JP7828028B2 - Spot welded joint and method for manufacturing spot welded joint - Google Patents
Spot welded joint and method for manufacturing spot welded jointInfo
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Description
本発明は、スポット溶接継手、及びスポット溶接継手の製造方法に関する。
本願は、2023年11月17日に、日本に出願された特願2023-195627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 spot welded joint and a method for manufacturing a spot welded joint.
This application claims priority based on Japanese Patent Application No. 2023-195627, filed on November 17, 2023, the contents of which are incorporated herein by reference.
抵抗溶接は、溶接継手部に大電流を流し、ここに発生する抵抗熱によって加熱し、圧力を加えて行う溶接である。抵抗溶接は短時間で実行可能であるので、様々な機械部品の製造のために用いられている。Resistance welding is a welding method in which a large current is passed through the weld joint, heating it with the generated resistance heat and applying pressure. Because resistance welding can be performed in a short time, it is used to manufacture a variety of machine parts.
抵抗溶接によって形成された溶接部には、後熱電流が流される場合もある。後熱電流とは、抵抗溶接において、溶接を行った後、溶接部に対して焼戻し、焼なまし、及び偏析緩和等の熱処理を行う目的で流す電流のことである。後熱電流の通電は、後通電とも称される。 Post-heating current may be passed through welds formed by resistance welding. Post-heating current is a current passed through the weld after resistance welding for the purpose of performing heat treatments such as tempering, annealing, and segregation relief. The application of post-heating current is also called post-heating.
後通電が利用される材料の例として、高強度鋼板が挙げられる。高強度鋼板は、機械部品の軽量化及び安全性を高めるために、様々な技術分野に適用されている。しかしながら高強度鋼板には、抵抗溶接部が脆化しやすいという課題がある。通常の鋼板から構成される溶接継手においては、鋼板の強度が高いほど、十字引張強さ(CTS)が高くなる。しかし、高強度鋼板から構成される溶接継手においては、鋼板の強度が高いほど、CTSが低くなる現象が見られる。 An example of a material for which post-energization is used is high-strength steel plate. High-strength steel plate is applied in a variety of technical fields to reduce the weight and improve the safety of machine parts. However, high-strength steel plate has the issue of being prone to embrittlement at resistance welds. In welded joints made from ordinary steel plate, the higher the strength of the steel plate, the higher the cross tensile strength (CTS). However, in welded joints made from high-strength steel plate, the higher the strength of the steel plate, the lower the CTS.
抵抗溶接によって形成された溶接部の特性を向上させるために、これまで種々の技術が検討されている。例えば特許文献1には、2枚以上の鋼板を重ね合わせた板組を一対の溶接電極で挟持し、加圧しながら通電して接合するスポット溶接方法であって、板組のうち少なくとも1枚の鋼板は高強度鋼板であり、電流値IW(kA)で通電する主通電工程と、焼戻し後熱処理工程とを有し、焼戻し後熱処理工程は、冷却時間tct(ms)を設ける冷却過程と、式(2)に示す電流値It(kA)で、通電時間tt(ms)の間、通電を行う昇温過程と、ダウンスロープ通電時間ttma(ms)の間、通電電流を電流値It(kA)から電流値Itm(kA)へ連続的に減少させる遷移過程および/または電流値Itm(kA)で、通電時間ttm(ms)の間、溶接部の通電を行う保持過程と、を有するスポット溶接継手の製造方法が開示されている。
0.8×Iw≦It≦1.6×Iw・・・(2)
Various techniques have been investigated to improve the properties of welds formed by resistance welding. For example, Patent Document 1 discloses a spot welding method in which a sheet set of two or more overlapping steel sheets is clamped between a pair of welding electrodes and joined by passing current while applying pressure, wherein at least one steel sheet of the sheet set is a high-strength steel sheet, and the method includes a main current passing step in which current is passed at a current value IW (kA) and a post-tempering heat treatment step, wherein the post-tempering heat treatment step includes a cooling step with a cooling time tct (ms), a heating step in which current is passed at a current value It (kA) shown in Formula (2) for a current passing time tt (ms), and a transition step in which the current passing is continuously reduced from a current value It (kA) to a current value Itm (kA) for a downslope current passing time ttma (ms) and/or a holding step in which current is passed through the weld at a current value Itm (kA) for a current passing time ttm (ms).
0.8×I w ≦I t ≦1.6×I w (2)
スポット溶接の利点の一つは、溶接に要する時間が短いことである。しかしながら、後通電を行うと、溶接に要する時間が長くなる。溶接点数が多い部品の製造にあたっては、可能な限り溶接時間を短くすることが求められる。 One of the advantages of spot welding is the short time required for welding. However, if post-welding is performed, the time required for welding will increase. When manufacturing parts with a large number of welds, it is necessary to shorten the welding time as much as possible.
特許文献1に記載の技術は、ナゲットの脆化を軽減し、継手強度を向上させることを課題としている。しかしながら特許文献1において、溶接時間の短縮は課題とされておらず、また、これを達成するための手段も開示されていない。 The technology described in Patent Document 1 aims to reduce nugget embrittlement and improve joint strength. However, Patent Document 1 does not address the issue of shortening welding time, nor does it disclose any means for achieving this.
本開示は、短時間で実施可能なスポット溶接継手の製造方法、および短時間で製造可能なスポット溶接継手を提供することを課題とする。 The objective of the present disclosure is to provide a method for manufacturing a spot welded joint that can be performed in a short period of time, and a spot welded joint that can be manufactured in a short period of time.
本開示の要旨は以下の通りである。 The gist of this disclosure is as follows:
(1)本発明の一態様に係るスポット溶接継手は、重ねられた2枚以上の鋼板と、前記鋼板を接合するナゲッkjmm、トと、を備えるスポット溶接継手であって、前記ナゲットの断面において測定される、前記鋼板の接合界面に沿った仮想線における前記ナゲットの両端部の金属組織が、5~40面積%のフレッシュマルテンサイトを含み、残部の95面積%以上が焼戻しマルテンサイト及びベイナイトの一方又は両方である。
(2)好ましくは、上記(1)に記載のスポット溶接継手では、1枚以上の前記鋼板が、炭素量0.20質量%以上の高炭素鋼板である。
(3)好ましくは、上記(1)又は(2)に記載のスポット溶接継手では、下記式によって算出される推定最大ビッカース硬さHVmaxから、前記ナゲットの断面において測定される、前記鋼板の接合界面に沿った仮想線における前記ナゲットの両端部のビッカース硬さを引いた値が、HV50以上である。
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
ここで、前記式に含まれる元素記号は、複数の前記鋼板の化学成分の、板厚を重みとした加重平均における、前記元素記号に対応する元素の含有量である。
(4)好ましくは、上記(1)~(3)の何れか一項に記載のスポット溶接継手では、前記ナゲットの前記両端部の前記金属組織が、2面積%以上の前記ベイナイトを含む。
(1) A spot-welded joint according to one aspect of the present invention is a spot-welded joint comprising two or more stacked steel plates and a nugget joining the steel plates, wherein the metal structure of both ends of the nugget, measured on a cross section of the nugget along a virtual line along the joining interface of the steel plates, contains 5 to 40 area % of fresh martensite, and the remaining 95 area % or more is one or both of tempered martensite and bainite.
(2) Preferably, in the spot-welded joint described in (1) above, at least one of the steel plates is a high-carbon steel plate having a carbon content of 0.20 mass % or more.
(3) Preferably, in the spot-welded joint described in (1) or (2) above, the value obtained by subtracting the Vickers hardness of both ends of the nugget measured on a virtual line along the joining interface of the steel plates, measured on a cross section of the nugget, from the estimated maximum Vickers hardness HVmax calculated by the following formula is HV50 or more.
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
Here, the element symbol included in the formula is the content of the element corresponding to the element symbol in the weighted average of the chemical compositions of the plurality of steel plates, with the plate thickness used as the weight.
(4) Preferably, in the spot welded joint described in any one of (1) to (3) above, the metal structure of the both end portions of the nugget contains 2 area % or more of the bainite.
(5)本発明の別の態様に係るスポット溶接継手の製造方法は、スポット溶接の本通電、冷却、及び後通電を模擬しており、且つ前記冷却の終了温度及び前記後通電における昇温速度を相違させた複数回の再現熱サイクル試験を、試験鋼板に行う工程と、前記再現熱サイクル試験の後に、前記試験鋼板の硬さを測定する工程と、前記再現熱サイクル試験における前記冷却の前記終了温度及び前記後通電の前記昇温速度、並びに前記再現熱サイクル試験の後の前記試験鋼板の前記硬さの相関を特定する工程と、前記試験鋼板の前記硬さを目標値以下とし、且つ前記冷却及び前記後通電に要する合計時間を最短とする、前記終了温度及び前記昇温速度の組み合わせを特定する工程と、重ねられた2枚以上の鋼板である板組に、スポット溶接用の一対の電極を用いて本通電をする工程と、一対の前記電極を用いて前記板組を加圧したまま電流を小さくすることにより、前記板組を冷却する工程と、前記本通電及び前記冷却によって前記板組に形成されたナゲットに、一対の前記電極を用いて後通電をする工程と、を備え、前記鋼板の板厚を重みとした、前記鋼板の炭素量の加重平均と、前記試験鋼板の炭素量とを略同一とし、前記ナゲットの温度が、前記再現熱サイクル試験によって特定された前記終了温度を下回ったと推定される時点以降に、前記冷却を終了し、前記後通電における昇温速度を、前記再現熱サイクル試験によって特定された前記昇温速度以下とする。
(6)好ましくは、上記(5)に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記目標値を、下記式によって算出される推定最大ビッカース硬さHVmax-HV150以下の値とする。
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
ここで、前記式に含まれる元素記号は、前記試験鋼板の化学成分の、板厚を重みとした加重平均における、前記元素記号に対応する元素の含有量である。
(7)好ましくは、上記(5)又は(6)に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記鋼板の前記板厚を重みとした、前記鋼板のMn量の加重平均、Cr量の加重平均、及びNi量の加重平均と、前記試験鋼板のMn量、Cr量、及びNi量とを、それぞれ略同一とする。
(8)好ましくは、上記(5)~(7)の何れか一項に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記再現熱サイクル試験によって特定された前記冷却の終了温度の上限値及び前記昇温速度の下限値の組み合わせを再現可能な冷却時間及び後熱電流を、シミュレーションによって推定する工程をさらに備え、前記シミュレーションによって特定された前記冷却時間及び後通電時間を、前記板組の前記冷却及び前記後通電に適用する。
(9)好ましくは、上記(5)~(8)の何れか一項に記載のスポット溶接継手の製造方法では、前記後通電の前半をアップスロープ通電とする。
(10)好ましくは、上記(5)~(9)に記載のスポット溶接継手の製造方法では、1枚以上の前記鋼板を、炭素量0.20質量%以上の高炭素鋼板とする。
(5) A manufacturing method of a spot welded joint according to another aspect of the present invention includes the steps of: performing a reproduced thermal cycle test on a test steel sheet multiple times, simulating the main current, cooling, and post-current of spot welding, and varying the end temperature of the cooling and the heating rate in the post-current; measuring the hardness of the test steel sheet after the reproduced thermal cycle test; specifying a correlation between the end temperature of cooling in the reproduced thermal cycle test, the heating rate in the post-current, and the hardness of the test steel sheet after the reproduced thermal cycle test; and specifying a combination of the end temperature and the heating rate that makes the hardness of the test steel sheet equal to or less than a target value and that minimizes the total time required for the cooling and the post-current. The method comprises the steps of: applying a main current to a sheet set consisting of two or more steel sheets that have been bonded together using a pair of electrodes for spot welding; cooling the sheet set by reducing the current while applying pressure to the sheet set using the pair of electrodes; and applying a post-current to a nugget formed in the sheet set by the main current and the cooling using the pair of electrodes, wherein a weighted average of the carbon contents of the steel sheets, where the sheet thickness of the steel sheets is used as a weight, is made approximately equal to the carbon content of the test steel sheet, the cooling is terminated after the point in time when it is estimated that the temperature of the nugget has fallen below the end temperature specified by the reproduced thermal cycle test, and the heating rate in the post-current is set to be equal to or less than the heating rate specified by the reproduced thermal cycle test.
(6) Preferably, in the method for manufacturing a spot-welded joint described in (5) above, the target value is set to a value equal to or less than the estimated maximum Vickers hardness HVmax-HV150 calculated by the following formula:
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
Here, the element symbols included in the formula are the contents of the elements corresponding to the element symbols in the weighted average of the chemical components of the test steel plate, with the plate thickness used as the weight.
(7) Preferably, in the method for manufacturing a spot-welded joint described in (5) or (6) above, a weighted average of the Mn content, the weighted average of the Cr content, and the weighted average of the Ni content of the steel plate, where the plate thickness of the steel plate is used as a weight, are approximately equal to the Mn content, the Cr content, and the Ni content of the test steel plate, respectively.
(8) Preferably, the manufacturing method of a spot-welded joint described in any one of (5) to (7) above further includes a step of estimating, by simulation, a cooling time and post-heating current that can reproduce the combination of the upper limit of the cooling end temperature and the lower limit of the heating rate identified by the reproduced thermal cycle test, and applying the cooling time and post-heating time identified by the simulation to the cooling and post-heating of the plate assembly.
(9) Preferably, in the method for manufacturing a spot welded joint according to any one of (5) to (8) above, the first half of the post-energization is an upslope energization.
(10) Preferably, in the manufacturing method of a spot welded joint described in (5) to (9) above, at least one of the steel plates is a high-carbon steel plate having a carbon content of 0.20 mass % or more.
本開示によれば、短時間で実施可能なスポット溶接継手の製造方法、および短時間で製造可能なスポット溶接継手を提供することができる。 The present disclosure provides a method for manufacturing a spot welded joint that can be performed in a short time, and a spot welded joint that can be manufactured in a short time.
本発明者らは、短時間で後通電が可能なスポット溶接継手の製造方法を得るために、鋭意検討を重ねた。その結果、本通電の後に行われる冷却の時間(冷却時間t2)を適切に短縮することにより、後通電の作用効果を確保しながら、スポット溶接継手を短時間で製造できることを知見した。また、スポット溶接の前に試験を行うことにより、適切な冷却時間t2を特定可能であることも知見した。以下に、本開示の技術思想について説明する。The inventors conducted extensive research to find a method for manufacturing spot-welded joints that allows for post-energization in a short time. As a result, they discovered that by appropriately shortening the cooling time (cooling time t2) that occurs after the main energization, spot-welded joints can be manufactured in a short time while ensuring the effects of post-energization. They also discovered that by conducting tests before spot welding, it is possible to identify an appropriate cooling time t2. The technical concept of this disclosure is described below.
(1.本通電、冷却、及び後通電における金属組織の変化)
図1及び図2に示されるように、スポット溶接継手の製造方法は、本通電、冷却、及び後通電を含む。本通電では、複数の鋼板11を重ね合わせることにより形成された板組を、スポット溶接用の電極の先端で挟み、比較的小さい部分に電流及び加圧力を集中して局部的に加熱し、同時に電極で加圧する。本通電において板組に流される電流は、溶接電流と称される。本通電により、一対の電極の間において板組の温度が融点以上に上昇する。
(1. Changes in metal structure during main current application, cooling, and post-current application)
As shown in Figures 1 and 2, the manufacturing method of a spot-welded joint includes main current application, cooling, and post-current application. During main current application, a sheet assembly formed by overlapping multiple steel sheets 11 is clamped between the tips of spot welding electrodes, and current and pressure are concentrated in a relatively small area to locally heat the sheet assembly, while simultaneously applying pressure with the electrodes. The current passed through the sheet assembly during main current application is called the welding current. This main current application raises the temperature of the sheet assembly between the pair of electrodes to above its melting point.
冷却では、板組を電極の先端で挟んだまま、通電を停止するか又は電流値を非常に低い値に低下させる。スポット溶接用の電極は水冷孔を有している。電極を板組に接触させた状態で、抵抗発熱量を0又はそれに近い値にすることにより、板組から電極に熱が移動する。そして、一対の電極の間において板組の温度が急速に低下する。本通電によって形成された溶融金属は、冷却によって凝固してナゲット12を形成する。 During cooling, the current is stopped or reduced to a very low value while the sheet assembly is still clamped between the tips of the electrodes. Spot welding electrodes have water-cooling holes. With the electrode in contact with the sheet assembly, the resistance heat is reduced to zero or close to zero, allowing heat to transfer from the sheet assembly to the electrode. The temperature of the sheet assembly then drops rapidly between the pair of electrodes. The molten metal formed by this current flow solidifies as it cools to form a nugget 12.
