JP7795136B2 - Welded joints, welded joint manufacturing methods, automobile parts, and building material parts - Google Patents
Welded joints, welded joint manufacturing methods, automobile parts, and building material partsInfo
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Description
本発明は、溶接継手、溶接継手の製造方法、自動車部品、及び建材部品に関する。
本願は、2022年7月4日に、日本に出願された特願2022-107799号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
The present invention relates to a welded joint, a method for manufacturing a welded joint, an automobile part, and a building material part.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2022-107799, filed on July 4, 2022, the contents of which are incorporated herein by reference.
自動車のシャシー部材では、塩害地での長期間にわたる強度信頼性確保の観点から、腐食を考慮した板厚設計がなされる。そのため、適用される板厚の下限が制限される。シャシー部材に薄厚の高強度鋼板を適用し、自動車の軽量化を進めるためには、シャシー部材の塗装後耐食性を向上させる必要がある。溶接部の塗装後耐食性とは、塗装されて塗膜が形成された後の、溶接部の耐食性のことである。 In order to ensure long-term strength and reliability in salt-damaged areas, the thickness of automobile chassis components is designed with corrosion in mind. This places a limit on the minimum thickness that can be applied. In order to use thin, high-strength steel plates in chassis components and reduce the weight of automobiles, it is necessary to improve the corrosion resistance of chassis components after painting. The corrosion resistance of welds after painting refers to the corrosion resistance of welds after they have been painted and a paint film has been formed.
溶接部の塗装後耐食性を向上させるためには、溶接部の塗装性を向上させつつ、塗膜密着性を向上させることが重要となる。塗装性、又は塗膜密着性とは、塗膜の形成の容易さのことをいう。塗装性が高い溶接部には、欠陥が少ない塗膜を形成することができる。また、塗膜密着性とは、形成された塗膜の密着性のことをいう。塗膜密着性が高い溶接部に形成された塗膜では、長期間にわたって耐食効果が維持される。 To improve the corrosion resistance of welds after painting, it is important to improve the paintability of the welds while also improving paint adhesion. Paintability, or paint adhesion, refers to the ease with which a paint film can be formed. Welds with high paintability can be formed with paint films with fewer defects. Paint adhesion also refers to the adhesion of the paint film that is formed. Paint films formed on welds with high paint adhesion maintain their corrosion resistance effects for a long period of time.
また、溶接部の裏側は部材の内部に位置することが多い。ここで、溶接部の表側とは、溶接ビードが配された側のことであり、裏側とは表側の反対側のことである。部材の内側に位置する溶接部の裏側は、溶接後の後工程を活用して塗装後耐食性を改善することが難しい。従って、溶接部には、溶接ままでの塗装後耐食性の改善が求められる。 In addition, the back side of a weld is often located inside the component. Here, the front side of a weld refers to the side where the weld bead is located, and the back side refers to the side opposite the front side. It is difficult to improve the corrosion resistance after painting on the back side of a weld, which is located inside the component, using post-weld processes. Therefore, it is necessary to improve the corrosion resistance of welds after painting while they are still in the welded state.
特許文献1には、鋼製溶接構造物を洗浄するための洗浄液であって、EDTA又はその塩を含有する酸性溶液である洗浄液、及び、EDTA又はその塩を含有する酸性溶液に鋼製溶接構造物を浸漬させる、鋼製溶接構造物の洗浄方法が開示されている。特許文献1の技術によれば、鋼製溶接構造物上の酸化皮膜やヒュームを良好に除去して、溶接部の塗装性が向上するとされる。 Patent Document 1 discloses a cleaning solution for cleaning steel welded structures, which is an acidic solution containing EDTA or its salts, and a cleaning method for steel welded structures in which the steel welded structure is immersed in the acidic solution containing EDTA or its salts. The technology in Patent Document 1 is said to effectively remove oxide films and fumes from the steel welded structure, improving the paintability of the welds.
特許文献2には、複数枚の薄鋼板をガスシールドアーク溶接により接合するためのガスシールドアーク溶接用ソリッドワイヤであって、ワイヤ全質量に対する質量%で、C:0.05~0.20%、Si:0.01~0.18%、Mn:1.0~3.0%、Ti:0.06~0.25%、Al:0.003~0.10%、B:0~0.0100%、P:0超~0.015%、S:0超~0.015%、及び任意元素を含み、残部が鉄および不純物からなり、Si×Mn≦0.30及び(Si+Mn/5)/(Ti+Al)≦3.0を満たし、さらにCeqが0.40~0.90%であるソリッドワイヤが開示されている。特許文献2に記載の技術によれば、電着塗装性及び機械特性に優れた溶接部を形成することが可能であるとされる。Patent Document 2 discloses a solid wire for gas-shielded arc welding used to join multiple thin steel plates by gas-shielded arc welding, containing, by mass percent relative to the total mass of the wire, 0.05-0.20% C, 0.01-0.18% Si, 1.0-3.0% Mn, 0.06-0.25% Ti, 0.003-0.10% Al, 0-0.0100% B, greater than 0-0.015% P, greater than 0-0.015% S, and optional elements, with the balance consisting of iron and impurities, satisfying the conditions Si × Mn ≦ 0.30 and (Si + Mn / 5) / (Ti + Al) ≦ 3.0, and further having a Ceq of 0.40-0.90%. The technology described in Patent Document 2 is said to enable the formation of welds with excellent electrodeposition paintability and mechanical properties.
特許文献3には、Arを92~99.5体積%含有するシールドガスを用いて、引張強度が780MPa以上の鋼板Wを溶接するためのガスシールドアーク溶接方法であって、シールドガス中のAr含有量(体積%)をCAr、シールドガスを供給するノズルの内径(mm)をD、溶接速度(cm/min)をv、溶接電流(A)をI、としたとき、式(1)により算出される値が0.20以上であるガスシールドアーク溶接方法が開示されている。特許文献3の技術によれば、溶接後における電着塗装の不良を抑制して、構造部材の耐食性を向上させることができるとされる。 Patent Document 3 discloses a gas-shielded arc welding method for welding steel sheets (W) with a tensile strength of 780 MPa or greater using a shielding gas containing 92 to 99.5% by volume of Ar, in which the value calculated using equation (1) is 0.20 or greater, where CAr is the Ar content (volume %) in the shielding gas, D is the inner diameter (mm) of the nozzle supplying the shielding gas, v is the welding speed (cm/min), and I is the welding current (A). The technology in Patent Document 3 is said to be able to suppress defects in electrodeposition coating after welding and improve the corrosion resistance of structural members.
しかしながら、特許文献1の技術においては、酸化皮膜を除去することによって塗装性を向上させている。溶接後に後処理をすることが難しい構造を有する部材には、浸漬による洗浄効果は十分でなく、特許文献1の技術を適用することができない。However, the technology in Patent Document 1 improves paintability by removing the oxide film. For components with structures that make post-processing after welding difficult, the cleaning effect of immersion is insufficient, and the technology in Patent Document 1 cannot be applied.
特許文献2、及び特許文献3の技術は、スラグ除去などの後処理を行うことなく溶接部の塗装性を向上させることができる。しかしながら、特許文献2及び特許文献3の技術は、塗膜の密着性について考慮していない。さらに、特許文献2及び3の技術は、溶接部の表側、即ち溶接ビードが形成されている側に付着した酸化物の改質を行っているが、溶接部の裏側に形成される酸化物の改質に関しては何ら考慮していない。 The techniques of Patent Documents 2 and 3 can improve the paintability of welds without requiring post-processing such as slag removal. However, the techniques of Patent Documents 2 and 3 do not take into consideration the adhesion of the coating. Furthermore, while the techniques of Patent Documents 2 and 3 modify the oxides adhering to the front side of the weld, i.e., the side where the weld bead is formed, they do not take into consideration the modification of the oxides that form on the back side of the weld.
以上の事情に鑑みて本発明は、溶接ままの状態で塗装することにより製造可能であり、溶接部の表側及び裏側の両方の塗装後耐食性が高い溶接継手及びその製造方法、自動車部品、並びに建材部品を提供することを課題とする。In light of the above circumstances, the present invention aims to provide a welded joint that can be manufactured by painting in an as-welded state and that has high corrosion resistance after painting on both the front and back sides of the weld, a manufacturing method for the same, an automobile part, and a building material part.
本発明の要旨は以下の通りである。 The gist of the present invention is as follows.
(1)本発明の一態様に係る溶接継手は、第1の鋼板と、第2の鋼板と、前記第1の鋼板の端部及び前記第2の鋼板の第1面を接合する溶接ビードと、前記溶接ビードの周囲に形成されるHAZと、前記第1の鋼板、前記第2の鋼板、及び前記溶接ビードそれぞれの表面に設けられた塗膜と、前記第2の鋼板の前記第1面に対する裏面である第2面側において、前記HAZに接し、且つ前記HAZと前記塗膜との間にあるスケールと、を備え、前記第2の鋼板の化学成分が、単位質量%で、C:0.03~0.20%、Si:0.02~0.30%、P:0.080%以下、Ti:0.05~0.20%、及びAl:0.05~0.40%、を含み、前記第2の鋼板の前記化学成分が式1を満たし、
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (式1)
式1に含まれる元素記号は、前記第2の鋼板における、当該元素記号に対応する元素の単位質量%での含有量であり、前記溶接ビードの溶け込み深さが、前記第2の鋼板の板厚に対して50%以上90%以下であり、前記スケールが、単位原子%で、Ti:2.00~60.00%及びAl:2.00~30.00%を含有し、前記第2の鋼板の前記第2面側の前記HAZ上の領域において、JIS H 8504:1999に準拠した塗膜剥離試験によって剥離する前記塗膜の面積割合が15%以下である。
(2)上記(1)に記載の溶接継手は、重ね継手、又はT継手であってもよい。
(1) A weld joint according to one aspect of the present invention comprises a first steel plate, a second steel plate, a weld bead joining an end of the first steel plate and a first surface of the second steel plate, a HAZ formed around the weld bead, coating films provided on the surfaces of the first steel plate, the second steel plate, and the weld bead, respectively, and scale in contact with the HAZ and between the HAZ and the coating film on a second surface side of the second steel plate, which is the back surface of the second steel plate opposite to the first surface, wherein the chemical composition of the second steel plate includes, in unit mass%, C: 0.03 to 0.20%, Si: 0.02 to 0.30%, P: 0.080% or less, Ti: 0.05 to 0.20%, and Al: 0.05 to 0.40%, and the chemical composition of the second steel plate satisfies Formula 1,
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (Formula 1)
The element symbols included in Formula 1 are the contents, in unit mass %, of the elements corresponding to the element symbols in the second steel plate, the penetration depth of the weld bead is 50% to 90% of the plate thickness of the second steel plate, the scale contains, in atomic %, Ti: 2.00 to 60.00% and Al: 2.00 to 30.00%, and in a region on the HAZ on the second surface side of the second steel plate, the area ratio of the coating that peels off in a coating peeling test in accordance with JIS H 8504:1999 is 15% or less.
(2) The welded joint described in (1) above may be a lap joint or a T-joint.
(3)本発明の別の態様に係る溶接継手の製造方法は、第1の鋼板の端部及び第2の鋼板の第1面をアーク溶接して、前記第1の鋼板の前記端部及び前記第2の鋼板の前記第1面を接合する溶接ビードを形成する工程と、前記第1の鋼板、前記第2の鋼板、及び前記溶接ビードに塗装して、それぞれの表面に塗膜を設ける工程と、を備える溶接継手の製造方法であって、前記溶接ビードを形成する工程において、前記溶接ビードの周囲にHAZが形成され、前記HAZが前記第2の鋼板の第2面側から露出し、露出した前記HAZの表面にスケールが形成され、前記塗膜を設ける工程において、前記第2の鋼板の前記第2面側の前記HAZ及び前記スケール上に前記塗膜が設けられ、前記第2の鋼板を、その化学成分が、単位質量%で、C:0.03~0.20%、Si:0.02~0.30%、P:0.080%以下、Ti:0.05~0.20%、及びAl:0.05~0.40%、を含み、前記第2の鋼板を、その前記化学成分が式1を満たすものとし、
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 式(1)
式1に含まれる元素記号は、前記第2の鋼板における、当該元素記号に対応する元素の単位質量%での含有量であり、前記溶接ビードの溶け込み深さを、前記第2の鋼板の板厚に対して50%以上90%以下とし、前記スケールを、単位原子%で、Ti:2.00~60.00%及びAl:2.00~30.00%を含有するものとし、前記アーク溶接の前に、前記第2の鋼板の前記第2面における、前記HAZが前記アーク溶接によって形成される領域の、ISO 25178:2021に規定される算術平均高さSa及び最大高さSzを、式2を満たす範囲内とし、これにより、前記第2の鋼板の前記第2面側の前記HAZ上の領域において、JIS H 8504:1999に準拠した塗膜剥離試験によって剥離する前記塗膜の面積割合を15%以下とする
20μm<Sz-Sa<100μm(式2)。
(4)上記(3)に記載の溶接継手の製造方法では、前記溶接継手を重ね継手、又はT継手としてもよい。
(3) A method for manufacturing a welded joint according to another aspect of the present invention includes the steps of arc-welding an end of a first steel plate and a first surface of a second steel plate to form a weld bead that joins the end of the first steel plate and the first surface of the second steel plate, and painting the first steel plate, the second steel plate, and the weld bead to provide a coating film on each surface, wherein in the step of forming the weld bead, a HAZ is formed around the weld bead, and the HAZ is formed on the second steel plate. a scale is formed on the surface of the exposed HAZ exposed from the second surface side of the steel plate, and in the step of providing the coating film, the coating film is provided on the HAZ and the scale on the second surface side of the second steel plate, and the chemical composition of the second steel plate includes, in unit mass%, C: 0.03 to 0.20%, Si: 0.02 to 0.30%, P: 0.080% or less, Ti: 0.05 to 0.20%, and Al: 0.05 to 0.40%, and the chemical composition of the second steel plate satisfies Formula 1;
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 Formula (1)
The element symbols included in Formula 1 are the contents, in unit mass%, of the elements corresponding to the element symbols in the second steel plate, the penetration depth of the weld bead is 50% to 90% of the plate thickness of the second steel plate, the scale contains, in atomic %, Ti: 2.00 to 60.00% and Al: 2.00 to 30.00%, and before the arc welding, the arithmetic mean height Sa and maximum height Sz defined in ISO 25178:2021 in the region on the second surface of the second steel plate where the HAZ is formed by the arc welding are set within ranges that satisfy Formula 2, thereby making the area ratio of the coating that peels off in a coating peeling test in accordance with JIS H 8504:1999 in the region on the HAZ on the second surface side of the second steel plate 15% or less 20 μm<Sz-Sa<100 μm (Formula 2).
(4) In the method for manufacturing a welded joint described in (3) above, the welded joint may be a lap joint or a T-joint.
(5)本発明の別の態様に係る自動車部品は、上記(1)又は(2)に記載の溶接継手を備える。 (5) Another aspect of the present invention relates to an automotive part having a welded joint described in (1) or (2) above.
(6)本発明の別の態様に係る建材部品は、上記(1)又は(2)に記載の溶接継手を備える。 (6) Another aspect of the present invention relates to a building material component having a welded joint described in (1) or (2) above.
