CN116133768A - 表面处理钢板及表面处理钢板的加工方法 - Google Patents

表面处理钢板及表面处理钢板的加工方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的在于，提供在进行基于热冲压成型的钢板的加工时不易产生锈皮的表面处理钢板。用于实现上述目的的本发明涉及表面处理钢板。上述表面处理钢板具有：Cr的含量为0.2质量％以上且2.0质量％以下的钢板；以及以与所述钢板的表面接触的方式配置的碱性硅酸盐皮膜。

Description

表面处理钢板及表面处理钢板的加工方法
技术领域
本发明涉及表面处理钢板及表面处理钢板的加工方法。
背景技术
作为钢板的加工方法之一，已知有热冲压成型。热冲压成型是对钢板进行加热直至其达到900℃前后的奥氏体区，在模具内同时进行成型和淬火的加工方法。
例如用于汽车的车厢等的超高张力钢板(超High Tensile Strength Steel)等具有以下问题：若要进行冷冲压加工，则会产生由从模具脱离时的应力释放而导致的弹性变形即回弹，尺寸精度容易降低。相对于此，热冲压成型中，将加热至900℃前后而软质化的钢放入模具中进行冲压加工，同时由于与模具的接触使得钢冷却而进行淬火。热冲压成型具有成型性优异、且回弹也少的特点。
此外，若对钢进行加热，则有时会在加工后的钢板的表面生成钢中的Fe等氧化而成的氧化物。从提高加工钢板的生产率的观点来看，期待不易生成上述氧化物的钢板的加工方法。
例如，专利文献1中记载了一种不锈钢材，该不锈钢材中，将不锈钢的表面的钝化皮膜的结构设为富Cr、或Cr与Si的结构，且在其表面附着有碱性硅酸盐。根据专利文献1，上述不锈钢材即使暴露于表面的到达温度为650℃以上的高温中，也会防止大气中的氧气的侵入和来自不锈钢质地的金属元素的扩散，因此能够抑制它们反应而生成的氧化物所导致的回火色的产生。
另外，在专利文献2中记载了对C、Si、Mn、Cr及Ni的量进行了调整的热处理用钢板。根据专利文献2，上述热处理用钢板中，将Cr的量设为0.1重量％～2重量％，由此，相对于C的量为0.3重量％～1.2重量％的中～高碳钢板，能够防止热处理时的氧化皮的剥离。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-231551号公报
专利文献2：日本特开平9-256107号公报
发明内容
发明要解决的问题
根据专利文献1，即使将不锈钢暴露于表面的到达温度为650℃以上的高温中，也能够抑制Cr-Fe-O系的氧化物所导致的回火色。
相对于此，在将钢板加热至900℃前后的这样的进一步高温的范围的热冲压成型中，与仅仅加热至700℃前后的专利文献1的试验条件相比，更容易产生氧化物。例如，在热冲压成型中，容易在钢板表面产生较厚堆积而呈灰色的锈皮。因此，在通过热冲压成型进行的钢板加工中，需要用于将上述锈皮除去的喷砂等处理，由此生产率有可能会降低。因此，要求进一步抑制在热冲压成型用的钢板上产生氧化物。
另外，在专利文献2中，为了抑制在冲压回火等工序中锈皮剥离而产生压痕缺陷的情况，要防止锈皮的剥离。但是，如果最初就抑制锈皮的产生，则也能够抑制压痕缺陷的产生。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于，提供在进行基于热冲压成型的钢板的加工时不易产生锈皮的表面处理钢板、以及该表面处理钢板的加工方法。
解决问题的方案
用于解决上述问题的本发明的一个实施方式的表面处理钢板具有：Cr的含量为0.2质量％以上且2.0质量％以下的钢板；以及以与所述钢板的表面接触的方式配置的碱性硅酸盐皮膜。
另外，用于解决上述问题的本发明的一个实施方式的表面处理钢板的加工方法包括以下工序：将上述的表面处理钢板加热至所述钢板的Ac3点以上且1100℃以下的温度范围的工序；以及将进行了所述加执后的所述表面处理钢板配置于模具的内部并进行热冲压，且通过所述模具对所述表面处理钢板进行冷却的工序。
发明效果
