具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性的熱處理鋼制品及其制造方法與流程

本發(fā)明涉及即使在熱處理后也不經(jīng)過(guò)特別的氧化皮除去工序，作為涂裝基底處理的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性?xún)?yōu)異、涂裝后的耐腐蝕性也優(yōu)異的熱處理鋼制品及其制造方法。
背景技術(shù)：
：近年來(lái)，從地球環(huán)境問(wèn)題和碰撞安全性能的觀點(diǎn)出發(fā)，要求汽車(chē)用結(jié)構(gòu)部件薄壁化和高強(qiáng)度化。為響應(yīng)這些要求，以高強(qiáng)度鋼板為原材料的汽車(chē)用結(jié)構(gòu)部件不斷增加。但是，如果以高強(qiáng)度鋼板為原材料通過(guò)壓制成形來(lái)制造汽車(chē)用結(jié)構(gòu)部件，則容易發(fā)生褶皺、回彈之類(lèi)的成形不良。因此，以高強(qiáng)度鋼板為原材料通過(guò)壓制成形來(lái)制造汽車(chē)用結(jié)構(gòu)部件并不容易。作為解決這樣的問(wèn)題的方法，通過(guò)在熱態(tài)下加工鋼材，并且進(jìn)行急冷來(lái)淬火，由此制造高強(qiáng)度的成形品的技術(shù)已被實(shí)用化。例如，關(guān)于熱壓，鋼板在高溫下變?yōu)檐涃|(zhì)、高延展性，因此能夠尺寸精度良好地成形出復(fù)雜的形狀。而且，通過(guò)預(yù)先將鋼板加熱到奧氏體區(qū)域，并在模具內(nèi)急冷，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)由馬氏體相變帶來(lái)的鋼板的高強(qiáng)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(chǎn)生鋼板表面氧化這樣的問(wèn)題。如果該氧化皮殘留，則在接下來(lái)的工序中進(jìn)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(zhuān)利文獻(xiàn)1公開(kāi)了下述技術(shù)：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(duì)于金屬材料進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，一邊由加熱裝置局部到加熱金屬材料，對(duì)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(jìn)行冷卻來(lái)淬火(以下稱(chēng)為“熱態(tài)三維彎曲加工”)。熱態(tài)三維彎曲加工是主要用于汽車(chē)用部件的加工技術(shù)，是作為同時(shí)應(yīng)對(duì)車(chē)體輕量化和碰撞安全性的提高這兩個(gè)相反要求的技術(shù)而開(kāi)發(fā)的。熱態(tài)彎曲加工是一邊局部地加熱鋼管，一邊通過(guò)水冷進(jìn)行淬火，同時(shí)賦予彎曲力矩來(lái)進(jìn)行彎曲加工，由此能夠以一個(gè)工序制造呈復(fù)雜形狀的封閉截面結(jié)構(gòu)部件的技術(shù)，能夠成形出截面結(jié)構(gòu)超過(guò)1470MPa的汽車(chē)部件。但是，在該方法中，由于通過(guò)將鋼材加熱到奧氏體區(qū)域，用冷卻介質(zhì)進(jìn)行急冷，來(lái)謀求由馬氏體相變帶來(lái)的鋼材的高強(qiáng)度化，因此也具有在表面生成氧化皮，在接下來(lái)的工序中進(jìn)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(wèn)題。對(duì)于這些問(wèn)題，本發(fā)明人通過(guò)專(zhuān)利文獻(xiàn)2公開(kāi)了涉及淬火鋼材的制造方法和制造裝置的發(fā)明，其中，在一邊將鋼材向其長(zhǎng)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(qū)域后進(jìn)行冷卻而將鋼材淬火時(shí)，能夠抑制或消除氧化皮的產(chǎn)生。根據(jù)該發(fā)明，一邊將鋼材向其長(zhǎng)度方向輸送，一邊由與被輸送的鋼材間隔開(kāi)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(qū)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(zhì)，來(lái)將鋼材淬火時(shí)，通過(guò)使鋼材中的、被加熱裝置加熱了的部分的周?chē)目臻g充滿(mǎn)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(shù)文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2007-83304號(hào)公報(bào)專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2011-89150號(hào)公報(bào)技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明人為了謀求由專(zhuān)利文獻(xiàn)2公開(kāi)的發(fā)明的進(jìn)一步提高，反復(fù)進(jìn)行了認(rèn)真研究。