CN107921509A - 热冲压部件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种表面外观优异的热冲压部件的制造方法，能够不导致成本大幅增加而稳定地制造具有均一且良好的表面外观的热冲压部件。在将镀锌类钢板加热到Ac3相变点～1000℃的温度范围后，进行热冲压加工、冷却的热冲压部件的制造方法中，在加热之前，相对于镀锌类钢板进行表面净化处理。在对镀锌类钢板进行冷冲压加工后，加热到Ac3相变点～1000℃的温度范围而进行冷却的热冲压部件的制造方法中，在加热之前，相对于镀锌类钢板进行表面净化处理。作为镀锌类钢板，优选为在单面或双面具有含有10～25质量％的Ni、其余部分由Zn和不可避免的杂质构成、每一面的附着量为10～90g/m2的镀层的镀Zn‑Ni合金钢板。

Description

热冲压部件的制造方法
技术领域
本发明涉及适用于机动车的车架部件、车体构造部件等热冲压部件的制造方法。
背景技术
以往，机动车的车架部件、车体构造部件等大多通过对具有规定强度的钢板进行冲压加工而制造。近年来，从保护地球环境的观点出发，迫切希望机动车车体的轻量化，因此不断进行着使所使用的钢板高强度化而降低其板厚的努力。然而，伴随着钢板的高强度化，冲压加工性降低，因此难以将钢板加工成所期望的部件形状的情况变多。
鉴于上述情况，在专利文献1中提出了一种通过在使用由凹模和凸模构成的模具对加热的钢板进行加工的同时进行急速冷却来兼顾加工的容易化和高强度化的被称为热冲压的加工技术。然而，在该热冲压中，由于在热冲压前将钢板加热到950℃前后的高的温度，在钢板表面生成氧化皮(铁氧化物)，存在该氧化皮在热冲压时剥离而使模具受损、或者使热冲压后的部件表面损伤的问题。并且，在部件表面残留的氧化皮也会成为外观不良、涂装粘着性下降的原因。因此，通常，通过进行酸洗、喷丸处理等处理，能够除去部件表面的氧化皮。然而，这会导致制造工序复杂化、生产率降低。
另外，机动车的车架部件、车体构造部件等也需要优异的耐腐蚀性。然而，由于在通过上述工序制造的热冲压部件上设有镀层等防锈皮膜，因此耐腐蚀性不充分。
由上可知，需要一种在热冲压前的加热时抑制氧化皮的生成并且使热冲压后的部件的耐腐蚀性提高的热冲压技术，提出了在表面设有镀层等皮膜的钢板以及使用这样的钢板的热冲压方法。
例如，在专利文献2中公开了一种对被Zn或Zn基合金覆盖的钢板进行热冲压，在表面设有Zn-Fe基化合物或Zn-Fe-Al基化合物的耐腐蚀性优异的热冲压部件的制造方法。
并且，在专利文献3中，作为耐氧化皮性、涂装粘着性、涂装后耐腐蚀性、耐氢侵入性优异的热冲压部件，公开了在钢板的表层具有Ni扩散区域、相当于Zn-Ni合金的γ相的金属互化物层以及ZnO层的热冲压部件。
另外，在专利文献4中，公开了在锌类镀层的表层预先形成抑制锌蒸发的ZnO层的热冲压用钢板，通过使用该钢板，能够得到冲压品的外观良好并且涂膜粘着性、涂装后耐腐蚀性优异的热冲压成形品。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：英国专利第1490535号公报
专利文献2：日本特许第3663145号公报
专利文献3：日本特许第4849186号公报
专利文献4：日本特许第3582511号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
正如上述现有技术所公开的那样，使用镀锌类钢板作为热冲压用钢板对于提高耐腐蚀性是有效的。然而，锌的熔点为419℃、沸点为907℃，两者均较低，因此在热冲压前的加热工序中，发生镀层中的锌的熔融和来自镀层的锌的蒸发，难以稳定地制造具有均一且良好的表面外观的热冲压部件。
