JP2015081368A - ホットスタンプ鋼材の製造方法、ホットスタンプ用鋼板の製造方法及びホットスタンプ用鋼板 - Google Patents

Abstract

【課題】塗装密着性を高めるホットスタンプ鋼材の製造方法を提供する。
【解決手段】本実施形態のホットスタンプ鋼材の製造方法は、鋼板を準備する工程と、鋼板に対して、Ａｌを含有する溶融亜鉛めっき浴を利用した溶融亜鉛めっき処理を実施する工程と、溶融亜鉛めっき処理された鋼板を１．０〜６．０％の伸び率で冷間圧延する工程と、冷間圧延後の鋼板をＡ_c3点〜９５０℃に加熱した後、金型を用いて鋼板をプレスしながら焼入れしてホットスタンプ鋼材を成形する工程とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、鋼材の製造方法に関し、さらに詳しくは、ホットスタンプを利用したホットスタンプ鋼材の製造方法に関する。

自動車等に用いられる構造部材を高強度にするために、ホットスタンプにより構造部材を製造する場合がある。ホットスタンプでは、Ａ_c3点以上に加熱された鋼板を、金型でプレスしつつ、金型で鋼板を急冷する。つまり、ホットスタンプでは、プレスと焼入れとを同時に行う。ホットスタンプにより、形状精度が高く、高強度の構造部材を製造できる。

鋼板に対してホットスタンプを実施した場合、鋼板表面に鉄酸化物が形成される。鉄酸化物は鋼板の塗装密着性を低下する。つまり、鉄酸化物が形成された場合、鋼板表面を塗装しても、塗膜が剥離しやすい。

特開２００３−７３７７４号公報（特許文献１）及び特開２００３−１２９２０９号公報（特許文献２）及び特開２００３−１２６９２１号公報（特許文献３）は、塗装密着性を改善する技術を提案する。

特許文献１〜特許文献３では、ホットスタンプ用鋼板として、溶融亜鉛めっき鋼板又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板を利用する。溶融亜鉛めっき鋼板又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板をホットスタンプに利用することにより、鉄酸化物が表面に形成されることなく、構造部材を成形できる。

特開２００３−７３７７４号公報 特開２００３−１２９２０９号公報 特開２００３−１２６９２１号公報

しかしながら、溶融亜鉛めっき鋼板又は合金化溶融亜鉛めっき鋼板をホットスタンプに利用した場合、りん酸塩処理により形成されるりん酸塩皮膜が付着しにくい（つまり、りん酸塩処理性が低い）場合がある。特に、ホットスタンプ工程において、通電加熱又は誘導加熱により鋼板をＡ_c3点以上に急速に加熱した後、速やかにプレス成形を行う場合、りん酸塩処理性が低下する。この場合、塗装密着性も低下する。

本発明の目的は、塗装密着性を高めるホットスタンプ鋼材の製造方法を提供することである。

本実施の形態によるホットスタンプ鋼材の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｂ：０〜０．００５％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ｃｒ：０〜０．５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｎｉ：０〜１．０％、及び、Ｍｏ：０〜０．５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼板を準備する工程と、鋼板に対して、Ａｌを含有する溶融亜鉛めっき浴を利用した溶融亜鉛めっき処理を実施する工程と、溶融亜鉛めっき処理された鋼板を１．０〜６．０％の伸び率で冷間圧延する工程と、冷間圧延後の鋼板をＡ_c3点〜９５０℃に加熱した後、金型を用いて鋼板をプレスしながら焼入れしてホットスタンプ鋼材を成形する工程とを備える。

本実施形態によるホットスタンプ鋼材の製造方法により製造されたホットスタンプ鋼材では、塗装密着性が高まる。

図１は、溶融亜鉛めっき処理後に冷間圧延を実施することなくホットスタンプを実施した鋼材に対してりん酸塩処理を実施した場合の鋼材表面のＳＥＭ画像（倍率１０００倍）である。 図２は、溶融亜鉛めっき処理後に３．０％の伸び率で冷間圧延を実施して、さらにホットスタンプを実施した鋼材に対してりん酸塩処理を実施した場合の鋼材表面のＳＥＭ画像（倍率１０００倍）である。 図３は、通常のスキンパス（伸び率０．３％）を実施して製造されたホットスタンプ用鋼板の表面の反射電子組成像（倍率１０００倍）である。 図４は、本実施形態による強圧下の冷間圧延（伸び率５．０％）を実施して製造されたホットスタンプ用鋼板の表面の反射電子組成像（倍率１０００倍）である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

本発明者らは、ホットスタンプ鋼材の塗装密着性に関して調査及び検討を行った。その結果、本発明者らは次の知見を得た。

溶融亜鉛めっき処理に利用される溶融亜鉛めっき浴（以下、単にめっき浴という）には、Ａｌが含有される。めっき浴の温度は４４０〜４８０℃程度であり、高温である。このような高温下でＦｅとＺｎとが接触すると、ＦｅとＺｎとが継続的に合金化して、めっき皮膜厚さの制御が困難となる。めっき浴にＡｌが含有されれば、ＦｅとＺｎとが反応する前に、ＦｅとＡｌとが反応してＺｎとの過剰な合金化反応を抑制するため、めっき皮膜厚さの制御が可能となる。そのため、通常、溶融亜鉛めっき浴にはＡｌが含有される。

溶融亜鉛めっき浴にＡｌが含有されるため、溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層にもＡｌが含有される。めっき層中のＡｌは拡散してめっき層の表層に移動して、Ａｌ酸化膜を形成する。Ａｌ酸化膜はりん酸に溶解しないため、りん酸塩（りん酸亜鉛、りん酸マンガン等）との反応が阻害される。そのため、Ａｌ酸化膜が形成された領域では、りん酸塩皮膜が形成されにくい。つまり、Ａｌ酸化膜が形成された領域は、りん酸塩処理性が低い。

