JP2008538384A

JP2008538384A - 鋼ストリップをコーティングする方法及び前記コーティングを付与された鋼ストリップ

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Publication number: JP2008538384A
Application number: JP2007556581A
Authority: JP
Inventors: ハラルトホフマン; マンフレートモイラー; ベルントシューマッハー; スラフチョトパルスキ
Original assignee: ThyssenKrupp Steel AG
Current assignee: ThyssenKrupp Steel Europe AG
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2008-10-23
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: KR20070107138A; RU2382833C2; KR101287168B1; BRPI0609242A2; ES2338146T3; AU2006217983A1; AU2006217983B2; CN101146923A; EP2049699A1; CA2597774C; JP5390104B2; US7892654B2; RU2007135022A; WO2006089832A1; EP2049699B2; CA2597774A1; CN100577843C; EP2049699B1; DE502006005704D1; DE102005008410B3

Abstract

本発明は、以下の成分（重量％で表示）：Ｃ：≦１．６％、Ｍｎ：６〜３０％、Ａｌ：≦１０％、Ｎｉ：≦１０％、Ｃｒ：≦１０％、Ｓｉ：≦８％、Ｃｕ：≦３％、Ｎｂ：≦０．６％、Ｔｉ：≦０．３％、Ｖ：≦０．３％、Ｐ：≦０．１％、Ｂ：≦０．０１％、残余鉄及び不可避の不純物、
を含む鋼ストリップをコーティングする方法に関する。本発明の目的は、現在まで十分にコーティングすることができない鋼ストリップを、優れた腐食抵抗性と優れた溶接性とを示す金属コーティングによってコーティングする方法を展開することである。この目的のために、最終焼鈍前にアルミニウム層を鋼ストリップへ付与し、そして、その後、前記アルミニウム層へ金属層を付与する。本発明の方法により形成される鋼ストリップ又は鋼板も開示する。

Description

発明の詳細な説明

本発明は、以下の成分（重量％で表示）：
Ｃ：≦１．６％、Ｍｎ：６〜３０％、Ａｌ：≦１０％、Ｎｉ：≦１０％、Ｃｒ：≦１０％、Ｓｉ：≦８％、Ｃｕ：≦３％、Ｎｂ：≦０．６％、Ｔｉ：≦０．３％、Ｖ：≦０．３％、Ｐ：≦０．１％、Ｂ：≦０．０１％、Ｎ：≦１．０％、残余鉄及び不可避の不純物、
を含む鋼ストリップを、最終焼鈍し、次に、溶融金属（schmelzfluessigen Metall）からなるコーティングでコーティングする、前記鋼ストリップのコーティング方法に関する。更に、本発明は、相応して組成されたベース材料（Grundmaterial）と、そこへ付与される金属コーティングとを有する鋼ストリップに関する。コーティングにより要求される特性によって、後者は、特に、アルミニウム／ケイ素合金、純アルミニウム（rein Aluminium）、純亜鉛（rein Zink）、又は亜鉛合金からなる。

一方では、１４００ＭＰａ間での高強度と、他方では、極めて高い延び率（７０％までの均一な伸び率及び９０％までの破壊伸び率（Bruchdehnungen））との有利な特性の組み合わせにより、基本的に、高マンガン含有量を有する鋼は、特に、車両製造産業（特に、自動車製造）における使用に適当である。この特定の適用に適当であって、７〜３０重量％までの高いＭｎ含有量を有する鋼は、例えば、独国特許文書ＤＥ１０２５９２３０Ａ１、ＤＥ１９７２７７５９Ｃ２又はＤＥ１９９００１９９Ａ１により公知である。前記鋼から加工されるフラット生成物（Flachprodukt）は、高強度を伴う等方性変形態様（isotropes Verformungsverhalten）を有し、そして、低温では延性である。

