JP7295402B2 - Surface coated steel plate for ultrasonic bonding and ultrasonic bonding method - Google Patents
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本発明は、超音波接合用表面被覆鋼板、超音波接合用高強度表面被覆鋼板及び超音波接合方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding, a high-strength surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding, and an ultrasonic bonding method.
鋼板同士の接合方法として、溶接及びかしめ接合が主に用いられている。
しかしながら、これらの接合方法は、溶接時の熱影響によって接合部の靭性や強度が低下する上、接合部の変形も大きいため意匠性の面でも不利である。
他方、接合部に対する影響が少ない接合方法として、超音波接合が注目されており、ＡｌやＣｕなどの非鉄金属材同士の接合、非鉄金属材と鋼材との接合などのような異種金属間の接合に広く活用されつつある。
Welding and caulking are mainly used as methods for joining steel plates together.
However, these joining methods are disadvantageous in terms of design because the toughness and strength of the joint are reduced by the heat effect during welding, and the deformation of the joint is large.
On the other hand, ultrasonic bonding is attracting attention as a bonding method that has little effect on the joint, and is used for bonding between dissimilar metals such as bonding between non-ferrous metal materials such as Al and Cu, and bonding between non-ferrous metal materials and steel materials. is being widely used in
例えば、特許文献１には、第１の金属材料（鋼など）と、第１の金属材料とは種類の異なる第２の金属材料（アルミニウム合金など）との間に、これら二種類の金属材料とは異なる第３の金属材料（亜鉛など）を介在させ、超音波振動により、第１の金属材料及び第２の金属材料のうちの少なくとも一方の金属材料と第３の金属材料との間の界面に共晶溶融を生じさせて接合を行う方法が提案されている。
また、特許文献２には、超微細粒組織を有する２枚以上の鋼板の超音波接合において、鋼板の接合される面の少なくとも片側に亜鉛メッキを施し、所定の条件下で超音波接合することにより、亜鉛メッキを溶融させて鋼板に拡散接合する方法が提案されている。
さらに、特許文献３には、複数の被接合材が積層された被接合体の超音波接合において、超音波振動を発生する工具側に、複数の被接合材のうち相対的に低い降伏強度又は０．２％耐力を有する材料からなる被接合材を配置して超音波接合する方法が提案されている。
For example, in Patent Document 1, a first metal material (such as steel) and a second metal material (such as an aluminum alloy) different in type from the first metal material are placed between these two metal materials. A third metal material (such as zinc) different from the is interposed, and ultrasonic vibration is applied to at least one of the first metal material and the second metal material and the third metal material. A method of bonding by causing eutectic melting at the interface has been proposed.
Further, in Patent Document 2, in the ultrasonic bonding of two or more steel sheets having an ultrafine grain structure, at least one side of the surfaces to be bonded of the steel sheets is galvanized and ultrasonically bonded under predetermined conditions. have proposed a method of melting galvanizing and diffusion bonding it to a steel plate.
Furthermore, in Patent Document 3, in ultrasonic bonding of a plurality of laminated objects to be joined, a tool that generates ultrasonic vibration has a relatively low yield strength or There has been proposed a method of ultrasonically bonding a material to be bonded made of a material having a proof stress of 0.2%.
鋼板同士を接合した部品や製品などは、様々な分野において広く用いられているが、近年、接合部の特性低下や変形を抑制する必要性が高くなってきている。
しかしながら、特許文献１の技術は、異種金属間の接合を対象としており、鋼材同士の接合に適用することができない。
また、特許文献２に記載の技術は、鋼板同士の接合に関するものであるものの、その原理は亜鉛メッキの溶融と鋼板側への拡散による拡散接合であり、鋼板同士が直接接合していなために接合強度が十分でない。
さらに、特許文献３に記載の技術は、接合する鋼板の降伏強度又は０．２％耐力が異なることを前提としており、接合する鋼板の降伏強度又は０．２％耐力が同一である場合には鋼板同士の接合が難しいと考えられる。
Parts and products in which steel sheets are joined together are widely used in various fields, but in recent years, there has been an increasing need to suppress deterioration in properties and deformation of joints.
However, the technique of Patent Document 1 is intended for joining dissimilar metals, and cannot be applied to joining steel materials.
In addition, although the technique described in Patent Document 2 relates to the joining of steel sheets, its principle is diffusion joining by melting of the zinc plating and diffusion to the steel sheet side, and the steel sheets are not directly joined. Bonding strength is not sufficient.
Furthermore, the technique described in Patent Document 3 is based on the premise that the steel plates to be joined have different yield strengths or 0.2% yield strengths, and if the yield strengths or 0.2% proof stresses of the steel plates to be joined are the same, It is thought that the joining of steel plates is difficult.
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、超音波接合によって同種の鋼板同士を接合しても十分な接合強度を得ることが可能な超音波接合用表面被覆鋼板、超音波接合用高強度表面被覆鋼板及び超音波接合方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and a surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding that is capable of obtaining sufficient bonding strength even when steel sheets of the same type are bonded together by ultrasonic bonding. , an object of the present invention is to provide a high-strength surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding and an ultrasonic bonding method.
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行った結果、鋼板の表面に特定の非鉄金属被覆層を設けることで、超音波接合時に非鉄金属被覆層が潤滑剤として機能し、鋼板同士の接合強度を向上させ得ることを見出し、本発明を完成するに至った。 The present inventors have conducted intensive research to solve the above problems, and found that by providing a specific non-ferrous metal coating layer on the surface of the steel plate, the non-ferrous metal coating layer functions as a lubricant during ultrasonic bonding, The inventors have found that the bonding strength between steel plates can be improved, and have completed the present invention.
すなわち、本発明は、鋼板と、前記鋼板の少なくとも片側の表面に形成された非鉄金属被覆層とを有し、前記非鉄金属被覆層は、ビッカース硬さが１８０ＨＶ以下であるとともに、厚さが１～２０μｍである超音波接合用表面被覆鋼板である。
また、本発明は、２つ以上の鋼板を超音波接合する方法であって、前記鋼板が、前記超音波接合用表面被覆鋼板であり、前記超音波接合が、周波数：２０～４０ｋＨｚ、出力：８００Ｗ以上、加圧時間：０．５秒以上、加圧力：５００～２０００Ｎの条件で行われる超音波接合方法である。
That is, the present invention has a steel plate and a nonferrous metal coating layer formed on at least one surface of the steel plate, and the nonferrous metal coating layer has a Vickers hardness of 180 HV or less and a thickness of 1. It is a surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding with a thickness of ~20 μm.
The present invention also provides a method for ultrasonically bonding two or more steel plates, wherein the steel plate is the surface-coated steel plate for ultrasonic bonding, and the ultrasonic bonding is performed at a frequency of 20 to 40 kHz, This is an ultrasonic bonding method performed under the conditions of output: 800 W or more, pressure time: 0.5 seconds or more, and pressure: 500 to 2000 N.
本発明によれば超音波接合によって同種の鋼板同士を接合しても十分な接合強度を得ることが可能な超音波接合用表面被覆鋼板、超音波接合用高強度表面被覆鋼板及び超音波接合方法を提供することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, a surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding, a high-strength surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding, and an ultrasonic bonding method capable of obtaining sufficient bonding strength even when steel sheets of the same type are bonded together by ultrasonic bonding can be provided.
以下、本発明の実施形態について具体的に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、以下の実施形態に対し変更、改良などが適宜加えられたものも本発明の範囲に入ることが理解されるべきである。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described. The present invention is not limited to the following embodiments, and modifications and improvements can be made to the following embodiments based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the present invention. are also within the scope of the present invention.
（実施形態１）
本発明の実施形態１に係る超音波接合用表面被覆鋼板（以下、「表面被覆鋼板」と略すことがある）は、鋼板と、鋼板の少なくとも片側の表面に形成された非鉄金属被覆層とを有する。非鉄金属被覆層は、ビッカース硬さが１８０ＨＶ以下であるとともに、厚さが１～２０μｍである。
(Embodiment 1)
The surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding according to Embodiment 1 of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as "surface-coated steel sheet") includes a steel sheet and a non-ferrous metal coating layer formed on at least one surface of the steel sheet. have. The nonferrous metal coating layer has a Vickers hardness of 180 HV or less and a thickness of 1 to 20 μm.
