JP7056738B2 - 鋼板、テーラードブランクの製造方法、および鋼管の製造方法 - Google Patents
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- C23C28/00—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
- C23C28/02—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings only including layers of metallic material
- C23C28/028—Including graded layers in composition or in physical properties, e.g. density, porosity, grain size
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- F16L9/00—Rigid pipes
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description
本願は、2018年6月22日に日本に出願された特願2018-119189号、2018年6月22日に日本に出願された特願2018-119190号、2018年9月6日に日本に出願された特願2018-167169号、2018年10月26日に日本に出願された特願2018-202087号、2018年11月8日に出願された国際出願PCT/JP2018/041553号及び2019年1月22日に出願された国際出願PCT/JP2019/001922号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
特許文献1から5に開示された突合せ溶接用鋼板は、母材鋼板と、母材鋼板の両面に設けられたアルミニウムめっき層と、母材鋼板とアルミニウムめっき層との間に形成された金属間化合物層と、を有している。
特許文献2および4に開示された突合せ溶接用鋼板では、前記所定の範囲のアルミニウムめっき層および金属間化合物層が、ブラシやレーザ加工により除去されている。
特許文献4に開示された突合せ溶接用鋼板では、レーザーアブレーションで、金属層を1つ以上除去し、金属層を除去した領域で鋼板を切断し、溶接用ノッチを形成する。そのため、突合せ溶接用鋼板の端部では、端部以外の領域に存在する金属層より薄い金属層が一様に残る、あるいは金属層が残らず母材が全て露出する態様となる。
特許文献5に開示された突合せ溶接用鋼板では、母材鋼板の表面の法線とアルミニウムめっき層および金属間化合物層の端面とのなす角度βが0°~80°となるように、アルミニウムめっき層および金属間化合物層が除去されている。突合せ溶接用鋼板の端縁では、母材鋼板が外部に露出している。アルミニウムめっき層および金属間化合物層の除去には、レーザ加工が用いられている。
例えば、特許文献1の段落〔0062〕には、溶接された半加工品が熱処理後に耐食性があることが開示されている。
一方で、特許文献4では、アルミニウムめっき層、金属間化合物層を除去した領域で鋼板を切断しているため、端部にアルミニウムめっき層、金属間化合物層が残っていない。そのため、突合せ溶接用鋼板から製造された熱間プレス成形品を塗装したとき、溶接金属表面での塗料の付着性が低下し、溶接金属部の塗装後耐食性が低下する。
同様に、特許文献2、特許文献3、及び特許文献5の突合せ溶接用鋼板では、溶接される溶接予定部のアルミニウムめっき層および金属間化合物層を取り除いている。このため、突合せ溶接用鋼板から製造された熱間プレス成形品を塗装したとき、溶接金属部表面での塗料の付着性が低下し、溶接金属部の塗装後耐食性が低下する。
<3> 前記第2めっき部の表面から前記母材鋼板までの前記鋼板の厚み方向の長さをめっき厚とし、前記母材鋼板と前記第2めっき部における前記金属間化合物層との境界の位置を第1端とし、前記第1方向において、前記第1露出部から最も離れて前記第2めっき部が存在する位置を第2端とし、前記第1方向に沿った前記第1端と前記第2端との間の距離を前記第2めっき部の幅としたとき、前記第2端から前記第1方向と反対方向に向かって前記幅の20%の長さに離間した位置における前記めっき厚が、前記第1端から前記第1方向に向かって前記幅の10%の長さに離間した位置における前記めっき厚よりも厚い<1>又は<2>に記載の鋼板。
(A)下記仮想線Xと下記仮想線Yとのなす角度αが5.0°~25.0°である。
(B)下記仮想線Yから母材鋼板に向かう垂直方向の最大距離hが1.0μm~5.0μmである。
仮想線X:前記第1めっき部における前記母材鋼板と前記金属間化合物層との境界線を、前記第1方向に延長させた仮想線
仮想線Y:前記仮想線Xから前記母材鋼板に向かう前記仮想線Xの垂線及び前記母材鋼板との交点であって、仮想線Xにおける前記第1露出部と前記第1めっき部との境界点からの距離が0.1mmになる地点からの前記垂線及び前記母材鋼板の交点と、前記第1露出部及び前記第1めっき部の境界点と、を結ぶ仮想線
<5> 前記第1露出部が下記条件(C)を満足する、<4>に記載の鋼板。
(C)前記アルミニウムめっき層の表面を前記第1方向に延長させた仮想線から前記母材鋼板の表面までの前記鋼板の厚み方向の深さのうち、前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点よりも前記鋼板の前記端縁側における第1露出部の深さをD(μm)としたとき、前記Dが下記式(1-1)を満たす。
D≦(第1めっき部における母材鋼板の厚みmm×0.2)/2・・・(1-1)
(D)下記3点に基づいて測定される曲率半径R0が260μm以上である。
第1点:前記第1露出部と前記第1めっき部との境界点
第2点:前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点からの垂線と前記母材鋼板との交点
第3点:前記仮想線Yから前記母材鋼板に向かう垂直方向の距離が最大値となる最大距離点
<7> 前記第1方向において、前記母材鋼板の他方の表面上に、前記第1めっき部、前記第1露出部、前記第2めっき部、前記鋼板の前記端縁が、この順で配置される<1>~<6>のいずれか1項に記載の鋼板。
<8> 前記第1方向において、前記第2めっき部は、前記鋼板の前記端縁から0.9mmまでの範囲に存在する<1>~<7>のいずれか1項に記載の鋼板。
<9> 前記第1方向における、前記第1露出部の幅は、0.2mm以上、5.0mm以下である<1>~<8>のいずれか1項に記載の鋼板。
<11> 前記第1めっき部での前記アルミニウムめっき層の平均厚みが8μm~50μmであり、前記第1めっき部での前記金属間化合物層の平均厚みが1μm~10μmである<1>~<10>のいずれか1項に記載の鋼板。
Sa ≧ 8.51×10-4×tb・・・(2)
<14> 前記第1方向において、前記鋼板の前記端縁と前記第2めっき部との間に、前記母材鋼板が露出する第2露出部を備える<1>~<12>のいずれか1項に記載の鋼板。
<15> 第1溶接金属部と、前記第1溶接金属部を介して他の鋼板部に接続された少なくとも1つの鋼板部と、を備えるテーラードブランクにおいて、前記少なくとも1つの鋼板部のそれぞれは、母材鋼板の表面上に、前記母材鋼板側から順に金属間化合物層、アルミニウムめっき層が設けられた第1めっき部と、前記母材鋼板が露出する第1露出部と、を備え、前記各鋼板部において、前記各鋼板部の厚み方向に垂直であり、前記第1めっき部から前記第1溶接金属部に向かう第2方向において、前記母材鋼板の両表面上に、前記第1めっき部、前記第1露出部、前記第1溶接金属部が、この順で同一面上に配置され、前記第1溶接金属部のアルミニウム濃度が、前記鋼板部のそれぞれのアルミニウム濃度よりも高いテーラードブランク。
(A)下記仮想線Xと下記仮想線Yとのなす角度αが5.0°~25.0°である。
(B)下記仮想線Yから母材鋼板に向かう垂直方向の最大距離hが1.0μm~5.0μmである。
仮想線X:前記第1めっき部における前記母材鋼板と前記金属間化合物層との境界線を、前記第2方向に延長させた仮想線
仮想線Y:前記仮想線Xから前記母材鋼板に向かう前記仮想線Xの垂線及び前記母材鋼板との交点であって、仮想線Xにおける前記第1露出部と前記第1めっき部との境界点からの距離が0.1mmになる地点からの前記垂線及び前記母材鋼板の交点と、前記第1露出部及び前記第1めっき部の境界点と、を結ぶ仮想線
<17>
前記第1露出部が下記条件(C)を満足する、<16>に記載のテーラードブランク。
(C)前記アルミニウムめっき層の表面を前記第2方向に延長させた仮想線から前記母材鋼板の表面までの前記鋼板の厚み方向の深さのうち、前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点よりも前記第1溶接金属部側における前記第1露出部の深さをD(μm)としたとき、前記Dが下記式(1-1)を満たす。
D≦(第1めっき部における母材鋼板の厚みmm×0.2)/2・・・・・(1-1)
<18>
前記第1露出部が下記条件(D)を満足する、<16>又は<17>に記載のテーラードブランク。
(D)下記3点に基づいて測定される曲率半径R0が260μm以上である。
第1点:前記第1露出部と前記第1めっき部との境界点
第2点:前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点からの垂線と前記母材鋼板との交点
第3点:前記仮想線Yから前記母材鋼板に向かう垂直方向の距離が最大値となる最大距離点
<19> 前記第1溶接金属部に含有されるアルミニウム濃度が0.065質量%~1質量%である<15>~<18>のいずれか1項に記載のテーラードブランク。
<20> 第1母材鋼板の表面上に第1金属間化合物層が設けられた第1金属間化合物部と、前記第1母材鋼板が露出した第3露出部と、第2溶接金属部と、第2母材鋼板が露出した第4露出部と、前記第2母材鋼板の表面上に第2金属間化合物層が設けられた第2金属間化合物部とが、前記第1母材鋼板の前記表面および前記第2母材鋼板の前記表面に沿ってこの順で配置され、前記第2溶接金属部のアルミニウム濃度が、前記第1母材鋼板及び前記第2母材鋼板のそれぞれのアルミニウム濃度よりも高い熱間プレス成形品。
<21> 鋼板の厚み方向及び前記鋼板の厚み方向に垂直であり、前記第1金属間化合物部から前記2溶接金属部に向かう第2方向、にそれぞれ平行な断面から見たとき、前記第3露出部が下記条件(A)及び下記条件(B)を満足する<20>に記載の熱間プレス成形品。
(A)下記仮想線Xと下記仮想線Yとのなす角度αが5.0°~25.0°である。
(B)下記仮想線Yから前記第1母材鋼板に向かう垂直方向の最大距離hが1.0μm~5.0μmである。
仮想線X:前記第1金属間化合物部における前記第1母材鋼板と前記第1金属間化合物層との境界線を、前記第2方向に延長させた仮想線
仮想線Y:前記仮想線Xから前記第1母材鋼板に向かう前記仮想線Xの垂線及び前記第1母材鋼板との交点であって、仮想線Xにおける前記第3露出部と前記第1金属間化合物部との境界点からの距離が0.1mmになる地点からの前記垂線及び前記第1母材鋼板の交点と、前記第3露出部及び前記第1金属間化合物部の境界点と、を結ぶ仮想線
<22> 前記第3露出部が下記条件(C)を満足する、<21>に記載の熱間プレス成形品。
(C)前記第1金属間化合物層の表面を前記第2方向に延長させた仮想線から前記第1母材鋼板の表面までの前記鋼板の厚み方向の深さのうち、前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点よりも前記第2溶接金属部側における前記第3露出部の深さをD(μm)としたとき、前記Dが下記式(1-2)を満たす。
D≦(第1金属間化合物部における第2母材鋼板の厚みmm×0.2)/2・・・・・・(1-2)
<23> 前記第3露出部が下記条件(D)を満足する、<21>又は<22>に記載の熱間プレス成形品。
(D)下記3点に基づいて測定される曲率半径R0が260μm以上である。
第1点:前記第3露出部と前記第1金属間化合物部との境界点
第2点:前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点からの垂線と前記第1母材鋼板との交点
第3点:前記仮想線Yから前記第1母材鋼板に向かう垂直方向の距離が最大値となる最大距離点
<24> 第3溶接金属部と、周方向の2つの端部が互いに対向するオープン管状に形成され、前記2つの端部同士が前記第3溶接金属部を介して接続された第3鋼板と、を備える鋼管において、前記第3鋼板の前記2つの端部のそれぞれは、母材鋼板の両表面上に、前記母材鋼板側から順に金属間化合物層、アルミニウムめっき層が設けられた第1めっき部と、前記母材鋼板が露出する第1露出部と、を備え、前記周方向において、前記第1めっき部、前記第1露出部、前記第3溶接金属部が、この順で配置され、前記第3溶接金属部のアルミニウム濃度が前記母材鋼板のアルミニウム濃度よりも高い鋼管。
(A)下記仮想線Xと下記仮想線Yとのなす角度αが5.0°~25.0°である。
(B)下記仮想線Yから前記母材鋼板に向かう垂直方向の最大距離hが1.0μm~5.0μmである。
仮想線X:前記第1めっき部における前記母材鋼板と前記金属間化合物層との境界線を、前記第2方向に延長させた仮想線
仮想線Y:前記仮想線Xから前記母材鋼板に向かう前記仮想線Xの垂線及び前記母材鋼板との交点であって、仮想線Xにおける前記第1露出部と前記第1めっき部との境界点からの距離が0.1mmになる地点からの前記垂線及び前記母材鋼板の交点と、前記第1露出部及び前記第1めっき部の境界点と、を結ぶ仮想線
<26> 前記第1露出部が下記条件(C)を満足する、<25>に記載の鋼管。
(C)前記アルミニウムめっき層の表面を前記第2方向に延長させた仮想線から前記母材鋼板の表面までの前記鋼板の厚み方向の深さのうち、前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点よりも前記第3溶接金属部側における前記第1露出部の深さをD(μm)としたとき、前記Dが下記式(1-1)を満たす。
D≦(第1めっき部における母材鋼板の厚みmm×0.2)/2・・・・・(1-1)
<27> 前記第1露出部が下記条件(D)を満足する、<25>又は<26>に記載の鋼管。
(D)下記3点に基づいて測定される曲率半径R0が260μm以上である。
第1点:前記第1露出部と前記第1めっき部との境界点
第2点:前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点からの垂線と前記母材鋼板との交点
第3点:前記仮想線Yから前記母材鋼板に向かう垂直方向の距離が最大値となる最大距離点
<29> 第3母材鋼板の表面上に第3金属間化合物層が設けられた第3金属間化合物部と、前記第3母材鋼板が露出した第5露出部と、アルミニウム濃度が0.065質量%~1質量%である第3溶接金属部と、第4母材鋼板が露出した第6露出部と、前記第4母材鋼板の表面上に第4金属間化合物層が設けられた第4金属間化合物部とが、前記第3母材鋼板の両表面のそれぞれ、および前記第4母材鋼板の両表面のそれぞれに沿ってこの順で配置され、前記第3溶接金属部のアルミニウム濃度が、前記第3母材鋼板及び前記第4母材鋼板のそれぞれのアルミニウム濃度よりも高い中空状焼入れ成形品。
(A)下記仮想線Xと下記仮想線Yとのなす角度αが5.0°~25.0°である。
