JP2013248645A - 高強度および高耐食性を有する熱間プレス成形部材 - Google Patents

Abstract

【課題】自動車の足回り部材や骨格補強部材などのような高強度を要求される各種部材に必要な、高強度でプレス成形性および塗装後耐食性に優れた熱間プレス成形部材を提供する。
【解決手段】Ｚｎ含有量が１５％以上、Ｎｉ含有量が５％未満である固溶体層上または固溶体層内に形成された、Ｚｎ８５〜７０％含有し、ＮｉとＦｅの合計で１５〜３０％かつＮｉが３〜１５％となる亜鉛合金層を有する皮膜を、表層に有する熱間プレス成形部材である。
【選択図】図１

Description

本発明は、加熱された鋼材をプレス加工して製造される熱間プレス成形部材、特に、自動車の足廻り部品や車体下部補強部材といった、高強度かつ高耐食性を求められる部品に用いられる熱間プレス成形部材に関する。

環境意識の高まりからＣＯ_２の排出量の削減に大きく資する自動車の軽量化がより一層求められている。使用する鋼材の高強度化を図って鋼材の厚みを減らすことにより、自動車を軽量化する努力が続けられている。しかし、高強度化に伴って鋼材の成形性（以降の説明では鋼板のプレス加工性を例にとる）が低下するため、鋼板をプレス成形により所望の形状に加工する際における鋼板のカジリ，破断や、スプリングバック、さらには形状のばらつきといった様々な問題が発生する。

近年、熱間プレス成形技術がこれらの問題の解決策として広く用いられる。熱間プレス成形技術とは、高炭素鋼板を高温に加熱した状態でプレス成形および急冷することにより、高強度鋼板における成形時の上記問題の発生を防ぎながら、焼入れによって所望の高強度を有する熱間プレス成形部材を製造する技術である。

しかし、裸の鋼板ままでは加熱中に密着性が乏しい酸化物が鋼板表面に生成し、この酸化物が熱間プレス成形中に脱落することにより金型や鋼板の表面を損傷させることがあり、プレス金型の手入れを頻繁に行ったり、熱間プレス成形部材にショットブラスト処理といった酸化物除去処理を行う必要が生じ、熱間プレス成形部材の生産性を低下させる一因となる。さらに、このようにして製造された熱間プレス成形部材は、亜鉛めっき等の防錆処理を施されていないため、化成処理および電着塗装を施しても、特に自動車の足廻り部品や車体下部補強部材といった、高強度かつ高耐食性を求められる部品に要求される耐食性を満足できない。

特許文献１には、熱間プレス成形用鋼板にアルミニウムめっきを施す技術が、このような密着性が乏しい酸化物の生成を抑制して熱間プレス成形部材の塗装後耐食性を確保する技術として、開示される。アルミニウムめっき皮膜は、優れた耐酸化性を示すために一部で実用化が進んでいるものの、犠牲防食性を有さないために上記の部品に適用することは難しく、亜鉛系めっきされた熱間プレス成形用鋼板に対する要望が強い。

このような要望に応えるために亜鉛系めっきによる熱間プレス成形用鋼板の開発が進められている。しかし、亜鉛は融点４１９℃，沸点９０７℃であり、実際に熱間プレス成形が行われる温度域では液相または気相となるため、亜鉛めっき層の蒸散や酸化が発生し、残亜鉛量が低下して耐食性が著しく劣化したり、液相状態の亜鉛によりプレス成形時にめっき層の割れが誘発されるという問題がある。この問題を回避する方法が、特許文献２〜６に開示される。

特許文献２には、Ｃ：０．０８〜０．４５％（本明細書では化学組成に関する「％」は特に断りがない限り「質量％」を意味する）、ＭｎおよびＣｒの一方または双方：０．５〜３．０％を含有する鋼板に、Ｆｅ含有量が５〜８０％であるＦｅ−Ｚｎ合金からなるとともにＺｎ付着量が１０〜９０ｇ／ｍ^２であるＺｎめっき層を有し、８００〜１０００℃に加熱されてＺｎＯ層を形成した後にプレスされる熱間プレス用鋼板が開示される。

