接合结构体和接合结构体的制造方法

技术领域

本发明涉及接合结构体和接合结构体的制造方法。

背景技术

近年来，为了实现以削减CO

另外，在汽车用钢板中，从防锈化的观点出发，也多使用耐腐蚀性优异的实施有锌系镀覆的高张力钢板。图7A和图7B，表示对重叠面实施过锌系镀覆的一对高张力钢板被电阻点焊的状态。具体来说，接合结构体100，是将表面具有锌系镀层101的高张力钢板102A、102B，由点焊装置的上下一对焊接电极103A、103B夹持并加压，在焊接电极103A、103B间通电而形成。这时，如图7B所示，在高张力钢板102A、102B的接合部形成有熔核104，并且在熔核104的周围形成有塑性金属环区105。

但是，在高张力钢板102A、102B中，焊接时，由于冲压加工的残余应力和焊接后的热收缩，导致拉伸应力作用于焊接部。因此，若在拉伸应力作用的高张力钢板102A、102B的焊接热影响部(Heat－Affected Zone；HAZ)的结晶晶界，侵入锌系镀层101熔融的锌，则有晶界脆化(熔融金属脆性，LME)，在塑性金属环区105的外侧部分、电极压痕部和压痕部外侧发生HAZ裂纹106这样的课题。

在专利文献1中，公开有一种防止焊接部的裂纹发生的高强度镀覆钢板的点焊方法。即，记载有在此点焊中，通过如下任意一种方法来防止焊接部的裂纹发生：(A)将焊接后的保持时间设定在一定值以上，使焊接通电时间减少到一定范围内；(B)焊接通电后，接着以一定条件进行后通电；(C)将焊接后的保持时间设定在一定值以上，在焊接通电后，在一定范围内使加压力增加；(D)使用具有一定组成的高强度镀覆钢板，将焊接后的保持时间设定在一定值以上而进行焊接。

在专利文献2中记载有在焊接位置的重叠面被锌系镀覆被覆的钢板的点焊中，通过设定对应总板厚的焊接后的保持时间，即使存在打角、钢板间的间隙、焊接电极的芯错位等的干扰因素，也可抑制塑性金属环区周边和塑性金属环区的熔核时发生的裂纹，形成高品质的点焊接头。

另外，在专利文献3中公开有一种镀锌高张力钢板，其通过添加Ti、Nb、V、Mo、Zr等的钢板成分，抑制奥氏体晶粒的粗大化，成为复相组织，从而能够抑制锌向结晶晶界的侵入。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开2003－103377号公报

专利文献2：日本国特开2017－47475号公报

专利文献3：日本国特开2006－265671号公报

但是，在专利文献1和2中，若板组的总板厚变大，则焊接后的保持时间为长时间，因此节拍时间变长，成为成本上升的要因。另外，在专利文献3中，需要添加特殊的成分，可能阻碍力学特性的确保、制造稳定性。

发明内容

本发明鉴于前述的课题，其目的在于，提供一种接合结构体以及接合结构体的制造方法，能够在对于包含具有镀锌层的钢板的板组进行点焊时，抑制塑性金属环区外侧、电极压痕部和压痕部外侧的HAZ裂纹。

本发明的上述目的，可通过接合结构体的下述(1)的构成达成。

(1)一种接合结构体，其特征在于，是重叠在一起的多个钢板被电阻焊而成的接合结构体，

所述多个钢板之内，至少一张所述钢板，是具有碳当量Ceq为0.53％以上的化学成分，抗拉强度为590MPa以上的高张力钢板，

所述高张力钢板，在形成于重叠面侧和焊接电极侧的至少一方的表面的锌系镀层与母材之间，或与所重叠的锌系镀覆钢板的锌系镀层相邻的重叠面上具有脱碳层，

所述脱碳层，具有5μm以上且200μm以下的厚度。

其中，所述碳当量Ceq是由下述(1)式定义的值。

Ceq＝C+Si/24+Mn/6…(1)

(C、Si和Mn表示各元素的含量(质量％)，不含有时为0。)

