JP2022510188A - 水素遅延破壊特性及びスポット溶接性に優れた熱間プレス用アルミニウム系めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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- C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
Abstract
Description
本発明の一実施形態によるアルミニウム系めっき鋼板は、素地鋼板、及び上記素地鋼板の表面に形成されためっき層を含み、上記めっき層は、素地鋼板の表面に形成され、Fe3Al、FeAl(Si)、Fe2Al5及びFeAl3のいずれか一つ以上を含む合金化層、及び上記合金化層上に形成され、厚さが上記めっき層の厚さの10%未満のアルミニウム層を含み、上記めっき層の厚さは5~20μmであり、上記めっき層の表面から0.1μmの深さでGDSを用いて測定した酸素が10重量%以下であることを特徴とする。
上記Cは、熱処理部材の強度を向上させるための必須元素であって、適正量で添加することができる。すなわち、熱処理部材の強度を十分に確保するために、上記Cは0.04%以上添加することができる。上記C含有量の下限は0.1%以上であることが好ましい。但し、その含有量が高すぎると、冷延材を生産する場合、熱延材を冷間圧延する際に熱延材の強度が高すぎ、冷間圧延性が大きく低下するだけでなく、スポット溶接性を大きく低下させるため、十分な冷間圧延性及びスポット溶接性を確保するために0.5%以下添加することができる。また、上記C含有量は、0.45%以下であることができ、0.4%以下に制限することがより好ましい。
上記Siは、製鋼において脱酸剤として添加される必要があるだけでなく、熱間プレス成形部材の強度に最も大きく影響を与える炭化物の生成を抑制する役割を果たす。本発明では、熱間プレス成形におけるマルテンサイトの生成後に、マルテンサイトラス(lath)粒界に炭素を濃化させて残留オーステナイトを確保するために0.01%以上の含有量で添加することができる。また、圧延後の鋼板にアルミニウムめっきを行う際に、十分なめっき性を確保するために、上記Si含有量の上限を2%に定めることができる。上記Si含有量を1.5%以下に制限することも好ましい。
上記Mnは、固溶強化の効果を確保することができるだけでなく、熱間プレス成形部材においてマルテンサイトを確保するための臨界冷却速度を下げるために、0.01%以上の含有量で添加することができる。また、鋼板の強度を適切に維持することにより、熱間プレス成形工程の作業性を確保し、製造コストを削減し、スポット溶接性を向上させるという点から、上記Mn含有量は10%以下に制限することができる。上記Mn含有量は、9%以下であることが好ましく、場合によっては、8%以下であることができる。
上記Alは、Siと共に製鋼において脱酸作用を行って、鋼の清浄度を高めることができ、上記効果を得るために、0.001%以上の含有量で添加することができる。また、Ac3温度が高すぎないようにして熱間プレス成形に必要な加熱が適切な温度範囲で行われるようにするために、上記Al含有量は、1.0%以下に制限することができる。
上記Pは、鋼内に不純物として存在し、できるだけその含有量が少ないほど有利である。したがって、本発明において、P含有量を0.05%以下に制限することができ、0.03%以下に制限することが好ましい。Pは少ないほど有利である不純物元素であるため、その含有量の上限を特に定める必要はない。但し、P含有量を過度に下げるためには、製造コストが上昇するおそれがあるため、これを考慮すると、その下限を0.001%とすることができる。
上記Sは、鋼中不純物として部材の延性、衝撃特性、及び溶接性を阻害する元素であるため、最大含有量を0.02%に制限し、さらに0.01%以下に制限することが好ましい。また、その最小含有量が0.0001%未満であると、製造コストが上昇するおそれがあるため、その含有量の下限を0.0001%とすることができる。
