熱間プレス部材およびその製造方法
【課題】優れた熱間プレス性、スポット溶接性、塗料密着性を有するとともに、腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制可能な熱間プレス部材およびその製造方法を提供する。
【解決手段】部材を構成する鋼板の表層部に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNi拡散領域を有し、前記Ni拡散領域上に無機化合物を有することを特徴とする熱間プレス部材。
【解決手段】部材を構成する鋼板の表層部に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNi拡散領域を有し、前記Ni拡散領域上に無機化合物を有することを特徴とする熱間プレス部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱された鋼板をプレス加工して製造する熱間プレス部材、特に、自動車の足廻り部や車体構造部などで用いられる熱間プレス部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車の足廻り部材や車体構造部材などの多くは、所定の強度を有する鋼板をプレス加工して製造されている。近年、地球環境の保全という観点から、自動車車体の軽量化が熱望され、使用する鋼板を高強度化して、その板厚を低減する努力が続けられている。しかし、鋼板の高強度化に伴ってそのプレス加工性が低下するため、鋼板を所望の部材形状に加工することが困難になる場合が多くなっている。
【０００３】
そのため、特許文献1には、ダイとパンチからなる金型を用いて加熱された鋼板を加工すると同時に急冷することにより加工の容易化と高強度化の両立を可能にした熱間プレスと呼ばれる加工技術が提案されている。しかし、この熱間プレスでは、熱間プレス前に鋼板を950℃前後の高い温度に加熱するため、鋼板表面にはスケール(Fe酸化物)が生成し、そのスケールが熱間プレス時に剥離して、金型を損傷させる、または熱間プレス後の部材表面を損傷させるという問題がある。また、部材表面に残ったスケールは、外観不良や、塗膜密着性(塗装性)の低下や、耐食性の低下の原因にもなる。このため、通常は酸洗やショットブラストなどの処理を行って部材表面のスケールは除去されるが、これは製造工程を複雑にし、生産性の低下を招く。
【０００４】
このようなことから、熱間プレス前の加熱時にスケールの生成が抑制でき、耐食性や塗装密着性に優れた熱間プレス部材が要望され、表面にめっき層などの被膜を設けた熱間プレス用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2には、AlまたはAl合金が被覆された被覆鋼板が開示されている。この被覆鋼板を用いることにより、熱間プレス前の加熱時に脱炭や酸化が防止され、極めて高い強度と優れた耐食性を有する熱間プレス部材の得られることが示されている。また、特許文献3には、ZnまたはZnベース合金を被覆した鋼板を熱間プレスする際に、熱間プレス前の加熱時に、腐食や脱炭を防止するとともに、潤滑機能を有するZn-Feベースの化合物やZn-Fe-Alベースの化合物などの合金化合物を鋼板表面に生成させる熱間プレス方法が開示されている。この方法で製造された部材、特に、Zn-50〜55質量%Alの被覆された鋼板を用いた熱間プレス部材では、Zn-Al-Fe合金層が形成され、優れた腐食防止効果の得られることが示されている。さらに、特許文献4には、AlもしくはZnを主体とするめっきを施した鋼板を用い、水素濃度6体積%以下、露点10℃以下の雰囲気中でAc3変態点以上1100℃以下の加熱温度に加熱後熱間プレスする耐水素脆性に優れた熱間プレス方法が開示されている。この熱間プレス方法では、加熱時に雰囲気中の水素や水蒸気の量を低減して鋼中に侵入する水素量を低減し、1000MPaを超える高強度化に伴う水素脆化の回避が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】英国特許第1490535号公報
【特許文献２】特許第3931251号公報
【特許文献３】特許第3663145号公報
【特許文献４】特開2006-51543号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献2〜4に記載の技術では、以下のような問題がある。すなわち、熱間プレス時に型かじりが発生しやすく、熱間プレス性に劣る。AlまたはAl合金が被覆された鋼板を用いると、スポット溶接時の溶接可能電流範囲が狭く、スポット溶接性に劣る。ZnまたはZn合金が被覆された鋼板を用いると、熱間プレス前の加熱時にZnが揮発して酸化され、鋼板表面に析出して熱間プレス部材の塗料密着性を低下させる。熱間プレス前の加熱時における水素侵入よりむしろ使用環境中の腐食に伴う水素侵入により水素脆化を引き起こす。
【０００７】
本発明は、優れた熱間プレス性、スポット溶接性、塗料密着性を有するとともに、腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制可能な熱間プレス部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の目的とする熱間プレス部材について鋭意検討を行った結果、以下の知見を得た。
【０００９】
i) 素材の鋼板として、NiあるいはNi合金めっき鋼板を用いることにより、優れたスポット溶接性や塗装密着性が得られる。
【００１０】
ii) NiあるいはNi合金めっき鋼板上に無機化合物を存在させると、優れた熱間プレス性が得られる。
【００１１】
iii) 熱間プレス部材を構成する鋼板の表層部にNi拡散領域を形成させると、腐食に伴う鋼中への水素侵入を効果的に抑制できる。
【００１２】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、部材を構成する鋼板の表層部に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNi拡散領域を有し、前記Ni拡散領域上に無機化合物を有することを特徴とする熱間プレス部材を提供する。
【００１３】
本発明の熱間プレス部材の表面に存在する無機化合物としては、融点が500〜1000℃で、アルカリ可溶成分を含む無機化合物が好ましい。
【００１４】
本発明の熱間プレス部材は、鋼板の表面に、順に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNiを含むめっき層と、無機化合物とを有する鋼板を、Ac3変態点〜1200℃の温度範囲に加熱後熱間プレスする方法によって製造できる。
【００１５】
