JP4551034B2

JP4551034B2 - 溶接性、塗装後耐食性に優れた高強度自動車部材用アルミめっき鋼板及びそれを使用した自動車部材

Info

Publication number: JP4551034B2
Application number: JP2001241633A
Authority: JP
Inventors: 純真木; 正芳末廣; 輝明伊崎; 寿拓宮腰
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2001-08-09
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2021-08-09
Also published as: JP2003049256A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の足回り等の高強度を要求される部品、及びこれを製造するための鋼素材に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題を発端とした低燃費化の動きから自動車用鋼板に対しては高強度化に対する要望が強い。しかし、一般に高強度化は加工性、成形性の低下を伴い、高強度、高成形性を両立する鋼板が要望されている。
これに対する一つの回答は、残留オーステナイトのマルテンサイト変態を利用したＴＲＩＰ（ＴＲａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＩｎｄｕｃｅｄＰｌａｃｉｔｉｃｉｔｙ）鋼であり、近年用途が拡大しつつある。しかし、この鋼により、成形性の優れた１０００ＭＰａ級の高強度鋼板は製造することは可能であるが、更に高強度、例えば１５００ＭＰａ以上というような超高強度鋼で成形性を確保することは困難である。
【０００３】
そこで、高強度、高成形性を両立する別の形として最近注目を浴びているのがホットプレスである。これは鋼板を８００℃以上の高温に加熱した状態で成形することにより高強度鋼板の成形性の課題を無くし、成型後の冷却により焼きを入れて所望の材質を得るというものである。しかし、大気中での加熱を伴うため、表面に酸化物が生成してこれを後工程で除去する必要がある。これを改善したものが特開２０００−３８６４０号公報であり、０．１５〜０．５％の炭素を含有する鋼板にアルミめっきして加熱時の酸化抑制を図っている。
もう一つの形として、鋼板を常温で成型後、一部分を急速加熱し、急冷して焼きを入れて高強度を得るという手法も有り得る。この場合、局部的に加熱することで、高強度が必要とされる部位のみの強度を高めることが可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
これらの発明は高強度の成形部品を効率良く製造するのに有効であるが、通常プレスされた後、あるいは前工程で、スポット、アーク、レーザー等の溶接工程を必要とするため、優れた溶接性が必要とされる。更に、最終的には塗装されて使用に供されるため、塗装後耐食性も兼ね備えなければならない。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような課題を克服するためにアルミめっき鋼板の加熱前後のめっき組織と特性との関係を詳細に調査した。アルミめっき鋼板を８００℃以上で加熱すると、５〜１０分程度で表面まで金属間化合物となって、表面が黒化する。この現象を以下合金化と、また表面まで生成した化合物を合金層と称するが、このときの合金化条件により、まためっき組成により合金層の厚みは種々変化する。更に、このときの合金層厚みはその後の鋼板の特性に大きく影響する。具体的にはこの層が厚すぎると溶接性が低下し、またこの層が薄すぎると加熱時の耐熱性、あるいは塗装後の耐食性が低下する。
【０００６】
Ａｌは電極材質のＣｕと合金化しやすい金属であり、Ａｌを含む合金層の量が増えると電極の合金化とそれに続く電極の欠損を誘起しやすく、抵抗溶接性が低下する。しかし、純ＡｌでなくＡｌ−Ｆｅ合金で、Ａｌの相対的な量は少ないこと、融点の高い化合物になっていることから、金属Ａｌよりはその影響は小さい。一方でＡｌ合金層は鋼板の耐熱性を向上させる役割、塗装後耐食性を向上させる役割も持っている。特に非常に硬質であるため、チッピング等の衝撃による母材鋼板への疵が入り難いという利点を有している。以上述べたように、Ａｌ−Ｆｅ系の合金層は溶接性に対しては悪影響、耐熱性、塗装後耐食性に対しては好影響を持つため、これらの特性を良好に保つために必要な量が定められる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の限定理由について説明する。