そこで、本実施形態では、ホットスタンプ用鋼板を製造した後、ホットスタンプを実施する前に、ホットスタンプ用鋼板に対して、１．０％以上の伸び率で冷間圧延を実施する。以下、１．０%以上の伸び率を「強圧下」という。この場合、ホットスタンプ用鋼板の表層に形成されたＡｌ酸化膜の一部は、強圧下の冷間圧延により表層から剥離する。さらに、剥離しなかったＡｌ酸化膜は、強圧下の冷間圧延により破壊される。Ａｌ酸化膜が剥離又は破壊されたホットスタンプ用鋼板を用いた場合、ホットスタンプ後のホットスタンプ鋼材のりん酸塩処理性が高まる。その結果、ホットスタンプ鋼材の塗装密着性が高まる。

以上の知見に基づいて完成した本実施形態のホットスタンプ鋼材の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｂ：０〜０．００５％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ｃｒ：０〜０．５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｎｉ：０〜１．０％、及び、Ｍｏ：０〜０．５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼板を準備する工程と、鋼板に対して、Ａｌを含有する溶融亜鉛めっき浴を利用した溶融亜鉛めっき処理を実施する工程と、溶融亜鉛めっき処理された鋼板を１．０〜６．０％の伸び率で冷間圧延する工程と、冷間圧延後の鋼板をＡ_c3点〜９５０℃に加熱した後、金型を用いて鋼板をプレスしながら焼入れしてホットスタンプ鋼材を成形する工程とを備える。

この場合、強圧下の冷間圧延により、ホットスタンプ用鋼板の表層に形成されたＡｌ酸化膜が剥離又は破壊される。そのため、ホットスタンプ鋼材のりん酸塩処理性及び塗装密着性が高まる。

上記溶融亜鉛めっき処理をする工程では、溶融亜鉛めっき処理された鋼板を加熱して合金化処理を実施してもよい。

この場合、ホットスタンプ用鋼板として、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を利用できる。合金化溶融亜鉛めっき鋼板であっても、上述の効果が得られる。

上記製造方法はさらに、冷間圧延後であってホットスタンプ鋼材を成形する前に、溶融亜鉛めっき処理された鋼板の表面に防錆油膜を形成する工程を備えてもよい。

冷間圧延後、ホットスタンプを実施するまでの間の期間が長い場合に、ホットスタンプ用鋼板の表面に錆が発生するのを抑制できる。

上記製造方法はさらに、防錆油膜が形成された鋼板に対してブランキング加工を実施する工程を備えてもよい。この場合、ホットスタンプ鋼材を成形する工程では、ブランキング加工が実施されたホットスタンプ用鋼板を利用する。

本実施の形態によるホットスタンプ用鋼板の製造方法は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｂ：０〜０．００５％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ｃｒ：０〜０．５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｎｉ：０〜１．０％、及び、Ｍｏ：０〜０．５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼板を準備する工程と、鋼板に対して、Ａｌを含有する溶融亜鉛めっき浴を利用した溶融亜鉛めっき処理を実施する工程と、溶融亜鉛めっき処理された鋼板を１．０〜６．０％の伸び率で冷間圧延する工程とを備える。

この場合、強圧下での冷間圧延により、ホットスタンプ用鋼板の表層に形成されたＡｌ酸化膜が剥離又は破壊される。そのため、後工程のホットスタンプにより製造されたホットスタンプ鋼材のりん酸塩処理性及び塗装密着性が高まる。

本実施の形態によるホットスタンプ用鋼板は、母材と、合金化溶融亜鉛めっき層とを備える。母材は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｂ：０〜０．００５％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ｃｒ：０〜０．５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｎｉ：０〜１．０％、及び、Ｍｏ：０〜０．５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する。合金化溶融亜鉛めっき層は、母材上に形成される。合金化溶融亜鉛めっき層の表面のクラックの総長さは１００００μｍ²あたり２００μｍ以上である。

この場合、ホットスタンプ用鋼板の表層では、クラックによりＡｌ酸化膜が十分に破壊及び分断されている。そのため、後工程のホットスタンプにより製造されたホットスタンプ鋼材のりん酸塩処理性及び塗装密着性が高まる。

以下、上述のホットスタンプ鋼材及びホットスタンプ用鋼板の製造方法について詳述する。

［製造工程］
本実施形態によるホットスタンプ鋼材の製造方法は、準備工程と、溶融亜鉛めっき処理工程と、冷間圧延工程と、ホットスタンプ工程とを備える。以下、各工程について詳述する。

［準備工程］
初めに、鋼板を準備する。鋼板は、次の化学組成を有する。以下、元素に関する「％」は、質量％を意味する。

Ｃ：０．０５〜０．４％
炭素（Ｃ）は、ホットスタンプ後の鋼材の強度を高める。Ｃ含有量が低すぎれば、上記効果が得られない。一方、Ｃ含有量が高すぎれば、ホットスタンプ後の強度は高くなるが、鋼板の靭性が低下する。すなわち所望の強度と靱性が得られるようＣ量は調整されればよい。その際に好ましいＣ含有量は、０．０５〜０．４％である。Ｃ含有量の好ましい下限は０．１０％である。Ｃ含有量の好ましい上限は０．３５％である。