根据本发明，能够提供在进行基于热冲压成型的钢板的加工时不易产生锈皮的表面处理钢板、该表面处理钢板的加工方法、以及对该表面处理钢板进行加工而得到的加工后的表面处理钢板。
具体实施方式
1.表面处理钢板
本发明的一个实施方式涉及热冲压成型用的表面处理钢板，其具有：Cr的含量为0.2质量％以上且2.0质量％以下的钢板；以及以与上述钢板的表面接触的方式形成的碱性硅酸盐皮膜。
1-1.钢板
上述钢板只要是Cr的含量为0.2质量％以上且2.0质量％以下的钢板即可。上述钢板的例子包括：镍铬钢板、铬钼钢板、以及镍铬钼钢板(JIS(日本工业标准)G 4053：机械结构用合金钢钢材)等。上述钢板也可以是镀锌钢板、镀Zn-A1合金钢板、镀Zn-Al-Mg合金钢板、以及镀铝钢板等镀层钢板。另外，上述钢板既可以是冷轧钢板，也可以是热轧钢板。
上述钢板中包含的Cr在热冲压成型时与碱性硅酸盐皮膜中包含的碱性硅酸盐(MXO·nSiO2：M是碱金属或碱土金属。X在M为碱金属时是2，在M为碱土金属时是1。n例如是1以上且8以下的任意数。)反应，而形成Si-Cr-M-O系的反应层。
上述反应层的高温时的稳定性高。因此，上述反应层在热冲压成型时适当地抑制钢板中包含的原子(特别是Fe)的、从钢板向碱性硅酸盐皮膜的扩散。由此，上述反应层能够抑制在热冲压成型时从钢板扩散的Fe与空气中的氧气(O2)反应而导致的FeO、Fe3O4及Fe2O3等氧化物的生成，能够抑制这些氧化物堆积而导致的锈皮的产生。
根据本发明的发明人的新的认知，这时，若钢板中的Cr的含量为0.2质量％以上且2.0质量％以下，则在热冲压成型时抑制上述锈皮的产生的效果显著提高。其原因不明确，但是本发明的发明人理解如下。
即，若钢板中的Cr的含量为0.2质量％以上，则会在钢板的表面形成充分厚度的上述反应层，能够充分地抑制Fe自钢板的扩散，因此，也会充分地抑制锈皮的产生。另一方面，若钢板中的Cr的含量超过2.0质量％，则该效果饱和。从上述观点来看，优选钢板中的Cr的含量为0.4质量％以上且1.7质量％以下，更优选为0.6质量％以上且1.6质量％以下。
上述钢板也可以包含C、Si、Mn、P、S、Mo、V、Ti、Bi及W等除了Fe及Cr以外的元素。这些元素的含量可以根据上述钢板所要求的特性等任意决定。
例如，C的含量可以设为0.1质量％以上且1.2质量％以下，优选为0.2质量％以上且1.2质量％以下，更优选为0.4质量％以上且1.0质量％以下。
另外，Si的含量可以设为0.1质量％以上且2.5质量％以下，优选设为0.1质量％以上且1.5质量％以下。
另外，Mn的含量可以设为0.4质量％以上且3.0质量％以下，优选设为0.4质量％以上且2.0质量％以下。
上述钢板的厚度只要是能够进行基于热冲压成型的加工的程度即可，例如为0.5mm以上且4.0mm以下左右即可。
1-2.碱性硅酸盐皮膜
上述碱性硅酸盐皮膜是覆盖上述钢板的表面的包含碱性硅酸盐的皮膜。上述碱性硅酸盐皮膜以与上述钢板的表面接触的方式形成。上述碱性硅酸盐皮膜可以只在上述钢板的一个表面上形成，也可以在上述钢板的两个表面上形成。
上述碱性硅酸盐皮膜在热冲压成型时与上述钢板中包含的Cr反应而形成上述的Si-Cr-M-O系的反应层。由此，上述碱性硅酸盐皮膜在热冲压成型时能够抑制Fe从钢板向碱性硅酸盐皮膜的扩散，从而抑制上述已扩散的Fe与空气中的氧气(O2)反应而导致的氧化物的生成，抑制这些氧化物堆积而导致的锈皮的产生
另外，上述碱性硅酸盐皮膜在热冲压成型时抑制空气中包含的氧气(O2)向钢板中的侵入。由此，上述碱性硅酸盐皮膜也能够抑制侵入到上述钢板中的氧气与钢板中的Fe反应而导致的FeO、Fe3O4及Fe2O3等氧化物的生成，抑制这些氧化物堆积而导致的锈皮的产生。
上述碱性硅酸盐只要是由通式MXO·nSiO2表示的化合物即可。
在上述通式中，M是碱金属或碱土金属，作为碱金属可以使用Li、Na、以及K等，作为碱土金属可以使用Mg及Ca等。虽然原因不明确，但是这些之中如果M为Li则最有效，因此优选M为Li。并且，若M为Li，则即使在较低的温度下也能够通过煅烧形成碱性硅酸盐皮膜，且因熔融温度较高而在较高温度下的热冲压成型时也能够高效地抑制锈皮，因此，M为Li是更优选的。
