專利名稱：熱沖壓成形品及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高強度且噴涂后耐蝕性及噴涂結(jié)合性優(yōu)異的鋼材的熱沖壓成形品及其制造方法。本發(fā)明的熱沖壓成形品及其制造方法，特別適用于所謂的汽車的行走部分和增強構(gòu)件要求高強度和耐蝕性的部件的制造。
背景技術(shù)：
近年，為了提高汽車的燃料使用率而以輕量化為目的，實現(xiàn)鋼板的高強度化，而對所使用的鋼板進行輕量化的努力不斷進展。但是，若鋼板的強度變高，則在由熱沖壓成形制作汽車部件時，將會發(fā)生劃傷和鋼材斷裂，并且會因為回彈現(xiàn)象而出現(xiàn)成形品的形狀不穩(wěn)定的問題。
作為制造高強度部件的技術(shù)，是不對高強度鋼板進行沖壓成形，而以低強度的狀態(tài)進行沖壓成形，在沖壓成形后進行淬火而提高強度的方法。此時，將鋼板的鋼組成選擇為可以進行淬火。
其他技術(shù)是通過加熱鋼板而進行沖壓成形的熱沖壓技術(shù)。在熱沖壓中，因為通過加熱使鋼板低強度化，所以即使常溫下的強度比較高的鋼板，也能夠不使上述問題發(fā)生而進行沖壓成形。
通過在熱沖壓中組合淬火，也能夠進一步實現(xiàn)構(gòu)件的高強度化。即將具有可以進行淬火的鋼組成的鋼板加熱到淬火溫度，在該溫度熱沖壓成形，并在沖壓模具內(nèi)，或在沖壓成形后急冷而進行淬火。由此，與僅采用淬火或熱沖壓的情況相比較，能夠制造更高強度的成形品。為此，一般在熱沖壓中進行淬火。若在沖壓模具內(nèi)進行淬火，則在沖壓成形后不進行旨在淬火的熱處理，即能夠同時地實現(xiàn)成形和淬火。參照例如特開2002-102980號公報。
因為熱沖壓成形是加工加熱后鋼板的成形方法，所以不可避免鋼板表面的氧化。例如，即使在非氧化性氣氛中加熱的鋼板，在從加熱爐取出而進行沖壓之間，因接觸到大氣，而在鋼板的表面形成鐵的氧化物。而且，這種非氧化性氣氛中的加熱增加了成本。
鋼板表面形成的鐵氧化物，在沖壓時脫落而附著于模具，阻礙了生產(chǎn)性，在沖壓成形后的成形品中殘存有由該鐵氧化物構(gòu)成的皮膜(以下，簡稱為鐵氧化皮膜)，影響外觀。并且，若在成形品中殘存該種鐵氧化皮膜，則因為鐵氧化皮膜與成形品表面的結(jié)合性差，所以若不除去鐵氧化皮膜而在以下的工序中進行化學(xué)轉(zhuǎn)換處理和噴涂，則噴涂結(jié)合性會發(fā)生問題，因此噴涂后的耐蝕性降低。
因此，如特開2003-2058號公報的第六發(fā)明所記載，在噴涂熱沖壓成形品前，通常通過噴沙或噴丸處理清洗成形品的表面，除去表面的鐵氧化皮膜。可是，這種噴洗處理較為繁雜，使熱沖壓的生產(chǎn)性顯著降低。并且，有可能會在成形品中產(chǎn)生應(yīng)變。
另一方面，為了抑制由鋼板表面的氧化而引起的鐵氧化物的產(chǎn)生，并在成形后也具有耐蝕性，在特開2001-353548號公報和特開2003-73774號公報中提出了熱沖壓鍍鋅系鋼板的技術(shù)，在2000-38640號公報中提出了熱沖壓鋁系鍍鋼板的技術(shù)。
但是，在熱沖壓鋁系鍍鋼材的情況下，在鋼材加熱時，鍍層和鋼基材之間產(chǎn)生相互擴散，在鍍層界面生成Fe-Al和Fe-Al-Si的金屬間化合物。因為該金屬間化合物，在熱沖壓溫度下比鍍層更硬質(zhì)，所以在連續(xù)成形時會損傷熱沖壓用鍍模具，進而有損成形品的外觀。
另外，在鋁系鍍鋼材的熱沖壓中，加熱時在鍍層表面生成鋁的氧化皮膜。該鋁的氧化皮膜，雖然不像鐵的氧化皮膜，但在還是會發(fā)生噴涂結(jié)合性的問題，未必能夠滿足汽車外板、行走部分用構(gòu)件等所要求的嚴格的噴涂結(jié)合性。另外，難以形成作為噴涂基底處理而廣泛使用的化學(xué)轉(zhuǎn)換處理皮膜。
另一方面，在熱沖壓鋅系鋼材的情況下，由鍍層和鋼母材的相互擴散而形成鐵一鋅(Fe-Zn)金屬間化合物。因為該金屬間化合物同樣為硬質(zhì)，所以仍然會損傷熱沖壓用模具?；蛘?，若因加熱不充分而使純鋅相殘留，則因為鋅的熔點比熱沖壓溫度低，所以在熱沖壓中有時也會因熔融的鋅飛散而污染模具。
在特開2003-73774號公報中所提出的鍍鋅系鋼板的熱沖壓成形中，通過例如合金化熱處理的加熱，而在鋼板的鋅系鍍層的表面，預(yù)先形成氧化鋅層。該鍍鋼板表面的氧化鋅層，在熱沖壓成形中以及事先的加熱中具有作為防止鋅系鍍層蒸發(fā)的障阻層的作用。可是，在該公報中，對于由熱沖壓成形的成形品，沒有言及任何有關(guān)表面氧化鋅層的存在及其效果。雖然記載了作為障阻層而發(fā)揮作用氧化皮膜(即氧化鋅層)的厚度為大約0.01～5.0μm就已很充分，但是，其作為防止熱沖壓時的鋅的蒸發(fā)放入障阻層，因此是被加熱到熱沖壓溫度前的鍍鋅系鋼板表面的氧化鋅層的厚度，而不是由熱沖壓得到的成形品表面的氧化鋅層的厚度。
鍍鋅系鋼板的熱沖壓成形品，大多在成形后進行噴涂而作為部件進行使用。該噴涂部件，與對裸鋼板的熱沖壓成形品進行噴涂的部件相比，一般表現(xiàn)出進一步改善了耐蝕性。
在特開2003-73774號公報的實施例中，對鍍鋅系鋼板的熱沖壓成形品的噴涂后耐蝕性進行了試驗。具體地說，將480小時鹽水噴霧試驗中的膨脹幅度低于4mm的情況判斷為“噴涂后耐蝕性良好”。
可是，對噴涂后耐蝕性的要求的標準逐年提高，根據(jù)部件的種類，上述判斷基準變得不充分。特別是作為要求噴涂后耐蝕性較高的部件，可以舉出汽車車體外板，行走部分構(gòu)件等。
因此，在鍍鋅系鋼板的熱沖壓成形的技術(shù)領(lǐng)域中，要求穩(wěn)定而高生產(chǎn)性地制造，除高強度外，噴涂結(jié)合性良好，噴涂后耐蝕性得到進一步改善的成形品。另外，若要求外觀良好，則因為熱沖壓成形品大多由點焊而組裝或安裝，所以也要求點焊性良好。

發(fā)明內(nèi)容
在本發(fā)明的第一方式中，是高強度且噴涂后耐蝕性以及噴涂結(jié)合性優(yōu)異熱沖壓成形品，其特征在于，在鋼材表面以1μm以上且在50μm以下的厚度具有含有鐵-鋅固溶相的鋅系鍍層，在其上部實質(zhì)上不存在氧化鋅層，或者以平均厚度在2μm以下而存在。該熱沖壓成形品，能夠通過熱沖壓鍍鋅系鋼材而得到。
包含鐵-鋅固溶相的鋅系鍍層，也可以實質(zhì)上僅由鐵-鋅固溶相構(gòu)成。存在于鋼板表面的鋅系鍍層和氧化鋅層中的總鋅量優(yōu)選為10g/m2以上且在90g/m2以下。
在熱沖壓中，通常將鋼材，典型的是鋼板，加熱到700℃～1000℃而沖壓成形。為此，在將鍍鋅系鋼板熱沖壓而得到的成形品的表面，形成相當厚的鋅的氧化皮膜(即氧化鋅層)。并判明了在該熱沖壓中所形成的厚的氧化皮膜對噴涂后耐蝕性產(chǎn)生負面影響。
