具有高強度和優異的化學轉化處理性的熱處理鋼制品及其制造方法與流程

本發明涉及即使在熱處理后也不經過特別的氧化皮除去工序，作為涂裝基底處理的化學轉化處理性優異、涂裝后的耐腐蝕性也優異的熱處理鋼制品及其制造方法。
背景技術：
：近年來，從地球環境問題和碰撞安全性能的觀點出發，要求汽車用結構部件薄壁化和高強度化。為響應這些要求，以高強度鋼板為原材料的汽車用結構部件不斷增加。但是，如果以高強度鋼板為原材料通過壓制成形來制造汽車用結構部件，則容易發生褶皺、回彈之類的成形不良。因此，以高強度鋼板為原材料通過壓制成形來制造汽車用結構部件并不容易。作為解決這樣的問題的方法，通過在熱態下加工鋼材，并且進行急冷來淬火，由此制造高強度的成形品的技術已被實用化。例如，關于熱壓，鋼板在高溫下變為軟質、高延展性，因此能夠尺寸精度良好地成形出復雜的形狀。而且，通過預先將鋼板加熱到奧氏體區域，并在模具內急冷，能夠同時實現由馬氏體相變帶來的鋼板的高強度化。但是，在上述那樣的加工方法中，將鋼加熱到800～1000℃這樣的高溫，因此產生鋼板表面氧化這樣的問題。如果該氧化皮殘留，則在接下來的工序中進行涂裝的情況下，鋼板與涂膜的密合性(密著性)差，招致耐腐蝕性的降低。因此，壓制成形后，需要噴丸等的氧化皮除去處理。專利文獻1公開了下述技術：在金屬材料的彎曲加工方法中，一邊使加熱裝置和冷卻裝置相對于金屬材料進行相對移動，一邊由加熱裝置局部到加熱金屬材料，對由于加熱而變形阻力大幅度降低了的部位賦予彎曲力矩，彎曲加工成二維或三維彎曲了的所期望的形狀，接著由冷卻裝置進行冷卻來淬火(以下稱為“熱態三維彎曲加工”)。熱態三維彎曲加工是主要用于汽車用部件的加工技術，是作為同時應對車體輕量化和碰撞安全性的提高這兩個相反要求的技術而開發的。熱態彎曲加工是一邊局部地加熱鋼管，一邊通過水冷進行淬火，同時賦予彎曲力矩來進行彎曲加工，由此能夠以一個工序制造呈復雜形狀的封閉截面結構部件的技術，能夠成形出截面結構超過1470MPa的汽車部件。但是，在該方法中，由于通過將鋼材加熱到奧氏體區域，用冷卻介質進行急冷，來謀求由馬氏體相變帶來的鋼材的高強度化，因此也具有在表面生成氧化皮，在接下來的工序中進行涂裝的情況下鋼材與涂膜的密合性差，招致耐腐蝕性降低這樣的問題。對于這些問題，本發明人通過專利文獻2公開了涉及淬火鋼材的制造方法和制造裝置的發明，其中，在一邊將鋼材向其長度方向輸送，一邊將被輸送的鋼材加熱至能夠淬火的溫度區域后進行冷卻而將鋼材淬火時，能夠抑制或消除氧化皮的產生。根據該發明，一邊將鋼材向其長度方向輸送，一邊由與被輸送的鋼材間隔開而配置于第1位置的加熱裝置將鋼材加熱至能夠淬火的溫度區域，并由配置于比第1位置靠鋼材的輸送方向的下游的第2位置的冷卻裝置向鋼材噴吹冷卻介質，來將鋼材淬火時，通過使鋼材中的、被加熱裝置加熱了的部分的周圍的空間充滿惰性氣體或還原性氣體，能夠制造抑制了氧化皮的淬火鋼材。在先技術文獻專利文獻專利文獻1：日本特開2007-83304號公報專利文獻2：日本特開2011-89150號公報技術實現要素：本發明人為了謀求由專利文獻2公開的發明的進一步提高，反復進行了認真研究。其結果，本發明人發現：即使向鋼材的被加熱裝置加熱的部分的周圍空間噴吹惰性氣體而使其充滿，完全杜絕氧化皮也是非常困難的，會產生不可避免的氧化皮(氧化膜)，另外，根據加熱和冷卻的條件，有時由于該不可避免的氧化皮而導致化學轉化處理性較差。