WO2020256031A1 - 接合継手、及び自動車用部材 - Google Patents

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WO2020256031A1
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joint
plate
steel
phase
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翔 松井
真二 児玉
千智 吉永
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日本製鉄株式会社
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    • B23K2103/04—Steel or steel alloys

Definitions

  • the present invention relates to a joint joint joined by friction pressure welding and a member for an automobile.
  • a technique for joining a plurality of metal plates using a connecting member such as a rivet is known.
  • a connecting member is pressed against the upper surface of the upper plate while rotating the upper plate and the lower plate, and the connecting member and the lower plate are frictionally pressed against each other. Is being considered.
  • Patent Document 1 a process of friction pressure welding of two plate materials having different strengths such as an aluminum plate and a steel plate using a joining element such as a rivet (that is, a connecting member having a head and a shaft portion).
  • the technique of joining by means of is disclosed.
  • a technique for joining two plate materials having different strengths through the following process is disclosed. That is, the two plate materials are overlapped with the plate material having the lower strength as the upper plate, the connecting member supported by the holder is set on the upper surface of the upper plate, and the connecting member is moved downward while rotating. , Press toward the inside of the upper plate.
  • an object of the present invention is to provide a joint joint and an automobile member having excellent joint strength with respect to a joint joint and an automobile member in which a plurality of steel materials are joined by frictional pressure welding.
  • the present inventors investigated in detail the cause of the decrease in the joint strength of the joint joint joined by frictional pressure welding, and found that the region heated to the two-phase region (ferrite phase and austenite phase) near the joint (hereinafter referred to as the austenite phase).
  • the high hardness difference between the soft phase (mainly ferrite phase) and the hard phase (mainly martensite phase) in the "two-phase region heating part") concentrates the strain at the interface between the soft phase and the hard phase. It was thought that this was the cause.
  • the soft phase refers to a structure having a hardness lower than that of the hard phase (mainly the martensite phase) in the two-phase region heating portion.
  • the structure of the two-phase region heating portion was influenced by the base metal structure, and in particular, the soft phase of the two-phase region heating portion of the joint joint had a small aspect ratio. It was clarified that the joint strength was reduced when the shape was in the form of a lump. Therefore, the present inventors relax the local strain concentration by controlling the soft phase of the two-phase region heating portion generated in the joint portion to a predetermined shape (needle-shaped shape), and the joint as a joint joint. We have found that the strength is improved.
  • the present inventors apply external stress to a joint joint in which steel materials having different sizes in the vicinity of the joint portion (in the case of rod-shaped steel materials, the diameters are different) are joined by frictional pressure welding. Then, it was clarified by an experiment that the breakage started from the joint portion of the steel material having the larger size in the vicinity of the joint portion among the joint portions of the two steel materials. Then, it was experimentally found that the joint strength of the joint joint was increased when the above-mentioned needle-shaped soft phase (needle-shaped soft phase) was dispersed in this portion, and the present invention was completed. ..
  • a joint joint in which two or more steel materials including a first steel material and a second steel material are joined, and the first steel material and the second steel material are joined by frictional pressure welding.
  • the area of the joint target surface of the second steel material is larger than the area of the joint target surface of the first steel material, and the joint portion of the second steel material has a two-phase region heating portion.
  • the phase region heating portion is a joint joint characterized in that a plurality of needle-shaped soft phases are dispersed, and the needle-shaped soft phase has an average aspect ratio of 4.0 or more on the long side and the short side.
  • the structure of the portion other than the joint portion of the second steel material is characterized by containing at least 60% in total of one or more selected from bainite, tempered bainite, martensite, and tempered martensite.
  • At least one of a resin plate and a metal plate is superposed on the upper surface of the second steel material made of the steel plate, and the first steel material penetrates the plate material and is said to be the first.
  • the first steel material has a head having a cross-sectional diameter larger than that of the shaft portion at an end portion opposite to the joint portion, and the plate material includes the second steel material and the second steel material.
  • the joint joint according to (5) which is sandwiched by the head of the steel material of 1.
  • the needle-shaped soft phase is a joint joint according to any one of (1) to (10) above, wherein the average aspect ratio of the long side and the short side is 5.0 or more.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the present invention in which a rod-shaped first steel material 1 and a rod-shaped second steel material 2 having a larger area of a joint target surface than the first steel material 1 are joined by frictional pressure welding. It is sectional drawing which shows the main part of the joint joint 10 which concerns on the form.
  • FIG. 2 is a schematic diagram for explaining an example of the area of the surface to be joined.
  • FIG. 3 is a schematic view for explaining another example of the area of the surface to be joined.
  • FIG. 4 is a schematic view for explaining the state of dispersion of the plurality of needle soft phase in the two phase region heating portion P 2 of the bonded joint 10.
  • FIG. 5 is a schematic view for explaining a method of joining the rod-shaped first steel material 1 and the rod-shaped second steel material 2 by frictional pressure welding.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a joint joint 10 ′ according to another embodiment of the present invention, in which a rivet-shaped first steel material 1B and a plate-shaped second steel material 2B are joined by frictional pressure welding. Note that, in FIG. 6, the state in which the steel material is plastically deformed in the vicinity of the joint is omitted.
  • FIG. 6 the state in which the steel material is plastically deformed in the vicinity of the joint is omitted.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a joint joint 10 ′′ according to still another embodiment of the present invention, in which a rod-shaped first steel material 1 and a plate-shaped second steel material 2B are joined by frictional pressure welding. ..
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the joint joints 10A and 10B according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8A shows a rod-shaped first steel material 1 penetrating the plate material 3 arranged as the upper plate and a plate-shaped second steel material 2B arranged as the lower plate joined by friction pressure welding.
  • the joint 10A is shown, and FIG.
  • FIG. 8B shows a rivet-shaped first steel material 1B penetrating the through hole 31B of the plate material 3 arranged as the upper plate and a plate-shaped second steel material 1B arranged as the lower plate.
  • the joint joint 10B formed by joining the steel material 2B of the above by frictional pressure welding is shown.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the first steel material when the tip of the shaft portion on the joint target surface side has a conical shape as an example of the first steel material that can be used for the joint of the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view schematically showing the first steel material when the tip of the shaft portion on the joint target surface side has a spherical shape as another example of the first steel material that can be used for the joint of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing a bumper reinforcement, which is an example of an automobile member of the present invention.
  • FIG. 12 is a schematic cross-sectional view of a bumper reinforcement, which is an example of an automobile member of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing a roof rail, an A pillar, and a B pillar, which are examples of automobile members of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing a B-pillar which is an example of an automobile member of the present invention.
  • FIG. 15 is a schematic cross-sectional view of a B-pillar, which is an example of an automobile member of the present invention.
  • FIG. 16 is a diagram showing the relationship between the carbon content and the joint strength in the embodiment.
  • FIG. 1 is a joint 10 according to an embodiment of the present invention.
  • the rod-shaped first steel material 1 and the rod-shaped second steel material 2 having a larger area of the joint target surface than the first steel material 1 are abutted and joined by frictional pressure welding. ..
  • the first steel material and the second steel material do not have to be rod-shaped, and at least one of the steel materials may be plate-shaped.
  • the second steel material 2 is a two-phase region heating portion P 2 heated to a two-phase region at the joint portion P B with the first steel material 1.
  • a plurality of needle-shaped soft phase P F is the cross-sectional shape is acicular are dispersed.
  • the average aspect ratio of the long side and the short side of the dispersed needle-like soft phase is 4.0 or more, preferably 5.0 or more.
  • the joint joint 10 of the present embodiment occurs at the joint portion of the second steel material 2 having a larger area of the joint target surface than the first steel material 1 (that is, the size of the portion near the joint portion is larger).
  • since a plurality of needle-like soft phase P F is dispersed since a plurality of needle-like soft phase P F is dispersed, local strain concentration by the plurality of needle-shaped soft phase P F is relieved, exhibit excellent joint strength be able to.
  • the two-phase region heating portion refers to a region heated in the two-phase region of the ferrite phase and the austenite phase.
  • This two-phase region heating portion can be confirmed by cutting a steel material, polishing and etching the cut surface, and then magnifying and observing the surface thereof with a scanning electron microscope.
  • the second steel material is a steel plate
  • the surface of the steel plate may be decarburized, so that the steel material (steel plate) is heated to a two-phase region at a position 0.1 mm or more inside the steel plate surface. Refers to an area.
  • the area of the surface to be joined is obtained as follows.
  • the "area of the surface to be joined" is the portion of both the first steel material 1 and the second steel material 2 that is plastically deformed by frictional pressure welding. Is defined as the cross-sectional area in the cross section in the direction orthogonal to the longitudinal direction of the first steel material 1 at the boundary of the portion not plastically deformed.
  • FIG. 2 shows a cross section obtained by cutting the first steel material 1 and the second steel material 2 in the longitudinal direction of the first steel material 1 through the central axis in the longitudinal direction of the first steel material 1 and the surface to be joined.
  • FIG. 2 It shows a cross section cut by a plane having the maximum width (that is, the length of the first steel material 1 in the direction orthogonal to the longitudinal direction) at a position of 3 mm in the longitudinal direction of the first steel material 1.
  • the width at the boundary between the portion plastically deformed by friction welding and the portion not plastically deformed is d, and the area of a circle with this d as the diameter is the first. It is the area of the surface to be joined of the steel material 1.
  • the width at the boundary between the portion plastically deformed by friction welding and the portion not plastically deformed that is, between the observed ends (C in FIG. 2).
  • the area of the circle having the distance d2 as the diameter is defined as the area of the surface to be joined of the second steel material 2.
  • stress is concentrated on the end portion (C in FIG. 2) of the second steel material 2 on the joint target surface, and the second steel material 2 becomes the starting point of fracture.
  • FIG. 3 shows a cross section of the first steel material 1 and the second steel material 2 cut in the longitudinal direction of the first steel material 1 through the central axis in the longitudinal direction of the first steel material 1 as in FIG. Therefore, a cross section cut by a plane having the maximum width at a position of 3 mm in the longitudinal direction of the first steel material 1 from the surface to be joined is shown.
  • the width d and the width d2 are obtained from the boundary of the outside with or without plastic deformation. That is, in the first steel material 1, the width at the outer boundary between the portion that is plastically deformed by friction welding and the portion that is not plastically deformed is d.
  • the width at the outer boundary between the portion plastically deformed by friction welding and the portion not plastically deformed, that is, the distance between the observed ends is defined as d2. .. Then, the area of the circle whose diameter is d is the area of the surface to be joined of the first steel material 1, and the area of the circle whose diameter is d2 is the area of the surface to be joined of the second steel material 2.
  • the first steel material has a polygonal columnar shape.
  • the observed d changes depending on the cutting direction. Therefore, as described above, a cross section cut by a plane that passes through the central axis in the longitudinal direction of the first steel material and has the maximum width at a position of 3 mm from the surface to be joined is observed. Then, in this cross section, in both the first steel material and the second steel material, the widths at the boundary between the portion that is plastically deformed by friction welding and the portion that is not plastically deformed are d and d2, respectively. .. By comparing the area of the circle having d and d2 as the diameters as the area of the surface to be joined of the first steel material and the second steel material, the magnitude relationship of the area of the surface to be joined can be obtained.
