JPWO2020213201A1 - 熱間プレス用鋼板および熱間プレス部材 - Google Patents
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Abstract
耐食性および溶接性に優れる熱間プレス用鋼板および熱間プレス部材を提供することを目的とする。鋼板の少なくとも一方の面に、付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２であるＺｎ系めっき層を有する熱間プレス用鋼板であって、前記熱間プレス用鋼板表面の光沢度（Ｇ値）が１０以下である熱間プレス用鋼板。
Description
本発明は、熱間プレス用鋼板および熱間プレス部材に関する。特に、耐食性および溶接性に優れた熱間プレス用鋼板および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共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、近年では冷間プレスに比べてプレス成形性と高強度化の両立が容易である熱間プレスによる自動車骨格用構造部材の製造が急速に増加している。自動車骨格用構造部材には優れた耐食性が必要とされるため、表面にめっき層などの皮膜を設けた鋼板やそれを用いた熱間プレス方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、ＺｎまたはＺｎベース合金で被覆された鋼板を熱間プレスし、Ｚｎ−Ｆｅベース化合物またはＺｎ−Ｆｅ−Ａｌベース化合物を表面に設けた耐食性に優れる熱間プレス部材を製造する技術が開示されている。
また、特許文献２には、ＺｎＮｉ合金めっき層を有する鋼板を熱間プレスすることで、鋼板の表層にＮｉ拡散領域が存在し、Ｎｉ拡散領域上にＺｎ−Ｎｉ合金のγ相に相当する金属間化合物層、およびＺｎＯ層を有し、耐スケール性、塗装密着性、塗装後耐食性、耐水素侵入性に優れた熱間プレス部材が開示されている。
このように、熱間プレス用鋼板としてＺｎ系めっき鋼板を用いることは耐食性の向上には有効である。しかしながら、Ｚｎの融点は４１９℃、沸点は９０７℃と両者ともに低いため、熱間プレス前の加熱工程において、めっき層中のＺｎの溶融やめっき層からのＺｎの蒸発が避けられず、熱間プレス後のめっき層中に残存する金属Ｚｎ量が減少するため、耐食性が劣化してしまうという課題があった。
このような課題の下、特許文献３では、Ｚｎ系めっき鋼板に対し、シラノール基を有するシリコーン樹脂皮膜で被覆することで、バリヤー効果により熱間プレス前の昇温中のＺｎの蒸発を抑制する技術が開示されている。なお、特許文献３に記載のシリコーン樹脂皮膜は、シラノール基以外の有機基を含む樹脂では、耐食性向上に寄与する化合物が生成しないため、シラノール基のみを有する樹脂に限定されている。
特許文献４では、Ｚｎ系めっき層中に、Ｚｎよりも酸化し易いＡｌ、Ｍｇ、Ｃａなどの元素を添加し、熱間プレス前の昇温中にこれら易酸化性元素の酸化物層をＺｎめっき層の表層に形成させることによって、Ｚｎの蒸発を防ぐ技術が開示されている。なお、易酸化性元素のめっき層への添加は電気めっきでは困難であり、溶融めっきによってのみ製造できる。
さらに特許文献５では、Ｚｎ系めっき鋼板に対し、熱間プレス前の昇温中に、４００℃以上Ａｃ３変態点以下の温度で５〜１０００秒中間保持を行い、ＦｅとＺｎの固溶相を形成させることで、熱間プレス前の昇温中にＺｎの蒸発を抑制する熱間プレス技術が開示されている。
特許文献１〜５に記載される熱間プレス用のＺｎ系めっき鋼板は、電気炉を用いた熱間プレス前の加熱では、所要時間が長いため、Ｚｎの蒸発が避けられない。さらに、所要時間が長いとＺｎの酸化が加速され、電気抵抗の高いＺｎＯがめっき表層に厚く形成されてしまう。その結果、熱間プレス部材に対し、抵抗スポット溶接は可能ではあるものの、過熱された鋼板の一部が溶融飛散する現象である散りが発生しやすく、適正な溶接条件範囲が狭くなるという問題が生じてしまう。また、特許文献５に記載の技術は、加熱炉とは別に保持炉を設置しなければならなく、また加熱時間の延長を強いられるため、生産性に課題が残る。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、耐食性および溶接性に優れる熱間プレス用鋼板および熱間プレス部材を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を達成するために、鋭意研究を行い、以下の知見を得た。