本発明によれば、溶接ままの状態で塗装することにより製造可能であり、表面及び裏面の両方の塗装後耐食性が高い溶接継手及びその製造方法、自動車部品、並びに建材部品を提供することができる。 The present invention provides welded joints that can be manufactured by painting them in the as-welded state and have high corrosion resistance after painting on both the front and back surfaces, as well as methods for manufacturing such joints, automotive parts, and building material parts.
本発明の一態様に係る溶接継手1は、図1~図4に例示されるように、第1の鋼板11と、第2の鋼板12と、第1の鋼板11の端部111及び第2の鋼板12の第1面121を接合する溶接ビード13と、溶接ビード13の周囲に形成されるHAZ14と、第1の鋼板11、第2の鋼板12、及び溶接ビード13それぞれの表面に設けられた塗膜15と、第2の鋼板12の第1面に対する裏面である第2面122側において、HAZ14に接し、且つHAZ14と塗膜15との間にあるスケール16と、を備え、第2の鋼板12の化学成分が、単位質量%で、C:0.03~0.20%、Si:0.02~0.30%、P:0.080%以下、Ti:0.05~0.20%、及びAl:0.05~0.40%、を含み、第2の鋼板12の化学成分が式1を満たし、
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (式1)
式1に含まれる元素記号は、第2の鋼板12における、当該元素記号に対応する元素の単位質量%での含有量であり、溶接ビード13の溶け込み深さDが、第2の鋼板12の板厚t2に対して50%以上90%以下であり、スケール16が、単位原子%で、Ti:2.00~60.00%及びAl:2.00~30.00%を含有し、第2の鋼板12の第2面122側のHAZ14上の領域において、JIS H 8504:1999に準拠した塗膜剥離試験によって剥離する塗膜15の面積割合が15%以下である。
As illustrated in FIGS. 1 to 4 , a weld joint 1 according to one embodiment of the present invention comprises a first steel plate 11, a second steel plate 12, a weld bead 13 joining an end 111 of the first steel plate 11 and a first surface 121 of the second steel plate 12, a HAZ 14 formed around the weld bead 13, coating films 15 provided on the surfaces of the first steel plate 11, the second steel plate 12, and the weld bead 13, and a coating film 15 on the first surface 121 of the second steel plate 12. and a scale 16 on a second surface 122 side, which is the opposite surface to the second steel plate 12, in contact with the HAZ 14 and between the HAZ 14 and the coating film 15, the chemical composition of the second steel plate 12 containing, in unit mass%, C: 0.03 to 0.20%, Si: 0.02 to 0.30%, P: 0.080% or less, Ti: 0.05 to 0.20%, and Al: 0.05 to 0.40%, and the chemical composition of the second steel plate 12 satisfies formula 1,
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (Formula 1)
The element symbols included in Formula 1 are the contents, in unit mass %, of the elements corresponding to the element symbols in the second steel plate 12, the penetration depth D of the weld bead 13 is 50% or more and 90% or less of the plate thickness t2 of the second steel plate 12, the scale 16 contains, in atomic %, Ti: 2.00 to 60.00% and Al: 2.00 to 30.00%, and in the region on the HAZ 14 on the second surface 122 side of the second steel plate 12, the area ratio of the coating 15 that peels off in a coating peeling test in accordance with JIS H 8504:1999 is 15% or less.
なお、第2の鋼板12の第1面121とは、第2の鋼板12の2つの表面のうち、溶接ビード13によって第1の鋼板11と接合されている面のことである。第2の鋼板12の第2面122とは、第1面121の反対側の面のことである。上述した溶接部の表側に対応する面が、第2の鋼板12の第1面121であり、溶接部の裏側に対応する面が、第2の鋼板12の第2面122である。また、溶接部とは、溶接ビード13及びHAZ14を含んだ部分の総称である。 The first surface 121 of the second steel plate 12 refers to the surface of the two surfaces of the second steel plate 12 that is joined to the first steel plate 11 by the weld bead 13. The second surface 122 of the second steel plate 12 refers to the surface opposite the first surface 121. The surface corresponding to the front side of the welded portion described above is the first surface 121 of the second steel plate 12, and the surface corresponding to the back side of the welded portion is the second surface 122 of the second steel plate 12. The welded portion is a general term for the portion including the weld bead 13 and the HAZ 14.
本発明者らは、第2の鋼板12の化学成分、溶接前の第2の鋼板12の第2面122の表面粗さ、及び溶接時の入熱量の全てを所定範囲内とすることにより、溶接部に酸洗などの後処理をすることなく、溶接部の塗装後耐食性を飛躍的に向上させられる旨を知見した。以下、本発明者らの知見について詳細に述べる。The inventors have discovered that by keeping the chemical composition of the second steel plate 12, the surface roughness of the second surface 122 of the second steel plate 12 before welding, and the heat input during welding all within specified ranges, the corrosion resistance of the welded portion after painting can be dramatically improved without post-treatment such as pickling. The inventors' findings are described in detail below.
溶接部の塗装後耐食性の向上手段を考える際には、溶接部の表側及び裏側の両方の特性を想定する必要がある。溶接部の表側では、スラグが塗装後耐食性に影響し、裏側ではスケール16が塗装後耐食性に影響する。スラグとは、溶接中に溶接金属から排出される酸化物である。スケール16とは、母材鋼板の表面が溶接熱によって酸化して生じる酸化物である。スラグ及びスケール16は、その組成によって区別される。スラグはSi、Mn、Ti、Al、Mg、Zn、Cr、Zr、Ca等の易酸化元素を主体とする酸化物であり、スケール16は、鉄を主体とする酸化物である。 When considering ways to improve the corrosion resistance of welds after painting, it is necessary to consider the characteristics of both the front and back sides of the weld. On the front side of the weld, slag affects the corrosion resistance after painting, while on the back side, scale 16 affects the corrosion resistance after painting. Slag is an oxide that is expelled from the weld metal during welding. Scale 16 is an oxide that is formed when the surface of the base steel plate is oxidized by the welding heat. Slag and scale 16 are distinguished by their composition. Slag is an oxide primarily composed of easily oxidizable elements such as Si, Mn, Ti, Al, Mg, Zn, Cr, Zr, and Ca, while scale 16 is an oxide primarily composed of iron.
溶接部の表側にある溶接ビード13の表面に生成されるスラグは、通常、非導電性のSi系スラグであり、塗装の際に塗装欠陥を招く。塗装欠陥によって塗装後耐食性が損なわれ、腐食による板厚の減少が生じ、部材性能の低下を招く。溶接部の裏側においてHAZ14の表面に生成されるスケール16は、塗膜密着性を低下させる。塗膜密着性が低下すると、塗膜15が剥離して、塗装後耐食性が低下する。これら2つの問題を解決すること、即ち
(1)溶接部の表側の溶接ビード13における塗装性を低下させる、非導電性のスラグへの対策
(2)溶接部の裏側のHAZ14における塗膜密着性の低下を招く、スケール16への対策
が、溶接部の表側及び裏側の両方の塗装後耐食性を確保するために必要である。これらの問題の解決のために、塗装性及び塗膜密着性に影響を及ぼす様々な因子について、本発明者らは検討した。その結果、以下の知見が得られた。
The slag formed on the surface of the weld bead 13 on the front side of the weld is typically non-conductive silicon-based slag, which can cause coating defects during painting. Coating defects impair post-painting corrosion resistance, resulting in a reduction in plate thickness due to corrosion and a decline in component performance. The scale 16 formed on the surface of the HAZ 14 on the back side of the weld reduces paint adhesion. This reduced paint adhesion leads to peeling of the coating 15, resulting in a decline in post-painting corrosion resistance. To ensure post-painting corrosion resistance on both the front and back sides of the weld, it is necessary to address these two problems: (1) measures to address the non-conductive slag that reduces paintability on the weld bead 13 on the front side of the weld, and (2) measures to address the scale 16 that reduces paint adhesion in the HAZ 14 on the back side of the weld. To address these problems, the inventors investigated various factors that affect paintability and paint adhesion. As a result, the following findings were obtained.
(1.第2の鋼板12の化学成分について)
第2の鋼板12の化学成分は、Tiを含む。第2の鋼板12に含まれるTiは、溶接の際に溶融金属中で酸化物となる。そして溶融金属が凝固する際に、Tiは、スラグとして溶接ビード13の外部に排出される。そしてTiは、溶接ビード13の表面に形成されるスラグの導電性を向上させる働きを発揮する。溶接ビード13の表面に付着するスラグは、通常はSiを主成分とする絶縁性物質であり、塗装の際に塗装不良を引き起こす。しかしながら、第2の鋼板12に含まれるTiを用いてスラグの導電性を高めることで、溶接部の表側の塗装不良を抑制することができる。
(1. Chemical Composition of the Second Steel Plate 12)
The chemical components of the second steel plate 12 include Ti. The Ti contained in the second steel plate 12 becomes an oxide in the molten metal during welding. When the molten metal solidifies, the Ti is expelled from the weld bead 13 as slag. Ti also improves the electrical conductivity of the slag formed on the surface of the weld bead 13. The slag that adheres to the surface of the weld bead 13 is typically an insulating material primarily composed of Si, which can cause coating defects during painting. However, by using the Ti contained in the second steel plate 12 to increase the electrical conductivity of the slag, coating defects on the front side of the weld can be suppressed.
さらに、第2の鋼板12の化学成分は、Alを含む。本発明者らは、Ti及びAlを含有する鋼板に後述する溶接方法を適用することにより、溶接部の裏側、特に第2の鋼板12の第2面122におけるHAZ14の表面における塗膜15の密着性を飛躍的に向上させられることを知見した。 Furthermore, the chemical composition of the second steel plate 12 includes Al. The inventors have discovered that by applying the welding method described below to a steel plate containing Ti and Al, the adhesion of the coating film 15 on the back side of the weld, particularly on the surface of the HAZ 14 on the second surface 122 of the second steel plate 12, can be dramatically improved.
塗膜15の密着性は、第2の鋼板12の表面に形成されたスケール16に含まれるAl-Ti-Fe酸化物によって向上していると推定される。本発明者らの検討結果によれば、HAZ14の表面と塗膜15との間にあるスケール16が、単位原子%でTi:2.00~60.00%及びAl:2.00~30.00%を含有する場合に、HAZ14の塗膜密着性が高められていた。スケール16中のTi及びAlは、Feとともに酸化物を形成していると予想される。
なお、Si含有量が多い鋼板の表面に形成されるスケールは、ファイアライト(Fe2SiO4)から構成される。ファイアライトから構成されるスケールには、2.00質量%以上のTi及び2.00質量%以上のAlが含まれることはない。本実施形態に係る溶接継手においては、第2の鋼板12のSi含有量が小さいので、第2の鋼板12の表面にはファイアライトが形成されない。
It is presumed that the adhesion of the coating film 15 is improved by the Al-Ti-Fe oxides contained in the scale 16 formed on the surface of the second steel plate 12. According to the results of studies by the present inventors, the coating adhesion of the HAZ 14 was improved when the scale 16 between the surface of the HAZ 14 and the coating film 15 contained, in atomic %, 2.00 to 60.00% Ti and 2.00 to 30.00% Al. It is presumed that the Ti and Al in the scale 16 form oxides together with Fe.
The scale formed on the surface of a steel plate with a high Si content is composed of fayalite (Fe 2 SiO 4 ). Scale composed of fayalite does not contain 2.00 mass % or more of Ti or 2.00 mass % or more of Al. In the welded joint according to this embodiment, since the Si content of the second steel plate 12 is low, fayalite is not formed on the surface of the second steel plate 12.
加えて、第2の鋼板12の化学成分は、式1を満たす。
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (式1)
ここで、式1に含まれる元素記号は、第2の鋼板12における、当該元素記号に対応する元素の単位質量%での含有量である。式1は、Ti及びAlの含有量に応じた、C及びPの上限値を定めるものである。
In addition, the chemical composition of the second steel plate 12 satisfies Equation 1.
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (Formula 1)
Here, the element symbols included in Formula 1 represent the contents in unit mass% of the elements corresponding to the element symbols in the second steel plate 12. Formula 1 determines the upper limits of C and P depending on the contents of Ti and Al.
C及びPは、ブリスター現象を引き起こす元素である。鋼板に含まれるCの一部は、溶接熱によってCOガス又はCO2ガスとなって、鋼板外部に放出される。これらのガスがスケール16を剥離させて、塗膜密着性を損なう。また、Pは、鋼板の結晶粒界を脆化させる。この場合、地鉄-スケール界面の密着性がCOガス又はCO2ガスの圧力を下回り、剥離が生じる。即ち、Pは、Cが引き起こすブリスター現象を一層促進する。一方、第2の鋼板12の化学成分が式1を満たす場合、ブリスター現象が抑制されて、HAZ14の塗膜密着性が一層高められる。 C and P are elements that cause blistering. Some of the C contained in the steel plate is converted into CO gas or CO2 gas by welding heat and released outside the steel plate. These gases peel off the scale 16, impairing paint adhesion. P also embrittles the grain boundaries of the steel plate. In this case, the adhesion at the base steel-scale interface falls below the pressure of the CO gas or CO2 gas, causing peeling. In other words, P further promotes the blistering caused by C. On the other hand, when the chemical composition of the second steel plate 12 satisfies Formula 1, blistering is suppressed and paint adhesion in the HAZ 14 is further improved.
(2.溶接条件について)
スケール16の成分を上述の通り制御するためには、第2の鋼板12の化学成分に加えて、溶接条件の最適化も必要である。具体的には、第2の鋼板の板厚t2に対する溶け込み深さDの割合が50%以上90%以下となるように、溶接入熱を制御することが必要である。
(2. Welding conditions)
In order to control the composition of the scale 16 as described above, it is necessary to optimize the welding conditions in addition to the chemical composition of the second steel plate 12. Specifically, it is necessary to control the welding heat input so that the ratio of the penetration depth D to the plate thickness t2 of the second steel plate is 50% or more and 90% or less.
この溶け込み深さDは、通常の溶接条件よりも大きいものである。例えば自動車部品に含まれる重ね継手においては、溶け込み深さDを約40%とすることが通常である。これは、裏抜けと呼ばれる、溶接金属が第2の鋼板12の第2面122まで貫通する現象を確実に防止するためである。裏抜けが生じると、第2の鋼板12の第2面122に凹凸が形成され、塗装後耐食性が損なわれる。 This penetration depth D is greater than that found under normal welding conditions. For example, in lap joints used in automotive parts, the penetration depth D is typically set to approximately 40%. This is to reliably prevent a phenomenon known as strike-through, in which the weld metal penetrates all the way to the second surface 122 of the second steel plate 12. If strike-through occurs, irregularities will form on the second surface 122 of the second steel plate 12, impairing corrosion resistance after painting.
しかし本発明者らの検討結果によれば、溶け込み深さDを50%以上とするような入熱条件で溶接をしなければ、スケール16のTi含有量及びAl含有量を高めることができないと考えられた。Al-Ti-Fe酸化物を第2の鋼板12の第2面122に形成するためには、第2の鋼板12の第2面122を十分に加熱する必要があると推定される。However, according to the results of the inventors' investigations, it was determined that the Ti and Al contents of the scale 16 could not be increased unless welding was performed under heat input conditions that ensured a penetration depth D of 50% or more. It is estimated that in order to form Al-Ti-Fe oxides on the second surface 122 of the second steel plate 12, it is necessary to heat the second surface 122 of the second steel plate 12 sufficiently.
