JP7243948B1

JP7243948B1 - 熱間プレス部材

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Publication number: JP7243948B1
Application number: JP2022577432A
Authority: JP
Inventors: 稔田中; 林太佐藤; 遼人西池; 大輔水野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2021-10-29
Filing date: 2022-08-30
Publication date: 2023-03-22
Anticipated expiration: 2042-08-30
Also published as: KR20240089215A; EP4382630A1; MX2024005036A; CN118103543A; JPWO2023074114A1

Abstract

塗装後耐食性、特にジルコニウム系化成処理を適用した場合の塗装後耐食性に優れ、かつマイクロクラックが低減された熱間プレス部材を提供する。鋼板と、前記鋼板の少なくとも一方の面の上に配された、ＦｅＡｌ、Ｆｅ２Ａｌ５、およびＺｎを含有するめっき層と、前記めっき層の上に配されたＺｎ含有酸化物層とを有し、前記ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量が１０質量％未満である、熱間プレス部材。

Description

本発明は、熱間プレス部材に関する。特に、塗装後耐食性に優れるとともにマイクロクラックが低減された熱間プレス部材に関する。

近年、自動車の分野では素材鋼板の高性能化ととも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シャシーなどの足回り部材やＢピラー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、冷間ではなく熱間で形成を行う、熱間プレス技術の適用が増加している。熱間プレスとは、鋼板をオーステナイト単相の温度域（９００℃前後）まで加熱した後に、高温のままでプレス成形し、同時に金型との接触により急冷（焼入れ）する成形方法である。加熱されて軟質化した状態でプレス成形が行われ、次いで、焼入れによって高強度化されるため、熱間プレスによれば、鋼板の高強度化とプレス成形性の確保とを両立させることができる。

しかし、亜鉛系めっき鋼板の熱間プレスには、液体金属脆化（Liquid Metal Embrittlement、LME）に起因する割れが曲げ加工部に生じるという問題があった。すなわち、熱間プレスでは、一般的なＺｎ系めっき層の融点よりも高い温度まで加熱された状態でプレス成形が行われる。そのため、加熱により液体化した亜鉛が母材鋼板に侵入して液体金属脆化を引き起こす結果、引張応力を受ける曲げ加工部で割れ（クラック）が発生する。

そこで、液体金属脆化に起因するクラックを防止するという観点から、融点が高いＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を備える鋼板を熱間プレス用鋼板として用いることが提案されている。

例えば、特許文献１には、７～１５質量％のＮｉを含むＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を有する鋼板を８００℃以上に加熱して熱間プレスする、熱間プレス部材の製造方法が開示されている。

また、特許文献２には、１３質量％以上のＮｉを含むＺｎ－Ｎｉ合金めっき層を有する鋼板を、Ａｃ３変態点～１２００℃の温度範囲に加熱して熱間プレスする、熱間プレス部材の製造方法が開示されている。

特表２０１３―５０３２５４号公報特開２０１１－２４６８０１号公報特表２０１４－５０５７９１号公報

特許文献１、２に開示されている方法では、Ｚｎよりも融点が高いＺｎ－Ｎｉ合金めっきが用いられているため、熱間プレスの際の液体金属脆化に起因するクラック発生を抑制できると考えられる。

しかし、上記の方法では、加工部に生じる液体金属脆化割れ（マクロクラック）は抑止されるものの、電子顕微鏡で詳細に観察すると、平坦部において５０μｍ以下程度の微細な割れ（マイクロクラック）が認められる場合があった。マイクロクラックは、熱間プレス加工時に発生した亜鉛蒸気が母材鋼板に侵入することによって生じると考えられる。ここで「平坦部」とは、加工部ではない部分、すなわち、熱間プレス後の部材において曲げ加工が施されていない平坦な部位を指す。このようなマイクロクラックは材料強度には影響を及ぼさないが、塗装欠陥の起点となり得るため外観や耐食性を損なう可能性がある。

そこで、特許文献３では、マイクロクラックの無い熱間プレス部材を製造するため、熱間プレス前に空気ジェットなどを用いて鋼板を４５０～７００℃に急速中間冷却することが提案されている。しかし、特許文献３で提案されている方法では急速中間冷却を実施するための追加設備の導入が必要不可欠であり、製造コストが増加するという問題があった。

また、特許文献１、２によれば、特許文献１、２に開示された方法で得られる熱間プレス部材はめっき層がＺｎを含有することから、Ｚｎの犠牲防食効果により耐食性にも優れているとされている。

しかし、特許文献１で評価されている耐食性は無塗装での耐食性であり、実際の部品の使用状況での耐食性ではない。すなわち、自動車用途などにおいて防錆性が求められる部品が無塗装で使用されることは通常考えられず、実際には、化成処理や塗装を施した状態で使用される。

一方、特許文献２で評価されている耐食性はリン酸亜鉛系化成処理を施した後に電着塗装を行った場合の塗装後耐食性であり、実際の使用状態に比較的近いと考えられる。

しかし、近年では環境負荷低減の観点から、従来のリン酸亜鉛系化成処理に代わりジルコニウム系化成処理が普及し始めている。そのため、熱間プレス部材には、ジルコニウム系化成処理を施した後に電着塗装を行った場合でも優れた塗装後耐食性を有することが求められている。

そして、本発明者らの検討によれば、上記特許文献１、２に開示される方法で得られる熱間プレス部材は、リン酸亜鉛系化成処理を適用した場合の塗装後耐食性には優れるものの、ジルコニウム系化成処理を適用した場合の塗装後耐食性が不十分であった。