（１）熱間プレス前の炉による加熱において、熱間プレス用鋼板の昇温速度が速いほど、所定温度までの加熱時間は短縮し、Ｚｎの蒸発や酸化は抑制されるため、耐食性および溶接性が向上する。
（２）熱間プレス用鋼板の加熱時の昇温速度は、鋼板表面の光沢度（Ｇ値）と相関があり、熱間プレス用鋼板のＧ値が１０以下では昇温速度が向上し、加熱時間を短縮させることができる。
（３）熱間プレス用鋼板の加熱時の昇温速度は、鋼板表面の明度（Ｌ値）と相関があり、熱間プレス用鋼板のＬ値が５０以下ではさらに昇温速度が向上し、加熱時間を短縮させることができる。
（４）熱間プレス用鋼板のＧ値が１０以下である熱間プレス用鋼板を用いて熱間プレス部材を製造することにより、熱間プレス後にＺｎ系めっき層中に残存する金属Ｚｎ量の減少を防ぎ優れた耐食性を担保するとともに、ＺｎＯが厚く形成されるのを防ぐことで溶接性にも優れる熱間プレス部材を得ることができる。
（１）熱間プレス前の炉による加熱において、熱間プレス用鋼板の昇温速度が速いほど、所定温度までの加熱時間は短縮し、Ｚｎの蒸発や酸化は抑制されるため、耐食性および溶接性が向上する。
（２）熱間プレス用鋼板の加熱時の昇温速度は、鋼板表面の光沢度（Ｇ値）と相関があり、熱間プレス用鋼板のＧ値が１０以下では昇温速度が向上し、加熱時間を短縮させることができる。
（３）熱間プレス用鋼板の加熱時の昇温速度は、鋼板表面の明度（Ｌ値）と相関があり、熱間プレス用鋼板のＬ値が５０以下ではさらに昇温速度が向上し、加熱時間を短縮させることができる。
（４）熱間プレス用鋼板のＧ値が１０以下である熱間プレス用鋼板を用いて熱間プレス部材を製造することにより、熱間プレス後にＺｎ系めっき層中に残存する金属Ｚｎ量の減少を防ぎ優れた耐食性を担保するとともに、ＺｎＯが厚く形成されるのを防ぐことで溶接性にも優れる熱間プレス部材を得ることができる。
本発明は上記知見に基づくものであり、その特徴は以下の通りである。
［１］鋼板の少なくとも一方の面に、付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２であるＺｎ系めっき層を有する熱間プレス用鋼板であって、前記熱間プレス用鋼板表面の光沢度（Ｇ値）が１０以下であることを特徴とする熱間プレス用鋼板。
［２］前記熱間プレス用鋼板表面の明度（Ｌ値）が５０以下である［１］に記載の熱間プレス用鋼板。
［３］前記Ｚｎ系めっき層が、１０〜２５質量％のＮｉを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ−Ｎｉ合金めっき層である［１］または［２］に記載の熱間プレス用鋼板。
［４］前記Ｚｎ系めっき層が、０．５〜２０質量％のＡｌを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ−Ａｌ合金めっき層である［１］または［２］に記載の熱間プレス用鋼板。
［５］前記鋼板が、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、
Ｎ：０．０１％以下を含有し、
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［１］〜［４］のいずれかに記載の熱間プレス用鋼板。
［６］前記鋼板が、質量％で、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ｂ：０．０００２〜０．００５％、
Ｃｒ：０．１〜０．３％、
Ｓｂ：０．００３〜０．０３％から選ばれた少なくとも１種をさらに含有する［５］に記載の熱間プレス用鋼板。
［７］鋼板の少なくとも一方の面に、付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２であるＺｎ系めっき層を有する熱間プレス部材であって、前記熱間プレス部材表面の光沢度（Ｇ値）が２．０以下であり、前記Ｚｎ系めっき層における金属Ｚｎ量が２５ｇ／ｍ２以上であり、前記Ｚｎ系めっき層におけるＺｎＯとして存在するＺｎ量が２．５ｇ／ｍ２以下である熱間プレス部材。
