JP2003129209A

JP2003129209A - 熱間プレス成形用表面処理鋼とその製造方法

Info

Publication number: JP2003129209A
Application number: JP2001324572A
Authority: JP
Inventors: Katsu Takahashi; 克高橋; Kazuhito Imai; 和仁今井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-10-23
Filing date: 2001-10-23
Publication date: 2003-05-08
Anticipated expiration: 2021-10-23
Also published as: CN101144162B; CN101144162A; JP3582511B2

Abstract

(57)【要約】【課題】耐食性確保のための後処理を必要とせずに、
難プレス成形材料である高張力鋼板の熱間プレス成形を
可能とし、同時に耐食性をも確保できる技術を提供す
る。【解決手段】表層に加熱時の亜鉛の蒸発を防止する、
亜鉛の酸化物層から成るバリア層を備えた亜鉛または亜
鉛系合金のめっき層を形成するのに、溶融亜鉛めっき層
に、(1) 表面酸化法、(2) 酸化剤接触法、(3)Zn ＋酸化
剤接触法、(4)陽極電解法、(5) 陰極電解法、(7)ZnOゾ
ル塗布法、を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱間プレス用鋼、
特に自動車用の足廻り、シャ−シ、補強部品などの製造
に使用される熱間プレス用鋼およびその製造方法に関す
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
ば絞り形成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】このように難加工材料としての高強度鋼の
プレス成形には問題点が多いのが現状である。なお、以
下、この種の材料を「難プレス成形材料」という。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
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。

【０００６】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。

【０００７】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。

【０００８】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。

【０００９】このような熱間プレス成形時の表面酸化の
問題に対する対策として加熱時の雰囲気とプレス工程全
体の雰囲気をともに非酸化性雰囲気にすることも理論上
有効ではあるが設備上大幅な高コストとなる。

【００１０】このような事情からも、今日でも熱間プレ
スについては多くの提案はされているが、実用的な段階
には至っていないのが現状である。ここに、特許出願と
して提案されている現状の技術について概観すると次の
ようである。

【００１１】例えば、熱間プレスの利点としては、プレ
ス成形とともに熱処理を行えることが挙げられるが、そ
の際にさらに同時に表面処理をも行うことが、特開平７
−116900号公報に提案されている。もちろん、このよう
な技術にも前述のような表面酸化の問題もあるが、複雑
な形状の金型に防錆剤等の表面処理剤を均一に塗布する
ことは難しく、またそのように金型に予め塗布した表面
処理剤をプレス成形時に製品に均一に転写させることも
難しい。もちろん、プレス成形後の処理としてめっき処
理等の防錆処理を個別に行うことは自明であるが、生産
性が低く、大幅なコスト増をもたらすことは明らかであ
る。

【００１２】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。

【００１３】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。

【００１４】ここに、本発明の課題は、いわゆる難プレ
ス成形材料について熱間プレスを行っても所定の耐食性
を確保でき、外観劣化が生じない熱間プレス用の材料と
その製造方法を提供することである。

【００１５】さらに本発明の具体的課題は、耐食性確保
のための後処理を必要とせずに、例えば難プレス成形材
料である高張力鋼の熱間プレス成形を可能とし、同時に
耐食性をも確保できる技術を提供することである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる課
題を解決する手段について種々の角度から鋭意検討の結
果、前記のような難プレス成形材料をそのままプレス成
形するのではなく、変形抵抗を低減させるべく高温状態
でプレス成形を行い、同時にそのときに、後処理を行う
ことなく優れた耐食性を確保すべく、もともと耐食性に
優れるめっき鋼板を用いてその熱間プレス成形を行うと
いうアイデアを得た。そして、これに基づき、腐食性湿
潤環境において鋼板の犠牲防食作用のある亜鉛系めっき
鋼板に熱間プレスを適用することを着想した。しかし、
熱間プレスは700 〜1000℃という温度で加熱することを
意味するのであって、この温度は、亜鉛系めっき金属の
融点以上の温度であって、そのような高温に加熱した場
合、めっき層は溶融し、表面より流失し、あるいは溶融
・蒸発して残存しないか、残存しても表面性状は著しく
劣ったものとなることが予測された。

【００１７】しかしながら、さらに、その後種々の検討
を重ねる内に、加熱することによりめっき層と鋼板とが
合金化することで何らかの変化が見られるのではないか
との見解を得て予備試験として各種めっき組成および各
種雰囲気で、実際に700 〜1000℃の温度に加熱を行い、
次いで熱間プレスを行ったところ、それまでの予測に反
して、一部の材料について問題なく熱間プレスを行うこ
とができることが判明した。

