JP7436794B2

JP7436794B2 - 自動車部材の製造方法及び自動車部材

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Publication number: JP7436794B2
Application number: JP2019222002A
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Inventors: 泰弘伊藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2019-12-09
Filing date: 2019-12-09
Publication date: 2024-02-22
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Also published as: JP2021091927A

Description

本発明は、自動車部材の製造方法及び自動車部材に関する。

鋼材中に水素が侵入すると金属組織が脆化し、遅れ破壊を引き起こす。遅れ破壊は、鋼材中に侵入した水素によって延性や靭性が低下する水素脆化に起因して、その後時間が経過した後に引張強度以下の負荷応力で突然脆性的に破壊する現象である。遅れ破壊は、鋼材の強度が高いほど感度が高くなり、発生の可能性が高まる。このため、高強度薄肉化の進む自動車部材においては、遅れ破壊が発生する可能性が高くなっており、その対策が望まれている。

ここで、車両を構成する部材である自動車部材を高強度鋼板によって形成する場合、プレス加工の寸法精度を高めるために、ホットスタンプによる加工が採用されている。ホットスタンプは、鋼板を加熱して軟質化させた状態でプレス加工を行い、同時に金型との接触に伴う冷却効果により焼き入れを強化することで、高い強度と高い寸法精度とを実現する手法である。一方で、耐食性を確保するため、自動車部材には亜鉛（Ｚｎ）めっき鋼板が一般的には用いられる。しかし、ホットスタンプでは溶融した亜鉛が鋼板の表面に付着し、それに伴って破壊が生じる場合があることから、アルミ（Ａｌ）めっき鋼板が用いられることがある（例えば、特許文献１、２）。

特許第６３３４５００号特開２０１９－１０６７８号公報

しかし、Ａｌめっき鋼板では、Ａｌめっき層により、母材である鋼板に侵入した水素の放出が妨げられる。したがって、Ａｌめっき鋼板では、基本的にはＡｌめっき層が形成されていない母材の端面（切断面）のみからしか水素は放出されない。このため、水素が十分に放出されず、Ａｌめっき鋼板に遅れ破壊が発生する場合がある。一方、Ａｌめっき層を備えない裸材の場合、内部に侵入した水素を放出することはできるが、耐食性は低下する。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、表面にＡｌめっき層を有する鋼材の遅れ破壊を抑制し、かつ、耐食性を保持することが可能な、自動車部材の製造方法及び自動車部材を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、母材と、母材の両表面に形成されたＡｌめっき層とを備える鋼材であって、鋼材の第１の表面及び第２の表面には、少なくとも端部以外の領域を含むＡｌめっき層の非形成領域が１または複数あり、非形成領域内部の任意の点からＡｌめっき層までの最短距離は３ｍｍ以下であり、Ａｌめっき層は、質量％で、Ｓｉ：０．０５～１５．００％、Ｚｎ：０～３０．００％、Ｍｇ：０～５．００％、Ｆｅ：０～３０．００％、Ｃａ：０～３．００％、Ｓｂ：０～０．５０％、Ｐｂ：０～０．５０％、Ｃｕ：０～１．００％、Ｓｎ：０～１．００％、Ｔｉ：０～１．００％、Ｓｒ：０～０．５０％、Ｃｒ：０～１．００％、Ｎｉ：０～１．００％、及び、Ｍｎ：０～１．００％、を含有し、残部がＡｌ及び１．００％以下の不純物からなる、鋼材が提供される。

鋼材の端部には、Ａｌめっき層が存在してもよい。

あるいは、少なくとも１つの非形成領域は、平面視して鋼材の端部を含んでもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、上記鋼材を加熱してプレス加工により所定の形状に成形する工程を有する、自動車部材の製造方法が提供される。

上記自動車部材の製造方法において、非形成領域は車体上部側とされることが好ましい。

本発明によれば、表面にＡｌめっき層を有する鋼材の遅れ破壊を抑制し、かつ、耐食性を保持することができる。

Ａｌめっき鋼板及び裸材の、水素放出挙動の一例を示すグラフである。本発明の一実施形態に係る鋼材の一例を示す模式図である。同実施形態に係る鋼材の他の一例を示す模式図である。同実施形態に係る鋼材の他の一例を示す模式図である。同実施形態に係る鋼材の他の一例を示す模式図である。同実施形態に係る鋼材の他の一例を示す模式図である。同実施形態に係る鋼材の他の一例を示す模式図である。同実施形態に係る円形状のＡｌめっき層の非形成領域のある鋼材を示す模式図である。同実施形態に係る直線状のＡｌめっき層の非形成領域のある鋼材を示す模式図である。図４Ａの部分平面図である。図４Ｂの部分平面図である。Ａｌめっき鋼板の製造から当該Ａｌめっき鋼板を用いた自動車部材が使用されるまでの工程の一例を示す説明図である。自動車部材の一例であるセンターピラーの模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．Ａｌめっき鋼板における水素放出＞
まず、図１に基づいて、Ａｌめっき鋼板における水素放出について説明する。図１は、Ａｌめっき鋼板及び裸材の、水素放出挙動の一例を示すグラフである。

