(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、
Ｃ  ：０．１〜０．５％、
Ｓｉ：０．０５〜０．５％、
Ｍｎ：０．５〜３％、
Ｂ  ：０．０００３〜０．０３％、
Ｔｉ：０．０１〜０．７％
Ｃｒ：０．０２〜０．５％、
を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる鋼の表面に、Ｓｉ：１〜１５％、Ｍｇ：０．５〜１０％、Ｃａ：０．５％以下（０を含む）を含有し、残部Ａｌおよび不可避的不純物よりなるＡｌ金属被覆を有することを特徴とする、耐熱性、耐食性に優れたホットプレス用アルミ系めっき鋼板。
【請求項２】
めっき層に更に、Ｚｎ：１〜６０％を含有することを特徴とする、請求項１に記載の耐熱性、耐食性に優れたホットプレス用アルミ系めっき鋼板。
【請求項３】
めっき層組成が質量％で、Ｓｉ／Ａｌ：０．０１〜０．３となる請求項２に記載の耐熱性、耐食性に優れたホットプレス用アルミ系めっき鋼板。
【請求項４】
鋼組織が６０％体積以上のマルテンサイト組織を有し、請求項１または２に記載の耐熱性、耐食性に優れたアルミ系めっき鋼板を使用した自動車用部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の足回り等の高強度を要求される部品を製造するための鋼素材、及びそれを使用した自動車部品を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境問題を発端とした低燃費化の動きから自動車用鋼板に対しては高強度化に対する要望が強い。しかし、一般に高強度化は加工性、成形性の低下を伴い、高強度，高成形性を両立する鋼板が要望されている。
これに対する一つの回答は、残留オーステナイトのマルテンサイト変態を利用したＴＲＩＰ（ＴＲａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  Ｐｌａｃｉｔｉｃｉｔｙ）鋼であり、近年用途が拡大しつつある。しかしこの鋼により、成形性の優れた１０００ＭＰａ級の高強度鋼板は製造することは可能であるが、更に高強度、例えば１５００ＭＰａというような超高強度鋼で成形性を確保することは困難である。
【０００３】
そこで、高強度、高成形性を両立する別の形として最近注目を浴びているのがホットプレスである。これは鋼板を８００℃以上の高温に加熱した状態で成形することにより高強度鋼板の成形性の問題を無くし、成型後の冷却により所望の材質を得るというものである。しかし、大気中での加熱を伴うため、表面に酸化物が生成してこれを後工程で除去する必要がある。これを改善したものが特開２０００−３８６４０号公報であり、０．１５〜０．５％の炭素を含有する鋼板にアルミめっきして加熱時の酸化抑制を図っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は高強度の成形部品を効率良く製造するのに有効であるが、アルミめっき層はクラックを生じやすく、また通常の腐食環境では地鉄よりも貴な電位を有し、クラックから地鉄の腐食が起こりやすいという欠点を有している。厳しい成形をした後には、クラック部からの短期間での腐食、あるいは塗装後耐食性の低下という問題が生じる。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記のような課題を克服するためにアルミめっき鋼板の加工後の耐食性への影響因子を詳細に検討した結果、次の知見を得た。めっき層中にＭｇとＳｉを複合添加することにより、クラック自体の発生が大きく抑制され、またクラックが発生しても短期間でのクラックからの素地腐食は起こり難く、更に塗装後耐食性も大きく向上していた。Ｍｇ，Ｓｉを複合添加することにより、ホットプレスのための加熱時にこれら元素を含有する金属間化合物層が生成し、その加工性は通常のアルミめっきをベースとしたものよりも向上していたものと推察される。
【０００６】
また、めっき層中にＭｇ2 Ｓｉが生成し、これが腐食環境下でＭｇイオンを放出して地鉄、あるいはめっき層表面に皮膜を形成してクラック部位からの素地腐食を抑制する作用を持つ。更には、Ｍｇの沸点は１０９０℃で９００℃以上の高温域で表面から一部飛散して、表面に微細な凹凸が生じて、その結果塗料の密着性が向上して塗装後耐食性にも有利に働いたものと推定している。更に、Ｚｎを複合添加することで、Ｚｎの鋼素地の犠牲防食作用も発現し、更に安定した耐食性、塗装後耐食性が得られる。Ｍｇを添加せず、Ｚｎ−Ｓｉを添加した系でも、Ｍｇ−Ｓｉ添加系Ｍｇ−Ｓｉ−Ｚｎ添加系ほどではないが、良好な耐食性、塗装後耐食性が得られる。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の限定理由について説明する。まず、鋼成分の限定理由を以下に述べる。
