CN105408523B - 热压部件及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种涂装密合性优异的热压部件及其制造方法。一种热压部件，其特征在于，在构成部件的钢板表面具有含有Zn和Ni的镀覆层，进一步在该镀覆层上具有含有Zn的氧化被膜，上述镀覆层与上述氧化被膜之间的空隙形成率为80％以下。

Description

热压部件及其制造方法

技术领域

本发明涉及适合用于汽车的底部部件、车体结构部件等的热压部件及其制造方法。

背景技术

以往，汽车的底部部件、车体结构部件等的大部分是对具有规定的强度的钢板进行压制加工而制造的。近年来，从地球环境的保护的观点出发，热切希望汽车车体的轻量化，持续进行将使用的钢板高强度化而减少其板厚的努力。然而，伴随着钢板的高强度化，其压制加工性下降，因此难以将钢板加工成所需的部件形状的情况变多。

因此，专利文献1中提出了通过将被加热的钢板在使用由冲模和冲头构成的模具加工的同时进行骤冷而能够兼具加工的容易化和高强度化的被称为热压的加工技术。然而，该热压中，在热压前将钢板加热至950℃左右这样高的温度，因此存在以下问题：在钢板表面生成氧化皮(铁氧化物)，该氧化皮在热压时剥离而使模具受损，或使热压后的部件表面受损。

此外，残留在部件表面的氧化皮也成为外观不良、涂装密合性下降的原因。因此，通常通过进行酸洗、喷丸等处理来除去部件表面的氧化皮。然而，这会使得制造工序复杂，导致生产率的下降。

进而，汽车的底部部件、车体结构部件等还需要优异的耐腐蚀性。然而，通过如上所述的工序制造的热压部件未设置镀覆层等防锈被膜，因此耐腐蚀性尚不充分。

由此，期望可以在热压前的加热时抑制氧化皮的生成且提高热压后的部件的耐腐蚀性的热压技术，提出了在表面设置有镀覆层等被膜的热压用钢板或使用它的热压方法。例如，专利文献2中公开了对以Zn或Zn基合金被覆的钢板进行热压并将Zn-Fe基化合物或Zn-Fe-Al基化合物设置于表面的耐腐蚀性优异的热压部件的制造方法。

此外，专利文献3中尤其以改善热压用镀锌钢板的涂装密合性为目的，公开了以具有硅烷醇基的有机硅树脂被膜进行被覆的热压用熔融镀锌钢板，并述及磷酸盐处理性、涂装后耐腐蚀性、耐锌挥发性也优异。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：日本特开2007-63578号公报

发明内容

然而，通过专利文献2中记载的方法制造的热压部件使用熔点低的镀锌钢板、镀锌铝钢板。因此，热压前的热处理工序中，在镀覆表面的锌的氧化反应激烈地发生，作为最终制品而得到的热压部件的涂装密合性不充分。此外，使用专利文献3中记载的热压用钢板时，虽然提高了被施于镀覆表面的树脂被膜与涂料的密合性，但是因热压前的热处理的条件，导致熔融镀锌层自身的氧化激烈地进行，因此无法稳定地确保良好的涂装密合性。

本发明是以解决如上所述的现有技术的课题为目的而作出的，其目的是提供一种涂装密合性优异的热压部件及其制造方法。

本发明的发明人等为了解决上述课题，对热压部件及其制造方法进行了深入研究。其结果是首次发现：将锌系镀覆钢板进行热压时产生的涂装密合性不良是由镀覆层与在其表面生成的氧化锌被膜之间的空隙形成所引起的；为了抑制该空隙形成，有利的是使用在表面具有熔点高的Zn-Ni合金镀覆层的镀覆钢板；进而，空隙形成的程度取决于加热前的镀覆附着量、镀覆钢板的最高到达板温和总加热时间，从而完成了本发明。

本发明的热压部件是基于这样的见解而作出的，其特征在于，在构成部件的钢板表面具有含有Zn和Ni的镀覆层，进一步在该镀覆层上具有含有Zn的氧化被膜，上述镀覆层与上述氧化被膜之间的空隙形成率为80％以下。

此外，本发明的热压部件的制造方法的特征在于，将镀覆钢板在满足下述式(1)和下述式(2)的加热条件下加热后进行热压，该镀覆钢板在钢板表面具有含有10～25质量％的Ni、剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成、每单面的附着量为10～90g/m²的镀覆层。

