TW202208640A

TW202208640A - 表面處理鋼板以及表面處理鋼板的加工方法

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Publication number: TW202208640A
Application number: TW109129558A
Authority: TW
Inventors: 岩津智永; 松野雅典; 森秀時; 上野晋; 清水真
Original assignee: 日商日本製鐵股份有限公司
Priority date: 2020-08-28
Filing date: 2020-08-28
Publication date: 2022-03-01

Abstract

本發明的目的在於提供一種在進行藉由熱沖壓的鋼板的加工時難以產生鏽皮的表面處理鋼板。用於達成所述目的的本發明是有關於一種表面處理鋼板。所述表面處理鋼板具有Cr的含量為0.2質量%以上且2.0質量%以下的鋼板；以及與所述鋼板的表面接觸而配置的鹼性矽酸鹽皮膜。

Description

表面處理鋼板以及表面處理鋼板的加工方法

本發明是有關於一種表面處理鋼板以及表面處理鋼板的加工方法。

作為鋼板的加工方法之一，已知有熱沖壓（hot stamping）。熱沖壓是將鋼板加熱至900℃左右的沃斯田鐵（austenite）區，並且在模具內同時進行成形與淬火的加工方法。

例如，關於汽車的座艙等中所使用的超高張力鋼板（超高張力）等，若想要進行冷壓製加工，則具有如下問題：由於被從模具移除時的應力的釋放而彈性變形，即產生所謂的回彈，尺寸精度容易降低。對此，在熱沖壓中，將加熱至900℃左右而軟質化的鋼放入模具而進行壓製加工，同時藉由與模具的接觸而使鋼冷卻而進行淬火。熱沖壓具有成形性優異、且回彈亦少的特點。

另外，若將鋼加熱，則有鋼中的Fe等氧化而成的氧化物生成在加工後的鋼板表面的情況。從提高加工鋼板的生產性的觀點來說，要求難以生成該氧化物的鋼板的加工方法。

例如，在專利文獻1中，記載有將不鏽鋼的表面的鈍化皮膜的構造設為Cr、或富含Cr與Si的構造，並且將鹼性矽酸鹽附著於其表面上而成的不鏽鋼材。根據專利文獻1，認為所述不鏽鋼材即使暴露於表面的到達溫度為650℃以上的高溫下，因為防止了大氣中的氧的侵入以及金屬元素從不鏽鋼質地擴散，而可抑制由該些反應而生成的氧化物所引起的回火色的產生。

另外，在專利文獻2中記載有調整C、Si、Mn、Cr以及Ni的量的熱處理用鋼板。根據專利文獻2，認為所述熱處理用鋼板藉由將Cr的量設為0.1重量%~2重量%，對於C的量為0.3重量%~1.2重量%的中碳鋼板～高碳鋼板，可防止熱處理時的氧化鏽皮的剝離。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1] 日本專利特開2008-231551號公報 [專利文獻2] 日本專利特開平9-256107號公報

[發明所欲解決之課題] 根據專利文獻1，認為即使將不鏽鋼暴露於表面的到達溫度為650℃以上的高溫下，亦可抑制由Cr-Fe-O系的氧化物所造成的回火色。

相對於此，在將鋼板加熱至900℃左右的更高溫的區域的熱沖壓中，比起僅加熱至700℃左右的專利文獻1的試驗條件，更容易產生氧化物。例如，在熱沖壓中容易在鋼板表面產生堆積更厚而成為灰色的鏽皮。因此，在藉由熱沖壓的鋼板的加工中，需要用於去除所述鏽皮的珠擊（shot blast）等的處理，因此有可能降低生產性。因此，對於熱沖壓用的鋼板要求進一步抑制氧化物的產生。

另外，在專利文獻2中，為了抑制在加壓回火等的步驟中鏽皮剝離而產生壓痕的情況，試圖防止鏽皮的剝離。然而，如果原本就抑制鏽皮的產生的話，也可抑制壓痕的產生。

本發明是有鑒於所述方面而完成的發明，其目的在於提供一種在進行藉由熱沖壓的鋼板的加工時難以產生鏽皮的表面處理鋼板，以及所述表面處理鋼板的加工方法。

[解決課題之手段] 用於解決所述課題的本發明的一實施形態的表面處理鋼板包括：Cr的含量為0.2質量%以上且2.0質量%以下的鋼板；以及與所述鋼板的表面接觸而配置的鹼性矽酸鹽皮膜。

