JP2011236482A - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼板の表面に溶融亜鉛めっき層を備える合金化溶融亜鉛めっき鋼板において、この鋼板は、質量%で、C:0.065%以上0.12%以下、Si:0.001%以上0.2%以下、Mn:2.0%超2.7%以下、P:0.1%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.001%以上0.25%以下、Ti:0.12以上0.30%以下、N:0.01%以下およびO:0.01%以下を含有する化学組成を有し、残留オーステナイトの面積率が3.0%以下である鋼組織を有することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【選択図】 なし
Description
この本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、化学組成が、質量%で、Cr:0.1%以下、Mo:0.1%以下、Cu:0.1%以下、Ni:0.1%以下およびV:0.1%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上をさらに含有することが好ましい。
この本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、化学組成が、質量%で、B:0.002%以下をさらに含有することが好ましい。
(A)前述した本発明に係る溶融亜鉛めっき鋼板の化学組成を有する鋼材に、圧延開始温度を1220℃以上1300℃以下の熱間圧延を施して熱延鋼板とする熱間圧延工程;
(B)前記熱延鋼板に、冷間圧延を施して冷延鋼板とする冷間圧延工程;および
(C)前記冷延鋼板に、Ac3点以上950℃以下の温度域で再結晶焼鈍を施し、その後に、[亜鉛めっき浴温度−20℃]以上[亜鉛めっき浴温度+100℃]以下の温度域まで冷却し、次いで、前記温度域にめっき浴浸漬時を含めて500秒間以下保持した後に、460℃以上600℃以下、かつ、[亜鉛めっき浴温度+40℃]以上の温度域で合金化処理を施して合金化溶融亜鉛めっき鋼板とする連続焼鈍−合金化溶融亜鉛めっき工程。
本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の化学組成を前述のように規定した理由を説明する。
Cは強度向上に寄与する元素であり、鋼板の引張強度を780MPa以上にするために、0.065%以上含有させる。しかし、0.12%を超えてCを含有させると、硬質な組織が混在するようになり、降伏比が低下する。このため、C含有量は0.065%以上0.12%以下とする。なお、より確実に前記効果を得るために、C含有量は0.075%以上0.105%以下であることが好ましい。
Siは強度向上に寄与する元素であり、本発明において、0.001%以上含有させる。しかし、0.2%を超えてSiを含有させると、鋼板に不めっき部が発生し、耐食性が劣化する。このため、Si含有量は、0.001%以上0.2%以下とする。なお、好ましくは、Si含有量は0.05%以上0.15%以下であり、このようにSi量を制御することによって、めっきの密着性が向上し、プレス成形によるパウダリングやフレーキング発生を防止することが可能になる。
Mnは強度向上に著しく寄与する元素であり、鋼板の引張強度を780MPa以上にするために、2.0%を超えて含有させる。また、Mnはベイナイト変態を遅らせるが、C量、Ti量やNb量のバランス、溶融亜鉛めっき条件の最適化によって、比較的多量のMnを含む鋼においても、マルテンサイトの生成が十分に抑制される。しかし、2.7%を超えてMnを含有させると、マルテンサイトが生成し、降伏比が低下する。このため、Mn含有量は2.0%を超えて2.7%以下とする。なお、より確実に前記効果を得るために、Mn含有量は2.0%を超えて2.6%以下であることが好ましい。
Pは不純物として含有される元素であるが、強度向上に寄与する元素でもあるので、積極的に含有させてもよい。しかし、0.1%を超えてPを含有させると、溶接性が著しく劣化する。このため、P含有量は0.1%以下とする。なお、好ましくは、P含有量は0.005%以上0.025%以下であり、このようにP量を制御することによって、より確実に鋼板を強化することとパウダリング等のめっき不良を防止することが可能になる。
Sは不純物として不可避的に含有され、プレス成形性を著しく劣化させる元素である。このため、S含有量は0.01%以下とする。なお、その含有量が低いほど、成形性は向上し、好ましくは、0.005%以下である。さらに好ましくは、0.0015%以下である。
Alは鋼を脱酸して、Ti等の炭窒化物形成元素の歩留まりを向上させる元素である。Ti系、Nb系、またはTi−Nb複合系の酸化物の生成を抑制するために、sol.Al含有量は0.001%以上とする。しかし、0.25%を超えてsol.Alを含有させると、鋼板に不めっき部が発生し、耐食性が劣化する。このため、sol.Al含有量は、0.001%以上0.25%以下とする。なお、好ましくは0.02%超0.2%以下、さらに好ましくは0.02%超0.08%以下である。
