(57)【要約】  本発明は、防食コーティングで被覆された平鋼製品を成形することによる鋼部品の製造方法、および防食コーティングで被覆された鋼基材から製造された鋼部品に関する。本鋼部品は、アルミニウム系防食コーティングで被覆された平鋼製品を供給すること、前記コーティングで被覆された平鋼製品から得られたブランクを炉内で熱処理すること、ここで、０．００３４℃／分＜Ｑ＜０．０２１℃／分、Ｑ＝（Ｔ＊ｄ）／（ｔ＊Ｌ）において、式中、Ｔ＝炉内温度（℃）、ｄ＝ブランク厚さ（ｍｍ）、ｔ＝炉内のブランクの保持時間（分）、Ｌ＝炉長（ｍ）、および前記ブランクを成形ツールで成形することにより製造される。本鋼部品は、鋼基材および前記鋼基材の少なくとも片面上に備えられた防食コーティングを含み、そのコーティングは少なくとも１つの第１および１つの第２ケイ素リッチ層（Ｓｉ１、Ｓｉ２）ならびに１つの第１および１つの第２低ケイ素層（Ａ、Ｂ）を含み、ここで、３番目の低ケイ素層（Ａ）の厚さ（ｄＡ）（μｍ）に対する第２低ケイ素層（Ｂ）の厚さ（ｄＢ）（μｍ）の商Ｘは、少なくとも０．４、最大で１．１である。本要約を図１とともに示す。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
防食コーティングで被覆された鋼部品の製造方法であって、前記方法は、
ａ）アルミニウム系防食コーティングで被覆された平鋼製品を供給する作業工程と、
ｂ）前記コーティングで被覆された平鋼製品から得られたブランクを炉内で熱処理する作業工程であって、
０．００３４℃／分≦Ｑ≦０．０２１℃／分
Ｑ＝（Ｔ＊ｄ）／（ｔ＊Ｌ）において、式中、
Ｔ＝炉内温度（℃）、
ｄ＝ブランク厚さ（ｍｍ）、
ｔ＝炉内のブランクの保持時間（分）、
Ｌ＝炉長（ｍ）
である、作業工程と、
ｃ）前記ブランクを成形ツールで鋼部品の形に成形する作業工程と
を含む、方法。
【請求項２】
前記炉内温度Ｔが少なくとも８３０℃、最大で９８０℃であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
作業工程ｂ）中に少なくとも１．５ｍ／分、最大で２５ｍ／分の平均速度（ｖＰ）で前記ブランクが前記炉内を移動することを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記炉内の前記ブランクの保持時間ｔが少なくとも１分、最大で１８分であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記アルミニウム系防食コーティングが３〜１５重量％のケイ素と、３．５重量％以下の鉄とを含有し、残部はアルミニウムおよび不可避の不純物であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記アルミニウム系防食コーティングのＳｉ含有率が７〜１２重量％であることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記アルミニウム系防食コーティングのＳｉ含有率が９〜１０重量％であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記アルミニウム系防食コーティングのＦｅ含有率が１〜３．５重量％であることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記アルミニウム系防食コーティングのＦｅ含有率が２〜３．５重量％であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
作業工程ｃ）において前記成形ツール内で少なくとも２０Ｋ／秒、最大で１０００Ｋ／秒の冷却速度（ＣＲ）で前記ブランクが冷却されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
鋼基材と、前記鋼基材の少なくとも片面上の防食コーティングとを含む鋼部品において、前記防食コーティングが少なくとも、
−不可避の不純物の他に、４超〜８重量％以下のＳｉ、４０〜７０重量％のＦｅ、１重量％以下のＭｎおよび３０〜６０重量％のアルミニウムを含有し、存在する成分の合計は１００重量％であり、前記第１低ケイ素層（Ａ）の上に位置する、第１ケイ素リッチ層（Ｓｉ１）と、
