(57)【要約】【課題】亜鉛メッキ鋼板同士の溶融亜鉛脆化割れを抑えつつ、熱間プレスにより成形された成形品の強度を高めることができる鋼板の熱間プレス成形方法を提供することにある。【解決手段】鋼板の熱間プレス成形方法では、亜鉛メッキ鋼板１１，１２同士を重ね合わせた状態で、熱間プレス成形する。まず、一方の亜鉛メッキ鋼板１１の表面に最大粒径１００μｍ以下の鉄粉１４を散布し、一方の亜鉛メッキ鋼板１１の鉄粉１４が散布された表面に、他方の亜鉛メッキ鋼板１２を重ね合わせて、亜鉛メッキ鋼板１１，１２同士を部分的に溶接し、溶接された亜鉛メッキ鋼板に対して熱間プレス成形を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛メッキ鋼板同士を重ね合わせた状態で、熱間プレス成形する鋼板の熱間プレス成形方法であって、
一方の亜鉛メッキ鋼板の表面に最大粒径１００μｍ以下の鉄粉を散布し、
前記一方の亜鉛メッキ鋼板の前記鉄粉が散布された表面に、他方の亜鉛メッキ鋼板を重ね合わせて、前記亜鉛メッキ鋼板同士を部分的に溶接し、
溶接された亜鉛メッキ鋼板に対して熱間プレス成形を行うことを特徴とする鋼板の熱間プレス成形方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛メッキ鋼板同士を重ね合わせて熱間プレス成形する鋼板の熱間プレス成形方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、自動車の車体を構成する骨格部分である、たとえば、Ａピラー、Ｂピラー、またはサイドシルなどの部品は、熱間プレス成形により製造されている。自動車の軽量化および衝突安全性の向上の観点から、このような部品（成形品）は、高強度であることが必要とされており、レインフォース部品（補強部材）で補強されることが多い。レインフォース部品は、成形品にスポット溶接等により溶接されて、成形品と一体化される。
【０００３】
レインフォース部品で成形品を補強する以外の方法として、例えば、熱間プレス成形される鋼板の補強すべき部分に、補強用の鋼板を重ね合わせて溶接し、これを補強用の鋼板と共に熱間プレス成形により成形する方法が利用されている。この方法によれば、成形品の補強すべき部分に、もう一枚の補強用の鋼板が一体化されているので、成形品の耐力を向上させることができる。
【０００４】
ここで、熱間プレス成形を行う鋼板に、非めっき鋼板を用いることが多い。しかしながら、熱間プレス成形時に、加熱された非めっき鋼板の表面には、酸化スケールが形成されてしまう。このため、酸化スケールが形成された鋼板を、金型で成形した際には、酸化スケールが起因して金型が摩耗することがあった。さらに、成形された成形品の溶接性および塗装性を確保するために、成形品に形成された酸化スケールを、ショットブラスト等により、除去する作業することがあった。
【０００５】
このような点を鑑みて、熱間プレス成形を行う鋼板に、亜鉛メッキ鋼板を用いた熱間プレス成形方法が提案されている（たとえば、引用文献１参照）。この熱間プレス成形方法では、熱間プレスにより１．５％以上の歪が付与される亜鉛メッキ鋼板の部分において、もう一枚の亜鉛メッキ鋼板と０．０３〜２．０ｍｍの隙間が形成されるように、亜鉛メッキ鋼板同士を重ね合わせて溶接し、これを熱間プレス成形している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−１８４２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に係る熱間プレス成形方法によれば、亜鉛メッキ鋼板を重ね合わせた状態で、これらの鋼板の間に隙間が形成されるので、熱間プレス成形時に、亜鉛メッキ鋼板の亜鉛メッキ層の液化した溶融亜鉛が鋼板の母材(鉄組織）の粒界に侵入することはない。これにより、熱間プレス成形時に、鋼板の溶融亜鉛脆化割れ（表面割れ）を抑えることができる。
