JP6794652B2 - 熱処理用鋼管及び熱処理鋼管の製造方法 - Google Patents
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(2)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、前記Mg化合物は、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、又は、硫酸マグネシウムの何れかであり、前記塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、又は、硫酸マグネシウムの何れかの片面当たりの付着量は、Mgとして、0.2g/m2〜2.4g/m2である、熱処理用鋼管。
(3)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、前記ZrOの片面当たりの付着量は、Zrとして、0.4g/m2〜2.0g/m2であり、前記ZrOは、粒径が10nm〜200nmである、熱処理用鋼管。
(4)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、ZrOとCaOの混合物、又は、ZrOとMgOの混合物であり、前記混合物の片面当たりの付着量は、ZrとCa、又は、ZrとMgとして、0.4g/m2〜2.0g/m2である、熱処理用鋼管。
(5)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、TiO2、SiO2、又は、TiO2とSiO2の混合物であり、前記TiO2、SiO2又はTiO2とSiO2の混合物の片面当たりの付着量は、Ti、Si、又は、TiとSiとの合計として、0.4g/m2〜2.0g/m2であり、前記TiO2及びSiO2の粒径は、5nm〜30nmである、熱処理用鋼管。
(6)前記表面皮膜層は、前記粒状の金属化合物に加えて、樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤を含有し、前記樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤の含有量は、前記粒状の金属化合物の質量に対して、5質量%〜35質量%である、(1)〜(5)の何れか1つに記載の熱処理用鋼管。
(7)前記めっき皮膜層は、(50〜60)質量%Al−Zn−(1〜2.5)質量%Si溶融めっきからなる、(1)〜(6)の何れか1つに記載の熱処理用鋼管。
(8)前記めっき皮膜層は、Al−(0〜15)質量%Si溶融めっきからなる、(1)〜(6)の何れか1つに記載の熱処理用鋼管。
(9)(1)〜(8)の何れか1つに記載の熱処理用鋼管を用いた熱処理鋼管の製造方法であって、前記熱処理用鋼管の少なくとも一部に対して、焼き入れを行う焼き入れ工程を有し、前記焼き入れ工程では、前記熱処理用鋼管の前記めっき皮膜層及び表面皮膜層を有する少なくとも一方の面において、100℃から最高加熱温度まで、平均で100℃/秒以上の昇温速度で、850℃〜1300℃の温度域内の当該最高加熱温度に加熱し、850℃以上に加熱されてから2秒以内に冷却を開始し、前記最高加熱温度から350℃まで、平均で1000℃/秒以上の冷却速度で、350℃以下の温度域まで冷却する、熱処理鋼管の製造方法。
(10)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、ZnOである熱処理用鋼管を用いた熱処理鋼管の製造方法であって、前記熱処理用鋼管の少なくとも一部に対して、焼き入れを行う焼き入れ工程を有し、前記焼き入れ工程では、前記熱処理用鋼管の前記めっき皮膜層及び表面皮膜層を有する少なくとも一方の面において、100℃から最高加熱温度まで、平均で100℃/秒以上の昇温速度で、1000℃超1300℃以下の温度域内の当該最高加熱温度に加熱し、850℃以上に加熱されてから2秒以内に冷却を開始し、前記最高加熱温度から350℃まで、平均で1000℃/秒以上の冷却速度で、350℃以下の温度域まで冷却する、熱処理鋼管の製造方法。
(11)前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記ZnOの片面当たりの付着量は、Znとして、0.2g/m2〜7g/m2であり、前記ZnOは、粒径が50nm〜300nmである、(10)に記載の熱処理鋼管の製造方法。
(12)前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記表面皮膜層は、前記粒状の金属化合物に加えて、樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤を含有し、前記樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤の含有量は、前記粒状の金属化合物の質量に対して、5質量%〜35質量%である、(10)又は(11)に記載の熱処理鋼管の製造方法。
(13)前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記めっき皮膜層は、(50〜60)質量%Al−Zn−(1〜2.5)質量%Si溶融めっきからなる、(10)〜(12)の何れか1つに記載の熱処理鋼管の製造方法。
