(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚が異なり、かつ引張強さの差が１２０Ｎ／mm2 以上で化学組成が異なる鋼板の端部を突き合わせて溶接する際に加熱溶融状態で突き合わせ方向に加圧して溶接接合した溶接鋼板であって、
溶接接合部の最高硬さが３７０Ｈｖ以下、一方の鋼板の溶接熱影響部の平均硬さと他方の同平均硬さの差が９０Ｈｖ以下、一方の鋼板の板厚をｔ1 ，他方の同板厚をｔ2 としたとき｜ln（ｔ1 ／ｔ2 ）｜≦０．６であることを特徴とする複合成形用溶接鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
メンバ，ブラケットなどの自動車を始めとする輸送機器、足場板などの建築用部材などに使用される溶接鋼板であって、プレス成形の際に張り出し、絞り、伸びフランジ、曲げなどの成形加工が複合的に行われる複合成形に適した溶接鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の燃費向上を目的とした車両の軽量化および自動車製造コスト低減の一つの策として、ドア，ピラーなどは１枚の同一鋼板から成形するのではなく、例えば路面に近い、腐食され易い方には耐食性に優れためっき鋼板を使用し、一方路面側に比して腐食され難い車両上部側は冷延鋼板を使用することができるように、特性の異なる鋼板を突き合わせてレーザ溶接した溶接鋼板をプレス成形用素板として用いて所定の部品を製造する技術が開発されている。このような技術は、例えば文献「Tyssenn Technische Berichte,Heft1/92,p.97 」に紹介されている。また、このような鋼板の組み合わせは、同一組成のめっき鋼板と冷延鋼板とに限らず、化学組成及び強度の異なる鋼板の組み合わせについても行われており、例えば「塑性と加工、Vol.34(1993),p917 」、「溶接学会論文集、Vol.10(1992),p196 」に開示されている通り、国内でも実用化されている。
【０００３】
もっとも、これら技術は、接合部に厳しい絞り成形が施されるドアインナパネルなどでは、板厚がいずれも１．４mm未満の極薄鋼板同士の接合についてのものが多く、また材料のＣ量がいずれも０．０５％以下の極軟鋼板同士の接合がほとんどである。また、板厚および板厚差がより大きい鋼板同士の接合や、引張強度が３９０Ｎ／mm2 以上の鋼板と軟鋼板とを接合したピラーなども報告されているが、継手部の成形性が十分ではなく、部品形状や成形条件が制約されているのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
最近、車両の軽量化は上記パネル部品の他、メンバ、アーム類などの比較的高強度で板厚の厚い部位を含む部品に対しても検討されるようになっており、種々の加工用鋼板が開発されているものの、上述の通り、これら部品の素板として苛酷なプレス成形に耐え得る溶接鋼板が適用された例はない。
【０００５】
その理由は、パネル部品に使用される軟質な鋼板に比べて、メンバ、アーム類の高強度の部位に使用される高強度（硬質）鋼板はＣ，Ｍｎなどの合金元素含有量が高いために、溶接過程で双方の鋼板端部を単に当接させて溶接するに過ぎないレーザ溶接では、溶接接合部の硬化が著しく、プレス成形段階での溶接鋼板の成形性が大きく劣化するためである。また、レーザ溶接を行うには、鋼板の突き合わせ端面に当接精度が要求されるが、パネル部品に比べて元来板厚が厚い鋼板の場合、鋼板シャー切断による前加工では、十分な端面精度が得られないことも考えられる。
【０００６】
ところで、メンバ、アーム類などの部品の高強度薄肉化に伴う軽量化は、部品にかかる負荷様式によって材料選択の指針が異なる。静的引張り強度で評価した場合、板厚を１０％減少させるには強度を１０％増せばよい。しかし、曲げ、疲労、衝撃などが加わる負荷環境下では、静的引張り強度と異なって、強度と板厚が１対１の関係でなくなり、一般には板厚を１０％減少させる場合、強度は約１５％増大させるように材料の選択が検討される。ところが、このような材料強度の増大は成形性を大きく劣化させるので、成形性が一段と優れた材料の開発が必要になり、またプレス成形で破断しやすい部位は部品形状をよりシンプルにするなどの設計変更が必要となり、部品のわずかな薄肉化でも膨大な実験や試行作業が必要になる。
【０００７】
従って、アーム類などの足回り部品のように、軽量化による燃費向上効果が大きく、薄肉化の要求が強い部品に対しては、部品の強度や成形性の面で、高強度が要求される所定の部位に対してより厚肉のある、あるいはより高強度の材料を使用し、強度の要求されない部位に対しては薄肉の材料が使用できれば好都合である。