另外，在實際的熱沖壓作業(yè)中，在沖壓前的鋼板表面會有作業(yè)者的皮脂和汗水附著的情況。若以此狀態(tài)進行熱沖壓，而其后實施噴涂，則所述皮脂和汗水附著部分的噴涂結(jié)合性局部極端地劣化。此時，所述皮脂和汗水等附著部分的沖壓成形后的氧化皮膜的厚度比其他部分變厚。
通過將鍍鋅系鋼板的熱沖壓成形品的表面所產(chǎn)生的氧化鋅層由噴丸等處理完全除去或?qū)⑵淦骄穸葴p到2μm以下，能夠穩(wěn)定并改善熱沖壓成形品的噴涂結(jié)合性。作為結(jié)果，噴涂后耐蝕性也良好。
上述的第一方式的熱沖壓成形品，能夠通過包含如下工序的方法進行制造，即對鍍鋅系鋼材進行熱沖壓成形的工序，和其后為了使所得到的成形品的表層的氧化鋅層的平均厚度成為2μm以下，而將該氧化膜層的部分或全部除去的工序。熱沖壓成形工序，使所得到的成形品具備包含鐵-鋅固溶層的鋅系鍍層以及其上的氧化鋅層(氧化皮膜)的方式而進行。
除去氧化鋅層的工序也可以通過噴丸及/或液體珩磨而進行。使用噴丸法時，優(yōu)選將平均顆粒直徑為100～500μm鋼球作為丸彈使用。
在本發(fā)明的第二方式中，是高強度且外觀良好，噴涂后耐蝕性和噴涂結(jié)合性優(yōu)異，此外可焊性良好的熱沖壓成形品，其特征在于，具有作為最上層的氧化鋅層，在其下本質(zhì)地具有由鐵-鋅固溶相形成的鐵-鋅固溶體層，但沒有包含實質(zhì)量的鐵-鋅金屬間化合物的層。氧化鋅層的平均厚度為5μm以下。鐵-鋅固溶體層，優(yōu)選平均厚度為10～40μm。鐵-鋅固溶體層和氧化鋅層中所含的Al的合計量是0.5g/m2以下，或者這些層中所含的Al氧化物的合計量作為Al在5g/m2以下。
上述第二方式的熱沖壓成形品，可以通過包含有下述工序的方法進行制造，即將鋼材加熱到給定溫度的加熱工序，和緊接著加熱工序的將鋼材以如此高溫沖壓成形的沖壓工序。鋼材是，(1)Al含量為0.35質(zhì)量％以下的熔融鍍鋅鋼材或合金化的鍍鋅鋼材，或者(2)電鍍鋅鋼材或鍍層中的Fe含量為20質(zhì)量％以下的電鍍Zn-Fe合金鋼材。這些鍍鋼的鍍層附著量為40g/m2以上且在80g/m2以下。在加熱工序中，在氧化性氣氛中以15℃/秒以下的平均速度將鋼材從室溫升溫到850℃～950℃的溫度范圍后，在該溫度范圍中保持30秒鐘以上，且所述升溫時間和所述保持時間的合計為3分鐘以上且在10分鐘以下。在沖壓工序中，在700℃～950℃的溫度范圍中對鋼材進行沖壓成形。
第二方式的熱沖壓成形品，因為被最上層的氧化鋅層和存在于其下的本質(zhì)上由鐵-鋅固溶相形成的鐵-鋅固溶體層所覆蓋，所以耐蝕性優(yōu)異。此外，表層的氧化鋅層結(jié)合性優(yōu)異，沖壓成形時也不易剝離，因為不存在包含硬質(zhì)的鐵-鋅金屬間化合物相的層，因此不易發(fā)生模具的損傷，成形品外觀良好，對于噴涂時的噴涂結(jié)合性和噴涂后耐蝕性也優(yōu)異。另外，該沖壓成形品能夠穩(wěn)定且高生產(chǎn)性地制造。


圖1是本發(fā)明的第二方式的熱沖壓成形品的表面附近的模式圖。
圖2是現(xiàn)有技術(shù)的一般的熱沖壓成形品的表面附近的模式圖。
具體實施例方式
以下，在鋼材是鋼板的情況下，對本發(fā)明進行詳細地說明。但是，熱沖壓成形，除鋼板以外也可以對棒材、線材、管材等，例如通過彎曲加工、擠壓加工等進行。因此，本發(fā)明中的鋼材不限于鋼板。在以下的說明中，只要不特別指定，％是質(zhì)量％。
第一實施方式在本發(fā)明的第一實施方式的熱沖壓成形品中，在鋼板表面存在鐵-鋅固溶相。并且，實質(zhì)上鍍層整體也可以由該固溶相構(gòu)成。
在本發(fā)明中，所謂鐵-鋅固溶相，其晶格結(jié)構(gòu)與基材α-Fe相同，但是晶格常數(shù)較大，并且被認為是在鐵中混入鋅的相。通過并用X射線衍射裝置和X射線微探針(被稱作EPMA或XMA)等元素分析裝置能夠確認該相的存在。
若加熱鍍鋅系鋼板，則鍍層中的鋅和基材鋼板的鐵相互擴散，首先在鍍層中形成鐵-鋅金屬間化合物相。若通過升高加熱溫度及/或延長加熱時間而進行上述相互擴散，則鐵-鋅金屬間化合物逐漸變換為固溶體。其結(jié)果為，最終金屬間化合物消失，鋅系鍍層本質(zhì)上由鐵-鋅固溶相構(gòu)成。
雖然第一方式的熱沖壓成形品的鋅系鍍層，也可以殘留部分金屬間化合物，但是優(yōu)選為本質(zhì)上由鐵-鋅固溶相構(gòu)成。
因為包含鐵-鋅固溶相的鋅系鍍層，其硬度與鋼板接近，所以若在熱沖壓前的加熱中生成該鐵-鋅固溶相，則沖壓成形性會變得良好。
包含鐵-鋅固溶相的鋅系鍍層的鋅含量，優(yōu)選為5％以上，更優(yōu)選為10％以上。若鍍層的鋅含量過低，則鍍層的耐蝕性變得不充分，因此熱沖壓成形品的噴涂后耐蝕性降低。
包含鐵-鋅固溶相的鋅系鍍層的厚度，形成為1μm以上。若該鍍層的厚度低于1μm，則耐蝕性不充分。還有因為若過后則會有可焊性變差的傾向，所以實用上將其上限設(shè)為50μm。鋅系鍍層的厚度優(yōu)選為5～25μm。
如前所述，因為在工業(yè)的熱沖壓成形中鋼板表面的氧化不可避免，所以所得到的成形品，一般在包含鐵一鋅固溶相的鋅系鍍層表面具有鋅的氧化皮膜，即氧化鋅層。根據(jù)第一方式的熱沖壓成形品的制造方法，如后所述，優(yōu)選通過對成形品進行除去氧化鋅層的處理，而使鋅系鍍層上的氧化鋅層實際上為不存在，或者即使存在，作為平均厚度也在2μm以下。這是因為若平均厚度超過2μm，則氧化鋅層本身的結(jié)合性變差，噴涂結(jié)合性也變得不充分，噴涂后耐蝕性劣化的情況也較多。氧化鋅層的厚度，優(yōu)選為1μm以下，更優(yōu)選為0.5μm以下。氧化鋅層的厚度，可以通過成形品截面的微觀觀察(光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡)而測定。
不過，完全除去該氧化鋅層實際上較為困難。即使完全除去熱沖壓時所生成的表層的氧化鋅層，因為鋅較易氧化，在大氣中包含鐵-鋅固溶相的鋅系鍍層中的鋅被氧化，所以肯定會存在非常薄(納米量級)的氧化鋅層。但是，若是這種程度的氧化鋅層，實質(zhì)在性能上不會發(fā)生問題。所謂“氧化鋅層實質(zhì)上不存在”的狀態(tài)，包括存在這種非常薄的氧化皮膜的情況。在氧化鋅層中，除了氧化鋅外，也有時會含有鋅的氫氧化物等和作為鍍中成分的鋁等的氧化物，在本發(fā)明中，氧化鋅層也包括含有氧化鋅以外的這些成分的情況。
雖然所述包含鐵-鋅固溶相的鋅系鍍層和氧化鋅層中所包含的鋅的總量，根據(jù)所要求的耐蝕性的標準而決定，但作為優(yōu)選的范圍是10～90g/m2。若鋅總量低于10g/m2，則耐蝕性變得不充分，相反若超過90g/m2，則可焊性劣化。鋅總量更優(yōu)選為45～70g/m2。在計算附著量時，因為考慮到成形前的平板狀態(tài)的面積與成形后的面積的差基本不發(fā)生變化，所以在本發(fā)明中采用以平板狀態(tài)的面積作為基準而求得的值。
