JP2023534861A - 溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法、鋼板および車両用部品 - Google Patents

Abstract

本発明は、高Ｓｉ、Ｍｎ含有量の母材鋼板に対する熱処理ステップ、溶融メッキステップおよび合金化処理ステップを含み、熱処理ステップが、第一加熱段階と均熱段階を含み、第一加熱段階の第一加熱雰囲気が、０．０１－０．５％の体積分率のＯ２を含有し、残部がＮ２と避けられない不純物であり、均熱段階の均熱雰囲気が、０．５％以上の体積分率のＨ２を含有し、残部がＮ２と避けられない不純物であり、第一加熱雰囲気と均熱雰囲気の露点≧－２０℃とする、溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法を提供する。本発明はさらに溶融亜鉛メッキ鋼板および車両用部品を提供する。本発明は、熱処理雰囲気の制御により、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が鋼板表面、および酸化鉄とマトリックス鋼板の界面、還元鉄とマトリックス鋼板の界面での蓄積を抑制し、溶融亜鉛メッキ鋼板が高Ｓｉ、Ｍｎ含有量の鋼板を母材とする時では、合金化処理ステップの後に、十分なメッキ層Ｆｅ含有量および高破断伸び率が両立できる。

Description

本発明は、金属加工方法およびその製品に関し、特に、溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法、鋼板および車両用部品に関する。

近年、溶融亜鉛メッキ鋼板は、自動車、家電、建築材などの領域での需要が大きく増加する。その製造方法は、鋼板に対し、還元性焼鈍、溶融メッキ、合金化処理を順次に行うことである。還元性焼鈍段階では、鋼板における個別の酸化点を還元し、そして鋼板において高温時にオーステナイト構造を形成させ、焼鈍終了後に一部のオーステナイト（つまり残留オーステナイト）を保たせることで、鋼板の破断伸び率を高める。溶融メッキ段階では、鋼板上において純亜鉛メッキ層を形成させる。合金化処理段階では、メッキ層におけるＺｎと鋼板におけるＦｅを相互に拡散させ、メッキ層に十分のＦｅ含有量を獲得させることで、亜鉛鉄合金メッキ層を形成させる。溶融亜鉛メッキ鋼板は、合金化処理の後、脱落しにくいメッキ層によって優れた耐錆性を獲得するため、広く応用されている。

現在、溶融亜鉛メッキ鋼板の引張強度を高めるために、高Ｓｉ、Ｍｎ含有量の鋼板を溶融亜鉛メッキ鋼板の母材とする方法が提案されたが、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素は、還元性焼鈍加工過程において連続酸化物の形式で鋼板の表面で蓄積し、亜鉛と鉄の拡散を阻害し、合金化速度に影響を与える。合金化温度、時間が変わらない限り、合金化後の鋼板メッキ層Ｆｅ含有量が不足する。メッキ層Ｆｅ含有量を保つために合金化温度を高めたり、合金化時間を伸ばすと、残留オーステナイトの安定性が破壊され、溶融亜鉛メッキ鋼板組織中における残留オーステナイトの相比例が低減するため、溶融亜鉛メッキ鋼板の破断伸び率が低減する。

特許文献ＣＮ１０１８０９１８２Ｂは、以下のステップを含む、溶融亜鉛メッキ層焼鈍の鋼シート材の製造方法を開示した：－鋼シート材を酸化させ、鋼シート材の表面上に鉄酸化物層を形成させ、そして下記の群より選ばれる少なくとも一つ酸化物からなる内部酸化物を形成させる：Ｓｉ酸化物、Ｍｎ酸化物、Ａｌ酸化物、ＳｉとＭｎを含む複合酸化物、ＳｉとＡｌを含む複合酸化物、ＡｌとＭｎを含む複合酸化物、およびＳｉ、ＭｎとＡｌを含む複合酸化物；該当酸化された鋼シート材を還元させることで、鉄酸化物層を還元させる；－該当還元された鋼シート材に対し溶融亜鉛メッキを行い、亜鉛系メッキ鋼シート材を形成させる；該当の亜鉛系メッキ鋼シート材に対し合金化処理を施し、亜鉛メッキ層焼鈍の鋼シート材を形成させる。この鋼シート材のメッキ層Ｆｅ含有量が不足し、あるいは鋼シート材の破断伸び率が低すぎる。

以上により、従来技術では、溶融亜鉛メッキ鋼板において、高Ｓｉ、Ｍｎ含有量の鋼板を母材にする時、合金化処理の後に、十分のメッキ層Ｆｅ含有量と高破断伸び率を両立させにくいという問題がある。

従来の方法で形成された鉄酸化物層は、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が鋼板表面での蓄積を抑制することには一定の作用があるが、このような方法では新しい問題が生じることが、発明者によって見出した。すなわち、鉄酸化物層と還元鉄層は、それぞれマトリックス鋼板と界面を形成し、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素によって形成された内部酸化物が、鉄酸化物層とマトリックス鋼板の界面、および還元鉄層とマトリックス鋼板の界面で蓄積する。合金化過程において、亜鉛鉄の拡散範囲は、鋼板表面のみならず、還元鉄層とマトリックス鋼板の界面も含むため、合金化速度が影響され、鋼シート材のメッキ層Ｆｅ含有量が不足し、あるいは鋼シート材の破断伸び率が低すぎることに繋がる。

