鋼板のアーク溶接法
【課題】高速溶接でも、充分なビード幅を確保し得る鋼板のアーク溶接方法を提供すること。
【解決手段】Ｓｉ：０．２０〜２％およびＭｎ：１〜２．５％を、鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５を満たすように含有し、さらにＯ：０．００２％以下、およびＴｉ：０．３％以下を含有する鋼板と、Ｓｉ：０．２０〜１．０％、Ｍｎ：１．１〜１．８％、Ｔｉ：０．２０％以下、Ａｌ：０．１％以下、およびＢｉ：０．１％以下を含有するソリッドワイヤとを、鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］≧０．７０、鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］≧２．２、および鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ｂｉ］×２＜７．２を満たすように用いる、ガスシールドアーク溶接方法。
【解決手段】Ｓｉ：０．２０〜２％およびＭｎ：１〜２．５％を、鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５を満たすように含有し、さらにＯ：０．００２％以下、およびＴｉ：０．３％以下を含有する鋼板と、Ｓｉ：０．２０〜１．０％、Ｍｎ：１．１〜１．８％、Ｔｉ：０．２０％以下、Ａｌ：０．１％以下、およびＢｉ：０．１％以下を含有するソリッドワイヤとを、鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］≧０．７０、鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］≧２．２、および鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ｂｉ］×２＜７．２を満たすように用いる、ガスシールドアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品等の組立ての際に行われる鋼板のアーク溶接法に関し、より詳しくは溶接速度が１００ｃｍ／分以上という高速であっても、幅広のビードを形成することができる、生産性に優れたアーク溶接法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品の組立てには種々の溶接が行われているが、中でも剛性を必要とする部品においてはガスシールドアーク溶接が行われることが多い。アーク溶接の接合強度は高く、溶接品質も安定しており、部品剛性を高めることができるからである。しかしアーク溶接は、切断、プレス、塗装といった他工程に比べて、時間がかかるという欠点がある。そのためアーク溶接を採用すると、ライン速度が落ち、生産コストの増加につながる。そのため鋼板のアーク溶接速度を高めることができれば、生産コストの大幅な低減が可能となり、産業上非常に有意義である。
【０００３】
例えば特許文献１の発明では、化学成分組成を特定したＳｉ、Ｍｎを含有するガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いることにより、高速ガスシールドアーク溶接を達成しようと試みている。しかし該文献の発明は、ワイヤの組成を特定したことに要旨があり、鋼板の組成については何ら考慮していない。なお該文献では、ビードの波目の均一化およびバリ減少という効果を達成するためにワイヤ中のＯ量を、あえて０．００８％以上と規定している（特許請求の範囲および第２頁右下欄参照）。
【０００４】
高張力鋼板のアーク溶接のために鋼板組成を考慮しているものとして、例えば特許文献２の発明を挙げることができる。特許文献２では、Ｓｉの溶接ビード形状への影響を考慮して、「鋼板のＳｉ量（質量％）＋ワイヤのＳｉ量（質量％）≧１．５」とすることに要旨を有する高張力鋼板の溶接方法を開示している。しかし特許文献２は、その実施例において３０〜６０ｃｍ／分の速度で溶接しているように、アーク溶接の高速化を意図していない（段落００１７参照）。また該文献は、アーク溶接に対する酸素の影響については何ら記載していない。
【０００５】
さらに高速アーク溶接では、溶接のビード幅が狭くなる傾向がある。そして実際のアーク溶接では、溶接の開先位置やワイヤ位置のずれ、またはルートギャップが生ずるため、高速アーク溶接を実用化するためには、ある程度のビード幅を確保する必要がある。しかし前記のいずれの文献も、高速アーク溶接の際のビード幅について検討していない。
【０００６】
また近年、自動車分野では燃費改善の観点から、鋼板の軽量化（薄肉化）が求められているが、それにより衝突安全性を落とすことはできない。軽量化および衝突安全性の確保という双方の要求を満足するために、高張力鋼（いわゆるハイテン）から薄く形成された鋼板が、自動車分野でますます使用されている。このような薄い鋼板は、高電流のアーク溶接では溶け落ち易くなるので、高電流によって溶着量を稼ぐことができない。そのため薄い鋼板では溶接のビード幅が細くなるという傾向があり、より広いビード幅を確保する必要がある。さらに高張力鋼は、軟鋼に比べてプレス成形の安定性が低いために、ルートギャップが大きくなりやすく、より広いビード幅を確保する必要がある。
【特許文献１】特開昭６１−７０８９号公報、特許請求の範囲および第２頁右下欄
【特許文献２】特開２０００−１６７６９１号公報、段落００１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、１００ｃｍ／分以上という高速溶接でも充分なビード幅を確保し得る、生産性に優れた鋼板のアーク溶接法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成し得た本発明の鋼板の溶接方法とは、Ｓｉ：０．２０〜２％（質量％の意味、以下同じ）およびＭｎ：１〜２．５％を、下記式（１）：
鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５ ・・・ （１）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たすように含有し、さらにＯ：０．００２％以下（０％を含まない）、Ｃ：０．０２〜０．２５％、Ｐ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０２〜０．２％、Ｎ：０．００１５〜０．０１５％、およびＴｉ：０．３％以下（０％を含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼板と、
Ｓｉ：０．２０〜１．０％（質量％の意味、以下同じ）、Ｍｎ：１．１〜１．８％、Ｃ：０．０１０〜０．１２％、Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．００５〜０．０３０％、Ｔｉ：０．２０％以下（０％を含む）、Ａｌ：０．１％以下（０％を含む）、およびＢｉ：０．１％以下（０％を含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるソリッドワイヤとを、鋼板およびソリッドワイヤ中の元素量が、下記式（２）〜（４）：
鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］≧０．７０ ・・・ （２）
鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］≧２．２ ・・・ （３）
Ｘ＝鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］
＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２
＋ワイヤ［Ｂｉ］×２＜７．２ ・・・ （４）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表し、ワイヤ［ ］は、ソリッドワイヤ中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たすように用いて、ガスシールドアーク溶接することを特徴とする。本発明の溶接方法において、鋼板表層に存在する内部酸化層の厚さが５μｍ以下である鋼板を用いることが好ましい。
【０００９】
本発明の溶接方法に使用することができる鋼板は、さらに（ａ）Ｎｂ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）およびＷ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、（ｂ）Ｃｒ：２％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）およびＢ：０．００５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、（ｃ）Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない）およびＮｉ：０．５％以下（０％を含む）、（ｄ）Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まない）および／または希土類元素：０．００５％以下（０％を含まない）、（ｅ）Ｚｒおよび／またはＭｇを合計で０．００５％以下（０％を含まない）、および／または（ｆ）Ｃｏ：１％以下（０％を含まない）、等を含有していても良い。含有させる成分の種類に応じて鋼板の特性が更に改善される。
【００１０】
本発明の溶接方法に使用することができるソリッドワイヤは、さらにＣｒ：０．８％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：０．３％以下（０％を含まない）、等を含有していても良い。含有させる成分の種類に応じて、溶接性や溶接金属の強度が更に改善される。
【００１１】
本発明の溶接方法において、溶接機としてパルス溶接機を用いる場合、アークを安定化するなどの理由から、シールドガスとしてＡｒ：７５〜９５体積％およびＣＯ2：５〜２５体積％（但し、ＡｒとＣＯ2との合計は１００体積％である）からなる混合ガスを用いることが推奨される。
【００１２】
本発明の溶接方法において、溶接速度１００ｃｍ／分以上で１パス溶接することが生産性の観点から好ましい。本発明の方法では、このような高速で溶接しても、幅広のビードが得られ、溶接強度に優れた溶接部材を形成することができる。よって本発明は、前記要件を満たす溶接方法により得られた溶接部材も提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明者らが、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、ＳｉおよびＭｎが、高速アーク溶接で広いビード幅を確保するために重要であることを見出した。しかし鋼板中のＳｉ量が過剰であるとビードのスラグ量が多くなり、その後の塗装が剥離し易くなるという問題が生じ、一方鋼板中のＭｎ量が過剰であると、加工性が低下するという問題が生ずる。
【００１４】
従ってＳｉまたはＭｎのいずれかを過剰に含有する鋼板ではなく、これら双方を適正範囲で含有する鋼板、殊に下記式（１）
鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５ ・・・ （１）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たす鋼板を、高速アーク溶接に用いることにより、耐食性および加工性を維持しつつ、幅広のビードを形成することができる。
【００１５】
しかしＳｉとＭｎとを適正範囲で含有する鋼板であっても、殊に溶接速度が１００ｃｍ／分以上という高速アーク溶接では、ハンピングが生じ易く、ビード幅も不充分となる。そこでさらに検討した結果、鋼板中のＯ（酸素）がビード幅に悪影響を及ぼしていることを見出した。よって鋼板中にＳｉおよびＭｎを適正範囲で含有させ、かつＯ量を０．００２％以下に抑制することにより、１００ｃｍ／分以上の高速アーク溶接でも、ハンピングを防いで、かつ広いビード幅を確保することができる。
【００１６】
このようなハンピングやビード幅は、溶接時に形成される溶融池の粘性や表面張力、母材との界面張力などに左右される。検討の結果、溶融池の粘性などに対しては、母材である鋼板の影響が最も大きいことを突き止めたが、溶融池は母材と溶接用ワイヤとの混合溶融物であることから、溶接用ワイヤも影響し得る。
【００１７】
そこで本発明者らが検討した結果、鋼板中の化学成分組成を特定したことに加えて、溶接用のソリッドワイヤの化学成分組成も特定し、さらにＳｉおよびＭｎ量の下限、並びに主要な脱酸成分（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢｉ）総量の上限について、下記式（２）〜（４）：
鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］≧０．７０ ・・・ （２）
鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］≧２．２ ・・・ （３）
Ｘ＝鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］
＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２
＋ワイヤ［Ｂｉ］×２＜７．２ ・・・ （４）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表し、ワイヤ［ ］は、ソリッドワイヤ中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たすように、鋼板とソリッドワイヤとを組み合わせて用いることにより、高速の溶接速度でも、ハンピングを防止し、より安定的に幅広のビードを形成し得ることを見出した。
【００１８】
また鋼板中のＯ（酸素）について、さらなる検討を重ねたところ、Ｏ量を０．００２％以下に抑制しても、鋼板表層部に内部酸化層が５μｍを超える厚さで存在する場合、溶接性に悪影響を及ぼし得ることを見出した。これは、鋼板中のＯ量を低減させたとしても、表層に内部酸化層が存在すれば、それから溶接金属に酸素が供給されるので、ハンピングが生じ、またビード幅も狭くなるためと考えられる。なお本発明は、このような推定メカニズムに限定されない。本発明の好ましい実施態様では、さらに鋼板中の内部酸化層の厚さを５μｍ以下に抑えることにより、より良好な高速溶接性を実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、（Ｉ）溶接に用いる鋼板の化学成分組成、殊にＳｉおよびＭｎ量を特定し、かつＯ量を抑制させたこと、並びに（ＩＩ）ソリッドワイヤの化学成分組成、殊にＳｉおよびＭｎ量を特定し、かつ（ＩＩＩ）鋼板およびソリッドワイヤ中のＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢｉ量の関係を定めたことに大きな特徴がある。さらに本発明では、（ＩＶ）鋼板表層に存在する内部酸化層厚さが５μｍ以下に抑制された鋼板を用いることが推奨される。よってまず、本発明で用いる鋼板について説明する。