在本發(fā)明中基材鋼板不對成分進行特別的限定。鋼成分可以根據(jù)在熔融鍍鋅時的潤濕性、鍍后的鍍層結(jié)合性良好而進行選擇。因為熱沖壓具有能夠利用淬火而實現(xiàn)提高強度的這個特征，因此淬火性的鋼為優(yōu)選。此外，從容易進行高強度鋼的沖壓加工出發(fā)，高張力鋼為優(yōu)選。
在設(shè)定在熱沖壓工序中進行淬火的情況下，因為鋼板的淬火后的強度主要由含碳量決定，所以，在需要高強度成形品的情況下，優(yōu)選將C含量設(shè)為0.1％以上且在3％以下。若C含量超過該上限，則韌性有可能降低。
在與熔融鋅的潤濕性中，對于高Si鋼等其潤濕性存在問題的情況，可采用表面磨削和預(yù)鍍等的用于提高鍍層結(jié)合性的前處理。
此外，如后所述，在本發(fā)明中因為優(yōu)選使用合金化熔融鍍鋅鋼板作為鍍鋼板，所以為了鍍后在較短的時間內(nèi)進行鐵-鋅的合金化，優(yōu)選P含量低的鋼。在設(shè)定以連續(xù)生產(chǎn)線鍍合金化處理的情況下，P含量優(yōu)選為0.2％以下。
本發(fā)明第一方式的熱沖壓成形品能夠通過以下說明的方法進行制造。
用于熱沖壓的鍍鋅系鋼板，在基材鋼板上備有鋅系鍍膜。鋅系鍍膜的種類，只要最終能夠得到第一方式的熱沖壓成形品，不做特別限定。即，可以是純鋅鍍膜，也可以是根據(jù)其目的適當添加Mn、Ni、Cr、Co、Mg、Sn、Pb等合金元素的鋅合金鍍膜。對于鋅系鍍膜，從其原料不可避免地含有Be、B、Si、P、S、Ti、V、W、Mo、Sb、Cd、Nb、Cu、Sr等。
所希望的鋅系鍍膜是鋅-鐵、鋅-鎳、鋅-鈷、鋅-鉻、鋅-錳等鋅合金皮膜。這是因為這些鋅合金鍍膜，其熔點與純鋅鍍膜相比較高，在熱沖壓成形中鍍膜中的鋅難以蒸發(fā)。
雖然鋅合金系鍍膜優(yōu)選通過熔融鍍而形成，但是也可以通過電鍍等的其他鍍法而形成。
從成本和性能方面出發(fā)，最為優(yōu)選的鍍鋅系鋼板是合金化熔融鍍鋅鋼板。這些是在熔融鍍鋅后通過進行加熱處理，使來自鋼板中的Fe和鍍層中的Zn合金化(固溶化)。如果通過由該加熱處理的合金化，使鍍膜中的鐵的含量形成在比較高的10％以上，則因為在沖壓成形前以比較短的時間的加熱即可充分地形成鐵-鋅固溶相，所以在實用上較為有利。
通常，因為熔融鍍鋅液中包含Al，所以鍍膜中也包含有Al。若鍍膜中Al的含量大約在0.5％以下，則沒有特別問題。但是，為了通過由加熱處理的合金化而使鍍膜中的鐵含量形成在10％以上，則Al的含量在大約0.4％以下較低為有利。
鍍附著量，考慮到后述加熱工序中的鋅的蒸發(fā)以及除去氧化皮膜工序中的減少，使其在最終的沖壓成形品的表層部，作為鋅殘存10g/m2以上的程度較為充分。具體地說，根據(jù)成形品所使用的部位所需要的耐蝕性標準而進行選擇。例如，在耐蝕性要求嚴格的汽車部件中，優(yōu)選單面的鍍附著量作為鋅形成在50g/m2以上。
對如此而制備的鍍鋅系鋼板進行熱沖壓。熱沖壓時的加熱方法，不特別做限定，但通常使用氣體爐或電爐進行加熱。加熱氣氛不做限定，大氣中即可。
通過該加熱，鍍膜中所含的鋅的一部分蒸發(fā)，并變成氧化鋅層存在于上部，并且殘余的一部分或全部擴散到基材鋼中，從而形成包含鐵-鋅固溶相的鋅系鍍層。氧化鋅層的厚度也根據(jù)加熱條件，在通常的大氣氣氛中加熱時多為3μm以上。在加熱時，在積極地控制所形成的氧化鋅層的厚度的情況下，也可以對氣氛進行調(diào)整。例如，在氣體爐的情況下，通過空燃比的調(diào)整而較低地設(shè)定氧的濃度，從而能夠降低氧化皮膜的平均厚度。
熱沖壓時的材料溫度通常為700～1000℃左右。因此，爐溫也可以設(shè)定為700～1000℃左右。若材料的加熱溫度過高，則有時固溶相和氧化皮膜的厚度變得過大，可焊性劣化，氧化鋅層的結(jié)合性劣化，從而噴涂結(jié)合性劣化。另外，若加熱溫度過低，則材料軟化不充分，熱沖壓時需要過大的沖壓壓力，有時會成為鋼板表面產(chǎn)生缺陷和鋼板斷裂的原因。
對于淬火鋼的情況，因為冷卻梯度與該淬火性相關(guān)，所以需要以一定以上的冷卻梯度對加熱到規(guī)定溫度的材料進行冷卻。因此，若材料的加熱溫度未被設(shè)到一定溫度以上，則不能不能保證充分的冷卻梯度。從這一觀點出發(fā)，特別優(yōu)選加熱條件為將爐溫設(shè)定成使材料溫度成為800～900℃。
雖然加熱時間不做特別限定，但是為了將固溶相和氧化鋅層的厚度控制在目的條件內(nèi)，而存在最佳值。若加熱時間是例如幾秒左右或非常的短，則通過鋅系鍍膜中的Zn和母材中的Fe的相互擴散而產(chǎn)生的鐵-鋅固溶相的生成變得不充分。另外，相反若加熱時間成為超過10分鐘的長時間，則根據(jù)爐內(nèi)的氣氛，有時氧化鋅層厚度也會變得過量。當然，考慮到能量損失，長時間加熱并非優(yōu)選。優(yōu)選的加熱時間為4～7分鐘左右。
若在加熱后立即進行沖壓成形，則此時的成形方法可以與通常的沖壓相同。熱沖壓時的材料溫度一般優(yōu)選為700℃以上。該溫度可以根據(jù)材料厚度、強度、成形形狀而進行調(diào)整。優(yōu)選將被加熱的材料以盡可能迅速地搬送設(shè)置在沖壓機中，進行沖壓成形。
進行由熱沖壓的成形后，立即進行冷卻。雖然冷卻方法不做特別限定，但是進行淬火時，應(yīng)確保淬火時足夠的冷卻梯度。為此在沖壓模具中組合水冷機構(gòu)較為有效。使用以在材料上直接澆水的直接水冷方式，和對模具內(nèi)部進行水冷的間接水冷方式的任何一種均可。雖然在材料表面直接澆水或不澆水，表面的氧化鋅層的厚度和結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生若干的差異，但是以任一種方法均能達到平均厚度為2μm以下的第一方式的氧化鋅層厚度。
若在通常的熱沖壓條件下進行加熱和冷卻，則在熱沖壓成形品的表面，氧化鋅層會典型地以3μm以上的厚度而生成。因為在連續(xù)進行的噴涂時，這種氧化鋅層的存在使噴涂結(jié)合性和噴涂后耐蝕性劣化，因此要將其除去。
成形品表面所生成的氧化鋅層的厚度，根據(jù)第一實施方式限制為2μm以下，通過熱沖壓成形前進行的鍍組成的調(diào)整，以及熱沖壓的加熱和冷卻的氣氛以外的條件的調(diào)整并非不能實現(xiàn)。但是，為此需要對各種條件進行嚴格的控制。因此，工業(yè)上在熱沖壓成形后以某種手段除去表層的氧化鋅層的方法，簡便且符合實際。
除去表面氧化鋅層的方法可以由任意的適當?shù)姆椒▽嵤?。例如有向鋼板表面高速投射微細鋼球的噴丸法、以高壓向鋼板表面噴射含有研磨材的液體珩磨、利用磨削刷進行表面磨削、利用砂紙研磨等。作為對復(fù)雜加工形狀的構(gòu)件表面進行均一處理的方法，優(yōu)選噴丸法或液體珩磨法。在利用砂紙研磨除去鍍層表層的氧化皮膜時，會有磨削過度的傾向，從這一點來說，噴丸法較為優(yōu)異。