−不可避の不純物の他に、１〜４重量％のＳｉ、３０〜６０重量％のＦｅ、１重量％以下のＭｎおよび４０〜６０重量％のアルミニウムを含有し、存在する成分の合計は１００重量％であり、第１ケイ素リッチ層（Ｓｉ１）と第２ケイ素リッチ層（Ｓｉ２）との間に位置する、第１低ケイ素層（Ａ）と、
−不可避の不純物の他に、４超〜８重量％以下のＳｉ、４０〜７０重量％のＦｅ、１重量％以下のＭｎおよび２０〜５０重量％のアルミニウムを含有し、存在する成分の合計は１００重量％であり、前記第１低ケイ素層（Ａ）と前記第２低ケイ素層（Ｂ）との間に位置する、第２ケイ素リッチ層（Ｓｉ２）と、
−不可避の不純物の他に、０．５〜４重量％のＳｉ、４０〜９７重量％のＦｅ、０．５〜１．５重量％のＭｎおよび２〜４０重量％のアルミニウムを含有し、存在する成分の合計は１００重量％であり、前記鋼基材に接している、第２低ケイ素層（Ｂ）と
を含み、
前記第１低ケイ素層（Ａ）の厚さ（ｄＡ）（μｍ）に対する前記第２低ケイ素層（Ｂ）の厚さ（ｄＢ）（μｍ）から得られた商Ｘは、少なくとも０．４、最大で１．１であることを特徴とする、鋼部品。
【請求項１２】
前記鋼基材が、０．１０〜０．２５重量％のＣ、１．０〜１．４重量％のＭｎ、０．３５〜０．４重量％のＳｉ、０．０３重量％以下のＰ、０．０１重量％以下のＳ、０．０４０重量％以下のＡｌ、０．１５重量％以下のＴｉ、０．１重量％以下のＮｂ、０．００５重量％以下のＢ、０．５重量％以下のＣｒ、０．５重量％以下のＭｏであり、ＣｒおよびＭｏの合計量は最大で０．５重量％であり、残部は鉄および不可避の不純物である鋼材からなることを特徴とする、請求項１１に記載の鋼部品。
【請求項１３】
Ｘが少なくとも０．４５、最大で０．９であることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の鋼部品。
【請求項１４】
前記第１ケイ素リッチ層（Ｓｉ１）および／または前記第２ケイ素リッチ層（Ｓｉ２）のＳｉ含有率が５〜８重量％であることを特徴とする、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の鋼部品。
【請求項１５】
前記第１ケイ素リッチ層（Ｓｉ１）のＦｅ含有率および前記第２ケイ素リッチ層（Ｓｉ２）のＦｅ含有率がいずれの場合にも前記第１低ケイ素層（Ａ）のＦｅ含有率よりも高いことを特徴とする、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の鋼部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、防食コーティングで被覆された平鋼製品の成形による鋼部品の製造方法に関する。本発明はさらに、防食コーティングで被覆された鋼基材から構成される鋼部品に関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書にて使用される「平鋼製品」という用語は、鋼帯、鋼板、またはブランクおよびこれらから得られるものを指す。ブランクは、一般に、ブランクが由来する鋼帯または鋼板よりも複雑な輪郭を有し得る板金パネルであると理解されている。
【０００３】
車体構造に使用される鋼は、機械的特性および加工挙動ともに厳しい要件を求められている。加工の経済性を最大限に高めるために、用いられる鋼は、熱間成形（ｈｏｔ  ｓｈａｐｉｎｇ）への適合性、良好な溶接性および良好な接着性を含む性質を有する必要がある。長い耐用年数にわたり顧客の要求に応じるために、乗り物に使用される車体部品は、さらに、高い耐腐食性を提供することを目的としている。耐腐食性は、鋼基材に防食層を施すことにより達成され得る。
【０００４】
例えば、実質的に亜鉛を含むコーティングは、鋼製の車体部品の腐食挙動を著しく改善することができる。しかしながら、亜鉛系防食コーティングで被覆されたブランクは、費用のかかる作業である間接的な熱間成形でのみ加工可能である。間接的な熱間成形では、ブランクは、最初に室温で高い成形の度合いでツール内で成形され、次に、ようやく部品として加熱が行われる。その部品は、再度ツール内に挿入され、ツール内で直前の処理による部品の反りを修正するために、最終的な形状へと低い度合いで成形される。対照的に、アルミニウム系防食コーティングで被覆されたブランクは、直接的な熱間成形による加工にも適している。直接的な熱間成形では、ブランクは、最初に炉内で加熱され、次に高い成形の度合いでツール内で熱間成形される。形状を修正するための再成形は不要であり、したがって全体的な作業が短縮される。
