(57)【要約】  スポット溶接の際に遅れ破壊の要因の一つである水素の侵入を抑制できるスポット溶接技術であって、重ね合わせた鋼板の合せ面となる鋼板面の一方または両方であって、スポット溶接の初期加圧時に鋼板どうしが接触して接触部となる箇所に、該接触部を通り接触部外に連なる複数の筋を予め加工しておき、前記接触部の箇所でスポット溶接するスポット溶接方法、及び前記スポット溶接の初期加圧時に鋼板どうしが接触して接触部となる箇所に、前記複数の筋が予め加工された鋼板。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね合わせた鋼板のスポット溶接継手の製造方法において、
前記鋼板の合せ面となる鋼板面の一方または両方であって、スポット溶接の初期加圧時に鋼板どうしが接触して接触部となる箇所に、該接触部を通り接触部外に連なる複数の線状の溝である筋を予め加工しておき、前記接触部の箇所でスポット溶接することを特徴とするスポット溶接継手の製造方法。
【請求項２】
前記筋の数が、前記鋼板の合せ面となる鋼板面の両方でそれぞれ４本以上であり、
筋の幅及び接触部の鋼板面の算術平均高さＳａについて、
合せ面となるそれぞれの鋼板面に筋を、
筋の本数Ｎが４≦Ｎ＜２０のときは、筋の幅：０．２／Ｎ（ｍｍ）以上で、算術平均高さＳａ：−０．０９×Ｎ＋２（μｍ）以上、
筋の本数Ｎが２０≦Ｎのときは、算術平均高さＳａ：０．２μｍ以上
となるように複数の筋をそれぞれ加工することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接継手の製造方法。
【請求項３】
前記筋や接触部外周によって分断された範囲のうちの最大の範囲の面積が前記接触部の面積の３０％以下であることを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接継手の製造方法。
【請求項４】
前記筋の数が、前記鋼板の合せ面となる鋼板面の少なくとも一方で４本以上であり、
筋の幅及び接触部の鋼板面の算術平均高さＳａについて、
合せ面となる少なくとも一方の鋼板面に筋を、
筋の本数Ｎが４≦Ｎ＜２０のときは、筋の幅：０．４／Ｎ（ｍｍ）以上で、算術平均高さＳａ：−０．０７×Ｎ＋１．９（μｍ）以上
筋の本数Ｎが２０≦Ｎのときは、算術平均高さＳａ：０．５μｍ以上
となるように複数の筋を加工することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接継手の製造方法。
【請求項５】
前記筋や接触部外周によって分断された範囲のうちの最大の範囲の面積が前記接触部の面積の３０％以下であることを特徴とする請求項４に記載のスポット溶接継手の製造方法。
【請求項６】
請求項１に記載のスポット溶接継手の製造方法に使用するスポット溶接用の鋼板であって、
前記鋼板の、スポット溶接の初期加圧時に他の鋼板と接触する接触部となる箇所に、該接触部を通り接触部外に連なる複数の筋があらかじめ形成されていることを特徴とするスポット溶接用鋼板。
【請求項７】
前記筋の数が４本以上であって、筋の幅及び接触部の鋼板面の算術平均高さＳａについて、
筋の本数Ｎが４≦Ｎ＜２０のときは、筋の幅：０．２／Ｎ（ｍｍ）以上で、算術平均高さＳａ：−０．０９×Ｎ＋２（μｍ）以上、
筋の本数Ｎが２０≦Ｎのときは、算術平均高さＳａ：０．２μｍ以上
を満たすことを特徴とする請求項６に記載のスポット溶接用鋼板。
【請求項８】
前記筋や接触部外周によって分断された範囲のうちの最大の範囲の面積が前記接触部の面積の３０％以下であることを特徴とする請求項７に記載のスポット溶接用鋼板。
【請求項９】
前記筋の数が４本以上であって、筋の幅及び接触部の鋼板面の算術平均高さＳａについて、
筋の本数Ｎが４≦Ｎ＜２０のときは、筋の幅：０．４／Ｎ（ｍｍ）以上で、算術平均高さＳａ：−０．０７×Ｎ＋１．９（μｍ）以上、筋の本数Ｎが２０≦Ｎのときは、算術平均高さＳａ：０．５μｍ以上
を満たすことを特徴とする請求項６に記載のスポット溶接用鋼板。
【請求項１０】
前記筋や接触部外周によって分断された範囲のうちの最大の範囲の面積が前記接触部の面積の３０％以下であることを特徴とする請求項９に記載のスポット溶接用鋼板。
【請求項１１】
前記複数の線上の溝である筋が加工された前記接触部のＳｔｒが０．３以下となることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接継手の製造方法。
【請求項１２】
請求項１に記載のスポット溶接継手の製造方法に用いる鋼板であって、
前記複数の溝である筋が加工された前記接触部のＳｔｒが０．３以下となることを特徴とするスポット溶接用鋼板。
【請求項１３】
前記複数の線状の溝である筋の加工は、鋼板に接触する面の少なくとも一部に突起部を有する金型を用い、鋼板を前記金型に対して摺動させることにより、前記接触部を通り接触部外に連なる凹凸筋パターンを予め加工することを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接継手の製造方法。
