JP2003126921A

JP2003126921A - 耐食性に優れた熱間プレス成形品

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Publication number: JP2003126921A
Application number: JP2001324571A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Imai; 和仁今井; Shuntaro Sudo; 俊太郎須藤; Masanobu Ichikawa; 正信市川; Nobuaki Yamazaki; 信昭山崎
Original assignee: Toyoda Iron Works Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Toyoda Iron Works Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: JP4039548B2

Abstract

(57)【要約】【課題】スケール発生を抑制した耐食性および溶接性
にすぐれた熱間プレス成形品を提供する。【解決手段】鋼材表面に設けためっき層中に鉄亜鉛固
溶相が存在し、その厚みが１から50μｍであり、めっき
層の総亜鉛量が、10〜90g/m²であることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐食性に優れた熱
間プレス成形品、特に自動車用の足廻り、シャ−シ、補
強部品などとして使用される熱間プレス成形品に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の軽量化のため、鋼材の高
強度化を図り、使用する鋼材の厚みを減ずる努力が進ん
でいる。しかし、鋼材としての鋼板をプレス成形、例え
ば絞り成形を行うことを考えた場合、使用する鋼板の強
度が高くなると絞り成形加工時に金型との接触圧力が高
まり鋼板のカジリや鋼板の破断が発生したり、またその
ような問題を少しでも軽減しようと鋼板の絞り成形時の
材料の金型内への流入を高めるためブランク押さえ圧を
下げると成形後の形状がばらつく等の問題点がある。

【０００３】また、形状安定性いわゆるスプリングバッ
クも発生し、これに対しては例えば潤滑剤使用による改
善対策等もあるが、780MPa級以上の高強度鋼板ではその
効果が小さい。

【０００４】ここに、780MPa以上の高強度鋼板のような
難プレス成形材料をプレス成形する技術として、成形す
べき材料を予め加熱して成形する方法が考えられる。い
わゆる熱間プレス成形および温間プレス成形である。以
下、単に熱間プレス成形と総称する。

【０００５】しかし、熱間プレス成形は、加熱した鋼板
を加工する成形方法であるため、表面酸化は避けられ
ず、たとえ鋼板を非酸化性雰囲気中で加熱しても、例え
ば加熱炉からプレス成形のため取り出すときに大気にふ
れると表面に鉄酸化物が形成される。この鉄酸化物がプ
レス時に脱落して金型に付着して生産性を低下させた
り、あるいはプレス後の製品にそのような酸化皮膜が残
存して外観が不良となるという問題がある。しかも、こ
のような酸化皮膜が残存すると、次工程で塗装する場合
に鋼板との塗膜密着性が劣ることになる。またスケール
が残存する場合、次工程で塗装してもスケール／鋼板間
の密着性不芳のせいで塗膜密着性が劣る。

【０００６】そこで熱間プレス成形後は、ショットブラ
ストを行ってそのようなスケールを構成する鉄酸化層を
除去することが必要となるが、これではコスト増は免れ
ない。

【０００７】また加熱時にそのようなスケールを形成さ
せないために低合金鋼やステンレス鋼を用いてもスケー
ル発生は完全に防止できないばかりか、普通鋼に比較し
て大幅にコスト高となる。

【０００８】このような問題を解決すべく、特開2000−
38640 号では熱間成形時に母材鋼板の耐酸化抵抗性を持
たせるためにアルミニウム被覆した鋼板を提案している
が、このような鋼板も普通鋼と比較した場合、大幅なコ
スト増となる。

【０００９】このように高強度の鋼板を成形するために
熱間でプレス成形する方法があるが生成した鉄酸化物を
除去する工程が必要であるのと、たとえ鉄酸化物を除去
しても鋼板のみでは防錆性に劣るのが現状である。

【００１０】防錆性あるいは耐食性改善という面だけか
らでは、特開平６−240414号公報で提案されているよう
に、例えばドア内のインパクトバーのような自動車用部
品では、ドア内に浸入した腐食因子の水分が焼入鋼管の
管内無塗装部を腐食させることがあるため、そのような
焼入鋼管を構成する鋼材の鋼成分にCr、Mo等の元素を添
加して耐食性を向上させている例もある。しかし、この
ような対策では、Cr、Mo添加でコスト高となるばかりで
なく、プレス成形用の材料の場合、それらの合金成分の
添加によるプレス成形性の劣化の問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、スケ
ール発生を抑制した耐食性および溶接性にすぐれたプレ
ス成形品、特に熱間プレス成形品を提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】そこで発明者らは成形
性、溶接性および耐食性に優れた鋼材はないかと鋭意検
討を重ねた結果、700 ℃以上1000℃以下で合金化溶融亜
鉛めっき鋼板を大気中で加熱処理をすると、亜鉛めっき
は鋼板中に拡散して鉄亜鉛固溶相を含むめっき層を形成
することに着目した。

