JP2021091928A

JP2021091928A - 鋼材、ブランク、及びホットスタンプ部材の製造方法

Info

Publication number: JP2021091928A
Application number: JP2019222003A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　泰弘; Yasuhiro Ito; 泰弘伊藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2021-06-17

Abstract

【課題】パッチワークブランクのレーザー溶接部の強度を向上させることの可能な鋼材及びこれを用いて形成されたブランクを提供する。【解決手段】母材の少なくとも一方の表面にＡｌめっき層が施された鋼材であって、Ａｌめっき層が施されている表面のうち少なくともいずれか一方には、Ａｌめっき層の非形成領域があり、非形成領域は、鋼材の端部から５ｍｍ以上離れた位置に形成されており、Ａｌめっき層は、質量％で、Ｓｉ：０．０５〜１５．００％、Ｚｎ：０〜３０．００％、Ｍｇ：０〜５．００％、Ｆｅ：０〜３０．００％、Ｃａ：０〜３．００％、Ｓｂ：０〜０．５０％、Ｐｂ：０〜０．５０％、Ｃｕ：０〜１．００％、Ｓｎ：０〜１．００％、Ｔｉ：０〜１．００％、Ｓｒ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜１．００％、Ｎｉ：０〜１．００％、及び、Ｍｎ：０〜１．００％、を含有し、残部がＡｌ及び１．００％以下の不純物からなる。【選択図】図４

Description

本発明は、アルミめっき層を有する鋼材、ブランク、及びホットスタンプ部材の製造方法に関する。

高強度で軽量な部材を製造する方法の１つにホッタスタンプ（ｈｏｔｓｔａｍｐｉｎｇ；ＨＳ）がある。その被加工材として、母材の表面にアルミ（Ａｌ）めっき層が施されたＡｌめっき鋼板を含む素材を重ねて溶接したパッチワーク（ｐａｔｃｈｗｏｒｋ；ＰＷ）ブランクを用いることがある。パッチワークブランクでは、複数の素材を重ね合わせて肉厚化されることで、当該部分の強度を高めている。

特許第６３３４５００号特開２０１９−１０６７８号公報

パッチワークブランクを形成する際、重ね合わされた素材の溶接は、例えばレーザー溶接にて行われる。しかしながら、Ａｌめっき鋼板にレーザーを照射すると、Ａｌめっき層のＡｌが母材中に侵入する。このような素材に対してホットスタンプを行うと焼入れが困難となり、溶接金属部の強度が低下する。その結果、レーザー溶接部の継手強度が低下する。

このような課題はテーラードウェルドブランク（Tailored Welded Blanks；ＴＷＢ）を製造する場合にも生じている。テーラードウェルドブランクは、溶接により板厚や材質の異なる鋼板の端面同士を接合して、１枚の鋼板とされた板材である。接合する鋼板の少なくとも一方がＡｌめっき鋼板であると、２枚の鋼板の端面をレーザー溶接した際に、接合部である溶接金属部にＡｌめっき層のＡｌが母材中に混入する。例えば、図８に示すような、鋼材Ａ（５Ａ）の端面と鋼材Ｂ（５Ｂ）の端面とがレーザー溶接された部分を見ると、レーザーが照射された溶接金属部５Ｃのビッカース硬さは、図９に示すように低下する。

溶接金属部の強度の低下は、溶接金属部にＡｌが混入しないように、予めＡｌめっき鋼板からＡｌめっき層を除去しておくことにより回避することができる。図８に示したテーラードウェルドブランクの場合はＡｌめっき鋼板の端部のＡｌめっき層を除去することで、溶接金属部へのＡｌの混入を抑制できる（例えば、特許文献１、２）。しかし、パッチワークブランクにおいては、端面ではなく面同士を対向させて、端面ではなく端面より内側の位置で素材は溶接される。また、パッチワークブランクをホットスタンプにより加工して製造された部材において、その性能を発現させるためには、複数個所での溶接が必要となる。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、パッチワークブランクのレーザー溶接部の強度を向上させることの可能な鋼材及びこれを用いて形成されたブランク、及びホットスタンプ部材の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、母材の少なくとも一方の表面にＡｌめっき層が施された鋼材であって、Ａｌめっき層が施されている表面のうち少なくともいずれか一方には、Ａｌめっき層の非形成領域があり、非形成領域は、鋼材の端部から５ｍｍ以上離れた位置に形成されており、Ａｌめっき層は、質量％で、Ｓｉ：０．０５〜１５．００％、Ｚｎ：０〜３０．００％、Ｍｇ：０〜５．００％、Ｆｅ：０〜３０．００％、Ｃａ：０〜３．００％、Ｓｂ：０〜０．５０％、Ｐｂ：０〜０．５０％、Ｃｕ：０〜１．００％、Ｓｎ：０〜１．００％、Ｔｉ：０〜１．００％、Ｓｒ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜１．００％、Ｎｉ：０〜１．００％、及び、Ｍｎ：０〜１．００％、を含有し、残部がＡｌ及び１．００％以下の不純物からなる、鋼材が提供される。

