JP7207533B2 - ホットスタンプ用めっき鋼板 - Google Patents
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Description
(1)
鋼板と、前記鋼板の少なくとも片面に形成されたZn-Niめっき層とを有し、前記Zn-Niめっき層において、Ni濃度が8質量%以上であり、めっき付着量が片面あたり10g/m2以上90g/m2以下であり、平均結晶粒径が50nm以上であるホットスタンプ用めっき鋼板であって、前記ホットスタンプ用めっき鋼板を200℃で1時間熱処理した後にCo-Kα線を用いたX線回折分析で測定される前記Zn-Niめっき層の最大X線回折ピークの角度と、熱処理する前にCo-Kα線を用いたX線回折分析で測定される前記Zn-Niめっき層の最大X線回折ピークの角度との差が0.3°以下である、ホットスタンプ用めっき鋼板。
(2)
前記鋼板が、質量%で、
C:0.05%以上0.70%以下、
Mn:0.5%以上11.0%以下、
Si:0.05%以上2.00%以下、
Al:0.001%以上1.500%以下、
P:0.100%以下、S:0.100%以下、
N:0.010%以下、
O:0.010%以下、
B:0%以上0.0040%以下、
Cr:0%以上2.00%以下、
Ti:0%以上0.300%以下、
Nb:0%以上0.300%以下、
V:0%以上0.300%以下、
Zr:0%以上0.300%以下、
Mo:0%以上2.000%以下、
Cu:0%以上2.000%以下、
Ni:0%以上2.000%以下、
Sb:0%以上0.100%以下、
Ca:0%以上0.0100%以下、
Mg:0%以上0.0100%以下、及び
REM:0%以上0.1000%以下
を含有し、残部が鉄及び不純物からなる、(1)に記載のホットスタンプ用めっき鋼板。
(3)
前記鋼板が、質量%で、
B:0.0005%以上0.0040%以下、
Cr:0.01%以上2.00%以下、
Ti:0.001%以上0.300%以下、
Nb:0.001%以上0.300%以下、
V:0.001%以上0.300%以下、
Zr:0.001%以上0.300%以下、
Mo:0.001%以上2.000%以下、
Cu:0.001%以上2.000%以下、
Ni:0.001%以上2.000%以下、
Sb:0.001%以上0.100%以下、
Ca:0.0001%以上0.0100%以下、
Mg:0.0001%以上0.0100%以下、及び
REM:0.0001%以上0.1000%以下
からなる群より選択される少なくとも一種を含有する、(2)に記載のホットスタンプ用めっき鋼板。
(4)
前記めっき付着量が片面あたり50g/m2以上である、(1)~(3)のいずれかに記載のホットスタンプ用めっき鋼板。
本発明に係るホットスタンプ用めっき鋼板は、鋼板と、鋼板の少なくとも片面に形成されたZn-Niめっき層とを有する。好ましくは、Zn-Niめっき層は鋼板の両面に形成される。また、本発明においては、Zn-Niめっき層は鋼板上に形成されていればよく、鋼板とZn-Niめっき層との間に他のめっき層が設けられていてもよい。
本発明における鋼板の成分組成は、鋼板をホットスタンプに使用することができれば特に限定されない。以下では、本発明における鋼板に含まれ得る元素について説明する。なお、成分組成についての各元素の含有量を表す「%」は特に断りがない限り質量%を意味する。
C(炭素)は、鋼板の強度を向上させるのに有効な元素である。自動車用部材には、例えば980MPa以上の高強度が求められる場合がある。強度を十分に確保するためには、C含有量を0.05%以上とすることが好ましい。一方、Cを過度に含有すると鋼板の加工性が低下する場合があるため、C含有量を0.70%以下とすることが好ましい。C含有量の下限は、好ましくは0.10%、より好ましくは0.12%、さらに好ましくは0.15%、最も好ましくは0.20%である。また、C含有量の上限は、好ましくは0.65%、より好ましくは0.60%、さらに好ましくは0.55%、最も好ましくは0.50%である。
Mn(マンガン)は、ホットスタンプの際の焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。この効果を確実に得るためには、Mn含有量を0.5%以上とすることが好ましい。一方、Mnを過度に含有すると、Mnが偏析してホットスタンプ後の成形体の強度等が不均一になるおそれがあるため、Mn含有量を11.0%以下とすることが好ましい。Mn含有量の下限は、好ましくは1.0%、より好ましくは2.0%、さらに好ましくは2.5%、さらにより好ましくは3.0%、最も好ましくは3.5%である。Mn含有量の上限は、好ましくは10.0%、より好ましくは9.5%、さらに好ましくは9.0%、さらにより好ましくは8.5%、最も好ましくは8.0%である。