另外，用於解決所述課題的本發明的一實施形態的表面處理鋼板的加工方法包括：將所述表面處理鋼板加熱至所述鋼板的Ac3點以上且1100℃以下的溫度範圍的步驟；以及將經加熱的所述表面處理鋼板配置於模具的內部而進行熱壓，並且藉由所述模具將所述表面處理鋼板冷卻的步驟。

[發明的效果] 根據本發明，可提供一種在進行藉由熱沖壓的鋼板的加工時難以產生鏽皮的表面處理鋼板、所述表面處理鋼板的加工方法、以及將所述表面處理鋼板加工所獲得的經加工的表面處理鋼板。

1.表面處理鋼板本發明的一實施形態是有關於一種熱沖壓用的表面處理鋼板，其包括：Cr的含量為0.2質量%以上且2.0質量%以下的鋼板；以及與所述鋼板的表面接觸而形成的鹼性矽酸鹽皮膜。

1-1.鋼板所述鋼板只要是Cr的含量為0.2質量%以上且2.0質量%以下的鋼板即可。在所述鋼板的例子中可包含：鎳鉻鋼板、鉻鉬鋼板、以及鎳鉻鉬鋼板（JIS G 4053：機械構造用合金鋼鋼材）等。所述鋼板亦可為鍍鋅鋼板、鍍Zn-Al合金鋼板、鍍Zn-Al-Mg合金鋼板、以及鍍鋁鋼板等的電鍍鋼板。另外，所述鋼板可為冷軋鋼板，亦可為熱軋鋼板。

在熱沖壓時，所述鋼板中所含的Cr與鹼性矽酸鹽皮膜中所含的鹼性矽酸鹽（M_X O･nSiO₂ ：M為鹼金屬或鹼土金屬。當M為鹼金屬時，X為2；當M為鹼土金屬時X為1。n為例如1以上且8以下的任意的數）進行反應，而形成Si-Cr-M-O系的反應層。

所述反應層的高溫時的穩定性高。因此，在熱沖壓時，所述反應層適當地抑制鋼板中所含的原子（特別是Fe）從鋼板往鹼性矽酸鹽皮膜擴散。藉此，在熱沖壓時，所述反應層可抑制由從鋼板擴散的Fe與空氣中的氧氣（O₂ ）反應導致的FeO、Fe₃ O₄ 及Fe₂ O₃ 等的氧化物的生成，並且抑制由該些氧化物堆積所造成的鏽皮的產生。

根據本發明者等的新的見解，在此時，若鋼板中的Cr的含量為0.2質量%以上且2.0質量%以下，則在熱沖壓時顯著地提高抑制所述鏽皮的產生的效果。其理由尚不清楚，但本發明者等認為如下。

也就是，若鋼板中的Cr的含量為0.2質量%以上，則在鋼板的表面上形成充分厚度的所述反應層，而可充分地抑制Fe從鋼板擴散，因此也充分地抑制鏽皮的產生。另一方面，若鋼板中的Cr的含量超過2.0質量%則其效果飽和。從所述觀點來看，鋼板中的Cr的含量較佳為0.4質量%以上且1.7質量%以下，更佳為0.6質量%以上且1.6質量%以下。

所述鋼板亦可含有C、Si、Mn、P、S、Mo、V、Ti、Bi以及W等的Fe以及Cr以外的元素。該些元素的含量可根據對所述鋼板要求的特性等來任意地決定。

例如，C的含量可設為0.1質量%以上且1.2質量%以下，較佳為0.2質量%以上且1.2質量%以下，更佳為0.4質量%以上且1.0質量%以下。

並且，Si的含量可設為0.1質量%以上且2.5質量%以下，較佳為設為0.1質量%以上且1.5質量%以下。

並且，Mn的含量可設為0.4質量%以上且3.0質量%以下，較佳為設為0.4質量%以上且2.0質量%以下。

所述鋼板的厚度只要是可進行藉由熱沖壓的加工的程度即可，例如只要是0.5mm以上且4.0mm以下的程度即可。

1-2.鹼性矽酸鹽皮膜所述鹼性矽酸鹽皮膜為被覆所述鋼板的表面的包含鹼性矽酸鹽的皮膜。所述鹼性矽酸鹽皮膜與所述鋼板的表面接觸而形成。所述鹼性矽酸鹽皮膜可僅形成於所述鋼板的其中一個表面上，也可形成於所述鋼板的兩個表面上。

