CN102686779B

CN102686779B - 热压部件以及其制造方法

Info

Publication number: CN102686779B
Application number: CN2010800485163A
Authority: CN
Inventors: 中丸裕树; 大塚真司; 中岛清次; 增冈弘之
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Steel Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2010-10-28
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2030-10-28
Also published as: KR101361227B1; JP5110073B2; WO2011070877A1; TWI421351B; KR20120065428A; JP2011122207A; TW201127967A; CN102686779A

Abstract

本发明提供具有优异的热压性、点焊性、涂料密合性且能够抑制与腐蚀相伴的向钢中的氢侵入的热压部件及其制造方法。所述热压部件是在构成部件的钢板的表层部具有Ni附着量为10～90000mg/m²的Ni扩散区域，并在上述Ni扩散区域上具有无机化合物。

Description

热压部件以及其制造方法

技术领域

本发明涉及对被加热的钢板进行冲压加工而制造的热压部件，尤其涉及在汽车的行走部、车身构造部等中使用的热压部件及其制造方法。

背景技术

以往，汽车的行走部件、车身构造部件等大多数是通过对具有规定的强度的钢板进行冲压加工而制造的。近年来，从保护地球环境的观点出发，热切希望汽车车身的轻量化，在不断努力使所使用的钢板高强度化而减少其板厚。但是，伴随着钢板的高强度化，其冲压加工性降低，因此，多有难以将钢板加工成所希望的部件形状的情况。

因此，专利文献1中提出了使用由冲模与冲头构成的模具对被加热的钢板进行加工的同时快速冷却，从而能够兼得加工的容易化与高强度化的被称作为热压的加工技术。但是，该热压中存在如下问题：由于在热压前将钢板加热至950℃前后的高温，因此在钢板表面生成氧化皮（Fe氧化物），该氧化皮在热压时发生剥离，从而损伤模具或者损伤热压后的部件表面。另外，在部件表面残留的氧化皮亦成为外观不良、涂膜密合性（涂装性）的降低、耐腐蚀性的降低的原因。因此，通常，进行酸洗、喷砂处理等处理来除去部件表面的氧化皮，但这使制造工序变复杂，导致生产率的降低。

据此，期望在热压前的加热时能够抑制氧化皮的生成，且耐腐蚀性、涂装密合性优异的热压部件，提出了在表面设有镀层等被膜的热压用钢板以及使用其的热压方法。例如，专利文献2中，公开了被覆有Al或者Al合金的被覆钢板。公开了通过使用该被覆钢板，能够在热压前的加热时防止脱碳、氧化，从而能够得到具有极高的强度和优异的耐腐蚀性的热压部件。另外，专利文献3中，公开了如下热压方法，即，对被覆有Zn或者Zn基合金的钢板进行热压时，在钢板表面生成在热压前的加热时防止腐蚀、脱碳且具有润滑功能的Zn-Fe基化合物、Zn-Fe-Al基化合物等合金化合物。公开了由该方法制造的部件，尤其使用了被覆有Zn-50~55质量%Al的钢板的热压部件，将形成Zn-Al-Fe合金层，能够得到优异的防腐蚀效果。并且，专利文献4中，公开了如下耐氢脆性优异的热压方法，即，使用实施了以Al或Zn为主体的镀覆的钢板，在氢浓度6体积%以下、露点10℃以下的气氛中，加热至Ac₃变态点~1100℃的加热温度后，进行热压。该热压方法中，加热时，通过减少气氛中的氢、水蒸汽的量而减少侵入钢中的氢量，从而实现避免伴随超过1000MPa的高强度化而发生的氢脆化。

专利文献1：英国专利第1490535号公报

专利文献2：日本专利第3931251号公报

专利文献3：日本专利第3663145号公报

专利文献4：日本特开2006-51543号公报

然而，上述的专利文献2~4所记载的技术中，有以下问题。即，热压时，容易产生粘模（不是指从钢板表面剥离的氧化皮损伤模具，而是指因金属面相互的接触而钢板与模具粘在一起的现象），热压性不好。若使用被覆有Al或者Al合金的钢板，则点焊时的可焊接电流范围窄，点焊性不好。若使用被覆有Zn或者Zn合金的钢板，则在热压前的加热时，Zn挥发而氧化，析出于钢板表面，降低热压部件的涂料密合性。与在热压前的加热时的氢侵入相比，与使用环境中的腐蚀相伴的氢侵入更能引起氢脆化。

