JP6794652B2 - Method for manufacturing heat-treated steel pipe and heat-treated steel pipe - Google Patents
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Description
本発明は、熱処理用鋼管及び熱処理鋼管の製造方法に関し、より詳細には、自動車用部材として好適に利用可能な熱処理用鋼管及び熱処理鋼管の製造方法に関する。
The present invention relates to the production how heat treatment for steel and heat treatment steel pipe, and more particularly relates to the production how suitable heat treatment for steel available and heat treatment steel as an automobile member.
近年、自動車構造用鋼材には、地球環境への配慮から、軽量で、かつ、引張強さが780MPa以上であり、更には900MPa以上という、従来とは全く異なるレベルの高強度を有することが強く要請される。また、衝突時の車体の安全性を高めて安全性を向上するため、衝突時における自動車用部材のエネルギー吸収特性を高めるための開発も推進されている。特に、鋼管や鋼板を素材として、例えば曲げ方向が任意の向きに変化する、多岐にわたる曲げ形状からなる最適な形状を有する成形品とする発明が開示されている。 In recent years, in consideration of the global environment, steel materials for automobile structures are strongly required to be lightweight, have a tensile strength of 780 MPa or more, and have a high strength of 900 MPa or more, which is a completely different level from the conventional one. Requested. In addition, in order to improve the safety of the vehicle body at the time of a collision and improve the safety, development for enhancing the energy absorption characteristics of the automobile members at the time of a collision is also being promoted. In particular, an invention is disclosed in which a steel pipe or a steel plate is used as a material, for example, a molded product having an optimum shape having a wide variety of bending shapes in which a bending direction changes in an arbitrary direction.
以下の特許文献1により、鋼材の曲げ方向が3次元的に変化する連続曲げの場合であっても、3次元に移動自在に配置されたローラダイスを用いて、効率的に曲げ加工、更には曲げ加工と同時に鋼材の焼入れを行うための曲げ加工方法(本明細書では、かかる曲げ加工方法を「3DQ:3 Dimensional hot bending and Quench」と略記する。)が開示されている。3DQでは、高周波加熱コイルにより、被加工材である鋼材を、大気中でAc3変態点以上まで急速に加熱した直後に、急冷して焼入れるとともに、加熱されて高温になり変形抵抗が低下した部分に可動ローラダイスにより曲げモーメントを与えて塑性変形させる。 According to Patent Document 1 below, even in the case of continuous bending in which the bending direction of the steel material changes three-dimensionally, the roller dies that are movably arranged in three dimensions can be used for efficient bending, and further. A bending method for quenching a steel material at the same time as the bending process (in the present specification, such a bending method is abbreviated as "3DQ: 3 Dimensional hot bending and Quench") is disclosed. In 3DQ, a steel material, which is a work material, is rapidly heated to an Ac3 transformation point or higher in the atmosphere by a high-frequency heating coil, and then immediately cooled and baked, and at the same time, it is heated to a high temperature and its deformation resistance is reduced. A bending moment is applied to the steel by a movable roller die to cause plastic deformation.
一方、自動車用部材には、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化溶融亜鉛めっき鋼板又は電気亜鉛めっき鋼板等の亜鉛系めっき鋼材が、使用環境における必要十分な耐食性を有するとともにコスト面で優れることから、多用される。なかでも、鋼板を連続的に溶融亜鉛めっきした後に500〜550℃程度の温度で熱処理してめっき層全体をFe−Znの金属間化合物層に変化させた合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、溶融亜鉛めっき鋼板や電気亜鉛めっき鋼板に比較すると、めっき層が電気化学的に幾分貴となって犠牲防食能は僅かに低下するもののめっき層の塗装膜との密着性が向上する。そのため、かかる合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、化成処理及び電着塗装を行われて使用される自動車用部材に多用される。 On the other hand, zinc-based plated steel materials such as hot-dip galvanized steel sheets, alloyed hot-dip galvanized steel sheets, and electrogalvanized steel sheets are often used as automobile members because they have necessary and sufficient corrosion resistance in the usage environment and are excellent in terms of cost. Will be done. Among them, the alloyed hot-dip galvanized steel sheet in which the steel plate is continuously hot-dip galvanized and then heat-treated at a temperature of about 500 to 550 ° C. to change the entire plating layer into an intermetallic compound layer of Fe-Zn is hot-dip zinc. Compared with the plated steel plate and the hot-dip galvanized steel plate, the plating layer becomes somewhat noble and the sacrificial anticorrosion ability is slightly reduced, but the adhesion of the plating layer to the coating film is improved. Therefore, such alloyed hot-dip galvanized steel sheets are often used for automobile members used after being subjected to chemical conversion treatment and electrodeposition coating.
このため、3DQにおいて被加工材として合金化溶融亜鉛めっき鋼材を用いることができれば、被加工材の加熱による酸化を防止して、高い耐食性を有するめっき熱処理鋼材を提供できることが期待される。しかしながら、(1)合金化溶融亜鉛めっき鋼材をAc3変態点以上に加熱すると、亜鉛の蒸気圧が例えば200mmHg:788℃、400mmHg:844℃と温度の上昇とともに急増するために、急速加熱過程で気化する可能性があること、大気中での加熱に伴い亜鉛の酸化が生じること、更には、(2)合金化溶融亜鉛めっき鋼材が600℃以上、特にΓ相(Fe3Zn10)が分解する660℃を超える温度に加熱されると、鋼素地のフェライト中へのZnの固溶現象が顕著になって、めっき層が失われる可能性があること、等に起因して、めっき層としての機能が喪失するおそれがある。 Therefore, if an alloyed hot-dip galvanized steel material can be used as the work material in 3DQ, it is expected that a plated heat-treated steel material having high corrosion resistance can be provided by preventing oxidation of the work material due to heating. However, (1) when the alloyed hot-dip galvanized steel is heated above the Ac3 transformation point, the zinc vapor pressure rapidly increases with the temperature rise, for example, 200 mmHg: 788 ° C. and 400 mmHg: 844 ° C. Zinc oxidation occurs with heating in the atmosphere, and (2) the alloyed hot-dip galvanized steel material decomposes at 600 ° C or higher, especially in the Γ phase (Fe 3 Zn 10 ). When heated to a temperature exceeding 660 ° C., the dissolution phenomenon of Zn in the ferrite of the steel base becomes remarkable, and the plating layer may be lost. Therefore, as a plating layer, There is a risk of loss of function.
このように、被加工材として合金化溶融亜鉛めっき鋼材を用いて3DQにより自動車用部材を量産する場合の課題は、焼入れのために母材である亜鉛系めっき鋼材を約870℃以上に加熱する必要があるとともに、合金化溶融亜鉛めっき皮膜は約950℃で消失するため、被加工材の加熱温度の許容範囲が約870〜950℃と狭いことである。 In this way, the problem in mass-producing automobile parts by 3DQ using alloyed hot-dip galvanized steel as the work material is to heat the zinc-based plated steel, which is the base material, to about 870 ° C or higher for quenching. In addition to the need, the alloyed hot-dip galvanized film disappears at about 950 ° C., so that the allowable range of the heating temperature of the work material is as narrow as about 870 to 950 ° C.
以下の特許文献2には、合金化溶融亜鉛めっき又は溶融亜鉛めっきされた高周波焼入用鋼板を、Ar3変態点以上1000℃以下の焼入温度で、かつ、加熱開始から350℃に冷却されるまでのヒートサイクルタイムを60秒間以内(同文献の実施例においては、約3秒)に制限して加熱及び冷却する、高周波焼入による強化部材の製造方法が開示されている。しかしながら、引用文献2では、昇温速度及び冷却速度は、開示されていない。 In Patent Document 2 below, an alloyed hot-dip galvanized steel sheet or induction-hardened steel sheet is cooled to an induction temperature of Ar3 transformation point or more and 1000 ° C. or less and 350 ° C. from the start of heating. A method for manufacturing a reinforcing member by induction hardening is disclosed, in which the heat cycle time up to is limited to 60 seconds or less (about 3 seconds in the embodiment of the same document) to heat and cool. However, in Cited Document 2, the rate of temperature rise and the rate of cooling are not disclosed.
引用文献2に開示された方法によれば、高周波焼入強化部材として焼入用鋼板を素板とする亜鉛系めっき鋼板を用いて、強度を向上させる部位に高周波焼入を施しても、焼入部にめっき層を残存させることができ、しかも、めっき層中のFe濃度が35%以下(本明細書では、特に断りがない限り、「%」は「質量%」を意味する。)に制御され、塗装性及び耐食性にも優れる自動車用部材を提供できるとされているものの、特許文献2には、めっき材は溶融亜鉛めっきの利用のみが開示されており、上記特許文献1と同様に、めっき焼失の問題がある。 According to the method disclosed in Reference 2, even if a zinc-based plated steel sheet using a quenching steel sheet as a base plate is used as an induction hardening strengthening member and induction hardening is performed on a portion whose strength is to be improved, quenching is performed. The plating layer can be left in the inlet, and the Fe concentration in the plating layer is controlled to 35% or less (in the present specification, "%" means "mass%" unless otherwise specified). Although it is said that an automobile member having excellent coatability and corrosion resistance can be provided, Patent Document 2 discloses only the use of hot-dip zinc plating as a plating material, and similarly to Patent Document 1 above. There is a problem of plating hardening.
本発明者らは、特許文献3により、少なくとも片面に55%Al−Zn−1.5%Si溶融めっき皮膜を有する鋼材の少なくとも一部をAc3変態点以上に10℃/秒以上の昇温速度で加熱し、加熱された部分の少なくとも一部の表面に液相が存在しないうちに30℃/秒以上の冷却速度で急冷することにより、この加熱及び冷却を行われた部分の少なくとも一部の表面に、亜鉛及び/又は酸化物層、並びに、鉄−アルミニウムが合金化された固溶相を有し、耐食性を有するとともに高温で潤滑機能を確保し得る皮膜を形成して、めっき熱処理鋼材を製造する発明を開示した。このめっき熱処理鋼材は、上述の条件で熱処理を行われても、自動車用部材としての適正な塗装後の耐食性を有するとともに、熱処理に伴うスケールの発生を抑制でき、更には、スケールの発生を抑制できるとともに、硬質であることから高温での加工時にも優れた潤滑性を示す。 According to Patent Document 3, the present inventors have described that at least a part of a steel material having a 55% Al-Zn-1.5% Si hot-dip plating film on at least one side has a heating rate of 10 ° C./sec or more above the Ac3 transformation point. By heating with a cooling rate of 30 ° C./sec or higher before the liquid phase is present on the surface of at least a part of the heated part, at least a part of the heated part is heated and cooled. A plated heat-treated steel material is formed on the surface by forming a zinc and / or oxide layer and a solid-dissolved phase in which iron-aluminum is alloyed, which has corrosion resistance and can secure a lubricating function at high temperatures. The invention to be manufactured is disclosed. Even if the plated heat-treated steel material is heat-treated under the above-mentioned conditions, it has proper corrosion resistance after painting as an automobile member, can suppress the generation of scale due to the heat treatment, and further suppresses the generation of scale. In addition to being able to do so, it exhibits excellent lubricity even when processed at high temperatures because it is hard.
ここで、上記特許文献3に開示された製品を自動車部品に利用する場合、鋼材のプレス成形品と同様に、良好な化成処理性を有することが求められる。その際に、上記特許文献3に開示された製品に対して、上記特許文献1に開示されている3DQ工法を施すことが考えられる。 Here, when the product disclosed in Patent Document 3 is used for an automobile part, it is required to have good chemical conversion processability as in the case of a press-molded steel product. At that time, it is conceivable to apply the 3DQ method disclosed in Patent Document 1 to the product disclosed in Patent Document 3.
しかしながら、上記特許文献3に開示されている鋼材は、めっき層にAlが多く含まれるため、3DQ加熱後はめっき表面に強固なアルミナ皮膜が形成され、化成処理性に劣るという欠点がある。化成処理とは、自動車部品において、塗装の下地処理として鋼材表面にリン酸塩の結晶の皮膜を形成させる処理である。また、化成処理性が劣るとは、現行の化成処理条件で健全なリン酸塩結晶皮膜が形成されないことを意味している。 However, the steel material disclosed in Patent Document 3 has a drawback that a strong alumina film is formed on the plating surface after 3DQ heating because the plating layer contains a large amount of Al, and the chemical conversion treatment property is inferior. The chemical conversion treatment is a treatment for forming a phosphate crystal film on the surface of a steel material as a base treatment for painting in automobile parts. In addition, poor chemical conversion treatment means that a healthy phosphate crystal film is not formed under the current chemical conversion treatment conditions.
なお、特許文献4には、Alめっき鋼板の上層に、ZnOを含む層を形成し、炉加熱し、室温の金型でプレスすることで成形と金型冷却による焼入れ硬化を同時に行い、また、ZnOを含む層の効果により、その後の化成処理性を確保する方法が開示されている。 In Patent Document 4, a layer containing ZnO is formed on the upper layer of an Al-plated steel plate, heated in a furnace, and pressed with a mold at room temperature to simultaneously perform molding and quench hardening by cooling the mold. A method for ensuring subsequent chemical conversion processability by the effect of a layer containing ZnO is disclosed.
しかしながら、上記特許文献4に開示されている方法は、いわゆるホットスタンプ法では問題がないと考えられるが、上記特許文献1に開示された3DQ工法では、おそらく昇温速度が大きいために、塗布量が過大となると推定されるという問題がある。また、上記特許文献4では、ZnO以外の化合物について規定されていないという問題がある。 However, the method disclosed in Patent Document 4 is considered to have no problem in the so-called hot stamping method, but the 3DQ method disclosed in Patent Document 1 probably has a high rate of temperature rise, so that the coating amount is large. There is a problem that is presumed to be excessive. Further, there is a problem that the above-mentioned Patent Document 4 does not specify compounds other than ZnO.