母材の表面にＡｌめっき層が施された鋼材であるＡｌめっき鋼板では、上述したように、母材である鋼板に侵入した水素は、Ａｌめっき層が障壁となって放出されにくいことが知られている。例えば、引張強度が１．５ＧＰａの超高強度鋼板について、当該鋼板のみ（すなわち裸材）と、当該鋼板を母材として表面にＡｌめっき層を有するものとの、常温での水素放出挙動を調べたところ、図１に示すような結果が得られた。図１では、常温の試験環境下に置かれる前に測定された鋼板中の水素量を基準（以下、「基準水素量」ともいう。）として、試験環境下に置かれた後に測定された鋼板中の水素量（以下、「測定水素量」ともいう。）との比（＝測定水素量／基準水素量）を表している。

図１より、Ａｌめっき層のない、すなわち裸材については、試験環境下に置いてから３０日経過すると、鋼板中の水素はほぼ放出され、水素量比はゼロとなった。一方、両表面全体にＡｌめっき層を有するＡｌめっき鋼板については、鋼板中の水素は端面からのみしか放出されないため、試験環境下に置いてから３０日経過した後も水素量比は０．７５程度あった。かかる結果より、Ａｌめっき鋼板は、裸材よりも鋼板中の水素が放出されにくいことがわかる。

そこで、本実施形態では、母材と母材の両表面に形成されたＡｌめっき層とを備える鋼材の第１の表面及び第２の表面に、少なくとも端部以外の領域を含むＡｌめっき層の非形成領域が１または複数存在する。これにより、端面しかなかったＡｌめっき鋼板の母材中に含まれる水素が放出される面が増加されるので、水素を短時間で放出することができ、遅れ破壊の発生を防止することができる。また、非形成領域内部の任意の点からＡｌめっき層までの最短距離は３ｍｍ以下とし、Ａｌめっき層を存在させることで、鋼材の耐食性も確保する。以下、本実施形態に係る鋼材について、より詳細に説明する。

＜２．Ａｌめっき層の除去＞
［２－１．Ａｌめっき層の非形成領域の位置］
まず、図２～図３Ｅに基づいて、本実施形態に係る鋼材１００について説明する。図２は、本実施形態に係る鋼材１００の一例を示す模式図である。図３Ａ～図３Ｅは、本実施形態に係る鋼材１００の他の一例を示す模式図である。なお、本実施形態において、鋼材とは、鋼板や鋼帯等のあらゆる形態の鋼材を含むものとして用いている。

本実施形態に係る鋼材１００は、母材１１０の両表面１１２、１１３にＡｌめっき層１２０、１３０が施されてなる。鋼材１００の、第１のＡｌめっき層１２０により被覆された第１の表面１０１、及び、第２のＡｌめっき層１３０により被覆された第２の表面１０２には、Ａｌめっき層が除去されて母材である鋼材１００が露出したＡｌめっき層の非形成領域が形成されている。例えば図２に示す鋼材１００は、第１の表面１０１側の第１のＡｌめっき層１２０の一部が除去され、非形成領域１２５が形成されている。

ここで、Ａｌめっき層は、後述するように、質量％で、Ｓｉ：０．０５～１５．００％、Ｚｎ：０～３０．００％、Ｍｇ：０～５．００％、Ｆｅ：０～３０．００％、Ｃａ：０～３．００％、Ｓｂ：０～０．５０％、Ｐｂ：０～０．５０％、Ｃｕ：０～１．００％、Ｓｎ：０～１．００％、Ｔｉ：０～１．００％、Ｓｒ：０～０．５０％、Ｃｒ：０～１．００％、Ｎｉ：０～１．００％、及び、Ｍｎ：０～１．００％、を含有し、残部がＡｌ及び１．００％以下の不純物からなる。本実施形態において、Ａｌめっき層の非形成領域とは、母材の表面にＡｌめっき層が全く存在しない場合だけでなく、僅かにＡｌめっき層が残存している場合も含む。

本実施形態に係る鋼材１００の形態は、図２に示す鋼材１００以外の形態であってもよい。例えば図３Ａに示す鋼材１００Ａのように、第１の表面１０１側の第１のＡｌめっき層１２０の一部が除去され、非形成領域１２５が形成されるとともに、第２の表面１０２側の第２のＡｌめっき層１３０の一部が除去され、非形成領域１３５が形成されるようにしてもよい。また、例えば図３Ｂに示す鋼材１００Ｂのように、第１の表面１０１側に複数の非形成領域１２５が形成されるとともに、第２の表面１０２側に複数の非形成領域１３５が形成されるようにしてもよい。非形成領域１２５、１３５の数を増やすほど、母材１１０中の水素が放出されやすくなる。