本発明は、上記の実状に鑑みてなされたものであり、塗装後耐食性、特にジルコニウム系化成処理を適用した場合の塗装後耐食性に優れ、かつマイクロクラックが低減された熱間プレス部材を提供することを目的とする。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、以下を要旨とする。

１．鋼板と、
前記鋼板の少なくとも一方の面の上に配された、ＦｅＡｌ、Ｆｅ_２Ａｌ_５、およびＺｎを含有するめっき層と、
前記めっき層の上に配されたＺｎ含有酸化物層とを有し、
前記ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量が１０質量％未満である、熱間プレス部材。

２．前記Ｚｎ含有酸化物層の厚さが０．１０μｍ以上５．０μｍ以下である、上記１に記載の熱間プレス部材。

３．前記めっき層におけるＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比が５．０以上１００以下である、上記１または２に記載の熱間プレス部材。

４．前記めっき層におけるＺｎの面積率が０．１０％以上５．０％以下である、上記１または２に記載の熱間プレス部材。

５．前記めっき層におけるＺｎの面積率が０．１０％以上５．０％以下である、上記３に記載の熱間プレス部材。

本発明の熱間プレス部材は、塗装後耐食性、特にジルコニウム系化成処理を適用した場合の塗装後耐食性に優れるとともに、マイクロクラックが低減されている。また、本発明の熱間プレス部材は、特許文献３で提案されている急速中間冷却のような特殊な工程を経ることなく製造することが可能であり、したがって製造コストの面からも有利である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。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、本発明は以下の説明に限定されるものではない。また、Ｚｎ固溶量、鋼板の成分組成、およびめっき層の組成における単位「％」は、とくに断らない限り「質量％」を表す。

本発明の熱間プレス部材は、母材としての鋼板と、前記鋼板の上に配されためっき層と、前記めっき層の上に配されたＺｎ含有酸化物層とを有する。以下、各部について説明する。

［鋼板］
本発明では、後述するようにめっき層の組成と、ＦｅＡｌ中に存在するＺｎ固溶量を制御することによって上記課題を解決している。したがって、上記鋼板としては、特に限定されることなく任意の鋼板を用いることができる。

しかし、自動車用部材等として使用する観点からは熱間プレス部材の強度が高いことが好ましい。特に、１４７０ＭＰａ級を超えるような熱間プレス部材を得るためには、下記の成分組成を有する鋼板を用いることが好ましい。

質量％で、
Ｃ：０．２０～０．３５％、
Ｓｉ：０．１～０．５％、
Ｍｎ：１．０～３．０％、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｓ：０．０１％以下、
Ａｌ：０．１％以下、および
Ｎ：０．０１％以下を含有し、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる成分組成。

また、前記成分組成は、さらに任意に
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ｂ：０．００５０％以下、
Ｃｒ：０．３％以下、および
Ｓｂ：０．０３％以下
からなる群より選択される少なくとも１つを含有することができる。

以下、上記好ましい成分組成における各元素の作用効果と好適な含有量について説明する。

Ｃ：０．２０～０．３５％
Ｃは、マルテンサイトなどの組織を形成させることで強度を向上させる作用を有する元素である。１４７０ＭＰａ級を超える強度を得るという観点からは、Ｃ含有量を０．２０％以上とすることが好ましい。一方、Ｃ含有量が０．３５％を超えると、スポット溶接部の靱性が劣化する。したがって、Ｃ含有量は０．３５％以下とすることが好ましい。

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。前記効果を得るために、Ｓｉ含有量を０．１％以上とすることが好ましい。一方、Ｓｉ含有量が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。そのため、Ｓｉ含有量は０．５％以下とすることが好ましい。

Ｍｎ：１．０～３．０％
Ｍｎは、鋼の高強度化に有効な元素である。優れた機械特性や強度を確保するという観点からは、Ｍｎ含有量を１．０％以上とすることが好ましい。一方、Ｍｎ含有量が過剰であると焼鈍時の表面濃化が増加し、鋼板に対するめっき層の密着性に影響を及ぼす。そのため、めっき層の密着性を向上させるという観点からは、Ｍｎ含有量を３．０％以下とすることが好ましい。

Ｐ：０．０２％以下
Ｐ含有量が過剰であると、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、局部延性が劣化する。そしてその結果、鋼板の強度と延性のバランスが低下する。そのため、鋼板の強度と延性のバランスを向上させるという観点からは、Ｐ含有量を０．０２％以下とすることが好ましい。一方、Ｐ含有量の下限についてはとくに限定されず、０％であってよい。しかし、過度の低減は製造コストの増加を招くことから、Ｐ含有量は０．００１％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。そのため、Ｓ含有量は極力低減することが望ましく、具体的には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という観点からは、０．００５％以下とすることがより好ましい。一方、Ｓ含有量の下限についてはとくに限定されず、０％であってよい。しかし、過度の低減は製造コストの増加を招くことから、Ｓ含有量は０．０００１％以上とすることが好ましい。

Ａｌ：０．１％以下
Ａｌは、脱酸剤として作用する元素である。しかし、Ａｌ含有量が０．１％を超えると、焼入れ性が低下する。そのため、Ａｌ含有量は０．１％以下とすることが好ましい。一方、Ａｌ含有量の下限は特に限定されないが、脱酸剤としての効果を高めるという観点からは、Ａｌ含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。

Ｎ：０．０１％以下
Ｎ含有量が０．０１％を超えると、熱間プレス前の加熱時にＡｌＮが生成し、焼入れ性が低下する。そのため、Ｎ含有量は０．０１％以下とすることが好ましい。一方、Ｎ含有量の下限は特に限定されず、０％であってよい。しかし、過度の低減は製造コストの増加を招くことから、Ｎ含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。