850≤T≤950 (1)

0＜t≤{20-(T/50)+(W/10)} (2)

其中，T：镀覆钢板的最高到达板温(℃)、t：从镀覆钢板的升温开始至加热结束为止的总加热时间(分钟)、W：每单面的镀覆附着量(g/m²)。

根据本发明，能够制造涂装密合性优异的热压部件。通过本发明制造的热压部件适于汽车的底部部件、车体结构部件。

附图说明

图1是表示空隙形成率不同的代表性热压部件的EPMA(Electron Probe MicroAnalyzer：电子探针微分析仪)的组成图像的图。

具体实施方式

1)热压部件

1-1)镀覆层

本发明中，在构成部件的钢板表面具有含有Zn和Ni的镀覆层。由在表面具有该镀覆层的钢板构成的热压部件的涂装密合性优异。这是因为可以抑制镀覆层与在其表面生成的氧化锌被膜之间的空隙形成。

1-2)氧化被膜

本发明的部件的特征在于，在含有Zn和Ni的镀覆层上具有含有Zn的氧化被膜，镀覆层与氧化被膜之间的空隙形成率设为80％以下。

在将锌系镀覆钢板热压时产生的涂装密合性不良是由镀覆层与在其表面生成的氧化锌被膜之间的空隙形成引起的。为了抑制该空隙形成，首先，有效的是使用高熔点的锌系镀覆钢板。本发明的热压部件使用具有含有Zn和Ni的镀覆层的镀覆钢板。然后，通过热压前的加热，在镀覆层的表面形成含有Zn的氧化被膜。作为氧化被膜所含的除Zn以外的元素，例如，例示有在基底钢板中含有的Mn等。

本发明的部件中，将镀覆层与氧化被膜之间的空隙形成率限定为80％以下。若空隙形成率大于80％，则该空隙成为剥离界面而使被施于部件的涂装发生剥离，因此涂装密合性变差。若空隙形成率为80％以下，则即使存在空隙，不是空隙的部分也会作为用于确保密合性的保持点发挥功能，因此涂装密合性良好。

空隙形成率能够通过进行热压部件的截面观察来测定。空隙形成率只要使用光学显微镜、SEM(Scanning Electron Microscope：扫描电子显微镜)、EPMA(Electron ProbeMicro Analyzer：电子探针微分析仪)等对截面长度100μm以上的区域进行观察，求出空隙形成率即可。例如，从热压部件切下10mm×10mm的小片，埋入至树脂。使用EPMA观察被埋入的热压部件小片的截面。只要利用EPMA得到500倍的视野的组成图像，将空隙形成部长度在镀覆层总长度中占有的比率作为空隙形成率而数值化即可。在图1中示出空隙形成率不同的代表性样品的利用EPMA(视野500倍)进行的观察结果(组成图像)与空隙形成率的关系。

上述的形成于镀覆层与氧化被膜之间的空隙的比率，即空隙形成率可以利用后述的热压前的加热条件进行控制。

2)热压部件的制造方法

2-1)镀覆钢板

本发明的热压部件的制造方法使用镀覆钢板，该镀覆钢板在钢板表面具有含有10～25质量％的Ni、剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成、每单面的附着量为10～90g/m²的镀覆层。

将镀覆层中的Ni含有率设为10～25质量％的理由是因为将镀覆层的相结构设为熔点为881℃的γ相。γ相的熔点高，因此含有Zn的氧化被膜的生成被抑制。因此，可以将镀覆层与氧化被膜之间的空隙形成率也抑制得低，可以确保良好的涂装密合性。应予说明，γ相可具有Ni₂Zn₁₁、NiZn₃、Ni₅Zn₂₁中的任一晶体结构，并可通过X射线衍射法进行确认。

本发明的热压部件的制造方法中，使用的镀覆钢板的每单面的镀覆层的附着量设为10～90g/m²。附着量小于10g/m²时容易形成空隙，因此热压部件的涂装密合性变得不充分。若附着量大于90g/m²，则会导致成本上升。基于以上理由，镀覆层的附着量设为10～90g/m²的范围。这里，镀覆层的附着量可以通过湿式分析法求出。具体而言，例如，只要在将1g/l的六亚甲基四胺作为抑制剂添加于6质量％盐酸水溶液而成的水溶液中溶解已知附着面积的镀覆层整体并由此时的重量减少量求出镀覆层的附着量即可。