無機化合物としては、融点が500〜1000℃で、アルカリ可溶成分を含む無機化合物を用いることが好ましい。また、鋼板としては、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%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や、さらに、質量%で、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも1種や、Sb:0.003〜0.03%を、個別にあるいは同時に含有する鋼板を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、優れた熱間プレス性、スポット溶接性、塗料密着性を有するとともに、腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制可能な熱間プレス部材を製造できるようになった。本発明の熱間プレス部材は、980MPa以上の強度を有する自動車の足廻り部材や車体構造部材に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施例で用いたプレス方法を模式的に示す図である。
【図２】本実施例で用いた電気化学セルを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
1) 熱間プレス部材
本発明の熱間プレス部材では、部材を構成する鋼板の表層部にNi拡散領域を存在させて腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制している。この理由は必ずしも明確ではないが、次のように考えられる。すなわち、腐食による鋼板内部への水素侵入は湿潤環境下におけるFe錆の酸化還元反応に関係しており、水素侵入を抑制するにはFe錆が変化しにくい安定な錆であることが必要である。Fe錆の安定化にはNi添加が有効であり、Ni拡散領域の存在が腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制することになる。なお、ここでいうNi拡散領域とは、熱間プレス前の加熱時にめっき層からNiが鋼中に拡散している領域、あるいはNiに加えてめっき層に含まれるCo、Zn、Cr、Mn、Cu、Moなどの金属元素が拡散している領域をいう。
【００１９】
しかし、こうした水素侵入の抑制を効果的に図るには、Ni拡散領域における片面当たりのNi付着量を10mg/m2以上、好ましくは50mg/m2以上、より好ましくは100mg/m2以上とする必要がある。一方、片面当たりのNi付着量が90000mg/m2を超えると、その効果は飽和し、コスト増を招くので、Ni付着量は90000mg/m2以下、好ましくは10000mg/m2以下、より好ましくは5000mg/m2以下とする必要がある。また、Ni拡散領域は、部材を構成する鋼板の表面から深さ方向に0.1〜100μmにわたって存在することが好ましく、1〜50μmにわたって存在することがより好ましく、3〜10μmにわたって存在することがさらに好ましい。
【００２０】
Ni付着量は蛍光Ｘ線分析または湿式分析によって求めることができる。Ni拡散領域の深さは、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)による厚み方向断面の分析やGDS(Glow Discharge Spectroscopy)による深さ方向の分析によって求めることができる。
【００２１】
本発明の熱間プレス部材は、表面に、順に、Niを含むめっき層と無機化合物とを有する鋼板を熱間プレスして製造される。そのため、熱間プレス後の部材表面にはこの無機化合物が残存する。しかし、この無機化合物は、その後、熱間プレス部材に塗装下地処理としてリン酸塩処理や酸化ジルコニウム処理などの化成処理を施す時、特にアルカリ脱脂時に除去されるので、塗料密着性などを損なうことはない。
【００２２】
2) 製造方法
本発明の熱間プレス部材は、鋼板の表面に、順に、片面当たりのNi付着量が10〜90000mg/m2のNiを含むめっき層と、無機化合物とを有する鋼板を、Ac3変態点〜1200℃の温度範囲に加熱後熱間プレスする方法によって製造できる。
【００２３】
上記のようなNi付着量が10〜90000mg/m2のNiを含むめっき層を有する鋼板をAc3変態点〜1200℃の温度範囲に加熱することにより、めっき層のNiが鋼板内へ拡散し、部材の表層部にNi付着量が10〜90000mg/m2のNi拡散領域が形成され、腐食に伴う鋼中への水素侵入が抑制される。
【００２４】
また、Alや低沸点のZnではなく、高融点、高沸点のNiを含むめっき層、すなわちNiあるいはNi合金のめっき層を有する鋼板を用いているため、スケールの発生もなく、優れたスポット溶接性や塗装密着性が得られる。
【００２５】
こうしたNiを含むめっき層は、電気めっき法などで形成できる。
【００２６】
Niを含むめっき層上に無機化合物を存在させ、熱間プレス前の加熱時にこの無機化合物を溶融させれば、流体潤滑効果により熱間プレス時の摺動性を著しく向上させることができるので、型かじりは発生せず、優れた熱間プレス性が得られる。このため、無機化合物としては、融点が500〜1000℃の無機化合物を用いることが好ましい。無機化合物の融点を500℃以上とすると、熱間プレス前の加熱時の昇温過程の早い段階で無機化合物が溶融することがないので、溶融した無機化合物が加熱炉に付着することがなく、溶融状態の無機化合物の量が減少せず、熱間プレス時の摺動性が向上する。一方、無機化合物の融点を1000℃以下とすると、加熱時に無機化合物が溶融しないこと、または溶融が不十分であることがなく、熱間プレス時の摺動性が向上する。なお、融点が500〜900℃の無機化合物を用いることがより好ましい。
【００２７】
無機化合物としては、また、化成処理のアルカリ脱脂時に容易に除去されるように、アルカリ可溶成分を含む無機化合物を用いることが好ましい。
【００２８】
無機化合物の片面当りの付着量は、1mg/m2以上とすると、溶融状態の無機化合物の量が少なすぎることがなく、熱間プレス時の摺動性が十分となり、5000mg/m2以下とすると、経済的に摺動性向上の効果が得られるばかりでなく、熱間プレス後に多くの無機化合物が残存することがないため、化成処理や塗装処理の不均一を招くことがなく、塗装密着性を向上させるので、1〜5000mg/m2とすることが好ましい。ここで、無機化合物の付着量は、例えば、次に示す方法により測定できる。すなわち、無機化合物を塗布・乾燥する前後の重量変化から測定する方法、無機化合物のみを溶解可能な溶液により無機化合物を溶解除去し重量変化から測定する方法、無機化合物が付着しためっき層ごと酸に溶解してその溶解液を原子吸光分析またはICP(Inductively Coupled Plasma)分析などにより分析してマーカーとなる元素の量を定量し無機化合物量に換算する方法などである。
【００２９】
無機化合物をNiを含むめっき層上に固定するために、無機化合物に有機化合物を共存させることも可能である。ただし、熱間での摺動性を向上させる効果を有するのは無機化合物であるため、無機化合物と有機化合物を共存させる場合は、無機化合物の比率を50質量%以上とすることが好ましい。なお、有機化合物を共存させても、熱間プレス前の加熱は900℃前後の高温で行われるため、有機化合物は大気中の酸素と反応して二酸化酸素や水となり消失するため、摺動性やめっき層には何ら影響を与えることはない。
【００３０】
