特許 6344223 溶接性と塗装後耐食性に優れる熱間プレス用Ａｌめっき鋼材

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6344223

(24)【登録日】2018年6月1日

(45)【発行日】2018年6月20日

(54)【発明の名称】溶接性と塗装後耐食性に優れる熱間プレス用Ａｌめっき鋼材

(51)【国際特許分類】

   C23C 28/00 20060101AFI20180611BHJP

   C23C 2/12 20060101ALI20180611BHJP

   C22C 21/02 20060101ALI20180611BHJP

   B32B 15/01 20060101ALI20180611BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20180611BHJP

   C22C 38/14 20060101ALN20180611BHJP

【ＦＩ】

   C23C28/00 B

   C23C2/12

   C22C21/02

   B32B15/01 B

   !C22C38/00 301T

   !C22C38/14

【請求項の数】2

【全頁数】8

(21)【出願番号】特願2014-247396(P2014-247396)

(22)【出願日】2014年12月5日

(65)【公開番号】特開2016-108614(P2016-108614A)

(43)【公開日】2016年6月20日

【審査請求日】2017年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099759

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 篤

(74)【代理人】

【識別番号】100077517

【弁理士】

【氏名又は名称】石田 敬

(74)【代理人】

【識別番号】100087413

【弁理士】

【氏名又は名称】古賀 哲次

(74)【代理人】

【識別番号】100113918

【弁理士】

【氏名又は名称】亀松 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100187702

【弁理士】

【氏名又は名称】福地 律生

(74)【代理人】

【識別番号】100162204

【弁理士】

【氏名又は名称】齋藤 学

(74)【代理人】

【識別番号】100140121

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 朝幸

(74)【代理人】

【識別番号】100111903

【弁理士】

【氏名又は名称】永坂 友康

(72)【発明者】

【氏名】山中 晋太郎

(72)【発明者】

【氏名】真木 純

【審査官】 神田 和輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−２３４５７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−５９２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平４−８９２４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平６−２１０７９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２２１２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２００９／１３１２３３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１２／１３７６８７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ ２／１２

Ｃ２３Ｃ ２８／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

質量％でＳｉを３〜１５％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌめっきを有し、
その上層に、Ｚｎ換算の付着量が０．１〜２．０ｇ／ｍ^２であるＺｎＯ、及び上記Ｚｎ換算の付着量の１０〜４０％のステンレス鋼を含む層を有する
ことを特徴とする溶接性と塗装後耐食性に優れる熱間プレス用Ａｌめっき鋼材。

【請求項2】

前記ステンレス鋼の粒子の平均粒径が、２０〜１２０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の溶接性と塗装後耐食性に優れる熱間プレス用Ａｌめっき鋼材。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接性と塗装後耐食性を向上した熱間プレス用Ａｌめっき鋼材に関するものである。

【背景技術】

【0002】

近年、自動車の軽量化と衝突安全性の向上を目的として、高強度鋼板の使用率が拡大している。しかしながら、高強度鋼板は、一般に、プレス成形での成形自由度が小さく、プレス後の形状凍結性が悪く、成形品の寸法精度が不良となったり、また、プレス金型寿命の低下などといった課題がある。

【0003】

これら課題の改善策として、鋼板を８００℃以上に加熱、軟化させ、プレス成形と同時に急速冷却で焼入れることによって、高強度部品を作製する熱間プレス工法が普及している。熱間プレス工法に用いられる材料には、めっきのない裸材の他、Ｚｎめっき、Ａｌめっきが用途に応じて用いられる。Ａｌめっきを用いる場合には、下記の課題がある。

【0004】

１つは、熱間摺動性に劣ることである。これは、熱間プレスの金型にＡｌめっきが堆積し、堆積物がめっきに傷を付けるという問題につながる。この原因は、Ａｌめっきを加熱した際に生成するＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ層が硬く、また、摺動抵抗値が高いためと考えられる。