Si(ケイ素)は、鋼板の強度を向上させるのに有効な元素である。強度を十分に確保するためには、Si含有量を0.05%以上とすることが好ましい。一方、Siを過度に含有すると、加工性が低下する場合があるため、Si含有量を2.00%以下とすることが好ましい。Si含有量の下限は、好ましくは0.10%、より好ましくは0.15%、さらに好ましくは0.20%、最も好ましくは0.30%である。Si含有量の上限は、好ましくは1.80%、より好ましくは1.50%、さらに好ましくは1.20%、最も好ましくは1.00%である。
Al(アルミニウム)は、脱酸元素として作用する元素である。脱酸の効果を得るためには、Al含有量を0.001%以上とすることが好ましい。一方、Alを過剰に含有すると加工性が低下するおそれがあるため、Al含有量を1.500%以下とすることが好ましい。Al含有量の下限は、好ましくは0.010%、より好ましくは0.020%、さらに好ましくは0.050%、最も好ましくは0.100%である。Al含有量の上限は、好ましくは1.000%、より好ましくは0.800%、さらに好ましくは0.700%、最も好ましくは0.500%である。
(S:0.100%以下)
(N:0.010%以下)
(O:0.010%以下)
P(リン)、S(硫黄)、N(窒素)及び酸素(O)は不純物であり、少ない方が好ましいため、これらの元素の下限は特に限定されない。ただし、これらの元素の含有量を0%超又は0.001%以上としてもよい。一方、これらの元素を過剰に含有すると、靭性、延性及び/又は加工性が劣化するおそれがあるため、P及びSの上限を0.100%、N及びOの上限を0.010%とすることが好ましい。P及びSの上限は、好ましくは0.080%、より好ましくは0.050%である。N及びOの上限は、好ましくは0.008%、より好ましくは0.005%である。
B(ホウ素)は、ホットスタンプの際の焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。B含有量は0%であってもよいが、この効果を確実に得るためには、B含有量を0.0005%以上とすることが好ましい。一方、Bを過度に含有すると、鋼板の加工性が低下するおそれがあるため、B含有量を0.0040%以下とすることが好ましい。B含有量の下限は、好ましくは0.0008%、より好ましくは0.0010%、さらに好ましくは0.0015%である。また、B含有量の上限は、好ましくは0.0035%、より好ましくは0.0030%である。
Cr(クロム)は、ホットスタンプの際の焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。Cr含有量は0%であってもよいが、この効果を確実に得るためには、Cr含有量は0.01%以上とすることが好ましい。Cr含有量は0.10%以上、0.50%以上又は0.70%以上であってもよい。一方、Crを過度に含有すると、鋼材の熱的安定性が低下する場合がある。したがって、Cr含有量は2.00%以下とすることが好ましい。Cr含有量は1.50%以下、1.20%以下又は1.00%以下であってもよい。
(Nb:0%以上0.300%以下)
(V:0%以上0.300%以下)
(Zr:0%以上0.300%以下)
Ti(チタン)、Nb(ニオブ)、V(バナジウム)及びZr(ジルコニウム)は金属組織の微細化を通じ、引張強さを向上させる元素である。これらの元素の含有量は0%であってもよいが、この効果を確実に得るためには、Ti、Nb、V及びZr含有量は0.001%以上とすることが好ましく、0.010%以上、0.020%以上又は0.030%以上であってもよい。一方、Ti、Nb、V及びZrを過度に含有すると、効果が飽和するとともに製造コストが上昇する。このため、Ti、Nb、V及びZr含有量は0.300%以下とすることが好ましく、0.150%以下、0.100%以下又は0.060%以下であってもよい。
(Cu:0%以上2.000%以下)
(Ni:0%以上2.000%以下)
Mo(モリブデン)、Cu(銅)及びNi(ニッケル)は、引張強さを高める作用を有する。これらの元素の含有量は0%であってもよいが、この効果を確実に得るためには、Mo、Cu及びNi含有量は0.001%以上とすることが好ましく、0.010%以上、0.050%以上又は0.100%以上であってもよい。一方、Mo、Cu及びNiを過度に含有すると、鋼材の熱的安定性が低下する場合がある。したがって、Mo、Cu及びNi含有量は2.000%以下とすることが好ましく、1.500%以下、1.000%以下又は0.800%以下であってもよい。
