JP2004124208A

JP2004124208A - 塗装後耐食性に優れた高強度表面処理鋼板および高強度自動車部品

Info

Publication number: JP2004124208A
Application number: JP2002292357A
Authority: JP
Inventors: Jun Maki; 真木　純; Masayoshi Suehiro; 末廣　正芳; Toshihiro Miyakoshi; 宮腰　寿拓
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-10-04
Filing date: 2002-10-04
Publication date: 2004-04-22

Abstract

【課題】本発明は、自動車の足回り等の高強度を要求される部品を製造するための、塗装後耐食性に優れた高強度表面処理鋼板及びこれで製造された自動車部品を提供する。
【解決手段】鋼板表面に質量％で、Ｃ：０．０５〜０．７％、Ｍｎ：０．５〜３％を含有する鋼板表面に、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｓｎの１種または２種以上の元素を質量％で合計２０％以上含有する層を有することを特徴とする塗装後耐食性に優れた高強度表面処理鋼板。更に、表面層中にＡｌ，Ｓｉ，Ｚｎ，Ｍｇ，Ｃａ，ミッシュメタル，Ｔｉ，Ｐ，Ｃ，Ｂ等を含有することができる。
【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。
【選択図】　　　　なし

Description

【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ための鋼素材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に対しては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うものであり、高強度、高成形性を両立する鋼板が要望されている。
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ＴＲＩＰ（ＴＲａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｉｎｄｕｃｅｄ　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１０００ＭＰａ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、成型後の冷却により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。これを改善するべく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る技術が開発されており、特許文献１に開示されている。
【０００４】
【引用文献】
（１）特許文献１　（特開２０００−３８６４０号公報）
【０００５】
【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８００℃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を低下させたりする傾向があった。
【０００６】
【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めっきに替わる表面処理を検討した結果、次の知見を得た。すなわち、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｓｎの１つを主成分とするめっきを採用することにより、めっき成分と鋼板の拡散がより早くなり、脆性な金属間化合物を形成しにくくなることで、上記の合金化しためっき層の剥離という課題を解決することが可能である。特に、Ｎｉ，ＣｒめっきはＦｅとの整合性が高くこの目的のためには有効である。しかし合金化しためっき層中の上記した金属の濃度が低すぎると８００℃以上というような高温下での耐酸化性が不足するため、スケールを生成しやすくなる。
【０００７】
次に、本発明の限定理由について説明する。
まず、加熱する前の表面処理鋼板の具備すべき構成について述べる。表面の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。
【０００８】
Ｃ：本発明は成型後に１０００ＭＰａ以上の高強度を有するものであり、ホットプレス後に急冷してマルテンサイトを主体とする組織に変態させるものであり、そのためにはＣ量０．０５％以上が好ましく、高強度を安定して得るためには０．１％以上であることがより好ましい。一方、Ｃ量を０．７％超に増大させても強度が飽和してしまうことに加え、溶接割れを生じやすくするため、上限を０．７％に定める。
Ｍｎ：この元素は鋼板の焼入れ性を高める元素としてよく知られている。また不可避的に混入するＳに起因する熱間脆性を防ぐために必要な元素でもある。これらの理由から０．５％以上の添加が望ましい。しかし、３％を超えてＭｎを添加すると焼入れ後の衝撃特性が低下するためここを上限とする。
【０００９】
Ｓｉ：Ｓｉは低すぎると疲労特性の低下を惹起するため、０．０５％以上の添加が望ましい。一方でＳｉは鋼板表面に安定な酸化皮膜を形成して表面処理性を低下させる傾向を有する。この意味からＳｉの上限は１％とするのが望ましい。
Ｃｒ：Ｃｒは耐熱性を向上させる元素で、また焼入れ性にも有効である。この意味から添加することも可能である。しかし、Ｓｉと同様安定な酸化皮膜を鋼板表面に形成してアルミめっき性を低下させる。また、比較的高価な元素でもあり、上限は３％とするのが望ましい。