さらに、例えば図３Ｃに示す鋼材１００Ｃのように、第１の表面１０１側の非形成領域１２５と、第２の表面１０２側の非形成領域１３５とは、鋼材１００Ｃを平面視したときに一致していなくともよい。第１の表面１０１側の非形成領域１２５と第２の表面１０２側の非形成領域１３５との形成位置をずらすことで、非形成領域１２５、１３５の数を抑えつつ、母材１１０中の水素を効率よく放出させることもできる。なお、非形成領域１２５、１３５は、図３Ｄに示すように、鋼材１００Ｄの中央付近に形成されてもよい。

また、本実施形態に係る鋼材１００は、母材１１０の２つの表面１１２、１１３のうちいずれか一方にＡｌめっき層が設けられていない場合も含む。例えば図３Ｅに示す鋼材１００Ｅのように、第１の表面１０１側のみにＡｌめっき層１２０が設けられ、第２の表面１０２側にはＡｌめっき層が設けられていない場合である。このときＡｌめっき層が設けられていない第２の表面１０２は、別途の部材と接触して固定されることを想定しており、耐食性の問題はないと考えることができる。したがって、母材１１０中の水素は第２の表面１０２側から放出させることができないため、母材１１０の端面１１１だけでなく第１の表面１０１側にＡｌめっき層の非形成領域１２５を形成し、母材１１０中の水素を放出しやすくするのがよい。

このように、Ａｌめっき層の非形成領域１２５、１３５の形成位置に関し、本実施形態に係る鋼材１００は様々な形態をとり得るが、いずれの形態においても基本的には端部（例えば、後述する図５Ｂの端部１０３ａ）にＡｌめっき層が存在するように形成される。ここで、鋼材１００の端部とは、鋼材１００を平面視したときのエッジ位置をいう。なお、端部の側面を端面１０３とする。端面１０３は、鋼材１００全体の、つまり母材１１０及びＡｌめっき層１２０、１３０の端面を指す。後述する端面１１１は、母材１１０の端面を指すものとする。

上記のように鋼材１００の端部にＡｌめっき層が存在する場合であっても、鋼材１００の端部近傍においては、母材１１０中の水素はその端面１１１から放出させることができる。また、Ａｌめっき層に覆われていない母材１１０の端面１１１は錆びやすいため、耐食性を確保するためにもなるべく鋼材１００の端部近傍のＡｌめっき層は残しておくのが望ましい。

なお、本実施形態に係る鋼材１００において、鋼材１００の端部にＡｌめっき層が存在しない場合もある。すなわち、Ａｌめっき層の非形成領域１２５、１３５に、鋼材１００の端部が含まれている場合である。このとき、鋼材１００の端部を含むＡｌめっき層の非形成領域１２５、１３５においては、鋼材１００の端部にＡｌめっき層が存在せず、母材１１０が露出している。ただし、このように、鋼材１００の端部にＡｌめっき層が存在しない場合にも、耐食性を確保する観点から、鋼材１００の端部を含むＡｌめっき層の非形成領域１２５、１３５の形成は制限される。鋼材１００の端部を含むＡｌめっき層の非形成領域１２５、１３５についての詳細な説明は後述する。

［２－２．Ａｌめっき層の非形成領域の形状］
鋼材１００に形成されるＡｌめっき層の非形成領域１２５、１３５の形状は特に限定されるものではなく、少なくとも端部以外の領域を含み、かつ、非形成領域１２５、１３５内部の任意の点からＡｌめっき層１２０、１３０までの最短距離が３ｍｍ以下であればよい。例えば、図４Ａに示すように円形状の非形成領域１２５であってもよい。非形成領域１２５、１３５の形状は、円形以外にも、楕円形や、四角形などの多角形等であってもよい。また、非形成領域１２５、１３５の形状は、図４Ｂに示すように、線状であってもよい。線状の非形成領域１２５、１３５は、図４Ｂのように直線であってもよく、曲線であってもよい。

このように、鋼材１００に形成されるＡｌめっき層の非形成領域１２５、１３５の形状は様々な形状をとり得るが、耐食性を確保する観点から、鋼材１００の端部には、Ａｌめっき層１２０、１３０が存在するように形成してもよい。この場合にも、Ａｌめっき層の非形成領域１２５、１３５は、当該非形成領域１２５、１３５内部の任意の点からＡｌめっき層１２０、１３０までの最短距離が３ｍｍ以下となるようにする。