【０００５】
国際公開第２００８／０５３２７３号は、アルミニウム系防食コーティングを備えた鋼部品の製造プロセスについて開示している。このプロセスでは、アルミニウムまたはアルミニウム合金で被覆された成形すべきブランクは、４〜１２℃／秒の速度で加熱され、８８０〜９４０℃の温度で３〜１３分間保持され、次に成形ツールに輸送されて、成形され、そして少なくとも３０℃／秒の速度で冷却される。成形が行われた後、部品のコーティングは、相互拡散層、中間層、金属間化合物層および表面層を有する多重層構造を有する。相互拡散層は、８６〜９５％のＦｅ、４〜１０％のＡｌおよび５％以下のＳｉからなる。中間層は、３９〜４７％のＦｅ、５３〜６１％のＡｌおよび２％以下のＳｉからなる。金属間化合物層は、６２〜６７％のＦｅ、３０〜３４％のＡｌおよび２〜６％のＳｉからなる。表面層は、３９〜４７％のＦｅ、５３〜６１％のＡｌおよび２％以下のＳｉからなる。この部品は、高い溶接性および耐クラック性を有すると言われている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００８／０５３２７３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、防食コーティングを備えた鋼部品の改善された製造方法を提供するという目的に基づいている。より具体的には、本発明は、防食コーティングを備え、かつ高い溶接性および良好な接着特性を特徴とする鋼部品を提供するという目的に基づいている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
方法に関して、本目的は、請求項１に記載された特徴を有する方法により達成される。本発明の方法の有利かつ好ましい実施形態は、請求項１に従属する請求項に記載されている。鋼部品に関して、本目的は、請求項１１に記載された特徴を有する鋼部品により達成される。本発明の鋼部品の有利かつ好ましい実施形態は、請求項１１に従属する請求項に記載されている。
【０００９】
防食コーティングで被覆された鋼部品を製造するための本発明の方法では、まずアルミニウム系防食コーティングを有する平鋼製品が供給される。
【００１０】
平鋼製品の鋼基材に使用される鋼材は、一般に、次の組成、０．１０〜０．２５重量％のＣ、１．０〜１．４重量％のＭｎ、０．３５〜０．４重量％のＳｉ、０．０３重量％以下のＰ、０．０１重量％以下のＳ、０．０４０重量％以下のＡｌ、０．１５重量％以下のＴｉ、０．１重量％以下のＮｂ、０．００５重量％以下のＢ、０．５重量％以下のＣｒ、０．５重量％以下のＭｏであり、ＣｒおよびＭｏの合計量は最大で０．５重量％であり、残部は鉄および不可避の不純物である完全キルド鋼を含んでもよい。
【００１１】
合金成分および合金組成について本明細書に示されている数値は、特に明確な指示がない限り、重量または質量に基づいている。
【００１２】
アルミニウム系防食コーティングは、例えば、鋼板または鋼帯であり得る鋼基材に、例えば、溶融めっきなどの従来のコーティング方法により施される。本目的に適した溶融浴は、一般に３〜１５重量％のケイ素（Ｓｉ）、好ましくは９〜１０重量％のＳｉ、および３．５重量％以下の鉄を含有し、残部はアルミニウムおよび不可避の不純物である。本明細書にて言及する防食コーティングで被覆された鋼部品または平鋼製品とは、少なくとも片面が被覆された鋼部品または平鋼製品である。
【００１３】
平鋼製品に施されたアルミニウム系防食コーティングは、一般に３〜１５重量％のケイ素、好ましくは７〜１２重量％のＳｉ、より好ましくは９〜１０重量％のＳｉ、および３．５重量％以下の鉄（Ｆｅ）、好ましくは１〜３．５重量％のＦｅ、より好ましくは２〜３．５重量％のＦｅも含有し、残部はアルミニウムおよび不可避の不純物である。平鋼製品に施された防食コーティングの厚さは一般に片面当たり１０〜４０μｍであり、付加重量は一般に片面当たり３０〜１００ｇ／ｍ２、好ましくは片面当たり４０〜８０ｇ／ｍ２である。
