JP2012112010A - Plated steel sheet for hot press, method for manufacturing hot-pressed member using the same, and hot-pressed member - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車の足廻り部材や車体構造部材などを熱間プレスで製造するのに適した熱間プレス用めっき鋼板、それを用いた熱間プレス部材の製造方法および熱間プレス部材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a hot-press plated steel sheet suitable for manufacturing an automobile underbody member, a vehicle body structural member, and the like by hot pressing, a method for manufacturing a hot pressing member using the hot-pressed steel plate, and a hot pressing member.
従来から、自動車の足廻り部材や車体構造部材などの多くは、所定の強度を有する鋼板をプレス加工して製造されている。近年、地球環境の保全という観点から、自動車車体の軽量化が熱望され、使用する鋼板を高強度化して、その板厚を低減する努力が続けられている。しかし、鋼板の高強度化に伴ってそのプレス加工性が低下するため、鋼板を所望の部材形状に加工することが困難になる場合が多くなっている。 2. Description of the Related Art Conventionally, many undercarriage members and body structure members of automobiles are manufactured by pressing a steel plate having a predetermined strength. In recent years, from the viewpoint of the preservation of the global environment, there has been a strong desire to reduce the weight of automobile bodies, and efforts have been made to increase the strength of steel sheets to be used and to reduce their thickness. However, as the strength of the steel plate increases, the press workability decreases, and it is often difficult to process the steel plate into a desired member shape.
そのため、特許文献1には、ダイとパンチからなる金型を用いて加熱された鋼板を加工すると同時に急冷することにより加工の容易化と高強度化の両立を可能にした熱間プレスと呼ばれる加工技術が提案されている。しかし、この熱間プレスでは、熱間プレス前に鋼板を950℃前後の高い温度に加熱するため、鋼板表面にはスケール(鉄酸化物)が生成し、そのスケールが熱間プレス時に剥離して、金型を損傷させる、または熱間プレス後の部材表面を損傷させるという問題がある。また、部材表面に残ったスケールは、外観不良や塗装密着性の低下の原因にもなる。このため、通常は酸洗やショットブラストなどの処理を行って部材表面のスケールは除去されるが、これは製造工程を複雑にし、生産性の低下を招く。さらに、自動車の足廻り部材や車体構造部材などには優れた耐食性も必要とされるが、上述のような工程により製造された熱間プレス部材ではめっき層などの防錆皮膜が設けられていないため、耐食性が甚だ不十分である。 Therefore, Patent Document 1 describes a process called a hot press that enables both easy processing and high strength by simultaneously processing a heated steel sheet using a die and punch die and simultaneously cooling it. Technology has been proposed. However, in this hot press, the steel plate is heated to a high temperature of around 950 ° C before hot pressing, so scale (iron oxide) is generated on the surface of the steel plate and the scale peels off during hot pressing. There is a problem that the mold is damaged or the surface of the member after hot pressing is damaged. In addition, the scale remaining on the surface of the member also causes poor appearance and poor paint adhesion. For this reason, the scale on the surface of the member is usually removed by processing such as pickling or shot blasting, but this complicates the manufacturing process and causes a decrease in productivity. Furthermore, although excellent corrosion resistance is required for automobile undercarriage members and vehicle body structural members, hot press members manufactured by the above-described processes are not provided with a rust preventive film such as a plating layer. Therefore, the corrosion resistance is very insufficient.
このようなことから、熱間プレス前の加熱時にスケールの生成を抑制するとともに、熱間プレス後の部材の耐食性を向上させることが可能な熱間プレス技術が要望され、表面にめっき層などの皮膜を設けた鋼板やそれを用いた熱間プレス方法が提案されている。例えば、特許文献2には、AlまたはAl合金で被覆された鋼板を熱間プレスし、1600MPa以上の引張強度を有する熱間プレス部材の製造方法が開示されている。 Therefore, there is a demand for hot press technology that can suppress the formation of scale during heating before hot pressing and improve the corrosion resistance of members after hot pressing. A steel sheet provided with a film and a hot pressing method using the same have been proposed. For example, Patent Document 2 discloses a method for manufacturing a hot pressed member having a tensile strength of 1600 MPa or more by hot pressing a steel sheet coated with Al or an Al alloy.
しかしながら、特許文献2に記載の熱間プレス部材の製造方法では、熱間プレス時に金型にめっきが凝着して金型の手入れを頻繁に行う必要があり、生産性の低下を招くという問題がある。 However, in the method of manufacturing a hot press member described in Patent Document 2, it is necessary to frequently care for the die because the plating adheres to the die during hot pressing, which causes a decrease in productivity. There is.
本発明は、熱間プレス前の加熱時にスケールの生成が抑制され、かつ熱間プレス時に金型にめっきが凝着することのない熱間プレス用めっき鋼板、それを用いた熱間プレス部材および熱間プレス部材を提供することを目的とする。 The present invention relates to a plated steel sheet for hot pressing in which generation of scale is suppressed during heating before hot pressing and plating does not adhere to the mold during hot pressing, and a hot pressing member using the same. It aims at providing a hot press member.
