JP2001011538A - 高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法Info
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Abstract
特性のばらつきを低減した高張力溶融亜鉛めっき鋼板の
製造法を提供する。 【解決手段】 C:0.12〜0.20%、Si:0.
50%以下、Mn:0.8〜2.0%、P:0.005
〜0.050%、S:0.0005〜0.0100%、
sol.Al:0.01〜0.10%、N:0.001
〜0.008%を含み、Ti:0.01〜0.10%、
Nb:0.001〜0.050%、V:0.01〜0.
10%のうち1種以上を含み、残部がFeおよび不可避
的不純物からなる鋼材を熱間圧延後、400〜750℃
で巻き取り熱延鋼板とし、酸洗後、40〜80%の圧下
率で冷間圧延を行い、Ac3変態点以上のγ域にて再結晶
焼鈍を行った後、溶融亜鉛めっき処理を施す。鋼成分に
B:0.0005〜0.0050%を含ませると更によ
い。溶融亜鉛めっき処理後、めっきの合金化処理をして
もよい。
Description
ように耐食性を確保しつつプレス成形、曲げ加工等を施
す用途に好適な高張力溶融亜鉛めっき鋼板、または高張
力合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。
費向上が求められており、自動車用鋼板においては車体
の軽量化および安全性確保のため、引張強度(TS)>
540MPaである高強度鋼板へのニーズが高い。この
ような用途では、プレス成形等での安定した作業性を確
保するため、強度と延性のばらつきの少ない鋼板が求め
られる。
防錆性が要求され、特性のばらつきの少ない高強度、高
延性を備えた亜鉛めっき鋼板が求められており、とくに
防錆力に優れた溶融亜鉛めっき鋼板または合金化溶融亜
鉛めっき鋼板が強く求められている。
を軟質なフェライト中にマルテンサイト等の硬質相を分
散させた複合組織鋼板とすることにより、高強度化する
手法が広く用いられている。この方法によると、低降伏
応力(YS)で、かつ引張強度(TS)と全伸び(E
l)のバランスに優れた鋼板が得られ、例えばTS(M
Pa)×El(%)>18000(MPa・%)級の良
好なプレス成形性を備えた鋼板が得られる。
点以上、Ac3変態点以下に加熱し、オーステナイト
(γ)とフェライト(α)の2相とした後冷却し、オー
ステナイトをマルテンサイト等に変態させることによっ
て得られる。このとき、オーステナイトが不安定である
とパーライトに変態して、マルテンサイト組織は得られ
ない。従って、通常オーステナイトを安定化させ、パー
ライトへの変態を抑制するために合金元素を添加する手
法が用いられる。
には、Mn等を多量に含有させ、溶融亜鉛めっき設備内
において複合組織鋼板を形成せしめることにより、鋼板
の成形性を向上させる手法が開示されている。しかしな
がら、適正な複合組織を得るには、合金元素の多量の添
加が必要であり高コストとなる。
融亜鉛めっき設備内で合金添加量に応じて冷却速度を制
御する手法が開示されている。しかし、合金元素を低減
するには高い冷却速度が必要であり、大規模の設備が必
要となり、やはり高コストとなる。
て、Si、Mn、P等の固溶強化型の元素やTi、N
b、V等の析出強化元素を添加する手法が一般的に用い
られる。
a以上とするには多量の添加が必要となりコスト高とな
る。添加元素としてSi、P等を多量に含有させると不
めっきの発生ならびに合金化処理速度の低下を招き、合
金化処理を促進するには高温での合金化処理が必要とな
って、エネルギーコストが増大する。さらに、高温で合
金化処理を行なうことによるめっきの密着性低下を招
き、耐パウダリング性が劣化する等のめっき品質の悪化
をもたらす。
%の材料において先に示した析出強化元素を添加して高
強度化を図る場合、析出物の密度が高いため冷間圧延後
の焼鈍処理においてAc1変態点以下では再結晶が起こり
にくく、所望の機械特性が得られない。また、Ac1変態
点〜Ac3変態点の二相域温度域(α+γ)で焼鈍した場
合、強度および延性は焼鈍温度の影響を受けやすく、製
造時の温度ばらつきによって特性が大きく変化しユーザ
ーでのプレス成形において割れ、しわ、形状凍結不良等
を誘発するおそれがある。
元素を多量に含有させることなく、かつ溶融めっき工程
での製造制約を受けることなく、機械特性のばらつきの
少ない高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造法を提供するこ
