JP7173368B2 - 熱間プレス部材および熱間プレス用鋼板ならびに熱間プレス部材の製造方法 - Google Patents
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Description
(1)熱間プレス部材の塗装後耐食性を向上させるためには、熱間プレス部材における、主として外観腐食を評価される面のZn付着量を5~35g/m2とし、Znめっき層表面の平均線粗さRaを2.5μm以下とすることが有効である。さらに、熱間プレス部材の抵抗スポット溶接性を向上させるためには、熱間プレス部材における、主として抵抗スポット溶接の合わせ面となる面のZnめっき層表面の平均線粗さRaを3.5μm以上とすることが有効である。
(2)一方の面のZn付着量が5~35g/m2であり、もう一方の面のZn付着量が40~120g/m2であるZn系めっき層を有する熱間プレス用鋼板を熱間プレスすることにより、塗装後耐食性と、抵抗スポット溶接性に優れる熱間プレス部材を得ることができる。
[1]鋼板の両面に、Zn系めっき層を備えた熱間プレス部材であって、
鋼板の一方の面のZn系めっき層のZn付着量が5~35g/m2であり、
かつZn系めっき層表面の平均線粗さRaが2.5μm以下であり、
鋼板のもう一方の面のZn系めっき層表面の平均線粗さRaが3.5μm以上である、
熱間プレス部材。
[2]鋼板の両面に、Zn系めっき層を備えた熱間プレス用鋼板であって、
鋼板の一方の面のZn系めっき層のZn付着量が5~35g/m2であり、
鋼板のもう一方の面のZn系めっき層のZn付着量が40~120g/m2である、
熱間プレス用鋼板。
[3]鋼板の両面に、Zn系めっき層を備え、
鋼板の一方の面のZn系めっき層のZn付着量が5~35g/m2であり、
鋼板のもう一方の面のZn系めっき層のZn付着量が40~120g/m2である
熱間プレス用鋼板を、
室温からAc3変態点~1000℃の温度範囲に5秒以上600秒以下の時間で昇温し、さらに、Ac3変態点~1000℃の温度範囲に300秒以下の時間保持した後、
熱間プレスする、熱間プレス部材の製造方法。
本発明の熱間プレス部材は、鋼板の両面にZn系めっき層を備え、一方の面のZn系めっき層のZn付着量が5~35g/m2であり、かつZn系めっき層表面の平均線粗さRaが2.5μm以下であり、もう一方の面のZn系めっき層表面の平均線粗さRaが3.5μm以上である。本発明は、熱間プレス部材の表裏面での表面凹凸の大きさに意図的に差を設けることを最大の特徴とする。
本発明の熱間プレス用鋼板は、鋼板の両面に、Zn系めっき層を備え、一方の面のZn系めっき層のZn付着量が5~35g/m2であり、もう一方の面のZn系めっき層のZn付着量が40~120g/m2である。Zn系めっき層を構成する金属は、純亜鉛であってもよく、その他合金元素を含有するものであってもよい。たとえば、Mg、Al、Cr、Co、Niから選択される元素を0.1~20%含有させることで、より一層の耐食性の向上を見込むことができる。また、Zn系めっき層は酸化物が分散したものでもよく、SiO2またはAl2O3のナノ粒子を0.1~10%含有するものが例示される。
Cは、鋼組織としてマルテンサイトなどを形成させることで強度を向上させる。1470MPa級を超えるような強度を得るためには、C量は、0.20%以上が好ましい。一方、0.50%を超えるとスポット溶接部の靱性が低下する。したがって、C量は0.50%以下とすることが好ましい。
Siは鋼を強化して良好な材質を得るのに有効な元素である。そのためには0.1%以上が好ましい。一方、Si量が0.5%を超えるとフェライトが安定化されるため、焼き入れ性が低下する。したがって、Si量は0.5%以下とすることが好ましい。
Mnは冷却後の強度確保を広い冷却速度範囲で得るために有効な元素である。機械特性や強度を確保するためはMn量を1.0%以上含有させることが好ましい。一方、Mn量が3.0%を超えると、コストが上昇するばかりでなく効果は飽和する。したがって、Mn量は3.0%以下とすることが好ましい。
