ナットプロジェクション溶接継手
【課題】ナットと鋼板との接合強度（押込み剥離強度およびトルク剥離強度）を向上させると共に、接合強度のばらつきも低減することのできるナットプロジェクション溶接継手を提供する。
【解決手段】本発明のナットプロジェクション溶接継手は、鋼板の化学成分組成を適切に調整すると共に、溶接熱影響部の鋼板表面に垂直な断面での硬度分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域の最大厚さｄ（ｍｍ）と最大幅Ｗ（ｍｍ）の積Ｓ（ｍｍ2）が、板厚ｔ（ｍｍ）との関係において、Ｓ／ｔ＞０．９（ｍｍ）の関係を満足する。
【解決手段】本発明のナットプロジェクション溶接継手は、鋼板の化学成分組成を適切に調整すると共に、溶接熱影響部の鋼板表面に垂直な断面での硬度分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域の最大厚さｄ（ｍｍ）と最大幅Ｗ（ｍｍ）の積Ｓ（ｍｍ2）が、板厚ｔ（ｍｍ）との関係において、Ｓ／ｔ＞０．９（ｍｍ）の関係を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板とナットをプロジェクション溶接によって溶接することによって構築される溶接継手に関するものであり、特に鋼板とナットとの接合強度（押込み剥離強度およびトルク剥離強度）を向上させたナットプロジェクション溶接継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のフロントサイドメンバー、センターピラー、ヒンジレインフォーメントのような自動車部材は、ドアを取り付けるヒンジ等を付ける必要性から、鋼板にナットを溶接接合し、そこにボルトでヒンジ部品を取り付けるように構築されている。こうした部材を構築するに当たっては、プロジェクション溶接法によって鋼板表面にナットを溶接接合（本発明では、これを「ナットプロジェクション溶接」と呼んでいる）して溶接継手を形成するのが一般的である。このような溶接構造物において、溶接継手に要求される特性としては、鋼板とナットとの接合強度が高く、ばらつきが小さいことが必要である。
【０００３】
プロジェクション溶接法に関して、これまでにも様々な技術が提案されている。例えば特許文献１には、プロジェクション溶接における溶接用電極の配分を工夫することによって溶接作業性に優れたものとする技術が提案されている。また、特許文献２では、通電操作を、比較的低電流で行なう第１通電操作と、比較的高電流で行なう第２通電操作で行なうことによって、溶接強度（接合強度）を高めた技術が提案されている。またこの技術では、ナットの鋼板側の端部に複数の突起を設け、上記第１通電操作の加圧によって、これら複数の突起の突出長を均一にして溶接部の平坦度を上げることで、複数の突起間における電流配分の均一化を図り、溶接強度（接合強度）の向上およびそのばらつきの低減を図ることも開示されている。
【０００４】
これらの技術では、溶接条件を適切にすることによって、接合強度の向上やそのばらつきの低減を図るものであるが、こうした条件設定だけでは、必ずしも良好な効果が発揮されていないのが実情である。こうしたことから、違う観点から溶接継手の接合強度の向上が図れるような技術が望まれているのが実情である。
【０００５】
一方、鋼板自体の特性を改善するものとして、例えば特許文献３のような技術も提案されている。この技術では、鋼板の化学成分組成を適切に調整し、プロジェクション溶接部の溶接面に生成する酸化物をシリケート系とすることによって、溶接継手に形成される酸化物を溶接面から排出し易くして、接合強度を高めるものである。しかしながら、酸化物を排出することによる接合強度向上効果には、どうしても限界があることになる。
【０００６】
通常の鋼板の溶接性を高めるための一般的な考え方としては、化学成分組成を調整すると共に、高い要求強度であっても炭素当量Ｃｅｑを比較的低めに抑える手段が採用されている（例えば、特許文献４）。しかしながら、こうした手段は、鋼板の溶接性を高めるものであって、ナット溶接の特性を高めるものではなく、良好な接合強度を発揮する溶接継手が実現できないのが実情である。
【特許文献１】特開２００２−１７８１６１号公報
【特許文献２】特開２００４−５０２８０号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１８１６号公報
【特許文献４】特開平６−６５６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、ナットと鋼板との接合強度（押込み剥離強度およびトルク剥離強度）を向上させると共に、接合強度のばらつきも低減することのできるナットプロジェクション溶接継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成することのできた本発明のナットプロジェクション溶接継手とは、鋼板表面にナットをプロジェクション溶接した溶接継手であって、前記鋼板は、Ｃ：０．０５〜０．３０％(「質量％」の意味、化学成分組成について以下同じ)、Ｓｉ：０．０２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、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）である化学成分組成を有し、且つ溶接熱影響部の鋼板表面に垂直な断面での硬度分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域の最大厚さｄ（ｍｍ）と最大幅Ｗ（ｍｍ）の積Ｓ（ｍｍ2）が、板厚ｔ（ｍｍ）との関係において、Ｓ／ｔ＞０．９（ｍｍ）の関係を満足する点に要旨を有するものである。
【０００９】
本発明のナットプロジェクション溶接継手で用いる鋼板には、必要によって、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種以上を含有させることも有用であり、含有される成分に応じて鋼板およびナットプロジェクション溶接継手の特性が更に改善される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、鋼板の化学成分組成を厳密に規定すると共に、ナットプロジェクション溶接によって形成され溶接熱影響部の硬度分布を適切に制御することによって、接合強度（押込み剥離強度およびトルク剥離強度）に優れた溶接継手が得られ、こうした溶接継手は、自動車のフロントサイドメンバーやセンターピラー、ヒンジレインフォースメント等の部材の構成素材として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者は、ナットと鋼板をプロジェクション溶接したときの接合強度に優れた溶接継手の実現を目指して様々な角度から検討した。そして、まず溶接継手の接合強度に関与する要因として、溶接によって形成される溶接接合部周辺の硬度分布と接合強度の関係について検討した。