Ｎｂ：０．０５％以下
Ｎｂは、鋼の強化に有効な成分であるが、過剰に含まれると形状凍結性が低下する。したがって、Ｎｂを添加する場合、Ｎｂ含有量を０．０５％以下とする。一方、Ｎｂ含有量の下限は特に限定されず、０％であってよい。

Ｔｉ：０．０５％以下
Ｔｉは、Ｎｂと同様に鋼の強化に有効な成分であるが、過剰に含まれると形状凍結性が低下する。したがって、Ｔｉを添加する場合、Ｔｉ含有量を０．０５％以下とする。一方、Ｔｉ含有量の下限は特に限定されず、０％であってよい。

Ｂ：０．００５０％以下
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元素である。しかし、過剰なＢの添加は成形性を大きく損なう。そのため、Ｂを添加する場合、成形性を向上させるという観点からは、Ｂ含有量を０．００５０％以下とすることが好ましい。一方、Ｂ含有量の下限は限定されないが、Ｂの添加効果を高めるという観点からは、０．０００２％以上とすることが好ましい。

Ｃｒ：０．３％以下
Ｃｒは、鋼の強化および焼き入れ性向上のために有用な元素である。しかし、Ｃｒは高価な元素であるため、Ｃｒを添加する場合、合金コストを低減するためにＣｒ含有量を０．３％以下とすることが好ましい。一方、Ｃｒ含有量の下限は特に限定されないが、Ｃｒの添加効果を高めるという観点からは、０．１％以上とすることが好ましい。

Ｓｂ：０．０３％以下
Ｓｂは、熱間プレス中に鋼板表層の脱炭を防止する効果を有する元素である。しかし、Ｓｂが過剰であると圧延荷重の増加を招くため生産性が低下する。そのため。Ｓｂを添加する場合、生産性のさらなる向上の観点から、Ｓｂ含有量を０．０３％以下とすることが好ましい。一方、Ｓｂ含有量の下限は特に限定されないが、Ｓｂの添加効果を高めるという観点からは、０．００３％以上とすることが好ましい。

［めっき層およびＺｎ含有酸化物層］
本発明の熱間プレス部材は、めっき層を有する。前記めっき層は、鋼板の少なくとも一方の面に設けられていればよく、両面に設けられていてもよい。前記めっき層は、ＦｅＡｌ、Ｆｅ_２Ａｌ_５、およびＺｎを含有する。ＦｅＡｌおよびＦｅ_２Ａｌ_５は、ＦｅとＡｌが反応してできる金属間化合物である。また、Ｚｎは犠牲防食効果を有する元素である。そして、前記めっき層の表面には、Ｚｎ含有酸化物層が存在する。

上記層構造を有する本発明の熱間プレス部材は、典型的にはＺｎ－Ａｌ合金めっき鋼板を熱間プレスすることにより製造することができる。Ｚｎ－Ａｌ合金めっき層を備えるめっき鋼板に熱間プレスを施すと、めっき層に含まれるＺｎなどの成分が下地鋼板側に拡散する一方、下地鋼板に含まれるＦｅなどの成分がめっき層側へ拡散する。同時に、めっき層中のＺｎと加熱雰囲気中に存在する酸素とが結合し、めっき層の表面にＺｎ含有酸化物層が形成される。この時、ＡｌはＺｎよりもＦｅとの親和性が高いため、めっき層中に含まれるＡｌがＦｅと優先的に反応してＦｅＡｌ系金属間化合物（ＦｅＡｌ、Ｆｅ_２Ａｌ_５など）を形成する。Ｚｎは主にＦｅＡｌ系金属間化合物の相に固溶し、一部が金属Ｚｎとして残存する。

上記層構造を有する本発明の熱間プレス部材が優れた塗装後耐食性を備える理由について、以下説明する。通常、めっき層中にＡｌを含まないＺｎ系合金めっき層を有する鋼板を熱間プレスに供した場合、Ｚｎ系合金めっき層の表面には高低差１０μｍを超えるような大きな凹凸が形成される。この理由について、本発明者らは以下のように推測している。すなわち、熱間プレス前の加熱により鋼板の温度を上昇させていくと、温度上昇にともないＺｎ系合金めっき層の表面に表層酸化物層が形成されていく。やがて鋼板の温度がめっき層の融点を超えると、表層酸化物層と鋼板との間に位置するめっき層が溶融して液体となる。さらに鋼板の温度が上昇すると、表層酸化物層もさらに成長する。このとき、表層酸化物層は、厚さ方向に成長するだけでなく、めっき層表面に平行な方向にも成長しようとする。その結果、表層酸化物層は、表面に凹凸を形成して表面積を増加させるように成長する。これは、表層酸化物層と鋼板との間に位置するめっき層が流動可能な液体であるため、表層酸化物層がその形状を変化させることが可能なためである。

このようにして製造された熱間プレス部材は、表面に大きな凹凸を有している。この熱間プレス部材に、ジルコニウム系化成処理および電着塗装を施した場合、電着塗装が熱間プレス部材表面の凹凸に追従せず、凸部において電着塗装の膜厚が極めて薄くなる。そのため、塗装後耐食性を評価すると、特にクロスカットを施していない一般部からの赤錆発生が顕著となる。