上記の問題を考慮する上、本発明の目的は、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が鋼板表面での蓄積のみならず、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が酸化鉄とマトリックス鋼板の界面、および還元鉄とマトリックス鋼板の界面での蓄積も抑制できるため、溶融亜鉛メッキ鋼板は高Ｓｉ、Ｍｎ含有量の鋼板を母材とする時でも、合金化処理ステップの後、十分なメッキ層Ｆｅ含有量と高破断伸び率を両立できる、溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法の提供である。

発明者は、上記の問題を懸命に研究を繰返した結果、露点の高さは、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が酸化鉄とマトリックス鋼板の界面、および還元鉄とマトリックス鋼板の界面での蓄積程度に影響を与え、露点を高めることでこの蓄積を抑制できることを見出した。したがって、発明者は、鋼板に対し酸素酸化、そして水素還元する過程において、露点≧－２０℃とすることで、鋼板表面での蓄積のみならず、酸化鉄とマトリックス鋼板の界面、および還元鉄とマトリックス鋼板の界面での蓄積も有効に抑制できることを提出し、本発明を完成させた。

本発明は、質量で０．５％以上のＳｉと０．５％以上のＭｎを含有する母材鋼板に対する熱処理ステップ、溶融メッキステップおよび合金化処理ステップを含み、熱処理ステップが、第一加熱段階と均熱段階を含み、第一加熱段階の第一加熱雰囲気が、０．０１－０．５％の体積分率のＯ_２を含有し、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、均熱段階の均熱雰囲気が、０．５％以上の体積分率のＨ_２を含有し、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、第一加熱雰囲気と均熱雰囲気の露点≧－２０℃とする、溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法を提供する。

任意選択的に、熱処理ステップはさらに第二加熱段階を含み、第二加熱段階の第二加熱雰囲気が、０．５％以上の体積分率のＨ_２を含有し、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、第二加熱雰囲気の露点≧－２０℃とする。

任意選択的に、母材鋼板は、質量で０．１－０．３％のＣ、０．５－３．０％のＳｉ、０．５－４．０％のＭｎを含有し、残部がＦｅと避けられない不純物である。いくつかの実施形態では、母材鋼板は、質量で０．１－０．３％のＣ、０．５－１．８％のＳｉ、２．０－４．０％のＭｎを含有し、残部がＦｅと避けられない不純物である。

任意選択的に、溶融メッキステップでは、亜鉛釜に入る時の鋼板温度が４５０－５２０℃であり、メッキ液温度が４５０－５００℃であり、メッキ液は、質量で０．１０－０．１５％のＡｌを含有し、残部がＺｎと避けられない不純物であり、溶融メッキステップ完了後の鋼板の片面あたりの亜鉛めっき付着量が３０－９０ｇ／ｍ^２である。いくつかの実施形態では、溶融メッキステップにおいて、亜鉛釜に入る時の鋼板温度が４５０－５００℃である。

任意選択的に、合金化処理ステップの鋼板温度≦５００℃、合金化処理時間≦２５秒とする。

任意選択的に、合金化処理ステップの鋼板温度≧４６０℃、合金化処理時間≧５秒とする。

いくつかの実施形態では、合金化処理ステップでの鋼板温度が４６０－５００℃、合金化処理時間が５－２５秒である。

任意選択的に、第一加熱段階の出口温度を５７０－７５０℃とする。
任意選択的に、均熱段階での鋼板温度を７５０－９３０℃とし、均熱時間を３０－３００秒とする。

任意選択的に、第一加熱雰囲気のＯ_２体積分率が０．０３－０．３％である。
任意選択的に、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気のＨ_２体積分率≦１０％である。

任意選択的に、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気の露点≦３０℃とする。
任意選択的に、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気の露点≧－１０℃とする。

任意選択的に、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気の露点≧０℃とする。
本発明の第二の目的は、高Ｓｉ、Ｍｎ含有量の鋼板を母材とする溶融亜鉛メッキ鋼板が、合金化処理ステップ後に、十分なメッキ層Ｆｅ含有量と高破断伸び率を両立できる、溶融亜鉛メッキ鋼板の提供である。

上述の目的を実現するために、本発明はさらに、上述の製造方法で作製される溶融亜鉛メッキ鋼板を提供する。

任意選択的に、鋼板は、外から内への順に、亜鉛鉄合金メッキ層と内部酸化層とを含み、亜鉛鉄合金メッキ層が、質量で７－１３％のＦｅを含有し、組織中における残留オーステナイトの相比例≧５％、鋼板の引張強度≧９８０ＭＰａ、破断伸び率≧２０％である。

本発明の第三の目的は、車両用部品の性能要求を満たす、車両用部品の提供である。
上述の目的を実現するために、本発明はさらに、上記溶融亜鉛メッキ鋼板で作製される車両用部品を提供する。

本発明によって提供される溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法は、熱処理雰囲気の制御により、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が鋼板表面での蓄積のみならず、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が酸化鉄とマトリックス鋼板の界面、および還元鉄とマトリックス鋼板の界面での蓄積も抑制し、溶融亜鉛メッキ鋼板は高Ｓｉ、Ｍｎ含有量の鋼板を母材とする時でも、合金化処理ステップにおいて適切な鋼板温度、時間を選択できるため、十分なメッキ層Ｆｅ含有量と高破断伸び率を両立させやすい。