しかしながら、高いＭｎ含有量を有する鋼は、腐食されやすく、そして、その皮膜保護が難しいということが、前記利点を妨げている。低合金化された（niedriger legierten）鋼と比べると、高濃度の塩素イオンの作用によって局部的に制限されるが激しい腐食をうけるという高い傾向のために、高合金化された（hochlegierten）鋼板の材料グループに属する鋼を使用することは難しい。更に、高いマンガン含有を有する（hochmanganhaltig）鋼は表面の腐食をうけやすいため、同様に、それらの使用スペクトラムは限定される。

従って、高いマンガン含有を有する鋼から加工される鋼生成物であって、そして、腐食作用に対して鋼を保護するそれ自体公知の方法での金属コーティングを有するフラット鋼生成物を提供することが提案されている。この目的のために、鋼材料へ亜鉛コーティングを電解的に付与するための様々な試みが行われてきた。これらの試みにより、各々の場合において、金属コーティングを付与することにより腐食から保護される高合金化された鋼からなるベース材料の亜鉛コーティングされたストリップをもたらしたが、このシートメタルを溶接する場合に、「ソルダリング脆性（Loetbruechigkeit）」という用語で当業界で公知の問題が溶接ゾーンの領域で生じる。溶接の結果として、液化亜鉛材料（verfluessigtes Zinkmaterial）のコーティングにより、ベース金属における粒界が浸透する。前記浸透によって、溶接ゾーンの周囲領域における材料の強度と延性とが減少するため、溶接された接合部及び／又は溶接された接合部を縁取っているシートメタルは、荷重を受ける場合に安定性の要件を完全に満たさなくなる。

公知のどぶ漬けコーティング（Schmelztaudchbeschichten）方法によって、十分な腐食抵抗性と同時に優れた溶接性を有するシートメタルを製造する試みは、成功していないままである。なぜなら、特に、６重量％よりも高いマンガン含有量を有する、高合金化された鋼ストリップは、どぶ漬け金属コーティングの効果に必要不可欠な焼鈍の後で、激しい表面の酸化を受けやすいからである。前記態様で酸化されるシートメタル表面は、金属コーティングによって、均一性及び完全性の必要な程度まで湿らされることがないため、前記方法では、表面エリア全体の腐食保護の目的を達成することができない。

高合金化されているが低いＭｎ含有量を有する鋼のスペクトラムから公知の可能性であって、そして、少なくともマンガン６重量％を含む鋼板の場合にＦｅ又はＮｉの中間層を付与することによって湿潤性を改良するための可能性は、望ましい結果を導くものではなかった。

前記の先行技術に基づいて、本発明の目的は、現在まで適切にコーティングすることのできなかった前記鋼ストリップへ、優れた腐食抵抗性と優れた溶接性とを保証する金属コーティングを提供可能にする方法を提示することからなる。更に、ソルダリング脆性のリスクなしで容易に溶接することのできるコーティングされた鋼ストリップを示すことが好ましい。

前記方法に関して、前記目的は、
以下の成分（重量％で表示）：
Ｃ：≦１．６％、Ｍｎ：６〜３０％、Ａｌ：≦１０％、Ｎｉ：≦１０％、Ｃｒ：≦１０％、Ｓｉ：≦８％、Ｃｕ：≦３％、Ｎｂ：≦０．６％、Ｔｉ：≦０．３％、Ｖ：≦０．３％、Ｐ：≦０．１％、Ｂ：≦０．０１％、残余鉄及び不可避の不純物、
を含む鋼ストリップを、最終焼鈍し、次に、溶融金属からなるコーティングでコーティングする場合に、
最終焼鈍前に前記鋼ストリップへアルミニウム層を付与し、そこへ最終焼鈍後に前記コーティングを付与するという事実により達成された。

本発明によると、実際の腐食保護層を形成する金属コーティングの付与前に、ベース材料に相当する鋼材料へ薄いアルミニウム層を付与する。

その後の溶融金属コーティングの前に必要不可欠な焼鈍処理において、鋼ストリップの鉄が本発明により付与されるアルミニウム中へ拡散するので、焼鈍の過程において、次に、鋼ストリップから形成される基板（Untergrund）と緊密に結合する鋼ストリップ上で、実質的にＡｌ及びＦｅからなる金属堆積物が形成される。鋼ストリップへ付着するアルミニウムは、溶融金属コーティング前の鋼ストリップの焼鈍間で、鋼ストリップの表面が酸化するのを防ぐ。続いて、アルミニウム層は、ある種の付着プロモーターとして作用するので、鋼ストリップ自体が、その合金化によって不利な状態を示していても、溶融金属により作られるコーティングは、鋼ストリップの全体の表面エリアへ強固に付着する。

