CN106471148A - 加工性优异的熔融Al系镀敷钢板 - Google Patents

加工性优异的熔融Al系镀敷钢板 Download PDF

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Abstract

【课题】在熔融Al系镀敷钢板中，改善熔融Al系镀敷层的耐磨损性。【解决手段】加工性优异的熔融Al系镀敷钢板，其在基材钢板的表面具有Si含有量为1.0～12.0质量％、B含有量为0.002～0.080质量％的组成的熔融Al系镀敷层，在从镀敷层最表面利用GDS(辉光放电发光分光分析)的深度方向分析中，在溅镀深度0～1.0μm的范围中B的最大检测强度IMAX与在溅镀深度1.0～5.0μm中B的平均检测强度I0之比IMAX/I0为2.0以上。

Description

加工性优异的熔融Al系镀敷钢板
技术领域
本发明涉及加工性优异的熔融Al系镀敷钢板：在镀敷层中含有B，改善了相对起因于与加工时模具滑动的镀敷层的磨损的抵抗性。
背景技术
熔融Al系镀敷钢板在以汽车排气部件、燃烧机器部件等的耐热用途为中心广泛使用。在熔融Al系镀敷浴中，根据必要而添加Si。向浴中的Si添加有抑制在钢坯料(镀敷原板)与熔融Al系镀敷层之间生成脆的Al-Fe系合金层的成长的效果，对弯曲加工性等的改善有效。之外，Ti、B、Sr、Cr、Mg、Zr等的元素有时也在Al镀敷浴中添加。熔融Al系镀敷层的组成几乎成为反映Si及其它添加元素的浴中含有量的组成。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2013-166977号公报
专利文献2：特开2013-166978号公报
专利文献3：国际公开第2009/017245号
专利文献4：特开2002-30457号公报
发明内容
发明所要解决的课题
熔融Al系镀敷钢板与熔融锌系镀敷钢板相比，具有所谓耐热性优异的优点。但是，实施由模具的加工之际，通过与模具的滑动，一般有比熔融锌系镀敷钢板而在镀敷层容易产生所谓“磨损”的潜在的问题。镀敷钢板的磨损是在模具中凝集镀敷层金属而妨碍圆滑的滑动、在镀敷层产生显著的摩耗瑕疵的现象。
专利文献1、2中，示出了B含有量为0.06质量％的熔融Al镀敷组成(分别为表2的No.29)。但是，这些的文献公开的技术是如下的技术：通过在熔融Al系镀敷后实施加热处理(所谓的后热处理)，由此改性熔融Al系镀敷层的组织状态，其后，供给阳极氧化处理。没有记载将含有所定量的B的熔融Al系镀敷浴中浸渍而得到的镀敷层供给在模具中滑动的加工。
专利文献3中示出了B含有量为0.12质量％以及0.10质量％的熔融Al镀敷组成(表2的No.8、17)。但是，根据发明人的研讨，可知：在镀敷层含有如此大量的B，镀敷层的耐腐蚀性(耐白锈性)降低。引用文献3中，没有记载改善耐磨损性。
另一方面，专利文献4中记载了耐磨损性与耐白锈性优异的铝系镀敷钢板。但是，该文献的技术是通过以氟化铝为主成分的粒状物在表面分散的化学处理来改善耐磨损性等的技术。
本发明的目的在于，在熔融Al系镀敷钢板中，提高熔融Al系镀敷层自身的耐磨损性(以下将其称为“耐镀敷磨损性”)的同时，对弯曲加工性、冲压加工性以及镀敷层的耐腐蚀性(耐白锈性)也维持良好。
用于解决课题的手段
发明人详细研讨的结果，使用添加了适量的B的熔融Al系镀敷浴而得到熔融Al系镀敷钢板时，发现了在Al系镀敷层的表层部中发生B浓化的现象。由此，可知：在表层部中B浓化的熔融Al系镀敷层与模具的滑动性良好，磨损被显著地抑制。本发明就是基于这样见解的发明。
