JP2012503102A - 基地としてマルテンサイト組織を有する超高強度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】溶融亜鉛めっき鋼板は、i)基地としてマルテンサイト組織を含む鋼板と、ii)鋼板上に形成された溶融亜鉛めっき層とを含む。鋼板は、0.05wt%〜0.30wt%のC、0.5wt%〜3.5wt%のMn、0.1wt%〜0.8wt%のSi、0.01wt%〜1.5wt%のAl、0.01wt%〜1.5wt%のCr、0.01wt%〜1.5wt%のMo、0.001wt%〜0.10wt%のTi、5ppm〜120ppmのN、3ppm〜80ppmのB、残部Feおよび不純物を含む。
Description
また、鋼板は、0.01wt%〜1.5wt%のアルミニウム(Al)を含む。アルミニウム(Al)が含まれている時、窒素(N)は、BNより安定的な析出物のAlNを形成して、有効ホウ素の濃度を増加させる。アルミニウム(Al)は、脱酸剤としても使用される。したがって、アルミニウム(Al)の残存量が0.01wt%以下であれば、経済的に好ましくない。アルミニウム(Al)の量が多すぎる場合、酸化物を形成して、濡れ性を低下させる。好ましくは、アルミニウム(Al)の量は0.03wt%が適当である。
鋼板は、3ppm〜80ppmのホウ素(B)を含む。好ましくは、ホウ素(B)の量は5ppm〜50ppmであり得る。ホウ素(B)は、オーステナイト結晶粒界に濃化されるため、結晶粒界でのフェライトまたはベイナイトの核生成を抑制する。その結果、ホウ素(B)は、鋼板のマルテンサイト分率を増加させる。ホウ素の量が少なすぎる場合、前述した効果を期待することができない。また、ホウ素の量が大きすぎる場合、冷間圧延中の表面濃化によりクラックを誘発することがある。
[数1]
B(ppm)≧0.8×(N(ppm)−Ti(ppm)/2.9)+5
200<803×C(wt%)+83×Mn(wt%)+178×Si(wt%)+122×Cr(wt%)+320×Mo(wt%)
803×C(wt%)+134×Mn(wt%)+134×Si(wt%)+160×Cr(wt%)+160×Mo(wt%)<800
前述した組成範囲を有する鋼を用いて溶融亜鉛めっき工程をシミュレーション実験した。実験例1〜実験例4では、塩浴を用いて溶融亜鉛めっき工程をシミュレーションした。実験例5および実験例6では、Vatron社のMultiPAS(Multi Purpose Annealing Simulator)実験装置を用いて溶融亜鉛めっき工程をシミュレーションした。また、実験例7および実験例8では、レスカ溶融亜鉛めっきシミュレータ(Rhesca Galvanizing Simulator)を用いて溶融亜鉛めっき工程をシミュレーションした。
0.15wt%のC、2.0wt%のMn、0.3wt%のSi、0.03wt%のAl、0.3wt%のCr、0.3wt%のMo、30ppmのN、30ppmのB、残部Feおよび不純物を含む試験片を用意した。試験片を、870℃で加熱された塩浴に浸漬して、1分間維持した。次に、870℃で加熱した試験片を、460℃の温度を有する塩浴に10秒間浸漬した。浸漬された試験片を引出して、水冷させて、焼入れした。つまり、実験例1では、GI工程をシミュレーションした。それ以外の細部の工程条件は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解することができるため、その詳細な説明を省略する。
実験例1と同じ組成を有する試験片を用意した。試験片を、870℃で加熱された塩浴に浸漬して、1分間維持した。870℃で加熱した試験片を、460℃の温度を有する塩浴に10秒間浸漬した。浸漬された試験片を引出して、500℃の温度を有する塩浴に20秒間浸漬した後、引出して、水冷で常温まで冷却させた。つまり、実験例1では、GA工程をシミュレーションした。細部の工程条件は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解することができるため、その詳細な説明を省略する。
実験例1と同じ組成を有する試験片を、830℃で加熱された塩浴に浸漬して、1分間維持した。残りの工程条件は、実験例1と同様である。
実験例1と同じ組成を有する試験片を、830℃で加熱された塩浴に浸漬して、1分間維持した。残りの工程条件は、実験例2と同様である。
実験例1と同じ組成を有する試験片を用意した。試験片を、抵抗加熱方法を用いて、常温から870℃まで10℃/sの加熱速度で加熱した。試験片を、870℃で1分間維持した後、圧縮空気を用いて、460℃まで30℃/sの冷却速度で冷却させた。鋼板を、460℃で10秒間維持した後、圧縮空気を用いて、常温まで30℃/sの速度で冷却させた。それ以外の細部の工程条件は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解することができるため、その詳細な説明を省略する。
