(57)【要約】【課題】自動車、産業用機械等に使用し、プラズマ溶接を施した際に、溶接速度を上げても溶け落ちや高温割れがなく安定して溶接することが可能で、かつ、穴拡げ性や延性に代表される成形性に優れた高強度鋼板を提供する。【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００１５〜０．００４％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００５％以下を含有し、Ｘ＝１．７５×（１００００×Ｓ量）−１／２とすると、Ｓｉ：Ｘ〜（１．２−Ｘ）％を含有し、残部が不可避的不純物と鉄から成り、組織が９０％以上のポリゴナルフェライトと残部のパーライトやベイニティックフェライトなどの硬質相から成り、穴拡げ率が８０％以上であることを特徴とするプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。【選択図】    図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．０５〜０．１０％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．００１５〜０．００４％、
Ａｌ：０．００５〜０．１％、
Ｎ  ：０．００５％以下、
Ｘ＝１．７５×（１００００×Ｓ量）−１／２とすると、
Ｓｉ：Ｘ〜（１．２−Ｘ）％を含有し、
残部が不可避的不純物と鉄から成り、組織が９０％以上のポリゴナルフェライトと残部のパーライトやベイニティックフェライトなどの硬質相から成り、穴拡げ率が８０％以上であることを特徴とするプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
【請求項２】
請求項１に記載の高強度鋼板に対し、更にＴｉを０．２％以下含むプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
【請求項３】
質量％で、
Ｃ  ：０．０５〜０．１０％、
Ｍｎ：０．５〜２．０％、
Ｐ  ：０．０２％以下、
Ｓ  ：０．００１５〜０．００６％、
Ａｌ：０．００５〜０．１％、
Ｎ  ：０．００５％以下、
Ｘ＝１．７５×（１００００×Ｓ量）−１／２とすると、
Ｓｉ：Ｘ〜（１．２−Ｘ）％を含有し、
更に、次の▲１▼▲２▼のうち、単独あるいは両方を満たし、
▲１▼Ｍｇ：０．０００５〜０．０２％を含有する
▲２▼Ｔｉ：０．０１〜０．２％
を含有し、更にＣｅとＬａのうち一種あるいは二種を合計で０．０００５〜０．０２％含有する、残部が不可避的不純物と鉄から成り、組織が９０％以上のポリゴナルフェライトと残部のパーライトやベイニティックフェライトなどの硬質相から成り、穴拡げ率が８０％以上であることを特徴とするプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の高強度鋼板に対し、更にＮｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒのうち１種または２種以上をそれぞれ０．２％以下含むプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の高強度鋼板に対し、更にＢを０．０００５〜０．００５％含むプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の高強度鋼板に対し、更にＣａ：０．０００５〜０．００５％含むプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の高強度鋼板の表面に、めっき層を有することを特徴とするプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、産業用機械等に使用し、特にプラズマ溶接をはじめとする融接を施す用途の高強度鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の車体を製造する手段としてテーラードブランクが多用されている。これは、素材を切断後、先に溶接してからプレスする方法であり、素材を適材適所に使うことにより自動車の軽量化・衝突安全性向上・低コスト化を達成することを可能とする。テーラードブランクの溶接方法としては、レーザー溶接とマッシュシーム溶接が主流であるが、前者は突き合わせ面に高い精度が必要で設備費が高い、後者は溶接部に段差があるため外観形状が悪く、接合材の機械的特性が突き合わせ溶接法と比べて劣るなどの欠点がある。
【０００３】