例如，在通过专利文献2所述的方法制造的热冲压部件中，由于使用熔点低的镀锌钢板和镀锌铝钢板，在热冲压前的加热工序中剧烈地产生镀层的熔融和锌的蒸发。其结果是，最终得到的热冲压部件呈现斑状不均一的外观，产生大量白色或黑色的点状缺陷等而难以得到具有均一且良好的表面外观的热冲压部件。需要说明的是，在点状缺陷部，不仅是表面外观的问题，涂装粘着性也为不良，因此迫切需要用于防止点状缺陷的技术，但目前为止没有提出有效的应对措施。
由于专利文献3所述的热冲压部件使用具有熔点比锌高的Zn-Ni合金镀层的钢板制造，因此与使用镀锌钢板和镀锌铝钢板的情况相比热冲压部件的表面外观得以改善，但不能完全防止局部的点状缺陷的发生。
在使用专利文献4所述的热冲压用钢板的情况下，由于在其表层形成的ZnO层的作用，热冲压部件的表面外观某种程度上得以改善。然而，在ZnO层的形成处理不均一的部分，仍然存在产生局部的点状缺陷的问题。并且，ZnO层的形成处理需要通过基于热的氧化处理、与溶液的接触处理、水溶液中的电解处理、溶液的涂布干燥处理等方法进行，也存在导致成本大幅增加的问题。
本发明的目的在于解决上述现有的技术问题，提供一种不会导致成本大幅增加、能够稳定地制造具有均一且良好的表面外观的热冲压部件的表面外观优异的热冲压部件的制造方法。
用于解决技术问题的技术方案
本发明发明人为了解决上述问题而对表面外观优异的热冲压部件的制造方法进行了锐意研究。首先，研究在热冲压部件的表面产生的点状缺陷的产生状况。结果发现，即使在以相同条件对相同种类的镀锌类钢板进行加热的情况下，点状缺陷也不是在一定的位置产生，存在发生程度多的情况和少的情况。并且，与熔融镀锌钢板、合金化熔融镀锌钢板等具有较低熔点的镀层的镀锌类钢板相比，使用具有熔点高的Zn-Ni合金镀层的镀锌钢板作为热冲压用钢板在抑制点状缺陷上更为有利，但即使是镀Zn-Ni合金钢板也不能完全地防止点状缺陷。
鉴于这些事实，点状缺陷的发生不仅由镀层的种类和加热条件决定，基于与表面污垢等其他因子有关的假设，进行使表面变脏或清净化后对镀锌类钢板进行加热的验证实验。结果可知，在热冲压部件的表面产生的点状缺陷由附着在镀层表面的尘埃、指纹等污垢引起。即，明确了在热冲压加工前的加热工序中，来源于这些污垢成分的附着物燃烧而引起局部的温度上升，对覆盖锌类镀层的表面的ZnO层造成破坏而助长锌的蒸发，进而在该部分生成氧化皮。而且发现，通过在加热工序前进行表面净化处理来除去这些污垢成分，能够显著地抑制点状缺陷的发生。并且，在加热之前进行的表面净化处理对点状缺陷的抑制效果不仅在对镀锌类钢板加热后而进行热冲压加工、冷却的工序中是有效的，对于在对镀锌类钢板进行冷压加工后，进行加热、冷却的工序中也是有效的，由此完成本发明。
本发明的热冲压部件的制造方法基于这样的见解而做出，其要旨如下。
【1】一种表面外观优异的热冲压部件的制造方法，在将镀锌类钢板加热到Ac3相变点～1000℃的温度范围后进行热冲压加工、冷却，在该热冲压部件的制造方法中，在所述加热之前，相对于镀锌类钢板进行表面净化处理。
【2】一种表面外观优异的热冲压部件的制造方法，在对镀锌类钢板进行冷压加工后，加热到Ac3相变点～1000℃的温度范围而进行冷却，在该热冲压部件的制造方法中，
在所述加热之前，相对于镀锌类钢板进行表面净化处理。
【3】根据【1】或【2】所述的热冲压部件的制造方法，所述镀锌类钢板是在单面或双面具有含有10～25质量％的Ni、其余部分由Zn以及不可避免的杂质构成、每一面的附着量为10～90g/m2的镀层的镀Zn-Ni合金钢板。