另外，作为接合结构体的本发明的优选的实施方式，涉及以下的(2)。

(2)根据上述(1)所述的接合结构体，其中，所述接合结构体的熔核的熔核直径D

另外，本发明的上述目的，通过接合结构体的制造方法的下述(3)的构成而达成。

(3)一种接合结构体的制造方法，通过电阻点焊制造上述(1)或(2)所述的接合结构体，其中，

使多个所述高张力钢板彼此，或至少一张所述高张力钢板与所述锌系镀覆钢板重叠，

通过电阻点焊，将所述多个高张力钢板彼此，或所述至少一张高张力钢板与所述锌系镀覆钢板接合。

另外，接合结构体的制造方法的本发明的优选的实施方式，涉及以下的(4)。

(4)根据上述(3)所述的接合结构体的制造方法，其中，所述电阻点焊，在下述(a)～(c)的至少一个条件下进行。

(a)所述焊接电极的轴芯，与跟所述焊接电极相接触的所述钢板表面的垂线为非平行的状态。

(b)焊接位置的重叠面之间具有间隙的状态。

(c)一方的所述焊接电极的轴芯与另一方的所述焊接电极的轴芯为芯错位的状态。

根据本发明的接合结构体，被电阻焊的多个钢板之内，至少1张钢板是具有碳当量Ceq为0.53％以上的化学成分，抗拉强度为590MPa以上的高张力钢板，高张力钢板，在形成于重叠面侧和焊接电极侧的至少一方的表面的锌系镀层与母材之间，或与重叠的锌系镀覆钢板的锌系镀层相邻的重叠面具有脱碳层，脱碳层具有5μm以上且200μm以下的厚度，因此，能够抑制塑性金属环区外侧、电极压痕部和压痕部外侧的HAZ裂纹。

另外，根据本发明的接合结构体的制造方法，使多个上述高张力钢板彼此，或至少一张上述高张力钢板与上述锌系镀覆钢板重叠，通过电阻点焊，将多个高张力钢板彼此，或至少一张高张力钢板与锌系镀覆钢板接合，因此，能够抑制塑性金属环区外侧、电极压痕部和压痕部外侧的HAZ裂纹。

附图说明

图1A涉及本发明的第一实施方式，表示分别具有脱碳层和锌系镀层的一对高张力钢板在焊接前被重叠后的状态的剖面示意图。

图1B是表示图1A的一对高张力钢板被电阻焊的状态的剖面示意图。

图1C是表示图1A的一对高张力钢板被电阻焊而形成有熔核和塑性金属环区的状态的剖面示意图。

图2A是用于说明焊接电极的轴芯与跟该焊接电极相接触的钢板表面的垂线为非平行状态的概略图。

图2B是用于说明在焊接位置的重叠面之间具有间隙的状态的概略图。

图2C是用于说明在一方焊接电极的轴芯的延长线上不存在另一方的焊接电极的轴芯的状态的概略图。

图3A涉及本发明的第二实施方式，是表示在重叠面具有脱碳层的高张力钢板，与重叠面侧具有锌系镀层的锌系镀覆钢板被电阻焊的状态的剖面示意图。

图3B是表示图3A的高张力钢板与锌系镀覆钢板经电阻焊而形成有熔核和塑性金属环区的状态的剖面示意图。

图4A涉及本发明的第三实施方式，是表示在焊接电极侧分别具有脱碳层和锌系镀层的一对高张力钢板被电阻焊的状态的剖面示意图。

图4B是表示图4A的一对高张力钢板被电阻焊而形成有熔核和塑性金属环区的状态的剖面示意图。

图5A涉及本发明的第四实施方式，是表示在两面具有脱碳层和锌系镀层的3张高张力钢板被电阻焊的状态的剖面示意图。

图5B是表示图5A的3张高张力钢板被电阻焊而形成有熔核和塑性金属环区的状态的剖面示意图。

图6是在设有间隙C的状态下进行点焊时的立体图。

图7A是表示对重叠面实施过锌系镀覆的一对高张力钢板被电阻焊的状态的剖面示意图。

图7B是表示在图7A的焊接部发生HAZ裂纹的状态的剖面示意图。

具体实施方式

以下，基于附图，详细说明本发明的各实施方式的接合结构体及其制造方法。

(第一实施方式)

