JP7063430B1 - 熱間プレス部材、塗装部材、熱間プレス用鋼板、および熱間プレス部材の製造方法ならびに塗装部材の製造方法 - Google Patents

熱間プレス部材、塗装部材、熱間プレス用鋼板、および熱間プレス部材の製造方法ならびに塗装部材の製造方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、塗装後鮮映性と塗装後耐食性に優れる熱間プレス部材および塗装部材ならびにそれらの製造方法を提供することを目的とする。また、本発明は、塗装後鮮映性と塗装後耐食性に優れる熱間プレス部材に適した熱間プレス用鋼板を提供することを目的とする。本発明の熱間プレス部材は、少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａを１．５μｍ以下とするものである。また、本発明の熱間プレス用鋼板は、少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａを０．７５μｍ以下とするものである。

Description

本発明は、熱間プレス部材、塗装部材、熱間プレス用鋼板、および熱間プレス部材の製造方法ならびに塗装部材の製造方法に関する。特に、塗装後鮮映性と塗装後耐食性に優れた熱間プレス部材、塗装部材、熱間プレス用鋼板、および熱間プレス部材の製造方法ならびに塗装部材の製造方法に関する。
自動車の分野では素材鋼板の高性能化と共に軽量化が促進されており、防錆性を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板または電気亜鉛めっき鋼板の使用が増加している。しかし、多くの場合、鋼板の高強度化に伴ってそのプレス成形性が低下するため、複雑な部品形状を得ることは困難になる。例えば自動車用途で、防錆性が必要であり、かつ難成形部品としてはサイドシルなどの骨格用構造部材が挙げられる。
このような背景から、近年では冷間プレスに比べてプレス成形性と高強度化の両立が容易である熱間プレスによる自動車用部品の製造が急速に増加しており、熱間プレス技術の諸課題を解決する様々な技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、熱間プレス後に高い強度と優れた耐食性の得られるＡｌまたはＡｌ合金を被覆した熱間プレス用鋼板（熱延鋼板および冷延鋼板）が開示されている。
また、特許文献２には、α－Ｆｅ（Ｚｎ、Ｎｉ）混晶と、Ｚｎ、ＮｉおよびＦｅの金属間化合物と、Ｍｎを含む層とを有する熱間プレス部材が開示されている。
特開２０００－３８６４０号公報 特表２０１３－５０３２５４号公報
他方、自動車用構造部材としては、塗装された表面外観が美麗であること（塗装後鮮映性）も要求特性の一つとして挙げられる。しかしながら、鋼材の高強度化に伴い、表面の荒れの矯正は困難となる。従来、高強度の骨格部材の外面に、低強度で外観品質に優れたパネル部材を配置することで、強度と外観品質の両立が図られてきた。骨格用構造部材の表面外観を改善することにより、上記のパネル部材を省略し、抜本的な軽量化を図ることが可能となる。
特許文献１および特許文献２に開示される熱間プレス部材は、いずれもめっき鋼板を加熱して製造された熱間プレス部材であり、塗装後耐食性に優れるものの、塗装後鮮映性に関しては何ら顧みられていない。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、塗装後鮮映性と塗装後耐食性に優れる熱間プレス部材および塗装部材ならびにそれらの製造方法を提供することを目的とする。また、塗装後鮮映性と塗装後耐食性に優れる熱間プレス部材に適した熱間プレス用鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を達成するために、鋭意研究を行い、以下の知見を得た。
（１）熱間プレス部材の塗装後鮮映性を向上させるためには、その面のろ波中心線うねりＷｃａを１．５μｍ以下とすることが有効である。また、線粗さＲａを２．０μｍ以下、スキューネスＲｓｋを０以下とすることで、塗装後鮮映性のより一層の向上を見込むことができる。
（２）熱間プレス前の熱間プレス用鋼板のろ波中心線うねりＷｃａを０．７５μｍ以下とすることで、熱間プレス後のろ波中心線うねりＷｃａを１．５μｍ以下とすることが可能である。
本発明は上記知見に基づくものであり、その特徴は以下の通りである。
［１］少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが１．５μｍ以下である、熱間プレス部材。
［２］前記少なくとも一方の面の線粗さＲａが２．０μｍ以下、スキューネスＲｓｋが０以下である、［１］に記載の熱間プレス部材。
［３］前記少なくとも一方の面に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅから選択される１種以上を含有し、厚さが１０～８０μｍであるめっき層を有する、［１］または［２］に記載の熱間プレス部材。
［４］［１］～［３］のいずれかに記載の熱間プレス部材を基材とし、前記基材の少なくとも一方の面に、厚さが１５μｍ以上である塗膜層を有する、塗装部材。
［５］少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下である、熱間プレス用鋼板。
