CN101978089B - 合金化溶融镀锌热处理钢材及其制造方法 - Google Patents

合金化溶融镀锌热处理钢材及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适用于汽车用构件，并具有优异的涂装后抗蚀性及高强度的合金化溶融镀锌热处理钢材及其制造方法。该合金化溶融镀锌热处理钢材进行过将至少单面经合金化溶融镀锌处理的合金化溶融镀锌钢材的至少一部分加热至可淬火温度范围的热处理。经过热处理的部分至少有一部分表面残留被膜的附着量为每单面20g/m2以上80g/m2以下，该被膜中的Fe浓度为15％以上35％以下，且该被膜中存在η相，并且该被膜表面的中心线平均粗糙度Ra为1.5μm以下。

Description

合金化溶融镀锌热处理钢材及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种对合金化溶融镀锌钢材进行热处理的合金化溶融镀锌热处理钢材及其制造方法。具体而言，涉及例如适用于汽车用构件，并具有高强度和优异的涂装后抗蚀性的合金化溶融镀锌热处理钢材及其制造方法。
背景技术
对于汽车用构件，特别是对于用于构成汽车车体的汽车用构件而言，具有使用环境中的抗蚀性是非常必要的。因此，溶融镀锌钢板、合金化溶融镀锌钢板以及电镀锌钢板等在成本上具有优势的镀锌类钢材被广泛采用。其中，合金化溶融镀锌钢板是在对钢板进行连续溶融镀锌后，经过在500-550℃左右温度范围的热处理，镀锌层和钢基体之间产生相互扩散，使整个镀层转化为Fe-Zn的金属间化合物层。该合金化溶融镀锌钢板与溶融镀锌钢板或者电镀锌钢板相比，尽管镀层电化学性较高导致牺牲防蚀性(sacrifical protection)略有降低，但由于提升了镀层与其上形成的被膜之间的粘着性，所以被广泛用于以化学转化处理和电沉积涂装为前提的汽车用构件上。此外，合金化溶融镀锌钢板的镀层一般由较硬且脆的Fe-Zn金属间化合物形成，所以在进行带有弯曲加工或拉深加工的压制加工(press work)时，部分会出现粉化，这种情况下可用溶融镀锌钢板或者电镀锌钢板代替。
近年来，对于确保碰撞时车体的安全性的需求不断增加，为满足这种需求，旨在提高汽车用构件在发生碰撞时的能量吸收性能的工作不断向前推进。例如，通过对钢管等金属管的几乎整个区域付与适当的弯曲形状而作为用于加强车门的侧碰撞梁来使用，或者对中柱内安装的加强材料的形状或者曲率实现优化等措施，以达到提高侧面撞击时的撞击能量吸收性能的目的。基于这样的观点，将金属管、尤其钢管原材料或钢板压制成型品原材料弯曲加工成适合于汽车用构件的形状的加工技术也在进行开发。
另外，基于减轻车体重量以便防止地球变暖的这一观点，还迫切需要汽车用构件轻量化且高强度。为适应这一需要，开始采用由强度等级与以往完全不同的高强度钢(High-TensileSteel)，例如抗拉强度在780MPa以上甚至在900MPa以上的高强度的钢材。由高强度钢形成的原材料很难进行冷弯曲加工等，即使进行热弯曲加工等也不可避免地会产生因不均匀的应变而导致的形状差异，在形状冻结性上存在问题。此外，从上述观点出发，为了弯曲加工成最适宜的形状，需要研发对各种弯曲形状的，例如弯曲方向为二维或弯曲方向为三维的、由不同弯曲形状形成的钢材进行高精度加工的弯曲加工技术。
于是，本发明人首先通过国际专利申请(PCT/JP2006/303220号)提出了一种关于热弯曲加工方法及装置的发明。采用该加工方法和装置，即使在对钢材进行弯曲方向为三维不同方向的连续弯曲加工时，也如后所述，可采用在多维方向上移动滚模对被加工材料同时高效地进行弯曲加工和淬火。