【００１０】
本発明においては、更に鋼中にＰ，Ｓ，Ａｌを添加するものとするが、Ｐ，Ａｌは鋼の延性、疲労強度を阻害することから、Ｓは靱性を阻害する傾向があることからそれぞれ上限を設けるのが望ましい。更に必要に応じてＴｉ，Ｍｏ，Ｎ，Ｎｂ，Ｖ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｂ，Ｓｎ，Ｓｂの１種または２種以上を含有させることも可能である。Ｎｉ，Ｃｕは鋼の耐食性に寄与し、Ｂは焼入れ性を向上させる元素、ＴｉはＮを固定してＢの効果を発揮させる元素である。Ｍｏは鋼の焼入れ性に寄与する。これらの元素は０．０２％以上添加することが望ましい。但し、Ｎｂ，Ｖについては０．０１％以上、Ｂ，Ｎについては０．００１％以上が望ましい。
【００１１】
次に合金化する前のめっき層の具備すべき条件について述べる。めっき金属として、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｓｎの１種または２種以上を主体とし、これら以外の元素としてＦｅ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｔｉ，ミッシュメタル，Ｐ，Ｃ，Ｂ等を含有することもできる。具体的なめっき種としては、Ｎｉ，Ｎｉ−Ｆｅ，Ｓｎ，Ｓｎ−Ｚｎ，Ｓｎ−Ｚｎ−Ａｌ，Ｓｎ−Ｚｎ−Ｍｇ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ｎｉ−Ｐ，Ｎｉ−Ｚｎ，Ｎｉ−Ｂ，Ｎｉ−Ｃ等が考えられる。耐熱性に寄与する金属はＮｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｓｎであり、めっき種としてもこれらが主成分となることが望ましい。
【００１２】
めっき方法は特に限定するものでなく、溶融めっき、電気めっき、化学めっき、蒸着めっき等の方法が考えられる。例えばＮｉめっきであれば電気めっきが最も工業的には有効な方法である。また、電気めっき後に溶融めっき、あるいは溶融めっき後に電気めっき等の二段階の工程も当然ありうる。めっき後に一時防錆のための化成処理を施すことも可能であるし、プレス時の潤滑を狙って無機系の潤滑皮膜を適用することも可能である。ホットプレス時に外部からＭｏＳ_２等の熱間潤滑材を塗布することも可能である。
【００１３】
次に、表面処理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、めっき層成分と鋼板成分との相互拡散が起こり、鋼板表面層の組成が変化するが、このときＮｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｓｎの１種または２種以上の合計が２０％以上となることで、十分な耐熱性が得られる。このほかに主として鋼板起因のＦｅが１０〜７０％含有されうる。また、上記した以外の成分として、Ａｌ：２０％以下、Ｓｉ：１０％以下、Ｚｎ：２０％以下、Ｍｇ：１０％以下、Ｃａ：１０％以下、ミッシュメタル：１％以下、Ｔｉ：５％以下、Ｐ：１％以下、Ｃ：１％以下、Ｂ：１％以下の１種または２種以上を含有することも可能である。これらの元素は０．０１％以上添加することが好ましい。但し、Ａｌは１％以上が望ましい。
【００１４】
これらの成分は主として塗装後耐食性に有効である。また、合金化後のめっき層と鋼板の界面は３％ナイタールエッチングすることではっきりすることが多い。合金化後の表面処理層は複層構造をとることも多く、一概に述べることは困難であるが、腐食はマクロな事象であるため、合金化後の表面処理層の組成とほぼ対応するとの知見が得られた。組成の分析方法についてはＥＰＭＡのスポット定量分析を合金化後の表面処理層をランダムに５点程度分析して平均値を算出することで求めるものとする。
【００１５】
本発明の実施様態として、表面処理鋼板を加熱後にプレスして、金型で焼入れを行うという様態と、プレスして強度が必要な部位を高周波誘導加熱等で局部加熱して水冷等で焼入れするという様態の２種類がありうるが、どちらの様態でも塗装後耐食性は必要な特性であり、本発明は有効である。
【００１６】
次に実施例に基づき、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、各種めっきを行った。表１のＮｏ．１〜１０の鋼板に電気Ｎｉめっきをワット浴で行った。このときのｐＨは約４、電流密度は１５Ａ／ｄｍ^２　、両面めっきで付着量は片面２０ｇ／ｍ^２　で製造した。この鋼板の焼入れ性、塗装後耐食性を下に示す手順て評価した。
Ｎｉめっき鋼板を９００℃の炉内に３分間保持して加熱した後、直ちに鋼製のダイ間に挟んで冷却した。冷却速度は約１００℃／秒であった。この鋼板の断面ビッカース硬度を荷重１００ｇで測定した。
【００１７】
次にＡｌ、鋼板、Ｚｎめっき共用の化成処理を施し、カチオン系電着塗料（日本ペイントパワーニクス１１０）を２０μｍ塗装，焼付けし、クロスカット後乾湿繰返し複合腐食試験（ＪＡＳＯ法）を１８０サイクル（６０日）行い、クロスカットからの腐食深さを測定した。なお、クロスカットの深さが約３０μｍであった。従って、記述した値から３０μｍを減じた値が真の腐食量ということになる。更に、合金化後の表面処理層の組成を調べるために、研磨後表面から５μｍ以内の範囲でＥＰＭＡ簡易定量分析を質量％で５点行い、平均値を算出した。これらの評価結果を表２に示す。
〔塗装後耐食性の評価基準〕
○：腐食深さ８０μｍ以下
×：腐食深さ８０μｍ超
（いずれもクロスカットの深さを含む値）
【００１８】
【表１】

