热压成形构件的制造方法以及热压成形构件的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及用于汽车零部件的结构构件这样的需要强度、耐腐蚀性的热压成形构 件及其制造方法，特别是涉及如下所述的热压成形构件及其制造方法，所述热压成形构件 是以在基体钢板的表面形成有镀层的表面处理钢板为原材料，将预先加热后的表面处理钢 板热压成形为规定的形状时，在赋予形状的同时对基体钢板进行淬火，从而得到规定强度 的热压成形构件。
【背景技术】
[0002] 近年来，从地球环境保护的观点出发，加强了汽车排气限制。这种状况下，提高汽 车的燃料效率成为重要的课题，要求汽车零部件的高强度化和薄壁化。在谋求汽车零部件 的高强度和薄壁化方面，使用具有规定强度的钢板作为汽车零部件的原材料，对该钢板实 施冲压加工而成形为规定形状的零部件是极其有效的。但是，伴随钢板的高强度化，其冲压 加工性降低，因此难以将钢板加工为所期望的零部件形状的情况增多。
[0003] 作为解决上述问题的技术，已知有如下技术:使用模具将加热至高温的原材料钢 板热压成形为期望的形状，同时在模具内进行散热而淬火，从而使热压成形后的零部件高 强度化。例如在专利文献1中提出了如下技术:在对加热至900°C左右的奥氏体单相区的坯 板(钢板)实施热压而制造规定形状的零部件时，与热压成形同时在模具内进行淬火，由此 实现零部件的高强度化。
[0004] 然而，在专利文献1提出的技术中存在如下问题：在冲压前将钢板加热至900°C左 右的高温时，在钢板表面生成氧化皮(铁氧化物），该氧化皮在热压成形时剥离而使模具损 伤、或者使热压成形后的构件表面损伤。另外，在构件表面残留的氧化皮还会导致外观不 良、涂装粘附性下降。因此，通常进行酸洗、喷丸等处理来除去构件表面的氧化皮，但这些处 理导致生产率的降低。此外，汽车的行走构件、车身结构构件等也需要优良的耐腐蚀性，但 对于专利文献1提出的技术而言，由于在原材料钢板上没有设置镀层等防锈被膜，因此热压 成形构件的耐腐蚀性不充分。
[0005] 出于上述原因，期望在热压成形前的加热时可抑制氧化皮的生成、并且可使热压 成形后的构件的耐腐蚀性提高的热压成形技术。针对上述期望，提出了在表面设置有镀层 等被膜的表面处理钢板、使用了表面处理钢板的热压成形方法。
[0006] 例如，在专利文献2中提出了如下技术:将被Zn(锌)或Zn基合金被覆的钢板加热至 700~1200°C后，进行热压成形，由此制成在表面具备Zn-Fe基化合物或Zn-Fe-Al基化合物 的热压成形构件。另外，在专利文献2中记载了 ：通过使用被Zn或Zn基合金被覆的钢板，能够 抑制在热压成形前的加热时成为问题的钢板表面的氧化，而且可以得到耐腐蚀性优良的热 压成形构件。
[0007] 利用专利文献2中提出的技术，热压成形构件表面的氧化皮生成在一定程度上被 抑制。但是，有时会发生因镀层中的Zn引起的液态金属脆化裂纹，在热压成形构件的表层部 产生深度约100μπι的裂纹。如果产生这样的裂纹，则会导致热压成形构件的耐疲劳特性降低 等各种问题。
[0008] 针对这样的问题，在专利文献3中提出了如下方法:在通过热压对在基体钢板表面 形成有Zn-Fe系镀层的表面处理钢板进行成形而制造热压成形品时，将上述表面处理钢板 加热至基体钢板的Ac 1相变点以上且950°C以下的温度，将表面处理钢板冷却至镀层的凝固 点以下的温度后，开始成形。并且，在专利文献3中记载了 ：将表面处理钢板冷却至镀层的凝 固点以下的温度后开始成形，由此能够抑制液态金属脆化。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献
[0011] 专利文献1:英国专利第1490535号说明书
[0012] 专利文献2:日本专利第3663145号公报 [0013] 专利文献3:日本特开2013-91099号公报
【发明内容】
[0014] 发明所要解决的问题
[0015] 利用专利文献3中提出的技术，可抑制液态金属脆化裂纹、即在热压成形构件的表 面产生的深度为约IOOym的裂纹。但是，专利文献3提出的技术是在将表面处理钢板整体冷 却至镀层的凝固点以下的温度的状态下进行冲压成形。因此，由于成形温度的降低而引起 冲压成形时的钢板的强度升高和延展性降低，产生了成形载荷增加、成形时容易发生钢板 断裂等新问题。
[0016] 另外，专利文献3提出的技术能够抑制由液态金属脆化导致的裂纹(在热压成形构 件的表面产生、自镀层-钢基界面起向钢基内部方向的深度为约100M1、在界面检测到Zn的 裂纹）。但是，有时会在热压成形构件的表面产生微小裂纹，其自镀层-钢基界面起向钢基内 部方向的深度为约30μπι以下、从界面没有检测到Zn。该微小裂纹被称为微裂纹，贯穿镀层-钢基界面而到达钢基(基体钢板)的内部，有时对热压成形构件的各特性(耐疲劳特性等)带 来不良影响。
[0017] 本发明是着眼于如上所述的问题而完成的。即，本发明的目的在于:提供一种在对 Zn系镀敷钢板实施热压而制造热压成形构件时抑制热压成形时的成形载荷的过度增加及 钢板的断裂、并且抑制微裂纹的生成的方法；以及提供一种抑制了微裂纹的生成的热压成 形构件。
