JP4132950B2 - 高温成形に適し高温成形後に高強度となるアルミもしくはアルミ−亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents

高温成形に適し高温成形後に高強度となるアルミもしくはアルミ−亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高温でのプレスにより製造される、自動車部品の構造部材に代表されるような強度が必要とされる部材に適したアルミもしくはアルミ−亜鉛めっき鋼板およびその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
地球環境問題に端を発する自動車の軽量化のためには、自動車に使用される鋼板をできるだけ高強度化することが必要となるが、一般に鋼板を高強度化していくと伸びやr値が低下し、成形性が劣化していく。
このような課題を解決するために、温間で成形し、その際の熱を利用して強度上昇を図る技術が、特開2000−234153号公報に開示されている。この技術では、鋼中成分を適切に制御し、フェライト温度域で加熱し、この温度域での析出強化を利用して強度を上昇させることを狙っている。
【0003】
また、特開2000−87183号公報では、プレス成形精度を向上させる目的で成形温度での降伏強度を常温での降伏強度より大きく低下する高強度鋼板が提案されている。しかしながら、これらの技術では得られる強度に限度がある可能性がある。
一方、より高強度を得る目的で、成形後に高温のオーステナイト単相域に加熱し、その後の冷却過程で硬質の相に変態させる技術が特開2000−38640号公報に提案されている。
【0004】
しかしながら、成形後に加熱・急速冷却を行うと形状精度に問題が生じる可能性がある。この欠点を克服する技術としては、鋼板をオーステナイト単相域に加熱し、その後プレス成形過程にて冷却を施す技術が文献(SAE,2001-01-0078)に紹介されている。ただし、この技術では成形時のアルミめっき層の損傷並びに加熱時におけるめっき剥離現象を抑えることが困難であり、つまり、その部分の耐食性を確保することが困難になる可能性がある。
このめっき剥離現象とは、加熱によりめっき層と鋼板との界面に空孔(ボイド)が生成し、ここを起点としてめっきが剥離するものである。温度が高いほど、また時間が長いほど剥離は起こりやすくなる。また加熱雰囲気にも依存し、大気雰囲気よりも窒素雰囲気の方が剥離が起こりやすい。これは窒素がボイドを伝わって内部に浸透し、ボイド内部の表面にAlNを生成して剥離に至るためである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
このように、これまでに開示されている技術を用い、高温成形後に高強度となる高温プレスに適したアルミめっき鋼板を製造することは困難である。本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、高温成形後に1200MPa以上の強度を得ることができる高温成形性に優れたアルミめっき鋼板あるいはアルミ−亜鉛めっき鋼板、およびその製造方法を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を解決するために基礎的な検討を実施した。その結果、C、Cr、Moを適切に添加することで、高温成形性に優れためっき鋼板が製造できることを見出した。
すなわち、本発明の要旨とするところは下記のとおりである。
【0007】
(1)質量%で、
C:0.15〜0.55%、
Si≦0.5%、
Mn:0.2〜3.0%、
S≦0.04%、
P≦0.1%、
Al:0.005〜0.100%を含み、さらに、
Cr≦2.0%、
Mo≦1.0%の1種又は2種以上を、
(Cr+7×Mo)≧0.1を満足するように含有し、残部は Fe 及び不可避的不純物からなることを特徴とする、高温成形に適し成形前に900〜1000℃に加熱してプレスで高温成形と同時に急冷して高強度となるアルミめっき鋼板。
(2)質量%で、
C:0.15〜0.55%、
Si≦0.5%、
Mn:0.2〜3.0%、
S≦0.04%、
P≦0.1%、
Al:0.005〜0.100%を含み、さらに、
Cr≦2.0%、
Mo≦1.0%の1種又は2種以上を、
