JP4634655B2

JP4634655B2 - Aluminized steel sheet for hot press with excellent heat resistance

Info

Publication number: JP4634655B2
Application number: JP2001190708A
Authority: JP
Inventors: 純真木; 雅裕布田; 正芳末廣; 寿拓宮腰
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP2003034846A

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を製造するための鋼素材を提供するものである。
【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級の高強度鋼板を製造することは可能であるが、更に高強度、例えば１５００ＭＰａ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。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
こ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、アルミめっき層はクラックを生じやすいという欠点を有しており、厳しい成形をした後には、クラックからの地鉄の酸化に起因したスケールが生じるおそれがある。
【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工後の耐熱性への影響因子を詳細に検討した結果、次に知見を得た。すなわち、母材鋼へのＴｉ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｃｒ，Ｂ，更にはＭｏ，Ａｌの添加が有効であり、またこれらの成分を、Ｔｉ＋０．１Ｍｎ＋０．１Ｓｉ＋０．１Ｃｒ＞０．３となるように添加することで、飛躍的に優れた耐熱性、特に加工後の耐熱性が得られた。これらの元素はＡｌ−Ｆｅ間の拡散を促進することで、めっき層にクラックが発生してもその周りからのＦｅ−Ａｌ反応が進行して素地が露出し難くなっているものと推定している。
【０００６】
【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。
Ｃ：本発明は成型後に１０００ＭＰａ以上の高強度を有するものであり、ホットプレス後に急冷し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り、そのためにはＣ量０．１％が必要である。一方、Ｃ量を０．５％以上に増大させても強度が飽和してしまうことに加え、溶接割れを生じやすくするため、上限を０．５％に定める。
【０００７】
Ｓｉ：Ｓｉは低すぎると疲労特性の低下を惹起するため、０．１％以上の添加が必要である。また、ＳｉはめっきのＡｌとＦｅ間の反応を促進して鋼板の耐熱性を向上させる効果を有する。しかし、Ｓｉは再結晶焼鈍中に安定な酸化皮膜を鋼板表面に形成し、アルミめっき性を阻害する元素でもある。この意味からＳｉの上限を１％とする。
【０００８】
Ｍｎ：この元素は鋼板の焼入れ性を高める元素としてよく知られている。また、不可避的に混入するＳに起因する熱間脆性を防ぐために必要な元素でもある。この理由から０．５％以上の添加が必要である。また、Ｍｎはアルミめっき後の耐熱性も向上させる。しかし、３％を超えてＭｎを添加すると焼入れ後の衝撃特性が低下するため、ここを上限とする。
Ｔｉ：Ｔｉはアルミめっきの耐熱性への影響が最も大きい。本用途のような９００℃を超すような高温域で使用するには、耐熱性という意味から０．２％以上の添加が必要である。その効果は、０．８％程度で飽和するため、ここを上限とする。
【０００９】
Ｃｒ：ＣｒもＳｉ，Ｍｎ，Ｔｉと同様に、アルミめっき後の耐熱性向上に寄与する。しかし、Ｓｉと同様安定な酸化皮膜を鋼板表面に形成してアルミめっき性を低下させる。従って、上限を１．５％とする。
本発明においては、Ｔｉ，Ｍｎ，Ｓｉ，Ｃｒといったアルミめっき後の耐熱性向上元素を、Ｔｉ＋０．１Ｍｎ＋０．１Ｓｉ＋０．１Ｃｒ＞０．３の関係を満たすように添加するものとする。Ｔｉはこれ以外の元素に比べて耐熱性への寄与が大きい。また、Ｍｎは比較的多量に添加することが可能で、やはり耐熱性への寄与が大きい。Ｓｉ，Ｃｒは添加が好ましいが、過剰の添加はアルミめっき性を損なうこととなり、注意を要する。
【００１０】
本発明においては、更に鋼中にＢ，Ｍｏ，Ａｌの１または２種以上を含有することも可能である。このときの各元素の限定理由を下に述べる。
Ｂ：この元素は鋼板の焼入れ性を向上させる元素で、この目的のため添加する。このとき焼入れ性の観点から下限を０．０００３％に、また、過剰に添加すると鋼板の脆性を劣化させるため、上限を０．０３％とする。
【００１１】
Ｍｏ，Ａｌ：これらの元素はやはりアルミめっき後の耐熱性に寄与する。その効果は０．０５％以上で効力を発揮する。Ａｌは製鋼段階の脱酸剤でもある。しかし、Ｍｏは高価な元素であり、必要以上に添加することは好ましくなく、また、Ａｌは酸化物系介在物を増加させて鋼板の疲労強度を低下させるために、それぞれ上限を０．５％とする。
【００１２】
本発明において、アルミめっきの組成、付着量、めっき前処理、後処理等については特に限定するものではない。通常のアルミめっき浴はＡｌ、約１０％のＳｉ、不可避的に存在するＦｅからなっている。このめっき浴でもよく、また、Ｓｉを添加しない純Ａｌめっき浴でも十分な特性が得られる。アルミめっきの添加元素として、Ｓｉ以外にＣｒ，Ｍｎ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｓｂ，Ｓｎ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。めっき付着量は通常の片面３０〜１００ｇ／ｍ² の範囲ではなんら問題ない。
【００１３】
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、有機樹脂は加熱すると消失してしまうため好ましくない。クロメート処理も近年の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。
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。
【００１４】
【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）
通常の熱延、冷延工程を経た、表１に示すような鋼成分の酸洗鋼板（板厚１．８ｍｍ）、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。表１の鋼種１，３，５，７，９は冷延鋼板であり、残りは熱延鋼板である。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４０ｇ／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。このときの製造条件を表２に示す。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性、耐熱性を評価した。評価方法を以下に記す。アルミめっき鋼板に５％の引張り加工を付与し、その後９５０℃に５分間加熱した後、鋼板間に挟んで冷却した。冷却速度は約３０℃／秒であった。次に、この鋼板の赤スケール発生量を目視で評価し、鋼板のビッカース硬度を荷重１００ｇで測定した。
〔耐熱性の評価基準〕
○：良好
△：表面にクラック状の模様発生
×：赤スケール発生
【００１５】
【表１】