このような無機化合物として、例えば、融点が741℃、沸点が1575℃の四ホウ酸ナトリウム十水和物(硼砂)が好ましい。ただし、熱間プレス前の加熱条件によっては、この四ホウ酸ナトリウム十水和物が350〜400℃で無水物に変化し、さらに昇温を続けると878℃で溶融する場合がある。したがって、この四ホウ酸ナトリウム十水和物の使用は、熱間プレス前の加熱温度が878℃以上の場合に好適である。この他、本発明に適用できる無機化合物としては、硫酸アンモニウム、硝酸ストロンチウム、酸化アンチモン(III)、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、フッ化ナトリウムなどを挙げることができる。
【００３１】
無機化合物をNiを含むめっき層上に存在させるには、公知の方法が適用可能である。例えば、無機化合物を含む水溶液などの溶液をめっき層表面に塗布し、乾燥することにより水分や溶媒を蒸発させて、無機化合物をめっき層上に存在させる方法を挙げられる。塗布方法としては、バーコーター法、ハケ塗り法、ロールコーター法、浸漬法、スプレー法を挙げることができる。
【００３２】
本発明の熱間プレス部材の製造方法では、熱間プレス前に鋼板温度がAc3変態点〜1200℃になるように加熱する必要があるが、加熱方法としては、電気炉やガス炉などによる加熱、火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱などを適用できる。
【００３３】
本発明である熱間プレス部材用の鋼板としては、熱間プレス後に980MPa以上の強度の得られる焼入れ性に富む鋼板、例えば、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%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や、さらに、質量%で、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも1種や、Sb:0.003〜0.03%を、個別にあるいは同時に含有する鋼板を用いることが好ましい。
【００３４】
各成分元素の限定理由を、以下に説明する。ここで、成分の含有量を表す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
【００３５】
C:0.15〜0.5%
Cは、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のTSを980MPa以上にするには、その量を0.15%以上とする必要がある。一方、C量が0.5%を超えると、素材の鋼板のブランキング加工性が著しく低下する。したがって、C量は0.15〜0.5%とする。
【００３６】
Si:0.05〜2.0%
Siは、C同様、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のTSを980MPa以上にするには、その量を0.05%以上とする必要がある。一方、Si量が2.0%を超えると、熱間圧延時に赤スケールと呼ばれる表面欠陥の発生が著しく増大するとともに、圧延荷重が増大したり、熱延鋼板の延性の劣化を招く。さらに、Si量が2.0%を超えると、ZnやAlを主体としためっき皮膜を鋼板表面に形成するめっき処理を施す際に、めっき処理性に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、Si量は0.05〜2.0%とする。
【００３７】
Mn:0.5〜3%
Mnは、フェライト変態を抑制して焼入れ性を向上させるのに効果的な元素であり、また、Ac3変態点を低下させるので、熱間プレス前の加熱温度を低下するにも有効な元素である。このような効果の発現のためには、その量を0.5%以上とする必要がある。一方、Mn量が3%を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下する。したがって、Mn量は0.5〜3%とする。
【００３８】
P:0.1%以下
P量が0.1%を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下するとともに、靭性も著しく低下する。したがって、P量は0.1%以下とする。
【００３９】
S:0.05%以下
S量が0.05%を超えると、熱間プレス部材の靭性が低下する。したがって、S量は0.05%以下とする。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
残部はFeおよび不可避的不純物であるが、以下の理由により、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも1種や、Sb:0.003〜0.03%を、個別にあるいは同時に含有させることが好ましい。
【００４３】
Cr:0.01〜1%
Crは、鋼を強化するとともに、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。こうした効果の発現のためには、Cr量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、Cr量が1%を超えると、著しいコスト高を招くため、その上限は1%とすることが好ましい。
【００４４】
Ti:0.2%以下
Tiは、鋼を強化するとともに、細粒化により靭性を向上させるのに有効な元素である。また、次に述べるBよりも優先して窒化物を形成して、固溶Bによる焼入れ性の向上効果を発揮させるのに有効な元素でもある。しかし、Ti量が0.2%を超えると、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大し、また、熱間プレス部材の靭性が低下するので、その上限は0.2%以下とすることが好ましい。
【００４５】
B:0.0005〜0.08%
Bは、熱間プレス時の焼入れ性や熱間プレス後の靭性向上に有効な元素である。こうした効果の発現のためには、B量を0.0005%以上とすることが好ましい。一方、B量が0.08%を超えると、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大し、また、熱間圧延後にマルテンサイト相やベイナイト相が生じて鋼板の割れなどが生じるので、その上限は0.08%とすることが好ましい。
【００４６】
Sb:0.003〜0.03%
Sbは、熱間プレス前に鋼板を加熱してから熱間プレスの一連の処理によって鋼板を冷却するまでの間に鋼板表層部に生じる脱炭層を抑制する効果を有する。このような効果の発現のためにはその量を0.003%以上とする必要がある。一方、Sb量が0.03%を超えると、圧延荷重の増大を招き、生産性を低下させる。したがって、Sb量は0.003〜0.03%とする。
【００４７】
熱間プレス前の加熱方法としては、電気炉やガス炉などによる加熱、火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱などを例示できるが、これらに限定されるものではない。
【実施例】
【００４８】
