JPH0770637A

JPH0770637A - アーク溶接部の耐疲労性に優れた耐食性鋼板の製造方法

Info

Publication number: JPH0770637A
Application number: JP21934993A
Authority: JP
Inventors: Makoto Muraoka; 誠村岡; Shinichiro Katsu; 信一郎勝
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 1995-03-14

Abstract

(57)【要約】【目的】アーク溶接部の耐疲労性に優れた耐食性鋼板の
製造方法の提供。【構成】Ｃ： 0.006〜0.08％、Si： 0.6〜1.6 ％、Mn：
0.50〜1.5 ％、Ｐ：0.03〜0.10％、Ｓ：0.010 ％以下、
Cu： 0.2〜0.7 ％、Ni：0.10〜0.40％およびCr：0.1 ％
以下を含有する素材鋼スラブを加熱して熱間圧延し、Ａ
r₃点以上の温度域で仕上圧延を完了し、500 ℃以下の温
度域で巻き取るアーク溶接部の耐疲労性に優れた耐食性
鋼板の製造方法。【効果】自動車の足廻り部品用の素材として好適な、ア
ーク溶接部の耐疲労性に優れた耐食性鋼板を製造するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、主に自動車の足廻り部
品用の素材として好適な、アーク溶接部の耐疲労性と耐
食性に優れた引張強さ 540〜790 Ｎ/mm²級の鋼板に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車では環境問題などに対処す
るために燃費向上が図られており、自動車用鋼板には、
高強度化による薄肉 (軽量) 化が要求されている。

【０００３】この高強度化の要求に対応するためには、
次のような二つの重要な特性の向上が要求される。すな
わち、加工性の観点から高強度化による成形性の劣化を
できる限り少なくすること、ならびに、自動車の足廻り
部品に関しては耐孔あき性に代表される耐食性および耐
疲労性を向上させることである。

【０００４】耐食性の向上のためにめっき処理を施すと
加工性の劣化が起こるだけでなく、溶接部に発生するブ
ローホールのため、溶接部の耐疲労性も劣化する。

【０００５】このようなことから、加工性や溶接性を損
なうことなく耐食性を改善する方法として、鋼板自体に
耐食性をもたせることが提案されている。このような改
善方法により、めっき処理する場合にも薄目付量でよい
ことになる。

【０００６】高耐食性自動車用鋼板として、例えば特公
昭60−9584号公報には、Ｃ： 0.001〜0.05％、Si：0.00
05〜0.3 ％、Mn：0.01〜0.29％、Al： 0.001〜0.07％、
Cu：0.26〜0.35％、Ｐ： 0.005〜0.02％およびNi：0.03
〜0.09％を基本成分して、その他にNb、Ｖ、Mo、Ｂの１
種または２種以上（Nb、Ｖ、Moは0.01〜0.3 ％、Ｂは0.
0001〜0.05％）、必要によりCr：0.01〜0.1 ％を含有す
るものが開示されている。

【０００７】成形性に優れた高耐食性鋼板として、例え
ば特公平１−53344 号公報には、Ｃ：0.02％以下、Si：
0.3 ％以下、Mn：0.5 ％以下、Ｐ：0.025 ％以下、Ｓ：
0.025 ％以下、酸可溶Al：0.02〜0.15％、Ti：Ｃ量の４
倍以上でかつ0.02％以上 0.3％以下、Cr： 5.5〜10％未
満、Cu：0.01〜0.50％およびNi：0.01〜0.50％を含有す
るものが開示されている。

【０００８】本出願人は、特開平４−141525号公報およ
び同４−141526号公報において、Cr： 0.5〜5.0 ％、
Ｐ：0.12％以下、Cu： 0.5〜3.0 ％を含有することを最
も特徴とする耐食性の優れた熱延高張力鋼板の製造方法
を示した。

【０００９】上記のように鋼板の耐食性を向上させるた
めに、CrあるいはCu、Ｐを含有させることは既に知られ
ているが、Crは化成処理性を劣化させ、かつ塗装密着性
も劣化させる。このため、自動車の足廻り部品のように
電着塗装を行う場合には、塗装密着性が劣化するという
問題がある。

【００１０】また、上記のような従来の鋼板では、耐食
性および成形性に関しては考慮されているものの、アー
ク溶接部の耐疲労性について検討しているものはみられ
ない。一般に強度が上昇するとアーク溶接部の耐疲労性
は劣化し、特に540 Ｎ/mm²以上の強度では著しい。この
主要因には、亀裂の起点となる止端部への応力集中と残
留応力の影響のふたつが考えられる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、耐食
性とともに、例えば自動車の足廻り部品として実際の使
用上重要であるアーク溶接部の耐疲労性に優れた特性を
併せ持つ熱延鋼板の製造方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は次の耐食
性鋼板の製造方法にある。