【００１４】
ブランクは、このコーティングで被覆された平鋼製品から従来の方法で生産され、熱処理を施される。熱処理では、厚さｄのコーティング被覆ブランクは、保持時間ｔの間、炉内温度Ｔを有する炉長Ｌの炉に挿入される。ここでの保持時間ｔは、ブランクを炉に挿入してからブランクが炉から出るまでの経過時間である。ここでのブランク厚さｄは、防食コーティングを含むブランクの総厚、換言すれば、鋼基材の厚さおよび防食コーティングの厚さとの合計であると理解される。
【００１５】
研究により、溶接特性だけでなく接着特性もブランク厚さｄ、保持時間ｔ、炉長Ｌおよび炉内温度Ｔに影響されることが明らかになっている。したがって、本発明によれば、式（１）に従って、炉内のブランクの保持時間ｔ（分）と炉長Ｌ（ｍ）との積に対する炉内温度Ｔ（℃）とブランク厚さｄ（ｍｍ）との積の商Ｑは、少なくとも０．００３４℃／分、最大で０．０２１℃／分である。
０．００３４℃／分≦Ｑ≦０．０２１℃／分      （１）
Ｑ＝（Ｔ＊ｄ）／（ｔ＊Ｌ）において、式中、
Ｔ＝炉内温度（℃）、
ｄ＝ブランク厚さ（ｍｍ）、
ｔ＝炉内のブランクの保持時間（分）、
Ｌ＝炉長（ｍ）
【００１６】
本発明の式（１）による熱処理の確立は、鋼基材から防食コーティングへの鉄の拡散、すなわち防食コーティングの冶金接合について特に重要である。それと同時に、熱処理中の防食コーティングの液状化、成形ツール内での成形時の液体成分、炉内ローラへの防食コーティングの付着、ならびに輸送装置および成形ツールへの防食コーティングの付着を防止することにより、作業の確実性を確保するためにＱが選択される。
【００１７】
Ｑの値が０．００３４℃／分未満の場合、防食コーティングの低ケイ素副層Ａに、コーティングの防食挙動に有害である６０重量％を超える過度に高い鉄画分が生じる。特に、比較的小さいＱの値の場合に防食コーティングの表面上に生じる鉄の堆積は、低い腐食負荷下でも赤錆の原因となる。さらに、Ｑの値が０．００３４℃／分未満の場合、防食コーティングの表面上に多孔質酸化物層の形成を促進する、鋼基材から防食コーティングへの鉄原子およびマンガン原子の顕著な拡散があることが見出された。その結果、２５０ｎｍ超の厚さおよび顕著な気孔率を有する、マンガン酸化物および／または鉄酸化物で富化された酸化物層が形成され、それによって電気伝導率、したがって溶接性が損なわれる。それと同時に、部品の表面上の多孔質酸化物層は、塗料密着性および接合接着性（ｂｏｎｄｉｎｇ  ａｄｈｅｓｉｏｎ）を損なう。接合接着性を損なうことは、負荷がかかった場合に早期破壊の原因となり得る。
【００１８】
Ｑの値が０．０２１℃／分より大きい場合、成形ツール上のコーティング被覆ブランクの表面のケーキングおよび凝着のリスクが高くなり、成形された部品の表面性に悪影響を及ぼし、またツールの摩耗の増加の原因にもなる。さらに、Ｑの値が０．０２１℃／分より大きい場合、炉内、炉内ローラ、および完成部品でアルミニウムの浸食の増大が観察され、これは顧客が必要とする最小コーティング厚さを満たさない厚さを局所的にもたらし得る。
【００１９】
さらに、Ｑの値が０．０２１℃／分より大きい場合、層Ａへの鉄の拡散が十分に促進されないため、層Ａに存在する鉄は４０重量％未満である。鉄の割合が少ないほど層Ａの電気抵抗が高まるため、成形された部品の溶接特性が損なわれる。
【００２０】
１つの好ましいバージョンでは、炉内温度Ｔは、８３０℃以上９８０℃以下となるように設定される。本文脈中で好ましいのは、最大で９１０℃の炉内温度であり、このような炉内温度は、特に良好な接着特性を有する鋼部品の生産を可能にするためである。
【００２１】
さらに好ましいバージョンでは、炉内のブランクの保持時間ｔは、少なくとも１分、最大で１８分である。ブランクは一般に、室温で炉に挿入されるため、保持時間ｔは加熱段階および保持段階の両方を含み得る。
【００２２】
８３０℃〜９８０℃の炉内温度Ｔおよび／または１〜１８分の保持時間ｔでの熱処理は、鋼基材の処理に特に適していることが証明され、その鋼基材は、０．１０〜０．２５重量％のＣ、１．０〜１．４重量％のＭｎおよび０．３５〜０．４重量％のＳｉ、０．０３重量％以下のＰ、０．０１重量％以下のＳ、０．０４０重量％以下のＡｌ、０．１５重量％以下のＴｉ、０．１重量％以下のＮｂ、０．００５重量％以下のＢ、０．５重量％以下のＣｒ、０．５重量％以下のＭｏを含み、ＣｒおよびＭｏの合計量は最大で０．５重量％であり、残部は鉄および不可避の不純物である。