特許文献３には、Ｃ：０．１〜０．５％、Ｓｉ：０．０５〜０．５％、Ｍｎ：０．５〜３％を含有する鋼板に、めっき層断面が、素地鋼板界面近傍が層状でＦｅを５０〜８０％含有するＺｎ−Ｆｅ合金層からなり、それ以外の部分が、Ｆｅを１０〜３０％含有するＺｎ−Ｆｅ合金相マトリックス中にＦｅを５０〜８０％含有する球状の形態を有するＺｎ−Ｆｅ合金相が島状に分布するＺｎ−Ｆｅ合金めっき層があり、さらに、めっき層の表層に厚さが１０〜１００ｎｍでＦ元素を含有するＺｒ，Ｔｉ，Ｓｉの一種または二種以上の金属酸化物または金属水酸化物の一方または双方の皮膜がある熱間プレス鋼材が開示される。

特許文献４には、表面に亜鉛または亜鉛を含むめっき層を設けた鋼板において、めっき層の上層として設けられた、Ｆｅ，ＮｉおよびＣｏからなる群から選んだ一種または二種以上の金属を主成分として含む金属あるいは合金からなるめっき層を有し、７００〜１０００℃に加熱されてプレスされる熱間プレス成形用鋼材が開示される。

特許文献５には、Ｃ：０．１〜０．８％、Ｍｎ：０．５〜３％を含有する鋼板表面に、Ｚｎ６０％以上を含有するＺｎ系めっきを有し、望ましくは、さらにその表面に、Ｎｉ，Ｃｕ，Ｃｒ，Ｓｎの１種または２種以上の元素を合計で８０％以上含有する層を有する熱間プレス用Ｚｎ系めっき鋼板が開示される。

さらに、特許文献６には、鋼板表面に、順に、６０％以上のＮｉを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなり、付着量が０．０１〜５ｇ／ｍ^２のめっき層Ｉと、１０〜２５％のＮｉを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなり、付着量が１０〜９０ｇ／ｍ^２のめっき層ＩＩとを有する熱間プレス用鋼板が開示される。

特開２０００−３８６４０号公報 特許第３５８２５１２号明細書 特許第４６９５４５９号明細書 特許第３５９１５０１号明細書 特開２００４−１２４２０７号公報 特許第４８８３２４０号明細書

特許文献２により開示される熱間プレス用鋼板によれば、Ｚｎ蒸散は抑制され、耐食性も良好であるとともに液相状態のＺｎによる割れを生じないＺｎめっき皮膜が得られるものの、適用する部品が高い耐食性を要求されるものである場合には耐食性が不足することがあり、さらなる耐食性の改善が求められる。

特許文献３により開示される熱間プレス鋼材では、プレス成形時には熱間プレス成形用鋼板を７８０℃未満まで冷却する必要があるために生産性の低下が避けられず、プレス成形開始温度の高温化が求められる。

特許文献４により開示される熱間プレス成形用鋼材や、特許文献５により開示される熱間プレス用Ｚｎ系めっき鋼板は、上層Ｎｉめっきによる改善効果が著しく、Ｚｎの蒸散を抑えることができ、耐食性が高く、高温での成形でも割れが生じないめっき皮膜を確かに得られるものの、特許文献２により開示される熱間プレス用鋼板と同様に、耐食性の要求が厳しい部品に適用すると、耐食性が不足したり、犠牲防食能を発揮せずに孔食となることがあり、性能の安定性に欠ける。

さらに、特許文献６では、特許文献６により開示される熱間プレス用鋼板の穴あき耐食性は優れるとされるが、本発明者らが実際に確認試験を行なったところ、素地まで達する傷を与えた場合には孔食が誘発され、むしろ耐穴あき腐食性が劣る結果となった。

このように、特許文献２〜４ならびに特許文献６により開示された技術の課題は、高い耐食性の維持と、高温成形時の液相状態の亜鉛に起因する割れによるプロセスウィンドウの幅（加熱温度の許容範囲）の十分な確保とを両立できないことである。すなわち、高い耐食性、特に高い犠牲防食性を確保するためには亜鉛の蒸散を抑え、亜鉛主体のＦｅ−Ｚｎ合金相を残存させることが望ましいが、亜鉛主体のＦｅ−Ｚｎ合金相の融点は最高でも７８０℃であり、加熱温度の許容範囲が狭くなる（プロセスウィンドウの狭幅化）。一方、耐食性とプロセスウィンドウの確保の両立が可能な技術である上層Ｎｉめっき技術（特許文献５）は、性能の安定性に課題がある。