【００１６】
【表２】

【００１７】
Ｎｏ．７のようにＣが低すぎると十分な強度が得られない。ビッカース硬度は一般に３倍するとその材料の強度（ＭＰａ）に近い値となるが、この場合、８００ＭＰａクラスの強度しか得られない。また、Ｎｏ．９のようにＭｎ，Ｂ等の焼入れ元素の添加量が少ないとＣが高くても焼入れ効果が得られない。この場合、Ｔｉ^*：Ｔｉ＋０．１Ｍｎ＋０．１Ｓｉ＋０．１Ｃｒの値も小さく、アルミめっきの耐熱性という意味からもあまり良好な結果が得られなかった。一方、Ｎｏ．８のようにＴｉが低い系ではやや耐熱性に劣る結果となった。鋼中元素の添加量が適正に制御された、Ｎｏ．１〜６については、強度、耐熱性の双方とも良好な結果が得られた。
【００１８】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、耐熱性、特に加工後の耐熱性に優れたホットプレス用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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention provides a steel material for producing a part requiring high strength such as an underbody of an automobile.
[0002]
[Prior art]
In recent years, there has been a strong demand for higher strength for steel sheets for automobiles due to the trend toward lower fuel consumption due to global environmental problems. However, generally, the increase in strength is accompanied by a decrease in workability and formability, and there is a demand for a steel sheet that achieves both high strength and high formability.
One answer to this is TRIP (Transformation Induced Concrete) steel using martensitic transformation of retained austenite, and its use is expanding in recent years. However, although it is possible to produce a 1000 MPa class high strength steel plate with excellent formability by using this steel, it is difficult to ensure formability with ultra high strength steel such as a higher strength, for example, 1500 MPa. is there.
[0003]
Therefore, hot press is recently attracting attention as another form that achieves both high strength and high formability. This eliminates the problem of formability of the high-strength steel sheet by forming the steel sheet at a high temperature of 800 ° C. or higher, and obtains a desired material by cooling after forming. However, since it involves heating in the atmosphere, an oxide is generated on the surface and needs to be removed in a later step. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-38640 has improved this, and is intended to suppress oxidation during heating by aluminizing a steel sheet containing 0.15-0.5% carbon.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
Although the present invention is effective for efficiently producing a high-strength molded part, the aluminum plating layer has a defect that it is easy to cause cracks. There is a risk that a scale will be caused by this.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to overcome the above-described problems, the present inventors have studied in detail the influence factors on the heat resistance after processing of an aluminum-plated steel sheet, and as a result, have obtained knowledge. That is, it is effective to add Ti, Mn, Si, Cr, B, and further Mo, Al to the base steel, and to add these components so that Ti + 0.1Mn + 0.1Si + 0.1Cr> 0.3. By adding, the heat resistance remarkably excellent, especially the heat resistance after a process was obtained. These elements promote the diffusion between Al and Fe, and even if cracks occur in the plating layer, it is estimated that the Fe-Al reaction from the surroundings proceeds and the substrate is difficult to be exposed. Yes.
[0006]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, the reason for limiting the present invention will be described.
C: The present invention has a high strength of 1000 MPa or more after molding, and is rapidly cooled after hot pressing to transform into a structure mainly composed of martensite. For this purpose, a C content of 0.1% is required. is there. On the other hand, even if the amount of C is increased to 0.5% or more, the upper limit is set to 0.5% so that the strength is saturated and weld cracks are easily generated.
[0007]
Si: If Si is too low, the fatigue characteristics are deteriorated, so addition of 0.1% or more is necessary. Si also has the effect of promoting the reaction between Al and Fe in the plating to improve the heat resistance of the steel sheet. However, Si is also an element that forms a stable oxide film on the surface of the steel sheet during recrystallization annealing and inhibits aluminum plating properties. In this sense, the upper limit of Si is 1%.
[0008]
Mn: This element is well known as an element that enhances the hardenability of the steel sheet. It is also an element necessary for preventing hot brittleness due to S unavoidably mixed. For this reason, addition of 0.5% or more is necessary. Mn also improves heat resistance after aluminum plating. However, if Mn is added in excess of 3%, impact characteristics after quenching are lowered, so this is the upper limit.
Ti: Ti has the greatest influence on the heat resistance of aluminum plating. In order to use it in a high temperature range exceeding 900 ° C. as in this application, addition of 0.2% or more is necessary from the viewpoint of heat resistance. Since the effect is saturated at about 0.8%, this is the upper limit.
