JP7469732B1 - ホットスタンプ用アルミめっき鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2022年07月14日に、日本に出願された特願2022-113179号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
そのため、車体の軽量化を行う場合には、安全性を確保した上で適切に実施される必要がある。
また、特許文献2および特許文献3には、炭素顔料などの有機物を主体とする皮膜をアルミめっき鋼板上に付与することで所望の温度まで加熱するための時間を早める技術が開示されている。
また、特許文献2及び特許文献3に記載のアルミめっき鋼板では、鋼板上の皮膜に含有される炭素顔料などがいずれも有機物であるため、アルミめっき鋼板が750℃以上の高温域に加熱されると、これら有機物はいずれも消失してしまう。そのため、特許文献2及び特許文献3に記載の技術においても、生産性の向上は不十分であった。
かかる知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。
本発明の実施形態に係るホットスタンプ用アルミめっき鋼板(以下、「HS用アルミめっき鋼板」とも称する。)は、HS用アルミめっき鋼板を用いてホットスタンプ部材を製造するにあたって、かかるHS用アルミめっき鋼板を加熱する際の昇温速度を速めることを可能とする。すなわち、加熱時の昇温速度を大きくできる本実施形態のHS用アルミめっき鋼板を用いることで、ホットスタンプ部材の生産性を向上させることが可能となる。
HS用アルミめっき鋼板を加熱する際の昇温速度の向上を実現するために、本実施形態のホットスタンプ用アルミめっき鋼板は、針状化合物を含有する表面処理皮膜を、アルミめっき層の形成されためっき鋼板の少なくとも一方の表面に有する。本実施形態では、上記のようにアルミめっき層の形成されためっき鋼板の少なくとも一方の表面に後述する所定の針状化合物を含有する表面処理皮膜を付与することにより、得られるHS用アルミめっき鋼板が加熱される際の昇温速度を速めることができる。なお、表面処理皮膜は、アルミめっき層の形成されためっき鋼板の両面に形成されてもよく、一方の表面だけであってもよい。また、表面処理皮膜は、アルミめっき層の形成されためっき鋼板の表面全面に形成されてもよく、当該表面の一部であってもよいが、ホットスタンプ部材の生産性をより向上させる観点からは、表面処理皮膜はアルミめっき層の形成されためっき鋼板の表面全面に設けられることが好ましい。
図1は、本実施形態に係るホットスタンプ用アルミめっき鋼板の表面のうち一方の面の表面部の断面模式図を示す。なお、図1は説明のための模式図であり、表面処理皮膜13、アルミめっき層12および針状介在物X(X1)などの寸法や分布状態は、必ずしも好適な実施形態を示したものではなく、かつ、図1の寸法や分布状態に限定されるものではない。母材鋼板、アルミめっき層および表面処理膜の各寸法ならびに寸法比率、などはホットスタンプ用アルミめっき鋼板の所望の特性に応じて任意に設計可能である。
表面処理皮膜13に含まれる針状化合物Xは、短径に対する長径の比率が4以上50以下、かつ、六方晶系の結晶構造を有する針状化合物X1を含有する。
本実施形態に係る表面処理皮膜13は、必要に応じて、バインダー成分や各種の添加剤等を更に含有してもよい。また、本実施形態に係る表面処理皮膜13は、シリカを含有していなくともよいし、ある範囲内でシリカを含有していてもよい。さらに本実施形態では、表面処理皮膜13中における針状化合物の含有量や、表面処理皮膜13の膜厚等を調整することで、ホットスタンプ加熱時昇温速度の向上を実現することが可能となる。
以下、表面処理皮膜13の構成要件について詳述する。
一般的に、結晶構造には、結晶を対称性によって分類した結晶系が、立方晶系、正方晶系、六方晶系、斜方晶系、単斜晶系、三斜晶系の6種類ある。対称性は、立方晶系が最も高い。結晶系は化合物の形状に影響を与えやすく、立方晶系の化合物では、対称性が高いため3次元の各軸方向に等方的に成長しやすい。一方、六方晶系では、異方性を持ちやすく、針状化合物を形成することができる。他の斜方晶系や単斜晶系等の化合物では、上記の短径に対する長径の比率の範囲内に入るものは少ない。
六方晶系の化合物では周囲からの熱吸収が速い。この理由は定かではないが、六方晶系の化合物では、単位格子の軸の長さが3方向とも同じである一方、3つの軸角のうち2つが90度で、残りの1つが120度であるために、3次元的に周囲からの熱(特に輻射熱)を吸収することができるためと考えられる。一方、他の結晶系では、軸角すべてが90度であるために、広く輻射熱を吸収することができない可能性がある。
