JP5861766B2 - 熱間プレス用鋼板、その製造方法、およびそれを用いた熱間プレス部材の製造方法 - Google Patents
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Description
i) 特許文献2や3に記載の熱間プレス部材における塗料密着性、穴あき耐食性、合わせ目耐食性の低下の原因は、熱間プレス前の加熱時に生成するZnOと鋼板やZn系めっき層との界面に空隙が形成されるためである。
ii) この空隙の生成を抑制するには、めっき層の下地鋼板表面の平均フェライト粒径を20μm以下にすることが効果的である。
1-1) Zn系めっき層
本発明では、熱間プレス前の加熱時にスケールの生成を抑制するために、鋼板表面に付着量が10〜90g/m2のZn系めっき層を設ける。ここで、めっき層の付着量(鋼板の片面当り)を10〜90g/m2としたのは、10g/m2未満ではZnの犠牲防食効果が十分に発揮されず、90g/m2を超えるとその効果が飽和し、コストアップを招くためである。
980MPa以上の強度を有する熱間プレス部材を得るには、めっき層の下地鋼板として、例えば、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する熱延鋼板や冷延鋼板を用いることができる。各成分元素の限定理由を、以下に説明する。ここで、成分の含有量を表す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
Cは、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のTSを980MPa以上にするには、その量を0.15%以上とする必要がある。一方、C量が0.5%を超えると、素材の鋼板のブランキング加工性が著しく低下する。したがって、C量は0.15〜0.5%とする。
Siは、C同様、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のTSを980MPa以上にするには、その量を0.05%以上とする必要がある。一方、Si量が2.0%を超えると、熱間圧延時に赤スケールと呼ばれる表面欠陥の発生が著しく増大するとともに、圧延荷重が増大したり、熱延鋼板の延性の劣化を招く。さらに、Si量が2.0%を超えると、ZnやAlを主体としためっき皮膜を鋼板表面に形成するめっき処理を施す際に、めっき処理性に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、Si量は0.05〜2.0%とする。
Mnは、フェライト変態を抑制して焼入れ性を向上させるのに効果的な元素であり、また、Ac3変態点を低下させるので、熱間プレス前の加熱温度を低下するにも有効な元素である。このような効果の発現のためには、その量を0.5%以上とする必要がある。一方、Mn量が3%を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下する。したがって、Mn量は0.5〜3%とする。
P量が0.1%を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下するとともに、靭性も著しく低下する。したがって、P量は0.1%以下とする。
S量が0.05%を超えると、熱間プレス部材の靭性が低下する。したがって、S量は0.05%以下とする。
Al量が0.1%を超えると、素材の鋼板のブランキング加工性や焼入れ性を低下させる。したがって、Al量は0.1%以下とする。
N量が0.01%を超えると、熱間圧延時や熱間プレス前の加熱時にAlNの窒化物を形成し、素材の鋼板のブランキング加工性や焼入れ性を低下させる。したがって、N量は0.01%以下とする。
Crは、鋼を強化するとともに、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。こうした効果の発現のためには、Cr量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、Cr量が1%以下であれば、著しいコスト高を招くことがないため、その上限は1%とすることが好ましい。
Tiは、鋼を強化するとともに、細粒化により靭性を向上させるのに有効な元素である。また、次に述べるBよりも優先して窒化物を形成して、固溶Bによる焼入れ性の向上効果を発揮させるのに有効な元素でもある。こうした効果の発現のためには、Ti量を0.02%以上とすることが好ましい。一方、Ti量が0.2%以下であれば、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大することがなく、また、熱間プレス部材の靭性が低下しないので、その上限は0.2%とすることが好ましい。
Bは、熱間プレス時の焼入れ性や熱間プレス後の靭性向上に有効な元素である。こうした効果の発現のためには、B量を0.0005%以上とすることが好ましい。一方、B量が0.08%以下であれば、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大せず、また、熱間圧延後にマルテンサイト相やベイナイト相が生じることがなく鋼板の割れなどが生じないので、その上限は0.08%とすることが好ましい。
Sbは、熱間プレス前に鋼板を加熱してから熱間プレスの一連の処理によって鋼板を冷却するまでの間に鋼板表層部に生じる脱炭層を抑制する効果を有する。このような効果の発現のためにはその量を0.003%以上とすることが好ましい。一方、Sb量が0.03%以下であれば、圧延荷重の増大を招くことがなく、生産性を低下させることがない。したがって、Sb量は0.003〜0.03%とすることが好ましい。
