JP2023549372A - 耐パウダリング性に優れた焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents

耐パウダリング性に優れた焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法 Download PDF

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ソン-ホ ハン、
チョン-ウォン キム、
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Abstract

耐パウダリング性に優れた焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法が提供される。本発明の焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板は、重量%で、炭素(C):0.0001~0.005%、マンガン(Mn):0.1~1.2%、シリコン(Si):0.02%以下(0%を除く)、リン(P):0.01~0.04%、硫黄(S):0.01%以下(0%を除く)、窒素(N):0.01%以下(0%を除く)、アルミニウム(sol.Al):0.01~0.06%、ニオブ(Nb):0.003~0.015%、ボロン(B):0.0005~0.0035%、クロム(Cr):0.01~0.1%、モリブデン(Mo):0.005~0.05%、チタン(Ti):0.003%以下(0%を除く)、残部Fe及び不可避不純物を含み、下記関係式1-2を満たし、その微細組織がフェライト単相であり、下記関係式3を満たす。

Description

本発明は、耐パウダリング性に優れた焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板の製造に関し、より詳細には、C含量が0.005重量%以下のレベルであり、P含量が400ppm以下に制御された焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板において、溶融亜鉛めっきラインの主な工程因子である焼鈍温度、溶融亜鉛めっきの合金化温度、SPM(skin pass mill、調質圧延)伸び率などを制御することにより、優れた耐パウダリング性を有することができる焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法に関する。
最近、自動車分野では、ヨーロッパをはじめとする先進国において、燃費規制及び性能向上を理由として車体の重量を軽量化しようとする研究が活発に行われており、鉄鋼分野の場合、このような自動車メーカーの軽量化への要求に対応するために、同等級での高強度化、及び鋼板の厚さを競争素材(Mg、Al、CFRPなど)に比べてさらに減少させるなどの努力をしている。また、自動車の外板パネル用素材として適用するためには、一定レベル以上の焼付硬化性を有することが求められる。焼付硬化現象は、プレス部品の加工中に生成された転位に塗装焼付時に活性化された固溶炭素及び窒素が固着して降伏強度が増加する現象であり、焼付硬化性に優れた鋼は塗装焼付の前に成形が容易であり、最終製品において耐デント性が向上する特性を有するため、自動車の外板パネル用素材としては非常に理想的である。さらに、自動車の外板パネル用素材として適用するためには、一定以上の期間にわたって時効(Aging)に対しての保証ができるように一定レベルの耐時効性も有することが求められる。
一般に、焼付硬化性を有する冷延鋼板の製造方法としては、低炭素P添加Al-killed鋼を単に低温で巻取り、すなわち、熱延巻取り温度が400~500℃の温度範囲の低温巻取りを用い、箱焼鈍法により焼付硬化量が約40~50MPaのレベルである鋼が主に使用された。これは、箱焼鈍により成形性と焼付硬化性の両立がより容易であるためであった。連続焼鈍法によるP添加Al-Killed鋼の場合、比較的速い冷却速度を利用するため、焼付硬化性の確保が容易であるのに対し、急速加熱、短時間の焼鈍により成形性が悪化するという問題点があり、加工性が要求されない自動車の外板のみに制限されている。最近、製鋼技術の飛躍的な発達に支えられ、鋼中に適正な固溶元素量の制御が可能であり、Ti又はNbなどの強力な炭窒化物形成元素を添加したAl-Killed鋼板の使用により成形性に優れた焼付硬化型冷延鋼板が製造され、耐デント性が必要な自動車の外板材用としての使用が増加する傾向にある。