上记目的是通过以下的加工性优异的熔融Al系镀敷钢板而实现：在基材钢板的表面，具有Si含有量为1.0～12.0质量％、B含有量为0.002～0.080质量％的组成的熔融Al系镀敷层，在从镀敷层最表面利用GDS(辉光放电发光分光分析)的深度方向分析中，在溅镀深度0～1.0μm的范围中B的最大检测强度IMAX与在溅镀深度1.0～5.0μm中B的平均检测强度I0之比IMAX/I0为2.0以上。特别是镀敷层中的Si含有量调整为1.0质量％以上不足3.0质量％的钢板，呈现更加优异的弯曲加工性。熔融Al系镀敷层(除了Al-Fe系合金层的部分)的平均厚度为例如10～150μm。
上述溅镀深度是通过以下来规定：对于预先对熔融Al系镀敷钢板的表面以GDS的测定条件溅镀了的试料，通过实测包含溅镀部的表面的凹凸分布，求出GDS的溅镀速度，基于该溅镀速度，能够由溅镀时间换算成溅镀深度。
作为熔融Al系镀敷层的具体的组成范围，能够举以下的组成：例如按质量％计含有：Si：1.0～12.0％，优选1.0％以上且不足3.0％，B：0.002～0.080％，Fe：0.1～3.0％，Sr：0～0.2％，Na：0～0.1％，Ca：0～0.1％，Sb：0～0.6％，P：0～0.2％，Mg：0～5.0％，Cr：0～1.0％，Mn：0～2.0％，Ti：0～0.5％，Zr：0～0.5％，V：0～0.5％，余量Al以及不可避免的杂质。Sr、Na、Ca、Sb、P、Mg、Cr、Mn、Ti、Zr、V的各元素为任意含有元素。Fe是从镀敷槽的装置部件及浸渍的钢板混入镀敷浴中。
基材钢板的钢坯料与熔融Al系镀敷层之间存在的Al-Fe系合金层的平均厚度优选8.0μm以下。
上述的熔融Al系镀敷钢板，作为镀敷层与模具具有滑动的过程的加工用的熔融Al系镀敷钢板是适合的。作为那样的加工，例如，可举：包括拉深或者鼓凸的要素的冲压加工、拉伸摩擦加工、辊轧成形加工等。
发明的效果
根据本发明，能够改善在使用模具的加工中容易成为问题的熔融Al系镀敷钢板的耐磨损性。由于熔融Al系镀敷层本身的耐磨损性提高，因此在镀敷后根据必要而不依赖于实施的化学处理，提供耐磨损性优异的熔融Al系镀敷钢板。对于弯曲加工性、镀敷层的耐腐蚀性也维持良好。
附图说明
[图1]关于使用B含有量为0.001质量％的Al-9.2质量％Si镀敷浴而制作的熔融Al系镀敷钢板的镀敷层，由GDS从最表面分析深度方向的元素浓度分布(比较例)。
[图2]关于使用B含有量为0.03质量％的Al-9.2质量％Si镀敷浴而制作的熔融Al系镀敷钢板的镀敷层，由GDS从最表面分析深度方向的元素浓度分布(本发明例)。
[图3]表示拉伸摩擦试验中的模具与供试材料(镀敷钢板)的位置关系的概略的模拟图。
具体实施方式
〔镀敷层中的B分布〕
图1中，关于使用B含有量为0.001质量％的Al-9.2质量％Si镀敷浴而制作的熔融Al系镀敷钢板的镀敷层，例示由GDS从最表面分析深度方向的元素浓度分布。关于B的测定强度，相对于其它的元素，以10倍的尺度表示(在后述图2中相同)。B的浓度分布是在最表面近的深度区域若干增大，但没有观测到明显的变动。该熔融Al系镀敷钢板中，使用B无添加的熔融Al系镀敷浴的现有一般的镀敷层，没被认可耐镀敷磨损性的明显改善效果。
图2中，关于使用B含有量为0.03质量％的Al-9.2质量％Si镀敷浴而制作的熔融Al系镀敷钢板的镀敷层，与图1同样地例示以GDS从最表面分析深度方向的元素浓度分布。在该熔融Al系镀敷层的最表面附近，可知B为显著浓化。溅镀深度为约1μm以上的区域中，B的分布是与图1同样地成为大概均等。该熔融Al系镀敷钢板中，被认可耐镀敷磨损性的显著的改善效果。耐镀敷磨损性是通过例如后述的拉伸摩擦试验进行评价。
根据发明人的详细研讨，从熔融Al系镀敷层的最表面的由GDS在深度方向分析中，在溅镀深度0(最表面)～1.0μm的范围中B的最大检测强度IMAX与在溅镀深度1.0～5.0μm中B的平均检测强度I0之比IMAX/I0为2.0以上的方式在镀敷层表层部，B浓化时，耐镀敷磨损性的改善效果变大。当设为B含有量为0.002质量％以上的熔融Al系镀敷组成的情况，可以将IMAX/I0设为2.0以上。还有，通过设为B含有量为0.010质量％以上的熔融Al系镀敷组成，能够得到IMAX/I0为3.0以上的熔融Al系镀敷层，耐镀敷磨损性的改善效果更加增大。
