Горячештампованная сталь
Изобретение относится к области металлургии, а именно к горячештампованной стали для изготовления конструкционных элементов автомобиля. Горячештампованная сталь содержит базовый материал и плакирующий слой. Плакирующий слой включает межфазный слой, промежуточный слой и оксидный слой в указанном порядке от стороны базового материала к стороне поверхности. В межфазном слое структура включает 99% по площади или более в совокупности αFe, Fe3Al и FeAl, среднее содержание Al составляет величину в диапазоне 8,0 мас.% или более и 32,5 мас.% или менее, среднее содержание Zn ограничено до величины более содержания Zn в базовом материале и 5 мас.% или менее, остальной химический состав включает Fe и примеси, а средняя толщина слоя составляет 1,0 мкм или более. В промежуточном слое структура включает 99% по площади или более в совокупности Fe(Al,Zn)2 и Fe2(Al,Zn)5, среднее содержание Al составляет от 30 до 50 мас.%, среднее содержание Zn составляет от 10 до 40 мас.%, остальной химический состав включает Fe и примеси, а средняя толщина слоя составляет 5,0 мкм или более. Средняя толщина оксидного слоя составляет от 0,1 до 3,0 мкм. Сталь обладает превосходными усталостными характеристиками, пригодностью к фосфатированию, адгезией покрытия и свариваемостью. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 8 ил., 4 табл., 2 пр.
[Область техники, к которой относится изобретение]
[0001] Настоящее изобретение относится к горячештампованной стали.
[Уровень техники]
[0002] Существуют ситуации, в которых конструкционные элементы (прессовки), которые применяются для автомобилей и тому подобных, изготавливаются горячей штамповкой (горячим прессованием), чтобы повысить как прочность, так и размерную точность. При изготовлении прессовок горячей штамповкой сталь для горячей штамповки нагревают до температуры Ас3 или выше, и сталь для горячей штамповки быстро охлаждают в матрице, оставляя в состоянии прессования. То есть, при изготовлении прессование и закалку проводят в одно и то же время. Горячая штамповка позволяет изготавливать прессовки, имеющие высокую размерную точность и высокую прочность.
[0003] Между тем изготовленная горячей штамповкой прессовка была подвергнута обработке при высокой температуре, и тем самым на поверхности образуется железная окалина. Поэтому был предложен способ, в котором в качестве стального листа для горячей штамповки используется плакированный стальной лист, с предотвращением тем самым образования железной окалины и, кроме того, улучшением коррозионной стойкости прессовок (ссылка на Патентные Документы 1-3). Например, Патентный Документ 1 раскрывает плакированный стальной лист для горячего прессования, на котором сформирован Zn-плакирующий слой, и Патентный Документ 2 раскрывает плакированный стальной лист для автомобильной детали, на котором сформирован Al-плакирующий слой. Кроме того, Патентный Документ 3 раскрывает оцинкованный стальной лист для горячего прессования, в котором в плакирующий слой Zn-плакированного стального листа добавляются разнообразные элементы, такие как Mn. Однако с этими плакированными стальными листами связаны описываемые ниже проблемы.
[0004] В способе согласно Патентному Документу 1 Zn остается на поверхности прессовки после горячей штамповки, и тем самым можно ожидать проявления сильного антикоррозионного действия типа катодной защиты. Однако в способе согласно Патентному Документу 1 плакированный стальной лист подвергается горячему прессованию в состоянии, в котором Zn расплавляется, и тем самым возникает такая проблема, что расплавленный Zn может внедряться в базовый материал плакированного стального листа во время горячего прессования, и внутри базового материала могут возникать трещины. Это растрескивание называется жидкометаллическим охрупчиванием (далее в некоторых случаях называемым «LME»). Вследствие LME ухудшаются усталостные характеристики прессовок.
[0005] Между тем в настоящее время, чтобы предотвращать возникновение LME, необходимо надлежащим образом контролировать условия нагревания во время обработки плакированного стального листа. Более конкретно, применяется способ или тому подобный, в котором плакированный стальной лист нагревается до тех пор, пока весь расплавленный Zn не диффундирует в базовый материал плакированного стального листа и не образует твердый Fe-Zn-раствор. Однако, чтобы исполнить эти способы, плакированные стальные листы должны нагреваться в течение длительного периода времени, и, следовательно, существует проблема снижения производительности.
[0006] В способе согласно Патентному Документу 2 в качестве компонента плакирующего слоя используется Al, имеющий более высокую температуру плавления, чем Zn, и тем самым становится незначительной проблема внедрения расплавленного металла в базовый материал плакированной стали, как в Патентном Документе 1. Поэтому, согласно способу Патентного Документа 2, может быть получена превосходная устойчивость к LME, и, кроме того, предполагается, что после горячей штамповки может быть получена прессовка, имеющая превосходные усталостные характеристики. Однако для прессовок, на которых сформирован Al-плакирующий слой, существует проблема в том, что затруднительно сформировать фосфатную пленку с использованием фосфатирующей обработки, которая проводится перед окраской детали для автомобиля. Другими словами, прессовка согласно способу Патентного Документа 2 связана с такой проблемой, что не может быть получена достаточная пригодность к фосфатированию.
[0007] В способе согласно Патентному Документу 3 преобразуется самый наружный слой (окисленный слой) горячештампованной стали, тем самым улучшая пригодность к сварке. Однако в способе согласно Патентному Документу 3 также существует проблема в том, что может возникать LME, и усталостные характеристики горячештампованной стали могут быть не получены в достаточной мере. В дополнение, в способе согласно Патентному Документу 3 есть еще одна проблема в том, что элемент, который добавляется в плакирующий слой, может ухудшать пригодность к фосфатированию.
[Предшествующий уровень техники]
[Патентный Документ]
[0008]
[Патентный Документ 1] Японская Нерассмотренная Патентная Заявка, Первая Публикация № 2003-73774
[Патентный Документ 2] Японская Нерассмотренная Патентная Заявка, Первая Публикация № 2003-49256
[Патентный Документ 3] Японская Нерассмотренная Патентная Заявка, Первая Публикация № 2005-113233
[Сущность изобретения]
[Проблемы, разрешаемые изобретением]
[0009] Настоящее изобретение было создано с учетом вышеописанных обстоятельств, и цель настоящего изобретения состоит в создании горячештампованной стали, которая является превосходной в отношении усталостных характеристик, пригодности к фосфатированию, адгезии покрытия и свариваемости.
[Средства разрешения проблемы]
[0010] Ниже описывается сущность настоящего изобретения.
[0011]
(1) Согласно одному аспекту настоящего изобретения, представлена горячештампованная сталь, содержащая базовый материал и плакирующий слой, причем плакирующий слой включает межфазный слой, промежуточный слой и оксидный слой, в указанном порядке от стороны базового материала к стороне поверхности; в межфазном слое структура включает 99% по площади или более в совокупности αFe, Fe3Al, и FeAl, среднее содержание Al составляет величину в диапазоне 8,0 мас.% или более и 32,5 мас.% или менее, среднее содержание Zn ограничено до величины не более содержания Zn в базовом материале и 5 мас.% или менее, остальной химический состав включает Fe и примеси, и средняя толщина слоя составляет 1,0 мкм или более; в промежуточном слое структура включает 99% по площади или более в совокупности Fe(Al,Zn)2 и Fe2(Al,Zn)5, среднее содержание Al составляет от 30 мас.% до 50 мас.%, среднее содержание Zn составляет от 10 мас.% до 40 мас.%, остальной химический состав включает Fe и примеси, и средняя толщина слоя составляет 5,0 мкм или более, и в оксидном слое средняя толщина слоя составляет от 0,1 мкм до 3,0 мкм.
(2) В горячештампованной стали согласно пункту (1) средняя толщина слоя может составлять от 1,0 мкм до 10,0 мкм в межфазном слое.
(3) В горячештампованной стали согласно пункту (1) общий вес на единицу площади Al и Zn в плакирующем слое может составлять 20 г/м2 или более и 100 г/м2 или менее.
(4) В горячештампованной стали согласно пункту (2) общий вес на единицу площади Al и Zn в плакирующем слое может составлять 20 г/м2 или более и 100 г/м2 или менее.
(5) Согласно другому аспекту настоящего изобретения, представлена горячештампованная сталь, содержащая:
базовый материал; и
плакирующий слой,
причем плакирующий слой включает межфазный слой, промежуточный слой и оксидный слой, в указанном порядке от стороны базового материала к стороне поверхности,
в межфазном слое структура включает 99% по площади или более в совокупности αFe, Fe3Al, и FeAl, среднее содержание Al составляет величину в диапазоне 8,0 мас.% или более и 32,5 мас.% или менее, среднее содержание Zn ограничено до величины более содержания Zn в базовом материале и 5 мас.% или менее, остальной химический состав включает Fe и примеси, и средняя толщина слоя составляет 1,0 мкм или более,
в промежуточном слое структура включает 99% по площади или более в совокупности Fe(Al,Zn)2, Fe2(Al,Zn)5, и Fe(Al,Si), среднее содержание Al составляет от 30 мас.% до 50 мас.%, среднее содержание Zn составляет от 10 мас.% до 40 мас.%, остальной химический состав включает Fe и примеси, и средняя толщина слоя составляет 5,0 мкм или более, и
в оксидном слое средняя толщина слоя составляет от 0,1 мкм до 3,0 мкм, причем плакирующий слой дополнительно включает в среднем более чем 0 мас.% и 10,0 мас.% или менее Si, и
Fe(Al,Si) занимает от 0% по площади до 50% по площади от суммы Fe(Al,Zn)2, Fe2(Al,Zn)5 и Fe(Al,Si) в промежуточном слое.
[Результаты изобретения]
[0012] В горячештампованной стали согласно настоящему изобретению были сделаны усовершенствования в отношении сплава, образующего плакирующий слой, содержания Al и содержания Zn в конкретных слоях плакирующего слоя, и толщины слоя оксида, образованного в качестве самого наружного слоя плакирующего покрытия. В результате этого, в соответствии с горячештампованной сталью согласно настоящему изобретению, возможно достижение всех из улучшения усталостных характеристик прессовки благодаря предотвращению возникновения LME, улучшения пригодности к фосфатированию прессовки и тем самым улучшения адгезии покрытия, и улучшения свариваемости прессовки.
[Краткое описание чертежей]
[0013]
ФИГ. 1 представляет пример полученного в сканирующем электронном микроскопе (SEM) изображения поперечного сечения, показывающего обработанный участок прессовки, полученной немедленным выполнением горячего V-изгиба на стали с плакированием на Al-Zn-основе после нагревания в условиях Примера 1.