(Cr+7×Mo)≧0.3を満足するように含有し、残部は Fe 及び不可避的不純物からなることを特徴とする、高温成形に適し成形前に900〜1000℃に加熱してプレスで高温成形と同時に急冷して高強度となるアルミめっき鋼板。
【0008】
(3)質量%で、
C:0.15〜0.55%、
Si≦0.5%、
Mn:0.2〜3.0%、
S≦0.04%、
P≦0.1%、
Al:0.005〜0.100%を含み、さらに、
Cr≦2.0%、
Mo≦1.0%の1種又は2種以上を、
(Cr+7×Mo)≧0.1を満足するように含有し、残部は Fe 及び不可避的不純物からなることを特徴とする、高温成形に適し成形前に900〜1000℃に加熱してプレスで高温成形と同時に急冷して高強度となるアルミ−亜鉛めっき鋼板。
(4)質量%で、
C:0.15〜0.55%、
Si≦0.5%、
Mn:0.2〜3.0%、
S≦0.04%、P≦0.1%、
Al:0.005〜0.100%を含み、さらに、
Cr≦2.0%、
Mo≦1.0%の1種又は2種以上を、
(Cr+7×Mo)≧0.3を満足するように含有し、残部は Fe 及び不可避的不純物からなることを特徴とする、高温成形に適し高温成形後に高強度となるアルミ−亜鉛めっき鋼板。
【0009】
(5)(1)または(2)に記載のアルミめっき鋼板の製造方法において、熱間圧延工程における圧延終了温度をAr3変態点以上とし、熱間圧延後の巻取温度を550℃以上、750℃以下とし、冷間圧延後のアルミめっき工程における浴中Si濃度を5〜12%とすることを特徴とする、高温成形に適し成形前に900〜1000℃に加熱してプレスで高温成形と同時に急冷して高強度となるアルミめっき鋼板の製造方法。
【0010】
(6)(3)または(4)に記載のアルミ−亜鉛めっき鋼板の製造方法において、熱間圧延工程における圧延終了温度をAr3変態点以上とし、熱間圧延後の巻取温度を550℃以上、750℃以下とし、冷間圧延後のアルミ−亜鉛めっき工程における浴中Zn濃度を40〜50%とすることを特徴とする、高温成形に適し成形前に900〜1000℃に加熱してプレスで高温成形と同時に急冷して高強度となるアルミ−亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳細に説明する。
まず、鋼成分を限定した理由について述べる。
Cは冷却後の組織をマルテンサイトとして材質を確保するために添加する元素であり、強度1200MPa以上を確保するためには0.15%以上添加する必要がある。ところが、添加量が多すぎると、衝撃変形時の強度確保が困難となるため、その上限を0.55%とした。
【0012】
Siは固溶強化元素であり、比較的安価に鋼板の強度を上昇させることができるが、添加量をむやみに増やすとめっき性が劣化するため、その上限を0.5%とした。
Mnは、冷却後の強度確保を広い冷却速度範囲で可能とするために添加する。C量が多くてもMn添加量が少ない場合、プレス成形時に通常得られる冷却速度の範囲ではマルテンサイト組織を得ることができないために強度確保を行うことが困難となる。ここでいう冷却速度の範囲とは板厚1.4mmで500℃/s以下である。このような機能を発揮させるためには、0.2%以上添加する必要がある。一方、Mn量が多くなりすぎるとコストが上昇するだけでなく効果が飽和するため、上限を3%とした。
【0013】
Sは不可避的に含まれる元素であり、加工性劣化の要因となるため、極力低減する必要があるが0.04%以下とすることで加工性に対する問題は解消されるため、その範囲を0.04%以下とした。
Pは固溶強化元素であり、比較的安価に鋼板の強度を上昇させることができる。ただし、添加量がむやみに増加すると脆化により熱間圧延時や冷間圧延時に割れが生じるため、その上限を0.1%とした。
Alは脱酸材として使用されるが、この効果を発揮させるためには鋼中に0.005%以上含有させることが必要である。一方、0.1%を超えると、酸化物系の介在物の増加を招き、表面性状を劣化させる懸念があるため、その上限を0.10%とした。
【0014】
Cr、Moは高温加熱時のアルミめっき層の合金化状況を変化させることで、高温加熱後のプレス成形時の表面割れ、剥離状況を変化させる効果があり、成形品の塗装後耐食性を向上させることに繋がるという重要な要件である。これについては、ラボ試験にてCr,Mo添加量と高温成形後のサンプルの裸耐食性および塗装後耐食性の試験を行った図1および図2の結果から、式(1)を満足するように添加する必要があることを見出した。