如果氧化皮為厚膜則容易剝離，鋼材的加工后的化學轉化處理性、電沉積涂裝性受損。另外，如果氧化皮的厚度不均勻，則化學轉化處理、電沉積涂裝會發生不均勻。但是，在加工后設置氧化皮除去工序來除去氧化皮會導致成本的上升，因而并不優選。本發明是鑒于這樣的新課題而完成的，其目的是提供即使在熱處理后也不經過特別的氧化皮除去工序，在附著有氧化皮的狀態下作為涂裝基底處理的化學轉化處理性也優異、涂裝后的耐腐蝕性也優異的熱處理鋼制品及其制造方法，更具體而言，其目的是提供對沒有實施鍍敷的鋼材進行熱處理或伴有熱處理的彎曲加工而制造的、由于具有高強度以及優異的化學轉化處理性和涂裝后耐腐蝕性因此可很好地用作為例如汽車用部件的熱處理鋼制品及其制造方法。本發明人對于在怎樣的情況下化學轉化處理性會劣化進行了調查，結果判明：即使由于噴吹惰性氣體的氣氛下的加熱而生成少量的氧化皮，如果是在化學轉化處理時氧化皮溶解而可供給鐵離子的狀態、或者進而基體溶解而可供給鐵離子的狀態，則也能形成健全的化學轉化皮膜，另一方面，如果生成的氧化皮在化學轉化處理時沒有充分溶解，則化學轉化處理性差。本發明人進一步認真研究的結果了解到：如果氧化皮的膜厚為1μm以下、氧化皮中所含的FeO為90％以上，則在化學轉化時能充分進行Fe離子供給，能夠進行良好的化學轉化處理。另外了解到：為實現這樣的氧化皮，使用具有氣體腔室、加熱裝置和冷卻裝置的加工裝置，一邊流通惰性氣體一邊進行三維彎曲加工，該時，將鋼材在600℃以上的溫度區域滯留的時間設為小于1秒即可。本發明是基于上述見解而完成的，其主旨如下。(1)一種具有高強度和優異的化學轉化處理性的熱處理鋼制品，其特征在于，表面具有膜厚為1μm以下的氧化皮，上述氧化皮中所含的FeO的比率為90％以上。(2)根據上述(1)所述的具有高強度和優異的化學轉化處理性的熱處理鋼制品，其特征在于，所述鋼的組織由馬氏體、或馬氏體和回火馬氏體構成。(3)根據上述(1)或(2)所述的熱處理鋼制品，所述鋼制品是具有封閉的橫截面形狀的中空部件。(4)根據上述(1)～(3)的任一項所述的熱處理鋼制品，其特征在于，所述氧化皮的膜厚的最大值和最小值為膜厚的平均值的±10％以內。(5)一種熱處理鋼制品的制造方法，是使用從上游側起具有氣體腔室、加熱裝置和冷卻裝置的加工裝置來制造熱處理鋼制品的方法，其特征在于，向氣體腔室導入惰性氣體，使包含加熱裝置和冷卻裝置的空間充滿惰性氣體，并且，使上述加工裝置相對于鋼材進行相對移動，由此由上述加熱裝置將上述鋼材局部地加熱，接著由上述冷卻裝置將上述鋼材冷卻，上述鋼材在600℃以上的溫度區域滯留的時間小于1秒，并且，在上述加熱與上述冷卻之間，對上述鋼材的由于加熱而變形阻力大幅度降低了的部位進行彎曲加工。(6)根據上述(5)所述的熱處理鋼制品的制造方法，還將在所述冷卻的過程中所述鋼材在從600℃到300℃的溫度區域滯留的時間設為3秒鐘以內。根據本發明，在化學轉化處理時氧化皮溶解而能形成健全的化學轉化皮膜，因此即使不經過噴丸等的氧化皮除去工序而供于化學轉化處理、涂裝工序，化學轉化處理性也優異，進而涂裝后的耐腐蝕性也優異，因此能提供適合于即使不像必需通過鍍敷實現的犧牲防腐蝕那樣要求重防腐蝕性但也需要某種程度的耐腐蝕性的用途的熱處理鋼制品。作為本發明涉及的熱處理鋼制品的應用部位，在汽車部件的情況下，優選是通過謀求高強度化而能夠使車輛輕量化并且要求耐腐蝕性的部位，例如可例示支柱、門梁、頂板(roof)、保險杠(bumper)等加強類、框架類、臂桿類等。