【0005】

もう１つは、塗装後耐食性に劣ることである。これは、Ａｌめっきを加熱した後に生成するＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ層が、極めて不活性で化成皮膜が生成しないことに起因する。

【0006】

特許文献１には、これらを改善する手段として、Ａｌめっき鋼板上にウルツ鉱型の化合物、例えばＺｎＯの被膜を形成させることが開示されている。この方法を用いることで、十分な量の化成皮膜が生成し、塗装後耐食性が向上し、また、熱間摺動性も向上するとされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特許第４５９００２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

特許文献１のＡｌめっき鋼材は、溶接時の連続打点時に散りが出やすく、溶接性に劣る問題がある。本発明はこの問題に鑑み、Ａｌめっき自身が有している耐食性を活かしつつ、熱間摺動性、塗装後耐食性、溶接性を向上した熱間プレス用Ａｌめっき鋼材を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明者らは、前記の課題を解決するために鋭意検討した。その結果、Ａｌめっき鋼材の表面に、ＺｎＯとステンレス鋼を複合添加することで、溶接性を改善でき、熱間摺動性と塗装後耐食性、溶接性を兼ね備えた、熱間プレス用素材として最適なＡｌめっき鋼材を提供できることを見出し、本発明に至った。その要旨は以下のとおりである。

【0010】

（１）質量％でＳｉを３〜１５％含有し、残部がＡｌ及び不可避的不純物からなるＡｌめっきを有し、その上層に、Ｚｎ換算の付着量が０．１〜２．０ｇ／ｍ^２であるＺｎＯ、及び上記Ｚｎ換算の付着量の１０〜４０％のステンレス鋼を含む層を有することを特徴とする溶接性と塗装後耐食性に優れる熱間プレス用Ａｌめっき鋼材。

【0011】

（２）前記ステンレス鋼の粒子の平均粒径が、２０〜１２０ｎｍであることを特徴とする前記（１）の溶接性と塗装後耐食性に優れる熱間プレス用Ａｌめっき鋼材。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、熱間プレス材料として用いられるＡｌめっき鋼材の性能を格段に向上させ、従来のＡｌめっき鋼材よりも熱間摺動性と塗装後耐食性に優れ、さらに、溶接性も良好なＡｌめっき鋼材を提供することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】実施例において熱間摺動性を評価するために用いた試験装置を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明について詳細に説明する。

【0015】

まず、Ａｌめっき中のＳｉは、質量％で３〜１５％とする。Ｓｉが３％未満では、めっき製造時に鋼材とめっきとの合金化反応が過度に進行し、Ａｌ−Ｆｅ−Ｓｉの合金層が発達するため、めっき付着量の制御が困難となる。また、めっき液相温度が上昇するため、めっき浴温を７００℃以上に保持しないと安定した操業ができなくなり、設備に与える負荷が極めて大きくなる。

【0016】

一方、Ｓｉ濃度が１５％を超えると、Ｓｉ層の体積率が増加し、めっきが脆くなるとともに、耐食性が極端に劣化する。

【0017】

次に、Ａｌめっきの上層、すなわち、Ａｌめっきの表面に付与する元素について説明する。ＺｎＯは熱間摺動性と塗装後耐食性を改善する効果がある。熱間摺動性の改善については、加熱工程において、ＺｎＯがＡｌめっきと金型の直接接触を妨げ、さらに潤滑油のような役割を果たすためと推察される。塗装後耐食性の改善については、塗装前処理である化成処理工程時にＺｎＯの一部が化成処理液中に溶解することで、化成皮膜が生成するためと考えられる。

【0018】

熱間摺動性と塗装後耐食性の改善効果を発揮するには、ＺｎＯ付着量がＺｎ換算の付着量として、０．１〜２．０ｇ／ｍ^２である必要がある。ＺｎＯ付着量が０．１ｇ／ｍ^２未満では、これらの性能の改善効果が不十分であり、逆に、２．０ｇ／ｍ^２超であると、残留応力が増大し、ＺｎＯがＡｌめっきから剥離しやすくなり、熱間摺動性が逆に低下する。なお、ＺｎＯの平均結晶粒径は２０〜１００ｎｍの範囲が好ましく、その測定は一般的にも用いられている方法で問題なく、たとえば、光散乱法などを用いることができる。

