JP2010106343A - ナットプロジェクション溶接性に優れた自動車部材用鋼板および部材 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】自動車部材用鋼板は、化学成分組成を適切に調整し、板厚tが0.8〜3.0mmであると共に、所定の関係式で規定されるDI、Ceqおよび上記板厚t(mm)との関係において、下記(3)式を満足するものである。1.30>(Ceq×DI)/t>0.35…(3)
【選択図】図4
Description
DI=1.16×([C]/10)1/2×(0.7×[Si]+1)×{5.1×([Mn]−1.2)+5.0}×(0.35×[Cu]+1)×(0.36×[Ni]+1)×(2.16×[Cr]+1)×(3.00×[Mo]+1)×(1.75×[V]+1)×(200×[B]+1) …(1)
Ceq=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 …(2)
但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo],[V]および[B]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,Cr,Mo,VおよびBの含有量(質量%)を示す。
1.30>(Ceq×Di)/t>0.35 …(3)
Ceq=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 …(2)
但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo],[V]および[B]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,Cr,Mo,VおよびBの含有量(質量%)を示す。
1.30>(Ceq×DI)/t>0.35 …(3)
Cは溶融部周辺の焼入れ性(硬度)を高めるため、更には焼入れ深度を支配する重要な元素である。所望の効果を確保するためには0.12%以上含有させる必要がある。しかしながら、Cを過剰に含有させると、耐溶接割れ性が却って低下することになる。こうしたことから、その上限は0.25%とする必要がある。C含有量の好ましい下限は0.15%であり、好ましい上限は0.20%である。
Siは脱酸に必要な元素であり、その効果を発揮させるためには、少なくとも0.2%以上含有させる必要がある。しかしながら、Siが過剰に含有されると、鋼材の溶接性や靭性が劣化するので、2.0%以下とする必要がる。Si含有量の好ましい下限は0.3%であり、好ましい上限は1.8%である。
Mnは焼入れ性を向上させて鋼板内部の強度を確保する上で有効な元素であり、こうした効果を発揮させるためには、Mnは1.2%を超えて含有させる必要がある。しかしながらMnを過剰に含有させると、鋼材の溶接性や靭性が劣化するので上限を3.5%とする。Mn含有量の好ましい下限は1.5%であり、好ましい上限は3.3%である。
Al(酸可溶性Al)は脱酸に必要な元素であり、その効果を発揮させるためには、sol.Al(酸可溶性Al)として少なくとも0.01%以上含有させる必要がある。しかしながら、Alが過剰に含有されると、鋼板の靭性低下をもたらすので、その上限を2.0%とした。sol.Al含有量の好ましい下限は0.02%であり、好ましい上限は1.8%である。
Pは不可避的に混入してくる不純物であり、鋼板の靭性に悪影響を及ぼすのでできるだけ少ない方が好ましい。こうした観点から、Pは0.015%以下に抑制するのが良い。P含有量の好ましい上限は0.013%である。
Sは、鋼板中の合金元素と化合して種々の介在物を形成し、鋼板の延性や靭性に有害に作用する不純物であるので、できるだけ少ない方が好ましいのであるが、実用鋼の清浄度の程度を考慮して0.01%以下に抑制するのがよい。尚、Sは鋼に不可避的に含まれる不純物であり、その量を0%とすることは工業生産上困難である。
Cuは、固溶強化、析出強化による強度向上に有効な元素であり、必要によって含有される。しかしながら、Cuの含有量が過剰になると、熱間加工性が劣化し、鋼板表面に割れが生じやすくなるので、1%以下(より好ましくは0.8%以下)とするのがよい。尚、上記効果を発揮させるための好ましい下限は、0.3%程度である。
Niは、鋼板の靭性を向上させるのに有効な元素であり、必要によって含有される。しかしながら、Niの含有量が過剰になると、スケール疵が発生しやすくなって、またコストアップになるので、1%以下(より好ましくは0.8%以下)とするのがよい。尚、上記効果を発揮させるための好ましい下限は、0.3%程度である。
Crは、焼入れ性を向上させるのに有効な元素であり、必要によって含有される。しかしながら、Crの含有量が過剰になると、溶接性を阻害するので、1%以下(より好ましくは0.8%以下)とするのがよい。尚、上記効果を発揮させるための好ましい下限は、0.3%程度である。
Moは焼入れ性を向上させ、焼戻し軟化抵抗を増大させるのに有効な元素であり、必要によって含有される。しかしながら、Moの含有量が過剰になると、溶接性を阻害するので、1%以下(より好ましくは0.8%以下)とするのがよい。尚、上記効果を有効に発揮させるための好ましい下限は、0.3%程度である。
Vは少量の添加によって焼入れ性を高め、焼戻し軟化抵抗を増大させるのに有効な元素である。しかしながら、多量に含有されると溶接性を阻害するので、0.05%以下(より好ましくは0.03%以下)とするのが良い。尚、上記効果を有効に発揮させるための好ましい下限は、0.01%程度である。
Nbは結晶粒微細化作用を有し、また直接焼入れ・焼戻しを行なう場合には、析出強化作用をもたらす元素である。しかしながら、多量に含有されると溶接性、靭性を劣化するため、0.05%以下(より好ましくは0.02%以下)とするのが良い。尚、上記効果を有効に発揮させるための好ましい下限は、0.003%程度である。
