CN110494571A - 车辆底部部件坯料、车辆底部部件坯料的制造方法以及车辆底部部件的制造方法 - Google Patents

车辆底部部件坯料、车辆底部部件坯料的制造方法以及车辆底部部件的制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供能够防止或抑制基于3DQ的车辆底部部件坯料的疲劳破坏的技术。本发明的车辆底部部件坯料具备经淬火的弯曲的钢管、以及设置在前述钢管的表面、含有30质量％以上的Al且在表面存在Al‑Fe合金的镀膜层。

Description

车辆底部部件坯料、车辆底部部件坯料的制造方法以及车辆 底部部件的制造方法
技术领域
本发明涉及车辆底部部件坯料、车辆底部部件坯料的制造方法以及车辆底部部件的制造方法。
背景技术
对于车辆结构用钢材，出于对地球环境的考虑，需要轻量且拉伸强度为780MPa以上。近年来，强烈要求具有拉伸强度为900MPa以上这一完全不同于以往的水平的高强度。此外，为了提高碰撞时的车体的安全性来提高安全性，还在推进用于提高碰撞时的车辆构件的能量吸收特性的开发。尤其是公开了以钢管、钢板作为坯料，制造具有例如由弯曲方向朝任意朝向变化的各种各样的弯曲形状构成的最佳形状的成形品的发明。
以下的专利文献1中公开了一种弯曲加工方法，其用于即使在钢材的弯曲为向任意的方向和大小(三维地)变化的连续弯曲的情况下，也能够使用可自由改变位置和姿势的可动辊模高效地进行弯曲加工、进而在弯曲加工的同时进行钢材的淬火。本说明书中，将该弯曲加工方法简记为“3DQ：3Dimensional hot bending and Quench(3维热弯和淬火)”。3DQ在大气中通过高频加热线圈将作为被加工材料的钢材急速加热至Ac3相变点以上后立即进行急冷来淬火。在此基础上，通过可动辊模对经加热达到高温而变形阻力降低的部分赋予弯矩，使变形阻力降低的部分塑性变形。
3DQ装置的弯矩赋予机构不限定于可动辊模。以下的专利文献2中公开了一种3DQ装置，其用卡盘把持钢材，用多关节型机器人等移动卡盘来赋予弯矩。
近年来，基于3DQ的构件被用于横梁、车门防撞杆、A柱这些车辆的结构材料。除了这些以外，以下的专利文献3中还公开了基于3DQ的车辆底部部件坯料(臂坯料)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2006/093006号
专利文献2：日本特开2015-98060号公报
专利文献3：国际公开第2010/055747号
发明内容
发明要解决的问题
然而，上述专利文献3中公开的臂坯料存在会在疲劳试验中破裂的问题。本说明书的主要目的在于提供能够防止或抑制基于3DQ的车辆底部部件坯料的疲劳破坏的技术。
用于解决问题的方案
本发明人对于在抑制或防止疲劳破坏产生的同时应用3DQ的方法进行了深入研究，结果得到了以下发明。
(1)一种车辆底部部件坯料，其具备：经淬火的弯曲的钢管；以及，设置在前述钢管的表面的镀膜层，所述镀膜层含有30质量％以上的Al且在表面存在Al-Fe合金。
(2)根据第(1)项所述的车辆底部部件坯料，其中，前述镀膜层的表面粗糙度以JISB0601：2013中规定的轮廓的算术平均偏差Ra计为3.5μm以下。
(3)根据第(1)或(2)项所述的车辆底部部件坯料，其中，前述镀膜层的最表层由(30～60)质量％Al-Zn-(0～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg-(20～50)质量％Fe热浸镀形成。
(4)根据第(1)或(2)项所述的车辆底部部件坯料，其中，前述镀膜层的最表层由Al-(0～15)质量％Si-(20～70)质量％Fe热浸镀形成。
(5)根据第(1)～(4)项中的任一项所述的车辆底部部件坯料，其中，前述Al-Fe合金为FeAl、Fe0.4Al0.6、FeAl2、Fe2Al5或FeAl3中的至少任一种。
(6)一种车辆底部部件坯料的制造方法，其包括下述步骤：将在表面具备含有30质量％以上的Al的镀膜层的钢管的一部分以平均升温速度100℃/秒以上从100℃加热至850～1300℃的范围内的最高加热温度；对到达前述最高加热温度的前述钢管的一部分进行弯曲加工；以及，自前述钢管的一部分到达前述最高加热温度起2秒以内进行冷却，所述冷却的平均冷却速度为1000℃/秒以上、且到达温度为350℃以下。
(7)根据第(6)项所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，在前述镀膜层的表面存在Al-Fe合金。
