JP3582511B2 - 熱間プレス成形用表面処理鋼とその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱間プレス用鋼、特に自動車用の足廻り、シャ−シ、補強部品などの製造に使用される熱間プレス用鋼およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車の軽量化のため、鋼材の高強度化を図り、使用する鋼材の厚みを減ずる努力が進んでいる。しかし、鋼材としての鋼板をプレス成形、例えば絞り形成を行うことを考えた場合、使用する鋼板の強度が高くなると絞り成形加工時に金型との接触圧力が高まり鋼板のカジリや鋼板の破断が発生したり、またそのような問題を少しでも軽減しようと鋼板の絞り成形時の材料の金型内への流入を高めるためブランク押さえ圧を下げると成形後の形状がばらつく等の問題点がある。
【０００３】
また、形状安定性いわゆるスプリングバックも発生し、これに対しては例えば潤滑剤使用による改善対策等もあるが、７８０ＭＰａ級以上の高強度鋼板ではその効果が小さい。
【０００４】
このように難加工材料としての高強度鋼のプレス成形には問題点が多いのが現状である。なお、以下、この種の材料を「難プレス成形材料」という。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような難プレス成形材料をプレス成形する技術として、成形すべき材料を予め加熱して成形する方法が考えられる。いわゆる熱間プレス成形および温間プレス成形である。以下、単に熱間プレス成形と総称する。
【０００６】
しかし、熱間プレス成形は、加熱した鋼板を加工する成形方法であるため、表面酸化は避けられず、たとえ鋼板を非酸化性雰囲気中で加熱しても、例えば加熱炉からプレス成形のため取り出すときに大気にふれると表面に鉄酸化物が形成される。この鉄酸化物がプレス時に脱落して金型に付着して生産性を低下させたり、あるいはプレス後の製品にそのような酸化皮膜が残存して外観が不良となるという問題がある。しかも、このような酸化皮膜が残存すると、次工程で塗装する場合に鋼板との塗膜密着性が劣ることになる。またスケールが残存する場合、次工程で塗装してもスケール／鋼板間の密着性不芳のせいで塗膜密着性が劣る。
【０００７】
そこで熱間プレス成形後は、ショットブラストを行ってそのようなスケールを構成する鉄酸化層を除去することが必要となるが、これではコスト増は免れない。
【０００８】
また加熱時にそのようなスケールを形成させないために低合金鋼やステンレス鋼を用いてもスケール発生は完全に防止できないばかりか、普通鋼に比較して大幅にコスト高となる。
【０００９】
このような熱間プレス成形時の表面酸化の問題に対する対策として加熱時の雰囲気とプレス工程全体の雰囲気をともに非酸化性雰囲気にすることも理論上有効ではあるが設備上大幅な高コストとなる。
【００１０】
このような事情からも、今日でも熱間プレスについては多くの提案はされているが、実用的な段階には至っていないのが現状である。
ここに、特許出願として提案されている現状の技術について概観すると次のようである。
【００１１】
例えば、熱間プレスの利点としては、プレス成形とともに熱処理を行えることが挙げられるが、その際にさらに同時に表面処理をも行うことが、特開平７−１１６９００号公報に提案されている。もちろん、このような技術にも前述のような表面酸化の問題もあるが、複雑な形状の金型に防錆剤等の表面処理剤を均一に塗布することは難しく、またそのように金型に予め塗布した表面処理剤をプレス成形時に製品に均一に転写させることも難しい。もちろん、プレス成形後の処理としてめっき処理等の防錆処理を個別に行うことは自明であるが、生産性が低く、大幅なコスト増をもたらすことは明らかである。
【００１２】
このように高強度の鋼板を成形するために熱間でプレス成形する方法があるが生成した鉄酸化物を除去する工程が必要であるのと、たとえ鉄酸化物を除去しても鋼板のみでは防錆性に劣るのが現状である。
【００１３】
