JP2009108373A

JP2009108373A - 合金化溶融亜鉛めっき用鋼板及び合金化溶融亜鉛めっき鋼板

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Publication number: JP2009108373A
Application number: JP2007282151A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiko Honda; 和彦本田; Kazuaki Tanaka; 和明田中; Takeshi Kinoshita; 健木下; Yukimoto Tanaka; 幸基田中; Yasumitsu Kondo; 泰光近藤; Kenichi Kamimura; 賢一上村; Katsuyuki Yanagihara; 勝幸柳原
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-10-30
Filing date: 2007-10-30
Publication date: 2009-05-21
Anticipated expiration: 2027-10-30
Also published as: JP5176484B2

Abstract

【課題】筋模様等の表面欠陥の発生を抑制できるＰ含有高強度合金化溶融亜鉛めっき用鋼板及び外観に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供すること。
【解決手段】質量％で、Ｃ：０．０００１〜０．０１５％、Ｓｉ：０．００１〜０．４５％、Ｍｎ：０．２０％以上、Ｐ：０．０２％以上、Ｓ：０．０１５％以下、Ａｌ：０．０００５〜０．０５％、Ｔｉ：０．００２〜０．１０％、Ｎ：０．０００５〜０．００４％、を含有し、さらに、Ｃｕ：０．００５〜０．１％、Ｎｉ：０．００５〜０．１％、Ｃｒ：０．００５〜０．１％、Ｍｏ：０．００５〜０．１％、Ｓｎ：０．００５〜０．１％の内、一種または二種以上を合計で０．３％以下含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき用鋼板であり、必要に応じて、更に、質量％で、Ｎｂ：０．００２〜０．１０％を含有させる。
【選択図】なし

Description

本発明は合金化溶融亜鉛めっき用鋼板に係り、さらに詳しくはＰ含有高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板として、種種の用途、例えば自動車用内外板として適用できる鋼板に関するものである。

合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、塗装密着性、塗装耐食性、溶接性などの点に優れることから、自動車用をはじめとして、家電、建材等に非常に多用されている。合金化溶融亜鉛めっき鋼板は鋼板表面に溶融亜鉛をめっきした後、直ちに亜鉛の融点以上の温度に加熱保持して、鋼板中からＦｅを亜鉛中に拡散させることで、Ｚｎ−Ｆｅ合金を形成させるものであるが、鋼板の組成や組織によって合金化速度が大きく異なるため、その制御はかなり高度な技術を要する。一方、複雑な形状にプレスされる自動車用鋼板には、非常に高い成形性が要求されるとともに、近年では自動車の防錆性能への要求が高まったことによって、合金化溶融亜鉛めっきが適用されるケースが増加している。

また、近年、自動車分野においては衝突時に乗員を保護するような機能の確保と共に燃費向上を目的とした軽量化を両立させるために、めっき鋼板の高強度化が必要とされてきている。

加工性を悪化させずに鋼板を高強度化するためには、ＳｉやＭｎ、Ｐといった元素を添加することが有効であるが、Ｓｉの添加は不めっきの原因となり易いため、現在、Ｍｎ、Ｐの添加により高強度化した鋼板が最も多く使用されている。

ただし、Ｐを添加した鋼板は筋模様欠陥が発生し易いという問題点が知られている。筋模様欠陥は、機械加工や溶接、塗装する場合には何ら問題はないが、外観不良として好まない消費者が多い。

Ｐ含有合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面外観を良好に製造方法としては、特許文献１において、硫黄または硫黄化合物を表面に付着させる技術が提案されているが、この製造方法では硫黄または硫黄化合物を塗布するための設備が必要となるため、そのスペースがない場合は採用できない。又、塗布設備設置により生産コストが上昇する問題も生じる。

また、特許文献２においては、熱延板の表面から厚さ方向に５０μｍ以内の表層部において、１５μｍ以下の結晶粒径をもつフェライト粒を７０面積％以下に規定する技術が提案されているが、これは熱延仕上げ温度をＡｒ３＋２０℃以上に保持した場合に一般的に起こる現象を記述したに過ぎず、言い換えれば熱延仕上げ温度をＡｒ３変態点＋２０℃以上で製造した製造方法の提案である。この熱延仕上げ温度の上昇は、加熱炉のエネルギーを多量に使用する必要があるため、生産コストが上昇する問題を生じさせる。

同様に特許文献３においては、熱延仕上げ温度をＡｒ３変態点＋３０℃以上で製造した製造方法が提案されているが、熱延仕上げ温度の上昇は、加熱炉のエネルギーを多量に使用する必要があるため、生産コストが上昇する問題を生じさせる。

特開平１１−５０２２０号公報特開２００１−３１６７６３号公報特許第３３３９６１５号公報

本発明は上記の現状に鑑みて、新たな設備を設置することなく、また、熱延工程での生産コスト上昇を行うことなく、筋模様等の表面欠陥の発生を抑制できるＰ含有高強度合金化溶融亜鉛めっき用鋼板を提供することを目的としている。