【０００８】
本発明は、かかる要求に対してなされたもので、自動車のメンバ、アーム類など比較的高強度で強度差があり、板厚の厚い部位を含む部品の一体成形に適した、複合成形用溶接鋼板を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の複合成形用溶接鋼板は、板厚が異なり、かつ引張強さの差が１２０Ｎ／mm2 以上で化学組成が異なる鋼板の端部を突き合わせて溶接する際に加熱溶融状態で突き合わせ方向に加圧して接合した溶接鋼板であって、溶接接合部の最高硬さが３７０Ｈｖ以下、一方の鋼板の溶接熱影響部の平均硬さと他方の同平均硬さの差が９０Ｈｖ以下、一方の鋼板の板厚をｔ1 ，他方の同板厚をｔ2 としたとき｜ln（ｔ1 ／ｔ2 ）｜≦０．６であることを特徴とするものである。
【００１０】
本発明の溶接鋼板によれば、双方の材料を単に加熱溶融して冷却するレーザ溶接とは異なり、溶接の際に所定の溶接条件の下、加熱溶融状態で突き合わせ方向に加圧して接合するため、板厚が異なり、かつ引張強さの差が１２０Ｎ／mm2 以上で化学組成が異なる、比較的Ｃ，Ｍｎ量の多い高強度の鋼板同士でも、溶融部の酸化物が外部に押し出されて溶接接合部が清浄になり、また溶接過程で双方の鋼板端部が高温下で熱間押し付け加工が付与されるため、溶接接合部はその後の冷却で微細組織となって靱性、延性が向上し、溶接接合部の硬さを低く保つことができ、前記溶接接合部の清浄化と相まって良好な成形性が得られ、複合成形に対し、良好な成形加工性を有する素板を提供することができる。
【００１１】
以下、溶接部の限定条件について詳細に説明する。溶接鋼板を成形加工する場合、突き合わせ溶接接合部の変形能をいかに高く保つかが重要である。一般に金属材料は硬くなるに従って成形性が劣化するが、溶接接合部は局部的に急熱急冷されるために著しく硬化し、変形に対して割れ易くなるが、溶接時の高温加熱段階で、本発明のように熱間加工が付与される突き合わせ溶接では、溶接条件を適正に選択すればかなり良好な成形性が期待できる。もっとも、自動車部品などの過酷な成形に対しては溶接接合部は母材に近い成形性を有することが望ましい。本発明は板厚が異なり、かつ引張強さの差が１２０Ｎ／mm2 以上で化学組成が異なる鋼板を突き合わせ溶接した場合でも母材に近い成形性を付与するために必要な条件を規定するものである。
【００１２】
溶接接合部の最高硬さが３７０Ｈｖ以下（Ｈｖ：ビッカース硬さ）
部品の設計上、高強度が必要な部位には高合金の高強度鋼板を使用し、一方強度を必要としないが複雑な形状に成形する部位には極めて低合金の軟鋼板を使用することが好適であるが、溶接が適正になされても硬化し易い材料では溶接部が著しく硬化し、後述の実施例から明らかな通り、突き合わせ溶接接合部の最高硬さが３７０Ｈｖを超えると、十分な成形性を確保することができないようになる。このため、溶接接合部の最高硬さの上限を３７０Ｈｖ以下とし、好ましくは２８０Ｈｖ以下である。溶接接合部の最高硬さが２８０Ｈｖ以下の溶接鋼板では母材と同等の張り出し成形性が得られるからである。尚、最高硬さの下限は特に規定されないが、実用材料では事実上約９０Ｈｖ程度になるものと考えられる。
【００１３】
一方の鋼板の溶接熱影響部の平均硬さと他方のそれとの差が９０Ｈｖ以下
突き合わせ溶接部に厳しい曲げ加工あるいはバーリング加工のように材料が局部的に大きく変形する場合には、前記溶接接合部の最高硬さの限定のみでは成形性が不十分である。すなわち、両材料の熱影響部の平均硬さの差が９０Ｈｖを超えると、溶接部の最高硬さが低くても、局所的に材料の軟化部や硬化部が生じやすくなり、前者では材料の変形が軟化部に集中してくびれが生じやすく、後者では材料変形が硬化部近傍に集中してくびれが生じやすくなり、溶接鋼板の成形性が著しく劣化する。特に強度や化学組成が大幅に異なる鋼板の突き合わせ溶接ではこの問題が生じやすく、両材料の熱影響部の平均硬さの差は７０Ｈｖ以下にすることが好ましい。尚、この差の下限値は特に規定しないが、必要部位に高強度の材料を使用するため、引張強さの差が１２０Ｎ／mm2 以上となる強度レベルの異なる鋼板同士を接合する場合には双方の硬さの差は事実上１３Ｈｖ以上になろう。
【００１４】
一方の鋼板の板厚をｔ1 ，他方の同板厚をｔ2 としたとき、
｜ln（ｔ1   ／ｔ2 ) ｜≦０．６