【請求項１４】
前記凹凸筋パターンが加工された前記接触部のＳｔｒが０．３以下となることを特徴とする請求項１３に記載のスポット溶接継手の製造方法。
【請求項１５】
請求項１３又は１４のスポット溶接継手の製造方法に用いる鋼板部材であって、
鋼板又は鋼板が加工された第２の鋼板部材とのスポット溶接の初期加圧時に鋼板又は第２の鋼板部材と接触して接触部となる予定個所に凹凸筋パターンが加工されたことを特長とするスポット溶接用鋼板部材。
【請求項１６】
前記凹凸筋パターンが形成された前記接触部のＳｔｒが０．３以下となることを特徴とする請求項１５に記載のスポット溶接用鋼板部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板の抵抗スポット溶接に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の分野では、環境保全のため、車体の軽量化による燃費の向上とともに、衝突安全性の向上が求められている。そのため、高強度鋼板を使用して薄肉化するとともに、車体構造を最適化して、車体の軽量化と衝突安全性の向上を図るために、これまで種々の取組みがなされている。【０００３】
自動車等の鋼板部材の製造や組立における溶接では、主に抵抗溶接によるスポット溶接が用いられている。【０００４】
高強度鋼板はその強度を達成するために母材の炭素等量が大きくなっており、しかも、スポット溶接では溶接部は加熱後直ちに急冷されるために、高強度鋼板のスポット溶接部はマルテンサイト組織となり、溶接部及び熱影響部において硬度が上昇し、靭性が低下するようになる。また、溶接部では、局部的に生じる変態膨張と収縮により、溶接継手の引張残留応力が大きくなっている。【０００５】
高強度鋼板のスポット溶接において、スポット溶接部の靭性を改善して継手強度を確保する方法として、ナゲットを形成する本通電の後にさらに後通電（テンパー通電）を行う２段通電による方法がある。この方法では、後通電によりスポット溶接部（ナゲット部および熱影響部）を焼鈍して溶接部の硬さを低下させることができる。【０００６】
一方、高強度鋼板をスポット溶接した場合において、遅れ破壊（水素脆化割れ）も懸念される。遅れ破壊がスポット溶接によって侵入する水素により引き起こされる場合、スポット溶接直後の１から２日程度までの短時間で生じるものであり、長期間の間に生じるものではない。【０００７】
遅れ破壊は、鋼板の硬さ、残留応力、そして鋼板中の水素量の３因子に主に支配されるが、スポット溶接部は、硬度が高く、引張残留応力が大きくなっているので、水素侵入が起これば、遅れ破壊を引き起こす可能性が考えられる。【０００８】
遅れ破壊が発生すると、溶接継手の品質指標である引張強さと疲労強さにおいて、十分な強さが得られず、また、その部分（割れ）に水分が浸入すると、腐食が発生して強度がさらに低下する可能性がある。これらが、高強度鋼板の適用による車体の軽量化（薄肉化）を阻害する懸念がある。【０００９】
このような問題に対して、特許文献１には、ナゲットを形成する本通電後の後通電時において、本通電時の加圧力Ｐ１よりも加圧力を上昇させて、高い加圧力Ｐ２で加圧することにより、溶接部周辺に圧縮残留応力を導入して耐遅れ破壊特性を向上させるスポット溶接技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１５−９３２８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１に開示の技術は、溶接部の引張残留応力を低減できるため、遅れ破壊の抑制に対して有効な技術であるが、溶接の際に溶接部などに侵入する水素の影響については特に考慮されておらず、水素の侵入による水素脆化割れを抑制して耐遅れ破壊特性を更に向上させることが望まれる。【００１２】
本発明では、このような実情に鑑み、スポット溶接の際、遅れ破壊の要因の一つである水素の侵入を抑制できるスポット溶接技術を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
一般にスポット溶接前の鋼板は油（防錆油、洗浄油や加工油など）が塗られた状態で保管されている。油はスポット溶接の熱により揮発して除去されるため、通常は鋼板に付着した油を除去しないでスポット溶接が行われている。【００１４】
油には水分や水素が含まれるので、本発明者らは、油が鋼板へ水素侵入の要因になるのではないかと考え、油が付着したままの鋼板をスポット溶接した場合の水素の影響について調査した。【００１５】
その結果、鋼板の合わせ面の間に油が付着したままの鋼板をスポット溶接すると溶接部に水素が侵入することを見出した。【００１６】
そして、溶接時に侵入する水素量を低減する手段について検討する過程で、スポット溶接の初期加圧時に、接触した鋼板間に油が閉じ込められることが原因で水素が鋼板内に侵入すること、及び、そのような鋼板が接触する部分に、あらかじめ筋（線状の溝）を複数形成しておけば、その筋を通して油が接触部から排出され、その結果、鋼板内への水素の侵入を抑制できることを見出した。【００１７】