とにある。
金添加で強度が得られる析出系に着目した。すなわち、
高強度化を固溶強化と析出強化の組み合わせで達成し、
従来方法ではばらつきが大きかった機械特性について
は、めっきラインでの均熱温度(すなわち再結晶焼鈍温
度)を適切に制御することによって安定化を図る方法を
検討した。
強度を高めるため、いわゆる中炭素域を選び、Mn等の
合金元素の添加量を軽減し、安価に高強度化を図るため
C量を0.12重量%以上を基本鋼種として選択し、化
学組成と熱処理方法を検討した。なお、以下の化学組成
%は重量%を意味する。
として鋼中に析出することにより、強度を上昇させる。
しかし、C量が0.12重量%以上の材料において析出
強化を用いて高強度化を図る場合、再結晶速度が遅くA
c1変態点以下のような低温での焼鈍においては、未再結
晶および部分再結晶を呈した組織となり延性が劣る。
c3変態点)とすると、変態したγ相分率だけが均熱後の
冷却を経て正常なフェライト組織となる。つまり、変態
した相分率によって強度が大きく変化するため、強度、
延性のばらつきが大きくなる。
を行なうと、すべての組織がγ変態するため冷却過程で
は未再結晶や部分再結晶がなくなり、すべての組織が正
常なフェライト組織となって機械特性が安定する。その
結果、プレス成形等の加工段階において安定した成形性
が得られる。
上に制御することで耐食性、特性安定性に優れた高張力
溶融亜鉛めっき鋼板、高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板
が得られるようになる。
は、以下の(1) 〜(3) にある。
0.20%、Si:0.50%以下、Mn:0.8〜
2.0%、P:0.005〜0.050%、S:0.0
005〜0.0100%、sol.Al:0.01〜
0.10%、N:0.001〜0.008%を含み、T
i:0.01〜0.10%、Nb:0.001〜0.0
50%、V:0.01〜0.10%のうち1種または2
種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からな
る鋼材を熱間圧延後、400〜750℃で巻き取り熱延
鋼板とし、酸洗後、40〜80%の圧下率で冷間圧延を
行い、Ac3変態点以上のγ域にて再結晶焼鈍を行った
後、溶融亜鉛めっき処理を施すことを特徴とする高張力
溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
0.20%、Si:0.50%以下、Mn:0.8〜
2.0%、P:0.005〜0.050%、S:0.0
005〜0.0100%、sol.Al:0.01〜
0.10%、N:0.001〜0.008%を含み、T
i:0.01〜0.10%、Nb:0.001〜0.0
50%、V:0.01〜0.10%のうち1種または2
種を以上含み、さらにB:0.0005〜0.0050
%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼
材を熱間圧延後、400〜750℃で巻き取り熱延鋼板
とし、酸洗後、40〜80%の圧下率で冷間圧延を行
い、Ac3変態点以上のγ域にて再結晶焼鈍を行った後、
溶融亜鉛めっき処理を施すことを特徴とする高張力溶融
亜鉛めっき鋼板の製造方法。
理を施すことを特徴とする前記(1)または(2) 項に記載
の高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
Nb、V等と結合して、炭窒化物として鋼中に析出する
ことにより、鋼板に所定の強度を付与するために含有さ
せる元素である。炭窒化物として析出固定されない炭素
は、溶融めっき前の焼鈍工程での均熱時に形成されるオ
ーステナイト中に固溶する。次いで鋼板が冷却されると
きに、球状セメンタイトが形成され、さらなる強度上昇
に寄与する。C含有量が0.12%に満たないときは、
その効果が不十分であり、0.20%を超えると冷却時
にパーライトが生成し、成形性が悪くなるのみならず溶
接性が劣化する。より好ましいCの範囲は0.12〜
0.16%である。
iは固溶強化による強化元素として極めて有効であり、
安価である。しかも延性の劣化は少ないため、機械的性
質の面からは多量に含有させるのが有利である。しか
し、めっきの濡れ性を著しく阻害するため、高強度化は
他の元素による固溶強化、析出強化によることとし、S
i含有量は0.50%以下とする。また、Siは脱酸に
用いられるが、過度にSiを低下させようとすると、脱
酸を高価なAlで行わねばならないため0.01%以上
が好ましい。より好ましいSiの範囲は0.01〜0.