【０００８】
しかしながら、この熱間プレス成形方法により成形された成形品には、上述した隙間が形成されている。このため、この隙間が形成された亜鉛メッキ鋼板製の成形品は、隙間が形成されていない非メッキ鋼板製の成形品よりも、強度が低くなるおそれがある。
【０００９】
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、亜鉛メッキ鋼板同士の溶融亜鉛脆化割れを抑えつつ、熱間プレスにより成形された成形品の強度を確保することができる鋼板の熱間プレス成形方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を鑑みて、本発明に係る鋼板の熱間プレス成形方法は、亜鉛メッキ鋼板同士を重ね合わせた状態で、熱間プレス成形する鋼板の熱間プレス成形方法であって、一方の亜鉛メッキ鋼板の表面に最大粒径１００μｍ以下の鉄粉を散布し、前記一方の亜鉛メッキ鋼板の前記鉄粉が散布された表面に、他方の亜鉛メッキ鋼板を重ね合わせて、前記亜鉛メッキ鋼板同士を部分的に溶接し、溶接された亜鉛メッキ鋼板に対して熱間プレス成形を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、熱間プレス成形を行う前に、重ね合わせて部分的に溶接された亜鉛メッキ鋼板同士の間には、最大粒径１００μｍ以下の鉄粉が介在する。これにより、熱間プレス成形の際に、亜鉛メッキ鋼板の亜鉛メッキ層の亜鉛を鉄粉に拡散させ、鉄粉の鉄を亜鉛メッキ鋼板の亜鉛メッキ層に拡散させることができる。このようにして、亜鉛メッキ層の亜鉛と、鉄粉の鉄とが相互拡散し、亜鉛メッキ層の亜鉛の液化を低減することができる。
【００１２】
特に、本発明では、最大粒径１００μｍ以下の微細な鉄粉を用いたので、亜鉛メッキ層の亜鉛が鉄粉に接触する面積が増加する。これにより、亜鉛メッキ層の亜鉛と、鉄粉の鉄との相互拡散が促進され、短時間でこれらが固溶体化するので、亜鉛メッキ層の亜鉛の液化を低減することができる。
【００１３】
このようにして、熱間プレス成形の際に、液化した溶融亜鉛が鋼板の鉄母材の粒界に侵入することを抑えることができる。これにより、亜鉛メッキ鋼板同士の溶融亜鉛脆化割れ（表面割れ）を抑えることができる。
【００１４】
これに加え、熱間プレスにより成形された成形品には、従来のように表面割れのための隙間を形成する必要がないので、熱間プレス成形により成形された成形品の強度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態に係る鋼板の熱間プレス成形方法を説明するための模式図である。
【図２】（ａ）は、鉄粉を介在させずに重ね合わせた状態の亜鉛メッキ鋼板の断面図である。（ｂ）は、鉄粉を介在させて重ね合わせた状態の亜鉛メッキ鋼板の断面図である。
【図３】は、Ｚｎ−Ｆｅの２元状態図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に本発明の実施形態に係る鋼板の熱間プレス成形方法を説明する。
図１（ａ）〜（ｅ）は、本発明の実施形態に係る鋼板の熱間プレス成形方法を説明するための模式図である。
【００１７】
本実施形態に係る鋼板の熱間プレス成形方法は、亜鉛メッキ鋼板同士を重ね合わせて熱間プレス成形する方法である。図１（ａ）に示すように、まず、２枚の亜鉛メッキ鋼板１１，１２を準備する。ここで、本実施形態では、一方の亜鉛メッキ鋼板１１が、成形品の骨格部分となり、他方の亜鉛メッキ鋼板１２が、成形品の補強部分となる。
【００１８】
次に、図１（ｂ）に示すように、一方の亜鉛メッキ鋼板１１の表面に、最大粒径１００μｍ以下の鉄粉１４を散布する。ここで、鉄粉１４の最大粒径は、ＪＩＳ−Ｚ８８０１に規定する試験用篩いを用いて、鉄粉を測定した粒径であり、本明細書でいう「最大粒径」とは、この方法で測定した値をいう。このような最大粒径を有する鉄粉１４は、その比表面積が大きいので、亜鉛メッキ層１１ｂ，１２ｂ（図２参照）の亜鉛との接触面積を大きくすることができる。