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、めっき層の有するAl含有量が多い場合であっても、3DQ工法を適用することが可能であり、かつ、優れた化成処理性を実現することが可能な、熱処理用鋼管及び熱処理鋼管の製造方法を提供することにある。
Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is that the 3DQ method can be applied even when the Al content of the plating layer is large. There, and capable of realizing excellent chemical conversion treatability is to provide a manufacturing how heat treatment for steel and heat treatment steel.
なお、熱処理、並びに、化成処理及び電着塗装を経た時点で耐食性に優れた部材を得るためには、熱処理前の時点での皮膜において、金属酸化物及び樹脂成分の種類・粒径・含有量等を適切に選択することが必要である。しかしながら、熱処理前の時点での皮膜は、実際の部材に供されるまでに熱処理・化成処理・電着塗装という諸工程が施され、熱処理の温度の影響、化成処理液の薬液中の成分の違いによるエッチング力の違い、電着塗装における処理条件の僅かな変動等といった様々な要因が組み合わさることで、製品時点での皮膜も様々に変化する。そのため、部材となった時点での分析により本発明を遺漏なく限定することは、非常に困難である。加えて、様々な要因に起因して変化した皮膜のそれぞれについて、その特性を個々に特定していく作業を行うことは、著しく過大な時間を要し、実際的ではない。そこで、以下で詳述する本発明では、熱処理前の鋼材の皮膜について規定した熱処理用鋼管を規定するとともに、かかる熱処理用鋼管を用いた熱処理方法、及び、かかる熱処理用鋼管に対して特定の熱処理方法を適用することで製造される部材について規定する。 In order to obtain a member having excellent corrosion resistance at the time of heat treatment, chemical conversion treatment and electrodeposition coating, the type, particle size and content of metal oxide and resin components in the film before heat treatment. Etc. must be selected appropriately. However, the film before the heat treatment undergoes various processes such as heat treatment, chemical conversion treatment, and electrodeposition coating before being applied to the actual member, and is affected by the temperature of the heat treatment and the components of the chemical conversion treatment liquid in the chemical solution. By combining various factors such as the difference in etching force due to the difference and slight fluctuations in the treatment conditions in electrodeposition coating, the film at the time of product changes in various ways. Therefore, it is very difficult to limit the present invention without omission by analysis at the time of becoming a member. In addition, it is extremely time-consuming and impractical to individually identify the characteristics of each of the films that have changed due to various factors. Therefore, in the present invention described in detail below, the heat treatment steel pipe that defines the film of the steel material before heat treatment is defined, the heat treatment method using the heat treatment steel pipe, and the specific heat treatment for the heat treatment steel pipe. It specifies the parts manufactured by applying the method.
本発明者は、特許文献3により開示した55%Al−Zn−1.5%Si溶融めっき層を有する鋼材を素材とする熱処理鋼材を更に詳細に検討した結果、以下の発明を得るに至った。 The present inventor has obtained the following invention as a result of further detailed examination of a heat-treated steel material made of a steel material having a 55% Al-Zn-1.5% Si hot-dip galvanized layer disclosed in Patent Document 3. ..
(1)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、前記Mg化合物は、MgOであり、前記MgOの片面当たりの付着量は、Mgとして、0.2g/m2〜2.4g/m2であり、前記MgOの粒径は、5nm〜100nmである、熱処理用鋼管。
(2)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、前記Mg化合物は、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、又は、硫酸マグネシウムの何れかであり、前記塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、又は、硫酸マグネシウムの何れかの片面当たりの付着量は、Mgとして、0.2g/m2〜2.4g/m2である、熱処理用鋼管。
(3)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、前記ZrOの片面当たりの付着量は、Zrとして、0.4g/m2〜2.0g/m2であり、前記ZrOは、粒径が10nm〜200nmである、熱処理用鋼管。
(4)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、ZrOとCaOの混合物、又は、ZrOとMgOの混合物であり、前記混合物の片面当たりの付着量は、ZrとCa、又は、ZrとMgとして、0.4g/m2〜2.0g/m2である、熱処理用鋼管。
(5)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、TiO2、SiO2、又は、TiO2とSiO2の混合物であり、前記TiO2、SiO2又はTiO2とSiO2の混合物の片面当たりの付着量は、Ti、Si、又は、TiとSiとの合計として、0.4g/m2〜2.0g/m2であり、前記TiO2及びSiO2の粒径は、5nm〜30nmである、熱処理用鋼管。
(6)前記表面皮膜層は、前記粒状の金属化合物に加えて、樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤を含有し、前記樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤の含有量は、前記粒状の金属化合物の質量に対して、5質量%〜35質量%である、(1)〜(5)の何れか1つに記載の熱処理用鋼管。
(7)前記めっき皮膜層は、(50〜60)質量%Al−Zn−(1〜2.5)質量%Si溶融めっきからなる、(1)〜(6)の何れか1つに記載の熱処理用鋼管。
(8)前記めっき皮膜層は、Al−(0〜15)質量%Si溶融めっきからなる、(1)〜(6)の何れか1つに記載の熱処理用鋼管。
(9)(1)〜(8)の何れか1つに記載の熱処理用鋼管を用いた熱処理鋼管の製造方法であって、前記熱処理用鋼管の少なくとも一部に対して、焼き入れを行う焼き入れ工程を有し、前記焼き入れ工程では、前記熱処理用鋼管の前記めっき皮膜層及び表面皮膜層を有する少なくとも一方の面において、100℃から最高加熱温度まで、平均で100℃/秒以上の昇温速度で、850℃〜1300℃の温度域内の当該最高加熱温度に加熱し、850℃以上に加熱されてから2秒以内に冷却を開始し、前記最高加熱温度から350℃まで、平均で1000℃/秒以上の冷却速度で、350℃以下の温度域まで冷却する、熱処理鋼管の製造方法。
(10)鋼管の内面又は外面の少なくとも一方の面上に位置し、片面当たり50質量%以上のAlを含有するめっき皮膜層と、当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を備え、前記粒状の金属化合物は、ZnOである熱処理用鋼管を用いた熱処理鋼管の製造方法であって、前記熱処理用鋼管の少なくとも一部に対して、焼き入れを行う焼き入れ工程を有し、前記焼き入れ工程では、前記熱処理用鋼管の前記めっき皮膜層及び表面皮膜層を有する少なくとも一方の面において、100℃から最高加熱温度まで、平均で100℃/秒以上の昇温速度で、1000℃超1300℃以下の温度域内の当該最高加熱温度に加熱し、850℃以上に加熱されてから2秒以内に冷却を開始し、前記最高加熱温度から350℃まで、平均で1000℃/秒以上の冷却速度で、350℃以下の温度域まで冷却する、熱処理鋼管の製造方法。
(11)前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記ZnOの片面当たりの付着量は、Znとして、0.2g/m2〜7g/m2であり、前記ZnOは、粒径が50nm〜300nmである、(10)に記載の熱処理鋼管の製造方法。
(12)前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記表面皮膜層は、前記粒状の金属化合物に加えて、樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤を含有し、前記樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤の含有量は、前記粒状の金属化合物の質量に対して、5質量%〜35質量%である、(10)又は(11)に記載の熱処理鋼管の製造方法。
(13)前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記めっき皮膜層は、(50〜60)質量%Al−Zn−(1〜2.5)質量%Si溶融めっきからなる、(10)〜(12)の何れか1つに記載の熱処理鋼管の製造方法。
(14)前記焼き入れ工程に供される前の前記熱処理用鋼管において、前記めっき皮膜層は、Al−(0〜15)質量%Si溶融めっきからなる、(10)〜(12)の何れか1つに記載の熱処理鋼管の製造方法。
(15)前記熱処理用鋼管の850℃以上の箇所に曲げ加工を施す、(9)〜(14)の何れか1つに記載の熱処理鋼管の製造方法。
( 1 ) A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of a steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side, and a plating film layer located on the plating film layer and containing granular metal compounds. The granular metal compound including a surface film layer is one or more of Mg compound, ZrO, CaO, TiO 2 or SiO 2 , and the Mg compound is MgO, which is per one side of the MgO. coating weight, as Mg, a 0.2g / m 2 ~2.4g / m 2 , the particle size of the MgO is 5 nm to 100 nm, heat treatment for steel pipes.
( 2 ) A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of the steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per one side, and a granular metal compound located on the plating film layer. The granular metal compound comprising a surface film layer is one or more of Mg compound, ZrO, CaO, TiO 2 and SiO 2 , and the Mg compound is magnesium chloride, magnesium nitrate, or magnesium sulfate. is any one of, said magnesium chloride, magnesium nitrate, or the coating weight of either per surface of magnesium sulfate as Mg, is 0.2g / m 2 ~2.4g / m 2 , heat treatment Steel pipe.
( 3 ) A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of a steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side, and a plating film layer located on the plating film layer and containing granular metal compounds. The granular metal compound including the surface film layer is one or more of Mg compound, ZrO, CaO, TiO 2 or SiO 2 , and the amount of ZrO adhered to one side is 0. was 4g / m 2 ~2.0g / m 2 , the ZrO has particle sizes of 10 nm to 200 nm, heat treatment for steel pipes.
( 4 ) A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of a steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side, and a granular metal compound located on the plating film layer. The granular metal compound comprising a surface film layer is a mixture of ZrO and CaO or a mixture of ZrO and MgO, and the amount of adhesion of the mixture per side is Zr and Ca, or Zr and Mg. as a 0.4g / m 2 ~2.0g / m 2 , the heat treatment for steel pipes.
( 5 ) A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of a steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side, and a granular metal compound located on the plating film layer. comprising a surface film layer, a metal compound of the particulate is, TiO 2, SiO 2, or a mixture of TiO 2 and SiO 2, per side of the TiO 2, SiO 2 or TiO 2 and mixtures of SiO 2 The amount of adhesion of Ti, Si, or the total of Ti and Si is 0.4 g / m 2 to 2.0 g / m 2 , and the particle sizes of TiO 2 and SiO 2 are 5 nm to 30 nm. there, the heat treatment for the steel pipe.
( 6 ) The surface coating layer contains a resin component and / or a silane coupling agent in addition to the granular metal compound, and the content of the resin component and / or the silane coupling agent is The heat treatment steel pipe according to any one of (1) to ( 5 ), which is 5 % by mass to 35% by mass with respect to the mass of the granular metal compound.
( 7 ) The above-mentioned one of (1) to ( 6 ), wherein the plating film layer is composed of (50 to 60) mass% Al-Zn- (1 to 2.5) mass% Si hot-dip galvanized. Steel pipe for heat treatment.
( 8 ) The steel pipe for heat treatment according to any one of (1) to ( 6 ), wherein the plating film layer is made of Al- (0 to 15) mass% Si hot-dip galvanized.
( 9 ) A method for manufacturing a heat-treated steel pipe using the heat-treated steel pipe according to any one of (1) to ( 8 ), wherein at least a part of the heat-treated steel pipe is hardened. It has a quenching step, and in the quenching step, an average rise of 100 ° C./sec or more from 100 ° C. to the maximum heating temperature on at least one surface of the heat treatment steel pipe having the plating film layer and the surface film layer. It is heated to the maximum heating temperature within the temperature range of 850 ° C. to 1300 ° C. at a temperature rate, cooling is started within 2 seconds after being heated to 850 ° C. or higher, and from the maximum heating temperature to 350 ° C., an average of 1000 A method for manufacturing a heat-treated steel pipe that cools to a temperature range of 350 ° C or lower at a cooling rate of ° C / sec or higher.
( 10 ) A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of a steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side, and a granular metal compound located on the plating film layer. The granular metal compound comprising a surface film layer is a method for producing a heat-treated steel tube using a heat-treated steel tube which is ZnO, and quenching is performed on at least a part of the heat-treated steel tube. It has a quenching step, and in the quenching step, on at least one surface of the heat treatment steel tube having the plating film layer and the surface film layer, the temperature rises from 100 ° C. to the maximum heating temperature by an average of 100 ° C./sec or more. It is heated to the maximum heating temperature within the temperature range of more than 1000 ° C. and 1300 ° C. or lower at a temperature rate, cooling is started within 2 seconds after being heated to 850 ° C. or higher, and from the maximum heating temperature to 350 ° C. on average. A method for manufacturing a heat-treated steel tube, which cools to a temperature range of 350 ° C. or lower at a cooling rate of 1000 ° C./sec or higher.
(11) In the heat treatment for steel pipe before being subjected to the quenching step, coating weight per one surface of the ZnO as Zn, a 0.2g / m 2 ~7g / m 2 , wherein the ZnO is The method for producing a heat-treated steel pipe according to ( 10 ), which has a particle size of 50 nm to 300 nm.
( 12 ) In the heat treatment steel pipe before being subjected to the quenching step, the surface coating layer contains a resin component and / or a silane coupling agent in addition to the granular metal compound, and said. The heat-treated steel pipe according to ( 10 ) or ( 11 ), wherein the content of the resin component and / or the silane coupling agent is 5% by mass to 35% by mass with respect to the mass of the granular metal compound. Production method.
( 13 ) In the heat treatment steel pipe before being subjected to the quenching step, the plating film layer is composed of (50 to 60) mass% Al-Zn- (1 to 2.5) mass% Si hot-dip galvanized. , ( 10 ) to ( 12 ), the method for producing a heat-treated steel pipe according to any one of ( 12 ).
( 14 ) In the heat treatment steel pipe before being subjected to the quenching step, the plating film layer is any of ( 10 ) to ( 12 ) made of Al− (0 to 15) mass% Si hot dip galvanizing. The method for manufacturing a heat-treated steel pipe according to one.