本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、その要旨は以下の通りである。【００１８】
（１）重ね合わせた鋼板のスポット溶接継手の製造方法において、前記鋼板の合せ面となる鋼板面の一方または両方であって、スポット溶接の初期加圧時に鋼板どうしが接触して接触部となる箇所に、該接触部を通り接触部外に連なる複数の線状の溝である筋を予め加工しておき、前記接触部の箇所でスポット溶接することを特徴とするスポット溶接継手の製造方法。【００１９】
（２）前記筋の数が、前記鋼板の合せ面となる鋼板面の両方でそれぞれ４本以上であり、筋の幅及び接触部の鋼板面の算術平均高さＳａについて、合せ面となるそれぞれの鋼板面に筋を、筋の本数Ｎが４≦Ｎ＜２０のときは、筋の幅：０．２／Ｎ（ｍｍ）以上で、算術平均高さＳａ：−０．０９×Ｎ＋２（μｍ）以上、筋の本数Ｎが２０≦Ｎのときは、算術平均高さＳａ：０．２μｍ以上となるように複数の筋をそれぞれ加工することを特徴とする前記（１）のスポット溶接継手の製造方法。【００２０】
（３）前記筋や接触部外周によって分断された範囲のうちの最大の範囲の面積が前記接触部の面積の３０％以下であることを特徴とする前記（２）に記載のスポット溶接継手の製造方法。【００２１】
（４）前記筋の数が、前記鋼板の合せ面となる鋼板面の少なくとも一方で４本以上であり、筋の幅及び接触部の鋼板面の算術平均高さＳａについて、合せ面となる少なくとも一方の鋼板面に筋を、筋の本数Ｎが４≦Ｎ＜２０のときは、筋の幅：０．４／Ｎ（ｍｍ）以上で、算術平均高さＳａ：−０．０７×Ｎ＋１．９（μｍ）以上筋の本数Ｎが２０≦Ｎのときは、算術平均高さＳａ：０．５μｍ以上となるように複数の筋を加工することを特徴とする前記（１）に記載のスポット溶接継手の製造方法。【００２２】
（５）前記筋や接触部外周によって分断された範囲のうちの最大の範囲の面積が前記接触部の面積の３０％以下であることを特徴とする前記（４）に記載のスポット溶接継手の製造方法。【００２３】
（６）前記（１）のスポット溶接継手の製造方法に使用するスポット溶接用の鋼板であって、前記鋼板の、スポット溶接の初期加圧時に他の鋼板と接触する接触部となる箇所に、該接触部を通り接触部外に連なる複数の筋があらかじめ形成されていることを特徴とするスポット溶接用鋼板。【００２４】
（７）前記筋の本数が４本以上であって、筋の幅及び接触部の鋼板面の算術平均高さＳａについて、筋の本数Ｎが４≦Ｎ＜２０のときは、筋の幅：０．２／Ｎ（ｍｍ）以上で、算術平均高さＳａ：−０．０９×Ｎ＋２（μｍ）以上、筋の本数Ｎが２０≦Ｎのときは、算術平均高さＳａ：０．２μｍ以上を満たすことを特徴とする前記（６）のスポット溶接用鋼板。【００２５】
（８）前記筋や接触部外周によって分断された範囲のうちの最大の範囲の面積が前記接触部の面積の３０％以下であることを特徴とする前記（７）に記載のスポット溶接用鋼板。【００２６】
（９）前記筋の数が４本以上であって、筋の幅及び接触部の鋼板面の算術平均高さＳａについて、筋の本数Ｎが４≦Ｎ＜２０のときは、筋の幅：０．４／Ｎ（ｍｍ）以上で、算術平均高さＳａ：−０．０７×Ｎ＋１．９（μｍ）以上、筋の本数Ｎが２０≦Ｎのときは、算術平均高さＳａ：０．５μｍ以上を満たすことを特徴とする前記（６）のスポット溶接用鋼板。【００２７】
（１０）前記筋や接触部外周によって分断された範囲のうちの最大の範囲の面積が前記接触部の面積の３０％以下であることを特徴とする前記（９）に記載のスポット溶接用鋼板。【００２８】
（１１）前記複数の線上の溝である筋が加工された前記接触部のＳｔｒが０．３以下となることを特徴とする前記（１）に記載のスポット溶接継手の製造方法。【００２９】
（１２）前記（１）に記載のスポット溶接継手の製造方法に用いる鋼板であって、前記複数の溝である筋が加工された前記接触部のＳｔｒが０．３以下となることを特徴とするスポット溶接用鋼板。【００３０】
（１３）前記複数の線状の溝である筋の加工は、鋼板に接触する面の少なくとも一部に突起部を有する金型を用い、鋼板を前記金型に対して摺動させることにより、前記接触部を通り接触部外に連なる凹凸筋パターンを予め加工することを特徴とする前記（１）のスポット溶接継手の製造方法。【００３１】
（１４）前記凹凸筋パターンが加工された前記接触部のＳｔｒが０．３以下となることを特徴とする前記（１３）のスポット溶接継手の製造方法。【００３２】
（１５）前記（１３）又は（１４）のスポット溶接継手の製造方法に用いる鋼板部材であって、鋼板又は鋼板が加工された第２の鋼板部材とのスポット溶接の初期加圧時に鋼板又は第２の鋼板部材と接触して接触部となる予定個所に凹凸筋パターンが加工されたことを特長とするスポット溶接用鋼板部材。【００３３】
（１６）前記凹凸筋パターンが形成された前記接触部のＳｔｒが０．３以下となることを特徴とする前記（１５）のスポット溶接用鋼板部材。
【発明の効果】
【００３４】
