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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-09-02
(45)【発行日】2025-09-10
(54)【発明の名称】溶接部材
(51)【国際特許分類】
B23K 9/00 20060101AFI20250903BHJP
B23K 9/23 20060101ALI20250903BHJP
B23K 35/30 20060101ALI20250903BHJP
C22C 38/00 20060101ALN20250903BHJP
C22C 38/04 20060101ALN20250903BHJP
【ＦＩ】
B23K9/00 101A
B23K9/23 A
B23K35/30 320B
C22C38/00 301T
C22C38/00 301W
C22C38/04
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2022052639
(22)【出願日】2022-03-28
(65)【公開番号】P2023145267
(43)【公開日】2023-10-11
【審査請求日】2024-11-15
(73)【特許権者】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001519
【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】西角 美奈江
(72)【発明者】
【氏名】上野 晋
(72)【発明者】
【氏名】秋岡 幸司
【審査官】柏原 郁昭
(56)【参考文献】
【文献】特開２００７－１１８０７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１３／１８７１９７（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｂ２３Ｋ ９／００
Ｂ２３Ｋ ９／２３
Ｂ２３Ｋ ３１／００
Ｂ２３Ｋ ３５／３０
Ｃ２２Ｃ ３８／００
Ｃ２２Ｃ ３８／０４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
鋼材が溶接された溶接部を含む溶接部材であって、前記溶接部は、質量％で、Ｃｒ：９～３０％及びＮｉ：３～２５％を含有する合金鋼からなる溶接ビードを含み、
前記鋼材は、鋼母材と、前記鋼母材の少なくとも前記溶接ビードが形成されている側の表面に亜鉛を含有するめっき層とを含み、
前記鋼母材の前記溶接ビードが形成されている側の表面において、前記溶接ビードの止端部から０．１～２．５ｍｍの間隔を空けて前記めっき層が形成されている、溶接部材。
【請求項2】
前記鋼母材が鋼板である請求項１に記載の溶接部材。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、溶接部材に関する。
【背景技術】
【0002】
シールドガスにＡｒとＣＯ２あるいはＯ２との混合ガスを用いるＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ Ａｒｃ Ｇａｓ）溶接が自動車の製造をはじめ、様々な分野で広く用いられている。
例えば、自動車の足回り部品は最中構造をとることが多いこと、連続溶接により部材の強度や剛性の確保が必要であることから、アーク溶接が用いられることが多い。足回り部品は鋼板の溶接後、化成処理、電着塗装を施すことで製造されるが、アーク溶接部が腐食されやすく、対策が必要である。
例えば、自動車の足回り部品は最中構造をとることが多いこと、連続溶接により部材の強度や剛性の確保が必要であることから、アーク溶接が用いられることが多い。足回り部品は鋼板の溶接後、化成処理、電着塗装を施すことで製造されるが、アーク溶接部が腐食されやすく、対策が必要である。
【0003】
ガスシールドアーク溶接では溶接ビードの表面にはスラグが付着する。スラグは、鋼板や溶接ワイヤ中の脱酸元素（酸素と親和性の高いＳｉ、Ｍｎなど）がシールドガス中の酸化性ガス（ＣＯ２やＯ２）と反応し、溶接ビード表面や溶接ビード止端部に析出する酸化物である。スラグは一般的に非導電性を示すため、スラグ部分は電着塗膜が成膜されず塗装不良となり、そこから塩水などの腐食因子が浸入するため、腐食の起点となる。
【0004】
例えば、特許文献１には、溶接ビード表面のスラグの発生を抑制するため、炭素鋼の母材同士を溶接するガスシールドメタル溶接方法であって、少なくとも後工程で電着塗装が施される範囲に亘る溶接施工において、重量％でＣｒ：１５％以上、かつ、Ｃ：１．２％以下を含む合金鋼から成るソリッド溶接ワイヤを用いるガスシールドメタル溶接方法が開示されている。
【0005】