防錆性あるいは耐食性改善という面だけからでは、特開平６−２４０４１４号公報で提案されているように、例えばドア内のインパクトバーのような自動車用部品では、ドア内に浸入した腐食因子の水分が焼入鋼管の管内無塗装部を腐食させることがあるため、そのような焼入鋼管を構成する鋼材の鋼成分にＣｒ、Ｍｏ等の元素を添加して耐食性を向上させている例もある。しかし、このような対策では、Ｃｒ、Ｍｏ添加でコスト高となるばかりでなく、プレス成形用の材料の場合、それらの合金成分の添加によるプレス成形性の劣化の問題がある。
【００１４】
ここに、本発明の課題は、いわゆる難プレス成形材料について熱間プレスを行っても所定の耐食性を確保でき、外観劣化が生じない熱間プレス用の材料とその製造方法を提供することである。
【００１５】
さらに本発明の具体的課題は、耐食性確保のための後処理を必要とせずに、例えば難プレス成形材料である高張力鋼の熱間プレス成形を可能とし、同時に耐食性をも確保できる技術を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、かかる課題を解決する手段について種々の角度から鋭意検討の結果、前記のような難プレス成形材料をそのままプレス成形するのではなく、変形抵抗を低減させるべく高温状態でプレス成形を行い、同時にそのときに、後処理を行うことなく優れた耐食性を確保すべく、もともと耐食性に優れるめっき鋼板を用いてその熱間プレス成形を行うというアイデアを得た。そして、これに基づき、腐食性湿潤環境において鋼板の犠牲防食作用のある亜鉛系めっき鋼板に熱間プレスを適用することを着想した。しかし、熱間プレスは７００ 〜１０００℃という温度で加熱することを意味するのであって、この温度は、亜鉛系めっき金属の融点以上の温度であって、そのような高温に加熱した場合、めっき層は溶融し、表面より流失し、あるいは溶融・蒸発して残存しないか、残存しても表面性状は著しく劣ったものとなることが予測された。
【００１７】
しかしながら、さらに、その後種々の検討を重ねる内に、加熱することによりめっき層と鋼板とが合金化することで何らかの変化が見られるのではないかとの見解を得て予備試験として各種めっき組成および各種雰囲気で、実際に７００ 〜１０００℃の温度に加熱を行い、次いで熱間プレスを行ったところ、それまでの予測に反して、一部の材料について問題なく熱間プレスを行うことができることが判明した。
【００１８】
そこで、７００ 〜１０００℃の温度で加熱してから熱間プレスを行っても表面性状が良好であるための条件を求めたところ、めっき層表面に亜鉛の酸化皮膜が、下層の亜鉛の蒸発を防止する一種のバリア層として全面的に形成されていることが判明した。
【００１９】
このように、亜鉛めっき鋼板を高温に加熱した後プレスを行うと、表面にバリア層が形成されめっき表面からの亜鉛の蒸発・揮散を抑制し良好な熱間プレス品が得られることが可能となった。
【００２０】
しかしながら、熱間プレスの工程においては様々な理由で、鋼板に充分すぎるあるいは過度な加熱が行われる場合がある。例えば同一鋼材を用いる場合でも高強度を発現させるため、通常想定されるケースよりは高温 （例えば９００ ℃以上） あるいは長時間 （例えば５分以上） で加熱される場合、あるいは加熱ラインの異常以上停止や生産上の都合で、加熱ラインのスピードを遅らせる場合もある。このようなケースに遭遇しても安定した品質の熱間プレス品を得るための方法について本発明者らは検討した。
【００２１】
その結果、熱間プレス時の加熱段階で表面に生成するバリア層の主成分であるＺｎＯ 層を亜鉛めっき表面にあらかじめ積極的に生成させることで、過度な加熱あるいは高温の加熱が施される条件でも品質の良好な熱間プレス品が得られることを見出して、本発明を完成した。
【００２２】
ここに、本発明は次の通りである。
(1) 表層にZn換算で10 mgm−２以上のZnO 層を形成させた亜鉛または亜鉛を含むめつき層を有することを特徴とする700 〜 1000 ℃に加熱されてプレスされる熱間プレス成形用表面処理鋼。
【００２３】