【００１８】そこで、700 〜1000℃の温度で加熱してか
ら熱間プレスを行っても表面性状が良好であるための条
件を求めたところ、めっき層表面に亜鉛の酸化皮膜が、
下層の亜鉛の蒸発を防止する一種のバリア層として全面
的に形成されていることが判明した。

【００１９】このように、亜鉛めっき鋼板を高温に加熱
した後プレスを行うと、表面にバリア層が形成されめっ
き表面からの亜鉛の蒸発・揮散を抑制し良好な熱間プレ
ス品が得られることが可能となった。

【００２０】しかしながら、熱間プレスの工程において
は様々な理由で、鋼板に充分すぎるあるいは過度な加熱
が行われる場合がある。例えば同一鋼材を用いる場合で
も高強度を発現させるため、通常想定されるケースより
は高温 (例えば900 ℃以上)あるいは長時間 (例えば５
分以上) で加熱される場合、あるいは加熱ラインの異常
以上停止や生産上の都合で、加熱ラインのスピードを遅
らせる場合もある。このようなケースに遭遇しても安定
した品質の熱間プレス品を得るための方法について本発
明者らは検討した。

【００２１】その結果、熱間プレス時の加熱段階で表面
に生成するバリア層の主成分であるZnO 層を亜鉛めっき
表面にあらかじめ積極的に生成させることで、過度な加
熱あるいは高温の加熱が施される条件でも品質の良好な
熱間プレス品が得られることを見出して、本発明を完成
した。

【００２２】ここに、本発明は次の通りである。 (1)表層にZn換算で10 mgm^-2以上のZnO 層を形成させた
亜鉛または亜鉛を含むめつき層を有することを特徴とす
る熱間プレス成形用表面処理鋼。

【００２３】(2)上記(1) の熱間プレス成形用表面処理
鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含む
めっきを施した後、めっき表面を酸化させることを特徴
とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。

【００２４】(3)上記(1) の熱間プレス成形用表面処理
鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含む
めっきを施した後、得られためっき鋼を、酸化剤を含有
する溶液に接触させることを特徴とする熱間プレス成形
用表面処理鋼の製造方法。

【００２５】(4)上記(1) の熱間プレス成形用表面処理
鋼の製造方法であって、鋼表面こ亜鉛または亜鉛を含む
めっきを施した後、得られためっき鋼を、Znイオンと酸
化剤を含有する溶液に接触させることを特徴とする熱間
プレス成形用表面処理鋼の製造方法。

【００２６】(5)上記(1) の熱間プレス成形用表面処理
鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含む
めっきを施した後、得られためっき鋼を陽極として、水
溶液中で陽極電解を行うことを特徴とする熱間プレス成
形用表面処理鋼の製造方法。

【００２７】(6)上記(1) の熱間プレス成形用表面処理
鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含む
めっきを施した後、得られためっき鋼を陰極として、Zn
イオンと酸化剤を含む水溶液中にて電解をおこなうこと
を特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。

【００２８】(7)上記(1) の熱間プレス成形用表面処理
鋼の製造方法であって鋼材表面にZnOからなるゾルを含
む溶液を塗布乾燥することを特徴とする熱間プレス成形
用表面処理鋼の製造方法。

【００２９】

【発明の実施の形態】次に、本発明において上述のよう
に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。

【００３０】本発明によれば、溶融亜鉛系めっき鋼を酸
化性雰囲気下で加熱して表面にZnOから成る酸化皮膜を
設けることで、これがバリア層として作用し、例えば90
0 ℃以上に加熱しても、表面の亜鉛系めっき層の蒸発が
防止され、加熱後に熱間プレスを行うことができる。し
かも、プレス成形後は亜鉛系めっき皮膜を備えているこ
とから、それ自体すでに優れた耐食性を備えており、後
処理としての防錆処理を必要としないというすぐれた効
果を発揮することができる。

【００３１】素地鋼本発明にかかる熱間プレス用の素地鋼は、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、熱間プレスの特性として、
熱間成形後に急冷して高強度、高硬度となる焼き入れ
鋼、たとえば下掲の表１にあるような鋼化学成分の高張
力鋼が実用上は特に好ましい。