本発明者は新たな設備を設置することなく、および熱延工程の生産性を低下させずに筋模様欠陥の発生を抑制させる手段を種々検討した結果、Ｃ、Ｎ、等を低減し、Ｐ、Ｍｎを添加した被めっき鋼板にＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの一種または二種以上を添加することによって、筋模様等の表面欠陥の発生を抑制できることを見出して本発明に至った。
すなわち、本発明の趣旨とするところは、以下のとおりである。

（１）質量％で、
Ｃ：０．０００１〜０．０１５％、
Ｓｉ：０．００１〜０．４５％、
Ｍｎ：０．２０％以上、
Ｐ：０．０２％以上、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０００５〜０．０５％
Ｔｉ：０．００２〜０．１０％、
Ｎ：０．０００５〜０．００４％、
を含有し、さらに、
Ｃｕ：０．００５〜０．１％、
Ｎｉ：０．００５〜０．１％、
Ｃｒ：０．００５〜０．１％、
Ｍｏ：０．００５〜０．１％、
Ｓｎ：０．００５〜０．１％の内、一種または二種以上を合計で０．３％以下含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。

（２）鋼板が付加成分としてさらに、質量％で、Ｎｂ：０．００２〜０．１０％を含有することを特徴とする前記（１）に記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。

（３）鋼中Ｔｉ含有量が、下記（１）式（［％Ｘ］は、質量％で表わした合金元素Ｘの含有量）で与えられる条件を満足することを特徴とする前記（１）に記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。
［％Ｔｉ］≧４［％Ｃ］＋３．４［％Ｎ］＋１．５［％Ｓ］・・・（１）

（４）鋼中ＴｉおよびＮｂの含有量が、下記（２）〜（３）式（［％Ｘ］は、質量％で表わした合金元素Ｘの含有量）で与えられる条件を満足することを特徴とする前記（２）に記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。
（［％Ｔｉ］＋０．５２［％Ｎｂ］）≧４［％Ｃ］＋３．４［％Ｎ］＋１．５［％Ｓ］
・・・（２）
［％Ｔｉ］≧０．００９％・・・（３）

（５）鋼板が付加成分としてさらに、質量％で、Ｂ：０．０００２〜０．００３％を含有することを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。

（６）鋼板が付加成分としてさらに、質量％で、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍの一種または二種以上を合計で０．０００１〜０．０１％を含有することを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。

（７）前記（１）〜（６）のいずれかに記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板に
Ａｌ：０．０５〜０．５質量％、
Ｆｅ：７〜１５質量％
を含有し、さらに、
Ｃｕ：０．００１〜０．１質量％、
Ｎｉ：０．００１〜０．１質量％、
Ｃｒ：０．００１〜０．１質量％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１質量％、
Ｓｎ：０．００１〜０．１質量％の内、一種または二種以上を含有し、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる合金化溶融亜鉛めっき層を形成させたことを特徴とする外観に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。

（８）前記（７）に記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板のめっきのｄ＝１．２６、ｄ＝１．２２２のＸ線回折強度Ｉζ、ＩΓとＳｉ標準板のｄ＝３．１３のＸ線回折強度ＩＳｉとの比Ｉζ／ＩＳｉ、ＩΓ／ＩＳｉが、Ｉζ／ＩＳｉ≦０．００４、ＩΓ／ＩＳｉ≦０．００４であることを特徴とする外観に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。

本発明は加工性、筋模様等の表面欠陥の発生を抑制できるＰ含有高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造できる被めっき鋼板を提供することを可能としたものであり、産業の発展に貢献するところが極めて大である。

以下、本発明を詳細に説明する．まず、本発明において各成分の範囲を限定した理由を述べる。なお、本発明において％は、特に明記しない限り、質量％を意味する。

Ｃ：Ｃは鋼の強度を高める元素であって０．０００１％以上を含有させることが有効であるが、過剰に含有すると強度が上昇しすぎて加工性が低下するので上限含有量は０．０１５％とする。特に高い加工性を必要とする場合には、Ｃ含有量は０．０１０％以下とすることが好ましい。

Ｓｉ：Ｓｉも鋼の強度を向上させる元素であって０．００１％以上を含有させるが、過剰に含有すると加工性および溶融亜鉛めっき性を損なうので、上限は０．４５％とする。特に高い加工性を必要とする場合には、Ｓｉ含有量は０．１０％以下とする。

Ｍｎ：Ｍｎは固溶強化元素として０．２％以上添加する．Ｍｎの含有量を０．２％以上とする理由は、Ｍｎが０．２％未満では必要とする引張強さの確保が困難であるためである。上限は特に限定しないが、添加量が過大になるとスラブに割れが生じやすく、またスポット溶接性も劣化するため、２．８％とすることが望ましい。更に望ましくは、強度、加工性とコストのバランスから０．２〜１．８％である。

Ｐ：Ｐは鋼板の加工性、特に伸びを大きく損なうことなく強度を増す元素として０．０２％以上添加する。Ｐの含有量を０．０２％以上とする理由は、Ｐが０．０２％未満では必要とする引張強さの確保が困難であるためである。上限は特に限定しないが、過剰に添加すると粒界偏析による粒界脆化が著しくなるため、０．２％以下とすることが望ましい。更に望ましくは、強度、加工性とコストのバランスから０．０２〜０．１％である。