Tiは、脱酸作用を発揮する他、Bを含有する場合には、Nの固定によるBの焼入れ性向上効果の促進作用を有する。しかしながら、Tiの含有量が過剰になると鋼板の靭性が劣化するので、0.05%以下(より好ましくは0.03%以下)とするのが良い。尚、上記効果を有効に発揮させるための好ましい下限は、0.005%程度である。
Bは微量で焼入れ性の向上をもたらす元素である。しかしながら、Bの含有量が過剰になると鋼板の靭性が劣化するので、0.003%以下(より好ましくは0.002%以下)とするのが良い。尚、上記効果を有効に発揮させるための好ましい下限は、0.0003%程度である。
Caは非金属介在物の球状化作用を有し、異方性の低減に有効な元素である。しかしながら、Caの含有量が過剰になると介在物の増加により靭性が却って劣化するので、0.003%以下(より好ましくは0.002%以下)とするのが良い。尚、上記効果を有効に発揮させるための好ましい下限は、0.0005%程度である。
各鋼板の中央部からJIS5号試験片を採取し、JIS Z2241に従って引張試験を行うことによって、引張強度を測定した。
図1は、ナットプロジェクション溶接する状態を説明する図であり、図中1は鋼板(母材)、2はナット、3はボルト挿入孔、4は電極押え、5は位置決めピン、6は上部電極(可動電極)、7は下部電極(固定電極)を夫々示す。ナット2には、下方の各角部に突起2aが形成されており、この部分で鋼板1と接触するようにされている。また鋼板1には、位置決めピン5が挿入されると共に、溶接後にボルト(図示せず)が挿入されるための孔1aが穿設されている。こうした構成において、鋼板1の上部に、位置決めピン5によってナット2を所定位置に配置し、上部電極6と下部電極7間に挟んで上方から加圧しつつ、電極6,7間に通電することによって、鋼板1とナット2(突起4a)との溶接を行なうようにされる。
溶接機:50kV定置式ダイレクト通電方式(単相交流)
電極:ナットプロジェクション用電極(クロム鋼)
溶接電流:9kA
冷却水流量:上下2L(リットル)/分
初期加圧時間:50サイクル/60Hz
加圧力:300kgf(2940MPa)
通電時間:10サイクル/60Hz
保持時間:5サイクル/60Hz
図2は、押込み剥離試験を説明するための図である。ナット2と鋼板1を溶接した供試材の鋼板1側(図2では上方側)から孔1aを通して、M8(呼び径:8mm)のボルト8をねじ込み、ボルト頭部から圧縮荷重Fをかけ、ナット2が剥離したとき(即ち、突起1aが鋼板から剥離したとき)の荷重(押込み剥離強度)を測定した。このとき、100個の試験片について測定を行ない、その平均値を求めた。またばらつきについては、100個についての標準偏差を求めた。尚、押込み剥離強度のJISに規定する合格基準(M8ボルトのときの押込み剥離強度)は、3730Nである。
図3は、トルク剥離試験を説明するための図である。ナット2と鋼板1を溶接した供試材のナット2に、トルクレンチ10付きのソケット11を嵌め込み、トルクレンチ10によって、ボルト挿入孔3の軸心(前記図1のB)に垂直な平面内で回転力を与え、ナット2(突起2a)が剥離したとき(即ち、突起1aが鋼板から剥離したとき)のトルク(トルク剥離強度)を測定した。このとき、100個の試験片について測定を行ない、その平均値を求めた。またばらつきについては、100個についての標準偏差を求めた。尚、トルク剥離強度のJISに規定する合格基準(M8ボルトのときの押込み剥離強度)は、20.5N・mである。
2 ナット
3 ボルト挿入孔
4 電極押え
5 位置決めピン
6 上部電極
7 下部電極
8 ボルト
10 トルクレンチ
Claims (3)
- C:0.12〜0.25%(「質量%」の意味、化学成分組成について以下同じ)、Si:0.2〜2.0%、Mn:1.2超〜3.5%、sol.Al:0.01〜2.0%を夫々含有し、残部が鉄および不可避的不純物であり、該不可避的不純物中のP:0.015%以下(0%を含まない)およびS:0.01%以下(0%を含まない)であり、且つ板厚tが0.8〜3.0mmであると共に、下記(1)式で規定されるDIと下記(2)式で規定されるCeqおよび上記板厚t(mm)との関係において、下記(3)式を満足することを特徴とするナットプロジェクション溶接性に優れた自動車部材用鋼板。
DI=1.16×([C]/10)1/2×(0.7×[Si]+1)×{5.1×([Mn]−1.2)+5.0}×(0.35×[Cu]+1)×(0.36×[Ni]+1)×(2.16×[Cr]+1)×(3.00×[Mo]+1)×(1.75×[V]+1)×(200×[B]+1) …(1)
Ceq=[C]+[Si]/24+[Mn]/6+[Cr]/5+[Mo]/4+[V]/14 …(2)
但し、[C],[Si],[Mn],[Cu],[Ni],[Cr],[Mo],[V]および[B]は、夫々C,Si,Mn,Cu,Ni,Cr,Mo,VおよびBの含有量(質量%)を示す。
1.30>(Ceq×DI)/t>0.35 …(3) - 更に、Cu:1%以下(0%を含まない)、Ni:1%以下(0%を含まない)、Cr:1%以下(0%を含まない)、Mo:1%以下(0%を含まない)、V:0.05%以下(0%を含まない)、Nb:0.05%以下(0%を含まない)、Ti:0.05%以下(0%を含まない)、B:0.003%以下(0%を含まない)およびCa:0.003%以下(0%を含まない)よりなる群から選ばれる1種以上を含有するものである請求項1に記載の自動車部材用鋼板。
- 請求項1または2に記載の自動車部材用鋼板と、ナットとをプロジェクション溶接したものである部材。
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