JP2013194271A - 高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法および高強度溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】質量%で、C:0.03〜0.35%、Si:0.01〜0.50%、Mn:3.6〜8.0%、Al:0.001〜1.000%、P≦0.10%、S≦0.010%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板の表面に、片面あたりのめっき付着量が20〜120g/m2の亜鉛めっき層を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する。この時、鋼板を連続式溶融亜鉛めっき設備において焼鈍および溶融亜鉛めっき処理を施すに際し、焼鈍炉内での鋼板最高到達温度は600℃以上750℃以下であり、鋼板温度が600℃以上750℃以下の温度域における鋼板通過時間は30秒以上10分以内、雰囲気中の露点は−10℃以上とする。
【選択図】なし
Description
そして、以上の方法により得られる高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、めっき層直下の鋼板表層部において、下地鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部にFe、Si、Mn、Al、P、さらには、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Niのうちから選ばれる少なくとも1種以上の酸化物を片面あたり0.010〜0.100g/m2形成し、めっき層直下から10μmまでの領域において、下地鋼板結晶粒界から1μm以内の粒内にMnを含む酸化物が析出している組織、構造となる。これによって鋼板表層における曲げ加工時の応力緩和や割れ防止が実現でき、めっき外観および高加工時の耐めっき剥離性に優れることになる。
[2]前記[1]において、前記鋼板は、成分組成として、質量%で、さらに、B:0.001〜0.005%、Nb:0.005〜0.050%、Ti:0.005〜0.050%、Cr:0.001〜1.000%、Mo:0.05〜1.00%、Cu:0.05〜1.00%、Ni:0.05〜1.00%の中から選ばれる1種以上の元素を含有することを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
[3]前記[1]または[2]において、溶融亜鉛めっき処理後、さらに、450℃以上600℃以下の温度に鋼板を加熱して合金化処理を施し、めっき層のFe含有量を8〜14質量%の範囲にすることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
[4]前記[1]〜[3]に記載のいずれかの製造方法により作成され、亜鉛めっき層直下の、下地鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部にFe、Si、Mn、Al、P、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Niのうちから選ばれる少なくとも1種以上の酸化物を、片面あたり0.010〜0.100g/m2形成し、更に、めっき層直下の下地鋼板表面から10μm以内の領域において、下地鋼板結晶粒界から1μm以内の粒内にMnを含む酸化物が存在していることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
先ず、本発明で最も重要な要件である、めっき層直下の下地鋼板表面の構造を決定する焼鈍雰囲気条件について説明する。
C:0.03〜0.35%
Cは、鋼組織としてマルテンサイトなどを形成させることで加工性を向上させる。そのためには0.03%以上必要である。一方、0.35%を超えると溶接性が劣化する。したがって、C量は0.03%以上0.35%以下とする。
Siは鋼を強化して良好な材質を得るのに有効な元素ではあるが、易酸化性元素であるため、めっき性には不利であり、極力添加することは避けるべき元素である。しかしながら、0.01%程度は不可避的に鋼中に含まれ、これ以下に低減するためにはコストが上昇してしまうため、0.01%を下限とする。一方、0.50%を超えると高加工時の耐めっき剥離性の改善が困難となってくる。したがって、Si量は0.01%以上0.50%以下とする。
Mnは鋼の高強度化に有効な元素である。機械特性や強度を確保するためは3.6%以上含有させることが必要である。一方、8.0%を超えると溶接性やめっき密着性の確保、強度と延性のバランスの確保が困難になる。したがって、Mn量は3.6%以上8.0%以下とする。
