拼焊板坯材料及其制造方法以及压制成形品

本发明涉及拼焊板坯材料(tailored?blank?material)及其制造方法以及使用了该拼焊板坯材料的压制成形品。

背景技术：

1、汽车用高强度钢板在实用时存在将多个钢板焊接而制成板材的拼焊板坯材料后，再通过压制成形等进行加工的情况。因此，不仅要求母材的成形性，还要求接合部的成形性。

2、然而，在通过以往的焊接技术得到的接合部中发生固化和/或软化，无法对接合部赋予与母材相同程度的成形性。特别是，随着成为对象的钢板的强度的增加，母材与接合部的机械性质之差变大，在结构设计以及加工工艺等中接合部成为明显的特异之处。

3、与此相对，例如在专利文献1(日本特开2014-83565号公报)中公开了一种拼焊板坯的制造方法，其特征在于：具有使厚板和薄板以一方的面成为一个平面的方式对接并进行焊接的焊接工序；和使在焊接工序中焊接的焊接部再熔融的再熔融工序，在再熔融工序中，将用于使焊接部再熔融的再熔融扫描速度以及热输入密度设定为在焊接部加入退火来进行再熔融部的冷却的值。

4、在上述专利文献1所记载的拼焊板坯的制造方法中，“通过将再熔融扫描速度设为低速，从而增大在再熔融时从再熔融部向再熔融部的周边进行热传导的时间，并扩大加热区域。通过将焊接部地周围的宽加热区域保持于高温，从而能够减小再熔融部与加热区域的温度差，并能够减缓再熔融部的冷却速度，以焊接部被退火的速度进行冷却。像这样将焊接部进行退火冷却，可以降低接合部的硬度。另外，通过在焊接时使焊接部表面形成的凹凸再熔融，从而能够平滑地形成接合部的表面。通过这些，可以缓和应力集中于接合部或接合部的裂纹”。

5、另外，在专利文献2(日本特表2015-510453号公报)中，公开了一种拼焊板坯的制造方法，其特征在于，使用填充焊丝(filler-wire)通过激光焊接来接合具有不同种类强度或不同种类厚度的镀覆钢板板坯。

6、在上述专利文献2所记载的拼焊板坯的制造方法中，“通过使用考虑了镀层的熔入而设计的填充焊丝来制造拼焊板坯，从而焊接部在热压制(hot?stamping)成形后具有全马氏体组织。其结果是，在拼焊板坯的制造时不需要镀层除去工序和再镀敷工序，降低成本，并带来提高生产率的效果”。

7、现有技术文献

8、专利文献

9、专利文献1：日本特开2014-83565号公报

10、专利文献2：日本特表2015-510453号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的技术问题

2、然而，上述专利文献1及专利文献2所公开的拼焊板坯的制造方法是通过熔融焊接来形成由熔融凝固组织构成的焊接部，焊接部的微细组织及机械性质的控制存在极限。在一般的碳钢材中，在焊接部生成马氏体，发生脆化和固化。另外，在熔融焊接时不可避免地升温至被接合材料的熔点以上的温度，因此特别是关于强度高的金属材料，热影响部的软化成为问题。

3、即，通过以往的焊接法形成的焊接部具有与母材不同的机械性质，这成为其特异之处，难以对包含该焊接部的拼焊板坯材料赋予良好的成形性。特别是在接合具有不同强度的金属材料所得到的拼焊板坯材料中，难以形成不仅具有充分的强度，而且具有不阻碍接合部的塑性变形的没有各向异性的各向同性的机械性质的良好的接合界面，进一步控制接合部的机械性质极为困难。

4、鉴于以上那样的现有技术中的问题点，本发明的目的在于提供一种具有成形性优异的接合部且由具有不同强度的金属材料构成的拼焊板坯材料、以及简便且高效地制造该拼焊板坯材料的方法。另外，本发明的目的还在于提供使用了本发明的拼焊板坯材料的压制成形品。

5、用于解决技术问题的手段

6、本发明人为了实现上述目的，对拼焊板坯材料中的接合部的成形性和优选的接合方法等反复进行了深入研究，结果发现使用线性摩擦接合等极其有效，从而完成了本发明。

7、即，本发明提供一种拼焊板坯材料的制造方法，其特征在于：将一个构件与另一个构件进行线性摩擦接合，将所述一个构件与所述另一个构件的拉伸强度之差设为150mpa以上。