Nは不純物として不可避的に含有され、プレス成形性を著しく劣化させる元素である。このため、N含有量は0.01%以下とする。なお、その含有量が低いほど、成形性は向上し、好ましくは、0.005%以下である。さらに好ましくは、0.004%以下である。
Oは不純物として不可避的に含有され、プレス成形性を著しく劣化させる元素である。このため、O含有量は0.01%以下とする。なお、その含有量が低いほど、成形性は向上し、好ましくは、0.005%以下である。さらに好ましくは、0.002%以下である。
Tiは微細な炭化物、窒化物、または炭窒化物を形成させ、強度向上に著しく寄与する元素である。また、前述したように、C量とMn量をバランスさせ、さらに、後述するような焼鈍条件、溶融亜鉛めっき、合金化処理条件を組み合わせることによって、マルテンサイトが生成し難くなり、引張強度が780MPa以上でありながら、高い降伏比も達成される。このような効果を発現させるために、Tiを0.12%以上含有させる。しかし、0.30%を超えてTiを含有すると、粗大な炭化物が形成され、引張強度が低下するだけでなく、その炭化物が転位源となり、降伏強度が著しく低下し、降伏比も低下する。このため、Ti含有量は0.12%以上0.30%以下とする。なお、より確実に前記効果を得るために、Ti含有量は0.14%以上0.24%以下であることが好ましい。
Nbは強度向上に寄与する元素であり、必要に応じて含有させることができる任意元素である。しかし、0.2%を超えてNbを含有すると、切断面の性状が劣化し、プレス成形性が劣化する。このため、Nbを前記の量で含有することが好ましい。なお、より確実に前記効果を得るために、Nbを0.01%以上含有させることが好ましい。
Cr、Mo、Cu、NiおよびVは、いずれも、強度向上に寄与する元素であり、必要に応じて含有させることができる任意元素である。しかし、0.1%を超えてそれぞれを含有させても、前記効果が飽和し、製造コストが高くなるだけである。このため、Cr、Mo、Cu、NiおよびVの1種または2種以上を前記の量で含有することが好ましい。なお、より確実に前記効果を得るために、いずれかの元素を0.01%以上含有させることが好ましい。
Ca、Mg、REM、ZrおよびBiは、いずれも、降伏比を低下させることなく、曲げ性や穴拡げ性等、プレス成形性を向上させる元素であり、必要に応じて含有させることができる任意元素である。しかし、0.01%を超えてそれぞれを含有させると、表面性状が劣化する。このため、Ca、Mg、REM、ZrおよびBiの1種または2種以上を前記の量で含有することが好ましい。なお、より確実に前記効果を得るために、いずれかの元素を0.0005%以上含有させることが好ましい。
ここで、REMは、Sc、Yおよびランタノイドの合計17元素を指し、上記REMの含有量はこれらの元素の合計含有量を意味する。ランタノイドの場合、工業的にはミッシュメタルの形で添加される。
Bは強度向上に寄与する元素であり、必要に応じて含有させることができる任意元素である。ただし、0.002%を超えてBを含有させても、前記効果が飽和する。このため、B含有量は0.002%以下とすることが好ましい。なお、より確実に前記効果を得るために、0.0002%以上含有させることが好ましい。
次に、本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の鋼組織を前述のように規定した理由を説明する。
前述した化学組成の本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、フェライト、ベイニティックフェライトおよびベイナイトを主相とする組織であり、マルテンサイトおよび残留オーステナイトは極力含有しないことが好ましい。その中でも、オーステナイトは、焼鈍したまま、または、降伏強度に至る変形初期において、最も硬質な組織であり、残留オーステナイトの面積率が増加すると、降伏比が低下する。このため、面積率で評価した分率で、残留オーステナイトは3.0%以下(0%の場合も含む)とする。そして、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの合計面積率は20%以下とすることが好ましい。なお、本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板においては、フェライト、ベイニティックフェライトおよびベイナイトを明確に区別することが困難であるので、各々の面積率を規定することは困難である。フェライト、ベイニティックフェライトおよびベイナイトの合計面積率は80%以上とすることが好ましい。
次に、本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の好適な製造方法を説明する。
