WO2017017905A1 - 熱間プレス部材の製造方法 - Google Patents

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WO2017017905A1
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中島　清次
安藤　聡
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • C25D3/00—Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02—Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/22—Electroplating: Baths therefor from solutions of zinc

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a hot press member suitable for application to an undercarriage member or a vehicle body structural member of an automobile.
  • Patent Document 1 discloses a hot press that enables both easy processing and high strength by simultaneously processing a heated steel sheet using a die and a punch and simultaneously quenching.
  • this hot press the steel plate is heated to a high temperature of around 950 ° C. before hot pressing, so scale (iron oxide) is generated on the surface of the steel plate and the scale peels off during hot pressing.
  • the mold is damaged or the surface of the member after hot pressing is damaged.
  • the scale remaining on the surface of the member also causes poor appearance and poor paint adhesion. For this reason, the scale on the surface of the member is usually removed by processing such as pickling or shot blasting. However, this complicates the manufacturing process and reduces productivity.
  • Patent Document 2 discloses a hot pressed member excellent in corrosion resistance in which a steel sheet coated with Zn or a Zn base alloy is hot pressed and a Zn—Fe base compound or a Zn—Fe—Al base compound is provided on the surface. A manufacturing method is disclosed.
  • Patent Document 3 describes a hot pressed member excellent in scale resistance, coating adhesion, post-coating corrosion resistance, and hydrogen penetration resistance, corresponding to the Ni diffusion region on the surface layer of the steel sheet and the ⁇ phase of Zn—Ni alloy.
  • a hot press member having an intermetallic compound layer and a ZnO layer is disclosed.
  • Patent Document 4 discloses a steel sheet for hot pressing in which a ZnO layer that suppresses evaporation of zinc is formed in advance on the surface layer of a zinc-based plating layer. By using this steel sheet, the appearance of a pressed product is disclosed. It has been shown that a hot press-molded article having good coating film adhesion and excellent corrosion resistance after coating can be obtained.
  • the use of a galvanized steel sheet as a steel sheet for hot pressing is effective in improving corrosion resistance.
  • the melting point of zinc is 419 ° C. and the boiling point is 907 ° C., both of them are low, so in the heating process before hot pressing, the zinc in the plating layer melts and the zinc evaporates from the plating layer. It has been difficult to stably produce a hot press member having a surface appearance.
  • a hot-pressed member manufactured by the method described in Patent Document 2 uses a galvanized steel sheet or a galvanized aluminum-plated steel sheet having a low melting point. Therefore, in the heating step before hot pressing, the plating layer is melted or zinc is evaporated. Occurs violently. As a result, a hot press member having a uniform and good surface appearance, such as a hot-pressed member finally obtained having a patchy non-uniform appearance or many white or black spot-like defects, is obtained. Was difficult.
  • the spot-like defect part not only the surface appearance problem but also the paint adhesion is poor, so a technique for preventing the spot-like defect has been eagerly desired, but no effective countermeasure has been proposed so far. It was.
  • the hot press member described in Patent Document 3 is manufactured using a steel plate having a Zn—Ni alloy plating layer having a melting point higher than that of zinc, the hot press member is hotter than when using a galvanized steel plate or a galvanized aluminum plated steel plate. Although the surface appearance of the pressed member is improved, it has not been able to completely prevent the occurrence of local point defects.
  • the surface appearance of the hot pressing member was improved to some extent by the action of the ZnO layer formed on the surface layer.
  • the ZnO layer forming process needs to be performed by a method such as an oxidation process by heat, a contact process with a solution, an electrolytic process in an aqueous solution, and a coating and drying process of a solution, resulting in a significant increase in cost. there were.
  • the present invention has been made for the purpose of solving the problems of the prior art as described above, and can stably produce a hot press member having a uniform and good surface appearance without incurring a significant cost increase. It aims at providing the manufacturing method of the hot press member excellent in the surface external appearance which enables manufacture.
  • the present inventors diligently studied a method for manufacturing a hot press member having an excellent surface appearance.
  • a hot-pressed steel sheet having a Zn—Ni alloy plating layer with a higher melting point than a zinc-based steel sheet with a relatively low melting point such as a hot-dip galvanized steel sheet or an alloyed hot-dip galvanized steel sheet, is used. However, it was found that the point defects cannot be completely prevented even in the case of a Zn—Ni alloy-plated steel sheet.
  • the manufacturing method of the hot press member of the present invention has been made based on such knowledge, and the gist thereof is as follows.
  • [1] A method for manufacturing a hot pressed member in which a zinc-based plated steel sheet is heated to a temperature range of Ac3 transformation point to 1000 ° C., and then hot-pressed and cooled.
  • [2] A method for producing a hot pressed member in which a zinc-based plated steel sheet is cold-pressed and then heated to a temperature range of Ac3 transformation point to 1000 ° C. and cooled.
  • the galvanized steel sheet contains 10 to 25% by mass of Ni, the balance is made of Zn and unavoidable impurities, and a coating layer having an adhesion amount per side of 10 to 90 g / m 2 is provided on one side or both sides.
  • the manufacturing method of the hot press member as described in [1] or [2] which is a Zn-Ni alloy plating steel plate which has.
  • % which shows the component of steel, and% which shows the component of plating are all the mass%.
  • the hot press member manufactured according to the present invention is suitable for an automobile suspension member and a vehicle body structural member.
  • FIG. 1 is a view showing a typical appearance of a hot-pressed member, and is an appearance photograph of (a) a good appearance product and (b) a point defect generation product, respectively.
  • FIG. 2 is a view showing a typical appearance of a point defect, and is an enlarged photograph of (a) a white defect and (b) a black defect, respectively.
  • Zinc-based plated steel sheet The method for producing a hot-pressed member of the present invention uses a zinc-based plated steel sheet having a zinc-based plated layer on one or both surfaces of the steel sheet surface.