Ｓ：Ｓは鋼の熱間加工性、耐食性を低下させる元素であるから少ないほど好ましく、上限含有量は０．０１５％とする。但し、本発明のような極低炭素鋼のＳ量を低減するためにはコストがかかるうえ、Ｓを過度に低減すると筋模様等の表面欠陥が発生し易くなるため、熱間加工性、耐食性等から必要なレベルにまでＳを低減すれば良い。望ましくは０．００８〜０．０１５％である。

Ａｌ：Ａｌは鋼の脱酸元素として０．０００５％以上を含有させることが必要であるが、過剰に含有させると粗大な金属間化合物を生成して加工性を損なうので、上限含有量は０．０５％とする。なお、後述するように、Ａｌの添加量を減らすことにより、アルミナクラスターに起因する表面欠陥を抑制し、さらに良好な外観を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得ることが可能となる。アルミナクラスターに起因する表面欠陥を抑制し、さらに良好な外観を得るためには、Ａｌの添加量を０．００８％以下とすることが望ましい。

Ｔｉ：鋼中のＣおよびＮを炭化物、窒化物として固定するために、０．００２％以上の添加が必要であり、０．０１０％以上含有させるとより好ましい。一方、０．１０％を超えて添加してももはやその効果は飽和しているのに対して、いたずらに合金添加コストが上昇するだけであるので、上限含有量は０．１０％とする。過剰な固溶Ｔｉは鋼板の加工性および表面品質を損なう場合があるので、０．０５０％以下とするとより好ましい。

Ｎ：Ｎは鋼の強度を上昇させる一方で加工性を低下させるので上限は０．００４％とし、特に高い加工性を必要とする場合には０．００３％以下とすることがより好ましく、０．００２％以下とするとさらに好ましい。Ｎはより少ないほど好ましいが、０．０００５％未満に低減することは過剰なコストを要するので、下限含有量は０．０００５％とする。

本発明では、筋模様欠陥の発生を抑制する目的で、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの一種または二種以上を添加する。鋼中に含まれるＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎは、スラブ加熱、あるいは熱間圧延中、あるいは熱間圧延後に形成されるＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４等を主とする鉄酸化物層（スケール層）内には含まれず、スケール層と鋼板の界面に濃化することにより、筋模様欠陥の発生を抑制する。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎを添加し、筋模様欠陥の発生が抑制される理由は次の通りである。

（１）Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎはスケール／鋼板界面に濃化し、スケール密着性を向上させるため、熱延板のスケール剥離を防止し、スケール剥離に起因する鋼板表面の不均一を抑制することによって、筋模様欠陥を防止する。

（２）Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎがスケール／鋼板界面に濃化し、バリヤー層を作ることによって、その後の冷延、焼鈍時の表面へのＰの濃化を抑制し、Ｐの不均一な濃化が原因で発生する筋模様欠陥を防止する。

（３）熱延スケール生成時に鋼板表面に濃化したＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎは、めっき合金化反応を均質化することにより、反応速度差に起因する筋模様欠陥の発生を抑制する。

筋模様欠陥の発生を抑制する効果は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎにおいていずれも０．００５％以上の添加で効果が見られる。ただし、これらの元素は高価であり、且つ、０．１％を超えて添加しても効果が飽和するため、添加量の上限を０．１％とする。また、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの一種または二種以上を合計で０．３％超添加すると、これら金属の表面濃化による模様が発生するため、添加量の上限を合計で０．３％とする。

望ましくはＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの一種または二種以上の添加量の合計をＰの添加量の１／２以上５倍以下とする。

本発明では上記に加えて、さらに付加成分として、鋼中のＣおよびＮを炭化物、窒化物として固定するために、前記のＴｉ添加のもとでＮｂを添加することができるが、Ｎｂ添加によるＣ、Ｎ固定効果を充分発揮させるためには０．００２％以上の添加が必要であり、０．００５％以上とするとより好ましい。Ｎｂを、０．１０％を超えて添加しても、もはやその効果は飽和している一方、いたずらにコストが上昇するだけであるので、上限含有量は０．１０％とする。過剰なＮｂ添加は鋼板の再結晶温度を上昇させ、溶融亜鉛めっきラインの生産性を低下させるので、０．０５０％以下とするとより好ましい。
本発明においては、さらに鋼板の成形性、加工性を一段と高くする場合には、Ｔｉの含有量を、下記（１）式を満足する範囲とする。
［％Ｔｉ］≧４［％Ｃ］＋３．４［％Ｎ］＋１．５［％Ｓ］・・・（１）
これは、Ｔｉ含有量を上記の範囲とすると、加工性を阻害する元素であるＣおよびＮをＴｉで有効に固定し、鋼板の加工性を高めることができるからである．あるいは、ＴｉおよびＮｂの含有量を下記（２）式および（３）式を満足する範囲とする．
（［％Ｔｉ］＋０．５２［％Ｎｂ］）≧４［％Ｃ］＋３．４［％Ｎ］＋１．５［％Ｓ］
・・・（２）
［％Ｔｉ］≧０．００９％・・・（３）
これは、ＴｉおよびＮｂの含有量を上記の範囲とすると、加工性を阻害する元素であるＣおよびＮをＴｉとＮｂの複合効果で有効に固定し、鋼板の加工性を高めることができるからであるが、Ｎｂ単独の添加ではかかる加工性向上効果は充分ではなく、Ｔｉ含有量が０．００９％以上である場合にＴｉとＮｂの複合添加効果が顕著となり、この場合においてＴｉおよびＮｂの含有量が（２）式を満足すると、ＣおよびＮをＴｉとＮｂとで有効に固定することができる。

