JPWO2018179397A1 - 表面処理鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
前記めっき層の平均組成が、質量%で、
Mg:0.5〜2.0%、を含有し、かつ
下記(i)〜(iii)式を満足する、
表面処理鋼板。
75.0≦Zn+Al≦98.5 ・・・(i)
0.4≦Zn/Al≦1.5 ・・・(ii)
Zn/Al×Mg≦1.6 ・・・(iii)
但し、上記式中の元素記号は、めっき層中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
Si:0%を超えて15.0%以下、を含有する、
上記(1)に記載の表面処理鋼板。
上記(1)または(2)に記載の表面処理鋼板。
Mg+Ca+Ti+Sr+Cr≦2.0 ・・・(iv)
但し、上記式中の元素記号は、めっき層中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
前記めっき層の全体厚さに対する前記Fe拡散層の厚さの割合が、15〜50%である、
上記(1)から(3)までのいずれかに記載の表面処理鋼板。
Fe:5.0〜25.0%、を含有する、
上記(4)に記載の表面処理鋼板。
C:0.05〜0.4%、
Si:0.5%以下、および
Mn:0.5〜2.5%、を含有する、
上記(1)から(5)までのいずれかに記載の表面処理鋼板。
上記(1)から(6)までのいずれかに記載の表面処理鋼板。
本発明の一実施形態に係る表面処理鋼板は、母材と該母材の表面に形成されためっき層とを備える。それぞれについて、以下に詳述する。
本実施形態に係る課題であるホットスタンプ成形後の疲労特性、スポット溶接性、および塗装後耐食性の改善は、表面処理鋼板のめっき層の構成によって実現される。したがって、本実施形態に係る表面処理鋼板の母材は特に限定されない。しかし、母材の成分が以下に説明する範囲内である場合、疲労特性、スポット溶接性、および塗装後耐食性に加えて、好適な機械特性を有する成形体が得られる。
炭素(C)は、ホットスタンプ後の成形体の強度を高める元素である。C含有量が少な過ぎると、上記効果が得られない。一方、C含有量が過剰であると、鋼板の靭性が低下する。したがって、C含有量は0.05〜0.4%とする。C含有量は0.10%以上であるの他好ましく、0.13%以上であるのがより好ましい。また、C含有量は0.35%以下であるのが好ましい。
シリコン(Si)は、不可避的に含まれ、鋼を脱酸する作用を有する元素である。しかしながら、Si含有量が過剰であると、ホットスタンプの加熱中に鋼中のSiが拡散し、鋼板表面に酸化物が形成されて、りん酸塩処理性を低下させる。Siは、さらに、鋼板のAc3点を上昇させる元素であり、Ac3点が上昇すると、ホットスタンプ時の加熱温度がZnめっきの蒸発温度を超えてしまうおそれがある。したがって、Si含有量は0.5%以下とする。Si含有量は0.3%以下であるのが好ましく、0.2%以下であるのがより好ましい。上記製品性能の観点からはSi含有量の下限値の制約はないが、上述する脱酸を目的として使用されるため、実質的な下限値が存在する。求められる脱酸レベルによるが、通常は0.05%である。
マンガン(Mn)は、焼入れ性を高め、ホットスタンプ後の成形体の強度を高める元素である。Mn含有量が少な過ぎると、この効果は得られない。一方、Mn含有量が過剰であると、この効果は飽和する。したがって、Mn含有量は0.5〜2.5%とする。Mn含有量は0.6%以上であるのが好ましく、0.7%以上であるのがより好ましい。また、Mn含有量は2.4%以下であるのが好ましく、2.3%以下であるのがより好ましい。
りん(P)は、鋼中に含まれる不純物である。Pは結晶粒界に偏析して鋼の靭性を低下させ、耐遅れ破壊性を低下させる。したがって、P含有量は0.03%以下とする。P含有量はできる限り少なくすることが好ましい。
硫黄(S)は、鋼中に含まれる不純物である。Sは硫化物を形成して鋼の靭性を低下させ、耐遅れ破壊性を低下させる。したがって、S含有量は0.01%以下とする。S含有量はできる限り少なくすることが好ましい。
アルミニウム(Al)は、一般に鋼の脱酸目的で使用され、不可避的に含有される元素である。しかしながら、Al含有量が過剰であると、脱酸は十分に行われるが、鋼板のAc3点が上昇して、ホットスタンプ時の加熱温度がZnめっきの蒸発温度を超えるおそれがある。したがって、Al含有量は0.1%以下とする。Al含有量は0.05%以下であるのが好ましい。上記の効果を得るためには、Al含有量は0.01%以上であるのが好ましい。なお、本明細書において、Al含有量は、sol.Al(酸可溶Al)の含有量を意味する。
窒素(N)は、鋼中に不可避的に含まれる不純物である。Nは窒化物を形成して鋼の靭性を低下させる。Nはさらに、鋼中にBが含有される場合、Bと結合して固溶B量を減らし、ひいては焼入れ性を低下させる。したがって、N含有量は0.01%以下とする。N含有量はできる限り少なくすることが好ましい。
