JP4612240B2 - 塗装後耐食性に優れた高強度アルミめっき鋼板及びそれを使用した自動車用部材 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の足回り等の高強度を要求される部材、及びこれを製造するための鋼素材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題を発端とした低燃費化の動きから自動車用鋼板に対しては高強度化に対する要望が強い。しかし、一般に高強度化は加工性、成形性の低下を伴い、高強度、高成形性を両立する鋼板が要望されている。
これに対する一つの回答は、残留オーステナイトのマルテンサイト変態を利用したＴＲＩＰ（ＴＲａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｃｉｔｉｃｉｔｙ）鋼であり、近年用途が拡大しつつある。しかし、この鋼により、成形性の優れた１０００ＭＰａ級の高強度鋼板を製造することが可能であるが、更に、高強度、例えば１５００ＭＰａ以上というような超高強度鋼で成形性を確保することは困難である。
【０００３】
そこで、高強度、高成形性を両立する別の形として最近注目を浴びているのがホットプレスである。これは鋼板を８００℃以上の高温に加熱した状態で成形することにより高強度鋼板の成形性の課題を無くし、成型後の冷却により焼きを入れて所望の材質を得るというものである。しかし、大気中での加熱を伴うため、表面に酸化物が生成してこれを後工程で除去する必要がある。これを改善したものが特開２０００−３８６４０号公報であり、０．１５〜０．５％の炭素を含有する鋼板にアルミめっきして加熱時の酸化抑制を図っている。
もう一つの形として、鋼板を常温で成型後、一部分を急速加熱し、急冷して焼きを入れて高強度を得るという手法も有り得る。この場合、局部的に加熱することで、高強度が必要とされる部位のみの強度を高めることが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの発明は高強度の成形部品を効率良く製造するのに有効であるが、通常プレスされた後、塗装されて使用に供されるが、アルミめっき層はクラックを生じやすいという欠点を有しており、厳しい成形をした後には、これらクラックを起点として腐食が開始され、塗装後耐食性が低下するという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような課題を克服するためにアルミめっき鋼板の加工後の耐食性への影響因子を詳細に検討した結果、次の知見を得た。すなわち、８００℃以上の高温に加熱した状態で成形するホットプレス、局部的な急速加熱を行った後のアルミめっき層は表面まで金属間化合物に変化しており、この化合物は非常に脆性であり、加工時にクラックを生じやすい。また、この相は母材鋼板よりも貴な電位を有するため、クラックを起点として鋼素地の腐食が開始され、塗装後耐食性の低下を招きやすい。この塗装後耐食性低下を回避するには、この金属間化合物中にＭｎを添加することが非常に有効である。Ｍｎの果たす作用は未だ未解明ながらも、Ｍｎは合金層の電位を制御してＦｅ−Ａｌ系の金属間化合物相電位を鋼板のそれに近づける作用を持つと言われており、その作用に加えて塗装前処理の化成処理時のリン酸塩結晶形態も制御している可能性もある。このとき母材鋼板は焼入れ後の強度を確保するためにある程度以上のＣが必要である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の限定理由について説明する。
Ｃ：０．０５〜０．７％
Ｃ：は、成型後に１０００ＭＰａ以上の高強度を有するものであり、ホットプレスあるいは局部急速加熱後に急冷してマルテンサイトを主体とする組織に変態させるものであり、そのためにはＣ量０．０５％が必要である。一方、Ｃ量を０．７％を超えても強度が飽和してしまうことに加え、溶接割れを生じやすくするため、その上限を０．７％に定める。
【０００７】
他の鋼中元素については、特に規定を設けないが、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｐ，Ｓ，Ｎ等の元素が通常使われ得る。Ｓｉは、疲労特性に効果があり、Ｍｎ，Ｂは、焼入れ性の向上に寄与する。Ｔｉ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌは、またアルミめっき後の耐熱性を向上させる元素である。
