WO2021177254A1

WO2021177254A1 - 抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接継手の製造方法

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Publication number: WO2021177254A1
Application number: PCT/JP2021/007786
Authority: WO
Inventors: 玲子遠藤; 松下　宗生; 泰明沖田; 松田　広志
Original assignee: Ｊｆｅスチール株式会社
Priority date: 2020-03-05
Filing date: 2021-03-01
Publication date: 2021-09-10
Also published as: EP4116455A1; EP4116455A4; JPWO2021177254A1; CN115210027B; MX2022010969A; US20230339037A1; JP6958765B1; CN115210027A; KR102650264B1; KR20220127335A

Abstract

抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接継手の製造方法を提供する。本発明は、２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組を一対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、板組のうち少なくとも１枚の鋼板は高強度鋼板であり、電流値Ｉ_Ｗ（ｋＡ）で通電する主通電工程と、焼戻し後熱処理工程とを有し、焼戻し後熱処理工程は、冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）を設ける冷却過程と、式（２）に示す電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）で、通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）の間、通電を行う昇温過程と、ダウンスロープ通電時間ｔ_ｔｍａ（ｍｓ）の間、通電電流を電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）から電流値Ｉ_ｔｍ（ｋＡ）へ連続的に減少させる遷移過程および／または電流値Ｉ_ｔｍ（ｋＡ）で、通電時間ｔ_ｔｍ（ｍｓ）の間、溶接部の通電を行う保持過程と、を有する。０．８× Ｉ_ｗ ≦ I_t ≦ １．６ × Ｉ_ｗ　・・・（２）

Description

抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接継手の製造方法

　本発明は、抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接継手の製造方法に関する。

　近年、自動車車体には燃費改善のための軽量化、および衝突安全性の確保の観点から、種々の高強度鋼板（ハイテン）の適用が進められている。自動車の組み立てラインにおいて、このような高強度鋼板を有する部材の接合には、主に抵抗スポット溶接（以下、「スポット溶接」と称することもある。）が用いられている。スポット溶接で接合されたスポット溶接部の継手強度は、上述した衝突安全性を確保するため、衝突変形時でも破断しない強度（引張強度）が要求される。スポット溶接部の継手強度は、せん断方向への引張強度である引張せん断強度（以下、「ＴＳＳ（Ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｈｅａｒ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ）」と称する場合がある。）と剥離方向への引張強度である十字引張強度（以下、「ＣＴＳ（Ｃｒｏｓｓ　ｔｅｎｓｉｏｎ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ）」と称する場合がある。）で評価される。

　スポット溶接部においてＴＳＳは母材の引張強度と共に増加する傾向にあるが、ＣＴＳは母材の引張強度が９８０Ｎ／ｍｍ^２以上（９８０ＭＰａ以上）では低下する場合がある。ＣＴＳが低下する場合、破断形態は、スポット溶接部の周囲の母材またはＨＡＺ（熱影響部）で延性的に破断するプラグ破断から、ナゲット内で脆性的に破断する界面破断もしくは部分プラグ破断へ、遷移する。ＣＴＳが低下する主な原因は、急冷後のナゲット端部の硬化によって脆性的な破壊が起こることにあるとされている。この問題を解決するため、従来より、本通電後に再度通電を行う後通電法の検討が様々なされている。

　本通電後に再度通電を行う後通電法として、例えば特許文献１～３の技術がある。

　特許文献１には、溶接通電を行った直後に、２０≦Ｃｔ≦３００を満たす溶接後冷却時間Ｃｔ（ｍｓ）で冷却し、引き続き、所定の電流で４０≦Ｐｔ２≦２００を満たす冷却後後加熱通電時間（冷却後後通電時間）Ｐｔ２（ｍｓ）の冷却後後通電を行うことによって、ＣＴＳを改善することが開示されている。

　特許文献２には、溶接通電の直後に、２０≦ＣＴ≦４０を満たす冷却時間を置いた後、引き続き、所定の電流で４０≦ＰＨＴ２≦２００を満たす冷却後後加熱時間（冷却後後通電時間）（ｍｓ）の後通電をすることによって、ＣＴＳを改善することが開示されている。

　特許文献３には、ナゲット形成後、長時間冷却した後に初期通電に比べて高い電流値で短時間の後通電を行うテンパー通電法によって、ＣＴＳを高めることが開示されている。

特開２０１１－６７８５３号公報特開２００９－２４１０８６号公報特許第５２９３２２７号公報

　しかしながら、特許文献１、２に記載の技術のように、短時間の冷却および短時間の後通電では、ナゲット端部周辺をマルテンサイト変態すること、およびナゲット端部周辺に焼き戻しマルテンサイト組織を生成することができない。そのため、焼き戻しによる靱性の向上効果を得ることができず、安定した継手強度を得ることができない。

　特許文献３に記載の技術は、後通電の通電時間が０．０２秒以上０．１秒以下と極短時間である。特許文献３の技術を、鋼板成分としてＭｎ量を多く含有する鋼板、特にＭｎを１．５～６．０質量％、Ｃを０．０５～０．６０質量％含有する鋼板（以下、この鋼板を「高強度鋼板」と称する。）に適用する場合には、Ｃ量とＭｎ量が高いため、組織が脆化する傾向にある。この脆化した組織を焼戻すために、上記した極短時間の焼き戻し時間で後通電する方法では、高強度鋼板を溶接する場合に十分な焼き戻し効果を得ることが難しい。

