JP7425391B1 - ホットスタンプ用重ね合わせブランク、及び、重ね合わせホットスタンプ成形体 - Google Patents

ホットスタンプ用重ね合わせブランク、及び、重ね合わせホットスタンプ成形体 Download PDF

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Abstract

Figure 0007425391000001
【課題】Al系めっき鋼板を素材として用いた場合に、重ね合わせ部の昇温速度が遅いことと、重ね合わせ部と一枚部との昇温速度の差があることの両者を改善すること。
【解決手段】本発明に係るホットスタンプ用重ね合わせブランクは、板厚t1の第一のAl系めっき鋼板と、前記第一の鋼板上に重ね合わされて溶接された、前記第一の鋼板よりも面積が小さく、かつ、前記第一のAl系めっき鋼板と接しない側のAl系めっき層の上層として、炭素系黒色皮膜を有する、板厚t2の第二のAl系めっき鋼板とを備える、ホットスタンプ用重ね合わせブランクであって、式(1)~式(5)満足するものである。
【選択図】図3

Description

本発明は、ホットスタンプ用重ね合わせブランク、及び、重ね合わせホットスタンプ成形体に関する。
近年、自動車用鋼板の用途において、高強度と高成形性とを両立する鋼板が望まれている。高強度と高成形性とを両立する鋼板に対応するものの1つとして、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 Plasticity)鋼がある。このTRIP鋼により、成形性の優れた1000MPa級程度の強度を有する高強度鋼板を製造することは可能である。しかしながら、TRIP鋼の技術を用い、更に高強度(例えば1500MPa以上)を有する超高強度鋼で成形性を確保することは困難であり、更には、成形後の形状凍結性が悪く成形品の寸法精度が劣るという問題がある。
上記のような、室温付近で成形する工法(いわゆる冷間プレス工法)に対し、最近注目を浴びている工法が、ホットスタンプ(ホットプレス、熱間プレス、ダイクエンチ、プレスクエンチ等とも呼称される。)である。このホットスタンプは、鋼板をAc3点以上(例えば800℃以上)まで加熱してオーステナイト化した直後に熱間でプレスすることによって成形性を確保させ、下死点保持の間に金型でMs点以下(例えば400℃以下)まで急冷することで材料をマルテンサイト化させて焼き入れることで、プレス後に所望の高強度の材質を得る部品の製造方法である。本工法によれば、成形後の形状凍結性にも優れた自動車用部品を得ることができる。
一方で、自動車の車体を構成する部品に用いられる各種のプレス成形体には、静的強度、動的強度、衝突安全性、更には軽量化等の様々な観点から、多様な性能や特性の向上が要求されている。例えば、Aピラーレインフォース、Bピラーレインフォース、バンパーレインフォース、トンネルリンフォース、サイドシルレインフォース、ルーフレインフォース又はフロアークロスメンバー等の自動車部品には、それぞれの自動車部品における特定部位だけが、この特定部位を除く一般部位よりも耐衝突特性を有することが要求される。
そこで、自動車部品における補強が必要な特定部位に相当する部分だけに複数枚の鋼板を重ね合わせて溶接した後、得られた鋼板をホットスタンプ成形して、重ね合わせホットスタンプ成形体を製造する工法が、2007年頃より実際に採用されている(特許文献1及び特許文献2を参照。)。この工法によれば、プレス金型数を削減しながら重ね合わせホットスタンプ成形体の特定部位だけを部分的に強化することができ、かつ、不必要に部品厚を増加することが無いために部品軽量化にも寄与できる。なお、このように重ね合わせて溶接することで作製したブランクを、重ね合わせブランクと呼ぶ(パッチワークブランクとも呼ばれる。)。
重ね合わされる鋼板が非めっき鋼板である場合、熱間プレス成形に伴う高温加熱によって、製造される重ね合わせ熱間プレス部材の表面に酸化スケールが生成する。そのため、熱間プレス成形後に、例えばショットブラスト処理によって生成した酸化スケールを除去する必要が生じたり、あるいは、製造された重ね合わせ熱間プレス部材の耐食性が低下し易かったりするといった問題がある。更に、重ね合わせブランクの素材として非めっき鋼板を用いた場合の特有の問題として、重ね合わされていない部分(以下、「一枚部」とも称する。)はショットブラスト処理が可能なものの、重ね合わされた部分(以下、「重ね合わせ部」とも称する。)の鋼板の間に形成された酸化スケールはショットブラスト処理での除去が困難であり、耐食性が特に低下し易いという問題がある。
重ね合わされる鋼板がめっき鋼板であれば、熱間プレス成形後の重ね合わせ熱間プレス部材にショットブラスト処理を行う必要性は解消される。ホットプレス用として用いられるめっき鋼板としては、一般に、Zn系めっき鋼板とAl系めっき鋼板とが挙げられる。Zn系めっき及びAl系めっきのいずれについても、Feがめっき中に拡散する合金化反応によって、ホットスタンプ加熱後に、Zn系めっきはZn-Fe系めっきとなり、Al系めっきはAl-Fe系めっきとなる。
特許文献2及び特許文献3に示すように、Zn系めっき鋼板(即ち、Znを50質量%以上含有するめっき鋼板(Znめっき、又は、Zn-Fe合金、Zn-Ni合金、Zn-Fe-Al合金などのZn系合金めっき))は、酸化スケールの生成を抑制し、ショットブラスト処理が必要となるという問題は解消される。しかしながら、重ね合わせブランク素材としてZn系めっき鋼板を用い、ホットスタンプ成形時に重ね合わせ部に曲げ成形を施す場合、地鉄に亀裂が生じて、耐衝突特性に問題が生じる場合がある。これは、比較的低融点である亜鉛が残存する場合、Znが液体金属となってめっき表面から地鉄に侵入するためであり、いわゆる液体金属脆化と呼ばれる問題によるものである。なお、曲げ成形は、耐衝突特性を形状の面から確保する手段であり、重ね合わせ部に曲げ成形を施すことは、極めて重要な重ね合わせ成形体の利用方法である。
特許文献2及び特許文献3に示すように、Zn系めっき鋼板をホットスタンプとして用いる場合に採られる液体金属脆化の対策として、一般的には、ホットスタンプ加熱時にZn-Fe合金化反応を進めてめっきを高融点化する対策、及び、ホットスタンプの曲げ成形時の成形温度を下げて亜鉛が固体化するのを待つ対策が挙げられる。しかしながら、重ね合わせブランクの素材として亜鉛系めっき鋼板を用いた場合の特有の問題として、重ね合わせ部の板厚が一枚部より厚いために昇温速度が遅く、ホットスタンプ加熱時にZn-Fe合金化反応を進行させることが困難であるという問題がある。更には、ホットスタンプ成形時の成形温度について、重ね合わせ部の板厚が一枚部より厚いため、冷却速度も遅く、重ね合わせ部が冷めるのを待つと一枚部が早く冷めてしまい、マルテンサイト組織を確保できない問題も存在する。また、一枚部では、Znは酸化亜鉛の膜となりZnの蒸発を抑制するが、重ね合わせ部の鋼板の間の雰囲気では酸素の欠乏が起こるためにZnが蒸発し、重ね合わせ部の耐食性の低下、液体金属脆化の問題が更に大きくなる。
特許文献4に示すようなAl系めっき鋼板(即ち、Alを50質量%以上含有するめっき鋼板(Alめっき、又は、Al-Si合金、Al-Fe-Si合金などのAl系合金めっき))では、Znと同様に酸化スケールの生成を抑制するため、ショットブラスト処理が必要となるという問題は解消され、更には、Znに比べ高融点であるAlでは、液体金属脆化の問題を起こさない。そのため、Al系めっき鋼板は、重ね合わせブランクの素材として用いるには好適である。
そこで、本発明者らは、近年、重ね合わせブランク用のAl系めっき鋼板や、Al系めっき鋼板を用いた重ね合わせブランクについて、鋭意検討を行い、様々な提案を行っている(例えば、以下の特許文献5~特許文献8を参照。)。
特開2011-88484号公報 特許6178301号公報 特開2016-124029号公報 国際公開第2002/103073号 国際公開第2019/194308号 特開2011-149084号公報 国際公開第2010/005121号 国際公開第2021/172379号
しかしながら、重ね合わせブランクの素材として、特許文献4に開示されているようなAl系めっき鋼板を用いた場合の特有の問題として、ホットスタンプの加熱の際に重ね合わせ部の昇温速度が遅いこと、及び、重ね合わせ部と重ね合わされていない部分(一枚部)との昇温速度に差があることにより、ホットスタンプの部品生産性が低下する問題、並びに、スポット溶接性の問題が生じる。
すなわち、重ね合わせ部をオーステナイト化温度以上に達するように、加熱時間を長くする必要があり、部品の生産性が低下するという問題がある。特に、Al系めっきが無い鋼板の場合(すなわち鋼板表面がFeの場合)、Feが酸化して黒色を帯び、Zn系めっきの場合は、Al系めっきと比較して容易にZn-Feの合金化反応が進行して金属光沢が消失し、黒色を帯びる。これら鋼板に対して、Al系めっき鋼板では、銀白色の金属光沢を持った表面であることに加え、Al系めっきが耐酸化性に優れるため、金属光沢が加熱中も長く維持されることにより、昇温速度が遅くなる。その結果、ホットスタンプの部品生産性が低下する問題が生じ易い。
また、特許文献3に記載されているように、ホットスタンプの加熱で進行するAl系めっき鋼板のめっきにおけるAl-Fe合金化反応は、めっきのスポット溶接性に重要である。ここで、ホットスタンプの加熱時間を長くした場合、鋼板の一枚部において、過剰にAl-Fe合金化反応が進行し、Fe濃度の高いAl-Fe系合金めっき層が形成されてしまう。その結果、更なる問題として、鋼板の一枚部において、スポット溶接性が低下してしまう問題が生じる。
そのため、以上説明したような、地鉄の酸化スケールを抑制し、かつ、液体金属脆化の問題を起こさないために、ホットスタンプ用重ね合わせブランクの素材として用いるには好適であるAl系めっき鋼板に関し、重ね合わせ部の昇温速度が遅いことと、重ね合わせ部と一枚部との昇温速度の差があることの両者を改善する発明によって、ホットスタンプの部品生産性と一枚部のスポット溶接性の問題を解決させることが希求される。このような、ホットスタンプの部品生産性と一枚部のスポット溶接性の問題は、上記特許文献5~特許文献8に記載した技術においても、未だ改良の余地が存在していた。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、Al系めっき鋼板を素材として用いた場合に、重ね合わせ部の昇温速度が遅いことと、重ね合わせ部と一枚部との昇温速度の差があることの両者を改善することが可能な、ホットスタンプ用重ね合わせブランク、及び、重ね合わせホットスタンプ成形体を提供することにある。
本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、Al系めっき鋼板の表面のJIS Z 8781-4に定める明度Lに着目した結果、明度は低いほど、Al系めっき鋼板のホットスタンプの加熱の昇温速度が増加することを確認した。これは、明度は、低い値を示すほど、Al系めっき鋼板の表面が黒色化していることを示唆することから、熱を吸収し易い特性が得られているためと考えられる。特に、パッチワークの重ね合わせ部の昇温速度が遅いことを改善するには、重ね合わせ部の板厚(すなわち、2枚の鋼板の板厚の合計)に対し、相対的に重ね合わせ部の明度を下げることが重要であることを見出した。更に、重ね合わせ部と一枚部との昇温速度の差があることを改善するには、重ね合わせ部と一枚部のそれぞれの明度に差を設けることが重要であること(すなわち、板厚の厚い重ね合わせ部では、表面の明度を低くし、一枚部では、逆に表面の明度を高くすること)が重要であることを見出した。
また、Al系めっき鋼板を用いることで、銀白色の金属光沢を持った表面に起因して、高い明度を得ることが出来ること、更に、Al系めっき層の厚みを大きくすることで、めっきの合金化が表面まで到達することで生じるめっき表面の黒色化を抑制することができ、ホットスタンプの加熱中でも高い明度を維持できることを見出した。
また、Al系めっき鋼板の上層に炭素系黒色皮膜を用いることで、明度を下げることが出来ることを見出した。特に、炭素系黒色皮膜は、ホットスタンプの加熱中の酸化反応によって燃焼することで焼失されるため、炭素系黒色皮膜が残存することによる重ね合わせホットスタンプ成形部品のスポット溶接性の低下を抑制できることを見出した。
上記知見に基づき完成された本発明の要旨とするところは、以下の通りである。
[1]板厚t1の第一のAl系めっき鋼板と、前記第一のAl系めっき鋼板上に重ね合わされて溶接された、前記第一のAl系めっき鋼板よりも面積が小さく、かつ、前記第一のAl系めっき鋼板と接しない側のAl系めっき層の上層として、炭素系黒色皮膜を有する、板厚t2の第二のAl系めっき鋼板と、を備える、ホットスタンプ用重ね合わせブランクであって、下記式(1)~式(5)満たす、ホットスタンプ用重ね合わせブランク。
14.0≦(L1-L2)×(W1/W2)≦32.0 ・・・ 式(1)
0.86≦{t1/(t1+t2)}×(L1/L2) ・・・ 式(2)
20≦W1a≦120 ・・・ 式(3)
20≦W1b≦120 ・・・ 式(4)
20≦W2b≦120 ・・・ 式(5)
ここで、
W1=0.5×(W1a+W1b)
W2=0.5×(W1b+W2b)
1=0.5×(L1a+L1b)
2=0.5×(L1b+L2b)
W1a:第一のAl系めっき鋼板の第二のAl系めっき鋼板と接する側の表面のAl系めっき層の付着量