(8)根据第(7)项所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，前述镀膜层的最表层由(30～60)质量％Al-Zn-(1～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg-(20～50)质量％Fe热浸镀形成。
(9)根据第(7)项所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，前述镀膜层的最表层由Al-(0～15)质量％Si-(20～70)质量％Fe热浸镀形成。
(10)根据第(7)～(9)项中的任一项所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，前述Al-Fe合金通过对具有镀膜层的坯料钢管进行炉加热至750℃以上且900℃以下而生成，所述镀膜层含有50质量％以上的Al。
(11)根据第(10)项所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，前述坯料钢管的前述镀膜层的最表层由(50～60)质量％Al-Zn-(1～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg热浸镀形成。
(12)根据第(10)项所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，前述坯料钢管的前述镀膜层的最表层由Al-(0～15)质量％Si热浸镀形成。
(13)根据第(7)～(12)项中的任一项所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，前述Al-Fe合金为FeAl、Fe0.4Al0.6、FeAl2、Fe2Al5或FeAl3中的至少任一种。
(14)一种车辆底部部件的制造方法，其由车辆底部部件坯料来制造车辆底部部件，所述车辆底部部件坯料为第(1)～(5)项中的任一项所述的车辆底部部件坯料、或者为通过第(6)～(13)项中的任一项所述的车辆底部部件坯料的制造方法制造的车辆底部部件坯料。
发明的效果
根据本发明，可以提供能够防止或抑制基于3DQ的车辆底部部件坯料的疲劳破坏的技术。
附图说明
图1A是例示出专利文献2中公开的3DQ装置的构成的说明图。
图1B是例示出专利文献2中公开的3DQ装置的构成的说明图。
图2是例示出专利文献1中公开的3DQ装置的构成的说明图。
图3A是例示出本发明的实施方式的车辆底部部件坯料的说明图。
图3B是例示出该实施方式的车辆底部部件坯料的剖视结构的说明图。
图4A是示出试验例2的No.3的试验材料的外观的照片。
图4B是示出试验例2的No.8的试验材料的外观的照片。
具体实施方式
以下边参照附图边对本发明的适宜的实施进行方式详细说明。需要说明的是，在本说明书和附图中，对于实质上具有相同功能结构的结构要素，通过标以相同的附图标记来省略重复说明。
<关于用3DQ制造的构件的疲劳破坏>
对用3DQ制造的构件实施疲劳试验，如果施加150万次左右的负载，则有时构件会发生疲劳破坏。对发生疲劳破坏的断裂面进行分析，结果在断裂面确认到Cu的夹杂，因此认为Cu对疲劳破坏有影响。由于在供于3DQ的钢材中不会有意使Cu附着，因此认为Cu是从某处混入的。
在用于实施3DQ的3DQ制造装置中，在钢材(例如钢管)通过加热机构时，如果在钢管表面存在Cu(包括以黄铜为首的Cu合金)，则Cu会熔融，熔融的Cu逐渐熔至钢管的晶界，从而削弱晶界。如果对削弱的晶界施加拉伸应力，则晶界破裂，构成疲劳破坏的原因。
按照以下详细说明的本发明内容，通过使用具有含Al的镀膜层的钢管作为被加工材料，利用3DQ制造车辆底部部件坯料，可以得到耐疲劳性优异的车辆底部部件坯料。
<关于坯料钢管>
首先，对本发明的实施方式的车辆底部部件坯料的制造方法中使用的钢管进行说明。如下所示，车辆底部部件坯料的制造方法中使用的钢管为在作为坯料的钢管上形成有镀膜层的表面处理钢管，所述镀膜层含有50质量％以上的Al。
(坯料钢管的构成)
本实施方式的车辆底部部件坯料的坯料、即坯料钢管的表面具备下述的镀膜层。通过使用3DQ对坯料钢管实施依照以下详细说明的条件的加热和冷却，能够制造具备耐疲劳性的高强度的车辆底部部件坯料。
在坯料钢管中，作为镀膜层的母材的钢管使用具有淬透性的钢材。以该低强度的钢管作为起始材料，在钢管表面设置下述的镀膜层，制成坯料钢管。坯料钢管通过进行以下详细说明的条件的加热和冷却来淬火。由此，能够将拉伸强度提高至例如1200MPa以上，制造高强度的车辆底部部件坯料。
