WO2014025063A1 - 重ね合せ溶接部材、自動車用部品、重ね合せ部の溶接方法、及び、重ね合せ溶接部材の製造方法 - Google Patents

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岡田 徹
上田 秀樹
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新日鐵住金株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a lap weld member in which lap portions of a plurality of steel plate members are joined by spot welds, an automotive part having the lap weld member, a method of welding the lap portion, and the manufacture of the lap weld member Regarding the method.
  • hot stamp materials having a tensile strength of 1500 MPa or more have been put into practical use.
  • the hot stamp material here refers to press working in a state where the steel plate is heated to about 900 ° C. and softened, and at the same time, strengthening by quenching due to the cooling effect (contact cooling) accompanying the contact with the mold, The above-described tensile strength of 1500 MPa class and good dimensional accuracy are realized.
  • resistance spot welding in which two or more steel plate members formed from steel plates are superposed and energized while being pressed with an electrode is frequently used.
  • this resistance spot welding the melted and solidified portion of an ellipsoid, that is, the nugget is formed in the overlapped portion by energization heating, whereby a plurality of steel plate members can be joined.
  • FIG. 1 is a diagram conceptually illustrating the hardness distribution of the spot welded portion 10 when the conventional energization condition is applied to two TRIP (TRansformation Induced Plasticity) materials S11 and S12. More specifically, FIG. 1A is a cross-sectional view conceptually showing the vicinity of the spot welded portion 10 with the thickness direction of the TRIP materials S11 and S12 (that is, the pressing direction by the electrodes) as the vertical direction on the paper surface. is there. In the following description of the present specification, a case where two superimposed members are viewed in the same cross section as in FIG. 1A is referred to as a “spot weld cross-sectional view”. There is. FIG.
  • the spot welded portion 10 includes a nugget 12 and a HAZ 14, and the HAZ 14 has a HAZ hardened portion 14H adjacent to the nugget 12 and a HAZ softened portion 14T formed around the HAZ hardened portion 14H. And have. Further, the HAZ softest part 14L exists at the inner peripheral edge of the HAZ softened part 14T.
  • the quality of spot welds is often evaluated by the tensile shear strength and the cross tensile strength (joint strength in the peeling direction), and it is known that the tensile shear strength increases as the base metal strength increases. ing.
  • the peel strength represented by the cross tensile strength tends to decrease as the strength of the base material increases.
  • FIG. 2A the outline of the cross tension test based on JISZ3137 (1999) for measuring cross tensile strength is demonstrated.
  • the cross tension test as shown in FIG. 2A, two test pieces S21 and S22 made of a steel plate are arranged orthogonally to form a spot weld 10 having a nugget 12 by resistance spot welding and joined. Thereafter, the test pieces S21 and S22 are pulled in the direction in which they are peeled from each other, and the peel strength until the spot welded portion 10 breaks is measured.
  • the fracture form by the cross tension test is (A) interfacial fracture breaking at the interface between the plates in the nugget; (B) As shown in FIG. 2B, a partial plug break that breaks in the plate thickness direction after a crack has developed inside the nugget 12 (inward from the nugget end 12E); (C) As shown in FIG. 2C, the nugget 12 does not break, and the outer peripheral portion of the nugget 12 breaks in the plate thickness direction; are categorized.
  • FIG. 2D is a diagram illustrating an example of the correlation between the base material tensile strength and the cross tensile strength.
  • “black circles” indicate plug breaks and “open circles” indicate partial plug breaks.
  • the cross tensile strength is about 9 kN in the 1500 MPa class hot stamping material (the steel sheet member after hot stamping the steel sheet for hot stamping having a tensile strength of 1500 MPa by hot stamping), and the 1800 MPa class.
  • a hot stamp material a steel plate member after hot stamping a hot stamping steel plate having a tensile strength of 1800 MPa by hot stamping
  • it is about 4 kN.
  • the cross tensile strength of the high-strength steel plate of 980 MPa or less is about 8 to 14 kN. That is, a hot stamp material of 1500 MPa class or higher has a significantly reduced cross tensile strength as compared with a high strength steel sheet of 980 MPa class or lower.
  • the rupture form by the cross tensile test is mainly a plug rupture that breaks outside the nugget 12 in a high-strength steel sheet of 980 MPa or less, whereas a partial plug is used in a 1500 MPa class hot stamp material or a 1800 MPa class hot stamp material. It is mainly broken. This indicates that in the hot stamp material of 1500 MPa class or higher, the nugget is easily cracked due to the low toughness of the nugget.
  • the main cause of the decrease in peel strength in spot welding of high-strength steel sheets is that the toughness decreases as the nugget hardness increases, and breakage within the nugget (partial plug breakage) is likely to occur. it is conceivable that.
  • the nugget diameter when the nugget diameter is increased, the fracture form is more likely to be a plug fracture than the partial plug fracture, and the strength of the spot welded portion is increased. Therefore, for example, increasing the nugget diameter is effective in improving the peel strength of the spot welded portion of the high-tensile steel plate.
  • a technique for improving the strength of a lap weld member by resistance spot welding is desired with the conventional nugget diameter.
  • a post-energization method is disclosed in which a nugget is formed by main energization, and once energized, the energization is performed again (see, for example, Non-Patent Document 1).
  • the post-energization method for example, as shown in FIG. 3, in a state where a predetermined pressure is applied by an electrode in resistance spot welding, (A) Forming a nugget by conducting the first energization (main energization) under conventional normal conditions, (B) Cool until martensite is formed around the nugget with a predetermined downtime, (C) The martensite is tempered by the second energization (post energization).
  • the heat affected zone (Heat-Affected Zone, hereinafter referred to as HAZ) of the nugget and the spot welded portion is tempered to improve toughness, and the HAZ is softened to deform. Since it becomes easy to do, since the stress at the time of peeling in a nugget edge part area
  • martensite is generated by rapidly cooling until the molten metal passes through the Ms point and falls below the Mf point.
  • the martensite produced here has an appropriate temperature range in which tempering is possible by adjusting the amount of heat input by controlling the current conditions for post-energization (ie, about 550 ° C. to 600 ° C. as shown in FIG. 3). Tempered martensite by being heated to a temperature not lower than C ° C and not higher than Ac1 point) and cooled after completion of post-energization.
  • FIG. 4 shows a spot weld 10 formed by superposing test pieces S31 and S32 which are DP (Dual Phase) materials or TRIP materials based on the normal conditions in the conventional resistance spot welding shown in FIG. It is a figure which illustrates notionally the hardness distribution of the spot weld part 10 after having performed. More specifically, FIG. 4A is a cross-sectional view of a spot weld, and FIG. 4B conceptually shows the distribution of Vickers hardness corresponding to the position of FIG. It is a graph to show.
  • the spot welded portion 10 is first formed by main energization.
  • the spot welded portion 10 includes the nugget 12 and the HAZ 14, and the HAZ 14 is surrounded by the HAZ cured portion 14H and the HAZ cured portion 14H adjacent to the nugget 12.
  • the HAZ softened portion 14T is formed. Further, the HAZ softest part 14L exists at the inner peripheral edge of the HAZ softened part 14T.
  • the nugget 12 and the HAZ cured portion 14H are tempered to reduce the hardness of the nugget 12 and the HAZ cured portion 14H.
  • the hard portion 14P locally remains in the HAZ hardened portion 14H, the hard portion of the HAZ 14 does not deform at the time of peeling, and the deformation concentrates in the vicinity of the nugget end 12E. It will not improve enough.
  • FIG. 5 shows spot welding in the case where a spot welded portion 10 is formed by applying resistance spot welding according to conventional normal conditions to the test pieces S41 and S42 of the hot stamp material, and the spot welded portion 10 is energized afterwards.
  • FIG. 6 is a diagram conceptually illustrating a change in HAZ 14 in a unit 10. More specifically, FIG. 5A is a cross-sectional view of the spot welded portion including the nugget 12 formed by single energization with respect to the test pieces S41 and S42, and FIG. 5B is a cross-sectional view of FIG. It is a graph which shows notionally distribution of Vickers hardness which made a position correspond to a).
  • FIG. 5C is a cross-sectional view of the spot welded portion including the nugget 12 after the post-energization
  • FIG. 5D is a view of the Vickers hardness corresponding to the position of FIG. 5C. It is a graph which shows distribution conceptually. Note that the two-dot chain line shown in FIG. 5D shows the distribution of Vickers hardness after the main energization and before the post-energization.
  • tempering is promoted over a wide range of the nugget 12 and the HAZ hardened portion 14H as shown in FIG. 5 (d). Tempering with the softened portion 14L cannot be sufficiently performed, and a portion 14P having locally high Vickers hardness remains. That is, since the effect of improving toughness by tempering cannot be obtained sufficiently, it is not easy to ensure sufficient peel strength of the spot welded part 10.
  • the conventional post-energization method is not practical because it is not easy to sufficiently obtain the effect of improving the toughness of the spot welded part, and there is a problem that the welding time becomes long.
  • various techniques have been disclosed.
  • Patent Document 1 discloses an invention in which post-energization conditions are determined according to a plate set by numerical calculation.
  • Patent Document 2 discloses an invention in which post-energization is performed for a short time and a high current condition at least once to effectively generate heat at a location that becomes a fracture starting point, and shorten the welding time. It is said that it can have a wide range of appropriate conditions.
  • Patent Document 3 discloses an invention that increases the breaking strength of the joint portion by enlarging the width of the HAZ softened portion around the nugget by re-energizing and refining the structure while maintaining the hardness of the nugget. Has been.
  • Patent Document 4 a simple two-stage energization type spot welding consisting of a combination of main energization and temper energization generates a maximum point in the hardness of the HAZ part while maintaining the hardness of the nugget, thereby increasing the high tension.
  • An invention relating to spot welding capable of ensuring excellent tensile strength for a steel sheet is disclosed.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2002-103054 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-115706 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-187617 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-229720
  • Patent Document 1 According to the technique disclosed in Patent Document 1, it is said that the conditions of post-energization can be optimized for the purpose of improving the peel strength and fatigue strength of spot welds. However, since the residual stress is utilized, the effect is limited.
  • Patent Document 2 it is said that by optimizing post-energization after welding, the hardened portion of the nugget and HAZ that are the starting points of fracture can be softened and the toughness can be improved.
  • the state of softening is not specifically shown and the cross tensile strength is supposed to be improved, the mechanism is unclear and the peel strength could not be improved sufficiently.
  • Patent Literature 3 although it is said that the breaking strength can be improved by widening the HAZ part, as described later, for the relaxation of strain concentration, the HAZ rather than the width of the HAZ part. Since the softening position is important, strain concentration at the end of the nugget may not be sufficiently relaxed.
  • Patent Document 4 it is said that excellent tensile strength can be obtained by returning the distribution of the hardened portion of the HAZ part, but the joint strength can be improved by dispersing the strain concentration on the HAZ part. Since this is a technique for achieving this, it may be difficult to obtain the effect when the nugget breaks.
  • the techniques disclosed in Patent Document 3 and Cited Document 4 are techniques in which the effect cannot be obtained with a hot stamp material of 1500 MPa class or higher as the object of the present invention.
  • the present invention has been made in view of such circumstances, and a lap weld member capable of improving the peel strength at a spot welded portion, an automotive part having the lap weld member, and welding of the overlap portion. It is an object of the present invention to provide a method and a method for manufacturing a lap weld member.
  • a first aspect of the present invention is a lap weld member in which overlapping portions of a plurality of steel plate members are joined by spot welds, and at least one of the plurality of steel plate members includes martensite.
  • a lap weld member is a lap weld member.
  • a second aspect of the present invention is a lap weld member in which overlapping portions of a plurality of steel plate members are joined by spot welds, wherein at least one of the plurality of steel plate members is martensite.
  • the spot weld has a nugget formed by resistance spot welding, a heat affected zone formed around the nugget, and a softened portion having the lowest Vickers hardness in the heat affected zone.
  • the distance from the melt boundary portion of the nugget to the softest portion is D (mm), and if the number of the steel plate members having the highest tensile strength among the plurality of steel plate members is singular, the thickness is t (mm).
  • the plurality of steel plate members may include a hot stamp material.
  • a third aspect of the present invention is an automotive part including the lap weld member according to any one of (1) to (3) above.
  • a nugget, a heat-affected zone formed around the nugget, and a lowest Vickers hardness in the heat-affected zone are formed on the overlapping portion of the plurality of steel plate members.
  • a resistance spot welding step of forming a spot welded portion having a softened portion by resistance spot welding; and a tempered martensite between the center portion of the nugget and the softest portion, and its Vickers hardness is And a tempering step for forming a tempered region that is 120% or less when the Vickers hardness of the softest part is 100%.
  • the energization time of the resistance spot welding is T (seconds), and the tensile strength is the highest among the plurality of steel plate members. If there is a single steel plate member with a high thickness, the thickness is set to t (mm). On the other hand, if there are a plurality of steel plate members with the highest tensile strength, the thickness of the steel plate member with the smallest thickness among them is set.
  • t (mm) is set, and the time of one cycle of the resistance spot welding energization is cyc (seconds), the energization may be performed so as to satisfy the following expression (2).
  • a welding current I 0 (kA) equal to or smaller than the generation current of dust is applied to the overlapped portion;
  • the preheating current I (kA) and the welding current I 0 (kA) are expressed by the following formula (5): May be satisfied.
  • Formula (8) In the welding method of the overlapped portion described in the above (5), in the resistance spot welding step, the distance from the fusion boundary portion of the nugget to the softest portion is D (mm).
  • the plate thickness is t (mm)
  • the tempering step is performed by post-energization. It may be a post-energization step for forming the return region. D ⁇ t 0.2 (6) Equation (9)
  • the energization time of the resistance spot welding is T (seconds).