図１は、本発明によって提供される製造方法の温度制御曲線の模式図である。 図２は、本発明によって提供される製造方法の各ステップの後の鋼板断面模式図である。 図３は、実施例１によって得られる溶融亜鉛メッキ鋼板の断面金相写真である。 図４は、比較例７によって得られる溶融亜鉛メッキ鋼板の断面金相写真である。

これから、特定の具体的な実施例によって本発明の実施形態を説明するが、当業者は本明細書に開示された内容から、本発明のその他の利点および効果を安易に知ることができる。本発明の記載は、好ましい実施例と共に紹介するが、この発明の特徴がこの実施形態のみに限定する意味ではない。実際に、実施形態と共に発明を紹介する目的は、本発明の請求項に基づき、得られるその他の選択や改変をカバーするためである。本発明に対する深い見解を提供するために、以下の記載は数多くの具体的な詳細内容を含む。本発明は、これらの詳細内容を使用せずに実施してもいい。また、本発明の重点の曖昧化を避けるために、いくつかの具体的な詳細内容が省略される。

本発明は、質量で０．５％以上のＳｉと０．５％以上のＭｎを含有する母材鋼板に対する熱処理ステップ、溶融メッキステップおよび合金化処理ステップを含む、溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法を提供する。熱処理とは、固体状態下にある材料から、加熱、保温および冷却の手段により、期待の組織および性能を獲得する金属熱加工プロセスである。溶融メッキとは、被メッキ物を溶融の金属液体中に浸し込み、その表面に金属メッキ層を形成させるプロセス方法であり、本技術案では特に、鋼板を亜鉛液中に浸し込み、その表面に純亜鉛メッキ層を形成させることを指す。本技術案における合金化処理とは、鋼板をある温度下で保温することを指す。当該温度はつまり合金化処理ステップの鋼板温度であり、保温時間はつまり合金化処理ステップの時間であり、鋼板中の鉄元素と純亜鉛メッキ層中の亜鉛元素の相互的な拡散によって、純亜鉛メッキ層から亜鉛鉄合金メッキ層を形成させる。熱処理ステップは、第一加熱段階と均熱段階を含み、第一加熱段階は、鋼板を環境温度からある温度に加熱する段階であり、当該温度はつまり第一加熱段階の出口温度であり、第一加熱段階の加熱雰囲気は、第一加熱雰囲気と称し、均熱段階は、鋼板をある温度下で保温する段階であり、当該温度はつまり均熱段階の鋼板温度であり、保温時間はつまり均熱段階の時間である。ただし、第一加熱段階の第一加熱雰囲気は、０．０１－０．５％の体積分率のＯ_２を含有し、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、均熱段階の均熱雰囲気は、０．５％以上の体積分率のＨ_２を含有し、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、第一加熱雰囲気と均熱雰囲気の露点≧－２０℃とする。

露点とは、雰囲気中の水蒸気含有量が変わらず、気圧が一定に保たれる場合、空気を飽和まで冷却した時の温度、つまり水蒸気と水が平衡状態に達する温度である。

第一加熱段階の後、第一加熱雰囲気のＯ_２が母材鋼板を酸化させ、その表面に一層の酸化鉄を形成させることで、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素から形成される内部酸化層が基本的に酸化鉄の下方にしか存在しないため、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が第一加熱段階および均熱段階における鋼板表面での蓄積が抑制される。同時に、高露点により、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素から形成される内部酸化層は基本的に酸化鉄の下方にあるマトリックス鋼板中にしか存在しなく、酸化鉄とマトリックス鋼板の界面上には存在しないため、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が第一加熱段階において酸化鉄とマトリックス鋼板の界面での蓄積が抑制され、そして高露点は鋼板表面での蓄積の抑制にも一定の促進作用を有する。

均熱段階の後、酸化鉄が均熱雰囲気のＨ_２によって還元鉄に還元される。均熱段階の過程では、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素から形成される内部酸化層が、基本的に未還元の酸化鉄と酸化鉄から還元された還元鉄の下方にしか存在しないため、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が均熱段階における鋼板表面での蓄積が抑制され、第一加熱段階中における鋼板表面での蓄積に対する抑制効果が維持され、後続の溶融メッキへの準備ができる。同時に、高露点によって、マトリックス鋼板中における内部酸化層の厚さがマトリックス鋼板内部の方向に向けて増加し、界面（ここでの界面は酸化鉄とマトリックス鋼板の界面および還元鉄とマトリックス鋼板の界面を含む）の方向に向けて増加しないため、該当界面での蓄積が抑制され、第一加熱段階中における酸化鉄とマトリックス鋼板の界面での蓄積の抑制効果が維持され、そして高露点は鋼板表面での蓄積に対する抑制にも一定の促進作用を有する。

Ｏ_２の体積分率＜０．０１％であると、母材鋼板の酸化程度が低すぎて、鋼板表面での蓄積に対する十分な抑制作用が得られない；Ｏ_２の体積分率＞０．５％であると、母材鋼板の酸化程度が高すぎて、後続の還元およびメッキ層の付着性には不利である。そのため、第一加熱雰囲気のＯ_２体積分率を０．０１－０．５％とする。

Ｈ_２の体積分率＜０．５％であると、還元効果が不足し、後続の溶融メッキには不利である。そのため、均熱雰囲気のＨ_２体積分率≧０．５％とし、Ｈ_２体積分率≧２％であると、還元効果がより優れるため、均熱雰囲気のＨ_２体積分率が好ましくは≧２％である。