［８］前記熱間プレス部材表面の明度（Ｌ値）が４０以下である［７］に記載の熱間プレス部材。
［１］鋼板の少なくとも一方の面に、付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２であるＺｎ系めっき層を有する熱間プレス用鋼板であって、前記熱間プレス用鋼板表面の光沢度（Ｇ値）が１０以下であることを特徴とする熱間プレス用鋼板。
［２］前記熱間プレス用鋼板表面の明度（Ｌ値）が５０以下である［１］に記載の熱間プレス用鋼板。
［３］前記Ｚｎ系めっき層が、１０〜２５質量％のＮｉを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ−Ｎｉ合金めっき層である［１］または［２］に記載の熱間プレス用鋼板。
［４］前記Ｚｎ系めっき層が、０．５〜２０質量％のＡｌを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ−Ａｌ合金めっき層である［１］または［２］に記載の熱間プレス用鋼板。
［５］前記鋼板が、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、
Ｎ：０．０１％以下を含有し、
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［１］〜［４］のいずれかに記載の熱間プレス用鋼板。
［６］前記鋼板が、質量％で、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ｂ：０．０００２〜０．００５％、
Ｃｒ：０．１〜０．３％、
Ｓｂ：０．００３〜０．０３％から選ばれた少なくとも１種をさらに含有する［５］に記載の熱間プレス用鋼板。
［７］鋼板の少なくとも一方の面に、付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２であるＺｎ系めっき層を有する熱間プレス部材であって、前記熱間プレス部材表面の光沢度（Ｇ値）が２．０以下であり、前記Ｚｎ系めっき層における金属Ｚｎ量が２５ｇ／ｍ２以上であり、前記Ｚｎ系めっき層におけるＺｎＯとして存在するＺｎ量が２．５ｇ／ｍ２以下である熱間プレス部材。
［８］前記熱間プレス部材表面の明度（Ｌ値）が４０以下である［７］に記載の熱間プレス部材。
本発明によれば、耐食性および溶接性に優れる熱間プレス用鋼板および熱間プレス部材を得ることができる。したがって、本発明の熱間プレス用鋼板を用いて製造される熱間プレス部材は、自動車骨格用構造部材に好適である。
以下、本発明の実施形態について説明する。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、以下の説明によって何ら限定されるものではない。また、鋼成分組成の各元素の含有量の単位はいずれも「質量％」であり、以下、特に断らない限り単に「％」で示す。
本発明の熱間プレス用鋼板は、鋼板の少なくとも一方の面に、付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２であるＺｎ系めっき層を有し、熱間プレス用鋼板表面の光沢度（Ｇ値）が１０以下であることを特徴とする。
付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２であるＺｎ系めっき層
本発明のＺｎ系めっき鋼板のめっき付着量は、片面あたりの付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２とする。片面あたりの付着量が３０ｇ／ｍ２以上であれば、十分な耐食性が得られる。また、付着量が９０ｇ／ｍ２以下であればコストアップを招くことがない。付着量は、好ましくは５０ｇ／ｍ２以上、より好ましくは７０ｇ／ｍ２以上とする。
本発明のＺｎ系めっき鋼板のめっき付着量は、片面あたりの付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２とする。片面あたりの付着量が３０ｇ／ｍ２以上であれば、十分な耐食性が得られる。また、付着量が９０ｇ／ｍ２以下であればコストアップを招くことがない。付着量は、好ましくは５０ｇ／ｍ２以上、より好ましくは７０ｇ／ｍ２以上とする。