( 15 ) The method for producing a heat-treated steel pipe according to any one of ( 9 ) to ( 14 ), wherein the heat-treated steel pipe is bent at a temperature of 850 ° C. or higher.
以上説明したように、本発明によれば、めっき層の有するAl含有量が多い場合であっても、3DQ工法を適用することが可能であり、かつ、優れた化成処理性を実現することが可能な、熱処理用鋼管及び熱処理鋼管の製造方法を提供することが可能となる。
As described above, according to the present invention, it is possible to apply the 3DQ method even when the Al content of the plating layer is high, and it is possible to realize excellent chemical conversion processability. possible, it is possible to provide a manufacturing how heat treatment for steel and heat treatment steel.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the drawings, components having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals, so that duplicate description will be omitted.
以下で詳述する本発明に従って、(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき皮膜層、又は、Al−(0〜15)%Si溶融めっき皮膜層を有し、更に、これらめっき皮膜層の表面に金属化合物を含有する表面皮膜層を有する鋼管を被加工材として用い、3DQ工法により熱処理鋼管を製造することで、化成処理性にも優れためっき熱処理鋼材を得ることが可能となる。 According to the present invention described in detail below, a (50 to 60)% Al-Zn- (1 to 2.5)% Si hot-dip galvanized film layer or an Al- (0 to 15)% Si hot-dip galvanized film layer is provided. Further, by using a steel tube having a surface film layer containing a metal compound on the surface of these plating film layers as a material to be processed and producing a heat-treated steel tube by a 3DQ method, a plated heat-treated steel material having excellent chemical conversion treatment properties. Can be obtained.
<熱処理用鋼管について>
まず、本発明の実施形態に係る熱処理鋼管に用いられる、熱処理用鋼管について、説明する。
<About steel pipes for heat treatment>
First, the heat-treated steel pipe used for the heat-treated steel pipe according to the embodiment of the present invention will be described.
(熱処理用鋼管の母管)
本実施形態に係るめっき熱処理用鋼管の素材である母管として、例えば、高強度鋼管を採用することが可能である。かかる高強度鋼管を採用し、鋼管表面に下記のめっき皮膜層を設けた上で、以下で詳述する条件に則した加熱及び冷却を施した後に、その表面に自動車用部材としての下地化成被膜及び塗装被膜を施すことで、塗装後耐食性を備える高強度のめっき熱処理鋼管鋼材とすることができる。
(Main pipe of steel pipe for heat treatment)
As the mother pipe which is the material of the steel pipe for plating heat treatment according to the present embodiment, for example, a high-strength steel pipe can be adopted. After adopting such a high-strength steel pipe, providing the following plating film layer on the surface of the steel pipe, and then heating and cooling according to the conditions described in detail below, the surface of the steel pipe is coated with a base film as an automobile member. And by applying a coating film, it is possible to obtain a high-strength plated heat-treated steel pipe steel material having corrosion resistance after coating.
また、上記母管として、例えば、焼入性を有する鋼管鋼材を使用することも可能である。かかる低強度の鋼管を出発材料として、鋼管表面に下記のめっき皮膜層を設けた上で、以下で詳述する条件の加熱及び冷却を行うことにより焼入れて、引張強度を例えば1200MPa以上に高め、高強度のめっき熱処理鋼管鋼材とすることもできる。 Further, as the mother pipe, for example, a hardenable steel pipe steel material can be used. Using such a low-strength steel pipe as a starting material, the following plating film layer is provided on the surface of the steel pipe, and then quenching is performed by heating and cooling under the conditions described in detail below to increase the tensile strength to, for example, 1200 MPa or more. It can also be a high-strength plated heat-treated steel pipe steel material.
かかる焼入性を有する鋼管鋼材として、例えば、その化学組成が、質量%で、C:0.1%以上0.3%以下、Si:0.01%以上0.5%以下、Mn:0.5%以上3.0%以下、P:0.003%以上0.05%以下、S:0.05%以下、Cr:0.1%以上0.5%以下、Ti:0.01%以上0.1%以下、Al:1%以下、B:0.0002%以上0.004%以下、N:0.01%以下を含有し、残部がFe及び不純物からなり、必要に応じて、Cu:1%以下、Ni:2%以下、Mo:1%以下、V:1%以下、及び、Nb:1%以下から選ばれた1種又は2種以上が含有された鋼管が、例示される。 As a steel tube steel material having such hardenability, for example, the chemical composition thereof is C: 0.1% or more and 0.3% or less, Si: 0.01% or more and 0.5% or less, Mn: 0 in mass%. .5% or more and 3.0% or less, P: 0.003% or more and 0.05% or less, S: 0.05% or less, Cr: 0.1% or more and 0.5% or less, Ti: 0.01% It contains 0.1% or less, Al: 1% or less, B: 0.0002% or more and 0.004% or less, N: 0.01% or less, and the balance is composed of Fe and impurities. Examples thereof include steel pipes containing one or more selected from Cu: 1% or less, Ni: 2% or less, Mo: 1% or less, V: 1% or less, and Nb: 1% or less. To.
(めっき皮膜層)
上記のような母管(3DQ工法が施される前)の内面又は外面の少なくとも一方には、例えば、(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき皮膜、又は、Al−(0〜15)%Si溶融めっき皮膜が、本実施形態に係るめっき皮膜層として形成されている。
(Plating film layer)
On at least one of the inner surface or the outer surface of the mother tube (before the 3DQ method is applied) as described above, for example, (50 to 60)% Al-Zn- (1 to 2.5)% Si hot-dip galvanized film. Alternatively, the Al− (0 to 15)% Si hot-dip galvanized film is formed as the plating film layer according to the present embodiment.
この(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき皮膜層、又は、Al−(0〜15)%Si溶融めっき皮膜層のめっき付着量は、片面当たり30g/m2〜200g/m2であることが、熱処理後の塗装後耐食性を十分に確保する観点から、好ましい。かかる(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき皮膜層、又は、Al−(0〜15)%Si溶融めっき皮膜層の付着量は、更に好ましくは、40g/m2以上80g/m2以下である。 The amount of plating adhered to the (50 to 60)% Al-Zn- (1 to 2.5)% Si hot-dip galvanized film layer or the Al- (0 to 15)% Si hot-dip galvanized film layer is 30 g / side. It is preferable that the content is m 2 to 200 g / m 2 from the viewpoint of sufficiently ensuring the corrosion resistance after coating after the heat treatment. The amount of the (50 to 60)% Al-Zn- (1 to 2.5)% Si hot-dip galvanized film layer or the Al- (0 to 15)% Si hot-dip galvanized film layer adhered is more preferably 40 g. / M 2 or more and 80 g / m 2 or less.
上記のような成分からなるめっき皮膜は、いずれも溶融めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板と比較して高温でのめっき残留に優れるが、かかるめっき皮膜をそのまま高温に加熱すると表面にアルミナ皮膜が形成し、優れた化成処理性を示さない。そこで、本実施形態では、かかるめっき皮膜層上に、金属化合物を含有する層を形成した後に3DQを施すことで、化成処理性を向上させている。 All of the plating films composed of the above components are superior to hot-dip galvanized steel sheets and alloyed hot-dip galvanized steel sheets in terms of residual plating at high temperatures, but when such plating films are heated to high temperatures as they are, alumina films form on the surface. It forms and does not show excellent chemical conversion processability. Therefore, in the present embodiment, the chemical conversion treatment property is improved by applying 3DQ after forming a layer containing a metal compound on the plating film layer.
なお、本実施形態に係る母管に施されるめっきは、上記(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき、又は、Al−(0〜15)%Si溶融めっきに限定されるものではなく、Alを50質量%以上含有するめっきであれば適宜利用することが可能である。 The plating applied to the mother tube according to the present embodiment is the above-mentioned (50 to 60)% Al-Zn- (1 to 2.5)% Si hot-dip galvanizing or Al- (0 to 15)% Si. The plating is not limited to hot-dip galvanizing, and any plating containing 50% by mass or more of Al can be appropriately used.
(表面皮膜層)
また、この(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき皮膜、又は、Al−(0〜15)%Si溶融めっき皮膜の表面には、粒状の金属化合物を含有する皮膜が被覆されている。以下では、上記のようなめっき皮膜層の表面に被覆されている皮膜層を、「表面皮膜層」と称することとする。本実施形態に係る熱処理用鋼管では、かかる表面皮膜層に含有されている粒状の金属化合物は、ZnO、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO2又はSiO2の何れか一種以上であることが好ましい。
(Surface film layer)
Further, on the surface of the (50 to 60)% Al-Zn- (1 to 2.5)% Si hot-dip galvanized film or the Al- (0 to 15)% Si hot-dip galvanized film, a granular metal compound is applied. The contained film is coated. Hereinafter, the coating layer coated on the surface of the plating coating layer as described above will be referred to as a “surface coating layer”. In the heat treatment steel pipe according to the present embodiment, the granular metal compound contained in the surface coating layer is preferably any one or more of ZnO, Mg compound, ZrO, CaO, TiO 2 or SiO 2 .
[ZnOを含有する表面皮膜層]
表面皮膜層に含有される粒状の金属化合物として、ZnOを用いることが可能である。かかるZnOの片面当たりの付着量は、Znとして、0.2g/m2〜7g/m2であることが好ましく、ZnOの粒径(平均粒径)は、50nm〜300nmであることが好ましい。また、表面皮膜層中に、上記ZnOに加えて、樹脂成分及び/又はシランカップリング剤が、ZnOに対する質量比率で5%〜35%含有されていてもよい。
[Surface film layer containing ZnO]
ZnO can be used as the granular metal compound contained in the surface film layer. Coating weight per one side of such a ZnO as Zn, is preferably 0.2g / m 2 ~7g / m 2 , ZnO particle size (average particle diameter) is preferably 50 nm to 300 nm. Further, in addition to the above ZnO, a resin component and / or a silane coupling agent may be contained in the surface film layer in a mass ratio of 5% to 35% with respect to ZnO.
ZnOを含有する表面皮膜層は、例えば、ZnO粒を含有する塗料の塗布処理、及び、その塗布後の焼付け・乾燥による硬化処理を行うことで、めっき皮膜層上に形成可能である。ZnOの塗布方法としては、特に限定されるものではなく、例えば、ZnOを含有するゾルと所定の有機性のバインダ(binder)とを混合してめっき皮膜層の表面に塗布する方法、粉体塗装による塗布方法などが挙げられる。所定の有機性バインダとしては、例えば、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、シランカップリング剤などが挙げられる。これらは、ZnOを含有するゾルと溶解できるように、水溶性とすることが好ましい。こうして得られた塗布液を、めっき鋼板の表面に塗布する。 The ZnO-containing surface film layer can be formed on the plating film layer by, for example, applying a coating material containing ZnO particles and then performing a curing process by baking and drying after the application. The method for applying ZnO is not particularly limited, and for example, a method in which a sol containing ZnO and a predetermined organic binder are mixed and applied to the surface of the plating film layer, powder coating And the like. Examples of the predetermined organic binder include polyurethane-based resin, polyester-based resin, acrylic-based resin, and silane coupling agent. These are preferably water-soluble so that they can be dissolved in a sol containing ZnO. The coating liquid thus obtained is applied to the surface of the plated steel sheet.
ZnOの片面当たりの塗布量(すなわち、ZnOの片面当たりの付着量)は、上記のように、Znに換算して、0.2g/m2〜7g/m2であることが好ましい。ZnOの付着量が0.2g/m2未満となる場合には、化成処理性を確保することができず、好ましくない。また、ZnOの付着量が7g/m2超過となる場合には、塗布ムラが起きやすくなるため、好ましくない。なお、上記特許文献4においては、0.5g/m2〜7g/m2と規定されているが、本願の熱処理は、以下で詳述するように、上記特許文献4の熱処理に比べて昇温速度が速く短時間加熱であるため、下限値が相違する。なお、ZnOの片面当たりの付着量は、より好ましくは、0.5g/m2〜3g/m2である。 The coating amount per one side of the ZnO (i.e., coating weight per one surface of ZnO), as described above, in terms of Zn, is preferably 0.2g / m 2 ~7g / m 2 . If the amount of ZnO adhered is less than 0.2 g / m 2 , the chemical conversion processability cannot be ensured, which is not preferable. Further, when the amount of ZnO adhered exceeds 7 g / m 2 , coating unevenness is likely to occur, which is not preferable. In the above Patent Document 4 have been defined as 0.5g / m 2 ~7g / m 2 , heat treatment of the present application, as described in detail below, the temperature as compared with the heat treatment of the patent document 4 Since the heating rate is high and the heating is performed for a short time, the lower limit values are different. Incidentally, coating weight per one surface of ZnO is more preferably 0.5g / m 2 ~3g / m 2 .
ZnOの微細粒の粒径は、直径50nm〜300nmであることが好ましい。ZnOの粒径としては、粉末自体の粒径と、粉末をゾルにした際のゾル中の粒径の2種類があるが、ゾル中の径として記述する。一般にゾル中で微細粉末の二次凝集が起こるため、ゾル中の粒径は、粉末自体の粒径よりも大きくなる。粉末自体の粒径が50nm未満である場合には、混練しにくいだけでなく、二次凝集し易くなるため、結果的にゾル中の径は粗大化する。そのため、ゾル中の径として50nm未満とすることは事実上困難である。また、ゾル中の粒径が300nm超過となる場合には、沈殿し易くなるため、やはりムラが発生する。ZnOのゾル中の粒径は、50〜150nm程度とすることがより好ましい。 The particle size of the fine particles of ZnO is preferably 50 nm to 300 nm in diameter. There are two types of ZnO particle size, the particle size of the powder itself and the particle size in the sol when the powder is made into a sol, and these are described as the diameter in the sol. Generally, the particle size in the sol is larger than the particle size of the powder itself because the secondary agglutination of the fine powder occurs in the sol. When the particle size of the powder itself is less than 50 nm, not only is it difficult to knead, but also secondary agglutination is likely to occur, and as a result, the diameter in the sol becomes coarse. Therefore, it is practically difficult to make the diameter in the sol less than 50 nm. Further, when the particle size in the sol exceeds 300 nm, precipitation is likely to occur, so that unevenness also occurs. The particle size of ZnO in the sol is more preferably about 50 to 150 nm.