雰囲気露点＜－２０℃であると、それが第一加熱段階および均熱段階において、酸化鉄とマトリックス鋼板、そして還元鉄とマトリックス鋼板の界面での蓄積に対する抑制作用がほぼないため、第一加熱雰囲気および均熱雰囲気の露点≧－２０℃とする。

任意選択的に、図１に示すとおり、熱処理ステップはさらに第二加熱段階を含み、第二加熱段階は、鋼板を第一加熱段階の出口温度から均熱段階の鋼板温度へ加熱する段階であり、第二加熱段階の加熱雰囲気は、第二加熱雰囲気と称し、第二加熱段階の第二加熱雰囲気は、０．５％以上の体積分率のＨ_２を含有し、残部がＮ_２および避けられない不純物であり、第二加熱雰囲気の露点≧－２０℃とする。

溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法はさらに第一冷却段階と第二冷却段階を含み、第一冷却段階は、鋼板を均熱段階の鋼板温度から亜鉛釜に入る時の鋼板温度に冷却することを指し、第二冷却段階は、鋼板を合金化処理ステップの鋼板温度から環境温度に冷却することを指す。

図２に示すとおり、第一加熱段階の後、鋼板の断面が図２（ａ）に示す様子から図２（ｂ）に示す様子に変化し、第一加熱雰囲気のＯ_２が母材鋼板１を酸化させ、その表面に一層の酸化鉄３を形成させることで、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素から形成される内部酸化層２が基本的に酸化鉄３の下方にしか存在しないため、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が第一加熱段階、第二加熱段階および均熱段階で鋼板表面での蓄積が抑制される。同時に、高露点により、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素から形成される内部酸化層２は基本的に酸化鉄３の下方にあるマトリックス鋼板１’中にしか存在しなく、酸化鉄３とマトリックス鋼板１’の界面上には存在しないため、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が第一加熱段階において酸化鉄３とマトリックス鋼板１’の界面での蓄積が抑制され、そして高露点は鋼板表面での蓄積の抑制にも一定の促進作用を有する。

第二加熱段階および均熱段階の後、鋼板の断面が図２（ｂ）に示す様子から図２（ｃ）に示す様子に変化し、酸化鉄３が第二加熱雰囲気および均熱雰囲気のＨ_２によって還元鉄４に還元される。第二加熱段階および均熱段階の過程では、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素から形成される内部酸化層２が、基本的に未還元の酸化鉄３と酸化鉄３から還元された還元鉄４の下方にしか存在しないため、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が第二加熱段階および均熱段階における鋼板表面での蓄積が抑制され、第一加熱段階中における鋼板表面での蓄積に対する抑制効果が維持され、後続の溶融メッキへの準備ができる。同時に、高露点によって、マトリックス鋼板１’中における内部酸化層２の厚さがマトリックス鋼板１’内部の方向に向けて増加し、界面（ここでの界面は酸化鉄３とマトリックス鋼板１’の界面および還元鉄４とマトリックス鋼板１’の界面を含む）の方向に向けて増加しないため、該当界面での蓄積が抑制され、第一加熱段階中における酸化鉄３とマトリックス鋼板１’の界面での蓄積に対する抑制効果が維持され、そして高露点は鋼板表面での蓄積の抑制にも一定の促進作用を有する。

Ｏ_２の体積分率＜０．０１％であると、母材鋼板１の酸化程度が低すぎて、十分な鋼板表面での蓄積の抑制作用が得られない；Ｏ_２の体積分率＞０．５％であると、母材鋼板１の酸化程度が高すぎて、後続の還元およびメッキ層の付着性には不利である。そのため、第一加熱雰囲気のＯ_２体積分率を０．０１－０．５％とする。

Ｈ_２の体積分率＜０．５％であると、還元効果が不足し、後続の溶融メッキには不利である。そのため、第二加熱雰囲気および均熱雰囲気のＨ_２体積分率≧０．５％とし、Ｈ_２体積分率≧２％であると、還元効果がより優れるため、第二加熱雰囲気および均熱雰囲気のＨ_２体積分率が好ましくは≧２％である。

雰囲気露点＜－２０℃であると、それが第一加熱段階、第二加熱段階および均熱段階において、酸化鉄３とマトリックス鋼板１’、そして還元鉄４とマトリックス鋼板１’の界面での蓄積に対する抑制作用がほぼないため、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気および均熱雰囲気の露点≧－２０℃とする。

任意選択的に、母材鋼板１は、質量で０．１－０．３％のＣ、０．５－３．０％のＳｉ、０．５－４．０％のＭｎを含有し、残部がＦｅと避けられない不純物である。

母材鋼板１のＣ質量分数＜０．１％であると、鋼板の引張強度が不足し、そして母材鋼板１のＣ質量分数＞０．３％であると、鋼板の溶接性能が悪化するため、Ｃの質量分数を０．１－０．３％とする。母材鋼板１のＳｉ質量分数＜０．５％であると、鋼板の引張強度および破断伸び率が不足し、そして母材鋼板１のＳｉ質量分数＞３．０％であると、鋼板の高温可塑性が不足し、加工時の欠陥発生率が増加するため、Ｓｉの質量分数を０．５－３．０％とする。いくつかの実施形態では、母材鋼板中のＳｉの質量分数が０．５－１．８％である。母材鋼板１のＭｎ質量分数＜０．５％であると、鋼板の引張強度および破断伸び率が不足し、そして母材鋼板１のＭｎ質量分数＞４．０％であると、焼入れ性が高すぎて、組織の精密制御には不利であるため、Ｍｎの質量分数を０．５－４．０％とする。いくつかの実施形態では、母材鋼板中のＭｎの質量分数が２．０－４．０％である。