(B)下記仮想線Yから前記第3母材鋼板に向かう垂直方向の最大距離hが1.0μm~5.0μmである。
仮想線X:前記第3金属間化合物部における前記第3母材鋼板と前記第3金属間化合物層との境界線を、前記第2方向に延長させた仮想線
仮想線Y:前記仮想線Xから前記第3母材鋼板に向かう前記仮想線Xの垂線及び前記第3母材鋼板との交点であって、仮想線Xにおける前記第5露出部と前記第3金属間化合物部との境界点からの距離が0.1mmになる地点からの前記垂線及び前記第3母材鋼板の交点と、前記第5露出部及び前記第3金属間化合物部の境界点と、を結ぶ仮想線
<31> 前記第5露出部が下記条件(C)を満足する、<30>に記載の中空状焼入れ成形品。
(C)前記第3金属間化合物層の表面を前記第2方向に延長させた仮想線から前記第3母材鋼板の表面までの前記鋼板の厚み方向の深さのうち、前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点よりも前記第3溶接金属部側における前記第5露出部の深さをD(μm)としたとき、前記Dが下記式(1-3)を満たす。
D≦(第3金属間化合物部における第3母材鋼板の厚みmm×0.2)/2・・・・・・(1-3)
<32> 前記第5露出部が下記条件(D)を満足する、<30>又は<31>に記載の中空状焼入れ成形品。
(D)下記3点に基づいて測定される曲率半径R0が260μm以上である。
第1点:前記第5露出部と前記第3金属間化合物部との境界点
第2点:前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点からの垂線と前記第3母材鋼板との交点
第3点:前記仮想線Yから前記第3母材鋼板に向かう垂直方向の距離が最大値となる最大距離点
<34> 前記除去工程よりも前に、前記めっき鋼板を押圧して又は切断して前記めっき鋼板の一部を変形させて、前記めっき鋼板の前記母材鋼板の表面に低部領域を形成する低部形成工程を行い、前記めっき鋼板の厚み方向に垂直であり、平面視における前記めっき鋼板の中央部から前記めっき鋼板の一の端縁に向かう方向を、第1方向としたときに、前記低部領域は、前記第1方向、及び、前記鋼板の厚み方向にそれぞれ平行な断面から見たとき、前記第1露出部と前記第2めっき部との境界から、前記第1方向に延長した仮想線よりも前記めっき鋼板の厚み方向において前記母材鋼板の内部側に位置する領域であり、前記除去工程では、少なくとも前記仮想面よりも前記厚み方向における前記めっき鋼板の外側に存在する前記アルミニウムめっき層および前記金属間化合物層を除去して、前記低部領域上に前記第2めっき部を形成する<33>に記載の鋼板の製造方法。
<35> 前記アルミニウムめっき層の片面当たりの厚みをaμmとし、前記金属間化合物層の片面当たりの厚みをbμmとし、前記めっき鋼板の厚みをtμmとし、前記低部領域の最も深い低部深さをxμmとし、前記低部深さは、前記仮想線から前記低部領域における前記母材鋼板の表面までの距離を示し、前記除去工程において切削された領域の、前記めっき鋼板の厚み方向の深さをyμmとし、前記第1めっき部と前記第2めっき部との距離をNμmとしたときに、(5)式から(9)式を満たす<34>に記載の鋼板の製造方法。
9≦a+b<60 ・・(5)
2%≦(x/t)≦15% ・・(6)
a+b<y ・・(7)
(y/t)≦7% ・・(8)
N≧200 ・・(9)
<37> 前記低部形成工程では、前記めっき鋼板の両面に前記低部領域をそれぞれ形成する<34>から<36>のいずれか1項に記載の鋼板の製造方法。
<38> 前記めっき鋼板を切断する切断工程を行い、前記除去工程において、前記アルミニウムめっき層および前記金属間化合物層の一部を除去することにより、前記第1方向、及び、前記鋼板の厚み方向にそれぞれ平行な断面から見たとき、前記第1露出部と前記第2めっき部との境界から、前記第1方向に延長した仮想線上又は仮想線よりも厚み方向において前記母材鋼板の内部側から前記一方の表面に向かって外部側に位置する、前記母材鋼板の端部表面に、前記第2めっき部が設ける<33>に記載の鋼板の製造方法。
<39> 前記第2めっき部の表面から前記母材鋼板までの前記鋼板の厚み方向の長さをめっき厚とし、前記母材鋼板と前記第2めっき部における前記金属間化合物層との境界の位置を第1端とし、前記第1方向において、前記第1露出部から最も離れて前記第2めっき部が存在する位置を第2端とし、前記第1方向に沿った前記第1端と前記第2端との間の距離を前記第2めっき部の幅としたとき、前記除去工程において、前記第2端から前記第1方向と反対方向に向かって前記幅の20%の長さに離間した位置における前記めっき厚が、前記第1端から前記第1方向に向かって前記幅の10%の長さに離間した位置における前記めっき厚よりも厚くなるよう前記アルミニウムめっき層及び金属間化合物層を除去する<33>~<38>のいずれか1項に記載の鋼板の製造方法。
<41> 前記除去工程では、前記アルミニウムめっき層および前記金属間化合物層を機械的に除去する工程を行う<33>~<40>のいずれか1項に記載の鋼板の製造方法。
<42> 前記除去工程において、前記厚み方向と前記第1方向とそれぞれに平行な断面から見たとき、前記第1露出部が下記条件(A)及び下記条件(B)を満足するように、前記めっき鋼板の前記アルミニウムめっき層、前記金属間化合物層、前記母材鋼板の一部を除去する<33>~<41>のいずれか1項に記載の鋼板の製造方法。
(A)下記仮想線Xと下記仮想線Yとのなす角度αが5.0°~25.0°である。
(B)下記仮想線Yから母材鋼板に向かう垂直方向の最大距離hが1.0μm~5.0μmである。
仮想線X:前記第1めっき部における前記母材鋼板と前記金属間化合物層との境界線を、前記第1方向に延長させた仮想線
仮想線Y:前記仮想線Xから前記母材鋼板に向かう前記仮想線Xの垂線及び前記母材鋼板との交点であって、仮想線Xにおける前記第1露出部と前記第1めっき部との境界点からの距離が0.1mmになる地点からの前記垂線及び前記母材鋼板の交点と、前記第1露出部及び前記第1めっき部の境界点と、を結ぶ仮想線
(C)前記アルミニウムめっき層の表面を前記第1方向に延長させた仮想線から前記母材鋼板の表面までの前記鋼板の厚み方向の深さのうち、前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点よりも前記鋼板の前記端縁側における第1露出部の深さをD(μm)としたとき、前記Dが下記式(1-1)を満たす。
D≦(第1めっき部における母材鋼板の厚みmm×0.2)/2・・・・(1-1)
<44> 前記第1露出部が下記条件(D)を満足するように、前記除去工程において、前記めっき鋼板の前記アルミニウムめっき層、前記金属間化合物層、前記母材鋼板の一部を除去する<42>又は<43>に記載の鋼板の製造方法。
(D)下記3点に基づいて測定される曲率半径R0が260μm以上である。
第1点:前記第1露出部と前記第1めっき部との境界点
第2点:前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点からの垂線と前記母材鋼板との交点
第3点:前記仮想線Yから前記母材鋼板に向かう垂直方向の距離が最大値となる最大距離点
<47> <1>~<14>のいずれか1項に記載の鋼板を、周方向の2つの端部が互いに対向するとともに、前記2つの端部の少なくとも一方に、前記第2めっき部が配置されるようにオープン管状に形成し、前記鋼板の前記2つの端部を突合せ溶接して前記2つの端部を第2溶接金属部を介して接続し、突合せ溶接する際に溶融した前記第2めっき部を全て前記第2溶接金属部に取り込む鋼管の製造方法。
<48> <24>~<28>のいずれか1項に記載の鋼管を焼入れして中空状焼入れ成形品を製造する中空状焼入れ成形品の製造方法。
本開示の鋼板は、他の鋼板と突合せ溶接することでテーラードブランクを形成する鋼板を示し、以下において鋼板と称して説明する。
なお、本明細書中において、「~」を用いて表される数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
本明細書中において、成分(元素)の含有量について、例えば、C(炭素)の含有量の場合、「C量」と表記することがある。また、他の元素の含有量についても同様に表記することがある。
本明細書中において、「工程」の用語の意味は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成せられれば、本用語の意味に含まれる。
本開示において、鋼板(突合せ溶接用鋼板)の「断面」の用語は、鋼板の厚み(板厚)方向に切断した断面を意味する。具体的には、図1において、鋼板100の厚み方向をZとし、第1露出部22の長手方向(図1の表示面に直交する方向)をXとする。そして、方向Zおよび方向Xにそれぞれ直交する方向を、Yとする。このとき、断面は、YZ平面により切断した断面を意味する。
本開示において、「めっき厚」の用語は、第1めっき部又は第2めっき部の表面から母材鋼板までの鋼板の厚み方向の長さを意味する。
本開示において、「鋼板の端面」の用語は、鋼板の表面のうち、厚み方向に直交する方向に向けて露出している面を意味する。
本開示において、「鋼板の端縁」の用語は、鋼板の端面と隣接する部位を意味する。
本開示において、「鋼板の端部」の用語は、鋼板の周囲に位置している領域であって、鋼板の対向する幅(つまり、対向する鋼板の端縁から端縁までの長さ)に対して、鋼板の端面から20%以内までの範囲の領域を意味する。
本開示の鋼板は、端部における端面と、他の鋼板の端面とを突合せ溶接することでテーラードブランクを形成する。ここで、突合せ溶接される2つの鋼板の態様は、以下に示す複数の態様のいずれかの態様を採用し得る。
<鋼板>
本開示の鋼板は、母材鋼板と、金属間化合物層と、アルミニウムめっき層と、を有する。そして、本開示の鋼板は、母材鋼板の表面上に、母材鋼板側から順に金属間化合物層、アルミニウムめっき層が設けられた第1めっき部を有する。また、本開示の鋼板は、母材鋼板が露出した第1露出部を有する。また、本開示の鋼板は、母材鋼板の表面上に、母材鋼板側から順に金属間化合物層、アルミニウムめっき層が設けられた第2めっき部を有する。
なお、第1方向において、母材鋼板の他方の表面上に、第1めっき部、第1露出部、第2めっき部、鋼板の端縁が、この順で配置されてもよい。
なお、本開示の鋼板は、その端部の端面が他の鋼板の端面と突合せ溶接されることでテーラードブランクとして形成される。他の鋼板の形状は、特に限定されない。
また、図3は、本開示の鋼板の一方の表面上に、第1めっき部と、母材鋼板の第1露出部と、金属間化合物層とアルミニウムめっき層が設けられる第2めっき部とが設けられ、他方の表面上に第1めっき部と第1露出部が設けられる端部の一例を示す概略断面図である。すなわち、図3では、鋼板の一方の表面上に、第1めっき部、第1露出部、及び第2めっき部を有し、第2めっき部には金属間化合物層及びアルミニウムめっき層が設けられる態様が示される。又、図3に示す鋼板の他方の表面上の端部には、第1めっき部及び第1露出部が設けられるが、第2めっき部は設けらず、第1露出部が鋼板の端縁まで延設される。
また、100Aは鋼板100の端縁を示す。100Bは、第1めっき部26と第1露出部22の境界上にある第1めっき部26の端縁を示す。100Cは第2めっき部24と第1露出部22との境界上にある第2めっき部24の端縁を示す。
ここで、鋼板100の厚み方向に垂直であり、第1めっき部26から鋼板100の一の端縁100Aに向かう方向を、第1方向F1とする。本開示の鋼板100では、第1方向F1において、第1めっき部26、第1露出部22、第2めっき部24、鋼板100の端縁100Aが、第1めっき部26、第1露出部22、第2めっき部24、鋼板100の端縁100Aの順で、同一面上に配置される。
第2めっき部24は、鋼板100の端縁100Aを含む領域で形成されている。第1方向F1において、鋼板100の端縁100Aと第2めっき部24とは隣接する。第2めっき部24は、鋼板100の端縁100Aから、第2めっき部24と第1露出部22との境界の端縁100Cまで間の領域で形成されている。
なお、図1および図2に示す鋼板100では、鋼板100の端部の両面に上記の第2めっき部24、第1露出部22および第1めっき部26が形成されている。
母材鋼板12の表面には、アルミニウムめっき層14が設けられる。母材鋼板12は、熱間圧延工程、冷間圧延工程、めっき工程等を含む通常の方法により得られたものであればよく、特に限定されるものではない。母材鋼板は熱延鋼板または冷延鋼板のいずれでもよい。
また、母材鋼板12の厚みは目的に応じた厚みとすればよく、特に限定されるものではない。例えば、母材鋼板12の厚みは、アルミニウムめっき層14を設けた後のめっき鋼板(第1露出部22等が形成される前の鋼板)全体の厚みとして、0.8mm以上となるような厚みでもよく、さらに、1mm以上となるような厚みでもよい。また、母材鋼板12の厚みは、4mm以下となるような厚みでもよく、さらに3mm以下となるような厚みでもよい。
母材鋼板12は、質量%で、C:0.02%~0.58%、Mn:0.20%~3.00%、Al:0.005%~0.06%、P:0.03%以下、S:0.010%以下、N:0.010%以下、Ti:0%~0.20%、Nb:0%~0.20%、V:0%~1.0%、W:0%~1.0%、Cr:0%~1.0%、Mo:0%~1.0%、Cu:0%~1.0%、Ni:0%~1.0%、B:0%~0.0100%、Mg:0%~0.05%、Ca:0%~0.05%、REM:0%~0.05%、Sn:0%~0.5%、Bi:0%~0.05%、Si:0%~2.00%、並びに残部:Feおよび不純物からなる化学組成を有する。
なお、以下、成分(元素)の含有量を示す「%」は、「質量%」を意味する。
Cは、母材鋼板12の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後強度を主に決定する重要な元素である。さらに、Cは、A3点を下げ、焼入れ処理温度の低温化を促進する元素である。C量が0.02%未満では、その効果は十分ではない場合がある。したがって、C量は0.02%以上とするのがよい。一方、C量が0.58%を超えると、焼入れ部の靭性劣化が著しくなる。したがって、C量は0.58%以下とするのがよい。好ましくは、C量は0.45%以下である。
Mnは、母材鋼板12の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後強度を安定して確保するために、非常に効果のある元素である。Mn量が0.20%未満では、その効果は十分ではない場合がある。したがって、Mn量は0.20%以上とするのがよい。好ましくは、Mn量は0.80%以上である。一方、Mn量が3.00%を超えるとその効果は飽和するばかりか、却って焼入れ後に安定した強度の確保が困難となる場合がある。したがって、Mn量は3.00%以下とするのがよい。好ましくは、Mn量は2.40%以下である。
Alは、脱酸元素として機能し、母材鋼板12を健全化する作用を有する。Al量が0.005%未満では、上記作用による効果を得ることが困難である場合がある。したがって、Al量は0.005%以上とするのがよい。一方、Al量が0.06%超では、上記作用による効果は飽和して、コスト的に不利になる。したがって、Al量は0.06%以下とするのがよい。好ましくは、Al量は0.05%以下である。又、Al量は0.01%以上であることが好ましい。