ФИГ. 2 представляет пример SEM-изображения поперечного сечения, показывающего обработанный участок прессовки, полученной немедленным выполнением горячего V-изгиба на стали с плакированием на Zn-основе после нагревания в условиях Примера 1.
ФИГ. 3 представляет пример SEM-изображения поперечного сечения, показывающего обработанный участок прессовки, полученной немедленным выполнением горячего V-изгиба на стали с плакированием на Al-основе после нагревания в условиях Примера 1.
ФИГ. 4 представляет пример SEM-изображения (изображения вторичных электронов), показывающего поверхность прессовки в случае, в котором сталь с плакированием на Al-Zn-основе нагревается в условиях Примера 1, немедленно подвергается обработке и быстро охлаждается в матрице для плоского листового материала, включающей рубашку водяного охлаждения, и затем подвергается фосфатирующей обработке.
ФИГ. 5 представляет пример SEM-изображения (изображения вторичных электронов), показывающего поверхность прессовки в случае, в котором сталь с плакированием на Zn-основе нагревается в условиях Примера 1, немедленно подвергается обработке и быстро охлаждается в матрице для плоского листового материала, включающей рубашку водяного охлаждения, и затем подвергается фосфатирующей обработке.
ФИГ. 6 представляет пример SEM-изображения (изображения вторичных электронов), показывающего поверхность прессовки в случае, в котором сталь с плакированием на Al-основе нагревается в условиях Примера 1, немедленно подвергается обработке и быстро охлаждается в матрице для плоского листового материала, включающей рубашку водяного охлаждения, и затем подвергается фосфатирующей обработке.
ФИГ. 7 представляет вид поперечного сечения вблизи поверхности горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения.
ФИГ. 8 представляет схематический вид концентрации Al и концентрации Zn вблизи поверхности горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения.
[Варианты осуществления изобретения]
[0014] Далее будет подробно описан вариант исполнения горячештампованной стали согласно настоящему изобретению. При этом единица «%» в отношении химического состава горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения подразумевает «мас.%», если конкретно не описывается иное. В дополнение, в настоящем варианте исполнения горячештампованная сталь имеет отношение к прессовке, полученной проведением горячей штамповки (горячего прессования) на плакированной стали для горячей штамповки. Далее будут случаи, в которых горячештампованная сталь называется просто «прессовкой», и плакированная сталь для горячей штамповки называется просто «сталью» или «плакированной сталью».
[0015] Авторы настоящего изобретения исследовали усталостные характеристики (устойчивость к LME) и свойства фосфатирующей обработки горячештампованных сталей (стали с плакированием на Al-Zn-основе, стали с плакированием на Zn-основе, и стали с плакированием на Al-основе). В результате авторы настоящего изобретения установили, что, в случае, в котором плакирующий слой горячештампованной стали включает межфазный слой, промежуточный слой и оксидный слой в этом порядке от стороны базового материала к стороне поверхности, структура межфазного слоя включает 99% по площади или более в совокупности αFe, Fe3Al, и FeAl, содержание Al составляет величину в диапазоне 8,0 мас.% или более и 32,5 мас.% или менее, и снижается в сторону базового материала, среднее содержание Zn ограничено 5 мас.% или менее, остальной химический состав межфазного слоя включает Fe и примеси, и средняя толщина слоя составляет 1,0 мкм или более, структура промежуточного слоя включает 99% по площади или более в совокупности Fe(Al,Zn)2 и Fe2(Al,Zn)5, среднее содержание Al составляет от 30 мас.% до 50 мас.%, среднее содержание Zn составляет от 10 мас.% до 40 мас.%, остальной химический состав промежуточного слоя включает Fe и примеси, и средняя толщина слоя составляет 5,0 мкм или более, и средняя толщина оксидного слоя составляет от 0,1 мкм или более и 3,0 мкм или менее, как усталостные характеристики, так и пригодность к фосфатированию горячештампованной стали являются благоприятными. При этом в настоящем описании средняя толщина слоя имеет отношение к среднему значению максимальной толщины и минимальной толщины рассматриваемого слоя (пленки).
[0016]
<Горячештампованная сталь>
Далее будет описана горячештампованная сталь согласно настоящему варианту исполнения. Горячештампованная сталь 1 согласно настоящему варианту исполнения включает базовый материал 10 и плакирующий слой 20, как показано в ФИГ. 7.
[0017]
[Состав базового материала]
Далее будет описан предпочтительный состав базового материала в горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения. Улучшение устойчивости к LME и пригодности к фосфатированию, которое является целью для горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения, достигается с использованием конфигурации плакирующего слоя. Поэтому базовый материал в горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения не является конкретно ограниченным. Однако в случае, в котором состав базового материала находится в описываемом ниже диапазоне, может быть получена прессовка, имеющая предпочтительные механические свойства, в дополнение к устойчивости к LME и пригодности к фосфатированию. Далее единица «%» количеств легирующих элементов, содержащихся в базовом материале, подразумевает «мас.%».
[0018]
(С: предпочтительно от 0,05% до 0,40%)
В случае, в котором в базовом материале содержатся 0,05% или более углерода (С), может быть повышена прочность горячештампованной стали. С другой стороны, в случае, в котором содержание С в базовом материале составляет более 0,40%, возникают ситуации, в которых недостаточна ударная вязкость базового материала в прессовке. Поэтому содержание С в базовом материале может быть отрегулировано на величину от 0,05% до 0,40%. Более предпочтительное значение нижнего предела содержания С в базовом материале составляет 0,10%, и еще более предпочтительное значение нижнего предела составляет 0,13%. Более предпочтительное значение верхнего предела содержания С в базовом материале составляет 0,35%.
[0019]
(Si: предпочтительно 0,5% или менее)
Кремний (Si) оказывает раскисляющее действие на сталь. Однако, когда содержание Si возрастает, ухудшается свариваемость стали, и возникает вероятность невозможности обычной плакирующей обработки. Поэтому содержание Si в базовом материале может быть отрегулировано на 0,5% или менее. Более предпочтительное значение верхнего предела содержания Si в базовом материале составляет 0,3%, и еще более предпочтительное значение верхнего предела содержания Si в базовом материале составляет 0,2%. Более предпочтительное значение нижнего предела содержания Si в базовом материале может быть определено в зависимости от требуемого уровня раскисления и составляет, например, 0,05%.
[0020]
(Mn: предпочтительно от 0,5% до 2,5%)
В случае, в котором в базовом материале содержатся 0,5% марганца (Mn), повышается прокаливаемость базового материала стали перед горячей штамповкой, и повышается прочность базового материала в прессовке после горячей штамповки. С другой стороны, в случае, в котором содержание Mn в базовом материале превышает 2,5%, этот эффект насыщается. Поэтому содержание Mn в базовом материале может быть отрегулировано на величину от 0,5% до 2,5%. Более предпочтительное значение нижнего предела содержания Mn в базовом материале составляет 0,6%, и еще более предпочтительное значение нижнего предела составляет 0,7%. Более предпочтительное значение верхнего предела содержания Mn в базовом материале составляет 2,4%, и еще более предпочтительное значение нижнего предела составляет 2,3%.
[0021]
(Р: предпочтительно 0,03% или менее)
Фосфор (Р) представляет собой примесь, которая содержится в стали. Содержащийся в базовом материале Р в некоторых случаях ликвирует на границах кристаллических зерен в базовом материале и тем самым ухудшает ударную вязкость базового материала в прессовке и ухудшает сопротивление базового материала замедленному разрушению. Поэтому содержание Р в базовом материале может быть отрегулировано на 0,03% или менее. Содержание Р в базовом материале предпочтительно является настолько малым, насколько возможно.
[0022]
(S: предпочтительно 0,01% или менее)
Сера (S) представляет собой примесь, которая содержится в стали. Содержащаяся в базовом материале S в некоторых случаях образует сульфид и тем самым ухудшает ударную вязкость базового материала в прессовке и ухудшает сопротивление базового материала замедленному разрушению. Поэтому содержание S в базовом материале может быть отрегулировано на 0,01% или менее. Содержание S в базовом материале предпочтительно является настолько малым, насколько возможно.
[0023]
(Растворимый Al: предпочтительно 0,10% или менее)
В случае, в котором термин «содержание Al» используется в отношении базового материала в прессовке согласно настоящему варианту исполнения, этот термин подразумевает количество растворимого Al (кислотно-растворимого Al) в базовом материале. Алюминий (Al), как правило, используется для цели раскисления стали. Однако в случае, в котором содержание Al является высоким, повышается температура Ас3 стали перед горячей штамповкой, и возрастает температура нагрева, необходимая для закалки стали во время горячей штамповки, что нежелательно в плане изготовления горячей штамповкой. Поэтому содержание Al в базовом материале может быть отрегулировано на 0,10% или менее. Более предпочтительное значение верхнего предела содержания Al в базовом материале составляет 0,05%. Более предпочтительное значение нижнего предела содержания Al в базовом материале составляет 0,01%.
[0024]
(N: предпочтительно 0,01% или менее)
Азот (N) представляет собой примесь, которая содержится в стали. Содержащийся в базовом материале N в некоторых случаях образует нитрид и тем самым ухудшает ударную вязкость базового материала в прессовке. Кроме того, в случае, в котором в базовом материале содержится В для улучшения прокаливаемости стали перед горячей штамповкой, содержащийся в базовом материале N в некоторых случаях связывается с В и тем самым снижает количество твердого раствора В и ухудшает действие В для улучшения прокаливаемости. Поэтому содержание N в базовом материале может быть отрегулировано на 0,01% или менее. Содержание N в базовом материале предпочтительно является настолько малым, насколько возможно.
[0025] Базовый материал в горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения может дополнительно включать один или многие элементы, выбранные из группы, состоящей из В и Ti.
[0026]
(В: предпочтительно от 0% до 0,0050%)
Бор (В) проявляет действие, состоящее в усилении прокаливаемости стали, и тем самым способен повышать прочность базового материала в прессовке после горячей штамповки. Однако, когда содержание В в базовом материале является чрезмерным, этот эффект насыщается. Поэтому содержание В в базовом материале может быть отрегулировано на величину от 0% до 0,0050%. Более предпочтительное значение нижнего предела содержания В в базовом материале составляет 0,0001%.