任意選択的に、溶融メッキステップでは、亜鉛釜に入る時の鋼板温度が４５０－５２０℃であり、メッキ液温度が４５０－５００℃であり、メッキ液は、質量で０．１０－０．１５％のＡｌを含有し、残部がＺｎと避けられない不純物であり、溶融メッキステップ完了後の鋼板の片面あたりの亜鉛めっき付着量が３０－９０ｇ／ｍ^２である。

溶融メッキの後、鋼板の断面が図２（ｃ）に示す様子から図２（ｄ）に示す様子に変化し、鋼板上には純亜鉛メッキ層５が形成される。亜鉛釜に入る時の鋼板温度とメッキ液温度は鋼板とメッキ液の間の反応に影響を与えるため、亜鉛釜に入る時の鋼板温度とメッキ液温度が低すぎると、反応速度が遅く、効率が低下し、そして亜鉛釜に入る時の鋼板温度とメッキ液温度が高すぎると、反応速度が速すぎて、「爆発組織」が形成されるため、後続の合金化過程中におけるメッキ層Ｆｅ含有量の制御には不利である。そのため、溶融メッキにおいて、亜鉛釜に入る時の鋼板温度は４５０－５２０℃とし、メッキ液温度は４５０－５００℃とするが、亜鉛釜に入る時の鋼板温度が４７０－５００℃であり、メッキ液温度が４６０－４８０℃である場合、反応速度が適切であるため、亜鉛釜に入る時の鋼板温度を４７０－５００℃、メッキ液温度を４６０－４８０℃とすることが好ましい。メッキ液中には、質量で０．１０－０．１５％Ａｌ、好ましくは０．１０－０．１２％Ａｌが含有される。溶融メッキステップ完了後の鋼板の片面あたりの亜鉛めっき付着量＜３０ｇ／ｍ^２であると、耐食性が悪く、そして片面あたりの亜鉛めっき付着量＞９０ｇ／ｍ^２であると、亜鉛鉄合金メッキ層６の成形性が悪く、粉末化・脱落しやすく、そして合金化の進展に影響を与えるため、鋼板に十分なメッキ層Ｆｅ含有量と高破断伸び率を両立させることには不利であるため、溶融メッキステップ完了時の鋼板の片面あたりの亜鉛めっき付着量を３０－９０ｇ／ｍ^２とする。

任意選択的に、合金化処理ステップの鋼板温度≦５００℃、時間≦２５秒とする。
合金化処理の後、鋼板の断面が図２（ｄ）に示す様子から図２（ｅ）に示す様子に変化し、合金化処理過程において、純亜鉛メッキ層５のＺｎとマトリックス鋼板１’のＦｅが相互に拡散し、鋼板上には亜鉛鉄合金メッキ層６が形成される。合金化処理ステップの鋼板温度、時間は、いずれも残留オーステナイトの安定性およびメッキ層Ｆｅ含有量に影響を与え、鋼板温度＞５００℃もしくは時間＞２５秒であると、鋼板中における残留オーステナイトの安定性が低下し、残留オーステナイトの相比例が減少するため、鋼板の破断伸び率が低下し、そして亜鉛鉄の拡散程度が高すぎるようになり、亜鉛鉄合金メッキ層６の耐粉末化性能が悪化するため、合金化処理ステップの鋼板温度≦５００℃、時間≦２５秒とし、そして鋼板温度≦４８０℃、時間≦２０秒であると、鋼板中における残留オーステナイトの相比例がより高く、鋼板の破断伸び率がより高いため、合金化処理ステップの鋼板温度は好ましくは≦４８０℃であり、時間は好ましくは≦２０秒である。

任意選択的に、合金化処理ステップの鋼板温度≧４６０℃、時間≧５秒とする。
合金化処理ステップの鋼板温度、時間は、いずれもメッキ層Ｆｅ含有量に影響を与え、温度＜４６０℃もしくは時間＜５秒であると、亜鉛鉄の拡散が不十分になり、メッキ層Ｆｅ含有量が不足するため、合金化処理ステップの鋼板温度≧４６０℃、時間≧５秒とする。

任意選択的に、第一加熱段階の出口温度を５７０－７５０℃とする。
出口温度は、母材鋼板１の酸化程度に影響を与え、当該温度＜５７０℃であると、母材鋼板１の酸化程度が低すぎて、鋼板表面での蓄積に対する抑制作用が十分に得られなく、そして当該温度＞７５０℃であると、母材鋼板１の酸化程度が高すぎて、後続の還元およびメッキ層付着性には不利であるため、第一加熱段階の出口温度を５７０－７５０℃とし、そして出口温度が６００－７２０℃であると、酸化程度が適切であるため、第一加熱段階の出口温度は好ましくは６００－７２０℃である。

