JP2001353548A - 極めて高い機械的特性値をもつ成形部品を被覆圧延鋼板、特に被覆熱間圧延鋼板の帯材から型打ちによって製造する方法 - Google Patents

極めて高い機械的特性値をもつ成形部品を被覆圧延鋼板、特に被覆熱間圧延鋼板の帯材から型打ちによって製造する方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼板の表面及び内部の鋼を確実に保護する金
属または金属合金で被覆された圧延鋼板、特に熱間圧延
鋼板の帯材を型打ちすることによって極めて高い機械的
特性値をもつ成形部品を製造する方法。 【解決手段】 −鋼板を裁断して鋼板ブランクを得る段階と、 −鋼板ブランクの型打ちによって部品を成形する段階
と、 −型打ち前または型打ち後に、腐食に対する保護、鋼の
脱炭に対する保護を確保し且つ潤滑機能を確保し得る金
属間合金化合物で表面を被覆する段階と、 −型打ち処理に必要であった鋼板の余剰部分を裁断によ
って除去する段階と、から成る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、鋼板の表面及び内
部の鋼を確実に保護する金属または金属合金で被覆され
た圧延鋼板、特に熱間圧延鋼板の帯材を型打ちすること
によって極めて高い機械的特性値をもつ成形部品を製造
する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】高温下の成形または熱処理を要する鋼板
に対しては、熱処理に対する被膜の耐性を考慮して被覆
処理が行われていない。鋼の熱処理は一般に７００℃を
十分に上回る比較的高い温度で行われる。実際これまで
は、金属表面に付着させた亜鉛被膜は、亜鉛の融点を上
回る温度に加熱されると、溶融し流動して熱間成形用ツ
ールの働きを妨害し、更に、急冷中に被膜が劣化すると
考えられてきた。
【０００３】従って、被膜形成の処理は完成部品に対し
て行われており、このためには、該部品の表面及び中空
部分の十分な清浄化が不可欠であった。このような清浄
化には酸または塩基を使用する必要がある。このような
酸または塩基は再利用及び保管に関する経済的な負担が
大きく、また、作業員及び環境に対して危険である。更
に、鋼の脱炭及び酸化を完全に防止するために、熱処理
を管理雰囲気下で行う必要がある。加えて、熱間成形の
場合に生じるカーボンデポジット（煤、ｃａｌａｍｉｎ
ｅ）がその研磨能力によって成形用ツールを損傷するの
で、得られる部品の品質、即ち寸法及び審美性の面で部
品の品質を低下させたり、あるいは、ツールの頻繁な修
理が必要になるのでコストが上がったりする。最後に、
得られた部品の耐食性を強化するために、該部品の後処
理が必要であるが、このような後処理は経費も高く作業
も難しい。特に中空部分のある部品ではこのような後処
理は不可能である。極めて高い機械的特性値をもつ鋼の
後被覆はまた、電気亜鉛メッキ法では水素による脆化の
危険、予め成形された部品の浸漬亜鉛メッキ法では鋼の
機械的特性の変化、などの欠点がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、特に
熱間圧延後に被覆され、熱間成形または冷間成形及び熱
処理による順次処理が必要な０．２ｍｍ−約４ｍｍの厚
みをもつ圧延鋼板と、これらの被覆圧延鋼板から熱間成
形部品を製造する方法をユーザーに提供することであ
る。本発明方法では、熱間成形及び／または熱処理の
前、処理中または処理後のいずれの時期でも鋼板を構成
する鋼の脱炭、鋼板の表面の酸化を全く生じることなく
高温処理が可能である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の目的は、鋼板の
表面及び内部の鋼を確実に保護する金属または金属合金
で被覆した圧延鋼板、特に熱間圧延鋼板の帯材を型打ち
することによって極めて高い機械的特性値をもつ成形部
品を製造する方法であって、 −鋼板を裁断して鋼板ブランク（生地板）を得る段階
と、 −鋼板ブランクの型打ちによって部品を成形する段階
と、 −型打ち前または型打ち後に、腐食に対する保護、鋼の
脱炭に対する保護を確保し且つ潤滑機能を確保し得る金