【００１２】
ナットプロジェクション溶接では、溶接時に鋼板とナットの接触部分が溶融することによって溶融部が形成され、この溶融部がその後凝固することによって溶接接合部となり、その周辺に溶接時の熱によって溶接熱影響部（以下、「溶接ＨＡＺ」と呼ぶことがある）が形成され、溶接継手が構成されることになる。このとき形成される溶接接合部の形態は、溶接条件（溶接電流、通電時間、加圧力）等によって影響されることは知られている。ナットプロジェクション溶接によって形成された溶接構造物の接合強度（剥離強度）の良否は、従来ではナットと鋼板との拡散接合の存否によって判断されてきた。即ち、接合強度が優れたものと評価される溶接構造物は、上記溶接金属部でナットと鋼板の境界面（接合界面）が識別できない程度に一体的になっている場合（拡散接合状態）であり、そうでない場合には接合強度が低下しているものと考えられている。
【００１３】
溶接接合部において、拡散接合状態が達成されていれば、剥離強度が高くなり、そのばらつきも小さく抑えることができると考えられている。本発明者が検討したところによれば、こうした接合状況も重要であるが、溶接接合部周辺に形成される溶接ＨＡＺの硬度分布の状況によって、剥離強度が大きく影響されるとの着想が得られた。即ち、溶接ＨＡＺの硬度分布において、高硬度の領域をできるだけ深く且つ広くすることによって、剥離強度をより一層高くすることができ、そのばらつきも小さく抑えることができることが判明したのである。
【００１４】
具体的には、溶接ＨＡＺの鋼板表面に垂直な断面での硬度分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域（以下では、この領域を「高硬度領域」と呼ぶことがある）の最大厚さｄ（ｍｍ）と最大幅Ｗ（ｍｍ）の積Ｓ（ｍｍ2）が、所定の範囲とした場合には、剥離強度に影響を与える程度に適度な硬さの領域が適切な量で形成され、優れた剥離強度が得られることが分かったのであるが、板厚ｔとの関係も考慮する必要があることも知見している。即ち、溶接ＨＡＺの高硬度範囲と板厚ｔとの関係においては、高硬度領域が同じ範囲であれば、高硬度領域が板厚領域の表面にあるために、板厚ｔが厚い方が剥離しやすく、剥離強度は低下する傾向がある（即ち、全体の板厚の表面部だけに高硬度領域が存在するような状況では、剥離強度は低下する）。
【００１５】
こうした経緯に基づき、上記高硬度領域の最大厚さｄ（ｍｍ）と最大幅Ｗ（ｍｍ）の積Ｓ（ｍｍ2）が、板厚ｔ（ｍｍ）との関係において、Ｓ／ｔ＞０．９（ｍｍ）の関係を満足するようにすれば、十分な剥離強度が確保できることを見出し、本発明を完成した。
【００１６】
これまで、剥離強度を確保するための手段としては、溶接ＨＡＺの硬度分布を制御することは行なわれていなかった。また、このような観点から、鋼板の成分調整が行なわれることもなかった。これに対して、本発明では、ナットプロジェクション溶接によって形成される溶接ナットの剥離強度は、鋼板とナット（即ち、ナットの突起部）とが拡散接合によって接合していることによっても確保されるが、更に溶接ＨＡＺにどれだけの高硬度領域が存在するかによって、剥離特性（強度、ばらつき等）が改善されるのである。尚、溶接ＨＡＺでの鋼板の高硬度領域を拡げるための手段としては、ナットプロジェクション溶接において、繰り返し通電（例えば、２回通電）を行なうことが好ましい。
【００１７】
本発明のナットプロジェクション溶接継手に適用する鋼板は、その化学成分組成が適正に調整されていることも必要である。次に、化学成分組成の範囲限定理由を説明する。
【００１８】
［Ｃ：０．０５〜０．３０％］
Ｃは溶接ＨＡＺ（鋼板側の溶接ＨＡＺ）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０．０５％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０．３０％とする必要がある。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０８％であり、好ましい上限は０．２８％である。
【００１９】
［Ｓｉ：０．０２〜２．５％］
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０．０２％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、２．５％以下とする必要がある。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０３％であり、好ましい上限は２．３％である。
【００２０】
［Ｍｎ：０．５〜３．０％］
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０．５％以上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３．０％とする。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．８％であり、好ましい上限は２．８％である。
【００２１】
［Ａｌ：０．０１〜２．０％］
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、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。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。
【００２２】
本発明の鋼板において、上記基本成分の他は、鉄および不可避的不純物（例えば、Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等）からなるものであるが、その特性を阻害しない程度の微量成分（許容成分）も含み得るものであり（例えば、Ｚｒ，希土類元素等）、こうした鋼板も本発明の範囲に含まれるものである。また、上記不可避的不純物のうち、Ｐ，Ｓについては、下記のように抑制することが好ましい。