该发明的弯曲加工方法是通过高频加热线圈对作为被加工材料的钢材进行逐次连续加热，使之达到容易对被加工材料进行塑性加工的温度，或根据需要将被加工材料加热至高于可淬火温度且未出现组织粗化的温度，使用移动滚模使加热后的局部区域发生塑性变形，然后立即进行骤冷。实施该弯曲加工方法时采用的加热设备，是在大气中对被加工材料进行加热的，从制造成本上而言是可行的。
另一方面，如上所述，用于汽车用构件的钢材基本上都要进行化学转化处理或电沉积涂装，从强化抗蚀性的观点出发广泛采用镀锌类钢材。因此，在此提案涉及的加工方法中，如果作为被加工材料可采用镀锌类钢材，就能够在谋求防止作为基体的钢材发生氧化的同时，制造出具有抗腐蚀性的弯曲加工构件或淬火构件，这样就可以在作为汽车适用构件的应用上大力推进。
但是，如果将镀锌类钢材加热至可淬火温度范围(例如A3相变点以上)的高温，则会产生如下问题：(a)由于锌的蒸汽压随温度上升而急速上升，例如由200mmHg：788℃上升至400mmHg：844℃，所以在被加热的过程中可能出现气化；(b)锌在大气中因加热而发生氧化；以及(c)将镀锌类钢材加热至600℃以上，特别是超过作为Γ相(Fe3Zn10)分解温度的660℃时，Zn向基体铁素体中固溶的现象明显，镀层可能消失。由于发生上述问题，可能导致镀层丧失其自身的功能。
专利文献1公布的发明是将镀锌后的高频淬火用钢板加热至Ar3点以上1000℃以下的淬火温度，并且将从加热开始到冷却至350℃的加热循环时间限制在60秒以内，通过进行加热及冷却的高频淬火制造强化构件的方法。根据该发明，作为高频淬火强化构件使用以淬火用钢板为板坯的溶融镀锌钢板，即使在需要提高强度的部位进行高频淬火，该淬火部位仍可以保留镀膜，而且通过将镀层中的Fe浓度控制在35％以下(本说明书中如无特殊说明，则“％”均表示“质量％”)，可提供涂装性及抗蚀性都优异的汽车用构件。
专利文献1：日本专利特开2000-248338号公报
本发明人为了弄清楚专利文献1提出的淬火用钢板上形成的镀锌层的变化，采用高频加热对合金化溶融镀锌钢材进行了加热及冷却的热处理试验。
将一般程度镀敷附着量的、每单面镀敷附着量为60g/m2的合金化溶融镀锌钢材加热至900℃左右后骤冷，残存被膜成分中Fe含量在15％以上，该被膜中存在η相(化学式：Zn)。
以采用合金化溶融镀锌钢材为例进行考察可以认为，这是因为在通过高频进行加热及冷却的过程中，金属间化合物出现暂时分解，然后重组而造成的。即900℃的加热温度高于Fe-Zn类金属间化合物的ζ相(化学式：FeZn13)、δ1相(化学式：FeZn7)、Γ1相(化学式：Fe5Zn21)及Γ相(化学式：Fe3Zn10)中任意一个的熔点或分解温度，因此在加热过程中，被膜中仅存在含有高浓度Fe的Zn液相，冷却过程中析出金属间化合物的同时，在局部残留着液相Zn的状态之下而凝固。
经过这样加热及冷却得到的被膜表面粗糙度会变得非常粗。如此，镀锌类热处理钢材经过这样的加热及冷却处理后，被膜的表面特性出现恶化，导致为了一次防锈而涂布的防锈油脱脂性明显下降，所以脱脂后进行化学转化处理及电沉积涂装时的涂装后抗蚀性明显下降。
就是说，如果将镀锌类钢材加热至Ar3点以上这样的高温范围并进行冷却，则冷却后表面残留被膜的表面粗糙度增大，所以难以确保作为汽车用构件所需的涂装后抗蚀性。
发明内容
鉴于这些以往技术存在的课题，本发明提供一种适用于汽车用构件，并具有优异的涂装后抗蚀性及高强度的合金化溶融镀锌热处理钢材及其制造方法。
本发明人为解决上述课题，在将合金化溶融镀锌钢材加热至高温后进行冷却时，为确保加热过程中发生均匀的Fe-Zn反应，加热前降低合金化溶融镀锌钢材的镀层的表面粗糙度Ra，结果发现在冷却后的钢材表面残存的被膜中存在溶解过饱和Fe的η相(Zn)。