例えば、図４Ａに示した円形状の非形成領域１２５については、図５Ａに示すように、鋼材１００を板厚方向（Ｚ方向）に平面視して、非形成領域１２５内の任意の点Ｐから３ｍｍ離れた位置にはＡｌめっき層１２０が存在している。すなわち、円形状の非形成領域１２５の大きさは、最大で直径６ｍｍとなる。なお、非形成領域１２５、１３５が他の形状に形成された場合にも、直径６ｍｍの円形と同様の大きさ以下とすればよい。

また、図４Ｂに示したような、鋼材１００の端部にＡｌめっき層が存在しない場合には、図５Ｂに示すように、鋼材１００を板厚方向（Ｚ方向）に平面視したとき、非形成領域１２５は、鋼材１００の端部１０３ａを含んでいる。この鋼材１００の端部１０３ａを含むように形成された非形成領域１２５は、当該非形成領域１２５に含まれる端部１０３ａ上の任意の点ＰからＡｌめっき層１２０までの最短距離ｄ_ｍｉｎが３ｍｍ以下である関係を満たしている（すなわち、ｄ_ｍｉｎ≦３ｍｍ）。つまり、非形成領域１２５内部の任意の点からＡｌめっき層１２０までの最短距離は３ｍｍ以下である。これにより、非形成領域１２５に含まれる端部１０３ａの長さｄは、最大で６ｍｍとなる。

図４Ｂに示したような直線状の非形成領域１２５では、当該非形成領域１２５の長手方向においてはＡｌめっき層が存在しないが、その近傍にはＡｌめっき層１２０が存在する。なお、鋼材１００の端部にＡｌめっき層が存在しない場合は、図４Ｂに示したように１つの非形成領域１２５に２つの端部１０３ａが含まれる場合だけでなく、１つの非形成領域１２５に１つの端部１０３ａあるいは３つ以上の端部１０３ａが含まれる場合も含まれる。また、図４Ｂの２つの非形成領域１２５は、いずれも端部１０３ａを含んでいるが、少なくとも１つの非形成領域１２５が平面視して鋼材１００の端部１０３ａを含んでいればよい。

このように非形成領域１２５、１３５を形成することで、Ａｌめっき層１２０、１３０を除去することによる耐食性の低下を抑制することができる。

［２－３．Ａｌめっき層の非形成領域の形成タイミング］
素材１０からＡｌめっき層１２０、１３０を除去してＡｌめっき層の非形成領域１２５、１３５を生成する工程は、ホットスタンプ等のプレス加工前に実施されるのが望ましい。ここで、図６に、Ａｌめっき鋼板の製造から当該Ａｌめっき鋼板を用いた自動車部材が使用されるまでの工程の一例を示す。

図６に示すように、Ａｌめっき鋼板が製造される際に、母材である鋼板中に水素が含まれる。製造されたＡｌめっき鋼板は、自動車部材を製造する工程にてホットスタンプ等により加工される。Ａｌめっき鋼板の工程間の搬送時やプレス加工時に、鋼板中の水素は徐々に放出されるが、プレス加工時には鋼板中への水素の侵入もある。自動車部材を製造する工程で製造された自動車部材は、自動車を製造する工程へ搬送される。自動車の製造工程では、自動車部材の組み立てが行われた後、化成処理、電着処理が行われ、その後塗装焼付け処理が行われる。自動車を製造する工程においても、自動車部材の組み立て時及び塗装焼付け処理時に鋼板中の水素は放出されるが、化成処理時及び電着処理時には鋼板中への水素が侵入する。そして、製造された自動車でも、使用環境において鋼板中の水素の侵入、放出がある。

このように鋼板中の水素の侵入、放出は繰り返し発生するが、自動車の製造工程以降の処理では鋼板に応力が付与される。このため、特に自動車部材の組み立て時、化成処理時及び電着処理時（区間Ａ）や、製造された自動車の使用時（区間Ｂ）では、他の区間に比べてＡｌめっき鋼板または自動車部材の遅れ破壊が発生する可能性が高まり得る。

このような製品の製造工程を考えると、なるべく早い段階から鋼板中の水素の放出を促進させるのが望ましい。具体的には、Ａｌめっき鋼板の製造工程において、自動車部材の製造工程へ出荷する前に、Ａｌめっき鋼板にＡｌめっき層の非形成領域を形成しておくとよい。これにより、ホットスタンプ時や、自動車部材の製造後から化成処理、電着処理が実施されるまでの間に鋼板中の水素を短時間で放出することができ、自動車部材の遅れ破壊が発生する可能性を低減することができる。