塗布後の焼付け・乾燥方法としては、分散媒(主として水)を揮発させることが可能な方法であれば特定の方法に限定されるものではなく、例えば、熱風炉・誘導加熱炉・近赤外線炉などを利用しても良いし、これらを組み合わせて利用してもよい。ここで、過度に高温で加熱すると表面処理層の均一性が低下することが懸念され、逆に、過度に低温で加熱すると生産性の低下が懸念される。従って、優れた特性を有する表面処理層を安定的かつ効率的に製造するためには、塗布後の表面処理層を、80℃〜150℃程度の温度で5秒〜20秒程度加熱することが好ましい。この際、塗布に使用されるバインダの種類によっては、塗布後の焼付け・乾燥の代わりに、例えば紫外線・電子線などによる硬化処理が行われてもよい。所定の有機性バインダとしては、例えば、ポリウレタンやポリエステル、アクリルあるいはシランカップリング剤などが挙げられる。しかしながら、ZnOを含む表面皮膜層の形成方法は、上記のような例に限定されるものではなく、様々な方法を利用可能である。 The baking / drying method after coating is not limited to a specific method as long as it can volatilize the dispersion medium (mainly water). For example, a hot air furnace, an induction heating furnace, or a near-infrared furnace. Etc. may be used, or these may be used in combination. Here, if the surface treatment layer is heated at an excessively high temperature, the uniformity of the surface treatment layer may be lowered, and conversely, if the surface treatment layer is heated at an excessively low temperature, the productivity may be lowered. Therefore, in order to stably and efficiently produce a surface-treated layer having excellent properties, it is necessary to heat the coated surface-treated layer at a temperature of about 80 ° C. to 150 ° C. for about 5 seconds to 20 seconds. preferable. At this time, depending on the type of binder used for coating, curing treatment with, for example, ultraviolet rays or electron beams may be performed instead of baking / drying after coating. Examples of the predetermined organic binder include polyurethane, polyester, acrylic and silane coupling agents. However, the method for forming the surface coating layer containing ZnO is not limited to the above examples, and various methods can be used.
[MgOを含有する表面皮膜層]
表面皮膜層に含有される粒状の金属化合物として、MgOを用いることが可能である。かかるMgOの片面当たりの付着量は、Mgとして(Mgに換算して)、0.2g/m2〜2.4g/m2であることが好ましく、MgOの粒径(平均粒径)は、5nm〜100nmであることが好ましい。また、表面皮膜層中に、上記MgOに加えて、樹脂成分及び/又はシランカップリング剤が、MgOに対する質量比率で、5%〜35%含有されていてもよい。
[Surface film layer containing MgO]
MgO can be used as the granular metal compound contained in the surface film layer. The coating weight per one side of such MgO, (in terms of Mg) as Mg, is preferably 0.2g / m 2 ~2.4g / m 2 , MgO having a particle size (average particle diameter), It is preferably 5 nm to 100 nm. Further, in addition to the above MgO, a resin component and / or a silane coupling agent may be contained in the surface film layer in a mass ratio of 5% to 35% with respect to MgO.
ここで、MgOの片面当たりの付着量は、より好ましくは、0.5g/m2〜1g/m2である。 Here, coating weight per one surface of MgO, more preferably 0.5g / m 2 ~1g / m 2 .
MgOの粒径は、ZnOとは異なり、ゾル中の径ではなく、原料の粒径(すなわち、一次粒径)として5nm〜100nmとする。一次粒径が5nm未満である場合には、二次凝集が顕著になり、結果的に粗大化して、塗膜中に均一に分散しない。一方、一次粒径が100nm超過である場合には、沈殿しやすくなるため、ムラが発生し、分散液の寿命が短くなる。MgOの一次粒径は、より好ましくは、10nm〜50nmである。 Unlike ZnO, the particle size of MgO is not the diameter in the sol, but the particle size of the raw material (that is, the primary particle size) of 5 nm to 100 nm. When the primary particle size is less than 5 nm, the secondary agglutination becomes remarkable, and as a result, it becomes coarse and does not uniformly disperse in the coating film. On the other hand, when the primary particle size exceeds 100 nm, precipitation is likely to occur, causing unevenness and shortening the life of the dispersion liquid. The primary particle size of MgO is more preferably 10 nm to 50 nm.
かかるMgOを含有する表面皮膜層は、ZnOを含む表面皮膜層と同様に形成することが可能である。 The surface film layer containing MgO can be formed in the same manner as the surface film layer containing ZnO.
[塩化Mg、硝酸Mg又は硫酸Mgを含有する表面皮膜層]
表面皮膜層に含有される粒状の金属化合物として、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム又は硫酸マグネシウムの何れかを用いることが可能である。かかる塩化Mg、硝酸Mg又は硫酸Mgの何れかの片面当たりの付着量は、Mgとして(Mgに換算して)、0.2g/m2〜2.4g/m2であることが好ましい。塩化Mg、硝酸Mg又は硫酸Mgの何れかの片面当たりの付着量は、より好ましくは、0.5g/m2〜1g/m2である。また、表面皮膜層中に、上記Mg化合物に加えて、樹脂成分及び/又はシランカップリング剤が、これらMg化合物に対する質量比率で、5%〜35%含有されていてもよい。
[Surface film layer containing Mg chloride, Mg nitrate or Mg sulfate]
As the granular metal compound contained in the surface film layer, any one of magnesium chloride, magnesium nitrate or magnesium sulfate can be used. Such chloride Mg, the adhesion amount of any per surface nitrate Mg or sulfuric Mg is (in terms of Mg) as Mg, is preferably 0.2g / m 2 ~2.4g / m 2 . Adhesion amount of any per side chloride Mg, nitrate Mg or sulfuric Mg is more preferably 0.5g / m 2 ~1g / m 2 . Further, in addition to the above Mg compounds, a resin component and / or a silane coupling agent may be contained in the surface film layer in a mass ratio of 5% to 35% with respect to these Mg compounds.
これらのMg化合物を含む表面皮膜層は、上記ZnOを含む表面皮膜層と同様に形成することができる。 The surface film layer containing these Mg compounds can be formed in the same manner as the surface film layer containing ZnO.
[ZrOを少なくとも含有する表面皮膜層]
表面皮膜層に含有される粒状の金属化合物として、ZrO、ZrOとCaOの混合物、又は、ZrOとMgOの混合物の何れかを用いることが可能である。これら金属化合物の片面当たりの付着量は、Zr、ZrとCaとの合計、又は、ZrとMgとの合計として、0.4g/m2〜2.0g/m2であることが好ましく、これら金属化合物の粒径(平均粒径)は、10〜200nmであることが好ましい。また、表面皮膜層中に、上記金属化合物に加えて、樹脂成分及び/又はシランカップリング剤が、これら金属化合物に対する質量比率で、5%〜35%含有されていてもよい。
[Surface film layer containing at least ZrO]
As the granular metal compound contained in the surface film layer, either ZrO, a mixture of ZrO and CaO, or a mixture of ZrO and MgO can be used. Coating weight per one side of the metal compounds, Zr, the sum of Zr and Ca, or, preferably as a sum of Zr and Mg, it is 0.4g / m 2 ~2.0g / m 2 , these The particle size (average particle size) of the metal compound is preferably 10 to 200 nm. Further, in addition to the above metal compounds, a resin component and / or a silane coupling agent may be contained in the surface film layer in a mass ratio of 5% to 35% with respect to these metal compounds.
ここで、ZrO、ZrOとCaOの混合物、又は、ZrOとMgOの混合物の片面当たりの付着量は、より好ましくは、0.5g/m2〜1.0g/m2である。 Here, ZrO, a mixture of ZrO and CaO, or the coating weight per one surface of a mixture of ZrO and MgO is more preferably 0.5g / m 2 ~1.0g / m 2 .
ZrOの粒径は、ゾル中の径として(すなわち、二次粒径として)、10nm〜200nmであることが好ましい。ZrOの粒径が10nm未満である場合には、二次凝集が顕著になり、結果的に粗大化して、塗膜中に均一に分散しない。また、ZrOの粒径が200nm超過である場合には、沈殿しやすくなるため、ムラが発生し、分散液の寿命が短くなる。ZrOの二次粒径は、より好ましくは、20nm〜50nmである。 The particle size of ZrO is preferably 10 nm to 200 nm as the diameter in the sol (that is, as the secondary particle size). When the particle size of ZrO is less than 10 nm, secondary agglutination becomes remarkable, and as a result, it becomes coarse and does not uniformly disperse in the coating film. Further, when the particle size of ZrO exceeds 200 nm, precipitation is likely to occur, causing unevenness and shortening the life of the dispersion liquid. The secondary particle size of ZrO is more preferably 20 nm to 50 nm.
ZrO、ZrOとCaOの混合物、又は、ZrOとMgOの混合物を含む表面皮膜層は、上記のZnOを含む表面皮膜層と同様に形成することができる。 The surface film layer containing a mixture of ZrO, ZrO and CaO, or a mixture of ZrO and MgO can be formed in the same manner as the above-mentioned surface film layer containing ZnO.
[TiO2又はSiO2を含有する表面皮膜層]
表面皮膜層に含有される粒状の金属化合物として、TiO2、SiO2、又は、TiO2とSiO2の混合物の何れかを用いることが可能である。これら金属化合物の片面当たりの付着量は、それぞれ、Ti、Si、又は、TiとSiとの合計として、0.4g/m2〜2.0g/m2であることが好ましく、これら金属化合物の粒径(平均粒径)は、5nm〜30nmであることが好ましい。また、表面皮膜層中に、上記金属化合物に加えて、樹脂成分及び/又はシランカップリング剤が、これら金属化合物に対する質量比率で、5%〜35%含有されていてもよい
[Surface film layer containing TiO 2 or SiO 2 ]
As the granular metal compound contained in the surface coating layer, any one of TiO 2 , SiO 2 , or a mixture of TiO 2 and SiO 2 can be used. Coating weight per one side of the metal compounds, respectively, Ti, Si, or, as the sum of Ti and Si, is preferably 0.4g / m 2 ~2.0g / m 2 , these metal compounds The particle size (average particle size) is preferably 5 nm to 30 nm. Further, in addition to the above metal compounds, a resin component and / or a silane coupling agent may be contained in the surface film layer in a mass ratio of 5% to 35% with respect to these metal compounds.
ここで、TiO2、SiO2、又は、TiO2とSiO2の混合物の何れかの片面当たりの付着量は、より好ましくは、0.5g/m2〜1g/m2である。 Here, TiO 2, SiO 2, or the coating weight of either per surface of the mixture of TiO 2 and SiO 2 is more preferably 0.5g / m 2 ~1g / m 2 .
TiO2の粒径、及び、SiO2の粒径は、ゾル中の径として(すなわち、二次粒径として)、5nm〜30nmであることが好ましい。TiO2やSiO2の粒径が5nm未満である場合には、二次凝集が顕著になり、結果的に粗大化して、塗膜中に均一に分散しない。また、TiO2やSiO2の粒径が30nm超過である場合には、沈殿しやすくなるため、ムラが発生し、分散液の寿命が短くなる。TiO2、SiO2の二次粒径は、より好ましくは、10nm〜20nmである。 The particle size of TiO 2 and the particle size of SiO 2 are preferably 5 nm to 30 nm as the diameter in the sol (that is, as the secondary particle size). When the particle size of TiO 2 or SiO 2 is less than 5 nm, secondary agglutination becomes remarkable, and as a result, it becomes coarse and does not uniformly disperse in the coating film. Further, when the particle size of TiO 2 or SiO 2 exceeds 30 nm, precipitation is likely to occur, causing unevenness and shortening the life of the dispersion liquid. The secondary particle size of TiO 2 and SiO 2 is more preferably 10 nm to 20 nm.
TiO2、SiO2、又は、TiO2とSiO2の混合物の何れかを含む表面皮膜層は、上記のZnOを含む表面皮膜層と同様に形成することができる。 The surface coating layer containing any of TiO 2 , SiO 2 , or a mixture of TiO 2 and SiO 2 can be formed in the same manner as the above-mentioned surface coating layer containing ZnO.
以上、本実施形態に係る表面皮膜層について、詳細に説明した。 The surface coating layer according to the present embodiment has been described in detail above.
<付着量及び粒径の測定方法>
本実施形態に係るめっき皮膜層の付着量の測定方法は、特に限定されるものではなく、例えば重量法や蛍光X線法により測定することが可能である。重量法とは、面積の規定されためっきサンプルの重量を測定した後、塩酸等でめっき層のみ溶解させて、溶解後の重量との差分から付着量を求める方法である。また、蛍光X線法とは、予め重量法等の手段によって付着量既知のサンプルで検量線を作成しておき、着目する試料の蛍光X線強度から付着量を算出する方法である。
<Measurement method of adhesion amount and particle size>
The method for measuring the amount of adhesion of the plating film layer according to the present embodiment is not particularly limited, and can be measured by, for example, a gravimetric method or a fluorescent X-ray method. The gravimetric method is a method in which after measuring the weight of a plating sample having a defined area, only the plating layer is dissolved with hydrochloric acid or the like, and the amount of adhesion is obtained from the difference from the weight after dissolution. The fluorescent X-ray method is a method in which a calibration curve is prepared in advance from a sample having a known adhesion amount by a means such as a gravimetric method, and the adhesion amount is calculated from the fluorescence X-ray intensity of the sample of interest.