W1b:第一のAl系めっき鋼板の第二のAl系めっき鋼板と接しない側の表面のAl系めっき層の付着量
W2b:第二のAl系めっき鋼板の第一のAl系めっき鋼板と接しない側の表面のAl系めっき層の付着量
1a:第一のAl系めっき鋼板の第二のAl系めっき鋼板と接する側の表面の明度L
1b:第一のAl系めっき鋼板の前記第二のAl系めっき鋼板と接しない側の表面の明度L
2b:第二のAl系めっき鋼板の第一のAl系めっき鋼板と接しない側の表面の明度L
である。
なお、t1及びt2の単位はmmであり、W1a、W1b、W2a及びW2bの単位はg/mである。
[2]下記の式(6)を満たす、[1]に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
14.0≦(L1-L2)×(W1/W2)≦30.0 ・・・ 式(6)
[3]前記第一のAl系めっき鋼板は、前記第二のAl系めっき鋼板と接しない側の前記Al系めっき層の上層として、炭素系黒色皮膜を有する、[1]又は[2]に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
[4]前記炭素系黒色皮膜の膜厚は、0.3~10.0μmである、[1]又は[2]に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
[5]前記炭素系黒色皮膜のZn含有量、Ti含有量、Cu含有量及びV含有量の合計が、0.2~3.0g/mである、[1]又は[2]に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
[6]前記Alめっき層の上層に、Zn含有量、Ti含有量、Cu含有量及びV含有量の合計が0.2~3.0g/mである層を更に有する、[1]又は[2]に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
[7]前記炭素系黒色皮膜の窒素含有量は、2~18質量%である、[1]又は[2]に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
[8]板厚T1の第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と、前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板上に重ね合わされて溶接された前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板よりも面積が小さな板厚T2の第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と、を備える、重ね合わせホットスタンプ成形体であって、下記式(7)~式(9)の関係を満たす、重ね合わせホットスタンプ成形体。
25≦K1≦60 ・・・式(7)
25≦K2≦60 ・・・式(8)
0≦(D1-D2)×(K1/K2)≦5.0 ・・・ 式(9)
ここで、
K1:前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板の重ね合わされていない部分において、前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接する側のAl-Fe系合金めっき層のめっき厚と、前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側のAl-Fe系合金めっき層のめっき厚と、の平均値
K2:前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の重ね合わされた部分において、前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側でのAl-Fe系合金めっき層のめっき厚
D1:前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板において、前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接する側の前記Al-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する拡散層の厚さと、前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の前記Al-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する拡散層の厚さと、の平均値
D2:前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側において、前記Al-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する拡散層の厚さ
である。
なお、前記板厚T1及び前記板厚T2の単位は、mmであり、前記K1、前記K2、前記D1及び前記D2の単位は、μmである。
[9]前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板において、前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の面の前記Al-Fe系合金めっき層の上に、Zn含有量、Ti含有量、Cu含有量及びV含有量の合計が0.2~3.0g/mである層が位置し、
更に、前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板において、前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の面の前記Al-Fe系合金めっき層の上に、Zn含有量、Ti含有量、Cu含有量及びV含有量の合計が0~3.0g/mである層が位置する、[8]に記載の重ね合わせホットスタンプ成形体。
以上説明したように本発明によれば、Al系めっき鋼板をホットスタンプ用重ね合わせブランクの素材として用いた場合に、重ね合わせ部の昇温速度が遅いことと、重ね合わせ部と一枚部との昇温速度の差があることの両者を改善し、ホットスタンプ成形体の部品生産性と一枚部のスポット溶接性の問題を解決させることが可能となる。
本発明の実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランク、重ね合わせホットスタンプ成形体の製造方法、及び、重ね合わせホットスタンプ成形体の一例を模式的に示す説明図である。 同実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランクの、母材鋼板の表面にAl系めっき層を有するAl系めっき鋼板の構造を模式的に示す説明図である。 同実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランクの、母材鋼板の表面にAl系めっき層を有し、その上層に炭素系黒色皮膜、又は、選択的に、Zn、Ti、Cu、Vを含有する炭素系黒色皮膜を有するAl系めっき鋼板の構造を模式的に示す説明図である。 同実施形態に関わるホットスタンプ用重ね合わせブランクの、母材鋼板の表面にAl系めっき層を有するAl系めっき鋼板の断面を、ナイタールエッチング後に光学顕微鏡で観察した結果を示す図である。 同実施形態に係る重ね合わせホットスタンプ成形体の、母材鋼板の表面にAl-Fe系合金めっき層を有し、前記Al-Fe系合金めっき層に含まれる、鋼板基材と接する拡散層を有する、Al-Fe系合金めっき鋼板の構造を模式的に示す説明図である。 同実施形態に関わるホットスタンプ成形体の、母材鋼板の表面にAl-Fe系合金めっき層を有するAl-Fe系合金めっき鋼板の断面を、ナイタールエッチング後に光学顕微鏡で観察した結果を示す図である。 同実施形態に係る重ね合わせホットスタンプ成形体の、母材鋼板の表面にAl-Fe系合金めっき層(拡散層を含む。)を有し、その上層にZn、Ti、Cu、Vを有する、Al-Fe系合金めっき鋼板の構造を模式的に示す説明図である。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
図1は、本発明の実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランク、及び、重ね合わせホットスタンプ成形体の一例を模式的に示す説明図である。
本実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランクは、テーラードブランクの一種であり、パッチワークブランクとも呼ばれる。本実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランクは、重ね合わせホットスタンプ成形体の素材として用いられる。
図1に模式的に示すように、本実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランク4は、第一のAl系めっき鋼板1と、第一のAl系めっき鋼板1より面積の小さい第二のAl系めっき鋼板2とを、溶接3することで構成される。このとき、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4の中で、第二のAl系めっき鋼板2が重ね合わされた部分を、重ね合わせ部4aと呼び、重ね合わされていない部分を、一枚部4bと呼ぶ。なお、本実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランク4において、第二のAl系めっき鋼板2は、図1に模式的に示したように、第一のAl系めっき鋼板1からはみ出した部分が存在しないように、第一のAl系めっき鋼板1の外縁部よりも内側に配置されることが好ましい。
また、第一のAl系めっき鋼板1の表面には、第二のAl系めっき鋼板2と接する側の面1aと、第二のAl系めっき鋼板2と接しない側の面1bの両面に対し、Al系めっき層が施されており、第二のAl系めっき鋼板2についても同様に、第一のAl系めっき鋼板1と接する側の面2aと、第一のAl系めっき鋼板1と接しない側の面2bの両面に対し、Al系めっき層が施されている。更に、第二のAl系めっき鋼板2の、第一のAl系めっき鋼板1と接しない側の面2bには、Al系めっき層の上層に、炭素系黒色皮膜(図示せず。)が設けられている。
ホットスタンプ用重ね合わせブランク4では、本実施形態に係る重ね合わせホットスタンプ成形体の製造方法として、加熱炉5でAc3点以上まで加熱されることで、鋼板はオーステナイト化され、炉から取り出した直後に金型6でプレス成形及び急冷されることで、鋼板はマルテンサイト変態する。これにより、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4は、耐衝突特性に優れた本実施形態に係る重ね合わせホットスタンプ成形体12となる。このとき、重ね合わせ部4aの少なくとも一部には、重ね合わせホットスタンプ成形体12となった際に曲げ部8となる部分が存在する。
図1では、重ね合わせホットスタンプ成形体12の一例として、ハット形状の金型を用いた成形品を図示している。ここで、ホットスタンプ成形体12の部位の呼称を、頭頂部7、頭頂部の曲げ部8、縦壁部10、フランジ部11、フランジ部の曲げ部9とする。
なお、図1では、本実施形態に係る第二のAl系めっき鋼板2は、頭頂部7側の外側に配置されているが、第二のAl系めっき鋼板2が頭頂部7の内側に配置されることでも、本発明の目的は達成される。
(1.ホットスタンプ用重ね合わせブランク)
以下、本実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランク4について、詳細に説明する。
上記のように、本実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランク4は、第一のAl系めっき鋼板1と、第一のAl系めっき鋼板1に溶接された、第一のAl系めっき鋼板1より面積の小さい第二のAl系めっき鋼板2と、を有しており、第一のAl系めっき鋼板1及び第二のAl系めっき鋼板2それぞれの両面には、Al系めっきが施されている。すなわち、本実施形態に係る第一のAl系めっき鋼板1及び第二のAl系めっき鋼板2は、母材鋼板の双方の表面上にAl系めっき層を有する、アルミめっき鋼板である。
<母材鋼板>
本実施形態に係るホットスタンプ用重ね合わせブランク4において、第一のAl系めっき鋼板1及び第二のAl系めっき鋼板2のそれぞれにおける母材鋼板の化学組成は、特に限定されるものではない。ただし、例えば1500MPa以上の引張強さ(試験力を9.8107Nとしたときのビッカース硬さ(すなわち、JIS Z2244-1:2020におけるHV1)で400程度以上)を得ることを目的に、化学組成が、質量%で、C:0.19~0.50%、Si:0.01~1.50%、Mn:0.4~2.0%、Cr:0.01~1.00%、Ti:0.001~0.100%、B:0.0005~0.0100%、P:0.100%以下、S:0.100%以下、Al:0~1.000%、N:0.0100%以下、Nb:0~0.100%、Mo、Ni、Cu、Co、W、Sn、V、Sb:それぞれ、0~0.500%、Mg、Ca、Zr、REM、O:それぞれ、0~0.0100%以下、残部Fe及び不純物である母材鋼板を用いることが好ましい。また、上記の化学組成の範囲内で、第一のAl系めっき鋼板1の母材鋼板の化学組成と、第二のAl系めっき鋼板2の母材鋼板の化学組成とは、同一であってもよいし、相違していてもよい。