前述した化学組成を有する溶鋼を、転炉や電気炉等の公知の溶製方法で溶製し、連続鋳造法でスラブ等の鋼素材とすることが好ましい。なお、連続鋳造法に代えて、造塊法、薄スラブ鋳造法等で鋳造してもよい。この鋼素材に、熱間圧延を施し、熱延鋼板とする。熱間圧延は、鋳造された鋼素材を室温まで冷却せず、温片のまま加熱炉に装入し、加熱した後に圧延する直送圧延、または、わずかに保熱した後に直ちに圧延する直接圧延するか、あるいは、一旦、鋼素材を冷却した後に再加熱し、圧延してもよい。
TiとNb等の微細析出物の分散によって、本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張強度と降伏強度は高められている。粗大な析出物を分散させず、鋼板の引張強度を780MPa以上にするとともに降伏比を高めるために、熱間圧延する前に、TiやNbを一旦固溶させる必要がある。このため、熱間圧延する前の加熱温度は1220℃以上とする。しかし、1300℃を超えて加熱すると、鋼素材の内部酸化が促進され、表面性状が著しく劣化する。このため、鋼素材の加熱温度は1220℃以上1300℃以下とする。換言すれば、熱間圧延の開始温度は1220℃以上1300℃以下である。なお、好ましくは、熱間圧延の開始温度は1240℃以上1280℃以下であり、このように温度を制限することによって、より確実に前記効果を得ることが可能になる。また、熱間圧延を開始するまでに、鋼素材を1220℃以上の温度域に30分間以上保持することが好ましい。このように鋼素材を高温に保持することによって、Mnの凝固偏析に起因する不均一組織が解消され、曲げ性等、プレス成形性が向上する。しかし、180分間を超えて保持しても、前記効果が飽和し、製造コストが高くなるだけであるので、180分間以下とすることが好ましい。
熱間圧延時の変形抵抗を小さくし、操業をより容易にするために、仕上げ圧延温度を800℃以上とすることが好ましい。しかし、1000℃を超えて仕上げ圧延すると、スケール疵が発生しやすくなり、表面性状が著しく劣化する。このため、仕上げ圧延温度を800℃以上1000℃以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、850℃以上950℃以下である。
鋼板の酸化を抑制し、良好な表面性状を確保するために、熱延巻取り温度を750℃以下とすることが好ましい。しかし、200℃未満で巻取ると、硬質なベイナイトやマルテンサイトが生成し、その後に、冷間圧延することが困難になる。このため、熱延巻取り温度を200℃以上750℃以下とすることが好ましい。さらに好ましくは、500℃以上630℃以下である。
総圧下率(%)={1−(冷延鋼板の板厚)/(熱間圧延に供するスラブの板厚)}×100
前述したように、多量のTiやNbを含有する鋼を二相域で焼鈍すると、未再結晶のフェライトが残存し、靭性が劣化するだけでなく、引張強度の焼鈍温度依存性が大きくなる。このため、焼鈍温度はAc3点以上とする。しかし、950℃を超えて焼鈍すると、焼鈍炉が急速に損傷し、その補修が必要となり、生産性が劣化する。このため、再結晶焼鈍温度はAc3点以上950℃以下とする。なお、良好な表面性状を安定して確保するために、再結晶焼鈍温度はAc3点以上900℃未満であることが好ましい。また、Ac3点以上で10秒間以上保持することが好ましい。このように焼鈍時間までを制御することによって、良好なプレス成形性を安定して確保することが容易になる。しかし、300秒間を超えて保持しても、前記効果が飽和し、製造コストが高くなるだけであるので、300秒間以下とすることが好ましい。
再結晶焼鈍した後に、鋼板は亜鉛めっき浴に浸漬する過程で冷却される。この場合、平均冷却速度はその最高到達温度から700℃までを1℃/秒以上50℃/秒以下とし、次いで、700℃から冷却停止温度までを3℃/秒以上50℃/秒以下とすることが好ましい。700℃までを1℃/秒以上50℃/秒以下で冷却することによって、フェライト、ベイニティックフェライトおよびベイナイトの面積率を容易に調整することが可能になり、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に含有される残留オーステナイトの量が制御し易くなる。一方、700℃から冷却停止温度までを3℃/秒以上で冷却することによって、強度低下に繋がるパーライト変態を抑制することが可能になる。また、冷却停止温度までを50℃/秒超で冷却する場合、連続溶融亜鉛めっき設備の大幅な改造を必要とし、製造コストが著しく高まるので、50℃/秒以下とすることが好ましい。
めっき浴浸入時の抜熱を小さくし、操業を容易にするために、冷却停止温度は[亜鉛めっき浴温度−20℃]以上とする。しかし、[亜鉛めっき浴温度+100℃]を超えて鋼板の冷却を停止すると、めっき浴の温度変化が著しくなり、操業が困難になる。このため、冷却停止温度は[亜鉛めっき浴温度−20℃]以上[亜鉛めっき浴温度+100℃]以下とする。溶融亜鉛めっき処理は、410℃以上490℃以下の溶融亜鉛めっき浴中に焼鈍した鋼板を浸漬する常法に従う。