  • the shape of the first steel material has a change in cross-sectional area depending on the position in the longitudinal direction (for example, a shape having a taper in the longitudinal direction)
  • a cross section cut by a plane that passes through the central axis in the longitudinal direction of the first steel material and has the maximum width at a position of 3 mm from the surface to be joined is observed.
  • the widths at the boundary between the portion that is plastically deformed by friction welding and the portion that is not plastically deformed are d and d2, respectively. ..
  • the magnitude relationship of the area of the surface to be joined can be obtained.
  • the length of the first steel material 1 in the longitudinal direction is less than 3 mm, it is cut on a plane having the maximum width at a position of 2.5 mm in the longitudinal direction of the first steel material 1 from the surface to be joined.
  • the cross section will be observed.
  • the length of the first steel material 1 in the longitudinal direction is less than 2.5 mm, it is on a plane having the maximum width at a position of 2.0 mm in the longitudinal direction of the first steel material 1 from the surface to be joined. Observe the cut section.
  • the length of the first steel material 1 in the longitudinal direction is less than 2.0 mm, it is on a plane having the maximum width at a position of 1.5 mm in the longitudinal direction of the first steel material 1 from the surface to be joined. Observe the cut section.
  • the position of 3 mm, 2.5 mm, 2.0 mm, or 1.5 mm in the longitudinal direction of the first steel material from the surface to be joined is plastically deformed, but the amount of plastic deformation is the amount of the first steel material. It is not so large that the cutting direction is unintended by changing the width of. Therefore, the cross section having the maximum width at the position of 3 mm, 2.5 mm, 2.0 mm, or 1.5 mm from the surface to be joined is observed.
  • the joint of the present invention includes a base material (in the present specification, a portion of the first steel material and the second steel material other than the joint portion) and a joint portion (in the present specification, the first steel material). Refers to the plastically deformed part of the second steel material and the heat-affected part around it.). Further, the heat-affected zone in the joint portion is a portion where heat is applied to the base material by frictional pressure welding. In this heat-affected zone, close to the peripheral portion (a portion adjacent to the base material), the temperature of the elevated base material by friction welding is part of the following point C1 A, that tempering unit P 3 (Fig. 1 reference).
  • the tempering portion P 3 has a lower hardness than the quenching portion P 1 and the two-phase region heating portion P 2 described later.
  • Such tempering section because that may be present in both the steel of the first steel and a second steel material, in FIG. 1 represents the tempering section of the first steel material P 3 '.
  • Tempering portion P 3 adjacent portions of the opposite side of the base material is a higher-temperature heat-affected zone.
  • the temperature of the A C1 ⁇ A C3, that is, heated area in the two-phase region of ferrite and austenite a two-phase region heating unit P 2.
  • This two-phase region heating unit P 2 was quenched by austenite transformation at the time of bonding, the hard phase consisting mainly of martensite (mainly martensite phase P M), than the rigid phase also the soft soft phase (primarily ferrite phase P F), a region consisting predominantly two phases.
  • the two-phase region heating unit P 2 may contain retained austenite, tempered martensite, and the like in addition to these two phases.
  • the two-phase region heating portion of the first steel material is P 2 '. It is represented by.
  • the first two-phase region heating portion P 2 of the steel ' depending on the like the composition of the first steel as will be described later, may not exist.
  • the adjacent portion of the two-phase region heating portion P 2 on the opposite side to the base metal is a heat-affected zone whose temperature has been raised to a temperature of 3 AC points or higher by friction pressure welding, and is referred to as a quenching portion P 1 (FIG. See 1).
  • the hardened portion P 1 is a region mainly composed of martensite and may contain retained austenite and the like. Further, such quenching unit, since that may be present in both the steel of the first steel and a second steel material, in FIG. 1 represents the quenched portions of the first steel material P 1 '.
  • the junction P B of the bonded joint 10 is cut along the thickness direction was observed under magnification the cut surface It is a soft phase having a cross-sectional shape with an average aspect ratio (long side / short side) of 4.0 or more, which is sometimes confirmed.
  • the aspect ratio of the cross-sectional shape of the soft phase is the ratio (long side / short side) of the length ( ⁇ m) of the long side of the rectangle circumscribing the outer edge of the cross-sectional shape to the length of the short side ( ⁇ m). ), It can be calculated. At this time, the rectangle circumscribing the soft phase is drawn so that the length of the short side is minimized.
  • the specific calculation method of the average aspect ratio of the ferrite phase (soft phase) is as follows. First, the joint portion of the joint is cut along the plate thickness direction, and the structure of the cut surface is magnified and observed using a scanning electron microscope. The observation field of view at this time is a region having a width of 20 ⁇ m ⁇ 20 ⁇ m or more, and the fraction of the hard phase is 40% to 90%. The fraction of the hard phase can be determined by the area ratio of the hard phase in the observation field of view observed in the cross section.
  • the soft phase observed in the measurement target region that is, the two-phase region heating portion
  • a rectangle circumscribing the outer edge of the cross-sectional shape is drawn, and the length ( ⁇ m) of the long side and the short side of the rectangle are drawn.
  • the lengths ( ⁇ m) are measured, and the ratio of the lengths (long side / short side) is calculated as the aspect ratio.
  • the soft phase for which the aspect ratio is calculated is a soft phase having a length of a long side of a rectangle circumscribing the outer edge of the cross-sectional shape of the soft phase of 1 ⁇ m or more.
  • the soft phase in contact with the outer edge of the observation field of view is excluded from the measurement.
  • Such calculation of the aspect ratio is performed on all the measurement targets of the aspect ratio observed in the measurement target region, and the average value is taken as the average aspect ratio of the ferrite phase (soft phase) contained in the two-phase region heating portion. This measurement is made for 20 or more soft phases. If there are not 20 soft phases to be measured in the measurement target region, the same region is observed again in the joint, and a region having 20 or more observed soft phases is found, and in that region. , Calculate the above average aspect ratio.
  • a plurality of needle-like soft phases are "dispersed" in the two-phase region heating portion of the first steel material which has been frictionally pressure-welded in the joint portion cross section of the joint joint 10 shown in FIG. From each position corresponding to the five types of predetermined widths 0.1d, 0.3d, 0.5d, 0.7d and 0.9d with respect to the width (d shown in FIGS. 2 and 3) in the axial direction of the first steel material.
  • the ratio means that the needle-like soft phase having an average aspect ratio of 4.0 or more can be confirmed at at least three measurement points.
  • a plurality of needle-like soft phases are "dispersed throughout" the two-phase region heating portion. That is.
  • the plurality of needle-shaped soft phases are dispersed in the entire two-phase region heating portion at the joint portion of the second steel material from the viewpoint of obtaining more excellent joint strength.
  • the average aspect ratio of the needle-like soft phase is 4.0 or more, preferably 5.0 or more, more preferably 6.0 or more, still more preferably 7.0 or more.
  • the average aspect ratio of the needle-like soft phase is 7.0 or more, excellent joint strength can be obtained more reliably.
  • the upper limit of the average aspect ratio of the needle-like soft phase is preferably 20.0 or less for the reason of preventing coarsening of the needle-like soft phase.
  • a structure containing at least one selected from bainite, martensite, tempered martensite, and tempered martensite is adopted as the base metal structure of the steel material. Can be obtained at.
  • the structure of the base metal is mainly composed of one or both of martensite and tempered martensite, the carbon content is set to 0.27% by mass or more in the two-phase region heating portion as described above.
  • a needle-like soft phase dispersed in can be obtained.
  • the acicular soft phase can be dispersed in the two-phase region heating portion. Therefore, in the joint after joining, the structure of the part other than the joint of the second steel material is 60% in total of one or more selected from bainite, tempered bainite, martensite, and tempered martensite. It is preferable to include the above.
  • the upper limit of the total fraction of these tissues is not particularly limited and may be 100%.
  • the base metal structure has a structure distribution in the plate thickness direction, the plate longitudinal direction, the width direction, etc. (Here, the distribution means that there are places where a certain structure has a large fraction and a place where it has a small fraction). Even in this case, if the structure of the region heated to the two-phase region at the time of joining is a structure containing one or more selected from baynite, maltensite, tempered baynite, and tempered martensite, the above-mentioned needle-like softness You can get a phase.
  • the structure mainly composed of bainite can be produced by heating the steel sheet to 900 ° C., cooling it to a temperature at which bainite transformation is possible (about 400 ° C.), holding the steel sheet at that temperature for 500 seconds, and then quenching the steel sheet. Further, the martensite-based structure can be produced by heating the steel sheet to 900 ° C. and then quenching it by cooling the mold.
  • the steel material may have a plating layer containing at least one of Zn and Al. Further, a non-metal film may be formed.
  • the two-phase region heating portion needs to be contained in at least the second steel material, and further, a plurality of needle-like soft phases are dispersed in the two-phase region heating portion.
  • the effect of the present invention improvement of joint joint strength
  • the steel material has a two-phase region heating portion is determined by the components of the steel material, and can be determined by looking at the state diagram.
  • the first steel material does not have to be a steel material having a composition capable of producing a two-phase region heating portion, and therefore may be, for example, a steel material having an austenite single-phase structure.
  • the above-mentioned joint 10 includes a rod-shaped first steel material 1 and a rod-shaped second steel material 2 having a larger area of a joint target surface than the first steel material 1. It can be obtained by arranging the surfaces to be joined so as to face each other, and then pressing the first steel material 1 against the second steel material 2 while rotating the first steel material 1 to join the two steel materials by friction pressure welding.
  • the method shown in FIG. 5 is an example, and in the present invention, either the first steel material or the second steel material may be rotated. For example, if both the first steel material and the second steel material have a rod shape as in the joint 10 described above, it is easy to rotate either steel material.
  • the pressing force F (kN) when one steel material (for example, the first steel material) is rotated and pressed against the other steel material (for example, the second steel material) may be a pressing force capable of frictional pressure contact between the two steel materials.
  • the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a pressing force of 5 kN or more.
  • the rotation speed R (rpm) when pressing one steel material against the other steel material while rotating is not particularly limited as long as both steel materials can be frictionally pressed against each other, and for example, the rotation speed is 1000 rpm to 8000 rpm. Can be mentioned.
  • the pressing force and the number of rotations are the same even when one of the steel materials has various forms other than the rod shape (for example, a rivet shape or the like). Further, as in the embodiment shown in FIGS. 8A and 8B described later, even when the joint joint includes a plate material as the upper plate 3, one steel material is rotated while the other steel material is rotated in the same manner as described above. A joint can be obtained by pressing against.
  • first steel material a rod-shaped steel material having a columnar or polygonal columnar shaft portion is exemplified.
  • the shaft portion of the rod-shaped steel material preferably has a columnar or polygonal columnar shape at least in a portion adjacent to the joint portion.
  • the first steel material may have a columnar or polygonal shape as a whole as long as the portion adjacent to the joint portion has a columnar or polygonal shape. ..
  • the shape of the first steel material is preferably a cylinder or a regular polygonal prism having a pentagon or more.
  • the tip of the shaft portion (joining target surface) of the first steel material before joining has a columnar or polygonal columnar shape, so that the first steel material after joining is described above.
  • the portion adjacent to the joint portion does not necessarily have to have a columnar or polygonal columnar shape.