上記の化学組成を母材鋼板としたAl系めっき鋼板の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、常法の製銑工程、及び、製鋼工程を経て、熱延、酸洗、冷延、ゼンジミア式溶融アルミめっきの工程で製造されたものを、上記のアルミめっき鋼板として利用することができる。
本実施形態において、第一のAl系めっき鋼板1の板厚t1(mm)と、第二のAl系めっき鋼板2の板厚t2(mm)は、選択的に、それぞれ0.5mm以上3.2mm以下であることが好ましい。板厚を0.5mm以上とすることで、熱延、冷延での工程の生産性を所望の状態に保持することが可能となる。また、板厚を3.2mm以下とすることで、ホットスタンプの金型焼き入れ時に冷却速度が低下して焼き入れ性が不足する結果、所望の引張強度が得られなくなる現象を、防止することが可能となる。
なお、第一のAl系めっき鋼板1の板厚t1及び第二のAl系めっき鋼板2の板厚t2は、例えば、JIS B7502:2016に準拠したマイクロメーターを用いて測定することが可能である。また、上記の板厚t1、t2とは、母材鋼板の板厚に加え、両面に設けられたAl系めっき層の厚みをも含んだ板厚とする。
<Al系めっき層>
第一のAl系めっき鋼板1の両面に施されるAl系めっき層の付着量は、第二のAl系めっき鋼板2と接する側の表面1aにおいて、W1a(g/m)であり、第二のAl系めっき鋼板2と接しない側の表面1bにおいて、W1b(g/m)である。また、第二のAl系めっき鋼板2の両面に施されるAl系めっき層の付着量は、第一のAl系めっき鋼板1と接しない側の表面2bにおいて、W2b(g/m)である。ここで、上記W1a、W1b、W2bのいずれにおいても、その値は、それぞれ独立に、片面当たり20g/m以上120g/m以下の範囲内である。つまり、W1a、W1b、及び、W2bは、それぞれ下記の式(3)、式(4)、及び、式(5)を満足する。
20≦W1a≦120 ・・・ 式(3)
20≦W1b≦120 ・・・ 式(4)
20≦W2b≦120 ・・・ 式(5)
ここで、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4における、重ね合わされていない部分(一枚部4b)の平均のAl系めっき層の付着量を、片面当たりW1(g/m)とする。第一のAl系めっき鋼板1において、第二のAl系めっき鋼板2と接している側の表面の片面のAl系めっき層の付着量がW1a(g/m)であり、第二のAl系めっき鋼板2と接していない側の表面の片面のAl系めっき層の付着量がW1b(g/m)であった場合、W1=0.5×(W1a+W1b)となる。また、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4における、重ね合わせ部4aの平均のAl系めっき層の付着量を、片面当たりW2(g/m)とする。第一のAl系めっき鋼板1における、第二のAl系めっき鋼板2と接していない側の表面1bの片面のAl系めっき層の付着量がW1b(g/m)であり、第二のAl系めっき鋼板2における、第一のAl系めっき鋼板1と接していない側の表面の片面のAl系めっき層の付着量がW2b(g/m)であった場合、W2=0.5×(W1b+W2b)となる。
なお、第一のAl系めっき鋼板1において、第二のAl系めっき鋼板2と接する側の表面1a、第二のAl系めっき鋼板2と接しない側の表面1b、及び、第二のAl系めっき鋼板2において、第一のAl系めっき鋼板1と接しない側の表面2bは、製造された重ね合わせブランクがホットスタンプの加熱の際に、熱源に露出する面であり、ホットスタンプにおける加熱時の昇温速度を制御する上で重要な表面となる。
本実施形態に係るAl系めっき層に求められる特性としては、(a)ホットスタンプ加熱時のFeスケールの発生を抑制すること、(b)ホットスタンプ成形時のめっきの滑落(パウダリングとも呼ばれる。)によるめっきの欠けや押し疵を抑制すること、が挙げられる。
パウダリングは、成形時に生じる曲げ部の内側の面でめっきに掛かる圧縮応力や、成形時の金型からの摺動によってめっきに掛かるせん断応力等を原因として発生する。各鋼板におけるAl系めっき層の付着量W1、W2が20g/m未満である場合には、めっきの厚みが薄くなり、Feスケールの抑制が不十分となる問題が生じる。そのため、各Al系めっき鋼板におけるAl系めっき層の付着量W1、W2は、それぞれ独立に、20g/m以上とする。各Al系めっき鋼板におけるAl系めっき層の付着量W1、W2は、それぞれ独立に、好ましくは30g/m以上であり、より好ましくは、好ましくなる順に、35g/m以上、40g/m以上、45g/m以上、又は、50g/m以上である。
一方、各Al系めっき鋼板における片面あたりのめっきの付着量W1、W2が120g/mを超える場合には、パウダリングの抑制が不十分となる問題が生じる。そのため、本実施形態において、各Al系めっき鋼板における片面あたりのめっきの付着量W1、W2は、それぞれ独立に、120g/m以下とする。各Al系めっき鋼板における片面あたりのめっきの付着量W1、W2は、それぞれ独立に、好ましくは110g/m以下であり、より好ましくは、好ましくなる順に、100g/m以下、95g/m以下、90g/m以下である。なお、第二のAl系めっき鋼板2において、第一のAl系めっき鋼板1と接する側の表面におけるAl系めっき層の付着量については、特に規定するものではない。
なお、各Al系めっき鋼板におけるAl系めっき層の厚み(μm)は、めっき付着量(g/m)から概算することができる。各Al系めっき鋼板におけるAl系めっき層の厚み(μm)は、Al系めっき層の化学組成にもよるが、概ね、以下の式(10)により求めることができる。
(めっきの厚み)=(めっき付着量)/3 ・・・ 式(10)
図2は、本実施形態に係るAl系めっき層が母材鋼板の表面に設けられためっき鋼板13の片面側の層構造を、模式的に示したものである。本実施形態に係るAl系めっき層は、溶融めっき法によって製造された場合、Al系めっき層14の母材鋼板15との境界部付近に、アルミ-鉄系(Al-Fe系)合金層(図示せず。)が形成される。
なお、Al系めっきを母材鋼板に処理する方法として一般的な溶融めっき法によれば、溶融アルミめっき浴に母材鋼板を浸漬し、窒素や大気などでガスワイピングすることで付着量が調整されたAl系めっき鋼板を製造することができる。その結果、必然的に、図2のAl系めっき層14と母材鋼板15との界面には、溶融めっき時のFeの溶出により、アルミ-鉄系合金層が形成される。本願明細書では、図2のAl系めっき層14に、アルミ-鉄系合金層も含むものとする。
上記Al系めっき層を形成するための溶融アルミめっき浴の化学組成(つまり、Feを除き、Al系めっき層14の化学組成とほぼ同一である。)は、特に限定されない。ただし、ホットスタンプ加熱時に必要な耐熱性に優れる点で、溶融アルミめっき浴のAlの含有量は、80質量%以上であることが好ましい。また、アルミ-鉄系合金層の厚みの制御が容易な点で、溶融アルミめっき浴のSiの含有量は、2質量%以上であることが好ましい。Siの含有量を2質量%以上とすることで、アルミ-鉄系合金層が厚くなり過ぎて成形性が低下することを、防止することが可能となる。一方、溶融アルミめっき浴のSiの含有量を15質量%以下とすることで、ホットスタンプ加熱時の合金化反応が遅くなりホットスタンプの生産性が低下することを、防止することが可能となる。
溶融アルミめっき浴がSiを2質量%以上15質量%以下含有する場合、かかるめっき浴を用いて形成されるAl系めっき層14には、状態図に基づいてAlとSiの共晶組織が形成される。溶融めっき法による場合、不可避的に母材鋼板からの溶出成分としてFeを1質量%以上5質量%以下含むことがある。他の不可避的不純物としては、溶融めっき設備の溶出成分や溶融アルミめっき浴のインゴットの不純物に起因したCr、Mn、Zn、V、Ti、Sn、Ni、Cu、W、Bi、Mg、Caなどの元素が挙げられ、これらの元素を1質量%未満含むことがある。
すなわち、本実施形態に係るAl系めっき層14の化学組成(平均化学組成)は、質量%で、Al:80~97%、Si:2~15%、Fe:1~15%、Cr:0%以上1%未満、Mo:0%以上1%未満、Zn:0%以上1%未満、V:0%以上1%未満、Ti:0%以上1%未満、Sn:0%以上1%未満、Ni:0%以上1%未満、Cu:0%以上1%未満、W:0%以上1%未満、Bi:0%以上1%未満、Mg:0%以上1%未満、Ca:0%以上1%未満を含有し、残部は不純物であるめっき層であってもよい。ここで、前述の通り、溶融アルミめっき浴では、不可避的にFeを1質量%以上5質量%以下含むことがあるのに対し、Al系めっき層にはアルミ-鉄系合金層が形成されるため、Feの割合が高まる。そのため、Al系めっき層14の化学組成はFe:1~15%であっても良い。
上記アルミ-鉄系合金層の金属組織としては、AlとFeの2元合金であるθ相(FeAl)、η相(FeAl)、ζ相(FeAl)、FeAl、FeAl、Al固溶系のBCC相(α2、α)などが挙げられ、これらのめっき相の組み合わせでアルミ-鉄系合金層が構成される。Siを含有する場合のアルミ-鉄系合金層の金属組織としては、τ1相(AlFeSi)、τ2相(AlFeSi)、τ3相(AlFeSi)、τ4相(AlFeSi)、τ5相(AlFeSi)、τ6相(AlFeSi)、τ7相(AlFeSi)、τ8相(AlFeSi)、τ10相(AlFe1.7Si)、τ11相(AlFeSi)などが挙げられ(ただし、各相は化学量論的な組成にならない場合がある。)、アルミ-鉄系合金層の金属組織は、主としてτ5相、又は、θ相で構成されることが多い。
また、上記Al系めっき層の片面当たりの付着量は、予め一方の面のAl系めっき層をシールで保護した上で、JIS G 3314:2019 JB.3の方法(水酸化ナトリウム-ヘキサメチレンテトラミン・塩酸剥離重量法)を用いて測定する。
<明度>
以下では、図1を参照しながら、本発明で重要な、明度について説明する。かかる明度は、JIS Z8781-4:2013の3.3に規定された、CIE1976明度指数L(CIE 1976 lightness)であり、以下、単に「明度」又は「明度L」という。
第一のAl系めっき鋼板1の表面の明度Lについて、第二のAl系めっき鋼板2と接する側の表面1aにおいてL1aと表記し、第二のAl系めっき鋼板2と接しない側の表面1bにおいてL1bと表記するものとする。更に、第二のAl系めっき鋼板2の表面の明度Lについて、第一のAl系めっき鋼板1と接しない側の表面2bにおいてL2bと表記するものとする。その上で、L1=0.5×(L1a+L1b)、L2=0.5×(L1b+L2b)と定義する。この場合に、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4は、以下の式(1)及び式(2)を満足する。なお、第二のAl系めっき鋼板2において、第一のAl系めっき鋼板1と接する側の表面2aにおけるAl系めっき層の表面の明度については、特に規定するものではない。
14.0≦(L1-L2)×(W1/W2)≦32.0 ・・・ 式(1)
0.86≦{t1/(t1+t2)}×(L1/L2) ・・・ 式(2)
ここで、L1とは、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4における、重ね合わされていない部分(一枚部4b)の平均のAl系めっき層の表面の明度を、意味している。また、L2とは、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4における、重ね合わせ部4aの平均のAl系めっき層の表面の明度を、意味している。
[(L1-L2)×(W1/W2):14.0以上32.0以下]
明度は、その値が低いほど、アルミめっき鋼板のホットスタンプ時の加熱における昇温速度が増加する。これは、明度は、その値が低いほど、アルミめっき鋼板の表面が黒色化していることを示唆することから、熱を吸収し易い特性が得られるためと考えられる。すなわち、本実施形態において、明度は、ホットスタンプ時の加熱における昇温速度を評価するための指標として用いられる。特に、重ね合わせ部と一枚部との昇温速度の差があることを改善するには、重ね合わせ部の明度と、一枚部の明度とに差を設け、(L1-L2)を大きくすることが重要であること(すなわち、板厚の厚い重ね合わせ部では、表面の明度を低くし、一枚部では、逆に表面の明度を高くすることが重要であること)を見出した。
更に、Al系めっき鋼板を用いることで、銀白色の金属光沢を持った表面に起因して、高い明度を得ることが出来ること、及び、Al系めっき層の厚み(Al系めっき層の付着量と考えることもできる。)を大きくすることで、めっきの合金化が表面まで到達することで生じるめっき表面の黒色化を抑制することができ、ホットスタンプの加熱中でも高い明度を維持できること、をそれぞれ見出した。すなわち、一枚部4bのAl系めっき層の付着量W1と、重ね合わせ部4aのAl系めっき層の付着量W2との比、(W1/W2)を大きくすることが重要である。また、Al系めっき鋼板の上層に炭素系黒色皮膜を用いることで、明度を下げることが出来る。このように、Al系めっき鋼板に用いるAl系めっき層と、炭素系黒色皮膜とを適切に制御することで、明度を所望の値に調整することが可能である。
以上より、重ね合わせ部と一枚部との昇温速度の差があることを改善するには、明度と付着量とが互いに関係するため、(L1-L2)と(W1/W2)との積を、ある範囲に制御することが重要である。