実験例1と同じ組成を有する試験片を用意した。試験片を、抵抗加熱方法を用いて、常温から870℃まで10℃/sの加熱速度で加熱した。試験片を、870℃で1分間維持した後、圧縮空気を用いて、460℃まで30℃/sの冷却速度で冷却させた。鋼板を、460℃で10秒間維持した後、鋼板を抵抗加熱して、500℃まで30℃/sの加熱速度で加熱した。鋼板を、500℃で20秒間維持した後、圧縮空気を用いて、常温まで30℃/sの冷却速度で冷却させた。それ以外の細部の工程条件は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解することができるため、その詳細な説明を省略する。
実験例1と同じ組成を有する試験片を用意した。試験片を、常温で誘導加熱して、850℃まで2.6℃/sの加熱速度で加熱した。次に、試験片を、850℃で53秒間等温維持した。この場合、炉内の気体雰囲気は、10%H2および90%N2の混合ガスを含み、その露点は−35℃であった。試験片を、850℃で53秒間等温維持した後、圧縮空気を試験片に接触させて、試験片を14.2℃/sの冷却速度で480℃まで冷却した。試験片を480℃まで冷却した後、圧縮空気を用いず、試験片を460℃の温度に維持される溶融亜鉛めっき浴に浸漬した。溶融亜鉛めっき浴は、0.13wt%のAlを含む。試験片を、460℃の溶融亜鉛めっき浴で3.4秒間浸漬した後、強制空冷させて、常温まで冷却した。それ以外の細部の工程条件は、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に理解することができるため、その詳細な説明を省略する。
実験例1と同じ組成を有する試験片を用意した。0.2wt%のAlを含む溶融亜鉛めっき浴に鋼板を浸漬したことを除けば、残りの実験条件は、前述した実験例7と同様である。
実験例1と同じ組成を有する試験片を用意した。試験片は、前述した実験例1〜実験例4とは異なり、溶融亜鉛めっき工程、つまり、試験片を塩化浴に浸漬するステップを経なかった。つまり、試験片を、870℃まで加熱した後、1分間維持した。次に、加熱された試験片を水冷して、常温まで冷却させた。
試験片を830℃まで加熱したことを除けば、前述した比較例1と同様である。
実験例1と同じ組成を有する試験片を用意した。試験片は、前述した実験例5または実験例6とは異なり、溶融亜鉛めっき工程、つまり、試験片を460℃で維持するステップを経なかった。試験片を、抵抗加熱方法を用いて、常温から870℃まで10℃/sの速度で加熱した。鋼板を870℃で1分間維持した後、圧縮空気を用いて、常温まで30℃/sの冷却速度で冷却させた。
ホウ素を添加しない試験片を用意した。ホウ素を除いた残りの組成は、実験例1と同様である。試験片は、実験例1と同じ工程を用いて製造した。
ホウ素を添加しない試験片を用意した。ホウ素を除いた残りの組成は、実験例1と同様である。試験片は、実験例3と同じ工程を用いて製造した。
ホウ素を添加しない試験片を用意した。ホウ素を除いた残りの組成は、実験例1と同様である。試験片は、実験例2と同じ工程を用いて製造した。
ホウ素を添加しない試験片を用意した。ホウ素を除いた残りの組成は、実験例1と同様である。試験片は、実験例5と同じ工程を用いて製造した。
ホウ素を添加しない試験片を用意した。ホウ素を除いた残りの組成は、実験例1と同様である。試験片は、実験例6と同じ工程を用いて製造した。
ホウ素を添加しない試験片を用意した。ホウ素を除いた残りの組成は、実験例1と同様である。試験片は、比較例3と同じ工程を用いて製造した。
クロム(Cr)とモリブデン(Mo)を添加しない試験片を用意した。クロム(Cr)とモリブデン(Mo)を除いた残りの組成は、実験例1と同様である。試験片は、実験例5と同じ工程を用いて製造した。
クロム(Cr)とモリブデン(Mo)を添加しない試験片を用意した。クロム(Cr)とモリブデン(Mo)を除いた残りの組成は、実験例1と同様である。試験片は、実験例6と同じ工程を用いて製造した。
クロム(Cr)とモリブデン(Mo)を添加しない試験片を用意した。クロム(Cr)とモリブデン(Mo)を除いた残りの組成は、実験例1と同様である。試験片は、比較例3と同じ工程を用いて製造した。
「走査電子顕微鏡で観察した試験片の組織写真」
図4〜図14は、それぞれ前述した実験例1〜実験例4、実験例7および実験例8、比較例1および比較例2、比較例4〜比較例6による試験片の走査電子顕微鏡写真を示す。つまり、図4は、実験例1による試験片の走査電子顕微鏡写真、図5は、実験例2による試験片の走査電子顕微鏡写真、図6は、実験例3による試験片の走査電子顕微鏡写真、図7は、実験例4による試験片の走査電子顕微鏡写真、図8は、実験例7による試験片の走査電子顕微鏡写真、そして、図9は、実験例7による試験片の走査電子顕微鏡写真を示す。一方、図10は、比較例1による試験片の走査電子顕微鏡写真、図11は、比較例2による試験片の走査電子顕微鏡写真、図12は、比較例4による試験片の走査電子顕微鏡写真、図13は、比較例5による走査電子顕微鏡写真、そして、図14は、比較例6による走査電子顕微鏡写真を示す。