（２）上記（１） の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、めっき表面を酸化させることを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
【００２４】
（３）上記（１） の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、得られためっき鋼を、酸化剤を含有する溶液に接触させることを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
【００２５】
（４）上記（１） の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって、鋼表面こ亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、得られためっき鋼を、Ｚｎイオンと酸化剤を含有する溶液に接触させることを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
【００２６】
（５）上記（１） の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、得られためっき鋼を陽極として、水溶液中で陽極電解を行うことを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
【００２７】
（６）上記（１） の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、得られためっき鋼を陰極として、Ｚｎイオンと酸化剤を含む水溶液中にて電解をおこなうことを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
【００２８】
（７）上記（１） の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって鋼材表面にＺｎＯ からなるゾルを含む溶液を塗布乾燥することを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、本発明において上述のように限定する理由について詳述する。なお、本明細書において鋼組成およびめっき組成を規定する「％」は「質量％」である。
【００３０】
本発明によれば、溶融亜鉛系めっき鋼を酸化性雰囲気下で加熱して表面にＺｎＯ から成る酸化皮膜を設けることで、これがバリア層として作用し、例えば９００ ℃以上に加熱しても、表面の亜鉛系めっき層の蒸発が防止され、加熱後に熱間プレスを行うことができる。しかも、プレス成形後は亜鉛系めっき皮膜を備えていることから、それ自体すでに優れた耐食性を備えており、後処理としての防錆処理を必要としないというすぐれた効果を発揮することができる。
【００３１】
素地鋼
本発明にかかる熱間プレス用の素地鋼は、溶融亜鉛系めっき時のめっき濡れ性、めっき後のめっき密着性が良好であれば特に限定しないが、熱間プレスの特性として、熱間成形後に急冷して高強度、高硬度となる焼き入れ鋼、たとえば下掲の表１にあるような鋼化学成分の高張力鋼が実用上は特に好ましい。
【００３２】
例えば、Ｓｉ含有鋼やステンレス鋼のようにめっき濡れ性、めっき密着性に問題のある鋼種でもプレめっき処理等のめっき密着性向上手法を用いてめっき密着性を改善することで本発明に用いることができる。
【００３３】
鋼の焼き入れ後の強度は主に含有炭素（Ｃ） 量によってきまるため、高強度の成型品が必要な場合は、Ｃ含有量０．１ ％以上、３．０ ％以下とすることが望ましい。このときに上限を超えると、靭性が低下するおそれがある。
【００３４】
特に、本発明の場合、プレス成形が難しいと言われている難プレス成形材である高張力鋼、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ等を添加した機械構造用鋼、高硬度鋼等についてその実用上の意義が大きい。
【００３５】