質量%で、C:0.23%、Si:0.12%、Mn:1.5%、P:0.01%、S:0.01%、Al:0.03%、N：0.005%、Cr:0.4%、B:0.0022%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、Ac3変態点が818℃で、板厚1.6mmの冷延鋼板に、300g/Lの硫酸ニッケル六水和物、50g/Lの硫酸ナトリウム、30g/Lのホウ酸からなるめっき浴中で電流密度10A/dm2で電気めっき処理を施し、表1に示すNi付着量(片面当たり)の異なるNiめっき層を両面に形成した。また、一部の冷延鋼板には、300g/Lの硫酸ニッケル六水和物、10g/Lの硫酸亜鉛七水和物、50g/Lの硫酸ナトリウム、30g/Lのホウ酸からなるめっき浴中で電流密度50A/dm2で電気めっき処理を施し、表1に示すNi付着量のNi-10質量%Znめっき層を両面に形成した。次に、形成したNiめっき層あるいはNi-10質量%Znめっき層上に、表1に示すような融点の無機化合物の水溶液をバーコーターにより塗布後、120℃で10分間の乾燥を行って、表1に示す片面当りの付着量の無機化合物を存在させた。
【００４９】
このようにして作製した両面にNiを含むめっき層と無機化合物を有する鋼板から採取した200mm×220mmのブランクを、大気雰囲気の電気炉内で表1に示す加熱温度で10分間加熱後、炉内から取り出し、直ちに図1に模式的に示したようなプレス方法でNiを含むめっき層と無機化合物を有する面を非ポンチ接触面として絞り加工し、熱間プレス部材No.1〜15を作製した。このとき、ポンチ幅は70mm、加工高さは30mmとした。なお、比較のために、無機化合物を存在させないNiめっき層を有する鋼板、片面当たりのめっき付着量が40000mg/m2のAl-10質量%Siめっき鋼板、冷延鋼板を用いて、同様な方法で熱間プレス部材No.16〜18を作製した。なお、比較材として用いた冷延鋼板No.18は熱間プレスの際の加熱によるスケール発生が著しいため、熱間プレス後にショットブラストで表面のスケールを除去した後に以後の評価を実施した。
【００５０】
そして、部材頭部の平坦部から試料を採取し、上記の方法で、非ポンチ接触面のNi拡散領域の深さを測定した。また、次の方法により、熱間プレス性、スポット溶接性、塗装密着性、耐水素侵入性を調査した。
熱間プレス性：熱間プレス後の非ポンチ接触面側を目視で観察し、型かじりに起因する傷発生の状態を以下の基準で評価し、○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。
○：部材表面に傷なし
△：部材表面の一部に傷あり
×：部材表面の全面に傷有り
スポット溶接性：部材頭部の平坦部から試料を採取し、木村電熔(株)製スポット溶接機を用いて、使用電極チップ:DR6、電極加圧力:2KN、スクイズ時間:25サイクル/50Hz、溶接時間:16サイクル/50Hz、保持時間:5サイクル/50Hzの条件で同種試料同士を溶接し、溶接可能電流範囲(ACR)を測定した。以下の基準で評価し、◎、○であれば本発明の目的を満足しているとした。なお、非ポンチ接触面同士を接触させて溶接した。
◎：ACRがAl-Siめっき鋼板の場合の2倍以上
○：ACRがAl-Siめっき鋼板の場合の1.5倍以上〜2倍未満
×：ACRがAl-Siめっき鋼板と同等以上〜1.5倍未満
塗装密着性：部材頭部の平坦部から試料を採取し、非ポンチ接触面に日本パーカライジング株式会社製PB-L3020を使用して標準条件で化成処理を施した後、関西ペイント株式会社製電着塗料GT-10HTグレーを170℃×20分間の焼付け条件で膜厚20μm成膜して、塗装試験片を作製した。そして、作製した試験片に対してカッターナイフで碁盤目(10×10個、1mm間隔)の鋼素地まで到達するカットを入れ、接着テープにより貼着・剥離する碁盤目テープ剥離試験を行った。以下の基準で評価し、○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。
○：剥離なし
△：1〜10個の碁盤目で剥離
×：11個以上の碁盤目で剥離
耐水素侵入性：部材頭部の平坦部から試料を採取し、一方の面(ポンチ接触面)を鏡面研削して板厚を1mmとした。次に、作用極を試料、対極を白金とし、研削面にNiめっきを行い水素検出面として、図2に模式的に示す電気化学セルにセットし、非研削面を大気中、室温で腐食させながら鋼中に侵入する水素量を電気化学的水素透過法で測定した。すなわち、水素検出面側には0.1MNaOH水溶液を充填し、塩橋を通じて参照電極(Ag/AgCl)をセットして、非研削面(評価面：非ポンチ接触面)側に0.5質量%NaCl溶液を滴下し、大気中、室温で腐食させ、水素検出面側の電位が0VvsAg/AgClになるようにして、1回/日の頻度で腐食部に純水を滴下しながら水素透過電流値を連続的に5日間測定し、その最大電流値から腐食に伴う耐水素侵入性を、以下の基準で評価した。○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。なお、熱間プレス時のスケールの生成が著しい部材に対しては、ショットブラストで表面のスケールを除去してから試験を行った。
○：最大電流値が冷延鋼板の場合の1/10以下
△：最大電流値が冷延鋼板の場合の1/10超〜1/2以下
×：最大電流値が冷延鋼板の場合の1/2超〜冷延鋼板と同じ
結果を表1に示す。本発明である熱間プレス部材No.1〜13は、熱間プレス性、スポット溶接性、塗料密着性、耐水素侵入性に優れていることがわかる。
【００５１】
【表１】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加熱された鋼板をプレス加工して製造する熱間プレス部材、特に、自動車の足廻り部や車体構造部などで用いられる熱間プレス部材およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車の足廻り部材や車体構造部材などの多くは、所定の強度を有する鋼板をプレス加工して製造されている。近年、地球環境の保全という観点から、自動車車体の軽量化が熱望され、使用する鋼板を高強度化して、その板厚を低減する努力が続けられている。しかし、鋼板の高強度化に伴ってそのプレス加工性が低下するため、鋼板を所望の部材形状に加工することが困難になる場合が多くなっている。
【０００３】
そのため、特許文献1には、ダイとパンチからなる金型を用いて加熱された鋼板を加工すると同時に急冷することにより加工の容易化と高強度化の両立を可能にした熱間プレスと呼ばれる加工技術が提案されている。しかし、この熱間プレスでは、熱間プレス前に鋼板を950℃前後の高い温度に加熱するため、鋼板表面にはスケール(Fe酸化物)が生成し、そのスケールが熱間プレス時に剥離して、金型を損傷させる、または熱間プレス後の部材表面を損傷させるという問題がある。また、部材表面に残ったスケールは、外観不良や、塗膜密着性(塗装性)の低下や、耐食性の低下の原因にもなる。このため、通常は酸洗やショットブラストなどの処理を行って部材表面のスケールは除去されるが、これは製造工程を複雑にし、生産性の低下を招く。
【０００４】