发明内容

本发明的目的在于，提供具有优异的热压性、点焊性、涂料密合性且能够抑制与腐蚀相伴的向钢中的氢侵入的热压部件及其制造方法。

本发明人们对以上述作为目的的热压部件进行深入研究的结果，获得了以下见解。

i）作为素材钢板，通过使用Ni或者Ni合金镀覆钢板，可获得优异的点焊性、涂装密合性。

ii）在Ni或者Ni合金镀覆钢板上使无机化合物存在，则可获得优异的热压性。

iii）在构成热压部件的钢板的表层部形成Ni扩散区域，则能够有效地抑制与腐蚀相伴的向钢中的氢侵入。

本发明是基于这样的见解进行的，提供一种热压部件，其特征在于，在构成部件的钢板的表层部具有Ni附着量为10~90000mg/m²的Ni扩散区域，并在上述Ni扩散区域上具有无机化合物。

作为本发明的在热压部件的表面存在的无机化合物，优选为熔点500~1000℃且含有碱溶性成分的无机化合物。

本发明的热压部件可通过如下方法制造，即，将在钢板的表面依次具有Ni附着量为10~90000mg/m²的含Ni镀层和无机化合物的钢板，加热至Ac₃变态点~1200℃的温度范围后，进行热压。

作为无机化合物，优选使用熔点500~1000℃且含有碱溶性成分的无机化合物。另外，作为钢板，优选使用具有如下成分组成的钢板，即，以质量%计，含有C：0.15~0.5%、Si：0.05~2.0%、Mn：0.5~3%、P：0.1%以下、S：0.05%以下、Al：0.1%以下、N：0.01%以下，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质，或以质量%计进一步将选自Cr：0.01~1%、Ti：0.2%以下、B：0.0005~0.08%中的至少1种、以及Sb：0.003~0.03%，独立地或同时含有的钢板。

根据本发明能够制造具有优异的热压性、点焊性、涂料密合性，并且能够抑制与腐蚀相伴的向钢中的氢侵入的热压部件。本发明的热压部件适用于具有980MPa以上的强度的汽车的行走部件、车身构造部件。

附图说明

图1是模式性表示本实施例所使用的冲压方法的图。

图2是模式性表示本实施例所使用的电化学电池的图。

具体实施方式

1）热压部件

本发明的热压部件中，通过在构成部件的钢板的表层部使Ni扩散区域存在而抑制与腐蚀相伴的向钢中的氢侵入。其理由虽不是很明确，但考虑为如下。即，由腐蚀引起的向钢板内部的氢侵入与湿润环境下的Fe锈的氧化还原反应有关，为了抑制氢侵入，Fe锈需要为难以变化的稳定的锈。对于Fe锈的稳定化，添加Ni是有效的，进而Ni扩散区域的存在将抑制与腐蚀相伴的向钢中的氢侵入。此外，这里所谓的Ni扩散区域是指在热压前的加热时，Ni从镀层向钢中扩散的区域，或者不仅Ni，镀层所含的Co、Zn、Cr、Mn、Cu、Mo等金属元素也进行扩散了的区域。

但是，为了有效地抑制这样的氢的侵入，需要使Ni扩散区域的单面中的Ni附着量为10mg/m²以上，优选为50mg/m²以上，更加优选为100mg/m²以上。另一方面，若单面中的Ni附着量超过90000mg/m²，则其效果饱和且会导致成本增加，因此需要使Ni附着量为90000mg/m²以下，优选为10000mg/m²以下，更加优选为5000mg/m²以下。另外，Ni扩散区域优选从构成部件的钢板的表面在深度方向上遍及0.1~100μm地存在，更加优选为遍及1~50μm地存在，进一步优选为遍及3~10μm地存在。