  • Examples of zinc-based plating include hot dip galvanizing, alloyed hot dip galvanizing, hot dip zinc-aluminum alloy plating, hot dip zinc-aluminum-magnesium alloy plating, electrogalvanizing, and electrogalvanizing-nickel alloy plating.
  • the known zinc-based plating containing zinc is applicable.
  • the coating amount on the surface of these galvanized steel sheets is preferably 10 to 90 g / m 2 per side. If the amount of adhesion per side (hereinafter sometimes simply referred to as the amount of adhesion) is 10 g / m 2 or more, the corrosion resistance will not be insufficient. On the other hand, if the adhesion amount is 90 g / m 2 or less, the cost is not increased. A more preferable adhesion amount is 20 to 80 g / m 2 . The adhesion amount can be obtained by a wet analysis method.
  • the entire plating layer of a test piece with a known adhesion area is dissolved in an aqueous solution obtained by adding 1 g / L of hexamethylenetetramine as an inhibitor to a 6% by mass hydrochloric acid aqueous solution. What is necessary is just to obtain
  • a Zn-Ni alloy-plated steel sheet having a plating layer containing 10 to 25% by mass of Ni and the balance of Zn and inevitable impurities on one side or both sides is preferable.
  • the Ni content in the plating layer is 10 to 25% by mass
  • the phase structure of the plating layer becomes a ⁇ phase, and since this ⁇ phase has a high melting point of 881 ° C., the effect of suppressing the occurrence of point defects becomes more prominent.
  • the ⁇ phase has a crystal structure of Ni 2 Zn 11 , NiZn 3 , or Ni 5 Zn 21 and can be confirmed by an X-ray diffraction method.
  • a base plating layer such as a plating layer mainly composed of Ni may be provided below the plating layer.
  • a base plating layer such as a plating layer mainly composed of Ni may be provided below the plating layer.
  • a base plating layer such as a plating layer mainly composed of Ni may be provided below the plating layer.
  • the underlying steel plate of the zinc-based plating layer for example, C: 0.15-0.50%, Si: 0.05-2. 00%, Mn: 0.5 to 3.0%, P: 0.10% or less, S: 0.05% or less, Al: 0.10% or less, N: 0.010% or less, the balance Can be used a hot-rolled steel sheet or a cold-rolled steel sheet having a composition composed of Fe and inevitable impurities.
  • a hot-rolled steel sheet or a cold-rolled steel sheet having such a component composition is used as the base steel sheet, a hot-pressed member that can obtain the required high strength such as having a strength of 980 MPa or more can be obtained.
  • the reason for limitation of each component composition is demonstrated below.
  • C 0.15-0.50% C is an element that improves the strength of steel.
  • the amount In order to increase the tensile strength of the hot-pressed member (hereinafter sometimes referred to as TS) to 980 MPa or more, the amount needs to be 0.15% or more. is there.
  • the C content is preferably 0.15 to 0.50%.
  • Si 0.05-2.00% Si, like C, is an element that improves the strength of steel.
  • the amount needs to be 0.05% or more.
  • the Si content exceeds 2.00%, the plating processability may be adversely affected when a plating process for forming a plating film mainly composed of Zn or Al on the steel sheet surface is performed. Accordingly, the Si content is preferably 0.05 to 2.00%.
  • Mn 0.5 to 3.0%
  • Mn is an element effective for suppressing the ferrite transformation and improving the hardenability, and also reduces the Ac 3 transformation point, so that it is an effective element for lowering the heating temperature before hot pressing. is there. In order to exhibit such an effect, the amount needs to be 0.5% or more.
  • the amount of Mn exceeds 3.0%, it segregates and the uniformity of the characteristics of the raw steel plate and hot pressed member is lowered. Therefore, the amount of Mn is preferably 0.5 to 3.0%.
  • the P content is preferably 0.10% or less.
  • the amount of S is preferably 0.05% or less.
  • the Al content is preferably 0.10% or less.
  • N 0.010% or less
  • nitride of AlN is formed during hot rolling or heating before hot pressing, and blanking workability and hardenability of the raw steel sheet. Reduce. Accordingly, the N content is preferably 0.010% or less.
  • the balance is Fe and inevitable impurities. Further, in addition to the above component composition, it was selected from Cr: 0.01 to 1.0%, Ti: 0.01 to 0.20%, and B: 0.0005 to 0.0800% for the following reasons. It is preferable that at least one kind or Sb: 0.003 to 0.030% is contained individually or simultaneously.
  • Cr 0.01 to 1.0% Cr is an element effective for strengthening steel and improving hardenability. In order to exhibit such an effect, the Cr content is preferably 0.01% or more. On the other hand, if the Cr content exceeds 1.0%, the cost is significantly increased, so the upper limit is preferably set to 1.0%.
  • Ti 0.01-0.20%
  • Ti is an element effective for strengthening steel and improving toughness by refining. Further, it is also an element effective for forming a nitride in preference to B described below and exhibiting the effect of improving hardenability by solid solution B. Therefore, the Ti amount is preferably 0.01% or more. However, if the amount of Ti exceeds 0.20%, the rolling load during hot rolling increases extremely, and the toughness of the hot pressed member decreases, so the upper limit may be 0.20%. preferable.
  • B 0.0005 to 0.0800%
  • B is an element effective for improving the hardenability during hot pressing and toughness after hot pressing.
  • the B content is preferably 0.0005% or more.
  • the upper limit is preferably 0.0800%.
  • Sb 0.003 to 0.030%
  • Sb has an effect of suppressing a decarburized layer generated in the surface layer portion of the steel sheet between the time when the galvanized steel sheet is heated and before hot pressing and cooling. In order to exhibit such an effect, the amount needs to be 0.003% or more. On the other hand, if the amount of Sb exceeds 0.030%, the rolling load increases and the productivity is lowered. Therefore, the Sb content is preferably 0.003 to 0.030%.
  • a hot press member is manufactured by using the process of either of the following two aspects as a hot press process.