(L1-L2)×(W1/W2)の値が14.0未満である場合には、ホットスタンプ時の加熱における昇温速度の改善が十分ではなく、更に、重ね合わせ部と一枚部との昇温速度の差が十分に改善されずに、重ね合わせホットスタンプ成形体のスポット溶接性が低下する。そのため、(L1-L2)×(W1/W2)の値を、14.0以上とする。(L1-L2)×(W1/W2)の値は、好ましくは16.0以上であり、より好ましくは18.0以上である。
また、(L1-L2)×(W1/W2)の値が32.0を超える場合には、ホットスタンプ時の加熱における昇温速度の改善が飽和することに加え、面積として大きな第一のAl系めっき鋼板1のAl系めっき層の付着量W1が多くなり、ホットスタンプの成型時のめっきのパウダリング性が低下する。そのため、(L1-L2)×(W1/W2)の値を32.0以下とする。(L1-L2)×(W1/W2)の値は、好ましくは31.0以下であり、より好ましくは30.0以下、29.0以下、28.0以下、27.0以下、又は、26.0以下である。
[{t1/(t1+t2)}×(L1/L2):0.86以上]
明度は、その値が低いほど、アルミめっき鋼板のホットスタンプ時の加熱における昇温速度が増加する。これは、明度は、その値が低いほど、アルミめっき鋼板の表面が黒色化していることを示唆することから、熱を吸収し易い特性が得られるためと考えられる。特に、パッチワークの重ね合わせ部の昇温速度が遅いことを改善するには、重ね合わせ部の板厚(すなわち第一のAl系めっき鋼板1の板厚t1と第二のAl系めっき鋼板2の板厚t2の合計t1+t2)に対し、相対的に重ね合わせ部の明度を下げることが重要である。上記式(2)では、板厚の比t1/(t1+t2)のべき数が1であるのに対し、明度の比(L1/L2)のべき数は2となっている。このことから、本発明においては、明度の比(L1/L2)が、板厚の比t1/(t1+t2)よりも重要な位置づけであることがわかる。
更に、重ね合わせ部と一枚部との昇温速度の差があることを改善するには、板厚の厚い重ね合わせ部では、表面の明度を低くし、一枚部では、逆に表面の明度を高くすることが重要である。
すなわち、第一のAl系めっき鋼板1の板厚t1と、第二のAl系めっき鋼板2の板厚t2から求まる、重ね合わせ部の板厚(t1+t2)と、一枚部の板厚t1との比t1/(t1+t2)に対し、重ね合わせ部の明度L2と、一枚部の明度L1との比(L1/L2)の2乗が、0.86以上に大きくなることが、パッチワークの重ね合わせ部と一枚部との昇温速度の差の改善には重要である。{t1/(t1+t2)}×(L1/L2)の値が0.86未満である場合、重ね合わせ部の昇温速度の差ができ、スポット溶接性が低下する。{t1/(t1+t2)}×(L1/L2)の値は、高ければ高いほど好ましい。このため、必要に応じて、その下限を、0.90以上、0.94以上、0.98以上、又は、1.02以上としてもよい。ただし、{t1/(t1+t2)}×(L1/L2)の値の上限は特に定めるものではないが、3.00超とする場合には、明度の差を形成することが経済的に困難となる。そのため、{t1/(t1+t2)}×(L1/L2)の値の上限値は、実質的には3.00である。{t1/(t1+t2)}×(L1/L2)の値は、好ましくは2.50以下であり、より好ましくは2.00以下であり、更に好ましくは1.50以下である。
明度の測定方法としては、例えば試験片を50×50mmを切り出し、分光測色計(スガ試験機製SC-T-GV5、正反射光を含む。)を用いて、測定ビームの直径φ15mmで測定することができる。
なお、上記式(1)及び式(2)は、Al系めっき鋼板の板厚及びAl系めっき層の付着量等を変えながら重ね合わせブランクを作製し、実際にホットスタンプを実施して、得られた重ね合わせホットスタンプ成形体を評価するという、一連の検証を行うことで策定したものである。かかる検証では、得られた重ね合わせホットスタンプ成形体のそれぞれについて、重ね合わせ部の昇温速度やスポット溶接性という観点から評価を行い、良好な評価結果を示したものが満たしていた関係性を、実験的に定式化した。
<炭素系黒色皮膜>
図3は、本実施形態に係る母材鋼板15の表面にAl系めっき層14が設けられ、更にその上層に炭素系黒色皮膜17が設けられたAl系めっき鋼板16の片面側の層構造、又は、選択的に、Zn、Ti、Cu、Vを更に含有する炭素系黒色皮膜17が上層に設けられたAl系めっき鋼板16の片面側の層構造を、模式的に示したものである。
第二のAl系めっき鋼板2において、第一のAl系めっき鋼板1と接しない側の表面2bに位置するAl系めっき層の上層には、炭素系黒色皮膜17が設けられる。Al系めっき鋼板では、銀白色の金属光沢を持った表面となるため、高い明度となる。ここで、Al系めっき鋼板の上層に炭素系黒色皮膜を設けることで、明度を下げることが出来る。特に、炭素系黒色皮膜17は、ホットスタンプ時の加熱中の酸化反応によって燃焼することで焼失され、CO等として排出される。その結果、炭素系黒色皮膜17が残存することによる重ね合わせホットスタンプ成形品のスポット溶接性の低下を、抑制できる。
また、銀白色の金属光沢を持ったAl系めっき鋼板の明度を更に増加させる手段としては、例えば、Al系めっき鋼板を600℃程度に加熱することで表面を酸化させることにより、白色化させることが挙げられる。これにより、Al系めっき鋼板の表面の明度を更に増加させることが可能である。
[炭素系黒色皮膜17の膜厚]
炭素系黒色皮膜17の膜厚は、0.3μm以上10μm以下であることが好ましい。炭素系黒色皮膜17の膜厚を0.3μm以上とすることで、明度の増加を抑制して、重ね合わせ部の昇温速度を増加させることが可能となる。炭素系黒色皮膜17の膜厚は、より好ましくは0.3μm以上であり、更に好ましくは0.4μm以上であり、更に一層好ましくは、好ましくなる順に、0.5μm以上、0.6μm以上、0.7μm以上である。一方、炭素系黒色皮膜17の膜厚を10μm以下とすることで、経済性を担保しつつ明度を低下させることが可能となると共に、ホットスタンプの加熱後に皮膜を残存させずにスポット溶接性を担保することが可能となる。炭素系黒色皮膜17の膜厚は、より好ましくは8μm以下であり、更に好ましくは、好ましくなる順に、6μm以下、5μm以下、4μm以下である。
炭素系黒色皮膜17の膜厚は、めっきの断面を光学顕微鏡(例えば面積:100μm×100μm)で観察し(エッチング無し)、図3に示すようにアルミめっき層の上層の皮膜の厚みを測定することを3視野で実施し、3視野それぞれで測定した皮膜の厚みの平均値として求めることができる。このとき、断面から皮膜を電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)で分析し、炭素含有量が30質量%以上の場合、炭素系黒色皮膜であると判断する。黒色の皮膜であることとは、表面からの明度L値が60以下であることから判断する。
[バインダー]
炭素系黒色皮膜17には、Al系めっき層との密着性を高めるためのバインダーとして、選択的に、樹脂を含有することができる。樹脂の種類としては、特に限定されるものではなく、例えば、ポリエチレン樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリアクリル樹脂、ポリメタクリル酸樹脂、ポリエポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリカーボネート樹脂などを挙げることができる。
[炭素系黒色皮膜の窒素含有量]
炭素系黒色皮膜17は、窒素含有量が、2質量%以上18質量%以下であることが好ましい。炭素系皮膜は、一般に、Alめっき上に塗装した場合に、皮膜とめっきとの密着性が低下する。しかしながら、例えば、窒素を含有するポリウレタン樹脂をバインダー成分に用いたり、アンモニアを混合させたりして、窒素の含有量を上げることで、Al系めっき層との密着性を、より一層高めることが出来る。これにより、重ね合わせ部の昇温速度をより一層高めることが出来る。
このようなAl系めっき層との密着性の向上効果は、窒素含有量を2質量%以上とすることで発現させることが可能であるため、炭素系黒色皮膜17の窒素含有量は、2質量%以上であることが好ましい。また、炭素系黒色皮膜17の窒素含有量を18質量%以下とすることで、樹脂の分解反応を抑制して、皮膜の剥離を防止することが可能となる。なお、窒素含有量は、断面から皮膜を電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)で分析し求めることが出来る。
[炭素系黒色皮膜中にZn、Ti、Cu、Vの少なくとも何れか1種類以上含有]
第二の鋼板2の表面に施されたAl系めっき層の、更に上層に位置する炭素系黒色皮膜17に対し、選択的に、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を、合計で0.2g/m以上3.0g/m以下を含有させることが好ましい。ここで示す付着量は、Zn、Ti、Cu、又は、Vとして、単位面積当たりに付着する量を指す。Zn、Ti、Cu、及び、Vは、放射率を向上させることに加え、赤外線吸収が良好な酸化物を構成する元素である。そのため、かかる元素を含有する炭素系黒色皮膜17を設けることで、重ね合わせブランクとして用いる場合に課題となる、昇温速度が遅い重ね合わせ部と、昇温速度が速い一枚部との昇温速度の違いを、抑制することができる。特に、上述の炭素系黒色皮膜17は、ホットスタンプ加熱中に焼失することと比較し、Zn、Ti、Cu、又は、Vは、ホットスタンプ加熱中でも残存する。そのために、かかる元素を含有する炭素系黒色皮膜17は、高温での昇温速度向上に、より一層寄与することができる。また、Zn、Ti、Cu、及び、Vは、金属状態で含有させても、酸化物の状態で含有させても、いずれの状態でもよい。これは、昇温の途中過程でいずれも酸化物となり、放射率向上に寄与するためである。
上記のような昇温速度の違いの抑制効果は、かかる元素の合計付着量を0.2g/m以上とすることで発現させることができる。そのため、炭素系黒色皮膜17におけるかかる元素の合計付着量は、0.2g/m以上であることが好ましい。炭素系黒色皮膜17におけるかかる元素の合計付着量は、より好ましくは、0.4g/m以上であり、更に好ましくは0.6g/m以上である。
一方、炭素系黒色皮膜17におけるかかる元素の合計付着量を3.0g/m以下とすることで、上記のような昇温速度の違いの抑制効果を、飽和させずに発現させることが可能となる。また、Zn、Ti、Cu、又は、Vは、ホットスタンプ加熱後でも残存するものであるが、炭素系黒色皮膜17におけるかかる元素の合計付着量を3.0g/m以下とすることで、ホットスタンプ成形品のスポット溶接性を保持させることが可能となる。炭素系黒色皮膜17におけるかかる元素の合計付着量は、より好ましくは2.8g/m以下であり、更に好ましくは2.6g/m以下である。
Zn、Ti、Cu、及び、Vの付着量(含有量)の特定方法としては、例えば、蛍光X線分析装置(RIGAKU社製、ZSX Primus)を用いて表面から元素分析し、Zn、Ti、Cu、及び、Vの付着量を定量することで求めることができる。
以上述べた炭素系黒色皮膜17の処理方法としては特に限定されないが、例えば、水分散型のカーボンブラック(例えば、三菱化学社製RCF#52)、亜鉛酸化物(例えば、シーアイ化成社製、Nano Tek)又はチタン酸化物(例えば、シーアイ化成社製、Nano Tek)、銅酸化物(例えば、シーアイ化成社製、Nano Tek)、バナジウム酸化物(Hongwu International Group Ltd社製)を水に分散させた水系塗装液を準備し、上記溶融アルミめっき処理を実施した後に、ロールコーターで塗装し、乾燥焼き付け処理を行うことで製造することができる。または、アルミめっき鋼板に、Zn、Ti、Cu又はVの金属を真空蒸着させる手段を用いて、製造することができる。
なお、本実施形態に係る他の様態として、Al系めっき層の上に、上記炭素系黒色皮膜17と、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類(より詳細には、金属状態のこれら元素、又は、これら元素の酸化物)を有する皮膜層17’の双方を備えていてもよい。この場合に、炭素系黒色皮膜17と、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を有する皮膜層17’の配置順序についても特に限定されるものではなく、炭素系黒色皮膜17がZn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を有する皮膜層17’の上層に位置してもよいし、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を有する皮膜層17’が炭素系黒色皮膜17の上層に位置してもよい。
なお、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を有する皮膜層17’が炭素系黒色皮膜17の下層に位置した場合であっても、本実施形態に係る炭素系黒色皮膜17の膜厚であれば、蛍光X線は容易に炭素系黒色皮膜17を透過する。そのため、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を有する皮膜層17’が炭素系黒色皮膜17の下層に位置した場合であっても、蛍光X線分析法により、Zn、Ti、Cu、及び、Vの付着量を測定することが可能である。