第一实施方式的接合结构体10，如图1A所示，通过对于分别具有脱碳层13和锌系镀层14的多个(图1A所示的实施方式中为2张)高张力钢板11(11A、11B)彼此进行电阻焊(电阻点焊)而形成。

具体来说，如图1B所示，由点焊装置的上下一对焊接电极12A、12B夹持重叠的2张高张力钢板11A、11B并加压，在焊接电极12A、12B间通电，由此高张力钢板11A、11B的接触部熔融而形成接合部17。由此，如图1C所示，在高张力钢板11A、11B的接合部17，形成熔核15，并且在熔核15的周围形成塑性金属环区16。

在此，在本实施方式的高张力钢板11A、11B中，脱碳层13设于锌系镀层14与母材之间。通过存在与母材比较，A3点高，并难以发生奥氏体相变(逆相变)的脱碳层13，则在焊接时，HAZ表层难以成为粗大的奥氏体组织。其结果是，可抑制焊接时锌系镀层14熔融的锌分散而侵入到HAZ的结晶晶界，即由锌造成的脆化。换言之，通过在高张力钢板11A、11B的母材与锌系镀层14之间形成脱碳层13，从而即使熔融锌存在时拉伸应力起作用，也能够防止裂纹。

以下，对于本实施方式的接合结构体10中所使用的高张力钢板11进行说明。

高张力钢板11，具有碳当量Ceq为0.53％以上的化学成分，具有抗拉强度590MPa以上的强度。

其中，所述碳当量Ceq是由下述(1)式定义的值。

Ceq＝C+Si/24+Mn/6…(1)

(C、Si和Mn表示各元素的含量(质量％)，不含有时为0。)

高张力钢板11，通过具有碳当量Ceq为0.53％以上的化学成分，从而能够得到优异的强度与延伸率的平衡。还有，碳当量Ceq优选为0.6％以上，更优选为0.7％以上。

还有，作为上述高张力钢板11，只要是590MPa级以上的，便没有特别限定，例如，也可以是780MPa级以上，980MPa级以上的高张力钢板。

另外，出于以下观点，优选高张力钢板11中具有C：0.05～0.60质量％、Si：0.01～3.0质量％、Mn：0.5～5.0质量％、P：0.05质量％以下(不包括0质量％)、S：0.05质量％以下(不包括0质量％)的化学成分。以下，对于钢中包含的各元素(C、Si、Mn、P、S和其他的金属元素)的含量所希望的范围及其范围的限定理由进行以下说明。还有，各元素的含量的％表示全部是质量％。另外，所谓“～”，意思是此下限的值以上，此上限的值以下。

[C：0.05～0.60％]

因为C是有助于钢的母材强度提高的元素，所以在高张力钢板中是必须元素。因此，C含量的下限优选为0.05％以上。另一方面，若过量地添加，则HAZ的硬度变高，不能抑制裂纹发生。因此，C含量的上限优选为0.60％以下，更优选为0.40％以下，进一步优选为0.20％。

[Si：0.01～3.0％]

Si是有助于脱氧的元素。因此，Si含量的下限优选为0.01％以上。另一方面，若过量地添加，则回火软化抗力变高，HAZ的硬度变高，不能抑制裂纹发生。因此，Si含量的上限优选为3.00％以下，更优选为2.00％以下，进一步优选为1.00％以下。

[Mn：0.5～5.0％]

Mn是有助于淬火性提高的元素，是用于生成马氏体等硬质组织必须的元素。因此，Mn含量的下限优选为0.5％以上。另一方面，若过量地添加，则HAZ的硬度变高，不能抑制裂纹发生。因此，Mn含量的上限优选为5.0％以下，更优选为2.5％以下，进一步优选为2.0％以下。

[P：0.05％以下(不包括0％)]