ここで、本実施形態における「針状化合物X」とは、一方向にのみ大きく成長した化合物であって、EDS分析で炭素濃度の比率が±5質量%に収まる連続した化合物を1つの化合物と見なし、かつ、その化合物の短径と長径の比率において、短径に対する長径の比率が2以上のものを針状化合物Xとする。かかる針状化合物Xのうち、短径に対する長径の比率が4以上50以下である針状化合物X1を皮膜中に含有させることにより、ホットスタンプ用アルミめっき鋼板の昇温速度を向上させることができる。
まず、針状化合物XのTEM像において、周囲とコントラストの異なる、かつEDS分析でC濃度が±5質量%に収まる連続したものを1つの針状化合物Xと判定する。次いで、図2の(a)~(c)に示す当該粒子に外接する長方形のうち、面積が最も小さくなる長方形(図2の場合は、(a))において、短い方の辺と長い方の辺をそれぞれ短径と長径と定義する。なお、例えば、C濃度が0~10質量%の範囲内にある針状化合物は、上述のC濃度に関する要件を満たすため、TEM像において周囲とコントラストの異なりかつ連続したものを、ひとつの針状化合物Xと判定する。
なお、針状化合物X1の長径と平行な直線とめっき表面のなす角度のうち最も小さい角度αとは、針状化合物X1の長径と平行な直線を直線Aと定義する場合、めっき表面に垂直かつ直線Aを含む面Z内において、前記面Zとめっき表面との交線Bと前記直線Aがなす角度の中で、小さい方の角度ということができる。
上述したTEM観察試料(皮膜の膜厚×50μm×(試料の厚さ)約100nm)を用いた上述の方法により、針状化合物Xと判定されたものの中から任意の10個の針状化合物Xを選び、その10個の中から、短径に対する長径の比率が4以上50以下、かつ、六方晶系の結晶構造を有する針状化合物X1の個数割合(個数%)を求める。具体的には、針状化合物Xと判定されたものの中から任意に10個を選び、その10個の中で、そのうち短径に対する長径の比率が4以上50以下、かつ、六方晶系の結晶構造を有する針状化合物X1が7個あれば、当該領域の針状化合物X1の割合は70%とする。このような測定を10回繰返し、得られた針状化合物X1の割合を平均することで、表面処理皮膜13における針状化合物X1の割合(個数%)を算出する。
針状化合物X2の割合は、以下の方法によって求められる。
上述したTEM観察試料(皮膜の膜厚×50μm×厚み100nm)を用いた上述の方法により、針状化合物X1と判定されたものの中から任意の40個の針状化合物X1を選び、その中で、角度αが0度以上40度以下を満足する針状化合物X2の個数割合(個数%)を求める。具体的には、針状化合物Xと判定されたものの中から任意に40個を選び、角度αが0度以上40度以下を満足する針状化合物X2が30個あれば、当該領域の針状化合物X2の割合は75%とする。この測定により、表面処理皮膜13における針状化合物X2の割合(個数%)を算出する。
六方晶系の結晶構造を有する化合物としては、ランタンシリケート、二ホウ化マグネシウム、酸化ベリリウム(ベリリア)、酸化亜鉛、グラファイト(C)、β-石英、針ニッケル鉱(NiS)、ウルツ鉱(ZnS)などがある。
六方晶系の結晶構造を有する化合物を皮膜中に含有させることでホットスタンプ時の昇温速度が向上する理由は定かではないものの、輻射熱の吸収に特に有効である波長1~10μmの赤外線に対して活性な結合が数多く存在することが一因である可能性が考えられる。
ここで、従来(例えば、特許文献2等)では、表面処理皮膜に炭素顔料などの有機物を含む場合、めっき鋼板が高温域(例えば750℃以上)に加熱されると、これら有機物はいずれも消失してしまう問題があった。しかし、本発明者らは、本実施形態に係る表面処理皮膜13の場合、六方晶系の結晶構造を有する針状化合物X1を除く有機系化合物を消失させることなく高温域まで加熱できることを見出した。このように有機物を消失させることなく高温域まで加熱できるメカニズムは定かではないが、皮膜中に含まれる針状化合物の短径に対する長径の比率を適正化することで、処理液として用いる有機物を高温域でも耐えうる構造に変化させたのではと推察される。
アルミめっき層12の表面のうち、表面処理皮膜13の付与された側において、表面処理皮膜13における六方晶系の結晶構造を有する針状化合物X1の含有率Rは、0.5体積%以上または1体積%以上であることが好ましい。含有率Rを1体積%以上とすることで、ホットスタンプ時の昇温速度を十分に速くすることが可能となる。含有率Rは、好ましくは2体積%以上であり、より好ましくは5体積%以上であり、さらにより好ましくは10体積%以上である。含有率Rは60体積%以下であることが好ましい。60体積%以下とすることで表面処理皮膜13のバインダー成分と基材であるアルミめっき層12の表面との電気的な引力を確保することができ、密着性を高めることが可能となる。含有率Rは、好ましくは40体積%以下であり、より好ましくは20体積%以下である。