【００３２】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。

【００３３】鋼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、高強度の成型品が必要な場合
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。

【００３４】特に、本発明の場合、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、Si、M
n、Ni、Cr、Mo、Ｖ等を添加した機械構造用鋼、高硬度
鋼等についてその実用上の意義が大きい。

【００３５】素材としてのプレス成形母材 (鋼材) 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。

【００３６】亜鉛系めっき層本発明による亜鉛、または亜鉛を含むめっき( 以下、亜
鉛系めっきという) の具体的なめっき操作としては、溶
融した亜鉛および亜鉛合金めっき浴に鋼材を浸漬して引
き上げることで行う。めっき付着量の制御は引き上げ速
度やノズルより吹き出すワイピングガスの流量調整によ
り行う。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、例えば550 〜650 ℃に加熱して行
う。かかるめっき操作は、例えば板材の場合、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。

【００３７】もちろん、所定厚みのめっき層が得られる
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。
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、Ti、Ｖ、Ｗ、M
o、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。

【００３８】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。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。

【００３９】亜鉛合金めっきとしては、次のような系が
開示されている。例えば亜鉛−鉄合金めっき、亜鉛−12
％ニッケル合金めっき、亜鉛−１％コバルト合金めっ
き、55％アルミニウム−亜鉛合金めっき、亜鉛−５％ア
ルミニウム合金めっき、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、スズ−８％
亜鉛合金めっき、亜鉛−マンガン合金めっきなどであ
る。

【００４０】めっき付着量は90g/m²以下が良好である。
これを超えるとバリア層としてのZnO 層の形成が不均一
となり外観上問題がある。下限は特に制限しないが、薄
過ぎるとプレス成形後に所要の耐食性を確保できなくな
ったり、あるいは加熱の際に鋼板の酸化を抑制するのに
必要な酸化亜鉛層を形成できなくなったりすることか
ら、通常は20g/m²程度以上は確保する。加熱温度が高く
なるなど、より過酷な加熱の場合、望ましくは40〜80g/
m²の範囲で性能良好となる。酸化亜鉛層酸化亜鉛層の生成方法は下記の通り種々あるが、下記工
程のいずれも製造工程の都合に応じて適用可能である。
それぞれについて好ましい実施の態様について説明す
る。

【００４１】(1)酸化亜鉛量とその定量前述のようにZnO は熱間プレス時に金型との接触を回避
するためと加熱・酸化雰囲気からめっき層および鋼材の
酸化を防ぐための「バリア層」の役目を果たす。その効
果が認められるのはZnO に含まれるZn量として10 mgm^-2
以上である。これより少ないと鋼材の酸化がひどくな
り、鋼材のスケールが発生しプレス時に金型にビルドア
ップ（付着）することがある他、表面品質が低下すると
いう欠点がある。上限は特に規定されないが、多すぎる
とパウダリング等が生じる他、上記の「バリア層」とし
ての役目が飽和するため10000mgm^-2以下が好ましい。よ
り好ましい範囲は100mgm^-2以上2000 mgm^-2以下である。
後記のようにZnO 生成させるためには種々の手段が考え
られるが、各々でとりうる工程と熱間プレス工程に適し
たZnO 量およびその製法を決定するのがよい。

【００４２】酸化亜鉛層の定量方法は、５％ヨウ素−メ
タノール溶液でめっきを溶解し、発生した残査を塩酸に
溶解し定量する方法や重クロム酸アンモニウム水溶液に
て表面の酸化膜を溶解し定量する方法のいずれもが用い
られる。溶解した溶液は、それぞれの溶液のブランクを
使用してICP(誘導結合プラズマ分析）などの発光分析な
どで定量することができる。

【００４３】(2)表面酸化法これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した
後、めっき表面を酸化させる処理である。

【００４４】溶融亜鉛系のめっきの場合は、通常、めっ
き後不活性雰囲気で冷却されるが、その雰囲気を若干酸
化性の雰囲気にすることや、通常のめっき工程後亜鉛め
っき層を加熱することでも同様に目的は達せられる。特
に電気めっき材の場合はめっき時に加熱されないので、
後者の方法が有効である。酸化する雰囲気としては露点
を上げるのが好適であり、特に露点を30℃以上として加
熱することでZnO 層を効率よく生成させることができ
る。加熱温度は亜鉛の融点以下であれば好ましいが、溶
融亜鉛めっきの合金化を生じさせる際の炉内雰囲気の露
点を上昇させることでも目的は達せられる。

