JP6282578B2 - 耐高温酸化の塗裝鋼板、及びそのホットスタンプ成形方法 - Google Patents

耐高温酸化の塗裝鋼板、及びそのホットスタンプ成形方法 Download PDF

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Description

本発明は、鋼板及びそのホットスタンプ成形方法に関し、特に耐高温酸化の塗裝鋼板及びそのホットスタンプ成形方法に関する。
自動車工業のホットスタンピング技術は、成形性に優れ、寸法安定性が良く、成形の工程数が少なく、且つ引張強度が１４７０ＭＰａを超える自動車用構造体を製造することができるなどの利点を備えているので、既に今日の自動車パネルの製造において利用されている重要な技術となっている。しかしながら、ホットスタンピング時の温度が通常９００℃を超えるため、鋼板の表面に高温ミルスケールの付着が深刻で、ミルスケールを除去するためには、成形後ワークピースに対してサンドブラスティング処理を行わなければならない。さらに、鋼板表面の高温ミルスケールはホットスタンピング型に対し深刻な汚染及び摩耗を生じることもあり、油断すると、生産作業の困難を招き、更に生産コストを増加することがある。
アルミニウム粉末、シリカゲル樹脂及びシランからなる塗料が提案されているが、実際に検査したところ、従来の上記塗料により形成される塗膜は耐高温酸化性が不良であるばかりか、上記塗膜の塗布された鋼板は、ホットスタンピング後その表面に非常に厚い酸化アルミニウムが形成されるため、電気抵抗が高すぎてスポット溶接を行うことができず、したがって別途サンドブラスティングにより除去する必要があった。ところが、サンドブラスティング除去工程を行うためには、アルミニウム粉末が酸化されないように塗料に有機犠牲成分（organic sacrificial component）をさらに添加して保護しなければならない。しかしながら、空気中で鋼板に対して熱処理を行うと、鋼板の表面に依然として酸化アルミニウムと酸化鉄が存在し、酸化アルミニウムと酸化鉄が界面の電気抵抗を増大させるため、スポット溶接の際に界面に極めて大きい熱量が発生して、爆飛現象を引き起こしやすい。そして、高熱では、銅溶接棒が鋼材と反応し溶着しやすく、はんだ接合部に銅が溶着する現象が生じてしまい、一方鉄とアルミニウムの酸化物が溶接ナゲットに含まれると、溶接ナゲットの強度と機械的性質に不利になる。
以上の分析から分かるように、従来の塗料により形成される塗膜はまだ耐高温酸化性及びスポット溶接性が劣るという欠点がある。したがって、上記従来の問題を解決するためには、革新的で進歩性を備えた耐高温酸化の塗裝鋼板及びそのホットスタンプ成形方法を提供することが必要である。
本発明は、鋼基板及び耐高温酸化塗膜を含む、耐高温酸化の塗裝鋼板を提供する。前記耐高温酸化塗膜は、耐高温酸化塗料を前記鋼基板に塗布し且つ焼付けることにより形成される。前記耐高温酸化塗料は、接着剤及び複数のマイクロメートルのアルミニウム片からなる。前記接着剤はＡｌ−Ｏの三次元的な分子構造を有し、一方各前記マイクロメートルのアルミニウム片はマイクロメートルレベルの厚さ及び５〜３０ｕｍの長さを有する。
その他、本発明は、耐高温酸化の塗裝鋼板を提供する工程、前記耐高温酸化の塗裝鋼板をオーステナイト状態に加熱する工程、及び前記耐高温酸化の塗裝鋼板を金型に転送して、ホットスタンピングにより製品に成形する工程を含む、耐高温酸化の塗裝鋼板のホットスタンプ成形方法を提供する。
本発明は、接着剤及びマイクロメートルのアルミニウム片により耐高温酸化塗料を構成し、また前記耐高温酸化塗料を鋼基板に塗布して形成される耐高温酸化塗膜は、塗裝鋼板の耐高温酸化能及びホットスタンピング性が向上し、且つホットスタンピング後の製品が優れたスポット溶接性と塗裝性を備えることができる。