需要说明的是，在本说明书中，表示钢的成分的％、表示镀层的成分的％均为质量％。
发明的效果
根据本发明，能够不导致成本大幅增加而稳定地制造具有均一且良好的表面外观的热冲压部件。通过本发明制造的热冲压部件适用于机动车的车架部件、车体构造部件。
附图说明
图1是表示热冲压部件代表性的外观的图，其中(a)为外观良好品、(b)为点状缺陷产生品的外观照片。
图2是表示点状缺陷代表性的外观的图，其中(a)为白色缺陷、(b)为黑色缺陷的放大照片。
具体实施方式
1)镀锌类钢板
在本发明的热冲压部件的制造方法中，使用在钢板表面的单面或双面具有锌类镀层的镀锌类钢板。作为锌类镀层，例示了熔融镀锌、合金化熔融镀锌、熔融镀锌－铝合金、熔融镀锌－铝－镁合金、电镀锌、电镀锌－镍合金等，但不限于此，能够适用含有锌的所有公知的锌类镀层。
优选这些镀锌类钢板表面的镀层附着量为每一面10～90g/m2。如果每一面的附着量(以下，会简称为附着量)在10g/m2以上，则不会出现耐腐蚀性不充分的情况。另一方面，如果附着量在90g/m2以下，则不会导致成本增加。更优选的附着量为20～80g/m2。需要说明的是，附着量能够通过湿式分析法求出。具体地说，例如，在6质量％盐酸水溶液中添加1g/L的六亚甲基四胺作为阻蚀剂的水溶液中，使附着面积已知的试验片的镀层整体溶解，根据此时的质量减少量求出镀层的附着量即可。
在上述镀锌类钢板中，优选为在单面或双面具有由含有10～25质量％的Ni、其余部分为由Zn以及不可避免的杂质构成的镀层的镀Zn-Ni合金钢板。如果镀层中的Ni含有率为10～25质量％，则镀层的相构造为γ相，该γ相的熔点为881℃是高的温度，因此抑制点状缺陷发生的效果更为显著。需要说明的是，γ相具有Ni2Zn11、NiZn3、Ni5Zn21中任一项的结晶构造，能够通过X射线衍射法确认。在这里，需要说明的是，在所述镀层的下层，例如可以设置以Ni为主体的镀层等的底镀层。
2)基底钢板
为了得到本发明的热冲压部件，例如，能够使用具有按质量％含有C：0.15～0.50％、Si：0.05～2.00％、Mn：0.5～3.0％、P：0.10％以下、S：0.05％以下、Al：0.10％以下、N：0.010％以下，其余部分由Fe以及不可避免的杂质构成的成分组成的热轧钢板和冷轧钢板作为锌类镀层的基底钢板。在使用具有这样的成分组成的热轧钢板和冷轧钢板作为基底钢板的情况下，能够得到具有例如980MPa以上的强度等所要求的高强度的热冲压部件。
各成分组成的限定理由如下所述。
C：0.15～0.50％
C是用于使钢的强度提高的元素，为使热冲压部件的拉伸强度(以下，也会称为TS)为980MPa以上，需要使其量为0.15％以上。另一方面，如果C量超过0.50％，则素材钢板的冲裁加工性显著降低。因此，优选C量为0.15～0.50％。
Si：0.05～2.00％
Si与C同为用于使钢的强度提高的元素，为使热冲压部件的TS为980MPa以上，需要使其量为0.05％以上。另一方面，如果Si量超过2.00％，则热轧时产生被称为红色氧化皮的表面缺陷的几率显著增大，会导致轧制荷载增大、热轧钢板的轧制性劣化。并且，如果Si量超过2.00％，则在钢板的表面实施形成以Zn、Al为主体的镀层皮膜的镀层处理时，存在对镀层处理性造成不利影响的情况。因此，优选Si量为0.05～2.00％。
Mn：0.5～3.0％