上記のような非鉄金属被覆層を鋼板の表面に設けることにより、非鉄金属被覆層を鋼板の表面に設けない場合に比べて、超音波接合による接合強度が高くなる。この詳細なメカニズムは必ずしも明らかではないが、超音波接合の際に、比較的軟質な非鉄金属被覆層が潤滑剤として機能するためであると推察される。すなわち、非鉄金属被覆層は、超音波振動によってホーン先端部の凸部に押し退けられるため、鋼板同士を直接接触させて強固に接合することができる。非鉄金属被覆層を鋼板の表面に設けない場合も鋼板同士を直接接触させることができるが、非鉄金属被覆層を設けることにより、鋼板同士が摩擦する領域が非鉄金属被覆層によって限定されるため、鋼板同士の接合がより強固になるものと推察される。 By providing the non-ferrous metal coating layer as described above on the surface of the steel sheet, the bonding strength by ultrasonic bonding is increased compared to the case where the non-ferrous metal coating layer is not provided on the surface of the steel sheet. Although the detailed mechanism is not necessarily clear, it is presumed that the relatively soft non-ferrous metal coating layer functions as a lubricant during ultrasonic bonding. That is, since the non-ferrous metal coating layer is pushed away by the convex portion of the tip of the horn due to the ultrasonic vibration, the steel plates can be brought into direct contact with each other and firmly joined. Even if the non-ferrous metal coating layer is not provided on the surface of the steel plate, the steel plates can be brought into direct contact with each other. It is presumed that the bonding between the steel plates becomes stronger.
ここで、鋼板同士を超音波接合した接合部（ａ）及び表面被覆鋼板同士を超音波接合した接合部（ｂ）のせん断引張試験後の破断面の顕微鏡写真を図１に示す。（ａ）及び（ｂ）で使用した鋼板は、厚さ０．６ｍｍの同種のものとし、（ｂ）の非鉄金属被覆層は、ビッカース硬さ１５８Ｈｖ、厚さ１０μｍのＣｕめっきとした。超音波接合は、鋼板２枚又は表面被覆鋼板２枚を積層し、周波数：２０ｋＨｚ、出力：３０００Ｗ、加圧時間：０．５秒、加圧力：１７００Ｎの条件下で行った。また、ホーンは高速度工具鋼のＳＫＨ５１にて作製し、先端形状は３．５ｍｍ×１５ｍｍの範囲に２列×７個のローレットパターンを有する形状とした。 FIG. 1 shows micrographs of fracture surfaces after a shear tensile test of a joint (a) where steel plates are ultrasonically joined together and a joint (b) where surface-coated steel plates are ultrasonically joined together. The steel sheets used in (a) and (b) were of the same type with a thickness of 0.6 mm, and the non-ferrous metal coating layer of (b) was Cu plating with a Vickers hardness of 158 Hv and a thickness of 10 μm. The ultrasonic bonding was performed by laminating two steel sheets or two surface-coated steel sheets under the conditions of frequency: 20 kHz, output: 3000 W, pressing time: 0.5 seconds, and pressing force: 1700 N. The horn was made of high-speed tool steel SKH51, and the tip shape had a knurling pattern of 2 rows x 7 pieces in a range of 3.5 mm x 15 mm.
図１に示されるように、鋼板同士では、接合部が広範囲に分散して形成されているものの、１箇所あたりの接合面積が小さく、せん断引張試験の最大強度が２３４８Ｎであった。これに対して、表面被覆鋼板同士では、ホーン先端部の凸部で加圧された領域に集中して接合部が形成されており、１箇所あたりの接合面積が大きく、せん断引張試験の最大強度も３２６０Ｎと高くなった。
なお、せん断引張試験は、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠し、引張試験機を用いて引張速度５ｍｍ／分の条件で行った。
以下、本発明の実施形態１に係る超音波接合用表面被覆鋼板の特徴について詳細に説明する。
As shown in FIG. 1, the joints between the steel sheets were formed in a wide range, but the joint area per joint was small, and the maximum strength in the shear tensile test was 2348N. On the other hand, between the surface-coated steel sheets, the joints are formed by concentrating on the area pressurized by the convex part of the horn tip, and the joint area per one point is large, and the maximum strength in the shear tensile test is also increased to 3260N.
The shear tensile test was performed using a tensile tester at a tensile speed of 5 mm/min according to JIS Z2241:2011.
Hereinafter, features of the surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding according to Embodiment 1 of the present invention will be described in detail.
＜非鉄金属被覆層のビッカース硬さ＞
非鉄金属被覆層は、軟質であるほど、超音波接合の際に潤滑剤としての機能が得られ易く、超音波接合による接合強度が高くなる。このような理由から、非鉄金属被覆層のビッカース硬さを１８０ＨＶ以下、好ましくは１７０ＨＶ以下、より好ましくは１００ＨＶ以下に制御する。一方、非鉄金属被覆層のビッカース硬さの下限は、特に限定されないが、一般に４０ＨＶである。
<Vickers hardness of non-ferrous metal coating layer>
The softer the non-ferrous metal coating layer, the easier it is to function as a lubricant during ultrasonic bonding, and the higher the bonding strength by ultrasonic bonding. For these reasons, the Vickers hardness of the non-ferrous metal coating layer is controlled to 180 HV or less, preferably 170 HV or less, more preferably 100 HV or less. On the other hand, the lower limit of the Vickers hardness of the non-ferrous metal coating layer is generally 40 HV, although not particularly limited.
＜非鉄金属被覆層の厚さ＞
非鉄金属被覆層は、超音波接合の際に、超音波振動によってホーン先端部の凸部に押し退けられることが可能な厚さである必要がある。そのため、非鉄金属被覆層の厚さを２０μｍ以下、好ましくは１８μｍ以下、より好ましくは１６μｍ以下に制御する。また、非鉄金属被覆層の厚さは、超音波接合の際に潤滑剤としての機能を十分に得る観点から、１μｍ以上、好ましくは３μｍ以上、より好ましくは５μｍ以上に制御する。
<Thickness of non-ferrous metal coating layer>
The non-ferrous metal coating layer needs to have a thickness that allows it to be pushed away by the projections of the tip of the horn due to ultrasonic vibrations during ultrasonic bonding. Therefore, the thickness of the nonferrous metal coating layer is controlled to 20 μm or less, preferably 18 μm or less, more preferably 16 μm or less. The thickness of the non-ferrous metal coating layer is controlled to 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more from the viewpoint of sufficiently obtaining the function as a lubricant during ultrasonic bonding.
＜非鉄金属被覆層の種類＞
非鉄金属被覆層は、所定のビッカース硬さ及び厚さを有するものであれば特に限定されない。
非鉄金属被覆層に用いられる非鉄金属としては、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｃｕなどが挙げられる。これらの非鉄金属は、単独又は２種以上を組み合わせて用いることができる。
非鉄金属被覆層の種類としては、特に限定されず、めっき、溶射、蒸着、ＣＶＤ、イオンプレーティングなどの公知の方法によって形成された層とすることができる。その中でも、生産性及び生産コストの観点から、非鉄金属被覆層はめっき層であることが好ましい。なお、めっきの種類としては、特に限定されず、溶融めっき、電気めっきなどを用いることができる。
非鉄金属被覆層としてめっき層を用いる場合、Ａｌ及びＺｎと、Ｓｉ、Ｍｇなどとの合金めっきとしてもよい。また、めっき層を形成した後、低温で焼鈍を行い、めっき層のビッカース硬さを調整してもよい。
<Kind of non-ferrous metal coating layer>
The non-ferrous metal coating layer is not particularly limited as long as it has a predetermined Vickers hardness and thickness.
Al, Zn, Sn, Cu, etc. are mentioned as a nonferrous metal used for a nonferrous metal coating layer. These nonferrous metals can be used singly or in combination of two or more.
The type of the non-ferrous metal coating layer is not particularly limited, and may be a layer formed by known methods such as plating, thermal spraying, vapor deposition, CVD, and ion plating. Among these, from the viewpoint of productivity and production cost, the non-ferrous metal coating layer is preferably a plated layer. The type of plating is not particularly limited, and hot-dip plating, electroplating, or the like can be used.