本発明者らは、上記の目的とする熱間プレス用鋼板および熱間プレス部材について鋭意検討を行った結果、以下の知見を得た。
i) 熱間プレス前の加熱時にスケールの生成を完全に抑制するには、鋼板表面に、20〜95質量%のAlおよびSiを含有するAl-Zn系合金めっき層を設けることが効果的である。
ii) 熱間プレス時に金型との凝着を防止するには、0.01〜10質量%のCaを含むAl-Zn系合金めっき層とすることが効果的である。
As a result of intensive studies on the steel sheet for hot pressing and the hot pressing member that are the above objects, the present inventors have obtained the following knowledge.
i) In order to completely suppress scale formation during heating before hot pressing, it is effective to provide an Al-Zn alloy plating layer containing 20 to 95 mass% Al and Si on the steel sheet surface. is there.
ii) In order to prevent adhesion with the mold during hot pressing, it is effective to use an Al—Zn alloy plating layer containing 0.01 to 10% by mass of Ca.
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、鋼板表面に、Al:20〜95質量%、Ca:0.01〜10質量%、およびSiを含有するAl-Zn系合金めっき層を有することを特徴とする熱間プレス用めっき鋼板、あるいは鋼板表面に、Al:20〜95質量%、Ca+Mg:0.01〜10質量%、およびSiを含有するAl-Zn系合金めっき層を有することを特徴とする熱間プレス用めっき鋼板を提供する。 The present invention has been made based on such findings, and has an Al-Zn alloy plating layer containing Al: 20 to 95 mass%, Ca: 0.01 to 10 mass%, and Si on the steel sheet surface. It has an Al-Zn alloy plating layer containing Al: 20 to 95% by mass, Ca + Mg: 0.01 to 10% by mass, and Si on the hot-pressed plated steel sheet characterized by the following: Provided is a hot-pressed plated steel sheet.
本発明の熱間プレス用めっき鋼板では、
Al-Zn系合金めっき層が、下地鋼板との界面に存在する合金相からなる下層とその上に存在する上層からなり、前記上層中にはCa、または、CaおよびMgが存在すること、
Al-Zn系合金めっき層を下地鋼板側と表面側の層に二等分したとき、前記表面側の層中のCa、または、CaおよびMgの含有量が前記下地鋼板側の層中のCa、またはCaおよびMgの含有量より多いこと、
Al-Zn系合金めっき層において、Ca、または、CaおよびMgと、Al、Zn、Siから選ばれた少なくとも1種からなる金属間化合物が存在すること、
が少なくとも一つ満足されることが好ましい。
In the hot-pressed plated steel sheet of the present invention,
The Al-Zn alloy plating layer is composed of a lower layer composed of an alloy phase present at the interface with the base steel sheet and an upper layer present thereon, and Ca or Ca and Mg are present in the upper layer.
When the Al-Zn alloy plating layer is divided into two equal parts, the surface steel layer and the Ca or Mg content in the surface steel layer are the same as the Ca content in the base steel plate side. Or more than the content of Ca and Mg,
In the Al-Zn alloy plating layer, there is an intermetallic compound consisting of Ca or Ca and Mg and at least one selected from Al, Zn, Si,
Is preferably satisfied.
また、上記の金属間化合物は、Al4Ca、Al2Ca、Al2CaSi2、Al2CaSi1.5、Ca3Zn、CaZn3、CaSi2、CaZnSi、Al3Mg2、MgZn2、Mg2Siから選ばれた少なくとも1種であることが好ましく、Al2CaSi2および／またはAl2CaSi1.5であることがより好ましい。 The above intermetallic compounds are Al 4 Ca, Al 2 Ca, Al 2 CaSi 2 , Al 2 CaSi 1.5 , Ca 3 Zn, CaZn 3 , CaSi 2 , CaZnSi, Al 3 Mg 2 , MgZn 2 , Mg 2 Si. Is preferably at least one selected from the group consisting of Al 2 CaSi 2 and / or Al 2 CaSi 1.5 .
本発明の熱間プレス用めっき鋼板におけるAl-Zn系合金めっき層の下地鋼板としては、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や、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種や、Sb:0.003〜0.03%を個別にあるいは同時に含有する鋼板を用いることが好ましい。 As the base steel sheet of the Al-Zn alloy plating layer in the hot-pressed plated steel sheet of the present invention, in mass%, C: 0.15-0.5%, Si: 0.05-2.0%, Mn: 0.5-3%, P: 0.1% or less, S: 0.05% or less, Al: 0.1% or less, N: 0.01% or less, the steel sheet having a component composition consisting of Fe and inevitable impurities as the balance, and further by mass%, Cr: 0.01 ~ It is preferable to use at least one selected from 1%, Ti: 0.2% or less, B: 0.0005 to 0.08%, or a steel plate containing Sb: 0.003 to 0.03% individually or simultaneously.
本発明は、また、上記のような成分組成の下地鋼板からなる熱間プレス用めっき鋼板を、Ac3変態点〜1000℃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を提供する。 The present invention is also characterized in that a hot-pressed plated steel sheet comprising a base steel sheet having the above-described component composition is hot-pressed after being heated to a temperature range of Ac 3 transformation point to 1000 ° C. A method for manufacturing a press member is provided.
本発明の熱間プレス部材は、部材を構成する鋼板表面に、Al、Zn、Ca、FeおよびSiを含有する表面層を有し、該表面層にはCa表面濃化層が存在する。あるいは、本発明の熱間プレス部材は、部材を構成する鋼板表面に、Al、Zn、Ca、Mg、FeおよびSiを含有する表面層を有し、該表面層にはCa表面濃化層が存在する。 The hot-pressed member of the present invention has a surface layer containing Al, Zn, Ca, Fe and Si on the surface of the steel plate constituting the member, and a Ca surface concentrated layer exists in the surface layer. Alternatively, the hot pressed member of the present invention has a surface layer containing Al, Zn, Ca, Mg, Fe and Si on the steel plate surface constituting the member, and the surface layer has a Ca surface concentrated layer. Exists.