本発明により、鋼板の合わせ面の間に油が付着したままの鋼板をスポット溶接したとしても、あらかじめ形成された複数の筋が油を排出する流路を形成し、油が鋼板間に保持されずに溶接部外へ排出されるため、溶接部に水素が侵入し難くなる。その結果、遅れ破壊の要因の一つである溶接部への水素の侵入を抑制できるので、特許文献１に記載されているような手段と併用することにより、さらに耐遅れ破壊特性の向上したスポット溶接継手を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】鋼板の合わせ面の間に油が存在する場合と存在しない場合の、スポット溶接後の侵入水素量の一例を示す図である。
【図２】スポット溶接の初期加圧時に、鋼板接触部に油が閉じ込められることを説明するための模式図である。
【図３】鋼板の合わせ面のスポット溶接予定位置に加工する筋のパターンの一例を模式的に示す図である。
【図４】絞り加工においてブランクホルダーとダイに挾持された鋼板が摺動される例を説明する図である。
【図５】ダイの表面に形成した規則的なパターンの例を示す図である。
【図６】規則的なパターンを形成したダイを用いてクッション圧制御で引き抜いた鋼板の表面の状態を示す図である。
【図７】曲げ加工においてパンチとパッドに挾持された鋼板が摺動される例を説明する図である。
【図８】スタンピング成形やリストライクにおいて上型と下型に挾持された鋼板が摺動される例を説明する図である。
【図９】回転引き曲げにより曲げが施される鋼管が圧力型に対して摺動される例を説明する図である。
【図１０】拡管成形により鋼管がパンチに対して摺動される例を説明する図である。
【図１１】実施例における鋼板の合わせ面のスポット溶接予定位置に加工した筋のパターンを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明は、鋼板のスポット溶接の際に、合せ面となる鋼板面の一方または両方であって、スポット溶接の初期加圧時の鋼板どうしが接触して接触部となる箇所に、該接触部を通り、接触部外に連なる複数の筋（線状の溝）を予め加工しておき、その後、スポット溶接することにより、鋼板合わせ面に油が塗布されていても、初期加圧時に塗布されていた油を接触部から外部に排出できるようにして、油が接触部に閉じ込められて溶接部へ水素が侵入するのを抑制したものである。前記筋は直線、曲線のどちらでもよい。
【００３７】
本発明においてスポット溶接継手の製造に用いる「鋼板」には、プレス成形に適した大きさに切断された切り板や、複数の異種鋼板が突合せ溶接されたテーラードブランク材も含まれる。さらに、鋼板をプレス成形する形状とした「ブランク」やプレス成型した後の部材も含まれる。
【００３８】
本発明をなすに至った試験について説明する。
【００３９】
自動車用部材のスポット溶接による組立てでは、鋼板部材は油が塗布されたままでスポット溶接工程に供される。そこで、まず、油が水素の侵入源になるかどうかを調べた。
【００４０】
実験に当たり試験片として、次に示すような大きさが３０ｍｍ×３０ｍｍの３種類の試験片を準備した。油は防錆油（パーカー興産株式会社製 NOX-RUST530F(60) ）を使用した。
・板厚１ｍｍの鋼板を、各鋼板の両面に油を塗布して２枚重ねた試験片Ａ１
・板厚１ｍｍの鋼板を２枚重ねた試験片Ａ２（各鋼板の両面とも油の塗布なし）
・板厚２ｍｍの鋼板よりなる試験片Ｂ（鋼板の両面とも油を塗布）
【００４１】
試験片Ａ１、Ａ２を、下記表１の共通溶接条件の下で、加圧力を一定として、溶接電流を変化させてスポット溶接して、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ径のナゲットをそれぞれ形成した後、直ちに液体窒素にて冷却した。その後、溶接後の試験片をナゲットを含むように１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさに切断した。溶接後の試験片Ａ１、Ａ２における侵入水素量測定は、試験片を昇温することで水素を放出させ、この放出した水素量をガスクロマトグラフによって測定することで行った。昇温速度は１００℃／hour、最高到達温度は２００℃とし、２００℃までに放出された水素量を侵入水素量とした。また、試験片Ｂをスポット溶接と同様に加圧・通電して同様の径のナゲットをそれぞれ形成し、通電後の試験片Ｂが有する水素量を同様に測定した。試験片Ａ１、Ａ２での結果を図１に示す。ａが試験片Ａ１、ｂが試験片Ａ２の結果である。
【００４２】
【表１】
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【００４３】
油を塗布された試験片Ａ１では、図１のａに示されるように、３〜５ｍｍのすべての径のナゲットで、０．２５μｇ以上の水素量が検出されたが、油の塗布がない試験片Ａ２では、図１のｂに示されるように、ナゲット径４ｍｍで多少の水素が検出されたものの、他の径では水素は検出されなかった。また、試験片Ｂではいずれのナゲット径でも水素は検出されなかった。
【００４４】
