(57)【要約】【課題】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用鋼板を提供する。【解決手段】スポット溶接に用いられる鋼板の表面に凹凸模様が形成されており、鋼板表面の任意の個所を直径が５ｍｍと２ｍｍの同心円で区切ったとき、前記凹凸模様の凹部によって、前記直径２ｍｍの円内を通り、前記直径５ｍｍの円を貫通して連続する通路が複数形成されており、該通路は、スポット溶接時に、鋼板合わせ面に存在する油が前記接触部外に出て行く通路となることを特徴とするスポット溶接用鋼板。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スポット溶接に用いられる鋼板であって、該鋼板表面に凹凸模様が形成されており、
鋼板表面の任意の個所を直径が５ｍｍと２ｍｍの同心円で区切ったとき、前記凹凸模様の凹部によって、前記直径２ｍｍの円内を通り、前記直径５ｍｍの円を貫通して連続する通路が複数形成されており、
該通路は、スポット溶接時に、鋼板合わせ面に存在する油が前記接触部外に出て行く通路となることを特徴とするスポット溶接用鋼板。
【請求項２】
前記凹凸模様は、表面に１ｍｍ以下の間隔で設けられ、前記通路を形成する筋状の凹部と該凹部間の凸部よりなり、前記凹部の深さは、２μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接用鋼板。
【請求項３】
前記凹凸模様は、表面に１ｍｍ以下の間隔で設けられた筋状の凸部と凸部間の前記通路を形成する凹部よりなり、前記凸部の高さは、２μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接鋼板。
【請求項４】
前記筋状の凹部または凸部は、互いに交差して設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のスポット溶接用鋼板。
【請求項５】
前記凹凸模様は、島状の凸部と、凸部間の前記通路を形成する凹部よりなり、該凹部の幅は１ｍｍ以下であり、前記凸部の高さは２μm以上１００μm以下であることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接用鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、抵抗スポット溶接に供されるスポット溶接用鋼板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車体を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】
自動車等の溶接構造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が、高強度鋼板のスポット溶接では次のような問題がある。
高強度鋼板はその強度を達成するために母材の炭素量等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。
【０００４】
このような高強度鋼板のスポット溶接の問題に対して、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、スポット溶接部の靭性を改善して継手強度を確保すことができる。
【０００５】
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）の問題もある。
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しやすい部位となっている。
遅れ破壊が発生すると、割れがナゲットや熱影響部を横断し、継手を破断させてしまう場合や、ナゲット内もしくは熱影響部内で割れが止まったとしても継手の強度を低下させる可能性が高い。さらに、割れの部分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という問題が生じる。これらの問題が、高強度鋼板の適用による車体の軽量化（薄肉化）を阻害する一因となっている。
【０００６】
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】
【０００７】
【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】
【０００８】
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量の影響については特に考慮されておらず、溶接時の水素侵入抑制の観点から水素脆化割れを抑制することが望まれる。
本発明では、このような実情に鑑み、鋼板をスポット溶接する際、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用鋼板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】
【０００９】
一般にスポット溶接前の鋼板は、防錆油、洗浄油や加工油などの油（以下、単に「油」と記載）が表面に塗られた状態あるいは残留し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ている油を除去しないでスポット溶接が行われている。