在熔融Al系镀敷浴中，含有例如0.002质量％以上的所谓比较大量的B时，在镀敷层的表层部，B为浓化，关于耐镀敷磨损性提高的理由，在现时点未必明确，但可以考虑为如以下所述。即，通过从基材钢板的散热，镀敷层的金属为凝固的过程，在Al相中的失去了溶解度的B被逼向表层部，在表层部集聚的B与镀敷层坯料相比形成硬质的化合物粒子。那样的B化合物粒子分散在镀敷层表层部，推测是否有助于与模具的滑动抵抗的降低。还有，根据GDS的深度方向元素分布，由于通过B添加而构造变化仅限镀敷层的表层部，因此熔融Al系镀敷层所致的钢板的耐腐蚀性(耐红锈性)改善效果及Al镀敷层本来的加工性维持与不添加B的情况同样。
〔熔融Al系镀敷层的组成〕
熔融Al系镀敷层的化学组成，与镀敷浴组成几乎成为相同。因此，镀敷层组成能够通过镀敷浴组成的调整来控制。
Si具有抑制在熔融Al系镀敷时基材钢板与镀敷层之间形成的Al-Fe系合金层的成长的作用。Al-Fe系合金层由于是脆的，因此其厚度增大时，成为冲压加工性降低的要因。通过Al系镀敷浴中的Si含有量设为1.0质量％以上，Al-Fe系合金层的成长抑制效果提高，在冲压加工用途中成为有利。还有，在Al系镀敷浴中，由于添加Si，则镀敷浴的融点降低，所以对镀敷温度的降低有效。但是，Si含有量过大时，通过镀敷层的硬质化而弯曲加工性容易变降低。各种研讨的结果，优选熔融Al系镀敷层的Si含有量设为12.0质量％以下。特别是Si含有量不足3.0质量％时，在镀敷层的凝固时生成的Si相的量减少的同时，初晶Al相软质化，在重视弯曲加工性的用途中更有效果。
为了提高熔融Al系镀敷层的耐镀敷磨损性，B是重要的添加元素。为了在熔融Al系镀敷层的表层部生成充分地改善耐镀敷磨损性的足够B的浓化，镀敷层中的B含有量设为0.002质量％以上是有效的，设为0.010质量％以上是更有效的。但是，可知：过剩的B添加降低镀敷层的耐腐蚀性(耐白锈性)。各种研讨的结果，B含有量抑制在0.080质量％以下为优选，设为0.060质量％以下为更优选。
在熔融Al系镀敷浴中，从基材钢板(镀敷原板)及熔融镀敷槽的构成部件等混入Fe，通常，熔融Al系镀敷层(除了Al-Fe系合金层的部分)的Fe含有量成为0.05质量％以上。Fe含有量允许至3.0质量％，2.5质量％以下为更优选。
作为上述以外的元素，在熔融Al系镀敷浴中，Sr、Na、Ca、Sb、P、Mg、Cr、Mn、Ti、Zr、V等的元素有时是根据必要而有意识地添加的，也有时是从原料等混入的。在本发明中，即使是作为对象的熔融Al镀敷钢板，含有这些现有一般允许的元素也没问题。具体而言，例如，按质量％计可以例示：Sr：0～0.2％，Na：0～0.1％，Ca：0～0.1％，Sb：0～0.6％，P：0～0.2％，Mg：0～5.0％，Cr：0～1.0％，Mn：0～2.0％，Ti：0～0.5％，Zr：0～0.5％，V：0～0.5％的含有量范围。
以上的元素以外的余量可以是Al以及不可避免的杂质。
〔Al-Fe系合金层〕
在熔融Al系镀敷钢板的制造中，于基材钢板的钢坯料与镀敷层之间形成Al-Fe系合金层。该合金层是以Al-Fe系金属间化合物为主体的层。在以含有Si的Al系镀敷浴来形成的合金层中，大量含有Si。在本说明书中，将不含有Si的Al-Fe系合金层与含有Si的所谓Al-Fe-Si系合金层一并称为Al-Fe系合金层。Al-Fe系合金层是以脆的金属间化合物来构成，因此其厚度增大，则镀敷层的密着性降低，成为阻碍冲压加工性的要因。各种研讨的结果，在重视冲压加工性的情况，Al-Fe系合金层的平均厚度设为8.0μm以下为优选，设为6.0μm以下为更优选。在熔融Al系镀敷时，为了抑制Al-Fe系合金层的成长，如上述的那样，在Al系镀敷浴中添加Si是有效的。通过浴温以及镀敷浴浸渍时间也可以变动合金层的形成厚度，但在一般工业规模的连续熔融镀敷生产线的操作中，通过镀敷浴中的Si含有量设为1.0质量％以上来将Al-Fe系合金层的平均厚度控制在8.0μm以下的条件设定成为容易。从冲压加工性的观点，Al-Fe系合金层的厚度越薄越优选，但过薄，增大工程负荷而变得不经济。通常，Al-Fe系合金层的平均厚度也可以设为0.5μm以上的范围。