一方、ナノサイズのCuS/MnS析出物を活用して結晶粒の微細なMAFE(Micro Alloy Free for Exposed)コンセプトの焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板を製造する技術も提示されているが、500ppmレベルの高いP含量により表面品質に劣るという問題点がある。また、Pの添加により合金化が遅延され、溶融亜鉛めっきの合金化温度を高めて作業を行う必要があり、これにより、めっき層に硬度が高い脆性のΓ相の増加に伴ってプレス部品の成形時に圧縮応力によってめっき層がパウダー状に脱落するパウダリングの問題点が発生する可能性がある。このようなパウダリング欠陥は、めっき層の剥離による耐食性を劣化させ、剥離したパウダーが金型に焼着して鋼板にデントなどの欠陥を誘発する可能性がある。
韓国公開特許KR2014-0048668(2014.04.24公開) 韓国公開特許KR2011-0005414(2011.01.18公開)
本発明は、C含量が0.005重量以下のレベルであり、P含量が400ppm以下に制御された焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板において、鋼の成分を厳しく制御し、溶融亜鉛めっきラインの主要工程条件を制御することにより、耐パウダリング性に優れた焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明において達成しようとする技術的課題は、上記で言及した技術的課題に限定されず、言及されていないさらに他の技術的課題は、以下の記載から本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者に明確に理解されることができる。
したがって、本発明の一側面は、
重量%で、炭素(C):0.0001~0.005%、マンガン(Mn):0.1~1.2%、シリコン(Si):0.02%以下(0%を除く)、リン(P):0.01~0.04%、硫黄(S):0.01%以下(0%を除く)、窒素(N):0.01%以下(0%を除く)、アルミニウム(sol.Al):0.01~0.06%、ニオブ(Nb):0.003~0.015%、ボロン(B):0.0005~0.0035%、クロム(Cr):0.01~0.1%、モリブデン(Mo):0.005~0.05%、残部Fe及び不可避不純物を含み、下記関係式1-2を満たし、その微細組織がフェライト単相であり、下記関係式3を満たす耐パウダリング性に優れた焼付硬化型合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関するものである。
[関係式1]
[Nb]/((93/12)×[C])<0.55
[関係式2]
[Mn]/((55/28)×[Si])>10
[関係式3]
[TS]×[El.]×[Upper-BH]>500,000(MPa×%)
但し、[Upper-BH]は:2%pre-strain後、170℃で20分間焼付(baking)した時のUpper Yield Stress。
また、本発明の他の側面は、
重量%で、炭素(C):0.0001~0.005%、マンガン(Mn):0.1~1.2%、シリコン(Si):0.02%以下(0%を除く)、リン(P):0.01~0.04%、硫黄(S):0.01%以下(0%を除く)、窒素(N):0.01%以下(0%を除く)、アルミニウム(sol.Al):0.01~0.06%、ニオブ(Nb):0.003~0.015%、ボロン(B):0.0005~0.0035%、クロム(Cr):0.01~0.1%、モリブデン(Mo):0.005~0.05%、残部Fe及び不可避不純物を含み、下記関係式1-2を満たす鋼スラブを1000~1250℃の温度で再加熱する段階と、
上記再加熱された鋼スラブを900~1100℃の範囲の温度に熱間圧延する段階と、
上記熱間圧延された鋼板を500~700℃の範囲の温度まで平均冷却速度10~70℃/secで冷却した後、巻き取る段階と、
上記巻き取られた熱延鋼板を70~90%の圧下率で冷間圧延した後、740~850℃の温度範囲で連続焼鈍する段階と、
上記連続焼鈍された冷延鋼板を溶融亜鉛系めっき浴に浸漬した後、450~540℃の温度範囲で合金化することにより溶融亜鉛系めっき鋼板を製造する段階と、
上記製造された溶融亜鉛めっき鋼板を0.5~2.0%の圧下率の範囲で調質圧延を行う段階と、を含み、下記関係式4を満たす耐パウダリング性に優れた焼付硬化型合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関するものである。
[関係式1]
[Nb]/((93/12)×[C])<0.55
[関係式2]
[Mn]/((55/28)×[Si])>10
[関係式4]
Powdering=[-14.2+0.0362×(GA)-0.970×(CGL SPM El.)]<3