【００１９】
さらに、鉄粉１４は、純鉄粉であることが好ましく、鉄粉１４に含有する炭素量は、０．０１質量％以下であることが好ましい。鉄粉１４に含有する炭素量を制限することにより、後述する亜鉛メッキ鋼板１１，１２の熱間プレス成形時に、鉄粉１４が変形し易い。
【００２０】
次に、一方の亜鉛メッキ鋼板１１の鉄粉１４が散布された表面に、他方の亜鉛メッキ鋼板１２を重ね合わせる。本実施形態では、一方の亜鉛メッキ鋼板１１のうち、他方の亜鉛メッキ鋼板１２が重なった部分が、熱間プレス成形後に得られた成形品１５Ａの補強される部分となる。
【００２１】
これにより、一方の亜鉛メッキ鋼板１１と、他方の亜鉛メッキ鋼板１２との間に、鉄粉１４が介在される。より具体的には、図２（ｂ）に示すように、一方の亜鉛メッキ鋼板１１には、鋼からなる母材１１ａの表面に、亜鉛メッキ層１１ｂが形成されており、他方の亜鉛メッキ鋼板１２にも、鋼からなる母材１２ａの表面に、亜鉛メッキ層１２ｂが形成されている。そして、亜鉛メッキ層同士１１ｂ，１２ｂの間に、鉄粉１４が配置（挿入）される。
【００２２】
次に、図１（ｃ）に示すように、一方の亜鉛メッキ鋼板１１と、他方の亜鉛メッキ鋼板１２とを重ね合わせた状態で、載置台３１に載置し、溶接機３２を用いて、亜鉛メッキ鋼板同士１１，１２を部分的に溶接する（スポット溶接する）。これにより、鉄粉１４を挟んで、亜鉛メッキ鋼板同士１１，１２が、溶接により部分的に接合された接合体１５を得ることができる。
【００２３】
次に、図１（ｄ）に示すように、亜鉛メッキ鋼板１１，１２が溶接された接合体１５を、一対のヒータ４１，４２を有した加熱装置４０で加熱する。ここで、接合体１５の加熱温度は、８５０〜９０５℃の範囲にあることが好ましく、本実施形態では、接合体１５を９００℃で加熱する。
【００２４】
最後に、図１（ｅ）に示すように、加熱された接合体１５をプレス機５０内に配置し、接合体１５を、プレス機５０の上型５１と下型５２の間に挟み込んで、接合体１５を熱間プレス成形する。
【００２５】
ここで、本実施形態では、図３に示すように、亜鉛メッキ層１１ｂ，１２ｂには、９０質量％程度の亜鉛が含有しているため、図１（ｄ）に示す加熱装置４０の加熱により一定時間加熱すると、亜鉛メッキ層１１ｂ，１２ｂの亜鉛の一部は、液化する。
【００２６】
図２（ａ）に示すように、亜鉛メッキ鋼板１１，１２の間に、鉄粉を配置（挿入）していない場合、加熱装置４０の加熱により、鉄と亜鉛との固溶体化が完了する前に、亜鉛メッキ層１１ｂ，１２ｂの亜鉛が液化する。これにより、液化した溶融亜鉛が、熱間プレス成形時に、母材１１ａ，１２ａに侵入し、鋼板の溶融亜鉛脆化割れが発生することがある。
【００２７】
しかしながら、本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、亜鉛メッキ鋼板１１，１２の間に、鉄粉１４が挿入されているので、加熱装置４０の加熱により、亜鉛メッキ層１１ｂ，１２ｂの亜鉛は、鉄粉１４に拡散する。一方、鉄粉１４の鉄も、亜鉛メッキ層１１ｂ，１２ｂに拡散する。このようにして、亜鉛メッキ層１１ｂ，１２ｂの亜鉛と鉄粉１４の鉄とが相互拡散する。これにより、鉄と亜鉛が短時間で固溶体化するので、加熱による亜鉛メッキ層の亜鉛の液化を低減することができる。
【００２８】
特に、本実施形態では、最大粒径１００μｍ以下の微細な鉄粉１４を用いたので、鉄粉１４と、亜鉛メッキ層１１ｂ，１２ｂの亜鉛との接触面積が増加する。これにより、亜鉛と鉄の相互拡散が促進され、短時間で、これらの固溶体化が可能となる。
【００２９】