これに対して、Ｚｎ－Ａｌ合金めっき鋼板を熱間プレスに供した場合、Ｆｅは優先的にＡｌと反応してＦｅＡｌ系金属間化合物（ＦｅＡｌ、Ｆｅ_２Ａｌ_５など）を形成する。このＦｅＡｌ系金属間化合物は融点が１０００℃以上とＺｎ系合金めっきに比べて高いため、熱間プレス前の加熱によってめっき層が溶融することはない。そのため、めっき層がＡｌを含有しない場合に比べて表面が平坦な熱間プレス部材を得ることができる。

このようにして製造した熱間プレス部材に、ジルコニウム系化成処理および電着塗装を施して塗装後耐食性を評価した場合、電着塗装の膜厚が均一であるため、クロスカットを施していない一般部において局部的な赤錆発生が生じることはなく、優れた塗装後耐食性を得ることができる。

また、加熱にともないめっき層の表面が大きな凹凸を形成する場合、表層酸化物層がそれ自身の変形に追従できず、剥離してしまう場合がある。表層酸化物層が剥離した部分のジルコニウム系化成処理液との反応性は、表層酸化物層が存在する部分よりも劣るため、ジルコニウム系化成処理皮膜の被覆率が低下し、化成処理皮膜が被覆していない部分において赤錆が発生する場合がある。

これに対して表層酸化物層が平坦である場合、加熱時の変形による剥離が生じないため、ジルコニウム系化成処理皮膜が熱間プレス部材の全面を均一に被覆することができ、上記のような表層酸化物層の剥離に起因した赤錆発生を生じることはない。

上記熱間プレス部材のめっき層は、ＦｅＡｌ、Ｆｅ_２Ａｌ_５、およびＺｎを含有するめっき層であればよいが、めっき層全体に占めるＦｅＡｌ、Ｆｅ_２Ａｌ_５、およびＺｎの合計量が８９％以上であることが好ましく、９０％以上であることがより好ましい。めっき層全体に占めるＦｅＡｌ、Ｆｅ_２Ａｌ_５、およびＺｎの合計量の上限はとくに限定されないが、例えば、１００％であってよく、９９．９％以下であってもよい。

また、前記熱間プレス部材のめっき層は、Ｆｅ、Ａｌ、および残部のＺｎからなる成分組成を有していてもよく、前記成分組成には、さらに任意にＳｉが含まれていてもよい。前記めっき層がＦｅ：２０～８０％、Ａｌ：１０～５０％、Ｓｉ：０．１～１１％、および残部のＺｎおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することがより好ましい。Ａｌ含有量は２０～５０％であることがさらに好ましい。

熱間プレス部材のめっき層の成分組成は、該めっき層を塩酸水溶液に溶解し、得られた溶解液に含まれる元素をＩＣＰ－ＡＥＳ（誘導結合プラズマ発光分光分析法）により定量するすることで求めることができる。より詳細には、実施例に記載した方法で測定することができる。

ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量：１０％未満
本発明者らの検討の結果、熱間プレス部材のめっき層に含まれるＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量が１０％未満である場合、該熱間プレス部材におけるマイクロクラックが低減されることを知見した。そのため、本発明では、ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量を１０％未満とする。

ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量が１０％未満である場合にマイクロクラックが低減される理由は以下のように考えられる。

まず、上述したように、マイクロクラックは熱間プレス加工時のＺｎの蒸発に起因して生じるものである。したがって、マイクロクラック低減という観点からは、めっき層に含まれるＺｎを低減することが望ましい。しかし、単純にめっき層全体に含まれるＺｎの総量を低減すると、Ｚｎによる犠牲防食効果が低下してしまうため、十分な耐食性が得られなくなる危険がある。

ここで、熱間プレスを行った後のめっき層の相構造に着目すると、めっき層には、ＦｅＡｌ系金属間化合物の相であるＦｅＡｌおよびＦｅ_２Ａｌ_５が存在している。そして、マイクロクラックの発生原因であるＺｎは、主にＦｅＡｌ系金属間化合物の相に固溶しており、一部が金属Ｚｎとして残存するのみである。したがって、耐食性への影響を抑えつつマイクロクラックを低減するためには、ＦｅＡｌ系金属間化合物の相に固溶しているＺｎの量を低減することが望ましいといえる。

一方、熱間プレス後のめっき層におけるＦｅＡｌとＦｅ_２Ａｌ_５の分布を検討した結果、ＡｌとＦｅとの間の親和性の高さのため、Ｆｅ_２Ａｌ_５は母材鋼板に近い側に、ＦｅＡｌはめっき層の表面側（母材鋼板と反対の側）により多く分布していることが分かった。マイクロクラックはめっき層表面からのＺｎの蒸発に起因して生じるため、上記の分布を考慮すれば、ＦｅＡｌ系金属間化合物の中でも、ＦｅＡｌに固溶しているＺｎの量が、マイクロクラックの発生に主として影響すると考えられる。したがって、ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量を低減することにより、耐食性への影響を最小限としつつ、マイクロクラックを効果的に低減することができる。

さらに、後述するように、本発明の好適な実施形態の１つにおいては、めっき層におけるＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比を５．０以上とすることができる。ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量の低減と、ＦｅＡｌの比率の増加を組み合わせることにより、マイクロクラックの低減効果を一層高めることができる。

そのため、本願発明では、ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量を１０％未満とする。一方、ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量の下限はとくに限定されず、０％であってよい。しかし、製造しやすさの観点からは、ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量は１．０％以上であることが好ましく、２．０％以上であることがより好ましい。

前記ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量は、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）により測定することができる。具体的には、熱間プレス部材のＦｅＡｌ中の任意の５０か所におけるＺｎ固溶量をＥＰＭＡにより測定し、その平均値をＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量とする。

