JP5852690B2 - ホットスタンプ用合金化溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents
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Description
(A)めっき層中のMn濃度を高めること;
(B)めっき付着量を一定以下に抑えること;および
(C)めっき層と素地鋼板の界面の酸化物を抑制すること(界面酸素濃度を一定以下に抑えること);
が大変有効であることを見出した。以下、上記(A)〜(C)の要件について、本発明に想到した経緯を含め、下記に詳述する。
(i)ホットスタンプ工程の加熱時に、めっき層の表面(大気と接する側の面)に形成された表層酸化物(Si,Mn,Fe,Znなどの素地鋼板中またはめっき層中の成分の単一酸化物または複合酸化物を指す。以下同じ)が、めっき層と密着性が低いこと;
(ii)特に上記表層酸化物の成長が進むことによって、該表層酸化物(層)とめっき層との間に空隙が発生し、この空隙が密着性をより低下させていること;
が原因であることを突き止めた。
Cは、固溶強化元素として、ホットスタンプ後の鋼板(即ち部品、以下、ホットスタンプ成形品という場合がある。)の高強度化に寄与する元素である。ホットスタンプにより、所望とする980MPa以上の高強度を得るために、C量を0.10%以上とする。C量は、好ましくは0.13%以上、より好ましくは0.15%以上、更に好ましくは0.17%以上である。しかしながら、C量が過剰になると、ホットスタンプ成形品の溶接性が低下するため、C量は0.5%以下とする。C量は、好ましくは0.40%以下、より好ましくは0.35%以下、更に好ましくは0.30%以下である。
Siは、ホットスタンプ成形品のスポット溶接部の接合強度向上に寄与する元素である。またSiは、ホットスタンプで成形後の徐冷工程での焼き戻しを防止して、部品の強度を保つ効果を有している。更にSiは、残留オーステナイトを生成して部品の延性向上にも寄与する元素である。これらの効果を有効に発揮させるため、Si量を0.7%以上とする。Si量は、好ましくは0.75%以上であり、より好ましくは0.80%以上、更に好ましくは0.90%以上、より更に好ましくは1.0%以上である。しかしながら、Si量が過剰になると、強度が高くなり過ぎて素地鋼板(熱延酸洗鋼板または冷延鋼板)製造時の圧造負荷が増大する。更には、熱間圧延の際に素地鋼板表面にSiO2を含むスケールが発生し、めっき後の鋼板の表面性状が悪化する。よってSi量は2.5%以下とする。Si量は、好ましくは2.3%以下であり、より好ましくは2.1%以下である。
Mnは、前述のめっき層中のMn濃度を一定以上として優れた塗膜密着性を確保するために必要な元素である。めっき層中のMn濃度を一定以上とするには、めっき鋼板製造時の合金化過程で、素地鋼板からめっき層へMnを十分に拡散させる必要がある。素地鋼板中のMn量を高めることによって、上記Mnの拡散を促進でき、めっき層中のMn濃度をより効率よく高めることができる。またMnは、焼入れ性を高め、ホットスタンプ成形品の高強度バラツキを抑えるために有用な元素でもある。これらの効果を十分に発揮させるため、Mn量を1.5%以上とする。Mn量は、好ましくは1.7%以上、より好ましくは1.9%以上、更に好ましくは2.1%以上である。一方、Mn量が過剰になると、強度が高くなり過ぎて素地鋼板(熱延酸洗鋼板または冷延鋼板)製造時の圧延負荷が増大するため、Mn量を3%以下とする。Mn量は、好ましくは2.8%以下、より好ましくは2.5%以下である。
Alは脱酸のために必要な元素であり、そのため、Al量を0.01%以上とする。Al量は好ましくは0.03%以上である。しかしながら、Al量が過剰になると上記効果が飽和するだけでなく、アルミナ等の介在物が増加して加工性が劣化する。よってAl量を0.5%以下とする。Al量は好ましくは0.3%以下である。
Bは鋼材の焼入れ性を向上させる元素である。この効果を発揮させるには、Bを0.0003%以上含有させることが好ましい。B量は、より好ましくは0.0005%以上、更に好ましくは0.0010%以上である。一方、B量が0.005%を超えると、ホットスタンプ成形品中に粗大なホウ化物が析出して成形品の靭性が劣化する。よってB量は0.005%以下とすることが好ましく、より好ましくは0.004%以下である。
Tiは、Nを固定して、Bによる焼入れ効果を確保する役割を持つ元素である。またTiは、組織を微細化する効果も併せ持つ。組織が微細化することで部品延性が向上する。こうした作用を充分に発揮させるため、Ti量は、0.01%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.02%以上である。しかし、Ti量が過剰であると、鋼板の延性が劣化するため、Ti量を0.10%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.07%以下である。