例如，合金化溶融镀锌被膜的凹凸，原本是由于Fe-Zn不均匀反应而产生，因此在其后进行加热更增加了该凹凸程度。为防止出现这种情况，预先将加热前的合金化溶融镀锌钢材的镀层表面粗糙度Ra设定为一个较小数值，这样可以大幅降低冷却后残留被膜的表面粗糙度。另外，由于镀层中存在的η相(Zn)凝固在残留被膜的凹部，所以将进一步降低冷却后的表面粗糙度，使表面特性得到改善。
本发明基于下述发现，即本发明即使在对合金化溶融镀锌钢材加热至Ar3点以上那样的高温范围并进行冷却的情况之下，通过将加热前的镀层表面粗糙度设定为较小数值，冷却后残留规定附着量的被膜的同时，控制镀层中的Fe浓度使被膜中存在η相，从而可改善被膜的表面特性(中心线平均粗糙度Ra)。这样就可以充分确保作为汽车用构件所需的涂装后抗蚀性和被膜粘着性。
本发明是一种合金化溶融镀锌热处理钢材，其进行过将至少单面经合金化溶融镀锌处理的合金化溶融镀锌钢材的至少一部分加热至可淬火温度范围的热处理，其特征在于，经过该热处理的部分至少有一部分表面残留被膜的附着量为每单面20g/m2以上80g/m2以下，该被膜中Fe浓度为15％以上35％以下，且该被膜中存在η相，并且该被膜表面的根据JIS B 0610所规定的中心线平均粗糙度Ra为1.5μm以下。
本发明中的合金化溶融镀锌热处理钢材及合金化溶融镀锌钢材的横截面形状不限于特定形状，可例示如下：圆形、矩形以及梯形等横截面形状的封闭截面材料，或通过辊轧成型(roll forming)等制造的开放截面材料(如槽钢或角铁等)，通过挤压成型加工而制造的异形截面材料(如槽钢)，以及具有各种横截面形状的棒材(圆棒、方棒、异形棒)等，甚至可以是这些构件的横截面积向长边方向连续变化的所谓锥形钢材。
本发明中的“单面”指的是合金化溶融镀锌热处理钢材及合金化溶融镀锌钢材为在上述封闭截面的情况下的内表面或外表面，在上述开放截面的情况下指的是构成该开放截面的各平面状构成构件的一面，而且在上述棒材的情况下指的是外表面。
本发明相关的合金化溶融镀锌热处理钢材，优选在热处理后残留被膜中含有0.45％以下的Al。
从其他观点看，本发明是一种合金化溶融镀锌热处理钢材的制造方法，其特征在于，将至少单面具有镀敷附着量为每单面30g/m2以上90g/m2以下，Fe浓度在20％以下且表面粗糙度Ra为0.8μm以下的这种镀层的合金化溶融镀锌钢材的至少一部分，以3.0×102℃/s以上的升温速度加热至8.0×102℃以上9.5×102℃以下的温度范围，并将在该温度范围停留时间设为2秒以内，然后以1.5×102℃/s以上的冷却速度进行冷却。
在本发明相关的合金化溶融镀锌热处理钢材的制造方法中，优选在镀层中含有0.35％以下的Al。
根据本发明对合金化溶融镀锌钢材进行热处理，制造表面具有残留被膜的合金化溶融镀锌热处理钢材时，在保留规定附着量被膜的同时，调整镀层的中Fe的浓度，使被膜中存在η相，这样可以改善被膜的表面特性(表面粗糙度Ra)，从而可以使所制造出的合金化溶融镀锌热处理钢材所具有的涂装后抗蚀性及被膜粘着性可充分满足对日益提高的汽车用构件的要求等级。
附图说明
图1是简略表示实施方式的合金化溶融镀锌热处理钢材制造装置的一例的说明图。
附图标记说明
1   被加工材料
1a  镀锌类钢材
1b  镀锌类热处理钢材
2   支承单元、支承辊
3   挤压成型装置
4   移动滚模
5   高频加热线圈
6   冷却装置
具体实施方式
下面，参照附图详细说明本发明相关的合金化溶融镀锌热处理钢材及其制造方法的最佳实施方式。
本实施方式的合金化溶融镀锌热处理钢材进行过将至少单面经合金化溶融镀锌处理的合金化溶融镀锌钢材的至少一部分加热至可淬火温度范围的热处理，经过该热处理的部分至少有一部分表面残留被膜的附着量为每单面20g/m2以上80g/m2以下，该被膜中Fe浓度为15％以上35％以下，且该被膜中存在η相，并且该被膜表面的根据JIS B 0610所规定的中心线平均粗糙度Ra为1.5μm以下。
