JP2002356720A

JP2002356720A - 加工性と焼付硬化性とがともに優れる溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2002356720A
Application number: JP2001159453A
Authority: JP
Inventors: Shungo Tanaka; 俊吾田中; Yasunobu Uchida; 康信内田
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】めっき性を阻害することなく軟鋼板並みの良
好な加工性と高い焼付硬化性とを有する溶融亜鉛めっき
鋼板を製造する。【解決手段】Ｃ：0.0025超え0.0060 mass％以下、S
i：0.05 mass％以下、Mn：0.50 mass％以下、Ｐ：0.05
mass％以下、Ｓ：0.02 mass％以下、Al：0.01〜0.06 ma
ss％、Ｎ：0.005 mass％以下、Ti：0.001 mass％以下、
Nb：3×Ｃ(mass％)〜12×Ｃ(mass％)を含有し、残部はF
eおよび不可避的不純物からなる組成のスラブを、熱間
圧延して600℃以上の温度で巻取り、次いで冷間圧延
し、その後、820℃〜(Ac₃変態点＋20℃)×10秒以上の焼
鈍を行い、780〜500℃の間を平均冷却速度15℃／秒以上
で冷却し、引き続き、溶融亜鉛めっき処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用鋼板等と
して用いられる、良好な加工性と焼付硬化性とを有する
溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、自動車用鋼板としては、燃費の向
上を目的とした車体の軽量化や、安全性向上の観点か
ら、加工性に優れた高張力鋼板が用いられている。その
理由は、高張力鋼板は、軽量化のみならず、加工性や耐
デント性、表面品質などの諸特性が優れているためであ
る。

【０００３】自動車用鋼板として用いる溶融亜鉛めっき
鋼板に、上述した諸特性を付与する方法としては、極低
炭素鋼素材に、Mnなどの高価な元素を添加することが一
般的である。このような方法の採用により、該めっき鋼
板を高強度化させることができると共に、加工性やめっ
き性を向上させることができる。また、かかるめっき鋼
板の品質特性を改善するための他の方法としては、焼付
硬化性を付与する方法も提案されている。

【０００４】ここで、焼付硬化性とは、プレス成形後に
施される塗装焼付処理時のひずみ時効によって、鋼板の
降伏点が上昇し、ひいては変形強度が上昇する現象であ
る。この現象を利用することにより、プレス成形品の各
部での塑性ひずみ量の違いによる降伏強度の差異を緩和
し、かつ張り剛性を向上させることが可能である。この
ような焼付硬化性を有する鋼板を用いると、プレス機な
どの加工機械の負荷が小さいまま高強度化を達成できる
ので、加工・塗装焼付後の鋼板強度が同じ鋼板と比較す
ると、高強度化による加工性の劣化が小さいという特長
がある。

【０００５】しかし、これまでの高張力鋼板は、成分系
によっては、加工性に優れ、かつ焼付硬化性を有するも
のもあるが、必ずしも降伏延びに起因した、プレス成形
時のストレッチャーストレイン(St-St)を解決したもの
ではなかった。

【０００６】St-Stを防止し、かつ鋼板に良好な加工性
および焼付硬化性を付与する方法としては、例えば、特
公昭60-17004号公報や特公昭61-9365号公報、特公昭61-
54089号公報などの提案がある。これらの提案は、再結
晶焼鈍前の固溶Ｃ，Ｎをほとんど存在しない程度とした
Nb添加極低炭素鋼に、熱延時に生成したNb炭化物を高温
焼鈍して再固溶させ、その後の急速冷却時に再析出を抑
制することにより、良好な焼付硬化性と加工性を付与す
る方法である。その他、特開平7-300623号公報は、素材
成分と再結晶焼鈍時における最高加熱温度、保持時間お
よびその後の冷却速度等を適正化することにより、加工
性、耐時効性および焼付硬化性に優れた鋼板を製造する
技術を開示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
従来技術の適用によって製造した冷延鋼板は、高強度化
を目的として、Si，Mn，Ｐなどの元素が添加されている
ため、これらをそのまま溶融亜鉛めっき鋼板用素材とし
て用いると、めっき性やその後の合金化性が悪化すると
いう問題があった。

