JP2011122207A - 熱間プレス部材およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】部材を構成する鋼板の表層部に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNi拡散領域を有し、前記Ni拡散領域上に無機化合物を有することを特徴とする熱間プレス部材。
【選択図】なし
Description
本発明の熱間プレス部材では、部材を構成する鋼板の表層部にNi拡散領域を存在させて腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制している。この理由は必ずしも明確ではないが、次のように考えられる。すなわち、腐食による鋼板内部への水素侵入は湿潤環境下におけるFe錆の酸化還元反応に関係しており、水素侵入を抑制するにはFe錆が変化しにくい安定な錆であることが必要である。Fe錆の安定化にはNi添加が有効であり、Ni拡散領域の存在が腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制することになる。なお、ここでいうNi拡散領域とは、熱間プレス前の加熱時にめっき層からNiが鋼中に拡散している領域、あるいはNiに加えてめっき層に含まれるCo、Zn、Cr、Mn、Cu、Moなどの金属元素が拡散している領域をいう。
本発明の熱間プレス部材は、鋼板の表面に、順に、片面当たりのNi付着量が10〜90000mg/m2のNiを含むめっき層と、無機化合物とを有する鋼板を、Ac3変態点〜1200℃の温度範囲に加熱後熱間プレスする方法によって製造できる。
Cは、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のTSを980MPa以上にするには、その量を0.15%以上とする必要がある。一方、C量が0.5%を超えると、素材の鋼板のブランキング加工性が著しく低下する。したがって、C量は0.15〜0.5%とする。
Siは、C同様、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のTSを980MPa以上にするには、その量を0.05%以上とする必要がある。一方、Si量が2.0%を超えると、熱間圧延時に赤スケールと呼ばれる表面欠陥の発生が著しく増大するとともに、圧延荷重が増大したり、熱延鋼板の延性の劣化を招く。さらに、Si量が2.0%を超えると、ZnやAlを主体としためっき皮膜を鋼板表面に形成するめっき処理を施す際に、めっき処理性に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、Si量は0.05〜2.0%とする。
Mnは、フェライト変態を抑制して焼入れ性を向上させるのに効果的な元素であり、また、Ac3変態点を低下させるので、熱間プレス前の加熱温度を低下するにも有効な元素である。このような効果の発現のためには、その量を0.5%以上とする必要がある。一方、Mn量が3%を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下する。したがって、Mn量は0.5〜3%とする。
P量が0.1%を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下するとともに、靭性も著しく低下する。したがって、P量は0.1%以下とする。
S量が0.05%を超えると、熱間プレス部材の靭性が低下する。したがって、S量は0.05%以下とする。
Al量が0.1%を超えると、素材の鋼板のブランキング加工性や焼入れ性を低下させる。したがって、Al量は0.1%以下とする。
N量が0.01%を超えると、熱間圧延時や熱間プレス前の加熱時にAlNの窒化物を形成し、素材の鋼板のブランキング加工性や焼入れ性を低下させる。したがって、N量は0.01%以下とする。
Crは、鋼を強化するとともに、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。こうした効果の発現のためには、Cr量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、Cr量が1%を超えると、著しいコスト高を招くため、その上限は1%とすることが好ましい。
Tiは、鋼を強化するとともに、細粒化により靭性を向上させるのに有効な元素である。また、次に述べるBよりも優先して窒化物を形成して、固溶Bによる焼入れ性の向上効果を発揮させるのに有効な元素でもある。しかし、Ti量が0.2%を超えると、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大し、また、熱間プレス部材の靭性が低下するので、その上限は0.2%以下とすることが好ましい。
Bは、熱間プレス時の焼入れ性や熱間プレス後の靭性向上に有効な元素である。こうした効果の発現のためには、B量を0.0005%以上とすることが好ましい。一方、B量が0.08%を超えると、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大し、また、熱間圧延後にマルテンサイト相やベイナイト相が生じて鋼板の割れなどが生じるので、その上限は0.08%とすることが好ましい。