本発明者らは、上記課題を解決するためには上層Ｎｉめっき技術による性能の安定化を図ることが最も有効であると考え、鋭意検討を重ねた結果、
（Ａ）合金めっき層の残存ならびに合金めっき層中のＦｅ，Ｎｉの濃度が、耐食性と高温成形時の割れに大きく影響すること、および
（Ｂ）固溶体層中のＮｉ濃度の抑制が、長期間の犠牲防食能と耐穴あき腐食性に大きく影響すること
を知見した。

すなわち、Ｆｅ−Ｚｎ合金では７８０℃以上ではどの合金めっき相でも液相となるが、ここにＮｉを加えると新しい合金めっき相としてＦｅ−Ｎｉ−Ｚｎ合金めっき相が形成され、この合金めっき相の融点が７８０℃以上であることによりＦｅ−Ｚｎの二元系合金よりも高温まで液相が生成せず、Ｚｎが蒸散せずに残存するために耐食性が向上し、かつ高温で凝固するために高温成形時の割れが発生しない。従来の技術ではこの知見に基づき、Ｚｎめっき上にＮｉなどの金属または合金を少量めっき（フラッシュめっき）して表層のみ高融点化することが提案されていたが、素地鋼材における上層のめっき量のみに着目しており、下層のめっき層の組成や熱間プレス成形後の皮膜構造は考慮していないため、熱間プレス成形で所望の融点を備える合金めっき相を安定して形成することができず、Ｚｎ蒸散や液相の生成を十分に制御できなかったために性能が得られなかったと考えられる。

また、耐食性と高温成形時の割れの回避を望むあまりに上層Ｎｉめっき量を増やし過ぎた場合や、Ｎｉ濃度の高いＺｎ−Ｎｉ合金めっきを選択した場合、高価なＮｉを多量に使用することによりコスト的に不利になるばかりでなく、固溶体層のＮｉ濃度も高くなり、短期間は犠牲防食能を発揮するものの、Ｚｎの豊富な合金めっき相を消費し尽くした後にさらに腐食が進むにつれて孔食的となり、耐食性に劣る結果となると考えられる。これは、固溶体層中のＮｉ濃度が高くなることにより素地鋼材との電位差が小さくなり過ぎるために発生すると考えられる。このような腐食が進むにつれて孔食的となる傾向は、特許文献６により開示されるようなめっき層と鋼材界面にＮｉを多量の含む場合に特に見られる。

図１は、カーケンダルボイドと呼ばれる拡散性の空隙が生成した状況を示す断面ＳＥＭ写真である。
他にも、上層Ｎｉめっき量を増やし過ぎた場合や、Ｎｉ濃度の高いＺｎ−Ｎｉ合金めっきを選択した場合には、固溶体層から素地鋼材中へのＺｎやＮｉの拡散速度と、素地鋼材から固溶体層へのＦｅの拡散速度と、固溶体層から合金めっき相へのＦｅの拡散速度と、合金めっき相から固溶体層へのＺｎやＮｉの拡散速度との間の差が大きくなり、図１の断面ＳＥＭ写真により示されるような、カーケンダルボイドと呼ばれる拡散性の空隙が生成し易くなる。このような空隙は、加工時に皮膜割れを起こす原因となり、空隙が多くなると合金めっき相の剥離をも引き起こし、卑な合金相を大きく失ってしまう。そのため、耐食性に劣る結果となると考えられる。

本発明者らは、熱間プレス成形の前後の合金めっき相中のＦｅ濃度とＮｉ濃度，ならびに熱間プレス成形後の固溶体層中のＮｉ濃度を制御することにより、耐食性とプロセスウィンドウの確保を高次元で両立でき、かつ安定して性能を発揮することができることを知見して、本発明を完成した。

本発明は、Ｚｎ含有量が１５％以上、望ましく３０％以上、Ｎｉ含有量が５％未満である固溶体層上または固溶体層内に形成された、質量％でＺｎ８５〜７０％含有し、ＮｉとＦｅの合計で１５〜３０％、望ましくは１７〜２４％、かつＮｉが３〜１５％、望ましくは５〜１２％となる亜鉛合金層を有する皮膜を、表層に有することを特徴とする熱間プレス成形部材である。