[0018]需要说明的是，微裂纹的深度与以往以来已知的液态金属裂纹完全不同，产生的 位置及在破裂的界面处有无 Zn也不同，形态及现象明显存在区别。
[0019] 用于解决问题的手段
[0020] 本发明人们首先对抑制在对Zn系镀敷钢板进行热压成形时成为问题的微小裂纹 (微裂纹)的方法进行了研究。
[0021] 关于微裂纹的生成机理还不明确，有时由于在高温下对Zn系镀敷钢板进行成形而 在镀敷钢板的表面产生微小裂纹。该微小裂纹是自镀层-钢基(基体钢板)界面起的深度为 约30μπι以下的微小的裂纹，贯穿镀层-钢基(基体钢板)界面而到达基体钢板内部。针对上述 问题，本发明人们进行了各种各样的研究，结果发现，通过使热压成形时的镀敷钢板的温度 为约400°C以下，由此可完全地抑制微裂纹。此外，通过如上所述使热压成形时的镀敷钢板 温度为约400°C以下，可以得到在模具上的镀层附着量也大幅降低的效果。
[0022] 但是，冲压成形时的钢板温度降低时，钢板的强度升高，因此成形载荷增加。另外， 冲压成形时的钢板温度降低时，钢板的延展性降低，因此成形时钢板容易发生断裂。由此， 冲压成形时的钢板温度降低时，不能发挥热压成形的优点。特别是，冲压成形时的镀敷钢板 在板厚方向整个区域降低至约400°C以下时，这些问题显著产生，出现冲压成形构件的品质 下降、或者生产率、成品率降低等新问题。
[0023] 因此，本发明人们想到在只对镀敷钢板的表层部进行冷却的状态下进行热压成 形。如上所述，容易产生微裂纹的是镀敷钢板的表面附近的区域。因此，本发明人们推测，即 使是在将镀敷钢板的板厚方向中央部维持于高温状态、只将镀敷钢板的表层部冷却至约 400°C以下的状态下进行热压成形的情况下，也可抑制微裂纹。
[0024] 基于上述推测，本发明人们进一步进行了研究，结果得出如下见解:即使是镀敷钢 板的平均温度为500°C以上、或者镀敷钢板的板厚方向中央部的温度为530°C以上，如果在 使镀敷钢板表面温度为400°C以下、仅镀敷钢板的表层附近局部地被冷却的状态下进行热 压成形，则能够抑制微裂纹。另外得出如下见解:即使是热压成形时的镀敷钢板表面温度为 400°C以下，如果镀敷钢板的平均温度为500°C以上、或者镀敷钢板的板厚方向中央部的温 度为530°C以上，则能够抑制冲压成形载荷的增加及成形时钢板的断裂。
[0025] 在此，对直到得出上述见解的实验进行说明。需要说明的是，下述表示化学成分的 含量的"％"是指"质量％"。
[0026] 首先，以板厚为1 · 6mm的冷乳钢板（化学成分46-0.23%〇0.25%5丨-1.40%]?11-0.01%?-0.005%5-0.0020%8-0.03%厶1-0.005%1厶。3相变点：801°〇为基体钢板，在该 基体钢板表面形成Zn系镀层(Zn-12质量％Ni镀层、每单面的附着量为65g/m2)，准备这样的 表面处理钢板。接着，对表面处理钢板实施冲裁加工，得到200mm X 400mm的坯板。
[0027] 使用按照以上方式得到的坯板，首先实施冲压成形试验。具体而言，将坯板均匀加 热至900°C，在自然冷却至700°C的时刻以多种条件对坯板表面进行冷却，将表面的温度降 低至400°C以下的还板插入模具(材料:SKD61、冲头肩部R :6mm、冲模肩部R :6mm)进行冲压成 形。然后，在模具内保持15秒冷却至120°C以下后脱模，制成图1所示的帽形的冲压成形构 件。需要说明的是，上述冲压成形设定成冲头-冲模的间隙为1.6mm、压边力为IOtonf的拉深 成形。
[0028] 上述中，对坯板表面进行水冷的条件是在使水温、水量密度、注水时间在水温为10 ~30°C、水量密度为10~100000L/m 2 ·分钟、注水时间为0.1~10.0秒的范围内变更的多种 条件下实施水冷。另外，冲压成形时测定其成形载荷。
[0029] 从所得到的帽形的冲压成形构件的纵壁部裁取样品，使用扫描型电子显微镜 (SEM)以1000倍的倍率对其表层的截面进行观察。其结果是，在冷却后的坯板表面温度为 400°C以下的任一条件下均没有观察到微裂纹(在冲压构件表面产生的微小裂纹，自镀层-基体钢板的界面起向板厚中央方向的深度为30μπι以下的微小裂纹）。但是，根据对坯板表面 进行水冷的条件，冲压成形时的成形载荷在180~600tonf的范围内变化。
[0030] 因此，将与上述相同种类的还板(200mmX400mm)均勾加热至900°C，在自然冷却至 700°C的时刻与上述冲压成形试验同样地以多种条件对坯板表面进行冷却，从而使坯板表 面为400°C以下，然后，不进行冲压成形而保持原状态地放置，通过辐射温度计测定坯板表 面的温度历程。其结果是，以上述成形载荷在180~600tonf的范围内变化的冲压成形试验 中成形载荷变得较低而为300tonf以下的水冷条件进行水冷后未进行冲压成形而放置的情 况下，如图2所示，确认到如下现象:在相当于冲压成形时间（