Sbは、熱間プレス前に鋼板を加熱してから熱間プレスの一連の処理によって鋼板を冷却するまでの間に鋼板表層部に生じる脱炭層を抑制する効果を有する。このような効果の発現のためにはその量を0.003%以上とする必要がある。一方、Sb量が0.03%を超えると、圧延荷重の増大を招き、生産性を低下させる。したがって、Sb量は0.003〜0.03%とする。
熱間プレス性:熱間プレス後の非ポンチ接触面側を目視で観察し、型かじりに起因する傷発生の状態を以下の基準で評価し、○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。
○:部材表面に傷なし
△:部材表面の一部に傷あり
×:部材表面の全面に傷有り
スポット溶接性:部材頭部の平坦部から試料を採取し、木村電熔(株)製スポット溶接機を用いて、使用電極チップ:DR6、電極加圧力:2KN、スクイズ時間:25サイクル/50Hz、溶接時間:16サイクル/50Hz、保持時間:5サイクル/50Hzの条件で同種試料同士を溶接し、溶接可能電流範囲(ACR)を測定した。以下の基準で評価し、◎、○であれば本発明の目的を満足しているとした。なお、非ポンチ接触面同士を接触させて溶接した。
◎:ACRがAl-Siめっき鋼板の場合の2倍以上
○:ACRがAl-Siめっき鋼板の場合の1.5倍以上〜2倍未満
×:ACRがAl-Siめっき鋼板と同等以上〜1.5倍未満
塗装密着性:部材頭部の平坦部から試料を採取し、非ポンチ接触面に日本パーカライジング株式会社製PB-L3020を使用して標準条件で化成処理を施した後、関西ペイント株式会社製電着塗料GT-10HTグレーを170℃×20分間の焼付け条件で膜厚20μm成膜して、塗装試験片を作製した。そして、作製した試験片に対してカッターナイフで碁盤目(10×10個、1mm間隔)の鋼素地まで到達するカットを入れ、接着テープにより貼着・剥離する碁盤目テープ剥離試験を行った。以下の基準で評価し、○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。
○:剥離なし
△:1〜10個の碁盤目で剥離
×:11個以上の碁盤目で剥離
耐水素侵入性:部材頭部の平坦部から試料を採取し、一方の面(ポンチ接触面)を鏡面研削して板厚を1mmとした。次に、作用極を試料、対極を白金とし、研削面にNiめっきを行い水素検出面として、図2に模式的に示す電気化学セルにセットし、非研削面を大気中、室温で腐食させながら鋼中に侵入する水素量を電気化学的水素透過法で測定した。すなわち、水素検出面側には0.1MNaOH水溶液を充填し、塩橋を通じて参照電極(Ag/AgCl)をセットして、非研削面(評価面:非ポンチ接触面)側に0.5質量%NaCl溶液を滴下し、大気中、室温で腐食させ、水素検出面側の電位が0VvsAg/AgClになるようにして、1回/日の頻度で腐食部に純水を滴下しながら水素透過電流値を連続的に5日間測定し、その最大電流値から腐食に伴う耐水素侵入性を、以下の基準で評価した。○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。なお、熱間プレス時のスケールの生成が著しい部材に対しては、ショットブラストで表面のスケールを除去してから試験を行った。
○:最大電流値が冷延鋼板の場合の1/10以下
△:最大電流値が冷延鋼板の場合の1/10超〜1/2以下
×:最大電流値が冷延鋼板の場合の1/2超〜冷延鋼板と同じ
結果を表1に示す。本発明である熱間プレス部材No.1〜13は、熱間プレス性、スポット溶接性、塗料密着性、耐水素侵入性に優れていることがわかる。
Claims (9)
- 部材を構成する鋼板の表層部に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNi拡散領域を有し、前記Ni拡散領域上に無機化合物を有することを特徴とする熱間プレス部材。
- 無機化合物の融点が500〜1000℃であることを特徴とする請求項1に記載の熱間プレス部材。
- 無機化合物がアルカリ可溶成分を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の熱間プレス部材。
- 鋼板の表面に、順に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNiを含むめっき層と、無機化合物とを有する鋼板を、Ac3変態点〜1200℃の温度範囲に加熱後熱間プレスすることを特徴とする熱間プレス部材の製造方法。
- 無機化合物として、融点が500〜1000℃の無機化合物を用いることを特徴とする請求項4に記載の熱間プレス部材の製造方法。
- 無機化合物として、アルカリ可溶成分を含む無機化合物を用いることを特徴とする請求項4または5に記載の熱間プレス部材の製造方法。
- 鋼板として、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼板を用いることを特徴とする請求項4から6のいずれか1項に記載の熱間プレス部材の製造方法。
- さらに、質量%で、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも1種を含有する鋼板を用いることを特徴とする請求項7に記載の熱間プレス部材の製造方法。
- さらに、質量%で、Sb:0.003〜0.03%を含有する鋼板を用いることを特徴とする請求項7または8に記載の熱間プレス部材の製造方法。
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