JP5365154B2 - 熱間プレス加工用鋼板 - Google Patents

Description

本発明は、放射熱を利用して鋼板の温度を上昇させる設備に挿入する熱間プレス加工用鋼板に関するものであり、特に、昇温速度を飛躍的に速めることにより優れた生産性を有する熱間プレス加工用鋼板に関するものである。

近年、自動車のCO₂排出量の低減及び安全性確保の観点から、自動車用鋼板の高強度化が図られている。しかし、鋼板の強度を増加させると、一般的には伸びやｒ値に代表される加工性、プレス成形性が低下することが知られている。また、プレス加工時においては、金型との接触面圧が増加する為、金型の損傷、いわゆる型かじりを引き起こし易く、生産性を阻害する原因となる。このように高強度鋼板をプレス加工するにあたっては技術課題が多い。
このような現状に対して、近年、このような高強度鋼板を用いて部品を得る方法として、プレス時に鋼板を加熱した上でプレス加工を実施すると共に、プレス架台にて急冷することにより高強度の部品を形成する技術、いわゆる熱間プレス加工技術が有望である（例えば特許文献１）。
特開２００６−２８９４２５号公報

しかしながら、このような熱間プレス加工技術は、鋼板を８００℃以上の高温に加熱する際に、加熱のために炉内に鋼板を放置する時間（以降、在炉時間と称す）が長くなる。そのため、単位時間当たりのプレス可能枚数が少なく、生産性を阻害する原因となっている。

本発明は、かかる事情に鑑み、生産性に優れた熱間プレス加工用鋼板を提供することを目的とする。

本発明者らは上記の課題を解決すべく、鋭意研究を重ね、在炉時間を低減させることにより生産性を向上しうる手段について検討した。その結果、鋼板の放射率を増加させることにより、鋼板の昇温速度が増加し、在炉時間が大幅に低減することを見出した。

本発明は、以上の知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
[1] 鋼板表面の放射率が０．３以上であることを特徴とする熱間プレス加工用鋼板。
[2]前記[1]において、前記放射率が０．５以上であることを特徴とする熱間プレス加工用鋼板。

本発明によれば、生産性に優れた熱間プレス加工用鋼板が得られる。

熱間プレス加工を行う際の鋼板を加熱するための加熱炉は種々の方式があり、中でも、放射熱を利用する加熱炉が一般的である。
放射熱による鋼板の加熱速度は鋼板表面の状態に大きく依存し、表面状態により大きく変化する。ここで、放射熱により吸収される鋼板の温度上昇度を評価する指標の一つとして放射率がある。放射率は、熱を完全に吸収する場合、すなわち、一般的に黒体と呼ばれる状態を１、一方、完全に反射する状態を０と定義される。
一般的な方法で製造されプレス加工等に用いられる鋼板や金属の場合の放射率は０．１程度であり、熱を効率よく吸収出来ていない。そのため、プレス加工のために必要な温度に到達するまでの在炉時間が長くなり、結果として、１枚あたりのプレス加工に要する時間が長くなる。これは生産性を阻害する原因となっている。また、炉内を長時間前記温度に保持することでコストが高くなる。

以上を鑑みた場合、このような炉体からの放射熱を効率良く鋼板の温度上昇に活用する為には、鋼板表面の放射率を上昇させることが有効と考えられる。検討したところ、鋼板表面の放射率が０．３以上の場合に、鋼板の温度上昇速度が速くなり、在炉時間が低減できることがわかった。より好ましくは放射率が０．５以上とすることで、在炉時間の顕著な低減効果が認められる。この在炉時間の低減効果は放射率が高い程好ましく、１に近い程よいといえる。そのため、放射率の上限は特に設けない。
以上により、本発明では、鋼板表面の放射率は０．３以上とする。なお、鋼板表面の放射率を０．３以上とする方法としては、鋼板表層に薄い酸化物を付与する方法、めっき処理、蒸着処理および塗布処理等が挙げられる。また、放射率を向上させるには、鋼板上に放射率の高い物質を付与することが有効であり、放射率を向上させる物質として、特に限定はしないが、金属酸化物、硫化物、セラミック類が好適に用いられる。

本発明の熱間プレス加工用鋼板の素地となる鋼板については特に限定しない。本発明は鋼板表面の状態、すなわち放射率を向上させることにより昇温速度を速めることが目的である為、鋼板の成分について特に制限は無い。
本発明の熱間プレス加工用鋼板の好ましい態様として、例えば、自動車部品として本発明の熱間プレス加工用鋼板を適用する場合などは、実際に使用する場合の耐食性を向上させることを目的に、亜鉛めっき層を鋼板表面に付与していることが好ましい。亜鉛めっき層は高温環境下において、一部は蒸発するが、合金化した亜鉛や酸化物として鋼板表面に残存することにより耐食性の保持は可能である。

