JP2022130469A - 被覆鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属コーティングで被覆された、ＬＭＥの問題がない鋼板の製造方法および前記鋼板を提供する。【解決手段】Ａ．鉄及びニッケルを含む第１のコーティングで被覆された、プレコート鋼板を準備する工程、Ｂ．このようなプレコート鋼板を、６００～１０００℃の温度で熱処理する工程、Ｃ．工程Ｂ）で得られた鋼板を、亜鉛ベースの第２のコーティングで被覆する工程、とを含む、被覆鋼板の製造方法である。【選択図】なし
Description
本発明は、被覆鋼板の製造方法に関する。本発明は、自動車の製造に、特によく適する。
亜鉛ベースのコーティングは、バリア防食及び陰極防食によって腐食を防ぐことができるので、一般的に使用されている。鋼の表面に金属コーティングを塗布することで、バリア効果が得られる。したがって、金属コーティングは、鋼と腐食性雰囲気との接触を防止する。バリア効果は、コーティング及び基材の性質に依存しない。対照的に、犠牲的な陰極防食は、亜鉛が鋼よりイオン化傾向の高い金属であるという事実に基づく。したがって、腐食が発生した場合、亜鉛は鋼よりも先に消耗される。陰極防食は、周囲の亜鉛が鋼よりも先に消耗されるカットエッジのように、鋼が腐食性雰囲気に直接さらされる領域では不可欠である。
しかしながら、そのような亜鉛被覆鋼板に対して加熱工程、例えばホットプレス硬化又は溶接が行われる場合、鋼／コーティング界面から広がるクラックが、鋼において観察される。実際、時々、上記の作業後に存在する被覆鋼板のクラックによって、金属の機械的特性が低下する。これらのクラックは次の条件で確認される：高温、引張応力が存在する上での低融点の液体金属（亜鉛など）との接触、基材の結晶粒及び結晶粒界における溶融金属の不均一な拡散である。このような現象は、液体金属脆化（ＬＭＥ）という呼称で知られており、液体金属アシストクラッキング（ＬＭＡＣ）とも呼ばれる。
ＵＳ２０１２１００３９１は、良好なめっき品質、めっき密着性及びスポット溶接性を有する溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法を開示しており、この方法は、
－ベース鋼板を０．１－１．０ｇ／ｍ２のコーティング量のＮｉ（ＣＮｉ）でコーティングする工程、
－Ｎｉ被覆鋼板を還元雰囲気で加熱する工程、
－加熱された鋼板を、鋼板が亜鉛めっき浴に投入される温度（Ｘｓ）まで冷却する工程、及び
－有効Ａｌ濃度（ＣＡＩ）が０．１１～０．１４ｗｔ％であり、４４０～４６０℃の温度（Ｔｐ）である亜鉛めっき浴に冷却された鋼板を投入し、浸漬する工程であって、鋼板が亜鉛めっき浴に投入される温度（Ｘｓ）が、ＣＮｉ（Ｘｓ－Ｔｐ）／２ＣＡｌ＝５－１００の関係を満たす工程
を含む。
－ベース鋼板を０．１－１．０ｇ／ｍ２のコーティング量のＮｉ（ＣＮｉ）でコーティングする工程、
－Ｎｉ被覆鋼板を還元雰囲気で加熱する工程、
－加熱された鋼板を、鋼板が亜鉛めっき浴に投入される温度（Ｘｓ）まで冷却する工程、及び
－有効Ａｌ濃度（ＣＡＩ）が０．１１～０．１４ｗｔ％であり、４４０～４６０℃の温度（Ｔｐ）である亜鉛めっき浴に冷却された鋼板を投入し、浸漬する工程であって、鋼板が亜鉛めっき浴に投入される温度（Ｘｓ）が、ＣＮｉ（Ｘｓ－Ｔｐ）／２ＣＡｌ＝５－１００の関係を満たす工程
を含む。
それはさらに、合金相が亜鉛めっき層の断面積の１～２０％を占めるＦｅ－Ｚｎ合金相である、溶融亜鉛めっき鋼板を開示している。