フェライト、ベイニティックフェライトおよびベイナイトの軟化を抑制し、所望の引張強度を確保するために、[亜鉛めっき浴温度−20℃]以上[亜鉛めっき浴温度+100℃]以下の保持時間は、めっき浸漬時も含め、500秒間以下とする。なお、好ましくは、保持時間は10秒間以上であり、このような保持時間を付与することによって、鋼板のめっき付着量が調整され、良好な耐食性を安定して確保することが可能になる。
合金化未処理の発生を抑制し、耐食性を向上させるために、めっき浴浸漬後の合金化処理温度は460℃以上とする。さらに、本発明に係る化学組成の鋼板に対して、オーステナイトを分解させ、面積率で、残留オーステナイトを3.0%以下とし、鋼板の降伏比を高めるために、めっき浴浸漬後の合金化処理温度は[亜鉛めっき浴温度+40℃]以上とする。しかし、600℃を超えて合金化処理すると、フェライト、ベイニティックフェライトおよびベイナイトが軟化し、引張強度が著しく低下する。このため、合金化処理温度は460℃以上600℃以下、かつ、[亜鉛めっき浴温度+40℃]以上とする。なお、好ましくは、合金化処理温度は490℃以上560℃以下であり、このように温度を制御することによって、合金化度(めっき層のFe含有量)を8質量%以上13質量%以下とし、めっきの密着性を向上させることが容易になる。
前記製造方法により、引張強度が780MPa以上であり、降伏比の高い合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造することができる。
なお、表1に示すAc3は、文献値と実験値を回帰分析し、以下の式より求めた。
(残留オーステナイトの面積率)
各焼鈍冷延鋼板に板厚の1/4だけ減厚するための化学研磨を施し、化学研磨後の表面にX線回折を施し、得られたプロファイルを解析し、残留オーステナイトの面積率を算出した。
各焼鈍冷延鋼板から圧延方向および圧延直角方向に試験片を採取し、圧延方向の断面組織および圧延直角方向の断面組織を光学顕微鏡または電子顕微鏡で撮影し、画像解析によりマルテンサイトとオーステナイトの合計面積率を測定した。こうして一つの供試材について求められた複数の合計面積率のデータの平均値を、その供試材のマルテンサイトとオーステナイトの合計面積率とした。
圧延方向に直角方向からJIS5号引張試験片を採取し、引張強度および降伏強度(降伏点、または、0.2%耐力)を測定した。
Claims (6)
- 鋼板の表面に合金化溶融亜鉛めっき層を備える合金化溶融亜鉛めっき鋼板において、前記鋼板は、質量%で、C:0.065%以上0.12%以下、Si:0.001%以上0.2%以下、Mn:2.0%超2.7%以下、P:0.1%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.001%以上0.25%以下、Ti:0.12%以上0.30%以下、N:0.01%以下およびO:0.01%以下を含有する化学組成を有し、残留オーステナイトの面積率が3.0%以下である鋼組織を有し、引張強度が780MPa以上である機械特性を有することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、Nb:0.2%以下をさらに含有する、請求項1に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、Cr:0.1%以下、Mo:0.1%以下、Cu:0.1%以下、Ni:0.1%以下およびV:0.1%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上をさらに含有する、請求項1または請求項2に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、Ca:0.01%以下、Mg:0.01%以下、REM:0.01%以下、Zr:0.01%以下およびBi:0.01%以下からなる群から選ばれた1種または2種以上をさらに含有する、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記化学組成が、質量%で、B:0.002%以下をさらに含有する、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 下記工程(A)〜(C)を備えることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法:
(A)請求項1から5までのいずれか1項に記載の化学組成を有する鋼材に、圧延開始温度:1220℃以上1300℃以下の熱間圧延を施して熱延鋼板とする熱間圧延工程;
(B)前記熱延鋼板に、冷間圧延を施して冷延鋼板とする冷間圧延工程;および
(C)前記冷延鋼板に、Ac3点以下950℃以下の温度域で再結晶焼鈍を施し、その後に、[亜鉛めっき浴温度−20℃]以上[亜鉛めっき浴温度+100℃]以下の温度域まで冷却し、次いで、前記温度域にめっき浴浸漬時を含めて500秒間以下保持した後に、460℃以上600℃以下、かつ、[亜鉛めっき浴温度+40℃]以上の温度域で合金化処理を施して合金化溶融亜鉛めっき鋼板とする連続焼鈍−合金化溶融亜鉛めっき工程。
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