以上の効果をより発揮させるためには、(Cr+7×Mo)≧0.3とすることが望ましい。
なお、裸耐食性および塗装後耐食性は、高温成形後のサンプルの加工を受けた部分から採取したサンプルにて、実施例にて示す条件にて検討した方法で評価した。図中の△でも実用上は特に問題は生じない。
(Cr+7×Mo)≧0.1・・・・・(1)
【0015】
また、Cr、Moそれぞれについては、Crはむやみに増加するとめっき性に問題が生じることやコストアップを招くこと、Moは効果が飽和することやコストアップを招くことから、それぞれの上限を、2.0%、1.0%とした。
その他の成分については特に規定しない。Nは不可避的に含まれるが、これについては通常の範囲内であれば全く問題ない。また、Ni,Cu,Sn,V,W,Zr,As等の元素がスクラップから混入する場合があるが、本発明鋼の特性には全く影響しない。
【0016】
本発明の鋼板の製造条件については特に規定しないが、以下に望ましい製造条件について説明する。
前述したような成分の鋼を鋳造し、得られた熱片スラブを直接または加熱した後、あるいは冷片を再加熱して熱間圧延を施す。その際、熱片スラブを直接圧延することと再加熱後に圧延することでの特性変化はほとんど認められない。また、再加熱温度は特に限定しないが、生産性を考慮して1000℃から1300℃の範囲とすることが好ましい。
【0017】
熱間圧延は通常の熱延工程、あるいは仕上圧延においてスラブを接合し圧延する連続化熱延工程のどちらでも可能である。熱間圧延の際の圧延終了温度は生産性や板厚精度を考慮してAr3変態点以上とすることが望ましい。
熱間圧延後の冷却は通常の方法で行うが、その際の巻取温度は生産性の観点からは550℃以上とすることが好ましく、また、巻取温度が高すぎる場合には酸洗性が劣化するため750℃以下とすることが望ましい。
【0018】
酸洗、冷間圧延は常法でよく、その後アルミめっき工程あるいはアルミ−亜鉛めっき工程についても常法で問題ない。つまり、アルミめっきであれば浴中Si濃度は5〜12%が適しており、アルミ−亜鉛めっきでは浴中Zn濃度は40〜50%が適している。
なお、めっき工程における雰囲気については、無酸化炉を有する連続式めっき設備でも無酸化炉を有しない連続式めっき設備でも通常の条件とすることでめっき可能であり、本鋼板だけ特別な制御を必要としないことから生産性を阻害することもない。
【0019】
以上の製造条件ではめっき前に鋼板表面に金属プレめっきを施していないが、NiプレめっきやFeプレめっき、その他めっき性を向上させる金属プレめっきを施しても特に問題は無い。
また、アルミめっき層中にMgやZnが混在しても、アルミ−亜鉛めっき層中にMgが混在しても特に問題なく同様の特性の鋼板を製造することが可能である。
【0020】
(実施例)
以下、本発明の実施例について説明する。
表1に示す種々の化学成分の鋼を鋳造し、1050℃〜1250℃の温度に再加熱後、熱延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、めっき処理(アルミめっきあるいはアルミ−亜鉛めっき、付着量両面120g/m2)を行った後、さらに圧下率0.8%の調質圧延を施した。さらに、これらの鋼板を900〜1000℃に加熱し、窒素雰囲気で10分間この温度で保定後、その特性の調査を行った。材質調査はプレスで急速冷却された部分から試験片を切出し引張試験を行ったが、この試験はサンプルをJIS Z 2201、5号試験片に加工し、同2241記載の試験方法にしたがって行った。その評価結果を表2に示す。一部の試料には成形後めっき剥離が認められた。
【0021】
【表1】
Figure 0004132950
【0022】
【表2】
Figure 0004132950
【0023】
高温成形後の表面特性としてプレス成形時に加工を受けた部分からサンプルを切出し、裸耐食性および塗装後耐食性を評価した。裸耐食性は湿気槽試験(相対湿度95%、温度40℃)3日で、また、塗装後耐食性はクロスカットを施した後、塩水噴霧試験(JIS−Z2134)30日で評価した。この際の塗装はカチオン系電着塗装であり、膜厚は15μmとした。裸耐食性については外観から○、×で判断したが、その判断基準は、×は赤錆が発生、○は赤錆発生がなかった、△は赤錆がわずかに発生というものである。塗装後耐食性についてもその外観より○、△、×にて判断したが、その判断基準は、○は塗装膨れ2mm以内、△は塗装膨れ2mm超で4mm以下、×は塗装膨れ4mm超とした。
