JP5888430B2 - 熱間プレス用鋼板、熱間プレス部材及び熱間プレス部材の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明の熱間プレス用鋼板は、下地鋼板の表面に形成される亜鉛めっき層と、亜鉛めっき層上に形成されたSi含有化合物層と、を有する。以下、Si含有化合物層、亜鉛めっき層、下地鋼板、熱間プレス用鋼板の製造方法について説明する。
Si含有化合物層は、炭素数が4以上の有機官能基を有するシリコーン樹脂を含有する。シリコーン樹脂とは、樹脂骨格中にシロキサン単位を有する樹脂である。シリコーン樹脂には、シロキサン単位のみからなるものだけでなく、シロキサン単位とシロキサン以外の単位(例えば、C、H、N、O等を含む有機化合物単位)を有するものも含まれる。
上記Zn2SiO4に含まれるZnは亜鉛めっき層に含まれていたZnである。したがって、亜鉛めっき層はZnを含むものであればめっきの種類は特に限定されない。例えば、純亜鉛めっき、合金化亜鉛めっき、亜鉛−ニッケル合金めっき、亜鉛−アルミ合金めっき等のいずれの種類も使用可能である。
下地鋼板に含まれる成分、各成分の含有量等は特に限定されない。980MPa以上の引張強度(TS)を有する熱間プレス部材を得るには、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:0.10%以下、N:0.010%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。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る。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%以下であれば、素材の鋼板のブランキング加工性が一定水準以上にある。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る。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%以下であれば、熱間圧延時に赤スケールと呼ばれる表面欠陥の発生が非常に少なく、圧延荷重が増大することもほとんどなく、熱延鋼板の延性が充分になる。さらに、Si量が2.0%以下であれば、Zn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しにくい。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る。また、Mnは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させる有効な元素である。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%以下であれば、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しにくい。したがって、Mn量は0.5〜3%とする。
P量が0.1%以下であれば、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しにくく、靭性も充分になる。したがって、P量は0.1%以下とする。
S量が0.05%以下であれば、熱間プレス部材の靭性が充分になる。したがって、S量は0.05%以下とする。
Al量が0.10%以下であれば、素材となる鋼板は、優れたブランキング加工性、優れた焼入れ性を有する。したがって、Al量は0.10%以下とする。
N量が0.010%以下であれば、熱間圧延時や熱間プレス前の加熱時にAlNの窒化物が形成されにくく、素材となる鋼板は優れたブランキング加工性や焼入れ性を有する。したがって、N量は0.010%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%以下であると生産コストが上昇しすぎることによる不利益はほとんど無いため、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、Tiは、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。しかし、Ti量が0.20%以下であると、熱間圧延時の圧延荷重が増大しにくく、また、熱間プレス部材の靭性が低下しにくい。Ti量の上限は0.20%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増大しにくく、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にくく鋼板の割れなどが生じにくい。B量の上限は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%以上とする必要がある。一方、Sb量が0.03%以下であれば、圧延荷重が増大しにくく、生産性が低下しにくい。したがって、Sb量は0.003〜0.03%とする。
先ず、上記の下地鋼板となる鋼板に亜鉛めっき層を形成する。亜鉛めっき層の形成方法は特に限定されず、溶融亜鉛めっき処理、電気亜鉛めっき処理等の一般的な方法を採用可能である。また、処理条件も特に限定されず一般的な条件を採用すればよい。
本発明の熱間プレス用鋼板においては、下地鋼板上に、亜鉛めっき層、Si含有化合物層がこの順で形成されていればよく、本発明の効果を害さないのであれば、下地鋼板と亜鉛めっき層との間、亜鉛めっき層とSi含有化合物層との間に、他の層が存在してもよい。
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。
上記のようにして得られた熱間プレス部材は、表面にZn2SiO4が形成されているため、厳しい環境での穴あき耐食性および合わせ目耐食性に優れるとともに、優れた塗装密着性を有する。
シリコーン樹脂:信越化学(株)製 KR−311(炭素数6)
シリコーン樹脂:信越化学(株)製 ES−1001N(炭素数25)
シランカップリング剤:信越化学(株)製 KBE−403(炭素数6)
シランカップリング剤:信越化学(株)製 KBE−585(炭素数4)
シランカップリング剤:信越化学(株)製 KBE−903(炭素数3)
リチウムシリケート:日産化学工業(株)製 リチウムシリケート45(無機系Si化合物)
コロイダルシリカ:日産化学工業(株)製 スノーテックス(登録商標)OS(無機系Si化合物)
チタンカップリング剤:マツモトファインケミカル(株)製 オルガチックス(登録商標)TA−22
アルミニウムカップリング剤:味の素ファインテクノ(株)製 プレンアクト(登録商標)AL−M
ジルコニウムカップリング剤:マツモトファインケミカル(株)製 オルガチックス(登録商標)ZA−60
なお、化合物としてシリコーン樹脂を使用する場合の溶媒はエチレングリコールモノブチルエーテル:石油系ナフサを55:45(質量比)で混合してなるシンナーとした。また、化合物としてシリコーン樹脂以外のものを使用する場合の溶媒は脱イオン水とした。
上記各熱間プレス部材相当品について、下記の条件でX線回折を行い、回折強度を評価した。
測定装置:理学電機株式会社製ロータフレックス
測定条件
使用X線:Cu−Kα
Kβ線の除去:グラファイト単結晶モノクロメータ
スキャニングスピード:4°/min.