【０００８】本発明の目的は、めっき特性を阻害するこ
となく、軟鋼板並みの良好な加工性と高い焼付硬化性と
を有する溶融亜鉛めっき鋼板の有利な製造方法を提案す
ることにある。特に、本発明においては、引張強度(Ｔ
Ｓ)が340MPa以下、伸び(Ｅｌ)が40％以上、焼付硬化指
数(ＢＨ)が60MPa以上、時効指数(ＡＩ)が40MPa以下の特
性を示す、加工用溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提案
することを具体的な目標とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このような課題認識の下
で、発明者らはその解決に向け鋭意研究した結果、鋼の
成分組成、冷延後の溶融亜鉛めっきラインでの焼鈍条
件、焼鈍後の冷却条件等を適宜に制御すれば、上記の課
題が解決できることを見い出し、本発明を完成するに至
った。

【００１０】すなわち、本発明は、Ｃ：0.0025超え0.00
60 mass％以下、Si：0.05 mass％以下、Mn：0.50 mass
％以下、Ｐ：0.05 mass％以下、Ｓ：0.02 mass％以下、
Al：0.01〜0.06 mass％、Ｎ：0.005 mass％以下、Ti：
0.001 mass％以下、Nb：3×Ｃ(mass％)〜12×Ｃ(mass
％)を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる
組成のスラブを、熱間圧延して600℃以上の温度で巻取
り、次いで冷間圧延し、その後、820℃〜(Ac₃変態点＋2
0℃)×10秒以上の焼鈍を施した後、780〜500℃の間を平
均冷却速度15℃／秒以上で冷却することを特徴とする、
加工性と焼付硬化性とがともに優れる溶融亜鉛めっき鋼
板の製造方法である。

【００１１】また、本発明は、上記組成に加えて、さら
にＢ：0.0002〜0.0030 mass％を含有する、加工性と焼付硬化性とがともに優れる溶融
亜鉛めっき鋼板の製造方法を提案する。

【００１２】

【発明の実施の形態】まず、時効指数と焼付硬化指数の
測定法と目標値について説明する。ＡＩは、引張試験片
に7.5％の予ひずみを付与後、100℃×30分の熱処理を施
したときの変形応力の上昇量である。この値が40MPaを
超える鋼板は、St-Stが発生しやすく、耐時効性に問題
があるとされている。したがって、本発明では、40MPa
以下を目標値とした。ＢＨは、引張試験片に2.0％の予
ひずみを付与後、塗装焼付工程を模擬した170℃×20分
の熱処理を施したときの変形応力の上昇量である。この
値が大きいほど焼付硬化性に優れており、60Mpa以上を
目標値とした。

【００１３】次に、本発明において、鋼の成分組成およ
び製造条件を上記構成のとおりに限定した理由について
説明する。Ｃ：0.0025超え0.0060mass％以下；Ｃは、加工性、とく
にｒ値、伸びを劣化させる。その影響は0.0060mass％を
超えると顕著になるので、Ｃの上限は0.0060mass％、好
ましくは0.0050mass％とする。しかしながら、0.0025ma
ss％以下では、めっき性改善のためにSi，Mn，Ｐを低減
したことによる強度低下をカバーするに十分な焼付硬化
量が得られなくなるため、0.0025mass％超え添加する必
要がある。

【００１４】Si：0.05mass％以下；Siは、高い固溶強化
能を示すため、高強度化には有効な元素である。しか
し、焼鈍中に表面に濃化して酸化皮膜を形成し、亜鉛め
っき層と地鉄との密着性を著しく低下させ、さらに亜鉛
めっき層の合金化反応を著しく遅滞させる。このため、
本発明では、その添加量を0.05mass％以下の範囲に制限
する。

【００１５】Mn：0.50mass％以下；Mnは、Ｓに起因する
熱間脆性の防止および鋼の強化の作用がある。この熱間
脆性の防止の効果は0.05mass％以上であらわれるが、0.
50mass％を超えて添加すると、深絞り性の劣化や、焼鈍
中の表面濃化によるめっき密着性の劣化が起こるので、
その添加量は0.50mass％以下とする必要がある。また、
熱間脆性防止の点からは、Mn（mass％）／Ｓ（mass％）
≧ 10 が好ましい。