このようなことから、熱間プレス前の加熱時にスケールの生成が抑制でき、耐食性や塗装密着性に優れた熱間プレス部材が要望され、表面にめっき層などの被膜を設けた熱間プレス用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2には、AlまたはAl合金が被覆された被覆鋼板が開示されている。この被覆鋼板を用いることにより、熱間プレス前の加熱時に脱炭や酸化が防止され、極めて高い強度と優れた耐食性を有する熱間プレス部材の得られることが示されている。また、特許文献3には、ZnまたはZnベース合金を被覆した鋼板を熱間プレスする際に、熱間プレス前の加熱時に、腐食や脱炭を防止するとともに、潤滑機能を有するZn-Feベースの化合物やZn-Fe-Alベースの化合物などの合金化合物を鋼板表面に生成させる熱間プレス方法が開示されている。この方法で製造された部材、特に、Zn-50〜55質量%Alの被覆された鋼板を用いた熱間プレス部材では、Zn-Al-Fe合金層が形成され、優れた腐食防止効果の得られることが示されている。さらに、特許文献4には、AlもしくはZnを主体とするめっきを施した鋼板を用い、水素濃度6体積%以下、露点10℃以下の雰囲気中でAc3変態点以上1100℃以下の加熱温度に加熱後熱間プレスする耐水素脆性に優れた熱間プレス方法が開示されている。この熱間プレス方法では、加熱時に雰囲気中の水素や水蒸気の量を低減して鋼中に侵入する水素量を低減し、1000MPaを超える高強度化に伴う水素脆化の回避が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】英国特許第1490535号公報
【特許文献２】特許第3931251号公報
【特許文献３】特許第3663145号公報
【特許文献４】特開2006-51543号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記の特許文献2〜4に記載の技術では、以下のような問題がある。すなわち、熱間プレス時に型かじりが発生しやすく、熱間プレス性に劣る。AlまたはAl合金が被覆された鋼板を用いると、スポット溶接時の溶接可能電流範囲が狭く、スポット溶接性に劣る。ZnまたはZn合金が被覆された鋼板を用いると、熱間プレス前の加熱時にZnが揮発して酸化され、鋼板表面に析出して熱間プレス部材の塗料密着性を低下させる。熱間プレス前の加熱時における水素侵入よりむしろ使用環境中の腐食に伴う水素侵入により水素脆化を引き起こす。
【０００７】
本発明は、優れた熱間プレス性、スポット溶接性、塗料密着性を有するとともに、腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制可能な熱間プレス部材およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記の目的とする熱間プレス部材について鋭意検討を行った結果、以下の知見を得た。
【０００９】
i) 素材の鋼板として、NiあるいはNi合金めっき鋼板を用いることにより、優れたスポット溶接性や塗装密着性が得られる。
【００１０】
ii) NiあるいはNi合金めっき鋼板上に無機化合物を存在させると、優れた熱間プレス性が得られる。
【００１１】
iii) 熱間プレス部材を構成する鋼板の表層部にNi拡散領域を形成させると、腐食に伴う鋼中への水素侵入を効果的に抑制できる。
【００１２】
本発明は、このような知見に基づきなされたもので、部材を構成する鋼板の表層部に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNi拡散領域を有し、前記Ni拡散領域上に無機化合物を有することを特徴とする熱間プレス部材を提供する。
【００１３】
本発明の熱間プレス部材の表面に存在する無機化合物としては、融点が500〜1000℃で、アルカリ可溶成分を含む無機化合物が好ましい。
【００１４】
本発明の熱間プレス部材は、鋼板の表面に、順に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNiを含むめっき層と、無機化合物とを有する鋼板を、Ac3変態点〜1200℃の温度範囲に加熱後熱間プレスする方法によって製造できる。
【００１５】
無機化合物としては、融点が500〜1000℃で、アルカリ可溶成分を含む無機化合物を用いることが好ましい。また、鋼板としては、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%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や、さらに、質量%で、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも1種や、Sb:0.003〜0.03%を、個別にあるいは同時に含有する鋼板を用いることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、優れた熱間プレス性、スポット溶接性、塗料密着性を有するとともに、腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制可能な熱間プレス部材を製造できるようになった。本発明の熱間プレス部材は、980MPa以上の強度を有する自動車の足廻り部材や車体構造部材に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施例で用いたプレス方法を模式的に示す図である。
【図２】本実施例で用いた電気化学セルを模式的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
1) 熱間プレス部材
本発明の熱間プレス部材では、部材を構成する鋼板の表層部にNi拡散領域を存在させて腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制している。この理由は必ずしも明確ではないが、次のように考えられる。すなわち、腐食による鋼板内部への水素侵入は湿潤環境下におけるFe錆の酸化還元反応に関係しており、水素侵入を抑制するにはFe錆が変化しにくい安定な錆であることが必要である。Fe錆の安定化にはNi添加が有効であり、Ni拡散領域の存在が腐食に伴う鋼中への水素侵入を抑制することになる。なお、ここでいうNi拡散領域とは、熱間プレス前の加熱時にめっき層からNiが鋼中に拡散している領域、あるいはNiに加えてめっき層に含まれるCo、Zn、Cr、Mn、Cu、Moなどの金属元素が拡散している領域をいう。
【００１９】
しかし、こうした水素侵入の抑制を効果的に図るには、Ni拡散領域における片面当たりのNi付着量を10mg/m2以上、好ましくは50mg/m2以上、より好ましくは100mg/m2以上とする必要がある。一方、片面当たりのNi付着量が90000mg/m2を超えると、その効果は飽和し、コスト増を招くので、Ni付着量は90000mg/m2以下、好ましくは10000mg/m2以下、より好ましくは5000mg/m2以下とする必要がある。また、Ni拡散領域は、部材を構成する鋼板の表面から深さ方向に0.1〜100μmにわたって存在することが好ましく、1〜50μmにわたって存在することがより好ましく、3〜10μmにわたって存在することがさらに好ましい。