このような結果、亜鉛メッキ層１１ｂ，１２ｂの亜鉛−鉄合金の亜鉛の含有量は低減され（図３の合金化経路参照）、熱間プレス成形時に、亜鉛メッキ層１１ｂ，１２ｂに由来する液化した溶融亜鉛が母材１１ａ，１２ａの粒界に侵入することを抑制することができる。これにより、熱間プレス時に、鋼板の溶融亜鉛脆化割れを抑えることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、亜鉛メッキ鋼板１１，１２同士に隙間を形成することなく、熱間プレス成形で成形品１５Ａを成形したので、成形品１５Ａの高強度化を図ることができる。
【００３１】
＜確認試験＞
以下に本発明の一部を実施した確認試験を行った。
【００３２】
（参考例１〜８）
板厚１．４ｍｍの２枚の合金化溶融亜鉛メッキ鋼板（亜鉛メッキ付着量４５〜５０ｇ／ｃｍ２）を準備した。鋼板の母材の組成は、Ｃ：０．２１質量％、Ｓｉ：０．０３質量％、Ｍｎ：１．３質量％、Ｐ：０．０１質量％、Ｓ：０．０７質量％、Ｃｒ：０．２質量％、Ｔｉ：０．０２質量％、残部はＦｅおよび不可避不純物である。
【００３３】
次に、一方の亜鉛メッキ鋼板の表面に、表１に示す、最大粒径の還元鉄粉（炭素含有量０．０１質量％以下）を散布した。例えば、参考例１は、最大粒径１８０μｍ以下の鉄粉を、亜鉛メッキ鋼板の表面に１５９ｇ／ｍ２散布した例である。
【００３４】
次に、鉄粉が散布された表面に、他方の亜鉛メッキ鋼板を重ね合わせ、亜鉛メッキ鋼板同時の間に散布した鉄粉を挟み込んだ。この状態の鋼板を、９００℃に加熱した電気炉で、加熱時間４分間の条件で加熱した後、電気炉内から取り出して、室温で放冷した。
【００３５】
得られた亜鉛メッキ鋼板の断面を、走査型電子顕微鏡で観察し、亜鉛と鉄の固溶体化の完了の有無を確認した。この結果を表１に示す。
【００３６】
（参考例９，１０）
参考例１〜８と同様に、重ね合わせた２枚の亜鉛メッキ鋼板を、電気炉で加熱後、亜鉛メッキ鋼材の断面を、走査型電子顕微鏡で観察した。参考例９が、参考例１〜８と相違する点は、表１に示すように、亜鉛メッキ鋼板の間に鉄粉を挟み込まなかった点である。一方、参考例１０が、参考例１〜８と相違する点は、表１に示すように、亜鉛メッキ鋼板の間に鉄粉を挟み込まなかった点と、電気炉の加熱時間を、１０分間にした点である。得られた亜鉛メッキ鋼材の断面を、走査型電子顕微鏡で観察した結果を、表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
参考例１，２、および９では、鉄と亜鉛の固溶体化が未完了であったが、参考例３〜８、および１０では、鉄と亜鉛の固溶体化が完了していた。参考例３〜８で、固溶体化が完了したのは、最大粒径が小さい鉄粉を用いたからであると考えられる。
【００３９】
このように、参考例３〜８の条件で鉄粉を散布すれば、加熱時に、鉄と亜鉛が短時間で相互に拡散するため、亜鉛の液化を抑制でき、熱間プレス成形時に、鋼板の溶融亜鉛脆化割れを回避することができると考えられる。一方、参考例１または２の条件で鉄粉を散布すれば、鉄と亜鉛の固溶体化が遅いため、亜鉛が液化し、溶融亜鉛が母材の粒界に侵入するおそれがあると考えられる。
【００４０】
さらに、参考例９では、鉄粉を用いてないため、鉄と亜鉛の固溶体化は完了していなかったと考えられるが、参考例１０の如く、加熱時間１０分間にすることにより、固溶体化が完了したと考えられる。しかしながら、参考例１０の加熱条件では、鉄と亜鉛の固溶体化が完了するまでの時間が長いため、亜鉛が液化し、熱間成形時には、溶融亜鉛が母材の粒界に侵入するおそれがあると考えられる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更があっても、それらは本発明に含まれるものである。
【符号の説明】
【００４２】
１１：一方の亜鉛メッキ鋼板、１１ａ：母材、１１ｂ：亜鉛メッキ層、１２：他方の亜鉛メッキ鋼板、１２ａ：母材、１２ｂ：亜鉛メッキ層、１４：鉄粉、１５：接合体、１５Ａ：成形品。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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