另外，本发明的热压部件的制造方法中，也可以在上述镀覆层的下层设置基底镀覆层。基底镀覆层对涂装密合性不造成任何影响。作为基底镀覆层，例如可举出含有60质量％以上的Ni且剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成的附着量为0.01～5g/m²的镀覆层等。

这样的镀覆层的形成方法没有特别限定，优选为公知的电镀法。此外，镀覆层的附着量可以通过以通常进行的方式调整通电时间而进行控制。

2-2)基底钢板

为了得到具有980MPa以上的强度的热压部件，作为镀覆层的基底钢板，例如，可以使用具有如下成分组成的热轧钢板或冷轧钢板：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％以下且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。以下，对各成分元素的限定理由进行说明。这里，表示成分的含量的“％”只要没有特别说明，则是指“质量％”。

C：0.15～0.50％

C是使钢的强度提高的元素，为了使热压部件的TS为980MPa以上，需要将其量设为0.15％以上。另一方面，若C量大于0.50％，则原材料的钢板的冲裁加工性显著下降。因此，C量设为0.15～0.50％。

Si：0.05～2.00％

Si与C同样是使钢的强度提高的元素，为了使热压部件的TS为980MPa以上，需要将其量设为0.05％以上。另一方面，若Si量大于2.00％，则在热轧时被称为红色氧化皮的表面缺陷的产生显著增大，并且轧制负荷增大，或导致热轧钢板的延展性变差。此外，若Si量大于2.00％，则施行在钢板表面形成以Zn、Al为主体的镀覆被膜的镀覆处理时，有时对镀覆处理性造成不良影响。因此，Si量设为0.05～2.00％。

Mn：0.5～3.0％

Mn是对抑制铁素体相变而提高淬透性有效的元素，此外，由于使Ac₃相变点下降，因此是对降低热压前的加热温度也有效的元素。为了体现这种效果，需要将其量设为0.5％以上。另一方面，若Mn量大于3.0％，则偏析而原材料的钢板和热压部件的特性的均匀性下降。因此，Mn量设为0.5～3.0％。

P：0.10％以下

若P量大于0.10％，则偏析而原材料的钢板和热压部件的特性的均匀性下降，并且韧性也显著下降。因此，P量设为0.10％以下。

S：0.05％以下

若S量大于0.05％，则热压部件的韧性下降。因此，S量设为0.05％以下。

Al：0.10％以下

若Al量大于0.10％，则会使原材料的钢板的冲裁加工性、淬透性下降。因此，Al量设为0.10％以下。

N：0.010％以下

若N量大于0.010％，则在热轧时、热压前的加热时形成AlN的氮化物，使原材料的钢板的冲裁加工性、淬透性下降。因此，N量设为0.010％以下。

剩余部分是Fe和不可避免的杂质。另外，由于以下理由，优选单独或同时含有选自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是对将钢强化且提高淬透性有效的元素。为了体现这样的效果，优选将Cr量设为0.01％以上。另一方面，若Cr量大于1.0％，则会导致成本显著提高，因此其上限优选设为1％。

Ti：0.20％以下

Ti是对将钢强化且通过细粒化而提高韧性有效的元素。此外，也是对于比以下叙述的B优先形成氮化物、发挥利用固溶B的淬透性提高效果有效的元素。然而，若Ti量大于0.20％，则热轧时的轧制负荷极端增大，此外，热压部件的韧性下降，因此其上限优选设为0.20％。

B：0.0005～0.0800％

B是对提高热压时的淬透性、热压后的韧性有效的元素。为了体现这样的效果，优选将B量设为0.0005％以上。另一方面，若B量大于0.0800％，则热轧时的轧制负荷极端增大，此外，热轧后产生马氏体相、贝氏体相而产生钢板的裂纹等，因此其上限优选设为0.0800％。

Sb：0.003～0.030％

Sb具有在从热压前加热钢板后至通过热压的一连串处理冷却钢板为止的期间，抑制钢板表层部所产生的脱碳层的效果。为了体现这种效果，需要将其量设为0.003％以上。另一方面，若Sb量大于0.030％，则会导致轧制负荷的增大，使生产率下降。因此，Sb量优选设为0.003～0.030％。

