JP2023153121A

JP2023153121A - 成形品

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Publication number: JP2023153121A
Application number: JP2023099110A
Authority: JP
Inventors: 舜 ▲高▼岡; Shun Takaoka; 匠佐藤; Takumi Sato; 光二成谷; Koji Narutani
Original assignee: G Tekt Corp
Current assignee: G Tekt Corp
Priority date: 2022-03-30
Filing date: 2023-06-16
Publication date: 2023-10-17
Anticipated expiration: 2042-10-14
Also published as: JP2023152604A; JP7346765B1; JP7300048B1

Abstract

【課題】アルミニウムのメッキ層が形成された鋼板において一部に焼き入れがなされない領域を備える成形において、合金化されるメッキ層を適切に形成する。【解決手段】加熱工程Ｓ１０１で、表面にシリコンが添加されたアルミニウムのメッキ層が形成された鋼板を加熱してオーステナイト状態とすると共に、メッキ層が全て合金化された状態とする。さらに、メッキ層の鋼板側に形成される拡散層の厚さは、１０μｍ以下の状態とする。拡散層は、鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされた層である。次に、冷却工程Ｓ１０２で、オーステナイト状態とした鋼板の設定した第１領域のみをマルテンサイト変態しない範囲の温度範囲で強制的に冷却する。【選択図】図１

Description

本発明は、アルミニウムメッキ鋼板の成形品に関する。

車輌を構成する部品（車体部品）には、高い強度が要求される。このため、部品を形成する材料には、例えば、高張力鋼板などの高強度な鋼板が用いられている。しかしながら、鋼板をプレス加工して車体部品としているため、高強度な鋼板を用いると、プレス加工において寸法精度不良が発生し易いなどの問題が発生する。これは、用いる鋼板の強度が高いほど顕著となる。

上述した問題に対し、熱間プレスと呼ばれる技術が開発されている（特許文献１）。熱間プレスでは、加熱して鋼板を軟質化させた状態でプレス加工し、同時に型との接触による冷却で焼き入れをすることにより、高い強度および高い寸法精度の車体部品が形成可能となる。

ところで、自動車部品においては、衝撃を受けたときに受けた衝撃が吸収される塑性変形する部分を設ける場合がある。このような部品の成形のために、例えば、塑性変形させたい領域に対応する型の部分は、温度を高く維持し、冷却による焼き入れがなされないようにする技術が提案されている。

また、上記部品に耐食性が必要とされる場合、加工した後、部品の表面へ防錆処理や金属被覆を施すことになる。この場合、表面清浄化工程や、表面処理工程が必要となり、生産性が低下する。このため、一般には、予め鋼板に被覆を施しておく。この被覆として、熱間プレスにおける加熱温度に対応させるために、アルミニウムによる被覆を施したアルミニウムメッキ鋼板が用いられている。この種のアルミニウムメッキ鋼板では、メッキの層と鋼板との間に形成されるアルミニウムと鉄との合金の層の拡大を抑制するために、シリコンが添加されたアルミニウムのメッキ層が用いられている。

特開２０１８－０１２１１３号公報

ところで、アルミニウムメッキ鋼板に対し、熱間プレスにより一部に焼き入れがなされない領域を形成する場合、メッキ層における合金化の状態を制御することが重要となる。例えば、よく知られているように、メッキ層が全て合金化されていることが重要とされている。また、アルミニウムメッキ鋼板に対し、熱間プレスにより一部に焼き入れがなされない領域を形成する場合、溶接の接合強度にバラツキが発生していることが確認された。これは、メッキ層における合金化の状態にバラツキがあり、適切に合金化されていないメッキ層が存在するために、発生しているものと考えられる。このように、従来、メッキ層が形成された鋼板において一部に焼き入れがなされない領域を備える成形において、合金化されるメッキ層を、適切に形成することが容易ではないという問題があった。

本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、アルミニウムのメッキ層が形成された鋼板において一部に焼き入れがなされない領域を備える成形において、合金化されるメッキ層を、適切に形成することを目的とする。

本発明に係る成型方法は、表面にシリコンが添加されたアルミニウムのメッキ層が形成された鋼板を加熱してオーステナイト状態とすると共に、メッキ層が全て合金化され、鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされ、メッキ層の鋼板側に形成される拡散層の厚さを１０μｍ以下にする加熱工程と、オーステナイト状態とした鋼板の設定した第１領域のみをマルテンサイト変態しない範囲の温度範囲で強制的に冷却する冷却工程と、オーステナイト状態となっていない第１領域と、オーステナイト状態とされた、第１領域以外の第２領域とを有する鋼板を熱間プレス成形する成形工程とを備える。

