WO2019198725A1

WO2019198725A1 - スポット溶接継手、スポット溶接継手を備える自動車骨格部品、及びスポット溶接継手の製造方法

Info

Publication number: WO2019198725A1
Application number: PCT/JP2019/015507
Authority: WO
Inventors: 佑銭谷; 智史広瀬; 敦雄古賀; 幸一 ▲浜▼田; 泰山　正則
Original assignee: 日本製鉄株式会社
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2019-04-09
Publication date: 2019-10-17
Also published as: JP7151762B2; JPWO2019198725A1

Abstract

このスポット溶接継手は、平均硬度が３５０ＨＶ以上の、硬質マルテンサイトを主体とする組織を有する第１の鋼板と、前記第１の鋼板に重ねられた第２の鋼板と、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とを接合している複数のスポット溶接金属と、を含み、隣り合う一組の前記スポット溶接金属を含む前記第１の鋼板の板厚方向の全ての断面において、重ね合わせ面側の前記一組のスポット溶接金属の縁同士の間かつ前記第１の鋼板の全板厚の領域の全てが、硬質マルテンサイトを主体とする組織を有し、前記領域の硬度の最小値と、前記第１の鋼板の前記平均硬度との差が８０ＨＶ以下である。

Description

スポット溶接継手、スポット溶接継手を備える自動車骨格部品、及びスポット溶接継手の製造方法

　本発明は、スポット溶接継手、スポット溶接継手を備える自動車骨格部品、及びスポット溶接継手の製造方法に関する。
　本願は、２０１８年０４月０９日に、日本に出願された特願２０１８－０７５０６５号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　複数の鋼板部材を重ねて構成される構造物では、鋼板部材同士を重ね合わせた重ね合わせ部に対して、抵抗スポット溶接による接合が広く行われている。

　例えば、特許文献１では、ハット材とクロージングプレートとがスポット溶接により互いに接合されるエネルギー吸収部材が記載されている。

　現在、自動車用の高強度鋼板として、引張強さが９８０ＭＰａ以上の高強度鋼板が広く用いられている。近年では引張強さ１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板も適用されはじめている。引張強さ強度１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板は、一般に高い強度を得るために焼入れ組織を含む。抵抗スポット溶接を行うと、鋼板を溶接するナゲット（スポット溶接金属）が形成され、ナゲットの周囲に熱影響部（ｈｅａｔ　ａｆｆｅｃｔｅｄ　ｚｏｎｅ）（以下、ＨＡＺという）が生じる。一般にＨＡＺは焼き入れ組織を含む。但し、焼入れ組織を有する高強度鋼板に、抵抗スポット溶接を行った場合、焼き入れ組織である母材より硬さが低い領域（ＨＡＺ軟化部）が形成される。母材の焼き入れ組織がスポット抵抗溶接の熱により焼き戻されるからである。

　一般に、硬さが低い領域があると部材の衝突性能が低下する。このようなＨＡＺ軟化部は、抵抗スポット溶接の継手評価に用いられる引張せん断試験、及び十字引張試験（ＪＩＳ　Ｚ３１３７）の評価結果への影響は小さい。しかしながら、面内引張応力が負荷された場合には、ＨＡＺ軟化部に局所的にひずみが集中してＨＡＺ軟化部に破断を生じる場合がある。

　自動車が衝突した際には、キャビン内の乗客を保護する必要がある。このため、Ａピラー、Ｂピラー、ルーフレール、サイドシルといった自動車車体を構成する構造部材（重ね溶接部材）は、高い強度を備える必要がある。一般に自動車車体を構成する構造部材は、複数の鋼板部材を重ね合わせてフランジ（重ね合わせ部）を抵抗スポット溶接により接合して筒状の閉断面を形成して製造される。衝突時の変形抵抗を向上させ、少ない変形量でより多くの衝突エネルギーを吸収させるには、素材(母材)の高強度化や溶接(スポット)打点の増加といった手法がとられる。
　抵抗スポット溶接される上記部材のフランジの一部には、衝突時に面内引張応力が負荷されることがある。母材を高強度化し、スポット打点を増加しても、前述のＨＡＺ軟化部が生じると母材の強度と部品の形状とから想定される耐衝突性能を得られない場合がある。
　従って、高強度鋼板からなる鋼板部材を自動車車体の構造部材に適用する場合には、ナゲットの周辺領域が破断の起点となるのを抑制することが求められる。

　従来、抵抗溶接スポット溶接によって形成された溶接部材の特性を改善するための検討がなされてきた。例えば、特許文献２には、スポット溶接部の特性を改善した溶接継手として、スポット溶接部を１００～４００℃で熱処理し、Ｌ字引張継手強度を向上させた溶接継手が記載されている。また、特許文献３には、スポット溶接部に後通電を行い、十字引張継手強度を改善させる方法が記載されている。特許文献４には、スポット溶接電極の周囲をコイルで巻いたもので溶接後速やかに高周波誘導加熱してスポット溶接部及び溶融部を焼き戻すことで、ＴＳＳと材料強度との比と、ＣＴＳと材料強度の積とから評価される接合強度を改善する溶接方法が記載されている。

　しかしながら、これらの特許文献２～４に開示された技術では、ＴＳＳやＣＴＳの向上には一定の効果が得られるものの、鋼板に面内引張応力が負荷された際のＨＡＺ軟化部での破断について考慮されていない。

　このような課題に対し、特許文献５には、スポット溶接に供されるフランジ部の一部または全部にソフトゾーンと呼ばれる１１００ＭＰａ未満の強度を有する領域を有することで、エネルギー吸収能力を高めたＢピラーが記載されている。