When a plated layer is used as the nonferrous metal coating layer, alloy plating of Al and Zn with Si, Mg, or the like may be used. Moreover, after forming the plating layer, annealing may be performed at a low temperature to adjust the Vickers hardness of the plating layer.
＜鋼板の種類＞
鋼板の種類は、特に限定されないが、金属組織中のフェライト面積率が１０％以上であるとともに、０．２％耐力が５００Ｎ／ｍｍ2以下であることが好ましい。
以下、好ましい鋼板の特徴について詳細に説明する。
<Kind of steel plate>
The type of steel sheet is not particularly limited, but it is preferable that the ferrite area ratio in the metal structure is 10% or more and the 0.2% proof stress is 500 N/mm 2 or less.
The features of preferred steel sheets are described in detail below.
＜鋼板の金属組織＞
鋼板の金属組織におけるフェライト組織は、超音波接合による接合強度に影響を与える因子の１つであり、金属組織中のフェライト面積率が高いほど、超音波接合による接合強度が向上する。超音波接合によって良好な接合強度を得る観点からは、金属組織中のフェライト面積率を好ましくは１０％以上、より好ましくは６０％以上、さらに好ましくは９０％以上に制御する。なお、金属組織中のフェライト面積率の上限は、特に限定されず、１００％であってもよい。
ここで、本明細書において「金属組織中のフェライト面積率」とは、鋼板の圧延方向に平行な断面を光学顕微鏡で観察し、画像解析して算出されたフェライト面積率のことを意味する。
<Metal structure of steel plate>
The ferrite structure in the metallographic structure of the steel sheet is one of the factors that affect the bonding strength by ultrasonic bonding. From the viewpoint of obtaining good bonding strength by ultrasonic bonding, the ferrite area ratio in the metal structure is controlled to preferably 10% or more, more preferably 60% or more, and still more preferably 90% or more. The upper limit of the ferrite area ratio in the metal structure is not particularly limited, and may be 100%.
As used herein, the term "ferrite area ratio in the metal structure" means a ferrite area ratio calculated by observing a cross section of the steel sheet parallel to the rolling direction with an optical microscope and analyzing the image.
＜鋼板の０．２％耐力＞
鋼板の０．２％耐力も、超音波接合による接合強度に影響を与える因子の１つであり、０．２％耐力が低いほど、超音波接合による接合強度が向上する。超音波接合によって良好な接合強度を得る観点からは、０．２％耐力を５００Ｎ／ｍｍ2以下、好ましくは３２０Ｎ／ｍｍ2以下に制御する。なお、０．２％耐力の下限は、特に限定されないが、一般に１００Ｎ／ｍｍ2である。
ここで、本明細書において「０．２％耐力」とは、ＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠して測定される０．２％耐力を意味する。
<0.2% Yield Strength of Steel Plate>
The 0.2% yield strength of the steel plate is also one of the factors that affect the bonding strength by ultrasonic bonding, and the lower the 0.2% yield strength, the better the bonding strength by ultrasonic bonding. From the viewpoint of obtaining good bonding strength by ultrasonic bonding, the 0.2% proof stress is controlled to 500 N/mm 2 or less, preferably 320 N/mm 2 or less. Although the lower limit of the 0.2% yield strength is not particularly limited, it is generally 100 N/mm 2 .
Here, "0.2% yield strength" as used herein means 0.2% yield strength measured according to JIS Z2241:2011.
＜鋼板の組成＞
鋼板の組成は、特に限定されないが、超音波接合による接合強度を向上させる観点から、Ｃ：０．６５質量％以下、Ｓｉ：０．５０質量％以下、Ｍｎ：１．００質量％以下、Ｐ：０．０５質量％以下、Ｓ：０．０２質量％以下、Ｔｉ：０．１０質量％以下、Ｂ：０．０１質量％以下、Ａｌ：０．０００５～０．１質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなることが好ましい。また、鋼板は、必要に応じて、Ｎｂ：０．１０質量％以下及びＶ：０．１０質量％以下から選択される１種以上をさらに含有することができる。
ここで、本明細書において「不可避的不純物」とは、Ｏ、Ｎなどの除去することが難しい成分のことを意味する。不可避的不純物は、原料を溶製する段階で不可避的に混入する。
以下、鋼板の組成について詳細に説明する。
<Composition of steel plate>
The composition of the steel plate is not particularly limited, but from the viewpoint of improving the bonding strength by ultrasonic bonding, C: 0.65% by mass or less, Si: 0.50% by mass or less, Mn: 1.00% by mass or less, P : 0.05% by mass or less, S: 0.02% by mass or less, Ti: 0.10% by mass or less, B: 0.01% by mass or less, Al: 0.0005 to 0.1% by mass, Preferably, the balance consists of Fe and unavoidable impurities. Moreover, the steel sheet can further contain one or more selected from Nb: 0.10% by mass or less and V: 0.10% by mass or less, if necessary.
Here, the term "inevitable impurities" as used herein means components such as O and N that are difficult to remove. Unavoidable impurities are inevitably mixed in at the stage of smelting raw materials.
The composition of the steel sheet will be described in detail below.
（Ｃ：０．６５質量％以下）
Ｃは、セメンタイトなどの炭化物を形成してフェライト組織中に析出し、フェライト面積率を低下させるとともに０．２％耐力を上昇させる。そのため、Ｃは、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる元素といえる。特に、Ｃの含有量が０．６５質量％を超えると、金属組織中のフェライト面積率が１０％未満となり易い。したがって、Ｃの含有量は、好ましくは０．６５質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下に制御する。このような範囲にＣの含有量を制御することにより、金属組織中のフェライト面積率及び０．２％耐力を上記の範囲に制御し易くなる。
なお、Ｃの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
(C: 0.65% by mass or less)
C forms carbides such as cementite and precipitates in the ferrite structure to reduce the ferrite area ratio and increase the 0.2% proof stress. Therefore, C can be said to be an element that causes a decrease in bonding strength by ultrasonic bonding. In particular, when the C content exceeds 0.65% by mass, the ferrite area ratio in the metal structure tends to be less than 10%. Therefore, the C content is preferably controlled to 0.65% by mass or less, more preferably 0.10% by mass or less. By controlling the C content within such a range, it becomes easier to control the ferrite area ratio and 0.2% proof stress in the metal structure within the above ranges.
In addition, since the lower the content of C, the better, the lower limit is not particularly limited.
（Ｓｉ：０．５０質量％以下）
Ｓｉは、フェライト変態を促進させるのに有効な元素であるが、固溶強化によって０．２％耐力を上昇させる。そのため、Ｓｉも、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる元素といえる。したがって、Ｓｉの含有量は、好ましくは０．５０質量％以下、より好ましくは０．１０質量％以下に制御する。このような範囲にＳｉの含有量を制御することにより、０．２％耐力の上昇を許容可能な範囲に抑えつつ、金属組織中のフェライト面積率を高めることができる。
なお、Ｓｉの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
(Si: 0.50% by mass or less)
Si is an effective element for promoting ferrite transformation, but increases the 0.2% proof stress by solid solution strengthening. Therefore, Si can also be said to be an element that causes a decrease in the bonding strength of ultrasonic bonding. Therefore, the Si content is preferably controlled to 0.50% by mass or less, more preferably 0.10% by mass or less. By controlling the Si content within such a range, it is possible to increase the ferrite area ratio in the metal structure while suppressing the increase in the 0.2% yield strength within an allowable range.
In addition, since the lower the content of Si, the better, the lower limit is not particularly limited.