上記成型方法の一構成例において、冷却工程は、第１領域を、フェライト・パーライト相が生成する温度に冷却する。

上記成型方法の一構成例において、加熱工程は、鋼板の全域を均一に加熱する。

上記成型方法の一構成例において、冷却工程の後で、拡散層が成長しない条件で鋼板を加熱して、第２領域をオーステナイト状態とする、または第２領域のオーステナイト状態を維持する再加熱工程をさらに備え、再加熱工程の後で、成形工程を実施する。

上記成型方法の一構成例において、冷却工程は、加熱工程を実施した加熱炉外で、第１領域のみをマルテンサイト変態しない範囲の温度範囲でフェライト・パーライト相が生成する温度に強制的に急冷し、第２領域は自然冷却される状態としてオーステナイトへ変態が開始する温度より低い温度とし、成形工程は、オーステナイト状態となっていない第１領域と、オーステナイト状態とされた第２領域とを有する鋼板を熱間プレス成形し、再加熱工程は、冷却工程の直後に、鋼板を加熱して、第２領域をオーステナイト状態とすると共に、第１領域の急冷した状態を一定時間維持して、フェライト・パーライト相を成長させる。

上記成型方法の一構成例において、冷却工程は、第２領域は第１領域より高い温度の状態を維持し、再加熱工程は、第１領域がオーステナイト状態とならない範囲の条件で鋼板を加熱し、成形工程は、第２領域のみをマルテンサイト変態させる。

上記成型方法の一構成例において、成形工程は、オーステナイト状態となっていない第１領域と、オーステナイト状態とされた第２領域とを有する鋼板を熱間プレス成形し、第１領域を焼き入れ処理がされていない強度が７８０ＭＰａ以下とし、第２領域を焼き入れ処理がされた強度が１３００ＭＰａ以上とし、拡散層が、第１領域および第２領域を含めた全域に、厚さ１０μｍ以下で均一に形成された状態とする。

また、本発明に係る熱処理システムは、表面にシリコンが添加されたアルミニウムのメッキ層が形成された鋼板を熱間プレス成形して部分的に塑性変形させたい領域を形成するために、鋼板に、オーステナイト状態となっていない第１領域と、第１領域以外の第２領域とを形成するための熱処理システムであって、鋼板を加熱してオーステナイト状態とすると共に、メッキ層が全て合金化され、鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされ、メッキ層の鋼板側に形成される拡散層の厚さを１０μｍ以下にする加熱処理装置と、オーステナイト状態とした鋼板の設定した第１領域のみをマルテンサイト変態しない範囲の温度範囲で強制的に冷却する冷却処理装置と、冷却処理装置で処理された鋼板を拡散層が成長しない条件で加熱して、第２領域をオーステナイト状態とする、または第２領域のオーステナイト状態を維持する再加熱処理装置とを備える。

上記熱処理システムの一構成例において、再加熱処理装置は、鋼板に赤外線を照射する熱源と、鋼板の第１領域を覆うカバーとを備え、カバーは、赤外線が照射される面に複数の貫通穴が形成されている。

上記熱処理システムの一構成例において、カバーは、鋼板の側が開放した箱体とされている。

また、本発明に係る成形品は、表面にシリコンが添加されたアルミニウムのメッキ層が形成された鋼板を成形した成形品であって、焼き入れ処理がされていない強度が７８０ＭＰａ以下の第１領域と、焼き入れ処理がされた強度が１３００ＭＰａ以上の第２領域とを備え、メッキ層が全て合金化され、鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされ、メッキ層の鋼板側に形成される拡散層を備え、拡散層は、第１領域および第２領域を含めた全域に、厚さ１０μｍ以下で均一に形成されている。

以上説明したように、本発明によれば、加熱工程において、メッキ層が全て合金化され、メッキ層の鋼板側に形成される拡散層の厚さを１０μｍ以下にするので、アルミニウムのメッキ層が形成された鋼板において一部に焼き入れがなされない領域を備える成形において、合金化されるメッキ層が、適切に形成できる。

図１は、本発明の実施の形態に係る成型方法を説明するフローチャートである。図２は、本発明の実施の形態に係る成型方法における温度変化を示す特性図である。図３は、本発明の実施の形態に係る熱処理システムの構成を示す構成図である。図４は、本発明の実施の形態に係る熱処理システムの再加熱処理装置１０３構成を示す構成図である。図５は、再加熱処理装置１０３の一部構成を示す構成図である。図６は、再加熱処理装置１０３の一部構成を示す構成図である。図７は、再加熱処理装置１０３の一部構成を示す構成図である。