　しかしながら、特許文献５に開示されたＢピラーでは、サイドフランジを軟化させる必要があるので、曲げ性能が低下するおそれがある。また、特許文献５では溶接の前に部品内で軟化領域を設けるので、部品の形状精度が低下するという課題もある。部品の形状精度が低下すると、溶接時に部品間に隙間が生じることになり、溶接が難化する。

日本国特開２００６－１４２９０５号公報日本国特開２０１０－０５９４５１号公報日本国特開２０１５－０９３２８２号公報日本国特許第５４５９７５０号公報日本国特許第５８９４０８１号公報

　本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、面内引張応力が負荷された場合でも、複数の溶接金属の間に挟まれる領域からの破断を抑制するスポット溶接継手、そのスポット溶接継手を備える自動車骨格部品、及びそのスポット溶接継手の製造方法を提供することを課題とする。

　本発明者らは、間隔をおいて隣り合うスポット溶接金属間の所定の領域における硬度の差を小さくすることで、溶接金属（スポット溶接金属）の間に挟まれる領域での破断を抑制できることを見出した。
　母材より硬さが低いＨＡＺ軟化部は、９８０ＭＰａ未満の引張強さの鋼板ではほとんど形成されない。ＨＡＺ軟化部は、９８０ＭＰａ以上の引張強さの鋼板において発生し得るが、特に、焼入れ組織を形成した引張強さ１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板やホットスタンプで成形したホットスタンプ材（高強度鋼板部材）のスポット溶接部で著しい。

　本発明は、上記の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
（１）本発明に一態様に係るスポット溶接継手は、平均硬度が３５０ＨＶ以上の、硬質マルテンサイトを主体とする組織を有する第１の鋼板と、前記第１の鋼板に重ねられた第２の鋼板と、前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とを接合している複数のスポット溶接金属と、を含み、隣り合う一組の前記スポット溶接金属を含む前記第１の鋼板の板厚方向の全ての断面において、重ね合わせ面側の前記一組のスポット溶接金属の縁同士の間かつ前記第１の鋼板の全板厚の領域の全てが、硬質マルテンサイトを主体とする組織を有し、前記領域の硬度の最小値と、前記第１の鋼板の前記平均硬度との差が８０ＨＶ以下である。
（２）上記（１）に記載のスポット溶接継手は、前記領域における硬度の最大値と前記最小値との差が、８０ＨＶ以下であってもよい。
（３）上記（１）または（２）に記載のスポット溶接継手は、前記断面において、前記スポット溶接金属のうち前記スポット溶接金属の外縁から０．５ｍｍを占める溶接金属外縁領域の平均硬度が、前記第１の鋼板の平均硬度よりも低くてもよい。
（４）上記（３）に記載のスポット溶接継手は、前記断面において、前記溶接金属外縁領域の前記平均硬度と、前記第１の鋼板の前記平均硬度との差が１００ＨＶ以上であってもよい。
（５）上記（１）～（４）のいずれかに記載のスポット溶接継手は、前記複数のスポット溶接金属が抵抗スポット溶接のナゲットであってもよい。
（６）上記（１）～（５）のいずれかに記載のスポット溶接継手は、前記第１の鋼板及び前記第２の鋼板が共にめっき鋼板であってもよい。
（７）上記（１）～（６）のいずれかに記載のスポット溶接継手は、前記第１の鋼板がハット部材であり、前記第２の鋼板がクロージングプレートであり、前記一組のスポット溶接金属は、前記ハット部材のフランジ部と前記クロージングプレートとの重ね合わせ部に形成されていてもよい。
（８）本発明の別の態様に係る自動車骨格部品は、（１）～（７）のいずれかに記載のスポット溶接継手を備える。
（９）本発明の別の態様に係るスポット溶接継手の製造方法は、平均硬度が３５０ＨＶ以上であってかつ硬質マルテンサイトを主体とする組織を有する第１の鋼板と、第２の鋼板とを重ね合わせ、重ね合わされた前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とを接合する複数のスポット溶接金属を形成し、隣り合う一組の前記スポット溶接金属同士の間を占める領域に焼入れ処理を行う。
（１０）上記（９）に記載のスポット溶接継手の製造方法は、焼き入れされた前記領域に隣接する溶接金属に焼戻しを行ってもよい。
（１１）上記（９）または（１０）に記載のスポット溶接継手の製造方法は、前記一組のスポット溶接金属は、抵抗スポット溶接によって形成されてもよい。
（１２）上記（９）～（１１）に記載のスポット溶接継手の製造方法は、前記第１の鋼板がハット部材であり、前記第２の鋼板がクロージングプレートであり、前記ハット部材のフランジ部と前記クロージングプレートとの重ね合わせ部に前記一組のスポット溶接金属を形成してもよい。

　本発明の上記態様に係るスポット溶接継手によれば、面内引張応力が負荷された場合でも、溶接部間の領域のＨＡＺ軟化部からの破断を抑制できるので、自動車車体を構成する構造部材に用いた場合、耐衝突性能を向上させられる。
　また、本発明の上記態様に係る自動車骨格部品では、ＨＡＺ軟化部からの破断を抑制できるので、所定の耐衝突性能を得ることができる。
　また、本発明の上記態様に係るスポット溶接継手の製造方法では、自動車車体を構成する構造部材に用いた場合、耐衝突性能を向上させる溶接継手を製造することができる。