なお、ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量を低減する方法についてはとくに限定されないが、後述するように、熱間プレス加工の際における下地鋼板からめっき層中へのＦｅの拡散を促進することでＦｅＡｌの生成量を増大させ、その結果、相対的にＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量を低減させることができる。

Ｚｎ含有酸化物層の厚さ：０．１０～５．０μｍ
上記Ｚｎ含有酸化物層の厚さは特に限定されず、任意の厚さであってよい。しかし、Ｚｎ含有酸化物層は、プレス成形の際にめっき層表面と金型との間における摺動特性を向上させる機能を有している。そのため、Ｚｎ含有酸化物層が過度に薄いと摺動性が低下し、プレス成形時にめっき層の剥離が生じ、その結果として耐食性が低下する場合がある。そのため、塗装後耐食性をさらに向上させるという観点からは、Ｚｎ含有酸化物層の厚さを０．１０μｍ以上とすることが好ましい。

一方、Ｚｎ含有酸化物層が過度に厚いと、マイクロクラックが増加する場合がある。これは、過剰に成長したＺｎ含有酸化物層の一部が剥離し、剥離した箇所からマイクロクラックの原因となるＺｎ蒸気が生じやすくなるためであると考えられる。また、Ｚｎ含有酸化物層が剥離した箇所は塗装欠陥の起点となるため、塗装後耐食性の低下を招く。そのため、マイクロクラックのさらなる低減、および塗装後耐食性のさらなる向上の観点からは、Ｚｎ含有酸化物層の厚さを５．０μｍ以下とすることが好ましい。

前記Ｚｎ含有酸化物層の厚さは、熱間プレス部材の断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察することにより測定することができる。具体的には、熱間プレス部材の断面を、ＳＥＭを用いて５００倍で観察し、任意の２０か所におけるＺｎ含有酸化物層の厚さを測定し、その平均値をＺｎ含有酸化物層の厚さとする。

ＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比：５．０～１００
上述したように、本発明ではＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量を低減することによりマイクロクラックを低減している。一方、ＺｎはＦｅＡｌだけでなくＦｅ_２Ａｌ_５にも固溶することができる。そこで、めっき層におけるＦｅ_２Ａｌ_５に対するＦｅＡｌの比を高めるとともに、ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量を１０％未満に低減することで、めっき層全体としてのＺｎ固溶量をさらに低減することができる。そのため、マイクロクラックをさらに低減するという観点からは、めっき層におけるＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比を５．０以上とすることが好ましい。一方、ＦｅＡｌ/Ｆｅ_２Ａｌ_５比が１００を超える場合、塗装後耐食性が劣化する場合がある。これは、ＦｅＡｌとＺｎ含有酸化物層との間の界面でＺｎ含有酸化物層が剥離し、結果として局所的に化成液との反応性が低下するためと考えられる。そのため、塗装後耐食性をさらに向上させるという観点からは、めっき層におけるＦｅＡｌ/Ｆｅ_２Ａｌ_５比を１００以下とすることが好ましい。

前記ＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比は、Ｘ線回折（ＸＲＤ）測定により測定することができる。具体的には、ＸＲＤ測定により回折パターンを取得し、前記回折パターンにおける、Ｆｅ_２Ａｌ_５に帰属するピークの強度に対する、ＦｅＡｌに帰属するピークの強度の比をＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比とする。ここで、Ｆｅ_２Ａｌ_５に帰属するピークの面間隔ｄは２．１９であり、ＦｅＡｌに帰属するピークの面間隔ｄは２．０５である。また、前記ＸＲＤ測定の条件は、Ｘ線源：Ｃｕ－Ｋα、管電圧：４０ｋＶ、管電流：３０ｍＡとすればよい。

Ｚｎ面積率：０．１０％～５．０％
上述したように、Ｚｎは犠牲防食効果を有する元素であり、めっき層に含まれるＺｎの割合が増加するほど耐食性が向上する。そのため、塗装後耐食性をさらに向上させるという観点からは、めっき層におけるＺｎの面積率を０．１０％以上とすることが好ましい。また、Ｚｎの面積率が０．１０％以上であれば、傷部や鋼板端面における赤錆発生の抑制効果も向上する。

一方、金属Ｚｎの割合が増加すると、熱間プレス時に発生するＺｎ蒸気の量も増加するため、マイクロクラックが生じやすくなる。そのため、マイクロクラックをさらに低減するためには金属Ｚｎ量は少ないことが望ましい。しかし、めっき層にＦｅＡｌ相が共存する場合、発生したＺｎ蒸気がＦｅＡｌ相にトラップされるため、ある程度の金属Ｚｎ量は許容できる。そのため、マイクロクラックをさらに低減するという観点からは、めっき層におけるＺｎの面積率を５．０％以下とすることが好ましい。

前記Ｚｎの面積率は、ＥＰＭＡにより測定することができる。具体的には、ＥＰＭＡによる測定において、Ｚｎ固溶量が７０％より高いめっき層中の領域を金属Ｚｎ領域とし、めっき層の全面積に対する前記金属Ｚｎ領域の面積の割合をＺｎの面積率とする。

前記熱間プレス部材におけるめっき層の付着量は特に限定されないが、鋼板片面あたり４０ｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、５０ｇ／ｍ^２以上であることがより好ましく、６０ｇ／ｍ^２以上であることがさらに好ましい。また、前記めっき層の付着量は、鋼板片面あたり４００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、３００ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましく、２００ｇ／ｍ^２以下であることがさらに好ましい。