【００４５】(3)酸化剤接触法これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した
後、酸化剤を含有する溶液に接触させる処理である。

【００４６】例えば硝酸(HNO₃)や硝酸塩 (例:NaNO₃、KN
O₃、Zn(NO₃)₂) や過マンガン酸塩（例:KMnO₄) や重クロ
ム酸塩（例:K₂Cr₂O₇) 、過酸化水素（H₂O₂）などを酸化
剤として含む水溶液にめっき鋼材を接触させることで、
表面にZnO を生成させることができる。その酸化剤の濃
度は許容される工程（時間や温度) により決めればよい
が、概ね１〜100g/lの範囲でZnO を10 mgm^-2以上（Zn換
算) 付与させることは可能である。

【００４７】接触時間は工程の都合によるが0.5s以上が
好ましく２〜10ｓがより好ましい。接触時間が長くする
ことは本発明の効果を減じるものではないが、設備が大
がかりになったり生産性を阻害する可能性があり、より
短時間で効率よくZnO 層を生成させることが肝要であ
る。特に溶融亜鉛系めっきに本発明を適用する場合は、
本工程前に表面をアルカリ性の水溶液（例10％NaOH水溶
液) に接触させることで、表面のAl等の不純物を除去す
ることができ、後工程の酸化剤含有水溶液との接触の際
に効率よくZnO を生成させることができる。

【００４８】水溶液のめっき鋼材への接触方法は、浸漬
や噴霧、スプレー、ロールコート、ナイフコートなどい
ずれも使用できるが、接触後は水洗してから乾燥するこ
とが望ましい。なぜなら水洗しないとZnO が生成すると
共に上記塩類の付着が生じ耐錆性におとるためである。(4) Zn＋酸化剤接触法これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した
後、Znイオンと酸化剤を含有する水溶液に接触させる処
理である。

【００４９】酸化剤と併せてZnイオンを有する化合物を
水溶液中に共存させ、これに接触させる方法である。こ
のときの酸化剤は前述の酸化剤接触法におけるそれと同
様であればよい。このように酸化剤を含有する水溶液に
Znイオンを添加することにより一層効率よくZnO 層を形
成させることができる。Znイオンが無い場合は、めっき
の溶解、ZnO 生成という過程を経るが、めっき溶解の起
こるpHは一般的に低く、逆にZnO が生成、沈殿の起こる
pHは高いため、pHの高い領域 (pH：３〜７) でZnイオン
と酸化剤を両方含有させることで効率的にZnO を表面に
生成させることができる。

【００５０】亜鉛源としては硫酸亜鉛(ZnSO₄・7H₂O) や
硝酸亜鉛（Zn(NO₃)₂・６H₂O)などの水溶液を調整しさら
に上記酸化剤を併用することでめっき鋼材表面にZnO を
形成せしめることができる。その他の条件については上
述の酸化剤接触法に同じである。

【００５１】(5)陽極電解法これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した
後、水溶液中で陽極電解を行う処理である。

【００５２】めっき鋼材を陽極として水溶液中で酸化さ
せることで、めっき鋼材表面にZnO層を形成させること
ができる。その際の水溶液は酸性あるいはアルカリ性の
水溶液が好ましい。アルカリの場合はNaOHやKOH の水溶
液を１質量％〜10質量％濃度として使用することが好ま
しい。少なすぎると溶液中の電気効率が低下し、大きす
ぎると亜鉛へのエッチングが過度となり表面品質に影響
する。酸性の場合は塩酸や硫酸の水溶液を0.1 〜１質量
％濃度とするのがよい。少なすぎると溶液中の電気効率
が低下し、大きすぎると亜鉛へのエッチングが過度とな
り表面品質に影響する。電流密度としては１〜100A/dm²
の範囲が好ましいが、工程や処理速度により使い分けれ
ばよい、ただし電流密度が大きいと効率が悪くなるうえ
表面品質が低下する一方、電流密度が小さすぎると、処
理時間が長くなるので、5 〜30 A/dm²の範囲が好まし
い。

【００５３】(6)陰極電解法これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した
後、Znイオンと酸化剤を含む水溶液中にて鋼材を陰極と
する電解をおこなう処理である。

