JP2007500285A - 焼入れ鋼部品の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】焼入れ鋼部品の製造方法を、a)焼入れ可能な鋼合金から成る薄鋼板へ連続コーティング処理によってコーティングを施し、b)前記コーティングをほぼ亜鉛で構成し、c)前記コーティングへさらに酸素親和性元素の1または2種以上を全量としてコーティング全重量に対して0.1重量%〜15重量%の割合で含ませ、d)次いで前記コーティングされた薄鋼板の少なくとも一部を大気中の酸素を取り入れながら焼入れに必要な温度まで至らしめて該薄鋼板に焼入れに必要な微細構造変化が起こるまで加熱し、e)前記コーティング上へ酸素親和性元素酸化物から成る表面被膜を形成させ、f)加熱前あるいは加熱後に薄鋼板を形状化し、及びg)十分な加熱後に、薄鋼板合金の焼入れが完了するように算出された冷却速度で薄鋼板を冷却する各工程から構成する。
【選択図】図24
Description
上記目的は請求項1項において限定された特徴を備える方法を用いることによって達成される。
本発明に従った本発明の有利な変更例は本願特許請求の範囲中の従属請求項において開示されている。
この目的は請求項27項において限定された特徴を備える防食を行うことによって達成される。またこの請求項に従属する請求項には前記防食の有利な変更例が開示されている。
炭素 0.4以下、 好ましくは0.15〜0.3
珪素 1.9以下、 好ましくは0.11〜1.5
マンガン 3.0以下、 好ましくは0.8〜2.5
クロム 1.5以下、 好ましくは0.1〜0.9
モリブデン 0.9以下、 好ましくは0.1〜0.5
ニッケル 0.9以下、
チタン 0.2以下、 好ましくは0.02〜0.1
バナジウム 0.2以下、
タングステン 0.2以下、
アルミニウム 0.2以下、 好ましくは0.02〜0.07
硼素 0.01以下、 好ましくは0.0005〜0.005
硫黄 最大0.01、 好ましくは最大0.008
燐 最大0.025、 好ましくは最大0.01
残余分としての鉄及び不純物
薄鋼板を液状アルミニウム浴中へ通過させて熱浸漬アルミニウム処理された薄鋼板を製造した。900℃でのアニール処理により、薄鋼板はアルミニウムコーティングと反応してアルミニウム−鉄表面層が生成された。このようにしてアニール処理された薄鋼板は暗灰色の外観を呈し、その表面は均質で視覚的に識別可能な欠陥は全くない。
アルミニウム55%、亜鉛44%及び珪素約1%から成る溶融金属を熱浸漬亜鉛めっきを行って薄鋼板をアルミニウム−亜鉛コーティングで被覆した。この後、さらに後続して900℃でのアニール処理を行うことにより表面が灰青色を呈した欠陥のない薄鋼板が得られた。図4はこの薄鋼板の横断面を示した図である。
亜鉛95%及びアルミニウム5%から殆ど成る熱溶解浴中において薄鋼板を熱浸漬亜鉛めっきした。アニール処理後、薄鋼板表面は欠陥の無い銀灰色を呈する。該薄鋼板の横断面図(図6)において、コーティングは明らかに明るい層と暗い層から成り、これら層はZn−Fe−Al含有層であることを示している。前記明るい層には亜鉛がより豊富であり、前記暗い層には鉄がより豊富である。アルミニウムの一部はアニール処理中に大気中の酸素に対して反応して保護性のAl2O3被膜を形成する。
薄鋼板を亜鉛含量99.8%及びアルミニウム含量0.2%の熱溶融浴あるいは亜鉛浴中へ通過させた。アニール処理期間中、亜鉛コーティング中に含まれるアルミニウムが大気中の酸素に対して反応して保護性のAl2O3スキンが形成される。高酸素親和性アルミニウムの薄鋼板表面への持続的拡散によって保護被膜が形成されかつ維持された。アニール処理後、欠陥の無い表面が銀灰色を呈した薄鋼板が得られた。アニール処理期間中に拡散によって当初約15μmであった亜鉛コーティングの厚さが約20〜25μmの厚さまで変形し、このコーティング(図8)はZn/Fe組成比が約30/70である暗く見える層とZn/Fe組成比が約80/20である明るい部分から構成された。このコーティング表面ではアルミニウム含量が増加していることが確認された。薄鋼板表面上における酸化物の検出によってAl2O3から成る薄い保護コーティングの存在が示された。