Mn是对抑制铁素体相变而使淬火性提高有效的元素，并且，由于使Ac3相变点降低，因此对于使热冲压前的加热温度降低也是有效的元素。为了显现这样的效果，需要使其量为0.5％以上。另一方面，如果Mn量超过3.0％，则会发生偏析而使素材钢板以及热冲压部件的特性的均一性降低。因此，优选Mn量为0.5～3.0％。
P：0.10％以下
如果P量超过0.10％，则发生偏析而使素材钢板及热冲压部件的特性的均一性降低，并且使韧性显著降低。因此，优选P量为0.10％以下。
S：0.05％以下
如果S量超过0.05％，则热冲压部件的韧性降低。因此，优选S量在0.05％以下。
Al：0.10％以下
如果Al量超过0.10％，则素材钢板的冲裁加工性、淬火性降低。因此，优选Al量在0.10％以下。
N：0.010％以下
如果N量超过0.010％，则在热轧时、热冲压加工前的加热时形成氮化物AlN，使素材钢板的冲裁加工性、淬火性降低。因此，优选N量在0.010％以下。
其余部分为Fe以及不可避免的杂质。出于以下理由，优选进一步在上述成分组成的基础上个别或同时地含有从Cr：0.01～1.0％、Ti：0.01～0.20％、B：0.0005～0.0800％中选择的至少一种和Sb：0.003～0.030％。
Cr：0.01～1.0％
Cr是对使钢强化且使淬火性提高有效的元素。为了显现这样的效果，优选使Cr量在0.01％以上。另一方面，如果Cr量超过1.0％，则导致成本显著增高，因此优选其上限为1.0％。
Ti：0.01～0.20％
Ti是对使钢强化且通过晶粒细化而使韧性提高有效的元素。并且，是比以下所述的B先形成氮化物，对发挥固溶B的淬火性的提高效果有效的元素。因此，优选Ti量在0.01％以上。然而，如果Ti量超过0.20％，则热轧时的轧制荷载极端地增大，并且热冲压部件的韧性降低，因此优选其上限为0.20％。
B：0.0005～0.0800％
B是对热冲压时的淬火性和热冲压后的韧性提高有效的元素。为了显现这样的效果，优选使B量为0.0005％以上。另一方面，如果B量超过0.0800％，则热轧时的轧制荷载极端地增大，并且，由于在热轧后产生马氏体相和贝氏体相而产生钢板的裂纹等，优选其上限为0.0800％。
Sb：0.003～0.030％
Sb具有从对镀锌类钢板进行加热直到热冲压加工、冷却期间抑制在钢板表层部产生的脱碳层的效果。为了显现这样的效果，需要使其量在0.003％以上。另一方面，如果Sb量超过0.030％，则会导致轧制荷载增大、生产率降低。因此，优选Sb量在0.003～0.030％。
3)热冲压工序
在本发明的热冲压部件的制造方法中，作为热冲压工序，通过使用以下两个形态中任一形态的工序来制造热冲压部件。
第一形态是将镀锌类钢板加热到Ac3～1000℃的温度范围后，进行热冲压加工、冷却的热冲压部件的制造方法，是被称为所谓的直接工艺的热冲压工序。如果加热温度没有达到Ac3相变点，则钢板的淬火不充分，存在不能得到所期望的强度的情况。并且，如果加热温度超过1000℃，则不仅在能源上不经济，点状缺陷的发生也变得显著，难以制造具有均一且良好的表面外观的热冲压部件。并且，热冲压加工后的冷却可以使用模具与热冲压加工同时进行，或者使用水等冷媒与热冲压加工同时或在其之后进行。
第二形态是对镀锌类钢板进行冷压加工，接着将其加热到Ac3相变点～1000℃的温度范围后进行冷却的热冲压部件的制造方法，是被称为所谓的间接工艺的热冲压工序。在该工序中，在对镀锌类钢板进行加热之前首先进行冷压加工。接着，对冷压加工的部件进行加热，然后进行冷却。加热温度出于与上述相同的理由设为Ac3相变点～1000℃的温度范围。冷却可以使用用于对部件进行冷却的模具进行，或者也可以使用水等冷媒进行。并且，在使用模具进行冷却时，可以通过热冲压进行追加加工。