Ｚｎ系めっき層としては、防錆性の観点からめっき層の主成分がＺｎであれば組成に関しては特に限定されないが、Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層、Ｚｎめっき（ＧＩ）層、合金化溶融Ｚｎめっき（ＧＡ）層、Ｚｎ−Ａｌ合金めっき層のうちのいずれか１種が好ましい。
また、本発明では、Ｚｎ系めっき層は、１０〜２５質量％のＮｉを含み、残部はＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ−Ｎｉ合金めっき層であることが好ましい。Ｚｎ−Ｎｉ合金めっき層中のＮｉ含有率を１０〜２５質量％に制御することで、融点の高いＺｎ２Ｎｉ１１、ＺｎＮｉ３、Ｚｎ５Ｎｉ２１のいずれかの結晶構造を有するγ相が形成される。その結果、熱間プレス時のめっきの溶融、Ｚｎの蒸発や酸化が抑制され、耐食性が向上する。さらに、Ｎｉ含有率を１０〜２５質量％に制御することで、熱間プレス時のスケールの生成を抑制し、これによる部材や金型の損傷を抑制できるため、生産性にも優れる。
また、本発明では、Ｚｎ系めっき層は、０．５〜２０質量％のＡｌを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ−Ａｌ合金めっき層であることが好ましい。Ｚｎ−Ａｌ合金めっき層中のＡｌ含有率が０．５質量％未満では、めっき層表面におけるＡｌの比率が過少となり、Ａｌを含有する緻密な腐食生成物の被覆率が減少するため、腐食環境下における腐食因子の透過に対するバリヤー効果が低下し、耐食性が低下する場合がある。一方、Ａｌ含有率が２０質量％を超えると、めっき層表面におけるＺｎの比率が過少となり、Ｚｎによる犠牲防食効果が減少するため、耐食性が低下する場合がある。
熱間プレス用鋼板表面の光沢度（Ｇ値）が１０以下
上述したように、熱間プレス前の炉による加熱において、昇温速度が速く、加熱所要時間が短いほど、Ｚｎ系めっき層中のＺｎの蒸発や酸化は抑制される。その結果、熱間プレス部材の耐食性および溶接性は向上する。特に、電気炉による熱間プレス前の加熱は放射熱を使用した方法である。このため、熱間プレス用鋼板の放射率（吸収率とも言う）を向上させる、すなわち、Ｇ値が示す鏡面反射率を低下させることで、熱間プレス用鋼板の昇温速度は向上すると考えられる。本発明者らは、Ｇ値が１０以下である熱間プレス用鋼板では、Ｇ値が１０を超える鋼板に比べて昇温速度が短く、Ｚｎ系めっき層中のＺｎの蒸発や酸化が抑制されるため、優れた耐食性および溶接性が得られることを見出した。したがって、本発明では、熱間プレス用鋼板表面のＧ値を１０以下にする。なお、Ｇ値は好ましくは７以下である。
上述したように、熱間プレス前の炉による加熱において、昇温速度が速く、加熱所要時間が短いほど、Ｚｎ系めっき層中のＺｎの蒸発や酸化は抑制される。その結果、熱間プレス部材の耐食性および溶接性は向上する。特に、電気炉による熱間プレス前の加熱は放射熱を使用した方法である。このため、熱間プレス用鋼板の放射率（吸収率とも言う）を向上させる、すなわち、Ｇ値が示す鏡面反射率を低下させることで、熱間プレス用鋼板の昇温速度は向上すると考えられる。本発明者らは、Ｇ値が１０以下である熱間プレス用鋼板では、Ｇ値が１０を超える鋼板に比べて昇温速度が短く、Ｚｎ系めっき層中のＺｎの蒸発や酸化が抑制されるため、優れた耐食性および溶接性が得られることを見出した。したがって、本発明では、熱間プレス用鋼板表面のＧ値を１０以下にする。なお、Ｇ値は好ましくは７以下である。
熱間プレス用鋼板表面の明度（Ｌ値）が５０以下
熱間プレス用鋼板のＬ値が示す拡散反射率を低下させることによっても、熱間プレス前の加熱時の昇温速度は向上し、その結果、熱間プレス部材の耐食性および溶接性は向上すると考えられる。本発明者らは、Ｇ値が１０以下であることに加え、さらにＬ値が５０以下の熱間プレス用鋼板では、Ｚｎ系めっき層中のＺｎの蒸発や酸化はより一層抑制され、より優れた耐食性および溶接性が得られることを見出した。したがって、本発明では、熱間プレス用鋼板表面のＬ値を５０以下にすることが好ましい。なお、Ｌ値はより好ましくは４０以下である。