此外，上述碱性硅酸盐也可以是如下的化合物，该化合物中，作为M，含有不同的两种原子，该两种原子各自为碱金属或碱土金属。
在上述通式中，X在M为碱金属时是2，在M为碱土金属时是1。
在上述通式中，n例如是3.5以上且7.5以下的任意的数。
若n为3.5以上，则在碱性硅酸盐皮膜中存在充分量的Si，因此，会在钢板的表面形成充分厚度的上述反应层，能够进一步抑制Fe从钢板扩散而导致的锈皮的产生。另外，若n为3.5以上，则碱性硅酸盐皮膜中的碱性成分量不会过多，因此，还能够进一步抑制在热冲压成型后的钢板表面所残留的碱性成分与空气中的水分及二氧化碳气体等反应而生成的反应生成物引起的泛白现象。
另一方面，若n为7.5以下，则在碱性硅酸盐皮膜中存在充分量的碱性成分，因此，会在钢板的表面形成充分厚度的上述反应层，能够进一步抑制Fe从钢板扩散而导致的锈皮的产生。另外，若n为7.5以下，则在碱性硅酸盐皮膜中存在充分量的碱性成分，因此，能够进一步提高碱性硅酸盐的强度。
优选地，上述碱性硅酸盐皮膜的附着量以Si换算为0.05g/m2以上且1g/m2以下。若上述附着量为0.05g/m2以上，则能够充分地抑制锈皮的产生。另一方面，若上述附着量为1g/m2以上，则能够充分地提高碱性硅酸盐皮膜与钢板的密接性。
可将含有上述碱性硅酸盐的水溶液涂覆在钢板的表面上，进行煅烧而形成上述碱性硅酸盐皮膜。这样形成的碱性硅酸盐皮膜是以由通式MXO·nSiO2·yH2O表示的化合物为主体的皮膜。
这时，从提高皮膜中的分子彼此的键合力而进一步提高碱性硅酸盐皮膜的密接性的观点来看，优选地，碱性硅酸盐皮膜中所保持的水的量较少(上述通式中的y较小)。为了形成进一步减少上述水的量的碱性硅酸盐皮膜，优选地，以350℃以上的温度煅烧涂覆在钢板的表面上的上述水溶液。
此外，通过调整这时进行涂覆的水溶液中的碱性硅酸盐的含量、水溶液的涂覆量等，能够调整上述碱性硅酸盐皮膜在钢板表面上的附着量。
另外，在涂覆上述水溶液之前，也可以对钢板的表面实施脱脂、酸洗等公知的预处理。
2.表面处理钢板的加工方法
本发明的其他实施方式涉及对上述的表面处理钢板进行热处理的表面处理钢板的加工方法。上述热处理只要是对表面处理钢板进行高热处理的处理即可，是热冲压成型、淬火、退火(慢冷)、正火等公知的热处理即可。本实施方式除了使用上述表面处理钢板作为钢板这一点以外，可以与公知的热处理同样地实施。
具体而言，首先，将上述表面处理钢板加热至钢板中的铁素体改性为奥氏体的温度范围。具体而言，将上述表面处理钢板加热至800℃以上且1100℃以下，优选地，将上述表面处理钢板加热至上述钢板的Ac3点以上且1100℃以下的温度范围。关于这时的升温速度，只要在2℃/s以上的范围内进行调整即可。
接着，将上述的加热后的表面处理钢板配置在模具的内部，并进行热冲压。而且，在热冲压的同时，利用上述模具对上述表面处理钢板进行冷却。具体而言，将上述表面处理钢板冷却至上述钢板的Mf点(马氏体改性结束点)以下即可。另外，关于这时的冷却速度，只要在5℃/s以上且40℃/s以下的范围内进行调整即可。
这样加工后的表面处理钢板中，会在钢板与碱性硅酸盐皮膜之间具有Si-Cr-M-O系的反应层。优选地，上述钢板的剖面中的马氏体的面积率为90％以上。
下面，参照实施例对本发明进行详细说明，但本发明不限定于这些实施例。
【实施例】
1.钢板的制作
准备了具有表1中记载的成分的钢板1～钢板14，该钢板1～钢板14的板厚均为1.2mm。
[表1]
钢板No. C Si Mn P S Cr
钢板1 0.22 0.16 0.80 0.010 0.003 1.10
钢板2 0.21 0.20 1.50 0.010 0.003 0.80
钢板3 0.21 1.10 1.00 0.011 0.003 0.31
钢板4 0.22 0.13 0.85 0.012 0.005 0.22
钢板5 0.22 0.18 0.80 0.011 0.006 0.10
钢板6 0.34 0.16 0.78 0.012 0.003 1.01
钢板7 0.36 0.16 0.80 0.011 0.006 0.88