表面処理皮膜13に含有される針状化合物X1の短径は20nm以上であることが好ましい。母材鋼板の粗度やうねり、あるいは、皮膜形成時に処理液中の水などの揮発性成分の揮発する速度差等により、表面処理皮膜13の厚みが局所的に異なる場合がある。この場合、針状化合物X1の短径が20nm以上であることで、表面処理皮膜13で輻射熱を効率良く吸収できるため好ましい。針状化合物X1の短径は2μm以下であることが好ましい。2μm以下であることで、ホットスタンプ後の溶接時に、基材のアルミめっき鋼板と電極との接触点が確保しやすくなり、スポット溶接性を高めることができる。短径は、30nm以上または60nm以上、もしくは、1μm以下、700nm以下または500nm以下が好ましい。
表面処理皮膜13に含有される針状化合物X1の長径は80nm以上であることが好ましい。針状化合物X1の長径が80nm以上であることで、上記短径の理由と同様に、表面処理皮膜13で輻射熱を効率良く吸収できるため好ましい。針状化合物X1の長径は100μm以下であることが好ましい。長径が100μm以下であることで、上記短径の理由と同様に、ホットスタンプ後の溶接時に、基材のアルミめっき鋼板と電極との接触点が確保しやすくなり、スポット溶接性を高めることができるため好ましい。長径は、150nm以上または300nm以上、もしくは、50μm以下、20μm以下または10μm以下が好ましい。
針状化合物X1の炭素濃度が90質量%以上であることがより好ましい。炭素濃度が90質量%以上であることで、ホットスタンプ時に温度が上昇しても、分解などにより皮膜から針状化合物X1が消失することを遅らせることができ、熱を吸収する機能を高い温度領域においても維持することができる。さらに、針状化合物X1の炭素濃度が90質量%以上であると、針状化合物X1と雰囲気中の酸素との反応が、発熱反応となるため、昇温速度をより速めることができる。炭素濃度は90質量%以上であることが好ましい。なお、炭素濃度は、EDSの測定値から求めることができる。すなわち、電子線照射時の特性X線のスペクトルを測定し、エネルギーごとの検出強度を算出する。エネルギーの値から針状化合物を構成する元素を特定し、検出強度から当該元素の濃度を算出することができる。このような方法で、針状化合物X1を構成する炭素等の元の濃度を分析することができる。このようにして求めた針状化合物X1の炭素濃度は100質量%以下であることが好ましい。炭素濃度が100質量%以下であることで、上記発熱反応が進行して昇温速度をより速める効果が期待される。
表面処理皮膜中の化合物の形態が針状である場合では化合物の単位体積あたりの表面積が大きい。そのため、本実施形態に係るアルミめっき鋼板を加熱し、ホットスタンプ部材を製造する際、加熱雰囲気からの電磁波による輻射によって、表面処理皮膜全体に熱を効率よく吸収させることができる。加えて、加熱された雰囲気ガスとの接触による熱伝導によっても、熱を効率よく吸収することができる。その結果、表面処理皮膜の全体をムラなく迅速に加熱することが可能となる。このような効果を得るためには、皮膜中の化合物の形態を、短径に対する長径の比率が4以上50以下である針状とするとともに、このような針状化合物X1を表面処理皮膜内の全体に分散して存在させることが効果的である。
表面処理皮膜13に含有される針状化合物X1はグラファイトであることが好ましい。表面処理皮膜13中にグラファイトを含有する場合、ホットスタンプ加熱後には、皮膜成分が少なくなり、塗装後密着性等のホットスタンプ後の性能を維持することができる。
グラファイトの場合、官能基が少ないため分解が起きる時間が遅い。一方、類似の炭素系化合物であるカーボンブラックは官能基が比較的多いため、早い時間から分解及び酸化反応が起こりやすい特徴がある。
ここで、本実施形態でいう「グラファイト」とは、炭素濃度(C濃度)が85質量%以上であるものと指す。
グラファイトの含有率は、針状化合物Xの中の針状化合物X1の割合(含有率)の測定時に、C濃度が85%以上という限定を加える以外は、前述の上記針状化合物X1の含有率Rとおなじ方法により求めることができる。
本実施形態に係る表面処理皮膜13に含有されうるバインダー成分の含有量は、表面処理皮膜13の全体積に対して、40体積%以上であることが皮膜密着性を確保する上で好ましい。