  • the form of the first steel material is not limited to such a rod-like form, and is cylindrical or polygonal columnar, for example, as in the joint joint 10', which is another embodiment of the present invention shown in FIG.
  • a rivet-shaped first steel material 1B having a shaft portion 11 and a head portion 12 provided at an upper end portion of the shaft portion 11 having a cross-sectional diameter larger than that of the shaft portion 11 may be used. .. That is, as the first steel material, a round bar or a rivet generally used as a connecting member in this field can be adopted, and for example, the solid structure disclosed in the above-mentioned Patent Document 1 or the like or A hollow structure can be adopted.
  • a plate-shaped second steel material 2B that is, a steel plate
  • the second steel material is used as the second steel material.
  • a rivet-shaped first steel material 1B is used as the first steel material, and further, a plate-shaped second steel material is used.
  • a plate material 3 is superposed on the upper surface of 2B (lower plate) as an upper plate.
  • the first steel 1B rivet-like is, the shaft portion 11 extending from the junction P B, located on the upper side end portion of the shaft portion 11, the cross-sectional diameter than the shaft portion 11 Since it has a large head 12, the plate material 3 arranged as the upper plate is formed by the head 12 of the rivet-shaped first steel material 1B and the plate-shaped second steel material 2B (lower plate). It can be sandwiched and fixed more firmly, and can exhibit more excellent joint strength as a joint joint between the plate material 3 and the plate-shaped second steel material 2B.
  • the diameter of the head portion is preferably 1.5 times or more the diameter of the shaft portion, and the length of the shaft portion is the second steel material. It should be 1.5 times or more the plate thickness of the plate material (upper plate, if there are multiple upper plates, the total plate thickness) from the viewpoint of ease of pressure welding with the steel material (lower plate). Is preferable.
  • the diameters of the shaft portion and the head portion mean the diameter of the cross-sectional shape in the plane direction orthogonal to the extending direction of the shaft portion when it is circular, and the diameter of the circumscribed circle when it is polygonal. means.
  • the diameter of the shaft portion of the first steel material for example, a diameter of less than 30 mm can be mentioned.
  • the first steel material is not limited to the above-mentioned rod-shaped steel material or rivet-shaped steel material as long as it can be joined to the second steel material by frictional pressure welding, but the first steel material is at least a joint portion.
  • the second steel material is the second steel material at the time of frictional pressure welding. It is particularly advantageous because the phase region heating portion and a plurality of needle-shaped soft phases dispersed therein are likely to be formed, and the effect of the present invention can be obtained more reliably.
  • the type and strength of the steel are not particularly limited as long as it is steel.
  • the area of the joint target surface is larger than the area of the joint target surface of the first steel material, and the two-phase region heating portion of the joint portion generated by frictional pressure welding with the first steel material.
  • the steel material having a bainite-based structure described above other requirements are not particularly limited, and for example, a columnar or polygonal columnar shape is used.
  • a rod-shaped steel material having a shaft portion, a plate-shaped steel material (that is, a steel plate), or the like can be preferably used.
  • the rod-shaped first steel material 1 and the plate-shaped second steel material 2B are joined by friction pressure welding.
  • a plate-shaped second steel material 2B is used as the second steel material.
  • the diameter of the shaft portion of the second steel material on the joint target surface is the joint target of the shaft portion of the first steel material. It may be larger than the diameter in the surface.
  • the area of the joint target surface between the first steel material and the second steel material can be calculated by actually measuring various dimensions in the shape of the joint target surface (for example, circular shape, polygonal shape, etc.).
  • the second steel material is preferably a steel plate having a tensile strength equal to or higher than the tensile strength of the plate material, but the upper plate has a through hole.
  • the tensile strength of the second steel material may be lower than that of the plate material as long as the upper plate can be penetrated by providing the above plate.
  • the strength of the steel sheet that can be used as the second steel material is not particularly limited, but when a high-strength steel sheet (steel with a high carbon content) having a tensile strength of 1180 MPa or more is used, the joint strength tends to decrease.
  • the present invention is particularly advantageous when such a high-strength steel sheet is used.
  • a surface-treated steel sheet such as a plated steel sheet or a painted steel sheet may be used.
  • the steel plate that can be used as the second steel material may have at least a plate-like structure at least in the joint target portion, and the entire steel plate does not have to have a plate-like structure.
  • the plate material 3 is superposed on the upper surface of the plate-shaped second steel material 2B (lower plate) as an upper plate.
  • the shaft portion of the first steel material 1 and the shaft portion 11 of the rivet-shaped first steel material 1B penetrate the plate material 3 and are joined to the plate-shaped second steel material 2B by frictional pressure welding. ..
  • the plate material 3 is sandwiched between the head portion 12 of the rivet-shaped first steel material 1B and the second steel material 2.
  • the plate material (upper plate) superposed on the upper surface of the plate-shaped second steel material is such that the first steel material (specifically, the shaft portion of the first steel material) can be frictionally pressed against the second steel material.
  • the present invention is not particularly limited, and for example, a resin plate, a metal plate, or the like can be used.
  • the resin for example, CFRP can be mentioned.
  • the metal plate include a light metal plate such as an aluminum plate and an aluminum alloy plate, and a steel plate.
  • An adhesive may be applied between the plate material and the second steel material, or between a plurality of plate materials. That is, the joint may further include an adhesive arranged between the second steel material and the plate material.
  • the joint may further include an adhesive arranged between the plate materials when the number of plate materials is 2 or more.
  • the second steel material and the plate material may be joined by both friction pressure welding and another kind of joining means. That is, the joint may further have another joining means for joining the plate material and the second steel material.
  • one or more welds selected from the group consisting of spot welds, laser welds, and arc welds are exemplified.
  • a plate material a plurality of plates of the same type or different types may be stacked and used.
  • the joint of the present invention includes such a wide variety of plate materials (upper plate), the joint strength of the frictional pressure contact portion (joint portion) between the first steel material and the second steel material (lower plate). As a joint between the plate material (upper plate) and the second steel material (lower plate), excellent joint strength can be exhibited.
  • the steel plate of the second steel material to be the lower plate is used to more reliably perform frictional pressure welding between the first steel material and the second steel material (lower plate). It is preferable to use a steel plate having a lower tensile strength than that of the plate material (upper plate).
  • At least the part to be joined may have a plate-like structure, and the entire plate material does not have to have a plate-like structure.
  • the plate material may have a through hole at a position where the first steel material is to be penetrated from the viewpoint of joining strength, joining accuracy and the like.
  • all the plate materials may have such through holes, and only some of the plate materials may have through holes.
  • the diameter of the through hole may be larger or smaller than the diameter of the shaft portion of the first steel material if the shaft portion of the first steel material can penetrate during frictional pressure welding. May be good.
  • the joint 10A includes a rod-shaped first steel material 1 having a columnar or polygonal columnar shaft portion and a plate-shaped second steel material 2B (lower plate). It is composed of a plate material 3 (upper plate) made of a resin plate or a metal plate, and the joint joint 10A is formed by superimposing the plate material 3 on the upper surface of the plate-shaped second steel material 2B and from the upper side thereof.
  • the rod-shaped first steel material 1 penetrates the plate material 3, and the lower tip portion (bottom surface) of the first steel material 1 and the plate-shaped second steel material 2B are joined by frictional pressure welding.
  • FIG. 8A the embodiment shown in FIG.
  • the joint joint 10B is a rivet-shaped first steel material having a columnar or polygonal columnar shaft portion 11 and a head portion 12 having a cross-sectional diameter larger than that of the shaft portion 11.
  • a through hole 31B having a diameter smaller than that of the shaft portion 11 is provided at a position where the shaft portion 11 of the plate-shaped second steel material 2B (lower plate) and the rivet-shaped first steel material 1B penetrates 1B.
  • the joint 10B is composed of a plate material 3 (upper plate), and the plate material 3 is superposed on the upper surface of the plate-shaped second steel material 2B, and the rivet-shaped first steel material is formed from the upper side thereof.
  • the shaft portion 11 of 1B penetrates through the through hole 31B of the plate material 3, and the lower tip portion (bottom surface) of the shaft portion 11 of the rivet-shaped first steel material 1B and the plate-shaped second steel material 2B rub against each other. It is joined by pressure welding.
  • the tip of the shaft portion of the first steel material and the second steel material on the joint target surface side may have a conical shape or a pyramid shape, or has a curved surface such as a spherical shape. You may be doing it.
  • FIG. 9 schematically shows the first steel material when the tip of the shaft portion on the joint target surface side has a conical shape as an example of the first steel material that can be used for the joint of the present invention
  • the area of the joint target surface is the tip of the shaft portion.
  • the radial cross-sectional area of the shaft portion in the vicinity of the three-dimensional shape portion cross-sectional area when cut at the positions indicated by reference numerals 14 in the vicinity of the conical shape portion in FIG. 9 and the vicinity of the spherical shape portion in FIG. 10).
  • the shape of the tip of the shaft portion is such a three-dimensional shape
  • it is desirable that the position of the apex 16 of the three-dimensional shape is on the central axis 15 of the shaft portion as shown in FIGS. 9 and 10.
  • frictional heat can be stably generated, and frictional pressure welding can be easily performed.
  • the plate-shaped second steel material 2B having a larger area of the joint target surface than the rod-shaped first steel material 1 or the rivet-shaped first steel material 1B is the joint portion.
  • An automobile member according to another aspect of the present invention has a joint according to the above-described embodiment.
  • the automobile member according to the present embodiment has excellent joint strength.
  • the type of automobile member is not particularly limited. Examples of the automobile member according to the present embodiment are bumper reinforcement (see FIGS. 11 and 12), A-pillar (see FIG. 13), B-pillar (see FIGS. 13 to 15), or battery case, roof rail, side sill. , Front side members, rear side members, tunnel reinforcements.
  • the member constituting the automobile floor may be the member for an automobile according to the present embodiment.
  • 11 and 12 are perspective views and cross-sectional views of the bumper reinforcement.
  • the bumper reinforcement is composed of an outer reinforcement having a flat plate shape, an inner reinforcement having a hat shape, and a joint portion for joining these at a flange portion.
  • the position of the joint portion corresponds to the position of the first steel material 1
  • the inner reinforcement force corresponds to the second steel material 2
  • the outer reinforcement force corresponds to the plate material 3.
  • the first steel material 1 penetrates the outer reinforcement force which is the plate material 3 and is joined to the inner reinforcement force which is the second steel material 2 by frictional pressure welding.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing the roof rail, the A pillar, and the B pillar.
  • FIG. 14 is a perspective view showing only the B pillar among them, and FIG.
  • the B-pillar illustrated in these figures has a configuration in which an inner reinforcement having two protrusions and an outer reinforcement having a hat-shaped shape are joined at a flange portion. Further, the B-pillar further has a hinge reinforcement arranged along the inner surface of the outer reinforcement and joined with the outer reinforcement.
  • the B-pillar illustrated in these figures has two joint structures in the flange portion and inside. In the flange portion, the position of the joint portion corresponds to the position of the first steel material 1, the outer reinforcement corresponds to the second steel material 2, and the inner reinforcement force corresponds to the plate material 3.
  • the first steel material 1 penetrates the inner reinforcement force which is the plate material 3 and is joined to the outer reinforcement force which is the second steel material 2 by frictional pressure welding.
