CN105324519A - 热压用钢板 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种热压用钢板，该热压用钢板的耐液态金属脆性优异，即便在以提高生产率为目的的搬运时间短的热压条件下，也不会产生液态金属脆性断裂。一种热压用钢板，该热压用钢板在钢板表面具有第一镀层，该第一镀层含有60质量％以上的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，每个单面的附着量超过5g/m2且为50g/m2以下，该热压用钢板在上述第一镀层的上层具有第二镀层，该第二镀层含有10质量％～25质量％的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，每个单面的附着量为10g/m2～90g/m2以下。

Description

热压用钢板
技术领域
本发明涉及一种热压用钢板，该热压用钢板适合于通过热压制造汽车的车身底部部件或车体结构部件等。
背景技术
一直以来，汽车的车身底部部件及车体结构部件等大多是通过对具有特定强度的钢板进行压制加工而制造的。近年来，从保护地球环境的方面出发，热切希望进行汽车车体的轻量化，正在持续努力将所使用的钢板高强度化，以降低其板厚。但是，随着钢板的高强度化，其压制加工性降低，因而难以将钢板加工成所期望的部件形状的情况增多。
专利文献1中提出了一种被称为热压的加工技术，该技术使用由冲模和冲头构成的模具对加热后的钢板进行加工，同时将其骤冷，由此能够兼顾加工的容易化和高强度化。但是，在该热压中，热压前要将钢板加热至950℃左右的高温，因而钢板表面会生成氧化层(铁氧化物)，该氧化层在热压时发生剥离，存在损伤模具或损伤热压后的部件表面的问题。
另外，残存于部件表面的氧化层还会引起外观不良或涂布密合性的降低。因此，通常进行酸洗或喷丸等处理以除去部件表面的氧化层。但是，这会使制造工序复杂，引起生产率的降低。
此外，汽车的车身底部部件及车体结构部件等还需要具有优异的耐腐蚀性。但是，通过上述工序所制造的热压部件中未设有镀层等防锈皮膜，因而耐腐蚀性尚不充分。
由此，期望一种能够在热压前的加热时抑制氧化层生成的同时提高热压后部件的耐腐蚀性的热压技术，提出了一种在表面设有镀层等皮膜的热压用钢板及使用了该热压用钢板的热压方法。例如，专利文献2中公开了一种耐腐蚀性优异的热压部件的制造方法，该制造方法中，对用Zn或Zn基合金所被覆的钢板进行热压，将Zn-Fe基化合物或Zn-Fe-Al基化合物设置于表面。
另外，专利文献3中公开了一种热压用钢板，其在以Ni为主体的附着量为0.01g/m2～5g/m2的下层镀层的上层实施了附着量为10g/m2～90g/m2的镀Zn-Ni层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：英国专利第1490535号公报
专利文献2：日本专利第3663145号公报
专利文献3：日本专利第4883240号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，在利用专利文献2所记载的方法制造的热压部件中，使用熔点低的镀锌钢板或镀锌铝钢板，因而在热压成型时镀层中的锌有时会侵入钢板而引起裂纹、即发生所谓的液态金属脆性断裂。
另外，近年来，强烈要求通过缩短热压的节拍时间而提高生产率。因此讨论了：在热压的各种工序中，将加热后的钢板迅速搬运至压制机并迅速进行热压、即缩短搬运时间。但是，使用专利文献3所记载的热压用钢板的情况下，若以短搬运时间进行热压，有时会发生液态金属脆性断裂，为了避免该情况，会刻意延迟压制开始等，生产率受到限制。
本发明是鉴于上述情况进行的，其目的在于提供一种热压用钢板，该热压用钢板的耐液态金属脆性优异，即便在以提高生产率为目的的搬运时间短的热压条件下，也不会产生液态金属脆性断裂。
用于解决课题的方案