8、通过使用线性摩擦接合，即使是具有150mpa以上的拉伸强度之差的金属构件，也能够得到良好的固相接合部。另外，与作为代表性的固相接合法的摩擦搅拌接合(fsw：friction?stir?welding)相比，在板厚方向上形成均质的极薄的接合区域，因此能够使对拼焊板坯材料的成形性造成的接合部的影响最小化。在此，从拼焊板坯材料的有用性和适用性的观点出发，更优选使一个构件与另一个构件的拉伸强度之差为300mpa以上。

9、图1中示出表示线性摩擦接合中的状况的示意图。线性摩擦接合是以使被接合材料彼此以线性运动摩擦时产生的摩擦热作为主要热源的固相接合。通过将因升温而软化的材料从被接合界面作为毛刺而排出，从而除去形成于被接合界面的氧化覆膜，并使新生面彼此抵接，由此能够得到接合部。

10、线性摩擦接合的条件只要不损害本发明的效果就没有特别限定，可以使用以往公知的各种接合条件，但通过将接合压力设定为高值，从而接合温度降低，且能够得到更狭窄的接合区域。频率、振幅以及摩擦变形量(burn-off?length)等根据被接合材料的种类、大小以及形状等适当调整即可。

11、另外，在本发明的拼焊板坯材料的制造方法中，优选将线性摩擦接合时施加的接合压力设为p，将上述一个构件的拉伸强度成为所述p的温度设为t1(℃)，将上述另一个构件的拉伸强度成为所述p的温度设为t2(℃)，以所述t1与所述t2之差成为100℃以内的方式设定所述p。若t1与t2之差为100℃以内，则即使是具有300mpa以上的拉伸强度之差的金属构件，在线性摩擦接合中两方的材料(一个构件与另一个构件)也在被接合界面附近变形，能够排出新生面彼此的抵接进行的接合所需的足够量的毛刺。在此，也可以代替拉伸强度而使用屈服强度。

12、另外，在本发明的拼焊板坯材料的制造方法中，优选将上述一个构件和/或上述另一个构件设为钢板，将所述钢板的拉伸强度设为980mpa以上。通过使用线性摩擦接合，从而即使是拉伸强度为980mpa以上的高张力钢材，也能够形成良好的固相接合部。

13、另外，在本发明的拼焊板坯材料的制造方法中，优选将上述一个构件和/或上述另一个构件设为镀锌钢板。若焊接镀锌钢板，则镀锌成分不可避免地混入焊接部，焊接部的机械性质降低。与此相对，在线性摩擦接合中，毛刺从接合界面的四周排出而实现接合，因此即使在接合中产生了镀锌的蒸发、熔融的情况下，也能够有效地抑制该镀锌成分向接合部的混入。特别是在对镀锌钢板进行线性摩擦接合的情况下，通过在与板厚垂直的方向上进行线性滑动，从而能够从占据接合部表面的大部分的长边迅速地排出毛刺，并能够极其有效地抑制镀锌成分向接合部的混入。

14、另外，本发明人详细观察了镀锌钢板的线性摩擦接合部，结果发现，形成于钢板的表面的锌镀层追随适度软化的毛刺而变形和/或移动，因此明确了线性摩擦接合部被锌镀层覆盖至毛刺的根部。即，通过使用线性摩擦接合，不仅能够抑制锌向接合部的混入，而且在接合后也能够用锌镀层充分覆盖接合部的表面。

15、在将被接合材料设为镀锌钢板的情况下，只要不损害本发明的效果，则该镀锌钢板的种类、大小及形状没有特别限定，可以使用以往公知的各种镀锌钢板。作为镀锌钢板，可以举出熔融镀锌钢板(gi)、合金化熔融镀锌钢板(ga)、电镀锌(eg)和双层形合金化熔融镀锌钢板(gae)，另外，对于高耐腐蚀性的熔融锌、铝、镁合金镀层钢板(zam(注册商标)、superdyma(注册商标)：高耐候性镀层钢板)、锌铝合金镀层钢板、锌镍合金镀层钢板、锌镁镀层钢板等不同组成的镀锌钢板也能够应用同样的方法。另外，在各镀锌钢板中，只要不损害本发明的效果，则镀敷附着量(镀敷厚度)也没有特别限定，可以为以往公知的各种值。