  • the energization may be performed so as to satisfy the following expression (7). 5t ⁇ cyc ⁇ T ⁇ (5t + 4) ⁇ cyc (7) Formula (10)
  • the energization time T 1 ( Second) satisfy the following formula (8), and preheating for energizing the overlapping portion with a preheating current I (kA)
  • the energization time is T 2 (seconds) and the time of one energization cycle is cyc (seconds)
  • the following equation (9) is satisfied.
  • a welding current I 0 (kA) equal to or less than the generated current is supplied to the overlapping portion; the preheating current I (kA) and the welding current I 0 (kA) may satisfy the following expression (10).
  • Formula (11) According to a fifth aspect of the present invention, there are provided a nugget, a heat-affected zone formed around the nugget, and a Vickers in the heat-affected zone.
  • the energization may be performed so as to satisfy the following expression (12). 5t ⁇ cyc ⁇ T ⁇ (5t + 4) ⁇ cyc (12) Formula (13)
  • the energization time T 1 ( Second), time cyc (second) of one energization cycle, and the plate thickness t (mm) satisfy the following equation (13), and preheating current I (kA) is supplied to the overlapped portion.
  • the energization time is T 2 (seconds) and the energization time of 1 cycle is cyc (seconds).
  • the following welding current I 0 (kA) is passed through the overlapping portion; the preheating current I (kA) and the welding current I 0 (kA) may satisfy the following expression (15).
  • Formula 0.3I 0 ⁇ I ⁇ 0.7I 0 ⁇ (15)
  • Formula (14) According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a lap weld member in which the overlap portions of a plurality of steel plate members are joined by spot welds, the plurality of steel plate members.
  • cyc means one cycle (1 / frequency) (second) of a power source used for energization of resistance spot welding. In the case of 60 Hz, 1 ⁇ cyc is (1/60) ( In the case of 50 Hz, 1 ⁇ cyc is (1/50) (second).
  • the peel strength at the spot weld can be improved. it can.
  • FIG. 10A is a graph showing respective equivalent plastic strains in Position 1 shown in FIG.
  • FIG. 10A is a graph showing respective equivalent plastic strains in Position 2 shown in FIG. 10A regarding an analysis model of each spot weld according to “(a) short-time energization condition”, “(b) normal condition”, and “(c) no HAZ softening”. It is. It is a figure which shows the relationship between plate
  • the graph which shows the hardness distribution of the spot weld part after post-energization at the time of applying the short-time energization conditions and normal energization conditions concerning one embodiment of the present invention to a 1800MPa class hot stamp material with a plate thickness of 1.8 mm It is. It is a figure which illustrates notionally the change of the hardness distribution of a spot weld part at the time of carrying out back energization after forming a spot welded part by short-time energization conditions and normal energization conditions concerning one embodiment of the present invention. . It is a perspective view explaining the outline of an L character test.
  • the nugget and the HAZ hardened part are tempered by reducing the distance between the nugget end and the HAZ softened part and then energizing, and a locally hard part between the nugget end and the HAZ softened part. It has become possible to suppress the formation of, and the knowledge that the peel strength of the spot weld is improved as compared with the post-energization of the conventional method.
  • FIG. 6 is a spot weld cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a spot weld 10 formed on a lap weld member used as, for example, an automotive part, according to an embodiment of the present invention.
  • the lap weld member according to the present embodiment is formed by joining steel plate members S ⁇ b> 1 and S ⁇ b> 2 via spot welds 10.
  • the nugget 12 is a steel plate centered on the center line CL of the electrode 50 by energization from the pair of resistance spot welding electrodes 50, 50 sandwiching the steel plate members S 1, S 2 in their thickness direction. It is formed in the overlapping part of member S1, S2.
  • the molten metal generated by energization solidifies in the thickness direction due to heat removal to the electrode 50 in the region near the center line CL in contact with the electrode 50, and in the region away from the center line CL of the electrode 50. Solidification proceeds toward the nugget center direction (toward the electrode center line CL) in addition to the plate thickness direction.
  • the nugget 12 has a region 12A where dendrite grows in the thickness direction and a region 12B where dendrite grows intersecting the thickness direction.
  • nugget end 12E when the overlapping portion is viewed from the thickness direction
  • nugget end region 12B the region 12A A region from the meeting portion 12C of the region 12B to the nugget end 12E
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the spot welded portion for explaining the spot welded portion 10 for welding the overlapped portion.
  • the spot welded portion 10 is formed around the nugget 12 formed by spot welding and around the nugget 12. HAZ14 by spot welding.
  • the HAZ 14 has a HAZ hardened portion 14H formed adjacent to the nugget 12, and a HAZ softened portion 14T formed around the HAZ hardened portion 14H. Further, in the vicinity of the inner peripheral portion of the HAZ softened portion 14T, a HAZ softest portion 14L having the lowest Vickers hardness is formed.
  • a symbol D illustrated in FIG. 7 indicates a distance between the nugget end 12E and the HAZ most softened portion 14L.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining energization conditions in resistance spot welding according to the present embodiment.
  • the short-time energization condition C11 according to the present embodiment has an energization current I11 higher than the energization current I21 of the normal energization condition C21 and a current with an energization time T11 shorter than the conventional normal energization time T21.
  • Resistance spot welding is performed by first conducting a single energization.
  • a broken line indicates the first energization C21 (current value I21, energization time T21) under normal conditions, where current value I11> current value I21, energization time T11 (cyc) ⁇ energization time T21 (cyc). It is.
  • the short-time energization condition C11 is shown from the middle of the time axis of the normal energization condition C21 in order to align the energization completion timing.
  • the molten metal generated when the nugget 12 is formed by energization is rapidly cooled after completion of the single energization and passes through the Ms point. Since the temperature is lowered to the Mf point or lower, martensite is generated.
  • the joint melts in a shorter time than the normal energization condition C21.
  • the nugget 12 is formed. Therefore, according to the short-time energization condition C11, an excessive heat flow around the nugget 12 is suppressed, the HAZ hardened portion is reduced, and the distance D between the nugget end 12E and the HAZ most softened portion 14L is reduced.
  • the stress concentration on the nugget end region 12B can be reduced by concentrating the strain on a portion other than the nugget end region 12B at the time of peeling only by the single energization, thereby improving the peel strength.
  • spot welding part 10 formed by the single electricity supply of short-time energization conditions C11 as it is, and also, after the predetermined rest time Ts passes, the formed spot welding part 10 is post-energization conditions.
  • Post-energization by C12 that is, second energization may be performed.
  • the nugget 12 can be tempered when the spot weld 10 formed under the short-time energization condition C11 is energized under the post-energization condition C12 (current value I12, energization time T12) after the energization is stopped for the rest time Ts. Tempered martensite can be obtained without increasing the temperature (approximately 550 to 600 ° C.) to Ac 1 or less and then gradually cooling to re-quenze HAZ 14.
  • the current value I11 is made larger than the current value I21 in the normal energization condition C21, and the energization time T11 is made shorter than the energization time T21 in the normal energization condition C21.
  • the temperature is raised over time, heat conduction to the surroundings of the heat generated by energization is not promoted, and the temperature of the HAZ 14 is less likely to be higher than normal conditions.
  • the width of the HAZ hardened portion 14H is reduced, and the distance D between the nugget end 12E and the HAZ most softened portion 14L is considered to be reduced.
  • the width of the HAZ cured portion 14H is small, so that the nugget 12 and the HAZ cured portion 14H are sufficiently tempered. For this reason, it is suppressed that a part with high Vickers hardness is formed between the nugget end 12E and the HAZ most softened portion 14L. That is, since the HAZ hardened portion 14H is uniformly softened, the deformation becomes easy and the stress at the time of peeling to the nugget end region 12B is reduced, so that the peel strength can be improved.
  • the Vickers hardness between the HAZ most softened portion 14L and the nugget end 12E is reduced, and the Vickers hardness of the HAZ most softened portion 14L is 100%. In this case, it can be set to 120% or less, and the toughness of the spot welded portion 10 can be sufficiently secured.
  • FIG. 9A and FIG. 9B show that “(a) short-time energization condition” and “(b) normal condition” according to the present embodiment are applied to a 1500 MPa class hot stamp material having a plate thickness of 1.6 mm for the first time. It is a figure which shows the case where it supplies with electricity, FIG. 9A is a spot weld part sectional drawing, and FIG. 9B is a graph which shows the hardness distribution of the spot weld part 10. FIG. Regarding the measurement of the hardness distribution, as shown in FIG.
  • the Vickers hardness is 1 ⁇ 4 of the plate thickness from the joint surface with the steel plate members S1 and S2 to the steel plate member S1 side and to the inner side of the steel plate member S1.
  • measurement was performed at a load of 9.8 N based on JIS Z 2244 at a pitch of 0.5 mm.
  • “open diamond” indicates a short-time energization condition
  • “open circle” indicates a normal energization condition.
  • the short-time energization condition is energization time: 9 ⁇ cyc
  • the normal condition is energization time: 20 ⁇ cyc
  • the current value is adjusted so that each nugget diameter is 4 ⁇ t (mm) (t is the plate thickness).
  • 9A and 9B it is understood that the distance D from the nugget end 12E to the HAZ most softened portion 14L is reduced by performing the first energization under “(a) short-time energization condition”.
  • FIG. 10A, 10B, 11 and 12 the equivalent strain in the case where the short-time energization and the energization under the normal conditions are performed will be described with reference to FIGS. 10A, 10B, 11 and 12.
  • FIG. 10A, 10B, 11 and 12 the equivalent plastic strain in the case of “(a) short-time energization conditions”, “(b) normal conditions” and “(c) no HAZ softening” is obtained. It was. This will be described in detail below.
  • FIG. 10A is a cross-sectional view of a spot welded portion illustrating an analysis model of a single energized test piece energized for the first time under “(a) short-time energization condition” with a distance D from the nugget end 12E to the HAZ softened portion 14L being 0.75 mm
  • FIG. 10B is a cross-sectional view of a spot welded portion illustrating an analysis model of a single energized test piece that is energized for the first time under normal conditions with a distance D from the nugget end 12E to the HAZ softened portion 14L of 1.5 mm.
  • the hardness distribution of the HAZ softened part was changed stepwise from the hardness of the softest part to the hardness of the base material part based on the measurement result shown in FIG. 9B.
  • Position 1 indicates the HAZ most softened portion 14L
  • Position 2 indicates the nugget end 12E.
  • the analysis model simulates “(a) short-time energization condition” shown in FIG. 10A, “(b) normal condition” shown in FIG. 10B, and “(c) no HAZ softening”. Three patterns were used.
  • FIG. 11 shows “(b) normal conditions” for an analysis model composed of spot welds of “(a) short-time energization conditions”, “(b) normal conditions”, and “(c) no HAZ softening”. It is a graph which shows each equivalent plastic strain in Position1 shown to FIG. 10A when the spot welded part of this is a cross tension test with the load fractured
  • Position 1 in the analysis model “(c) HAZ not softened” is set at the same position as “(b) normal condition”.
  • the equivalent plastic strain in Position 1 is about 0.032 in “(a) short-time energization condition”, and 0.013 in “(b) normal condition”, “(c) Compared with about 0.018 of “no HAZ softening”, it was greatly increased.
  • FIG. 12 shows an analysis model composed of spot welds of “(a) short-time energization condition”, “(b) normal condition”, and “(c) no HAZ softening”. It is a graph which shows each equivalent plastic strain in Position2 shown to FIG. 10A when a welded part carries out the cross tension test with the load fractured
  • Position 2 in the analysis model of “(c) HAZ not softened” is set at the same position as “(b) normal condition”.
  • the equivalent plastic strain in Position 2 is about 0.010 in “(a) short-time energization condition”, and 0.0115 in “(b) normal condition”, “( c) decreased compared to about 0.0118 of “no HAZ softening”.
  • “(b) normal condition” and “(c) no HAZ softening” are compared, at the HAZ softening position of “(b) normal condition”, whether or not HAZ softening affects the equivalent plastic strain in the end region of the nugget. The impact was minor.
  • the HAZ softened portion 14T has almost no strain reducing effect on the nugget end region 12B at the time of peeling. concentrate. As a result, it has been found that strain concentration on the nugget end region 12B is reduced. That is, if the “short-time energization condition” is used, the peel strength can be increased by this effect.
  • FIG. 13A is a diagram showing the relationship between the thickness t (mm) constituting the overlapping portion and the distance D (mm) from the nugget melting boundary (nugget end) to the HAZ most softened portion.
  • “open circles” indicate conventional 980 MPa grade DP steel by single energization.
  • “Outlined diamond” indicates a conventional 1500 MPa class hot stamping steel with a single current.
  • the plate thickness t (mm) in FIG. 13A is t (mm) if there is a single steel plate member having the highest tensile strength among a plurality of steel plate members, while the maximum tensile strength is obtained. If there are a plurality of high steel plate members, the thickness of the steel plate member having the thinnest thickness among them is defined as t (mm).
  • the cross tensile strength is lower when the base material strength is higher, so that the higher the base material strength tends to break.
  • plate set from which the board thickness differs in the same steel type it fractures
  • FIG. 13B is a diagram for explaining the relationship between the distance D from the nugget end 12E of the spot welded portion to the HAZ softened portion and the cross tensile strength when the nugget diameter is 4 ⁇ t in the 1500 MPa class hot stamp material.
  • the distance D (mm) between the nugget end 12E and the HAZ most softened portion 14L is t 0.2 (mm) or less
  • the cross tensile strength is improved to about 7 kN and the plug is stable. It can be made to break.
  • the cross tensile strength is improved to about 8 kN and further stable.
  • the plug can be broken, which is more preferable.
  • the cross tensile strength is improved by reducing the distance D from the nugget end 12E of the spot welded portion to the HAZ softened portion 14T.
  • the hardness from the base material to the nugget end region 12B (including the nugget end region 12B) at the overlapping interface of these two steel plate members is the maximum in Vickers hardness with respect to the HAZ softening portion 14L.
  • the value gradually decreases toward the nugget end 12E within a range of about 115%, or is equivalent to the hardness of the HAZ most softened portion 14L.