非形成領域は線状に形成されてもよい。

複数の非形成領域は、互いに並行であってもよい。

隣接する非形成領域の少なくとも一部において、隣接する非形成領域の間隔Ｗと鋼材の板厚ｔとの比が下記（１）式を満たすようにしてもよい。
Ｗ／ｔ≧２０・・・（１）

あるいは、非形成領域は、仮想的に示す除去ラインに沿って間欠的に形成されてもよい。

また、溶接された複数の素材からなり、素材のうち少なくとも１つは、上述の鋼材から形成され、非形成領域にて他の素材とレーザー溶接されている、ブランクを提供することもできる。

ここで、Ａｌめっき層は、素材同士がレーザー溶接された溶接金属部の近傍には存在しなくともよい。

また、本発明の別の観点によれば、重ね合わせる２つの鋼材をレーザー溶接し、パッチワークブランクを形成する工程と、形成されたパッチワークブランクを加熱してプレス加工により所定の形状に成形する工程と、を含み、鋼材のうち少なくとも１つは、上述の鋼材から形成され、非形成領域にて他方の鋼材とレーザー溶接されている、ホットスタンプ部材の製造方法が提供される。

あるいは、重ね合わせる２つの鋼材それぞれについて、加熱してプレス加工により所定の形状に成形する工程と、所定の形状に成形された２つの成形品を重ね合わせ、レーザー溶接する工程と、を含み、鋼材のうち少なくとも１つは、上述の鋼材から形成され、非形成領域にて他方の成形品とレーザー溶接されている、ホットスタンプ部材の製造方法が提供される。

以上説明したように本発明によれば、パッチワークブランクのレーザー溶接部の強度を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る鋼材を製造する第１工程の一例を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る鋼材を製造する第１工程の他の一例を示す説明図である。本発明の一実施形態に係る鋼材を製造する第１工程の他の一例を示す説明図である。同実施形態に係る鋼材のＡｌめっき層の非形成領域の一例を示す概略平面図である。同実施形態に係る鋼材のＡｌめっき層の非形成領域の他の一例を示す概略平面図である。同実施形態に係る鋼材のＡｌめっき層の非形成領域の他の一例を示す概略平面図である。板厚ｔに対する板幅Ｗ_０の比（Ｗ_０／ｔ）と、板材の有効幅との関係を示す特性図である。本発明の一実施形態に係る鋼材を用いたパッチワークブランクを製造する第２の工程の一例を示す説明図である。本実施形態に係る鋼材を用いて、断面形状がハット形状のパッチワークブランクのホットスタンプ部材を製造する工程の一例を示す模式図である。本実施形態に係る鋼材を用いて形成されたパッチワークブランクから、断面形状がハット形状のホットスタンプ部材を製造する工程の一例を示す模式図である。同実施形態に係るパッチワークブランクから形成された自動車部材の一例であるセンターピラーの模式図である。Ａｌめっき層の非形成領域のあるＡｌめっき鋼板（鋼材）から形成されたパッチワークブランク（実施例）と、Ａｌめっき層が除去されていないＡｌめっき鋼板（鋼材）から形成されたパッチワークブランク（比較例）とについて、レーザー溶接部である溶接金属部のビッカース硬さを示すグラフである。テーラードウェルドブランクの溶接金属部の一例を示す図である。図８に示すテーラードウェルドブランクにおいて２つのＡｌめっき鋼板（鋼材）及びレーザー溶接部である溶接金属部のビッカース硬さを示すグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

本発明の一実施形態に係る鋼材は、母材の少なくとも一方の表面にＡｌめっき層が施された鋼材である。Ａｌめっき層が施されている表面のうち少なくともいずれか一方には、Ａｌめっき層の非形成領域がある。Ａｌめっき層の非形成領域は、少なくとも鋼材の端部から５ｍｍ以上離れた位置にある。

ここで、Ａｌめっき層は、後述するように、質量％で、Ｓｉ：０．０５〜１５．００％、Ｚｎ：０〜３０．００％、Ｍｇ：０〜５．００％、Ｆｅ：０〜３０．００％、Ｃａ：０〜３．００％、Ｓｂ：０〜０．５０％、Ｐｂ：０〜０．５０％、Ｃｕ：０〜１．００％、Ｓｎ：０〜１．００％、Ｔｉ：０〜１．００％、Ｓｒ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜１．００％、Ｎｉ：０〜１．００％、及び、Ｍｎ：０〜１．００％、を含有し、残部がＡｌ及び１．００％以下の不純物からなる。本実施形態において、Ａｌめっき層の非形成領域とは、母材の表面にＡｌめっき層が全く存在しない場合だけでなく、僅かにＡｌめっき層が残存している場合も含む。

また、鋼材の端部とは、鋼材を平面視したときのエッジ位置をいう。なお、端部の側面を、端面ともいう。このような鋼材は、複数の素材を重ね合わせた状態で溶接により接合されたパッチワークブランクを形成する際に用いられる。パッチワークブランクを製造する際、Ａｌめっき層の非形成領域にレーザーを照射して他の鋼材と接合することにより、溶接金属部にＡｌめっき層のＡｌが混入することを抑制することができ、溶接金属部の強度を高めることができる。