〔基材钢板〕
镀敷原板的基材钢板，是可以根据用途而从现有一般使用的各种基材钢板之中选择。在重视耐腐蚀性的用途中，也可以适用不锈钢钢板。基材钢板的板厚可以设为例如0.4～2.0mm。
实施例
具有表1所示的化学组成的板厚0.8mm的冷轧退火钢板作为镀敷原板，利用实验生产线制作熔融Al系镀敷钢板(供试材料)。镀敷浴组成设为Si：0～12.0质量％、B：0～0.12质量％的范围，考虑在工业生产线的Fe的混入，使含有Fe：2.0质量％，余量为Al以及不可避免的杂质。B含有量是通过以所定量添加Al-4质量％B母合金来进行调整。镀敷浴温设为650～680℃，镀敷浴浸渍时间设为2sec，冷却速度设为13℃/sec。各例的Si以及B的含有量在表2中所示。每单面的镀敷附着量(镀敷后的平均板厚与镀敷原板的板厚之差的1/2)为约20μm。
[表1]
表1
对于得到的镀敷钢板进行以下的调查。
〔由GDS的深度方向元素分析〕
通过辉光放电发光分光分析装置(SPECTRUMA ANALYTIK GmbH社制；GDA750)，预先对于熔融Al系镀敷钢板试料从镀敷层最表面向深度方向以一定条件进行所定时间的溅镀试验，通过测定试验后的试料表面的凹凸分布来求出溅镀深度。通过该预备试验，将在该GDS溅镀条件的溅镀速度确定为0.073μm/sec。利用该GDS溅镀条件，进行各供试材料的从熔融Al系镀敷层最表面向深度方向的GDS分析，求出从图1、图2所示那样的深度方向的元素浓度分布向在溅镀深度0～1.0μm的范围中B的最大检测强度IMAX与在溅镀深度1.0～5.0μm中B的平均检测强度I0之比IMAX/I0。
〔Al-Fe系合金层的平均厚度〕
与供试材料的板厚方向平行的断面通过SEM进行观察，求出基材钢板的钢坯料与熔融Al系镀敷层之间存在的Al-Fe系合金层的平均厚度。此时，各供试材料也都是与板厚方向直角方向的测定距离设为200μm以上。
〔弯曲加工性〕
从供试材料向轧制直角方向采取作为长度方向的幅宽10mm的弯曲试验片，利用JIS Z2248：2006的V形块法进行弯曲角180°的2t弯曲试验(t为板厚)。该情况，弯曲轴方向为与轧制方向一致。观察试验后的弯曲加工部外侧的镀敷层表面，调查试验片的全幅宽10mm之中观测的镀敷层表面的破裂地方的数。以以下的基准进行评价，○评价以上设为合格。
◎：无破裂
○：1～2个地方的破裂发生
△：3～6个地方的破裂发生
×：7个地方以上的破裂发生
〔拉伸摩擦试验〕
图3模拟地示出在拉伸摩擦试验中的模具与供试材料(镀敷钢板)的位置关系的概略。关于各供试材料，以以下的条件进行拉伸摩擦试验。
■接触模具：SKD11制
■凸模具：凸缘高度＝4mm，凸缘前端R＝0.5mm
■凹模具：肩R＝2mm
■牵引速度：100mm/min
■施加压力：1kN
■试验片的幅宽：30mm
每次测定，模具表面由粒度P1000(JIS R6010)的研磨纸进行研磨之后使用丙酮进行洗涤。
试验中的牵引力以负荷传感器进行测定，牵引力的最大值作为该供试材料的牵引力(kN)来采用。观察试验后的镀敷层表面来调研磨损的发生。以以下的基准进行评价耐镀敷磨损性，○评价设为合格。
○：无磨损
△：不到达基材钢板的钢坯料的轻度的磨损发生
×：到达基材钢板的钢坯料的磨损发生
〔冲压加工性〕
对于各供试材料，以以下的条件实施圆筒拉深加工。
■拉深比：2.0
■坯料径：80mm
■模口：径＝42mm，R＝5mm