また、特許文献２には、ステンレス系成分の溶接金属の耐食性及び耐液体金属脆化割れ性を高めるため、亜鉛系合金めっき鋼板のアーク溶接方法において、合金成分として、ワイヤ全質量に対する質量％で、Ｃ：０．０１～０．０５％、Ｓｉ：０．１～０．５％、Ｍｎ：０．５～３％、Ｎｉ：７～１２％、Ｃｒ：２４～３０％を含有し、さらに、Ｍｏ：１％以下、Ｎ：０．１％以下に制限したステンレス系溶接ワイヤを用いて前記亜鉛系合金めっき鋼板の接合部にフェライト相が面積率で２５％以上含有し、かつ引張り強さＴＳＷが下記（１）式を満足する溶接金属を形成するアーク溶接方法が開示されている。
ＴＳＷ／ＴＳＢ≦１．８ ・・・ （１）
但し、ＴＳＢは亜鉛系合金めっき鋼板の母材引張り強さ（ＭＰａ）、ＴＳＷは溶接金属の引張り強さ（ＭＰａ）を示す。
ＴＳＷ／ＴＳＢ≦１．８ ・・・ （１）
但し、ＴＳＢは亜鉛系合金めっき鋼板の母材引張り強さ（ＭＰａ）、ＴＳＷは溶接金属の引張り強さ（ＭＰａ）を示す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２０２０－５９０５９号公報
【文献】特開２００６－３５２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
アーク溶接等により鋼材を溶接して製造する溶接部材では、溶接部における耐食性がより高いことが望ましい。
本開示は、溶接部の耐食性に優れる溶接部材を提供することを課題とする。
本開示は、溶接部の耐食性に優れる溶接部材を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本開示の要旨は、以下のとおりである。
＜１＞ 鋼材が溶接された溶接部を含む溶接部材であって、
前記溶接部は、質量％で、Ｃｒ：９～３０％及びＮｉ：３～２５％を含有する合金鋼からなる溶接ビードを含み、
前記鋼材は、鋼母材と、前記鋼母材の少なくとも前記溶接ビードが形成されている側の表面に亜鉛を含有するめっき層とを含み、
前記鋼母材の前記溶接ビードが形成されている側の表面において、前記溶接ビードの止端部から０．１～２．５ｍｍの間隔を空けて前記めっき層が形成されている、溶接部材。
＜２＞ 前記鋼母材が鋼板である＜１＞に記載の溶接部材。
＜１＞ 鋼材が溶接された溶接部を含む溶接部材であって、
前記溶接部は、質量％で、Ｃｒ：９～３０％及びＮｉ：３～２５％を含有する合金鋼からなる溶接ビードを含み、
前記鋼材は、鋼母材と、前記鋼母材の少なくとも前記溶接ビードが形成されている側の表面に亜鉛を含有するめっき層とを含み、
前記鋼母材の前記溶接ビードが形成されている側の表面において、前記溶接ビードの止端部から０．１～２．５ｍｍの間隔を空けて前記めっき層が形成されている、溶接部材。
＜２＞ 前記鋼母材が鋼板である＜１＞に記載の溶接部材。
【発明の効果】
【0009】
本開示によれば、溶接部の耐食性に優れる溶接部材が提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】腐食進行によるカソード電流の増加を示すグラフである。
【図2】シールドガス種毎とＺｎめっき蒸発距離との関係を示すグラフである。
【図3】耐食性試験片の形状を示す概略図である。
【図4】ＪＡＳＯ Ｍ６０９－９１試験の内容を示す図である。
【図5】最大侵食深さの測定結果を示すグラフである。
【図6】ＳＵＳワイヤ適用ＧＡアーク溶接材（Ａｒ＋１％ＣＯ２シールドガス）の溶接ビード～ＨＡＺの断面ＳＥＭ像である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本開示の一例である実施形態について説明する。
なお、本開示において、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。また、本開示において、「～」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「～」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は実施例に示されている値に置き換えてもよい。また、本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値又は実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
なお、本開示において、各元素の含有量の「％」表示は「質量％」を意味する。また、本開示において、「～」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「～」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また、「～」の前後に記載される数値に「超」又は「未満」が付されている場合の数値範囲は、これら数値を下限値又は上限値として含まない範囲を意味する。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の上限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は実施例に示されている値に置き換えてもよい。また、本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある段階的な数値範囲の下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の下限値又は実施例に示されている値に置き換えてもよい。