熱間プレス用鋼板のＬ値が示す拡散反射率を低下させることによっても、熱間プレス前の加熱時の昇温速度は向上し、その結果、熱間プレス部材の耐食性および溶接性は向上すると考えられる。本発明者らは、Ｇ値が１０以下であることに加え、さらにＬ値が５０以下の熱間プレス用鋼板では、Ｚｎ系めっき層中のＺｎの蒸発や酸化はより一層抑制され、より優れた耐食性および溶接性が得られることを見出した。したがって、本発明では、熱間プレス用鋼板表面のＬ値を５０以下にすることが好ましい。なお、Ｌ値はより好ましくは４０以下である。
本発明において、熱間プレス後に１４７０ＭＰａ級を超えるような熱間プレス部材を得るためには、Ｚｎ系めっき層の下地鋼板としては、例えば、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、Ｎ：０．０１％以下を含有し、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鋼板を用いることができる。なお、鋼板としては冷延鋼板または熱延鋼板のいずれでも構わない。以下に各成分の限定理由を記載する。
Ｃ：０．２０〜０．３５％
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％以上必要である。一方、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量は０．２０〜０．３５％とすることが好ましい。
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％以上必要である。一方、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量は０．２０〜０．３５％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。そのためには０．１％以上必要である。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。
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％以上必要である。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：１．０〜３．０％
Ｍｎは鋼の高強度化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必要である。一方、３．０％超えると焼鈍時の表面濃化が増加し、めっき密着性の確保が困難になる。したがって、Ｍｎ量は１．０〜３．０％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。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必要である。一方、３．０％超えると焼鈍時の表面濃化が増加し、めっき密着性の確保が困難になる。したがって、Ｍｎ量は１．０〜３．０％とすることが好ましい。
Ｐ：０．０２％以下
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。
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：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。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。
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：０．１％以下
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。
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：０．０１％以下
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。
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。