  • the position of the joint corresponds to the position of the first steel material 1
  • the outer reinforcement corresponds to the second steel material 2
  • the hinge reinforcement corresponds to the plate material 3.
  • the first steel material 1 penetrates the hinge reinforcement which is the plate material 3 and is joined to the outer reinforcement which is the second steel material 2 by frictional pressure welding.
  • the B-pillar illustrated in these figures further has a spot welded portion 4. As described above, it is naturally not hindered that the structure of the joint joint according to the present embodiment and the spot welded portion are used together.
  • joint joint and the member for an automobile of the present invention are not limited to the above-described embodiments and the examples described later, and are appropriately combined, substituted, or modified within a range that does not deviate from the object and purpose of the present invention. Etc. are possible.
  • first steel material a 1000 MPa class steel round bar (diameter 4.5 mm, length 7 mm) is used
  • steel plates having different carbon amounts shown in Table 1 below all plate thicknesses are 1. 6 mm was used to join the first steel material and the second steel material by frictional pressure welding to prepare joints of Invention Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 of the present invention.
  • the main structure of the steel sheet used as the second steel material was prepared as follows.
  • the structure mainly composed of bainite was prepared by heating the steel sheet to 900 ° C., cooling it to a temperature at which bainite transformation is possible (about 400 ° C.), holding it at that temperature for 500 seconds, and then quenching it.
  • the martensite-based structure was prepared by heating the steel sheet to 900 ° C. and then quenching it by cooling the mold.
  • the martensite + ferrite-based structure (mainly the structure of the total structure of the two phases of martensite and ferrite)
  • the steel plate after cold rolling is heated to the two-phase region of ferrite and austenite, and then the mold is cooled. It was produced by quenching with.
  • the martensite + ferrite-based structure was cross-sectionally observed with a scanning electron microscope to determine the area ratio of martensite, which was determined as the martensite fraction.
  • the relationship between the soft phase (ferrite phase) shape and the joint strength was verified using the prepared joints of Invention Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4.
  • the conditions for frictional pressure welding were a rotation speed of 7,000 rpm, a pressing force of 7 kN, and a pushing amount of 1.5 mm.
  • the soft phase shape of the two-phase region heating portion at the joint portion of the second steel material of the joint joint is the diameter of the steel round bar (first steel material) in the joint portion cross section of the joint joint.
  • the above aspect ratios (long side / short side) were calculated using a scanning electron microscope at 1. 1 , P 0.3 , P 0.5 , P 0.7 and P 0.9 . Then, the average aspect ratio of each measurement point was calculated, and when the average aspect ratio was 4.0 or more at three or more measurement points, the "soft phase shape" shown in Table 1 was defined as "needle shape”. .. On the other hand, when the average aspect ratio was less than 4.0 at three or more measurement points, it was defined as "non-needle-shaped".
  • the soft phase for which the aspect ratio is to be calculated is a soft phase having a long side of a rectangle circumscribing the outer edge of the cross-sectional shape of the soft phase having a length of 1 ⁇ m or more, and is in contact with the outer edge of the observation field of view.
  • the soft phase was excluded from the measurement.
  • Table 1 shows the measurement results of the average aspect ratio of the soft phase at each of the five measurement points and the number of soft phases for which the average aspect ratio was calculated at each of the five measurement points. Further, Table 1 shows the average value of the average aspect ratio at the five measurement points and the average value of the number of the soft phases at the five measurement points.
  • the joint strength of the joint was measured by using the same steel plate as the steel plate used in the above-mentioned Invention Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 4 and a joint joint manufactured under the same joint conditions. Specifically, the joint strength of the joint was measured by measuring the maximum load (kN) when the joint was broken by pulling the joined round bar vertically from the steel plate. The measurement results of the carbon content, soft phase shape and joint strength of the steel sheet are shown in Table 1 below.
  • FIG. 16 shows the relationship between the amount of carbon and the joint strength.
  • the soft phase shape in the two-phase region heating portion of the joint portion of the steel plate (second steel material) is “needle-shaped”, and the average aspect ratio is In the joint of the invention example having a value of 4.0 or more, the joint strength was higher than that of the joint joint of the comparative example in which the soft phase shape was "non-needle" with the same carbon content.