本発明においてはさらに、鋼板に付加成分として、Ｂを０．０００２〜０．００３％含有させることができるが、これは２次加工性の改善を目的としている。Ｂの含有量が０．０００２％未満では２次加工性改善効果が充分ではなく、０．００３％を超えて添加してももはやその効果は飽和しているのに加えて、成形性が低下するので、Ｂを添加する場合にはその範囲は０．０００２〜０．００３％とする。特に高い深絞り性を必要とする場合には、Ｂの添加量は０．００１５％以下とするとより好ましい。

本発明においてはさらに、鋼板に付加成分として、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍの一種または二種以上を合計で０．０００１〜０．０１％添加することができる。Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍは、脱酸に用いる元素であり、一種または二種以上を合計で０．０００１〜０．０１％添加することにより、Ａｌの添加量を減らすことが可能となる。Ｐを添加した低炭素鋼では、アルミナ系介在物を生成し易くなり、アルミナクラスターの量が非常に多くなるため、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍの一種または二種以上を合計で０．０００１〜０．０１％添加し、Ａｌの添加量を減らすことにより、アルミナクラスターに起因する表面欠陥を抑制し、良好な外観を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得ることが可能となる。Ａｌの添加量を減らして鋼の脱酸を行うためには、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍの一種または二種以上の添加量は０．０００１％以上必要である。Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍの一種または二種以上を０．０００１％以上添加することにより、Ａｌの添加量は０．００８％以下とすることが可能となり、アルミナクラスターの粗大化を防止することができる。ただし、０．０１％を超えるとコスト高となるばかりか、これらの金属の酸化物が鋼板中の介在物となり、プレス加工後の表面欠陥の原因となりやすくなるため添加量は合計で０．０１％以下とする。

Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍの添加は、単体金属で行うことも可能であるが、ミッシュメタル等のＣｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍを含む合金で添加することも可能である。

本発明では鋼板中のＯは特に限定しないが、Ｏは酸化物系介在物を生成して鋼の加工性や耐食性、外観を損なうので、０．００７％以下とすることが望ましく、少ないほど好ましい。

本発明の鋼板には上記の成分の他に、鋼板自体の耐食性や熱間加工性を一段と改善する目的で、あるいはスクラップ等副原料からの不可避不純物として、他の合金元素を含有することも可能であり、他の合金元素を含有したとしても本発明の範囲を逸脱するものではない．かかる合金元素として、Ｗ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｙ、Ｖ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｔａ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉが挙げられる。

本発明においては、前記合金化溶融亜鉛めっき用鋼板にＡｌ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：７〜１５質量％を含有し、さらに、
Ｃｕ：０．００１〜０．１質量％、
Ｎｉ：０．００１〜０．１質量％、
Ｃｒ：０．００１〜０．１質量％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１質量％、
Ｓｎ：０．００１〜０．１質量％の内、一種または二種以上を含有し、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる合金化溶融亜鉛めっき層を形成させる。

本発明において合金化溶融亜鉛めっき層のＡｌ組成を０．０５〜０．５質量％に限定した理由は、０．０５質量％未満では合金化処理時においてＺｎ―Ｆｅ合金化が進みすぎ、地鉄界面に脆い合金層が発達しすぎてめっき密着性が劣化するためであり、０．５質量％を超えるとＦｅ−Ａｌ−Ｚｎ系バリア層が厚く形成され過ぎ合金化処理時において合金化が進まないため目的とする鉄含有量のめっきが得られないためである。望ましくは０．１〜０．３質量％である。

また、Ｆｅ組成を７〜１５質量％に限定した理由は、７質量％未満だとめっき表面に柔らかいＺｎ−Ｆｅ合金が形成されプレス成形性を劣化させるためであり、１５質量％を超えると地鉄界面に脆い合金層が発達し過ぎてめっき密着性が劣化するためである。望ましくは９〜１２質量％である。

さらに、本発明では、筋模様欠陥の発生を抑制する目的で、合金化溶融亜鉛めっき層中に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの一種または二種以上を含有させる。鋼中に含まれるＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎは、スラブ加熱、あるいは熱間圧延中、あるいは熱間圧延後に形成されるＦｅＯ、Ｆｅ_３Ｏ_４等を主とする鉄酸化物層内には含まれず、スケール層（鉄酸化層）と鋼板の界面に濃化することにより、筋模様欠陥の発生を抑制する。Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎを添加し、筋模様欠陥の発生が抑制される理由は次の通りである。