　また、引張強度が７８０ＭＰａ以上で、かつ鋼板成分としてＭｎを１．５～６．０質量％、Ｃを０．０５～０．６０質量％を含有する高強度鋼板に、主通電のみを行う従来のスポット溶接方法では、ＣＴＳが低い問題があった。

　そして、スポット溶接部をせん断方向へ引き剥がす際の強度を示す基準となるＴＳＳを、自動車車体へ適応した場合には、安全性向上の観点から、必須となる強度基準となる。しかし、ＣＴＳ向上のために用いられるテンパー通電は、ナゲットが軟化するために、ＴＳＳが低下する場合もある。そのため、ＣＴＳおよびＴＳＳいずれも従来に比べてより一層向上していることが要求されている。

　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、高強度鋼板、すなわち引張強度が７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であっても、スポット溶接部の急冷却によるナゲットの脆化を焼き戻しにより軽減し、継手強度を向上させることができる抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接継手の製造方法の提供を目的とする。

　本発明では、上記課題を解決するために、上記した高強度鋼板を含む板組の抵抗スポット溶接部においてＣＴＳが低下するメカニズムおよびＣＴＳを向上させる方法について、鋭意検討した。

　上述のように、鋼板の高強度化が進むにつれ、ＣＴＳは低下する。その原因の１つは、急冷による硬化組織の形成によってナゲット端部およびナゲット端部に隣接する熱影響部（ＨＡＺ）の靭性が低下することにある。ナゲット端部およびＨＡＺの靭性が低下することで、ナゲット端部の組織は脆化した組織になるため、き裂がＨＡＺからナゲット内部に侵入し、界面破断となりやすい。その結果として、ＣＴＳが低下する。一方、ナゲット端部の靭性が高ければ、ＨＡＺから侵入したき裂がナゲットの外側に進み、ナゲットが残ることでプラグ破断となる。そのため、ＣＴＳも向上する。

　そこで、本発明者らは、本通電によって形成したナゲットを、その後の冷却過程によってマルテンサイト変態させた後、再通電によってマルテンサイト組織を焼き戻して、焼き戻しマルテンサイトを生成することに着目した。焼き戻しマルテンサイトは、焼き入れままマルテンサイトと比較して高い靱性を示す組織である。そのため、ナゲット端部に焼き戻しマルテンサイトを生成することで、ナゲット端部への応力集中が緩和される。このため、継手強度に大きく影響するナゲット内部へ進展するき裂を抑制することが可能となり、ＣＴＳを向上させることができる。本発明者らは、このような高強度鋼板においてＣＴＳを向上させることができる適切な後通電条件があることを明らかにした。

　具体的には、まず、ナゲット形成のために鋼板の溶融点以上の温度まで加熱を行う主通電を行う。その後、溶融部が凝固を経て、オーステナイトからマルテンサイトへ変態する温度まで急冷する冷却過程と、引き続き、Ａ_１点直下の温度域での加熱を目的とした高温で短時間の通電を行う昇温過程とを付与することで、特にナゲット端部が高温で発熱される。更に、所定の条件で遷移過程および／または保持過程を付与することで、ナゲット端部の温度がＡ_１点以下の温度を保つことができ、これによりナゲット端部を焼戻すことができる。これらの過程を設けることで、主通電のみと比較し、ＣＴＳが向上することがわかった。

　また、ナゲット端部の靭性が向上したことにより、溶接部（抵抗スポット溶接部）の強度が高まる。これによって、ＴＳＳもより一層向上することがわかった。

　以上の結果から、後述する本発明の通電パターンによって２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組にスポット抵抗溶接を行うことで、抵抗スポット溶接部のＣＴＳが向上し、さらにＴＳＳもより一層向上できることがわかった。

　本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであり、以下を要旨とするものである。［１］　２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組を１対の溶接電極で狭持し、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
　前記板組のうち少なくとも１枚の鋼板は、成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０５～０．６０％、およびＭｎ：１．５～６．０％の範囲を満足し、引張強度が７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であり、
　前記通電は、電流値Ｉ_Ｗ（ｋＡ）で通電する主通電工程と、焼戻し後熱処理工程とを有し、
　前記焼戻し後熱処理工程は、
下記式（１）に示す冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）を設ける冷却過程と、
下記式（２）に示す電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）で、下記式（３）に示す通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）の間、通電を行う昇温過程と、
下記式（４）に示すダウンスロープ通電時間ｔ_ｔｍａ（ｍｓ）の間、通電電流を電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）から下記式（５）に示す電流値Ｉ_ｔｍ（ｋＡ）へ連続的に減少させる遷移過程および／または下記式（５）に示す電流値Ｉ_ｔｍ（ｋＡ）で、下記式（６）に示す通電時間ｔ_ｔｍ（ｍｓ）の間、溶接部の通電を行う保持過程と、を有することを特徴とする抵抗スポット溶接方法。
８００ ≦ ｔ_ｃｔ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
０．８ × Ｉ_ｗ≦ I_t ≦ １．６ × Ｉ_ｗ　　　・・・（２）
０＜ｔ_ｔ≦ ２００　　　　　　　　　　・・・（３）
０＜ｔ_ｔｍａ≦４００　　　　　　　　　　　・・・（４）
０ ≦ Ｉ_ｔｍ≦ ０．９０ × Ｉ_ｔ　　　　　・・・（５）
４００ ≦ ｔ_ｔ＋ｔ_ｔｍａ＋ｔ_ｔｍ　　　・・・（６）
　ここで、遷移過程を有さない場合は式（４）および式（６）のｔ_ｔｍａを０ｍｓとし、保持過程を有さない場合は式（５）のＩ_ｔｍを０ｋＡおよび式（６）のｔ_ｔｍを０ｍｓとする。
［２］　前記高強度鋼板は、前記成分組成に加えて、質量％で、Ａ群およびＢ群のうちから選ばれた１群または２群を含有する、上記［１］に記載の抵抗スポット溶接方法。
Ａ群：Ｓｉ：０．１～２．０％、およびＰ：０．１０％以下
Ｂ群：Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、およびＣａから選択される１種または２種以上を、含有量の合計で５％以下
［３］　上記［１］または［２］に記載の抵抗スポット溶接方法を用いて抵抗スポット溶接継手を製造することを特徴とする抵抗スポット溶接継手の製造方法。