本発明の熱間プレス部材における、部材を構成する鋼板としては、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や、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種や、Sb:0.003〜0.03%を個別にあるいは同時に含有する鋼板を用いることが好ましい。 In the hot-pressed member of the present invention, the steel plate constituting the member is, in mass%, C: 0.15-0.5%, Si: 0.05-2.0%, Mn: 0.5-3%, P: 0.1% or less, S: 0.05% or less, Al: 0.1% or less, N: 0.01% or less, steel plate having a component composition consisting of Fe and inevitable impurities as the balance, and further by mass%, Cr: 0.01-1%, Ti: 0.2 It is preferable to use a steel plate containing at least one selected from B: 0.0005 to 0.08% or Sb: 0.003 to 0.03% individually or simultaneously.
本発明により、熱間プレス前の加熱時にスケールの生成が抑制され、かつ熱間プレス時に金型にめっきが凝着することのない熱間プレス用めっき鋼板を製造できるようになった。本発明である熱間プレス用めっき鋼板を用い、本発明である熱間プレス部材の製造方法で製造した熱間プレス部材は、外観が良好であり、優れた塗装密着性や耐食性を有するので、自動車の足廻り部材や車体構造部材に好適である。 According to the present invention, it is possible to produce a hot-pressed plated steel sheet in which scale formation is suppressed during heating before hot pressing and plating does not adhere to the mold during hot pressing. The hot press member manufactured by the hot press member manufacturing method of the present invention using the hot press plated steel sheet of the present invention has a good appearance and has excellent paint adhesion and corrosion resistance. It is suitable for an automobile suspension member and a vehicle body structural member.
1) 熱間プレス用めっき鋼板
1-1) めっき層
上述のように、熱間プレス前の加熱時にスケールの生成を完全に抑制するには、鋼板表面に、20〜95質量%のAlおよびSiを含有するAl-Zn系合金めっき層を設けることが効果的である。その原因は、必ずしも明確ではないが、20〜95質量%のAlを含有するAl-Zn系合金めっき層であれば熱間プレス時に金型にめっきが凝着する耐金型凝着性を改善することが可能となるためである。
1) Hot-pressed plated steel sheet
1-1) Plating layer As described above, in order to completely suppress the formation of scale during heating before hot pressing, an Al-Zn alloy containing 20 to 95 mass% Al and Si on the steel sheet surface It is effective to provide a plating layer. The cause is not necessarily clear, but if it is an Al-Zn alloy plating layer containing 20 to 95% by mass of Al, it improves the adhesion resistance of the mold that adheres to the mold during hot pressing. It is because it becomes possible to do.
一般に、Al合金めっき層では、表面に極薄い酸化物からなる不動態皮膜が形成されるが、熱間プレス前の加熱時に形成される酸化皮膜は極薄い状態であり、めっき層表面は実質的に金属状態を保持している。そのため、熱間プレス時には、金型とめっき層表面の金属とが直接接触して摺動されるために、凝着を起こしやすい。この凝着を防止するには、20〜95質量%のAlを含有するAl-Zn系合金めっき層とした上で、0.01〜10質量%のCaを含有させ、めっき層表面にCaの酸化物を形成することが効果的である。また、0.01〜10質量%のCaの代わりに、0.01〜10質量%のCa+Mgを含有させても、CaやMgの酸化物が形成されて同様な効果が得られる。後述するように、本発明の熱間プレス用めっき鋼板は熱間プレス前の加熱により、Caは表面濃化層が形成され、好ましくは酸化物からなるCa表面濃化層が形成されることにより、耐金型凝着性が優れる。 In general, an Al alloy plating layer forms a passive film consisting of an extremely thin oxide on the surface, but the oxide film formed during heating before hot pressing is extremely thin, and the surface of the plating layer is substantially The metal state is retained. Therefore, at the time of hot pressing, the metal mold and the metal on the surface of the plating layer are slid in direct contact with each other, so that adhesion is likely to occur. In order to prevent this adhesion, an Al-Zn alloy plating layer containing 20 to 95% by mass of Al and 0.01 to 10% by mass of Ca is contained, and the surface of the plating layer is oxidized with Ca. It is effective to form Even if 0.01 to 10% by mass of Ca + Mg is contained instead of 0.01 to 10% by mass of Ca, Ca and Mg oxides are formed and the same effect can be obtained. As will be described later, the hot-pressed plated steel sheet of the present invention is formed by heating before hot pressing, whereby a surface enriched layer of Ca is formed, preferably a Ca surface concentrated layer made of oxide is formed. Excellent mold adhesion.
また、Siは、めっき時の鋼板−めっき界面合金層成長過多によるめっき密着性の低下を防止するため、めっき浴中に含有される。そのため、鋼板表面に形成されるAl-Zn系合金めっき層はSiを含有し、その含有量は界面合金層成長抑制の点からAl に対して0.1質量％以上10質量％以下が好ましい。 Further, Si is contained in the plating bath in order to prevent a decrease in plating adhesion due to excessive growth of the steel plate-plating interface alloy layer during plating. Therefore, the Al—Zn alloy plating layer formed on the steel sheet surface contains Si, and the content is preferably 0.1% by mass or more and 10% by mass or less with respect to Al from the viewpoint of suppressing the growth of the interface alloy layer.