  • the effect of improving the joint strength is prominent when the fracture mode changes from nugget fracture (interface fracture, partial plug fracture) to plug fracture.
  • nugget fracture interface fracture, partial plug fracture
  • the HAZ softened portion 14T of the HAZ softened portion 14T is used for a joint in which the nugget 12 itself lacks the toughness and cracks propagate into the nugget and a plug fracture is not obtained.
  • the distance D (mm) from the nugget end 12E to the HAZ most softened portion 14L is By satisfying D ⁇ t 0.2 (1), sufficient improvement in joint strength can be obtained. Therefore, in the lap weld member according to the present embodiment, the distance D from the nugget end 12E to the HAZ most softened portion 14L satisfies the above expression (1). Further, when the distance D (mm) from the nugget end 12E to the softest part of the HAZ satisfies the formula D ⁇ 0.75 ⁇ (t 0.2 ) (1A), the fracture mode can be more reliably achieved. This is preferable in that the plug can be broken.
  • the overlapping portion of the plurality of steel plate members has the nugget 12, the HAZ 14 formed around the nugget 12, and the softened portion 14L having the lowest Vickers hardness in the HAZ 14.
  • the spot weld 10 is formed by resistance spot welding.
  • the Vickers hardness of the softest portion 14L is composed of tempered martensite between the center portion of the nugget 12 formed in the resistance spot welding step and the softest portion 14L.
  • a tempering region that is 120% or less is formed when the thickness is 100%.
  • the tempering region is preferably formed by post-energization, but is not limited to post-energization, and can be performed by, for example, laser beam irradiation.
  • the tempered region has a Vickers hardness of 120% or less when the Vickers hardness of the most softened portion 14L is 100%.
  • a tempering region can be formed between the center portion of the nugget 12 and the softest portion 14L.
  • the plate thickness t (mm) here, if a single steel plate member having the highest tensile strength among a plurality of steel plate members is singular, the plate thickness is set to t (mm). If there are a plurality of high steel plate members, the thickness of the steel plate member having the thinnest thickness among them is defined as t (mm).
  • FIG. 14 shows a short-time energization condition (9 ⁇ cyc), a normal condition (20 ⁇ cyc), a two-stage energization condition (the first process energization time 11 ⁇ cyc, the welding current 4 kA, the second process energization time 9 ⁇ cyc). ) Is applied to a 1800 MPa class hot stamp material having a plate thickness of 1.6 mm.
  • FIG. 15 is a graph showing the distribution of Vickers hardness based on the distance from the nugget end of the spot weld formed under the conditions shown in FIG. As shown in FIG. 14 and FIG.
  • the HAZ softening position is set to the nugget end than the conventional one while having an appropriate current range substantially equal to the conventional one.
  • the area 12B can be approached.
  • energization time T 1 (second), energization cycle time cyc (second), and plate thickness t (mm) are 5t ⁇ cyc ⁇ T 1 ⁇ (5t + 8) ⁇ cyc (3) formula)
  • a preheating current I (kA) is applied to the overlapping portion.
  • the energization time is T 2 (seconds) and the time of one cycle of the resistance spot welding energization is cyc (seconds), 5t ⁇ cyc ⁇ T 2 ⁇ (5t + 4) ⁇ cyc (4)
  • the nugget is formed by supplying the welding current I 0 (kA) equal to or less than the generation current of the dust to the overlapping portion after satisfying the equation (4).
  • the relationship between the preheating current I (kA) and the welding current I 0 (kA) is 0.3I 0 ⁇ I ⁇ 0.7I 0 (5) is satisfied.
  • the energization time T 1 (seconds) is 5 t ⁇ cyc or more and the preheating current I (kA) is 0.3 I 0 or more, that is, the welding current in the resistance spot welding process for forming the nugget. Since it is 30% or more of I 0 , the preheating effect is sufficient and a desired appropriate current range can be secured, which is preferable. Further, the energization time T 1 (second) is (5t + 4) ⁇ cyc or less and the preheating current I (kA) is 0.7I 0 or less, that is, the welding current I 0 in the resistance spot welding process for forming the nugget. Since it is 70% or less, the distance D between the nugget end 12E and the HAZ most softened portion 14L can be reduced, which is preferable.
  • the distance D (mm) to 14L can be t 0.2 or less, and the peel strength at the spot welded portion can be stably improved. Further, by adjusting the energization time so that the distance D (mm) is 0.75 ⁇ (t 0.2 ) or less, a spot welded portion in which the fracture mode is plug fracture can be obtained more reliably. The peel strength can be improved.
  • the above-described tempering step for example, tempering by post-energization
  • tempering by post-energization so that the nugget end region 12B is tempered to the lap weld thus obtained, tempered martensite.
  • a tempering region whose Vickers hardness is 120% or less when the Vickers hardness of the softest part 14L is 100% is formed between the center part of the nugget 12 and the softest part 14L. it can. Therefore, a lap weld member having a conventional nugget diameter, excellent peel strength, and high joint strength can be produced.
  • the energization condition is adjusted for a short time so that the nugget end 12E and the HAZ most softened portion 14L are close to each other, and in the subsequent tempering step, the Vickers hardness in the tempered region is reduced to the most softened portion. It is necessary to be 120% or less of the 14 L Vickers hardness. However, in order to obtain a more suitable effect, the Vickers hardness of the tempered region is preferably 115% or less, more preferably 110% or less of the Vickers hardness of the most softened portion 14L. In addition, the lower limit value of the Vickers hardness of the tempering region is not specified.
  • a lap weld member has a base material tensile strength of 980 MPa or higher
  • interface fracture and partial plug fracture tend to occur, and the joint strength tends to decrease.
  • the present embodiment has an effect on a steel plate member that is softened by spot welding, but is preferably applied to a high-tensile steel plate having a base material tensile strength of 980 MPa or higher.
  • the base material is full martensite, the HAZ softening amount is large, and the effect of this embodiment is remarkable.
  • the lap welding member according to the present embodiment is not limited to the plate thickness and type (for example, DP, TRIP, etc.) of each steel plate member of the overlapped portion of two or more steel plate members, and further, whether or not plating is present. .
  • the board set which overlaps two sheets of the same kind of steel plate is demonstrated, it is not limited to this, Even if it is a board set of 3 or more sheets, it is not limited to this. Has an effect.
  • FIG. 16 is a diagram illustrating a schematic configuration of the spot welded portion 10 formed under the energization condition according to the present embodiment when a hot stamp material is used as the steel plate members S1 and S2. More specifically, FIG. 16A is a cross-sectional view of a spot welded portion after a short-time energization, and FIG. 16B is a cross-sectional view of a spot welded portion after a post-energization. . FIG. 16C is a graph showing the distribution of Vickers hardness after single energization and after post-energization. Moreover, FIG. 17 is a figure which illustrates notionally the change of the Vickers hardness of the spot welding part after single electricity supply and after after electricity supply.
  • the distance D between the nugget end 12E and the HAZ most softened portion 14L is reduced to about 1 mm. Since the distance D between the nugget end 12E and the HAZ most softened portion 14L by energization under the conventional normal condition is about 1.5 mm, the distance is significantly reduced. As a result, stress concentration around the nugget end 12E can be relaxed.
  • the HAZ hardened portion 14H can be tempered sufficiently within the range indicated by dot hatching in FIG.
  • the spot welding portion 10 is formed by applying the energization condition according to the present invention to the hot stamp materials S1 and S2, a single energization is performed for a short time as shown in FIGS.
  • the HAZ cured portion 14H has a Vickers hardness substantially equal to that of the nugget 12.
  • the nugget 12 and the HAZ hardened portion 14H are sufficiently tempered, and the space between the HAZ most softened portion 14L and the nugget end 12E is in the Vickers hardness.
  • the hardness is the same as that of the HAZ softened portion 14L, or the maximum value of the hardness is about 115% of the HAZ softened portion 14L, and the stress in the nugget end region 12B is sufficiently relaxed. As a result, the peel strength of the spot welded portion 10 in the hot stamp material can be improved. If the nugget end region 12B is tempered, it is not necessary that the entire nugget 12 is tempered.
  • the maximum hardness between the nugget 12 and the HAZ most softened portion 14L in the Vickers hardness is HAZ. It can be made into the range of about 120% or less to the softest part 14L. As a result, the toughness of the nugget 12 and the HAZ hardened portion is improved, and the peel strength can be improved.
  • the maximum Vickers hardness between the nugget end 12E and the HAZ most softened portion 14L is 120% or less of the Vickers hardness of the HAZ most softened portion 14L, preferably 115% or less, more preferably 110% or less. Even if the entire nugget 12 is not tempered, the joint strength is improved.
  • the short-term energization conditions are adjusted so that the nugget end and the HAZ most softened portion are brought close to each other, and the maximum value of the Vickers hardness between the center portion of the nugget 12 and the HAZ most softened portion 14L after the post-energization A range of 115% is preferable with respect to the softest portion 14L.
  • the energization condition for a short time bringing the nugget end and the HAZ most softened portion closer to each other, the maximum value of the Vickers hardness between the nugget and the HAZ most softened portion after the post-energization is applied to the HAZ softest portion 14L.
  • the range of 110% is more preferable.
  • FIG. 18 is a graph showing the hardness distribution of the spot weld in one-time energization when the short-time energization condition and the normal energization condition according to the present embodiment are applied to a 1800 MPa class hot stamp material having a plate thickness of 1.8 mm. It is.
  • FIG. 19 shows the hardness distribution of the spot weld after post-energization when the short-time energization condition and the normal energization condition according to this embodiment are applied to a 1800 MPa class hot stamp material with a plate thickness of 1.8 mm. It is a graph to show. In FIG.
  • “outlined diamond” indicates the hardness distribution of the spot welded portion when the spot welded portion is formed by the main energization adopting the short-time energization condition of energization time 9 ⁇ cyc (seconds). Further, “open circle” indicates the hardness distribution of the spot welded portion when the spot welded portion is formed by main energization adopting the normal condition of energization time 22 ⁇ cyc (seconds). In FIG. 19, “open diamond” is a case where a spot weld is formed by main energization adopting a short-time energization condition of energization time 9 ⁇ cyc (seconds), and then tempered by post-energization.
  • the distance from the nugget edge to the HAZ softest part is closer in the short-time energization condition indicated by “open diamond” than in the normal condition indicated by “open circle”.
  • the HAZ softest part formed during the main energization is the end region of the nugget. Therefore, there is a place with high hardness between the nugget and the softest part (a position about 1 mm from the end region of the nugget).
  • the HAZ most softened portion formed during the main energization is close to the end region of the nugget.
  • the Vickers hardness of the HAZ and the nugget (including the nugget end region 12B) up to 12B can be 120% or less of the hardness of the HAZ most softened portion.
  • strain concentration around the nugget end 12E can be alleviated when the HAZ softened portion formed during the main energization is closer to the nugget end 12E.
  • shortening the energization time for forming the nugget 12 is effective from the viewpoint of improving the joint strength by bringing the HAZ softened position closer to the end region of the nugget.
  • FIG. 20 is a diagram conceptually illustrating the change in the HAZ of the spot weld after single energization and post energization when the short-time energization condition according to the present embodiment is applied to the DP material or TRIP material.
  • FIG. 20A is a cross-sectional view of a spot weld.
  • the HAZ hardened portion 14H is nugget in the nugget 12 and the Vickers hardness in a state of being simply energized for a short time. Is almost equivalent.
  • the nugget 12 and the HAZ hardened portion 14H are different from the hardness distribution of the hot stamp material shown in FIG. 17 in that the nugget 12 and the HAZ cured portion 14H are very hard as compared with the base material of the DP material or the TRIP material.
  • the nugget 12 and the HAZ hardened portion 14H are sufficiently tempered, and there is a Vickers hardness between the HAZ softest portion 14L and the nugget end 12E. Is about 115% of the HAZ softened portion 14L, and the stress in the nugget end region 12B is sufficiently relaxed. As a result, the peel strength of the spot welded portion 10 in the DP material or TRIP material can be improved. If the nugget end region 12B is tempered, it is not necessary that the entire nugget 12 is tempered. In addition, the dashed-two dotted line shown to (c) of FIG. 20 has shown the hardness distribution before post-energization.
  • a nugget and a HAZ hardening part are formed by laser irradiation, for example. It may be tempered.
  • an appropriate current range (generally, a nugget diameter of 4 ⁇ The current range from the current value at which t can be obtained to the occurrence of dust is reduced.
  • Condition (1) is a short-time single energization condition
  • (2) is a conventional single energization condition
  • (3) is a two-stage energization condition.
  • the two-stage energization has an appropriate current range equivalent to that of conventional single energization, and the HAZ softest part is It became possible to approach the nugget edge.
  • the welding current was adjusted so that a nugget diameter of 4 ⁇ t (mm) was obtained.
  • a condition effective for improving the peel strength that is, a condition for softening the end region of the nugget was selected.
  • Condition a is a conventional single energization condition
  • condition b is a conventional post-energization condition
  • Condition A1 is a short-time single energizing condition
  • condition A2 is a two-stage energizing condition
  • conditions B1 and B2 are post-energized with respect to conditions A1 and A2, respectively.
  • the welding current was adjusted so that a nugget diameter of 4 ⁇ t was obtained.
  • the joint strength was measured by a cross tension test based on JIS Z3137 (1999) in the case of a cruciform joint, and by a test showing a schematic diagram of FIG. 21 in the case of an L-shaped joint. More specifically, in the L-shaped tensile test, as shown in FIG.
  • the bent portions of two test pieces formed by bending a steel plate into an L shape are overlapped with each other, and a nugget is formed by resistance spot welding on the overlapped portion.
  • the spot welded portion 10 having 12 was formed and joined, and then the strength until the spot welded portion 10 was broken was measured as the joint strength by pulling in the direction in which the overlapped portion was peeled off.