附圖說明圖1是表示在本發明中可以使用的加工裝置的一例的圖。具體實施方式以下，對本發明涉及的熱處理用制品及其制造方法的限定理由進行說明。本發明的熱處理鋼制品，是將沒有實施鍍敷的鋼材作為原材料來制造的，其熱處理后的制品表面具有極薄的氧化皮(氧化膜)。其膜厚需要設為1μm以下。如果氧化皮的膜厚超過1μm，則在化學轉化處理時不溶解而殘留的氧化皮多，鐵離子的供給變得不充分，化學轉化處理性劣化。另外，如果氧化皮變厚則即使在氧化皮上形成化學轉化皮膜，在氧化皮與基體之間也容易發生剝離，涂膜密合性差。因此，氧化皮的膜厚設為1μm以下，優選為0.5μm以下。另外，氧化皮中需要含有90％以上的FeO。該比率可以通過下述方式求出：通過制品表面的X射線衍射分析求出FeO、Fe3O4、Fe2O3各自的X射線強度，計算FeO的X射線強度相對于FeO、Fe3O4和Fe2O3的X射線強度的合計之比。如果FeO的比率小于90％，則在化學轉化處理時不溶解而殘留的氧化皮多，鐵離子的供給變得不充分，化學轉化處理性劣化。其原因尚不明確，但可以考慮如下。關于氧化皮，首先在高溫時生成FeO，隨著氧化的進行而生成Fe3O4，在冷卻過程中一部分FeO發生共析轉變而生成Fe3O4。如果在制品中，氧化皮中的FeO比率減少、Fe3O4的比率變多，則由于Fe3O4與FeO相比難以在化學轉化處理液中溶解，因此化學轉化處理性劣化。本發明的鋼制品需要具有通過熱處理而得到的高強度、并且化學轉化處理性也優異，因此鋼組織由馬氏體構成。但根據所需的強度和性能，也可以將馬氏體的一部分替換為回火馬氏體。另外，也可以含有在熱處理的過程中不可避免地殘留的碳化物和/或殘余奧氏體。再者，在熱處理鋼制品之中需要有意地設置的非熱處理部、和熱處理部與非熱處理部的邊界區域中，鋼組織不受上述所限，可以在制品中的一部分中設置那樣的部分。本發明的熱處理鋼制品的形狀不特別限定，但優選是具有封閉的橫截面形狀的中空部件。熱處理鋼制品例如可以通過熱態三維彎曲加工而制造。熱態三維彎曲加工適合于得到具有高強度且高剛性的任意彎曲形狀的中空部件。本發明的熱處理鋼制品使用從上游側起具有氣體腔室、加熱裝置和冷卻裝置的加工裝置來制造。以下，利用圖1更具體地說明。圖1示出了在本發明中使用的加工裝置的一例，使鋼材11相對于加工裝置10進行相對移動而進行加工。加工裝置從上游側起具有氣體腔室12、加熱裝置13和冷卻裝置14。在圖1中為了理解結構而描繪了截面，但氣體腔室12、加熱裝置13和冷卻裝置14以包覆鋼材11的整個四周的方式被設置。向氣體腔室12導入氬氣、氮氣等惰性氣體，使包含加熱裝置13和冷卻裝置14的空間充滿惰性氣體。鋼材11被加熱裝置13局部地加熱(11a)，然后由冷卻裝置14冷卻。在此，在加熱和冷卻的過程中，鋼材11在600℃以上的溫度區域滯留的時間設為小于1秒。如果以在鋼材的加熱部分的周圍的空間包含大氣的狀態進行熱處理，則生成較厚的氧化皮，化學轉化處理性和涂裝后耐腐蝕性劣化。另一方面，即使向加熱部分的周圍的空間吹送惰性氣體而使其充滿，如果在鋼材的氧化快速進行的600℃以上的溫度區域中的滯留時間超過1秒，則也會生成較厚的氧化皮、或氧化皮的氧化程度推進從而Fe3O4的比率增加，因此化學轉化處理性劣化。因此，在本發明中，使用在加熱裝置的上游側設有氣體腔室的加工裝置，向氣體腔室導入惰性氣體，包括加熱前的鋼材的周圍的空間在內，使鋼材的被加熱了的部分的周圍、被冷卻了的部分的周圍的空間充滿惰性氣體。