本実施形態に係るスポット溶接継手（抵抗スポット溶接継手）の板厚方向断面図である。本実施形態に係るスポット溶接継手（抵抗スポット溶接継手）を上面視した場合の図である。スポット溶接継手における溶接金属外縁領域を示す板厚方向断面図である。本実施形態に係るスポット溶接継手の板厚方向断面図の別の例を示す図である。本実施形態に係るスポット溶接継手の他の例（レーザースポット溶接継手）における板厚方向断面図である。レーザースポット溶接継手における溶接金属外縁領域を示す板厚方向断面模式図である。本実施形態に係るスポット溶接継手の他の例（アークスポット溶接継手）における断面図である。アークスポット溶接継手における溶接金属外縁領域を示す板厚方向断面模式図である。本実施形態に係る自動車骨格部品の一例であるＢピラーの模式図である。本実施形態に係る自動車骨格部品の一例であるＢピラーのＢ－Ｂにおける断面図である。実施例で用いた試験片を示す模式図である。

　本発明の一実施形態に係るスポット溶接継手（本実施形態に係るスポット溶接継手）、本実施形態に係る自動車骨格部品、本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法について、図面を参照して説明する。

　まず、本実施形態に係るスポット溶接継手について説明する。
　図１Ａに示すように、本実施形態に係るスポット溶接継手１は、第１の鋼板１１と、第１の鋼板に重ねられた第２の鋼板１２と、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とを接合する複数のスポット溶接金属２とを備える。図１Ａ、図１Ｂにおいては、スポット溶接金属２は抵抗スポット溶接によって形成されたナゲットである。このようなスポット溶接継手は、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とを重ね合わせて抵抗スポット溶接を行うことによって得られる。
　第１の鋼板１１は、Ｂピラー等の自動車骨格部品への適用を考慮し、平均硬度がビッカース硬さで３５０ＨＶ以上である鋼板とする。また、第１の鋼板は、硬質マルテンサイトのような焼入れ組織が主体（少なくとも５０％以上、好ましくは８０％以上）の組織である。一方、第２の鋼板１２については、限定されない。
　第１の鋼板１１の硬度とは、溶接に供される第１の鋼板１１の溶接前の硬度を意味し、溶接後に測定する場合には、溶接熱影響を受けていない位置で測定された硬度を指す。

　また、本実施形態に係るスポット溶接継手１は、隣り合う一組のスポット溶接金属２，２を含む第１の鋼板１１の板厚方向の全ての断面において、重ね合わせ面３側の一組のスポット溶接金属２，２の縁同士の間かつ第１の鋼板１１の全板厚の領域（溶接金属間領域３２）の全てが硬質マルテンサイトを主体とする組織を有する。また、この領域（溶接金属間領域３２）の硬度の最小値は、第１の鋼板１１の平均硬度との差（硬度差）が８０ＨＶ以下である。
　スポット溶接金属２とは、溶接時に溶接の熱で一旦溶融し、再凝固した部分のことを指す。また、隣り合うとは、図１Ａ、図１Ｂに示すように、あるスポット溶接金属２が最も近い別のスポット溶接金属２と間隔を空けて隣り合うことを意味する。
　溶接金属間領域３２は、図１Ａ、図１Ｂに示すように、溶接金属の縁のうち対象とする他の溶接金属に近い方の縁同士に挟まれる領域である。
　本実施形態に係るスポット溶接継手１では、溶接金属間領域３２が、硬質マルテンサイトを主体とする組織を有していればよいが、溶接金属間領域３２を占める（溶接金属間領域３２の全体を含む）硬度制御領域３３まで硬質マルテンサイトを主体とする組織となっていてもよい。

　上述したように、平均ビッカース硬さが３５０ＨＶ以上（引張強さに換算すると約１１００ＭＰａ以上）の高強度鋼板は、一般的に硬質マルテンサイトのような焼入れ組織が主体の（５０面積％以上である）組織を有している。このような組織は、焼き入れ工程を含む製造方法によって得られる。焼入れ組織を主体とする鋼板に溶接を行った場合、溶接の熱により溶接金属の周囲に形成されるＨＡＺにおいて、硬質マルテンサイトが焼戻しマルテンサイト等の軟質な組織に変化する。すなわち、母材より硬さが低い領域（ＨＡＺ軟化部）が形成される。溶接部を有する板の面内に引張応力が生じた際、このＨＡＺ軟化部が破断の起点となる場合がある。

　本実施形態に係るスポット溶接継手１は、隣り合う一組のスポット溶接金属２，２を含む第１の鋼板１１の板厚方向の全ての断面において、相互に隣り合う一組のスポット溶接金属２，２の重ね合わせ面３側の縁同士の間であって第１の鋼板１１の板厚全体の領域（溶接金属間領域３２）の硬度（ビッカース硬さ）の最小値と、第１の鋼板１１の平均硬度との差が８０ＨＶ以下である。このような硬度差を有するスポット溶接継手であれば、ＨＡＺ軟化部３１からの破断が抑制され、面内引張応力が負荷された場合にもＨＡＺ軟化部３１からの破断を抑制できる。その理由は次の通りである。面内引張応力が生じる溶接金属間領域３２内にあるＨＡＺ軟化部３１であった箇所が焼き入れされて変質する。その結果、その周囲の溶接金属間領域３２とともに、ＨＡＺ軟化部３１であった箇所と第１の鋼板１１との硬度差が小さくなり、ＨＡＺ軟化部３１であった箇所への歪の集中を緩和できるからである。