バインダー成分として、公知の各種の樹脂を用いることが可能である。
樹脂を分散又は溶解させる処理液中の成分としては、水や溶剤を用いることが可能である。
本実施形態に係る表面処理皮膜13には、本発明の効果を損なわない範囲で、皮膜形成前の処理液作製時の添加剤として、レベリング剤、水溶性溶剤、金属安定化剤、エッチング抑制剤等といった各種の添加剤を含有させることが可能である。
本実施形態に係る表面処理皮膜13は、先だって言及したように、シリカを含有していなくともよく、ある範囲内でシリカを含有していてもよい。より詳細には、本実施形態に係る表面処理皮膜13において、シリカの含有量は、0~0.3g/m2であってもよい。シリカを0.3g/m2を超えて含有する場合、温度上昇効果が望めない一方で高コストとなるため、経済性の点で好ましくない。また、シリカは電気伝導性が低い物質であるため、シリカを0.3g/m2を超えて含有する場合、ホットスタンプ後の溶接性の点で好ましくない。シリカを含有させる場合における表面処理皮膜13中のシリカの含有量は、小さければ小さいほどよい。表面処理皮膜のシリカの含有量は、より好ましくは0.10g/m2以下であり、更に好ましくは0.05g/m2以下である。
以上のような成分を含有する表面処理皮膜13の平均膜厚は、例えば、0.5~15.0μmとすることが好ましい。表面処理皮膜13の平均膜厚が0.5μmより小さいと、ホットスタンプ時の昇温速度を十分に高めることができない。一方、表面処理皮膜13の平均膜厚が15.0μmを超えると、ホットスタンプ時の昇温速度を速める効果が飽和するのに対し生産コストが高くなるため、経済的に不利である。また、表面処理皮膜13の膜厚を厚くしようとすると、表面処理皮膜13の形成時、処理剤を塗布した後の乾燥に時間を要するため、生産性が低下する。表面処理皮膜13の膜厚を上記の範囲内とすることで、昇温速度を向上させることができる。表面処理皮膜の平均膜厚は、より好ましくは、1.0μm以上または2.0μm以上であり、12μm以下、10μm以下または7.0μm以下である。
表面処理皮膜13とアルミめっき層12の間に、表面処理皮膜13の密着性を向上させるために下地処理皮膜14(化成処理層)が付与されてもよい。
また、下地処理皮膜14が、シリカ、りん酸及びその塩、ふっ化物、並びに、バナジウム化合物のいずれか一つ以上を含むと、インヒビターとして、めっき表面や母材鋼板表面に沈殿皮膜や不動態皮膜を形成することで、耐食性を向上することができる。
めっき層片面あたりの下地処理皮膜14の付着量は、固形分換算で、10~1000mg/m2が好ましい。10mg/m2未満では充分な加工密着性と耐食性が確保されず、1000mg/m2を超えると加工密着性が低下することがある。
めっき鋼板片面あたりの下地処理皮膜14の付着量は、より好ましくは20~800mg/m2、さらに好ましくは50~600mg/m2である。
本実施形態に係るホットスタンプ用アルミめっき鋼板10は、母材鋼板11の少なくとも一方の表面において、母材鋼板11と表面処理皮膜13との間の少なくとも一部に、アルミめっき層12を有する。アルミめっき層12を有することにより、ホットスタンプ後の塗装後耐食性をより一層向上させることができる。また、アルミめっき層12が存在することで、ホットスタンプの際に、加熱により鉄スケールが生成するのを防ぐことができる。鉄スケールは、加熱炉を汚染させたり、搬送のために用いられるロールに付着したりするため、製造上の負荷になる。そのため、鉄スケールが生成した場合には、鉄スケールを除去するためにショットブラスト等の工程が必要となり、経済上好ましくない。
次に、本実施形態に係るホットスタンプ用アルミめっき鋼板10の母材鋼板11について説明する。母材鋼板11は、ホットスタンプ法に好適に利用可能な鋼板であれば、特に制限はない。本実施形態に係るホットスタンプ用アルミめっき鋼板に適用可能な鋼板として、例えば、化学組成が、質量%で、
C:0.03~0.60%、
Si:0.01~0.60%、
Mn:0.50~3.00%、
P:0.050%以下、
S:0.020%以下、
Al:0.100%以下、
Ti:0.01~0.10%、
B:0.0001~0.0100%、
N:0.010%以下、
Cr:0~1.00%、
Ni:0~2.00%、
Cu:0~1.000%、
Mo:0~1.00%、
V:0~1.00%、
Nb:0~1.00%、
Sn:0~1.00%、
W:0~1.00%、
Ca:0~0.010%、
REM:0~0.30%であり、
残部:Fe及び不純物である鋼板を例示できる。