作为具有该淬透性的坯料的钢管，例如可例示出其化学组成如下的钢管：以质量％计含有C：0.1％以上且0.3％以下、Si：0.01％以上且0.5％以下、Mn：0.5％以上且3.0％以下、P：0.003％以上且0.05％以下、S：0.05％以下、Cr：0.1％以上且0.5％以下、Ti：0.01％以上且0.1％以下、Al：1％以下、B：0.0002％以上且0.004％以下、N：0.01％以下，余量为Fe和杂质，根据需要含有选自Cu：1％以下、Ni：2％以下、Mo：1％以下，V：1％以下和Nb：1％以下中的1种或2种以上。
(镀膜层)
在上述这种实施3DQ前的坯料钢管的表面(内表面或外表面中的至少一者)设置含有50质量％以上的Al的镀膜层。作为这种镀膜层，例如可例示出(50～60)质量％Al-Zn-(1～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg热浸镀膜或Al-(0～15)质量％Si热浸镀膜。
对于该(50～60)质量％Al-Zn-(1～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg热浸镀膜层或Al-(0～15)质量％Si热浸镀膜层的镀覆附着量，从充分确保热处理后的涂装后耐腐蚀性的角度来看，优选为每单面20g/m2～200g/m2。该(50～60)质量％Al-Zn-(1～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg热浸镀膜层或Al-(0～15)质量％Si热浸镀膜层的附着量进一步优选为每单面40g/m2以上且80g/m2以下。
由上述这种成分形成的镀膜层与基于Zn的热浸镀钢板、合金化热浸镀锌钢板相比，在高温下的镀覆残留均优异。需要说明的是，如果将镀膜层直接加热至高温，则由于表面与氧反应，有时会形成氧化铝皮膜。因此，从3DQ装置的感应加热线圈到冷却装置间，会在3DQ装置中预先设置用于将氧气从被加工材料达到高温的部位赶出的非活性气体供给装置，通过非活性气体(氮气、氩气等)，可以从达到高温的镀膜层的表面将氧去除。
需要说明的是，本实施方式的坯料钢管所实施的镀覆并不限定于上述(50～60)质量％Al-Zn-(1～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg热浸镀或Al-(0～15)％Si热浸镀，只要是含有50质量％以上的Al的镀覆，即可以适当利用。
(表面皮膜层)
可以用含有粒状的金属化合物的皮膜被覆上述这种镀膜层的表面，进一步提高化学转化处理性。以下，将被覆上述这种镀膜层的表面的皮膜层称为“表面皮膜层”。本实施方式的坯料钢管优选该表面皮膜层中含有的粒状的金属化合物为ZnO、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO2或SiO2中的任一种以上。
<镀膜层的附着量的测定方法>
对本实施方式的镀膜层的附着量的测定方法并没有特别限定，例如可以通过重量法测定。重量法是指：用经校正的电子天秤测定规定面积的镀覆样品的重量后，用含有抑制剂的盐酸等仅将镀覆层溶解，根据与溶解后的重量之差值求出附着量的方法。
<镀膜层的最表层的组成的分析方法>
本实施方式的镀膜层的最表层的组成可以如下确定。
首先，从具有镀膜的坯料采集规定面积的试验片。用含有抑制剂的盐酸等将镀膜层的最表层溶解，将溶解液稀释至规定容积。用ICP(高频电感耦合等离子体发射光谱法)等分析装置测定溶解液中的Zn离子、Al离子、Si离子、Fe离子等的浓度。溶解液中含有的离子之比为镀膜层中的各元素之比。在以Al为主体的镀材作为坯料进行热处理的情况下，如果在热处理中镀材中的Al与母材的Fe的相互扩散进行，则会生成Fe与Al的浓度差小的Fe-Al金属间化合物，母材与镀材的界面变得不再明确。因此，“最表层”定义为用含抑制剂的盐酸进行溶解的范围。
<关于车辆底部部件坯料的制造方法>
接着，对本实施方式的车辆底部部件坯料的制造方法进行详细说明。
本实施方式的车辆底部部件坯料的制造方法通过对具备含有30质量％以上的Al的镀膜层的钢管的至少一部分实施淬火，从而制成车辆底部部件坯料。该淬火工序如以下所详述，包括加热工序和冷却工序，在加热工序与冷却工序之间，对在加热工序中达到高温的坯料钢管的至少一部分实施热弯曲加工。
[关于可利用的3DQ装置]
上述这样一系列的工序优选使用专利文献1或专利文献2中公开的3DQ装置来实施。以下，对于在本实施方式的车辆底部部件坯料的制造方法中可利用的3DQ装置的一个例子，边参照图1A～图2边进行简单说明。
图1A和图1B示出专利文献2中公开的用关节型机器人进行弯曲加工的3DQ装置。