Ｓｉ：０．５％以下
シリコン（Ｓｉ）は一般的に鋼の脱酸目的で使用されることが多く、その場合不可避的に含有される。しかしながら、Ｓｉ含有量が高すぎれば、ホットスタンプにおける加熱中に鋼中のＳｉが拡散し、鋼板表面に酸化物を形成する。酸化物はりん酸塩処理性を低下し得る。Ｓｉはさらに、鋼板のＡ_c3点を上昇させる働きがあり、Ａ_c3点が上昇するとホットスタンプ時の加熱温度が、Ｚｎめっきの蒸発温度を超えてしまう。したがって、Ｓｉ含有量は０．５％以下である。好ましいＳｉ含有量の上限は０．３％である。Ｓｉ含有量の好ましい下限は、求められる脱酸レベルによるが、０．０５％である。

Ｍｎ：０．５〜２．５％
マンガン（Ｍｎ）は、焼入れ性を高め、ホットスタンプ後の鋼材の強度を高める。Ｍｎ含有量が低すぎれば、その効果が得られない。一方、Ｍｎ含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、Ｍｎ含有量は０．５〜２．５％である。Ｍｎ含有量の好ましい下限は０．６％である。Ｍｎ含有量の好ましい上限は２．４％である。

Ｐ：０．０３％以下
りん（Ｐ）は鋼中に含まれる不純物である。Ｐは粒界に偏析して鋼の靭性を低下し、耐遅れ破壊性を低下する。したがって、Ｐ含有量はなるべく低い方が好ましい。Ｐ含有量は０．０３％以下である。

Ｓ：０．０１％以下
硫黄（Ｓ）は鋼中に含まれる不純物である。Ｓは硫化物を形成して鋼の靭性を低下し、耐遅れ破壊性を低下する。したがって、Ｓ含有量はなるべく低い方が好ましい。Ｓ含有量は０．０１％以下である。

ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下
アルミニウム（Ａｌ）は一般的に鋼の脱酸目的で使用されることが多く、その場合不可避的に含有される。一方、Ａｌ含有量が高すぎれば、脱酸は十分となるが、鋼板のＡ_c3点が上昇して、ホットスタンプ時の必要な加熱温度がＺｎめっきの蒸発温度を超える。したがって、Ａｌ含有量は０．１％以下である。Ａｌ含有量の好ましい上限は０．０５％である。Ａｌ含有量の好ましい下限は０．０１％である。本明細書におけるＡｌ含有量は、ｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶Ａｌ）の含有量を意味する。

Ｎ：０．０１％以下
窒素（Ｎ）は鋼中に不可避的に含まれる不純物である。Ｎは窒化物を形成して鋼の靭性を低下する。Ｎはさらに、Ｂが含有される場合、Ｂと結合して固溶Ｂ量を減らす。その結果、焼入れ性が低下する。したがって、Ｎ含有量はなるべく低い方が好ましい。Ｎ含有量は０．０１％以下である。

本実施形態の鋼板の化学組成の残部はＦｅ及び不純物からなる。本明細書において、不純物とは、鉄鋼材料を工業的に製造する際に、原料としての鉱石、スクラップ、または製造環境などから混入するものを意味する。

本実施形態による鋼板はさらに、Ｂ及びＴｉを含有してもよい。

Ｂ：０〜０．００５％
ボロン（Ｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｂは鋼の焼入れ性を高め、ホットスタンプ後の鋼材の強度を高める。しかしながら、Ｂ含有量が高すぎれば、その効果が飽和する。したがって、Ｂ含有量は、０〜０．００５％である。Ｂ含有量の好ましい下限は０．０００１％である。

Ｔｉ：０〜０．１％
チタン（Ｔｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、ＴｉはＮと結合して窒化物を形成する。そのため、ＢとＮとの結合が抑制され、ＢＮ形成による焼入れ性の低下を抑制できる。しかしながら、Ｔｉ含有量が高すぎれば、上記効果が飽和し、さらに、Ｔｉ窒化物が過剰に析出して鋼の靭性が低下する。したがって、Ｔｉ含有量は０〜０．１％である。Ｔｉはそのピン止め効果により、ホットスタンプ加熱時のオーステナイト粒径を微細化し、それにより鋼材の靱性等を高める。Ｔｉ含有量の好ましい下限は０．０１％である。

本実施形態による鋼板はさらに、Ｃｒ及びＭｏからなる群から選択される１種以上を含有する。これらの元素は任意元素であり、鋼の焼入れ性を高める。

Ｃｒ：０〜０．５％
クロム（Ｃｒ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｃｒは鋼の焼入れ性を高める。しかしながら、Ｃｒ含有量が高すぎれば、Ｃｒ炭化物が形成され、ホットスタンプの加熱時に炭化物が溶解しにくくなる。そのためオーステナイト化が進行しにくくなり、焼き入れ性が低下する。したがって、Ｃｒ含有量は０〜０．５％である。Ｃｒ含有量の好ましい下限は０．１％である。

Ｍｏ：０〜０．５％
モリブデン（Ｍｏ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｍｏは鋼の焼入れ性を高める。しかしながら、Ｍｏ含有量が高すぎれば、上記効果が飽和する。したがって、Ｍｏ含有量は０〜０．５％である。Ｍｏ含有量の好ましい下限は０．０５％である。

本実施形態による鋼板素材はさらに、Ｎｂ及びＮｉからなる群から選択される１種以上を含有してもよい。これらの元素は任意元素であり、鋼の靭性を高める。

Ｎｂ：０〜０．１％
ニオブ（Ｎｂ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｎｂは炭化物を形成して、ホットスタンプ時に結晶粒を微細化する。細粒化により、鋼の靭性が高まる。しかしながらＮｂ含有量が高すぎれば、上記効果が飽和する。Ｎｂ含有量が高すぎればさらに、焼入れ性が低下する。したがって、Ｎｂ含有量は０〜０．１％である。Ｎｂ含有量の好ましい下限は０．０２％である。