[0027]
(Ti: предпочтительно от 0% до 0,10%)
Содержащийся в базовом материале Ti связывает содержащийся в базовом материале N и тем самым образует нитрид. В случае, в котором Ti и N связываются друг с другом, как описано выше, подавляется связывание между В в базовом материале и N в базовом материале, и тем самым может предотвращаться ухудшение прокаливаемости базового материала в результате образования нитрида бора (BN). Кроме того, содержащийся в базовом материале Ti снижает размеры аустенитных зерен во время нагрева при горячей штамповке вследствие эффекта закрепления (пиннинга) границ аустенитного зерна, и тем самым также проявляет эффект повышения ударной вязкости и тому подобный прессовки. Однако, когда содержание Ti в базовом материале является чрезмерным, вышеописанный эффект насыщается, и, кроме того, возникает проблема, что нитрид Ti может чрезмерно образовывать выделившуюся фазу, и тем самым может ухудшаться ударная вязкость базового материала в прессовке. Поэтому содержание Ti в базовом материале может быть отрегулировано на величину от 0% до 0,10%. Предпочтительное значение нижнего предела содержания Ti в базовом материале составляет 0,01%.
[0028] Составляющий горячештампованную сталь базовый материал согласно настоящему варианту исполнения может дополнительно включать один или многие элементы, выбранные из группы, состоящей из Cr и Mo.
[0029]
(Cr: предпочтительно от 0% до 0,5%)
Содержащийся в базовом материале Cr повышает прокаливаемость базового материала стали перед горячей штамповкой. Однако, когда содержание Cr в базовом материале является чрезмерным, образуется карбид Cr. Этот карбид Cr с трудом растворяется во время нагревания при горячей штамповке, препятствует развитию аустенизации, и в некоторых случаях ухудшает прокаливаемость. Поэтому содержание Cr в базовом материале может быть отрегулировано на величину от 0% до 0,5%. Более предпочтительное значение нижнего предела содержания Cr в базовом материале составляет 0,1%.
[0030]
(Mo: предпочтительно от 0% до 0,50%)
Содержащийся в базовом материале Mo повышает прокаливаемость базового материала стали перед горячей штамповкой. Однако, когда содержание Mo в базовом материале является чрезмерным, вышеописанный эффект насыщается. Поэтому содержание Mo в базовом материале может быть отрегулировано на величину от 0% до 0,50%. Более предпочтительное значение нижнего предела содержания Mo в базовом материале составляет 0,05%.
[0031] Составляющий горячештампованную сталь базовый материал согласно настоящему варианту исполнения может дополнительно включать один или многие элементы, выбранные из группы, состоящей из Nb и Ni.
[0032]
(Nb: предпочтительно от 0% до 0,10%)
Содержащийся в базовом материале Nb образует карбид и тем самым сокращает размеры кристаллических зерен в базовом материале во время горячей штамповки, и повышает ударную вязкость прессовки. Однако, когда содержание Nb в базовом материале является чрезмерным, вышеописанный эффект насыщается. Кроме того, когда содержание Nb в базовом материале является чрезмерным, возникает ситуация, в которой ухудшается прокаливаемость базового материала. Поэтому содержание Nb может быть отрегулировано на величину от 0% до 0,10%. Более предпочтительное значение нижнего предела содержания Nb в базовом материале составляет 0,02%.
[0033]
(Ni: предпочтительно от 0% до 1,0%)
Содержащийся в базовом материале Ni повышает ударную вязкость базового материала в прессовке. Ni в базовом материале также предотвращает охрупчивание, обусловленное присутствием расплавленного Zn во время нагревания при горячей штамповке. Однако, когда содержание Ni в базовом материале является чрезмерным, эти эффекты насыщаются. Поэтому содержание Ni в базовом материале может быть отрегулировано на величину от 0% до 1,0%. Более предпочтительное значение нижнего предела содержания Nb в базовом материале составляет 0,1%.
[0034] Остальной химический состав базового материала, образующего горячештампованную сталь согласно настоящему варианту исполнения, включает Fe и примеси. В настоящем описании примеси относятся к веществу, которое может входить в состав минерала или металлолома в качестве сырьевого материала, или к веществу, которое может быть примешано в базовый материал из окружающей среды при изготовлении или тому подобно во время промышленного получения прессовки.
[0035]
[Плакирующий слой]
Далее будет описан плакирующий слой 20 в горячештампованной стали 1 согласно настоящему варианту исполнения. Плакирующий слой 20 в прессовке 1 включает межфазный слой 21, промежуточный слой 22 и оксидный слой 23 в этом порядке от стороны базового материала 10 прессовки 1 к стороне поверхности прессовки 1, как показано в ФИГ. 7.
[0036]
[Межфазный слой]
Межфазный слой сформирован смежным с базовым материалом. Бóльшая часть структуры межфазного слоя состоит из αFe, Fe3Al и FeAl. То есть, межфазный слой в горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения главным образом конфигурирован фазой Fe-Al-сплава, имеющей низкое содержание Al. При этом также имеет место ситуация, в которой в межфазном слое содержится небольшое количество включения или тому подобного, представляющего собой примесь, примешанную в межфазный слой во время формирования плакирующего покрытия. Однако авторы настоящего изобретения подтвердили, что в случае, в котором межфазный слой обследуется в поперечном сечении плакирующего слоя в горячештампованной стали, когда структура включает 99% по площади или более в совокупности αFe, Fe3Al и FeAl, влиянием вышеописанного включения можно пренебречь. Чтобы регулировать структуру межфазного слоя, как описанного выше, необходимо устанавливать среднее содержание Al в межфазном слое на 8,0 мас.% или более и 32,5 мас.% или менее. При этом содержание Al в межфазном слое не является однородным, как описано выше, и содержание Al в межфазном слое снижается в сторону базового материала.
[0037] В межфазном слое Zn присутствует в состоянии образования твердого раствора в вышеописанной фазе Fe-Al-сплава. Однако, согласно тому, что обнаружили авторы настоящего изобретения, в межфазном слое в прессовке согласно настоящему варианту исполнения Zn просто образует твердый раствор, и среднее содержание Zn в межфазном слое составляет 5 мас.% или менее. Присутствие межфазного слоя позволяет предотвращать жидкометаллическое охрупчивание (LME). При этом может быть так, что содержание Zn в межфазном слое также не является однородным, но LME предотвращается, пока среднее содержание Zn в межфазном слое составляет 5 мас.% или менее, и тем самым межфазный слой может включать область, содержащую более 5 мас.% Zn. Содержание Zn в межфазном слое сводится к минимуму в поверхности раздела между межфазным слоем и базовым материалом. Поэтому минимальное значение содержания Zn в межфазном слое превышает содержание Zn в базовом материале.
[0038] Конфигурация межфазного слоя схематически показана в ФИГ. 8. Как описано выше, содержание Al в межфазном слое 21 не является однородным. Содержание Al в поверхности раздела между базовым материалом 10 и межфазным слоем 21 является таким же, как содержание Al в базовом материале 10. По мере перехода от участка поверхности раздела между базовым материалом 10 и межфазным слоем 21 содержание Al возрастает, и структура изменяется на αFe-фазу, имеющую наименьшее содержание Al, Fe3Al-фазу, имеющую второе наименьшее содержание Al, и FeAl-фазу, имеющую третье наименьшее содержание Al, в этом порядке. Содержание Zn в поверхности раздела между базовым материалом 10 и межфазным слоем 21 является таким же, как содержание Zn в базовом материале 10. Содержание Zn также увеличивается по направлению от поверхности раздела между базовым материалом 10 и межфазным слоем 21, но содержание Zn удерживается на низком уровне, и содержание Zn не превышает 5 мас.% в среднем по всему межфазному слою 21.
[0039] В случае, в котором средняя толщина покрытия межфазного слоя составляет менее 1,0 мкм, эффект предотвращения LME не может быть получен в достаточной мере. Поэтому необходимо регулировать среднюю толщину покрытия межфазного слоя на 1,0 мкм или более. В случае, в котором средняя толщина покрытия межфазного слоя установлена на 2,0 мкм или более, вышеописанный эффект проявляется на высоком уровне. Значение нижнего предела средней толщины покрытия межфазного слоя более предпочтительно составляет 5,0 мкм, 6,0 мкм или 7,0 мкм. Нет необходимости в регулировании значения верхнего предела средней толщины покрытия межфазного слоя, но может быть так, что межфазный слой, имеющий среднюю толщину слоя свыше 15,0 мкм, ухудшает такую техническую характеристику, как коррозионная стойкость, что не является предпочтительным. Поэтому значение верхнего предела средней толщины покрытия межфазного слоя предпочтительно составляет 15,0 мкм, и более предпочтительно 10,0 мкм, 9,0 мкм или 8,0 мкм.
[0040]
[Промежуточный слой]
Промежуточный слой 22 представляет собой слой, включающий Fe, Al и Zn, и сформирован на межфазном слое 21. Бóльшая часть структуры промежуточного слоя состоит из Fe(Al,Zn)2 и Fe2(Al,Zn)5. Fe(Al,Zn)2 представляет собой фазу, в которой некоторое количество Al в FeAl2, который представляет собой вид Fe-Al-интерметаллического соединения, замещено на Zn, и Fe2(Al,Zn)5 представляет собой фазу, которой некоторое количество Al в Fe2Al5, который представляет собой вид Fe-Al-интерметаллического соединения, замещено на Zn. При этом также может быть случай, в котором в промежуточном слое содержится небольшое количество включения или тому подобного, представляющего собой примесь, примешанную в промежуточный слой во время формирования плакирующего покрытия. Однако авторы настоящего изобретения подтвердили, что в случае, в котором промежуточный слой обследуется в поперечном сечении плакирующего слоя в горячештампованной стали, когда структура включает 99% по площади или более в совокупности Fe(Al,Zn)2 и Fe2(Al,Zn)5, влиянием вышеописанного включения можно пренебречь.
[0041] В промежуточном слое содержание Al и содержание Zn являются почти однородными. Химический состав промежуточного слоя включает, в единицах мас.%, в среднем 30% или более и 50% или менее Al, и в среднем 10% или более и 40% или менее Zn. В дополнение, среднее содержание Al в промежуточном слое превышает среднее содержание Al в межфазном слое.
[0042] В случае, в котором конфигурация межфазного слоя регулируется так, как описано выше, тем самым предотвращая LME в межфазном слое и придавая превосходные усталостные характеристики прессовке, среднее содержание Al в промежуточном слое достигает 30 мас.% или более. В дополнение, когда оксидный слой главным образом составлен оксидом Zn, среднее содержание Al в промежуточном слое достигает 50 мас.% или менее в случае, в котором прессовке придается превосходная пригодность к фосфатированию. То есть, в случае, в котором среднее содержание Al в промежуточном слое выходит за пределы диапазона от 30 мас.% до 50 мас.%, возникает исключительно высокая вероятность того, что конфигурация межфазного слоя или оксидного слоя становится неприемлемой. Значение нижнего предела среднего содержания Al в межфазном слое предпочтительно составляет 32 мас.% или 35 мас.%, и, в этом случае, можно более надежно обеспечить эффект предотвращения LME в межфазном слое. Кроме того, предпочтительное значение верхнего предела среднего содержания Al в межфазном слое составляет 50 мас.% или 45 мас.%, и, в этом случае, можно более надежно улучшить пригодность оксидного слоя к фосфатированию.