【００２３】
本発明の方法は、良好な溶接性および良好な接合接着性を有する鋼部品を製造するために、特に０．６〜３．５ｍｍの厚さを有する平鋼製品に適している。
【００２４】
驚くべきことに、本発明の方法は、長さ２０〜５０ｍの炉に特に適していることが証明された。より短い炉では、鋼基材からの防食コーティングの分離のリスクが高くなる。炉長が５０ｍより長いと、炉内ローラの汚れが増大する場合があり、それによって後続のブランクの表面品質が損なわれる。
【００２５】
熱処理は、連続炉内で連続熱処理として行われることが好ましい。
【００２６】
さらに好ましいバージョンでは、ブランクは、少なくとも１．５ｍ／分、最大で２５ｍ／分の平均速度ｖＰで炉内を移動する。ｖＰは、ブランクが炉入口から炉出口まで輸送される平均速度である。それは平均ブランク速度とも称される。
【００２７】
長さ２０〜５０ｍの炉で本発明の方法を用いる場合、平均ブランク速度は１．５〜２５ｍ／分であることが特に適していることが証明された。
【００２８】
ブランクが少なくとも１．５ｍ／分の平均速度で炉内を移動する場合、防食材料の炉内ローラへの付着のリスクが低減する。さらに、比較的遅い平均ブランク速度の場合、初期段階で防食コーティングの中心温度が炉内温度を帯びるため、不要な層が成形されるリスクが高くなり、それによって特に鋼基材からコーティングの外層への鉄およびマンガンの拡散が促進され、したがって本発明の防食層の形成が妨げられる。コーティング表面の不要な酸化物層の形成も同様に促進され、溶接特性が損なわれる。さらに、防食コーティングへの望ましくない大量の鉄の拡散は、完成部品に赤錆が発生する可能性を高める。
【００２９】
ブランクが２５ｍ／分より速い平均速度で炉内を移動する場合、防食コーティングの表面上に表面に拡散可能な鉄が少なすぎて、塗装前のリン酸塩処理の処置について言えば、効果的な塗料密着性に必要なリン酸塩結晶が全く生成されないため、塗料密着性を損なうリスクが高くなる。特に、少なくとも４０重量％という第１Ｓｉリッチ層Ｓｉ１の鉄含有率は、その速度の場合、もはや確実に達成され得ない。さらに、防食コーティングは成形ツール内で粘稠性を有し得るため、作業の確実性は悪影響を受ける。さらに、炉内で防食コーティングの液相の割合の増加が発生するリスクが高くなり、炉内ローラの汚れを促進する。この場合の増加した液相の割合は、防食コーティングの液相の体積に対して、２％以上の割合でさえあると理解されている。プレスハードニングによる熱間成形を意図した平鋼製品では、鋼基材の組成によっては、２５ｍ／分を超える速い平均ブランク速度は、鋼基材の中心温度を保証することが不可能であることを意味する。鋼基材をその厚さ全体にわたって転換温度Ａｃ３を上回る温度まで加熱することは、完全な硬化完了のための必要条件である。
【００３０】
平均ブランク速度が２〜１７ｍ／分の場合、良好な溶接特性が特に確実に得られることが明らかになった。このことは、厚さｄが１．５ｍｍ未満のブランクに特に当てはまる。厚さｄが少なくとも１．５ｍｍのブランクでは、平均ブランク速度は２〜８．４ｍ／分であることが特に好ましいことが証明された。
【００３１】
１つの特に好ましいバージョンでは、防食コーティングの品質の変動を低減するために、炉を通過中の平均ブランク速度ｖＰは一定である。
【００３２】
熱処理後、ブランクは炉から出されて、その後成形ツールに挿入されて、そこでブランクは鋼部品の形に成形される。
【００３３】
１つの好ましいバージョンでは、ブランクは成形ツールで熱間成形される。大幅な熱の損失を防ぐために、炉と成形ツールとの間の輸送時間は一般に、最大で１０秒である。
【００３４】
例えば、鋼基材を硬化させるために、ブランクは、成形中に、２０〜１０００Ｋ／秒、好ましくは２５〜５００Ｋ／秒の冷却速度で、成形ツール内で冷却されていてもよい。
【００３５】
このようにして生産された鋼部品は、鋼基材と、鋼基材の少なくとも片面上の防食コーティングとを含む。さらなるコーティングが防食コーティングに施されるシステムも考えられる。しかしながら、１つの好ましいバージョンでは、生産された鋼部品は、鋼基材と鋼基材に対して少なくとも片面上に施された防食コーティングとからなる。