本实施方式中，合金化溶融镀锌钢材的横截面形状不限于特定形状，可例示如下：具有圆形、矩形及梯形等横截面形状的封闭截面材料，或通过辊轧成型等制造的开放截面材料(如槽钢或角铁等)，通过挤压加工制造的异形截面材料(如槽钢)，以及具有各种横截面形状的棒材(圆棒、方棒、异形棒)等，甚至可以是这些构件的横截面积向长边方向连续变化的所谓锥形钢材。
如上所述，在本实施方式的制造方法中，在进行热处理之前的合金化溶融镀锌钢材的表面粗糙度Ra为0.8μm以下。此外，该表面粗糙度可在作为合金化溶融镀锌钢材的原材料的平板状态或者辊轧成型时实现，因此，所述封闭截面材料、开放截面材料、异型截面材料及棒材中，优选是如包括方管形状在内的钢管等具有向长边方向的连续性的钢材。
在本实施方式中的合金化溶融镀锌钢材是对母材钢材施加了溶融镀锌处理及合金化热处理而得到的合金化溶融镀锌钢材。此外，也可以对电镀锌钢材进行加热把它作为合金化溶融镀锌钢材。
在本实施方式中的合金化溶融镀锌钢材的基体钢，以采用高强度钢进行热弯曲加工制成合金化溶融镀锌热处理钢材，或者采用具有淬透性的钢材在进行热弯曲加工时通过进行淬火提高强度，制成合金化溶融镀锌热处理钢材，对该合金化溶融镀锌热处理钢材进行化学转化处理及电沉积涂装，在合金化溶融镀锌热处理钢材的被膜上形成化学转化被膜及电沉积被膜，制造出具备充分的涂装后抗蚀性及被膜粘着性的二维或三维弯曲加工构件，由此可制造适合作为汽车用构件的合金化溶融镀锌热处理钢材。
作为基体钢使用的具有淬透性的钢的化学成分(质量％)可例示如下：含有C：0.1％以上0.3％以下、Si：0.01％以上0.5％以下、Mn：0.5％以上3.0％以下、P：0.003％以上0.05％以下、S：0.05％以下、Cr：0.1％以上0.5％以下、Ti：0.01％以上0.1以下、Al：1％以下、B：0.0002％以上0.004％以下、以及N：0.01％以下，根据需要也可以含有选自Cu：1％以下、Ni：2％以下、Mo：1％以下、V：1％以下及Nb：1％以下所组成的组中的一种或者两种以上，剩余部分为Fe及杂质。
如果是由该化学成分的基体钢制成的如槽钢构件等合金化溶融镀锌钢材，通过在加热至可淬火温度后骤冷，就可以达到抗拉强度在1200MPa以上的合金化溶融镀锌热处理钢材。
作为该合金化溶融镀锌钢材原材料的合金化溶融镀锌钢板根据常法在热轧及酸洗后进行溶融镀锌或者电镀锌，或者在冷轧后进行溶融镀锌，或者在冷轧及退火后进行电镀锌，然后进行加热而制成。
本实施方式中的合金化溶融镀锌热处理钢材，可以通过将该合金化溶融镀锌钢材的至少一部分加热至可淬火温度范围后，对该加热部分进行热弯曲加工或者淬火，或者两者同时进行而得到。此时，预先调整加热前的镀层的表面粗糙度Ra至0.8μm以下，这样在使加热至高温范围时镀锌层的消失得到抑制的同时，通过调平η相，调整残留被膜的表面粗糙度，从而确保充足的脱脂性，充分确保作为汽车用构件有关涂装后抗蚀性的要求。
本实施方式中的合金化溶融镀锌热处理钢材中，经热处理的部分的表面残留被膜的附着量为每单面20g/m2以上80g/m2以下。如果残留被膜的附着量不足20g/m2，则从作为汽车用构件的抗蚀性的角度来看，对涂装瑕疵部的腐蚀深度的抑制效果不足。相反，如果残留被膜的附着量超过80g/m2，则随着加热后镀层成为液相状态，容易出现滴液或者Zn熔体的飞沫附着现象，可能导致出现外观不良。如果被膜中含有Fe或Al，则这些也算入该被膜的附着量中。
本实施方式中的合金化溶融镀锌热处理钢材中，根据JISB 0610所规定的被膜表面的中心线平均粗糙度Ra为1.5μm以下。如果中心线平均粗糙度Ra超过1.5μm，为了一次防锈而涂布于表面的防锈油的脱脂性会不足，会出现斥水现象或者化学转化被膜附着量不足，导致其后进行的电沉积涂装的涂装后抗蚀性容易出现恶化。