[0043] В случае, в котором оксидный слой в прессовке главным образом составлен оксидом Zn, и прессовке сообщается превосходная пригодность к фосфатированию, среднее содержание Zn в промежуточном слое достигает 10 мас.% или более. Кроме того, в случае, в котором в межфазном слое предотвращается LME, и прессовка приобретает превосходные усталостные характеристики, среднее содержание Zn в промежуточном слое достигает 30 мас.% или менее. То есть, в случае, в котором среднее содержание Zn в промежуточном слое выходит за пределы диапазона от 10 мас.% до 40 мас.%, возникает исключительно высокая вероятность того, что конфигурация межфазного слоя или оксидного слоя становится неподходящей. Предпочтительное значение нижнего предела среднего содержания Zn в промежуточном слое составляет 12 мас.% или 13 мас.%, и, в этом случае, можно более надежно улучшить пригодность оксидного слоя к фосфатированию. Предпочтительное значение верхнего предела среднего содержания Zn в промежуточном слое составляет 28 мас.% или 25 мас.%, и, в этом случае, можно более надежно обеспечить эффект предотвращения LME в межфазном слое.
[0044] Толщина промежуточного слоя не оказывает любое непосредственное влияние на пригодность к фосфатированию и устойчивость прессовки к LME. Однако в случае, в котором толщина промежуточного слоя мала, ухудшается характеристика коррозионной стойкости прессовки, и тем самым толщина промежуточного слоя желательно устанавливается на 5,0 мкм или более. В дополнение, когда толщина промежуточного слоя становится чрезмерно большой, существует проблема в том, что могут возрастать затраты на изготовление и, кроме того, может быть более продолжительным время высокоскоростного (HS) нагревания. Поэтому толщина промежуточного слоя желательно составляет 30,0 мкм или менее.
[0045]
[Оксидный слой]
Кроме того, на стороне поверхности промежуточного слоя на прессовке оксидный слой 23, включающий оксид Zn в качестве основного компонента, сформирован как самый наружный слой прессовки. Оксидный слой 23 образуется вследствие окисления плакирующего покрытия плакированной стали для горячей штамповки в процессе нагрева во время изготовления горячештампованной стали. Этот оксидный слой улучшает пригодность горячештампованной стали к фосфатированию. Для получения эффекта улучшения пригодности к фосфатированию и адгезии покрытия необходимо регулировать среднюю толщину покрытия оксидного слоя на 0,1 мкм или более. Однако, когда оксидный слой является слишком толстым, проявляется вредное влияние на коррозионную стойкость, свариваемость и тому подобные характеристики прессовки, и тем самым средняя толщина покрытия оксидного слоя регулируется на 3,0 мкм или менее. При этом в случае, в котором средняя толщина покрытия оксидного слоя устанавливается на 2,0 мкм или менее, характеристики коррозионной стойкости, свариваемости или тому подобные прессовки проявляются на высоком уровне, что является предпочтительным.
[0046] Состояния межфазного слоя, промежуточного слоя и оксидного слоя могут быть установлены следующими средствами.
Содержание Al в межфазном слое может быть получено разрезанием прессовки перпендикулярно поверхности, полированием поперечного сечения, и анализом распределения содержания Al в области, включающей межфазный слой в поперечном сечении, с использованием анализатора, такого как EPMA (электронно-зондовый микроанализатор). Среднее содержание Zn в межфазном слое, среднее содержание Al и среднее содержание Zn в промежуточном слое, и среднее содержание Si в плакирующем слое могут быть получены на основе величин распределения концентраций, полученных с использованием вышеописанного метода.
Металлографические структуры межфазного слоя и промежуточного слоя могут быть получены анализом кристаллической структуры с использованием TEM (трансмиссионной электронной микроскопии) или тому подобного.
Толщины межфазного слоя, промежуточного слоя и оксидного слоя могут быть получены съемкой увеличенной фотографии вышеописанного поперечного сечения с использованием электронного микроскопа и анализом изображения на этой увеличенной фотографии.
При этом конфигурация плакирующего слоя в прессовке согласно настоящему варианту исполнения по существу не является однородной вдоль направления параллельно поверхности прессовки. В частности, толщины межфазного слоя, промежуточного слоя и оксидного слоя часто различаются в обработанной области и необработанной области. Поэтому вышеописанные анализы должны проводиться на необработанной области прессовки. Прессовка, в которой состояние плакирующего слоя в необработанной области находится в вышеописанном диапазоне, рассматривается как прессовка согласно настоящему варианту исполнения.
[0047] В горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения, имеющей описанную выше конфигурацию, улучшения произведены в сплаве, образующем межфазный слой и промежуточный слой, составляющие плакирующий слой, в содержании Al и содержании Zn в межфазном слое и промежуточном слое, и в толщинах межфазного слоя, промежуточного слоя и оксидного слоя. В результате этого, в соответствии с горячештампованной сталью согласно настоящему варианту исполнения, можно выполнить как улучшение усталостных характеристик прессовки благодаря предотвращению возникновения LME, так и улучшение пригодности к фосфатированию.
[0048] До сих пор был описан настоящий вариант исполнения, но настоящее изобретение не ограничивается вышеописанным вариантом осуществления, и могут быть сделаны многообразные модификации в пределах сущности изобретения.
[0049] Например, плакирующий слой предпочтительно формируется так, что суммарный уровень содержания Al и содержания Zn в плакирующем слое достигает 20 г/м2 или более и 100 г/м2 или менее. Когда суммарный уровень содержания Al и содержания Zn в плакирующем слое отрегулирован на 20 г/м2 или более, могут быть дополнительно усилены вышеописанные эффекты (усталостные характеристики и пригодность к фосфатированию) межфазного слоя, промежуточного слоя и оксидного слоя. К тому же, когда совокупное количество отрегулировано на 100 г/м2 или менее, можно сократить стоимость изготовления снижением стоимости сырьевых материалов для прессовки, и, кроме того, может быть улучшена свариваемость горячештампованной стали. При этом предпочтительное значение нижнего предела совокупного содержания Al и содержания Zn в плакирующем слое составляет 30 г/м2. Предпочтительное значение верхнего предела совокупного содержания Al и содержания Zn в плакирующем слое составляет 90 г/м2.
[0050] Совокупное содержание Al и содержание Zn, присутствующих в плакирующем слое, может быть измерено растворением горячештампованной стали в соляной кислоте и проведением анализа методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES) в жидкостном растворе. При использовании этого метода значения содержания Al и содержания Zn могут быть получены по отдельности. При растворении плакированной стали перед нагреванием для горячей штамповки обычным является добавление ингибитора, который предотвращает растворение Fe в базовом материале соляной кислотой, чтобы растворить только плакирующий слой. Однако плакирующий слой в горячештампованной стали включает Fe, и тем самым в вышеописанном методе плакирующий слой в горячештампованной стали растворяется недостаточно, или скорость растворения является чрезвычайно медленной. Поэтому, когда величины содержания Al и содержания Zn в плакирующем покрытии прессовки получаются методом ICP-AES, приемлем метод, в котором плакирующий слой растворяется с использованием соляной кислоты, не предусматривающий никакого ингибитора, при температуре жидкости от 40°С до 50°С. Кроме того, чтобы подтвердить отсутствие такого компонента плакирующего покрытия, как Al или Zn, после растворения, желательно проводить анализ состава методом EPMA на поверхности горячештампованной стали после растворения. Вышеописанный анализ нужно проводить на необработанной области прессовки.
[0051] Кроме того, плакирующий слой предпочтительно дополнительно включает в среднем от более чем 0 мас.% до 10,0 мас.% Si. Когда среднее содержание Si в плакирующем слое отрегулировано на величину более 0 мас.%, можно усилить адгезию между базовым материалом и плакирующим слоем. С другой стороны, когда среднее содержание Si установлено на 10,0 мас.% или менее, можно предотвратить ухудшение технических характеристик коррозионной стойкости, свариваемости, и тому подобных горячештампованной стали. Более предпочтительное значение нижнего предела среднего содержания Si в плакирующем слое составляет 0,1 мас.% или 0,3 мас.%. Более предпочтительное значение верхнего предела среднего содержания Si в плакирующем слое составляет 8,0 мас.%. Однако даже в случае, в котором плакирующий слой не содержит Si, горячештампованная сталь согласно настоящему варианту исполнения имеет превосходные свойства, и тем самым значение нижнего предела среднего содержания Si в плакирующем слое составляет 0 мас.%.
[0052] В случае, в котором плакирующий слой включает в среднем от более 0 мас.% до 10,0 мас.% Si, конфигурация фаз в промежуточном слое изменяется. В случае, в котором плакирующий слой не содержит Si, как описано выше, промежуточный слой включает 99% по площади или более в совокупности Fe(Al,Zn)2 и Fe2(Al,Zn)5, однако в случае, в котором плакирующий слой включает в среднем от более 0 мас.% до 10,0 мас.% Si, некоторое количество Fe(Al,Zn)2 и Fe2(Al,Zn)5 замещается компонентом Fe(Al,Si). Fe(Al,Si) имеет отношение к фазе, в которой некоторое количество Al в FeAl замещено кремнием (Si). В случае, в котором горячештампованная сталь согласно настоящему варианту исполнения изготавливается так, что среднее содержание Si в плакирующем слое достигает 10,0 мас.%, количество Fe(Al,Si) в промежуточном слое достигает приблизительно 50% по площади. Поэтому в случае, в котором плакирующий слой включает в среднем от более 0 мас.% до 10,0 мас.% Si, промежуточный слой включает 99% по площади или более в совокупности Fe(Al,Zn)2 и Fe2(Al,Zn)5, и количество Fe(Al, Si) достигает величины от 0% по площади до 50% по площади.
[0053] При этом в случае, в котором содержание Si мало, Si образует твердый раствор в Fe(Al,Zn)2 и Fe2(Al,Zn)5, и конфигурация промежуточного слоя не изменяется. Согласно исследованиям авторов настоящего изобретения, предполагается, что в случае, в котором среднее содержание Si в плакирующем слое составляет от 0 мас.% до 0,1 мас.%, Fe(Al,Si) не образуется в промежуточном слое. В дополнение, согласно исследованиям авторов настоящего изобретения, предполагается, что даже в случае, в котором плакирующий слой включает в среднем от более 0 мас.% до 10,0 мас.% Si, фазовый состав межфазного слоя не меняется. Поэтому даже в случае, когда плакирующий слой включает в среднем от более 0 мас.% до 10,0 мас.% Si, межфазный слой включает 99% по площади в совокупности αFe, Fe3Al и FeAl.