【００１３】この鉄亜鉛固溶相を含むめっき層は鉄亜鉛
合金めっき鋼板の鉄亜鉛金属間化合物より厚膜で組成が
均一であり、硬度も鋼板に近い値となっている。したが
って、プレス成形性にすぐれた材料である。

【００１４】さらに、このような固溶相を形成する700
〜1000℃という温度は、いわゆる熱間プレス加工に際し
ての加熱温度に相当することから、合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板を熱間プレス加工を行って得た成形品についてそ
の耐食性を検討したところ、同様に鉄亜鉛固溶相を含む
めっき層が形成されており、裸の鋼材に比べ耐食性に顕
著な改善が見られることを知った。

【００１５】よって、本発明は、次の通りである。 (1)鋼材表面に設けためっき層中に鉄亜鉛固溶相が存在
する熱間プレス成形品。 (2)前記鉄亜鉛固溶相の厚みが、１から50μｍである上
記(1) 記載の熱間プレス成形品。

【００１６】(3) 前記鋼材表面に設けた前記めっき層
の総亜鉛量が、10〜90g/m²である上記(1) または(2) 記
載の熱間プレス成形品。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明において上述のよう
にめっき層の内容を限定する理由について詳述する。な
お、本明細書において鋼組成およびめっき組成を規定す
る「％」は「質量％」である。

【００１８】本発明によれば、鋼材の表面を構成する鉄
素地表面には、鉄亜鉛固溶相を含むめっき層が設けられ
ており、好適例としては、そのような鉄亜鉛固溶相を含
むめっき層は、溶融亜鉛めっき層に通常550 〜650 ℃に
加熱する合金化処理を行い、次いで熱間プレス前の700
〜1000℃の温度で加熱することで形成されるものであ
る。また実質上めっき層全体がそのような固溶相から構
成されるものであってもよい。

【００１９】このときに、鉄と亜鉛の「合金化相」と
「固溶相」は、Ｘ線回折とＸ線マイクロアナライザー
(EPMAまたはXMA)等の元素分析装置を併用することによ
って区別できる。合金化相は結晶構造がα−Fe (母材)
と異なるために、Ｘ線回折のみで存在を確認することが
できる。一方、固溶相は母材と同じ結晶構造 (体心立方
格子) を持っているが、格子定数が母材に比べ大きく区
別ができる。この相が鉄亜鉛固溶相かどうかは、断面よ
り元素分析を行い亜鉛および鉄の存在を確認すればよ
い。

【００２０】好適態様にあって、そのような鉄亜鉛固溶
相の厚さは、１〜50μm であり、亜鉛付着の総量は10〜
90g/m²である。この範囲を超えると、耐食性、成形性あ
るいは溶接性について性能が低下することがある。母材本発明にかかる耐食性鋼材の素地鋼材は、溶融亜鉛系め
っき時のめっき濡れ性、めっき後のめっき密着性が良好
であれば特に限定しないが、例えば熱間プレスを行う場
合、その特性として、熱間成形後に急冷して高強度、高
硬度となる焼き入れ鋼、たとえば高張力鋼板が実用上は
特に好ましい。

【００２１】例えば、Si含有鋼やステンレス鋼のように
めっき濡れ性、めっき密着性に問題のある鋼種でもプレ
めっき処理等のめっき密着性向上手法を用いてめっき密
着性を改善することで本発明に用いることができる。

【００２２】鋼板の焼き入れ後の強度は主に含有炭素
(C) 量によってきまるため、高強度の成形品が必要な場
合は、Ｃ含有量0.1 ％以上、3.0 ％以下とすることが望
ましい。このときに上限を超えると、靭性が低下するお
それがある。

【００２３】特に、本発明の場合、熱間プレスを適用す
るときは、プレス成形が難しいと言われている難プレス
成形材である高張力鋼板、Si、Mn、Ni、Cr、Mo、Ｖ等を
添加した機械構造用鋼板、高硬度鋼板等についてその実
用上の意義が大きい。

【００２４】素材としてのプレス成形母材の形態は、一
般には板材であるが、本発明の対象とする熱間プレスの
形態として曲げ加工、絞り成型、張出し成型、穴拡げ成
型、フランジ成型等があるから、その場合には、棒材、
線材、管材などを素材として用いてもよい。

