JP2012251230A - 熱間プレス用鋼板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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Abstract
【解決手段】鋼板表面に、順に、60質量%以上のNiを含み、残部がZnおよび不可避的不純物からなり、付着量が0.01〜5g/m2のめっき層Iと、10〜25質量%のNiを含み、残部がZnおよび不可避的不純物からなり、付着量が10〜90g/m2のめっき層IIと、固形潤滑剤を含む潤滑層と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) めっき層
めっき層のZnが下地鋼板に拡散することを抑制し、優れた穴あき耐食性を得るために、鋼板表面に60質量%以上のNiを含み、残部がZnおよび不可避的不純物からなるめっき層Iを設ける。めっき層IのNi量が60質量%未満では、めっき層のZnが下地鋼板に拡散することを十分に抑制できず、優れた穴あき耐食性が得られない。めっき層IのNi量は100質量%であることが好ましいが、100質量%未満の場合は、残部は犠牲防食効果を有するZnおよび不可避的不純物とする。また、めっき層Iの片面当たりの付着量は、0.01g/m2未満ではZnの下地鋼板への拡散を抑制する効果が十分に発揮されず、5g/m2を超えるとその効果が飽和し、コストアップを招くので、0.01〜5g/m2とする。
優れた冷間プレス性を付与するために、めっき層II上に固形潤滑剤を含む潤滑層を設ける。潤滑層を設けることにより、動摩擦係数が低下し、冷間プレス性の向上が図れる。
(1) ポリオレフィンワックス、パラフィンワックス: 例えば、ポリエチレンワックス、合成パラフィン、天然パラフィン、マイクロワックス、塩素化炭化水素など
(2) フッ素樹脂: 例えば、ポリフルオロエチレン樹脂(ポリ4フッ化エチレン樹脂など)、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂など
(3) 脂肪酸アミド系化合物: 例えば、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミド、メチレンビスステアロアミド、エチレンビスステアロアミド、オレイン酸アミド、エシル酸アミド、アルキレンビス脂肪酸アミドなど
(4) 金属石けん類: 例えば、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸鉛、ラウリン酸カルシウム、パルミチン酸カルシウムなど
(5) 金属硫化物: 例えば、二硫化モリブデン、二硫化タングステンなど
(6) その他: グラファイト、フッ化黒鉛、窒化ホウ素、ホウ砂、ポリアルキレングリコール、アルカリ金属硫酸塩など
こうした固形潤滑剤の中でも、特に、ポリエチレンワックス、フッ素樹脂が好適である。ポリエチレンワックスとしては、例えば、クラリアントジャパン(株)製のセリダスト 9615A、セリダスト 3715、セリダスト 3620、セリダスト3910 (いずれも商品名)、三洋化成(株)製のサンワックス 131-P、サンワックス 161-P (いずれも商品名)、三井化学(株)製のケミパール W-100、ケミパール W-200、ケミパール W-500、ケミパール W-800、ケミパール W-950 (いずれも商品名)などを用いることができる。また、フッ素樹脂としては、ポリ4フッ化エチレン樹脂が最も好ましく、例えば、ダイキン工業(株)製のルブロン L-2、ルブロン L-5 (いずれも商品名)、三井・デュポン(株)製のMP1100、MP1200 (いずれも商品名)、旭硝子(株)製のフルオンディスパージョン AD1、フルオンディスパージョン AD2、フルオン L141J、フルオンL150J、フルオン L170J (いずれも商品名)などが好適である。
めっき層IIと潤滑層との間には、さらに、Si含有化合物層、Ti含有化合物層、Al含有化合物層、Zr含有化合物層のうちから選ばれた少なくとも一種の化合物層を設けると優れた塗装密着性が得られる。こうした効果を得るには、化合物層の厚みを0.1μm以上にすることが好ましいが、3.0μm以下であれば化合物層が脆くなって塗装密着性の低下を招く場合がないので、3.0μm以下にすることが好ましい。より好ましくは0.4〜2.0μmである。
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、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熱延鋼板や冷延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。ここで、成分の含有量を表す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
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、ZnやNiを主体としためっき皮膜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%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。
上記した本発明の熱間プレス用鋼板を、冷間プレス後、Ac3変態点〜1000℃の温度範囲に加熱し、熱間プレスすれば熱間プレス部材を製造できる。熱間プレス前にAc3変態点以上に加熱するのは、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℃を超えるとめっき層表面において多量の酸化亜鉛が形成し、優れた穴あき耐食性が得られなくなるためである。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。
シリコーン樹脂:信越化学(株)製 KR-242A
ポリエチレンワックス1:クラリアントジャパン(株)製 セリダスト3620
フッ素樹脂:ポリ4フッ化エチレン樹脂 旭硝子(株)製 フルオン L170J