【００３６】
作業工程ｂ）での熱処理のため、防食コーティングの組成が変化する。熱処理後に存在する鋼部品上の防食コーティングは、特に鉄原子の拡散により富化される。鋼基材由来のマンガン原子による防食コーティングの富化も同様に起こり得る。さらに、本発明による手順は、鋼基材の防食コーティング中のケイ素原子の分布を変化させ、異なる組成を有する複数の副層間の区別を可能にする。
【００３７】
鋼部品の防食コーティングは、少なくとも４つの副層を含み、表面から鋼基材に向かって見て上下に配置される。
−第１ケイ素リッチ層Ｓｉ１は、不可避の不純物の他に、４超〜８重量％以下のＳｉ、４０〜７０重量％のＦｅ、１重量％以下のＭｎおよび３０〜６０重量％のアルミニウムを含有し、存在する成分の合計は１００重量％であり、第１低ケイ素層Ａの上に位置する。
−第１低ケイ素層Ａは、不可避の不純物の他に、１〜４重量％のＳｉ、３０〜６０重量％のＦｅ、１重量％以下のＭｎおよび４０〜６０重量％のアルミニウムを含有し、存在する成分の合計は１００重量％であり、第１ケイ素リッチ層Ｓｉ１と第２ケイ素リッチ層Ｓｉ２との間に位置する。
−第２ケイ素リッチ層Ｓｉ２は、不可避の不純物の他に、４重量％超〜８重量％以下のＳｉ、４０〜７０重量％のＦｅ、１重量％以下のＭｎおよび２０〜５０重量％のアルミニウムを含有し、存在する成分の合計は１００重量％であり、第１低ケイ素層Ａと第２低ケイ素層Ｂとの間に位置する。
−第２低ケイ素層Ｂは、不可避の不純物の他に、０．５〜４重量％のＳｉ、４０〜９７重量％のＦｅ、０．５〜１．５重量％のＭｎおよび２〜４０重量％のアルミニウムを含有し、存在する成分の合計は１００重量％であり、鋼基材に接している。
【００３８】
第１低ケイ素層Ａの厚さｄＡ（μｍ）に対する第２低ケイ素層Ｂの厚さｄＢ（μｍ）の比率Ｘが少なくとも０．４、最大で１．１である場合、鋼部品に関しては良好な溶接特性が得られる。
０．４≦Ｘ≦１．１      （２）
Ｘ＝ｄＢ／ｄＡにおいて、式中、
ｄＢ＝低Ｓｉ層Ｂの厚さ（μｍ）
ｄＡ＝低Ｓｉ層Ａの厚さ（μｍ）。
【００３９】
驚くべきことに、Ｓｉリッチ層Ｓｉ１およびＳｉリッチ層Ｓｉ２の存在は、本発明の鋼部品の溶接特性において、および特に接着特性においても好ましい影響を与えることが見出された。特に良好な接着特性は、特に、少なくとも１つのＳｉリッチ層が少なくとも５重量％のＳｉ含有率である防食コーティングにおいて認められる。
【００４０】
防食コーティングの良好な溶接性を確保するために、副層ＡのＦｅの割合は、少なくとも３０重量％、好ましくは少なくとも４０重量％である。
【００４１】
良好な接着特性、特に良好な接合接着性、および良好な溶接特性も確保するために、副層ＢのＡｌの割合は、少なくとも２重量％、最大で４０重量％である。これは、層ＢのＡｌの割合が少なくとも５重量％、最大で２０重量％のＡｌに制限されている場合、特に確実性を持って達成することができる。
【００４２】
さらに好ましいバージョンでは、Ｓｉリッチ層Ｓｉ１およびＳｉリッチ層Ｓｉ２はそれぞれ、低Ｓｉ層Ａよりも高い鉄の割合を有する。これは、一般に塗装作業に先行するリン酸塩処理の作用を促進するため、完成部品への塗料の付着性に好ましい影響を与える。
【００４３】
第１Ｓｉリッチ層Ｓｉ１の上に、防食コーティングのさらなる副層があってもよい。例えば、鋼部品の防食コーティングは、その表面上にケイ素酸化物および／またはアルミニウム酸化物で富化された薄層を有する。この最外層は、酸化物層（Ｏｘ）とも呼ばれ、コーティング被覆作業後、さらには作業工程ｂ）での熱処理前でも、一般に約５ｎｍの厚さで既に存在する場合がある。成形作業前に行われる熱処理中に、換言すれば、作業工程ｂ）中に、ケイ素酸化物およびアルミニウム酸化物による最外層の富化があってもよい。酸化物層は、熱処理の結果として一般に５０〜２５０ｎｍの厚さに成長する場合がある。本発明による製造方法が用いられる場合、作業工程ｂ）での処理後の酸化物層の厚さは、最大で２５０ｎｍ、好ましくは最大で１５０ｎｍである。本発明によらない製造プロセスが用いられる場合、酸化物層は、２５０ｎｍを超える厚さに成長し、ケイ素酸化物およびアルミニウム酸化物だけでなく鉄酸化物およびマンガン酸化物もより多く含み、より高い気孔率の層をもたらす。比較的厚い酸化物層、ならびに鉄酸化物およびマンガン酸化物が散在する酸化物層もまた、溶接および接合特性に悪影響を及ぼす。