【００１６】Ｐ：0.05mass％以下；Ｐは、鋼に対し高い
強化能をもち、機械的性質への悪影響も小さいため、所
望の強度に応じて添加される。しかし、その添加量が0.
05mass％を超えると、深絞り性やめっき濡れ性を劣化さ
せ、合金化の進行を遅滞させる。また、粒界に多く偏析
して二次加工脆性を引き起こすので、0.05mass％以下の
範囲で添加する。

【００１７】Ｓ：0.02mass％以下；Ｓは、熱間脆性の原
因となるほか、深絞り性に悪影響を及ぼすので、少ない
ほどよい。これらの影響は0.02mass％を超えると顕著に
なるので、0.02mass％以下とする。とくに、プレス成形
性の観点からは0.005mass％以下にすることが好まし
い。

【００１８】Al：0.01〜0.06mass％；Alは、脱酸および
鋼中Ｎの固定のために添加される。Alの添加量が0.01ma
ss％未満では加工性が不十分であり、一方、0.06mass％
を超えての添加は、加工性を劣化させるばかりでなく、
めっき性をも劣化させる。したがって、Alの添加量は0.
01〜0.06mass％とする。

【００１９】Ｎ：0.005mass％以下；Ｎは、深絞り性に
悪影響を及ぼすほか、Ｎが高いと固定に要するAl量も多
量となり、表面性状を劣化させるので、その含有量は少
ない程よい。Ｎの含有量が0.005 mass％を超えると、そ
の影響が顕著になるので0.005mass％以下、好ましくは
0.002mass％以下とする必要がある。

【００２０】Ti：0.001mass％以下；Tiは、極低炭素鋼
板では、Ｎ，ＣまたはＳ等の析出固定のために用いられ
るが、Nbより優先的にＣと結びついて炭化物を形成す
る。Ti炭化物は焼鈍時に分解し難く、Nb炭化物がもつ焼
付硬化性の発現を大きく損なうおそれがあるので、Ti含
有量は0.001mass％以下に制限する。

【００２１】Nb：3×Ｃ(mass％)〜12×Ｃ(mass％)；Nb
は、焼鈍前の固溶Ｃを減少し、加工性を向上させるた
め、少なくとも3×Ｃ(mass％)を添加する必要がある。
一方、焼付硬化性を得るためには、必要量の固溶Ｃを鋼
板中に存在させなければならず、これを主に高温焼鈍中
のNb炭化物の分解より得る。そのためには、Nbの添加量
は、ＣとNbの溶解度積を考慮して、12×Ｃ(mass％)以下
に制限する必要がある。

【００２２】Ｂ：0.0002〜0.0030mass％；Ｂは、耐二次
加工脆性をより一層改善するために、必要に応じて添加
するが、0.0002mass％未満ではその効果が得られず、一
方、0.0030mass％を超えて添加すると、加工性とくにｒ
値を劣化させるので、添加量は0.0002〜0.0030mass％、
好ましくは0.0003〜0.0020mass％の範囲にする必要があ
る。

【００２３】なお、その他、Cr，Ni，Mo，Cuは、鋼板の
強化に有効であり、めっき特性を害しない範囲内で、必
要とする強度に応じて適宜添加することは可能である。

【００２４】次に、本発明の製造方法について、限定理
由とともに説明する。まず、熱間圧延については、加工
性の向上を目的として以下の製造方法が好ましい。スラ
ブ加熱温度は常用の範囲でよく、1050〜1300℃の温度範
囲が好ましいが、析出物の粗大化による延性向上のため
には、1050〜1200℃の範囲がより好ましい。熱延仕上温
度も常用の範囲でよく、(Ar₃−10)〜(Ar₃＋50℃)が好ま
しいが、加工性の上からはAr₃変態点直上、すなわちAr₃
〜(Ar₃＋30℃)がより好ましい。また本発明では、コイ
ル巻取り温度は600℃以上が必要である。これにより、
ＮｂＣの微細分散が図られ、良好な加工性が得られると
ともに、鋼板表層の表面酸化層の厚みが確保され、良好
なめっき性が得られる。なお、省エネルギーの観点よ
り、連続鋳造スラブを再加熱することなく、または、Ar
₃変態点以下の温度に降温することなく直ちに粗圧延す
ることは、本発明の特徴になんら影響しないので行って
もよい。