ボロン(B)は、鋼の焼入れ性を高め、ホットスタンプ後の成形体の強度を高める効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、B含有量が過剰であると、この効果は飽和する。したがって、B含有量は0.005%以下とする。上記の効果を得るためには、B含有量は0.0001%以上であるのが好ましい。
チタン(Ti)は、Nと結合して窒化物を形成する。このようにTiとNとが結合する場合には、BとNとの結合が抑制され、BN形成による焼入れ性の低下を、抑制することができる。そのため、Tiを必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ti含有量が過剰であると上記効果が飽和し、さらに、Ti窒化物が過剰に析出して鋼の靭性が低下する。したがって、Ti含有量は0.1%以下とする。なお、Tiはそのピン止め効果により、ホットスタンプ加熱時のオーステナイト粒径を微細化し、それにより成形体の靱性等を高める。上記の効果を得るためには、Ti含有量は0.01%以上であるのが好ましい。
クロム(Cr)は、鋼の焼入れ性を高める効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Cr含有量が過剰であると、Cr炭化物が形成される。このCr炭化物は、ホットスタンプの加熱時に溶解し難いことから、オーステナイト化が進行し難くなり、焼き入れ性が低下する。したがって、Cr含有量は0.5%以下とする。上記の効果を得るためには、Cr含有量は0.1%以上であるのが好ましい。
モリブデン(Mo)は、鋼の焼入れ性を高める効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Mo含有量が過剰であると、上記効果は飽和する。したがって、Mo含有量は0.5%以下とする。上記の効果を得るためには、Mo含有量は0.05%以上であるのが好ましい。
ニオブ(Nb)は、炭化物を形成して、ホットスタンプ時に結晶粒を微細化し、鋼の靭性を高める効果を有するため、必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Nb含有量が過剰であると、上記効果が飽和するだけでなく、焼入れ性が低下する。したがって、Nb含有量は0.1%以下とする。上記の効果を得るためには、Nb含有量は0.02%以上であるのが好ましい。
ニッケル(Ni)は、鋼の靭性を高める効果を有する。Niは、さらに、ホットスタンプでの加熱時に、溶融Znの存在に起因した脆化を抑制する。そのため、Niを必要に応じて含有させてもよい。しかしながら、Ni含有量が過剰であると、これらの効果は飽和する。したがって、Ni含有量は1.0%以下とする。上記の効果を得るためには、Ni含有量は0.1%以上であるのが好ましい。
本発明におけるめっき層は、ZnおよびAlを主体とする。すなわち、めっき層の平均組成が下記(i)式を満足する。表面処理鋼板のめっき層が下記の条件を満足することによって、ホットスタンプ後の成形体の疲労特性、スポット溶接性、および塗装後耐食性を向上させることが可能になる。
75.0≦Zn+Al≦98.5 ・・・(i)
但し、上記式中の元素記号は、めっき層中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。
0.4≦Zn/Al≦1.5 ・・・(ii)
Zn/Al×Mg≦1.6 ・・・(iii)
Mg+Ca+Ti+Sr+Cr≦2.0 ・・・(iv)
本実施形態の表面処理鋼板を製造する工程には、母材を製造する工程と、母材の表面にめっき層を形成する工程とが含まれる。以下、各工程について、詳述する。
母材製造工程では、表面処理鋼板の母材を製造する。例えば、上述した化学組成を有する溶鋼を製造し、この溶鋼を用いて、鋳造法によりスラブを製造するか、または、造塊法によりインゴットを製造する。次いで、スラブまたはインゴットを熱間圧延することにより、表面処理鋼板の母材(熱延板)が得られる。なお、上記熱延板に対して酸洗処理を行い、酸洗処理後の熱延板に対して冷間圧延を行って得られる冷延板を表面処理鋼板の母材としてもよい。
めっき処理工程では、上記の母材表面にAl−Zn−Mgめっき層を形成して、表面処理鋼板を製造する。めっき層の形成方法は、溶融めっき処理であってもよいし、溶射めっき処理、蒸着めっき処理等の、その他のいかなる処理であってもよい。母材とめっき層との密着性を高めるためには、めっき層にSiを含有させることが好ましい。
本発明の表面処理鋼板にホットスタンプを施すことによって、疲労特性、スポット溶接性、および塗装後耐食性に優れた成形体を得ることができる。以下に説明する条件においてホットスタンプを行うことで、より確実に上記特性に優れた成形体を得ることが可能になる。なお、ホットスタンプを行う前に、必要に応じて、防錆油膜形成処理およびブランキング加工処理を行ってもよい。