【００１０】
本発明者らは、そのような油が鋼板への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。
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。
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、スポット溶接用の鋼板として、溶接個所となる鋼板表面に予め連続的な凹部を複数形成した鋼板を用いれば、その連続的な凹部が、油を溶接部外に排出する通路として機能し、それにより鋼板内への水素の侵入を抑制できることを見出した。
【００１１】
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。
（１）スポット溶接に用いられる鋼板であって、該鋼板表面に凹凸模様が形成されており、
鋼板表面の任意の個所を直径が５ｍｍと２ｍｍの同心円で区切ったとき、前記凹凸模様の凹部によって、前記直径２ｍｍの円内を通り、前記直径５ｍｍの円を貫通して連続する通路が複数形成されており、
該通路は、スポット溶接時に、鋼板合わせ面に存在する油が前記接触部外に出て行く通路となることを特徴とするスポット溶接用鋼板。
【００１２】
（２）前記凹凸模様は、表面に１ｍｍ以下の間隔で設けられた筋状の凸部と凸部間の前記通路を形成する凹部よりなり、前記凸部の高さは、２μm以上１００μm以下であることを特徴とする上記（１）に記載のスポット溶接鋼板。
（３）前記凹凸模様は、表面に１ｍｍ以下の間隔で設けられた筋状の凸部と凸部間の前記通路を形成する凹部よりなり、前記凸部の高さは、２μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とする上記（１）に記載のスポット溶接鋼板。
（４）前記筋状の凹部または凸部は、互いに交差して設けられていることを特徴とする上記（２）または（３）に記載のスポット溶接用鋼板。
【００１３】
（５）前記凹凸模様は、島状の凸部と、凸部間の前記通路を形成する凹部よりなり、該凹部の幅は１ｍｍ以下であり、前記凸部の高さは２μm以上１００μm以下であることを特徴とする上記（１）に記載のスポット溶接用鋼板。
【発明の効果】
【００１４】
表面に油が付着したままの鋼板を用いて、スポット溶接により溶接構造部材を製造する際、本発明の鋼板を用いることにより、溶接部の合わせ面に予め形成されている連続的な凹部を通して油が溶接部外へ排出されるので、スポット溶接部に水素が侵入し難くなる。その結果、溶接部への水素の侵入を抑制できるので、溶接時に侵入する水素による水素脆化割れを抑制した溶接構造部材を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】合わせ面に筋状の凹部を有する鋼板と凹部がない鋼板を用い、それぞれの鋼板の合わせ面の間に油を介在させてスポット溶接した場合における、溶接後の侵入水素量を比較する図である。
【図４】鋼板表面に形成する凹凸模様の一例を示す図である。
【図５】鋼板表面に形成する凹凸模様の他の例を示す図である。
【図６】鋼板表面に形成された凹部の本数を説明する図である。
【図７】実施例の凹凸模様を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の鋼板は表面に凹凸模様が形成されている。そのような鋼板を重ね合わせてスポット溶接する場合、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凹部（線状の溝）が存在しているので、鋼板に油が塗布されていても、通電時に、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できるものである。
最初に、表面に油が付着したままの鋼板をスポット溶接しても、油に由来する水素の侵入を防止できるような本発明の鋼板を見出すに至った試験について説明する。
【００１７】
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。
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。油としては防錆油（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１枚よりなる試験片Ｂ（鋼板の両面とも油を塗布）
【００１８】
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、３√ｔ、４√ｔ、５√ｔ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。なお、板厚ｔは１ｍｍである。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。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
油を塗布された試験片Ａ１では、図１ａに示されるように、３√ｔ〜５√ｔ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１ｂに示されるように、ナゲット径４√ｔ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。
