JP2003181549A - アルミ系めっき鋼板を用いた高強度自動車部材の熱間プレス方法 - Google Patents

アルミ系めっき鋼板を用いた高強度自動車部材の熱間プレス方法

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 自動車の補強部材、足回り等の高強度を要求
される部品を製造するに当たっての熱間プレス方法を提
供する。 【解決手段】 鋼成分として重量％で、Ｃ：０．０５％
以上を含有する鋼にＡｌを主体とするめっきを施した鋼
板を使用して自動車部材を熱間プレスで製造する際に、
特定の加熱条件で加熱した後にプレス成型で部材を成形
し、かつ少なくとも部材の一部を１０℃／秒以上の冷却
速度で冷却することを特徴とするアルミ系めっき鋼板を
用いた高強度自動車部材の熱間プレス方法。 【効果】 本発明による鋼板は高強度で、優れた特性を
有し、自動車の軽量化に寄与することができる。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の補強部
材、足回り等の高強度を要求される部品を製造するに当
たって、アルミ系めっき鋼板を用いた高強度自動車部材
の熱間プレス方法に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】近年、地球環境問題を発端とした低燃費
化の動きから自動車用鋼板の高強度化に対する要望が強
い。しかし、一般に高強度化は加工性、成形性の低下、
特に形状凍結性の低下を伴い、高強度、高成形性を両立
する鋼板が望まれている。これに対する一つの回答は、
残留オーステナイトのマルテンサイト変態を利用したＴ
ＲＩＰ（ＴＲａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅ
ｄ Ｐｌａｓｔｉｃｉｔｙ）鋼であり、近年用途が拡大
しつつある。しかし、この鋼により、成形性の優れた１
０００ＭＰａ級の高強度鋼板は製造することは可能であ
るが、更に高強度、例えば１５００ＭＰａ以上というよ
うな超高強度鋼で成形性を確保することは困難である。 【０００３】そこで、高強度、高成形性を両立する別の
形として最近注目を浴びているのが熱間プレス（ホット
プレス）である。これは鋼板を８００℃以上のオーステ
ナイト領域まで加熱した後に成形することにより高強度
鋼板の成形性の課題を無くし、成形後の冷却により焼き
を入れて所望の材質を得るというものである。この成形
法を使用することにより、プレス品の残留応力も減少す
るため、高強度鋼板で問題となる、置き割れ、遅れ破壊
等への感受性も低下する。しかし、大気中での加熱を伴
うため、表面に酸化物が生成してこれを後工程で除去す
る必要がある。これを改善したものが特開２０００−３
８６４０号公報であり、０．１５〜０．５％の炭素を含
有する鋼板にアルミめっきして加熱時の酸化抑制を図っ
ている。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】この発明は、高強度の
成形部品を効率良く製造するのに有効であるが、以下の
欠点を有している。すなわち、アルミ系めっき鋼板を８
００℃以上に加熱すると非常に短時間で表面までＦｅが
拡散してめっき層が金属間化合物に変化する（合金化す
る）。従って、熱間プレスの際には表面まで合金化され
た状態でのプレス成形となる。そうするとこの金属間化
合物は非常に硬く、脆性であるため、熱間プレス成形時
に粉状に剥離しやすい。剥離しためっき層は金型に堆積
してプレス時の疵を惹起したり、剥離した部位は耐食性
が低下する傾向があったりすることから合金化しためっ
き層の加工性を向上させる必要があった。 【０００５】 【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記のよ
うな課題を克服するためにアルミ系めっき鋼板の合金化
後の加工性への影響因子を詳細に検討した結果、次の知
見を得た。すなわち、熱間プレスの前の加熱条件を適正
化することでめっきの剥離を防止することが可能であ
る。この理由は明らかでないが、加熱条件によりめっき
層が合金化して、その相構造が複雑に変化しており、加
工という意味で適正な相構造があるものと推察される。
その発明の要旨とするところは、鋼成分として質量％
で、Ｃ：０．０５％以上を含有する鋼にＡｌを主体とす
るめっきを施した鋼板を用いて自動車部材を熱間プレス
で製造する際に、縦軸を加熱温度、横軸を加熱時間とす