Ｃ：本発明は成型後に１０００ＭＰａ以上の高強度を有するものであり、ホットプレス後に急冷してマルテンサイトを主体とする組織に変態させるものであり、そのためにはＣ量０．１％が必要である。一方、Ｃ量を０．５％以上に増大させても強度が飽和してしまうことに加え、溶接割れを生じやすくするため、上限を０．５％に定める。
【０００８】
Ｓｉ：Ｓｉは低すぎると疲労特性の低下を惹起するため、０．０５％以上の添加が必要である。また、ＳｉはめっきのＡｌとＦｅ間の反応を促進して鋼板の耐熱性を向上させる効果を有する。しかし、Ｓｉは再結晶焼鈍中に安定な酸化皮膜を鋼板表面に形成し、アルミめっき性を阻害する元素でもある。この意味からＳｉの上限を０．５％とする。
【０００９】
Ｍｎ：この元素は鋼板の焼入れ性を高める元素としてよく知られている。また、不可避的に混入するＳに起因する熱間脆性を防ぐために必要な元素でもある。この理由から０．５％以上の添加が必要である。また、Ｍｎはアルミめっき後の耐熱性も向上させる。しかし、３％を超えてＭｎを添加すると焼入れ後の衝撃特性が低下するためここを上限とする。
Ｂ：この元素も鋼板の焼入れ性を向上させる元素としてよく知られている。本発明でもより焼入れ性を向上のため添加する。このとき焼入れ性の観点から下限を０．０００３％に、また、過剰に添加すると鋼板の脆性を劣化させるため、上限を０．０３％とする。
【００１０】
Ｔｉ：Ｂは焼入れ性に効果が大きいが、鋼中に存在するＮとＢＮを形成しやすい。これを防止してＢの効果を十分発揮させるためにＴｉを添加する必要がある。このときＮはＴｉＮを形成する。この目的のため、０．０１％以上必要である。また、Ｔｉはアルミめっきの耐熱性への影響が最も大きい。本用途のような９００℃を超すような高温域で使用するには、耐熱性という意味から０．１％以上の添加が望ましい。その効果は０．７％程度で飽和するため、ここを上限とする。
【００１１】
さらに、本発明ではＭｏ，Ｃｒ，Ｎｉの１種または２種以上を添加することも可能である。これらの元素はいずれも焼入れ性を向上させる元素である。これらの元素は０．０２％以上の添加で焼入れ性を向上せしめる。また、Ｍｏ，Ｎｉは高価な元素であることから、Ｃｒは添加しすぎるとめっき性が低下することからそれぞれ０．５％を上限に定める。
【００１２】
次に、めっき層の限定理由を述べる。
Ｓｉ：Ｓｉはアルミ系めっきの合金層（めっき−鋼板界面に生じる金属間化合物の層）厚みを低減するために有効である。また、Ｍｇと複合添加することでＭｇ2 Ｓｉを形成し、耐食性向上効果も有する。このためには１％以上の添加が有効である。過剰の添加は融点上昇を伴い、またＳｉ単相がめっき層に晶出すると耐食性を低下させる。このため１５％を上限とする。
【００１３】
Ｍｇ：この元素は特に塩害環境下での耐食性向上に有効であることが知られている。特に、Ｍｇ2 Ｓｉとすることで環境中への放出効率が高められ、耐食性向上に奏功する。耐食性のために０．５％以上の添加とする。過剰の添加はめっき浴面での激しい酸化を引起こし、まためっき浴の融点も上昇させるため、１０％以下とする。Ｍｇの浴面酸化を抑制するにはＣａの微量（０．５％以下）の添加が有効で、この程度のＣａを添加してもよい。
【００１４】
Ｚｎ：ＺｎはＡｌあるいは鋼よりも卑な電位を有し、地鉄の腐食を抑制する作用を有する。Ｚｎの添加量は１％以上で効果を発揮し始め、Ｚｎ量が２０〜６０％で最も良好な特性を示し、６０％超の添加量では寧ろ耐食性を害する。従って、Ｚｎ量の下限を１％に、上限を６０％に定める。
本発明によるＡｌ系めっき鋼板を使用して実際に部品を製造する際には、プレス後金型で急速に冷却して焼入れを行うものであり、その組織としてはマルテンサイトを主体とする組織を呈する。部材として十分な強度を確保するために、マルテンサイト比率が６０体積％以上であるものとする。なお、マルテンサイトの存在比率は研磨、エッチング後に光学顕微鏡観察を行い画像解析することで計算するものとする。
【００１５】