［６］前記少なくとも一方の面の線粗さＲａが１．０μｍ以下であり、かつ前記少なくとも一方の面の任意の１ｍｍ長さの断面における単位断面長さ当たりのクラック密度が３０箇所／ｍｍ以上である、［５］に記載の熱間プレス用鋼板。
［７］前記少なくとも一方の面に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅから選択される１種以上を含有し、厚さが３～３０μｍであるめっき層を有する、［５］または［６］に記載の熱間プレス用鋼板。
［８］少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下である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、熱間プレス部材の製造方法。
［９］少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下である熱間プレス用鋼板を、Ａｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に昇温し熱間プレスしたのち、厚さが１５μｍ以上である塗膜層を設ける、塗装部材の製造方法。
本発明によれば、塗装後鮮映性および塗装後耐食性に優れる熱間プレス部材を得ることができる。これを基材として塗装することにより、塗装後鮮映性にも優れる、自動車外板部品に適当な塗装部材を得ることができる。また、本発明によれば、塗装後鮮映性および塗装後耐食性に優れる熱間プレス部材に適した熱間プレス用鋼板を提供することができる。
本発明者らは、熱間プレス部材の塗装外観品質を改善する手法について鋭意検討した。その結果、熱間プレス部材の塗装後鮮映性は熱間プレス部材の表面粗さと密接に関連し、さらに熱間プレス部材の表面粗さは熱間プレス用鋼板の表面粗さおよび表面の分断状態と密接に関連することを確認した。また、熱間プレス用鋼板にＡｌまたはＺｎを主体としためっきを施すことで、塗装後耐食性に優れる熱間プレス部材を得ることができる。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な一実施態様を示すものであり、以下の説明によって何ら限定されるものではない。また、鋼成分組成の各元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であり、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。また、表面の幾何学的形状（ろ波中心線うねりＷｃａ、線粗さＲａ、スキューネスＲｓｋ）の定義とカットオフ値は、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（２００１）に従うものとする。
１）熱間プレス部材
まず、本発明の熱間プレス部材の表面の幾何学的形状について説明する。本発明の熱間プレス部材は、少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが１．５μｍ以下である。長波長の凹凸に対応するＷｃａは、厚い塗装を施したのちも残存し、塗装後の外観品質に直結することから、各種幾何学パラメータの中でも鮮映性への影響が大きい。Ｗｃａを低減させることによって、所定の外観特性を得るために必要な塗料の厚みを小さくすることができる。あるいは、一定の厚みの塗膜について、塗装後外観の品質を向上させることができる。好ましくはろ波中心線うねりＷｃａが１．４μｍ以下であり、より好ましくはろ波中心線うねりＷｃａが１．３μｍ以下である。なお、下限については、Ｗｃａを０．１μｍ未満とするためには結晶粒を極めて微細にする必要があり、コスト高となるという理由からＷｃａは０．１μｍ以上とすることが好ましい。
本発明の熱間プレス部材は、ろ波中心線うねりＷｃａが１．５μｍ以下である面の線粗さＲａが２．０μｍ以下、スキューネスＲｓｋが０以下であることが望ましい。短波長の凹凸に対応するＲａは、塗膜に埋没するためＷｃａと比べ影響は小さいものの、より優れた塗装後鮮映性を得る観点では低減することが望ましい。好ましくは、Ｒａは１．８μｍ以下であり、さらに好ましくは１．５μｍ以下であり、もっとも好ましくは１．０μｍ以下である。なお、下限については、Ｒａを０．２μｍ未満とすると表面の疵が目立つようになり、表面品質を損ねる場合があることから、Ｒａは０．２μｍ以上とすることが好ましい。
スキューネスＲｓｋは、微細凹凸（粗さ）の山（ｐｅａｋ）と谷（ｖａｌｌｅｙ）の大きさや形状を示す粗さ形状因子である山の高さと谷の深さの比（山の高さ／谷の深さ）を示す。したがって、この値が正（＋）の値を有する場合には、山の高さが谷の深さよりも大きくなり、負（－）の値を有する場合には、山の高さが谷の深さよりも小さくなる。Ｒｓｋを負の値とすることで、光沢度が高く、優れた塗膜品質を得ることができる。これは、Ｒｓｋが負の値の時、平坦な山部が多く存在し、正反射光の割合が増加するためであると考えられる。そのため、スキューネスＲｓｋが０以下であることが望ましい。より好ましくはスキューネスＲｓｋが－０．３以下であり、さらに好ましくはスキューネスＲｓｋが－０．５以下である。なお、下限については、Ｒｓｋは－１．０以上とすることが好ましい。