【0024】
鋼種1〜11は本発明範囲の成分鋼であり、本発明範囲の製造条件で製造したものはすべて高温成形後に高強度が確保されており、しかも、裸耐食性および塗装後耐食性に関しても実用上問題がない。鋼種12〜15は本発明範囲をはずれる成分系となっており、裸耐食性および塗装後耐食性が確保できない。
【0025】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、高温成形後に高強度となる高温成形性に優れたアルミめっき鋼板あるいはアルミ−亜鉛めっき鋼板が製造でき、工業的に価値の大きなものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明におけるCr,Mo添加量と裸耐食性の関係を示す図である。
【図2】本発明におけるCr,Mo添加量と塗装後耐食性の関係を示す図である。

Claims (6)

  1. 質量%で、
    C:0.15〜0.55%、
    Si≦0.5%、
    Mn:0.2〜3.0%、
    S≦0.04%、
    P≦0.1%、
    Al:0.005〜0.100%を含み、さらに、
    Cr≦2.0%、
    Mo≦1.0%の1種又は2種以上を、
    (Cr+7×Mo)≧0.1を満足するように含有し、残部は Fe 及び不可避的不純物からなることを特徴とする、高温成形に適し成形前に900〜1000℃に加熱してプレスで高温成形と同時に急冷して高強度となるアルミめっき鋼板。
  2. 質量%で、
    C:0.15〜0.55%、
    Si≦0.5%、
    Mn:0.2〜3.0%、
    S≦0.04%、
    P≦0.1%、
    Al:0.005〜0.100%を含み、さらに、
    Cr≦2.0%、
    Mo≦1.0%の1種又は2種以上を、
    (Cr+7×Mo)≧0.3を満足するように含有し、残部は Fe 及び不可避的不純物からなることを特徴とする、高温成形に適し成形前に900〜1000℃に加熱してプレスで高温成形と同時に急冷して高強度となるアルミめっき鋼板。
  3. 質量%で、
    C:0.15〜0.55%、
    Si≦0.5%、
    Mn:0.2〜3.0%、
    S≦0.04%、
    P≦0.1%、
    Al:0.005〜0.100%を含み、さらに、
    Cr≦2.0%、
    Mo≦1.0%の1種又は2種以上を、
    (Cr+7×Mo)≧0.1を満足するように含有し、残部は Fe 及び不可避的不純物からなることを特徴とする、高温成形に適し成形前に900〜1000℃に加熱してプレスで高温成形と同時に急冷して高強度となるアルミ−亜鉛めっき鋼板。
  4. 質量%で、
    C:0.15〜0.55%、
    Si≦0.5%、
    Mn:0.2〜3.0%、
    S≦0.04%、P≦0.1%、
    Al:0.005〜0.100%を含み、さらに、
    Cr≦2.0%、
    Mo≦1.0%の1種又は2種以上を、
    (Cr+7×Mo)≧0.3を満足するように含有し、残部は Fe 及び不可避的不純物 からなることを特徴とする、高温成形に適し高温成形後に高強度となるアルミ−亜鉛めっき鋼板。
  5. 請求項1または請求項2に記載のアルミめっき鋼板の製造方法において、熱間圧延工程における圧延終了温度をAr3変態点以上とし、熱間圧延後の巻取温度を550℃以上、750℃以下とし、冷間圧延後のアルミめっき工程における浴中Si濃度を5〜12%とすることを特徴とする、高温成形に適し成形前に900〜1000℃に加熱してプレスで高温成形と同時に急冷して高強度となるアルミめっき鋼板の製造方法。
  6. 請求項3または請求項4に記載のアルミ−亜鉛めっき鋼板の製造方法において、熱間圧延工程における圧延終了温度をAr3変態点以上とし、熱間圧延後の巻取温度を550℃以上、750℃以下とし、冷間圧延後のアルミ−亜鉛めっき工程における浴中Zn濃度を40〜50%とすることを特徴とする、高温成形に適し成形前に900〜1000℃に加熱してプレスで高温成形と同時に急冷して高強度となるアルミ−亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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