【００２５】したがって、本発明において、母材として
は、特に限定しないが、例えば焼き入れ性を有する鋼板
にすると鋼材全体あるいは部分的に鋼板の相変態点A₃点
以上に加熱処理したのち急冷することで鋼板強度、硬度
を挙げることができる。自動車用に熱間プレス成形品を
考えた場合、引張強度780MPa以上の高強度鋼板が例示さ
れる。

【００２６】本発明において、めっき法の限定は特にな
いが、溶融亜鉛めっき法がコストの点で好ましい。その
場合、例えば通常の溶融亜鉛めっき処理を行ったままで
も使用できるが、酸化性雰囲気中での加熱、つまり通常
の合金化処理を行ってもよい。このような合金化処理は
ガス炉等で再加熱することにより行われるが、そのとき
めっき層表面の酸化ばかりでなく、めっき層と母材の鋼
板との間で金属拡散が行われる。通常このときの加熱温
度は550 〜650 ℃である。このような合金化処理はめっ
き処理後にガス炉や誘導加熱炉などで追加的に加熱して
行う。かかるめっき操作は、コイルの連続めっき法ある
いは切り板単板めっき法のいずれによってめっきを行っ
てもよい。

【００２７】もちろん、熱間プレス成型後所定厚みの固
溶相厚さや付着量が得られるのであれば、例えば、電気
めっき、溶射めっき、蒸着めっき等その他いずれの方法
でめっき層を設けてもよい。

【００２８】亜鉛系めっき層の組成は特に制限がなく、
純亜鉛めっき層であっても、Al、Mn、Ni、Cr、Co、Mg、
Sn、Pbなどの合金元素をその目的に応じて適宜量添加し
た亜鉛合金めっき層であってもよい。その他原料等から
不可避的に混入することがあるBe、Ｂ、Si、Ｐ、Ｓ、T
i、Ｖ、Ｗ、Mo、Sb、Cd、Nb、Cu、Sr等のうちのいくつ
かが含有されることもある。

【００２９】しかし、純亜鉛めっき層または合金化亜鉛
めっき層の方が低コストで望ましい。亜鉛合金めっきと
しては、次のような系が例示される。

【００３０】亜鉛−鉄合金めっき、亜鉛−コバルト合金
めっき、亜鉛−クロム合金めっき、亜鉛−アルミニウム
−マグネシウム合金めっき、亜鉛−マンガン合金めっき
などである。

【００３１】通常、溶融亜鉛めっき浴には、Alが含有さ
れており、本発明の場合にも、めっき皮膜中Al含有量は
0.08〜0.4 ％の範囲であれば良い。さらに望ましくは0.
08〜0.3 ％である。めっき皮膜中のFe含有量を高くする
にはAl濃度が低いほうがよい。

【００３２】本発明の場合、鋼種によってはいわゆる温
間プレスの加熱領域に加熱する場合も包含されるが、い
わゆる難プレス成形材料に適用するときに本発明の効果
が効果的に発揮されることから、通常は、上述のように
700 〜1000℃に加熱する。

【００３３】この場合の加熱方法としは電気炉、ガス炉
や火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱等が挙げ
られる。また加熱時の雰囲気も特に制限はない。このと
きのプレス成形に先立つ加熱温度は焼き入れ鋼であれば
目標とする硬度となる焼入温度に加熱したのち一定時間
保持し高温のままプレス成形を行い、その際に金型で急
冷する。通常の鋼種、条件では、このときに加熱の際の
最高到達温度はおよそ700 ℃から1000℃の範囲であれば
よい。

【００３４】熱間プレス成形方法には特に制限はなく、
通常行われているプレス成形を行えばよい。熱間プレス
成形の特徴として成形と同時に焼入れを行うことから、
そのような焼入れを可能とする鋼種を用いることが好ま
しい。もちろん、プレス型を加熱しておいて、焼き入れ
温度を変化させ、プレス後の製品特性を制御してもよ
い。

【００３５】かくして、本発明による熱間プレス成形品
は、鋼材表面のめっき層が鉄亜鉛固溶相を含むことによ
り、スケール発生を抑制し、耐食性、溶接性にすぐれた
特性を示す。

【００３６】次に、実施例によって本発明の作用効果を
さらに具体的に説明する。

【００３７】

【実施例】[実施例１]本例では、表１に示す組成をもつ
板厚み1.0mm の溶融亜鉛めっき鋼板を650 ℃で合金化処
理を行い、次いで大気雰囲気の加熱炉内で880 ℃で所定
時間加熱して、加熱炉より取り出し、このままの高温状
態で円筒絞りの熱間プレス成形を行った。亜鉛固溶相の
存在は、Ｘ線回折とEPMA等の元素分析を組み合わせるこ
とによって確認が可能であることは先述した。鉄亜鉛固
溶相の厚さの決定は、以下の方法で行った。