スチールベルト(ベルト温度約450℃)が亜鉛浴から出た後、薄鋼板は約500℃まで加熱された。この加熱により亜鉛層はZn−Fe相へと完全に変換された。このように亜鉛層はその表面に至るすべてが完全にZn−Fe相へ変換された。これにより、薄鋼板上にZnのFeに対する比がすべて70%以上である亜鉛に富む相が生じた。この防食コーティングにおいて、亜鉛浴には約0.13%程度の少量のアルミニウムが含まれていた。
上記熱処理が行われかつ完全に変換されたコーティングが施された厚さ1mmの薄鋼板を900℃の炉中において4分30秒間加熱した。これにより薄鋼板表面は黄緑色を呈した。
前記実施例と同様に、薄鋼板は熱浸漬亜鉛めっき処理直後に約490℃〜550℃において加熱処理され、この加熱処理によって亜鉛層の一部のみがZn−Fe相へ変換された。前記加熱処理は、この場合には前記相変換が一部にのみ起こり、未変換の亜鉛がアルミニウムと伴に表面中に存在し、その結果として遊離のアルミニウムが亜鉛コーティングの酸化保護として利用可能となるようにされた。
亜鉛を薄鋼板上へ電気化学沈積することにより薄鋼板を電解亜鉛めっきした。アニール処理期間中、亜鉛コーティングが施された薄鋼板を拡散させて薄いZn−Fe層を形成した。亜鉛の大部分は酸化されて酸化亜鉛となるが、同時に酸化鉄も生成されるため概観は緑色を呈する。薄鋼板表面は緑色を呈し、該表面にはさらに酸化亜鉛層が薄鋼板へ付着していない局部的うろこ状部分が生じた。
薄鋼板表面上へ亜鉛及びニッケルを電気化学沈積して薄鋼板を製造した。防食コーティング中における亜鉛のニッケルに対する重量比は約90/10であった。また沈積された層の厚さは約5μmであった。
コーティングが施された薄鋼板を大気中の酸素存在下において900℃で4分30秒間アニール処理した。このアニール処理中、亜鉛コーティングの施された薄鋼板を拡散することによって亜鉛、ニッケル及び鉄から成る薄い拡散層が生成された。しかしながら、アルミニウムが欠如しているため、亜鉛の殆どは酸化されて酸化亜鉛が生じた。この薄鋼板表面はうろこ状の緑色を呈し、また該表面には薄鋼板へ前記酸化物が付着していない小さな剥落部分が局部的に生じた。
GDOES(グロー放電光放出分光)試験によってアニール処理(及び表面へのアルミニウム移動)中におけるアルミニウム酸化物の生成を確認することが可能である。
実施例4に従って厚さ15μmのコーティングが施された厚さ1mmの薄鋼板を900℃の放射炉中において4分30秒間加熱してから厚さ5cmの鋼板間で急速に冷却し、次いで炉をGDOES測定によって分析した。
焼入れ後(図26)、表面におけるアルミニウム含量はアニール処理されていない薄鋼板に比較して明らかに増加している。
前記実施例から、プレス焼入れ処理に本発明に従って用いられた腐食保護薄鋼板だけがアニール処理後に特に4J/cm2以上の陰極防食エネルギーを伴う陰極防食を与えることが示された。図19では溶解に必要とされる電位が時間の関数として表され比較されている。
Claims (43)
- a)焼入れ可能な鋼合金から成る薄鋼板へ連続コーティング処理によってコーティングを施し、
b)前記コーティングを実質的に亜鉛から構成し、
c)前記コーティングへさらに1または2種以上の高酸素親和性元素を全量としてコーティング全重量に対して0.1重量%〜15重量%の割合で含ませ、
d)次いで前記コーティングされた薄鋼板の少なくとも部分領域を大気中の酸素を取り入れながら、焼入れに必要な温度へ至らしめて前記薄鋼板に焼入れに必要な微細構造変化が起こるまで加熱し、
e)前記コーティング上へ酸素親和性元素酸化物から成る表面被膜を形成させ、
f)加熱前あるいは加熱後に薄鋼板を形状化し、及び
g)十分な加熱後に、薄板合金の焼入れが完了するように算出された冷却速度で薄鋼板を冷却する各工程から構成される、陰極防食が付与された焼入れ鋼部品の製造方法。 - 混合物として用いられる前記高酸素親和性元素がマグネシウム及び/または珪素、及び/またはチタン、及び/またはカルシウム、及び/またはアルミニウム、及び/またはマンガン、及び/または硼素であることを特徴とする請求項1項記載の方法。
- 前記混合物が、実質的に亜鉛及び前記高酸素親和性元素から成る混合物を用いる熱浸漬処理によって処理されることを特徴とする請求項1または2項記載の方法。
- 前記コーティングが電解処理されることを特徴とする請求項1または2項記載の方法。
- 前記電解コーティングにおいて亜鉛層がまず沈積され、次いで第二工程において先に沈積された亜鉛層上へ前記高酸素親和性元素が沈積されることを特徴とする請求項4項記載の方法。