以下、本実施形態に係るパッチワークブランクに用いられる鋼材と、これを用いて製造されるパッチワークブランクについて説明する。

＜１．パッチワークブランクの製造＞
まず、図１Ａ〜図４に基づいて、本発明の一実施形態に係る鋼材と、これを用いて製造されるパッチワークブランクについて説明する。図１Ａ〜図１Ｃは、本実施形態に係る鋼材１１０を製造する第１工程の一例を示す説明図である。図２Ａ〜図２Ｃは、本実施形態に係る鋼材１１０のＡｌめっき層の非形成領域１１７の一例を示す概略平面図である。図３は、板厚ｔに対する板幅Ｗ_０の比（Ｗ_０／ｔ）と、板材の有効幅との関係を示す特性図である。図４は、本実施形態に係る鋼材１１０を用いたパッチワークブランクを製造する第２の工程の一例を示す説明図である。なお、図１Ａ〜図２Ｃ、図４では、説明を分かりやすくするため、各構成要素を簡略化して記載している。

まず、パッチワークブランク１００に用いられる本実施形態に係る鋼材１１０は、図１Ａに示すように、母材１１１の２つの表面にＡｌめっき層１１２、１１３が施されたＡｌめっき鋼板１０をもとに製造される（第１工程：Ａｌめっき層の非形成領域を有する鋼材を形成する工程）。

鋼材１１０は、Ａｌめっき鋼板１０のＡｌめっき層が施されている表面のうち少なくともいずれか一方において、Ａｌめっき層が除去され、Ａｌめっき層の非形成領域１１７が形成されている。例えば、図１Ａでは、下面側のＡｌめっき層１１３に非形成領域１１７がある。非形成領域１１７は、他の鋼材との接合のためにレーザー溶接が行われる際に、少なくともレーザーが入射する側のＡｌめっき層にあればよい。Ａｌめっき層の非形成領域１１７は、レーザー溶接により他の鋼材と接合する際に溶接金属部にＡｌめっき層のＡｌが混入することを抑制するため、予めレーザーが照射される接合位置のＡｌめっき層を除去して形成されるものである。非形成領域の幅は、複数の鋼材を溶接するために照射されるレーザーのビーム径に応じて決定すればよい。非形成領域１１７の幅は、例えば０．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下であることが好ましい。

なお、第１工程では、Ａｌめっき鋼板１０において、図１Ｂに示すように、母材１１１の２つの表面に施されたＡｌめっき層１１２、１１３の両方に非形成領域１１７のある鋼材１１０Ａを形成してもよい。また、図１Ｃに示すように、母材１１１の一方の表面のみにＡｌめっき層１１３が施されたＡｌめっき鋼板１０Ｂの場合において、そのＡｌめっき層１１３に非形成領域１１７のある鋼材１１０Ｂも本発明に含まれる。

パッチワークブランク１００の溶接は、線状の除去ラインに沿って行われる。除去ラインは、Ａｌめっき層が除去される位置を仮想的に示す線である。このとき、除去ラインに沿って形成された非形成領域は、互いに並行に形成されてもよい。ここで、並行とは、複数の直線状または曲線状の線分が当該線分の接線に直行する方向に互いに交わらずに並列して形成された部位を含む状態を意味する。互いに隣り合う線分同士の間隔は一定であっても変化していてもよい。また、互いに隣り合う線分同士は互いに交差する部位を有していてもよい。したがって、隣接する非形成領域は、並んで配置されていればよく、直線状でも曲線状でもよい。

複数の鋼材を溶接してパッチワークブランク１００を形成する際、鋼材を一体化するという観点では、溶接線は任意に設定してもよい。ただし、溶接線の間隔が短いほど溶接効率を高めることができることから、除去ラインに沿って形成された非形成領域は、互いに略平行であることが望ましい。また、非形成領域を互いに略平行とすることで、一体化効果も高めることができる。

このような除去ラインに沿って、Ａｌめっき層の非形成領域１１７は形成される。図２Ａ〜図２Ｃに、鋼材１１０のＡｌめっき層の非形成領域１１７の一例を示す。図２Ａ〜図２Ｃは、３つの直線状の非形成領域１１７の例を示している。各非形成領域１１７は、それぞれ除去ライン１１５に沿って形成されている。

ここで、非形成領域１１７は、少なくとも鋼材の端部から所定の距離ｄ以上離れた位置に形成される。所定の距離ｄは、例えば５ｍｍ程度とすればよい。パッチワークブランク１００において、鋼材１１０、１２０は、テーラードウェルドブランクのようにそれぞれの端面同士が溶接されるのではなく、面同士を対向させて溶接される。したがって、非形成領域１１７は、必ずしも鋼材１１０の端部にある必要はなく、端部よりも内部側の、鋼材同士が溶接される領域にあればよい。

例えば、図２Ａに示すように、鋼材１１０の端部にまで非形成領域１１７があってもよく、図２Ｂに示すように、鋼材の端部から距離ｄだけ離隔した位置よりも内部側にのみ非形成領域１１７があってもよい。さらに、非形成領域１１７は、図２Ａ及び図２Ｂに示すように連続した直線状であってもよく、図２Ｃに示すように、除去ライン１１５に沿って間欠的に形成されてもよい。