Pは、不純物として含有される元素である。Pは過剰に含有すると、母材鋼板12の靱性が低下しやすくなる。したがって、P量は0.03%以下とするのがよい。好ましくは、P量は0.01%以下である。P量の下限は特に規定する必要はないが、コストの観点からは下限は0.0002%が好ましい。
Sは、不純物として含有される元素である。Sは、MnSを形成し、母材鋼板12を脆化させる作用を有する。したがって、S量は0.010%以下とするのがよい。より望ましいS量は0.004%以下である。S量の下限は特に規定する必要はないが、コストの観点からは下限は0.0002%とすることが好ましい。
Nは、母材鋼板12中にて不純物として含有される元素である。さらにNは、母材鋼板12中にて介在物を形成し、熱間プレス成形後の靱性を劣化させる元素である。したがって、N量は0.010%以下とするのがよい。好ましくは0.008%以下、さらに好ましくは、N量は0.005%以下である。N量の下限は特に規定する必要はないが、コストの観点からは下限は0.0002%とすることが好ましい。
Ti、Nb、V、およびWは、アルミニウムめっき層と母材鋼板12におけるFeおよびAlの相互拡散を促進する元素である。したがって、Ti、Nb、V、およびWのうちの少なくとも1種または2種以上を母材鋼板12に含有させてもよい。しかし、1)Ti量およびNb量が0.20%を超える、又は、2)V量およびW量が1.0%を超えると、上記作用による効果は飽和し、コスト的に不利となる。したがって、Ti量およびNb量は0.20%以下とすることがよく、V量およびW量は1.0%以下とすることがよい。Ti量およびNb量は0.15%以下が好ましく、V量およびW量は0.5%以下が好ましい。上記作用による効果をより確実に得るには、Ti量およびNb量の下限値を0.01%、V量およびW量の下限値を0.1%とすることが好ましい。
Cr、Mo、Cu、Ni、およびBは、母材鋼板12の焼入れ性を高め、かつ焼入れ後強度を安定して確保するために、効果のある元素である。したがって、これらの元素のうちの1種または2種以上を、母材鋼板12に含有させてもよい。しかし、Cr、Mo、Cu、およびNiの含有量については1.0%超、B量については0.0100%超としても、上記効果は飽和して、コスト的に不利となる。したがって、Cr、Mo、Cu、およびNiの含有量は1.0%以下とすることがよい。また、B量は0.0100%以下とすることがよく、0.0080%以下とすることが好ましい。上記効果をより確実に得るには、Cr、Mo、Cu、およびNiの含有量が0.1%以上、並びにBの含有量が0.0010%以上のいずれかを満足させることが好ましい。
Ca、Mg、およびREMは、鋼中の介在物の形態を微細化し、介在物による熱間プレス成形時の割れの発生を防止する作用を有する。したがって、これらの元素の1種または2種以上を、母材鋼板12に含有させてもよい。しかし、過剰に添加すると、母材鋼板12中の介在物の形態を微細化する効果は飽和し、コスト増を招くだけとなる。したがって、Ca量は0.05%以下、Mg量は0.05%以下、REM量は0.05%以下とする。上記作用による効果をより確実に得るには、Ca量を0.0005%以上、Mg量を0.0005%以上、およびREM量を0.0005%以上のいずれかを満足させることが好ましい。
Snは、第1露出部22の耐食性を向上する元素である。したがって、母材鋼板12にSnを含有させてもよい。しかし、0.5%を超えて母材鋼板12にSnを含有させると母材鋼板12の脆化を招く。したがって、Sn量は0.5%以下とする。好ましくは、Sn量は0.3%以下である。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Sn量を0.02%以上とすることが好ましい。さらに好ましくはSn量は0.04%以上である。
Biは、溶鋼の凝固過程において凝固核となり、デンドライトの2次アーム間隔を小さくすることにより、デンドライトの2次アーム間隔内に偏析するMn等の偏析を抑制する作用を有する元素である。したがって、母材鋼板12にBiを含有させてもよい。特に熱間プレス用鋼板のように多量のMnを含有させることがよく行われる鋼板については、Mnの偏析に起因する靭性の劣化を抑制するのにBiは効果がある。したがって、そのような鋼種にはBiを含有させることが好ましい。
しかし、0.05%を超えて母材鋼板12にBiを含有させても、上記作用による効果は飽和してしまい、コストの増加を招く。したがって、Bi量は0.05%以下とする。好ましくは、Bi量は0.02%以下である。なお、上記作用による効果をより確実に得るには、Bi量を0.0002%以上とすることが好ましい。さらに好ましくはBi量は0.0005%以上である。
Siは、固溶強化元素であり、2.00%まで含有させたときには有効に活用できる。しかし、Siは2.00%を超えて母材鋼板12に含有させると、めっき性に不具合が生じることが懸念される。したがって、母材鋼板12がSiを含有する場合、Si量は2.00%以下とするのがよい。好ましい上限は1.40%以下、さらに好ましくは1.00%以下である。下限は特に限定されないが、上記作用による効果をより確実に得るには、下限は0.01%が好ましい。
残部は、Feおよび不純物である。ここで、不純物とは、鉱石やスクラップ等の原材料に含まれる成分、または、製造の過程で鋼板に混入する成分が例示される。不純物とは、意図的に鋼板に含有させたものではない成分を意味する。
アルミニウムめっき層14は、母材鋼板12の両面に形成される。アルミニウムめっき層14を形成する方法は、特に限定されるものではない。例えば、アルミニウムめっき層14は、溶融めっき法(アルミニウムを主体として含む溶融金属浴中に母材鋼板12を浸漬させ、アルミニウムめっき層を形成させる方法)により、母材鋼板12の両面に形成してもよい。
上記範囲でアルミニウムめっき層14にSiを含有させると、加工性および耐食性の低下が抑制され得る。また、金属間化合物層の厚みを低減し得る。
なお、アルミニウムめっき層14の厚みは、鋼板100の第1めっき部26における平均厚みを表す。
溶融めっき時の加熱により、アルミニウムめっき層14は、母材鋼板12中の鉄(Fe)と合金化し得る。
金属間化合物層16は、母材鋼板12上にアルミニウムめっきを設ける際に、母材鋼板12とアルミニウムめっき層14との間の境界に形成される層である。具体的には、金属間化合物層16は、アルミニウムを主体として含む溶融金属浴中での母材鋼板12の鉄(Fe)とアルミニウム(Al)を含む金属との反応によって形成される。金属間化合物層16は、主にFexAly(x、yは1以上を表す)で表される化合物の複数種で形成されている。アルミニウムめっき層がSi(シリコン)を含む場合は、金属間化合物層16はFexAlyおよびFexAlySiz(x、y、zは1以上を表す)で表される化合物の複数種で形成されている。
なお、金属間化合物層16の厚みは、アルミニウムを主体として含む溶融金属浴の温度と浸漬時間によって制御し得る。
研磨した鋼板100の断面を、電子線マイクロアナライザ(Electron Probe MicroAnalyser:FE-EPMA)により、鋼板100の表面から母材鋼板12までを線分析し、アルミニウム濃度および鉄濃度を測定する。アルミニウム濃度および鉄濃度は、3回測定した平均値であることが好ましい。
測定条件は、加速電圧15kV、ビーム径100nm程度、1点あたりの照射時間1000ms、測定ピッチ60nmである。測定距離は、めっき層の厚みが測定できるようにすればよく、例えば測定距離は、鋼板100の表面から母材鋼板12までを厚み方向に30μm~80μm程度とする。母材鋼板12の厚みは、光学顕微鏡でスケールを用いて測定するほうが好ましい。
鋼板100(めっき鋼板)の断面のアルミニウム濃度の測定値として、アルミニウム(Al)濃度が0.06質量%未満である領域を母材鋼板12、アルミニウム濃度が0.06質量%以上である領域を金属間化合物層16またはアルミニウムめっき層14と判断する。また、金属間化合物層16およびアルミニウムめっき層14のうち、鉄(Fe)濃度が4質量%超である領域を金属間化合物層16、鉄濃度が4質量%以下である領域をアルミニウムめっき層14と判断する。
なお、母材鋼板12と金属間化合物層16との境界から、金属間化合物層16とアルミニウムめっき層14との境界までの距離を金属間化合物層16の厚みとする。また、金属間化合物層16とアルミニウムめっき層14との境界からアルミニウムめっき層14の表面までの距離をアルミニウムめっき層14の厚みとする。
例えば、第1めっき部26の厚みを測定する場合、第1露出部22の長手方向(例えば図1におけるX方向とする、以下第3方向と称する)について、第1めっき部26の第3方向の全長(以下の全長の規定も同様とする)を5等分した5箇所の位置のアルミニウムめっき層14の厚みを求め、求めた値を平均した値をアルミニウムめっき層14の厚みとする。ここで、第1方向における厚みの測定位置は、5箇所の断面視のそれぞれにおいて第1めっき部26の幅の1/2の位置で行う(以下、厚みの測定は同様に行う)。なお、第1めっき部26の幅とは、第1方向F1における第1めっき部26の端縁間の距離を示し、以下、単に第1めっき部26の幅とも言う。厚み測定の際のアルミニウムめっき層14、金属間化合物層16、母材鋼板12の区別については、前述の判断基準にしたがって判断する。なお、第1露出部22が曲線上に延設される場合、曲線に沿った全長を5等分した箇所で厚みを求めてもよい。
同様に、金属間化合物層16の厚みを測定する場合、第3方向について、金属間化合物層16の全長(以下の全長の規定も同様とする)を5等分した5箇所の位置で金属間化合物層16の厚みを求め、求めた値を平均した値を金属間化合物層16の厚みとする。第1めっき部26の金属間化合物層16の厚みを測定する場合、アルミニウムめっき層14の厚みを測定するときと同様に、第1めっき部26の幅の1/2の位置で行う。又、厚み測定の際のアルミニウムめっき層14、金属間化合物層16、母材鋼板12の区別については、前述の判断基準にしたがって判断する。
図35に示すように、鋼板100は、溶接を予定している端部の両面に第1露出部22を有する。第1露出部22は、鋼板100の端縁100Aに沿って配置される。第2めっき部24が設けられる面では、第1露出部22は、溶接を予定している端部において、第1めっき部26と第2めっき部24との間に設けられる。第2めっき部24が設けられない面では、第1露出部22は、溶接を予定している端部において、第1めっき部26と鋼板100の端縁100Aとの間に設けられる。
ここで、図3を参照すると、第2めっき部24が形成される場合、第1露出部22は、第2めっき部24と第1露出部22との境界の端縁100Cから第1めっき部26の端縁100Bまでの範囲に形成されている。また、第2めっき部24が形成されない場合、第1露出部22は、鋼板100の端縁100Aから第1めっき部26の端縁100Bまでの範囲に形成されている。
なお、鋼板100の端部における第1露出部22での母材鋼板12の厚み、および第1めっき部26での母材鋼板12の厚みは、平均の厚みである。また、板厚比は平均値である。図2を参照すると、
板厚比=(第1露出部での母材鋼板の厚み:tb)/(めっき鋼板の端部以外での母材鋼板の厚み:ta)・・(11)
角度αが25.0°を超えると、第1めっき部26の端面を緩やかな傾斜とすることが困難となる。そして、応力集中が緩和できず、疲労強度が低下する。一方、角度αが5.0°よりも小さいと、溶接部の周囲に塗装を施した場合に、塗装塗膜の厚みのばらつきが発生し、溶接金属部の塗装後耐食性が低下する場合がある。継手の疲労強度及び溶接部の塗装後耐食性が共に優れる観点で、角度αの好ましい上限は15.0°である。また、角度αの好ましい下限は9.0°であってもよい。
なお、熱間プレス成形品や中空状焼入れ成形品のように金属間化合物層からなる金属間化合物部の場合は、第1めっき部26を金属間化合物部(金属間化合物層)に置き換えて、同様の評価を行う。
(C)アルミニウムめっき層14の表面を第1露出部22の方向に延長させた仮想線から母材鋼板12の表面までの垂直方向の深さのうち、仮想線Xにおける0.1mmになる地点よりも鋼板100の端縁側における第1露出部22の深さをD(μm)としたとき、第1露出部22の深さDが下記式(1-1)を満たす。本開示の鋼板100では、両面に設けられたいずれの第1露出部22も下記式(1-1)を満たしていることが好ましい。なお、下記式(1-1)中の母材鋼板12の厚みは、μmに換算した値を代入する。
D≦(第1めっき部26における母材鋼板12の厚みmm×0.2)/2・・・(1-1)
なお、熱間プレス成形品の場合は、下記式(1-2)を用い、中空状焼入れ成形品の場合は、下記式(1-3)を用いる。
D≦(第1金属間化合物部における第1母材鋼板の厚みmm×0.2)/2・・・(1-2)
D≦(第3金属間化合物部における第3母材鋼板の厚みmm×0.2)/2・・・(1-3)
次に、第1露出部22と第1めっき部26との境界点から0.1mmよりも鋼板100の端縁側において、第1露出部22での母材鋼板12の厚み(厚みB)を求める。
厚みBは、この第1露出部22の終点までの範囲を測定した最小値とする。ただし、この範囲の全幅に対して、鋼板100の端縁から鋼板100の中央部に向かって10%の範囲は、測定から除外する。この除外した領域のうち、5等分した5箇所における中央位置を測定し、その最小値を厚みBとする。
そして、第1露出部22の深さDは、上記で求めた厚みAから厚みBを差し引くことで求められる(第1露出部22の深さD=厚みA-厚みB)。
なお、テーラードブランク、及び熱間プレス成形品の場合も同様にして測定すればよい。
(D)下記3点に基づいて測定される曲率半径R0が260μm以上である。
第1点:第1露出部22と第1めっき部26との境界点
第2点:仮想線Xの前記0.1mmになる地点からの垂線と母材鋼板12との交点
第3点:仮想線Yから母材鋼板12に向かう垂直方向の距離が最大値となる最大距離点
具体的には、第1露出部22での母材鋼板12の厚み、および第1めっき部26での母材鋼板12の厚みは、それぞれ第1露出部22の長手方向に沿う、第2めっき部24のX方向の全長を5等分した5箇所の位置で求めた値の平均値とする。
第2めっき部24は、第1露出部22と同様に、鋼板100の溶接を予定している端部であって、第1露出部22が設けられた端部に形成される。そして、第2めっき部24は、鋼板100の周囲に位置する端部の少なくとも片面において、第1露出部22よりも、鋼板100の端縁側であって、鋼板100の端縁100Aを含む領域に設けられることが好ましい。つまり、第2めっき部24は、溶接を予定している端部において、鋼板100の端縁100Aに沿って設けられることが好ましい。
例えば、第2めっき部24の幅は、突合せ溶接後のテーラードブランクにおける溶接金属部の幅に応じて設定されることが好ましい。溶接金属部の幅は、例えば0.4mm~6mmである。溶接金属部の幅が0.4mmの場合は、第2めっき部24の幅は、0.04mm以上、0.2mm未満であることが好ましく、第2めっき部24の幅と第1露出部22の幅との合計は、0.5mm以上であることが好ましい。溶接金属部の幅が1mmである場合は、第2めっき部24の幅は、0.3mm以下であることが好ましく、第2めっき部24の幅と第1露出部22の幅との合計は、0.8mm以上であることが好ましい。溶接金属部の幅が2mmである場合は、第2めっき部24の幅は、0.8mm以下であることが好ましく、第2めっき部24の幅と第1露出部22の幅との合計は、1.3mm以上であることが好ましい。溶接金属部の幅が6mmである場合は、第2めっき部24の幅は、0.9mm以下であることが好ましく、第2めっき部24の幅と第1露出部22の幅との合計は、3.3mm以上であることが好ましい。溶接方法に応じて溶接金属部の幅が変化する。このため、例えば、突合せ溶接がレーザ溶接である場合、第2めっき部24の幅は、好ましくは0.05mm以上であり、第2めっき部24の幅は、好ましくは0.40mm以下である。プラズマ溶接に用いる場合、第2めっき部24の幅は、好ましくは0.10mm以上であり、第2めっき部24の幅は、好ましくは0.60mm以下である。