本発明におけるＭｎは鋼中に添加することも、めっき浴に添加することも可能である。どちらの手法でも加熱後に０．１％以上金属間化合物相に含有させることによって、良好な塗装後耐食性が得られる。なお、生成する金属間化合物としては、ＦｅＡｌ₃ ，Ｆｅ₂ Ａｌ₅ ，Ｆｅ₃ Ａｌ，Ｆｅ₂ Ａｌ₈ Ｓｉ等が生成し得る。Ｍｎは、Ｆｅに近い原子半径を有しているため、Ｆｅと置換した形として存在すると思われる。
【０００８】
アルミめっき鋼板は、通常Ｆｅ−Ａｌ系合金層が成長して加工性を低下させやすく、この合金層の成長を抑制して加工性を向上させるためにＳｉが添加されることが多い。ホットプレスの場合には加熱して表面まで合金化させた後に、熱間で加工するためにＳｉは特に添加する必要はない。しかし、当然添加することも可能である。局部急速加熱の場合には、常温で加工するため、Ｓｉは必須である。Ｓｉは、Ｆｅ−Ａｌの相互拡散を抑制する効果があるため、鋼にＭｎを添加している場合には鋼からのＭｎの拡散は抑制される傾向にある。
【０００９】
一方、めっき浴にＭｎを添加している場合には逆にＭｎ濃度が高目に出る傾向にある。アルミめっきの添加元素として、他にＭｇ，Ｔｉ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ等が考えられるが、めっき層がＡｌを主体とする限り、適用可能である。しかし、Ｚｎは沸点が低く、大量に添加すると加熱時に表面に粉体状のＺｎを生成して、プレス時のカジリを惹起するため、６０％以上の添加は望ましくない。
【００１０】
本発明において、アルミめっきの付着量、めっき前処理、後処理、プレス時の鋼板の加熱方法、冷却方法等については特に限定するものではない。めっき付着量は通常の片面３０〜１００ｇ／ｍ² の範囲ではなんら問題ない。めっき後処理として一次防錆、潤滑性を目的としてクロメート処理、樹脂被覆処理等ありうるが、有機樹脂は加熱すると消失してしまうため好ましくない。クロメート処理も近年の６価クロム規制を考慮すると、電解クロメート等の３価の処理皮膜が好ましい。
【００１１】
アルミめっき鋼板の製造法についても何ら限定するものではない。通常の製鋼、熱延条件が適用可能である。アルミめっきは通常溶融めっき法で施されるが、これに限定せず、非水溶媒からの電気めっき、蒸着処理等も使用可能である。めっき前処理としてＮｉプレめっき等もありうるが、これも適用可能である。
加熱，冷却の方法についても特に限定しない。通電加熱、炉内加熱、誘導加熱、高周波加熱等の加熱手段がありうる。中でも局部的な急速加熱には、高周波加熱が適している。
【００１２】
金属間化合物中のＭｎ量の測定法は特に規定するものではないが、例えば断面研磨してＥＰＭＡ等でスポット定量分析することで金属間化合物の組成を測定することができる。Ｍｎに加えて、当然ＡｌとＦｅが主成分であり、通常この２つの元素で９５％程度を占める。その他、鋼中、めっき浴中の添加元素を含有している。
【００１３】
【実施例】
次に、実施例で本発明をより詳細に説明する。
（実施例１）
通常の熱延、冷延工程を経た、表１に示すような鋼成分の酸洗鋼板（板厚１．８ｍｍ）、冷延鋼板（板厚１．２ｍｍ）を材料として、溶融アルミめっきを行った。表１のＮｏ．１、３、５、７は冷延鋼板であり、残りは熱延鋼板である。溶融アルミめっきは無酸化炉−還元炉タイプのラインを使用し、めっき後ガスワイピング法でめっき付着量を片面４０ｇ／ｍ² に調節し、その後冷却し、ゼロスパングル処理を施した。この際のめっき浴組成としてはＡｌ−１０％Ｓｉ−２％Ｆｅであった。浴中のＦｅは浴中のめっき機器やストリップから供給される不可避のものである。めっき外観は不めっき等なく良好であった。このようにして製造した溶融アルミめっき鋼板の焼入れ性、表面金属間化合物中のＭｎ量、硬度、塗装後耐食性を評価した。
【００１４】
まず、焼入れ性については、鋼板を大気中で９５０℃に５分加熱した後、平板のまま金型で押付けて冷却した。こうして表面まで合金化させた、ほぼ均一な外観の焼入れ板が得られた。このときの冷却速度は約３００℃／秒であった。Ｍｎ量は断面研磨後、ＥＰＭＡ定量分析を深さ方向に５点行い、その平均値とした。硬度については、鋼板断面の中心部のビッカース硬度を荷重１００ｇで測定した。Ａｌ，Ｆｅ，Ｚｎめっき共用の化成処理液で約２分の化成処理を行った後、カチオン系電着塗装を２０μｍ塗装し、１４０℃で２０分焼付けた。その後、クロスカットを入れて塩水噴霧試験に供した。２０日後のクロスカットからの素地の腐食深さで塗装後耐食性を判定した。なお、クロスカット時のカッターの切込み深さが約５０μｍであった。評価結果を表２にまとめる。
【００１５】
【表１】