ナゲット12の金属組織は、ナゲット12の凝固直後の段階ではオーステナイトである。ナゲット12は急冷されて、ナゲット12にマルテンサイトが生じる。これによりナゲット12は硬化する。冷却の間にオーステナイトがマルテンサイトに変態し始める温度は、Ms点と称される。また、冷却の間、オーステナイトがほとんど完全にマルテンサイトに変態した温度は、Mf点と称される。図2に示される、通常のスポット溶接継手の製造の際には、冷却によってナゲット12の温度をMf点以下まで低下させて、ナゲット12の金属組織の大半をマルテンサイトとする。The metal structure of the nugget 12 is austenite immediately after solidification. The nugget 12 is rapidly cooled, which produces martensite in the nugget 12. This hardens the nugget 12. The temperature at which austenite begins to transform into martensite during cooling is called the Ms point. The temperature at which austenite has almost completely transformed into martensite during cooling is called the Mf point. In the production of a typical spot welded joint, as shown in Figure 2, the temperature of the nugget 12 is cooled to below the Mf point, causing the majority of the metal structure of the nugget 12 to become martensite.
後通電では、板組に再び通電してナゲット12を加熱する。後通電の目的は、冷却によって硬化したナゲット12を焼戻し、ナゲット12を軟化させることである。これにより、溶接部の十字引張強さが高められる。焼戻しを目的としてナゲット12に流す電流は、後熱電流と称される。 In the post-heating process, current is passed through the sheet assembly again to heat the nugget 12. The purpose of the post-heating is to temper the nugget 12, which has hardened due to cooling, and soften it. This increases the cross-tensile strength of the weld. The current passed through the nugget 12 for the purpose of tempering is called post-heating current.
後通電(即ち焼戻し熱処理)の後のマルテンサイトは、焼戻しマルテンサイトと称される。また、後通電の前のマルテンサイトは、フレッシュマルテンサイトと称される。焼戻しマルテンサイトの硬さは、フレッシュマルテンサイトよりも低い。従って、後通電によってナゲット12の硬さが低下し、ナゲット12の十字引張強さが向上する。ナゲット12の軟化量は、後通電の作用効果の指標となる。 The martensite after post-current treatment (i.e., tempering heat treatment) is called tempered martensite. The martensite before post-current treatment is called fresh martensite. Tempered martensite has a lower hardness than fresh martensite. Therefore, post-current treatment reduces the hardness of the nugget 12 and improves its cross-tensile strength. The amount of softening of the nugget 12 is an indicator of the effectiveness of post-current treatment.
(2.冷却時間t2の短縮の影響)
本発明者らは、スポット溶接継手の製造の短時間化のために、冷却時間t2を短縮することを試みた。しかしながら、冷却時間t2を短縮すると、後通電の後のナゲット12の硬さが増大する場合があることが判明した。
(2. Effect of shortening the cooling time t2)
The inventors attempted to shorten the cooling time t2 in order to shorten the time required to manufacture a spot welded joint, but found that shortening the cooling time t2 sometimes increases the hardness of the nugget 12 after post-energization.
この理由は、冷却の終了の時点(即ち後通電の開始の時点)におけるナゲット12の温度にある。通常のスポット溶接継手の製造の際には、冷却時間t2を十分に長くして、ナゲットの温度をMf点以下にしてから後通電を開始する(図2参照)。一方、冷却時間t2を短縮すると、後通電の開始の時点におけるナゲット12の温度がMf点以上となる(図1参照)。その結果、ナゲット12にオーステナイトが残存したまま後通電が開始することとなる。The reason for this lies in the temperature of the nugget 12 at the end of cooling (i.e., the start of post-current application). When manufacturing a typical spot-welded joint, the cooling time t2 is set long enough to lower the nugget temperature below the Mf point before starting post-current application (see Figure 2). On the other hand, if the cooling time t2 is shortened, the temperature of the nugget 12 at the start of post-current application will be above the Mf point (see Figure 1). As a result, post-current application will begin with austenite remaining in the nugget 12.
後通電の開始の時点でナゲット12に残存していたオーステナイトは、後通電の終了後に、硬いフレッシュマルテンサイトとなる。フレッシュマルテンサイトは、ナゲット12の硬さを増大させる。 The austenite remaining in the nugget 12 at the start of the post-heating becomes hard fresh martensite after the post-heating is completed. The fresh martensite increases the hardness of the nugget 12.
ナゲット12の硬さを低下させる観点からは、ナゲット12の温度をMf点以下まで低下させて、オーステナイトをすべてマルテンサイトにしてから後通電を開始することが好ましい。これにより、後通電の後でナゲット12にフレッシュマルテンサイトが生成しなくなる。しかしながら、スポット溶接継手の製造時間を短縮するためには、冷却時間t2を短縮することが望ましい。 From the perspective of reducing the hardness of the nugget 12, it is preferable to lower the temperature of the nugget 12 below the Mf point and convert all austenite to martensite before starting the post-current treatment. This prevents fresh martensite from forming in the nugget 12 after the post-current treatment. However, in order to shorten the manufacturing time of the spot-welded joint, it is desirable to shorten the cooling time t2.
本発明者らは、後通電の開始の時点におけるナゲット12の温度と、後通電の終了後におけるナゲット12の硬さとの関係についてのさらなる調査を、再現熱サイクル試験によって行った。再現熱サイクル試験とは、溶接を行った際の母材の熱影響部や溶接金属が受ける熱サイクルを再現し、母材特性の変化を調べたり、得られる溶接金属の相変態挙動(組織、機械的性能)などを評価したりする試験である。スポット溶接の際には、電極間温度を測定することが難しい。一方、再現熱サイクル試験によれば、後通電の開始の際の温度と後通電の終了後の硬さとの関係を正確に評価することができる。The inventors conducted further investigation into the relationship between the temperature of the nugget 12 at the start of post-current application and the hardness of the nugget 12 after the end of post-current application using a replicated thermal cycle test. A replicated thermal cycle test replicates the thermal cycles experienced by the heat-affected zone of the base metal and the weld metal during welding, and examines changes in base metal properties and evaluates the phase transformation behavior (structure, mechanical performance) of the resulting weld metal. It is difficult to measure the interelectrode temperature during spot welding. However, a replicated thermal cycle test makes it possible to accurately evaluate the relationship between the temperature at the start of post-current application and the hardness after the end of post-current application.
本発明者らは、スポット溶接の母材である板組を模擬した試験鋼板に、スポット溶接の本通電、冷却、及び後通電を模擬した再現熱サイクル試験を行った。再現熱サイクル試験においては、スポット溶接の本通電を模擬した加熱における最高加熱温度、スポット溶接の冷却を模擬した冷却における冷却速度、及び後通電を模擬した加熱における最高加熱温度は同一とした。一方、冷却における冷却時間t2(即ち冷却終了温度)、及び後通電を模擬した加熱における昇温速度(後通電昇温速度)は、現実のスポット溶接において採用可能な範囲内で様々に相違させた。The inventors conducted a simulated thermal cycle test simulating the main current, cooling, and post-current of spot welding on test steel sheets simulating the sheet assembly that is the base material for spot welding. In the simulated thermal cycle test, the maximum heating temperature in the heating simulating the main current of spot welding, the cooling rate in the cooling simulating the cooling of spot welding, and the maximum heating temperature in the heating simulating the post-current were all the same. However, the cooling time t2 in the cooling (i.e., the cooling end temperature) and the heating rate in the heating simulating the post-current (post-current heating rate) were varied within the range that can be used in actual spot welding.
上述の実験の結果得られた、冷却終了温度、後通電昇温速度、及び後通電の後の試験鋼板の硬さの相関の模式図を、図3に示す。本発明者らは、冷却の終了温度がMs点近傍である場合、後通電による試験鋼板の軟化効果はほとんど得られないことを知見した。一方、冷却の終了温度がMf点以上であっても、ナゲットを軟化させることができる場合がある旨も明らかになった。冷却の終了温度がMf点を上回ると、試験鋼板の軟化量が減少する場合があるが、直ちに消失することはない。例えば、冷却終了温度T2が(Ms+Mf)/2℃を下回っていれば、試験鋼板の硬さを低減させることが可能である。従って、ナゲット12の軟化量を確保しながら、冷却時間t2を短縮することが可能である。Figure 3 shows a schematic diagram of the correlation between the cooling end temperature, the post-current heating rate, and the hardness of the test steel sheet after the post-current heating, as obtained from the above-mentioned experiments. The inventors discovered that when the cooling end temperature is near the Ms point, the post-current heating has almost no effect on softening the test steel sheet. On the other hand, they also found that the nugget can sometimes be softened even when the cooling end temperature is above the Mf point. When the cooling end temperature exceeds the Mf point, the amount of softening of the test steel sheet may decrease, but it does not immediately disappear. For example, if the cooling end temperature T2 is below (Ms + Mf)/2°C, the hardness of the test steel sheet can be reduced. Therefore, it is possible to shorten the cooling time t2 while maintaining the amount of softening of the nugget 12.
さらに本発明者らは、後通電昇温速度が小さいほど、後通電の終了後のナゲット12が軟化する旨も知見した。図3に示される一線鎖線のグラフは、後通電昇温速度が大きい条件における、冷却終了温度T2と硬さとの相関関係を示す。図3に示される実線のグラフは、後通電昇温速度が小さい条件における、冷却終了温度T2と硬さとの相関関係を示す。後通電昇温速度が小さい場合、冷却終了温度T2を極めて高くしても、ナゲット12の軟化量を大きくすることができた。 The inventors also discovered that the slower the post-energization heating rate, the softer the nugget 12 becomes after the post-energization. The dashed line graph in Figure 3 shows the correlation between the cooling end temperature T2 and hardness under conditions where the post-energization heating rate is high. The solid line graph in Figure 3 shows the correlation between the cooling end temperature T2 and hardness under conditions where the post-energization heating rate is low. When the post-energization heating rate is low, the amount of softening of the nugget 12 can be increased even if the cooling end temperature T2 is set extremely high.
この現象の原因は、ベイナイト変態であると推定される。上述の通り、オーステナイトが残存するMf点以上の温度範囲で後通電を開始すると、オーステナイトはフレッシュマルテンサイトとなる。しかし、後通電昇温速度が小さい場合、オーステナイトの一部がベイナイト変態する。ベイナイトの硬さはフレッシュマルテンサイトよりも小さい。従って、後通電昇温速度を小さくすることにより、ナゲット12のベイナイト量を増大させて、フレッシュマルテンサイト量を減少させることができる。そして、ナゲット12の硬さを低下させることができる。 The cause of this phenomenon is presumed to be bainite transformation. As mentioned above, when post-energization is initiated in a temperature range above the Mf point where austenite remains, the austenite becomes fresh martensite. However, if the post-energization heating rate is small, part of the austenite transforms into bainite. The hardness of bainite is less than that of fresh martensite. Therefore, by reducing the post-energization heating rate, the amount of bainite in the nugget 12 can be increased and the amount of fresh martensite can be reduced. This in turn reduces the hardness of the nugget 12.
以上説明した通り、後通電昇温速度を小さく設定した場合、冷却終了温度T2を高め、冷却時間t2を短くすることができる。しかしながら、後通電昇温速度を小さく設定することにより、後通電に要する時間(後通電時間t3)は長くなる。後通電昇温速度を小さくしすぎた場合、むしろスポット溶接継手の製造に要する時間が長くなってしまうのである。従って、冷却時間及び後通電時間の合計を最小化できる後通電昇温速度を採用することが最も望ましい。即ち、
(1)ナゲット12に求められる接合強度を確保できる冷却終了温度T2及び後通電昇温速度の組み合わせの範囲を予め特定し、
(2)当該範囲内で、冷却時間t2及び後通電時間t3の合計値を最も短くすることができる、冷却終了温度T2及び後通電昇温速度の組み合わせを特定し、
(3)ナゲット12の温度が当該冷却終了温度T2を下回った後、速やかに、当該後通電昇温速度が適用された後通電を開始する
ことにより、ナゲット12の接合強度を確保しながら、スポット溶接継手の製造に要する時間を一層短縮することができる。
As explained above, when the post-energization heating rate is set to a low value, the cooling end temperature T2 can be increased and the cooling time t2 can be shortened. However, setting the post-energization heating rate to a low value increases the time required for post-energization (post-energization time t3). If the post-energization heating rate is set too low, the time required to manufacture a spot-welded joint will actually be longer. Therefore, it is most desirable to adopt a post-energization heating rate that can minimize the total cooling time and post-energization time. That is,
(1) A range of combinations of the cooling end temperature T2 and the post-energization heating rate that can ensure the required joining strength of the nugget 12 is specified in advance;
(2) Identifying a combination of the cooling end temperature T2 and the post-current heating rate that can minimize the total value of the cooling time t2 and the post-current heating time t3 within the range;
(3) After the temperature of the nugget 12 falls below the cooling end temperature T2, the post-current heating rate is applied and then the current is started promptly. This makes it possible to further shorten the time required to manufacture a spot-welded joint while ensuring the joining strength of the nugget 12.
以上の知見に基づいて得られた、本開示に係るスポット溶接継手の製造方法は、図4に示されるように
(S1)スポット溶接の本通電、冷却、及び後通電を模擬しており、且つ冷却の終了温度及び後通電における昇温速度を相違させた複数回の再現熱サイクル試験を、試験鋼板に行う工程と、
(S2)試験の後に、試験鋼板の硬さを測定する工程と、
(S3)試験における冷却の終了温度及び後通電の昇温速度、並びに再現熱サイクル試験の後の試験鋼板の硬さの相関を特定する工程と、
(S4)試験鋼板の硬さを目標値以下とし、且つ冷却及び後通電に要する合計時間を最短とする、終了温度及び昇温速度の組み合わせを特定する工程と、
(S5)重ねられた2枚以上の鋼板11である板組に、スポット溶接用の一対の電極を用いて本通電をする工程と、
(S6)一対の電極を用いて板組を加圧したまま電流を小さくすることにより、板組を冷却する工程と、
(S7)本通電及び冷却によって板組に形成されたナゲット12に、一対の電極を用いて後通電をする工程と、
を備え、鋼板11の板厚を重みとした、鋼板11の炭素量の加重平均と、試験鋼板の炭素量とを略同一とし、ナゲット12の温度が、再現熱サイクル試験によって特定された終了温度を下回ったと推定される時点以降に、冷却を終了し、後通電における昇温速度を、再現熱サイクル試験によって特定された昇温速度以下とする。
The method for manufacturing a spot-welded joint according to the present disclosure, which has been obtained based on the above findings, includes the steps of (S1) simulating the main current application, cooling, and post-current application of spot welding, and subjecting a test steel sheet to a reproduced heat cycle test multiple times in which the end temperature of cooling and the heating rate in the post-current application are varied, as shown in FIG. 4 ;
(S2) measuring the hardness of the test steel plate after the test;
(S3) a step of identifying a correlation between the end temperature of cooling in the test, the heating rate of post-energization, and the hardness of the test steel sheet after the reproduced thermal cycle test;
(S4) a step of specifying a combination of an end temperature and a heating rate that makes the hardness of the test steel sheet equal to or less than a target value and minimizes the total time required for cooling and post-current application;
(S5) a step of applying a main current to a sheet set of two or more stacked steel sheets 11 using a pair of electrodes for spot welding;
(S6) A step of cooling the plate set by reducing the current while pressing the plate set using a pair of electrodes;
(S7) a step of post-current-passing the nugget 12 formed in the sheet assembly by the main current-passing and cooling using a pair of electrodes;
The weighted average of the carbon content of the steel plate 11, with the thickness of the steel plate 11 as the weight, is set to be approximately equal to the carbon content of the test steel plate, cooling is terminated after the point in time when it is estimated that the temperature of the nugget 12 has fallen below the end temperature specified by the reproduced thermal cycle test, and the heating rate in the post-energization is set to be equal to or lower than the heating rate specified by the reproduced thermal cycle test.
(S1 複数回の試験)
スポット溶接に先立ち、スポット溶接を模擬した試験を行う。試験対象は、スポット溶接の母材である板組を模擬した試験鋼板である。
(S1 Multiple Tests)
Prior to spot welding, a test simulating spot welding is conducted using test steel plates that simulate the plate assembly that is the base material for spot welding.
試験鋼板の炭素量は、板組の炭素量と同一とされる。板組に含まれる複数の鋼板11の炭素量が相違する場合、鋼板11の板厚を重みとした、鋼板11の炭素量の加重平均値を、板組の炭素量とみなす。炭素量は、Ms点及びMf点に最も大きな影響を与える元素である。板組の炭素量と試験鋼板の炭素量とを同一にすることにより、試験鋼板のMs点及びMf点を、板組に形成されるナゲット12のMs点及びMf点と同水準の値とすることができる。 The carbon content of the test steel plate is the same as the carbon content of the sheet assembly. If the carbon contents of the multiple steel plates 11 included in the sheet assembly are different, the weighted average of the carbon contents of the steel plates 11, with the thickness of the steel plates 11 used as the weight, is considered to be the carbon content of the sheet assembly. Carbon content is the element that has the greatest effect on the Ms point and Mf point. By making the carbon content of the sheet assembly and the carbon content of the test steel plate the same, the Ms point and Mf point of the test steel plate can be made to be at the same level as the Ms point and Mf point of the nugget 12 formed in the sheet assembly.