また、本発明では上記した基本成分のほかに鋼板の特性の更なる改善を意図して、Ｎｂ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、Ｂ：０．０００２〜０．００５％、Ｃｒ：０．１〜０．３％、Ｓｂ：０．００３〜０．０３％のうちから選ばれた少なくとも１種を、必要に応じて適宜含有させることが可能である。
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を含有させる場合は０．０５％以下とする。
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：０．０５％以下
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。
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：０．０００２〜０．００５％
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。
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：０．１〜０．３％
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。
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：０．００３〜０．０３％
Ｓｂも熱間プレスのプロセス中に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。
Ｓｂも熱間プレスのプロセス中に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。
上記以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。
次に、本発明の熱間プレス用鋼板の製造方法について説明する。
本発明の熱間プレス用鋼板は、Ｚｎ系めっき鋼板に対し、ウェットブラスト、サンドブラスト、ショットブラスト、ショットピーニングなどの表面加工を施すことで製造できる。これらの表面加工では、研磨粒子の種類、粒子サイズ、噴射速度、エアー圧、噴射回数など種々条件を変化させることで、所望のＧ値、Ｌ値を有する熱間プレス用鋼板を製造することができる。
次に、本発明の熱間プレス用鋼板を用いて製造される熱間プレス部材の特性について、以下に説明する。
本発明の熱間プレス部材は、鋼板の少なくとも一方の面に、付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２であるＺｎ系めっき層を有する熱間プレス部材であって、熱間プレス部材表面の光沢度（Ｇ値）が２．０以下であり、Ｚｎ系めっき層における金属Ｚｎ量が２５ｇ／ｍ２以上であり、Ｚｎ系めっき層におけるＺｎＯとして存在するＺｎ量が２．５ｇ／ｍ２以下であることを特徴とする。なお、好ましくは、Ｚｎ系めっき層における金属Ｚｎ量が４０ｇ／ｍ２以上であり、Ｚｎ系めっき層におけるＺｎＯとして存在するＺｎ量が２．０ｇ／ｍ２以下である。本発明の熱間プレス部材は、熱間プレス前の加熱所要時間が短く済むため、熱間プレス後にＺｎ系めっき層中に残存する金属Ｚｎ量が減少せず、優れた耐食性を担保できる。加えて、本発明の熱間プレス部材はめっき表層にＺｎＯが厚く形成されることを防ぐことができるため、溶接性にも優れる。なお、好ましくは、熱間プレス部材表面の明度（Ｌ値）が４０以下である。
次に、本発明の熱間プレス用鋼板を用いた熱間プレス部材の製造方法について説明する。
本発明の熱間プレス用鋼板に対して、Ａｃ３変態点〜１０００℃の温度範囲に加熱後、熱間プレス加工、冷却を行う、ダイレクトプロセスと呼ばれる方法によって熱間プレス部材を製造することが好ましい。なお、自動車骨格用構造部材などの複雑な形状の部材の量産するにあたっては、熱間プレス前の加熱は電気炉による加熱手法を用いるのが好ましい。加熱温度がＡｃ３変態点未満では、鋼板の焼入れが不十分となり、所望の強度が得られない場合がある。また、加熱温度が１０００℃を超えると、エネルギー的に不経済であるばかりでなく、点状欠陥の発生が顕著となり、耐食性が劣化してしまう。また、加熱所要時間は、めっきの種類によって異なるが２００秒以下であるのが好ましい。さらに、熱間プレス加工後の冷却は、熱間プレス加工と同時に金型を用いて行ってもよく、また熱間プレス加工と同時または直後に水などの冷媒を用いて行ってもよい。