但し、(GA)は溶融亜鉛めっきの合金化温度、(CGL SPM El.)は連続溶融亜鉛めっきラインの調質圧延伸び率である。
上記調質圧延された溶融亜鉛めっき鋼板は、下記関係式3を満たすことができる。
[関係式3]
[TS]×[El.]×[Upper-BH]>500,000(MPa×%)
但し、[Upper-BH]は:2%pre-strain後、170℃で20分間焼付(baking)した時のUpper Yield Stress。
上述のような構成の本発明によれば、添加する合金元素の組成及び製造方法を適切に制御することにより、焼付硬化性を評価するUpper BH(Baking Hardening)値と基本的な引張試験の強度、伸び率の総合指標であるTS×El.×Upper-BH値が500,000(MPa×%)以上を有し、耐パウダリング性が3以下であり、優れた焼付硬化特性を有する溶融亜鉛めっき鋼板を効果的に提供することができる。
それぞれ本実施例において、発明例1と比較例4の溶融亜鉛めっき鋼板の溶融亜鉛めっき後の合金化めっき層のBSEイメージ(×7000)及びEDS成分分析の結果を示す図である。
以下、本発明について説明する。
本発明者らは、鋼の組成成分、焼鈍及び操業の条件が特定の関係を満たすときに目標とする物性を確保できることを実験を通じて確認し、本発明を完成するに至った。具体的に、本発明は、素地鋼板上に溶融亜鉛めっき層が形成された焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板に関するものであって、上記素地鋼板は、重量%で、炭素(C):0.0001~0.005%、マンガン(Mn):0.1 ~1.2%、シリコン(Si):0.02%以下(0%を除く)、リン(P):0.01~0.04%、硫黄(S):0.01%以下(0%を除く)、窒素(N):0.01% 以下(0%を除く)、アルミニウム(sol.Al):0.01~0.06%、ニオブ(Nb):0.003~0.015%、ボロン(B):0.0005~0.0035%、クロム(Cr):0.01~0.1%、モリブデン(Mo):0.005~0.05%、残部Fe及び不可避不純物を含み、下記関係式1-2を満たし、その微細組織がフェライト単相であり、下記関係式3を満たす。
以下では、まず、本発明の溶融亜鉛めっき鋼板をなす素地鋼板の鋼の組成成分及びその含量の制限理由について説明する。一方、ここで「%」とは、特に断りのない限り「重量%」を意味する。
・炭素(C):0.0001~0.005%
炭素は、侵入型固溶元素であって、鋼の強度向上に最も効果的かつ重要な元素である。極低炭素鋼において、冷延及び焼鈍過程で鋼板の内部に固溶し、調質圧延により形成された転位と相互作用(Locking)して焼付硬化能を発揮するため、基本的にC含量が高いほど焼付硬化能は向上する。しかし、多すぎる固溶炭素が材料内に存在すると、部品の成形時に表面にオレンジピール(Orange Peel)という欠陥を引き起こす時効不良を招く。本発明によれば、その含量が0.005%を超える場合、成形性の観点からも不利であり、常温耐時効性に大きく劣り、部品への適用に限界があるため、その範囲を0.0001~0.005%に限定する。好ましくは、C含量を0.0005~0.004%の範囲に管理する。
・マンガン(Mn):0.1~1.2%
マンガンは固溶強化元素であって、強度上昇に寄与するだけでなく、鋼中のSをMnSとして析出させる役割をする。上記Mnの含量が0.1%未満の場合、MnSを効果的に析出させることができず、絞り性が低下する。一方、1.2%を超える場合、強度が増加してもMn含量が過剰に固溶し、この場合にもやはり絞り性が低下するという問題があるため、上記Mnの含量は0.1~1.2%に制限することが好ましい。好ましくは、Mnの含量を0.2~1.0%の範囲に管理する。
・シリコン(Si):0.02%以下(0%を除く)
シリコンは固溶強化により鋼板の強度上昇に寄与するが、0.02%以上添加されると、表面欠陥を引き起こすという問題点がある。特に、後述する関係式2の[Mn]/[Si]の原子比が10を超える場合、表面品質に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造することができる。
・リン(P):0.01~0.04%