Alは溶鋼の脱酸を目的に添加されるが、その含有量が0.001%未満の場合、その目的が達成されない。溶鋼の脱酸の効果は0.001%以上で得られる。一方、1.000%を超えるとコストアップになる。したがって、Al量は0.001%以上1.000%以下とする。
Pは不可避的に含有される元素のひとつであり、0.005%未満にするためには、コストの増大が懸念されるため、0.005%以上が望ましい。一方、Pが0.10%を超えて含有されると溶接性が劣化する。さらに、表面品質が劣化する。また、非合金化処理時にはめっき密着性が劣化し、合金化処理時には合金化処理温度を上昇しないと所望の合金化度とすることができない。また所望の合金化度とするために合金化処理温度を上昇させると延性が劣化すると同時に合金化めっき皮膜の密着性が劣化するため、所望の合金化度と、良好な延性、合金化めっき皮膜を両立させることができない。したがって、P量は0.10%以下とし、下限としては0.005%が望ましい。
Sは不可避的に含有される元素のひとつである。下限は規定しないが、多量に含有されると溶接性が劣化するため0.010%以下が好ましい。
これらの元素を添加する場合における適正添加量の限定理由は以下の通りである。
Bは0.001%未満では焼き入れ促進効果が得られにくい。一方、0.005%超えではめっき密着性が劣化する。よって、含有する場合、B量は0.001%以上0.005%以下とする。但し、機械的特性改善上添加する必要がないと判断される場合は添加する必要はない。
Nbは0.005%未満では強度調整の効果やMoとの複合添加時におけるめっき密着性改善効果が得られにくい。一方、0.050%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Nb量は0.005%以上0.050%以下とする。
Tiは0.005%未満では強度調整の効果が得られにくい。一方、0.050%超えではめっき密着性の劣化を招く。よって、含有する場合、Ti量は0.005%以上0.050%以下とする。
Crは0.001%未満では焼き入れ性効果が得られにくい。一方、1.000%超えではCrが表面濃化するため、めっき密着性や溶接性が劣化する。よって、含有する場合、Cr量は0.001%以上1.000%以下とする。
Moは0.05%未満では強度調整の効果やNb、またはNiやCuとの複合添加時におけるめっき密着性改善効果が得られにくい。一方、1.00%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Mo量は0.05%以上1.00%以下とする。
Cuは0.05%未満では残留γ相形成促進効果やNiやMoとの複合添加時におけるめっき密着性改善効果が得られにくい。一方、1.00%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Cu量は0.05%以上1.00%以下とする。
Niは0.05%未満では残留γ相形成促進効果やCuとMoとの複合添加時におけるめっき密着性改善効果が得られにくい。一方、1.00%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Ni量は0.05%以上1.00%以下とする。
通常、行われる条件にて行うことができる。
熱間圧延後は酸洗処理を行うのが好ましい。酸洗工程で表面に生成した黒皮スケールを除去し、しかる後冷間圧延する。なお、酸洗条件は特に限定しない。
40%以上80%以下の圧下率で行うことが好ましい。圧下率が40%未満では再結晶温度が低温化するため、機械特性が劣化しやすい。一方、圧下率が80%超えでは高強度鋼板であるため、圧延コストがアップするだけでなく、焼鈍時の表面濃化が増加するため、めっき特性が劣化する。
焼鈍炉では、前段の加熱帯で鋼板を所定温度まで加熱する加熱工程を行い、後段の均熱帯で所定温度に所定時間保持する均熱工程を行う。
そして、上述したように、焼鈍炉内での鋼板最高到達温度は600℃以上750℃以下であり、鋼板温度が600℃以上750℃以下の温度域における鋼板通過時間は30秒以上10分以内、雰囲気中の露点は−10℃以上となるように制御して焼鈍、溶融亜鉛めっき処理を行う。
600℃以上750℃以下の温度域以外の焼鈍炉雰囲気中の露点は特に限定されない。600℃以上750℃以下の温度域以外の雰囲気中の露点は、好ましくは−50℃〜−10℃である。
溶融亜鉛めっき処理は、常法で行うことができる。
溶融亜鉛めっき処理に引き続き合金化処理を行うときは、溶融亜鉛めっき処理したのち、450℃以上600℃以下に鋼板を加熱して合金化処理を施し、めっき層のFe含有量が8〜14%になるよう行うのが好ましい。8%未満では合金化ムラ発生やフレーキング性が劣化する。一方、14%超えは耐めっき剥離性が劣化する。
そして、以下のように、めっき層直下の下地鋼板表面の構造に特徴を有することになる。