【００２５】熱間圧延されたコイルは、酸洗、冷間圧延
された後、溶融亜鉛めっきラインで連続焼鈍による再結
晶焼鈍とめっき処理が施される。・再結晶焼鈍温度・時間：最高加熱温度が820℃〜(Ac₃
変態点＋20℃)かつ保持時間が10秒以上；焼鈍工程は、
本発明において特に重要な工程であり、｛１１１｝再結
晶集合組織を発達させ、ｒ値を高めるとともに、焼付硬
化性の付与に大きな役割を果たす。すなわち、この焼鈍
の最高加熱温度が820℃以上で、かつ保持時間が10秒以
上でない場合、｛１１１｝集合組織が十分成長せず、高
ｒ値が得られない。また、熱延時に析出したNb炭化物の
分解が不十分となり、目標とする焼付硬化性が得られな
い。一方、最高加熱温度が(Ac₃変態点＋20℃)を超える
と、加熱時に多量のオーステナイトを形成し、冷却過程
において、オーステナイトからフェライトヘの変態が生
じて集合組織はランダム化し、低いｒ値しか得られな
い。したがって、再結晶焼鈍は、最高加熱温度を820℃
〜(Ac₃変態点＋20℃)とし、かつ保持時間を10秒以上で
行う必要がある。ここで、保持時間の上限は特に定めな
いが、結晶粒粗大化による延性劣化の点から、90秒以下
にするのが好ましい。

【００２６】・焼鈍後の冷却：780〜500℃の間の平均冷
却速度が15℃／秒以上；焼鈍後の冷却工程も、本発明に
おいて特に重要な工程であり、上記の焼鈍により分解し
たNb炭化物を再析出させないためには、少なくとも780
〜500℃間の平均冷却速度を15℃／秒以上、好ましくは3
0℃／秒以上とする必要がある。

【００２７】・溶融亜鉛めっき及び合金化処理；溶融亜
鉛めっきは、常法に従って行えばよい。めっき後の冷却
速度は、本発明では特に規制しないが、15℃／秒以下が
高い焼付け硬化性を得るためには好ましい。めっき処理
後、要求に応じて、常法に従い合金化処理を施す。本願
発明では、合金化を阻害する成分を抑制しているので、
合金化温度を500℃程度とするのが、省エネルギーの観
点からは望ましい。

【００２８】その後、降伏伸び防止や板形状矯正、表面
調整などを目的として、(板厚(mm)＋0.5)％以下の圧下
率で調質圧延を施してもよい。また、この亜鉛めっき鋼
板は、板温を200℃以上にしない限り発明の効果は損な
われないので、化成処理性、溶接性、プレス成形性およ
び耐食性などの改善のために、特殊な処理を施しても構
わない。

【００２９】

【実施例】以下、本発明を、実施例にて具体的に説明す
る。（実施例１）表１に示した、異なる成分組成のスラブを
1200℃に加熱し、熱間圧延を行い、630℃でコイルに巻
取った。次いで酸洗し、最終板厚0.7mmに冷間圧延を行
い、その後、溶融亜鉛めっきラインにおいて、850℃×1
5秒の再結晶焼鈍を行い、780〜500℃の間を20℃／秒で
冷却し、引き続き、溶融亜鉛めっき処理を施し、一部は
合金化処理を行った。その後、1.0％の調質圧延を行っ
た。