本発明の熱間プレス部材は、ろ波中心線うねりＷｃａが１．５μｍ以下である面側に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅから選択される１種以上を含有し、厚さが１０μｍ～８０μｍであるめっき層を有することが好ましい。なお、めっきの有無にかかわらず、本発明の熱間プレス部材は、少なくとも一方の面は、ろ波中心線うねりＷｃａが１．５μｍ以下であり、その面の線粗さＲａが２．０μｍ以下、スキューネスＲｓｋが０以下であることが望ましい。
熱間プレス部材の表面にめっき層を設けることで、塗膜の傷部や塗装端部など塗膜による防錆機能が低下した箇所からの腐食（外観腐食）の速度が低減され、優れた塗膜外観を長期にわたり維持することができる。さらに、塗装の付きまわらない合わせ部における隙間腐食（合わせ部腐食）の速度も低減され、部材の穴あき腐食寿命の長期化を図ることができる。
Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅから選択される１種以上を含有するめっき層としては、例えば、Ａｌ系めっき層やＺｎ系めっき層が挙げられる。Ａｌ系めっき層としては、Ｆｅ：１０～９０％、Ｓｉ：１～１５％、Ｍｇ：０～１０％（０を含む）、Ｃａ：０～１０％（０を含む）、Ｚｎ：０～５０％（０を含む）を含有し、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなるものが例示される。また、Ｚｎ系めっき層としては、Ｆｅ：１０～９０％、Ａｌ：０～２０％（０を含む）、Ｍｇ：０～１０％（０を含む）、Ｃａ：０～１０％（０を含む）、Ｎｉ：０～３０％（０を含む）、Ｃｏ：０～３０％（０を含む）、Ｍｎ：０～３０％（０を含む）、Ｃｒ：０～３０％（０を含む）を含有し、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるものが例示される。
めっき層の厚さは、耐食性を十分に確保する観点から、厚さが１０μｍ以上であるめっき層を有することが好ましい。めっき層の厚さは２０μｍ以上であることがより好ましい。一方、過度に厚膜化しても耐食性改善効果は飽和し、製造コスト増となるのみであることから、めっき層の厚さは８０μｍ以下であることが好ましい。めっき層の厚さは５０μｍ以下であることがより好ましく、３０μｍ以下であることがさらに好ましい。
２）塗装部材
本発明の塗装部材は、前述の熱間プレス部材を基材とし、少なくとも一方の面に、厚さが１５μｍ以上である塗膜層を有する。塗膜層が形成される面は、熱間プレス部材における、ろ波中心線うねりＷｃａが１．５μｍ以下である面とする。めっき層がある場合には、熱間プレス部材のめっき層もしくは化成処理皮膜の上に塗膜層を形成させ、めっき層が無い場合には熱間プレス部材もしくは化成処理皮膜の上に、塗膜層を形成させている。塗膜層を厚くすることで、より優れた外観品質を得られる。塗膜層の厚さは、好ましくは一方の面の合計で４０μｍ以上、さらに好ましくは合計で８０μｍ以上とする。塗膜層の厚さを過剰に大きくしても外観改善効果は飽和し、コスト増となるのみであることから、塗膜層の厚さは好ましくは合計で１５０μｍ以下、さらに好ましくは合計で１２０μｍ以下とする。
塗膜層に含有される樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、アクリル樹脂、アルキッド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂などが挙げられる。また、これらの複合樹脂であってもよい。また、このような塗膜層が１層のみでもよく、２層以上の複数の層が形成されていても良い。
なお、塗膜層の厚さは、塗装部材の断面を光学顕微鏡または走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより測定可能である。断面の研磨方法やエッチング方法はいくつか種類があるが、一般的に鋼板の断面を観察する際に用いられる方法であれば特に限定はされない。また、走査型電子顕微鏡での観察条件は、例えば加速電圧１５ｋＶで、二次電子像にて２００倍以上の倍率であれば、塗膜を明確に観察することが可能である。
また、塗装の前処理として化成処理を施してもよい。化成処理を施すことにより、基材と塗膜の密着性の向上を望むことができる。化成処理の種類としては、リン酸亜鉛系化成処理、ジルコニウム酸化物系化成処理などが例示される。
３）熱間プレス用鋼板
本発明の熱間プレス用鋼板は、少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下とする。めっきを施された熱間プレス用鋼板を用いる場合、めっき成分と母材のＦｅの相互拡散により合金化が進行し、加熱後の実質的なめっき厚さは加熱前のめっき厚さより大きくなる。本発明者らの検討では、このときのめっき厚さの増分はめっき組成に依存し、最大で３倍程度であるが、面内に分布を有し、厚さがほとんど増大しない箇所も存在することが分かっており、これがうねりの増大に寄与していると推定している。このとき、めっき厚の増大した箇所と厚さの変化しない箇所の間で、元の厚さの２倍のムラを生じることとなる。また、めっき層を有していない非めっき鋼板の場合は、熱処理により表面にスケールが生じる。スケールの厚さは熱処理条件により変化し、面内に分布を有する場合があり、その結果、熱処理前と比較しうねりが増大するおそれがある。本発明では、熱間プレス用鋼板のうねりを０．７５μｍ以下とすることで、熱間プレス後のうねりを安定的に１．５μｍ以下とすることができる。より優れた熱処理および塗装後の外観を得るという観点で、熱間プレス用鋼板のＷｃａは好ましくは０．６０μｍ以下、より好ましくは０．５０μｍ以下、さらに好ましくは０．３０μｍ以下、もっとも好ましくは０．２０μｍ以下とする。なお、下限については、Ｗｃａを０．０１μｍ未満とするためには結晶粒を極めて微細にする必要があり、コスト高となるという理由からＷｃａは０．０１μｍ以上とすることが好ましい。