[0054]
<Способ изготовления горячештампованной стали>
Далее будет описан способ изготовления горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения. Способ изготовления горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения включает стадию изготовления плакированной стали для горячей штамповки и стадию проведения горячей штамповки на плакированной стали для горячей штамповки. Стадия изготовления плакированной стали для горячей штамповки включает стадию получения базового материала плакированной стали для горячей штамповки и стадию формирования Al-Zn-плакирующего слоя на базовом материале плакированной стали для горячей штамповки. Способ изготовления горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения включает стадию формирования пленки антикоррозионного масла и, при необходимости, стадию обработки вырубкой заготовки. Далее соответствующая стадия будет описана подробно.
[0055]
[Стадия получения базового материала]
Плакированная сталь, которая представляет собой материал для горячештампованной стали, включает базовый материал и плакирующий слой. В стадии получения базового материала изготавливается базовый материал плакированной стали. Например, получается расплавленная сталь, имеющая такой же химический состав, как химический состав иллюстрированного выше базового материала горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения, и изготавливается сляб способом литья с использованием этой расплавленной стали. В альтернативном варианте, может быть получен слиток способом производства слитков с использованием расплавленной стали, как описано выше. Затем сляб или слиток подвергается горячей прокатке, с получением тем самым базового материала (горячекатаного листа) плакированной стали для горячей штамповки. При этом, если необходимо, в качестве базового материала плакированной стали для горячей штамповки может быть использован холоднокатаный лист, полученный проведением травильной обработки горячекатаного листа и проведением холодной прокатки горячекатаного листа, который был подвергнут обработке декапированием.
[0056]
[Стадия плакирующей обработки]
В стадии плакирующей обработки на базовом материале плакированной стали для горячей штамповки формируется Al-Zn-плакирующий слой, с получением тем самым плакированной стали для горячей штамповки.
[0057] В стадии плакирующей обработки содержание Al в плакирующей ванне регулируется на уровень от 40 мас.% до 70 мас.%, и содержание Zn устанавливается на уровень от 30 мас.% до 60 мас.%. Плакирующее покрытие плакированной стали для горячей штамповки формируется с использованием плакирующей ванны, имеющей вышеописанный состав, и горячая штамповка проводится на плакированной стали для горячей штамповки в описываемых ниже условиях, в результате чего конфигурация плакирующего слоя горячештампованной стали может быть сделана такой, как описано выше.
[0058] При этом содержание Al (концентрация Al) и содержание Zn (концентрация Zn) в плакирующей ванне по существу являются такими же, как содержание Al (концентрация Al) и содержание Zn (концентрация Zn) в плакирующем слое плакированный стали для горячей штамповки, но среднее содержание Al (концентрация Al) и среднее содержание Zn (концентрация Zn) в плакирующем слое в плакированной стали являются меньшими, чем среднее содержание Al (концентрация Al) и среднее содержание Zn (концентрация Zn) в плакирующей ванне. Это обусловлено тем, что Al и Zn в плакирующем слое и Fe в базовом материале образуют сплав во время горячей штамповки, и тем самым повышается концентрация Fe в плакирующем слое.
[0059] Далее плакирующий слой плакированной стали для горячей штамповки в некоторых случаях будет называться нелегированным плакирующим слоем. Среднее содержание Al и среднее содержание Zn в нелегированном плакирующем слое могут быть измерены растворением нелегированного плакирующего слоя в соляной кислоте с добавлением ингибитора кислотной коррозии, и затем анализом с использованием метода атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой. В дополнение, чтобы усилить адгезию между базовым материалом плакированной стали для горячей штамповки и нелегированным плакирующим слоем, предпочтительно дополнительное добавление от 0,1 мас.% до 15,0 мас.% Si к нелегированному плакирующему слою плакированной стали для горячей штамповки. Содержание Si в нелегированном плакирующем слое снижается, поскольку Fe в плакирующем слое диффундирует во время легирования базового материала и плакирования. Поэтому в случае, в котором содержание Si в нелегированном плакирующем слое регулируется на величину от 0 мас.% до 15 мас.%, содержание Si в легированном плакирующем слое достигает величины от 0 мас.% до 10 мас.%.
[0060] Способ формирования нелегированного плакирующего слоя может представлять собой обработку плакированием с погружением в горячую ванну или любую другую обработку, такую как обработка плакированием газотермическим напылением или плакирующей обработкой осаждением, в той мере, пока среднее содержание Al и среднее содержание Zn в нелегированном плакирующем слое регулируются, как описано выше. Например, в случае формирования нелегированного плакирующего слоя обработкой плакированием с погружением в горячую ванну стадия плакирующей обработки включает стадию погружения базового материала плакированной стали для горячей штамповки в ванну для горячего погружного плакирования, содержащую Al, Zn и примеси, и дополнительно произвольно содержащую Si, и стадию подъема базового материала плакированной стали для горячей штамповки, к которому присоединен плакирующий металл из плакирующей ванны. В случае формирования нелегированного плакирующего слоя другой обработкой необходимо проводить плакирующую обработку согласно стандартному способу так, чтобы химический состав получаемого нелегированного плакирующего слоя был в вышеописанном диапазоне.
[0061] При этом, как описано выше, в горячештампованной стали плакирующий слой предпочтительно формируется на базовом материале с общим весом на единицу площади Al и Zn в плакирующем слое, составляющим 20 г/м2 или более и 100 г/м2 или менее. Чтобы обеспечить этот общий вес на единицу площади в данной стадии, важно регулировать общий вес на единицу площади Al и Zn в плакирующем слое на 20 г/м2 или более и 100 г/м2 или менее при поднятии базового материала плакированной стали для горячей штамповки из плакирующей ванны. При этом общий вес на единицу площади Al и Zn, содержащихся в плакирующем слое, слегка снижается во время легирования вследствие окисления и испарения. В дополнение, в данной стадии общий вес может быть обеспечен надлежащим регулированием скорости поднятия стали из плакирующей ванны или величиной расхода потока газа во время очистки обдуванием.
[0062] Плакированная сталь для горячей штамповки, изготовленная с использованием вышеописанного способа, включает базовый материал и нелегированный плакирующий слой, и нелегированный плакирующий слой включает от 40,0 мас.% до 70,0 мас.% Al, от 30,0 мас.% до 60,0 мас.% Zn, и от 0 мас.% до 15,0 мас.% Si. Когда горячая штамповка проводится на этой плакированной стали для горячей штамповки в описываемых ниже условиях, получается горячештампованная сталь согласно настоящему варианту исполнения. Далее будут подробно описаны условия горячей штамповки.
[0063]
[Стадия горячей штамповки]
В стадии горячей штамповки горячая штамповка проводится на вышеописанной плакированной стали для горячей штамповки. Обычная горячая штамповка проводится нагреванием стали до температуры в диапазоне горячей штамповки (температурный диапазон горячей обработки), затем горячей обработки стали и, кроме того, охлаждением стали. Согласно обычному способу горячей штамповки, предпочтительно обеспечивать скорость нагрева стали настолько высокой, насколько возможно, чтобы сократить продолжительность изготовления. В дополнение, нагревание стали до температурного диапазона горячей штамповки в достаточной мере обеспечивает легирование плакирующего слоя, и тем самым в обычном способе горячей штамповки контроль условий нагрева стали не считается важным. Однако в стадии горячей штамповки для изготовления горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения, (1) плакированная сталь нагревается до температурного диапазона легирования, (2) температура плакированной стали для горячей штамповки поддерживается в температурном диапазоне легирования, (3) плакированная сталь для горячей штамповки нагревается до температурного диапазона горячей штамповки, и (4) плакированная сталь для горячей штамповки подвергается горячей обработке и охлаждается. Авторы настоящего изобретения нашли, что для получения плакирующего слоя, имеющего вышеописанную конфигурацию, достаточно выдерживать нагревание стали в температурном диапазоне легирования в течение короткого периода времени, и затем продолжать нагрев во время нагревания плакированной стали для горячей штамповки вплоть до температурного диапазона горячей штамповки.
[0064] В стадии горячей штамповки сначала плакированная сталь для горячей штамповки помещается в нагревательную печь (газовую печь, электрическую печь, инфракрасную печь, или тому подобную). В нагревательной печи плакированная сталь для горячей штамповки нагревается до температуры в диапазоне от 500°С до 750°С (температурный диапазон легирования), и выдерживается в этом температурном диапазоне в течение времени от 10 секунд до 450 секунд. Вследствие выдерживания температуры Fe в базовом материале диффундирует в плакирующий слой, и происходит легирование. В результате этого легирования нелегированный плакирующий слой изменяется до слоя, включающего межфазный слой, промежуточный слой и оксидный слой от стороны базового материала в сторону поверхности прессовки. При этом вышеописанное время выдерживания подразумевает период времени, на протяжении которого температура плакированной стали для горячей штамповки находится в температурном диапазоне легирования. Температура плакированной стали для горячей штамповки может изменяться в температурном диапазоне легирования во время выдерживания температуры настолько, насколько будет удовлетворяться вышеописанное условие времени выдерживания.
[0065] В случае, в котором температура плакированной стали для горячей штамповки выдерживается ниже температурного диапазона легирования (то есть, ниже 500°С), скорость легирования плакирующего слоя является чрезвычайно низкой, и значительно увеличивается продолжительность нагревания, что не является предпочтительным по соображениям производительности. В случае, в котором температура плакированной стали для горячей штамповки выдерживается выше температурного диапазона легирования, то есть, выше 750°С, чрезмерно ускоряется рост оксида на поверхностном слое плакирующего слоя в этом процессе выдерживания, и ухудшается свариваемость прессовки, полученной после HS.
[0066] В случае, в котором время, на протяжении которого температура плакированной стали для горячей штамповки выдерживается в температурном диапазоне легирования, составляет менее 10 секунд, легирование плакирующего слоя происходит не полностью, и тем самым плакирующий слой, имеющий описанные выше межфазный слой, промежуточный слой и оксидный слой, не может быть получен. В случае, когда время, на протяжении которого температура плакированной стали для горячей штамповки выдерживается в температурном диапазоне легирования, является дольше 450 секунд, становится чрезмерной степень роста оксида, что приводит к ухудшению производительности.
[0067] Условия нагревания во время нагрева плакированной стали для горячей штамповки до вышеописанного температурного диапазона легирования, не являются конкретно ограниченными. Однако из соображений производительности продолжительность нагревания желательно является короткой.