【００１３】重量％で、Ｃ： 0.006〜0.08％、Si： 0.6
〜1.6 ％、Mn：0.50〜1.5 ％、Ｐ：0.03〜0.10％、Ｓ：
0.010 ％以下、Cu： 0.2〜0.7 ％、Ni：0.10〜0.40％お
よびCr：0.1 ％以下を含有し、残部はFeおよび不可避不
純物からなる素材鋼スラブを加熱して熱間圧延し、Ａr₃
点以上の温度域で仕上圧延を完了し、500 ℃以下の温度
域で巻き取ることを特徴とするアーク溶接部の耐疲労性
に優れた耐食性鋼板の製造方法。

【００１４】上記の素材鋼は、耐食性向上のためにCu、
Ｐを添加するのに加え、塗装鋼板とした場合の塗装密着
性の劣化を防止するためにCr含有量を抑制し、さらにア
ーク溶接部の耐疲労性向上のために、Cu、Ｐ、Siを化成
処理性に問題のない範囲で複合添加するものであること
を特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明の製造方法を上記のように定めた理由に
ついて、以下詳細に説明する。

【００１６】まず、本発明方法の対象となる素材鋼の化
学組成を定めた理由を作用効果とともに述べる。％は重
量％を意味する。

【００１７】Ｃ： 0.006〜0.08％Ｃは耐食性、成形性に対して重要な元素である。Ｃ含有
量が0.006 ％未満では、粒界に偏析するＰのために耐２
次加工脆性が大きく低下する。一方、0.08％を超えると
パーライトの増大により耐食性が低下するだけでなく、
加工性も低下する。また、溶接部は焼入れによる応力集
中により耐疲労性が低下する。このため、Ｃ含有量の範
囲は 0.006〜0.08％とした。

【００１８】Si： 0.6〜1.6 ％ SiはCu、Ｐと複合添加するとアーク溶接部の耐疲労性を
向上させる。すなわち、Si含有量が増加すると、後述す
るように、溶接部のビード形状がなめらかになり、溶接
部の余盛り角度が大きく、かつ適正な角度となる結果、
耐疲労性が向上する。この効果はSi含有量が0.6 ％以上
でなければ認められない。しかし、 1.6％を超えるとこ
の効果は飽和してしまう。さらに化成処理性も低下す
る。よって、Si含有量の範囲は 0.6〜1.6 ％とした。

【００１９】Mn：0.50〜1.5 ％ Mnは、Si単独添加による熱間脆性防止のために含有させ
る。この効果はMn含有量が0.50％以上でないと得られな
い。一方、1.5 ％を超えると伸びが低下し、加工性の劣
化が著しくなる。このため、Mn含有量の範囲は0.50〜1.
5 ％とした。

【００２０】Ｐ：0.03〜0.10％ＰはCuとともに添加すると耐食性を向上させる。また、
Si、Cuと複合添加することでアーク溶接部の耐疲労性を
向上させる。この効果は共にＰ含有量が0.03％以上で現
れる。しかし、0.10％を超えると耐２次加工脆性の劣化
が著しく、実用部品への適用は困難となる。このため、
Ｐ含有量の範囲は0.03〜0.10％とした。

【００２１】Ｓ：0.010 ％以下Ｓは経済上の問題がなければ低い方が望ましい。Ｓの増
加に従い耐食性が劣化し、特に0.010 ％を超えると介在
物による伸びフランジ性（ホイールディスクのハブ穴成
形に代表される穴拡げ性）が著しく低下する。よって、
Ｓ含有量の上限は0.010 ％とした。

【００２２】Cu： 0.2〜0.7 ％ CuはＰと同様に耐食性向上のための必須元素である。し
かし、その効果を得るには0.2 ％以上の含有量が必要で
ある。一方、0.7 ％を超えるとこの効果が飽和する。ま
た、Si、Ｐと複合添加するとアーク溶接部の耐疲労性を
向上させる。このため、Cu含有量の範囲は 0.2〜0.7 ％
とした。

【００２３】なお、Cuを含有させると、Cuチェッキング
（スラブ表面のFeの酸化により残部に低融点のCuが濃化
して、溶体Cuが鋼の粒界を浸食し、スラブ表面に亀裂を
発生させる現象）が起こりやすく、これを防止するため
に、NiをCu含有量の 1/2程度で含有させる必要が生ず
る。