上記Nは、鋼中に不純物として含まれる元素であって、スラブの連続鋳造時にクラック発生に対する敏感度を減少させ、衝撃特性を確保するためには、その含有量が少ないほど有利であることから、0.02%以下含むことができる。下限を特に定める必要はないが、製造コストの上昇などを考慮すると、N含有量を0.001%以上に定めることができる。
上記Cr、Mo及びWは、硬化能の向上と、析出強化の効果による強度及び結晶粒微細化を確保することができるため、これらの1種以上を含有量の合計基準で0.01%以上添加することができる。また、部材の溶接性を確保するために、その含有量を4.0%以下に制限することもできる。なお、これら元素の含有量が4.0%を超えると、効果が飽和するため、含有量を4.0%以下に制限することができる。
上記Ti、Nb及びVは、微細析出物の形成によって熱処理部材の鋼板の向上と、結晶粒微細化によって残留オーステナイトの安定化、及び衝撃靭性の向上に効果があるため、これらのうち1種以上を含有量の合計で0.001%以上添加することができる。但し、その添加量が0.4%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、過度な合金鉄の添加によってコストの上昇を招くおそれがある。
上記Cu及びNiは、微細析出物を形成して強度を向上させる元素である。上述した効果を得るために、これらのうち一つ以上の成分の合計を0.005%以上にすることができる。但し、その値が2.0%を超えると、過度なコスト増加となるため、その上限を2.0%とすることができる。
上記Sb及びSnは、Al-Siめっきのための焼鈍熱処理において、表面に濃化してSiまたはMn酸化物が表面に形成されることを抑制することで、めっき性を向上させることができる。このような効果を得るためには0.001%以上添加することができる。但し、その添加量が1.0%を超えると、過度な合金鉄のコストがかかるだけでなく、スラブの粒界に固溶し、熱間圧延時のコイルのエッジ(edge)クラックを誘発させる可能性があるため、その上限を1.0%とする。
上記Bは、少量の添加でも硬化能を向上させるだけでなく、旧オーステナイト結晶粒界に偏析されて、P及び/またはSの粒界偏析による熱間プレス成形部材の脆性を抑制することができる元素である。したがって、Bは0.0001%以上添加することができる。但し、0.01%を超えると、その効果が飽和するだけでなく、熱間圧延において脆性をもたらすため、その上限を0.01%とすることができる。一実施形態では、上記B含有量を0.005%以下にすることができる。
本発明の他の一側面によるアルミニウム系めっき鋼板は、熱間圧延または冷間圧延された素地鋼板の表面に重量%で、Si:4%超過15%以下、残部Al及びその他の不可避不純物を含むアルミニウムめっき浴を用い、片面当たり10~40g/m2のめっき量で溶融アルミニウムめっきを行い、めっき工程に連続して初期冷却した後、すぐに熱処理するオンライン(on-line)合金化処理を行うことで得られる。
本発明の一実施形態では、素地鋼板を用意し、上記素地鋼板を重量%で、Si:4%超過15%以下、残部Al及びその他の不可避不純物を含むアルミニウムめっき浴に浸漬して素地鋼板の表面に片面当たり10~40g/m2のめっき量でアルミニウムをめっきすることで、アルミニウムめっき鋼板を得ることができる。一方、上記めっき量は15~38g/m2であることがより好ましい。また、選択的にめっき前の鋼板に対して焼鈍処理を行うこともできる。
上記アルミニウムめっき後、640℃以上の温度範囲まで0.1~5℃/秒の冷却速度で初期冷却を行うことができる。また、上記初期冷却は、より好ましくは640~680℃の温度範囲で行うことができ、上記冷却速度は1~4℃/秒であることができる。
上記初期冷却後すぐに連続して熱処理するオンライン(on-line)合金化処理を行うことができる。また、合金化熱処理時の加熱温度範囲は、670~900℃であることができ、維持時間は1~20秒であることができる。
まず、素地鋼板に下記表1の組成を有する熱間プレス成形用冷間圧延鋼板を用意し、上記素地鋼板表面に、下記表2に示しためっき浴組成及びめっき浴温度660℃でアルミニウムめっきを実施した。以後、下記表2に示した初期冷却及び合金化熱処理条件で初期冷却及び合金化熱処理を実施した。