図4および図5に示すように、それぞれ実験例1および実験例2では、試験片に形成されたマルテンサイト組織が観察された。微細なマルテンサイト組織間にはベイナイトが部分的に観察された。実験例1でのベイナイト分率は3%以下であり、実験例2でのベイナイト分率は約10%であった。マルテンサイト基地内にベイナイトが存在するため、ベイナイトを球形と仮定した場合、3次元的にはそれぞれ約3%および10%である。実験例2でのベイナイト分率が高いのは、460℃で10秒間浸漬した後、再び500℃で20秒間追加で浸漬したからである。このため、合金化シミュレーション工程でベイナイトが追加で形成されたからである。
図6および図7に示すように、それぞれ実験例3および実験例4では、試験片に形成されたマルテンサイト組織が観察された。微細なマルテンサイト組織間にはベイナイトおよびフェライト組織が部分的に観察された。実験例3でのベイナイトとフェライト分率の合計は11%以下であった。これは、実験例1でのベイナイト分率より高いものである。また、実験例4でのベイナイトとフェライト分率の合計は28%であった。これは、実験例2でのベイナイト分率より高いものである。これは、830℃はフェライトとオーステナイトが共存する異常領域であって、浸漬前にすでに3%のフェライトが含まれていたからである。つまり、浸漬中のフェライトの存在により、フェライトが母相に存在しない時に比べてより多いベイナイトが生成されたからである。
図8は、実験例7により製造した試験片の断面組織を示す。つまり、図8は、実験例7により製造した試験片を切断して、母材とコーティング層との間の境界部を示す。
図9は、実験例8により製造した試験片の断面組織を示す。つまり、図9は、実験例8により製造した試験片を切断して、母材とコーティング層との間の境界部を示す。
図10に示すように、比較例1に含まれている組織はすべてマルテンサイトであり、ベイナイトまたはフェライト組織を含まない。これは、870℃で鋼板組織がすべてオーステナイト化された後、後続の冷却過程ですべてマルテンサイト変態したからである。870℃でオーステナイト結晶粒の平均的な大きさは10μmであった。
図12に示すように、比較例4に含まれている組織は、外観上、すべてマルテンサイトであった。これは、870℃から常温に水冷した場合、冷却速度が速いため、ホウ素が存在しないにもかかわらず、すべてマルテンサイト変態したからである。
図13に示すように、比較例5に含まれている組織は、マルテンサイトとベイナイトを含む。水冷過程では、ベイナイト変態が起きないため、図13の組織に現れたベイナイトは、460℃で浸漬する間に生成されたことが分かる。また、この温度で生成されたベイナイトの量は、比較例1のベイナイトの量より多いため、ホウ素が、冷却過程だけでなく、等温変態時にもベイナイトの生成を抑制することが分かった。
図14に示すように、比較例6に含まれている組織は、マルテンサイトとベイナイトを含む。ベイナイト分率において、比較例5の場合より増加したため、500℃で20秒間浸漬して合金化を行った場合、ベイナイトが追加で生成されることが分かった。
前述した実験例1〜実験例4と、比較例1および比較例2により製造した試験片を、冷間圧延方向を引張軸に平行する方向として、ASTM E−8標準規格によって加工した後、変形率0.001/sで引張実験を行った。
図15は、実験例1、実験例2、および比較例1による試験片の引張強度をそれぞれ3回ずつ測定して示す。図15において、それぞれ、実験例1は点線、実験例2は一点鎖線、比較例1は実線で示す。
図16は、実験例3、実験例4、および比較例2による試験片の引張強度をそれぞれ3回ずつ測定して示す。図16において、それぞれ、実験例3は点線、実験例4は一点鎖線、比較例2は実線で示す。
図17は、比較例4〜比較例6による試験片の引張強度をそれぞれ3回ずつ測定して示す。図17において、それぞれ、比較例4は実線、比較例5は点線、比較例6は一点鎖線で示す。
図18は、前述した実験例1〜実験例4、比較例1および比較例2により製造した試験片の最大引張強度を示すグラフである。試験片の最大引張強度は、それぞれ3回ずつ測定した。
図19は、前述した実験例5および実験例6、比較例3、および比較例7〜比較例12により製造した試験片の最大引張強度を示すグラフである。試験片の最大引張強度は、それぞれ4回ずつ測定した。
Claims (16)
- 基地としてマルテンサイト組織を含む鋼板と、
前記鋼板上に形成された溶融亜鉛めっき層とを含み、
前記鋼板は、0.05wt%〜0.30wt%のC、0.5wt%〜3.5wt%のMn、0.1wt%〜0.8wt%のSi、0.01wt%〜1.5wt%のAl、0.01wt%〜1.5wt%のCr、0.01wt%〜1.5wt%のMo、0.001wt%〜0.10wt%のTi、5ppm〜120ppmのN、3ppm〜80ppmのB、残部Feおよび不純物を含むことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板。 - 前記Cの量は0.05wt%〜0.20wt%であり、前記Tiの量は0.001wt%〜0.05wt%であり、前記Nの量は20ppm〜80ppmであり、前記Bの量は5ppm〜50ppmであることを特徴とする請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記Cの量は実質的に0.15wt%であり、前記Mnの量は実質的に2.0wt%であり、前記Siの量は実質的に0.3wt%であり、前記Alの量は実質的に0.03wt%であり、前記Crの量は実質的に0.3wt%であり、前記Moの量は実質的に0.3wt%であり、前記Bの量は実質的に29ppmであることを特徴とする請求項2に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記N、Ti、およびBは、下記の数式を満足することを特徴とする請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