- 亜鉛層がまず薄鋼板表面上へ電解沈積され、次いで高酸素親和性元素から成るコーティングが前記亜鉛層上へ沈積されることを特徴とする請求項4項記載の方法。
- 前記高酸素親和性元素が気化されるか、あるいは他の適当な方法を用いて処理されることを特徴とする請求項6項記載の方法。
- 前記高酸素親和性元素が0.2重量%〜5重量%の割合で用いられることを特徴とする請求項1または2項記載の方法。
- 前記高酸素親和性元素が0.26重量%〜2.5重量%の割合で用いられることを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の方法。
- 前記高酸素親和性元素として実質的にアルミニウムが用いられることを特徴とする請求項1〜9のいずれかに記載の方法。
- 前記コーティング混合物が、前記加熱中に前記コーティングが前記高酸素親和性元素酸化物からなる酸化物被膜を生成するように選択され、及び前記コーティングが少なくとも亜鉛に富む相と鉄に富む相の2相から成ることを特徴とする請求項1〜10のいずれかに記載の方法。
- 前記鉄に富む相中における亜鉛の鉄に対する比が多くても0.95(Zn/Fe≦0.95)、好ましくは0.20〜0.80(Zn/Fe=0.20〜0.80)であり、及び前記亜鉛に富む相中における亜鉛の鉄に対する比が少なくとも2.0(Zn/Fe≧2.0)、好ましくは2.3〜19.0(Zn/Fe=2.3〜19.0)であることを特徴とする請求項1〜11のいずれかに記載の方法。
- 前記鉄に富む相中における亜鉛の鉄に対する比が約30:70であり、及び前記亜鉛に富む相が亜鉛及び鉄の組成比が80:20となるように構成されることを特徴とする請求項1〜12のいずれかに記載の方法。
- 前記コーティングがさらに亜鉛含量が90%以上の個別領域をもつことを特徴とする請求項1〜13のいずれかに記載の方法。
- 前記コーティングが当初15μmの厚さをもち、焼入れ処理後に前記コーティングによって少なくとも4J/cm2の陰極保護作用が生ずるように構成されることを特徴とする請求項1〜14のいずれかに記載の方法。
- 亜鉛及び高酸素親和性元素から成るコーティングが425〜690℃の温度に保たれた液状金属浴中へ通過される間に生成され、次いでコーティングされた薄板が冷却されることを特徴とする請求項1〜15のいずれかに記載の方法。
- 亜鉛及び高酸素親和性元素から成るコーティングが440〜495℃の温度に保たれた液状金属浴中へ通過される間に生成され、次いでコーティングされた薄鋼板が冷却されることを特徴とする請求項1〜16のいずれかに記載の方法。
- 前記薄鋼板が誘導加熱されることを特徴とする請求項1〜17のいずれかに記載の方法。
- 前記薄鋼板がダイ中で誘導加熱されることを特徴とする請求項1〜18のいずれかに記載の方法。
- 前記薄鋼板が放射炉中で加熱されることを特徴とする請求項1〜19のいずれかに記載の方法。
- 前記冷却が成形ダイ中において行われることを特徴とする請求項1〜20のいずれかに記載の方法。
- 前記冷却が冷却された成形ダイを用いた成形中に実施されることを特徴とする請求項1〜21のいずれかに記載の方法。
- 前記冷却が成形後に成形ダイ中において行われることを特徴とする請求項1〜22のいずれかに記載の方法。
- 前記冷却が型焼入れダイ中において行われるが、前記ダイ中には成形された薄鋼板が加熱後に挿入され、及び前記ダイ中において成形された薄鋼板と形状化及び冷却された型焼入れダイとの間に形状係合が生じることを特徴とする請求項1〜23のいずれかに記載の方法。
- 前記加熱及び冷却が型焼入れダイ中において行われ、前記加熱が誘導加熱によって実施され、及び前記誘導加熱後に成形ダイが冷却されることを特徴とする請求項1〜24のいずれかに記載の方法。
- 前記部品の成形及び焼入れがロール成形装置を用いて実施され、コーティングされた薄鋼板が少なくともいくつかの領域においてオーステナイト化温度まで加熱され、及び加熱前、加熱中あるいは加熱後にロール成形され、次いで薄板合金の焼入れが完了する冷却速度でロール成形ダイ中において冷却されることを特徴とする請求項1〜26のいずれかに記載の方法。
- 焼入れ工程へ暴露される薄鋼板のための防食コーティングであって、
前記コーティングは薄鋼板へ処理された後で酸素を取り入れながら熱処理され、実質的に亜鉛と、全混合物重量に対して全量で0.1重量%〜15.0重量%の1または2種以上の高酸素親和性元素から成り、及びその表面上に前記高酸素親和性元素酸化物から成る酸化物被膜を有してかつ少なくとも2相から構成され、及び