フラッシュバット溶接、ＤＣ（直流）バット溶接など溶接加熱時に突き合わせ方向に押し付ける熱間加工が付与される溶接では、溶接接合部の品質は突き合わせの初期荷重、本溶接時のアプセット荷重、溶接電流、アプセット代などによって大きく影響を受けるが、材料面でも板厚差による影響が大きい。双方の材料の板厚比の｜ln（ｔ1 ／ｔ2 ）｜が０．６を超えると、双方の材料の板厚が大きく異なるため、溶接時の溶融端部の材料流れが不均一となって酸化物が溶接接合部に残留しやすくなる他、溶接後の溶接ビードのトリム加工が困難になり、表面が美麗な溶接鋼板が得られ難くなる。このため、｜ln（ｔ1 ／ｔ2 ）｜の上限を０．６とする。尚、下限は特に限定されないが、メンバ、アーム部品などの板厚が大きく異なる材料同士を接合する場合では、前記値は０．１以上になるであろう。
【００１５】
本発明の溶接鋼板は、熱延鋼板、冷延鋼板、めっき鋼板など鋼板全般を対象とするものであり、鋼板の板厚は特に限定されないが、一般の溶接機容量、溶接材の形状精度などを考慮すると１．４〜６mm程度が望ましい。また、溶接に当たり鋼板端部へ油付けを行ってもよく、また溶接後に焼純などの熱処理を適宜併用してもよい。
【００１６】
【実施例】
表１及び表２に示す、板厚、化学組成などが異なる種々の鋼板を下記(1) の条件によりＤＣバット溶接し、得られた溶接鋼板に対し、下記(2) および(3) の要領により張り出し成形性、バーリング加工性を調査した。その調査結果を表３に示す。
【００１７】
(1) 溶接条件
・溶接機：ＤＣバット溶接
・突き合わせ荷重：スクイズ（初期）荷重４〜１５ton 、アプセット荷重５〜１６ton
・溶接電流：２次電流３０〜２３０ｋＡ
・本通電時間：１０〜３０サイクル
・アプセット代：９〜１５mm
・トリマ開始時間：溶接後４sec
・試験片幅：約２００mm
【００１８】
(2) 張り出し成形性調査
直径５０mm、パンチ肩半径１６mmの平底円筒パンチにより成形し、材料破断時点での成形高さ（最大成形高さＨmax ：mm）により、成形性を評価した。
【００１９】
(3) バーリング加工性調査
溶接線上に２０mm直径の穴をパンチにて打ち抜き、頂角６０度の円錐パンチで穴拡げ加工（バーリング加工）を実施した。打ち抜き破断面の溶接接合部のくびれ状況を観察し、以下の５段階で評価した。評点５：溶接部からくびれるとは限らず、母材と同等の加工性を示す。評点４：くびれは溶接接合部から生じるが、母材部との伸びの差は小さく、加工が可能である。評点３：くびれは溶接接合部から生じ、母材部との伸びの差は中程度であるが、加工は可能である。評点２：くびれが溶接接合部から生じ、母材部との伸びの差は大きく、加工不可能である。評点１：直ちに溶接部で破断し、加工が不可能である。
【００２０】
【表１】
0003662335.tif 000002
【００２１】
【表２】
0003662335.tif 000003
【００２２】
【表３】
0003662335.tif 000004
【００２３】
表３のデータを用いて、溶接接合部の最高硬さと張り出し成形性（溶接鋼板のＨmax ／母材鋼板のＨmax ）との関係を整理した。その結果を図１に示す。尚、母材鋼板のＨmax は突き合わせた母材鋼板の内のＨmax の低い材料の値を使用した。また、両母材鋼板の熱影響部平均硬さの差とバーリング加工時のくびれ評点との関係を整理した結果を図２に示す。
【００２４】
図１より、溶接接合部の最高硬さが２８０Ｈｖまでは母材鋼板と同等の成形性が得られ、３７０Ｈｖを超える領域では溶接接合板の張り出し成形性が大きく劣化することが分かる。一方、図２より、プレス成形部品用の素板として、くびれ評価３以上のバーリング加工性を付与するためには、両母材鋼板の熱影響部平均硬さの差ΔＨｖを９０Ｈｖ以下にすべきことが分かる。もっとも、図１及び図２において溶接接合部最高硬さ及び熱影響部平均硬さの差が発明範囲内にありながら、成形性が著しく低いもの（試料No. １８）があるが、これは板厚の組み合わせが不適切であるため、溶接接合部に酸化物が混入したものである。
【００２５】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、溶接の際に所定の溶接条件の下、加熱溶融状態で突き合わせ方向に加圧して接合するため、板厚が異なり、かつ引張強さの差が１２０Ｎ／mm2 以上で化学組成が異なる、比較的Ｃ，Ｍｎ量の多い高強度の鋼板同士を用いても、溶接接合部が清浄になり、また靱性、延性が向上するため、成形性、清浄度等の品質を高く維持でき、複合成形に対して良好な加工性を備える。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例における溶接接合部の最高硬さと張り出し成形性との関係を示すグラフ図である。
【図２】実施例における母材鋼板の熱影響部平均硬さの差とバーリング加工時のくびれ評点との関係を示すグラフ図である。
【図１】
0003662335.tif 000005
【図２】
0003662335.tif 000006