在如图1A和图1B所示的使用关节型机器人111的3DQ装置100中，被抓持部112保持的被加工材料1由支撑装置113支撑在第1位置A。被加工材料1通过输送装置(未图示)送往被加工材料的长度方向。被加工材料1在比第1位置A位于下流侧的第2位置B处，通过高频加热装置114进行局部加热。然后，被加工材料1中在第2位置B被加热的部分在比第2位置B位于下流侧的第3位置C处通过冷却装置115而被冷却。在从加热到冷却之间，在比第3位置C位于下流侧的区域D处，通过关节型机器人111将用于把持被加工材料1的把持机构116的位置变更至三维空间的所期望的位置。由此，对被加工材料1的经加热的部分以形成目标产品形状的方式施加弯矩，进行弯曲加工。
此外，图2示出专利文献1中公开的用可动辊模进行弯曲加工的3DQ装置。
图2所示的3DQ装置200设置有用于可旋转地保持被加工材料1a的两对支撑机构(具体为支撑辊202)，在支撑机构的上流侧设置有将被加工材料1a逐次或连续输送移动的挤出装置203。此外，在两对支撑机构的下流侧配置有用于夹住被加工材料1a并控制该夹住位置和/或移动速度的可动辊模204。在可动辊模204的入口侧配置有在被加工材料1a的外周配置的对被加工材料1a进行局部加热的高频加热线圈205、以及对被加工材料1a进行急冷的冷却装置206。
图2所示的3DQ装置200一边将被加工材料1a向长度方向输送，一边通过高频加热线圈205对被加工材料1a的一部分进行加热。此外，通过与高频加热线圈205邻接地配置在输送方向下流侧的冷却装置206，将经加热的被加工材料1a冷却。即，被加工材料1a在沿长度方向输送的同时在高频加热线圈205与冷却装置206之间的区域中具备高温区域。通过对被加工材料1a的高温区域赋予弯矩，对被加工材料1a进行热弯曲加工。被加工材料1a的经热弯曲加工的高温区域被送至冷却装置206进行淬火，将形状固定。如此制造实施热弯曲加工至所期望的形状的部件坯料1b。
[车辆底部部件坯料的制造方法的详情]
详细说明使用以上这种3DQ装置实施的本实施方式的车辆底部部件坯料的制造方法。在表面(内表面或外表面中的至少一个面)具备含有30质量％以上的Al的镀膜层的钢管在3DQ中依次经历加热工序、弯曲加工工序和冷却工序，形成车辆底部部件坯料。
在加热工序中，将具备含有30质量％以上的Al的镀膜层的钢管加热至Ac3相变点以上。设定Ac3相变点以上是为了使车辆底部部件整体进行马氏体转变。为此，需要将钢管加热至Ac3相变点以上形成奥氏体单相。作为此时的热处理模式，针对具备含有30质量％以上的Al的镀膜层的钢管，以100℃/秒以上的平均升温速度，按镀膜层的表面温度计从100℃加热至850～1300℃的温度区域内的最高加热温度。
在平均升温速度小于100℃/秒的情况下，加工精度降低，不优选。到达最高加热温度所需的时间变长意味着因高温而软化的区域变广。即，进行弯曲变形的区域变广，无法沿长度方向精细调节弯曲的程度。此外，在平均冷却速度小于1000℃/秒的情况下，无法进行淬火，因此不优选。
在最高加热温度小于850℃的情况下，难以使车辆底部部件整体进行马氏体转变，因此不优选。另一方面，如果加热温度过高，则晶粒粗大化，变得韧性不足，因此不优选。最高加热温度优选设定在Ac3相变点～1300℃的温度区域内，更优选设定在(Ac3相变点+10)℃～1100℃的温度区域内。
在此已明确，在如前所述那样将具备含有50质量％以上的Al的镀膜层的坯料钢管供于通过高频加热进行加热的加热工序的情况下，在加热后的镀膜层的表面会产生凹凸。对产生凹凸的原因进行研究，结果发现液相的熔融Al与高频电磁场的相互作用为原因所在，在液相的熔融Al与高频电磁场共存的情况下，会不可避免地产生凹凸。
在对表面产生有凹凸状态的坯料钢管进行3DQ的情况下，所制造的车辆底部部件坯料的表面也会残留有凹凸。认为存在于表面的凹凸中的凹部的镀膜层变薄。另一方面，Al镀覆并非通过牺牲耐腐蚀来显示耐腐蚀性，而是通过皮膜自身来保持耐腐蚀性。因此，凹部的镀膜层变薄的部分有耐腐蚀性降低之虞，有可能影响车辆底部部件坯料的可靠性。此外，表面残留有凹凸的车辆底部部件坯料的美观性也会降低。
作为抑制凹凸产生的方法之一，可以想到减慢加热工序中的高频加热的升温速度的方法。通过减慢升温速度，在加热中会促进作为母材的钢管中的Fe与镀膜层中的Al的相互扩散，形成高熔点的Al-Fe金属间化合物(Al-Fe合金)。通过形成高熔点的Al-Fe合金，熔融Al与高频电磁场的共存得以解决，可抑制在表面的凹凸的产生。然而，减慢加热工序的升温速度会招致生产效率的降低、或者会扩大加热范围而招致加工精度的降低。
作为抑制凹凸产生的另一个方法，可以想到用除高频以外的加热方法(例如马弗电炉的辐射加热、红外炉加热)对具备含有50质量％以上的Al的镀膜层的坯料钢管进行预热的方法。通过预热，使得作为母材的钢管中的Fe与镀膜层中的Al相互扩散，在高熔点的Al-Fe合金形成至镀膜层的表面后，供于高频加热。该情况下，对于加热温度，只要产生Fe与Al的相互扩散即可，因此可以根据可利用的加热方法、时间来选定任意温度。不过，关于加热方法，为了不产生表面的凹凸，如上所述采用除高频加热以外的方法。