また、母材鋼板11の形態としては、例えば熱延鋼板や冷延鋼板などの鋼板を例示できる。以下、母材鋼板の化学組成について、詳細に説明する。なお、以下の母材鋼板11の化学組成に関する説明において、「%」の表記は、特に断りのない限り「質量%」を意味する。
Cは、目的とする機械的強度を確保するために含有される。C含有量が0.03%以上であることで、十分な機械的強度の向上が得られ、Cを含有する効果が十分に得られる。
そのため、C含有量は、0.03%以上であることが好ましい。C含有量は、より好ましくは0.20%以上である。一方、C含有量が0.60%以下であることで、鋼板の強度を硬化向上させつつ、伸び、絞りの低下を抑制できる。そのため、C含有量は、0.60%以下であることが好ましい。C含有量は、より好ましくは0.40%以下である。
Siは、機械的強度を向上させる強度向上元素の一つであり、Cと同様に、目的とする機械的強度を確保するために含有される。Si含有量が0.01%以上であることで、強度向上効果が十分に発揮され、十分な機械的強度の向上が得られる。そのため、Si含有量は、0.01%以上であることが好ましい。Si含有量は、より好ましくは0.10%以上である。一方、Siは易酸化性元素でもあるため、Si含有量が0.60%以下であることで、鋼板表層に形成したSi酸化物の影響による、溶融Alめっきを行う際の濡れ性の低下が抑制され、不めっきの発生が抑制できる。そのため、Si含有量は、0.60%以下であることが好ましい。Si含有量は、より好ましくは0.40%以下である。
Mnは、鋼を強化させる強化元素の1つであり、焼入れ性を高める元素の1つでもある。更に、Mnは、不純物の1つであるSによる熱間脆性を防止するのにも有効な元素である。Mn含有量が0.50%以上であることで、これらの効果が十分に得られる。そのため、上記効果を確実に発現させるために、Mn含有量は、0.50%以上であることが好ましい。Mn含有量は、より好ましくは0.80%以上である。一方、Mnはオーステナイト形成元素であるため、Mn含有量が3.00%以下であることで、残留オーステナイト相が多くなり過ぎず、強度の低下が抑制される。そのため、Mn含有量は、3.00%以下であることが好ましい。Mn含有量は、より好ましくは1.50%以下である。
Pは、鋼中に含まれる不純物である。P含有量が0.050%以下であることで、鋼板に含まれるPが鋼板の結晶粒界に偏析してホットスタンプされた成形体の母材の靭性を低下させることを抑制でき、鋼板の耐遅れ破壊性の低下を抑制できる。そのため、P含有量は0.050%以下であることが好ましく、P含有量はできる限り少なくすることが好ましい。必要に応じて、P含有量を0.045%以下または0.040%以下としてもよい。P含有量の下限は0%であるが、その下限を0.001%または0.005%としてもよい。
Sは、鋼中に含まれる不純物である。S含有量が0.020%以下であることで、鋼板に含まれるSが硫化物を形成して鋼板の靭性を低下させることを抑制でき、鋼板の耐遅れ破壊性の低下を抑制できる。そのため、S含有量は0.020%以下であることが好ましく、S含有量はできる限り少なくすることが好ましい。必要に応じて、S含有量を0.015%以下または0.010%以下としてもよい。S含有量の下限は0%であるが、その下限を0.001%または0.002%としてもよい。
Alは、一般に鋼の脱酸目的で使用される。一方、Al含有量が0.100%以下であることで、鋼板のAc3点の上昇が抑制されるため、ホットスタンプの際に鋼の焼入れ性確保に必要な加熱温度を低減でき、ホットスタンプ製造上望ましい。従って、鋼板のAl含有量は、0.100%以下が好ましく、より好ましくは0.050%以下であり、更に好ましくは0.010%以下である。
Tiは、強度強化元素の1つである。Ti含有量が0.01%以上であることで、強度向上効果や耐酸化性向上効果が十分に得られる。そのため、上記効果を確実に発現させるために、Ti含有量は、0.01%以上であることが好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.03%以上である。一方、Ti含有量が0.10%以下であることで、例えば炭化物や窒化物の形成が抑制され、鋼の軟質化を抑制でき、目的とする機械的強度を十分に得ることができる。従って、Ti含有量は、0.10%以下であることが好ましい。Ti含有量は、より好ましくは0.08%以下である。
Bは、焼入れ時に作用して強度を向上させる効果を有する。B含有量が0.0001%以下であることで、このような強度向上効果が十分に得られる。そのため、B含有量は、0.0001%以上であることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.0010%以上である。一方、B含有量が0.0100%以下であることで、介在物の形成が低減されて鋼板の脆化が抑制され、疲労強度の低下を抑制できる。そのため、B含有量は、0.0100%以下であることが好ましい。B含有量は、より好ましくは0.0040%以下である。