熱間プレス用鋼板のうねりを制御する方法は特に限定されないが、圧延後またはめっき後の鋼板の調質圧延におけるロールの調整などによる方法が例示される。
本発明の熱間プレス用鋼板は、ろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下である面の線粗さＲａを１．０μｍ以下とし、かつその面の任意の１ｍｍ長さの断面における単位断面長さ当たりのクラック密度が３０箇所／ｍｍ以上とすることが好ましい。前述のＷｃａと同様に、Ｒａも、熱間プレスにおける合金化により２倍程度に増大する。熱間プレス用鋼板のＲａを１．０μｍ以下とすることで、熱間プレス後のＲａを安定的に２．０μｍ以下とすることができる。より優れた熱処理および塗装後の外観を得るという観点で、熱間プレス用鋼板のＲａはより好ましくは０．７５μｍ、さらに好ましくは０．５μｍ以下、もっとも好ましくは０．３μｍ以下とする。熱間プレス用鋼板のＲａを制御する方法は特に限定されないが、圧延後またはめっき後の鋼板の調質圧延におけるロールの調整などによる方法が例示される。
めっきされた熱間プレス用鋼板の表面に、めっき層と下地鉄の界面に到達するクラックを設けることで、前述の合金化のムラに起因するＷｃａやＲａの増加を抑制することができ、さらに、加熱後のＲｓｋを小さく、平坦部の面積を増大させることができる。Ｒｓｋを安定的に負の値とするため、任意の１ｍｍ長さの断面における単位断面長さ当たりのクラック密度を３０箇所／ｍｍ以上とすることが好ましい。クラック密度はより好ましくは５０箇所／ｍｍ以上、さらに好ましくは７０箇所／ｍｍ以上、もっとも好ましくは８０箇所／ｍｍ以上とする。なお、上限については、クラック密度が過剰であると熱間プレス前の加熱工程でのめっき層の酸化が著しくなり、熱間プレス部材の溶接性などを低下させるという理由から、クラック密度は２００箇所／ｍｍ以下とすることが好ましい。熱間プレス用鋼板の表面にクラックを設ける方法は特に限定されないが、引張応力の付与（引張加工）、レーザーによる傷つけ、酸浸漬など化学的処理による粒界の溶解などの方法が例示される。
本発明において、熱間プレス用鋼板上のめっきは必須でなく、耐食性を要求しない部位に適用する熱間プレス部材を製造するにあたっては、非めっき鋼板を用いることもできる。
耐食性を要求する箇所に適用する場合は、加熱後の耐食性向上の観点で、ろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下である面側に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅから選択される１種以上を含有するめっき層を備えることが望ましい。めっき層を構成する金属は、純亜鉛または純アルミニウム、またはそれらの合金であってもよく、その他合金元素を含有するものであってもよい。たとえば、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｎｉから選択される元素を０．１～２０％含有させることで、より一層の耐食性の向上を見込むことができる。また、めっき層は酸化物が分散したものでもよく、ＳｉＯ２またはＡｌ２Ｏ３のナノ粒子を０．１～１０％含有するものが例示される。めっき層の厚さも限定されないが、加熱処理後に耐食性を発現させるためには３μｍ以上とすることが好ましく、６μｍ以上とすることがより好ましく、１０μｍ以上とすることがさらに好ましい。ホットスタンプ工程で合金化を完了させるためには、めっき層の厚さは３０μｍ以下とすることが好ましく、２０μｍ以下とすることがより好ましい。なお、めっきの有無にかかわらず、本発明の熱間プレス用鋼板は、少なくとも一方の面は、ろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下であり、その面の線粗さＲａが１．０μｍ以下、任意の１ｍｍ長さの断面における単位断面長さ当たりのクラック密度を３０箇所／ｍｍ以上とすることが好ましい。
本発明のめっき層は、単層のめっき層であってもよいが、本発明の作用効果に影響を及ぼさない範囲で、目的に応じて下層皮膜または上層皮膜を設けてもよい。例えば、下層皮膜としては、Ｎｉを主体とする下地めっき層が例示される。
本発明において、熱間プレス後に１４７０ＭＰａ級を超えるような熱間プレス部材を得るためには、熱間プレス用鋼板としては、例えば、質量％で、Ｃ：０．２０～０．５０％、Ｓｉ：０．１～０．５％、Ｍｎ：１．０～３．０％、Ｐ：０．０２％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．１０％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鋼板を用いることができる。なお、鋼板としては冷延鋼板または熱延鋼板のいずれでも構わない。以下に各成分の限定理由を記載する。
