JP5573195B2 - 昇温特性に優れた熱間プレス用Alめっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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更に上記の事象はめっきの厚みにも依存し、めっきの付着量が小さいときには昇温速度の低下した(表面が溶融した)状態が比較的短時間であるが、付着量を増大させるにつれて昇温速度の低下が顕著に現れる。
その一方でAlめっきへのFeの拡散の度合いは塗装後耐食性やスポット溶接性に影響を及ぼしうるために、材料は均一に加熱される必要がある。このため昇温速度を低下させたり、あるいは高温で保定時間を入れて均一化させたりする必要が生じ、これらは急速加熱との目的から反するものとなる。
すなわち、表面粗度がRaで1.0〜4.0μmであるようなAlめっき層の表面に黒色皮膜、具体的にはL*:10〜50の明度となるように皮膜を付与することで、900℃までの昇温時間をほぼ半減させることに成功した。
(1) 鋼板の片面又は両面にAlめっき層が形成され、該Alめっき層は質量%でSi:3〜15%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなり、その表面粗度がRaとして1.0〜4.0μmであり、前記Alめっき層上には、L*が10〜50である表面皮膜層が積層されていることを特徴とする、熱間プレス用Alめっき鋼板。
(2) 前記表面皮膜層中に、ZnOがZn換算で片面あたり0.5〜5g/m2含有されていることを特徴とする、(1)に記載の熱間プレス用Alめっき鋼板。
(3) 前記表面皮膜層中にカーボンブラックを1〜10%の範囲で含有するとともに、有機性のバインダーを1%以上30%以下の範囲で含有することを特徴とする、(1)または(2)に記載の熱間プレス用Alめっき鋼板。
(4) Alめっき層の付着量が片面当たり40〜100g/m2であることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか一項に記載の熱間プレス用Alめっき鋼板。
(5) 請求項1〜4の何れか一項に記載の熱間プレス用Alめっき鋼板の製造方法であって、鋼板に溶融Alめっきを施した後、Alめっきの表面が凝固するまでの間に水をスプレー状に噴霧してAlめっき層の表面粗度をRaで1.0〜4.0μmの範囲に調整し、然る後にAlめっき層上にL*が10〜50である表面皮膜層を形成することを特徴とする、熱間プレス用Alめっき鋼板の製造方法。
本発明の一実施形態に係るめっき鋼板について説明する。
本実施形態に係るAlめっき鋼板は、鋼板上の片面又は両面のそれぞれの面に、少なくとも2層の層構造を有する。つまり、鋼板の片面又は両面には、少なくともAlを含有するAlめっき層が形成され、そのAlめっき層上には、表面皮膜層が更に積層される。まず以下では、鋼板及び各層について説明する。
鋼板としては、例えば、高い機械的強度(例えば、引張強さ・降伏点・伸び・絞り・硬さ・衝撃値・疲れ強さ・クリープ強さなどの機械的な変形及び破壊に関する諸性質を意味する。)を有するように形成された鋼板を使用することが望ましい。本発明の一実施形態に使用されうる高い機械的強度を実現する鋼板の成分の一例は、以下の通りである。
Cは、目的とする機械的強度を確保するために添加される。Cが0.1%未満の場合には、十分な機械的強度の向上が得られず、Cを添加する効果が乏しくなる。一方、Cが0.4%を超える場合には、鋼板を更に硬化させることができるものの、割れが生じやすくなる。従って、Cは、質量%で0.1%以上0.4%以下の含有量で添加されることが望ましい。
Alめっき層は、上述の通り、鋼板の片面又は両面に形成される。このAlめっき層は、例えば溶融めっき法により鋼板の表面に形成されてもよいが、本発明のAlめっき層の形成方法は、この例に限定されるものではない。
Siは、溶融めっき金属の被覆時に生成される合金層を制御するために添加される。Siが3%未満の場合には、Fe−Al合金層がめっきを施す段階で厚く成長し、加工時にめっき層割れを助長して、耐食性に悪影響を及ぼす可能性がある。一方、Siが15%を超える場合には、めっき層の加工性や耐食性が低下する恐れがある。従って、Siは、質量%で3%以上15%以下の含有量で添加されることが望ましい。
Alめっき付着量は片面当たり40〜100g/m2とする。付着量が多いほど耐食性は向上する傾向を示し、片面40g/m2未満では十分な耐食性を発揮しない。一方必要以上に増やすことはコスト増大となることに加え、プレス金型等へのAl−Feの凝着が激しくなるため、上限を100g/m2とする。
Alめっきの表面粗度については、Raとして1.0〜4.0μmにすることで、表面皮膜の効果と相俟って優れた昇温特性を得ることができる。この効果を表すためにはRaとして1.0μmが必要で、一方その効果は4.0μm超では飽和してしまうために、この条件とする。表面粗さRaのより好ましい範囲は3μm以下である。Alめっきの表面粗度を調整する方法として、溶融めっき後の凝固時点で水をスプレー状に噴霧、冷却することが最も容易である。これ以外の手法、例えばAlめっき後スキンパスで軽圧下することも可能である。水を噴霧するときには、スプレーノズルにより50〜200μm程度のミストを噴霧させることでミストの衝突により十分な凹凸を得ることができる。またスキンパスで軽圧下する際には、圧下率1%以下、ロール粗度をRa1〜3μmとすることでロール粗度を転写することができる。