驚くべきことに、本発明により鋼ストリップとコーティングとの間に付与されるアルミニウム層は、前記効果に加えて、本発明によりコーティングされるシートメタルを溶接する場合に、先行技術において懸念されているソルダリング脆性を妨げるという利点を有することも分かった。従って、アルミニウム層は、その後に付与されるコーティングと組み合わさって、金属コーティングの材料が溶接間に鋼材料の構造中へ浸透すること（それにより、強度及び延性が永久的に損なわれてしまう）を防ぐ。鋼ストリップをコーティングする本発明の方法は、公知方法で適切にコーティングすることのできない前記鋼ストリップに、金属腐食保護表面層を提供することも可能にする。

アルミニウムを気化（verdampfen）させて、発生したアルミニウム蒸気（entstehende Aluminiumdampf）を、真空下に、コーティングされるべき鋼ストリップ上で縮合（kondensieren）させる、従来公知のＰＶＤコーティング方法（ＰＶＤ＝物理気相成長法；Physical vapour deposition）の手段によりアルミニウム中間層を付与することが好ましいので、アルミニウムを薄い層としてそこへ蒸着（abscheiden）させることができる。この場合、アルミニウム蒸気の量を介して、ＰＶＤコーティングにより鋼ストリップ上で付与されるアルミニウム層の厚さを調節することができる。

本発明の方法は、熱間圧延されるか、又は冷間圧延された状態にある、鋼ストリップをコーティングするのに適当である。

本発明のコーティングの十分な効果は、アルミニウム中間層の厚さが５０ｎｍ〜１０００ｎｍである場合に、常に保証される。

高強度及び優れた伸び特性を保証するために、本発明のコーティング方法は、高合金化される鋼ストリップ用に特に適当である。従って、以下の成分（重量％で表示）、Ｃ：≦１．６％、Ｍｎ：６〜３０％、Ａｌ：≦１０％、Ｎｉ：≦１０％、Ｃｒ：≦１０％、Ｓｉ：≦８％、Ｃｕ：≦３％、Ｎｂ：≦０．６％、Ｔｉ：≦０．３％、Ｖ：≦０．３％、Ｐ：≦０．１％、Ｂ：≦０．０１％、残余鉄及び不可避の不純物を含む鋼ベース材料と、付与される金属コーティングとを有する鋼ストリップについて、本発明の前記目的は、実質的にＡｌ及びＦｅからなる中間層が、前記ベース材料と前記金属コーティングとの間に存在するという事実により達成される。前記方法で加工される、コーティングされた鋼板生成物は、最適な腐食抵抗性と同時に優れた溶接性を有する。

この場合において、中間層の厚さが５０ｎｍ〜１０００ｎｍである場合に、本発明により得られる効果が特に保証される。

本発明作業により得られる効果は、少なくとも６重量％のマンガン含有量を有する高合金化された鋼ストリップをコーティングする場合に特に好ましい。従って、以下の成分（重量％で表示）、Ｃ：≦１．００％、Ｍｎ：２０．０〜３０．０％、Ａｌ：≦０．５％、Ｓｉ：≦０．５％、Ｂ：≦０．０１％、Ｎｉ：≦３．０％、Ｃｒ：≦１０．０％、Ｃｕ：≦３．０％、Ｎ：＜０．６％、Ｎｂ：＜０．３％、Ｔｉ：＜０．３％、Ｖ：＜０．３％、Ｐ：＜０．１％、残余鉄及び不可避の不純物を含む鋼ベース材料を、本発明の方法により予めアルミニウム中間層が提供されている場合に、腐食保護コーティングで良好にコーティングすることができる。以下の成分（重量％で表示）：Ｃ：≦１．００％、Ｍｎ：７．００〜３０．００％、Ａｌ：１．００〜１０．００％、Ｓｉ：＞２．５０〜８．００％（Ａ１及びＳｉ含有量の合計＞３．５０〜１２．００％である場合）、Ｂ：＜０．０１％、Ｎｉ：＜８．００％、Ｃｕ：＜３．００％、Ｎ：＜０．６０％、Ｎｂ：＜０．３０％、Ｔｉ：＜０．３０％、Ｖ：＜０．３０％、Ｐ：＜０．０１％、残余鉄及び不可避の不純物を含む、ベース材料としての鋼を使用する場合にも同じことが当てはまる。

