JP7338606B2 - 熱間プレス部材および熱間プレス用鋼板ならびに熱間プレス部材の製造方法 - Google Patents
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(1)熱間プレス部材の塗装後耐食性を向上させるためには、熱間プレス部材の一方の面の平均線粗さRaを2.5μm以下とすることが有効である。さらに、熱間プレス部材の抵抗スポット溶接性を向上させるためには、熱間プレス部材のもう一方の面の平均線粗さRaを3.5μm以上とすることが有効である。
(2)鋼板の両面に、付着量が36g/m2以上のZn系めっき層を備える鋼板を、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であって、Zn系めっき層が該Zn系めっき層を縦断するクラックを有し、一方の面のZn系めっき層の少なくとも1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以上であり、もう一方の面のZn系めっき層の少なくとも1断面における単位断面長さ当たりのクラック密度が20箇所/mm以下である熱間プレス用鋼板を熱間プレスすることにより、第一面の塗装後耐食性と、抵抗スポット溶接性に優れる熱間プレス部材を得ることができる。
[1]鋼板の両面にZn系めっき層を備え、
鋼板の一方の面のZn付着量が36g/m2以上であり、かつ平均線粗さRaが2.5μm以下であり、
鋼板のもう一方の面の平均線粗さRaが3.5μm以上である、熱間プレス部材。
[2]鋼板の両面にZn系めっき層を備え、前記Zn系めっき層が該Zn系めっき層を縦断するクラックを有し、
鋼板の一方の面のZn付着量が36g/m2以上であり、かつZn系めっき層の任意の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以上であり、
鋼板のもう一方の面のZn系めっき層の任意の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20箇所/mm以下である、熱間プレス用鋼板。
[3]鋼板の両面にZn系めっき層を備え、前記Zn系めっき層が該Zn系めっき層を縦断するクラックを有し、
鋼板の一方の面のZn付着量が36g/m2以上であり、かつZn系めっき層の任意の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以上であり、
鋼板のもう一方の面のZn系めっき層の任意の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20箇所/mm以下である、熱間プレス用鋼板を、
室温からAc3変態点~1000℃の温度範囲に5秒以上600秒以下の時間で昇温し、さらに、Ac3変態点~1000℃の温度範囲に300秒以下の時間保持した後、熱間プレスする熱間プレス部材の製造方法。
本発明の熱間プレス部材は、鋼板の両面にZn系めっき層を備え、鋼板の一方の面のZn付着量が36g/m2以上であり、かつ平均線粗さRaが2.5μm以下であり、
鋼板のもう一方の面の平均線粗さRaが3.5μm以上である。本発明は、熱間プレス部材の表裏面での表面凹凸の大きさに意図的に差を設けることを最大の特徴とする。
本発明の熱間プレス用鋼板は、鋼板の両面にZn系めっき層を備え、Zn系めっき層が該Zn系めっき層を縦断するクラックを有し、鋼板の一方の面のZn付着量が36g/m2以上であり、かつZn系めっき層の任意の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以上であり、鋼板のもう一方の面のZn系めっき層の任意の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20箇所/mm以下である。本発明では、後述のように、めっき層内の残留応力を活用してクラックを付与するのが最も経済的であることから、めっき層を構成する金属は、合金元素を含有するものであることが望ましい。たとえば、Cr、Fe、Co、Niから選択される元素を8~30%含有させることが好ましい。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。
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%以上が好ましい。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0.20~0.50%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。そのためには0.1%以上が好ましい。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0.1~0.5%とすることが好ましい。
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1.0%以上含有させることが好ましい。一方、3.0%を超えると、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1.0~3.0%とすることが好ましい。
P量が0.02%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0.02%以下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。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%以下とする。
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0.1%以下とすることが好ましい。
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。
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を含有させる場合は0.05%以下とする。
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0.05%以下とする。
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%以上の添加が好ましい。一方、過剰なBの添加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0.0002~0.005%とする。
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%以上の添加が好ましい。一方、合金コストが高いため0.3%超えの添加で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0.1~0.3%とする。
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%以上の添加が必要である。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0.003~0.03%とする。
本発明の熱間プレス用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。
