JP2003041384A - 耐遅れ破壊特性に優れた鋼板 - Google Patents

耐遅れ破壊特性に優れた鋼板

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JP2003041384A
JP2003041384A JP2001229668A JP2001229668A JP2003041384A JP 2003041384 A JP2003041384 A JP 2003041384A JP 2001229668 A JP2001229668 A JP 2001229668A JP 2001229668 A JP2001229668 A JP 2001229668A JP 2003041384 A JP2003041384 A JP 2003041384A
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steel sheet
hydrogen
delayed fracture
film
fracture resistance
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Hisao Yasuhara
久雄 安原
Susumu Sato
佐藤  進
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 下地鋼板の改善を特に必要とせず、かつ低コ
ストで製造可能な耐遅れ破壊特性に優れた鋼板を提供す
る。 【解決手段】 鋼板表面に、水素をトラップする作用を
もつMg,Ti,V,Zr,La,FeまたはNiのいずれか1種以
上の元素またはこれらのうち2種以上の元素からなる水
素吸蔵化合物の微粒子を適量分散させた化成処理皮膜、
塗装皮膜、めっき皮膜等を被覆することにより、鋼中へ
の水素侵入を未然に抑制し、耐遅れ破壊特性を改善す
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、耐遅れ破壊特性に
優れた鋼板に関するものであり、とくに下地鋼板自身で
はなく、鋼板表面に遅れ破壊防止に有効な皮膜を設け
て、鋼板の遅れ破壊を防止しようとするものである。
【0002】
【従来の技術】近年、自動車用鋼材の分野においては、
燃費向上を目的とした車体の軽量化や衝突時の安全性の
確保を目的として、車体に使用される鋼材の高強度化が
進められている。この結果、最近では、ドアガードバー
やバンパー等に引張強度が980MPaを超える高張力鋼板が
使用されるようになるとともに、さらに高強度の高張力
鋼板の検討が進められている。
【0003】しかしながら、このような引張強度が980M
Paを超える高張力鋼板は、主に腐食環境下で使用される
場合、使用中に突然破壊する、いわゆる“遅れ破壊”と
云われる脆化現象が起こりやすいことが知られている。
【0004】この遅れ破壊現象は、腐食により発生した
水素や環境中からの拡散性水素が、鋼中に侵入して引き
起こされる一種の“水素脆性”であり、高強度鋼板にお
ける遅れ破壊も、拡散性水素と相開があることが報告さ
れている(「遅れ破壊解明の新展開」、1997年1月発
行、(社)日本鉄鋼協会編)。すなわち、鋼中に侵入し
た拡散性水素が、鋼中に存在する格子欠陥や析出物等の
第2相部に捕獲(トラップ)され、トラップされた量が
ある限界値に達した時に破壊が発生するものと考えられ
ている。このように、遅れ破壊現象は、水素の侵入・拡
散・割れ発生・進展の過程を経て、破壊に至るまでの潜
伏期間が長いのが特徴である。このため、腐食性環境下
では、これら高強度鋼板の使用が制限されている。
【0005】このような拡散性水素(以下、単に「水
素」と略記する)による遅れ破壊を防止する技術として
は、鋼材自体の水素脆性感受性を低減させる技術と、表
面処理等により環境中からの水素侵入を抑制する技術と
が考えられ、従来から多くの報告がなされている。前者
の技術として、たとえば、特開平4-116137号公報や特開
2000-26934号公報には、微細なセメンタイトやMo,V,T
i等の炭・窒化物の析出物を水素のトラップ場所として
鋼中に多数分散させ、耐遅れ破壊特性を向上させる技術
が開示されている。また、特開平5-318018号公報には、
組繊の微細化により耐遅れ破壊特性を向上させる技術
が、また特開2000-8137号公報には、Niを添加して粒界
に分散させ、耐遅れ破壊特性を向上させる技術が、また
特開平10-1740号公報には、Ti,Ni,Cu等の特定元素を
規定量添加し、耐食性を向上させ、水素の侵入経路を遮
る技術等が報告されている。しかし、これらの技術で
は、鋼材の成分設計や製造条件に制約が生じ、鋼材本来