以下、本発明の実施の形態に係る成型方法について図１、図２を参照して説明する。

まず、加熱工程Ｓ１０１で、表面にシリコンが添加されたアルミニウムのメッキ層が形成された鋼板を加熱してオーステナイト状態とすると共に、メッキ層が全て合金化された状態とする。さらに、メッキ層の鋼板側に形成される拡散層の厚さは、１０μｍ以下の状態とする。拡散層は、鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされた層である。

まず、オーステナイトへ変態が開始する温度Ａｃ３以上に加熱することで、鋼板をオーステナイト状態とすることができる。例えば、オーブンなどの加熱装置を用い、鋼板の全域を約９００℃に加熱することで、鋼板の全域をオーステナイト状態とすることができる。例えば、鋼材は、マンガンボロン鋼から構成され、８２３℃以上に加熱することで、オーステナイト状態とすることができる。

また、シリコンが添加されているアルミニウムメッキが施されている鋼板を、アルミニウムの融点（６６０℃）以上に加熱すると、アルミニウムメッキ層が溶融し、アルミニウム，鉄、および、シリコンが相互に拡散して、アルミニウム、鉄、およびシリコンの合金層（Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ合金層）が生成される。Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ合金層は、融点が高く、１１５０℃程度である。このため、メッキ層が全て合金化された状態となれば、加熱工程における加熱温度で溶融することはない。

ここで、よく知られているように、アルミニウムのメッキ層に合金化されていないアルミニウムが残存すると、このアルミニウムの残存部位のみが急速に腐食し、例えば、塗装後に塗膜膨れが起こり易くなるなどの問題が発生する。この、未合金の部分は、メッキ層の表層側に発生し易い。加熱温度や加熱処理時間が不足していると、メッキ層の表層に未合金の部分が残ることが判明している。このため、後述する熱間プレス成形された後の成形品においては、メッキ層が全て合金化される熱処理が重要となる。

また、上述した合金層には、主に、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ合金のβ相（ＦｅＳｉＡｌ₅）と、Ａｌ－Ｆｅ－Ｓｉ合金のγ相（ＦｅＳｉＡｌ₃）と、ＦｅＡｌ₃とが存在しているものと推定された。合金層を調査した結果、鋼板の側から５つの層が確認された。各層の組成を分析した結果より、鋼板の側の第１の層が、ＦｅＡｌ₃の層であり、このＦｅＡｌ₃の層に接する第２の層が、ＦｅＳｉＡｌ₃の層であるものと考えられた。これらのＦｅＡｌ₃の層とこれに接するＦｅＡｌ₃の層を合わせた部分、言い換えると、鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされた部分が、拡散層である。

上述した拡散層は、厚すぎると、プレス成型後に実施される溶接の接合強度が低下し、形成されないと、プレス成形品における耐食性の問題が生じること知られている。この拡散層の厚さは、１０μｍ以下とすることで、耐食性が十分に得られる状態で、上述した接合強度の低下が抑制できることが知られている。

拡散層には、加熱温度と加熱処理時間により生成の形態が異なり、加熱温度が高いほど生成開始までの時間が短いという性質がある。例えば、９５０℃では１１０秒で生成されるが、７００℃では、拡散層の生成されるまで１２００秒要する。また、この温度以下では、処理時間を長くしても、拡散層が生成されないこともわかっている。

拡散層が生成した後には、拡散層が厚みを増す成長プロセスが始まる。拡散層の生成が確認されてから約３０ｓ後に成長が始まる。この成長速度も、加熱温度が高温ほど速く厚みを増すという性質がある。例えば、加熱温度が９５０℃では、厚さの増加速度が０．０４９４μｍ／ｓであり、加熱温度が８８０℃では、厚さの増加速度が０．０２０４μｍ／ｓとなる。

このように加熱条件によって拡散層の成長速度は異なるので、形成される拡散層を１０μｍ以下にするためには、温度条件と加熱処理時間とを調整して、適切に成長を停止することが重要となる。

発明者らの検討の結果、まず、拡散層の成長は、加熱炉から取り出した直後に停止していることが分かった。この結果は、前述した、拡散層が生成される下限温度の７００℃と一致しない。拡散層が形成される下限温度は７００℃であるが、拡散層の成長が停止するのは、常に７００℃ではないことを示している。また、一度温度を低下させて拡散層の成長を停止した後、再度加熱を実施すると、所定の条件において、再び拡散層が成長を開始する。

したがって、加熱工程Ｓ１０１では、鋼板がオーステナイト状態となる加熱温度条件において、メッキ層が全て合金化され、かつ、拡散層が１０μｍ以下の範囲で形成される処理時間とすることが重要となる。

次に、冷却工程Ｓ１０２で、オーステナイト状態とした鋼板の設定した第１領域のみをマルテンサイト変態しない範囲の温度範囲で強制的に冷却（急冷）する［図２の（ａ）］。マルテンサイトが生成し始める温度Ｍｓより高い温度の範囲で、強制的な冷却を実施する。この工程では、第１領域を、フェライト・パーライト相が生成する温度に急冷することが重要である。