（Ｍｎ：１．００質量％以下）
Ｍｎは、Ｓｉと同様に、フェライト変態を促進させるのに有効な元素であるが、固溶強化によって０．２％耐力を上昇させる。そのため、Ｍｎも、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる元素といえる。したがって、Ｍｎの含有量は、好ましくは１．００質量％以下、より好ましくは０．５０質量％以下に制御する。このような範囲にＭｎの含有量を制御することにより、０．２％耐力の上昇を許容可能な範囲に抑えつつ、金属組織中のフェライト面積率を高めることができる。
なお、Ｍｎの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
(Mn: 1.00% by mass or less)
Mn, like Si, is an element effective in promoting ferrite transformation, but increases the 0.2% proof stress by solid-solution strengthening. Therefore, it can be said that Mn is also an element that causes a decrease in bonding strength by ultrasonic bonding. Therefore, the Mn content is preferably controlled to 1.00% by mass or less, more preferably 0.50% by mass or less. By controlling the Mn content within such a range, it is possible to increase the ferrite area ratio in the metal structure while suppressing the increase in 0.2% proof stress within an allowable range.
In addition, since the lower the content of Mn, the better, the lower limit is not particularly limited.
（Ｐ：０．０５質量％以下）
Ｐは、固溶強化によって０．２％耐力を上昇させる。そのため、Ｐも、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる元素といえる。したがって、Ｐの含有量は、好ましくは０．０５質量％以下、より好ましくは０．０２質量％以下に制御する。このような範囲にＰの含有量を制御することにより、０．２％耐力の上昇を許容可能な範囲に抑えることができる。
なお、Ｐの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
(P: 0.05% by mass or less)
P increases the 0.2% proof stress by solid solution strengthening. Therefore, it can be said that P is also an element that causes a decrease in bonding strength by ultrasonic bonding. Therefore, the P content is controlled to preferably 0.05% by mass or less, more preferably 0.02% by mass or less. By controlling the P content within such a range, an increase in the 0.2% yield strength can be suppressed within an allowable range.
In addition, since the lower the content of P, the better, the lower limit is not particularly limited.
（Ｓ：０．０２質量％以下）
Ｓは、Ｍｎと硫化物を形成し、曲げ加工性を始めとする局部延性を劣化させる。そのため、Ｓは、局部延性の観点から、極力低減すべき元素である。したがって、Ｓの含有量は、好ましくは０．０２質量％以下、より好ましくは０．０１質量％以下、さらに好ましくは０．００５質量％以下に制御する。このような範囲にＳの含有量を制御することにより、局部延性の劣化を許容可能な範囲に抑えることができる。
なお、Ｓの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
(S: 0.02% by mass or less)
S forms sulfides with Mn and deteriorates local ductility including bending workability. Therefore, S is an element that should be reduced as much as possible from the viewpoint of local ductility. Therefore, the S content is controlled to preferably 0.02% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or less, and even more preferably 0.005% by mass or less. By controlling the S content within such a range, deterioration of local ductility can be suppressed within an allowable range.
In addition, since the lower the content of S, the better, the lower limit is not particularly limited.
（Ｔｉ：０．１０質量％以下）
Ｔｉは、Ｃと結合して微細なＴｉの炭化物として析出するため、セメンタイトの析出抑制に有効な元素である。しかし、微細な炭化物は０．２％耐力を上昇させるため、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる。したがって、Ｔｉの含有量は、好ましくは０．１０質量％以下、より好ましくは０．０８質量％以下に制御する。このような範囲にＴｉの含有量を制御することにより、０．２％耐力の上昇を許容可能な範囲に抑えつつ、金属組織中のフェライト面積率を高めることができる。
なお、Ｔｉの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
(Ti: 0.10% by mass or less)
Ti is an element that is effective in suppressing the precipitation of cementite because Ti is combined with C and precipitates as fine carbides of Ti. However, since fine carbides increase the 0.2% proof stress, they cause a decrease in the bonding strength by ultrasonic bonding. Therefore, the Ti content is controlled to preferably 0.10% by mass or less, more preferably 0.08% by mass or less. By controlling the Ti content within such a range, it is possible to increase the ferrite area ratio in the metal structure while suppressing the increase in the 0.2% yield strength within an allowable range.
In addition, since the lower the content of Ti, the better, the lower limit is not particularly limited.
（Ｂ：０．０１質量％以下）
Ｂは、結晶粒界に偏析して原子間結合力を高めるため、低温靭性の改善に有効な元素である。しかし、Ｂは、フェライト結晶粒径を微細化し、０．２％耐力を上昇させるため、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる。したがって、Ｂの含有量は、好ましくは０．０１質量％以下、より好ましくは０．００５質量％以下に制御する。このような範囲にＢの含有量を制御することにより、０．２％耐力の上昇を許容可能な範囲に抑えつつ、低温靭性を向上させることができる。
なお、Ｂの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
(B: 0.01% by mass or less)
B is an element that is effective in improving low-temperature toughness because it segregates at grain boundaries to increase interatomic bonding strength. However, B refines the ferrite crystal grain size and increases the 0.2% proof stress, so it causes a decrease in the bonding strength by ultrasonic bonding. Therefore, the B content is preferably controlled to 0.01% by mass or less, more preferably 0.005% by mass or less. By controlling the B content within such a range, it is possible to improve the low-temperature toughness while suppressing the increase in the 0.2% yield strength within an allowable range.
In addition, since the lower the content of B, the better, the lower limit is not particularly limited.
（Ａｌ：０．０００５～０．１質量％）
Ａｌは、製鋼時に脱酸材として添加される元素である。その効果を十分に得るためには、Ａｌの含有量を好ましくは０．０００５質量％以上、より好ましくは０．００１０質量％以上に制御する。一方、Ａｌの含有量が多くなると、その効果は飽和するとともにかえって製造コストの上昇を招くため、Ａｌの含有量を好ましくは０．１質量％以下、より好ましくは０．０５質量％以下に制御する。
(Al: 0.0005 to 0.1% by mass)
Al is an element added as a deoxidizer during steelmaking. In order to sufficiently obtain the effect, the Al content is controlled to preferably 0.0005% by mass or more, more preferably 0.0010% by mass or more. On the other hand, when the Al content increases, the effect saturates and the production cost increases, so the Al content is preferably controlled to 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less. do.
（Ｎｂ：０．１０質量％以下、Ｖ：０．１０質量％以下の１種以上）
ＮｂやＶも、Ｔｉと同様に、Ｃと結合して微細なＴｉの炭化物として析出するため、セメンタイトの析出抑制に有効な元素である。しかし、微細な炭化物は０．２％耐力を上昇させるため、超音波接合による接合強度を低下させる原因になる。したがって、Ｎｂ及びＶの含有量はそれぞれ、好ましくは０．１０質量％以下、より好ましくは０．０８質量％以下に制御する。
なお、Ｎｂ及びＶの含有量は低いほど好ましいため、その下限は特に限定されない。
(One or more of Nb: 0.10% by mass or less, V: 0.10% by mass or less)
Like Ti, Nb and V are also elements that are effective in suppressing the precipitation of cementite because they combine with C and precipitate as fine carbides of Ti. However, since fine carbides increase the 0.2% proof stress, they cause a decrease in the bonding strength by ultrasonic bonding. Therefore, the contents of Nb and V are each controlled to preferably 0.10% by mass or less, more preferably 0.08% by mass or less.
In addition, since the lower the content of Nb and V, the better, the lower limit thereof is not particularly limited.
＜厚さ＞
鋼板の厚さは、特に限定されないが、好ましくは３．０ｍｍ未満、より好ましくは０．１～２．０ｍｍ、さらに好ましくは０．５～１．５ｍｍである。
<Thickness>
The thickness of the steel plate is not particularly limited, but is preferably less than 3.0 mm, more preferably 0.1 to 2.0 mm, still more preferably 0.5 to 1.5 mm.