また、本実施形態に係る表面皮膜層の付着量の測定方法は、特に限定されるものではなく、例えば、表面処理層に含有されている化合物が上記のような化合物であることを断面エネルギー分散型X線(Energy Dispersive X−ray:EDX)分析等で確認したうえで、皮膜を溶解して、ICP(Inductively Coupled Plasma、誘導結合プラズマ)発光分光分析法などを用いることで測定が可能である。 Further, the method for measuring the amount of adhesion of the surface coating layer according to the present embodiment is not particularly limited, and for example, the cross-sectional energy dispersion indicates that the compound contained in the surface treatment layer is the above-mentioned compound. Measurement is possible by confirming by type X-ray (Energy Dispersive X-ray: EDX) analysis or the like, dissolving the film, and using ICP (Inductively Coupled Plasma) emission spectroscopic analysis or the like. ..
また、本実施形態に係る表面皮膜層に利用される金属化合物の粒径(一次粒径や二次粒径)は、レーザ回折式粒径測定装置等の公知の装置を用いて測定することが可能である。 Further, the particle size (primary particle size or secondary particle size) of the metal compound used for the surface film layer according to the present embodiment can be measured by using a known device such as a laser diffraction type particle size measuring device. It is possible.
<熱処理鋼管の製造方法について>
続いて、以上説明したような本実施形態に係る熱処理用鋼管を利用した、熱処理鋼管の製造方法について、詳細に説明する。
<Manufacturing method of heat-treated steel pipe>
Subsequently, a method for manufacturing a heat-treated steel pipe using the heat-treated steel pipe according to the present embodiment as described above will be described in detail.
本実施形態に係る熱処理鋼管の製造方法では、以上説明したような熱処理用鋼管の少なくとも一部に対して、焼き入れを行う焼き入れ工程を施すことにより、熱処理鋼管とする。この焼き入れ工程は、以下で詳述するように、加熱工程及び冷却工程からなる。 In the method for producing a heat-treated steel pipe according to the present embodiment, at least a part of the heat-treated steel pipe as described above is subjected to a quenching step of quenching to obtain a heat-treated steel pipe. This quenching step comprises a heating step and a cooling step, as described in detail below.
より詳細には、内面又は外面の少なくとも一方の面に(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき皮膜層、又は、Al−(0〜15)%Si溶融めっき皮膜層が形成され、これらめっき皮膜層の表面に粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層が形成された鋼管(熱処理用鋼管)は、加熱工程と、冷却工程と、を順次経て、めっき熱処理鋼管(熱処理鋼管)とされる。 More specifically, (50 to 60)% Al-Zn- (1 to 2.5)% Si hot-dip plating film layer or Al- (0 to 15)% Si hot-dip on at least one of the inner and outer surfaces. A steel tube (heat treatment steel tube) in which a plating film layer is formed and a surface film layer containing a granular metal compound is formed on the surface of these plating film layers is subjected to a heating step and a cooling step in sequence, and then plated and heat-treated. It is called a steel pipe (heat-treated steel pipe).
加熱工程では、上記めっき皮膜層及び表面皮膜層を有する熱処理用鋼管を、焼入れが可能な温度域としてAc3変態点以上に加熱する。このときの熱処理パターンとしては、めっき層の表面温度において、100℃から最高加熱温度まで、平均で100℃/秒以上の昇温速度で、850〜1300℃の温度域内の最高加熱温度まで加熱する。鋼管が850℃以上に加熱されてから2秒以内に、冷却工程が開始される。その後の冷却工程では、最高加熱温度から350℃まで、平均で1000℃/秒以上の冷却速度で、350℃以下に温度域まで冷却する。 In the heating step, the heat-treated steel pipe having the plating film layer and the surface film layer is heated to the Ac3 transformation point or higher as a temperature range in which quenching is possible. The heat treatment pattern at this time is to heat the surface temperature of the plating layer from 100 ° C. to the maximum heating temperature at an average heating rate of 100 ° C./sec or more to the maximum heating temperature within the temperature range of 850 to 1300 ° C. .. The cooling step is started within 2 seconds after the steel pipe is heated to 850 ° C. or higher. In the subsequent cooling step, the temperature is cooled from the maximum heating temperature to 350 ° C. at an average cooling rate of 1000 ° C./sec or more to 350 ° C. or lower.
昇温速度が平均で100℃/秒未満である場合には、加工精度が低下して好ましくなく、冷却速度が平均で1000℃/秒未満である場合には、焼入れが出来なくなるため好ましくない。 If the heating rate is less than 100 ° C./sec on average, the processing accuracy is lowered, which is not preferable, and if the cooling rate is less than 1000 ° C./sec on average, quenching cannot be performed, which is not preferable.
鋼管が850℃以上に加熱されてから冷却が開始されるまでの時間は、2秒以内とする。換言すれば、850℃以上に加熱されてから鋼管に冷媒(冷却水)が接触するまでの時間は、2秒以内である。鋼管が850℃以上である時間が長くなると、めっき皮膜が蒸発したり、鉄との金属間化合物が生成されたりして、耐食性が低下する問題が生じる。 The time from when the steel pipe is heated to 850 ° C. or higher until cooling is started is within 2 seconds. In other words, the time from heating to 850 ° C. or higher until the refrigerant (cooling water) comes into contact with the steel pipe is within 2 seconds. If the temperature of the steel pipe is 850 ° C. or higher for a long time, the plating film evaporates or an intermetallic compound with iron is formed, which causes a problem that the corrosion resistance is lowered.
上述した特許文献1により開示した発明に基づいて、本発明に係るめっき熱処理鋼管を3DQ工法により製造する場合には、特許文献1と同様に、この熱処理は、素材である鋼管を、その長手方向へ向けて断続的又は連続的に送りながら、鋼管が第1の支持手段により支持されるとともに、加圧ロールが、第1の支持手段の下流側に配置されるとともにその位置が二次元又は三次元に移動自在である第2の支持手段によって回転自在に支持され、更に、この鋼管の加熱が、この第2の支持手段と第1の支持手段との間であって、この鋼管の外周にこの鋼管から離間して配置される加熱手段によって行われるとともに、冷却が、この加熱手段と第2の支持手段との間に配置される冷却手段によって行われることが望ましい。更に、鋼管の加熱された部分において曲げ加工が施される(かつ、該当部分は焼き入れされる。)ことで、二次元又は三次元に曲げ加工が施された熱処理鋼管が得られる。 When the plated heat-treated steel pipe according to the present invention is manufactured by the 3DQ method based on the invention disclosed in Patent Document 1 described above, this heat treatment is performed on the steel pipe as a material in the longitudinal direction thereof, as in Patent Document 1. While feeding the steel pipe intermittently or continuously toward, the steel pipe is supported by the first supporting means, and the pressure roll is arranged downstream of the first supporting means and its position is two-dimensional or tertiary. It is rotatably supported by a second support means that is originally movable, and further, the heating of the steel pipe is between the second support means and the first support means, and is on the outer periphery of the steel pipe. It is desirable that the heating is performed by the heating means arranged apart from the steel pipe and the cooling is performed by the cooling means arranged between the heating means and the second supporting means. Further, the heated portion of the steel pipe is bent (and the corresponding portion is hardened) to obtain a heat-treated steel pipe that has been bent two-dimensionally or three-dimensionally.
以上のようにして製造される、本実施形態に係る熱処理鋼管のめっき皮膜層には、(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき皮膜、又は、Al−(0〜15)%Si溶融めっき皮膜の何れを用いた場合であっても、Fe−Zn金属間化合物(いわゆる、ζ相、δ1相、Γ相等)は存在しない。これは、Al−Si溶融めっきAl−(0〜15)%Si溶融めっきにおいてはZnが存在しないためであり、(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっきにおいては、900℃超過の加熱温度は、Fe−Zn系の金属間化合物であるζ相(FeZn13)、δ1相(FeZn7)、Γ1相(Fe5Zn21)及びΓ相(Fe3Zn10)の何れの融点又は分解温度よりも高いために、加熱中にこれらの層が分解するためと解される。 The plating film layer of the heat-treated steel tube according to the present embodiment produced as described above has a (50 to 60)% Al-Zn- (1 to 2.5)% Si hot-dip galvanizing film or Al-. Regardless of which of the (0 to 15)% Si hot-dip galvanized films is used, Fe-Zn intermetallic compounds (so-called ζ phase, δ 1 phase, Γ phase, etc.) do not exist. This is because Zn does not exist in Al-Si hot-dip galvanizing Al- (0 to 15)% Si hot-dip galvanizing, and (50 to 60)% Al-Zn- (1 to 2.5)% Si hot-dip galvanizing. in a heating temperature of 900 ° C. exceeded, FeZn intermetallic compound in which ζ phase (FeZn 13), δ 1 phase (FeZn 7), Γ 1 phase (Fe 5 Zn 21) and gamma-phase (Fe It is understood that these layers are decomposed during heating because they are higher than any melting point or decomposition temperature of 3 Zn 10 ).
ここで、本実施形態に係る熱処理鋼管のめっき皮膜層の目付量は、32g/m2〜1000g/m2であることが好ましい。また、めっき皮膜層のFe含有量は、めっき皮膜層全体の質量に対して、5%〜80%であることが例示される。本実施形態に係る熱処理鋼管のめっき皮膜層の目付量は、より好ましくは45g/m2〜320g/m2であり、めっき皮膜層のFe含有量は、より好ましくは、10%〜75%である。 Here, the basis weight of the plating film layer of a heat treatment steel according to the present embodiment is preferably 32g / m 2 ~1000g / m 2 . Further, it is exemplified that the Fe content of the plating film layer is 5% to 80% with respect to the mass of the entire plating film layer. The basis weight of the plating film layer of the heat-treated steel pipe according to the present embodiment is more preferably 45 g / m 2 to 320 g / m 2 , and the Fe content of the plating film layer is more preferably 10% to 75%. is there.
本発明に係る熱処理鋼管は、この鋼管の少なくとも一部が、本発明で規定する条件を満足するものであればよい。例えば、本発明に係る熱処理鋼管であって、その用途として自動車用の曲げ部材を想定した場合に、この部材の全てに曲げ加工や焼入れが施される必要はない。例えば、鋼管の端部において曲げ加工も焼入れも行われない部材も、本発明に係る熱処理鋼管の対象となる。このような場合には、部材の一部に(例えば3DQ工法による)曲げ加工や焼入れが施されることになるが、この部材の全ての部分において、本発明で規定する皮膜を有する必要はない。すなわち、部材として特に重要な面や部分についてのみ、本発明で規定する条件を満足すれば、本発明に係る熱処理鋼管に包含される。 The heat-treated steel pipe according to the present invention may be such that at least a part of the steel pipe satisfies the conditions specified in the present invention. For example, in the heat-treated steel pipe according to the present invention, when a bending member for an automobile is assumed as its use, it is not necessary to perform bending or quenching on all of the members. For example, a member that is neither bent nor hardened at the end of the steel pipe is also a target of the heat-treated steel pipe according to the present invention. In such a case, a part of the member is bent or hardened (for example, by the 3DQ method), but it is not necessary to have the film specified in the present invention in all the parts of the member. .. That is, only the surface or portion that is particularly important as a member is included in the heat-treated steel pipe according to the present invention if the conditions specified in the present invention are satisfied.
本実施形態に係る熱処理鋼管の製造方法において、実用的な価値が高いのは、例えば、素材である鋼管として、内面又は外面の一方又は双方に、(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき皮膜層を有し、当該めっき皮膜層の表面に、ZnOを含有する皮膜を有する熱処理用鋼管を、自動車用の長尺部材の素材として用い、焼入れ若しくは加熱後に曲げ加工、又は、3DQにより焼入と曲げ加工とを同時に施すことにより、本実施形態に係る熱処理鋼管を製造することである。 In the method for producing a heat-treated steel pipe according to the present embodiment, for example, as a steel pipe as a material, (50 to 60)% Al-Zn- (1) is applied to one or both of the inner surface and the outer surface. A steel pipe for heat treatment having a ~ 2.5)% Si hot-dip plating film layer and a film containing ZnO on the surface of the plating film layer is used as a material for long members for automobiles, and after quenching or heating. The heat-treated steel pipe according to the present embodiment is manufactured by simultaneously performing bending or quenching and bending by 3DQ.
<3DQ工法について>
図1は、本実施形態に係る熱処理鋼管1bを製造するための製造装置7の構成を例示する説明図である。
<About 3DQ method>
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating the configuration of a manufacturing apparatus 7 for manufacturing the heat-treated steel pipe 1b according to the present embodiment.
図1に例示する製造装置7では、被加工材1を、例えば、(50〜60)%Al−Zn−(1〜2.5)%Si溶融めっき鋼板を素材とする溶接鋼管のめっき皮膜層上に、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層の形成された熱処理鋼管(以下、単に「熱処理用鋼管」という。)とし、被加工材である熱処理用鋼管1aを逐次連続的に加熱し、局部的な加熱部に対して可動ローラダイス4を用いて塑性変形を生じさせ、その直後に冷却することにより、熱処理鋼管1bを製造する。 In the manufacturing apparatus 7 illustrated in FIG. 1, the plating film layer of the welded steel pipe using the work material 1 as a material, for example, (50 to 60)% Al-Zn- (1 to 2.5)% Si hot-dip plated steel sheet. A heat-treated steel pipe (hereinafter, simply referred to as “heat-treated steel pipe”) on which a surface coating layer containing a granular metal compound is formed is formed, and the heat-treated steel pipe 1a, which is a work material, is sequentially and continuously heated. The heat-treated steel pipe 1b is manufactured by causing plastic deformation of the locally heated portion by using the movable roller die 4 and cooling immediately after that.