P量が0.02%を超えると鋳造時のオーステナイト粒界へのP偏析に伴う粒界脆化により、局部延性の劣化を通じて強度と延性のバランスが低下する。したがって、P量は0.02%以下とすることが好ましい。また、P量を0.001%以下とすると、前記強度と延性のバランスの改善効果が飽和し、精錬コスト増となるのみであることから、精錬コストの点で、P量は0.001%以上とすることが好ましい。
SはMnSなどの介在物となって、耐衝撃性の劣化や溶接部のメタルフローに沿った割れの原因となる。したがって、極力低減することが望ましく、S量は、0.01%以下とすることが好ましい。また、良好な伸びフランジ性を確保するため、S量は、より好ましくは0.005%以下とする。また、精錬コストの点で、S量は0.001%以上とすることが好ましい。
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%以下とすることが好ましい。また、精錬コストの点で、Al量は0.0001%以上とすることが好ましい。
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%以下とすることが好ましい。また、精錬コストの点で、N量は0.0001%以上とすることが好ましい。
Nbは鋼の強化に有効な成分であるが、過剰に含まれると形状凍結性が低下する。したがって、Nbを含有させる場合は、Nb量は0.05%以下とすることが好ましい。また、精錬コストの点で、Nb量は0.0001%以上とすることが好ましい。
TiもNbと同様に鋼の強化には有効であるが、過剰に含まれると形状凍結性が低下するという課題がある。したがって、Tiを含有させる場合は、Ti量は0.05%以下とすることが好ましい。また、精錬コストの点で、Ti量は0.0001%以上とすることが好ましい。
Bはオーステナイト粒界からのフェライト生成および成長を抑制する作用を有するため、B量は0.0002%以上の含有が好ましい。一方、過剰なBの含有は成形性を大きく損なう。したがって、Bを含有させる場合は、B量は0.0002%以上とすることが好ましい。また、0.005%以下とすることが好ましい。
Crは鋼の強化および焼き入れ性を向上させるために有用である。このような効果を発現するためには、Cr量は0.1%以上の含有が好ましい。一方、合金コストが高いためCr量を0.3%超えで含有すると大幅なコストアップを招く。したがって、Crを含有させる場合は、Cr量は0.1%以上とすることが好ましい。また、Cr量は0.3%以下とすることが好ましい。
Sbはめっき用原板の焼鈍工程で、鋼板表層の脱炭を抑止する効果がある。このような効果を発現するためには0.003%以上の含有が必要である。一方、Sb量が0.03%を超えると圧延荷重の増加を招くため生産性を低下させる。したがって、Sbを含有させる場合は、Sb量は0.003%以上が好ましい。また、Sb量は0.03%以下とすることが好ましい。
本発明の熱間プレス用鋼板の製造条件については特に規定しないが、以下に望ましい製造条件について説明する。前述したような成分の鋼を鋳造し、得られた熱片スラブを直接または加熱した後、あるいは冷片を再加熱して熱間圧延を施す。その際、熱片スラブを直接圧延することと再加熱後に圧延することでの特性変化はほとんど認められない。また、再加熱温度は特に限定しないが、生産性を考慮して1000℃から1300℃の範囲とすることが好ましい。熱間圧延は通常の熱延工程、あるいは仕上圧延においてスラブを接合し圧延する連続化熱延工程のどちらでも可能である。熱間圧延の際の圧延終了温度は生産性や板厚精度を考慮してAr3変態点以上とすることが望ましい。熱間圧延後の冷却は通常の方法で行うが、その際の巻取温度は生産性の観点からは550℃以上とすることが好ましく、また、巻取温度が高すぎる場合には酸洗性が劣化するため750℃以下とすることが望ましい。酸洗、冷間圧延は常法でよい。
本発明において、鋼板の両面に、Zn系めっき層を備え、鋼板の一方の面のZn付着量が5~35g/m2であり、鋼板のもう一方の面のZn付着量が40~120g/m2である熱間プレス用鋼板に対して、室温からAc3変態点~1000℃の温度範囲に5秒以上600秒以下の時間で昇温し、さらに、Ac3変態点~1000℃の温度範囲に300秒以下の時間保持した後、熱間プレスすることにより、所望の熱間プレス部材を得ることができる。