(14)前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記めっき皮膜層は、Al−(0〜15)質量%Si溶融めっきからなる、(10)〜(12)の何れか1つに記載の熱処理鋼管の製造方法。
(15)前記熱処理用鋼管の850℃以上の箇所に曲げ加工を施す、(9)〜(14)の何れか1つに記載の熱処理鋼管の製造方法。
まず、本発明の実施形態に係る熱処理鋼管に用いられる、熱処理用鋼管について、説明する。
本実施形態に係るめっき熱処理用鋼管の素材である母管として、例えば、高強度鋼管を採用することが可能である。かかる高強度鋼管を採用し、鋼管表面に下記のめっき皮膜層を設けた上で、以下で詳述する条件に則した加熱及び冷却を施した後に、その表面に自動車用部材としての下地化成被膜及び塗装被膜を施すことで、塗装後耐食性を備える高強度のめっき熱処理鋼管鋼材とすることができる。
上記のような母管(3DQ工法が施される前)の内面又は外面の少なくとも一方には、例えば、(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき皮膜、又は、Al−(0〜15)%Si溶融めっき皮膜が、本実施形態に係るめっき皮膜層として形成されている。
また、この(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき皮膜、又は、Al−(0〜15)%Si溶融めっき皮膜の表面には、粒状の金属化合物を含有する皮膜が被覆されている。以下では、上記のようなめっき皮膜層の表面に被覆されている皮膜層を、「表面皮膜層」と称することとする。本実施形態に係る熱処理用鋼管では、かかる表面皮膜層に含有されている粒状の金属化合物は、ZnO、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO2又はSiO2の何れか一種以上であることが好ましい。
表面皮膜層に含有される粒状の金属化合物として、ZnOを用いることが可能である。かかるZnOの片面当たりの付着量は、Znとして、0.2g/m2〜7g/m2であることが好ましく、ZnOの粒径(平均粒径)は、50nm〜300nmであることが好ましい。また、表面皮膜層中に、上記ZnOに加えて、樹脂成分及び/又はシランカップリング剤が、ZnOに対する質量比率で5%〜35%含有されていてもよい。
表面皮膜層に含有される粒状の金属化合物として、MgOを用いることが可能である。かかるMgOの片面当たりの付着量は、Mgとして(Mgに換算して)、0.2g/m2〜2.4g/m2であることが好ましく、MgOの粒径(平均粒径)は、5nm〜100nmであることが好ましい。また、表面皮膜層中に、上記MgOに加えて、樹脂成分及び/又はシランカップリング剤が、MgOに対する質量比率で、5%〜35%含有されていてもよい。
表面皮膜層に含有される粒状の金属化合物として、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム又は硫酸マグネシウムの何れかを用いることが可能である。かかる塩化Mg、硝酸Mg又は硫酸Mgの何れかの片面当たりの付着量は、Mgとして(Mgに換算して)、0.2g/m2〜2.4g/m2であることが好ましい。塩化Mg、硝酸Mg又は硫酸Mgの何れかの片面当たりの付着量は、より好ましくは、0.5g/m2〜1g/m2である。また、表面皮膜層中に、上記Mg化合物に加えて、樹脂成分及び/又はシランカップリング剤が、これらMg化合物に対する質量比率で、5%〜35%含有されていてもよい。
表面皮膜層に含有される粒状の金属化合物として、ZrO、ZrOとCaOの混合物、又は、ZrOとMgOの混合物の何れかを用いることが可能である。これら金属化合物の片面当たりの付着量は、Zr、ZrとCaとの合計、又は、ZrとMgとの合計として、0.4g/m2〜2.0g/m2であることが好ましく、これら金属化合物の粒径(平均粒径)は、10〜200nmであることが好ましい。また、表面皮膜層中に、上記金属化合物に加えて、樹脂成分及び/又はシランカップリング剤が、これら金属化合物に対する質量比率で、5%〜35%含有されていてもよい。
表面皮膜層に含有される粒状の金属化合物として、TiO2、SiO2、又は、TiO2とSiO2の混合物の何れかを用いることが可能である。これら金属化合物の片面当たりの付着量は、それぞれ、Ti、Si、又は、TiとSiとの合計として、0.4g/m2〜2.0g/m2であることが好ましく、これら金属化合物の粒径(平均粒径)は、5nm〜30nmであることが好ましい。また、表面皮膜層中に、上記金属化合物に加えて、樹脂成分及び/又はシランカップリング剤が、これら金属化合物に対する質量比率で、5%〜35%含有されていてもよい
本実施形態に係るめっき皮膜層の付着量の測定方法は、特に限定されるものではなく、例えば重量法や蛍光X線法により測定することが可能である。重量法とは、面積の規定されためっきサンプルの重量を測定した後、塩酸等でめっき層のみ溶解させて、溶解後の重量との差分から付着量を求める方法である。また、蛍光X線法とは、予め重量法等の手段によって付着量既知のサンプルで検量線を作成しておき、着目する試料の蛍光X線強度から付着量を算出する方法である。
続いて、以上説明したような本実施形態に係る熱処理用鋼管を利用した、熱処理鋼管の製造方法について、詳細に説明する。
図1は、本実施形態に係る熱処理鋼管1bを製造するための製造装置7の構成を例示する説明図である。