Ｃ：０．２０～０．５０％
Ｃは、鋼組織としてマルテンサイトなどを形成させることで強度を向上させる。１４７０ＭＰａ級を超えるような強度を得るためには０．２０％以上必要である。したがって、Ｃ量は０．２０％以上とすることが好ましい。Ｃ量は０．２２％以上とすることがより好ましい。一方、０．５０％を超えるとスポット溶接部の靱性が低下する。したがって、Ｃ量は０．５０％以下とすることが好ましい。Ｃ量は０．４５％以下とすることがより好ましく、０．４３％以下とすることがさらに好ましく、０．４０％以下とすることがもっとも好ましい。
Ｓｉ：０．１～０．５％
Ｓｉは鋼を強化して良好な材質を得るのに有効な元素である。そのためにはＳｉ量は０．１％以上必要である。したがって、Ｓｉ量は０．１％以上とすることが好ましい。Ｓｉ量は０．２％以上とすることがより好ましい。一方、０．５％を超えるとフェライトが安定化されるため、焼き入れ性が低下する。したがって、Ｓｉ量は０．５％以下とすることが好ましい。Ｓｉ量は０．４％以下とすることがより好ましく、０．３％以下とすることがさらに好ましい。
Ｍｎ：０．５～３．０％
Ｍｎは冷却後の強度確保を広い冷却速度範囲で得るために有効な元素である。機械特性や強度を確保するためは０．５％以上含有させることが必要である。したがって、Ｍｎ量は０．５％以上とすることが好ましい。Ｍｎ量は０．７％以上とすることがより好ましく、１．０％以上とすることがさらに好ましい。一方、３．０％超えると、コストが上昇するばかりでなく効果は飽和する。したがって、Ｍｎ量は３．０％以下とすることが好ましい。Ｍｎ量は２．５％以下とすることがより好ましく、２．０％以下とすることがさらに好ましく、１．５％以下とすることがもっとも好ましい。
Ｐ：０．１％以下
Ｐ量が０．１％を超えると鋳造時のオーステナイト粒界へのＰ偏析に伴う粒界脆化により、局部延性の劣化を通じて強度と延性のバランスが低下する。したがって、Ｐ量は０．１％以下とすることが好ましい。また、製鋼コストの観点から、Ｐ量は０．０１％以上とすることが好ましい。
Ｓ：０．０１％以下
ＳはＭｎＳなどの介在物となって、耐衝撃性の劣化や溶接部のメタルフローに沿った割れの原因となる。したがって、極力低減することが望ましく０．０１％以下とすることが好ましい。また、良好な伸びフランジ性を確保するため、より好ましくは０．００５％以下とし、さらに好ましくは０．００１％以下とする。なお、下限については、製鋼コストの観点から０．０００２％以上とすることが好ましい。
Ａｌ：０．１０％以下
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０．１０％以下とすることが好ましい。Ａｌ量は０．０７％以下とすることがより好ましく、０．０４％と以下とすることがさらに好ましい。なお、下限については、脱酸材としての効果を確保する観点から、Ａｌ量は０．０１％以上とすることが好ましい。
Ｎ：０．０１％以下
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％以下とすることが好ましい。製鋼コストの観点から、Ｎ量は０．００１％以上とすることが好ましい。
また、本発明では、上記した基本成分のほかに鋼板の特性の更なる改善を意図して、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｂ：０．０００２～０．００５％、Ｃｒ：０．１～０．３％、Ｓｂ：０．００３～０．０３％のうちから選ばれた少なくとも１種を、必要に応じて適宜含有させることが可能である。
Ｎｂ：０．１０％以下
Ｎｂは鋼の強化に有効な成分であるが、過剰に含まれると圧延荷重が増大する。したがって、Ｎｂを含有させる場合は、Ｎｂ量は０．１０％以下とし、好ましくは０．０５％以下とする。なお、下限については、製鋼コストの観点から０．００５％以上とすることが好ましい。
Ｔｉ：０．０５％以下
ＴｉもＮｂと同様に鋼の強化には有効であるが、過剰に含まれると形状凍結性が低下するという課題がある。したがって、Ｔｉを含有させる場合は、Ｔｉ量は０．０５％以下とし、好ましくは０．０３％以下とする。なお、下限については、製鋼コストの観点から０．００３％以上とすることが好ましい。
Ｂ：０．０００２～０．００５％
Ｂはオーステナイト粒界からのフェライト生成および成長を抑制する作用を有するため、０．０００２％以上含有することが好ましい。したがって、Ｂ量を含有させる場合には、Ｂ量は０．０００２％以上とすることが好ましく、０．００１０％以上とすることがより好ましい。一方、過剰なＢの含有は成形性を大きく損なう。したがって、Ｂを含有させる場合は、Ｂ量は０．００５％以下とし、好ましくは０．００３％以下とする。
Ｃｒ：０．１～０．３％
Ｃｒは鋼の強化および焼き入れ性を向上させるために有用である。このような効果を発現するためには０．１％以上含有することが好ましい。したがって、Ｃｒを含有する場合には、Ｃｒ含有量は０．１％以上とし、好ましくは０．２％以上とする。一方、合金コストが高いため０．３％超えの含有は大幅なコストアップを招く。したがって、Ｃｒを含有させる場合は０．３％以下とし、好ましくは０．２％以下とする。