Al-Zn系合金めっき層を、下地鋼板との界面に存在する合金相からなる下層とその上に存在する上層としたとき、上層中にはCa、または、CaおよびMgが存在する、あるいは、Al-Zn系合金めっき層を下地鋼板側と表面側の層に二等分したとき、表面側の層中のCa、または、CaおよびMgの含有量が下地鋼板側の層中のCa、またはCaおよびMgの含有量より多くすると、Caの酸化物やCaやMgの酸化物が形成されやすくなり、凝着防止により効果的である。 When the Al-Zn alloy plating layer is a lower layer composed of an alloy phase present at the interface with the underlying steel plate and an upper layer present thereon, Ca, or Ca and Mg are present in the upper layer, or When the Al-Zn alloy plating layer is divided into two parts, the base steel sheet side and the surface layer, the Ca in the surface side layer, or the Ca and Mg content in the layer on the base steel sheet side, or When the content is higher than the contents of Ca and Mg, Ca oxides and Ca and Mg oxides are easily formed, which is effective in preventing adhesion.
また、Al-Zn系合金めっき層において、Ca、または、CaおよびMgと、Al、Zn、Siから選ばれた少なくとも1種からなる金属間化合物が存在すると、これら金属間化合物から加熱時にCa、または、CaおよびMgが供給されて表面に拡散し、凝着防止効果を示す物質を形成可能となるため好ましい。金属間化合物としては、Al4Ca、Al2Ca、Al2CaSi2、Al2CaSi1.5、Ca3Zn、CaZn3、CaSi2、CaZnSi、Al3Mg2、MgZn2、Mg2Siから選ばれた少なくとも1種であることが好ましく、Al2CaSi2および／またはAl2CaSi1.5であることがより好ましい。
Ca、または、CaおよびMgがAl、Zn、Siから選ばれる1種または２種以上と金属間化合物を形成しているかどうかを確認する方法としては、めっき鋼板を表面から広角X線回折で解析してこれらの金属間化合物を検出する方法、もしくはめっき層の断面を透過電子顕微鏡中で電子線回折によって解析して検出するなどの方法が挙げられる。また、これら以外の方法でも、前記金属間化合物を検出可能であればいずれの方法を用いても構わない。
Further, in the Al-Zn alloy plating layer, when there is an intermetallic compound consisting of at least one selected from Ca, Ca and Mg, and Al, Zn, Si, Ca during heating from these intermetallic compounds, Alternatively, it is preferable because Ca and Mg are supplied and diffused to the surface to form a substance exhibiting an anti-adhesion effect. The intermetallic compound is selected from Al 4 Ca, Al 2 Ca, Al 2 CaSi 2 , Al 2 CaSi 1.5 , Ca 3 Zn, CaZn 3 , CaSi 2 , CaZnSi, Al 3 Mg 2 , MgZn 2 and Mg 2 Si. At least one kind is preferable, and Al 2 CaSi 2 and / or Al 2 CaSi 1.5 is more preferable.
As a method of confirming whether Ca or Ca and Mg form an intermetallic compound with one or more selected from Al, Zn, and Si, analyze the plated steel sheet from the surface by wide-angle X-ray diffraction Then, a method of detecting these intermetallic compounds, or a method of analyzing and detecting the cross section of the plating layer by electron beam diffraction in a transmission electron microscope can be used. In addition, any method other than these may be used as long as the intermetallic compound can be detected.
1-2) めっき層の形成方法
次に、本発明の熱間プレス用めっき鋼板のめっき層の形成方法について説明する。本発明の熱間プレス用めっき鋼板は、連続式溶融めっき設備などで製造され、めっき浴中のＡｌ濃度は20〜95質量％とし、Ca含有量、またはCaおよびMgの合計含有量は0.01〜10質量％とする。このような組成のめっき浴を用いることにより前記しためっき層を有するめっき鋼板が製造可能となる。また、過度の合金相成長を抑制するため、めっき浴にはＳｉをAlに対して3質量％程度含むが、この好適範囲はAlに対して1.5〜10質量％とすることが好ましい。なお、本発明のめっき鋼板のめっき浴には上述したAl、Zn、Ca、Mg、Si以外にも例えばSr、V、Mn、Ni、Co、Cr、Ti、Sb、Mo、B等の何らかの元素が添加されている場合もあるが、本発明の効果が損なわれない限り適用可能である。
1-2) Formation method of plating layer Next, the formation method of the plating layer of the hot-pressed plated steel sheet of the present invention will be described. The hot-pressed plated steel sheet of the present invention is produced by a continuous hot-dip plating equipment or the like, and the Al concentration in the plating bath is 20 to 95% by mass, and the Ca content or the total content of Ca and Mg is 0.01 to 10% by mass. By using a plating bath having such a composition, a plated steel sheet having the above-described plating layer can be manufactured. In order to suppress excessive alloy phase growth, the plating bath contains about 3% by mass of Si with respect to Al, but this preferred range is preferably 1.5 to 10% by mass with respect to Al. In addition to the above-described Al, Zn, Ca, Mg, Si, the plating bath of the plated steel sheet of the present invention, for example, some element such as Sr, V, Mn, Ni, Co, Cr, Ti, Sb, Mo, B May be added as long as the effect of the present invention is not impaired.