噴丸法也是指吹丸法(shot peening)，通常是指通過由離心力或空氣壓力投射直徑數(shù)百μm的鋼球從而除去表面污物和銹蝕等的方法。在本發(fā)明中，作為所被投射丸彈，優(yōu)選使用鋼球。一般為了除銹的目的，投射被稱作為棱角磨料的鋼屑或被切斷得很細得鋼絲的方法較為適用。但是，對于本發(fā)明的情況，也可以僅除去表面過剩的氧化鋅層，盡可能地不損傷包含鐵-鋅固溶相的鍍鋅系層。在適用磨料時，如后述的實施例，因為除去氧化鋅層時鋅鍍層也容易被損傷，所以條件設(shè)定很難。因此優(yōu)選丸彈為球狀且其硬度也與鋼的程度相當。
噴丸的條件，可以根據(jù)成形品的形狀和表面的氧化狀態(tài)而適當?shù)卣{(diào)整。一般因為在處理成形品時與平板形狀的材料相比投射距離變長，所以為了防止投射能量衰減而得到有效的噴丸效果，優(yōu)選適用渦輪型的投射裝置。在平板形狀和小型成形品的情況下，也可以使用氣壓式的空氣噴射。另外，若投射的鋼球過細，則因為能量衰減從而皮膜除去能力降低，所以優(yōu)選使用平均顆粒直徑100～150μm量級的鋼球。噴射時間，作為噴丸束斑(shot pattern)到達特定部位的時間，大約從幾秒到30秒左右就足夠了。
液體珩磨是以100MPa以上的高壓噴射含有硅顆粒等的研磨材的水的方法。與噴丸相同，能夠不對母材和鋅系鍍層施以實質(zhì)上的損傷而僅除去表層的氧化鋅層。因為使用水，特別是因為有可能在端面部生銹，所以在處理后使其充分干燥。
噴丸和液體珩磨的任一種均具有不僅能夠除去表層的氧化鋅的效果，還具有除去端面的鐵的氧化皮的效果。
第二實施方式本發(fā)明的第二實施方式的熱沖壓成形品，如圖1的模式圖所示，在表層附近具有由2所示的本質(zhì)上由鐵-鋅固溶相形成的鐵-鋅固溶體層(以下，簡稱為固溶體層)，在其上部具有形成表層的氧化鋅3存在的表面結(jié)構(gòu)。即，在基材的鋼1之上，順序形成有鐵-鋅固溶體層2以及其上的氧化鋅層3。如圖2所示，并不形成一般所見的，在鐵-鋅固溶體層2以及氧化鋅層3之間存在含有實質(zhì)量的鐵-鋅金屬間化合物的層4的表面結(jié)構(gòu)。鐵-鋅固溶體層2和氧化鋅層3，通過在氧化性氣氛中加熱鍍鋅系鋼板而形成。
在本發(fā)明中，所謂鐵-鋅固溶相，雖然其晶格結(jié)構(gòu)與基材α-Fe相同，但是晶格常數(shù)較大，并且被認為是在鐵中混入鋅的相。本質(zhì)上由該鐵-鋅固溶相形成的鐵-鋅固溶體層，可以通過并用X射線衍射裝置和X射線微探針(EPMA或XMA)等元素分析裝置而確認其存在和厚度。因為鐵-鋅固溶體層的硬度接近于鋼板，因此與Fe-Zn金屬間化合物不同，不易損傷模具，因此能夠避免由模具損傷而引起的成形品的外觀不良。
鐵-鋅固溶體層的厚度優(yōu)選為10～40μm的范圍。若固溶體層的厚度比10μm小則耐蝕性不充分，若超過40μm則可焊性變得不充分。另外，鐵-鋅固溶體層中的鋅含量優(yōu)選為5％以上。鐵-鋅固溶體層的厚度更優(yōu)選為15～35μm。在實施例中說明厚度測定法。
在本發(fā)明的第二實施方式的熱沖壓成形品中，在鋼板表層的附近不存在金屬間化合物相。所謂金屬間化合物相，是在例如合金化熔融鍍鋅鋼板的鍍膜中觀察到的δ1相、Γ相等鐵-鋅間的金屬間化合物。金屬間化合物，因為硬度較高，所以在沖壓成形中容易對模具造成損傷。另外，在進行重度加工的情況下，由于在金屬間化合物相中產(chǎn)生裂紋，容易產(chǎn)生皮膜的結(jié)合性下降和噴涂后的外觀不良。金屬間化合物相的不存在這一事實可以通過外觀組織觀察而確認。
即，在該熱沖壓成形品中，合金化熔融鍍鋅鋼板的鍍膜中所見到的鐵-鋅金屬間化合物相消失。當然，也不存在純鋅相?？赏ㄟ^熱沖壓的加熱工序和沖壓工序的加熱而實現(xiàn)這種相的消失。因此，在熱沖壓前的鋼板中也可以存在金屬間化合物相和純鋅相。
通過表面的氧化鋅層以及存在于其正下(不夾雜上述金屬間化合物相)的鐵-鋅固溶體層，能夠確保沖壓成形品的耐蝕性。但是若氧化鋅層變得過厚，則除氧化鋅層自身的結(jié)合性劣化，噴涂結(jié)合性變得不充分外，可焊性也劣化。為此氧化鋅層的平均厚度形成在5μm以下。對氧化鋅層的厚度的下限不做特別限制。如后所述，在氧化性氣氛中熱沖壓鍍鋅系鋼板時，氧化鋅層的厚度大多為3μm以上。然而，氧化性層的厚度也可以比3μm薄，例如0.1μm的薄度。
在氧化鋅層中，除氧化鋅外，還有含有鋅的氧化物等其他鋅的化合物或作為鍍層中成分的Al等氧化物的情況。在本發(fā)明中，使氧化鋅層形成含有此的涂層。氧化鋅層的厚度，可以通過成形品的剖面的微觀觀察(光學(xué)顯微鏡或電子顯微鏡)而進行觀察。
因為在熔融鋅鍍液中添加有少量的Al，所以熔融鍍鋅系鋼板(例如，合金化熔融鍍鋅鋼板)的鍍膜中含有少量的Al。因此在對其熱沖壓的成形品中，由鍍膜形成的鐵-鋅固溶體層和氧化鋅層中含有Al。此外，因為一般情況基材鋼中也含有微量的Al，所以Al有可能從基材鋼進行擴散。
第二實施方式的熱沖壓成形品，氧化鋅層和固溶體層中所含的Al的總量為0.5g/m2以下，優(yōu)選為0.45g/m2以下。Al除了作為金屬間化合物和金屬存在外，也以Al氧化物的形式存在。氧化鋅層和固溶體層中存在的Al氧化物的合計含量，作為Al在5mg/m2以下，優(yōu)選為3mg/m2以下。
作為Al的合計含量和作為Al氧化物的Al的合計含量，如果超過上述的上限，則噴涂結(jié)合性就不充分。因為在Al的含量和Al氧化物的含量中，已經(jīng)確認到了相互的關(guān)聯(lián)，所以僅測定Al的合計含量或作為Al氧化的Al的合計含量中的任何一方，都能夠判斷是否是根據(jù)第二實施方式的噴涂結(jié)合性良好的熱沖壓成形品。并且，優(yōu)選Al的合計含量和作為Al氧化物的Al的合計含量的兩方，滿足第二實施方式所規(guī)定的條件。
Al和Al的氧化物的含量對噴涂結(jié)合性所產(chǎn)生的負面影響的理由尚未明確。但是，一般認為如果Al或Al氧化物變得過多，則它們在熱沖壓成形品的氧化鋅層和固溶體層的界面變濃，阻礙氧化鋅層的結(jié)合性，并對成形品的噴涂結(jié)合性產(chǎn)生負面影響。
Al和Al氧化物的含量，可以通過將測定了表面面積的沖壓成形品試料分別浸漬到鹽酸和鉻酸的水溶液(濃度例如為5～10％左右)中，使皮膜(氧化鋅層和固溶體層)溶解，而對該溶液中所含有的Al定量后而求出。相對于在鹽酸中金屬狀態(tài)(包括金屬間化合物)和氧化物這兩種狀態(tài)的Al和Zn進行溶解，在鉻酸中金屬狀態(tài)的Al和Zn不溶解。因此通過將試料在例如5％的三氧化鉻酸水溶液中浸漬10分鐘左右，就能夠僅使Al和Zn的氧化物溶解。至于溶解液中Al的定量，通過例如ICP(高頻誘導(dǎo)耦合等離子體)(Inductively coupled plasma)發(fā)光分析法、原子吸光法等儀器分析進行較為便利。