　ＨＡＺ軟化部３１を変質させる手順は次の通りである。ＨＡＺ軟化部３１がオーステナイト相になるまで加熱する。次にそのオーステナイト相を急冷する。そうするとＨＡＺ軟化部３１であった箇所が焼入れされて、その硬度が第１の鋼板１１に近い硬度になる。
　しかしながら、単純にＨＡＺ軟化部３１に対して焼入れを行ったとしても、面内引張応力による破断を抑制できない。なぜなら、ＨＡＺ軟化部３１を加熱する際、ＨＡＺ軟化部３１の周辺がオーステナイト変態温度以下の温度に加熱され、ＨＡＺ軟化部３１であった箇所の周辺に、新たな軟化部が生じるからである。新たな軟化部に面内引張応力が作用すると、新たな軟化部から破断してしまう。特にスポット溶接金属２，２の間に生じた新たな軟化部は面内引張応力にさらされるため破断の起点となりやすい。

　本実施形態に係るスポット溶接継手１では、ＨＡＺ軟化部３１および新たな軟化部を起点とする破断を回避するため、溶接金属間領域３２の全てに対して、オーステナイト相になるまで加熱してから急冷する焼入れを行う。そうすれば新たな軟化部は溶接金属間領域３２の外側に発生する。新たな軟化部が溶接金属間領域３２の外側に生じたとしても、そこには高い面内引張応力が発生しないので破断を抑制できる。例えば溶接金属間領域３２を占める硬度制御領域３３について焼入れを行うことで、溶接金属間領域３２には軟化部が形成されない。
　溶接金属間領域３２全てに対して焼入れを行った結果、溶接金属間領域３２の硬度の最小値を、第１の鋼板１１の平均硬度に近づけることができる。具体的には、溶接金属間領域３２の硬度の最小値と第１の鋼板の平均硬度との差を８０Ｈｖ以下にすることができる。

　更に、溶接金属間領域３２は、領域内における硬度（ビッカース硬さ）の最大値と最小値との差が８０ＨＶ以下であることが好ましい。溶接金属間領域３２における硬度の最大値と最小値との差を小さくすることで、ＨＡＺ軟化部３１への歪の集中をさらに緩和することができる。換言すると、溶接金属間領域３２内の硬度分布が均質であるので、局所的な歪の集中を避けることができる。より好ましくは、ビッカース硬度の最大値と最小値との差が５０ＨＶ以下である。

　また、本実施形態に係るスポット溶接継手１は、複数のスポット溶接金属２を有している。隣り合うスポット溶接金属２同士の間の領域のうち、特に面内引張応力の掛かる少なくとも一組の隣り合うスポット溶接金属２，２間において、上記のような硬さの関係を満足していれば、その効果は得られる。一方、好ましくは、全ての隣り合うスポット溶接金属２間において、上記のような硬さの関係を満足すれば、高強度鋼板の面内のいずれの方向と場所に引張応力が負荷されてもＨＡＺ軟化部での破断を抑制することができる。

　本実施形態に係るスポット溶接継手１は、隣り合う一組のスポット溶接金属２，２を含む第１の鋼板１１の板厚方向の全ての断面において、溶接金属間領域３２の組織と硬度とを制御する必要がある。
　言い換えれば、第１の鋼板１１が、組織及び硬度が制御された隣り合うスポット溶接金属２，２を含む領域を有し、第１の鋼板１１の板厚方向断面に垂直な方向（図１Ａの紙面に垂直な方向、図１Ｂの紙面上の上下方向）の厚さが、スポット溶接金属２の重ね合わせ面３における径をＤとしたとき、上述のように硬度、組織が制御される領域の幅が１．０×Ｄ以上である。
　自動車の衝突が生じた場合、面内引張応力は、スポット溶接金属２，２間を結ぶ方向（スポット溶接金属２，２の中心同士を結ぶ方向）に対して必ずしも平行ではなく、一定の角度を有する（斜め方向に応力がかかる）場合がある。硬度、組織が制御される領域の幅が１．０×Ｄ以上であれば、面内引張応力の付加方向がスポット溶接金属２，２間を結ぶ方向に対し一定の角度となった場合（斜め方向に応力がかかった場合）であっても、歪が集中しうるＨＡＺ軟化部３１のすべての位置の硬度が第１の鋼板１１の硬度に近づくので、ＨＡＺ軟化部３１での破断がさらに抑制され、破断までの伸び量を増加させることができる。
　一方、硬度、組織が制御される領域の幅が１．０×Ｄ未満であると、面内引張応力の方向が、スポット溶接金属２，２間を結ぶ方向に対して一定の角度を有する（斜め方向に応力がかかる）場合には、十分な効果が得られないことが懸念される。

　本実施形態に係るスポット溶接継手１は、隣り合うスポット溶接金属２同士の間の領域のうち、特に面内引張応力の掛かる少なくとも一組の隣り合うスポット溶接金属２，２間において、上記のような硬度分布となっていれば、その効果は得られる。スポット溶接金属２が３つ以上並んである場合、例えば図３のように、複数の溶接金属間領域３２を占める硬度制御領域３３の全体について組織及び硬度を制御してもよい。そうすると誤って溶接金属間領域３２に軟化部が発生する危険を避けることができる。

　本実施形態に係るスポット溶接継手１では、図２に示すように、スポット溶接金属２のうちの、スポット溶接金属２の外縁から少なくとも０．５ｍｍの範囲に、第１の鋼板１１の平均硬度よりも平均硬度の低い、溶接金属外縁領域４１が存在することが好ましい。
　第１の鋼板１１よりも硬さの低い溶接金属外縁領域４１がスポット溶接金属２に存在することによって、溶接継手１の特性、特に十字引張継手強度が向上する。

