JP2012514695A - 耐食性に優れたアルミニウムめっき鋼板、それを用いた熱間プレス成形製品、及びそれらの製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
以下、耐食性を向上させることのできるアルミニウムめっき鋼板及びその製造方法についてより詳細に説明する。
アルミニウムめっき付着量は、加熱温度及び加熱保持時間と共に、HPF工程時に(Fe3Al+FeAl)金属間化合物層の形成を促進させる最も重要な構成要素の1つである。合金化めっき鋼板における合金層の成長は、基本的に温度と時間に影響され、めっき付着量が少ないほど、素地鋼板の鉄とアルミニウムとの合金化の速度が増加し、(Fe3Al+FeAl)金属間化合物層の成長が促進する。
めっき浴中のSi含量が増加すると、流動性が増加し、より低い温度のめっき浴でめっきできるという利点があり、従来はめっき浴に多量のSiを添加することがあった。
めっき浴において、Crは、HPF熱処理過程で金属間化合物に固溶して酸化被膜を形成するのに有効な元素として作用するので、本発明においてはCrを添加することができる。Cr含量が0.7重量%を超える場合は、添加量に対する効果が減少し、製造コストの上昇を招くので、Cr含量は0.7重量%以下に制限する。
Moは、めっき層に存在するときHPF熱処理過程で金属間化合物に固溶して酸化被膜を形成するように助ける元素であって、Crより効果的であることが知られている。従って、本発明においては、Moを適正量添加することができるが、Mo含量が0.7重量%を超える場合は、添加量に対する効果が減少し、製造コストの上昇を招くので、Mo含量は0.7重量%以下に制限する。
めっき鋼板の冷却速度を下げると、めっき鋼板の通板速度も下げなければならず、生産性が低下し、鋼板の表面に溶融アルミニウムピックアップ欠陥が発生し得るので、冷却速度は5℃/sec以上にする。また、冷却速度が15℃/secを超える場合は、ベイナイトやマルテンサイトなどの低温組織が生成され、結果として、ブランキング前のめっき鋼板の強度が上昇し、ブランキング金型の寿命が短縮することがあるので、冷却速度の上限は15℃/secに制御する。
本発明は、前述したようなめっき浴を用いてめっきしたアルミニウムめっき鋼板で製造したHPF製品及びその製造方法を提供し、前記HPF製品の製造方法は、1)熱間プレス成形用ブランクを準備する段階、2)前記ブランクを820〜970℃の温度に加熱する段階、3)前記加熱されたブランクを3分以上保持した後に抽出する段階、4)前記抽出したブランクを熱間プレス成形する段階、及び5)前記熱間プレス成形されたブランクを金型に保持させた状態で、20℃/sec以上の冷却速度で200℃以下まで金型冷却を行う段階を含む。このようにして製造された製品は、(Fe3Al+FeAl)金属間化合物層の厚さ占有率が30%以上であり、向上した耐食性を有する。
上記条件でHPF工程を行った本発明の製品においては、(Fe3Al+FeAl)金属間化合物層の厚さ占有率を30%以上にすることが重要である。30%以上の厚さ占有率を有する(Fe3Al+FeAl)金属間化合物層を形成すると、優れた耐食性改善効果を得ることができ、厚さ占有率を40%以上に高めると、局部耐食性がより著しく改善されるので、40%以上に制御することがより好ましい。
ブランクを加熱する温度は、最終製品で必要とする強度レベルによって異なるが、通常、HPF工程ではAc3以上のオーステナイト領域まで加熱することが多い。本発明においては、耐食性の向上に効果的なアルミニウムめっき層の合金化の程度を制御するために、加熱温度を820℃以上とする。加熱温度が820℃未満の場合は、従来のアルミニウムめっき鋼板と同様に、(Fe3Al+FeAl)金属間化合物層の厚さ占有率が30%未満になるので、十分な耐食性の向上を得ることができない。また、加熱温度が970℃を超えて高すぎる場合は、(Fe3Al+FeAl)金属間化合物層の厚さ占有率は高くなるが、経済性や生産性の面で好ましくなく、局部的にアルミニウム酸化物が過剰に形成されてめっき層のバラツキを招くことがある。
ブランクは、上記加熱温度範囲で3分以上保持する。このような温度の保持は、ブランク全体にわたって温度が均一になるようにするための均熱処理であり、全般的に(Fe3Al+FeAl)金属間化合物層の厚さ占有率を30%以上にするためのものである。しかしながら、加熱保持時間は、上限を必ずしも決定する必要はなく、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、状況に応じて選択的に調節して適用できるであろう。加熱保持時間は、3〜10分であることが好ましい。
HPF工程での冷却速度は、鋼板の強度を確保するために鋼板中にマルテンサイト組織を最大限生成させるためのものである。よって、冷却速度が低い場合は、フェライトやパーライトなどのように強度の低い組織が形成されるので、20℃/sec以上の速度で冷却を行う。冷却速度が速いほど、マルテンサイト組織を生成させることが容易であり、製品全体にわたって均一な超高強度を得ることができるので、冷却速度の上限を必ずしも決定する必要はない。ただし、300℃/secを超える冷却速度を実現することは現実的に非常に難しく、かつ冷却のための追加設備を必要とするだけでなく、非経済的であるため、本発明においては、好ましい冷却速度の上限を300℃/secにする。