16、进而，在本发明的拼焊板坯材料的制造方法中，优选使接合温度为上述钢板的a1点以下。通过使接合温度为钢板的a1点以下，能够抑制钢板的软化或脆化。在此，在本发明中，“接合温度”是指线性摩擦接合时的被接合界面的所希望的最高到达温度。碳含量多的中·高碳等钢由于相变而形成脆的马氏体，存在接合困难的情况及接合部脆化的情况。与此相对，通过使接合温度为a1点以下，不发生相变，因此能够完全抑制脆的马氏体的形成。而且，通过接合温度的降低，能够抑制热影响部中的软化。

17、在此，若增加线性摩擦接合的施加压力，则该摩擦热增加，但软化后的材料成为毛刺而连续地排出，因此通过施加于软化的材料的压力(排出毛刺的力)来决定“接合温度”。即，在将施加压力设定得较高的情况下，能够将更高的强度(屈服强度高的状态)的被接合材料作为毛刺排出。在此，“屈服强度更高的状态”是指“更低温的状态”，因此“接合温度”因施加压力的增加而降低。屈服强度与温度的关系根据材料而大致恒定，因此与使用摩擦热的情况相比，能够极其准确地控制接合温度。

18、另外，本发明还提供一种拼焊板坯材料，其特征在于，具有一个构件与另一个构件经由线性摩擦接合界面成为一体的线性摩擦接合部，所述一个构件与所述另一个构件的拉伸强度之差为150mpa以上。

19、本发明的拼焊板坯材料中，一个构件与另一个构件的拉伸强度之差为150mpa以上，能够适合用作在各部位所要求的强度、板厚大不相同的情况下的拼焊板坯材料。另外，与其它的固相接合法相比，一个构件与另一个构件经由接合区域的宽度窄的线性摩擦接合部而牢固地接合，因此接合部对拼焊板坯材料的成形性的影响极小。一个构件与另一个构件的拉伸强度之差优选设为300mpa以上。

20、本发明的拼焊板坯材料优选上述一个构件和/或上述另一个构件为钢板，且所述钢板的拉伸强度为980mpa以上。通过使一个构件和/或另一个构件成为具有980mpa以上的拉伸强度的高张力钢板，从而能够适合用作汽车等的结构用构件。

21、另外，本发明的拼焊板坯材料优选上述一个构件和/或上述另一个构件为镀锌钢板。通过使用镀锌钢板，能够应用于要求耐腐蚀性的构件，例如，能够适合用作汽车等的结构用构件。

22、另外，本发明的拼焊板坯材料优选上述线性摩擦接合界面的维氏硬度(h)为上述一个构件及上述另一个构件的维氏硬度中的任意较高一方的值的1.1倍以下，且为所述一个构件及所述另一个构件的维氏硬度中的任意较低一方的值的0.9倍以上。通过使线性摩擦接合界面的维氏硬度(h)在这样的范围内，从而能够形成具有充分的强度并且不阻碍塑性变形的不具有各向异性的各向同性的机械性质的良好的接合部。

23、另外，本发明的拼焊板坯材料中，优选上述线性摩擦接合界面的维氏硬度(h)、上述一个构件的维氏硬度(h1)及上述另一个构件的维氏硬度(h2)满足0.8[(h1+h2)/2]≤h≤1.2[(h1+h2)/2]的关系。

24、在接合有强度不同的金属材料的拼焊板坯材料中，从赋予良好的成形性的观点出发，优选“一个构件～接合部～另一个构件”的硬度平滑地连续地变化(不使接合部成为特异之处)。在此，接合部的维氏硬度(h)为一个构件的维氏硬度(h1)和另一个构件的维氏硬度(h2)的平均值的0.8倍～1.2倍的范围，由此能够有效地抑制接合部成为特异之处。

25、本发明的拼焊板坯材料可以使用本发明的拼焊板坯材料的制造方法适当地得到。

26、进而，本发明还提供一种压制成形品，其特征在于，本发明的拼焊板坯材料的上述线性摩擦接合部发生了塑性变形。

27、本发明的拼焊板坯材料的线性摩擦接合部从机械性质的观点出发，不成为该拼焊板坯材料的特异之处，具有良好的成形性。其结果，在本发明的压制成形品中，在塑性变形了的线性摩擦接合部不伴有龟裂、褶皱等，具有良好的外观和高可靠性。

28、发明效果

29、根据本发明，能够提供具有成形性优异的接合部且由具有不同强度的金属材料构成的拼焊板坯材料、以及简便且高效地制造该拼焊板坯材料的方法。另外，也可以提供使用了本发明的拼焊板坯材料的压制成形品。