また、かかる炭素系黒色皮膜17や、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を含有する皮膜層17’は、母材鋼板の両面に設けられてもよいが、母材鋼板において、ホットスタンプの加熱時における熱源に露出する側の面にのみ設けられることがより好ましい。
また、第一のAl系めっき鋼板1は、第二のAl系めっき鋼板2と接しない側のAl系めっき層の上層として、上記のような炭素系黒色皮膜を有していてもよい。
<溶接>
第一のAl系めっき鋼板1と第二のAl系めっき鋼板2とを重ね合わせて溶接されるホットスタンプ用重ね合わせブランク4において、溶接の種類としては、スポット溶接、シーム溶接、ろう付け溶接、レーザー溶接、プラズマ溶接、アーク溶接などが選択できる。ここで、重ね合わせ部を良好に接触させるという点で、重ね合わせ部の内部までを複数の点で接触させ、かつ、鋼板-鋼板間に加圧を掛けて直接接合することができるスポット溶接がより好ましい。
(2.重ね合わせホットスタンプ成形体)
本実施形態に係るホットスタンプ成形体の製造方法では、図1に示すように、上述のホットスタンプ用重ね合わせブランク4を、加熱し、かかる加熱の直後に成形するに際し、重ね合わせ部の少なくとも一部に曲げ加工の施された曲げ部を設けることで、本実施形態の重ね合わせホットスタンプ成形体12を製造する。
上記加熱の温度は、特に限定されるものではないが、一般的に、Ac3点(例えば800℃)以上1000℃以下の温度範囲とされる。加熱直後の成形時には、金型や水などの冷媒を用いて冷却を行うことにより、耐衝突特性に優れた重ね合わせホットスタンプ成形体12を得ることができる。上記加熱の温度に、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4を滞在させる時間は、特に限定されるものではないが、例えば、4分以上20分以下としてもよい。
例えば、事前の予備試験により、着目するホットスタンプ用重ね合わせブランク4について、Ac3点以上1000℃以下の温度への加熱時間又は昇温速度を測定し、得られた予備試験結果を用いて、上記の保持時間を決定すればよい。このようにして、例えば、「910~920℃の温度を、250~1200秒保持する」といった条件を決定することができる。
なお、上記加熱の温度とは、重ね合わせ部の鋼板の最高到達温度のことを意味する。また、加熱方法としては、電気炉、ガス炉、遠赤外炉、近赤外炉などによる加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱などを例示することができる。
上記のようにして製造される本実施形態に係る重ね合わせホットスタンプ成形体12は、板厚がT1(mm)である第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板上に重ね合わされて溶接されており、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板よりも面積が小さく、かつ、板厚がT2(mm)である少なくとも一枚の第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と、を備える。
なお、ホットスタンプ成形体12は、上述のとおり、第一のAl系めっき鋼板1と第二のAl系めっき鋼板2とを重ね合わせて溶接されるホットスタンプ用重ね合わせブランク4が加熱された後、更に曲げ加工等が施されることにより、製造されている。このため、ホットスタンプ成形体12を構成する第一のAl-Fe系合金めっき鋼板及び第二のAl-Fe系合金めっき鋼板は、必ずしも平坦な形状でない。例えば、図1のように、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板には、頭頂部の曲げ部8などを有し、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板には、頭頂部の曲げ部8とフランジ部の曲げ部9等を有する。「鋼板」という名称を用いているが、必ずしも平坦な形状ではない。本実施形態においては、ホットスタンプ成形体12を構成する鋼板と、重ね合わせブランク4を構成する鋼板との区別のため、便宜的に、前者を合金めっき鋼板(例えば、Al-Fe系合金めっき鋼板)といい、後者を(「合金」が付記されない。)めっき鋼板(例えば、Al系めっき鋼板)という。
重ね合わせホットスタンプ成形体12における第一のAl-Fe系合金めっき鋼板は、かかる第一のAl-Fe系合金めっき鋼板の両面に、両面での平均めっき厚がK1(μm)であるAl-Fe系合金めっき層を有するめっき鋼板である。ここで、K1とは、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板の重ね合わされていない部分において、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接する側のAl-Fe系合金めっき層のめっき厚と、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側のAl-Fe系合金めっき層のめっき厚と、の平均値である。
重ね合わせホットスタンプ成形体12における第二のAl-Fe系合金めっき鋼板は、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の表面におけるめっき厚がK2(μm)であるAl-Fe系合金めっき層を有するめっき鋼板である。ここで、K2とは、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の重ね合わされた部分において、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側でのAl-Fe系合金めっき層のめっき厚である。
なお、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板において、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接する側の表面におけるAl-Fe系合金めっき層のめっき厚については、特に規定するものではない。
ここで、重ね合わせホットスタンプ成形体12の各Al-Fe系合金めっき鋼板におけるAl-Fe系合金めっき層の平均めっき厚K1、K2は、それぞれ独立に、25μm以上である。また、各Al-Fe系合金めっき鋼板におけるAl-Fe系合金めっき層の平均めっき厚K1、K2は、それぞれ独立に、60μm以下である。つまり、K1、K2は、下記の式(7)及び式(8)を満足する。
25≦K1≦60 ・・・ 式(7)
25≦K2≦60 ・・・ 式(8)
また、各Al-Fe系合金めっき鋼板におけるAl-Fe系合金めっき層の平均めっき厚K1、K2は、それぞれ独立に、30μm以上であることが好ましく、35μm以上であることが更に好ましい。
各Al-Fe系合金めっき鋼板におけるAl-Fe系合金めっき層の平均めっき厚K1、K2は、それぞれ独立に、58μm以下であることが好ましく、56μm以下、52μm以下又は48μm以下であることが更に好ましい。
第一のAl-Fe系合金めっき鋼板、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板のAl-Fe系合金めっき層のめっき厚がそれぞれ上記のような範囲内となることで、重ね合わせホットスタンプ成形体12のスポット溶接性を、良好な状態に保持することが可能となる。
上記のめっき厚は、めっきの断面を光学顕微鏡(面積:100μm×100μm)でナイタールエッチング後に観察し、めっき厚みを測定することを3視野で実施し、3視野それぞれで測定しためっき厚みの平均値として求めることができる。なお、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板のめっき厚については、一枚部の位置4bと第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接する重ね合わせ部4aの位置とがあるが、昇温速度が速くホットスタンプにおける加熱時間が最も長くなりスポット溶接性が劣化し易いという点から、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板のめっき厚は、一枚部から測定する。
Al-Fe系合金めっき層は、ホットスタンプ時の加熱によってAl系めっき層にFeが表面まで拡散した結果形成された層(換言すれば、Al及びFeを少なくとも含有する合金めっき層)である。Al-Fe系合金めっき層は、AlとFeの化合物層であるθ相(FeAl)、η相(FeAl)、ζ相(FeAl)、FeAl、FeAl、Al固溶Feなどの相の組み合わせで構成される。また、めっき中にSiを含有する場合のAl-Fe系合金めっき層は、τ1相(AlFeSi)、τ2相(AlFeSi)、τ3相(AlFeSi)、τ4相(AlFeSi)、τ5相(AlFeSi)、τ6相(AlFeSi)、τ7相(AlFeSi)、τ8相(AlFeSi)、τ10相(AlFe1.7Si)、τ11相(AlFeSi)も含み(ただし、各相は化学量論的な組成にならない場合がある。)、Al-Fe系合金めっき層は主としてτ1相(AlFeSi)、η相(FeAl)、FeAl相、Alが固溶したFeのBCC相の何れか又はその複数の相で構成されることが多い。
特に、ホットスタンプ時の加熱によって、Al系めっき中のAlと母材鋼板中のFeは、相互拡散する。そのため、母材鋼板中へのAlの拡散によって形成される相として、母材鋼板側から順に、Alが固溶したFeのBCC相、FeAl相を含んだ層が形成される。これらの相を含む層は、拡散層(Diffusion Layer)とも呼ばれる。ここで、かかる拡散層は、以下で説明するように、ナイタールエッチング処理後の断面を光学顕微鏡により観察することで、特定することが可能である。また、光学顕微鏡による観察で拡散層を特定できない場合には、断面を電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)で分析することで、拡散層を特定することが可能である。この際、かかるEPMA分析結果において、Al:30質量%以下、かつ、Fe:70質量%以上である層を、拡散層20とすればよい。
具体的には、図5、図6に示すように、重ね合わせホットスタンプ成形体12において、層19は、Al-Fe系合金めっき層であり、拡散層20が含まれる。Al-Fe系合金層の厚みは、層19の厚みとして測定され、拡散層の厚みは、層20の厚みとして測定される。例えば、断面から光学顕微鏡で、ナイタールエッチング後に観察した例を図6に示す。
第一のAl-Fe系合金めっき鋼板の、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と重ね合わされていない部分の、Al-Fe系合金めっき層中に含まれる拡散層の厚みをD1(μm)と表記し、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の、Al-Fe系合金めっき層中に含まれる拡散層の厚みをD2(μm)と表記する。このとき、D1(μm)とD2(μm)との差(D1-D2)と、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板の重ね合わされていない部分のめっき厚K1と第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の重ね合わされた部分のめっきK2との比(K1/K2)と、の積(D1-D2)×(K1/K2)は、5.0μm以下である。
ここで、D1とは、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板において、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接する側のAl-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する拡散層の厚さと、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側のAl-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する拡散層の厚さと、の平均値である。D2とは、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側において、Al-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する拡散層の厚さである。
Al-Fe系めっき層において、Al-Feの2元系合金(FeAl、FeAl、FeAl)は、Al:30質量%超、Fe:70質量%未満の比較的融点の低い相と、Al:30質量%以下、Fe:70質量%以上の比較的融点の高い相と、を含んでいる。ホットスタンプの加熱時間が長い場合や加熱温度が高い場合、拡散層が増加していき、逆に2元系合金(FeAl、FeAl、FeAl)は減少する関係にある。スポット溶接性においては、融点の低いめっき層の存在によって十分な材料間の融着が促進するため、拡散層が厚い場合には2元系合金(FeAl、FeAl、FeAl)は減少し、スポット溶接性が低下することが知られている。