本実施例は、HPF工程後、加熱温度及び加熱保持時間に関連して(Fe3Al+FeAl)化合物層がめっき層全体に占める占有率に関するものである。本発明において使用可能な鋼板の組成範囲は特に限定されるものではないが、本実施例で実験に使用された鋼板は、C:0.15〜0.35%、Si:0.5%以下、Mn:1.5〜2.2%、P:0.025%以下、S:0.01%以下、Al:0.01〜0.05%、N:50〜200ppm、Ti:0.005〜0.05%、W:0.005〜0.1%、B:1〜50ppm、残部Fe及び他の不可避的不純物を含み、Ti/N:3.4未満、Ceq:0.48〜0.58、Ar3温度は670〜725℃を満たす、複数の熱延鋼板から選択して使用し、めっき浴には9重量%のSiを含め、めっき付着量は20、40、及び80g/m2にそれぞれ制御した。それぞれの場合において、加熱温度は800〜970℃に保持し、(Fe3Al+FeAl)金属間化合物層の占有率は40%以上を目標とした。各加熱温度で3〜10分間保持し、その関係を図2に示した。
本実施例においては、アルミニウムめっき鋼板のめっき付着量及びHPF工程での加熱条件を変更してめっき層中の(Fe3Al+FeAl)層の厚さ占有率が異なる鋼板を製造し、これらの鋼板に対して引張強度と耐食性をそれぞれ評価した。
下記表2は、実施例2の各条件で得られた鋼板断面の合金層を走査電子顕微鏡で観察してめっき層中の金属間化合物層の厚さとそれぞれの耐食性を測定した結果を示したものである。なお、耐食性はCCT塩水噴霧実験(5%NaCl溶液,35℃)で評価し、塩水噴霧時間は24〜96時間とした。
Claims (17)
- 素地鋼板の表面にアルミニウムめっき層が20〜80g/m2のめっき付着量で存在することを特徴とする、耐食性に優れたアルミニウムめっき鋼板。
- 前記めっき層は、12重量%以下のSiを含むことを特徴とする、請求項1に記載の耐食性に優れたアルミニウムめっき鋼板。
- 前記めっき層は、0.7重量%以下のCr及び0.7重量%以下のMoから選択される1種又は2種以上を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の耐食性に優れたアルミニウムめっき鋼板。
- 前記アルミニウムめっき鋼板は、前記素地鋼板として熱延鋼板又は冷延鋼板を使用したものであることを特徴とする、請求項1に記載の耐食性に優れたアルミニウムめっき鋼板。
- 鋼板を750〜850℃に加熱する鋼板加熱段階と、
前記加熱された鋼板を12重量%以下のSiを含むアルミニウムめっき浴に沈積させて20〜80g/m2のめっき付着量でめっき処理する鋼板めっき段階と、
めっきが付着した前記鋼板を5〜15℃/secの冷却速度で常温まで冷却する冷却段階
とを含むことを特徴とする、耐食性に優れたアルミニウムめっき鋼板の製造方法。 - 前記アルミニウムめっき浴には、0.7重量%以下のCr及び0.7重量%以下のMoから選択される1種又は2種以上が含まれることを特徴とする、請求項5に記載の耐食性に優れたアルミニウムめっき鋼板の製造方法。
- 前記鋼板は、熱延鋼板又は冷延鋼板であることを特徴とする、請求項5又は6に記載の耐食性に優れたアルミニウムめっき鋼板の製造方法。
- 熱間プレス成形製品の表面に(Fe3Al+FeAl)化合物層を含むめっき層が存在し、前記(Fe3Al+FeAl)化合物層は、前記めっき層の厚さを基準として占有率が30%以上であることを特徴とする、耐食性に優れた熱間プレス成形製品。
- 前記めっき層は、12重量%以下のSiを含むことを特徴とする、請求項8に記載の耐食性に優れた熱間プレス成形製品。
- 前記鋼板は、熱延鋼板又は冷延鋼板で製造されたアルミニウムめっき鋼板であることを特徴とする、請求項8に記載の耐食性に優れた熱間プレス成形製品。
- 前記めっき層は、0.7重量%以下のCr及び0.7重量%以下のMoから選択される1種又は2種以上を含むことを特徴とする、請求項8又は9に記載の耐食性に優れた熱間プレス成形製品。
- 前記熱間プレス成形製品は、マルテンサイト組織又はマルテンサイトとベイナイトの混合組織であることを特徴とする、請求項8に記載の耐食性に優れた熱間プレス成形製品。
- アルミニウムめっき層を含むアルミニウムめっき鋼板を熱間プレス成形(HPF)用ブランクとして準備するブランク準備段階と、
前記ブランクを820〜970℃の温度に加熱する加熱段階と、
前記加熱されたブランクの温度を保持した後に抽出する温度保持段階と、
前記ブランクを準備された金型に移送して熱間プレス成形する熱間成形段階と、
前記ブランクを前記金型に保持させた状態で金型冷却を行う冷却段階と
を含むことを特徴とする、耐食性に優れた熱間プレス成形製品の製造方法。 - 前記アルミニウムめっき層は、12重量%以下のSiを含むことを特徴とする、請求項13に記載の耐食性に優れた熱間プレス成形製品の製造方法。
- 前記温度保持段階は、3分以上行われることを特徴とする、請求項13に記載の耐食性に優れた熱間プレス成形製品の製造方法。
- 前記冷却段階は、20℃/sec以上の冷却速度で行われることを特徴とする、請求項13に記載の耐食性に優れた熱間プレス成形製品の製造方法。
- 前記冷却段階は、200℃以下になるまで行われることを特徴とする、請求項13又は16に記載の耐食性に優れた熱間プレス成形製品の製造方法。
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