2-3)加热和热压

本发明的热压部件的制造方法的要件在于：将上述镀覆钢板在满足下述式(1)和下述式(2)的加热条件下加热后进行热压。

850≤T≤950 (1)

0＜t≤{20-(T/50)+(W/10)} (2)

其中，T：镀覆钢板的最高到达板温(℃)、t：从镀覆钢板的升温开始至加热结束为止的总加热时间(分钟)、W：每单面的镀覆附着量(g/m²)。

本发明中，如上述式(1)所示，热压前的加热时的镀覆钢板的最高到达板温设为850～950℃。若最高到达板温小于850℃，则有时钢板的淬火变得不充分，无法得到所需的硬度。此外，若加热温度大于950℃，则不仅在能量上不经济，而且氧化被膜的形成过度地进行，空隙形成率增大，因此涂装密合性变差。

进而，最高到达板温优选为Ac₃相变点以上。通过将最高到达板温设为Ac₃相变点以上，钢板的淬火变得充分，可得到所需的硬度。

本发明中，如上所述式(2)所示，限定热压前的加热时的从镀覆钢板的升温开始至加热结束为止的总加热时间。这里，对成为涂装密合性变差的原因的空隙的形成过程进行说明。若持续进行镀覆钢板的加热，则进行作为镀覆层的成分的Zn的氧化反应，含有Zn的氧化被膜的厚度增大。与其并行地，还进行作为镀覆层的成分的Zn和Ni向基底钢板的扩散反应。由于这两者的反应，导致在原本镀覆层存在的位置形成空隙。因此，镀覆钢板的最高到达板温越高，此外，镀覆钢板的总加热时间越长，空隙形成率越会增大。进而，加热前的镀覆附着量越少，通过氧化被膜的形成和向基底钢板的扩散而耗尽Zn为止的时间越短，因此到空隙形成为止的时间短。此外，加热前的镀覆附着量越多，到空隙形成为止的时间越长。

上述式(2)是将这些关系进行一元性整理而得的式子。即，最高到达板温越高，镀覆附着量越少，则用于使空隙形成率为80％以下的总加热时间被限定为越短，另一方面，显示出最高到达板温越低，镀覆附着量越多，则越会被容许越长的时间。

若总加热时间(t)大于{20-(T/50)+(W/10)}的值，则镀覆层与氧化被膜之间的空隙形成率大于80％，因此涂装密合性变差。

作为热压前的加热方法，可以例示利用电炉、燃气炉等的加热、火焰加热、通电加热、高频加热、感应加热、远红外线加热等。通常，热压前的加热是通过将板温为室温的钢板插入上述任意的加热装置中并加热而开始的。本发明中，将如此开始加热室温的钢板的时刻定义为升温开始。从室温加热至某温度，保持在该温度后，使板温进一步上升而继续加热时，将室温的钢板的加热开始作为升温开始。

将在上述加热条件下被加热的镀覆钢板安装于具有冲模和冲头的模具，进行压制成型，在所需的冷却条件下进行冷却，从而制造热压部件。

实施例1

作为基底钢板，使用具有以质量％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％且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，Ac₃相变点为820℃，板厚1.6mm的冷轧钢板。通过电镀法在该冷轧钢板的表面施行Zn-Ni镀覆而制作钢板No.1～20。Zn-Ni镀覆是在含有200g/L的硫酸镍六水合物和10～100g/L的硫酸锌七水合物且pH1.5、浴温50℃的镀覆浴中，将电流密度设为5～100A/dm²进行镀覆。通过使硫酸锌七水合物的添加量和电流密度产生变化来调整Ni含有率。此外，通过使通电时间产生变化，调整镀覆附着量。

将以这种方式制作的钢板No.1～20以成为表1所示的最高到达板温和总加热时间的方式进行加热。另外，钢板No.8是通电加热，钢板No.9是通过远红外线加热进行加热，其它钢板均使用电炉进行加热。任何钢板均在结束规定时间的加热后，立即用Al制的平模夹持，进行骤冷。

对于制作的样品，通过以下方法进行空隙形成率的测定和涂装密合性的评价。

空隙形成率：从加热和骤冷后的样品切下10mm×10mm的小片，埋入树脂后，使用EPMA如上所述进行截面观察。利用EPMA观察500倍的视野，将空隙形成部长度在镀覆层总长度中占有的的比率设为空隙形成率而数值化。