なお、Ａｌめっき鋼板の表面からＡｌめっき層を除去する手法には、既知の手法を用いればよい。例えば素材１０においてＡｌめっき層１２０、１３０を除去する位置にレーザーを照射して、Ａｌめっき層の非形成領域１２５、１３５を形成してもよい。レーザーによるＡｌめっき層１２０、１３０の除去は、Ａｌめっき層１２０、１３０を除去する領域の位置制御が容易であり、かつ、安価に実施できる。あるいは、Ａｌめっき層１２０、１３０を腐食させて除去し、非形成領域１２５、１３５を形成してもよい。また、機械加工等の手段によりＡｌめっき層１２０、１３０を切削することにより、Ａｌめっき層１２０、１３０を除去してもよい。

また、Ａｌめっき層の非形成領域１２５、１３５は、上述のようにＡｌめっき層１２０、１３０を形成した後に、そのＡｌめっき層１２０、１３０の一部を除去することにより形成する以外にも、例えば母材にマスキング等を行い最初から非形成領域１２５、１３５となる領域にＡｌめっき層１２０、１３０を形成しないことによって設けてもよい。

＜３．自動車部材＞
本実施形態に係る鋼材１００から自動車部材を製造することで、自動車部材の遅れ破壊の発生を抑制することができる。ここで、鋼材１００に形成されているＡｌめっき層の非形成領域１２５、１３５は、耐食性を保持することを考慮して形成されているが、自動車部材となった際に防錆性能が特に要求される領域には、非形成領域１２５、１３５は形成されないことが望ましい。

例えば、図７に、自動車部材の一例であるセンターピラー２００の模式図を示す。センターピラー２００は、車両の車体上部側（アッパー側）から車体下部側（ロア側）に延設される部材である。このようなセンターピラー２００において、部分Ａで示すアッパー側は、成形中には圧縮応力が発生し、離型後には引張応力が残留する部分であり、遅れ破壊が発生する可能性が他の部分と比較して高い。また、アッパー側の部分では、高い防錆性は要求されていない。このため、成形前のＡｌめっき鋼板においてアッパー側の部分となる領域にＡｌめっき層の非形成領域が形成されるのが望ましい。なお、本発明においては、「アッパー側」とは、地面から自動車の最も高い位置までの距離をＬとしたときの地面から０．３５Ｌ以上の位置を意味する。

一方、部分Ｂで示すロア側は、自動車に組み立てられたときに水等がかかりやすい部分であり、高い防錆性が要求される。したがって、成形前のＡｌめっき鋼板においてロア側の部分となる領域にＡｌめっき層の非形成領域を形成しないことが望ましい。

このように、鋼材１００から自動車部材を製造する際には、その部材へ求められる性能や使用環境を考慮して、成形前のＡｌめっき鋼板にＡｌめっき層の非形成領域を形成してもよい。なお、本実施形態に係る自動車部材としては、センターピラー以外に、Ａピラーロア、ルーフレール、ルーフクロス等がある。

本発明の自動車部材の製造方法は、鋼材１００を加熱してプレス加工により所定の形状に成形する工程を有する。当該工程において鋼材１００は、例えば加熱炉にて約９００℃に加熱される。そして、加熱により軟質化された状態で、鋼材１００をプレス装置にてプレス加工して成形するとともに、金型との接触に伴う冷却効果により焼入れを行う。こうして、自動車部材が製造される。このとき、上記のように非形成領域１２５、１３５は車体上部側とされることが好ましい。

＜４．Ａｌめっき層について＞
本発明の実施形態によれば、上記鋼材の母材の表面にＡｌめっき層が形成され、例えば、母材が鋼板の場合には当該鋼板の少なくとも片面すなわち当該鋼板の片面又は両面にＡｌめっき層が形成される。Ａｌめっき層は、母材との界面に位置するＦｅ及びＡｌを含有する界面層と、当該界面層の上に位置する主層とを備え、Ａｌめっき層全体として下記の平均組成を有する。以下の説明において、％は質量％を意味する。また、「～」の前後に数値が記載されている場合、前の数値以上、後の数値以下であることを意味する。なお、以下では、本実施形態のＡｌめっき鋼板、Ａｌめっき層を、「めっき鋼材」、「めっき層」と称する場合もある。

（１）組成
［残部：Ａｌ及び１．００％以下の不純物］
Ａｌめっき層における以下に説明する元素を除く残部は、Ａｌ及び１．００％以下の不純物である。Ａｌは、ホットスタンプ成形における加熱の際にスケール形成を抑制すると共に、ホットスタンプ形成後の塗装後耐食性を確保するために必須な元素である。不純物としては、Ａｌめっき層の形成過程において不可避的に混入する元素であって、本発明の鋼材が上記本発明の効果を奏し得る範囲で含有が許容される元素を例示することができる。

［Ｚｎ：０～３０．００％］
Ｚｎは、防錆性を向上させるために有効であるが、過剰な添加は液体金属脆化（ＬＭＥ：ＬｉｑｕｉｄＭｅｔａｌＥｍｂｒｉｔｔｌｅｍｅｎｔ）の発生を招くため、その添加量の上限を３０．００％とする。