Ni附着量可通过X射线荧光分析或湿法分析来求得。Ni扩散区域的深度可通过利用EPMA（Electron Probe Micro Analyzer：电子探针显微分析仪）的厚度方向剖面的分析或利用GDS（Glow DischargeSpectroscopy：辉光放电光谱）的深度方向的分析来求得。

本发明的热压部件通过对在表面依次具有含Ni的镀层与无机化合物的钢板进行热压来制造。因此，在热压后的部件表面将残存该无机化合物。但是，之后，对热压部件作为涂装衬底处理实施磷酸盐处理、氧化锆处理等化学成膜处理时，特别是在碱脱脂时，该无机化合物将被去除，因此不会损坏涂料密合性等。

2）制造方法

本发明的热压部件能够通过如下方法制造，即，将在钢板的表面依次具有单面的Ni附着量为10~90000mg/m²的含Ni的镀层和无机化合物的钢板，加热至Ac₃变态点~1200℃的温度范围后，进行热压。

通过将具有上述的Ni附着量为10~90000mg/m²的含Ni的镀层的钢板加热至Ac₃变态点~1200℃的温度范围，使镀层的Ni向钢板内扩散，在部件的表层部形成Ni附着量为10~90000mg/m²的Ni扩散区域，从而抑制与腐蚀相伴的向钢中的氢侵入。

另外，由于所使用的钢板具有含高熔点、高沸点的Ni的镀层，而不是含Al或低沸点的Zn的镀层，即，使用了具有Ni或Ni合金的镀层的钢板，因此不会有氧化皮的产生，能获得优异的点焊性、涂装密合性。

这样的含Ni的镀层能够利用电镀法等形成。

在含Ni的镀层上使无机化合物存在，在热压前的加热时，若使该无机化合物熔融，则能够利用流体润滑效果来显著提高热压时的滑动性，因此不会产生粘模，可获得优异的热压性。因此，作为无机化合物，优选使用熔点500~1000℃的无机化合物。若无机化合物的熔点为500℃以上，则在热压前的加热时的升温过程的早期阶段，无机化合物不会熔融，因此不会有熔融的无机化合物附着到加热炉的情况，熔融状态的无机化合物的量不会减少，提高热压时的滑动性。另一方面，若无机化合物的熔点为1000℃以下，则在加热时不会发生无机化合物不熔融或者熔融不充分的情况，提高热压时的滑动性。此外，更加优选使用熔点为500~900℃的无机化合物。

另外，作为无机化合物，优选使用含碱溶性成分的无机化合物，以便在化学成膜处理的碱脱脂时能够容易地除去。

无机化合物的单面中的附着量为1mg/m²以上，则不会发生熔融状态的无机化合物的量过少的情况，热压时的滑动性充分，若为5000mg/m²以下，则不仅能够经济地获得提高滑动性的效果，并且在热压后不会残存太多的无机化合物，因此不会导致化学成膜处理、涂装处理的不均匀，提高涂装密合性，所以优选1~5000mg/m²。这里，无机化合物的附着量例如可通过以下所示的方法来测定。即，从涂覆、干燥前后的无机化合物的重量变化进行测定的方法；利用仅能够溶解无机化合物的溶液来溶解除去无机化合物，从重量变化进行测定的方法；将单个附着有无机化合物的镀层溶解于酸，通过原子吸光分析或者ICP（InductivelyCoupled Plasma：电感耦合等离子体）分析等对该溶解液进行分析，定量标记元素的量，换算成无机化合物量的方法等。

为了将无机化合物固定于含Ni的镀层上，也可以使无机化合物与有机化合物共存。但是，具有提高高温下的滑动性的效果的是无机化合物，所以使无机化合物与有机化合物共存时，无机化合物的比率优选为50质量%以上。此外，即便使有机化合物共存，因热压前的加热在900℃前后的高温下进行，因此有机化合物与大气中的氧反应而成为二氧化碳和水消失，所以不会对滑动性、镀层带来任何影响。