本発明では、固溶体層中のＮｉ濃度は４．０％未満であることが望ましく、より望ましくは３．０％未満である。
なお、ＮｉとＦｅの合計で１５〜３０％となる亜鉛合金層は、Ｆｅ−Ｚｎ合金のΓ相とＮｉ−Ｚｎ合金のγ相の中間的な、両相とは異なる別の相であるが、格子間隔などが近いためにＸ線回折法などではこれら３相の区別は難しいため、断面からのＳＥＭ−ＥＤＸ分析などの組成分析可能な機器を使用することにより判別される。

本発明では、亜鉛合金層の一部または全部が、金属状態で存在するＡｌを０．０１％以上含有することがより望ましい。Ａｌは、Ｎｉ，Ｚｎと親和性が高く、高融点の合金を形成するためにＺｎの蒸散抑制に効果がある。このようなＡｌは、合金層に金属状態で存在することが必要であるが、このことは断面からのＥＰＭＡ分析などによりＯ，Ａｌ，Ｆｅ，ＮｉやＺｎの存在位置を特定し、比較することにより判別される。

本発明では、亜鉛合金層が、皮膜の厚み方向に分散して形成されることが望ましい。
このような皮膜を形成するための熱間プレス成形用鋼材としては、例えば鋼板上にめっき層全体としてＦｅとＮｉの合計で１２〜２５％、望ましくは１５〜２３％、かつＮｉ／Ｆｅ比が０．１５以上、望ましくは０．２〜１．５、より望ましくは０．２５〜１．０となる、Ｚｎを含むめっき層を設けたものが例示される。

特に、鋼板上に設けた皮膜がＦｅを含む亜鉛合金めっき層を下層とし、当該めっき層の上層として、Ｎｉを主成分として含む金属あるいは合金からなるめっき層を設けたものが、より望ましい。このような鋼材を使用し、通常の方法により熱間プレス成形を行えば上述の皮膜を有する熱間プレス成形部材を得ることができる。

以上のような鋼材を用い、前記皮膜を有する熱間プレス成形部材とすることにより、７８０℃以上の高温で熱間プレス成形を行っても割れが発生せず、腐食の厳しい部位に適用可能な高い耐食性を有する熱間プレス成形部材を安定して製造することができるようになる。

図１は、カーケンダルボイドと呼ばれる拡散性の空隙が生成した状況を示す断面ＳＥＭ写真である。 図２は、断面ＳＥＭ写真である。 図３は、断面ＳＥＭ写真である。

以下、本発明における各限定範囲について詳細に説明する。
１．熱間プレス成形部材の固溶体層
固溶体層は、ＦｅにＺｎが固溶した相であり、Ｚｎを主体とする後述の亜鉛合金相と全く同等ではないものの犠牲防食性を有する。この固溶体層にＮｉが含まれると、急激に貴化が進み、僅か数％の含有で素地のＦｅよりも貴な電位となり、孔食を誘発する。固溶体層中のＺｎの減少に伴ってより少量のＮｉでも貴化程度が大きくなるため、固溶体層中のＮｉ濃度は５．０％未満とし、４．０％未満であることがより望ましく、３．０％未満であることはさらに望ましい。

固溶体層中のＺｎ含有量が１５％未満では例えＮｉが含まれなくても素地のＦｅとの電位差がほぼ無くなるため、防食層としての固溶体層のＺｎ濃度は下限を１５％とする。本発明では固溶体層中にＮｉが不可避的に含まれるため、固溶体層のＺｎ濃度は２０％以上が好ましく、３０％以上がより望ましい。

ここで、防食層としての固溶体層のさらに下層にＺｎ濃度が１５％以下でＮｉを含まない固溶体層が形成されても本発明の効果を損なわれることはない。

２．熱間プレス成形部材の亜鉛合金相
亜鉛合金相は、上述の固溶体層上または固溶体層内に存在する。亜鉛合金層は、皮膜の厚み方向に分散して形成されることが望ましい。卑な合金相が貴化した固溶体層を分断するように存在することによって腐食の経路を分散でき、より孔食を抑制することができる。亜鉛合金相中のＦｅ，Ｎｉ，Ｚｎの濃度比は、高温での成形性と耐食性に大きく影響する要素である。