需要说明的是，这里所称的加热温度是指钢板达到的最高温度。并且，作为进行上述加热的方法，能够例示出通过电炉或气炉等的加热、火焰加热、通电加热、高频加热、感应加热等。
4)表面净化处理
在本发明的热冲压部件的制造方法中，在对镀锌类钢板进行加热之前，以除去附着在镀层表面的尘埃、指纹等污垢为目的，进行镀锌类钢板的表面净化处理。该表面净化处理在本发明中是非常重要的。在不进行表面净化处理的情况下，如图1(b)所示地产生点状缺陷。然而，如果进行表面净化处理，则能够制造图1(a)所示的外观良好品。需要说明的是，在点状缺陷中，如图2(a)所示，存在覆盖锌类镀层表面的ZnO层被破坏、锌剧烈蒸发的痕迹即白色缺陷、以及如图2(b)所示，进一步在白色缺陷部发生基底钢板的氧化而生成氧化皮的黑色缺陷等，任一点状缺陷不仅损害表面外观也会使涂装粘着性恶化，因此需要通过进行表面净化处理来尽可能地抑制点状缺陷。如上所述，在本发明中表面净化处理是将引起点状缺陷的污垢除去的处理。
由于表面净化处理需要在加热之前进行，因此在上述第一形态(在将镀锌类钢板加热到Ac3相变点～1000℃的温度范围后，进行热冲压加工)中，需要以钢卷的状态、从钢卷抽出的钢板片或钢板坯的状态进行表面净化处理。并且，在上述第二形态(在对镀锌类钢板进行冷压加工后，加热到Ac3相变点～1000℃的温度范围)中，需要以钢卷的状态、从钢卷抽出的钢板片或钢板坯料的状态进行表面净化处理、或者以冷压加工后的部件的状态进行表面净化处理。需要说明的是，在第一形态、第二形态中的任一形态下，优选尽量在加热之前进行表面净化处理。并且，由于处理容易且表面净化效果高，因此优选以钢板坯料的状态进行表面净化处理。
表面净化处理的方法只要是能够将附着在镀层表面的尘埃、指纹等污垢除去的方法就没有任何限定。例如，能够例示出通过擦拭布将钢板表面擦净的方法、使用尼龙制等的刷子刷钢板表面的方法、在将洗净油等不对钢板造成损害的液体涂布到钢板表面后刷洗表面的方法，进行碱脱脂或溶剂脱脂的方法等。与通过擦拭布擦拭、刷子刷等物理方法相比，涂洗净油并且用刷子刷、碱脱脂、溶剂脱脂等那样在钢板表面使液体接触的方法的清洁效果更高，因此从使钢板表面完全洁净化的观点出发优选使液体与钢板表面接触的方法。其中，在进行碱脱脂作为表面净化处理的情况下，如果碱脱脂液的pH在12.5以上，则使锌类镀层自身溶解的作用过强，由于溶解不均反而助长了点状缺陷的发生、镀层附着量减少而使耐腐蚀性恶化。因此，在进行碱脱脂作为表面净化处理的情况下，使碱脱脂液的pH低于12.5。另外，优选表面净化处理工序所需的成本为低成本。在具有涂洗净油并且用刷子刷的设备作为冷压加工用设备的情况下，如果将该设备用于热冲压加工，能够以低成本进行清净化效果高的处理，因此优选。
实施例
作为基底钢板，使用按质量％含有C：0.23％、Si：0.25％、Mn：1.2％、P：0.01％、S：0.01％、Al：0.03％、N：0.005％、Cr：0.2％、Ti：0.02％、B：0.0022％、Sb：0.008％，其余部分具有由Fe以及不可避免的杂质构成的成分组成，Ac3相变点为820℃，板厚1.6mm的冷轧钢板。在该冷轧钢板的表面实施熔融镀Zn、熔融镀Zn-Al合金(Al含有率：55质量％)、合金化熔融镀Zn(Fe含有率：10质量％)、电镀Zn、电镀Zn-Ni合金(Ni含有率：12质量％)中的任一种，裁剪为200mm×300mm的尺寸而作为试料。
