JP2015071810A - ホットスタンプ鋼材の製造方法、ホットスタンプ用鋼板の製造方法及びホットスタンプ用鋼板 - Google Patents
ホットスタンプ鋼材の製造方法、ホットスタンプ用鋼板の製造方法及びホットスタンプ用鋼板 Download PDFInfo
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CAl=Al/(O+Zn+Fe+Mn+Si+Al)×100 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、表層における対応する元素の平均濃度(質量%)が代入される。
本実施形態によるホットスタンプ鋼材の製造方法は、準備工程と、溶融亜鉛めっき処理工程と、アルカリ洗浄工程と、ホットスタンプ工程とを備える。以下、各工程について詳述する。
初めに、鋼板素材を準備する。鋼板素材は、次の化学組成を有する。以下、元素に関する「%」は、質量%を意味する。
炭素(C)は、ホットスタンプ後の鋼材の強度を高める。C含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、C含有量が高すぎれば、ホットスタンプ後の強度は高くなるが、鋼板の靭性が低下する。すなわち所望の強度と靱性が得られるようC量は調整されればよい。その際に好ましいC含有量は、0.05〜0.4%である。C含有量の好ましい下限は0.10%である。C含有量の好ましい上限は0.35%である。
シリコン(Si)は一般的に鋼の脱酸目的で使用されることが多く、その場合不可避的に含有される。しかしながら、Si含有量が高すぎれば、ホットスタンプにおける加熱中に鋼中のSiが拡散し、鋼板表面に酸化物を形成する。酸化物はりん酸塩処理性を低下し得る。Siはさらに、鋼板のAc3点を上昇させる働きがあり、Ac3点が上昇するとホットスタンプ時の加熱温度が、Znめっきの蒸発温度を超えてしまう。したがって、Si含有量は0.5%以下である。好ましいSi含有量の上限は0.3%である。Si含有量の好ましい下限は、求められる脱酸レベルによるが、0.05%である。
マンガン(Mn)は、焼入れ性を高め、ホットスタンプ後の鋼材の強度を高める。Mn含有量が低すぎれば、その効果が得られない。一方、Mn含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、Mn含有量は0.5〜2.5%である。Mn含有量の好ましい下限は0.6%である。Mn含有量の好ましい上限は2.4%である。
りん(P)は鋼中に含まれる不純物である。Pは粒界に偏析して鋼の靭性を低下し、耐遅れ破壊性を低下する。したがって、P含有量はなるべく低い方が好ましい。P含有量は0.03%以下である。
硫黄(S)は鋼中に含まれる不純物である。Sは硫化物を形成して鋼の靭性を低下し、耐遅れ破壊性を低下する。したがって、S含有量はなるべく低い方が好ましい。S含有量は0.01%以下である。
アルミニウム(Al)は一般的に鋼の脱酸目的で使用されることが多く、その場合不可避的に含有される。一方、Al含有量が高すぎれば、脱酸は十分となるが、鋼板のAc3点が上昇して、ホットスタンプ時の必要な加熱温度がZnめっきの蒸発温度を超える。したがって、Al含有量は0.1%以下である。Al含有量の好ましい上限は0.05%である。Al含有量の好ましい下限は0.01%である。本明細書におけるAl含有量は、sol.Al(酸可溶Al)の含有量を意味する。
窒素(N)は鋼中に不可避的に含まれる不純物である。Nは窒化物を形成して鋼の靭性を低下する。Nはさらに、Bが含有される場合、Bと結合して固溶B量を減らす。その結果、焼入れ性が低下する。したがって、N含有量はなるべく低い方が好ましい。N含有量は0.01%以下である。
ボロン(B)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Bは鋼の焼入れ性を高め、ホットスタンプ後の鋼材の強度を高める。しかしながら、B含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、B含有量は、0〜0.005%である。B含有量の好ましい下限は0.0001%である。