本発明において、鋼板の両面にZn系めっき層を備え、Zn系めっき層が該Zn系めっき層を縦断するクラックを有し、鋼板の一方の面のZn付着量が36g/m2以上であり、かつZn系めっき層の任意の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以上であり、鋼板のもう一方の面のZn系めっき層の任意の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20箇所/mm以下である、熱間プレス用鋼板を、室温からAc3変態点~1000℃の温度範囲に5秒以上600秒以下の時間で昇温し、さらに、Ac3変態点~1000℃の温度範囲に300秒以下の時間保持した後、熱間プレスすることにより、所望の分断密度を有する熱間プレス部材を得ることができる。
Ac3変態点(℃)=910-203C1/2+44.7Si-4Mn+11Cr
上記式における元素記号は、各元素の含有量(質量%)を意味し、当該元素が含有されていない場合にはゼロとする。
<電気めっき法>
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℃のめっき浴中で電流密度を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、表1に示す水準No.1~19、26の、Ni含有率12%で、Zn付着量の異なるZn-Ni系合金めっき層を形成させた。また、電流密度を120A/dm2とすることで、No.20の、Ni含有率20%のZn-Ni系合金めっき層を形成させた。さらに、前記の硫酸ニッケル・6水和物を、硫酸鉄・6水和物、硫酸コバルト・6水和物面、硫酸クロム・6水和物で置き換えることにより、No.21~25の各種Zn系合金めっき層を形成させた。めっき層形成後、面ごとに電流密度のパターンを変化させることにより、めっき後の両面または片面の浸漬処理を行った。上記のようなめっき及び浸漬処理を行った後のZn系めっき層について、表面観察を行い、クラック密度を測定した。具体的には、Zn系めっき層の表面を、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。めっき方法、Zn系めっき層の付着量およびクラックの数密度を表1に示す。なお、熱間プレス用鋼板の表面のZn系めっき層の付着量は、後述する熱間プレス部材のZn付着量と同様の方法で求めた。
得られた熱間ブレス部材について、表面のZn付着量および両面(表裏面)の平均線粗さRaを測定した。熱間プレス部材のZn付着量は、以下の方法で求めるものとする。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、各試料を計量する。その後、各試料において付着量を評価する片面とは反対側の非評価面をマスキングする。その後、重クロム酸アンモニウム20gを1Lにメスアップした溶液に、各試料を60分間浸漬することにより、酸化物層のみを溶解させた。Zn系めっき層の溶解前後の質量差から、各試料における単位面積あたりの付着量を算出した。その後、ヘキサメチレンテトラミン3.5gを添加した500mLの35%塩酸水溶液を1Lにメスアップした溶液に、各試料を10分間浸漬することにより、Zn系めっき層を溶解し、各試料を再度計量する。めっき層を溶解した上記の塩酸溶液試料中の金属成分を、誘導結合プラズマ発光分析法(ICP-AES)により定量し、熱間プレス部材のめっき層中のZn量を同定した。
熱間プレス部材の抵抗スポット溶接性を評価するため、得られた熱間プレス部材について、上面の平坦部から30mm×50mmの試験片を切り出し、同種の2枚板組で、抵抗スポット溶接性を行った。溶接機には交流抵抗スポット溶接機を用い、電極にはDRφ16タイプ 先端径6mm Cr-Cu電極を用いた。加圧力は3.5kN、通電時間は0.42秒とした。溶接電流は3.0kAよりチリが発生するまで0.1kA刻みで上昇させ、チリの発生しない最大の電流値を記録した。溶接後の試験片の溶接部の断面観察よりナゲット径を測定し、板厚t(mm)に対してナゲット径が4√t(mm)以上となる最小の電流と、チリの発生しない最大の電流値の差を、溶接の適正電流範囲とした。適正電流範囲を以下の基準で以下の基準で判定を行い、◎または○を合格とした。評価結果を表1に示す。
◎:1.5kA≦適正電流範囲
○:0.8kA≦適正電流範囲<1.5kA
×:0.8kA>適正電流範囲
また、5°の打角を設け、その他の条件は上記と同様に同種の2枚板組で溶接を行い、ナゲット内に生じたクラックの最大長さを断面から測定することにより、溶接部LME割れ長さとした。溶接部LME割れ長さを以下の基準で判定を行い、〇を合格とした。評価結果を表1に示す。
〇:20μm≧溶接部LME割れ長さ
△:100μm≧溶接部LME割れ長さ>20μm
×:100μm<適正電流範囲
<塗装後耐食性>
熱間プレス部材の塗装後耐食性を評価するため、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、この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した。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10μmとなるように行い、焼付け条件は170℃で20分間保持とした。次いで、ジルコニウム系化成処理および電着塗装を施した熱間プレス部材を腐食試験(SAE-J2334)に供し、30サイクル後の腐食状況の評価を行った。
クロスカットを施していない一般部については、以下の基準で判定を行い、◎または○を合格とした。評価結果を表1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
クロスカット部(疵部)については、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、◎または○を合格とした。評価結果を表1に示す。
◎:片側最大膨れ幅<1.5mm
○:1.5mm≦片側最大膨れ幅<3.0mm
△:3.0mm≦片側最大膨れ幅<4.0mm
×:4.0mm≦片側最大膨れ幅
Claims (3)
- 鋼板の両面にZn系めっき層を備え、
鋼板の一方の面のZn付着量が36g/m2以上であり、かつ平均線粗さRaが2.5μm以下であり、
鋼板のもう一方の面の平均線粗さRaが3.5μm以上である、熱間プレス部材。 - 請求項1に記載の熱間プレス部材用の熱間プレス用鋼板であって、
鋼板の両面にZn系めっき層を備え、前記Zn系めっき層が該Zn系めっき層を縦断するクラックを有し、
鋼板の一方の面のZn付着量が36g/m2以上であり、かつZn系めっき層の任意の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以上であり、
鋼板のもう一方の面のZn系めっき層の任意の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20箇所/mm以下である、熱間プレス用鋼板。 - 請求項1に記載の熱間プレス部材の製造方法であって、
鋼板の両面にZn系めっき層を備え、前記Zn系めっき層が該Zn系めっき層を縦断するクラックを有し、
鋼板の一方の面のZn付着量が36g/m2以上であり、かつZn系めっき層の任意の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以上であり、
鋼板のもう一方の面のZn系めっき層の任意の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20箇所/mm以下である、熱間プレス用鋼板を、
室温からAc3変態点~1000℃の温度範囲に5秒以上600秒以下の時間で昇温し、さらに、Ac3変態点~1000℃の温度範囲に300秒以下の時間保持した後、熱間プレスする熱間プレス部材の製造方法。
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