  • Table 4 shows the welding conditions.
  • t is the thickness of the steel sheet, and I 0 is adjusted so that a nugget diameter of 4 ⁇ t (mm) is obtained for each set.
  • the distance D is the distance from the nugget end region to the HAZ softest portion.
  • Table 3 summarizes the joint strength improvement effect under conditions A1 and A2.
  • Table 3 is a table for explaining examples related to single energization.
  • the joint strength was improved by about 25% as compared with the case of the condition a by applying the current for a short time of the condition A1.
  • Table 4 summarizes the joint strength improvement effects under conditions B1 and B2.
  • Table 4 is a table for explaining an example when post-energization is performed.
  • the joint strength was improved in all steel types and plate thicknesses as compared with the conventional single-current condition of condition a. This is considered to be an effect of obtaining an optimum hardness distribution that relaxes stress concentration on the nugget end, in addition to tempering the nugget end and improving toughness as in the conventional post-energization technique.
  • the fracture mode is changed from the interface fracture to the plug fracture compared to the case of the condition b. About 114%.
  • a plurality of steel plate members are joined to each other at an overlap portion, and the overlap weld member in which at least one of the plurality of steel plate members includes martensite is joined by a spot weld portion. Since the peel strength at the welded portion can be improved, it is industrially applicable.

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Abstract

複数の鋼板部材の重ね合せ部がスポット溶接部(10)で接合された重ね合せ溶接部材であって、前記複数の鋼板部材のうちの少なくとも一つがマルテンサイトを含み;前記スポット溶接部(10)が、スポット溶接により形成されたナゲット(12)と、前記ナゲット(12)の周囲に形成された熱影響部と、前記熱影響部内でビッカース硬さが最も低い最軟化部と、前記ナゲットの中心部と前記最軟化部との間に形成され、焼き戻しマルテンサイトからなるとともにそのビッカース硬さが前記最軟化部のビッカース硬さを100%とした場合に120%以下である焼き戻し領域と、を有することで、スポット溶接部における剥離強度を向上する。

Description

重ね合せ溶接部材、自動車用部品、重ね合せ部の溶接方法、及び、重ね合せ溶接部材の製造方法
 本発明は、複数の鋼板部材の重ね合せ部がスポット溶接部で接合された重ね合せ溶接部材、重ね合せ溶接部材を有する自動車用部品、重ね合せ部の溶接方法、及び、重ね合せ溶接部材の製造方法に関する。
 本願は、2012年8月10日に、日本に出願された特願2012-178691号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 近年、自動車分野では、車体の軽量化および衝突安全性の向上を目的として、高張力鋼板の適用が拡大している。
 さらに、高張力鋼板の強度レベルも年々高まっており、例えば、1500MPa以上の引張強さを有するホットスタンプ材が実用化されている。ここで言うホットスタンプ材は、鋼板を約900℃に加熱して軟質化させた状態でプレス加工を行い、同時に金型との接触に伴う冷却効果(接触冷却)により焼き入れ強化することで、上述のような1500MPa級の引張強さと良好な寸法精度を実現するものである。
 また、例えば、車体組立においては、鋼板から形成される鋼板部材を2枚以上重ね合せて電極で加圧しながら通電する抵抗スポット溶接が多用されている。
 この抵抗スポット溶接によれば、通電加熱により楕円体の溶融凝固部、すなわち、ナゲットが重ね合せ部に形成され、これにより複数の鋼板部材を接合することができる。
 例えば図1は、従来の通電条件を2つのTRIP(TRansformation Induced Plasticity)材S11、S12に適用した場合におけるスポット溶接部10の硬さ分布を概念的に示す図である。
 より詳細には、図1の(a)は、TRIP材S11、S12の厚さ方向(すなわち、電極による加圧方向)を紙面上下方向としてスポット溶接部10の近傍を概念的に示す断面図である。なお、本願明細書の以下の説明においては、2つの重ね合わせた部材を図1の(a)と同様の断面で見た場合の図を、「スポット溶接部断面図」と称して説明する場合がある。
 また、図1の(b)は、図1の(a)と対応させたビッカース硬さの分布を概念的に示すグラフである。
 抵抗スポット溶接により生じた溶融金属は冷却速度が速いので、ナゲット12にはマルテンサイトを生じやすく、その結果、ナゲット12は母材部と比較して硬い組織になる。尚、一般的に、母材強度が高い場合には炭素当量が高いため、ナゲットのビッカース硬さが高くなる。
 図1に示すように、スポット溶接部10は、ナゲット12とHAZ14を備えており、HAZ14は、ナゲット12と近接するHAZ硬化部14Hと、HAZ硬化部14Hの周囲に形成されるHAZ軟化部14Tとを有している。また、HAZ軟化部14Tの内周縁にはHAZ最軟化部14Lが存在する。
 スポット溶接部の品質は、引張せん断強さ、および十字引張強さ(剥離方向の継手強度)により評価されることが多く、母材強度が増加すると、引張せん断強さが高くなることが知られている。
 しかしながら、母材の引張強さが780MPa級より高い場合には、母材強度が高くなるにつれて、十字引張強さに代表される剥離強度が低下する傾向がある。
 ここで、図2Aを参照して、十字引張強さを測定するための、JIS Z3137(1999年)に基づく十字引張試験の概略を説明する。
 十字引張試験は、図2Aに示すように、鋼板からなる二つの試験片S21、S22を直交配置させて、抵抗スポット溶接によりナゲット12を有するスポット溶接部10を形成して接合する。
 その後、試験片S21、S22を互いに剥離する方向に引っ張って、スポット溶接部10が破断するまでの剥離強度を測定する。
 十字引張試験による破断形態は、
(a)ナゲット内の板-板間の界面で破断する界面破断と、
(b)図2Bに示すように、ナゲット12の内部(ナゲット端12Eよりも内方)にき裂が進展した後に板厚方向へ破断する部分プラグ破断と、
(c)図2Cに示すように、ナゲット12は破損せずにナゲット12の外周部分が板厚方向に破断するプラグ破断と、
に分類される。
 図2Dは、母材引張強さと十字引張強さとの相関の一例を示す図である。
 図2Dにおいて、「黒塗りの丸」はプラグ破断を、「白抜きの丸」は部分プラグ破断を示している。
 図2Dに示すように、十字引張強さは、1500MPa級ホットスタンプ材(ホットスタンプにより引張強さ1500MPa級となるホットスタンプ用鋼板をホットスタンプした後の鋼板部材)では約9kNであり、1800MPa級ホットスタンプ材(ホットスタンプにより引張強さ1800MPa級となるホットスタンプ用鋼板をホットスタンプした後の鋼板部材)では約4kNである。
 一方、980MPa級以下の高強度鋼板の十字引張強さは約8~14kNである。
 すなわち、1500MPa級以上のホットスタンプ材は、980MPa級以下の高強度鋼板と比較して、十字引張強さが大幅に低下する。
 また、十字引張試験による破断形態は、980MPa級以下の高強度鋼板ではナゲット12の外方で破断するプラグ破断が主体であり、一方、1500MPa級ホットスタンプ材や1800MPa級ホットスタンプ材では、部分プラグ破断が主体である。
 これは、1500MPa級以上のホットスタンプ材では、ナゲットの靱性が低いことによりナゲットに亀裂が生じやすいことを示している。
 このように、高強度鋼板のスポット溶接において剥離強度が低下する主な原因は、ナゲットの硬さの上昇に伴って靭性が低下し、ナゲット内での破断(部分プラグ破断)が生じ易くなるためと考えられる。
 一般に、ナゲット径が大きくなると、破断形態は部分プラグ破断よりもプラグ破断になりやすく、スポット溶接部の強度は上昇する。
 従って、高張力鋼板のスポット溶接部の剥離強度の改善には、例えば、ナゲット径の拡大が有効である。
 しかしながら、高張力鋼板を抵抗スポット溶接する場合には、軟鋼を抵抗スポット溶接する場合に比べて、チリと呼ばれる溶融金属の飛散が生じ易くなり、ナゲット径の拡大が困難な場合がある。
 チリ発生の抑制には、例えば、電極による加圧力の増加が有効であるが、溶接ガンの剛性の限界といった設備上の制約を受ける。
 また、スポット溶接の打点数を増やすことによりスポット溶接一点当たりの負荷応力を軽減することも考えられるが、生産性の低下が避けられない。
 さらに、スポット溶接の打点間距離が短くなると、既に形成されたスポット溶接部への電流の分流が生じ、ナゲットを安定的に形成できないという課題が生じる。
 すなわち、従来通りのナゲット径のまま、抵抗スポット溶接による重ね合せ溶接部材の強度を向上する技術が望まれる。
 このような技術として、本通電によりナゲットを形成し、一旦冷却した後に再度通電を行う、後通電法が開示されている(例えば非特許文献1参照)。
 後通電法では、例えば図3に示すように、抵抗スポット溶接において電極により所定の加圧力を付与した状態で、
(A)従来の通常条件により1回目の通電(本通電)を行ってナゲットを形成し、
(B)所定の休止時間を設けてナゲット周辺にマルテンサイトが形成されるまで冷却し、
(C)2回目の通電(後通電)によりマルテンサイトを焼き戻す。
 このような後通電法によれば、ナゲットおよびスポット溶接部の熱影響部(Heat-Affected Zone、以下HAZという)が焼き戻されて靭性が改善されることと、HAZが軟化されることによって変形し易くなることで、ナゲット端部領域における剥離時の応力が低減されることから、剥離強度を改善することが可能となると考えられている。
 後通電を用いた抵抗スポット溶接では、本通電によりナゲットが形成された後に、溶融金属がMs点を通過してMf点以下になるまで急冷されてマルテンサイトが生じる。
 ここで生じたマルテンサイトは、後通電の電流条件等を制御して入熱量を調整することで、焼き戻しが可能となる適正温度範囲(すなわち、図3に示すように、約550℃~600℃以上かつAc1点以下)まで昇温されて、後通電が完了した後に冷却されることにより、焼き戻しマルテンサイトとなる。
 図4は、図3に示した従来の抵抗スポット溶接における通常条件に基づき、DP(Dual Phase)材又はTRIP材である試験片S31、S32を重ね合せてスポット溶接部10を形成し、後通電した後におけるスポット溶接部10の硬さ分布を概念的に説明する図である。
 より詳細には、図4の(a)は、スポット溶接部断面図であり、図4の(b)は、図4の(a)の位置と対応させたビッカース硬さの分布を概念的に示すグラフである。
 図3に示すような後通電を用いた抵抗スポット溶接により重ね合せ部を溶接する場合、まず本通電によりスポット溶接部10を形成する。
 この時点では、図1の(b)に示すように、スポット溶接部10は、ナゲット12とHAZ14を備えており、HAZ14は、ナゲット12と近接するHAZ硬化部14Hと、HAZ硬化部14Hの周囲に形成されるHAZ軟化部14Tとを有している。また、HAZ軟化部14Tの内周縁にはHAZ最軟化部14Lが存在する。
 そして、スポット溶接部10を後通電すると、図4に示すように、ナゲット12及びHAZ硬化部14Hが焼き戻されてナゲット12及びHAZ硬化部14Hの硬さが低下する。
 しかしながら、HAZ硬化部14Hには、局所的に硬い部分14Pが残存するので、剥離時にHAZ14の硬い部分は変形せず、変形がナゲット端12Eの近傍に集中するため、ナゲット端12Eの応力集中を十分に改善することにはならない。
 また、図5は、従来の通常条件による抵抗スポット溶接をホットスタンプ材の試験片S41、S42に適用してスポット溶接部10を形成し、このスポット溶接部10を後通電した場合の、スポット溶接部10におけるHAZ14の変化を概念的に説明する図である。
 より詳細には、図5の(a)は、試験片S41、S42に対して単通電により形成したナゲット12を含むスポット溶接部断面図であり、図5の(b)は、図5の(a)と位置を対応させたビッカース硬さの分布を概念的に示すグラフである。
 また、図5の(c)は、後通電後のナゲット12を含むスポット溶接部断面図であり、図5の(d)は、図5の(c)と位置を対応させたビッカース硬さの分布を概念的に示すグラフである。
 なお、図5の(d)に示す二点鎖線は、本通電後であって後通電前の状態におけるビッカース硬さの分布を示している。
 後通電が適正条件に基づき行われた場合には、図5の(d)に示すように、ナゲット12及びHAZ硬化部14Hの広い範囲で焼き戻しが促進されるが、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの間の焼き戻しを充分に行うことができず、ビッカース硬さが局所的に高い部分14Pが残留する。
 すなわち、焼き戻しによる靭性向上効果が十分に得られないため、スポット溶接部10の剥離強度を充分に確保することは容易ではない。
 また、後通電における入熱が過大である場合は、HAZ硬化部14Hの焼き戻しが促進されるが、ナゲット12が再焼入れされる。従って、HAZ硬化部14Hが焼き戻されてもナゲット12は再焼入れされるので、むしろナゲット12は硬化してしまう。
 その結果、ナゲット12の靱性が低下して、スポット溶接部10の剥離強度は低下する。
 上述の通り、従来の後通電法では、スポット溶接部の靭性の改善効果を十分に得ることが容易ではなく、また、溶接時間が長くなるという課題があることから、実用的ではないとの考えがあり、これら課題を解決するために、種々の技術が開示されている。
 特許文献1には、数値計算により、板組に応じて後通電条件を決定する発明が開示されている。