[0009]
Cr: Cr also contributes to the improvement of heat resistance after aluminum plating, like Si, Mn and Ti. However, as with Si, a stable oxide film is formed on the surface of the steel sheet to lower the aluminum plating property. Therefore, the upper limit is 1.5%.
In the present invention, heat resistance improving elements after aluminum plating such as Ti, Mn, Si, and Cr are added so as to satisfy the relationship of Ti + 0.1Mn + 0.1Si + 0.1Cr> 0.3. Ti contributes greatly to heat resistance compared to other elements. Further, Mn can be added in a relatively large amount, and also contributes greatly to heat resistance. Addition of Si and Cr is preferable, but excessive addition impairs aluminum plating properties and requires caution.
[0010]
In the present invention, the steel can further contain one or more of B, Mo, and Al. The reasons for limiting each element at this time will be described below.
B: This element improves the hardenability of the steel sheet and is added for this purpose. At this time, from the viewpoint of hardenability, the lower limit is set to 0.0003%, and if added excessively, the brittleness of the steel sheet is deteriorated, so the upper limit is set to 0.03%.
[0011]
Mo, Al: These elements also contribute to heat resistance after aluminum plating. The effect is effective at 0.05% or more. Al is also a deoxidizer in the steelmaking stage. However, Mo is an expensive element, and it is not preferable to add more than necessary, and Al increases the oxide inclusions and lowers the fatigue strength of the steel sheet. And
[0012]
In the present invention, the composition of aluminum plating, the adhesion amount, the pretreatment for plating, the posttreatment, etc. are not particularly limited. A typical aluminum plating bath is made of Al, about 10% Si, and unavoidable Fe. This plating bath may be sufficient, and a pure Al plating bath not containing Si can provide sufficient characteristics. As an additive element for aluminum plating, Cr, Mn, Mg, Ti, Zn, Sb, Sn, and the like can be considered in addition to Si. However, as long as the plating layer is mainly composed of Al, it is applicable. There is no problem if the plating adhesion amount is in the range of 30 to 100 g / m ^{2 on} a normal side.
[0013]
As the post-plating treatment, there may be a chromate treatment, a resin coating treatment, etc. for the purpose of primary rust prevention and lubricity, but the organic resin disappears when heated, which is not preferable. In consideration of the recent hexavalent chromium regulation, the chromate treatment is preferably a trivalent treatment film such as electrolytic chromate.
There is no limitation on the production method of the aluminum-plated steel sheet. Usual steelmaking and hot rolling conditions are applicable. Aluminum plating is usually performed by a hot dipping method, but is not limited thereto, and electroplating from a non-aqueous solvent, vapor deposition, or the like can also be used. Ni pre-plating may be used as the plating pretreatment, but this is also applicable.
[0014]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(Example)
Hot-aluminum plating is performed using pickled steel sheets (thickness 1.8 mm) and cold-rolled steel sheets (1.2 mm thick) as shown in Table 1, which have undergone normal hot rolling and cold rolling processes. It was. Steel types 1, 3, 5, 7, and 9 in Table 1 are cold-rolled steel sheets, and the rest are hot-rolled steel sheets. For hot-dip aluminum plating, a non-oxidation furnace-reduction furnace type line was used. After plating, the amount of plating adhered was adjusted to 40 g / m ² on one side by gas wiping, then cooled and subjected to zero spangle treatment. The plating bath composition at this time was Al-10% Si-2% Fe. Fe in the bath is inevitable supplied from plating equipment or strips in the bath. The plating appearance was good with no plating. The production conditions at this time are shown in Table 2. The hardenability and heat resistance of the hot-dip aluminized steel sheet thus manufactured were evaluated. The evaluation method is described below. The aluminum-plated steel sheet was given a 5% tensile process, then heated to 950 ° C. for 5 minutes, and then cooled by being sandwiched between the steel sheets. The cooling rate was about 30 ° C./second. Next, the red scale generation amount of this steel plate was visually evaluated, and the Vickers hardness of the steel plate was measured at a load of 100 g.
[Evaluation criteria for heat resistance]
○: Good △: Crack-like pattern generated on the surface ×: Red scale generated
[Table 1]