試験においては、スポット溶接の本通電を模擬する加熱と、スポット溶接の冷却を模擬する冷却と、スポット溶接の後通電を模擬する加熱を行う。試験は、再現熱サイクル試験とする。再現熱サイクル試験においては、試験鋼板の温度を正確に測定及び制御することができる。 The test involves heating to simulate the actual current flow during spot welding, cooling to simulate the cooling of spot welding, and heating to simulate the post-current flow during spot welding. The test is a replicated thermal cycle test. In a replicated thermal cycle test, the temperature of the test steel plate can be accurately measured and controlled.
スポット溶接の本通電を模擬する加熱においては、試験鋼板を加熱する。なお、スポット溶接の本通電の際には鋼板が融点以上に加熱されるのであるが、本通電を模擬する加熱においては、試験鋼板を融点まで加熱する必要はない。試験鋼板の組織をオーステナイト化させる程度に、試験鋼板を加熱すれば足りる。例えば本発明者らは、スポット溶接の本通電を模擬する加熱において、試験鋼板を900℃に加熱して5分間保持することにより、試験鋼板の組織をオーステナイト化させた。これと同等の加熱を、スポット溶接の本通電を模擬する加熱において実施すればよい。 In heating to simulate actual spot welding current, the test steel sheet is heated. Note that, while in actual spot welding current, the steel sheet is heated above its melting point, in heating to simulate actual spot welding current, it is not necessary to heat the test steel sheet to its melting point. It is sufficient to heat the test steel sheet to an extent that the structure of the test steel sheet is austenitized. For example, in heating to simulate actual spot welding current, the inventors heated the test steel sheet to 900°C and held it there for 5 minutes, thereby austenitizing the structure of the test steel sheet. Heating equivalent to this can be performed in heating to simulate actual spot welding current.
スポット溶接の冷却を模擬する冷却においては、試験鋼板の温度を低下させる。複数回の試験において、冷却終了温度T2は相違させる。これにより、冷却終了温度T2と硬さとの相関を特定するためのデータを取得することができる。好ましくは、冷却速度は全ての試験において同一とする。冷却終了温度T2は、冷却時間t2を介して制御するようにする。 In the cooling process simulating the cooling of spot welds, the temperature of the test steel plate is lowered. The cooling end temperature T2 is varied across multiple tests. This allows data to be obtained to identify the correlation between the cooling end temperature T2 and hardness. Preferably, the cooling rate is the same for all tests. The cooling end temperature T2 is controlled via the cooling time t2.
スポット溶接の後通電を模擬する加熱においては、試験鋼板を再加熱する。再加熱は、試験鋼板の焼戻し温度まで行われる。試験鋼板の焼戻し温度は、例えば700℃である。複数回の試験において、昇温速度は相違させる。これにより、後通電昇温速度と硬さとの相関を特定するためのデータを取得することができる。以下、後通電を模擬した加熱における昇温速度も、便宜上、後通電昇温速度と称する場合がある。 In the heating process simulating post-energization of spot welding, the test steel sheet is reheated. The reheating is performed to the tempering temperature of the test steel sheet. The tempering temperature of the test steel sheet is, for example, 700°C. The heating rate is varied in multiple tests. This makes it possible to obtain data to identify the correlation between the post-energization heating rate and hardness. Hereinafter, the heating rate in the heating process simulating post-energization may also be referred to as the post-energization heating rate for convenience.
(S2 試験鋼板の硬さ測定)
試験終了後の試験鋼板の硬さを測定する。硬さ測定は、例えばJIS Z 2244:2009「ビッカース硬さ試験-試験方法」に準拠して行えばよい。試験力、及びその他の試験条件は、全ての硬さ測定において同一とする。具体的な試験条件は特に限定されず、試験鋼板の硬さ等に応じた適切な条件を選択することができる。また、後述するナゲット12の両端部12Eのビッカース硬さ測定条件を、試験鋼板の硬さの測定に適用してもよい。
(S2 Hardness measurement of test steel plate)
The hardness of the test steel plate is measured after the test is completed. The hardness measurement may be performed in accordance with, for example, JIS Z 2244:2009 "Vickers Hardness Test - Test Method." The test force and other test conditions are the same for all hardness measurements. Specific test conditions are not particularly limited, and appropriate conditions can be selected depending on the hardness of the test steel plate. In addition, the Vickers hardness measurement conditions for both end portions 12E of the nugget 12 described below may be applied to the measurement of the hardness of the test steel plate.
(S3 冷却終了温度T2、後通電昇温速度、及び試験鋼板の硬さの相関の特定)
試験及び硬さ測定に次いで、試験における冷却終了温度T2、及び後通電昇温速度、並びに試験後の試験鋼板の硬さの相関を特定する。例えば図3に示されるように、冷却終了温度T2と硬さとの相関を示すグラフを、後通電昇温速度毎に作成することができる。
(S3 Identification of correlation between cooling end temperature T2, post-energization heating rate, and hardness of test steel sheet)
Following the test and hardness measurement, the correlation between the cooling end temperature T2 in the test, the post-energization heating rate, and the hardness of the test steel sheet after the test is identified. For example, as shown in Figure 3, a graph showing the correlation between the cooling end temperature T2 and hardness can be created for each post-energization heating rate.
(S4 冷却終了温度T2及び後通電昇温速度の特定)
上述の手順によって得られた相関に基づき、試験鋼板の硬さを目標値以下とし、且つ冷却及び後通電に要する合計時間を最短とする、冷却終了温度T2の上限値及び後通電昇温速度の下限値の組み合わせを特定する。以下、冷却終了温度T2及び後通電昇温速度を特定する手順を、図3を例示しながら説明する。
(S4) Identifying the Cooling End Temperature T2 and Post-energization Temperature Rise Rate)
Based on the correlation obtained by the above-mentioned procedure, a combination of the upper limit of the cooling end temperature T2 and the lower limit of the post-current heating rate is specified, which sets the hardness of the test steel sheet at or below the target value and minimizes the total time required for cooling and post-current heating. The procedure for specifying the cooling end temperature T2 and the post-current heating rate will be explained below with reference to FIG.
図3に例示される一点鎖線のグラフは、後通電昇温速度が大きい場合における、冷却終了温度T2と試験鋼板の硬さとの相関を示す。後通電昇温速度が大きい場合においては、冷却終了温度T2がX℃以下であれば、試験鋼板の硬さを目標硬さ以下とすることができる。図3に例示される実線のグラフは、後通電昇温速度が小さい場合における、冷却終了温度T2と試験鋼板の硬さとの相関を示す。後通電昇温速度が小さい場合においては、冷却終了温度T2がY℃以下であれば、試験鋼板の硬さを目標硬さ以下とすることができる。 The dotted-dash line graph illustrated in Figure 3 shows the correlation between the cooling end temperature T2 and the hardness of the test steel sheet when the post-energization heating rate is high. When the post-energization heating rate is high, the hardness of the test steel sheet can be made below the target hardness if the cooling end temperature T2 is X°C or lower. The solid line graph illustrated in Figure 3 shows the correlation between the cooling end temperature T2 and the hardness of the test steel sheet when the post-energization heating rate is low. When the post-energization heating rate is low, the hardness of the test steel sheet can be made below the target hardness if the cooling end temperature T2 is Y°C or lower.
図3に示されるように、後通電昇温速度を大きくすると、後通電に要する時間、即ち後通電時間t3を短くすることができる。一方、後通電昇温速度を大きくすると、目標硬さを達成可能な冷却終了温度T2の上限値が低下する。これにより、冷却に要する時間、即ち冷却時間t2が長くなる。As shown in Figure 3, increasing the post-energization heating rate shortens the time required for post-energization, i.e., the post-energization time t3. On the other hand, increasing the post-energization heating rate lowers the upper limit of the cooling end temperature T2 at which the target hardness can be achieved. This lengthens the time required for cooling, i.e., the cooling time t2.
上述した試験によって得られたデータに基づけば、目標硬さを達成可能な冷却終了温度T2及び後通電昇温速度の組み合わせを特定することができる。また、本通電温度T1及び冷却速度は一定とされているので、上記手順で特定された冷却終了温度T2に対応する冷却時間t2を特定することができる。また、後通電温度T3は一定とされているので、上記手順で特定された冷却終了温度T2及び後通電昇温速度に対応する後通電時間t3を特定することができる。これにより、試験鋼板の硬さを目標値以下とし、且つ冷却時間t2及び後通電時間t3を最短とする、冷却終了温度T2及び後通電昇温速度の組み合わせを特定することができる。Based on the data obtained from the above-described tests, it is possible to identify a combination of cooling end temperature T2 and post-current heating rate that can achieve the target hardness. Furthermore, because the main current temperature T1 and cooling rate are constant, it is possible to identify the cooling time t2 corresponding to the cooling end temperature T2 identified in the above procedure. Furthermore, because the post-current temperature T3 is constant, it is possible to identify the post-current time t3 corresponding to the cooling end temperature T2 and post-current heating rate identified in the above procedure. This makes it possible to identify a combination of cooling end temperature T2 and post-current heating rate that will keep the hardness of the test steel sheet at or below the target value and minimize the cooling time t2 and post-current heating time t3.
上述の手順で、冷却終了温度T2の上限値及び後通電昇温速度の下限値の組み合わせを求めてから、板組にスポット溶接を実施する。スポット溶接は、本通電、冷却、及び後通電を有する。上述した通り、スポット溶接される板組の炭素量は、試験鋼板の炭素量と同一とする。 After determining the combination of the upper limit of the cooling end temperature T2 and the lower limit of the post-energization heating rate using the above procedure, spot welding is performed on the sheet assembly. Spot welding involves main energization, cooling, and post-energization. As mentioned above, the carbon content of the sheet assembly to be spot welded is the same as the carbon content of the test steel sheet.
(S5 本通電)
まず、重ねられた2枚以上の鋼板11である板組に、スポット溶接用の一対の電極を用いて本通電を行う。これにより、一対の電極の間において板組を溶融させる。本通電条件は特に限定されない。板組に適した本通電条件を適宜選択することができる。一般的には、ナゲットの径を確保可能であり、且つ散りの発生量が許容範囲内となるような条件が、本通電に適用される。
(S5 main energization)
First, a pair of electrodes for spot welding is used to apply a main current to a sheet assembly consisting of two or more stacked steel sheets 11. This causes the sheet assembly to melt between the pair of electrodes. The main current conditions are not particularly limited. The main current conditions suitable for the sheet assembly can be selected as appropriate. Generally, conditions that ensure the nugget diameter and keep the amount of expulsion within an acceptable range are applied to the main current.
(S6 冷却)
次に、一対の電極を用いて板組を加圧したまま電流を小さくする。好ましくは、通電を停止し、電極に流れる電流を0とする。スポット溶接用の電極は水冷孔を有しており、スポット溶接の間、電極の先端は冷媒によって冷却されている。電極を板組に接触させた状態で、抵抗発熱量を0又はそれに近い値にすることにより、溶融金属を冷却して、ナゲット12を形成することができる。
(S6 cooling)
Next, the current is reduced while the pair of electrodes is still pressing the sheet assembly. Preferably, the current is stopped and the current flowing through the electrodes is set to zero. The spot welding electrodes have water-cooling holes, and the tip of the electrode is cooled by a refrigerant during spot welding. By setting the resistance heat value to zero or a value close to zero while the electrodes are in contact with the sheet assembly, the molten metal can be cooled and a nugget 12 can be formed.
冷却の終了の時点は、上述の試験を通じて特定された、冷却終了温度T2及び後通電昇温速度の組み合わせに基づいて定められる。ナゲット12の温度が、試験によって特定された冷却終了温度T2を下回ったと推定される時点以降であって、且つ可能な限り早い時期に、冷却を終了する。The time to end cooling is determined based on the combination of the cooling end temperature T2 and the post-energization heating rate determined through the above-mentioned test. Cooling is terminated as soon as possible after the point at which the temperature of the nugget 12 is estimated to have fallen below the cooling end temperature T2 determined through the test.
(S7 後通電)
本通電及び冷却によって板組に形成されたナゲット12に、一対の電極を用いて後通電をする。後通電温度T3、即ち後通電における最大加熱温度は、ナゲット12の焼戻し温度とする。これにより、ナゲット12を焼き戻し、その硬さを低減することができる。また、後通電温度T3は、後通電を模擬した加熱における最大加熱温度と同一とする。
(Electrification after S7)
A pair of electrodes is used to post-current the nugget 12 formed into a sheet assembly by the main current and cooling. The post-current temperature T3, i.e., the maximum heating temperature in the post-current, is set to the tempering temperature of the nugget 12. This tempers the nugget 12, reducing its hardness. The post-current temperature T3 is set to the same as the maximum heating temperature in the heating simulating the post-current.
後通電昇温速度は、上述の試験を通じて特定された、冷却時間t2及び後通電時間t3を最短とする冷却終了温度T2及び後通電昇温速度の組み合わせに基づいて定められる。後通電昇温速度が、試験によって特定された後通電昇温速度以下であって、且つ可能な限り大きい値となるように、後通電における後熱電流を制御する。なお、後通電の開始から終了まで、常に後通電昇温速度を制御する必要はない。後通電の際の平均昇温速度が、試験によって特定された上限値を下回っていればよい。 The post-current heating rate is determined based on the combination of the cooling end temperature T2 and post-current heating rate that minimizes the cooling time t2 and post-current heating time t3, as determined through the above-mentioned tests. The post-heating current during post-current heating is controlled so that the post-current heating rate is equal to or less than the post-current heating rate determined through the tests, and is as large as possible. Note that it is not necessary to constantly control the post-current heating rate from the start to the end of post-current heating. It is sufficient that the average heating rate during post-current heating is below the upper limit determined through the tests.
以上の手順により、1つ目の溶接部を作成したら、すぐに2回目の本通電を開始することができる。試験によって得られた条件は、当然ながら、複数回のスポット溶接において可能である。 By following the above procedure, once the first weld has been created, the second actual current can be applied immediately. The conditions obtained through the test can, of course, be applied to multiple spot welding runs.
(作用効果)
本開示に係るスポット溶接継手の製造方法では、まずスポット溶接を模擬した試験を行う。そして、試験を通じて、冷却終了温度T2及び後通電昇温速度の良好な組み合わせを特定する。当該組み合わせによれば、ナゲット12の硬さを目標硬さ以下とすることができる。また、当該組み合わせによれば、冷却時間t2及び後通電時間t3の両方を短縮することができる。
(Action and effect)
In the manufacturing method of a spot-welded joint according to the present disclosure, a test simulating spot welding is first conducted. Then, through the test, a favorable combination of the cooling end temperature T2 and the post-energization heating rate is identified. This combination allows the hardness of the nugget 12 to be equal to or less than the target hardness. Furthermore, this combination also allows both the cooling time t2 and the post-energization time t3 to be shortened.
そして、本開示に係るスポット溶接継手の製造方法では、試験を通じて特定された冷却終了温度T2及び後通電昇温速度の良好な組み合わせを達成するように、スポット溶接を行う。これにより、好ましく焼戻し熱処理されたナゲット12を有するスポット溶接継手を、短時間で製造することができる。In the manufacturing method for spot-welded joints according to the present disclosure, spot welding is performed to achieve a favorable combination of the cooling end temperature T2 and post-energization heating rate identified through testing. This allows for the manufacturing of spot-welded joints with nuggets 12 that have been suitably tempered in a short period of time.
以上、本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法の最も基本的な態様について説明した。以下に、本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法の一層好ましい態様について説明する。 The above describes the most basic aspect of the method for manufacturing a spot welded joint according to this embodiment. Below, we will explain a more preferred aspect of the method for manufacturing a spot welded joint according to this embodiment.
(硬さの目標値)
冷却終了温度T2、及び後通電昇温速度の組み合わせを特定する際に用いられる、試験鋼板の硬さの目標値は特に限定されない。スポット溶接継手に必要とされる十字引張強さは、例えばスポット溶接継手の用途、材質、及び形状に応じて定められる。目標硬さは、スポット溶接継手に必要とされる十字引張強さに応じて、適宜選択することができる。
(Target hardness value)
The target hardness value of the test steel sheet used when specifying the combination of the cooling end temperature T2 and the post-energization heating rate is not particularly limited. The cross tensile strength required for the spot-welded joint is determined, for example, depending on the application, material, and shape of the spot-welded joint. The target hardness can be selected appropriately depending on the cross tensile strength required for the spot-welded joint.