  • the first aspect is a method of manufacturing a hot press member in which a zinc-based plated steel sheet is heated to a temperature range of Ac 3 to 1000 ° C., and then hot pressed and cooled.
  • a hot press process called a direct process
  • the heating temperature is less than the Ac3 transformation point, the steel sheet is not sufficiently quenched, and the desired strength may not be obtained.
  • the heating temperature exceeds 1000 ° C., not only is it uneconomical in energy, but also the occurrence of point defects becomes significant, making it difficult to produce a hot pressed member having a uniform and good surface appearance.
  • the cooling after hot pressing may be performed using a mold simultaneously with the hot pressing, or may be performed using a coolant such as water at the same time as or immediately after the hot pressing.
  • the second aspect is a method for producing a hot pressed member in which a zinc-based plated steel sheet is cold-pressed and then heated to a temperature range of Ac3 transformation point to 1000 ° C. and then cooled, which is called an indirect process.
  • This is a hot pressing process.
  • cold pressing is first performed before heating the galvanized steel sheet.
  • the cold-pressed member is heated and then cooled.
  • the heating temperature is in the temperature range of Ac3 transformation point to 1000 ° C. for the same reason as described above. Cooling may be performed using a mold for cooling the member, or may be performed using a coolant such as water. Moreover, you may perform the additional process by a hot press, when cooling using a metal mold
  • the heating temperature here means the highest temperature reached of the steel sheet.
  • Examples of the heating method include heating by an electric furnace or a gas furnace, flame heating, energization heating, high frequency heating, induction heating, and the like.
  • 4) Surface cleaning treatment In the method for producing a hot-pressed member of the present invention, zinc is coated for the purpose of removing dirt, dust, fingerprints and the like adhering to the surface of the plating layer before heating the zinc-based plated steel sheet.
  • the surface-cleaning treatment of the galvanized steel sheet is performed. This surface cleaning treatment is an important requirement in the present invention. When this surface cleaning treatment is not performed, point defects are generated as shown in FIG. However, when the surface cleaning treatment is performed, a product having a good appearance can be produced as shown in FIG.
  • the point defects include white defects which are traces of destruction of the ZnO layer covering the surface of the zinc-based plating layer and intense zinc evaporation, or FIG. 2 (b).
  • the surface cleaning process is a process for removing a point-like defect.
  • the steel sheet coil It is necessary to carry out the surface cleaning treatment in the state of the above, or in the state of the steel plate sheet or steel plate blank cut out from the steel plate coil.
  • the second aspect after the zinc-plated steel sheet is cold-pressed and heated to a temperature range of Ac3 transformation point to 1000 ° C.
  • the state of the steel sheet coil, the steel sheet sheet cut from the steel sheet coil or the steel sheet blank The surface cleaning process can be performed in the state of the above, or the surface cleaning process can be performed in the state of the member after the cold pressing.
  • the method of the surface cleaning treatment is not limited as long as it is a method capable of removing dirt, dust, fingerprints and the like adhering to the surface of the plating layer.
  • a method of wiping the steel sheet surface with a cloth cloth a method of brushing the steel sheet surface using a brush such as nylon, a method of brushing the surface after applying a liquid that does not harm the steel sheet such as cleaning oil to the steel sheet surface, Examples include alkali degreasing and solvent degreasing. Cleaning methods such as cleaning oil brushing and brushing, alkali degreasing, solvent degreasing, etc., bringing the liquid into contact with the steel plate surface is more effective than physical methods such as wiping or brushing with cloth cloth.
  • a method of bringing a liquid into contact with the steel plate surface is preferable from the viewpoint of completely cleaning the steel plate surface.
  • alkaline degreasing is performed as a surface cleaning treatment
  • the pH of the alkaline degreasing solution is 12.5 or more
  • the action of dissolving the zinc-based plating layer itself is too strong.
  • the generation is promoted, and the amount of plating is reduced to deteriorate the corrosion resistance. Therefore, when alkali degreasing is performed as the surface cleaning treatment, the pH of the alkaline degreasing solution is less than 12.5.
  • the cost required for the surface cleaning process is preferably low. If you have a combination of cleaning oil coating and brushing as equipment for cold pressing, this equipment can be used for hot pressing and can be processed at low cost and with a high cleaning effect. Therefore, it is preferable.
  • hot dip Zn plating On the surface of this cold-rolled steel sheet, hot dip Zn plating, hot dip Zn—Al alloy plating (Al content: 55% by mass), alloyed hot dip Zn plating (Fe content: 10% by weight), electric Zn plating, electric Zn— One of Ni alloy plating (Ni content: 12% by mass) was applied and sheared to a size of 200 mm ⁇ 300 mm to obtain a test material.
  • the surface specimen was subjected to surface cleaning treatment.
  • As the surface cleaning treatment one of A: cloth wiping, B: brushing, C: combined use of cleaning oil coating and brushing, D: alkaline degreasing (pH is 12.0), E: solvent degreasing was performed. .
  • F a test material that had been subjected to strong alkali degreasing (pH was 13.0) and a test material that was not subjected to surface cleaning treatment were also prepared.
  • Cloth wiping was performed by manually wiping the surface of the test material twice with a cloth waste (cleaning white knitted cloth (cotton), manufactured by Nippon Wes Co., Ltd.).
  • the brushing was performed by manually wiping the surface of the specimen twice twice using a nylon fiber-implanted brush (SK linear brush, Showa Kogyo Co., Ltd.).
  • cleaning oil coating and brushing is performed by applying a cleaning rust preventive oil (Preton R352L, manufactured by Sugimura Chemical Co., Ltd.) to the surface of the test material so that the amount of coating is 2.0 g / m 2 . Brushing was performed as described above.
  • a cleaning rust preventive oil Preton R352L, manufactured by Sugimura Chemical Co., Ltd.
  • Alkaline degreasing was performed by spraying an alkali degreasing solution (CL-N364S, 20 g / L, 60 ° C., manufactured by Nihon Parkerizing Co., Ltd.) for 10 seconds on the test material, and then washing and drying.