試験片Ａ１のナゲット径３ｍｍでの水素量を、ナゲットにのみ水素が侵入したと仮定して水素濃度を計算すると、３．８ｐｐｍという非常に高い濃度になり、遅れ破壊の要因になる可能性が高いことが見出された。
【００４５】
以上の結果から、スポット溶接における鋼板合わせ面の間に油が存在すると、溶接後の鋼板における侵入水素量が顕著に増加することが知見された。また、試験片Ｂの結果から、鋼板の電極側の表面からは水素が侵入しないことも知見された。
【００４６】
この試験より、油が水素の侵入源になることが認められたので、次に、油に由来する水素が、スポット溶接の際に鋼板内に侵入するメカニズムについて調べた。
【００４７】
図１ａの結果では、ナゲット径と侵入水素量との関連は認められなかったので、鋼板の合わせ面の間に油が存在する場合の初期加圧時の接触部の面積と溶接後の侵入水素量との関連を検討した。
【００４８】
まず、２枚の鋼板の間に感圧紙を挟み込んで、それらを重ね合わせ、重ねた鋼板の両側からスポット溶接電極で加圧力２００ｋｇｆと４００ｋｇｆで加圧した時の鋼板接触部の面積を測定した。次に、合わせ面側に油を塗布した鋼板を同じ加圧力で加圧するスポット溶接を行い、溶接後それぞれの鋼板の水素量を昇温脱離法によって測定した。結果を表２に示す。
【００４９】
表２から、スポット溶接の初期加圧時に接触する鋼板部分（接触部）の面積が大きくなると、鋼板内に侵入する水素量も増加することが知見された。
【００５０】
【表２】
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【００５１】
この試験より、接触部の面積が大きくなると、接触部に閉じ込められる油量が増加して、鋼板内に侵入する水素量も増加すると考えられることや、ナゲット径と侵入水素量の間には相関がみられないことから、加圧初期に接触した鋼板間に保持される油量が侵入水素量を決定すると考えられる。
【００５２】
すなわち、図２に示すように、鋼板３、４の合わせ面５に油６が塗布されている場合、電極１、２による鋼板３、４の初期加圧時に、接触した鋼板間（接触部７）に油が閉じ込められ、その閉じ込められた油は、通電加熱時にも接触部から外部に排出されないことが原因で鋼板への侵入水素量が増加すると考えられた。
【００５３】
そこで、加圧初期の鋼板が接触する際に、油を鋼板接触部内から外に排出する手段について検討した結果、予め油を接触部外に排出できる通路を、接触部を通り接触部外に連なるように形成することを着想し、以下の試験を行った。
【００５４】
通路を形成した鋼板として、大きさが３０×３０ｍｍで板厚１ｍｍの鋼板の表面全体を、粒度が８０番と４００番の研磨紙を用いて研磨し、表面に多数の筋（微細な線上の溝）を形成した鋼板を準備した。比較のために、研磨なしの鋼板も準備した。
【００５５】
研磨なしの鋼板を合わせ面の間に油を介在させて積層した鋼板と、研磨した鋼板を研磨面が重ね面となるように積層するとともに合わせ面の間に油を介在させて積層した鋼板をそれぞれ複数準備し、それぞれの積層した鋼板の中央部を表３の条件でスポット溶接した。
【００５６】
それぞれの積層した鋼板について水素の侵入量を測定した結果、及び、研磨なし鋼板の水素量を基準としその基準値からの変化率を併せて表４に示す。
【００５７】
合わせ面を８０番と４００番の研磨紙で研磨した鋼板、及び金型により凹凸筋パターンを形成した鋼板では、極めて低い侵入水素量となり、油が筋に沿って接触部外に排出されたことが推測された。
【００５８】
以上の結果から、油に起因する鋼板への水素侵入を防止するには、油を鋼板接触部内から外部に排出する通路を形成することの有効性が確認された。
【００５９】
【表３】
2019070075.tif 000005
【００６０】
【表４】
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【００６１】
以上のように、研磨紙による筋を形成することの有効性が確認されたので、筋の形態についてさらに検討して本発明に到達した。以下、本発明を構成する要件や好ましい要件についてさらに説明する。
【００６２】
（筋を形成する範囲）
筋を形成する範囲は、スポット溶接の電極による加圧初期に、鋼板合わせ面で鋼板が接触する範囲（初期接触部という。なお略して接触部という場合もある。）及びそれを超える範囲とする。筋が鋼板の接触する範囲を超えて形成されていないと油を接触部から外部に排出することができない。初期接触部の範囲は、感圧紙を使うことで評価できる。
【００６３】
筋は、鋼板のスポット溶接箇所ごとに形成してもよいし、複数のスポット溶接箇所を含むように形成してもよい。
【００６４】
（筋の形態）
筋は少なくとも接触部の内部から接触部外に連通していることが必要である。筋の両端部が接触部外に位置すること、すなわち接触部外から接触部を通り接触部外に至るようになっていることが好ましい。
【００６５】
筋の代表的な形態を図３に示す。ａは交差しない筋を加工した場合、ｂは交差する筋を加工した場合、ｃは、研磨紙で筋を密に加工した場合、ｄは曲線の筋を加工した場合をそれぞれ示す。
【００６６】