30%である。
Mnは固溶強化による強化元素として有効であり、0.
8%以上とする。一方、本発明は析出強化との組み合わ
せで高強度化を図っているためMnを2.0%を超えて
含有させる必要はない。また、2.0%を超えて含有さ
せるとAc3変態点以上(γ領域)の加熱を行うと後の冷
却過程においてマルテンサイト等を生成し、過度の強度
上昇を招く。したがって本発明ではMn含有量の範囲は
0.8〜2.0%とする。より好ましいMnの範囲は
1.0〜1.8%である。
とする。Pも固溶強化元素として有効な元素であり、
0.005%以上含有させる。また、0.005%未満
にしようとすると脱Pコストの増大をまねく。一方、P
を0.050%を超えて含有させるとめっき時の合金化
処理性、溶接部性能、耐2次加工脆性を損ねるため、上
限を0.050%とする。より好ましいPの範囲は0.
010〜0. 030%であ る。
%とする。Sは鋼板の穴拡げ性を損ねるため低いほど好
ましい。したがって0.0100%以下とした。一方、
0.0005%以上とするのは、これ未満であると脱硫
コストが増大するためである。より好ましいSの範囲は
0. 0020〜0. 0050%である。
0%とする。sol.Alは溶鋼脱酸の結果として含有
される。またTi無添加の場合、鋼中のNと結合し、A
lNの微細析出物を形成し、オーステナイト結晶粒の粗
大化を抑止する効果がある。これらの効果を有するため
に、0.01%以上含有させる。過度に含有しても効果
が飽和するうえ、コスト高となるため、その上限を0.
10%とする。より好ましいsol.Alの範囲は0.
02〜0. 06%である。
する。NはTiと結合して析出し焼鈍時のオーステナイ
トの粒成長を抑制する。0.001%未満ではその効果
が発揮できないことと、製綱工程で脱Nのためのコスト
が増加するおそれがある。また、過度にNを含有させる
と延性が損なわれるので、上限を0.008%とする。
より好ましい範囲は0. 002〜0. 006%である。
i:0.01〜0.10%、Nb:0.001〜0.0
50%、V:0.01〜0.10%の範囲で、1種また
は2種以上含有させる。これらの成分は炭窒化物を形成
し、析出強化による強度上昇に寄与する。その効果を発
揮するためには、それぞれの成分の規定下限以上を含有
させことが必要である。過度に含有させるとコスト高に
なるばかりでなく逆に強度低下を招く場合がある。より
好ましいTi、Nb、Vの範囲はそれぞれ、0.01〜
0.03%、0.010〜0.030%、0.01〜
0.05%である。
005〜0.0050%含有させるのが望ましい。Bは
オーステナイト中の炭化物を安定化させ、冷却時にその
炭化物を核としてセメンタイトを球状に析出させるた
め、粗大パーライトの析出を抑制する効果を有する。従
って、Bを含有させると延性の劣化をより効果的に抑制
できる。Bの含有量が0.0005%に満たない場合に
はその効果がなく、0.0050%を超えると効果が飽
和する。より好ましいBの範囲は0.0008〜0.0
020%である。
行われている方法でよい。ただし、熱延後の工程につい
ては下記条件での製造が必要である。
ならびに製造安定性の観点から熱延巻き取り温度を75
0℃以下とする。また、400℃未満では硬質変態組織
が生成し、冷間圧延性が悪くなるので、400℃以上と
する。より好ましくは500〜600℃である。
あると冷間圧延時の通板の安定性に問題があり操業に支
障を来たす。一方、80%を超えると冷圧時の荷重が高
くなり、破断等のトラブルが発生するため、40%〜8
0%とする。より好ましくは50〜70%である。
の均熱温度は特性の安定化を図るためAc3変態点以上に
する。ただし、過度に高温にしても効果が飽和するとと