Nは、鋼中に含まれる不純物である。N含有量が0.010%以下であることで、鋼板に含まれるNによる窒化物の形成が抑制されて、鋼板の靭性低下を抑制できる。更に、鋼板中にBが含有される場合に、鋼板に含まれるNがBと結合して固溶B量を減少させることが抑制され、Bの焼入れ性向上効果の低下が抑制できる。そのため、N含有量は、0.010%以下であることが好ましく、N含有量はできる限り少なくすることがより好ましい。
Crは、鋼板の焼入れ性を向上させる元素である。かかる効果を十分にj得るためには、Cr含有量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、Cr含有量を1.00%以下とすることで、その効果を十分に得つつ、コストの上昇を抑制できる。そのため、含有させる場合のCr含有量は、1.00%以下とすることが好ましい。必要に応じて、Cr含有量を0.70%以下または0.50%以下としてもよい。
Niは、鋼の焼入れ性を高め、かつ、焼入れ後の鋼板部材の強度を安定して確保することを可能にする元素である。かかる効果を十分に発現させるためには、Ni含有量を0.10%以上とすることが好ましい。一方、Ni含有量が2.00%以下であることで、上記の効果を十分に得つつ、経済性が高められる。そのため、含有させる場合のNi含有量は、2.00%以下とすることが好ましい。必要に応じて、Ni含有量を1.20%以下、0.80%以下または0.50%以下としてもよい。
Cuは、鋼の焼入れ性を高め、かつ、焼入れ後の鋼板部材の強度を安定して確保することを可能にする元素である。また、Cuは、腐食環境において耐孔食性を向上させる。かかる効果を十分に発現させるためには、Cu含有量を0.100%以上とすることが好ましい。一方、Cu含有量が1.000%以下であることで、上記の効果を十分に得つつ、経済性が高められる。そのため、含有させる場合のCu含有量は、1.000%以下とすることが好ましい。必要に応じて、Cu含有量を0.600%以下、0.400%以下または0.200%以下としてもよい。
Moは、鋼の焼入れ性を高め、かつ、焼入れ後の鋼板部材の強度を安定して確保することを可能にする元素である。かかる効果を十分に発現させるためには、Mo含有量を0.10%以上とすることが好ましい。一方、Mo含有量が1.00%以下であることで、上記の効果を十分に得つつ、経済性が高められる。そのため、含有させる場合のMo含有量は、1.00%以下とすることが好ましい。必要に応じて、Mo含有量を0.60%以下、0.40%以下または0.20%以下としてもよい。
Vは、鋼の焼入れ性を高め、かつ、焼入れ後の鋼板部材の強度を安定して確保することを可能にする元素である。かかる効果を十分に発現させるためには、V含有量を0.10%以上とすることが好ましい。一方、V含有量が1.00%以下であることで、上記の効果を十分に得つつ、経済性が高められる。そのため、含有させる場合のV含有量は、1.00%以下とすることが好ましい。必要に応じて、V含有量を0.60%以下、0.40%以下または0.20%以下としてもよい。
Nbは、鋼の焼入れ性を高め、かつ、焼入れ後の鋼板部材の強度を安定して確保することを可能にする元素である。かかる効果を十分に発現させるためには、Nb含有量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、Nb含有量が1.00%以下であることで、上記の効果を十分に得つつ、経済性が高められる。そのため、含有させる場合のNb含有量は、1.00%以下とすることが好ましい。必要に応じて、Nb含有量を0.50%以下、0.20%以下または0.10%以下としてもよい。
Snは、腐食環境において耐孔食性を向上させる元素である。かかる効果を十分に発現させるためには、Sn含有量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、Sn含有量が1.00%以下であることで、粒界強度の低下が抑制され、靭性の低下を抑制できる。そのため、含有させる場合のSn含有量は、1.00%以下とすることが好ましい。必要に応じて、Sn含有量を0.40%以下、0.10%以下または0.05%以下としてもよい。