任意選択的に、均熱段階での鋼板温度を７５０－９３０℃とし、時間を３０－３００秒とする。

均熱段階の鋼板温度はオーステナイトの形成に影響を与え、鋼板温度＜７５０℃であると、鋼板のオーステナイト化が不十分であり、そして鋼板温度＞９３０℃であると、鋼板には粗大なオーステナイト結晶粒が形成され、鋼板性能には不利であるため、均熱段階の鋼板温度は７５０－９３０℃とする。なぜなら、均熱段階の時間＜３０秒であると、鋼板のオーステナイト化が不十分であり、そして均熱段階の時間＞３００秒であると、生産効率が影響されるため、均熱段階の時間を３０－３００秒とする。

任意選択的に、第一加熱雰囲気のＯ_２体積分率が０．０３－０．３％である。
第一加熱雰囲気のＯ_２体積分率が０．０３－０．３％であると、母材鋼板１の酸化程度がさらに適切であるため、第一加熱雰囲気のＯ_２体積分率は好ましくは０．０３－０．３％とする。

任意選択的に、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気のＨ_２体積分率≦１０％である。
第二加熱雰囲気、均熱雰囲気のＨ_２体積分率＞１０％以降、酸化鉄３に対する還元作用が増加しなく、コストの点から考慮すると、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気のＨ_２体積分率≦１０％とする。

いくつかの実施形態では、第二加熱雰囲気および均熱雰囲気のＨ_２体積分率は０．５－１０％、好ましくは２－１０％とする。

任意選択的に、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気の露点≦３０℃とする。
露点＞３０℃以降、酸化鉄３とマトリックス鋼板１’の界面、還元鉄４とマトリックス鋼板１’の界面での蓄積に対する抑制作用が増加しないため、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気の露点≦３０℃とする。

任意選択的に、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気の露点≧－１０℃とする。

雰囲気露点≧－１０℃であると、酸化鉄３とマトリックス鋼板１’、および還元鉄４とマトリックス鋼板１’の界面での蓄積に対する抑制作用が顕著であるため、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気の露点は好ましくは≧－１０℃とする。

任意選択的に、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気の露点≧０℃とする。
雰囲気露点≧０℃であると、酸化鉄３とマトリックス鋼板１’、および還元鉄４とマトリックス鋼板１’の界面での蓄積に対する抑制作用がより顕著であるため、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気、均熱雰囲気の露点は好ましくは≧０℃とする。

いくつかの実施形態では、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気および均熱雰囲気の露点は、－２０℃～３０℃である。いくつかの実施形態では、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気および均熱雰囲気の露点は、－１０℃～３０℃である。いくつかの実施形態では、第一加熱雰囲気、第二加熱雰囲気および均熱雰囲気の露点は、０℃～３０℃である。

本発明はさらに、上記製造方法によって作製される溶融亜鉛メッキ鋼板を提供する。
任意選択的に、鋼板は、外から内への順に、亜鉛鉄合金メッキ層６と内部酸化層２とを含み、亜鉛鉄合金メッキ層６が、質量で７－１３％のＦｅを含有し、組織中における残留オーステナイトの相比例≧５％、鋼板の引張強度≧９８０ＭＰａ、破断伸び率≧２０％である。

本発明はさらに、上記溶融亜鉛メッキ鋼板から作製される車両用部品を提供する。

実施例１－１１と比較例１－６
表１に示される成分を有する母材鋼板を選び、下記製造方法によって、実施例１－１１と比較例１－６の溶融亜鉛メッキ鋼板を製造した。

（１）第一加熱段階：母材鋼板を環境温度から出口温度に加熱し、雰囲気はＯ_２雰囲気であり、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、そして露点に対し制御を行った。

（２）第二加熱段階：鋼板を出口温度から均熱段階の鋼板温度に加熱し、雰囲気はＨ_２雰囲気であり、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、そして露点に対し制御を行った。

（３）均熱段階：鋼板に対し保温を行い、雰囲気はＨ_２雰囲気、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、そして露点に対し制御を行った。

（４）第一冷却段階：鋼板を均熱段階の鋼板温度から亜鉛釜に入る時の鋼板温度に冷却し、冷却速度≧１０℃／ｓであった。

（５）溶融メッキ：鋼板をメッキ液に浸し込み、メッキ液はメッキ液温度に維持され、Ａｌおよび避けられない不純物である残部を含有し、溶融メッキ完了後の鋼板の片面あたりの亜鉛めっき付着量が３０－９０ｇ／ｍ^２であった。

（６）合金化処理：溶融メッキ後の鋼板を合金化処理ステップでの鋼板温度に制御し、保温を行い、亜鉛鉄合金メッキ層を形成させた。

（７）第二冷却段階：鋼板を合金化処理ステップの鋼板温度から環境温度に冷却した。
比較例７
表１に示される成分を有する母材鋼板を選び、下記製造方法によって、比較例７の溶融亜鉛メッキ鋼板を製造した。

（１）第一加熱段階および第二加熱段階：母材鋼板を環境温度から均熱段階の鋼板温度に加熱し、雰囲気はＨ_２雰囲気であり、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、そして露点に対し制御を行った。

（２）－（６）については、実施例１－１１と比較例１－６の製造方法の（３）－（７）と同様である。

性能測定方法：
下記の測定方法の記載に従い、溶融亜鉛メッキ鋼板に対し性能測定を行い、各測定結果は表１に示す：
（１） 引張強度（ＭＰａ）
万能引張試験機を使用し、ＧＢ／Ｔ２２８．１－２０１０に記載の方法で測定した。