【００２４】Ni：0.10〜0.40％ Niは上記のように、Cuチェッキング防止のための必須元
素である。Cu含有量の1/2 程度でこの効果が得られるの
で、下限は0.10％とした。一方、1/2 程度をあまり超え
るとコストが高くなるだけであるので、上限を0.40％と
した。この理由て、Ni含有量の範囲は0.10〜0.40％とし
た。

【００２５】Cr：0.1 ％以下 Crは無塗装鋼板では耐孔あき性を向上させるのに有効な
元素である。しかし、塗装密着性を著しく劣化させる。
そのため、Cr含有量が0.1 ％を超えると、自動車の足廻
り部品では電着塗装後の最大孔あき深さが増加する。よ
って、Cr含有量の上限は0.1 ％とした。

【００２６】次に、製造条件の限定理由について説明す
る。

【００２７】熱間圧延は、転炉などで溶製し、連続鋳造
などにより製造した上記の素材鋼スラブを1100℃以上に
加熱した後行う、通常の方法で実施する。

【００２８】熱間圧延における仕上圧延はＡr₃点以上の
温度域で完了させる。これは、Ａr₃点未満の温度域で圧
延を行うとフェライト変態を起こし、かつそのフェライ
トが加工を受け、延性を劣化させるためである。

【００２９】巻き取りは500 ℃以下の温度域で実施しな
ければならない。巻取温度が500 ℃を超えると結晶粒径
が粗大化し、かつCuの粒内の析出およびＰの粒界への偏
析により、耐２次加工脆性が著しく劣化するためであ
る。成形性とのかね合いもあり、できれば450 ℃以下と
するのが望ましい。

【００３０】本発明方法の作用効果例を図１〜図６に基
づいて説明する。

【００３１】図１は、上記の方法で製造された熱延鋼板
（本発明例、Si： 1.0％、Cu： 0.4％、Ｐ：0.07％）と
Plain-C系の熱延鋼板（比較例、Si： 0.6％未満、Cu：
0.1％、Ｐ：0.02％) とについて、溶接部疲労限
（σ_w：応力振幅）に及ぼす母材引張強さ（ＴＳ）の影
響を示す図である。このときの板厚は、2.6mm であり、
酸洗後、サンプルを切り出し、母材引張強さ(JIS５号試
験片、０°方向) と溶接後の溶接部疲労限を調査したも
のである。

【００３２】アーク溶接にはパルスＭＡＧ溶接を用い、
溶接条件は、シールドガス：Ar80％−CO₂20％、溶接電
流： 190Ａ、溶接電圧：22Ｖ、溶接速度：100cm/min 、
ワイヤー：ＹＧＷ15とした。

【００３３】溶接部疲労限（σ_w）は、シェンク式平面
曲げ片振り疲労試験法で測定した。

【００３４】図１に示すように、アーク溶接部疲労限
は、母材引張強さが440 Ｎ/mm²以下では大きな違いは見
られないが、540 Ｎ/mm²以上では本発明例鋼が優れてい
ることがわかる。

【００３５】図２は、図１の本発明例鋼においてSi含有
量を変化させたときの、アーク溶接部の疲労限（σ_w）
と母材引張強さ（ＴＳ）の比に及ぼすSi含有量の影響を
示す図である。Si含有量を増加しただけでＴＳが上昇
し、ＴＳが上昇するに従いσ_wも上昇するので、Si含有
量を変化させたときの効果が表せない。このため、σ_w
／ＴＳを耐疲労特性を表す指標値とし、これに及ぼすSi
含有量の影響を、σ_wに及ぼすSi含有量の影響とみなし
た。

【００３６】図３は、溶接部の縦断面と本発明における
余盛り角度（θ）の定義を模式的に示す図である。符号
１が鋼板、２がビード、θが余盛り角度である。

【００３７】図４は、余盛り角度（θ）に及ぼすSi含有
量の影響を示す図である。

【００３８】図２に示すように、Si含有量が0.6 ％以上
ではアーク溶接部の耐疲労特性が向上しているのがわか
る。これは、図４に示すように、Si含有量が増すにつれ
て余盛り角度θも大きくなり、0.6 ％以上では余盛り角
度θが 135°以上となるからである。

【００３９】この理由は明確ではないが、適正なSi含有
量により、図３に示す下側の鋼板１とビード２を形成す
る溶融金属との親和性が向上し、余盛り角度θが大きく
なる、すなわち、なめらかになるものと考えられる。

【００４０】図５は、図１の本発明例鋼においてCuとＰ
の含有量を変化させたときの、耐疲労特性指標値に及ぼ
すCu、Ｐの含有量および余盛り角度（θ）の影響を示す
図である。Cu、Ｐの含有量が多くなるに従い、同じ余盛
り角度θでも耐疲労特性が向上する。