  • the present invention in a joint joint in which a plurality of steel materials are joined by friction pressure welding, excellent joint strength can be obtained. Therefore, for example, various structural parts such as automobile body parts and building structures. It can be applied to manufacturing. Therefore, the present invention has high industrial applicability.

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Abstract

本発明は、複数の鋼材が摩擦圧接によって接合された接合継手に関し、継手強度に優れた接合継手、及びこれを備える自動車用部材を提供するものである。　本発明の接合継手（１０）は、第１の鋼材（１）および第２の鋼材（２）を含む２個以上の鋼材が接合された接合継手（１０）であって、前記第１の鋼材（１）と前記第２の鋼材（２）は、摩擦圧接により接合されており、前記第２の鋼材（２）は、接合対象面の面積が前記第１の鋼材（１）の接合対象面の面積よりも大きく、前記第２の鋼材（２）の接合部（ＰＢ）において、二相域に加熱された二相域加熱部（Ｐ２）を有しており、当該二相域加熱部（Ｐ２）は、複数の針状軟質相（ＰＦ）が分散していることを特徴とするものである。

Description

接合継手、及び自動車用部材
　本発明は、摩擦圧接接合により接合された接合継手、及び自動車用部材に関する。
　複数枚の金属板を接合する手段として、重ね合わされた複数枚の金属板を、リベットなどの接続部材を用いて接合する技術が知られている。
　特に近年では、重ね合わされた上板と下板に対して、接続部材を回転させながら上板の上面に押圧し、上板を貫通させて、接続部材と下板とを摩擦圧接する接合技術などが検討されている。
　例えば、特許文献１には、アルミニウム板と鋼板のような強度の異なる２枚の板材を、リベット等の接合要素（すなわち、頭部および軸部を有する接続部材）を用いて、摩擦圧接のプロセスにより接合する技術が開示されている。具体的には、次のようなプロセスを経て、強度の異なる２枚の板材を接合する技術が開示されている。
　すなわち、２枚の板材を、強度の低い方の板材を上板にして重ね合わせ、上板の上面に、ホルダーに支持された接続部材をセットし、接続部材を回転させながら下方に移動させて、上板の内部に向けて押圧する。このとき、接続部材と上板との間には、接続部材の回転によって強い摩擦が生じ、接続部材の先端部が加熱されるため、上板が軟化して、接続部材が上板内に進入することが可能となる。
　このようにして、回転しながら上板内に進入する接続部材の先端部が、下板の上面に到達すると、接続部材の軸部と下板との間で摩擦圧接のプロセスが進行し、接続部材の軸部と下板が摩擦圧接される。これにより、接続部材と下板が摩擦圧接部（接合部）で接合されるとともに、上板が接続部材の頭部と下板との間で固定される。
特開２０１１－６２７４８号公報
　このような特許文献１の技術に限らず、鋼製の丸棒を鋼板に摩擦圧接する技術（摩擦スタッド）などによって形成された接合継手においては、特に高い炭素量の鋼板（すなわち、高強度の鋼板）を用いると、摩擦圧接部（接合部）の強度が低下してしまい、結果的に接合継手としての継手強度も低下してしまうという問題があった。
　そこで、本発明は、複数の鋼材が摩擦圧接によって接合された接合継手及び自動車用部材に関し、継手強度に優れた接合継手及び自動車用部材を提供することを目的とする。
　本発明者らは、摩擦圧接によって接合された接合継手の継手強度が低下する原因について詳細に調べたところ、接合部近傍の二相域（フェライト相およびオーステナイト相）に加熱された領域（以下、「二相域加熱部」と称する。）における軟質相（主にフェライト相）と硬質相（主にマルテンサイト相）との高い硬度差が、軟質相と硬質相の界面などにひずみを集中させることが原因と考えられた。ここで、軟質相とは、二相域加熱部において、硬質相（主にマルテンサイト相）よりも硬さが低い組織を指す。
　また、二相域加熱部の組織、特に軟質相の形状が、母材組織の影響を受けていることが明らかになり、特に、接合継手の二相域加熱部の軟質相がアスペクト比の小さい塊状の形状であると、継手強度が低下することが明らかになった。
　そこで、本発明者らは、接合部に生じる二相域加熱部の軟質相を所定の形状（針状の形状）に制御することで、局所的なひずみ集中を緩和し、接合継手としての継手強度が向上することを見出した。
　さらに、本発明者らは、接合部近傍部分の大きさが異なる（棒状の鋼材の場合は、直径が異なる）鋼材同士が摩擦圧接により接合された接合継手に対して、外部から応力が付加されると、両鋼材の接合部のうち、上記接合部近傍部分の大きさの大きい方の鋼材の接合部から破断が開始することを実験により明らかにした。そして、この部位に上述の針状の形状の軟質相（針状軟質相）が分散していると、接合継手の継手強度が高くなることを実験的に見出し、本発明を完成するに至った。
　本発明の具体的な態様は、以下のとおりである。
　（１）第１の鋼材および第２の鋼材を含む２個以上の鋼材が接合された接合継手であって、前記第１の鋼材と前記第２の鋼材は、摩擦圧接により接合されており、前記第２の鋼材は、接合対象面の面積が前記第１の鋼材の接合対象面の面積よりも大きく、前記第２の鋼材の接合部において二相域加熱部を有しており、当該二相域加熱部は、複数の針状軟質相が分散しており、前記針状軟質相は長辺と短辺の平均アスペクト比が４．０以上であることを特徴とする、接合継手。
　（２）前記複数の針状軟質相は、前記二相域加熱部の全体に分散している、前記（１）に記載の接合継手。
　（３）前記第２の鋼材の接合部以外の部分の組織が、ベイナイト、焼戻しベイナイト、マルテンサイト、及び焼戻しマルテンサイトから選択される１種以上を、合計で、６０％以上含むことを特徴とする前記（１）又は（２）の接合継手。
　（４）前記第２の鋼材が鋼板からなる、前記（１）～（３）のいずれかの接合継手。
　（５）前記鋼板からなる前記第２の鋼材の上面に、樹脂板および金属板のうちの少なくとも１枚の板材が重ね合わされており、前記第１の鋼材は、前記板材を貫通して前記第２の鋼材と摩擦圧接により接合されている、前記（４）の接合継手。
　（６）前記第１の鋼材は、前記接合部とは反対側の端部に、軸部よりも断面径が大きい頭部を有しており、前記板材は、前記第２の鋼材と前記第１の鋼材の前記頭部とによって挟持されている、前記（５）の接合継手。
　（７）前記第２の鋼材と前記板材との間に配された接着剤をさらに備える、前記（５）又は（６）の接合継手。
　（８）前記板材の数が２以上であり、前記板材の間に配された接着剤をさらに備える、前記（５）～（７）のいずれかの接合継手。
　（９）前記板材と、前記第２の鋼材とを接合する、スポット溶接部、レーザー溶接部、及びアーク溶接部からなる群から選択される一種以上の溶接部をさらに備える、前記（５）～（８）のいずれかの接合継手。
　（１０）前記第２の鋼材は、引張強さが１１８０ＭＰａ以上の鋼板からなる、前記（１）～（９）のいずれかの接合継手。
　（１１）前記針状軟質相は、長辺と短辺の平均アスペクト比が５．０以上である、前記（１）～（１０）のいずれかの接合継手。
　（１２）前記（１）～（１１）のいずれかの接合継手を有する自動車用部材。
　（１３）バンパーリンフォース、Ａピラー、Ｂピラー、ルーフレール、サイドシル、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、トンネルリンフォース若しくはバッテリーケース、又は自動車フロアを構成する部材であることを特徴とする前記（１２）の自動車用部材。
　本発明によれば、複数の鋼材が摩擦圧接によって接合された接合継手に関し、継手強度に優れた接合継手、及び自動車用部材を提供することができる。
図１は、棒状の第１の鋼材１と、当該第１の鋼材１よりも接合対象面の面積が大きい棒状の第２の鋼材２とが摩擦圧接により接合されてなる、本発明の一実施形態に係る接合継手１０の要部を表す断面図である。なお、図１中の右側の３枚の写真は、焼入れ部Ｐ１、二相域加熱部Ｐ２および焼戻し部Ｐ３の各金属組織の電子顕微鏡写真である。 図２は、接合対象面の面積の例を説明するための模式図である。 図３は、接合対象面の面積の他の例を説明するための模式図である。 図４は、接合継手１０の二相域加熱部Ｐ２における複数の針状軟質相の分散状態を説明するための模式図である。 図５は、棒状の第１の鋼材１と棒状の第２の鋼材２とを摩擦圧接により接合する方法を説明するための模式図である。 図６は、リベット状の第１の鋼材１Ｂと板状の第２の鋼材２Ｂとが摩擦圧接により接合されてなる、本発明の別の実施形態に係る接合継手１０’の断面図である。なお、図６では、接合部付近で鋼材が塑性変形している様子は、省略して図示している。 図７は、棒状の第１の鋼材１と板状の第２の鋼材２Ｂとが摩擦圧接により接合されてなる、本発明の更に別の実施形態に係る接合継手１０’’の断面図である。 図８は、本発明の更に別の実施形態に係る接合継手１０Ａ、１０Ｂの断面図である。図８（ａ）は、上板として配置された板材３を貫通した棒状の第１の鋼材１と、下板として配置された板状の第２の鋼材２Ｂとを摩擦圧接により接合してなる、接合継手１０Ａを示し、図８（ｂ）は、上板として配置された板材３の貫通孔３１Ｂを貫通したリベット状の第１の鋼材１Ｂと、下板として配置された板状の第２の鋼材２Ｂとを摩擦圧接により接合してなる、接合継手１０Ｂを示す。 図９は、本発明の接合継手に用い得る第１の鋼材の例として、接合対象面側の軸部先端が円錐形状である場合の第１の鋼材を模式的に示す断面図である。 図１０は、本発明の接合継手に用い得る第１の鋼材の他の例として、接合対象面側の軸部先端が球面形状である場合の第１の鋼材を模式的に示す断面図である。 図１１は、本発明の自動車用部材の一例であるバンパーリンフォースを模式的に示す図である。 図１２は、本発明の自動車用部材の一例であるバンパーリンフォースの断面模式図である。 図１３は、本発明の自動車用部材の一例であるルーフレール、Ａピラー、およびＢピラーを模式的に示す図である。 図１４は、本発明の自動車用部材の一例であるＢピラーを模式的に示す図である。 図１５は、本発明の自動車用部材の一例であるＢピラーの断面模式図である。 図１６は、実施例における、炭素量と継手強度の関係を示す図である。
　以下、本発明の接合継手の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（接合継手）
　図１は、本発明の一実施形態に係る接合継手１０である。この接合継手１０は、棒状の第１の鋼材１と、当該第１の鋼材１よりも接合対象面の面積が大きい棒状の第２の鋼材２とが突き合わされて、摩擦圧接により接合されている。なお、後述するように、本発明においては、第１の鋼材と第２の鋼材は、それぞれ棒状である必要はなく、少なくとも一方の鋼材が板状であってもよい。
　そして、上述の接合継手１０では、第２の鋼材２は、図１に示すように、第１の鋼材１との接合部ＰＢにおいて二相域に加熱された二相域加熱部Ｐ２を有しており、さらに、この二相域加熱部Ｐ２には、断面形状が針状である複数の針状軟質相ＰＦが分散している。分散している針状軟質相の長辺と短辺の平均アスペクト比は４．０以上、好ましくは５．０以上である。
　このように、本実施形態の接合継手１０は、第１の鋼材１よりも接合対象面の面積が大きい（すなわち、接合部近傍部分の大きさが大きい）第２の鋼材２の接合部に生じる二相域加熱部Ｐ２において、複数の針状軟質相ＰＦが分散しているため、当該複数の針状軟質相ＰＦによって局所的なひずみ集中が緩和され、優れた継手強度を発揮することができる。
　ここで、二相域加熱部とは、フェライト相およびオーステナイト相の二相域に加熱された領域を指す。この二相域加熱部は、鋼材を切断し、その切断面を研磨してエッチングした後、その表面を走査型電子顕微鏡で拡大観察することにより、確認することができる。なお、第２の鋼材が鋼板の場合は、鋼板表面が脱炭している可能性があるので、鋼板表面から０．１ｍｍ以上内側の鋼材（鋼板）内の位置における二相域に加熱された領域を指す。