【００２０】
Ni付着量は蛍光Ｘ線分析または湿式分析によって求めることができる。Ni拡散領域の深さは、EPMA(Electron Probe Micro Analyzer)による厚み方向断面の分析やGDS(Glow Discharge Spectroscopy)による深さ方向の分析によって求めることができる。
【００２１】
本発明の熱間プレス部材は、表面に、順に、Niを含むめっき層と無機化合物とを有する鋼板を熱間プレスして製造される。そのため、熱間プレス後の部材表面にはこの無機化合物が残存する。しかし、この無機化合物は、その後、熱間プレス部材に塗装下地処理としてリン酸塩処理や酸化ジルコニウム処理などの化成処理を施す時、特にアルカリ脱脂時に除去されるので、塗料密着性などを損なうことはない。
【００２２】
2) 製造方法
本発明の熱間プレス部材は、鋼板の表面に、順に、片面当たりのNi付着量が10〜90000mg/m2のNiを含むめっき層と、無機化合物とを有する鋼板を、Ac3変態点〜1200℃の温度範囲に加熱後熱間プレスする方法によって製造できる。
【００２３】
上記のようなNi付着量が10〜90000mg/m2のNiを含むめっき層を有する鋼板をAc3変態点〜1200℃の温度範囲に加熱することにより、めっき層のNiが鋼板内へ拡散し、部材の表層部にNi付着量が10〜90000mg/m2のNi拡散領域が形成され、腐食に伴う鋼中への水素侵入が抑制される。
【００２４】
また、Alや低沸点のZnではなく、高融点、高沸点のNiを含むめっき層、すなわちNiあるいはNi合金のめっき層を有する鋼板を用いているため、スケールの発生もなく、優れたスポット溶接性や塗装密着性が得られる。
【００２５】
こうしたNiを含むめっき層は、電気めっき法などで形成できる。
【００２６】
Niを含むめっき層上に無機化合物を存在させ、熱間プレス前の加熱時にこの無機化合物を溶融させれば、流体潤滑効果により熱間プレス時の摺動性を著しく向上させることができるので、型かじりは発生せず、優れた熱間プレス性が得られる。このため、無機化合物としては、融点が500〜1000℃の無機化合物を用いることが好ましい。無機化合物の融点を500℃以上とすると、熱間プレス前の加熱時の昇温過程の早い段階で無機化合物が溶融することがないので、溶融した無機化合物が加熱炉に付着することがなく、溶融状態の無機化合物の量が減少せず、熱間プレス時の摺動性が向上する。一方、無機化合物の融点を1000℃以下とすると、加熱時に無機化合物が溶融しないこと、または溶融が不十分であることがなく、熱間プレス時の摺動性が向上する。なお、融点が500〜900℃の無機化合物を用いることがより好ましい。
【００２７】
無機化合物としては、また、化成処理のアルカリ脱脂時に容易に除去されるように、アルカリ可溶成分を含む無機化合物を用いることが好ましい。
【００２８】
無機化合物の片面当りの付着量は、1mg/m2以上とすると、溶融状態の無機化合物の量が少なすぎることがなく、熱間プレス時の摺動性が十分となり、5000mg/m2以下とすると、経済的に摺動性向上の効果が得られるばかりでなく、熱間プレス後に多くの無機化合物が残存することがないため、化成処理や塗装処理の不均一を招くことがなく、塗装密着性を向上させるので、1〜5000mg/m2とすることが好ましい。ここで、無機化合物の付着量は、例えば、次に示す方法により測定できる。すなわち、無機化合物を塗布・乾燥する前後の重量変化から測定する方法、無機化合物のみを溶解可能な溶液により無機化合物を溶解除去し重量変化から測定する方法、無機化合物が付着しためっき層ごと酸に溶解してその溶解液を原子吸光分析またはICP(Inductively Coupled Plasma)分析などにより分析してマーカーとなる元素の量を定量し無機化合物量に換算する方法などである。
【００２９】
無機化合物をNiを含むめっき層上に固定するために、無機化合物に有機化合物を共存させることも可能である。ただし、熱間での摺動性を向上させる効果を有するのは無機化合物であるため、無機化合物と有機化合物を共存させる場合は、無機化合物の比率を50質量%以上とすることが好ましい。なお、有機化合物を共存させても、熱間プレス前の加熱は900℃前後の高温で行われるため、有機化合物は大気中の酸素と反応して二酸化酸素や水となり消失するため、摺動性やめっき層には何ら影響を与えることはない。
【００３０】
このような無機化合物として、例えば、融点が741℃、沸点が1575℃の四ホウ酸ナトリウム十水和物(硼砂)が好ましい。ただし、熱間プレス前の加熱条件によっては、この四ホウ酸ナトリウム十水和物が350〜400℃で無水物に変化し、さらに昇温を続けると878℃で溶融する場合がある。したがって、この四ホウ酸ナトリウム十水和物の使用は、熱間プレス前の加熱温度が878℃以上の場合に好適である。この他、本発明に適用できる無機化合物としては、硫酸アンモニウム、硝酸ストロンチウム、酸化アンチモン(III)、水酸化カルシウム、炭酸ナトリウム、フッ化ナトリウムなどを挙げることができる。
【００３１】
無機化合物をNiを含むめっき層上に存在させるには、公知の方法が適用可能である。例えば、無機化合物を含む水溶液などの溶液をめっき層表面に塗布し、乾燥することにより水分や溶媒を蒸発させて、無機化合物をめっき層上に存在させる方法を挙げられる。塗布方法としては、バーコーター法、ハケ塗り法、ロールコーター法、浸漬法、スプレー法を挙げることができる。
【００３２】
本発明の熱間プレス部材の製造方法では、熱間プレス前に鋼板温度がAc3変態点〜1200℃になるように加熱する必要があるが、加熱方法としては、電気炉やガス炉などによる加熱、火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱などを適用できる。
【００３３】
本発明である熱間プレス部材用の鋼板としては、熱間プレス後に980MPa以上の強度の得られる焼入れ性に富む鋼板、例えば、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%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や、さらに、質量%で、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも1種や、Sb:0.003〜0.03%を、個別にあるいは同時に含有する鋼板を用いることが好ましい。
【００３４】
各成分元素の限定理由を、以下に説明する。ここで、成分の含有量を表す「%」は、特に断らない限り「質量%」を意味する。
【００３５】
C:0.15〜0.5%
Cは、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のTSを980MPa以上にするには、その量を0.15%以上とする必要がある。一方、C量が0.5%を超えると、素材の鋼板のブランキング加工性が著しく低下する。したがって、C量は0.15〜0.5%とする。