【００３０】得られた亜鉛めっき鋼板について、引張特
性、時効指数、焼付硬化指数およびめっき特性を以下の
方法で測定し、結果を表２に示した。引張特性は、ＪＩ
Ｓ５号引張試験片を使用して測定した。ＡＩおよびＢＨ
は、ＪＩＳ５号引張試験片を使用し、先述の方法で測定
した。引張試験片の引張方向は、圧延方向とした。ま
た、めっき性は、試験片を溶融亜鉛めっき浴に浸漬後、
引上げ、めっき面を目視観察して、不めっきが見られな
いものを良好(○)、不めっきが発生したものを不良(×)
として評価した。合金化性は、溶融亜鉛めっき鋼板を所
定の温度で合金化した後、めっき面を目視観察し、めっ
き焼けや合金化の不均一などの発生がなく均一に合金化
したものを良好(○)、一部にめっき焼けや合金化の不均
一があるものをやや良好(△)、めっき焼けや過度の合金
化不均一があるものを不良(×)として評価した。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】表２の結果から、本発明の方法に従った組
成の亜鉛めっき鋼板は、ＴＳが340MPa以下、Ｅｌが40％
以上で、軟鋼板並みの加工性を有しており、ＢＨが60MP
a以上、ＡＩが40MPa以下を兼備し、かつめっき特性にも
優れていることがわかる。これに対して、本発明の条件
を逸脱する比較例は、加工性、焼付硬化指数、時効指数
またはめっき特性のうちの少なくとも一つが劣っている
ことがわかる。

【００３４】（実施例２）表１に示した、No．1の成分
組成をもつスラブを、1200℃に加熱後、熱間圧延を行っ
た。その後、酸洗し、製品板厚0.7mmに冷間圧延後、溶
融亜鉛めっきラインにおいて再結晶焼鈍とめっき処理を
施した。この時の、熱延巻取温度、再結晶焼鈍条件およ
び冷却速度は、表３のように変化させた。

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】得られた亜鉛めっき鋼板について、実施例
１と同様の方法で各特性を調査し、結果を表４に示し
た。これから、本発明の方法に従って製造した鋼板は、
ＴＳが340MPa以下、Ｅｌが40％以上で、軟鋼板並みの加
工性を有しており、ＢＨが60MPa以上、ＡＩが40MPa以下
を兼備し、かつめっき性にも優れていることがわかる。
これに対して、本発明の条件を逸脱する比較例は、加工
性、焼付硬化指数、時効指数またはめっき性のうちの少
なくとも一つが劣っていることがわかる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
めっき特性を阻害することなく、軟鋼板並みの良好な加
工性と高い焼付硬化性とを有する溶融亜鉛めっき鋼板が
製造可能となる。また、本発明によれば、ＴＳが340MPa
以下、Ｅｌが40％以上、ＢＨが60MPa以上、ＡＩが40MPa
以下の優れた特性を有する溶融亜鉛めっき鋼板が製造可
能となる。従って、本発明によれば、高強度と加工性の
ほか優れためっき特性を兼備した溶融亜鉛めっき鋼板を
提供でき、自動車の軽量化と安全性の向上に大きく寄与
する。

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｃ：0.0025超え0.0060 mass％以下、Si：
0.05 mass％以下、Mn：0.50 mass％以下、Ｐ：0.05 mas
s％以下、Ｓ：0.02 mass％以下、Al：0.01〜0.06 mass
％、Ｎ：0.005 mass％以下、Ti：0.001 mass％以下、N
b：3×Ｃ(mass％)〜12×Ｃ(mass％)を含有し、残部はFe
および不可避的不純物からなる組成のスラブを、熱間圧
延して600℃以上の温度で巻取り、次いで冷間圧延し、
その後、820℃〜(Ac₃変態点＋20℃)×10秒以上の焼鈍を
施した後、780〜500℃の間を平均冷却速度15℃／秒以上
で冷却することを特徴とする、加工性と焼付硬化性とが
ともに優れる溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項２】Ｃ：0.0025超え0.0060 mass％以下、Si：
0.05 mass％以下、Mn：0.50 mass％以下、Ｐ：0.05 mas
s％以下、Ｓ：0.02 mass％以下、Al：0.01〜0.06 mass
％、Ｎ：0.005 mass％以下、Ti：0.001 mass％以下、N
b：3×Ｃ(mass％)〜12×Ｃ(mass％)Ｂ：0.0002〜0.0030
mass％を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物から
なる組成のスラブを、熱間圧延して600℃以上の温度で
巻取り、次いで冷間圧延し、その後、820℃〜(Ac₃変態
点＋20℃)×10秒以上の焼鈍を施した後、780〜500℃の
間を平均冷却速度15℃／秒以上で冷却することを特徴と
する、加工性と焼付硬化性とがともに優れる溶融亜鉛め
っき鋼板の製造方法。