CrおよびMoは、素地鋼板の焼入れ性を向上させるために有効な元素であり、これらの元素を含有させることによって、ホットスタンプ成形品における硬さばらつきの低減を期待できる。これらの元素は単独で添加しても良いし、2種類を併用しても良い。このような作用を有効に発揮させるには、これらの元素の合計量(単独で含むときは単独の量であり、2種類を併用するときは合計量である。)を0.01%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.05%以上、更に好ましくは0.10%以上である。しかしながら、これらの合計量が過剰になると、上記効果が飽和すると共に、コストも上昇するため、その上限を2.5%以下とすることが好ましい。上記合計量は、更には2.2%以下、更には1.9%以下、更には1.6%以下、更には1.0%以下、更には0.5%以下、最も好ましくは0.3%以下である。
Nb、Zr、Vは組織を微細化する効果を有しており、組織が微細化することで部品の延性を向上させる効果を有する。このような効果を有効に発揮させるには、これらの元素の合計量(単独で含むときは単独の量であり、2種類以上を併用するときは合計量である。)を0.01%以上とすることが好ましく、より好ましくは0.02%以上である。しかしながら、これらの元素の合計量が過剰になると、その効果が飽和してコストの上昇を招くため、その上限を0.1%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.05%以下である。
CuおよびNiは、ホットスタンプ成形品に耐遅れ破壊性を付与したいときに、必要に応じて添加される元素である。これらの元素は、単独で添加しても良いし、2種類を併用しても良い。このような作用を有効に発揮させるには、これらの元素の合計量(単独で含むときは単独の量であり、2種類を併用するときは合計量である。)を0.01%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.05%以上である。しかしながら、これらの量が過剰になると、鋼板製造時における表面疵の発生原因となるため、その上限を1%以下とすることが好ましい。より好ましくは0.5%以下である。
仕上げ圧延温度(FDT):800〜950℃
巻き取り温度(CT):500〜700℃
加熱工程では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を加熱する。加熱温度はAc1点以上とすることが好ましく、より好ましくは{Ac1点+(Ac3点−Ac1点)/4}℃以上、更に好ましくは{Ac1点+(Ac3点−Ac1点)/2}℃以上、より更に好ましくは{Ac1点+(Ac3点−Ac1点)×3/4}℃以上である。また、上記加熱温度の上限は、好ましくは(Ac3点+180)℃以下、より好ましくは(Ac3点+150)℃以下である。加熱温度を制限することにより、鋼部材を構成するミクロ組織の粗大化を抑制し、延性や曲げ性を高めることができる。また、加熱温度をAc3点未満の温度としてもよい。
Ac1点(℃)=723−10.7×[Mn]−16.9×[Ni]+29.1×[Si]+16.9×[Cr] ・・・(1)
Ac3点(℃)=910−203×([C]0.5)−15.2×[Ni]+44.7×[Si]+31.5×[Mo]−30×[Mn]−11×[Cr]−20×[Cu]+700×[P]+400×[Al]+400×[Ti] ・・・(2)
Ms点(℃)=561−474×[C]−33×[Mn]−17×[Ni]−17×[Cr]−21×[Mo] ・・・(3)
スタンピング工程では、上記加熱工程によって加熱された鋼板にスタンピング(プレス加工)を施す。スタンピング(プレス加工)の開始温度は特に限定されない。例えば前記加熱温度以下Ms点以上とすることによって加工を容易に行うことができ、かつスタンピング時の荷重(プレス荷重)を十分に低減させることができる。スタンピングの開始温度はより好ましくは450℃以上、さらに好ましくは500℃以上である。また、スタンピングの開始温度は、たとえば750℃以下であり、好ましくは700℃以下、より好ましくは650℃以下である。
冷却工程では上記加熱工程によって加熱された鋼板を冷却する。なお、ここでの冷却は自然冷却をも含み、加熱工程の直後から鋼板の冷却が開始する。冷却の方法は特に限定されず、水、油もしくはミストなどで冷却する方法;スタンピングされた鋼板をスタンピング金型内に保持し、この金型によって冷却する方法;空冷;またはこれらの組み合わせ;などが挙げられる。
上記冷延鋼板を切断して得られた短冊状ブランク(長さ:30mm、幅:210mm)を用い、ホットスタンプを模擬したヒートパターンを以下のように施した。
上記ホットスタンプ模擬実験後のブランクを、以下のスポット溶接試験に供し、接合部の強度(十字継手破断荷重、スポット溶接部の溶接強度)を測定した。溶接電流は、ナゲット径が4×√t(t:板厚)となるように調節した。そして、前記溶接強度が3.0kN以上の場合を○(合格)、3.0kN未満の場合を×(不合格)と評価した。
試験片条件:十字張力用試験片(JIS Z 3137に準拠)
溶接機:単相交流式スポット溶接機
電極:先端径φ6mmのドームラジアスタイプ
加圧力:4kN
初期加圧時間:60サイクル
通電時間:10サイクル(電源周波数60Hz)