次に、本発明を実施例により更に詳細に説明する。

板厚０．８ｍｍの引張強度（TS）：４４０ＭＰａ級の強度を有する冷延鋼板及び溶融亜鉛めっき鋼板に対して、各々の鋼板表面に表1に示す各種物質を付与した。なお、各種物質を付与する表面処理の方法は以下の通りである。
＜Ｚｎ−Ｎｉめっき＞
硫酸亜鉛を３５０ｇ／Ｌ、及び、硫酸ニッケルを１５０ｇ／Ｌ添加した浴中で、鋼板を陰極とし、電流密度１００Ａ／ｄｍ^２で表１に示す厚さを形成するように電解時間を調整し、めっき皮膜中のＮｉ含有量が１２質量％となる皮膜を得ることでＺｎ−Ｎｉめっきを付与した。
＜黒色ニッケルめっき＞
硝酸ニッケルを１００ｇ／Ｌ添加した浴中で、鋼板を陰極とし、電流密度３０Ａ／ｄｍ^２で表１に示す厚さを形成するように電解時間を調整し、黒色ニッケルめっきを付与した。
＜酸化処理＞
３ＮのＮａＯＨ水溶液を１２０℃に加熱し、次いで、この加熱したＮａＯＨ水溶液に鋼板を浸漬し表１に示す厚さを形成するように浸漬時間を調整する酸化処理を施し、鉄系酸化物を付与した。
＜Ｔｉ−Ｏ＞
蒸着処理、いわゆるＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）を用いて表１に示す厚さを形成するように蒸着時間を調整し、Ｔｉ−Ｏ（Ｔｉ酸化物）を付与した。
次いで、以上により得られた表面に各種物質を付与した鋼板を３０ｍｍ×７０ｍｍに切断し、炉内保持後の温度変化を調査するために切断後の鋼板中央部に熱電対を取り付けた。赤外線イメージ炉を用いて、炉内の露点を−３０℃として、常温（２５℃）から９００℃まで加熱した。いずれの鋼板でも同一の出力とし、炉内保持後の温度変化を調査し、以下の方法により放射率を測定し、昇温速度評価を行った。
（放射率の測定）
放射率の測定は、京都電子工業製のＤ ａｎｄ Ｓ ＡＥＲＤ放射率計を用い、測定波長３〜３０μｍ、測定温度２３℃の条件で測定した。
（昇温速度評価）
各種鋼板の常温（２５℃）から９００℃までの到達時間を測定し、無処理の鋼板の処理時間と比較し、下記の式により在炉時間比として算出し、この在炉時間比をもとに昇温速度上昇度を以下のように評価した。すなわち、在炉時間比が小さいほど、短時間での昇温が可能であることを示しており、昇温速度上昇度が優れていることになる。
在炉時間比＝（各種鋼板の９００℃到達時間）/（無処理鋼板の９００℃到達時間）
（評価）
○：昇温速度上昇度 ２／３以下の場合
△：昇温速度上昇度 ２／３より大きく０．９以下の場合
×：昇温速度上昇度 ０．９より大きい場合
以上より得られた試験結果を条件と併せて表１に示す。

表１より下記事項が明らかとなった。
（１）Ｎｏ.１及びＮｏ．２は鋼板表面の放射率を変化させるための表面処理を行わず、通常の冷延鋼板及び溶融亜鉛めっき鋼板を適用した比較例である。その為、９００℃に到達する時間が長いことが分かる。
（２）Ｎｏ．３及び４は、電気めっき条件を変化させることにより鋼板表面の放射率を変化させた本発明例である。いずれの場合においても９００℃到達時間が短くなっており、昇温速度上昇度が優れていることが分かる。
（３）Ｎｏ．５は冷延鋼板表面に鉄の酸化物を付与することにより鋼板表面の放射率を上げた本発明例である。９００℃到達時間が短くなっており、昇温速度上昇度が優れていることが分かる。
（４）Ｎｏ．６は鋼板表面にＴｉ酸化物を付与することにより鋼板表面の放射率を上げた本発明例である。９００℃到達時間が短くなっており、昇温速度上昇度が優れていることが分かる。
（６）Ｎｏ．７は溶融亜鉛めっき鋼板上にＺｎ−Ｎｉめっきを施すことにより鋼板表面の放射率を上げた本発明例である。９００℃到達時間が短くなっており、昇温速度上昇度が優れていることが分かる。

本発明によれば、生産性を大幅に向上させることが可能な熱間プレス加工用鋼板を提供でき、自動車車体用途を中心に広範な分野で適用できる。

Claims (2)

1. 鋼板表面にＺｎ−Ｎｉめっき、黒色ニッケルめっき、鉄系酸化物、Ｔｉ酸化物のいずれかを付与した熱間プレス加工用鋼板であり、前記鋼板表面の測定波長３〜３０μｍにおける放射率が０．３以上であることを特徴とする熱間プレス加工用鋼板。
   ただし、最表層にＺｎを主体とし、Ｍｎを質量％で１％以上含有する酸化物層を有し、その下層にＺｎ系合金からなるめっき層を有する熱間プレス用Ｚｎ系めっき鋼材を除く。
2. 前記放射率が０．５以上であることを特徴とする請求項1に記載の熱間プレス加工用鋼板。