钢板8 0.36 0.18 0.88 0.010 0.003 0.30
钢板9 0.38 0.15 0.85 0.010 0.005 0.11
钢板10 0.44 0.51 0.98 0.011 0.005 0.30
钢板11 0.80 0.22 0.45 0.012 0.006 0.23
钢板12 1.00 0.21 0.46 0.010 0.003 1.51
钢板13 1.00 0.23 0.41 0.011 0.005 0.82
钢板14 1.00 0.22 0.51 0.011 0.003 0.10
在利用正硅酸钠将pH设为14的40℃的碱水溶液中将各个钢板浸渍30秒，进行了碱性脱脂。之后，在碱性脱脂后的钢板的表面用棒涂#3涂覆了将作为碱性硅酸盐的、日本化学工业株式会社制的硅酸锂(Li2O·nSiO2：n为3～8)或岸田化学株式会社制的水玻璃3号(Na2O·nSiO2：n为3～8)稀释到浓度5％后的水溶液。在涂覆后，在大气中加热至180℃进行煅烧，形成了附着量以Si换算为0.2g/m2～0.5g/m2的碱性硅酸盐皮膜，分别得到表面处理钢板1～表面处理钢板14。
之后，从各个表面处理钢板裁出50mm×50mm的试验片，将环境温度设为850℃或900℃，利用加热炉实施了大气加热试验。将这时的均热时间设为10分钟。在加热后，从炉中取出试验片在常温下辐射冷却。
利用SEM及GDS(辉光放电发射光谱分析)观察充分冷却后的试验片的剖面，测定了通过大气加热试验形成的氧化皮膜的厚度，以如下基准对各个表面处理钢板进行了评价。
◎氧化皮膜的厚度为0.3μm以下
○氧化皮膜的厚度比0.3μm大且在1.0μm以下
×氧化皮膜的厚度比1.0μm大
××氧化皮膜剥落的状态
将用于试验的表面处理钢板、碱性硅酸盐的种类、大气加热试验中的加热条件、以及评价结果示于表2及表3。
表2
Figure BDA0004113489580000081
表3
Figure BDA0004113489580000091
关于对Cr的含量为0.2质量％以上且2.0质量％以下的钢板进行表面处理得到的表面处理钢板1～表面处理钢板4、表面处理钢板6～表面处理钢板8、以及表面处理钢板10～表面处理钢板13，即使对其进行850℃及900℃的大气加热试验，也只形成了1.0um以下的厚度的氧化皮膜。
尤其是，关于对Cr的含量为0.4质量％以上且1.7质量％以下的钢板进行表面处理得到的表面处理钢板1、表面处理钢板2、表面处理钢板6、表面处理钢板7、表面处理钢板12、以及表面处理钢板13，即使对其进行850℃及900℃的大气加热试验，也只形成了0.3μm以下的厚度的氧化皮膜。
另一方面，关于对Cr的含量低于0.2质量％的钢板进行表面处理得到的表面处理钢板5、表面处理钢板9、以及表面处理钢板14，在对其进行850℃或900℃的大气加热试验时，形成了比1.0um厚的氧化皮膜。
工业实用性
本发明的表面处理钢板在进行基于热冲压成型的加工时不易产生锈皮。因此，能够缩短锈皮除去等工序或无需锈皮除去等工序，从而更容易且方便地进行基于热冲压成型的钢板的加工。因此，本发明的表面处理钢板预计将有助于基于热冲压成型的钢板的加工的进一步的普及。

Claims (4)

1.一种表面处理钢板，其具有：
Cr的含量为0.2质量％以上且2.0质量％以下的钢板；以及
以与所述钢板的表面接触的方式配置的碱性硅酸盐皮膜。
2.如权利要求1所述的表面处理钢板，其中，
所述碱性硅酸盐皮膜的附着量以Si换算为0.05g/m2以上且1g/m2以下。
3.如权利要求1或2所述的表面处理钢板，其为热冲压成型用或800℃以上的热处理用的表面处理钢板。
4.一种表面处理钢板的加工方法，其包括以下工序：
将权利要求1～3中任意一项所述的表面处理钢板加热至所述钢板的Ac3点以上且1100℃以下的温度范围的工序；以及
将进行了所述加热后的所述表面处理钢板配置于模具的内部并进行热冲压，且通过所述模具对所述表面处理钢板进行冷却的工序。
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