実際に、前記の高いマンガン含有量を有する鋼ストリップ用に、本発明は、これらの鋼ストリップを腐食から経済的に保護することを可能にする方法を開示しており、ここで、車両製造産業における車体製造（特に、これらの鋼ストリップが通常の使用で腐食媒体へさらされる、自動車製造）のために、前記鋼ストリップを使用することができる。

従来のどぶ漬けコーティングの場合と同じように、本発明の方法によって熱間圧延及び冷間圧延されたストリップの両方をコーティングすることができる。

特に、高いマンガン含有量を有する鋼ストリップを本発明の方法によりコーティングする場合において、中間層の付与後に焼鈍を実施する時の焼鈍温度が６８０℃より高く、そして、最大で９００℃である場合に、有利であることを示している。前記温度範囲においては、予め付与されるコーティング中へ鋼ストリップの鉄が望ましく拡散することが特に確実であるので、鋼ストリップにより形成される基板上へのコーティングの密着な結合が確実になる。このことは、中間層がＰＶＤコーティングによって付与される場合に、特に有利であることを示している。

公知のどぶ漬けコーティング方法と同様に、本発明の方法によりコーティングされる鋼ストリップの焼鈍処理を、移動中に行うことが好ましい。この場合の焼鈍炉は、それ自体公知であるどぶ漬けコーティングプラントの一部であることができる。

この点においても、不活性ガス下で焼鈍を実施して、酸化のリスクを最小限に引き止めることが好ましい。

中間層の付与後に焼鈍を実施する場合には、利用可能なプラント技術及び各々の場合で選択される焼鈍温度によって、焼鈍時間を３０秒〜２５０秒にして、鋼ストリップからコーティングへの鉄拡散の特に望ましい程度を得ることが好ましい。このことは、中間層がＰＶＤコーティングにより付与される場合に、特に有利であることを示している。

腐食保護及び溶接性の点で、本発明の方法は、Ａｌ／Ｓｉ合金、純アルミニウム、純亜鉛、及び／又は亜鉛合金からなる溶融金属を、本発明によるアルミニウム中間層へ付与する場合に、特に有利であることが分かった。

鋼ストリップへのアルミニウム中間層の付着を改良する本発明の更なる実施態様は、アルミニウム中間層の付与前に、鋼ストリップの表面を洗浄することを特徴とする。

溶融金属コーティング後に、現在公知の方法でスキンパス圧延（dressieren）を実施し、コーティングされたストリップの表面品質及び荒さを最適化することができる。

模範的な実施態様を示す図面に基づいて、本発明を以下に詳しく説明する。
本発明の方法によりコーティングされた鋼ストリップ試験片の断面図である。図１のコーティングされた鋼ストリップ試験片の平面図である。 Iron and Steel Test Sheet ＳＥＰ１９３１による落球衝撃試験（Kugelschlagtests）後の、図１のコーティングされた鋼ストリップ試験片の平面図である。従来方法でどぶ漬けコーティングされる鋼ストリップ試験片の平面図である。

鉄及び不可避の不純物に加えて、その特性のための必須要素としてマンガン２０重量％、アルミニウム２．７重量％、及びケイ素２．７重量％を含む高強度鋼を、スラブへ鋳造し、従来方法で仕上げ圧延し、そして、熱間圧延して、ストリップを得て、次に巻き取った。得られる熱間圧延されたストリップは、７２０ＭＰａの引張強さＲｍ及び６０％の伸び率Ａ８０を有していた。