属間合金化合物で表面を被覆する段階と、 −型打ち処理に必要であった鋼板の余剰部分を裁断によ
って除去する段階と、から成る方法を提供することであ
る。
【０００６】
【発明の実施の形態】本発明の好ましい実施態様におい
ては、方法が、 −鋼板を裁断して鋼板ブランクを得る段階と、 −部品を熱間成形するために被覆鋼板ブランクに高温を
作用させる段階と、 −腐食に対する保護、鋼の脱炭に対する保護を確保し且
つ潤滑機能を確保し得る金属間合金化合物で表面を被覆
する段階と、 −鋼板ブランクを型打ちによって成形する段階と、 −鋼の硬度及び被膜の表面硬度などの機械的特性を強化
するために形成部品を冷却する段階と、 −型打ち処理に必要であった鋼板の余剰部分を裁断によ
って除去する段階と、から成る。
【０００７】本発明の別の特徴は： −被膜を形成する金属または金属合金が５μｍ−３０μ
ｍの範囲の厚みの亜鉛または亜鉛ベース合金から成る； −金属間合金が亜鉛−鉄ベース化合物または亜鉛−鉄−
アルミニウムベース化合物である； −成形前及び／または熱処理前の被覆鋼板に７００℃を
上回る高温を作用させる； −主として型打ちによって得られた部品を臨界焼入れ速
度を上回る速度で冷却することによって焼入れする；な
どである。
【０００８】本発明はまた、型打ち、特に熱間型打ちに
よる部品の成形によって高い機械的硬度、高い表面硬度
などの特性及び極めて優れた耐摩耗性をもつ部品を得る
ための、鋼板の表面及び内部の鋼を確実に保護する金属
または金属合金で被覆された圧延鋼板、特に熱間圧延鋼
板の帯材の使用に関する。
【０００９】以下の記載及び添付の図面から本発明がよ
り十分に理解されよう。
【００１０】図１は、本発明方法の１つの実施態様を示
す概略工程図である。
【００１１】図２は、本発明方法の別の実施態様を示す
概略工程図である。
【００１２】図３ａ及び３ｂは、本発明方法によって形
成された亜鉛被膜をもつ部品の一部分のそれぞれ熱処理
前及び熱処理後の断面を表す写真である。
【００１３】図４ａ及び４ｂは、本発明方法によって形
成された亜鉛アルミニウム被膜をもつ部品の一部分のそ
れぞれ熱処理前及び熱処理後の断面を表す写真である。
【００１４】図１の概略図に示す本発明の方法では、特
に熱間圧延し亜鉛または亜鉛ベースの合金で被覆した熱
処理用または熱成形用の鋼板から、型打ちプレスのよう
なツールによって熱成形部品を製造する。
【００１５】亜鉛または亜鉛合金の被膜は、ロール化さ
れた基本の鋼板を腐食から保護するように選択されてい
る。
【００１６】従来の定説と違って、熱処理のときまたは
熱間成形を行うために温度を上昇させたときに、被膜は
帯材の鋼と合金化した層を形成し、この瞬間から被膜の
金属の溶融が生じない機械的強度をもつようになる。形
成された化合物は、腐食、摩滅、損耗及び疲労に対して
高い耐性を有している。被膜は鋼の成形加工性を変化さ
せないので、得られた鋼に対して極めて多様な冷間成形
及び熱間成形を行うことが可能である。
【００１７】更に、亜鉛または亜鉛合金を使用するの
で、鋼ブランクまたは鋼部品に打抜き部分があるときの
切断面が亜鉛メッキによって保護される。
【００１８】熱間圧延後、被膜を形成する前に、帯材を
酸洗い及び冷間圧延してもよい。鋼板を冷間圧延する場
合には、被膜を形成する前に鋼板を焼鈍処理してもよ
い。
【００１９】圧延鋼板を例えば亜鉛または亜鉛−アルミ
ニウム合金によって被覆し得る。
【００２０】図２の概略図では、部品を得るために鋼板
を冷間型打ちする。得られた部品を次に熱処理して、部
品に高い機械的特性値を与える。例えば、約５００ＭＰ
ａの破壊強度Ｒｍを有する基本の鋼の熱処理によって、
１，５００ＭＰａを上回る破壊強度Ｒｍを有する部品が
得られる。
【００２１】部品を成形するためまたは熱処理するため
に、炉で鋼板に好ましくは７００℃−１２００℃の範囲
の高温を作用させる。被膜によって酸化に対する障壁が
形成されるので炉の雰囲気は管理不要である。亜鉛ベー
スの被膜は温度上昇に伴って処理温度に依存する種々の
相を含む表面合金層に変態し、６００ＨＶ／１００ｇを
上回る高い硬度をもつようになる。
【００２２】優れた成形性及び優れた耐食性を有する厚
み０．２ｍｍ−４ｍｍの鋼板を本発明方法に使用し得
る。