　本発明によれば、高強度鋼板を少なくとも１枚含む複数枚の鋼板を重ね合わせた板組に対して抵抗スポット溶接方法を施す際に、冷却により生じるナゲット端部およびナゲット近傍のＨＡＺの硬化組織を焼き戻す。これにより、高強度鋼板を含む抵抗スポット溶接部において靭性を向上することができる。よって、抵抗スポット溶接継手の継手強度を向上させることができるため、産業上格段の効果を奏する。

図１は、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接を模式的に示す断面図である。図２は、本発明の抵抗スポット溶接方法の第１実施形態に係る通電パターンの一例を示すグラフである。図３は、本発明の抵抗スポット溶接方法の第２実施形態に係る通電パターンの一例を示すグラフである。図４は、本発明の抵抗スポット溶接方法の第３実施形態に係る通電パターンの一例を示すグラフである。

　以下、各図を参照して、本発明の抵抗スポット溶接方法、および抵抗スポット溶接継手の製造方法について説明する。なお、本発明はこの実施形態に限定されない。

　最初に、本発明の抵抗スポット溶接方法について説明する。

　本発明は、１枚以上の高強度鋼板を含む、合計が２枚以上の鋼板を重ね合わせて板組とし、後述する通電パターンで抵抗スポット溶接して接合する方法である。図１には、一例として、２枚の鋼板の抵抗スポット溶接を行う場合を示す。以下、図１を参照して、本発明によって２枚の鋼板を重ね合わせて接合する例について説明する。

　図１に示すように、本発明の抵抗スポット溶接方法は、まず、下側に配置される鋼板１と上側に配置される鋼板２とを重ね合わせて、板組３とする。図１に示す例では、鋼板１および鋼板２の少なくとも１枚の鋼板が高強度鋼板である。

　次いで、板組３に対して下側に配置される溶接電極４および上側に配置される溶接電極５（１対の溶接電極）で板組３を挟持し、加圧しながら通電する。そして、必要サイズのナゲット６を形成して抵抗スポット溶接継手（以下、「溶接継手」と称する場合もある。）を得る。なお、本発明では、３枚以上の鋼板を重ねて板組３としてもよく、この場合も上記した溶接方法と同様にして溶接継手を得ることができる。

　このような抵抗スポット溶接方法を実施する好適な溶接装置としては、上下一対の溶接電極を備え、一対の溶接電極で溶接する部分を挟んで、加圧および通電ができ、さらに溶接中の加圧力および溶接電流をそれぞれ任意に制御可能な加圧力制御装置および溶接電流制御装置を有していればよい。

　なお、加圧機構（例えば、エアシリンダやサーボモータ等）や、電流制御機構（例えば、交流や直流等）、形式（例えば、定置式、ロボットガン等）等は特に限定されない。電源の種類（単相交流、交流インバータ、直流インバータ）なども特に限定されない。電極の形状も特に限定されない。電極の先端の形式は、例えばＪＩＳ　Ｃ　９３０４：１９９９に記載されるＤＲ形（ドームラジアス形）、Ｒ形（ラジアス形）、Ｄ形（ドーム形）である。

　本発明では、板組のうち、少なくとも１枚の鋼板が、０．０５≦Ｃ≦０．６０（質量％）、および１．５≦Ｍｎ≦６．０（質量％）の範囲を満足する高強度鋼板である。
以下、成分組成の説明において、成分の含有量の単位である「％」は、「質量％」を示す。

　Ｃ：０．０５～０．６０％
　Ｃは、鋼の強化に寄与する元素である。Ｃ含有量が０．０５％未満では、鋼の強度が低くなり、引張強度７８０ＭＰa以上の鋼板を得ることは極めて困難である。一方、Ｃ含有量が０．６０％を超えると、鋼板の強度は高くなるものの、鋼板に硬質なマルテンサイト量が過大となり、マイクロボイドが増加する。さらに、溶接時には、ナゲットとその周辺の熱影響部（ＨＡＺ）が過度に硬化し、脆化も進むため、十字引張強度（ＣＴＳ）を向上させることは困難である。そのため、Ｃ含有量は０．０５～０．６０％とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．１０％以上とする。Ｃ含有量は、好ましくは０．４０％以下とし、より好ましくは０．３０％以下とする。

　Ｍｎ：１．５～６．０％
　Ｍｎ含有量が１．５％未満であると、本発明のように長時間の冷却を与えずとも、高い継手強度を得ることができる。一方、Ｍｎ含有量が６．０％を超えると、溶接部の脆化あるいは脆化に伴う割れが顕著に現れるため、継手強度を向上させることは困難である。そのため、Ｍｎ含有量は１．５％～６．０％とする。Ｍｎ含有量は、好ましくは１．５％以上とし、好ましくは５．５％以下とする。Ｍｎ含有量は、より好ましくは２．５％以上とし、より好ましくは３．５％以下とする。

