JP2022521257A - アルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法 - Google Patents
アルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明は、溶接部品の製造方法に関し、具体的に、アルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法に関する。
近年、自動車業界では軽量化かつ高強度の自動車用鋼板が目標となっており、省エネ・排出削減政策の積極的な実施に加え、自動車産業では、自動車用鋼板の高強度・薄肉化への需要が高まっている。コールドスタンプ技術と比較すると、ホットスタンプ技術は、明らかな軽量化、優れた成形性、高い寸法精度という利点があり、自動車用鋼板の高度な強化を実現することに重要な役割を果たす。自動車の安全性、信頼性及び快適性に対する人々の要求が高まるにつれ、多くの自動車会社が、自動車構造の設計を改善し、新しい製造プロセスを改善および採用することで、製品の品質を向上している。テーラード・ブランクとは、部品の材料特性に対するさまざまな要求を達成するために、異なる材料、異なる厚さ、または異なるコーティング層の複数の鋼板を溶接することである。レーザーテーラード・ブランクホットスタンププロセスは、車体の重量を減らし、組み立て精度を向上させ、組み立て手順を簡素化すると同時に、ホットスタンプ成形の利点も両立でき、鋼板の成形性をさらに向上させる。
本発明の目的として、アルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法を提供し、既存のアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの等強度鋼製薄肉溶接部品に存在する熱成形した後に溶接継手の性能が劣る問題を解決し、ホットスタンプした後に溶接継手の引張強度、伸長率及び耐食性を確保し、ホットスタンプした後の溶接継手の抗拉強度は、母材(溶接しようとする鋼板)の抗拉強度より大きく、その伸長率は4%を超え、そしてホットスタンプ分野におけるテーラード・ブランクの応用要望を満足する。
アルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法であって、以下の工程を含む:
1)鋼板の溶接前の準備
ストレート鋼板を、溶接しようとする鋼板とし、上記の溶接しようとする鋼板は、基体及びその表面の少なくとも一つのメッキ層を含み、当該メッキ層は、基体と接する金属間化合物合金層及びその上の金属合金層を含む;上記の溶接しようとする鋼板の溶接する領域のメッキ層には、除去または薄化処理は行われない;
2)突き合わせ隙間のプリセット
溶接しようとする2枚の鋼板の突き合わせ隙間を0.2~0.5mmにプリセットする;
3)溶接
レーザーワイヤーフィラー溶接、レーザー複合フィラーワイヤー溶接またはガスシールド溶接(例えばメタルイナートガスアーク溶接)で溶接する;ただし、レーザーワイヤーフィラー溶接プロセスには、レーザースポットの直径を0.8~2.0mm(例えば1.2~2.0mm)にし、デフォーカス量を-10~10mm(例えば0~10mm)にし、レーザーパワーを4~6kWに制御し、溶接速度を40~140mm/s(例えば40mm/s~120mm/s)にする;溶接ワイヤ直径を0.8~1.4mmにし、ワイヤ送給速度を2~8m/min(例えば2m/min~6m/min)にし、最終、アルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品を得つつ、ホットスタンプした後に、等強度部品を溶接する溶接継手(溶接シーム)の引張強度を、母材の引張強度より大きくする。
好ましくに、上記の溶接しようとする鋼板のメッキ層は、純アルミニウム又はアルミニウム合金であり、ただし、アルミニウム合金の組成重量百分比は:Si:5-11%、Fe:0-4%、残部はAlおよび不可避不純物である。
1)溶接前に鋼板を準備する
溶接前に、溶接鋼板の表面をクリーンし、鋼板が真っ直ぐで清潔で、油や水がないことを確保する;
2)プリセットされた突き合わせ隙間を溶接する
溶接しようとする2枚の溶接鋼板の突き合わせ隙間を、0.2mm-0.5mmに保持する;
3)溶接プロセス
レーザーワイヤーフィラー溶接又はガスシールド溶接を採用する;レーザースポット直径を1.2~2.0mmにし、デフォーカス量を0~10mmにし、レーザーパワーを4kW~6kWの範囲に制御し、溶接速度を40mm/s~120mm/sにする;溶接ワイヤ直径を0.8mm~1.4mmにし、ワイヤ送給速度を2m/min~6m/minにする;保護ガスは、アルゴンガス+二酸化炭素の混合ガスである。
ケイ素は溶接ワイヤにおける脱酸元素であり、鉄と酸素とのを防ぎ、溶融池に酸化鉄を還元することができる;しかしながら、ケイ素を単独で脱酸に使用すると、得られるシリカの融点が高く(約1710℃)、酸化物粒子が小さく、溶融池から浮き上がりにくいので、スラグが溶接シームに存在しやすくなり、したがって、本発明に記載された溶接ワイヤにおけるケイ素の重量百分比は、0.2-0.5%の範囲に、好ましくに0.2-0.45%の範囲に、より好ましくに、0.3-0.5%の範囲に制御される。
CE=C+Mn/6+(Cr+Mo+V)/5+(Ni+Cu)/15(%)
上記の式によれば、溶接ワイヤを充填すると、溶接継手の炭素当量がわずかに増加し、それによって接合部の焼入れ性が確保される;さらに、溶接ワイヤを充填すると、溶接部のメッキ層組成がさらに希釈され、溶接ワイヤにおけるクロム、モリブデン、ニッケルなどの元素がオーステナイトの安定性を高め、溶接シームの焼入れ性を向上し、これにより、ホットスタンプ際に溶接シームに鉄-アルミニウム金属間化合物とブロック状のフェライト相の生成を予防することに寄与し、鋼製薄肉溶接等強度部品の溶接シームの引張強度が、母材の引張強度より大きいことを達成する。