即ち、筋模様欠陥は熱延、冷延、焼鈍時の鋼板表面の不均一が原因でめっき合金化反応に差異が生じ、めっき付着量やめっき層中Ｆｅ含有量に僅かな差が生じ、外観の差として現れた現象であると考えられる。

従って、熱間圧延後、スケール層と鋼板の界面に濃化したＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの一種または二種以上が、冷延、焼鈍後も鋼板表面に残存し、めっき、及び合金化の過程でめっき層中に拡散することにより、外観の良好な合金化融亜鉛めっき鋼板を得ることが可能となる。

筋模様欠陥の発生を抑制する効果は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎにおいていずれも、めっき層中に０．００１％以上含有させることで効果が見られる．ただし、これらの元素は高価であり、且つ、０．１５％を超えて添加しても効果が飽和するため、めっき層中の含有量の上限を０．１５％とする。また、鋼板中の添加量が少ない元素をＦｅ組成が７〜１５質量％のめっき層に０．１５％を超えて含有させるためには、めっき層に拡散するＦｅ中に多量に濃化させることが必要となるが、そのためにはスケール生成、スケール除去に多大なコストが生じるため、めっき層中の含有量は鋼板添加量とめっき層中Ｆｅ組成の積の２倍から５０倍が望ましい。

次に、合金化溶融亜鉛めっき層について述べる。本発明において、合金化溶融亜鉛めっき層とは、合金化反応によってＺｎめっき中に鋼中のＦｅが拡散しできたＦｅ−Ｚｎ合金を主体としためっき層のことである。このめっき層はＦｅの含有率の違いにより、ζ相、δ_１相、Γ相と呼ばれる合金層が形成される。この内、ζ相はめっきが軟らかくプレス金型と凝着しやすいため摩擦係数が高く、厳しいプレスを行った時に板破断を起こす原因となりやすい。また、Γ相は硬くて脆いため、加工時にパウダリングと呼ばれるめっき剥離を起こしやすい。従って、ζ相、Γ相を限りなく少なくし、めっき層をδ_１相とすることにより、プレス加工性とめっき密着性を向上させることができる。ここで、めっき層中にはΓ_１相と呼ばれる硬くて脆い相も存在することが知られているが、Ｘ線回折強度からはΓ相とΓ_１相を区別することができないため、Γ相とΓ_１相を合わせてΓ相として取り扱う。

具体的には、ζ相、Γ相を示すｄ＝１．２６、ｄ＝１．２２２のＸ線回折強度Ｉζ、ＩΓとＳｉ標準板のｄ＝３．１３のＸ線回折強度ＩＳｉとの比Ｉζ／ＩＳｉ、ＩΓ／ＩＳｉを、Ｉζ／ＩＳｉ≦０．００４、ＩΓ／ＩＳｉ≦０．００４とする。

Ｉζ／ＩＳｉを０．００４以下に限定した理由は、Ｉζ／ＩＳｉが０．００４以下ではζ相は極微量であり、プレス加工性の低下が見られないためである。

また、ＩΓ／ＩＳｉを０．００４以下に限定した理由は、ＩΓ／ＩＳｉが０．００４以下ではΓ相は極微量であり、めっき密着性の低下が見られないためである。

本発明鋼板の製造工程としては、通常の熱延鋼板（ホットストリップ）、あるいは冷延鋼板（コールドストリップ）の製造工程を適用して製造すればよい。

本発明鋼板は、通常の溶融亜鉛めっき鋼板製造ラインに適用して、加工性・成形性とめっき密着性の優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができるので、製造プロセスに対する制約は特に無い．コスト、生産性を考慮して、適宜プロセスを選択すれば良い。

本発明鋼板は、溶融亜鉛めっき浴中あるいは亜鉛めっき中にＰｂ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｂｉ、希土類元素の１種または２種以上を含有、あるいは混入してあっても本発明の効果を損なわず、その量によっては耐食性が改善される等好ましい場合もある。合金化溶融亜鉛めっきの付着量については特に制約は設けないが、耐食性の観点から２０ｇ／ｍ^２以上、経済性の観点から１５０ｇ／ｍ^２以下で有ることが望ましい。

本発明において、めっき鋼板の製造方法については特に限定するところはなく、通常の無酸化炉方式の溶融めっき法が適用できる。合金化処理条件については特に定めないが、処理温度４６０〜５５０℃、処理時間５〜６０秒の範囲が実際の操業上適切である。

また、本発明において鋼板の板厚は本発明に何ら制約をもたらすものではなく、通常用いられている板厚であれば本発明を適用することが可能である。さらに、本発明鋼板は通常のプロセスで製造される冷延鋼板、熱延鋼板のいずれであってもその効果は充分に発揮されるものであり、鋼板の履歴によって効果が大きく変化するものではない。また、熱間圧延条件、冷間圧延条件、焼鈍条件等は鋼板の寸法、必要とする強度に応じて所定の条件を選択すれば良く、熱間圧延条件、冷間圧延条件、焼鈍条件等によって本発明鋼板の効果が損なわれるものではない。