また、本発明者らは、溶け込み深さDが50%以上である場合と50%未満である場合とでは、スケール16の結晶構造が相違することを知見した。スケール16は、主にFeO(ウスタイト)、Fe2O3(ヘマタイト)、及びFe3O4から構成される。入熱量が高められるほど、Fe2O3、及びFe3O4から構成される層が厚くなる。図5A及び図5Bに、スケール16の断面の反射電子像を示す。図5Aは、溶け込み深さDが浅くなる入熱条件で形成されたスケール16の断面の反射電子像であり、図5Bは、溶け込み深さDが深くなる入熱条件で形成されたスケール16の断面の反射電子像である。FeOから構成される層は、反射電子像の上部に明るい色で示される領域であり、Fe2O3、及びFe3O4から構成される層は、反射電子像の下部に暗い色で示される領域である。入熱量が大きいほど、Fe2O3、及びFe3O4から構成される層は厚くなることが、これらの反射電子像には示されている。 The inventors also discovered that the crystal structure of the scale 16 differs between when the penetration depth D is 50% or more and when it is less than 50%. The scale 16 is mainly composed of FeO (wustite), Fe2O3 (hematite), and Fe3O4 . The higher the heat input, the thicker the layer composed of Fe2O3 and Fe3O4 becomes. Figures 5A and 5B show backscattered electron images of a cross section of the scale 16. Figure 5A is a backscattered electron image of a cross section of the scale 16 formed under heat input conditions that result in a shallow penetration depth D, and Figure 5B is a backscattered electron image of a cross section of the scale 16 formed under heat input conditions that result in a deep penetration depth D. The layer composed of FeO is the region shown in light color at the top of the backscattered electron image, and the layer composed of Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 is the region shown in dark color at the bottom of the backscattered electron image. These backscattered electron images show that the layer composed of Fe 2 O 3 and Fe 3 O 4 becomes thicker as the heat input increases.
FeOよりも、Fe2O3、及びFe3O4の熱膨張係数は低く、第2の鋼板12の熱膨張係数に近い。従って、Fe2O3、及びFe3O4が増えるほど、スケール16の剥離が抑制され、第2の鋼板12の第2面122に露出したHAZ14における塗膜密着性が一層向上すると推定される。 The thermal expansion coefficients of Fe2O3 and Fe3O4 are lower than that of FeO and are closer to the thermal expansion coefficient of the second steel plate 12. Therefore, it is estimated that the more Fe2O3 and Fe3O4 there are, the more the peeling of the scale 16 is suppressed, and the more the paint adhesion in the HAZ 14 exposed on the second surface 122 of the second steel plate 12 is improved.
なお、本発明者らの検討結果によれば、溶け込み深さDを第2の鋼板12の板厚t2の50%以上にしたとしても、裏抜けは溶接ビード13の全体にわたって発生しなかった。ただし、溶け込み深さDを第2の鋼板12の板厚t2の90%超とした場合、溶接ビード13の一部において裏抜けが発生した。そのため、溶け込み深さDは第2の鋼板12の板厚t2の90%以下とされる。 According to the inventors' investigations, even when the penetration depth D was set to 50% or more of the plate thickness t2 of the second steel plate 12, strike-through did not occur throughout the entire weld bead 13. However, when the penetration depth D was set to more than 90% of the plate thickness t2 of the second steel plate 12, strike-through occurred in part of the weld bead 13. Therefore, the penetration depth D is set to 90% or less of the plate thickness t2 of the second steel plate 12.
(3.溶接前の第2の鋼板12の第2面122の表面粗さについて)
鋼板の表面の凹凸は、スケール16の密着性に寄与する因子である。表面粗さが大きいほど、アンカー効果が大きくなり、スケール16の密着性が高められる。そのため、第2の鋼板12の第2面122のうち、少なくともHAZ14が形成される領域において、溶接の前に表面粗さを高めておく必要がある。具体的には、ISO 25178:2021に規定される、当該領域の算術平均高さSa及び最大高さSzが下記式2を満たすように、当該領域の表面粗さを溶接前に調整する。
20μm<Sz-Sa<100μm (式2)
Sz-Saを20μm以上とすることにより、アンカー効果による密着性向上効果が得られる。ただし、Sz-Saが過剰に大きい場合、塗装性が損なわれる。そのため、Sz-Saは100μm未満とする。なお、上述の値は、溶接前に測定される値である。溶接前後で鋼板の表面粗さは若干変化する。従って、溶接後の第2の鋼板12の表面粗さは特に限定されない。
(3. Surface roughness of the second surface 122 of the second steel plate 12 before welding)
The unevenness of the surface of the steel plate is a factor that contributes to the adhesion of the scale 16. The greater the surface roughness, the greater the anchor effect, and the better the adhesion of the scale 16. Therefore, it is necessary to increase the surface roughness of at least the region of the second surface 122 of the second steel plate 12 where the HAZ 14 is to be formed before welding. Specifically, the surface roughness of the region is adjusted before welding so that the arithmetic mean height Sa and maximum height Sz of the region specified in ISO 25178:2021 satisfy the following formula 2:
20μm<Sz-Sa<100μm (Formula 2)
By making Sz-Sa 20 μm or more, an anchor effect can be achieved to improve adhesion. However, if Sz-Sa is excessively large, paintability is impaired. Therefore, Sz-Sa is set to less than 100 μm. Note that the above values are values measured before welding. The surface roughness of the steel plate changes slightly before and after welding. Therefore, there are no particular restrictions on the surface roughness of the second steel plate 12 after welding.
上述した3つの要素、即ち第2の鋼板12の化学成分、入熱量、及び溶接前の第2の鋼板12の第2面122の表面粗さを組み合わせることにより、溶接部の裏側、即ち第2の鋼板12の第2面122における、HAZ14の塗膜密着性を高めることができる。具体的には、第2の鋼板12の第2面122側のHAZ上の領域に塗膜剥離試験を行った場合に、剥離する塗膜15の面積割合を15%以下にすることができる。さらに、上述した3つの要素を組み合わせることにより、溶接部の表側における塗装不良も抑制することができる。これにより、高い塗装後耐食性を有し、かつ生産能率の低下や生産コストの増加を招くことのない、表面品質かつ塗装後耐食性に優れた溶接継手1の提供が可能となった。溶接部の表側及び裏側の塗装後耐食性を向上させることにより、本実施形態に係る溶接継手1が適用された製品の付加価値および信頼性の向上が達成される。By combining the three elements described above, namely, the chemical composition of the second steel plate 12, the heat input, and the surface roughness of the second surface 122 of the second steel plate 12 before welding, it is possible to improve the paint adhesion of the HAZ 14 on the back side of the weld, i.e., the second surface 122 of the second steel plate 12. Specifically, when a paint peeling test is performed on the area on the HAZ on the second surface 122 side of the second steel plate 12, the area ratio of the peeled paint 15 can be reduced to 15% or less. Furthermore, by combining the three elements described above, it is possible to suppress painting defects on the front side of the weld. This makes it possible to provide a welded joint 1 with excellent surface quality and corrosion resistance after painting, without reducing production efficiency or increasing production costs. By improving the corrosion resistance after painting on both the front and back sides of the weld, it is possible to achieve added value and improved reliability for products to which the welded joint 1 of this embodiment is applied.
次に、本実施形態に係る溶接継手1の各構成について具体的に説明する。以下、特段の断りが無い限り、鋼板の化学成分に関する単位「%」は、「質量%」を意味する。また、スケール16の化学成分に関する単位「%」は、「原子%」を意味する。Next, each component of the welded joint 1 according to this embodiment will be described in detail. Hereinafter, unless otherwise specified, the unit "%" used to refer to the chemical composition of the steel plate means "mass %." Furthermore, the unit "%" used to refer to the chemical composition of the scale 16 means "atomic %."
本実施形態に係る溶接継手1は、第1の鋼板11と、第2の鋼板12と、第1の鋼板11の端部111及び第2の鋼板12の第1面121を接合する溶接ビード13を備える。
本実施形態に係る溶接継手1は、図1に例示される重ね隅肉溶接継手であってもよい。溶接継手1が重ね溶接継手1である場合、第1の鋼板11と第2の鋼板12とは重ねられている。換言すると、第1の鋼板11と第2の鋼板12との挟角の大きさは例えば0°~10°の範囲内である。
また、本実施形態に係る溶接継手1は、図2に例示されるT継手であってもよい。溶接継手1がT継手である場合、第1の鋼板11と第2の鋼板12とは実質的に直角に配される。例えば、溶接継手1がT継手である場合、第1の鋼板11と第2の鋼板12とがなす角度は80°~100°の範囲内であってもよい。
もっとも、第1の鋼板11と第2の鋼板12とがなす角度は特に限定されず、0°以上180°以下の種々の値をこれに適用することができる。
The weld joint 1 of this embodiment comprises a first steel plate 11, a second steel plate 12, and a weld bead 13 joining an end 111 of the first steel plate 11 and a first surface 121 of the second steel plate 12.
The welded joint 1 according to this embodiment may be a lap fillet welded joint as exemplified in Fig. 1. When the welded joint 1 is a lap welded joint 1, the first steel plate 11 and the second steel plate 12 are overlapped. In other words, the magnitude of the included angle between the first steel plate 11 and the second steel plate 12 is within a range of 0° to 10°, for example.
Furthermore, the welded joint 1 according to this embodiment may be a T-joint as exemplified in Fig. 2. When the welded joint 1 is a T-joint, the first steel plate 11 and the second steel plate 12 are disposed at a substantially right angle. For example, when the welded joint 1 is a T-joint, the angle formed by the first steel plate 11 and the second steel plate 12 may be within a range of 80° to 100°.
However, the angle formed by the first steel plate 11 and the second steel plate 12 is not particularly limited, and various values between 0° and 180° can be applied to this angle.
いずれの場合であっても、本実施形態に係る溶接継手1においては、一方の鋼板の端部が、他方の鋼板の表面に溶接された形状を有する。便宜上、本実施形態に係る溶接継手1においては、端部が溶接される鋼板を第1の鋼板11と称し、表面が溶接される鋼板を第2の鋼板12と称する。また、第2の鋼板12の2つの表面のうち、第1の鋼板11と溶接される方の表面を第1面121と称し、第1の鋼板11と溶接されない方の表面を第2面122と称する。In either case, the welded joint 1 according to this embodiment has a shape in which the end of one steel plate is welded to the surface of the other steel plate. For convenience, in the welded joint 1 according to this embodiment, the steel plate whose end is welded will be referred to as the first steel plate 11, and the steel plate whose surface is welded will be referred to as the second steel plate 12. Furthermore, of the two surfaces of the second steel plate 12, the surface that is welded to the first steel plate 11 will be referred to as the first surface 121, and the surface that is not welded to the first steel plate 11 will be referred to as the second surface 122.
溶接継手1の溶接ビード13とは、溶接中に溶融凝固した金属、即ち溶接金属のことである。さらに溶接継手1は、溶接ビード13の周囲に形成されたHAZ14を有する。HAZ14(熱影響部、Heat Affected Zone)とは、溶接中に溶融していないが、溶接熱によって組織、冶金的性質、及び機械的性質等が変化した部分のことである。以下、溶接ビード13及びHAZ14をまとめて「溶接部」と称する場合がある。 The weld bead 13 of the weld joint 1 is the metal that melts and solidifies during welding, i.e., the weld metal. Furthermore, the weld joint 1 has a HAZ 14 formed around the weld bead 13. The HAZ 14 (heat affected zone) is a portion that is not melted during welding, but whose structure, metallurgical properties, mechanical properties, etc. have changed due to the welding heat. Hereinafter, the weld bead 13 and HAZ 14 may be collectively referred to as the "weld."
本実施形態に係る溶接継手1において、第2の鋼板12の第2面122において、HAZ14の表面にはスケール16が付着している。従って、スケール16が付着しているHAZ14は、第2の鋼板12の第2面122において、第2の鋼板12の外部に露出している。スケール16とは、溶接熱によって金属の表面に生じる酸化皮膜のことである。塗装前に、第2の鋼板12を溶接ビード13の裏側から見ると、図3に示されるように、溶接熱によって変色した箇所を視認することができる。この変色部が、スケール16が付着した部分である。 In the welded joint 1 according to this embodiment, scale 16 is attached to the surface of the HAZ 14 on the second surface 122 of the second steel plate 12. Therefore, the HAZ 14 to which scale 16 is attached is exposed to the outside of the second steel plate 12 on the second surface 122 of the second steel plate 12. Scale 16 is an oxide film that forms on the surface of the metal due to welding heat. When the second steel plate 12 is viewed from the back side of the weld bead 13 before painting, areas discolored by the welding heat can be seen, as shown in Figure 3. These discolored areas are the areas where scale 16 is attached.
溶接継手1は、第1の鋼板11、第2の鋼板12、溶接ビード13、HAZ14、及びスケール16を覆う塗膜15をさらに有する。これにより、溶接継手1の耐食性が飛躍的に向上する。塗膜15を形成するための塗装は、スラグ及びスケール16を除去することなく行われる。そのためHAZ14に付着したスケール16は、塗膜15とHAZ14との間にある。 The welded joint 1 further has a coating 15 that covers the first steel plate 11, the second steel plate 12, the weld bead 13, the HAZ 14, and the scale 16. This dramatically improves the corrosion resistance of the welded joint 1. The coating to form the coating 15 is applied without removing the slag and scale 16. Therefore, the scale 16 adhered to the HAZ 14 is located between the coating 15 and the HAZ 14.
(第1の鋼板11)
第1の鋼板11は、特に限定されない。第1の鋼板11には、第2の鋼板12と隅肉溶接可能な厚さ及び化学成分等の構成を、適宜採用することができる。
(First steel plate 11)
There are no particular limitations on the first steel plate 11. The first steel plate 11 may have any thickness, chemical composition, and other properties that allow it to be fillet welded to the second steel plate 12.
例えば、第1の鋼板11のSi含有量が0~0.20質量%であってもよい。鋼板中に含まれるSiは、溶接中に酸素と結びついて酸化物を形成し、スラグとして溶接ビード13の外側に排出される。Si酸化物は非晶質であるので、導電性が低い。Si酸化物を多く含むスラグは塗装不良を招く。本実施形態に係る溶接継手1においては、第2の鋼板12の化学成分を所定範囲内とすることにより、スラグによる塗装不良を抑制しているが、第1の鋼板11のSi含有量を0.20質量%以下とすることにより、溶接ビード13に付着するスラグの量を一層低減することができる。第1の鋼板11のSi含有量を0.18質量%以下、0.15質量%以下、又は0.12質量%以下としてもよい。 For example, the Si content of the first steel plate 11 may be 0 to 0.20 mass%. The Si contained in the steel plate combines with oxygen during welding to form oxides, which are discharged as slag outside the weld bead 13. Because Si oxides are amorphous, they have low conductivity. Slag containing a large amount of Si oxide can lead to poor coating. In the welded joint 1 according to this embodiment, coating defects due to slag are suppressed by keeping the chemical composition of the second steel plate 12 within a specified range. However, by setting the Si content of the first steel plate 11 to 0.20 mass% or less, the amount of slag adhering to the weld bead 13 can be further reduced. The Si content of the first steel plate 11 may also be 0.18 mass% or less, 0.15 mass% or less, or 0.12 mass% or less.