在熱沖壓時，所述鹼性矽酸鹽皮膜與所述鋼板中所含的Cr反應而形成所述的Si-Cr-M-O系的反應層。藉此，在熱沖壓時，所述鹼性矽酸鹽皮膜可抑制Fe從鋼板往鹼性矽酸鹽皮膜擴散，抑制由所述已擴散的Fe與空氣中的氧氣（O₂ ）反應所導致的氧化物的生成，以及抑制由該些氧化物堆積所導致的鏽皮的產生。

並且，在熱沖壓時，所述鹼性矽酸鹽皮膜抑制空氣中所含的氧氣（O₂ ）往鋼板中侵入。藉此，所述鹼性矽酸鹽皮膜亦可抑制由往所述鋼板中侵入的氧氣與鋼板中的Fe反應所導致的FeO、Fe₃ O₄ 及Fe₂ O₃ 等的氧化物的生成，並且抑制由該些氧化物堆積所導致的鏽皮的產生。

所述鹼性矽酸鹽只要是以通式M_X O･nSiO₂ 所表示的化合物即可。

在所述通式中，M為鹼金屬或鹼土金屬，作為鹼金屬可使用Li、Na、以及K等，作為鹼土金屬可使用Mg以及Ca等。該些中，理由並不明確，但M若為Li則最有效果，因此較佳。另外，由煅燒所導致的鹼性矽酸鹽皮膜的形成在更低溫下也可進行，且由於熔融溫度更高，因此在更高溫下的熱沖壓時也可有效率地抑制鏽皮，從而更佳為M為Li。

另外，所述鹼性矽酸鹽亦可為包含鹼金屬或鹼土金屬之中不同的2種原子來作為M的化合物。

所述通式中，當M為鹼金屬時X為2，當M為鹼土金屬時X為1。

所述通式中，n為例如3.5以上且7.5以下的任意的數。

若n為3.5以上，則在鹼性矽酸鹽皮膜中存在充分的量的Si，因此可在鋼板的表面上形成充分厚度的所述反應層，而更抑制由Fe從鋼板擴散所導致的鏽皮的產生。並且，若n為3.5以上，則在鹼性矽酸鹽皮膜中的鹼性成分量並沒有過多，因此也可更抑制由熱沖壓後的鋼板表面中所殘留的鹼性成分將空氣中的水分以及碳酸氣體等反應所生成的反應生成物所造成的白化現象。

另一方面，若n為7.5以下，則在鹼性矽酸鹽皮膜中存在充分量的鹼性成分，因此可在鋼板的表面上形成充分厚度的所述反應層，更抑制由Fe從鋼板擴散所導致的鏽皮的產生。並且，若n為7.5以下，則在鹼性矽酸鹽皮膜中存在充分的量的鹼性成分，因此可更提高鹼性矽酸鹽的強度。

所述鹼性矽酸鹽皮膜的附著量以Si換算較佳為0.05 g/m² 以上且1 g/m² 以下。若所述附著量為0.05 g/m² 以上，則可充分地抑制鏽皮的產生。另一方面，若所述附著量為1 g/m² 以上，則可充分地提高鹼性矽酸鹽皮膜對鋼板的密著性。

所述鹼性矽酸鹽皮膜可將包含所述鹼性矽酸鹽的水溶液塗佈於鋼板的表面上並進行煅燒而形成。如此所形成的鹼性矽酸鹽皮膜為將以通式M_X O･nSiO₂ ･yH₂ O所表示的化合物作為主體的皮膜。

此時，從提高皮膜中的分子彼此的結合力、更提高鹼性矽酸鹽皮膜的密著性的觀點來說，較佳為鹼性矽酸鹽皮膜中所保持的水量更少（所述通式中的y更小）。為了形成更減少所述水量的鹼性矽酸鹽皮膜，較佳為使被塗佈於鋼板的表面上的所述水溶液在350℃以上的溫度下煅燒。

另外，可藉由調整此時塗佈的水溶液中的鹼性矽酸鹽的含量、或水溶液的塗佈量等，來調整對鋼板表面的所述鹼性矽酸鹽皮膜的附著量。

並且，在塗佈所述水溶液之前，亦可對鋼板的表面實施脫脂、酸洗等的公知的前處理。

2.表面處理鋼板的加工方法本發明的另一實施形態是有關於對所述的表面處理鋼板進行熱處理的表面處理鋼板的加工方法。所述熱處理只要是對表面處理鋼板進行高熱處理即可，只要是熱沖壓、淬火、退火（燒鈍）、正火（normalising）等的公知的熱處理即可。本實施形態除了使用所述表面處理鋼板作為鋼板之外，可與公知的熱處理同樣地實施。