2 アルミニウムめっき浴
3 初期冷却装置
4 合金化熱処理装置
Claims (11)
- 熱間プレス成形に用いられるアルミニウム系めっき鋼板であって、
素地鋼板、及び前記素地鋼板の表面に形成されためっき層を含み、
前記めっき層は、
前記素地鋼板の表面に形成され、Fe3Al、FeAl(Si)、Fe2Al5及びFeAl3のいずれか一つ以上を含む合金化層、及び
前記合金化層上に形成され、厚さが前記めっき層の厚さの10%未満であるアルミニウム層を含み、
前記めっき層の厚さは5~20μmであり、
前記めっき層の表面から0.1μmの深さでGDSを用いて測定した酸素が10重量%以下である、アルミニウム系めっき鋼板。 - 前記めっき層は、重量%で、素地鋼板から拡散したFe含有量を除いた合金組成を100%とするとき、Si:4%超過15%以下、残部Al及びその他の不可避不純物を含む、請求項1に記載のアルミニウム系めっき鋼板。
- 前記めっき層は、重量%で、Mg:1.1%以下をさらに含む、請求項2に記載のアルミニウム系めっき鋼板。
- 前記素地鋼板は、重量%で、C:0.04~0.5%、Si:0.01~2%、Mn:0.01~10%、Al:0.001~1.0%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、N:0.02%以下、残部Fe及びその他の不可避不純物を含む、請求項1に記載のアルミニウム系めっき鋼板。
- 前記素地鋼板は、重量%で、Cr、Mo及びWからなる群から選択された1種以上の合計:0.01~4.0%、Ti、Nb、Zr及びVからなる群から1種以上の合計:0.001~0.4%、Cu+Ni:0.005~2.0%、Sb+Sn:0.001~1.0%、及びB:0.0001~0.01%のうち一つ以上をさらに含む、請求項4に記載のアルミニウム系めっき鋼板。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載のアルミニウム系めっき鋼板を熱間プレス成形して得られる熱間プレス成形部材であって、
素地鋼板上にFeAl(Si)及びFe3Alのいずれか一つ以上からなる拡散層が形成され、
前記拡散層の厚さが前記めっき層の全体厚さの90%以上である、熱間プレス成形部材。 - 前記熱間プレス成形部材内の拡散性水素含有量が0.1ppm以下であり、前記熱間プレス成形部材のスポット溶接の電流範囲が1kA以上である、請求項6に記載の熱間プレス成形部材。
- 熱間プレス成形に用いられるアルミニウム系めっき鋼板の製造方法であって、
素地鋼板を用意する段階、
前記素地鋼板を、重量%で、Si:4%超過15%以下、残部Al及びその他の不可避不純物を含むアルミニウムめっき浴に浸漬して片面当たり10~40g/m2のめっき量でめっきしてアルミニウムめっき鋼板を得る段階、
アルミニウムめっきの直後、640℃以上の温度まで0.1~5℃/秒の冷却速度で初期冷却を行う段階、及び
前記初期冷却後に連続して670~900℃の加熱温度範囲で1~20秒維持して熱処理するオンライン(on-line)合金化によってアルミニウム系めっき鋼板を得る段階を含む、アルミニウム系めっき鋼板の製造方法。 - 前記アルミニウムめっき浴は、重量%で、Mg:1.1%以下をさらに含む、請求項8に記載のアルミニウム系めっき鋼板の製造方法。
- 前記素地鋼板は、重量%で、C:0.04~0.5%、Si:0.01~2%、Mn:0.01~10%、Al:0.001~1.0%、P:0.05%以下、S:0.02%以下、N:0.02%以下、残部Fe及びその他の不可避不純物を含む、請求項8に記載のアルミニウム系めっき鋼板の製造方法。
- 前記素地鋼板は、重量%で、Cr、Mo及びWからなる群から選択された1種以上の合計:0.01~4.0%、Ti、Nb、Zr及びVからなる群から1種以上の合計:0.001~0.4%、Cu+Ni:0.005~2.0%、Sb+Sn:0.001~1.0%、及びB:0.0001~0.01%のうち一つ以上をさらに含む、請求項10に記載のアルミニウム系めっき鋼板の製造方法。
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