(D1-D2)×(K1/K2)の値が5.0μm超となる場合では、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板の前述した拡散層が多くなり、逆にAl-Feの2元系合金が薄くなって、スポット溶接性が低下する。そのため、(D1-D2)×(K1/K2)を5.0μm以下に抑制することが、重ね部のスポット溶接性に重要である。(D1-D2)×(K1/K2)の値は、好ましくは4.5μm以下であり、より好ましくは4.0μm以下である。
一方、(D1-D2)×(K1/K2)の下限は、0μmである。ただし、(D1-D2)×(K1/K2)の値が0.5μm未満となる場合には、効果が飽和する。
Al-Fe系合金めっき層のめっき厚K1、K2、及び、拡散層の厚みD1、D2の特定方法としては、めっき断面を100μm×100μmの視野にてナイタールエッチング処理を実施し、光学顕微鏡によりその断面を観察する。図6に示すように、光学顕微鏡により、めっき厚及び拡散層の厚みを測定する。より詳細には、少なくとも3箇所において、めっき断面を上記の方法により観察し、各観察箇所のめっき厚や拡散層の厚みを特定する。その後、得られた厚みの平均値を算出して、得られた平均値を、めっき厚や拡散層の厚みとすればよい。ただし、光学顕微鏡による観察で拡散層を特定できない場合、電子プローブマイクロアナライザー(EPMA)による分析を行い、Al:30質量%以下、かつ、Fe:70質量%以上である層の厚さを、少なくとも3箇所で測定し、その平均値を拡散層20の厚さとする。
なお、上記のような拡散層は、Al系めっき層内での内方拡散により形成される層であるため、拡散層の厚みD1、D2は、ほぼホットスタンプの加熱条件の影響だけが強く反映され、初期めっき厚の影響を受けない。また、たとえ第二のAl系めっき鋼板のめっき付着量を多くしたとしても、加熱速度が遅い第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の拡散層の厚さD2を、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板の拡散層の厚さD1とほぼ同じ値にすることはできない。式(1)~(5)を満足するホットスタンプ用重ね合わせブランクに、通常のホットスタンプ処理を施すと、容易に、式(7)~(9)を満足する重ね合わせホットスタンプ成形体が得られる。
また、Al-Fe系合金めっき層のめっき厚K1、K2は、ホットスタンプ前のめっき付着の影響だけでなく、ホットスタンプの加熱条件(加熱温度、保持時間)の影響を受ける。また、Al-Fe系合金めっき層のめっき厚K1、K2は、これらの影響のみならず、高温での加熱時間に影響を及ぼす板厚と、明度の影響も受けるため、初期めっき厚のみに影響するわけではない。
なお、上記の関係式は、Al系めっき鋼板の板厚及びAl系めっき層の付着量等を変えながら重ね合わせブランクを作製し、実際にホットスタンプを実施して、得られた重ね合わせホットスタンプ成形体を評価するという、一連の検証を行うことで策定したものである。かかる検証では、得られた重ね合わせホットスタンプ成形体のそれぞれについて、重ね合わせ部の昇温速度やスポット溶接性という観点から評価を行い、良好な評価結果を示したものが満たしていた関係性を、実験的に定式化した。
また、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の表面に施されたAl-Fe系合金めっき層の更に上層に、選択的に、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を含有する層を設けてもよい。この際、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類の付着量(含有量)は、0g/m超とすることが好ましい。Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類の付着量(含有量)は、より好ましくは、0.2g/m以上3.0g/m以下である。Zn、Ti、Cu、及び、Vを含有する層は、ホットスタンプの加熱の前に、金属状態又は酸化物の状態で含有された層を設けることで得られる。昇温の途中過程でいずれも多くは酸化物となるが、金属状態が一部は残存する場合もある。
ここで示す付着量(含有量)は、Zn、Ti、Cu、又は、Vとして、単位面積当たりに付着する量を指す。
図7に、重ね合わせホットスタンプ成形体において、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の表面に施されたAl-Fe系合金めっき層の更に上層に、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を含有する層を設けた場合のAl-Fe系合金めっき鋼板の構造を、模式的に示す。かかるAl-Fe系合金めっき鋼板は、母材鋼板21の表面に、Al-Fe系合金めっき層19(拡散層20を含む。)と、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を有する皮膜層23と、を有する。かかる皮膜層23は、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板において、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の面のAl-Fe系合金めっき層19の上に、設けられることが好ましい。
Zn、Ti、Cu、及び、Vは、放射率を向上させることに加え、酸化物の場合に赤外線吸収が良好である。そのため、かかる層を設けることで、重ね合わせブランクとして用いる場合の課題である重ね合わせ部(昇温速度が遅い。)と一枚部(昇温速度が速い)の昇温速度の違いを抑制することができる。その結果、一枚部の過剰な加熱を抑制して、ホットスタンプ成形体の一枚部におけるスポット溶接性を向上することができる。
特に、Zn、Ti、Cu、又は、Vの酸化物は、ホットスタンプ時の加熱中でも残存する。そのために、かかる皮膜層23は、高温での昇温速度向上により一層寄与することができる。第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の表面に施されたAl-Fe系合金めっき層19の表面に、皮膜層23を設ける場合には、皮膜層23の付着量を0.2g/m以上とすることで、昇温速度の違いを抑制する効果を十分に発現させることが可能となる。皮膜層23の付着量は、より好ましくは、0.4g/m以上であり、更に好ましくは0.6g/m以上である。一方、皮膜層23の付着量を3.0g/m以下とすることで、かかる効果を飽和させずに発現させることが可能となる。また、ホットスタンプ加熱後でもZn、Ti、Cu、又は、Vの酸化物は残存するものであるが、付着量を3.0g/m以下とすることで、ホットスタンプ成形品のスポット溶接性の低下を防止することが可能となる。皮膜層23の付着量は、より好ましくは2.8g/m以下であり、更に好ましくは2.6g/m以下である。
なお、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の表面に施されたAl-Fe系合金めっき層19の表面に、皮膜層23を設けない場合には、Zn、Ti、Cu、又は、Vの付着量(含有量)は、いずれも0g/mとなる。
また、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板において、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の面のAl-Fe系合金めっき層の上に対しても、選択的に、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を含有する層を設けてもよい。この際、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類の付着量(含有量)は、0g/m超とすることが好ましい。Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類の付着量(含有量)は、より好ましくは、0.2g/m以上3.0g/m以下である。なお、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を含有する層を設けない場合には、Zn、Ti、Cu、又は、Vの付着量(含有量)は、いずれも0g/mとなる。
Zn、Ti、Cu、又は、Vを含有する層の付着量は、例えば、蛍光X線分析装置(RIGAKU社製、ZSX Primus)を用いて表面から元素分析し、Zn、Ti、Cu、Vを定量することで求めることができる。
以上のように、本実施形態に係る重ね合わせホットスタンプ成形体では、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板において、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の面のAl-Fe系合金めっき層の上に、Zn含有量、Ti含有量、Cu含有量及びV含有量の合計が0.2~3.0g/mである層が位置し、更に、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板において、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の面のAl-Fe系合金めっき層の上に、Zn含有量、Ti含有量、Cu含有量及びV含有量の合計が0~3.0g/mである層が位置してもよい。
本実施形態の重ね合わせホットスタンプ成形体12を自動車部品として用いる際には、一般的に、溶接、リン酸系化成処理、電着塗装などが施されて使用される。従って、例えば、リン酸系化成処理によるリン酸亜鉛皮膜及びリン酸皮膜、並びに、かかる皮膜の表面に電着塗装による5μm以上50μm以下の有機系皮膜などがホットスタンプ成形体12の表面に形成される場合がある。電着塗装の後に外観品位や耐食性向上のため、中塗り、上塗り等の塗装が更に施されることもある。
以下、実施例を用いて本発明をさらに具体的に説明する。
(実施例1)
表1に示す第一のAl系めっき鋼板1、及び、第二のAl系めっき鋼板2を、以下に述べる方法で作製し、図1の通りスポット溶接3することで、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4を作製した。第一のAl系めっき鋼板1として、通常の熱延工程及び冷延工程を経た冷延鋼板(化学組成:質量%で、C:0.23%、Si:0.30%、Mn:1.2%、P:0.010%、S:0.002%、Cr:0.25%、Ti:0.020%、Al:0.042%、N:0.0030%、B:0.0020%、残部:Fe及び不純物)を供試材料として、ゼンジミア式溶融アルミめっき処理ラインにて、アルミめっき処理を両面に行った。めっき後、ガスワイピング法でめっき付着量を調整し、その後冷却し、第一のAl系めっき鋼板1を作製した。この際のめっき浴組成は、89質量%Al-9質量%Si-2質量%Feであった。第二のAl系めっき鋼板2についても、第一のAl系めっき鋼板1と同様に作製し、炭素系黒色皮膜を塗装した。
本ブランクを、920℃にてホットスタンプ加熱することで重ね合わせ部の昇温速度を調査し、重ね合わせ部が910~920℃の間で300秒保持される時間で加熱した後、直ちに金型冷却することで、重ね合わせホットスタンプ成形体12を得た。重ね合わされていない部分(一枚部)のフランジ部11を2枚切り出し、同種板組みで、スポット溶接性を調査した。
表1における各水準は、本願発明例(以下、単に「発明例」と記載する。)をA2~A7、A10、A11、A13、A20、A21、比較例をA1、A8、A9、A12、A15~A19として示した。
鋼板の板厚t1、t2は、上述の通り、JIS B7502:2016に準拠したマイクロメーターを用いて測定した。また、片面当たりのめっきの付着量W1a、W1b、W2bは、測定対象とする面の裏側の面にシールを施した後に、JIS G 3314:2019 JB.3の方法を用いて測定した。また、明度L1a、L1b、L2bは、試験片を50×50mmを切り出し、分光測色計(スガ試験機製SC-T-GV5、正反射光を含む。)を用いて、測定ビームの直径φ=15mmとして測定した。炭素系黒色皮膜の膜厚は、上述の通り断面観察から測定した。
ブランクの重ね合わせ部の昇温速度を調査するため、図1に示すホットスタンプ用重ね合わせブランク4の重ね合わせ部の中央にK型熱電対を溶接付けした。その上で、昇温時間を求め、昇温速度を評価した。昇温時間は、910℃に到達した時間から求め、評価を行った。その評価基準は、第二のAl系めっき鋼板に炭素系黒色皮膜を有さない比較例A15を基準に、以下の通り昇温時間が短縮されることである。評価G3(Good3)を良好、G2(Good2)を更に良好、G1(Good1)を特に良好と判定し、評価NG(No Good)を不良と判定した。なお、評価の基準となる比較例A15の「重ね合わせ部の昇温速度」の欄の記載は、基準であることを表すために、「-」と記載した。
<評価基準>
G1:90秒以上の昇温時間の短縮
G2:60秒以上90秒未満の昇温時間の短縮
G3:30秒以上60秒未満の昇温時間の短縮
NG:30秒未満の昇温時間の短縮、又は、昇温時間の延長