其結(jié)果，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)：即使向鋼材的被加熱裝置加熱的部分的周?chē)臻g噴吹惰性氣體而使其充滿(mǎn)，完全杜絕氧化皮也是非常困難的，會(huì)產(chǎn)生不可避免的氧化皮(氧化膜)，另外，根據(jù)加熱和冷卻的條件，有時(shí)由于該不可避免的氧化皮而導(dǎo)致化學(xué)轉(zhuǎn)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(xué)轉(zhuǎn)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(xué)轉(zhuǎn)化處理、電沉積涂裝會(huì)發(fā)生不均勻。但是，在加工后設(shè)置氧化皮除去工序來(lái)除去氧化皮會(huì)導(dǎo)致成本的上升，因而并不優(yōu)選。本發(fā)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(jīng)過(guò)特別的氧化皮除去工序，在附著有氧化皮的狀態(tài)下作為涂裝基底處理的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性也優(yōu)異、涂裝后的耐腐蝕性也優(yōu)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(duì)沒(méi)有實(shí)施鍍敷的鋼材進(jìn)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(qiáng)度以及優(yōu)異的化學(xué)轉(zhuǎn)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(chē)用部件的熱處理鋼制品及其制造方法。本發(fā)明人對(duì)于在怎樣的情況下化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性會(huì)劣化進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)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(xué)轉(zhuǎn)化處理時(shí)氧化皮溶解而可供給鐵離子的狀態(tài)、或者進(jìn)而基體溶解而可供給鐵離子的狀態(tài)，則也能形成健全的化學(xué)轉(zhuǎn)化皮膜，另一方面，如果生成的氧化皮在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理時(shí)沒(méi)有充分溶解，則化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性差。本發(fā)明人進(jìn)一步認(rèn)真研究的結(jié)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(xué)轉(zhuǎn)化時(shí)能充分進(jìn)行Fe離子供給，能夠進(jìn)行良好的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理。另外了解到：為實(shí)現(xiàn)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(jìn)行三維彎曲加工，該時(shí)，將鋼材在600℃以上的溫度區(qū)域滯留的時(shí)間設(shè)為小于1秒即可。本發(fā)明是基于上述見(jiàn)解而完成的，其主旨如下。(1)一種具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的化學(xué)轉(zhuǎn)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(jù)上述(1)所述的具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的化學(xué)轉(zhuǎn)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(gòu)成。(3)根據(jù)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(jù)上述(1)～(3)的任一項(xiàng)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?xún)?nèi)。(5)一種熱處理鋼制品的制造方法，是使用從上游側(cè)起具有氣體腔室、加熱裝置和冷卻裝置的加工裝置來(lái)制造熱處理鋼制品的方法，其特征在于，向氣體腔室導(dǎo)入惰性氣體，使包含加熱裝置和冷卻裝置的空間充滿(mǎn)惰性氣體，并且，使上述加工裝置相對(duì)于鋼材進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)，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(qū)域滯留的時(shí)間小于1秒，并且，在上述加熱與上述冷卻之間，對(duì)上述鋼材的由于加熱而變形阻力大幅度降低了的部位進(jìn)行彎曲加工。(6)根據(jù)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(guò)程中所述鋼材在從600℃到300℃的溫度區(qū)域滯留的時(shí)間設(shè)為3秒鐘以?xún)?nèi)。