もに、加熱エネルギーのロスおよび鋼板の変形のおそれ
があるのでAc3変態点+50℃を超えない温度以下とす
るのが望ましい。その他の条件は通常行われているめっ
き処理を施せばよい。
は溶融亜鉛めっき処理後、鋼板を合金化処理炉で加熱
し、Fe−Zn合金を生成させる。合金化処理(GA処
理ともいう)は通常の低強度の合金化処理鋼板の処理条
件(処理温度、処理時間)とほぼ同じ条件でよい。その
場合の処理温度は480〜630℃、処理時間3〜15
s程度である。
張力鋼板の機械特性を安定化する手法を見いだすため、
機械特性に及ぼすヒートパターンについて調査した。
鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造にてスラブとした後、1
240℃まで加熱し、粗圧延終了温度;1080℃、仕
上げ圧延終了温度:890℃で熱間圧延を完了させ、5
80℃で巻き取り、3.5mm厚の熱延コイルとした。
次いで酸洗し、1.6mmまで冷間圧延した(圧下率5
4.3%)。つぎにこの冷延コイルからサンプルを採取
し、実験室にて再結晶焼鈍を行いJIS−5号試験片で
の引張試験を行い特性の調査を行った。
置を用いて熱膨張の変化より変態点を求めた。
性に及ぼす影響を示すグラフである。ヒートパターンは
グラフの欄外に注記するように、酸化炉、無酸化炉をそ
れぞれ8℃/s、2℃/sで昇熱し、所定の均熱温度、
時間で均熱させ、冷却(6℃/s)過時効処理(470
℃×35s)、ついで溶融めっき浴に浸漬(460℃)
した。合金化処理鋼板の場合は溶融めっき後、さらに5
30℃まで昇熱して合金化処理を行なった。欄外注記図
のGAと表示した部分が合金化処理過程である。
s)であれば、均熱温度の上昇に伴い全伸び(El)は
上昇する。また、760℃までは未再結晶組織を示し、
この温度以上でAc3変態点未満の領域においては、温度
の上昇に伴いYS、TSが急激に低下する傾向を示す。
さらに、均熱温度がAc3変態点以上の場合は、安定した
YS、TSを示すようになることがわかった。
(820℃)としたとき、均熱時間が機械特性に及ぼす
影響を示すグラフである。図1と同様、グラフの欄外に
ヒートパターンを注記する。図2に示すように機械特性
は、均熱時間の長時間化に伴いYSがやや低下する傾向
にあるが、均熱温度ほどの大きな変化が見られない。つ
まり、均熱時間が大きく変化しても、機械特性に及ぼす
影響は小さく、均熱時間よりも均熱温度の影響が大きい
ことがわかった。
合金化温度が機械特性に及ぼす影響を示すグラフであ
る。図1と同様、グラフの欄外に注記するヒートパター
ンのGAと表示した部分の合金化温度を変化させた。
に大きな影響を及ぼしていない。つまり、本発明のよう
なC含有量の鋼種で析出強化型高張力鋼板の機械特性は
前の焼鈍工程の均熱温度に支配されており、加熱時のフ
ェライトからオ−ステナイトへの変態により特性が大き
く変化し、特性の安定化を図るためには加熱時にすべて
γ変態させることが必要であることがわかった。
結晶焼鈍によって、コイル先端から後端までばらつきの
ない安定した機械特性が得られる見通しが得られた。こ
の鋼板はユーザーでのプレス成形時の割れ、プレス寸法
不良等の成形不良が減少するため、成形方法を見直すな
どの根本的対策を取る必要がなくなることが期待でき
る。
確認するため、各種の化学組成の鋼材を用い、各種処理
条件で連続溶融亜鉛めっきラインにて製造試験を行っ
た。めっき目付量は1.6mm両面50g/m2 とし
た。
先端部(以下、Tと略記する)、中央部(同、M)、後
端部(同、B)からサンプルを採取し機械特性を調査し
た。穴拡げ性は、打ち抜きクリアランス12%でφ10
mmの打ち抜き穴をあけ、60°円錐ポンチにより穴拡