亜鉛めっき層の直下の、下地鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部には、Fe、Si、Mn、Al、P、さらには、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Niのうちから選ばれる1種以上の酸化物が合計で片面あたり0.010〜0.100g/m2形成される。また、めっき層直下の、下地鋼板表面から10μmまでの領域においては、下地鋼板結晶粒界から1μm以内の粒内にMnを含む酸化物が存在する。
鋼中にSi及び多量のMnが添加された溶融亜鉛めっき鋼板において、高加工時の耐めっき剥離性を満足させるためには高加工時の割れなどの起点になる可能性があるめっき層直下の下地鋼板表層の組織、構造をより高度に制御する必要がある。そこで、本発明では、まず、めっき性を確保するために焼鈍工程において酸素ポテンシャルを高め、露点制御を上述のように行う。その結果、酸素ポテンシャルを高めることで易酸化性元素であるSiやMn等がめっき直前に予め内部酸化し下地鋼板表層部におけるSi、Mnの活量が低下する。そして、これらの元素の外部酸化が抑制され、結果的にめっき性及び耐めっき剥離性が改善する。さらに、この改善効果は、亜鉛めっき層の直下の、下地鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部にFe、Si、Mn、Al、P、さらには、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Niのうちから選ばれる少なくとも1種以上の酸化物を片面あたり0.010g/m2以上存在させることになる。一方、0.100g/m2を超えて存在させてもこの効果は飽和するため、上限は0.100g/m2とする。
また、内部酸化物が粒界にのみ存在し、粒内に存在しない場合、鋼中易酸化性元素の粒界拡散は抑制できるが、粒内拡散は十分に抑制できない場合がある。したがって、本発明では、上述したように、焼鈍炉内での鋼板最高到達温度を600℃以上750℃以下、鋼板温度が600℃以上750℃以下の温度域における鋼板通過時間を30秒以上10分以内、雰囲気中の露点を−10℃以上となるように制御することで、粒界のみならず粒内でも内部酸化させる。具体的には、めっき層直下から10μmまでの領域において、下地鋼板結晶粒界から1μm以内の粒内にMnを含む酸化物を存在させることになる。粒内に酸化物が存在することで、酸化物近傍の粒内の固溶Si、Mnの量が減少する。その結果、Si、Mnの粒内拡散による表面への濃化を抑制することができる。
なお、本発明の製造方法で得られる高強度溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層直下の下地鋼板表面の構造は、上記の通りであるが、例えば、めっき層直下(めっき/下地鋼板界面)から100μmを超えた領域で前記酸化物が成長していても問題はない。また、めっき層直下の、下地鋼板表面から10μmを超えた領域おいて、粒界から1μm以上の粒内に、Mnを含む酸化物を存在させても問題はない。
表1に示す鋼組成からなる熱延鋼板を酸洗し、黒皮スケール除去した後、表2に示す条件にて冷間圧延し、厚さ1.0mmの冷延鋼板を得た。
なお、雰囲気の気体成分は、N2とH2および不可避不純物からなり、雰囲気の露点の制御については、N2中に設置した水タンクを加熱して加湿したN2ガスが流れる配管を予め別途設置し、加湿したN2ガス中にH2ガスを導入して混合し、これを炉内に導入することで雰囲気の露点を制御した。
また、GAは0.14%Al含有Zn浴を、GIは0.18%Al含有Zn浴を用いた。付着量はガスワイピングにより表2に示す所定の付着量(片面あたり付着量)に調節し、GAは合金化処理した。
外観性は、不めっきや合金化ムラなどの外観不良が無い場合は外観良好(記号○)、ある場合は外観不良(記号×)と判定した。
高加工時の耐めっき剥離性は、GAではめっき鋼板では、90°を超えて鋭角に曲げたときの曲げ加工部のめっき剥離の抑制が要求される。本実施例では120°曲げした加工部にセロハンテープ(登録商標)を押し付けて剥離物をセロハンテープ(登録商標)に転移させ、セロハンテープ(登録商標)上の剥離物量をZnカウント数として蛍光X線法で求めた。なお、この時のマスク径は30mm、蛍光X線の加速電圧は50kV、加速電流は50mA、測定時間は20秒である。下記の基準に照らして、ランク1、2、3、4のものを耐めっき剥離性が良好(記号◎○)、5のものを耐めっき剥離性が不良(記号×)と評価した。◎、○は高加工時のめっき剥離性に全く問題ない性能である。×は通常の実用には適さない性能である。
蛍光X線Znカウント数 ランク
0−500未満:1(良)◎
500以上−1000未満:2○