次に得られた各冷延鋼板(表1に示す各原板)を切断し、100mm×150mmの試験片を得た。この試験片を、60℃の3%オルソ珪酸ナトリウム中で20A、20秒間電解脱脂した後、水道水中で5秒間流水にて水洗した。このようにしてアルカリ脱脂した試験片を用いて、めっきシミュレータにて、5%H2−N2、露点−45℃の還元性雰囲気下で表2に記載の条件(均熱時間、均熱温度)で焼鈍を行った後、表2の各均熱温度から460℃までを平均冷却速度:5〜15℃/秒で冷却した。次いで、0.13%Al−残部Znからなる亜鉛めっき浴(浴温:460℃)でめっきし、ワイピングを行い、次いで表2に示す条件で合金化処理を行って、合金化溶融亜鉛めっき鋼板(以下、単に「めっき鋼板」ということがある)を得た。
18%塩酸にヘキサメチレンテトラミンを加えた溶液中に、前記めっき鋼板を浸漬してめっき層のみを溶解し、溶解前後の質量変化から、めっき付着量を求めた。
得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層の成分組成(特にMn濃度)は、次の様にして分析した。即ち、18%塩酸にヘキサメチレンテトラミンを加えた溶液中に、前記めっき鋼板を浸漬してめっき層のみを溶解し、その溶解液をICP(Inductively Coupled Plasma)発光分光分析法(使用装置は、島津製作所製、ICPS−7510)で分析し、めっき層中のMn濃度を求めた。
得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層と素地鋼板の界面の酸素濃度の測定は、GD−OES(SPECTRUMA ANALYTIK GmbH製、GDA750)を用いて行った。詳細には、上記分析方法で、サンプルのめっき層深さ方向のZn、Fe、O濃度プロファイルを求め、この濃度プロファイルにおいて、ZnとFeが交差する位置(深さ)の上下3μmの範囲内(測定範囲内)で最も高いO濃度を、前記めっき層と素地鋼板の界面の酸素濃度(界面酸素濃度)として求めた。そして、この界面酸素濃度が0.50%以下の場合を合格「○」、0.50%超の場合を不合格「×」と評価した。
合金化溶融亜鉛めっき鋼板(100mm×150mm×1.4mmt)を、表2の各実験No.につき3枚ずつ用意し、これらに対し、ホットスタンプを模擬して次の処理を行った。即ち、大気中で900℃に保持した加熱炉内に所定時間(4〜8分)保持した後、加熱炉より取り出し空冷した。このときのMs点までの平均冷却速度は7℃/sであった。室温付近まで温度の下がった各めっき鋼板に対し、日本ペイント製SD6350を用い、付着量が3g/m2となるようにリン酸塩処理を行った。更に、リン酸塩処理をした各めっき鋼板に対し、関西ペイント製カチオンED GT10HTグレーを用いて200Vの通電下で電着させ、150℃で20分焼き付けることにより、厚さ15μmの上塗り塗膜を形成し、供試材を得た。
(塗膜密着性の評価基準)
◎:塗膜剥離面積率が5%以下
○:塗膜剥離面積率が5%超10%以下
△:塗膜剥離面積率が10%超25%以下
×:塗膜剥離面積率が25%超
Claims (6)
- 素地鋼板がC:0.10〜0.5%(質量%の意味、以下同じ)、Si:0.7〜2.5%、Mn:1.5〜3%、およびAl:0.01〜0.5%を含有し、残部が鉄および不可避的不純物である合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、
めっき層中のMn濃度が0.20%以上であると共に、めっき付着量が75g/m2以下であり、かつ、めっき層と素地鋼板の界面の酸素濃度が0.50%以下であることを特徴とするホットスタンプ用合金化溶融亜鉛めっき鋼板。 - 前記素地鋼板は、更に、Bを0.005%以下(0%を含まない)含む請求項1に記載のホットスタンプ用合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記素地鋼板は、更に、Tiを0.10%以下(0%を含まない)含む請求項1または2に記載のホットスタンプ用合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記素地鋼板は、更に、CrおよびMoの少なくとも1種の元素を合計で2.5%以下(0%を含まない)含む請求項1〜3のいずれかに記載のホットスタンプ用合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記素地鋼板は、更に、Nb、ZrおよびVよりなる群から選択される1種以上の元素を合計で0.1%以下(0%を含まない)含む請求項1〜4のいずれかに記載のホットスタンプ用合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記素地鋼板は、更に、CuおよびNiの少なくとも1種の元素を合計で1%以下(0%を含まない)含む請求項1〜5のいずれかに記載のホットスタンプ用合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
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