＜製造方法＞
本発明の実施形態１に係る表面被覆鋼板は、当該技術分野において公知の方法（薄鋼板の製造方法）に準じて鋼板を製造した後、鋼板の少なくとも片側の表面に非鉄金属被覆層を形成することによって製造することができる。具体的には、上記の組成を有する鋼を溶製した後、連続鋳造、熱間圧延及び冷間圧延を順次行うことによって鋼板を製造する。次いで、鋼板の少なくとも片側の表面に、めっき、溶射、蒸着、ＣＶＤ、イオンプレーティングなどの公知の方法によって非鉄金属被覆層を形成することによって本発明の実施形態１に係る表面被覆鋼板を製造することができる。また、表面被覆鋼板の製造の際、必要に応じて、連続焼鈍、調質圧延、酸洗などの公知の処理を適切な段階で行ってもよい。
<Manufacturing method>
The surface-coated steel sheet according to Embodiment 1 of the present invention is manufactured by manufacturing a steel sheet according to a method known in the art (method for manufacturing a thin steel sheet), and then forming a non-ferrous metal coating layer on at least one surface of the steel sheet. It can be manufactured by Specifically, after the steel having the above composition is melted, the steel plate is manufactured by successively performing continuous casting, hot rolling and cold rolling. Next, a surface-coated steel sheet according to Embodiment 1 of the present invention is manufactured by forming a non-ferrous metal coating layer on at least one surface of the steel sheet by a known method such as plating, thermal spraying, vapor deposition, CVD, or ion plating. be able to. Further, in the production of the surface-coated steel sheet, known treatments such as continuous annealing, skin pass rolling, and pickling may be performed at appropriate stages, if necessary.
（実施形態２）
本発明の実施形態２に係る超音波接合用高強度表面被覆鋼板（以下、「高強度表面被覆鋼板」と略すことがある）は、本発明の実施形態１に係る超音波接合用表面被覆鋼板の鋼板に冷延率：１０％以上の冷間圧延が施されたものである。このような冷延率で鋼板に冷間圧延を施すことにより、本発明の実施形態１に係る超音波接合用表面被覆鋼板の効果（超音波接合による接合強度の向上効果）に加えて、それ自体の強度を高めることができる。冷延率が１０％未満であると、表面被覆鋼板の強度を十分に高めることができない。冷延率は、高くなるほど、超音波接合による接合強度が低下する傾向にあるものの、固溶強化や変態強化などの他の強化手段によって高強度化した場合に比べて、超音波接合による接合強度は低下し難い。これは、金属組織中のフェライト面積率が高いことなどに起因すると思われるが、詳細は明らかでない。
なお、冷延率の上限は、特に限定されないが、冷延率が高すぎると、板厚が小さくなり過ぎて用途が限定される。そのため、冷延率の上限は８０％とすることが好ましい。
(Embodiment 2)
The high-strength surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding according to Embodiment 2 of the present invention (hereinafter sometimes abbreviated as "high-strength surface-coated steel sheet") is the surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding according to Embodiment 1 of the present invention. The steel plate of is subjected to cold rolling at a cold rolling rate of 10% or more. By cold rolling the steel sheet at such a cold rolling rate, in addition to the effect of the surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding according to Embodiment 1 of the present invention (effect of improving bonding strength by ultrasonic bonding), it You can increase your strength. If the cold rolling rate is less than 10%, the strength of the surface-coated steel sheet cannot be sufficiently increased. The higher the cold rolling rate, the lower the bonding strength by ultrasonic bonding. is difficult to decrease. This is thought to be due to the fact that the ferrite area ratio in the metal structure is high, but the details are not clear.
The upper limit of the cold-rolling rate is not particularly limited, but if the cold-rolling rate is too high, the sheet thickness becomes too small and the application is limited. Therefore, the upper limit of the cold rolling rate is preferably 80%.
高強度表面被覆鋼板の厚さは、特に限定されないが、好ましくは２．７ｍｍ未満、より好ましくは０．０２～１．８ｍｍ、さらに好ましくは０．１～１．３５ｍｍである。 Although the thickness of the high-strength surface-coated steel sheet is not particularly limited, it is preferably less than 2.7 mm, more preferably 0.02-1.8 mm, still more preferably 0.1-1.35 mm.
（実施形態３）
本発明の実施形態３に係る超音波接合方法は、２つ以上の鋼板を超音波接合するものである。
本発明の実施形態３に係る超音波接合方法では、２つ以上の鋼板のうちの少なくとも１つが、本発明の実施形態１に係る表面被覆鋼板、又は本発明の実施形態２に係る高強度表面被覆鋼板である。例えば、２つの鋼板のうちの１つが本発明の実施形態１に係る表面被覆鋼板又は本発明の実施形態２に係る高強度表面被覆鋼板であってよく、２つが本発明の実施形態１に係る表面被覆鋼板又は本発明の実施形態２に係る高強度表面被覆鋼板であってもよい。また、２つの鋼板のうちの１つが本発明の実施形態１に係る表面被覆鋼板、もう１つが本発明の実施形態２に係る高強度表面被覆鋼板であってもよい。
(Embodiment 3)
An ultrasonic bonding method according to Embodiment 3 of the present invention ultrasonically bonds two or more steel plates.
In the ultrasonic bonding method according to Embodiment 3 of the present invention, at least one of the two or more steel plates is the surface-coated steel plate according to Embodiment 1 of the present invention or the high-strength surface according to Embodiment 2 of the present invention. It is a coated steel plate. For example, one of the two steel sheets may be the surface-coated steel sheet according to Embodiment 1 of the present invention or the high-strength surface-coated steel sheet according to Embodiment 2 of the present invention, and two may be the surface-coated steel sheet according to Embodiment 1 of the present invention. It may be a surface-coated steel sheet or a high-strength surface-coated steel sheet according to Embodiment 2 of the present invention. Alternatively, one of the two steel sheets may be the surface-coated steel sheet according to Embodiment 1 of the present invention, and the other may be the high-strength surface-coated steel sheet according to Embodiment 2 of the present invention.
超音波接合は、ホーンと、ホーンに対向して配置されたアンビルとを備える超音波接合装置を用い、ホーンとアンビルとの間に２つ以上の鋼板の積層体を配置して行うことができる。ホーンには超音波発振器が接続されており、超音波発振器からの信号をコンバーター及びブースターで増幅することにより、ホーンが超音波振動される。ホーンの先端を鋼板に押し当てて加圧しながら超音波振動させることにより、接合界面に摩擦が生じ、表面の吸着汚れや酸化皮膜などを除去することができる。このようにして生じた鋼板の新生面同士を圧着することで鋼板同士を接合することができる。さらに一定時間加圧を続けると、接合界面近傍に大きな塑性流動が生じて接合面積が増大するため、鋼板間の接合強度を高めることができる。 Ultrasonic bonding can be performed by using an ultrasonic bonding apparatus comprising a horn and an anvil placed opposite the horn, and placing a stack of two or more steel plates between the horn and the anvil. . An ultrasonic oscillator is connected to the horn, and the horn is ultrasonically vibrated by amplifying a signal from the ultrasonic oscillator with a converter and a booster. By pressing the tip of the horn against the steel plate and applying pressure to the steel plate and applying ultrasonic vibration, friction is generated at the joint interface, and adsorbed stains and oxide films on the surface can be removed. The steel plates can be joined together by crimping the new faces of the steel plates thus produced. Further, if the pressure is continued for a certain period of time, a large plastic flow occurs in the vicinity of the joint interface and the joint area increases, so that the joint strength between the steel plates can be increased.
ホーンは、一般に、被接合材と接触する先端部に超硬合金製のチップを有するが、特に鋼板を被接合材として用いる場合、超硬合金製のチップでは靭性が十分でなく早期に破損してしまうことがある。したがって、鋼板と接するホーンの先端部（チップ）が高速度工具鋼から形成されていることが好ましく、先端部（チップ）がホーンと高速度工具鋼で一体形成されていることがより好ましい。このような構成とすることにより、チップが早期に破損することを抑制することができる。
ここで、本明細書において「高速度工具鋼」とは、ＪＩＳ Ｚ４４０３：２０１５に規定される高速度工具鋼を意味する。
The horn generally has a tip made of cemented carbide at the tip that comes into contact with the material to be welded, but especially when a steel plate is used as the material to be welded, the tip made of cemented carbide does not have sufficient toughness and breaks early. Sometimes I end up Therefore, the tip of the horn that contacts the steel plate is preferably made of high-speed tool steel, and more preferably the tip is integrally formed with the horn from high-speed tool steel. By adopting such a configuration, it is possible to suppress early damage to the chip.
Here, "high speed tool steel" as used herein means high speed tool steel defined in JIS Z4403:2015.