の要求特性を満足し得ない場合が生じる。
【0006】一方、後者の技術としては、特開昭55-738
63号公報には、銅イオンを添加した処理液で表面に銅析
出物を含む安定皮膜を形成し、侵入する水素を低下させ
る技術、特開昭55-104455号公報には、りん富化層を形
成し、水素の侵入を低減する技術、あるいは特開平6-34
6277号公報には、特定量のNiあるいはNi合金めっきを形
成し、水素の侵入を防止する技術などが開示されてい
る。また、その他には、Zn系めっきの下層にNi系めっき
を施す技術(特開平7-54194号公報)、鋼表面にα相か
らなるFeめっき相を成膜することにより耐遅れ破壊特性
を向上させる技術(特開平7-173646号公報)、陽極酸化
皮膜を形成し、鋼中への水素侵入を防止する技術(特開
2000-282296号公報)などがある。しかし、これらの技
術は、いずれも特殊な処理を必要とし、製造コストの上
昇は避けられなかった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、下地
鋼板の組成を変更することなく、鋼板表面に遅れ破壊防
止に有効な皮膜を被覆することにより、耐遅れ破壊特性
に優れた鋼板を低コストで提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】発明者らは、耐遅れ破壊
特性を改善するために、鋼板への水素侵入を防止すると
いう観点から検討を行った。その結果、鋼板表面に、水
素吸蔵性(水素をトラップして、鋼中への水素侵入を防
止する性質)のある微粒子を適量分散させた皮膜を被覆
しておくことにより、鋼板中への水素の侵入を未然に防
止できることを知見し、本発明を完成させた。すなわ
ち、本発明は、鋼板表面が、水素吸蔵性皮膜にて被覆さ
れていることを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた鋼板
である。本発明においては、上記水素吸蔵性皮膜は、水
素吸蔵性粒子が0.1g/m2以上の割合で分散したものから
なることが好ましく、また、上記水素吸蔵性皮膜は、化
成処理皮膜、塗装皮膜、めっき皮膜のいずれかであるこ
とが好ましい。さらに、本発明においては、上記水素吸
蔵性粒子は、Mg,Ti,V,Zr,La,FeまたはNiのいずれ
か1種の元素またはこれらのうち2種以上の元素を含む
水素吸蔵化合物の微粒子であることが好ましい。また、
本発明を適用する鋼板としては、引張強度が980MPa以上
の高強度鋼板を下地鋼板とすることが好ましい。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明は、基本的に、鋼
板の表面に、水素吸蔵特性のある皮膜を被覆しておくこ
とで、結果的に、鋼板中への水素の侵入を抑えて、耐遅
れ破壊特性の優れた鋼板とすることにある。即ち、前記
水素吸蔵特性のある皮膜中に、水素を強力にトラップす
る水素吸蔵性微粒子を分散させておくものである。その
水素吸蔵性粒子としては、水素との親和力が大きい化合
物を用いることができる。例えば、Mg,Ti,V,Zr,L
a,FeまたはNiのいずれか1種の元素またはこれらのう
ち2種以上の元素を含む水素吸蔵化合物の微粒子を用い
ることが好適である。なお、本発明には、上記したもの
として、水素吸蔵性を有する金属や水素吸蔵合金が適用
可能である。
【0010】皮膜中に分散させる水素吸蔵特性のある水
素吸蔵性粒子の量は、0.1g/m2以上(片面当たり)とす
る。この理由は、0.1g/m2未満では、水素の鋼中への侵
入を効果的に防止することができない。一方、上限は特
に規制しないが、10g/m2を超えると水素侵入防止効果が
飽和するので、好ましくは0.1〜10g/m2とする。
【0011】水素吸蔵特性のある皮膜中に分散させる水
素吸蔵粒子の大きさは、微細であればあるほど侵入した
水素との接触確率が高まり、遅れ破壊抑制には効果的で
ある。従って、粒子の大きさの下限は特に設けないが、
コストの面から決定すればよい。一方、粒子の大きさが
皮膜の厚さに比較して大きすぎると表面に凹凸を生じて
美観を損ねるほか、材料の加工性を害するようになるこ
とから、粒径で上限を10μmとする。なお、皮膜を形成
する処理液中への分散の容易さの点からは、粒径で0.1
〜1μmの範囲とすることが好ましい。
【0012】本発明が適用できる鋼板表面に被覆する皮
膜としては、りん酸亜鉛、りん酸鉄等のりん酸塩系皮膜
やクロメート皮膜等の化成処理皮膜がある。これらの皮
膜に本発明を適用する場合には、処理液中に、上述した
水素吸蔵性粒子を分散させ、この液を用いて、スプレー
法、浸漬法、ロールコート法等の常法に従って皮膜を形