硬さの目標値は、例えば試験鋼板の推定最大ビッカース硬さHVmaxを基準として定めることができる。推定最大ビッカース硬さHVmaxとは、下記式によって算出される値である。
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
上記式に含まれる元素記号は、試験鋼板の化学成分の、元素記号に対応する元素の含有量である。上記式に含まれるC、Mn、Cr、及びMoは、鋼の焼入れ性を向上させる元素である。上記式によって算出される推定最大ビッカース硬さHVmaxとは、鋼の硬さを最大にするように焼入れをした場合の、鋼の推定硬さである。
例えば、硬さの目標値を、「試験鋼板のHVmax-HV150」以下の値としてもよい。これにより、継手強度(特にCTS)が一層向上する。
The target value of hardness can be determined, for example, based on the estimated maximum Vickers hardness HVmax of the test steel sheet. The estimated maximum Vickers hardness HVmax is a value calculated by the following formula:
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
The element symbols included in the above formula represent the content of the corresponding element in the chemical composition of the test steel sheet. C, Mn, Cr, and Mo included in the above formula are elements that improve the hardenability of the steel. The estimated maximum Vickers hardness HVmax calculated by the above formula is the estimated hardness of the steel when hardened to maximize the hardness of the steel.
For example, the target hardness value may be set to a value equal to or less than "HVmax of the test steel plate - HV150", which further improves the joint strength (especially CTS).
(試験鋼板)
上述の通り、試験鋼板の炭素量は、スポット溶接される板組の炭素量と略同一とされる。好ましくは、試験鋼板のMn量、Cr量、及びNi量も、スポット溶接される板組のMn量、Cr量、及びNi量と略同一とされる。さらに好ましくは、試験鋼板の化学成分は、スポット溶接される板組の化学成分と同一とされる。板組が有する複数の鋼板11の化学成分が同一ではない場合は、板組のMn量、Cr量、及びNi量とは、鋼板11の板厚を重みとした、鋼板11のMn量、Cr量、及びNi量それぞれの加重平均値のことである。
(Test steel plate)
As described above, the carbon content of the test steel sheet is set to be approximately the same as the carbon content of the sheet pair to be spot-welded. Preferably, the Mn content, Cr content, and Ni content of the test steel sheet are also set to be approximately the same as the Mn content, Cr content, and Ni content of the sheet pair to be spot-welded. More preferably, the chemical composition of the test steel sheet is set to be the same as the chemical composition of the sheet pair to be spot-welded. When the chemical compositions of the multiple steel sheets 11 in the sheet pair are not the same, the Mn content, Cr content, and Ni content of the sheet pair are weighted average values of the Mn content, Cr content, and Ni content of the steel sheets 11, respectively, with the sheet thickness of the steel sheets 11 used as the weight.
試験鋼板のMs点及びMf点は、板組のMs点及びMf点に近いほど好ましい。少なくとも、試験鋼板の炭素量を板組の炭素量と一致させることにより、試験鋼板のMs点及びMf点を板組のMs点及びMf点に近づけることができる。一方、試験鋼板の炭素量のみならず、他の元素(例えば、鋼のMs点及びMf点に影響を与える、Mn、Cr、及びNi)の含有量も板組と一致させることにより、試験鋼板のMs点及びMf点が、板組のMs点及びMf点に一層近くなる。これにより、試験を通じて特定される終了温度及び昇温速度の組み合わせの信頼性を、一層高めることができる。The closer the Ms and Mf points of the test steel plate are to the Ms and Mf points of the sheet assembly, the better. By matching at least the carbon content of the test steel plate with that of the sheet assembly, the closer the Ms and Mf points of the test steel plate can be to the Ms and Mf points of the sheet assembly. On the other hand, by matching not only the carbon content of the test steel plate but also the content of other elements (e.g., Mn, Cr, and Ni, which affect the Ms and Mf points of steel) with that of the sheet assembly, the Ms and Mf points of the test steel plate will be closer to the Ms and Mf points of the sheet assembly. This can further increase the reliability of the combination of end temperature and heating rate identified through testing.
(冷却時間t2及び後熱電流の特定方法)
スポット溶接においては、試験によって特定された冷却終了温度T2をナゲット12の温度が現に下回ってから、冷却を終了することが望ましい。しかし、スポット溶接の際には、ナゲット12の温度を直接的に測定することができない。従って、スポット溶接においては、ナゲット12の温度が試験によって特定された冷却終了温度T2を下回っていると推定される時点以降に、冷却を停止することとなる。
(Method of determining cooling time t2 and post-heating current)
In spot welding, it is desirable to end cooling after the temperature of the nugget 12 actually falls below the cooling end temperature T2 determined by testing. However, during spot welding, the temperature of the nugget 12 cannot be directly measured. Therefore, in spot welding, cooling is stopped after the temperature of the nugget 12 is estimated to fall below the cooling end temperature T2 determined by testing.
ナゲット12の温度が試験によって特定された冷却終了温度T2を下回っていると推定される時点を特定するための手段の一つは、シミュレーションである。板組の構成、電極の構成、及び加圧力等を変数としてシミュレーションをすることにより、後述する図10に例示されるように、ナゲット12の温度の経時的変化を推定することができる。従って本開示に係るスポット溶接継手の製造方法は、再現熱サイクル試験によって特定された冷却終了温度の上限値及び昇温速度の下限値の組み合わせを再現可能な冷却時間及び後熱電流を、シミュレーションによって推定する工程S8をさらに備えることが好ましい。この場合、シミュレーションによって特定された冷却時間及び後通電時間を、板組の冷却及び後通電に適用することが好ましい。Simulation is one method for determining the point in time when the temperature of the nugget 12 is estimated to be below the cooling end temperature T2 determined by testing. By performing a simulation using variables such as the plate assembly configuration, electrode configuration, and pressure, it is possible to estimate the change in the temperature of the nugget 12 over time, as illustrated in Figure 10 (described below). Therefore, the manufacturing method for a spot-welded joint according to the present disclosure preferably further includes a step S8 of estimating, by simulation, a cooling time and post-heating current that can reproduce the combination of the upper limit of the cooling end temperature and the lower limit of the heating rate determined by the replicated thermal cycle test. In this case, it is preferable to apply the cooling time and post-heating time determined by simulation to the cooling and post-heating of the plate assembly.
ナゲット12の温度が試験によって特定された冷却終了温度T2を下回っていると推定される時点を特定するための別の手段は、電極間抵抗である。鋼の電気抵抗値は、鋼の温度の指標となる。従って、板組を挟持する電極の間の電流及び電圧を測定し、電極間抵抗を算出することにより、ナゲット12の温度を推定することができる。なお、電極間抵抗を得るためには、電流を電極に流す必要がある。しかし、電極間抵抗を得るための通電は、冷却の妨げにならない。電極間抵抗を得るために流す電流は、きわめてわずかでも足りるからである。Another means for determining the point at which the temperature of the nugget 12 is estimated to be below the cooling end temperature T2 determined by testing is the inter-electrode resistance. The electrical resistance of steel is an indicator of the steel temperature. Therefore, the temperature of the nugget 12 can be estimated by measuring the current and voltage between the electrodes clamping the sheet assembly and calculating the inter-electrode resistance. Note that, in order to obtain the inter-electrode resistance, a current must be passed through the electrodes. However, the current flow required to obtain the inter-electrode resistance does not interfere with cooling. This is because only a very small current is required to obtain the inter-electrode resistance.
(後通電パターン)
図1及び図11Aに例示されるように、後通電の間に流される後熱電流は一定値としてもよい。一方、図11Bに例示されるように、後通電の少なくとも一部の期間において、後熱電流をアップスロープ制御してもよい。アップスロープ制御とは、電流を連続的に増加させる制御のことである。特に好ましくは、少なくとも後通電の前半をアップスロープ通電とし、さらに好ましくは後通電の全体にわたってアップスロープ通電とする。これにより、ナゲット12のベイナイト量が増大し、ナゲット12の軟化量を一層大きくすることができる。
(Post-energization pattern)
As illustrated in Fig. 1 and Fig. 11A, the post-heating current flowing during the post-heating may be constant. On the other hand, as illustrated in Fig. 11B, the post-heating current may be up-slope controlled during at least a portion of the post-heating. Up-slope control refers to control in which the current is continuously increased. It is particularly preferable to use up-slope current flow during at least the first half of the post-heating, and more preferably, to use up-slope current flow throughout the entire post-heating. This increases the amount of bainite in the nugget 12, thereby further increasing the amount of softening of the nugget 12.
アップスロープ通電によってベイナイト量が増大する理由は明らかではないが、本発明者らは、以下のように推定している。鋼をベイナイト変態させて、ベイナイト量を増加させるためには、ベイナイトの核生成及びベイナイトの成長が重要となる。古典的核生成論によれば、鋼が低温になるにつれて、ベイナイト変態の駆動力が増加し、核生成が起きやすくなる。一方で、ベイナイトの成長は元素の拡散によって生じる。そのため、鋼の温度が上昇し、元素の拡散速度が大きくなるにつれて、ベイナイトの成長は起きやすくなる。このことから、低温域(核生成)及び高温域(成長)の両方が、ベイナイト量の増大のために重要となる。低温域の昇温速度が速い通電パターン(a)(図11A参照)よりも、昇温速度が一定な通電パターン(b)(図11B参照)のほうが、ベイナイト量の増大のために有利であると考えられる。While the reason why upslope current application increases the amount of bainite is unclear, the inventors speculate as follows: Bainite nucleation and growth are important for transforming steel into bainite and increasing the amount of bainite. According to classical nucleation theory, as the temperature of steel decreases, the driving force for bainite transformation increases, making nucleation more likely. Meanwhile, bainite growth occurs due to element diffusion. Therefore, as the temperature of steel increases and the element diffusion rate increases, bainite growth becomes more likely. Therefore, both the low-temperature region (nucleation) and the high-temperature region (growth) are important for increasing the amount of bainite. Current application pattern (b) (see Figure 11B), which has a constant heating rate, is thought to be more advantageous for increasing the amount of bainite than current application pattern (a) (see Figure 11A), which has a fast heating rate in the low-temperature region.
(鋼種)
板組が有する鋼板11の種類は特に限定されないが、好ましくは、1枚以上の鋼板11を高炭素鋼板とする。高炭素鋼板とは、炭素量0.20質量%以上の鋼板11である。これにより、スポット溶接継手を、例えば自動車骨格部品のような、高い強度が求められる機械部品に適用することができる。なお、高炭素鋼板のスポット溶接部は脆化しやすく、十字引張強さが低下しやすいことが知られている。しかし本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法によれば、短時間で、ナゲット12を軟化させて十字引張強さを向上させることができる。
(Steel type)
The type of steel plate 11 in the plate assembly is not particularly limited, but preferably, at least one steel plate 11 is a high-carbon steel plate. A high-carbon steel plate is a steel plate 11 with a carbon content of 0.20 mass% or more. This allows the spot-welded joint to be applied to mechanical parts that require high strength, such as automobile frame parts. It is known that spot welds in high-carbon steel plates are prone to embrittlement and a decrease in cross tensile strength. However, the manufacturing method for a spot-welded joint according to this embodiment allows the nugget 12 to be softened in a short time, thereby improving the cross tensile strength.
(スポット溶接継手)
次に、本開示の別の態様に係るスポット溶接継手1について説明する。本実施形態に係るスポット溶接継手は、重ねられた2枚以上の鋼板11と、鋼板11を接合するナゲット12と、を備え、ナゲット12の断面において測定される、鋼板11の接合界面13に沿った仮想線13Lにおけるナゲット12の両端部12Eの金属組織が、5~40面積%のフレッシュマルテンサイトを含み、残部の95面積%以上が焼戻しマルテンサイト及びベイナイトの一方又は両方である。
(spot welded joint)
Next, a spot-welded joint 1 according to another aspect of the present disclosure will be described. The spot-welded joint according to this embodiment includes two or more stacked steel sheets 11 and a nugget 12 joining the steel sheets 11, and the metal structure of both end portions 12E of the nugget 12 at an imaginary line 13L along a joining interface 13 of the steel sheets 11, as measured in a cross section of the nugget 12, contains 5 to 40 area % of fresh martensite, and the remaining 95 area % or more is one or both of tempered martensite and bainite.
(鋼板11及びナゲット12)
スポット溶接継手は、重ねられた2枚以上の鋼板11、及びナゲット12を有する。ナゲット12は、鋼板11を接合する溶融凝固部である。本実施形態に係るスポット溶接継手1においては、接合界面13に沿った仮想線13Lを用いて、ナゲット12の構成を規定する。図5に示されるように、接合界面13とは、鋼板11が接触し向かい合った面のことである。接合界面13は、合わせ面と称される場合もある。しかし接合界面13は、ナゲット12の内部では消失している。本実施形態においては、ナゲット12の評価のために、接合界面13に沿った仮想線13Lを用いる。鋼板11が2枚である場合、接合界面13及び仮想線13Lは1つである。鋼板11が3枚以上である場合、接合界面13及び仮想線13Lは2以上である。
(Steel plate 11 and nugget 12)
A spot welded joint includes two or more stacked steel plates 11 and a nugget 12. The nugget 12 is a molten and solidified portion that joins the steel plates 11. In the spot welded joint 1 according to this embodiment, the configuration of the nugget 12 is defined using a virtual line 13L along the joint interface 13. As shown in FIG. 5 , the joint interface 13 refers to the surfaces where the steel plates 11 contact and face each other. The joint interface 13 is sometimes referred to as a mating surface. However, the joint interface 13 disappears inside the nugget 12. In this embodiment, the virtual line 13L along the joint interface 13 is used to evaluate the nugget 12. When there are two steel plates 11, there is one joint interface 13 and one virtual line 13L. When there are three or more steel plates 11, there are two or more joint interfaces 13 and two or more virtual lines 13L.
ナゲット12の断面を観察すると、接合界面13に沿った仮想線13Lにおけるナゲット12の両端部12Eに、フレッシュマルテンサイトが含まれる様子が確認できる。本実施形態に係るスポット溶接継手1においては、接合界面13に沿った仮想線13Lにおけるナゲット12の両端部12Eそれぞれにおけるフレッシュマルテンサイトの面積率が規定される。 When observing the cross section of the nugget 12, it can be seen that fresh martensite is present at both ends 12E of the nugget 12 along the imaginary line 13L that runs along the joint interface 13. In the spot-welded joint 1 according to this embodiment, the area fraction of fresh martensite is specified at both ends 12E of the nugget 12 along the imaginary line 13L that runs along the joint interface 13.
接合界面13に沿った仮想線13Lにおけるナゲット12の端部12Eとは、図5に示されるように、ナゲット12の外縁(即ち溶融境界)と仮想線13Lとの交点の近傍領域のことである。1つの仮想線13Lにおいて、2つの端部12Eが存在する。仮想線13Lが2以上ある場合は、複数の仮想線13Lそれぞれにおいて2つの端部12Eが存在する。 The end 12E of the nugget 12 at the imaginary line 13L along the joint interface 13 refers to the area near the intersection of the outer edge of the nugget 12 (i.e., the fusion boundary) and the imaginary line 13L, as shown in Figure 5. Two end portions 12E exist on one imaginary line 13L. If there are two or more imaginary lines 13L, two end portions 12E exist on each of the multiple imaginary lines 13L.
接合界面13に沿った仮想線13Lにおけるナゲット12の端部12Eは、ナゲット12の接合強度を改善するために極めて重要な領域である。なぜなら、十字引張試験において、接合界面13に沿った端部12Eが応力集中部になるからである。The end 12E of the nugget 12 at the imaginary line 13L along the bond interface 13 is an extremely important area for improving the bond strength of the nugget 12. This is because the end 12E along the bond interface 13 becomes a stress concentration area during a cross-tension test.