る関係で、下記領域ＡＢＣＤよりも長時間側（右側）の
加熱条件で加熱した後にプレス成型で部材を成形し、か
つ、少なくとも部材の一部を１０℃／ｓｅｃ以上の冷却
速度で冷却することを特徴とするアルミ系めっき鋼板を
用いた高強度自動車部材の熱間プレス方法である。Ａ
（８００℃，１３分）、Ｂ（９００℃，６分）、Ｃ（１
０５０℃，１．５分）、Ｄ（１２００℃，０．３分） 【０００６】 【発明の実施の形態】次に、本発明の限定理由について
説明する。先ず、加熱する前のアルミ系めっき鋼板の具
備すべき構成について述べる。アルミ系めっき層は熱間
プレスの前の加熱により合金化して異なる相へ変化する
ため、ここで述べるアルミ系めっき層の要件はプレス前
のものである。鋼板成分は合金化によっても変化しない
ため、プレス前後ともに具備すべき要件となる。 【０００７】前述したように、本発明はアルミ系めっき
鋼板を加熱後、熱間で成形して直ちに冷却して焼入れし
て所望の強度を得るものであり、鋼板成分としては焼入
れ性に優れていることが必要とされる。このためにはＣ
量が０．０５％以上が必要であり、望ましくは０．１％
以上である。他の鋼中元素については、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔ
ｉ，Ｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｐ，Ｓ，Ｎ等の元素が通常
使われ得る。Ｓｉは疲労特性に効果があり、Ｍｎ，Ｂは
焼入れ性の向上に寄与する。Ｔｉ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，
Ａｌは、また、アルミ系めっき鋼板を加熱した際の耐酸
化熱性を向上させる元素である。 【０００８】アルミ系めっき層の構成としては、Ａｌを
主成分とし、Ｓｉの添加も可能である。この他の添加元
素としてＣｒ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ等が考え
られるが、めっき層がＡｌを主体とする限り、適用可能
である。しかし、Ｚｎは沸点が低く、大量に添加すると
加熱時に表面に粉体状のＺｎを生成して、プレス時のカ
ジリを惹きおこすため、６０％以上の添加は望ましくな
い。 【０００９】アルミ系めっき層の付着量、めっき前処
理、後処理については特に限定するものではない。めっ
き付着量は通常の片面３０〜１００ｇ／ｍ2 の範囲では
なんら問題ない。めっき後処理として一次防錆、潤滑性
を目的としてクロメート処理、樹脂被覆処理等ありうる
が、有機樹脂は加熱すると消失してしまうため好ましく
ない。クロメート処理も近年の６価クロム規制を考慮す
ると、電解クロメート等の３価の処理皮膜が好ましい。 【００１０】次に、アルミ系めっき鋼板を加熱して合金
化させる際に具備すべき要件について述べる。加熱後の
表面にはＦｅＡｌ3 、Ｆｅ2 Ａｌ5 、Ｆｅ3 Ａｌ、Ｆｅ
2 Ａｌ8 Ｓｉ等の金属間化合物が生成し得る。これらの
相は層状に複層構造をとる傾向にあるが、これらの相構
造については特に限定しない。その組成としては、Ａ
ｌ，Ｆｅを主成分とし、加熱前のアルミめっき層にＳｉ
を含有するときには、加熱後にはＳｉが５〜１０％程度
含有されうる。これらの元素の組成が合計で９０％以上
を占める。また、加熱により表面まで金属間化合物に変
化させた後にプレス成形するものとする。これは表面に
Ａｌが多量に残存していると溶接性や塗装後耐食性を損
なうためである。合金化していないＡｌが表面に微量残
存することはありうるが、微量であれば特に性能には影
響しない。 【００１１】本発明での加熱、冷却条件であるが、加
熱、冷却の方法については特に限定しない。大気炉等の
加熱炉中で加熱しても、誘導加熱、通電加熱等を使用し
てもよい。このときの加熱速度も限定しない。これは当
然板厚、形状に大きく依存する。今回加熱での保定時間
が長いほど、その後の成形時のめっき密着性に優れると
いう新たな知見が得られた。加熱温度は８００〜１２０
０℃程度、好ましくは９００〜１０００℃であり、この
温度で数分程度保定することが重要である。しかし、そ
の保定時間は温度に依存し、Ａ（８００℃，１３分）、
Ｂ（９００℃，６分）、Ｃ（１０５０℃，１．５分）、
Ｄ（１２００℃，０．３分）の４点よりも長時間側で保
定するものとする。 【００１２】しかし、保定時間を長くすることはプレス
成型の生産性を低下させることになるため、この妥協点
として９５０℃で５〜８分加熱することで実用上十分な