【００１６】
【表２】

【００１７】
〔塗装後耐食性の評価基準〕
○：腐食深さ８０μｍ以下
×：腐食深さ８０μｍ超
表２のＮｏ．８のようにＣが低すぎると十分な強度が得られない。ビッカース硬度は一般に３倍するとその材料の強度（ＭＰａ）に近い値となるが、この場合、７００ＭＰａクラスの強度しか得られない。一方、Ｎｏ．７のように鋼中Ｍｎ、金属間化合物中のＭｎが低い系では塗装後耐食性に劣る結果となった。鋼中元素の添加量が適正に制御された、Ｎｏ．１〜６については、強度，耐熱性の双方とも良好な結果が得られた。
【００１８】
（実施例２）
実施例１の表１中のＮｏ．７の鋼を使用して、Ａｌ−１０％Ｓｉ−２％Ｆｅをベースとしてめっき浴中にＭｎを添加しためっきを行った。めっき付着量は片面４０ｇ／ｍ² であり、良好なめっき外観が得られた。このときの浴中Ｍｎ量と、実施例１と同じ条件で焼入れを行った後に実施例１と同じ評価項目で評価した結果を表３にまとめる。
Ｎｏ．１のように、金属間化合物中のＭｎ量が少ないと、塗装後耐食性は不良であるが、浴中にＭｎを添加するに従って、耐食性は向上する。このときの金属間化合物中のＭｎ量と塗装後耐食性の関係を図１に示す。Ｍｎ量により、塗装後耐食性が向上していくことが見てとれる。
【００１９】
【表３】

【００２０】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は塗装後の耐食性に優れた高強度自動車部品とそれを構成する材料であるアルミめっき鋼板を提供する。本発明は、今後の自動車軽量化に大きく寄与するものと思われ、産業上の寄与は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】金属間化合物中のＭｎ量と塗装後の耐食性への影響を示す図である。

Claims (3)

1. 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．７％を含有する鋼の表面に、Ａｌ，Ｆｅを主成分とし、８００℃以上の高温に加熱した状態で成形するホットプレスを行った後に、Ｍｎを０．１％以上含有する金属間化合物を有することを特徴とする塗装後耐食性に優れた高強度アルミめっき鋼板。
2. 請求項１に記載の金属間化合物の一部が、Ｓｉを１〜２０％含有することを特徴とする塗装後耐食性に優れた高強度アルミめっき鋼板。
3. 請求項１または２に記載のアルミめっき鋼板を使用することを特徴とする塗装後耐食性に優れた自動車用部材。

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