例如，在如之前所详述那样使用具备含有50质量％以上的Al的镀膜层的坯料钢管的情况下，优选对该坯料钢管进行炉加热至750℃以上且900℃以下，形成Al-Fe合金。炉加热的温度更优选为800℃以上且890℃以下。需要说明的是，炉加热的保持时间并没有特别规定，使用900℃的炉时的保持时间为5分钟左右以下。
在通常的预热条件下形成的Al-Fe合金相为FeAl3、Fe2Al5、FeAl2、FeAl，这些Al-Fe合金相不会因预热后的冷却速度而变化。在预热温度为1102～1232℃的情况下，作为Al-Fe合金相，有可能出现Al0.6Fe0.4(ε相)。该ε相在缓冷时变化为FeAl2和FeAl，但即便发生了变化，也仍为高熔点的Al-Fe合金相。此外，无论母材组织是否形成淬火组织，均不会影响高频加热后的母材硬度，因此可以设定为任意的值。
通过如上面所说明的预热工序，Al-Fe合金生成至镀膜层的表面。这种Al-Fe合金如上所述优选为FeAl、Fe0.4Al0.6(ε相)、FeAl2、Fe2Al5或FeAl3中的至少任一种。
在使用具备含有50质量％以上的Al的镀膜层的坯料钢管的情况下，通过在加热工序之前实施如上面所说明的预热工序，能够抑制在表面的凹凸的产生。结果，能够使镀膜层的表面的表面粗度以JIS B0601：2013中规定的轮廓的算术平均偏差Ra计为3.5μm以下。由此，可以防止所制造的车辆底部部件坯料的耐腐蚀性的降低，还可以保持美观性。
需要说明的是，镀膜层的表面的表面粗度Ra可以利用遵循上述JIS标准的市售的粗糙度仪(例如株式会社东京精密制造的Surfcom1900DX、触针式E-DT-SS01A)进行测定。此时，测定方向采用管的周方向。
此外，关于Al-Fe合金的详细种类，可通过测定试验材料的XRD(X射线衍射测定)图案来确定。不限于Fe-Al合金相，一般如果存在某个相，则会出现多个衍射强度峰。衍射强度峰的位置可以根据该相的JCPDS卡片进行预测。确认试验材料的XRD图案，如果在预计出现某一相的峰的多个位置全部实际确认到峰，则认为该相存在于试验材料的X射线照射范围。例如如果用Co真空管对Al进行XRD测定，则峰在2θ＝45.03度、52.48度、77.40度、94.31度出现。如果在试验材料的XRD图案的这些位置全部存在峰，则判断试验材料含有Al相。
在3DQ中，对到达最高加热温度的钢管的至少一部分赋予弯矩，实施热弯曲加工。自钢管的一部分到达最高加热温度起2秒以内开始冷却工序。在该冷却工序中，将钢管以平均1000℃/秒以上的冷却速度从最高加热温度冷却至350℃以下的到达温度。
自钢管加热至850℃以上起到开始冷却为止的时间设定为2秒以内。换言之，自钢管加热至850℃以上起到坯料钢管接触冷却介质(冷却水)为止的时间为2秒以内。如果钢管为850℃以上的时间变长，则镀膜层会蒸发，或生成意外的与铁的金属间化合物，从而产生耐腐蚀性降低的问题。
供于3DQ的钢管的镀膜层为含有30质量％以上的Al的镀膜层。即使在使用具有含有50质量％以上的Al的镀膜层(例如(50～60)质量％Al-Zn-(0～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg热浸镀膜或Al-(0～15)质量％Si热浸镀膜)的钢管的情况下，在所制造的车辆底部部件坯料的镀膜层中也不存在Fe-Zn金属间化合物(所谓的ζ相、δ1相、Γ相等)。这是由于，在Al-(0～15)质量％Si热浸镀中不存在Zn，因此在(50～60)质量％Al-Zn-(0～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg热浸镀中，超过900℃的加热温度要高于作为Fe-Zn类的金属间化合物的ζ相(FeZn13)、δ1相(FeZn7)、Γ1相(Fe5Zn21)和Γ相(Fe3Zn10)的任一者的熔点或分解温度，因而在加热中这些层会发生分解。
在本实施方式的车辆底部部件坯料的制造方法中，对实用价值高的方法进行例示。使用在内表面或外表面中的一者或两者具有(50～60)质量％Al-Zn-(0～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg热浸镀膜层的坯料钢管作为车辆用的长条构件的被加工材料，在淬火或加热后实施弯曲加工、或利用3DQ同时实施淬火和弯曲加工，由此制造本实施方式的车辆底部部件坯料。
以上，边参照图1A～图2边对本实施方式的车辆底部部件坯料的制造方法进行了详细说明。
<关于车辆底部部件坯料>
接着，对于通过上述这种车辆底部部件坯料的制造方法所制造的车辆底部部件坯料，边参照图3A和图3B边进行详细说明。图3A是例示出本实施方式的车辆底部部件坯料的说明图。图3B是例示出本实施方式的车辆底部部件坯料的剖视结构的说明图。