　より好ましくは、スポット溶接金属２における溶接金属外縁領域４１の平均硬度と、第１の鋼板の平均硬度との差が１００ＨＶ以上である。

　溶接金属間領域３２の硬度の最大値及び最小値は、荷重を１００ｇｆとしたビッカース硬度計を用いて測定する。具体的には、隣り合う複数のスポット溶接金属２，２を含む第１の鋼板１１の板厚方向の断面において、第１の鋼板１１の表面（重ね合わせ面３とは反対の面）から板厚の１／８の位置、３／８の位置、５／８の位置、７／８の位置を、溶接金属間領域３２の、板厚方向に垂直方向（板面方向）の一方の端部からもう一方の端部まで、０．１ｍｍ間隔で硬度を測定する。そして、測定された硬度のうちの最大値及び最小値を、溶接金属間領域３２の硬度の最大値及び硬度の最小値とする。

　また、第１の鋼板１１平均硬度は、荷重を１．０ｋｇｆとしたビッカース硬度計を用いて測定する。
　硬質マルテンサイト組織を主体とする鋼板では、溶接熱影響を受けた部分の硬度は、溶接前の硬度より低くなるので、第１の鋼板１１の硬度は、第１の鋼板１１の溶接による熱影響を受けていない位置の硬度を測定し、その平均値を用いる。溶接による熱影響を受けていない位置として、例えば、スポット溶接金属２から、他の溶接金属のない方向へ１５ｍｍ以上離れた位置の硬度を測定すればよい。
　具体的には、ビッカース硬度計を用いて、荷重を１．０ｋｇｆとして、溶接による熱影響を受けていない１０ヶ所の、第１の鋼板１１の表面から板厚の１／８の位置、３／８の位置、５／８の位置、７／８の位置の硬度を測定し、その平均値を用いる。

　スポット溶接金属２における溶接金属外縁領域４１の平均硬度は、荷重１００ｇｆとしたビッカース硬度計を用いて測定する。具体的には、外縁から０．５ｍｍ以内の５ヶ所の硬さを測定し、その平均値を用いる。

　第１の鋼板１１の硬質マルテンサイトの組織分率は、溶接熱影響を受けていない位置の組織を顕微鏡観察することにより確認できる。具体的には、第１の鋼板１１の板厚方向断面の、第１の鋼板１１の表面から板厚の１／８の位置、３／８の位置、５／８の位置、７／８の位置の各５ヶ所から採取したサンプルについて、レペラ腐食液を用いてエッチング処理し、光学顕微鏡により１０００倍の倍率で１００μｍ四方の視野を観察し、観察視野内で、白色～赤褐色に見えるものがマルテンサイトであるとしてマルテンサイトの面積率を測定する。観察した２０視野のマルテンサイトの面積率を平均することで、第１の鋼板１１のマルテンサイト面積率が得られる。
　その後、同じサンプルを用いて、ピクラールを用いてエッチング処理し、光学顕微鏡により１０００倍の倍率で１００μｍ四方の視野を観察し、観察視野内で、マルテンサイトのうちの硬質マルテンサイトの割合を求める。炭化物が含まれていないマルテンサイトを硬質マルテンサイト、炭化物が含まれているマルテンサイトを焼戻しマルテンサイトと判断する。
　２０視野のマルテンサイトにおける硬質マルテンサイトの割合を求めて平均し、その平均値を上記で求めた第１の鋼板１１のマルテンサイト面積率に乗じることによって、第１の鋼板１１の硬質マルテンサイトの組織分率（面積率）を求めることができる。
　硬質マルテンサイトの面積率を平均が５０％以上であれば、硬質マルテンサイト組織が主体であると判断する。

　溶接金属間領域３２の硬質マルテンサイトの組織分率は、第１の鋼板１１の板厚方向断面の、溶接金属間領域３２内の表面から板厚の１／８の位置、３／８の位置、５／８の位置、７／８の位置の各５ヶ所について、上記と同じ方法で求める。

　本実施形態では、スポット溶接によって溶接金属が形成されたスポット溶接継手を対象としている。スポット溶接とは点溶接とも呼ばれ、重ね合わされた二枚の鋼板を点でつなぐ溶接のことである。スポット溶接の手段としては、アークスポット溶接、抵抗スポット溶接、レーザースポット溶接が挙げられる。これに対し、線状に行われる溶接を連続溶接という。連続溶接の手段としては、アーク溶接、レーザー溶接、シーム溶接等が挙げられる。点溶接は、連続溶接に比べ、溶接面積が少ないため、施工時間が短時間であり、また省電力である。すなわち、点溶接は生産性に優れる。
　上記では、スポット溶接金属２が抵抗スポット溶接のナゲットである場合について説明したが、本実施形態に係るスポット溶接継手１はスポット溶接金属２が抵抗スポット溶接のナゲットである抵抗スポット溶接継手に限定されない。例えば、スポット溶接金属２がレーザースポット溶接によって形成されてもよく、スポット溶接金属２がアークスポット溶接によって形成されてもよい。

　以下、スポット溶接金属２がレーザースポット溶接によって形成される場合、スポット溶接金属２がアークスポット溶接によって形成される場合について、図４～図７を参照して説明する。先の実施形態と同一の構成部位については、同一符号を付して詳細な説明を省略する。