Sb(アンチモン)は、めっきの濡れ性や密着性を向上させるのに有効な元素である。Sb含有量は0%であってもよいが、この効果を確実に得るためには、Sb含有量は0.001%以上とすることが好ましい。Sb含有量は0.005%以上、0.010%以上又は0.020%以下であってもよい。一方、Sbを過度に含有すると、靭性の低下を引き起す場合がある。したがって、Sb含有量は0.100%以下とすることが好ましい。Sb含有量は0.080%以下、0.060%以下又は0.050%以下であってもよい。
(Mg:0%以上0.0100%以下)
(REM:0%以上0.1000%以下)
Ca(カルシウム)、Mg(マグネシウム)及びREM(希土類金属)は、介在物の形状を調整することによりホットスタンプ後の靭性を向上させる元素である。これらの元素の含有量は0%であってもよいが、この効果を確実に得るためには、Ca、Mg及びREM含有量は0.0001%以上とすることが好ましく、0.0010%以上、0.0020%以上又は0.0040%以上であってもよい。一方、Ca、Mg及びREMを過度に含有すると、効果が飽和するとともに製造コストが上昇する。このため、Ca及びMg含有量は0.0100%以下とすることが好ましく、0.0080%以下、0.0060%以下又は0.0050%以下であってもよい。同様に、REM含有量は0.1000%以下とすることが好ましく、0.0800%以下、0.0500%以下0.0100%以下であってもよい。
本発明におけるZn-Niめっき層は、少なくともZn及びNiを含むめっき層であり、他の成分については特に限定されない。例えば、Zn-Niめっき層は、Znを主成分(すなわちZn濃度が50質量%以上)とし、Ni濃度が8質量%以上であるめっき層であればよく、他の成分については特に限定されない。当該めっき層においてZnとNiは、ZnにNiが固溶しているか、ZnとNiによる金属感化合物を形成している。当該めっき層は、如何なるめっき方法で形成されていてもよいが、例えば、電気めっきで形成されていることが好ましい。Zn-Niめっき層は、鋼板の少なくとも片面に形成され、好ましくは鋼板の両面に形成される。当然ながら、ホットスタンプ成形を行うと、下地の鋼板からめっき層へのFe等の拡散やめっき層から下地の鋼板へのZn等の拡散が生じるため、ホットスタンプ後のめっき層の成分組成はホットスタンプの際の加熱条件(加熱温度、保持時間等)に応じて変化する。
本発明におけるZn-Niめっき層において、Ni濃度の下限は8質量%である。Ni濃度を8質量%以上とすることで、ホットスタンプの加熱時におけるZnの酸化を抑制、すなわち亜鉛酸化物ZnOの過剰生成を抑制することで、ホットスタンプ後にZn-Niめっき層中に十分な濃度のZnを残存させ、高い耐食性を有するホットスタンプ成形体を得ることができる。Ni濃度が8質量%未満となると、ホットスタンプの加熱時に亜鉛酸化物ZnOの生成が著しく進み、ホットスタンプ後にZn-Niめっき層中に残存するZn濃度が不十分となり、ホットスタンプ成形体の耐食性が不十分になるおそれがある。Ni濃度の下限は、好ましくは10質量%、より好ましくは12質量%である。
本発明におけるZn-Niめっき層において、鋼板の片面あたりのめっき付着量の下限は10g/m2である。片面あたりのめっき付着量を10g/m2以上とすることで、ホットスタンプ後に十分な厚さのめっき層を確保でき、高い耐食性を有するホットスタンプ成形体を得ることができる。片面あたりのめっき付着量が10g/m2未満となると、耐食性を担保するZn-Niめっき層の厚さが不十分となり、改善された耐食性を有するホットスタンプ成形体を得ることができないおそれがある。鋼板の片面あたりのめっき付着量の下限は、好ましくは16g/m2、より好ましくは20g/m2、さらに好ましくは24g/m2、さらにより好ましくは30g/m2、特に好ましくは40g/m2、最も好ましくは50g/m2である。特に、鋼板の片面あたりのめっき付着量が50g/m2以上であると、十分な厚さのZn-Niめっき層を確保でき、ホットスタンプ成形体の耐食性がより改善されるため好ましい。