検出器:シンチレーションカウンター
Zn2SiO4の回折強度2θ:36.1deg(113面)のピーク強度を評価
穴あき耐食性:穴あき耐食性は化成処理皮膜や電着塗膜が付き回らない部位を想定した評価を行うため、上記各熱間プレス部材相当品から試験片(70mm×150mm)を採取し、各試験片の非評価面および端面をテープでシールした。次いで、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200サイクル実施した。試験後のサンプルの最大板厚減少値を測定し、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
塗装密着性:上記熱間プレス部材相当品から試験片(70mm×150mm)を採取した。次いで、各試験片に、日本パーカライジング株式会社製PB−SX35を使用して標準条件で化成処理を施した。次いで、関西ペイント株式会社製電着塗料GT−10HTグレーを使用して焼付け後の塗装膜厚が20μmとなるように電着塗装を施した後、170℃×20分間の焼付けを行い、塗装試験片を作製した。そして、作製した塗装試験片の化成処理および電着塗装を施した面に対してカッターナイフで碁盤目(10×10個、1mm間隔)の鋼素地まで到達するカットを入れ、接着テープにより貼着・剥離する碁盤目テープ剥離試験を行った。以下の基準で評価し、◎、○であれば塗装密着性に優れるとした。
◎: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
合わせ目耐食性:上記熱間プレス部材相当品から大サンプル(70mm×150mm)と小サンプル(40mm×110mm)を採取した。次いで、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。次いで、関西ペイント(株)製電着塗料GT−10HTグレーを使用して焼付け後の塗装膜厚が20μmとなるように電着塗装を施した後、170℃×20分間の焼付けを行い、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200サイクル実施した。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
結果を表1、2に示す。本発明例では、いずれも塗装密着性、穴あき耐食性、および合わせ目耐食性に優れていることがわかる。また表1、2には記載していないが、本発明例では、いずれの熱間プレス部材相当品においても加熱・冷却によるスケールの発生は認められなかった。
Claims (8)
- 下地鋼板上に亜鉛めっき層と、Si含有化合物層と、をこの順で有し、
前記Si含有化合物層は、炭素数が4以上の有機官能基を有するシリコーン樹脂を含有し、さらにシランカップリング剤を含有し、シリコーン樹脂とシランカップリング剤の配合比は質量比(シリコーン樹脂/シランカップリング剤)で5/5以上であることを特徴とする熱間プレス用鋼板。 - 前記亜鉛めっき層は、下地鋼板上にめっき層Iと、めっき層IIをこの順で有し、
前記めっき層Iは、60質量%以上のNiを含み、残部がZnおよび不可避的不純物からなり、付着量が0.01〜5g/m2であり、
前記めっき層IIは、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り、付着量が10〜90g/m2であることを特徴とする請求項1に記載の熱間プレス用鋼板。 - 前記下地鋼板が、質量%で、Cを0.15〜0.5%、Siを0.05〜2.0%、Mnを0.5〜3%、Pを0.1%以下、Sを0.05%以下、Alを0.10%以下、Nを0.010%以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からな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。
- 前記下地鋼板が、さらに、質量%で、Crを0.01〜1%、Tiを0.20%以下、Bを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。
- 前記下地鋼板が、さらに、質量%で、Sbを0.003〜0.03%を含有することを特徴とする請求項3又は4に記載の熱間プレス用鋼板。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載の亜鉛めっき層と、Si含有化合物層と、下地鋼板とを有する熱間プレス部材であり、
前記熱間プレス部材の表面を、X線回折法によりX線回折強度を測定した際に、2θ=36.1deg付近にZn2SiO4の回折ピークが出現し、
前記回折ピークのピーク強度が0.20kcps以上であることを特徴とする熱間プレス部材。 - 請求項1〜5のいずれか1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。
- Ac3変態点〜1000℃の温度範囲に加熱するとき、100℃/s以上の平均昇温速度で加熱することを特徴とする請求項7に記載の熱間プレス部材の製造方法。
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