前記方法により得られる熱間圧延されたストリップを、次に、第１段階で冷間圧延して３０％のひずみ度（Umformgrad）を有する冷間圧延されたストリップを得た。次に、冷間圧延ストリップの中間焼鈍を９００℃で実施した。中間焼鈍後に、前記方法で得られる鋼ストリップＳを、更なる段階で冷間圧延して、４０％のひずみ度を有する最終厚さを得た。

冷間圧延後、冷間圧延されたストリップの表面を、ＰＶＤコーティングプラントへ入れる前に、ウェットケミカルクリーニングした。

ＰＶＤコーティングプラントにおいて、アルミニウムを有する蒸気（鋼ストリップＳの表面上に方向付けられて、蒸着される）によって、真空下に、０．５μｍ厚のアルミニウム層を鋼ストリップＳに付与する。

ストリップをアルミニウム層でＰＶＤコーティングした後に、５％Ｈ_２及びＮ_２残余物からなる不活性気体雰囲気下に、６０秒の輸送時間で、作動中の焼鈍炉中においてストリップを８００℃で焼鈍した。前記第１焼鈍段階後に、作動中の焼鈍炉中において、不活性気体雰囲気下で６６０℃の温度まで冷却を実施して、鋼ストリップＳを、前記温度でアルミニウムケイ素合金からなるどぶ漬け浴へ入れた。

焼鈍処理の過程において、鋼ストリップＳの鋼材料から、ＰＶＤコーティングにより表面へ付与されるアルミニウム層へ鉄が拡散するので、層ＡｌＦｅ（実質的にＡｌ及びＦｅからなる）が作られて、鋼ストリップＳと密接に結合し、そこへ強固に付着する（図１）。

どぶ漬け浴中で、ＡｌＦｅ層を支持している鋼ストリップＳを、ＡｌＳｉ層でコーティングした。この場合、どぶ漬けコーティングの過程で生じる拡散プロセスの結果として、ＡｌＦｅＳｉ中間層（実質的にＡｌ、Ｆｅ及びＳｉからなる）が形成される。前記ＡｌＦｅＳｉ中間層の厚さは、鋼ストリップＳの表面に直接付着しているＡｌＦｅ層の厚さよりも大きいが、しかしながら、外側にあるＡｌＳｉ層（実質的にＡｌ及びＳｉ層からなる）の厚さよりも少ない（図１）。

前記方法でコーティングされる鋼ストリップＳをどぶ漬け浴から取り出した後、公知方法のジェットストリッピングシステム（Duesenabstreifsystems）により、コーティングの厚さを調節した。続いて、コーティングされた鋼ストリップＳを冷却して、スキンパス圧延を施して、表面の仕上げを最適化した。得られるコーティングされた鋼ストリップＳを油に浸して（einoelen）、発送準備のためにコイルへ巻き取った。

図２は、本発明の方法によりコーティングされる鋼板の断面の平面図を示す。全般的に密接で（dicht）均一なコーティング付与をはっきりと確認することができる。

最後に、図３は、鋼板Ｓ上で実施された落球衝撃試験の結果を示す。これは、鋼ストリップＳに対する、コーティング組織（ＡｌＦｅ層、ＡｌＦｅＳｉ層及びＡｌＳｉ層から形成される）の非常に優れた付着性を実証するものである。従って、剥がれ又はそれに匹敵する損傷は、確認されない。

これとは対照的に、比較の目的で、図４は、鋼ストリップＳと全く同じ方法で合金化される鋼ストリップＶの平面図を示す。アルミニウム層のＰＶＤ付与段階まで、鋼ストリップＳと同じ方法で処理された。しかしながら、同時に、処理プロセスの後に鋼ストリップＶがコーティングを実質的に有さないことが図４から明確である。