作为这样的无机化合物，例如，优选为熔点741℃、沸点1575℃的四硼酸纳十水合物（硼砂）。但是，因热压前的加热条件，有时该四硼酸纳十水合物在350~400℃时变化为酐，进一步继续升温则在878℃时熔融。因此，在热压前的加热温度为878℃以上的情况中适合使用该四硼酸纳十水合物。作为其他的能够用于本发明的无机化合物，可以举出硫酸铵、硝酸锶、氧化锑（III）、氢氧化钙、碳酸钠、氟化纳等。

为了使无机化合物存在于含Ni的镀层上，可以使用公知的方法。例如，可以举出在镀层表面涂覆含有无机化合物的水溶液等的溶液，干燥，从而使水分、溶剂蒸发，将无机化合物存在于镀层上的方法。作为涂覆方法，可以举出棒涂法、刷涂法、辊涂法、浸渍法、喷涂法。

本发明的热压部件的制造方法中，需要在热压前将钢板温度加热至Ac₃变态点~1200℃，作为加热方法，可以使用利用电炉或煤气炉等的加热、火焰加热、通电加热、高频加热、感应加热等。

作为本发明的热压部件用的钢板，优选使用富有在热压后可得到980MPa以上的强度的淬透性的钢板，例如具有如下成分组成的钢板，即，以质量%计，含有C：0.15~0.5%、Si：0.05~2.0%、Mn：0.5~3%、P：0.1%以下、S：0.05%以下、Al：0.1%以下、N：0.01%以下，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质，或者进一步以质量%计将选自Cr：0.01~1%、Ti：0.2%以下、B：0.0005~0.08%中的至少1种、以及Sb：0.003~0.03%，独立地或同时含有的钢板。

下面将说明各成分元素的限定理由。这里，表示成分含量的“%”只要没有特别说明，表示“质量%”。

C：0.15~0.5%

C是提高钢的强度的元素，为了使热压部件的TS为980MPa以上，C量需要为0.15%以上。另一方面，若C量超过0.5%，则素材钢板的冲切加工性显著降低。因此，C量为0.15~0.5%。

Si：0.05~2.0%

与C相同，Si也是提高钢的强度的元素，为了使热压部件的TS为980MPa以上，Si量需要为0.05%以上。另一方面，若Si量超过2.0%，则热轧时被称作红氧化皮的表面缺陷的产生显著增多，并且，轧制载荷增大，导致热轧钢板的延展性的劣化。并且，若Si量超过2.0%，则实施在钢板表面形成以Zn或Al为主体的镀膜的镀覆处理时，有时对镀覆处理性带来负面影响。因此，Si量为0.05~2.0%。

Mn：0.5~3%

Mn是在抑制铁素体变态，提高淬透性方面有效的元素，另外，由于降低Ac₃变态点，所以也是降低热压前的加热温度方面有效的元素。为了现出这样的效果，Mn量需要为0.5%以上。另一方面，若Mn量超过3%，则发生偏析，降低素材钢板以及热压部件的特性的均匀性。因此，Mn量为0.5~3%。

P：0.1%以下

若P量超过0.1%，则产生偏析降低素材钢板以及热压部件的特性的均匀性，并且，韧性也显著降低。因此，P量为0.1%以下。

S：0.05%以下

若S量超过0.05%，则热压部件的韧性降低。因此，S量为0.05%以下。

Al：0.1%以下

若Al量超过0.1%，则降低素材钢板的冲切加工性、淬透性。因此，Al量为0.1%以下。

N：0.01%以下

若N量超过0.01%，则在热轧时或热压前的加热时，形成AlN氮化物，降低素材钢板的冲切加工性、淬透性。因此，N量为0.01%以下。

剩余部分是Fe以及不可避免的杂质，但根据以下理由，优选将选自Cr：0.01~1%、Ti：0.2%以下、B：0.0005~0.08%中的至少1种、以及Sb：0.003~0.03%，独立地或同时含有。

Cr：0.01~1%

Cr是使钢强化且提高淬透性方面有效的元素。为了现出这样的效果，优选Cr量为0.01%以上。另一方面，若Cr量超过1%，则导致成本显著提高，因此，其上限优选为1%。