本发明人对用于解决上述课题的热压用钢板进行了深入研究。结果发现：通过具有下述高熔点的镀层和位于其上层的Zn-Ni镀层来作为镀层，能够提供一种耐液态金属脆性优异的热压用钢板，该热压用钢板即便在以提高生产率为目的的搬运时间短的热压条件下，也不会产生液态金属脆性断裂，由此完成了本发明。上述高熔点的镀层含有60质量％以上的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，附着量超过5g/m2且为50g/m2以下，上述Zn-Ni镀层含有10质量％～25质量％的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，附着量为10g/m2～90g/m2以下。
本发明是基于这种技术思想而完成的，涉及一种热压用钢板，其特征在于，该热压用钢板在钢板表面具有第一镀层，该第一镀层含有60质量％以上的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，每个单面的附着量超过5g/m2且为50g/m2以下，该热压用钢板在上述第一镀层的上层具有第二镀层，该第二镀层含有10质量％～25质量％的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，每个单面的附着量为10g/m2～90g/m2以下。
发明的效果
通过使用本发明的热压用钢板，能够制造耐液态金属脆性优异的热压部件，该热压部件即便在以提高生产率为目的的搬运时间短的热压条件下，也不产生液态金属脆性断裂。使用本发明的热压用钢板所制造的热压部件的耐液态金属脆性优异，适合于汽车的车身底部部件及车体结构部件。
附图说明
图1是示出实施例1的帽形成型后的钢板的图。
具体实施方式
1)镀层
本发明中，为了确保在以提高生产率为目的的搬运时间短的热压条件下也优异的耐液态金属脆性，特征在于，在钢板表面具有第一镀层，该第一镀层含有60质量％以上的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，每个单面的附着量超过5g/m2且为50g/m2以下，在第一镀层的上层具有第二镀层，该第二镀层含有10质量％～25质量％的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，每个单面的附着量为10g/m2～90g/m2以下。
搬运时间短的情况下，热压成型的开始温度升高，因而压制成型有时以镀层的凝固尚未完成的状态开始。其结果，有时会产生液态金属脆性断裂。本发明中，通过在钢板表面设置第一镀层，该第一镀层含有60质量％以上的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，每个单面的附着量超过5g/m2且为50g/m2以下，由此能够完全遮蔽后述第二镀层中含有的锌侵入钢板。因此，即便在搬运时间短的热压条件下也能够可靠地确保耐液态金属脆性。
使第一镀层的Ni含量为60质量％以上的理由是为了使第一镀层的熔点为即便在热压前的加热下也不熔融的、1000℃以上的极高的温度。
第一镀层的每个单面的附着量超过5g/m2且为50g/m2以下。附着量为5g/m2以下时，未确认到第一镀层产生的遮蔽效果。另外，若附着量超过50g/m2，则不仅效果饱和，还会引起成本上升。因此，第一镀层的附着量为超过5g/m2且50g/m2以下的范围。
本发明中，在第一镀层的上层具有第二镀层，该第二镀层含有10质量％～25质量％的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，每个单面的附着量为10g/m2～90g/m2。
使第二镀层的Ni含量为10质量％～25质量％的理由是为了使第二镀层的相结构为耐腐蚀性优异、熔点为881℃的γ相。通过使镀层的Ni含量为10质量％～25质量％，可形成具有Ni2Zn11、NiZn3、Ni5Zn21中任一种晶体结构的熔点高为881℃的γ相，因此能够将加热时的ZnO的生成反应抑制到最小限度。另外，在热压完成后，镀层也作为γ相残存，因此可通过Zn的牺牲防腐蚀效果发挥出优异的耐腐蚀性。需要说明的是，Ni含量为10质量％～25质量％下的γ相的形成与Ni-Zn合金的平衡状态图未必一致。认为这是因为，利用电镀法等进行的镀层的形成反应以非平衡的方式进行。γ相具有Ni2Zn11、NiZn3、Ni5Zn21中任一种晶体结构，可以通过使用了X射线衍射法或TEM(透射电子显微镜)的电子射线衍射法来确认。