根據(jù)本發(fā)明，在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理時(shí)氧化皮溶解而能形成健全的化學(xué)轉(zhuǎn)化皮膜，因此即使不經(jīng)過(guò)噴丸等的氧化皮除去工序而供于化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、涂裝工序，化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性也優(yōu)異，進(jìn)而涂裝后的耐腐蝕性也優(yōu)異，因此能提供適合于即使不像必需通過(guò)鍍敷實(shí)現(xiàn)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(fā)明涉及的熱處理鋼制品的應(yīng)用部位，在汽車(chē)部件的情況下，優(yōu)選是通過(guò)謀求高強(qiáng)度化而能夠使車(chē)輛輕量化并且要求耐腐蝕性的部位，例如可例示支柱、門(mén)梁、頂板(roof)、保險(xiǎn)杠(bumper)等加強(qiáng)類(lèi)、框架類(lèi)、臂桿類(lèi)等。附圖說(shuō)明圖1是表示在本發(fā)明中可以使用的加工裝置的一例的圖。具體實(shí)施方式以下，對(duì)本發(fā)明涉及的熱處理用制品及其制造方法的限定理由進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明的熱處理鋼制品，是將沒(méi)有實(shí)施鍍敷的鋼材作為原材料來(lái)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(shè)為1μm以下。如果氧化皮的膜厚超過(guò)1μm，則在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理時(shí)不溶解而殘留的氧化皮多，鐵離子的供給變得不充分，化學(xué)轉(zhuǎn)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(xué)轉(zhuǎn)化皮膜，在氧化皮與基體之間也容易發(fā)生剝離，涂膜密合性差。因此，氧化皮的膜厚設(shè)為1μm以下，優(yōu)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(guò)下述方式求出：通過(guò)制品表面的X射線衍射分析求出FeO、Fe3O4、Fe2O3各自的X射線強(qiáng)度，計(jì)算FeO的X射線強(qiáng)度相對(duì)于FeO、Fe3O4和Fe2O3的X射線強(qiáng)度的合計(jì)之比。如果FeO的比率小于90％，則在化學(xué)轉(zhuǎn)化處理時(shí)不溶解而殘留的氧化皮多，鐵離子的供給變得不充分，化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性劣化。其原因尚不明確，但可以考慮如下。關(guān)于氧化皮，首先在高溫時(shí)生成FeO，隨著氧化的進(jìn)行而生成Fe3O4，在冷卻過(guò)程中一部分FeO發(fā)生共析轉(zhuǎn)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(xué)轉(zhuǎn)化處理液中溶解，因此化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性劣化。本發(fā)明的鋼制品需要具有通過(guò)熱處理而得到的高強(qiáng)度、并且化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性也優(yōu)異，因此鋼組織由馬氏體構(gòu)成。但根據(jù)所需的強(qiáng)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(guò)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(shè)置的非熱處理部、和熱處理部與非熱處理部的邊界區(qū)域中，鋼組織不受上述所限，可以在制品中的一部分中設(shè)置那樣的部分。本發(fā)明的熱處理鋼制品的形狀不特別限定，但優(yōu)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(guò)熱態(tài)三維彎曲加工而制造。熱態(tài)三維彎曲加工適合于得到具有高強(qiáng)度且高剛性的任意彎曲形狀的中空部件。本發(fā)明的熱處理鋼制品使用從上游側(cè)起具有氣體腔室、加熱裝置和冷卻裝置的加工裝置來(lái)制造。以下，利用圖1更具體地說(shuō)明。圖1示出了在本發(fā)明中使用的加工裝置的一例，使鋼材11相對(duì)于加工裝置10進(jìn)行相對(duì)移動(dòng)而進(jìn)行加工。加工裝置從上游側(cè)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(jié)構(gòu)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(gè)四周的方式被設(shè)置。向氣體腔室12導(dǎo)入氬氣、氮?dú)獾榷栊詺怏w，使包含加熱裝置13和冷卻裝置14的空間充滿(mǎn)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(guò)程中，鋼材11在600℃以上的溫度區(qū)域滯留的時(shí)間設(shè)為小于1秒。如果以在鋼材的加熱部分的周?chē)目臻g包含大氣的狀態(tài)進(jìn)行熱處理，則生成較厚的氧化皮，化學(xué)轉(zhuǎn)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?chē)目臻g吹送惰性氣體而使其充滿(mǎn)，如果在鋼材的氧化快速進(jìn)行的600℃以上的溫度區(qū)域中的滯留時(shí)間超過(guò)1秒，則也會(huì)生成較厚的氧化皮、或氧化皮的氧化程度推進(jìn)從而Fe3O4的比率增加，因此化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性劣化。