JPH108195A - スポット溶接性に優れた極低炭素冷延鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】優れた加工性を保持したまま、スポット溶接性
に優れ、かつ安価に製造可能な極低炭素冷延鋼板を提供
することを課題とする。 【解決手段】Ｃ：０．００５ｗｔ％以下、Ｐ：０．０２
０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０２０ｗｔ％以下、ｓｏｌ．Ａ
ｌ：０．０６ｗｔ％以下、Ｎ：０．００４０ｗｔ％以
下、Ｂ：０．００１０〜０．００３０ｗｔ％を含有し、
Ｂ＞（１１／１４）Ｎを満足する、スポット溶接性に優
れた極低炭素冷延鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用冷延鋼板
としての用途に供した際に、プレス加工等の製品加工に
対し、良好な成形性を維持しつつ、自動車用鋼板には不
可欠なスポット溶接において、優れたスポット溶接性を
示す極低炭素冷延鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用後半は、プレス加工等により複
雑な形状に成形されるため、第一に優れた加工性を有す
ることが要求される。近年、製鋼技術の発展により、鋼
中の強化元素である固溶Ｃ，Ｎを１０〜３０ｐｐｍまで
低下させた極低炭素鋼が開発され、優れた加工性が得ら
れている。また、数十ｐｐｍ残存している固溶Ｃ、Ｎを
Ｔｉ、Ｎｂ等を添加することにより完全にトラップさせ
た極低炭素鋼板はさらに加工性が良好となり、自動車用
ボディ用鋼板として使用されつつある。

【０００３】しかし、自動車ボディ用鋼板の組立にはス
ポット溶接が不可欠であり、極低炭素鋼は軟質であるが
ゆえに溶接電極の接触面積が増加し、電流密度の低下が
生じる。これにより同径のナゲットを形成する溶接電流
値が低炭素鋼に比べて大きくなることが知られている。

【０００４】この弊害として、自動車組立ライン等で鋼
板の種類によって溶接条件をその都度変更することが困
難な場合、同じ溶接条件では低炭素鋼に比べ、ナゲット
径が小さくなり、静的継手強度が低下するという欠点を
有している。また、自動車用鋼板は、静的継手強度ばか
りでなく、疲労強度の確保が重要となる。

【０００５】しかしながら、疲労特性に関しても、ナゲ
ット径が疲労強度に大きく関与するため、ナゲットの形
成が困難である極低炭素鋼は、低炭素鋼に比較して疲労
強度が劣るという問題がある。

【０００６】そこで、優れた加工性を保ちつつ、スポッ
ト溶接性に優れた極低炭素鋼板の開発が期待されてい
る。従来、極低炭素鋼板のスポット溶接部の疲労特性に
関して、特開昭６３−３１０９３９号公報に開示された
技術が提案されている。この公報の技術においては、鋼
中成分と断面組織面積率にて５〜３０％の未際結晶組織
を残存させることによってスポット溶接性の改善を図っ
ている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、未再結
晶組織を断面組織面積率にて５〜３０％の割合で残存さ
せることは、製造条件を狭い範囲で限定する必要があ
り、また、割合の制御も困難である。さらに、未際結晶
組織を有することでプレス成形性も劣化させる結果とな
る。

【０００８】また、上記公報には鋼中成分にＮｂを添加
することも記載されており、Ｎｂ添加により再結晶温度
上昇させ、軟質財の製造に対して多くの制約を与え、伸
びやランクフォード値も低下させてしまう。さらに、Ｎ
ｂは高価であるため、製造コストが上昇する等の欠点を
有する。

【０００９】本発明はかかる事情に鑑みてなされたもの
であって、優れた加工性を保持したまま、スポット溶接
性に優れ、かつ安価に製造可能な極低炭素冷延鋼板を提
供することを課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく種々検討を重ねた結果、優れた加工性を保
持したままスポット溶接性を向上させるためには、鋼中
の固溶Ｃ、Ｎを著しく低減させて母材自体の加工性を向
上させた上で、Ｂを添加するこにより変態温度を低下さ
せ、溶融部を拡大し、さらに、Ｂの高い焼入性による熱
影響部における硬度上昇、硬化域拡大を図ることが有効
であることを見出した。

【００１１】一般的に、加重負担能はナゲット径により
決まり、ナゲット径の増加に伴って、静的継手強度も上
昇することが知られている。これに対して本発明者ら
は、低溶接電流においても大きく強いナゲットの形成が
可能となり、スポット溶接部の静的継手強度、疲労特性
が良好になることを見出した。

【００１２】すなわち、加重負担能はナゲット径のみな
らず、熱影響部の硬化域が硬く、かつ拡がることによっ
ても上昇して同様の効果が得られるのであり、Ｂの添加
は熱影響部の硬度を上昇させ硬化域を拡げる効果がある
ことを見出したのである。