しかしながら、上記の方法では０．１１～０．１４ｗｔ％のＡｌを含む浴で亜鉛めっきが実施されたため、抑制層が非常に弱く、Ｆｅ－Ｚｎ金属間相が形成された。スポット溶接性は、コーティング中のＮｉの量、亜鉛めっき浴のＡｌ濃度、及び亜鉛めっき浴の温度と鋼板が亜鉛めっき浴に投入される温度との差を含む制御パラメーターに依存するため、工業的規模では、この方法を適用することは困難である。さらに、実施されるスポット溶接性は、電極寿命、すなわちナゲット径が４Ｖｔ（ｔ：鋼板厚）に達した時点で測定された連続溶接スポットの数を基に評価される。スポット溶接後の被覆鋼板のクラックの存在の減少については、言及されていない。
したがって本発明の目的は、金属コーティングで被覆された、ＬＭＥの問題がない鋼板を提供することである。それは、成形及び／又は溶接後にＬＭＥの問題のない部品を得るための、特に実行が容易な方法を提供することを目的とする。
この目的は、請求項１に記載の方法を提供することによって達成される。この方法は、請求項２～１８のいずれかの特徴を含むこともできる。
別の目的は、請求項１９に記載の鋼板を提供することによって達成される。この鋼板は、請求項２０～２５のいずれかの特徴を含むこともできる。
別の目的は、請求項２６に記載のスポット溶接継手を提供することによって達成される。このスポット溶接継手は、請求項２７～２９の特徴を含むこともできる。
最後に、別の目的は、請求項３０に記載の鋼板又は組立物の使用を提供することによって達成される。
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の以下の詳細な説明から、明らかになるであろう。
「鋼」又は「鋼板」という呼称は、部品が最大２５００ＭＰａ、より好ましくは最大２０００ＭＰａの引張強度を達成することを可能にする成分を有する鋼の板、コイル、プレートを意味する。例えば、引張強度は、５００ＭＰａ以上、好ましくは９８０ＭＰａ以上、有利には１１８０ＭＰａ以上、さらには１４７０ＭＰａ以上である。
本発明は、以下の工程を含む、被覆鋼板の製造方法に関する。
Ａ．鉄及びニッケルを含む第１のコーティングで被覆された、プレコート鋼板を準備する工程、
Ｂ．このようなプレコート鋼板を、６００～１０００℃の温度で熱処理する工程、
Ｃ．工程Ｂ）で得られた鋼板を、亜鉛ベースの第２のコーティングで被覆する工程。
Ｂ．このようなプレコート鋼板を、６００～１０００℃の温度で熱処理する工程、
Ｃ．工程Ｂ）で得られた鋼板を、亜鉛ベースの第２のコーティングで被覆する工程。
いかなる理論に束縛されるつもりはないが、熱処理の前に鉄及びニッケルの第１のコーティングを鋼板上に堆積させることが、本発明の本質的な特徴である。なぜなら熱処理中に、一方でＮｉが鋼板に向かって拡散して、Ｆｅ－Ｎｉ合金層をもたらすからである。他方、若干量のＮｉが、鋼とコーティング界面との界面に依然として存在し、あらゆる加熱工程、例えば溶接中に液体亜鉛が鋼へ浸透するのを防止する。このように、本発明による方法を適用することによって、ＬＭＥに対するバリア層を得ることが可能である。
鉄及びニッケルを含む第１のコーティングは、当業者に知られている任意の堆積方法によって堆積される。それは、真空蒸着又は電気めっき法で堆積され得る。好ましくは、それは電気めっき法で堆積される。
好ましくは、工程Ａ）において、第１のコーティングは、１０～７５重量％、より好ましくは２５～６５重量％、有利には４０～６０重量％の鉄を含む。
好ましくは、工程Ａ）において、第１のコーティングは、２５～９０重量％、好ましくは３５～７５重量％、有利には４０～６０重量％のニッケルを含む。
好ましい実施形態では、工程Ａ）において、第１のコーティングは、鉄及びニッケルからなる。