对以这种方式制造的试料实施表面净化处理。作为表面净化处理，进行A：擦拭布擦拭、B：刷子刷、C：涂洗净油并且用刷子刷、D：碱脱脂(pH为12.0)、E：溶剂脱脂中的任一种处理。作为比较例，准备F：进行了强碱脱脂的试料(pH为13.0)和未进行表面净化处理的试料。
擦拭布擦拭通过使用擦拭布(洁净白色针织擦拭布(棉)、日本废布(ウエス)株式会社制)手动对试料的表面往复擦拭两次而进行。
刷子刷通过使用嵌入尼龙纤维的刷子(SK型直线毛刷，昭和工业株式会社制)手动对试料表面往复刷洗两次而进行。
涂洗净油并且用刷子刷通过在试料表面以涂油量为2.0g/m2的方式涂洗净防锈油(PRETON R352L，杉村化学工业株式会社制)后，与上述同样地用刷子刷。
碱脱脂通过向试料喷射10秒碱脱脂液(CL-N364S，20g/L，60℃，日本帕卡濑精株式会社制)之后进行水洗、干燥而进行。需要说明的是，此时的碱脱脂液的pH为12.0。
溶剂脱脂通过使试料浸渍于甲苯与乙醇的1：1混合溶剂而进行1分钟超声波洗净后干燥来进行。
作为比较例进行的强碱脱脂通过使试料浸渍于强碱脱脂液(NaOH水溶液、将pH调整为13.0，50℃)5秒，之后进行水洗、干燥而进行。
接着，投入炉温950℃的电炉，在炉中加热8分钟，加热结束后立即从电炉取出而通过Al制的平模具进行夹持而进行急速冷却处理(冷却速度50℃/s)。
对于通过以上方式得到的试料(镀锌类钢板)，按照以下方法对表面外观进行评价。
为了提高表面外观的判定精度，以相同条件制造各10片样本。目视观察样本点状缺陷的状态，通过以下判定基准对表面外观进行判定，以◎或○为合格。需要说明的是，在本实施例中，在通过直接工艺或间接工艺进行的实际冲压成形之前不进行评价，如上所述，通过对将平板加热、冷却后的表面外观进行评价来对本发明的效果进行评价，加热、冷却后的表面外观由表面污垢成分的有无和其除去效果来决定，因此本评价结果与两工艺的实际的冲压成形后的表面外观的评价结果相同。
◎：10片样本中未发生点状缺陷的样本为10片
○：10片样本中未发生点状缺陷的样本为8～9片
△：10片样本中未发生点状缺陷的样本为5～7片
×：10片样本中未发生点状缺陷的样本为0～4片
表面外观的评价结果和制造条件如表1所示。
表1
*GI：熔融镀Zn；
GL：熔融镀Zn-Al合金(Al含有率：55质量％)；
GA：合金化熔融镀Zn(Fe含有率：55质量％)；
EG：电镀Zn；
ZN：电镀Zn-Ni合金(Ni含有率：12质量％)。
可知通过本发明的制造方法实施表面净化处理而制造的镀锌类钢板(发明例)的表面外观均为优异。尤其是在使用电镀Zn-Ni合金钢板的情况下表面外观最为优异。另一方面，进行了pH为12.5以上的强碱脱脂的镀锌类钢板(比较例)和未实施表面净化处理的镀锌类钢板(比较例)的表面外观均为不良。

Claims (3)

1.一种表面外观优异的热冲压部件的制造方法，在将镀锌类钢板加热到Ac3相变点～1000℃的温度范围后而进行热冲压加工、冷却，该热冲压部件的制造方法的特征在于，
在所述加热之前，相对于镀锌类钢板进行表面净化处理。
2.一种表面外观优异的热冲压部件的制造方法，在对镀锌类钢板进行冷压加工后，加热到Ac3相变点～1000℃的温度范围而进行冷却，该热冲压部件的制造方法的特征在于，
在所述加热之前，相对于镀锌类钢板进行表面净化处理。
3.根据权利要求1或2所述的热冲压部件的制造方法，其特征在于，
所述镀锌类钢板是在单面或双面具有含有10～25质量％的Ni、其余部分由Zn以及不可避免的杂质构成、每一面的附着量为10～90g/m2的镀层的镀Zn-Ni合金钢板。
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