成すればよい。また、本発明は、塗装皮膜にも適用する
ことができる。この場合も、皮膜塗料中に水素吸蔵性粒
子を分散させた後、スプレー法、ロールコート法等の常
法に従って塗膜を形成すればよい。さらに、本発明は、
めっき皮膜にも適用することができる。この場合は、め
っき浴またはめっき液の中に水素吸蔵性粒子を分散させ
ておけばよい。
【0013】本発明を適用する鋼板は、特に限定されな
いが、遅れ破壊が問題となる引張強度が980MPa以上の高
張力鋼板への適用が特に有効である。ここでいう高張力
鋼板とは熱延鋼板、冷延鋼板およびそれらに溶融亜鉛め
っき処理を施した鋼板を含む。
【0014】
【実施例】(実施例1)C:0.3mass%、Si:0.2mass
%、Mn:0.6mass%、Cr:1.2mass%、Mo:0.55mass%の
成分組成の鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造でスラブとし
た後、熱間圧延、冷間圧延を行い1.2mmの板厚とした。
その後、連続焼鈍を行い、引張強度:1400MPaクラスの
冷延高張力鋼板とした。その後、この鋼板に、Ti微粒子
を分散させた化成処理液を用いて、化成処理皮膜を被覆
した。ここで用いた化成処理液は、日本パーカライジン
グ社製パルボンドL3020(商品名)処理液で、液中には、
平均粒径1μmのTi粒子を0〜10g/m2分散させたものを用
いた。得られた鋼板からサンプルを採取し、陰極処理に
より水素をチャージ後、定荷重引張遅れ破壊試験を行っ
た。ここで、水素チャージは、平行部径6mmφの丸棒
に、深さ1mm、先端半径0.2mmのノッチを導入した引張試
験片に、1mol/l硫酸・1g/lチオ尿素水溶液を電解液
とし、試料を陰極として、25℃で0.1mA/cm2の電流密度
で6時間、水素をチャージする方法で行った。また、耐
遅れ破壊性は、遅れ破壊発生の下限界応力を降伏強度で
除した値(σth)を用いて評価した。各種試料について
皮膜中添加Ti量とσthの関係を表1に示す。このよう
に、皮膜中添加Ti量が0.10g/m2以上のとき、σthは0.9
以上と、極めて良好な耐遅れ破壊特性を示しており、改
善効果が大きいことがわかる。
【0015】
【表1】
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
下地鋼板の鋼材組成を変更することなく、耐遅れ破壊特
性に優れた鋼板を、低コストで製造することができる。
特に本発明によれば、耐遅れ破壊特性に優れた高張力鋼
板を安価に製造することができる。
フロントページの続き Fターム(参考) 4K044 AA02 AB02 BA01 BA02 BA06 BA10 BA21 BB02 BB03 BB11 BC02 CA11 CA15 CA16 CA18 CA53

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鋼板表面が、水素吸蔵性皮膜にて被覆され
    ていることを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた鋼板。
  2. 【請求項2】上記水素吸蔵性皮膜は、水素吸蔵性粒子が
    0.1g/m2以上の割合で分散したものからなることを特徴
    とする請求項1に記載の耐遅れ破壊特性に優れた鋼板。
  3. 【請求項3】上記水素吸蔵性皮膜は、化成処理皮膜、塗
    装皮膜、めっき皮膜のいずれかであることを特徴とする
    請求項1または2に記載の耐遅れ破壊特性に優れた鋼
    板。
  4. 【請求項4】上記水素吸蔵性粒子は、Mg,Ti,V,Zr,
    La,FeまたはNiのいずれか1種の元素またはこれらのう
    ち2種以上の元素を含む水素吸蔵化合物の微粒子である
    ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の
    耐遅れ破壊特性に優れた鋼板。
  5. 【請求項5】上記水素吸蔵物粒子は、粒径が10μm以下
    のものであることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
    1項に記載の耐遅れ破壊特性に優れた鋼板。
  6. 【請求項6】引張強度が980MPa以上の高張力鋼板を下地
    鋼板とすることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1
    項に記載の耐遅れ破壊特性に優れた鋼板。
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