第1の鋼板11のSi含有量が低いほど、溶接スラグ内のSi含有量を抑えることに加え、そのスラグの量を低減することができる。そのため、第1の鋼板11のSi含有量は0質量%にすることが望ましい。しかし、精錬コストを考慮して、第1の鋼板11のSi含有量を0.02質量%以上、0.05質量%以下、又は0.08質量%以上としてもよい。 The lower the Si content of the first steel plate 11, the more effectively it is possible to suppress the Si content in the welding slag and also to reduce the amount of slag. Therefore, it is desirable to set the Si content of the first steel plate 11 to 0% by mass. However, taking refining costs into consideration, the Si content of the first steel plate 11 may be set to 0.02% by mass or more, 0.05% by mass or less, or 0.08% by mass or more.
Si含有量が上述の範囲内である限り、第1の鋼板11の厚さは特に限定されない。第1の鋼板11の厚さは、例えば1mm以上、2mm以上、又は4mm以上であってもよい。第1の鋼板11の厚さは、例えば8mm以下、6mm以下、又は4mm以下であってもよい。 As long as the Si content is within the above-mentioned range, the thickness of the first steel plate 11 is not particularly limited. The thickness of the first steel plate 11 may be, for example, 1 mm or more, 2 mm or more, or 4 mm or more. The thickness of the first steel plate 11 may be, for example, 8 mm or less, 6 mm or less, or 4 mm or less.
第1の鋼板11が含有する、Si以外の合金元素の量も特に限定されない。例えば、第1の鋼板11の化学成分が、後述する第2の鋼板12の化学成分の要件を満たすものであってもよい。 The amount of alloying elements other than Si contained in the first steel plate 11 is not particularly limited. For example, the chemical composition of the first steel plate 11 may satisfy the requirements of the chemical composition of the second steel plate 12 described below.
第1の鋼板11の機械特性も特に限定されない。例えば第1の鋼板11の引張強さは高い程好ましく、440MPa以上、780MPa以上、又は980MPa以上としてもよい。 The mechanical properties of the first steel plate 11 are also not particularly limited. For example, the higher the tensile strength of the first steel plate 11, the better, and it may be 440 MPa or more, 780 MPa or more, or 980 MPa or more.
第1の鋼板11が、表面処理を有していてもよい。例えば、第1の鋼板11が、その表面にZn系めっき、Al系めっき、Mg系めっき、Sn系めっき等を有していてもよい。これにより、第1の鋼板11の耐食性を一層向上させることができる。 The first steel plate 11 may have a surface treatment. For example, the first steel plate 11 may have a Zn-based plating, Al-based plating, Mg-based plating, Sn-based plating, etc. on its surface. This can further improve the corrosion resistance of the first steel plate 11.
(第2の鋼板12)
第2の鋼板12は、以下に説明する化学成分を有する。
(Second steel plate 12)
The second steel plate 12 has the chemical composition described below.
(C:0.03~0.20%)
Cは、第2の鋼板12の引張強さを高める。従って、第2の鋼板12のC含有量を0.03%以上とする。好ましくは、第2の鋼板12のC含有量は0.05%以上、0.08%以上、又は0.10%以上である。
(C: 0.03-0.20%)
C increases the tensile strength of the second steel plate 12. Therefore, the C content of the second steel plate 12 is set to 0.03% or more. Preferably, the C content of the second steel plate 12 is 0.05% or more, 0.08% or more, or 0.10% or more.
一方、第2の鋼板12のC含有量が過剰であると、第2の鋼板12の延性が損なわれる場合がある。また、第2の鋼板12のC含有量が過剰であると、第2の鋼板12に含有されるCの一部が、溶接熱によってCOガス又はCO2ガスとなって、第2の鋼板12の外部に放出される。これらのガスがスケール16を剥離させて、溶接部の裏側の塗膜密着性を損なう。従って、第2の鋼板12のC含有量を0.20%以下とする。好ましくは、第2の鋼板12のC含有量は0.18%以下、0.15%以下、又は0.12%以下である。 On the other hand, if the C content of the second steel plate 12 is excessive, the ductility of the second steel plate 12 may be impaired. Furthermore, if the C content of the second steel plate 12 is excessive, some of the C contained in the second steel plate 12 will become CO gas or CO2 gas due to welding heat and be released to the outside of the second steel plate 12. These gases will peel off the scale 16 and impair the paint adhesion on the back side of the weld. Therefore, the C content of the second steel plate 12 is set to 0.20% or less. Preferably, the C content of the second steel plate 12 is 0.18% or less, 0.15% or less, or 0.12% or less.
(Si:0.02~0.30%)
Siは、第2の鋼板12の延性及び引張強さを高める。さらに、Siは脱酸作用も有する。従って、第2の鋼板12のSi含有量を0.03%以上とする。好ましくは、第2の鋼板12のSi含有量は0.05%以上、0.08%以上、又は0.010%以上である。
(Si: 0.02-0.30%)
Si increases the ductility and tensile strength of the second steel plate 12. Furthermore, Si also has a deoxidizing effect. Therefore, the Si content of the second steel plate 12 is set to 0.03% or more. Preferably, the Si content of the second steel plate 12 is 0.05% or more, 0.08% or more, or 0.010% or more.
一方、第2の鋼板12のSi含有量が過剰であると、第2の鋼板12の延性及び溶接性等が損なわれる場合がある。また、第2の鋼板12のSi含有量が過剰であると、溶接部の表側に付着する絶縁性スラグの量が過剰となり、溶接部の表側の塗装性が損なわれる場合がある。加えて、第2の鋼板12のSi含有量が過剰であると、第2の鋼板12の塗装後の美観が損なわれる。これは、第2の鋼板12に例えば縞模様状の不均一なスケール16が形成され、このスケール16が、塗膜15の表面を不均一にするからである。従って、第2の鋼板12のSi含有量を0.30%以下とする。好ましくは、第2の鋼板12のSi含有量は0.28%以下、0.25%以下、0.20%以下、0.20%未満、0.19%以下、又は0.18%以下である。On the other hand, if the Si content of the second steel plate 12 is excessive, the ductility and weldability of the second steel plate 12 may be impaired. Furthermore, if the Si content of the second steel plate 12 is excessive, the amount of insulating slag adhering to the surface of the weld may be excessive, which may impair the paintability of the surface of the weld. In addition, if the Si content of the second steel plate 12 is excessive, the aesthetic appearance of the second steel plate 12 after painting may be impaired. This is because uneven scale 16, for example, in a striped pattern, is formed on the second steel plate 12, and this scale 16 makes the surface of the paint film 15 uneven. Therefore, the Si content of the second steel plate 12 is set to 0.30% or less. Preferably, the Si content of the second steel plate 12 is 0.28% or less, 0.25% or less, 0.20% or less, less than 0.20%, 0.19% or less, or 0.18% or less.
(P:0.080%以下)
Pは第2の鋼板12の結晶粒界に偏析して、第2の鋼板12の延性を劣化させる。また、Pは、第2の鋼板12の結晶粒界を脆化させる。この場合、地鉄-スケール界面の密着性がCOガス又はCO2ガスの圧力を下回り、剥離が生じる。即ち、Pは、Cが引き起こすブリスター現象を一層促進し、これにより溶接部の裏側の塗膜密着性を損なう。以上の理由により、第2の鋼板12のP含有量を0.080%以下とする。第2の鋼板12のP含有量を0.060%以下、0.040%以下、又は0.020%以下としてもよい。
(P: 0.080% or less)
P segregates at the grain boundaries of the second steel sheet 12, degrading the ductility of the second steel sheet 12. P also embrittles the grain boundaries of the second steel sheet 12. In this case, the adhesion at the base steel-scale interface falls below the pressure of the CO gas or CO2 gas, causing peeling. That is, P further promotes the blister phenomenon caused by C, thereby impairing the paint film adhesion on the back side of the weld. For these reasons, the P content of the second steel sheet 12 is set to 0.080% or less. The P content of the second steel sheet 12 may also be set to 0.060% or less, 0.040% or less, or 0.020% or less.
本実施形態に係る溶接継手1において、第2の鋼板12に含まれるPは、課題解決のために必要とされない。従ってP含有量は少ないほど好ましく、その下限値は特に限定されない。P含有量が0%であってもよい。一方、第2の鋼板12のP含有量を過剰に低減することにより、第2の鋼板12の製造コストが大幅に上昇する。また、Pは固溶強化によって鋼板の引張強さを高める作用を有する。従ってP含有量を0.0001%以上、0.001%以上、又は0.010%以上としてもよい。 In the welded joint 1 according to this embodiment, the P contained in the second steel plate 12 is not required to solve the problem. Therefore, the lower the P content, the better, and there is no particular limit on the lower limit. The P content may be 0%. On the other hand, excessively reducing the P content of the second steel plate 12 significantly increases the manufacturing cost of the second steel plate 12. Furthermore, P has the effect of increasing the tensile strength of the steel plate through solid solution strengthening. Therefore, the P content may be 0.0001% or more, 0.001% or more, or 0.010% or more.
(Ti:0.05~0.20%)
第2の鋼板12に含まれるTiは、溶接の際に溶融金属中で酸化物となる。そして溶融金属が凝固する際に、Tiは、スラグとして溶接ビード13の外部に排出される。そしてTiは、溶接ビード13の表面に形成されるスラグの導電性を向上させる働きを発揮する。溶接ビード13の表面に付着するスラグは、通常はSiを主成分とする絶縁性物質であり、塗装不良を引き起こす。しかしながら、第2の鋼板12に含まれるTiを用いてスラグの導電性を高めることで、溶接部の表側の塗装不良を抑制することができる。さらに、第2の鋼板12に含まれるTiは、第2の鋼板12の第2面122に形成されるスケール16を改質し、スケール16の密着性を向上させる。これにより、溶接部の裏側の塗膜密着性が向上する。従って、第2の鋼板12のTi含有量を0.05%以上とする。好ましくは、第2の鋼板12のTi含有量は0.08%以上、0.10%以上、又は0.12%以上である。
(Ti: 0.05-0.20%)
The Ti contained in the second steel plate 12 becomes an oxide in the molten metal during welding. When the molten metal solidifies, the Ti is expelled from the weld bead 13 as slag. The Ti improves the electrical conductivity of the slag formed on the surface of the weld bead 13. The slag that adheres to the surface of the weld bead 13 is typically an insulating substance primarily composed of Si, which can cause coating defects. However, by using the Ti contained in the second steel plate 12 to increase the electrical conductivity of the slag, coating defects on the front side of the weld can be suppressed. Furthermore, the Ti contained in the second steel plate 12 modifies the scale 16 formed on the second surface 122 of the second steel plate 12, improving the adhesion of the scale 16. This improves the paint adhesion on the back side of the weld. Therefore, the Ti content of the second steel plate 12 is set to 0.05% or more. Preferably, the Ti content of the second steel plate 12 is 0.08% or more, 0.10% or more, or 0.12% or more.
一方、第2の鋼板12のTi含有量が過剰であると、第2の鋼板12の加工性等が損なわれる場合がある。従って、第2の鋼板12のTi含有量を0.20%以下とする。好ましくは、第2の鋼板12のTi含有量は0.18%以下、0.16%以下、又は0.15%以下である。On the other hand, if the Ti content of the second steel plate 12 is excessive, the workability, etc. of the second steel plate 12 may be impaired. Therefore, the Ti content of the second steel plate 12 is set to 0.20% or less. Preferably, the Ti content of the second steel plate 12 is 0.18% or less, 0.16% or less, or 0.15% or less.
(Al:0.05~0.40%)
第2の鋼板12に含まれるAlは、第2の鋼板12の第2面122に形成されるスケール16を改質し、スケール16の密着性を向上させる。これにより、溶接部の裏側の塗膜密着性が向上する。従って、第2の鋼板12のAl含有量を0.05%以上とする。好ましくは、第2の鋼板12のAl含有量は0.10%以上、0.15%以上、又は0.20%以上である。
(Al: 0.05-0.40%)
The Al contained in the second steel plate 12 modifies the scale 16 formed on the second surface 122 of the second steel plate 12, improving the adhesion of the scale 16. This improves the paint adhesion on the back side of the weld. Therefore, the Al content of the second steel plate 12 is set to 0.05% or more. Preferably, the Al content of the second steel plate 12 is 0.10% or more, 0.15% or more, or 0.20% or more.
一方、第2の鋼板12のAl含有量が過剰であると、スケール16の密着性が損なわれる。これは、スケール16に多量のアルミナが形成され、これがスケールを剥離させるからであると推定される。従って、第2の鋼板12のAl含有量を0.40%以下とする。好ましくは、第2の鋼板12のAl含有量は0.35%以下、0.30%以下、又は0.25%以下である。On the other hand, if the Al content of the second steel plate 12 is excessive, the adhesion of the scale 16 will be impaired. This is presumably because a large amount of alumina is formed in the scale 16, causing the scale to peel off. Therefore, the Al content of the second steel plate 12 is set to 0.40% or less. Preferably, the Al content of the second steel plate 12 is 0.35% or less, 0.30% or less, or 0.25% or less.
C、Si、P、Ti、及びAl以外の様々な合金元素を、第2の鋼板12が含有してもよい。なお、C、Si、P、Ti、及びAl以外の元素は、溶接部の塗装後耐食性に影響しないと考えられる。これら元素以外の元素は、溶接ビード13の表面に形成されるスラグ、及び第2の鋼板12のHAZ14の表面に形成されるスケール16の、成分等の態様にほとんど影響しないからである。従って、第2の鋼板12においては、C、Si、P、Ti、及びAl以外の元素の種類、及びその含有量は特に限定されない。第2の鋼板12が含有しうる元素及びその含有量の好適な例を、以下に説明する。 The second steel plate 12 may contain various alloy elements other than C, Si, P, Ti, and Al. It is believed that elements other than C, Si, P, Ti, and Al do not affect the corrosion resistance of the weld after painting. This is because elements other than these elements have little effect on the composition, etc., of the slag formed on the surface of the weld bead 13 and the scale 16 formed on the surface of the HAZ 14 of the second steel plate 12. Therefore, the types and contents of elements other than C, Si, P, Ti, and Al in the second steel plate 12 are not particularly limited. Suitable examples of elements that the second steel plate 12 may contain and their contents are described below.
(Mn:例えば0.50~3.00%)
本実施形態に係る溶接継手1の第2の鋼板12において、Mnは必須ではない。従って、第2の鋼板12のMn含有量は0%であってもよい。しかし、Mnは、第2の鋼板12の引張強さを高める。従って、第2の鋼板12のMn含有量を0.50%以上としてもよい。好ましくは、第2の鋼板12のMn含有量は0.80%以上、1.00%以上、又は1.50%以上である。
(Mn: for example, 0.50 to 3.00%)
Mn is not essential in the second steel plate 12 of the welded joint 1 according to this embodiment. Therefore, the Mn content of the second steel plate 12 may be 0%. However, Mn increases the tensile strength of the second steel plate 12. Therefore, the Mn content of the second steel plate 12 may be 0.50% or more. Preferably, the Mn content of the second steel plate 12 is 0.80% or more, 1.00% or more, or 1.50% or more.