本实施方式中的合金化溶融镀锌热处理钢材中，没有必要使经热处理的所有部分被膜表面的中心线平均粗糙度Ra均在1.5μm以下，只需要在经热处理部分中的特别重要的面或部分等至少一部分的中心线平均粗糙度Ra为1.5μm以下即可。
这样，为了使本实施方式中的合金化溶融镀锌热处理钢材的被膜的表面粗糙度Ra达到1.5μm以下，需要使作为其原材料的合金化溶融镀锌钢材的镀层表面粗糙度在0.8μm以下。如果合金化溶融镀锌钢材的镀层表面粗糙度超过0.8μm，合金化溶融镀锌热处理钢材的被膜表面粗糙度就会超过1.5μm。为了使合金化溶融镀锌钢材的镀层表面粗糙度达到0.8μm以下，例如，只要对适用于作为合金化溶融镀锌钢材原材料的镀敷钢板的调质轧辊的表面粗糙度，或通过辊轧成型制造合金化溶融镀锌钢材时使用的模具的表面粗糙度或其压杆压力分别进行适宜调整即可。
另外，在本实施方式中的合金化溶融镀锌热处理钢材的表面残留的被膜中，存在η相(Zn)。如上所述，即使将合金化溶融镀锌钢材的镀层的表面粗糙度调整为0.8μm以下，在热处理时经过加热，会再次增加表面粗糙度Ra。但是由于此时在被膜中残存有η相，冷却时η相会凝固在被膜的凹部，这样就可以抑制表面粗糙度Ra的增加。
另外，本实施方式中的合金化溶融镀锌热处理钢材的表面残留被膜中的Fe浓度为15％以上35％以下。为确保被膜与η相共存时的抗起泡性，将被膜中Fe浓度设为15％以上。相反，如果被膜中的Fe浓度超过35％，则被膜电化学性过高导致牺牲防蚀性降低。因此，Fe浓度优选是25％以下，20％以下则更佳。
本实施方式中的合金化溶融镀锌热处理钢材表面残留被膜可以含有Al，优选含量在0.45％以下。合金化溶融镀锌钢材的镀层中的Al含量如果超过0.35％，镀层容易出现凹凸不平，在接下来的加热过程中形成不均匀的Fe-Zn合金相，如果其之后进行冷却，则Al含量将超过0.45％容易变稠(incrassate)，使合金化溶融镀锌热处理钢材的被膜表面粗糙度明显恶化。因此，合金化溶融镀锌钢材的镀层中Al含量优选在0.45％以下。Al具有防止Zn氧化的效果，该效果在合金化溶融镀锌钢材的镀层中Al含量为0.05％以上时有效。
此外，本实施方式中的合金化溶融镀锌热处理钢材中，只要对合金化溶融镀锌钢材的至少一部分进行加热至可淬火温度范围的热处理即可。例如，汽车用弯曲构件中，有的只对其一部分进行弯曲加工或通过淬火而提高强度即可，有的在例如长边方向的端部既没有施加弯曲加工也没有进行淬火。在这种情况下，将对合金化溶融镀锌热处理钢材的一部分进行淬火，但不需要使该构件的所有部分都具有本发明规定的被膜。
下面，对本实施方式中的合金化溶融镀锌热处理钢材的制造方法进行说明。
本发明的制造方法中，采用由基体钢板制成的钢管等长条状构件形成的合金化溶融镀锌钢材，进行淬火，或者加热后进行热弯曲加工，或者同时进行淬火和热弯曲加工，得到合金化溶融镀锌热处理钢材。这一点具有很高实用价值。
因此，在本实施方式中，对在至少单面具有镀敷附着量为每单面30g/m2以上90g/m2以下，Fe浓度为20％以下，同时表面粗糙度Ra为0.8μm以下的这种镀层的合金化溶融镀锌钢材的至少一部分，以3.0×102℃/s以上的升温速度加热至可淬火温度范围，在8.0×102℃以上温度范围保持2秒以内，然后以1.5×102℃/s以上的冷却速度进行冷却，制造出合金化溶融镀锌热处理钢材。
本实施方式中，采用的合金化溶融镀锌钢材的镀层的附着量为每单面30g/m2以上90g/m2以下。这里规定的附着量如果在镀层中含有Fe或Al时，这些也应该算入该被膜附着量中。
本实施方式中，可淬火温度范围最高达到约800℃以上，加热过程中部分Zn会蒸发。为确保加热后仍具有足够的抗蚀性，合金化溶融镀锌钢材的表面残留被膜附着量为20g/m2以上。为此，将热处理前的合金化溶融镀锌钢材的镀层的附着量，设为30g/m2以上。另一方面，如上所述，当伴随加热被膜成为液相状态时，在热处理后的被膜附着量超过80g/m2的情况下，会发生滴液等现象导致外观不良。为防止出现这种情况，将加热前合金化溶融镀锌钢材的镀层的附着量设在90g/m2以下。从这一观点出发，合金化溶融镀锌钢材的镀层的附着量优选是在40g/m2以上70g/m2以下。