Ti：0.2%以下

Ti是使钢强化且通过细粒化来提高韧性方面有效的元素。另外，比下述B优先地形成氮化物，对发挥由固溶B引起的提高淬透性效果方面有效的元素。但是，若Ti量超过0.2%，则热轧时的轧制载荷极端增大，并且，热压部件的韧性降低，因此其上限优选为0.2%以下。

B：0.0005~0.08%

B是在提高热压时的淬透性、热压后的韧性方面有效的元素。为了现出这样的效果，优选B量为0.0005%以上。另一方面，若B量超过0.08%，则热轧时的轧制载荷极端增大，并且，热轧后产生马氏体相、贝氏体相而产生钢板的破裂等，因此优选其上限为0.08%。

Sb：0.003~0.03%

Sb具有抑制从热压前加热钢板开始，到通过热压的一系列的处理使钢板冷却的期间，在钢板表层部产生脱碳层的效果。为了现出这样的效果，Sb量需要为0.003%以上。另一方面，若Sb量超过0.03%，则导致轧制载荷的增大，降低生产率。因此，Sb量为0.003~0.03%。

作为热压前的加热方法，可以举出利用电炉、煤气炉等的加热、火焰加热、通电加热、高频加热、感应加热等，但并不限定于此。

实施例

将具有如下成分组成，即以质量%计，含有C：0.23%、Si：0.12%、Mn：1.5%、P：0.01%、S：0.01%、Al：0.03%、N：0.005%、Cr：0.4%、B：0.0022%，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质，且Ac₃变态点为818℃，板厚1.6mm的冷轧钢板，在由300g/L的硫酸镍六水合物、50g/L的硫酸纳、30g/L的硼酸形成的电镀液中，以电流密度10A/dm²实施电镀处理，在两面形成具有表1所示的不同的Ni附着量（单面中的附着量）的Ni镀层。并且，将一部分的冷轧钢板，在由300g/L的硫酸镍六水合物、10g/L的硫酸锌七水合物、50g/L的硫酸纳、30g/L的硼酸形成的电镀液中，以电流密度50A/dm²实施电镀处理，在两面形成具有表1所示的Ni附着量的Ni-10质量%Zn镀层。接下来，在所形成的Ni镀层或Ni-10质量%Zn镀层上，通过棒涂机涂覆表1所示的熔点的无机化合物的水溶液后，以120℃进行10分钟的干燥，从而以表1所示的单面中的附着量使无机化合物存在。

将从这样制成的两面具有含Ni镀层和无机化合物的钢板采取的200mm×220mm的坯件，在大气气氛的电炉内，以表1所示的加热温度加热10分钟后，从炉内取出，立即利用图1中模式性表示的那样的冲压方法，将具有含Ni的镀层和无机化合物的面作为非冲头接触面进行拉深加工，制成热压部件No.1~15。此时，冲头宽度为70mm，加工高度为30mm。此外，为了进行比较，使用具有不存在无机化合物的Ni镀层的钢板、单面中的镀覆附着量为40000mg/m²的Al-10质量%Si镀覆钢板、冷轧钢板，用相同的方法来制成热压部件No.16~18。此外，作为比较件而使用的冷轧钢板No.18，因热压时的加热引起的氧化皮的产生显著，所以在热压后，利用喷砂处理除去表面的氧化皮之后，实施了后续的评价。

而且，从部件头部的平坦部采取试样，利用上述的方法测定了非冲头接触面的Ni扩散区域的深度。另外，利用以下方法，检查了热压性、点焊性、涂装密合性、耐氢侵入性。

热压性：目视观察热压后的非冲头接触面侧，将因粘模引起的发生损伤的状态根据如下的基准评价。若为○、△则评为满足本发明的目的。

○：部件表面上无伤

△：部件表面的一部分上有伤

×：部件表面的整个面上有伤

点焊性：从部件头部的平坦部采取试样，使用木村电熔（株）制的点焊机，使用电极头：DR6、电极加压力：2KN、压实时间：25周波/50Hz、焊接时间：16周波/50Hz、保持时间：5周波/50Hz的条件下，将同种试样相互焊接，测定可焊接电流范围（ACR）。根据以下的基准进行评价，若为◎、○则评为满足本发明的目的。并且，使非冲头接触面相互接触来进行焊接。