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。下記の実施例は本発明を限定するものではなく、要旨構成の範囲内で適宜変更することは、本発明の範囲に含まれるものとする。
下地鋼板として、表１に記載の成分組成を有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、板厚２．０ｍｍの冷延鋼板ＡまたはＢを用いた。
この冷延鋼板の表面に種々のＺｎ系めっきを、付着量３０〜９０ｇ／ｍ２で形成されるように電気めっきおよび溶融めっきを施しＺｎ系めっき鋼板を得た。なお、電気めっきでは、所望の組成が得られるように浴中の金属塩比および電流値を調整し、溶融めっきでは浴組成およびワイピング速度、時間を調整した。
続いて、各Ｚｎ系めっき鋼板に対し、ウェットブラスト、サンドブラスト、ショットブラスト、ショットピーニングなどの表面加工を施し、表１に示すＧ値およびＬ値を有する熱間プレス用鋼板を得た。なお、Ｇ値については、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準拠した方法で、光沢度計を用いて６０度鏡面光沢度を測定した。Ｌ値については、ＪＩＳ Ｊ ５６００に準拠した分光反射測定法（ＳＣＩ法）で測定した。
上記の表面加工を施した熱間プレス用鋼板から、２１０ｍｍＣ×３３０ｍｍＬの試験片を採取し、電気炉による熱処理を行った。炉温度は９９０℃に設定し、鋼板に熱電対を取り付けて鋼板温度をモニターし、鋼板が９００℃に到達した時点で取り出し、７００℃まで空冷を行った後、ハット型金型によって熱間プレスを実施した。なお、鋼板を炉に入れてから、９００℃に到達するまでの時間を加熱所要時間とした。成形後の部品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である。また、金型の曲げＲは上面の両肩、下面の両肩いずれも７Ｒである。
得られた熱間プレス部材におけるＺｎ系めっき層における金属Ｚｎ量およびＺｎＯ中のＺｎ量は、以下のようにして定量した。得られた熱間プレス部材から３０×３０ｍｍの分析用サンプルを採取し、重クロム酸アンモニウムによってめっき表層のＺｎＯを剥離し、さらに塩酸で希釈した溶液に対し、ＩＣＰ発光分析法によってＺｎＯ中のＺｎ量を求めた。さらに、ＺｎＯ剥離後のサンプルに対し、インヒビターを含まない塩酸を用いてめっき剥離を行い、剥離溶液に対しＩＣＰ発光分析法によって残存する金属Ｚｎ量を求めた。
熱間プレス部材の合わせ部における穴あき耐食性を評価するために、７０×１５０ｍｍと５０×１５０ｍｍの２枚の試験片をスポット溶接によって接合した合わせ試験片に対し、化成処理としてリン酸亜鉛処理（日本パーカライジング社製；ＰＢ−ＳＸ３５）、次いで膜厚が１５μｍとなるようにカチオン電着塗装（関西ペイント社製；ＧＴ−１００）を施した。その後、端面および裏面をマスクし、ＳＡＥ Ｊ２３３４規格に基づいて、下記条件のサイクル腐食試験を１２０サイクル実施した。
＜サイクル条件＞
塩水浸漬（０．５質量％ＮａＣｌ＋０．１質量％ＣａＣｌ２＋０．０７５質量％ＮａＨＣＯ３、１５分）→乾燥工程（ＲＨ ５０％、６０℃、１７時間４５分）→湿潤工程（ＲＨ ９０％、５０℃、６時間）
その後、合わせ試験片の溶接部をドリルで切り抜き、腐食生成物を塩酸溶液で溶解、除去した。次いで、合わせ部内側を８等分に区画し、各区画において腐食部の板厚をポイントマイクロメーターで測定し、マスキングを施していた健全部との差から、各区画における腐食による板厚減少を求めた。得られた各区画の最大板厚減少値の８点の平均値を算出し、各試験片の腐食深さとした。◎および○を合格とした。
◎：腐食深さが０．１ｍｍ以下
〇：腐食深さが０．１ｍｍ超え０．３ｍｍ以下
×：腐食深さが０．３ｍｍ超え
さらに、熱間プレス部材の溶接性を評価するために、塗装を施していない熱間プレス部材に対して溶接試験を行った。溶接試験はインバータ直流抵抗スポット溶接機を用い、クロム銅製のＤＲ形電極（電極先端径６ｍｍ）にて、加圧力４５０ｋｇｆ、通電時間３４０ｍｓｅｃで溶接を行い、ナゲット径が４√ｔ（ｔ：板厚（ｍｍ））となる電流値から散り発生までで定義する適正電流範囲を求めた。◎および○を合格とした。