【００２３】
［Ｐ：０．０１５％以下（０％を含まない）］
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。
【００２４】
［Ｓ：０．０１％以下（０％を含まない）］
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。
【００２５】
本発明の鋼板には、必要によって、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種以上を含有させることも有効である。これらの成分を含有させるときの範囲限定理由は、次の通りである。
【００２６】
［Ｃｕ：１％以下（０％を含まない）］
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。
【００２７】
［Ｎｉ：１％以下（０％を含まない）］
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。
【００２８】
［Ｃｒ：１％以下（０％を含まない）］
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。
【００２９】
［Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）］
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。
【００３０】
［Ｖ：０．０５％以下（０％を含まない）］
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。
【００３１】
［Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含まない）］
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。
【００３２】
［Ｔｉ：０．０５％以下（０％を含まない）］
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。
【００３３】
［Ｂ：０．００３％以下（０％を含まない）］
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。
【００３４】
［Ｃａ：０．００３％以下（０％を含まない）］
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。
【００３５】
本発明で用いる鋼板は、表面処理せずに冷間圧延後の状態で溶接母材として使用できるものであるが、必要によって、電気亜鉛めっき、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき等を施しても良く、いずれも本発明の鋼板に含まれるものである。また、本発明の溶接継手を形成するときのナットの素材（鋼種）についても、通常使用されているものであれば良く、形状や成分等は特に限定されるものではないが、例えば炭素鋼や合金鋼等が使用できる。
【００３６】
本発明で用いる鋼板は、その板厚も適切な範囲とすることが好ましい。即ち、プロジェクション溶接は抵抗溶接であるので、適切な溶接電流の範囲内で良好な溶接継手を形成させるためには、板厚が３．０ｍｍ以下の薄板とすることが好ましい。しかしながら、板厚があまり薄くなると、良好な溶接接合部および溶接ＨＡＺを形成しても鋼板（母材）自体が破断するので、０．８ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３７】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変形することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００３８】
下記表１に化学成分組成を示す各種溶鋼（鋼種Ａ〜Ｏ）を、通常の溶製法によって溶製し、この溶鋼を冷却してスラブとした後（厚さ：１０ｍｍ）、１２５０℃に加熱して熱間圧延を行ない（圧延終了温度：８５０℃）、板厚が３．０ｍｍの熱間圧延材を得た。この熱間圧延材に対して、冷間圧延を行なった後、８８０℃で１２０秒加熱後空冷の条件で焼鈍を行ない、様々な板厚（１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、１．８ｍｍ）の各種鋼板を得た。尚、下記表１中「−」は元素を添加していないことを示している。
【００３９】
【表１】
【００４０】
得られた各鋼板について、下記の条件でナットプロジェクション溶接を行ない、ナットプロジェクション溶接性調査のための供試材（溶接継手）を作製した。
【００４１】
［ナットプロジェクション溶接条件］
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２ａ）との溶接を行なうようにされる。
【００４２】
ＪＩＳ Ｂ １１９６規定による１Ｄ形Ｍ８×１、強度区分８Ｔのナット２［４個の突起２ａの突出距離（図１に示したＡ）が１ｍｍ］を用い、上記各種鋼板１［外形：５０×５０×ｔ（ｍｍ）］とナットプロジェクション溶接を行なった。このときの、他の溶接条件（詳細な仕様）は、下記の通りである。
【００４３】
［その他の溶接条件］
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：１２ｋＡ
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）
溶接時間：１０〜２０サイクル／６０Ｈｚ
保持時間：５サイクル／６０Ｈｚ
【００４４】
作製した供試材について、溶接熱影響部（溶接ＨＡＺ）における硬度分布を下記の方法によって測定した。
［硬度分布測定方法］
図２は、溶接ＨＡＺの硬度分布測定状況を説明するための図であり、前記図１と対応する部分には同一の参照符号が付してある。ナット２の突起部２ａと鋼板１とは、プロジェクション溶接されることによって、接合部（接合界面：図中Ｅで示す）およびその周囲に溶接ＨＡＺ１３が形成されるが、この溶接ＨＡＺ１３の鋼板１の表面に垂直な断面での硬度分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域（高硬度領域）での最大厚さｄ（図２における最大深さ部１２の位置での上下方向Ｄの距離）および最大幅Ｗ（図２の左右方向の距離）を測定する。