P是不可避免混入到钢中元素，但容易向晶内和晶界偏析，使HAZ的韧性降低，不能抑制裂纹发生。因此，P含量的上限优选为0.05％以下，更优选为0.04％以下，进一步优选为0.02％以下。

[S：0.05％以下(不包括0％)]

S与P同样，是不可避免混入到钢中的元素，但容易向晶内和晶界偏析，使HAZ的韧性降低，不能抑制裂纹发生。因此，S含量的上限优选为0.05％以下，更优选为0.04％以下，进一步优选为0.02％以下。

[其他的金属元素]

除上述C、Si、Mn、P和S以外，优选还含有如下元素：

Al：1.0％以下(包括0％)；

N：0.01％以下(包括0％)；

Ti、V、Nb、Zr的合计0.1％以下(包括0％)；

Cu、Ni、Cr和Mo的合计2.0％以下(包括0％)；

B：0.01％以下(包括0％)；

Mg、Ca、REM的合计0.01％以下(包括0％)。另外，优选余量是Fe和不可避免的杂质。不可避免的杂质，是在钢的制造时不可避免地混入的杂质，能够在不损害钢的诸特性的范围内含有。

另一方面，脱碳层13，是在形成锌系镀层14之前，通过对高张力钢板11的母材的表面进行脱碳处理而形成。还有，脱碳层的厚度，通过如下等方式判断：对于刚脱碳处理之后的试样，用光学显微镜或电子显微镜等测量以铁素体为主层的层的厚度。

另外，为了有效地发挥形成脱碳层13带来的防裂纹效果，使脱碳层13的厚度为5μm以上，优选为20μm以上，更优选为30μm以上，进一步优选为45μm以上，更进一步优选为50μm以上。但是，若脱碳层13过厚，则抗拉强度和疲劳强度降低，因此脱碳层13的厚度为200μm以下，优选为160μm以下，更优选为120μm以下，进一步优选为80μm以下。

另外，脱碳层13的组织中，包含铁素体、贝氏体、马氏体之中至少一种。因为越是软质的组织越难以开裂，所以更优选脱碳层13，是含有铁素体，并含有贝氏体与马氏体的任意一种的组织，进一步优选为含有铁素体，而不含贝氏体和马氏体的组织。

而后，在本实施方式中，使高张力钢板11A、11B的锌系镀层14彼此对置而重叠，在此状态下实施电阻点焊，但也有在以下所示这样的干扰存在的环境下进行焊接的情况。

(打角θ)

在点焊中，通常是使焊接电极垂直接触于钢板11A、11B的表面，但存在焊接电极12A、12B的轴芯CL与钢板11A、11B表面的垂线VL在非平行的状态下进行的情况，如图2A所示，焊接电极12A、12B的轴芯CL与钢板11A、11B表面的垂线VL所形成的角度为打角θ。打角θ的上限没有特别设定，只要是10度以下，则即使钢板11A、11B发生变形，在塑性金属环区16的邻域发生应力比较高的位置时，通过应用本实施方式，也能够抑制HAZ裂纹。

(间隙C)

间隙C，如图2B所示，是在焊接位置的重叠面间的间隙，由于钢板11的焊接位置周边的部分性的隆起等，有可能会在钢板11A、11B间具有间隙的状态下进行点焊。间隙C的上限没有特别设定，但只要在3mm以下，则即使钢板11的焊接位置可见局部性的变形，在塑性金属环区16的邻域发生局部性的应力时，通过应用本实施方式，也能够抑制HAZ裂纹。

(芯错位d)

芯错位d，如图2C所示，是一方的焊接电极12A的轴芯CL1与另一方的焊接电极12B的轴芯CL2在芯错位的状态下进行点焊的情况，指焊接电极12A的轴芯CL1与另一方的焊接电极12B的轴芯CL2的芯错位量。芯错位d的上限没有特别设定，但只要在2mm以下，则即使钢板11发生变形，在塑性金属环区16的邻域产生应力时，通过应用本实施方式，也能够抑制HAZ裂纹。