ホットスタンプ用重ね合わせブランクの加熱後のスポット溶接性を調査するため、図1に示すホットスタンプ用重ね合わせブランク4を、920℃にてホットスタンプ加熱することで重ね合わせ部の昇温速度を調査した。この際、重ね合わせ部が910~920℃の間で300秒保持される時間で加熱した後、直ちに金型冷却することで重ね合わせホットスタンプ成形体12を得た。重ね合わされていない部分(一枚部)のフランジ部11を2枚切り出し、同種板組みでスポット溶接性を、以下に示す溶接条件にて調査した。その評価基準は、スポット溶接時の溶接ナゲットが4√t(tは板厚)の直径を得られる溶接電流値と、チリ(Splash)が発生する溶接電流値との範囲(適正電流範囲と呼ぶ)に関して、評価G3(Good3)を良好、G2(Good2)を更に良好、G1(Good1)を特に良好と判定し、評価NG(No Good)を不良と判定した。
<評価基準>
G1:適正電流範囲2.0kA以上
G2:適正電流範囲1.5kA以上2.0kA未満
G3:適正電流範囲1.0kA以上1.5kA未満
NG:適正電流範囲1.0kA未満
溶接電源:直流インバーター、電極加圧力:400kgf
電極形状:DR、先端径6φ(R40)(材質:クロム銅)
初期加圧時間:60cycle、溶接時間22cycle、保持時間10cycle
溶接電流値:4kA~15kA、0.2kAピッチで溶接
上記のブランクの重ね合わせ部の昇温速度に関する評価結果と、ホットスタンプ(HS)後のスポット溶接性に関する評価結果と、をもとに、総合的に評価を行った。より詳細には、各項目の評点「Gx」(xは、1~3の整数)をもとに、数字x同士の積を評価値とした。得られた評価値が「9」であったもの、又は、少なくとも何れかの項目の評価結果が「NG」であったものを、総合評価「NG」とした。また、比較例A15については、昇温速度に関する評価の基準となっていることから、上記のような総合評価の検討は行わずに、総合評価の欄を「-」と記載した。
表1に、ブランクの重ね合わせ部の昇温速度、ホットスタンプ(HS)後のスポット溶接性について調査した評価結果をまとめた。
Figure 0007425391000002
発明例であるA3~A7、A10、A11、A13、A20、A21、A23は、めっきの付着量が本願の範囲内にあり、炭素系黒色皮膜を有し、板厚とめっき付着量、明度の関係が式(1)、式(2)を満足するため、重ね合わせ部の昇温速度、ホットスタンプ後のスポット溶接性は良好であった。比較例であるA1は、炭素系黒色皮膜を有すものの、式(1)、式(2)を満足しないため、重ね合わせ部の昇温速度、ホットスタンプ後のスポット溶接性は共に不良であった。比較例であるA8、A9、A12は、式(1)を満足しないため、ホットスタンプ後のスポット溶接性が不良であった。また、比較例であるA2、A22は、炭素系黒色皮膜を有するものの、式(2)を満足しないため、総合評価としてNG(No Good)となった。更に、めっきの付着量が20g/m未満の比較例A16、A18ではスケールが形成され、120g/m超の比較例A17、19ではプレス成形時にパウダリングが生じていたことも影響し、スポット溶接性が低下したものと考えられる。なお、比較例であるA15は、炭素系黒色皮膜を有さず、式(1)、式(2)も満足しないため、ホットスタンプ後のスポット溶接性は不良であった。
(実施例2)
表2に示す、実施例1と同様の製造条件にて、板厚1.0mm、1.6mm、2.0mmの第一のAl系めっき鋼板、第二のAl系めっき鋼板を作製し、ホットスタンプ用重ね合わせブランクを作製した。第一のAl系めっき鋼板1、第二のAl系めっき鋼板2を以下に述べる方法で作製し、図1の通りスポット溶接3することで、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4を作製した。
本ブランクを、実施例1と同様に、920℃にてホットスタンプ加熱することで重ね合わせ部の昇温速度を調査し、重ね合わせ部が910~920℃の間で300秒保持される時間で加熱した後、直ちに金型冷却することで重ね合わせホットスタンプ成形体12を得た。重ね合わされていない部分(一枚部)のフランジ部11を2枚切り出し、同種板組みでスポット溶接性を調査した。表2における各水準は、発明例をB1、B5、B6、比較例をB2、B3、B4、B7として示した。
ブランクの重ね合わせ部の昇温速度の調査では、実施例1と同様に昇温時間を求め、評価した。その評価基準は、B1については、同じ第一のAl系めっき鋼板と第二のAl系めっき鋼板の板厚であるが炭素系黒色皮膜を第二のAl系めっき鋼板に有さない比較例B2を基準に、以下の通り昇温時間が短縮されることである。同様に、B3については、同じ第一のAl系めっき鋼板と第二のAl系めっき鋼板の板厚であるが炭素系黒色皮膜を第二のAl系めっき鋼板に有さない比較例B4を基準に、以下の通り昇温時間が短縮されることである。また、B5、B6については、同じ第一のAl系めっき鋼板と第二のAl系めっき鋼板の板厚であるが炭素系黒色皮膜を第二のAl系めっき鋼板に有さない比較例B7を基準に、以下の通り昇温時間が短縮されることである。評価G3(Good3)を良好、G2(Good2)を更に良好、G1(Good1)を特に良好と判定し、評価NG(No Good)を不良と判定した。なお、評価の基準となる各比較例について、「重ね合わせ部の昇温速度」の欄の記載は、基準であることを表すために、「-」と記載した。
<評価基準>
G1:90秒以上の昇温時間の短縮
G2:60秒以上90秒未満の昇温時間の短縮
G3:30秒以上60秒未満の昇温時間の短縮
NG:30秒未満の昇温時間の短縮、又は、昇温時間の延長
ホットスタンプ用重ね合わせブランクの加熱後のスポット溶接性は、実施例1と同様の調査方法と評価基準で評価した。
上記のブランクの重ね合わせ部の昇温速度に関する評価結果と、ホットスタンプ(HS)後のスポット溶接性に関する評価結果と、をもとに、総合的に評価を行った。より詳細には、各項目の評点「Gx」(xは、1~3の整数)をもとに、数字x同士の積を評価値とした。得られた評価値が「9」であったもの、又は、少なくとも何れかの項目の評価結果が「NG」であったものを、総合評価「NG」とした。また、昇温速度に関する評価の基準となっている各比較例については、上記のような総合評価の検討は行わずに、総合評価の欄を「-」と記載した。
Figure 0007425391000003
発明例であるB1、B5、B6は、めっきの付着量が本願の発明の範囲内にあり、炭素系黒色皮膜を有し、板厚とめっき付着量、明度の関係が式(1)、式(2)を満足するため、重ね合わせ部の昇温速度、ホットスタンプ後のスポット溶接性は良好であった。また、比較例であるB3は、炭素系黒色皮膜を有するものの、式(2)を満足しないため、B4と比べた重ね合わせ部の昇温速度が不良であった。なお、比較例であるB2、B4、B7は、炭素系黒色皮膜を有さず、式(1)、式(2)も満足しないため、ホットスタンプ後のスポット溶接性の評価は、不良であった。
(実施例3)
実施例1の水準A3と同様の製造条件にて、第一のAl系めっき鋼板、第二のAl系めっき鋼板を作製した。第二のAl系めっき鋼板のAl系めっき鋼板の上にZn、V、Ti、Cu(真空蒸着法)を形成させ、更にその上に、炭素系黒色皮膜を形成させたものを、発明例C1~C4として作製した。また、Zn酸化物、V酸化物、Ti酸化物、Cu酸化物の水分散ゾルを炭素系黒色皮膜に含有させることで、発明例C5~C10を作製した。これらについて、図1の通りスポット溶接3することで、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4を作製した。発明例C1~C10の詳細は、表3に示した通りである。
本ブランクを、実施例1と同様に、920℃にてホットスタンプ加熱することで重ね合わせ部の昇温速度を調査し(評価基準は実施例1と同様に、第二のAl系めっき鋼板に炭素系黒色皮膜を有さない比較例A15を基準に評価した。)、重ね合わせ部が910~920℃の間で300秒保持される時間で加熱した後、直ちに金型冷却することで重ね合わせホットスタンプ成形体12を得た。重ね合わされていない部分(一枚部)のフランジ部11を2枚切り出し、同種板組みでスポット溶接性を調査した(評価基準は実施例1と同様である。)。得られた結果は、表3にあわせて示した。
Figure 0007425391000004
発明例であるC1~C10は、炭素系黒色皮膜にZn、V、Ti、Cuを有する好ましい皮膜であるため、A3よりも、重ね合わせ部の昇温速度、HS後のスポット溶接性がより良好な結果を示した。
(実施例4)
実施例1の水準A3と同様の製造条件にて、第一のAl系めっき鋼板、第二のAl系めっき鋼板を作製し、第二のAl系めっき鋼板のAl系めっき鋼板の上に炭素系黒色皮膜を形成させ、上述の方法で窒素含有量を1%にしたものをD1とし、2%、5%、8%、18%、20%にしたものを、それぞれ、D2、D3、D4、D5、D6として、テープ剥離試験を実施した(テープ:ニチバン株式会社製CT405AP-24)。その結果、窒素含有量が1%のD1、及び、窒素含有量が20%のD6では皮膜の剥離が認められ、その他のD2、D3、D4、及び、D5では剥離は認められなかった。
(実施例5)
表4に示す、実施例1の水準A3、A7、A10、A12、A13、A15、A16、及び、実施例3の水準C5、C6、C9、C10と同様の製造条件にて、重ね合わせホットスタンプ成形体を作製し、それぞれの水準をE1、E6、E7、E8、E9、E10、E11、及び、E2、E3、E4、E5とした。また、E2、E3、E4、E5の第二のAl系めっき鋼板で用いたZn酸化物、V酸化物、Ti酸化物、Cu酸化物を含有した炭素系黒色皮膜を有するAl系めっき鋼板を、第二のAl系めっき鋼板、及び、第一のAl系めっき鋼板の両者に用いて、実施例3と同様の製造条件にて重ね合わせホットスタンプ成形体を作製し、それぞれの水準を、E12、E13、E14、E15とした。なお、各水準E1~E15の重ね合わせホットスタンプ成形体を得るために適用した、上記のような実施例1、実施例3での製造条件を、表4に「適用した製造条件」という項目を設けて記載している。重ね合わされていない部分(一枚部)を2枚切り出し、同種板組みでスポット溶接性を調査した。表4における各水準は、発明例をE1~E5、E7、E9、E12~E15として示し、比較例をE6、E8、E10、E11として示した。ホットスタンプ後のスポット溶接性の評価方法、評価基準は、実施例1と同様である。
第一のAl-Fe系合金めっき鋼板のAl-Fe系合金めっき層のめっき厚K1、拡散層の厚みD1、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板のAl-Fe系合金めっき層のめっき厚K2、拡散層の厚みD2は、上述の通り、光学顕微鏡による断面観察により測定した(いずれも、3個所測定し、その平均値を求めた。)。
Figure 0007425391000005
発明例であるE1~E5、E7、E9、E12~E15は、Al-Fe系合金めっき層のめっき厚K1、K2が本願の発明の範囲内にあり、Al-Fe系合金めっき層のめっき厚、拡散層の厚みが、式(9)を満足するため、ホットスタンプ後のスポット溶接性は良好であった。比較例であるE6、E8、E10は、式(9)を満足しないため、ホットスタンプ後のスポット溶接性が不良であった。比較例であるE11は、Al-Fe系合金めっき層のめっき厚が25μm未満であり、式(9)も満足しないため、ホットスタンプ後のスポット溶接性は共に不良であった。
更に、発明例であるE2、E3、E4、E5は、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板のAl-Fe系合金めっき層の上に、Zn、V、Ti、Cuの酸化物を有するため、E1よりも、HS後のスポット溶接性がより良好な結果を示した。
また、発明例であるE12、E13、E14、E15は、第一のAl-Fe系合金めっき鋼板のAl-Fe系合金めっき層の上、及び、第二のAl-Fe系合金めっき鋼板のAl-Fe系合金めっき層の上に、それぞれ、Zn、V、Ti、Cuの酸化物を有するため、E1よりも、HS後のスポット溶接性がより良好な結果を示した。
(実施例6)
表1に示す、実施例1の水準A2、A3、A5、及び、A15に再度着目し、更に、これら水準に対して、更に第一のAl系めっき層上に更に炭素系黒色皮膜を設けた以外は、同様の製造条件にて製造し、図1の通りスポット溶接3することで、ホットスタンプ用重ね合わせブランク4を作製した。
本ブランクを、実施例1と同様に、920℃にてホットスタンプ加熱することで重ね合わせ部の昇温速度を調査し(評価基準は実施例1と同様であり、第二のAl系めっき鋼板に炭素系黒色皮膜を有さない比較例A15を基準に評価した。)、重ね合わせ部が910~920℃の間で300秒保持される時間で加熱した後、直ちに金型冷却することで重ね合わせホットスタンプ成形体12を得た。重ね合わされていない部分(一枚部)のフランジ部11を2枚切り出し、同種板組みでスポット溶接性を調査した(評価基準は実施例1と同様である。)。
表5における各水準は、F1~F4として示した。水準F1は、水準A2の第一のAl系めっき鋼板に対して、更に炭素系黒色皮膜を設けたものであり、水準F2は、水準A3の第一のAl系めっき鋼板に対して、更に炭素系黒色皮膜を設けたものであり、水準F3は、水準A5の第一のAl系めっき鋼板に対して、更に炭素系黒色皮膜を設けたものである。また、水準F4は、水準A15の第一のAl系めっき鋼板に対して、更に炭素系黒色皮膜を設けたものである。
Figure 0007425391000006
上記表5から明らかなように、F1~F4は、それぞれ対応するA2、A3、A5、A15と比較して、重ね合わせ部の昇温速度が更に上昇し、より優れた評価結果が得られていることがわかる。