本発明のZn-Niめっき層において、Zn-Niめっきの平均結晶粒径は50nm以上である。平均結晶粒径を50nm以上とすることで、ホットスタンプの加熱時にZn-Niめっき層中のZnが動きにくくなり、Znが鋼板に拡散するのを効果的に抑制することができる。そうすると、ホットスタンプ後に当該めっき層中に十分な濃度のZnを残存させることが可能となるため、改善された耐食性を有するホットスタンプ成形体を得ることができる。平均結晶粒径が50nm未満となると、ホットスタンプの加熱時にZn-Niめっき中のZnが動きやすくなり、比較的多くのZnが鋼板に拡散するおそれがあり、ホットスタンプ成形体の耐食性が不十分になるおそれがある。めっきの平均結晶粒径は、好ましくは50nm超、より好ましくは55nm以上又は60nm以上、さらに好ましくは70nm以上である。
平均結晶粒径(nm)=Kλ/Bcosθ ・・・(1)
により求められる(式中、K:シェラー定数、λ:Co-Kα線波長(nm)、θはブラッグ角(ラジアン)である)。なお、Kは結晶子の形状によって変化する値であるが、本発明においてはK=0.9とすればよい。
本発明に係るホットスタンプ用めっき鋼板は、200℃で1時間熱処理した後にCo-Kα線を用いたX線回折分析で測定されるZn-Niめっき層の最大X線回折ピークの角度(2θ)と、熱処理する前にCo-Kα線を用いたX線回折分析で測定されるZn-Niめっき層の最大X線回折ピークの角度(2θ)との差が0.3°以下である。なお、この熱処理前後のZn-Niめっき層の最大X線回折ピークの角度のシフトは、低角度側シフト又は高角度側シフトのいずれの場合も含み、すなわち、熱処理前後のZn-Niめっき層の最大X線回折ピークの角度の差の絶対値が0.3°以下であることをいう。これは、Zn-Niめっき層における残留歪みの程度を表す指標であり、小さいほど本発明に係るホットスタンプ用鋼板のZn-Niめっき層中に残留歪みが少ないことを意味する。熱処理前後の最大X線回折ピークの角度のシフトが0.3°以下であると、Zn-Niめっき層中に残存する歪みが少なく、ホットスタンプの加熱時にZn-Niめっき層のZnが動きにくくなり、Znの鋼板中への拡散及びFeのめっき層中への拡散を抑制できる。熱処理前後の最大X線回折ピークの角度のシフトが0.3°超であると、Zn-Niめっき層に比較的大きな歪みが存在し、ホットスタンプの加熱時にZn-Niめっき層のZnが動きやすくなり、Znの鋼板中への拡散を十分に抑制できないおそれがある。熱処理前後の最大X線回折ピークの角度のシフトは好ましくは0.2°以下である。
本発明に係るホットスタンプ用めっき鋼板は、任意の適切な引張強さを有することができ、任意の適切な引張強さを有するホットスタンプ用めっき鋼板に対してホットスタンプの加熱時における鋼板中へのZnの拡散を抑制して改善された耐食性を達成することが可能である。したがって、引張強さは、特に限定されないが、例えば、440MPa以上、590MPa以上若しくは780MPa以上であってもよく、及び/又は1470MPa以下、1320MPa以下、1180MPa以下、1100MPa以下若しくは980MPa以下であってもよい。引張強さは、鋼板の圧延方向に直角な方向からJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z2241(2011)に準拠して引張試験を行うことで測定される。
本発明に係るホットスタンプ用めっき鋼板の製造方法の例を以下で説明する。本発明に係るホットスタンプ用めっき鋼板は、鋼板の少なくとも片面、好ましくは両面に、例えば電気めっきによりZn-Niめっき層を形成することで得ることができる。
本発明に係るホットスタンプ用めっき鋼板を製造するのに使用される鋼板の製造方法は特に限定されない。例えば、溶鋼の成分組成を所望の範囲に調整し、熱間圧延し、巻取り、さらに冷間圧延を行うことで鋼板を得ることができる。本発明における鋼板の板厚は、例えば、0.1mm~3.2mmであればよい。
本発明におけるZn-Niめっき層の形成方法は、本発明に係るNi濃度、めっき付着量及び平均結晶粒径が得られれば特に限定されないが、電気めっきにより形成することができる。特に、比較的大きい結晶粒径のZn-Niめっきを得るために、比較的低い電流密度で電気めっきを行うことが好ましく、例えば、150A/dm2以下、100A/dm2以下、又は70A/dm2以下で電気めっきを行うことができる。電流密度の下限は、特に限定されないが、生産性の観点から10A/dm2、又は20A/dm2であればよい。一方、280A/dm2以上で電気めっきを行うと平均結晶粒径が50nm以下になるおそれがある。Zn-Niめっき層の形成に用いる浴の組成は、例えば、硫酸ニッケル・6水和物:150~350g/L、硫酸亜鉛・7水和物:10~150g/L、及び硫酸ナトリウム:25~75g/Lであればよい。