另外，本实施方式中，将热处理前的合金化溶融镀锌钢材的镀层中Fe浓度设为20％以下。因为如果热处理前的镀层的Fe浓度超过20％，加热过程中Zn溶解在钢基体中容易形成固溶相，冷却后难以残留η相。从这一观点出发，镀层中的Fe浓度优选在15％以下。此外，通常量产的合金化溶融镀锌钢板的镀层的Fe浓度不到15％。
而且，热处理前的合金化溶融镀锌钢材的镀层中可以含有Al，但优选含量在0.45％以下。如果镀层中Al含量超过0.45％，则加热过程中会形成不均匀的Fe-Zn合金相，进行冷却后合金化溶融镀锌热处理钢材的残留被膜表面粗糙度明显增加，使合金化溶融镀锌热处理钢材的被膜表面的中心线平均粗糙度Ra很难控制在1.5μm以下。
在本实施方式中，将至少单面具有该镀层的合金化溶融镀锌钢材的至少一部分以3.0×102℃/s以上的升温速度加热至8.0×102℃以上9.5×102℃以下的温度范围，并在该温度范围停留2秒以内，然后以1.5×102℃/s以上的冷却速度进行冷却。
这是因为，如果升温速度不足3.0×102℃/s，或者冷却速度不足1.5×102℃/s，则热处理的加热循环时间增加，因此将会促进Zn的蒸发或氧化，使镀层中发生过度的合金化，根据基体钢不同也发生溶融锌脆化的危险。
在本实施方式中，将钢材在8.0×102℃以上温度范围的停留时间设为2秒以内来进行冷却。这是因为，如果保持8.0×102℃以上温度超过2秒，则镀层中会发生过度的合金化，作为镀锌类镀层的抗蚀性会恶化。基于同样的观点，停留时间优选在1秒以内。
另外，加热时钢材达到的最高温度在9.5×102℃以下。根据Fe-Zn合金的平衡状态图，含有Fe约10％的Zn-Fe合金的融点(全量为液相)大约在930℃附近，因此加热时如果钢材温度过高，表面的流动化和蒸发会进一步增加，导致被膜消失。
本实施方式的制造方法规定了合金化溶融镀锌钢材的被膜的Fe量及表面粗糙度Ra、热处理时的升温速度、保持时间及冷却速度，这样可以使制造出的合金化溶融镀锌热处理钢材的表面残留被膜表面的中心线平均粗糙度Ra在1.5μm以下的较小数值。
图1是简略说明本实施方式的合金化溶融镀锌热处理钢材制造装置的一例说明图。
图1所示装置中，被加工材料1是横截面形状为圆形的圆管，作为被加工材料的合金化溶融镀锌钢材1a被逐次连续加热，在局部加热部分用移动滚模4使之塑性变形，然后立即冷却，制造出合金化溶融镀锌热处理钢材1b。
为此，配置两对支承单元(具体为支承辊)2、和挤压成型装置3，两对支承单元2用以使合金化溶融镀锌钢材1a可转动地保持合金化溶融镀锌钢材1a，挤压成型装置3配置在支承单元2上游侧，用以使合金化溶融镀锌钢材1a进行逐次或连续的进给移动，另一方面，在两对支承单元(同上，为支承辊)2下游侧配置移动滚模4，用以紧固合金化溶融镀锌钢材1a，并且紧固位置或者该紧固位置及移动速度是可以控制的。
此外，移动滚模4的入口侧配置有高频加热线圈5和冷却装置6。高频加热线圈5配置在移动的合金化溶融镀锌钢材1a的外周，用以对合金化溶融镀锌钢材1a的一部分或者全部进行加热，冷却装置6(在本实施方式中为水冷装置)用以对通过高频加热线圈5被急速加热的合金化溶融镀锌钢材1a进行骤冷。
移动滚模4具有：上下移动机构，向上下方向移动移动滚模4的配置位置；左右移动机构，向左右移动移动滚模4的配置位置；上下倾斜机构，使移动滚模4的朝向向上下方向倾斜；左右倾斜机构，使移动滚模4的朝向向左右方向倾斜；移动机构，向前后方向移动其配置位置。通过这些机构，移动滚模4被安装成可以向三维方向移动，由此可以在三维方向上紧固合金化溶融镀锌钢材1a，同时向合金化溶融镀锌钢材1a上希望的部分施加弯矩，从而制造出二维或者三维弯曲加工的合金化溶融镀锌热处理钢材1b。