 特許文献2には、後通電を1回以上の短時間かつ高電流条件とすることにより、破断起点となる箇所を効果的に発熱し、溶接時間を短縮する発明が開示されており、さらに、広い適正条件範囲を有することができるとしている。
 特許文献3には、後通電することにより、ナゲット周囲のHAZ軟化部の幅を幅広化し、ナゲットの硬度を維持しつつ組織を微細化することにより、接合部の破断強度を向上させる発明が開示されている。
 特許文献4には、本通電とテンパ通電との組合せからなる単純な2段通電方式のスポット溶接にて、ナゲットの硬度を維持しつつHAZ部の硬度に極大点を生じさせることで、高張力鋼板に対して優れた引張強度を確保出来るスポット溶接に関する発明が開示されている。
日本国特開2002-103054号公報 日本国特開2010-115706号公報 日本国特開2012-187617号公報 日本国特開2008-229720号公報
「鉄と鋼」第68巻 第9号 1444~1451頁
 特許文献1に開示された技術によれば、スポット溶接部の剥離強度や疲労強度の改善を目的として、後通電の条件の最適化を図ることが出来きるとされている。しかしながら、残留応力を活用するものであるため効果は限定的である。
 特許文献2に開示された技術によれば、溶接後の後通電の最適化を図ることで、破断起点となるナゲットおよびHAZの硬化部を軟化し靭性を向上させることができるとされている。
しかしながら、具体的に、軟化の状態は示されておらず、十字引張強さは改善するとされているものの、そのメカニズムは不明瞭であり、必ずしも剥離強度を十分に改善できなかった。
特許文献3に開示された技術によれば、HAZ部の広幅化により破断強度を向上できるとされているものの、後述のとおり、ひずみ集中の緩和に対しては、HAZ部の幅というより、HAZ軟化位置が重要であるため、ナゲット端部へのひずみ集中を十分に緩和できない場合がある。
 特許文献4に開示された技術によれば、HAZ部の硬化部の分布を帰ることにより優れた引張強度を得られるとしているが、HAZ部へのひずみ集中を分散させることで継手強度の向上を図る技術であるので、ナゲット内で破断する場合には効果が得られにくい場合がある。
 また、特許文献3、引用文献4に開示された技術は、本発明で対象とするような1500MPa級以上のホットスタンプ材等では、効果が得られない技術である。
以上の様に、マルテンサイトを含む高強度鋼板では、後通電によりスポット溶接部の剥離強度を改善することが困難であり、効果的な後通電方式が望まれていた。また、溶接時間が長くなるため生産性の劣る後通電に替わり、単通電にてスポット溶接部の剥離強度を改善する技術も望まれていた。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、スポット溶接部における剥離強度を向上することが可能な重ね合せ溶接部材、重ね合せ溶接部材を有する自動車用部品、重ね合せ部の溶接方法、及び、重ね合せ溶接部材の製造方法の提供を目的とする。
 本発明の各態様は、以下の通りである。
(1)本発明の第一の態様は、複数の鋼板部材の重ね合せ部がスポット溶接部で接合された重ね合せ溶接部材であって、前記複数の鋼板部材のうちの少なくとも一つがマルテンサイトを含み;前記スポット溶接部が、スポット溶接により形成されたナゲットと、前記ナゲットの周囲に形成された熱影響部と、前記熱影響部内でビッカース硬さが最も低い最軟化部と、前記ナゲットの中心部と前記最軟化部との間に形成され、焼き戻しマルテンサイトからなるとともにそのビッカース硬さが前記最軟化部のビッカース硬さを100%とした場合に120%以下である焼き戻し領域と、を有する;重ね合せ溶接部材である。
(2)本発明の第二の態様は、複数の鋼板部材の重ね合せ部がスポット溶接部で接合された重ね合せ溶接部材であって、前記複数の鋼板部材のうちの少なくとも一つがマルテンサイトを含み;前記スポット溶接部が、抵抗スポット溶接により形成されたナゲットと、前記ナゲットの周囲に形成された熱影響部と、前記熱影響部内でビッカース硬さが最も低い最軟化部と、を有し;前記ナゲットの溶融境界部から前記最軟化部までの距離をD(mm)とし、前記複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚をt(mm)とする一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚をt(mm)とした場合に、下記(1)式を満足する;重ね合せ溶接部材である。
D≦t0.2   ・・・(1)式
(3)上記(1)又は(2)に記載の重ね合せ溶接部材では、前記複数の鋼板部材にホットスタンプ材が含まれていてもよい。
(4)本発明の第三の態様は、上記(1)~(3)のいずれか一項に記載の重ね合せ溶接部材を含む自動車用部品である。
(5)本発明の第四の態様は、複数の鋼板部材の重ね合せ部に、ナゲットと、前記ナゲットの周囲に形成される熱影響部と、前記熱影響部内でビッカース硬さが最も低い最軟化部と、を有するスポット溶接部を抵抗スポット溶接により形成する抵抗スポット溶接工程と;前記ナゲットの中心部と、前記最軟化部との間に、焼き戻しマルテンサイトからなるとともにそのビッカース硬さが前記最軟化部のビッカース硬さを100%とした場合に120%以下である焼き戻し領域を形成する焼き戻し工程と;を備える重ね合せ部の溶接方法である。
(6)上記(5)に記載の重ね合せ部の溶接方法では、前記抵抗スポット溶接工程で、前記抵抗スポット溶接の通電時間をT(秒)とし、前記複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚をt(mm)とする一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚をt(mm)とし、前記抵抗スポット溶接の通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、下記(2)式を満たすように通電してもよい。
 5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(2)式
(7)上記(5)に記載の重ね合せ部の溶接方法では、前記抵抗スポット溶接工程の前に、通電時間T(秒)と、通電1サイクルの時間cyc(秒)と、前記板厚t(mm)とが下記(3)式を満たした上で、予熱電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電する予熱通電工程をさらに備え;前記抵抗スポット溶接工程で、通電時間をT(秒)とし、前記抵抗スポット溶接の通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、下記(4)式を満たした上で、チリ発生電流以下の溶接電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電し;前記予熱電流I(kA)と前記溶接電流I(kA)とが、下記(5)式を満たしてもよい。
 5t×cyc≦T≦(5t+8)×cyc   ・・・(3)式
 5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(4)式
 0.3I≦I≦0.7I    ・・・(5)式
(8)上記(5)に記載の重ね合せ部の溶接方法では、前記抵抗スポット溶接工程では、前記ナゲットの溶融境界部から前記最軟化部までの距離をD(mm)とし、前記複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚をt(mm)とする一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚をt(mm)とした場合に、下記(6)式を満足するように前記抵抗スポット溶接を行い;前記焼き戻し工程が、後通電により前記焼き戻し領域を形成する後通電工程であってもよい。
 D≦t0.2   ・・・(6)式
(9)上記(8)に記載の重ね合せ部の溶接方法では、前記抵抗スポット溶接工程で、前記抵抗スポット溶接の通電時間をT(秒)とし、前記抵抗スポット溶接の通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、下記(7)式を満たすように通電してもよい。
 5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(7)式
(10)上記(8)に記載の重ね合せ部の溶接方法では、前記抵抗スポット溶接工程の前に、通電時間T(秒)と、通電1サイクルの時間cyc(秒)と、前記板厚t(mm)とが下記(8)式を満たした上で、予熱電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電する予熱通電工程をさらに備え;前記抵抗スポット溶接工程で、通電時間をT(秒)とし、通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、下記(9)式を満たした上で、チリ発生電流以下の溶接電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電し;前記予熱電流I(kA)と、前記溶接電流I(kA)とが下記(10)式を満たしてもよい。
 5t×cyc≦T≦(5t+8)×cyc   ・・・(8)式
 5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(9)式
 0.3I≦I≦0.7I    ・・・(10)式
(11)本発明の第五の態様は、複数の鋼板部材の重ね合せ部に、ナゲットと、前記ナゲットの周囲に形成される熱影響部と、前記熱影響部内でビッカース硬さが最も低い最軟化部と、を有するスポット溶接部を形成する抵抗スポット溶接工程を備え;前記抵抗スポット溶接工程では、前記ナゲットの溶融境界部から前記最軟化部までの距離をD(mm)とし、前記複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚をt(mm)とする一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚をt(mm)とした場合に、下記(11)式を満足するように前記抵抗スポット溶接を行う;重ね合せ部の溶接方法である。
D≦t0.2   ・・・(11)式
(12)上記(11)に記載の重ね合せ部の溶接方法では、前記抵抗スポット溶接工程で、前記抵抗スポット溶接の通電時間をT(秒)とし、前記抵抗スポット溶接の通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、下記(12)式を満たすように通電してもよい。
 5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(12)式
(13)上記(11)に記載の重ね合せ部の溶接方法では、前記抵抗スポット溶接工程の前に、通電時間T(秒)と、通電1サイクルの時間cyc(秒)と、前記板厚t(mm)とが下記(13)式を満たした上で、予熱電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電する予熱通電工程をさらに備え;前記抵抗スポット溶接工程で、通電時間をT(秒)と、通電1サイクルの時間をcyc(秒)とが、下記(14)式を満たした上で、チリ発生電流以下の溶接電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電し;前記予熱電流I(kA)と、前記溶接電流I(kA)とが下記(15)式を満たしてもよい。
 5t×cyc≦T≦(5t+8)×cyc   ・・・(13)式
 5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(14)式
 0.3I≦I≦0.7I    ・・・(15)式
(14)本発明の第六の態様は、複数の鋼板部材の重ね合せ部がスポット溶接部で接合された重ね合せ溶接部材の製造方法であって、前記複数の鋼板部材を、前記重ね合せ部の位置で重ね合せる、重ね合せ工程と;前記重ね合せ部を、上記(5)~(13)のいずれか1項に記載の重ね合せ部の溶接方法により溶接する溶接工程と;を備える重ね合せ溶接部材の製造方法である。
 なお、本明細書において「cyc」は、抵抗スポット溶接の通電に用いる電源の1サイクル(1/周波数)(秒)を意味し、60Hzの場合には、1×cycは(1/60)(秒)であり、50Hzの場合には1×cycは(1/50)(秒)である。
 本発明に係る重ね合せ溶接部材、重ね合せ溶接部材を有する自動車用部品、重ね合せ部の溶接方法、及び、重ね合せ溶接部材の製造方法によれば、スポット溶接部における剥離強度を向上することができる。
従来の通電条件をTRIP材に適用した場合の、スポット溶接部における硬さ分布を概念的に説明する図である。 十字引張試験の概略を説明する斜視図である。 十字引張試験によるスポット溶接部の破断形態を説明する図であり、部分プラグ破断を示す断面図である。 十字引張試験によるスポット溶接部の破断形態を説明する図であり、プラグ破断を示す断面図である。 母材引張強さと十字引張強さとの相関の一例を示す図である。 後通電法の概略を説明する図である。 図3に示した後通電法に基づき、試験片を重ね合せてスポット溶接部を形成し、後通電を施した後におけるスポット溶接部の硬さ分布を概念的に説明する図である。 ホットスタンプ材に形成したスポット溶接部を後通電した場合における、スポット溶接部のHAZの変化を概念的に説明する図である。 本発明の一実施形態に係る、ナゲットを有するスポット溶接部の概略構成を説明する図である。 同スポット溶接部におけるナゲットとHAZの概略構成を説明する図である。 本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接における通電条件を説明する図である。 本発明の一実施形態に係るスポット溶接部の硬さ測定部位の概略を説明する図である。 ナゲットの溶融境界からの距離(mm)と、ビッカース硬さとの関係を示すグラフである。 ナゲット端からHAZ最軟化部までの距離を0.75mmとした短時間通電条件による解析モデルを説明する図である。 ナゲット端からHAZ最軟化部までの距離を1.5mmとした通常条件による解析モデルを説明する図である。 「(a)短時間通電条件」、「(b)通常条件」、「(c)HAZ軟化なし」による各スポット溶接部の解析モデルに関し、図10Aに示すPosition1におけるそれぞれの相当塑性ひずみを示すグラフである。 「(a)短時間通電条件」、「(b)通常条件」、「(c)HAZ軟化なし」による各スポット溶接部の解析モデルに関し、図10Aに示すPosition2におけるそれぞれの相当塑性ひずみを示すグラフである。 板厚tとナゲットの溶融境界からHAZ軟化部までの距離Dとの関係を示す図である。 ナゲットの溶融境界からHAZ軟化部までの距離Dと、十字引張強さとの関係を示す図である。 短時間通電条件、通常条件、2段通電条件を、板厚1.6mmの1800MPa級ホットスタンプ材に適用した場合におけるナゲット成長挙動を示すグラフである。 図14に示した条件により形成したスポット溶接部の硬さ分布を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る短時間通電条件をホットスタンプ材に適用した場合における、単通電後及び後通電後におけるスポット溶接部のHAZの変化を概念的に説明する図である。 本発明の一実施形態に係る短時間通電条件をホットスタンプ材に適用した場合における、単通電後及び後通電後におけるスポット溶接部のビッカース硬さの変化を概念的に説明する図である。 本発明の一実施形態に係る短時間通電条件と通常の通電条件を、板厚1.8mmの1800MPa級ホットスタンプ材に適用した場合の、単通電後におけるスポット溶接部の硬さ分布を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る短時間通電条件と通常の通電条件を、板厚1.8mmの1800MPa級ホットスタンプ材に適用した場合の、後通電後におけるスポット溶接部の硬さ分布を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る短時間通電条件と通常の通電条件によりスポット溶接部を形成した後に、後通電した場合における、スポット溶接部の硬さ分布の変化を概念的に説明する図である。 L字試験の概略を説明する斜視図である。