一方、第2の鋼板12のMn含有量を3.00%以下とすることにより、第2の鋼板12の加工性を確保することができる。従って、第2の鋼板12のMn含有量を3.00%以下としてもよい。好ましくは、第2の鋼板12のMn含有量は2.80%以下、2.50%以下、又は2.00%以下である。 On the other hand, by setting the Mn content of the second steel plate 12 to 3.00% or less, the workability of the second steel plate 12 can be ensured. Therefore, the Mn content of the second steel plate 12 may be set to 3.00% or less. Preferably, the Mn content of the second steel plate 12 is 2.80% or less, 2.50% or less, or 2.00% or less.
(S:例えば0.1000%以下)
Sは、溶接部の塗装後耐食性には影響しないと考えられる。一方、S含有量を低減することにより、硫化物系介在物の形成を抑制し、第2の鋼板12の延性を高めることができる。以上の理由により、第2の鋼板12のS含有量を0.1000%以下としてもよい。第2の鋼板12のS含有量を0.0800%以下、0.0500%以下、又は0.0200%以下としてもよい。
(S: for example, 0.1000% or less)
S is thought not to affect the corrosion resistance of the welded portion after painting. On the other hand, by reducing the S content, it is possible to suppress the formation of sulfide-based inclusions and increase the ductility of the second steel plate 12. For the above reasons, the S content of the second steel plate 12 may be set to 0.1000% or less. The S content of the second steel plate 12 may also be set to 0.0800% or less, 0.0500% or less, or 0.0200% or less.
本実施形態に係る溶接継手1において、第2の鋼板12に含まれるSは、課題解決のために必要とされない。従ってS含有量は少ないほど好ましく、その下限値は特に限定されない。S含有量が0%であってもよい。一方、第2の鋼板12のS含有量を過剰に低減することにより、第2の鋼板12の製造コストが大幅に上昇する。従って、S含有量を0.0001%以上、0.0010%以上、又は0.0100%以上としてもよい。 In the welded joint 1 according to this embodiment, the S contained in the second steel plate 12 is not required to solve the problem. Therefore, the lower the S content, the better, and there is no particular limit on the lower limit. The S content may be 0%. On the other hand, excessively reducing the S content of the second steel plate 12 significantly increases the manufacturing cost of the second steel plate 12. Therefore, the S content may be 0.0001% or more, 0.0010% or more, or 0.0100% or more.
(B:例えば0~0.0100%)
本実施形態に係る溶接継手1の第2の鋼板12において、Bは必須ではない。従って、第2の鋼板12のB含有量は0%であってもよい。しかし、Bは第2の鋼板12の焼入れ性を高める。従って、第2の鋼板12のB含有量を0.0010%以上としてもよい。一層好ましくは、第2の鋼板12のB含有量は0.0020%以上、0.0030%以上、又は0.0050%以上である。
(B: for example, 0 to 0.0100%)
In the second steel plate 12 of the welded joint 1 according to this embodiment, B is not essential. Therefore, the B content of the second steel plate 12 may be 0%. However, B improves the hardenability of the second steel plate 12. Therefore, the B content of the second steel plate 12 may be 0.0010% or more. More preferably, the B content of the second steel plate 12 is 0.0020% or more, 0.0030% or more, or 0.0050% or more.
一方、第2の鋼板12のB含有量を抑制することにより、第2の鋼板12の延性等の劣化を抑制することができる。従って、第2の鋼板12のB含有量を0.2000%以下としてもよい。一層好ましくは、第2の鋼板12のB含有量は0.1800%以下、0.1600%以下、又は0.1500%以下である。 On the other hand, by reducing the B content of the second steel plate 12, deterioration of the ductility, etc. of the second steel plate 12 can be suppressed. Therefore, the B content of the second steel plate 12 may be set to 0.2000% or less. More preferably, the B content of the second steel plate 12 is 0.1800% or less, 0.1600% or less, or 0.1500% or less.
(Cr:例えば0~1.00%)
本実施形態に係る溶接継手1の第2の鋼板12において、Crは必須ではない。従って、第2の鋼板12のCr含有量は0%であってもよい。しかし、Crは第2の鋼板12の焼入れ性を高める。従って、第2の鋼板12のCr含有量を0.10%以上としてもよい。一層好ましくは、第2の鋼板12のCr含有量は0.20%以上、0.30%以上、又は0.50%以上である。
(Cr: for example, 0 to 1.00%)
Cr is not essential in the second steel plate 12 of the welded joint 1 according to this embodiment. Therefore, the Cr content of the second steel plate 12 may be 0%. However, Cr improves the hardenability of the second steel plate 12. Therefore, the Cr content of the second steel plate 12 may be 0.10% or more. More preferably, the Cr content of the second steel plate 12 is 0.20% or more, 0.30% or more, or 0.50% or more.
一方、第2の鋼板12のCr含有量を抑制することにより、第2の鋼板12の化成処理性等の劣化を抑制することができる。従って、第2の鋼板12のCr含有量を1.00%以下としてもよい。一層好ましくは、第2の鋼板12のCr含有量は0.90%以下、0.80%以下、又は0.60%以下である。 On the other hand, by reducing the Cr content of the second steel plate 12, it is possible to suppress deterioration of the chemical conversion treatability of the second steel plate 12. Therefore, the Cr content of the second steel plate 12 may be set to 1.00% or less. More preferably, the Cr content of the second steel plate 12 is 0.90% or less, 0.80% or less, or 0.60% or less.
(Mo:例えば0~0.50%)
本実施形態に係る溶接継手1の第2の鋼板12において、Moは必須ではない。従って、第2の鋼板12のMo含有量は0%であってもよい。しかし、Moは第2の鋼板12の焼入れ性を高める。従って、第2の鋼板12のMo含有量を0.01%以上としてもよい。一層好ましくは、第2の鋼板12のMo含有量は0.05%以上、0.10%以上、又は0.20%以上である。
(Mo: for example, 0 to 0.50%)
Mo is not essential in the second steel plate 12 of the welded joint 1 according to this embodiment. Therefore, the Mo content of the second steel plate 12 may be 0%. However, Mo improves the hardenability of the second steel plate 12. Therefore, the Mo content of the second steel plate 12 may be 0.01% or more. More preferably, the Mo content of the second steel plate 12 is 0.05% or more, 0.10% or more, or 0.20% or more.
一方、第2の鋼板12のMo含有量を抑制することにより、第2の鋼板12の原材料費を抑制することができる。従って、第2の鋼板12のMo含有量を0.50%以下としてもよい。一層好ましくは、第2の鋼板12のMo含有量は0.40%以下、0.35%以下、又は0.30%以下である。 On the other hand, by reducing the Mo content of the second steel plate 12, the raw material costs of the second steel plate 12 can be reduced. Therefore, the Mo content of the second steel plate 12 may be set to 0.50% or less. More preferably, the Mo content of the second steel plate 12 is 0.40% or less, 0.35% or less, or 0.30% or less.
(残部:例えばFeおよび不純物)
第2の鋼板12の化学成分の残部は、例えば鉄及び不純物である。不純物とは、例えば鋼材を工業的に製造する際に、鉱石若しくはスクラップ等のような原料、又は製造工程の種々の要因によって混入する成分であって、本実施形態に係る溶接継手1に悪影響を与えない範囲で許容されるものを意味する。
(balance: e.g., Fe and impurities)
The remainder of the chemical components of the second steel plate 12 is, for example, iron and impurities. The impurities refer to components that are mixed in due to raw materials such as ore or scrap, or various factors in the manufacturing process, during the industrial production of steel, and are acceptable within a range that does not adversely affect the welded joint 1 according to this embodiment.
(第2の鋼板12のTi含有量、Al含有量、C含有量、及びP含有量の関係)
第2の鋼板12の化学成分は、以下の式1を満たす。
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (式1)
ここで、式1に含まれる元素記号は、第2の鋼板12における、当該元素記号に対応する元素の含有量である。
(Relationship between Ti content, Al content, C content, and P content of second steel plate 12)
The chemical composition of the second steel plate 12 satisfies the following formula 1.
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (Formula 1)
Here, the element symbols included in formula 1 represent the content of the element corresponding to the element symbol in the second steel plate 12 .
式1は、Ti及びAlの含有量に応じた、C及びPの上限値を定めるものである。Ti及びAlは、スケール16を改質して、その密着性を向上させる。一方、C及びPは、ブリスター現象によってスケール16の密着性を損なう。上述の式1が満たされることにより、ブリスター現象が一層抑制されて、HAZ14の塗膜密着性が一層高められる。 Formula 1 defines the upper limits of C and P depending on the Ti and Al content. Ti and Al modify the scale 16, improving its adhesion. On the other hand, C and P impair the adhesion of the scale 16 by causing blistering. By satisfying the above formula 1, blistering is further suppressed, further improving the paint film adhesion in the HAZ 14.
化学成分が上述の範囲内である限り、第2の鋼板12の厚さは特に限定されない。第2の鋼板12の厚さは、例えば1mm以上、2mm以上、又は4mm以上であってもよい。第2の鋼板12の厚さは、例えば8mm以下、6mm以下、又は4mm以下であってもよい。 As long as the chemical composition is within the above-mentioned range, the thickness of the second steel plate 12 is not particularly limited. The thickness of the second steel plate 12 may be, for example, 1 mm or more, 2 mm or more, or 4 mm or more. The thickness of the second steel plate 12 may be, for example, 8 mm or less, 6 mm or less, or 4 mm or less.
第2の鋼板12の機械特性も特に限定されない。例えば第2の鋼板12の引張強さは高い程好ましく、440MPa以上、780MPa以上、又は980MPa以上としてもよい。
第2の鋼板12が、表面処理を有していてもよい。例えば、第2の鋼板12が、その表面にZn系めっき、Al系めっき、Mg系めっき、Sn系めっき等を有していてもよい。これにより、第2の鋼板12の耐食性を一層向上させることができる。一方、第2の鋼板のスケール16を一層好適に形成する観点からは、第2の鋼板が非めっき鋼板、即ちめっき層を有しない鋼板であることが好ましい。
There are also no particular limitations on the mechanical properties of the second steel plate 12. For example, the higher the tensile strength of the second steel plate 12, the more preferable, and it may be 440 MPa or more, 780 MPa or more, or 980 MPa or more.
The second steel sheet 12 may be surface-treated. For example, the surface of the second steel sheet 12 may be plated with Zn-based plating, Al-based plating, Mg-based plating, Sn-based plating, or the like. This can further improve the corrosion resistance of the second steel sheet 12. On the other hand, from the viewpoint of more suitably forming the scale 16 on the second steel sheet, it is preferable that the second steel sheet be an unplated steel sheet, i.e., a steel sheet without a plating layer.
(溶接ビード13の溶け込み深さD)
溶接ビード13の溶け込み深さDは、溶接時の入熱量と極めて密接な関係がある。溶接時の入熱量が大きいほど、溶け込み深さDが大きくなる。溶接ビード13の溶け込み深さDが第2の鋼板の板厚t2に対して50%以上である場合、第2の鋼板12の第2面122が十分に加熱される。その結果、第2の鋼板12に含まれるTi及びAlがスケール16に移行し、且つ、スケール16の結晶構造が改善されることにより、スケール16の密着性が向上する。その結果、スケール16を覆うように形成される塗膜15の密着性が向上する。溶け込み深さDは、第2の鋼板の板厚t2の55%以上、60%以上、又は70%以上であってもよい。
(Penetration depth D of weld bead 13)
The penetration depth D of the weld bead 13 is closely related to the amount of heat input during welding. The greater the amount of heat input during welding, the greater the penetration depth D. When the penetration depth D of the weld bead 13 is 50% or more of the thickness t2 of the second steel plate, the second surface 122 of the second steel plate 12 is sufficiently heated. As a result, Ti and Al contained in the second steel plate 12 migrate to the scale 16, and the crystalline structure of the scale 16 is improved, thereby improving the adhesion of the scale 16. As a result, the adhesion of the coating film 15 formed to cover the scale 16 is improved. The penetration depth D may be 55% or more, 60% or more, or 70% or more of the thickness t2 of the second steel plate.
一方、溶接ビード13の溶け込み深さDが過剰であると、溶接ビード13の一部において裏抜けが発生するおそれがある。裏抜けは、第2の鋼板12の第2面122に凹凸を生じさせ、塗膜密着性を損なう。従って、溶接ビード13の溶け込み深さDは、第2の鋼板の板厚t2の90%以下とする。溶接ビード13の溶け込み深さDは、第2の鋼板の板厚t2の85%以下、80%以下、又は75%以下であってもよい。 On the other hand, if the penetration depth D of the weld bead 13 is excessive, there is a risk of strike-through occurring in part of the weld bead 13. Strike-through causes unevenness on the second surface 122 of the second steel plate 12, impairing paint adhesion. Therefore, the penetration depth D of the weld bead 13 is set to 90% or less of the plate thickness t2 of the second steel plate. The penetration depth D of the weld bead 13 may also be 85% or less, 80% or less, or 75% or less of the plate thickness t2 of the second steel plate.
溶接ビード13の溶け込み深さDは、溶接ビード13の溶接線方向に垂直な断面において測定する。図1及び図2に示されるように、第2の鋼板12の第1面121を基準とした溶接ビード13の深さが、溶け込み深さDである。溶接ビード13と第2の鋼板12との境界は、断面をエッチングすることにより容易に視認可能である。なお、溶け込み深さD測定用の断面は、溶接ビードの長手方向の両端から30mm以上離れた箇所に形成する。溶け込み深さD測定用の断面は3箇所で形成し、溶け込み深さDを3つの断面において測定する。3つの断面における溶け込み深さDの平均値を、溶接ビード13の溶け込み深さDとみなす。 The penetration depth D of the weld bead 13 is measured in a cross section perpendicular to the weld line direction of the weld bead 13. As shown in Figures 1 and 2, the penetration depth D is the depth of the weld bead 13 relative to the first surface 121 of the second steel plate 12. The boundary between the weld bead 13 and the second steel plate 12 can be easily visualized by etching the cross section. The cross section used to measure the penetration depth D is formed at a location 30 mm or more away from both longitudinal ends of the weld bead. Cross sections used to measure the penetration depth D are formed at three locations, and the penetration depth D is measured at the three cross sections. The average of the penetration depths D at the three cross sections is considered to be the penetration depth D of the weld bead 13.
(スケール16のTi含有量及びAl含有量)
HAZ14の表面と塗膜15との間にあるスケール16は、Ti:2.00~60.00%及びAl:2.00~30.00%を含有する。本発明者らの実験結果によれば、スケール16のTi含有量及びAl含有量が上述の範囲内とされている場合に、HAZ14の塗膜密着性が高められていた。これは、スケール16内でTi-Al-Fe酸化物が形成され、このTi-Al-Fe酸化物がスケール16とHAZ14との密着性を高めているからであると推定される。スケール16の密着性が高められることにより、スケール16を覆うように設けられる塗膜15の密着性も高められる。
(Ti content and Al content of scale 16)
The scale 16 present between the surface of the HAZ 14 and the coating film 15 contains 2.00 to 60.00% Ti and 2.00 to 30.00% Al. Experimental results by the inventors have shown that when the Ti and Al contents of the scale 16 are within the above-mentioned ranges, the coating adhesion to the HAZ 14 is improved. This is presumably because Ti-Al-Fe oxides are formed within the scale 16, and these Ti-Al-Fe oxides improve the adhesion between the scale 16 and the HAZ 14. The improved adhesion of the scale 16 also improves the adhesion of the coating film 15 provided to cover the scale 16.