素材としてのプレス成形母材 （鋼材） の形態は、一般には板材であるが、本発明の対象とする熱間プレスの形態として曲げ加工、絞り成型、張出し成型、穴拡げ成型、フランジ成型等があるから、その場合には、棒材、線材、管材などを素材として用いてもよい。
【００３６】
亜鉛系めっき層
本発明による亜鉛、または亜鉛を含むめっき（ 以下、亜鉛系めっきという） の具体的なめっき操作としては、溶融した亜鉛および亜鉛合金めっき浴に鋼材を浸漬して引き上げることで行う。めっき付着量の制御は引き上げ速度やノズルより吹き出すワイピングガスの流量調整により行う。合金化処理はめっき処理後にガス炉や誘導加熱炉などで追加的に、例えば５５０ 〜６５０ ℃に加熱して行う。かかるめっき操作は、例えば板材の場合、コイルの連続めっき法あるいは切り板単板めっき法のいずれによってめっきを行ってもよい。
【００３７】
もちろん、所定厚みのめっき層が得られるのであれば、例えば、電気めっき、溶射めっき、蒸着めっき等その他いずれの方法でめっき層を設けてもよい。
亜鉛系めっき層の組成は特に制限がなく、純亜鉛めっき層であっても、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｓｎ、Ｐｂなどの合金元素をその目的に応じて適宜量添加した亜鉛合金めっき層であってもよい。その他原料等から不可避的に混入することがあるＢｅ、Ｂ、Ｓｉ、Ｐ、Ｓ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｃｄ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｒ等のうちのいくつかが含有されることもある。
【００３８】
しかし、純亜鉛めっき層または合金化亜鉛めっき層の方が低コストで望ましい。
通常、溶融亜鉛めっき浴には、Ａｌが含有されており、本発明の場合にも、めっき皮膜中Ａｌ含有量は０．０８〜０．４ ％の範囲であれば良い。さらに望ましくは０．０８〜０．３ ％である。めっき皮膜中のＦｅ含有量を高くするにはＡｌ濃度が低いほうがよい。
【００３９】
亜鉛合金めっきとしては、次のような系が開示されている。
例えば亜鉛−鉄合金めっき、亜鉛−１２％ニッケル合金めっき、亜鉛−１％コバルト合金めっき、５５％アルミニウム−亜鉛合金めっき、亜鉛−５％アルミニウム合金めっき、亜鉛−クロム合金めっき、亜鉛−アルミニウム−マグネシウム合金めっき、スズ−８％亜鉛合金めっき、亜鉛−マンガン合金めっきなどである。
【００４０】
めっき付着量は９０ｇ／ｍ^２以下が良好である。これを超えるとバリア層としてのＺｎＯ 層の形成が不均一となり外観上問題がある。下限は特に制限しないが、薄過ぎるとプレス成形後に所要の耐食性を確保できなくなったり、あるいは加熱の際に鋼板の酸化を抑制するのに必要な酸化亜鉛層を形成できなくなったりすることから、通常は２０ｇ／ｍ^２程度以上は確保する。加熱温度が高くなるなど、より過酷な加熱の場合、望ましくは４０〜８０ｇ／ｍ^２の範囲で性能良好となる。
酸化亜鉛層
酸化亜鉛層の生成方法は下記の通り種々あるが、下記工程のいずれも製造工程の都合に応じて適用可能である。それぞれについて好ましい実施の態様について説明する。
【００４１】
（１） 酸化亜鉛量とその定量
前述のようにＺｎＯ は熱間プレス時に金型との接触を回避するためと加熱・酸化雰囲気からめっき層および鋼材の酸化を防ぐための「バリア層」の役目を果たす。その効果が認められるのはＺｎＯ に含まれるＺｎ量として１０ ｍｇｍ^−２以上である。これより少ないと鋼材の酸化がひどくなり、鋼材のスケールが発生しプレス時に金型にビルドアップ（付着）することがある他、表面品質が低下するという欠点がある。上限は特に規定されないが、多すぎるとパウダリング等が生じる他、上記の「バリア層」としての役目が飽和するため１００００ｍｇｍ^−２以下が好ましい。より好ましい範囲は１００ｍｇｍ^−２以上２０００ ｍｇｍ^−２以下である。後記のようにＺｎＯ 生成させるためには種々の手段が考えられるが、各々でとりうる工程と熱間プレス工程に適したＺｎＯ 量およびその製法を決定するのがよい。
【００４２】