このため、熱処理用鋼管1aを支持するための二組の回転可能な支持手段である支持ロール2の上流側には、熱処理用鋼管1aを断続的又は連続的に送り移動させる送り装置3が配置される。一方、二対の支持ロール2の下流側には、熱処理用鋼管1aを支持し、この支持位置及び/又は移動速度を制御させるための可動ローラダイス4が配置される。図1に示すように、可動ローラダイス4は、熱処理用鋼管1aの表面に当接する孔型ロールである加圧ロール4a,4bを備える。 Therefore, a feed device 3 for intermittently or continuously feeds and moves the heat treatment steel pipe 1a is arranged on the upstream side of the support roll 2, which is two sets of rotatable support means for supporting the heat treatment steel pipe 1a. Will be done. On the other hand, on the downstream side of the two pairs of support rolls 2, a movable roller die 4 for supporting the heat treatment steel pipe 1a and controlling the support position and / or the moving speed is arranged. As shown in FIG. 1, the movable roller die 4 includes pressure rolls 4a and 4b, which are hole-shaped rolls that come into contact with the surface of the heat treatment steel pipe 1a.
可動ローラダイス4の入り側には、熱処理用鋼管1aの外周に熱処理用鋼管1aから離間して配置され、かつ、熱処理用鋼管1aを部分的に急速に加熱する高周波加熱コイル5と、高周波加熱コイル5により急速に加熱された熱処理用鋼管1aに冷却媒体を噴射することによって熱処理用鋼管1aを急速に冷却する冷却装置6と、が配置される。 On the entrance side of the movable roller die 4, a high-frequency heating coil 5 is arranged on the outer periphery of the heat-treating steel pipe 1a so as to be separated from the heat-treatment steel pipe 1a, and the heat-treatment steel pipe 1a is partially and rapidly heated, and high-frequency heating. A cooling device 6 for rapidly cooling the heat treatment steel pipe 1a by injecting a cooling medium onto the heat treatment steel pipe 1a rapidly heated by the coil 5 is arranged.
図2は、この製造装置7における高周波加熱コイル5及び冷却装置6の構成の概略を例示する断面図である。加熱部を形成すべき熱処理用鋼管1aの外周に対して、この熱処理用鋼管1aから離間させて環状の高周波加熱コイル5を配置し、この高周波加熱コイル5により熱処理用鋼管1aを部分的に急速に加熱し、次いで、必要に応じて、冷却装置6から冷却媒体(例えば水など)を噴射することにより、高周波加熱コイル5により急速に加熱された熱処理用鋼管1aを急速に冷却する。この加熱〜冷却の過程において、加熱コイルの出力や送り速度等の条件を適正化して、鋼管外面側の温度履歴を上述した条件とする。 FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating an outline of the configuration of the high frequency heating coil 5 and the cooling device 6 in the manufacturing apparatus 7. An annular high-frequency heating coil 5 is arranged on the outer periphery of the heat-treating steel pipe 1a on which the heating portion is to be formed so as to be separated from the heat-treatment steel pipe 1a. The heat-treated steel pipe 1a rapidly heated by the high-frequency heating coil 5 is rapidly cooled by injecting a cooling medium (for example, water or the like) from the cooling device 6 as needed. In this heating-cooling process, conditions such as the output and feed rate of the heating coil are optimized, and the temperature history on the outer surface side of the steel pipe is set as the above-mentioned conditions.
更に、このとき、二組の支持ロール2を通過した熱処理用鋼管1aを可動ローラダイス4の加圧ロール4a,4bにより支持し、熱処理用鋼管1aの外周に配置した高周波加熱コイル5及び冷却装置6を用いて、熱処理用鋼管1aを局部的に加熱及び冷却しながら、可動ローラダイス4の位置と傾きとを制御するとともに、その移動速度も適宜調整する。これにより、熱処理用鋼管1aにおける部分的に高温にある部分に曲げモーメントを与えて曲げ加工を行うことができるとともに、加熱装置5による加熱速度及び加熱温度と冷却装置6による冷却速度とを適宜調整することによって、熱処理用鋼管1aの所望の部分に焼入れを行うことができる。その結果、所望の高強度を有するとともに所望の曲率の二次元又は三次元の曲げ加工部を有する熱処理鋼管1bを製造することができる。 Further, at this time, the heat treatment steel pipe 1a that has passed through the two sets of support rolls 2 is supported by the pressure rolls 4a and 4b of the movable roller die 4, and the high frequency heating coil 5 and the cooling device are arranged on the outer periphery of the heat treatment steel pipe 1a. While locally heating and cooling the heat treatment steel pipe 1a using No. 6, the position and inclination of the movable roller die 4 are controlled, and the moving speed thereof is also adjusted as appropriate. As a result, the bending moment can be applied to the partially hot portion of the heat treatment steel pipe 1a to perform the bending process, and the heating rate and heating temperature by the heating device 5 and the cooling rate by the cooling device 6 are appropriately adjusted. By doing so, the desired portion of the heat treatment steel pipe 1a can be hardened. As a result, it is possible to manufacture a heat-treated steel pipe 1b having a desired high strength and a two-dimensional or three-dimensional bending portion having a desired curvature.
図3は、本発明に係る熱処理鋼管1bの製造に用いることができる可動ローラダイス4の形状を例示する説明図である。図3(a)は、熱処理用鋼管1aが丸管などの閉断面材である場合に、可動ローラダイス4を2ロールで構成した場合を模式的に示している。図3(b)は、熱処理用鋼管1aが矩形管などの閉断面材、又は、チャンネルなどの開断面材である場合に、可動ローラダイス4を2ロールで構成した場合を模式的に示している。図3(c)は、熱処理用鋼管1aが矩形管などの閉断面材、又は、チャンネルなどの異型断面材である場合に、可動ローラダイス4を4ロールで構成した場合を模式的に示している。 FIG. 3 is an explanatory view illustrating the shape of the movable roller die 4 that can be used in the production of the heat-treated steel pipe 1b according to the present invention. FIG. 3A schematically shows a case where the movable roller die 4 is composed of two rolls when the heat treatment steel pipe 1a is a closed cross-section material such as a round pipe. FIG. 3B schematically shows a case where the movable roller die 4 is composed of two rolls when the heat treatment steel pipe 1a is a closed cross-section material such as a rectangular pipe or an open cross-section material such as a channel. There is. FIG. 3C schematically shows a case where the movable roller die 4 is composed of four rolls when the heat treatment steel pipe 1a is a closed cross-section material such as a rectangular pipe or a deformed cross-section material such as a channel. There is.
図3(a)に示したように、この可動ローラダイス4は、熱処理用鋼管1aを支持するために、2つの加圧ロール4a,4bにより構成される。可動ローラダイス4における加圧ロール4aは、熱処理用鋼管1aの表面に当接して駆動し、熱処理用鋼管1aをその長手方向へ送りながら熱処理用鋼管1aを保持する。高温域により熱処理用鋼管1aの表面におけるめっき皮膜層及び表面皮膜層の表面性状が悪化しても、加圧ロール4aを用いて加圧力を付与しながら熱処理用鋼管1aの表面を押圧することができる。これにより、表面皮膜層の表面粗さRaを調整することができる。その結果、その表面にめっき皮膜層及び表面皮膜層を残存させた熱処理鋼管1bの皮膜の粗度を、所望の範囲内にすることができる。曲がった鋼管の表面の粗度を別工程で調整する場合ではロールの位置と鋼管の曲げがずれると加工に支障をきたすのに対し、可動ローラダイスによる粗度調整ではそのような恐れが無い。 As shown in FIG. 3A, the movable roller die 4 is composed of two pressure rolls 4a and 4b to support the heat treatment steel pipe 1a. The pressure roll 4a in the movable roller die 4 contacts and drives the surface of the heat treatment steel pipe 1a, and holds the heat treatment steel pipe 1a while feeding the heat treatment steel pipe 1a in the longitudinal direction thereof. Even if the surface properties of the plating film layer and the surface film layer on the surface of the heat treatment steel pipe 1a deteriorate due to the high temperature region, the surface of the heat treatment steel pipe 1a can be pressed while applying a pressing force using the pressure roll 4a. it can. Thereby, the surface roughness Ra of the surface coating layer can be adjusted. As a result, the roughness of the film of the heat-treated steel pipe 1b in which the plating film layer and the surface film layer remain on the surface can be within a desired range. When adjusting the roughness of the surface of a bent steel pipe in a separate process, if the position of the roll and the bending of the steel pipe deviate from each other, processing will be hindered, whereas in the case of adjusting the roughness with a movable roller die, there is no such risk.
ここで、図3(b)に示したように、可動ローラダイス4が2つの加圧ロール4c,4dにより構成される場合や、図3(c)に示したように、可動ローラダイス4が4つの加圧ロール4e,4f,4g,4hで構成される場合であっても、上記と同様にして加工を行うことで、熱処理鋼管1bの皮膜の表面性状を改善することが可能である。 Here, as shown in FIG. 3B, when the movable roller die 4 is composed of two pressure rolls 4c and 4d, or as shown in FIG. 3C, the movable roller die 4 is Even in the case of being composed of four pressure rolls 4e, 4f, 4g, and 4h, it is possible to improve the surface texture of the film of the heat-treated steel pipe 1b by performing the processing in the same manner as described above.
また、可動ローラダイス4が、上下方向へのシフト機構、左右方向へのシフト機構、上下方向に傾斜するチルト機構、あるいは左右方向に傾斜するチルト機構を具備すること、望ましくは更に前後方向への移動機構を具備することによって、3次元的に熱処理用鋼管1aを支持し、必要により曲げモーメントを付与することができる。 Further, the movable roller die 4 is provided with a vertical shift mechanism, a horizontal shift mechanism, a vertical tilt mechanism, or a horizontal tilt mechanism, preferably further in the front-rear direction. By providing the moving mechanism, the steel pipe 1a for heat treatment can be supported three-dimensionally, and a bending moment can be applied if necessary.
図3に示す可動ローラダイス4による加圧によって熱処理用鋼管1aの表面皮膜層の表面粗度を調整するには、具体的には、熱処理用鋼管1aに対する加圧ロール4aの押圧力を制御することによって行えばよい。その際の押し付け圧は、加圧ロール4aのロール径が30mm程度である場合には、例えば、線荷重として1kgf/mm以上100kgf/mm以下(ここで、1kgfは、約9.8Nである。)であることが好ましい。押圧力は、可動ローラダイス4に油圧シリンダーやエアシリンダーを装着して制御することが例示される。 In order to adjust the surface roughness of the surface coating layer of the heat treatment steel pipe 1a by pressurizing with the movable roller die 4 shown in FIG. 3, specifically, the pressing force of the pressure roll 4a on the heat treatment steel pipe 1a is controlled. You can do it by doing. When the roll diameter of the pressure roll 4a is about 30 mm, the pressing pressure at that time is, for example, 1 kgf / mm or more and 100 kgf / mm or less as a linear load (here, 1 kgf is about 9.8 N). ) Is preferable. For example, the pressing force is controlled by mounting a hydraulic cylinder or an air cylinder on the movable roller die 4.
このようにして、本実施形態によれば、熱処理用鋼管1aに高温加熱及び冷却による熱処理を施す場合であっても、所定のめっき付着量及び集合組織を備えるめっき皮膜層と、所定の金属化合物を含有する表面皮膜層と、を残存させることができ、これにより、熱処理鋼管1bの表面性状(表面粗さRa)の改善を図ることが可能である。このようにして製造される熱処理鋼管1bは、自動車用部材としての塗装後の適正な耐食性を確保することができる。 In this way, according to the present embodiment, even when the heat treatment steel pipe 1a is heat-treated by high-temperature heating and cooling, the plating film layer having a predetermined plating adhesion amount and texture and a predetermined metal compound The surface film layer containing the above can be left, and thus the surface texture (surface roughness Ra) of the heat-treated steel pipe 1b can be improved. The heat-treated steel pipe 1b produced in this way can ensure appropriate corrosion resistance after painting as an automobile member.
以上、図1〜図3を参照しながら、本実施形態に係る熱処理鋼管の製造方法において好適に利用可能な3DQ工法について、詳細に説明した。 As described above, the 3DQ method that can be suitably used in the method for producing the heat-treated steel pipe according to the present embodiment has been described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
<熱処理鋼管について>
続いて、上記のような本実施形態に係る熱処理用鋼管を利用して、上記のような熱処理鋼管の製造方法に則して製造される熱処理鋼管について、簡単に説明する。
<About heat-treated steel pipe>
Subsequently, the heat-treated steel pipe manufactured according to the above-mentioned method for manufacturing the heat-treated steel pipe will be briefly described by using the heat-treated steel pipe according to the present embodiment as described above.
本実施形態に係る熱処理鋼管は、上記のような所定の熱処理用鋼管を利用して、上記のような特定の焼き入れ工程を施すことによって、表面にAl合金のめっき皮膜層を備えたマルテンサイト組織を有する鋼管となる。かかる熱処理鋼管は、焼き入れされた部位が、以下で詳述するような特徴を示すようになる。 The heat-treated steel pipe according to the present embodiment is a martensite provided with an Al alloy plating film layer on the surface by performing the above-mentioned specific quenching step using the above-mentioned predetermined heat-treated steel pipe. It becomes a steel pipe with a structure. In such a heat-treated steel pipe, the hardened portion exhibits the characteristics as described in detail below.