例えば、水冷により冷却されている冷却ブロックを当接することで、第１領域のみを急冷することができる。また、第１領域のみに、空気などの気体、水、ミストなどを吹き付けることで、第１領域のみを急冷することができる。冷却工程Ｓ１０２においては、第１領域以外の第２領域は、自然冷却により冷却して第１領域より高い温度の状態を維持する［図２の（ｂ）］。例えば、処理対象の鋼板の、第１領域以外の全域が、第２領域である。

なお、冷却工程Ｓ１０２では、第１領域がマルテンサイト変態しない範囲で、最も低い温度となる状態に急冷することもできる。ただし、冷却工程Ｓ１０２では、第１領域がベイナイト変態する温度より高い状態となっていることが重要となる。鋼板を構成する鋼の種類によっても異なるが、例えば、冷却工程Ｓ１０２では、第１領域のみを５５０～６５０℃の範囲のいずれかの温度にまで急冷する。

急速冷却を行うことで、フェライト相が生成する７５０℃以下まで瞬間的に温度が下がり、第１領域にオーステナイト→フェライト変態のきっかけが作られる。急速冷却しただけではフェライト変態しない。第１領域の急冷した状態を一定時間（数秒）維持することでオーステナイト→フェライト・パーライトへと組織が成長する。この、第１領域のみの急冷は、加熱工程を実施した加熱炉外で実施するため、第２領域が自然冷却される。加熱炉外で実施することで、外気に触れさせることができる。この自然冷却により、第２領域が７５０℃より低い温度になると、フェライトが生成される。

次に、再加熱工程Ｓ１０３で、拡散層が成長しない条件で鋼板を加熱して、第１領域以外の第２領域を再度オーステナイト状態とする、または第２領域のオーステナイト状態を維持する。再加熱工程Ｓ１０３では、鋼板の全域を均一に加熱することで、第２領域をオーステナイト状態とする。再加熱工程Ｓ１０３は、第１領域がオーステナイト状態とならない範囲の条件で鋼板を加熱する。例えば、第１領域を断熱材で覆うことで、上述した処理を実施することができる。断熱材の大きさを変えることで遷移領域の幅を調整することができる。冷却工程Ｓ１０２の処理で、第１領域の温度と第２領域の温度との間に差が形成されているので、鋼板の全域を均一に加熱しても、第２領域はオーステナイトとし、第１領域はオーステナイト状態とならないようにすることができる。

また、冷却工程Ｓ１０２の処理を実施した後、再加熱工程Ｓ１０３を実施する段階で、第２領域のオーステナイト状態が維持されている場合、再加熱工程Ｓ１０３の加熱処理は、第２領域におけるオーステナイト状態を、後工程の熱間プレス成形でマルテンサイト変態をさせるために、維持するための処理となる。

また、冷却工程Ｓ１０２の処理を実施した後、再加熱工程Ｓ１０３を実施する段階で、第２領域のオーステナイト状態が十分に維持され、直後に後工程の熱間プレス成形が実施できる場合、再加熱工程Ｓ１０３を実施せず、次の成形工程Ｓ１０４が実施できる。

ここで、上述した再加熱工程Ｓ１０３は、拡散層が成長しない範囲の条件で実施することが重要となる。温度条件と処理時間とにより拡散層の成長開始が異なる。例えば、温度が低くても、処理時間が長いと、拡散層の成長が始まる。一方、温度が高くても、処理時間が短い範囲では、拡散層の成長が始まらない。ここで、再加熱工程Ｓ１０３を実施する場合、第２領域をオーステナイト状態とする、または維持できる状態とすればよい。８２３℃以上に加熱すれば、オーステナイト状態とする、または維持することが可能である。この温度の下限条件を満たす中で、再加熱工程Ｓ１０３を実施する時間に合わせ、再加熱工程Ｓ１０３の温度条件を設定すればよい。例えば、実施時間が短い場合、より高い温度条件とすることができる。一方、実施時間が長くなる場合、温度条件を低く設定する。

次に、成形工程Ｓ１０４で、オーステナイト状態となっていない第１領域とオーステナイト状態とされた第２領域とを有する鋼板を熱間プレス成形する。この熱間プレス成形においては、第２領域のみをマルテンサイト変態させる。

次に、本発明の実施の形態に係る熱処理システムについて、図３を参照して説明する。この熱処理システムは、表面にシリコンが添加されたアルミニウムのメッキ層が形成された鋼板を熱間プレス成形して部分的に塑性変形させたい領域を形成するために、鋼板に、オーステナイト状態となっていない第１領域と、第１領域以外の第２領域とを形成するためのシステムである。