【００１３】しかし、同じナゲット径を有するスポット
径を有するスポット溶接継手の場合、溶接熱影響部（硬
化域）の開始位置がシートセパレーション先端よりナゲ
ット側にある場合には、シートセパレーション先端の応
力集中により疲労強度は向上しない。これに対し、この
硬化開始位置をセパレーション先端より母材側へ拡大さ
せることで、非常に良好な疲労特性を示すことを見出し
た。さらに、このように硬化域をシートセパレーション
先端よりも母材側へ拡大させるためには、Ｂの添加量が
大きく寄与することを見出した。このことを図１に示
す。

【００１４】本発明ではこのような知見に基づき、特に
Ｂ添加量を主体として成分の検討を行い、Ｂの添加によ
り良好なスポット溶接性（ナゲット形成能）を付与し、
さらに、一定量以上のＢ添加により、ナゲットを形成し
やすくし、かつナゲット径および熱影響部の硬化域が拡
大し、Ｎｂの添加なしでもスポット溶接部の静的強度、
疲労強度が良好な極低炭素鋼板を得るものである。

【００１５】すなわち、本発明は、Ｃ：０．００５ｗｔ
％以下、Ｐ：０．０２０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０２０ｗ
ｔ％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０６ｗｔ％以下、Ｎ：
０．００４０ｗｔ％以下、Ｂ：０．００１０〜０．００
３０ｗｔ％を含有し、Ｂ＞（１１／１４）Ｎを満足する
ことを特徴とする、スポット溶接性に優れた極低炭素冷
延鋼板を提供するものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について具体的に説
明する。本発明に係る極低炭素冷延鋼板は、Ｃ：０．０
０５ｗｔ％以下、Ｐ：０．０２０ｗｔ％以下、Ｓ：０．
０２０ｗｔ％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０６ｗｔ％以
下、Ｎ：０．００４０ｗｔ％以下、Ｂ：０．００１０〜
０．００３０ｗｔ％を含有し、Ｂ＞（１１／１４）Ｎを
満足し、スポット溶接性に優れている。

【００１７】以下、各成分の限定理由について説明す
る。 Ｃ：０．００５ｗｔ％以下 Ｃは合金元素の中でも特に強度上昇効果が大きい元素で
あるが、自動車足廻り用鋼板として使用するためには高
い加工性が必要であり、加工性を劣化させるＣの含有量
はできるだけ押さえることが有効である。Ｃ含有量が
０．００５ｗｔ％を超えると加工性が著しく劣化するた
め、本発明ではＣ含有量を０．００５ｗｔ％以下とす
る。

【００１８】Ｐ：０．０２０ｗｔ％以下 Ｐはミクロ偏析等によりナゲットの靭性を低下させる元
素であり、多量の添加は静的継手強度、特に十字引張強
度を低下させるため、その上限を０．０２０ｗｔ％とす
る、特に、０．０１０ｗｔ％以下が望ましい。

【００１９】Ｓ：０．０２０ｗｔ％以下 ＳもＰと同様、ナゲットの靭性を低下させる元素であ
る。また、不純物元素でもあるため、極力低減させるこ
とが望ましく、したがってその上限を０．０２０ｗｔ％
とする。特に、０．０１０ｗｔ％以下が望ましい。

【００２０】ｓｏｌ．Ａｌ：０．０６ｗｔ％以下 Ａｌは製鋼時の脱酸剤であるため、添加は不可欠であ
る。しかし、多量に添加すると溶鋼コストを上昇させ、
表面性状を劣化させる。したがって、その上限を０．０
６ｗｔ％とする。

【００２１】Ｎ：０．００４０ｗｔ％以下 Ｎは、Ｃと同様に加工性を劣化させるだけでなく、耐時
効性も劣化させるので、その影響が問題とならない０．
００４０ｗｔ％以下に規定する。

【００２２】Ｂ：０．００１０〜０．００３０ｗｔ％ Ｂは結晶粒界に極めて効果的に偏析し、焼入性を向上さ
せる元素である。また、Ｂ添加により変態点が降下する
ため、溶融領域が拡大する。さらに、Ｂ特有の高い焼入
性により、溶接熱影響部はより硬度が上昇し、さらに硬
化領域が拡大することで、実質上の加重負担部の強度、
および面積が拡大する。そのため、Ｂは疲労特性、静的
継手特性を向上させる。しかし、Ｂは固溶Ｎをトラップ
するのに使われ、また、Ｂが０．００３０ｗｔ％を超え
ると材質（特に延性）が低下することを考慮してＢ量を
０．００１０〜０．００３０ｗｔ％とし、さらにＢ＞
（１１／１４）Ｎを満足することを要件とした。また望
ましくは、０．００１８〜０．００３０ｗｔ％であっ
て、かつＢ＞（１１／１４）Ｎ＋５である。