　ここで、接合対象面の面積は、以下のようにして求められる。
　まず第１の鋼材１が円柱状である場合には、「接合対象面の面積」は、第１の鋼材１、及び第２の鋼材２のいずれにおいても、摩擦圧接により塑性変形している箇所と、塑性変形していない箇所の境界における、第１の鋼材１の長手方向に直交する方向の断面での断面積と定義する。
　まず、図２を用いて、第１の鋼材１が円柱状且つ中実の場合について説明する。図２には、第１の鋼材１、第２の鋼材２を、第１の鋼材１の長手方向の中心軸を通り第１の鋼材１の長手方向に切った断面であって、接合対象面から第１の鋼材１の長手方向に３ｍｍの位置での幅（つまり長手方向に直交する方向での第１の鋼材１の長さ）が最大となる平面で切った断面を示している。
　図２においては、第１の鋼材１において、摩擦圧接により塑性変形している箇所と塑性変形していない箇所の境界での幅をｄとし、このｄを直径とした円の面積を第１の鋼材１の接合対象面の面積とする。また、第２の鋼材２の接合対象面において、摩擦圧接により塑性変形している箇所と塑性変形していない箇所の境界での幅、つまり観察された端部（図２中のＣ）間の距離ｄ２を直径とした円の面積を第２の鋼材２の接合対象面の面積とする。
　図２の継手形状の場合、第２の鋼材２の接合対象面における端部（図２中のＣ）に応力が集中し、第２の鋼材２が破壊の起点となる。
　次いで、図３を用いて、第１の鋼材１が円柱状且つ中空の場合について説明する。図３には、図２と同様に、第１の鋼材１、第２の鋼材２を、第１の鋼材１の長手方向の中心軸を通り第１の鋼材１の長手方向に切った断面であって、接合対象面から第１の鋼材１の長手方向に３ｍｍの位置での幅が最大となる平面で切った断面を示している。
　第１の鋼材１が中空の場合は、外側の塑性変形有無の境界から幅ｄおよび幅ｄ２を求める。つまり、第１の鋼材１において、摩擦圧接により塑性変形している箇所と塑性変形していない箇所の外側の境界での幅をｄとする。また、第２の鋼材２の接合対象面において、摩擦圧接により塑性変形している箇所と塑性変形していない箇所の外側の境界での幅、つまり観察された端部間の距離をｄ２とする。そして、ｄを直径とした円の面積を第１の鋼材１の接合対象面の面積とし、ｄ２を直径とした円の面積を第２の鋼材２の接合対象面の面積とする。
　次いで、第１の鋼材が多角柱状である場合について説明する。
　第１の鋼材が多角形である場合、切断する方向によって観察されるｄが変わることになる。そのため、前述のように第１の鋼材の長手方向の中心軸を通り、接合対象面から３ｍｍの位置での幅が最大となる平面で切った断面を観察する。そして、この断面において、第１の鋼材、及び第２の鋼材のいずれにおいても、摩擦圧接により塑性変形している箇所と塑性変形していない箇所の境界での幅を、それぞれｄおよびｄ２とする。このｄおよびｄ２を直径とする円の面積を、第１の鋼材及び第２の鋼材の接合対象面の面積として比較すれば、接合対象面の面積の大小関係を得ることができる。
　次いで、第１の鋼材の形状が、長手方向の位置に応じて断面積の変化がある形状（例えば長手方向に向かってテーパを有する形状）である場合について説明する。
　前述のように第１の鋼材の長手方向の中心軸を通り、接合対象面から３ｍｍの位置での幅が最大となる平面で切った断面を観察する。そして、この断面において、第１の鋼材、及び第２の鋼材のいずれにおいても、摩擦圧接により塑性変形している箇所と塑性変形していない箇所の境界での幅を、それぞれｄおよびｄ２とする。このｄおよびｄ２を直径とする円の面積を、第１の鋼材及び第２の鋼材の接合対象面の面積として比較すれば、接合対象面の面積の大小関係を得ることができる。
　なお、第１の鋼材１の長手方向での長さが３ｍｍ未満の場合は、接合対象面から第１の鋼材１の長手方向に２．５ｍｍの位置での幅が最大となる平面で切った断面を観察することとする。
　また、第１の鋼材１の長手方向での長さが２．５ｍｍ未満の場合は、接合対象面から第１の鋼材１の長手方向に２．０ｍｍの位置での幅が最大となる平面で切った断面を観察することとする。さらに、第１の鋼材１の長手方向での長さが２．０ｍｍ未満の場合は、接合対象面から第１の鋼材１の長手方向に１．５ｍｍの位置での幅が最大となる平面で切った断面を観察することとする。
　なお、接合対象面から第１の鋼材の長手方向に３ｍｍ、２．５ｍｍ、２．０ｍｍ、または１．５ｍｍの位置が塑性変形している場合もあるが、その塑性変形量は第１の鋼材の幅を大きく変えて、切断方向が意図しない向きになるほど大きくはない。そのため、接合対象面から３ｍｍ、２．５ｍｍ、２．０ｍｍ、または１．５ｍｍの位置での幅が最大となる断面を観察することとする。
　本発明の接合継手は、母材（本明細書においては、第１の鋼材と第２の鋼材のうち、接合部以外の部分を指す。）と、接合部（本明細書においては、第１の鋼材と第２の鋼材の塑性変形部およびその周辺の熱影響部を指す。）と、によって構成される。
　さらに、上記接合部における熱影響部は、摩擦圧接によって、母材に熱が加わった部位である。この熱影響部の中で、周辺に近い部位（母材に隣接する部位）は、摩擦圧接により上昇した母材の温度がＡＣ１点以下の部位であり、焼戻し部Ｐ３という（図１を参照）。かかる焼戻し部Ｐ３は、後述する焼入れ部Ｐ１や二相域加熱部Ｐ２と比べて硬さが低い。このような焼戻し部は、第１の鋼材と第２の鋼材の両方の鋼材に存在し得るため、図１においては、第１の鋼材の焼戻し部をＰ３’で表す。
　焼戻し部Ｐ３の、母材とは反対側の隣接部は、より温度の高い熱影響部である。このうち、ＡＣ１～ＡＣ３の温度、すなわちフェライトとオーステナイトの二相域に加熱された領域が、二相域加熱部Ｐ２である。この二相域加熱部Ｐ２は、図１に示すように、接合時にオーステナイト変態して焼入れられた、主にマルテンサイトからなる硬質相（主にマルテンサイト相ＰＭ）と、該硬質相よりも柔らかい軟質相（主にフェライト相ＰＦ）との、主に二相からなる領域である。なお、二相域加熱部Ｐ２は、これらの二相のほかに、残留オーステナイト、焼戻しマルテンサイト等を含み得る。また、このような二相域加熱部は、第１の鋼材と第２の鋼材の両方の鋼材に存在し得るため、図１においては、第１の鋼材の二相域加熱部をＰ２’で表す。但し、この第１の鋼材の二相域加熱部Ｐ２’は、後述するように第１の鋼材の組成等によっては、存在しない場合もある。
　そして、二相域加熱部Ｐ２の、さらに母材とは反対側の隣接部は、摩擦圧接によりＡＣ３点以上の温度に昇温された熱影響部であり、焼入れ部Ｐ１という（図１を参照）。かかる焼入れ部Ｐ１は、主にマルテンサイトからなる領域であり、残留オーステナイト等を含み得る。また、このような焼入れ部は、第１の鋼材と第２の鋼材の両方の鋼材に存在し得るため、図１においては、第１の鋼材の焼入れ部をＰ１’で表す。
　なお、図１中の符号ＦＢは、摩擦圧接界面を示し、この摩擦圧接界面ＦＢの上側が第１の鋼材１であり、下側が第２の鋼材２である。
　また、上述の焼入れ部Ｐ１、Ｐ１’、二相域加熱部Ｐ２、Ｐ２’および焼戻し部Ｐ３、Ｐ３’は、接合継手を切断し、その切断面を研磨して、ナイタールを用いてエッチングした後、走査型電子顕微鏡により視認することができる。なお、焼戻し部Ｐ３、Ｐ３’と母材との境界面ＦＨが不明瞭な場合は、ビッカース硬さを測定することにより識別することができる。例えば、母材がマルテンサイト相の場合、焼戻し部Ｐ３、Ｐ３’は焼戻されているので、硬さが低くなっている。なお、焼戻し部Ｐ３、Ｐ３’と母材との境界面ＦＨを厳密に識別できなくても、本発明を実施する上で何ら支障はない。
　また、上記の接合継手１０において、二相域加熱部Ｐ２の針状軟質相ＰＦは、接合継手１０の接合部ＰＢを板厚方向に沿って切断し、その切断面を拡大観察したときに確認される、平均アスペクト比（長辺／短辺）が４．０以上となる断面形状を有する軟質相である。
　ここで、軟質相の断面形状のアスペクト比は、当該断面形状の外縁線に外接する長方形の長辺の長さ（μｍ）と短辺の長さ（μｍ）との比（長辺／短辺）として、算出することができる。このとき、軟質相に外接する長方形は短辺の長さが最小となるように描く。
　フェライト相（軟質相）の平均アスペクト比の具体的な算出方法は、以下のとおりである。
　まず、接合継手の接合部を板厚方向に沿って切断し、走査型電子顕微鏡を用いて、切断面の組織の拡大観察を行う。このときの観察視野は、２０μｍ×２０μｍ以上の広さの領域であって、硬質相の分率が４０％～９０％となる領域である。硬質相の分率は、断面で観察される観察視野内の硬質相の面積率で求めることができる。
　次いで、測定対象領域（すなわち、二相域加熱部）において観察される軟質相に対し、断面形状の外縁線に外接する長方形を描き、その長方形の長辺の長さ（μｍ）および短辺の長さ（μｍ）をそれぞれ測定し、それらの長さの比（長辺／短辺）をアスペクト比として算出する。このとき、アスペクト比を算出する軟質相は、当該軟質相の断面形状の外縁線に外接する長方形の長辺の長さが１μｍ以上の軟質相を対象とする。また、観察視野の外縁に接触している軟質相は測定の対象外とする。
　このようなアスペクト比の算出を、測定対象領域において観察されるアスペクト比の測定対象全てに行い、その平均値を二相域加熱部に含まれるフェライト相（軟質相）の平均アスペクト比とする。この測定は２０個以上の軟質相について行う。
　なお、測定対象領域において測定対象となる軟質相が２０個もない場合は、接合継手内で同様の領域を再度観察し、観察される軟質相が２０個以上ある領域を見つけて、その領域において、上記の平均アスペクト比を算出する。
　そして、本明細書において、複数の針状軟質相が二相域加熱部に「分散している」とは、図４に示す接合継手１０の接合部断面において、摩擦圧接した第１の鋼材の幅（図２、図３に示すｄ）に対する５種類の所定幅０．１ｄ、０．３ｄ、０．５ｄ、０．７ｄおよび０．９ｄに対応する各位置から第１の鋼材の軸方向に延びる各延長線上の、二相域加熱部Ｐ２内の５箇所の測定点Ｐ０．１、Ｐ０．３、Ｐ０．５、Ｐ０．７およびＰ０．９で、上記の平均アスペクト比を算出したときに、少なくとも３箇所の測定点で平均アスペクト比が４．０以上である針状軟質相を確認できることをいう。特に、５箇所すべての測定点で平均アスペクト比が４．０以上である針状軟質相を確認できる場合を、複数の針状軟質相が二相域加熱部の「全体に分散している」という。
　なお、本発明では、より優れた継手強度が得られるという点から、複数の針状軟質相は、第２の鋼材の接合部における二相域加熱部の全体に分散していることが好ましい。
　本発明において、針状軟質相の平均アスペクト比は４．０以上であるが、好ましくは５．０以上であり、更に好ましくは６．０以上であり、更に好ましくは７．０以上である。針状軟質相の平均アスペクト比が７．０以上であると、優れた継手強度をより確実に得ることができる。一方で、特に限定されないが、針状軟質相の平均アスペクト比の上限値は、針状軟質相の粗大化を防止する理由から、２０．０以下であることが好ましい。
　このような二相域加熱部内に分散する針状軟質相は、鋼材の母材組織として、ベイナイト、マルテンサイト、焼戻しベイナイト、及び焼戻しマルテンサイトから選択される１種以上を含む組織を採用することで得ることができる。なお、母材の組織がマルテンサイト及び焼戻しマルテンサイトの一方又は両方が主体となる構成である場合は、炭素量を０．２７質量％以上とすることで、前記のような二相域加熱部内に分散する針状軟質相を得ることができる。
　これらの組織単体でなくても、前述した組織の内２種類以上の組織が含まれる鋼板であってもよい。これらの組織の合計分率が６０％以上となる鋼板を用いることで、針状軟質相を二相域加熱部内に分散させることができる。したがって、接合後の接合継手においては、第２の鋼材の接合部以外の部分の組織が、ベイナイト、焼戻しベイナイト、マルテンサイト、及び焼戻しマルテンサイトから選択される１種以上を、合計で、６０％以上含むことが好ましい。
　これらの組織の合計分率は高いほど、安定して針状軟質相を分散させることができることから、これらの組織の合計分率は７０％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましい。これらの組織の合計分率の上限は特に限定されず、１００％であってもよい。