前記コーティング中に亜鉛に富む相と鉄に富む相が生ずることを特徴とする前記防食コーティング。 - 防食コーティングが、マグネシウム及び/または珪素、及び/またはチタン、及び/またはカルシウム、及び/またはアルミニウム、及び/または硼素、及び/またはマンガンの混合物としての高酸素親和性元素から成ることを特徴とする請求項27項記載の防食コーティング。
- 防食コーティングが熱浸漬処理法を用いて処理された防食コーティングであることを特徴とする請求項27または28項記載の防食コーティング。
- コーティングが実質的に亜鉛から成る混合物から成り、前記混合物には1または2以上の高酸素親和性元素がさらに含まれることを特徴とする請求項29項記載の防食コーティング。
- 防食コーティングが電解沈積法を用いて処理された防食コーティングであることを特徴とする請求項27または28項記載の防食コーティング。
- 防食コーティングが、1または2以上の高酸素親和性元素と、実質的に亜鉛を用いた電解沈積を経て形成された防食コーティングであることを特徴とする請求項31項記載の防食コーティング。
- 防食コーティングが、まず実質的に亜鉛を用いた電解沈積を行って、次いで他の適した方法を用いて1または2以上の高酸素親和性元素を気化あるいは沈積させて形成されることを特徴とする請求項31項記載の防食コーティング。
- 前記高酸素親和性元素が全コーティング重量に対する全含量として0.1〜15.0重量%含まれることを特徴とする請求項1〜33のいずれかに記載の防食コーティング。
- 高酸素親和性元素の全コーティング重量に対する全含量が0.02〜0.5重量%の範囲内であることを特徴とする請求項27〜33のいずれかに記載の防食コーティング。
- 高酸素親和性元素の全コーティング重量に対する全含量が0.06〜2.5重量%の範囲内であることを特徴とする請求項27〜33のいずれかに記載の防食コーティング。
- 高酸素親和性元素として実質的にアルミニウムが用いられることを特徴とする請求項27〜36のいずれかに記載の防食コーティング。
- 前記鉄に富む相中における亜鉛の鉄に対する比が多くても0.95(Zn/Fe≦0.95)、好ましくは0.20〜0.80(Zn/Fe=0.20〜0.80)であり、及び前記亜鉛に富む相中における亜鉛の鉄に対する比が少なくとも2.0(Zn/Fe≧2.0)、好ましくは2.3〜19.0(Zn/Fe=2.3〜19.0)であることを特徴とする請求項27〜37のいずれかに記載の防食コーティング。
- 前記鉄に富む相における亜鉛の鉄に対する比が約30:70であり、及び前記亜鉛に富む相における亜鉛の鉄に対する比が80:20であることを特徴とする請求項27〜38のいずれかに記載の防食コーティング。
- 防食コーティングがさらに亜鉛含量が90%以上の個別の領域をもつことを特徴とする請求項27〜39のいずれかに記載の防食コーティング。
- 防食コーティングが当初の15μmの厚さにおいて少なくとも4J/cm2の陰極保護エネルギーをもつことを特徴とする請求項27〜40のいずれかに記載の防食コーティング。
- 請求項27〜41のいずれかに記載の防食コーティングを用いて請求項1〜27のいずれかに記載の方法によって製造された焼入れ鋼部品。
- 前記部品が、0.15mm以上の厚さをもち及び合金元素の少なくとも1種を下記に限定された重量%範囲内で含む熱間圧延または常温圧延されたスチールベルトから成ることを特徴とする請求項42項記載の焼入れ鋼部品:
炭素 0.4以下、 好ましくは0.15〜0.3
珪素 1.9以下、 好ましくは0.11〜1.5
マンガン 3.0以下、 好ましくは0.8〜2.5
クロム 1.5以下、 好ましくは0.1〜0.9
モリブデン 0.9以下、 好ましくは0.1〜0.5
ニッケル 0.9以下、
チタン 0.2以下、 好ましくは0.02〜0.1
バナジウム 0.2以下、
タングステン 0.2以下、
アルミニウム 0.2以下、 好ましくは0.02〜0.07
硼素 0.01以下、 好ましくは0.0005〜0.005
硫黄 最大0.01、 好ましくは最大0.008
燐 最大0.025、 好ましくは最大0.01
残余分としての鉄及び不純物。
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