ただし、スケール16のAl含有量が過剰である場合、スケール16の密着性が損なわれる。スケール16に多量のアルミナが形成され、これがスケール16を剥離させるものと推定される。また、スケール16のTi含有量が過剰である場合も、やはりスケール16の密着性が損なわれる。従って、スケール16において、Tiは60.00%以下とし、Alは30.00%以下とする。However, if the Al content of scale 16 is excessive, the adhesion of scale 16 will be impaired. It is believed that a large amount of alumina will form in scale 16, causing it to peel off. Furthermore, if the Ti content of scale 16 is excessive, the adhesion of scale 16 will also be impaired. Therefore, in scale 16, Ti should be 60.00% or less and Al should be 30.00% or less.
スケール16のTi含有量及びAl含有量は、例えば第2の鋼板12の化学成分及び溶接ビード13の溶け込み深さDを上述の範囲内とすることにより、好ましく制御可能である。スケール16のTi含有量は5.00%以上、10.00%以上、又は20.00%以上であってもよい。スケール16のTi含有量は55.00%以下、50.00%以下、又は40.00%以下であってもよい。スケール16のAl含有量は5.00%以上、10.00%以上、又は15.00%以上であってもよい。スケール16のAl含有量は25.00%以下、20.00%以下、又は18.00%以下であってもよい。The Ti content and Al content of the scale 16 can be preferably controlled, for example, by setting the chemical composition of the second steel plate 12 and the penetration depth D of the weld bead 13 within the above-mentioned ranges. The Ti content of the scale 16 may be 5.00% or more, 10.00% or more, or 20.00% or more. The Ti content of the scale 16 may be 55.00% or less, 50.00% or less, or 40.00% or less. The Al content of the scale 16 may be 5.00% or more, 10.00% or more, or 15.00% or more. The Al content of the scale 16 may be 25.00% or less, 20.00% or less, or 18.00% or less.
スケール16のTi含有量及びAl含有量は、溶接ビード13の溶接線方向に垂直な断面において測定する。図4に示されるように、断面を電子顕微鏡で観察すると、HAZ14の表面と塗膜15との間にあるスケール16を確認することができる。断面において確認されたスケール16に対して、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)を用いた局所分析を行う。局所分析の際には、スケール16とHAZ14との界面からスケール16側に10μm以内の範囲を分析対象とする。これにより、スケール16に含まれるTi及びAlの含有量を測定することができる。測定を上記分析対象から選択される複数箇所(例えば5箇所)において実施し、これにより得られた値の平均値を、スケール16のTi含有量及びAl含有量とみなす。なお、スケール16を構成するFeO、Fe2O3、及びFe3O4は一様に分布していないことがあるが、スケール16の成分分析においてこの点を考慮する必要はない。スケール16の分析条件は以下の通りである。
・分析装置:軽元素X線マイクロアナライザー
・加速電圧:15kV
・照射電流:0.05μA
・照射時間:100msec
The Ti and Al contents of the scale 16 are measured in a cross section perpendicular to the weld line direction of the weld bead 13. As shown in FIG. 4 , when the cross section is observed with an electron microscope, the scale 16 present between the surface of the HAZ 14 and the coating film 15 can be confirmed. The scale 16 confirmed in the cross section is subjected to local analysis using an electron probe micro analyzer (EPMA). In the local analysis, the analysis target is an area within 10 μm from the interface between the scale 16 and the HAZ 14 toward the scale 16. This allows the Ti and Al contents in the scale 16 to be measured. Measurements are performed at multiple locations (e.g., five locations) selected from the analysis target, and the average values obtained are regarded as the Ti and Al contents of the scale 16. Note that FeO, Fe2O3 , and Fe3O4 , which constitute the scale 16 , may not be uniformly distributed, but this need not be taken into consideration in the component analysis of the scale 16. The analysis conditions for scale 16 are as follows:
・Analysis equipment: Light element X-ray microanalyzer ・Accelerating voltage: 15 kV
・Irradiation current: 0.05μA
・Irradiation time: 100msec
Ti及びAlの含有量が上述の範囲内である限り、スケール16に含まれる他の元素の含有量は特に限定されない。Ti及びAl以外にスケール16に含まれる元素は、主にFe及びOである。スケール16におけるFe含有量は例えば2.00~40.00%であってもよい。スケール16におけるO含有量は例えば20.00~65.00%であってもよい。また、第2の鋼板12に含まれるSi、及びMn等の合金元素がスケール16から検出される場合もある。スケール16におけるSi含有量は例えば0~10.00%であってもよい。スケール16におけるMn含有量は例えば0~10.00%であってもよい。これらの元素は、その合計値が100%となるようにスケール16を構成する。当然のことながら、上に列記されない元素がスケール16に含まれてもよい。 As long as the Ti and Al contents are within the above-mentioned ranges, the contents of other elements contained in the scale 16 are not particularly limited. Elements other than Ti and Al contained in the scale 16 are mainly Fe and O. The Fe content in the scale 16 may be, for example, 2.00 to 40.00%. The O content in the scale 16 may be, for example, 20.00 to 65.00%. Furthermore, alloy elements such as Si and Mn contained in the second steel plate 12 may also be detected in the scale 16. The Si content in the scale 16 may be, for example, 0 to 10.00%. The Mn content in the scale 16 may be, for example, 0 to 10.00%. These elements constitute the scale 16 so that their total value is 100%. Naturally, elements not listed above may also be contained in the scale 16.
(第2の鋼板12の第2面122において、HAZ14上の領域に塗膜剥離試験をすることによって剥離する塗膜の面積)
本実施形態に係る溶接継手1の溶接部の裏面は、高い塗膜密着性を有する。そのため、第2の鋼板12の第2面122における、HAZ14が形成された箇所に対して、JIS H 8504:1999に準拠した塗膜剥離試験を行った場合に、塗膜剥離がほとんど生じない。
塗膜剥離試験の具体的内容は以下の通りである。塗膜剥離試験には、JIS Z 1522:2009に規定された粘着テープ(粘着力は、幅25mm当たり、約8Nのもの)を用いる。図6に示されるように、第2の鋼板12の第2面122における、HAZ14が形成された箇所に粘着テープTを貼り付けて剥がす。
なお、図6に示される溶接継手1の第2の鋼板12の第2面122には、塗膜15が設けられている。塗膜15が設けられた第2面122において、HAZ14を直接的に視認することはできない。しかしながら、HAZ14が形成された箇所においては、塗膜15に盛り上がり部151が形成されている。塗膜15の盛り上がり部151の位置及び形状は、塗膜15の下に存在するHAZ14の位置及び形状と略一致する。従って、塗膜15を肉眼で観察することによって特定される盛り上がり部151を、HAZ14が形成された箇所とみなすことができる。
粘着テープTを剥がすことにより生じた塗膜剥離部の面積を、粘着テープTにおける盛り上がり部151の面積で割った値が、塗膜剥離試験によって剥離する塗膜の面積割合である。粘着テープTにおける盛り上がり部151の面積とは、図6において粘着テープTと盛り上がり部151とが重なっている箇所、即ち符号Aが付された破線で囲まれた箇所の面積のことである。盛り上がり部151の面積は、HAZ14の面積と略一致する。
本実施形態に係る溶接継手1においては、塗膜剥離試験によって剥離する塗膜の面積割合が15%以下である。これにより、本実施形態に係る溶接継手1の溶接部の裏面は、高い塗装後耐食性を有する。
上記手順によって測定される塗膜剥離面積率が、12%以下、10%以下、9%以下、8%以下、又は5%以下であってもよい。このような塗膜剥離面積率は、例えば溶接ビード13の溶け込み深さD、及びスケール16の成分を上述の範囲内とし、さらに溶接前の当該箇所の表面粗さを後述の範囲内とすることにより達成される。なお、JIS H 8504:1999はめっきの密着性試験方法であるが、本実施形態に係る溶接継手1におけるHAZ14の塗膜密着性の評価にも適している。
(Area of coating peeled off by coating peeling test on the region above the HAZ 14 on the second surface 122 of the second steel plate 12)
The back surface of the welded portion of the welded joint 1 according to this embodiment has high paint adhesion. Therefore, when a paint peeling test conforming to JIS H 8504:1999 is performed on the portion of the second surface 122 of the second steel plate 12 where the HAZ 14 is formed, almost no paint peeling occurs.
The specific details of the paint film peeling test are as follows: For the paint film peeling test, adhesive tape (with adhesive strength of approximately 8 N per 25 mm width) specified in JIS Z 1522:2009 is used. As shown in Figure 6, adhesive tape T is attached to the location on the second surface 122 of the second steel plate 12 where the HAZ 14 is formed, and then peeled off.
Note that a coating film 15 is provided on the second surface 122 of the second steel plate 12 of the welded joint 1 shown in Figure 6. The HAZ 14 cannot be directly seen on the second surface 122 on which the coating film 15 is provided. However, in the location where the HAZ 14 is formed, a raised portion 151 is formed in the coating film 15. The position and shape of the raised portion 151 of the coating film 15 substantially coincide with the position and shape of the HAZ 14 present below the coating film 15. Therefore, the raised portion 151 identified by observing the coating film 15 with the naked eye can be considered to be the location where the HAZ 14 is formed.
The area of the coating film peeled off by the coating film peeling test is the ratio of the area of the coating film peeled off by the coating film peeling test, calculated by dividing the area of the raised portion 151 on the adhesive tape T. The area of the raised portion 151 on the adhesive tape T refers to the area where the adhesive tape T and the raised portion 151 overlap in Figure 6, i.e., the area of the area surrounded by the dashed line marked with the symbol A. The area of the raised portion 151 is approximately equal to the area of the HAZ 14.
In the welded joint 1 according to this embodiment, the area ratio of the coating that peels off in a coating peeling test is 15% or less, so that the back surface of the welded portion of the welded joint 1 according to this embodiment has high corrosion resistance after painting.
The paint peeling area ratio measured by the above procedure may be 12% or less, 10% or less, 9% or less, 8% or less, or 5% or less. Such a paint peeling area ratio can be achieved, for example, by setting the penetration depth D of the weld bead 13 and the components of the scale 16 within the above-mentioned ranges and further setting the surface roughness of the relevant location before welding within the ranges described below. Note that JIS H 8504:1999 is a coating adhesion test method, but it is also suitable for evaluating paint adhesion in the HAZ 14 of the welded joint 1 according to this embodiment.
(溶接継手1の製造方法)
次に、本発明の別の態様に係る溶接継手1の製造方法について説明する。本実施形態に係る溶接継手1の製造方法によれば、上述した本実施形態に係る溶接継手1を好適に製造することができる。
(Method for manufacturing welded joint 1)
Next, a method for manufacturing the welded joint 1 according to another aspect of the present invention will be described. According to the method for manufacturing the welded joint 1 according to this embodiment, the welded joint 1 according to this embodiment described above can be suitably manufactured.
本実施形態に係る溶接継手の製造方法は、第1の鋼板11の端部111及び第2の鋼板12の第1面121をアーク溶接して、第1の鋼板11の端部111及び第2の鋼板12の第1面121を接合する溶接ビード13を形成する工程S1と、第1の鋼板11、第2の鋼板12、及び溶接ビード13に塗装して、それぞれの表面に塗膜15を設ける工程S2と、を備える溶接継手1の製造方法であって、溶接ビード13を形成する工程において、溶接ビード13の周囲にHAZ14が形成され、HAZ14が第2の鋼板12の第2面122側から露出し、露出したHAZ14の表面にスケール16が形成され、塗膜15を設ける工程において、第2の鋼板12の第2面122側のHAZ14及びスケール16上に塗膜15が設けられ、第2の鋼板12を、その化学成分が、単位質量%で、C:0.03~0.20%、Si:0.02~0.30%、P:0.080%以下、Ti:0.05~0.20%、及びAl:0.05~0.40%、を含み、第2の鋼板12を、その化学成分が式(1)を満たすものとし、
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 式(1)
式1に含まれる元素記号は、第2の鋼板12における、当該元素記号に対応する元素の単位質量%での含有量であり、溶接ビード13の溶け込み深さDを、第2の鋼板の板厚t2に対して50%以上90%以下とし、スケール16を、単位原子%でTi:2.00~60.00%及びAl:2.00~30.00%を含有するものとし、アーク溶接の前に、第2の鋼板12の第2面122における、HAZ14がアーク溶接によって形成される領域の、ISO 25178:2021に規定される算術平均高さSa及び最大高さSzを、式2を満たす範囲内とし、これにより、第2の鋼板12の第2面122側のHAZ14上の領域において、JIS H 8504:1999に準拠した塗膜剥離試験によって剥離する塗膜15の面積割合を15%以下とする。
20μm<Sz-Sa<100μm (式2)
The method for manufacturing a welded joint according to this embodiment includes a step S1 of arc-welding an end portion 111 of a first steel plate 11 and a first surface 121 of a second steel plate 12 to form a weld bead 13 that joins the end portion 111 of the first steel plate 11 and the first surface 121 of the second steel plate 12, and a step S2 of painting the first steel plate 11, the second steel plate 12, and the weld bead 13 to provide a coating film 15 on each surface. In the step of forming the weld bead 13, a HAZ 14 is formed around the weld bead 13, and the HAZ 14 is exposed from the second surface 122 side of the second steel plate 12, and a scale 16 is formed on the surface of the exposed HAZ 14, and in the process of providing a coating film 15, the coating film 15 is provided on the HAZ 14 and the scale 16 on the second surface 122 side of the second steel plate 12, and the chemical composition of the second steel plate 12 includes, in unit mass %, C: 0.03 to 0.20%, Si: 0.02 to 0.30%, P: 0.080% or less, Ti: 0.05 to 0.20%, and Al: 0.05 to 0.40%, and the chemical composition of the second steel plate 12 satisfies formula (1),
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 Formula (1)
The element symbols included in Formula 1 are the contents, in unit mass %, of the elements corresponding to the element symbols in the second steel plate 12, the penetration depth D of the weld bead 13 is set to 50% or more and 90% or less of the plate thickness t2 of the second steel plate, the scale 16 contains, in unit atomic %, Ti: 2.00 to 60.00% and Al: 2.00 to 30.00%, and before arc welding, the arithmetic mean height Sa and maximum height Sz specified in ISO 25178:2021 of the region on the second surface 122 of the second steel plate 12 where the HAZ 14 is formed by arc welding are set to fall within ranges that satisfy Formula 2, and thereby the area proportion of the coating 15 that peels in the region on the HAZ 14 on the second surface 122 side of the second steel plate 12 in a coating peeling test in accordance with JIS H 8504:1999 is set to 15% or less.
20μm<Sz-Sa<100μm (Formula 2)
(アーク溶接S1)
アーク溶接S1においては、第1の鋼板11の端部111及び第2の鋼板12の第1面121をアーク溶接する。これにより第1の鋼板11の端部111及び第2の鋼板12の第1面121を接合する溶接ビード13を形成する。溶接ビード13を形成する工程において、溶接ビード13の周囲にHAZが形成される。HAZ14は、第2の鋼板12の第2面122側から露出する。さらに、露出したHAZの表面にスケールが形成される。
(Arc welding S1)
In the arc welding S1, the end portion 111 of the first steel plate 11 and the first surface 121 of the second steel plate 12 are arc-welded. This forms a weld bead 13 that joins the end portion 111 of the first steel plate 11 and the first surface 121 of the second steel plate 12. In the process of forming the weld bead 13, a HAZ 14 is formed around the weld bead 13. The HAZ 14 is exposed from the second surface 122 side of the second steel plate 12. Furthermore, scale is formed on the surface of the exposed HAZ.