 本発明者らは、マルテンサイトを含む鋼板部材を少なくとも一つ含む複数の鋼板部材を重ね合せ部でスポット溶接部により接合する場合における剥離強度の向上について鋭意研究した結果、電流値を高くして通電時間を従来よりも短くした短時間通電条件で1回通電(短時間単通電)をすることにより、HAZ硬化部が縮小されてナゲット端とHAZ最軟化部との距離が小さくなるとの知見を得た。
 また、ナゲット端とHAZ最軟化部との距離を小さくすると、ナゲット端部領域の剥離方向への荷重時にかかる応力が緩和されて剥離強度が大きく改善するとの知見を得た。
 この知見に基づき、時間がかかる従来方式の後通電に代わって単通電でも強度を改善できる方法を開発した。
 更には、ナゲット端とHAZ最軟化部との距離を小さくして後通電することで、ナゲット及びHAZ硬化部が焼き戻されて、ナゲット端とHAZ最軟化部との間に局所的に硬い部分が形成されるのを抑制することが可能となり、従来方式の後通電よりもスポット溶接部の剥離強度が向上するとの知見も得た。
 以下、図面を参照して、上述の知見に基づきなされた本発明を詳細に説明する。
 図6は、本発明の一実施形態に係る、例えば自動車用部品として用いられる重ね合せ溶接部材に形成されるスポット溶接部10の概略構成を説明するスポット溶接部断面図である。
 本実施形態に係る重ね溶接部材は、この図6に示すように、鋼板部材S1、S2がスポット溶接部10を介して接合されることにより形成される。
 図6に示すように、ナゲット12は、鋼板部材S1、S2をそれらの厚さ方向に挟み込む一対の抵抗スポット溶接用の電極50、50からの通電により、電極50の中心線CLを中心として鋼板部材S1、S2の重ね合せ部に形成されている。
 通電により生じた溶融金属は、電極50と接触している中心線CL近傍の領域では、電極50への抜熱により板厚方向に凝固が進行し、電極50の中心線CLから離れた領域では、板厚方向に加えてナゲット中心方向に向かって(電極の中心線CLに向かって)凝固が進行する。
 その結果、ナゲット12は、デンドライトが板厚方向に成長する領域12Aと、デンドライトが板厚方向と交差して成長する領域12Bとを有することとなる。
 本明細書においては、重ね合せ部を板厚方向からみて、ナゲット12が形成される際に溶融する最も外側の境界(すなわち、ナゲット12の溶融境界部)をナゲット端12Eといい、領域12Aと領域12Bの会合部12Cからナゲット端12Eまでの領域をナゲット端部領域12Bという。
 図7は、重ね合せ部を溶接するスポット溶接部10を説明するスポット溶接部断面図であり、スポット溶接部10は、スポット溶接により形成されたナゲット12と、このナゲット12の周囲に形成された、スポット溶接によるHAZ14とを有する。
 HAZ14は、ナゲット12に隣接して形成されたHAZ硬化部14Hと、HAZ硬化部14Hの周囲に形成されたHAZ軟化部14Tとを有している。
 また、HAZ軟化部14Tにおける内周部近傍には、ビッカース硬さが最も低いHAZ最軟化部14Lが形成されている。
 図7に示した符号Dは、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの距離を示している。
 図8は、本実施形態に係る抵抗スポット溶接における通電条件を説明する図である。
 本実施形態に係る短時間通電条件C11は、図8に示すように、通常通電条件C21の通電電流I21よりも高い通電電流I11でかつ従来の通常の通電時間T21よりも短い通電時間T11で電流を流す単通電を最初に行うことで、抵抗スポット溶接を行う。
 図8において破線で示したのは、通常条件による1回目通電C21(電流値I21、通電時間T21)であり、電流値I11>電流値I21、通電時間T11(cyc)<通電時間T21(cyc)である。
 また、図8において、短時間通電条件C11を、通常通電条件C21の時間軸の途中から示したのは、通電完了タイミングをそろえるためである。
 本実施形態に係る短時間通電条件C11では、図8に示すように、通電によりナゲット12を形成する際に生じた溶融金属が、単通電の完了後に急速に冷却され、Ms点を通過してMf点以下まで温度が低下するため、マルテンサイトが生じる。
 また、短時間通電条件C11におけるナゲット12の温度曲線H1と、通常通電条件C21におけるナゲットの温度曲線H2を比較すると、短時間通電条件C11では、通常通電条件C21よりも短時間で接合部が溶融してナゲット12が形成される。
 そのため、短時間通電条件C11によれば、ナゲット12の周囲への過大な熱流が抑制されて、HAZ硬化部が縮小し、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの距離Dが小さくなる。
 その結果、上記単通電のみで、剥離時にナゲット端部領域12B以外の部位にひずみを集中させることで、ナゲット端部領域12Bへの応力集中を緩和させることができ、剥離強度が向上する。
 なお、短時間通電条件C11の単通電で形成したスポット溶接部10をそのまま使用してもよいし、さらには、形成したスポット溶接部10を、所定の休止時間Tsが経過した後に、後通電条件C12による後通電(すなわち、二回目の通電)を施してもよい。
 短時間通電条件C11で形成したスポット溶接部10を、休止時間Tsの間、通電を休止した後に、後通電条件C12(電流値I12、通電時間T12)で通電すると、ナゲット12は、焼き戻し可能温度(約550~600℃)以上、Ac以下まで温度が上昇し、その後、徐冷され、HAZ14を再焼入れさせることなく、焼き戻しマルテンサイトを得ることができる。
 以上のように、短時間通電条件C11では、電流値I11を通常通電条件C21の電流値I21より大きくし、通電時間T11を通常通電条件C21の通電時間T21よりも短くするので、ナゲット12が短時間で昇温され、通電で発生した熱の周囲への熱伝導が促進されず、HAZ14の温度が通常条件に比較して高温になりにくい。
 その結果、HAZ硬化部14Hの幅が小さくなり、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの間の距離Dが小さくなると考えられる。
 上述のように、短時間通電条件C11によりナゲット12が形成されていれば、HAZ硬化部14Hの幅が小さいので、ナゲット12及びHAZ硬化部14Hが充分に焼き戻される。
 このため、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの間にビッカース硬さが高い部分が形成されるのが抑制される。
 すなわち、HAZ硬化部14Hが一様に軟化されることにより変形が容易となり、ナゲット端部領域12Bへの剥離時の応力が低減されるため、剥離強度を向上させることができる。
 上述のように短時間通電条件C11及び後通電条件C12を採用することで、HAZ最軟化部14Lとナゲット端12Eとの間のビッカース硬さを、HAZ最軟化部14Lのビッカース硬さを100%とした場合に120%以下とすることができ、スポット溶接部10の靱性を充分に確保することができる。
 以下、図9A、図9Bを参照して、ナゲット12の溶融境界からの距離(mm)と、ビッカース硬さとの関係を説明する。
 図9A、図9Bは、本実施形態に係る「(a)短時間通電条件」と、「(b)通常条件」とを、板厚1.6mmの1500MPa級ホットスタンプ材に適用して1回目通電した場合を示す図であり、図9Aがスポット溶接部断面図であり、また図9Bがスポット溶接部10の硬さ分布を示すグラフである。
 硬さ分布の測定については、図9Aに示すように、ビッカース硬さを、鋼板部材S1、S2との接合面から、鋼板部材S1側に、鋼板部材S1の内部側に板厚の1/4離れた位置において、0.5mmピッチでJIS Z 2244に基づき荷重9.8Nで測定した。
 図9Bのグラフにおいて、「白抜きのダイヤ」は短時間通電条件を示し、「白抜きの丸」は通常通電条件を示している。
 尚、短時間通電条件は通電時間:9×cyc、通常条件は通電時間:20×cycとし、それぞれのナゲット径が4√t(mm)(tは板厚)となるように電流値を調整した。
 図9A、図9Bから、「(a)短時間通電条件」による1回目通電を行うことにより、ナゲット端12EからHAZ最軟化部14Lとの距離Dが小さくなっていることがわかる。
 以下、図10A、図10B,図11、図12に基づき、短時間通電と通常条件による通電を行った場合における相当ひずみについて説明する。
 短時間通電と通常条件を用いた弾塑性FEM解析にて、「(a)短時間通電条件」、「(b)通常条件」、「(c)HAZ軟化なし」の場合の相当塑性ひずみを求めた。以下詳細に説明を行う。
 図10Aは、ナゲット端12EからHAZ最軟化部14Lまでの距離Dを0.75mmとして「(a)短時間通電条件」により1回目通電した単通電試験片の解析モデルを説明するスポット溶接部断面図である。
 図10Bは、ナゲット端12EからHAZ最軟化部14Lまでの距離Dを1.5mmとして通常条件により1回目通電した単通電試験片の解析モデルを説明するスポット溶接部断面図である。
 なお、解析モデルにおいて、HAZ軟化部の硬さ分布は、図9Bに示した測定結果に基づいて、最軟化部の硬さから母材部の硬さまで段階的に変化させた。
 図10Aおよび図10BにおけるPosition1はHAZ最軟化部14Lを示し、Position2はナゲット端12Eを示す。
 解析モデルは、図10Aに示す「(a)短時間通電条件」を模擬した場合と、図10Bに示す「(b)通常条件」を模擬した場合と、「(c)HAZ軟化なし」を模擬した場合の3パターンを用いた。
 図11は、「(a)短時間通電条件」、「(b)通常条件」、「(c)HAZ軟化なし」、の各スポット溶接部からなる解析モデルに対し、「(b)通常条件」のスポット溶接部が十字引張試験により破断した荷重で十字引張試験した場合における、図10Aに示すPosition1におけるそれぞれの相当塑性ひずみを示すグラフである。
 なお、図11において、「(c)HAZ軟化無し」の解析モデルにおけるPosition1は、「(b)通常条件」と同じ位置とした。
 Position1における相当塑性ひずみは、図11のグラフに示されるように、「(a)短時間通電条件」では約0.032であり、「(b)通常条件」の0.013、「(c)HAZ軟化無し」の約0.018に比較して、大幅に増加した。
 図12は、「(a)短時間通電条件」、「(b)通常条件」、「(c)HAZ軟化なし」、の各スポット溶接部からなる解析モデルに対し、(b)通常条件のスポット溶接部が十字引張試験により破断した荷重で十字引張試験した場合における、図10Aに示すPosition2におけるそれぞれの相当塑性ひずみを示すグラフである。
 なお、図12において、「(c)HAZ軟化無し」の解析モデルにおけるPosition2は、「(b)通常条件」と同じ位置とした。
 また、Position2における相当塑性ひずみは、図12のグラフに示されるように、「(a)短時間通電条件」では約0.010であり、「(b)通常条件」の0.0115、「(c)HAZ軟化無し」の約0.0118に比較して、減少した。
 しかし、「(b)通常条件」と「(c)HAZ軟化なし」を比較すると、「(b)通常条件」のHAZ軟化位置では、ナゲットの端部領域の相当塑性ひずみに及ぼすHAZ軟化有無の影響はわずかであった。
 すなわち、通常条件ではHAZ軟化部14Tは剥離時のナゲット端部領域12Bへのひずみ軽減効果はほとんどなく、ナゲット端部領域12BへHAZ軟化部14Tが接近することによって、HAZ軟化部14Tにひずみが集中する。その結果、ナゲット端部領域12Bへのひずみ集中が軽減されることが判明した。つまり、「短時間通電条件」を用いれば、この効果により、剥離強度を増大させることができるのである。
 以下、図13A、図13Bを参照して、本実施形態に係る、複数の鋼板部材の重ね合せ部がスポット溶接部で接合された重ね合せ溶接部材について好適な条件を説明する。
 図13Aは、重ね合せ部を構成する板厚t(mm)と、ナゲットの溶融境界(ナゲットの端)からHAZ最軟化部までの距離D(mm)との関係を示す図である。
 図13Aにおいて、「白抜きの丸」は従来の単通電による980MPa級DP鋼を示している。
 また、「白抜きのダイヤ」は従来の単通電による1500MPa級ホットスタンプ鋼を示している。
 ここで、図13Aにおける板厚t(mm)は、複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚をt(mm)とし、一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚をt(mm)としている。
 従来条件による単通電では、図13Aに示すように、2枚の鋼板の重ね合せ界面における、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの距離Dは、D(mm)=t0.2(mm)を超える範囲に形成されていた。 十字引張試験では、継手強度が低い鋼種と、継手強度が高い鋼種とを組み合わせた板組の場合、継手強度が低い鋼種側で破断する傾向がある。
 例えば、母材強度が780MPa級より高い場合には、十字引張強さは母材強度が高いほうが低くなることから、母材強度が高いほうが破断する傾向にある。
 また、同鋼種で板厚の異なる板組では、板厚が薄い鋼板側で破断する。
 以上の理由より、最も薄い鋼板部材の板厚tを用いる。
 図13Bは、1500MPa級ホットスタンプ材においてナゲット径が4√tである場合のスポット溶接部のナゲット端12EからHAZ軟化部までの距離Dと、十字引張強さの関係を説明する図である。
 図13Bに示すように、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの距離D(mm)を、t0.2(mm)以下とすると、十字引張強さが約7kNまで向上し安定してプラグ破断とさせることができる。また、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの距離D(mm)を、0.75×(t0.2)(mm)以下とすると、十字引張強さが約8kNまで向上し、更に安定してプラグ破断とさせることができより好適である。
 以上のように、スポット溶接部のナゲット端12EからHAZ軟化部14Tまでの距離Dを小さくすることにより十字引張強さが向上する。
 さらに、これら2枚の鋼板部材の重ね合せ界面における、母材からナゲット端部領域12Bにかけて(ナゲット端部領域12Bを含む)の硬さは、HAZ最軟化部14Lに対してビッカース硬さにおける最大値が約115%の範囲でナゲット端12Eに向かって徐々に減少し、又はHAZ最軟化部14Lの硬さと同等である。
 本実施形態に係る重ね合せ溶接部材では、HAZ軟化部14Tをナゲット端部領域12Bに近づけることによって、ナゲット内破断(界面破断、部分プラグ破断)の起点となるナゲット端部領域12Bへの応力集中を緩和し、これにより、継手強度を向上させることができる。
 継手強度の向上の効果は、破断形態がナゲット内破断(界面破断、部分プラグ破断)からプラグ破断へと変わることにより顕著に表れる。
 特に、ナゲット端部領域12Bへの応力集中を緩和しても、ナゲット12自体の靭性が不足するためにナゲット内へき裂進展しプラグ破断が得られない継手に対しては、HAZ軟化部14Tの適正化に加えて後通電を行うことにより、従来よりも顕著な継手強度の向上効果を得られる。