如前所述，該Al和Al氧化物量，根據(jù)鍍膜中Al量和鋼中的Al量的雙方而變動，特別是鍍膜中Al量的影響較大。因此，在加工原材料是通過熔融鍍鋅而制造的情況下，控制鍍膜中的Al量較為重要。關(guān)于這一點，有關(guān)制造方法在下面記述。對于電鍍鋅和電鍍鋅合金的情況，因為鍍膜實質(zhì)上不含Al，所以僅從鋼中擴散Al，但是因為該擴散為微量不會成為問題，所以不需要特別的對策。
在第二實施方式中，對熱沖壓成形品的基材鋼板的組成不做特別限定。通過對用途和沖壓成形品的制造方法進行考慮，可以確定合適的組成。
例如，如前所述，由于在熱沖壓工序中通過淬火而高強度化，因此在形成高強度的成形品的情況下，鋼板的淬火后的強度主要由含碳量決定，因此優(yōu)選將C含量設(shè)為0.1％以上且在3％以下。若C含量比3％多，則韌性有可能會降低。除了C外，也可以在鋼中適量添加周知的提高淬火性的其他合金元素(例如，Mn、Cr、B)的一種或兩種以上。
在對基材鋼板進行熔融鍍鋅時，與熔融鋅的濕潤性非常必要。對于高Si鋼等鍍層濕潤性存在問題的鋼種，可以使用表面磨削和預(yù)鍍等提高結(jié)合性的方法。因此，在圖1中，在基材鋼板1和鐵-鋅固溶體層2之間，也可以存在預(yù)鍍層或此后通過熱處理形成的熔融固溶體層。但是由于生成金屬間化合物存在較多問題，因此并非優(yōu)選。
另外，作為鍍鋼板使用合金化熔融鍍鋅鋼板時，優(yōu)選P含量少的鋼板，以便在鍍后的鐵-鋅的合金化能夠在短時間進行。在設(shè)想以連續(xù)生產(chǎn)線對鍍鋅膜進行合金化處理的情況下，P量優(yōu)選為0.2％以下。
因為第二實施方式的熱沖壓成形品，具有優(yōu)異的噴涂結(jié)合性，所以能夠在沖壓成形后進行噴涂而使用。但是根據(jù)使用部位，也可以不噴涂而使用。
本發(fā)明的第二實施方式的熱沖壓成形品，可以通過包含將成為原材料的鋼板以給定條件進行加熱的加熱工序，以及接著對高溫鋼板沖壓的沖壓工序的方法而制造。
作為加工原材料使用的鋼板，不限于由加熱工序和高溫的沖壓而最終制造的熱沖壓成形品的表層附近具有前述結(jié)構(gòu)，沒有特別的限定，但優(yōu)選使用如下所說明的鍍鋅系鋼板。
在鍍鋅系鋼板的單面鍍層附著量為40g/m2以上且在80g/m2以下。若鍍層附著量過小，根據(jù)部位，也有耐蝕性不滿足要求的情況。另外，在純鍍鋅中，在熱沖壓時的加工工序中，相反不容易形成固溶體層，而形成較厚的氧化皮膜，并殘存金屬間化合物。若鍍層附著量超過80g/m2，則在熱沖壓成形的通常加熱中，不能在鋼中充分地固溶鍍膜中的鋅，有可能殘存Γ相等的鐵-鋅金屬間化合物和金屬鋅。若殘存金屬間化合物，則表層變硬，不僅沖壓時的加工性會發(fā)生問題，引起模具的損傷，并且還會導(dǎo)致模具壽命的降低和成形品外觀的劣化。鍍層附著量優(yōu)選為50g/m2以上且在70g/m2以下。
為了得到這種相對厚的鍍鋅系鋼板，熔融鍍的方法與電鍍相比在成本上更為有利。此外，合金化的熔融鍍鋅鋼板的方法比單純的熔融鍍鋅鋼板更適合用于第二實施方式。這是因為，合金化的熔融鍍鋅鋼板，在熱沖壓時的加熱時，鐵-鋅間的相互擴散快速地進行，最終能夠容易地得到不存在鐵-鋅金屬間化合物相的成形品。但是，若能夠形成由本發(fā)明所規(guī)定的氧化鋅層和鐵-鋅固溶體層所構(gòu)成的表面結(jié)構(gòu)，則熔融鍍鋅鋼板也能夠作為加工原材料進行使用。
如前所述，熔融鍍鋅鋼板(包含合金化的熔融鍍鋅鋼板)通常在鍍膜中含有少量的Al。這樣，在熔融鍍鋅中，為了抑制鍍層-母材鋼界面的鐵-鋅的擴散，以及控制鍍液的浮渣量，在鍍液中通常添加0.1～0.2％左右的Al。如前所述，若成形品的鐵-鋅固溶體層和氧化皮膜(氧化鋅層)中所包含的Al量(或Al氧化物量)過剩，則對成形品的噴涂結(jié)合性產(chǎn)生負面影響。從這一點來說，熔融鍍鋅鋼板或合金化的熔融鍍鋅鋼板的鍍膜中的Al含量設(shè)為0.35％以下。
合金化的熔融鍍鋅鋼板作為熱沖壓的原材料使用時，優(yōu)選鍍膜中Fe的含量較高。這是因為，如上所述，通過以比較短的時間加熱消除金屬間化合物相，而形成僅由氧化鋅層及其下方的鐵-鋅固溶體層形成的表層結(jié)構(gòu)。但是，若鍍膜中的Fe的含量過高，則根據(jù)情況，需要極度地降低熔融鍍的線速度，這不太現(xiàn)實。鍍膜中Fe的含量的優(yōu)選范圍為10～20％，更優(yōu)選為10～15％。
雖然成本變高，但是也可以將電鍍鋼板作為熱沖壓的加工原材料使用。在電鍍鋼板中，通常具有在鍍膜中不含有Al的優(yōu)點。電鍍鋼板也可以是普通的純鍍鋅鋼板，但優(yōu)選為鍍鐵-鋅(Fe-Zn)合金鋼板(鍍膜中的Fe含量為20％以下)。Fe-Zn合金電鍍鋼板，除了具有不含Al的優(yōu)點外，與合金化的熔融鍍鋅鋼板相同，具有能夠以比較短的時間形成固溶體層，且不殘存金屬間化合物的另外的優(yōu)點。
熱沖壓的加熱工序的加熱方法，不做特別限定。通常，使用氣體爐或電爐，在氧化性氣氛中加熱加工原材料的鍍鋅系鋼板。雖然氧化性氣氛也可以是大氣，但也可以是大氣及/或氧以及其他氣體(例如，氮氣、燃燒氣體等)的混合氣體。
在該加熱中，鍍膜中所包含的鋅的一部分，蒸發(fā)，或成為氧化鋅層而存在于上部，殘留的擴散到基材鋼中而完全在鐵中固溶。由此，金屬間化合物相不殘存，從鍍膜形成上部的氧化鋅層和下部的鐵-鋅固溶體層。
氧化鋅層的厚度，雖然根據(jù)加熱條件，但是在通常的大氣氣氛的加熱中多形成為3μm以上。在積極地控制加熱時所形成的氧化鋅層(氧化皮膜)的厚度時，也可以進行加熱氣氛的調(diào)整。例如，在是氣體爐的情況下，通過空燃比的調(diào)整而較低地設(shè)定氧的濃度，從而能夠降低氧化皮膜的平均厚度。
熱沖壓時的材料溫度，通常是700～1000℃左右，爐溫通常也設(shè)為同樣的溫度。若材料的加熱溫度過高，則存在固溶體層和氧化皮膜層的厚度變得過大，有時可焊性會劣化，氧化鋅層的結(jié)合性也劣化，噴涂結(jié)合性變差。另一方面，若加熱溫度過低，則對于材料軟化不充分，熱沖壓時需要過大的沖壓壓力，有時會成為材料表面發(fā)生缺陷或材料斷裂的原因。
對于淬火鋼的情況，因為冷卻梯度與該淬火性相關(guān)聯(lián)，所以需要將材料溫度加熱到一定值以上，并在沖壓中以一定值以上的冷卻梯度進行冷卻。因此，若材料的加熱溫度不在一定值以上，則不能充分確保其冷卻梯度。