チタン(Ti)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、TiはNと結合して窒化物を形成する。そのため、BとNとの結合が抑制され、BN形成による焼入れ性の低下を抑制できる。しかしながら、Ti含有量が高すぎれば、上記効果が飽和し、さらに、Ti窒化物が過剰に析出して鋼の靭性が低下する。したがって、Ti含有量は0〜0.1%である。Tiはそのピン止め効果により、ホットスタンプ加熱時のオーステナイト粒径を微細化し、それにより鋼材の靱性等を高める。Ti含有量の好ましい下限は0.01%である。
クロム(Cr)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Crは鋼の焼入れ性を高める。しかしながら、Cr含有量が高すぎれば、Cr炭化物が形成され、ホットスタンプの加熱時に炭化物が溶解しにくくなる。そのためオーステナイト化が進行しにくくなり、焼き入れ性が低下する。したがって、Cr含有量は0〜0.5%である。Cr含有量の好ましい下限は0.1%である。
モリブデン(Mo)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Moは鋼の焼入れ性を高める。しかしながら、Mo含有量が高すぎれば、上記効果が飽和する。したがって、Mo含有量は0〜0.5%である。Mo含有量の好ましい下限は0.05%である。
ニオブ(Nb)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Nbは炭化物を形成して、ホットスタンプ時に結晶粒を微細化する。細粒化により、鋼の靭性が高まる。しかしながらNb含有量が高すぎれば、上記効果が飽和する。Nb含有量が高すぎればさらに、焼入れ性が低下する。したがって、Nb含有量は0〜0.1%である。Nb含有量の好ましい下限は0.02%である。
ニッケル(Ni)は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Niは鋼の靭性を高める。Niはさらに、ホットスタンプでの加熱時に、溶融Znに起因した脆化を抑制する。しかしながら、Ni含有量が高すぎれば、上記効果が飽和する。したがって、Ni含有量は0〜1.0%である。Ni含有量の好ましい下限は0.1%である。
上記鋼板素材に対して、溶融亜鉛めっき処理を実施する。具体的には、鋼板素材をめっき浴(溶融亜鉛めっき浴)に浸漬して鋼板素材表面にめっきを付着させる。めっきが付着した鋼板素材をめっき浴から引きあげる。好ましくは、鋼板表面のめっき付着量を調整して20〜100g/m2にする。鋼板素材の引き上げ速度や、ワイピングのガスの流量を調整することにより、めっき付着量を調整できる。めっき付着量のさらに好ましい下限は25g/m2である。めっき付着量のさらに好ましい上限は80g/m2である。
溶融亜鉛めっき処理後の鋼板素材に対して、アルカリ洗浄を実施する。具体的には、pHが12.5以上のアルカリ水溶液からなるアルカリ浴を準備する。アルカリ浴中に溶融亜鉛めっき処理後の鋼板素材を浸漬する。浸漬後、鋼板素材をアルカリ浴から取り出し、水洗する。水洗後の鋼板素材を乾燥して、ホットスタンプ用鋼板とする。
以上の製造工程によりホットスタンプ用鋼板が製造される。ホットスタンプ用鋼板は、板状の母材と、めっき層とを備える。母材は、上記鋼板素材と同じ化学組成を有する。めっき層は、溶融亜鉛めっき層であり、母材上に形成される。上述のとおり、ホットスタンプ用鋼板のめっき層の表層におけるAl酸化物は低減されている。
CAl=Al/(O+Zn+Fe+Mn+Si+Al)×100 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、表層中における対応する元素の平均濃度(質量%)が代入される。
アルカリ洗浄されたホットスタンプ用鋼板に対して、ホットスタンプを実施する。ホットスタンプには、緩加熱によるホットスタンプと、急速加熱によるホットスタンプとがある。