【００５４】前述のようなZnイオンと酸化剤を含む水溶
液を用い、鋼材を陰極として電解する方法により、鋼材
表面にZnO 層を形成させることができる。Znイオン源お
よび酸化剤の水溶液中での含有量はZn＋酸化剤接触法と
同様でよく、水溶液中の電気伝導度が要求される場合は
さらに塩類を添加することで、伝導度を確保すればよ
い。電流密度としては１〜100A/dm²の範囲が好ましい
が、工程や処理速度により使い分ければよい。ただし電
流密度が大きいと効率が悪くなるうえ表面品質が低下す
る一方、電流密度が小さすぎると、処理時間が長くなる
ので、５〜30 A／dm ²の範囲が好ましい。

【００５５】(7) ZnOゾル塗布法これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した
後、ZnO ゾルを含む溶液を表面に塗布する処理である。

【００５６】亜鉛イオンを含有する酸性水溶液に、コロ
イドを安定化させる有機添加剤（有機酸イオンなど) を
加えた後、水溶液を徐々に中性化することでZnO のゾル
を生成させることができる。またZnO を微粒化し有機結
着剤 (例：ポリアクリル酸、ポリビニールアルコール
等) を用いることでもZnO のゾルを生成させることがで
きる。このようなZnO ゾルを含む溶液を亜鉛めっき鋼材
に塗布・乾燥することでZnO 層を形成させることができ
る。

【００５７】添加量は多いほどZnO の鋼板への結着効果
が高まるので良いが、熱間プレス時にガス化し、不具合
を生じるので、添加量はZnO 100 重量部に対して５重量
部以下、好ましくは１重量部以下とするのが良い。

【００５８】このときの塗布方法は、浸漬や噴霧、スプ
レー、ロールコート、ナイフコートなどいずれも使用で
き、乾燥は80℃以上で行うことが好ましい。水分が残留
しているとめっき層の耐錆性が劣ることがあり、表面が
べとついたりしてハンドリングが悪くなることがある。

【００５９】鋼の加熱／熱間プレス成形上述のようにして用意された表層にバリア層を備えた亜
鉛系めっき鋼を次いで所定温度にまで加熱し、プレス成
形を行う。本発明の場合、熱間プレス成形を行うことか
ら、通常700 〜1000℃に加熱するが、素材鋼の種類によ
っては、プレス成形性がかなり良好なものがあり、その
場合にはもう少し低い温度に加熱するだけでよい。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。

【００６０】この場合の加熱方法としては電気炉、ガス
炉での加熱や火炎加熱、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
いが、本発明の場合、予めバリア層が形成されているか
ら、そのようなバリア層の維持に悪影響を与えない限
り、特に制限はない。

【００６１】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。

【００６２】ところで、本発明によれば、亜鉛系めっき
層の表面には、加熱時の亜鉛の蒸発を防止するバリア層
として作用するZnO から成る酸化皮膜が形成されてお
り、通常、その量は、Zn換算量で10mgm ^-2以上で十分で
ある。

【００６３】また、加熱処理後のめっき層におけるFe含
有量は、めっき皮膜の融点に影響するので高い方が有利
である。常温のプレス成形では皮膜中Fe量が増加すると
めっき皮膜の加工性が低下するのでFe含有量は高くても
13％前後であった。しかし、本発明においては熱間プレ
ス成形では常温よりも鋼材およびめっき皮膜が軟質のた
めFe含有量が高くても成形が可能である。Fe含有量は80
％以下である。望ましくはFe含有量は５〜80％の範囲で
あり、さらに望ましくは10〜30％である。Fe含有量が下
限未満では加熱後の酸化皮膜に不均一さが生じ、上限を
超えるとZn−Fe合金化に時間がかかり生産性が低下しコ
ストアップとなる。

【００６４】このようにして、表面にバリア層が形成さ
れた本発明にかかる熱間プレス用鋼には、次いで、熱間
プレス成形が行われるが、このときの熱間プレス成形は
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。

【００６５】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。

【００６６】

【実施例】[実施例１]表１の板厚1.0mm の鋼種Ａに表２
に示すように各種亜鉛めっきあるいは亜鉛合金めっきを
施し、一部については下記の各種の方法にて亜鉛めっき
あるいは亜鉛合金めっき表面にZnO 層を形成させた。こ
のときのZnO 生成条件は次の通りである。