前記熱間プレス部材におけるめっき層の片面あたりの付着量は、塩酸水溶液を用いて熱間プレス部材のめっき層を溶解除去し、その前後における重量の差から求めることができる。より詳細には、実施例に記載した方法で測定することができる。

なお、熱間プレス部材におけるめっき層の付着量は、通常、熱間プレス前のめっき鋼板におけるめっき層の付着量よりも多い。これは、熱間プレス工程において、めっき層を構成する金属と母材鋼板の金属とが相互拡散するためである。特に、熱間プレス後のめっき層のＦｅ濃度は熱間プレス前のめっき層のＦｅ濃度より著しく大きくなる。Ｆｅの拡散量は熱間プレス時の加熱条件等により変化する。

［製造方法］
次に、本発明の熱間プレス部材の好適な製造方法について説明する。

本発明の熱間プレス部材は、下地鋼板にめっきを施してめっき鋼板とし、次いで、前記めっき鋼板に対して熱間プレスを施すことにより製造することができる。

下地鋼板としては、特に限定されることなく任意の鋼板を用いることができる。好適な鋼板の成分組成は先に述べたとおりである。前記下地鋼板は、熱延鋼板または冷延鋼板であることが好ましい。

前記下地鋼板へのめっきは任意の方法で行うことができるが、溶融めっき法により行うことが好ましい。以下、溶融めっき法によりめっき鋼板を作成する場合について説明する。

まず、溶融めっきに先立って、下地鋼板に焼鈍を施す。前記焼鈍を行う際は、雰囲気中のＨ_２／Ｈ_２Ｏ分圧比を５００未満とする。これにより、下地鋼板の表層から脱炭が生じ、表層のフェライト組織が増加することで、後の熱間プレス工程でのめっき層と下地鋼板の拡散が促進される。下地鋼板からめっき層中へのＦｅ拡散が促進されると、Ｆｅ_２Ａｌ_５に比べて、ＦｅＡｌの割合が増加する。一方で、めっき層中に存在するＺｎ量は基本的には変化しないため、相対的にＦｅＡｌ中に固溶するＺｎ量は低下する。

次に、前記焼鈍後の下地鋼板に対してショットブラストを施す。ショットブラストを施すことにより、下地鋼板の表面に歪が導入され、その結果、後の熱間プレス工程でのめっき層と下地鋼板の拡散が促進される。上述したように、下地鋼板からめっき層中へのＦｅ拡散が促進されるとＦｅ_２Ａｌ_５に比べて、ＦｅＡｌの割合が増加する。一方で、めっき層中に存在するＺｎ量は基本的には変化しないため、相対的にＦｅＡｌ中に固溶するＺｎ量は低下する。

ショットブラストの条件は、最終的に得られる熱間プレス部材におけるＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量が所望の値となるように調整すればよい。例えば、投射材を噴射する際の空気圧を高くすればショットブラストによる拡散促進の効果が高まり、その結果、ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量が低くなる。そのため、前記空気圧は、０．１０ＭＰａ以上とすることが好ましい。

その後、前記ショットブラスト後の下地鋼板に溶融めっきを施して、下地鋼板の表面に溶融めっき層を備える溶融めっき鋼板とする。前記溶融めっき層は、Ａｌを含むＺｎ系合金めっき層であればよい。具体的には、前記溶融めっき層は、Ｆｅ、Ａｌ、および残部のＺｎからなる成分組成を有していてもよく、前記成分組成には、さらに任意にＳｉが含まれていてもよい。前記溶融めっき層がＡｌ：２０～８０％、Ｓｉ：０．１～１１％、および残部のＺｎおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することがより好ましい。Ａｌ含有量は３０～７０％であることがさらに好ましい。

溶融めっき鋼板の溶融めっき層の成分組成は、インヒビターとしてヘキサメチレンテトラミンを添加した塩酸水溶液に前記溶融めっき層を溶解し、得られた溶解液に含まれる元素をＩＣＰ－ＡＥＳにより定量するすることで求めることができる。より詳細には、実施例に記載した方法で測定することができる。

前記溶融めっき層の付着量は特に限定されないが、鋼板片面あたり２０ｇ／ｍ^２以上であることが好ましく、３０ｇ／ｍ^２以上であることがより好ましく、５０ｇ／ｍ^２以上であることがさらに好ましい。また、前記溶融めっき層の付着量は、鋼板片面あたり３００ｇ／ｍ^２以下であることが好ましく、２５０ｇ／ｍ^２以下であることがより好ましく、２００ｇ／ｍ^２以下であることがさらに好ましい。先に述べたように、熱間プレスを行うと、母材鋼板からのＦｅの拡散によりめっき層の付着量が増大する。そのため、熱間プレス前の溶融めっき鋼板における溶融めっき層の付着量を上記範囲とすることにより、熱間プレス部材におけるめっき層の付着量を上述した好ましい範囲とすることができる。

前記溶融めっき鋼板における溶融めっき層の片面あたりの付着量は、インヒビターとしてヘキサメチレンテトラミンを添加した塩酸水溶液を用いて溶融めっき鋼板の溶融めっき層を溶解除去し、その前後における重量の差から求めることができる。より詳細には、実施例に記載した方法で測定することができる。

次に、上記溶融めっき鋼板を熱間プレスすることにより熱間プレス部材とする。前記熱間プレスにおいては、まず、溶融めっき鋼板をＡｃ３変態点以上、１０００℃以下の加熱温度に加熱し、１．０分以上保持した後、金型を用いてプレスする。前記条件で加熱と保持を行うことにより、上述した層構造を有する熱間プレス部材を得ることができる。