上述の製造方法では、溶融亜鉛めっき鋼板(GI:Galvanized Iron)を用いてホットスタンプ鋼材を製造した。しかしながら、本実施形態のホットスタンプ鋼材の製造方法では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA:Galvannealed Iron)を用いてホットスタンプ鋼材を製造してもよい。
合金化処理工程では、溶融亜鉛めっき層が形成された鋼板素材(溶融亜鉛めっき鋼板)をたとえば、470〜600℃で加熱する。加熱後、たとえば30秒以内で均熱し、その後、冷却する。上記加熱温度まで加熱した直後に冷却してもよい。加熱温度及び均熱時間は上述の加熱温度及び均熱時間に限定されない。めっき層中の所望のFe濃度に応じて、加熱温度及び均熱時間は適宜設定される。
上述の製造方法はさらに、アルカリ洗浄工程の後であって、ホットスタンプ工程の前に、防錆油膜形成工程を含んでもよい。
上述の製造方法はさらに、防錆油膜形成工程の後であって、ホットスタンプ工程の前に、ブランキング加工工程を実施してもよい。
上記製造工程により製造されたホットスタンプ用鋼板及びホットスタンプ鋼材に対して、次の評価試験を実施した。
製造された溶融亜鉛めっき鋼板(GI)及び合金化された溶融亜鉛めっき鋼板(GA)からめっき層を含むサンプルを採取した。JIS H0401に準拠してサンプルのめっき層を塩酸で溶解した。溶解前のサンプル重量と、溶解後のサンプル重量と、めっき層が形成されていた面積とに基づいて、めっき付着量(g/m2)を求めた。
ホットスタンプ用鋼板のめっき層の表層の平均Al濃度CAlを、次の方法で測定した。各試験番号のホットスタンプ用鋼板から、めっき層を含むサンプルを採取した。めっき層を含むサンプルを水洗して乾燥した。マーカス型高周波グロー放電発光表面分析装置(GDS:商品名GD−Profiler2)を使用して、上述の方法により、めっき層の表層中のAl、O、Zn、Fe、Mn、Siの各元素の平均濃度(単位はいずれも質量%)を求めた。放電面積は4mmφであり、RF出力は35Wであった。アルゴン圧は600Paであった。得られた各元素の平均濃度(%)を用いて、式(1)により、各試験番号の平均Al濃度CAl(%)を求めた。
各試験番号の板状のホットスタンプ鋼材に対して、日本パーカライジング株式会社製の表面調整処理剤プレパレンX(商品名)を用いて表面調整を室温で20秒実施した。さらに、日本パーカライジング株式会社製のりん酸亜鉛処理液パルボンド3020(商品名)を用いてりん酸塩処理を実施した。処理液の温度は43℃とし、板状のホットスタンプ鋼材を処理液に120秒間浸漬した。
TR=A1/A0×100 (2)
ここで、A0は視野の全面積(125μm×90μm=11250μm2)である。5視野の透け面積率TR(%)の平均を、その試験番号のホットスタンプ鋼材の透け面積率(%)と定義した。
上述のりん酸塩処理を実施した後、各試験番号の板状のホットスタンプ鋼材に対して、日本ペイント株式会社製のカチオン型電着塗料を電圧160Vのスロープ通電で電着塗装し、さらに、焼き付け温度170℃で20分間焼き付け塗装した。電着塗装後の塗料の膜厚の平均は、いずれの試験番号も10μmであった。
塗膜剥離率=A2/A10×100 (3)
表2に試験結果を示す。試験番号2〜6,9,11,13〜24では、鋼板素材の化学組成、及び、めっき浴のAl濃度が適切であった。さらに、アルカリ洗浄が実施され、アルカリ水溶液のpHも適切であった。そのため、製造されたホットスタンプ用鋼板の表層の平均Al濃度CAlは1.00以下であった。そのため、ホットスタンプ鋼材において、優れたりん酸塩処理性及び塗装密着性が得られた。
Claims (8)
- 質量%で、C:0.05〜0.4%、Si:0.5%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.1%以下、N:0.01%以下、B:0〜0.005%、Ti:0〜0.1%、Cr:0〜0.5%、Nb:0〜0.1%、Ni:0〜1.0%、及び、Mo:0〜0.5%を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有する鋼板素材を準備する工程と、