(ナゲット12の両端部12Eの金属組織)
ナゲット12の両端部12Eの金属組織は、5~40面積%のフレッシュマルテンサイトを含む。また、フレッシュマルテンサイト以外の領域は、主に焼戻しマルテンサイト及び/又はベイナイトから構成される。例えばフレッシュマルテンサイト以外の領域の95面積%以上が、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトの一方又は両方である。
即ち、ナゲット12の両端部12Eの金属組織は、下記式の両方を満たす。
5≦FM≦40
95≦(TM+B)/(100%-FM)
なお、FM、TM、及びBとは、それぞれ、ナゲット12の両端部12Eの金属組織におけるフレッシュマルテンサイト、焼戻しマルテンサイト、及びベイナイトの面積率である。フレッシュマルテンサイトの面積率FMとは、後述する観察視野におけるフレッシュマルテンサイトの面積を、観察視野の面積で割った値である。同様に、焼戻しマルテンサイトの面積率TMとは、観察視野における焼戻しマルテンサイトの面積を、観察視野の面積で割った値であり、ベイナイトの面積率Bとは、観察視野におけるベイナイトの面積を、観察視野の面積で割った値である。
(Metal structure of both ends 12E of nugget 12)
The metal structure of each end 12E of the nugget 12 includes 5 to 40 area % of fresh martensite. The region other than the fresh martensite is mainly composed of tempered martensite and/or bainite. For example, 95 area % or more of the region other than the fresh martensite is composed of one or both of tempered martensite and bainite.
That is, the metal structure of both end portions 12E of the nugget 12 satisfies both of the following formulas.
5≦FM≦40
95≦(TM+B)/(100%-FM)
Note that FM, TM, and B are the area fractions of fresh martensite, tempered martensite, and bainite, respectively, in the metal structure of both end portions 12E of the nugget 12. The area fraction FM of fresh martensite is the value obtained by dividing the area of fresh martensite in an observation field described below by the area of the observation field. Similarly, the area fraction TM of tempered martensite is the value obtained by dividing the area of tempered martensite in the observation field by the area of the observation field, and the area fraction B of bainite is the value obtained by dividing the area of bainite in the observation field by the area of the observation field.
マルテンサイトとは、オーステナイトを急冷した場合に、拡散を伴わずに変態して生じる金属組織である。フレッシュマルテンサイトとは、焼戻しされていないマルテンサイトのことである。焼戻しマルテンサイトとは、マルテンサイトの焼戻組織である。 Martensite is a metal structure that is formed when austenite is rapidly cooled and transformed without diffusion. Fresh martensite is martensite that has not been tempered. Tempered martensite is a tempered structure of martensite.
冷却をMf点以下まで行い、後通電をしない場合、ナゲット12のオーステナイトは全てマルテンサイト変態し、そのまま維持される。従って、後通電をしない場合、ナゲット12のマルテンサイトは全てフレッシュマルテンサイトとなる。 If cooling is performed to below the Mf point and no post-current is applied, all of the austenite in the nugget 12 will transform into martensite and remain in that state. Therefore, if no post-current is applied, all of the martensite in the nugget 12 will become fresh martensite.
冷却をMf点以下まで行ってから後通電をする場合、後通電開始時点のナゲット12において、オーステナイトは全てマルテンサイト変態している。このようなナゲット12に後通電をすると、ナゲット12のマルテンサイトは全て焼戻しマルテンサイトとなる。 When post-current is applied after cooling to below the Mf point, all of the austenite in the nugget 12 at the start of post-current is transformed into martensite. When post-current is applied to such a nugget 12, all of the martensite in the nugget 12 becomes tempered martensite.
冷却をMs点以下かつMf点以上の温度範囲で停止してから後通電をする場合、後通電開始時点のナゲット12においては、マルテンサイトと、マルテンサイト変態していないオーステナイトとが混在している。後通電開始時点において存在するマルテンサイトは、後通電後に焼戻しマルテンサイトとなる。後通電開始時点において存在するオーステナイトは、後通電中にベイナイト変態するか、又は、後通電後にマルテンサイト変態してフレッシュマルテンサイトとなる。従って、冷却をMs点以下かつMf点以上の温度範囲で停止してから後通電をする場合、ナゲット12にはフレッシュマルテンサイトと、焼戻しマルテンサイト及び/又はベイナイトとが混在する。換言すると、本実施形態に係るスポット溶接継手は、冷却をMs点以下かつMf点以上の温度範囲で停止してから後通電をすることにより製造可能である。When post-current is applied after cooling is stopped in a temperature range below the Ms point and above the Mf point, the nugget 12 at the start of post-current is a mixture of martensite and austenite that has not been transformed into martensite. The martensite present at the start of post-current becomes tempered martensite after post-current. The austenite present at the start of post-current either transforms into bainite during post-current or transforms into martensite and becomes fresh martensite after post-current. Therefore, when post-current is applied after cooling is stopped in a temperature range below the Ms point and above the Mf point, the nugget 12 is a mixture of fresh martensite, tempered martensite, and/or bainite. In other words, the spot-welded joint according to this embodiment can be manufactured by stopping cooling in a temperature range below the Ms point and above the Mf point before post-current application.
ナゲット12の両端部12Eの金属組織において、フレッシュマルテンサイトの面積率が6%以上、8%以上、10%以上、15%以上、又は18%以上であってもよい。ナゲット12の両端部12Eの金属組織において、フレッシュマルテンサイトの面積率が35%以下、30%以下、28%以下、25%以下、又は20%以下であってもよい。フレッシュマルテンサイト以外の組織(残部組織)において、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトが占める割合は、96面積%以上、98面積%以上、又は100面積%であってもよい。 In the metal structure of both end portions 12E of the nugget 12, the area fraction of fresh martensite may be 6% or more, 8% or more, 10% or more, 15% or more, or 18% or more. In the metal structure of both end portions 12E of the nugget 12, the area fraction of fresh martensite may be 35% or less, 30% or less, 28% or less, 25% or less, or 20% or less. In the structure other than fresh martensite (the remaining structure), the proportion of tempered martensite and bainite may be 96% or more, 98% or more, or 100% by area.
(金属組織の評価方法)
フレッシュマルテンサイトの含有量の評価方法は以下の通りである。まず、ナゲット12を切断する。切断面は、鋼板11の表面に設けられた圧痕14の中心に可能な限り近づける。また、切断面は鋼板11の表面に垂直とする。そして、切断面を研磨して、ナイタールエッチングする。
(Method for evaluating metal structure)
The method for evaluating the content of fresh martensite is as follows. First, the nugget 12 is cut. The cut surface is positioned as close as possible to the center of the indentation 14 formed on the surface of the steel sheet 11. The cut surface is also perpendicular to the surface of the steel sheet 11. The cut surface is then polished and etched with nital.
エッチングによって現出した金属組織を、SEMを用いて観察する。SEM観察の倍率は3000倍とする。以下の要件を満たす観察視野で、金属組織の面積率を測定する。なお、図5に示される端部12Eは、下記要件を満たしている。
・400μm四方の矩形形状である
・中心が、接合界面13に沿った仮想線13L上にある
・1つの頂点が、ナゲット12の外縁(溶融境界)と一致する
・2つの辺が、接合界面13に沿った仮想線13Lと平行である
観察された画像から、両方の端部12Eにおける各組織の面積率を測定し、その平均値を算出する。鋼板11の枚数が3以上である場合は、2以上の接合界面13それぞれに関する両端で組織の面積率を測定し、平均値を算出する。組織の面積率の測定方法は以下の通りである。
The metal structure revealed by etching is observed using a SEM. The magnification of the SEM observation is 3000 times. The area ratio of the metal structure is measured in an observation field that satisfies the following requirements. Note that the end 12E shown in FIG. 5 satisfies the following requirements.
- It has a rectangular shape of 400 μm square - Its center is on the virtual line 13L along the joint interface 13 - One vertex coincides with the outer edge (fusion boundary) of the nugget 12 - Two sides are parallel to the virtual line 13L along the joint interface 13 From the observed image, the area ratio of each structure at both ends 12E is measured and the average value is calculated. When the number of steel plates 11 is three or more, the area ratio of the structure is measured at both ends for each of two or more joint interfaces 13 and the average value is calculated. The method for measuring the area ratio of the structure is as follows.
下部組織が現出せず、かつ、輝度の低い領域を、フェライトとみなす。フェライトおよびセメンタイトの層状組織である領域をパーライトとみなす。下部組織が現出せず、かつ、輝度の高い領域をフレッシュマルテンサイトまたは残留オーステナイトとみなす。また、下部組織が現出した領域を、焼戻しマルテンサイトまたはベイナイトとみなす。金属組織の残部、即ち金属組織におけるフレッシュマルテンサイト以外の領域における焼戻しマルテンサイト及びベイナイトの合計面積率を特定する際には、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトを区別する必要はない。ベイナイトの面積率を特定する目的で、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトを区別する方法は、後述される。 Areas where the substructure is not revealed and where the brightness is low are considered to be ferrite. Areas that are a lamellar structure of ferrite and cementite are considered to be pearlite. Areas where the substructure is not revealed and where the brightness is high are considered to be fresh martensite or retained austenite. Areas where the substructure is revealed are considered to be tempered martensite or bainite. When determining the total area fraction of tempered martensite and bainite in the remainder of the metal structure, i.e., the areas other than fresh martensite in the metal structure, it is not necessary to distinguish between tempered martensite and bainite. A method for distinguishing between tempered martensite and bainite for the purpose of determining the area fraction of bainite will be described later.
フレッシュマルテンサイトと残留オーステナイトとは、SEM観察では明確には区別されない。そのため、フレッシュマルテンサイトの面積率は、フレッシュマルテンサイトまたは残留オーステナイトであると判断された組織の面積率から、残留オーステナイトの体積率を減じることで算出される。残留オーステナイトの体積率は、MoKα線によるフェライトの(200)、(210)面積分強度とオーステナイトの(200)、(220)、および(311)面積分強度とから定量化される。なお、面積率と体積率とは異なる概念であるが、実質的に同一の値であるとみなすことができる。従って、フレッシュマルテンサイトの面積率を算出する際には、上述の手順で得られた残留オーステナイトの体積率を、面積率とみなす。Fresh martensite and retained austenite cannot be clearly distinguished by SEM observation. Therefore, the area fraction of fresh martensite is calculated by subtracting the volume fraction of retained austenite from the area fraction of the structure determined to be fresh martensite or retained austenite. The volume fraction of retained austenite is quantified from the (200) and (210) area integral intensities of ferrite and the (200), (220), and (311) area integral intensities of austenite using MoKα radiation. Note that although area fraction and volume fraction are different concepts, they can be considered to be essentially the same value. Therefore, when calculating the area fraction of fresh martensite, the volume fraction of retained austenite obtained using the above procedure is considered to be the area fraction.
(作用効果)
本実施形態に係るスポット溶接継手においては、ナゲット12の両端部12Eの金属組織が5面積%以上のフレッシュマルテンサイトを含む。このようなナゲット12は、冷却をMs点以下かつMf点以上の温度範囲で停止してから後通電をすることにより製造可能である。従って、本実施形態に係るスポット溶接継手は、冷却時間t2を短縮したスポット溶接によって製造可能であり、製造効率が高い。
(Action and effect)
In the spot-welded joint according to this embodiment, the metal structure of both end portions 12E of the nugget 12 contains 5 area % or more of fresh martensite. Such a nugget 12 can be produced by stopping cooling in a temperature range below the Ms point and above the Mf point, and then applying post-current. Therefore, the spot-welded joint according to this embodiment can be produced by spot welding with a shortened cooling time t2, resulting in high production efficiency.
また、本実施形態に係るスポット溶接継手においては、ナゲット12の両端部12Eの金属組織におけるフレッシュマルテンサイト量が40面積%以下とされ、残部組織が主に焼戻しマルテンサイト及び/又はベイナイトから構成される。これにより、ナゲット12の靭性が高められ、スポット溶接継手の十字引張強さが高められる。 In addition, in the spot-welded joint according to this embodiment, the amount of fresh martensite in the metal structure of both end portions 12E of the nugget 12 is 40 area % or less, with the remaining structure being primarily composed of tempered martensite and/or bainite. This increases the toughness of the nugget 12 and the cross-tensile strength of the spot-welded joint.
以上、本実施形態に係るスポット溶接継手の最も基本的な態様について説明した。以下に、本実施形態に係るスポット溶接継手の一層好ましい態様について説明する。 The above describes the most basic aspect of the spot welded joint according to this embodiment. Below, we will explain more preferred aspects of the spot welded joint according to this embodiment.
(鋼種)
スポット溶接継手が有する鋼板11の種類は特に限定されないが、好ましくは、1枚以上の鋼板11を高炭素鋼板とする。高炭素鋼板とは、炭素量0.20質量%以上の鋼板11である。これにより、スポット溶接継手を、例えば自動車骨格部品のような、高い強度が求められる機械部品に適用することができる。なお、高炭素鋼板のスポット溶接部は脆化しやすく、十字引張強さが低下しやすいことが知られている。しかし本実施形態に係るスポット溶接継手の製造方法によれば、短時間で、ナゲット12を軟化させて十字引張強さを向上させることができる。
(Steel type)
The type of steel plate 11 in the spot-welded joint is not particularly limited, but preferably, at least one steel plate 11 is a high-carbon steel plate. A high-carbon steel plate is a steel plate 11 with a carbon content of 0.20 mass% or more. This allows the spot-welded joint to be used in mechanical parts that require high strength, such as automobile frame parts. It is known that spot welds in high-carbon steel plates are prone to embrittlement and a decrease in cross tensile strength. However, the method for manufacturing a spot-welded joint according to this embodiment allows the nugget 12 to be softened in a short time, thereby improving the cross tensile strength.
(ナゲット12の硬さ)
本実施形態に係るスポット溶接継手のナゲット12は、後通電を行わないナゲット12よりも軟化していることが好ましい。例えば、推定最大ビッカース硬さHVmaxから、ナゲット12の両端部12Eのビッカース硬さを引いた値が、HV50以上であることが好ましい。
(Hardness of Nugget 12)
The nugget 12 of the spot-welded joint according to this embodiment is preferably softer than the nugget 12 to which no post-energization is performed. For example, it is preferable that the value obtained by subtracting the Vickers hardness of both end portions 12E of the nugget 12 from the estimated maximum Vickers hardness HVmax be HV50 or more.
推定最大ビッカース硬さHVmaxとは、下記式によって算出される値である。
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
上記式に含まれる元素記号は、鋼板11の化学成分の、元素記号に対応する元素の含有量である。スポット溶接継手が、化学成分が異なる複数の鋼板11を有している場合、鋼板11の化学成分とは、板厚を重みとした鋼板11の化学成分の加重平均である。上記式に含まれるC、Mn、Cr、及びMoは、鋼の焼入れ性を向上させる元素である。上記式によって算出される推定最大ビッカース硬さHVmaxとは、鋼の硬さを最大にするように焼入れをした場合の、鋼の推定硬さである。従って、推定最大ビッカース硬さHVmaxは、後通電を行わないスポット溶接によって得られたナゲット12の硬さの指標である。
The estimated maximum Vickers hardness HVmax is a value calculated by the following formula.
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
The element symbols included in the above formula represent the content of the corresponding element in the chemical composition of the steel plate 11. When a spot-welded joint includes multiple steel plates 11 with different chemical compositions, the chemical composition of the steel plate 11 is a weighted average of the chemical compositions of the steel plate 11, with the plate thickness used as the weight. C, Mn, Cr, and Mo included in the above formula are elements that improve the hardenability of steel. The estimated maximum Vickers hardness HVmax calculated by the above formula is the estimated hardness of steel when quenched to maximize the hardness of the steel. Therefore, the estimated maximum Vickers hardness HVmax is an indicator of the hardness of the nugget 12 obtained by spot welding without post-heat application.
推定最大ビッカース硬さHVmaxから、ナゲット12の両端部12Eのビッカース硬さを引いた値が、HV50以上である場合、ナゲット12の両端部12Eは十分に焼き戻されている。従って、スポット溶接継手の十字引張強さが一層高められる。 If the value obtained by subtracting the Vickers hardness of both end portions 12E of the nugget 12 from the estimated maximum Vickers hardness HVmax is HV50 or higher, both end portions 12E of the nugget 12 are sufficiently tempered. Therefore, the cross tensile strength of the spot welded joint is further increased.
推定最大ビッカース硬さを算出するために用いられる、鋼板11の化学成分は、一般的な方法によって測定すればよい。例えば、鋼板11の一部を切削して切粉を採取する。そして、例えばJIS G 1201:2014に準じて、ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry)を用いて、切粉の化学成分を測定すればよい。なお、ICP-AESで測定が困難であるCの含有量は、燃焼-赤外線吸収法を用いて測定すればよい。 The chemical composition of steel plate 11, which is used to calculate the estimated maximum Vickers hardness, can be measured using a common method. For example, a portion of steel plate 11 is cut and chips are collected. The chemical composition of the chips can then be measured using ICP-AES (Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry), for example, in accordance with JIS G 1201:2014. The carbon content, which is difficult to measure using ICP-AES, can be measured using a combustion-infrared absorption method.
分析試料は、JIS G 0417:1999に記載されているように、鋼板11の板厚全体の平均的な化学組成が得られるように採取する。具体的には、鋼板11の幅方向端部を避け、t/4位置から、分析試料を採取する。 As described in JIS G 0417:1999, the analysis sample is taken so as to obtain the average chemical composition across the entire thickness of the steel plate 11. Specifically, the analysis sample is taken from the t/4 position, avoiding the widthwise ends of the steel plate 11.