この熱処理システムは、加熱処理装置１０１、冷却処理装置１０２、再加熱処理装置１０３を備える。

加熱処理装置１０１は、鋼板を加熱してオーステナイト状態とすると共に、メッキ層が全て合金化され、鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされ、メッキ層の鋼板側に形成される拡散層の厚さを１０μｍ以下にする。加熱処理装置１０１は、例えば、よく知られた加熱炉から構成することができる。加熱処理装置１０１は、鋼板の全域を均一に加熱する。

冷却処理装置１０２は、オーステナイト状態とした鋼板の設定した第１領域のみをマルテンサイト変態しない範囲の温度範囲で強制的に冷却する。冷却処理装置１０２は、第１領域を、フェライト・パーライト相が生成する温度に冷却する。冷却処理装置１０２は、加熱処理装置１０１の外部に配置され、第１領域のみをマルテンサイト変態しない範囲の温度範囲でフェライト・パーライト相が生成する温度に強制的に急冷し、第２領域は自然冷却される状態としてオーステナイトへ変態が開始する温度より低い温度とすることができる。冷却処理装置１０２は、第２領域は第１領域より高い温度の状態を維持する。

再加熱処理装置１０３は、冷却処理装置１０２で処理された鋼板を加熱して、第２領域をオーステナイト状態とする、または第２領域のオーステナイト状態を維持する。再加熱処理装置１０３は、冷却処理装置１０２の直後に、鋼板を加熱して、第２領域をオーステナイト状態とすると共に、第１領域の急冷した状態を一定時間維持して、フェライト・パーライト相を成長させる。再加熱処理装置１０３は、第１領域がオーステナイト状態とならない範囲の条件で鋼板を加熱することができる。再加熱処理装置１０３は、例えば、よく知られた加熱炉から構成することができる。

再加熱処理装置１０３は、例えば、図４に示すように、鋼板１４１に赤外線を照射する熱源１３１と、鋼板１４１の第１領域１５１を覆う第１カバー１３２，第２カバー１３３とを備える構成とすることができる。第１カバー１３２および第２カバー１３３は、鋼板１４１を挾むように配置される。また、第１カバー１３２および第２カバー１３３は、鋼板１４１の側が開放した箱体とされている。箱体とされている第１カバー１３２および第２カバー１３３の空間の大きさ（体積）により、熱源１３１からの入熱量と、鋼板１４１からの放熱量が調整可能である。

熱源１３１は、例えば、赤外線ランプやセラミックヒータから構成することができる。第１カバー１３２は、熱源１３１の側で鋼板１４１を覆う。第１カバー１３２，第２カバー１３３は、所定の厚さの鋼板から構成することができる。熱源１３１、第１カバー１３２，第２カバー１３３は、例えば、密閉可能な処理炉１３５の内部に配置することができる。第１カバー１３２，第２カバー１３３は、処理炉１３５内で、図示していないが、支持構造により支持されている。

さらに、第１カバー１３２は、赤外線が照射される面１３２ａに複数の貫通穴１３４が形成されている。このように複数の貫通穴１３４が形成された第１カバー１３２を用いることで、鋼板１４１の第２領域１５２は、オーステナイト状態となる温度に維持し、第１領域１５１は、オーステナイト状態とならない範囲（フェライト・パーライト相が生成する温度範囲）に維持することが、容易に実施できるようになる。貫通穴１３４の穴径、貫通穴１３４の数（面１３２ａにおける全ての貫通穴１３４の合計面積の割合）などの条件により、第１領域１５１と第２領域１５２との温度差を設定することができる。また、第１カバー１３２，第２カバー１３３は、取り外しができ、着脱可能であるため、繰り返し使用でき、かつメンテナンス性も高い。

なお、第１カバーは、箱体とせずに板状とすることができる。また、赤外線が照射される面の側のみに複数の貫通穴を備える板状のカバーを設けることができる。この構成においても、貫通穴の穴径、貫通穴の数（全ての貫通穴の合計面積の割合）などの条件により、第１領域と第２領域との温度差を設定することができる。また、カバーは、上述したように鋼板から離間して配置することができるが、鋼板に接して配置することもできる。ただし、カバーが鋼板に接触すると、鋼板の熱がカバーに移動して保温性能を低下させる。さらに、対象となる鋼板には、表面にシリコンが添加されたアルミニウムのメッキ層が形成されているため、条件によっては傷のつきやすいものとなっている。このため、上述したようなカバーの接触により、カバーを構成する材料によっては表面に損傷を与える場合がある。このような場合、カバーは鋼板から離間して配置することが望ましい。