Wは、鋼の焼入れ性を高め、かつ、焼入れ後の鋼板部材の強度を安定して確保することを可能にする元素である。また、Wは、腐食環境において耐孔食性を向上させる。かかる効果を十分に発現させるためには、W含有量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、W含有量が1.00%以下であることで、上記の効果を十分に得つつ、経済性が高められる。そのため、含有させる場合のW含有量は、1.00%以下とすることが好ましい。必要に応じて、W含有量を0.60%以下、0.40%以下または0.20%以下としてもよい。
Caは、鋼中の介在物を微細化し、焼入れ後の靱性及び延性を向上させる効果を有する元素である。かかる効果を十分に発現させるためには、Ca含有量を0.001%以上とすることが好ましく、0.002%以上とすることがより好ましい。一方、Ca含有量が0.010%以下であることで、その効果を十分に得つつ、コストを抑制できる。そのため、含有させる場合のCa含有量は、0.010%以下とすることが好ましく、0.004%以下とすることがより好ましい。必要に応じて、Ca含有量を0.008%以下、0.006%以下または0.0004%以下としてもよい。
REMは、Caと同様に鋼中の介在物を微細化し、焼入れ後の靱性及び延性を向上させる効果を有する元素である。かかる効果を十分に発現させるためには、REM含有量を0.001%以上とすることが好ましく、0.002%以上とすることがより好ましい。一方、REM含有量が0.30%以下であることで、その効果を十分に得つつ、コストを抑制できる。そのため、含有させる場合のREM含有量は、0.30%以下とすることが好ましく、0.20%以下とすることがより好ましい。必要に応じて、Ca含有量を0.10%以下、0.05%以下または0.02%以下としてもよい。
以下、本実施形態に係るホットスタンプ用アルミめっき鋼板の製造方法の一例を説明する。なお、本実施形態に係るホットスタンプ用アルミめっき鋼板は、上述の構成を有すれば、製造方法は特に限定されない。下記の製造方法は、本実施形態に係るホットスタンプ用アルミめっき鋼板を製造するための一つの例であり、本実施形態に係るホットスタンプ用アルミめっき鋼板の製造方法の好適な例である。
アルミめっきに供する母材鋼板は、ホットスタンプ法に好適に利用可能な鋼板であれば、特に制限はない。母材鋼板の形態としては、例えば熱延鋼板や冷延鋼板などの鋼板を例示できる。
本実施形態に係るホットスタンプ用アルミめっき鋼板は、母材鋼板の片面又は両面において、母材鋼板と表面処理皮膜との間の少なくとも一部に、アルミめっき層を有することが好ましい。アルミめっき層を有することにより、ホットスタンプ後の塗装後耐食性をより一層向上させることができる。また、アルミめっき層が存在することで、ホットスタンプの際に、加熱により鉄スケールが生成するのを防ぐことができる。鉄スケールは、加熱炉を汚染させたり、搬送のために用いられるロールに付着したりするため、製造上の負荷になる。そのため、鉄スケールが生成した場合には、鉄スケールを除去するためにショットブラスト等の工程が必要となり、経済上好ましくない。
例えば、アルミめっき層の化学組成(平均化学組成)は、質量%で、Al:85.0~95.0%、Si:2.0~15.0%、Fe:1~15.0%、Cr:0%以上1.0%未満、Mo:0%以上1.0%未満、Zn:0%以上1.0%未満、V:0%以上1.0%未満、Ti:0%以上1.0%未満、Sn:0%以上1.0%未満、Ni:0%以上1.0%未満、Cu:0%以上1.0%未満、W:0%以上1.0%未満、Bi:0%以上1.0%未満、Mg:0%以上1.0%未満、Ca:0%以上1.0%未満を含有し、残部は不純物であるめっき層であってもよい。
また、アルミめっき層を形成させる方法は、溶融めっき法、電気めっき法、物理蒸着、化学蒸着等が挙げられるが、特に限定されるものではない。
表面処理皮膜の製造方法は特に限定されないが、例えば、各々の皮膜形成成分を混合し、ディスパーで攪拌し、溶解もしくは分散した表面処理剤をめっき層上に塗布した後、乾燥させる方法が挙げられる。
また、処理液の粘度を3.0~10.0mPa・s、表面張力を20~60mN/mにすることも有効である。さらに、処理液を塗布した後の加熱乾燥時において、鋼板の温度が60℃に到達するまでの時間を3.0秒以上とすることも有効である。
加熱乾燥方法は、特に制限はなく、熱風、誘導加熱、近赤外線、直火等を単独又は組み合わせた方法が挙げられる。
自動車用の骨格部品に例示されるような各種のホットスタンプ部材は、上記のような表面処理皮膜が少なくとも一方の表面の全面に付与されたホットスタンプ用アルミめっき鋼板を用いて製造できる。
表面処理皮膜の膜厚は1.0~10μmの範囲内とした。
ここで、表2における下線は、本実施形態の好適な製造条件の範囲外であることを示す。