酸化亜鉛層の定量方法は、５％ヨウ素−メタノール溶液でめっきを溶解し、発生した残査を塩酸に溶解し定量する方法や重クロム酸アンモニウム水溶液にて表面の酸化膜を溶解し定量する方法のいずれもが用いられる。溶解した溶液は、それぞれの溶液のブランクを使用してＩＣＰ（誘導結合プラズマ分析）などの発光分析などで定量することができる。
【００４３】
（２） 表面酸化法
これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、めっき表面を酸化させる処理である。
【００４４】
溶融亜鉛系のめっきの場合は、通常、めっき後不活性雰囲気で冷却されるが、その雰囲気を若干酸化性の雰囲気にすることや、通常のめっき工程後亜鉛めっき層を加熱することでも同様に目的は達せられる。特に電気めっき材の場合はめっき時に加熱されないので、後者の方法が有効である。酸化する雰囲気としては露点を上げるのが好適であり、特に露点を３０℃以上として加熱することでＺｎＯ 層を効率よく生成させることができる。加熱温度は亜鉛の融点以下であれば好ましいが、溶融亜鉛めっきの合金化を生じさせる際の炉内雰囲気の露点を上昇させることでも目的は達せられる。
【００４５】
（３） 酸化剤接触法
これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、酸化剤を含有する溶液に接触させる処理である。
【００４６】
例えば硝酸（ＨＮＯ_３）や硝酸塩 （例：ＮａＮＯ_３、ＫＮＯ_３、Ｚｎ（ＮＯ_３）_２） や過マンガン酸塩（例：ＫＭｎＯ_４） や重クロム酸塩（例：Ｋ_２Ｃｒ_２Ｏ_７） 、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）などを酸化剤として含む水溶液にめっき鋼材を接触させることで、表面にＺｎＯ を生成させることができる。その酸化剤の濃度は許容される工程（時間や温度） により決めればよいが、概ね１〜１００ｇ／ｌの範囲でＺｎＯ を１０ ｍｇｍ^−２以上（Ｚｎ換算） 付与させることは可能である。
【００４７】
接触時間は工程の都合によるが０．５ｓ以上が好ましく２〜１０ｓがより好ましい。接触時間が長くすることは本発明の効果を減じるものではないが、設備が大がかりになったり生産性を阻害する可能性があり、より短時間で効率よくＺｎＯ 層を生成させることが肝要である。特に溶融亜鉛系めっきに本発明を適用する場合は、本工程前に表面をアルカリ性の水溶液（例１０％ＮａＯＨ水溶液） に接触させることで、表面のＡｌ等の不純物を除去することができ、後工程の酸化剤含有水溶液との接触の際に効率よくＺｎＯ を生成させることができる。
【００４８】
水溶液のめっき鋼材への接触方法は、浸漬や噴霧、スプレー、ロールコート、ナイフコートなどいずれも使用できるが、接触後は水洗してから乾燥することが望ましい。なぜなら水洗しないとＺｎＯ が生成すると共に上記塩類の付着が生じ耐錆性におとるためである。
（４） Ｚｎ ＋酸化剤接触法
これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、Ｚｎイオンと酸化剤を含有する水溶液に接触させる処理である。
【００４９】
酸化剤と併せてＺｎイオンを有する化合物を水溶液中に共存させ、これに接触させる方法である。このときの酸化剤は前述の酸化剤接触法におけるそれと同様であればよい。このように酸化剤を含有する水溶液にＺｎイオンを添加することにより一層効率よくＺｎＯ 層を形成させることができる。Ｚｎイオンが無い場合は、めっきの溶解、ＺｎＯ 生成という過程を経るが、めっき溶解の起こるｐＨは一般的に低く、逆にＺｎＯ が生成、沈殿の起こるｐＨは高いため、ｐＨの高い領域 （ｐＨ：３〜７） でＺｎイオンと酸化剤を両方含有させることで効率的にＺｎＯ を表面に生成させることができる。
【００５０】
亜鉛源としては硫酸亜鉛（ＺｎＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ） や硝酸亜鉛（Ｚｎ（ＮＯ_３）_２・６Ｈ_２Ｏ）などの水溶液を調整しさらに上記酸化剤を併用することでめっき鋼材表面にＺｎＯ を形成せしめることができる。その他の条件については上述の酸化剤接触法に同じである。