本発明において、Ａｌ系めっきの付着量、めっき前処理，後処理等については特に限定するものではない。付着量は通常の片面３０〜８０ｇ／ｍ2 の範囲ではなんら問題ない。めっき後処理として一次防錆、潤滑性を目的としてクロメート処理、樹脂被覆処理等がありうるが、有機樹脂は加熱すると消失してしまうため好ましくない。クロメート処理も近年の６価クロム規制を考慮すると、電解クロメート等の３価の処理皮膜が好ましい。めっきへの添加元素として、上記した元素以外にＭｎ，Ｃｒ，Ｔｉ，Ｓｎ，Ｓｂ，ミッシュメタル等ありうるが、これらを添加することも可能である。
めっき鋼板の製造法についても何ら限定するものではない。通常の製鋼、熱延条件が適用可能である。Ａｌ−Ｚｎめっきは通常溶融めっき法で施されるが、これに限定せず、非水溶媒からの電気めっき、蒸着処理等も使用可能である。めっき前処理としてＮｉプレめっき等もありうるが、これも適用可能である。
【００１６】
【実施例】
次に、実施例で本発明をより詳細に説明する。
（実施例１）
通常の熱延、冷延工程を経た、表１に示すような鋼成分の酸洗鋼板（板厚１．８ｍｍ）、冷延鋼板（板厚１．２ｍｍ）を材料として、溶融Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇめっきを行った。表１の鋼種Ａ，Ｂ，Ｄは冷延鋼板であり、残りは熱延鋼板である。溶融めっきは無酸化炉−還元炉タイプのラインを使用し、めっき後ガスワイピング法でめっき付着量を片面４０ｇ／ｍ2 に調節し、その後冷却し、ゼロスパングル処理を施した。この際のめっき浴組成としてはＡｌ−８％Ｓｉ−６％Ｍｇ−１％Ｆｅ−０．１％Ｃａとした。浴中のＦｅは浴中のめっき機器やストリップから供給される不可避のものである。めっき外観はスパングル模様を呈し、不めっき等なく良好であった。このときの製造条件を表２に示す。
【００１７】
このようにして製造した溶融めっき鋼板の焼入れ性、耐食性を評価した。評価方法を以下に記す。溶融めっき鋼板に５％の引張り加工を付与し、その後９５０℃に５分間加熱した後、鋼板間に挟んで冷却した。冷却速度は約３０℃／秒であった。冷却後の目視外観より耐熱性を評価した。次に、この鋼板の裸耐食性を湿気槽試験（相対湿度９５％、温度４０℃）３日で、また塗装後耐食性をクロスカットを施した後、塩水噴霧試験（ＪＩＳ−Ｚ２１３４）３０日で評価した。このときの塗装はカチオン系電着塗装であり、膜厚は１５μｍとした。また鋼板のビッカース硬度を荷重１００ｇで測定した。
【００１８】
〔耐熱性の評価基準〕
○：良好
△：表面にクラック状の模様発生
×：赤スケール発生
〔裸耐食性の評価基準〕
○：良好
×：赤錆発生
〔塗装後耐食性の評価基準〕
◎：塗装膨れ１ｍｍ以内
○：塗装膨れ２ｍｍ以内
△：塗装膨れ２〜４ｍｍ
×：塗装膨れ４ｍｍ超
【００１９】
【表１】
0004023710.tif 000002
【００２０】
【表２】
0004023710.tif 000003
【００２１】
Ｎｏ．４のようにＣが低すぎると十分な強度が得られない。ビッカース硬度は一般に３倍するとその材料の強度（ＭＰａ）に近い値となるが、この場合、８００ＭＰａクラスの強度しか得られない。また、Ｎｏ．５のようにＭｎ，Ｂ等の焼入れ元素が低いとＣが高くても焼入れ効果が得られない。鋼中元素の添加量が適正に制御された、Ｎｏ．１〜３については、Ｍｎ−Ｂ系，Ｍｏ−Ｃｒ−Ｎｉ系いずれも強度，耐食性の双方とも良好な結果が得られた。
【００２２】
（実施例２）
表１のＡの鋼を使用して、溶融めっきラインのめっき組成を変化させてめっき組成と特性の関係を調査した。めっき後のめっき層組成と特性の関係を表３にまとめる。なお、ビッカース硬度はいずれも４７０〜５１０の間であった。
Ｎｏ．１の全くＺｎを含有しない系では、裸で短期で赤錆が発生しやすく、また塗装後でも膨れが発生しやすい。一方、Ｚｎ量が多すぎるＮｏ．７においても塗装後耐食性に低下が認められる。Ｚｎ量を適正にすることで、優れた加工後耐食性が得られる。
【００２３】
【表３】
0004023710.tif 000004
【００２４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、耐食性、特に加工後の耐食性に優れたホットプレス用Ａｌ−Ｚｎ系めっき鋼板を提供する。本発明は、今後の自動車軽量化に大きく寄与するものと思われ、産業上の寄与は大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】めっき層のＺｎ量と塗装後のクロスカットからの塗装膨れの関係を示す図である。
【図１】
0004023710.tif 000005