【００４４】
特定の場合、特に８８０〜９２０℃の炉内温度Ｔおよび３〜８分の炉内のブランクの保持時間ｔで、ケイ素リッチ層Ｓｉ１の上にさらに低ケイ素層（Ｃ）が形成され得る。この層（Ｃ）は、不可避の不純物の他に、４重量％以下のＳｉ、３０〜６０重量％のＦｅ、１重量％以下のＭｎおよび３０〜６０重量％のアルミニウムを含有し、ケイ素リッチ層Ｓｉ１と最外層Ｏｘとの間に位置する。
【００４５】
層厚さは、グロー放電発光分析法（ＧＤＯＥＳ）により間接的に測定することができる。ＧＤＯＥＳでは、層厚さにわたって個々の元素の重量パーセントが測定される。本方法では、試料は切断されて、ｎ−ヘプタンで洗浄される。このようにして作製された試料をグロー放電発光分析装置に入れ、１０ｎｍの分解能で層厚さにわたって測定した。本方法を使用すると、防食コーティングの全層にわたって個々の元素の重量パーセントを測定することが可能である。低Ｓｉ層Ａおよび低Ｓｉ層ＢのＳｉ含有率は、それらの周囲にあるＳｉリッチ層Ｓｉ１およびＳｉリッチ層Ｓｉ２と比較して異なることから、低Ｓｉ層とＳｉリッチ層との境界、したがって低Ｓｉ層Ａおよび低Ｓｉ層Ｂの厚さを確認することが可能である。低Ｓｉ層とＳｉリッチ層との境界は、ＧＤＯＥＳプロファイルがＳｉ含有率４重量％を超えるＳｉを有する測定点を示すとすぐに特定される。４重量％を超えるＳｉの値を有する測定点はＳｉリッチ層に割り当てられ、４重量％以下のＳｉの値を有する測定点は低Ｓｉ層に割り当てられる。個々の層の範囲内で測定された測定点の測定値は、層ごとに算術的に平均化されるため、層ごとに元素の重量分率が得られる。層厚さは、原則的に、光学顕微鏡法により測定することもできる。その目的のために、切片は研磨されて、３％ナイタル溶液でエッチングされる。光学顕微鏡下では、明視野観察および１０００倍の倍率で、Ｓｉリッチ層は低Ｓｉ層よりも暗く見える。
【００４６】
ＧＤＯＥＳにより測定された個々の副層の典型的な厚さは、低Ｓｉ層Ａで３〜１６μｍ、低Ｓｉ層Ｂで２〜１５μｍ、Ｓｉリッチ層Ｓｉ１およびＳｉリッチ層Ｓｉ２でそれぞれ０．５〜１．５μｍ、ならびに任意の低Ｓｉ層Ｃで２〜１２μｍである。
【００４７】
本発明は、代表的実施形態および図面を用いて以下により詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の防食コーティングの第１の実施形態の構造を概略的に示す。
【図２】本発明の防食コーティングの第２の実施形態の構造を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
本発明による方法を実施する場合、鋼部品の形に成形された熱処理された平鋼製品上にあり、したがって成形された鋼部品上にもある防食コーティングの典型的な構造を図１に示す。本発明の防食コーティングの第１の実施形態では、防食コーティングＫは、鋼基材Ｓ上にある。防食コーティングＫは、最外層として周囲の大気と接触している酸化物富化層Ｏｘ、酸化物層Ｏｘと第１低Ｓｉ層Ａとの間にある第１Ｓｉリッチ層Ｓｉ、第１Ｓｉリッチ層Ｓｉ１と第２Ｓｉリッチ層Ｓｉ２との間にある第１低Ｓｉ層Ａ、層Ａと第２低Ｓｉ層Ｂとの間にある第２Ｓｉリッチ層Ｓｉ２、および第２Ｓｉリッチ層Ｓｉ２の下にあり、かつ鋼基材Ｓの直上にある第２低Ｓｉ層Ｂの５つの副層からなる。
【００５０】
同様に、図２は、本発明の防食コーティングの概略構造を示しており、酸化物層Ｏｘと第１Ｓｉリッチ層Ｓｉ２との間にさらなる低Ｓｉ層Ｃがさらに形成されている。
【００５１】
本発明の効果を実証するために、１０回の試験を実施した。これらの試験では、鋼基材については表１に記載されている組成物を、防食コーティングについては表２に記載されている組成物を用いて、両面に溶融めっきした鋼板を使用した。防食コーティングは、従来の方法で溶融めっきにより鋼基材に施した。いずれの場合にも冷間圧延鋼帯を使用し、コーティングをめっきした後に鋼板に分割した。鋼板からブランクを切り出して、表３に記載されている条件下で熱処理した。熱処理後、ブランクをそれぞれ熱処理炉から取り出して、７秒以内に成形ツールに挿入して、従来の方法で部品の形に成形した。