特别是根据本实施方式的接合结构体的制造方法，在满足10度以下的打角θ、3mm以下的间隙C、及2mm以下的芯错位d的条件中的2个以上时，也能够抑制HAZ裂纹。

还有，对于电阻点焊的焊接条件，没有特别限制，根据需要的强度和刚性等的设计条件，适宜决定通电、加压模式即可。例如，如果是点焊，则可以采用使外加电流值以两个阶段变化的二段通电条件、外加脉冲电流的脉冲通电条件等。这种情况下，能够高精度地设定施加到熔核15的能量，能够精细地设定熔核15的温度和尺寸等。另外，回火通电和电流缓降，可以进一步抑制HAZ裂纹，因此能够适宜赋予。

另外，为了形成无裂纹的良好的熔核15，优选高张力钢板11A、11B的总板厚T为1.5mm以上且6mm以下。通过使总板厚T在此范围，能够抑制塑性金属环区外侧、电极压痕部和压痕部外侧的HAZ裂纹。

另外，如图1C所示，若熔核15的直径D

另外，若熔核直径D

如以上说明，根据本实施方式的接合结构体10，在被电阻焊的多个钢板之内，至少1张钢板是具有碳当量Ceq为0.53％以上的化学成分，抗拉强度为590MPa以上的高张力钢板11，高张力钢板11，在形成于重叠面侧的表面的锌系镀层14与母材之间具有脱碳层13，脱碳层13具有5μm以上且200μm以下的厚度。由此，能够抑制塑性金属环区16外侧、电极压痕部和压痕部外侧的HAZ裂纹。

另外，根据本实施方式的接合结构体的制造方法，使多个高张力钢板11A、11B彼此重叠，通过电阻点焊，将多张高张力钢板11A、11B彼此接合，因此，能够抑制塑性金属环区外侧、电极压痕部和压痕部外侧的HAZ裂纹。

此外，根据本实施方式的接合结构体的制造方法，即使电阻点焊在下述(a)～(c)的至少一个条件下进行时，也能够抑制上述HAZ裂纹。

(a)焊接电极12A、12B的轴芯CL与跟焊接电极12A、12B接触的钢板11表面的垂线VL为非平行的状态。

(b)焊接位置的重叠面之间有间隙C的状态。

(c)一方的焊接电极12A的轴芯CL1与另一方的焊接电极12B的轴芯CL2为芯错位的状态。

(第二实施方式)

接下来，参照图3A和图3B对于第二实施方式的接合结构体进行说明。第二实施方式的接合结构体10，是高张力钢板11与锌系镀覆钢板21的板组，在这一点上与第一实施方式的接合结构体10不同。

如图3A和图3B所示，本实施方式的接合结构体10，是在重叠面侧的表面具有脱碳层13的高张力钢板11，与同样在重叠面侧的表面具有锌系镀层14的锌系镀覆钢板21经电阻焊而成。即，高张力钢板11的脱碳层13，形成于与所重叠的锌系镀覆钢板21的锌系镀层14相邻的重叠面。

还有，锌系镀覆钢板21的母材没有特别限定，抗拉强度可以是590MPa级以下，或者也可以是软钢。

在该接合结构体10中，因为脱碳层13介于高张力钢板11的母材与锌系镀覆钢板21的锌系镀层14之间，所以锌系镀层14熔融的锌，难以侵入高张力钢板11的HAZ的结晶晶界，可防止因晶界脆化造成的HAZ裂纹。

关于其他的构成和作用，与第一实施方式的接合结构体10同样。

(第三实施方式)

接着，参照图4A和图4B对于第三实施方式的接合结构体进行说明。第三实施方式的接合结构体10，是高张力钢板11A、11B的脱碳层13和锌系镀层14配置在焊接电极12A、12B侧，在这一点上与第一实施方式的接合结构体10不同。还有，在高张力钢板11A、11B的重叠面侧，不具有锌系镀层14的母材彼此接触。

