程、CTSは向上したものの、150℃以下ではあまり変化しなかった。
 請求項6または7、および請求項8に記載の条件が満たされていれば、請求項9に記載の条件が満たされていない場合であっても一定の効果が得られるが、上述のように、放冷が十分ではないまま溶接後熱処理を開始すると、スポット溶接継手で十分高い強度が得られない。
 [実施例7]
 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。
 表15および表16に、実施例7における各試験片の作製条件および試験結果の一覧を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000015
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000016
 表15に示す条件No.G-1~No.G-23、表16に示す条件No.G-24~No.E-46はともに本発明例である。つまり、上記のように、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。
 これらのうち、表15の条件No.G-1~No.G-6は異種同厚の2枚重ね、条件No.G-7~No.G-9は同種異厚の2枚重ね、条件No.G-10~No.G-15は異種異厚の2枚重ね、条件No.G-16~No.G-18は異種異厚の3枚重ねであり、請求項6に規定する条件を満たしている。また、条件No.G-19は異種同厚の2枚重ね、条件No.G-20は同種異厚の2枚重ね、条件No.G-21~No.G-22は異種異厚の2枚重ね、条件No.G-23は異種異厚の3枚重ねであり、請求項7に規定する条件を満たしている。
 表15に示すように、条件No.G-1~No.G-23の本発明例では、請求項6または7に規定する条件が満たされているため、何れの鋼種においても、デンドライトアーム間隔、炭化物の平均粒径、炭化物の個数密度が本発明の範囲内であった。また、収縮欠陥および割れが発生せず、また、溶接部における窪みが小さいことが確認できた。その結果、条件No.G-1~No.G-23では、破断形態がプラグ破断であり、プラグ率が大きく、脆性破面が認められなかった。その結果、実施例2~実施例3の同種同厚板組みの場合と同様に高いCTSが得られた。なお、3枚重ねの場合には、鋼板2と鋼板3の界面で破断が起こった。
 一方、表16の条件No.G-24~No.G-29は異種同厚の2枚重ね、条件No.G-30~No.G-32は同種異厚の2枚重ね、条件No.G-33~No.G-38は異種異厚の2枚重ね、条件No.G-39~No.G-41は異種異厚の3枚重ねであり、請求項6および請求項8に規定する条件を満たしている。また、条件No.G-42は異種同厚の2枚重ね、条件No.G-43は同種異厚の2枚重ね、条件No.G-44~No.G-45は異種異厚の2枚重ね、条件No.G-46は異種異厚の3枚重ねであり、請求項7および請求項8に規定する条件を満たしている。
 表16に示すように、条件No.G-24~No.G-46の本発明例では、請求項6および請求項8、請求項7および請求項8に規定する条件が満たされているため、何れの鋼種においても、デンドライトアーム間隔、炭化物の平均粒径、炭化物の個数密度が本発明の範囲内であった。また、収縮欠陥および割れが発生せず、また、溶接部における窪みが小さいことが確認できた。その結果、条件No.G-24~No.G-46では、破断形態がプラグ破断であり、プラグ率が大きく、脆性破面が認められなかった。その結果、実施例4~実施例5の同種同厚板組みの場合と同様に高いCTSが得られた。また、表15との比較により、溶接の熱処理によりCTSが向上していることがわかる。なお、3枚重ねの場合には、表15の場合と同様に、鋼板2と鋼板3の界面で破断が起こった。
 なお、これらの実施例に関し、他の鋼種で、薄鋼板の板厚を変更して実験を行った場合も、また、めっき種や目付量等を変更して実験を行った場合も、結果は上記と同様であり、収縮欠陥や割れの発生を防止し、破断形態が良好で強度のばらつきも少なく、十分に高い強度を有する信頼性の高い溶接部を形成させることが可能となる本発明の効果が得られることが確認できた。
 そして、これらの実施例の結果より、本発明の高強度鋼板のスポット溶接方法を用いることにより、抵抗スポット溶接方法によって高強度鋼板を溶接した場合に、溶接部に縮小欠陥や割れ等が発生することが無く、破断形態が良好で強度のばらつきも少なく、十分に高い強度を有する信頼性の高いスポット溶接継手が得られることが確認できた。
 なお、本明細書における上記実施形態および実施例の説明では、本発明による十字引張強さの向上並びにばらつき低減効果を示したが、本発明においては、例えば、同じ剥離方向の引張強さであるL字引張強さのばらつき低減および向上に対しても有効である。
 本発明は、例えば、自動車の車体の組立および部品の取付等のスポット溶接継手およびスポット溶接方法に関する産業において利用することができる。

Claims (13)

  1.  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2×10個/mm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請求項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請求項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。
  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。
  6.  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。)
  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)
  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)
  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。
  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請求項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。
  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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