【００２０】
［Ｓｉ：０．２０〜２％］
鋼板中のＳｉは、高速アーク溶接においてビード幅を広くするという効果を有し、本発明にとって重要な成分元素である。この効果を発揮させるために、鋼板中にＳｉを０．２０％以上、好ましくは０．５０％以上、より好ましくは０．８０％以上含有させる。しかしＳｉ量が過剰になると、溶融池の粘性が高くなりすぎてハンピングが生ずる。よって溶接性の観点からＳｉ量を３．０％未満に抑える必要がある。またＳｉ量が過剰になると、ビードのスラグ量が増大し、その後の塗装において剥離が生じ易くなり、塗装後の耐食性が低下する。よって耐食性の観点からＳｉ量を２％以下に抑える必要がある。従ってＳｉ量の上限を２％と定めた。Ｓｉ量は、好ましくは１．８％以下、より好ましくは１．５％以下である。
【００２１】
［Ｍｎ：１〜２．５％］
鋼板中のＭｎも、Ｓｉと同様に高速溶接性に寄与し、本発明にとって重要な成分元素である。また強度確保のためにも必要である。よってＭｎ量は、１％以上、より好ましくは１．２％以上、より好ましくは１．５％以上である。しかしＭｎ量が過剰であると、偏析が顕著になり、打ち抜き部などで２枚割れを起こすなど、加工性が低下し得る。よってＭｎ量は、２．５％以下、好ましくは２．０％以下、より好ましくは１．５％以下である。
【００２２】
［鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５］
前記のように鋼板中で、Ｓｉが過剰であると溶接部分の塗装剥離が過剰になり、一方Ｍｎが過剰であると加工性が低下するという問題があるため、ＳｉまたはＭｎの単独添加では、殊に１００ｃｍ／分以上の高速アーク溶接において、幅広のビードを確保するのが難しい。よって本発明において、鋼板がＳｉとＭｎとの両方を同時に含むことが重要であり、鋼板中のＳｉとＭｎとの合計量の下限を１．５％と定めた（即ち、鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５）。鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］の下限は、好ましくは１．８、より好ましくは２．０である。
【００２３】
［Ｏ：０．００２％以下（０％を含まない）］
鋼板中のＯ量が過剰であると、溶融池の粘性が低くなりすぎて、湯流れが激しく、ハンピングが起こり易い。またビード幅も狭くなる。よって良好な高速アーク溶接性を達成するために鋼板中のＯ量を、０．００２％以下、好ましくは０．００１８％以下、より好ましくは０．００１５％以下に抑制することが本発明にとって重要である。良好な高速アーク溶接性を確保するために鋼板中のＯ量はできるだけ低減することが好ましいが、その量を０％にすることは工業的に困難であると考えられる。
【００２４】
鋼板中のＯ量は、溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置で脱ガス処理（以下「ＲＨ脱ガス処理」と省略することがある。）に供することにより低減することができる。しかし本発明の溶接方法で用いる鋼板、およびそれを形成する溶鋼は、Ｏとの結びつきが強いＳｉおよびＭｎを多量に含んでいるため、ＲＨ脱ガス処理において酸素の除去速度が低下する傾向がある。よってＯ量を０．００２％以下にまで低減させた鋼板を製造するために、ＲＨ脱ガス処理の時間は、通常のものよりも長くする必要がある。具体的には、通常２５０ｔｏｎの溶鋼をＲＨ脱ガス処理する場合、通常の平均的な処理時間は３０分程度であるが、これを５０分以上に延長することが推奨される。
【００２５】
［鋼板表層に存在する内部酸化層の厚さが５μｍ以下］
本発明における「内部酸化層の厚さ」とは、鋼板表面から圧延直角方向に、酸化物が存在する最大距離（最大深さ）を意味する。この「酸化物」は主にＳｉやＭｎの酸化物から構成されるが、その他にＴｉなどの酸化物も含まれ、主としてフェライト粒界に存在する。この内部酸化層の厚さは、圧延直角方向の鋼板断面を、観察倍率１，０００倍のＳＥＭで板表面から５０μｍの深さまで観察することにより測定することができる。但し内部酸化層の厚さの値にはバラツキがあるため、本発明では、「内部酸化層厚さの値」として、鋼板の幅方向の任意の５つ以上の箇所で求められた値の平均値を採用する。
【００２６】
本発明の溶接方法において用いる鋼板のように、ＳｉおよびＭｎを比較的高い量で含有するものは、鋼板中のＯ量を抑制しても、仕上げ圧延後の鋼板巻取りの際に、内部酸化層が形成され得る。よって内部酸化層の少ないまたは無い鋼板を製造するために、ＲＨ脱ガス処理を充分に行って鋼板中のＯ量を低減するとともに、仕上げ圧延後に鋼板を充分に冷却してから巻取りを行うことが必要である。具体的には、内部酸化層厚さを５μｍ以下にするために、巻取り温度を６００℃未満にすることが推奨される。
【００２７】
本発明の溶接方法で鋼板は、前記Ｓｉ、ＭｎおよびＯの他に、基本成分元素として、Ｃ、Ｐ、Ｓ、ＡｌおよびＮを含有する。以下、この基本成分元素について説明する。
【００２８】
［Ｃ：０．０２〜０．２５％］
鋼板中のＣは強度確保のために必要な元素であり、その下限を０．０２％と定めた。好ましくは０．０６％以上、より好ましくは０．０８％以上である。しかしＣ量が過剰であると溶接金属の凝固割れが発生することがあるため、その上限を０．２５％と定めた。好ましくは０．２２％以下、より好ましくは０．２０％以下である。
【００２９】
［Ｐ：０．１％以下（０％を含まない）］
鋼板中のＰ量が過剰であると溶接割れが生ずるため、その上限を０．１％と定めた。好ましくは０．０８０％以下、より好ましくは０．０６０％以下である。特に溶接割れに注意を要する鋼板用途を予定している場合、できる限りＰ量を低減することが好ましい。但し鋼板中のＰ量を０％にすることは、工業的に困難であると考えられる。またＰは、固溶強化による強度確保に有効でもあるため、Ｐ量は、好ましくは０．０１０％以上、より好ましくは０．０１５％以上である。
【００３０】
［Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）］
鋼板中のＳは介在物を形成する有害元素であり、その量が過剰であると鋼板の加工性が劣化するため、上限を０．０５％以下と定めた。好ましくは０．０３％以下、より好ましくは０．０１％以下である。なお鋼板中のＳ量を０％にすることは、工業的に困難であると考えられる。
【００３１】
［Ａｌ：０．０２〜０．２％］
鋼板中のＡｌは脱酸に必要な元素であり、０．０２％以上含有させることが必要である。好ましくは０．０２５％以上、より好ましくは０．０３０％以上である。しかしＡｌが過剰に含まれると、酸化物系介在物が増えて、へげ疵が増加するため、その上限を０．２％と定めた。好ましくは０．１５％以下、より好ましくは０．１０％以下である。
【００３２】
［Ｎ：０．００１５〜０．０１５％］
鋼板中のＮは、固溶強化による強度確保のために有効であり、またＡｌなどと窒化物を形成して組織の微細化に寄与するので、その下限を０．００１５％と定めた。好ましくは０．００２０％以上、より好ましくは０．００３０％以上である。しかしＮ量が過剰であると、溶接時にブローホールが発生するので、その上限を０．０１５％と定めた。好ましくは０．０１０％以下、より好ましくは０．００８０％以下である。
【００３３】
本発明の溶接方法で用いる鋼板の基本成分組成は前記の通りであり、残部は実質的にＦｅである。但し原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避不純物（例えばＳｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ａｓ）が鋼板中に含まれることは、当然に許容される。さらに鋼板は、必要に応じて、以下の任意元素を含有していてもよい。
【００３４】
［Ｔｉ：０．３％以下］
Ｔｉは、結晶粒微細化および析出強化に寄与し、高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０１０％、より好ましくは０．０２０％である。しかし過剰に添加するとＴｉＮ介在物量が大幅に増加して鋼板の加工性を劣化させるため、その上限を０．３％と定めた。好ましくは０．２０％以下である。
【００３５】
［Ｎｂ：０．１％以下］
Ｎｂも、結晶粒微細化および析出強化に寄与し、高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０２０％、より好ましくは０．０３０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．１％と定めた。好ましくは０．０８％以下である。
【００３６】
［Ｖ：０．５％以下］
Ｖも、結晶粒微細化および析出強化に寄与し、高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０１０％、より好ましくは０．０２０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
【００３７】
［Ｗ：０．５％以下］
Ｗは、析出強化による高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０１０％、より好ましくは０．０２０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
【００３８】
［Ｃｒ：２％以下］
Ｃｒは焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．２０％である。しかしＣｒ量が過剰であると、リン酸塩浴中に浸漬する塗装下地処理を行っても、その後の塗装において塗膜密着性が著しく低下し、母材鋼板および溶接部分での塗装後耐食性に悪影響を及ぼす。よってＣｒ量の上限を２％と定めた。より好ましくは１．５％以下である。
【００３９】
［Ｍｏ：１％以下］
Ｍｏも焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．２０％である。しかしＭｏ量が過剰であると、Ｃｒの場合と同様に、Ｐ処理性が低下し、塗装剥離が増大するので、その上限を１％と定めた。より好ましくは０．８％以下である。
【００４０】
［Ｂ：０．００５％以下］
Ｂも焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０００３％、より好ましくは０．０００５％である。しかしＢを過剰に添加してもその効果は飽和し、また酸化物系介在物が増加して加工性が劣化するため、その上限を０．００５％と定めた。より好ましくは０．００３％以下である。
【００４１】
［Ｃｕ：０．５％以下］
Ｃｕは、耐食性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０５％、より好ましくは０．０８％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
【００４２】
［Ｎｉ：０．５％以下］
鋼板がＣｕを含有する場合、割れを防止するために、さらにＮｉを含有していることが好ましい。但しＣｕはＮｉと必ず組み合わせて使用する必要は無く、鋼板がＣｕを含有していても、Ｎｉを含有している必要は無い。Ｎｉの鋼板中の質量割合は、好ましくはＣｕの質量割合の半分程度である。しかし過剰に、殊にＣｕの質量割合以上に添加してもその効果は飽和するため、Ｎｉの上限は、Ｃｕの上限と同じ０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
【００４３】
［Ｃａ：０．００５％以下］
Ｃａは介在物の形態を改善して、鋼板の加工性を向上させる効果があり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．００１０％、より好ましくは０．００２０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和し、また酸化物系介在物が増大し、かえって加工性が劣化するため、その上限を０．００５％と定めた。好ましくは０．００３％以下である。
【００４４】
［希土類元素：０．００５％以下］
希土類元素（「ＲＥＭ」と省略することがある）も、Ｃａと同様に介在物の形態を改善して鋼板の加工性を向上させる効果があり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．００１０％、より好ましくは０．００２０％である。しかし過剰に添加しても、Ｃａと同様にその効果は飽和し、かえって加工性が劣化するため、その上限を０．００５％と定めた。好ましくは０．００３％以下である。
【００４５】
［Ｚｒおよび／またはＭｇを、合計で０．００５％以下］
ＺｒおよびＭｇのいずれも、介在物の分散およびＴｉＮのサイズ低下に寄与し、鋼板の加工性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その合計量の下限は、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１０％である。しかしこれらが過剰になると、酸化物系介在物が増大し、かえって加工性が劣化するため、合計量の上限を０．００５％と定めた。好ましい合計量上限は０．００３０％である。
【００４６】
［Ｃｏ：１％以下］
Ｃｏは、フェライト中の固溶炭素量を減らし、鋼板の加工性、特に伸びを向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０３％、より好ましくは０．０５％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を１％と定めた。好ましくは０．８０％以下である。
【００４７】
本発明において、鋼板自体の厚さには特に限定は無い。但し鋼板の厚さがあまりに薄いと溶接で鋼板自体が溶け落ちるおそれがある。逆に鋼板の厚さを増やすことは、鋼板の軽量化という要請に反する。よって好ましい鋼板の厚さは、１〜５ｍｍである。
【００４８】
本発明の溶接方法は、前記のような特定の化学成分組成を有する鋼板を用いることに加えて、特定の化学成分組成を有するソリッドワイヤを用いることも特徴とする。そこで次に、ソリッドワイヤの化学成分組成について説明する。
【００４９】
（Ｓｉ：０．２０〜１．０％）
ワイヤ中のＳｉは、溶接時に脱酸を行い清浄な溶接金属を得るために必要な元素である。ワイヤ中のＳｉ量が０．２０％未満では、溶滴移行中の脱酸不足でブローホールが発生すると共に、高張力鋼板用としては溶接金属の強度が不足する。また粘性が過剰に低くなり、過剰な湯流れが発生してビード幅が小さくなる。一方、Ｓｉ量が１．０％を超えると過剰な脱酸作用により、溶融池の粘性が上昇しすぎて、高速溶接時にハンピングしやすくなる。そこでワイヤ中のＳｉ量を、０．２０％以上、１．０％以下と定めた。Ｓｉ量は、好ましくは０．３０％以上、０．９０％以下、より好ましくは０．５０％以上、０．８０％以下である。