这样，根据本实施方式对合金化溶融镀锌钢材进行热处理，制造表面具有残留被膜的合金化溶融镀锌热处理钢材时，使规定附着量的被膜残留的同时，调整镀层中的Fe浓度，使被膜中存在η相，由此可改善被膜的表面特性，从而可制造出充分满足汽车用构件有关涂装后抗蚀性和被膜粘着性要求的合金化溶融镀锌热处理钢材。
实施例
下面，参照实施例对本发明进行更具体的说明。
为了确认本发明的效果，采用具有表1所示的化学成分的基体钢板(表1所示以外的剩余部分为Fe及杂质)，进行溶融镀锌及合金化处理，制造出板厚为1.6mm的合金化溶融镀锌钢板。
表1                                (wt％)
Figure BPA00001226067400151
然后，对该合金化溶融镀锌钢板，通过进行UO成型(通过U形模形成U形后，用O形模形成O型)后，进行激光焊接，作为供实验用的合金化溶融镀锌钢材，准备截面形状为50mm×35mm、圆角半径约为5mm、管长为2000mm的方管。
表2表示的是如上所述准备的方管的试件1-23的镀层的附着量(加热前附着量)、Fe浓度(被膜中Fe浓度)、Al浓度(被膜中Al浓度)以及表面粗糙度Ra。
表2
Figure BPA00001226067400161
然后，将这些试件的方管1-23作为被加工材料，采用如图1所示的制造装置0，在表2所示的热处理条件(升温速度、到达温度、保持时间及冷却速度)下进行加热、保持及冷却，制造出由方管制成的合金化溶融镀锌热处理钢材1-23。
采用高频加热装置对方管1-23进行加热，通过设在高频加热装置工序后的水冷装置或者空冷装置进行冷却。而且，本实施例中，为保证实验条件单一，未进行热弯曲加工。
将得到的由方管制成的合金化溶融镀锌热处理钢材1-23浸入添加了抑制剂(朝日化学公司制造700BK、1g/L)的10％盐酸水溶液中使被膜溶解，用ICP分光分析法以及原子吸光法对得到的溶液进行分析，测定镀敷附着量、Fe浓度以及Al浓度。表2中汇总显示了镀敷附着量(加热后附着量)、Fe浓度(被膜中的Fe浓度)以及Al浓度(被膜中的Al浓度)的测定结果。而且，这些测定值包括镀膜上存在的Zn氧化物以及同镀膜混在一起的氧化皮。
合金化溶融镀锌热处理钢材1-23的镀层的表面粗糙度Ra，根据JIS B 0610规定，以0.8mm作为截止值(cutoffvalue)，采用东京精密公司生产的表面粗糙度测量仪(SURFCOM)进行测定。测定结果如表2所示。另外，关于镀层中是否存在η相，切割出试片后，通过X射线衍射在η-Zn(002)面的峰值的有无来进行确认。表2中，无法确认峰值的情况用“×”表示。
从合金化溶融镀锌热处理钢材1-23中切割出长度为150mm的试片，作为一次防锈，按照2g/m2的比例涂抹由出光兴产公司生产的SKW92，经过一天的竖直吊挂后，用日本帕卡濑精公司(Nihon Parkerizing Co.，Ltd.)生产的L4380进行脱脂，评价水洗后的沾湿面积率。评价结果显示于表2中。评价基准为：沾湿面积率80％以上为○，沾湿面积率不足80％且在50％以上为△，沾湿面积率不足50％为×。
此外，进行通常的脱脂处理后，用日本帕卡濑精公司生产的PBL-3080按照常用的化学转化处理条件进行磷酸锌处理，用上村工业生产的电沉积涂料New Paint Black E FU-NPB在电压220V的条件下进行可变电流的通电进行电沉积涂装，以烘烤温度170℃进行20分钟烘烤涂装后，用切割刀在电沉积被膜上划出划痕至露出基体的程度，然后反复进行90轮JASOM609-91所规定的盐水喷雾(2Hr、35℃、5％NaCl)、干燥(4Hr、60℃、相对湿度30％)及湿润(2Hr、50℃、相对湿度95％)，然后测定被膜膨胀幅度或锈蚀幅度(划痕处起皮幅度)以及划痕处最大腐蚀深度，对涂装后抗蚀性进行评价。