上述した実施の形態によれば、熱間プレス成形の結果、第２領域は、焼き入れされた状態となってマルテンサイトとなる。一方、第１領域は、焼きなましされた状態となり、組成変態し易い部分となる。また、実施の形態によれば、成型体を型から離型する段階で、全域が低い温度となっているため、いわゆるスプリングバックなどの問題が発生しない。このように、実施の形態によれば、一部に焼き入れがなされない領域を備える成形が、熱間プレスにより正常に実施できるようになる。また、メッキ層は全て合金化され、合金化されたメッキ層に形成される拡散層の厚さを１０μｍ以下とすることができる。なお、冷却工程から再加熱工程にかけての低温側温度を、マルテンサイト変態が起きる近辺の温度の範囲で制御することで、ベイナイト相を含む組織変態をすることもできる。

例えば、実施の形態によれば、熱間プレス成形により、第１領域は、引張強度７８０ＭＰａ以下、硬度２２０ＨＶ以下とし、第２領域は、引張強度１３００ＭＰａ以上、硬度４００ＨＶ以上とし、メッキ層が全て合金化され、鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされ、メッキ層の鋼板側に形成される拡散層を備え、拡散層は、第１領域および第２領域を含めた全域に、厚さ１０μｍ以下で均一に形成されている状態とすることができる。また、第１領域と第２領域との間には、硬度が徐々に遷移する幅～５０ｍｍ程度の境界領域を形成することができる。

また、再加熱処理装置１０３は、図５に示すように、鋼板１４１に赤外線を照射する熱源１３１と、鋼板１４１の第１領域１５１を覆う第１カバー２３２，第２カバー２３３とを備える構成とすることができる。第１カバー２３２および第２カバー２３３は、鋼板１４１を挾むように配置される。また、第１カバー２３２および第２カバー２３３は、鋼板１４１の側が開放した箱体とされている。

熱源１３１は、例えば、赤外線ランプやセラミックヒータから構成することができる。第１カバー２３２は、熱源１３１の側で鋼板１４１を覆う。第１カバー２３２，第２カバー２３３は、所定の厚さの鋼板から構成することができる。熱源１３１、第１カバー２３２，第２カバー２３３は、例えば、密閉可能な処理炉１３５の内部に配置することができる。第１カバー２３２，第２カバー２３３は、処理炉１３５内で、図示していないが、支持構造により支持されている。

さらに、第１カバー２３２の鋼板１４１の第１領域１５１を向く第１内側面２３２ａ、および第２カバー２３３の鋼板１４１の第１領域１５１を向く第２内側面２３３ａが、鏡面加工されている。このように、第１内側面２３２ａ、第２内側面２３３ａが鏡面加工された第１カバー２３２、第２カバー２３３を用いることで、第１領域１５１の鋼板１４１より放射される赤外線が反射され、熱が外部へ散逸することが抑制される。この結果、第１カバー２３２、第２カバー２３３を用いることで、鋼板１４１の第１領域１５１を、オーステナイト状態とならない温度範囲に維持することが、容易に実施できるようになる。

また、図６に示すように、２重構造とされて内部が高真空状態とされた第１カバー３３２，第２カバー３３３を用いることができる。第１カバー３３２，第２カバー３３３を用いることで、第１領域１５１の鋼板１４１より放射される熱が、第１カバー３３２，第２カバー３３３を伝導して外部へ散逸することが抑制される。この結果、第１カバー３３２，第２カバー３３３を用いることで、鋼板１４１の第１領域１５１を、オーステナイト状態とならない温度範囲に維持することが、容易に実施できるようになる。

また、図７に示すように、鋼板１４１の第１領域１５１を覆う第１カバー１３２’，第２カバー１３３を備える構成とすることができる。第１カバー１３２’および第２カバー１３３は、鋼板１４１を挾むように配置される。また、第１カバー１３２’および第２カバー１３３は、鋼板１４１の側が開放した箱体とされ、さらに箱体内部に第１断熱材１３６，第２断熱材１３７が充填されている。このように、第１カバー１３２’，第２カバー１３３の内側には、第１断熱材１３６，第２断熱材１３７が充填されているので、第１領域１５１の鋼板１４１より放射される熱が外部へ散逸することが抑制される。この結果、鋼板１４１の第１領域１５１を、オーステナイト状態とならない温度範囲に維持することが、容易に実施できるようになる。

なお、上述した第１カバー２３２，第２カバー２３３、第１カバー３３２，第２カバー３３３、第１カバー１３２’の構成においては、鋼板の熱のカバーへの移動による保温性能の低下を防ぐ、および鋼板の表面のメッキ層に対する損傷発生を防ぐ観点より、箱体としているカバーを箱体より離間させてカバーと箱体との間に隙間が形成された状態とすることが重要となる。ただし、隙間が大きすぎると保温性能が低下するため、可能な範囲で狭い隙間とすることが好ましい。