【００４５】
このとき、鋼板１とナット２の接合界面Ｅからの鋼板表面に垂直方向距離（接合界面位置を０ｍｍ）を、ナット側（図２の上側）をマイナス、鋼板側（図２の下側）をプラスとして、夫々の各距離における硬度を測定し、最大厚さｄ（４００Ｈｖ以上を満足する領域の厚さ）を求めた。尚、溶接ＨＡＺ１３は、接合部からナット側および鋼板側の双方に形成される領域の合計したものである（即ち、接合部Ｅは溶接ＨＡＺ１３内に包含された形態となる）。
【００４６】
また、鋼板１の表面から深さ０．１ｍｍのライン（図２中Ｌで示す）上において、接合界面の幅の中央からの距離（即ち、中央の位置を０ｍｍ）を、図２の右側をマイナス、図２の左側をプラスとして、夫々の距離における硬度を測定し、最大幅Ｗ（４００Ｈｖ以上を満足する領域の幅）を求めた。尚、各供試材については、４箇所の突起のうち、対角の位置にある２つの突起について硬度分布を測定し、その平均値を求めた。
【００４７】
例えば、上記表１に示した鋼種Ｂを用い、各種板厚（１．２ｍｍ、１．６ｍｍ）において、溶接電流（１２ｋＡ）および溶接時間（１０サイクル、２０サイクル、１０サイクル×２回）を変えたときの、硬さ分布（板厚さ方向および幅方向の硬さ分布）を、最大厚さｄ、最大幅ＷおよびＳ（ｄ×Ｗ）／ｔの値と共に、下記表２、３に示す（後記表４の実験Ｎｏ．４〜６、７、９に相当）。尚、１０サイクル×２回の溶接とは、溶接時間１０サイクルで２回の通電（その間１０サイクルの休止時間）を行なったものである。また、表２、３において、高硬度領域は、鎖線（−−）で挾まれた領域であることを示している。
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
上記と同様にして、上記した各鋼種（鋼種Ａ〜Ｏ）について、板厚（１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、１．８ｍｍ）、溶接時間（１０サイクル、２０サイクル、１０サイクル×２回）を変えて得られた溶接継手の硬さ分布（板厚さ方向および幅方向の硬さ分布）を測定し、Ｓ（ｄ×Ｗ）／ｔの値を求めた。その結果、後記表４に示す（実験Ｎｏ．１〜２３）。
【００５１】
【表４】
【００５２】
上記表４に示した各溶接継手について、ＪＩＳ Ｂ １１９６に規定する試験方法に従って剥離強度（押込み剥離強度およびトルク剥離強度）を測定すると共に、それらのばらつきについて測定した。剥離強度およびそのばらつきを測定するときの試験方法は、下記の通りである。
【００５３】
［押込み剥離試験条件］
図３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３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、図１、２に示した突起２ａ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、各条件（実験Ｎｏ．１〜２３）の夫々において３００個の供試材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、供試材３００個について測定したときの最大値と最小値の差（最大値−最小値）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以上である。
【００５４】
［トルク剥離試験条件］
図４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が剥離したとき（即ち、突起２ａ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、各条件（実験Ｎｏ．１〜２３）の夫々において３００個の供試材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、３００個について測定したときの最大値と最小値の差（最大値−最小値）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以上である。
【００５５】
これらの結果を、板厚、溶接条件（溶接電流、溶接時間）と共に、下記表５に示す。表５において、本発明で規定する要件を満足して良好な値を示したものは、評価として「○」を示し、いずれかの特性が劣化しているものを評価として「×」を示した。
【００５６】
【表５】
【００５７】
この結果から明らかなように、本発明で規定する要件を満足するもの（実験Ｎｏ．２，３，５，６，８〜２４）では、剥離強度が高く且つそのばらつきの小さい供試材（溶接継手）が得られていることが分かる、これに対して、本発明で規定するいずれかの要件を外れるものでは（実験Ｎｏ．１，４，７）では、いずれかの特性が劣化していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】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る。
【図２】溶接ＨＡＺの硬度分布測定状況を説明するための図である。
【図３】押込み剥離試験を説明するための図である。
【図４】トルク剥離試験を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 鋼板（母材）
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
１１ ソケット
１３ 溶接ＨＡＺ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼板とナットをプロジェクション溶接によって溶接することによって構築される溶接継手に関するものであり、特に鋼板とナットとの接合強度（押込み剥離強度およびトルク剥離強度）を向上させたナットプロジェクション溶接継手に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車のフロントサイドメンバー、センターピラー、ヒンジレインフォーメントのような自動車部材は、ドアを取り付けるヒンジ等を付ける必要性から、鋼板にナットを溶接接合し、そこにボルトでヒンジ部品を取り付けるように構築されている。こうした部材を構築するに当たっては、プロジェクション溶接法によって鋼板表面にナットを溶接接合（本発明では、これを「ナットプロジェクション溶接」と呼んでいる）して溶接継手を形成するのが一般的である。このような溶接構造物において、溶接継手に要求される特性としては、鋼板とナットとの接合強度が高く、ばらつきが小さいことが必要である。