【００２３】被覆処理される鋼板は、高温処理中、成形
中、熱処理中及び最終成形部品の使用中に優れた耐食性
を維持している。
【００２４】被膜の存在は、熱処理中または熱間成形中
の基本の鋼の腐食防止に加えて、鋼の脱炭防止の効果が
ある。これは、例えば型打ちプレス内で熱間成形すると
きに明らかな利点を与える。即ち、形成された金属間合
金はカーボンデポジットの形成を阻止し、カーボンデポ
ジットによるツールの損耗を防止し、その結果として、
ツールの平均使用寿命を延長させる。熱間形成された金
属間合金が高温で潤滑機能を有することも知見された。
更に、金属間合金が脱炭防止効果を有するので、管理さ
れない雰囲気の炉で９００℃を上回る高温を使用するこ
とが可能であり、このような高温加熱時間が数分間に及
んでもよい。
【００２５】得られた部品を炉から取り出した後で酸洗
いする必要がない。即ち、最終部品の酸洗い浴が不要な
ので経済的に有利である。
【００２６】被膜が高温処理によって得られた特性を有
するので、成形部品の耐疲労性、耐損耗性、耐摩耗性及
び耐食性が強化されている。亜鉛は鋼に対するメッキ作
用を有するので、部品の切断面でも同様の特性強化が得
られる。更に、被膜は高温処理の前後いずれの時期でも
溶接可能である。
【００２７】鋼板を構成する鋼は焼入れ硬化されるの
で、成形後に得られる部品は高い機械的特性値を有し得
る。また、被膜は高温で金属間合金に変態し潤滑性及び
耐摩擦性を有するので、成形性、特に熱間型打ちの分野
での成形性が改善される。
【００２８】
【実施例】実施例１：鋼に設けた亜鉛被膜 １つの実施態様では、以下の重量組成をもつ鋼から熱間
圧延鋼板の帯材を製造する： 炭素：０．１５％−０．２５％ マンガン：０．８％−１．５％ ケイ素：０．１％−０．３５％ クロム：０．０１％−０．２％ チタン：０．１％以下 アルミニウム：０．１％以下 リン：０．０５％以下 イオウ：０．０３％以下 ホウ素：０．０００５％−０．０１％
【００２９】厚み１ｍｍの冷間圧延鋼板から、厚み約１
０μｍの亜鉛被膜が両面に連続的にメッキされた部品を
製造する。成形前の鋼板を９５０℃でオーステナイト化
し、ツール内で焼入れする。被膜は低温及び高温の腐食
防止及び脱炭防止などの本来の機能に加えて、成形処理
中に潤滑剤の機能を果たす。合金被膜は焼入れ処理中に
ツールからの排熱を妨害することがなく、この排熱をむ
しろ促進する。全処理工程にわたって部品が基本の被膜
によって確実に保護されているので、成形及び焼入れの
後、部品の酸洗いまたは保護はもはや不要である。
【００３０】成形後に、従って熱処理後に得られた部品
は、無光沢な灰色の表面状態を有しており、流れ跡や気
泡がなく、剥離や亀裂がなく、切断面にカーボンデポジ
ットがない。走査型電子顕微鏡で観察すると、表面及び
断面の被膜が均質な構造及び組織を維持しており、９５
０℃で５分以内にＦｅ−Ｚｎ合金が形成されていること
が判明する。
【００３１】それぞれ熱処理の前及び後の厚み５−１０
μｍの被膜の断面のＺｎの拡散界面を表す図３ａ及び３
ｂの比較から明らかなように、被膜は亜鉛マトリックス
中の球状化Ｚｎ−Ｆｅ合金によって形成された層であ
り、層は１０−１５μｍの厚みを有している。
【００３２】ＤＩＮ ５００１７規格に従う湿度及び温
度で行った腐食試験では、本発明の被膜が３０サイクル
後に優れた腐食防止効果を示し、部品の表面がその無光
沢状態を維持していることが示された。
【００３３】以下の表１は、被膜のない対照鋼板、亜鉛
被膜をメッキしたが熱処理しない対照鋼板、本発明の２
つの実施態様で得られた鋼板のそれぞれについて、５０
０−１０００時間の塩水噴霧による腐食試験後の減量を
表す。
【００３４】
【表１】
【００３５】表から明らかなように、熱処理した被膜は
塩水噴霧に対して十分に耐性である。更に、亜鉛と鉄と
から成る被膜の表面は従来のトリカチオンリン酸化型の
表面処理浴でリン酸化し得る。リン酸化及び電気塗装
（ｐｅｉｎｔｕｒｅ ｃａｔａｐｈｏｒｅｓｅ）後に行
った腐食試験は優れた結果を示す。亜鉛鉄合金層は更
に、カソード保護型の亜鉛メッキによって切断面を保護
する。
【００３６】実施例２：鋼に設けた亜鉛アルミニウム被
膜 約１ｍｍの鋼板に１０μｍの被膜を形成する。この被膜