Ｎｉ：０〜１．０％
ニッケル（Ｎｉ）は任意元素であり、含有されなくてもよい。含有される場合、Ｎｉは鋼の靭性を高める。Ｎｉはさらに、ホットスタンプでの加熱時に、溶融Ｚｎに起因した脆化を抑制する。しかしながら、Ｎｉ含有量が高すぎれば、上記効果が飽和する。したがって、Ｎｉ含有量は０〜１．０％である。Ｎｉ含有量の好ましい下限は０．１％である。

上述の化学組成を有する鋼板素材は、次の方法で製造される。上述の化学組成を有する溶鋼を製造する。製造された溶鋼を用いて、鋳造法によりスラブを製造する。製造された溶鋼を用いて、造塊法によりインゴットを製造してもよい。製造されたスラブ又はインゴットを熱間圧延して鋼板素材（熱延鋼板）を製造する。必要に応じて、熱延鋼板に対して酸洗処理を実施し、酸洗処理後の熱延鋼板に対して冷間圧延を実施して鋼板素材（冷延鋼板）としてもよい。

［溶融亜鉛めっき処理工程］
上記鋼板に対して、溶融亜鉛めっき処理を実施する。具体的には、鋼板をめっき浴（溶融亜鉛めっき浴）に浸漬して鋼板表面にめっきを付着させる。めっきが付着した鋼板をめっき浴から引きあげる。好ましくは、鋼板表面のめっき付着量を調整して２０〜１００ｇ／ｍ²にする。鋼板の引き上げ速度や、ワイピングのガスの流量を調整することにより、めっき付着量を調整できる。めっき付着量のさらに好ましい下限は２５ｇ／ｍ²である。めっき付着量のさらに好ましい上限は８０ｇ／ｍ²である。

溶融亜鉛めっき浴中のＡｌ濃度は特に限定されない。好ましいＡｌ濃度は、０．１０〜０．２５質量％である。めっき浴中のＡｌ濃度が低すぎれば、ＦｅＡｌ合金相の形成が不十分となり、めっき皮膜が不均一に形成される。Ａｌ濃度が低すぎればさらに、鋼板中のＦｅがめっき浴中に溶出する。溶出されたＦｅはドロスを生成する。Ａｌ濃度が高すぎれば、めっき皮膜中のＦｅＡｌ層が過剰に厚く形成される。後述する合金化処理を実施する場合、ＦｅＡｌ層が厚すぎれば、反応速度が遅くなり生産性が低下する。したがって、めっき浴中の好ましいＡｌ濃度は０．１０〜０．２５％である。Ａｌ濃度のさらに好ましい上限は０．２０％である。

［合金化処理工程］
溶融亜鉛めっき処理工程は、次に示す合金化処理工程を含む。合金化処理工程では、溶融亜鉛めっき処理によりめっき層（溶融亜鉛めっき層）が形成された鋼板（溶融亜鉛めっき鋼板）を、４７０〜６００℃で３０秒以内加熱し、その後、冷却する。上記加熱温度まで加熱した直後に冷却してもよい。均熱時間は上述の時間に限定されない。めっき層中の所望のＦｅ濃度に応じて、加熱温度及び均熱時間は適宜設定される。

合金化処理における加熱温度の好ましい下限は５４０℃である。この場合、合金化処理工程において、めっき層中のＦｅ濃度が増加して、表層に形成されるＡｌ酸化膜の量が増加する。そのため、次工程の強圧下での冷間圧延工程において、より多くのＡｌ酸化膜が剥離又は破壊される。要するに、ホットスタンプ工程前に、あらかじめ多くのＡｌ酸化膜を形成しておき、強圧下の冷間圧延により多くのＡｌ酸化膜を剥離及び破壊する。そのため、ホットスタンプ後の鋼材のりん酸塩処理性及び塗装密着性が高まる。

以上の合金化処理により、めっき層として合金化溶融亜鉛めっき層を有するホットスタンプ用鋼板（ＧＡ）が製造される。

［冷間圧延工程］
溶融亜鉛めっき処理後の鋼板に対して、冷間圧延を実施する。冷間圧延はたとえば、スキンパスミルを用いて実施する。スキンパスミルは一対のワークロールと、一対のワークロールを収納するスタンドとを備える。スキンパスは、一列に配列された複数の一対のワークロールを備えてもよい。スキンパスは多段圧延機であってもよい。

溶融亜鉛めっき処理後の鋼板に対して、表面の平坦度を高めたり、ひずみを矯正したりすることを目的に、従来、冷間圧延（スキンパス）が実施される場合がある。上記の目的のための従来のスキンパスの伸び率は０．５％以下である。

これに対して、本実施形態での冷間圧延は、鋼板の表層に形成されたＡｌ酸化膜の剥離又は破壊を目的とする。そのため、本実施形態での冷間圧延での伸び率は１．０％以上である。伸び率（％）は圧下率と同義である。一般的に、スキンパスミルの入側及び出側にはそれぞれ、ブライドルロールが配置されている。入側ブライドルロールのロール径がＤ０（ｍ）、ロール周速がＶ０（回／ｓ）あり、出側ブライドルロールのロール径がＤ１（ｍ）、ロール周速がＶ１（回／ｓ）である場合、伸び率（％）は、次の式で定義される。
伸び率＝（Ｄ１×Ｖ１−Ｄ０×Ｖ０）／（Ｄ０×Ｖ０）×１００

スキンパスミルの入側の鋼板速度ＶＰ０（ｍ／ｓ）とスキンパスミル出側の鋼板速度ＶＰ１（ｍ／ｓ）とを速度計で測定可能な場合、伸び率（％）は次の式でも定義できる。
伸び率＝（ＶＰ１−ＶＰ０）／ＶＰ０×１００