表面皮膜層は、上述の通り、Alめっき層の表面に積層される。この表面皮膜層はAlめっき層表面の輻射率を増大させることが目的であり、表面皮膜層を黒色に近い色調にすることが望ましい。具体的にはJIS−K5600に規定するL*として10〜50の明度を有するものとする。L*は低いほど明度が低い、つまり黒に近くなり、50超では十分な昇温特性が得られない。また10未満とするためには黒色顔料を使用してもかなりの皮膜厚みを必要とする。
以上、本実施形態に係るAlめっき鋼板について説明した。このように形成されるAlめっき鋼板は熱間プレス方法による加工を施す場合に特に有用である。上記構成を有するAlめっき鋼板が熱間プレス方法により加工される場合について説明する。
以上、本発明の一実施形態に係るAlめっき鋼板及びAlめっき鋼板の熱間プレス方法について説明した。本実施形態に係るAlめっき鋼板は、表面皮膜層を有し、低い明度(L*)を有することにより、上述の通り、輻射加熱による昇温時間を半減させることができる。その結果、本実施形態に係るAlめっき鋼板は、近赤外線加熱や輻射加熱炉での生産性を向上させることができる。表面皮膜中にZnOを含有する場合、その粒径について上記した範囲は例示であって特にこの範囲に限定するものではないが、微細なZnOを使用することでより少ない皮膜量で同等の効果を得ることができる一方、微細な粉体は溶液中で凝集して粗大化しやすいため、微細化しすぎると却って液の経時で特性が変化したり、特性が低下したりする場合もある。二次的な凝集を防止した微細な粒を使用することが最も望ましい。またバインダー、微細ZnOを分散させるための分散剤等の成分はできるだけ少量であることが望ましい。
次に実施例で本発明をより詳細に説明する。表1に示す鋼成分の冷延鋼板(板厚1.2mm)を使用してゼンジマー法でAlめっきした。このときの焼鈍温度は約800℃、Alめっき浴はSi:9%を含有し、他に鋼帯から溶出するFeを含有していた。めっき後付着量をガスワイピング法で片面30〜80g/m2に調整した。Alめっき層の表面粗度を調整するためにめっき後の冷却時に水をスプレー状に噴霧した。Alめっき鋼板を冷却後、処理液をロールコーターで塗布し、約80℃で焼きつけた。処理液は、シーアイ化成(株)社製nanotek slurryのZnOをベースとし、バインダーとして水溶性ウレタン樹脂を固形分中最大30%、着色のためにカーボンブラックを固形分中最大10%添加した。付着量はZn量として測定し、0.3〜3g/m2とした。このようにして製造した供試材の特性を以下に示す方法で評価した。
表面粗度の測定は、処理液を塗布する前に行った。方法は通常の触針式粗度計を用い、L(圧延)方向、C(板幅)方向のRaの平均値を求めた。
(2)表面明度
表面皮膜層を付与した後に、スガ試験機(株)製カラーメーターにてL*値を計測した。
(3)昇温特性
70×150mmに剪断した試験片の中央に熱電対を溶接し、910℃に保定した大気炉中に挿入し、900℃に到達するまでの時間を計測した。
(4)皮膜密着性
表面皮膜層の素地(Alめっき)に対する密着性を評価するため、ラビング試験を行った。試料接触面はガーゼとし、荷重を1500gf掛け、試料上を10往復させた。往復前後でZnの付着量を測定し、ラビング試験での皮膜剥離率を算出した。
○:皮膜剥離率1%未満
△:皮膜剥離率1〜3%
×:皮膜剥離率3%超
Claims (5)
- 鋼板の片面又は両面にAlめっき層が形成され、該Alめっき層は質量%でSi:3〜15%を含有し、残部Al及び不可避的不純物からなり、その表面粗度がRaとして1.0〜4.0μmであり、
前記Alめっき層上には、L*が10〜50である表面皮膜層が積層されていることを特徴とする、熱間プレス用Alめっき鋼板。 - 前記表面皮膜層中に、ZnOがZn換算で片面あたり0.5〜5g/m2含有されていることを特徴とする、請求項1に記載の熱間プレス用Alめっき鋼板。
- 前記表面皮膜層中にカーボンブラックを1〜10%の範囲で含有するとともに、有機性のバインダーを1%以上30%以下の範囲で含有することを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の熱間プレス用Alめっき鋼板。
- Alめっき層の付着量が片面当たり40〜100g/m2であることを特徴とする、請求項1〜3の何れか一項に記載の熱間プレス用Alめっき鋼板。
- 請求項1〜4の何れか一項に記載の熱間プレス用Alめっき鋼板の製造方法であって、
鋼板に溶融Alめっきを施した後、Alめっきの表面が凝固するまでの間に水をスプレー状に噴霧してAlめっき層の表面粗度をRaで1.0〜4.0μmの範囲に調整し、然る後にAlめっき層上にL*が10〜50である表面皮膜層を形成することを特徴とする、熱間プレス用Alめっき鋼板の製造方法。
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