板厚1.4mmの冷延鋼板を以下の浴組成を有するめっき浴に浸漬し、電気めっきにより当該冷延鋼板上の両面にZn-Niめっき層を形成し、ホットスタンプ用めっき鋼板の試料No.1~13を得た。なお、使用した全ての鋼板は、質量%で、C:0.50%、Mn:3.0%、Si:0.50%、Al:0.100%、P:0.010%、S:0.020%、N:0.003%、O:0.003%、及びB:0.0010%を含有し、残部が鉄及び不純物であった。
めっき浴組成
・硫酸ニッケル・6水和物:250g/L(固定)
・硫酸亜鉛・7水和物:10~150g/L(可変)
・硫酸ナトリウム:50g/L(固定)
平均結晶粒径(nm)=Kλ/Bcosθ ・・・(1)
により平均結晶粒径を計算した(式中、K:シェラー定数=0.9、λ:Co-Kα線波長(nm)、θはブラッグ角(ラジアン)である)。ここで、Co-Kα線波長λ=0.179nm、ブラッグ角θ=50.1~50.3°の範囲に認められた回折線の角度とした。各試料の平均結晶粒径を表1に示す。
上述のように得られたホットスタンプ用めっき鋼板の試料No.1~13にホットスタンプを行った。ホットスタンプは、大気炉を900℃まで昇温し、4分間保持した後、先端R:3mmのV曲げ金型を用いて成形及び焼入れ(冷却速度:50℃/秒)を行った。得られた各ホットスタンプ成形体について、耐食性の評価試験として塩水噴霧試験(JASO M609-91法に準拠)を行った。この塩水噴霧試験は、(1)塩水噴霧2時間(5%NaCl、35℃);(2)乾燥4時間(60℃);及び(3)湿潤2時間(50℃、湿度95%以上)を1サイクルとして合計6サイクル(合計48時間)実施した。端面からの腐食を防ぐため、各試料の端面をテープによりシールして試験した。各試料は幅50mm、長さ100mmとした。
Claims (4)
- 鋼板と、前記鋼板の少なくとも片面に形成されたZn-Niめっき層とを有し、前記Zn-Niめっき層において、Ni濃度が8質量%以上であり、めっき付着量が片面あたり10g/m2以上90g/m2以下であり、平均結晶粒径が50nm以上であるホットスタンプ用めっき鋼板であって、前記ホットスタンプ用めっき鋼板を窒素雰囲気下において200℃で1時間熱処理した後にCo-Kα線を用いたX線回折分析で測定される前記Zn-Niめっき層の最大X線回折ピークの角度と、熱処理する前にCo-Kα線を用いたX線回折分析で測定される前記Zn-Niめっき層の最大X線回折ピークの角度との差が0.3°以下である、ホットスタンプ用めっき鋼板。
- 前記鋼板が、質量%で、
C:0.05%以上0.70%以下、
Mn:0.5%以上11.0%以下、
Si:0.05%以上2.00%以下、
Al:0.001%以上1.500%以下、
P:0.100%以下、
S:0.100%以下、
N:0.010%以下、
O:0.010%以下、
B:0%以上0.0040%以下、
Cr:0%以上2.00%以下、
Ti:0%以上0.300%以下、
Nb:0%以上0.300%以下、
V:0%以上0.300%以下、
Zr:0%以上0.300%以下、
Mo:0%以上2.000%以下、
Cu:0%以上2.000%以下、
Ni:0%以上2.000%以下、
Sb:0%以上0.100%以下、
Ca:0%以上0.0100%以下、
Mg:0%以上0.0100%以下、及び
REM:0%以上0.1000%以下
を含有し、残部が鉄及び不純物からなる、請求項1に記載のホットスタンプ用めっき鋼板。 - 前記鋼板が、質量%で、
B:0.0005%以上0.0040%以下、
Cr:0.01%以上2.00%以下、
Ti:0.001%以上0.300%以下、
Nb:0.001%以上0.300%以下、
V:0.001%以上0.300%以下、
Zr:0.001%以上0.300%以下、
Mo:0.001%以上2.000%以下、
Cu:0.001%以上2.000%以下、
Ni:0.001%以上2.000%以下、
Sb:0.001%以上0.100%以下、
Ca:0.0001%以上0.0100%以下、
Mg:0.0001%以上0.0100%以下、及び
REM:0.0001%以上0.1000%以下
からなる群より選択される少なくとも一種を含有する、請求項2に記載のホットスタンプ用めっき鋼板。 - 前記めっき付着量が片面あたり50g/m2以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載のホットスタンプ用めっき鋼板。
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