なお、Ａｌめっき鋼板の表面からＡｌめっき層を除去する手法には、既知の手法を用いることができる。例えばＡｌめっき鋼板１０においてＡｌめっき層１１２、１１３を除去する位置にレーザーを照射して、非形成領域１１７を形成してもよい。レーザーによるＡｌめっき層１１２、１１３の除去は、Ａｌめっき層１１２、１１３を除去する領域の位置制御が容易であり、かつ、安価に実施できる。あるいは、Ａｌめっき層１１２、１１３を腐食させて除去し、非形成領域１１７を形成してもよい。さらに、機械加工によりＡｌめっき層１１２、１１３を削り取って非形成領域１１７を形成してもよい。

ここで、隣接する除去ライン１１５に沿って形成された非形成領域１１７のうち少なくとも一部において、非形成領域１１７の間隔Ｗは、鋼材１１０の板厚をｔとしたとき、Ｗ／ｔが２０以上を満たすように形成されることが好ましい。図２Ａ〜図２Ｃの鋼材１１０を用いて形成されたパッチワークブランク１００に対してＹ方向両側からパッチワークブランク１００に荷重が加えられた場合、初期反力が生じる。その際、板材が反ってしまうことがある。板材が反ってしまうと、板材の全断面で荷重を受けていないこととなる。初期反力を高めるためには、反りの発生を抑え、板幅方向の断面において、荷重を受け止める領域をより大きくすることが望ましい。換言すれば、板材の総板幅Ｗ_０のうち、荷重を受け止めることができる幅が大きい方が望ましい。このため、板材の総板幅Ｗ_０に対して荷重を受け止めることのできる板材の幅の割合を有効幅として定義する。具体的に、有効幅とは、総板幅Ｗ_０に対し、荷重を受け止めるための仕事をしている幅の割合である。

板材の板幅Ｗ_０が大きいほど、板幅Ｗ_０の方向に沿った断面が広くなり、板材の反り（撓み）の影響を受け易くなるため、有効幅は小さくなる。また、板厚ｔが薄いほど板材の反りが大きくなり、総板幅Ｗ_０のうち荷重を受け止める幅の割合は低下する。したがって、板幅Ｗ_０が大きいほど、また板厚ｔが薄いほど、有効幅は小さくなる。つまり、有効幅は、板厚ｔに対する板幅Ｗ_０の比（Ｗ_０／ｔ）が大きいほど小さくなる。図３は、引張強度が１４７０ＭＰａの板材の板厚ｔに対する板幅Ｗ_０の比（Ｗ_０／ｔ）と、板材の有効幅との関係を示す特性図であって、Ｗ_０／ｔを横軸に示し、有効幅を縦軸に示している。

図３に示すように、有効幅は、Ｗ_０／ｔが大きくなるほど小さくなる。したがって、有効幅を増加し、初期反力を増加するためには、板幅を小さくし、板厚を厚くすることが望ましい。図３に示すように、Ｗ_０／ｔが２０未満の領域では、有効幅が１．０になるため、板幅Ｗ_０の全体で荷重を受け止めることができ、初期反力を高めることができる。換言すれば、Ｗ_０／ｔが２０未満の領域では、板幅Ｗ_０の全体で荷重を受け止めることができる。このため、２枚の板材を線溶接で接合しなくても、それぞれの板材が板幅Ｗ_０の全体で荷重を受けることができるため、総板厚が同じ１枚の板材と同等の初期反力を得ることができる。

かかる観点から、図３で有効幅が１．０よりも小さくなるＷ_０／ｔを有する板材、すなわち、Ｗ_０／ｔが２０以上となる板材については、複数の板材を、例えば溶接により接合することで、総板厚が同じ板材と同等の強度を確保できる。なお、自動車や建築構造物に代表される一般的な構造部材の寸法を考えれば、実用的な範囲としてＷ_０／ｔを１２０以下とするのがよい。

ここで、隣接する除去ライン１１５に沿って形成された非形成領域１１７のうち少なくとも一部において、非形成領域１１７の間隔をＷとした場合に、上述した板幅Ｗ_０と板厚ｔの関係に倣い、Ｗ／ｔの値が２０以上となるように非形成領域１１７を設ける。これにより、有効幅が増大する領域を複数有するパッチワークブランク１００が得られる。これにより、総板厚が同じ板材と同等の強度を確保できる。特に、非形成領域１１７の長さの６０％以上１００％以下において、Ｗ／ｔの値が２０以上となるように非形成領域１１７を設けることが好ましい。なお、Ｗ／ｔが２０未満の場合は、元々の有効幅が１．０であり、板幅Ｗ_０の方向に沿った全断面で荷重を受ける仕事をするため、２枚の板材を接合しなくても、総板厚が同じ１枚の板材と同等の初期反力が得られる。

次いで、パッチワークブランク１００に用いられる鋼材１１０が形成されると、鋼材１１０と他の鋼材１２０とを溶接して、パッチワークブランク１００が製造される（第２工程：パッチワークブランク製造工程）。