　本発明の高強度鋼板は、Ｃ、Ｍｎに加えて、さらに、Ｓｉ、Ｐをそれぞれ以下に示す範囲で満足することができる。この範囲を満足していれば、本発明の一実施形態に係る抵抗スポット溶接方法を有効に適用することができる。

　Ｓｉ：０．１～２．０％
　Ｓｉ含有量が０．１％以上であると、鋼の強化に有効に作用する。一方、Ｓｉ含有量が２．０％を超えると、鋼は強化されるものの、靱性に悪影響を与えることがある。そのため、Ｓｉ含有量は０．１～２．０％とする。Ｓｉ含有量は、より好ましくは０．２％以上とし、さらに好ましくは０．５％以上とし、さらに一層好ましくは０．７％以上とする。Ｓｉ含有量は、より好ましくは１．９％以下とし、さらに好ましくは１．８％以下とする。

　Ｐ：０．１０％以下
　Ｐは不可避的不純物であるが、Ｐ含有量が０．１０％を超えると、溶接部のナゲット端に強偏析が現れるため継手強度を向上させることは困難である。そのため、Ｐ含有量は０．１０％以下とする。Ｐ含有量は、より好ましくは０．０３％以下とし、さらに好ましくは０．０２％以下とする。

　なお、本発明では、必要に応じて、さらに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、およびＣａから選択される１種または２種以上の元素を加えてもよい。
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏは、鋼の強度向上に寄与することができる元素である。
Ｃｒは、焼き入れ性の向上により強度を向上させることができる元素である。しかし、Ｃｒは、焼き入れ性を向上させることはできるが、過剰に含有するとＨＡＺの靱性が劣化する恐れがある。
Ｎｂ、Ｖは、析出硬化により組織制御をして鋼を強化することができる元素である。
Ｔｉ、Ｂは、焼き入れ性を改善して鋼を強化することができる元素である。
Ａｌは、オーステナイト細粒化のため組織制御をすることができる元素である。
Ｃａは、鋼の加工性向上に寄与することができる元素である。

　このような効果を得るため、上記成分組成に加えて、必要に応じて、さらに、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、およびＣａから選択される１種または２種以上の元素を加えてもよい。これらの元素は過剰に添加すると靱性劣化や割れが生じる恐れがあることから、これらの元素を含有する場合には、含有量は合計で５％以下であれば許容できる。ただし、上記した理由から、Ｃｒを含有する場合には、Ｃｒ含有量を１％以下とすることが好ましい。

　なお、これら以外の成分組成は、Ｆｅおよび不可避的不純物である。

　本発明では、上記した成分組成を有する高強度鋼板の引張強度は、７８０ＭＰａ以上である。上述のように母材の引張強度が９８０ＭＰａ以上でＣＴＳが低下する場合はあるが、母材の引張強度が７８０ＭＰａ以上の鋼板でもＣＴＳが低下する恐れがある。しかし、本発明によれば、引張強度が７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であっても、組織を焼き戻しマルテンサイトにすることにより、靱性を有する組織となる。このことから、ナゲット端部の脆性的な破壊を防止できる。これにより、溶接部はＣＴＳの低下を抑制できる。

　また、重ね合わせる鋼板は、同種の鋼板を複数枚用いて重ね合わせてもよく、あるいは異種の鋼板を複数枚用いて重ね合わせてもよい。例えば、めっき層を有する表面処理鋼板とめっき層を有さない鋼板を重ね合わせてもよい。

　また、各鋼板の板厚は同じであっても、異なっていても何ら問題ない。例えば、一般的な自動車用鋼板を対象とすることから、鋼板の板厚は、０．４ｍｍ～２．３ｍｍの範囲であることが好ましい。

　次に、本発明の抵抗スポット溶接方法における通電パターンについて説明する。

　本発明では、まず、板組を所定の溶接条件で通電することによってナゲットを形成する主通電工程を行い、その後、所定の溶接条件で通電することによってナゲット端部を焼き戻す焼戻し後熱処理工程を行う。この焼戻し後熱処理工程は、冷却過程と、昇温過程と、遷移過程および／または保持過程とを含む。

　〔主通電工程〕
　主通電工程とは、図１の例に示すように、下側の鋼板１と上側の鋼板２の重ね合わせ部を、電流値Ｉ_Ｗ（ｋＡ）で通電することで溶融して、ナゲット６を形成する通電工程である。本発明では、主通電工程におけるナゲット６を形成するための通電条件、加圧条件は特に限定しない。

　重ね合わせる鋼板に、上記した鋼板成分を有する高強度鋼板を用いる場合には、主通電工程の通電条件は、次のように制御することが好ましい。

　例えば、主通電工程の電流値Ｉ_ｗ（ｋＡ）は、安定したナゲット径を得るために、好ましくは３．０ｋＡ～８．０ｋＡとする。自動車鋼板のスポット溶接部に採用されるナゲット径は３．０√ｔ～６．０√ｔまでが一般的であり、電流値が小さすぎると目標のナゲット径を安定的に得られない。一方、電流値が大きすぎると、ナゲット径が大きくなりすぎる可能性、あるいは、鋼板の溶融度合いが大きくなり、散りとして溶けた溶接部が、板間より外に出てしまい、ナゲット径が小さくなる可能性がある。