本发明中，第二镀层的每个单面的附着量为10g/m2～90g/m2。附着量小于10g/m2时，热压部件的耐腐蚀性不充分。附着量若超过90g/m2，则会引起成本上升。因此，镀层的附着量为10g/m2～90g/m2的范围。
此处，上述镀层的附着量可以通过湿式分析法求出。具体地说，例如在向6质量％盐酸水溶液中添加了1g/l六亚甲基四胺作为抑制剂的水溶液中，溶解附着面积已知的镀层整体，由此时的重量减少量求出镀层的附着量即可。
另外，对这种镀层的形成方法没有特别限定，优选公知的电镀法。另外，如通常所进行的那样，镀层的附着量可以通过调整通电时间来控制。
2)底层钢板
为了得到具有980MPa以上的强度的热压部件，作为镀层的底层钢板，可以使用具有下述成分组成的热轧钢板或冷轧钢板：例如，以质量％计含有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，余部由Fe和不可避免的杂质构成。下面说明各成分元素的限定理由。此处，只要不特别声明，则表示成分的含量的“％”是指“质量％”。
C：0.15％～0.50％
C是提高钢的强度的元素，为了使热压部件的拉伸强度(TS)为980MPa以上，需要使其量为0.15％以上。另一方面，若C量超过0.50％，则坯料的钢板的冲切加工性显著降低。因此，C量为0.15％～0.50％。
Si：0.05％～2.00％
与C同样地，Si是提高钢的强度的元素，为了使热压部件的TS为980MPa以上，需要使其量为0.05％以上。另一方面，若Si量超过2.00％，则在热轧时被称为红色氧化层的表面缺陷的发生显著增大，同时轧制载荷增大，或者引起热轧钢板的延展性的劣化。此外，若Si量超过2.00％，则在实施在钢板表面形成以Zn或Al为主体的镀敷皮膜的镀敷处理时，有时会对镀敷处理性产生不良影响。因此，Si量为0.05％～2.00％。
Mn：0.5％～3.0％
Mn是对抑制铁素体相变、提高淬火性有效的元素，并且使Ac3相变点降低，因而还是对降低热压前的加热温度也有效的元素。为了表现出这种效果，需要使其量为0.5％以上。另一方面，若Mn量超过3.0％，则发生偏析，坯料的钢板和热压部件的特性的均匀性降低。因此，Mn量为0.5％～3.0％。
P：0.10％以下
若P量超过0.10％，则发生偏析，坯料的钢板和热压部件的特性的均匀性降低，同时韧性也显著降低。因此，P量为0.10％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：0.10％以下
若Al量超过0.10％，则使坯料的钢板的冲切加工性和淬火性降低。因此，Al量为0.10％以下。
N：0.010％以下
若N量超过0.010％，则在热轧时或热压前的加热时形成AlN的氮化物，坯料的钢板的冲切加工性和淬火性降低。因此，N量为0.010％以下。
余部为Fe和不可避免的杂质。需要说明的是，根据以下理由，优选分别或同时含有选自Cr：0.01％～1.0％、Ti：0.20％以下、B：0.0005％～0.0800％中的至少一种、Sb：0.003％～0.030％。
Cr：0.01％～1.0％
Cr是对在强化钢的同时提高淬火性有效的元素。为了表现出这种效果，优选使Cr量为0.01％以上。另一方面，若Cr量超过1.0％，则会导致显著的成本升高，因而其上限优选为1.0％。
Ti：0.20％以下
Ti是对在强化钢的同时通过颗粒细化而提高韧性有效的元素。另外，与下文所述的B相比优先形成氮化物，也是对发挥出固溶B引起的淬火性的提高效果有效的元素。但是，若Ti量超过0.20％，则热轧时的轧制载荷极端增大，而且热压部件的韧性降低，因而其上限优选为0.20％。
B：0.0005％～0.0800％
B是对热压时的淬火性及热压后的韧性提高有效的元素。为了表现出这种效果，优选使B量为0.0005％以上。另一方面，若B量超过0.0800％，则热轧时的轧制载荷极端增大，而且热轧后生成马氏体相及贝氏体相，产生钢板的裂纹等，因而其上限优选为0.0800％。