1、本発明に記載された溶接しようとする鋼板は、基体及びその表面の少なくとも一つのメッキ層を含み、当該メッキ層は、基体と接する金属間化合物合金層及びその上の金属合金層を含む;特に、本発明には、溶接前、溶接中で、溶接しようとする部品の溶接する領域のメッキ層には、除去または薄化処理は行われない。
なお、ワイヤ送給速度を2~8m/minに制御することで、溶接シームにおける溶着金属(溶接ワイヤが溶けた後に形成される溶接シーム金属)の比を変化し、溶接シームに溶けれるアルミニウム元素の濃度を10%未満にする;同時に、溶接ワイヤにおけるクロム、モリブデン、ニッケルなどの元素が、オーステナイトの安定性を高め、溶接の焼入れ性を向上し、これにより、ホットスタンプ過程に溶接シームに鉄-アルミニウム金属間化合物とブロック状のフェライト相の生成を避け、溶接シームの相構造とサイズに対する制御を実現する。
以下、実施例および図面に基づいて本発明をさらに説明する。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
溶接しようとする熱間成形鋼板の表面をクリーンし、表面の油や水のしみなどの汚染物質を取り除き、きれいな表面を確保した。
Claims (15)
- アルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法であって、以下の工程を含むことを特徴とする:
1)鋼板の溶接前の準備
ストレート鋼板を、溶接しようとする鋼板とし、上記の溶接しようとする鋼板は、基体及びその表面の少なくとも一つのメッキ層を含み、当該メッキ層は、基体と接する金属間化合物合金層及びその上の金属合金層を含む;上記の溶接しようとする鋼板の溶接する領域のメッキ層には、除去または薄化処理は行われない;
2)突き合わせ隙間のプリセット
溶接しようとする2枚の鋼板の突き合わせ隙間を0.2~0.5mmにプリセットする;
3)溶接
レーザーワイヤーフィラー溶接、レーザー複合フィラーワイヤー溶接またはメタルイナートガスアークで溶接する;ただし、レーザーワイヤーフィラー溶接プロセスには、レーザースポットの直径を0.8~2.0mmにし、デフォーカス量を-10~10mmにし、レーザー功率を4~6kWに制御し、溶接速度を40~140mm/sにする;レーザー複合フィラーワイヤー溶接には、レーザースポット直径を0.4~1.2mmにし、デフォーカス量を-10~10mmにし、レーザーパワーを1~5kWに制御し、溶接速度を40~140mm/sに制御し、溶接ワイヤ直径を0.8~1.4mmに制御し、ワイヤ送給速度を2~8m/minにし、溶接電流を80-100Aにし、電圧を18-25Vにする;メタルイナートガスアーク溶接の溶接電流を110-130Aにし、溶接電圧を18-25Vにし、溶接速度を300-800mm/minにし、溶接ワイヤ直径を0.8~1.4mmにする;最終、アルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品を得た。 - 工程3)の溶接の際に、保護ガスは、活性ガスを含む保護ガスであり、活性ガスの体積百分比は5%-100%であることを特徴とする、請求項1に記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法。
- 上記の溶接しようとする鋼板基体の組成重量百分比は:C:0.08-0.8%、Si:0.05-1.0%、Mn:0.1-5%、P<0.3%、S<0.1%、Al<0.3%、Ti<0.5%、B:0.0005-0.1%、Cr:0.01-3%、残部はFeおよび不可避不純物であることを特徴とする、請求項1又は2に記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法。
- 上記の溶接しようとする鋼板基体の組成重量百分比は:C:0.1-0.6%、Si:0.07-0.7%、Mn:0.3-4%、P<0.2%、S<0.08%、Al<0.2%、Ti<0.4%、B:0.0005-0.08%、Cr:0.01-2%、残部はFeおよび不可避不純物であることを特徴とする、請求項1又は2に記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法。
- 上記の溶接しようとする鋼板基体の組成重量百分比は:C:0.15-0.5%、Si:0.1-0.5%、Mn:0.5-3%、P<0.1%、S<0.05%、Al<0.1%、Ti≦0.2%、B:0.0005-0.08%、Cr:0.01-1%、残部はFeおよび不可避不純物であることを特徴とする、請求項1又は2に記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法。
- 上記の溶接しようとする鋼板基体の厚さは、0.5mm~3mmであることを特徴とする、請求項1~5のいずれかに記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法。
- 上記の溶接しようとする鋼板のメッキ層は、純アルミニウム又はアルミニウム合金であり、ただし、アルミニウム合金の組成重量百分比は:Si:5-11%、Fe:0-4%、残部はAlおよび不可避不純物であることを特徴とする、請求項1又は2に記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法。