【０００３】
プロジェクション溶接法に関して、これまでにも様々な技術が提案されている。例えば特許文献１には、プロジェクション溶接における溶接用電極の配分を工夫することによって溶接作業性に優れたものとする技術が提案されている。また、特許文献２では、通電操作を、比較的低電流で行なう第１通電操作と、比較的高電流で行なう第２通電操作で行なうことによって、溶接強度（接合強度）を高めた技術が提案されている。またこの技術では、ナットの鋼板側の端部に複数の突起を設け、上記第１通電操作の加圧によって、これら複数の突起の突出長を均一にして溶接部の平坦度を上げることで、複数の突起間における電流配分の均一化を図り、溶接強度（接合強度）の向上およびそのばらつきの低減を図ることも開示されている。
【０００４】
これらの技術では、溶接条件を適切にすることによって、接合強度の向上やそのばらつきの低減を図るものであるが、こうした条件設定だけでは、必ずしも良好な効果が発揮されていないのが実情である。こうしたことから、違う観点から溶接継手の接合強度の向上が図れるような技術が望まれているのが実情である。
【０００５】
一方、鋼板自体の特性を改善するものとして、例えば特許文献３のような技術も提案されている。この技術では、鋼板の化学成分組成を適切に調整し、プロジェクション溶接部の溶接面に生成する酸化物をシリケート系とすることによって、溶接継手に形成される酸化物を溶接面から排出し易くして、接合強度を高めるものである。しかしながら、酸化物を排出することによる接合強度向上効果には、どうしても限界があることになる。
【０００６】
通常の鋼板の溶接性を高めるための一般的な考え方としては、化学成分組成を調整すると共に、高い要求強度であっても炭素当量Ｃｅｑを比較的低めに抑える手段が採用されている（例えば、特許文献４）。しかしながら、こうした手段は、鋼板の溶接性を高めるものであって、ナット溶接の特性を高めるものではなく、良好な接合強度を発揮する溶接継手が実現できないのが実情である。
【特許文献１】特開２００２−１７８１６１号公報
【特許文献２】特開２００４−５０２８０号公報
【特許文献３】特開２００５−２８１８１６号公報
【特許文献４】特開平６−６５６３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記の様な事情に着目してなされたものであって、その目的は、ナットと鋼板との接合強度（押込み剥離強度およびトルク剥離強度）を向上させると共に、接合強度のばらつきも低減することのできるナットプロジェクション溶接継手を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成することのできた本発明のナットプロジェクション溶接継手とは、鋼板表面にナットをプロジェクション溶接した溶接継手であって、前記鋼板は、Ｃ：０．０５〜０．３０％(「質量％」の意味、化学成分組成について以下同じ)、Ｓｉ：０．０２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、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）である化学成分組成を有し、且つ溶接熱影響部の鋼板表面に垂直な断面での硬度分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域の最大厚さｄ（ｍｍ）と最大幅Ｗ（ｍｍ）の積Ｓ（ｍｍ2）が、板厚ｔ（ｍｍ）との関係において、Ｓ／ｔ＞０．９（ｍｍ）の関係を満足する点に要旨を有するものである。
【０００９】
本発明のナットプロジェクション溶接継手で用いる鋼板には、必要によって、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種以上を含有させることも有用であり、含有される成分に応じて鋼板およびナットプロジェクション溶接継手の特性が更に改善される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明においては、鋼板の化学成分組成を厳密に規定すると共に、ナットプロジェクション溶接によって形成され溶接熱影響部の硬度分布を適切に制御することによって、接合強度（押込み剥離強度およびトルク剥離強度）に優れた溶接継手が得られ、こうした溶接継手は、自動車のフロントサイドメンバーやセンターピラー、ヒンジレインフォースメント等の部材の構成素材として有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明者は、ナットと鋼板をプロジェクション溶接したときの接合強度に優れた溶接継手の実現を目指して様々な角度から検討した。そして、まず溶接継手の接合強度に関与する要因として、溶接によって形成される溶接接合部周辺の硬度分布と接合強度の関係について検討した。
【００１２】
ナットプロジェクション溶接では、溶接時に鋼板とナットの接触部分が溶融することによって溶融部が形成され、この溶融部がその後凝固することによって溶接接合部となり、その周辺に溶接時の熱によって溶接熱影響部（以下、「溶接ＨＡＺ」と呼ぶことがある）が形成され、溶接継手が構成されることになる。このとき形成される溶接接合部の形態は、溶接条件（溶接電流、通電時間、加圧力）等によって影響されることは知られている。ナットプロジェクション溶接によって形成された溶接構造物の接合強度（剥離強度）の良否は、従来ではナットと鋼板との拡散接合の存否によって判断されてきた。即ち、接合強度が優れたものと評価される溶接構造物は、上記溶接金属部でナットと鋼板の境界面（接合界面）が識別できない程度に一体的になっている場合（拡散接合状態）であり、そうでない場合には接合強度が低下しているものと考えられている。
【００１３】
溶接接合部において、拡散接合状態が達成されていれば、剥離強度が高くなり、そのばらつきも小さく抑えることができると考えられている。本発明者が検討したところによれば、こうした接合状況も重要であるが、溶接接合部周辺に形成される溶接ＨＡＺの硬度分布の状況によって、剥離強度が大きく影響されるとの着想が得られた。即ち、溶接ＨＡＺの硬度分布において、高硬度の領域をできるだけ深く且つ広くすることによって、剥離強度をより一層高くすることができ、そのばらつきも小さく抑えることができることが判明したのである。
