(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、熱間プレス成形法によって成形してプレス成形品を製造する方法であって、前記鋼板を８８０℃以上、９２０℃以下の温度に６分未満保持した後、８００℃以上、９２０℃以下の温度範囲で成形を開始することを特徴とするプレス成形品の製造方法。
【請求項２】
成形開始時に、鋼板表面に液体亜鉛が存在するものである請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板における素地鋼板は、Ｍｏ：１．５質量％未満およびＷ：０．７質量％未満に夫々抑制したものである請求項１または２に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車部品の構造部材に使用されるような強度および耐食性が必要とされるプレス成形品およびその製造方法に関する。特に亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板を加熱してから所定の形状にプレス成形加工する際に、形状付与と同時に焼入れて所定強度を得るプレス成形品、およびそのようなプレス成形品の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車軽量化のためにボディへの高強度鋼の適用が進み、引張強度が９８０ＭＰａを超える鋼板の適用が拡大している。その一方で、高強度化するにつれて部品加工時の金型寿命低下や、スプリングバックによる形状ばらつきが大きくなる問題がある。そこで低強度の鋼板を、プレス成形前にＡｃ1変態点以上の温度（約９００℃程度以上）に加熱して鋼板をオーステナイト化してから高温域で成形することによって変形抵抗を低減しつつスプリングバックをも低減し、なおかつ成形と同時に焼き入れを行って成形品の強度を確保する工法、いわゆる熱間プレス成形法（以下、「ホットスタンプ」と呼ぶことがある）が開発されている。こうしたホットスタンプは、特に引張強度で１４７０ＭＰａ以上級の高強度が必要される部品（プレス成形品）を製造するための工法として広まりつつある。
【０００３】
一方、自動車構造材のうちで高耐食性が求められるサイドメンバ、サイドシル、クロスメンバ、ピラー下部などに適用される部品には、犠牲防食効果の付与が必須であり、従来から亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板の冷間加工部品が適用されてきた。現在、亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板をホットスタンププロセスで部品成形することにより、サイドメンバ、サイドシル、クロスメンバ、ピラー下部などに適用可能な高強度かつ高耐食性を持つプレス成形品が求められている。
【０００４】
図１は、上記のようなホットスタンプを実施するための金型構成を示す概略説明図であり、図中１はパンチ、２はダイ、３はブランクホルダー、４は鋼板（ブランク）、ＢＨＦはしわ押え力、ｒｐはパンチ肩半径、ｒｄはダイ肩半径、ＣＬはパンチ／ダイ間クリアランスを夫々示している。また、これらの部品のうち、パンチ１とダイ２には冷却媒体（例えば水）を通過させることができる通路１ａ，２ａが夫々の内部に形成されており、この通路に冷却媒体を通過させることによって、これらの部材が冷却されるように構成されている。
【０００５】
こうした金型を用いてホットスタンプ（例えば、熱間深絞り加工）するに際しては、鋼板（ブランク）４を、（Ａｃ1変態点〜Ａｃ3変態点）の二相域温度またはＡｃ3変態点以上の単相域温度に加熱して軟化させた状態で成形を開始する。即ち、高温状態にある鋼板４をダイ２とブランクホルダー３間に挟んだ状態で、パンチ１によってダイ２の穴内（図１の２，２間）に鋼板４を押し込み、鋼板４の外径を縮めつつパンチ１の外形に対応した形状に成形する。また、成形と並行してパンチ１およびダイ２を冷却することによって、鋼板４から金型（パンチ１およびダイ２）への抜熱を行なうと共に、成形下死点（パンチ先端が最深部に位置した時点：図１に示した状態）で更に保持冷却することによって鋼板４の焼入れを実施する。こうしたプレス成形法を実施することによって、寸法精度の良い１４７０ＭＰａ以上級の成形品を得ることができ、しかも冷間で同じ強度クラスの部品を成形する場合に比較して、成形荷重が低減できることからプレス機の容量が小さくて済むことになる。
【０００６】
しかしながら、亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板をホットスタンプに供すると、９００℃の高温で液化（溶融）した亜鉛が鋼板の結晶粒界に浸入して鋼板が脆化する液体金属脆化（以下、「ＬＭＥ」と記載することがある）によりプレス成形時にクラックが発生し、部品（プレス成形品）としての耐衝撃特性や疲労強度が低下する問題がある。