本発明の耐高温酸化の塗裝鋼板の構造の説明図を示す。 本発明の耐高温酸化の塗裝鋼板のホットスタンプ成形方法のフローチャートを示す。
本発明の技術的構成をより明確に理解して、明細書の内容に従って実施することができるようにするために、且つ本発明の上述した目的、特徴及び利点をより明確で容易に理解することができるようにするために、以下に好ましい実施例を意図的に挙げて、図面を参照しながら、次のように詳細に説明する。
図１を参照すると、本発明の耐高温酸化の塗裝鋼板の構造を示す説明図である。本発明の耐高温酸化の塗裝鋼板１０は、鋼基板１２、及び耐高温酸化塗膜１４を含む。本実施例において、前記鋼基板１２はマンガンボロン鋼基板である。
前記耐高温酸化塗膜１４は、耐高温酸化塗料を前記鋼基板１２に塗布し且つ焼付けることにより形成される。本実施例において、前記耐高温酸化塗膜１４の厚さは２〜１０ｕｍに抑える必要があり、何故ならば厚さが２ｕｍより小さいと、塗膜の耐高温酸化能が低下し、一方厚さが１０ｕｍより大きいと、鋼板のスポット溶接性が悪くなるからである。そして、前記耐高温酸化塗膜１４の付着性を高めるためには、該耐高温酸化塗膜１４の焼付け温度を１２０〜３００℃に抑えることが好ましく、一方焼付け時間は３６〜９０秒に抑えることが好ましい。また、前記耐高温酸化塗料の塗布方法は、噴霧塗布、ロール塗布及び浸漬塗布から選択された一つであることができる。
前記耐高温酸化塗料は、接着剤及び複数のマイクロメートルのアルミニウム片からなる。本実施例において、前記接着剤はＡｌ−Ｏの三次元的な分子構造を有し、且つ該接着剤はゾルゲル（ｓｏｌ−ｇｅｌ）法により製造される。各前記マイクロメートルのアルミニウム片はマイクロメートルレベルの厚さ（０．５〜１ｕｍ程度厚い）及び５〜３０ｕｍの長さを有し、好ましくは、前記複数のマイクロメートルのアルミニウム片の重量が塗料の総重量に対し５〜３０％である。
本実施例において、前記耐高温酸化の塗裝鋼板１０はステンレスコイル連続式生産、或いは板式非連続生産を採用することができる。ステンレスコイル連続式生産を採用する場合、その生産フローは、巻解き→アルカリ洗浄→乾燥→ロール塗布又は浸漬塗布（両面）→焼付け→巻戻し、であることができる。板式非連続生産を採用する場合、その生産フローは、シートの打抜き→アルカリ洗浄→乾燥→噴霧塗布（片面）→焼付け→噴霧塗布（他面）→焼付け→積み重ねてパッケージング、であることができる。
図２は本発明の耐高温酸化の塗裝鋼板のホットスタンプ成形方法のフローチャートを示す。図２の工程Ｓ２１及び図１を同時に参照すると、工程Ｓ２１では耐高温酸化の塗裝鋼板１０を提供する。当該工程において、前記耐高温酸化の塗裝鋼板１０は、鋼基板１２、及び耐高温酸化塗膜１４を含む。前記耐高温酸化塗膜１４は、耐高温酸化塗料を前記鋼基板１２に塗布し且つ焼付けることにより形成される。前記耐高温酸化塗料は、接着剤及び複数のマイクロメートルのアルミニウム片からなる。本実施例において、前記接着剤はＡｌ−Ｏの三次元的な分子構造を有し、一方各前記マイクロメートルのアルミニウム片はマイクロメートルレベルの厚さ（０．５〜１ｕｍ程度厚い）及び５〜３０ｕｍの長さを有する。
また、当該工程において、前記耐高温酸化の塗裝鋼板１０の引張強度が５００〜６００Ｍｐａである。
図２の工程Ｓ２２及び図１を同時に参照すると、工程Ｓ２２では前記耐高温酸化の塗裝鋼板１０をオーステナイト状態に加熱する。当該工程において、加熱温度は８７０〜９５０℃であり、加熱時間は３〜５分である。
図２の工程Ｓ２３及び図１を同時に参照すると、工程Ｓ２３では前記耐高温酸化の塗裝鋼板１０を金型（図示せず）に転送して、ホットスタンピングにより製品に成形する。当該工程において、前記製品が均一のマルテンサイト組織を備えて、１４００ＭＰａを超える引張強度を得ることができるように、２７℃/秒より大きい冷却速度で前記製品に対し成形圧保持の状態で焼入れを行う処理を含む。