第1露出部22の幅および第2めっき部24の幅の測定方法は、以下のとおりである。
鋼板100の端部に形成された第1露出部22および第2めっき部24の全幅が観察可能な断面(例えば、鋼板100の平面視で第1方向F1に沿う断面)を含む測定用試料を5箇所採取する。測定用試料は、鋼板100の端縁100Aに沿う方向に形成された第1露出部22の長さを5等分した5箇所の位置から採取する。次に、鋼板100の断面が露出するように切断を行う。その後、切断した測定用試料を樹脂に埋め込み、研磨を行い、断面を顕微鏡で拡大する。そして、1試料につき、第2めっき部24から第1めっき部26までの距離である第1露出部22の幅を測定する。また、各試料につき第2めっき部24における両端縁間の距離を測定する。
第1めっき部26は、鋼板100の端部以外の領域と同様の構造であってよい。例えば、第1めっき部26における母材鋼板12の厚み、金属間化合物層16の厚み、アルミニウムめっき層14の厚みは、鋼板100の端部以外におけるそれぞれの厚みと同様であってもよい。ただし、第1めっき部26におけるアルミニウムめっき層14の厚みの少なくとも一部は、鋼板100の端部におけるアルミニウムめっき層14の厚みよりも大きい場合があってもよい。また、図40に示すように、第1めっき部26の端面は緩やかに傾斜していてもよい。
アルミニウムめっき層が形成された領域から溶接予定部にわたって連続的に金属間化合物層を残存させた突合せ溶接用鋼板の場合、溶接金属部とアルミニウムめっき層を形成した領域の間に硬質で脆い金属間化合物層が残存する。この場合、溶接金属部と溶接熱影響部との境界(応力集中部)に残存した金属間化合物層の影響を受ける。その結果、特許文献1に開示される突合せ溶接用鋼板からテーラードブランクを形成し、このテーラードブランクを用いた熱間プレス成形品は、繰り返しの荷重を受けると、継手の疲労強度が低下する。さらに、このテーラードブランクでは、溶接金属部のうちアルミニウムめっき層が形成された領域の端縁の近傍の部分に金属間化合物層から溶出したアルミニウムが含まれるため、この部分の溶接金属部が軟化して溶接金属部の疲労強度が低下する。
したがって、溶接予定部のアルミニウムめっき層のみを取り除き、金属間化合物層が残存した突合せ溶接用鋼板は、疲労特性が重視される部位への適用は不十分であった。
特許文献4では、金属層にレーザー光線を照射し、金属層の1つ以上の層から材料を取り除くことで、アブレーショントレンチを形成する。このアブレーショントレンチを形成後、母材鋼板12の端部領域が取り除かれて溶接ノッチが形成される。特許文献4で開示される溶接用鋼板の場合、溶接ノッチの金属層を全部除去して母材鋼板12が露出している態様、溶接ノッチに薄い金属層が一様に残留している態様、溶接ノッチの端面側では母材鋼板が露出し、溶接ノッチの板幅中央側では、金属層が残留している態様がある。
したがって、溶接ノッチの金属層を全部除去して母材鋼板12が露出している態様では、端部の金属層(アルミニウムめっき層及び金属間化合物層)がないことから、溶接金属部中にアルミニウムが適量含有されず、溶接金属部の塗装後耐食性が低くなる。また、溶接ノッチに薄い金属層が一様に残留している態様、又は、溶接ノッチの端面側では母材鋼板が露出し、溶接ノッチの鋼板中央側では、金属層が残留している態様では、鋼板中央側の金属層(例えばめっき層)と溶接金属との間における母材上に金属層が残る。この場合、溶接用鋼板を突合せ溶接したテーラードブランクを用いて熱間プレス成形すると、めっき層と溶接金属との間の金属層が金属間化合物層となり、疲労強度低下の一因となる。そのため、特許文献4で開示される突合せ溶接用の鋼板は、疲労特性及び塗装後耐食性が重視される部位への適用は困難であった。
本開示の鋼板100では、これらを克服するために、鋼板100の端縁側のみに第2めっき部24を残し、第2めっき部24に隣接する領域に第1露出部22を配置することで、疲労特性及び塗装後耐食性を両立している。特許文献4では、溶接金属部にAl等の金属が混入しないように、溶接ノッチの端面側の金属層が、鋼板中央側の金属層よりも多く除去される態様が開示されているが、本開示の鋼板100のように、溶接ノッチの端面側に、第2めっき部24を形成し、隣接する領域に第1露出部22を形成することは開示されていない。
すなわち、本開示の鋼板100は、母材鋼板12が露出している第1露出部22では、硬質で脆い金属間化合物層16を有していない。また、本開示の鋼板100は、金属間化合物層16とアルミニウムめっき層14が残存している第2めっき部24が鋼板100の端縁100Aを含む領域で存在している。
(1)溶接金属部と溶接熱影響部との境界に、硬質で脆い金属間化合物層16を有していない。
(2)溶接金属部(あるいは溶接熱影響部)とめっき層の端縁との間に金属間化合物層16およびアルミニウムめっき層14に起因するアルミニウムが含まれない。
(3)第2めっき部24は、突合せ溶接した後の溶接金属部中に取り込まれる(つまり、第2めっき部24のアルミニウムが溶接金属部中に、適度な量で混入される。)。
上述の(1)及び(2)により、このテーラードブランクを熱間プレス成形品とした場合であっても、接合継手の疲労強度の低下が抑制される。具体的には、(1)により、溶接金属部と溶接熱影響部との境界に、破壊の起点となりやすい硬質で脆い金属間化合物層がないため、接合継手の疲労強度の低下が抑制される。又、(2)により、溶接熱影響部とめっき層との境界に金属間化合物層16およびアルミニウムめっき層14に起因するアルミニウムが混入しないため、この部分の溶接金属部が軟化して溶接金属部の疲労強度が低下するのを抑えることができる。また上述の(3)により、溶接金属部の表面でスケールの発生が抑制されることで、化成処理性が向上し、塗料の付着性が向上する。このため、熱間プレス成形品に塗装した後であっても、溶接接手の塗装後耐食性が向上する。
なお、第2めっき部24は、少なくとも溶接を予定している範囲の第3方向(X方向)の全長にわたって形成されることが好ましい。例えば、図35では、溶接を予定している端縁100Aに沿って、第2めっき部24が形成されている。
ここで、第2端Z2から第1方向F1と反対方向に向かって第2めっき部24の幅cの20%の長さに離間した位置におけるめっき厚をf11とし、第1端Z1から第1方向F1に向かって第2めっき部24の幅cの10%の長さに離間した位置におけるめっき厚をめっき厚f2としたとき、めっき厚f11がめっき厚f2よりも厚いことが好ましい。この場合、溶接予定位置となる鋼板100の端縁側でのAl量が多くなるため、溶接金属中にアルミニウムを効率よく拡散させることができる。
また、第2端Z2から第1方向F1と反対方向に向かって第2めっき部24の幅cの10%の長さに離間した位置におけるめっき厚をf1とし、第1端Z1から第1方向F1に向かって第2めっき部24の幅cの10%の長さに離間した位置におけるめっき厚をめっき厚f2としたとき、めっき厚f1がめっき厚f2よりも厚いことが好ましい。この場合、溶接予定位置となる鋼板100の端縁側でのAl量が多くなるため、溶接金属中にアルミニウムを効率よく拡散させることができる。特に、ダレが形成される際、工具によってアルミニウムめっきが引き込まれ、鋼板の端面側に移動する。これにより、溶接が予定される端面が、多くのアルミニウムめっきによって覆われることになる。この端面上のアルミニウムめっきは、溶接時、溶接金属の中央付近に位置するため、更に効率よくAlを溶接金属内に拡散させることができる。そのため、溶接金属の耐食性を向上させる事ができる。また、第2めっき部24と第1露出部22の境界付近のAl量が少なくなるため、溶接金属部と第1露出部22との境界においてアルミニウムが濃化することを抑制することができる。そのため、テーラードブランクとしたときの溶接接手の疲労特性も向上することができる。
第1方向F1において、第1端Z1と第2端Z2との間の中央位置におけるめっき厚fMが、第1端Z1から第1方向F1に向かって第2めっき部24の幅cの10%の長さに離間した位置におけるめっき厚であるめっき厚f2よりも厚くなるため、好ましい。
めっき厚fMがめっき厚f2よりも厚い場合、母材鋼板12の端縁側でのAl量が多くなるため、溶接金属中にアルミニウムを効率よく拡散させることができる。そのため、溶接金属の耐食性を向上させる事ができる。また、第2めっき部24と第1露出部22の境界付近のAl量が少なくなるため、溶接金属部と第1露出部22との境界においてアルミニウムが濃化することを抑制することができる。そのため、溶接金属部の疲労特性も向上することができる。
ここで、図5の第2端Z2から第1方向F1と反対方向に向かって第2めっき部24の幅cの20%の長さに離間した位置におけるめっき厚をf11とし、第1端Z1から第1方向F1に向かって第2めっき部24の幅cの10%の長さに離間した位置におけるめっき厚をめっき厚f2としたとき、めっき厚f11がめっき厚f2よりも厚いことが好ましい。めっき厚f11がめっき厚f2よりも厚い場合、鋼板100の端縁100A側でのAl量が多くなるため、溶接金属中にアルミニウムを効率よく拡散させることができる。そのため、溶接金属の耐食性を向上させる事ができる。また、第2めっき部24と第1露出部22の境界付近のAl量が少なくなるため、溶接金属部と第1露出部22との境界においてアルミニウムが濃化することを抑制することができる。
同様に、図5の第1方向F1において、第1端Z1と第2端Z2との間の中央位置のめっき厚fMは、第1端Z1から第1方向に向かって第2めっき部24の幅cの10%の長さに離間した位置におけるめっき厚f2よりも厚くなることが、好ましい。
めっき厚fMがめっき厚f2よりも厚い場合、鋼板100の端縁100A側でのAl量が多くなるため、溶接金属中にアルミニウムを効率よく拡散させることができる。そのため、溶接金属の耐食性を向上させる事ができる。また、第2めっき部24と第1露出部22の境界付近のAl量が少なくなるため、溶接金属部と第1露出部22との境界においてアルミニウムが濃化することを抑制することができる。そのため、テーラードブランクとしたときの溶接接手の疲労特性も向上することができる。
図6を参照すると、鋼板100の端縁100Aから第1露出部22と第2めっき部24との境界の端縁100Cまでの間の領域では、ダレが発生している。ダレが発生している部分に、母材鋼板12上に、アルミニウムめっき層14と金属間化合物層16が残存している第2めっき部24が形成されている。図6のように、ダレが発生している場合、端縁100C周辺の第2めっき部24は、金属間化合物層16のみから構成される。一方、第1めっき部26の端縁100Bから第1露出部22と第2めっき部24との境界の端縁100Cまでの間の領域では、母材鋼板12が露出している第1露出部22が形成されている。
図36(c)に示すようにめっき鋼板(打ち抜き部材)111の周囲に位置する端部の少なくとも一部において、母材鋼板12の両面上に形成された金属間化合物層16およびアルミニウムめっき層14を切削または研削により除去する。これにより、母材鋼板12が露出する第1露出部22と、めっき鋼板111の周囲に位置する端部の少なくとも片面に、第1露出部22よりもめっき鋼板111の端縁側に、金属間化合物層16とアルミニウムめっき層14が残存する第2めっき部24とを形成する工程を有していてもよい(形成法Aとする)。
ここで、ダレを利用して第2めっき部24を形成する場合、めっき鋼板111をシャー等を利用して切断することが好ましい。この場合、めっき鋼板111表面を、めっき鋼板111の表面に沿って、端面側に切削又は研削することで、ダレ上のアルミニウムめっき層14及び金属間化合物層16のみを残し、第1露出部22と第2めっき部を形成することができる。この場合、切削又は研削した領域よりも下(母材鋼板12内側)に位置するアルミニウムめっき層14及び金属間化合物層16が、第2めっき部24として形成される。
一方、めっき鋼板111の切断にレーザ光を用いた場合、ダレの形成なく鋼板の切断が可能となる。この場合、図1から図3に示すような鋼板100を形成することができる。特に、図3に示す鋼板100については、第1露出部22における母材鋼板12の表面よりも上(母材鋼板外側)に位置するアルミニウムめっき層14及び金属間化合物層16が、第2めっき部24として形成される。
なお、レーザガウジング等のレーザ加工によって第1露出部22を形成する場合、熱が加えられることで、第1露出部22が形成される部分の母材鋼板12には、大気中の水蒸気に起因して水素が混入することがある。また、レーザ加工後に、第1露出部22が形成された部分の母材鋼板12は急冷されるため、この部分の母材鋼板12の金属組織にはマルテンサイトが生じる。これにより溶接前に鋼板100の端面で遅れ破壊が生じる場合がある。
鋼板100の周囲に位置する端部の両面に第1露出部22、および鋼板100の周囲に位置する端部の少なくとも片面に第2めっき部24を形成する他の好ましい方法の一例としては、例えば、次の方法が挙げられる。
上記の形成法Bのように形成した第2めっき部24を切断する前での2つの母材鋼板12の第1露出部22の幅は、それぞれ、鋼板100を突合せ溶接した後の溶融領域(溶接金属部)の幅の半分より1.1倍以上大きいことがよい。
また、テーラードブランクを形成する前の鋼板100における第2めっき部24の幅は、鋼板100を突合せ溶接した後の溶融領域(溶接金属部)に包含される幅となるように形成する。
図20に示すように本開示のテーラードブランク300は、第1溶接金属部と、第1溶接金属部を介して接続された少なくとも2つの鋼板部と、を備える。少なくとも2つの鋼板部のそれぞれは、本開示の鋼板(突合せ溶接用鋼板)を突合せ溶接した結果、当該鋼板に対応する部分を示す。詳細には、少なくとも2つの鋼板部(鋼板110及び鋼板120)のそれぞれは、母材鋼板12の表面上に、母材鋼板12側から順に金属間化合物層16、アルミニウムめっき層14が設けられた第1めっき部26と、母材鋼板12が露出する第1露出部22と、を備える。ここで、各鋼板部において、各鋼板部の厚み方向に垂直であり、第1めっき部26から第1溶接金属部に向かう方向を、第2方向F3(図20参照)とする。本開示のテーラードブランク300では、第2方向F3において、母材鋼板12の両表面上に、第1めっき部26、第1露出部22、第1溶接金属部が、第1めっき部26、第1露出部22、第1溶接金属部の順で同一面上に配置される。
例えば、テーラードブランク300は、第1露出部22と、第1露出部22よりも鋼板100の端縁側であって、鋼板100の端縁を含む領域に存在する第2めっき部24とを有する本開示の鋼板100の端部の端面と、他の鋼板の溶接予定部の端部の端面とを突合せた状態で溶接した溶接部材でもよい。また、テーラードブランク300は、例えば、本開示の2枚の鋼板100における第1露出部22および第2めっき部24を有する端部の端面同士を突合せた状態で溶接してもよく、本開示の3枚の鋼板100における第1露出部22および第2めっき部24を有する端部の端面同士を突合せた状態で溶接してもよい。