  • the pH of the alkaline degreasing solution at this time was 12.0.
  • Solvent degreasing was performed by immersing the test material in a 1: 1 mixed solvent of toluene and ethanol, performing ultrasonic cleaning for 1 minute, and then drying.
  • the strong alkaline degreasing performed as a comparative example was performed by immersing the test material in a strong alkaline degreasing solution (NaOH aqueous solution, pH adjusted to 13.0, 50 ° C.) for 5 seconds, followed by washing with water and drying.
  • a strong alkaline degreasing solution NaOH aqueous solution, pH adjusted to 13.0, 50 ° C.
  • test material zinc-based plated steel sheet obtained as described above.
  • the zinc-based plated steel sheets (invention examples) manufactured by performing the surface cleaning treatment by the manufacturing method of the present invention are excellent in surface appearance.
  • the surface appearance is most excellent when an electric Zn—Ni alloy plated steel sheet is used.
  • the zinc-based plated steel sheet (comparative example) that has been subjected to strong alkaline degreasing with a pH of 12.5 or higher and the zinc-based plated steel sheet (comparative example) that has not been subjected to surface cleaning treatment are both poor in surface appearance. ing.

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Abstract

大幅なコストアップを招くことなく、均一かつ良好な表面外観を有する熱間プレス部材を安定して製造することを可能とする、表面外観に優れた熱間プレス部材の製造方法を提供する。亜鉛系めっき鋼板をＡｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に加熱後、熱間プレス加工、冷却を行う熱間プレス部材の製造方法であって、加熱に先立ち、亜鉛系めっき鋼板に対して表面清浄化処理を行う。亜鉛系めっき鋼板を冷間プレス加工後、Ａｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に加熱し、冷却を行う熱間プレス部材の製造方法であって、加熱に先立ち、亜鉛系めっき鋼板に対して表面清浄化処理を行う。亜鉛系めっき鋼板としては、１０～２５質量％のＮｉを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなり、片面あたりの付着量が１０～９０ｇ／ｍ２のめっき層を片面または両面に有するＺｎ－Ｎｉ合金めっき鋼板であることが好ましい。

Description

熱間プレス部材の製造方法
　本発明は、自動車の足廻り部材や車体構造部材などへの適用に好適な熱間プレス部材の製造方法に関する。
　従来から、自動車の足廻り部材や車体構造部材などの多くは、所定の強度を有する鋼板をプレス加工して製造されている。近年、地球環境の保全という観点から、自動車車体の軽量化が熱望され、使用する鋼板を高強度化して、その板厚を低減する努力が続けられている。しかし、鋼板の高強度化に伴ってプレス加工性が低下するため、鋼板を所望の部材形状に加工することが困難になる場合が多くなっている。
　上記を受けて、特許文献１には、加熱された鋼板をダイとパンチからなる金型を用いて加工すると同時に急冷することにより加工の容易化と高強度化の両立を可能にした熱間プレスと呼ばれる加工技術が提案されている。しかし、この熱間プレスでは、熱間プレス前に鋼板を９５０℃前後の高い温度に加熱するため、鋼板表面にはスケール（鉄酸化物）が生成し、そのスケールが熱間プレス時に剥離して、金型を損傷させる、または熱間プレス後の部材表面を損傷させるという問題がある。また、部材表面に残ったスケールは、外観不良や塗装密着性の低下の原因にもなる。このため、通常は酸洗やショットブラストなどの処理を行うことにより、部材表面のスケールが除去される。しかし、これは製造工程を複雑にし、生産性の低下を招く。
　さらに、自動車の足廻り部材や車体構造部材などには優れた耐食性も必要とされる。しかし、上述のような工程により製造された熱間プレス部材ではめっき層などの防錆皮膜が設けられていないため、耐食性が甚だ不十分である。
　以上から、熱間プレス前の加熱時にスケールの生成を抑制するとともに、熱間プレス後の部材の耐食性を向上させることが可能な熱間プレス技術が要望されており、表面にめっき層などの皮膜を設けた鋼板やそれを用いた熱間プレス方法が提案されている。
　例えば、特許文献２には、ＺｎまたはＺｎベース合金で被覆された鋼板を熱間プレスし、Ｚｎ－Ｆｅベース化合物またはＺｎ－Ｆｅ－Ａｌベース化合物を表面に設けた耐食性に優れる熱間プレス部材の製造方法が開示されている。