ナゲット12の両端部12Eのビッカース硬さの測定方法は以下の通りである。鋼板11の接合界面13に沿った仮想線13L上で、ナゲット12の硬さを連続的に測定する。測定間隔は100μmとする。試験力は200gfとする。ナゲット12の端から400μm以内の領域における硬さの最小値を、ナゲット12の端部12Eの硬さとみなす。そして、ナゲット12の両方の端部12Eにおける硬さの平均値を算出する。鋼板11の枚数が3以上である場合は、2以上の接合界面13それぞれに関する両端で硬さを測定し、平均値を算出する。 The Vickers hardness of both end portions 12E of the nugget 12 is measured as follows. The hardness of the nugget 12 is continuously measured on the imaginary line 13L along the joining interface 13 of the steel sheets 11. The measurement interval is 100 μm. The test force is 200 gf. The minimum hardness value in the region within 400 μm from the edge of the nugget 12 is considered to be the hardness of the end portion 12E of the nugget 12. Then, the average value of the hardness at both end portions 12E of the nugget 12 is calculated. If the number of steel sheets 11 is three or more, the hardness is measured at both ends of each of two or more joining interfaces 13, and the average value is calculated.
(ベイナイトの面積率)
ナゲット12の両端部12Eの金属組織は、ベイナイトを含むことが好ましい。例えば、ナゲットの両端部の金属組織が、2面積%以上のベイナイトを含むことが好ましい。一層好ましくは、ナゲットの両端部の金属組織は、5面積%以上、10面積%以上、又は15面積%以上のベイナイトを含む。なお、ベイナイトの面積率Bとは、観察視野におけるベイナイトの面積を、観察視野の面積で割った値である。
(area ratio of bainite)
The metal structure of both end portions 12E of the nugget 12 preferably contains bainite. For example, the metal structure of both end portions of the nugget preferably contains 2 area % or more of bainite. More preferably, the metal structure of both end portions of the nugget contains 5 area % or more, 10 area % or more, or 15 area % or more of bainite. The area fraction B of bainite is the value obtained by dividing the area of bainite in the observation field by the area of the observation field.
ベイナイトの硬さはフレッシュマルテンサイトよりも小さい。そのため、フレッシュマルテンサイトをベイナイトに置き換えることにより、ナゲット12の硬さを低下させることができる。また、ベイナイトの量が多いナゲット12の製造にあたっては、冷却時間t2を短縮することができる。換言すると、ベイナイトの量が高められたスポット溶接継手は、一層短時間で製造することができる。 The hardness of bainite is lower than that of fresh martensite. Therefore, by replacing fresh martensite with bainite, the hardness of the nugget 12 can be reduced. Furthermore, when manufacturing a nugget 12 with a high amount of bainite, the cooling time t2 can be shortened. In other words, a spot welded joint with a higher amount of bainite can be manufactured in a shorter time.
ベイナイトの量の上限は特に限定されない。例えば、ナゲットの両端部の金属組織において、残部のベイナイト量を50面積%以下、45面積%以下、又は40面積%以下としてもよい。 There is no particular upper limit to the amount of bainite. For example, in the metal structure at both ends of the nugget, the remaining amount of bainite may be 50 area percent or less, 45 area percent or less, or 40 area percent or less.
ナゲット12の両端部12Eの金属組織におけるベイナイト量の測定方法は以下の通りである。先ず上述の手段により、ナゲット12の両端部12Eの観察視野における、下部組織が現出した領域を特定する。下部組織が現出した領域は、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトのいずれかである。従って、焼戻しマルテンサイト及びベイナイトを区別することにより、ベイナイトの面積率を特定することができる。The method for measuring the amount of bainite in the metal structure of both end portions 12E of the nugget 12 is as follows. First, using the above-mentioned method, the area where the substructure is exposed is identified in the observation field of both end portions 12E of the nugget 12. The area where the substructure is exposed is either tempered martensite or bainite. Therefore, by distinguishing between tempered martensite and bainite, the area ratio of bainite can be identified.
電子後方散乱回折法により、当該観察視野の金属組織の結晶方位情報を得る。測定間隔は0.2μmとする。測定には、EBSD解析装置を用いる。本発明者らが用いたEBSD解析装置は、サーマル電界放射型走査電子顕微鏡(JEOL製JSM-7200F)とEBSD検出器(EDAX Velocity(登録商標) 超高速動作型EBSD検出器)とで構成されていた。当然のことながら、上記装置と同等品を用いてベイナイトの面積率を測定することもできる。測定の際、装置内の真空度は9.6×10-5Pa以下とし、加速電圧は25kVとし、照射電流レベルは16とする。 Electron backscatter diffraction (EBSD) analysis is used to obtain crystal orientation information for the metal structure in the observation field. The measurement interval is 0.2 μm. An EBSD analysis device is used for the measurement. The EBSD analysis device used by the inventors consists of a thermal field emission scanning electron microscope (JEOL JSM-7200F) and an EBSD detector (EDAX Velocity (registered trademark) ultra-high speed EBSD detector). Naturally, the area fraction of bainite can also be measured using an equivalent device. During the measurement, the vacuum level inside the device is set to 9.6 x 10-5 Pa or less, the acceleration voltage is set to 25 kV, and the probe current level is set to 16.
得られた結晶方位情報に関して、EDAX/TSL solution社製 OIM Analysis(登録商標)のバージョン7以降を用いて、解析を実施する。結晶方位差が15°以上である測定点間を、結晶粒界とみなす。結晶粒界で囲まれた領域を、結晶粒とみなす。そして、複数の結晶粒それぞれのGAM値(Grain Average Misorientation値)を測定する。GAM値は、結晶粒内に存在する全ての測定点間の結晶方位の差を計算することにより得られる。結晶方位の差の平均値が、結晶粒のGAM値である。The obtained crystal orientation information is analyzed using version 7 or later of OIM Analysis (registered trademark) manufactured by EDAX/TSL Solution. Measurement points between which the crystal orientation difference is 15° or more are considered to be grain boundaries. Areas surrounded by grain boundaries are considered to be crystal grains. The GAM value (Grain Average Misorientation value) of each of the multiple crystal grains is then measured. The GAM value is obtained by calculating the difference in crystal orientation between all measurement points within a crystal grain. The average value of the difference in crystal orientation is the GAM value of the crystal grain.
次に、GAM値が0.5°超である結晶粒における、結晶方位差が5°超である境界を表示する。結晶粒内の、結晶方位差が5°超である境界の密度、即ち単位面積当たりの、結晶方位差が5°超である粒界の長さを算出する。結晶方位差が5°超である境界の密度を、結晶粒の5°境界密度と称する。Next, we display the boundaries with a crystal misorientation of more than 5° in the crystal grains with a GAM value of more than 0.5°. We calculate the density of boundaries within the crystal grains with a crystal misorientation of more than 5°, i.e., the length of grain boundaries with a crystal misorientation of more than 5° per unit area. The density of boundaries with a crystal misorientation of more than 5° is referred to as the 5° boundary density of the crystal grain.
下部組織が現出した領域において、GAM値が0.5°超であり、且つ5°境界密度が0.4μm/μm2以下である結晶粒を、ベイナイトとみなす。ベイナイトとみなされた結晶粒の面積率を測定することにより、ナゲットの両端部の金属組織において、残部に含まれるベイナイトの面積率が算出できる。 In the region where the substructure is revealed, crystal grains having a GAM value of more than 0.5° and a 5° boundary density of 0.4 μm/μm2 or less are regarded as bainite. By measuring the area ratio of crystal grains regarded as bainite, the area ratio of bainite contained in the remainder in the metal structure at both ends of the nugget can be calculated.
(その他の構成)
以上、本開示の実施の形態について説明したが、本開示はこれに限定されることなく、その開示の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。以下に、本実施形態に係るスポット溶接継手1、及びスポット溶接継手1の製造方法の一層好適な例について説明する。なお、特に断りが無い限り、以下に説明する好適な態様は、スポット溶接継手1、及びスポット溶接継手1の製造方法のいずれにも適用することができる。
(Other configurations)
Although the embodiments of the present disclosure have been described above, the present disclosure is not limited thereto and can be modified as appropriate without departing from the technical spirit of the disclosure. More preferred examples of the spot-welded joint 1 and the method for manufacturing the spot-welded joint 1 according to the present embodiments will be described below. Unless otherwise specified, the preferred aspects described below can be applied to both the spot-welded joint 1 and the method for manufacturing the spot-welded joint 1.
(鋼板11の引張強さ、硬さ、厚さ、及び表面処理)
鋼板11の引張強さは特に限定されない。スポット溶接継手1の剛性及び耐破壊特性等を向上させる観点からは、複数の鋼板11のうち1枚以上を、引張強さ980MPa以上の高炭素鋼板とすることが好ましい。高炭素鋼板の引張強さを、1000MPa以上、1200MPa以上、又は1500MPa以上とすることが一層好ましい。一方、複数の鋼板11のうち1枚以上を、引張強さ500MPa以下の軟鋼としてもよい。
(Tensile strength, hardness, thickness, and surface treatment of steel plate 11)
The tensile strength of the steel plates 11 is not particularly limited. From the viewpoint of improving the rigidity and fracture resistance of the spot-welded joint 1, it is preferable that at least one of the plurality of steel plates 11 be a high-carbon steel plate having a tensile strength of 980 MPa or more. It is more preferable that the tensile strength of the high-carbon steel plate be 1000 MPa or more, 1200 MPa or more, or 1500 MPa or more. On the other hand, at least one of the plurality of steel plates 11 may be a mild steel having a tensile strength of 500 MPa or less.
鋼板11の硬さは特に限定されない。スポット溶接継手1の剛性及び耐破壊特性等を向上させる観点からは、複数の鋼板11のうち1枚以上を、硬さHV330以上の高炭素鋼板とすることが好ましい。高炭素鋼板の硬さを、HV350以上、HV400以上、又はHV450以上とすることが一層好ましい。一方、複数の鋼板11のうち1枚以上を、軟鋼としてもよい。 The hardness of the steel plates 11 is not particularly limited. From the perspective of improving the rigidity and fracture resistance of the spot-welded joint 1, it is preferable that one or more of the multiple steel plates 11 be a high-carbon steel plate with a hardness of HV 330 or more. It is even more preferable that the hardness of the high-carbon steel plate be HV 350 or more, HV 400 or more, or HV 450 or more. On the other hand, one or more of the multiple steel plates 11 may be mild steel.
鋼板11の厚さは特に限定されない。また、板組の板厚比も特に限定されない。板組の板厚比とは、板組の総板厚を、板組の表面に配された鋼板11のうち薄い方の板厚で割った値である。例えばスポット溶接継手1が自動車用部品である場合、鋼板11を、2枚の厚い高炭素鋼板及び1枚の薄い軟鋼板とすることが好ましい。高炭素鋼板は自動車の骨格部材である。軟鋼板は自動車の外装部材である。高炭素鋼板の板厚は、例えば1.0~2.5mmとすることが好ましい。軟鋼板の板厚は、例えば0.4~1.2mmとすることが好ましい。 The thickness of the steel plates 11 is not particularly limited. The thickness ratio of the plate assembly is also not particularly limited. The thickness ratio of the plate assembly is the total plate thickness of the plate assembly divided by the thickness of the thinner of the steel plates 11 arranged on the surface of the plate assembly. For example, if the spot welded joint 1 is an automobile part, it is preferable that the steel plates 11 be two thick high-carbon steel plates and one thin mild steel plate. The high-carbon steel plates are automobile frame components. The mild steel plates are automobile exterior components. The thickness of the high-carbon steel plates is preferably 1.0 to 2.5 mm, for example. The thickness of the mild steel plates is preferably 0.4 to 1.2 mm, for example.
耐食性、及び美観等を向上させるために、鋼板11の表面にめっきが設けられていることが好ましい。めっきの種類としては、Al系めっき、Al系合金化めっき、Zn系めっき、及びZn系合金化めっき等が挙げられる。 To improve corrosion resistance and aesthetics, it is preferable that the surface of the steel sheet 11 be plated. Examples of types of plating include Al-based plating, Al-based alloy plating, Zn-based plating, and Zn-based alloy plating.
(ナゲット12の径)
ナゲット12の径は特に限定されず、接合不良を生じさせない範囲内で適宜選択することができる。例えば、ナゲット12の径を2.5√t~5.0√tの範囲内としてもよい。接合不良を防止する観点からは、ナゲット12の径を2.8√t以上、3.0√t以上、又は3.2√t以上とすることが一層好ましい。また、入熱量を抑制して散り発生を防止する観点からは、ナゲット12の径を4.8√t以下、4.5√t以下、又は4.2√t以下とすることが一層好ましい。
(Diameter of nugget 12)
The diameter of the nugget 12 is not particularly limited and can be appropriately selected within a range that does not cause poor bonding. For example, the diameter of the nugget 12 may be within a range of 2.5√t to 5.0√t. From the viewpoint of preventing poor bonding, it is more preferable that the diameter of the nugget 12 be 2.8√t or more, 3.0√t or more, or 3.2√t or more. Furthermore, from the viewpoint of suppressing the amount of heat input and preventing expulsion, it is more preferable that the diameter of the nugget 12 be 4.8√t or less, 4.5√t or less, or 4.2√t or less.
なお、ナゲット12の径とは、溶接部の断面試験によって接合界面13で測定される、ナゲット12の直径のことである。tとは、ナゲット12の直径を測定した接合界面13を構成する2枚の鋼板11の板厚の平均値のことである。鋼板11の枚数が3枚以上であり、接合界面13が2以上である場合は、1つ以上の接合界面13においてナゲット12の径が上述の範囲内であることが好ましく、全ての接合界面13においてナゲット12の径が上述の範囲内であることが一層好ましい。 The diameter of the nugget 12 refers to the diameter of the nugget 12 measured at the joint interface 13 by a cross-sectional test of the weld. t refers to the average thickness of the two steel plates 11 that make up the joint interface 13 at which the diameter of the nugget 12 is measured. When there are three or more steel plates 11 and two or more joint interfaces 13, it is preferable that the diameter of the nugget 12 at one or more joint interfaces 13 is within the above-mentioned range, and it is even more preferable that the diameter of the nugget 12 at all joint interfaces 13 is within the above-mentioned range.
実施例により本開示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、本開示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。本開示は、この一条件例に限定されない。本開示は、本開示の要旨を逸脱せず、本開示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 disclosure 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 disclosure. The present disclosure is not limited to this one example of conditions. The present disclosure may adopt various conditions as long as they do not deviate from the gist of the present disclosure and achieve the purpose of the present disclosure.
(実験1 再現熱サイクル試験)
本発明者らは、スポット溶接を模擬した再現熱サイクル試験を行った。試験鋼板及び再現熱サイクル試験の条件は以下の通りとした。
・試験鋼板の鋼種:2GPa級ホットスタンプ用鋼板
・試験鋼板の厚さ:2.0mm
・試験鋼板のMs点:約360℃
・試験鋼板のMf点:約180℃
・再現熱サイクル試験における熱プロファイル:図6の通り
(Experiment 1: Reproduced thermal cycle test)
The present inventors conducted a simulated thermal cycle test simulating spot welding. The test steel sheets and the simulated thermal cycle test conditions were as follows:
・Steel type of test steel plate: 2 GPa-class hot stamping steel plate ・Thickness of test steel plate: 2.0 mm
Ms point of test steel plate: approx. 360°C
Mf point of test steel plate: about 180°C
- Thermal profile in the reproduced thermal cycle test: as shown in Figure 6
図6に示されるように、本通電を模擬した加熱は一定条件で行った。また、後通電を模擬した加熱において、最高加熱温度を一定条件とした。さらに、本通電後の冷却速度、及び後通電後の冷却速度も一定条件とした。一方、冷却終了温度T2(即ち、後通電温度)を様々に変化させた。また、後通電昇温速度を、400℃/sec又は100℃/secのいずれかとした。As shown in Figure 6, the heating simulating the main current was performed under constant conditions. Furthermore, in the heating simulating the post-current, the maximum heating temperature was kept constant. Furthermore, the cooling rate after the main current and the cooling rate after the post-current were also kept constant. Meanwhile, the cooling end temperature T2 (i.e., the post-current temperature) was varied. The post-current heating rate was set to either 400°C/sec or 100°C/sec.
さらに、再現熱サイクル試験後の鋼板の硬さを測定した。そして、冷却終了温度T2と、再現熱サイクル試験後の鋼板の硬さとの相関を特定し、図7に示した。 Furthermore, the hardness of the steel sheets after the simulated thermal cycle test was measured. The correlation between the cooling end temperature T2 and the hardness of the steel sheets after the simulated thermal cycle test was identified, and is shown in Figure 7.