本発明は、成型後に１０００ＭＰａ程度以上の高強度を有する高強度鋼板であり、ホットプレスあるいは局部急速加熱後に急冷して、焼きを入れてマルテンサイトを主体とする組織に変態させるものである。このため母材の硬度を２５０以上とする。この硬度はビッカース硬度とする。この硬度を得るためにはＣ量０．０５％が望ましい。
他の鋼中元素については、特に規定を設けないが、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｔｉ，Ｂ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌ，Ｐ，Ｓ，Ｎ等の元素が通常使われ得る。Ｓｉは疲労特性に効果があり、Ｍｎ，Ｂは焼入れ性の向上に寄与する。Ｔｉ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ａｌは、またアルミめっき後の耐熱性を向上させる元素である。
【０００８】
また、母材表面にＡｌ，Ｆｅを主成分とする金属間化合物層を有し、該金属間化合物層の厚みを３〜３５μｍ、より望ましくは３〜１８μｍに限定する。この限定理由は先述したように、溶接性と塗装後耐食性、耐熱性のバランスから定められる。すなわち、この層の厚みが３μｍ未満では十分な塗装後耐食性と耐熱性が得られない。特に、アルミめっきにＳｉを添加しない系では耐熱性の劣化が著しい。厚みの上限はスポット溶接性による。めっき厚みが３５μｍ以下で亜鉛めっき鋼板と同等の、また１８μｍ以下で合金化溶融亜鉛めっき鋼板と同等のスポット溶接性（電極寿命）が得られる。なお、生成する合金層としては、ＦｅＡｌ₃，Ｆｅ₂Ａｌ₅，Ｆｅ₃Ａｌ，Ｆｅ₂Ａｌ₈Ｓｉ等が生成し得る。また、合金層と母材の界面に、Ａｌを含有するフェライト相の生成が認められることが多い。
【０００９】
アルミめっき鋼板は、通常Ｆｅ−Ａｌ系合金層が成長して加工性を低下させやすく、この合金層の成長を抑制して加工性を向上させるためにＳｉが添加されることが多い。ホットプレスの場合には加熱して表面まで合金化させた後に、熱間で加工するためにＳｉは特に添加する必要はない。しかし、当然添加することも可能である。局部急速加熱の場合には、常温で加工するため、Ｓｉは必須である。アルミめっきの添加元素として、他にＣｒ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｓｂ，Ｓｎ，Ｚｎ等が考えられるが、めっき層がＡｌを主体とする限り、適用可能である。しかし、Ｚｎは沸点が低く、大量に添加すると加熱時に表面に粉末状のＺｎを生成して、プレス時のカジリを惹起するため、６０％以上の添加は望ましくない。
【００１０】
本発明において、めっき前処理、後処理、プレス時の鋼板の加熱方法、冷却方法等については特に限定するものではない。めっき後処理として一次防錆、潤滑性を目的としてクロメート処理、樹脂被覆処理等ありうるが、クロメート処理は近年の６価クロム規制を考慮すると、電解クロメート等の３価の処理皮膜が好ましい。樹脂被覆処理は一般に成形性の向上に効果があり、特に成型後に局部急速加熱する場合には効果がある。加熱して成形する場合には加熱時に樹脂皮膜は分解してしまうため、効果はない。
【００１１】
アルミめっき鋼板の製造法についても何ら限定するものではない。通常の製鋼、熱延条件が適用可能である。アルミめっきは通常溶融めっき法で施されるが、これに限定せず、非水溶媒からの電気めっき、蒸着処理等も使用可能である。めっき前処理としてＮｉプレめっき等もありうるが、これも適用可能である。
加熱、冷却の方法についても特に限定しない。通電加熱、炉内加熱、高周波加熱等の加熱手段がありうる。中でも局部的な急速加熱には、高周波加熱が適している。
【００１２】
【実施例】
次に、実施例で本発明をより詳細に説明する。
（実施例１）
通常の熱延、冷延工程を経た、表１に示すような鋼成分の冷延鋼板（板厚１．２ｍｍ）を材料として、溶融アルミめっきを行った。溶融アルミめっきは無酸化炉−還元炉タイプのラインを使用し、めっき後ガスワイピング法でめっき付着量を片面３０〜８０ｇ／ｍ² に調節し、その後冷却し、ゼロスパングル処理を施した。この際のめっき浴組成としてはＡｌ−１０％Ｓｉ−２％Ｆｅであった。浴中のＦｅは浴中のめっき機器やストリップから供給される不可避のものである。めっき外観は不めっき等なく良好であった。
【００１３】
このようにして製造した溶融アルミめっき鋼板の焼入れ後の硬度、金属間化合物の厚み、溶接性、耐熱性、塗装後耐食性を評価した。まず焼入れは、鋼板を大気中で９５０℃に０．５〜２０分加熱した後、平板のまま金型で押付けて冷却することで行った。このときの冷却速度は約３００℃／秒であった。こうして付着量と加熱時間を変えることで合金層の厚みが異なり、かつ表面まで合金化された、焼入れ鋼板が得られた。なお外観は全てほぼ均一であった。各特性の評価方法と評価基準を下に示す。
【００１４】
【表１】

