JP5672167B2 - 熱処理用表面処理鋼板、熱処理鋼材の製造方法、および熱処理鋼材 - Google Patents
熱処理用表面処理鋼板、熱処理鋼材の製造方法、および熱処理鋼材 Download PDFInfo
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Description
特許文献1には、亜鉛系めっき鋼板を熱間プレスした熱処理鋼材の表面に酸化亜鉛層が厚く形成されると、熱処理鋼材の塗膜密着性や塗装後耐食性に悪影響を及ぼすため、熱処理鋼材にショットブラストを行って酸化亜鉛層を除去するか、または酸化亜鉛層の厚さを低減してから塗装する発明が開示されている。
1.熱処理用表面処理鋼板
本発明に係る熱処理用表面処理鋼板は、素地鋼板の上に亜鉛系めっき層を備え、さらにその上に、粒状のシリカを不揮発分の60%以上含有し、更にシランカップリング剤を含有する処理液から形成された、付着量0.4〜2g/m2の表面処理層を備える。
素地鋼板の化学組成は、特に限定されないが、焼き入れによって高強度を得られる化学組成であることが好ましい。例えば、引張強度が980Mpaの熱処理鋼材を得ようとする場合には、素地鋼板が、C:0.1%以上0.3%以下、Si:0.01%以上0.5%以下、Mn:0.5%以上3.0%以下、P:0.003%以上0.05%以下、S:0.05%以下、Cr:0.1%以上0.5%以下、Ti:0.01%以上0.1%以下、Al:1%以下、B:0.0002%以上0.004%以下、N:0.01%以下を含有し、残部Feおよび不純物からなり、必要に応じて、Cu:1%以下、Ni:2%以下、Mo:1%以下、V:1%以下、およびNb:1%以下から選ばれた1種または2種以上を含有する化学組成を有する焼入用鋼からなることが例示される。
素地鋼板の上に形成される亜鉛系めっき層は、純亜鉛めっきでも合金系のめっきでも構わない。また、めっき手法も、電気めっきや溶融めっき等のいずれの方法でも構わない。好ましくは、加熱による亜鉛の蒸発や流動が少なくて済むように、溶融めっき法であれば、純亜鉛系(通常Alを少量含む)の溶融亜鉛めっき鋼板(GI)よりも合金化溶融亜鉛めっき鋼板のほうが好ましく、また電気めっき法によるものでもよい。
亜鉛めっき層の上には、さらに粒状のシリカを含有する処理液から形成される表面処理層を備える。
塗布方法は、特定の方法に限定する必要はなく、素地鋼板を処理液に浸漬するか、または素地鋼板の表面に処理液をスプレーしてから、所定付着量となるようロールやガス吹き付けにより付着量を制御する方法や、ロールコータやバーコータで塗布する方法が例示される。
次に、上記の本発明に係る熱処理用表面処理鋼板を用いて熱処理鋼材を製造する方法を説明する。本発明に係る製造方法は、典型的には焼入れによる熱処理鋼材の高強度化を目的とするため、以降の説明では熱処理が焼入れである場合を例にとるが、本発明は焼入れに限定されるものではなく、熱処理が焼鈍し等の加熱後除冷であってもよい。
(A)本発明に係る熱処理用表面処理鋼板を所定の形状の部材へ冷間加工(または温間加工)してからAc3点以上の所定温度に加熱して焼入れする方法
(B)本発明に係る熱処理用表面処理鋼板を、所定の温度域で熱間加工し、熱間加工と同時に、または熱間加工後速やかに焼入れする方法
のいずれの方法も含み、さらには、
(C)本発明に係る熱処理用表面処理鋼板を、最終の形状の途中の形状まで冷間加工した後、最終の形状への加工を熱間で成形する方法
(D)本発明に係る熱処理用表面処理鋼板を管状に冷間加工して鋼管とし、この鋼管を熱間で曲げ加工し、加工後に速やかに焼入れる方法
