JP2012041610A - 熱間プレス用鋼板、その製造方法およびそれを用いた熱間プレス部材の製造方法 - Google Patents
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- Coating With Molten Metal (AREA)
Abstract
【解決手段】鋼板表面に、質量%で、Fe:25〜90%およびSi:3%以下を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなり、かつFeとAlの合計含有率が97%以上であり、鋼板片面当たりの付着量が10〜200g/m2のAl-Fe合金めっき層と、該Al-Fe合金めっき層上に鋼板片面当たりの付着量が5g/m2以下のAl層を有することを特徴とする熱間プレス用鋼板。
【選択図】なし
Description
1-1) Al-Fe合金めっき層
特許文献3に記載されているように、Alを主体とした金属のめっき鋼板を用いて美麗な外観と優れた耐食性を有する熱間プレス部材を製造するには、熱間プレス前にめっき層をその表面まで融点の高いAl-Fe合金にすることが効果的である。しかし、上述したように、熱間プレス前の加熱時にめっき層のAl-Fe合金化を図る場合は、生産性の向上を目的に昇温速度の上昇や保持時間の短縮を行うと、めっき層のAl-Fe合金化が十分に図れず、優れた塗装密着性や塗装後耐食性を有する熱間プレス部材を安定して得ることが困難になる。
本発明では、上記したAl-Fe合金めっき層上に鋼板片面当たりの付着量が5g/m2以下のAl層を有する。Al層の付着量が5g/m2超では、優れた塗装密着性や塗装後耐食性を有する熱間プレス部材が安定して得られないため、Al層の付着量は5g/m2以下とする。このAl層には上記したAl-Fe合金めっき層のAl以外の成分が固溶していてもよい。
980MPa以上の強度を有する熱間プレス部材を得るには、めっき層の下地鋼板として、例えば、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼板を用いることができる。各成分元素の限定理由を、以下に説明する。
Cは、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のTSを980MPa以上にするには、その量を0.15%以上とする必要がある。一方、C量が0.5%を超えると、素材の鋼板のブランキング加工性が著しく低下する。したがって、C量は0.15〜0.5%とする。
Siは、C同様、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のTSを980MPa以上にするには、その量を0.05%以上とする必要がある。一方、Si量が2.0%を超えると、熱間圧延時に赤スケールと呼ばれる表面欠陥の発生が著しく増大するとともに、圧延荷重が増大したり、熱延鋼板の延性の劣化を招く。さらに、Si量が2.0%を超えると、Alを主体としためっき層を鋼板表面に形成するめっき処理を施す際に、めっき処理性に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、Si量は0.05〜2.0%とする。
Mnは、フェライト変態を抑制して焼入れ性を向上させるのに効果的な元素であり、また、Ac3変態点を低下させるので、熱間プレス前の加熱温度を低下するにも有効な元素である。このような効果の発現のためには、その量を0.5%以上とする必要がある。一方、Mn量が3%を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下する。したがって、Mn量は0.5〜3%とする。
P量が0.1%を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下するとともに、靭性も著しく低下する。したがって、P量は0.1%以下とする。
S量が0.05%を超えると、熱間プレス部材の靭性が低下する。したがって、S量は0.05%以下とする。
Al量が0.1%を超えると、素材の鋼板のブランキング加工性や焼入れ性を低下させる。したがって、Al量は0.1%以下とする。
N量が0.01%を超えると、熱間圧延時や熱間プレス前の加熱時にAlNの窒化物を形成し、素材の鋼板のブランキング加工性や焼入れ性を低下させる。したがって、N量は0.01%以下とする。
Crは、鋼を強化するとともに、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。こうした効果の発現のためには、Cr量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、Cr量が1%を超えると、著しいコスト高を招くため、その上限は1%とすることが好ましい。
Tiは、鋼を強化するとともに、細粒化により靭性を向上させるのに有効な元素である。また、次に述べるBよりも優先して窒化物を形成して、固溶Bによる焼入れ性の向上効果を発揮させるのに有効な元素でもある。しかし、Ti量が0.2%を超えると、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大し、また、熱間プレス部材の靭性が低下するので、その上限は0.2%以下とすることが好ましい。
Bは、熱間プレス時の焼入れ性や熱間プレス後の靭性向上に有効な元素である。こうした効果の発現のためには、B量を0.0005%以上とすることが好ましい。一方、B量が0.08%を超えると、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大し、また、熱間圧延後にマルテンサイト相やベイナイト相が生じて鋼板の割れなどが生じるので、その上限は0.08%とすることが好ましい。
Sbは、熱間プレス前に鋼板を加熱してから熱間プレスの一連の処理によって鋼板を冷却するまでの間に鋼板表層部に生じる脱炭層を抑制する効果を有する。このような効果の発現のためにはその量を0.003%以上とする必要がある。一方、Sb量が0.03%を超えると、圧延荷重の増大を招き、生産性を低下させる。したがって、Sb量は0.003〜0.03%とする。