（２） 破断伸び率（％）
万能引張試験機を使用し、ＧＢ／Ｔ２２８．１－２０１０に記載の方法で測定した。

（３） メッキ層Ｆｅ含有量（％）
鋼板から打抜された直径５０ｍｍの円プレートを測定品に選び、ヘキサメチレンテトラミンバッファーが添加された体積で１０％の塩酸溶液を使用して、メッキ層を溶下し、ＩＣＰ－ＡＥＳ法によってＦｅ含有量を測定した。

（４） オーステナイト相比例（％）
断面金相を作製した後、走査電子顕微鏡電子後方散乱回折装置（ＥＢＳＤ）を採用し、各相に対し同定と定量分析を行い、残留オーステナイトの相比例を算出した。

金相写真の撮影方法：
下記撮影方法での記載に基づき、溶融亜鉛メッキ鋼板に対し金相撮影を行い、写真は図３、４に示す。

断面金相を作製した後に、金相顕微鏡で撮影した。

結果は表１に示される。実施例１－１１からわかるように、本発明の製造方法で得られる溶融亜鉛メッキ鋼板は、引張強度≧９８０Ｍｐａ、メッキ層Ｆｅ含有量は質量で７－１３％の範囲内にあり、破断伸び率≧２０％であった。高Ｓｉ、Ｍｎ含有量の鋼板を母材として高引張強度が得られると同時に、十分なメッキ層Ｆｅ含有量と高破断伸び率が両立できた。図３は、実施例１で得られた溶融亜鉛メッキ鋼板の断面金相写真を示し、亜鉛鉄合金メッキ層の合金化が十分で、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素から形成される内部酸化層が厚いため、鋼板表面、および酸化鉄とマトリックス鋼板の界面、還元鉄とマトリックス鋼板の界面での蓄積程度が相対的に弱いことがわかる。

比較例１に関しては、それが第一加熱段階中におけるＯ_２含有量が不足するため、母材鋼板の酸化程度が不足し、酸化鉄によるＳｉ、Ｍｎ合金元素が鋼板表面での蓄積に対する抑制作用が悪く、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が鋼板表面において連続の酸化物を形成し、合金化速度に影響を与え、その結果、合金化温度を５５０℃に高め、合金化時間を３０ｓに延長し、オーステナイト含有量が低下し、鋼板の破断伸び率はわずか１７％である。

比較例２に関しては、第一加熱段階の露点が低すぎて、－３０℃であるため、露点によるＳｉ、Ｍｎ合金元素の蓄積に対する抑制作用が悪くなり、特に酸化鉄とマトリックス鋼板との界面での蓄積に対する抑制作用が悪くなり、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が当該界面において連続の酸化物を形成し、合金化速度に影響を与え、その結果、合金化温度を５３０℃に高め、オーステナイト含有量が低下し、鋼板の破断伸び率はわずか１４．７％であり、且つメッキ層の鉄含有量はわずか３．７％である。

比較例３に関しては、第一加熱段階の出口温度が低すぎて、わずか５５０℃であるため、母材鋼板の酸化程度が不足し、酸化鉄によるＳｉ、Ｍｎ合金元素が鋼板表面での蓄積に対する抑制作用が悪く、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が鋼板表面において連続の酸化物を形成し、合金化速度に影響を与え、メッキ層の鉄含有量はわずか５．２％である。

比較例４に関しては、それが第一加熱段階中におけるＯ_２含有量が高すぎるため、母材鋼板の酸化程度が高すぎて、後続の還元が十分できず、メッキ層付着性が悪く、そして溶融メッキステップのメッキ液温度が低すぎて、わずか３６０℃であるため、メッキ液と鋼板の反応が良くなく、しかも合金化温度を５１０℃に高めるため、オーステナイト含有量が低下し、鋼板の破断伸び率はわずか１８．８％であり、メッキ層の鉄含有量はわずか２．５％である。

比較例５に関しては、第二加熱段階の露点が低すぎて、－２５℃であるため、露点によるＳｉ、Ｍｎ合金元素の蓄積に対する抑制作用が悪くなり、特に界面（ここでの界面は酸化鉄とマトリックス鋼板の界面および還元鉄とマトリックス鋼板の界面を含む）での蓄積に対する抑制作用が悪くなり、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が当該界面において連続の酸化物を形成し、合金化速度に影響を与え、その結果、メッキ層の鉄含有量はわずか３．４％である。

比較例６に関しては、均熱段階の露点が低すぎて、－２５℃であるため、露点によるＳｉ、Ｍｎ合金元素の蓄積に対する抑制作用が悪くなり、特に界面（ここでの界面は酸化鉄とマトリックス鋼板の界面および還元鉄とマトリックス鋼板の界面を含む）での蓄積に対する抑制作用が悪くなり、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が当該界面において連続の酸化物を形成し、合金化速度に影響を与え、その結果、メッキ層の鉄含有量はわずか２．８％である。