本発明は、前記接着剤及び前記複数のマイクロメートルのアルミニウム片により前記耐高温酸化塗料を構成し、また前記耐高温酸化塗料を鋼基板１２に塗布して形成される耐高温酸化塗膜１４は、塗裝鋼板１０の耐高温酸化能及びホットスタンピング性を向上させ、且つホットスタンピング後の製品は優れたスポット溶接性と塗裝性を備えることができる。
ここで以下の実施例によって本発明を詳細に説明するが、本発明がこれらの実施例に示された内容に限定されるわけではない。
[実施例1]
耐高温酸化塗料を調製し、塗料に添加されたマイクロメートルのアルミニウム片の重量が塗料の総重量に対し３０％で、マイクロメートルのアルミニウム片の長さが５〜１０ｕｍであり、且つ、適宜な分散剤を添加して接着剤とマイクロメートルのアルミニウム片を均一に完全混合させ、得られた固体成分が５０〜６０ｗｔ％であった。
噴霧塗布法で上記塗料をマンガンボロン鋼基板に塗布し、塗膜の厚さが３±１ｕｍであり、塗布後さらにオーブンで焼付け、焼付温度を２７０℃に設定し、焼付時間は４８秒である。焼付後の塗裝鋼板を９３０℃の空気炉でオーステナイト状態に５分間加熱し、続いて、速やかに金型へ転送してホットスタンピングにより高速成形した。
焼付後の塗裝鋼板に対しクロスカット試験を行い、粘着テープを貼り付けた後、塗膜の剥離が全くなく、優れた塗膜付着性を有していることを示す。同様に、ホットスタンピング後の製品に対してクロスカット試験を行い、粘着テープを貼り付けた後、同様に塗膜の剥離が全くなかった。一方、表面抵抗率計（Surface Resistance Meter, 装置製造メーカ／型番：Mitsubishi Chemical Analytech / Loresta-GP MCP-T610）を利用して、４探針法、定電流印加方式で製品の表面抵抗を測定したところ、＜ｌ×１０−２Ωで、表面抵抗が非常に低いことを示す。その後、電着塗装を行っても優れた塗装表面が得られ、高電流でスポット溶接試験を行った結果、爆飛現象と溶接棒の溶着現象が発生しておらず、その溶接性が無塗装鋼と同じであることを示す。一方、ホットスタンピング後の製品の引張強度は１５００ＭＰａに達することができた。
[実施例２]
耐高温酸化塗料を調製し、塗料に添加されたマイクロメートルのアルミニウム片の重量が塗料の総重量に対し１５％で、マイクロメートルのアルミニウム片の長さが５〜１０ｕｍであり、且つ、適宜な分散剤を添加して接着剤とマイクロメートルのアルミニウム片を均一に完全混合させ、得られた固体成分が４０〜５０ｗｔ％であった。
ステンレスコイル連続式ロール塗布法で上記塗料をマンガンボロン鋼基板に塗布し、塗膜の厚さが５±１ｕｍであり、塗布後さらにオーブンで焼付け、焼付温度を１５０℃に設定し、焼付時間は３６秒である。焼付後の塗裝鋼板を８９０℃の空気炉でオーステナイト状態に５分間加熱し、続いて、速やかに金型へ転送してホットスタンピングにより高速成形した。
焼付後の塗裝鋼板に対しクロスカット試験を行い、粘着テープを貼り付けた後、塗膜の剥離が全くなく、優れた塗膜付着性を有していることを示す。同様に、ホットスタンピング後の製品に対してクロスカット試験を行い、粘着テープを貼り付けた後、同様に塗膜の剥離が全くなかった。一方、表面抵抗率計（Surface Resistance Meter, 装置製造メーカ／型番：Mitsubishi Chemical Analytech / Loresta-GP MCP-T610）を利用して、４探針法、定電流印加方式で製品の表面抵抗を測定したところ、＜ｌ×１０−２Ωで、表面抵抗が非常に低いことを示す。その後、電着塗装を行っても優れた塗装表面が得られ、高電流でスポット溶接試験を行った結果、爆飛現象と溶接棒の溶着現象が発生しておらず、その溶接性が無塗装鋼と同じであることを示す。一方、ホットスタンピング後の製品の引張強度は１５００ＭＰａに達することができた。
[実施例３]