B(ppm)≧0.8×(N(ppm)−Ti(ppm)/2.9)+5 - 前記鋼板のマルテンサイト組織の含有量は60vol%以上で100vol%未満であることを特徴とする請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記鋼板は、ベイナイト組織をさらに含み、前記ベイナイト組織の含有量は0より大きく40vol%以下であることを特徴とする請求項5に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記溶融亜鉛めっき層は、Feを含むことを特徴とする請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- 0.05wt%〜0.30wt%のC、0.5wt%〜3.5wt%のMn、0.1wt%〜0.8wt%のSi、0.01wt%〜1.5wt%のAl、0.01wt%〜1.5wt%のCr、0.01wt%〜1.5wt%のMo、0.001wt%〜0.10wt%のTi、5ppm〜120ppmのN、3ppm〜80ppmのB、残部Feおよび不純物を含む鋼板を提供するステップと、
前記鋼板を加熱して、前記鋼板の温度を750℃〜950℃に維持するステップと、
前記加熱された鋼板を溶融亜鉛めっき浴に浸漬して溶融亜鉛めっきするステップと、
前記焼鈍された溶融亜鉛めっき鋼板を10℃/s〜100℃/sの焼入れ速度で焼入れ(quenching)させて前記鋼板をマルテンサイト変態させるステップとを含むことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 前記鋼板を提供するステップにおいて、前記Cの量は0.05wt%〜0.20wt%であり、前記Tiの量は0.001wt%〜0.05wt%であり、前記Nの量は20ppm〜80ppmであり、前記Bの量は5ppm〜50ppmであり、
前記鋼板の温度を維持するステップにおいて、前記鋼板の温度を780℃〜950℃に維持し、
前記鋼板をマルテンサイト変態させるステップにおいて、前記焼鈍された溶融亜鉛めっき鋼板の焼入れ速度は10℃/s〜60℃/sであることを特徴とする請求項8に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 前記鋼板を提供するステップにおいて、前記Cの量は実質的に0.15wt%であり、前記Mnの量は実質的に2.0wt%であり、前記Siの量は実質的に0.3wt%であり、前記Alの量は実質的に0.03wt%であり、前記Crの量は実質的に0.3wt%であり、前記Moの量は実質的に0.3wt%であり、前記Bの量は実質的に29ppmであることを特徴とする請求項9に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記鋼板を提供するステップにおいて、前記N、Ti、およびBは、下記の数式を満足することを特徴とする請求項9に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
B(ppm)≧0.8×(N(ppm)−Ti(ppm)/2.9)+5 - 前記鋼板の温度を維持するステップにおいて、前記鋼板は、オーステナイト変態することを特徴とする請求項8に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記鋼板をマルテンサイト変態させるステップにおいて、前記冷却速度は10℃/s〜40℃/sであることを特徴とする請求項8に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記冷却速度は20℃/s〜40℃/sであることを特徴とする請求項13に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記加熱された鋼板を溶融亜鉛めっきするステップにおいて、前記溶融亜鉛めっき浴は、Feを含むことを特徴とする請求項8に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記加熱された鋼板を溶融亜鉛めっきした後、前記鋼板を焼鈍するステップをさらに含むことを特徴とする請求項15に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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