[0068] При горячей штамповке, проводимой в способе изготовления горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения, температура плакированной стали для горячей штамповки поддерживается в температурном диапазоне легирования, как описано выше, затем плакированная сталь для горячей штамповки нагревается до температурного диапазона от температуры Ас3 до 950°С, и затем проводится горячая обработка. В это время необходимо ограничивать время, на протяжении которого температура плакированной стали для горячей штамповки выдерживается в температурном диапазоне от температуры Ас3 до 950°С (диапазон температуры окисления), до 60 секунд или короче. Когда температура плакированной стали для горячей штамповки выдерживается в диапазоне температуры окисления, нарастает оксидный слой на поверхностном слое плакирующего слоя. В случае, когда время, на протяжении которого температура плакированной стали для горячей штамповки находится в диапазоне температуры окисления, является более длительным, чем 60 секунд, возникает проблема в том, что чрезмерно вырастает оксидная пленка, и тем самым может ухудшаться свариваемость прессовки. При этом скорость образования оксидной пленки является исключительно высокой, и тем самым значение нижнего предела времени, на протяжении которого температура плакированной стали для горячей штамповки находится в диапазоне температуры окисления, превышает 0 секунд. Однако в случае, когда плакированная сталь для горячей штамповки нагревается в неокислительной атмосфере, такой как 100%-ная азотная атмосфера, оксидный слой не образуется, и тем самым плакированная сталь для горячей штамповки должна быть нагрета в окислительной атмосфере, такой как атмосферный воздух.
[0069] Пока время, на протяжении которого температура плакированной стали для горячей штамповки находится в диапазоне температуры окисления, составляет 60 секунд или короче, такие условия, как скорость нагревания и максимальная температура нагревания, не являются конкретно ограниченными, и могут быть выбраны многообразные условия, при которых может проводиться горячая штамповка.
[0070] Затем плакированная сталь для горячей штамповки выводится из нагревательной печи и подвергается формованию в прессе с использованием матрицы. В данной стадии сталь закаляется в то же время, как и прессование. В пресс-матрице циркулирует охлаждающая среда (например, вода), и матрица ускоряет отведение тепла от плакированной стали для горячей штамповки, тем самым обеспечивая закалку плакированной стали. С использованием вышеописанных стадий может быть изготовлена горячештампованная сталь.
[0071] При этом в приведенном выше описании плакированная сталь для горячей штамповки была нагрета с использованием нагревательной печи. Однако плакированная сталь для горячей штамповки может быть нагрета нагревом в условиях нажимного контакта. Даже в этом случае сталь нагревается в течение предварительно определенного периода времени нагревом в условиях нажимного контакта, и сталь подвергается прессованию с использованием матрицы.
[0072] До сих пор были описаны существенные стадии способа изготовления горячештампованной стали согласно настоящему варианту исполнения; однако далее будут описаны произвольно выбранные стадии способа изготовления.
[0073]
[Стадия формирования пленки антикоррозионного масла]
Стадия формирования пленки антикоррозионного масла представляет собой стадию образования пленки антикоррозионного масла нанесением антикоррозионного масла на поверхность плакированной стали для горячей штамповки после плакирующей обработки и перед стадией горячей штамповки, и может быть произвольно включена в способ изготовления. В случае, когда время, прошедшее до проведения горячей штамповки после изготовления плакированной стали для горячей штамповки, является длительным, существует проблема, что поверхность плакированной стали для горячей штамповки может окисляться. Однако поверхность плакированной стали для горячей штамповки, на которой сформирована пленка антикоррозионного масла в стадии формирования пленки антикоррозионного масла, окисляется с трудом, и тем самым стадия формирования пленки антикоррозионного масла способна предотвращать образование окалины на прессовке. При этом в качестве способа формирования пленки антикоррозионного масла может быть использован любой общеизвестный способ.
[0074]
[Стадия обработки вырубкой заготовки]
Данная стадия представляет собой стадию формования стали до заданной формы проведением обработки резкой и/или обработки вырубкой на плакированной стали для горячей штамповки после стадии формирования пленки антикоррозионного масла и перед стадией горячей штамповки. Поверхность среза на стали, которая была подвергнута обработке вырубкой заготовки, легко окисляется. Однако, когда на поверхности стали была заранее сформирована пленка антикоррозионного масла, антикоррозионное масло также до некоторой степени растекается на поверхность среза. Поэтому окисление стали после обработки вырубкой заготовки может быть предотвращено.
[0075] До сих пор был описан вариант осуществления настоящего изобретения, но вышеописанный вариант осуществления представляет собой просто пример настоящего изобретения. Поэтому настоящее изобретение не ограничивается вышеописанным вариантом осуществления, и может быть надлежащим образом модифицировано в отношении конфигурации в пределах сущности настоящего изобретения.
[Примеры]
[0076] Далее будут конкретно описаны результаты настоящего изобретения с использованием соответствующих изобретению примеров. При этом настоящее изобретение не ограничивается условиями, использованными в нижеследующих примерах изобретения.
Пример 1
[0077] Авторы настоящего изобретения сформировали на базовом материале 10 плакирующий слой на Al-Zn-основе, плакирующий слой на Zn-основе и плакирующий слой на Al-основе, соответственно. Плакирующий слой на Al-Zn-основе включал 55,0 мас.% Al и 45,0 мас.% Zn, плакирующий слой на Zn-основе по существу состоял только из Zn, и плакирующий слой на Al-основе включал по существу только Al.
[0078] Затем сталь, на которой был сформирован каждый из плакирующих слоев (плакированная сталь, состоящая из базового материала и плакирующего слоя), поместили в первую нагревательную печь, нагретую до 700°С, и выдерживали в этом температурном диапазоне в течение 120 секунд. После этого плакированную сталь немедленно перенесли во вторую нагревательную печь и нагревали до 900°С, и затем плакированную сталь извлекли из второй нагревательной печи так, что температура стали была в диапазоне от температуры Ас3 до 950°С в течение 30 секунд. Немедленно после того, как плакированную сталь удалили из второй нагревательной печи, провели испытание на V-изгиб на плакированной стали с использованием ручного пресса. Время, прошедшее от извлечения стали из печи до начала обработки стали, составляло приблизительно пять секунд, и изгибовую обработку проводили при температуре стали приблизительно 800°С. Испытание на V-изгиб проводили так, что наружный диаметр изогнутого участка увеличился приблизительно на 15% от величины до V-изгиба. После этого сталь охладили, тем самым с закалкой стали. Охлаждение проводили так, что скорость охлаждения от температуры приблизительно 800°С до температуры начала мартенситного превращения (приблизительно 410°С) достигала 50°С/секунду или быстрее. Наконец, после завершения охлаждения произвели съемку SEM-изображения изогнутого наружного участка обработанной части прессовки, и оценивали усталостные характеристики (устойчивость к LME) прессовки на основе присутствия или отсутствия признаков LME.
[0079] ФИГУРЫ 1-3 представляют фотографии поперечного сечения обработанных участков прессовок, изготовленных из стали с плакированием на Al-Zn-основе, стали с плакированием на Zn-основе и стали с плакированием на Al-основе. В прессовке согласно ФИГ. 1 на базовом материале 1 был сформирован легированный плакирующий слой 30 на Al-Zn-основе, в прессовке согласно ФИГ. 2 на базовом материале 1 был сформирован легированный плакирующий слой 40 на Zn-основе, и в прессовке согласно ФИГ. 3 на базовом материале 1 был сформирован легированный плакирующий слой 50 на Al-основе. При этом обработанный участок обследуемой прессовки представлял собой участок, к которому была приложена растягивающая нагрузка, и наружный участок V-изогнутой обработанной части относительно центра изгиба, на котором представляло интерес возникновение LME.
[0080] Согласно ФИГУРАМ 1-3, показано, что в прессовке, имеющей легированный плакирующий слой 40 на Zn-основе, трещины проходили внутрь базового материала 10; однако в прессовке, имеющей легированный плакирующий слой 30 на Al-Zn-основе, и в прессовке, имеющей легированный плакирующий слой 50 на Al-основе, внутрь базового материала 10 трещины не проходили.
[0081] Кроме того, сталь, которая была нагрета и выдерживалась в заданном температурном диапазоне, как описано выше, была извлечена из печи, сталь отформовали с использованием матрицы для плоского листового материала, включающей рубашку водяного охлаждения, и затем закалили так, что скорость охлаждения достигала 50°С/секунду или быстрее, до температуры начала мартенситного превращения (приблизительно 410°С), даже в части с низкой скоростью охлаждения. После этого поверхность прессовки кондиционировали, и на прессовке провели фосфатирующую обработку. Наконец, произвели съемку SEM-изображения поверхности прессовки, и оценивали пригодность к фосфатированию на основе степени сформированной фосфатной пленки.
[0082] ФИГУРЫ 4-6 представляют примеры SEM-изображений (изображений вторичных электронов), показывающие поверхности прессовок в случае, когда сталь с плакированием на Al-Zn-основе, сталь с плакированием на Zn-основе и сталь с плакированием на Al-основе, извлеченные из второй нагревательной печи, были обработаны и быстро охлаждены в матрице для плоского листового материала, включающей рубашку водяного охлаждения, и затем подвергнуты фосфатирующей обработке.
[0083] Согласно ФИГУРАМ 4-6, найдено, что в плакирующем покрытии на Al-Zn-основе и в плакирующем покрытии на Zn-основе на всей поверхности образовались кристаллы 60 продуктов химической конверсии (фосфатные пленки); однако в плакирующем покрытии на Al-основе образовались области, в которых кристаллов продуктов химической конверсии не было, то есть, на некоторых участках поверхности присутствовали области 70 прозрачности.
Пример 2
[0084] Сначала изготовили сляб способом непрерывного литья с использованием расплавленной стали, имеющей химический состав, показанный в Таблице 1. Затем сляб подвергли горячей прокатке для изготовления горячекатаного материала, и горячекатаный материал дополнительно подвергли травлению и холодной прокатке, с изготовлением тем самым холоднокатаной стали. В дополнение, эту холоднокатаную сталь использовали в качестве базового материала (толщина листа: 1,4 мм), который применяли для изготовления горячештампованной стали. Температура Ас3 базового материала составляла приблизительно 810°С.
[0085]
[Таблица 1]
| Химический состав базового материала (единица: мас.%, остальное количество: Fe и примеси) | |||||||||
| C | Si | Mn | P | S | Растворимый Al | N | B | Ti | Cr |
| 0,2 | 0,2 | 1,3 | 0,01 | 0,005 | 0,02 | 0,002 | 0,002 | 0,02 | 0,2 |
[0086] Затем сформировали плакирующее покрытие на базовом материале, изготовленном, как описано выше, с использованием плакирующей ванны, имеющей состав, показанный в Таблице 2, с получением тем самым стали для горячей штамповки. Количество нанесенного плакирующего покрытия регулировали так, что общий вес Al и Zn достигал значения, показанного в Таблице 2. Эту сталь нагревали до температуры легирования, показанной в Таблице 2, и температуру поддерживали в течение времени легирования, показанного в Таблице 2. После этого сталь поместили в нагревательную печь и нагревали до диапазона от температуры Ас3 до 950°С, и затем сталь извлекли из нагревательной печи так, что температура стали поддерживалась в этом температурном диапазоне в течение времени выдерживания, показанного в Таблице 2.