例えば、図１Ｂに示した鋼材１１０Ａを用いてパッチワークブランク１００を形成する場合、図４に示すように、Ａｌめっき鋼板である鋼材１１０Ａと鋼材１２０とは、例えば鋼材１１０Ａの非形成領域１１７が形成された側の面と鋼材１２０の一面とを接触させた状態で、レーザーＬを照射して溶接される。このとき、レーザーは、鋼材１１０Ａに形成されたＡｌめっき層１１３の非形成領域１１７に照射されるようにする。レーザーの幅は、非形成領域１１７の開口幅よりも小さい。これにより、レーザー溶接により鋼材１１０Ａ、１２０を接合する際に、溶接金属部１１９にＡｌめっき層１１３のＡｌが混入しにくくなり、ホットスタンプの実施による溶接金属部１１９の強度の低下を抑制することができる。

なお、鋼材１１０Ａと溶接する鋼材１２０は、Ａｌめっき鋼板であってもよく、図４に示すようなめっきが施されていない裸材であってもよい。また、鋼材１１０Ａと溶接する鋼材１２０は、亜鉛を用いためっき鋼板であってもよく、樹脂等の鉄鋼以外の材料であってもよい。

第２工程は、図１Ａあるいは図１Ｃに示したような鋼材１１０、１１０Ｂと鋼材１２０とをレーザー溶接する場合も同様に行われる。このとき、図１Ｂの鋼材１１０では、鋼材１１０の両面に鋼材１２０がそれぞれ溶接されてもよい。また、図１Ｃの鋼材１１０Ｃでは、Ａｌめっき層１１３側に鋼材１２０が溶接されてもよい。

このように、本実施形態によれば、本実施形態に係る鋼材１１０（または鋼材１１０Ａ、１１０Ｃ）のように、レーザー溶接部となる位置のＡｌめっき層を除去した後に他の鋼材１２０と溶接して、パッチワークブランク１００が製造される。これにより、パッチワークブランク１００へのホットスタンプの実施した際に、溶接金属部１１９の強度の低下を抑制することができる。Ａｌの混入をより抑制する観点からは、一方の面に鋼材１２０を溶接する場合であっても、図１Ｂに示す鋼材１１０Ａのように両面に非形成領域１１７（一方の面の非形成領域１１７と他方の面の非形成領域１１７とは、面方向の位置が一致）が形成されていることが好ましい。

＜２．パッチワークブランクにより製造される部材＞
［２−１．部材の製造方法］
上述のように製造されたＡｌめっき鋼板（鋼材１１０）を素材として含むパッチワークブランク１００は、ホットスタンプにより高強度かつ軽量な部材を製造する際の被加工材として用いることができる。以下、図５Ａに基づき、パッチワークブランク１００を用いた部材の製造方法について説明する。

まず、図５Ａに示すように、重ね合わせる２つの鋼材１１０、１２０をレーザー溶接機７により溶接し、パッチワークブランク１００が形成される（工程ａ−１）。かかる工程ａ−１は、図４に示した第２工程に対応する。レーザー溶接機７は、鋼材１１０に形成されたＡｌめっき層の非形成領域１１７にレーザーを照射して、２つの鋼材１１０、１２０を溶接する。次いで、工程ａ−１にて形成されたパッチワークブランク１００は、加熱炉３にて約９００℃に加熱される（工程ａ−２）。そして、加熱により軟質化された状態で、パッチワークブランク１００をプレス装置５にてプレス加工して成形するとともに、金型との接触に伴う冷却効果により焼入れを行う（工程ａ−３）。こうして、部材２００が製造される。

図５Ａに示す部材２００は、縦壁部２０１、２０３と、天井部２０２と、フランジ部２０４、２０５からなる、断面形状がハット形状の部材である。部材２００の長手方向中央部分は、天井部２０２、及び、天井部２０２と縦壁部２０１、２０３とにより形成される稜線部を含むように、鋼材２２０が設けられて補強されている。溶接線２１９は、部材２００の長手方向に沿っている。

なお、部材２００は、図５Ａに示したように、パッチワークブランク１００に対してホットスタンプを行い製造する以外の方法によっても製造可能である。例えば、図５Ｂに示すように、パッチワークブランク１００を形成する鋼材１１０、１２０それぞれに対してホットスタンプを行った後、一体化し、部材２００を製造してもよい。なお、図５Ｂでは、図５Ａと同形状の部材２００を製造する場合を示している。

まず、パッチワークブランク１００を形成する鋼材１１０、１２０について、これらを接触させる面にＡｌめっき層が形成されている場合には、レーザー溶接が行われる部分に、Ａｌめっき層のない非形成領域１１７を形成する。図５Ｂに示す例では、鋼材１１０に非形成領域１１７が形成される。これは、図１Ａ〜図１Ｃに示した第１工程に対応する。次いで、鋼材１１０、１２０を、加熱炉３Ａ、３Ｂにてそれぞれ約９００℃に加熱する（工程ｂ−１）。そして、加熱により軟質化された状態で、鋼材１１０、１２０をプレス装置５Ａ、５Ｂにてそれぞれプレス加工して成形するとともに、金型との接触に伴う冷却効果により焼入れを行う（工程ｂ−２）。こうして、成形品２１０、２２０が形成される。