すなわち、本実施形態に係る熱処理鋼管のうち焼き入れが施された部位を、グロー放電発光分光分析法(Glow Discharge Spectroscopy:GDS)等により、焼き入れ部位の最表面から、当該最表面より深部に向かって0.1μmまでの深さまで、元素ごとの含有量を測定する。この場合に、かかる測定範囲における酸素以外の元素の含有量(平均の含有量)が、質量%で、Al:20%以下となっている。また、かかる測定範囲におけるZn、Mg、Zr、Ti又はSiの含有量(平均の含有量)は、質量%で、50%以上となっていることが好ましい。 That is, the hardened portion of the heat-treated steel pipe according to the present embodiment is moved from the outermost surface of the hardened portion to a deeper portion than the outermost surface by glow discharge emission spectroscopy (GDS) or the like. The content of each element is measured up to a depth of 0.1 μm. In this case, the content (average content) of elements other than oxygen in the measurement range is mass% and Al: 20% or less. Further, the content (average content) of Zn, Mg, Zr, Ti or Si in such a measurement range is preferably 50% or more in mass%.
例えば、熱処理鋼管の製造に用いられた熱処理用鋼管において、表面皮膜層にZnOが含有されている場合、かかる測定範囲における酸素以外の元素の含有量は、Al:20%以下、かつ、Zn:50%以上となる。 For example, in a heat-treated steel pipe used for manufacturing a heat-treated steel pipe, when ZnO is contained in the surface film layer, the content of elements other than oxygen in such a measurement range is Al: 20% or less and Zn: It will be 50% or more.
同様に、熱処理鋼管の製造に用いられた熱処理用鋼管において、表面皮膜層にMgOが含有されている場合、かかる測定範囲における酸素以外の元素の含有量は、Al:20%以下、かつ、Mg:50%以上となり、熱処理鋼管の製造に用いられた熱処理用鋼管において、表面皮膜層にZrOが含有されている場合、かかる測定範囲における酸素以外の元素の含有量は、Al:20%以下、かつ、Zr:50%以上となる。 Similarly, in the heat-treated steel pipe used for manufacturing the heat-treated steel pipe, when MgO is contained in the surface film layer, the content of elements other than oxygen in such a measurement range is Al: 20% or less and Mg. : 50% or more, and when the surface film layer contains ZrO in the heat-treated steel pipe used for manufacturing the heat-treated steel pipe, the content of elements other than oxygen in such a measurement range is Al: 20% or less. Moreover, Zr: 50% or more.
また、熱処理鋼管の製造に用いられた熱処理用鋼管において、表面皮膜層にTiO2が含有されている場合、かかる測定範囲における酸素以外の元素の含有量は、Al:20%以下、かつ、Ti:50%以上となり、熱処理鋼管の製造に用いられた熱処理用鋼管において、表面皮膜層にSiO2が含有されている場合、かかる測定範囲における酸素以外の元素の含有量は、Al:20%以下、かつ、Si:50%以上となる。 Further, in the heat-treated steel pipe used for manufacturing the heat-treated steel pipe, when TiO 2 is contained in the surface coating layer, the content of elements other than oxygen in such a measurement range is Al: 20% or less and Ti. : 50% or more, and when the surface film layer contains SiO 2 in the heat-treated steel pipe used for manufacturing the heat-treated steel pipe, the content of elements other than oxygen in such a measurement range is Al: 20% or less. And Si: 50% or more.
上記のような測定範囲において、Alの平均の含有量が20%以下となることで、本実施形態に係る熱処理鋼板は、優れた化成処理性を示す。上記のような測定範囲において、Alの平均の含有量の下限値は、特に規定するものではなく、Alの平均の含有量が低いほど、化成処理性に好ましい。また、上記のような測定範囲において、Alの平均の含有量は、好ましくは、10%以下である。 The heat-treated steel sheet according to the present embodiment exhibits excellent chemical conversion treatment property when the average content of Al is 20% or less in the measurement range as described above. In the measurement range as described above, the lower limit of the average content of Al is not particularly specified, and the lower the average content of Al, the more preferable the chemical conversion treatment property. Further, in the measurement range as described above, the average content of Al is preferably 10% or less.
以上、本実施形態に係る熱処理鋼管について、簡単に説明した。 The heat-treated steel pipe according to the present embodiment has been briefly described above.
<自動車車体用強度部材について>
続いて、上記のような本実施形態に係る熱処理用鋼管を利用して製造される、自動車車体用強度部材について、簡単に説明する。
<About strength members for automobile bodies>
Subsequently, a strength member for an automobile body manufactured by using the heat treatment steel pipe according to the present embodiment as described above will be briefly described.
上記のような本実施形態に係る熱処理用鋼管を利用して、上記のような熱処理鋼管の製造方法に則して熱処理を適切に施すことで、自動車車体用強度部材を製造することができる。このような自動車車体用強度部材については、特に限定されるものではないが、例えば、フロントピラー、シートクロス、シートフレーム等を挙げることが可能である。 By using the heat-treated steel pipe according to the present embodiment as described above and appropriately performing heat treatment according to the method for producing the heat-treated steel pipe as described above, a strength member for an automobile body can be manufactured. Such strength members for automobile bodies are not particularly limited, and examples thereof include front pillars, seat cloths, and seat frames.
以下に、実施例及び比較例を示しながら、本発明に係る熱処理用鋼管、熱処理鋼管の製造方法及び熱処理鋼管について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも本発明に係る熱処理用鋼管、熱処理鋼管の製造方法及び熱処理鋼管の一例にすぎず、本発明に係る熱処理用鋼管、熱処理鋼管の製造方法及び熱処理鋼管が下記の例に限定されるものではない。 Hereinafter, the heat-treated steel pipe, the method for producing the heat-treated steel pipe, and the heat-treated steel pipe according to the present invention will be specifically described with reference to Examples and Comparative Examples. The examples shown below are merely examples of the heat-treated steel pipe, the method for manufacturing the heat-treated steel pipe, and the heat-treated steel pipe according to the present invention, and the heat-treated steel pipe, the method for manufacturing the heat-treated steel pipe, and the heat-treated steel pipe according to the present invention are described below. It is not limited to the example of.
(母管)
本試験例では、鋼材として、C:0.22%,Si:0.21%,Mn:1.25%,P:0.012%,S:0.002%,Al:0.040%,Cr:0.25%,Ti:0.030%,B:0.0015,残部Fe及び不純物からなる化学組成を有する鋼板を
めっき母材とするZn−55%Al−1.6%Siガルバリウム溶融めっき鋼板(目付量:50.1g/m2)、及び、Al−10%Si溶融アルミニウムめっき鋼板(目付量:70g/m2)を用い、かかるめっき鋼板の両端を溶接することで溶接鋼管とした。得られた溶接鋼管を、熱処理用鋼管の母管として利用した。なお、以下の表1において、めっき種が「GL」となっているものが、Zn−55%Al−1.6%Siガルバリウム溶融めっきに対応し、めっき種が「Al−Si」となっているものが、Al−10%Si溶融アルミニウムめっきに対応している。
(Mother tube)
In this test example, as the steel material, C: 0.22%, Si: 0.21%, Mn: 1.25%, P: 0.012%, S: 0.002%, Al: 0.040%, Zn-55% Al-1.6% Si galvanized melt using a steel sheet having a chemical composition consisting of Cr: 0.25%, Ti: 0.030%, B: 0.0015, balance Fe and impurities as a plating base material. Using a plated steel sheet (grain size: 50.1 g / m 2 ) and an Al-10% Si hot-dip aluminum plated steel sheet (grain size: 70 g / m 2 ), both ends of the plated steel sheet are welded to form a welded steel pipe. did. The obtained welded steel pipe was used as a mother pipe for a steel pipe for heat treatment. In Table 1 below, the plating type of "GL" corresponds to Zn-55% Al-1.6% Si galvanium hot-dip galvanizing, and the plating type is "Al-Si". It corresponds to Al-10% Si hot-dip aluminum plating.
(金属化合物)
試薬メーカーから、所定の粒径を有する所定化合物の微粒子を購入した。又は、所定のゾル径で既に溶媒に分散されたゾル状態の試薬を購入した。(樹脂:ウレタン系樹脂エマルション(第一工業製薬(株)スーパーフレックス(登録商標)E−2000)、架橋剤(シランカップリング剤:チッソ(株)サイラエースS510))を用い、購入した試薬を、所定化合物試薬と樹脂及び架橋剤とが固形物の質量比で表1の値になるように混合し、バーコータで上記母管の表面に塗布し、約80℃で焼きつけることで、表面皮膜層を形成した。なお、購入した金属化合物の詳細及び平均粒径は、以下の通りである。
(Metal compound)
Fine particles of a predetermined compound having a predetermined particle size were purchased from a reagent manufacturer. Alternatively, a reagent in a sol state already dispersed in a solvent having a predetermined sol diameter was purchased. (Resin: Urethane-based resin emulsion (Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd. Superflex (registered trademark) E-2000), cross-linking agent (silane coupling agent: Chisso Co., Ltd. Sila Ace S510)) The surface film layer is formed by mixing the predetermined compound reagent with the resin and the cross-linking agent so as to have the values shown in Table 1 in terms of the mass ratio of the solid matter, applying the mixture to the surface of the mother tube with a bar coater, and baking at about 80 ° C. Formed. The details and average particle size of the purchased metal compound are as follows.
ZnO:シグマ−アルドリッチ社製、ゾル粒径70nm(カタログ値)
MgO:シグマ−アルドリッチ社製、一次粒径50nm(カタログ値)
塩化マグネシウム:シグマ−アルドリッチ社製、粒径70nm(カタログ値)
硝酸マグネシウム:シグマ−アルドリッチ社製、粒径70nm(カタログ値)
硫酸マグネシウム:シグマ−アルドリッチ社製、粒径70nm(カタログ値)
ZrO(1):シグマ−アルドリッチ社製、ゾル粒径50nm(カタログ値)
ZrO(2):シグマ−アルドリッチ社製、ゾル粒径500nm(カタログ値)
CaO:シグマ−アルドリッチ社製、一次粒径50nm(カタログ値)
TiO2(1):シグマ−アルドリッチ社製、ゾル粒径10nm(カタログ値)
TiO2(2):シグマ−アルドリッチ社製、ゾル粒径100nm(カタログ値)
SiO2(1):日産化学工業社製、ゾル粒径10nm(カタログ値)
SiO2(2):日産化学工業社製、ゾル粒径100nm(カタログ値)
ZnO: Sigma-Aldrich, sol particle size 70 nm (catalog value)
MgO: Sigma-Aldrich, primary particle size 50 nm (catalog value)
Magnesium chloride: manufactured by Sigma-Aldrich, particle size 70 nm (catalog value)
Magnesium nitrate: manufactured by Sigma-Aldrich, particle size 70 nm (catalog value)
Magnesium sulfate: manufactured by Sigma-Aldrich, particle size 70 nm (catalog value)
ZrO (1): manufactured by Sigma-Aldrich, sol particle size 50 nm (catalog value)
ZrO (2): manufactured by Sigma-Aldrich, sol particle size 500 nm (catalog value)
CaO: Sigma-Aldrich, primary particle size 50 nm (catalog value)
TiO 2 (1): manufactured by Sigma-Aldrich, sol particle size 10 nm (catalog value)
TiO 2 (2): Sigma-Aldrich, sol particle size 100 nm (catalog value)
SiO 2 (1): manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., sol particle size 10 nm (catalog value)
SiO 2 (2): manufactured by Nissan Chemical Industries, Ltd., sol particle size 100 nm (catalog value)
得られた表面皮膜層を分析し、金属化合物の付着量を、皮膜溶解−ICP溶液分析法により測定した。また、表面皮膜層中の金属化合物とバインダ(すなわち、樹脂及び架橋剤)との質量比率を表面皮膜層の質量を塗布前後の質量の比較により求め、金属化合物量を皮膜溶解−ICP溶液分析法により測定した。得られた結果は、表1にまとめて示した。 The obtained surface film layer was analyzed, and the amount of the metal compound adhered was measured by the film dissolution-ICP solution analysis method. Further, the mass ratio of the metal compound in the surface coating layer and the binder (that is, the resin and the cross-linking agent) is determined by comparing the mass of the surface coating layer with the mass before and after coating, and the amount of the metal compound is determined by the film dissolution-ICP solution analysis method. Measured by. The results obtained are summarized in Table 1.
(熱処理鋼管の製造)
図1〜図3に示したような製造装置7により、100℃から最高加熱温度まで平均昇温速度300℃/sで表1に示す最高温度まで加熱し、0.1秒保持した後、水冷を行った。この際に、上記の試験材の一部分に対して、上記冷却を開始する前に、曲げ加工を実施した。なお、最高加熱温度から350℃までの平均冷却速度は、すべて1000℃/s以上であった。
(Manufacturing of heat-treated steel pipe)
Using the manufacturing apparatus 7 as shown in FIGS. 1 to 3, the manufacturing apparatus 7 is heated from 100 ° C. to the maximum heating temperature at an average heating rate of 300 ° C./s to the maximum temperature shown in Table 1, held for 0.1 seconds, and then water-cooled. Was done. At this time, a part of the test material was bent before the cooling was started. The average cooling rate from the maximum heating temperature to 350 ° C. was 1000 ° C./s or higher.
以上のようにして熱処理鋼材(番号1〜53)を作製し、以下のようにして化成処理性を評価した。 Heat-treated steel materials (Nos. 1 to 53) were prepared as described above, and the chemical conversion processability was evaluated as follows.
(評価方法)
化成処理性は、試験材を脱脂及び水洗した後、表面を調整して、化成処理を施した。用いた化成処理液は、日本ペイント社製サーフダイン6370である。その後、曲げ加工部位について、蛍光X線分析装置により化成結晶付着量を測定するとともに、試験材の表面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)により観察して、結晶の形態を撮影した。
(Evaluation methods)
For chemical conversion treatment, the test material was degreased and washed with water, and then the surface was adjusted to perform chemical conversion treatment. The chemical conversion treatment liquid used was Surfdyne 6370 manufactured by Nippon Paint Co., Ltd. Then, the amount of chemical crystals adhered to the bent portion was measured with a fluorescent X-ray analyzer, and the surface of the test material was observed with a scanning electron microscope (SEM) to photograph the morphology of the crystals.