リンは極低炭素鋼において固溶強化の効果に最も優れており、絞り性を大きく損なうことなく、鋼の強度確保に効果的な元素である。特に、上記Pは、結晶粒界に容易に偏析して焼鈍時に結晶粒の成長を阻害し、結晶粒が微細化することにより常温耐時効性の向上に役立つ。しかし、上記Pの含量が0.01%未満の場合、目的とする強度の確保が不可能である。一方、0.04%を超える場合、表層部のP偏析により溶融亜鉛めっき後の表面にナイフ傷のような線状の欠陥を引き起こす。また、高いP含量は、溶融亜鉛めっきの合金化を遅らせるため、合金化温度を高くしなければならず、これによりめっき層に脆性的なFe-Zn金属間化合物(Γ)が増加してパウダリング性に劣るという問題点がある。好ましくは、Pの含量を0.015~0.04%の範囲に制御する。
本発明では、核心元素であるP含量を制御し、焼付硬化性及び耐パウダリング性を確保するために他の合金元素及び工程の製造条件を最適化した。
・硫黄(S):0.01%以下(0%を除く)
硫黄は鋼中に不可避に含まれる不純物であって、できるだけその含量を低く管理することが好ましい。特に、鋼中の硫黄は赤熱脆性を発生させる可能性を高めるため、その含量を0.01%以下に管理する。
・窒素(N):0.01%以下(0%を除く)
窒素は鋼中に不可避に含まれる不純物であって、できるだけその含量を低く管理することが重要であるが、このためには、鋼の精錬コストが急激に上昇するという問題があるため、操業条件が可能な範囲である0.01%以下に管理する。
・アルミニウム(sol.Al):0.01~0.06%
酸可溶アルミニウムは粒度微細化及び脱酸のために添加される元素であって、その含量が0.01%未満の場合は、通常の安定した状態でアルミニウムキルド(Al-killed)鋼を製造することができない。一方、その含量が0.06%を超える場合、結晶粒微細化効果により強度上昇には有利であるものの、製鋼の連鋳操業時に介在物が過剰に形成され、めっき鋼板の表面不良が発生する可能性が高くなるだけでなく、製造コストの急激な上昇を招くという問題がある。したがって、本発明では、酸可溶アルミニウムの含量を0.01~0.06%に制御する。
・ニオブ(Nb):0.003~0.015%
ニオブは、熱間圧延中に鋼中の炭素と結合してNbCとして析出することで固溶炭素を減少させ、焼付硬化能及び耐時効性に影響を及ぼす。NbCとして析出する鋼中のC含量が増加するほど、固溶するC含量が低くなり、耐時効特性の観点からは有利であっても焼付硬化性は減少する。適切なレベルの固溶炭素の制御は、常温耐時効性を確保することを前提にして優れた焼付硬化性を得ることができ、このような固溶炭素を制御する重要な元素はニオブである。
ニオブの含量が0.003%未満の場合には、NbCとして析出する炭素がほとんどなく、鋼中のCのほとんどは固溶炭素として残存するため、焼付硬化性には有利であるものの、常温耐時効性には劣るという問題が発生し、部品への適用には限界がある。また、その含量が0.015%を超える場合、逆に鋼中のCは、ほとんどがNbCとして析出し、固溶C含量が絶対的に不足するため、常温耐時効性には有利であっても、GA鋼板で要求される30MPa以上のUpper BH値を確保することはできない。したがって、本発明では、Nb含量を0.003~0.015%に管理することが好ましい。より好ましくは、Nb含量を0.0035~0.010%の範囲に制御する。
また、後述する関係式1にて述べたように、[Nb]/[C]の原子比が0.55未満の場合、耐時効性を阻害することなく焼付硬化性に優れることができる。
・ボロン(B):0.0005~0.0035%
ボロンは、P成分を多量に含有した極低炭素鋼において、粒界脆化による2次加工脆性を防止するために添加される元素である。通常、Bはその他の元素に比べて粒界偏析の傾向が高く、粒界へのP偏析をボロンの添加により抑制させることで、2次加工脆性を防止する役割をする。また、ボロンが上記発明の範囲で添加される場合、焼付(baking)時に転位との相互作用を増加させて焼付硬化性の確保が可能であり得る。但し、0.0035%を超える場合には、溶融亜鉛めっき鋼板におけるめっき層の剥離が発生するおそれがあり、その含量を0.0005~0.0035%に制限することが好ましい。より好ましくは、B含量を0.0005~0.003%の範囲に管理する。
・クロム(Cr):0.01~0.1%
クロムは、鋼の硬化能を向上させ、高強度を確保するために添加される成分であり、マルテンサイトの形成に非常に重要な役割を果たす元素であるが、本発明の焼付硬化型鋼板の場合は、フェライト安定化元素として、P含量の制御による強度確保のために強度を上昇させる目的で添加する。本発明の範囲を超えて添加する場合、裸板耐食性の問題が生じる可能性があり、合金鉄コストが過度に増加し得るという問題があるため、本発明の範囲レベルで添加する。より好ましくは、Cr含量を0.02~0.08%の範囲に制御する。
・モリブデン(Mo):0.005~0.05%