当然のことながら、本発明鋼板を使用して得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板上に、塗装性、溶接性を改善する目的で、各種の上層めっき、特に電気めっき、を施すことも勿論可能であり、本発明を逸脱するものではない。また、本発明の方法で得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板上に、各種の処理を付加して施すことも勿論可能であり、例えば、クロメート処理、りん酸塩処理、りん酸塩処理性を向上させるための処理、潤滑性向上処理、溶接性向上処理、樹脂塗布処理、等を施したとしても、本発明の範囲を逸脱するものではなく、付加して必要とする特性に応じて、各種の処理を施すことができる。

本発明鋼板は、引張強度が３００Ｎ／ｍｍ^２以上を満足する性能を持つ高強度鋼板（３００、３４０、４００、４４０Ｎ／ｍｍ^２級）である。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

表１に示す組成からなるスラブを１１００℃に加熱し、仕上温度９２０〜９４０℃で４ｍｍの熱間圧延鋼帯とし、６８０〜７２０℃で巻き取った。酸洗後、冷間圧延を施して０．８ｍｍの冷間圧延鋼帯とした後、ライン内焼鈍方式の連続溶融亜鉛めっき設備を用いて、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。

めっきに際しては、焼鈍雰囲気は５％水素＋９５％窒素混合ガスとし、焼鈍温度は７８０〜８２０℃、焼鈍時間は９０秒とした。溶融亜鉛浴はＡｌを０．１２％含有する溶融亜鉛とし、ガスワイパーで亜鉛の目付量を５０ｇ／ｍ^２に調整した。合金化の加熱は誘導加熱方式の加熱設備を使用し、合金化溶融亜鉛めっき中のＦｅ含有量が１１〜１２．５％となるようにした。このようにして得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき中のＡｌ含有量は０．１５〜０．２５％であった。

また、得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層のＸ線回折強度測定結果は、ｄ＝１．２６、ｄ＝１．２２２のＸ線回折強度Ｉζ、ＩΓとＳｉ標準板のｄ＝３．１３のＸ線回折強度ＩＳｉとの比、Ｉζ／ＩＳｉ、ＩΓ／ＩＳｉが、Ｉζ／ＩＳｉ≦０．００４、ＩΓ／ＩＳｉ≦０．００４であった。

加工性の指標としては、各合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張試験を行なって、引張強度、伸びおよびランクフォード値（ｒ値；０゜、４５゜、９０゜の平均ｒ値）を測定した。引張強度は３４０ＭＰａ以上を合格とした。

外観はコイル全長を目視で観察し、筋模様発生状況を以下の分類で評価し、○を合格とした。ここで筋模様とは、めっき合金化反応の差により色調が異なって見える部位を指し、幅１ｍｍ以上、長さ１００ｍｍ以上のものをカウントした。
○：筋模様が混入している部分の長さが全長の０．３％未満のもの
△：筋模様が混入している部分の長さが全長の０．３％以上、３％未満のもの
×：筋模様が混入している部分の長さが全長の３％以上のもの

めっき中のＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎ量は、めっきをインヒビター入りの塩酸で溶解した後、さらに王水を加えて完全に溶解し、ＩＣＰにより測定して求めた。評価は、めっき層中にＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの一種または二種以上の含有量を以下の分類で評価し、○を合格とした。
○：含有量が０．００１％以上、０．１５％以下のもの
△：含有量が０．１５％超のもの
×：含有量が０．００１％未満のもの

結果を表１に示す。番号４２、４３、４４はＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの添加量が本発明の範囲外であるため、筋模様が発生し、外観が不合格となった。番号４５はＰの添加量が本発明の範囲外であるため、引張強度が不充分であった。番号４６、４７はＰ、Ｍｎの添加量が本発明の範囲外であるため、引張強度が不充分であった。また、番号４５、４６、４７はＰの添加量が本発明の範囲外であるため、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの添加の有無が外観に影響しない。

これら以外の本発明品は、外観が優れたＰ含有高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板であった。

表２に示す組成からなるスラブを１１００℃に加熱し、仕上温度９２０〜９４０℃で４ｍｍの熱間圧延鋼帯とし、６８０〜７２０℃で巻き取った。酸洗後、冷間圧延を施して０．８ｍｍの冷間圧延鋼帯とした後、ライン内焼鈍方式の連続溶融亜鉛めっき設備を用いて、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。

めっきに際しては、焼鈍雰囲気は５％水素＋９５％窒素混合ガスとし、焼鈍温度は７８０〜８２０℃、焼鈍時間は９０秒とした．溶融亜鉛浴はＡｌを０．１２％含有する溶融亜鉛とし、ガスワイパーで亜鉛の目付量を５０ｇ／ｍ^２に調整した。合金化の加熱は誘導加熱方式の加熱設備を使用し、合金化溶融亜鉛めっき中のＦｅ含有量が１１〜１２．５％となるようにした．このようにして得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき中のＡｌ含有量は０．１５〜０．２５％であった。