【０００７】
こうしたＬＭＥによるクラック（以下、「ＬＭＥクラック」と呼ぶことがある）を抑制するために、例えば特許文献１には、プレス成形前の加熱を２回行ったり、高温保持時間を比較的長くしたり（例えば１０００秒）することによって、めっき層の合金化を促進してプレス成形加工時に溶融する亜鉛を抑制し、クラックの発生を抑制する方法が提案されている。しかしながらこの方法では、ホットスタンプ工程において溶融した亜鉛をなくすために複数回の加熱や長時間の加熱保持が必要となり、生産性を損ねるという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２０１２−５１２７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用いて熱間プレス成形するに際し、成形前での加熱保持時間を短くしてもＬＭＥクラックの発生を回避しつつ高い強度を発揮するプレス成形品を製造するための有用な方法、およびこうした方法によって得られるプレス成形品を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成することのできた本発明方法とは、亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、熱間プレス成形法によって成形してプレス成形品を製造する方法であって、前記鋼板を８８０℃以上、９２０℃以下の温度に６分未満保持した後、８００℃以上、９２０℃以下の温度範囲で成形を開始することを特徴とする。
【００１１】
本発明方法においては、成形開始時に鋼板表面に液体亜鉛が存在していても、ＬＭＥクラックの発生を回避しつつプレス成形できるものとなる。
【００１２】
本発明で用いる亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板における素地鋼板は、Ｍｏ：１．５質量％未満およびＷ：０．７質量％未満に夫々抑制したものであることが好ましい。
【００１３】
本発明においては、上記のような方法によって製造されるプレス成形品も包含する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用いて熱間プレス成形するに際し、成形前の加熱条件（加熱温度、加熱保持時間）や、成形時の加熱温度を適切に制御することによって、成形前加熱時間を短くしてもＬＭＥクラックの発生を回避しつつ良好な特性を発揮するプレス成形品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、熱間プレス成形を実施するための金型構成を示す概略説明図である。
【図２】図２は、引張試験片の形状を示す概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明者らは、亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板を所定の温度に加熱した後、熱間プレス成形してプレス成形品を製造するに際して、加熱保持時間を短くしても、プレス成形中にＬＭＥクラックの発生を回避しつつ良好な特性を発揮するプレス成形品を生産性良く製造すべく、様々な角度から検討した。
【００１７】
その結果、亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板（これらを総括して「表面処理鋼板」と呼ぶことがある）を加熱した後、８００℃以上の高温を維持したままプレス成形を開始することによって、加熱保持時間を短時間にしてもＬＭＥクラックの発生を抑制できることを見出し、本発明を完成した。
【００１８】
ＬＭＥクラックは、溶融した液体亜鉛によって素地鋼板が脆化した状態でプレス成形を施すことによって発生する。液体亜鉛が付着した表面処理鋼板をプレス成形すると、結晶粒界に液体亜鉛が浸潤し、結晶粒界の耐力が失われるために、クラックが生じると考えられる。プレス成形前の加熱中において亜鉛めっき層は液化し、鋼板との界面においてＦｅ／Ｚｎの固体の合金相が生成する反応が進行し、めっき層中のＦｅ濃度が増加する。加熱してから一定以上の時間が経過すると、めっき層中の液体亜鉛がほぼなくなるため、プレス成形前に高温で長時間保持するほど、その後のプレス成形でＬＭＥクラックは発生しなくなることは知られている（前記特許文献１）。しかしながら、加熱後に長時間保持する必要があるため、生産性が低下する。
【００１９】
通常の熱間プレスでは、鋼板を所定温度まで加熱した後に速やかにプレス成形を行うが、加熱が終わってからプレス成形に供するまでに鋼板の温度は大きく低下する。この低下温度は、通常の鋼板においてはたとえば約１００℃以上である。しかしながら、本発明者らは、高温を保ったままプレス成形を開始すれば、加熱保持時間を短時間にしてもＬＭＥクラックの発生を抑制できることを見出したのである。