アーク溶接S1に供される第2の鋼板12の化学成分は、上述した所定範囲内とされる必要がある。また、第2の鋼板12の化学成分は、上述した式1を満たす必要がある。 The chemical composition of the second steel plate 12 used in arc welding S1 must be within the specified range described above. Furthermore, the chemical composition of the second steel plate 12 must satisfy the above-mentioned formula 1.
また、アーク溶接S1においては、溶接ビード13の溶け込み深さDを、第2の鋼板の板厚t2に対して50%以上90%以下とすることができる入熱量を採用する必要がある。入熱量は、アーク電圧値、アーク電流値、及び溶接速度などを介して制御することができる。このような入熱量で、第1の鋼板11と、上述の化学成分を有する第2の鋼板12とを溶接することにより、第2の鋼板12の第2面122におけるHAZ14の表面に形成されるスケール16を、Ti:2.00~60.00%及びAl:2.00~30.00%を含有するものとすることができる。 In addition, in arc welding S1, it is necessary to adopt a heat input that can set the penetration depth D of the weld bead 13 to 50% or more and 90% or less of the plate thickness t2 of the second steel plate. The heat input can be controlled via the arc voltage value, arc current value, welding speed, etc. By welding the first steel plate 11 and the second steel plate 12 having the above-mentioned chemical composition with such a heat input, the scale 16 formed on the surface of the HAZ 14 on the second side 122 of the second steel plate 12 can be made to contain Ti: 2.00 to 60.00% and Al: 2.00 to 30.00%.
さらに、アーク溶接S1に供される第2の鋼板12の第2面122の表面粗さを、所定範囲内としておく必要がある。具体的には、第2の鋼板12の第2面122における、HAZ14がアーク溶接によって形成される領域の算術平均高さSa及び最大高さSzを、式2を満たす範囲内とする必要がある。
20μm<Sz-Sa<100μm (式2)
なお、算術平均高さSa及び最大高さSzとは、ISO 25178:2021に規定される値である。算術平均高さSaは、表面の平均面に対する、各点の高さの差の絶対値の平均値である。最大高さSzは、表面の最も高い点から最も低い点までの距離である。溶接前の第2の鋼板12の第2面122の算術平均高さSa及び最大高さSzは、通常の表面粗さ計を用いて測定可能である。
Furthermore, the surface roughness of the second surface 122 of the second steel plate 12 to be subjected to arc welding S1 needs to be set within a predetermined range. Specifically, the arithmetic mean height Sa and maximum height Sz of the region on the second surface 122 of the second steel plate 12 where the HAZ 14 is formed by arc welding need to be set within a range that satisfies Equation 2.
20μm<Sz-Sa<100μm (Formula 2)
The arithmetic mean height Sa and maximum height Sz are values specified in ISO 25178:2021. The arithmetic mean height Sa is the average of the absolute values of the height differences at each point relative to the average plane of the surface. The maximum height Sz is the distance from the highest point to the lowest point on the surface. The arithmetic mean height Sa and maximum height Sz of the second surface 122 of the second steel plate 12 before welding can be measured using a conventional surface roughness meter.
本実施形態に係る溶接継手1の製造方法では、第2の鋼板12の第2面122においてSz-Saを20μm超として、アンカー効果を利用することにより、スケール16の密着性を一層高める。これにより、スケール16を覆うように形成される塗膜15の密着性を高め、塗膜剥離試験によって剥離する塗膜15の面積割合を15%以下とすることができる。ただし、Sz-Saが100μm以上である場合、第2の鋼板12の第2面122の塗装性が損なわれる場合がある。従って、Sz-Saは100μm未満とされる。 In the manufacturing method for the welded joint 1 according to this embodiment, the Sz-Sa is set to more than 20 μm on the second surface 122 of the second steel plate 12, and the anchor effect is utilized to further enhance the adhesion of the scale 16. This enhances the adhesion of the coating film 15 formed to cover the scale 16, and the area percentage of the coating film 15 that peels off in a coating peeling test can be reduced to 15% or less. However, if Sz-Sa is 100 μm or more, the paintability of the second surface 122 of the second steel plate 12 may be impaired. Therefore, Sz-Sa is set to less than 100 μm.
なお、表面粗さの制御が、第2の鋼板12の第2面122の全体にわたって行われている必要はない。HAZ14が形成される箇所においてのみ、Sz-Saが20μm超100μm未満とされていれば足りる。換言すると、Sz-Saが20μm超100μm未満とされた領域にHAZ14が形成されるように、溶接位置を定めればよい。 Note that surface roughness control does not need to be performed over the entire second surface 122 of the second steel plate 12. It is sufficient that Sz-Sa is greater than 20 μm and less than 100 μm only in the area where the HAZ 14 is formed. In other words, the welding position should be determined so that the HAZ 14 is formed in the area where Sz-Sa is greater than 20 μm and less than 100 μm.
また、本実施形態に係る製造方法によって得られる溶接継手1の表面粗さは限定されない。第2の鋼板12の第2面122の表面粗さは、溶接によって若干変化する場合があるからである。加えて、第2の鋼板12に塗膜15が配されると、第2の鋼板12の第2面122の算術平均高さSa及び最大高さSzの正確な測定が難しくなる。塗膜15の除去作業が、第2の鋼板12の第2面122の表面粗さに影響するからである。 Furthermore, the surface roughness of the welded joint 1 obtained by the manufacturing method according to this embodiment is not limited. This is because the surface roughness of the second surface 122 of the second steel plate 12 may change slightly due to welding. In addition, if a coating 15 is applied to the second steel plate 12, it becomes difficult to accurately measure the arithmetic mean height Sa and maximum height Sz of the second surface 122 of the second steel plate 12. This is because the removal of the coating 15 affects the surface roughness of the second surface 122 of the second steel plate 12.
(塗装S2)
塗装S2では、アーク溶接S1によって得られた溶接継手1の第1の鋼板11、第2の鋼板12、及び溶接ビード13に塗装して、それぞれの表面に塗膜15を設ける。塗装とは、例えば電着塗装である。この際、第2の鋼板12の第2面122側のHAZ14及びスケール16上に塗膜15が設けられる。これにより、第2の鋼板12の第2面122におけるHAZ14の表面と塗膜15との間にスケール16を残すようにする。このため、本実施形態に係る溶接継手1の製造方法では、酸洗などのスケール16除去工程は不要である。塗装は、スケール16が付着した状態の溶接継手1に対して行い、これにより、スケール16を覆うように塗膜15を形成すればよい。
(Painting S2)
In the coating S2, the first steel plate 11, the second steel plate 12, and the weld bead 13 of the welded joint 1 obtained by arc welding S1 are coated to form a coating film 15 on each surface. The coating is, for example, electrodeposition coating. In this case, the coating film 15 is formed on the HAZ 14 and the scale 16 on the second surface 122 side of the second steel plate 12. This leaves the scale 16 between the surface of the HAZ 14 on the second surface 122 of the second steel plate 12 and the coating film 15. Therefore, the manufacturing method of the welded joint 1 according to this embodiment does not require a scale 16 removal process such as pickling. The coating is performed on the welded joint 1 with the scale 16 attached, and the coating film 15 is formed to cover the scale 16.
アーク溶接S1及び塗装S2のその他の実施条件は特に限定されない。例えば、アーク溶接S1におけるシールドガスの成分は特に限定されないが、例えばシールドガスにおける酸化性ガスの割合を10%以下としてもよい。酸化性ガスとは、第1の鋼板11及び第2の鋼板12に含まれるスラグ生成元素、例えばSiを酸化させる効果を有するガスである。例えば、酸化性ガスとはCO2、及びO2等である。酸化性ガスがシールドガスに占める体積率を10%以下にすることにより、溶接ビード13に付着するスラグの面積率を低減する効果が得られる。酸化性ガスがシールドガスに占める体積率を9%以下、8%以下、5%以下、又は3%以下としてもよい。 Other conditions for performing the arc welding S1 and the painting S2 are not particularly limited. For example, the components of the shielding gas in the arc welding S1 are not particularly limited, but the proportion of oxidizing gas in the shielding gas may be 10% or less. The oxidizing gas is a gas that has the effect of oxidizing slag-forming elements, such as Si, contained in the first steel plate 11 and the second steel plate 12. Examples of oxidizing gases include CO 2 and O 2. By setting the volume fraction of the oxidizing gas in the shielding gas to 10% or less, the effect of reducing the area fraction of slag adhering to the weld bead 13 can be obtained. The volume fraction of the oxidizing gas in the shielding gas may be 9% or less, 8% or less, 5% or less, or 3% or less.
また、第1の鋼板11及び第2の鋼板12には、例えば、上述した本実施形態に係る溶接継手1における第1の鋼板11及び第2の鋼板12の好適な形態を適用することができる。また、第1の鋼板11及び第2の鋼板12の位置関係についても、上述した本実施形態に係る溶接継手1における好適な形態を適用することができる。即ち、第1の鋼板11と第2の鋼板12とがなす角度は、0°以上180°以下の任意の値とすることができる。第1の鋼板11と第2の鋼板12とを重ね合わせて、溶接継手1を重ね隅肉溶接継手としてもよい。また、第1の鋼板11と第2の鋼板12とがなす角度を80°~100°として、溶接継手1をT継手としてもよい。 Furthermore, for example, the preferred configuration of the first steel plate 11 and the second steel plate 12 in the welded joint 1 according to this embodiment described above can be applied to the first steel plate 11 and the second steel plate 12. Furthermore, the preferred configuration of the welded joint 1 according to this embodiment described above can also be applied to the positional relationship between the first steel plate 11 and the second steel plate 12. That is, the angle between the first steel plate 11 and the second steel plate 12 can be any value between 0° and 180°. The first steel plate 11 and the second steel plate 12 may be overlapped to form the welded joint 1 as a lap fillet weld joint. Furthermore, the angle between the first steel plate 11 and the second steel plate 12 may be set to 80° to 100° to form the welded joint 1 as a T-joint.
(自動車部品、及び建材部品)
次に、本発明の別の態様に係る自動車部品、及び建材部品について説明する。本実施形態に係る自動車部品、及び建材部品は、本実施形態に係る溶接継手1を有する。自動車部品及び建材部品のいずれも、主に屋外で用いられるので、高い耐食性が求められる。本実施形態に係る自動車部品及び建材部品は、塗装後耐食性が高い溶接継手1を有するので、長期間にわたって性能を維持することができる。例えば、本実施形態に係る自動車部品においては、腐食による減肉が抑制されている。そのため、自動車部品を構成する鋼板の厚さを低減して、自動車部品の軽量化を達成することができる。
(Automotive parts and building materials)
Next, an automobile part and a building material part according to another aspect of the present invention will be described. The automobile part and the building material part according to this embodiment have the welded joint 1 according to this embodiment. Both the automobile part and the building material part are mainly used outdoors, and therefore require high corrosion resistance. The automobile part and the building material part according to this embodiment have the welded joint 1 with high corrosion resistance after painting, and therefore can maintain performance over a long period of time. For example, in the automobile part according to this embodiment, thinning due to corrosion is suppressed. Therefore, the thickness of the steel plate constituting the automobile part can be reduced, thereby achieving weight reduction of the automobile part.
もっとも、本実施形態に係る溶接継手1の用途は特に限定されない。自動車部品及び建材部品以外の幅広い分野の機械部品の接合部に、本実施形態に係る溶接継手1を適用することができる。However, the applications of the welded joint 1 according to this embodiment are not particularly limited. The welded joint 1 according to this embodiment can be applied to the joints of mechanical parts in a wide range of fields other than automotive parts and building material parts.
実施例により本発明の一態様の効果を更に具体的に説明する。ただし、実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例に過ぎない。本発明は、この一条件例に限定されない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限り、種々の条件を採用し得る。 The effects of one aspect of the present invention will be explained in more detail using examples. However, the conditions in the examples are merely one example of conditions adopted to confirm the feasibility and effects of the present invention. The present invention is not limited to this one example of conditions. Various conditions may be adopted in the present invention as long as they do not deviate from the gist of the present invention and achieve the objectives of the present invention.
第1の鋼板及び第2の鋼板に、アーク溶接及び電着塗装をして、塗膜を有する種々の重ね隅肉溶接継手又はT隅肉溶接継手を製造した。第1の鋼板の化学成分は、C:0.7質量%、Si:0.15質量%、Mn:0.18質量%、P:0.009質量%、S:0.0033質量%、Ti:0.11質量%、及びAl:0.15質量%を含有した。第2の鋼板の化学成分は表1に示される通りであった。第1の鋼板及び第2の鋼板のいずれの化学成分においても、残部は鉄及び不純物であった。電着塗装は、母材部で20μmになるよう実施した。これらの溶接継手の溶け込み深さ、及びスケール成分を測定して、表2に記載した。 Various lap fillet welded joints or T-fillet welded joints with coatings were produced by arc welding and electroplating the first and second steel plates. The chemical composition of the first steel plate was 0.7% by mass C, 0.15% by mass Si, 0.18% by mass Mn, 0.009% by mass P, 0.0033% by mass S, 0.11% by mass Ti, and 0.15% by mass Al. The chemical composition of the second steel plate was as shown in Table 1. The balance of both the chemical compositions of the first and second steel plates was iron and impurities. Electroplating was performed to achieve a coating thickness of 20 μm in the base material. The penetration depth and scale components of these welded joints were measured and are listed in Table 2.
また、これらの溶接継手の第1面の塗装不良面積率を測定した。塗装不良面積率は、電着塗装された溶接ビードを写真撮影し、その写真を画像解析し、溶接ビードの投影面積及び電着塗装不良部の投影面積を特定することにより、測定した。塗装不良面積率が7%以下である溶接継手を、電着塗装不良が抑制された溶接継手だと判断した。 The paint defect area rate on the first surface of these welded joints was also measured. The paint defect area rate was measured by photographing the electrodeposition-coated weld bead, analyzing the photograph, and determining the projected area of the weld bead and the projected area of the electrodeposition-coated defect area. Welded joints with a paint defect area rate of 7% or less were determined to be welded joints in which electrodeposition-coating defects were suppressed.
さらに、これらの溶接継手の第2の鋼板の第2面側のHAZ上の領域に対して塗膜剥離試験を実施して、剥離した塗膜の面積率を表2に記載した。
なお、表2に記載の「塗膜剥離面積率A」は、塗膜剥離部の面積を、塗膜剥離試験において用いた粘着テープの面積で割った値である。粘着テープは、長さ150mm及び幅24mmの矩形形状であった。従って、粘着テープの面積は3600mm2であった。「塗膜剥離面積率B」は、塗膜剥離部の面積を、粘着テープにおける盛り上がり部の面積で割った値である。粘着テープにおける盛り上がり部は、長さ120mm及び幅20mmの四辺形形状であった。粘着テープにおける盛り上がり部の面積は2400mm2であった。なお、本実施形態に係る溶接継手において規定される塗膜剥離面積率は、塗膜剥離面積率B、即ち塗膜剥離部の面積を粘着テープにおける盛り上がり部の面積で割った値である。表2に記載の塗膜剥離面積率Aは、参考値である。
また、溶接部の裏面にあたる第2の鋼板の第2面においては、通常、塗装不良は問題とならない。従って、第2面における塗装不良率の評価は省略した。
Furthermore, a paint peeling test was carried out on the region on the HAZ on the second surface side of the second steel plate of these welded joints, and the area ratio of the peeled paint is shown in Table 2.
