JP2006219686A

JP2006219686A - 耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP2006219686A
Application number: JP2005031227A
Authority: JP
Inventors: Shigeru Suzuki; 鈴木　　茂
Original assignee: Tohoku University NUC
Current assignee: Tohoku University NUC
Priority date: 2005-02-08
Filing date: 2005-02-08
Publication date: 2006-08-24

Abstract

【課題】亜鉛めっきなどの表面処理を必要とせず、下地鋼板のＣｒを表層に濃化させることにより耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、C:0.1%以下、Si: 2〜8%、Mn:18〜35%、P:0.2%以下、S:0.05%以下、Cr:2〜10%の高強度鋼板、あるいはそれらの鋼板にNi:2〜5%を含有する高強度鋼板を、非酸化性雰囲気中での焼鈍により、表層のＭｎ量を低下させ表層のCr量を下地鋼板よりも１．２〜１．８倍だけ高い濃度に濃化させた耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板およびその製造方法。
【選択図】なし

Description

本発明は、耐食性に優れた表層を有する高強度の下地鋼板からなる表面層改質高強度鋼板およびその製造方法に関する。

従来、自動車用車体などの広い分野で高強度鋼板が用いられ、高強度鋼板には強度だけでなく成形性などの特性が求められる。一般に、高強度鋼板の高強度化には、(1)Si、Mn、P 等の添加による固溶強化、(2)Ti、Nb等の炭化物，窒化物形成による析出強化、(3)結晶粒径微細化や変態組織を利用した強化が利用されている。特に自動車車体に用いられる高強度鋼板には強度や成形性以外に耐衝突性などの特性も要求され、最近では耐衝突性にも優れた鋼板が開発されている。それらの技術は、たとえば特許文献１に記されており、そこでは鋼板に一定の成形加工を加えた微細組織におけるマルテンサイト組織のある量の占積率、鋼板特性としてのある加工硬化指数を有する耐衝突安全性に優れた自動車用高強度鋼板が示されている。

一方、これらの高強度鋼板は一般に耐食性に劣るため、溶融亜鉛めっきなどの処理が施されることが多い。しかし、高強度化のために添加されるSi、Mn、P などの元素は、鋼板を焼鈍するときに選択的に酸化されやすく、鋼板の表面側に濃化して酸化物を形成する傾向がある。これらの酸化物形成のために鉄と溶融亜鉛との濡れ性が悪くなり、めっき性が低下することがある。このため、溶融亜鉛めっき性に優れた高強度鋼板が開発されており、それらの技術はたとえば特許文献２や特許文献３に記されている。これらの技術では、添加する元素の成分や金属組織を制御することにより、強度と延性のバランスだけでなく、溶融亜鉛めっき性に優れた高強度鋼板および高強度亜鉛めっき鋼板が提供されている。

また鋼板が高強度化すると、鋼板を成型加工後に除荷した時に弾性的に戻る歪量が増加するため、目的の形状に加工することが困難になることが多い。このような特性は形状凍結性と呼ばれ、それを改善した鋼板も開発されている。これらの技術はたとえば特許文献４に記されており、形状凍結性と耐衝突特性に優れた高強度鋼板
、高強度溶融亜鉛めっき鋼板及び高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板が提供されている。

上記のような高強度鋼板は、一般に合金元素の添加量が少ない鋼板であり、低コストで大量生産に向いている。しかし、それらの耐食性は一般に劣るため、亜鉛めっきなどの表面処理が施されることが多い。一方、鋼板全体の合金元素の添加量を多くして、強度だけでなく耐食性を向上させることにより、めっき等の表面処理を施さずに用いる鋼板がある。その代表的な鋼板がステンレス鋼板であり、ステンレス鋼では約１１％以上のＣｒが添加される。これらの各種ステンレス鋼板については、非特許文献１などに示されている。しかし、ステンレス鋼板ではＣｒなどの合金元素が多量に添加され、コスト面において通常の合金元素の少ない鋼板の場合よりも劣るなどに問題がある。
特開平１０−３１７０９６号公報特開２００１−２４０９３８公報特開２００３−１０５４９１公報特開２００３−２１３３７０公報日本金属学会編：鉄鋼材料（１９８５）ｐ１５９．