本発明の熱間プレス用鋼板は、上記のような成分組成を有する下地鋼板を、Al濃度が80%以上およびSi濃度が3%以下のAl系めっき浴に浸漬後、ガスワイピングして、鋼板片面当たりの付着量が10〜200g/m2のAl-Fe合金めっき層と、該Al-Fe合金めっき層上に鋼板片面当たりの付着量が5g/m2以下のAl層を形成する方法により製造できる。この方法によれば、鋼板をAl系めっき浴に浸漬中およびめっき浴から引き上げた直後には鋼板表面にAl-Fe合金めっき層が形成されている。そして、鋼板をめっき浴から引き上げた直後、ガスワイピング前にはAl-Fe合金めっき層とその上層に溶融Alが存在している。この表面に存在する溶融Alをガスワイピングして、Al-Fe合金めっき層と、該Al-Fe合金めっき層上に鋼板片面当たりの付着量が5g/m2以下のAl層を形成する。
上記した本発明の熱間プレス用鋼板は、Ac3変態点〜1000℃の温度範囲に加熱後、熱間プレスされて熱間プレス部材となる。熱間プレス前にAc3変態点以上に加熱するのは、鋼板の組織をオーステナイト化し、熱間プレス時の急冷でマルテンサイト相などの硬質相を形成し、部材の高強度化を図るためである。また、加熱温度の上限を1000℃としたのは、1000℃を超えるとオーステナイト組織が粗大化し、熱間プレス部材の靱性が劣化するためである。なお、ここでいう加熱温度とは鋼板の最高到達温度のことをいう。
塗装密着性:作製した熱間プレス用鋼板から試料を採取し、日本パーカライジング株式会社製PB-L3020を使用して標準条件で化成処理を施した後、関西ペイント株式会社製電着塗料GT-10を電着塗装し焼付けを行い、膜厚が20μmの電着塗膜を形成した塗装試験片を作製した。そして、この試験片の塗膜に対してカッターナイフで碁盤目(10×10個、1mm間隔)の鋼素地まで到達するカットを入れ、接着テープにより貼着・剥離する碁盤目テープ剥離試験を行った。以下の基準で評価し、○であれば本発明の目的を満足しているとした。
○:塗膜剥離なし
×:塗膜剥離あり
塗装後耐食性:上記塗装密着性の場合と同様な方法で作製した塗装試験片に、カッターナイフで塗膜にクロスカットを入れた後、JIS Z 2371-2000に準拠した塩水噴霧試験を行い、480時間後に接着テープにより貼着・剥離するテープ剥離試験を行い、カット傷の片側最大剥離幅を測定し、以下の基準で評価し、○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。
○:最大剥離幅≦3mm
△:3mm<最大剥離幅≦5mm
×:5mm<最大剥離幅
結果を表1に示す。本発明である熱間プレス用鋼板No.1〜16では、平均昇温速度を10〜150℃/秒の範囲で変え、保持時間0秒で加熱しても、または平均昇温速度を10℃/秒とし、保持時間300秒で加熱しても、いずれも優れた塗装密着性や塗装後耐食性が得られており、熱間プレス前の加熱時に昇温速度の上昇や保持時間の短縮が可能であることがわかる。一方、Al-Fe合金めっき層のFe含有率や付着量が本発明の範囲外の比較例である熱間プレス用鋼板No.17〜19では、平均昇温速度50℃/秒とし、保持時間0秒で加熱すると、塗装密着性または塗装後耐食性のいずれかに劣るため、昇温速度の上昇や保持時間の短縮が困難であることがわかる。また、従来から熱間プレス用鋼板として使用されているAl-Fe合金層の上層に5g/m2を超えるAl層が存在しているAl-10%Siめっき鋼板(No.20〜24)では、これを平均昇温速度が10℃/秒とし、保持時間300秒とした場合には優れた塗装密着性や塗装後耐食性が得られるが、保持時間を0秒としたり、保持時間300秒でも平均昇温速度を50℃/秒以上とした場合には塗装密着性または塗装後耐食性のいずれかに劣るため、昇温速度の上昇や保持時間の短縮が困難であることがわかる。
Claims (9)
- 鋼板表面に、質量%で、Fe:25〜90%およびSi:3%以下を含み、残部がAlおよび不可避的不純物からなり、かつFeとAlの合計含有率が97%以上であり、鋼板片面当たりの付着量が10〜200g/m2のAl-Fe合金めっき層と、該Al-Fe合金めっき層上に鋼板片面当たりの付着量が5g/m2以下のAl層を有することを特徴とする熱間プレス用鋼板。
- Al-Fe合金めっき層が、さらに、質量%で、Cr:3%以下、Mg:3%以下、Zn:3%以下のうちから選ばれた少なくとも一種を含むことを特徴とする請求項1に記載の熱間プレス用鋼板。
- Al-Fe合金めっき層の下地鋼板が、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項1または2に記載の熱間プレス用鋼板。
- Al-Fe合金めっき層の下地鋼板が、さらに、質量%で、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項3に記載の熱間プレス用鋼板。
- Al-Fe合金めっき層の下地鋼板が、さらに、質量%で、Sb:0.003〜0.03%を含有することを特徴とする請求項3または4に記載の熱間プレス用鋼板。
- 鋼板を、質量%で、Al:80%以上およびSi:3%以下を含有するAl系めっき浴に浸漬後、ガスワイピングして、鋼板片面当たりの付着量が10〜200g/m2のAl-Fe合金めっき層と、該Al-Fe合金めっき層上に鋼板片面当たりの付着量が5g/m2以下のAl層を形成することを特徴とする熱間プレス用鋼板の製造方法。
- Al系めっき浴に、さらに、質量%で、Cr:3%以下、Mg:3%以下、Zn:3%以下のうちから選ばれた少なくとも一種が含有されることを特徴とする請求項6に記載の熱間プレス用鋼板の製造方法。
- 鋼板として、請求項3から5のいずれか一項に記載の成分組成を有する鋼板を用いることを特徴とする請求項6または7に記載の熱間プレス用鋼板の製造方法。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の熱間プレス用鋼板を、Ac3変態点〜1000℃の温度範囲に加熱後、熱間プレスすることを特徴とする熱間プレス部材の製造方法。
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