JP7243949B1 - 熱間プレス部材 - Google Patents
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Abstract
Description
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Fe2Al5中のZn固溶量が10質量%以上である、熱間プレス部材。
本発明では、後述するようにめっき層の組成と、Fe2Al5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。
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。
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。
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。
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、Fe2Al5、およびZnを含有する。FeAlおよびFe2Al5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。
上述したようにZnめっき中にAlが含まれる場合、熱間プレス時にFeは優先的にAlと反応してFeAl系金属間化合物(FeAl、Fe2Al5など)を形成し、Znは主に前記FeAl系金属間化合物中に固溶する。この時、Fe2Al5中へのZn固溶量が十分に高いと、良好なカット部耐食性を得ることができる。これは、FeAl系金属間化合物が腐食する際に、固溶したZnが保護性の高いZn系腐食生成物を生成するためであると考えられる。Fe2Al5中のZn固溶量が10%未満であると、十分なカット部耐食性を得ることができない。そこで、本発明では、前記めっき層に含まれるFe2Al5中のZn固溶量を10%以上とする。前記Zn固溶量は、12%以上とすることがより好ましく、15%以上とすることがさらに好ましい。
めっき層の表面に存在するZn含有酸化物層は、化成処理液との反応性が良いため、良好な化成処理性、ひいては良好な電着塗装性を得るためにZn含有酸化物層の形成は必須である。
上記めっき層におけるFeAl/Fe2Al5比は特に限定されず、任意の値であってよい。しかし、本発明者らは同じFeAl系金属間化合物であっても、FeAlに比べてFe2Al5の比率が多い場合に、より優れたカット部耐食性が得られることを知見した。Fe2Al5中のZn固溶量はFeAlに比べて大きく、Fe2Al5の比率が高いほどめっき層全体としてのZn固溶量が増加するためであると考えられる。そのため、カット部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/Fe2Al5比を50以下とすることが好ましい。
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、カット部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1%以上とすることが好ましい。一方、めっき層におけるZnの面積率が高すぎると、プレス成形時にめっき層の表面に凹凸が生じやすくなるため、塗装後の外観品質が劣化する場合がある。そのため、塗装後の外観品質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20%以下とすることが好ましい。
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。
下地鋼板として、質量%で、C:0.24%、Si:0.22%、Mn:2.0%、P:0.005%、S:0.001%、Al:0.03%、N:0.004%、Nb:0.03%、Ti:0.03%、B:0.001%、Cr:0.1%、およびSb:0.015%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。
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/m2)と溶融めっき層の面積(m2)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。
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。
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。
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/m2)とめっき層の面積(m2)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。
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。
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、Fe2Al5中のZn固溶量を測定した。具体的にはFe2Al5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Fe2Al5中のZn固溶量とした。
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。
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/Fe2Al5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Fe2Al5(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/Fe2Al5比とした。
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。
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リン酸系化成処理および電着塗装を施した。前記リン酸化成処理は、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GT100Vを用いて塗装膜厚が15μm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。
◎:D1-D2が4.0μm未満
○:D1-D2が4.0μm以上6.0μm未満
△:D1-D2が6.0μm以上8.0μm未満
×:D1-D2が8.0μm以上
上記電着塗装後の試験片の中央に、長さ80mmずつ合計160mmのクロスカット傷(角度60°)を形成した後、30サイクルの腐食試験(SAE-J2334)に供した。前記腐食試験後のカット部における発錆状態を観察し、以下の判定基準に基づいてカット部耐食性を判定した。赤錆が発生しているカット傷部の長さが80mm未満であれば(評点2~4)、カット部耐食性が優れているものとした。評価結果を表3、4に示す。
評点4:カット部における赤錆発生なし
評点3:赤錆発生しているカット傷部の長さが30mm未満
評点2:赤錆発生しているカット傷部の長さが30mm以上80mm未満
評点1:赤錆発生しているカット傷部の長さが80mm以上
Claims (5)
- 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Fe2Al5中のZn固溶量が10質量%以上である、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/Fe2Al5比が0.5以上50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1%以上20%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1%以上20%以下である、請求項3に記載の熱間プレス部材。
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