在此，车辆底部部件是指构成悬架、副车架的部件。具体可例示出上支臂、下支臂、扭力梁、稳定杆等。这种部件是重要安全部件，要求耐疲劳性、耐腐蚀性。
本实施方式的车辆底部部件坯料通过利用如上所述的规定的钢管、实施如上所述的特定的淬火工序来制造。更详细而言，本实施方式的车辆底部部件坯料1000如图3A所示意性示出那样由弯曲的钢管构成。图3B示出将图3A所示的车辆底部部件坯料1000沿A-A切割线切断时的剖视结构。本实施方式的车辆底部部件坯料1000如图3B所示具备：经淬火的弯曲的钢管1001；以及，设置在钢管1001的表面、含有30质量％以上的Al且在表面存在Al-Fe合金的镀膜层1003。此外，本实施方式的车辆底部部件坯料1000可以在钢管1001的内表面也设置有镀膜层1003。需要说明的是，本实施方式的车辆底部部件坯料1000的形状不限定于图3A所示的例子，可以具有任意的形状。
车辆底部部件坯料1000所具备的钢管1001通过淬火使得母材组织形成具有马氏体组织的淬火组织。该车辆底部部件坯料1000的经淬火的部位显示如下面所详述的特征。
对于本实施方式的车辆底部部件坯料1000中实施了淬火的部位，通过辉光放电光谱法(Glow Discharge Spectroscopy：GDS)等，从淬火部位的最表面到自该最表面向深部0.1μm的深度为止，测定各个元素的含量。该情况下，该测定范围中的除氧以外的元素的含量(平均的含量)以质量％计为Al：20％以下。
本实施方式的车辆底部部件坯料1000所具备的镀膜层1003含有30质量％以上的Al且在表面存在Al-Fe合金。具体而言，车辆底部部件坯料1000的镀膜层1003的最表层优选具有由(30～60)质量％Al-Zn-(0～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg-(20～50)质量％Fe热浸镀或Al-(0～15)质量％Si-(20～70)质量％Fe热浸镀形成的镀覆组成。此外，在镀膜层1003的最表层，作为Al-Fe合金，优选存在FeAl、Fe0.4Al0.6(ε相)、FeAl2、Fe2Al5或FeAl3中的至少任一种。
需要说明的是，镀膜层1003的最表层的组织可以通过与坯料钢管所具备的镀膜层的最表层的组织的分析方法同样的方法进行分析。同样，对于Al-Fe合金的种类，也可以通过与预热后的坯料钢管中的Al-Fe合金的种类的确定方法同样的方法进行确定。
车辆底部部件坯料1000的镀膜层1003的表面粗糙度优选以JIS B0601：2013中规定的轮廓的算术平均偏差Ra计为3.5μm以下。通过具有这种表面粗糙度，能够进一步确实地保证车辆底部部件坯料1000的耐腐蚀性，且能够保持美观性。该表面粗糙度与坯料钢管中的表面粗糙度同样，可以通过上述遵循JIS标准的市售的粗糙度仪(例如株式会社东京精密制造的Surfcom1900DX、触针式E-DT-SS01A)进行测定。
车辆底部部件坯料1000的镀膜层1003的单位面积重量优选为32g/m2～600g/m2。此外，镀膜层1003的Fe含量如上所述，优选相对于镀膜层1003整体的质量为20％～70％。本实施方式的车辆底部部件坯料1000的镀膜层1003的单位面积重量更优选为45g/m2～320g/m2，镀膜层1003的Fe含量更优选为30％～60％。
本发明的车辆底部部件坯料只要该钢管的至少一部分满足本发明中规定的条件即可。例如考虑为本发明的车辆底部部件坯料且设想车辆的弯曲构件作为其用途的情况。该情况下，即使经热弯曲淬火的区域全部进行了淬火，也不需要对该构件的全部区域实施弯曲加工、淬火。例如即使在钢管的端部具有既不进行弯曲加工也不进行淬火的部位，其也构成本发明的车辆底部部件坯料的对象。不进行淬火的部位可以用于制造车辆底部部件时的开孔部、焊接部。即，只要仅仅是作为构件而言特别重要的面、部分满足本发明中规定的条件，就包括在本发明的车辆底部部件坯料中。
以上，对本实施方式的车辆底部部件坯料进行了详细说明。
<关于车辆底部部件>
使用上述这种本实施方式的车辆底部部件坯料或通过上述这种车辆底部部件坯料的制造方法所制造的车辆底部部件坯料，能够制造车辆底部部件。上述本实施方式的车辆底部部件坯料的耐疲劳破坏性极其优异。因此，通过使用该车辆底部部件坯料制造车辆底部部件，即使是不断施加振动的车辆底部部件，也能够得到抑制了疲劳破坏产生的耐久性优异的车辆底部部件。对于这种车辆底部部件，并没有特别限定，例如可列举出上支臂、下支臂、扭力梁、稳定杆等。
实施例
