JP2018168467A - 耐遅れ破壊特性に優れた鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、鋼材の強度を高めていくと、遅れ破壊という現象が生じやすくなることが知られており、この現象は強度の増大とともに激しくなり、特に引張り強さ1180MPa以上の高強度鋼で顕著となる。なお、遅れ破壊とは、高強度鋼材が静的な負荷応力(引張り強さ以下の負荷応力)を受けた状態で、ある時間が経過したとき、外見上はほとんど塑性変形を伴うことなく、突然脆性的な破壊が生じる現象である。
また、自動車用鋼板として使用するためには、耐遅れ破壊特性だけでなく、優れた一次防錆性が必要とされる。
本発明は、以上のような知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
[2]上記[1]の鋼板において、さらに、皮膜(A)の上層に膜厚が0.3μm以上4.0μm未満の有機樹脂層(B)を有することを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた鋼板。
[3]上記[1]又は[2]の鋼板において、皮膜(A)における金属塩の金属(Ca、Be)換算での合計付着量が50〜500mg/m2であることを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた鋼板。
また、基質となる冷延鋼板の板厚も特に限定されないが、例えば、0.8〜2.5mm程度、より好ましくは1.2〜2.0mm程度のものが適当である。
Ca塩、Be塩としては、例えば、硝酸カルシウム、水酸化カルシウム、塩化カルシウム、酢酸カルシウム、硫酸カルシウム、ヨウ化カルシウム、リン酸カルシウム、塩素酸カルシウム、硫酸ベリリウム、硝酸ベリリウム、酢酸ベリリウム、臭化ベリリウムなどが挙げられ、これらの1種以上を含有することができる。
また、P化合物としては、リン酸、ピロリン酸、ホスホン酸、次亜リン酸などが挙げられ、これらの1種以上を含有することができる。
また、皮膜(A)中でのP換算でのP化合物の付着量は10〜1000mg/m2とする。付着量が10mg/m2未満では、鋼板との反応層の形成が十分でないため、長期にわたる耐遅れ破壊特性の向上が見られない。一方、1000mg/m2を超える付着量であっても耐遅れ破壊特性のための機能が低下することはないが、コスト高となるため好ましくない。
乾湿腐食環境の乾燥過程において、鋼板表面のpHは低下する。その結果、腐食反応のカソードでの水素発生量が増加し、鋼板内に侵入する水素量が増加して遅れ破壊の原因となる。一方、Ca、Beは溶解した際に溶液のpHを上昇させることが知られている。上述の構成成分を含む皮膜が表層に存在することで界面のpH低下を抑制し、水素発生量が減少していると考えられる。そのため、鋼板内部への水素侵入量が低下し、結果的に耐遅れ破壊特性が向上するものと考えられる。
冷延鋼板表面にコーティングする表面処理液は、溶媒(水及び/又は有機溶剤)に上述した構成成分(金属塩、P化合物)を溶解又は分散させることにより調製することができる。
この有機樹脂層(B)の膜厚は0.3μm以上4.0μm未満とする。膜厚が0.3μm未満では、バリア層による耐食性向上効果が十分に得られない。一方、膜厚が4.0μm以上では導電性が低下し、溶接性が劣る。
有機樹脂層(B)を構成する有機樹脂としては、ウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、エチレン樹脂(ポリオレフィン樹脂)、アルキド樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル樹脂、ポリブタジエン樹脂、アミノ樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂などが挙げられ、これらのうちの1種を単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
有機樹脂を含む処理液をコーティングする方法としては、塗布方式、浸漬方式、スプレー方式のいずれでもよく、塗布方式ではロールコーター(3ロール方式、2ロール方式など)、スクイズコーター、ダイコーターなどのいずれの塗布手段を用いてもよい。また、スクイズコーターなどによる塗布処理、浸漬処理、スプレー処理の後に、エアナイフ法やロール絞り法により塗布量の調整、外観の均一化、膜厚の均一化を行うことも可能である。コーティングした処理液を加熱乾燥する方法は任意であり、例えば、ドライヤー、熱風炉、高周波誘導加熱炉、赤外線炉等の手段を用いることができる。