以上のように、合金元素の添加量が比較的少ない高強度鋼板では耐食性が劣るため、溶
融亜鉛めっき性などを改善しながら合金元素の添加量や組織制御により高強度化が図られているが、これらの高強度鋼板には溶融亜鉛めっき等の表面処理が必要であり、高強度鋼板をそのまま用いるには工程的、コスト的な問題がある。一方、ステンレス鋼板ではＣｒの添加量が多いために耐食性に優れるが、原料コストだけでなく、製造コストが合金元素の添加量の少ない鋼板の場合よりも高いという問題がある。そこで、本発明は、以上のような合金元素の添加量が少ない高強度鋼板における溶融亜鉛めっきを必要とせず、ステンレス鋼板の場合のように多くのＣｒ添加量を必要とせずに、高強度鋼板の表面層のＣｒ量を濃化させることにより、耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板およびその製造方法を提供するものである。

本発明によれば、下地鋼板の化学成分が、質量％で、C:0.1%以下、Si: 2〜8%、Mn:18〜35%、P:0.2%以下、S:0.05%以下、Cr:2〜10%を含有し残部Feおよび不可避不純物からなり、当該鋼板中のCr量をC_Crとしたときに、当該鋼板表面から５μｍまでの深さの平均Cr量が（1.2〜1.8）×C_Cr以下であることを特徴とする耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板が得られる。

また本発明によれば、下地鋼板の化学成分が、質量％で、C:0.1%以下、Si: 2〜8%、Mn:18〜35%、P:0.2%以下、S:0.05%以下、Cr:2〜10%、Ni:2〜6%を含有し残部Feおよび不可避不純物からなり、当該鋼板中のCr量をC_Crとしたときに、当該鋼板表面から５μｍまでの深さの平均Cr量が（1.2〜1.8）×C_Crであることを特徴とする耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板が得られる。

さらに本発明によれば、前記下地鋼板を非酸化性雰囲気中において７００℃以上、１０００℃以下の温度で１０秒以上、１０時間以下で焼鈍することを特徴とする耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板の製造方法が得られる。焼鈍時間が１０秒未満ではＭｎの蒸発が少なく、耐食性の効果が得られず、１０時間を越えると、熱的なエネルギーコストが問題になるので、工業的に好ましい焼鈍時間は１時間程度である。

本発明によれば、亜鉛めっきなどの表面処理を施さない耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板を提供することができる。

以下に、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

本発明の実施の形態として作成した合金の化学組成と引張強度を表１に示した。不活性雰囲気溶解炉を用いて、表１中のＡ合金およびＢ合金を溶製して鋳造し、これらのインゴットを熱間圧延し、その後酸洗を行い、さらに冷間圧延により厚さ０．５〜２ｍｍの板に加工した。その後、これらの鋼板を約１０００℃で焼鈍し、室温まで冷却後、それらの鋼板の表面を機械的に研磨した。これらの鋼板の引張強度は表1に示す通りであり、高強度を有している。