また、「工程」との用語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
【0012】
溶接部の耐食性を向上させるため、本発明者らが鋭意検討を重ねたところ、アーク溶接を行う際、亜鉛系のめっき層を形成しためっき鋼材に対し、特定のＳＵＳワイヤ（溶接ワイヤ）と特定のシールドガスを用いてアーク溶接を行い、溶接部における溶接ビードのＣｒとＮｉの各含有量を特定の範囲内にするとともに溶接ビードの止端部の周辺のめっき消失部を特定の範囲内に抑えることより、溶接部における耐食性を大きく向上させることができることを見出した。
まず、本開示に係る溶接部材を導くに至った実験について説明する。
まず、本開示に係る溶接部材を導くに至った実験について説明する。
【0013】
（Ａ）溶接ビード
表１は、アーク溶接に用いた被溶接部材である鋼材（鋼板）とアーク溶接棒であるワイヤとの組合せと、溶接ビードの平均組成（ＥＤＸ定量分析結果，測定箇所５点以上の平均ｗｔ％）を示している。なお、シールドガスは、通常ワイヤ適用時はＡｒ＋２０％ＣＯ２、ＳＵＳワイヤ適用時はＡｒ＋１％Ｏ２を用いた。
表１は、アーク溶接に用いた被溶接部材である鋼材（鋼板）とアーク溶接棒であるワイヤとの組合せと、溶接ビードの平均組成（ＥＤＸ定量分析結果，測定箇所５点以上の平均ｗｔ％）を示している。なお、シールドガスは、通常ワイヤ適用時はＡｒ＋２０％ＣＯ２、ＳＵＳワイヤ適用時はＡｒ＋１％Ｏ２を用いた。
【0014】
【表1】
【0015】
表１中、鋼材は以下の鋼板を意味する。
９８０冷延：９８０ＭＰａ級冷延鋼板
９８０ＧＡ：９８０ＭＰａ級合金化溶融亜鉛めっき鋼鈑
５９０熱延：５９０ＭＰａ級熱延鋼板
４４０ＧＡ：４４０ＭＰａ級合金化溶融亜鉛めっき鋼鈑
通常ワイヤ：日鉄溶接工業社製、軟鋼用ワイヤ「ＹＭ－２４Ｔ」
ＳＵＳワイヤ：日鉄溶接工業社製、「ＹＭ－３０９Ｌ」
９８０冷延：９８０ＭＰａ級冷延鋼板
９８０ＧＡ：９８０ＭＰａ級合金化溶融亜鉛めっき鋼鈑
５９０熱延：５９０ＭＰａ級熱延鋼板
４４０ＧＡ：４４０ＭＰａ級合金化溶融亜鉛めっき鋼鈑
通常ワイヤ：日鉄溶接工業社製、軟鋼用ワイヤ「ＹＭ－２４Ｔ」
ＳＵＳワイヤ：日鉄溶接工業社製、「ＹＭ－３０９Ｌ」
【0016】
通常の鋼ワイヤ（通常ワイヤ）を用いた場合、表１に示すように溶接ビード部はほぼ鋼組成であるため、腐食により赤錆が生じ易い。図１は腐食進行によるカソード電流の増加を示している。赤錆が生じると、図１に示すように、カソード電流は大幅に増大するため（赤錆発生後の非めっき鋼板）さらに腐食が加速する。
一方、ＳＵＳワイヤを用いた場合は、溶接ビード部は表１に示すようにステンレスの組成となるため、通常ワイヤ適用時と比較して赤錆が発生しにくく、先述したカソード電流の増大が生じにくいために、溶接ビード部の耐食性が向上する。
一方、ＳＵＳワイヤを用いた場合は、溶接ビード部は表１に示すようにステンレスの組成となるため、通常ワイヤ適用時と比較して赤錆が発生しにくく、先述したカソード電流の増大が生じにくいために、溶接ビード部の耐食性が向上する。
【0017】
（Ｂ）ＨＡＺ（熱影響部）
溶接ビード止端部にはスラグが生成し、塗装不良部が生じ易い。非めっき鋼板を用いた場合、ＨＡＺにはＦｅスケールが形成するため、ビード止端部の塗装不良部分から侵入した腐食因子によって、早期に鉄錆が発生して腐食が進行する。
一方、ＧＡ鋼板を用いた場合、溶接ビード止端部近傍は熱影響によりＺｎめっきが蒸発してＦｅスケールが生成する。溶接ビード止端部から数百μｍ～数ｍｍ程度の位置ではＺｎめっきが残存することで、これによる犠牲防食効果により腐食の進行が抑制されると考えられる。
溶接ビード止端部にはスラグが生成し、塗装不良部が生じ易い。非めっき鋼板を用いた場合、ＨＡＺにはＦｅスケールが形成するため、ビード止端部の塗装不良部分から侵入した腐食因子によって、早期に鉄錆が発生して腐食が進行する。
一方、ＧＡ鋼板を用いた場合、溶接ビード止端部近傍は熱影響によりＺｎめっきが蒸発してＦｅスケールが生成する。溶接ビード止端部から数百μｍ～数ｍｍ程度の位置ではＺｎめっきが残存することで、これによる犠牲防食効果により腐食の進行が抑制されると考えられる。
【0018】
また、ＧＡ鋼板にＳＵＳワイヤを適用してガスシールドアーク溶接した場合のＺｎめっきの蒸発距離を調べたところ、Ｚｎめっきの蒸発距離はシールドガス種によって異なることが分った。図２にシールドガス種毎のＺｎめっき消失距離（蒸発距離）を示す。ここでは、鋼材：９８０ＭＰａ級ＧＡ鋼板、目付量：片面４５ｇ／ｍ２、板厚：１．６ｍｍ、溶接電流：１２０Ａとしてガスシールドアーク溶接を行った。
図２に示されるように、シールドガス中の酸素源量が低減すると、Ｚｎめっき消失距離が長くなる。これは、シールドガス中の酸素源量の低減により、アークプラズマの広がりが増大し、エネルギーが分散したことでＺｎの蒸発範囲が広がったためと考えられる。