以下，一边示出实施例和比较例，一边对本发明的车辆底部部件坯料、车辆底部部件坯料的制造方法和车辆底部部件的制造方法进行具体说明。需要说明的是，以下所示的实施例仅仅是本发明的车辆底部部件坯料、车辆底部部件坯料的制造方法和车辆底部部件的制造方法的一个例子。本发明的车辆底部部件坯料、车辆底部部件坯料的制造方法和车辆底部部件的制造方法并不限定于下述例子。
<试验例1>
(坯料钢管)
在本试验例中，作为钢材，使用以具有C：0.22％、Si：0.21％、Mn：1.25％、P：0.012％、S：0.002％、Al：0.040％、Cr：0.25％、Ti：0.030％、B：0.0015、余量Fe和杂质的化学组成的钢板作为镀覆母材的下述表1所示的各种镀覆钢板，通过对该镀覆钢板的两端进行焊接而制成焊接钢管。利用所得焊接钢管作为坯料钢管。在此，本试验例中使用的镀覆种类如下。需要说明的是，以下对于各个镀覆种类，一并记载每单面的单位面积重量。
Zn-55质量％Al-1.6质量％Si热浸镀(单位面积重量：70g/m2)
Zn-55质量％Al-2.5质量％Si热浸镀(单位面积重量：60g/m2)
Zn-60质量％Al-1.6质量％Si热浸镀(单位面积重量：100g/m2)
Zn-55质量％Al-1.6质量％Si-2质量％Mg热浸镀(单位面积重量：90g/m2)
Zn-55质量％Al-1.6质量％Si-5质量％Mg热浸镀(单位面积重量：100g/m2)
Al-0质量％Si热浸镀(单位面积重量：50g/m2)
Al-5质量％Si热浸镀(单位面积重量：70g/m2)
Al-10质量％Si热浸镀(单位面积重量：70g/m2)
Al-15质量％Si热浸镀(单位面积重量：70g/m2)
(车辆底部部件坯料的制造)
作为预热处理，将所准备的坯料钢管在炉内温度保持为900℃的大气气氛的马弗电炉内保持5分钟后，取出到大气中自然冷却。然后，通过如图1A和图1B所示的制造装置100，从100℃起，以平均升温速度300℃/秒加热至表1所示的最高加热温度，保持0.1秒后，立即进行水冷。此时，对于上述试验材料的一部分，在开始上述冷却前实施弯曲加工。需要说明的是，从最高加热温度到350℃为止的平均冷却速度均为1000℃/秒以上。
如上制作车辆底部部件坯料(编号1～19)，如下评价疲劳破坏特性。
此外，对于所得的各个车辆底部部件坯料，通过上述方法分析镀膜层的最表层，确定最表层的镀覆组成和Al-Fe合金的种类。进而，按照上述方法，利用市售的粗糙度仪(株式会社东京精密制造的Surfcom1900DX、触针式E-DT-SS01A)测定所得车辆底部部件坯料的表面粗糙度。
(评价方法)
对于疲劳破坏特性，从试验材料切出平面弯曲疲劳试验片，负载150万次600MPa的应力。将在中途断裂的试验片和在试验后进行截面SEM观察确认到裂纹的试验片判断为不合格，将上述情况均未确认到的试验片判断为合格。如果合格则在以下所示的表1的“疲劳特性”一栏填入○，如果不合格则填入×。需要说明的是，截面SEM观察如下进行。即，从试验材料切取观察用样品，进行树脂填充并进行镜面研磨后，不蚀刻而蒸镀金。用SEM以加速电压15kV、3000倍对所得观察用样品进行拍照。
[表1]
由上述表1可知，对于属于本发明的实施例的试验材料，疲劳破坏特性为合格。对于不存在镀膜层的比较例No.5，疲劳破坏特性为不合格。
<试验例2>
使用以具有与上述试验例1同样的化学组成的钢板作为镀覆母材的、下述表2所示的各种镀覆钢板，通过对该镀覆钢板的两端进行焊接而制成焊接钢管。利用所得焊接钢管作为坯料钢管。在此，本试验例中使用的镀覆种类如下。
Zn-55质量％Al-1.6质量％Si热浸镀(单位面积重量：70g/m2)
Zn-55质量％Al-1.6质量％Si-2质量％Mg热浸镀(单位面积重量：90g/m2)
Al-0质量％Si热浸镀(单位面积重量：50g/m2)
Al-5质量％Si热浸镀(单位面积重量：70g/m2)
Al-10质量％Si热浸镀(单位面积重量：70g/m2)
作为预热处理，将所准备的坯料钢管在炉内温度保持为900℃的大气气氛的马弗电炉内保持5分钟后，取出到大气中自然冷却。此外，为了比较，还准备了未进行预热的坯料钢管。然后，通过如图1A和图1B所示的制造装置100，从100℃起，以平均升温速度300℃/秒加热至表2所示的最高加热温度，保持0.1秒后，立即进行水冷。此时，对于上述试验材料的一部分，在开始上述冷却前实施弯曲加工。需要说明的是，从最高加热温度到350℃为止的平均冷却速度均为1000℃/秒以上。
如上制作车辆底部部件坯料(编号1～10)，与试验例1同样进行评价。将所得结果汇总示于下述表2。此外，对于表2的No.3和No.8的车辆底部部件坯料，将外观的照片分别示于图4A和图4B。
[表2]
如图4A所示出的一例，在将未进行预热的坯料钢管供于3DQ的情况下，在所得车辆底部部件坯料的表面产生了凹凸，表面粗糙度Ra为超过3.5μm的值。另一方面，如图4B所示出的一例，在将进行了预热的坯料钢管供于3DQ的情况下，在所得车辆底部部件坯料的表面未产生凹凸，表面粗糙度Ra为3.5μm以下。