また、各々鋼板１４１の側が開放した箱体とされて鋼板１４１の第１領域１５１を挟む状態で覆う２つのカバーの内側に、保温ヒータを配置することもできる。保温ヒータを配置することで、鋼板１４１の第１領域１５１を、オーステナイト状態とならない温度範囲に維持することが、容易に実施できるようになる。

前述したように、例えば、自動車部品においては、衝撃を受けたときに受けた衝撃が吸収される塑性変形する部分を設けるようにしている。第１領域は、この部分とするための領域である。第１領域を、フェライト・パーライト相が生成している状態とすることで、ベイナイトより柔らかく延性を持った状態とすることができる。このような状態となっている第１領域は、より変形し易くなるので、予め変形部位を限定することができる。また、フェライト・パーライト相が生成している状態とすることで、延性が高い状態とすることができ、変形時に割れにくく伸びて粘るものとなる。

ところで、上述したような、プレス前において各々温度の異なる２つの領域を形成するために、部分的に加熱することも考えられる。しかしながらこの場合、部分的に加熱するための設備が必要となり、設備が大がかりとなる懸念がある。これに対し、部分的に冷却する設備は、加熱の場合と異なり、大がかりな設備を必要とせず、コストの点で有利なものと考えられる。

以上に説明したように、本発明によれば、加熱工程において、メッキ層が全て合金化され、メッキ層の鋼板側に形成される拡散層の厚さを１０μｍ以下にするので、アルミニウムのメッキ層が形成された鋼板において一部に焼き入れがなされない領域を備える成形において、合金化されるメッキ層が、適切に形成できるようになる。

アルミニウムのメッキ層が形成されている鋼板の熱間プレスの部分焼き分け技術において、製品の一部に焼き入れされていない部分を正常に作るためには、製造工程に加熱、冷却による温度制御が必要である。その状態で、最適な拡散層の厚さを制御することは困難であった。拡散層は、厚すぎると溶接の接合強度が低下し、形成されないと材料に耐食性の問題が生じる。このため、アルミニウムのメッキ層が形成されている鋼板を熱間プレスする場合、熱間プレスをする前に実施する加熱処理は、拡散層の厚さが、目的の品質が満たされる設定した状態となる重要となる。

アルミニウムメッキ鋼板に対し、熱間プレスにより一部に焼き入れがなされない領域を形成する場合に、従来発生していた溶接の接合強度にバラツキは、適切に合金化されていないメッキ層が存在するために発生しているものと考えられる。これは、合金化されるメッキ層が適切に形成される条件が、明確になっていないためである。本発明により、合金化されるメッキ層が適切に形成される条件が明確になったことにより、上述したような問題が解消できる。

また、本発明によれば、鋼板をオーステナイト状態とした後、第１領域のみを強制的に冷却するので、一部に焼き入れがなされない領域を備える成形が、熱間プレスにより正常に実施できるようになる。

上記の実施形態の一部または全部は、以下の付記のようにも記載されるが、以下には限られない。

［付記１］
表面にシリコンが添加されたアルミニウムのめっき層が形成された鋼板を加熱してオーステナイト状態とすると共に、前記めっき層が全て合金化され、鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされ、前記めっき層の前記鋼板側に形成される拡散層の厚さを１０μｍ以下にする加熱工程と、
オーステナイト状態とした前記鋼板の設定した第１領域のみをマルテンサイト変態しない範囲の温度範囲で強制的に冷却する冷却工程と、
オーステナイト状態となっていない前記第１領域と、オーステナイト状態とされた、前記第１領域以外の第２領域とを有する前記鋼板を熱間プレス成形する成形工程と
を備える成型方法。

［付記２］
付記１記載の成型方法において、
前記冷却工程は、前記第１領域を、フェライト・パーライト相が生成する温度に冷却することを特徴とする成型方法。

［付記３］
付記１または２記載の成型方法において、
前記加熱工程は、前記鋼板の全域を均一に加熱することを特徴とする成型方法。

［付記４］
付記１～３のいずれか１項に記載の成型方法において、
前記冷却工程の後で、前記拡散層が成長しない条件で前記鋼板を加熱して、前記第２領域をオーステナイト状態とする、または前記第２領域のオーステナイト状態を維持する再加熱工程をさらに備え、
前記再加熱工程の後で、前記成形工程を実施することを特徴とする成型方法。