【００５１】
（５） 陽極電解法
これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、水溶液中で陽極電解を行う処理である。
【００５２】
めっき鋼材を陽極として水溶液中で酸化させることで、めっき鋼材表面にＺｎＯ 層を形成させることができる。その際の水溶液は酸性あるいはアルカリ性の水溶液が好ましい。アルカリの場合はＮａＯＨやＫＯＨ の水溶液を１質量％〜１０質量％濃度として使用することが好ましい。少なすぎると溶液中の電気効率が低下し、大きすぎると亜鉛へのエッチングが過度となり表面品質に影響する。酸性の場合は塩酸や硫酸の水溶液を０．１ 〜１質量％濃度とするのがよい。少なすぎると溶液中の電気効率が低下し、大きすぎると亜鉛へのエッチングが過度となり表面品質に影響する。電流密度としては１〜１００Ａ／ｄｍ^２の範囲が好ましいが、工程や処理速度により使い分ければよい、ただし電流密度が大きいと効率が悪くなるうえ表面品質が低下する一方、電流密度が小さすぎると、処理時間が長くなるので、５ 〜３０ Ａ／ｄｍ^２の範囲が好ましい。
【００５３】
（６） 陰極電解法
これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、Ｚｎイオンと酸化剤を含む水溶液中にて鋼材を陰極とする電解をおこなう処理である。
【００５４】
前述のようなＺｎイオンと酸化剤を含む水溶液を用い、鋼材を陰極として電解する方法により、鋼材表面にＺｎＯ 層を形成させることができる。Ｚｎイオン源および酸化剤の水溶液中での含有量はＺｎ＋酸化剤接触法と同様でよく、水溶液中の電気伝導度が要求される場合はさらに塩類を添加することで、伝導度を確保すればよい。電流密度としては１〜１００Ａ／ｄｍ^２の範囲が好ましいが、工程や処理速度により使い分ければよい。ただし電流密度が大きいと効率が悪くなるうえ表面品質が低下する一方、電流密度が小さすぎると、処理時間が長くなるので、５〜３０ Ａ／ｄｍ^２ の範囲が好ましい。
【００５５】
（７） ＺｎＯ ゾル塗布法
これは、鋼材に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、ＺｎＯ ゾルを含む溶液を表面に塗布する処理である。
【００５６】
亜鉛イオンを含有する酸性水溶液に、コロイドを安定化させる有機添加剤（有機酸イオンなど） を加えた後、水溶液を徐々に中性化することでＺｎＯ のゾルを生成させることができる。またＺｎＯ を微粒化し有機結着剤 （例：ポリアクリル酸、ポリビニールアルコール等） を用いることでもＺｎＯ のゾルを生成させることができる。このようなＺｎＯ ゾルを含む溶液を亜鉛めっき鋼材に塗布・乾燥することでＺｎＯ 層を形成させることができる。
【００５７】
添加量は多いほどＺｎＯ の鋼板への結着効果が高まるので良いが、熱間プレス時にガス化し、不具合を生じるので、添加量はＺｎＯ １００ 重量部に対して５重量部以下、好ましくは１重量部以下とするのが良い。
【００５８】
このときの塗布方法は、浸漬や噴霧、スプレー、ロールコート、ナイフコートなどいずれも使用でき、乾燥は８０℃以上で行うことが好ましい。水分が残留しているとめっき層の耐錆性が劣ることがあり、表面がべとついたりしてハンドリングが悪くなることがある。
【００５９】
鋼の加熱／熱間プレス成形
上述のようにして用意された表層にバリア層を備えた亜鉛系めっき鋼を次いで所定温度にまで加熱し、プレス成形を行う。本発明の場合、熱間プレス成形を行うことから、通常７００ 〜１０００℃に加熱するが、素材鋼の種類によっては、プレス成形性がかなり良好なものがあり、その場合にはもう少し低い温度に加熱するだけでよい。本発明の場合、鋼種によってはいわゆる温間プレスの加熱領域に加熱する場合も包含されるが、いわゆる難プレス成形材料に適用するときに本発明の効果が効果的に発揮されることから、通常は、上述のように７００ 〜１０００℃に加熱する。
【００６０】