耐高温酸化塗料を調製し、塗料に添加されたマイクロメートルのアルミニウム片の重量が塗料の総重量に対し１０％で、マイクロメートルのアルミニウム片の長さが５〜１０ｕｍであり、且つ、適宜な分散剤を添加して接着剤とマイクロメートルのアルミニウム片を均一に完全混合させ、得られた固体成分が３５〜４５ｗｔ％であった。
ステンレスコイル連続式ロール塗布法で上記塗料をマンガンボロン鋼基板に塗布し、塗膜の厚さが９±１ｕｍであり、塗布後さらにオーブンで焼付け、焼付温度を３００℃に設定し、焼付時間は６０秒である。焼付後の塗裝鋼板を８７０℃の空気炉でオーステナイト状態に５分間加熱し、続いて、速やかに金型へ転送してホットスタンピングにより高速成形した。
焼付後の塗裝鋼板に対しクロスカット試験を行い、粘着テープを貼り付けた後、塗膜の剥離が全くなく、優れた塗膜付着性を有していることを示す。同様に、ホットスタンピング後の製品に対してクロスカット試験を行い、粘着テープを貼り付けた後、同様に塗膜の剥離が全くなかった。一方、表面抵抗率計（Surface Resistance Meter, 装置製造メーカ／型番：Mitsubishi Chemical Analytech / Loresta-GP MCP-T610）を利用して、４探針法、定電流印加方式で製品の表面抵抗を測定したところ、＜ｌ×１０−２Ωで、表面抵抗が非常に低いことを示す。その後、電着塗装を行っても優れた塗装表面が得られ、高電流でスポット溶接試験を行った結果、爆飛現象と溶接棒の溶着現象が発生しておらず、その溶接性が無塗装鋼と同じであることを示す。一方、ホットスタンピング後の製品の引張強度は１４８０ＭＰａに達することができた。
[実施例４]
耐高温酸化塗料を調製し、塗料に添加されたマイクロメートルのアルミニウム片の重量が塗料の総重量に対し２０％で、マイクロメートルのアルミニウム片の長さが５〜１０ｕｍであり、且つ、適宜な分散剤を添加して接着剤とマイクロメートルのアルミニウム片を均一に完全混合させ、得られた固体成分が４５〜５５ｗｔ％であった。
ステンレスコイル連続式ロール塗布法で上記塗料をマンガンボロン鋼基板に塗布し、塗膜の厚さが１２±１ｕｍであり、塗布後さらにオーブンで焼付け、焼付温度を３００℃に設定し、焼付時間は６０秒である。焼付後の塗裝鋼板を９５０℃の空気炉でオーステナイト状態に３分間加熱し、続いて、速やかに金型へ転送してホットスタンピングにより高速成形した。
焼付後の塗裝鋼板に対しクロスカット試験を行い、粘着テープを貼り付けた後、塗膜が部分的に剥離され（約５％）、塗膜の付着性がやや劣ることを示す。同様に、ホットスタンピング後の製品に対してクロスカット試験を行い、粘着テープを貼り付けた後、全く塗膜の剥離がなかった。一方、表面抵抗率計（Surface Resistance Meter, 装置製造メーカ／型番：Mitsubishi Chemical Analytech / Loresta-GP MCP-T610）を利用して、４探針法、定電流印加方式で製品の表面抵抗を測定したところ、２×１０−１Ωで、表面抵抗が高いことを示す。その後、電着塗装を行い、優れた塗装表面は得られたものの、高電流でスポット溶接試験を行ったところ、軽微な爆飛現象と溶接棒の溶着現象が発生し、その溶接性が無塗装鋼より劣ることを示し、それは塗膜の厚さが厚すぎることに起因したことと考えられる。
[実施例５]
耐高温酸化塗料を調製し、塗料に添加されたマイクロメートルのアルミニウム片の重量が塗料の総重量に対し５％で、マイクロメートルのアルミニウム片の長さが５〜１０ｕｍであり、且つ、適宜な分散剤を添加して接着剤とマイクロメートルのアルミニウム片を均一に完全混合させ、得られた固体成分が２５〜３０ｗｔ％であった。