【００５２】
成形を行った後、部品から試料を採取して、グロー放電発光分析法により防食コーティング中の元素分布を測定するために使用した。表４にて防食コーティングの層構造、副層Ａおよび副層Ｂの厚さｄＡおよび厚さｄＢ、ならびに得られたＸの値を報告する。熱処理後の防食コーティングの総厚さは、２０〜５５μｍである。試料１、２、４、５、９および１０は、図１の層構造を有する。これらの試料では、防食コーティングはいずれの場合にも、酸化物層Ｏｘ、その下にある最初の第１Ｓｉリッチ層Ｓｉ１、次に第１低Ｓｉ層Ａ、次に第２Ｓｉリッチ層Ｓｉ２、次に第２低Ｓｉ層Ｂから構成される。試料３、６、７および８は、図２の層構造を有する。これらの試料では、防食コーティングは、酸化物層Ｏｘと第１Ｓｉリッチ層Ｓｉ１との間にさらに低Ｓｉ層Ｃを有する。熱処理後に得られた防食コーティングの副層Ｓｉ１、副層Ｓｉ２、副層Ａ、副層Ｂならびに、試料３、６、７および８については副層Ｃの組成を表５にて報告する。すべての試料において、防食コーティングの最も外側の副層は酸化物層である。これらの酸化物層の厚さは、７０〜１３５ｎｍである。
【００５３】
部品から、溶接挙動の試験用試料、接着特性の試験用試料、および塗料の付着性の試験用試料も採取した。溶接挙動は、２０１１年版のＳＥＰ１２２０−２に従い検査した。良好な溶接挙動は、少なくとも０．９ｋＡの溶接範囲の値により示されている。
【００５４】
接着特性は、２０１６年８月の暫定版のＳＥＰ１２２０−６に従い検査した。接着剤は、ダウ・ケミカルのＢｅｔａｍａｔｅ１４８５Ｓを使用した。試料を破断するまで引っ張り分断した。接着挙動を評価するために、破断面の状態および用いられた破断強度の評価を行った。重ね剪断強度が少なくとも３０ＭＰａであり、破断面が実質的に防食コーティングの表面上に広がる場合、接着挙動は良好である。特に、破断面の少なくとも７５％、より具体的には少なくとも８５％が防食コーティング表面の酸化物層内にある場合、接着挙動は良好である。防食コーティングの他の副層内または接着剤内の破断面部分は望ましくない。
【００５５】
塗料の付着性を検査するために、ＤＩＮ  ＥＮ  ＩＳＯ  ２０５６７−１Ｂ＋Ｃに従いクロスカットインデックス（ｃｒｏｓｓ−ｃｕｔ  ｉｎｄｅｘ）を判定した。この検査で許容されるクロスカットインデックスは、ＧＴ０、ＧＴ１およびＧＴ２の基準である。ＧＴ０およびＧＴ１のクロスカットインデックスは、特に良好な塗料の付着性の指標であると考えられている。
【００５６】
溶接挙動、接着挙動および塗料の付着性に関する調査結果を表６にて報告する。表６から、すべての試料は、少なくとも１ｋＡの溶接範囲により、良好な溶接挙動を有することが分かる。接着試験の試料はすべて、実質的に腐食コーティング内の酸化物層で引き裂かれている。したがって、すべての試料は、少なくとも７５面積％の酸化物層内の破断面分率および少なくとも３０ＭＰａの重ね剪断強度により、良好な接着挙動を示している。塗料の付着性も同様に、すべての試料で良好である。したがって、すべての試料は、ＧＴ０〜ＧＴ２のクロスカットインデックスを示している。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
【表２】
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【００５９】
【表３】
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【００６０】
【表４】
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【００６１】
【表５】
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【００６２】
【表６】
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【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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