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。一方、加熱温度が１０００℃を超えると、操業コストが増大する。

また、保持時間が１．０分未満であると、ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量を１０％未満とすることができない。一方、保持時間の上限は特に限定されないが、１０．０分以下とすることが好ましい。上述したＺｎ含有酸化物層の厚さ、ＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比、およびＺｎ面積率を達成するという観点からは、保持時間を５．０分以下とすることがより好ましい。

以下、本発明の作用・効果について、実施例を用いて説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。

以下の手順で溶融めっき鋼板を作製し、前記溶融めっき鋼板を熱間プレスすることにより熱間プレス部材とした。

・溶融めっき鋼板の作製
下地鋼板として、質量％で、Ｃ：０．２５％、Ｓｉ：０．２５％、Ｍｎ：１．９％、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。

上記下地鋼板に、表１、２に示す条件で焼鈍、ショットブラスト、および溶融めっきを順次施して溶融めっき鋼板を得た。前記ショットブラストでは、平均粒度０．５ｍｍのスチール球を投射材として用い、鋼板表面に対して角度６０°で、表１、２に示した空気圧で投射材を噴射した。

得られた溶融めっき鋼板のそれぞれにおける、溶融めっき層の成分組成と、溶融めっき層の付着量を、以下の手順で測定した。測定結果を表１、２に示す。

（溶融めっき層の成分組成）
まず、評価対象とする溶融めっき鋼板を打抜き加工して、４８ｍｍφの試料を採取した。その後、前記試料の一方の面（成分組成を測定する面と反対側の面）をマスキングした。次いで、２０ｇ／Ｌの重クロム酸アンモニウム水溶液に前記試料を６０分浸漬して表面酸化物層を溶解した。さらに、インヒビターとしてヘキサメチレンテトラミン１ｍＬを添加した１７％塩酸水溶液に前記試料を６０分間浸漬して溶融めっき層を溶解した。前記溶融めっき層を溶解した塩酸水溶液中の金属成分（Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚｎ）を、ＩＣＰ－ＡＥＳにより定量し、溶融めっき層中に含まれていた各元素の質量を求めた。得られた各元素の質量を、溶融めっき層の全質量で除することにより、溶融めっき層に含まれている各元素の含有量（質量％）を得た。溶融めっき層の全質量は、溶融めっき層の付着量（ｇ／ｍ^２）と溶融めっき層の面積（ｍ^２）から算出した。なお、表１、２には、Ａｌ、Ｓｉ、およびＦｅの含有量のみ示したが、残部はＺｎおよび不可避的不純物であった。

（溶融めっき層の付着量）
まず、評価対象とする熱間プレス部材を打抜き加工して、４８ｍｍφの試料３つを採取する。その後、各試料一方の面（付着量を測定する面と反対側の面）をマスキングした。次いで、２０ｇ／Ｌの重クロム酸アンモニウム水溶液に各試料を６０分浸漬して表面酸化物層を溶解した後、各試料の重量を測定した。さらに、インヒビターとしてヘキサメチレンテトラミン１ｍＬを添加した１７％塩酸水溶液に各試料を６０分間浸漬して溶融めっき層を溶解した後、各試料の重量を再度測定した。溶融めっき層の溶解前後の重量差を、前記試料の面積で割ることにより、各試料における単位面積あたりの溶融めっき付着量を算出した。そして、３試料におけるめっき付着量の平均値を、当該溶融めっき鋼板における溶融めっき層の片面あたりの付着量とした。

・熱間プレス部材の作製
次いで、得られた溶融めっき鋼板から１５０ｍｍ×３００ｍｍの試験片を採取し、表１、２に示した条件で前記試験片を加熱した。前記加熱には電気炉を使用した。

所定の保持時間が経過した後、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℃で熱間プレスを行って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であった。また、金型の曲げＲは上面の両肩、下面の両肩いずれも７Ｒであった。

得られた熱間プレス部材のそれぞれにおける、めっき層の成分組成と、めっき層の付着量を、以下の手順で測定した。測定結果を表３、４に示す。

（めっき層の成分組成）
まず、評価対象とする熱間プレス部材を打抜き加工して、４８ｍｍφの試料を採取した。その後、前記試料の一方の面（成分組成を測定する面と反対側の面）をマスキングした。次いで、２０ｇ／Ｌの重クロム酸アンモニウム水溶液に前記試料を６０分浸漬して表面酸化物層を溶解した。さらに、１７％塩酸水溶液に前記試料を６０分間浸漬してめっき層を溶解した。前記めっき層を溶解した塩酸水溶液中の金属成分（Ａｌ、Ｓｉ、Ｆｅ、Ｚｎ）を、ＩＣＰ－ＡＥＳにより定量し、めっき層中に含まれていた各元素の質量を求めた。得られた各元素の質量を、めっき層の全質量で除することにより、めっき層に含まれている各元素の含有量（質量％）を得た。めっき層の全質量は、めっき層の付着量（ｇ／ｍ^２）とめっき層の面積（ｍ^２）から算出した。測定結果を表３、４に示す。なお、表３、４には、Ａｌ、Ｓｉ、およびＦｅの含有量のみ示したが、残部はＺｎおよび不可避的不純物であった。