［付記５］
付記４記載の成型方法において、
前記冷却工程は、前記加熱工程を実施した加熱炉外で、前記第１領域のみをマルテンサイト変態しない範囲の温度範囲でフェライト・パーライト相が生成する温度に強制的に急冷し、前記第２領域は自然冷却される状態としてオーステナイトへ変態が開始する温度より低い温度とし、
前記成形工程は、オーステナイト状態となっていない前記第１領域と、オーステナイト状態とされた前記第２領域とを有する前記鋼板を熱間プレス成形し、
前記再加熱工程は、前記冷却工程の直後に、前記鋼板を加熱して、前記第２領域をオーステナイト状態とすると共に、前記第１領域の急冷した状態を一定時間維持して、フェライト・パーライト相を成長させる
ことを特徴とする成型方法。

［付記６］
付記５記載の成型方法において、
前記冷却工程は、前記第２領域は前記第１領域より高い温度の状態を維持し、
前記再加熱工程は、前記第１領域がオーステナイト状態とならない範囲の条件で前記鋼板を加熱し、
前記成形工程は、前記第２領域のみをマルテンサイト変態させる
ことを特徴とする成型方法。

［付記７］
付記１～６のいずれか１項に記載の成型方法において、
前記成形工程は、
オーステナイト状態となっていない前記第１領域と、オーステナイト状態とされた前記第２領域とを有する前記鋼板を熱間プレス成形し、前記第１領域を焼き入れ処理がされていない強度が７８０ＭＰａ以下とし、前記第２領域を焼き入れ処理がされた強度が１３００ＭＰａ以上とし、
前記拡散層が、前記第１領域および前記第２領域を含めた全域に、厚さ１０μｍ以下で均一に形成された状態とする
ことを特徴とする成型方法。

［付記８］
表面にシリコンが添加されたアルミニウムのめっき層が形成された鋼板を熱間プレス成形して部分的に塑性変形させたい領域を形成するために、前記鋼板に、オーステナイト状態となっていない第１領域と、前記第１領域以外の第２領域とを形成するための熱処理システムであって、
前記鋼板を加熱してオーステナイト状態とすると共に、前記めっき層が全て合金化され、鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされ、前記めっき層の前記鋼板側に形成される拡散層の厚さを１０μｍ以下にする加熱処理装置と、
オーステナイト状態とした前記鋼板の設定した前記第１領域のみをマルテンサイト変態しない範囲の温度範囲で強制的に冷却する冷却処理装置と、
前記冷却処理装置で処理された前記鋼板を拡散層が成長しない条件で加熱して、前記第２領域をオーステナイト状態とする、または前記第２領域のオーステナイト状態を維持する再加熱処理装置と
を備えることを特徴とする熱処理システム。

［付記９］
付記８記載の熱処理システムにおいて、
前記再加熱処理装置は、
前記鋼板に赤外線を照射する熱源と、
前記鋼板の前記第１領域を覆うカバーと
を備え、
前記カバーは、前記赤外線が照射される面に複数の貫通穴が形成されている
ことを特徴とする熱処理システム。

［付記１０］
付記９記載の熱処理システムにおいて、
前記カバーは、前記鋼板の側が開放した箱体とされていることを特徴とする熱処理システム。

［付記１１］
表面にシリコンが添加されたアルミニウムのめっき層が形成された鋼板を成形した成形品であって、
焼き入れ処理がされていない強度が７８０ＭＰａ以下の第１領域と、
焼き入れ処理がされた強度が１３００ＭＰａ以上の第２領域と
を備え、
前記めっき層が全て合金化され、
鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされ、前記めっき層の前記鋼板側に形成される拡散層を備え、
前記拡散層は、前記第１領域および前記第２領域を含めた全域に、厚さ１０μｍ以下で均一に形成されている
ことを特徴とする成形品。

なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。

１０１…加熱処理装置、１０２…冷却処理装置、１０３…再加熱処理装置。

Claims

表面にシリコンが添加されたアルミニウムのめっき層が形成された鋼板を成形した成形品であって、
焼き入れ処理がされていない強度が７８０ＭＰａ以下で硬度２２０ＨＶ以下のマルテンサイト状態となっていない第１領域と、
焼き入れ処理がされた強度が１３００ＭＰａ以上で硬度４００ＨＶ以上のマルテンサイト状態とされた第２領域と
を備え、
前記めっき層が全て合金化され、
鉄の組成比が鉄とアルミニウムとシリコンとの合金のγ相の鉄の組成比以上とされ、前記めっき層の前記鋼板側に形成される拡散層を備え、
前記拡散層は、前記第１領域および前記第２領域を含めた全域に、厚さ１０μｍ以下で均一に形成され、
前記第１領域と前記第２領域との間に形成された、硬度が徐々に遷移する幅～５０ｍｍの境界領域をさらに備える
ことを特徴とする成形品。