【００１５】
〔硬度〕
鋼板断面の中心部のビッカース硬度を荷重１００ｇで測定した。
〔金属間化合物の厚み〕
断面顕鏡後、２％ナイタールでエッチングした後、ＥＰＭＡで組成を分析し、金属間化合物層の厚みを測定した。図１にＥＰＭＡでの分析例を示す。符号１はＡｌ：２６．８５％、Ｓｉ：９．８３％、Ｆｅ：５９．９２％を含む層、２はＡｌ：４９．５４％、Ｓｉ：３．１１％、Ｆｅ：４４．８７％を含む層、３はＡｌ：３０．７５％、Ｓｉ：８．８８％、Ｆｅ：５６．９１％を含む層、４はＡｌ：９．５９％、Ｓｉ：２．９２％、Ｆｅ：８４．０２％を含むそれぞれの層を示す。
【００１６】
〔溶接性〕
スポット溶接性を以下の条件で評価した。
電極：アルミナ分散銅製ドーム電極先端６φ−４０Ｒ
加圧：６００ｋｇｆ
溶接電流：１０ｋＡ
溶接時間：１２サイクル（６０Ｈｚ）
（評価基準）
○：連続打点２０００超
△：連続打点１２００〜２０００
×：連続打点１２００未満
【００１７】
〔塗装後耐食性〕
Ａｌ、Ｆｅ、Ｚｎめっき共用の化成処理液で約２分の化成処理を行った後、カチオン系電着塗装を２０μｍ塗装し、１４０℃で２０分焼付けた。その後、クロスカットを入れて塩水噴霧試験に供した。２０日後のクロスカットからの素地の腐食深さで塗装後耐食性を判定した。なお、クロスカット時のカッターの切込み深さが約５０μｍであったため、腐食深さから５０μｍを減じた値が真の腐食深さである。評価結果を表２にまとめる。
（評価基準）
○：腐食深さ８０μｍ以下
×：腐食深さ８０μｍ超
【００１８】
【表２】

【００１９】
表２に示すように、合金層の厚みが小さい時にはスポット溶接性に優れ、塗装後耐食性に劣る傾向にある。Ｎｏ．１のように薄すぎると、塗装後耐食性に劣り、Ｎｏ．７のように厚すぎるとスポット溶接性に劣る。Ｎｏ．５、６でもややスポット溶接性に劣る傾向であり、スポット溶接性をより重視する際には合金層の厚みはより薄目にすることが望ましい。
【００２０】
（実施例２）
表３に示す鋼を使用して、Ａｌ−１０％Ｓｉ−２％Ｆｅをベースとしてめっきを行い、良好なめっき外観が得られた。実施例１と同じ条件で焼入れを行った後に合金層の厚みを測定すると、８〜１５μｍの範囲内であった。これらの鋼板を実施例１と同じ評価項目で評価した。その結果、いずれも実施例１で○相当の評価となり、良好な溶接性と塗装後耐食性を示した。
【００２１】
【表３】

【００２２】
【発明の効果】
本発明は、塗装後の耐食性に優れた高強度自動車部品とそれを構成する材料であるアルミめっき鋼板を提供する。本発明は、今後の自動車軽量化に大きく寄与するものと思われ、産業上の寄与は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る金属組織の顕微鏡写真（反射電子像）の一例を示す図である。

Claims

硬度Ｈｖ２５０以上を有する母材の表面に、Ａｌ，Ｆｅを主成分とする金属間化合物層を有し、該金属間化合物層の厚みが３〜３５μｍであることを特徴とする溶接性、塗装後耐食性に優れた高強度自動車部材用アルミめっき鋼板。
硬度Ｈｖ２５０以上を有する母材の表面に、Ａｌ，Ｆｅを主成分とする金属間化合物層を有し、該金属間化合物層の厚みが３〜１８μｍであることを特徴とする溶接性、塗装後耐食性に優れた高強度自動車部材用アルミめっき鋼板。
金属間化合物の一部が更にＳｉを１〜２０質量％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の溶接性、塗装後耐食性に優れた高強度アルミめっき鋼板。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のアルミめっき鋼板を使用することを特徴とする溶接性、塗装後耐食性に優れた高強度自動車部材。