さらに、本開示の4枚以上の鋼板100における第1露出部22および第2めっき部24を有する端部の端面同士を突合せた状態で溶接してもよい。
例えば、第2めっき部24の態様は、1)鋼板100の端部の両面に形成されている態様、2)片面にのみ形成されている態様の2種類がある。
また、これら第2めっき部24の態様を有する鋼板100は、第2めっき部24の幅(前記第1方向F1における第2めっき部24の幅。鋼板の端縁からの距離)が同じ鋼板100を用いてもよく、第2めっき部24の幅が異なる鋼板100を用いてもよい。
さらに、テーラードブランクを得るための2枚以上の鋼板100は、例えば、上記第2めっき部24の態様を有する鋼板100と、溶接予定部に第2めっき部24を有さず第1露出部22のみ形成された端部を有する鋼板との組み合わせでもよい。
また、必要に応じて、フィラーワイヤを供給しながら、溶接を行ってもよい。フィラーワイヤのアルミニウム濃度は、母材鋼板12のアルミニウム濃度と同程度以下であることが好ましい。なお、ここでアルミニウム濃度と同程度以下とは、母材鋼板12のアルミニウム濃度を100とした時に、フィラーワイヤのアルミニウム濃度が0.5~100の範囲内であることをいう。
レーザ溶接線に直交する方向で鋼板を切断し、樹脂に埋め込む。埋め込んだ鋼板の研磨を行い、電子線マイクロアナライザ(FE-EPMA)により、鋼板100の表面から母材鋼板12までをマッピング分析し、アルミニウム濃度を測定する。測定条件は、加速電圧15kV、ビーム径100nm程度、照射時間1000msとした。測定ピッチは、格子状に5μmピッチとした。溶接金属部のアルミニウム濃度の測定値を平均化して、平均濃度を求める。
本開示の熱間プレス成形品は、本開示のテーラードブランク300に対して熱間プレスして生成される。
図44に示すように本開示の熱間プレス成形品500では、第1金属間化合物部226と、第3露出部222と、第2溶接金属部250と、第4露出部522と、第2金属間化合物部526とが、第1母材鋼板212の表面および第2母材鋼板512の表面に沿って、第1金属間化合物部226、第3露出部222、第2溶接金属部250、第4露出部522、第2金属間化合物部526の順で配置されている。
第1金属間化合物部226では、第1母材鋼板の表面上に第1金属間化合物層が設けられている。第3露出部222では、第1母材鋼板212が露出している。第2金属間化合物部526では、第2母材鋼板の表面上に第2金属間化合物層が設けられている。第4露出部522では、第2母材鋼板512が露出している。ここで、第1金属間化合物部226から第2溶接金属部250に向かう方向を第2方向F3とする(図44)。
第1母材鋼板212及び第2母材鋼板512は、熱間プレス成形される前のテーラードブランク300における母材鋼板12に対応する鋼板である。第1金属間化合物部226及び第2金属間化合物部526は、熱間プレス成形される前のテーラードブランクにおける第1めっき部26に対応する部分である。
第2溶接金属部250に含有されるアルミニウム濃度は、0.065質量%~1質量%であることがよい。また、第2溶接金属部250に含有されるアルミニウム濃度は、第1母材鋼板及び第2母材鋼板の母材鋼板のアルミニウム濃度よりも高い。第1母材鋼板と第2母材鋼板のアルミニウム濃度が異なる場合は、アルミニウム濃度が高い方の母材鋼板のアルミニウム濃度よりも第2溶接金属部250に含有されるアルミニウム濃度が高い。そのため、本開示の熱間プレス成形品は、塗装後の耐食性に優れる。
まず、テーラードブランクをAc3点以上の高温に加熱してテーラードブランクを軟化させる。そして、金型を用いて、軟化したテーラードブランクを熱間プレス成形により成形および冷却して焼き入れし、目的とする形状の熱間プレス成形品が得られる。熱間プレス成形品は、加熱、および冷却により焼入れされることで、例えば、400~2700MPa程度の引張強度を有する。
この場合、図37(C)に示すように、打ち抜き部材111の端部以外の部分に、例えば一方向に延びるように、2つの第1露出部領域22Aと2つの第1露出部領域22Aに挟まれた第2めっき部領域24Aを形成してもよい。その後、打ち抜き部材111の第2めっき部領域24Aを切断し、図37(D)に示すように、各打ち抜き部材111の端部に、第1露出部22と、第1露出部22より打ち抜き部材111の端縁側であって、打ち抜き部材111の端縁を含む領域に、第2めっき部24とを形成してもよい。以上の工程により、2枚の鋼板100が製造される。
次に、鋼板100に形成された第1露出部22および第2めっき部24を有する端部を突合せた状態で、鋼板の突合せ溶接を行い、テーラードブランクを得る。例えば、第1露出部22および第2めっき部24を有する端部同士を突合せた状態で、鋼板の突合せ溶接をしてもよく、第1露出部22および第2めっき部24を有する端部と、第1露出部22のみ有する端部とを突合せた状態で、鋼板の突合せ溶接をしてもよい。
次に、上型および下型の一対の金型により、加熱されたテーラードブランクをプレスし、成形および焼入れする。
そして、テーラードブランクを金型から取り外すことで、目的とする熱間プレス成形品が得られる。
本開示の鋼管は、第3溶接金属部と、周方向の2つの端部が互いに対向するオープン管状に形成され、2つの端部同士が第3溶接金属部を介して接続された第3鋼板(第3突合せ溶接用鋼板)と、を備える。本開示の鋼管では、第3鋼板の2つの端部のそれぞれは、第1めっき部26と、第1露出部22と、を備える。第1めっき部26では、母材鋼板12の両表面上に、母材鋼板12側から順に金属間化合物層16、アルミニウムめっき層14が設けられている。第1露出部22では、母材鋼板12が露出する。ここで、第1めっき部26から第3溶接金属に向かう方向を第2方向F3とする。
本開示の鋼管では、周方向において、第1めっき部26、第1露出部22、第3溶接金属部が、この順で配置される。
つまり、鋼管は、本開示の鋼板100をオープン管とし、第1露出部22と、第1露出部22よりも鋼板100の端縁側に位置する第2めっき部24とを有する端部の端面どうしを突合せた状態で溶接して得られる。すなわち、鋼管は、溶接金属部(つまり、鋼板100によって形成されるオープン管の両端部を接合する第3溶接金属部)を少なくとも一つ有し、溶接金属部に隣接する本開示の鋼板100による管状体の両面に、母材鋼板12が露出している第1露出部22を有する。
溶接金属部に隣接する部分に母材鋼板12が露出している第1露出部22を有する構造は、テーラードブランク及び中空状焼入れ成形品も同様に備えられる。
図8に示す本開示の鋼板104を1枚準備する。この鋼板104では、第1の端部(端部)104Aに、図示しない第1露出部と第2めっき部とが設けられている。鋼板104では、第1の端部104Aとは反対側の第2の端部(端部)104Bに、図示しない第1露出部と第2めっき部とが設けられている。なお、図8では、第1の端部104Aおよび第2の端部104Bをハッチングで示している。
図9に示すように、この1枚の鋼板104を管状に成形してオープン管311とする。その後、得られたオープン管311において、第1の端部104Aの端面と、第2の端部104Bの端面とを突合せた状態で突合せ溶接し、図7に示す鋼管310が製造される。
なお、オープン管311の両端部104A,104Bの間に形成される第3溶接金属部312に含有されるアルミニウム濃度は、0.065質量%~1質量%であることがよい。
アルミニウム濃度がこの範囲であれば、優れた塗装後耐食性が効果的に得られ、第3溶接金属部312の破断が抑制される。
また、第3溶接金属部312の疲労強度の低下が抑制される。この点で、第3溶接金属部312に含有されるアルミニウム濃度の上限は、1質量%が好ましく、0.8質量%がよく、0.4質量%がよい。第3溶接金属部312に含有されるアルミニウム濃度の下限は、0.08質量%がよく、0.1質量%がよい。
なお、第3溶接金属部312のアルミニウム濃度は、平均濃度である。
第1の端部に、第1露出部と第2めっき部とを設け、第2の端部に、第1露出部と第2めっき部とを設けた鋼板を、1枚以上準備する。
この鋼板が1枚である場合は、第1露出部と第2めっき部とを備え端部と、第1の端部の端面と反対側の端部には第1露出部と第2めっき部とを備える第1の鋼板の第2の端部の端面とを、突合せた状態で溶接して、新たな鋼板(テーラードブランク)とする。そして、この新たな鋼板を管状に成形してオープン管とする。
その後、得られたオープン管において、溶接を行っていない第1露出部と第2めっき部とを備える第1の鋼板の第2の端部の端面と、溶接を行っていない第1露出部と第2めっき部とを備える第2の鋼板の第1の端部の端面とを、突合せた状態で突合せ溶接し、鋼管を製造する。
また、管状に成形した後の溶接は、特に限定されるものではないが、例えば、レーザ溶接、プラズマ溶接、電気抵抗溶接または高周波誘導加熱溶接により溶接する電縫溶接でもよい。
本開示の中空状焼入れ成形品は、本開示の鋼管(例えば鋼管310)を焼き入れて生成する。
本開示の中空状焼入れ成形品は、第3金属間化合物部と、第5露出部と、第3溶接金属部と、第6露出部と、第4金属間化合物部とが、第3母材鋼板の両表面のそれぞれ、および第4母材鋼板の両表面のそれぞれに沿って、第3金属間化合物部、第5露出部、第3溶接金属部、第6露出部、第4金属間化合物部の順で配置されている。
第3金属間化合物部では、第3母材鋼板の表面上に第3金属間化合物層が設けられている。第5露出部では、第3母材鋼板が露出している。第4金属間化合物部では、第4母材鋼板の表面上に第4金属間化合物層が設けられている。第6露出部では、第4母材鋼板が露出している。
第3母材鋼板及び第4母材鋼板は、焼入れされる前の鋼管における母材鋼板12に対応する鋼板である。第3金属間化合物部及び第4金属間化合物部は、熱間プレス成形される前の鋼管における第1めっき部26に対応する部分である。ここで、第3金属間化合物部から第3溶接金属部に向かう方向を第2方向F3とする。
第3溶接金属部に含有されるアルミニウム濃度は、0.065質量%~1質量%であることがよい。また、第3溶接金属部に含有されるアルミニウム濃度は、第3母材鋼板及び第4母材鋼板のアルミニウム濃度よりも高い。第3母材鋼板と第4母材鋼板のアルミニウム濃度が異なる場合は、第3溶接金属部に含有されるアルミニウム濃度は、第3母材鋼板と第4母材鋼板のうちアルミニウム濃度が高い方の母材鋼板のアルミニウム濃度よりも高い。そのため、本開示の中空状焼入れ成形品は、塗装後の耐食性に優れる。
すなわち、鋼管を熱間プレス成形することにより得られた中空状焼入れ成形品は、溶接金属部(つまり、鋼板の端部を接合する溶接金属部)を少なくとも一つを有し、溶接金属部に隣接する本開示の鋼板による中空成形体の両面に、母材鋼板12が露出している第1露出部22を有する。
本開示の鋼板100を用いて得られた鋼管を、ベンダーで成形する。次に加熱炉、通電加熱、または高周波加熱により加熱する。鋼管を加熱する温度としては、オーステナイト領域とする必要があることから、例えば、850℃~1100℃とすることがよく、900℃~1000℃程度の温度とすることがよい。次に、加熱した鋼管を、水冷等により冷却し、焼入れを行う。
なお、成形と焼入れとを同時に行ってもよい。1つ目の方法は3次元熱間曲げ焼き入れ(3DQ:3-dimensional hot bending and Direct Quench)と呼ばれ、例えば、鋼管を加熱するとともに、荷重を加えて変形させ、直後に水冷等により冷却することによって焼入れられる。2つ目の方法は、スタッフ(STAF:Steel Tube Air Forming)と呼ばれ、鋼管をプレス機の金型にセットした後、通電加熱→高圧空気注入→成形→焼入れによって得られる。これらの過程を経ることによって、目的とする中空状焼入れ成形品が得られる。なお、中空状焼入れ成形品は、そのまま部品として用いてもよい。また、必要に応じて溶接部にショットブラスト、ブラッシング、レーザクリーニングなどによる脱スケール処理を行ってから用いてもよい。
テーラードブランク300を製造する際に、図10に示す鋼板部100’および鋼板部200’、又は図10に示す鋼板部100’,200’の変形例を用いるものとする。
鋼板部100’は、母材鋼板12の表面上に、母材鋼板12側から順に金属間化合物層16、アルミニウムめっき層14が設けられた第1めっき部26と、母材鋼板12が露出した第1露出部22と、母材鋼板12の表面上に、母材鋼板12側から順に金属間化合物層16、アルミニウムめっき層14が設けられた第2めっき部24と、を備えている。第1方向F1において、母材鋼板12の両面上に、第1めっき部26、第1露出部22、第2めっき部24、鋼板部100’の端縁が、この順で配置されている。
なお、片面のみに第2めっき部24,124が形成されている場合、その他方の面には、第1露出部22,122が第1めっき部26,126の端縁から、鋼板部100’,200’の端縁まで形成されている(例えば、図3と同様の態様)。
図12に示すように溶接金属部150の幅は1.4mm、露出部22、122の幅は1.0mmとした。溶接金属部150の幅を上記の値とすることで、鋼板100の端部の第2めっき部24は、全て溶接金属部150に取り込まれる。断面の第2めっき部24の面積と溶接金属部150のアルミニウム濃度の関係を試算した結果を表1及び図13に示す。
Sa ≧ 8.51×10-4×tb・・・(13)
同様に、溶接金属部150のアルミニウム濃度が1.00%以下となるのは、(14)式を満足する場合である。
Sa ≦ 2.36×10-2×tb・・・(14)
また、溶接金属部150のアルミニウム濃度が0.40%以下となるのは、(15)式を満足する場合である。
Sa ≦ 8.99×10-3×tb・・・(15)
この場合、溶接金属部150のアルミニウム濃度が0.065%以上となるのは、(16)式を満足する場合である。
Sav ≧ 8.51×10-4×tav・・・(16)
同様に、溶接金属部150のアルミニウム濃度が1.00%以下となるのは、(17)式を満足する場合である。
Sav ≦ 2.36×10-2×tav・・・(17)
同様に、溶接金属部150のアルミニウム濃度が0.40%以下となるのは、(18)式を満足する場合である。
Sav ≦ 8.99×10-3×tav・・・(18)
以上のように、厚みtbに基づいて第2めっき部24の断面積Saを調整することで、溶接金属部150が含有するアルミニウム濃度を0.065質量%~1質量%とすることができる。
<実施例>
なお、当業者であれば、特許請求の範囲に記載された思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。
本実施例に用いられるめっき鋼板(突合せ溶接用鋼板)の母材鋼板の化学組成は、表2に示す。
めっき鋼板の引張強度が1500MPaである場合にはAl量は0.03%、めっき鋼板の引張強度が1300MPaである場合にはAl量は0.02%である。
一部のめっき鋼板には、アルミニウムめっき層および金属間化合物層の除去を行わなかった。また、一部のめっき鋼板は、アルミニウムめっき層のみの除去を行い、第1露出部のみ形成し、第2めっき部は形成しなかった。さらに、一部のめっき鋼板は、アルミニウムめっき層および金属間化合物層の除去を行い、第1露出部のみ形成し、第2めっき部は形成しなかった。
第2めっき部は、第1露出部を形成すると同時に、表4に示す第2めっき部タイプにしたがって、第1露出部よりもめっき鋼板の端縁側に、めっき鋼板の端縁を含む領域に形成した。第2めっき部は、表4に示す第2めっき部の幅となるように形成した。