以上の工程により、本実施形態のホットスタンプ用鋼板が製造される。

本実施形態では、強圧下の冷間圧延を実施してホットスタンプ用鋼板を製造する。これにより、ホットスタンプ用鋼板の表層のＡｌ酸化膜が破壊され、その一部が剥離する。そのため、ホットスタンプ後の鋼材のりん酸塩処理性が高まり、塗装密着性が高まる。

図１は、溶融亜鉛めっき処理後に通常のスキンパス（伸び率０．３％）を実施して製造された鋼板にホットスタンプを実施して製造された鋼材に対して、りん酸塩処理を実施した場合の鋼材表面のＳＥＭ画像（倍率１０００倍）である。図２は、溶融亜鉛めっき処理後に３．０％の伸び率で冷間圧延を実施して、さらにホットスタンプを実施した鋼材に対してりん酸塩処理を実施した場合の鋼材表面のＳＥＭ画像（倍率１０００倍）である。

図１及び図２を参照して、冷間圧延を実施しなかった鋼材表面（図１）では、りん酸塩皮膜２０が形成されていない領域１０が認められる。一方、３．０％の冷間圧延を実施した鋼材表面（図２）では、ほぼ全領域にわたってりん酸塩皮膜２０が形成されている。

以上のとおり、強圧下の冷間圧延を実施すれば、ホットスタンプ後の鋼材のりん酸塩処理性が高まる。図３は、通常のスキンパス（伸び率０．３％）を実施して製造されたホットスタンプ用鋼板の表面のＢＳＥ組成像（倍率１０００倍）である。図４は、本実施形態による強圧下の冷間圧延（伸び率５．０％）を実施して製造されたホットスタンプ用鋼板の表面のＢＳＥ組成像（倍率１０００倍）である。

通常のスキンパスが実施されたホットスタンプ用鋼板の表面（図３）では、ワークロールと接触された領域３０が平坦になっている。一方、その他の領域４０の表面は粗く、凹凸を有する。しかしながら、図３の表面にはクラックがほぼ発生していない。

これに対して、強圧下の冷間圧延が実施されたホットスタンプ用鋼板の表面（図４）では、ワークロールと接触された平坦な領域３０の割合が図３よりも大きくなっている。さらに、図４の表面には、クラック５０が多数形成されている。

以上のことから、本実施形態の製造方法は、次の理由によりホットスタンプ後の鋼材のりん酸塩処理性を高めると考えられる。強圧下の冷間圧延によって、ワークロールと接触した広範囲の表層部分のＡｌ酸化膜は、ワークロールとの接触により表層から剥離する。さらに、強圧下の冷間圧延は、鋼板のめっき層の表層部分に多数のクラック５０を形成する。クラック５０の形成により表層のＡｌ酸化膜は破壊され、分断される。Ａｌ酸化膜が剥離又は破壊されることにより、ホットスタンプ後の鋼材のりん酸塩処理性が高まり、塗装密着性が高まる。

冷間圧延での伸び率の好ましい下限は１．５％であり、さらに好ましくは３．０％である。この場合、ホットスタンプ用鋼板の表層のＡｌ酸化膜が十分に剥離又は破壊される。一方、伸び率が高すぎれば、スキンパスミルへの負荷が大きくなりすぎる。そのため、冷間圧延での伸び率の上限は６．０％である。伸び率の好ましい上限は６．０％未満であり、さらに好ましくは５．５％である。

［ホットスタンプ用鋼板の表層について］
以上の製造工程により製造されたホットスタンプ用鋼板は、板材である母材と、母材上に形成されるめっき層とを備える。母材は、上記鋼板と同じ化学組成を有する。本例のめっき層は合金化溶融亜鉛めっき層である。めっき層の表層に残存するＡｌ酸化物は、強圧下の冷間圧延で形成されたクラックにより破壊及び分断されている。

具体的には、めっき層の表面のクラックの総長さが１００００μｍ²あたり２００μｍ以上である。以下、クラック総長さの測定方法について説明する。

［クラック総長さ］
めっき層が合金化溶融亜鉛めっき層である場合の、めっき層のクラック総長さは、次の方法で求める。ホットスタンプ用鋼板の表面のうち、任意の１０視野（各視野の面積は１００μｍ×１００μｍ＝１００００μｍ²）を決定する。各視野のＢＳＥ組成像（倍率１０００倍）を作成する。各視野でのクラックの総長さを求める。１０視野のクラックの総長さの平均を、１００００μｍ²あたりのクラック総長さ（μｍ）と定義する。

上述のとおり定義されたクラック総長さが２００μｍ／１００００μｍ²以上であれば、ホットスタンプ用鋼板の表層のＡｌ酸化膜は十分に剥離及び破壊されている。そのため、ホットスタンプ鋼材のりん酸塩処理性及び塗装密着性が高まる。

［ホットスタンプ工程］
強圧下の冷間圧延により製造されたホットスタンプ用鋼板に対して、ホットスタンプを実施する。ホットスタンプには、緩加熱によるホットスタンプと、急速加熱によるホットスタンプとがある。

緩加熱によるホットスタンプでは、主に輻射熱を加熱に利用する。初めに、ホットスタンプ用鋼板を加熱炉（ガス炉、電気炉、赤外線炉等）に装入する。加熱炉内で、ホットスタンプ用鋼板をＡ_c3点〜９５０℃に加熱し、この温度で保持（均熱）する。加熱によりめっき層中のＺｎが液化する。しかしながらホットスタンプ用鋼板を上記温度で均熱することにより、めっき層中の溶融ＺｎがＦｅと結合して固相（Ｆｅ−Ｚｎ固溶体相）となる。めっき層中の溶融ＺｎをＦｅと結合して固相化した後、加熱炉から鋼板を抽出する。均熱によりめっき層中の溶融ＺｎをＦｅと結合してＦｅ−Ｚｎ固溶体相として加熱炉から抽出しプレス用の鋼板を準備してもよいし、加熱炉から抽出後、ＺｎＦｅ合金相として固相化するまで降温させ、プレス用の鋼板を準備してもよい。