 このメカニズムは上述した通りである。
 上述の通り、ナゲット端12EからHAZ最軟化部14Lまでの距離D(mm)が、
D≦t0.2・・・(1)式
を満足することにより、継手強度の充分な向上が得られる。
 そこで、本実施形態に係る重ね合せ溶接部材では、ナゲット端12EからHAZ最軟化部14Lまでの距離Dが上記(1)式を満足することを条件とする。
 また、ナゲット端12EからHAZの最軟化部までの距離D(mm)が
D≦0.75×(t0.2)・・・(1A)式
を満足することにより、より確実に破断態様をプラグ破断とさせることができる点で好適である。
 以下、抵抗スポット溶接工程と、焼き戻し工程とにより重ね溶接部を溶接する方法について詳細に説明する。
 (抵抗スポット溶接工程)
 抵抗スポット溶接工程では、複数の鋼板部材の重ね合せ部に、ナゲット12と、このナゲット12の周囲に形成されるHAZ14と、このHAZ14内でビッカース硬さが最も低い最軟化部14Lと、を有するスポット溶接部10を抵抗スポット溶接により形成する。
 (焼き戻し工程)
 焼き戻し工程では、上記抵抗スポット溶接工程で形成されたナゲット12の中心部と、最軟化部14Lとの間に、焼き戻しマルテンサイトからなるとともにそのビッカース硬さが最軟化部14Lのビッカース硬さを100%とした場合に120%以下である焼き戻し領域を形成する。
 焼き戻し領域の形成は、後通電により行うことが好ましいが、後通電に限定されるものではなく、例えばレーザビームの照射により行うこともできる。
 このような本実施形態に係る重ね合せ部の溶接方法によれば、焼き戻し領域であって、最軟化部14Lのビッカース硬さを100%とした場合に120%以下であるビッカース硬さを有する焼き戻し領域を、ナゲット12の中心部と最軟化部14Lとの間に形成させることができる。
 また、上述の抵抗スポット溶接工程では、板厚をt(mm)とし、抵抗スポット溶接の通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、
5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(2)式
で表わされる通電時間Tでナゲット12を形成してもよい。
 一般に、スポット溶接では板厚が厚くなるほど通電時間が長くなり、ナゲット端12EからHAZ最軟化部14Lとの距離Dは長くなる傾向にあるが、この(2)式を満足させることで、ナゲットを安定して形成できるとともに、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの距離D(mm)をより確実にt0.2以下とすることができる。
 すなわち、スポット溶接部における剥離強度を安定して向上することが可能となる。
 尚、ここでの板厚t(mm)についても、複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚をt(mm)とし、一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚をt(mm)とする。
 (予熱通電工程)
 上述のように、本実施形態で規定する通電時間を満足してスポット溶接すると、HAZ軟化部14Tの観点からは有効であるが、その一方、従来の通電条件に比べて適正電流範囲は狭くなる。
 そこで、本発明者らは、上述の抵抗スポット溶接工程を行う前に予熱通電工程を行うことが、従来の条件と同等の適正電流範囲(チリ発生電流までの電流余裕度)を有しながら従来よりもHAZの最軟化部をナゲットの端部領域に接近させることができる点で好適であることを見出した。
 ここで、図14、図15を参照して、予熱通電工程を行うことによる上記効果を説明する。
 図14は、短時間通電条件(9×cyc)、通常条件(20×cyc)、2段通電条件(第1工程の通電時間11×cyc、溶接電流4kA、第2工程の通電時間9×cyc)を板厚1.6mmの1800MPa級ホットスタンプ材に適用した場合におけるナゲット成長挙動を示すグラフである。
 また、図15は、図14に示した条件により形成したスポット溶接部のナゲット端からの距離に基づくビッカース硬さの分布を示すグラフである。
 これらの図14、図15に示されるように、予熱通電と本通電による2段通電を行うことにより、従来とほぼ同等の適正電流範囲を有しながら、HAZ軟化位置を従来よりもナゲット端部領域12Bに接近させることができる。
 以下、予熱通電工程の通電条件について詳細に説明する。
 予熱通電工程では、通電時間T(秒)と、通電1サイクルの時間cyc(秒)と、板厚t(mm)とが
5t×cyc≦T≦(5t+8)×cyc   ・・・(3式)
を満たした上で、予熱電流I(kA)を重ね合せ部に通電する。
 そして、予熱通電工程を行った場合には、その後、抵抗スポット溶接工程で、通電時間をT(秒)とし、前記抵抗スポット溶接の通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、
5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(4)式
を満たした上で、チリ発生電流以下の溶接電流I(kA)を重ね合せ部に通電することで、ナゲットを形成する。
 ここで、予熱電流I(kA)と溶接電流I(kA)との関係は、
0.3I≦I≦0.7I    ・・・(5)式
を満たす。
 上記予熱通電工程においては、通電時間T(秒)が5t×cyc以上であり、かつ、予熱電流I(kA)が0.3I以上、すなわち、ナゲットを形成する抵抗スポット溶接工程における溶接電流Iの30%以上であるので、予熱効果が充分となり、所望の適正電流範囲を確保できるので好ましい。
 また、通電時間T(秒)が(5t+4)×cyc以下であり、かつ、予熱電流I(kA)が0.7I以下、すなわち、ナゲットを形成する抵抗スポット溶接工程における溶接電流Iの70%以下であるので、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lまでの距離Dを小さくすることができて好適である。
 そして、予熱通電後に行う抵抗スポット溶接工程では、通電時間Tを5t×cyc以上、且つ、(5t+4)×cyc以下としているので、ナゲットを十分に形成させるとともに、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの距離D(mm)をt0.2以下とすることができ、スポット溶接部における剥離強度を安定して向上することが可能となる。
 また、距離D(mm)が0.75×(t0.2)以下となるように通電時間を調整することで、より確実に、破断態様がプラグ破断となるスポット溶接部を得ることができ、剥離強度を向上させることができる。
 このようにして得られた重ね溶接部に対して、ナゲット端部領域12Bが焼き戻されるように、上述の焼き戻し工程(例えば、後通電による焼き戻し)を適用することにより、焼き戻しマルテンサイトからなるとともにそのビッカース硬さが最軟化部14Lのビッカース硬さを100%とした場合に120%以下である焼き戻し領域をナゲット12の中心部と最軟化部14Lとの間に形成させることができる。
 従って、従来通りのナゲット径で、剥離強度に優れ、高い継手強度を有する重ね合せ溶接部材を製造することができる。
 このような効果を得るためにはナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとが近づくように、短時間通電条件を調整し、その後の焼き戻し工程で、焼き戻し領域のビッカース硬さを最軟化部14Lのビッカース硬さの120%以下とすることが必要である。しかしながら、より好適に効果を得るためには、焼き戻し領域のビッカース硬さを最軟化部14Lのビッカース硬さの115%以下とすることが好ましく、110%以下とすることがより好ましい。
 尚、焼き戻し領域のビッカース硬さの下限値は規定されるものではない。
 重ね合せ溶接部材は、母材引張強さ980MPa級以上になると界面破断や部分プラグ破断し易く、継手強度は低下する傾向にある。
 本実施形態は、スポット溶接によりHAZ軟化する鋼板部材に対して効果を有するが、母材引張強さ980MPa級以上の高張力鋼板への適用が好ましい。
 特に、ホットスタンプ材では、母材がフルマルテンサイトであるためHAZ軟化量が大きく、本実施形態の効果が顕著である。
 また、本実施形態に係る重ね合せ溶接部材は、2枚以上の鋼板部材の重ね合せ部のそれぞれの鋼板部材の板厚、種類(例えばDP、TRIP等)、さらにはめっきの有無には限定されない。
 また、後述する実施例では、同種の鋼板を2枚重ね合せる板組について説明しているが、これには限定されず、異材板組であっても、3枚以上の板組であっても効果を有する。
 図16は、ホットスタンプ材を鋼板部材S1、S2として用いた場合の、本実施形態に係る通電条件により形成されるスポット溶接部10の概略構成を説明する図である。より詳細には、図16の(a)は短時間通電を行った後のスポット溶接部断面図であり、図16の(b)は、後通電を行った後のスポット溶接部断面図である。図16の(c)は、単通電後と後通電後についてビッカース硬さの分布を示すグラフである。
 また、図17は、単通電後、及び、後通電後におけるスポット溶接部のビッカース硬さの変化を概念的に説明する図である。
 短時間通電を行うことで、図16の(a)に示すように、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの距離Dは約1mmと小さくなる。
 従来の通常条件による通電によるナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lとの距離Dが約1.5mmであるため、比較すると大幅に縮小した。
 その結果、ナゲット端12E周辺における応力集中を緩和することができる。
 また、更に後通電を施すことにより、図16の(b)のドットハッチングで示される範囲で、HAZ硬化部14Hを充分に焼き戻すことができる。
 このように、本発明に係る通電条件をホットスタンプ材S1、S2に適用してスポット溶接部10を形成した場合、図17の(a)、(b)に示すように、短時間単通電を行うことで、HAZ硬化部14Hはナゲット12とほぼ同等のビッカース硬さとなる。
 また、後通電をすると、図17の(c)に示すように、ナゲット12及びHAZ硬化部14Hは充分に焼き戻されて、HAZ最軟化部14Lとナゲット端12Eの間は、ビッカース硬さにおける硬さがHAZ最軟化部14Lと同様又は硬さの最大値がHAZ最軟化部14Lの約115%となり、ナゲット端部領域12Bの応力が充分に緩和される。
 その結果、ホットスタンプ材におけるスポット溶接部10の剥離強度を向上させることができる。なお、ナゲット端部領域12Bが焼き戻されていれば、ナゲット12の全体が焼き戻されることは必要ではない。
 このように、HAZ硬化部14Hが焼き戻されることにより、図16の(c)に示すように、ビッカース硬さにおいて、ナゲット12とHAZ最軟化部14Lとの間の最大の硬さが、HAZ最軟化部14Lに対して約120%以下の範囲とすることができる。
 その結果、ナゲット12及びHAZ硬化部の靱性が向上して、剥離強度を向上することができる。
 尚、ナゲット端12EとHAZ最軟化部14Lの間の最大のビッカース硬さが、HAZ最軟化部14Lのビッカース硬さの120%以下、好ましくは115%以下、より好ましくは110%以下であれば、ナゲット12全体が焼き戻されていなくても継手強度が向上する。
 なお、短時間通電条件を調整して、ナゲット端とHAZ最軟化部を近づけて、後通電後におけるナゲット12の中心部とHAZ最軟化部14Lとの間のビッカース硬さにおける最大値を、HAZ最軟化部14Lに対して115%の範囲とすることが好ましい。
 また、短時間通電条件を調整して、ナゲット端とHAZ最軟化部をさらに近づけて、後通電後におけるナゲットとHAZ最軟化部の間のビッカース硬さにおける最大値を、HAZ最軟化部14Lに対して110%の範囲とするとさらに好ましい。
 図18は、本実施形態に係る短時間通電条件と通常の通電条件を板厚1.8mmの1800MPa級ホットスタンプ材に適用した場合の、1回通電におけるスポット溶接部の硬さ分布を示すグラフである。
 また、図19は、本実施形態に係る短時間通電条件と通常の通電条件を板厚1.8mmの1800MPa級ホットスタンプ材に適用した場合の、後通電後におけるスポット溶接部の硬さ分布を示すグラフである。
 図18において、「白抜きのダイヤ」は通電時間9×cyc(秒)の短時間通電条件を採用した本通電によりスポット溶接部を形成した場合の、スポット溶接部の硬さ分布を示す。また、「白抜きの丸」は通電時間22×cyc(秒)の通常条件を採用した本通電によりスポット溶接部を形成した場合の、スポット溶接部の硬さ分布を示す。
 図19においては、「白抜きのダイヤ」は通電時間9×cyc(秒)の短時間通電条件を採用した本通電によりスポット溶接部を形成し、その後、後通電により焼き戻しを行った場合の、スポット溶接部の硬さ分布を示し、「白抜きの丸」は通電時間22×cyc(秒)の通常条件を採用した本通電によりスポット溶接部を形成し、その後、後通電により焼き戻しを行った場合の、スポット溶接部の硬さ分布を示す。
 まず、図18のグラフに示すように、「白抜きのダイヤ」で示す短時間通電条件では「白抜きの丸」で示す通常条件と比べ、ナゲット端からHAZ最軟化部までの距離が接近する。
 そして、後通電を行うと、図19のグラフに示すように、本通電時に通常条件を適用して形成されたスポット溶接部では、本通電時に形成されるHAZ最軟化部がナゲットの端部領域から遠いため、ナゲットと最軟化部との間(ナゲットの端部領域から約1mm程度の位置)に硬さが高い箇所が存在する。
 これに対し、本通電時に短時間通電条件を適用して形成されたスポット溶接部では、本通電時に形成されるHAZ最軟化部がナゲットの端部領域に近いため、母材からナゲット端部領域12Bにかけての(ナゲット端部領域12Bも含む)HAZおよびナゲットのビッカース硬さをHAZ最軟化部の硬さの120%以下とすることができる。
 すなわち、後通電を施した場合でも、本通電時に形成されるHAZ最軟化部がナゲット端12Eに近いほうがナゲット端12Eの周辺へのひずみ集中を緩和できる。
 このように、ナゲット12の形成のための通電時間を短時間化すると、HAZ軟化位置をナゲットの端部領域に接近させて継手強度を向上させる観点から有効である。
 図20は、本実施形態に係る短時間通電条件をDP材又はTRIP材に適用した場合における、単通電及び後通電の後におけるスポット溶接部のHAZの変化を概念的に説明する図である。
 図20の(a)は、スポット溶接部断面図である。
 図20の(b)に示すように、DP材又はTRIP材を鋼板部材S1、S2として用いた場合には、短時間単通電した状態で、HAZ硬化部14Hはナゲット12とビッカース硬さにおいてナゲットとほぼ同等となる。
 この場合、ナゲット12及びHAZ硬化部14HはDP材又はTRIP材の母材と比較して非常に硬くなる点で、図17に示したホットスタンプ材の硬さ分布と異なる。
 また、図20の(c)に示すように、後通電をすると、ナゲット12及びHAZ硬化部14Hは充分に焼き戻されて、HAZ最軟化部14Lとナゲット端12Eとの間は、ビッカース硬さにおける硬さがHAZ最軟化部14Lの約115%となり、ナゲット端部領域12Bの応力が充分に緩和される。
 その結果、DP材又はTRIP材におけるスポット溶接部10の剥離強度を向上させることができる。
 なお、ナゲット端部領域12Bが焼き戻されていれば、ナゲット12の全体が焼き戻されることは必要ではない。
 なお、図20の(c)に示す二点鎖線は、後通電前の硬さ分布を示している。