好ましくは、工程Ａ）において、第１のコーティングは、０．５μｍ以上の厚さを有する。より好ましくは、第１のコーティングは、０．８～５．０μｍ、有利には１．０～２．０μｍの厚さを有する。
好ましくは、工程Ａ）において、鋼板の成分は
０．１０＜Ｃ＜０．４０％、
１．５＜Ｍｎ＜３．０％、
０．７＜Ｓｉ＜２．０％、
０．０５＜Ａｌ＜１．０％、
０．７５＜（Ｓｉ＋ＡＩ）＜３．０％、
及び純粋に任意ベースで１つ以上の元素、例えば
Ｎｂ≦０．５％、
Ｂ≦０．００５％、
Ｃｒ≦１．０％、
Ｍｏ≦０．５０％、
Ｎｉ≦１．０％、
Ｔｉ≦０．５％、
を重量で含み、
残りの成分は、鉄を及び加工で生じる不可避の不純物で構成される。
０．１０＜Ｃ＜０．４０％、
１．５＜Ｍｎ＜３．０％、
０．７＜Ｓｉ＜２．０％、
０．０５＜Ａｌ＜１．０％、
０．７５＜（Ｓｉ＋ＡＩ）＜３．０％、
及び純粋に任意ベースで１つ以上の元素、例えば
Ｎｂ≦０．５％、
Ｂ≦０．００５％、
Ｃｒ≦１．０％、
Ｍｏ≦０．５０％、
Ｎｉ≦１．０％、
Ｔｉ≦０．５％、
を重量で含み、
残りの成分は、鉄を及び加工で生じる不可避の不純物で構成される。
好ましくは、工程Ｂ）において、熱処理は連続焼鈍である。例えば、連続焼鈍は、加熱、浸漬及び冷却工程を含む。それは、予熱工程をさらに含むことができる。
有利には、熱処理は、露点－１０～－６０℃で、Ｈ２を１～３０％含む雰囲気中で実施される。例えば、雰囲気は、露点－４０℃～－６０℃で、Ｈ２を１～１０％含む。
有利には、工程Ｃ）において、第２の層は、５０％超、より好ましくは７５％超の亜鉛、有利には９０％超の亜鉛を含む。第２の層は、当業者に知られている任意の堆積方法によって堆積させることができる。それは、溶融めっきコーティング、真空蒸着又は電気亜鉛めっきによって可能である。
例えば、亜鉛ベースのコーティングは、０．０１～８．０％のＡｌ、任意に０．２～８．０％のＭｇを含み、残りはＺｎである。
好ましくは、亜鉛ベースのコーティングは、溶融亜鉛めっきによって堆積される。この実施形態では、溶融浴は、インゴットの投入による、又は鋼板の溶融浴内の通過による不可避の不純物及び残留元素も含むことができる。例えば、任意に不純物は、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｚｒ又はＢｉから選択され、各追加元素の重量含有量は、０．３重量％未満である。インゴットの投入又は鋼板の溶融浴中の通過による残留元素は、含有量５．０重量％までの、好ましくは３．０重量％までの鉄であり得る。
好ましい実施形態では、第２の層は亜鉛からなる。コーティングが溶融亜鉛めっきによって堆積される場合、Ａｌは、０．１５～０．４０ｗｔ％のパーセンテージで浴中に含まれる。さらに、第１のコーティング中に存在する鉄は、抑制層Ｆｅ２Ａｌ５を形成するためにアルミニウムと反応して、溶融亜鉛めっき中に反応性のぬれ挙動をもたらす。
本発明による方法により、鉄及びニッケルを含む拡散合金層で被覆された鋼板が得られ、このような層は、亜鉛ベースの層によって直に覆われる。拡散合金層は、ＬＭＥに対するバリア層のように機能し、コーティング密着性を改善すると考えられる。
好ましくは、鋼板は、１～５０％の残留オーステナイト、１～６０％のマルテンサイト、並びに任意にベイナイト、フェライト、セメンタイト及びパーライトから選択される少なくとも１つの成分を含む微細構造を有する。この場合、マルテンサイトは焼戻しされても、されなくてもよい。
好ましい実施形態では、鋼板は、５～２５％の残留オーステナイトを含む微細構造を有する。
好ましくは、鋼板は、１～６０％、より好ましくは１０～６０％の焼戻しマルテンサイトを含む微細構造を有する。