　また、主通電工程の通電時間ｔ_ｗ（ｍｓ）は、好ましくは１２０ｍｓ～４００ｍｓとする。これは、電流値Ｉ_ｗと同様に、目標のナゲット径を得るために必要な時間である。通電時間ｔ_ｗが１２０ｍｓ未満では、ナゲットが生成しにくくなり、一方、通電時間ｔ_ｗが４００ｍｓ超えでは、ナゲット径が大きくなり過ぎる可能性と、施工性の低下が懸念される。しかしながら、必要なナゲット径が得られれば、通電時間は上記の好ましい範囲に対して短くても長くてもよい。

　加圧条件は、好ましくは、加圧力を２．０ｋＮ～７．０ｋＮとする。加圧力が大き過ぎると通電径が拡大するため、ナゲット径の確保が難しくなりやすい。一方、加圧力が小さ過ぎると、通電径が小さくなり、散りが発生しやすくなる。このような理由から、上記した加圧力の範囲内とすることが好ましい。加圧力は、装置能力により制限される場合がある。しかしながら、必要なナゲット径が得られる加圧力であれば、加圧力は上記の好ましい範囲に対して低くても高くても良い。

　〔焼戻し後熱処理工程〕
　焼戻し後熱処理工程とは、主通電工程で形成されたナゲット６における、ナゲット端部（ナゲット端部およびナゲット端部近傍のＨＡＺの硬化組織）を焼き戻す後熱処理の工程である。ナゲット端部の靭性を向上させる効果を得るためには、焼戻し後熱処理工程における溶接条件を次のように制御することが重要である。

　なお、本発明では、焼戻し後熱処理工程として、例えば、冷却過程、昇温過程、保持過程をこの順に行ってもよく（図２を参照）、冷却過程、昇温過程、遷移過程および保持過程をこの順に行ってもよく（図３を参照）、あるいは冷却過程、昇温過程、遷移過程をこの順に行ってもよい（図４を参照）。いずれのパターンの焼戻し後熱処理工程であっても、本発明の上記効果は得られる。

　＜冷却過程＞
　主通電工程後、ナゲット端部がマルテンサイト変態を生じる温度まで下げる冷却を行う。この冷却過程では、後述の焼き戻しの効果を十分に得るために、式（１）に示す冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）の間、溶接部を冷却する。
８００ ≦ ｔ_ｃｔ　　　　・・・（１）
　冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）が８００（ｍｓ）未満の場合、ナゲット端部ではマルテンサイト変態が十分に起こらず、マルテンサイトが現出しないためにオーステナイトが残存したままの組織となる。そのため、焼戻し後熱処理工程においても、そのままオーステナイトが残存し、最終的にはマルテンサイト組織となる。その結果、ナゲット端部が脆化した組織となるため、ＣＴＳが向上しない。よって、冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）は８００（ｍｓ）以上とする。冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）は、好ましくは８５０（ｍｓ）以上とし、より好ましくは９００（ｍｓ）以上とし、さらに好ましくは９５０（ｍｓ）以上とする。

　冷却過程の冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）の上限は、特に限定しない。本特許が対象とする鋼板は、自動車用鋼板を対象とすることから溶接時間が長いと施行効率の低下が生じるため、冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）は２２００（ｍｓ）以下とすることが好ましい。冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）は、より好ましくは２０００（ｍｓ）以下とし、さらに好ましくは１８００（ｍｓ）以下とする。

　＜昇温過程＞
　冷却過程に引き続き、式（２）に示す後通電の電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）で、式（３）に示す通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）の間、溶接部を通電する昇温過程を行う。
０．８ × Ｉ_ｗ≦ I_ｔ ≦ １．６ × Ｉ_ｗ　　・・・（２）
０＜ｔ_ｔ ≦２００　　　　　　　　　　・・・（３）
　通常、後通電の電流値を一定に設定して通電を行っても、後通電の通電時間が長くなるにつれてナゲット端部の温度が上昇するため、目標とする温度域での焼戻しは一時的なものとなる。そこで、本発明では、後通電の初通電（昇温過程の通電）の電流を増大させることで、Ａ_１点の直下の温度まで短時間で急速に温度上昇させることが特に重要である。これにより、ナゲット端部における硬化部（硬化組織）を効果的に焼戻す。その結果、ナゲット端部の組織を焼き戻しマルテンサイトにすることができる。この電流値Ｉ_ｔが低過ぎると焼き戻しの効果が薄れてしまう。一方、電流値Ｉ_ｔが高過ぎるとＡ_１点を超えるために、焼き戻しの効果が無くなってしまう。

　このような理由から、昇温過程の電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）が、（０．８×Ｉ_ｗ）未満の場合、Ａ_１点未満の温度となり、ナゲット端部を効果的に焼戻すことができない。よって、昇温過程の電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）は、（０．８×Ｉ_ｗ）以上とする。電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）は、好ましくは（１．０×Ｉ_ｗ）以上とし、より好ましくは（１．０５×Ｉ_ｗ）以上とする。

　一方、昇温過程の電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）が、（１．６×Ｉ_ｗ）を超える場合、Ａ_１点を超えてしまう可能性が高く、後続の過程において再度オーステナイト変態し、最終的にマルテンサイト組織となることで脆化する。その結果、ナゲット端部の靭性を得られない。よって、昇温過程の電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）は、（１．６×Ｉ_ｗ）以下とする。電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）は、好ましくは（１．４×Ｉ_ｗ）以下とし、より好ましくは（１．３×Ｉ_ｗ）以下とする。