【００３６】
Si:0.05〜2.0%
Siは、C同様、鋼の強度を向上させる元素であり、熱間プレス部材のTSを980MPa以上にするには、その量を0.05%以上とする必要がある。一方、Si量が2.0%を超えると、熱間圧延時に赤スケールと呼ばれる表面欠陥の発生が著しく増大するとともに、圧延荷重が増大したり、熱延鋼板の延性の劣化を招く。さらに、Si量が2.0%を超えると、ZnやAlを主体としためっき皮膜を鋼板表面に形成するめっき処理を施す際に、めっき処理性に悪影響を及ぼす場合がある。したがって、Si量は0.05〜2.0%とする。
【００３７】
Mn:0.5〜3%
Mnは、フェライト変態を抑制して焼入れ性を向上させるのに効果的な元素であり、また、Ac3変態点を低下させるので、熱間プレス前の加熱温度を低下するにも有効な元素である。このような効果の発現のためには、その量を0.5%以上とする必要がある。一方、Mn量が3%を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下する。したがって、Mn量は0.5〜3%とする。
【００３８】
P:0.1%以下
P量が0.1%を超えると、偏析して素材の鋼板および熱間プレス部材の特性の均一性が低下するとともに、靭性も著しく低下する。したがって、P量は0.1%以下とする。
【００３９】
S:0.05%以下
S量が0.05%を超えると、熱間プレス部材の靭性が低下する。したがって、S量は0.05%以下とする。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
残部はFeおよび不可避的不純物であるが、以下の理由により、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも1種や、Sb:0.003〜0.03%を、個別にあるいは同時に含有させることが好ましい。
【００４３】
Cr:0.01〜1%
Crは、鋼を強化するとともに、焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。こうした効果の発現のためには、Cr量を0.01%以上とすることが好ましい。一方、Cr量が1%を超えると、著しいコスト高を招くため、その上限は1%とすることが好ましい。
【００４４】
Ti:0.2%以下
Tiは、鋼を強化するとともに、細粒化により靭性を向上させるのに有効な元素である。また、次に述べるBよりも優先して窒化物を形成して、固溶Bによる焼入れ性の向上効果を発揮させるのに有効な元素でもある。しかし、Ti量が0.2%を超えると、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大し、また、熱間プレス部材の靭性が低下するので、その上限は0.2%以下とすることが好ましい。
【００４５】
B:0.0005〜0.08%
Bは、熱間プレス時の焼入れ性や熱間プレス後の靭性向上に有効な元素である。こうした効果の発現のためには、B量を0.0005%以上とすることが好ましい。一方、B量が0.08%を超えると、熱間圧延時の圧延荷重が極端に増大し、また、熱間圧延後にマルテンサイト相やベイナイト相が生じて鋼板の割れなどが生じるので、その上限は0.08%とすることが好ましい。
【００４６】
Sb:0.003〜0.03%
Sbは、熱間プレス前に鋼板を加熱してから熱間プレスの一連の処理によって鋼板を冷却するまでの間に鋼板表層部に生じる脱炭層を抑制する効果を有する。このような効果の発現のためにはその量を0.003%以上とする必要がある。一方、Sb量が0.03%を超えると、圧延荷重の増大を招き、生産性を低下させる。したがって、Sb量は0.003〜0.03%とする。
【００４７】
熱間プレス前の加熱方法としては、電気炉やガス炉などによる加熱、火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱などを例示できるが、これらに限定されるものではない。
【実施例】
【００４８】
質量%で、C:0.23%、Si:0.12%、Mn:1.5%、P:0.01%、S:0.01%、Al:0.03%、N：0.005%、Cr:0.4%、B:0.0022%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、Ac3変態点が818℃で、板厚1.6mmの冷延鋼板に、300g/Lの硫酸ニッケル六水和物、50g/Lの硫酸ナトリウム、30g/Lのホウ酸からなるめっき浴中で電流密度10A/dm2で電気めっき処理を施し、表1に示すNi付着量(片面当たり)の異なるNiめっき層を両面に形成した。また、一部の冷延鋼板には、300g/Lの硫酸ニッケル六水和物、10g/Lの硫酸亜鉛七水和物、50g/Lの硫酸ナトリウム、30g/Lのホウ酸からなるめっき浴中で電流密度50A/dm2で電気めっき処理を施し、表1に示すNi付着量のNi-10質量%Znめっき層を両面に形成した。次に、形成したNiめっき層あるいはNi-10質量%Znめっき層上に、表1に示すような融点の無機化合物の水溶液をバーコーターにより塗布後、120℃で10分間の乾燥を行って、表1に示す片面当りの付着量の無機化合物を存在させた。
【００４９】
このようにして作製した両面にNiを含むめっき層と無機化合物を有する鋼板から採取した200mm×220mmのブランクを、大気雰囲気の電気炉内で表1に示す加熱温度で10分間加熱後、炉内から取り出し、直ちに図1に模式的に示したようなプレス方法でNiを含むめっき層と無機化合物を有する面を非ポンチ接触面として絞り加工し、熱間プレス部材No.1〜15を作製した。このとき、ポンチ幅は70mm、加工高さは30mmとした。なお、比較のために、無機化合物を存在させないNiめっき層を有する鋼板、片面当たりのめっき付着量が40000mg/m2のAl-10質量%Siめっき鋼板、冷延鋼板を用いて、同様な方法で熱間プレス部材No.16〜18を作製した。なお、比較材として用いた冷延鋼板No.18は熱間プレスの際の加熱によるスケール発生が著しいため、熱間プレス後にショットブラストで表面のスケールを除去した後に以後の評価を実施した。
【００５０】
そして、部材頭部の平坦部から試料を採取し、上記の方法で、非ポンチ接触面のNi拡散領域の深さを測定した。また、次の方法により、熱間プレス性、スポット溶接性、塗装密着性、耐水素侵入性を調査した。
熱間プレス性：熱間プレス後の非ポンチ接触面側を目視で観察し、型かじりに起因する傷発生の状態を以下の基準で評価し、○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。
○：部材表面に傷なし
△：部材表面の一部に傷あり
×：部材表面の全面に傷有り
スポット溶接性：部材頭部の平坦部から試料を採取し、木村電熔(株)製スポット溶接機を用いて、使用電極チップ:DR6、電極加圧力:2KN、スクイズ時間:25サイクル/50Hz、溶接時間:16サイクル/50Hz、保持時間:5サイクル/50Hzの条件で同種試料同士を溶接し、溶接可能電流範囲(ACR)を測定した。以下の基準で評価し、◎、○であれば本発明の目的を満足しているとした。なお、非ポンチ接触面同士を接触させて溶接した。