また、ホーンの先端部の表面には、硬質膜が設けられていることが好ましい。硬質膜の種類は、特に限定されないが、ＴｉＮ、ＣｒＮ又はＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングが施されていることが好ましい。このような硬質膜を設けることにより、ホーンの先端部の磨耗を抑制することができるため、ホーンの寿命を延ばすことが可能となる。 A hard film is preferably provided on the surface of the tip of the horn. The type of hard film is not particularly limited, but TiN, CrN or DLC (diamond-like carbon) coating is preferably applied. By providing such a hard film, it is possible to suppress wear of the tip portion of the horn, so that the life of the horn can be extended.
超音波接合は、以下の条件で行われる。
＜周波数：２０～４０ｋＨｚ＞
周波数は、２０ｋＨｚ以上でないと十分な接合強度が得られない。一方、４０ｋＨｚを超える周波数では、十分な出力（振幅）で振動させることが困難となり、かえって十分な接合強度が得られなくなる。したがって、周波数は２０～４０ｋＨｚの範囲に制御する。
Ultrasonic bonding is performed under the following conditions.
<Frequency: 20-40 kHz>
A sufficient bonding strength cannot be obtained unless the frequency is 20 kHz or higher. On the other hand, at a frequency exceeding 40 kHz, it becomes difficult to vibrate with sufficient output (amplitude), and rather sufficient bonding strength cannot be obtained. Therefore, the frequency is controlled within the range of 20-40 kHz.
＜出力：８００Ｗ以上＞
出力は、８００Ｗ以上でないと十分な接合強度が得られない。一方、出力の上限は、特に限定されないが、出力が大きすぎるとホーン及び鋼板表面の損傷を招く恐れがあるため、４０００Ｗ以下とすることが好ましい。
<Output: 800 W or more>
A sufficient bonding strength cannot be obtained unless the output is 800 W or more. On the other hand, the upper limit of the output is not particularly limited, but if the output is too large, the horn and the surface of the steel sheet may be damaged, so it is preferably 4000 W or less.
＜加圧時間：０．２秒以上＞
加圧時間は、０．２秒以上でないと、接合面積が小さくなるため十分な接合強度が得られない。そのため、加圧時間は０．２秒以上に制御する。加圧時間の上限は、特に限定されないが、時間が長すぎると鋼板やホーン先端で大きな温度上昇を招き、ホーンや鋼板表面の損傷を招くため、５秒以下とすることが好ましい。
<Pressure time: 0.2 seconds or longer>
If the pressurization time is not longer than 0.2 seconds, the bonding area will be small and sufficient bonding strength cannot be obtained. Therefore, the pressurization time is controlled to 0.2 seconds or longer. The upper limit of the pressurization time is not particularly limited, but if the time is too long, the temperature of the steel plate and the tip of the horn will rise significantly, resulting in damage to the horn and the surface of the steel plate.
＜加圧力：５００～２０００Ｎ＞
加圧力は、５００Ｎ以上でないと、接合面積が小さくなるため十分な接合強度が得られない。一方、加圧力が高すぎると、鋼板表面やホーン先端部が損傷する。したがって、加圧力は５００～２０００Ｎの範囲に制御する。
<Pressure: 500 to 2000 N>
Unless the applied pressure is 500 N or more, a sufficient bonding strength cannot be obtained because the bonding area becomes small. On the other hand, if the pressure is too high, the surface of the steel plate and the tip of the horn will be damaged. Therefore, the pressure is controlled within the range of 500-2000N.
以下に、実施例を挙げて本発明の内容を詳細に説明するが、本発明はこれらに限定して解釈されるものではない。 EXAMPLES The content of the present invention will be described in detail below with reference to Examples, but the present invention is not construed as being limited thereto.
（実施例１）
表１に示す組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物である）を有する各鋼を通常の薄鋼板の製造工程に準じて連続鋳造、熱間圧延及び冷間圧延を行った。その後、Ａｌめっき、Ｚｎめっき及びＳｎめっきについては連続溶融めっき、Ｃｕめっき、Ｎｉめっき及びＣｒめっきについては連続焼鈍後に電気めっきをそれぞれ行った。その後、調質圧延を行い、厚さが１．０ｍｍの表面被覆鋼板を得た。
(Example 1)
Each steel having the composition shown in Table 1 (the balance being Fe and unavoidable impurities) was subjected to continuous casting, hot rolling and cold rolling in accordance with the normal steel sheet manufacturing process. Thereafter, the Al plating, Zn plating and Sn plating were subjected to continuous hot dip plating, and the Cu plating, Ni plating and Cr plating were subjected to electroplating after continuous annealing. After that, temper rolling was performed to obtain a surface-coated steel sheet having a thickness of 1.0 mm.
得られた表面被覆鋼板について、以下の評価を行った。
まず、上記の方法に従って金属組織中のフェライト面積率及び０．２％耐力を評価した。０．２％耐力はＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠して測定を行い、試験片には、引張方向が圧延方向と平行な方向となるように採取した５号試験片を用いた。
また、めっき層（非鉄金属被覆層）のビッカース硬さをビッカース硬さ試験機、めっき層の厚さを光学顕微鏡で断面観察することによって測定した。
次に、各冷延鋼板から幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍの短冊状の試験片を切り出した後、超音波接合装置を用いて超音波接合を行って接合強度を評価した。試験片は、長さ方向が圧延方向と一致するようにした。また、超音波接合は、同じ組成の冷延鋼板の試験片２つを用い、図２に示すように、２つの試験片１０の先端部が３０ｍｍ重なるように積層させた。そして、この積層部の上側の接触部２０にホーンの先端を接触させるとともに下側をアンビルによって支持した後、周波数：２０ｋＨｚ、出力：３０００Ｗ（振幅：約４０μｍ）、加圧時間：０．５秒、加圧力：１５００Ｎの条件下で超音波接合を行った。ホーンは高速度工具鋼のＳＫＨ５１にて作製し、先端形状は３．５ｍｍ×１５ｍｍの範囲に２列×７個のローレットパターンを有する形状とした。
The following evaluations were performed on the obtained surface-coated steel sheets.
First, the ferrite area ratio and 0.2% proof stress in the metal structure were evaluated according to the above method. The 0.2% yield strength was measured according to JIS Z2241:2011, and a No. 5 test piece was used so that the tensile direction was parallel to the rolling direction.
Also, the Vickers hardness of the plating layer (non-ferrous metal coating layer) was measured with a Vickers hardness tester, and the thickness of the plating layer was measured by cross-sectional observation with an optical microscope.
Next, a strip-shaped test piece having a width of 25 mm and a length of 100 mm was cut out from each cold-rolled steel sheet, and ultrasonic bonding was performed using an ultrasonic bonding apparatus to evaluate bonding strength. The length direction of the test piece was aligned with the rolling direction. For ultrasonic bonding, two test pieces of cold-rolled steel sheets having the same composition were used, and as shown in FIG. Then, after the tip of the horn was brought into contact with the
上記のようにして超音波接合された試験片についてＪＩＳ Ｚ２２４１：２０１１に準拠して、せん断引張試験を行った。せん断引張試験は、引張試験機を用い、引張速度５ｍｍ／分の条件で行い、最大強度（Ｎ）を測定した。また、下記の式に基づいて、最大応力も算出した。
最大応力（Ｎ／ｍｍ2）＝最大強度（Ｎ）／接合面積（ｍｍ2）
上記の式中、接合面積は、３．５ｍｍ×１５ｍｍとした。
上記の各結果を表２に示す。
A shear tensile test was performed on the test piece ultrasonically bonded as described above in accordance with JIS Z2241:2011. The shear tensile test was performed using a tensile tester under the conditions of a tensile speed of 5 mm/min, and the maximum strength (N) was measured. Also, the maximum stress was calculated based on the following formula.
Maximum stress (N/mm 2 ) = maximum strength (N)/joint area (mm 2 )
In the above formula, the bonding area was 3.5 mm×15 mm.
Table 2 shows the above results.