素材鋼板として、C:0.191mass%、Si:0.4mass%、Mn:1.56mass%、P:0.011mass%、S:0.001mass%、残部Feおよび不可避的不純物からなる成分を有し、引張り強度が1520MPa、板厚が1.5mmの冷延鋼板(冷間圧延ままの鋼板)を用いた。
以上のようにして得られた各鋼板について、以下に示す手法で耐遅れ破壊特性と一次防錆性を評価した。その結果を、皮膜構成とともに、表1に示す。なお、皮膜を形成しない鋼板(比較例であるNo.1)についても同様の特性評価を行った。
発明例及び比較例の鋼板をそれぞれ幅35mm×長さ100mmにせん断し、幅が30mmになるまで研削加工を施し、試験片を作製した。図1に示すように、この試験片1をU字形状に曲げて、ボルト2とナット3で拘束して試験片形状を固定し、遅れ破壊評価用試験片を得た。このようにして作製した遅れ破壊評価用試験片に対し、米国自動車技術会で定めたSAE J2334に規定された、乾燥・湿潤・塩水浸漬の工程からなる複合サイクル腐食試験(図2参照)を、最大20サイクルまで実施した。各サイクルの塩水浸漬の工程前に目視により割れの発生の有無を調査し、割れ発生サイクル数を測定した。また、本試験は、各鋼板3検体ずつ実施し、その平均値をもって評価を行った。評価は割れ発生サイクル数から、以下の基準により評価した。なお、表1中に示しているが、皮膜を付与しない比較例の場合は4サイクルであったことから、◎、○を好適範囲とした。表1中の割れサイクル数20以上とは、本実施例の結果では、割れが発生しなかったことを示す。
◎:15サイクル以上
○:10サイクル以上15サイクル未満
×:10サイクル未満
発明例及び比較例の鋼板をそれぞれ50mm×50mmのサイズにせん断し、この試験片に対して上記の複合サイクル腐食試験(図2参照)を実施し、1サイクル後の赤錆発生面積率から、以下の基準により評価した。
○:赤錆発生面積率50%未満
×:赤錆発生面積率50%以上
実施例1と同様の冷延鋼板を素材鋼板とし、この冷延鋼板の表面に付着した油をトルエン−エタノールの混合液で超音波脱脂した。コーティング法では、表2及び表3に示す各配合成分(金属塩、P化合物)を水(純水)に溶解させて皮膜形成用の表面処理液を調製し、この表面処理液を鋼板表面に塗布した後、高周波誘導加熱炉で加熱乾燥を実施して第一層皮膜を形成した。この皮膜中の各金属成分の付着量は、蛍光X線により、既知の各金属成分付着量の鋼板を標準板として用いることで測定した。
A1:エポキシ樹脂(ジャパンエポキシレジン(株)製、商品名:jER1009)
A2:ポリオレフィン樹脂(東邦化学工業(株)製、商品名:HYTEC S−3121)
A3:ウレタン樹脂(メーカー名:第一工業製薬(株)製 型番:スーパーフレックスE−2000)
A4:フッ素樹脂(旭硝子(株)製、商品名:ルミフロン LF552)
また、有機樹脂層の膜厚の測定は、FIB加工により得られた断面をSEM観察し、任意視野の3箇所で有機樹脂層の厚さ(第一層皮膜面から有機樹脂層の表面までの厚さ)を測定し、それらの平均値を膜厚とした。
・耐遅れ破壊特性の評価
発明例及び比較例の鋼板に対して実施例1と同様の試験条件と評価基準で試験を実施した。
発明例及び比較例の鋼板に対して実施例1と同様の試験を実施し、1サイクル後の赤錆発生面積率から、以下の基準により評価した。
◎:赤錆発生面積率5%未満
○:赤錆発生面積率5%以上20%未満
×:赤錆発生面積率20%以上
・導電性の評価
溶接性の指標として導電性を評価した。発明例および比較例の鋼板の試験片について、三菱化学アナリテック(株)製「ロレスタGP ASP端子」を用い表面抵抗値を測定し、表面抵抗値が10−4Ω以下となる割合(%)により、以下の判定基準で評価した。
○:80%以上
×:80%未満
2 ボルト
3 ナット
Claims (3)
- 引張り強度が1180MPa以上の冷延鋼板の表面に、Ca塩、Be塩の中から選ばれる1種以上の金属塩とP化合物を含有し、前記金属塩の金属(Ca、Be)換算での合計付着量が10〜500mg/m2、前記P化合物のP換算での付着量が10〜1000mg/m2である皮膜(A)を有することを特徴とする耐遅れ破壊特性に優れた鋼板。
- さらに、皮膜(A)の上層に膜厚が0.3μm以上4.0μm未満の有機樹脂層(B)を有することを特徴とする請求項1に記載の耐遅れ破壊特性に優れた鋼板。
- 皮膜(A)における金属塩の金属(Ca、Be)換算での合計付着量が50〜500mg/m2であることを特徴とする請求項1又は2に記載の耐遅れ破壊特性に優れた鋼板。
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