そこで、亜鉛系めっき鋼板に対し、ＳＵＳワイヤとともにアークプラズマの広がりが抑制されるシールドガスを用いてアーク溶接を行えば、溶接ビード止端部付近に残存するめっき層によって犠牲防食効果が得られ、溶接部の耐食性が向上すると考えられる。
本開示に係る溶接部材は、上記のような実験及び考察に基づいて見出されたものである。
図２に示されるように、シールドガス中の酸素源量が低減すると、Ｚｎめっき消失距離が長くなる。これは、シールドガス中の酸素源量の低減により、アークプラズマの広がりが増大し、エネルギーが分散したことでＺｎの蒸発範囲が広がったためと考えられる。
そこで、亜鉛系めっき鋼板に対し、ＳＵＳワイヤとともにアークプラズマの広がりが抑制されるシールドガスを用いてアーク溶接を行えば、溶接ビード止端部付近に残存するめっき層によって犠牲防食効果が得られ、溶接部の耐食性が向上すると考えられる。
本開示に係る溶接部材は、上記のような実験及び考察に基づいて見出されたものである。
【0019】
［溶接部材］
本開示に係る溶接部材は、鋼材が溶接された溶接部を含む溶接部材であって、前記溶接部は、質量％で、Ｃｒ：９～３０％及びＮｉ：３～２５％を含有する合金鋼からなる溶接ビードを含み、前記鋼材は、鋼母材と、前記鋼母材の少なくとも前記溶接ビードが形成されている側の表面に亜鉛を含有するめっき層とを含んでいる。そして、鋼母材の溶接ビードが形成されている側の表面において、溶接ビードの止端部から０．１～２．５ｍｍの間隔を空けてめっき層が形成されている。
本開示に係る溶接部材は、鋼材が溶接された溶接部を含む溶接部材であって、前記溶接部は、質量％で、Ｃｒ：９～３０％及びＮｉ：３～２５％を含有する合金鋼からなる溶接ビードを含み、前記鋼材は、鋼母材と、前記鋼母材の少なくとも前記溶接ビードが形成されている側の表面に亜鉛を含有するめっき層とを含んでいる。そして、鋼母材の溶接ビードが形成されている側の表面において、溶接ビードの止端部から０．１～２．５ｍｍの間隔を空けてめっき層が形成されている。
【0020】
＜鋼材＞
被溶接部材である鋼材は、鋼母材と、鋼母材の少なくとも一方の面（溶接ビードが形成される面）に亜鉛を含有するめっき層とを含む。鋼材の形状は特に限定されず、板状の鋼材（鋼板）、管状の鋼材（鋼管）、棒状の鋼材（棒鋼）、Ｈ形、Ｌ形などの一定の断面形状に成形された鋼材（形鋼）であってもよい。
本開示に係る溶接部材は、例えば、亜鉛を含むめっき層が形成された２枚の鋼板（本開示において「亜鉛系めっき鋼板」又は単に「めっき鋼板」と称する場合がある。）の端部同士が溶接されたものでもよいし、亜鉛系めっき鋼板の端部を他の鋼板の表面に溶接して接合したものでもよい。また、亜鉛系めっき鋼板を管状に成形して両端部が接合された管状部材であってもよいし、外周面に亜鉛系めっきが施された２本の鋼管の端部同士を接合した管状部材であってもよい。
鋼材の大きさ、厚み、径なども特に限定されない。
以下、代表例として、鋼材が亜鉛系めっき鋼板である場合について主に説明する。
被溶接部材である鋼材は、鋼母材と、鋼母材の少なくとも一方の面（溶接ビードが形成される面）に亜鉛を含有するめっき層とを含む。鋼材の形状は特に限定されず、板状の鋼材（鋼板）、管状の鋼材（鋼管）、棒状の鋼材（棒鋼）、Ｈ形、Ｌ形などの一定の断面形状に成形された鋼材（形鋼）であってもよい。
本開示に係る溶接部材は、例えば、亜鉛を含むめっき層が形成された２枚の鋼板（本開示において「亜鉛系めっき鋼板」又は単に「めっき鋼板」と称する場合がある。）の端部同士が溶接されたものでもよいし、亜鉛系めっき鋼板の端部を他の鋼板の表面に溶接して接合したものでもよい。また、亜鉛系めっき鋼板を管状に成形して両端部が接合された管状部材であってもよいし、外周面に亜鉛系めっきが施された２本の鋼管の端部同士を接合した管状部材であってもよい。
鋼材の大きさ、厚み、径なども特に限定されない。
以下、代表例として、鋼材が亜鉛系めっき鋼板である場合について主に説明する。
【0021】
鋼板は、溶接部以外の部分の耐食性の観点から、母材鋼板と、母材鋼板の少なくとも溶接ビードが形成されている側の表面に亜鉛を含有するめっき層（亜鉛系めっき）とを含むめっき鋼板（亜鉛系めっき鋼板）である。母材鋼板の両面に亜鉛系めっきが形成されていてもよい。
【0022】
亜鉛系めっきは、溶融亜鉛めっきでもよいし、電気亜鉛めっきでもよい。亜鉛系めっきには、耐食性向上のため、Ｚｎ以外の元素、例えば、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉなどが含まれていてもよい。
【0023】
鋼材が亜鉛系めっき鋼板である場合、例えば母材鋼板の厚みは０．５ｍｍ～９．０ｍｍであり、めっき層の厚みは３～１００μｍであることが好ましい。
めっき層の厚みが３μｍ以上であれば、加工後もめっき層が残って溶接部以外においても高い耐食性を維持し易い。また、めっき層の厚みが１００μｍ以下であれば連続めっきラインで製造可能である。
亜鉛系めっき鋼板は、溶融亜鉛めっき鋼鈑（ＧＩ材）でもよいし、めっき後に合金化処理した合金化溶融亜鉛めっき鋼鈑（ＧＡ材）でもよい。特に、加工時に亜鉛めっきが工具に付着することを抑制する観点から、ＧＡ材が好ましい。