続いて、上記のような本実施形態に係る熱処理用鋼管を利用して、上記のような熱処理鋼管の製造方法に則して製造される熱処理鋼管について、簡単に説明する。
続いて、上記のような本実施形態に係る熱処理用鋼管を利用して製造される、自動車車体用強度部材について、簡単に説明する。
本試験例では、鋼材として、C:0.22%,Si:0.21%,Mn:1.25%,P:0.012%,S:0.002%,Al:0.040%,Cr:0.25%,Ti:0.030%,B:0.0015,残部Fe及び不純物からなる化学組成を有する鋼板を
めっき母材とするZn−55%Al−1.6%Siガルバリウム溶融めっき鋼板(目付量:50.1g/m2)、及び、Al−10%Si溶融アルミニウムめっき鋼板(目付量:70g/m2)を用い、かかるめっき鋼板の両端を溶接することで溶接鋼管とした。得られた溶接鋼管を、熱処理用鋼管の母管として利用した。なお、以下の表1において、めっき種が「GL」となっているものが、Zn−55%Al−1.6%Siガルバリウム溶融めっきに対応し、めっき種が「Al−Si」となっているものが、Al−10%Si溶融アルミニウムめっきに対応している。
試薬メーカーから、所定の粒径を有する所定化合物の微粒子を購入した。又は、所定のゾル径で既に溶媒に分散されたゾル状態の試薬を購入した。(樹脂:ウレタン系樹脂エマルション(第一工業製薬(株)スーパーフレックス(登録商標)E−2000)、架橋剤(シランカップリング剤:チッソ(株)サイラエースS510))を用い、購入した試薬を、所定化合物試薬と樹脂及び架橋剤とが固形物の質量比で表1の値になるように混合し、バーコータで上記母管の表面に塗布し、約80℃で焼きつけることで、表面皮膜層を形成した。なお、購入した金属化合物の詳細及び平均粒径は、以下の通りである。
MgO:シグマ−アルドリッチ社製、一次粒径50nm(カタログ値)
塩化マグネシウム:シグマ−アルドリッチ社製、粒径70nm(カタログ値)
硝酸マグネシウム:シグマ−アルドリッチ社製、粒径70nm(カタログ値)
硫酸マグネシウム:シグマ−アルドリッチ社製、粒径70nm(カタログ値)
ZrO(1):シグマ−アルドリッチ社製、ゾル粒径50nm(カタログ値)
ZrO(2):シグマ−アルドリッチ社製、ゾル粒径500nm(カタログ値)
CaO:シグマ−アルドリッチ社製、一次粒径50nm(カタログ値)
TiO2(1):シグマ−アルドリッチ社製、ゾル粒径10nm(カタログ値)
TiO2(2):シグマ−アルドリッチ社製、ゾル粒径100nm(カタログ値)
SiO2(1):日産化学工業社製、ゾル粒径10nm(カタログ値)
SiO2(2):日産化学工業社製、ゾル粒径100nm(カタログ値)
図1〜図3に示したような製造装置7により、100℃から最高加熱温度まで平均昇温速度300℃/sで表1に示す最高温度まで加熱し、0.1秒保持した後、水冷を行った。この際に、上記の試験材の一部分に対して、上記冷却を開始する前に、曲げ加工を実施した。なお、最高加熱温度から350℃までの平均冷却速度は、すべて1000℃/s以上であった。
化成処理性は、試験材を脱脂及び水洗した後、表面を調整して、化成処理を施した。用いた化成処理液は、日本ペイント社製サーフダイン6370である。その後、曲げ加工部位について、蛍光X線分析装置により化成結晶付着量を測定するとともに、試験材の表面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)により観察して、結晶の形態を撮影した。
1a 熱処理用鋼管
1b 熱処理鋼管
2 支持ロール
3 押し出し装置
4 可動ローラダイス
5 高周波加熱コイル
6 冷却装置
7 製造装置
Claims (15)
- 鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、
当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、
を備え、
前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、
前記Mg化合物は、MgOであり、
前記MgOの片面当たりの付着量は、Mgとして、0.2g/m2〜2.4g/m2であり、
前記MgOの粒径は、5nm〜100nmである、熱処理用鋼管。 - 鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、
当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、
を備え、
前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、
前記Mg化合物は、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、又は、硫酸マグネシウムの何れかであり、
前記塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、又は、硫酸マグネシウムの何れかの片面当たりの付着量は、Mgとして、0.2g/m2〜2.4g/m2である、熱処理用鋼管。 - 鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、
当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、