此外，在第二實施方式中，為了通過該加工工序中的加熱，而消除金屬間化合物相不使其殘留，需要使鋅擴散到基材鋼中。為此，材料的加熱溫度設(shè)成比較高的溫度較為有利。從以上的觀點出發(fā)，第二實施方式的材料加熱溫度設(shè)為850～950℃的范圍。
在加熱條件中，從消除金屬間化合物相以及控制固溶體層和氧化鋅層的厚度的觀點出發(fā)，除了前述的溫度外，加熱條件和升溫速度也很重要。若加熱時間為例如數(shù)秒或極短，則很難充分地形成由鋅系鍍膜和母材的相互擴散而形成的鐵-鋅固溶體層皮膜。由電爐或氣體爐加熱室溫的鋼板時，若加熱時間(后述的升溫和保持的合計時間)為3分鐘以下時，很難得到金屬間化合物消減的、圖1所示的皮膜結(jié)構(gòu)。但是，若加熱時間是超過10分鐘的長時間，則根據(jù)爐內(nèi)氣氛，有時會出現(xiàn)氧化鋅層厚度過剩的情況。當然，考慮到能量損失，長時間加熱也并非優(yōu)選。因此，加熱時間設(shè)為3～10分鐘，優(yōu)選為4～7分鐘。
此外，從室溫直至850～950℃的范圍的加熱溫度的平均升溫速度設(shè)為15℃/秒以下。若以比其更快的速度升溫，則形成鐵-鋅金屬間化合物殘留的硬度高的皮膜，在熱沖壓時損耗的模具，或者，在鋼板包含低熔點的純鋅相時，液體狀態(tài)的金屬鋅有可能會飛散。若過低地設(shè)定升溫速度，則加熱時間變得過長，有損工業(yè)的實用性。優(yōu)選的升溫速度是3～12℃/秒，進一步優(yōu)選為4～10℃/秒。
在以15℃/秒以下的速度升溫至850～950℃的范圍的溫度后，在該溫度范圍保持一定時間。若在該溫度范圍的保持時間不在30秒以上，則存在金屬間化合物相殘留的情況。
沖壓工序的沖壓條件可以與通常的熱沖壓條件相同。成形時的材料溫度應(yīng)當根據(jù)材料厚度、強度和成形形狀進行調(diào)整，但是通常沖壓時的材料溫度為700℃以上。因此，優(yōu)選將預(yù)先如上述加熱的鍍鋅系鋼板，迅速地搬運設(shè)置到?jīng)_壓機而沖壓成形。
熱沖壓中以及沖壓后的冷卻方法不做特別限定。但是，進行淬火時，需要進行確保淬火所需要的冷卻梯度的工作。為此，在沖壓模具內(nèi)組合水冷機構(gòu)較為有效?？梢允褂迷诓牧仙现苯訚菜闹苯铀浞绞?，或?qū)δ＞邇?nèi)部進行水冷的間接水冷方式的任何一種。雖然根據(jù)在材料表面直接澆水或不澆水，而對表面的氧化鋅層的厚度和結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一些差異，但是任一種方式均能夠得到第二實施方式的皮膜的結(jié)構(gòu)。
在第二實施方式的方法中，在熱沖壓后，未必需要除去表面氧化鋅層的工序。但是，在要求極為嚴格的噴涂結(jié)合性的情況下，雖然會導(dǎo)致生產(chǎn)性的降低，但是也可以進行通過噴丸和液體珩磨而除去氧化鋅層的全部或一部分的工序。
該氧化鋅層的除去處理，與前述的現(xiàn)有技術(shù)中的除去鐵氧化物的情況相比可以是輕度的處理。例如，在噴丸的情況下，可以使用直徑100～150μm的鋼球，通過渦輪型的裝置進行數(shù)秒～數(shù)十秒左右的處理。
液體珩磨是以100Mpa以上的高壓噴射含有硅顆粒等研磨材的水的方法。與噴丸相同，不會對母材和鋅系鍍層產(chǎn)生實質(zhì)上的損傷，并能夠只除去上層的氧化鋅層。因為使用水，所以在端面部有可能會生銹，因此處理后使其充分干燥。
噴丸和液體珩磨均不僅具有除去上層的氧化鋅層的效果，還具有除去端面產(chǎn)生的鐵的氧化皮的效果。用砂紙除去氧化鋅層容易磨削過多，因此并不優(yōu)選。
實施例以下的實施例是用于具體地例證本發(fā)明的作用效果，不應(yīng)理解為是對本發(fā)明的限制。
本實施例例示本發(fā)明的第一實施方式。
作為熱沖壓成形用的鍍鋅系鋼板，使用的是合金化熔融鍍鋅鋼板，其特征如下，將含有C0.2％、Si0.3％、Mn1.3％、P0.01％的板厚2mm的冷壓延鋼板作為基材鋼板，則鍍層附著量為單面45～75g/m2且鍍膜中的鐵含量為13～15％。但是，在表1的例No.5中，作為比較例，使用未施鍍的冷軋鋼板。
將如此而制備的鍍鋅鋼板在爐內(nèi)溫度850～950℃的大氣氣氛爐中進行加熱3～10分鐘。通過改變加熱條件(溫度×時間的組合)，而制作成變換了氧化鋅層的厚度和鐵-鋅固溶相的厚度以及固溶相中的鋅量的熱沖壓用供試驗材料。
各供試驗材，從爐中取出后，為了模擬熱沖壓成形，而立即通過具有水套的水冷機構(gòu)的平板沖壓機進行30秒冷卻。
在冷卻后的供試驗材的一面，進行空氣壓式的噴丸處理，完全或不完全地除去表層的氧化鋅層?？諝鈮菏?kgf/cm2，噴嘴和供試驗材料之間的距離為20mm，將平均顆粒直徑為0.3mm的鋼球作為丸彈而使用。噴丸的程度根據(jù)噴丸時間而進行調(diào)整。
在表1的例No.6中不進行噴丸處理。在No.8中通過利用砂紙而進行氧化鋅的除去處理。如表1所示，利用砂紙完全除去的鍍鋅層。
在如此而得到的模擬熱沖壓成形的成形品中，以如下的方式對結(jié)果進行了評價。
1)包含鐵-鋅固溶相的鋅系鍍層的厚度測定制作成熱沖壓成形品的剖面試料，對進行了上述除去處理一側(cè)的面進行最終的鏡面研磨。在該試料中，以電子加速電壓15kV、電流5～10nA、掃描速度2～5μm/分的條件，進行由EPMA的X射線分析。考慮到從試料放出X射線的區(qū)域，以如下方式確定比Zn-Fe金屬間化合物相或者氧化鋅層更靠近內(nèi)部側(cè)(母材側(cè))所出現(xiàn)的鐵-鋅固溶相與母材的界面，以及與Zn-Fe金屬間化合物相或氧化鋅層的界面。
在鐵-鋅固溶相和母材的界面中，鐵-鋅固溶相的Zn的特征X射線強度假定為，以鐵-鋅固溶相的恒定部分的1/2強度位置為中心，母材鋼側(cè)的尾跡(tail)部分的積分強度為正態(tài)分布，并將強度分布置換為分布函數(shù)，從判定的第一錯誤概率將標準偏差2σ的位置作為界面。同樣根據(jù)以Zn-Fe金屬間化合物相或氧化鋅層的恒定部分或極大部分的1/2強度位置為中心從向著鐵-鋅固溶相而連著尾跡的部分的積分強度，求出鐵-鋅固溶相的相反側(cè)的界面(即，與金屬間化合物相或氧化鋅層的界面)。將該兩方的界面間的長度作為鐵-鋅固溶相的厚度。
在不存在鐵-鋅金屬間化合物相的情況下，將以上所求得的鐵-鋅固溶相的厚度作為鋅系鍍層的厚度。當存在鐵-鋅固溶相時，利用光學(xué)顯微鏡觀察而求出該相的厚度，并與上述的鐵-鋅固溶相的厚度相加作為鋅系鍍層的厚度。
2)氧化鋅層的厚度測定以光學(xué)顯微鏡觀察上述的截面試料，并調(diào)查進行了氧化鋅除去處理的一側(cè)的表面的氧化鋅層的厚度。
3)附著鋅的總量附著鋅的總量的測定以如下進行。
從成形品切出10cm×10cm的試驗片，并利用砂紙研磨測定面的相反面(未進行除去處理的一側(cè))的鍍層的厚度，完全除去鋅系鍍層(包含鐵一鋅固溶相)。如此，將僅在一面殘留有鍍層的試驗片全部溶解于10％的鹽酸中，并求算存在于溶液中的鋅量。