【００５０】
（Ｍｎ：１．１〜１．８％）
ワイヤ中のＭｎも、Ｓｉと同様に脱酸元素として重要である。１．１％未満では脱酸不足でブローホールが発生すると共に、高張力鋼板用としては溶接金属の強度が不足する。また、粘性が過剰に低くなり、過剰な湯流れが発生してビード幅が小さくなる。一方、１．８％を超えると過剰な脱酸作用により、溶融池の粘性が上昇し、高速溶接時にハンピングしやすくなるとともに、なじみ性が低下してビード幅が狭くなる。そこでワイヤ中のＭｎ量を、１．１％以上、１．８％以下と定めた。Ｍｎ量は、好ましくは１．２％以上、１．７％以下、より好ましくは１．３％以上、１．６％以下である。
【００５１】
（Ｃ：０．０１０〜０．１２％）
ワイヤ中のＣは、溶接金属の強度を確保するために必要な元素である。Ｃ量が０．０１０％未満では高張力鋼板用としては強度が不足する。一方、Ｃは、凝固割れ感受性を上げるため、その量が０．１２％を越えると高速溶接時に凝固割れが発生しやすくなる。そこでワイヤ中のＣ量を、０．０１０％以上、０．１２％以下と定めた。Ｃ量は、好ましくは０．０２％以上、０．１０％以下、より好ましくは０．０３％以上、０．０９％以下である。
【００５２】
（Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない））
ワイヤ中のＰは、高温割れ感受性を増加させる。高速溶接では特に高い耐凝固割れ性を必要とするため、ＪＩＳ Ｚ３３１２に規定される通常のワイヤよりもＰを低く抑えることが望ましく、０．０２０％以下であれば問題はない。よってワイヤ中のＰ量の上限を０．０２％と定めた。Ｐ量は、好ましくは０．０１８％以下、より好ましくは０．０１５％以下である。
【００５３】
（Ｓ：０．００５〜０．０３０％）
ワイヤ中のＳも、Ｐと同様に凝固割れ感受性を増加させる元素である。但しＰと異なり、Ｓは粘性や表面張力を大きく減少させる効果を有し、適正量添加することにより、ビード幅を増加させ、止端と母材のなじみを向上し、止端形状を改善させることができる。これらの効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＳ量の下限を、０．００５％と定めた。Ｓ量は、好ましくは０．００８％以上、より好ましくは０．０１２％以上である。一方、Ｓ量が０．０３０％を超えると、凝固割れを生じることになる。よってＳ量の上限を０．０３０％と定めた。Ｓ量は、好ましくは０．０２８％以下、より好ましくは０．０２５％以下である。
【００５４】
本発明の溶接方法で用いるソリッドワイヤの基本成分組成は前記の通りであり、残部は実質的にＦｅである。但し鋼板の場合と同様に、不可避不純物がソリッドワイヤ中に含まれることは、当然に許容される。さらにソリッドワイヤは、必要に応じて、以下の任意元素を含有していてもよい。
【００５５】
（Ｔｉ：０．２０％以下）
Ｔｉは強い脱窒成分であり、多少のシールド不良でもブローホールの発生を防止する。また、高強度化にも有効である。これらの効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＴｉ量は、好ましくは０．０２％以上、より好ましくは０．０５％以上であることが望ましい。しかしＴｉ量が過剰であると、溶融池の粘性が上昇し、ハンピングしやすくなると共に、溶滴が大粒化しスパッタが多発する。よってワイヤ中に添加する場合、Ｔｉ量の上限を０．２０％と定めた。好ましいＴｉ量の上限は０．１５％である。
【００５６】
（Ａｌ：０．１％以下）
Ａｌは、Ｔｉと同様に強い脱窒成分であり、多少のシールド不良でもブローホールの発生を防止し、高強度化にも有効である。これらの効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＡｌ量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上であることが望ましい。しかしＡｌ量が過剰であると、溶融池の粘性が上昇し、ハンピングしやすくなると共に、溶滴が大粒化しスパッタが多発する。よってワイヤ中に添加する場合、Ａｌ量の上限を、０．１％と定めた。好ましいＡｌ量の上限は０．０８％である。
【００５７】
（Ｂｉ：０．１％以下）
Ｂｉはスラグの剥離性を向上させる効果がある。この効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＢｉ量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上であることが望ましい。しかしワイヤ中のＢｉ量が０．１％を超えると、凝固割れが非常に発生しやすくする。そこでＢｉ量の上限は、好ましくは０．１％、より好ましくは０．０８％である。
【００５８】
（Ｃｒ：０．８％以下）
ワイヤ中にＣｒを含有させることにより、溶接金属の高強度化を図ることができる。この効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＣｒ量は、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上であることが望ましい。しかしワイヤ中にＣｒを過剰に添加すると、溶融池の粘性が上昇し、高速溶接でビード幅が減少する。よってワイヤ中のＣｒ量は、好ましくは０．８％以下、より好ましくは０．６％以下である。
【００５９】
（Ｍｏ：０．３％以下）
Ｍｏも、Ｃｒと同様に、溶接金属の高強度化に寄与する。この効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＭｏ量は、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．１％以上であることが望ましい。しかしワイヤ中にＭｏを過剰に添加すると、溶融池の粘性が上昇し、高速溶接でビード幅が減少する。よってワイヤ中のＭｏ量は、好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．２５％以下である。
【００６０】
高速溶接でも充分なビード幅を確保するためには、溶融池の粘性を適正範囲にすることが重要である。そして溶融池は、母材である鋼板と溶接用ワイヤとがそれぞれ溶融して混ぜ合わさったものである。そこで本発明では、溶融池の粘性に大きな影響を及ぼす元素について、鋼板またはワイヤにおける各含有量に加えて、これらの混合量も規定していることも特徴の１つとする。以下、これらの混合量について説明する。
【００６１】
（鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］≧０．７０）
溶融池の表面張力に強く関与するＳｉについて、「鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］」として重みをつけたパラメーターが、０．７０以上であれば、高速溶接においてより好ましい溶融池粘性を確保でき、充分なビード幅を実現することができる。鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］は、好ましくは１．０以上、より好ましくは１．５以上である。一方、溶融池の粘性が過剰になるのを防ぐために、鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］の上限は、好ましくは３．５、より好ましくは３．０である。
【００６２】
（鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］≧２．２）
Ｍｎも、Ｓｉと同様に高速溶接性に寄与する重要な元素である。好ましい溶融池粘性を達成して高速溶接において充分なビード幅を確保するためには、鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］は、２．２以上、好ましくは２．４以上、より好ましくは２．６以上である。一方、溶融池の粘性が過剰になるのを防ぐために、鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］の上限は、好ましくは３．０、より好ましくは２．８である。
【００６３】
（Ｘ＝鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ｂｉ］×２＜７．２）
高速溶接でも充分なビード幅を確保し、かつハンピングを防止するために、溶融池の粘性には適正範囲が存在する。そして本発明は、溶融池の粘性の過度の低下を防止して過剰な湯流れを防止するために、ＳｉおよびＭｎを、鋼板およびワイヤに適正量含有させていることも特徴とする。しかしＳｉおよびＭｎ量が適正範囲内であっても、主要な脱酸成分（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢｉ）の総量が過剰になると、溶融池の粘性が高まりすぎて、かえってハンピングが生じ易くなり得る。これらの主要な脱酸成分は、その種類や、鋼板中に含まれるか、またはワイヤ中に含まれるかによって溶融池の粘性に与える影響が異なる。そこで本発明者らが鋭意検討した結果、溶融池への主要な脱酸成分の寄与率を考慮したパラメーターＸ：
Ｘ＝鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］
＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２
＋ワイヤ［Ｂｉ］×２
を定めた。なお本発明で用いる鋼板またはソリッドワイヤが、任意元素を含有しない場合、上記Ｘの関係式中ではその元素含有量に零を代入する。例えば鋼板がＴｉを含有しない場合、鋼板［Ｔｉ］＝０として、即ち鋼板［Ｔｉ］の項を除外して、Ｘ値を計算する。このＸ値が７．２未満であると、溶融池の粘性が過剰になるのを防止して、ハンピングを効果的に抑制することができる。Ｘ値は、より好ましくは６．８以下、さらに好ましくは６．３以下である。
【００６４】
アーク溶接に用いられるソリッドワイヤには、通電の安定化や錆防止のために、銅めっきが施されることが多い。一方、ソリッドワイヤに銅めっきが無い方が、チップとワイヤとの融着低減や、溶滴の酸化促進により粘性を低下させ、低スパッタ化が達成されるという効果がある。従って本発明の溶接方法では、目的に応じて、銅めっきが施されているソリッドワイヤ、または施されていないワイヤのいずれも使用することができる。
【００６５】
本発明の方法は、シールドガスを用いるガスシールドアーク溶接法である。アーク溶接には、一般的にＡｒなどのイナートガス、炭酸ガス（ＣＯ2）、またはＡｒおよびＣＯ2からなる混合ガスが用いられ、本発明の方法でも、これらのシールドガスのいずれも使用することができる。もっとも溶込みの観点から、ＣＯ2の結合熱を利用することができるＣＯ2、またはＡｒとＣＯ2との混合ガスを用いることが好ましい。
【００６６】
本発明の溶接方法において、特に低スパッタ化を達成することができるパルス溶接機と、ＡｒおよびＣＯ2からなる混合ガスとの組合せを用いることが好ましい。なお通常の定電圧制御溶接機を用いる場合、アーク安定性に対するシールドガスの影響は小さく、シールドガス選択の自由度は高いが、パルス溶接機とＡｒおよびＣＯ2からなる混合ガスとの組合せでは、優れたアーク安定性が得られるガス混合比が限られ、それがハンピングにも影響を及ぼすことを見出した。
【００６７】
具体的には、Ａｒ量が７５体積％未満の場合（即ち、ＣＯ2量が２５％体積を超える場合）、ＣＯ2の解離熱によるアーク冷却効果が大きく、溶滴の離脱性が劣り、アークが不安定化する。その結果、スパッタの多発と不規則な溶滴移行周期によってハンピングが生じ易くなる。一方Ａｒ量が９５％体積％を超える場合（即ち、ＣＯ2量が５体積％未満である場合）、溶融池の脱酸が進まず、粘性が上昇してビード幅が狭くなる。またＣＯ2への結合熱が発生しないため、溶込み深さが浅くなり、溶込み不良が発生する。そこで本発明の溶接方法においてパルス溶接機を用いる場合、シールドガスとしてＡｒ：７５〜９５体積％およびＣＯ2：５〜２５体積％（但し、ＡｒとＣＯ2との合計は１００体積％である）からなる混合ガスを用いることが好ましい。この場合のより好ましい混合比は、Ａｒ：８０〜９０体積％およびＣＯ2：１０〜２０体積％（但し、ＡｒとＣＯ2との合計は１００体積％である）である。
【００６８】
本発明の溶接方法では、鋼板およびソリッドワイヤ中の化学成分量を適正範囲に調整することにより、高速溶接でも、ハンピングを防止し、かつ広いビード幅を確保することができる。よって本発明の方法では、好ましくは１００ｃｍ／分以上、より好ましくは１２０ｃｍ／分以上、さらに好ましくは１４０ｃｍ／分以上の溶接速度で１パス溶接することが好ましい。このように高速で溶接しても、本発明の溶接方法により得られた溶接部材は、ビード幅が広くて溶接強度に優れるという利点を有する。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００７０】
［１．鋼板の製造］
転炉において脱炭した溶鋼を、ＬＦ（取鍋精錬炉）において二次精錬し、さらにＲＨ真空脱ガス装置において合金元素の添加およびＲＨ脱ガス処理を行い、表１に示す化学成分組成に調製した。ＲＨ脱ガス処理は、Ｏ量が高い鋼板Ｎｏ．１０９（Ｏ：０．００３５％）に対応する溶鋼のみ、３０分間（平均的な処理時間）行い、その他のものについては、ＲＨ脱ガス処理を５０分間行ってＯ量を０．００２％以下に低減させた。
【００７１】
次いで連続鋳造を行い、それにより得られたスラブを、熱間にて表面スカーフ処理にかけ、加熱炉に挿入して、表２に示す加熱温度（表２中で「ＡＴ」と記載）に加熱し、高圧水デスケーリングを施した後に、粗圧延機において４０ｍｍ厚まで圧延した。ここでスラブ温度を１，０００〜１，１００℃にコントロールした後、さらに高圧水デスケーリングを施してから仕上げ圧延を施した。仕上げ圧延は７スタンドの連続圧延であり、圧延中に温度制御を行うことによって、表２に示す仕上げ出側温度（表２中で「ＦＤＴ」と記載）に制御した。
【００７２】
仕上げ圧延機から出た板を、２〜４秒後に冷却速度２０〜６０℃／秒で急冷（水冷）してから、コイラー位置まで搬送して、表２に示す巻取り温度（表２中で「ＣＴ」と記載）で巻取りを行った。巻取り温度が、６００℃以上のもの（鋼板Ｎｏ．１１２および１１３）では、内部酸化層厚さ（表２中で「酸化層厚さ」と記載）が５μｍを超えていた。
【００７３】
巻き取ったコイルを、１００℃以下まで自然放冷し、その後、スキンパスおよびレベラーに通板してスケールに亀裂を入れてから（伸び率０．３〜０．５％）、塩酸での酸洗によりスケールを除去し、その後、防錆油を塗布して、鋼板Ｎｏ．１〜２３およびＮｏ．１０１〜１１３を作製した。
【００７４】
［２．鋼板の内部酸化層厚さの測定］
前記のようにして得られた鋼板において、圧延直角方向の断面を、観察倍率１，０００倍のＳＥＭで１箇所あたり５０μｍの深さまで観察し、内部酸化層厚さを測定した。結果を表２に示す（表２中で「酸化層厚さ」と記載）。なお表２に示す内部酸化層厚さの値は、鋼板の幅方向で、任意に５つ選んだ箇所で観察した値の平均値である。