また、めっき層中に含有されるCa、または、CaおよびMgが、めっき層を厚さ方向に表層側と下地鋼板側に等分したときに、下地鋼板側よりも表層側に多く存在する溶融Al−Zn系めっき鋼板を製造するための製造方法としては、CaおよびMgが、めっき層を厚さ方向に表層側と下地鋼板側に等分したときに、下地鋼板側よりも表層側に多く存在するようにできればどのような方法を用いてもよく、特に限定するものではない。例えば、めっき層の凝固反応が下地鋼板側から表層側に向けて進行するようにして、凝固の進行に伴いCa、または、CaおよびMgが、表層側に排出されるようにする方法が挙げられる。これは通常の連続式溶融めっき操業におけるめっき後の冷却過程で達成することができる。 In addition, Ca contained in the plating layer, or Ca and Mg, when the plating layer is equally divided into the surface layer side and the base steel plate side in the thickness direction, the melting present more on the surface layer side than the base steel plate side As a manufacturing method for manufacturing an Al-Zn-based plated steel sheet, when the plating layer is equally divided into the surface layer side and the base steel sheet side in the thickness direction, Ca and Mg are more on the surface layer side than the base steel sheet side. Any method may be used as long as it can be present, and is not particularly limited. For example, there is a method in which the solidification reaction of the plating layer proceeds from the base steel plate side to the surface layer side, and Ca or Ca and Mg are discharged to the surface layer side as the solidification progresses. . This can be achieved in the cooling process after plating in a normal continuous hot dipping operation.
なお、めっき浴に侵入する鋼板の温度（以下、侵入板温と称す）は、連続式溶融めっき操業における浴温度の変化を防ぐべく、めっき浴温度に対して±20℃以内に制御することが好ましい。 In addition, the temperature of the steel sheet penetrating the plating bath (hereinafter referred to as the penetrating plate temperature) can be controlled within ± 20 ° C with respect to the plating bath temperature in order to prevent changes in the bath temperature in the continuous hot dip plating operation. preferable.
さらに、めっき層中に含有されるCa、または、CaおよびMgがAl、Zn、Siから選ばれる1種以上と金属間化合物を形成する溶融Al−Zn系めっき鋼板を製造するための製造方法としては、上記金属間化合物を形成できればどのような方法を用いてもよく、特に限定するものではない。例えば、めっき層を形成した後のめっき鋼板にめっき層の融点よりも低い温度の熱処理を施すなどが挙げられる。この場合、めっき層の融点よりも5〜50℃低い温度の熱処理を施すことが好ましい。 Furthermore, as a manufacturing method for manufacturing a molten Al-Zn-based plated steel sheet in which Ca contained in the plating layer, or Ca and Mg forms an intermetallic compound with at least one selected from Al, Zn, and Si. Any method may be used as long as it can form the intermetallic compound, and is not particularly limited. For example, heat treatment at a temperature lower than the melting point of the plating layer may be performed on the plated steel sheet after forming the plating layer. In this case, it is preferable to perform heat treatment at a temperature 5 to 50 ° C. lower than the melting point of the plating layer.
1-3) 下地鋼板
980MPa以上の強度を有する熱間プレス部材を得るには、めっき層の下地鋼板として、例えば、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熱延鋼板や冷延鋼板や、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種や、Sb:0.003〜0.03%を、個別にあるいは同時に含有し、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熱延鋼板や冷延鋼板を用いることができる。各成分元素の限定理由を、以下に説明する。ここで、成分の含有量を表す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
1-3) Base steel plate
In order to obtain a hot pressed member having a strength of 980 MPa or more, for example, as a base steel plate of a plating layer, in mass%, C: 0.15-0.5%, Si: 0.05-2.0%, Mn: 0.5-3%, P : 0.1% or less, S: 0.05% or less, Al: 0.1% or less, N: 0.01% or less, the hot-rolled steel sheet or cold-rolled steel sheet having a component composition consisting of Fe and inevitable impurities, and the mass %: Cr: 0.01 to 1%, Ti: 0.2% or less, B: 0.0005 to 0.08%, or Sb: 0.003 to 0.03%, individually or simultaneously, the balance being A hot-rolled steel sheet or a cold-rolled steel sheet having a composition composed of Fe and inevitable impurities can be used. The reason for limitation of each component element is demonstrated below. Here, “%” representing the content of a component means “% by mass” unless otherwise specified.
C:0.15〜0.5%
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。
C: 0.15-0.5%
C is an element that improves the strength of steel. In order to increase the TS of a hot-pressed member to 980 MPa or more, the amount needs to be 0.15% or more. On the other hand, if the amount of C exceeds 0.5%, the blanking workability of the steel plate as the material will be significantly reduced. Therefore, the C content is 0.15 to 0.5%.
Si:0.05〜2.0%
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層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。
Si: 0.05-2.0%
Si, like C, is an element that improves the strength of steel. In order to increase the TS of a hot-pressed member to 980 MPa or more, the amount needs to be 0.05% or more. On the other hand, when the Si content exceeds 2.0%, the occurrence of surface defects called red scale during hot rolling is remarkably increased, the rolling load is increased, and the ductility of the hot-rolled steel sheet is deteriorated. Furthermore, if the Si content exceeds 2.0%, the plating processability may be adversely affected when a plating process is performed in which a plating layer mainly composed of Zn or Al is formed on the steel sheet surface. Therefore, the Si content is 0.05 to 2.0%.
Mn:0.5〜3%
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。
Mn: 0.5-3%
Mn is an effective element for improving the hardenability by suppressing the ferrite transformation, and also an element effective for lowering the heating temperature before hot pressing because it lowers the Ac 3 transformation point. is there. In order to exhibit such an effect, the amount needs to be 0.5% or more. On the other hand, when the amount of Mn exceeds 3%, segregation occurs and the uniformity of the characteristics of the raw steel plate and the hot press member decreases. Therefore, the amount of Mn is 0.5 to 3%.
