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公開番号2025129975
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-05
出願番号2024027003
出願日2024-02-26
発明の名称接合シミュレーション方法、接合シミュレーション装置及びプログラム
出願人日本製鉄株式会社
代理人弁理士法人まこと国際特許事務所
主分類B23K 31/00 20060101AFI20250829BHJP(工作機械;他に分類されない金属加工)
要約【課題】高強度鋼板を対象とした場合であっても、鋼板の接合過程を精度良く数値シミュレーション可能な接合シミュレーション方法等を提供する。
【解決手段】本発明は、マルテンサイトの焼き戻しの進行程度がそれぞれ異なるm個の鋼板の温度依存の変形抵抗σ_Y ^(j)を予め取得する第1ステップST1と、鋼板の温度に基づいて、式(1)を満足し、鋼板におけるマルテンサイトの焼き戻しの進行程度を表すm個のパラメータφ_j(x,t_i)を算出する第2ステップST2と、鋼板の接合過程における温度依存の変形抵抗σ_Y(x,t_i)を、式(2)に基づき算出する第3ステップST3と、変形抵抗σ_Y(x,t_i)を用いて、鋼板の接合過程を数値シミュレーションする第4ステップST4と、を有する。
【数25】
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特許請求の範囲【請求項１】
材料組織にマルテンサイトを含む鋼板の接合過程を数値シミュレーションする、接合シミュレーション方法であって、
マルテンサイトの焼き戻しの進行程度がそれぞれ異なるｍ（ｍ≧２の整数）個の前記鋼板の温度依存の変形抵抗σ
Ｙ
（ｊ）
（ｊは１からｍまでの整数）を予め取得する第１ステップと、
前記数値シミュレーションにおいて、前記鋼板内の位置をｘ、前記鋼板の接合過程における時刻をｔ
ｉ
（接合過程の開始時刻ｔ
０
≦ｔ
ｉ
≦接合過程の終了時刻ｔ
ｎ
、ｉは０からｎまでの非負の整数）としたときに、前記鋼板の温度に基づいて、以下の式（１）を満足し、前記鋼板におけるマルテンサイトの焼き戻しの進行程度を表すｍ個のパラメータφ
ｊ
（ｘ，ｔ
ｉ
）を算出する第２ステップと、
前記数値シミュレーションにおいて、前記鋼板の接合過程における温度依存の変形抵抗σ
Ｙ
（ｘ，ｔ
ｉ
）を、以下の式（２）に基づき算出する第３ステップと、
前記変形抵抗σ
Ｙ
（ｘ，ｔ
ｉ
）を用いて、前記鋼板の接合過程を数値シミュレーションする第４ステップと、
を有する、接合シミュレーション方法。
TIFF
2025129975000023.tif
30
165
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記第２ステップにおいて、接合後の前記鋼板の接合部近傍領域の室温でのビッカース硬さＨ（ｘ，ｔ
ｎ
）を用いて、前記パラメータφ
ｊ
（ｘ，ｔ
ｉ
）を算出する、
請求項１に記載の接合シミュレーション方法。
【請求項３】
前記ｍ＝２であり、
前記第２ステップにおいて、以下の式（３）及び式（４）に基づき、２個の前記パラメータφ
ｊ
（ｘ，ｔ
ｉ
）であるφ
ｆ
（ｘ，ｔ
ｉ
）及びφ
ｔ
（ｘ，ｔ
ｉ
）を算出し、
前記第３ステップにおいて、以下の式（５）に基づき、前記変形抵抗σ
Ｙ
（ｘ，ｔ
ｉ
）を、算出する、
請求項１又は２に記載の接合シミュレーション方法。
TIFF
2025129975000024.tif
35
165
上記の式（４）において、Ｈ
ｆ
は焼き入れたままのフレッシュマルテンサイトの室温でのビッカース硬さを意味し、Ｈ
ｔ
は数値シミュレーションの対象とする前記鋼板の接合過程の温度・時間範囲において、ビッカース硬さがこれ以上低下しない程度に十分に焼き戻しが進行したときのマルテンサイトの室温でのビッカース硬さを意味する。Ｈ（ｘ，ｔ
ｉ
）は前記鋼板の接合部近傍領域の室温でのビッカース硬さ予測値を意味する。
上記の式（５）において、σ
Ｙ
ｆ