　さらに、母材組織が、板厚方向や板の長手方向、幅方向等に組織の分布（ここで、分布とは、ある組織の分率が多いところと少ないところがあることをいう。）を有する場合であっても、接合時に二相域に加熱される領域の組織がベイナイト、マルテンサイト、焼戻しベイナイト、及び焼戻しマルテンサイトから選択される１種以上を含む組織であれば、上述の針状軟質相を得ることができる。
　ベイナイト主体の組織は、鋼板を９００℃に加熱した後にベイナイト変態可能な温度（約４００℃）まで冷却し、さらに、その温度で５００秒保持した後、急冷することで作製することができる。
　また、マルテンサイト主体の組織は、鋼板を９００℃に加熱した後に金型冷却によって急冷することで作製することができる。
　鋼材には、ＺｎやＡｌの少なくとも一方を含むめっき層が形成されていてもよい。また、非金属の被膜が形成されていてもよい。
　上述のとおり、本発明においては、二相域加熱部は、少なくとも第２の鋼材に含まれている必要があり、さらに、この二相域加熱部には、複数の針状軟質相が分散している必要がある。それにより、本発明の効果（接合継手強度の向上）が得られる。
　なお、鋼材が二相域加熱部を有するか否かは、鋼材の成分によって決まり、状態図を見れば、判断することができる。本発明においては、第２の鋼材は、少なくとも二相域加熱部を生じ得る組成の鋼材を選択する必要がある。一方、第１の鋼材は、二相域加熱部を生じ得る組成の鋼材である必要はないので、例えば、オーステナイト単相組織の鋼材であってもよい。
（摩擦圧接手段）
　本発明の接合継手を得るのに用いられる摩擦圧接手段は、当分野において公知の手段を採用することができる。
　本発明の実施形態の１つである接合継手１０が得られる一例を次に示す。
　上述の接合継手１０は、図５に示すように、棒状の第１の鋼材１と、当該第１の鋼材１よりも接合対象面の面積が大きい棒状の第２の鋼材２とを、両者の接合対象面同士が対向するように配置した後、第１の鋼材１を回転させながら第２の鋼材２に押圧して、両鋼材を摩擦圧接により接合することで、得ることができる。
　なお、図５に示す方法は一例であり、本発明では、第１の鋼材および第２の鋼材のいずれの鋼材を回転させてもよい。例えば、上述の接合継手１０のように、第１の鋼材および第２の鋼材の両方の鋼材が棒状であれば、いずれの鋼材を回転させることも容易である。
　一方の鋼材（例えば、第１の鋼材）を回転させながら他方の鋼材（例えば、第２の鋼材）に押圧する際の加圧力Ｆ（ｋＮ）は、両鋼材が摩擦圧接し得る加圧力であれば特に限定されず、例えば５ｋＮ以上の加圧力が挙げられる。
　さらに、一方の鋼材を回転させながら他方の鋼材に押圧する際の回転数Ｒ（ｒｐｍ）も、両鋼材が摩擦圧接し得る回転数であれば特に限定されず、例えば１０００ｒｐｍ～８０００ｒｐｍの回転数が挙げられる。
　なお、これらの加圧力および回転数は、一方の鋼材が棒状以外の種々の形態（例えば、リベット状等の形態）でも同様である。
　また、後述する図８（ａ）、（ｂ）に示す実施形態のように、接合継手が上板３として板材を含む場合においても、上記と同様にして一方の鋼材を回転させながら他方の鋼材に押圧することで、接合継手を得ることができる。
　以下、本発明の接合継手に用いられる各種構成部材について説明する。
（第１の鋼材）
　上述の実施形態の接合継手１０では、第１の鋼材１として、円柱状または多角柱状の軸部を有する棒状の鋼材が例示されている。この棒状の鋼材の軸部は、少なくとも接合部に隣接する部分において、円柱状または多角柱状の形状を有していることが好ましい。その場合、第１の鋼材は、少なくとも上記接合部に隣接する部分が円柱状または多角柱状の形状であれば、第１の鋼材の全体が円柱状または多角柱状の形状を有していてもよい。摩擦圧接を安定して行うためには、第１の鋼材の形状は円柱または五角形以上の正多角柱であることが好ましい。
　なお、本発明においては、接合前の第１の鋼材の軸部先端（接合対象面）が円柱状または多角柱状の形状を有していることが好ましいため、接合後の第１の鋼材の上記接合部に隣接する部分は、必ずしも円柱状または多角柱状の形状を有していなくてもよい。
　本発明において、第１の鋼材の形態はこのような棒状の形態に限定されず、例えば、図６に示す本発明の別の実施形態である接合継手１０’のように、円柱状または多角柱状の軸部１１と、該軸部１１の上方側端部に設けられた、該軸部１１よりも断面径が大きい頭部１２と、を有するリベット状の第１の鋼材１Ｂを用いてもよい。
　すなわち、第１の鋼材は、当分野において一般的に接続部材として使用されている丸棒やリベットなどを採用することができ、例えば、上述の特許文献１などに開示されている中実構造または中空構造のものを採用することができる。
　なお、図６に示す接合継手１０’においては、第２の鋼材として、板状の第２の鋼材２Ｂ（すなわち、鋼板）が用いられている。
　また、図８（ｂ）に示す本発明の更に別の実施形態である接合継手１０Ｂでは、第１の鋼材としてリベット状の第１の鋼材１Ｂが用いられ、さらに、板状の第２の鋼材２Ｂ（下板）の上面に、上板として板材３が重ね合わされている。
　この接合継手１０Ｂにおいては、リベット状の第１の鋼材１Ｂが、接合部ＰＢから延びる軸部１１と、該軸部１１の上方側端部に位置し、該軸部１１よりも断面径が大きい頭部１２と、を有しているため、上板として配置された板材３を、リベット状の第１の鋼材１Ｂの頭部１２と板状の第２の鋼材２Ｂ（下板）とによって挟持して、より強固に固定することができ、板材３と板状の第２の鋼材２Ｂとの接合継手としてより優れた継手強度を発揮することができる。
　第１の鋼材として、このようなリベット状の鋼材を用いる場合、頭部の直径は、軸部の直径の１．５倍以上であることが好ましく、また、軸部の長さは、第２の鋼材（下板）との圧接のしやすさなどの点から、板材（上板）の板厚（上板が複数枚ある場合は、その総板厚）の１．５倍以上であることが好ましい。ここで、軸部および頭部の直径は、軸部の延びる方向に対して直交する平面方向の断面形状が、円形の場合はその直径を意味し、多角形の場合はその外接円の直径を意味する。
　なお、第１の鋼材の軸部の直径としては、例えば３０ｍｍ未満の直径が挙げられる。
　本発明において、第１の鋼材は、第２の鋼材と摩擦圧接により接合し得るものであれば、上述の棒状の鋼材やリベット状の鋼材に限定されないが、第１の鋼材が、少なくとも接合部に隣接する部分において円柱状または多角柱状の軸部を有する鋼材からなり、かつ、第２の鋼材が第１の鋼材よりも接合対象面の面積が大きい鋼材（例えば、第１の鋼材の軸部よりも直径の大きい軸部を有する鋼材や接合対象面が面状となる板状の鋼材（すなわち、鋼板）など）からなる場合は、摩擦圧接の際に、第２の鋼材において接合部の二相域加熱部およびそれに分散される複数の針状軟質相が形成されやすく、本発明の効果がより確実に得られるため、特に有利である。
　なお、第１の鋼材の材質については、鋼であればその種類や強度などは特に限定されない。
（第２の鋼材）
　本発明において、第２の鋼材は、接合対象面の面積が第１の鋼材の接合対象面の面積よりも大きく、かつ、第１の鋼材との摩擦圧接により生じる接合部の二相域加熱部に、複数の針状軟質相が分散形成され得る鋼材（例えば、上述のベイナイト主体の組織を有する鋼材など）であれば、それ以外の要件は特に限定されず、例えば、円柱状または多角柱状の軸部を有する棒状の鋼材や板状の鋼材（すなわち、鋼板）などを好適に用いることができる。
　例えば、図７に示す本発明の更に別の実施形態に係る接合継手１０’’では、棒状の第１の鋼材１と板状の第２の鋼材２Ｂ（鋼板）とが摩擦圧接により接合されており、さらに、図８（ａ）および（ｂ）に示す実施形態においても、第２の鋼材として板状の第２の鋼材２Ｂが用いられている。
　また、第１の鋼材と第２の鋼材がともに軸部を有する棒状の鋼材である場合は、第２の鋼材の軸部の接合対象面における直径が、第１の鋼材の軸部の接合対象面における直径よりも大きければよい。
　なお、第１の鋼材と第２の鋼材の接合対象面の面積は、接合対象面の形状（例えば、円形、多角形等）における各種寸法を実測して、算出することができる。
　また、図８に示す実施形態のように上板として板材を用いる場合には、第２の鋼材は、板材の引張強度以上の引張強度を有する鋼板であることが好ましいが、上板に貫通孔を設けるなどして上板を貫通することができれば、第２の鋼材の引張強度は板材より低くてもよい。
　第２の鋼材として用い得る鋼板の強度は、特に限定されないが、引張強さが１１８０ＭＰａ以上となる高強度の鋼板（高炭素量の鋼板）を用いた場合は、継手強度が低下しやすいため、本発明はこのような高強度の鋼板を用いる場合に、特に有利である。
　なお、第２の鋼材として、めっき鋼板や塗装鋼板などの表面処理鋼板を用いてもよい。
　また、第２の鋼材として用い得る鋼板は、少なくとも接合対象部分が板状の構造を有していればよく、鋼板全体が板状の構造を有していなくてもよい。
（板材）
　図８（ａ）および（ｂ）に示す本発明の更に別の実施形態である接合継手１０Ａ、１０Ｂでは、板状の第２の鋼材２Ｂ（下板）の上面に上板として板材３が重ね合わされており、第１の鋼材１の軸部やリベット状の第１の鋼材１Ｂの軸部１１が当該板材３を貫通して、板状の第２の鋼材２Ｂと摩擦圧接により接合されている。なお、図８（ｂ）に示す接合継手１０Ｂにおいては、板材３は、リベット状の第１の鋼材１Ｂの頭部１２と第２の鋼材２とによって挟持されている。
　板状の第２の鋼材の上面に重ね合わされる板材（上板）は、第１の鋼材（具体的には、第１の鋼材の軸部）が第２の鋼材と摩擦圧接し得るものであれば特に限定されず、例えば、樹脂板や金属板等を用いることができる。ここで、樹脂としては、例えば、ＣＦＲＰが挙げられる。金属板としては、例えば、アルミニウム板やアルミニウム合金板等の軽金属板、鋼板などが挙げられる。板材と第２の鋼材の間もしくは、複数の板材の間には接着剤が塗布されていてもよい。即ち、接合継手は、第２の鋼材と板材との間に配された接着剤をさらに備えてもよい。さらに、接合継手は、板材の枚数が２以上である場合に、板材の間に配された接着剤をさらに備えてもよい。
　さらに、摩擦圧接と、別の種類の接合手段との両方によって、第２の鋼材と板材とが接合されていてもよい。即ち接合継手は、板材と、第２の鋼材とを接合する、別の接合手段をさらに有してもよい。別の接合手段として、スポット溶接部、レーザー溶接部、及びアーク溶接部からなる群から選択される一種以上の溶接部が例示される。
　なお、このような板材は、同種または異種の板材を複数枚重ね合わせて用いてもよい。
　本発明の接合継手は、このような多種多様の板材（上板）を含むものであっても、第１の鋼材と第２の鋼材（下板）の摩擦圧接部（接合部）の継手強度が優れることから、板材（上板）と第２の鋼材（下板）の継手として優れた継手強度を発揮することができる。
　なお、板材（上板）として鋼板を用いる場合は、第１の鋼材と第２の鋼材（下板）との摩擦圧接をより確実に行わせるために、下板となる第２の鋼材の鋼板よりも引張強度が低い鋼板を、板材（上板）として用いることが好ましい。
　また、板材においても、少なくとも接合対象部分が板状の構造を有していればよく、板材全体が板状の構造を有していなくてもよい。
　さらに、板材は、接合強度や接合精度などの点から、第１の鋼材が貫通する予定の箇所に、貫通孔を有していてもよい。なお、板材が複数枚の場合は、すべての板材がこのような貫通孔を有していてもよく、一部の板材のみが貫通孔を有していてもよい。
　なお、板材に貫通孔を設ける場合、当該貫通孔の直径は、摩擦圧接の際に第１の鋼材の軸部が貫通できれば、第１の鋼材の軸部の直径よりも大きくても、小さくてもよい。
　例えば、図８（ａ）に示す実施形態では、接合継手１０Ａは、円柱状または多角柱状の軸部を有する棒状の第１の鋼材１と、板状の第２の鋼材２Ｂ（下板）と、樹脂板または金属板からなる板材３（上板）と、によって構成されていて、かかる接合継手１０Ａは、板状の第２の鋼材２Ｂの上面に板材３が重ね合わされて、その上方側から棒状の第１の鋼材１が板材３を貫通して、第１の鋼材１の下方側先端部（底面）と板状の第２の鋼材２Ｂとが摩擦圧接により接合されている。
　一方、図８（ｂ）に示す実施形態では、接合継手１０Ｂは、円柱状または多角柱状の軸部１１および当該軸部１１よりも断面径が大きい頭部１２を有するリベット状の第１の鋼材１Ｂと、板状の第２の鋼材２Ｂ（下板）と、リベット状の第１の鋼材１Ｂの軸部１１が貫通する箇所に、軸部１１よりも小さい直径を有する貫通孔３１Ｂが設けられた板材３（上板）と、によって構成されていて、かかる接合継手１０Ｂは、板状の第２の鋼材２Ｂの上面に板材３が重ね合わされて、その上方側からリベット状の第１の鋼材１Ｂの軸部１１が板材３の貫通孔３１Ｂ内を貫通して、リベット状の第１の鋼材１Ｂの軸部１１の下方側先端部（底面）と板状の第２の鋼材２Ｂとが摩擦圧接により接合されている。