　また、特許文献３には、耐スケール性、塗装密着性、塗装後耐食性、耐水素侵入性に優れた熱間プレス部材として、鋼板の表層にＮｉ拡散領域、Ｚｎ－Ｎｉ合金のγ相に相当する金属間化合物層、およびＺｎＯ層を有する熱間プレス部材が開示されている。
　さらに、特許文献４には、亜鉛の蒸発を抑制するＺｎＯ層を亜鉛系めっき層の表層にあらかじめ形成させた熱間プレス用鋼板が開示されており、この鋼板を用いることにより、プレス品の外観が良好で、かつ塗膜密着性、塗装後耐食性にも優れた熱間プレス成形品が得られることが示されている。
英国特許第１４９０５３５号公報 特許第３６６３１４５号公報 特許第４８４９１８６号公報 特許第３５８２５１１号公報
　上記の従来技術にも開示されているとおり、熱間プレス用鋼板として亜鉛系めっき鋼板を用いることは、耐食性の向上には有効である。しかしながら、亜鉛の融点は４１９℃、沸点は９０７℃と両者ともに低いため、熱間プレス前の加熱工程において、めっき層中の亜鉛の溶融やめっき層からの亜鉛の蒸発が生じ、均一かつ良好な表面外観を有する熱間プレス部材を安定して製造することは困難であった。
　例えば、特許文献２に記載の方法で製造された熱間プレス部材では、融点の低い亜鉛めっき鋼板や亜鉛アルミニウムめっき鋼板を用いるため、熱間プレス前の加熱工程においてめっき層の溶融や亜鉛の蒸発が激しく生じる。その結果、最終的に得られる熱間プレス部材が斑状の不均一外観を呈したり、白色あるいは黒色の点状欠陥が数多く発生するなど、均一かつ良好な表面外観を有する熱間プレス部材を得ることは困難であった。なお、点状欠陥部では、表面外観の問題だけでなく塗装密着性も不良となるため、点状欠陥を防止するための技術が切望されていたが、有効な対策はこれまで提案されていなかった。
　特許文献３に記載の熱間プレス部材は、亜鉛より高融点のＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を有する鋼板を用いて製造されるため、亜鉛めっき鋼板や亜鉛アルミニウムめっき鋼板を用いた場合よりも熱間プレス部材の表面外観は改善するが、局部的な点状欠陥の発生を完全に防止するには至っていなかった。
　特許文献４に記載の熱間プレス用鋼板を用いた場合、その表層に形成されたＺｎＯ層の作用により熱間プレス部材の表面外観はある程度改善した。しかしながら、ＺｎＯ層の形成処理が不均一となった部分で、依然として局部的な点状欠陥が発生する問題があった。また、ＺｎＯ層の形成処理は、熱による酸化処理、溶液との接触処理、水溶液中での電解処理、溶液の塗布乾燥処理などの方法で行う必要があり、大幅なコストアップを招くという問題もあった。
　本発明は、上記のような従来技術の課題を解決することを目的としてなされたものであり、大幅なコストアップを招くことなく、均一かつ良好な表面外観を有する熱間プレス部材を安定して製造することを可能とする、表面外観に優れた熱間プレス部材の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは、上記の課題を解決するために、表面外観に優れた熱間プレス部材の製造方法について鋭意検討を行った。まず、熱間プレス部材の表面に発生する点状欠陥の発生状況について検討した。その結果、同じ種類の亜鉛系めっき鋼板を同じ条件で加熱した場合であっても、点状欠陥は一定の位置に発生するわけではなく、また発生程度の多い場合や少ない場合があることを知見した。また、溶融亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板などの比較的融点が低いめっき層を有する亜鉛系めっき鋼板よりも、融点が高いＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を有するめっき鋼板を熱間プレス用鋼板として用いる方が点状欠陥の抑制には有利であるが、Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき鋼板といえども完全には点状欠陥を防止できないことを知見した。
　これらの事実から、点状欠陥の発生はめっきの種類や加熱条件だけで決まるものではなく、表面の汚れなどの他の因子が関与しているという仮説に基づき、表面を汚したり清浄化したりした後に亜鉛系めっき鋼板を加熱する検証実験を行った。その結果、熱間プレス部材の表面に発生する点状欠陥は、めっき層の表面に付着した塵や埃、指紋などの汚れに起因することがわかった。すなわち、熱間プレス加工前の加熱工程において、これらの汚れ成分に由来する付着物が燃焼して局部的な温度上昇を引き起こすことにより、亜鉛系めっき層の表面を覆っていたＺｎＯ層を破壊して亜鉛の蒸発を助長したり、さらにこの部分においてスケールを生成させたりしていることが明らかとなった。そして、これらの汚れ成分を除去するために表面清浄化処理を加熱工程前に行っておくことにより、点状欠陥の発生を著しく抑制できることを新たに見出した。さらに、加熱に先立つ表面清浄化処理による点状欠陥の抑制効果は、亜鉛系めっき鋼板を加熱後、熱間プレス加工、冷却を行う工程において効果を有するだけでなく、亜鉛系めっき鋼板を冷間プレス加工後、加熱し、冷却を行う工程においても効果を有することを知見し、本発明の完成に至ったのである。
　本発明の熱間プレス部材の製造方法は、このような知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］亜鉛系めっき鋼板をＡｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に加熱後、熱間プレス加工、冷却を行う熱間プレス部材の製造方法であって、前記加熱に先立ち、亜鉛系めっき鋼板に対して表面清浄化処理を行う表面外観に優れた熱間プレス部材の製造方法。
［２］亜鉛系めっき鋼板を冷間プレス加工後、Ａｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に加熱し、冷却を行う熱間プレス部材の製造方法であって、
前記加熱に先立ち、亜鉛系めっき鋼板に対して表面清浄化処理を行う表面外観に優れた熱間プレス部材の製造方法。
［３］前記亜鉛系めっき鋼板は、１０～２５質量％のＮｉを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなり、片面あたりの付着量が１０～９０ｇ/ｍ2のめっき層を片面または両面に有するＺｎ-Ｎｉ合金めっき鋼板である［１］または［２］に記載の熱間プレス部材の製造方法。
なお、本明細書において、鋼の成分を示す％、めっきの成分を示す％は、すべて質量％である。