Sb：0.003％～0.030％
Sb具有抑制脱碳层的效果，该脱碳层是在从热压前将钢板加热后至通过热压的一系列处理将钢板冷却为止的期间在钢板表层部产生的。为了表现出这种效果，需要使其量为0.003％以上。另一方面，若Sb量超过0.030％，则会引起轧制载荷的增大，使生产率降低。因此，Sb量优选为0.003％～0.030％。
3)热压部件的制造方法
对于上述本发明的热压用钢板，基于常规方法实施热压，可以制造热压部件。例如，加热至热压用钢板的板温达到Ac3相变点以上的温度850℃～950℃的范围后，进行热压即可。作为热压前的加热方法，可例示出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、远红外线加热等。
将如上所述所加热的热压用钢板设置于具有冲模和冲头的模具中，进行压制成型，并在所期望的冷却条件下进行冷却，由此制造热压部件。
实施例1
作为底层钢板使用了下述冷轧钢板，其具有下述成分组成：以质量％计含有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％，余部由Fe和不可避免的杂质构成，Ac3相变点为820℃，板厚为1.6mm。通过电镀法对该冷轧钢板的两面实施第一镀层和第二镀层，制作出钢板No.1～16。
关于第一镀层，在含有240g/L的硫酸镍六水合物、30g/L的硼酸的pH3.6、浴温50℃的电镀槽中，将电流密度设为5A/dm2，从而进行镀敷。通过变化通电时间，从而调整了镀层附着量。另外，在钢板No.2、11的情况下，通过添加硫酸锌七水合物而调整了Ni含量。关于第二镀层，在含有200g/L的硫酸镍六水合物、10g/L～100g/L的硫酸锌七水合物的pH1.5、浴温50℃的电镀槽中，将电流密度设为5A/dm2～100A/dm2，从而进行镀敷。通过变化硫酸锌七水合物的添加量和电流密度而调整了Ni含量，通过变化通电时间而调整了镀层附着量。
由如此制作的钢板No.1～16采集100mm×200mm的试验片，利用电炉将钢板加热至表1所示的加热温度。接着，以表1所示的成型开始温度进行热压成型。热压成型使用了帽形模具，其由具有半径6mm的肩R部的冲头和具有半径6mm的肩R部的冲模构成。将防皱压力设为20吨，以200mm/秒的速度进行帽形成型，制作出图1所示的成型高度为40mm的帽形部件。
需要说明的是，在通常的热压中，加热后的搬运工序中的钢板的冷却速度大约为20℃/秒左右，例如在将加热至900℃的钢板以10秒左右的搬运时间搬运至压制机的情况下，成型开始温度为700℃左右。本实施例中，将搬运时间设为比通常快的4～6秒，因而成型开始温度均为820℃以上的高温。
对于所制作的帽形部件，通过以下的方法进行了耐液态金属脆性的评价。
耐液态金属脆性：从帽形部件的肩R部(外面侧)采集截面观察用的样品，利用扫描型电子显微镜(SEM)进行观察，评价了侵入母材的裂缝的最大深度。
○：最大裂缝深度＝0mm(未产生)
×：最大裂缝深度≥0.01mm(产生)
将钢板No.1～16的镀层的详细情况、热压条件和耐液态金属脆性的评价结果示于表1。
[表1]
*：每个单面
可知：本发明的热压用钢板No.1～10即使在成型开始温度高的热压条件下、即搬运时间短的热压条件下耐液态金属脆性也优异。
另外，使用本发明的热压用钢板No.1～10和作为比较例的钢板No.11～16所制作的帽形部件均得到了980MPa以上的强度。

Claims (1)

1.一种热压用钢板，其特征在于，该热压用钢板在钢板表面具有第一镀层，该第一镀层含有60质量％以上的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，每个单面的附着量超过5g/m2且为50g/m2以下，
该热压用钢板在所述第一镀层的上层具有第二镀层，该第二镀层含有10质量％～25质量％的Ni，余部由Zn和不可避免的杂质构成，每个单面的附着量为10g/m2～90g/m2以下。
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