を備え、
前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、
前記ZrOの片面当たりの付着量は、Zrとして、0.4g/m2〜2.0g/m2であり、
前記ZrOは、粒径が10nm〜200nmである、熱処理用鋼管。 - 鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、
当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、
を備え、
前記粒状の金属化合物は、ZrOとCaOの混合物、又は、ZrOとMgOの混合物であり、
前記混合物の片面当たりの付着量は、ZrとCa、又は、ZrとMgとして、0.4g/m2〜2.0g/m2である、熱処理用鋼管。 - 鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、
当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、
を備え、
前記粒状の金属化合物は、TiO2、SiO2、又は、TiO2とSiO2の混合物であり、
前記TiO2、SiO2又はTiO2とSiO2の混合物の片面当たりの付着量は、Ti、Si、又は、TiとSiとの合計として、0.4g/m2〜2.0g/m2であり、
前記TiO2及びSiO2の粒径は、5nm〜30nmである、熱処理用鋼管。 - 前記表面皮膜層は、前記粒状の金属化合物に加えて、樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤を含有し、
前記樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤の含有量は、前記粒状の金属化合物の質量に対して、5質量%〜35質量%である、請求項1〜5の何れか1項に記載の熱処理用鋼管。 - 前記めっき皮膜層は、(50〜60)質量%Al−Zn−(1〜2.5)質量%Si溶融めっきからなる、請求項1〜6の何れか1項に記載の熱処理用鋼管。
- 前記めっき皮膜層は、Al−(0〜15)質量%Si溶融めっきからなる、請求項1〜6の何れか1項に記載の熱処理用鋼管。
- 請求項1〜8の何れか1項に記載の熱処理用鋼管を用いた熱処理鋼管の製造方法であって、
前記熱処理用鋼管の少なくとも一部に対して、焼き入れを行う焼き入れ工程を有し、
前記焼き入れ工程では、
前記熱処理用鋼管の前記めっき皮膜層及び表面皮膜層を有する少なくとも一方の面において、100℃から最高加熱温度まで、平均で100℃/秒以上の昇温速度で、850℃〜1300℃の温度域内の当該最高加熱温度に加熱し、
850℃以上に加熱されてから2秒以内に冷却を開始し、
前記最高加熱温度から350℃まで、平均で1000℃/秒以上の冷却速度で、350℃以下の温度域まで冷却する、熱処理鋼管の製造方法。 - 鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、ZnOである熱処理用鋼管を用いた熱処理鋼管の製造方法であって、
前記熱処理用鋼管の少なくとも一部に対して、焼き入れを行う焼き入れ工程を有し、
前記焼き入れ工程では、
前記熱処理用鋼管の前記めっき皮膜層及び表面皮膜層を有する少なくとも一方の面において、100℃から最高加熱温度まで、平均で100℃/秒以上の昇温速度で、1000℃超1300℃以下の温度域内の当該最高加熱温度に加熱し、
850℃以上に加熱されてから2秒以内に冷却を開始し、
前記最高加熱温度から350℃まで、平均で1000℃/秒以上の冷却速度で、350℃以下の温度域まで冷却する、熱処理鋼管の製造方法。 - 前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記ZnOの片面当たりの付着量は、Znとして、0.2g/m2〜7g/m2であり、前記ZnOは、粒径が50nm〜300nmである、請求項10に記載の熱処理鋼管の製造方法。
- 前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記表面皮膜層は、前記粒状の金属化合物に加えて、樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤を含有し、
前記樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤の含有量は、前記粒状の金属化合物の質量に対して、5質量%〜35質量%である、請求項10又は11に記載の熱処理鋼管の製造方法。 - 前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記めっき皮膜層は、(50〜60)質量%Al−Zn−(1〜2.5)質量%Si溶融めっきからなる、請求項10〜12の何れか1項に記載の熱処理鋼管の製造方法。
- 前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記めっき皮膜層は、Al−(0〜15)質量%Si溶融めっきからなる、請求項10〜12の何れか1項に記載の熱処理鋼管の製造方法。
- 前記熱処理用鋼管の850℃以上の箇所に曲げ加工を施す、請求項9〜14の何れか1項に記載の熱処理鋼管の製造方法。
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