　本発明によれば、大幅なコストアップを招くことなく、均一かつ良好な表面外観を有する熱間プレス部材を安定して製造することが可能となる。本発明により製造される熱間プレス部材は、自動車の足廻り部材や車体構造部材に好適である。
図１は、熱間プレス部材の代表的な外観を示す図であり、それぞれ（ａ）外観良好品、（ｂ）点状欠陥発生品の外観写真である。 図２は、点状欠陥の代表的な外観を示す図であり、それぞれ（ａ）白色欠陥、（ｂ）黒色欠陥の拡大写真である。
１）亜鉛系めっき鋼板
　本発明の熱間プレス部材の製造方法では、鋼板表面の片面または両面に亜鉛系めっき層を有する亜鉛系めっき鋼板を用いる。亜鉛系めっきとしては、溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき、溶融亜鉛－アルミニウム合金めっき、溶融亜鉛－アルミニウム－マグネシウム合金めっき、電気亜鉛めっき、電気亜鉛－ニッケル合金めっきなどが例示されるが、これらに限定されるものではなく、亜鉛を含む公知の亜鉛系めっきすべてが適用可能である。
　これらの亜鉛系めっき鋼板表面のめっき付着量は片面あたり１０～９０ｇ/ｍ2が好ましい。片面あたりの付着量（以下、単に付着量と称することもある）が１０ｇ/ｍ2以上であれば耐食性が不十分となることがない。一方、付着量が９０ｇ/ｍ2以下であればコストアップを招くことがない。より好ましい付着量は２０～８０ｇ/ｍ2である。なお、付着量は、湿式分析法により求めることができる。具体的には、例えば、６質量％塩酸水溶液にインヒビターとしてヘキサメチレンテトラミンを１ｇ/Ｌ添加した水溶液に、付着面積既知の試験片のめっき層全体を溶解し、このときの質量減少量からめっき層の付着量を求めればよい。
　上記亜鉛系めっき鋼板の中でも、１０～２５質量％のＮｉを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるめっき層を片面または両面に有するＺｎ-Ｎｉ合金めっき鋼板であることが好ましい。めっき層中のＮｉ含有率が１０～２５質量％であると、めっき層の相構造がγ相となり、このγ相は融点が８８１℃と高温であるため、点状欠陥の発生を抑制する効果がより顕著となる。なお、γ相は、Ｎｉ２Ｚｎ１１、ＮｉＺｎ３、Ｎｉ５Ｚｎ２１のいずれかの結晶構造を有し、Ｘ線回折法により確認することが可能である。ここで、なお、前記めっき層の下層に、例えばＮｉを主体とするめっき層などの下地めっき層を設けてもよい。
２）下地鋼板
　本発明の熱間プレス部材を得るには、亜鉛系めっき層の下地鋼板として、例えば、質量％で、Ｃ：０．１５～０．５０％、Ｓｉ：０．０５～２．００％、Ｍｎ：０．５～３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０５％以下、Ａｌ：０．１０％以下、Ｎ：０．０１０％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する熱延鋼板や冷延鋼板を用いることができる。このような成分組成を有する熱延鋼板や冷延鋼板を下地鋼板として用いた場合、例えば９８０ＭＰａ以上の強度を有する等、要求される高強度が得られる熱間プレス部材を得ることができる。
各成分組成の限定理由を、以下に説明する。
　Ｃ：０．１５～０．５０％
　Ｃは、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材の引張強度（以下、ＴＳと称することもある）を９８０ＭＰａ以上にするには、その量を０．１５％以上とする必要がある。一方、Ｃ量が０．５０％を超えると、素材の鋼板のブランキング加工性が著しく低下する。したがって、Ｃ量は０．１５～０．５０％が好ましい。
　Ｓｉ：０．０５～２．００％
　Ｓｉは、Ｃと同様に、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のＴＳを９８０ＭＰａ以上にするには、その量を０．０５％以上とする必要がある。一方、Ｓｉ量が２．００％を超えると、熱間圧延時に赤スケールと呼ばれる表面欠陥の発生が著しく増大するとともに、圧延荷重が増大したり、熱延鋼板の延性の劣化を招く。さらに、Ｓｉ量が２．００％を超えると、ＺｎやＡｌを主体としためっき皮膜を鋼板表面に形成するめっき処理を施す際に、めっき処理性に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、Ｓｉ量は０．０５～２．００％が好ましい。
　Ｍｎ：０．５～３．０％
　Ｍｎは、フェライト変態を抑制して焼入れ性を向上させるのに効果的な元素であり、また、Ａｃ３変態点を低下させるので、熱間プレス前の加熱温度を低下するにも有効な元素である。このような効果の発現のためには、その量を０．５％以上とする必要がある。一方、Ｍｎ量が３．０％を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下する。したがって、Ｍｎ量は０．５～３．０％が好ましい。
　Ｐ：０．１０％以下
　Ｐ量が０．１０％を超えると、偏析して素材である鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下するとともに、靭性も著しく低下する。したがって、Ｐ量は０．１０％以下が好ましい。
　Ｓ：０．０５％以下
　Ｓ量が０．０５％を超えると、熱間プレス部材の靭性が低下する。したがって、Ｓ量は０．０５％以下が好ましい。
　Ａｌ：０．１０％以下
　Ａｌ量が０．１０％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０．１０％以下が好ましい。
　Ｎ：０．０１０％以下
　Ｎ量が０．０１０％を超えると、熱間圧延時や熱間プレス加工前の加熱時にＡｌＮの窒化物が形成され、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０．０１０％以下が好ましい。
　残部はＦｅおよび不可避的不純物である。さらに上記成分組成に加え、以下の理由により、Ｃｒ：０．０１～１．０％、Ｔｉ：０．０１～０．２０％、Ｂ：０．０００５～０．０８００％のうちから選ばれた少なくとも一種や、Ｓｂ：０．００３～０．０３０％が、個別にあるいは同時に含有されることが好ましい。
　Ｃｒ：０．０１～１．０％