　スポット溶接金属２がレーザースポット溶接によって形成される場合、スポット溶接金属２は、図４に示すように、少なくとも片方の鋼板を貫通し、その断面は略矩形である。
　また、スポット溶接金属２がアークスポット溶接によって形成される場合、スポット溶接金属２は、図６に示すように、レーザースポット溶接の場合と同様に第１の鋼板及び第２の鋼板の少なくとも片方を貫通する。一般的に、アークスポット溶接を用いて、板を重ね、点溶接する場合には、ＭＩＧ用溶接またはＭＡＧ溶接が行われる。この場合、電極が液滴となり、溶接金属を形成するので、余盛りが形成される。この点がレーザースポット溶接によってスポット溶接金属２が形成される場合とは異なる。

　スポット溶接金属２がレーザースポット溶接やアークスポット溶接によって形成される場合であっても、隣り合うスポット溶接金属２，２の間の領域（溶接金属間領域３２）の硬度の最小値と第１の鋼板１１の平均硬度との差が８０ＨＶ以下であれば、面内引張応力が負荷された場合でも、ＨＡＺ軟化部３１からの破断が抑制される。

　また、溶接金属間領域３２と第１の鋼板１１との硬度差に加えて、溶接金属間領域３２における硬度（ビッカース硬さ）の最大値と最小値との差が８０ＨＶ以下であることが好ましい。溶接金属間領域３２における硬度の最大値と最小値との差は、５０ＨＶ以下であることがより好ましい。溶接金属間領域３２における硬度の最大値と最小値との差を小さくすることで、ＨＡＺ軟化部３１への歪の集中をさらに緩和することができる。

　また、スポット溶接金属２のうち、外縁から少なくとも０．５ｍｍの範囲における平均硬度が、第１の鋼板１１の平均硬度よりも低いことが好ましい。言い換えれば、レーザースポット溶接によって形成されるスポット溶接金属２においては、図５のように、スポット溶接金属２のうち、外縁から少なくとも０．５ｍｍの範囲に第１の鋼板１１の平均硬度よりも硬度が低い溶接金属外縁領域４１が形成されていることが好ましい。また、アークスポット溶接によって形成されるスポット溶接金属２においては、図７のように、スポット溶接金属２の外縁から少なくとも０．５ｍｍの範囲に溶接金属外縁領域４１が形成されていることが好ましい。
　スポット溶接金属２において、このような第１の鋼板の平均硬度よりも硬度の低い溶接金属外縁領域４１が存在することによって、溶接継手１の特性、特に十字引張継手強度が向上する。
　スポット溶接金属２における溶接金属外縁領域４１の平均硬度と、第１の鋼板の平均硬度との差が１００ＨＶ以上であれば、より好ましい。

　本実施形態に係るスポット溶接継手１では、例えば、第１の鋼板１１がハット部材であり、第２の鋼板１２がクロージングプレートであり、複数のスポット溶接金属２は、ハット部材のフランジ部とクロージングプレートとの重ね合わせ部に形成されていることが好ましい。このような構成であれば、構造部材としての強度及び耐衝突性の向上に特に有効に作用する。

　第１の鋼板１１及び／または第２の鋼板１２は、めっき鋼板であってもよい。この場合耐食性が向上する。めっき鋼板としては、例えば溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、アルミめっき鋼板等が例示される。

　次に、本実施形態に係る自動車骨格部品について説明する。
　本実施形態に係るスポット溶接継手を備えた自動車骨格部品は、上述した本実施形態に係るスポット溶接継手１を少なくとも１部に含む自動車骨格部品であり、例えば、Ａピラーやサイドシル、または図８に示すようなＢピラー２０１等である。Ｂピラー２０１では、ハット部材のフランジ部において、クロージングプレートと接合されている。

　本実施形態に係る自動車骨格部品では、ＨＡＺ軟化部３１での破断を抑制した本実施形態に係るスポット溶接継手を備えているので、高強度鋼板を用いた場合に、高い耐衝突性能が得られる。

　次に、本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法について説明する。
　本実施形態に係るスポット溶接継手１は、平均硬度が３５０ＨＶ以上であってかつ硬質マルテンサイトを主体とする組織を有する第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とを重ね合わせ、第１の鋼板１１と第２の鋼板１２とを接合する複数のスポット溶接金属２を形成する。その後、隣り合うスポット溶接金属２同士の間を占める領域（例えば硬度制御領域３３）に焼入れ処理を行うことによって得られる。
　隣り合う溶接金属同士の間とは、溶接金属間領域３２であり、複数のスポット溶接金属２を含む前記第１の鋼板の板厚方向の全ての断面において、重ね合わせ面側の隣り合う前記スポット溶接金属の縁同士の間かつ前記第１の鋼板の全板厚の領域である。

　上記焼入れによって、ＨＡＺ軟化部３１等の溶接の熱影響によって軟化した組織を、硬質マルテンサイトを主体とする組織にすることができる。この焼入れによって、溶接金属間領域３２の硬度の最小値と第１の鋼板１１の平均硬度との差を、８０ＨＶ以下にすることができる。
　本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法では、隣り合うスポット溶接金属２同士の間の領域を占める領域のうち、特に面内引張応力の掛かる少なくとも一組の隣り合うスポット溶接金属２，２間において、上記のような焼入れを行えば、その効果は得られる。可能であれば、全ての隣り合うスポット溶接金属２間において焼入れを行うことが好ましい。

　溶接金属を形成する際、抵抗スポット溶接によって複数のスポット溶接金属２を形成してもよい。また、レーザースポット溶接やアークスポット溶接によって複数のスポット溶接金属２を形成してもよい。溶接方法については特に限定されない。しかしながら、生産性等の点で抵抗スポット溶接が好ましい。