をも含む。
このようにして得られる本発明に係る熱処理鋼材は、水洗とリン酸塩処理等の化成処理とが施された後、電着塗装および焼付けが施され、部位に応じてさらに、中塗り塗装および焼付け、もしくは、中塗り塗装および焼付けと上塗り塗装および焼付けが施される。
なお、本発明に係る製造方法により得られる熱処理鋼材の、リン酸亜鉛処理後の外観を観察すると、熱処理鋼材の表面に、いわゆるスケと呼ばれるような部分的に化成結晶の付き方が薄くなる現象が生じ、化成結晶が必ずしも均一に形成されないことがあった。しかしながら、このような熱処理鋼材であってもその塗装後耐食性は良好であった。この理由は、必ずしも明確ではないが、次のように推定される。
熱間プレス用鋼板として、C:0.2%、Si:0.3%、Mn:1.3%、P:0.01%、S:0.002%、sol.Al:0.044%、Cr:0.2%、残部Feおよび不純物からなる化学組成を有するとともに厚さが1.6mmである冷延鋼板を素地鋼板とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板(めっき付着量:片面あたり50g/m2、めっき層中Fe含有量:12%)の一方の面(この面を評価面とする。)に、表1に示される処理液をバーコータで塗布し、最高到達温度100℃で8秒間保持されるような条件でオーブンを用いて乾燥することによって、熱処理用表面処理鋼板を製造した。処理液の付着量は、処理液中の不揮発分の全付着量が表1に示される数値になるようにバーコータの番手により調整した。
表1中の各成分(記号)は、以下のとおりである。後述するように、シリカ以外の粒状物質としてアルミナ(ゾル)を含有する処理液も検討したが、この場合はアルミナを「(i)シリカ等」とみなした。
ST−C:コロイダルシリカ(日産化学(株)スノーテックス(登録商標)C)、粒径10〜20nm(カタログ値)
ST−S:コロイダルシリカ(日産化学(株)スノーテックス(登録商標)S)、粒径8〜11nm(カタログ値)
ST−20L:コロイダルシリカ(日産化学(株)スノーテックス(登録商標)20L)、粒径40〜50nm(カタログ値)ならびに
ST−O:コロイダルシリカ(日産化学(株)スノーテックス(登録商標)O)、粒径10〜20nm(カタログ値)
ST−OS:コロイダルシリカ(日産化学(株)スノーテックス(登録商標)OXS)、粒径8〜11nm(カタログ値)
ST−OL:コロイダルシリカ(日産化学(株)スノーテックス(登録商標)OXL)、粒径40〜50nm(カタログ値)
アルミナゾル200:アルミナゾル(日産化学(株)アルミナゾル200)
(ii)カーボンブラック:三菱化学(株)三菱(登録商標)カーボンブラック#1000
(iii)シランカップリング剤:チッソ(株)サイラエースS510
(iv)樹脂
A:ウレタン系樹脂エマルション(第一工業製薬(株)スーパーフレックス(登録商標)150)
B:シリコーン樹脂(信越化学(株)ストレートシリコーンワニスKR282)
(v)クロム酸:CrO3(工業試薬)
処理液中では、還元剤(エチレングリコール)により一部還元されている。
酸化雰囲気(空燃比1.1)で900℃に設定されたガス炉内に前述の熱処理用表面処理鋼板を4分間保持して該鋼板の温度をほぼ900℃に到達させた後、この鋼板を大気中に取り出し、直ちに水冷金型で挟み込んで急冷することにより、熱処理鋼材を製造した。
X線回折装置を用い、熱処理鋼材を表面からX線回折した際に、ZnOのピーク(CoKα線の場合、2θ=37°近傍)のピーク強度を測定し、同カウントで測定したGA無処理材(GA)を基準とした際の、ZnO強度が、25%未満を◎、25%以上50%未満のものを○、基準材の50%以上90%未満を△、基準材と同等または同等以上のものと×とした。
