JP2002012948A - 加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 製造コストを増加させる合金添加量を低減し
つつ、目的とする残留オーステナイト組織を確保し、亜
鉛めっきの付着性が良好で高耐食性表面処理鋼板への適
用も可能な、加工性の良好なＴＲ１Ｐ型の高強度鋼板を
製造する。 【解決手段】 Ｎを０．０３〜２．０％と高濃度に含有
させ、望ましくは窒化物を形成するＳｉ，Ａｌを０．５
％以下、０．３％以下に制御し、更に鉄窒化物の生成を
制御するため、Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇなどを必要に応じて添
加することで、金属組織中の残留オーステナイト相の存
在比率を３〜２０％に調整した、加工性及びめっき密着
性に優れた高強度鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、建築、電
気等の部材として有用な高強度鋼板及びその製造法に関
し、特にプレス成形時の張出し成形性及びめっき密着性
に優れる高強度鋼板、高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板
及びその製法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車は、近年の燃費節減の動向に対応
すべく軽量化が検討されており、材料面では、軽量化の
ため薄肉化しても強度を確保できるように高強度化が進
められている。ところが、一般に材料の加工性は強度上
昇に伴い劣化するので、加工性と強度を両立する鋼板が
求められている。加工性の指標には引張試験における伸
びをはじめとしてｎ値やｒ値があるが、一体成形による
プレス工程の簡略化が課題となっている昨今では、均一
伸びに相当するｎ値の大きいことが重要である。

【０００３】このため、金属組織におけるオーステナイ
ト相が加工により硬質なマルテンサイトに変態する加工
誘起変態を活用した熱延鋼板及び冷延鋼板が開発されて
いる。これはマルテンサイト変態に伴い鋼板中に多量の
転位が導入され鋼板が大きく硬化するため、高い加工硬
化率が維持され、くびれの発生を抑制し均一伸びを向上
させるものである。

【０００４】これは高価な合金元素を含まずに、０．０
７〜０．４％程度のＣと、０．３〜２．０％程度のＳｉ
及び０．２〜２．５％程度のＭｎを基本的な合金元素と
し、高温二相域でオーステナイトを生成させた後、４０
０℃程度でベイナイト変態を行うことで、室温でも金属
組織中にオーステナイトが残留するようにした鋼板であ
り、一般に「残留オーステナイト鋼」、「ＴＲＩＰ鋼」
などと呼ばれ、その技術は、例えば特開平１−２３０７
１５号公報や特開平１−７９３４５号公報等で開示され
ている。

【０００５】しかしながら、これらの鋼板はその特異な
ベイナイト変態を活用しオーステナイトを残留させてい
るため、二相共存温度域からの冷却速度や４００℃前後
での保持条件（温度、時間）を厳格に制御しないと意図
する金属組織とならず、良好な強度や伸びの保証や製造
時の歩留向上を妨げる原因となっている。さらに現在、
自動車用鋼板で主流となりつつある亜鉛めつき鋼板への
適用においては、めっき時の熱履歴のため好ましい金属
組織が破壊されるばかりでなく、０．３〜２．０％のＳ
ｉを含むことから亜鉛の付着性が悪く、良好な表面耐食
性を付与できないため、広範な工業的利用が妨げられて
いる。

【０００６】上記問題を解決するために、特開平４一３
３３５５２号公報、特開平５−７０８８６号公報や特開
平６−１４５７８８号公報等においては、Ｎｉ添加によ
るめっき塗れ性改善、Ｓｉと同様の効果を有するＡｌ添
加によるＳｉ低減、亜鉛めっきとの付着性が良好なＮｉ
めっきとの複層めっきなどの方法が開示されている。し
かしながら、これらの方法では合金添加や工程増加など
により製造コストが増加するばかりでなく、意図する金
属組織は不安定なままであり、問題の根本的な解決には
至っていない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明はより簡易な温
度制御により目的とする残留オーステナイト組織を確保
し、亜鉛めっきの付着性が良好で高耐食性表面処理鋼板
への適用も可能な、加工性の良好な高強度鋼板を提供す
るものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成できる高強度鋼板を提供するべく、めっき性と鋼
板成分との関係について鋭意検討を行い、本発明を完成
させたものであって、その趣旨は以下のとおりである。

【０００９】従来からＮはオーステナイト相を安定化さ
せる元素として知られているが、従来の製造法のように
溶鋼段階で高濃度のＮを含有させる方法では精錬が困難
であり、また鋳造時に鋼片中にガスが発生し凝固後に気
泡が残存して、良好な鋼片を得ることができない。この
ため本発明鋼が対象とする加工用鋼板への高Ｎ鋼の適用
は検討されておらず、加工性およびめっき性については
未知であった。そこで本発明者はＮを、鋳造後、製品と
なる直前に含有させる方法を検討し、Ｎを多量に含有さ
せることが加工性及びめっき性向上に有効であることを
見出した。