■冲头：径＝40mm，R＝5mm
通过观察圆筒拉深后的加工品的纵壁部外侧的镀敷层的剥离状态，以以下的基准进行评价冲压加工性，○评价判定为合格。
○：无镀敷剥离
×：有镀敷剥离
〔镀敷层的耐腐蚀性〕
对于各供试材料的熔融Al系镀敷的原样未处理的镀敷层，以JISZ2371：2000的方法进行中性盐水喷雾试验(SST试验)，测定白锈发生面积率。以以下的基准进行评价镀敷层的耐腐蚀性，○评价判定为合格。
○：白锈发生面积率0％以上不足20％
△：白锈发生面积率20％以上50％不足
×：白锈发生面积率50％以上
以上的结果示于表2。
[表2]
表2
B为在镀敷层表层部浓化，B的检测强度比IMAX/I0为高的本发明例是拉伸摩擦试验的牵引力为低，耐镀敷磨损性为良好。弯曲加工性、冲压加工性、镀敷层的耐腐蚀性也维持良好。其中，Al系镀敷层的Si含有量为1.0质量％以上且不足3.0质量％的发明例，特别呈现优异的弯曲加工性。
与此相对，比较例No.21～23是实施B无添加的熔融Al系镀敷的比较例，耐镀敷磨损性为差。No.24由于镀敷层中的B含有量为不充分，因此向镀敷层表层部的B浓化为少，耐镀敷磨损性的改善效果不明显。No.25、26通过镀敷层中的B含有量过高，由此镀敷的耐腐蚀性差。No.21、26、27通过镀敷层中的Si含有量为不足，由此Al-Fe系合金层的厚度变大，冲压成形性差。这之中，在No.26中，利用拉伸摩擦试验，起因于Al-Fe系合金层破坏的镀敷层的剥离发生。No.28因为镀敷层中的Si含有量过多，所以镀敷层变硬质，弯曲加工性差。

Claims (6)

1.加工性优异的熔融Al系镀敷钢板，其在基材钢板的表面具有Si含有量为1.0～12.0质量％、B含有量为0.002～0.080质量％的组成的熔融Al系镀敷层，在从镀敷层最表面利用GDS(辉光放电发光分光分析)的深度方向分析中，在溅镀深度0～1.0μm的范围中B的最大检测强度IMAX与在溅镀深度1.0～5.0μm中B的平均检测强度I0之比IMAX/I0为2.0以上。
2.权利要求1所述的熔融Al系镀敷钢板，其中，熔融Al系镀敷层的组成按质量％计含有：Si：1.0～12.0％，B：0.002～0.080％，Fe：0.05～3.0％，Sr：0～0.2％，Na：0～0.1％，Ca：0～0.1％，Sb：0～0.6％，P：0～0.2％，Mg：0～5.0％，Cr：0～1.0％，Mn：0～2.0％，Ti：0～0.5％，Zr：0～0.5％，V：0～0.5％，余量Al以及不可避免的杂质。
3.加工性优异的熔融Al系镀敷钢板，其在基材钢板的表面具有Si含有量为1.0质量％以上且不足3.0质量％、B含有量为0.002～0.080质量％的组成的熔融Al系镀敷层，在从镀敷层最表面利用GDS(辉光放电发光分光分析)的深度方向分析中，在溅镀深度0～1.0μm的范围中B的最大检测强度IMAX与在溅镀深度1.0～5.0μm中B的平均检测强度I0之比IMAX/I0为2.0以上。
4.权利要求3所述的熔融Al系镀敷钢板，其中，熔融Al系镀敷层的组成按质量％计含有：Si：1.0％以上且不足3.0％，B：0.002～0.080％，Fe：0.05～3.0％，Sr：0～0.2％，Na：0～0.1％，Ca：0～0.1％，Sb：0～0.6％，P：0～0.2％，Mg：0～5.0％，Cr：0～1.0％，Mn：0～2.0％，Ti：0～0.5％，Zr：0～0.5％，V：0～0.5％，余量Al以及不可避免的杂质。
5.权利要求1～4的任1项所述的熔融Al系镀敷钢板，其中，基材钢板的钢坯料与熔融Al系镀敷层之间存在的Al-Fe系合金层的平均厚度为8.0μm以下。
6.加工用的熔融Al系镀敷钢板，其为权利要求1～5的任1项所述的熔融Al系镀敷钢板，所述镀敷层与模具具有滑动的过程。
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