◎：ACR为Al-Si镀覆钢板的情况的2倍以上

○：ACR为Al-Si镀覆钢板的情况的1.5倍以上~不足2倍

×：ACR为与Al-Si镀覆钢板同等以上~不足1.5倍

涂装密合性：从部件头部的平坦部采取试样，在非冲头接触面，使用日本Parkerizing株式会社制的PB-L3020，以标准条件实施化学成膜处理之后，在170℃×20分钟的烘烤条件下，将关西Paint株式会社制的电沉积涂料GT-10HT Gray成膜为膜厚20μm，制成涂装试验片。进而，利用切割刀对制成的实验片割入到达钢质地为止的棋盘格（10×10个、1mm间隔），进行了利用粘接带贴着·剥离的棋盘格胶带剥离试验。根据以下的基准进行评价，若为○、△则评为满足本发明的目的。

○：无剥离

△：1~10个棋盘格上发生剥离

×：11个以上的棋盘格上发生剥离

耐氢侵入性：从部件头部的平坦部采取试样，将一侧的面（冲头接触面）镜面磨削而使板厚为1mm。接着，以试样作为工作极，以白金作为对极，对磨削面进行Ni镀覆而作为氢检测面，安装于图2中模式性表示的电化学电池，一边使非磨削面在大气中、在室温下腐蚀，一边利用电化学的氢透过法测定侵入钢中的氢量。即，向氢检测面侧填充0.1MNaOH水溶液，通过盐桥设置参比电极（Ag/AgCl），向非磨削面（评价面：非冲头接触面）侧滴下0.5质量%NaCl溶液，在大气中、室温下腐蚀，使氢检测面侧的电位成为0VvsAg/AgCl，一边以1次/日的频率向腐蚀部滴下纯水，一边连续5日测定氢透过电流值，从其最大电流值，根据以下的基准评价与腐蚀相伴的耐氢侵入性。若为○、△则评为满足本发明的目的。此外，对于热压时的氧化皮的生成显著的部件，利用喷砂处理除去表面的氧化皮之后进行试验。

○：最大电流值为冷轧钢板的情况的1/10以下

△：最大电流值为大于冷轧钢板的情况的1/10至其1/2以下

×：最大电流值为大于冷轧钢板的情况的1/2至与冷轧钢板相同

结果如表1所示。可知本发明的热压部件No.1~13，在热压性、点焊性、涂料密合性、耐氢侵入性上优异。

[表1]

Claims

1.一种热压部件，其特征在于，在构成部件的钢板的表层部具有Ni附着量为10～90000mg/m²的Ni扩散区域，在所述Ni扩散区域上具有熔点为500～1000℃的无机化合物。

2.根据权利要求1所述的热压部件，其特征在于，所述无机化合物含有碱溶性成分。

3.一种热压部件的制造方法，其特征在于，将在钢板的表面依次具有Ni附着量为10～90000mg/m²的含Ni镀层和熔点为500～1000℃的无机化合物的钢板，加热至Ac₃变态点～1200℃的温度范围之后，进行热压。

4.根据权利要求3所述的热压部件的制造方法，其特征在于，作为所述无机化合物，使用含有碱溶性成分的无机化合物。

5.根据权利要求3或4所述的热压部件的制造方法，其特征在于，作为所述钢板，使用具有如下成分组成的钢板，即，以质量%计，含有C：0.15～0.5%、Si：0.05～2.0%、Mn：0.5～3%、P：0.1%以下、S：0.05%以下、Al：0.1%以下、N：0.01%以下，剩余部分为Fe以及不可避免的杂质。

6.根据权利要求5所述的热压部件的制造方法，其特征在于，使用以质量%计进一步含有选自Cr：0.01～1%、Ti：0.2%以下、B：0.0005～0.08%中的至少1种的钢板。

7.根据权利要求5所述的热压部件的制造方法，其特征在于，使用以质量%计进一步含有Sb：0.003～0.03%的钢板。

8.根据权利要求6所述的热压部件的制造方法，其特征在于，使用以质量%计进一步含有Sb：0.003～0.03%的钢板。