[0087] Затем, для выполнения испытания на горячий V-изгиб, провели следующие стадии. Обработку с горячим V-изгибом провели немедленно на стали, извлеченной из нагревательной печи, с использованием ручного пресса. Время, прошедшее от извлечения стали из нагревательной печи до начала обработки стали, составляло приблизительно пять секунд. В дополнение, в отношении формы матрицы, использовали форму, которая была протяженной до наружного участка, имеющего радиус изгиба при V-изгибовой обработке приблизительно 15% при конце изгибового воздействия.
[0088] Кроме того, для выполнения оценочного испытания пригодности к фосфатированию и оценочного испытания адгезии покрытия провели следующие стадии. Немедленно после извлечения стали из нагревательной печи проводили горячую штамповку с использованием матрицы для плоского листового материала, включающей рубашку водяного охлаждения, и затем проводили ускоренное охлаждение. Скорость охлаждения регулировали на достижение скорости охлаждения 50°С/секунду или быстрее, пока не достигалась приблизительная температура начала мартенситного превращения (410°С). Кроме того, для соответственных горячештампованных сталей поверхности кондиционировали при комнатной температуре в течение 20 секунд с использованием агента для кондиционирующей обработки поверхности (торговая марка: PREPALENE-X) производства фирмы Nihon Parkerizing Co., Ltd. Затем на соответственных горячештампованных сталях провели фосфатирующую обработку с использованием жидкости для фосфатирующей обработки (торговая марка: PAUL BOND 3020) производства фирмы Nihon Parkerizing Co., Ltd. При фосфатирующей обработке температуру обрабатывающей жидкости регулировали на 43°C, и горячештампованные стали погружали в обрабатывающую жидкость в течение 120 секунд. После того, как была проведена вышеописанная фосфатирующая обработка, на соответственные горячештампованные стали способом нанесения покрытия электроосаждением нанесли покрытие катионным электроосаждением производства фирмы NIPPONPAINT Co., Ltd. с градиентом подведения энергии при напряжении 160 В, и, кроме того, провели сушку покрытия при температуре обжига 170°С в течение 20 минут. Среднее значение толщин покрытий после нанесения покрытий электроосаждением составляло 10 мкм во всех соответствующих изобретению примерах и сравнительных примерах.
[0089]
[Таблица 2]
| Условия плакирующей обработки | Общий вес Al и Zn (г/м2) |
Условия горячей штамповки | ||||||
| Состав (мас.%) | Температура легирования (°C) |
Время легирования (секунд) | Время выдерживания (секунд) | |||||
| Al | Zn | Si | ||||||
| Пример согласно изобретению | 1 | 55 | 45 | 0 | 60 | 700 | 120 | 30 |
| 2 | 55 | 45 | 0 | 60 | 700 | 120 | 30 | |
| 3 | 55 | 45 | 0 | 60 | 700 | 120 | 30 | |
| 4 | 55 | 45 | 0 | 60 | 700 | 120 | 30 | |
| 5 | 55 | 45 | 0 | 60 | 700 | 120 | 30 | |
| 6 | 45 | 40 | 15 | 60 | 700 | 120 | 30 | |
| 7 | 55 | 45 | 0 | 40 | 700 | 120 | 30 | |
| 8 | 55 | 45 | 0 | 80 | 700 | 120 | 30 | |
| 9 | 60 | 40 | 0 | 60 | 500 | 300 | 30 | |
| 10 | 40 | 60 | 0 | 60 | 500 | 300 | 30 | |
| 11 | 65 | 35 | 0 | 60 | 700 | 120 | 30 | |
| 12 | 40 | 60 | 0 | 60 | 700 | 120 | 30 | |
| 13 | 55 | 45 | 0 | 60 | 700 | 120 | 30 | |
| 14 | 45 | 40 | 15 | 60 | 700 | 120 | 30 | |
| 15 | 55 | 45 | 0 | 20 | 700 | 120 | 30 | |
| 16 | 55 | 45 | 0 | 100 | 700 | 120 | 30 | |
| 17 | 55 | 45 | 0 | 60 | 700 | 120 | 5 | |
| 18 | 55 | 45 | 0 | 60 | 750 | 90 | 60 | |
| Сравнительный пример | 101 | 25 | 75 | 0 | 60 | 700 | 120 | 30 |
| 102 | 75 | 25 | 0 | 60 | 700 | 120 | 30 | |
| 103 | 55 | 45 | 0 | 60 | 800 | 120 | 45 | |
| 104 | 55 | 45 | 0 | 60 | 400 | 120 | 30 | |
| 105 | 55 | 45 | 0 | 60 | 700 | 500 | 30 | |
| 106 | 55 | 45 | 0 | 60 | 500 | 5 | 15 | |
| 107 | 55 | 45 | 0 | 60 | 800 | 60 | 120 |
[0090] Конфигурации соответствующих изобретению примеров и сравнительных примеров, полученных вышеописанным путем, были подтверждены с использованием описываемого ниже метода.
[0091] Состояния межфазных слоев, промежуточных слоев и оксидных слоев в примерах согласно изобретению и сравнительных примерах были установлены следующим образом. Среднее содержание Al и среднее содержание Zn в межфазном слое, среднее содержание Al и среднее содержание Zn в промежуточном слое, и среднее содержание Si в плакирующем слое были получены разрезанием прессовки перпендикулярно поверхности, полированием поперечного сечения и анализом, таким как EPMA. Металлографические структуры межфазного слоя и промежуточного слоя были получены анализом кристаллической структуры с использованием TEM или тому подобного. Примеры, в которых металлографическая структура удовлетворяла требованиям настоящего изобретения, были обозначены как «OK», и примеры, в которых металлографическая структура не удовлетворяла требованиям настоящего изобретения, были обозначены как «NG». Толщины межфазного слоя, промежуточного слоя и оксидного слоя были получены съемкой увеличенной фотографии вышеописанного поперечного сечения с использованием электронного микроскопа и анализом изображения на этой увеличенной фотографии. Вышеописанные анализы были проведены на необработанной области прессовки.
[0092] Общий вес Al и Zn в плакирующем слое в примерах согласно изобретению и сравнительных примерах был измерен методом атомно-эмиссионной спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ICP-AES). То есть, из необработанной области (места, которое не подвергалось V-изгибу) каждого из примеров согласно изобретению и сравнительных примеров отобрали образец, и плакирующий слой растворили в 10%-ном водном растворе HCl и проанализировали. Каждый раствор подвергли воздействию энергии плазмы, элементы компонентов были возбуждены, и измерили местоположения и интенсивности испускаемых лучей света (спектрального излучения), с идентификацией тем самым соответствующих элементов и измерением их количеств.
[0093] Конфигурации примеров согласно изобретению и сравнительных примеров, подтвержденные вышеописанным путем, показаны в Таблице 3. Остальное количество в среднем составе межфазного слоя и промежуточного слоя, показанном в Таблице 3, составляли Fe и примеси.
[0094]
[Таблица 3]
| Межфазный слой | Промежуточный слой | Оксидный слой | Среднее содержание Si во всем плакирующем слое (мас.%) | Общий вес Al и Zn (г/м2) |
|||||||
| Средний состав (мас.%) | Структура | Толщина | Средний состав (мас.%) | Структура | Толщина (мкм) | Толщина (мкм) | |||||
| Среднее содержание Al | Среднее содержание Zn | Оценка | Среднее содержание Al | Среднее содержание Zn | Оценка | ||||||
| 1 | 10 | 3 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 20 | 2 | 0 | 57 |
| 2 | 25 | 3 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 20 | 2 | 0 | 57 |
| 3 | 15 | 1 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 20 | 2 | 0 | 57 |
| 4 | 15 | 5 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 20 | 2 | 0 | 57 |
| 5 | 15 | 3 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 20 | 2 | 0 | 57 |
| 6 | 15 | 3 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 20 | 2 | 9 | 57 |
| 7 | 15 | 3 | OK | 5 | 40 | 25 | OK | 10 | 2 | 0 | 37 |
| 8 | 15 | 3 | OK | 15 | 40 | 25 | OK | 30 | 2 | 0 | 77 |
| 9 | 15 | 3 | OK | 10 | 30 | 25 | OK | 20 | 2 | 0 | 57 |
| 10 | 15 | 3 | OK | 10 | 50 | 25 | OK | 20 | 2 | 0 | 57 |
| 11 | 15 | 3 | OK | 10 | 40 | 10 | OK | 20 | 2 | 0 | 57 |
| 12 | 15 | 3 | OK | 10 | 40 | 40 | OK | 20 | 2 | 0 | 57 |
| 13 | 15 | 3 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 20 | 2 | 0 | 57 |
| 14 | 15 | 3 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 20 | 2 | 9 | 57 |
| 15 | 15 | 3 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 5 | 2 | 0 | 17 |
| 16 | 15 | 3 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 30 | 2 | 0 | 97 |
| 17 | 15 | 3 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 20 | 0,5 | 0 | 59 |
| 18 | 15 | 3 | OK | 10 | 40 | 25 | OK | 20 | 3 | 0 | 55 |
| 101 | 15 | 10 | OK | 10 | 20 | 45 | NG | 20 | 2 | 0 | 52 |
| 102 | 25 | 0,5 | OK | 10 | 40 | 9 | NG | 25 | 0,3 | 0 | 58 |
| 103 | 13 | 3 | OK | 10 | 30 | 10 | OK | 20 | 5 | 0 | 52 |
| 104 | 15 | 7 | OK | 5 | 50 | 30 | NG | 15 | 1 | 0 | 58 |
| 105 | 13 | 3 | OK | 10 | 30 | 10 | OK | 20 | 5 | 0 | 52 |
| 106 | 15 | 8 | OK | 5 | 50 | 35 | NG | 20 | 0,05 | 0 | 60 |
| 107 | 10 | 2 | OK | 20 | 30 | 10 | OK | 20 | 7 | 0 | 45 |
[0095] Кроме того, усталостные характеристики (устойчивость к LME), свойства фосфатирующей обработки, адгезия покрытия, и свариваемость примеров согласно изобретению и сравнительных примеров, полученных вышеописанным путем, были подтверждены описанными ниже методами.