[0016]
[Table 2]

[0017]
No. If C is too low as in 7, sufficient strength cannot be obtained. In general, when the Vickers hardness is tripled, it becomes a value close to the strength (MPa) of the material. No. When the amount of addition of quenching elements such as Mn and B is small as in 9, the quenching effect cannot be obtained even if C is high. In this case, the value of Ti ^* : Ti + 0.1Mn + 0.1Si + 0.1Cr was also small, and a very good result was not obtained from the viewpoint of the heat resistance of the aluminum plating. On the other hand, no. In the system with low Ti as in FIG. 8, the heat resistance was slightly inferior. The amount of element added in steel was properly controlled. For 1 to 6, good results were obtained in both strength and heat resistance.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, the present invention provides an aluminized steel sheet for hot pressing that is excellent in heat resistance, particularly heat resistance after processing. The present invention is considered to greatly contribute to future weight reduction of automobiles, and the industrial contribution is great.

Claims

% By mass
C: 0.1 to 0.5%
Si: 0.1 to 1%,
Mn: 0.5-3%,
Ti: 0.2-0.8%,
Cr: 1.5% or less,
B: 0.0003 to 0.03%
It is excellent in heat resistance and corrosion resistance, characterized by having a metal coating mainly composed of Al on the surface of steel having a steel component satisfying the following formula , with the balance being steel composed of Fe and inevitable impurities. Aluminized steel sheet for hot press.
Ti + 0.1Mn + 0.1Si + 0.1Cr> 0.3

The heat resistance according to claim 1, further comprising one or more of Mo: 0.02-0.5% and Al: 0.02-0.5% in the steel. Aluminized steel sheet for hot press with excellent corrosion resistance.