Ｓｂ：０．００３～０．０３％
Ｓｂはめっき用原板の焼鈍工程で、鋼板表層の脱炭を抑止する効果がある。このような効果を発現するためには０．００３％以上含有することが必要である。したがって、Ｓｂを含有する場合には、Ｓｂ含有量は０．００３％以上とし、好ましくは０．００５％以上とする。一方、Ｓｂ量が０．０３％を超えると圧延荷重の増加を招くため生産性を低下させる。したがって、Ｓｂを含有させる場合は、Ｓｂ量は０．０３％以下とし、好ましくは０．０２％以下、より好ましくは０．０１％以下とする。
上記以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。
また、熱間プレス部材の引張強度は１３２０ＭＰａを超えることが好ましく、１４００ＭＰａを超えることがより好ましく、１４７０ＭＰａを超えることがさらに好ましい。
３）熱間プレス用鋼板の製造方法
本発明の鋼板の製造条件については特に規定しないが、以下に望ましい製造条件について説明する。前述したような成分の鋼を鋳造し、得られた熱片スラブを直接または加熱した後、あるいは冷片を再加熱して熱間圧延を施す。その際、熱片スラブを直接圧延することと再加熱後に圧延することでの特性変化はほとんど認められない。また、再加熱温度は特に限定しないが、生産性を考慮して１０００℃から１３００℃の範囲とすることが好ましい。熱間圧延は通常の熱延工程、あるいは仕上圧延においてスラブを接合し圧延する連続化熱延工程のどちらでも可能である。熱間圧延の際の圧延終了温度は生産性や板厚精度を考慮してＡｒ３変態点以上とすることが望ましい。熱間圧延後の冷却は通常の方法で行うが、その際の巻取温度は生産性の観点からは５５０℃以上とすることが好ましく、また、巻取温度が高すぎる場合には酸洗性が劣化するため７５０℃以下とすることが望ましい。酸洗、冷間圧延は常法でよい。
その後のめっきの成膜方法は限定されず、合金系に応じて適宜選択される。純亜鉛または亜鉛－ニッケル合金めっきは電気めっき法による成膜が好ましく、亜鉛－アルミニウム合金めっきは溶融めっき法による成膜が好ましい。亜鉛－マグネシウム合金めっきは真空蒸着による成膜が好ましい。Ａｌ－Ｓｉ系めっきは溶融めっき法による成膜が好ましい。また、めっき後に合金化処理を施すことで、鉄を合金化しためっきを効率的に得ることができる。なお、めっき工程における雰囲気については、無酸化炉を有する連続式めっき設備でも無酸化炉を有しない連続式めっき設備でも通常の条件とすることでめっき可能であり、本鋼板だけ特別な制御を必要としないことから生産性を阻害することもない。
４）熱間プレス部材の製造方法
本発明において、ろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下の熱間プレス用鋼板に対して、Ａｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に加熱した後熱間プレスすることにより、塗装鮮映性に優れた熱間プレス部材を得ることができる。
熱間プレス用鋼板の加熱温度がＡｃ３変態点より低いと、熱間プレス部材として必要な強度を得ることができない場合がある。したがって、加熱温度はＡｃ３変態点以上とする。加熱温度は８６０℃以上が好ましい。加熱温度が１０００℃を超えると、母材やめっき層が酸化して生じる酸化物皮膜が過度に厚膜化することにより、得られる熱間プレス部材上の塗料の密着性が劣化する恐れがある。したがって、加熱温度は１０００℃以下とする。加熱温度は９５０℃以下が好ましく、９００℃以下がより好ましい。昇温速度は、３℃／ｓｅｃ以上３００℃／ｓｅｃ以下とすることが好ましい。３℃／ｓｅｃ未満では、高温にさらされる時間が過剰に長くなり、母材やめっき層が酸化して生じる酸化物皮膜が過度に厚膜化することにより、得られる熱間プレス部材上の塗料の密着性が劣化する恐れがある。そのため、昇温速度は３℃／ｓｅｃ以上が好ましく、１０℃／ｓｅｃ以上がより好ましく、５０℃／ｓｅｃ以上がさらに好ましい。また、３００℃／ｓｅｃを超えると、加熱途中にめっき層が溶融し、加熱装置や金型を汚損する恐れがある。そのため、昇温速度は３００℃／ｓｅｃ以下が好ましく、２５０℃／ｓｅｃ以下がより好ましく、２００℃／ｓｅｃ以下がさらに好ましい。
また、上記加熱温度における保持時間については何ら限定されるものではない。なお、金属間化合物相をなるべく多く残存させて塗装後耐食性をより一層向上させる観点、および、保持時間中に炉内の水蒸気を取り込むことによる水素侵入を避ける観点から、保持時間は５分以内とすることが好ましく、より好ましくは３分以内、さらに好ましくは１分以内とする。なお、下限については、熱間プレス用鋼板を均質にオーステナイト化させるという理由から１０ｓｅｃ以上とすることが好ましい。
また、熱間プレス用鋼板を加熱する方法は何ら限定されるものでなく、電気炉やガス炉による炉加熱、通電加熱、誘導加熱、高周波加熱、火炎加熱などが例示される。
加熱に次いで、熱間プレス加工を行い、加工と同時または直後に金型や水などの冷媒を用いて冷却を行うことにより熱間プレス部材が製造される。本発明においては、熱間プレス条件は特に限定されないが、一般的な熱間プレス温度範囲である６００～８００℃でプレスを行う事が出来る。
５）塗装部材の製造方法