加工性の指標としては、各合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張試験を行なって、引張強度、伸びおよびランクフォード値（ｒ値；０゜、４５゜、９０゜の平均ｒ値）を測定した．引張強度は３４０ＭＰａ以上を合格とした。

プレス加工後の表面欠陥は、球頭張り出し試験を行い評価した。試験条件を以下に示す。
・サンプル引き抜き巾：２００×２００ｍｍ
・金型：半径６０ｍｍの球頭のポンチ、ビード付きダイス
・押しつけ荷重：６０ｔ
・張り出し速度：３０ｍｍ／ｍｉｎ
・塗油：防錆油塗布

表面欠陥の評価は、球頭張り出し試験を１０００枚行い、以下の分類で評価し、○を合格とした。
○：非金属介在物起因の割れ発生率が０．５％未満のもの
△：非金属介在物起因の割れ発生率が０．５％以上、３％未満のもの
×：非金属介在物起因の割れ発生率が３％以上のもの

結果を表２に示す。番号２６は、Ｃｅ、Ｌａの添加量が０．０００１％以下であり、Ａｌの添加量が多いため、アルミナクラスターが増加しプレス加工後の表面欠陥が不合格となると共に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの添加量が本発明の範囲外であるため、筋模様が発生し、外観が不合格となった。番号２７はＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの添加量が本発明の範囲外であるため、筋模様が発生し、外観が不合格となった。番号２８はＰの添加量が本発明の範囲外であるため、引張強度が不充分であった。番号２９、３０はＰ、Ｍｎの添加量が本発明の範囲外であるため、引張強度が不充分であった。また、番号２８、２９、３０はＰの添加量が本発明の範囲外であるため、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎの添加の有無が外観に影響しない。

また、番号２４は、Ｃｅ、Ｌａの添加量が０．０１以上であるため、ＲＥＭ酸化物がクラスターとなりプレス加工後の表面欠陥が不合格となったが、外観は合格であった。番号２５は、Ｃｅ、Ｌａの添加量が０．０００１％以下であり、Ａｌの添加量が多いため、アルミナクラスターが増加しプレス加工後の表面欠陥が不合格となったが、外観は合格であった。

これら以外の本発明品は、プレス加工後の表面欠陥の発生が抑制され、外観が優れたＰ含有高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板であった。

表３に示す組成からなるスラブを１１００℃に加熱し、仕上温度９２０〜９４０℃で４ｍｍの熱間圧延鋼帯とし、６８０〜７２０℃で巻き取った。酸洗後、冷間圧延を施して０．８ｍｍの冷間圧延鋼帯とした後、ＣＧＬの熱サイクル及び雰囲気のシミュレートが可能な縦型溶融めっき装置を用いて、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。めっきに際しては、焼鈍雰囲気は５％水素＋９５％窒素混合ガスとし、焼鈍温度は８００〜８４０℃、焼鈍時間は９０秒とした。溶融亜鉛浴はＡｌを含有する溶融亜鉛とし、ガスワイピングにより亜鉛の目付量を５０ｇ／ｍ^２に調整した。合金化の加熱は誘導加熱方式の加熱設備を使用し、加熱温度と加熱時間を変化させてＦｅ含有量の異なるめっき鋼板を作製した。めっき浴中のＡｌ濃度も種々変化させ、合金化溶融亜鉛めっき中のＡｌ含有量の異なるめっき鋼板を作製した。

引張強度は、各合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張試験を行なって測定し、引張強度３００ＭＰａ以上であることを確認した。

めっき中のＦｅ含有量、Ａｌ含有量は、めっき層をインヒビター入りの塩酸で溶解し、ＩＣＰにより測定した。めっき中のＣｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｓｎ量は、めっきをインヒビター入りの塩酸で溶解した後、さらに王水を加えて完全に溶解し、ＩＣＰにより測定して求めた。

Ｘ線回折は、ζ相、Γ相を示すｄ＝１．２６、ｄ＝１．２２２のＸ線回折強度Ｉζ、ＩΓとＳｉ標準板のｄ＝３．１３のＸ線回折強度ＩＳｉとの比Ｉζ／ＩＳｉ、ＩΓ／ＩＳｉを測定した。

得られためっき鋼板はプレス成形性とめっき密着性を調査した。

プレス成形性は、プレス加工におけるめっきの摺動性を調べるため、ビード引き抜き試験を行った。試験条件を以下に示す。
・サンプル引き抜き巾：３０ｍｍ
・金型：片側が肩Ｒ１ｍｍＲの角ビード（凸部は４×４ｍｍ）凸型、反対側が肩Ｒ１ｍｍＲの凹型
・押しつけ荷重：８００、１０００ｋｇ
・引き抜き速度：２００ｍｍ／ｍｉｎ
・塗油：防錆油塗布

プレス成形性の評価は以下の分類で評価し、◎と○を合格とした。
◎：押しつけ荷重１０００ｋｇで引き抜けたもの
○：押しつけ荷重８００ｋｇで引き抜けたが、荷重１０００ｋｇでは破断したもの
×：押しつけ荷重８００ｋｇで破断したもの