めっき層の厚みが３μｍ以上であれば、加工後もめっき層が残って溶接部以外においても高い耐食性を維持し易い。また、めっき層の厚みが１００μｍ以下であれば連続めっきラインで製造可能である。
亜鉛系めっき鋼板は、溶融亜鉛めっき鋼鈑（ＧＩ材）でもよいし、めっき後に合金化処理した合金化溶融亜鉛めっき鋼鈑（ＧＡ材）でもよい。特に、加工時に亜鉛めっきが工具に付着することを抑制する観点から、ＧＡ材が好ましい。
【0024】
＜溶接ビード＞
溶接部における溶接ビードは、鋼材（被溶接部材）と溶接ワイヤとが溶融凝固した溶接痕の盛り上がった部分である。溶接ビードの化学組成は、鋼板（被溶接部材）、溶接ワイヤの成分、シールドガスの種類に影響され、特に溶接ワイヤの成分とシールドガスの種類の影響が大きい。
本開示における溶接ビードは、質量％で、Ｃｒ：９～３０％及びＮｉ：３～２５％を含む合金鋼からなる。溶接ビードの化学組成は、残部がＦｅ及び不純物でもよいし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎなどの任意元素を含んでもよい。溶接部における溶接ビードがＣｒ：９～３０％及びＮｉ：３～２５％を含む化学組成を有することで高い耐食性を発揮することができる。以下、溶接ビードの各成分について説明する。
溶接部における溶接ビードは、鋼材（被溶接部材）と溶接ワイヤとが溶融凝固した溶接痕の盛り上がった部分である。溶接ビードの化学組成は、鋼板（被溶接部材）、溶接ワイヤの成分、シールドガスの種類に影響され、特に溶接ワイヤの成分とシールドガスの種類の影響が大きい。
本開示における溶接ビードは、質量％で、Ｃｒ：９～３０％及びＮｉ：３～２５％を含む合金鋼からなる。溶接ビードの化学組成は、残部がＦｅ及び不純物でもよいし、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎなどの任意元素を含んでもよい。溶接部における溶接ビードがＣｒ：９～３０％及びＮｉ：３～２５％を含む化学組成を有することで高い耐食性を発揮することができる。以下、溶接ビードの各成分について説明する。
【0025】
Ｃｒ：９～３０％
溶接ビード中のＣｒは主にＳＵＳワイヤに由来して含まれる。溶接ビードにおけるＣｒ含有量が９％以上であることで耐食性が向上する。溶接ビードにおけるＣｒ含有量が３０％以下であることでワイヤコストの大幅な増加を防止できる。かかる観点から、溶接ビードにおけるＣｒ含有量は９～３０％であることが好ましく、９～２０％であることがさらに好ましい。
溶接ビード中のＣｒは主にＳＵＳワイヤに由来して含まれる。溶接ビードにおけるＣｒ含有量が９％以上であることで耐食性が向上する。溶接ビードにおけるＣｒ含有量が３０％以下であることでワイヤコストの大幅な増加を防止できる。かかる観点から、溶接ビードにおけるＣｒ含有量は９～３０％であることが好ましく、９～２０％であることがさらに好ましい。
【0026】
Ｎｉ：３～２５％
溶接ビード中のＮｉは主にＳＵＳワイヤに由来して含まれる。溶接ビードにおけるＮｉ含有量が３％以上であることで耐食性が向上する。溶接ビードにおけるＮｉ含有量が２５％以下であることでワイヤコストの大幅な増加を防止できる。かかる観点から、溶接ビードにおけるＮｉ含有量は３～２５％であることが好ましく、３～１５％であることがさらに好ましい。
溶接ビード中のＮｉは主にＳＵＳワイヤに由来して含まれる。溶接ビードにおけるＮｉ含有量が３％以上であることで耐食性が向上する。溶接ビードにおけるＮｉ含有量が２５％以下であることでワイヤコストの大幅な増加を防止できる。かかる観点から、溶接ビードにおけるＮｉ含有量は３～２５％であることが好ましく、３～１５％であることがさらに好ましい。
【0027】
残部：Ｆｅ及び不純物
溶接ビードの合金鋼は、耐食性の影響が大きいＣｒ、Ｎｉの他に、強度向上などの目的のため、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎなどを含んでもよい。残部はＦｅ及び不純物である。溶接ビードにおけるＣｒ、Ｎｉなどの合金元素のほか、Ｆｅ及び不純物は、ＳＵＳワイヤ、鋼材のほか、シールドガスに由来して溶接ビードに含まれる。不純物としては、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏなどが挙げられる。
溶接ビードの合金鋼は、耐食性の影響が大きいＣｒ、Ｎｉの他に、強度向上などの目的のため、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎなどを含んでもよい。残部はＦｅ及び不純物である。溶接ビードにおけるＣｒ、Ｎｉなどの合金元素のほか、Ｆｅ及び不純物は、ＳＵＳワイヤ、鋼材のほか、シールドガスに由来して溶接ビードに含まれる。不純物としては、Ｐ、Ｓ、Ｎ、Ｏなどが挙げられる。
【0028】
（溶接ビードの止端部とめっき層との間隔）