この場合の加熱方法としては電気炉、ガス炉での加熱や火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱等が挙げられる。また加熱時の雰囲気も特に制限はないが、本発明の場合、予めバリア層が形成されているから、そのようなバリア層の維持に悪影響を与えない限り、特に制限はない。
【００６１】
このときのプレス成形に先立つ加熱温度は焼き入れ鋼であれば目標とする硬度となる焼入温度に加熱したのち一定時間保持し高温のままプレス成形を行い、その際に金型で急冷する。通常の鋼種、条件では、このときに加熱の際の最高到達温度はおよそ７００ ℃から１０００℃の範囲であればよい。
【００６２】
ところで、本発明によれば、亜鉛系めっき層の表面には、加熱時の亜鉛の蒸発を防止するバリア層として作用するＺｎＯ から成る酸化皮膜が形成されており、通常、その量は、Ｚｎ換算量で１０ｍｇｍ ^−２以上で十分である。
【００６３】
また、加熱処理後のめっき層におけるＦｅ含有量は、めっき皮膜の融点に影響するので高い方が有利である。常温のプレス成形では皮膜中Ｆｅ量が増加するとめっき皮膜の加工性が低下するのでＦｅ含有量は高くても１３％前後であった。しかし、本発明においては熱間プレス成形では常温よりも鋼材およびめっき皮膜が軟質のためＦｅ含有量が高くても成形が可能である。Ｆｅ含有量は８０％以下である。望ましくはＦｅ含有量は５〜８０％の範囲であり、さらに望ましくは１０〜３０％である。Ｆｅ含有量が下限未満では加熱後の酸化皮膜に不均一さが生じ、上限を超えるとＺｎ−Ｆｅ合金化に時間がかかり生産性が低下しコストアップとなる。
【００６４】
このようにして、表面にバリア層が形成された本発明にかかる熱間プレス用鋼には、次いで、熱間プレス成形が行われるが、このときの熱間プレス成形は特に制限はなく、通常行われているプレス成形を行えばよい。熱間プレス成形の特徴として成形と同時に焼入れを行うことから、そのような焼入れを可能とする鋼種を用いることが好ましい。もちろん、プレス型を加熱しておいて、焼き入れ温度を変化させ、プレス後の製品特性を制御してもよい。
【００６５】
次に、実施例によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。
【００６６】
【実施例】
［実施例１］
表１の板厚１．０ｍｍ の鋼種Ａに表２に示すように各種亜鉛めっきあるいは亜鉛合金めっきを施し、一部については下記の各種の方法にて亜鉛めっきあるいは亜鉛合金めっき表面にＺｎＯ 層を形成させた。このときのＺｎＯ 生成条件は次の通りである。
【００６７】
Ａ：合金化炉内で露点３０℃以上で酸化させた （炉内板温４６０ ℃、保持時間任意）
Ｂ：酸化剤水溶液 （硝酸１％４０℃） に浸漬
Ｃ：Ｚｎイオン ＋酸化剤水溶液 （硝酸亜鉛６水和物１００ｇ／ｌ＋硝酸１０ｇ／ｌ 、４０℃）
Ｄ：５％ＮａＯＨ水溶液中で陽極電解、電流密度２０Ａ／ｄｍ^２ 、通電時間任意
Ｅ：Ｚｎイオン ＋酸化剤水溶液 （硫酸亜鉛７水和物５０ｇ／ｌ＋硝酸Ｎａ ５０ｇ／ｌ、５０℃） １５Ａ／ｄｍ^２ で陰極電解、通電時間任意
Ｆ：ＺｎＯ ゾル （ポリアクリル酸０．５ ％添加） をロール塗布 → 乾燥（１００℃、３０秒）
次いで大気雰囲気炉内で表２に示すような加熱条件にて加熱後円筒絞り成形試験を行った。このときの熱間プレス成形は、直径９０ｍｍの円形ブランクを、ポンチ径５０ｍｍ、ポンチ肩 Ｒ５ｍｍ、ダイス径５３ｍｍ、ダイス肩 Ｒ５ｍｍで絞り高さ２５ｍｍの模擬成形の条件で行った。ブランク押さえ力（ＢＨＦ） は１ｔｏｎＦとした。
【００６８】
成形後の表面状態の目視判定を行った。さらにかようにして得られた熱間プレス成形品を下記要領にて塗装適合性 （耐水二次密着性） 、および塗装後耐食性の評価を行った。
【００６９】
塗膜密着性試験
本例で得た円筒絞り体から切り出した試験片に、日本パーカライジング （株） 製ＰＢＬ−３０８０で通常の化成処理条件により燐酸亜鉛処理したのち関西ペイント製電着塗料ＧＴ−１０ を電圧２００Ｖのスロープ通電で電着塗装し、焼き付け温度１５０ ℃で２０分焼き付け塗装した。塗膜厚みは２０μｍ であった。
