JPWO2014171417A1 - 熱間プレス用めっき鋼板、めっき鋼板の熱間プレス方法及び自動車部品 - Google Patents
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Abstract
Description
(2)前記鋼板の片面側での前記表面皮膜層の量は、金属Zn量として、0.3〜4g/m2である、(1)に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
(3) 前記鋼板は、質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:0.01〜0.6%、Mn:0.5〜3%、Ti:0.01〜0.1%、B:0.0001〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板である、(1)又は(2)に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
(4)鋼板の片面又は両面に形成されており、少なくともAlを含有し、更にMg、Ca、Sr、Li、Na、Kの1種または2種以上の元素を合計で0.02〜2質量%含有するAlめっき層と、前記Alめっき層上に積層されており、少なくともZnOを含有する表面皮膜層を有するめっき鋼板を加熱し、加熱された前記めっき鋼板をプレスして成形する、めっき鋼板の熱間プレス方法。
(5)前記めっき鋼板を加熱する際、前記めっき鋼板の温度が50℃である状態から最高到達板温度より10℃低い温度までの平均昇温速度を、10〜300℃/秒とすることを特徴とする、(4)に記載のめっき鋼板の熱間プレス方法。
(6)前記表面皮膜層の量を、前記鋼板の片面当たり、金属Zn量として、0.3〜4g/m2とする、(4)又は(5)に記載のめっき鋼板の熱間プレス方法。
(7)前記鋼板は、質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:0.01〜0.6%、Mn:0.5〜3%、Ti:0.01〜0.1%、B:0.0001〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板である、(4)〜(6)の何れか1つに記載のめっき鋼板の熱間プレス方法。
(8)(4)〜(7)の何れか1つに記載の熱間プレス方法で製造された、自動車部品。
(9)1500MPa以上の機械的強度を有する、(8)に記載の自動車用部品。
以下では、本発明の第1の実施形態に係る熱間プレス用めっき鋼板及びめっき鋼板の熱間プレス方法について、詳細に説明する。本実施形態に係る熱間プレス用めっき鋼板は、所定の成分を含有するAlめっき層と、このAlめっき層上に形成されたZnOを主体とする表面皮膜層と、を備えるものである。また、本実施形態に係るめっき鋼板の熱間プレス方法は、所定の成分を含有するAlめっき層と、このAlめっき層上に形成されたZnOを主体とする表面皮膜層と、を備える特定のAlめっき鋼板を、熱間プレス加工するものである。
まず、本実施形態に係るめっき鋼板について、図1A及び図1Bを参照しながら詳細に説明する。図1A及び図1Bは、本実施形態に係るめっき鋼板の層構造を模式的に示した模式図である。
本実施形態に係る鋼板101としては、例えば、高い機械的強度(例えば、引張強さ・降伏点・伸び・絞り・硬さ・衝撃値・疲れ強さ・クリープ強さなどの機械的な変形及び破壊に関する諸性質を意味する。)を有するように形成された鋼板を使用することが好ましい。かかる鋼板101を用いることで、後述するようなAlめっき層103及び表面皮膜層105を有するAlめっき鋼板10を熱間プレス加工することにより、高い機械的強度を有する自動車部品を製造することが可能となる。
C:0.1〜0.4%
Si:0.01〜0.6%
Mn:0.5〜3%
Ti:0.01〜0.1%
B:0.0001〜0.1%
を含有し、Cr、P、S、Al、N等の元素を更に含んでいても良く、残部は、Fe及び不純物からなる。
Cは、目的とする機械的強度を確保するために添加される。Cの含有量が0.1%未満となる場合には、十分な機械的強度の向上が得られず、Cを添加する効果が乏しくなるため、好ましくない。一方、Cの含有量が0.4%超過となる場合には、鋼板を更に硬化させることができるものの、溶融割れが生じやすくなるため、好ましくない。従って、Cは、質量%で0.1%以上0.4%以下の含有量で添加されることが好ましい。
Alめっき層103は、図1A及び図1Bに示したように、鋼板101の片面又は両面に形成される。このAlめっき層103は、例えば溶融めっき法により鋼板101の表面に形成することが好ましい。しかしながら、Alめっき層103の形成方法はかかる例に限定されるものではなく、電気めっき法、真空蒸着法、クラッド法などといった公知の方法を利用することが可能である。
本実施形態に係る表面皮膜層105は、Alめっき層103の表面に積層される、ZnO(酸化亜鉛)を主体とする皮膜層である。表面皮膜層105は、例えば、水や有機溶媒などの各種溶媒中に微粒子を懸濁させた液を用いて、形成することができる。かかる表面皮膜層105は、熱間プレス加工における潤滑性や化成処理液との反応性を改善する効果がある。
続いて、上記構成を有するAlめっき鋼板10を熱間プレス方法により加工する方法について説明する。
以上、本発明の第1の実施形態に係るめっき鋼板及びめっき鋼板の熱間プレス方法について説明した。本実施形態に係るめっき鋼板10は、Alめっき層103中に、アルカリ土類金属元素及びアルカリ金属元素から選択された少なくとも一つの元素を更に含有し、かつ、ZnO等を主体とする表面皮膜層105を有することにより、上述の通り、例えば、高い潤滑性を実現し、化成処理性が改善される。