は５０−５５％のアルミニウムと４５−５０％の亜鉛と
から成り、任意に少量のケイ素を含有する。
【００３７】熱間成形後のこの被膜の断面の状態を図４
ａ及び４ｂに示す。
【００３８】熱間成形中に、亜鉛とアルミニウムと鉄と
が合金化して密着性の均質な亜鉛−アルミニウム−鉄被
膜が形成される。腐食試験では、この合金層が極めて優
れた腐食防止効果を有していることが示される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の１つの実施態様を示す概略工程図
である。
【図２】本発明方法の別の実施態様を示す概略工程図で
ある。
【図３】３ａ及び３ｂは、本発明方法によって形成した
亜鉛被膜をもつ部品の一部分のそれぞれ熱処理前及び熱
処理後の断面を表す写真である。
【図４】４ａ及び４ｂは、本発明方法によって形成した
亜鉛アルミニウム被膜をもつ部品の一部分のそれぞれ熱
処理前及び熱処理後の断面を表す写真である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２１Ｄ 1/02 Ｃ２１Ｄ 1/02 (72)発明者 グザビエ・ジヤルトウ フランス国、13270・フオス・シユル・メ ール、ラ・サラデル、バテイマン・エル、 アパルトマン・322 Ｆターム(参考） 4E087 BA02 BA04 BA06 CA51 CB01 CB14 DB03 DB24 HB15

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鋼板の表面及び内部の鋼を確実に保護す
    る金属または金属合金で被覆された圧延鋼板、特に熱間
    圧延鋼板の帯材を型打ちすることによって極めて高い機
    械的特性値をもつ成形部品を製造する方法であって、鋼
    板を裁断して鋼板ブランクを得る段階と、鋼板ブランク
    の型打ちによって部品を成形する段階と、型打ち前また
    は型打ち後に、腐食に対する保護、鋼の脱炭に対する保
    護を確保し且つ潤滑機能を確保し得る金属間合金化合物
    で表面を被覆する段階と、型打ち処理に必要であった鋼
    板の余剰部分を裁断によって除去する段階と、を含んで
    成る方法。
  2. 【請求項２】 鋼板を裁断して鋼板ブランクを得る段階
    と、部品を熱間成形するために鋼板ブランクに高温を作
    用させる段階と、腐食に対する保護、鋼の脱炭に対する
    保護を確保し且つ潤滑機能を確保し得る金属間合金化合
    物で表面を被覆する段階と、鋼板ブランクを型打ちによ
    って成形する段階と、鋼の硬度及び被膜の表面硬度など
    の機械的特性を強化するために成形部品を冷却する段階
    と、型打ち処理に必要であった鋼板の余剰部分を裁断に
    よって除去する段階と、から成ることを特徴とする請求
    項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 被膜を形成する金属または金属合金が５
    μｍ−３０μｍの範囲の厚みの亜鉛または亜鉛ベース合
    金から成ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 金属間合金が亜鉛−鉄ベース化合物また
    は亜鉛−鉄−アルミニウムベース化合物であることを特
    徴とする請求項１に記載の方法。
  5. 【請求項５】 成形前及び／または熱処理前の鋼板に７
    ００℃を上回る高温を作用させることを特徴とする請求
    項１に記載の方法。
  6. 【請求項６】 特に型打ちによって得られた部品を臨界
    焼入れ速度を上回る速度で冷却することによって焼入れ
    することを特徴とする請求項１に記載の方法。
  7. 【請求項７】 型打ち、特に熱間型打ちによる部品の成
    形によって高い機械的硬度、高い表面硬度などの特性及
    び極めて優れた耐摩耗性をもつ部品を得るための、鋼板
    の表面及び内部の鋼を確実に保護する金属または金属合
    金で被覆された圧延鋼板、特に熱間圧延鋼板の帯材の使
    用。
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