【００７０】
試験片を５０℃のイオン交換水に浸漬し２４０ 時間後に取り出して、カッターナイフで１ｍｍ 幅の碁盤目状に傷を入れ、ニチバン製のポリエステルテープで剥離テストを行い、塗膜の残存マス数を比較し、塗膜二次密着性を評価した。なお、全マス数は１００ 個とした。
【００７１】
評価基準は残存マス数９０〜１００ 個を良好：評価記号○、０〜８９個を不良：評価記号×とした。
塗装後耐食性試験
本例で得た円筒絞り体から切り出した試験片に、日本パーカライジング （株） 製ＰＢＬ−３０８０で通常の化成処理条件により燐酸亜鉛処理を行ったのち関西ペイント製電着塗料ＧＴ−１０ を電圧２００Ｖのスロープ通電で電着塗装し、焼き付け温度１５０ ℃で２０分焼き付け塗装した。塗膜厚みは２０μｍ であった。
【００７２】
試験片の塗膜にカッターナイフで素地に達するスクラッチ傷を入れた後、ＪＩＳ Ｚ２３７１ に規定された塩水噴霧試験を４８０ 時間行った。傷部からの塗膜膨れ幅もしくは錆幅を測定し、塗装後耐食性を評価した。
【００７３】
評価基準は錆幅、塗膜膨れ幅のいずれか大きい方の値で Ｏｍｍ以上〜４ｍｍ 未満を良好：評価記号○、４ｍｍ 以上を不良：評価記号×とした。
これらの試験結果を表２にまとめて示す。
【００７４】
表２に示すように本発明例の場合には、いずれも二次密着性および耐食性について満足すべき結果が得られ、熱間プレス成形用表面処理鋼として好適であることが分かる。
【００７５】
【表１】

【００７６】
【表２】

【００７７】
【発明の効果】
本発明の熱間プレス用表面処理鋼をもちいることにより、大気加熱時の鋼材酸化を抑制することができ加熱炉の雰囲気制御設備が不要となるほか、プレス時のスケールによる悪影響（金型への付着や塗装適合性の不良） が回避され生産工程を簡素化できる。

Claims (7)

1. 表層にZn換算で10 mgm−２以上のZnO 層を形成させた亜鉛または亜鉛を含むめつき層を有することを特徴とする700 〜 1000 ℃に加熱されてプレスされる熱間プレス成形用表面処理鋼。
2. 請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、めっき表面を酸化させることを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
3. 請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、得られためっき鋼を、酸化剤を含有する溶液に接触させることを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
4. 請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、得られためっき鋼を、Znイオンと酸化剤を含有する溶液に接触させることを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
5. 請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、得られためっき鋼を陽極として、水溶液中で陽極電解を行うことを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
6. 請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって、鋼表面に亜鉛または亜鉛を含むめっきを施した後、得られためっき鋼を陰極として、Znイオンと酸化剤を含む水溶液中にて電解をおこなうことを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。
7. 請求項１の熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法であって鋼材表面にZnO からなるゾルを含む溶液を塗布乾燥することを特徴とする熱間プレス成形用表面処理鋼の製造方法。