1000以上−2000未満:3○
2000以上−3000未満:4○
3000以上:5(劣)×
GIでは、衝撃試験時の耐めっき剥離性が要求される。ボールインパクト試験を行い、加工部をテープ剥離し、めっき層の剥離有無を目視判定した。ボールインパクト条件は、ボール重量1000g、落下高さ100cmである。
○:めっき層の剥離無し
×:めっき層が剥離
<加工性>
加工性は、JIS5号片を作成し引っ張り強度(TS(MPa))と伸び(El(%))を測定し、TS×El≧24000のものを良好、TS×El<24000のものを不良とした。
内部酸化量は、「インパルス炉溶融−赤外線吸収法」により測定する。ただし、素材(すなわち焼鈍を施す前の高張力鋼板)に含まれる酸素量を差し引く必要があるので、本発明では、連続焼鈍後の高張力鋼板の両面の表層部を100μm以上研磨して鋼中酸素濃度を測定し、その測定値を素材に含まれる酸素量OHとし、また、連続焼鈍後の高張力鋼板の板厚方向全体での鋼中酸素濃度を測定して、その測定値を内部酸化後の酸素量OIとした。このようにして得られた高張力鋼板の内部酸化後の酸素量OIと、素材に含まれる酸素量OHとを用いて、OIとOHの差(=OI−OH)を算出し、さらに片面単位面積(すなわち1m2)当たりの量に換算した値(g/m2)を内部酸化量とした。
めっき層を溶解除去後、その断面をSEMで観察し、粒内析出物の電子線回折で非晶質、結晶性の別を調査し、同じくEDX、EELSで組成を決定した。粒内析出物がMn、Oを含む場合にMnを含む酸化物であると判定した。視野倍率は5000〜20000倍で、各々5箇所調査した。5箇所の内、1箇所以上にMnを含む酸化物が観察された場合、Mnを含む酸化物が析出していると判断した。内部酸化の成長箇所がフェライトであるか否かは、断面SEMで第2相の有無を調査し、第2層が認められないときはフェライトと判定した。また、めっき層直下から10μmまでの領域において、下地鋼板結晶粒界から1μm以内の粒内のMnを含む酸化物は、断面を抽出レプリカ法で析出酸化物を抽出し上記の同様の手法で決定した。
一方、比較例では、めっき外観、加工性、高加工時の耐めっき剥離性のいずれか一つ以上が劣る。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.03〜0.35%、Si:0.01〜0.50%、Mn:3.6〜8.0%、Al:0.001〜1.000%、P≦0.10%、S≦0.010%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板の表面に、片面あたりのめっき付着量が20〜120g/m2の亜鉛めっき層を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、鋼板を連続式溶融亜鉛めっき設備において焼鈍および溶融亜鉛めっき処理を施すに際し、焼鈍炉内での鋼板最高到達温度は600℃以上750℃以下であり、
鋼板温度が600℃以上750℃以下の温度域における鋼板通過時間は30秒以上10分以内、雰囲気中の露点は−10℃以上とすることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 前記鋼板は、成分組成として、質量%で、さらに、B:0.001〜0.005%、Nb:0.005〜0.050%、Ti:0.005〜0.050%、Cr:0.001〜1.000%、Mo:0.05〜1.00%、Cu:0.05〜1.00%、Ni:0.05〜1.00%の中から選ばれる1種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 溶融亜鉛めっき処理後、さらに、450℃以上600℃以下の温度に鋼板を加熱して合金化処理を施し、めっき層のFe含有量を8〜14質量%の範囲にすることを特徴とする請求項1または2に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 請求項1〜3に記載のいずれかの製造方法により製造され、亜鉛めっき層直下の、下地鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部にFe、Si、Mn、Al、P、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Niのうちから選ばれる少なくとも1種以上の酸化物を、片面あたり0.010〜0.100g/m2形成し、更に、めっき層直下の下地鋼板表面から10μm以内の領域において、下地鋼板結晶粒界から1μm以内の粒内にMnを含む酸化物が存在していることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
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