【００１０】本発明はこの知見をもとに、さらにＳｉ，
Ｍｎ，Ｃ等の元素およびＣａ，Ｎａ，Ｍｇなどの微量元
素の影響、並びに窒化条件や目的とする金属組織に制御
するための熱履歴などを検討し達成されたものであっ
て、その要点は、 （１）Ｎを高濃度に含有させることを基本とし、 （２）窒化物を形成するＳｉ，Ａｌなどの含有量を適当
な範囲に制御する。 （３）鉄窒化物の生成を制御するためＣａ，Ｎａ，Ｍｇ
などを必要に応じて添加する。 （４）金属組織を形成する各相の強度を調整し、鋼板と
しての強度と伸びを調整するため、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ
などの強化元素量を制御する。 （５）オーステナイトをより安定化させ、室温でオース
テナイトが多く残留するように熱履歴を制御する。 ことにある。

【００１１】即ち本発明は、 （１） 質量％でＮ：０．０３〜２．０％を含有し、残
留オーステナイトの体積率が３〜２０％であることを特
徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。 （２） 前項（１）に記載の鋼板において、質量％で、
Ｓｉを０．５％以下含有していることを特徴とする加工
性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。 （３） 前記（１）又は（２）に記載の鋼板において、
質量％で、Ｃを０．０８％以下含有していることを特徴
とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。 （４） 前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の鋼板
において、質量％で、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：
０．０１％以上、Ａｌ：０．３％以下のうち少なくとも
１種を含有していることを特徴とする加工性及びめっき
密着性に優れた高強度鋼板。 （５） 前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の鋼板
において、さらに、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍ
ｏのうちの少なくとも１種をそれぞれ２．０％以下含
み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物からなる加工性及びめ
っき密着性に優れた高強度鋼板。 （６） 前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の鋼板
の上に、Ｚｎ合金めっき層を有することを特徴とする加
工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。 （７） 前記（１）乃至（６）のいずれかに記載の成分
を有する鋼を、熱間圧延後に５５０〜８００℃の温度域
でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で２秒〜１０分保
持する工程を含む処理を施したことを特徴とする加工性
及びめっき密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。であ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下に本発明を詳細に説明する。
まず、本発明における鋼板成分の限定理由を以下に詳細
に説明する。Ｎは本発明の最も重要な元素である。Ｎは
Ｍｎと同様にオーステナイト生成元素であり、特に、Ｎ
はＭｎとの相互作用によりオーステナイトの安定性を向
上させる。その結果、冷却や低温保持中の炭化物析出が
抑制されるので、炭化物生成を抑制するために従来添加
しているＳｉやＡｌの含有量を減らすことができ、めっ
き密着性も向上する。Ｎ濃度が０．０３％未満ではその
効果が見出せない。一方、Ｎ濃度を高めるにはＮ化処理
時間が長くなることから、上限を２．０％とした。好ま
しくは０．０５〜１．０％である。

【００１３】Ｃは、二相共存温度域及びベイナイト変態
温度域でオーステナイト中に濃化することでオーステナ
イトを安定化する元素である。その結果、室温でもオー
ステナイトが残留し、変態誘起塑性により成形性を向上
させる。このため従来鋼では０．１％程度含有させる
が、本発明鋼ではＮによりオーステナイトの安定化を図
っているため、Ｃ含有量は特に限定しない。しかし、Ｃ
のオーステナイトからの変態挙動は変態温度によりパー
ライト、上部ベイナイト、下部ベイナイトなど複雑な挙
動をとり、冷却中にオーステナイトを残留させる目的で
は厳格な温度制御が必要になる一因でもある。またＣを
過度に低減すると、他の強化元素含有量との兼ね合いも
あるがフェライト相が過度に軟質になり、変形時にオー
ステナイト相の加工誘起変態を伴うこと無く、フェライ
ト相のみに変形が集中し破断するため、加工性が劣化す
る場合がある。さらに、高濃度のＣ含有は鋼板の溶接性
を劣化させる。変態挙動の安定性と強度調整、溶接性を
考慮すると、好ましい範囲は０．０８％以下、より好ま
しい範囲は０．０２〜０．０６％である。

【００１４】Ｓｉは従来鋼では通常、セメンタイトの析
出を抑制することでオーステナイト中へのＣ濃化を促進
し、オーステナイトの安定性を高めるため１〜２％添加
される。しかし、本発明鋼ではＮ化中に窒化物を形成し
オーステナイトに濃化するＮ量を低減させるため、過剰
な添加は好ましくない。一方、前記のようにフェライト
相を強化し鋼板の成形性を向上させるには有効な元素で
ある。従って、好ましい範囲を０．５％以下、さらに好
ましくは０．０１〜０．２％とする。