【００２３】本発明においては、上記組成範囲を満たせ
ば、製造条件については特に限定されないが、以下のよ
うに好ましい条件が設定される。まず、上記組成を有す
るスラブを熱間圧延する。熱間圧延においては、仕上げ
温度が８００℃未満であると多量の未再結晶組織が存在
し、不均一組成の原因となるため、加工性が劣化する。
一方、仕上げ温度が９５０℃以上では粗粒となり表面性
状が劣化する。したがって、仕上げ温度は８００〜９５
０℃が好ましい。巻取温度については、６００℃未満で
あると加工性を劣化させ、また、７５０℃を超えると脱
スケール性の低下、表面性状の劣化等、種々の弊害をと
もなう。したがって、巻取温度は６００〜７５０℃が好
ましい。なお、熱間圧延の圧下率などは条件に応じて適
宜設定される。その後、冷間圧延を行うが、冷間圧延の
圧下率等も条件に応じて適宜設定される。連続焼鈍につ
いては、その温度を再結晶温度以上にし、軟質な鋼板を
製造することが重要であるが、焼鈍温度が高すぎるとＴ
ｉＣ等が再固溶し、所期の目的を達成できなくなるた
め、８９０℃以下とすることが好ましい。

【００２４】

【実施例】以下本発明の実施例について説明する。本発
明に係る極低炭素冷延鋼板がスポット溶接性が優れてい
ることを実証するために、表１に示す供試鋼板について
スポット溶接特性を把握した。

【００２５】

【表１】

【００２６】溶接条件はＷＥＳの条件に準拠し、φ５．
４ｍｍのＣＲ型電極を用い、電極加圧力２７０ｋｇｆ、
通電時間８サイクル、電流値を一定とし、ナゲット形成
能を調べた。表２に鋼板母材の機械的特性値と電流値８
ｋＡにおけるナゲット径を示す。また、溶接電流８ｋＡ
で一定の場合における各鋼板のナゲット径を図２に示
す。

【００２７】

【表２】

【００２８】表２、図２に示すように、溶接電流が一定
であっても、本発明鋼板のＡ〜Ｈは、比較鋼板のＩ〜Ｏ
よりも大きいナゲット径が得られた。次に、これら各鋼
板について引張せん断試験を行った。その結果を図３に
示す。この図に示すように、本発明鋼板は比較鋼板に比
べ、十分に良好な継手強度が得られることが確認され
た。

【００２９】さらに、引張せん断疲労試験片を作製し、
完全片振り引張のモード、２０Ｈｚの試験速度で行っ
た。得られた試験結果を図４に示す。この図に示すよう
に、本発明鋼板は比較鋼板に比べ、良好な引張せん断疲
労特性を示した。

【００３０】図５に静的試験および疲労試験での破断位
置を示す。この図に示すように、本発明鋼板はナゲット
の外側から破断しているのに対し、比較鋼板はナゲット
の内側から破断していた。これは、本発明鋼板はＢ添加
によりナゲット内の強度も向上したためである。この際
の硬さ分布の例を図６に示す。この図に示すように、本
発明鋼板は、単に同一電流でナゲット径が大きくなるば
かりでなく、Ｂの添加によりナゲット内の熱影響部の硬
度が上昇し、さらに熱影響部の硬化領域も拡大している
ことが確認された。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
優れた加工性を損なわずに、スポット溶接性に優れた極
低炭素冷延鋼板が提供される。また、高価なＮｂを積極
的に添加しないため、安価である。特に、自動車メーカ
ー等で使用する際に、鋼板の種類によって溶接条件をそ
の都度変更することが困難な場合でも、本発明の極低炭
素冷延鋼板では同じ溶接条件であっても大きなナゲット
径が得られ、かつ溶接熱影響部の硬化域が拡大すること
から、静的継手強度、継手疲労特性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スポット溶接部を模式的に示す図。

【図２】溶接電流８ｋＡにおける各鋼板のナゲット径を
示す図。

【図３】溶接電流８ｋＡにおける各鋼板の静的引張せん
断疲労強度を示す図。

【図４】引張せん断疲労試験における破断繰り返し数と
荷重との関係を示す図。

【図５】静的引張せん断試験、引張せん断疲労試験にお
ける破断位置を示す図。

【図６】スポット溶接継手部の硬さ分布測定結果の典型
例を示す図。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．００５ｗｔ％以下、Ｐ：０．０
   ２０ｗｔ％以下、Ｓ：０．０２０ｗｔ％以下、ｓｏｌ．
   Ａｌ：０．０６ｗｔ％以下、Ｎ：０．００４０ｗｔ％以
   下、Ｂ：０．００１０〜０．００３０ｗｔ％を含有し、
   Ｂ＞（１１／１４）Ｎを満足することを特徴とする、ス
   ポット溶接性に優れた極低炭素冷延鋼板。