これらの合金の鋼板は非酸化性雰囲気中において高温で焼鈍すると、表面層付近のＭｎが蒸気し、合金表層のＭｎ量を低下させ、合金表層の化学組成を制御することができる。そこで、これらの鋼板を１０⁻¹Ｐａの真空度の真空中で焼鈍した。焼鈍温度は６００℃、７００℃、１０００℃で、時間は１時間であり、これにより合金表層の化学成分を制御した。このような焼鈍により鋼板表層の化学成分を変化させた試料について、鋼板表面から５μｍまでの深さの平均的な化学成分を電子プローブマイクロアナリシスにより定量的に分析した結果を表２に示した。表２中で、試料番号Ａ−１とＢ−１の比較例は、表１の合金ＡとＢに対応し、真空中での焼鈍を行っていないもの、また、試料番号Ａ−２とＢ−２は焼鈍温度が６００℃、試料番号Ａ−３とＢ−３は焼鈍温度が７００℃、試料番号Ａ−４とＢ−４は焼鈍温度が１０００℃である。これらの焼鈍による表層の化学成分の違いは、下地から表面にかけて化学成分に傾斜が付いていることを示しており、特に表層においてＣｒ量が増加していることが分かる。

次に、これらの高強度鋼板に対して腐食試験を行った結果も表２に示した。腐食試験では、これらの試料に対して２％ＮａＣｌを含む水溶液を室温において２４０時間噴霧することを行った。表２では耐食性の程度を、耐食性に優れた順に○、△、×で示した。焼鈍温度が７００℃と１０００℃で耐食性に優れた試料が得られた。表２における腐食試験の結果を鋼板表面から５μｍまでの深さの平均Cr量と比較すると、下地鋼板よりも２０％以上のＣｒが濃化した鋼板で良好な耐食性が観察された。すなわち、これらの結果から、高強度鋼板の表層のＣｒ量を制御することで、耐食性の表面層改質性が出現することを示すことが分かった。

なお、本実施の形態では、高強度鋼板の厚さが０．５〜２ｍｍとしたが、本発明ではそれらよりも薄い鋼板であっても厚い鋼板であってもよく、鋼材としては、圧延で加工する板状の鋼板以外の棒やブロック状などの形状をしていても良い。また、本実施の形態では鋼板表面から５μｍまでの深さでの平均的な化学成分と耐食性の関係を見出した。このた
め、耐食性に表面層改質をもたせる表層の厚さとしては５μｍ以上であれば良いが、表層の厚さは焼鈍条件によって制限されるため表層の厚さは実質的に約５００μｍまでである。さらに、本実施の形態では真空中での焼鈍により表層のＭｎ量を低下させＣｒ量を増加させたが、焼鈍雰囲気は真空に限らず、Ｍｎが顕著に酸化しない程度で表層のＭｎを低減させる雰囲気であれば良く、非酸化性の不活性ガス雰囲気でも良い。

本発明に係る耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板は、耐食性を必要とする一般的な高強度鋼板などとして広く用いることができる。本発明は、高強度鋼板上に高濃度のＣｒを含有する表層が形成しているために、溶融亜鉛めっき等の表面処理を必要としない。このため、塩分などを含む比較的厳しい大気環境下でも、高強度鋼板として使用が可能である。

Claims

下地鋼板の化学成分が、質量％で、C:0.1%以下、Si: 2〜8%、Mn:18〜35%、P:0.2%以下、S:0.05%以下、Cr:2〜10%を含有し残部Feおよび不可避不純物からなり、当該鋼板中のCr量をC_Crとしたときに、当該鋼板表面から５μｍまでの深さの平均Cr量が（1.2〜1.8）×C_Cr以下であることを特徴とする耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板。
下地鋼板の化学成分が、質量％で、C:0.1%以下、Si: 2〜8%、Mn:18〜35%、P:0.2%以下、S:0.05%以下、Cr:2〜10%、Ni:2〜6%を含有し残部Feおよび不可避不純物からなり、当該鋼板中のCr量をC_Crとしたときに、当該鋼板表面から５μｍまでの深さの平均Cr量が（1.2〜1.8）×C_Crであることを特徴とする耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板。
前記下地鋼板を非酸化性雰囲気中において、７００℃以上、１０００℃以下の温度で１０秒以上、１０時間以下の時間、焼鈍することを特徴とする請求項１乃至２記載の耐食性に優れた表面層改質高強度鋼板の製造方法。