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
なお、本出願は、2022年5月19日付で出願した、以下のような要旨を有する発明を基礎として、優先権を主張するものである。
[a]
ブランクである板厚t1(mm)の第一の鋼板と、
前記第一の鋼板上に重ね合わされて溶接された、少なくとも一枚の、前記第一の鋼板よりも面積の小さな板厚t2(mm)の第二の鋼板と、
を備えた、ホットスタンプ用重ね合わせブランクであって、
前記第一の鋼板、及び、前記第二の鋼板は、それぞれ鋼板の両面にAl系めっき層を有するめっき鋼板であり、
前記第二の鋼板は、前記第一の鋼板と接しない側の前記Al系めっき層の少なくとも一部の上層として、炭素系黒色皮膜を有し、
前記第一の鋼板において、前記Al系めっき層の付着量が、前記第二の鋼板と接する側の表面でW1a(g/m)、前記第二の鋼板と接しない側の表面でW1b(g/m)であり、かつ、前記第一の鋼板の表面のJIS Z 8781-4に定める明度Lが、前記第二の鋼板と接する側の表面でL1a、前記第二の鋼板と接しない側の表面でL1bであり、
前記第二の鋼板において、前記Al系めっき層の付着量が、前記第一の鋼板と接しない側の表面でW2b(g/m)であり、かつ、前記第二の鋼板の表面の明度Lが、前記第一の鋼板と接しない側の表面でL2bであり、
前記第一の鋼板と前記第二の鋼板の重ね合わされた部分において、前記Al系めっき層の平均の付着量W2を、0.5×(W1b+W2b)とし、平均の明度L2を、0.5×(L1b+L2b)とし、前記第一の鋼板の、第二の鋼板と重ね合わされて無い部分における、前記Al系めっき層の平均の付着量W1を、0.5×(W1a+W1b)とし、平均の明度L1を、0.5×(L1a+L1b)としたときに、
前記W1a、前記W1b、及び、前記W2bが、それぞれ20g/m以上120g/m以下の範囲内であり、
前記L1、前記L2、前記W1、前記W2、前記t1及び前記t2は、以下の式(a)及び式(b)の関係を満たす、ホットスタンプ用重ね合わせブランク。
14≦(L1-L2)×(W1/W2)≦32 ・・・ 式(a)
0.80≦{t1/(t1+t2)}×(L1/L2) ・・・ 式(b)
[b]
前記炭素系黒色皮膜の膜厚は、0.3μm以上10.0μm以下である、[a]に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
[c]
前記炭素系黒色皮膜は、Zn、Ti、Cu、又は、Vの少なくとも何れか1種類を、合計で0.2g/m以上3.0g/m以下含有する、[a]又は[b]に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
[d]
前記炭素系黒色皮膜の窒素含有量は、1質量%以上20質量%以下である、[a]又は[b]に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
[e]
前記炭素系黒色皮膜の窒素含有量は、1質量%以上20質量%以下である、[c]に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
[f]
板厚T1(mm)の第一の鋼板と、前記第一の鋼板上に重ね合わされて溶接された、少なくとも一枚の、前記第一の鋼板よりも面積が小さな板厚T2(mm)の第二の鋼板と、を備えた重ね合わせホットスタンプ成形体であって、
前記第一の鋼板、及び、前記第二の鋼板は、それぞれ両面にAl-Fe系合金めっき層を有するめっき鋼板であり、
前記第一の鋼板において、重ね合わされていない部分の前記Al-Fe系合金めっき層のめっき厚K1が、25μm以上60μm以下であり、
前記第二の鋼板において、重ね合わされた部分の前記Al-Fe系合金めっき層のめっき厚K2が、25μm以上60μm以下であり、
前記第一の鋼板において、前記Al-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する、Al:30質量%以下、かつ、Fe:70質量%以上の拡散層の厚さを、D1(μm)とし、前記第二の鋼板において、前記Al-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する、Al:30質量%以下、かつ、Fe:70質量%以上の拡散層の厚さを、D2(μm)としたときに、
前記K1、前記K2、前記D1及び前記D2は、以下の式(c)の関係を満たし、
前記第一の鋼板、及び、前記第二の鋼板に曲げ部を有する、重ね合わせホットスタンプ成形体。
0.0≦(D1-D2)×(K1/K2)≦5.0 ・・・ 式(c)
[g]
前記第二の鋼板において、前記第一の鋼板と接しない側の面の前記Al-Fe系合金めっき層の少なくとも一部上に、Zn、Ti、Cu、又は、Vの酸化物の少なくとも何れか1種類が、合計で0.2g/m以上3.0g/m以下存在する、[f]に記載の重ね合わせホットスタンプ成形体。
1 第一のAl系めっき鋼板
1a 第一のAl系めっき鋼板の中の、第二のAl系めっき鋼板と接する面
1b 第一のAl系めっき鋼板の中の、第二のAl系めっき鋼板と接しない面
2 第二のAl系めっき鋼板
2a 第二のAl系めっき鋼板の中の、第一のAl系めっき鋼板と接する面
2b 第二のAl系めっき鋼板の中の、第一のAl系めっき鋼板と接しない面
3 溶接部
4 ホットスタンプ用重ね合わせブランク
4a ホットスタンプ用重ね合わせブランクの中の、重ね合わせ部
4b ホットスタンプ用重ね合わせブランクの中の、一枚部
5 ホットスタンプのための加熱炉
6 ホットスタンプのためのプレス金型
7 頭頂部
8 頭頂部側の曲げ部
9 フランジ側の曲げ部
10 縦壁部
11 フランジ部
12 重ね合わせホットスタンプ成形体
13 Al系めっき鋼板の片側の表面
14 Al系めっき層
15 母材鋼板
16 Al系めっき層の上層に炭素系黒色皮膜を有するAl系めっき鋼板の片側の表面
17 炭素系黒色皮膜
18 Al-Fe系合金めっき鋼板の片側の表面
19 Al-Fe系合金めっき層
20 拡散層
21 母材鋼板
22 Al-Fe系合金めっき層の上部にZn、Ti、Cu、Vいずれかを含む皮膜を有する、Al-Fe系合金めっき鋼板の片側の表面めっき鋼板の片側の表面
23 Zn、Ti、Cu、Vいずれかを含む皮膜

Claims (9)

  1. 板厚t1の第一のAl系めっき鋼板と、
    前記第一のAl系めっき鋼板上に重ね合わされて溶接された、前記第一のAl系めっき鋼板よりも面積が小さく、かつ、前記第一のAl系めっき鋼板と接しない側のAl系めっき層の上層として、炭素系黒色皮膜を有する、板厚t2の第二のAl系めっき鋼板と、
    を備える、ホットスタンプ用重ね合わせブランクであって、
    下記式(1)~式(5)満たす、ホットスタンプ用重ね合わせブランク。
    14.0≦(L1-L2)×(W1/W2)≦32.0 ・・・ 式(1)
    0.86≦{t1/(t1+t2)}×(L1/L2) ・・・ 式(2)
    20≦W1a≦120 ・・・ 式(3)
    20≦W1b≦120 ・・・ 式(4)
    20≦W2b≦120 ・・・ 式(5)
    ここで、
    W1=0.5×(W1a+W1b)
    W2=0.5×(W1b+W2b)
    1=0.5×(L1a+L1b)
    2=0.5×(L1b+L2b)
    W1a:第一のAl系めっき鋼板の第二のAl系めっき鋼板と接する側の表面のAl系めっき層の付着量
    W1b:第一のAl系めっき鋼板の第二のAl系めっき鋼板と接しない側の表面のAl系めっき層の付着量
    W2b:第二のAl系めっき鋼板の第一のAl系めっき鋼板と接しない側の表面のAl系めっき層の付着量
    1a:第一のAl系めっき鋼板の第二のAl系めっき鋼板と接する側の表面の明度L
    1b:第一のAl系めっき鋼板の前記第二のAl系めっき鋼板と接しない側の表面の明度L
    2b:第二のAl系めっき鋼板の第一のAl系めっき鋼板と接しない側の表面の明度L
    である。
    なお、t1及びt2の単位はmmであり、W1a、W1b、W2a及びW2bの単位はg/mである。
  2. 下記の式(6)を満たす、請求項1に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
    14.0≦(L1-L2)×(W1/W2)≦30.0 ・・・ 式(6)
  3. 前記第一のAl系めっき鋼板は、前記第二のAl系めっき鋼板と接しない側の前記Al系めっき層の上層として、炭素系黒色皮膜を有する、請求項1又は2に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
  4. 前記炭素系黒色皮膜の膜厚は、0.3~10.0μmである、請求項1又は2に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
  5. 前記炭素系黒色皮膜のZn含有量、Ti含有量、Cu含有量及びV含有量の合計が、0.2~3.0g/mである、請求項1又は2に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
  6. 前記Alめっき層の上層に、Zn含有量、Ti含有量、Cu含有量及びV含有量の合計が0.2~3.0g/mである層を更に有する、請求項1又は2に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
  7. 前記炭素系黒色皮膜の窒素含有量は、2~18質量%である、請求項1又は2に記載のホットスタンプ用重ね合わせブランク。
  8. 板厚T1の第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と、前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板上に重ね合わされて溶接された前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板よりも面積が小さな板厚T2の第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と、を備える、重ね合わせホットスタンプ成形体であって、
    下記式(7)~式(9)の関係を満たす、重ね合わせホットスタンプ成形体。
    25≦K1≦60 ・・・式(7)
    25≦K2≦60 ・・・式(8)
    0≦(D1-D2)×(K1/K2)≦5.0 ・・・ 式(9)
    ここで、
    K1:前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板の重ね合わされていない部分において、前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接する側のAl-Fe系合金めっき層のめっき厚と、前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側のAl-Fe系合金めっき層のめっき厚と、の平均値
    K2:前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の重ね合わされた部分において、前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側でのAl-Fe系合金めっき層のめっき厚
    D1:前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板において、前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接する側の前記Al-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する拡散層の厚さと、前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の前記Al-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する拡散層の厚さと、の平均値
    D2:前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板の前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側において、前記Al-Fe系合金めっき層中に鋼板基材と接するように位置する拡散層の厚さ
    である。
    なお、前記板厚T1及び前記板厚T2の単位は、mmであり、前記K1、前記K2、前記D1及び前記D2の単位は、μmである。
  9. 前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板において、前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の面の前記Al-Fe系合金めっき層の上に、Zn含有量、Ti含有量、Cu含有量及びV含有量の合計が0.2~3.0g/mである層が位置し、
    更に、前記第一のAl-Fe系合金めっき鋼板において、前記第二のAl-Fe系合金めっき鋼板と接しない側の面の前記Al-Fe系合金めっき層の上に、Zn含有量、Ti含有量、Cu含有量及びV含有量の合計が0~3.0g/mである層が位置する、請求項8に記載の重ね合わせホットスタンプ成形体。
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