通常のホットスタンプは、鋼板をホットスタンプ温度範囲(熱間加工温度範囲)まで加熱し、次いで熱間加工し、さらに冷却することにより行われる。通常のホットスタンプ技術によれば、製造時間を短縮するために、鋼板の加熱速度をなるべく大きくすることがよいとされる。また、鋼板をホットスタンプ温度範囲まで加熱すればめっき層の合金化が十分に進むので、通常のホットスタンプ技術は、鋼板の加熱条件の制御を重要視していない。
防錆油膜形成工程は、めっき処理工程後、かつ、ホットスタンプ工程前に、表面処理鋼板の表面に防錆油を塗布して防錆油膜を形成するものであり、製造方法に任意に含まれてもよい。表面処理鋼板が製造されてからホットスタンプが行われるまでの時間が長い場合には、表面処理鋼板の表面が酸化されるおそれがある。しかしながら、防錆油膜形成工程により防錆油膜が形成された表面処理鋼板の表面は酸化し難いので、防錆油膜形成工程は、成形体のスケールの形成を抑制することができる。なお、防錆油膜の形成方法は、公知のいかなる技術を用いることもできる。
本工程は、防錆油膜形成工程後、かつ、ホットスタンプ工程前に、表面処理鋼板に対して剪断加工および/または打ち抜き加工を行って、当該鋼板を特定の形状に成形する工程である。ブランキング加工後の鋼板の剪断面は酸化し易い。しかしながら、鋼板表面に事前に防錆油膜が形成されていれば、上記剪断面にも防錆油がある程度広がる。これにより、ブランキング加工後の鋼板の酸化を抑制することができる。
各試験例の表面処理鋼板に対して、700℃で120s保持する合金化加熱処理を行なった後、900℃で30s加熱し、直ちに3種類のハンドプレス機を用いて熱間V曲げ加工を行い成形体とした。なお、金型の形状は、V曲げ加工による曲げ半径の外側部分が曲げ加工終了時に、それぞれ10%、15%および20%伸ばされるような形状とした。
各試験例の表面処理鋼板に対して、700℃で120s保持する合金化加熱処理を行なった後、900℃で30s加熱し、直ちに水冷ジャケットを備えた平板金型に鋼板を挟み込んで板状の成形体を製造した。なお、ホットスタンプ時の冷却速度が遅い部分でも、マルテンサイト変態開始点(410℃)程度まで、50℃/s以上の冷却速度となるように焼入れした。
各試験例の表面処理鋼板に対して、700℃で120s保持する合金化加熱処理を行なった後、900℃で30s加熱し、直ちに水冷ジャケットを備えた平板金型に鋼板を挟み込んで板状の成形体を製造した。なお、ホットスタンプ時の冷却速度が遅い部分でも、マルテンサイト変態開始点(410℃)程度まで、50℃/s以上の冷却速度となるように焼入れした。
本発明においては、疲労特性(耐LME性)、スポット溶接性、および塗装後耐食性の全てにおいてバランスよく優れる成形体の素材として好適な表面処理鋼板を提供することを目的としている。そのため、これらの評価結果を総合的に勘案し、いずれの試験においても優または良であった総合評価Aおよびいずれの試験においても少なくとも不可がなかった総合評価Bのものを合格とし、いずれかの試験において不可があった総合評価Cのものを不合格とした。それらの結果を表4に示す。
Claims (7)
- 母材と該母材の表面に形成されためっき層とを備える表面処理鋼板であって、
前記めっき層の平均組成が、質量%で、
Mg:0.5〜2.0%、を含有し、かつ
下記(i)〜(iii)式を満足する、
表面処理鋼板。
75.0≦Zn+Al≦98.5 ・・・(i)
0.4≦Zn/Al≦1.5 ・・・(ii)
Zn/Al×Mg≦1.6 ・・・(iii)
但し、上記式中の元素記号は、めっき層中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。 - 前記めっき層の平均組成が、さらに質量%で、
Si:0%を超えて15.0%以下、を含有する、
請求項1に記載の表面処理鋼板。 - 前記めっき層の平均組成が、さらに下記(iv)式を満足する、
請求項1または請求項2に記載の表面処理鋼板。
Mg+Ca+Ti+Sr+Cr≦2.0 ・・・(iv)
但し、上記式中の元素記号は、めっき層中に含まれる各元素の含有量(質量%)を表す。 - 前記めっき層が、前記めっき層中の母材側にFe拡散層を有し、
前記めっき層の全体厚さに対する前記Fe拡散層の厚さの割合が、15〜50%である、
請求項1から請求項3までのいずれかに記載の表面処理鋼板。 - 前記めっき層の平均組成が、さらに質量%で、
Fe:5.0〜25.0%、を含有する、
請求項4に記載の表面処理鋼板。 - 前記母材の化学組成が、質量%で、
C:0.05〜0.4%、
Si:0.5%以下、および
Mn:0.5〜2.5%、を含有する、
請求項1から請求項5までのいずれかに記載の表面処理鋼板。 - ホットスタンプ用である、
請求項1から請求項6までのいずれかに記載の表面処理鋼板。
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