【００６７】Ａ：合金化炉内で露点30℃以上で酸化させた (炉内板温
460 ℃、保持時間任意) Ｂ：酸化剤水溶液 (硝酸１％40℃) に浸漬Ｃ：Znイオン＋酸化剤水溶液 (硝酸亜鉛６水和物100g/l＋
硝酸10g/l 、40℃) Ｄ：５％NaOH水溶液中で陽極電解、電流密度20A/dm²、
通電時間任意Ｅ：Znイオン＋酸化剤水溶液 (硫酸亜鉛７水和物50g/l+硝
酸Na 50g/l、50℃)15A/dm²で陰極電解、通電時間任意Ｆ：ZnO ゾル (ポリアクリル酸0.5 ％添加) をロール塗
布 → 乾燥(100℃、30秒) 次いで大気雰囲気炉内で表２に示すような加熱条件にて
加熱後円筒絞り成形試験を行った。このときの熱間プレ
ス成形は、直径90mmの円形ブランクを、ポンチ径50mm、
ポンチ肩 R５mm、ダイス径53mm、ダイス肩 R５mmで絞り
高さ25mmの模擬成形の条件で行った。ブランク押さえ力
(BHF) は１tonFとした。

【００６８】成形後の表面状態の目視判定を行った。さ
らにかようにして得られた熱間プレス成形品を下記要領
にて塗装適合性 (耐水二次密着性) 、および塗装後耐食
性の評価を行った。

【００６９】塗膜密着性試験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し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。

【００７０】試験片を50℃のイオン交換水に浸漬し240
時間後に取り出して、カッターナイフで1mm 幅の碁盤目
状に傷を入れ、ニチバン製のポリエステルテープで剥離
テストを行い、塗膜の残存マス数を比較し、塗膜二次密
着性を評価した。なお、全マス数は100 個とした。

【００７１】評価基準は残存マス数90〜100 個を良好：
評価記号○、０〜89個を不良：評価記号×とした。塗装
後耐食性試験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20
μm であった。

【００７２】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。

【００７３】評価基準は錆幅、塗膜膨れ幅のいずれか大
きい方の値で Omm以上〜4mm 未満を良好：評価記号○、
4mm 以上を不良：評価記号×とした。これらの試験結果
を表２にまとめて示す。

【００７４】表２に示すように本発明例の場合には、い
ずれも二次密着性および耐食性について満足すべき結果
が得られ、熱間プレス成形用表面処理鋼として好適であ
ることが分かる。

【００７５】

【表１】

【００７６】

【表２】

【００７７】

【発明の効果】本発明の熱間プレス用表面処理鋼をもち
いることにより、大気加熱時の鋼材酸化を抑制すること
ができ加熱炉の雰囲気制御設備が不要となるほか、プレ
ス時のスケールによる悪影響（金型への付着や塗装適合
性の不良) が回避され生産工程を簡素化できる。

───────────────────────────────────────────────────── 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）Ｃ２５Ｄ 11/34 ３０３Ｃ２５Ｄ 11/34 ３０３ // Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０１ＴＦターム(参考） 4K022 AA02 AA41 BA15 BA25 CA28 DA09 DB18 EA02 4K026 AA13 AA22 BA08 BB09 BB10 CA22 CA32 CA35 CA41 DA02 DA03 DA06 EA08 4K027 AA22 AB42 AB43 AB44 AC82

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表層にZn換算で10 mgm^-2以上のZnO 層を
形成させた亜鉛または亜鉛を含むめつき層を有すること
を特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼。
【請求項２】請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼
の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめ
っきを施した後、めっき表面を酸化させることを特徴と
する熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
【請求項３】請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼
の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめ
っきを施した後、得られためっき鋼を、酸化剤を含有す
る溶液に接触させることを特徴とする熱間プレス成形用
表面処理鋼の製造方法。
【請求項４】請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼
の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめ
っきを施した後、得られためっき鋼を、Znイオンと酸化
剤を含有する溶液に接触させることを特徴とする熱間プ
レス成形用表面処理鋼の製造方法。
【請求項５】請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼
の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめ
っきを施した後、得られためっき鋼を陽極として、水溶
液中で陽極電解を行うことを特徴とする熱間プレス成形
用表面処理鋼の製造方法。
【請求項６】請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼
の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめ
っきを施した後、得られためっき鋼を陰極として、Znイ
オンと酸化剤を含む水溶液中にて電解をおこなうことを
特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
【請求項７】請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼
の製造方法であって鋼材表面にZnO からなるゾルを含む
溶液を塗布乾燥することを特徴とする熱間プレス成形用
表面処理鋼の製造方法。