以下の表1に示す鋼成分の冷延鋼板(板厚1.4mm)を使用し、冷延鋼板の両面をAlめっきした。このときの焼鈍温度は、約800℃であった。Alめっき浴には、Si:9質量%が添加されており、他に鋼帯から溶出するFeが含有されていた。このAlめっき浴中に、Ca、Mg等の元素を添加した。浴中に添加した元素と添加量は、以下の表2に示した。めっき後の付着量を、ガスワイピング法で両面120g/m2に調整した。冷却後のAlめっき鋼板に対して、アクリル系バインダをZnO量に対して20質量%含有するZnO懸濁液をロールコーターで塗布し、約80℃で焼きつけた。
上記の供試材に対して、熱間で金型引抜き試験を行うことで、熱間潤滑性を評価した。より詳細には、30mm×350mmのAlめっき鋼板を900℃に加熱後、約700℃でSKD11製の平金型を鋼板の両側から押付け、引抜き加工をした。押付け荷重と引抜き荷重とを測定し、引抜き荷重/(2×押付け荷重)で得られる値を熱間摩擦係数とした。
上記の供試材を炉内に挿入し、900℃で在炉6分加熱し、取り出した後直ちにステンレス製金型に挟んで急冷した。このときの冷却速度は、約150℃/秒であった。次に、JIS Z3137に従い、十字引張強度を測定した。このときの溶接条件は、以下の通りである。なお、試験はN=3で行い、継手強度の平均値を算出した。
加圧:880kgf(1kgfは、約9.8Nである。)
通電時間:アップスロープ3サイクル−通電22サイクル(60Hz)
溶接電流:9.5kA
上記の供試材を炉内に挿入し、900℃で在炉6分加熱し、取り出した後直ちにステンレス製金型に挟んで急冷した。このときの冷却速度は、約150℃/秒であった。次に、冷却後の供試材を70mm×150mmに剪断し、日本パーカライジング(株)社製化成処理液(PB−SX35)で化成処理後、日本ペイント(株)社製電着塗料(パワーニックス110)を膜厚が15μmとなるように塗装し、170℃で焼き付けた。
図2から明らかなように、めっき浴中にMgを添加して、Alめっき鋼板に対して表面皮膜層105を設けることで、めっき浴中に所定の成分を添加しない場合と比較して、熱間摩擦係数の値をより小さな値にすることが可能となる。また、表面皮膜層105の皮膜量が同程度である場合には、Mgを添加しためっき浴を用いることで、より小さな熱間摩擦係数を実現できていることがわかる。この結果は、Mg等の所定の添加元素が添加されためっき浴を用いることで、ある熱間摩擦係数の値を実現する場合に、表面皮膜層105の皮膜量をより薄くすることが可能であることを示している。
実施例1の番号2及び番号7の供試材を用いて、遠赤外線による加熱を行った。このとき、昇温炉と保定炉の2ゾーンを持つ炉を用い、ゾーン間の移動は手作業で行った。昇温炉を1000℃〜1150℃で変化させて、昇温速度を変化させた。保定炉は900℃に設定し、70mm×150mmの供試材に熱電対を溶接し、昇温炉で850℃に達したときに保定炉に移動させた。この際、実施例1と同様にして、50〜890℃の平均の昇温速度を計算した。焼入は、実施例1と同様に行い、その後の評価も、実施例1と同様に行った。得られた評価結果を、以下の表3に示した。
通電加熱による急速加熱を試みた。実施例1の番号7の供試材に対応するめっき浴を用い、Alめっきの付着量は両面80g/m2とし、その表面にZnOを1g/m2付与した試料を用いた。得られた100×300mmの鋼板の両端を電極で挟んで、通電加熱した。このとき、50〜890℃の平均昇温速度は、88℃/sであった。この試料を実施例1と同様に評価したところ、熱間潤滑性は0.41、スポット継手強度は7.3kA、塗装後耐食性は3.6mmを示した。この結果より、通電加熱による急速加熱でも同様の効果が得られることが確認された。
101 鋼板
103 Alめっき層
105 表面皮膜層
(2)前記鋼板は、質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:0.01〜0.6%、Mn:0.5〜3%、Ti:0.01〜0.1%、B:0.0001〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板である、(1)に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
(3)鋼板の片面又は両面に形成されており、少なくともAlを含有し、更にMg、Ca、Sr、Li、Na、Kの1種または2種以上の元素を合計で0.02〜2質量%含有するAlめっき層と、前記Alめっき層上に積層されており、少なくともZnOを含有する表面皮膜層と、を有し、前記鋼板の片面側での前記表面皮膜層の量が、金属Zn量として、0.3〜4g/m 2 であるめっき鋼板を加熱する際、当該めっき鋼板の温度が50℃である状態から最高到達板温度より10℃低い温度までの平均昇温速度を、10〜300℃/秒とし、加熱された前記めっき鋼板をプレスして成形する、めっき鋼板の熱間プレス方法。
(4)前記鋼板は、質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:0.01〜0.6%、Mn:0.5〜3%、Ti:0.01〜0.1%、B:0.0001〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板である、(3)に記載のめっき鋼板の熱間プレス方法。
(5)(3)又は(4)に記載の熱間プレス方法で製造された、自動車部品。