そして、成形品２１０、２２０を重ね合わせ、レーザー溶接機７によってこれらをレーザー溶接し、部材２００を製造する（工程ｂ−３）。このとき、成形品２１０に形成されているＡｌめっき層の非形成領域１１７に沿って、レーザー溶接機７から鋼材２１０、２２０に対してレーザーが照射される。こうして、天井部２０２、及び、天井部２０２と縦壁部２０１、２０３とにより形成される稜線部を含むように成形品２２０が成形品２１０に設けられ、長手方向中央部分が補強された部材２００となる。溶接線２１９は、部材２００の長手方向に沿っている。

図５Ａあるいは図５Ｂに示すように部材２００を形成することにより、２つの鋼材１１０、１２０あるいは成形品２１０、２２０のレーザー溶接部である溶接金属部の中心（つまり、熱影響部を除く部分）と各鋼材とのビッカース硬さの差を１３０以下に小さくすることができる。このように、パッチワークブランクのレーザー溶接部の強度を向上させることができる。

［２−２．部材例］
図６に、本実施形態に係るパッチワークブランク１００から形成された部材の一例として、センターピラー３００を示す。図６に示すセンターピラー３００は、Ａｌめっき鋼板である鋼材３１０と鋼材３２０とをレーザー溶接により接合したパッチワークブランクをホットスタンプにより製造されたものである。鋼材３２０は、鋼材３１０の内部（紙面奥側）にあり、センターピラーの長手方向に沿って、複数の溶接線３１５が形成されている。溶接線３１５は線状であり、直線状の溶接線もあれば、センターピラー３００の形状に沿った曲線状の溶接線もある。

このように、強度を高めたいアッパー側の位置で鋼板が二重となり補強されたパッチワークブランクを用いて部材を構成することで、必要な位置の強度を高めることができる。また、本実施形態に係るパッチワークブランク１００では、パッチワークブランク１００を形成する前の段階で、溶接線３１５となる位置のＡｌめっき鋼板のＡｌめっき層を除去されているため、溶接線３１５の溶接金属部に侵入するＡｌは抑制されている。したがって、当該パッチワークブランク１００を被加工材してホットスタンプを実施しても、溶接金属部の焼入れも適切に行われ、強度低下が抑制され得るため、製造された部材は高い耐衝突性能を得ることができる。

＜３．Ａｌめっき層について＞
本発明の実施形態によれば、上記鋼材の母材の表面にＡｌめっき層が形成され、例えば、母材が鋼板の場合には当該鋼板の少なくとも片面すなわち当該鋼板の片面又は両面にＡｌめっき層が形成される。Ａｌめっき層は、母材との界面に位置するＦｅ及びＡｌを含有する界面層と、当該界面層の上に位置する主層とを備え、Ａｌめっき層全体として下記の平均組成を有する。以下の説明において、％は質量％を意味する。また、「〜」の前後に数値が記載されている場合、前の数値以上、後の数値以下であることを意味する。なお、以下では、本実施形態のＡｌめっき鋼板、Ａｌめっき層を、「めっき鋼材」、「めっき層」と称する場合もある。

（１）組成
［残部：Ａｌ及び１．００％以下の不純物］
Ａｌめっき層における以下に説明する元素を除く残部は、Ａｌ及び１．００％以下の不純物である。Ａｌは、ホットスタンプ成形における加熱の際にスケール形成を抑制すると共に、ホットスタンプ形成後の塗装後耐食性を確保するために必須な元素である。不純物としては、Ａｌめっき層の形成過程において不可避的に混入する元素であって、本発明の鋼材が上記本発明の効果を奏し得る範囲で含有が許容される元素を例示することができる。

［Ｚｎ：０〜３０．００％］
Ｚｎは、防錆性を向上させるために有効であるが、過剰な添加は液体金属脆化（ＬＭＥ：ＬｉｑｕｉｄＭｅｔａｌＥｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ）の発生を招くため、その添加量の上限を３０．００％とする。

［Ｍｇ：０〜５．００％］
Ｍｇは、めっき層の耐食性を向上させ、塗膜膨れ等を改善するのに有効な元素である。一方、Ｍｇ含有量が高すぎると、過度な犠牲防食作用により、塗膜膨れ及び流れ錆の発生が急激に大きくなる傾向がある。したがって、Ｍｇ含有量は５．００％以下とし、好ましくは３．００％以下である。

［Ｓｉ：０．０５〜１５．００％］
Ｓｉは、めっき層の大部分を占めるＡｌが過剰にＦｅと合金化することを抑制するために必要な元素である。合金化抑制に必要な濃度は０．０５％であり、このましくは５％以上である。Ｓｉ濃度が１５．００％になると浴温が必要以上に高くなり製造性が悪くなるので、その上限は１５．００％とする。

［Ｃａ：０〜３．００％］
Ｃａは、任意添加元素であるが、添加されることでめっき浴表面のドロス形成を抑制する効果を持つ。過剰に添加するとこちらもかえって製造性を悪くするため、その上限は３．００％が好ましい。