Ac3変態点(℃)=910-203C1/2+44.7Si-4Mn+11Cr
上記式における元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味し、当該元素が含有されていない場合にはゼロとする。
硫酸亜鉛・7水和物115g/L、硫酸ニッケル・6水和物230g/L、硫酸ナトリウム55g/LからなるpH1.4、浴温50℃のめっき浴中で電流密度を10~100A/dm2、通電時間5~60秒と変化させて電気めっき処理を施すことで、表1-1に示す鋼板No.1~18の、Ni含有率12%で、Zn付着量の異なるZn-Ni系合金めっき層を形成させた。また、硫酸亜鉛・7水和物200g/L、硫酸ナトリウム55g/LからなるpH1.4、浴温50℃のめっき浴中で電気めっき処理を施すことで、表1-1に示す鋼板No.19、20のZn系めっき層を形成させた。鋼板の表面と裏面で付着量の異なるZn系めっき層は、面ごとに電流密度を変化させることにより得た。なお、熱間プレス用鋼板の表面のZn系めっき層のZn付着量は、評価対象とする熱間プレス用鋼板を打抜き加工して、48mmφの試料3つを採取し、各試料を計量する。その後、各試料においてZn付着量を評価する片面とは反対側の非評価面をマスキングする。その後、ヘキサメチレンテトラミン3.5gを添加した500mLの35%塩酸水溶液を1Lにメスアップした溶液に、各試料を10分間浸漬することにより、Zn系めっき層を溶解し、各試料を再度計量する。めっき層を溶解した上記の塩酸溶液試料中の金属成分を、誘導結合プラズマ発光分析法(ICP-AES)により定量し、熱間プレス用鋼板のめっき付着量ならびにZn付着量を同定した。
冷延鋼板を、溶融めっき設備によって、溶融Zn-Al(-Mg)系めっき浴中に浸漬し、その後N2ガスワイピングを行って、表1-1の水準No.21~27の熱間プレス用Zn-Al系めっき鋼板を作製した。鋼板の表面と裏面で付着量の異なるZn系めっき層は、ワイピングガスの流量を面ごとに調整することにより得た。表1-1の水準No.23、24については、溶融Zn-Alめっきを付与した熱間プレス用鋼板に対し、通電加熱装置で鋼板を500℃まで加熱することによる合金化処理を施すことで作製した。なお、熱間プレス用鋼板の表面のZn系めっき層のZn付着量は、評価対象とする熱間プレス用鋼板を打抜き加工して、48mmφの試料3つを採取し、各試料を計量する。その後、各試料においてZn付着量を評価する片面とは反対側の非評価面をマスキングする。その後、ヘキサメチレンテトラミン3.5gを添加した500mLの35%塩酸水溶液を1Lにメスアップした溶液に、各試料を10分間浸漬することにより、Zn系めっき層を溶解し、各試料を再度計量する。めっき層を溶解した上記の塩酸溶液試料中の金属成分を、誘導結合プラズマ発光分析法(ICP-AES)により定量し、熱間プレス用鋼板のめっき付着量ならびにZn付着量を同定した。
次いで、上記のめっき処理により得られた熱間プレス用鋼板から100mm×200mmの試験片を採取し、電気炉もしくは通電加熱によって加熱処理を行った。熱処理条件(加熱温度、昇温時間、保持温度、保持時間)を表1-2に示す。熱処理後の試験片を電気炉または通電加熱炉から取り出し、直ちにハット型金型を用いて成形開始温度700℃で熱間プレスを行うことにより熱間プレス部材を得た。なお、得られた熱間プレス部材の形状は上面の平坦部長さ100mm、側面の平坦部長さ50mm、下面の平坦部長さ50mmである。また、金型の曲げRは上面の両肩、下面の両肩いずれも7Rである。
得られた熱間ブレス部材について、めっき付着量、Zn付着量および平均線粗さRaを測定し、皮膜構造を評価した。熱間プレス部材のめっき付着量、Zn付着量は、以下の方法で求めるものとする。評価対象とする熱間プレス部材を打抜き加工して、48mmφの試料3つを採取し、各試料を計量する。その後、各試料においてZn付着量を評価する片面とは反対側の非評価面をマスキングする。その後、重クロム酸アンモニウム20gを1Lにメスアップした溶液に、各試料を60分間浸漬することにより、酸化物層のみを溶解させた。その後、ヘキサメチレンテトラミン3.5gを添加した500mLの35%塩酸水溶液を1Lにメスアップした溶液に、各試料を10分間浸漬することにより、Zn系めっき層を溶解し、各試料を再度計量する。めっき層を溶解した上記の塩酸溶液試料中の金属成分を、誘導結合プラズマ発光分析法(ICP-AES)により定量し、熱間プレス部材のめっき付着量およびZn付着量を同定した。