めっき密着性が得られる。焼入れ組織を得るには当然冷
却速度の影響が大きく、１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度
が必要である。これは鋼成分に依存し、焼入れ性の良好
な鋼では１０℃／ｓｅｃ程度の冷却速度でも所望のマル
テンサイトを主体とする組織が得られるし、鋼種によっ
ては３０℃／ｓｅｃ程度の冷却速度が必要となる。 【００１３】次に、実施例で本発明をより詳細に説明す
る。 【実施例】（実施例１）通常の熱延、冷延工程を経た、
表１に示すような鋼成分の冷延鋼板（板厚１．２ｍｍ）
を材料として、溶融アルミめっきを行った。溶融アルミ
めっきは無酸化炉−還元炉タイプのラインを使用し、め
っき後ガスワイピング法でめっき付着量を両面１２０ｇ
／ｍ2 に調節し、その後冷却し、ゼロスパングル処理を
施した。この際のめっき浴組成としてはＡｌ−１０％Ｓ
ｉ−２％Ｆｅであった。浴中のＦｅは浴中のめっき機器
やストリップから供給される不可避のものである。めっ
き外観は不めっき等なく良好であった。このようにして
製造した溶融アルミめっき鋼板を大気炉中で加熱後、種
々の温度に保定し、図１のような形状に成形加工した。
このとき金型を水冷しておき金型で冷却した。加熱速度
は約５〜１０℃／ｓｅｃ、冷却速度は部位により異なる
が、速い箇所で約１００℃／ｓｅｃ、遅い箇所で２０℃
／ｓｅｃであった。このときのめっきの加工性（耐剥離
性）を評価した。めっき剥離は圧縮面に筋状、あるいは
点状に発生していた。その加熱条件とめっきの剥離状況
の関係を表２に示す。また、本発明の加熱条件を図２に
示す。 【００１４】 【表１】 【００１５】 【表２】【００１６】表２に示すように、８００℃というような
低温では２０分加熱しても未だ密着性が完全とは言えな
いが、加熱温度が高くなると１０分以下の保定時間で良
好な密着性が得られる。９００℃で５分、１０００℃で
２分の保定時間では密着性が不十分である。 【００１７】（実施例２）めっき付着量の影響を調査す
るため、実施例１で使用した鋼成分のアルミめっき鋼板
の付着量を８０、１２０、１６０、２００ｇ／ｍ2 と変
えた材料を製造した。この材料を実施例１と同じ評価方
法で評価した。このときの加熱条件としては表２のＮ
ｏ．３、４の条件を使用した。成形後、いずれのめっき
付着量の材料においてもめっき剥離は認められず、実施
例１の○相当の外観が得られた。 【００１８】 【発明の効果】以上述べたように、本発明は、高強度自
動車部品を成形するための熱間プレス方法を提供するこ
とにあり、今後の自動車軽量化に大きく寄与するものと
思われ、産業上の寄与は大きい。
【図面の簡単な説明】 【図１】本発明に係る鋼板の成形加工した形状を示す図 【図２】本発明の加熱時間と加熱温度との関係を示す図
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） // Ｂ２１Ｄ 22/20 Ｂ２１Ｄ 22/20 Ｇ Ｈ (72)発明者 宮腰 寿拓 福岡県北九州市戸畑区飛幡町１番１号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 Ｆターム(参考） 4E063 AA01 BA01 CA06 JA06 KA02 KA05 KA12 4K032 AA01 AA02 AA04 AA05 AA11 AA12 AA16 AA19 AA21 AA27 AA29 AA31 AA35 BA01 CA01 CA02 CD03

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 鋼成分として質量％で、Ｃ：０．０５％
    以上を含有する鋼にＡｌを主体とするめっきを施した鋼
    板を用いて自動車部材を熱間プレスで製造する際に、縦
    軸を加熱温度、横軸を加熱時間とする関係で、下記領域
    ＡＢＣＤよりも長時間側（右側）の加熱条件で加熱した
    後にプレス成型で部材を成形し、かつ、少なくとも部材
    の一部を１０℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却すること
    を特徴とするアルミ系めっき鋼板を用いた高強度自動車
    部材の熱間プレス方法。Ａ（８００℃，１３分）、Ｂ
    （９００℃，６分）、Ｃ（１０５０℃，１．５分）、Ｄ
    （１２００℃，０．３分）
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