ちなみに、試験片Ａ１のナゲット径３√ｔ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。
【００２１】
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。
【００２２】
この試験より、鋼板合わせ面の間に存在する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。
【００２３】
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。
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。
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。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
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。
すなわち、図２に示すように、鋼板３、４の合わせ面５に油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）に油が閉じ込められ、その閉じ込められた油は、通電加熱時に接触部から外部に排出されず、熱により分解して溶接部に侵入する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。
【００２６】
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鋼板表面に形成することを着想し、以下の試験を行った。
【００２７】
通路を形成した鋼板として、大きさが３０×３０ｍｍで板厚１ｍｍの鋼板の片側表面全体に、次の条件（ａ）、（ｂ）で筋状の凹部を有する凹凸模様を罫書き加工により施工した鋼板を準備した（図４ａ参照）。比較のために、凹凸模様を施工しない鋼板も準備した。
（ａ）幅０．１ｍｍ、深さが０．１ｍｍの平行な筋状の凹部を０．７ｍｍピッチで施工
（ｂ）幅０．１ｍｍ、深さが０．１ｍｍの平行な筋状の凹部を０．３５ｍｍピッチで施工
【００２８】
凹部なしの鋼板２枚を合わせ面の間に油を介在させて積層した鋼板と、片側に凹部を施工した２枚の鋼板をそれぞれ凹部加工面が上側になるように、すなわち凹部加工がされていない面と凹部加工がされた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。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
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（複数の平均値）を図３に示す。
合わせ面に筋状の凹部を形成した鋼板では、極めて低い侵入水素量となり、油が凹部に沿って接触部外に排出されたことが推測された。
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。
【００３１】
以上のように、筋状の凹部を形成することの有効性が確認されたので、凹部を含む凹凸模様の形態及び凹凸模様を効率的に形成する手段についてさらに検討した。
凹凸模様を形成する範囲は、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を少なくとも超える範囲とする必要がある。
スポット溶接打点が多い溶接組立て部材では、溶接箇所ごとに凹凸模様を形成するのは効率的ではない。
そこで、スポット溶接に供される鋼板（スポット溶接用鋼板）の表面全体に予め油排出用の通路となる凹凸模様を形成しておけば、鋼板のどこがスポット溶接箇所となっても、必ず溶接個所に通路が位置することになることを着想した。そして、鋼板面全体に凹凸模様を形成する場合の最適な形態についてさらに検討して本発明に到達した。
以下、そのようになされた本発明の要件や好ましい要件について説明する。
【００３２】
（凹凸模様を形成する範囲）
スポット溶接時に油を排出する通路となる凹凸模様を形成する範囲は、鋼板表面全体とする。鋼板全体に予め凹凸模様を形成しておけば、溶接構造物の形状にかかわらず、スポット溶接時の鋼板接触面には、油排出用の通路が形成されているので、油による鋼板への水素侵入を防ぐことができる。
なお、凹凸模様を形成する鋼板表面は両面でも片面でもよいが、片面であれば、凹凸模様を形成した面がスポット溶接時に合わせ面となるように管理する必要がある。
【００３３】
（凹凸模様の形態）
凹凸模様は、スポット溶接時に鋼板接触面に油の通る通路が形成されるものであれば、特定の形状に限定されるものではないが、筋状の連続的な凹部や凸部を縞状に形成する例や、島状の凸部を形成する例が例示される。
図４、５に凹凸模様の代表的な形態を示す。
【００３４】
図４ａ〜ｃは、凹部と凸部が縞状に形成された例を示し、ａは凹凸部が鋼板長手方向に平行に形成された例、ｂは鋼板長手方向に垂直に形成された例、ｃは斜め方向に形成された例を示し、図４ｄは凹凸部が格子状に形成された例を示す。
また、図５は、凸部が島状に形成され、ａは凸部が縞状に配列している例、ｂは凸部が格子状に配列している例、ｃは凸部が水玉状に配列している例をそれぞれ示す。