以上，边参照附图边对本发明的适宜的实施方式进行了详细说明，但本发明不限定于该例。只要为具有本发明所属技术领域的常规知识的人员，就显然能够在权利要求书所记载的技术构思的范畴内想到各种变更例或修正例，应了解这些也显然落入本发明的保护范围。
附图标记说明
1，1a 被加工材料
1b 部件坯料
100，200 3DQ装置
111 关节型机器人
112 抓持部
113 支撑装置
114 高频加热装置
115 冷却装置
116 把持机构
202 支撑辊
203 挤出装置
204 可动辊模
205 高频加热线圈
206 冷却装置
1000 车辆底部部件坯料
1001 钢管
1003 镀膜层

Claims (14)

1.一种车辆底部部件坯料，其具备：
经淬火的弯曲的钢管；以及，
设置在所述钢管的表面的镀膜层，所述镀膜层含有30质量％以上的Al且在表面存在Al-Fe合金。
2.根据权利要求1所述的车辆底部部件坯料，其中，所述镀膜层的表面粗糙度以JISB0601：2013中规定的轮廓的算术平均偏差Ra计为3.5μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的车辆底部部件坯料，其中，所述镀膜层的最表层由(30～60)质量％Al-Zn-(0～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg-(20～50)质量％Fe热浸镀形成。
4.根据权利要求1或2所述的车辆底部部件坯料，其中，所述镀膜层的最表层由Al-(0～15)质量％Si-(20～70)质量％Fe热浸镀形成。
5.根据权利要求1～4中的任一项所述的车辆底部部件坯料，其中，所述Al-Fe合金为FeAl、Fe0.4Al0.6、FeAl2、Fe2Al5或FeAl3中的至少任一种。
6.一种车辆底部部件坯料的制造方法，其包括下述步骤：
将在表面具备含有30质量％以上的Al的镀膜层的钢管的一部分以平均升温速度100℃/秒以上从100℃加热至850～1300℃的范围内的最高加热温度；
对到达所述最高加热温度的所述钢管的一部分进行弯曲加工；以及，
自所述钢管的一部分到达所述最高加热温度起2秒以内进行冷却，所述冷却的平均冷却速度为1000℃/秒以上、且到达温度为350℃以下。
7.根据权利要求6所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，在所述镀膜层的表面存在Al-Fe合金。
8.根据权利要求7所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，所述镀膜层的最表层由(30～60)质量％Al-Zn-(1～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg-(20～50)质量％Fe热浸镀形成。
9.根据权利要求7所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，所述镀膜层的最表层由Al-(0～15)质量％Si-(20～70)质量％Fe热浸镀形成。
10.根据权利要求7～9中的任一项所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，所述Al-Fe合金通过对具有镀膜层的坯料钢管进行炉加热至750℃以上且900℃以下而生成，所述镀膜层含有50质量％以上的Al。
11.根据权利要求10所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，所述坯料钢管的所述镀膜层的最表层由(50～60)质量％Al-Zn-(1～2.5)质量％Si-(0～5)质量％Mg热浸镀形成。
12.根据权利要求10所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，所述坯料钢管的所述镀膜层的最表层由Al-(0～15)质量％Si热浸镀形成。
13.根据权利要求7～12中的任一项所述的车辆底部部件坯料的制造方法，其中，所述Al-Fe合金为FeAl、Fe0.4Al0.6、FeAl2、Fe2Al5或FeAl3中的至少任一种。
14.一种车辆底部部件的制造方法，其由车辆底部部件坯料来制造车辆底部部件，所述车辆底部部件坯料为权利要求1～5中的任一项所述的车辆底部部件坯料、或者为通过权利要求6～13中的任一项所述的车辆底部部件坯料的制造方法制造的车辆底部部件坯料。
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