前記鋼板素材に対して、質量%で0.10〜0.15%のAl濃度を有する溶融亜鉛めっき浴を利用した溶融亜鉛めっき処理を実施する工程と、
前記溶融亜鉛めっき処理された前記鋼板素材を、12.5以上のpHを有するアルカリ水溶液で洗浄してホットスタンプ用鋼板を製造する工程と、
前記アルカリ水溶液による洗浄後の前記ホットスタンプ用鋼板をAc3点〜950℃に加熱した後、金型を用いて前記ホットスタンプ用鋼板をプレスしながら焼入れしてホットスタンプ鋼材を成形する工程とを備える、ホットスタンプ鋼材の製造方法。 - 請求項1に記載のホットスタンプ鋼材の製造方法であって、
前記溶融亜鉛めっき処理を実施する工程は、前記溶融亜鉛めっき処理された前記鋼板素材を加熱して合金化処理を実施する工程を含む、ホットスタンプ鋼材の製造方法。 - 請求項1又は請求項2に記載のホットスタンプ鋼材の製造方法であってさらに、
前記アルカリ水溶液による洗浄後、前記ホットスタンプ鋼材を成形する前に、前記ホットスタンプ用鋼板の表面に防錆油膜を形成する工程を備える、ホットスタンプ鋼材の製造方法。 - 請求項3に記載のホットスタンプ鋼材の製造方法であってさらに、
前記防錆油膜が形成された前記ホットスタンプ用鋼板に対してブランキング加工を実施する工程を備え、
前記ホットスタンプ鋼材を成形する工程では、前記ブランキング加工が実施された前記ホットスタンプ用鋼板を利用する、ホットスタンプ鋼材の製造方法。 - 質量%で、C:0.05〜0.4%、Si:0.5%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.1%以下、N:0.01%以下、B:0〜0.005%、Ti:0〜0.1%、Cr:0〜0.5%、Nb:0〜0.1%、Ni:0〜1.0%、及び、Mo:0〜0.5%を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有する鋼板素材を準備する工程と、
前記鋼板素材に対して、質量%で0.10〜0.15%のAl濃度を有する溶融亜鉛めっき浴を利用した溶融亜鉛めっき処理を実施する工程と、
前記溶融亜鉛めっき処理された前記鋼板素材を、12.5以上のpHを有するアルカリ水溶液で洗浄する工程とを備える、ホットスタンプ用鋼板の製造方法。 - 請求項5に記載のホットスタンプ用鋼板の製造方法であって、
前記溶融亜鉛めっき処理を実施する工程は、前記溶融亜鉛めっき処理された前記鋼板素材を加熱して合金化処理を実施する工程を含む、ホットスタンプ用鋼板の製造方法。 - 請求項5又は請求項6に記載のホットスタンプ用鋼板の製造方法であってさらに、
前記アルカリ水溶液による洗浄後、前記ホットスタンプ鋼材を成形する前に、前記ホットスタンプ用鋼板の表面に防錆油膜を形成する工程を備える、ホットスタンプ用鋼板の製造方法。 - 質量%で、C:0.05〜0.4%、Si:0.5%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.1%以下、N:0.01%以下、B:0〜0.005%、Ti:0〜0.1%、Cr:0〜0.5%、Nb:0〜0.1%、Ni:0〜1.0%、及び、Mo:0〜0.5%を含有し、残部がFe及び不純物からなる化学組成を有する母材と、
前記母材上に形成され、溶融亜鉛めっき層及び合金化溶融亜鉛めっき層のいずれかであるめっき層とを備え、
前記めっき層の表面から0.1μm深さまでの表層における、式(1)で定義される平均Al濃度CAlが1.00%以下である、ホットスタンプ用鋼板。
CAl=Al/(O+Zn+Fe+Mn+Si+Al)×100 (1)
ここで、式(1)中の各元素記号には、前記表層における対応する元素の平均濃度(質量%)が代入される。
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