如图4A和图4B所示，在该接合结构体10中，由于在焊接电极12A、12B侧的高张力钢板11A、11B的母材与锌系镀层14之间介入有脱碳层13，因此锌系镀层14的熔融锌，未侵入到高张力钢板11A、11B的HAZ的结晶晶界，可防止因晶界脆化造成的HAZ裂纹。另外，在重叠面侧，因为不具有锌系镀层14的母材彼此接触，所以不存在熔融锌的影响，不会发生HAZ裂纹。

关于其他的构成和作用，与第一实施方式的接合结构体10同样。

(第四实施方式)

接着，参照图5A和图5B对于第四实施方式的接合结构体进行说明。在第四实施方式的接合结构体10中，在两面具有脱碳层13和锌系镀层14的3张高张力钢板11A、11B、11C被重叠而进行了点焊。

如图5A和图5B所示，在此接合结构体10中，由于在焊接电极12A、12B侧和重叠面侧的任意一方，均有脱碳层13介于高张力钢板11A、11B、11C的母材与锌系镀层14之间，因此锌系镀层14的熔融锌，无法侵入到高张力钢板11A、11B、11C的HAZ的结晶晶界，可防止因晶界脆化造成的HAZ裂纹。

关于其他的构成和作用，与第一实施方式的接合结构体10同样。

【实施例】

为了确认本发明的效果，在以下所示的实施例和比较例中，将表1所示的试料A1～A3、B1～B3、C1～C2和D1～D2的钢板11，两张重叠使用，以下述焊接条件和干扰条件进行焊接后，确认有无裂纹。还有，在表1中，“GA钢板”是合金化熔融镀锌钢板，“EG钢板”是电镀锌钢板。

【表1】

(注1)碳当量Ceq＝C+Si/24+Mn/6(C、Si和Mn表示各元素的含量(质量％)

(焊接条件)

焊接机为伺服加压式直流逆变器，焊接电极上下均为前端直径6mm(前端R40mm)的圆顶半径型(DR焊接电极)的铬铜电极。在焊接电极流通的冷却水量，上下均为1.5L/min。以下，显示其他的焊接条件。

·加压力：500kgf

·电流值：7～10kA

·通电时间：0.4sec

·保持时间：0.2sec

(干扰条件)

作为干扰条件，在全部的实施例和比较例中，将打角θ设定在3～5度。从焊接电极12A、12B的轴芯CL与焊接面的垂线VL达到一致的状态起，使焊接电极12A、12B倾斜规定的角度量，由此设定打角θ。

(确认有无裂纹)

焊接后的接合结构体10，通过X射线透射试验和断面宏观观察来确认有无裂纹。断面宏观观察位置，为熔核中央部，观察面是与纵长方向平行的面。确认裂纹时，为无蚀刻，熔核直径测量时，由苦味酸饱和水溶液进行蚀刻而测量。

试验的评价结果，与钢板11的组合、脱碳层13的深度(厚度)、焊接条件一起显示在表2中。

【表2】

如表2所示，对具有脱碳层的钢板彼此进行焊接的任意一个实施例中，都确认到无裂纹，能够得到良好的接合结构体。另一方面，对没有脱碳层13的钢板彼此进行焊接任意一个的比较例中，均确认到裂纹，得不到良好的接合结构体。

还有，本发明不受前述各实施方式限定，可适宜变形、改良等。

以上，一边参照附图，一边对于各种实施方式进行了说明，但本发明当然不受这样的例子限定。如果是从业者，则显然在专利要求的范围所述的范畴内，能够想到各种变更例或修改例，关于这些，当然认为都属于本发明的技术的范围。另外，在不脱离发明的宗旨的范围，也可以任意组合上述实施方式的各构成要素。

还有，本申请基于2018年11月19日申请的日本专利申请(特愿2018－216801)，其内容在本申请之中作为参照援引。

符号说明

10 接合结构体

11、11A、11B、11C 高张力钢板(钢板)

12A、12B 焊接电极

13 脱碳层

14 锌系镀层

21 锌系镀覆钢板(钢板)

CL 焊接电极的轴芯

CL1 一方的焊接电极的轴芯

CL2 另一方的焊接电极的轴芯

VL 钢板表面的垂线

C 间隙

D

d 芯错位

θ 打角