4)性能試驗噴涂結(jié)合性在對成形品進行化學(xué)轉(zhuǎn)換處理(處理液日本磷化處理制PBL-3080、處理條件為該處理液的標準條件)后，在進行了除去處理的一側(cè)的面上實施電噴涂(關(guān)西油漆制GT10、目標膜厚20μm、電壓以及通電模式200V的坡度(slope)通電(從0V到200V以30秒)、燒結(jié)160℃×20分)。
將該電附著噴涂材，浸漬于40℃的離子交換水中500個小時，此后在噴涂面上以JIS G3312 12.2.5中所記載的交叉格試驗的方法切割交叉格，而進行帶剝離試驗。以棋盤格的剝離面積率(100方塊中的剝離方塊數(shù))在1％以下為合格(○)，超過1％為不合格(×)。
噴涂后的耐蝕性
在所述電附著噴涂材的噴涂面，在形成用切刀切入達及鋼基材的傷口(十字形口)后，供于JIS Z2371的鹽水噴霧試驗使用。將960小時后的傷口部的最大膨脹寬度是2mm以下的試料作為為合格(○)，超過2mm的試料作為不合格(×)。
表1中集中示出了結(jié)果。No.1～4是根據(jù)本發(fā)明的例子。
表1

*本發(fā)明的范圍外的條件。
本實施例例示本發(fā)明的第二實施方式。
1)熱沖壓成形品的制造原材料鍍鋼板將含有C0.2％、Si0.3％、Mn1.3％、P0.01％的板厚2mm的淬火性的冷軋鋼板作為基材鋼板，鍍層附著量在每單面為50～65g/m2，鍍膜中的Fe的含量在13～15％范圍內(nèi)的合金化熔融鍍鋅鋼板(記號GA)作為加工素材而使用。
此外，將與上述相同的化學(xué)組成和板厚的冷軋鋼板作為基材鋼板，電鍍鋅鋼板(記號EG；鍍層附著量每單面30或70g/m2)、鐵-鋅(Fe-Zn)合金電鍍鋼板(記號FZ，鍍層附著量每單面45g/m2、鍍膜中的Fe含量15％)、以及熔融鍍鋅鋼板(記號GI、鍍附著量每一面60g/m2)也作為加工原材料而使用。另外，作為現(xiàn)有例，使用鍍鋁鋼板(記號AL；鍍層附著量每單面80g/m2)。
在鍍膜含有Al的GA、GI以及AL的各鍍鋼板中，通過將鍍膜溶解而得到的溶液的ICP發(fā)光分析而調(diào)查鍍膜中的Al含量。另外，在鍍膜含有Fe的GA、FZ，以及熔融鍍時Fe擴散到鍍膜的GI以及AL的各個鋼板中，鍍膜中的Fe的含量也以同樣方法進行調(diào)查。
加熱工序在爐內(nèi)以表2所示的加熱條件加熱所述鍍鋼板。并通過變更加熱條件(升溫速度、加熱溫度、保持時間的組合)，而制作成變更了金屬間化合物相有無、氧化鋅層的厚度以及鐵-鋅固溶體層的厚度的試樣。
沖壓工序從爐中取出所述試樣后，為了模擬熱沖壓成形，迅速地通過具有水套的水冷機構(gòu)的平板沖壓機進行沖壓而制作成形品。沖壓時(正前)的材料溫度，在表2中以沖壓溫度表示。在水冷沖壓模具中保持30秒鐘。由此與沖壓成形同時地實現(xiàn)基材鋼板的淬火。
2)成形品的分析金屬間化合物相的有無、氧化鋅層的厚度生成熱沖壓成形品的截面試料，并進行最終的鏡面研磨。用光學(xué)顯微鏡觀察該試樣，而調(diào)查金屬間化合物相的有無以及氧化鋅層的厚度。
鐵-鋅固溶體層的厚度利用EPMA，以電子加速電壓15kV、電流5～10nA、掃描速度2～5μm/分的條件，對熱沖壓成形品的截面試料(進行了鏡面研磨)進行X射線分析?？紤]從試料放出的X射線的區(qū)域，以如下方式確定比Zn-Fe金屬間化合物相或者氧化鋅層更靠近內(nèi)部側(cè)(母材側(cè))所出現(xiàn)的鐵-鋅固溶相與母材的界面，以及與Zn-Fe金屬間化合物相或氧化鋅層的界面。
在鐵-鋅固溶相和母材的界面中，鐵-鋅固溶相的Zn的特征X射線強度假定為，以鐵-鋅固溶相的恒定部分的1/2強度位置為中心，母材鋼側(cè)的尾跡部分的積分強度為正態(tài)分布，并將強度分布置換為分布函數(shù)，從判定的第一錯誤概率將標準偏差2σ的位置作為界面。同樣根據(jù)以Zn-Fe金屬間化合物相或氧化鋅層的恒定部分或極大部分的1/2強度位置為中心從向著鐵-鋅固溶相而連著尾跡的部分的積分強度，求出鐵-鋅固溶相的相反側(cè)的界面(即，與金屬間化合物相或氧化鋅層的界面)。將該兩方的界面間的長度作為鐵-鋅固溶相的厚度。
Al量和Al氧化物量從熱沖壓成形品切出給定面積的2片試驗片，將一片浸入10％HCl(阻化計)，再將另一片浸入5％的CrO3中，溶解表層。根據(jù)各液體中的Al析出量(由ICP發(fā)光分析測定)，計算Al量和Al氧化物的量。
3)性能試驗、其他評價皮膜裂紋利用光學(xué)顯微鏡觀察熱成形品的表面，調(diào)查在表面的鍍膜中是否產(chǎn)生了裂紋。如前所述，若金屬間化合物相存在，則鍍膜中容易產(chǎn)生裂紋，從而也容易產(chǎn)生模具瑕疵。
模具瑕疵通過目視觀察沖壓成形后的模具，調(diào)查有無模具瑕疵。
噴涂結(jié)合性對成形品實施了化學(xué)轉(zhuǎn)換處理(處理液日本磷化處理制PBL-3080)后，進而實施電附著噴涂(關(guān)西油漆制GT10、目標膜厚20μm；以及電壓和通電模式200V的坡度通電(從0V到200V30秒鐘)、燒結(jié)160℃×20分)。
將該電附著噴涂材，浸漬于40℃的離子交換水中500個小時，此后在噴涂面上以JIS G3312 12.2.5中記載的交叉格試驗的方法切割交叉格，而進行帶剝離試驗。以棋盤格的剝離面積率(100方塊中的剝離方塊數(shù))在1％以下為合格(○)，超過1％為不合格(×)。
噴涂后的耐蝕性在所述電附著噴涂材的噴涂面，在形成用切刀切入達及鋼基材的傷口(十字形口)后，供于JIS Z2371的鹽水噴霧試驗使用。將960小時后的傷口部的最大膨脹寬度是2mm以下的試料作為為合格(○)，超過2mm的試料作為不合格(×)。
可焊性在下述的點焊條件中，對焊接電流進行了調(diào)查。具體地說，根據(jù)，點焊熔核(nugget)直徑(mm)成為 (t板厚(mm))的最小電流( 電流)，調(diào)查噴濺開始發(fā)生的電流(噴濺發(fā)生電流)。將從 電流到噴濺發(fā)生的電流的電流差為1000A以上的定為合格(○)，將低于1000A的定為不合格(×)。
在表2中集中示出了以上的測定和試驗結(jié)果。
如表2所示，本發(fā)明例的熱沖壓成形品(No.1～4)，能夠不對模具產(chǎn)生損傷而進行制造，并且噴涂結(jié)合性、噴涂后耐蝕性、可焊性均較為優(yōu)異。