筋の数は、合わせ面の合計で４本以上が好ましい。筋が４本以上ないと初期接触部の範囲全体から排除される油が少ない傾向にある。
【００６７】
初期接触部の範囲内の面において、筋及び／又は接触面外周によって分断された範囲（図３のｂ参照）のうちの最大の範囲の面積を接触部の面積の３０％以下とすることが好ましい。３０％を超えると、排除される油が少ない傾向にある。
【００６８】
筋の幅及び接触部内の表面の粗さを表す算術平均高さＳａは、鋼板合せ面の一方あるいは両方に筋を施す場合で異なり、以下の（ａ）、（ｂ）の条件とする。
【００６９】
算術平均高さＳａは、筋の深さ（溝の深さ）に関係し、筋の本数に応じて以下に規定する条件を満たすようにすると、油を十分に排除でき好ましい。なお、筋の本数が多いときには、Ｓａを満たすだけで、好ましい効果が得られる。
【００７０】
（ａ）鋼板合せ面の両方に４本以上の筋を施す場合
（ａ１）筋の本数Ｎが鋼板合わせ面の両方でそれぞれ４≦Ｎ＜２０のとき
筋の幅：０．２／Ｎ（ｍｍ）以上
算術平均高さＳａ：−０．０９×Ｎ＋２（μｍ）以上
（ａ２）筋の本数Ｎが鋼板合わせ面の両方でそれぞれ２０≦Ｎのとき
筋の幅：指定なし
算術平均高さＳａ：０．２μｍ以上
【００７１】
（ｂ）鋼板合せ面を構成する鋼板の少なくとも一方に４本以上の筋を施す場合、
（ｂ１）筋の本数Ｎが４≦Ｎ＜２０のとき
筋の幅：０．４／Ｎ（ｍｍ）以上
算術平均高さＳａ：−０．０７×Ｎ＋１．９（μｍ）以上
（ｂ２）筋の本数Ｎが２０≦Ｎのとき
筋の幅：指定なし
算術平均高さＳａ：０．５μｍ以上
【００７２】
なお、鋼板合せ面を構成する鋼板の少なくとも一方に４本以上の筋を施す場合には、他方の鋼板には筋を施さなくてもよいし、３本以下の筋を施してもよい。
【００７３】
ＳａはＩＳＯ２５１７８で定義される面粗さパラメータである。分断された範囲、筋（溝）の幅およびＳａは、レーザ顕微鏡で測定できる。
【００７４】
Ｓａは面粗さの尺度として用いられるが、本発明においては、鋼板の表面に油の流路となる筋が形成されている必要があり、単に表面が粗い状態であればよいわけではない。そこで、筋の幅や本数と併せて、上記のとおり規定する。
【００７５】
（筋の形成方法）
鋼板のスポット溶接部への筋の形成方法は、前記実験で用いた研磨紙や研磨布で表面を研磨する方法以外にも、金型でスタンピングして筋を刻印する方法、罫書き針により筋をけがく方法など、適宜な方法を採用することができる。
【００７６】
（金型を用いた凹凸状筋パターンの形成方法）
筋の形成方法の他の例として、金型を用いた凹凸状筋パターンの形成方法について説明する。
【００７７】
金型を用いた筋パターンの形成方法では、鋼板を加工して鋼板部材を得る際に、加工と同時に、スポット溶接の初期加圧時に接触部となる個所に凹凸状の筋パターンを形成する。具体的には、金型に微細な突起を設け、プレス加工において被加工材である鋼板や鋼管が摺動される位置に凹凸筋パターンを付与することを特徴とする。
【００７８】
突起の配列や付与するパターンの形状は特に限定されるものではない。金型への凹凸付与方法は特に限定されるものではないが、たとえば、エンドミルにより付与することができる。たとえば、図４に示すような絞り加工について考える。ブランクホルダー３３とダイ３４に挾持された鋼板３１に、パンチ３２で圧力を加えることにより、鋼板３１が凹状に加工される。
【００７９】
この時、鋼板３１のブランクホルダー３３とダイ３４に挾持された部分は、ブランクホルダー３３、ダイ３４によって板厚方向に面圧を受け、鋼板３１が変形する際に、摺動される。本発明においては、この鋼板３１が摺動される箇所のブランクホルダー３３及び／又はダイ３４の表面（たとえば、図４中の斜線部分）に微小な突起を設けることにより、摺動される鋼板３１の表面にパターンを形成する。
【００８０】
金型に設ける突起の大きさや配置は、形成するパターンに応じて適宜決めることができる。たとえば、鋼板又は鋼管と摺動する面に、高さ１０〜１００μｍ、間隔５０〜１０００μｍの突起パターン形成することができる。
【００８１】
この方法によれば、プレス加工により鋼板３１が絞り加工される際に、同時に摺動される鋼板３１の表面に規則的なパターンを付与することが可能なので、パターン付与のための特別な工程を必要としない。また、金型に突起部を設ける位置を特定の位置とすることにより、鋼板３１の一部のパターンを付与することも可能である。
【００８２】
また、ブランクホルダー３３とダイ３４に挾持された部分に凹凸筋パターンを付与する場合は、ディスタンスブロック（図示せず）を用いることでブランクホルダー面を定隙間管理することができるので、任意の溝深さの凹凸筋パターンを付与することができる。また、クッション圧制御により、任意の面圧に制御することが可能である。
【００８３】
ダイ３４の表面に、図５に示す規則的なパターンを形成し、クッション圧制御で押付け荷重２．９ＭＰａ及び４．８ＭＰａで鋼板を引き抜いた。図６に引き抜き後の表面の状態をそれぞれ示す。
【００８４】