二硫化モリブデン:大東潤滑(株)製 LM-13
グラファイト:日立化成工業(株)製 GP-60S
窒化ホウ素:水島合金鉄(株)製 FS-1
ジエタノール変性エポキシ樹脂:関西ペイント(株)製 ER-007
ブロックイソシアネート:旭化成工業(株)製 デュラネートMF-K60X
エチレンアイオノマー:三井化学工業(株)製 ケミパールS650
ポリエチレンワックス2:三井化学工業(株)製 ケミパールW950
シランカップリング剤:信越化学(株)製 KBE-403
このようにして得られた表1、2に示す鋼板No.1〜25について、次に示す冷間プレス性、熱間プレス後の穴あき耐食性および塗装密着性評価を行った。ここで、熱間プレスは、電気炉または直接通電により表1、2に示す加熱条件で加熱後、Al製金型で挟み込んで表1、2に示す冷却速度で冷却してシミュレートした。
冷間プレス性:図1に模式的に示した摩擦係数測定装置を用いて動摩擦係数を測定して、冷間プレス性を評価した。まず、作製ままの鋼板から採取したサンプル1を、スライドテーブル3の上面に固定されている試料台2に設置する。スライドテーブル3は、その下方にあるスライドテーブル支持台5上面に設けられたローラ4により水平移動可能である。次に、上下移動可能なスライドテーブル支持台5を上方へ移動させることにより上方に設けられた図2に示す形状のビード6の下面にサンプル1を押し付ける。このとき、スライドテーブル支持台5に取り付けられている第一ロードセル7によりサンプル1への押し付け荷重Nを測定する。最後に、一定の押し付け荷重N(=400kgf)を作用させた状態でスライドテーブル3を移動速度100cm/minでレール9上を水平移動させ、スライドテーブル3の一方の端部に取り付けられている第二ロードセル8により摺動抵抗力Fを測定し、室温(25℃)での動摩擦係数μ=F/Nを求める。なお、潤滑油としてスギムラ化学工業(株)製のプレス用洗浄油プレトンR352Lをサンプル1の表面に塗布して試験を行った。算出したμを以下の基準で評価し、◎、○であれば、冷間プレス性に優れるとした。
◎:μ<0.1
○:0.1≦μ<0.15
△:0.15≦μ<0.2
×:0.2≦μ
穴あき耐食性:穴あき耐食性は化成処理皮膜や電着塗膜が付き回らない部位を想定した評価を行うため、熱処理後の鋼板からサンプルを採取し、サンプルの非評価面および端面をテープでシールした後、塩水噴霧(5質量%NaCl水溶液、35℃、2h)→乾燥(60℃、相対湿度20〜30%、4h)→湿潤(50℃、相対湿度95%、2h)を1サイクルとする複合腐食試験を150サイクル実施し、試験後のサンプルの最大板厚減少値を測定し、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。
◎:最大板厚減少値≦0.1mm
○:0.1mm<最大板厚減少値≦0.2mm
△:0.2mm<最大板厚減少値≦0.3mm
×:0.3mm<最大板厚減少値
塗装密着性:熱処理後の鋼板からサンプルを採取し、日本パーカライジング(株)製PB-SX35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)製電着塗料GT-10HTグレーを170℃×20分間の焼付け条件で膜厚20μm成膜して、塗装試験片を作製した。そして、作製した試験片の化成処理および電着塗装を施した面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、◎、○であれば塗装密着性に優れるとした。
◎:剥離なし
○:1〜10個の碁盤目で剥離
△:11〜30個の碁盤目で剥離
×:31個以上の碁盤目で剥離
結果を表3に示す。本発明例では、冷間プレス性、熱間プレス後の穴あき耐食性に優れるとともに、塗装密着性にも優れていることがわかる。
2 試料台
3 スライドテーブル
4 ローラ
5 スライドテーブル支持台
6 ビード
7 第一ロードセル
8 第二ロードセル
9 レール
Claims (8)
- 鋼板表面に、順に、60質量%以上のNiを含み、残部がZnおよび不可避的不純物からなり、付着量が0.01〜5g/m2のめっき層Iと、10〜25質量%のNiを含み、残部がZnおよび不可避的不純物からなり、付着量が10〜90g/m2のめっき層IIと、固形潤滑剤を含む潤滑層とを有することを特徴とする熱間プレス用鋼板。
- めっき層IIと潤滑層との間に、さらに、Si含有化合物層、Ti含有化合物層、Al含有化合物層、Zr含有化合物層のうちから選ばれた少なくとも一種の化合物層を有することを特徴とする請求項1に記載の熱間プレス用鋼板。
- 鋼板表面に、順に、60質量%以上のNiを含み、残部がZnおよび不可避的不純物からなり、付着量が0.01〜5g/m2のめっき層Iと、10〜25質量%のNiを含み、残部がZnおよび不可避的不純物からなり、付着量が10〜90g/m2のめっき層IIと、固形潤滑剤を含み、Si含有化合物層、Ti含有化合物層、Al含有化合物層、Zr含有化合物層のうちから選ばれた少なくとも一種の化合物層とを有することを特徴とする熱間プレス用鋼板。
- 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から3のいずれか一項に記載の熱間プレス用鋼板。
- 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4に記載の熱間プレス用鋼板。
- 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4または5に記載の熱間プレス用鋼板。
- 請求項1から6のいずれか一項に記載の熱間プレス用鋼板を、冷間プレス後、Ac3変態点〜1000℃の温度範囲に加熱し、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。
- Ac3変態点〜1000℃の温度範囲に加熱するとき、100℃/s以上の平均昇温速度で加熱することを特徴とする請求項7に記載の熱間プレス部材の製造方法。
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