［Ｆｅ：０〜３０．００％］
めっき鋼材を製造する工程にて、母材からのＦｅがめっき層中に拡散するため、当該めっき層には必然的にＦｅが含有される。通常、めっき層中に含まれるＦｅは、３０．００％以下である。なお、Ｆｅはめっき層中のＡｌと結合して、母材との界面に主としてＦｅ及びＡｌを含有する金属間化合物を構成する。

めっき層の基本成分組成は上記のとおりである。さらに、めっき層は、任意選択で、Ｓｂ：０〜０．５０％、Ｐｂ：０〜０．５０％、Ｃｕ：０〜１．００％、Ｓｎ：０〜１．００％、Ｔｉ：０〜１．００％、Ｓｒ：０〜０．５０％、Ｃｒ：０〜１．００％、Ｎｉ：０〜１．００％、及びＭｎ：０〜１．００％のうち１種又は２種以上を含有してもよい。特に限定されないが、めっき層を構成する上記基本成分の作用及び機能を十分に発揮させる観点から、これらの任意添加元素の合計含有量は５．００％以下とすることが好ましく、２．００％以下とすることがより好ましい。以下、これらの任意選択元素について詳しく説明する。

［Ｓｂ：０〜０．５０％、Ｐｂ：０〜０．５０％、Ｃｕ：０〜１．００％、Ｓｎ：０〜１．００％、Ｔｉ：０〜１．００％］
Ｓｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｓｎ及びＴｉは、主層において存在するＭｇ−Ｚｎ含有相中に含まれ得るが、所定の含有量の範囲内であれば、ホットスタンプ成形体としての性能に悪影響は及ぼさない。しかしながら、各元素の含有量が過剰な場合には、ホットスタンプにおける加熱の際に、これらの元素の酸化物が析出し、ホットスタンプ成形体の表面性状を悪化させ、りん酸塩化成処理が不良となって塗装後耐食性が悪化する。さらに、Ｐｂ及びＳｎの含有量が過剰になると、耐ＬＭＥ性が低下する傾向がある。したがって、Ｓｂ及びＰｂの含有量は０．５０％以下、好ましくは０．２０％以下であり、Ｃｕ、Ｓｎ及びＴｉの含有量は１．００％以下、好ましくは０．８０％以下、より好ましくは０．５０％以下である。一方で、各元素の含有量は０．０１％以上であってもよい。

［Ｓｒ：０〜０．５０％］
Ｓｒは、めっき層の製造時にめっき浴中に含めることで当該めっき浴上に形成されるトップドロスの生成を抑制することができる。また、Ｓｒは、ホットスタンプの加熱時に大気酸化を抑制する傾向があるため、ホットスタンプ後の成形体における色変化を抑制することができる。これらの効果は少量でも発揮されるため、Ｓｒ含有量は０．０１％以上であってもよい。一方、Ｓｒ含有量が過剰な場合には、塗膜膨れ及び流れ錆の発生が大きくなり、耐食性が悪化する傾向がある。したがって、Ｓｒ含有量は０．５０％以下とし、好ましくは０．３０％以下、より好ましくは０．１０％以下である。

［Ｃｒ：０〜１．００％、Ｎｉ：０〜１．００％、Ｍｎ：０〜１．００％］
Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｎは、めっき層と母材との界面付近に濃化し、めっき層表面のスパングルを消失させるなどの効果を有する。このような効果を得るためには、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｎの含有量はそれぞれ０．０１％以上とすることが好ましい。一方で、これらの元素は界面層に含まれるか又は主層に存在するＦｅ−Ａｌ含有相中に含まれ得る。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰な場合には、塗膜膨れ及び流れ錆の発生が大きくなり、耐食性が悪化する傾向がある。したがって、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｎの含有量はそれぞれ１．００％以下とし、好ましくは０．５０％以下、より好ましくは０．１０％以下である。

めっき層の化学組成は、母材の腐食を抑制するインヒビターを加えた酸溶液にめっき層を溶解し、得られた溶液をＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分光法によって測定することにより決定される。この場合、測定される化学組成は、主層と界面層の合計の平均組成である。

めっき層の厚さは、例えば３〜５０μｍであってよい。また、母材が鋼板の場合には、めっき層は、当該鋼板の両面に設けられてもよく又は片面のみに設けられてもよい。めっき層の付着量は、特に限定されないが、例えば、片面当たり１０〜１７０ｇ／ｍ^２であってよい。本発明において、めっき層の付着量は、地鉄の腐食を抑制するインヒビターを加えた酸溶液にめっき層を溶解し、酸洗前後の重量変化から決定される。

（２）めっき層の形成方法
次に、めっき層の形成方法について説明する。めっき層は、母材の少なくとも片面、好ましくは両面に、以下のように形成される。

まず、母材をＮ_２−Ｈ_２混合ガス雰囲気中で所定の温度（例えば７５０〜８５０℃）及び時間で加熱還元処理する。その後、窒素雰囲気等の不活性雰囲気下でめっき浴温付近まで冷却する。次いで、母材を所定の化学組成を有するめっき浴に０．１〜６０秒間浸漬した後、これを引き上げ、ガスワイピング法により直ちにＮ_２ガス又は空気を吹き付けることでめっき層の付着量を所定の範囲内に調整する。