　焼戻し後熱処理工程における昇温過程は、短時間で急速に温度を上げているため、昇温過程の通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）は、０＜ｔ_ｔ≦２００とする。

　昇温過程の通電時間（昇温時間）ｔ_ｔが０ｍｓでは、ナゲット端部への焼き戻しが十分ではなく、昇温による効果が薄れる。よって、昇温時間ｔ_ｔは０ｍｓ超えとする。昇温時間ｔ_ｔは、好ましくは１０ｍｓ以上とし、より好ましくは２０ｍｓ以上とし、さらに好ましくは４０ｍｓ以上とし、さらに一層好ましくは８０ｍｓ以上とする。
一方、昇温時間ｔ_ｔが長すぎるとナゲット端部の温度が上がり過ぎてしまい、Ａ_１点を超える温度となる。これにより、焼き戻しマルテンサイトが再度オーステナイト組織となり、焼き戻し通電終了後には硬いマルテンサイトに戻る。その結果、焼き戻しの効果が無くなる。よって、昇温時間ｔ_ｔは２００ｍｓ以下とする。昇温過程でＡ_１点直下の温度まで上昇させることができれば、後続の過程の遷移過程、保持過程で温度の維持が可能となる。このため、生産性を考慮して溶接時間を短くする観点から、昇温時間ｔ_ｔは、好ましくは１６０ｍｓ以下とし、より好ましくは１５０ｍｓ以下とする。

　＜遷移過程＞
　遷移過程を有する場合、昇温過程に引き続き、式（４）に示すダウンスロープ通電時間ｔ_ｔｍａ（ｍｓ）の間、溶接部を通電する遷移過程を行う。
０＜ｔ_ｔｍａ≦４００　　　　　　　　・・・（４）
　ここで、遷移過程を有さない場合は式（４）のｔ_ｔｍａを０ｍｓとする。
すなわち、遷移過程を有さない場合には、ダウンスロープ通電時間ｔ_ｔｍａを設けないため、式（４）は使用されないことを意味する。

　図３に示すように、昇温過程後に遷移過程および保持過程の両方を有する場合（すなわち、昇温過程と後述する保持過程との間に遷移過程を有する場合）、あるいは、図４に示すように、昇温過程後に遷移過程のみを有する場合には、所定の遷移時間で、昇温過程の電流値Ｉ_ｔから後述する式（５）に示す保持過程の電流値Ｉ_ｔｍ（ｋＡ）まで連続的に電流が変化する遷移過程を付加する。これにより、ナゲット端部をＡ_１点直下の温度に制御することができる。遷移過程はナゲット端部をＡ_１点直下の温度に制御することを目的としており、遷移過程のダウンスロープ通電時間（遷移時間）ｔ_ｔｍａが短時間でも効果を示すことができる。よって、遷移過程を有する場合には、溶接時間が長いと施行効率の低下につながることから、遷移時間は、０超え、４００ｍｓ以下とする。遷移時間は、好ましくは２０ｍｓ以上、より好ましくは３０ｍｓ以上とする。遷移時間は、好ましくは３５０ｍｓ以下、より好ましくは３００ｍｓ以下とする。

　なお、本発明では、上記した昇温過程に変えて、遷移過程で代用することも可能である。この場合には、冷却過程に引き続き遷移過程を行うに際し、まず上記式（２）に示す高電流値（Ｉ_ｔ）で通電し、続けて、この電流値Ｉ_ｔから後述する式（５）に示す保持過程の電流値Ｉ_ｔｍまで、上記の式（４）に示すダウンスロープ通電時間ｔ_ｔｍａで、連続的に電流を変化させればよい。

　＜保持過程＞
　図２に示すように、昇温過程に引き続き保持過程を有する場合、あるいは、図３に示すように、昇温過程後に遷移過程および保持過程を有する場合には、式（５）に示す電流値Ｉ_ｔｍ（ｋＡ）で、式（６）に示す通電時間ｔ_ｔｍ（ｍｓ）の間、溶接部を通電する保持過程を設ける。
０ ≦ Ｉ_ｔｍ≦ ０．９０ × Ｉ_ｔ　　　　　・・・（５）
４００ ≦ ｔ_ｔ＋ｔ_ｔｍａ＋ｔ_ｔｍ　　　・・・（６）
　ここで、遷移過程を有さない場合は式（６）のｔ_ｔｍａを０ｍｓとし、保持過程を有さない場合は式（５）のＩ_ｔｍを０ｋＡおよび式（６）のｔ_ｔｍを０ｍｓとする。

　これにより、昇温過程におけるＡ_１点直下の温度を維持しながらナゲット端部を焼戻すことで、焼戻しを進めることができる。その結果、焼き戻しの効果をより効果的に得ることができる。保持過程は、昇温過程で上昇させたＡ_１点直下の温度を維持するための過程であることから、保持過程の電流値Ｉ_ｔｍは昇温過程の電流値Ｉ_ｔより低く設定している。また、この電流値Ｉ_ｔｍが高過ぎると保持中にＡ_１点を超える可能性があることから、電流値Ｉ_ｔｍ（ｋＡ）は（０．９０×Ｉ_ｔ）ｋＡ以下とする。電流値Ｉ_ｔｍ（ｋＡ）は、好ましくは（０．８×Ｉ_ｔ）ｋＡ以下とし、より好ましくは（０．７×Ｉ_ｔ）ｋＡ以下とする。保持過程の電流値Ｉ_ｔｍは０ｋＡ以上とする。電流値Ｉ_ｔｍは、好ましくは（０．４×Ｉ_ｔ）ｋＡ以上とし、より好ましくは（０．４５×Ｉ_ｔ）ｋＡ以上とする。