また、表５に、研磨無し、８０番研磨、４００番研磨材とともに、押付け荷重２．９ＭＰａ及び４．８ＭＰａで引き抜いた際の、Ｓａ（算術平均高：μｍ）及びＳｔｒを示す。表５では、それぞれの表面状態どうしを向い合わせてスポット溶接した場合の溶接金属部の平均水素量が示されている。基準となる研磨無しの結果は表４と同じものである。この結果から、Ｓｔｒが０．３以下であると平均水素量が顕著に（８０％以上）低減し、水素脆化割れの可能性を大きく低減できる効果があることが分かる。また、研磨したものであってもＳｔｒが小さければ侵入水素量が大きく低減することが分かる。
【００８５】
【表５】
2019070075.tif 000007
【００８６】
（筋パターンの形態）
筋パターンは少なくとも接触部の内部から接触部外に連通していることが必要である。筋の両端部が接触部外に位置すること、すなわち接触部外から接触部を通り接触部外に至るようになっていることが好ましい。
【００８７】
凹凸筋パターンは、表面性状のアスペクト比（Ｓｔｒ）が０．３以下となるような規則的なパターンが、防錆油を十分に排除するうえで好ましい。Ｓｔｒは、ＩＳＯ  ２５１７８−２で規定される表面性状の等方性、異方性を表すパラメータであり、０に近い場合は筋目などが有り、１に近い場合は表面が方向に依存しないことを示す。凹凸筋を４本以上とすると、初期接触部の範囲全体から防錆油を排除するうえで好ましい。
【００８８】
本発明では、金型を用いて鋼板が加工された第１の鋼板部材と、鋼板又は鋼板が加工された第２の鋼板部材を重ね合わせてスポット溶接する。第１の鋼板部材に凹凸筋パターンが形成されていれば、スポット溶接される鋼板又は第２の鋼板部材にはパターンが形成されていても、いなくてもよい。また、重ね合わせる鋼板の枚数は、２枚に限らず、３枚以上としてもよい。また、重ね合わせる鋼板の、種類、成分組成及び板厚は、全て同じとしても、相互に異なっていてもよい。
【００８９】
また、別々の鋼板から構成されるものに限定されず、第１の鋼板部材とスポット溶接される「鋼板」が第１の鋼板部材の一部であってもよい。
【００９０】
（その他の形態）
【００９１】
図７の曲げ加工用に、鋼板６１がパンチ６２とパッド６３により挾持される場合は、パンチ６２及び／又はパッド６３に突起部を設け、摺動させることで凹凸筋パターンを付与することができる。パッドも、ブランクホルダーの場合と同様に、ディスタンスブロック（図示せず）を用いることで定隙間管理が可能である。
【００９２】
図８に示すスタンピング成形やリストライクのように、鋼板７１が上型７２と下型７３により挾持される場合には、上型７２及び／又は下型７３に突起部を設けることにより、上型７２と下型７３により挟まれた鋼板７１が摺動される箇所に凹凸筋パターンを形成することができる。この場合も、ディスタンスブロック（図示せず）を用いることにより、任意の凹凸深さを付与することができる。
【００９３】
本発明は、鋼板部材が鋼管の場合にも適用可能である。たとえば、鋼管の回転引き曲げの場合、圧力型に突起を付与することにより、圧力型と摺動される鋼管の表面に凹凸筋パターンを付与することができる。
【００９４】
図９に示すように、鋼管の回転引き曲げは、鋼管８１の外周面に備えられた曲げ型８２及び把持型８３で鋼管を把持し、圧力型８４によって鋼管を曲げ型方向に押圧しながら曲げ型及び把持型を回転駆動し、鋼管を伸ばしながら屈曲させる。このとき、鋼管８１は圧力型８４に対して摺動するので、圧力型８４の鋼管８１と接触する面に突起を付与することにより、鋼管の表面に凹凸筋パターンを付与することができる。
【００９５】
金型位置は定隙間管理が可能なので、任意の溝深さの凹凸筋パターンを付与することができる。また、通常の圧力型による加圧は１〜１０ＭＰａ程度であるので、本発明に好適である。
【００９６】
図１０に示す拡管成形の場合にも、本発明は適用できる。この場合は、パンチ９２に突起部を設けることによって、鋼管９１が摺動される位置に凹凸筋パターンを付与することができる。
【００９７】
（その他）
本発明で用いる鋼板には、プレス成形に適した大きさ（たとえば、１ｍ×１ｍ）に切断された切り板や、複数の異種鋼板が突合せ溶接されたテーラードブランク材も含まれる。本発明で用いる鋼板は、重ね合わせる部分が板状であればよく、全体が板でなくてもよい。例えば、断面ハット形の特定の形状にプレス成型された部材のフランジ部などを含むものである。重ね合わせる鋼板の枚数は、２枚に限らず、３枚以上としてもよい。また、重ね合わせる鋼板の、種類、成分組成及び板厚は、全て同じとしても、相互に異なっていてもよい。重ね合わせる鋼板が、複数の鋼板を突合せ溶接されたものであってもよい。また、別々の鋼板から構成されるものに限定されず、１枚の鋼板を管状などの所定の形状に成形して、端部を重ね合わせたものであってもよい。
【００９８】
鋼板の強度も特に限定されない。ただし、遅れ破壊の問題は高強度鋼板をスポット溶接した場合に生じやすいので、本発明は、引張強度が５００ＭＰａ以上の鋼板、さらには引張強度７８０ＭＰａ以上の鋼板に対して、特に有効である。
【００９９】
また、筋の形成のタイミングも特に限定されない。一例としては、鋼板をスポット溶接する直前に筋を形成することができる。