【００７５】
［３．鋼板の機械的性質の測定］
鋼板の機械的性質として、引張強さ（ＭＰａ）、伸び（％）、穴拡げ率（％）も測定した。これらの結果を表２に示す（表２中で「引張強さ」を「ＴＳ」と、「伸び」を「Ｅｌ」と、穴拡げ率を「λ」と記載）。なお穴拡げ率の定義および試験方法は、日本鉄鋼連盟規格の「穴拡げ試験方法ＪＦＳＴ１００１−１９９６」に従った。
引張強さは６００ＭＰａ以上のもの、伸びは１５％以上のもの、穴拡げ率は５０％以上のものを、それぞれ良好と評価した。
【００７６】
【表１−１】
【００７７】
【表１−２】
【００７８】
【表２−１】
【００７９】
【表２−２】
【００８０】
［４．溶接条件］
前記の鋼板を、以下並びに表３および４に記載の条件で溶接した。
・鋼板の板厚：２．９ｍｍ
・ソリッドワイヤの化学成分組成：表３に記載
・鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］、鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］、およびＸ値：表３に記載
・ソリッドワイヤの銅めっきの有無：表３に記載
・ソリッドワイヤ径：１．２ｍｍφ
・ワイヤの突出し長さ：１５ｍｍ
・シールドガス：表４に記載
・溶接機：インバータ式定電圧制御溶接機またはパルス溶接機
（パルス溶接機を用いた場合、表４中で溶接機の欄に「パルス」と記載）
・継手姿勢：横向重ねすみ肉溶接
・トーチ角度；移動角：４５°、動作角：前進１０°
・アーク溶接電流
以下のように溶接速度にあわせて、電流を変化させた。なお電圧は、シールドガス組成に応じて最適値を選択した；
８０ｃｍ／分：２１０Ａ
９０ｃｍ／分：２３０Ａ
１００ｃｍ／分：２５０Ａ
１１０ｃｍ／分：２７０Ａ
１２０ｃｍ／分：２９０Ａ
１３０ｃｍ／分：３１０Ａ
１４０ｃｍ／分：３３０Ａ
１５０ｃｍ／分：３５０Ａ
【００８１】
［５．溶接性の評価］
（１）限界速度
溶接速度を８０ｃｍ／分から１０ｃｍ／分ずつ上げて鋼板を溶接し、ハンピング不良を起こさなかった限界速度を求めた。結果を表４に示す。限界速度が１００ｃｍ／分以上の溶接法を、高速溶接性が良好であると評価した。
（２）ビード幅
溶接速度１００ｃｍ／分で鋼板を溶接した際のビード幅の値を測定した。結果を表４に示す。なおビード幅は、任意に３点選んだ溶接の典型的箇所の平均値を採用した。ビード幅が７．０ｍｍ以上の溶接法を、高速溶接性が良好であると評価した。
（３）継手強度
溶接速度１００ｃｍ／分で鋼板を溶接し、その重ね溶接継手から幅２５ｍｍの試験片を採取して、継手引張試験を行った。結果を表４に示す。破断位置が母材（鋼板）または溶接金属のいずれであるかを判定し、母材で破断した場合、継手強度が良好であると評価した。なお溶接金属で破断したものでも、その破断強度が６００ＭＰａ以上（鋼板の目標引張強さ）であるものは、継手強度が良好であると評価した。
（４）その他
溶接中のスパッタ発生量を目測した。溶接法から鑑みて、スパッタが多発したものについて、表４中の「その他」の欄に記載した。さらに溶接ビードのＸ線透過試験および外観検査、カットチェック（断面マクロ採取検査）を行い、ブローホール、溶接割れまたは溶込み不足などの欠陥が無いかを調べた。これらが認められたものについても、表４中の「その他」の欄に記載した。
【００８２】
【表３−１】
【００８３】
【表３−２】
【００８４】
【表３−３】
【００８５】
【表３−４】
【００８６】
【表３−５】
【００８７】
【表４−１】
【００８８】
【表４−２】
【００８９】
【表４−３】
【００９０】
【表４−４】
【００９１】
表１〜４の結果から分かるように、本発明で規定する鋼板およびソリッドワイヤの要件、さらにパルス溶接機を用いる場合は、シールドガスのＡｒ−ＣＯ2混合比の要件を満たす溶接法Ｗ１〜３２は、アーク溶接の限界速度が１００ｃｍ／分以上、かつ１００ｃｍ／分でもビード幅が７．０ｍｍ以上と、高速溶接性に優れており、さらに継手強度も良好である（破断位置が母材か、または溶接金属で破断しても破断強度が６００ＭＰａ以上である）。なお、表１および２から、本発明で規定する要件を満たす鋼板Ｎｏ．１〜２３は、６００ＭＰａ以上の引張強さ、かつ１５％以上の伸びおよび５０％以上の穴拡げ率を示し、高強度でありながら、加工性が良好であることも示される。
【００９２】
一方、本発明で規定するいずれかの要件を満たさない溶接法Ｗ３３〜Ｗ７０は、溶接性および／または鋼板の機械的性質が不充分であった。
具体的には溶接法Ｗ３３では、鋼板Ｎｏ．１０１のＣ量が、本発明の下限未満であり、その引張強さが不充分であった。
溶接法Ｗ３４では、鋼板Ｎｏ．１０２のＳｉ＋Ｍｎ量が、本発明の下限未満であり、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ３５では、鋼板１０３のＴｉ量が本発明の上限を超えており、介在物が増加したことにより穴拡げ率（加工性）が不充分であった。
【００９３】
溶接法Ｗ３６では、鋼板Ｎｏ．１０４のＣ量が本発明の上限を超えており、加工性（伸びおよび穴拡げ率）が低かった。また鋼板中のＣ量が過剰であることから、溶接金属中のＣ量も上昇し、凝固割れが発生した。
溶接法Ｗ３７では、鋼板Ｎｏ．１０５のＳｉ量が本発明の下限未満であり、ハンピングを起こし、限界速度が低かった。
溶接法Ｗ３８では、鋼板Ｎｏ．１０６のＳｉ量が本発明の上限を超えており、ビードのスラグ量が多いため、その後の塗装において剥離量が多く、耐食性が劣化した。またＳｉ量が高すぎるため、溶融池の粘性が高くなりすぎてハンピングを起こし、限界速度が低かった。
【００９４】
溶接法Ｗ３９では、鋼板Ｎｏ．１０７のＭｎ量が本発明の上限を超えており、加工性（伸びおよび穴拡げ率）が不充分であった。
溶接法Ｗ４０では、鋼板Ｎｏ．１０８のＭｎ量が本発明の下限未満であり、ビード幅が不充分であった。さらに引張強さも不充分であった。
溶接法Ｗ４１では、鋼板Ｎｏ．１０９のＯ量が本発明の上限を超えており、溶融池の粘性が過剰に低下してハンピングを起こし、限界速度が低かった。
【００９５】
溶接法Ｗ４２では、鋼板Ｎｏ．１１０のＳｉ量が本発明の下限未満であり、溶接時にハンピングを起こし、限界速度が低かった。
溶接法Ｗ４３では、鋼板Ｎｏ．１１１のＳｉ量が本発明の下限未満であり、かつ「鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］」の要件も満たさず、溶融池の粘性不足により、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ４４では、鋼板Ｎｏ．１１２の内部酸化層の厚さが大きく、溶融池の粘性低下により、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ４５では、鋼板Ｎｏ．１１３の内部酸化層の厚さが大きく、溶融池の粘性低下によりハンピングしやすくなり、限界速度が低かった。
【００９６】
溶接法Ｗ４６では、ソリッドワイヤのＣ量が本発明の下限未満であり、継手強度が不足した。
溶接法Ｗ４７では、ソリッドワイヤのＣ量が本発明の上限を超えており、溶接金属に凝固割れが発生した。
溶接法Ｗ４８では、ソリッドワイヤのＳｉ量が本発明の下限未満であり、脱酸不足によりブローホールが発生すると共に、継手強度が不足した。また粘性不足により、ビード幅が不充分であった。
【００９７】
溶接法Ｗ４９では、ソリッドワイヤのＳｉ量が本発明の上限を超えており、ハンピングを起こし、限界速度が低かった。
溶接法Ｗ５０では、ソリッドワイヤのＭｎ量が本発明の下限未満であり、脱酸不足によりブローホールが発生すると共に、継手強度が不足した。また粘性不足により、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ５１では、ソリッドワイヤのＭｎ量が本発明の上限を超えており、粘性過剰により、ビード幅が不充分であった。
【００９８】
溶接法Ｗ５２では、ソリッドワイヤのＰ量が本発明の上限を超えており、溶接金属の凝固割れが発生した。
溶接法Ｗ５３では、ソリッドワイヤのＳ量が本発明の下限未満であり、なじみ性低下によりビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ５４では、ソリッドワイヤのＳ量が本発明の上限を超えており、溶接金属の凝固割れが発生した。
【００９９】
溶接法Ｗ５５では、ソリッドワイヤのＴｉ量が本発明の上限を超えており、溶融池の粘性が上昇して、ハンピングを起こし、限界速度が低かった。また溶滴の離脱性が悪くなりスパッタが多発した。
溶接法Ｗ５６では、ソリッドワイヤのＡｌ量が本発明の上限を超えており、溶融池の粘性が上昇してハンピングを起こし、限界速度が低かった。また溶滴の離脱性が悪くなり、スパッタが多発した。
溶接法Ｗ５７では、ソリッドワイヤのＢｉ量が本発明の上限を超えており、溶接金属の凝固割れが発生した。
【０１００】
溶接法Ｗ５８では、ソリッドワイヤのＣｒ量が本発明の上限を超えており、粘性上昇により、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ５９では、ソリッドワイヤのＭｏ量が本発明の上限を超えており、粘性上昇により、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ６０では、パルス溶接機を用いた場合のシールドガス中のＡｒ量が、本発明の下限未満であり、溶滴移行性が劣化してスパッタが多発した。また溶滴移行周期の乱れにより、ビードの形成性も劣化し、ハンピングを起こしてビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ６１では、パルス溶接機を用いた場合のシールドガス中のＡｒ量が、本発明の上限を越えており、溶融池の粘性が過剰となり、ハンピングを起こして限界速度が低かった。また溶込み不足が発生した。
【０１０１】
溶接法Ｗ６２では、本発明で規定する「鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］」の要件を満たさず、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ６３では、本発明で規定する「鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］」の要件を満たさず、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ６４〜Ｗ７０では、本発明で規定するＸ値の要件を満たさず、粘性過剰でハンピングを起こし、限界速度が低かった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品等の組立ての際に行われる鋼板のアーク溶接法に関し、より詳しくは溶接速度が１００ｃｍ／分以上という高速であっても、幅広のビードを形成することができる、生産性に優れたアーク溶接法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車部品の組立てには種々の溶接が行われているが、中でも剛性を必要とする部品においてはガスシールドアーク溶接が行われることが多い。アーク溶接の接合強度は高く、溶接品質も安定しており、部品剛性を高めることができるからである。しかしアーク溶接は、切断、プレス、塗装といった他工程に比べて、時間がかかるという欠点がある。そのためアーク溶接を採用すると、ライン速度が落ち、生産コストの増加につながる。そのため鋼板のアーク溶接速度を高めることができれば、生産コストの大幅な低減が可能となり、産業上非常に有意義である。
【０００３】
例えば特許文献１の発明では、化学成分組成を特定したＳｉ、Ｍｎを含有するガスシールドアーク溶接用ワイヤを用いることにより、高速ガスシールドアーク溶接を達成しようと試みている。しかし該文献の発明は、ワイヤの組成を特定したことに要旨があり、鋼板の組成については何ら考慮していない。なお該文献では、ビードの波目の均一化およびバリ減少という効果を達成するためにワイヤ中のＯ量を、あえて０．００８％以上と規定している（特許請求の範囲および第２頁右下欄参照）。
【０００４】
高張力鋼板のアーク溶接のために鋼板組成を考慮しているものとして、例えば特許文献２の発明を挙げることができる。特許文献２では、Ｓｉの溶接ビード形状への影響を考慮して、「鋼板のＳｉ量（質量％）＋ワイヤのＳｉ量（質量％）≧１．５」とすることに要旨を有する高張力鋼板の溶接方法を開示している。しかし特許文献２は、その実施例において３０〜６０ｃｍ／分の速度で溶接しているように、アーク溶接の高速化を意図していない（段落００１７参照）。また該文献は、アーク溶接に対する酸素の影響については何ら記載していない。
【０００５】
さらに高速アーク溶接では、溶接のビード幅が狭くなる傾向がある。そして実際のアーク溶接では、溶接の開先位置やワイヤ位置のずれ、またはルートギャップが生ずるため、高速アーク溶接を実用化するためには、ある程度のビード幅を確保する必要がある。しかし前記のいずれの文献も、高速アーク溶接の際のビード幅について検討していない。
【０００６】
また近年、自動車分野では燃費改善の観点から、鋼板の軽量化（薄肉化）が求められているが、それにより衝突安全性を落とすことはできない。軽量化および衝突安全性の確保という双方の要求を満足するために、高張力鋼（いわゆるハイテン）から薄く形成された鋼板が、自動車分野でますます使用されている。このような薄い鋼板は、高電流のアーク溶接では溶け落ち易くなるので、高電流によって溶着量を稼ぐことができない。そのため薄い鋼板では溶接のビード幅が細くなるという傾向があり、より広いビード幅を確保する必要がある。さらに高張力鋼は、軟鋼に比べてプレス成形の安定性が低いために、ルートギャップが大きくなりやすく、より広いビード幅を確保する必要がある。
【特許文献１】特開昭６１−７０８９号公報、特許請求の範囲および第２頁右下欄
【特許文献２】特開２０００−１６７６９１号公報、段落００１７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は前記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、１００ｃｍ／分以上という高速溶接でも充分なビード幅を確保し得る、生産性に優れた鋼板のアーク溶接法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成し得た本発明の鋼板の溶接方法とは、Ｓｉ：０．２０〜２％（質量％の意味、以下同じ）およびＭｎ：１〜２．５％を、下記式（１）：
鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５ ・・・ （１）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たすように含有し、さらにＯ：０．００２％以下（０％を含まない）、Ｃ：０．０２〜０．２５％、Ｐ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０２〜０．２％、Ｎ：０．００１５〜０．０１５％、およびＴｉ：０．３％以下（０％を含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼板と、
Ｓｉ：０．２０〜１．０％（質量％の意味、以下同じ）、Ｍｎ：１．１〜１．８％、Ｃ：０．０１０〜０．１２％、Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．００５〜０．０３０％、Ｔｉ：０．２０％以下（０％を含む）、Ａｌ：０．１％以下（０％を含む）、およびＢｉ：０．１％以下（０％を含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるソリッドワイヤとを、鋼板およびソリッドワイヤ中の元素量が、下記式（２）〜（４）：
鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］≧０．７０ ・・・ （２）
鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］≧２．２ ・・・ （３）
Ｘ＝鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］
＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２
＋ワイヤ［Ｂｉ］×２＜７．２ ・・・ （４）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表し、ワイヤ［ ］は、ソリッドワイヤ中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たすように用いて、ガスシールドアーク溶接することを特徴とする。本発明の溶接方法において、鋼板表層に存在する内部酸化層の厚さが５μｍ以下である鋼板を用いることが好ましい。
【０００９】
本発明の溶接方法に使用することができる鋼板は、さらに（ａ）Ｎｂ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）およびＷ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、（ｂ）Ｃｒ：２％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）およびＢ：０．００５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素、（ｃ）Ｃｕ：０．５％以下（０％を含まない）およびＮｉ：０．５％以下（０％を含む）、（ｄ）Ｃａ：０．００５％以下（０％を含まない）および／または希土類元素：０．００５％以下（０％を含まない）、（ｅ）Ｚｒおよび／またはＭｇを合計で０．００５％以下（０％を含まない）、および／または（ｆ）Ｃｏ：１％以下（０％を含まない）、等を含有していても良い。含有させる成分の種類に応じて鋼板の特性が更に改善される。
【００１０】
本発明の溶接方法に使用することができるソリッドワイヤは、さらにＣｒ：０．８％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：０．３％以下（０％を含まない）、等を含有していても良い。含有させる成分の種類に応じて、溶接性や溶接金属の強度が更に改善される。
【００１１】
本発明の溶接方法において、溶接機としてパルス溶接機を用いる場合、アークを安定化するなどの理由から、シールドガスとしてＡｒ：７５〜９５体積％およびＣＯ2：５〜２５体積％（但し、ＡｒとＣＯ2との合計は１００体積％である）からなる混合ガスを用いることが推奨される。
【００１２】
本発明の溶接方法において、溶接速度１００ｃｍ／分以上で１パス溶接することが生産性の観点から好ましい。本発明の方法では、このような高速で溶接しても、幅広のビードが得られ、溶接強度に優れた溶接部材を形成することができる。よって本発明は、前記要件を満たす溶接方法により得られた溶接部材も提供する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明者らが、前記目的を達成するために鋭意検討した結果、ＳｉおよびＭｎが、高速アーク溶接で広いビード幅を確保するために重要であることを見出した。しかし鋼板中のＳｉ量が過剰であるとビードのスラグ量が多くなり、その後の塗装が剥離し易くなるという問題が生じ、一方鋼板中のＭｎ量が過剰であると、加工性が低下するという問題が生ずる。
【００１４】
従ってＳｉまたはＭｎのいずれかを過剰に含有する鋼板ではなく、これら双方を適正範囲で含有する鋼板、殊に下記式（１）
鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５ ・・・ （１）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たす鋼板を、高速アーク溶接に用いることにより、耐食性および加工性を維持しつつ、幅広のビードを形成することができる。
【００１５】
しかしＳｉとＭｎとを適正範囲で含有する鋼板であっても、殊に溶接速度が１００ｃｍ／分以上という高速アーク溶接では、ハンピングが生じ易く、ビード幅も不充分となる。そこでさらに検討した結果、鋼板中のＯ（酸素）がビード幅に悪影響を及ぼしていることを見出した。よって鋼板中にＳｉおよびＭｎを適正範囲で含有させ、かつＯ量を０．００２％以下に抑制することにより、１００ｃｍ／分以上の高速アーク溶接でも、ハンピングを防いで、かつ広いビード幅を確保することができる。
【００１６】
このようなハンピングやビード幅は、溶接時に形成される溶融池の粘性や表面張力、母材との界面張力などに左右される。検討の結果、溶融池の粘性などに対しては、母材である鋼板の影響が最も大きいことを突き止めたが、溶融池は母材と溶接用ワイヤとの混合溶融物であることから、溶接用ワイヤも影響し得る。
【００１７】
そこで本発明者らが検討した結果、鋼板中の化学成分組成を特定したことに加えて、溶接用のソリッドワイヤの化学成分組成も特定し、さらにＳｉおよびＭｎ量の下限、並びに主要な脱酸成分（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢｉ）総量の上限について、下記式（２）〜（４）：
鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］≧０．７０ ・・・ （２）
鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］≧２．２ ・・・ （３）
Ｘ＝鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］
＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２
＋ワイヤ［Ｂｉ］×２＜７．２ ・・・ （４）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表し、ワイヤ［ ］は、ソリッドワイヤ中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たすように、鋼板とソリッドワイヤとを組み合わせて用いることにより、高速の溶接速度でも、ハンピングを防止し、より安定的に幅広のビードを形成し得ることを見出した。
【００１８】
また鋼板中のＯ（酸素）について、さらなる検討を重ねたところ、Ｏ量を０．００２％以下に抑制しても、鋼板表層部に内部酸化層が５μｍを超える厚さで存在する場合、溶接性に悪影響を及ぼし得ることを見出した。これは、鋼板中のＯ量を低減させたとしても、表層に内部酸化層が存在すれば、それから溶接金属に酸素が供給されるので、ハンピングが生じ、またビード幅も狭くなるためと考えられる。なお本発明は、このような推定メカニズムに限定されない。本発明の好ましい実施態様では、さらに鋼板中の内部酸化層の厚さを５μｍ以下に抑えることにより、より良好な高速溶接性を実現することができる。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、（Ｉ）溶接に用いる鋼板の化学成分組成、殊にＳｉおよびＭｎ量を特定し、かつＯ量を抑制させたこと、並びに（ＩＩ）ソリッドワイヤの化学成分組成、殊にＳｉおよびＭｎ量を特定し、かつ（ＩＩＩ）鋼板およびソリッドワイヤ中のＳｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢｉ量の関係を定めたことに大きな特徴がある。さらに本発明では、（ＩＶ）鋼板表層に存在する内部酸化層厚さが５μｍ以下に抑制された鋼板を用いることが推奨される。よってまず、本発明で用いる鋼板について説明する。
【００２０】
［Ｓｉ：０．２０〜２％］
鋼板中のＳｉは、高速アーク溶接においてビード幅を広くするという効果を有し、本発明にとって重要な成分元素である。この効果を発揮させるために、鋼板中にＳｉを０．２０％以上、好ましくは０．５０％以上、より好ましくは０．８０％以上含有させる。しかしＳｉ量が過剰になると、溶融池の粘性が高くなりすぎてハンピングが生ずる。よって溶接性の観点からＳｉ量を３．０％未満に抑える必要がある。またＳｉ量が過剰になると、ビードのスラグ量が増大し、その後の塗装において剥離が生じ易くなり、塗装後の耐食性が低下する。よって耐食性の観点からＳｉ量を２％以下に抑える必要がある。従ってＳｉ量の上限を２％と定めた。Ｓｉ量は、好ましくは１．８％以下、より好ましくは１．５％以下である。
【００２１】
［Ｍｎ：１〜２．５％］
鋼板中のＭｎも、Ｓｉと同様に高速溶接性に寄与し、本発明にとって重要な成分元素である。また強度確保のためにも必要である。よってＭｎ量は、１％以上、より好ましくは１．２％以上、より好ましくは１．５％以上である。しかしＭｎ量が過剰であると、偏析が顕著になり、打ち抜き部などで２枚割れを起こすなど、加工性が低下し得る。よってＭｎ量は、２．５％以下、好ましくは２．０％以下、より好ましくは１．５％以下である。
【００２２】
［鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５］
前記のように鋼板中で、Ｓｉが過剰であると溶接部分の塗装剥離が過剰になり、一方Ｍｎが過剰であると加工性が低下するという問題があるため、ＳｉまたはＭｎの単独添加では、殊に１００ｃｍ／分以上の高速アーク溶接において、幅広のビードを確保するのが難しい。よって本発明において、鋼板がＳｉとＭｎとの両方を同時に含むことが重要であり、鋼板中のＳｉとＭｎとの合計量の下限を１．５％と定めた（即ち、鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５）。鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］の下限は、好ましくは１．８、より好ましくは２．０である。
【００２３】
［Ｏ：０．００２％以下（０％を含まない）］
鋼板中のＯ量が過剰であると、溶融池の粘性が低くなりすぎて、湯流れが激しく、ハンピングが起こり易い。またビード幅も狭くなる。よって良好な高速アーク溶接性を達成するために鋼板中のＯ量を、０．００２％以下、好ましくは０．００１８％以下、より好ましくは０．００１５％以下に抑制することが本発明にとって重要である。良好な高速アーク溶接性を確保するために鋼板中のＯ量はできるだけ低減することが好ましいが、その量を０％にすることは工業的に困難であると考えられる。
【００２４】
鋼板中のＯ量は、溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置で脱ガス処理（以下「ＲＨ脱ガス処理」と省略することがある。）に供することにより低減することができる。しかし本発明の溶接方法で用いる鋼板、およびそれを形成する溶鋼は、Ｏとの結びつきが強いＳｉおよびＭｎを多量に含んでいるため、ＲＨ脱ガス処理において酸素の除去速度が低下する傾向がある。よってＯ量を０．００２％以下にまで低減させた鋼板を製造するために、ＲＨ脱ガス処理の時間は、通常のものよりも長くする必要がある。具体的には、通常２５０ｔｏｎの溶鋼をＲＨ脱ガス処理する場合、通常の平均的な処理時間は３０分程度であるが、これを５０分以上に延長することが推奨される。
【００２５】
［鋼板表層に存在する内部酸化層の厚さが５μｍ以下］
本発明における「内部酸化層の厚さ」とは、鋼板表面から圧延直角方向に、酸化物が存在する最大距離（最大深さ）を意味する。この「酸化物」は主にＳｉやＭｎの酸化物から構成されるが、その他にＴｉなどの酸化物も含まれ、主としてフェライト粒界に存在する。この内部酸化層の厚さは、圧延直角方向の鋼板断面を、観察倍率１，０００倍のＳＥＭで板表面から５０μｍの深さまで観察することにより測定することができる。但し内部酸化層の厚さの値にはバラツキがあるため、本発明では、「内部酸化層厚さの値」として、鋼板の幅方向の任意の５つ以上の箇所で求められた値の平均値を採用する。
【００２６】
本発明の溶接方法において用いる鋼板のように、ＳｉおよびＭｎを比較的高い量で含有するものは、鋼板中のＯ量を抑制しても、仕上げ圧延後の鋼板巻取りの際に、内部酸化層が形成され得る。よって内部酸化層の少ないまたは無い鋼板を製造するために、ＲＨ脱ガス処理を充分に行って鋼板中のＯ量を低減するとともに、仕上げ圧延後に鋼板を充分に冷却してから巻取りを行うことが必要である。具体的には、内部酸化層厚さを５μｍ以下にするために、巻取り温度を６００℃未満にすることが推奨される。
【００２７】
本発明の溶接方法で鋼板は、前記Ｓｉ、ＭｎおよびＯの他に、基本成分元素として、Ｃ、Ｐ、Ｓ、ＡｌおよびＮを含有する。以下、この基本成分元素について説明する。
【００２８】
［Ｃ：０．０２〜０．２５％］
鋼板中のＣは強度確保のために必要な元素であり、その下限を０．０２％と定めた。好ましくは０．０６％以上、より好ましくは０．０８％以上である。しかしＣ量が過剰であると溶接金属の凝固割れが発生することがあるため、その上限を０．２５％と定めた。好ましくは０．２２％以下、より好ましくは０．２０％以下である。
【００２９】
［Ｐ：０．１％以下（０％を含まない）］
鋼板中のＰ量が過剰であると溶接割れが生ずるため、その上限を０．１％と定めた。好ましくは０．０８０％以下、より好ましくは０．０６０％以下である。特に溶接割れに注意を要する鋼板用途を予定している場合、できる限りＰ量を低減することが好ましい。但し鋼板中のＰ量を０％にすることは、工業的に困難であると考えられる。またＰは、固溶強化による強度確保に有効でもあるため、Ｐ量は、好ましくは０．０１０％以上、より好ましくは０．０１５％以上である。
【００３０】
［Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）］