【0019】

ＺｎＯとともにＡｌめっき上に形成させるステンレス鋼は、溶接性と塗装後耐食性を向上させる効果がある。溶接性の向上については、導電率の小さいＺｎＯを含む層の一部に、導電率の大きいステンレス鋼が存在することで、抵抗溶接時の局所通電が抑制され、急激な発熱が防止されるためと考えられる。また、熱間プレスの加熱過程において、ステンレス鋼と接触している部分のＺｎＯ粒子の一部がＺｎとなり、層の抵抗率がより小さくなっている可能性も考えられる。

【0020】

塗装耐食性の改善については、ＺｎＯの一部がＺｎとなり、このＺｎにより化成処理中へのＺｎOを含む層の溶解量が増加することで、化成皮膜量が増加したり、より均一に形成したりすることが推定される。つまり、ＺｎＯ粒子とステンレス鋼粒子の相乗効果によって、溶接性と塗装後耐食性が従来の熱間プレス用Ａｌめっき鋼材よりも向上すると考えられる。

【0021】

この効果を得るためには、ステンレス鋼の付着量が、ＺｎＯのＺｎ換算の付着量の１０〜４０％である必要がある。付着量がＺｎＯのＺｎ換算の付着量の１０％未満の場合、局所通電が起こるようになるため逆に溶接性に劣り、また、塗装後耐食性の改善効果に乏しい。４０％を超えると、ＺｎＯによる熱間摺動性と塗装後耐食性の改善効果が劣る。

【0022】

ここでいうステンレス鋼とは、Ｃｒを１１％以上含む鋼と定義する。また、本発明のＡｌめっき上に形成させるステンレス鋼の組織は、フェライト系ステンレス、オーステナイト系ステンレス、マルテンサイト系ステンレス、あるいはこれらが混合した組織のいずれでもよい。

【0023】

ステンレス鋼の平均粒径は、２０〜１２０ｎｍであることが好ましい。平均粒径が１２０ｎｍ超ではＺｎＯに対して大きすぎ、ステンレス鋼が均一に分散しにくくなり、局所通電が起きるようになる。平均粒径が２０ｎｍ未満の場合は、特に性能上の大きな問題はないと考えられる。ただし、製造が極めて困難になるため、２０ｎｍ以上とするのが好ましい。

【0024】

ＺｎＯとステンレス鋼を含む層のＡｌめっき表面への形成方法は、特に限定されるものではない。一例として、Ｚｎとステンレス鋼を含有する懸濁液と所定の有機性のバインダーとを混合して、Ａｌめっき表面に塗布し乾燥させる方法があげられる。

【0025】

所定の有機性バイダーとしては、たとえば、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、シランカップリング剤、シリカ等が挙げられる。これらの有機性バインダーは、ＺｎＯとステンレス鋼の懸濁液と混合できるように、水溶性とする。

【0026】

表面皮膜中の樹脂成分、シランカップリング剤、シリカ等のバインダー成分の含有量は、ＺｎＯとステンレス鋼に対する質量比で、合わせて５〜８０％であることが好ましい。バインダー成分の含有量が５％より少ないと、バインダー効果が十分に得られず、塗膜が取れやすくなる。バインダー効果を安定して得るためには、バインダー成分を質量比で１０％以上とすることが、より好ましい。バインダー成分の含有量が８０％を超えると、加熱時の匂い発生が顕著になるため、好ましくない。

【0027】

本発明の熱間プレス用Ａｌめっき鋼材の基材となる鋼材の成分や、形態等については一切、成約しない。成分は軟質材であっても、ＳｉやＭｎ等の強化元素を含む鋼材であってもよく、形態も薄板や厚板、鋼管、あるいは成形品であってもかまわない。