［Ｍｇ：０～５．００％］
Ｍｇは、めっき層の耐食性を向上させ、塗膜膨れ等を改善するのに有効な元素である。一方、Ｍｇ含有量が高すぎると、過度な犠牲防食作用により、塗膜膨れ及び流れ錆の発生が急激に大きくなる傾向がある。したがって、Ｍｇ含有量は５．００％以下とし、好ましくは３．００％以下である。

［Ｓｉ：０．０５～１５．００％］
Ｓｉは、めっき層の大部分を占めるＡｌが過剰にＦｅと合金化することを抑制するために必要な元素である。合金化抑制に必要な濃度は０．０５％であり、このましくは５％以上である。Ｓｉ濃度が１５．００％になると浴温が必要以上に高くなり製造性が悪くなるので、その上限は１５．００％とする。

［Ｃａ：０～３．００％］
Ｃａは、任意添加元素であるが、添加されることでめっき浴表面のドロス形成を抑制する効果を持つ。過剰に添加するとこちらもかえって製造性を悪くするため、その上限は３．００％が好ましい。

［Ｆｅ：０～３０．００％］
めっき鋼材を製造する工程にて、母材からのＦｅがめっき層中に拡散するため、当該めっき層には必然的にＦｅが含有される。通常、めっき層中に含まれるＦｅは、３０．００％以下である。なお、Ｆｅはめっき層中のＡｌと結合して、母材との界面に主としてＦｅ及びＡｌを含有する金属間化合物を構成する。

めっき層の基本成分組成は上記のとおりである。さらに、めっき層は、任意選択で、Ｓｂ：０～０．５０％、Ｐｂ：０～０．５０％、Ｃｕ：０～１．００％、Ｓｎ：０～１．００％、Ｔｉ：０～１．００％、Ｓｒ：０～０．５０％、Ｃｒ：０～１．００％、Ｎｉ：０～１．００％、及びＭｎ：０～１．００％のうち１種又は２種以上を含有してもよい。特に限定されないが、めっき層を構成する上記基本成分の作用及び機能を十分に発揮させる観点から、これらの任意添加元素の合計含有量は５．００％以下とすることが好ましく、２．００％以下とすることがより好ましい。以下、これらの任意選択元素について詳しく説明する。

［Ｓｂ：０～０．５０％、Ｐｂ：０～０．５０％、Ｃｕ：０～１．００％、Ｓｎ：０～１．００％、Ｔｉ：０～１．００％］
Ｓｂ、Ｐｂ、Ｃｕ、Ｓｎ及びＴｉは、主層において存在するＭｇ－Ｚｎ含有相中に含まれ得るが、所定の含有量の範囲内であれば、ホットスタンプ成形体としての性能に悪影響は及ぼさない。しかしながら、各元素の含有量が過剰な場合には、ホットスタンプにおける加熱の際に、これらの元素の酸化物が析出し、ホットスタンプ成形体の表面性状を悪化させ、りん酸塩化成処理が不良となって塗装後耐食性が悪化する。さらに、Ｐｂ及びＳｎの含有量が過剰になると、耐ＬＭＥ性が低下する傾向がある。したがって、Ｓｂ及びＰｂの含有量は０．５０％以下、好ましくは０．２０％以下であり、Ｃｕ、Ｓｎ及びＴｉの含有量は１．００％以下、好ましくは０．８０％以下、より好ましくは０．５０％以下である。一方で、各元素の含有量は０．０１％以上であってもよい。

［Ｓｒ：０～０．５０％］
Ｓｒは、めっき層の製造時にめっき浴中に含めることで当該めっき浴上に形成されるトップドロスの生成を抑制することができる。また、Ｓｒは、ホットスタンプの加熱時に大気酸化を抑制する傾向があるため、ホットスタンプ後の成形体における色変化を抑制することができる。これらの効果は少量でも発揮されるため、Ｓｒ含有量は０．０１％以上であってもよい。一方、Ｓｒ含有量が過剰な場合には、塗膜膨れ及び流れ錆の発生が大きくなり、耐食性が悪化する傾向がある。したがって、Ｓｒ含有量は０．５０％以下とし、好ましくは０．３０％以下、より好ましくは０．１０％以下である。

［Ｃｒ：０～１．００％、Ｎｉ：０～１．００％、Ｍｎ：０～１．００％］
Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｎは、めっき層と母材との界面付近に濃化し、めっき層表面のスパングルを消失させるなどの効果を有する。このような効果を得るためには、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｎの含有量はそれぞれ０．０１％以上とすることが好ましい。一方で、これらの元素は界面層に含まれるか又は主層に存在するＦｅ－Ａｌ含有相中に含まれ得る。しかしながら、これらの元素の含有量が過剰な場合には、塗膜膨れ及び流れ錆の発生が大きくなり、耐食性が悪化する傾向がある。したがって、Ｃｒ、Ｎｉ及びＭｎの含有量はそれぞれ１．００％以下とし、好ましくは０．５０％以下、より好ましくは０．１０％以下である。