【００１４】
具体的には、溶接ＨＡＺの鋼板表面に垂直な断面での硬度分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域（以下では、この領域を「高硬度領域」と呼ぶことがある）の最大厚さｄ（ｍｍ）と最大幅Ｗ（ｍｍ）の積Ｓ（ｍｍ2）が、所定の範囲とした場合には、剥離強度に影響を与える程度に適度な硬さの領域が適切な量で形成され、優れた剥離強度が得られることが分かったのであるが、板厚ｔとの関係も考慮する必要があることも知見している。即ち、溶接ＨＡＺの高硬度範囲と板厚ｔとの関係においては、高硬度領域が同じ範囲であれば、高硬度領域が板厚領域の表面にあるために、板厚ｔが厚い方が剥離しやすく、剥離強度は低下する傾向がある（即ち、全体の板厚の表面部だけに高硬度領域が存在するような状況では、剥離強度は低下する）。
【００１５】
こうした経緯に基づき、上記高硬度領域の最大厚さｄ（ｍｍ）と最大幅Ｗ（ｍｍ）の積Ｓ（ｍｍ2）が、板厚ｔ（ｍｍ）との関係において、Ｓ／ｔ＞０．９（ｍｍ）の関係を満足するようにすれば、十分な剥離強度が確保できることを見出し、本発明を完成した。
【００１６】
これまで、剥離強度を確保するための手段としては、溶接ＨＡＺの硬度分布を制御することは行なわれていなかった。また、このような観点から、鋼板の成分調整が行なわれることもなかった。これに対して、本発明では、ナットプロジェクション溶接によって形成される溶接ナットの剥離強度は、鋼板とナット（即ち、ナットの突起部）とが拡散接合によって接合していることによっても確保されるが、更に溶接ＨＡＺにどれだけの高硬度領域が存在するかによって、剥離特性（強度、ばらつき等）が改善されるのである。尚、溶接ＨＡＺでの鋼板の高硬度領域を拡げるための手段としては、ナットプロジェクション溶接において、繰り返し通電（例えば、２回通電）を行なうことが好ましい。
【００１７】
本発明のナットプロジェクション溶接継手に適用する鋼板は、その化学成分組成が適正に調整されていることも必要である。次に、化学成分組成の範囲限定理由を説明する。
【００１８】
［Ｃ：０．０５〜０．３０％］
Ｃは溶接ＨＡＺ（鋼板側の溶接ＨＡＺ）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０．０５％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０．３０％とする必要がある。Ｃ含有量の好ましい下限は０．０８％であり、好ましい上限は０．２８％である。
【００１９】
［Ｓｉ：０．０２〜２．５％］
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０．０２％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、２．５％以下とする必要がある。Ｓｉ含有量の好ましい下限は０．０３％であり、好ましい上限は２．３％である。
【００２０】
［Ｍｎ：０．５〜３．０％］
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０．５％以上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３．０％とする。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．８％であり、好ましい上限は２．８％である。
【００２１】
［Ａｌ：０．０１〜２．０％］
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、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。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。
【００２２】
本発明の鋼板において、上記基本成分の他は、鉄および不可避的不純物（例えば、Ｐ，Ｓ，Ｎ，Ｏ等）からなるものであるが、その特性を阻害しない程度の微量成分（許容成分）も含み得るものであり（例えば、Ｚｒ，希土類元素等）、こうした鋼板も本発明の範囲に含まれるものである。また、上記不可避的不純物のうち、Ｐ，Ｓについては、下記のように抑制することが好ましい。
【００２３】
［Ｐ：０．０１５％以下（０％を含まない）］
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。
【００２４】
［Ｓ：０．０１％以下（０％を含まない）］
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。
【００２５】
本発明の鋼板には、必要によって、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種以上を含有させることも有効である。これらの成分を含有させるときの範囲限定理由は、次の通りである。
【００２６】
［Ｃｕ：１％以下（０％を含まない）］
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。
【００２７】
［Ｎｉ：１％以下（０％を含まない）］
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。
【００２８】
［Ｃｒ：１％以下（０％を含まない）］
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。
【００２９】
［Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）］
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。
【００３０】
［Ｖ：０．０５％以下（０％を含まない）］
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。
【００３１】
［Ｎｂ：０．０５％以下（０％を含まない）］
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。
【００３２】