【００１５】Ｍｎはオーステナイト安定化元素であると
共に、前記のようにフェライト相を強化するのに有効で
ある。一方、多量になるとバンド組織が顕著になり特性
を劣化させるし、スポット溶接部がナゲット内で破断し
やすくなり好ましくない。これらを考慮し、好ましい範
囲を０．５〜３．０％とする。

【００１６】Ｐは強度を確保するために０．０１％以上
添加してもよい。

【００１７】Ａｌは脱酸材としても用いられると同時
に、Ｓｉと同様にセメンタイトの析出を抑制しオーステ
ナイトを安定化するため、従来鋼では積極的に用いられ
ている。しかし、本発明鋼ではＮ化中に窒化物を形成し
オーステナイトに濃化するＮ量を低減させるため、過剰
な添加は好ましくない。好ましい範囲は０．３％以下、
さらに好ましくは０．１％以下である。

【００１８】本発明の鋼板は以上を基本成分とするが、
これらの元素及びＦｅ以外に、オーステナイトを安定化
し残留量を多くするため、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍ
ｇ，Ｍｏのうち少なくとも１種以上を添加してもよい。
ただし、過剰な添加は添加コストの増加になるだけでな
く、加工性を劣化させる場合もあるので、それぞれ２．
０％以下に限定する。

【００１９】また、従来の残留オーステナイト鋼に加工
性、めっき性などを向上させるために添加されるＣｕ，
Ｃｏなどは、従来鋼と同様に含有させても本発明の効果
をなんら損なうものではない。

【００２０】最終製品としての本発明鋼板の延性は、製
品中に含まれる残留オーステナイトの体積率に左右され
る。残留オーステナイトの体積率が３％未満では、はっ
きりとした効果が認められない。一方残留オーステナイ
トの体積率が２０％を超すと、極度に厳しい成形を施し
た場合、プレス成形した状態で多量のマルテンサイトが
存在する可能性があり、二次加工性や衝撃性において問
題を生じることがあるので、本発明では残留オーステナ
イトの体積率を２０％以下とした。

【００２１】次に、本発明鋼板の製造方法について説明
する。本発明の特徴は、従来の加工用鋼板では考えられ
なかったほどの高濃度のＮを含有させることである。従
来鋼のように溶鋼段階で成分調整し多くのＮを含有させ
ることは困難であるが、鋼片または鋼板への窒化を適用
すると、比較的容易に高濃度のＮを含有させることが可
能になる。ガスによる窒化の場合の条件としては、５５
０〜８００℃の温度域でアンモニアを２％以上含む雰囲
気中で、２秒〜１０分保持することである。温度がこの
範囲を外れると窒化効率が低下し、必要量のＮ化に長時
間を要する。また、低温側に外れた場合は鉄窒化物を形
成し、本発明鋼で必要とするオーステナイト残存に好ま
しい固溶Ｎを活用することができない。

【００２２】雰囲気ガス組成は特に限定しないが、Ｎ化
に必要なアンモニアの濃度を窒化効率の観点から２％以
上に限定する。またＮ化に際しての本発明の温度および
雰囲気中での保持時間は、必要Ｎ量との兼ね合いで決定
されるが、操業性などを考慮し、上記温度に保持する場
合は２秒〜１０分に限定する。

【００２３】Ｎ化のタイミングは、鋳片ないし焼鈍板の
どこでも可能であるが、窒化では表面から鋼内部へのＮ
の拡散を利用しているため、板厚は薄いほど高濃度のＮ
化が容易となる。このため熱間仕上げ圧延以降の工程で
行うことが好ましい。通常の冷延鋼板の製造において
は、再結晶焼鈍工程中で焼鈍炉の一部または全部を本発
明の温度条件、雰囲気条件にすることでＮ化を行うこと
が生産上好ましい。

【００２４】工程の前半で高濃度のＮを含有させ、その
後の高温処理または適当な温度での保定によりオーステ
ナイト相の安定化を図る工程も可能であるし、焼鈍工程
の最高温度への到達により再結晶および適当な延性を付
与した後にＮ化を行い、オーステナイト相を多く生成さ
せるような工程も可能である。また、これらを組み合わ
せたり、高温再結晶の後、本発明範囲内の低温で窒化を
行い、その後再び高温に昇温し組織制御を行うような工
程によっても、本発明の効果を得ることができる。