亜鉛合金相中のＮｉとＦｅの濃度の合計が１５％未満またはＮｉが３％未満では、亜鉛合金相の融点が７８０℃超に上昇せず、７８０℃以上では液体のままであるために熱間プレス成形時に割れを誘発する。一方、Ｎｉ濃度が高ければ高いほど融点は高くなるが、実際にプレス成形される際の温度で固相であればよく、また、亜鉛合金相中のＮｉとＦｅの濃度の合計が３０％を超えるか、あるいはＮｉ濃度が１５％を超えると効果が飽和し、コストの増加を招くだけとなる。さらに、Ｎｉ濃度が高いと上述のカーケンダルボイドと呼ばれる拡散性の空隙が発生し易くなるため、Ｎｉ濃度は所望の融点を備える中で可能な限り少ないほうが望ましい。

そこで、亜鉛合金相におけるＮｉとＦｅの濃度の合計：１５〜３０％，Ｚｎ：８５〜７０％とする。
実際のプレス成形温度と耐食性の観点から、ＮｉとＦｅの濃度の合計：１７〜２４％，Ｎｉの濃度：５〜１２％，Ｚｎ：８３〜７６％となる亜鉛合金層であることがより望ましい。

このような範囲で融点が所望の温度となるように、Ｆｅ，Ｎｉの濃度を調整すればよい。
本発明に係る熱間プレス成形部材は、前記固溶体層上または固溶体層内に形成されたこの亜鉛合金層を有する皮膜を、表層に有するものである。

３．亜鉛合金層のＡｌ
Ａｌは、Ｎｉ，Ｚｎと親和性が高く、高融点の合金を形成するために少量でもＺｎの蒸散抑制に効果がある。このようなＡｌは、亜鉛合金層に金属状態で存在することが必要であり、亜鉛合金相の一部または全部が、金属状態で存在するＡｌを０．０１％以上含有することが望ましい。一方、同じＡｌ化合物でも酸化物は化成処理性などに悪影響を与え、塗膜の密着性を劣化させるため、可能な限り存在しないことが望ましい。

以上説明した亜鉛合金相や固溶体層の組成は、断面からのＳＥＭ−ＥＤＸ測定によるＢＳＥ測定と点分析との組み合わせや、断面からのＥＰＭＡ分析によるＺｎ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｏの分布を比較すること等により確認される。

４．熱間プレス用鋼材
（１）素地鋼材
本発明に係る熱間プレス成形部材を得るための、熱間プレス用鋼材について説明する。

熱間プレス用鋼材の素地鋼材は、溶融亜鉛系めっきを施す場合にはめっき時のめっき濡れ性，めっき後のめっき密着性が良好であれば特に限定を要さず、また、電気亜鉛系めっきを施す場合にはめっき後のめっき密着性が良好であれば特に限定を要さないが、熱間プレス成形の特性として、熱間でのプレス成形後に急冷して高強度，高硬度とする焼入れを行うため、焼入れ鋼、例えば高張力鋼板が実用上は特に望ましい。

このような高張力鋼板ではＳｉを多量に含有する場合があり、ステンレス鋼などとともにめっき濡れ性やめっき密着性に問題がある鋼種であるが、そのようなめっき濡れ性やめっき密着性に問題がある鋼種であっても、プレめっき処理等の公知のめっき密着性向上手法を用いてめっき密着性を改善することにより、本発明に係る熱間プレス成形部材の素地鋼材として用いることができる。また、このような密着性向上手法を用いた場合でも、固溶体層のＮｉ濃度が５.０％未満であれば本発明の範囲内である。

鋼板の焼入れ後の強度は、主として含有炭素（Ｃ）量によって決定されるため、高強度が必要な場合には、Ｃ含有量を０．１％以上とすることが望ましい。一方、Ｃ含有量が高くなり過ぎると熱間プレス成形部材の靭性が低下するおそれがあるため、Ｃ含有量は３．０％以下とすることが望ましい。