P:0.1%以下
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。
P: 0.1% or less
When the amount of P exceeds 0.1%, segregation occurs and the uniformity of the characteristics of the raw steel plate and hot-pressed member decreases, and the toughness also decreases significantly. Therefore, the P content is 0.1% or less.
S:0.05%以下
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。
S: 0.05% or less
When the amount of S exceeds 0.05%, the toughness of the hot pressed member decreases. Therefore, the S content is 0.05% or less.
Al:0.1%以下
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が低下する。したがって、Al量は0.1%以下とする。
Al: 0.1% or less
If the Al content exceeds 0.1%, blanking workability and hardenability of the steel plate will be reduced. Therefore, the Al content is 0.1% or less.
N:0.01%以下
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が低下する。したがって、N量は0.01%以下とする。
N: 0.01% or less
When the N content exceeds 0.01%, an AlN nitride is formed during hot rolling or heating before hot pressing, and blanking workability and hardenability of the raw steel sheet are reduced. Therefore, the N content is 0.01% or less.
Cr:0.01〜1%
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。
Cr: 0.01-1%
Cr is an element effective for strengthening steel and improving hardenability. In order to exhibit such an effect, the Cr content is preferably 0.01% or more. On the other hand, if the Cr content exceeds 1%, the cost is significantly increased, so the upper limit is preferably 1%.
Ti:0.2%以下
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%とすることが好ましい。
Ti: 0.2% or less
Ti is an element effective for strengthening steel and improving toughness by refining. It is also an element effective for forming a nitride in preference to B, which will be described next, and exhibiting the effect of improving hardenability by solid solution B. However, if the amount of Ti exceeds 0.2%, the rolling load during hot rolling is extremely increased and the toughness of the hot pressed member is lowered, so the upper limit is preferably 0.2%.
B:0.0005〜0.08%
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。
B: 0.0005-0.08%
B is an element effective for improving the hardenability during hot pressing and toughness after hot pressing. In order to exhibit such an effect, the B content is preferably 0.0005% or more. On the other hand, if the amount of B exceeds 0.08%, the rolling load during hot rolling is extremely increased, and the martensite phase and bainite phase occur after hot rolling, resulting in cracks in the steel sheet, so the upper limit is It is preferable to set it to 0.08%.
Sb:0.003〜0.03%
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%とすることが好ましい。
Sb: 0.003-0.03%
Sb has an effect of suppressing a decarburized layer generated in the steel sheet surface layer portion between the time when the steel plate is heated before hot pressing and the time when the steel plate is cooled by a series of processes of hot pressing. In order to exhibit such an effect, the amount needs to be 0.003% or more. On the other hand, if the Sb content exceeds 0.03%, the rolling load increases and the productivity decreases. Accordingly, the Sb content is preferably 0.003 to 0.03%.
2) 熱間プレス部材の製造方法
上記した本発明の熱間プレス用めっき鋼板は、Ac3変態点〜1000℃の温度範囲に加熱後熱間プレスされて熱間プレス部材となる。熱間プレス前にAc3変態点以上に加熱するのは、熱間プレス時の急冷でマルテンサイト相などの硬質相を形成し、部材の高強度化を図るためである。また、加熱温度の上限を1000℃としたのは、1000℃を超えるとめっき層表面に多量のZnOが生成するためである。なお、ここでいう加熱温度とは鋼板の最高到達温度のことをいう。
2) Manufacturing method of hot-pressed member The hot-pressed plated steel sheet of the present invention described above is hot-pressed after being heated to a temperature range of Ac 3 transformation point to 1000 ° C. to become a hot-pressed member. The reason for heating above the Ac 3 transformation point before hot pressing is to form a hard phase such as a martensite phase by rapid cooling during hot pressing, thereby increasing the strength of the member. The upper limit of the heating temperature is set to 1000 ° C. because when the temperature exceeds 1000 ° C., a large amount of ZnO is generated on the surface of the plating layer. In addition, the heating temperature here means the highest temperature reached of the steel sheet.
熱間プレス前の加熱時の平均昇温速度は、特に限定されるものではないが、例えば2〜200℃/sが好適である。めっき層の欠陥部では局所的なスケールが生成する場合があるが、それを防止するためには、鋼板が高温条件下に晒される高温滞留時間を極力短くする方が有利なため、平均昇温速度は速いほど好適である。また、最高到達板温における保持時間についても特に限定されるものではないが、上記と同じ理由により短時間とする方が好適であり、好ましくは300s以下、より好ましくは120s以下、さらに好ましくは10s以下とする。 The average rate of temperature rise during heating before hot pressing is not particularly limited, but is preferably 2 to 200 ° C./s, for example. In order to prevent local scale from being generated in the defective part of the plating layer, it is advantageous to shorten the high-temperature residence time during which the steel sheet is exposed to high temperature conditions. The higher the speed, the better. Further, the holding time at the maximum plate temperature is not particularly limited, but it is preferable to shorten the holding time for the same reason as described above, preferably 300 s or less, more preferably 120 s or less, more preferably 10 s. The following.
熱間プレス前の加熱方法としては、電気炉やガス炉などによる加熱、火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱などを例示できる。 Examples of the heating method before hot pressing include heating by an electric furnace or a gas furnace, flame heating, energization heating, high frequency heating, induction heating, and the like.