これに対し、レーザー溶接よりも設備費が大幅に安価で、溶接部の形状が比較的良好な溶接方法としてプラズマ溶接がある。この方法は、ＴＩＧと同様にタングステン電極を用いた非消耗式アーク溶接であるが、溶接トーチノズル中心部の小さな穴にプラズマガス流を流し、高エネルギー密度のプラズマアークを利用するものであり、非消耗式アーク溶接の中では最も高速溶接性に優れる。ただし、レーザー溶接と比較すると溶接速度が遅いため、レーザー溶接と同等以上の生産性を確保するためには、溶接機の台数を増やす必要がある。その上でレーザー溶接に対するトータルコストを抑えるには、極力溶接速度を上げなければならない。少なくとも８０ｃｍ／分以上の溶接速度が必要である。
【０００４】
プラズマ溶接において溶接速度を上げた場合、従来の高強度鋼板においては、Ｃ≦０．１％では溶け落ちや高温割れが発生し易いことが判明した。高Ｃ化により溶け落ちが生じにくくなり溶接速度を上げやすいが、特に穴拡げ性が低下し、伸びフランジ加工のあるような部品に於いてはプレス時に割れが発生する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記の現状に鑑み、プラズマ溶接を施した際に、溶接速度を上げても溶け落ちや高温割れがなく安定して溶接することが可能で、かつ、穴拡げ性や延性に代表される成形性に優れた高強度鋼板を提供することを課題とする。なお、テーラードブランク以外でプラズマ溶接を施す場合にも適用できるものとする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するため、種々の成分の高強度鋼板を用いて、プラズマ溶接性と穴拡げ性を調査した結果、以下の知見を得た。
プラズマ溶接性に関しては、Ｃ≦０．１％の低炭素鋼において、ＳｉとＳが最も重要である。Ｃ：０．０７％、Ｓ：２５ｐｐｍでＳｉ量を変化させてプラズマ溶接の適正電流範囲を調べた。
【０００７】
図１は、Ｓｉ量とＳ量をかえた場合のプラズマ溶接の適正電流範囲の変化を示す。この場合のＣは０．０７％であり、その他の成分は本発明の範囲内であり、溶接条件は後述べる表３と同じである。この図に示すように、Ｓｉ：０．６％程度の場合にピークをもつことが判明した。ここでの適正電流範囲は、鋼板間ギャップ０．２ｍｍで突き合わせ溶接した場合の裏ビードが１．５ｍｍ以上確保でき、かつ溶け落ちの生じない電流範囲とした。さらに、Ｓが多い方が適正電流範囲は拡大する。しかし、Ｓの増大は高温割れを発生し易くし、Ｓｉはその発生を抑制する。
【０００８】
図２は、Ｓ量とＳｉ量をかえた場合のプラズマ溶接での高温割れ発生率の変化を示す。この場合のＣは０．０７％であり、その他の成分は本発明の範囲内であり、溶接条件は後述べる表３と同じである。すなわち、高温割れ発生率に対する成分の影響を示している。この図１または図２の結果を元に、実機溶接にて８０ｃｍ／分以上の溶接速度で問題なく溶接できるＳｉとＳの範囲を検討した結果、図３のようになった。すなわち、図３は、Ｓｉ量とＳ量の適正範囲を示す図である。なお、この場合の他の成分は本発明の範囲内であり、溶接条件は後述べる表３と同じである。
【０００９】
図３に示すように、Ｓ：１５〜４０ｐｐｍ（０．００１５〜０．００４％）において、Ｓｉ量の範囲はＳ量に依存する。その範囲を定式化したところ、Ｘ＝１．７５×（１００００×Ｓ量）−１／２とした場合（ここでＳ量は質量％とする）、Ｓｉ：Ｘ〜（１．２−Ｘ）％となった。Ｓに関しては、穴拡げ率にも影響するが、低い方がよく、この成分範囲であれば穴拡げ率を悪化させることはない。
【００１０】
Ｍｇ添加あるいはＴｉ・ＲＥＭ（ＣｅあるいはＬａ）複合添加により凝固組織が微細化するため、高温割れが発生しにくくなる。そのため、Ｓの上限を６０ｐｐｍまで緩和できる。その効果を発揮させるには、Ｍｇ：０．０００５〜０．０２％、Ｔｉ：０．０１〜０．２％、ＲＥＭ：０．０００５〜０．０２％が必要である。また、これらの添加により介在物が微細化するため、穴拡げ率も向上し非常に好ましい。
【００１１】
その他の元素については、以下の理由で限定した。
Ｃは、前述のようにプラズマ溶接性を向上させるが、穴拡げ率を劣化させる。プラズマ溶接性に対するＳｉとＳの効果を発揮させるには、０．０５％以上が必要であり、穴拡げ率の劣化を抑えるには０．１％以下とする必要がある。
Ｍｎは、プラズマ溶接性や穴拡げ率にはあまり影響せず、主に必要な強度を得るためにその量を調整する。ただし、過度の添加は延性の劣化を招くため、２％を上限とする。一方、Ｓによる熱間脆性の改善と強度確保のためには０．５％以上の添加が必要である。
【００１２】
ＰはＳと同様に凝固時に偏析して高温割れを誘発する。高温割れ防止の観点から、上限を０．０２％とする。
Ａｌは、脱酸元素として必要である。その効果を発揮させるには、０．００５％以上必要であり、過度の添加は酸化物として鋼中に残存し延性低下を招くため、０．１％を上限とする。