各評価項目の評価方法は、以下の通りとした。
各鋼板に設けた熱電対から得られた温度変化と、電気加熱炉における加熱時間とから、各鋼板での昇温速度を算出し、評価を行った。詳細には、室温から910℃に達するまでの平均昇温速度を算出し、以下の評価基準に基づき評価を行い、評点「2」以上を合格とした。
5:昇温速度5.0℃/s以上
4:昇温速度4.5℃/s以上5.0℃/s未満
3:昇温速度4.0℃/s以上4.5℃/s未満
2:昇温速度3.5℃/s以上4.0℃/s未満
1:昇温速度2.0℃/s以上3.5℃/s未満
得られたホットスタンプ成形体に対し、リン酸化成処理、及び、厚み15μmの電着塗装を施し、170℃で20分間焼き付けて表面処理皮膜を付与した。その後、60℃の脱イオン水に250時間浸漬後に表面処理皮膜の剥離状態を確認した。評点「2」を合格とした。
2:優位(剥離なし)
1:良好(面積率で3%未満の剥離あり)
発明例B1~B19では、全針状化合物(比率が4未満、50超である針状化合物も含む)に対する長径/短径の比率が4~50の、結晶構造が六方晶系である針状化合物X1の割合(個数%)が70%以上、針状化合物X1のうち、表面処理皮膜の表面との角度αが0から40度である針状化合物X2の割合(個数%)が70%以上であった。これらの昇温速度(昇温特性)の評点は2以上であった。
比較例b4は、使用した化合物がカーボンブラックであり、使用した化合物が不適切であった。比較例b5及びb8では、針状化合物X1の割合(個数%)および針状化合物X2の割合(個数%)が70%未満であった。比較例b6,b7,b9およびb10~b12では、少なくとも使用した化合物が不適切であり、針状化合物X1の長径/短径の比率が4~50の範囲を外れてしまった。その結果、比較例b1~b12は、その針状化合物X1の割合又は針状化合物X2の割合が低く、その昇温速度の評点は1であった。
発明例B11は発明例B17よりも針状化合物X1の分散度が良好なため、昇温特性により優れた。
11 母材鋼板
12 アルミめっき層
13 表面処理皮膜
14 下地処理皮膜
15 皮膜
Claims (11)
- 母材鋼板と、
前記母材鋼板の少なくとも一方の面の上に設けられたアルミめっき層と、
前記アルミめっき層の上に設けられた表面処理皮膜と
を有するホットスタンプ用アルミめっき鋼板において、
前記表面処理皮膜は、短径に対する長径の比率が2以上である針状化合物Xを含有し、
前記針状化合物Xのうち、短径に対する長径の比率が4以上50以下、かつ、六方晶系の結晶構造を有する針状化合物X1の割合が、個数%で、70%以上であり、
前記針状化合物X1のうち、長径と平行な直線と、前記アルミめっき層の表面のなす角度の内、最も小さい角度が0度以上40度以下である針状化合物X2の割合が、個数%で、70%以上である
ことを特徴とするホットスタンプ用アルミめっき鋼板。 - 前記針状化合物X1の含有率Rが、体積%で、2%以上60%以下であることを特徴とする請求項1に記載のホットスタンプ用アルミめっき鋼板。
- 前記針状化合物X1の炭素濃度が、90質量%以上であることを特徴とする請求項1に記載のホットスタンプ用アルミめっき鋼板。
- 前記針状化合物X1の炭素濃度が、90質量%以上であることを特徴とする請求項2に記載のホットスタンプ用アルミめっき鋼板。
- 前記針状化合物X1の含有率Rを10箇所測定し、最大含有率をR1、最小含有率をR2とした場合、R2に対するR1の比率R1/R2が2.0以下であることを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載のホットスタンプ用アルミめっき鋼板。
- 前記針状化合物X1が、グラファイトであることを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載のホットスタンプ用アルミめっき鋼板。
- 前記針状化合物X1が、グラファイトであることを特徴とする請求項5に記載のホットスタンプ用アルミめっき鋼板。
- 前記表面処理皮膜が、樹脂を含有することを特徴とする請求項1~4の何れか一項に記載のホットスタンプ用アルミめっき鋼板。
- 前記表面処理皮膜が、樹脂を含有することを特徴とする請求項5に記載のホットスタンプ用アルミめっき鋼板。
- 前記表面処理皮膜が、樹脂を含有することを特徴とする請求項6に記載のホットスタンプ用アルミめっき鋼板。
- 前記表面処理皮膜が、樹脂を含有することを特徴とする請求項7に記載のホットスタンプ用アルミめっき鋼板。
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