は焼き入れたままのフレッシュマルテンサイトの変形抵抗を意味し、σ
Ｙ
ｔ
は数値シミュレーションの対象とする前記鋼板の接合過程の温度・時間範囲において、ビッカース硬さがこれ以上低下しない程度に十分に焼き戻しが進行したときのマルテンサイトの変形抵抗を意味する。
【請求項４】
前記第２ステップにおいて、以下の式（６）～式（８）に基づき、前記Ｈ（ｘ，ｔ
ｉ
）を算出する、
請求項３に記載の接合シミュレーション方法。
TIFF
2025129975000025.tif
41
165
上記の式（６）において、Δλ
ｉ
（ｘ，ｔ
ｉ
）は焼き戻しパラメータの増分を、Δｔ
ｉ
は時刻ｔ
ｉ
における時間の増分を、ｂ、ｃは前記鋼板の材料に依存する定数を意味する。
上記の式（７）において、Ｉ（ｘ，ｔ
ｉ
）は時刻ｔ
０
から時刻ｔ
ｉ
までの積算焼き戻しパラメータを意味する。
上記の式（８）において、α、βは前記鋼板の材料に依存する定数を意味する。
【請求項５】
前記接合過程は、前記鋼板のスポット溶接の溶接過程である、
請求項１又は２の何れかに記載の接合シミュレーション方法。
【請求項６】
コンピュータに、請求項１に記載の接合シミュレーション方法が有する前記第１ステップ、前記第２ステップ、前記第３ステップ及び前記第４ステップを実行させるためのプログラム。
【請求項７】
材料組織にマルテンサイトを含む鋼板の接合過程を数値シミュレーションする、接合シミュレーション装置であって、
マルテンサイトの焼き戻しの進行程度がそれぞれ異なるｍ（ｍ≧２の整数）個の前記鋼板の温度依存の変形抵抗σ
Ｙ
（ｊ）
（ｊは１からｍまでの整数）を予め取得する第１ステップと、
前記数値シミュレーションにおいて、前記鋼板内の位置をｘ、前記鋼板の接合過程における時刻をｔ
ｉ
（接合過程の開始時刻ｔ
０
≦ｔ
ｉ
≦接合過程の終了時刻ｔ
ｎ
、ｉは０からｎまでの非負の整数）としたときに、前記鋼板の温度に基づいて、以下の式（１）を満足し、前記鋼板におけるマルテンサイトの焼き戻しの進行程度を表すｍ個のパラメータφ
ｊ
（ｘ，ｔ
ｉ
）を算出する第２ステップと、
前記数値シミュレーションにおいて、前記鋼板の接合過程における温度依存の変形抵抗σ
Ｙ
（ｘ，ｔ
ｉ
）を、以下の式（２）に基づき算出する第３ステップと、
前記変形抵抗σ
Ｙ
（ｘ，ｔ
ｉ
）を用いて、前記鋼板の接合過程を数値シミュレーションする第４ステップと、
を実行する、接合シミュレーション装置。
TIFF
2025129975000026.tif
30
165

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、材料組織にマルテンサイトを含む鋼板の接合過程を数値シミュレーションする接合シミュレーション方法、接合シミュレーション装置、及び接合シミュレーション方法を実行させるためのプログラムに関する。特に、本発明は、引張強さ１ＧＰａ級以上の高強度鋼板を対象とした場合であっても、鋼板の接合過程を精度良く数値シミュレーション可能な接合シミュレーション方法、接合シミュレーション装置及びプログラムに関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、鋼板をスポット溶接すると、水素脆化や液体金属脆化に起因して、スポット溶接部に割れが生じる場合がある。特に、高強度鋼板については、この問題が比較的生じ易いため、スポット溶接中に鋼板に生じる応力や残留応力を評価することが重要である。
【０００３】
しかしながら、上記の応力は実測が困難な場合が多く、数値シミュレーションによる予測も容易ではない。スポット溶接におけるナゲット径や残留応力を数値シミュレーションによって予測する取り組みの報告は多く、市販のスポット溶接シミュレーションソフト（ＳＷＡＮＴＥＣ社製「ＳＯＲＰＡＳ」）では、引張強さ１．５ＧＰａ級の鋼板についてナゲット径等の予測計算が可能とされている。
【０００４】
