JP7062058B2 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。本発明は、自動車両の製造に、特によく適する。
亜鉛ベースのコーティングは、バリア防食及び陰極防食によって腐食を防ぐことができるので、一般的に使用されている。鋼の表面に金属コーティングを塗布することで、バリア効果が得られる。したがって、金属コーティングは、鋼と腐食性雰囲気との接触を防止する。バリア効果は、コーティング及び基材の性質に依存しない。対照的に、犠牲的な陰極防食は、亜鉛が鋼よりイオン化傾向の高い金属であるという事実に基づく。したがって、腐食が発生する場合、亜鉛は鋼よりも先に消耗される。陰極防食は、周囲の亜鉛が鋼よりも先に消耗されるカットエッジのように、鋼が腐食性雰囲気に直接さらされる領域では不可欠である。
しかしながら、そのような亜鉛被覆鋼板に対して加熱工程、例えば、ホットプレス硬化又は溶接が行われる場合、鋼／コーティング界面から広がるクラックが、鋼において確認される。実際、場合によっては、上記の作業後に存在する被覆鋼板のクラックによって、金属の機械的特性が低下する。これらのクラックが現れる条件は、高温、引張応力が存在する上での低融点の液体金属（亜鉛など）との接触、基材の結晶粒及び結晶粒界による溶融金属の不均一な拡散である。このような現象は、液体金属脆化（ＬＭＥ）という呼称で知られており、液体金属アシストクラッキング（ＬＭＡＣ）とも呼ばれる。
場合によって、亜鉛被覆鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得るために、高温で合金化される。Ｆｅ及びＺｎを含む合金が形成され、それは純粋な亜鉛よりも融点が高く、スポット溶接時に液体になる量が少ないので、この鋼板は、亜鉛被覆鋼板よりもＬＭＥに対する耐性が高い。
しかしながら、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、ＬＭＥに対する耐性がより高いにもかかわらず、加熱工程を実施すると、ＬＭＥに対する耐性が十分でないため、若干のクラックが発生する可能性がある。
したがって、本発明の目的は、ＬＭＥの問題のない合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供することである。それは、成形及び／又は溶接後にＬＭＥの問題のない組立物を得るための、特に実行が容易な方法を提供することを目的とする。
本目的は、請求項１に記載の方法を提供することによって達成される。該方法は、請求項２～１８のいずれかの特徴を含むこともできる。
別の目的は、請求項１９に記載の鋼板を提供することによって達成される。該鋼板は、請求項２０～２６のいずれかの特徴を含むこともできる。
別の目的は、請求項２７に記載のスポット溶接継手を提供することによって達成される。該スポット溶接継手は、請求項３０に記載の特許請求の特徴を含むこともできる。
最後に、請求項３１に記載の鋼板又は組立物の使用を提供することにより、別の目的が達成される。
本発明の他の特徴及び利点は、本発明の以下の詳細な説明から、明らかになるであろう。
「鋼」又は「鋼板」という呼称は、部品が最大２５００ＭＰａ、より好ましくは最大２０００ＭＰａの引張強度を達成することを可能にする成分を有する鋼の板、コイル、プレートを意味する。例えば、引張強度は、５００ＭＰａ以上、好ましくは９８０ＭＰａ以上、有利には１１８０ＭＰａ以上、さらには１４７０ＭＰａ以上である。
本発明は、以下の工程を含む、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。
Ａ．鉄及びニッケルを含む第１のコーティングで被覆されたプレコート鋼板を準備する工程であって、このような鋼板の化学組成が、重量パーセントで、
０．１０＜Ｃ＜０．４０％、
１．５＜Ｍｎ＜３．０％、
０．７＜Ｓｉ＜２．０％、
０．０５＜Ａｌ＜１．０％、
０．７５＜（Ｓｉ＋Ａｌ）＜３．０％、