【０１００】
自動車用部品のスポット溶接の場合、鋼板をプレス成形する形状とした「ブランク」とし、その後ブランクを成形しスポット溶接することが考えられる。このような場合、鋼板の状態、ブランクの状態のいずれであっても、最終的にスポット溶接される位置は決まっている。したがって、鋼板（切り板やテーラードブランク材を含む）の段階やブランクが成形された段階でスポット溶接予定箇所に筋を形成してもよい。
【実施例】
【０１０１】
強度が９８０ＭＰａ級の鋼板よりなり、サイズが３０×３０ｍｍで板厚が１ｍｍの試験片を２枚重ねてスポット溶接する試験を行った。その際、重ね合わせる試験片の合わせ面となる側の面の一方の面（片面）あるいは両方の面（両面）には、金型（スタンピング）、罫書き針、研磨紙のいずれかを用いて、溶接予定部付近に、油を逃がすための複数の筋を一定の幅で加工した。油は防錆油（パーカー興産株式会社製 NOX-RUST530F(60) ）を使用した。【０１０２】
スポット溶接の際の初期接触部は直径３ｍｍの円形となるように条件を設定し、筋は接触部をとおり、初期接触部外周の１ｍｍ以上外側まで加工した。ただし、一部の試験片では、比較のために、初期接触部外周を出ないように筋を加工した。【０１０３】
加工した筋のパターンを図１１に示す。【０１０４】
筋のパターンは、加工処理なしのパターンをａ１として、金型（スタンピング）や罫書き針による加工で筋が交差しないパターン（ｂ１、ｂ２）、同じく筋が交差するパターン（ｃ１、ｃ２）、研磨紙による加工で多数の筋が形成されたパターン（ｄ１）とした。また、初期接触部外周を出ないように筋が形成されたパターンをパターン（ｅ１）とした。ここで、ｂ１及びｃ１は筋の本数が少ない（筋や外周で分断された範囲の面積が大きい）例、ｂ２及びｃ２は筋の本数が適正（筋や外周で分断された範囲の面積が適正）な例である。【０１０５】
筋を加工したそれぞれの試験片について、筋の本数を計数するとともに、算術平均高さＳａを測定した。また、筋の本数Ｎが２０本未満の場合には、筋や接触面外周によって分断された範囲のうちの最大の範囲の面積を測定した。【０１０６】
試験片のスポット溶接後、直ちに液体窒素にて冷却した。その後、溶接後の試験片をナゲットを含むように１０ｍｍ×１０ｍｍの大きさに切断した。侵入水素量測定は、試験片を昇温することで水素を放出させ、この放出した水素量をガスクロマトグラフによって測定することで行った。昇温速度は１００℃／hour、最高到達温度は２００℃とし、２００℃までに放出された水素量を侵入水素量とした。【０１０７】
結果を表５に示す。【０１０８】
なお、表６には、水素低減に必要なＳａの値（下限値）として、Ｎ＜２０のときは、両面の場合は式（−０．０９×Ｎ＋２）から、片面の場合は式（−０．０７×Ｎ＋１．９）からそれぞれ計算した値（μｍ）を用い、Ｎ≧２０のときは、片面の場合は０．２μｍを、両面の場合は０．５μｍをそれぞれ用いた。【０１０９】
水素低減に必要な筋の幅として、Ｎ＜２０のときは、両面の場合は式０．２／Ｎ（ｍｍ）から、片面の場合は式０．４／Ｎ（ｍｍ）からそれぞれ計算した値を用い、Ｎ≧２０のときは指定なしとした。【０１１０】
分断された面積割合の最大値について、パターン（ｅ１）の場合には、筋と接触面外周によって分断された部分がないため、ほぼ１００と記載した。【０１１１】
発明例では、侵入水素量が基準に比べて大幅に減少していた。
これに対し、比較例では、侵入水素量が基準に比べて、ほとんど減少しなかった。【０１１２】
【表６】
2019070075.tif 000008
【符号の説明】
【０１１３】
１、２    スポット溶接電極
３、４    鋼板
５    鋼板合わせ面
６    油
７    接触部
１１  初期接触部の範囲
１２  筋
１３  筋や外周で分断された範囲
２１  初期接触部の範囲
２２  筋
３１    鋼板
３２    パンチ
３３    ブランクホルダー
３４    ダイ
６１    鋼板
６２    パンチ
６３    パッド
６４    ダイ
７１    鋼板
７２    上型
７３    下型
８１    鋼管
８２    曲げ型
８３    把持型
８４    圧力型
９１    鋼管
９２    パンチ
【図１】
2019070075.tif 000009
【図２】
2019070075.tif 000010
【図３】
2019070075.tif 000011
【図４】
2019070075.tif 000012
【図５】
2019070075.tif 000013
【図６】
2019070075.tif 000014
【図７】
2019070075.tif 000015
【図８】
2019070075.tif 000016
【図９】
2019070075.tif 000017
【図１０】
2019070075.tif 000018
【図１１】
2019070075.tif 000019
【国際調査報告】
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