めっき層の化学組成は、母材の腐食を抑制するインヒビターを加えた酸溶液にめっき層を溶解し、得られた溶液をＩＣＰ（高周波誘導結合プラズマ）発光分光法によって測定することにより決定される。この場合、測定される化学組成は、主層と界面層の合計の平均組成である。

めっき層の厚さは、例えば３～５０μｍであってよい。また、母材が鋼板の場合には、めっき層は、当該鋼板の両面に設けられてもよく又は片面のみに設けられてもよい。めっき層の付着量は、特に限定されないが、例えば、片面当たり１０～１７０ｇ／ｍ^２であってよい。本発明において、めっき層の付着量は、地鉄の腐食を抑制するインヒビターを加えた酸溶液にめっき層を溶解し、酸洗前後の重量変化から決定される。

（２）めっき層の形成方法
次に、めっき層の形成方法について説明する。めっき層は、母材の少なくとも片面、好ましくは両面に、以下のように形成される。

まず、母材をＮ_２－Ｈ_２混合ガス雰囲気中で所定の温度（例えば７５０～８５０℃）及び時間で加熱還元処理する。その後、窒素雰囲気等の不活性雰囲気下でめっき浴温付近まで冷却する。次いで、母材を所定の化学組成を有するめっき浴に０．１～６０秒間浸漬した後、これを引き上げ、ガスワイピング法により直ちにＮ_２ガス又は空気を吹き付けることでめっき層の付着量を所定の範囲内に調整する。

めっき層の付着量は、片面当たり１０～１７０ｇ／ｍ^２とすることが好ましい。本工程では、めっき付着の補助として、Ｎｉプレめっき、Ｓｎプレめっき等のプレめっきを施すことも可能である。しかしながら、これらのプレめっきは、合金化反応に変化を及ぼすため、プレめっきの付着量は、片面当たり２．０ｇ／ｍ^２以下とすることが好ましい。

＜５．まとめ＞
以上、本発明の一実施形態に係る鋼材とこれを用いた自動車部材の製造方法について説明した。本実施形態によれば、母材と、母材の両表面に形成されたＡｌめっき層とを備える鋼材の第１の表面及び第２の表面に、少なくとも端部以外の領域を含むＡｌめっき層の非形成領域が１または複数存在する。これにより、耐食性を保持した状態で、母材に侵入した水素を効率よく短時間で放出することが可能となる。したがって、本実施形態に係る鋼材の遅れ破壊への耐性を高めることができ、自動車部材に用いられるような鋼材の高強度薄肉化に貢献することができる。

以下の３つの試料について、耐食性及び耐水素侵入性を検証するための試験を実施した。

［試料］
試料として、母材の両表面がＡｌめっき層によって被覆されたＡｌめっき鋼板を用いた。比較例１の試料は、Ａｌめっき鋼板をそのまま用い、Ａｌめっき層が除去されていないものとした。比較例２の試料は、各試験の試料中央に直径８ｍｍの円形のＡｌめっき層の非形成領域を設けたものとした。実施例の試料は、各試験の試料中央に直径６ｍｍの円形のＡｌめっき層の非形成領域を設けたものとした。すなわち、実施例の試料では、Ａｌめっき層の非形成領域内の任意の点から３ｍｍ離れた位置にはＡｌめっき層が存在していた。

［耐食性］
ホットスタンプ成形体の耐食性の評価は、次のようにして行った。まず、ホットスタンプ成形体の試料５０ｍｍ×１００ｍｍ×１．６ｍｍに対し、りん酸亜鉛処理（ＳＤ５３５０システム：日本ペイント・インダストリアルコーディング社製規格）を実施した。次いで、電着塗装（ＰＮ１１０パワーニクスグレー－：日本ペイント・インダストリアルコーディング社製規格）を膜厚２０μｍで実施して、１５０℃で２０分焼き付けを行った。そして、地鉄まで達するクロスカット傷（４０×√２ｍｍ、２本）を入れた塗装成形体を、ＪＡＳＯ（Ｍ６０９－９１）に従った複合サイクル腐食試験に供して、１５０サイクル経過後のクロスカット周囲８箇所の最大膨れ幅を測定した。得られた測定値の平均値を求め、次のように評点付けした。Ａ及びＢの評価を合格とした。
Ａ：クロスカット傷からの塗膜膨れ幅が１ｍｍ以下
Ｂ：クロスカット傷からの塗膜膨れ幅が１ｍｍ超、２ｍｍ以下
Ｃ：クロスカット傷からの塗膜膨れ幅が２ｍｍ超、４ｍｍ以下
Ｄ：赤錆発生