【００２５】本発明鋼は従来鋼と比較しＳｉ含有量が少
ないため、亜鉛めっき鋼板用の原板として使用した場合
のめっき性が良好となる特徴を有している。Ｚｎめっき
層厚みについては特に制約を設けないが、耐食性の観点
から０．１μｍ以上、加工性の観点からすると１０μｍ
以下であることが望ましい。

【００２６】

【実施例】通常の熱延、冷延条件で得られた冷延鋼板に
ついて、焼鈍及び一部のものについてはめっきを行い、
０．６％で調質圧延し、鋼板またはめっき鋼板を製造し
た。成分を表１に示すが、本発明鋼においては焼鈍工程
の最高到達温度からの冷却途中において、アンモニアガ
スを含む雰囲気中で保持することによりＮ化を行って高
濃度にＮを含有させており、表１中のＮ量については最
終製品での値である。鋼中Ｎ量はこの時の保持温度、保
持時間、アンモニアガス濃度で調整した。

【００２７】Ｎ化条件を併せて表１に示す。めっきはＡ
ｌ量を１０％としたＺｎめっき浴で行った。得られた鋼
板中の残留オーステナイトの体積率はＭｏＫα線を用い
たＸ線回折の５ピーク法で測定した。これらの鋼板より
ＪＩＳ５号引張試験片を採取し、ゲージ長さ５０mm、引
張速度１０mm/minで常温引張試験を行った。

【００２８】めっき性の評価は、不めっき発生とめっき
密着性について行い、不めっきは目視で有無を判定し、
めっき密着性はめっき鋼板の６０度Ｖ曲げ試験を実施後
テープテストを行い、テープテスト黒化度が２０％未満
であれば合格とした。

【００２９】また、溶接性は溶接電流：１０ｋＡ、加圧
力：２２ｋｇ、溶接時間：１２サイクル、電極径：６m
m、電極形状：ドーム型、先端６φ−４０Ｒの溶接条件
でスポット溶接を行い、ナゲット径が４√ｔ（ｔ：板
厚）を切った時点までの連続打点数が１０００点を超え
たものを合格とした。材質およびめっき性の評価結果を
表２に示す。

【００３０】本発明鋼は、いずれも引張強度が５８０Ｍ
Ｐａ以上でありながら全伸びも３０％以上であり、高強
度とプレス成形性の良好さを両立していると同時に、め
っき性、溶接性も満足している。これに対し、Ｎが本発
明範囲にない従来鋼では、めっき前では加工性が良好で
あるが、めっき工程の熱履歴により残留オーステナイト
が消失してしまい加工性が劣化している。また一部のも
のではＳｉやＡｌ含有量が高いため、めっき性が不良で
ある。Ｎを高濃度に含有する本発明鋼のうちでも、Ｓ
ｉ，Ｃ，Ｍｎ，Ｐ，Ａｌなどが特定範囲にあるものは特
に加工性が良好である。またＮｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，
Ｍｇ，Ｍｏなどの微量元素の効果も確認できる。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明はＮ含有量を
調整し、目的とする残留オーステナイト組織を確保する
ことによって、亜鉛めっき付着性が良好であり、且つ加
工性の優れた高強度鋼板を得ることができる。

フロントページの続き (72)発明者 末廣 正芳 北九州市戸畑区飛幡町１−１ 新日本製鐵 株式会社八幡製鐵所内 Ｆターム(参考） 4K028 AB01 AC07

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 質量％でＮ：０．０３〜２．０％を含有
   し、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であるこ
   とを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度
   鋼板。
2. 【請求項２】 質量％で、Ｓｉを０．５％以下含有して
   いることを特徴とする請求項１に記載の加工性及びめっ
   き密着性に優れた高強度鋼板。
3. 【請求項３】 質量％で、Ｃを０．０８％以下含有して
   いることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工性及
   びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
4. 【請求項４】 質量％で、Ｍｎ：０．５〜３．０％、
   Ｐ：０．０１％以上、Ａｌ：０．３％以下のうち少なく
   とも１種を含有していることを特徴とする請求項１乃至
   ３のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた
   高強度鋼板。
5. 【請求項５】 鋼板に、さらに質量％で、Ｎｉ，Ｃｒ，
   Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏのうち少なくとも１種をそれぞ
   れ２．０％以下含み、残部Ｆｅ及び不可避的不純物から
   なる請求項１乃至４のいずれかに記載の加工性及びめっ
   き密着性に優れた高強度鋼板。
6. 【請求項６】 鋼板の上に、Ｚｎ合金めっき層を有する
   ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の加
   工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
7. 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれかに記載の成分
   を有する鋼を、熱間圧延後に５５０〜８００℃の温度域
   でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で２秒〜１０分保
   持する工程を含む処理を施したことを特徴とする加工性
   及びめっき密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。