表２に示されるように、めっき層の厚さ及びビッカース硬さが所定の範囲内の試験Ｎｏ．１－１～１－７、１－９及び１－１１～１－１３（本発明例）の表面被覆鋼板は、めっき層のビッカース硬さが所定の範囲外の試験Ｎｏ．１－８及び１－１０（比較例）の表面被覆鋼板に比べて、最大強度及び最大応力が高く、良好な接合強度を示した。なお、試験Ｎｏ．１－１０の表面被覆鋼板は、超音波接合によって接合させることができなかった。 As shown in Table 2, the thickness of the plating layer and the Vickers hardness of test No. 1 were within the predetermined ranges. The surface-coated steel sheets of 1-1 to 1-7, 1-9 and 1-11 to 1-13 (examples of the present invention) had a Vickers hardness of the plating layer outside the predetermined range. Compared to the surface-coated steel sheets of 1-8 and 1-10 (comparative examples), the maximum strength and maximum stress were higher, indicating good bonding strength. In addition, test No. The surface-coated steel sheets of 1-10 could not be bonded by ultrasonic bonding.
（実施例２）
表１に示す鋼種Ｎｏ．８の組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物である）を有する鋼を用い、実施例１と同様にして連続鋳造、熱間圧延、冷間圧延及び連続焼鈍を行うことにより、厚さ２．０ｍｍ、１．６ｍｍ、１．１２ｍｍ及び１．０５ｍｍの冷延鋼板を得た。厚さは、圧延率を変えることによって調整した。
次に、上記で得られた厚さ１．０５ｍｍ、１．１２ｍｍ及び１．６ｍｍの冷延鋼板は、厚さ１．０ｍｍ（冷延率はそれぞれ４．８％、１０．７％、３７．５％である）まで、厚さ２．０ｍｍの冷延鋼板は、厚さ１．０ｍｍ（冷延率５０％）及び０．４ｍｍ（冷延率８０％）まで冷間圧延をさらに施して高強度冷延鋼板を得た。
次に、上記で得られた冷延鋼板及び高強度冷延鋼板について、電気めっきによってＣｕめっき層を形成し、表面被覆鋼板及び高強度表面被覆鋼板を得た。
(Example 2)
Steel No. shown in Table 1. Using steel having a composition of 8 (the balance being Fe and unavoidable impurities), continuous casting, hot rolling, cold rolling and continuous annealing were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a thickness of 2.0 mm , 1.6 mm, 1.12 mm and 1.05 mm cold-rolled steel sheets were obtained. The thickness was adjusted by changing the rolling rate.
Next, the cold-rolled steel sheets having thicknesses of 1.05 mm, 1.12 mm and 1.6 mm obtained above were obtained with a thickness of 1.0 mm (cold rolling rates of 4.8%, 10.7% and 37.0 mm, respectively). 5%), the 2.0 mm thick cold-rolled steel sheet is further subjected to cold rolling to a thickness of 1.0 mm (cold rolling rate of 50%) and 0.4 mm (cold rolling rate of 80%). A high-strength cold-rolled steel sheet was obtained.
Next, a Cu plating layer was formed on the cold-rolled steel sheet and the high-strength cold-rolled steel sheet obtained above by electroplating to obtain a surface-coated steel sheet and a high-strength surface-coated steel sheet.
上記で得られた冷延鋼板、高強度冷延鋼板、表面被覆鋼板及び高強度表面被覆鋼板について、実施例１と同様の方法で、めっき層（非鉄金属被覆層）のビッカース硬さ及び厚さ、並びに０．２％耐力を測定するとともに、同種の試験片２つを用いて超音波接合を行い、せん断引張試験を行った。
その結果、表面被覆鋼板及び高強度表面被覆鋼板はいずれも、めっき層の厚さが１８μｍ、ビッカース硬さが１２０ＨＶであった。それ以外の結果を表３に示す。
なお、鋼種Ｎｏ．８を用いた実施例２の冷延鋼板、高強度冷延鋼板、表面被覆鋼板及び高強度表面被覆鋼板のフェライト面積率は、鋼種Ｎｏ．８を用いた実施例１の表面被覆鋼板のもの（表２の試験Ｎｏ．１－９及び１－１０）とそれぞれ同じである。また、表３において、試験Ｎｏ．２－１、２－３、２－５及び２－７は冷延鋼板であり、試験Ｎｏ．２－２、２－４、２－６、２－８及び２－９は高強度冷延鋼板であり、試験Ｎｏ．２－１０、２－１２、２－１４及び２－１６は表面被覆鋼板であり、試験Ｎｏ．２－１１、２－１３、２－１５、２－１７及び２－１８は高強度表面被覆鋼板である。
For the cold-rolled steel sheet, high-strength cold-rolled steel sheet, surface-coated steel sheet, and high-strength surface-coated steel sheet obtained above, the Vickers hardness and thickness of the plating layer (non-ferrous metal coating layer) were measured in the same manner as in Example 1. , and 0.2% yield strength were measured, and two test pieces of the same type were used to perform ultrasonic bonding and a shear tensile test.
As a result, both the surface-coated steel sheet and the high-strength surface-coated steel sheet had a plating layer thickness of 18 μm and a Vickers hardness of 120 HV. Other results are shown in Table 3.
Note that the steel type no. The ferrite area ratios of the cold-rolled steel sheet, the high-strength cold-rolled steel sheet, the surface-coated steel sheet, and the high-strength surface-coated steel sheet of Example 2 using steel type No. 8 are as follows. 8 (test Nos. 1-9 and 1-10 in Table 2). Also, in Table 3, Test No. 2-1, 2-3, 2-5 and 2-7 are cold-rolled steel sheets, test No. 2-2, 2-4, 2-6, 2-8 and 2-9 are high-strength cold-rolled steel sheets; 2-10, 2-12, 2-14 and 2-16 are surface-coated steel sheets; 2-11, 2-13, 2-15, 2-17 and 2-18 are high strength surface coated steel sheets.
表３に示されるように、表面被覆鋼板及び高強度表面被覆鋼板（本発明例）は、同じ厚さの冷延鋼板及び高強度冷延鋼板（比較例）に比べて、最大強度及び最大応力が高く、良好な接合強度を示した。また、表３に示されるように、高強度表面被覆鋼板は、表面被覆鋼板に比べて、最大強度及び最大応力が若干低くなる傾向があるものの、その接合強度は十分なものであった。 As shown in Table 3, the surface-coated steel sheet and the high-strength surface-coated steel sheet (example of the present invention) have a higher maximum strength and maximum stress than the cold-rolled steel sheet and high-strength cold-rolled steel sheet (comparative example) of the same thickness. was high, indicating good bonding strength. Moreover, as shown in Table 3, the high-strength surface-coated steel sheets tended to have slightly lower maximum strength and maximum stress than the surface-coated steel sheets, but the bonding strength was sufficient.
（実施例３）
表１に示す鋼種Ｎｏ．２及び８の組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物である）を有する鋼を用い、実施例１と同様にして連続鋳造、熱間圧延及び冷間圧延を行うことにより、厚さ１．０ｍｍの冷延鋼板を得た。次に、冷延鋼板を連続焼鈍した後、電気めっきによってＺｎめっき層を形成し、表面被覆鋼板を得た。
上記で得られた表面被覆鋼板について、実施例１と同様の方法で、めっき層（非鉄金属被覆層）のビッカース硬さ及び厚さ、並びに０．２％耐力及びフェライト面積率を測定した。その結果、表面被覆鋼板はいずれも、めっき層の厚さが８μｍ、ビッカース硬さが１１２ＨＶであった。また、鋼種Ｎｏ．２を用いた表面被覆鋼板は、０．２％耐力が４８７Ｎ／ｍｍ2及びフェライト面積率が１０％、鋼種Ｎｏ．８を用いた表面被覆鋼板は、０．２％耐力が２１３Ｎ／ｍｍ2及びフェライト面積率が１００％であった。
(Example 3)
Steel No. shown in Table 1. Using steels having the compositions of 2 and 8 (the balance being Fe and unavoidable impurities), continuous casting, hot rolling and cold rolling were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a 1.0 mm thick steel. A cold-rolled steel sheet was obtained. Next, after continuous annealing of the cold-rolled steel sheet, a Zn plating layer was formed by electroplating to obtain a surface-coated steel sheet.