げ成形を行い、穴縁に割れが発生するまでの限界拡がり
率を測定した。
の走行状態でコイル表面の不めっきの有無を目視観察し
た。さらに製品をφ90mmで円筒絞りした後、外面側
にセロハンテープを張り付け、テープ剥離した後のテー
プ表面を観察し耐パウダリング性を調査した。
示す。表2に熱延巻取温度、冷延圧下率(冷圧率)、焼
鈍処理条件等の製造条件および機械試験の結果を示す。
合金化処理をした場合の処理温度はすべてのケースで5
30℃とした。
種において、化学組成は本発明範囲内であるが、コイル
全長でみれば均熱温度はAc3変態点よりも低い温度で焼
鈍を行っており、かつ均熱温度が少し変化しただけでY
S、TSおよびElのコイル内ばらつきが大きく、不安
定になる傾向が見られた。
8、A9においては、コイル全長にわたりAc3変態点以
上の均熱温度で焼鈍を行っているためT、M、Bのコイ
ル各部位で温度が60℃程度変動しても、YS、TSお
よびElのばらつきは小さく、コイル全長にわたって安
定した機械特性が得られた。
17の鋼種に関しては、それぞれ強度不足、不めっき発
生、パウダリング性不良、穴拡げ性不良、あるいは延性
不足があった。
融亜鉛めっきでの均熱温度)が発明の条件範囲内にある
もののみコイル内ばらつきも小さく、特性も良好であっ
た。
ばらつきの小さい高張力溶融めっき鋼板を製造すること
ができる。
響を示すグラフである。
熱時間が機械特性に及ぼす影響を示すグラフである。
が機械特性に及ぼす影響を示すグラフである。
Claims (3)
- 【請求項1】 化学組成が重量%で、C:0.12〜
0.20%、Si:0.50%以下、Mn:0.8〜
2.0%、P:0.005〜0.050%、S:0.0
005〜0.0100%、sol.Al:0.01〜
0.10%、N:0.001〜0.008%を含み、T
i:0.01〜0.10%、Nb:0.001〜0.0
50%、V:0.01〜0.10%のうち1種または2
種以上を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からな
る鋼材を熱間圧延後、400〜750℃で巻き取り熱延
鋼板とし、酸洗後、40〜80%の圧下率で冷間圧延を
行い、Ac3変態点以上のγ域にて再結晶焼鈍を行った
後、溶融亜鉛めっき処理を施すことを特徴とする高張力
溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 【請求項2】 化学組成が重量%で、C:0.12〜
0.20%、Si:0.50%以下、Mn:0.8〜
2.0%、P:0.005〜0.050%、S:0.0
005〜0.0100%、sol.Al:0.01〜
0.10%、N:0.001〜0.008%を含み、T
i:0.01〜0.10%、Nb:0.001〜0.0
50%、V:0.01〜0.10%のうち1種または2
種を以上含み、さらにB:0.0005〜0.0050
%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼
材を熱間圧延後、400〜750℃で巻き取り熱延鋼板
とし、酸洗後、40〜80%の圧下率で冷間圧延を行
い、Ac3変態点以上のγ域にて再結晶焼鈍を行った後、
溶融亜鉛めっき処理を施すことを特徴とする高張力溶融
亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 【請求項3】 溶融亜鉛めっき処理に続いて合金化処理
を施すことを特徴とする請求項1または2に記載の高張
力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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