［Ｔｉ：０．０５％以下（０％を含まない）］
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。
【００３３】
［Ｂ：０．００３％以下（０％を含まない）］
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。
【００３４】
［Ｃａ：０．００３％以下（０％を含まない）］
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。
【００３５】
本発明で用いる鋼板は、表面処理せずに冷間圧延後の状態で溶接母材として使用できるものであるが、必要によって、電気亜鉛めっき、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき等を施しても良く、いずれも本発明の鋼板に含まれるものである。また、本発明の溶接継手を形成するときのナットの素材（鋼種）についても、通常使用されているものであれば良く、形状や成分等は特に限定されるものではないが、例えば炭素鋼や合金鋼等が使用できる。
【００３６】
本発明で用いる鋼板は、その板厚も適切な範囲とすることが好ましい。即ち、プロジェクション溶接は抵抗溶接であるので、適切な溶接電流の範囲内で良好な溶接継手を形成させるためには、板厚が３．０ｍｍ以下の薄板とすることが好ましい。しかしながら、板厚があまり薄くなると、良好な溶接接合部および溶接ＨＡＺを形成しても鋼板（母材）自体が破断するので、０．８ｍｍ以上とすることが好ましい。
【００３７】
以下、本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変形することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００３８】
下記表１に化学成分組成を示す各種溶鋼（鋼種Ａ〜Ｏ）を、通常の溶製法によって溶製し、この溶鋼を冷却してスラブとした後（厚さ：１０ｍｍ）、１２５０℃に加熱して熱間圧延を行ない（圧延終了温度：８５０℃）、板厚が３．０ｍｍの熱間圧延材を得た。この熱間圧延材に対して、冷間圧延を行なった後、８８０℃で１２０秒加熱後空冷の条件で焼鈍を行ない、様々な板厚（１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、１．８ｍｍ）の各種鋼板を得た。尚、下記表１中「−」は元素を添加していないことを示している。
【００３９】
【表１】
【００４０】
得られた各鋼板について、下記の条件でナットプロジェクション溶接を行ない、ナットプロジェクション溶接性調査のための供試材（溶接継手）を作製した。
【００４１】
［ナットプロジェクション溶接条件］
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２ａ）との溶接を行なうようにされる。
【００４２】
ＪＩＳ Ｂ １１９６規定による１Ｄ形Ｍ８×１、強度区分８Ｔのナット２［４個の突起２ａの突出距離（図１に示したＡ）が１ｍｍ］を用い、上記各種鋼板１［外形：５０×５０×ｔ（ｍｍ）］とナットプロジェクション溶接を行なった。このときの、他の溶接条件（詳細な仕様）は、下記の通りである。
【００４３】
［その他の溶接条件］
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：１２ｋＡ
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）
溶接時間：１０〜２０サイクル／６０Ｈｚ
保持時間：５サイクル／６０Ｈｚ
【００４４】
作製した供試材について、溶接熱影響部（溶接ＨＡＺ）における硬度分布を下記の方法によって測定した。
［硬度分布測定方法］
図２は、溶接ＨＡＺの硬度分布測定状況を説明するための図であり、前記図１と対応する部分には同一の参照符号が付してある。ナット２の突起部２ａと鋼板１とは、プロジェクション溶接されることによって、接合部（接合界面：図中Ｅで示す）およびその周囲に溶接ＨＡＺ１３が形成されるが、この溶接ＨＡＺ１３の鋼板１の表面に垂直な断面での硬度分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域（高硬度領域）での最大厚さｄ（図２における最大深さ部１２の位置での上下方向Ｄの距離）および最大幅Ｗ（図２の左右方向の距離）を測定する。
【００４５】
このとき、鋼板１とナット２の接合界面Ｅからの鋼板表面に垂直方向距離（接合界面位置を０ｍｍ）を、ナット側（図２の上側）をマイナス、鋼板側（図２の下側）をプラスとして、夫々の各距離における硬度を測定し、最大厚さｄ（４００Ｈｖ以上を満足する領域の厚さ）を求めた。尚、溶接ＨＡＺ１３は、接合部からナット側および鋼板側の双方に形成される領域の合計したものである（即ち、接合部Ｅは溶接ＨＡＺ１３内に包含された形態となる）。
【００４６】
また、鋼板１の表面から深さ０．１ｍｍのライン（図２中Ｌで示す）上において、接合界面の幅の中央からの距離（即ち、中央の位置を０ｍｍ）を、図２の右側をマイナス、図２の左側をプラスとして、夫々の距離における硬度を測定し、最大幅Ｗ（４００Ｈｖ以上を満足する領域の幅）を求めた。尚、各供試材については、４箇所の突起のうち、対角の位置にある２つの突起について硬度分布を測定し、その平均値を求めた。
【００４７】
例えば、上記表１に示した鋼種Ｂを用い、各種板厚（１．２ｍｍ、１．６ｍｍ）において、溶接電流（１２ｋＡ）および溶接時間（１０サイクル、２０サイクル、１０サイクル×２回）を変えたときの、硬さ分布（板厚さ方向および幅方向の硬さ分布）を、最大厚さｄ、最大幅ＷおよびＳ（ｄ×Ｗ）／ｔの値と共に、下記表２、３に示す（後記表４の実験Ｎｏ．４〜６、７、９に相当）。尚、１０サイクル×２回の溶接とは、溶接時間１０サイクルで２回の通電（その間１０サイクルの休止時間）を行なったものである。また、表２、３において、高硬度領域は、鎖線（−−）で挾まれた領域であることを示している。
【００４８】
【表２】
【００４９】
【表３】
【００５０】
上記と同様にして、上記した各鋼種（鋼種Ａ〜Ｏ）について、板厚（１．２ｍｍ、１．６ｍｍ、１．８ｍｍ）、溶接時間（１０サイクル、２０サイクル、１０サイクル×２回）を変えて得られた溶接継手の硬さ分布（板厚さ方向および幅方向の硬さ分布）を測定し、Ｓ（ｄ×Ｗ）／ｔの値を求めた。その結果、後記表４に示す（実験Ｎｏ．１〜２３）。