及び純粋に任意ベースで１つ以上の元素、例えば、
Ｎｂ≦０．５％、
Ｂ≦０．００５％、
Ｃｒ≦１．０％、
Ｍｏ≦０．５０％、
Ｎｉ≦１．０％、
Ｔｉ≦０．５％、
であり、化学組成の残部が、鉄及び加工で生じる不可避の不純物で構成される工程。
０．１０＜Ｃ＜０．４０％、
１．５＜Ｍｎ＜３．０％、
０．７＜Ｓｉ＜２．０％、
０．０５＜Ａｌ＜１．０％、
０．７５＜（Ｓｉ＋Ａｌ）＜３．０％、
及び純粋に任意ベースで１つ以上の元素、例えば、
Ｎｂ≦０．５％、
Ｂ≦０．００５％、
Ｃｒ≦１．０％、
Ｍｏ≦０．５０％、
Ｎｉ≦１．０％、
Ｔｉ≦０．５％、
であり、化学組成の残部が、鉄及び加工で生じる不可避の不純物で構成される工程。
Ｂ．このようなプレコート鋼板を、６００～１０００℃の間の温度で熱処理する工程。
Ｃ．工程Ｂ）で得られた鋼板に、亜鉛ベースの第２コーティングを溶融めっきコーティングする工程。
Ｄ．合金化処理をして、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を形成する工程。
理論に拘束されることは望まず、Ｎｉは一方で熱処理中に鋼板に向かって拡散し、Ｆｅ－Ｎｉ合金層を形成すると思われる。他方、若干量のＮｉが、鋼とコーティング界面との界面に依然として存在し、あらゆる加熱工程、例えば、溶接中に液体亜鉛が鋼内部へ浸透するのを防止する。さらに、第１のコーティング中に鉄が存在すると、工程Ｄ）中にＦｅ－Ｚｎ合金の形成が可能になる。
鉄及びニッケルを含む第１のコーティングは、当業者に知られている任意の堆積方法によって堆積される。それは、真空蒸着又は電気めっき法で堆積され得る。好ましくは、それは電気めっき法で堆積される。
好ましくは、工程Ａ）において、第１のコーティングは、１０～７５重量％、より好ましくは２５～６５重量％の間、有利には４０～６０重量％の間の鉄を含む。
好ましくは、工程Ａ）において、第１のコーティングは、２５．０～９０重量％、好ましくは３５～７５重量％、有利には４０～６０重量％のニッケルを含む。
好ましい実施形態では、工程Ａ）において、第１のコーティングは、鉄及びニッケルからなる。
好ましくは、工程Ａ）において、第１のコーティングは、０．５μｍ以上の厚さを有する。より好ましくは、第１のコーティングは、０．８～５．０μｍの間、有利には１．０～２．０μｍの間の厚さを有する。
好ましくは、工程Ｂ）において、熱処理は連続焼鈍である。例えば、連続焼鈍は、加熱、均熱及び冷却工程を含む。それは、予熱工程をさらに含むことができる。
有利には、熱処理は、露点－１０～－６０℃の間で、Ｈ２を１～３０％含む雰囲気中で実施される。例えば、雰囲気は、露点－４０℃～－６０℃の間で、Ｈ２を１～１０％含む。
有利には、工程Ｃ）において、第２の層は、７０％超、より好ましくは８０％超の亜鉛、有利には８５％超の亜鉛を含む。
例えば、亜鉛ベースのコーティングは、０．０１～０．１８ｗｔ％の間のＡｌ、任意により０．２～８．０％のＭｇを含み、残りはＺｎである。
好ましくは、亜鉛ベースのコーティングは、溶融亜鉛めっき法によって堆積される。この実施形態では、溶融浴は、インゴットの投入による、又は鋼板の溶融浴内の通過による不可避の不純物及び残留元素も含むことができる。例えば、不純物は、Ｓｒ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｔｉ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｓｎ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｚｒ又はＢｉから任意で選択され、各追加元素の重量含有量は、０．３重量％未満である。インゴットの投入又は鋼板の溶融浴中の通過による残留元素は、含有量５．０重量％までの、好ましくは３．０重量％までの鉄であり得る。
好ましい実施形態では、第２の層は亜鉛からなる。コーティングが溶融亜鉛めっきによって堆積される場合、浴中に含まれるアルミニウムのパーセンテージは、０．１０～０．１８ｗｔ％の間である。