【００２０】
本発明者らが種々のプロセス条件の影響を検討したところ、鋼板の軟質化に必要な最小限の温度だけ加熱保持し、比較的高い温度でプレス成形することにより、プレス成形前の加熱工程で保持する時間を６分未満にしても、ＬＭＥによるクラックを抑制することを見出した。８８０℃以上、９２０℃以下の目標加熱温度に到達しさえすれば、その温度で必ずしも保持をしなくても（保持時間が０秒であっても）ＬＭＥによるクラックを抑制する効果が得られるが、成形性の観点、すなわちオーステナイト量を確保するという観点からは、この保持時間は１秒以上とすることが好ましく、より好ましくは５秒以上、更に好ましくは１０秒以上、特に好ましくは３０秒以上とするのが良い。しかしながら、この保持時間があまり長くなると生産性が低下することから、６分未満とする。好ましくは５分以下、より好ましくは４分以下、更に好ましくは３分以下である。
【００２１】
本発明方法においては、素地鋼板表面にめっき処理を施した表面処理鋼板を、金型を用いてプレス成形してプレス成形品を製造するに際して、表面処理鋼板を、８８０℃以上、９２０℃以下の温度に加熱する必要がある。熱間プレス法による効果を発揮させるためには、加熱温度は少なくとも８８０℃以上とする必要がある。加熱温度が８８０℃未満であると、加熱時に適切な量のオーステナイトが得られず、良好な成形性が確保できない。また、加熱温度が９２０℃を超えると、表面処理鋼板のめっき層中の亜鉛が沸騰および蒸発し、耐食性が劣化するため好ましくない。加熱温度の好ましい下限は８９０℃以上（全てをオーステナイトにする温度）であり、好ましい上限は９１０℃以下である。尚、本発明における加熱温度は、鋼板の表面温度によって測定した値である（以下の温度においても同じ）。
【００２２】
表面処理鋼板を上記の温度範囲に加熱した後は、比較的高い温度でプレス成形を開始する必要がある。こうした観点から、プレス成形開始温度は８００℃以上とすることが必要となる。プレス成形開始温度が８００℃よりも低くなると、ＬＭＥクラックが発生しやすくなる。この温度は、好ましくは８５０℃以上である。この温度範囲では、鋼板表面に液体亜鉛が多少存在する場合もあるが、本発明ではこうした状況であっても、良好なプレス成形性が確保できることになる。プレス成形開始温度の上限（および好ましい条件）は、鋼板加熱温度の上限と同じである。
【００２３】
本発明によって上記効果が得られるメカニズムの詳細は明らかではないが、おそらく次のような現象が生じているものと推定される。即ち、プレス成形開始温度を８００℃以上の高温とすることにより、通常の熱間プレス成形よりも変形抵抗が小さくなるため、結晶粒界からクラックが発生する前に変形が進行するために、ＬＭＥクラックの発生が抑制されるものと考えられる。
【００２４】
本発明で用いる表面処理鋼板は、亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板であるが、これらの表面処理鋼板の素材となる鋼板（素地鋼板）の鋼種については高強度鋼板としての通常の化学成分組成のものであれば良い（後記実施例の表１参照）。熱間プレス成形では、部品を成形する目的は主として高強度化であり、金型で冷却するプロセスにおいて焼き入れを行い、強度を確保するものである。このため一般にはＣに加えてＢやＭｎなど、焼き入れ性を向上させる元素が添加された鋼板を用いる。熱延鋼板または熱延鋼板を冷間圧延して得られる冷延鋼板を用いることができる。
【００２５】
鋼板の高強度化に有効な成分として、析出硬化作用のあるＭｏやＷ等が知られているが、熱間プレス成形時の変形抵抗を低下させて亀裂発生を抑制するために、Ｍｏ：１．５質量％未満およびＷ：０．７質量％未満に夫々抑制したものであることが好ましい。
【００２６】
本発明で用いる亜鉛めっき鋼板は、熱延鋼板または冷延鋼板にめっき処理することで得られる。亜鉛めっき層の望ましいめっき付着量は片面あたり３０〜２００ｇ／ｍ2程度にすることで、十分な耐食性を得ることができる。めっき処理の方法としては溶融めっき、電気めっきがある。めっき処理後に所定の温度（４７０℃〜５８０℃）で１分〜１０分間保持することで、めっき層と素地鋼板中の鉄とが合金化した合金化亜鉛めっき鋼板（通常、合金化溶融亜鉛めっき鋼板）とし、これを用いることもできる。
【００２７】
以下、本発明を実施例によって更に具体的に示すが、下記実施例は本発明を限定するものではなく、前・後記の趣旨に徴して設計変更することはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００２８】