比較例７に関しては、第一加熱段階はＨ_２雰囲気であり、Ｏ_２雰囲気ではないため、鉄の酸化層が形成されず、マトリックス鋼板と酸化鉄もしくは還元鉄の界面も存在しないため、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素の蓄積が抑制されず、合金化速度に影響を与え、その結果、合金化温度を５５０℃に高め、オーステナイト含有量が低下し、鋼板の破断伸び率はわずか１６％であり、メッキ層の鉄含有量はわずか２．３％である。図４は、比較例７で得られる溶融亜鉛メッキ鋼板の断面金相写真を示し、亜鉛鉄合金メッキ層の合金化が不十分で、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素から形成された内部酸化層が薄く、鋼板表面での蓄積程度が相対的に強いことがわかる。

以上に記載されたとおり、本発明によって提供される溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法は、加熱と均熱段階の雰囲気の制御により、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が鋼板表面での蓄積のみならず、Ｓｉ、Ｍｎ合金元素が酸化鉄とマトリックス鋼板の界面、および還元鉄とマトリックス鋼板の界面での蓄積も抑制し、溶融亜鉛メッキ鋼板は高Ｓｉ、Ｍｎ含有量の鋼板を母材とする時でも、合金化処理ステップにおいて適切な鋼板温度、時間を選択できるため、十分なメッキ層Ｆｅ含有量と高破断伸び率を両立させやすく、車両用部品に適用する。

上述の実施例はあくまでも本発明の原理およびその効果を例示的に説明するものであり、本発明を限定するものではない。この技術に詳しい人物であれば、本発明の精神および範囲を逸脱せず、上述の実施例に対し修正もしくは改変を行うことができる。そのため、当該技術領域において通常の知識を有するものが、本発明に開示される精神と技術構成を離脱せずに行う全ての等価修正もしくは改変は、本発明の請求項に含まれる。

（ａ）．いかなるステップも行わず；（ｂ）．第一加熱段階の後；（ｃ）．第二加熱段階および均熱段階の後；（ｄ）．溶融メッキステップの後；（ｅ）．合金化処理ステップの後。１．母材鋼板；１’．マトリックス鋼板；２．内部酸化層；３．酸化鉄；４．還元鉄；５．純亜鉛メッキ層；６．亜鉛鉄合金メッキ層。

Claims (15)

1. 質量で０．５％以上のＳｉと０．５％以上のＭｎを含有する母材鋼板に対し、熱処理ステップ、溶融メッキステップおよび合金化処理ステップを順次に行うことを含む溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法であって、
   前記熱処理ステップは、第一加熱段階と均熱段階を含み、
   前記第一加熱段階の第一加熱雰囲気は、０．０１－０．５％の体積分率、好ましくは０．０３－０．３％の体積分率のＯ_２を含有し、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、前記均熱段階の均熱雰囲気は、０．５％以上の体積分率のＨ_２を含有し、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、前記第一加熱雰囲気と前記均熱雰囲気の露点≧－２０℃とする、溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法。
2. 前記熱処理ステップはさらに第二加熱段階を含み、前記第二加熱段階の第二加熱雰囲気が、０．５％以上の体積分率のＨ_２を含有し、残部がＮ_２と避けられない不純物であり、前記第二加熱雰囲気の露点≧－２０℃とする、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記母材鋼板は、質量で０．１－０．３％のＣ、０．５－３．０％のＳｉ、０．５－４．０％のＭｎを含有し、残部がＦｅと避けられない不純物である、請求項１に記載の製造方法。
4. 溶融メッキステップでは、亜鉛釜に入る時の鋼板温度が４５０－５２０℃であり、メッキ液温度が４５０－５００℃であり、メッキ液は、質量で０．１０－０．１５％のＡｌを含有し、残部がＺｎと避けられない不純物であり、前記溶融メッキステップ完了後の鋼板の片面あたりの亜鉛めっき付着量が３０－９０ｇ／ｍ^２である、請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法。
5. 前記合金化処理ステップの鋼板温度≦５００℃とし、合金化処理時間≦２５秒とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法。
6. 前記合金化処理ステップの鋼板温度≧４６０℃とし、合金化処理時間≧５秒とする、請求項５に記載の製造方法。
7. 前記第一加熱段階の出口温度を５７０－７５０℃とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法。
8. 前記均熱段階の鋼板温度を７５０－９３０℃とし、時間を３０－３００秒とする、請求項１～３のいずれか一項に記載の製造方法。
9. 前記第二加熱雰囲気、前記均熱雰囲気のＨ_２体積分率≦１０％である、請求項２に記載の製造方法。
10. 前記第一加熱雰囲気、前記第二加熱雰囲気、前記均熱雰囲気の露点≦３０℃とする、請求項２に記載の製造方法。
11. 前記第一加熱雰囲気、前記第二加熱雰囲気、前記均熱雰囲気の露点≧－１０℃とする、請求項２に記載の製造方法。
12. 前記第一加熱雰囲気、前記第二加熱雰囲気、前記均熱雰囲気の露点≧０℃とする、請求項２に記載の製造方法。
13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の製造方法によって作製される、溶融亜鉛メッキ鋼板。
14. 前記鋼板は、外から内への順に、亜鉛鉄合金メッキ層と内部酸化層とを含み、前記亜鉛鉄合金メッキ層が、質量で７－１３％のＦｅを含有し、組織中における残留オーステナイトの相比例≧５％、前記鋼板の引張強度≧９８０ＭＰａ、破断伸び率≧２０％である、請求項１３に記載の溶融亜鉛メッキ鋼板。
15. 請求項１３～１４のいずれか一項に記載の溶融亜鉛メッキ鋼板から作製される、車両用部品。
    

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