鋼板中のＳは介在物を形成する有害元素であり、その量が過剰であると鋼板の加工性が劣化するため、上限を０．０５％以下と定めた。好ましくは０．０３％以下、より好ましくは０．０１％以下である。なお鋼板中のＳ量を０％にすることは、工業的に困難であると考えられる。
【００３１】
［Ａｌ：０．０２〜０．２％］
鋼板中のＡｌは脱酸に必要な元素であり、０．０２％以上含有させることが必要である。好ましくは０．０２５％以上、より好ましくは０．０３０％以上である。しかしＡｌが過剰に含まれると、酸化物系介在物が増えて、へげ疵が増加するため、その上限を０．２％と定めた。好ましくは０．１５％以下、より好ましくは０．１０％以下である。
【００３２】
［Ｎ：０．００１５〜０．０１５％］
鋼板中のＮは、固溶強化による強度確保のために有効であり、またＡｌなどと窒化物を形成して組織の微細化に寄与するので、その下限を０．００１５％と定めた。好ましくは０．００２０％以上、より好ましくは０．００３０％以上である。しかしＮ量が過剰であると、溶接時にブローホールが発生するので、その上限を０．０１５％と定めた。好ましくは０．０１０％以下、より好ましくは０．００８０％以下である。
【００３３】
本発明の溶接方法で用いる鋼板の基本成分組成は前記の通りであり、残部は実質的にＦｅである。但し原料、資材、製造設備等の状況によって持ち込まれる不可避不純物（例えばＳｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｓｂ、Ａｓ）が鋼板中に含まれることは、当然に許容される。さらに鋼板は、必要に応じて、以下の任意元素を含有していてもよい。
【００３４】
［Ｔｉ：０．３％以下］
Ｔｉは、結晶粒微細化および析出強化に寄与し、高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０１０％、より好ましくは０．０２０％である。しかし過剰に添加するとＴｉＮ介在物量が大幅に増加して鋼板の加工性を劣化させるため、その上限を０．３％と定めた。好ましくは０．２０％以下である。
【００３５】
［Ｎｂ：０．１％以下］
Ｎｂも、結晶粒微細化および析出強化に寄与し、高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０２０％、より好ましくは０．０３０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．１％と定めた。好ましくは０．０８％以下である。
【００３６】
［Ｖ：０．５％以下］
Ｖも、結晶粒微細化および析出強化に寄与し、高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０１０％、より好ましくは０．０２０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
【００３７】
［Ｗ：０．５％以下］
Ｗは、析出強化による高強度化のために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０１０％、より好ましくは０．０２０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
【００３８】
［Ｃｒ：２％以下］
Ｃｒは焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．２０％である。しかしＣｒ量が過剰であると、リン酸塩浴中に浸漬する塗装下地処理を行っても、その後の塗装において塗膜密着性が著しく低下し、母材鋼板および溶接部分での塗装後耐食性に悪影響を及ぼす。よってＣｒ量の上限を２％と定めた。より好ましくは１．５％以下である。
【００３９】
［Ｍｏ：１％以下］
Ｍｏも焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．１０％、より好ましくは０．２０％である。しかしＭｏ量が過剰であると、Ｃｒの場合と同様に、Ｐ処理性が低下し、塗装剥離が増大するので、その上限を１％と定めた。より好ましくは０．８％以下である。
【００４０】
［Ｂ：０．００５％以下］
Ｂも焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０００３％、より好ましくは０．０００５％である。しかしＢを過剰に添加してもその効果は飽和し、また酸化物系介在物が増加して加工性が劣化するため、その上限を０．００５％と定めた。より好ましくは０．００３％以下である。
【００４１】
［Ｃｕ：０．５％以下］
Ｃｕは、耐食性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０５％、より好ましくは０．０８％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
【００４２】
［Ｎｉ：０．５％以下］
鋼板がＣｕを含有する場合、割れを防止するために、さらにＮｉを含有していることが好ましい。但しＣｕはＮｉと必ず組み合わせて使用する必要は無く、鋼板がＣｕを含有していても、Ｎｉを含有している必要は無い。Ｎｉの鋼板中の質量割合は、好ましくはＣｕの質量割合の半分程度である。しかし過剰に、殊にＣｕの質量割合以上に添加してもその効果は飽和するため、Ｎｉの上限は、Ｃｕの上限と同じ０．５％と定めた。好ましくは０．３％以下である。
【００４３】
［Ｃａ：０．００５％以下］
Ｃａは介在物の形態を改善して、鋼板の加工性を向上させる効果があり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．００１０％、より好ましくは０．００２０％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和し、また酸化物系介在物が増大し、かえって加工性が劣化するため、その上限を０．００５％と定めた。好ましくは０．００３％以下である。
【００４４】
［希土類元素：０．００５％以下］
希土類元素（「ＲＥＭ」と省略することがある）も、Ｃａと同様に介在物の形態を改善して鋼板の加工性を向上させる効果があり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．００１０％、より好ましくは０．００２０％である。しかし過剰に添加しても、Ｃａと同様にその効果は飽和し、かえって加工性が劣化するため、その上限を０．００５％と定めた。好ましくは０．００３％以下である。
【００４５】
［Ｚｒおよび／またはＭｇを、合計で０．００５％以下］
ＺｒおよびＭｇのいずれも、介在物の分散およびＴｉＮのサイズ低下に寄与し、鋼板の加工性を向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その合計量の下限は、好ましくは０．０００５％、より好ましくは０．００１０％である。しかしこれらが過剰になると、酸化物系介在物が増大し、かえって加工性が劣化するため、合計量の上限を０．００５％と定めた。好ましい合計量上限は０．００３０％である。
【００４６】
［Ｃｏ：１％以下］
Ｃｏは、フェライト中の固溶炭素量を減らし、鋼板の加工性、特に伸びを向上させるために有効な元素であり、必要に応じて鋼板中に含有させることができる。その下限は、好ましくは０．０３％、より好ましくは０．０５％である。しかし過剰に添加してもその効果は飽和するため、経済性の観点から上限を１％と定めた。好ましくは０．８０％以下である。
【００４７】
本発明において、鋼板自体の厚さには特に限定は無い。但し鋼板の厚さがあまりに薄いと溶接で鋼板自体が溶け落ちるおそれがある。逆に鋼板の厚さを増やすことは、鋼板の軽量化という要請に反する。よって好ましい鋼板の厚さは、１〜５ｍｍである。
【００４８】
本発明の溶接方法は、前記のような特定の化学成分組成を有する鋼板を用いることに加えて、特定の化学成分組成を有するソリッドワイヤを用いることも特徴とする。そこで次に、ソリッドワイヤの化学成分組成について説明する。
【００４９】
（Ｓｉ：０．２０〜１．０％）
ワイヤ中のＳｉは、溶接時に脱酸を行い清浄な溶接金属を得るために必要な元素である。ワイヤ中のＳｉ量が０．２０％未満では、溶滴移行中の脱酸不足でブローホールが発生すると共に、高張力鋼板用としては溶接金属の強度が不足する。また粘性が過剰に低くなり、過剰な湯流れが発生してビード幅が小さくなる。一方、Ｓｉ量が１．０％を超えると過剰な脱酸作用により、溶融池の粘性が上昇しすぎて、高速溶接時にハンピングしやすくなる。そこでワイヤ中のＳｉ量を、０．２０％以上、１．０％以下と定めた。Ｓｉ量は、好ましくは０．３０％以上、０．９０％以下、より好ましくは０．５０％以上、０．８０％以下である。
【００５０】
（Ｍｎ：１．１〜１．８％）
ワイヤ中のＭｎも、Ｓｉと同様に脱酸元素として重要である。１．１％未満では脱酸不足でブローホールが発生すると共に、高張力鋼板用としては溶接金属の強度が不足する。また、粘性が過剰に低くなり、過剰な湯流れが発生してビード幅が小さくなる。一方、１．８％を超えると過剰な脱酸作用により、溶融池の粘性が上昇し、高速溶接時にハンピングしやすくなるとともに、なじみ性が低下してビード幅が狭くなる。そこでワイヤ中のＭｎ量を、１．１％以上、１．８％以下と定めた。Ｍｎ量は、好ましくは１．２％以上、１．７％以下、より好ましくは１．３％以上、１．６％以下である。
【００５１】
（Ｃ：０．０１０〜０．１２％）
ワイヤ中のＣは、溶接金属の強度を確保するために必要な元素である。Ｃ量が０．０１０％未満では高張力鋼板用としては強度が不足する。一方、Ｃは、凝固割れ感受性を上げるため、その量が０．１２％を越えると高速溶接時に凝固割れが発生しやすくなる。そこでワイヤ中のＣ量を、０．０１０％以上、０．１２％以下と定めた。Ｃ量は、好ましくは０．０２％以上、０．１０％以下、より好ましくは０．０３％以上、０．０９％以下である。
【００５２】
（Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない））
ワイヤ中のＰは、高温割れ感受性を増加させる。高速溶接では特に高い耐凝固割れ性を必要とするため、ＪＩＳ Ｚ３３１２に規定される通常のワイヤよりもＰを低く抑えることが望ましく、０．０２０％以下であれば問題はない。よってワイヤ中のＰ量の上限を０．０２％と定めた。Ｐ量は、好ましくは０．０１８％以下、より好ましくは０．０１５％以下である。
【００５３】
（Ｓ：０．００５〜０．０３０％）
ワイヤ中のＳも、Ｐと同様に凝固割れ感受性を増加させる元素である。但しＰと異なり、Ｓは粘性や表面張力を大きく減少させる効果を有し、適正量添加することにより、ビード幅を増加させ、止端と母材のなじみを向上し、止端形状を改善させることができる。これらの効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＳ量の下限を、０．００５％と定めた。Ｓ量は、好ましくは０．００８％以上、より好ましくは０．０１２％以上である。一方、Ｓ量が０．０３０％を超えると、凝固割れを生じることになる。よってＳ量の上限を０．０３０％と定めた。Ｓ量は、好ましくは０．０２８％以下、より好ましくは０．０２５％以下である。
【００５４】
本発明の溶接方法で用いるソリッドワイヤの基本成分組成は前記の通りであり、残部は実質的にＦｅである。但し鋼板の場合と同様に、不可避不純物がソリッドワイヤ中に含まれることは、当然に許容される。さらにソリッドワイヤは、必要に応じて、以下の任意元素を含有していてもよい。
【００５５】
（Ｔｉ：０．２０％以下）
Ｔｉは強い脱窒成分であり、多少のシールド不良でもブローホールの発生を防止する。また、高強度化にも有効である。これらの効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＴｉ量は、好ましくは０．０２％以上、より好ましくは０．０５％以上であることが望ましい。しかしＴｉ量が過剰であると、溶融池の粘性が上昇し、ハンピングしやすくなると共に、溶滴が大粒化しスパッタが多発する。よってワイヤ中に添加する場合、Ｔｉ量の上限を０．２０％と定めた。好ましいＴｉ量の上限は０．１５％である。
【００５６】
（Ａｌ：０．１％以下）
Ａｌは、Ｔｉと同様に強い脱窒成分であり、多少のシールド不良でもブローホールの発生を防止し、高強度化にも有効である。これらの効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＡｌ量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上であることが望ましい。しかしＡｌ量が過剰であると、溶融池の粘性が上昇し、ハンピングしやすくなると共に、溶滴が大粒化しスパッタが多発する。よってワイヤ中に添加する場合、Ａｌ量の上限を、０．１％と定めた。好ましいＡｌ量の上限は０．０８％である。
【００５７】
（Ｂｉ：０．１％以下）
Ｂｉはスラグの剥離性を向上させる効果がある。この効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＢｉ量は、好ましくは０．０１％以上、より好ましくは０．０２％以上であることが望ましい。しかしワイヤ中のＢｉ量が０．１％を超えると、凝固割れが非常に発生しやすくする。そこでＢｉ量の上限は、好ましくは０．１％、より好ましくは０．０８％である。
【００５８】
（Ｃｒ：０．８％以下）
ワイヤ中にＣｒを含有させることにより、溶接金属の高強度化を図ることができる。この効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＣｒ量は、好ましくは０．１％以上、より好ましくは０．２％以上であることが望ましい。しかしワイヤ中にＣｒを過剰に添加すると、溶融池の粘性が上昇し、高速溶接でビード幅が減少する。よってワイヤ中のＣｒ量は、好ましくは０．８％以下、より好ましくは０．６％以下である。
【００５９】
（Ｍｏ：０．３％以下）
Ｍｏも、Ｃｒと同様に、溶接金属の高強度化に寄与する。この効果を充分に発揮させるために、ワイヤ中のＭｏ量は、好ましくは０．０５％以上、より好ましくは０．１％以上であることが望ましい。しかしワイヤ中にＭｏを過剰に添加すると、溶融池の粘性が上昇し、高速溶接でビード幅が減少する。よってワイヤ中のＭｏ量は、好ましくは０．３％以下、より好ましくは０．２５％以下である。
【００６０】
高速溶接でも充分なビード幅を確保するためには、溶融池の粘性を適正範囲にすることが重要である。そして溶融池は、母材である鋼板と溶接用ワイヤとがそれぞれ溶融して混ぜ合わさったものである。そこで本発明では、溶融池の粘性に大きな影響を及ぼす元素について、鋼板またはワイヤにおける各含有量に加えて、これらの混合量も規定していることも特徴の１つとする。以下、これらの混合量について説明する。
【００６１】
（鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］≧０．７０）