ここで、化成付着量は、2.5g/m2以上を合格とした。また、結晶の形態については、化成結晶が緻密に試験材を覆っていれば合格とし、覆っていなければ不合格とした。化成付着量と結晶形態のいずれも合格であれば、以下に示す表1の「化成処理性」の欄に○を記入し、いずれかが不合格であれば×を記入した。得られた結果を、以下の表1に示す。 Here, the chemical adhesion amount of 2.5 g / m 2 or more was regarded as acceptable. Regarding the crystal morphology, if the chemical crystal densely covered the test material, it was judged as acceptable, and if it was not covered, it was rejected. If both the amount of chemical conversion adhered and the crystal morphology were acceptable, a circle was entered in the “chemical conversion processability” column of Table 1 shown below, and if any of them was unacceptable, a cross was entered. The results obtained are shown in Table 1 below.
上記表1から明らかなように、比較例に該当する試験材では、優れた化成処理性が得られなかったのに対し、本発明例に係る試験材では、優れた化成処理性が実現できていることがわかる。 As is clear from Table 1 above, the test material corresponding to the comparative example did not have excellent chemical conversion treatment property, whereas the test material according to the example of the present invention could realize excellent chemical conversion treatment property. You can see that there is.
また、図4に、本試験例で作製した化成結晶皮膜のSEM写真を示す。図4から明らかなように、本発明の参考例であるNo.3の表面は、板状の化成結晶皮膜で緻密に覆われているが、比較例であるNo1の表面は、板状の化成結晶皮膜で緻密に覆われていないことが分かる。
Further, FIG. 4 shows an SEM photograph of the chemical conversion crystal film prepared in this test example. As is clear from FIG. 4, No. 1 which is a reference example of the present invention. It can be seen that the surface of No. 3 is densely covered with the plate-shaped chemical crystal film, but the surface of No. 1, which is a comparative example, is not densely covered with the plate-shaped chemical crystal film.
次に、3DQ工程後であり、かつ、化成処理をしていない試験材を利用し、GDSで表面から深さ方向の元素ごとの質量比を測定し、深さ100nmまでの範囲で、酸素を含めず、Zn,Al,Fe,Siの平均濃度を求めた。得られた結果を、以下の表2に示した。 Next, using a test material that has been subjected to the 3DQ process and has not been chemically converted, the mass ratio of each element in the depth direction from the surface is measured by GDS, and oxygen is added in the range up to a depth of 100 nm. The average concentration of Zn, Al, Fe, and Si was determined without including. The results obtained are shown in Table 2 below.
上記表2から明らかなように、本発明の参考例であるNo.3の試験材では、表面から深さ100nmまでの範囲では、Znが50%以上、かつ、Alが20%以下であり、この試験材の表面は、ZnOが主体であると推定される。一方、比較例であるNo.1の試験材では、表面から深さ100nmまでの範囲では、Znが50%未満、かつ、Alが20%超過となっており、この試験材の表面は、アルミナが主体であると推定される。同様に、本発明例であるNo.6、No.11、No.16、No.21、No.23の試験材では、表面から深さ100nmまでの範囲では、それぞれZn、Mg、Zr、Ti、Siが50%以上、かつ、Alが20%以下であり、これらの試験材の表面は、それぞれ、ZnO、MgO、ZrO、TiO2、SiO2が主体であると推定される。一方、比較例であるNo.5の試験材では、表面から深さ100nmの範囲では、Zn、Mg、Zr、Ti、Siが50%未満、かつ、Alが20%超過となっており、この試験材の表面は、アルミナが主体であると推定される。このような主体となる成分の違いが、本発明例と比較例とで化成処理性が異なる理由であると推定される。
As is clear from Table 2 above, No. 1 which is a reference example of the present invention. In the test material of No. 3, Zn is 50% or more and Al is 20% or less in the range from the surface to a depth of 100 nm, and it is estimated that the surface of this test material is mainly ZnO. On the other hand, No. In the test material of No. 1, Zn is less than 50% and Al is more than 20% in the range from the surface to a depth of 100 nm, and it is estimated that the surface of this test material is mainly composed of alumina. .. Similarly, No. 1 which is an example of the present invention. 6, No. 11, No. 16, No. 21, No. In the test materials of 23, Zn, Mg, Zr, Ti, and Si are 50% or more and Al is 20% or less in the range from the surface to the depth of 100 nm, respectively, and the surfaces of these test materials are each. , ZnO, MgO, ZrO, TiO 2 and SiO 2 are presumed to be the main components. On the other hand, No. In the test material of No. 5, Zn, Mg, Zr, Ti, and Si are less than 50% and Al is more than 20% in the range of 100 nm from the surface, and the surface of this test material contains alumina. Presumed to be the subject. It is presumed that such a difference in the main components is the reason why the chemical conversion processability differs between the example of the present invention and the comparative example.
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such examples. It is clear that anyone with ordinary knowledge in the field of technology to which the present invention belongs can come up with various modifications or modifications within the scope of the technical ideas described in the claims. , These are also naturally understood to belong to the technical scope of the present invention.
1 被加工材
1a 熱処理用鋼管
1b 熱処理鋼管
2 支持ロール
3 押し出し装置
4 可動ローラダイス
5 高周波加熱コイル
6 冷却装置
7 製造装置
1 Work material 1a Heat-treated steel pipe 1b Heat-treated steel pipe 2 Support roll 3 Extruder 4 Movable roller die 5 High-frequency heating coil 6 Cooling device 7 Manufacturing equipment
Claims (15)
当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、
を備え、
前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、
前記Mg化合物は、MgOであり、
前記MgOの片面当たりの付着量は、Mgとして、0.2g/m2〜2.4g/m2であり、
前記MgOの粒径は、5nm〜100nmである、熱処理用鋼管。 A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of the steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side.
A surface film layer located on the plating film layer and containing a granular metal compound,
With
The granular metal compound is any one or more of Mg compound, ZrO, CaO, TiO 2 or SiO 2 .
The Mg compound is MgO and
Coating weight per one surface of the MgO are as Mg, a 0.2g / m 2 ~2.4g / m 2 ,
The particle size of the MgO is 5 nm to 100 nm, heat treatment for steel pipes.
当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、
を備え、
前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、
前記Mg化合物は、塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、又は、硫酸マグネシウムの何れかであり、
前記塩化マグネシウム、硝酸マグネシウム、又は、硫酸マグネシウムの何れかの片面当たりの付着量は、Mgとして、0.2g/m2〜2.4g/m2である、熱処理用鋼管。 A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of the steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side.
A surface film layer located on the plating film layer and containing a granular metal compound,
With
The granular metal compound is any one or more of Mg compound, ZrO, CaO, TiO 2 or SiO 2 .
The Mg compound is either magnesium chloride, magnesium nitrate, or magnesium sulfate.
The magnesium chloride, magnesium nitrate, or the coating weight of either per surface of magnesium sulfate as Mg, is 0.2g / m 2 ~2.4g / m 2 , the heat treatment for steel pipes.
当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、
を備え、
前記粒状の金属化合物は、Mg化合物、ZrO、CaO、TiO 2 又はSiO 2 の何れか一種以上であり、
前記ZrOの片面当たりの付着量は、Zrとして、0.4g/m2〜2.0g/m2であり、
前記ZrOは、粒径が10nm〜200nmである、熱処理用鋼管。 A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of the steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side.
A surface film layer located on the plating film layer and containing a granular metal compound,
With
The granular metal compound is any one or more of Mg compound, ZrO, CaO, TiO 2 or SiO 2 .
Coating weight per one surface of the ZrO as Zr, was 0.4g / m 2 ~2.0g / m 2 ,
The ZrO has particle sizes of 10 nm to 200 nm, heat treatment for steel pipes.
当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、
を備え、
前記粒状の金属化合物は、ZrOとCaOの混合物、又は、ZrOとMgOの混合物であり、
前記混合物の片面当たりの付着量は、ZrとCa、又は、ZrとMgとして、0.4g/m2〜2.0g/m2である、熱処理用鋼管。 A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of the steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side.
A surface film layer located on the plating film layer and containing a granular metal compound,
With
The granular metal compound is a mixture of ZrO and CaO, or a mixture of ZrO and MgO.
Coating weight per one surface of said mixture, Zr and Ca, or as Zr and Mg, it is 0.4g / m 2 ~2.0g / m 2 , the heat treatment for steel pipes.
当該めっき皮膜層上に位置し、粒状の金属化合物を含有する表面皮膜層と、
を備え、
前記粒状の金属化合物は、TiO2、SiO2、又は、TiO2とSiO2の混合物であり、
前記TiO2、SiO2又はTiO2とSiO2の混合物の片面当たりの付着量は、Ti、Si、又は、TiとSiとの合計として、0.4g/m2〜2.0g/m2であり、
前記TiO2及びSiO2の粒径は、5nm〜30nmである、熱処理用鋼管。 A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of the steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side.
A surface film layer located on the plating film layer and containing a granular metal compound,
With
The granular metal compound is TiO 2 , SiO 2 , or a mixture of TiO 2 and SiO 2 .
Coating weight per one surface of the TiO 2, SiO 2 or TiO 2 and mixtures of SiO 2 is, Ti, Si, or, as the sum of Ti and Si, at 0.4g / m 2 ~2.0g / m 2 Yes,
The particle size of the TiO 2 and SiO 2 are 5 nm to 30 nm, heat treatment for steel pipes.
前記樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤の含有量は、前記粒状の金属化合物の質量に対して、5質量%〜35質量%である、請求項1〜5の何れか1項に記載の熱処理用鋼管。 The surface coating layer contains a resin component and / or a silane coupling agent in addition to the granular metal compound.
The content of the resin component and / or the silane coupling agent is 5% by mass to 35% by mass with respect to the mass of the granular metal compound, according to any one of claims 1 to 5. Steel pipe for heat treatment.
前記熱処理用鋼管の少なくとも一部に対して、焼き入れを行う焼き入れ工程を有し、
前記焼き入れ工程では、
前記熱処理用鋼管の前記めっき皮膜層及び表面皮膜層を有する少なくとも一方の面において、100℃から最高加熱温度まで、平均で100℃/秒以上の昇温速度で、850℃〜1300℃の温度域内の当該最高加熱温度に加熱し、
850℃以上に加熱されてから2秒以内に冷却を開始し、
前記最高加熱温度から350℃まで、平均で1000℃/秒以上の冷却速度で、350℃以下の温度域まで冷却する、熱処理鋼管の製造方法。 A method for manufacturing a heat-treated steel pipe using the heat-treated steel pipe according to any one of claims 1 to 8 .
It has a quenching step of quenching at least a part of the heat treatment steel pipe.
In the quenching process,
On at least one surface of the heat treatment steel pipe having the plating film layer and the surface film layer, the temperature range from 100 ° C. to the maximum heating temperature is within the temperature range of 850 ° C. to 1300 ° C. at an average heating rate of 100 ° C./sec or more. Heat to the maximum heating temperature of
Cooling started within 2 seconds after being heated to 850 ° C or higher,
A method for producing a heat-treated steel pipe, which cools a heat-treated steel pipe from the maximum heating temperature to 350 ° C. at an average cooling rate of 1000 ° C./sec or more to a temperature range of 350 ° C. or lower.
前記熱処理用鋼管の少なくとも一部に対して、焼き入れを行う焼き入れ工程を有し、
前記焼き入れ工程では、
前記熱処理用鋼管の前記めっき皮膜層及び表面皮膜層を有する少なくとも一方の面において、100℃から最高加熱温度まで、平均で100℃/秒以上の昇温速度で、1000℃超1300℃以下の温度域内の当該最高加熱温度に加熱し、
850℃以上に加熱されてから2秒以内に冷却を開始し、
前記最高加熱温度から350℃まで、平均で1000℃/秒以上の冷却速度で、350℃以下の温度域まで冷却する、熱処理鋼管の製造方法。 A plating film layer located on at least one of the inner and outer surfaces of a steel pipe and containing 50% by mass or more of Al per side, and a surface film layer located on the plating film layer and containing granular metal compounds. The granular metal compound is a method for producing a heat-treated steel pipe using a heat-treated steel pipe which is ZnO.
It has a quenching step of quenching at least a part of the heat treatment steel pipe.
In the quenching process,
On at least one surface of the heat treatment steel pipe having the plating film layer and the surface film layer, a temperature of more than 1000 ° C. and 1300 ° C. or lower at an average heating rate of 100 ° C./sec or more from 100 ° C. to the maximum heating temperature. Heat to the maximum heating temperature in the region,
Cooling started within 2 seconds after being heated to 850 ° C or higher,
A method for producing a heat-treated steel pipe, which cools a heat-treated steel pipe from the maximum heating temperature to 350 ° C. at an average cooling rate of 1000 ° C./sec or more to a temperature range of 350 ° C. or lower.
前記樹脂成分、及び/又は、シランカップリング剤の含有量は、前記粒状の金属化合物の質量に対して、5質量%〜35質量%である、請求項10又は11に記載の熱処理鋼管の製造方法。 In the heat treatment steel pipe before being subjected to the quenching step, the surface coating layer contains a resin component and / or a silane coupling agent in addition to the granular metal compound.
The production of the heat-treated steel pipe according to claim 10 or 11 , wherein the content of the resin component and / or the silane coupling agent is 5% by mass to 35% by mass with respect to the mass of the granular metal compound. Method.
The method for producing a heat-treated steel pipe according to any one of claims 9 to 14 , wherein a bending process is performed on a portion of the heat-treated steel pipe at 850 ° C. or higher.
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