【００５１】
【表４】
【００５２】
上記表４に示した各溶接継手について、ＪＩＳ Ｂ １１９６に規定する試験方法に従って剥離強度（押込み剥離強度およびトルク剥離強度）を測定すると共に、それらのばらつきについて測定した。剥離強度およびそのばらつきを測定するときの試験方法は、下記の通りである。
【００５３】
［押込み剥離試験条件］
図３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３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、図１、２に示した突起２ａ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、各条件（実験Ｎｏ．１〜２３）の夫々において３００個の供試材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、供試材３００個について測定したときの最大値と最小値の差（最大値−最小値）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以上である。
【００５４】
［トルク剥離試験条件］
図４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が剥離したとき（即ち、突起２ａ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、各条件（実験Ｎｏ．１〜２３）の夫々において３００個の供試材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、３００個について測定したときの最大値と最小値の差（最大値−最小値）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以上である。
【００５５】
これらの結果を、板厚、溶接条件（溶接電流、溶接時間）と共に、下記表５に示す。表５において、本発明で規定する要件を満足して良好な値を示したものは、評価として「○」を示し、いずれかの特性が劣化しているものを評価として「×」を示した。
【００５６】
【表５】
【００５７】
この結果から明らかなように、本発明で規定する要件を満足するもの（実験Ｎｏ．２，３，５，６，８〜２４）では、剥離強度が高く且つそのばらつきの小さい供試材（溶接継手）が得られていることが分かる、これに対して、本発明で規定するいずれかの要件を外れるものでは（実験Ｎｏ．１，４，７）では、いずれかの特性が劣化していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】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る。
【図２】溶接ＨＡＺの硬度分布測定状況を説明するための図である。
【図３】押込み剥離試験を説明するための図である。
【図４】トルク剥離試験を説明するための図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 鋼板（母材）
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
１１ ソケット
１３ 溶接ＨＡＺ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板表面にナットをプロジェクション溶接した溶接継手であって、前記鋼板は、Ｃ：０．０５〜０．３０％(「質量％」の意味、化学成分組成について以下同じ)、Ｓｉ：０．０２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、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）である化学成分組成を有し、且つ溶接熱影響部の鋼板表面に垂直な断面での硬度分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域の最大厚さｄ（ｍｍ）と最大幅Ｗ（ｍｍ）の積Ｓ（ｍｍ2）が、板厚ｔ（ｍｍ）との関係において、Ｓ／ｔ＞０．９（ｍｍ）の関係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継手。
【請求項２】
前記鋼板は、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に記載のナットプロジェクション溶接継手。
【請求項１】
鋼板表面にナットをプロジェクション溶接した溶接継手であって、前記鋼板は、Ｃ：０．０５〜０．３０％(「質量％」の意味、化学成分組成について以下同じ)、Ｓｉ：０．０２〜２．５％、Ｍｎ：０．５〜３．０％、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）である化学成分組成を有し、且つ溶接熱影響部の鋼板表面に垂直な断面での硬度分布において、ビッカース硬さが４００Ｈｖ以上の領域の最大厚さｄ（ｍｍ）と最大幅Ｗ（ｍｍ）の積Ｓ（ｍｍ2）が、板厚ｔ（ｍｍ）との関係において、Ｓ／ｔ＞０．９（ｍｍ）の関係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継手。
【請求項２】
前記鋼板は、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に記載のナットプロジェクション溶接継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１１５６７８（Ｐ２０１０−１１５６７８Ａ）
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８９９４６（Ｐ２００８−２８９９４６）
【出願日】平成２０年１１月１２日（２００８．１１．１２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月２７日（２０１０．５．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月１２日（２００８．１１．１２）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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