对涂装后抗蚀性进行评价，划痕部膨胀幅度(划痕处起皮幅度)在3.5mm以下为良好，超过3.5mm为不好，同时划痕处最大腐蚀深度在0.43mm以下为良好，超过0.43mm为不好。结果归纳显示在表2中。
表2中的试件No.3-7、10-12、14-16、18、19及21，全都是均满足本发明规定条件的本发明例。另外，试件No.1、2、8、9、13、17、20、22及23，全都是未能满足本发明某条规定条件的比较例。
本发明的No.3-7、10-12、14-16、18、19及21，全都满足本发明规定的热处理前的镀层的特性、热处理条件，其结果是满足热处理后的被膜特性，划痕部起皮幅度在3.5mm以下，且划痕处最大腐蚀深度在0.43mm以下，涂装后抗蚀性以及外观评价均为良好。
与此相对，试件No.1、2因为加热前的镀膜表面粗糙度都超过了本发明规定范围的上限，所以加热后残留的被膜的表面粗糙度超过本发明规定范围的上限，划痕部起皮幅度为6.9mm、4.8mm，结果不好。
试件No.8因为加热前的镀膜中的Fe浓度超过了本发明规定范围的上限，所以加热后残留被膜的Fe浓度超过了本发明规定范围的上限，残留被膜中不存在η相，因此划痕部最大腐蚀深度为0.44mm，结果不好。
试件No.9因为加热前的镀膜附着量低于本发明规定范围的下限，所以加热后残留的被膜的附着量也低于本发明规定范围的下限，因此划痕部最大腐蚀深度为0.49mm，结果不好。
试件No.13因为加热前的镀膜附着量超过了本发明规定范围的上限，所以出现了滴液现象，产生外观不良。因此，未能进行涂装后抗蚀性评价。
试件No.17因为加热时的升温速度低于本发明规定范围的下限，所以加热后残留被膜的表面粗糙度超过了本发明规定范围的上限，划痕部起皮幅度为5.7mm，结果不好。
试件No.20因为加热后的冷却速度低于本发明规定范围的下限，所以加热后残留被膜的表面粗糙度超过了本发明规定范围的上限，划痕部起皮幅度为5.7mm，结果不好。
此外，试件No.22、23因为加热时在800℃以上的温度范围停留时间(保持时间)都超过了本发明规定的范围上限，所以加热后残留被膜的表面粗糙度超过了本发明规定范围的上限，划痕部起皮幅度为3.9mm、4.4mm，结果不好。

Claims (4)

1.一种合金化溶融镀锌热处理钢材，其进行过将至少单面经合金化溶融镀锌处理的合金化溶融镀锌钢材的至少一部分加热至能够淬火的温度范围的热处理，其特征在于，经过该热处理的部分至少有一部分表面残留被膜的附着量为每单面20g/m2以上80g/m2以下，该被膜中的Fe浓度以质量％计为15％以上35％以下，且该被膜中存在η相，并且该被膜表面的根据JIS B 0610所规定的中心线平均粗糙度Ra为1.5μm以下。
2.根据权利要求1所述的合金化溶融镀锌热处理钢材，其特征在于，上述被膜中以质量％计含有0.45％以下的Al。
3.一种合金化溶融镀锌热处理钢材的制造方法，其特征在于，对至少在单面具有镀敷附着量为每单面30g/m2以上90g/m2以下，Fe浓度以质量％计在20％以下且表面粗糙度Ra为0.8μm以下的这种镀膜的合金化溶融镀锌钢材的至少一部分，以3.0×102℃/s以上的升温速度加热至8.0×102℃以上9.5×102℃以下的温度范围，并将在该温度范围的停留时间设为2秒以内，以1.5×102℃/s以上的冷却速度进行冷却。
4.根据权利要求3所述的合金化溶融镀锌热处理钢材的制造方法，其特征在于，上述镀膜中以质量％计含有0.35％以下的Al。
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