作製したテーラードブランクを、920℃に加熱した炉で4分間保持した。その後で、水冷した金型で、テーラードブランクを成形して、焼入れを行い、平板の熱間プレス成形品を作製した。
ここで、実施例No.5の熱間プレス成形後のテーラードブランクの断面写真を図14に示す。図14に示すテーラードブランクの中央部に溶接金属部が存在している。溶接金属部のビッカース硬さはHV420以上であった。なお、図14に示す断面写真において、溶接金属部に見られる白い部分はフェライトではなく、光の反射のために白く見えている。
(疲労強度試験および継手静的強度)
得られたホットスタンプ成形品から、引張強度試験用の試験片および疲労強度試験用の試験片として、溶接部を持つダンベル状の形状の試験片を採取した。
試験片は、平行部距離20mm、平行部の幅15mmとし、平行部の中央部に、長手方向に対して直交方向になるように幅全長にわたって、溶接線を有するように採取した。この試験片を用いて疲労強度試験および継手静的強度を行った。
継手静的強度(以下、静的強度と表記)として、荷重を引張強度×母材板厚の小さい側の断面積で除して算出した。
疲労強度試験(疲労限と表記)は、電磁共振型疲労強度試験機を用い、室温大気中で荷重制御軸力完全片振り引張、応力比0.1、応力繰り返し回数107回、繰返し速度約80Hzの試験条件で行った。これらの結果を表5に示す。
上記で得られたホットスタンプ成形品を化成処理した後、電着塗装を行い、塗装後耐食性試験を行った。化成処理は日本パーカライジング(株)製化成処理液PB-SX35Tで施した。その後、電着塗料として、日本ペイント(株)製カチオン電着塗料パワーニクス110を使用し、電着膜厚約15μmを目標としてホットスタンプ成形品に電着塗装を施した。ホットスタンプ成形品を水洗した後で、170℃で20分間加熱して焼き付け、試験板を作製した。試験板のサイズは65mm長さ、100mm幅(幅中央部に溶接部がある。)とした。
この試験板を用いて、自動車部品外観腐食試験JASO M610-92を用い、360サイクル(120日)経過後の腐食状況で塗装後耐食性を評価した。
-判定基準-
A:最大腐食深さが0.2mm未満
D:最大腐食深さが0.2mm以上
「A」:アルミニウムめっき層および金属間化合物層を除去
「B」:アルミニウムめっき層を除去
「C」:アルミニウムめっき層および金属間化合物層が残存(除去しない)
「-」:第2めっき部なし(第1露出部のみ形成)。「E」:アルミニウムめっき層および金属間化合物層が残存
アルミニウムめっき層を取り除き、金属間化合物層を残存させ、母材鋼板の第1露出部を有さない番号3では、塗装後耐食性は優れているが、疲労強度は劣位である。
アルミニウムめっき層および金属間化合物層のいずれも除去しなかった番号4では、塗装後耐食性は優れている。しかし、疲労強度が劣位であり、さらに、静的強度も劣位である。
一方、表5に示すように、アルミニウムめっき層および金属間化合物層の両層を除去して露出部を形成し、さらに、めっき鋼板の端縁に第2めっき部を端部に形成しためっき鋼板を用いた番号5~番号12では、疲労強度、塗装後耐食性ともに優れている。
次に、本開示の第2態様について図15から図20、図38および図39を参照しながら説明するが、前記態様と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
以下の説明において、第1露出部と第2露出部との区別がない場合は、単に露出部と称する。
第1態様に係る鋼板には、端縁を含む領域に第2めっき部が設けられていたが、これに限らない。第2めっき部が端縁側に設けられ、突合せ溶接時に溶接金属部に取り込まれる位置にあれば、第2めっき部と端縁との間が離隔していてもよい。以下では、第2めっき部と鋼板の端縁との間に第2露出部が設けられた第2態様について説明する。
本開示の鋼板は、第1態様の鋼板100の各構成に加えて、第1方向において、鋼板の端縁100Aと第2めっき部24との間に、母材鋼板12が露出する第2露出部を備える。
なお、前記鋼板の端縁から前記第2めっき部24までの距離(第2露出部の幅)が、前記第1めっき部26の端縁から前記第2めっき部24までの距離(第1露出部の幅)よりも小さいことが好ましい。
第2めっき部24は、第1露出部22と第2露出部23との間に挟まれて設けられている。鋼板100の端縁100Aから第2めっき部24の端縁100Dまでの距離(図15に示すW2。第1方向F1における第2露出部23の幅。以下、単に第2露出部23の幅とも言う)は、第1めっき部26における端縁100Bから第2めっき部24の端縁100Cまでの距離(図15に示すW1。第1露出部22の幅)よりも小さいことが好ましい。すなわち、第2めっき部24は、第1露出部22の幅と第2露出部23の幅との関係が、W2<W1の関係を満たす(第2露出部23の幅W2は第1露出部22の幅W1よりも小さい)ように設けられていることが好ましい。
また、本開示の鋼板100は、鋼板100の端部に設けられた露出部での母材鋼板12の厚みが、第1めっき部26での母材鋼板12の厚みと同じでもよい。また、本開示の鋼板100は、鋼板100の端部に設けられた露出部での母材鋼板12の厚みが、第1めっき部26における母材鋼板12の厚みよりも小さくてもよい。
さらに、第1めっき部26と第1露出部22との境界は、鋼板100を断面から見たとき、第1めっき部26の端面が、厚み方向の外側に向けて傾斜していてもよい。
露出部は、鋼板100の溶接予定部の端部に形成される。そして、図38に示すように、溶接予定部である、露出部22,23が形成される端部では、両面の少なくとも一部に、前記母材鋼板12が露出している露出部22,23が設けられる。露出部22,23は、鋼板100の少なくとも片面に、鋼板100の端縁に接し、鋼板100の端縁に沿って設けられた第1露出部22を有する。また、第2めっき部24における端縁に接し、第2めっき部24における端縁に沿って設けられた第2露出部23を有する。第2露出部23の幅W2は第1露出部22の幅W1よりも短い。
なお、露出部が形成される端部において、第2めっき部24が設けられず露出部のみ設けられている面を備える場合、鋼板100の端部における端縁から第1めっき部26における端縁100Bまでの全幅にわたって露出部(第1露出部22)が設けられる(図16を参照)。
突合せ溶接がレーザ溶接である場合、露出部22、23が形成される範囲の幅は好ましくは0.5mm以上であり、露出部が形成される範囲の幅は好ましくは1.5mm以下である。露出部22、23が形成される範囲の幅を0.5mm以上とすることでテーラードブランクの溶接時に溶接金属部の端部にアルミニウムが残らないようにすることができる(溶接金属の端部とアルミニウムめっき層14が接触しない)。露出部22、23が形成される範囲の幅の幅を1.5mm以下とすることで、塗装後の耐食性の劣化を抑制することができる。突合せ溶接がプラズマ溶接である場合、露出部が形成される範囲の幅は好ましくは1.0mm以上であり、露出部が形成される範囲の幅は好ましくは4.0mm以下である。露出部が形成される範囲の幅を0.2mm~4.6mm(平均)の範囲をすることで、熱間プレス成形品としたときの継手の疲労強度の低下が抑制されやすくなる。
なお、ブランク材として適用する鋼板100の端部において、第2露出部が設けられた面の反対面に、露出部に対向して第2めっき部24が設けられている領域が存在する場合、露出部での母材鋼板12の厚みは、この領域を除いた部分で測定する。つまり、露出部における母材鋼板12の厚みは、両面とも、母材鋼板12が露出している部分で測定した平均値である。
第2めっき部24の厚みについても、第1態様と同様に、第1露出部22の長手方向について、第2めっき部24の第3方向(X方向)の全長を5等分した5箇所の位置で、第1方向F1における第2めっき部24の幅を2等分した位置で第2めっき部24厚みを求め、求めた値を平均した値を第2めっき部24の厚みとする。
金属間化合物層16の厚み等についても同様である。
第2めっき部24は、鋼板100の少なくとも片面において、前述の第1露出部22および第2露出部23に第1方向F1に挟まれて設けられる。この第2めっき部24は、第2露出部23の幅W2が第1露出部22の幅W1よりも小さくなる範囲に設けられる。
なお、これらの幅の測定方法は、後述の露出部の幅の測定方法と同様である。
なお、第2めっき部24の長手方向の各位置において第2めっき部24の幅が変化する場合には、第2めっき部24の幅を、第2めっき部24の長手方向の各位置における第2めっき部24の幅の最大値として規定してもよい。
第1露出部22の幅、第2露出部23の幅、および第2めっき部24の幅の測定方法は、以下のとおりである。
鋼板100の端部に形成された露出部22,23、および第2めっき部24の全幅が観察可能な断面(例えば、鋼板100の平面視で第1方向F1に沿う断面)を含む測定用試料を5箇所採取する。測定用試料は、鋼板100の端縁100Aに沿う方向に形成された露出部22,23の長さを5等分した5箇所の位置から採取する。次に、鋼板100の断面が露出するように切断を行う。その後、切断した測定用試料を樹脂に埋め込み、研磨を行い、断面を顕微鏡で拡大する。そして、1試料につき、鋼板100の端縁100Aから第2めっき部24までの距離である第2露出部23の幅、および、第2めっき部24から第1めっき部26までの距離である第1露出部22の幅を測定する。また、各試料につき第2めっき部24における両端縁間の距離を測定する。
このため、このテーラードブランクを熱間プレス成形品とした場合であっても、継手の疲労強度の低下が抑制されると考えられる。また、溶接金属部の表面でスケールの発生が抑制されることで、化成処理性が向上し、塗料の付着性が向上することにより、熱間プレス成形品に塗装した後であっても、溶接金属部の塗装後耐食性に優れていると考えられる。
さらに、溶接金属部のうち第1めっき部26の端縁100Bの近傍の部分に金属間化合物層16およびアルミニウムめっき層14のアルミニウムが含まれ難いため、この部分の溶接金属部が軟化して溶接金属部の疲労強度が低下するのを抑えることができる。
ダレおよびカエリが発生しためっき鋼板の端部を、例えば、切削によって、金属間化合物層およびアルミニウムめっき層を除去する。このとき、カエリが発生している面を研削することで、めっき鋼板の端縁と接する領域に、第2露出部23を設けることができる。また、カエリが発生している領域よりもめっき鋼板の中央部寄りでは、金属間化合物層16とアルミニウムめっき層14が残存するように第2めっき部24を設けることができる。さらに、第2めっき部24となる領域よりも中央部寄りに、第1露出部22を設けることができる。一方、ダレが発生している部分では、めっき鋼板の端縁を含む領域で、金属間化合物層16とアルミニウムめっき層14が残存するように第2めっき部24を設けることができる。ダレが発生している部分では、母材鋼板12が露出するように、金属間化合物層16およびアルミニウムめっき層14を除去してもよい。
第2露出部23は、母材鋼板12を露出させるように、カエリが発生した面を切削することにより設けられている。また、第1露出部22は、母材鋼板12を露出させるように切削して設けられている。第2めっき部24は、金属間化合物層16とアルミニウムめっき層14を残存する第1露出部22が形成されるように切削して設けられている。図18に示す第2めっき部24は、金属間化合物層16と、アルミニウムめっき層14とを有している。
その方法は、前記めっき鋼板の端部における両面の少なくとも一部に、母材鋼板12上に形成された金属間化合物層16およびアルミニウムめっき層14を切削により除去して、母材鋼板12が露出している露出部と、金属間化合物層16とアルミニウムめっき層14が残存する第2めっき部24とを設ける工程を行う方法(形成法Cとする)である。
前記工程では、露出部が設けられた端部において、めっき鋼板の両面に、露出部として、めっき鋼板の端縁に接し、めっき鋼板の端縁に沿う第2露出部23、第1めっき部26における端縁に接し、第1めっき部26における端縁に沿う第1露出部22を形成する。前記工程を行う際に、めっき鋼板の端縁から第2めっき部24までの距離を、第1めっき部26における端縁から第2めっき部24までの距離よりも小さくすることが好ましい。
めっき鋼板の端部における両面の少なくとも一部に、前述の露出部22,23および第2めっき部24を形成する他の好ましい方法の一例としては、例えば、次の方法が挙げられる。
前記工程では、第1過程と、第2過程と、を行う。
図39(A)に示すように、前記第1過程では、第1めっき部26および露出部22,23が設けられた端部となる部位において、めっき鋼板101の少なくとも片面に、第1露出部22となる第1露出部領域22A、第1露出部領域22Aに隣接し、第2めっき部24となる第2めっき部領域24A、第2めっき部領域24Aに隣接し、第2露出部23となる第2露出部領域23A、第2露出部領域23Aに隣接し、第2めっき部24となる第2めっき部領域24B、第2めっき部領域24Bに隣接し、第1露出部22となる第1露出部領域22Bを、この順で形成する。
なお、前記第2過程では、めっき鋼板101の端縁から第2めっき部24までの距離が、第1めっき部26における端縁から第2めっき部24までの距離よりも小さくすることが好ましい。
また、テーラードブランクを形成する前の鋼板100における第2めっき部24の幅は、鋼板100を突合せ溶接した後の溶融領域に包含される幅となるように形成する。
これらの範囲であると、鋼板100を突合せ溶接した後の溶接金属部に、アルミニウムが適度な量で混入するため、塗装後耐食性に優れたものとなるとともに、(静的)引張強度の低下も抑制される。また、溶接金属部と鋼板100との境界に、硬質で脆い金属間化合物層16を有していないため、熱間プレス成形後の鋼板100の疲労強度の低下が抑制される。
図20は、本開示のテーラードブランクの一例を示す概略断面図である。
本開示のテーラードブランク300は、第1溶接金属部と、第1溶接金属部を介して接続された少なくとも2つの鋼板部と、を備える。少なくとも2つの鋼板部のそれぞれは、本開示の鋼板(突合せ溶接用鋼板)を突合せ溶接した結果、当該鋼板に対応する部分を示す。詳細には、少なくとも2つの鋼板部のそれぞれは、母材鋼板12の表面上に、母材鋼板12側から順に金属間化合物層16、アルミニウムめっき層14が設けられた第1めっき部26と、母材鋼板12が露出する第1露出部22と、を備える。本開示のテーラードブランクでは、第2方向F3において、第1めっき部26、第1露出部22、第1溶接金属部が、第1めっき部26、第1露出部22、第1溶接金属部の順で同一面上に配置される。
鋼板110,120の突合せられた端部における全ての第2めっき部24が、第1溶接金属部150に取り込まれる(含まれる)ことが好ましい。
第2態様において、熱間プレス成形品を製造する際に第1態様とは異なる点は以下のようである。
母材鋼板12の両面に、アルミニウムめっきを施しためっき鋼板に、打ち抜き加工を施して打ち抜き部材を得た後で、以下の工程を行う。
ここで、めっき鋼板の端部に形成される露出部22,23および第2めっき部24は、めっき鋼板をコイル状に巻き取った後、コイル状に巻かれためっき鋼板を引き出した状態で形成してもよい。この場合、露出部を形成したあと、露出部および第2めっき部24がめっき鋼板の端部に有するように打ち抜き加工を施して、打ち抜き部材を得る。
<実施例>
まず、前述の表2に示す化学組成を有する母材鋼板を用いて、表6に示す厚みとなるように、アルミニウムめっきを施しためっき鋼板を準備した。
一部のめっき鋼板は、アルミニウムめっき層および金属間化合物層の除去を行い、露出部のみ形成し、第2めっき部は形成しなかった。