The "coat peeling area ratio A" shown in Table 2 is the value obtained by dividing the area of the paint peeled portion by the area of the adhesive tape used in the paint peeling test. The adhesive tape was rectangular, 150 mm long and 24 mm wide. Therefore, the area of the adhesive tape was 3,600 mm2 . The "coat peeling area ratio B" is the value obtained by dividing the area of the paint peeled portion by the area of the raised portion on the adhesive tape. The raised portion on the adhesive tape was quadrilateral, 120 mm long and 20 mm wide. The area of the raised portion on the adhesive tape was 2,400 mm2 . The paint peeling area ratio specified for the welded joint according to this embodiment is the paint peeling area ratio B, i.e., the value obtained by dividing the area of the paint peeled portion by the area of the raised portion on the adhesive tape. The paint peeling area ratio A shown in Table 2 is a reference value.
Furthermore, on the second surface of the second steel plate, which is the back surface of the welded portion, poor painting is usually not a problem, and therefore evaluation of the rate of poor painting on the second surface was omitted.
表1において、発明範囲外の値には下線を付した。第2の鋼板の化学成分の単位は質量%であり、残部は鉄及び不純物であった。第2の鋼板に添加されていない元素については、含有量の欄を空白とした。表1の「式1」列には、式1の左辺の値を記載した。表1の「表面粗さ」列には、溶接前に測定された、第2の鋼板の第2面のうちHAZが形成される箇所のSz-Saを記載した。 In Table 1, values outside the range of the invention are underlined. The units of the chemical composition of the second steel plate are mass %, with the remainder being iron and impurities. For elements not added to the second steel plate, the content column is left blank. The "Equation 1" column in Table 1 lists the value of the left side of Equation 1. The "Surface roughness" column in Table 1 lists Sz-Sa, measured before welding, at the location on the second surface of the second steel plate where the HAZ will form.
表2において、発明範囲外の値、及び上述の合否基準に満たない値には下線を付した。スケールの化学成分の単位は原子%であった。表2の「D/t2」列には、第2の鋼板の板厚t2に対する溶接ビードの溶け込み深さDの割合を、単位%で記載した。In Table 2, values outside the scope of the invention and values that do not meet the pass/fail criteria described above are underlined. The chemical composition of the scale was expressed in atomic percent. The "D/t2" column in Table 2 lists the ratio of the penetration depth D of the weld bead to the plate thickness t2 of the second steel plate in percent.
溶接の際には、溶接部の裏面に当接される箇所が中空構造とされた治具を使用した。これにより、溶接部の裏面から治具への抜熱を抑制した。溶接ワイヤは、YGW11をベースに試作した低Si溶接ワイヤとした。ワイヤ径は1.2mmとした。その他の溶接条件は表3に示す通りとした。 When welding, a jig with a hollow structure was used where it would come into contact with the backside of the weld. This prevented heat from being transferred from the backside of the weld to the jig. The welding wire used was a low-Si welding wire prototyped based on YGW11. The wire diameter was 1.2 mm. Other welding conditions were as shown in Table 3.
比較例B1では、第2の鋼板のP含有量が過剰であり、さらに式1の規定が満たされなかった。このため、比較例B1の溶接継手においては著しいブリスター現象が発生し、第2面の塗膜密着性が不十分となった。In Comparative Example B1, the P content of the second steel plate was excessive, and the requirements of Formula 1 were not met. As a result, significant blistering occurred in the welded joint of Comparative Example B1, and the paint adhesion on the second surface was insufficient.
比較例B2では、第2の鋼板のAl含有量が不足しており、さらに式1の規定が満たされなかった。このため、比較例B2の溶接継手においてはスケールのAl含有量が不足し、さらに第2面の塗膜密着性が不十分となった。In Comparative Example B2, the Al content of the second steel plate was insufficient, and the requirements of Formula 1 were not met. As a result, the Al content of the scale in the welded joint of Comparative Example B2 was insufficient, and the paint adhesion on the second surface was insufficient.
比較例B3では、第2の鋼板のTi含有量が不足しており、さらに式1の規定が満たされなかった。このため、比較例B3の溶接継手においてはスケールのTi含有量が不足し、さらに第1面の塗装性及び第2面の塗膜密着性が不十分となった。In Comparative Example B3, the Ti content of the second steel plate was insufficient, and the requirements of Formula 1 were not met. As a result, the Ti content of the scale in the welded joint of Comparative Example B3 was insufficient, and the paintability of the first surface and the paint film adhesion of the second surface were insufficient.
比較例B4では、式1の規定が満たされなかった。このため、比較例B4の溶接継手においては著しいブリスター現象が発生し、第2面の塗膜密着性が不十分となった。 In Comparative Example B4, the requirements of Formula 1 were not met. As a result, significant blistering occurred in the welded joint of Comparative Example B4, and the paint film adhesion on the second surface was insufficient.
比較例B5では、第2の鋼板のAl含有量が過剰であった。このため、比較例B5の溶接継手においてはスケールのAl含有量が過剰となり、さらに第2面の塗膜密着性が不十分となった。In Comparative Example B5, the second steel plate had an excessive Al content. As a result, the scale in the welded joint of Comparative Example B5 had an excessive Al content, and the paint film adhesion on the second surface was insufficient.
比較例B6では、第2の鋼板のTi含有量が過剰であり、さらに式1の規定が満たされなかった。このため、比較例B6の溶接継手においてはスケールのTi含有量が過剰となり、さらに第2面の塗膜密着性が不十分となった。In Comparative Example B6, the Ti content of the second steel plate was excessive, and the requirements of Formula 1 were not met. As a result, the Ti content of the scale in the welded joint of Comparative Example B6 was excessive, and the paint adhesion on the second surface was insufficient.
比較例B7では、第2の鋼板のC含有量が過剰であり、さらに式1の規定が満たされなかった。このため、比較例B7の溶接継手においては著しいブリスター現象が発生し、第2面の塗膜密着性が不十分となった。In Comparative Example B7, the C content of the second steel plate was excessive, and the requirements of Formula 1 were not met. As a result, significant blistering occurred in the welded joint of Comparative Example B7, and the paint adhesion on the second surface was insufficient.
比較例B8では、第2の鋼板の化学成分は適正であり、式1も満たされていたが、入熱量が不足しており、溶け込み深さが不十分となった。このため、比較例B8の溶接継手においては第2面の塗膜密着性が不十分となった。 In Comparative Example B8, the chemical composition of the second steel plate was appropriate and Equation 1 was satisfied, but the heat input was insufficient, resulting in insufficient penetration depth. As a result, the paint adhesion on the second surface of the welded joint in Comparative Example B8 was insufficient.
比較例B9では、入熱量が過剰となっており、溶け込み深さが過剰となった。このため、比較例B9の溶接継手においては裏抜けが発生し、さらに第1面の塗装性も損なわれた。 In Comparative Example B9, the heat input was excessive, resulting in excessive penetration depth. As a result, strike-through occurred in the welded joint of Comparative Example B9, and the paintability of the first surface was also impaired.
比較例B10では、第2の鋼板の化学成分は適正であり、式1も満たされていたが、溶接前の第2の鋼板の第2面の表面粗さが過剰であった。このため、比較例B10の溶接継手においては第2面の塗膜密着性が不十分となった。
比較例B11では、第2の鋼板の化学成分は適正であり、式1も満たされていたが、溶接前の第2の鋼板の第2面の表面粗さが小さすぎた。このため、比較例B11の溶接継手においては第2面の塗膜密着性が不十分となった。
In Comparative Example B10, the chemical composition of the second steel plate was appropriate and Formula 1 was satisfied, but the surface roughness of the second surface of the second steel plate before welding was excessive, which resulted in insufficient paint adhesion on the second surface of the welded joint in Comparative Example B10.
In Comparative Example B11, the chemical composition of the second steel plate was appropriate and Formula 1 was satisfied, but the surface roughness of the second surface of the second steel plate before welding was too small, resulting in insufficient paint adhesion on the second surface of the welded joint in Comparative Example B11.
一方、溶接前の段階での第2の鋼板の表面粗さ、並びに溶接後の段階での第2の鋼板の化学成分、スケールの化学成分、及び溶け込み深さが適切であった発明例においては、塗膜剥離面積率が15%以下であった。そのため、発明例は、高い塗装後耐食性を有する。 On the other hand, in the inventive examples, in which the surface roughness of the second steel plate before welding, and the chemical composition of the second steel plate, the chemical composition of the scale, and the penetration depth after welding were appropriate, the paint peeling area rate was 15% or less. Therefore, the inventive examples have high corrosion resistance after painting.
1 溶接継手
11 第1の鋼板
111 端部
12 第2の鋼板
121 第1面
122 第2面
13 溶接ビード
14 HAZ
15 塗膜
151 盛り上がり部
16 スケール
D 溶け込み深さ
t2 第2の鋼板の板厚
T 粘着テープ
1 weld joint 11 first steel plate 111 end 12 second steel plate 121 first surface 122 second surface 13 weld bead 14 HAZ
15 Coating film 151 Protuberance 16 Scale D Penetration depth t2 Plate thickness T of second steel plate Adhesive tape
Claims (6)
第2の鋼板と、
前記第1の鋼板の端部及び前記第2の鋼板の第1面を接合する溶接ビードと、
前記溶接ビードの周囲に形成されるHAZと、
前記第1の鋼板、前記第2の鋼板、及び前記溶接ビードそれぞれの表面に設けられた塗膜と、
前記第2の鋼板の前記第1面に対する裏面である第2面側において、前記HAZに接し、且つ前記HAZと前記塗膜との間にあるスケールと、
を備え、
前記第2の鋼板の化学成分が、単位質量%で、
C:0.03~0.20%、
Si:0.02~0.30%、
P:0.080%以下、
Ti:0.05~0.20%、及び
Al:0.05~0.40%、を含み、
前記第2の鋼板の前記化学成分が式1を満たし、
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (式1)
式1に含まれる元素記号は、前記第2の鋼板における、当該元素記号に対応する元素の単位質量%での含有量であり、
前記溶接ビードの溶け込み深さが、前記第2の鋼板の板厚に対して50%以上90%以下であり、
前記スケールが、単位原子%で、Ti:2.00~60.00%及びAl:2.00~30.00%を含有し、
前記第2の鋼板の前記第2面側の前記HAZ上の領域において、JIS H 8504:1999に準拠した塗膜剥離試験によって剥離する前記塗膜の面積割合が15%以下である
溶接継手。 a first steel plate;
a second steel plate;
a weld bead joining the end of the first steel plate and the first surface of the second steel plate;
a heat-affected zone (HAZ) formed around the weld bead;
a coating film provided on a surface of each of the first steel plate, the second steel plate, and the weld bead;
a scale in contact with the HAZ and between the HAZ and the coating film on a second surface side of the second steel plate, which is the back surface of the second steel plate opposite to the first surface;
Equipped with
The chemical composition of the second steel plate is, in mass%,
C: 0.03-0.20%,
Si: 0.02-0.30%,
P: 0.080% or less,
Ti: 0.05 to 0.20%, and Al: 0.05 to 0.40%,
The chemical composition of the second steel plate satisfies Formula 1,
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (Formula 1)
The element symbols included in Formula 1 represent the contents, in unit mass%, of the elements corresponding to the element symbols in the second steel plate,
The penetration depth of the weld bead is 50% or more and 90% or less of the plate thickness of the second steel plate,
The scale contains, in atomic %, Ti: 2.00 to 60.00% and Al: 2.00 to 30.00%,
A welded joint in which the area ratio of the coating that peels off in a coating peeling test in accordance with JIS H 8504:1999 in the region on the HAZ on the second surface side of the second steel plate is 15% or less.
前記第1の鋼板、前記第2の鋼板、及び前記溶接ビードに塗装して、それぞれの表面に塗膜を設ける工程と、
を備える溶接継手の製造方法であって、
前記溶接ビードを形成する工程において、
前記溶接ビードの周囲にHAZが形成され、
前記HAZが前記第2の鋼板の第2面側から露出し、
露出した前記HAZの表面にスケールが形成され、
前記塗膜を設ける工程において、
前記第2の鋼板の前記第2面側の前記HAZ及び前記スケール上に前記塗膜が設けられ、
前記第2の鋼板を、その化学成分が、単位質量%で、
C:0.03~0.20%、
Si:0.02~0.30%、
P:0.080%以下、
Ti:0.05~0.20%、及び
Al:0.05~0.40%、を含み、
前記第2の鋼板を、その前記化学成分が式1を満たすものとし、
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (式1)
式1に含まれる元素記号は、前記第2の鋼板における、当該元素記号に対応する元素の単位質量%での含有量であり、
前記溶接ビードの溶け込み深さを、前記第2の鋼板の板厚に対して50%以上90%以下とし、
前記スケールを、単位原子%で、Ti:2.00~60.00%及びAl:2.00~30.00%を含有するものとし、
前記アーク溶接の前に、前記第2の鋼板の前記第2面における、前記HAZが前記アーク溶接によって形成される領域の、ISO 25178:2021に規定される算術平均高さSa及び最大高さSzを、式2を満たす範囲内とし、これにより、前記第2の鋼板の前記第2面側の前記HAZ上の領域において、JIS H 8504:1999に準拠した塗膜剥離試験によって剥離する前記塗膜の面積割合を15%以下とする
20μm<Sz-Sa<100μm (式2)
溶接継手の製造方法。 arc welding an end portion of a first steel plate and a first surface of a second steel plate to form a weld bead joining the end portion of the first steel plate and the first surface of the second steel plate;
a step of painting the first steel plate, the second steel plate, and the weld bead to form a coating film on each surface;
A method for manufacturing a welded joint comprising:
In the step of forming the weld bead,
A HAZ is formed around the weld bead,
The HAZ is exposed from the second surface side of the second steel plate,
A scale is formed on the exposed surface of the HAZ,
In the step of providing the coating film,
The coating film is provided on the HAZ and the scale on the second surface side of the second steel plate,
The second steel plate has a chemical composition, in mass%, of:
C: 0.03-0.20%,
Si: 0.02-0.30%,
P: 0.080% or less,
Ti: 0.05 to 0.20%, and Al: 0.05 to 0.40%,
The second steel plate has a chemical composition that satisfies Formula 1,
Ti+1.2×Al-1.2×C-7×P>0 (Formula 1)
The element symbols included in Formula 1 represent the contents, in unit mass%, of the elements corresponding to the element symbols in the second steel plate,
The penetration depth of the weld bead is 50% or more and 90% or less of the plate thickness of the second steel plate,
The scale contains, in atomic %, Ti: 2.00 to 60.00% and Al: 2.00 to 30.00%;
Before the arc welding, the arithmetic mean height Sa and maximum height Sz defined in ISO 25178:2021 of the region on the second surface of the second steel plate where the HAZ is formed by the arc welding are set within a range that satisfies Formula 2, thereby making the area ratio of the coating that peels off in a coating peeling test in accordance with JIS H 8504:1999 in the region on the HAZ on the second surface side of the second steel plate 15% or less: 20 μm<Sz-Sa<100 μm (Formula 2)
Methods for manufacturing welded joints.
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