有利には、鋼板は、１０～４０％のベイナイトを含む微細構造を有し、そのようなベイナイトは、１０～２０％の下部ベイナイト、０～１５％の上部ベイナイト及び０～５％の炭化物非含有ベイナイトを含む。
好ましくは、鋼板は、１～２５％のフェライトを含む微細構造を有する。
好ましくは、鋼板は、１～１５％の非焼戻しマルテンサイトを含む微細構造を有する。
鋼板の製造後、車両のいくつかの部品を製造するために、２枚の金属板を溶接して組み立てることが知られている。したがって、少なくとも２枚の金属板の溶接中にスポット溶接継手が形成され、前記スポットは少なくとも２枚の金属板間を連結する。
本発明によるスポット溶接継手を製造するために、溶接は３ｋＡ～１５ｋＡの実効電流で実施され、電極に加えられる圧力は１５０～８５０ｄａＮであり、前記電極の活性面の直径は４～１０ｍｍである。
したがって、本発明による被覆鋼板を含む少なくとも２枚の金属板のスポット溶接継手が得られ、そのような継手に含まれる１００μｍ超のサイズのクラックは、３つ未満であり、最長のクラックの長さは、５００μｍ未満である。
好ましくは、２枚目の金属板は、鋼板又はアルミニウム板である。より好ましくは、２枚目の金属板は、本発明による鋼板である。
別の実施形態では、スポット溶接継手は、鋼板又はアルミニウム板である３枚目の金属板を含む。例えば、３枚目の金属板は、本発明による鋼板である。
本発明の鋼板又はスポット溶接継手は、自動車両用部品の製造に使用することができる。
実施された試験において、これから本発明を情報の目的のみで説明する。それらは、限定するものではない。
すべてのサンプルについて、使用した鋼板の成分の重量パーセントは、Ｃ＝０．３７％、Ｍｎ＝１．９ｗｔ％、Ｓｉ＝１．９ｗｔ％、Ｃｒ＝０．３５ｗｔ％、Ａｌ＝０．０５ｗｔ％及びＭｏ＝０．１ｗｔ％である。
試作１及び２は、４５％のＦｅを含み、残りがＮｉである第１のコーティングを堆積させることによって調製した。次に、露点－４５℃で、５％のＨ２及び９５％のＮ２を含む雰囲気中で連続焼鈍を実施した。プレコート鋼板を９００℃の温度で加熱した。最後に、０．２％のＡｌを含む亜鉛浴による溶融亜鉛めっきによって、亜鉛コーティングを堆積させた。浴温は、４６０℃であった。
比較のため、上記鋼板の連続焼鈍後、電気亜鉛めっきにより亜鉛コーティングを堆積させて試作３を調製した。
試作１～３の、ＬＭＥに対する耐性を評価した。この目的のために、各試作について２枚の被覆鋼板を抵抗スポット溶接によって溶接した。電極のタイプは１６ｍｍの直径を有するＩＳＯタイプＢであり、電極の圧力は５ｋＮであり、水の流量は１．５ｇ／分であった。溶接サイクルを表１に示す。
次に、各試作について３枚の被覆鋼板を、抵抗スポット溶接によって３層重ね構成で溶接した。次に、１００μｍを超えるクラックの数を、表３に報告されているように、光学顕微鏡及びＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を使用して評価した。
最後に、試作１及び２を９０°の角度で曲げた。次に、粘着テープを貼ってはがし、基材鋼とのコーティング密着性を確認した。それらの試作のコーティング密着性は、優れていた。
ＵＳ２０１２１００３９１は、良好なめっき品質、めっき密着性及びスポット溶接性を有する溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法を開示しており、この方法は、
－ベース鋼板を０．１－１．０ｇ／ｍ２のコーティング量のＮｉ（ＣＮｉ）でコーティングする工程、
－Ｎｉ被覆鋼板を還元雰囲気で加熱する工程、
－加熱された鋼板を、鋼板が亜鉛めっき浴に投入される温度（Ｘｓ）まで冷却する工程、及び