［耐水素侵入性］
ホットスタンプ成形体の耐水素侵入性は、次のようにして行った。まず、２００ｍｍ×１００ｍｍ×１．６ｍｍのホットスタンプ成形体の試料を液体窒素中に保管し、昇温脱離法によりホットスタンプ成形体に侵入した水素の濃度を求めた。具体的には、ガスクロマトグラフィを備えた加熱炉中で試料を加熱し、２５０℃までに試料から放出された水素量を測定した。測定した水素量を試料の質量で除することにより水素侵入量を求めた。この際、Ａｌめっき層が除去されていない比較例１の水素量を１．０として、これに対する比を比較例２及び実施例について算出し、水素量を評価した。

表１に、評価結果を示す。水素量評価に関しては、表１より、Ａｌめっき層の非形成領域が形成されている比較例２及び実施例では、Ａｌめっき層が除去されていない比較例１よりも試料中の水素量が減少しており、試料から水素が放出されたことがわかる。しかし、耐食性に関しては、比較例２ではクロスカット傷からの塗膜膨れ幅が２ｍｍを超えたり赤錆が発生したりした。これに対して、実施例では、クロスカット傷からの塗膜膨れ幅も２ｍｍ以下に抑えることができた。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１０素材
１００、１００Ａ～１００Ｄ鋼材
１０１第１の表面
１０２第２の表面
１０３（鋼材の）端面
１１０母材
１１１（母材の）端面
１２０、１３０Ａｌめっき層
１２５、１３５非形成領域
２００センターピラー

Claims

母材と、前記母材の両表面に形成されたＡｌめっき層とを備える鋼材を素材とする、自動車部材の製造方法であって、
前記鋼材は、
前記鋼材の第１の表面及び第２の表面には、少なくとも端部以外の領域を含む前記Ａｌめっき層の非形成領域が１または複数あり、
前記非形成領域内部の任意の点から前記Ａｌめっき層までの最短距離は３ｍｍ以下であり、
前記Ａｌめっき層は、質量％で、
Ｓｉ：０．０５～１５．００％、
Ｚｎ：０～３０．００％、
Ｍｇ：０～５．００％、
Ｆｅ：０～３０．００％、
Ｃａ：０～３．００％、
Ｓｂ：０～０．５０％、
Ｐｂ：０～０．５０％、
Ｃｕ：０～１．００％、
Ｓｎ：０～１．００％、
Ｔｉ：０～１．００％、
Ｓｒ：０～０．５０％、
Ｃｒ：０～１．００％、
Ｎｉ：０～１．００％、及び、
Ｍｎ：０～１．００％、
を含有し、残部がＡｌ及び１．００％以下の不純物からなり、
前記鋼材を加熱炉により加熱してプレス加工により所定の形状に成形して、少なくとも一部に、前記Ａｌめっき層の非形成領域を有する自動車部材を製造する、自動車部材の製造方法。
前記鋼材の端部には、前記Ａｌめっき層が存在する、請求項１に記載の自動車部材の製造方法。
前記鋼材の少なくとも１つの前記非形成領域は、平面視して前記鋼材の端部を含む、請求項１に記載の自動車部材の製造方法。
前記非形成領域は、前記鋼材において車体上部側の部分となる領域にある、請求項１～３のいずれか１項に記載の自動車部材の製造方法。
母材と、前記母材の両表面に形成されたＡｌめっき層とを備える鋼材を素材とする自動車部材であって、
前記鋼材は、
前記鋼材の第１の表面及び第２の表面には、少なくとも端部以外の領域を含む前記Ａｌめっき層の非形成領域が１または複数あり、
前記非形成領域内部の任意の点から前記Ａｌめっき層までの最短距離は３ｍｍ以下であり、
前記Ａｌめっき層は、質量％で、
Ｓｉ：０．０５～１５．００％、
Ｚｎ：０～３０．００％、
Ｍｇ：０～５．００％、
Ｆｅ：０～３０．００％、
Ｃａ：０～３．００％、
Ｓｂ：０～０．５０％、
Ｐｂ：０～０．５０％、
Ｃｕ：０～１．００％、
Ｓｎ：０～１．００％、
Ｔｉ：０～１．００％、
Ｓｒ：０～０．５０％、
Ｃｒ：０～１．００％、
Ｎｉ：０～１．００％、及び、
Ｍｎ：０～１．００％、
を含有し、残部がＡｌ及び１．００％以下の不純物からなり、
前記自動車部材は、少なくとも一部に、前記Ａｌめっき層の非形成領域を有する、自動車部材。