【実施例】

【0028】

次に、実施例で本発明をより詳細に説明する。

【0029】

［実施例１］
表１に示す鋼材成分の板厚１．６ｍｍ、大きさ３００ｍｍ×２００ｍｍの熱間プレス用溶融Ａｌめっき鋼板の表面に、ラボロールコーターにてポリウレタン系樹脂を有機性バインダーとし、ＺｎＯとステンレス鋼からなる層を、その付着量と含有率を変えて形成させ、試験材とした。その後、以下の方法に従い、熱間摺動性、塗装後耐食性、溶接性を評価した。なお、ステンレス鋼粒子としては、市販の日本イオン株式会社製のＳＵＳ３０４ナノパウター、ＳＵＳ３１６ナノパウター、ＳＵＳ４３０ナノパウターを用いた。

【0030】

【表1】

【0031】

［熱間摺動性］
図１に示す装置で、１５０ｍｍ×２００ｍｍの大きさに切断した試験材を９００℃に加熱後、７００℃で鋼球を上から押し当て、押し付け荷重と引く抜き荷重とを測定し、引抜荷重／押し付け荷重を動摩擦係数としてもとめることで、熱間摺動性を評価した。動摩擦係数が０．８％以下であれば合格とした。

【0032】

［塗装後耐食性］
３００ｍｍ×２００ｍｍ試験材を９００℃に保持した大気炉に５分間入れた後、取り出し、直ちにステンレス製金型に挟んで急冷した。冷却速度は約１５０℃／秒であった。次に試験材を１５０×６０ｍｍに切断し、日本パーカライジング（株）社製化成処理液（ＰＢ−ＳＸ３５）で化成処理後、日本ペイント（株）社製電着塗料（パワーニクス１１０）を、厚みが２０μｍとなるように塗装し、１７０℃で焼付け、塗装後耐食性試験材とした。

【0033】

塗装後耐食性評価は、自動車技術会制定のＪＡＳＯ Ｍ６０９に規定する方法で行った。塗膜にあらかじめカッターでクロスカットを入れ、腐食試験１８０サイクル（６０日）後のクロスカットからの塗膜膨れの幅（片側最大値）を計測し、７ｍｍ以下であれば合格とした。

【0034】

［溶接性］
３００ｍｍ×２００ｍｍ試験材を９００℃に保持した大気炉に５分間入れた後、取り出し、直ちにステンレス製金型に挟んで急冷した。冷却速度は約１５０℃／秒であった。次に１２５ｍｍ×４０ｍｍに切断し、溶接性試験材とした。溶接試験は、交流スポット溶接時の、適正電流範囲（上限電流−下限電流）と、連続打点時の散り発生率を求めることで評価した。適正電流範囲は１．５ｋＡ以上であれば合格、１．５ｋＡ未満であれば不合格とした。連続打点時の散り発生率は１５％以下であれば合格、１５％超であれば不合格とした。

【0035】

溶接条件は以下に示すとおりであり、下限電流は、ナゲット径が５．６ｍｍ以上となったときの電流値、上限電流は散り発生電流と定義した。

【0036】

［溶接条件］
電極 ：クロム銅製、ＤＲ（先端６ｍｍφが４０Ｒ）
板組 ：溶接試験材同士の組み合わせ溶接
加圧 ：４００ｋｇｆ
通電時間 ：２０サイクル（６０Ｈｚ）
溶接電流 ：適正電流範囲測定時；５ｋＡから散り発生まで増加
連続打点時 ；適正電流範囲上限値よりも０．５ｋＡ小さい値
連続打点数：１００点

【0037】

結果を表２に示す。Ａｌめっき上層の構成成分が本発明の範囲であれば、熱間摺動性、塗装後耐食性、溶接性がいずれも良好となることが確認できた。

【0038】

【表2】

【符号の説明】

【0039】

１ 試験片
１１ エレマヒーター
１２ 炉体駆動装置
１３ ボールウェイ
１４ ロードセル

【図1】