因此，在本發(fā)明中，使用在加熱裝置的上游側(cè)設(shè)有氣體腔室的加工裝置，向氣體腔室導(dǎo)入惰性氣體，包括加熱前的鋼材的周?chē)目臻g在內(nèi)，使鋼材的被加熱了的部分的周?chē)?、被冷卻了的部分的周?chē)目臻g充滿(mǎn)惰性氣體。進(jìn)而，在加熱和冷卻的過(guò)程中，鋼材在600℃以上滯留的時(shí)間設(shè)為小于1秒鐘，優(yōu)選設(shè)為0.5秒鐘以下。而且，優(yōu)選在鋼材被冷卻的過(guò)程中，將鋼材在從600℃到300℃的溫度區(qū)域滯留的時(shí)間設(shè)為3秒鐘以?xún)?nèi)。如果在高溫下生成氧化皮之后在冷卻過(guò)程中變?yōu)?00℃附近以下，則FeO發(fā)生共析轉(zhuǎn)變而生成Fe3O4。因此，從使化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性良好方面出發(fā)，優(yōu)選快速通過(guò)容易進(jìn)行該反應(yīng)的從600℃到300℃的溫度區(qū)域，從而抑制Fe3O4的生成，以FeO的狀態(tài)來(lái)到低溫。而且，在本發(fā)明中，通過(guò)使鋼材的加熱部分的周邊充分地充滿(mǎn)惰性氣體，能夠使氧化皮的膜厚均勻。優(yōu)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?xún)?nèi)?？梢愿鶕?jù)制品所需的強(qiáng)度和性能來(lái)追加回火等的熱處理。該情況下，總計(jì)全部的熱處理而將600℃以上的滯留時(shí)間設(shè)為小于1秒鐘、進(jìn)而優(yōu)選將600℃～300℃的滯留時(shí)間設(shè)為3秒鐘以?xún)?nèi)是有效的。再者，圖1中描繪的定位裝置21a、22b、產(chǎn)業(yè)用機(jī)械手32、卡盤(pán)(chuck)33等是表示在本發(fā)明中能夠使用的加工裝置的適宜的例子的，不用說(shuō)本發(fā)明并不被該附圖限定。另外，雖然沒(méi)有圖示，但也可以在冷卻裝置14的下游側(cè)設(shè)置遮蔽板，使惰性氣體更容易充滿(mǎn)包含氣體腔室12、加熱裝置13和冷卻裝置14的空間。實(shí)施例為確認(rèn)本發(fā)明的效果，準(zhǔn)備了具有表1所示的化學(xué)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(zhì)量％，余量：Fe和不可避免的雜質(zhì))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(tài)三維彎曲加工裝置在表2所示的條件下進(jìn)行熱處理，制成熱處理鋼制品。再者，關(guān)于表2的No.3，通過(guò)熱態(tài)三維彎曲加工裝置的冷卻過(guò)程的控制實(shí)施了回火。對(duì)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(gè)視場(chǎng)，來(lái)確認(rèn)鋼組織。另外，對(duì)于鋼管的表面，通過(guò)X射線光電子能譜分析來(lái)測(cè)定氧化皮的膜厚，并且通過(guò)X射線衍射進(jìn)行氧化皮組成的分析，求出FeO、Fe3O4、Fe2O3各自的X射線強(qiáng)度，計(jì)算FeO的X射線強(qiáng)度相對(duì)于FeO、Fe3O4和Fe2O3的X射線強(qiáng)度的合計(jì)之比，來(lái)作為氧化皮中的FeO比率。在此，X射線強(qiáng)度之比是將X射線源設(shè)為CuKα(40kV-50mA)時(shí)的、采用Rietveld法對(duì)FeO、Fe3O4和Fe2O3的X射線衍射峰進(jìn)行評(píng)價(jià)而得到的。另外，對(duì)于所得到的熱處理鋼制品，進(jìn)行與上述同樣的化學(xué)轉(zhuǎn)化處理后，采用日本ペイント制的PN-110實(shí)施目標(biāo)為膜厚20μm的電沉積涂裝，來(lái)制成涂裝制品。對(duì)于該涂裝制品，作為涂膜密合性試驗(yàn)進(jìn)行了40℃溫水浸漬240小時(shí)后的棋盤(pán)格膠帶剝離評(píng)價(jià)。另外，評(píng)價(jià)了JASO復(fù)合循環(huán)腐蝕試驗(yàn)的180次循環(huán)后的切割部的銹和膨脹。在涂膜密合性試驗(yàn)中，將沒(méi)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(yàn)的銹和膨脹的評(píng)價(jià)中，將切口兩側(cè)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(jié)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(guān)于涂裝后耐腐蝕性的評(píng)價(jià)結(jié)果，將良好標(biāo)記為○，將不良標(biāo)記為×。表2如表2所示可確認(rèn)出，通過(guò)滿(mǎn)足在本發(fā)明中規(guī)定的范圍，能夠提供即使不經(jīng)過(guò)噴丸等的氧化皮除去工序而供于化學(xué)轉(zhuǎn)化處理、涂裝工序，化學(xué)轉(zhuǎn)化處理性也優(yōu)異、進(jìn)而涂裝后的耐腐蝕性也優(yōu)異的熱處理鋼制品。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3