本開示に係る溶接部材は、溶接ビードの止端部からめっき鋼板の表面方向に０．１～２．５ｍｍの間隔を空けてめっき層が形成されている。めっき鋼板をアーク溶接した場合、溶接部に近い位置では溶接時の熱によってめっき層が溶接ビードの止端部から少なくとも０．１ｍｍ程度は消失するが、本開示に係る溶接部材は、溶接ビードの止端部とめっき層との間隔が２．５ｍｍ以下、換言すれば、めっき層消失距離が２．５ｍｍ以下であり、溶接部付近に残存するめっき層による犠牲防食効果により腐食の進行が抑制される。犠牲防食効果により溶接部の腐食を抑制するため、溶接ビードの止端部とめっき層との間隔は１．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、溶接ビードの止端部とめっき層との間隔（めっき消失距離）は、溶接ビード部の溶接方向かつ鋼板の厚さ方向に切断した断面を顕微鏡（倍率：３００倍）で観察して測定する。溶接ビードの溶接方向における無作為の２箇所で切断し、１つの断面につき両側の止端部からそれぞれめっき層までの距離（めっき消失距離）を測定する。合計４つのめっき消失距離の平均値をその溶接ビードにおける溶接ビードの止端部とめっき層との間隔とする。
本開示に係る溶接部材は、溶接ビードの止端部からめっき鋼板の表面方向に０．１～２．５ｍｍの間隔を空けてめっき層が形成されている。めっき鋼板をアーク溶接した場合、溶接部に近い位置では溶接時の熱によってめっき層が溶接ビードの止端部から少なくとも０．１ｍｍ程度は消失するが、本開示に係る溶接部材は、溶接ビードの止端部とめっき層との間隔が２．５ｍｍ以下、換言すれば、めっき層消失距離が２．５ｍｍ以下であり、溶接部付近に残存するめっき層による犠牲防食効果により腐食の進行が抑制される。犠牲防食効果により溶接部の腐食を抑制するため、溶接ビードの止端部とめっき層との間隔は１．５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
なお、溶接ビードの止端部とめっき層との間隔（めっき消失距離）は、溶接ビード部の溶接方向かつ鋼板の厚さ方向に切断した断面を顕微鏡（倍率：３００倍）で観察して測定する。溶接ビードの溶接方向における無作為の２箇所で切断し、１つの断面につき両側の止端部からそれぞれめっき層までの距離（めっき消失距離）を測定する。合計４つのめっき消失距離の平均値をその溶接ビードにおける溶接ビードの止端部とめっき層との間隔とする。
【0029】
＜用途＞
本開示に係る溶接部材の用途は特に限定されないが、例えば、自動車足回り部品として好適である。本開示に係る溶接部材を電着塗装し、溶接部の塗装後耐食性に優れた溶接部材を提供することで、自動車足回り部品の長期防錆を実現することができる。
本開示に係る溶接部材の用途は特に限定されないが、例えば、自動車足回り部品として好適である。本開示に係る溶接部材を電着塗装し、溶接部の塗装後耐食性に優れた溶接部材を提供することで、自動車足回り部品の長期防錆を実現することができる。
【0030】
［溶接部材の製造方法］
次に、本開示に係る溶接部材の製造方法について説明する。本開示に係る溶接部材を製造する方法は特に限定されないが、めっき鋼板をアーク溶接する際、特にＳＵＳワイヤと特定のシールドガスを用いることによって本開示に係る溶接部材を製造することができる。
溶接方法としては、ＳＵＳワイヤとＡｒ及び３～２０体積％のＯ２又はＣＯ２を含むＡｒ－Ｏ２混合ガス又はＡｒ－ＣＯ２混合ガスを用いたＭＡＧを適用することが好ましい。
次に、本開示に係る溶接部材の製造方法について説明する。本開示に係る溶接部材を製造する方法は特に限定されないが、めっき鋼板をアーク溶接する際、特にＳＵＳワイヤと特定のシールドガスを用いることによって本開示に係る溶接部材を製造することができる。
溶接方法としては、ＳＵＳワイヤとＡｒ及び３～２０体積％のＯ２又はＣＯ２を含むＡｒ－Ｏ２混合ガス又はＡｒ－ＣＯ２混合ガスを用いたＭＡＧを適用することが好ましい。
【0031】
＜ＳＵＳワイヤ＞
ＳＵＳワイヤ（ステンレス系溶接ワイヤ）は、鋼材をアーク溶接した際、本開示に係る溶接部材における溶接ビードを形成することができれば特に限定されない。アーク溶接の際、ＳＵＳワイヤの成分が鋼材によって希釈されて溶接部が形成されるため、ＳＵＳワイヤ中のＣｒ、Ｎｉの各含有量は、所望の溶接ビード中の各含有量よりも高いものを用いることが好ましい。鋼材の成分によるが、ＳＵＳワイヤとしては、例えば、ワイヤ全質量に対して、Ｃｒ：１８～３０％及びＮｉ：６～２５％の化学組成を有するＳＵＳソリッドワイヤが好適である。
ＳＵＳワイヤ（ステンレス系溶接ワイヤ）は、鋼材をアーク溶接した際、本開示に係る溶接部材における溶接ビードを形成することができれば特に限定されない。アーク溶接の際、ＳＵＳワイヤの成分が鋼材によって希釈されて溶接部が形成されるため、ＳＵＳワイヤ中のＣｒ、Ｎｉの各含有量は、所望の溶接ビード中の各含有量よりも高いものを用いることが好ましい。鋼材の成分によるが、ＳＵＳワイヤとしては、例えば、ワイヤ全質量に対して、Ｃｒ：１８～３０％及びＮｉ：６～２５％の化学組成を有するＳＵＳソリッドワイヤが好適である。
【0032】
＜シールドガス＞