本発明において、少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下である熱間プレス用めっき鋼板を、Ａｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に昇温し熱間プレスしたのち、厚さが１５μｍ以上である塗膜層を設けることにより、外観品質に優れた塗装部材を製造することができる。塗装方法は限定されないが、用いる塗料の種類に応じて適当なものを選択することができ、例えばカチオン電着塗装、静電塗装やスプレーによる塗装が例示される。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。下記の実施例は本発明を限定するものではなく、要旨構成の範囲内で適宜変更することは、本発明の範囲に含まれるものとする。
下地鋼板として、質量％で、Ｃ：０．２４％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：１．２８％、Ｐ：０．００５％、Ｓ：０．００１％、Ａｌ：０．０３％、Ｎ：０．００４％、Ｎｂ：０．０２％、Ｔｉ：０．０２％、Ｂ：０．００２％、Ｃｒ：０．２％、Ｓｂ：０．００８％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、板厚１．４ｍｍの冷延鋼板を用いた（Ａｃ３変態点＝８４８℃）。
上記の下地鋼板に、以下に示す溶融めっき法によりＡｌ系めっきを施した。また、以下に示す溶融めっき法または電気めっき法によりＺｎ系めっきを施した。また、めっき処理を施さない熱間プレス用鋼板として非めっき鋼板も用意した（水準Ｎｏ．２３、２４）。＜溶融めっき法＞
冷延鋼板を、溶融めっき設備によって、溶融Ａｌ－Ｓｉ系または溶融Ｚｎ－Ａｌ系めっき浴中に浸漬し、その後Ｎ２ガスワイピングを行って、表１の水準Ｎｏ．１～７およびＮｏ．１３～１８の熱間プレス用めっき鋼板を作製した。また、冷延鋼板を、溶融めっき設備によって、溶融Ｚｎめっき浴中に浸漬し、その後Ｎ２ガスワイピングを行って、さらにその後直接通電加熱炉による合金化処理を施すことで、表１の水準Ｎｏ．８～１２の熱間プレス用めっき鋼板を作製した。溶融めっきまたは合金化処理後、種々の粗度を有するロールで調質圧延を行うことで、ＷｃａおよびＲａを変化させた。
＜電気めっき法＞
まず、原板を種々の粗度を有するロールで調質圧延を行うことで、ＷｃａおよびＲａを変化させた。次いで、硫酸亜鉛・７水和物１１５ｇ／Ｌ、硫酸ニッケル・６水和物２３０ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム５５ｇ／Ｌからなるめっき浴中（ｐＨ１．４、浴温５０℃）で電流密度を１０～１００Ａ／ｄｍ２、通電時間５～６０秒と変化させて電気めっき処理を施すことで、Ｎｉ含有率１２％のＺｎ－Ｎｉ系合金めっき層を形成させ、表１に示す水準Ｎｏ．１９～２２の熱間プレス用めっき鋼板を作製した。
＜クラックの付与およびクラック密度の定量＞
一部の水準については、引張加工または酸性溶液への浸漬により、めっき鋼板表面にクラックを付与した。引張加工は、熱間プレス用鋼板を圧延方向に伸長率５％で一軸引張加工することで行った。酸性溶液への浸漬は、めっき鋼板を、硫酸亜鉛・７水和物１１５ｇ／Ｌ、硫酸ニッケル・６水和物２３０ｇ／Ｌ、硫酸ナトリウム５５ｇ／ＬからなるｐＨ１．４、浴温５０℃の水溶液に４０秒間浸漬することで行った。上記のようなクラック付与処理を行った後の熱間プレス用鋼板について、表面観察を行い、クラック密度を測定した。具体的には、熱間プレス用鋼板の表面を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて１０００倍で観察し、任意に３本直線を引き、クラックとの交点を数え、直線の長さで除することにより、単位長さ当たりのクラック密度（箇所／ｍｍ）に換算した。このとき、クラック密度の測定精度を上げるため、１つの供試材について３視野の表面観察を行い、その平均値をクラック密度とした。クラック付与方法およびクラックの数密度を表１に示す。
上記のめっき処理を施した熱間プレス用鋼板およびめっき処理を施さない熱間プレス用鋼板を、熱間プレスに供した。具体的には、得られた熱間プレス用鋼板から１００ｍｍ×２００ｍｍの試験片を採取し、電気炉によって加熱処理を行った。熱処理条件（加熱温度、保持時間）を表１に示す。熱処理後の試験片を電気炉から取り出し、直ちにハット型金型を用いて成形開始温度７００℃で熱間プレスを行うことにより熱間プレス部材を得た。なお、得られた熱間プレス部材の形状は上面の平坦部長さ１００ｍｍ、側面の平坦部長さ５０ｍｍ、下面の平坦部長さ５０ｍｍである。また、金型の曲げＲは上面の両肩、下面の両肩いずれも７Ｒである。
得られた熱間プレス部材について、上面の平坦部から７０ｍｍ×１５０ｍｍの試験片を切り出し、表面の幾何学的形状（ろ波中心線うねりＷｃａ、線粗さＲａ、スキューネスＲｓｋ）、塗装後鮮映性、および塗装後耐食性の評価を行った。なお、非めっき鋼板のＮｏ．２３～２４に対しては、ショットブラストにより鉄スケールを除去した上で表面粗さを測定し、その後塗装に供した。