好ましくは、工程Ｄ）において、合金化処理は、工程Ｃ）で得られた被覆鋼板を４６０～５５０℃の間の温度で５～４０秒間加熱することにより実施される。例えば、工程Ｄは、５００℃で２０秒間実施される。
本発明による方法により、亜鉛ベースの第２の層に直接覆われた、鉄及びニッケルを含む第１の層を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られ、第１及び第２の層は、５～１５ｗｔ％の鉄、０～１５ｗｔ％、好ましくは１～１５ｗｔ％のニッケルを含み、残りが亜鉛である第２の合金層となるように、拡散により合金化されている。
好ましくは、鋼板は、１～５０％の残留オーステナイト、１～６０％のマルテンサイト、並びに任意によりベイナイト、フェライト、セメンタイト及びパーライトから選択される少なくとも１つの成分を含む微細組織を有する。この場合、マルテンサイトは焼戻しされても、されなくてもよい。
好ましい実施形態では、鋼板は、５～２５％の残留オーステナイトを含む微細組織を有する。
好ましくは、鋼板は、１～６０％、より好ましくは１０～６０％の間の焼戻しマルテンサイトを含む微細組織を有する。
有利には、鋼板は、１０～４０％のベイナイトを含む微細組織を有し、そのようなベイナイトは、１０～２０％の下部ベイナイト、０～１５％の上部ベイナイト及び０～５％の炭化物非含有ベイナイトを含む。
好ましくは、鋼板は、１～２５％のフェライトを含む微細組織を有する。
好ましくは、鋼板は、１～１５％の非焼戻しマルテンサイトを含む微細組織を有する。
鋼板の製造後、車両のいくつかの部品を製造するために、２枚の金属板を溶接して組み立てることが知られている。したがって、少なくとも２枚の金属板の溶接中にスポット溶接継手が形成され、前記スポットは少なくとも２枚の金属板間を連結する。
本発明によるスポット溶接継手を製造するために、溶接は３ｋＡ～１５ｋＡの間の実効電流で実施され、電極に加えられる圧力は１５０～８５０ｄａＮの間であり、前記電極の活性面の直径は４～１０ｍｍの間である。
このように、本発明による被覆鋼板を含む少なくとも２枚の金属板のスポット溶接継手が得られ、このような継手に含まれる１００μｍ超のサイズのクラックの数は、３つ未満であり、最長のクラックの長さは、４００μｍ未満である。
好ましくは、２枚目の金属板は、鋼板又はアルミニウム板である。より好ましくは、２枚目の金属板は、本発明による鋼板である。
別の実施形態では、スポット溶接継手は、鋼板又はアルミニウム板である３枚目の金属板を含む。例えば、３枚目の金属板は、本発明による鋼板である。
本発明の鋼板又はスポット溶接継手は、自動車両用部品の製造に使用することができる。
実施された試験において、これから本発明を情報の目的のみで説明する。それらは、限定するものではない。
すべてのサンプルについて、使用した鋼板の成分の重量パーセントは、Ｃ＝０．３７ｗｔ％、Ｍｎ＝１．９ｗｔ％、Ｓｉ＝１．９ｗｔ％、Ｃｒ＝０．３５ｗｔ％、Ａｌ＝０．０５ｗｔ％及びＭｏ＝０．１ｗｔ％である。
試作１～４は、５５％及び７５％のＮｉを含み、残りがＦｅである第１のコーティングを堆積させることによって調製した。次に、露点－４５℃で、５％のＨ２及び９５％のＮ２を含む雰囲気中で連続焼鈍を実施した。プレコート鋼板を９００℃の温度で加熱した。０．２％のＡｌを含む亜鉛浴での溶融亜鉛めっきによって、亜鉛コーティングを堆積させた。浴温は、４６０℃であった。最後に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得るために、５００℃で２０秒間合金化処理を実施した。
比較のため、上記鋼板の連続焼鈍後、電気亜鉛めっきにより亜鉛コーティングを堆積させて試作５を調製した。
試作１～５の、ＬＭＥに対する耐性を評価した。そのために、各試作について２枚の被覆鋼板を、抵抗スポット溶接によって溶接した。電極のタイプは１６ｍｍの直径を有するＩＳＯタイプＢであり、電極の圧力は５ｋＮであり、水の流量は１．５ｇ／分であった。溶接サイクルを表１にて報告する。