　なお、本発明では、図２に示したように、昇温過程後に遷移過程を有することなく、保持過程のみを有する場合であっても、上述のようにＡ_１点直下の温度を維持することは可能である。

　保持過程の通電時間ｔ_ｔｍ（ｍｓ）は、ナゲット端部の温度をＡ_１点直下で維持し、焼戻しを進める観点から、好ましくは５０ｍｓ以上とし、好ましくは２０００ｍｓ以下とする。
保持過程の通電時間ｔ_ｔｍ（ｍｓ）は、より好ましくは４００ｍｓ以上とし、より好ましくは１８００ｍｓ以下とする。さらに好ましくは６００ｍｓ以上とし、さらに好ましくは１６００ｍｓ以下とする。

　本発明では、焼戻し後熱処理工程の通電時間（ｍｓ）、すなわち昇温過程の通電時間ｔ_ｔ、遷移過程の通電時間ｔ_ｔｍａ、および保持過程の通電時間ｔ_ｔｍの合計時間を制御することも重要である。焼戻し後熱処理工程の通電時間の合計は、上記した式（６）の関係を満たす。ここでは、上記した式（６）を満たすように、保持過程の通電時間ｔ_ｔｍを制御する。

　式（６）に示す右辺の合計値が、４００ｍｓ未満では、焼き戻しが進まず、継手強度も向上しない。よって、焼戻し後熱処理工程の通電時間は４００ｍｓ以上とする。より一層優れた焼き戻しの効果を得るためには、好ましくは４５０ｍｓ以上、より好ましくは５００ｍｓ以上、さらに好ましくは８００ｍｓ以上が好ましい。なお、焼戻し後熱処理工程の通電時間の上限は特に規定しない。焼戻し後熱処理工程の通電時間が長すぎると生産性を阻害することから、焼戻し後熱処理工程の通電時間は、２０００ｍｓ以下とすることが好ましい。焼戻し後熱処理工程の通電時間は、より好ましくは１５００ｍｓ以下、さらに好ましくは１２００ｍｓ以下とする。

　次に、抵抗スポット溶接継手の製造方法について説明する。

　本発明は、上述した抵抗スポット溶接方法を用いた抵抗スポット溶接継手の製造方法である。本発明の抵抗スポット溶接継手の製造方法では、例えば、２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組を一対の溶接電極で狭持し、加圧しながら上記した各工程の溶接条件で通電する抵抗スポット溶接を行い、必要サイズのナゲットを形成し、抵抗スポット溶接継手を得る。なお、鋼板や溶接条件等は上述の説明と同様であるため、説明は省略する。

　以上説明したように、本発明の抵抗スポット溶接方法および抵抗スポット溶接継手の製造方法は、後通電すなわち焼戻し後熱処理工程の溶接条件を適切に制御することにより、ナゲット端部の靭性を向上し、延性的な破面を得ることで界面破断を抑制する。その結果、プラグ破断あるいは、プラグの大部分が残存した部分プラグ破断とすることができる。これにより、得られる溶接継手の継手強度（ＣＴＳ）を向上させることができる。
さらに、ナゲット端部の靭性が向上したことにより、溶接継手のＴＳＳもより一層向上できる。そのため、板組に上記した鋼板成分を有する高強度鋼板を含む場合でも、継手強度（ＣＴＳおよびＴＳＳ）をより向上させることができる。

　なお、本発明により得られるナゲットの成分は、０．０５≦Ｃ≦０．６０（質量％）、０．１≦Ｓｉ≦２．０（質量％）、１．５≦Ｍｎ≦６．０（質量％）の範囲になり得る。ナゲット内成分の算出方法は、上述の方法で作製したサンプルからナゲットを切出し、化学分析により求めても良い。あるいは、溶接部の断面写真から求め、その割合を上下それぞれの鋼板の溶融部の断面積の割合とそれぞれの鋼板成分の含有量より換算しても良い。

　以下、本発明の作用および効果について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

　本発明の実施例として、上述の図１に示したように、２枚の鋼板（下側の鋼板１と上側の鋼板２）を重ね合わせた板組３について、Ｃガンに取付けられたサーボモータ加圧式で直流電源を有する抵抗溶接機を用いて抵抗スポット溶接を行った。必要サイズのナゲット６を形成し、抵抗スポット溶接継手を作製した。なお、一部の板組は、３枚の鋼板を重ね合わせた。

　試験片には、表１および表２に示す、７８０ＭＰａ級～１１８０ＭＰａ級までの板厚０．８～１．２ｍｍの鋼板（鋼板Ａ～鋼板Ｊ）を使用した。試験片のサイズは、長辺：１５０ｍｍ、短辺：５０ｍｍとした。鋼板Ａ～鋼板Ｊには、表１に示す成分組成の鋼板を用いた。鋼板成分を表す％は、特に明記しない限り「質量％」を意味する。