 なお、上記実施形態においては、HAZ硬化部14Hを後通電により焼き戻す場合について説明したが、短時間単通電によりスポット溶接部10を形成した後に、例えばレーザ照射することでナゲットおよびHAZ硬化部を焼き戻してもよい。
 以下、剥離方向の継手強度の向上にはHAZ最軟化部をナゲット端部へ近づけることが有効であることを確認する。
 通電時間を短時間化することで、HAZ最軟化部をナゲット端部へ近づけることができるが、ナゲット形成の観点からは、通電時間の短時間化により、適正電流範囲(一般に、ナゲット径4√tを得られる電流値からチリ発生までの電流範囲)が狭くなる。
 そこで、通電初期を低電流とする予備通電で鋼板を加熱した後に、短時間高電流でナゲットを拡大する2段通電によって、HAZ軟化位置の制御と適正電流範囲の確保とを両立することを検討した。
 板厚1.6mmの1800MPa級ホットスタンプ材により、表1に示す溶接条件を用いて調査した。条件(1)は短時間単通電条件、(2)は従来単通電条件、(3)が2段通電条件である。
 図14に示すナゲット形成挙動と、図15に示すスポット溶接部の硬さ分布からわかるように、2段通電により、従来単通電と同等の適正電流範囲を有し、かつ、HAZ最軟化部をナゲット端部へ近づけることが可能となった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 
 溶接電流は、それぞれ4√t(mm)のナゲット径が得られるように調整した。後通電条件は、剥離強度の改善に有効な条件、すなわちナゲットの端部領域が軟化される条件を選定した。
 板厚1.6~2.0mmの980MPa級鋼板、1500MPa級ホットスタンプ材、および1800MPa級ホットスタンプ材を用い、十字引張強さとL字引張強さを調査した。用いた溶接条件を表2に示す。Iは本通電工程の電流値である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 
 条件aは従来単通電条件、条件bは従来後通電条件である。条件A1は短時間単通電条件、条件A2は2段電条件であり、条件B1、B2はそれぞれ条件A1、A2に対して後通電を行った。いずれの溶接条件においても、ナゲット径4√tが得られるように溶接電流を調整した。
 継手強度は、十字継手の場合はJIS Z3137(1999年)に基づく十字引張試験により測定し、L字継手の場合は図21の概略図を示す試験により測定した。
 より詳細には、L字引張試験は、図21に示すように、鋼板をL字に曲げて形成した二つの試験片の屈曲部分同士を互いに重ね合せて、重ね合せ部に抵抗スポット溶接によりナゲット12を有するスポット溶接部10を形成して接合し、その後、重ね合せ部が剥離する方向に引っ張って、スポット溶接部10が破断するまでの強度を継手強度として測定した。
 まず、板厚1.6~2.0mmの980MPa級DP鋼板、1500MPaおよび1800MPa級ホットスタンプ材を用いて、重ね合せ溶接部材の剥離強度および破断形態を調査した。溶接条件を表4に示す。tは鋼板の板厚、Iは各板組に対して、ナゲット径4√t(mm)が得られるように調整した。なお、距離Dはナゲット端部領域からHAZ最軟化部までの距離である。
 表3に条件A1、A2による継手強度の改善効果をまとめた。表3は、単通電に関する実施例を説明する表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
 
 表3に示すように、いずれの鋼種、板厚においても、条件A1の短時間通電、A2の予備通電及び短時間通電により形成したスポット溶接部は、条件aの従来単通電条件と比較して、継手強度が向上した。これは、HAZ軟化位置がナゲット端部に近づくことにより、ナゲット端部への応力集中が緩和された効果と考えられる。
 また、1800MPa級ホットスタンプ材におけるL字引張強度では、条件A1の短時間通電を行うことにより、条件aの場合と比較して、継手強度が、約25%向上した。
 更に、板厚1.6~2.0mmの980MPa級DP鋼板、1500MPaおよび1800MPa級ホットスタンプ材を用いて、重ね合せ溶接部材の剥離強度および破断形態を調査した。溶接条件を表4に示す。tは鋼板の板厚であり、Iは各板組に対して、ナゲット径4√t(mm)が得られるように調整した。なお、距離Dはナゲット端部領域からHAZ最軟化部までの距離である。
 表4に条件B1、B2による継手強度の改善効果をまとめた。表4は、後通電を実施した場合における実施例を説明する表である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 
 表4に示すように、いずれの鋼種、板厚においても、条件aの従来単通電条件と比較して、継手強度が向上した。これは、従来後通電技術と同様にナゲット端部が焼戻され靭性が向上したことに加え、ナゲット端部への応力集中を緩和する最適な硬さ分布が得られた効果と考えられる。
 また、1800MPa級ホットスタンプ材におけるL字引張強度では、条件B1の短時間通電と後通電を行うことにより、条件bの場合と比較して、破断形態が界面破断からプラグ破断となり、継手強度が、約114%向上した。
 本発明によれば、複数の鋼板部材同士を重ね合せ部で接合し、前記複数の鋼板部材の少なくとも一つがマルテンサイトを含む重ね合せ部がスポット溶接部によって接合された重ね合せ溶接部材に関して、スポット溶接部における剥離強度を向上することができるので、産業上利用可能である。
10 スポット溶接部
12 ナゲット
12B ナゲット端部領域
12C 会合部
12E ナゲット端
14 HAZ
14H HAZ硬化部
14T HAZ軟化部
14L HAZ最軟化部

Claims (14)

  1.  複数の鋼板部材の重ね合せ部がスポット溶接部で接合された重ね合せ溶接部材であって、
     前記複数の鋼板部材のうちの少なくとも一つがマルテンサイトを含み;
     前記スポット溶接部が、
      スポット溶接により形成されたナゲットと、
      前記ナゲットの周囲に形成された熱影響部と、
      前記熱影響部内でビッカース硬さが最も低い最軟化部と、
      前記ナゲットの中心部と前記最軟化部との間に形成され、焼き戻しマルテンサイトからなるとともにそのビッカース硬さが前記最軟化部のビッカース硬さを100%とした場合に120%以下である焼き戻し領域と、
    を有する;
    ことを特徴とする重ね合せ溶接部材。
  2.  複数の鋼板部材の重ね合せ部がスポット溶接部で接合された重ね合せ溶接部材であって、
     前記複数の鋼板部材のうちの少なくとも一つがマルテンサイトを含み;
     前記スポット溶接部が、
      抵抗スポット溶接により形成されたナゲットと、
      前記ナゲットの周囲に形成された熱影響部と、
      前記熱影響部内でビッカース硬さが最も低い最軟化部と、
    を有し;
     前記ナゲットの溶融境界部から前記最軟化部までの距離をD(mm)とし、前記複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚をt(mm)とする一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚をt(mm)とした場合に、下記(1)式を満足する;
    ことを特徴とする重ね合せ溶接部材。
    D≦t0.2   ・・・(1)式
  3.  前記複数の鋼板部材にホットスタンプ材が含まれている
    ことを特徴とする請求項1又は2に記載の重ね合せ溶接部材。
  4.  請求項1~3のいずれか一項に記載の重ね合せ溶接部材を含む
    ことを特徴とする自動車用部品。
  5.  複数の鋼板部材の重ね合せ部に、ナゲットと、前記ナゲットの周囲に形成される熱影響部と、前記熱影響部内でビッカース硬さが最も低い最軟化部と、を有するスポット溶接部を抵抗スポット溶接により形成する抵抗スポット溶接工程と;
     前記ナゲットの中心部と、前記最軟化部との間に、焼き戻しマルテンサイトからなるとともにそのビッカース硬さが前記最軟化部のビッカース硬さを100%とした場合に120%以下である焼き戻し領域を形成する焼き戻し工程と;
    を備えることを特徴とする重ね合せ部の溶接方法。
  6.  前記抵抗スポット溶接工程で、
      前記抵抗スポット溶接の通電時間をT(秒)とし、
      前記複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚をt(mm)とする一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚をt(mm)とし、
      前記抵抗スポット溶接の通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、
    下記(2)式を満たすように通電する
    ことを特徴とする請求項5に記載の重ね合せ部の溶接方法。
     5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(2)式
  7.  前記抵抗スポット溶接工程の前に、
      通電時間T(秒)と、通電1サイクルの時間cyc(秒)と、板厚t(mm)とが下記(3)式を満たした上で、予熱電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電する予熱通電工程をさらに備え;
     前記板厚t(mm)として、前記複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚を用いる一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚を用い;
     前記抵抗スポット溶接工程で、
      通電時間をT(秒)とし、前記抵抗スポット溶接の通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、下記(4)式を満たした上で、チリ発生電流以下の溶接電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電し;
     前記予熱電流I(kA)と前記溶接電流I(kA)とが、下記(5)式を満たす;
    ことを特徴とする請求項5に記載の重ね合せ部の溶接方法。
     5t×cyc≦T≦(5t+8)×cyc   ・・・(3)式
     5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(4)式
     0.3I≦I≦0.7I    ・・・(5)式
  8.  前記抵抗スポット溶接工程では、前記ナゲットの溶融境界部から前記最軟化部までの距離をD(mm)とし、前記複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚をt(mm)とする一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚をt(mm)とした場合に、下記(6)式を満足するように前記抵抗スポット溶接を行い;
     前記焼き戻し工程が、後通電により前記焼き戻し領域を形成する後通電工程である;
    ことを特徴とする請求項5に記載の重ね合せ部の溶接方法。
     D≦t0.2   ・・・(6)式
  9.  前記抵抗スポット溶接工程で、
      前記抵抗スポット溶接の通電時間をT(秒)とし、前記抵抗スポット溶接の通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、下記(7)式を満たすように通電する
    ことを特徴とする請求項8に記載の重ね合せ部の溶接方法。
     5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(7)式
  10.  前記抵抗スポット溶接工程の前に、
      通電時間T(秒)と、通電1サイクルの時間cyc(秒)と、前記板厚t(mm)とが下記(8)式を満たした上で、予熱電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電する予熱通電工程をさらに備え;
     前記抵抗スポット溶接工程で、
      通電時間をT(秒)とし、通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、下記(9)式を満たした上で、チリ発生電流以下の溶接電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電し;
     前記予熱電流I(kA)と、前記溶接電流I(kA)とが下記(10)式を満たす;
    ことを特徴とする請求項8に記載の重ね合せ部の溶接方法。
     5t×cyc≦T≦(5t+8)×cyc   ・・・(8)式
     5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(9)式
     0.3I≦I≦0.7I    ・・・(10)式
  11.  複数の鋼板部材の重ね合せ部に、ナゲットと、前記ナゲットの周囲に形成される熱影響部と、前記熱影響部内でビッカース硬さが最も低い最軟化部と、を有するスポット溶接部を形成する抵抗スポット溶接工程を備え;
     前記抵抗スポット溶接工程では、
    前記ナゲットの溶融境界部から前記最軟化部までの距離をD(mm)とし、前記複数の鋼板部材のうち、最も引張強さの高い鋼板部材が単数であればその板厚をt(mm)とする一方、最も引張強さの高い鋼板部材が複数であればそれらの中で板厚が最も薄い鋼板部材の板厚をt(mm)とした場合に、下記(11)式を満足するように前記抵抗スポット溶接を行う;
    ことを特徴とする重ね合せ部の溶接方法。
    D≦t0.2   ・・・(11)式
  12.  前記抵抗スポット溶接工程で、
      前記抵抗スポット溶接の通電時間をT(秒)とし、
      前記抵抗スポット溶接の通電1サイクルの時間をcyc(秒)とした場合に、下記(12)式を満たすように通電する
    ことを特徴とする請求項11に記載の重ね合せ部の溶接方法。
     5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(12)式
  13.  前記抵抗スポット溶接工程の前に、
      通電時間T(秒)と、通電1サイクルの時間cyc(秒)と、前記板厚t(mm)とが下記(13)式を満たした上で、予熱電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電する予熱通電工程をさらに備え;
     前記抵抗スポット溶接工程で、
      通電時間をT(秒)と、通電1サイクルの時間をcyc(秒)とが、下記(14)式を満たした上で、チリ発生電流以下の溶接電流I(kA)を前記重ね合せ部に通電し;
     前記予熱電流I(kA)と、前記溶接電流I(kA)とが下記(15)式を満たす;
    ことを特徴とする請求項11に記載の重ね合せ部の溶接方法。
     5t×cyc≦T≦(5t+8)×cyc   ・・・(13)式
     5t×cyc≦T≦(5t+4)×cyc   ・・・(14)式
     0.3I≦I≦0.7I    ・・・(15)式
  14.  複数の鋼板部材の重ね合せ部がスポット溶接部で接合された重ね合せ溶接部材の製造方法であって、
     前記複数の鋼板部材を、前記重ね合せ部の位置で重ね合せる、重ね合せ工程と;
     前記重ね合せ部を、請求項5~13のいずれか1項に記載の重ね合せ部の溶接方法により溶接する溶接工程と;
    を備えることを特徴とする重ね合せ溶接部材の製造方法。
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