－有効Ａｌ濃度（Ｃ Ａｌ ）が０．１１～０．１４ｗｔ％であり、４４０～４６０℃の温度（Ｔｐ）である亜鉛めっき浴に冷却された鋼板を投入し、浸漬する工程であって、鋼板が亜鉛めっき浴に投入される温度（Ｘｓ）が、ＣＮｉ（Ｘｓ－Ｔｐ）／２ＣＡｌ＝５－１００の関係を満たす工程
を含む。
－ベース鋼板を０．１－１．０ｇ／ｍ２のコーティング量のＮｉ（ＣＮｉ）でコーティングする工程、
－Ｎｉ被覆鋼板を還元雰囲気で加熱する工程、
－加熱された鋼板を、鋼板が亜鉛めっき浴に投入される温度（Ｘｓ）まで冷却する工程、及び
－有効Ａｌ濃度（Ｃ Ａｌ ）が０．１１～０．１４ｗｔ％であり、４４０～４６０℃の温度（Ｔｐ）である亜鉛めっき浴に冷却された鋼板を投入し、浸漬する工程であって、鋼板が亜鉛めっき浴に投入される温度（Ｘｓ）が、ＣＮｉ（Ｘｓ－Ｔｐ）／２ＣＡｌ＝５－１００の関係を満たす工程
を含む。
好ましくは、工程Ａ）において、鋼板の成分は
０．１０＜Ｃ＜０．４０％、
１．５＜Ｍｎ＜３．０％、
０．７＜Ｓｉ＜２．０％、
０．０５＜Ａｌ＜１．０％、
０．７５＜（Ｓｉ＋Ａｌ）＜３．０％、
及び純粋に任意ベースで１つ以上の元素、例えば
Ｎｂ≦０．５％、
Ｂ≦０．００５％、
Ｃｒ≦１．０％、
Ｍｏ≦０．５０％、
Ｎｉ≦１．０％、
Ｔｉ≦０．５％、
を重量で含み、
残りの成分は、鉄を及び加工で生じる不可避の不純物で構成される。
０．１０＜Ｃ＜０．４０％、
１．５＜Ｍｎ＜３．０％、
０．７＜Ｓｉ＜２．０％、
０．０５＜Ａｌ＜１．０％、
０．７５＜（Ｓｉ＋Ａｌ）＜３．０％、
及び純粋に任意ベースで１つ以上の元素、例えば
Ｎｂ≦０．５％、
Ｂ≦０．００５％、
Ｃｒ≦１．０％、
Ｍｏ≦０．５０％、
Ｎｉ≦１．０％、
Ｔｉ≦０．５％、
を重量で含み、
残りの成分は、鉄を及び加工で生じる不可避の不純物で構成される。
Claims (30)
- 被覆鋼板の製造方法であって、以下の工程
Ａ．鉄及びニッケルを含む第１のコーティングで被覆されたプレコート鋼板を準備する工程と、
Ｂ．このようなプレコート鋼板を６００～１０００℃の温度で熱処理する工程と、
Ｃ．工程Ｂ）で得られた前記鋼板を、亜鉛ベースの第２のコーティングで被覆する工程と、
を含む方法。 - 工程Ａ）において、第１のコーティングが、１０％～７５重量％の鉄を含む、請求項１に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、２５～６５重量％の鉄を含む、請求項２に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、４０～６０％の重量の鉄を含む、請求項１～３のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、２５～９０重量％のニッケルを含む、請求項１～４のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、３５～７５重量％のニッケルを含む、請求項５に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、４０～６０重量％のニッケルを含む、請求項６に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、鉄及びニッケルからなる、請求項１～７のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、０．５μｍ以上の厚さを有する、請求項１～８のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、０．８～５．０μｍの厚さを有する、請求項９に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、１．０～２．０μｍの厚さを有する、請求項１０に記載の方法。