ステンレスコイル連続式ロール塗布法で上記塗料をマンガンボロン鋼基板に塗布し、塗膜の厚さが５±１ｕｍであり、塗布後さらにオーブンで焼付け、焼付温度を１２０℃に設定し、焼付時間は９０秒である。焼付後の塗裝鋼板を８７０℃の空気炉でオーステナイト状態に５分間加熱し、続いて、速やかに金型へ転送してホットスタンピングにより高速成形した。
焼付後の塗裝鋼板に対しクロスカット試験を行い、粘着テープを貼り付けた後、塗膜の剥離が全くなく、優れた塗膜付着性を有していることを示す。同様に、ホットスタンピング後の製品に対してクロスカット試験を行い、粘着テープを貼り付けた後、同様に塗膜の剥離が全くなかった。一方、表面抵抗率計（Surface Resistance Meter, 装置製造メーカ／型番：Mitsubishi Chemical Analytech / Loresta-GP MCP-T610）を利用して、４探針法、定電流印加方式で製品の表面抵抗を測定したところ、＜ｌ×１０−１Ωで、表面抵抗が高いことを示す。その後、電着塗装を行い、優れた塗装表面は得られたものの、高電流でスポット溶接試験を行ったところ、軽微な爆飛現象と溶接棒の溶着現象が発生し、その溶接性が無塗装鋼より劣ることを示し、それは添加されたマイクロメートルのアルミニウム片の重量が低すぎることに起因したことと考えられる。
上述の実施例は単に本発明の原理及びその効果を説明するためのもので、本発明を限定するものではなく、したがって当業者が上述の実施例に対して行う修正及び変更は本発明の構想から逸脱するものではない。本発明の権利の範囲は後述する特許請求の範囲に記載されたとおりである。
１０ 耐高温酸化の塗裝鋼板
１２ 鋼基板
１４ 耐高温酸化塗膜
Ｓ２１〜Ｓ２３ 工程

Claims (10)

  1. 鋼基板、及び
    前記鋼基板に塗布された耐高温酸化塗膜を含み、
    前記耐高温酸化塗膜は、耐高温酸化塗料により形成され、前記耐高温酸化塗料は、接着剤及び複数のマイクロメートルのアルミニウム片からなり、前記接着剤はＡｌ−Ｏの三次元的な分子構造を有し、各前記マイクロメートルのアルミニウム片はマイクロメートルレベルの厚さ及び５〜３０μｍの長さを有する、耐高温酸化のホットスタンプ用塗裝鋼板。
  2. 前記鋼基板がマンガンボロン鋼基板である、請求項１に記載の耐高温酸化のホットスタンプ用塗裝鋼板。
  3. 前記耐高温酸化塗膜の厚さが２〜１０μｍである、請求項１に記載の耐高温酸化のホットスタンプ用塗裝鋼板。
  4. 前記複数のマイクロメートルのアルミニウム片の重量が塗料の総重量に対し５〜３０％である、請求項１に記載の耐高温酸化のホットスタンプ用塗裝鋼板。
  5. （ａ）請求項１に記載の耐高温酸化のホットスタンプ用塗裝鋼板を提供する工程、
    （ｂ）前記耐高温酸化のホットスタンプ用塗裝鋼板をオーステナイト状態に加熱する工程、及び
    （ｃ）前記耐高温酸化のホットスタンプ用塗裝鋼板を金型に転送して、ホットスタンピングにより製品に成形する工程を含む、耐高温酸化の塗裝鋼板のホットスタンプ成形方法。
  6. 工程（ａ）の前記耐高温酸化のホットスタンプ用塗裝鋼板の引張強度が５００〜６００ＭＰａである、請求項５に記載の耐高温酸化の塗裝鋼板のホットスタンプ成形方法。
  7. 工程（ｂ）の加熱温度が８７０〜９５０℃である、請求項５に記載の耐高温酸化の塗裝鋼板のホットスタンプ成形方法。
  8. 工程（ｂ）の加熱時間が３〜５分である、請求項５に記載の耐高温酸化の塗裝鋼板のホットスタンプ成形方法。
  9. 工程（ｃ）は、前記製品が均一のマルテンサイト組織を備えるように、２７℃/秒より大きい冷却速度で前記製品に対し成形圧保持の状態で焼入れを行う処理をさらに含む、請求項５に記載の耐高温酸化の塗裝鋼板のホットスタンプ成形方法。
  10. 前記製品の引張強度が１４００ＭＰａより大きい、請求項９に記載の耐高温酸化の塗裝鋼板のホットスタンプ成形方法。
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