[0096] Усталостные характеристики примеров и сравнительных примеров оценивали следующим образом. Присутствие или отсутствие возникновения жидкометаллического охрупчивания (LME) выявляли обследованием изображения с детектированием отраженных электронов поперечного сечения подвергнутого V-изгибу участка по направлению толщины каждого из примеров и сравнительных примеров с использованием сканирующего электронного микроскопа (SEM) и детектора отраженных электронов. Кроме того, образцы, в которых трещины не образовывались, и образцы, в которых трещины возникали, но заканчивались в плакирующем слое, оценивались как благоприятные (ХОРОШО) в отношении усталостных характеристик. С другой стороны, образцы, в которых трещины распространялись в базовый материал за пределы плакирующего слоя, оценивались как непригодные (ПЛОХО) в отношении усталостных характеристик.
[0097] Характеристики фосфатирующей обработки примеров и сравнительных примеров оценивали следующим образом. Фосфатную пленку, сформированную на каждом из подвергнутых фосфатированию образцов, растворяли и удаляли с использованием насыщенного раствора хромата аммония, и разницу в весе стали до и после удаления пленки измеряли и рассматривали как количество покрытия фосфатной пленки. В дополнение, образцы, имеющие количество покрытия 2,0 г/м2 или более, оценивали как благоприятные (ХОРОШО) в отношении пригодности к фосфатированию. С другой стороны, образцы, имеющие количество покрытия менее 2,0 г/м2, оценивали как непригодные (ПЛОХО) в отношении пригодности к фосфатированию.
[0098] Адгезию покрытия примеров и сравнительных примеров оценивали следующим образом. Каждый из покрытых электроосаждением образцов погружали в 5%-ный водный раствор NaCl, имеющий температуру 50°С, в течение 500 часов. После погружения ко всей поверхности размером 60 мм×120 мм испытуемой области присоединяли сложнополиэфирную ленту, и затем отслаивали ее. Получали площадь области, с которой покровная пленка отслаивалась при оттягивании ленты, и измеряли процентную долю (%) отслоившейся покровной пленки на основе следующего выражения.
Процентная доля отслоения покровной пленки=(А2/А1)×100
А1 представляет площадь (60 мм×120 мм=7200 мм2) испытуемой области, и А2 представляет площадь (мм2) области, с которой отслоилась покровная пленка. Образцы, имеющие процентную долю отслоения покровной пленки менее 5,0%, оценивали как благоприятные (ХОРОШО) в отношении адгезии покрытия. С другой стороны, образцы, имеющие процентную долю отслоения покровной пленки 5,0% или более, оценивали как непригодные (ПЛОХО) в отношении адгезии покрытия.
[0099] Свариваемость примеров и сравнительных примеров оценивали с использованием значения поверхностного сопротивления. Значение поверхностного сопротивления образца рассчитывали по величине напряжения, полученного, когда ток величиной 2А пропускали через образец с использованием источника питания в форме инвертора постоянного тока типа нажимного контакта при давлении сварки 250 кгс. Образцы, имеющие значение поверхностного сопротивления 20 мОм или менее, оценивали как благоприятные (ХОРОШО) в отношении свариваемости.
[0100] Усталостные характеристики (устойчивость к LME), свойства фосфатирующей обработки, адгезия покрытия, и свариваемость примеров согласно изобретению и сравнительных примеров, подтвержденные вышеописанными средствами, показаны в Таблице 4.
[0101]
[Таблица 4]
| Усталостные характеристики | Пригодность к фосфатированию | Адгезия покрытия | Свариваемость | |
| 1 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 2 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 3 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 4 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 5 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 6 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 7 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 8 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 9 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 10 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 11 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 12 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 13 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 14 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 15 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 16 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 17 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 18 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 101 | ПЛОХО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 102 | ХОРОШО | ПЛОХО | ПЛОХО | ХОРОШО |
| 103 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ПЛОХО |
| 104 | ПЛОХО | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО |
| 105 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ПЛОХО |
| 106 | ПЛОХО | ПЛОХО | ПЛОХО | ХОРОШО |
| 107 | ХОРОШО | ХОРОШО | ХОРОШО | ПЛОХО |
[0102]
[Результаты оценки]
Как показано в Таблице 3, найдено, что во всех из горячештампованных сталей соответствующих изобретению примеров, в которых были произведены улучшения в плане легирования и состава плакирующего слоя, и были произведены улучшения в плане толщины оксида, который был сформирован в качестве самого наружного слоя плакирующего слоя, было достигнуто улучшение как усталостных характеристик прессовки вследствие предотвращения возникновения LME, так и улучшение пригодности прессовки к фосфатированию.
[0103] Напротив, найдено, что во всех из горячештампованных сталей сравнительных примеров, в которых не были произведены улучшения в плане легирования, состава и тому подобного плакирующего слоя, все из усталостных характеристик, пригодности к фосфатированию и свариваемости не были в достаточной мере улучшены.
[0104] Сравнительный Пример 101 был изготовлен с использованием плакирующей ванны, включающей недостаточное содержание Al, и тем самым было невозможно предотвратить LME. Поэтому усталостные характеристики Сравнительного Примера 101 были плохими.
Сравнительный Пример 102 был изготовлен с использованием плакирующей ванны, включающей недостаточное содержание Zn, и тем самым структура промежуточного слоя становилась ненадлежащей вследствие недостатка Zn. Поэтому в Сравнительном Примере 102 пригодность к фосфатированию ухудшилась, и адгезия покрытия была плохой.
В Сравнительном Примере 103 температура легирования во время горячей штамповки была слишком высокой, и тем самым толщина оксидного слоя становилась чрезмерной, и свариваемость была плохой.
В Сравнительном Примере 104 температура легирования во время горячей штамповки была слишком низкой, и тем самым плакирующий слой был легирован недостаточно, образовалась обогащенная цинком (Zn) фаза, и было невозможно предотвратить LME Поэтому усталостные характеристики Сравнительного Примера 104 были плохими.
В Сравнительном Примере 105 продолжительность легирования во время горячей штамповки была слишком длительной, и тем самым толщина оксидного слоя становилась чрезмерной, и свариваемость была плохой.
В Сравнительном Примере 106 продолжительность легирования во время горячей штамповки была слишком короткой, и тем самым нагревание для легирования становилось недостаточным. Поэтому в Сравнительном Примере 106 возникало LME, и ухудшались усталостные характеристики. Кроме того, в Сравнительном Примере 106 нагревание было недостаточным, и тем самым количество оксида было малым, и ухудшались пригодность к фосфатированию и адгезия покрытия.
В Сравнительном Примере 107 температура легирования и длительность выдерживания во время горячей штамповки были чрезмерными, и тем самым толщина оксидного слоя становилась слишком большой, и свариваемость была плохой.
[Промышленная применимость]
[0105] Согласно настоящему изобретению, в горячештампованной стали, в которой сформирован плакирующий слой на поверхности базового материала, в достаточной мере проявлялись как усталостные характеристики, так и пригодность к фосфатированию. Поэтому настоящее изобретение является многообещающим в области конструкционных элементов и тому подобных, которые применяются в автомобилях и тому подобном.
[Краткое описание условных обозначений]
[0106]
1 ГОРЯЧЕШТАМПОВАННАЯ СТАЛЬ
10 БАЗОВЫЙ МАТЕРИАЛ
20 ПЛАКИРУЮЩИЙ СЛОЙ
21 МЕЖФАЗНЫЙ СЛОЙ
22 ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ СЛОЙ
23 ОКСИДНЫЙ СЛОЙ
30 ПЛАКИРУЮЩИЙ СЛОЙ НА Al-Zn-ОСНОВЕ
40 ПЛАКИРУЮЩИЙ СЛОЙ НА Zn-ОСНОВЕ
50 ПЛАКИРУЮЩИЙ СЛОЙ НА Al-ОСНОВЕ
60 КРИСТАЛЛ ПРОДУКТА ХИМИЧЕСКОЙ КОНВЕРСИИ
70 ОБЛАСТЬ ПРОЗРАЧНОСТИ
1. Горячештампованная сталь, содержащая:
базовый материал и
плакирующий слой,
причем плакирующий слой включает межфазный слой, промежуточный слой и оксидный слой в указанном порядке от стороны базового материала к стороне поверхности,
в межфазном слое структура включает 99% по площади или более в совокупности αFe, Fe3Al и FeAl, среднее содержание Al составляет величину в диапазоне 8,0 мас.% или более и 32,5 мас.% или менее, среднее содержание Zn ограничено до величины более содержания Zn в базовом материале и 5 мас.% или менее, остальной химический состав включает Fe и примеси, и средняя толщина слоя составляет 1,0 мкм или более,
в промежуточном слое структура включает 99% по площади или более в совокупности Fe(Al,Zn)2 и Fe2(Al,Zn)5, среднее содержание Al составляет от 30 до 50 мас.%, среднее содержание Zn составляет от 10 до 40 мас.%, остальной химический состав включает Fe и примеси, и средняя толщина слоя составляет 5,0 мкм или более, и
в оксидном слое средняя толщина слоя составляет от 0,1 до 3,0 мкм.
2. Горячештампованная сталь по п.1,
в которой средняя толщина слоя составляет от 1,0 до 10,0 мкм в межфазном слое.
3. Горячештампованная сталь по п. 1,
в которой общий вес на единицу площади Al и Zn в плакирующем слое составляет 20 г/м2 или более и 100 г/м2 или менее.
4. Горячештампованная сталь по п. 2,
в которой общий вес на единицу площади Al и Zn в плакирующем слое составляет 20 г/м2 или более и 100 г/м2 или менее.
5. Горячештампованная сталь, содержащая:
базовый материал и
плакирующий слой,
причем плакирующий слой включает межфазный слой, промежуточный слой и оксидный слой в указанном порядке от стороны базового материала к стороне поверхности,
в межфазном слое структура включает 99% по площади или более в совокупности αFe, Fe3Al и FeAl, среднее содержание Al составляет величину в диапазоне 8,0 мас.% или более и 32,5 мас.% или менее, среднее содержание Zn ограничено до величины более содержания Zn в базовом материале и 5 мас.% или менее, остальной химический состав включает Fe и примеси, и средняя толщина слоя составляет 1,0 мкм или более,
в промежуточном слое структура включает 99% по площади или более в совокупности Fe(Al,Zn)2, Fe2(Al,Zn)5 и Fe(Al,Si), среднее содержание Al составляет от 30 до 50 мас.%, среднее содержание Zn составляет от 10 до 40 мас.%, остальной химический состав включает Fe и примеси, и средняя толщина слоя составляет 5,0 мкм или более, и
в оксидном слое средняя толщина слоя составляет от 0,1 до 3,0 мкм, причем плакирующий слой дополнительно включает в среднем более чем 0 мас.% и 10,0 мас.% или менее Si, и
Fe(Al,Si) занимает от 0 до 50% по площади от суммы Fe(Al,Zn)2, Fe2(Al,Zn)5 и Fe(Al,Si) в промежуточном слое.