プレス用に準備された鋼板を、金型を用いてプレスする。鋼板をプレスするとき、金型により鋼板を焼入れする。金型内には冷却媒体（たとえば水）が循環しており、金型が鋼板を抜熱して焼入れする。以上の工程により、緩加熱によりホットスタンプ鋼材を製造する。

急速加熱によるホットスタンプでは、次の工程を実施する。初めに、ホットスタンプ用鋼板をＡ_c3点〜９５０℃まで急速加熱する。急速加熱はたとえば、通電加熱又は誘導加熱により実施される。平均加熱速度は２０℃／秒以上である。急速加熱の場合、鋼板をＡ_c3点〜９５０℃に加熱した後、めっき層中の溶融ＺｎがＦｅと結合して固相（Ｆｅ−Ｚｎ固溶体相又はＺｎＦｅ合金相）になるまで、プレス成形等、鋼材に応力を付与することなく冷却する。具体的には、少なくとも鋼板の温度が７８２℃以下になるまで冷却する。冷却後、金型を用いて鋼板をプレスしながら焼入れする。

緩加熱及び急速加熱のいずれの工程においても、成形されたホットスタンプ鋼材の組織は、体積率で９０％以上のマルテンサイトを含有する。そのため、ホットスタンプ鋼材は高い強度を有する。

製造されたホットスタンプ鋼材は、優れたりん酸塩処理性及び塗装密着性を有する。特に、本実施形態の製造方法は、急速加熱によるホットスタンプを実施したときに効果を発揮する。従来のホットスタンプ鋼材の製造方法において、緩加熱によるホットスタンプを実施する場合、加熱炉で鋼板が均熱される。この場合、ホットスタンプ用鋼板のめっき層の表層にＡｌ酸化膜が形成されても、長時間の加熱によりＡｌ酸化膜が割れて分断される。一方、急速加熱によるホットスタンプを実施する場合、均熱時間が極めて短い。そのため、最表面に形成されたＡｌ酸化膜は破壊されず、残存する。そのため、急速加熱によるホットスタンプでは、緩加熱によるホットスタンプと比較して、ホットスタンプ鋼材のりん酸塩処理性及び塗装密着性が低い。

本実施形態の製造方法を採用した場合、急速加熱によるホットスタンプを実施した場合であっても、ホットスタンプ鋼材は優れたりん酸塩処理性及び塗装密着性を有する。急速加熱を実施する前に、鋼板の表層のＡｌ酸化膜が除去されているからである。

なお、本実施形態の製造方法を緩加熱によるホットスタンプを実施した場合も、従来の緩加熱によるホットスタンプを採用した製造方法と比較して、ホットスタンプ鋼材は優れたりん酸塩処理性及び塗装密着性を示す。

［溶融亜鉛めっき鋼板を用いたホットスタンプの製造方法］
上述の製造方法では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ：Ｇａｌｖａｎｎｅａｌｅｄ Ｉｒｏｎ）を用いてホットスタンプ鋼材を製造した。しかしながら、本実施形態のホットスタンプ鋼材の製造方法では、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ：Ｇａｌｖａｎｉｚｅｄ Ｉｒｏｎ）を用いてホットスタンプ鋼材を製造してもよい。具体的には、上述の溶融亜鉛めっき処理工程内の合金化処理工程を省略する。この場合、溶融亜鉛めっき鋼板に対して、冷間圧延工程を実施する。以降の工程は合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合と同じである。本実施形態の製造方法では、めっき層が合金化溶融亜鉛めっき層（ＧＡ）の方がＡｌ酸化膜が破壊されやすく有効であるが、めっき層が溶融亜鉛めっき層（ＧＩ）の場合でもある程度の効果が得られる。

［防錆油膜形成工程］
上述の製造方法はさらに、冷間圧延工程後であってホットスタンプ工程の前に、防錆油膜形成工程を含んでもよい。

防錆油膜形成工程では、冷間圧延工程を実施後のホットスタンプ用鋼板の表面に、防錆油を塗布して防錆油膜を形成する。ホットスタンプ用鋼板が製造されてから、ホットスタンプ工程が実施されるまでの期間が長い場合があり得る。その場合、ホットスタンプ用鋼板の表面が酸化する場合があり得る。本工程により防錆油膜が形成された鋼板の表面は酸化しにくく、スケールの発生がより抑制される。

［ブランキング加工工程］
上述の製造方法はさらに、防錆油膜形成工程の後であって、ホットスタンプ工程の前に、ブランキング加工工程を実施してもよい。

ブランキング加工では、ホットスタンプ用鋼板に対して剪断加工及び／又は打ち抜き加工等を実施して、特定の形状に成形する。ブランキング加工後の鋼板の剪断面は酸化しやすい。鋼板表面に防錆油膜が形成されていれば、剪断面にも防錆油がある程度広がる。そのため、ブランキング加工後の鋼板の酸化が抑制される。

表１に示す化学組成を有する鋼Ａ〜Ｆの鋼板を準備した。

表１を参照して、いずれの鋼の化学組成も、本実施形態の鋼板の化学組成を満たした。

上記化学組成の各鋼の溶鋼を製造した。溶鋼を用いて連続鋳造法によりスラブを製造した。スラブを熱間圧延し、熱延鋼板を製造した。熱延鋼板を酸洗した後、冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造した。冷延鋼板をホットスタンプ鋼材の製造に利用する鋼板とした。表１に示すとおり、各鋼種の鋼板の板厚はいずれも１．６ｍｍであった。