その他、鋼板の焼入れ性を高め、かつ熱間プレス成形後の強度を安定して確保するために、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｐ，Ｓ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｖ，Ｔｉ，Ｎｂ，Ａｌ，Ｎ等を必要に応じて含有してもよく、さらに脱酸剤としてＢを必要に応じて含有してもよい。

素材としての一般的なプレス成形用鋼材の形態は板材が主流であるが、本発明の対象としては鋼材の形状は特に問わず、棒材、線材、管材などを素材として用いてもよい。

（２）めっき皮膜
本発明に係る熱間プレス成形部材を得るための素地鋼材の上に設けるめっき皮膜としては、熱間プレス成形後に前記組成を有する、亜鉛合金相および固溶体層を有する皮膜を形成できれば、特に限定しないが、熱間プレス成形工程における生産性を考慮すれば、めっき層全体としてＦｅとＮｉの濃度の合計で１２〜２５％かつＮｉ／Ｆｅ比が０．１５以上となる、Ｚｎを含んだ皮膜であることが望ましい。Ｎｉ／Ｆｅ比が０．１５未満では加熱中にＦｅの拡散が進んでも本発明に係る熱間プレス成形部材の組成とならず、ＦｅとＮｉの濃度の合計が１２％未満では長時間加熱しない限り本発明に係る熱間プレス成形部材の組成とならず、７８０℃以上の融点を備えないために７８０℃以上でのプレス成形時に割れが誘発される。一方、ＦｅとＮｉの濃度の合計が２５％を越えると高温での保持時間を長くしても熱間プレス成形後の固溶体層中のＮｉ濃度が高くなり過ぎるため、上限とした。より望ましい範囲はＦｅとＮｉの濃度の合計で１５〜２３％かつＮｉ／Ｆｅ比が０．２０〜１．５であり、さらに望ましくはＮｉ／Ｆｅ比が０．２５〜１．０である。

このような皮膜を設ける手法は特に限定しないが、例えば電気めっき法や溶融めっき法、ならびに両手法の組み合わせなどによって得ることができる。また、電気めっき法，溶融亜鉛めっき法ともに前記皮膜を単一の組成のめっき浴から形成してもよいが、製造のコストや浴の安定性や品質の安定性の観点からＦｅを含む亜鉛合金めっき層を下層とし、当該めっき層の上層として、Ｎｉを主成分として含む金属あるいは合金からなるめっき層を設けることが望ましい。特に下層のめっき層を合金化溶融亜鉛めっきとし、上層を電気めっき法で形成することはより望ましい。

他方、下層にＮｉ濃度の高いめっきを施すことは、固溶体層のＮｉ濃度を高めることになるため、長時間の加熱保持などによって固溶体層のＮｉ濃度が本発明で規定している範囲内に入る場合を除き、望ましくない。

ここで、合金化溶融亜鉛めっき皮膜の中にはＡｌ，Ｍｇ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｖ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗなどが一種または二種以上を必要に応じて適宜添加しても本発明の効果はなんら損なわれることはなく、Ｎｉも上層めっきのＮｉと合わせて本発明で規定している範囲内であれば合金化溶融亜鉛めっき皮膜中に含まれていてもよい。

上層のＮｉを主成分として含む金属または合金めっきとしてはＮｉ単体の他にＮｉ−Ｆｅ，Ｎｉ−Ｚｎ，Ｎｉ−Ｃｏ，Ｎｉ−Ｃｒなどがあり、Ｎｉ量が本発明の範囲内であれば同様の効果を発揮するが、コストと製造安定性の観点からＮｉ単体めっきであることが望ましい。

なお、下層，上層のめっきともに、上記の意図した添加元素の他に原料に含まれる不純物や製造工程において不可避的に混入する不純物が含まれることがあるが、本発明の効果は何ら損なわれることはない。

電気めっき浴としては塩化物浴，硫酸浴，スルファミン酸浴の他に、Ｎｉを効率よくめっきできる浴であれば特に制限はないが、工業的に扱い易い硫酸浴や、塩化物浴と硫酸浴の混合浴の使用が望ましい。また、電流密度，浴温，ｐＨ，流速などのその他のめっき条件についてはコゲが発生しない範囲で均一な皮膜が得られる条件を選べばよい。