【００１９】
【表２】

【００２０】
Ｎｏ．９のようにＣが低すぎると強度が低下する傾向にあり、ビッカース硬度は一般に３倍するとその材料の強度（ＭＰａ）に近い値となるが、この場合、６００ＭＰａクラスの強度しか得られない。また、Ｎｏ．１０のようにＭｎ，Ｂ等の焼入れ元素の添加量が少ないとＣが高くても焼入れ効果が得られず、やはり強度が低下する。鋼中元素の添加量が適正に制御された、Ｎｏ．１〜８については、強度、耐熱性、塗装後耐食性共に良好な結果が得られた。
【００２１】
（実施例２）
実施例１の鋼Ｎｏ．１を使用して、種々の表面処理を適用した。表３に適用しためっき種とめっき付着量、及びそのときの塗装後耐食性の評価結果を示す。なお、塗装後耐食性の評価方法は実施例１の方法と同一とした。電気Ｎｉめっきは実施例１と同じくワット浴、電気Ｃｕめっきは硫酸銅浴、Ｃｒめっきはサージェント浴、Ｓｎめっきは工業用Ｓｎを使用した純Ｓｎめっき、及びＳｎ−８％Ｚｎめっきを適用した。全て両面めっきであり、表３の表示は全て片面当たりの記述である。実施例１と同じ熱処理条件を施した後、表面処理層の組成を調べるために、研磨後表面から５μｍ以内の範囲でＥＰＭＡ簡易定量分析を質量％で５点行い、平均値を算出した。その結果も併せて表３に示す。比較として、表面処理を付与しないものでも評価した。この際には表面に厚いスケールが生成するため、これをショットブラストで落として、化成処理、塗装に供した。
【００２２】
【表３】

【００２３】
Ｎｏ．１，３，５のように、表面層におけるＮｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｓｎ元素の量が少ない場合には、加熱時のＦｅ酸化を抑制することが困難で、塗装後耐食性は不良であった。Ｎｏ．９は表面処理の無い場合であるが、この場合には鋼板自体の塗装後耐食性が不足するため、著しい腐食が観察された。これ以外の場合には、表面層に前記した元素が残存して塗装後耐食性は良好であった。なお、鋼板硬度はどの場合もビッカース硬度４８０以上であり、焼入組織となっていた。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、塗装後耐食性に優れた高強度表面処理鋼板を提供する。本発明は、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。

Claims

質量％で、Ｃ：０．０５〜０．７％、Ｍｎ：０．５〜３％を含有する鋼板表面に、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｓｎの１種または２種以上の元素を質量％で合計２０％以上含有する層を有することを特徴とする塗装後耐食性に優れた高強度表面処理鋼板。
表面層中に、更に質量％で、Ａｌ：２０％以下、Ｓｉ：１０％以下、Ｚｎ：２０％以下、Ｍｇ：１０％以下、Ｃａ：１０％以下、ミッシュメタル：１％以下、Ｔｉ：５％以下、Ｐ：１％以下、Ｃ：１％以下、Ｂ：１％以下の１種または２種以上を含有することを特徴とする請求項１に記載の塗装後耐食性に優れた高強度表面処理鋼板。
鋼中に、更に質量％で、Ｓｉ：０．０５〜１％、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．１％以下、Ａｌ：０．２％以下、Ｔｉ：０．０１〜０．８％、Ｃｒ：３％以下、Ｍｏ：１％以下、Ｎ：０．１％以下、Ｎｂ：０．１％以下、Ｖ：０．１％以下、Ｎｉ：１％以下、Ｃｕ：１％以下、Ｂ：０．０００３〜０．０３％、Ｓｎ：０．１％以下、Ｓｂ：０．１％以下から選ばれた１種または２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の塗装後耐食性に優れた高強度表面処理鋼板。
請求項１〜３に記載の鋼を少なくとも一部に有し、プレス成型により成型された高強度自動車部品。
表面に１〜２００μｍの塗膜を有することを特徴とする請求項４に記載の高強度自動車部品。