熱処理鋼材に、下記に記載の条件で脱脂および表面調整を行い、続いて、リン酸亜鉛処理および電着塗装をこの順に、以下の条件で行った。
・脱脂条件
ファインクリナー4380(日本パーカライジング製)200g/L液(50℃)に2分間浸漬後に水洗する。
・表面調整条件
パーコレンZ(日本パーカライジング製)1g/L液(常温)に10秒間浸漬する。
・化成処理
PB−L3080(日本パーカライジング製)液温43℃で2分間スプレーする。
・電着塗装
塗料:エポキシ樹脂系カチオン電着塗料
電圧:200V
焼き付け条件:170℃のオーブンで20分間焼き付ける。
電着塗装まで施したサンプルの塗膜密着性および塗装後耐食性を、以下の3種類の試験で調査した。
評価面の塗膜に碁盤目を付与し、ニチバン(株)製テープ(CT405A−24)を貼付けて剥がし、塗膜剥離が全く認められないものを○(良)とし、一マスでも剥離が認められるものを×(不良)と評価した。
評価面の塗装にカッターナイフ(荷重500gf)で切れ目を入れたサンプルを、5%NaCl水溶液(50℃)中に240時間浸漬した。その後、試料を取り出し、切れ目上に、ニチバン(株)製テープ(CT405A−24)を貼付けて剥がし、カット部からの塗膜ハクリ巾を測定した。ハクリ巾が1mm未満を○(優)とし、1mm以上2mm未満を△(良)とし、2mm以上を×(不良)とした。
評価面の塗装にカッターナイフ(荷重500gf)で切れ目を入れ、下記サイクル条件のサイクル腐食試験180サイクルを実施した。
SST(5%NaCl、35℃雰囲気)2hr→乾燥(60℃)2hr→湿潤(50℃、98%RH)4hrを1サイクルとして実施した。
結果を表2にまとめて示す。
これに対し、シリカに代えてアルミナを含有するもの(符号Al)やシリカを含まないクロメート処理をしたものは(符号Cr1〜3)は、良好な塗装後耐食性が得られなかった。
シリカを含有するクロメート処理をしたもの(符号Cr−Si1〜3)およびシリコーン樹脂を塗布したもの(符号S)は、GAの弱点であったサイクル腐食試験における塗装後耐食性は良好だったが、温塩水浸漬試験での性能が不芳であった。
本発明に係る熱処理鋼材Si3の表面は、断面から見ると、下層:酸化亜鉛被膜−上層:シリコン含有皮膜の二層構造になっていた。
Claims (4)
- 素地鋼板の上に亜鉛系めっき層を備え、さらにその上に、粒状のシリカを不揮発分の60質量%以上含有し、更にシランカップリング剤を含有する処理液から形成された、付着量0.4〜2g/m2の表面処理層を備えることを特徴とする熱処理用表面処理鋼板。
- 請求項1に記載された熱処理用表面処理鋼板を、所定の温度域で熱間加工して所定の形状に成形し、前記熱間加工と同時にまたは前記熱間加工の後に、熱処理することを特徴とする熱処理鋼材の製造方法。
- 請求項1に記載された熱処理用表面処理鋼板を所定の形状に成形して成形部材とした後に、該成形部材を所定の温度域で熱処理することを特徴とする熱処理鋼材の製造方法。
- 請求項2または請求項3に記載された熱処理鋼材の製造方法により製造される熱処理鋼材であって、素地鋼材の上に形成された酸化亜鉛皮膜と、該酸化亜鉛皮膜の上に形成された、微細な欠損部を有するSi含有被膜とを備え、前記欠損部を通じて前記酸化亜鉛皮膜に由来する亜鉛酸化物が前記Si含有皮膜の表面に現れていることを特徴とする熱処理鋼材。
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