具體而言，首先，將所述表面處理鋼板加熱至鋼板中的肥粒鐵（Ferrite）變態成沃斯田鐵的溫度區域。具體而言，將所述表面處理鋼板加熱至800℃以上且1100℃以下的溫度範圍，較佳為加熱至所述鋼板的Ac3點以上且1100℃以下的溫度範圍。此時的升溫速度只要調整在2℃/s以上的範圍內即可。

接著，將經所述加熱的表面處理鋼板配置於模具的內部而進行熱壓。然後，在熱壓的同時，藉由所述模具將所述表面處理鋼板冷卻。具體而言，只要將所述表面處理鋼板冷卻至所述鋼板的Mf點（麻田散鐵（martensite）變態終點）以下即可。並且，此時的冷卻速度只要是調整在5℃/s以上且40℃/s以下的範圍內即可。

經如此加工的表面處理鋼板在鋼板與鹼性矽酸鹽皮膜之間具有Si-Cr-M-O系的反應層。所述鋼板較佳為在其剖面的麻田散鐵的面積率為90%以上。

以下，針對本發明參照實施例進行詳細地說明，但本發明並不限於該些實施例。 [實施例]

1.鋼板的製作準備具有表1中記載的組成的板厚均為1.2 mm的鋼板1～鋼板14。

[表1]

鋼板No.	C	Si	Mn	P	S	Cr
鋼板1	0.22	0.16	0.80	0.010	0.003	1.10
鋼板2	0.21	0.20	1.50	0.010	0.003	0.80
鋼板3	0.21	1.10	1.00	0.011	0.003	0.31
鋼板4	0.22	0.13	0.85	0.012	0.005	0.22
鋼板5	0.22	0.18	0.80	0.011	0.006	0.10
鋼板6	0.34	0.16	0.78	0.012	0.003	1.01
鋼板7	0.36	0.16	0.80	0.011	0.006	0.88
鋼板8	0.36	0.18	0.88	0.010	0.003	0.30
鋼板9	0.38	0.15	0.85	0.010	0.005	0.11
鋼板10	0.44	0.51	0.98	0.011	0.005	0.30
鋼板11	0.80	0.22	0.45	0.012	0.006	0.23
鋼板12	1.00	0.21	0.46	0.010	0.003	1.51
鋼板13	1.00	0.23	0.41	0.011	0.005	0.82
鋼板14	1.00	0.22	0.51	0.011	0.003	0.10

將各個鋼板浸漬在藉由原矽酸鈉將pH設為14的40℃的鹼性水溶液中30秒，進行鹼脫脂。之後，在經鹼脫脂的鋼板的表面上，以棒塗#3塗佈將作為鹼性矽酸鹽的日本化學工業股份有限公司製造的矽酸鋰（Li₂ O･nSiO₂ ：n為3~8）或岸田（KISHIDA）化學股份有限公司製造的水玻璃3號（Na₂ O･nSiO₂ ：n為3~8）稀釋為濃度5%的水溶液。塗佈後，在大氣中，加熱至180℃而進行煅燒，形成附著量以Si換算為0.2 g/m² ~0.5 g/m² 的鹼性矽酸鹽皮膜，而分別獲得表面處理鋼板1～表面處理鋼板14。

之後，從各個表面處理鋼板切出50mm×50mm的試驗片，將環境溫度設為850℃或900℃，利用加熱爐實施大氣加熱試驗。此時的均熱時間設為10分鐘。加熱後，將試驗片從爐取出，以室溫進行放冷。

藉由掃描式電子顯微鏡（Scanning Electron Microscope，SEM）以及輝光放電發光分光分析（Glow Discharge Spectrometry，GDS）觀察經充分冷卻的試驗片的剖面，測定藉由大氣加熱試驗所形成的氧化皮膜的厚度，根據以下的基準評價各個表面處理鋼板。 ◎ 氧化皮膜的厚度為0.3μm以下 ○ 氧化皮膜的厚度為大於0.3μm且1.0μm以下 × 氧化皮膜的厚度大於1.0μm ×× 氧化皮膜為剝落的狀態