3) 熱間プレス部材
3-1)部材を構成する鋼板表面
上述したように、20〜95質量%のAlを含有するAl-Zn系合金めっき層とした上で、0.01〜10質量%のCa、または0.01〜10質量%のCa+Mgを含有させた本発明の熱間プレス用めっき鋼板をAc3変態点〜1000℃の温度範囲に加熱後熱間プレスして製造することにより、部材を構成する鋼板表面に、Al、Zn、Ca、FeおよびSi、またはAl、Zn、Ca、Mg、FeおよびSiを含有する表面層を有し、該表面層にはCa表面濃化層が存在する熱間プレス部材が得られる。このような熱間プレス部材は、熱間プレス時に金型にめっきが凝着することがなく生産性の低下がなく、スケールの生成が抑制されており、外観と塗装密着性にも優れる。
3) Hot press material
3-1) Steel plate surface constituting the member As described above, after forming an Al-Zn alloy plating layer containing 20 to 95% by mass of Al, 0.01 to 10% by mass of Ca, or 0.01 to 10% by mass % of the hot-press coated steel sheet of the present invention containing Ca + Mg by produced by pressing between heated after heat temperature range of Ac 3 transformation point to 1000 ° C., the surface of the steel sheet that constitutes the member, A hot-pressed member having a surface layer containing Al, Zn, Ca, Fe and Si, or Al, Zn, Ca, Mg, Fe and Si and having a Ca surface concentrated layer on the surface layer is obtained. It is done. Such a hot press member does not adhere to the mold during hot pressing, does not deteriorate productivity, suppresses the generation of scale, and is excellent in appearance and coating adhesion.
Ca表面濃化層の存在は電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)またはグロー放電発光表面分析装(GDS)により確認することができる。また、Ca表面濃化層の厚さはめっき層中のCa含有率、めっき付着量、ならびに熱間プレス前の加熱温度および加熱速度に依存するものであり、数μｍ程度となるが、0.5μｍ以上であることが好ましい。Al、Zn、Ca、FeおよびSi、またはAl、Zn、Ca、Mg、FeおよびSiを含有する表面層の厚さはめっき組成、めっき付着量、ならびに熱間プレス前の加熱温度および加熱速度に依存する。 The presence of a Ca surface enriched layer can be confirmed by an electron probe microanalyzer (EPMA) or a glow discharge emission surface analyzer (GDS). In addition, the thickness of the Ca surface enriched layer depends on the Ca content in the plating layer, the coating adhesion amount, and the heating temperature and heating speed before hot pressing, and is about several μm, but 0.5 μm The above is preferable. The thickness of the surface layer containing Al, Zn, Ca, Fe and Si, or Al, Zn, Ca, Mg, Fe and Si depends on the plating composition, the amount of plating, and the heating temperature and heating rate before hot pressing. Dependent.
3-2)部材を構成する鋼板
980MPa以上の強度を有する熱間プレス部材を得るには、部材を構成する鋼板として、例えば、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熱延鋼板や冷延鋼板や、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種や、Sb:0.003〜0.03%を、個別にあるいは同時に含有し、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熱延鋼板や冷延鋼板を用いることができる。
3-2) Steel plates constituting the members
In order to obtain a hot pressed member having a strength of 980 MPa or more, as a steel plate constituting the member, for example, in mass%, C: 0.15-0.5%, Si: 0.05-2.0%, Mn: 0.5-3%, P : 0.1% or less, S: 0.05% or less, Al: 0.1% or less, N: 0.01% or less, the hot-rolled steel sheet or cold-rolled steel sheet having a component composition consisting of Fe and inevitable impurities, and the mass %: Cr: 0.01 to 1%, Ti: 0.2% or less, B: 0.0005 to 0.08%, or Sb: 0.003 to 0.03%, individually or simultaneously, the balance being A hot-rolled steel sheet or a cold-rolled steel sheet having a composition composed of Fe and inevitable impurities can be used.
下地鋼板として、質量%で、C:0.23%、Si:0.25%、Mn:1.2%、P:0.01%、S:0.01%、Al:0.03%、N：0.005%、Cr:0.2%、Ti:0.02%、B:0.0022%、Sb:0.008%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し、Ac3変態点が820℃で、板厚1.6mmの冷延鋼板を連続式溶融めっき設備を用い、表1〜3に示すめっき浴組成や処理条件により、Al-Zn系合金めっき層を有する熱間プレス用めっき鋼板を製造した。このとき、ラインスピードは150m/minとし、めっき付着量は片面あたり35〜45g/m2とした。また、めっき層中に含有されるCa、または、CaおよびMgが主として上層に存在させるために、めっき後の冷却速度を15℃/secとした。また、めっき層中に含有されるCa、または、CaおよびMgがAl、Zn、Siから選ばれる1種以上と金属間化合物を形成させるために、めっき層を形成した後、一部の熱間プレス用めっき鋼板に対しては、めっき層の融点よりも40℃低い温度で熱処理を施した。また、めっき処理を施さず冷延鋼板ままの実施例も比較のため製造した。 As a base steel sheet, in mass%, C: 0.23%, Si: 0.25%, Mn: 1.2%, P: 0.01%, S: 0.01%, Al: 0.03%, N: 0.005%, Cr: 0.2%, Ti: Containing 0.02%, B: 0.0022%, Sb: 0.008%, the balance is composed of Fe and inevitable impurities, the Ac 3 transformation point is 820 ° C, and a cold rolled steel sheet with a thickness of 1.6mm is continuous. A hot-pressed plated steel sheet having an Al—Zn alloy plating layer was manufactured using a hot-dip hot-dip plating facility according to the plating bath composition and processing conditions shown in Tables 1 to 3. At this time, the line speed was 150 m / min, and the amount of plating was 35 to 45 g / m 2 per side. In addition, the cooling rate after plating was set to 15 ° C./sec so that Ca or Ca and Mg contained in the plating layer were mainly present in the upper layer. In addition, in order to form an intermetallic compound with one or more of Ca or Ca and Mg contained in the plating layer selected from Al, Zn, and Si, after forming the plating layer, a part of hot The press-plated steel sheet was heat-treated at a temperature 40 ° C. lower than the melting point of the plating layer. In addition, an example in which the cold-rolled steel sheet was not subjected to the plating process was also manufactured for comparison.