これらめっき層の形成後、必要に応じて後処理を行ってもよい。本発明の範囲内であれば通常は塗膜の密着性にはなんら問題はないが、よりいっそうの密着性を求める場合や、熱間プレス成形前に予め部材に近い形状に成形するために潤滑性が要求される場合、さらには溶接性の改善が要求される場合、その他の場合に、それぞれの目的に応じた処理を行ったものであっても、めっき層が本発明の範囲内であれば効果が損なわれることはなく、本発明の範囲内である。

５．熱間プレス成形方法
本発明に係る熱間プレス成形部材の熱間プレス成形法は、特に制限はなく、通常行われているプレス成形を熱間で行えばよい。すなわち、鋼材を加熱し、Ａｃ_３点以上の温度域から臨界冷却速度以上の速度でプレス成形する。

ここで、耐食性をより発揮するためには、亜鉛合金相が多く残存することが有効であるため、大気中または微酸化雰囲気中で加熱を行ない、昇温速度は速く、かつ熱間プレス部材に形成されるめっき層の融点以上の温度での保持時間は素地鋼材中のＣが完全に溶解するために必要な時間以上で短いことが望ましい。具体的には、昇温速度は１０℃／ｓｅｃ以上であることが望ましく、保持時間は３分間未満であることが望ましく、１分間未満であることがさらに望ましい。さらに、亜鉛合金相を皮膜の厚み方向に分散させるためには保持時間は１０秒間未満であることが望ましく、５秒間未満であることがさらに望ましい。

プレス成形開始温度は、本発明に係る熱間プレス成形部材が備える亜鉛合金層の融点未満であれば如何なる温度でもよいが、本発明の効果をより享受するためには７８０℃以上でのプレス成形であることが望ましい。

次に、実施例によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。
素地鋼材として通常の熱延工程および冷延工程により製造された、鋼成分としてＣ：０．２１％，Ｓｉ：０．２％，Ｍｎ：１．３％，Ｐ：０．００５％，Ｓ：０．００１％，Ｃｒ：０．２％，Ｂ：０．００２％を含む冷延鋼板（板厚１．６ｍｍ）を用いた。

実施例１〜２１についてはこの冷延鋼板上に下層として表１に示す付着量，組成となるように溶融亜鉛めっき又は合金化溶融亜鉛めっきを施し、そのうち、実施例１〜１４，１６〜１７については上層としてＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ＝２４０ｇ／Ｌ，ＮｉＣｌ_２・６Ｈ_２Ｏ＝４５ｇ／Ｌ，Ｈ_３ＢＯ_３＝３５ｇ／Ｌを含む電気Ｎｉめっき浴を用いて攪拌を十分に行いながら浴温４５℃，電流密度２０Ａ／ｄｍ^２で表１に示す付着量となるように電気Ｎｉめっきを施した。

実施例１５と実施例２２では、上層めっきとしてＺｎ−Ｎｉ合金めっきを施した。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっきは、ＺｎＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ＝８６ｇ／Ｌ，ＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ＝３１５ｇ／Ｌ、Ｎａ（ＳＯ_４）_２＝７５ｇ／Ｌを含むめっき浴を用いて相対流速１ｍ／ｓで流動を与えつつ、浴温５０℃，電流密度４０Ａ／ｄｍ^２にて表１に示す付着量となるように施した。実施例２２の下層Ｎｉめっきは実施例１〜１４などと同条件で施した。

得られためっき鋼板を空燃比１：１のガス炉または通電加熱により８８０℃に所定の平均昇温速度で加熱し、所定時間保持した後に取り出して７８０℃以上の所定の温度でプレス加工を行った。

このように作製した熱間プレス成形部材の一部を切り出してエポキシ系樹脂に埋め込んだ後に研磨し、断面観察用の試料を作製した。この断面観察用の試料について、合金相の有無，合金相中のＦｅ濃度およびＮｉ濃度，合金相中のＡｌの有無，固溶体層のＮｉ濃度についてはＳＥＭ−ＥＤＸ分析により、合金相中のＡｌについては断面からのＥＰＭＡ分析も併用して、確認を行った。結果を表１にまとめて示す。