【００４１】図６は、図１の本発明例鋼においてCr含有
量を変化させたときの、無塗装鋼板と電着塗装鋼板にお
ける最大孔あき深さに及ぼすCr含有量の影響を示す図で
ある。電着塗装クロスカット鋼板では、Crの含有量が増
加するに従って最大孔あき深さが大きくなり、塗装後の
耐食性は劣化する。

【００４２】

【実施例】表１に示す化学組成の鋼を常法により溶製し
た後、連続鋳造でスラブとし、次いで熱間圧延を行っ
た。熱間圧延の仕上温度は900 ℃とし、表１に示す巻取
り温度で厚さ2.6mm の熱延鋼板とした。

【００４３】

【表１】

【００４４】これらの鋼板を用いて、母材の引張特性、
耐食性および耐２次加工性、アーク溶接部の耐疲労性な
らびに電着塗装後の密着性を調査した。

【００４５】引張試験は、ＪＩＳ５号試験片による０°
方向とした。耐食性試験では、酸洗肌のままの鋼板で、
６ヶ月間のボルボサイクル試験を実施し、最大腐食深さ
で評価した。耐２次加工脆性試験は、絞り比 1.8で縦割
れ遷移温度を測定する方法で実施した。

【００４６】ボルボサイクル試験とは、屋外暴露試験法
の一つであり、試験片を水平から60度傾斜させて設置
し、一週間に一回の割合で５％食塩水を散布することに
より、腐食を促進させる腐食試験法である。

【００４７】アーク溶接部の耐疲労性試験は、2.6mm の
熱延鋼板を酸洗した後、機械加工により溶接用試験片を
切り出し、溶接を前記と同じ条件で行った溶接部を用い
て実施した。耐疲労性の評価は、前記と同じ母材引張強
さ（ＴＳ）に対する疲労限（σ_w）の比を用いた。

【００４８】密着性の評価は、カッターナイフで電着塗
装面に線刻する方法で、縦横各２mm間隔の碁盤目状のも
のを100 個形成し、全ての刻線部に粘着テープを押圧し
た後、そのテープを引き剥がした際の塗膜の剥離の有無
で行った。塗膜剥離が全く発生しなかったもののみを密
着性良好、１個でも発生したものを密着性不良と判定し
た。

【００４９】表２にこれらの一連の試験結果を示す。

【００５０】

【表２】

【００５１】表２から明らかなように、本発明の方法で
製造された鋼板では、最大腐食深さは0.6mm 以下と小さ
く、縦割れ遷移温度は−50℃以下と低く、アーク溶接部
の耐疲労性は６０％以上と高い。電着塗装後の塗膜の密
着性にも優れている。一方、比較例では、上記の各特性
のうちの何れかが劣っている。

【００５２】

【発明の効果】本発明の方法によれば、アーク溶接部の
耐疲労性に優れた耐食性鋼板を製造することができる。
この方法による鋼板は、Crを抑制した上でCu、Ｐを添加
して耐食性を向上させ、さらにSiを複合添加することに
よりアーク溶接部の耐疲労性とを向上させたものである
から、自動車の足廻り部品のようにアーク溶接部が存在
する部品用の素材として好適なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】アーク溶接部の疲労限（σ_w）に及ぼす母材引
張強さの影響を示す図である。

【図２】アーク溶接部の疲労限（σ_w）と母材引張強さ
の比に及ぼすSi含有量の影響を示す図である。

【図３】溶接部の縦断面と余盛り角度（θ）の定義とを
模式的に示す図である。

【図４】余盛り角度（θ）に及ぼすSi含有量の影響を示
す図である。

【図５】アーク溶接部の疲労限（σ_w）と母材引張強さ
の比に及ぼすCu、Ｐの含有量と余盛り角度（θ）の影響
を示す図である。

【図６】最大孔あき深さに及ぼすCr含有量の影響を示す
図である。

【符号の説明】

１：鋼板、２：ビード、θ：余盛り角度

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ｃ： 0.006〜0.08％、Si： 0.6
〜1.6 ％、Mn：0.50〜1.5 ％、Ｐ：0.03〜0.10％、Ｓ：
0.010 ％以下、Cu： 0.2〜0.7 ％、Ni：0.10〜0.40％お
よびCr：0.1 ％以下を含有し、残部はFeおよび不可避不
純物からなる素材鋼スラブを加熱して熱間圧延し、Ａr₃
点以上の温度域で仕上圧延を完了し、500 ℃以下の温度
域で巻き取ることを特徴とするアーク溶接部の耐疲労性
に優れた耐食性鋼板の製造方法。