相對與此，在表面附近殘存有金屬間化合物相的熱沖壓成形品(No.5、7、8、9、12、13)，任一個均在沖壓后的模具中確認有瑕疵。這些或是鍍層組成或鍍種類不同的試料(No.5、8)、或是鍍層附著量過薄的試料(No.7)、或是升溫速度過大的試料(No.9)、或者保持時間或全加熱時間過短的試料(No.12、13)。表層的Al量和Al氧化量較大的試料(No.5、6)中，噴涂結(jié)合性和噴涂后耐蝕性差。他們?nèi)我粋€的皮膜中的Al含量均較大。另外，氧化鋅層(氧化皮膜)的厚度較大的試料(No.7、9、10、11)，其噴涂結(jié)合性、噴涂后耐蝕性、可焊性均較差。其中，或是鍍層附著量過薄的試料(No.7)、或是升溫速度過大的試料(No.9)、或是加熱溫度過高的試料(No.10)、或者加熱時間過長的試料(No.11)。此外對于熱沖壓熔融鍍Al鋼板的試料(No.8)，因殘存金屬間化合物相而對模具產(chǎn)生損傷，還有噴涂后耐蝕性也差。
本發(fā)明的熱沖壓成形品，不僅噴涂后耐蝕性優(yōu)異，噴涂結(jié)合性也較為優(yōu)異，特別適用于行走部分部件、增強構(gòu)件等的汽車部件。另外，根據(jù)本方面的熱沖壓成形品的制造方法，能夠容易且穩(wěn)定地制造該熱沖壓成形品，因此當然能夠降低制造成本，并在確保產(chǎn)品穩(wěn)定的品質(zhì)方面發(fā)揮較大的效果。
權(quán)利要求
1.一種熱沖壓成形品，是對鍍鋅系鋼材進行熱沖壓而成形，其特征在于，在該成形品的表面，具有含有鐵—鋅固溶相的，而且1μm以上且在50μm以下的鋅系鍍層，存在于該鋅系鍍層上的氧化鋅層的平均厚度在2μm以下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱沖壓成形品，其特征在于，在所述鋅系鍍層之上，實質(zhì)上不存在氧化鋅層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的熱沖壓成形品，其特征在于，所述鋅系鍍層實質(zhì)上由鐵—鋅固溶相構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的熱沖壓成形品，其特征在于，存在于鋼材表面的所述鋅系鍍層以及氧化鋅層中的總鋅量為10g/m2以上且在90g/m2以下。
5.一種熱沖壓成形品的制造方法，其特征在于，包括熱沖壓工序，通過對鍍鋅系鋼材進行熱沖壓，從而形成具有包含鐵—鋅固溶相的鋅系鍍層以及在其之上的氧化鋅層的熱沖壓成形品；以及除去氧化鋅層工序，為了使所得到的熱沖壓成形品的最表層的氧化鋅層的平均厚度為2μm以下，而除去該氧化鋅層的部分或全部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述熱沖壓工序，同時實現(xiàn)鋼材的淬火。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述除去氧化鋅層工序，根據(jù)從由噴丸以及液體珩磨構(gòu)成的組中任選的方法而進行。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述噴丸，將平均顆粒直徑為100～500μm的鋼球作為丸彈進行使用。
9.根據(jù)權(quán)利要求5～8中任一項所述的方法，其特征在于，進行所述除去氧化鋅層工序，使1μm以上且在50μm以下的厚度的鋅系鍍層殘留。
10.一種熱沖壓成形品，作為最上層具有氧化鋅層，并在其下本質(zhì)上具有由鐵—鋅固溶相形成的鐵—鋅固溶體層，但不具有含有實質(zhì)量的鐵—鋅金屬間化合物相的層，其特征在于，是所述氧化鋅層的平均厚度在5μm以下，且滿足下述a和b的其一或兩者的熱沖壓成形品a、包含于所述鐵—鋅固溶體和氧化鋅層的Al的合計量在0.5g/m2以下；b、包含于所述鐵—鋅固溶體和氧化鋅層的Al氧化物的合計量作為Al在5g/m2以下。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的熱沖壓成形品，其特征在于，所述鐵—鋅固溶體層的平均厚度為10～40μm。
12.一種熱沖壓成形品的制造方法，包含將鋼材加熱到給定溫度的加熱工序，和緊接著將鋼材在此高溫進行沖壓成形的沖壓工序，其特征在于，所述鋼材是Al含量為0.35質(zhì)量％以下，鍍層附著量為40g/m2以上且在80g/m2以下的熔融鍍鋅鋼材或合金化熔融鍍鋅鋼材；在所述加熱工序中，在氧化性氣氛中以15℃/秒以下的平均速度將鋼材從室溫升溫到850℃～950℃的溫度范圍后，在該溫度范圍中保持30秒鐘以上，且所述升溫時間和保持時間的合計為3分鐘以上且在10分鐘以下；在所述沖壓工序中，在700℃～950℃的溫度范圍對鋼材進行沖壓成形。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，鋼材是鍍膜中的Fe的含量為10～20質(zhì)量％的合金化熔融鍍鋅鋼材。
14.一種熱沖壓成形品的制造方法，包含將鋼材加熱到給定溫度的加熱工序，和緊接著將鋼材在此高溫進行沖壓成形的沖壓工序，其特征在于，所述鋼材是電鍍鋅鋼材或鍍層中的Fe含量為20質(zhì)量％以下的Zn-Fe合金電鍍鋼材，其鍍層附著量為40g/m2以上且在80g/m2以下；在所述加熱工序中，在氧化性氣氛中以15℃/秒以下的平均速度將鋼材從室溫升溫到850℃～950℃的溫度范圍后，在該溫度范圍保持30秒鐘以上，且所述升溫時間和所述保持時間的合計為3分鐘以上且在10分鐘以下；在所述沖壓工序中，在700℃～950℃的溫度范圍，對鋼材進行沖壓成形。
15.根據(jù)權(quán)利要求12～14中任一項所述的方法，其特征在于，通過對沖壓工序中所使用的模具的至少一部分進行冷卻，而在沖壓工序中進行淬火。
16.根據(jù)權(quán)利要求12～15中任一項所述的方法，其特征在于，在沖壓工序后，通過噴丸或液體珩磨對在沖壓工序中所得到的成形品進行處理，從而除去表面的氧化鋅層的一部分或全部。
全文摘要
一種改善了耐蝕性和噴涂結(jié)合性的熱沖壓成形品，對鍍鋅系鋼材進行熱沖壓成形，而備有包含鐵－鋅固溶相的鋅系鍍層以及其上部的氧化鋅層，最表層的氧化鋅層的厚度平均厚度在2μm以下。另外，一種外觀良好，且耐蝕性、噴涂結(jié)合性、噴涂后耐蝕性以及可焊性優(yōu)異的熱沖壓成形品，在基材鋼板(1)上具有本質(zhì)上由鐵－鋅固溶相形成的層(2)，作為最上層具有平均厚度5μm以下的氧化鋅層(3)，而不具有實質(zhì)量的鐵－鋅金屬間化合物相。包含于所述鐵－鋅固溶體(2)和氧化鋅層(3)的Al的合計量在0.5g/m
文檔編號C23C2/26GK1809650SQ20048001749
公開日2006年7月26日 申請日期2004年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者吉川幸宏, 今井和仁, 福井國博, 土岐保, 須藤俊太郎, 尾林彰, 市川正信 申請人:住友金屬工業(yè)株式會社, 豐田自動車株式會社, 豐田鐵工株式會社