進而，在加熱和冷卻的過程中，鋼材在600℃以上滯留的時間設為小于1秒鐘，優選設為0.5秒鐘以下。而且，優選在鋼材被冷卻的過程中，將鋼材在從600℃到300℃的溫度區域滯留的時間設為3秒鐘以內。如果在高溫下生成氧化皮之后在冷卻過程中變為600℃附近以下，則FeO發生共析轉變而生成Fe3O4。因此，從使化學轉化處理性良好方面出發，優選快速通過容易進行該反應的從600℃到300℃的溫度區域，從而抑制Fe3O4的生成，以FeO的狀態來到低溫。而且，在本發明中，通過使鋼材的加熱部分的周邊充分地充滿惰性氣體，能夠使氧化皮的膜厚均勻。優選能使氧化皮的膜厚的最大值和最小值在膜厚的平均值的±10％以內。可以根據制品所需的強度和性能來追加回火等的熱處理。該情況下，總計全部的熱處理而將600℃以上的滯留時間設為小于1秒鐘、進而優選將600℃～300℃的滯留時間設為3秒鐘以內是有效的。再者，圖1中描繪的定位裝置21a、22b、產業用機械手32、卡盤(chuck)33等是表示在本發明中能夠使用的加工裝置的適宜的例子的，不用說本發明并不被該附圖限定。另外，雖然沒有圖示，但也可以在冷卻裝置14的下游側設置遮蔽板，使惰性氣體更容易充滿包含氣體腔室12、加熱裝置13和冷卻裝置14的空間。實施例為確認本發明的效果，準備了具有表1所示的化學組成的矩形截面的電焊鋼管(40mm×40mm×壁厚1.6mm)作為原材料。表1(質量％，余量：Fe和不可避免的雜質)CSiMnPSsol.AlNCrTiNbB0.220.200.750.0140.0030.040.0040.300.0300.0250.015將該鋼管原材料使用圖1所示的熱態三維彎曲加工裝置在表2所示的條件下進行熱處理，制成熱處理鋼制品。再者，關于表2的No.3，通過熱態三維彎曲加工裝置的冷卻過程的控制實施了回火。對于所得到的熱處理鋼制品，將截面組織用硝酸乙醇腐蝕液腐蝕之后，使用掃描電鏡以500倍的倍率觀察4個視場，來確認鋼組織。另外，對于鋼管的表面，通過X射線光電子能譜分析來測定氧化皮的膜厚，并且通過X射線衍射進行氧化皮組成的分析，求出FeO、Fe3O4、Fe2O3各自的X射線強度，計算FeO的X射線強度相對于FeO、Fe3O4和Fe2O3的X射線強度的合計之比，來作為氧化皮中的FeO比率。在此，X射線強度之比是將X射線源設為CuKα(40kV-50mA)時的、采用Rietveld法對FeO、Fe3O4和Fe2O3的X射線衍射峰進行評價而得到的。另外，對于所得到的熱處理鋼制品，進行與上述同樣的化學轉化處理后，采用日本ペイント制的PN-110實施目標為膜厚20μm的電沉積涂裝，來制成涂裝制品。對于該涂裝制品，作為涂膜密合性試驗進行了40℃溫水浸漬240小時后的棋盤格膠帶剝離評價。另外，評價了JASO復合循環腐蝕試驗的180次循環后的切割部的銹和膨脹。在涂膜密合性試驗中，將沒有較大地剝離的格子、且切割交叉部的小的剝離為5面積％以下的樣品判定為良好。在JASO試驗的銹和膨脹的評價中，將切口兩側的銹或膨脹的最大的幅度為12mm以下的樣品判定為良好。將結果歸納地示于表2。再者，表2的“鋼組織”一欄中的M表示馬氏體，TM表示回火馬氏體。關于涂裝后耐腐蝕性的評價結果，將良好標記為○，將不良標記為×。表2如表2所示可確認出，通過滿足在本發明中規定的范圍，能夠提供即使不經過噴丸等的氧化皮除去工序而供于化學轉化處理、涂裝工序，化學轉化處理性也優異、進而涂裝后的耐腐蝕性也優異的熱處理鋼制品。當前第1頁1 2 3