將供於試驗的表面處理鋼板、鹼性矽酸鹽的種類、大氣加熱試驗中的加熱條件、以及評價結果示於表2以及表3中。

[表2]

表面處理鋼板No.	鹼性矽酸鹽的種類	Si換算附著量（g/m² ）	加熱條件	評價
到達板溫（℃）	均熱時間（min）
表面處理鋼板1	Li矽酸鹽	0.2	850	10	◎
900	◎
Na矽酸鹽	0.3	850	10	◎
900	◎
無皮膜	-	850	10	××
表面處理鋼板2	Li矽酸鹽	0.4	850	10	◎
900	◎
無皮膜	-	850	10	××
表面處理鋼板3	Li矽酸鹽	0.3	850	10	◎
900	○
Na矽酸鹽	0.2	850	10	◎
900	○
表面處理鋼板4	Li矽酸鹽	0.4	850	10	◎
900	○
表面處理鋼板5	Li矽酸鹽	0.3	850	10	×
900	×
Na矽酸鹽	0.5	850	10	×
900	×

[表3]

表面處理鋼板No.	鹼性矽酸鹽的種類	Si換算附著量（g/m² ）	加熱條件	評價
到達板溫（℃）	均熱時間（min）
表面處理鋼板6	Li矽酸鹽	0.3	850	10	◎
900	◎
無皮膜	-	850	10	××
表面處理鋼板7	Li矽酸鹽	0.2	850	10	◎
900	◎
無皮膜	-	850	10	××
表面處理鋼板8	Li矽酸鹽	0.5	850	10	◎
900	○
表面處理鋼板9	Li矽酸鹽	0.4	850	10	×
900	×
表面處理鋼板10	Li矽酸鹽	0.3	850	10	◎
900	○
表面處理鋼板11	Li矽酸鹽	0.3	850	10	○
900	○
表面處理鋼板12	Li矽酸鹽	0.4	850	10	◎
900	◎
無皮膜	-	850	10	××
表面處理鋼板13	Li矽酸鹽	0.3	850	10	◎
900	◎
無皮膜	-	850	10	××
表面處理鋼板14	Li矽酸鹽	0.2	850	10	×
900	×

對Cr的含量為0.2質量%以上且2.0質量%以下的鋼板進行表面處理所得的表面處理鋼板1～表面處理鋼板4、表面處理鋼板6～表面處理鋼板8、以及表面處理鋼板10～表面處理鋼板13即使供給至850℃以及900℃的大氣加熱試驗，也僅形成1.0μm以下的厚度的氧化皮膜。

尤其是，對Cr的含量為0.4質量%以上且1.7質量%以下的鋼板進行表面處理所得的表面處理鋼板1、表面處理鋼板2、表面處理鋼板6、表面處理鋼板7、表面處理鋼板12、以及表面處理鋼板13即使供給至850℃以及900℃的大氣加熱試驗，也僅形成0.3μm以下的厚度的氧化皮膜。

另一方面，對Cr的含量小於0.2質量%的鋼板進行表面處理所獲得的表面處理鋼板5、表面處理鋼板9、以及表面處理鋼板14在供給至850℃或900℃的大氣加熱試驗時，形成比1.0μm厚的氧化皮膜。 [產業上之可利用性]

本發明的表面處理鋼板在進行藉由熱沖壓的加工時難以產生鏽皮。因此，可縮短或不需鏽皮除去等的步驟，更容易且低廉地進行藉由熱沖壓的鋼板的加工。因此，本發明的表面處理鋼板預期對藉由熱沖壓的鋼板的加工的進一步普及進行貢獻。

無

Claims

一種表面處理鋼板，包括： Cr的含量為0.2質量%以上且2.0質量%以下的鋼板；以及與所述鋼板的表面接觸而配置的鹼性矽酸鹽皮膜。
如請求項1所述的表面處理鋼板，其中所述鹼性矽酸鹽皮膜的附著量以Si換算為0.05 g/m² 以上且1 g/m² 以下。
如請求項1或請求項2所述的表面處理鋼板，其為熱沖壓用或800℃以上的熱處理用。
一種表面處理鋼板的加工方法，包括：將如請求項1或請求項2所述的表面處理鋼板加熱至所述鋼板的Ac3點以上且1100℃以下的溫度範圍的步驟；以及將經加熱的所述表面處理鋼板配置於模具的內部而進行熱壓，並且藉由所述模具將所述表面處理鋼板冷卻的步驟。