　焼入れを行う方法は限定されるものではないが、少なくとも溶接金属間領域３２の全体を含む領域（例えば硬度制御領域３３）を７５０℃以上の温度まで加熱してオーステナイトに変態させた後に、２０℃／秒以上の冷却速度で２００℃以下まで冷却することが好ましい。また、対象とする範囲を局所的に加熱、冷却する方法として、レーザー加熱や高周波誘導加熱が好ましい。

　本実施形態に係るスポット溶接継手１の製造方法では、スポット溶接金属２の外縁から少なくとも０．５ｍｍの範囲の平均硬度を、第１の鋼板１１の平均硬度よりも低くするように焼戻し処理を行うことが好ましい。

　焼戻しを行う場合、スポット溶接金属２以外の部分にも焼戻しを行うと、ＨＡＺ軟化部３１からの割れが発生しやすくなるので好ましくない。焼戻しを行う方法は限定されるものではないが、スポット溶接金属２のみを局所的に焼戻しを行うため、通電加熱やレーザー照射によって焼戻しを行うことが好ましい。レーザー照射によって焼戻しを行う場合、スポット溶接金属２の直上からスポット溶接金属２に向けてレーザーを照射し、母材部やＨＡＺ部が可能な限り加熱されないようにすることが好ましい。
　また、溶接部の溶接金属外縁領域４１の硬さと第１の鋼板１１の硬さとの差を１００ＨＶ以上とする場合、溶接部を４００℃～７００℃の温度域まで加熱することが好ましい。このような条件で焼戻しを行うと、焼戻し部の組織が焼戻しマルテンサイトとなり、硬度が十分に低下する。

　以下に、本発明を図１０及び表１を参照して実施例により具体的に説明する。これらの実施例は、本発明の効果を確認するための一例であり、本発明を限定するものではない。

　まず、焼入れ処理を経て得られた板厚１．６ｍｍの鋼板から、図１０に示すような標点間距離が５０ｍｍである引張試験片を採取した。

　採取した引張試験片については、平行部の２箇所にそれぞれ板厚１．６ｍｍ、２０ｍｍ角のタブ板を重ね、溶接を行った。
　継手Ｎｏ．１～６、８～１３については、単相交流スポット溶接機を用いて、以下に示す条件で抵抗スポット溶接を行った。抵抗スポット溶接により、引張試験片とタブ板との間には、ナゲット径が５×√ｔ（ｔ：引張試験片の板厚（ｍｍ））である溶接金属が形成された。
　電極：ＤＲ型電極（先端φ６ｍｍ　Ｒ４０）
　加圧力：４００ｋｇｆ
　通電時間２０ｃｙｃ
　また、継手Ｎｏ．７、１４については、ファイバーレーザーを用いて、以下の条件でレーザースポット溶接を行った。
　出力：３．５ｋＷ
　溶接時間：１秒
　溶融径　：６．０ｍｍ

　溶接後、溶接金属間領域の幅方向の全体を加熱し、その後２０℃／秒以上の冷却速度で室温（２５℃）まで冷却することで焼き入れを行った。レーザー照射によって、溶接金属間領域の温度は、７５０℃以上に加熱された。
　焼入れ後、継手番号６のみ、母材側より溶接金属部上にレーザーを照射することによって溶接金属部の焼戻しを行った。

　焼入れまたは、焼入れ及び焼戻しを行い、室温まで冷却した後に、引張速度を１０ｍｍ／ｍｉｎとして引張試験を行い、ＨＡＺ軟化部での破断の有無を評価した。

　また、試験片の溶接金属間領域の硬度の最大値及び最小値を、荷重を１００ｇｆとしたビッカース硬度計を用いて測定した。具体的には、溶接金属を含む試験片（母材）の板厚方向の断面において、試験片の表面から板厚の１／８の位置、３／８の位置、５／８の位置、７／８の位置を、溶接金属間領域の板面方向の一方の端部からもう一方の端部まで、０．１ｍｍ間隔で硬度を測定した。そして、測定された硬度のうちの最大値及び最小値を、溶接金属間領域の硬度の最大値及び硬度の最小値とした。

　試験片の平均硬度を、荷重を１．０ｋｇｆとしたビッカース硬度計を用いて測定した。スポット溶接金属２から、もう一方の溶接金属とは反対方向へ１５ｍｍ～２０ｍｍ以上離れた位置１０か所の硬度を、ビッカース硬度計を用いて、荷重を１．０ｋｇｆとして測定した。１０ヶ所について、それぞれ試験片の表面から板厚の１／８の位置、３／８の位置、５／８の位置、７／８の位置の硬度を測定し、その平均値を平均硬度とした。

　また、溶接金属における溶接金属外縁領域の平均硬度は、荷重１００ｇｆとしたビッカース硬度計を用いて測定した。具体的には、外縁から０．５ｍｍ以内の５ヶ所の硬さを測定し、その平均値を平均硬度とした。

　試験片の硬質マルテンサイトの組織分率は、溶接熱影響を受けていない位置の組織を顕微鏡観察することにより確認した。具体的には、試験片の板厚方向断面の、表面から板厚の１／８の位置、３／８の位置、５／８の位置、７／８の位置の各５ヶ所から採取したサンプルについて、レペラ腐食液を用いてエッチング処理し、光学顕微鏡により１０００倍の倍率で１００μｍ四方の視野を観察し、観察視野内で、白色～赤褐色に見えるものがマルテンサイトであるとしてマルテンサイトの面積率を測定し、観察した２０視野のマルテンサイトの面積率を平均することで、試験片のマルテンサイト面積率を得た。
　その後、同じサンプルを用いて、ピクラールを用いてエッチング処理し、光学顕微鏡により１０００倍の倍率で１００μｍ四方の視野を観察し、観察視野内で、マルテンサイトのうちの硬質マルテンサイトの割合を求めた。炭化物が含まれていないマルテンサイトを硬質マルテンサイト、炭化物が含まれているマルテンサイトを焼戻しマルテンサイトと判断した。
　２０視野のマルテンサイトにおける硬質マルテンサイトの割合を求めて平均し、その平均値を上記で求めた試験片のマルテンサイト面積率に乗じることによって、試験片の硬質マルテンサイトの組織分率（面積率）を求めた。