Vickers hardness and thickness of the plating layer (non-ferrous metal coating layer), 0.2% proof stress and ferrite area ratio were measured in the same manner as in Example 1 for the surface-coated steel sheets obtained above. As a result, all the surface-coated steel sheets had a coating layer thickness of 8 μm and a Vickers hardness of 112 HV. In addition, the steel type no. 2 has a 0.2% yield strength of 487 N/mm 2 and a ferrite area ratio of 10%. 8 had a 0.2% yield strength of 213 N/mm 2 and a ferrite area ratio of 100%.
また、上記で得られた表面被覆鋼板について、実施例１と同様にしてせん断引張試験用の試験片を作製した。また、Ｚｎめっき層を形成していない冷延鋼板についても実施例１と同様にしてせん断引張試験の試験片を作製した。同じ表面被覆鋼板の２つの試験片（試験Ｎｏ．３－１～３－４及び３－１０～３－１３）、又は冷延鋼板の試験片及び表面被覆鋼板（冷延鋼板は同種）の試験片（試験Ｎｏ．３－５～３－９及び３－１４～３－１８）を用い、２つの試験片の先端部が３０ｍｍ重なるように積層させた後、周波数以外の条件を変えて超音波接合を行った。その後、実施例１と同様にしてせん断引張試験を行った。その結果を表４に示す。 Moreover, a test piece for a shear tensile test was prepared in the same manner as in Example 1 for the surface-coated steel sheet obtained above. In addition, test pieces for the shear tensile test were prepared in the same manner as in Example 1 for the cold-rolled steel sheets on which the Zn plating layer was not formed. Two test pieces of the same surface-coated steel sheet (test Nos. 3-1 to 3-4 and 3-10 to 3-13), or test pieces of cold-rolled steel sheet and surface-coated steel sheet (cold-rolled steel sheet is the same type) Using pieces (test Nos. 3-5 to 3-9 and 3-14 to 3-18), after stacking the tips of the two test pieces so that they overlap by 30 mm, ultrasonic waves are applied by changing the conditions other than the frequency spliced. Thereafter, a shear tensile test was performed in the same manner as in Example 1. Table 4 shows the results.
表４に示されるように超音波接合において出力を８００Ｗ以上、加圧時間を０．２秒以上、加圧力を５００～２０００Ｎの範囲に制御したものは、当該範囲外のものに比べて最大強度及び最大応力が高く、良好な接合強度を示した。 As shown in Table 4, in ultrasonic bonding, when the output is 800 W or more, the pressure time is 0.2 seconds or more, and the pressure is controlled in the range of 500 to 2000 N, the maximum strength is compared to those outside the range. And the maximum stress was high, showing good bonding strength.
（実施例４）
表１に示す鋼種Ｎｏ．８の組成（残部はＦｅ及び不可避的不純物である）を有する鋼を用い、実施例１と同様にして連続鋳造、熱間圧延及び冷間圧延を行うことにより、厚さ１．０ｍｍの冷延鋼板を得た。次に、冷延鋼板を連続焼鈍した後、電気めっきによってＣｕめっき層を形成し、表面被覆鋼板を得た。
なお、この表面被覆鋼板の０．２％耐力、フェライト面積率、めっき層の厚さ及びビッカース硬さは、実施例１の表面被覆鋼板のもの（表２の試験Ｎｏ．１－９の結果）と同じである。
(Example 4)
Steel No. shown in Table 1. Using steel having a composition of 8 (the balance being Fe and unavoidable impurities), continuous casting, hot rolling and cold rolling were performed in the same manner as in Example 1 to obtain a cold rolled sheet having a thickness of 1.0 mm. Got a steel plate. Next, after continuously annealing the cold-rolled steel sheet, a Cu plating layer was formed by electroplating to obtain a surface-coated steel sheet.
The 0.2% yield strength, ferrite area ratio, plating layer thickness and Vickers hardness of this surface-coated steel sheet are those of the surface-coated steel sheet of Example 1 (results of Test No. 1-9 in Table 2). is the same as
次に、超音波接合装置に用いるホーンとして、超硬合金製のチップを先端部にろう接したホーン（試験Ｎｏ．４－１）、先端部（チップ）が高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）で一体形成されたホーン（試験Ｎｏ．４－２）、試験Ｎｏ．４－２のホーンの先端部にＤＬＣコーティング（厚さ１．５μｍ）を施したホーン（試験Ｎｏ．４－３）をそれぞれ準備した。なお、ホーンの先端形状は、３．５ｍｍ×１５ｍｍの範囲に２列×７個のローレットパターンを有する形状とした。
これらのホーンを超音波接合装置に組み込んだ後、周波数：２０ｋＨｚ、出力：３０００Ｗ（振幅：約４０μｍ）、加圧時間：１．０秒、加圧力：１５００Ｎの条件下で表面被覆鋼板の同じ試験片２つの超音波接合をホーン先端部に異常が発生するまで繰り返し行い、ホーン寿命を評価した。その結果を表５に示す。
Next, as a horn used in the ultrasonic bonding device, a horn with a cemented carbide tip brazed to the tip (Test No. 4-1), the tip (tip) is integrated with high-speed tool steel (SKH51). Formed horn (Test No. 4-2), Test No. A horn (Test No. 4-3) was prepared by applying a DLC coating (thickness 1.5 μm) to the tip of horn 4-2. The shape of the tip of the horn was a shape having a knurling pattern of 2 rows×7 pieces in an area of 3.5 mm×15 mm.
After incorporating these horns into the ultrasonic bonding equipment, the same test of the surface coated steel plate under the conditions of frequency: 20 kHz, output: 3000 W (amplitude: about 40 μm), pressing time: 1.0 sec, pressing force: 1500 N The ultrasonic bonding of the two pieces was repeated until an abnormality occurred at the tip of the horn, and the life of the horn was evaluated. Table 5 shows the results.
表５に示されるように、超硬合金製のチップを先端部にろう接したホーン（試験Ｎｏ．４－１）を用いた場合に比べて、先端部（チップ）が高速度工具鋼（ＳＫＨ５１）で一体形成されたホーン（試験Ｎｏ．４－２）を用いることで、ホーン寿命が著しく向上した。さらに、その先端部にＤＬＣコーティングを施したホーン（試験Ｎｏ．４－３）を用いることで、ホーン寿命が更に向上した。 As shown in Table 5, compared to the case of using a horn (Test No. 4-1) in which a cemented carbide tip is brazed to the tip, the tip (tip) is made of high-speed tool steel (SKH51 ), the life of the horn was remarkably improved by using the horn (Test No. 4-2). Furthermore, by using a horn (Test No. 4-3) with a DLC coating on the tip, the life of the horn was further improved.
以上の結果からわかるように、本発明によれば、超音波接合によって同種の鋼板同士を接合しても十分な接合強度を得ることが可能な超音波接合用表面被覆鋼板、超音波接合用高強度表面被覆鋼板及び超音波接合方法を提供することができる。 As can be seen from the above results, according to the present invention, a surface-coated steel sheet for ultrasonic bonding and a high-strength steel sheet for ultrasonic bonding, which are capable of obtaining sufficient bonding strength even when steel sheets of the same type are bonded together by ultrasonic bonding, are provided. A high-strength surface-coated steel sheet and an ultrasonic bonding method can be provided.
１０ 試験片
２０ 接触部
10
Claims (4)
前記非鉄金属被覆層は、ビッカース硬さが１８０ＨＶ以下であるとともに、厚さが１～２０μｍである超音波接合用表面被覆鋼板。 A steel plate and a non-ferrous metal coating layer formed on at least one surface of the steel plate,
The non-ferrous metal coating layer has a Vickers hardness of 180 HV or less and a thickness of 1 to 20 μm.
前記鋼板が、請求項１～３のいずれか一項に記載の超音波接合用表面被覆鋼板であり、
前記超音波接合が、周波数：２０～４０ｋＨｚ、出力：８００Ｗ以上、加圧時間：０．２秒以上、加圧力：５００～２０００Ｎの条件で行われる超音波接合方法。 A method for ultrasonically bonding two or more steel plates, comprising:
The steel plate is the surface-coated steel plate for ultrasonic bonding according to any one of claims 1 to 3,
An ultrasonic bonding method, wherein the ultrasonic bonding is performed under conditions of frequency: 20 to 40 kHz, output: 800 W or more, pressure time: 0.2 seconds or more, and pressure: 500 to 2000 N.
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