第2めっき部は、露出部を形成すると同時に、表7に示す第2めっき部タイプにしたがって、めっき鋼板の端縁と離間して、2つの露出部に挟まれる領域に形成した。第2めっき部は、表7に示す第2めっき部の幅となるように形成した。
作製したテーラードブランクを、920℃に加熱した炉で4分間保持後、水冷した金型で、成形して、焼入れを行い、平板のホットスタンプ成形品を作製した。
ここで、めっき鋼板1およびめっき鋼板2を接合する溶接金属のビッカース硬さはHV450以上であった。
(疲労強度試験および継手静的強度)
第1態様の実施例1と同様に試験を行った。試験結果を表8に示す。
第1態様の実施例1と同様に試験を行った。判定基準は、実施例1と同様である。
なお、表6および表7のめっき鋼板は、母材鋼板にアルミニウムめっきを施した鋼板を示す。
表7において、露出部タイプ欄の「A」、「B」、および「C」の表記、および第2めっき部タイプ欄の「-」および「E」の表記は、実施例1と同様である。
板厚比=(第1露出部での母材鋼板の厚み:tb)/(めっき鋼板の端部以外での母材鋼板の厚み:ta) ・・(29)
一方、表8に示すように、アルミニウムめっき層および金属間化合物層の両層を除去して露出部を形成し、さらに、めっき鋼板の端縁の近傍に、2つの露出部に挟まれて第2めっき部を形成した鋼板を用いた番号2~番号9は、疲労強度、塗装後耐食性がともに優れている。
次に、本開示の第3態様について図21から図33を参照しながら説明するが、前記態様と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図21に示すように、本開示のテーラードブランクの製造方法により製造されるテーラードブランク300は、2枚の鋼板100,200を、鋼板100,200の間に形成される第1溶接金属部150を挟んで突合せ溶接して構成されている。
以下では、まず、図22に示す、突合せ溶接される前の鋼板100の構成について説明する。
本開示の鋼板100の態様は、第1態様における鋼板100の態様と同一である。
アルミニウムめっき層14は、母材鋼板12の第1の面、および第1の面とは反対側の第2の面にそれぞれ設けられている。金属間化合物層16は、母材鋼板12の第1の面と、この第1の面に設けられたアルミニウムめっき層14との間に形成されている。さらに、金属間化合物層16は、母材鋼板12の第1の面とは反対の第2の面と、この第2の面に設けられたアルミニウムめっき層14との間に形成されている。
この例では、第2めっき部24にアルミニウムめっき層14および金属間化合物層16が残存している。この例では、第2めっき部24は鋼板100の端部の片面に形成されているが、第2めっき部24は鋼板100の端部の両面にそれぞれ形成されていてもよい。
この例では、母材鋼板112は、母材鋼板12とは厚みのみが異なる。なお、母材鋼板112と母材鋼板12とが互いに同一の厚みであってもよい。
鋼板200の周囲に位置する端部の両面に、母材鋼板112が露出している第1露出部122が形成されている。鋼板200の周囲に位置する端部の片面に、第1露出部122よりも鋼板200の端縁側に、アルミニウムめっき層114および金属間化合物層116が残存している第2めっき部124が形成されている。第1露出部122よりも鋼板200の中央部側に、母材鋼板112上に金属間化合物層116およびアルミニウムめっき層114が設けられた第1めっき部126を有する。
第1溶接金属部は、2枚の鋼板を突合せ溶接した際に、2枚の鋼板の端部が溶融・凝固して形成されたものである。第1溶接金属部に含有されるアルミニウム濃度は、0.065質量%~1質量%であることが好ましい。
次に、めっき鋼板に第1露出部22,122および第2めっき部24,124を形成して鋼板100,200を製造し、さらに鋼板100,200同士を突合せ溶接してテーラードブランク300を製造する本開示のテーラードブランクの製造方法について説明する。図23は、本開示のテーラードブランクの製造方法S10を示すフローチャートである。
なお、本開示では、本開示の2枚の鋼板を用いたテーラードブランクの製造方法S10について説明するが、テーラードブランクの製造方法に用いられる溶接用鋼板は3枚以上であってもよい。そして、2枚以上の溶接用鋼板のうち、本開示の鋼板の製造方法で製造した鋼板が少なくとも1枚用いられていればよい。
ここで、めっき鋼板101の厚みを、tμmとする。なお、めっき鋼板101の厚みは、図22に示す鋼板100の第1めっき部26における厚みに等しい。
めっき鋼板製造工程S12をが終了すると、ステップS14の除去工程S14に移行する。なお、除去工程S14は、アルミニウムめっき層14および金属間化合物層16を機械的に除去する工程である。
低部形成工程S15において、図25に示すように、めっき鋼板101を切断してめっき鋼板101の一部を変形させて、めっき鋼板101の母材鋼板12の表面に低部領域R2を形成する。低部領域R2は、母材鋼板12の端縁に形成される。
ここで、第1方向F1を規定する。第1方向F1は、めっき鋼板101の厚み方向に垂直であり、平面視におけるめっき鋼板101の中央部からめっき鋼板101の一の端縁に向かう方向である。この第1方向F1は、めっき鋼板101が加工されて鋼板100となったときの、鋼板100の前記第1方向F1に一致する。ここで言う低部領域R2は、母材鋼板12のうちの切断時に変形していない部分(例えば、第1露出部22)の表面を第1方向F1に延長した仮想面T1よりも厚み方向において母材鋼板12の内部側に位置するアルミニウムめっき層14および金属間化合物層16の領域のことを意味する。なお、仮想面T1を厚み方向に垂直な断面で見ると仮想線となる。
低部形成工程S15では、具体的には、図24に示すように、シャーリング装置400の支持台401の上面401a上にめっき鋼板101を置く。上面401aは、平坦で、水平面に沿うように配置されている。このとき、めっき鋼板101の端部が、支持台401から突出するように配置する。
刃部402を下方に向かって移動させ、図25に示すように、めっき鋼板101を、めっき鋼板101の厚み方向に切断すると、めっき鋼板101の端部が切断される。このとき、めっき鋼板101の第1の面101Aに、ダレである低部領域R2が形成される。めっき鋼板101の下方の面にカエリ(バリ)である突出部38が形成される。
ここで、低部領域R2の最も深い低部深さをx(μm)とする。低部深さxは、仮想面T1から低部領域R2における母材鋼板12の表面までの距離(の最大値)を示す。なお、低部深さxは、公知のレーザープロファイル計等で測定することができる。
低部領域R2は、めっき鋼板101の端縁から第1の面101Aに沿った0.79mmの範囲に形成されている。低部深さxは、178μmである。
なお、めっき鋼板101の材質や間隔S等を調節することにより、突出部38が形成されると同時に、図25中に二点鎖線で示すようにめっき鋼板101の下面が変形し、低部領域R3が形成されることがある。なお、二点鎖線は、めっき鋼板101の下面の形状を表す。
この場合、低部形成工程S15において、めっき鋼板101の上面に低部領域R2が、下面に低部領域R3がそれぞれ形成される。例えば、低部領域R3は、突出部38が形成される際に、めっき鋼板101を形成する材料がめっき鋼板101の剛性により突出部38側に引かれることで形成されると考えられる。
低部形成工程S15が終了すると、ステップS17に移行する。
切削加工S17には、エンドミル以外に、例えば、バイト、エンドミル、メタルソー等が用いられる。なお、削除工程では、アルミニウムめっき層14および金属間化合物層16を研削して除去してもよい。研削には、砥石、グラインダー等が用いられる。
めっき鋼板101を切削する深さは、アルミニウムめっき層14の厚みa、金属間化合物層16の厚みb、および低部深さxの合計の値未満である。すなわち、少なくとも低部領域R2に位置する金属間化合物層16とアルミニウムめっき層14の一部を残存させるように切削する。
図22に示すように、切削工程S14において、めっき鋼板101の片面当たりのアルミニウムめっき層14および金属間化合物層16を切削するめっき鋼板101の厚み方向の深さ(長さ)をyμmとする。
なお、第1方向において、母材鋼板12の他方の表面上に、第1めっき部26、第1露出部22、第2めっき部24、めっき鋼板の端縁が、この順で配置されてもよい。
鋼板100において、第1露出部22および第2めっき部24が形成されている部分に対応する母材鋼板12の厚みを、第1露出部22および第2めっき部24が形成されていない部分に対応する母材鋼板12の厚みよりも薄くしてもよい。
ここで、鋼板100の端縁100Aから端縁100Cまでの距離(第2めっき部24の幅)をMμmとする。第1めっき部26と第2めっき部24との距離(第1露出部22の幅)をNμmとする。
例えば、低部深さxが、アルミニウムめっき層14の厚みaを超えると、第2めっき部24にアルミニウムめっき層14が残存する。
9≦a+b<60 ・・(31)
2%≦(x/t)≦15% ・・(32)
a+b<y ・・(33)
(y/t)≦7% ・・(34)
N≧200 ・・(35)
M≦1300 ・・(36)
(32)式を満たすことにより、第2めっき部24に含まれるアルミニウムの量を適切な範囲に調節することができる。底部深さと板厚の比(x/t)の値が2%以上であることにより、低部深さxが大きくなって、第2めっき部24が第1めっき部26の端縁100Bの近傍にまで配置されるのを抑制することができる。
(34)式を満たすことにより、アルミニウムめっき層14等を切削する際に鋼板100が薄くなり過ぎて、鋼板100の強度が低下するのを抑えることができる。
なお、(35)式および(36)式については、後述する突合せ溶接工程S21において説明する。
すなわち、めっき鋼板101において、アルミニウムめっき層14および金属間化合物層16の一部を除去することにより、母材鋼板12を露出させた第1露出部22と、母材鋼板12の表面上に、母材鋼板12側から順に金属間化合物層16、アルミニウムめっき層14が残存する第1めっき部26と、母材鋼板12の表面上に、金属間化合物層16とアルミニウムめっき層14が残存する第2めっき部24と、を形成する。この例では、第2めっき部24は、母材鋼板12の表面上に、母材鋼板12側から順に金属間化合物層16、アルミニウムめっき層14が残存するように形成される。
これにより、鋼板100を製造する。
鋼板100では、第1方向F1において、第1めっき部26、第1露出部22、第2めっき部24、鋼板100の端縁100Aが、この順で同一面上に配置される。
切削工程S17が終了すると、除去工程S14が終了し、さらに鋼板製造工程S11が終了し、ステップS21に移行する。このように、鋼板製造工程S11では、少なくともシャーリング加工および切削加工という機械的方法を用いて、第1露出部22および第2めっき部24を形成する。
また、同様に、めっき鋼板101の端部の両面に、第1露出部22、第2めっき部24、及び第2露出部23が形成されてもよい。
図22に示すように、溶接台410の上面410a上に、鋼板100,200の端部同士を突合せた状態に配置する。このとき、鋼板100の第1露出部22と第2めっき部24とを有する鋼板100の端縁100A、および鋼板200の第1露出部122と第2めっき部124とを有する鋼板200の端縁を介して、鋼板100,200を突合せた状態に配置する。溶接台410の上面410aは平坦であるため、鋼板100,200は互いの下面同士が面一になるように配置される。
例えば、公知のレーザ溶接装置(不図示)を用いて、鋼板100,200の端部の突合せ溶接を行う。これにより、図21に示すように鋼板100,200の間に第1溶接金属部150を形成し、テーラードブランク300を製造する。
(36)式を満たすことにより、第1溶接金属部150と第1めっき部26との間の部分内に含まれるアルミニウムの量を抑え、第1溶接金属部150のうち第1めっき部26の端縁100Bの近傍の部分の疲労強度をより確実に維持することができる。
ダレにより形成された低部領域R2のみに第2めっき部24を形成すると、鋼板100,200をレーザ溶接した際に、アルミニウムめっき層14が溶融、攪拌されやすくなり、第1溶接金属部150中にアルミニウムの濃化部が生じ難くなる。従って、第1溶接金属部150の疲労強度および塗装後耐食性の両方を高めることができる。
突合せ溶接工程S21が終了すると、テーラードブランクの製造方法S10の全ての工程が終了し、テーラードブランク300が製造される。
このように構成することにより、第1溶接金属部150がアルミニウムめっき層14,114等に接触して、第1溶接金属部150と第1めっき部26との間の部分内にアルミニウムが混入するのをより確実に抑制することができる。
さらに、機械的に除去する工程において少なくとも機械的方法を用いて第1露出部22および第2めっき部24を形成することにより、アルミニウムめっき層14および金属間化合物層16を一度に効率良く切削することができる。
なお、本開示における鋼板の製造方法S11では、機械的方法を用いなくてもよい。
機械的に除去する工程では、切削工程S17を行う。切削工程S17において、切削によりアルミニウムめっき層14および金属間化合物層16を除去することにより、第1露出部22および第2めっき部24を容易に形成することができる。
また、本開示におけるテーラードブランクの製造方法S10によれば、第1溶接金属部150の塗装後耐食性を維持しつつ疲労強度を維持した鋼板の製造方法S11を用いて、テーラードブランクの製造方法S10を行うことができる。
また、第1溶接金属部150の疲労強度の低下が抑制される。この点で、第1溶接金属部150に含有されるアルミニウム濃度の上限は、1質量%が好ましく、0.8質量%がより好ましく、0.4質量%がさらに好ましい。第1溶接金属部150に含有されるアルミニウム濃度の下限は、0.08質量%が好ましく、0.1質量%がより好ましい。
図23に示す低部形成工程S31では、図29に示すように、支持台420の上面420a上にめっき鋼板101を置く。加圧ロール等の押圧部材425でめっき鋼板101の端部をめっき鋼板101の厚み方向に押圧するという機械的方法を用いて、めっき鋼板101の上面に低部領域R7を形成する。低部領域R7は、めっき鋼板101の端縁に形成される。なお、押圧部材425で押圧する方向は、厚み方向に対して傾斜していてもよい。
低部領域R7おいて、最も深く凹んだ部分はめっき鋼板101の端縁に位置している。
次に、切削工程S17を行うと、図30に示すように、第1露出部22、第2露出部23、および第2めっき部42が形成された鋼板102が製造される。
この例では、機械的方法ではないレーザ加工方法を用いる。レーザ加工装置430からめっき鋼板101の端部にレーザ光L7を、めっき鋼板101の厚み方向に沿って照射する。これにより、めっき鋼板101の端部が切断されるが、この時点ではまだ、めっき鋼板101に低部領域は形成されない。
さらに、図32に示すように、加圧ロール等の押圧部材435でめっき鋼板101の端部をめっき鋼板101の厚み方向に押圧するという機械的方法を用いて、めっき鋼板101の端縁を含む上面に低部領域R8を形成する。低部領域R8において、最も深く凹んだ部分はめっき鋼板101の端縁から離間している。以下、このように低部領域を形成する方法を、部分押込み法と言う。
次に、切削工程S17を行うと、図33に示すように、第1露出部22、第2露出部23、および第2めっき部52が形成された鋼板103が製造される。