下記表１に示した化学成分組成を有する鋼材をスラブ溶製し、熱間圧延を行なって板厚３．２ｍｍの熱延鋼板とした。これを冷間圧延することによって板厚：０．８ｍｍまたは１．４ｍｍの冷延鋼板を作製した。これらの鋼板に対してめっき処理を施し、亜鉛めっき鋼板とした。このとき、バッチ式雰囲気制御焼鈍めっき処理装置にて亜鉛めっき処理を行った。また一部の鋼板については、合金化処理を施し、合金化亜鉛めっき鋼板を作製した。亜鉛めっき処理および合金化処理は、雰囲気制御が可能で加熱冷却機構と亜鉛めっき浴となる坩堝を備え、めっき処理、合金化処理が一貫工程で可能な実験炉を用いた。
【００２９】
めっき処理条件は、４６０℃のＺｎ浴（Ａｌ：０．１３％含有）に３秒間浸漬した。合金化処理は５％Ｈ2−Ｎ2（露点−４５℃）の雰囲気で５５０℃×２０秒間保持して行い、その後Ａｒガスの吹き付けにより冷却した。このときの平均冷却速度は１５℃／秒である。
【００３０】
亜鉛めっき鋼板および合金化亜鉛めっき鋼板のめっき付着量は、断面ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）観察、およびめっき中のＦｅ濃度測定により評価した。
【００３１】
【表１】
0006043272.tif 000002
【００３２】
こうして得られた亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜鉛めっき鋼板から、平行部幅１５ｍｍ×長さ２０ｍｍの引張試験片（図２）を切り出し、一軸引張型の加工フォーマスタ装置を用いて、ホットスタンプ工程の温度履歴を模擬した上で加工を行い、その塑性変形部におけるＬＭＥクラック深さを評価する試験を行った。
【００３３】
加熱方式は誘導加熱または通電加熱等が考えられるが、本試験では通電加熱で試験片平行部を加熱しながら、同時に試験片つかみ部付近を誘導加熱した。試験片の片面の亜鉛めっきを研磨除去し、めっき除去した側の面の平行部中央、およびつかみ部に設置した熱伝対によってそれぞれ通電加熱および誘導加熱を所定狙いの温度に制御した。
【００３４】
温度履歴は、室温から温度Ｔ１まで加熱し、所定時間ｔ１（分）保持した後に温度Ｔ２（成形開始時間）まで冷却し、その温度で所定の狙いひずみ量まで一定の歪み速度（秒-1）で加工した。加熱および加工中は、大気雰囲気にて行った。冷却プロセスのみＡｒガスの噴き付けによる冷却を行った。
【００３５】
歪み量の実績値は、予め試験片平行部の裏面（めっきを除去した側）に標線を評点間距離２０ｍｍで刻印しておき、評点間距離の伸び率（％）を対数歪み量で測定した。一方、加工時の歪速度は、加工フォーマスタ試験機でロードセル間の距離の一秒当たりの増加率（ｓｅｃ-1）を制御した。
【００３６】
［最大亀裂深さの測定］
試験片の外観、および断面ＳＥＭ観察によりクラックの有無の判断と最大深さを測定した。断面ＳＥＭ観察は、試験片平行部の幅方向の中央を引張方向と平行に切断し（図２）、樹脂埋め研磨試料を作製した。平行部長さ２０ｍｍ全体にわたって観察した。めっき層よりも下側（素地鋼板に亀裂が進展している箇所）において、進展深さが最大の亀裂の深さを測定した。
【００３７】
そして素地鋼板表面に進展した最大亀裂深さが１０μｍ未満であれば部品の耐衝撃特性に影響が無いことから、最大亀裂深さが１０μｍ以上のものは、耐ＬＭＥクラック性（耐ＬＭＥ亀裂性）が悪いと判断した。またこの断面ＳＥＭ観察において、めっき層の一部に白色に見える亜鉛層の有無により、加工時における液体亜鉛の有無を確認した。
【００３８】
これらの結果を、板厚、めっき付着量、合金化処理の有無、加工条件［加熱温度、加熱保持時間、成形開始温度、歪み量（狙い、実績）、歪み速度］と共に、下記表２〜４に示す。
【００３９】
【表２】
0006043272.tif 000003
【００４０】
【表３】
0006043272.tif 000004
【００４１】
【表４】
0006043272.tif 000005
【００４２】
これらの結果から、次のように考察できる。試験Ｎｏ．１〜３、６〜１０、１３〜１７、２０〜２８、３０、３４、３５、３７〜３９、４１、４２、４４、４５、４７、４８、５０、５２、５４、５６のものは、本発明で規定する要件を満足する実施例であり、ＬＭＥクラックの発生が抑制されており、良好な熱間プレス成形品が得られていることが分かる。
【００４３】
これに対し、試験Ｎｏ．４、５、１１、１２、１８、１９、２９、３１、３６、４０、４３、４６、４９、５１、５３、５５のものは、本発明で規定する要件を外れる条件、即ち成形開始温度が低いため、最大亀裂深さが大きくなっている。尚、試験Ｎｏ．３２、３３のものは、加熱時の保持時間を長くした例であり、成形開始時点で液体亜鉛が残っておらず、成形開始温度が低くなっても、ＬＭＥクラックの発生が抑制された参考例である。但し、加熱保持時間が長時間となり、生産性が悪化する。
【符号の説明】
【００４４】
１  パンチ
２  ダイ
３  ブランクホルダー
４  鋼板（ブランク）
【図１】
0006043272.tif 000006
【図２】
0006043272.tif 000007