上述したように、表面にZn系めっき層を設けた熱間プレス部材における塗料密着性、穴あき耐食性、合わせ目耐食性の低下の原因は、熱間プレス前の加熱時に生成するZnOと鋼板やZn系めっき層との界面に空隙が形成されるためである。この空隙の生成を抑制するには、下地鋼板表面の平均フェライト粒径を20μm以下にすることが効果的である。これは、フェライト粒径を20μm以下にすると加熱時にめっき層成分のフェライト粒内への拡散が粒内全域に生じ、めっき層の残存がおおむね均一に少なくなる。その結果、めっき表層に形成されるZnOと鋼板やめっき層との間に空隙が少なくなると考えられる。
なお、平均フェライト粒径は、次のようにして求める。鋼板の板厚方向の断面であって、圧延方向に直角な方向の断面の研磨試料を作製し、顕微鏡観察により鋼板表面部の写真を400倍にて撮影する。この画像から、JIS G 0552の切断法に準拠して、鋼板表面近傍の、鋼板板厚方向に直角な方向の任意の直線におけるフェライト粒子数を画像処理によって算出し、平均値を求める。
上記した本発明の熱間プレス用鋼板は、Ac3変態点〜1000℃の温度範囲に加熱後熱間プレスされて熱間プレス部材となる。熱間プレス前にAc3変態点以上に加熱するのは、熱間プレス時の急冷でマルテンサイト相などの硬質相を形成し、部材の高強度化を図るためである。また、加熱温度の上限を1000℃としたのは、1000℃を超えるとめっき層表面に多量のZnOが生成するためである。なお、ここでいう加熱温度とは鋼板の最高到達温度のことをいう。
◎:剥離なし
○:1〜10個の碁盤目で剥離
△:11〜30個の碁盤目で剥離
×:31個以上の碁盤目で剥離
穴あき耐食性:熱間プレスをシミュレート後の鋼板からサンプル(70mm×150mm)を採取し、サンプルの非評価面および端面をテープでシールした後、塩水噴霧(5質量%NaCl水溶液、35℃、2h)→乾燥(60℃、相対湿度20〜30%、4h)→湿潤(50℃、相対湿度95%、2h)を1サイクルとする複合腐食試験を150サイクル実施し、腐食生成物とめっき層を塩酸で除去した。その後、マイクロメーターを用いて腐食の顕著な10箇所の部位の板厚Tn(n=1〜10)と腐食していない5箇所のシール部の平均板厚T0を測定し、(T0-Tn)の最大値、すなわち最大板厚減少値を求め、以下の基準で評価し、◎、○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。
◎:最大板厚減少値≦0.1mm
○:0.1mm<最大板厚減少値≦0.2mm
△:0.2mm<最大板厚減少値≦0.3mm
×:0.3mm<最大板厚減少値
合わせ目耐食性:熱間プレスをシミュレート後の鋼板から大サンプル(70mm×150mm)と小サンプル(40mm×110mm)を採取し、大サンプルの中央に小サンプルを重ねて(合わせ目)、溶接にて接合し、このサンプルを日本パーカライジング(株)製PB-SX35を使用して標準条件で化成処理を施した後、関西ペイント(株)製電着塗料GT-10HTグレーを170℃×20分間の焼付け条件で膜厚20μm成膜して合わせ目試験片を作製した。作製した合わせ目試験片の非評価面をテープでシールした後、塩水噴霧(5質量%NaCl水溶液、35℃、2h)→乾燥(60℃、相対湿度20〜30%、4h)→湿潤(50℃、相対湿度95%、2h)を1サイクルとする複合腐食試験を150サイクル実施し、試験後のサンプルの溶接部に穴を開けて解体し、合わせ目内の最大腐食深さを求め、以下の基準で評価し、◎、○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。
◎:最大腐食深さ≦0.1mm
○:0.1mm<最大腐食深さ≦0.2mm
△:0.2mm<最大腐食深さ≦0.4mm
×:0.4mm<最大腐食深さ
耐金型付着性:熱間プレス時の金型へのめっき成分の付着を評価するために、熱間プレス前のサンプル(50×500mm)を採取し、サンプルを炉温890℃で加熱し、板温700℃時に金型でサンプルを挟んで50mm/sにて摺動し、金型へのめっき成分の付着状態を目視により観察した。
その状態を以下の基準で評価し、◎、○であれば良好とした。
◎:付着なし
○:わずかに付着あり
△:明らかに付着あり
×:著しく付着あり
結果を表1に示す。本発明例では、いずれも塗料密着性、穴あき耐食性、合わせ目耐食性、耐金型付着性に優れていることがわかる。
Claims (7)
- 鋼板表面の平均フェライト粒径が20μm以下である鋼板上に、付着量が10〜90g/m2のZn系めっき層を有し、前記Zn系めっき層が、10〜25質量%のNiを含み、残部がZnおよび不可避的不純物からなるめっき層であることを特徴とする熱間プレス用鋼板。
- 前記Zn系めっき層中に含まれるη相の量が5質量%以下であることを特徴とする請求項1記載の熱間プレス用鋼板。
- 前記Zn系めっき層の下地鋼板が、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%以下、Al:0.1%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項1または2に記載の熱間プレス用鋼板。
- 前記Zn系めっき層の下地鋼板が、さらに、質量%で、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも一種を含有することを特徴とする請求項3に記載の熱間プレス用鋼板。
- 前記Zn系めっき層の下地鋼板が、さらに、質量%で、Sb:0.003〜0.03%を含有することを特徴とする請求項3または4に記載の熱間プレス用鋼板。
- 請求項3から5のいずれか一項に記載の成分組成を有する鋼板を、760〜840℃の熱処理後、付着量が10〜90g/m2のZn系めっき層を形成することを特徴とする熱間プレス用鋼板の製造方法。
- 請求項1から5のいずれか一項に記載の熱間プレス用鋼板を、Ac3変態点〜1000℃の温度範囲に加熱後、熱間プレスすることを特徴とする熱間プレス部材の製造方法。
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