（めっき層の付着量）
まず、評価対象とする熱間プレス部材を打抜き加工して、４８ｍｍφの試料３つを採取した。その後、各試料一方の面（付着量を測定する面と反対側の面）をマスキングした。次いで、２０ｇ／Ｌの重クロム酸アンモニウム水溶液に各試料を６０分浸漬して表面酸化物層を溶解した後、各試料の重量を測定した。さらに、各試料を１７％塩酸水溶液に６０分間浸漬してめっき層を溶解した後、各試料の重量を再度測定した。めっき層の溶解前後の重量差を、前記試料の面積で割ることにより、各試料における単位面積あたりのめっき付着量を算出した。そして、３試料におけるめっき付着量の平均値を、当該熱間プレス部材におけるめっき層の片面あたりの付着量とした。

さらに、得られた熱間プレス部材のそれぞれについて、以下の方法でＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量、Ｚｎ含有酸化物層の厚さ、めっき層におけるＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比、およびめっき層におけるＺｎの面積率を測定した。測定結果を表３、４に示す。

（ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量）
熱間プレス部材の上面の平坦部から断面観察用の試験片を採取し、ＥＰＭＡにより分析することで、ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量を測定した。具体的にはＦｅＡｌ中の任意の５０か所におけるＺｎ固溶量を分析し、その平均値をＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量とした。

（Ｚｎ含有酸化物層の厚さ）
熱間プレス部材の上面の平坦部から断面観察用の試験片を採取し、断面観察を行うことによりＺｎ含有酸化物層の厚さを測定した。具体的には、熱間プレス部材の断面を、ＳＥＭを用いて５００倍で観察し、任意の２０か所におけるＺｎ含有酸化物層の厚さを測定し、その平均値をＺｎ含有酸化物層の厚さとした。

（めっき層におけるＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比）
熱間プレス部材から切り出したサンプルを用いて、めっき層におけるＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比を測定した。具体的には、ＸＲＤ測定（Ｘ線源：Ｃｕ－Ｋα、管電圧：４０ｋＶ、管電流：３０ｍＡ）で得られた回折パターンからＦｅＡｌ（ｄ＝２．０５）およびＦｅ_２Ａｌ_５（ｄ＝２．１９）に帰属されるピーク強度を測定し、その強度比をめっき層におけるＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比とした。

（めっき層におけるＺｎの面積率）
Ｚｎ固溶量の測定に用いたものと同じ断面観察用の試験片をＥＰＭＡにより分析し、めっき層におけるＺｎの面積率を測定した。具体的には、めっき層中のＺｎ固溶量が７０％より高い領域を金属Ｚｎ領域とし、めっき層の全面積に対する前記金属Ｚｎ領域の面積の割合をＺｎの面積率とした。

さらに、得られた熱間プレス部材の特性を評価するために、以下の条件で塗装後耐食性およびマイクロクラックの量を評価した。

（塗装後耐食性）
得られた熱間プレス部材の上面の平坦部から７０ｍｍ×１５０ｍｍの試験片を切り出し、前記試験片に対してジルコニウム系化成処理および電着塗装を施すことにより耐食性試験片とした。前記ジルコニウム系化成処理は、日本パーカライジング社製ＰＬＭ２１００を用いて標準条件で行った。前記電着塗装は関西ペイント社製ＧＴ１００Ｖを用いて塗装膜厚が１０μｍとなるように行った。電着塗装の焼付け条件は１７０℃で２０分間保持とした。

得られた耐食性試験片を腐食試験（ＳＡＥ－Ｊ２３３４）に供し、３０サイクル後の腐食状況の評価を行い、以下の基準で塗装後耐食性を判定した。◎、○、△のいずれかであれば合格とした。評価結果を表３、４に示す。
◎：一般部における赤錆発生なし
○：１箇所≦赤錆発生箇所＜３箇所
△：３箇所≦赤錆発生箇所＜１０箇所
×：１０箇所≦赤錆発生箇所

（マイクロクラック）
得られた熱間プレス部材の側面平坦部の中央（下面から２５ｍｍ）から断面ＳＥＭ観察用に１０ｍｍ×１０ｍｍのサンプルをＣ方向１０か所で採取した。前記サンプルをＳＥＭ観察（倍率×１０００）してマイクロクラック有無を調査し、以下の基準で評価した。評価結果を表３、４に示す。平均マイクロクラック深さが１００μｍ未満であれば（評点２～４）、本発明の目的であるマイクロクラック耐性を有していると判断した。
評点４：平均マイクロクラック深さが１０μｍ未満
評点３：平均マイクロクラック深さが１０μｍ以上５０μｍ未満
評点２：平均マイクロクラック深さが５０μｍ以上１００μｍ未満
評点１：平均マイクロクラック深さが１００μｍ以上

表３、４に示した結果から分かるように、本発明の条件を満たす熱間プレス部材は、ジルコニウム系化成処理を適用した場合であっても塗装後耐食性に優れており、かつマイクロクラックが低減されていた。

Claims

鋼板と、
前記鋼板の少なくとも一方の面の上に配された、ＦｅＡｌ、Ｆｅ_２Ａｌ_５、およびＺｎを含有するめっき層と、
前記めっき層の上に配されたＺｎ含有酸化物層とを有し、
前記ＦｅＡｌ中のＺｎ固溶量が１０質量％未満である、熱間プレス部材。
前記Ｚｎ含有酸化物層の厚さが０．１０μｍ以上５．０μｍ以下である、請求項１に記載の熱間プレス部材。
前記めっき層におけるＦｅＡｌ／Ｆｅ_２Ａｌ_５比が５．０以上１００以下である、請求項１または２に記載の熱間プレス部材。
前記めっき層におけるＺｎの面積率が０．１０％以上５．０％以下である、請求項１または２に記載の熱間プレス部材。
前記めっき層におけるＺｎの面積率が０．１０％以上５．０％以下である、請求項３に記載の熱間プレス部材。