この際に、鋼板100の第2めっき部24を有する端縁を突合せ溶接して、突合せ溶接する際に溶融した第2めっき部24を全て第1溶接金属部に取込むことが好ましい。
本開示の熱間プレス成形品の製造方法では、テーラードブランクの製造方法S10で製造されたテーラードブランク300を熱間プレス成形して熱間プレス成形品(ホットスタンプ成形品)を製造する。
本開示の鋼管の製造方法では、鋼板の製造方法S11で製造した鋼板100によるオープン管の端部同士を溶接して鋼管を製造する。
本開示の鋼管の製造方法では、鋼板100を製造することなく、購入すること等により鋼板100を入手し、入手した鋼板100を用いて鋼管の製造方法を行ってもよい。
この場合、鋼管の製造方法では、鋼板100を、周方向の2つの端部が互いに対向するとともに、2つの端部の少なくとも一方に、第2めっき部24が配置されるようにオープン管状に形成する。そして、鋼板100の2つの端部を突合せ溶接して2つの端部を第3溶接金属部を介して接続する。
この際に、突合せ溶接する際に溶融した第2めっき部24を全て第3溶接金属部に取込むことが好ましい。
本開示の中空状焼入れ成形品の製造方法では、鋼管の製造方法で製造した鋼管を焼入れして中空状焼入れ成形品(中空状ホットスタンプ成形品)を製造する。
<実施例>
まず、前述の表2に示す化学組成を有する母材鋼板を用いて、表9に示す、鋼板1から鋼板7に示す条件で、めっき鋼板を切断した。
なお、鋼板1から鋼板7において、めっき鋼板の端縁からアルミニウムめっき層および金属間化合物層を切削した長さ(図22における(M+N)の値)は、それぞれ1500μmにする。
鋼板1から鋼板4、鋼板7の厚みtは、それぞれ1200μmである。鋼板5の厚みtは1600μmであり、鋼板6の厚みtは1800μmである。
両層の厚みの合計とは、アルミニウムめっき層の厚みと、金属間化合物層の厚みとの合計のことを意味する。鋼板1から鋼板7の両層の厚みの合計は、それぞれ30μmである。
めっき鋼板を切断した具体的内容は、鋼板1から鋼板7を処理した具体的な内容を表す。
鋼板1は、めっき鋼板をレーザ加工で切断したが、部分押込み法等により低部領域を形成していない。また、鋼板1はレーザ加工で第1露出部22が形成されていない。鋼板2から鋼板6は、めっき鋼板をシャーリング加工で切断した。鋼板7は、めっき鋼板をレーザ加工で切断し、その後、部分押込み法により低部領域を形成した。
鋼板2から鋼板7の低部深さxは、それぞれ30μm、60μm、150μm、80μm、90μm、60μmである。
これにより、鋼板2から鋼板7の(32)式による底部深さと板厚の比(x/t)の値は、それぞれ0.0%、2.5%、5.0%、12.5%、5.0%、5.0%、5.0%になる。
鋼板1では、低部領域を形成していないため、低部領域の幅は0μmである。
鋼板2から鋼板7の低部領域の幅は、それぞれ300μm、500μm、700μm、500μm、500μm、1000μmである。
鋼板2から鋼板6では、シャーリング加工で低部領域を形成したため、低部領域の最も深い部分がめっき鋼板の端縁に位置する。このため、低部領域の最も深い部分とめっき鋼板の端縁との距離は、それぞれ0μmである。
鋼板7では、同距離は500μmである。
鋼板1では、第1露出部22と低部領域を形成していないため、距離Nの値はない。
鋼板2から鋼板6では、シャーリング加工で低部領域を形成したため、低部領域の幅が距離Mの値になる。このため、距離Nは、1500μmから距離Mを引いた値になる。従って、鋼板2から鋼板6の距離Nは、それぞれ1200μm、1000μm、800μm、1000μm、1000μmである。
鋼板7では、部分押込み法により低部領域を形成したため、1500μmから、低部領域の最も深い部分とめっき鋼板の端縁との距離を引き、さらに低部領域の幅の半分の値を引いた値である500μmが、距離Nである。
表10に、番号1から番号10に対する、鋼板の組、切削深さy(μm)、(34)式による切削深さと板厚の比(y/t)の値、距離M、第1溶接金属部に含有されるアルミニウム濃度、第1溶接金属部の塗装後耐食性、引張強度、総合判定をそれぞれ示す。
番号2および番号3に対する鋼板の組は、鋼板1同士である。番号4および番号5に対する鋼板の組は、鋼板2同士である。番号6から番号10に対する鋼板の組は、それぞれ鋼板3同士から鋼板7同士である。
番号2から番号10に対する切削深さyは、それぞれ10μm、50μm、30μm、100μm、50μm、50μm、50μm、50μm、50μmである。各めっき鋼板の第1の面および第2の面を、切削深さyでそれぞれ切削した。ただし、めっき鋼板の第2の面に低部領域は形成されないため、めっき鋼板の第2の面を切削した後に、めっき鋼板の第2の面に第2めっき部は形成されない。
これにより、番号1から番号10の(34)式による切削深さと板厚の比(y/t)の値の値は、それぞれ0.0%、0.8%、4.2%、2.5%、8.3%、4.2%、4.2%、3.1%、2.8%、4.2%である。
番号1では、アルミニウムめっき層および金属間化合物層を切削する予定の1500μmの範囲に、そのままアルミニウムめっき層および金属間化合物層が残っているため、距離Mは1500μmである。
番号2では、切削前の厚み30μmの両層の一部が残っているため、距離Mは1500μmである。
番号3では、鋼板1に低部領域を形成しないで、アルミニウムめっき層および金属間化合物層を全て切削したため、距離Mは0μmである。
番号4から番号10では、距離Mはそれぞれ270μm、0μm、240μm、470μm、270μm、290μm、470μmである。
(塗装後耐食性試験)
第1溶接金属部について、第1態様の実施例1と同様に試験を行った。判定基準は、実施例1と同様である。
番号3および番号5では、第1溶接金属部の塗装後耐食性の評価は「D」(劣位)であることが分かった。
番号1,2,4,6~10では、第1溶接金属部の塗装後耐食性の評価は「A」(優れている)であることが分かった。
上記で得られた熱間プレス成形品から、引張強度試験用の試験片として、溶接部を持つダンベル状の形状の試験片を採取した。
試験片は、平行部距離20mm、平行部の幅15mmとし、平行部の中央部に、長手方向に対して直交方向になるように幅全長にわたって、溶接線を有するように採取した。この試験片を用いて引張強度試験を行った。
-判定基準-
A:鋼板(母材鋼板)で破断
D:鋼板(母材鋼板)以外の溶接金属部等で破断
番号3から10では、引張強度の評価は「A」(優れている)であることが分かった。
番号1~3,5では、総合判定の評価が「D」であり、番号4,6~10では、総合判定の評価が「A」であることが分かった。
14,114 アルミニウムめっき層
16,16 金属間化合物層
22,122 第1露出部
23 第2露出部
24,124 第2めっき部
26,126 第1めっき部
100,102,103,104,110,120,200 鋼板
100A 端縁
150 第1溶接金属部
222 第3露出部
226,526 金属間化合物部
250 第2溶接金属部
300 テーラードブランク
312 第3溶接金属部
522 第4露出部
F1 第1方向
F3 第2方向
G1 仮想線
G2 仮想線
T1 仮想面
T2 仮想面
R2,R3,R7,R8 低部領域
S11 鋼板製造工程(鋼板の製造方法)
S12 めっき鋼板製造工程
S14 除去工程
S15 低部形成工程
S17 切削工程(削除工程)
Z1 第1端
Z2 第2端
Claims (16)
- 母材鋼板と
前記母材鋼板の表面上に、前記母材鋼板側から順に金属間化合物層、アルミニウムめっき層が設けられた第1めっき部と、
前記母材鋼板が露出した第1露出部と、
前記母材鋼板の表面上に、前記母材鋼板側から順に金属間化合物層、アルミニウムめっき層が設けられた第2めっき部と、
を備え、
鋼板の厚み方向に垂直であり、前記第1めっき部から前記鋼板の一の端縁に向かう第1方向において、前記母材鋼板の一方の表面上に、前記第1めっき部、前記第1露出部、前記第2めっき部、前記鋼板の前記端縁が、この順で配置され、
前記第1方向において、前記母材鋼板の他方の表面上に、少なくとも前記第1めっき部、前記第1露出部、前記鋼板の前記端縁が、この順で配置され、
前記第1方向、及び、前記鋼板の厚み方向にそれぞれ平行な断面から見たとき、
前記第1露出部と前記第2めっき部との境界から、前記第1方向に延長した仮想線よりも前記鋼板の厚み方向において前記母材鋼板の内部側に位置する、前記母材鋼板の表面上の低部領域に、前記第2めっき部が設けられる鋼板。 - 母材鋼板と、
前記母材鋼板の表面上に、前記母材鋼板側から順に金属間化合物層、アルミニウムめっき層が設けられた第1めっき部と、
前記母材鋼板が露出した第1露出部と、
前記母材鋼板の表面上に、前記母材鋼板側から順に金属間化合物層、アルミニウムめっき層が設けられた第2めっき部と、
を備え、
鋼板の厚み方向に垂直であり、前記第1めっき部から前記鋼板の一の端縁に向かう第1方向において、前記母材鋼板の一方の表面上に、前記第1めっき部、前記第1露出部、前記第2めっき部、前記鋼板の前記端縁が、この順で配置され、
前記第1方向において、前記母材鋼板の他方の表面上に、少なくとも前記第1めっき部、前記第1露出部、前記鋼板の前記端縁が、この順で配置され、
前記第1方向、及び、前記鋼板の厚み方向にそれぞれ平行な断面から見たとき、
前記第1露出部と前記第2めっき部との境界から、前記第1方向に延長した仮想線上又は仮想線よりも厚み方向において前記母材鋼板の内部側から前記一方の表面に向かって外部側に位置する、前記母材鋼板の端部表面に、前記第2めっき部が設けられる鋼板。 - 前記第2めっき部の表面から前記母材鋼板までの前記鋼板の厚み方向の長さをめっき厚とし、
前記母材鋼板と前記第2めっき部における前記金属間化合物層との境界の位置を第1端とし、
前記第1方向において、前記第1露出部から最も離れて前記第2めっき部が存在する位置を第2端とし、
前記第1方向に沿った前記第1端と前記第2端との間の距離を前記第2めっき部の幅としたとき、
前記第2端から前記第1方向と反対方向に向かって前記幅の20%の長さに離間した位置における前記めっき厚が、
前記第1端から前記第1方向に向かって前記幅の10%の長さに離間した位置における前記めっき厚よりも厚い請求項1又は2に記載の鋼板。 - 前記断面から見たとき、前記第1露出部が下記条件(A)及び下記条件(B)を満足する請求項1~3のいずれか1項に記載の鋼板。
(A)下記仮想線Xと下記仮想線Yとのなす角度αが5.0°~25.0°である。
(B)下記仮想線Yから母材鋼板に向かう垂直方向の最大距離hが1.0μm~5.0μmである。
仮想線X:前記第1めっき部における前記母材鋼板と前記金属間化合物層との境界線を、前記第1方向に延長させた仮想線
仮想線Y:前記仮想線Xから前記母材鋼板に向かう前記仮想線Xの垂線及び前記母材鋼板との交点であって、仮想線Xにおける前記第1露出部と前記第1めっき部との境界点からの距離が0.1mmになる地点からの前記垂線及び前記母材鋼板の交点と、前記第1露出部及び前記第1めっき部の境界点と、を結ぶ仮想線 - 前記第1露出部が下記条件(C)を満足する、請求項4に記載の鋼板。
(C)前記アルミニウムめっき層の表面を前記第1方向に延長させた仮想線から前記母材鋼板の表面までの前記鋼板の厚み方向の深さのうち、前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点よりも前記鋼板の前記端縁側における第1露出部の深さをD(μm)としたとき、前記Dが下記式(1-1)を満たす。
D≦(第1めっき部における母材鋼板の厚みmm×0.2)/2・・・・(1-1) - 前記第1露出部が下記条件(D)を満足する、請求項4又は5に記載の鋼板。
(D)下記3点に基づいて測定される曲率半径R0が260μm以上である。
第1点:前記第1露出部と前記第1めっき部との境界点
第2点:前記仮想線Xの前記0.1mmになる地点からの垂線と前記母材鋼板との交点
第3点:前記仮想線Yから前記母材鋼板に向かう垂直方向の距離が最大値となる最大距離点 - 前記第1方向において、前記母材鋼板の他方の表面上に、前記第1めっき部、前記第1露出部、前記第2めっき部、前記鋼板の前記端縁が、この順で配置される請求項1~6のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記第1方向において、前記第2めっき部は、前記鋼板の前記端縁から0.9mmまでの範囲に存在する請求項1~7のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記第1方向における、前記第1露出部の幅は、0.1mm以上、5.0mm以下である請求項1~8のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記母材鋼板が、質量%で、
C:0.02%~0.58%、
Mn:0.20%~3.00%、
Al:0.005%~0.06%、
P:0.03%以下、
S:0.010%以下、
N:0.010%以下、
Ti:0%~0.20%、
Nb:0%~0.20%、
V:0%~1.0%、
W:0%~1.0%、
Cr:0%~1.0%、
Mo:0%~1.0%、
Cu:0%~1.0%、
Ni:0%~1.0%、
B:0%~0.0100%、
Mg:0%~0.05%、
Ca:0%~0.05%、
REM:0%~0.05%、
Sn:0%~0.5%、
Bi:0%~0.05%、
Si:0%~2.00%、
並びに
残部:Feおよび不純物からなる化学組成を有する請求項1~9のいずれか1項に記載の鋼板。 - 前記第1めっき部での前記アルミニウムめっき層の平均厚みが8μm~50μmであり、前記第1めっき部での前記金属間化合物層の平均厚みが1μm~10μmである請求項1~10のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記第1方向、及び、前記鋼板の厚み方向にそれぞれ平行な断面における前記第2めっき部の面積Samm2と前記鋼板の前記第1露出部の母材鋼板の厚みtbmmとが、(2)式を満たす請求項1~11のいずれか1項に記載の鋼板。
Sa ≧ 8.51×10-4×tb・・・(2) - 前記第1方向において、前記鋼板の前記端縁と前記第2めっき部とは隣接する請求項1~12のいずれか1項に記載の鋼板。
- 前記第1方向において、前記鋼板の前記端縁と前記第2めっき部との間に、前記母材鋼板が露出する第2露出部を備える請求項1~12のいずれか1項に記載の鋼板。
- 請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の鋼板を少なくとも1枚、提供する工程と、
前記鋼板における前記第2めっき部が設けられた端部と他の鋼板とを突合せ溶接して、テーラードブランクを製造する溶接工程と、
を具備し、
前記溶接工程において、前記鋼鈑と前記他の鋼板は、前記第2めっき部を全て取り込んだ第1溶接金属部を介して溶接され、前記第1溶接金属部と前記第1めっき部との間に前記母材鋼板が露出した第1露出部が形成されるテーラードブランクの製造方法。 - 請求項1から請求項14のいずれか1項に記載の鋼板を、周方向の2つの端部が互いに対向するとともに、前記2つの端部の少なくとも一方に、前記第2めっき部が配置されるようにオープン管状に形成し、
前記鋼板の前記2つの端部を突合せ溶接して前記2つの端部を第2溶接金属部を介して接続し、突合せ溶接する際に溶融した前記第2めっき部を全て前記第2溶接金属部に取り込む鋼管の製造方法。
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