Claims

以下の成分（重量％で表示）：
Ｃ：≦１．６％、Ｍｎ：６〜３０％、Ａｌ：≦１０％、Ｎｉ：≦１０％、Ｃｒ：≦１０％、Ｓｉ：≦８％、Ｃｕ：≦３％、Ｎｂ：≦０．６％、Ｔｉ：≦０．３％、Ｖ：≦０．３％、Ｐ：≦０．１％、Ｂ：≦０．０１％、Ｎ：≦１．０％、残余鉄及び不可避の不純物、
を含む鋼ストリップを、最終焼鈍し、次に、溶融金属からなるコーティングでコーティングする、前記鋼ストリップのコーティング方法であって、
最終焼鈍前に前記鋼ストリップにアルミニウム層を付与し、最終焼鈍後に前記コーティングを付与することを特徴とする、前記方法。
アルミニウム層の厚さが、５０ｎｍ〜１０００ｎｍであることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
アルミニウム層付与後に実施される最終焼鈍間の焼鈍温度が、６８０℃より高く、そして、最大で９００℃であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
最終焼鈍間の焼鈍時間が、３０秒〜２５０秒であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
溶融金属が、どぶ漬けコーティングによって付与されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
最終焼鈍後に付与される溶融金属が、Ａｌ／Ｓｉ合金、Ａｌ及び／又は亜鉛、あるいは亜鉛合金からなることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
鋼ストリップの表面が、コーティングの付与前に洗浄されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
アルミニウム層が、ＰＶＤコーティングにより付与されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
以下の成分（重量％で表示）：
Ｃ：≦１．６％、Ｍｎ：６〜３０％、Ａｌ：≦１０％、Ｎｉ：≦１０％、Ｃｒ：≦１０％、Ｓｉ：≦８％、Ｃｕ：≦３％、Ｎｂ：≦０．６％、Ｔｉ：≦０．３％、Ｖ：≦０．３％、Ｐ：≦０．１％、Ｂ：≦０．０１％、Ｎ：≦１．０％、残余鉄及び不可避の不純物を含む鋼ベース材料と、それに付与される金属コーティングとを有する鋼ストリップであって、
実質的にＡｌ及びＦｅからなる中間層が、前記ベース材料と前記コーティングとの間に存在することを特徴とする、前記鋼ストリップ。
中間層の厚さが、５０ｎｍ〜１０００ｎｍまでに限定されていることを特徴とする、請求項９に記載の鋼ストリップ。
コーティングが、Ａｌ／Ｓｉ合金、Ａｌ、Ｚｎ、又はＺｎ合金から形成されることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の鋼ストリップ。
ベース材料が、以下の成分（重量％で表示）：
Ｃ：≦１．００％、
Ｍｎ：２０．０〜３０．０％、
Ａｌ：≦０．５％、
Ｓｉ：≦０．５％、
Ｂ：≦０．０１％、
Ｎｉ：≦３．０％、
Ｃｒ：≦１０．０％、
Ｃｕ：≦３．０％、
Ｎ：＜０．６％、
Ｎｂ：＜０．３％、
Ｔｉ：＜０．３％、
Ｖ：＜０．３％、
Ｐ：＜０．１％、
残余鉄及び不可避の不純物、
を含むことを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の鋼ストリップ。
ベース材料が、以下の成分（重量％で表示）：
Ｃ：≦１．００％、
Ｍｎ：７．００〜３０．００％、
Ａｌ：１．００〜１０．００％、
Ｓｉ：＞２．５０〜８．００％、
（Ａｌ含有量＋Ｓｉ含有量＞３．５０〜１２．００％）
Ｂ：＜０．０１％、
Ｎｉ：＜８．００％、
Ｃｕ：＜３．００％、
Ｎ：＜０．６０％、
Ｎｂ：＜０．３０％、
Ｔｉ：＜０．３０％、
Ｖ：＜０．３０％、
Ｐ：＜０．０１％、
残余鉄及び不可避の不純物、
を含むことを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか一項に記載の鋼ストリップ。
請求項１〜８のいずれか一項により展開される方法を使用して製造される、請求項９〜１３のいずれか一項に記載の鋼ストリップ。