　Ｃｒは、鋼を強化するとともに、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。こうした効果の発現のためには、Ｃｒ量を０．０１％以上とすることが好ましい。一方、Ｃｒ量が１．０％を超えると、著しいコスト高を招くため、その上限は１．０％とすることが好ましい。
　Ｔｉ：０．０１～０．２０％
　Ｔｉは、鋼を強化するとともに、細粒化により靭性を向上させるのに有効な元素である。また、次に述べるＢよりも優先して窒化物を形成して、固溶Ｂによる焼入れ性の向上効果を発揮させるのに有効な元素でもある。よって、Ｔｉ量は０．０１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｔｉ量が０．２０％を超えると、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大し、また、熱間プレス部材の靭性が低下するので、その上限は０．２０％とすることが好ましい。
　Ｂ：０．０００５～０．０８００％
　Ｂは、熱間プレス時の焼入れ性や熱間プレス後の靭性向上に有効な元素である。こうした効果の発現のためには、Ｂ量を０．０００５％以上とすることが好ましい。一方、Ｂ量が０．０８００％を超えると、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大し、また、熱間圧延後にマルテンサイト相やベイナイト相が生じて鋼板の割れなどが生じるので、その上限は０．０８００％とすることが好ましい。
　Ｓｂ：０．００３～０．０３０％
　Ｓｂは、亜鉛系めっき鋼板を加熱してから熱間プレス加工、冷却をするまでの間に鋼板表層部に生じる脱炭層を抑制する効果を有する。このような効果の発現のためにはその量を０．００３％以上とする必要がある。一方、Ｓｂ量が０．０３０％を超えると、圧延荷重の増大を招き、生産性を低下させる。したがって、Ｓｂ量は０．００３～０．０３０％とすることが好ましい。
３）熱間プレス工程
　本発明の熱間プレス部材の製造方法では、熱間プレス工程として、以下の二つの態様のいずれかの工程を用いることにより、熱間プレス部材を製造する。
　第一の態様は、亜鉛系めっき鋼板をＡｃ３～１０００℃の温度範囲に加熱後、熱間プレス加工、冷却を行う熱間プレス部材の製造方法であり、いわゆるダイレクトプロセスと呼ばれる熱間プレス工程である。加熱温度がＡｃ３変態点未満では、鋼板の焼入れが不十分となり、所望の強度が得られない場合がある。また、加熱温度が１０００℃を超えると、エネルギー的に不経済であるばかりでなく、点状欠陥の発生が顕著となり、均一かつ良好な表面外観を有する熱間プレス部材を製造することが困難となる。また、熱間プレス加工後の冷却は、熱間プレス加工と同時に金型を用いて行ってもよく、あるいは熱間プレス加工と同時または直後に水などの冷媒を用いて行ってもよい。
　第二の態様は、亜鉛系めっき鋼板を冷間プレス加工し、次いでＡｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に加熱後、冷却を行う熱間プレス部材の製造方法であり、いわゆるインダイレクトプロセスと呼ばれる熱間プレス工程である。この工程では、亜鉛系めっき鋼板を加熱する前にまず冷間プレス加工を行う。次いで、冷間プレス加工された部材を加熱し、その後、冷却を行う。加熱温度は、上記と同じ理由でＡｃ３変態点～１０００℃の温度範囲とする。冷却は、部材を冷却するための金型を用いて行ってもよく、あるいは水などの冷媒を用いて行ってもよい。また、金型を用いて冷却する際に、熱間プレスによる追加の加工を行ってもよい。
　なお、ここでいう加熱温度とは鋼板の最高到達温度のことをいう。また、上記加熱を行う方法としては、電気炉やガス炉などによる加熱、火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱などを例示できる。
４）表面清浄化処理
　本発明の熱間プレス部材の製造方法では、亜鉛系めっき鋼板を加熱するに先立ち、めっき層の表面に付着した塵や埃、指紋などの汚れを除去する目的で、亜鉛系めっき鋼板の表面清浄化処理を行う。この表面清浄化処理は、本発明において重要な要件である。この表面清浄化処理を行わない場合は、図１（ｂ）に示すように点状欠陥が発生する。しかし、表面清浄化処理を行うと、図１（ａ）に示すように外観良好品を製造することができる。なお、点状欠陥には、図２（ａ）に示すように、亜鉛系めっき層の表面を覆っていたＺｎＯ層が破壊され亜鉛が激しく蒸発した痕跡である白色欠陥や、図２（ｂ）に示すように、さらに白色欠陥部において下地鋼板の酸化が進みスケールが生成した黒色欠陥などがあり、いずれの点状欠陥も表面外観を損なうだけでなく塗装密着性も劣化させるため、表面清浄化処理を行うことにより可能な限り点状欠陥を抑制することが必要である。以上のように、本発明において表面清浄化処理とは、点状欠陥に起因するものを除去する処理である。
　表面清浄化処理は加熱工程に先立って行う必要があるため、上記第一の態様（亜鉛系めっき鋼板をＡｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に加熱後、熱間プレス加工）においては、鋼板コイルの状態、または鋼板コイルから切り出された鋼板シートまたは鋼板ブランクの状態で表面清浄化処理を行う必要がある。また、上記第二の態様（亜鉛系めっき鋼板を冷間プレス加工後、Ａｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に加熱）においては、鋼板コイルの状態、鋼板コイルから切り出された鋼板シートまたは鋼板ブランクの状態で表面清浄化処理を行う、もしくは、冷間プレス加工後の部材の状態で表面清浄化処理を行う、のいずれでも可能である。なお、第一の態様、第二の態様のいずれにおいても、なるべく加熱直前に表面清浄化処理を行うことが好ましい。また、処理が容易で表面清浄化効果が高いことから、鋼板ブランクの状態で表面清浄化処理を行うことが好ましい。