鋼Ａ〜Ｆの鋼板を利用して、表２中の試験番号１〜１９の製造条件でホットスタンプ鋼材を製造した。

具体的には、試験番号１〜１９の鋼板に対して、溶融亜鉛めっき処理を実施した。各試験番号で用いためっき浴のＡｌ濃度はいずれも０．１２％であり、０．１０〜０．２５％の範囲内であった。また、いずれの試験番号においても、２０〜１００ｇ／ｍ²の範囲内となるように、鋼板の引き上げ速度及びワイピングのガス流量を調整した。

さらに、試験番号１〜３、５、７〜１０、１２〜１９の鋼板に対しては、合金化処理を実施した。合金化処理での最高温度はいずれも約５３０℃であり、約３０秒加熱した後、室温まで冷却した。以上の工程により、試験番号１〜３、５、７〜１０、１２〜１９では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）を製造し、試験番号４、６及び１１では、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）を製造した。表２中の「鋼板種類」欄の「ＧＡ」は合金化溶融亜鉛めっき鋼板を意味し、「ＧＩ」は溶融亜鉛めっき鋼板を意味する。溶融亜鉛めっき処理を実施した後、後述の方法により、めっき付着量を測定した。

製造された各試験番号の鋼板に対して、表２に示す伸び率で冷間圧延を実施した。冷間圧延には、周知のスキンパスミルを用いた。

冷間圧延後、各試験番号の鋼板に対して、急速加熱によるホットスタンプを実施した。具体的には、試験番号１〜１９の鋼板に対して通電加熱を実施して、鋼種Ａ〜ＦのＡ_c3点以上の温度である８７０℃に加熱した。加熱速度は８５℃／秒であった。

通電加熱後、鋼板温度が６５０℃になるまで冷却した。冷却後、水冷ジャケットを備えた平板金型を利用して、鋼板を挟み込んでホットスタンプ鋼材（鋼板）を製造した。ホットスタンプ時冷却速度が遅い部分でも、マルテンサイト変態開始点である３６０℃程度まで、５０℃／秒以上の冷却速度となるように焼入れした。

［評価試験］
上記製造工程により製造されたホットスタンプ用鋼板及びホットスタンプ鋼材に対して、次の評価試験を実施した。

［めっき付着量測定試験］
製造された溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）及び合金化された溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）からめっき層を含むサンプルを採取した。ＪＩＳ Ｈ０４０１に準拠してサンプルのめっき層を塩酸で溶解した。溶解前のサンプル重量と、溶解後のサンプル重量と、めっき層が形成されていた面積とに基づいて、めっき付着量（ｇ／ｍ²）を求めた。測定の結果、いずれの試験番号のめっき付着量も２０〜１００ｇ／ｍ²の範囲内であった。

［りん酸塩処理性評価試験］
各試験番号の板状のホットスタンプ鋼材に対して、日本パーカライジング株式会社製の表面調整処理剤プレパレンＸ（商品名）を用いて表面調整を室温で２０秒実施した。さらに、日本パーカライジング株式会社製のりん酸亜鉛処理液パルボンド３０２０（商品名）を用いてりん酸塩処理を実施した。処理液の温度は４３℃とし、板状のホットスタンプ鋼材を処理液に１２０秒間浸漬した。

りん酸塩処理後、ホットスタンプ鋼材の任意の５視野（１２５μｍ×９０μｍ）を１０００倍の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察して、反射電子像（ＢＳＥ）を得た。反射電子像では、観察領域をグレースケールで画像表示した。反射電子像内において、りん酸塩皮膜が形成された部分と、りん酸塩皮膜が形成されていない部分とで、コントラストが異なる。そこで、りん酸塩皮膜が形成されていない部分の明度（複数階調）の数値範囲Ｘ１を、ＳＥＭ及びＥＤＳ（エネルギ分散型Ｘ線マイクロアナライザ）によりあらかじめ決定した。

各視野の反射電子像において、画像処理により、数値範囲Ｘ１内のコントラストを示す領域の面積Ａ１を求めた。そして、次の式（２）に基づいて、各視野の透け面積率ＴＲ（％）を求めた。
ＴＲ＝Ａ１／Ａ０×１００ （２）
ここで、Ａ０は視野の全面積（１２５μｍ×９０μｍ＝１１２５０μｍ²）である。５視野の透け面積率ＴＲ（％）の平均を、その試験番号のホットスタンプ鋼材の透け面積率（％）と定義した。

表２中の「りん酸塩処理性」欄の「×：ＮＡ」（Ｎｏｔ Ａｃｃｅｐｔｅｄ）は、透け面積率が１５％以上であったことを意味する。「○：Ｇ」（Ｇｏｏｄ）は、透け面積率が５％以上１５％未満であったことを意味する。「◎：Ｅ」（Ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ）は、透け面積率が５％未満であったことを意味する。透け評価において、「○：Ｇ」又は「◎：Ｅ」である場合、りん酸塩処理性に優れると判断した。

［塗装密着性評価試験］
上述のりん酸塩処理を実施した後、各試験番号の板状のホットスタンプ鋼材に対して、日本ペイント株式会社製のカチオン型電着塗料を電圧１６０Ｖのスロープ通電で電着塗装し、さらに、焼き付け温度１７０℃で２０分間焼き付け塗装した。電着塗装後の塗料の膜厚の平均は、いずれの試験番号も１０μｍであった。