涂装密合性：从加热和骤冷后的样品采集70mm×150mm的小片，使用日本PARKERIZING株式会社制造的PB-L3020在标准条件下施行化成处理后，通过使用KansaiPaint株式会社制造的GT-10的电沉积涂装形成膜厚20μm的电沉积涂膜，制作试验片。在试验片的中央部，使用切刀形成100个到达钢基体的1mm见方的棋盘格状伤痕，利用透明粘合胶带进行贴合·剥离的棋盘格胶带剥离试验。通过以下基准判定涂装密合性。

○：涂膜残留率＝100％

×：涂膜残留率≤99％

将钢板No.1～20的镀覆层的详细情况、空隙形成率的测定结果和涂装密合性的评价结果示于表1。

[表1]

可知通过本发明的制造方法制造的钢板No.1～11满足空隙形成率为80％以下，涂装密合性优异。此外，通过本发明的制造方法制造的钢板No.1～11和作为比较例的No.12、13、15～20可得到980MPa以上的强度。然而，以800℃为最高到达板温的钢板No.14的强度小于980MPa，强度不足。

实施例2

作为基底钢板，使用含有表2所示的成分组成、剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成、且具有表2所示的Ac₃相变点的板厚为1.6mm的冷轧钢板。在该冷轧钢板的两面，与实施例1同样地实施Zn-Ni镀覆，制造表3所示的Ni含有率和镀覆附着量的钢板No.21～35。

将以这种方式制作的钢板No.21～35以成为表3所示的最高到达板温和总加热时间的方式使用电炉进行加热，结束规定时间的加热后，立即用Al制的平模夹持，进行骤冷。

对于制作的样品，与实施例1同样地进行空隙形成率的测定和涂装密合性的评价。

将钢板No.21～35的镀覆层的详细情况、空隙形成率的测定结果和涂装密合性的评价结果示于表3。

[表2]

[表3]

可知通过本发明的制造方法制造的钢板No.21～35满足空隙形成率80％以下，涂装密合性优异。此外，通过本发明的制造方法制造的钢板No.21～35可得到980MPa以上的强度。

Claims (2)

1.一种热压部件，其特征在于，在构成部件的钢板表面具有含有Zn和Ni的镀覆层，进一步在该镀覆层上具有含有Zn的氧化被膜，所述镀覆层与所述氧化被膜之间的空隙形成率为0％，

其中，所述空隙形成率的定义如下：从热压部件切下10mm×10mm的小片，埋入至树脂，使用EPMA观察被埋入的热压部件小片的截面，只要利用EPMA得到500倍的视野的组成图像，将空隙形成部长度在镀覆层总长度中占有的比率作为空隙形成率而数值化，

所述钢板具有以质量％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％以下且剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成，或者，在上述成分组成的基础上以质量％计还含有选自Cr：0.01～1.0％、Ti：0.20％以下、B：0.0005～0.0800％、Sb：0.003～0.030％中的至少一种，

并且，所述热压部件是如下制造的：

将镀覆钢板在满足下述式(1)和下述式(2)的加热条件下，以总加热时间为3分钟以下加热后进行热压，该镀覆钢板在钢板表面具有含有10～25质量％的Ni、剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成、每单面的附着量为50～90g/m²的镀覆层，

850≤T≤950 (1)，

1.5≤t≤{20-(T/50)+(W/10)} (2)，

其中，T：镀覆钢板的最高到达板温，单位为℃；t：从镀覆钢板的升温开始至加热结束为止的总加热时间，单位为分钟；W：每单面的镀覆附着量，单位为g/m²。

2.一种权利要求1所述的热压部件的制造方法，其特征在于，将镀覆钢板在满足下述式(1)和下述式(2)的加热条件下，以总加热时间为3分钟以下加热后进行热压，该镀覆钢板在钢板表面具有含有10～25质量％的Ni、剩余部分由Zn和不可避免的杂质构成、每单面的附着量为50～90g/m²的镀覆层，

850≤T≤950 (1)，

1.5≤t≤{20-(T/50)+(W/10)} (2)，

其中，T：镀覆钢板的最高到达板温，单位为℃；t：从镀覆钢板的升温开始至加热结束为止的总加热时间，单位为分钟；W：每单面的镀覆附着量，单位为g/m²。