冷却終了温度がMs点(約360℃)近傍である場合、後通電における昇温速度にかかわらず、後通電による試験鋼板の軟化効果はほとんど得られなかった。一方、冷却終了温度が約280℃以下であれば、試験鋼板が十分に軟化することも確認された。試験鋼板をMf点(約180℃)以下まで冷却してから焼戻した場合は、試験鋼板の硬さは約300HVであった。冷却終了温度がMf点以上280℃とすれば、試験鋼板の硬さを約300HVとすることができた。When the cooling end temperature was near the Ms point (approximately 360°C), post-current application had almost no effect on softening the test steel sheet, regardless of the heating rate during post-current application. On the other hand, it was confirmed that the test steel sheet softened sufficiently when the cooling end temperature was approximately 280°C or below. When the test steel sheet was cooled to the Mf point (approximately 180°C) or below and then tempered, the hardness of the test steel sheet was approximately 300 HV. If the cooling end temperature was set to 280°C above the Mf point, the hardness of the test steel sheet could be made approximately 300 HV.
さらに、後通電を模擬した再加熱における昇温速度を小さくすることにより、試験鋼板の硬さを低減することが可能な冷却終了温度T2の範囲を拡大することができた。昇温速度が400℃/secである場合は、冷却終了温度T2が約280℃を超過すると、試験鋼板の硬さが増大した。一方、昇温速度を100℃/secにした場合は、冷却終了温度T2が約320℃以下であれば、試験鋼板の硬さを約HV300とすることができた。 Furthermore, by reducing the heating rate during reheating to simulate post-energization, it was possible to expand the range of cooling end temperatures T2 at which the hardness of the test steel sheet could be reduced. When the heating rate was 400°C/sec, the hardness of the test steel sheet increased when the cooling end temperature T2 exceeded approximately 280°C. On the other hand, when the heating rate was 100°C/sec, the hardness of the test steel sheet could be reduced to approximately HV300 if the cooling end temperature T2 was approximately 320°C or less.
図8A~図8Eに、再現熱サイクル試験後の試験鋼板のSEM写真を示す。これら試験鋼板の再現熱サイクル試験条件は以下の通りであった。
・図8A:冷却終了温度T2:室温、後通電なし
・図8B:冷却終了温度T2:160℃、後通電昇温速度:100℃/sec
・図8C:冷却終了温度T2:320℃、後通電昇温速度:100℃/sec
・図8D:冷却終了温度T2:360℃、後通電昇温速度:100℃/sec
・図8E:冷却終了温度T2:室温、後通電昇温速度:100℃/sec
8A to 8E show SEM photographs of the test steel sheets after the simulated thermal cycle test. The simulated thermal cycle test conditions for these test steel sheets were as follows:
8A: Cooling end temperature T2: room temperature, no post-energization. FIG. 8B: Cooling end temperature T2: 160° C., post-energization temperature rise rate: 100° C./sec.
8C: Cooling end temperature T2: 320°C, post-energization heating rate: 100°C/sec
8D: Cooling end temperature T2: 360°C, post-energization heating rate: 100°C/sec
8E: Cooling end temperature T2: room temperature, post-energization heating rate: 100°C/sec
図8Aの試験鋼板においては、マルテンサイトがすべてフレッシュマルテンサイトとされていた。この試験鋼板の組織写真においては、炭化物の析出が確認されない。 In the test steel plate in Figure 8A, all of the martensite was fresh martensite. No carbide precipitation was observed in the microstructure photograph of this test steel plate.
図8Bの試験鋼板を得るための再現熱サイクル試験においては、冷却終了温度T2がMf点以下であった。図8Bの試験鋼板は、再現熱サイクル試験後に十分に軟化していた。図8Bの組織写真においては、析出した炭化物の存在が確認できる。炭化物が析出した個所は、焼戻しマルテンサイト又はベイナイトである。 In the replicated thermal cycle test to obtain the test steel plate in Figure 8B, the cooling end temperature T2 was below the Mf point. The test steel plate in Figure 8B was sufficiently softened after the replicated thermal cycle test. The presence of precipitated carbides can be confirmed in the microstructure photograph in Figure 8B. The areas where carbides precipitate are tempered martensite or bainite.
図8Cの試験鋼板を得るための再現熱サイクル試験においては、冷却終了温度T2がMf点を若干超過した320℃であった。しかしながら、図8Cの試験鋼板は、再現熱サイクル試験後に十分に軟化していた。図8Cの組織写真においても、図8Bと同様に、析出した炭化物の存在が確認できる。 In the replicated thermal cycle test to obtain the test steel plate in Figure 8C, the cooling end temperature T2 was 320°C, slightly exceeding the Mf point. However, the test steel plate in Figure 8C was sufficiently softened after the replicated thermal cycle test. The presence of precipitated carbides can also be confirmed in the structural photograph in Figure 8C, as in Figure 8B.
図8Dの試験鋼板を得るための再現熱サイクル試験においては、冷却終了温度T2がMf点を大きく超過した360℃であった。しかしながら、図8Dの試験鋼板は、再現熱サイクル試験後の軟化量が十分ではなかった。図8Dの組織写真においては、炭化物がほとんど確認できない。 In the replicated thermal cycle test to obtain the test steel plate shown in Figure 8D, the cooling end temperature T2 was 360°C, far exceeding the Mf point. However, the test steel plate shown in Figure 8D did not soften sufficiently after the replicated thermal cycle test. Almost no carbides can be seen in the structural photograph of Figure 8D.
図8Eの試験鋼板を得るための再現熱サイクル試験においては、冷却終了温度T2が室温であった。図8Eの試験鋼板は、再現熱サイクル試験後に十分に軟化していた。図8Eの組織写真においては、析出した炭化物の存在が確認できる。 In the replicated thermal cycle test to obtain the test steel plate shown in Figure 8E, the cooling end temperature T2 was room temperature. The test steel plate shown in Figure 8E was sufficiently softened after the replicated thermal cycle test. The presence of precipitated carbides can be confirmed in the structural photograph of Figure 8E.
以上の実験結果によれば、冷却終了温度T2がMf点を若干上回っていても、焼戻しマルテンサイトやベイナイトをナゲット内に形成可能であることがわかる。一方、冷却終了温度T2がMs点付近である場合は、焼戻しマルテンサイトやベイナイトを得ることができない。 These experimental results show that tempered martensite and bainite can be formed within the nugget even if the cooling end temperature T2 is slightly above the Mf point. On the other hand, if the cooling end temperature T2 is near the Ms point, tempered martensite and bainite cannot be obtained.
(実験2 フォーマスター試験)
本発明者らは、後通電を模擬した再加熱における昇温速度が硬さに及ぼす影響について検討するために、フォーマスター試験を行った。フォーマスター試験では、スポット溶接を模擬した再現熱サイクル試験を試験鋼板に行いながら、試験鋼板の厚さを測定した。フォーマスター試験において用いられた鋼板は、実験1の試験鋼板と同一とした。フォーマスター試験の結果を、図9に示す。図9に示すグラフの横軸は温度であり、縦軸は鋼板の厚さの変化量である。
(Experiment 2: Four Masters Test)
The inventors conducted a Formaster test to investigate the effect of the heating rate during reheating, which simulates post-energization, on hardness. In the Formaster test, the thickness of the test steel sheet was measured while the test steel sheet was subjected to a simulated thermal cycle test, which simulates spot welding. The steel sheet used in the Formaster test was the same as the test steel sheet in Experiment 1. The results of the Formaster test are shown in Figure 9. The horizontal axis of the graph shown in Figure 9 represents temperature, and the vertical axis represents the change in thickness of the steel sheet.
図9のグラフにおいて、符号(1)が付された区間は、スポット溶接の本通電を模擬した加熱に対応する。本通電を模擬した加熱では、試験鋼板の温度を900℃で5分保持した。符号(2)が付された区間は、スポット溶接の冷却を模擬した冷却に対応する。冷却は、320℃まで行った。符号(3)が付された区間は、後通電を模擬した再加熱に対応する。再加熱は700℃まで行った。符号(4)が付された区間は、後通電の後の冷却に対応する。後通電の後の冷却は、室温まで行った。 In the graph of Figure 9, the section marked with symbol (1) corresponds to heating simulating the actual current flow of spot welding. In the heating simulating the actual current flow, the temperature of the test steel sheet was held at 900°C for 5 minutes. The section marked with symbol (2) corresponds to cooling simulating the cooling of spot welding. Cooling was performed to 320°C. The section marked with symbol (3) corresponds to reheating simulating post-current flow. Reheating was performed to 700°C. The section marked with symbol (4) corresponds to cooling after post-current flow. Cooling after post-current flow was performed to room temperature.
図9のグラフにおいて着目されるべきは、符号(3)が付された区間、及び符号(4)が付された区間における試験鋼板の厚さの増大である。これら区間の始期において、試験鋼板の厚さは単調に増加又は減少した。しかし、これら区間の中期において、試験鋼板の厚さが急激に増大した。この原因は、ベイナイト変態であると推定される。 In the graph of Figure 9, noteworthy is the increase in the thickness of the test steel plate in the sections marked with symbols (3) and (4). At the beginning of these sections, the thickness of the test steel plate increased or decreased monotonically. However, in the middle of these sections, the thickness of the test steel plate increased suddenly. This is presumably due to bainite transformation.
(実験3 スポット溶接解析ソフトによる、冷却条件の推定)
実験1及び実験2で用いられた試験鋼板(厚さ2.0mmの、引張強さ2GPa級ホットスタンプ鋼板)のスポット溶接における、冷却時間と冷却終了温度T2との関係を、スポット溶接解析ソフトSORPAS(登録商標)を用いてシミュレーションした。スポット溶接のシミュレーション条件は以下の通りとした。
・試験鋼板の枚数:2枚
・加圧力:3.92kN
・本通電時間:0.36秒
・本通電の際の溶接電流:8.0kA
・ナゲット径:7mm
シミュレーション結果を図10に示す。
(Experiment 3: Estimation of cooling conditions using spot welding analysis software)
The relationship between the cooling time and the cooling end temperature T2 in spot welding of the test steel sheets (hot stamped steel sheets with a thickness of 2.0 mm and a tensile strength of 2 GPa) used in Experiments 1 and 2 was simulated using spot welding analysis software SORPAS (registered trademark). The simulation conditions for spot welding were as follows:
Number of test steel plates: 2 Pressure: 3.92 kN
Actual welding time: 0.36 seconds Welding current during actual welding: 8.0 kA
・Nugget diameter: 7 mm
The simulation results are shown in FIG.
シミュレーション結果によれば、試験鋼板の温度を320℃にするために必要な時間は50サイクル(1.0秒)である。試験鋼板の温度を280℃にするために必要な時間は55サイクル(1.1秒)である。実験1の結果、及びシミュレーション結果を考慮すると、試験鋼板に対する好適な通電条件は表1の通りであると推定された。 According to the simulation results, the time required to raise the temperature of the test steel plate to 320°C is 50 cycles (1.0 second). The time required to raise the temperature of the test steel plate to 280°C is 55 cycles (1.1 seconds). Considering the results of Experiment 1 and the simulation results, it was estimated that the optimal current conditions for the test steel plate are as shown in Table 1.
なお、表1に記載の(D)後通電時間は、以下の式によって求められた値である。
(D)=50サイクル/sec×{700℃-(B)}/(A)
上記式における「700℃」は、後通電時の最大温度(図6参照)である。「700℃-(B)」は、後通電において必要な昇温量上記式における「50サイクル/sec」は、1秒間当たりのサイクル数である。表1に示されるように、後通電の際の昇温速度を低減することにより、冷却時間を短くすることができる。しかし、後通電の際の昇温速度を低減すると、後通電時間が長くなる。そのため、後通電昇温速度を低くすることが常に好ましいわけではない。本実験で用いられる試験鋼板においては、後通電の際の昇温速度を100℃/secにするほうが、溶接時間を短縮可能であると推定された。
The (D) post-energization time shown in Table 1 is a value calculated by the following formula.
(D) = 50 cycles/sec × {700 ° C − (B)} / (A)
In the above formula, "700°C" is the maximum temperature during post-energization (see Figure 6). "700°C - (B)" is the temperature rise required for post-energization. "50 cycles/sec" in the above formula is the number of cycles per second. As shown in Table 1, the cooling time can be shortened by reducing the temperature rise rate during post-energization. However, reducing the temperature rise rate during post-energization increases the post-energization time. Therefore, it is not always preferable to reduce the temperature rise rate during post-energization. For the test steel sheets used in this experiment, it was estimated that setting the temperature rise rate during post-energization to 100°C/sec would enable a shorter welding time.
(実験4 スポット溶接試験)
実験1~3の結果を考慮しながら、以下に示す条件でスポット溶接実験を行った。
・板組:実験1及び実験2の試験鋼板を2枚重ねたもの
・本通電条件:本通電電流値8.4kA、通電時間0.36秒
・冷却時間:(A)40サイクル、(B)50サイクル、(C)60サイクルの何れか
・後通電時間:1.98秒
・後熱電流の最大値:4~8kA
・後通電における電流波形:パターンa(図11A)及びパターンb(図11B)のいずれか
パターンa(図11A)は、後熱電流が一定値である電流波形である。パターンb(図11B)は、後熱電流をアップスロープ制御した電流波形である。スポット溶接試験の終了後に、スポット溶接継手に十字引張試験を行い、その十字引張強さ(CTS)を測定した。
(Experiment 4: Spot welding test)
Taking into consideration the results of Experiments 1 to 3, spot welding experiments were carried out under the following conditions.
Plate assembly: Two test steel plates from Experiment 1 and Experiment 2 stacked together. Main current conditions: Main current value 8.4 kA, current time 0.36 seconds. Cooling time: (A) 40 cycles, (B) 50 cycles, or (C) 60 cycles. Post-heating time: 1.98 seconds. Maximum post-heating current: 4 to 8 kA.
Current waveform in post-heating: either pattern a ( FIG. 11A ) or pattern b ( FIG. 11B ). Pattern a ( FIG. 11A ) is a current waveform in which the post-heating current is constant. Pattern b ( FIG. 11B ) is a current waveform in which the post-heating current is upslope controlled. After the spot welding test, a cross tensile test was performed on the spot-welded joint, and the cross tensile strength (CTS) was measured.
後熱電流の設定値と、十字引張強さとの相関を、図12A~図12Cに示す。図12Aは、冷却時間を(A)40サイクルとしたスポット溶接試験の結果である。図12Bは、冷却時間を(B)50サイクルとしたスポット溶接試験の結果である。図12Cは、冷却時間を(C)60サイクルとしたスポット溶接試験の結果である。 The correlation between the post-heating current setting and cross tensile strength is shown in Figures 12A to 12C. Figure 12A shows the results of a spot welding test with a cooling time of (A) 40 cycles. Figure 12B shows the results of a spot welding test with a cooling time of (B) 50 cycles. Figure 12C shows the results of a spot welding test with a cooling time of (C) 60 cycles.
図12Aに示されるように、冷却時間を40サイクルとした場合は、いかなる後通電条件であってもCTSの顕著な向上は確認できなかった。一方、図12Cに示されるように、冷却時間を60サイクルとした場合は、CTSの向上が確認された。図12Cにおいては、ナゲットがMf点以下にまで冷却されていたので、焼戻しマルテンサイトを作成することができたと考えられる。As shown in Figure 12A, when the cooling time was 40 cycles, no significant improvement in CTS was observed regardless of the post-heat conditions. On the other hand, as shown in Figure 12C, when the cooling time was 60 cycles, an improvement in CTS was confirmed. In Figure 12C, it is believed that tempered martensite was created because the nugget was cooled to below the Mf point.
さらに、図12Bに示されるように、冷却時間を50サイクルとした場合も、通電パターン(b)を採用した条件においてCTSの向上が確認された。図12Bにおいては、ナゲットの冷却終了温度T2はMf点を上回っており、後通電の開始の時点でマルテンサイト変態が完了しておらず、従ってナゲットにフレッシュマルテンサイトが生成したと推定される。しかしながら、フレッシュマルテンサイトの量を抑制することにより、後通電によるCTS向上効果を享受することができる。 Furthermore, as shown in Figure 12B, even when the cooling time was 50 cycles, an improvement in CTS was confirmed when current flow pattern (b) was used. In Figure 12B, the nugget's cooling end temperature T2 exceeds the Mf point, and martensitic transformation was not complete at the start of post-current flow. Therefore, it is presumed that fresh martensite was formed in the nugget. However, by suppressing the amount of fresh martensite, the CTS improvement effect of post-current flow can be enjoyed.