溶融池の表面張力に強く関与するＳｉについて、「鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］」として重みをつけたパラメーターが、０．７０以上であれば、高速溶接においてより好ましい溶融池粘性を確保でき、充分なビード幅を実現することができる。鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］は、好ましくは１．０以上、より好ましくは１．５以上である。一方、溶融池の粘性が過剰になるのを防ぐために、鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］の上限は、好ましくは３．５、より好ましくは３．０である。
【００６２】
（鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］≧２．２）
Ｍｎも、Ｓｉと同様に高速溶接性に寄与する重要な元素である。好ましい溶融池粘性を達成して高速溶接において充分なビード幅を確保するためには、鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］は、２．２以上、好ましくは２．４以上、より好ましくは２．６以上である。一方、溶融池の粘性が過剰になるのを防ぐために、鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］の上限は、好ましくは３．０、より好ましくは２．８である。
【００６３】
（Ｘ＝鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ｂｉ］×２＜７．２）
高速溶接でも充分なビード幅を確保し、かつハンピングを防止するために、溶融池の粘性には適正範囲が存在する。そして本発明は、溶融池の粘性の過度の低下を防止して過剰な湯流れを防止するために、ＳｉおよびＭｎを、鋼板およびワイヤに適正量含有させていることも特徴とする。しかしＳｉおよびＭｎ量が適正範囲内であっても、主要な脱酸成分（Ｓｉ、Ｍｎ、Ｔｉ、ＡｌおよびＢｉ）の総量が過剰になると、溶融池の粘性が高まりすぎて、かえってハンピングが生じ易くなり得る。これらの主要な脱酸成分は、その種類や、鋼板中に含まれるか、またはワイヤ中に含まれるかによって溶融池の粘性に与える影響が異なる。そこで本発明者らが鋭意検討した結果、溶融池への主要な脱酸成分の寄与率を考慮したパラメーターＸ：
Ｘ＝鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］
＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２
＋ワイヤ［Ｂｉ］×２
を定めた。なお本発明で用いる鋼板またはソリッドワイヤが、任意元素を含有しない場合、上記Ｘの関係式中ではその元素含有量に零を代入する。例えば鋼板がＴｉを含有しない場合、鋼板［Ｔｉ］＝０として、即ち鋼板［Ｔｉ］の項を除外して、Ｘ値を計算する。このＸ値が７．２未満であると、溶融池の粘性が過剰になるのを防止して、ハンピングを効果的に抑制することができる。Ｘ値は、より好ましくは６．８以下、さらに好ましくは６．３以下である。
【００６４】
アーク溶接に用いられるソリッドワイヤには、通電の安定化や錆防止のために、銅めっきが施されることが多い。一方、ソリッドワイヤに銅めっきが無い方が、チップとワイヤとの融着低減や、溶滴の酸化促進により粘性を低下させ、低スパッタ化が達成されるという効果がある。従って本発明の溶接方法では、目的に応じて、銅めっきが施されているソリッドワイヤ、または施されていないワイヤのいずれも使用することができる。
【００６５】
本発明の方法は、シールドガスを用いるガスシールドアーク溶接法である。アーク溶接には、一般的にＡｒなどのイナートガス、炭酸ガス（ＣＯ2）、またはＡｒおよびＣＯ2からなる混合ガスが用いられ、本発明の方法でも、これらのシールドガスのいずれも使用することができる。もっとも溶込みの観点から、ＣＯ2の結合熱を利用することができるＣＯ2、またはＡｒとＣＯ2との混合ガスを用いることが好ましい。
【００６６】
本発明の溶接方法において、特に低スパッタ化を達成することができるパルス溶接機と、ＡｒおよびＣＯ2からなる混合ガスとの組合せを用いることが好ましい。なお通常の定電圧制御溶接機を用いる場合、アーク安定性に対するシールドガスの影響は小さく、シールドガス選択の自由度は高いが、パルス溶接機とＡｒおよびＣＯ2からなる混合ガスとの組合せでは、優れたアーク安定性が得られるガス混合比が限られ、それがハンピングにも影響を及ぼすことを見出した。
【００６７】
具体的には、Ａｒ量が７５体積％未満の場合（即ち、ＣＯ2量が２５％体積を超える場合）、ＣＯ2の解離熱によるアーク冷却効果が大きく、溶滴の離脱性が劣り、アークが不安定化する。その結果、スパッタの多発と不規則な溶滴移行周期によってハンピングが生じ易くなる。一方Ａｒ量が９５％体積％を超える場合（即ち、ＣＯ2量が５体積％未満である場合）、溶融池の脱酸が進まず、粘性が上昇してビード幅が狭くなる。またＣＯ2への結合熱が発生しないため、溶込み深さが浅くなり、溶込み不良が発生する。そこで本発明の溶接方法においてパルス溶接機を用いる場合、シールドガスとしてＡｒ：７５〜９５体積％およびＣＯ2：５〜２５体積％（但し、ＡｒとＣＯ2との合計は１００体積％である）からなる混合ガスを用いることが好ましい。この場合のより好ましい混合比は、Ａｒ：８０〜９０体積％およびＣＯ2：１０〜２０体積％（但し、ＡｒとＣＯ2との合計は１００体積％である）である。
【００６８】
本発明の溶接方法では、鋼板およびソリッドワイヤ中の化学成分量を適正範囲に調整することにより、高速溶接でも、ハンピングを防止し、かつ広いビード幅を確保することができる。よって本発明の方法では、好ましくは１００ｃｍ／分以上、より好ましくは１２０ｃｍ／分以上、さらに好ましくは１４０ｃｍ／分以上の溶接速度で１パス溶接することが好ましい。このように高速で溶接しても、本発明の溶接方法により得られた溶接部材は、ビード幅が広くて溶接強度に優れるという利点を有する。
【実施例】
【００６９】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００７０】
［１．鋼板の製造］
転炉において脱炭した溶鋼を、ＬＦ（取鍋精錬炉）において二次精錬し、さらにＲＨ真空脱ガス装置において合金元素の添加およびＲＨ脱ガス処理を行い、表１に示す化学成分組成に調製した。ＲＨ脱ガス処理は、Ｏ量が高い鋼板Ｎｏ．１０９（Ｏ：０．００３５％）に対応する溶鋼のみ、３０分間（平均的な処理時間）行い、その他のものについては、ＲＨ脱ガス処理を５０分間行ってＯ量を０．００２％以下に低減させた。
【００７１】
次いで連続鋳造を行い、それにより得られたスラブを、熱間にて表面スカーフ処理にかけ、加熱炉に挿入して、表２に示す加熱温度（表２中で「ＡＴ」と記載）に加熱し、高圧水デスケーリングを施した後に、粗圧延機において４０ｍｍ厚まで圧延した。ここでスラブ温度を１，０００〜１，１００℃にコントロールした後、さらに高圧水デスケーリングを施してから仕上げ圧延を施した。仕上げ圧延は７スタンドの連続圧延であり、圧延中に温度制御を行うことによって、表２に示す仕上げ出側温度（表２中で「ＦＤＴ」と記載）に制御した。
【００７２】
仕上げ圧延機から出た板を、２〜４秒後に冷却速度２０〜６０℃／秒で急冷（水冷）してから、コイラー位置まで搬送して、表２に示す巻取り温度（表２中で「ＣＴ」と記載）で巻取りを行った。巻取り温度が、６００℃以上のもの（鋼板Ｎｏ．１１２および１１３）では、内部酸化層厚さ（表２中で「酸化層厚さ」と記載）が５μｍを超えていた。
【００７３】
巻き取ったコイルを、１００℃以下まで自然放冷し、その後、スキンパスおよびレベラーに通板してスケールに亀裂を入れてから（伸び率０．３〜０．５％）、塩酸での酸洗によりスケールを除去し、その後、防錆油を塗布して、鋼板Ｎｏ．１〜２３およびＮｏ．１０１〜１１３を作製した。
【００７４】
［２．鋼板の内部酸化層厚さの測定］
前記のようにして得られた鋼板において、圧延直角方向の断面を、観察倍率１，０００倍のＳＥＭで１箇所あたり５０μｍの深さまで観察し、内部酸化層厚さを測定した。結果を表２に示す（表２中で「酸化層厚さ」と記載）。なお表２に示す内部酸化層厚さの値は、鋼板の幅方向で、任意に５つ選んだ箇所で観察した値の平均値である。
【００７５】
［３．鋼板の機械的性質の測定］
鋼板の機械的性質として、引張強さ（ＭＰａ）、伸び（％）、穴拡げ率（％）も測定した。これらの結果を表２に示す（表２中で「引張強さ」を「ＴＳ」と、「伸び」を「Ｅｌ」と、穴拡げ率を「λ」と記載）。なお穴拡げ率の定義および試験方法は、日本鉄鋼連盟規格の「穴拡げ試験方法ＪＦＳＴ１００１−１９９６」に従った。
引張強さは６００ＭＰａ以上のもの、伸びは１５％以上のもの、穴拡げ率は５０％以上のものを、それぞれ良好と評価した。
【００７６】
【表１−１】
【００７７】
【表１−２】
【００７８】
【表２−１】
【００７９】
【表２−２】
【００８０】
［４．溶接条件］
前記の鋼板を、以下並びに表３および４に記載の条件で溶接した。
・鋼板の板厚：２．９ｍｍ
・ソリッドワイヤの化学成分組成：表３に記載
・鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］、鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］、およびＸ値：表３に記載
・ソリッドワイヤの銅めっきの有無：表３に記載
・ソリッドワイヤ径：１．２ｍｍφ
・ワイヤの突出し長さ：１５ｍｍ
・シールドガス：表４に記載
・溶接機：インバータ式定電圧制御溶接機またはパルス溶接機
（パルス溶接機を用いた場合、表４中で溶接機の欄に「パルス」と記載）
・継手姿勢：横向重ねすみ肉溶接
・トーチ角度；移動角：４５°、動作角：前進１０°
・アーク溶接電流
以下のように溶接速度にあわせて、電流を変化させた。なお電圧は、シールドガス組成に応じて最適値を選択した；
８０ｃｍ／分：２１０Ａ
９０ｃｍ／分：２３０Ａ
１００ｃｍ／分：２５０Ａ
１１０ｃｍ／分：２７０Ａ
１２０ｃｍ／分：２９０Ａ
１３０ｃｍ／分：３１０Ａ
１４０ｃｍ／分：３３０Ａ
１５０ｃｍ／分：３５０Ａ
【００８１】
［５．溶接性の評価］
（１）限界速度
溶接速度を８０ｃｍ／分から１０ｃｍ／分ずつ上げて鋼板を溶接し、ハンピング不良を起こさなかった限界速度を求めた。結果を表４に示す。限界速度が１００ｃｍ／分以上の溶接法を、高速溶接性が良好であると評価した。
（２）ビード幅
溶接速度１００ｃｍ／分で鋼板を溶接した際のビード幅の値を測定した。結果を表４に示す。なおビード幅は、任意に３点選んだ溶接の典型的箇所の平均値を採用した。ビード幅が７．０ｍｍ以上の溶接法を、高速溶接性が良好であると評価した。
（３）継手強度
溶接速度１００ｃｍ／分で鋼板を溶接し、その重ね溶接継手から幅２５ｍｍの試験片を採取して、継手引張試験を行った。結果を表４に示す。破断位置が母材（鋼板）または溶接金属のいずれであるかを判定し、母材で破断した場合、継手強度が良好であると評価した。なお溶接金属で破断したものでも、その破断強度が６００ＭＰａ以上（鋼板の目標引張強さ）であるものは、継手強度が良好であると評価した。
（４）その他
溶接中のスパッタ発生量を目測した。溶接法から鑑みて、スパッタが多発したものについて、表４中の「その他」の欄に記載した。さらに溶接ビードのＸ線透過試験および外観検査、カットチェック（断面マクロ採取検査）を行い、ブローホール、溶接割れまたは溶込み不足などの欠陥が無いかを調べた。これらが認められたものについても、表４中の「その他」の欄に記載した。
【００８２】
【表３−１】
【００８３】
【表３−２】
【００８４】
【表３−３】
【００８５】
【表３−４】
【００８６】
【表３−５】
【００８７】
【表４−１】
【００８８】
【表４−２】
【００８９】
【表４−３】
【００９０】
【表４−４】
【００９１】
表１〜４の結果から分かるように、本発明で規定する鋼板およびソリッドワイヤの要件、さらにパルス溶接機を用いる場合は、シールドガスのＡｒ−ＣＯ2混合比の要件を満たす溶接法Ｗ１〜３２は、アーク溶接の限界速度が１００ｃｍ／分以上、かつ１００ｃｍ／分でもビード幅が７．０ｍｍ以上と、高速溶接性に優れており、さらに継手強度も良好である（破断位置が母材か、または溶接金属で破断しても破断強度が６００ＭＰａ以上である）。なお、表１および２から、本発明で規定する要件を満たす鋼板Ｎｏ．１〜２３は、６００ＭＰａ以上の引張強さ、かつ１５％以上の伸びおよび５０％以上の穴拡げ率を示し、高強度でありながら、加工性が良好であることも示される。
【００９２】
一方、本発明で規定するいずれかの要件を満たさない溶接法Ｗ３３〜Ｗ７０は、溶接性および／または鋼板の機械的性質が不充分であった。
具体的には溶接法Ｗ３３では、鋼板Ｎｏ．１０１のＣ量が、本発明の下限未満であり、その引張強さが不充分であった。
溶接法Ｗ３４では、鋼板Ｎｏ．１０２のＳｉ＋Ｍｎ量が、本発明の下限未満であり、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ３５では、鋼板１０３のＴｉ量が本発明の上限を超えており、介在物が増加したことにより穴拡げ率（加工性）が不充分であった。
【００９３】
溶接法Ｗ３６では、鋼板Ｎｏ．１０４のＣ量が本発明の上限を超えており、加工性（伸びおよび穴拡げ率）が低かった。また鋼板中のＣ量が過剰であることから、溶接金属中のＣ量も上昇し、凝固割れが発生した。
溶接法Ｗ３７では、鋼板Ｎｏ．１０５のＳｉ量が本発明の下限未満であり、ハンピングを起こし、限界速度が低かった。
溶接法Ｗ３８では、鋼板Ｎｏ．１０６のＳｉ量が本発明の上限を超えており、ビードのスラグ量が多いため、その後の塗装において剥離量が多く、耐食性が劣化した。またＳｉ量が高すぎるため、溶融池の粘性が高くなりすぎてハンピングを起こし、限界速度が低かった。
【００９４】
溶接法Ｗ３９では、鋼板Ｎｏ．１０７のＭｎ量が本発明の上限を超えており、加工性（伸びおよび穴拡げ率）が不充分であった。
溶接法Ｗ４０では、鋼板Ｎｏ．１０８のＭｎ量が本発明の下限未満であり、ビード幅が不充分であった。さらに引張強さも不充分であった。
溶接法Ｗ４１では、鋼板Ｎｏ．１０９のＯ量が本発明の上限を超えており、溶融池の粘性が過剰に低下してハンピングを起こし、限界速度が低かった。
【００９５】
溶接法Ｗ４２では、鋼板Ｎｏ．１１０のＳｉ量が本発明の下限未満であり、溶接時にハンピングを起こし、限界速度が低かった。
溶接法Ｗ４３では、鋼板Ｎｏ．１１１のＳｉ量が本発明の下限未満であり、かつ「鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］」の要件も満たさず、溶融池の粘性不足により、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ４４では、鋼板Ｎｏ．１１２の内部酸化層の厚さが大きく、溶融池の粘性低下により、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ４５では、鋼板Ｎｏ．１１３の内部酸化層の厚さが大きく、溶融池の粘性低下によりハンピングしやすくなり、限界速度が低かった。
【００９６】