熱間プレス部材の抵抗スポット溶接性を評価するため、得られた熱間プレス部材について、上面の平坦部から30mm×50mmの試験片を切り出し、同種の2枚板組で、抵抗スポット溶接性を行った。溶接機には交流抵抗スポット溶接機を用い、電極にはDRφ16タイプ 先端径6mm Cr-Cu電極を用いた。加圧力は3.5kN、通電時間は0.42秒とした。溶接電流は3.0kAよりチリが発生するまで0.1kA刻みで上昇させ、チリの発生しない最大の電流値を記録した。溶接後の試験片の溶接部の断面観察よりナゲット径を測定し、板厚t(mm)に対してナゲット径が4√t(mm)以上となる最小の電流と、チリの発生しない最大の電流値の差を、溶接の適正電流範囲とした。適正電流範囲を以下の基準で以下の基準で判定を行い、◎または○を合格とした。評価結果を表1-2に示す。
◎:1.5kA≦適正電流範囲
○:0.8kA≦適正電流範囲<1.5kA
×:0.8kA>適正電流範囲
また、5°の打角を設け、その他の条件は上記と同様に同種の2枚板組で溶接を行い、ナゲット内に生じたクラックの最大長さを断面から測定することにより、溶接部LME割れ長さとした。溶接部LME割れ長さを以下の基準で判定を行い、〇を合格とした。評価結果を表1-2に示す。
〇:20μm≧溶接部LME割れ長さ
△:100μm≧溶接部LME割れ長さ>20μm
×:100μm<溶接部LME割れ長さ
<塗装後耐食性>
熱間プレス部材の塗装後耐食性を評価するため、得られた熱間プレス部材について、上面の平坦部から70mm×150mmの試験片を切り出し、この試験片に対してジルコニウム系化成処理および電着塗装を施した。ジルコニウム系化成処理は、日本パーカライジング社製PLM2100を用いて標準条件で行い、電着塗装は関西ペイント社製カチオン電着塗料エレクトロンGT100を用いて塗装膜厚が10μmとなるように行い、焼付け条件は170℃で20分間保持とした。次いで、ジルコニウム系化成処理および電着塗装を施した熱間プレス部材を腐食試験(SAE-J2334)に供し、30サイクル後の腐食状況の評価を行った。
クロスカットを施していない一般部については、以下の基準で判定を行い、◎または○を合格とした。評価結果を表1-2に示す。
◎:一般部における赤錆発生なし
○:1箇所≦赤錆発生箇所<3箇所
△:3箇所≦赤錆発生箇所<10箇所
×:10箇所≦赤錆発生箇所
クロスカット部(疵部)については、クロスカットからの片側最大膨れ幅を測定して以下の基準で判定を行い、◎または○を合格とした。評価結果を表1-2に示す。
◎:片側最大膨れ幅<1.5mm
○:1.5mm≦片側最大膨れ幅<3.0mm
△:3.0mm≦片側最大膨れ幅<4.0mm
×:4.0mm≦片側最大膨れ幅
Claims (3)
- 鋼板の両面に、Zn系めっき層を備えた熱間プレス部材であって、
鋼板の一方の面のZn系めっき層のZn付着量が5~35g/m2であり、かつZn系めっき層表面の平均線粗さRaが2.5μm以下であり、
鋼板のもう一方の面のZn系めっき層表面の平均線粗さRaが3.5μm以上である、熱間プレス部材。 - 鋼板の両面に、Zn系めっき層を備えた熱間プレス用鋼板であって、鋼板の一方の面のZn系めっき層のZn付着量が5~35g/m2であり、鋼板のもう一方の面のZn系めっき層のZn付着量が40~120g/m2であり、請求項1に記載の熱間プレス部材に用いられる、熱間プレス用鋼板。
- 鋼板の両面に、Zn系めっき層を備え、鋼板の一方の面のZn系めっき層のZn付着量が5~35g/m2であり、鋼板のもう一方の面のZn系めっき層のZn付着量が40~120g/m2である熱間プレス用鋼板を、室温からAc3変態点~1000℃の温度範囲に5秒以上600秒以下の時間で昇温し、さらに、Ac3変態点~1000℃の温度範囲に300秒以下の時間保持した後、熱間プレスする、請求項1に記載の熱間プレス部材の製造方法。
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