次に、表２に報告されるように、光学顕微鏡及びＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を使用して、１００μｍを超えるクラックの数を評価した。
本発明による試作は、試作５と比較して、ＬＭＥに対する優れた耐性を示す。実際、本発明による試作のクラックの数は、試験５と比較すると非常に少なく、存在すらしない。
各試作について、３枚の被覆鋼板も、抵抗スポット溶接によって３層重ね構成の下で溶接した。次いで、表３に報告されるように、光学顕微鏡及びＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を使用して、１００μｍを超えるクラックの数を評価した。
本発明による試作は、試作５と比較して、ＬＭＥに対する優れた耐性を示す。
最後に、試作１～４を９０°の角度で曲げた。次に、粘着テープを貼ってはがし、基材鋼とのコーティング密着性を確認した。それらの試作のコーティング密着性は、優れていた。
Claims (12)
- 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
Ａ．鉄及び２５～９０重量％のニッケルから成る第１のコーティングで被覆されたプレコート鋼板を準備する工程であって、このような鋼板の化学組成が、重量パーセントで、
０．１０＜Ｃ＜０．４０％、
１．５＜Ｍｎ＜３．０％、
０．７＜Ｓｉ＜２．０％、
０．０５＜Ａｌ＜１．０％、
０．７５＜（Ｓｉ＋Ａｌ）＜３．０％、
並びに任意に、
Ｎｂ≦０．５％、
Ｂ≦０．００５％、
Ｃｒ≦１．０％、
Ｍｏ≦０．５０％、
Ｎｉ≦１．０％、及び
Ｔｉ≦０．５％、
から選択される１つ以上の元素であり、化学組成の残部が、鉄及び加工で生じる不可避の不純物で構成される工程と、
Ｂ．このようなプレコート鋼板を、６００～１０００℃の間の温度で熱処理する工程と、
Ｃ．工程Ｂ）で得られた鋼板に、亜鉛ベースの第２コーティングを溶融めっきコーティングする工程と、
Ｄ．合金化処理をして、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を形成する工程と
を含む製造方法。 - 工程Ａ）において、第１のコーティングが、１０％～７５重量％の鉄を含む、請求項１に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、０．５μｍ以上の厚さを有する、請求項１又は２に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、０．８～５．０μｍの間の厚さを有する、請求項３に記載の方法。
- 工程Ａ）において、第１のコーティングが、１．０～２．０μｍの間の厚さを有する、請求項４に記載の方法。
- 工程Ｃ）において、第２の層が、７０％超の亜鉛を含む、請求項１～５のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ｃ）において、第２の層が、８０％超の亜鉛を含む、請求項６に記載の方法。
- 工程Ｃ）において、第２の層が、８５％超の亜鉛を含む、請求項７に記載の方法。
- 工程Ｃ）において、第２の層が、亜鉛からなる、請求項８に記載の方法。
- 工程Ｂ）において、熱処理が連続焼鈍である、請求項１～９のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ｂ）において、熱処理が、－３０～－６０℃の間の露点で、Ｈ２を１～１０％含む雰囲気中で行われる、請求項１～１０のいずれか一項に記載の方法。
- 工程Ｄ）において、合金化処理が、工程Ｃ）で得られた被覆鋼板を４６０～５５０℃の間の温度で加熱することによって行われる、請求項１～１１のいずれか一項に記載の方法。
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