- 工程3)溶接用溶接ワイヤの組成重量百分比は:C 0.05-0.16%、Si 0.2-0.5%、Mn 1.5-2.8%、P≦0.03%、S≦0.005%、Al<0.06%、Ni 1.5-3%、Cr 0.05-0.2%、Mo 0.1-0.7%、残部はFeおよび不可避不純物である;好ましくに、C 0.05-0.14%、Si 0.3-0.5%、Mn 1.5-2.4%、P<0.02%、S<0.005%、Al<0.06%、Ni 1.5-3%、Cr 0.05-0.2%、Mo 0.3-0.7%、残部はFeおよび不可避不純物である;より好ましくに、C 0.07-0.14%、Si 0.3-0.5%、Mn 1.5-2.2%、P<0.02%、S<0.005%、Al<0.06%、Ni 1.8-3%、Cr 0.1-0.2%、Mo 0.4-0.7%、残部はFeおよび不可避不純物である;好ましくに、0.02%≦Al<0.06%であることを特徴とする、請求項1又は2に記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の製造方法。
- 組成重量百分比は:C 0.05-0.16%、Si 0.2-0.5%、Mn 1.5-2.8%、P≦0.03%、S≦0.005%、Al<0.06%、Ni 1.5-3%、Cr 0.05-0.2%、Mo 0.1-0.7%、残部はFeおよび不可避不純物である;溶接ワイヤ直径は0.8-1.4mmである;好ましくに、C 0.05-0.14%、Si 0.3-0.5%、Mn 1.5-2.4%、P<0.02%、S<0.005%、Al<0.06%、Ni 1.5-3%、Cr 0.05-0.2%、Mo 0.3-0.7%、残部はFeおよび不可避不純物である;より好ましくに、C 0.07-0.14%、Si 0.3-0.5%、Mn 1.5-2.2%、P<0.02%、S<0.005%、Al<0.06%、Ni 1.8-3%、Cr 0.1-0.2%、Mo 0.4-0.7%、残部はFeおよび不可避不純物である;好ましくに、0.02%≦Al<0.06%である溶接用溶接ワイヤ。
- 請求項1-8のいずれか一つに記載された方法で製造して得るアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品。
- 上記の等強度部品の鋼板が、基体及びその表面の少なくとも一つのメッキ層を含む;上記のメッキ層は、基体と接する金属間化合物合金層及びその上の金属合金層を含む;上記の基体の組成重量百分比は:C:0.08-0.8%、Si:0.05-1.0%、Mn:0.1-5%、P<0.3%、S<0.1%、Al<0.3%、Ti<0.5%、B:0.0005-0.1%、Cr:0.01-3%、残部はFeおよび不可避不純物である;ただし、上記の等強度部品を溶接するための鋼板の溶接ワイヤの組成重量百分比は:C 0.05-0.16%、Si 0.2-0.5%、Mn 1.5-2.8%、P<0.03%、S<0.005%、Al<0.06%、Ni 1.5-3%、Cr 0.05-0.2%、Mo 0.1-0.7%、残部はFeおよび不可避不純物であることを特徴とするアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品。
- 上記の基体の組成重量百分比は:C:0.1-0.6%、Si:0.07-0.7%、Mn:0.3-4%、P<0.2%、S<0.08%、Al<0.2%、Ti<0.4%、B:0.0005-0.08%、Cr:0.01-2%、残部はFeおよび不可避不純物である;より好ましくに、上記の基体の組成重量百分比は:C:0.15-0.5%、Si:0.1-0.5%、Mn:0.5-3%、P<0.1%、S<0.05%、Al<0.1%、Ti<0.2%、B:0.0005-0.08%、Cr:0.01-1%、残部はFeおよび不可避不純物である;好ましくに、上記の溶接しようとする鋼板基体において、Al:0.01-0.09%、より好ましくに0.04-0.09%;Ti:0.01-0.2%、より好ましくに0.05-0.2%;B:0.001-0.02%、より好ましくに0.002-0.008%;Cr:0.1-1%、より好ましくに0.15-0.8%であることを特徴とする請求項11に記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品。
- 上記のアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品のメッキ層は、純アルミニウム又はアルミニウム合金であり、ただし、アルミニウム合金の組成重量比は:Si:5-11%、Fe:0-4%、残部はAlであることを特徴とする請求項11に記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品。
- 上記のアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品の基体の厚さは、0.5mm~3mmであることを特徴とする請求項11に記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品。
- 上記の鋼製薄肉溶接等強度部品の溶接シームの引張強度は、1300MPa以上であり、より好ましくに1400MPa以上であり、より好ましくに1450MPa以上であり、好ましくに、上記の引張強度は、1700MPaを超えない;溶接継手の伸長率は4%を超え、引張荷重を受ける溶接継手の破断位置が母材である;上記の溶接シーム引張強度は、基材の引張強度より大きいであることを特徴とする請求項11に記載されたアルミニウム又はアルミニウム合金メッキ層付きの鋼製薄肉溶接等強度部品。
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