　まず、得られた試験片を用いて表２に示すように重ね合わせて配置し、板組３とした。

　次に、各板組３を用いて、表３－１および表３－２に示す溶接条件の抵抗スポット溶接を行い、必要サイズのナゲット６を形成し、抵抗スポット溶接継手を得た。

　なお、この時の通電は、以下に示す条件で行った。通電中の加圧力は一定とし、ここでは３．５ｋＮで行った。また、下の溶接電極４と上の溶接電極５は、いずれも先端の直径：６ｍｍ、先端の曲率半径：４０ｍｍとし、クロム銅製のＤＲ型電極を用いた。また、下側の溶接電極４と上側の溶接電極５で加圧力を制御し、直流電源を用いて溶接を行った。ナゲット径は、板厚：ｔ（ｍｍ）とするとき５．５√ｔ（ｍｍ）以下となるように形成した。

　得られた抵抗スポット溶接継手を用いて、以下に記載の方法で十字引張試験および引張せん断試験を行い、ＣＴＳおよびＴＳＳの評価を行った。

　［ＣＴＳの評価］
　ＣＴＳの評価は、作製した抵抗スポット溶接継手に対し、ＪＩＳＺ３１３７に規定の方法で十字引張試験を行い、ＣＴＳ（十字引張力）を測定して行った。測定値がＪＩＳ　Ａ級（３．４ｋＮ）以上であったものに対して記号「○」を付し、ＪＩＳ　Ａ級未満であったものに対して記号「×」を付した。なお、本実施例では、記号「○」の場合を良好と評価し、記号「×」の場合を劣ると評価する。

　［ＴＳＳの評価］
　ＴＳＳの評価は、作製した抵抗スポット溶接継手に対し、ＪＩＳＺ３１３６に規定の方法で引張せん断試験を行い、ＴＳＳ（せん断方向への引張強度）を測定して行った。測定値がＪＩＳ　Ａ級（６．４ｋＮ）以上であったものに対して記号「○」を付し、ＪＩＳ　Ａ級未満であったものに対して記号「×」を付した。なお、本実施例では、記号「○」の場合を良好と評価し、記号「×」の場合を劣ると評価する。

　表４－１および表４－２に抵抗スポット溶接継手におけるＣＴＳおよびＴＳＳの評価結果を示す。

　表４－１および表４－２に示したとおり、本発明の方法に従い抵抗スポット溶接を行った本発明例では、ＣＴＳおよびＴＳＳが良好な抵抗スポット溶接継手を得られた。これに対し、本発明の方法の溶接条件を外れる比較例では、ＣＴＳおよびＴＳＳの少なくとも１つ以上で良好な継手が得られなかった。

　１　　　下の鋼板
　２　　　上の鋼板
　３　　　板組
　４　　　下の溶接電極
　５　　　上の溶接電極
　６　　　ナゲット

Claims

　２枚以上の鋼板を重ね合わせた板組を１対の溶接電極で狭持し、加圧しながら通電して接合する抵抗スポット溶接方法であって、
　前記板組のうち少なくとも１枚の鋼板は、成分組成が、質量％で、Ｃ：０．０５～０．６０％、およびＭｎ：１．５～６．０％の範囲を満足し、引張強度が７８０ＭＰａ以上の高強度鋼板であり、
　前記通電は、電流値Ｉ_Ｗ（ｋＡ）で通電する主通電工程と、焼戻し後熱処理工程とを有し、
　前記焼戻し後熱処理工程は、
下記式（１）に示す冷却時間ｔ_ｃｔ（ｍｓ）を設ける冷却過程と、
下記式（２）に示す電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）で、下記式（３）に示す通電時間ｔ_ｔ（ｍｓ）の間、通電を行う昇温過程と、
下記式（４）に示すダウンスロープ通電時間ｔ_ｔｍａ（ｍｓ）の間、通電電流を電流値Ｉ_ｔ（ｋＡ）から下記式（５）に示す電流値Ｉ_ｔｍ（ｋＡ）へ連続的に減少させる遷移過程および／または下記式（５）に示す電流値Ｉ_ｔｍ（ｋＡ）で、下記式（６）に示す通電時間ｔ_ｔｍ（ｍｓ）の間、溶接部の通電を行う保持過程と、を有する、抵抗スポット溶接方法。
８００ ≦ ｔ_ｃｔ　　　　　　　　　　　　・・・（１）
０．８ × Ｉ_ｗ ≦I_t ≦ １．６ × Ｉ_ｗ　　・・・（２）
０＜ｔ_ｔ ≦ ２００　　　　　　　　　　・・・（３）
０＜ｔ_ｔｍａ≦ ４００　　　　　　　　　・・・（４）
０ ≦ Ｉ_ｔｍ ≦ ０．９０× Ｉ_ｔ　　　　　・・・（５）
４００ ≦ ｔ_ｔ＋ｔ_ｔｍａ＋ｔ_ｔｍ　　　・・・（６）
　ここで、遷移過程を有さない場合は式（４）および式（６）のｔ_ｔｍａを０ｍｓとし、保持過程を有さない場合は式（５）のＩ_ｔｍを０ｋＡおよび式（６）のｔ_ｔｍを０ｍｓとする。
　前記高強度鋼板は、前記成分組成に加えて、質量％で、Ａ群およびＢ群のうちから選ばれた１群または２群を含有する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
Ａ群：Ｓｉ：０．１～２．０％、およびＰ：０．１０％以下
Ｂ群：Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉ、Ｂ、Ａｌ、およびＣａから選択される１種または２種以上を、含有量の合計で５％以下
　請求項１または２に記載の抵抗スポット溶接方法を用いて抵抗スポット溶接継手を製造する、抵抗スポット溶接継手の製造方法。