塗装後鮮映性および塗装後耐食性は、試験片にリン酸亜鉛系化成処理、電着塗装および中塗り・上塗り塗装を施した塗装部材について評価を行った。リン酸亜鉛系化成処理は、日本パーカライジング社製ＰＢ－ＳＸ３５を用いて標準条件で行い、電着塗装は関西ペイント社製カチオン電着塗料エレクトロンＧＴ１００を用いて塗装膜厚が１５μｍとなるように行った。焼付け条件は１７０℃で２０分間保持とした。更にその上に中塗り塗装（関西ペイント社製ＴＰ６５Ｐ）と上塗り塗装（ネオアラミック６０００－４）を、電着塗装との合計の厚さで８０μｍとなるように施し、塗装後鮮映性と塗装後耐食性の評価に供した。
＜表面の幾何学的形状の測定＞
表面の幾何学的形状（ろ波中心線うねりＷｃａ、線粗さＲａ、スキューネスＲｓｋ）は、東京精密製サーフコム１５００ＳＤ３を用い、ＪＩＳ Ｂ０６０１に従って測定した。表面の幾何学的形状の測定は、熱間プレス部材については、前記中塗り・上塗り塗装を施される面で測定した。両面に中塗り・上塗り塗装を施される場合は両面で測定した。熱間プレス用鋼板については、熱間プレス後に前記中塗り・上塗り塗装を施される面で測定した。両面に中塗り・上塗り塗装を施される場合は両面で測定した。
＜塗装後鮮映性の測定＞
塗装後鮮映性は、ＢＹＫ－Ｇａｒｄｅｎｅｒ社製Ｗａｖｅｓｃａｎ Ｄｕａｌ Ｐｌｕｓを用い測定し、Ｗａｖｅｓｃａｎ ＤＯＩを指標として評価した。０．１～３０ｍｍまでの各波長域に対応するＷａ、Ｗｂ、Ｗｃ、Ｗｄ、Ｗｅの値に対し、以下の基準で判定を行い、◎、○、△を合格とし、×を不合格とした。評価結果を表１に示す。
◎（合格、特に優れる）：Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ、Ｗｄ、Ｗｅのすべてが１５未満かつ最大のものと最小のものの差が５未満
○（合格、より優れる）：Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ、Ｗｄ、Ｗｅのすべてが１５未満かつ最大のものと最小のものの差が５以上
△（合格）：Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ、Ｗｄ、Ｗｅの値のうち、最大値が１５以上２０未満
×（不合格）：Ｗａ、Ｗｂ、Ｗｃ、Ｗｄ、Ｗｅの値のうち、最大値が２０以上
＜塗装後耐食性＞
リン酸亜鉛系化成処理および電着塗装と３コート塗装とを施した熱間プレス部材を腐食試験（ＳＡＥ－Ｊ２３３４）に供し、１２０サイクル後の腐食状況の評価を行った。クロスカットからの片側最大膨れ幅を測定して以下の基準で判定を行い、◎、○、△を合格とし、×を不合格とした。評価結果を表１に示す。
◎（合格、特に優れる）：片側最大膨れ幅＜１．５ｍｍ
○（合格、より優れる）：１．５ｍｍ≦片側最大膨れ幅＜３．０ｍｍ
△（合格）：３．０ｍｍ≦片側最大膨れ幅＜４．０ｍｍ
×（不合格）：４．０ｍｍ≦片側最大膨れ幅
Figure 0007063430000001
表１の結果から、本発明の熱間プレス部材は、塗装後鮮映性および塗装後耐食性に優れる。また、本発明の熱間プレス部材を基材とすることで、塗装後鮮映性と塗装後耐食性に優れる塗装部材を得ることができる。さらに、本発明の熱間プレス用鋼板であれば、塗装後鮮映性および塗装後耐食性に優れる熱間プレス部材を得ることができる。

Claims (9)

  1. 少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが１．５μｍ以下である、熱間プレス部材。
  2. 前記少なくとも一方の面の線粗さＲａが２．０μｍ以下、スキューネスＲｓｋが０以下である、請求項１に記載の熱間プレス部材。
  3. 前記少なくとも一方の面に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅから選択される１種以上を含有し、厚さが１０～８０μｍであるめっき層を有し、ろ波中心線うねりＷｃａが１．５μｍ以下である、請求項１または２に記載の熱間プレス部材。
  4. 請求項１～３のいずれかに記載の熱間プレス部材を基材とし、前記基材の少なくとも一方の面に、厚さが１５μｍ以上である塗膜層を有する、塗装部材。
  5. 少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下である、熱間プレス用鋼板。
  6. 前記少なくとも一方の面の線粗さＲａが１．０μｍ以下であり、かつ前記少なくとも一方の面の任意の１ｍｍ長さの断面における単位断面長さ当たりのクラック密度が３０箇所／ｍｍ以上である、請求項５に記載の熱間プレス用鋼板。
  7. 前記少なくとも一方の面に、Ａｌ、Ｚｎ、Ｆｅから選択される１種以上を含有し、厚さが３～３０μｍであるめっき層を有する、請求項５または６に記載の熱間プレス用鋼板。
  8. 少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下である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、熱間プレス部材の製造方法。
  9. 少なくとも一方の面のろ波中心線うねりＷｃａが０．７５μｍ以下である熱間プレス用鋼板を、Ａｃ３変態点～１０００℃の温度範囲に昇温し熱間プレスしたのち、厚さが１５μｍ以上である塗膜層を設ける、塗装部材の製造方法。
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