【００３８】熱間プレス成形品の断面試料を作製して、
鏡面研磨まで仕上げた。電子加速電圧を15kV、電流を５
〜10nA、走査速度を２〜５μm/min でEPMAによるＸ線分
析を行った。試料から放出されるＸ線の領域を考慮し、
Zn−Fe金属間化合物層もしくは酸化亜鉛層より内部側
(母材側) に現れる鉄亜鉛固溶相でのZnの特性Ｘ線強度
が、鉄亜鉛固溶相での定常化部分の1/2 強度位置を中心
に母材の鋼側へのテール部分の積分 (面積) 強度が正規
分布しているとして強度分布を分布関数に置き換え、判
定の危険率から標準偏差２σの位置を、鉄亜鉛固溶相と
母材との界面とした。

【００３９】同様に、Zn−Fe金属間化合物層もしくは酸
化亜鉛層での定常化部分もしくは極大部分の1/2 強度位
置を中心に鉄亜鉛固溶相へ向かってテールを引いた部分
の積分強度からもう一方の界面を求めた。この両方の界
面の間の長さを、鉄亜鉛固溶相の厚さとした。

【００４０】また、付着亜鉛総量は、次のようにして行
った。熱間プレス成形品を、10×10cmに切り出し、測定
面の反対の面をペーパーで研磨しめっき層を取り除い
た。この鋼板を10％塩酸で全量溶解し、溶液中に存在す
る亜鉛量を求め、算出した。

【００４１】このときの熱間プレス成形は、絞り高さ25
mm、肩部丸み半径R5mm、ブランク直径90mm、パンチ直径
50mm、ダイ直径53mmの条件で実施した。成形後のめっき
層の密着状態をめっき層の剥離の有無を目視判定して成
形性として３段階で評価した。 ◎：剥離なし、○：剥
離面積率３％未満、×：剥離面積率３％以上なお、本例においては、鋼板の温度はほぼ２分で880 ℃
に到達していた。

【００４２】溶接性は、ウエルドロープ (適正電流範
囲、チリ発生電流とボタン径(mm)４√t(t 板厚みmm) 形
成電流との差で求め、下記の通り三段階評価を行った。 ◎：1000Ａ以上、○：500Ａ以上、×：500Ａ未満塗装後耐食性試験は以下のようにして行った。

【００４３】本例で得た円筒絞り体から切り出した試験
片に、日本パーカライジング (株)製PBL-3080で通常の
化成処理条件により燐酸亜鉛処理を行ったのち関西ペイ
ント製電着塗料GT-10 を電圧200Vのスロープ通電で電着
塗装し、焼き付け温度150 ℃で20分焼き付け塗装した。
塗膜厚みは20μm であった。

【００４４】試験片の塗膜にカッターナイフで素地に達
するスクラッチ傷を入れた後、JISZ2371 に規定された
塩水噴霧試験を480 時間行った。傷部からの塗膜膨れ幅
もしくは錆幅を測定し、塗装後耐食性を評価した。

【００４５】評価基準は錆幅、塗膜膨れ幅のいずれか大
きい方の値で◎：０〜２mm、○：2.1 〜4.0mm 、×：4.
1mm 以上とした。結果を表２にまとめて示す。

【００４６】

【表１】

【００４７】

【表２】

【００４８】これらの結果からも分かるように、本発明
によれば、いずれの場合にあっても、鉄亜鉛固溶相から
成るめっき層を備えためっき鋼板の場合には、優れた耐
食性が得られることが分かる。さらに、成形性そして溶
接性も満足される。

【００４９】一方、No.21 、22は、熱間プレス前のめっ
き付着量が少なく鉄亜鉛固溶相が形成されず、成形性ま
たは耐食性に劣る結果となった。

【００５０】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、例えば各種成形品としてあるいは熱間プレス成形品
として優れた耐食性を備え、その素材鋼板としても優れ
た耐食性を発揮できる材料を提供できるのであり、特に
最近のように、自動車部品などに更なる高強度化および
耐食性が求められる状況下からは本発明の実際上の意義
は大きい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者今井和仁大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内 (72)発明者須藤俊太郎愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内 (72)発明者市川正信愛知県日進市野方町東島343 (72)発明者山崎信昭愛知県西加茂郡藤岡町大字石飛177−10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼材表面に設けためっき層中に鉄亜鉛固
溶相が存在する熱間プレス成形品。
【請求項２】前記鉄亜鉛固溶相の厚みが、１から50μ
ｍである請求項１記載の熱間プレス成形品。
【請求項３】前記鋼材表面に設けた前記めっき層の総
亜鉛量が、10〜90g/m²である請求項１または２記載の熱
間プレス成形品。