電着塗装後、ホットスタンプ鋼材を、５０℃の温度を有する５％ＮａＣｌ水溶液に５００時間浸漬した。浸漬後、試験面６０ｍｍ×１２０ｍｍの領域（面積Ａ１０＝６０ｍｍ×１２０ｍｍ＝７２００ｍｍ²）全面に、ポリエステル製テープを貼り付けた。その後、テープを引きはがした。テープの引きはがしにより剥離した塗膜の面積Ａ２（ｍｍ²）を求め、式（３）に基づいて塗膜剥離率（％）を求めた。
塗膜剥離率＝Ａ２／Ａ１０×１００ （３）

表２中の「塗装密着性」欄の「×：ＮＡ」は、塗膜剥離率が１０．０％以上であったことを意味する。「○：Ｇ」は塗膜剥離率が１０．０％未満５．０％以上であったことを意味する。「◎：Ｅ」は塗膜剥離率が５．０％未満であったことを意味する。「塗装密着性」欄において、「○：Ｇ」又は「◎：Ｅ」である場合、塗装密着性に優れると判断した。

［試験結果］
表２に試験結果を示す。試験番号５〜８、１０、１１、１３，１５、１７及び１９では、鋼板の化学組成及び冷間圧延での伸び率が適切であった。そのため、製造されたホットスタンプ用鋼板の表層のクラック総長さは２００μｍ／１００００μｍ²以上であった。そのため、ホットスタンプ鋼材において、優れたりん酸塩処理性及び塗装密着性が得られた。

特に、試験番号７、８及び１１では、伸び率が３．０％以上であったため、試験番号５、６、１０、１３、１５、１７及び１９と比較して、優れたりん酸塩処理性及び塗装密着性が得られた。

一方、試験番号１〜４、９、１２、４、１６及び１８では、冷間圧延での伸び率が１．０％未満であった。そのため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）において、クラック総長さが２００μｍ／１００００μｍ²未満であった。そのため、化成処理性及び塗装密着性が低かった。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。したがって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

本実施形態によるホットスタンプ鋼材の製造方法は、ホットスタンプにより製造される鋼材の製造方法として広く適用可能である。急速加熱によるホットスタンプを実施する場合において、特に適する。

１０、３０及び４０ 領域
２０ 化成皮膜
５０ クラック

Claims (8)

1. 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｂ：０〜０．００５％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ｃｒ：０〜０．５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｎｉ：０〜１．０％、及び、Ｍｏ：０〜０．５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼板を準備する工程と、
   前記鋼板に対して、Ａｌを含有する溶融亜鉛めっき浴を利用した溶融亜鉛めっき処理を実施する工程と、
   前記溶融亜鉛めっき処理された前記鋼板を１．０〜６．０％の伸び率で冷間圧延する工程と、
   前記冷間圧延後の前記鋼板をＡ_c3点〜９５０℃に加熱した後、金型を用いて前記鋼板をプレスしながら焼入れしてホットスタンプ鋼材を成形する工程とを備える、ホットスタンプ鋼材の製造方法。
2. 請求項１に記載のホットスタンプ鋼材の製造方法であって、
   前記溶融亜鉛めっき処理をする工程は、前記溶融亜鉛めっき処理された前記鋼板を加熱して合金化処理を実施する工程を含む、ホットスタンプ鋼材の製造方法。
3. 請求項１又は請求項２に記載のホットスタンプ鋼材の製造方法であってさらに、
   前記冷間圧延後であって前記ホットスタンプ鋼材を成形する前に、前記溶融亜鉛めっき処理された前記鋼板の表面に防錆油膜を形成する工程を備える、ホットスタンプ鋼材の製造方法。
4. 請求項３に記載のホットスタンプ鋼材の製造方法であってさらに、
   前記防錆油膜が形成された前記鋼板に対してブランキング加工を実施する工程を備え、
   前記ホットスタンプ鋼材を成形する工程では、前記ブランキング加工が実施されたホットスタンプ用鋼板を利用する、ホットスタンプ鋼材の製造方法。
5. 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｂ：０〜０．００５％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ｃｒ：０〜０．５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｎｉ：０〜１．０％、及び、Ｍｏ：０〜０．５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する鋼板を準備する工程と、
   前記鋼板に対して、Ａｌを含有する溶融亜鉛めっき浴を利用した溶融亜鉛めっき処理を実施する工程と、
   前記溶融亜鉛めっき処理された前記鋼板を１．０〜６．０％の伸び率で冷間圧延する工程とを備える、ホットスタンプ用鋼板の製造方法。
6. 請求項５に記載のホットスタンプ用鋼板の製造方法であって、
   前記溶融亜鉛めっき処理をする工程は、前記溶融亜鉛めっき処理された前記鋼板を加熱して合金化処理を実施する工程を含む、ホットスタンプ用鋼板の製造方法。
7. 請求項５又は請求項６に記載のホットスタンプ用鋼板の製造方法であってさらに、
   前記冷間圧延後に、前記鋼板の表面に防錆油膜を形成する工程を備える、ホットスタンプ用鋼板の製造方法。
8. 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．４％、Ｓｉ：０．５％以下、Ｍｎ：０．５〜２．５％、Ｐ：０．０３％以下、Ｓ：０．０１％以下、ｓｏｌ．Ａｌ：０．１％以下、Ｎ：０．０１％以下、Ｂ：０〜０．００５％、Ｔｉ：０〜０．１％、Ｃｒ：０〜０．５％、Ｎｂ：０〜０．１％、Ｎｉ：０〜１．０％、及び、Ｍｏ：０〜０．５％を含有し、残部がＦｅ及び不純物からなる化学組成を有する母材と、
   前記母材上に形成された合金化溶融亜鉛めっき層とを備え、
   前記合金化溶融亜鉛めっき層の表面のクラックの総長さが１００００μｍ²あたり２００μｍ以上である、ホットスタンプ用鋼板。