◎：適正電流範囲が１．５ｋＡ以上
〇：適正電流範囲が１．０ｋＡ以上１．５ｋＡ未満
×：適正電流範囲が１．０ｋＡ未満
結果を表２に示す。
＜サイクル条件＞
塩水浸漬（０．５質量％ＮａＣｌ＋０．１質量％ＣａＣｌ２＋０．０７５質量％ＮａＨＣＯ３、１５分）→乾燥工程（ＲＨ ５０％、６０℃、１７時間４５分）→湿潤工程（ＲＨ ９０％、５０℃、６時間）
その後、合わせ試験片の溶接部をドリルで切り抜き、腐食生成物を塩酸溶液で溶解、除去した。次いで、合わせ部内側を８等分に区画し、各区画において腐食部の板厚をポイントマイクロメーターで測定し、マスキングを施していた健全部との差から、各区画における腐食による板厚減少を求めた。得られた各区画の最大板厚減少値の８点の平均値を算出し、各試験片の腐食深さとした。◎および○を合格とした。
◎：腐食深さが０．１ｍｍ以下
〇：腐食深さが０．１ｍｍ超え０．３ｍｍ以下
×：腐食深さが０．３ｍｍ超え
さらに、熱間プレス部材の溶接性を評価するために、塗装を施していない熱間プレス部材に対して溶接試験を行った。溶接試験はインバータ直流抵抗スポット溶接機を用い、クロム銅製のＤＲ形電極（電極先端径６ｍｍ）にて、加圧力４５０ｋｇｆ、通電時間３４０ｍｓｅｃで溶接を行い、ナゲット径が４√ｔ（ｔ：板厚（ｍｍ））となる電流値から散り発生までで定義する適正電流範囲を求めた。◎および○を合格とした。
◎：適正電流範囲が１．５ｋＡ以上
〇：適正電流範囲が１．０ｋＡ以上１．５ｋＡ未満
×：適正電流範囲が１．０ｋＡ未満
結果を表２に示す。
熱間プレス用鋼板のＧ値が低いほど、加熱所要時間が短くなり、残存する金属Ｚｎ量は多く、ＺｎＯ中に存在するＺｎ量は少ないことがわかる。すなわち、Ｇ値が１０以下である熱間プレス用鋼板では、優れた耐食性および溶接性が得られる。さらに、Ｌ値が５０以下であれば耐食性および溶接性はさらに向上する。
Claims (8)
- 鋼板の少なくとも一方の面に、付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２であるＺｎ系めっき層を有する熱間プレス用鋼板であって、前記熱間プレス用鋼板表面の光沢度（Ｇ値）が１０以下である熱間プレス用鋼板。
- 前記熱間プレス用鋼板表面の明度（Ｌ値）が５０以下である請求項１に記載の熱間プレス用鋼板。
- 前記Ｚｎ系めっき層が、１０〜２５質量％のＮｉを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ−Ｎｉ合金めっき層である請求項１または２に記載の熱間プレス用鋼板。
- 前記Ｚｎ系めっき層が、０．５〜２０質量％のＡｌを含み、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなるＺｎ−Ａｌ合金めっき層である請求項１または２に記載の熱間プレス用鋼板。
- 前記鋼板が、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、
Ｎ：０．０１％以下を含有し、
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請求項１〜４のいずれかに記載の熱間プレス用鋼板。 - 前記鋼板が、質量％で、
Ｎｂ：０．０５％以下、
Ｔｉ：０．０５％以下、
Ｂ：０．０００２〜０．００５％、
Ｃｒ：０．１〜０．３％、
Ｓｂ：０．００３〜０．０３％から選ばれた少なくとも１種をさらに含有する請求項５に記載の熱間プレス用鋼板。 - 鋼板の少なくとも一方の面に、付着量が３０〜９０ｇ／ｍ２であるＺｎ系めっき層を有する熱間プレス部材であって、前記熱間プレス部材表面の光沢度（Ｇ値）が２．０以下であり、前記Ｚｎ系めっき層における金属Ｚｎ量が２５ｇ／ｍ２以上であり、前記Ｚｎ系めっき層におけるＺｎＯとして存在するＺｎ量が２．５ｇ／ｍ２以下である熱間プレス部材。
- 前記熱間プレス部材表面の明度（Ｌ値）が４０以下である請求項７に記載の熱間プレス部材。
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