図４ｄの格子状、図５ａ〜ｃの島状の凹凸模様では、図５ｃで例示するように多方面に通路８を形成することができる。
【００３５】
（凹部の要件）
鋼板の表面に形成された凹凸模様の凹部は、スポット溶接時に少なくとも鋼板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。
このためには、鋼板表面の任意の個所を直径５ｍｍと２ｍｍの同心円で区切ったとき、凹凸模様の凹部によって、直径５ｍｍの円で囲まれた領域外から該円を貫通して連続する通路が複数形成されており、かつ、その中の少なくとも２本の通路は、直径２ｍｍの円内を通ることが必要である。なお、円内を通るとは、凹部の幅の少なくとも半分が円に係っていることをいう。
図６ａ、ｂに、図４ａと図５ｂの場合について、通路と直径５ｍｍと２ｍｍの同心円の関係を示す。
【００３６】
スポット溶接の際の初期接触部の径は通常２〜５ｍｍの範囲で形成されるので、凹部による通路が、前記の条件を満たすように鋼板表面に形成されていれば、鋼板のどの部分がスポット溶接個所となっても、その個所は、スポット溶接時に、鋼板合わせ面に存在する油が前記鋼板接触部外に出て行く通路を有することになる。
【００３７】
また、個々の凹部の幅や深さは、油を効率的に排出するために、次の条件が好ましい。
図４で示す筋状の凹部を用いた凹凸模様では、各凹部は１ｍｍ以下の間隔で設けられ、各凹部の深さは、２μm以上１００μm以下であることが好ましい。凸部を形成した場合でも同様である。
また、図５で示す島状の凸部を用いた凹凸模様は、島状の凸部と凸部間の凹部の幅は、最大１ｍｍ以下であり、前記凸部の高さは２μm以上１００μm以下であることが好ましい。
なお、凹部あるいは凸部の深さや幅は、鋼板表面をレーザ顕微鏡で観察する方法や、撮像して画像処理する方法などで測定できる。
【００３８】
（凹凸模様の形成方法）
鋼板全面に凹部を加工に適する方法としては、所定の凹凸模様が表面に形成されたロールを用いて圧延またはロール加工する方法、所定の凹凸模様が表面に形成された金型でスタンピング加工する方法、多数の罫書き針をブラシ状に配置した装置により筋状の凹部をけがく方法などがあり、これらの方法が適宜採用できる。
【００３９】
（その他）
本発明のスポット溶接用鋼板は、溶接組立てする製品の形状・構造に合わせて、所定の形状に切り出されたり、その後に所定の形状に成形されたりしてスポット溶接に供される。
【実施例】
【００４０】
板厚が１ｍｍの鋼板の片側の表面のみに、ロール加工、スタンピング加工、罫書き加工により表面に凹凸模様を形成した後、熱処理により強度を９８０ＭＰａに調整した。
加工した凹凸模様は、図４ａ〜ｄ、図７ａ〜ｃに示される一定パターンとした。
図４ａ〜ｄの筋状のパターンは罫書き加工、スタンピング加工で作製し、図７ａ〜ｃの島状のパターンはロール加工、スタンピング加工で作製した。
なお、島状のパターンの凹部の幅Ｄや、凸部の長さ、幅、間隔は、図７ａ〜ｃの矢印で示すとおりとした。
【００４１】
凹凸模様を片側のみに加工したそれぞれの鋼板について、凹部のピッチを測定するとともに、１０箇所で、直径５ｍｍと２ｍｍの円で囲った範囲内を貫通する凹部の深さ、幅、間隔を調べた。
【００４２】
次に、凹凸模様を加工した鋼板から、サイズが３０×３０ｍｍの試験片を切り出し、その試験片を２枚重ねてスポット溶接する試験を行った。その際、凹凸模様が加工されていない側の面と、凹凸模様が加工された側の面が、重ね面に来るようにし、その面に油を塗布して重ね合わせた。油には防錆油（パーカー興産株式会社製 NOX-RUST530F(60) ）を使用した。
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、ナゲット径は４ｍｍとなるように条件を設定した。
【００４３】
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。
【００４４】
結果を表４および表５に示す。
２ｍｍの円で囲った範囲内を貫通する凹部の数が２以上の発明例では、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、凹部の数が１の比較例では、侵入水素量が基準に比べて、ほとんど減少しなかった。
【００４５】
【表４】
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【００４６】
【表５】
2019098389.tif 000007
【符号の説明】
【００４７】
１、２  スポット溶接電極          ３、４  鋼板
５      鋼板合わせ面              ６      凹部
７      凸部                      ８      通路
９      直径５ｍｍの円            １０    直径２ｍｍの円
【図１】
2019098389.tif 000008
【図２】
2019098389.tif 000009
【図３】
2019098389.tif 000010
【図４】
2019098389.tif 000011
【図５】
2019098389.tif 000012
【図６】
2019098389.tif 000013
【図７】
2019098389.tif 000014