◎：ACRがAl-Siめっき鋼板の場合の2倍以上
○：ACRがAl-Siめっき鋼板の場合の1.5倍以上〜2倍未満
×：ACRがAl-Siめっき鋼板と同等以上〜1.5倍未満
塗装密着性：部材頭部の平坦部から試料を採取し、非ポンチ接触面に日本パーカライジング株式会社製PB-L3020を使用して標準条件で化成処理を施した後、関西ペイント株式会社製電着塗料GT-10HTグレーを170℃×20分間の焼付け条件で膜厚20μm成膜して、塗装試験片を作製した。そして、作製した試験片に対してカッターナイフで碁盤目(10×10個、1mm間隔)の鋼素地まで到達するカットを入れ、接着テープにより貼着・剥離する碁盤目テープ剥離試験を行った。以下の基準で評価し、○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。
○：剥離なし
△：1〜10個の碁盤目で剥離
×：11個以上の碁盤目で剥離
耐水素侵入性：部材頭部の平坦部から試料を採取し、一方の面(ポンチ接触面)を鏡面研削して板厚を1mmとした。次に、作用極を試料、対極を白金とし、研削面にNiめっきを行い水素検出面として、図2に模式的に示す電気化学セルにセットし、非研削面を大気中、室温で腐食させながら鋼中に侵入する水素量を電気化学的水素透過法で測定した。すなわち、水素検出面側には0.1MNaOH水溶液を充填し、塩橋を通じて参照電極(Ag/AgCl)をセットして、非研削面(評価面：非ポンチ接触面)側に0.5質量%NaCl溶液を滴下し、大気中、室温で腐食させ、水素検出面側の電位が0VvsAg/AgClになるようにして、1回/日の頻度で腐食部に純水を滴下しながら水素透過電流値を連続的に5日間測定し、その最大電流値から腐食に伴う耐水素侵入性を、以下の基準で評価した。○、△であれば本発明の目的を満足しているとした。なお、熱間プレス時のスケールの生成が著しい部材に対しては、ショットブラストで表面のスケールを除去してから試験を行った。
○：最大電流値が冷延鋼板の場合の1/10以下
△：最大電流値が冷延鋼板の場合の1/10超〜1/2以下
×：最大電流値が冷延鋼板の場合の1/2超〜冷延鋼板と同じ
結果を表1に示す。本発明である熱間プレス部材No.1〜13は、熱間プレス性、スポット溶接性、塗料密着性、耐水素侵入性に優れていることがわかる。
【００５１】
【表１】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部材を構成する鋼板の表層部に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNi拡散領域を有し、前記Ni拡散領域上に無機化合物を有することを特徴とする熱間プレス部材。
【請求項２】
無機化合物の融点が500〜1000℃であることを特徴とする請求項1に記載の熱間プレス部材。
【請求項３】
無機化合物がアルカリ可溶成分を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の熱間プレス部材。
【請求項４】
鋼板の表面に、順に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNiを含むめっき層と、無機化合物とを有する鋼板を、Ac3変態点〜1200℃の温度範囲に加熱後熱間プレスすることを特徴とする熱間プレス部材の製造方法。
【請求項５】
無機化合物として、融点が500〜1000℃の無機化合物を用いることを特徴とする請求項4に記載の熱間プレス部材の製造方法。
【請求項６】
無機化合物として、アルカリ可溶成分を含む無機化合物を用いることを特徴とする請求項4または5に記載の熱間プレス部材の製造方法。
【請求項７】
鋼板として、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%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を特徴とする請求項4から6のいずれか１項に記載の熱間プレス部材の製造方法。
【請求項８】
さらに、質量%で、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも1種を含有する鋼板を用いることを特徴とする請求項7に記載の熱間プレス部材の製造方法。
【請求項９】
さらに、質量%で、Sb:0.003〜0.03%を含有する鋼板を用いることを特徴とする請求項7または8に記載の熱間プレス部材の製造方法。
【請求項１】
部材を構成する鋼板の表層部に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNi拡散領域を有し、前記Ni拡散領域上に無機化合物を有することを特徴とする熱間プレス部材。
【請求項２】
無機化合物の融点が500〜1000℃であることを特徴とする請求項1に記載の熱間プレス部材。
【請求項３】
無機化合物がアルカリ可溶成分を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の熱間プレス部材。
【請求項４】
鋼板の表面に、順に、Ni付着量が10〜90000mg/m2のNiを含むめっき層と、無機化合物とを有する鋼板を、Ac3変態点〜1200℃の温度範囲に加熱後熱間プレスすることを特徴とする熱間プレス部材の製造方法。
【請求項５】
無機化合物として、融点が500〜1000℃の無機化合物を用いることを特徴とする請求項4に記載の熱間プレス部材の製造方法。
【請求項６】
無機化合物として、アルカリ可溶成分を含む無機化合物を用いることを特徴とする請求項4または5に記載の熱間プレス部材の製造方法。
【請求項７】
鋼板として、質量%で、C:0.15〜0.5%、Si:0.05〜2.0%、Mn:0.5〜3%、P:0.1%以下、S:0.05%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を特徴とする請求項4から6のいずれか１項に記載の熱間プレス部材の製造方法。
【請求項８】
さらに、質量%で、Cr:0.01〜1%、Ti:0.2%以下、B:0.0005〜0.08%のうちから選ばれた少なくとも1種を含有する鋼板を用いることを特徴とする請求項7に記載の熱間プレス部材の製造方法。
【請求項９】
さらに、質量%で、Sb:0.003〜0.03%を含有する鋼板を用いることを特徴とする請求項7または8に記載の熱間プレス部材の製造方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−１２２２０７（Ｐ２０１１−１２２２０７Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８１１５４（Ｐ２００９−２８１１５４）
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１１日（２００９．１２．１１）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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