【００１３】
Ｎは、延性の劣化を招くため少ない方が好ましいが、過度の低下は製鋼でのコストを大幅に増加させるため、０．００５％を上限とする。
Ｎｂ、Ｖ、Ｍｏ、ＣｒおよびＴｉは強度の確保に寄与するが、過度の添加は延性の低下を招き、高温割れを発生し易くする。高温割れ抑制の観点から、各々の量を０．２％以下とする。
【００１４】
Ｂは焼き入れ性を上げて強度を上げる。その効果を発揮するには０．０００５％以上必要である。しかし、過度の添加は硬質相の増加を招き、穴拡げ率を低下させる。よって、上限を０．００５％とする。
Ｃａは鋼中に形成されるＭｎＳの形態制御のために添加される。穴拡げ率の向上をもたらすが、その効果を発揮するには０．０００５％以上必要である。過剰の添加はかえって鋼中に介在物を残存させることになるため、０．００５％を上限とする。
【００１５】
なお、スクラップの利用による微量のＣｕ、Ｎｉ、Ｓｎなどの混入は、本発明における効果を損なうものではない。製鋼工程でのスクラップ利用はリサイクルの観点からは好ましい。
組織に関しては、穴拡げ率を向上させるためには、ポリゴナルフェライトの単相組織が理想である。ただし、強度確保のためには、パーライトやベイニティックフェライトなどの硬質相が混入することも幾分許容する必要がある。実際の自動車部品のプレス実績などから穴拡げ率８０％以上を確保することを目標とし、そのためには、ポリゴナルフェライトを９０％以上確保することが必要であることを見出した。
【００１６】
以上のような知見を元に本発明を完成させた。その主旨は、
質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００１５〜０．００４％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００５％以下、Ｘ＝１．７５×（１００００×Ｓ量）−１／２とすると、
Ｓｉ：Ｘ〜（１．２−Ｘ）％を含有し、残部が不可避的不純物と鉄から成り、組織が９０％以上のポリゴナルフェライトと残部のパーライトやベイニティックフェライトなどの硬質相から成り、穴拡げ率が８０％以上であることを特徴とするプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
（２）前記（１）に記載の高強度鋼板に対し、更にＴｉを０．２％以下含むプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
【００１７】
（３）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１０％、Ｍｎ：０．５〜２．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．００１５〜０．００６％、Ａｌ：０．００５〜０．１％、Ｎ：０．００５％以下、Ｘ＝１．７５×（１００００×Ｓ量）−１／２とすると、Ｓｉ：Ｘ〜（１．２−Ｘ）％を含有し、更に、次の▲１▼▲２▼のうち、単独あるいは両方を満たし、▲１▼Ｍｇ：０．０００５〜０．０２％を含有する、▲２▼Ｔｉ：０．０１〜０．２％を含有し、更にＣｅとＬａのうち一種あるいは二種を合計で０．０００５〜０．０２％含有する、残部が不可避的不純物と鉄から成り、組織が９０％以上のポリゴナルフェライトと残部のパーライトやベイニティックフェライトなどの硬質相から成り、穴拡げ率が８０％以上であることを特徴とするプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
【００１８】
（４）前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の高強度鋼板に対し、更にＮｂ、Ｖ、Ｍｏ、Ｃｒのうち１種または２種以上をそれぞれ０．２％以下含むプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
（５）前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の高強度鋼板に対し、更にＢを０．０００５〜０．００５％含むプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
【００１９】
（６）前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の高強度鋼板に対し、更にＣａ：０．０００５〜０．００５％含むプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板。