なお、図12Bのスポット溶接実験において、通電パターン(a)よりも通電パターン(b)のほうが良好な結果が得られた理由は、図13の通りであると考えられる。図13は、通電パターン(a)又は通電パターン(b)を採用したスポット溶接における、溶接部の温度のシミュレーション結果である。シミュレーション結果によれば、後熱電流のアップスロープ制御によって、昇温速度の変動量が小さくなる。このことが、ベイナイト生成を促したと推定される。 The reason why better results were obtained with current pattern (b) than with current pattern (a) in the spot welding experiment in Figure 12B is thought to be as shown in Figure 13. Figure 13 shows the simulation results of the temperature of the weld in spot welding using current pattern (a) or current pattern (b). According to the simulation results, upslope control of the post-heating current reduces the amount of fluctuation in the heating rate. This is presumably what promoted the formation of bainite.
最後に、冷却時間50サイクル、後通電時間55サイクルのスポット溶接試験においてCTSが最大となったナゲットの断面観察結果及び硬さ測定結果を図14に示し、冷却時間60サイクル、後通電時間55サイクルのスポット溶接試験においてCTSが最大となったナゲットの断面観察結果及び硬さ測定結果を図15に示す。どちらの後通電条件においても、ナゲットの端部が十分に軟化しており、CTSが10kN以上となった。なお、後通電を行わずに製造されたスポット溶接継手のCTSは6.5kNであった。従って、どちらの後通電条件においても、後通電の作用効果が発揮されていることが確認された。 Finally, Figure 14 shows the cross-sectional observation and hardness measurement results of the nugget with the highest CTS in a spot welding test with a cooling time of 50 cycles and a post-heat time of 55 cycles, while Figure 15 shows the cross-sectional observation and hardness measurement results of the nugget with the highest CTS in a spot welding test with a cooling time of 60 cycles and a post-heat time of 55 cycles. Under both post-heat conditions, the edge of the nugget was sufficiently softened, and the CTS was 10 kN or more. The CTS of the spot-welded joint produced without post-heat was 6.5 kN. Therefore, it was confirmed that the effect of post-heat was exerted under both post-heat conditions.
(実験4 ナゲットのフレッシュマルテンサイト量)
種々の条件で、スポット溶接継手を製造し、その特性を評価した。具体的には、ナゲットの両端部の金属組織が含むフレッシュマルテンサイト量、焼戻しマルテンサイト量、及びベイナイト量と、鋼板の接合界面に沿った仮想線におけるナゲットの両端部のビッカース硬さとを、上述の方法で測定した。また、スポット溶接継手のCTSを、JIS Z 3137:1999「抵抗スポット及びプロジェクション溶接継手の十字引張試験に対する試験片寸法及び試験方法」に準拠して測定した。製造条件、及び評価結果を表2に示す。「FM」列は、フレッシュマルテンサイトの面積率を示す。「TM」列は、焼戻しマルテンサイトの面積率を示す。「B」は、ベイナイトの面積率を示す。「硬さ」は、ビッカース硬さを示す。
(Experiment 4: Amount of fresh martensite in nuggets)
Spot-welded joints were manufactured under various conditions, and their properties were evaluated. Specifically, the amounts of fresh martensite, tempered martensite, and bainite contained in the metallographic structure at both ends of the nugget, and the Vickers hardness at both ends of the nugget along a virtual line along the joint interface of the steel sheets were measured using the methods described above. The CTS of the spot-welded joints was also measured in accordance with JIS Z 3137:1999, "Specimen dimensions and test methods for cross tension tests on resistance spot- and projection-welded joints." The manufacturing conditions and evaluation results are shown in Table 2. The "FM" column indicates the area fraction of fresh martensite. The "TM" column indicates the area fraction of tempered martensite. "B" indicates the area fraction of bainite. "Hardness" indicates Vickers hardness.
なお、スポット溶接継手の製造に先立って、スポット溶接の本通電、冷却、及び後通電を模擬した再現熱サイクル試験を行った。再現熱サイクル試験を通じて、試験鋼板の硬さを目標値以下とし、且つ冷却及び後通電に要する合計時間を最短とする、終了温度及び昇温速度の組み合わせを特定した。例2、例3、及び例5のスポット溶接においては、ナゲットの温度が、再現熱サイクル試験によって特定された終了温度を下回ったと推定される時点以降に、冷却を終了した。さらに、後通電における昇温速度を、再現熱サイクル試験によって特定された昇温速度以下とした。Prior to manufacturing the spot-welded joints, a replicated thermal cycle test was conducted to simulate the main current, cooling, and post-current application of spot welding. Through the replicated thermal cycle test, a combination of end temperature and heating rate was identified that would keep the hardness of the test steel sheet below the target value and minimize the total time required for cooling and post-current application. In the spot welds of Examples 2, 3, and 5, cooling was completed after the nugget temperature was estimated to have fallen below the end temperature identified in the replicated thermal cycle test. Furthermore, the heating rate during post-current application was set to be equal to or lower than the heating rate identified in the replicated thermal cycle test.
例1のスポット溶接では、後通電をしなかった。例1のスポット溶接継手では、ナゲットの組織がすべてフレッシュマルテンサイトとなった。 No post-heat treatment was performed in the spot welding of Example 1. In the spot-welded joint of Example 1, the nugget structure became entirely fresh martensite.
例8のスポット溶接では、後通電を行った。また、例8のスポット溶接においては、クール時間を長くして、ナゲットを完全にマルテンサイト変態させてから後通電を開始した。これにより、例8のスポット溶接継手においては、フレッシュマルテンサイト量を低減して後通電の効果を最大限に発揮することができた。ただし、例8のスポット溶接においては、板組を冷却する工程に要する時間(クール時間)及び後通電をする工程に要する時間(後通電時間)の合計値が4秒となった。製造効率を改善する観点からは、後通電の効果を確保しながらクール時間及び後通電時間の合計値を減少させることが望ましい。 In the spot welding of Example 8, post-energization was performed. Furthermore, in the spot welding of Example 8, the cooling time was extended to allow the nugget to completely transform into martensitic metal before post-energization was initiated. This reduced the amount of fresh martensite in the spot-welded joint of Example 8, maximizing the effect of post-energization. However, in the spot welding of Example 8, the total time required for the process of cooling the sheet assembly (cooling time) and the process of performing post-energization (post-energization time) was 4 seconds. From the perspective of improving manufacturing efficiency, it is desirable to reduce the total value of the cooling time and post-energization time while maintaining the effect of post-energization.
例2、例3及び例5のスポット溶接では、後通電を行った。これにより、例2、例3及び例5のスポット溶接継手では、ナゲットのフレッシュマルテンサイト量が減少した。そして、例2、例3及び例5のスポット溶接継手のCTSは、例1と比較して大きく向上した。さらに、例2、例3及び例5のスポット溶接では、クール時間及び合計値を、例8よりも大幅に減少させることができた。 In the spot welding of Examples 2, 3, and 5, post-energization was performed. As a result, the amount of fresh martensite in the nuggets was reduced in the spot-welded joints of Examples 2, 3, and 5. The CTS of the spot-welded joints of Examples 2, 3, and 5 was significantly improved compared to Example 1. Furthermore, in the spot welding of Examples 2, 3, and 5, the cooling time and total value were significantly reduced compared to Example 8.
例4のスポット溶接では、後通電を行った。例4のスポット溶接におけるクール時間及び後通電時間の合計値は、例3と同水準であった。ただし、例4のスポット溶接では、後通電における昇温速度を、再現熱サイクル試験によって特定された昇温速度を超える値とした。例4のスポット溶接継手においては、フレッシュマルテンサイト量が十分に低減されなかった。例4のスポット溶接継手のCTSは、例1よりもわずかしか向上していなかった。即ち、例4のスポット溶接においては、後通電の効果がほとんど得られなかった。 In the spot welding of Example 4, post-energization was performed. The total cooling time and post-energization time for the spot welding of Example 4 were at the same level as in Example 3. However, in the spot welding of Example 4, the heating rate during post-energization was set to a value that exceeded the heating rate determined by the simulated thermal cycle test. In the spot-welded joint of Example 4, the amount of fresh martensite was not sufficiently reduced. The CTS of the spot-welded joint of Example 4 was only slightly improved compared to Example 1. In other words, in the spot welding of Example 4, the effect of post-energization was hardly obtained.
例6及び例7のスポット溶接では、後通電を行った。例6及び例7のスポット溶接における後通電の昇温速度は、例2~4と同水準とした。ただし、例6及び例7のスポット溶接では、ナゲットの温度が再現熱サイクル試験によって特定された終了温度を下回ったと推定される時点より前に、冷却を終了して後通電を開始した。例6及び例7のスポット溶接継手においては、フレッシュマルテンサイト量が十分に低減されなかった。例6及び例7のスポット溶接継手のCTSは、例1よりもわずかしか向上していなかった。即ち、例6及び例7のスポット溶接においては、後通電の効果がほとんど得られなかった。 In the spot welding of Examples 6 and 7, post-energization was performed. The temperature rise rate of post-energization in the spot welding of Examples 6 and 7 was the same as in Examples 2 to 4. However, in the spot welding of Examples 6 and 7, cooling was completed and post-energization was initiated before the point at which the nugget temperature was estimated to have fallen below the end temperature determined by the simulated thermal cycle test. In the spot-welded joints of Examples 6 and 7, the amount of fresh martensite was not sufficiently reduced. The CTS of the spot-welded joints of Examples 6 and 7 was only slightly improved compared to Example 1. In other words, in the spot welding of Examples 6 and 7, the effect of post-energization was hardly obtained.
1 スポット溶接継手
11 鋼板
12 ナゲット
12E 端部
13 接合界面
13L 仮想線
14 圧痕
15 シートセパレーション
T1 本通電温度
T2 冷却終了温度
T3 後通電温度
t2 冷却時間
t3 後通電時間
1 Spot welded joint 11 Steel plate 12 Nugget 12E End 13 Joint interface 13L Virtual line 14 Indentation 15 Sheet separation T1 Main current temperature T2 Cooling end temperature T3 Post current temperature t2 Cooling time t3 Post current time
Claims (10)
前記鋼板を接合するナゲットと、
を備えるスポット溶接継手であって、
前記ナゲットの断面において測定される、前記鋼板の接合界面に沿った仮想線における前記ナゲットの両端部の金属組織が、5~40面積%のフレッシュマルテンサイトを含み、残部の95面積%以上が焼戻しマルテンサイト及びベイナイトの一方又は両方である
スポット溶接継手。 Two or more stacked steel plates;
a nugget that joins the steel plates;
A spot welded joint comprising:
A spot welded joint, wherein the metal structure at both ends of the nugget on a virtual line along the joining interface of the steel sheets, measured on a cross section of the nugget, contains 5 to 40 area % of fresh martensite, and the remaining 95 area % or more is one or both of tempered martensite and bainite.
ことを特徴とする請求項1に記載のスポット溶接継手。 2. The spot welded joint according to claim 1, wherein one or more of the steel plates is a high-carbon steel plate having a carbon content of 0.20 mass % or more.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のスポット溶接継手。
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
ここで、前記式に含まれる元素記号は、複数の前記鋼板の化学成分の、板厚を重みとした加重平均における、前記元素記号に対応する元素の含有量である。 3. The spot welded joint according to claim 1, wherein a value obtained by subtracting the Vickers hardness of both ends of the nugget measured on a virtual line along the joining interface of the steel sheets, measured on a cross section of the nugget, from an estimated maximum Vickers hardness HVmax calculated by the following formula, is HV50 or more:
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
Here, the element symbol included in the formula is the content of the element corresponding to the element symbol in the weighted average of the chemical compositions of the plurality of steel plates, with the plate thickness used as the weight.
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のスポット溶接継手。 3. The spot welded joint according to claim 1, wherein the metal structure at each end of the nugget contains 2 area % or more of the bainite.
スポット溶接の本通電、冷却、及び後通電を模擬しており、且つ前記冷却の終了温度及び前記後通電における昇温速度を相違させた複数回の再現熱サイクル試験を、試験鋼板に行う工程と、
前記再現熱サイクル試験の後に、前記試験鋼板の硬さを測定する工程と、
前記再現熱サイクル試験における前記冷却の前記終了温度及び前記後通電の前記昇温速度、並びに前記再現熱サイクル試験の後の前記試験鋼板の前記硬さの相関を特定する工程と、
前記試験鋼板の前記硬さを目標値以下とし、且つ前記冷却及び前記後通電に要する合計時間を最短とする、前記終了温度及び前記昇温速度の組み合わせを特定する工程と、
重ねられた2枚以上の鋼板である板組に、スポット溶接用の一対の電極を用いて本通電をする工程と、
一対の前記電極を用いて前記板組を加圧したまま電流を小さくすることにより、前記板組を冷却する工程と、
前記本通電及び前記冷却によって前記板組に形成されたナゲットに、一対の前記電極を用いて後通電をする工程と、
を備え、
前記鋼板の板厚を重みとした、前記鋼板の炭素量の加重平均と、前記試験鋼板の炭素量とを略同一とし、
前記ナゲットの温度が、前記再現熱サイクル試験によって特定された前記終了温度を下回ったと推定される時点以降に、前記冷却を終了し、
前記後通電における昇温速度を、前記再現熱サイクル試験によって特定された前記昇温速度以下とする
スポット溶接継手の製造方法。 A method for manufacturing a spot welded joint, comprising:
a step of subjecting a test steel sheet to a plurality of replicated heat cycle tests, which simulate the main current application, cooling, and post-current application of spot welding, and which vary the end temperature of the cooling and the heating rate in the post-current application;
measuring the hardness of the test steel plate after the replicated thermal cycle test;
a step of identifying a correlation between the end temperature of the cooling and the heating rate of the post-energization in the replicated thermal cycle test, and the hardness of the test steel sheet after the replicated thermal cycle test;
a step of specifying a combination of the end temperature and the heating rate that makes the hardness of the test steel sheet equal to or less than a target value and minimizes the total time required for the cooling and the post-current application;
A step of applying a main current to a plate set of two or more stacked steel plates using a pair of electrodes for spot welding;
a step of cooling the plate set by reducing the current while applying pressure to the plate set using the pair of electrodes;
a step of post-current-applying a current to the nugget formed in the sheet assembly by the main current application and the cooling using the pair of electrodes;
Equipped with
A weighted average of the carbon contents of the steel plates, where the thickness of the steel plates is used as a weight, is set to be approximately equal to the carbon content of the test steel plates,
The cooling is terminated after the time when the temperature of the nugget is estimated to be lower than the end temperature specified by the reproduced thermal cycle test;
A method for manufacturing a spot welded joint, wherein the temperature rise rate in the post-energization is equal to or less than the temperature rise rate specified by the reproduced thermal cycle test.
ことを特徴とする請求項5に記載のスポット溶接継手の製造方法。
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
ここで、前記式に含まれる元素記号は、前記試験鋼板の化学成分の、板厚を重みとした加重平均における、前記元素記号に対応する元素の含有量である。 The method for manufacturing a spot welded joint according to claim 5, wherein the target value is set to a value equal to or less than an estimated maximum Vickers hardness HVmax-HV150 calculated by the following formula:
HVmax=217+1080×(C+Si/70+Mn/113+Cr/93+Mo/30)
Here, the element symbols included in the formula are the contents of the elements corresponding to the element symbols in the weighted average of the chemical components of the test steel plate, with the plate thickness used as the weight.
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のスポット溶接継手の製造方法。 7. The method for manufacturing a spot welded joint according to claim 5 or claim 6, wherein a weighted average of the Mn amount, the weighted average of the Cr amount, and the weighted average of the Ni amount of the steel plate, where the plate thickness of the steel plate is used as a weight, are approximately equal to the Mn amount, the Cr amount, and the Ni amount of the test steel plate, respectively.
前記シミュレーションによって特定された前記冷却時間及び後通電時間を、前記板組の前記冷却及び前記後通電に適用する
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のスポット溶接継手の製造方法。 and estimating, by simulation, a cooling time and a post-heating current that can reproduce the combination of the upper limit value of the cooling end temperature and the lower limit value of the heating rate identified by the reproduced thermal cycle test.
7. The method for manufacturing a spot welded joint according to claim 5, wherein the cooling time and post-energization time specified by the simulation are applied to the cooling and post-energization of the plate assembly.
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のスポット溶接継手の製造方法。 7. The method for manufacturing a spot welded joint according to claim 5, wherein the first half of the post-energization is an up-slope energization.
ことを特徴とする請求項5又は請求項6に記載のスポット溶接継手の製造方法。 7. The method for manufacturing a spot welded joint according to claim 5, wherein at least one of the steel plates is a high-carbon steel plate having a carbon content of 0.20 mass % or more.
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