めっき層の付着量は、片面当たり１０〜１７０ｇ／ｍ^２とすることが好ましい。本工程では、めっき付着の補助として、Ｎｉプレめっき、Ｓｎプレめっき等のプレめっきを施すことも可能である。しかしながら、これらのプレめっきは、合金化反応に変化を及ぼすため、プレめっきの付着量は、片面当たり２．０ｇ／ｍ^２以下とすることが好ましい。

図１Ｂに示した本発明の一実施形態に係るＡｌめっき層の非形成領域が形成された鋼材を用いて、図４に示したように重ね合わせた２つの鋼材をレーザー溶接したときの、溶接金属部のビッカース硬さを測定した。その結果を図７に実施例として示す。図７において、鋼材Ａは図４の鋼材１１０を示し、鋼材Ｂは図４の鋼材１２０を示す。また、溶接金属の部分は図４の溶接金属部１１９のビッカース硬さを表す。比較例として、Ａｌめっき層の非形成領域を形成せずに鋼材Ａと鋼材Ｂとを重ね合わせレーザー溶接したときの溶接金属部のビッカース硬さを示す。

図７より、比較例においては、鋼材Ａ、Ｂのビッカース硬さに対して溶接金属部のビッカース硬さは低下したが、実施例においては、鋼材Ａ、Ｂ、溶接金属部にわたってビッカース硬さは約４５０で一定となった。かかる結果より、本発明にかかる鋼材を用いたパッチワークブランクにおいて、レーザーによるレーザー溶接部の強度が向上することが示された。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。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、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、パッチワークブランクは２枚の鋼材を重ね合わせた例を示したが、本発明はかかる例に限定されない。パッチワークブランクは、３枚以上の鋼材を重ね合わせて形成されてもよい。このとき、少なくとも１枚が上述したＡｌめっき鋼板であればよく、パッチワークブランクを形成する前、溶接位置にはＡｌめっき層が除去された非形成領域が形成されているようにすればよい。

１００パッチワークブランク
１１０、１２０鋼材
１１１母材
１１２、１１３Ａｌめっき層
１１５除去ライン
１１７非形成領域
１１９溶接金属部
２００部材
２０１、２０３縦壁部
２０２天井部
２０４、２０５フランジ部
２１０、２２０鋼材（成形品）
２１９溶接線
３００センターピラー
３１０、３２０鋼材
３１５溶接線

Claims

母材の少なくとも一方の表面にＡｌめっき層が施された鋼材であって、
前記Ａｌめっき層が施されている表面のうち少なくともいずれか一方には、前記Ａｌめっき層の非形成領域があり、
前記非形成領域は、前記鋼材の端部から５ｍｍ以上離れた位置に形成されており、
前記Ａｌめっき層は、質量％で、
Ｓｉ：０．０５〜１５．００％、
Ｚｎ：０〜３０．００％、
Ｍｇ：０〜５．００％、
Ｆｅ：０〜３０．００％、
Ｃａ：０〜３．００％、
Ｓｂ：０〜０．５０％、
Ｐｂ：０〜０．５０％、
Ｃｕ：０〜１．００％、
Ｓｎ：０〜１．００％、
Ｔｉ：０〜１．００％、
Ｓｒ：０〜０．５０％、
Ｃｒ：０〜１．００％、
Ｎｉ：０〜１．００％、及び、
Ｍｎ：０〜１．００％、
を含有し、残部がＡｌ及び１．００％以下の不純物からなる、鋼材。
前記非形成領域は線状に形成される、請求項１に記載の鋼材。
複数の前記非形成領域は、互いに並行する、請求項１に記載の鋼材。
隣接する前記非形成領域の少なくとも一部において、前記非形成領域の間隔Ｗと前記鋼材の板厚ｔとの比が下記（１）式を満たす、請求項３に記載の鋼材。
Ｗ／ｔ≧２０・・・（１）
前記非形成領域は仮想的に示す除去ラインに沿って間欠的に形成される、請求項１に記載の鋼材。
溶接された複数の素材からなり、
前記素材のうち少なくとも１つは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋼材から形成され、前記非形成領域にて他の前記素材とレーザー溶接されている、ブランク。
前記Ａｌめっき層は、前記素材同士がレーザー溶接された溶接金属部の近傍には存在しない、請求項６に記載のブランク。
重ね合わせる２つの鋼材をレーザー溶接し、パッチワークブランクを形成する工程と、
形成された前記パッチワークブランクを加熱してプレス加工により所定の形状に成形する工程と、
を含み、
前記鋼材のうち少なくとも１つは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋼材から形成され、前記非形成領域にて他方の前記鋼材とレーザー溶接されている、ホットスタンプ部材の製造方法。
重ね合わせる２つの鋼材それぞれについて、加熱してプレス加工により所定の形状に成形する工程と、
所定の形状に成形された２つの成形品を重ね合わせ、レーザー溶接する工程と、
を含み、
前記鋼材のうち少なくとも１つは、請求項１〜５のいずれか１項に記載の鋼材から形成され、前記非形成領域にて他方の前記成形品とレーザー溶接されている、ホットスタンプ部材の製造方法。