（７）前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の高強度鋼板の表面に、めっき層を有することを特徴とするプラズマ溶接性と成形性に優れた高強度鋼板である。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明は、基本的に通常の連続熱間圧延ラインでの熱延鋼板製造プロセスまたは更に酸洗・冷間圧延・連続焼鈍・スキンパスを経る冷延鋼板製造プロセスにて実施される。本発明の要件を満たしていれば、熱延鋼板、冷延鋼板のどちらでもよい。溶鋼は通常の高炉法で溶製されたものの他、電炉法のようにスクラップを多量に使用したものでもよい。スラブは、通常の連続鋳造プロセスで製造されたものでもよいし、薄スラブ鋳造で製造されたものでもよい。
【００２１】
また、連続熱間圧延ラインは通常ラインの他、粗圧延後に粗バーを巻き取って保持するコイルボックス使用や更に巻き取った粗バーを巻き戻す際に先行する粗バーと接合して圧延する、いわゆる熱延連続化プロセスは材質ばらつき低減の観点から好ましい。また、酸洗・冷延・連続焼鈍・スキンパスは２工程以上連続化されているラインでもよいし、各々が単独処理のラインでもよい。
【００２２】
熱延鋼板または冷延鋼板にめっきをしても本発明の効果を損なうものではない。めっきは、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｎｉ単独あるいは各々の複合成分でもよく、溶融めっき、電気めっきなどめっきする方法は問わない。更に、表面にボンデ皮膜や樹脂などを被覆してもよい。溶接については、特にプラズマ溶接を対象としている。しかし、プラズマ溶接以外でもそれと同様に鋼板を溶かしながら溶接する通常のアーク溶接、レーザー溶接、電子ビーム溶接、ガス溶接などのいわゆる融接において溶接速度を限界まで高める場合にも有効な発明である。
【００２３】
【実施例】
表１に示す成分の鋼片を用いて、表４に示すような熱延鋼板または冷延鋼板を製造した。製造条件範囲を表２、プラズマ溶接試験条件を表３に示した。表４には材質調査結果及びプラズマ溶接試験での評価結果も示している。なお、熱延めっき鋼板は溶融亜鉛メッキ、冷延めっき鋼板は電気亜鉛めっきを施している。
また、表４に示す穴拡げ率は、穴拡げ試験にて測定する。１５０ｍｍ角の鋼板の中心に直径１０ｍｍの穴をクリアランス１２％で打ち抜き、バリが外側になるよう頂角６０度の円錐ポンチで押し広げ、割れが全厚に至った段階での内側の穴径を測定する。すなわち、（破断後穴径−初期穴径）／初期穴径×１００にて穴拡げ率を求める。
【００２４】
表１に示す本発明の成分範囲を外れるＬ〜Ｓの鋼種を用いて製造した比較例Ｎｏ．１２〜１９、本発明で規定する成分範囲の鋼種を用いているが組織が要件を外れている比較例Ｎｏ．２０では、伸び・穴拡げ率・適正溶接電流範囲評価・高温割れ評価のうちいずれかが不良である。
それに対して、本発明例のＮｏ．１〜１１では穴拡げ率が８０％以上と良好で伸びも良く、適正溶接電流範囲評価・高温割れ評価ともに良好である。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
【表２】
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【００２７】
【表３】
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【００２８】
【表４】
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【００２９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の方法に従えば、プラズマ溶接を施した際に、溶接速度を上げても溶け落ちや高温割れがなく安定して溶接することが可能で、かつ、穴拡げ性や延性に代表される成形性に優れた高強度鋼板を提供することができる。また、プラズマ溶接以外の融接を施す場合にも同様に適用できる。この鋼板を使用すれば、自動車や産業用機械などの分野でそれぞれがもつべき機能を向上させながら軽量化を図ることができ、産業上、非常に大きな効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ｓｉ量とＳ量をかえた場合のプラズマ溶接の適正電流範囲の変化を示す図である。
【図２】Ｓ量とＳｉ量をかえた場合のプラズマ溶接での高温割れ発生率の変化を示す図である。
【図３】Ｓｉ量とＳ量の適正範囲を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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