シールドガスとしては、ＣＯ２ガス、Ｏ２ガス、Ａｒ－Ｏ２混合ガス、Ａｒ－ＣＯ２混合ガスが挙げられ、溶接部近傍における亜鉛めっき層の消失を抑制する観点から、特にＡｒ及び３～３０体積％のＯ２又はＣＯ２を含むＡｒ－Ｏ２混合ガス又はＡｒ－ＣＯ２混合ガスを用いることが好ましく、Ｏ２又はＣＯ２が５～２０体積％であることがより好ましい。
シールドガスとしては、ＣＯ２ガス、Ｏ２ガス、Ａｒ－Ｏ２混合ガス、Ａｒ－ＣＯ２混合ガスが挙げられ、溶接部近傍における亜鉛めっき層の消失を抑制する観点から、特にＡｒ及び３～３０体積％のＯ２又はＣＯ２を含むＡｒ－Ｏ２混合ガス又はＡｒ－ＣＯ２混合ガスを用いることが好ましく、Ｏ２又はＣＯ２が５～２０体積％であることがより好ましい。
【0033】
なお、被溶接部材である亜鉛系めっき鋼板は、溶接部材について前述したとおりであり、ここでの説明は省略する。
【0034】
溶接ワイヤ及びシールドガス以外の溶接条件は特に限定されないが、アーク溶接により溶接ビード止端部からのめっき消失距離を２．５ｍｍ以下に抑える観点から以下の条件を満たすことが好ましい。
溶接電流：２００Ａ未満
溶接電圧：２３Ｖ未満
溶接速度：５０ｃｍ／ｍｉｎ超
溶接電流：２００Ａ未満
溶接電圧：２３Ｖ未満
溶接速度：５０ｃｍ／ｍｉｎ超
【実施例】
【0035】
以下、本開示に係る溶接部材の実施例について説明する。尚、本開示に係る溶接部材は以下の実施例に限定されるものではない。
【0036】
［実施例１］
＜溶接部材の作製＞
（鋼板）
供試材として、表２に示す化学成分（質量％）、板厚２．３ｍｍ、引張強さ５９０ＭＰａ級の非めっき熱延鋼板（以下、熱延５９０又は非めっき材と称する場合がある。）および引張強さ４４０ＭＰａ級のＧＡ鋼板（以下、ＧＡ４４０又はＧＡ材と称する場合がある。）を用いた。
＜溶接部材の作製＞
（鋼板）
供試材として、表２に示す化学成分（質量％）、板厚２．３ｍｍ、引張強さ５９０ＭＰａ級の非めっき熱延鋼板（以下、熱延５９０又は非めっき材と称する場合がある。）および引張強さ４４０ＭＰａ級のＧＡ鋼板（以下、ＧＡ４４０又はＧＡ材と称する場合がある。）を用いた。
【0037】
【表2】
【0038】
（溶接ワイヤ）
溶接ワイヤは表３に示す化学成分（質量％、残部はＦｅ及び不純物）を有する日鉄溶接工業社製の軟鋼用ワイヤ（ＹＭ－２４Ｔ、以下、通常ワイヤと呼称）およびＳＵＳワイヤ（ＹＭ－３０９Ｌ）を用いた。
溶接ワイヤは表３に示す化学成分（質量％、残部はＦｅ及び不純物）を有する日鉄溶接工業社製の軟鋼用ワイヤ（ＹＭ－２４Ｔ、以下、通常ワイヤと呼称）およびＳＵＳワイヤ（ＹＭ－３０９Ｌ）を用いた。
【0039】
【表3】
【0040】
図３に示す形状の耐食性試験片に対し、表４に示す条件でビードオン溶接を行った。
【0041】
【表4】
【0042】
＜耐食性試験＞
ビードオン溶接後、脱脂（日本パーカライジング製、ＦＣ－Ｅ２００１）、表面調整（日本ペイント製、ＰＬ－ＺＴ）、化成処理（日本ペイント製、ＰＢＬ－３０８０）、電着塗装（日本ペイント製、ＰＮ－１０１０Ｅ、膜厚２５μｍ狙い）を行った後、端面とビード両端をシールし、耐食性評価を行った。耐食性は、図４に示すＪＡＳＯ Ｍ６０９－９１試験で評価した。具体的には、塩水噴霧（５％ＮａＣｌ）を３５℃で２時間、乾燥（湿度２５％）を６０℃で４時間、湿潤（湿度９５％）を５０℃で２時間を１サイクルとして赤錆発生状況を評価した。
ビードオン溶接後、脱脂（日本パーカライジング製、ＦＣ－Ｅ２００１）、表面調整（日本ペイント製、ＰＬ－ＺＴ）、化成処理（日本ペイント製、ＰＢＬ－３０８０）、電着塗装（日本ペイント製、ＰＮ－１０１０Ｅ、膜厚２５μｍ狙い）を行った後、端面とビード両端をシールし、耐食性評価を行った。耐食性は、図４に示すＪＡＳＯ Ｍ６０９－９１試験で評価した。具体的には、塩水噴霧（５％ＮａＣｌ）を３５℃で２時間、乾燥（湿度２５％）を６０℃で４時間、湿潤（湿度９５％）を５０℃で２時間を１サイクルとして赤錆発生状況を評価した。
【0043】
通常ワイヤを適用したサンプルは２４０サイクル後および３６０サイクル後に、ＳＵＳワイヤを適用したサンプルは３６０、４８０、６００、７２０の各サイクル後に塗膜を剥離し、錆を除去した。その後、溶接ビードの両端約１０ｍｍを除いた範囲で、レーザー変位計により最大侵食深さを求めた。通常ワイヤは各サイクルｎ＝２の平均値、ＳＵＳワイヤは各サイクルｎ＝１の値である。
【0044】
＜評価結果＞
図５に最大侵食深さの測定結果を示す。また、各ビード部の組成についてＥＤＸ定量分析（エネルギー分散型Ｘ線分析）結果（測定箇所５点以上の平均質量％）を表５に示す。
図５に最大侵食深さの測定結果を示す。また、各ビード部の組成についてＥＤＸ定量分析（エネルギー分散型Ｘ線分析）結果（測定箇所５点以上の平均質量％）を表５に示す。
【0045】
【表5】
【0046】
図５に見られるように、非めっき材、ＧＡ材のいずれにおいても、通常ワイヤ適用時（（Ａ）及び（Ｂ））と比較してＳＵＳワイヤ適用時（（Ｃ）及び（Ｄ））の方が、大幅に最大侵食深さが低減している。シールドガス中の酸素源量の低減によりスラグ形成量が低減したことで、塗装不良が抑制されて赤錆発生サイクル（侵食の開始）を延長させたことが一要因と考えられる。