　また、本発明においては、第１の鋼材および第２の鋼材の接合対象面側の軸部先端が、円錐形状や角錐形状を有していてもよく、あるいは、球面形状のような曲面を有していてもよい。ここで、図９は、本発明の接合継手に用い得る第１の鋼材の例として、接合対象面側の軸部先端が円錐形状である場合の第１の鋼材を模式的に示し、図１０は、第１の鋼材の他の例として、接合対象面側の軸部先端が球面形状である場合の第１の鋼材を模式的に示す。
　なお、鋼材の接合対象面側の軸部先端がこのような立体形状（すなわち、円錐形状や角錐形状、球面形状などの形状）を有している場合、接合対象面の面積は、軸部先端の立体形状部近傍における軸部の径方向の断面積（図９における円錐形状部近傍および図１０における球面形状部近傍の符号１４で示す位置で切断した場合の断面積）を指す。
　また、軸部先端の形状がこのような立体形状の場合、当該立体形状の頂点１６の位置は、図９および図１０に示すように、軸部の中心軸線１５上にあることが望ましい。頂点の位置が軸部の中心軸線１５上にあると、安定して摩擦熱を発生させることができ、摩擦圧接が行いやすくなる。
　これらの実施形態の接合継手１０Ａ、１０Ｂにおいても、棒状の第１の鋼材１またはリベット状の第１の鋼材１Ｂよりも接合対象面の面積が大きい板状の第２の鋼材２Ｂが、接合部ＰＢにおいて二相域に加熱された二相域加熱部Ｐ２を有し、さらに、この二相域加熱部Ｐ２には複数の針状軟質相ＰＦが分散しているため、上述の接合継手１０と同様に局所的なひずみ集中が緩和され、優れた継手強度を発揮することができる。
　本発明の別の態様に係る自動車用部材は、上述された実施形態に係る接合継手を有する。これにより、本実施形態に係る自動車用部材は、継手強度に優れる。自動車用部材の種類は特に限定されない。本実施形態に係る自動車用部材の例として、バンパーリンフォース（図１１及び図１２参照）、Ａピラー（図１３参照）、Ｂピラー（図１３～図１５参照）、又はバッテリーケース、ルーフレール、サイドシル、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、トンネルリンフォースを挙げることができる。自動車フロアを構成する部材を、本実施形態に係る自動車用部材としてもよい。
　図１１及び図１２は、バンパーリンフォースの斜視図及び断面図である。バンパーリンフォースは、平板形状を有するアウターリンフォースと、ハット型形状を有するインナリンフォースと、これらをフランジ部で接合する接合部とから構成される。本実施形態に係るバンパーリンフォースでは、接合部の位置が第１の鋼材１の位置に相当し、インナリンフォースが第２の鋼材２に相当し、アウターリンフォースが板材３に相当する。本実施形態に係るバンパーリンフォースでは、第１の鋼材１は、板材３たるアウターリンフォースを貫通して、第２の鋼材２たるインナリンフォースと摩擦圧接により接合されている。
　図１３は、ルーフレールおよび、Ａピラー、およびＢピラーを模式的に示す図である。図１４は、これらのうちＢピラーのみを示す斜視図であり、図１５は、ＢピラーのＸＩＩＩ－ＸＩＩＩ断面図である。これらの図に例示されるＢピラーは、２つの突部を有するインナリンフォースと、ハット型形状を有するアウターリンフォースとが、フランジ部で接合された構成を有する。また、このＢピラーは、アウターリンフォースの内面に沿って配されて、アウターリンフォースと接合されたヒンジリンフォースをさらに有する。
　これらの図に例示されるＢピラーは、フランジ部、及び内部において、２つの接合継手構造を有している。フランジ部においては、接合部の位置が第１の鋼材１の位置に相当し、アウターリンフォースが第２の鋼材２に相当し、インナリンフォースが板材３に相当する。フランジ部においては、第１の鋼材１は、板材３たるインナリンフォースを貫通して、第２の鋼材２たるアウターリンフォースと摩擦圧接により接合されている。また、内部においては、接合部の位置が第１の鋼材１の位置に相当し、アウターリンフォースが第２の鋼材２に相当し、ヒンジリンフォースが板材３に相当する。フランジ部においては、第１の鋼材１は、板材３たるヒンジリンフォースを貫通して、第２の鋼材２たるアウターリンフォースと摩擦圧接により接合されている。
　また、これらの図に例示されるＢピラーは、さらにスポット溶接部４を有している。このように、本実施形態に係る接合継手の構造と、スポット溶接部とを併用することも当然ながら妨げられない。
　なお、本発明の接合継手及び自動車用部材は、上述した各実施形態や後述する実施例等に制限されることなく、本発明の目的、趣旨を逸脱しない範囲内において、適宜組み合わせや代替、変更等が可能である。
　以下、本発明の発明例及び比較例を例示して本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこのような発明例のみに限定されるものではない。
　第１の鋼材として１０００ＭＰａ級の鋼製の丸棒（直径４．５ｍｍ、長さ７ｍｍ）を用い、第２の鋼材として下記の表１に示す炭素量の異なる鋼板（板厚は、すべて１．６ｍｍ）を用いて、摩擦圧接により第１の鋼材と第２の鋼材とを接合し、本発明の発明例１～５および比較例１～４の接合継手を作製した。
　なお、第２の鋼材として用いた鋼板の主な組織は、以下のようにして作製した。
　ベイナイト主体の組織は、鋼板を９００℃に加熱した後にベイナイト変態可能な温度（約４００℃）まで冷却し、更にその温度で５００秒保持した後、急冷することで作製した。
　また、マルテンサイト主体の組織は、鋼板を９００℃に加熱した後に金型冷却によって急冷することで作製した。
　さらに、マルテンサイト＋フェライト主体の組織（マルテンサイトとフェライトの２つの相の合計の組織が主な組織）は、冷延後の鋼板をフェライトとオーステナイトの二相域に加熱した後、金型冷却により急冷することで作製した。このマルテンサイト＋フェライト主体の組織に関しては、走査型電子顕微鏡により断面観察し、マルテンサイトの面積率を求め、これをマルテンサイト分率として求めた。
　作製した発明例１～５および比較例１～４の接合継手を用いて、軟質相（フェライト相）形状と継手強度との関係について検証した。
　なお、摩擦圧接の条件は、いずれも回転数７０００ｒｐｍ、加圧力７ｋＮ、押込み量１．５ｍｍとした。
　接合継手の第２の鋼材の接合部における二相域加熱部の軟質相形状は、図４に示すように、接合継手の接合部断面において、鋼製の丸棒（第１の鋼材）の直径（第１の鋼材の幅ｄ＝４．５ｍｍ）に対する５種類の所定幅、０．４５ｍｍ（＝０．１ｄ）、１．３５ｍｍ（＝０．３ｄ）、２．２５ｍｍ（＝０．５ｄ）、３．１５ｍｍ（＝０．７ｄ）および４．０５ｍｍ（＝０．９ｄ）に対応する各位置から丸棒の軸方向に延びる各延長線上の、二相域加熱部内の５箇所の測定点Ｐ０．１、Ｐ０．３、Ｐ０．５、Ｐ０．７およびＰ０．９で、走査型電子顕微鏡を用いて上記のアスペクト比（長辺／短辺）を算出した。そして、各測定箇所の平均アスペクト比を算出し、３箇所以上の測定点で平均アスペクト比が４．０以上であった場合に、表１に示す「軟質相形状」を「針状」とした。一方、３箇所以上の測定点で平均アスペクト比が４．０未満であった場合に「非針状」とした。なお、アスペクト比を算出する対象とする軟質相は、当該軟質相の断面形状の外縁線に外接する長方形の長辺の長さが１μｍ以上の軟質相とし、また、観察視野の外縁に接触している軟質相は測定の対象外とした。
　また、上記５箇所の測定点それぞれにおける軟質相の平均アスペクト比の測定結果、および上記５箇所の測定点それぞれにおいて平均アスペクト比を算出した軟質相の個数を、表１に示す。さらに、上記平均アスペクト比の５箇所の測定点での平均値、及び上記軟質相の個数の５箇所の測定点での平均値を、表１に示す。
　また、接合継手の継手強度は、上記の発明例１～５および比較例１～４で用いた鋼板と同じ鋼板および同じ接合条件により作製した接合継手を用いて、それぞれの継手強度を測定した。具体的には、接合継手の継手強度は、接合した丸棒を鋼板から垂直方向に引っ張ることで接合部を破断させた際の最大荷重（ｋＮ）を測定した。
　なお、鋼板の炭素量、軟質相形状および継手強度の測定結果は、以下の表１に示すとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図１６に、炭素量と継手強度の関係を示す。図１６に示すように、同じ炭素量における発明例と比較例を比べると鋼板（第２の鋼材）の接合部の二相域加熱部における軟質相形状が「針状」であり、平均アスペクト比が４．０以上である発明例の接合継手においては、同じ炭素量で軟質相形状が「非針状」である比較例の接合継手よりも高い継手強度を示した。
　本発明によれば、複数の鋼材が摩擦圧接によって接合された接合継手において、優れた継手強度を得ることができるため、例えば、自動車の車体部品や建築物の構造体などの様々な構造部品の製造に適用することが可能である。
　したがって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。
　１　　第１の鋼材
　２　　第２の鋼材
　３　　板材
　４　　スポット溶接部
　ＰＢ　　接合部
　Ｐ１　　焼入れ部
　Ｐ２　　二相域加熱部
　Ｐ３　　焼戻し部
　ＰＦ　　針状軟質相

Claims (13)

  1. 　第１の鋼材および第２の鋼材を含む２個以上の鋼材が接合された接合継手であって、
    　前記第１の鋼材と前記第２の鋼材は、摩擦圧接により接合されており、
    　前記第２の鋼材は、接合対象面の面積が前記第１の鋼材の接合対象面の面積よりも大きく、前記第２の鋼材の接合部において二相域加熱部を有しており、
    　当該二相域加熱部は、複数の針状軟質相が分散しており、前記針状軟質相は長辺と短辺の平均アスペクト比が４．０以上であることを特徴とする、接合継手。
  2. 　前記複数の針状軟質相は、前記二相域加熱部の全体に分散している、請求項１に記載の接合継手。
  3. 　前記第２の鋼材の接合部以外の部分の組織が、ベイナイト、焼戻しベイナイト、マルテンサイト、及び焼戻しマルテンサイトから選択される１種以上を、合計で、６０％以上含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の接合継手。
  4. 　前記第２の鋼材が鋼板からなる、請求項１～３のいずれか一項に記載の接合継手。
  5. 　前記鋼板からなる前記第２の鋼材の上面に、樹脂板および金属板のうちの少なくとも１枚の板材が重ね合わされており、
    　前記第１の鋼材は、前記板材を貫通して前記第２の鋼材と摩擦圧接により接合されている、請求項４に記載の接合継手。
  6. 　前記第１の鋼材は、前記接合部とは反対側の端部に、軸部よりも断面径が大きい頭部を有しており、
    　前記板材は、前記第２の鋼材と前記第１の鋼材の前記頭部とによって挟持されている、請求項５に記載の接合継手。
  7. 　前記第２の鋼材と前記板材との間に配された接着剤をさらに備える、請求項５又は６に記載の接合継手。
  8. 　前記板材の数が２以上であり、
    　前記板材の間に配された接着剤をさらに備える、請求項５～７のいずれか一項に記載の接合継手。
  9. 　前記板材と、前記第２の鋼材とを接合する、スポット溶接部、レーザー溶接部、及びアーク溶接部からなる群から選択される一種以上の溶接部をさらに備える、請求項５～８のいずれか一項に記載の接合継手。
  10. 　前記第２の鋼材は、引張強さが１１８０ＭＰａ以上の鋼板からなる、請求項１～９のいずれか一項に記載の接合継手。
  11. 　前記針状軟質相は、長辺と短辺の平均アスペクト比が５．０以上である、請求項１～１０のいずれか一項に記載の接合継手。
  12. 　請求項１～１１のいずれか一項に記載の接合継手を有する自動車用部材。
  13. 　バンパーリンフォース、Ａピラー、Ｂピラー、ルーフレール、サイドシル、フロントサイドメンバー、リアサイドメンバー、トンネルリンフォース若しくはバッテリーケース、又は自動車フロアを構成する部材であることを特徴とする請求項１２に記載の自動車用部材。
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