熱間プレス成形部材の割れ，電着塗装後の耐食性，腐食形態について評価を行った。評価方法を以下に列記するとともに、評価結果を表１にまとめて示す。

（１）耐プレス割れ性試験（割れ）
熱間プレス成形部材の割れは、プレス加工の金型に９０度のＶ曲げ型のものを用い、プレス成形後の割れの有無を目視により評価した。成形開始温度は予め熱電対を付けた試料の、炉から取り出した後の時間による温度変化を測定しておき、所定の温度となる時間放冷することにより制御した。評価基準は、成形開始時の鋼板温度が８２０℃での成形で割れの観察されなかったものを◎とし、同じく８００℃の成形で割れの観察されなかったものを○とし、同じく８００℃の成形で割れが観察されたものを×とし、◎と○を合格とした。

（２）塗装後耐食性試験（耐食性）
塗装後の耐食性は、平板状のプレス金型を用い、炉から取り出した後に鋼板温度が８００℃に達したときにプレス金型で挟み込んで急冷して得られた部材に日本パーカラインジング（株）製ＰＢＬ−３０８０で通常の化成処理条件によりリン酸亜鉛処理した後、関西ペイント製電着塗料ＧＴ−１Ｏを電圧２００Ｖのスロープ通電で電着塗装し、焼付け温度１５０℃で２０分間の焼付けを行い、２０μｍの塗膜を得た。

得られた試験片の塗膜にカッターナイフで素地まで達するスクラッチ傷を入れ、ＪＩＳ Ｈ ８５０２に規定された中性塩水噴霧サイクル試験を３６０サイクル行った。傷部からの塗膜膨れ幅もしくは錆幅を測定し、塗装後耐食性の評価とした。評価基準は塗膜膨れ幅または錆幅のいずれか大きいほうの値が５ｍｍ未満を○とし、５ｍｍ以上を×とし、○を合格とした。

（３）腐食形態観察（腐食形態）
腐食形態の評価は、前記の塗装後耐食性試験を行った後の試験片からスクラッチ部をスクラッチ傷に対して垂直に切り出し、エポキシ系樹脂に埋め込んだ後に研磨し、塗膜膨れ部もしくは錆部の先端を観察して行なった。

評価基準は、図２の断面ＳＥＭ写真に示すような錆中に貴な固溶体層が見られない物を全面とし、図３の断面ＳＥＭ写真に示すような錆中に貴な固溶体層が腐食していない金属部と繋がって残存して貴な固溶体層の下部が腐食している物を孔食状とし、さらに、錆中に貴な固溶体層は存在するが腐食していない金属部と繋がっていない物をやや孔食状とし、全面ならびにやや孔食状の腐食形態を合格とした。

固溶体層中のＮｉ濃度が高くなり過ぎると素地鋼材の電位よりも貴となるため、固溶体層よりも先に素地鋼材が腐食され、孔食へと繋がることになる。そのため、金属部と繋がって残存して存在し、その下部が腐食している腐食形態は孔食発生有無の指針となる。

本発明例である代符３〜６，１５〜２０，１７は耐プレス割れ性，塗装後耐食性，腐食形態がいずれも良好であった。
一方、熱間プレス成形後に合金相が存在しない代符１〜２，１５，２１は、塗装後耐食性が不合格である。合金相の組成が本発明の範囲から外れている代符１６，１８〜２０は、耐プレス割れ性が不合格である。熱間プレス成形後の固溶体層中Ｎｉ濃度が高過ぎる代符７〜８，２２は、腐食形態が孔食状である。このように、比較例には、耐プレス割れ性，塗装後耐食性，腐食形態の全てが合格レベルを満足するものは存在しなかった。

Claims (3)

1. 質量％で、Ｚｎ含有量が１５％以上、Ｎｉ含有量が５．０％未満である固溶体層上または固溶体層内に形成された、質量％でＺｎ８５〜７０％含有し、ＮｉとＦｅの合計で１５〜３０％かつＮｉが３〜１５％となる亜鉛合金層を有する皮膜を、表層に有することを特徴とする熱間プレス成形部材。
2. 前記亜鉛合金層の一部または全部は、金属状態で存在するＡｌを０．０１質量％以上含有することを特徴とする請求項１に記載の熱間プレス成形部材。
3. 前記亜鉛合金層は、前記皮膜の厚み方向に分散して形成される請求項１または請求項２に記載の熱間プレス成形部材。