(6)1500MPa以上の機械的強度を有する、(5)に記載の自動車用部品。
(2)前記鋼板は、質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:0.01〜0.6%、Mn:0.5〜3%、Ti:0.01〜0.1%、B:0.0001〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板である、(1)に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
(3)鋼板の片面又は両面に形成されており、少なくともAlを含有し、更にMg、Ca、Sr、Li、Na、Kの1種または2種以上の元素を合計で0.02〜2質量%含有するAlめっき層と、前記Alめっき層上に積層されており、少なくともZnOを含有する表面皮膜層と、を有し、前記鋼板の片面側での前記表面皮膜層の量が、金属Zn量として、0.3〜1.1g/m2であるめっき鋼板を加熱する際、当該めっき鋼板の温度が50℃である状態から最高到達板温度より10℃低い温度までの平均昇温速度を、10〜300℃/秒とし、加熱された前記めっき鋼板をプレスして成形する、めっき鋼板の熱間プレス方法。
(4)前記鋼板は、質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:0.01〜0.6%、Mn:0.5〜3%、Ti:0.01〜0.1%、B:0.0001〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板である、(3)に記載のめっき鋼板の熱間プレス方法。
(5)(3)又は(4)に記載の熱間プレス方法で製造された、自動車部品。
(6)1500MPa以上の機械的強度を有する、(5)に記載の自動車部品。
(2)前記鋼板は、質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:0.01〜0.6%、Mn:0.5〜3%、Ti:0.01〜0.1%、B:0.0001〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板である、(1)に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
(3)鋼板の片面又は両面に形成されており、少なくともAlを含有し、更にMg、Ca、Sr、Li、Na、Kの1種または2種以上の元素を合計で0.02〜2質量%含有するAlめっき層と、前記Alめっき層上に積層されており、ZnOを含有する表面皮膜層と、を有し、前記鋼板の片面側での前記表面皮膜層の量が、金属Zn量として、0.3〜1.1g/m2であるめっき鋼板を加熱する際、当該めっき鋼板の温度が50℃である状態から最高到達板温度より10℃低い温度までの平均昇温速度を、10〜300℃/秒とし、加熱された前記めっき鋼板をプレスして成形する、めっき鋼板の熱間プレス方法。
(4)前記鋼板は、質量%で、C:0.1〜0.4%、Si:0.01〜0.6%、Mn:0.5〜3%、Ti:0.01〜0.1%、B:0.0001〜0.1%を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板である、(3)に記載のめっき鋼板の熱間プレス方法。
Claims (9)
- 鋼板の片面又は両面に形成されており、少なくともAlを含有し、更に、Mg、Ca、Sr、Li、Na、Kの1種又は2種以上の元素を合計で0.02〜2質量%含有するAlめっき層と、
前記Alめっき層上に積層されており、少なくともZnOを含有する表面皮膜層と、
を有する、熱間プレス用めっき鋼板。 - 前記鋼板の片面側での前記表面皮膜層の量は、金属Zn量として、0.3〜4g/m2である、請求項1に記載の熱間プレス用めっき鋼板。
- 前記鋼板は、質量%で、
C:0.1〜0.4%
Si:0.01〜0.6%
Mn:0.5〜3%
Ti:0.01〜0.1%
B:0.0001〜0.1%
を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板である、請求項1又は2に記載の熱間プレス用めっき鋼板。 - 鋼板の片面又は両面に形成されており、少なくともAlを含有し、更にMg、Ca、Sr、Li、Na、Kの1種または2種以上の元素を合計で0.02〜2質量%含有するAlめっき層と、前記Alめっき層上に積層されており、少なくともZnOを含有する表面皮膜層を有するめっき鋼板を加熱し、
加熱された前記めっき鋼板をプレスして成形する、めっき鋼板の熱間プレス方法。 - 前記めっき鋼板を加熱する際、前記めっき鋼板の温度が50℃である状態から最高到達板温度より10℃低い温度までの平均昇温速度を、10〜300℃/秒とする、請求項4に記載のめっき鋼板の熱間プレス方法。
- 前記表面皮膜層の量を、前記鋼板の片面当たり、金属Zn量として、0.3〜4g/m2とする、請求項4又は5に記載のめっき鋼板の熱間プレス方法。
- 前記鋼板は、質量%で、
C:0.1〜0.4%
Si:0.01〜0.6%
Mn:0.5〜3%
Ti:0.01〜0.1%
B:0.0001〜0.1%
を含有し、残部がFe及び不純物からなる鋼板である、請求項4〜6の何れか1項に記載のめっき鋼板の熱間プレス方法。 - 請求項4〜7の何れか1項に記載の熱間プレス方法で製造された、自動車部品。
- 1500MPa以上の機械的強度を有する、請求項8に記載の自動車用部品。
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