ただし、残留応力に関しては、従来の市販ソフトを用いた数値シミュレーションでは予測精度が十分ではない。具体的には、本発明者らが検討したところ、Ｘ線を用いて測定可能な鋼板の試験片表面の残留応力について、特に圧痕中心の近傍における実験値と計算値との間には大きな差が生じていた。現在、表面の残留応力を予測可能と報告されている鋼板は、引張強さ９８０ＭＰａ級まで（例えば、非特許文献５、６）であり、それ以上の鋼板に関する報告はない。
【０００５】
このため、引張強さ１ＧＰａ級以上の高強度鋼板を対象とした場合であっても、スポット溶接のような鋼板の接合過程を精度良く数値シミュレーション可能、ひいては、鋼板の残留応力を精度良く予測可能なシミュレーション方法が望まれている。
【０００６】
なお、特許文献１、非特許文献２～８には、スポット溶接の溶接過程をシミュレーションする方法について開示されているが、上記の問題を解決できるものではない。
また、非特許文献１には、焼き戻しパラメータ（λ値）や積算焼き戻しパラメータ（積算パラメータ（Ｉ））について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特許第６６０７７１３号公報
【非特許文献】
【０００８】
井上毅，“新しい焼きもどしパラメータとその連続昇温曲線に沿った焼きもどし効果の積算法への応用”, 鉄と鋼，1980年，第66巻，第10号，p. 1532-1541
村川英一，他２名，“高強度鋼板スポット溶接における相変態および焼戻しを考慮した熱弾塑性解析”，溶接学会全国大会講演概要，2015年9月，第97集，P.328-329
松田広志，他３名，“超ハイテン抵抗溶接部のミクロ組織と硬さの推算”，溶接学会論文集，2020年，第38巻，第4号，P.234-242
Ying Lu，他４名，“Subcritical heat affected zone softening in hot-stamped boron steel during resistance spot welding”，Materials & Design，2018年，Volume 155，p.170-184
伊與田宗慶，他５名，“９８０ＭＰａ級高張力鋼抵抗スポット溶接部におけるナゲット寸法および残留応力の数値シミュレーション”，溶接学会論文集，2011年，第29巻，第2号，P.86-95
Jukka Pakkanen，他２名，“Experimental investigation and numerical simulation of resistance spot welding for residual stress evaluation of DP1000 steel”，Welding in the World，2016年，Volume 60，p.393-402
上田秀樹，他７名，“自動車鋼板を対象としたスポット溶接シミュレーション”，新日鐵住金技報，2017年，第409号，p.108-119
福本学，他１名，“抵抗スポット溶接における応力変化の数値シミュレーション”，溶接学会誌，2021年，第90巻，第3号，p.194-198
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するべくなされたものであり、引張強さ１ＧＰａ級以上の高強度鋼板を対象とした場合であっても、鋼板の接合過程を精度良く数値シミュレーション可能な接合シミュレーション方法、接合シミュレーション装置及びプログラム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】
【００１０】
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、前述のように、引張強さ１ＧＰａ級以上の高強度鋼板を対象とした場合に、従来の数値シミュレーションで得られる残留応力の予測精度が低下する（測定値との差が大きい）のは、残留応力を測定している鋼板表面近傍において、マルテンサイトの焼き戻しに起因した機械的特性（具体的には、変形抵抗（降伏応力））の変化を考慮できていないからであることを知見した。
（【００１１】以降は省略されています）

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