溶接法Ｗ４６では、ソリッドワイヤのＣ量が本発明の下限未満であり、継手強度が不足した。
溶接法Ｗ４７では、ソリッドワイヤのＣ量が本発明の上限を超えており、溶接金属に凝固割れが発生した。
溶接法Ｗ４８では、ソリッドワイヤのＳｉ量が本発明の下限未満であり、脱酸不足によりブローホールが発生すると共に、継手強度が不足した。また粘性不足により、ビード幅が不充分であった。
【００９７】
溶接法Ｗ４９では、ソリッドワイヤのＳｉ量が本発明の上限を超えており、ハンピングを起こし、限界速度が低かった。
溶接法Ｗ５０では、ソリッドワイヤのＭｎ量が本発明の下限未満であり、脱酸不足によりブローホールが発生すると共に、継手強度が不足した。また粘性不足により、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ５１では、ソリッドワイヤのＭｎ量が本発明の上限を超えており、粘性過剰により、ビード幅が不充分であった。
【００９８】
溶接法Ｗ５２では、ソリッドワイヤのＰ量が本発明の上限を超えており、溶接金属の凝固割れが発生した。
溶接法Ｗ５３では、ソリッドワイヤのＳ量が本発明の下限未満であり、なじみ性低下によりビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ５４では、ソリッドワイヤのＳ量が本発明の上限を超えており、溶接金属の凝固割れが発生した。
【００９９】
溶接法Ｗ５５では、ソリッドワイヤのＴｉ量が本発明の上限を超えており、溶融池の粘性が上昇して、ハンピングを起こし、限界速度が低かった。また溶滴の離脱性が悪くなりスパッタが多発した。
溶接法Ｗ５６では、ソリッドワイヤのＡｌ量が本発明の上限を超えており、溶融池の粘性が上昇してハンピングを起こし、限界速度が低かった。また溶滴の離脱性が悪くなり、スパッタが多発した。
溶接法Ｗ５７では、ソリッドワイヤのＢｉ量が本発明の上限を超えており、溶接金属の凝固割れが発生した。
【０１００】
溶接法Ｗ５８では、ソリッドワイヤのＣｒ量が本発明の上限を超えており、粘性上昇により、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ５９では、ソリッドワイヤのＭｏ量が本発明の上限を超えており、粘性上昇により、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ６０では、パルス溶接機を用いた場合のシールドガス中のＡｒ量が、本発明の下限未満であり、溶滴移行性が劣化してスパッタが多発した。また溶滴移行周期の乱れにより、ビードの形成性も劣化し、ハンピングを起こしてビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ６１では、パルス溶接機を用いた場合のシールドガス中のＡｒ量が、本発明の上限を越えており、溶融池の粘性が過剰となり、ハンピングを起こして限界速度が低かった。また溶込み不足が発生した。
【０１０１】
溶接法Ｗ６２では、本発明で規定する「鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］」の要件を満たさず、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ６３では、本発明で規定する「鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］」の要件を満たさず、ビード幅が不充分であった。
溶接法Ｗ６４〜Ｗ７０では、本発明で規定するＸ値の要件を満たさず、粘性過剰でハンピングを起こし、限界速度が低かった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｉ：０．２０〜２％（質量％の意味、以下同じ）およびＭｎ：１〜２．５％を、下記式（１）：
鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５ ・・・ （１）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たすように含有し、さらにＯ：０．００２％以下（０％を含まない）、Ｃ：０．０２〜０．２５％、Ｐ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０２〜０．２％、Ｎ：０．００１５〜０．０１５％、およびＴｉ：０．３％以下（０％を含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼板と、
Ｓｉ：０．２０〜１．０％（質量％の意味、以下同じ）、Ｍｎ：１．１〜１．８％、Ｃ：０．０１０〜０．１２％、Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．００５〜０．０３０％、Ｔｉ：０．２０％以下（０％を含む）、Ａｌ：０．１％以下（０％を含む）、およびＢｉ：０．１％以下（０％を含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるソリッドワイヤとを、鋼板およびソリッドワイヤ中の元素量が、下記式（２）〜（４）：
鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］≧０．７０ ・・・ （２）
鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］≧２．２ ・・・ （３）
Ｘ＝鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］
＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２
＋ワイヤ［Ｂｉ］×２＜７．２ ・・・ （４）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表し、ワイヤ［ ］は、ソリッドワイヤ中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たすように用いて、ガスシールドアーク溶接することを特徴とする鋼板の溶接方法。
【請求項２】
鋼板表層に存在する内部酸化層の厚さが、５μｍ以下である請求項１に記載の鋼板の溶接方法。
【請求項３】
鋼板が、さらにＮｂ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）およびＷ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有するものである請求項１または２に記載の鋼板の溶接方法。
【請求項４】
鋼板が、さらにＣｒ：２％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）およびＢ：０．００５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項５】
鋼板が、さらにＣｕ：０．５％以下（０％を含まない）およびＮｉ：０．５％以下（０％を含む）を含有するものである請求項１〜４のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項６】
鋼板が、さらにＣａ：０．００５％以下（０％を含まない）および／または希土類元素：０．００５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜５のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項７】
鋼板が、さらにＺｒおよび／またはＭｇを、合計で０．００５％以下（０％を含まない）含有するものである請求項１〜６のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項８】
鋼板が、さらにＣｏ：１％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜７のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項９】
ソリッドワイヤが、さらにＣｒ：０．８％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：０．３％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜８のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項１０】
溶接機としてパルス溶接機を用い、シールドガスとしてＡｒ：７５〜９５体積％およびＣＯ2：５〜２５体積％（但し、ＡｒとＣＯ2との合計は１００体積％である）からなる混合ガスを用いる請求項１〜９のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項１１】
溶接速度１００ｃｍ／分以上で１パス溶接する、請求項１〜１０のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の鋼板の溶接方法により得られた溶接部材。
【請求項１】
Ｓｉ：０．２０〜２％（質量％の意味、以下同じ）およびＭｎ：１〜２．５％を、下記式（１）：
鋼板［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］≧１．５ ・・・ （１）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たすように含有し、さらにＯ：０．００２％以下（０％を含まない）、Ｃ：０．０２〜０．２５％、Ｐ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．０５％以下（０％を含まない）、Ａｌ：０．０２〜０．２％、Ｎ：０．００１５〜０．０１５％、およびＴｉ：０．３％以下（０％を含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなる鋼板と、
Ｓｉ：０．２０〜１．０％（質量％の意味、以下同じ）、Ｍｎ：１．１〜１．８％、Ｃ：０．０１０〜０．１２％、Ｐ：０．０２％以下（０％を含まない）、Ｓ：０．００５〜０．０３０％、Ｔｉ：０．２０％以下（０％を含む）、Ａｌ：０．１％以下（０％を含む）、およびＢｉ：０．１％以下（０％を含む）を含有し、残部がＦｅおよび不可避不純物からなるソリッドワイヤとを、鋼板およびソリッドワイヤ中の元素量が、下記式（２）〜（４）：
鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］≧０．７０ ・・・ （２）
鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］≧２．２ ・・・ （３）
Ｘ＝鋼板［Ｓｉ］×２＋ワイヤ［Ｓｉ］＋鋼板［Ｍｎ］＋ワイヤ［Ｍｎ］
＋鋼板［Ｔｉ］×２＋ワイヤ［Ｔｉ］×２＋鋼板［Ａｌ］×２＋ワイヤ［Ａｌ］×２
＋ワイヤ［Ｂｉ］×２＜７．２ ・・・ （４）
（式中、鋼板［ ］は、鋼板中の各元素の含有量（質量％）を表し、ワイヤ［ ］は、ソリッドワイヤ中の各元素の含有量（質量％）を表す。）
を満たすように用いて、ガスシールドアーク溶接することを特徴とする鋼板の溶接方法。
【請求項２】
鋼板表層に存在する内部酸化層の厚さが、５μｍ以下である請求項１に記載の鋼板の溶接方法。
【請求項３】
鋼板が、さらにＮｂ：０．１％以下（０％を含まない）、Ｖ：０．５％以下（０％を含まない）およびＷ：０．５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有するものである請求項１または２に記載の鋼板の溶接方法。
【請求項４】
鋼板が、さらにＣｒ：２％以下（０％を含まない）、Ｍｏ：１％以下（０％を含まない）およびＢ：０．００５％以下（０％を含まない）よりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素を含有するものである請求項１〜３のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項５】
鋼板が、さらにＣｕ：０．５％以下（０％を含まない）およびＮｉ：０．５％以下（０％を含む）を含有するものである請求項１〜４のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項６】
鋼板が、さらにＣａ：０．００５％以下（０％を含まない）および／または希土類元素：０．００５％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜５のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項７】
鋼板が、さらにＺｒおよび／またはＭｇを、合計で０．００５％以下（０％を含まない）含有するものである請求項１〜６のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項８】
鋼板が、さらにＣｏ：１％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜７のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項９】
ソリッドワイヤが、さらにＣｒ：０．８％以下（０％を含まない）および／またはＭｏ：０．３％以下（０％を含まない）を含有するものである請求項１〜８のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項１０】
溶接機としてパルス溶接機を用い、シールドガスとしてＡｒ：７５〜９５体積％およびＣＯ2：５〜２５体積％（但し、ＡｒとＣＯ2との合計は１００体積％である）からなる混合ガスを用いる請求項１〜９のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項１１】
溶接速度１００ｃｍ／分以上で１パス溶接する、請求項１〜１０のいずれかに記載の鋼板の溶接方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の鋼板の溶接方法により得られた溶接部材。
【公開番号】特開２００７−２２４３５０（Ｐ２００７−２２４３５０Ａ）
【公開日】平成１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４５６０５（Ｐ２００６−４５６０５）
【出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【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１９年９月６日（２００７．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月２２日（２００６．２．２２）
【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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