そして、Al-Zn系合金めっき層の上層中および表面側の層中にCa、または、CaおよびMgの存在を次のようにして確認した。すなわち、グロー放電発光分析(GDS)装置でめっき層を貫通分析して、Ca、または、CaおよびMgの強度を測定し、それが下地鋼板で測定されるそれぞれの強度を上回っていることをもって存在するとした。 The presence of Ca or Ca and Mg in the upper layer and the surface layer of the Al—Zn alloy plating layer was confirmed as follows. In other words, penetration analysis is performed on the plating layer with a glow discharge emission spectrometry (GDS) device to measure the strength of Ca or Ca and Mg, and it exists when it exceeds the respective strengths measured on the underlying steel plate. Then.
また、金属間化合物の有無は、X線回折、走査型電子顕微鏡(SEM)、電子プローブマイクロアナライザ(EPMA)、オージェ電子分光装置(AES)、X線光電子分光法(XPS)、透過電子顕微鏡(TEM)を用いて確認し、存在が確認された金属間化合物に対してはエネルギー分散型Ｘ線分光法(EDX)、波長分散型Ｘ線分光法(WDX)による組成分析を行った。存在が確認できた金属間化合物を表1〜3に示す。 In addition, the presence or absence of intermetallic compounds, X-ray diffraction, scanning electron microscope (SEM), electron probe microanalyzer (EPMA), Auger electron spectrometer (AES), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), transmission electron microscope ( The composition was analyzed using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and wavelength dispersive X-ray spectroscopy (WDX) for the intermetallic compounds that were confirmed using TEM). Tables 1 to 3 show the intermetallic compounds whose existence was confirmed.
さらに、上記により製造された熱間プレス用めっき鋼板に対して、以下の方法でスケール生成の抑制の程度、すなわち耐スケ−ル性、および金型との凝着性を調査した。
耐スケール性：炉温900℃に設定したマッフル炉(大気雰囲気)に試料を挿入し、7min保持後に取り出し、表面外観を目視観察し、耐スケール性を次のように評価した。このときの昇温速度は3℃/sであった。また、加熱後の鋼板表面のＣａ表面濃化層の存在の有無、ならびに、加熱後の鋼板表面の表面層の成分（Al、Zn、Ca、FeおよびSi、またはAl、Zn、Ca、Mg、FeおよびSiを含有すること）をEPMAで確認した。
スケール無し：○
スケール有り：×
金型との凝着性：図1に示す加熱炉1、摺動工具(材質SKD61)2、ロードセル3からなる高温摺動性試験装置を用いて、鋼板サンプル4を900℃に加熱し、摺動速度：300mm/s、押しつけ荷重：1000kgf（9807N）で摺動試験を行い、摺動試験後の金型表面へのめっきの凝着有無を目視観察し、金型との凝着性を次のように評価した。
金型への凝着無し：○
金型への凝着有り：×
結果を表1〜3に示す。本発明の熱間プレス用めっき鋼板は、いずれも耐スケール性および金型との凝着性に優れていることがわかる。さらに、このようにして製造される本発明の熱間プレス部材は鋼板表面にCa表面濃化層が存在し、耐スケール性および金型との凝着性に優れることにより、生産性が高く、外観および塗装密着性にも優れていた。
Furthermore, the degree of suppression of scale generation, that is, the scale resistance and the adhesion to the mold were investigated for the hot-pressed plated steel sheet produced as described above by the following method.
Scale resistance: A sample was inserted into a muffle furnace (atmosphere) set at a furnace temperature of 900 ° C., taken out after holding for 7 min, the surface appearance was visually observed, and the scale resistance was evaluated as follows. The temperature rising rate at this time was 3 ° C./s. Also, the presence or absence of a Ca surface enriched layer on the steel sheet surface after heating, and the components of the surface layer on the steel sheet surface after heating (Al, Zn, Ca, Fe and Si, or Al, Zn, Ca, Mg, Containing Fe and Si) was confirmed by EPMA.
No scale: ○
With scale: ×
Adhesiveness with mold: Using a high-temperature slidability tester consisting of heating furnace 1, sliding tool (material SKD61) 2 and load cell 3 shown in FIG. A sliding test is performed at a moving speed of 300 mm / s and a pressing load of 1000 kgf (9807N). After the sliding test, the presence or absence of adhesion of plating on the mold surface is visually observed, and the adhesion to the mold is as follows. It was evaluated as follows.
No adhesion to mold: ○
There is adhesion to the mold: ×
The results are shown in Tables 1-3. It can be seen that all the hot-pressed plated steel sheets of the present invention are excellent in scale resistance and adhesion to the mold. Furthermore, the hot press member of the present invention produced in this way has a Ca surface concentrated layer on the steel sheet surface, and is excellent in scale resistance and adhesion to the mold, resulting in high productivity, Excellent appearance and paint adhesion.
1 加熱炉
2 摺動工具(材質SKD61)
3 ロードセル
4 鋼板サンプル
1 Heating furnace
2 Sliding tool (Material: SKD61)
3 Load cell
4 Steel plate sample
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