　溶接金属間領域の硬質マルテンサイトの組織分率は、試験片の板厚方向断面の、溶接金属間領域内の表面から板厚の１／８の位置、３／８の位置、５／８の位置、７／８の位置の各５ヶ所について、上記と同じ方法で求めた。
　結果を表１に示す。

　ＪＩＳＺ３１３７（１９９９）に準じて、継手Ｎｏ．３、６、１０と同じ溶接、溶接部への熱処理を施した十字引張試験片を作成し十字引張を行った。試験数Ｎは３とし、その平均値を十字引張強度とした。

　継手番号１～７（本発明例）では、溶接金属間領域の硬度の最小値と試験片（母材）の平均硬度との差が８０ＨＶ以下であり、ＨＡＺ軟化部での割れが見られなかった。
　一方、継手番号８～１４（比較例）では、溶接金属間領域の硬度の最小値と母材の平均硬度との差が８０ＨＶ以上となっており、ＨＡＺ軟化部での割れが見られた。

　１　　溶接継手
　２　　スポット溶接金属
　３　　重ね合わせ面
　１１　　第１の鋼板
　１２　　第２の鋼板
　３１　　ＨＡＺ軟化部
　３２　　溶接金属間領域
　３３　　硬度制御領域
　４１　　溶接金属外縁領域
　２０１　　Ｂピラー

　本発明のスポット溶接継手によれば、面内引張応力が負荷された場合でも、溶接部間の領域のＨＡＺ軟化部からの破断を抑制できるので、自動車車体を構成する構造部材に用いた場合、耐衝突性能を向上させられる。また、本発明の自動車骨格部品では、ＨＡＺ軟化部からの破断を抑制できるので、所定の耐衝突性能を得ることができる。また、本発明のスポット溶接継手の製造方法では、自動車車体を構成する構造部材に用いた場合、耐衝突性能を向上させる溶接継手を製造することができる。そのため、産業上の利用可能性が高い。

Claims

　平均硬度が３５０ＨＶ以上の、硬質マルテンサイトを主体とする組織を有する第１の鋼板と、
　前記第１の鋼板に重ねられた第２の鋼板と、
　前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とを接合している複数のスポット溶接金属と、
を含み、
　隣り合う一組の前記スポット溶接金属を含む前記第１の鋼板の板厚方向の全ての断面において、
　　重ね合わせ面側の前記一組のスポット溶接金属の縁同士の間かつ前記第１の鋼板の全板厚の領域の全てが、硬質マルテンサイトを主体とする組織を有し、
　　前記領域の硬度の最小値と、前記第１の鋼板の前記平均硬度との差が８０ＨＶ以下である、
スポット溶接継手。
　前記領域における硬度の最大値と前記最小値との差が、８０ＨＶ以下である、請求項１に記載のスポット溶接継手。
　前記断面において、前記スポット溶接金属のうち前記スポット溶接金属の外縁から０．５ｍｍを占める溶接金属外縁領域の平均硬度が、前記第１の鋼板の平均硬度よりも低い、請求項１または２に記載のスポット溶接継手。
　前記断面において、前記溶接金属外縁領域の前記平均硬度と、前記第１の鋼板の前記平均硬度との差が１００ＨＶ以上である、請求項３に記載のスポット溶接継手。
　前記複数のスポット溶接金属が抵抗スポット溶接のナゲットである、請求項１～４のいずれか一項に記載のスポット溶接継手。
　前記第１の鋼板及び前記第２の鋼板が共にめっき鋼板である、請求項１～５のいずれか一項に記載のスポット溶接継手。
　前記第１の鋼板がハット部材であり、前記第２の鋼板がクロージングプレートであり、前記一組のスポット溶接金属は、前記ハット部材のフランジ部と前記クロージングプレートとの重ね合わせ部に形成されている、請求項１～６のいずれか一項に記載のスポット溶接継手。
　請求項１～７のいずれか一項に記載のスポット溶接継手を備える自動車骨格部品。
　平均硬度が３５０ＨＶ以上であってかつ硬質マルテンサイトを主体とする組織を有する第１の鋼板と、第２の鋼板とを重ね合わせ、
重ね合わされた前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とを接合する複数のスポット溶接金属を形成し、
隣り合う一組の前記スポット溶接金属同士の間を占める領域に焼入れ処理を行う、
スポット溶接継手の製造方法。
　焼き入れされた前記領域に隣接する溶接金属に焼戻しを行う、請求項９に記載のスポット溶接継手の製造方法。
　前記一組のスポット溶接金属は、抵抗スポット溶接によって形成される、請求項９または１０に記載のスポット溶接継手の製造方法。
　前記第１の鋼板がハット部材であり、前記第２の鋼板がクロージングプレートであり、
　前記ハット部材のフランジ部と前記クロージングプレートとの重ね合わせ部に前記一組のスポット溶接金属を形成する、請求項９～１１のいずれか一項に記載のスポット溶接継手の製造方法。