　表面清浄化処理の方法は、めっき層の表面に付着した塵や埃、指紋などの汚れを除去することが可能な方法であれば何ら限定されるものではない。例えば、布ウェスで鋼板表面を拭き取る方法、ナイロン製などのブラシを用いて鋼板表面をブラッシングする方法、洗浄油などの鋼板に害を与えない液体を鋼板表面に塗布した後に表面をブラッシングする方法、アルカリ脱脂や溶剤脱脂を行う方法、などが例示される。洗浄油塗油とブラッシングの併用や、アルカリ脱脂、溶剤脱脂などのように、鋼板表面に液体を接触させる方法の方が、布ウェスでの拭き取りやブラッシングなどの物理的な方法よりも清浄化効果が高いため、鋼板表面を完全に清浄化する点からは鋼板表面に液体を接触させる方法が好ましい。ただし、表面清浄化処理としてアルカリ脱脂を行う場合、アルカリ脱脂液のｐＨが１２．５以上であると亜鉛系めっき層自体を溶解する作用が強過ぎるため、不均一な溶解によりかえって点状欠陥の発生を助長したり、めっき付着量が減少して耐食性が劣化したりする。よって、表面清浄化処理としてアルカリ脱脂を行う場合は、アルカリ脱脂液のｐＨは１２．５未満とする。さらに、表面清浄化処理の工程に要するコストは低コストである方が好ましい。冷間プレス加工用の設備として洗浄油塗油とブラッシングの併用設備を保有している場合は、この設備を熱間プレス加工用に使用すれば、低コストでかつ清浄化効果の高い処理が可能であるため好適である。
　下地鋼板として、質量％で、Ｃ：０．２３％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：１．２％、Ｐ：０．０１％、Ｓ：０．０１％、Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．００５％、Ｃｒ：０．２％、Ｔｉ：０．０２％、Ｂ：０．００２２％、Ｓｂ：０．００８％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、Ａｃ３変態点が８２０℃で、板厚１．６ｍｍの冷延鋼板を用いた。この冷延鋼板の表面に、溶融Ｚｎめっき、溶融Ｚｎ-Ａｌ合金めっき（Ａｌ含有率：５５質量％）、合金化溶融Ｚｎめっき（Ｆｅ含有率：１０質量％）、電気Ｚｎめっき、電気Ｚｎ-Ｎｉ合金めっき（Ｎｉ含有率：１２質量％）のいずれかを施し、２００ｍｍ×３００ｍｍのサイズに剪断して供試材とした。
　このようにして作製した供試材に表面清浄化処理を施した。表面清浄化処理としては、Ａ：布ウェス拭き取り、Ｂ：ブラッシング、Ｃ：洗浄油塗油とブラッシングの併用、Ｄ：アルカリ脱脂（ｐＨは１２．０）、Ｅ：溶剤脱脂のいずれかを行った。比較例として、Ｆ：強アルカリ脱脂を行った供試材（ｐＨは１３．０）と、表面清浄化処理を行わない供試材も準備した。
　布ウェス拭き取りは、布ウェス（クリーニング白メリヤスウエス（綿）、日本ウエス株式会社製）を用い、供試材の表面を手動で２往復拭き取ることによって行った。
　ブラッシングは、ナイロン繊維植え込みブラシ（ＳＫ型直線ブラシ、昭和工業株式会社製）を用い、供試材の表面を手動で２往復拭き取ることによって行った。
　洗浄油塗油とブラッシングの併用は、洗浄防錆油（プレトンＲ３５２Ｌ、スギムラ化学工業株式会社製）を塗油量が２．０ｇ/ｍ2となるように供試材表面に塗油した後、上記と同様にブラッシングを行った。
　アルカリ脱脂は、供試材にアルカリ脱脂液（ＣＬ－Ｎ３６４Ｓ、２０ｇ/L、６０℃、日本パーカライジング株式会社製）を１０秒間スプレーし、その後水洗、乾燥することにより行った。なお、このときのアルカリ脱脂液のｐＨは１２．０であった。
　溶剤脱脂は、トルエンとエタノールの１：１混合溶剤に供試材を浸漬し、１分間の超音波洗浄を行った後、乾燥することにより行った。
　比較例として行った強アルカリ脱脂は、供試材を強アルカリ脱脂液（ＮａＯＨ水溶液、ｐＨを１３．０に調整、５０℃）に５秒間浸漬し、その後水洗、乾燥することにより行った。
　次いで、炉温９５０℃の電気炉に投入して在炉時間８分となるように加熱し、加熱完了後直ちに電気炉から取り出してＡｌ製の平金型で挟み込むことによって急速冷却処理（冷却速度５０℃/ｓ）を行った。
　以上により得られた供試材（亜鉛系めっき鋼板）に対して、以下の方法にて表面外観を評価した。
　表面外観の判定精度を高めるため同じ条件で各１０枚のサンプルを作製した。サンプルの点状欠陥の状態を目視観察し、以下の判定基準により表面外観を判定し、◎または○を合格とした。なお、本実施例では、ダイレクトプロセスまたはインダイレクトプロセスによる実際のプレス成形まで行わずに、上述のとおり、平板を加熱、冷却した後の表面外観を評価することにより本発明の効果について評価しているが、加熱、冷却後の表面外観は、表面の汚れ成分の有無とその除去効果によって決まるものであるから、本評価結果は、両プロセスによる実際のプレス成形後の表面外観の評価結果と同じである。
◎：点状欠陥の発生しなかったサンプルが１０枚中１０枚
○：点状欠陥の発生しなかったサンプルが１０枚中８～９枚
△：点状欠陥の発生しなかったサンプルが１０枚中５～７枚
×：点状欠陥の発生しなかったサンプルが１０枚中０～４枚
　表面外観の評価結果を製造条件と併せて表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　本発明の製造方法により表面清浄化処理を施して製造された亜鉛系めっき鋼板（発明例）は、いずれも表面外観に優れていることがわかる。特に電気Ｚｎ－Ｎｉ合金めっき鋼板を用いた場合に最も表面外観に優れていることがわかる。一方、ｐＨが１２．５以上である強アルカリ脱脂を行った亜鉛系めっき鋼板（比較例）や、表面清浄化処理を施さなかった亜鉛系めっき鋼板（比較例）は、いずれも表面外観に劣っている。

Claims (3)

  1. 　亜鉛系めっき鋼板をＡｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に加熱後、熱間プレス加工、冷却を行う熱間プレス部材の製造方法であって、
    前記加熱に先立ち、亜鉛系めっき鋼板に対して表面清浄化処理を行う表面外観に優れた熱間プレス部材の製造方法。
  2. 　亜鉛系めっき鋼板を冷間プレス加工後、Ａｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に加熱し、冷却を行う熱間プレス部材の製造方法であって、
    前記加熱に先立ち、亜鉛系めっき鋼板に対して表面清浄化処理を行う表面外観に優れた熱間プレス部材の製造方法。
  3. 　前記亜鉛系めっき鋼板は、１０～２５質量％のＮｉを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなり、片面あたりの付着量が１０～９０ｇ／ｍ２のめっき層を片面または両面に有するＺｎ－Ｎｉ合金めっき鋼板である請求項１または２に記載の熱間プレス部材の製造方法。
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