めっき密着性は、あらかじめ圧縮側に密着テープ（セロハンテープ）を貼った試験片を曲げ角度が６０゜となるようにＶ字状に試験片を曲げ、曲げ戻し後に密着テープをはがして、剥離しためっきの幅を測定し、以下の分類で評価し、◎と○を合格とした。
◎：めっき層の剥離幅が１．５ｍｍ以下のもの
○：めっき層の剥離幅が１．５ｍｍ超、３ｍｍ以下のもの
△：めっき層の剥離幅が３ｍｍ超、５ｍｍ以下のもの
×：めっき層の剥離幅が５ｍｍ超のもの

合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、コイルの長手方向と幅方向の異なる場所について、各ｎ数１０枚作製し、外観を評価した。外観は、めっき合金化反応の差により色調が異なって見える部位（模様）が発生したサンプル数を以下の分類で評価し、○を合格とした。
○：模様が混入しているサンプル数が０のもの
△：模様が混入しているサンプル数が１以上、３％未満のもの
×：模様が混入しているサンプル数が３以上のもの

評価結果は表４に示す通りである。番号１、２６はめっき中のＦｅ％、Ｉζ／ＩＳｉが本発明の範囲外であるため、プレス成形性が不合格となった。番号５、３０はめっき中のＦｅ％、ＩΓ／ＩＳｉが本発明の範囲外であるため、めっき密着性が不合格となった．番号６、３１はめっき中のＡｌ％、ＩΓ／ＩＳｉが本発明の範囲外であるため、めっき密着性が不合格となった。

これら以外の本発明品は、プレス成形性とめっき密着性が優れたＰ含有高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板であった。

以上述べてきたように、本発明は筋模様等の表面欠陥の発生を抑制したＰ含有高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造できる被めっき鋼板と外観に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供することを可能としたものであり、産業の発展に貢献するところが極めて大である。

Claims

質量％で、
Ｃ：０．０００１〜０．０１５％、
Ｓｉ：０．００１〜０．４５％、
Ｍｎ：０．２０％以上、
Ｐ：０．０２％以上、
Ｓ：０．０１５％以下、
Ａｌ：０．０００５〜０．０５％
Ｔｉ：０．００２〜０．１０％、
Ｎ：０．０００５〜０．００４％
を含有し、さらに、
Ｃｕ：０．００５〜０．１％、
Ｎｉ：０．００５〜０．１％、
Ｃｒ：０．００５〜０．１％、
Ｍｏ：０．００５〜０．１％、
Ｓｎ：０．００５〜０．１％
の内、一種または二種以上を合計で０．３％以下含有し、残部Ｆｅおよび不可避不純物からなることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。
鋼板が付加成分としてさらに、質量％で、Ｎｂ：０．００２〜０．１０％を含有することを特徴とする請求項１に記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。
鋼中Ｔｉ含有量が、下記（１）式（［％Ｘ］は、質量％で表わした合金元素Ｘの含有量）で与えられる条件を満足することを特徴とする請求項１に記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。
［％Ｔｉ］≧４［％Ｃ］＋３．４［％Ｎ］＋１．５［％Ｓ］・・・（１）
鋼中ＴｉおよびＮｂの含有量が、下記（２）〜（３）式（［％Ｘ］は、質量％で表わした合金元素Ｘの含有量）で与えられる条件を満足することを特徴とする請求項２に記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。
（［％Ｔｉ］＋０．５２［％Ｎｂ］）≧４［％Ｃ］＋３．４［％Ｎ］＋１．５［％Ｓ］
・・・（２）
［％Ｔｉ］≧０．００９％・・・（３）
鋼板が付加成分としてさらに、質量％で、Ｂ：０．０００２〜０．００３％を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。
鋼板が付加成分としてさらに、質量％で、Ｃｅ、Ｌａ、Ｎｄ、Ｐｒ、Ｓｍの一種または二種以上を合計で０．０００１〜０．０１％を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板。
請求項１〜６のいずれかに記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板に
Ａｌ：０．０５〜０．５質量％、
Ｆｅ：７〜１５質量％
を含有し、さらに、
Ｃｕ：０．００１〜０．１５質量％、
Ｎｉ：０．００１〜０．１５質量％、
Ｃｒ：０．００１〜０．１５質量％、
Ｍｏ：０．００１〜０．１５質量％、
Ｓｎ：０．００１〜０．１５質量％
の内、一種または二種以上を含有し、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる合金化溶融亜鉛めっき層を形成させたことを特徴とする外観に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
請求項７に記載の合金化溶融亜鉛めっき用鋼板のめっきのｄ＝１．２６、ｄ＝１．２２２のＸ線回折強度Ｉζ、ＩΓとＳｉ標準板のｄ＝３．１３のＸ線回折強度ＩＳｉとの比Ｉζ／ＩＳｉ、ＩΓ／ＩＳｉが、Ｉζ／ＩＳｉ≦０．００４、ＩΓ／ＩＳｉ≦０．００４であることを特徴とする外観に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。