- 工程Ａ）において、鋼板の成分が、
０．１０＜Ｃ＜０．４０％、
１．５＜Ｍｎ＜３．０％、
０．７＜Ｓｉ＜２．０％、
０．０５＜Ａｌ＜１．０％、
０．７５＜（Ｓｉ＋ＡＩ）＜３．０％、
及び純粋に任意ベースで１つ以上の元素、例えば
Ｎｂ≦０．５％、
Ｂ≦０．００５％、
Ｃｒ≦１．０％、
Ｍｏ≦０．５０％、
Ｎｉ≦１．０％、
Ｔｉ≦０．５％、
を含み、
残りの成分が、鉄及び加工で生じる不可避の不純物で構成される、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。 - 工程Ｃ）において、第２の層が、５０％超の亜鉛を含む、請求項１～１２のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ｃ）において、第２の層が、７５％超の亜鉛を含む、請求項１３に記載の方法。
- 工程Ｃ）において、第２の層が、９０％超の亜鉛を含む、請求項１４に記載の方法。
- 工程Ｃ）において、第２の層が、亜鉛からなる、請求項１５に記載の方法。
- 工程Ｂ）において、熱処理が、連続焼鈍である、請求項１～１６のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ｂ）において、熱処理が、－１０～－６０℃の露点で、Ｈ２を１～３０％含む雰囲気中で行われる、請求項１～１７のいずれか一項に記載の方法。
- 請求項１～１８のいずれか一項に記載の方法から得られる鋼板であって、鉄及びニッケルを含む拡散合金層で被覆され、そのような層が、亜鉛ベースの層によって直接覆われる鋼板。
- 鋼の微細構造が、１～５０％の残留オーステナイト、１～６０％のマルテンサイト、並びに任意にベイナイト、フェライト、セメンタイト及びパーライトから選択される少なくとも１つの成分を含む、請求項１９に記載の鋼板。
- 微細構造が、５～２５％の残留オーステナイトを含む、請求項２０に記載の鋼板。
- 微細構造が、１～６０％の焼戻しマルテンサイトを含む、請求項２０又は２１に記載の鋼板。
- 微細構造が、１０～４０％のベイナイトを含む、請求項２０～２２のいずれか一項に記載の鋼板。
- 微細構造が、１～２５％のフェライトを含む、請求項２０～２３のいずれか一項に記載の鋼板。
- 微細構造が、１～１５％の非焼戻しマルテンサイトを含む、請求項２０～２４のいずれか一項に記載の鋼板。
- 請求項１９～２５のいずれか一項に記載の鋼板、又は請求項１～１８のいずれか一項に記載の方法から得られる鋼板を少なくとも１枚含む、少なくとも２枚の金属板のスポット溶接継手であって、前記継手に含まれる１００μｍ超のサイズのクラックの数が、３つ未満であり、最長のクラックの長さが、５００μｍ未満である、スポット溶接継手。
- ２枚目の金属板が、鋼板又はアルミニウム板である、請求項２６に記載のスポット溶接継手。
- ２枚目の金属板が、請求項１９～２５のいずれか一項に記載の鋼板、又は請求項１～１８に記載の方法から得られる鋼板である、請求項２７に記載のスポット溶接継手。
- 鋼板又はアルミニウム板である３枚目の金属板を含む、請求項２６～２８のいずれか一項に記載のスポット溶接継手。
- 請求項１９～２５のいずれか一項に記載の被覆鋼板、又は請求項２６～２９のいずれか一項に記載のスポット溶接点の、自動車両用部品の製造のための使用。
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