一方、図５に示すＳＵＳワイヤ適用時は、サイクル数ごとに多少のばらつきはあるものの、通常ワイヤ適用時と比較すると、経時的な最大侵食深さの変化量（傾き）が小さくなっている。これは、ＳＵＳワイヤ適用時のビード部が、表５に示すようにＳＵＳ３０４Ｌに類似の組成となっており、ビード部の耐食性が向上したことに起因していると考えられる。
一方、図５に示すＳＵＳワイヤ適用時は、サイクル数ごとに多少のばらつきはあるものの、通常ワイヤ適用時と比較すると、経時的な最大侵食深さの変化量（傾き）が小さくなっている。これは、ＳＵＳワイヤ適用時のビード部が、表５に示すようにＳＵＳ３０４Ｌに類似の組成となっており、ビード部の耐食性が向上したことに起因していると考えられる。
【0047】
また、いずれのワイヤにおいても、非めっき材と比較してＧＡ材の方が、侵食深さが低減する傾向にあった。これは、ビード際周辺に残存したＺｎめっきの犠牲防食効果によるものと考えられる。
溶接ビードの止端部とめっき層との間隔（めっき層消失距離）を測定したところ、（Ｄ）ＧＡ材とＳＵＳワイヤとの組み合わせでは、２．３ｍｍであった。
溶接ビードの止端部とめっき層との間隔（めっき層消失距離）を測定したところ、（Ｄ）ＧＡ材とＳＵＳワイヤとの組み合わせでは、２．３ｍｍであった。
【0048】
［実施例２］
表６に示す鋼板２枚の開先を各溶接ワイヤ、シールドガスを用いてガスシールドアーク溶接した。溶接後、実施例１と同様に、脱脂、表面調整、化成処理、電着塗装を行った後、端面とビード両端をシールし、耐食性評価を行った。各測定は前述した方法によって行った。表６において、各記号の意味は以下のとおりである。また、表６における下線は本開示の範囲外又は好ましい条件の範囲外であることを意味する。
表６に示す鋼板２枚の開先を各溶接ワイヤ、シールドガスを用いてガスシールドアーク溶接した。溶接後、実施例１と同様に、脱脂、表面調整、化成処理、電着塗装を行った後、端面とビード両端をシールし、耐食性評価を行った。各測定は前述した方法によって行った。表６において、各記号の意味は以下のとおりである。また、表６における下線は本開示の範囲外又は好ましい条件の範囲外であることを意味する。
【0049】
（ビード組成）
〇：Ｃｒ：９％～３０％、かつＮｉ：３％～２５％
×：Ｃｒ及びＮｉの少なくとも一方が上記範囲外
〇：Ｃｒ：９％～３０％、かつＮｉ：３％～２５％
×：Ｃｒ及びＮｉの少なくとも一方が上記範囲外
【0050】
（めっき消失距離）
めっき消失距離は溶接ビード部周辺の断面ＳＥＭ観察により算出した。図６はそのときの観察の一例である。（ａ）の位置では母材表面におけるめっきが消失し、（ｂ）、（ｃ）の各位置では、めっきが残存している。なお、図６において、２４は断面ＳＥＭ観察のための樹脂埋め込み時の当て板である。
◎：１．５ｍｍ以下
○：１．５ｍｍ超、２．５ｍｍ以下
△：２．５ｍｍ超
めっき消失距離は溶接ビード部周辺の断面ＳＥＭ観察により算出した。図６はそのときの観察の一例である。（ａ）の位置では母材表面におけるめっきが消失し、（ｂ）、（ｃ）の各位置では、めっきが残存している。なお、図６において、２４は断面ＳＥＭ観察のための樹脂埋め込み時の当て板である。
◎：１．５ｍｍ以下
○：１．５ｍｍ超、２．５ｍｍ以下
△：２．５ｍｍ超
【0051】
＜評価＞
（溶接部塗装後耐食性）
－侵食深さ－
ＪＡＳＯ Ｍ６０９－９１試験３６０サイクル後の最大侵食深さ
○：０．４ｍｍ以下
△：０．４ｍｍ超、０．６ｍｍ以下
×：０．６ｍｍ超
（溶接部塗装後耐食性）
－侵食深さ－
ＪＡＳＯ Ｍ６０９－９１試験３６０サイクル後の最大侵食深さ
○：０．４ｍｍ以下
△：０．４ｍｍ超、０．６ｍｍ以下
×：０．６ｍｍ超
【0052】
－チッピング部の侵食深さ－
◎：０．５ｍｍ以下
○：０．５ｍｍ超、０．７ｍｍ以下
△：０．７ｍｍ超、１．０ｍｍ以下
×：１．０ｍｍ超
チッピング部の侵食深さとは、溶接部周辺にチッピングにより塗膜に傷がついた場合の侵食深さである。ＳＡＥ Ｊ４００に準拠した試験によりチッピングを模擬した傷をつけ、その後、ＪＡＳＯ Ｍ６０９－９１試験を行い３６０サイクル後の最大侵食深さを評価した。
◎：０．５ｍｍ以下
○：０．５ｍｍ超、０．７ｍｍ以下
△：０．７ｍｍ超、１．０ｍｍ以下
×：１．０ｍｍ超
チッピング部の侵食深さとは、溶接部周辺にチッピングにより塗膜に傷がついた場合の侵食深さである。ＳＡＥ Ｊ４００に準拠した試験によりチッピングを模擬した傷をつけ、その後、ＪＡＳＯ Ｍ６０９－９１試験を行い３６０サイクル後の最大侵食深さを評価した。
【0053】
【表6】
【0054】
また、表６における鋼板及びワイヤは、それぞれ表７及び表８に示すとおりである。なお、各成分の残部は、Ｆｅ及び不純物である。
【0055】
【表7】
【0056】
【表8】
【0057】
本開示の要件を満たす本開示例は、いずれも比較例に比べて耐食性が優れていた。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