モリブデンもクロムと同様に、鋼の硬化能を向上させる元素であり、0.005~0.05%程度の添加により高い硬化能効果が得られる元素である。本発明の焼付硬化型鋼板の場合は、フェライト安定化元素であり、本発明の範囲だけモリブデンを添加すると、圧延中にMo-P compoundを形成することによりP偏析帯を減少させ、溶融亜鉛めっき鋼板の表面品質を良好にすることができる。上記範囲以上に添加される場合、合金鉄コストを過度に増加させるため、本発明の範囲レベルで添加する。より好ましくは、Mo含量を0.01~0.04%の範囲に管理する。
・関係式1及び関係式2
本発明では、下記関係式1により定義される原子比は0.55未満に制御されることが要求される。もし、上記[Nb]と[C]の原子比が0.55以上の場合、NbCとして析出する量が増加し、固溶C含量が絶対的に不足するため、GA鋼板において要求される30MPa以上のUpper BH値の確保が難しくなる可能性がある。
また、本発明では、下記関係式2により定義される[Mn]と[Si]の原子比は10を超えることが要求される。もし、上記原子比が10以下の場合、焼鈍時に表面Mn-Si複合酸化物の形成により鋼板の表面品質が劣るおそれがある。
[関係式1]
[Nb]/((93/12)×[C])<0.55
[関係式2]
[Mn]/((55/28)×[Si])>10
その他、本発明の残りの成分は鉄(Fe)である。但し、通常の製造過程では、原料又は周囲環境から意図しない不純物が不可避に混入することがあるため、これを排除することはできない。これらの不純物は、通常の製造過程における技術者であれば誰でも分かるものであるため、本明細書では特にその全ての内容を言及しない。
一方、本発明の溶融亜鉛めっき鋼板をなす素地鋼板は、その微細組織がフェライト単相であり、下記関係式3を満たす。
[関係式3]
[TS]×[El.]×[Upper-BH]>500,000(MPa×%)
但し、[Upper-BH]は:2%pre-strain後、170℃で20分間焼付(baking)した時のUpper Yield Stress。
上記関係式3は、焼付硬化能の指標である[Upper-BH]値と基本的な引張物性である引張強度、伸び率との総合指標に関連した式である。もし関係式3が500,000(MPa×%)以下の場合、通常要求される引張強度と伸び率、U-BH値が下限値を超えるため、物性に劣ることがある。
次に、本発明の耐パウダリング性及び焼付硬化性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について詳細に説明する。
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、上記鋼の組成成分及び下記関係式1-2を満たす鋼スラブを1000~1250℃の温度で再加熱する段階と、上記再加熱された鋼スラブを900~1100℃の範囲の温度に熱間圧延する段階と、上記熱間圧延された鋼板を500~700℃の範囲の温度まで平均冷却速度10~70℃/secで冷却した後、巻き取る段階と、上記巻き取られた熱延鋼板を70~90%の圧下率で冷間圧延した後、740~850℃の温度範囲で連続焼鈍する段階と、上記連続焼鈍された冷延鋼板を溶融亜鉛系めっき浴に浸漬した後、450~540℃の温度範囲で合金化することにより溶融亜鉛系めっき鋼板を製造する段階と、上記製造された溶融亜鉛めっき鋼板を0.5~2.0%の圧下率の範囲で調質圧延を行う段階と、を含み、下記関係式4を満たす。
まず、上述した成分系を有する鋼スラブを1000~1250℃の温度で再加熱する。本工程は、後続する熱間圧延工程を円滑に行い、目標とする鋼板の物性を十分に得るために行われる。このとき、上記再加熱温度が1000℃未満であると、スラブ介在物等が十分に再溶解されず、熱間圧延の後に材質ばらつきの発生及び表面欠陥の原因となることがあり、1250℃を超えると、オーステナイト結晶粒の異常粒成長により強度が低下するため、上記再加熱温度は1000~1250℃に制限することが好ましい。
次いで、本発明では、上記再加熱された鋼スラブを900~1100℃の範囲の温度に熱間圧延する。このとき、もし1100℃より高い温度で熱間圧延を開始すると、熱延鋼板の温度が高くなって結晶粒サイズが粗大になり、熱延鋼板の表面品質が劣るようになる。また、熱間圧延を900℃より低い温度で終了すると、過度な再結晶の遅延により延伸された結晶粒の発達及び高降伏比が得られるため、冷間圧延性に劣り、せん断加工性も悪くなる。
そして、本発明では、上記熱間圧延された鋼板を500~700℃の範囲の温度まで平均冷却速度10~70℃/secで冷却した後、巻き取る。
このとき、500℃未満に冷却して巻き取ると、低すぎる巻取り温度により鋼板形状が劣り、微細な結晶粒の形成により延性の劣化が予想される。一方、700℃を超えて冷却した後に巻き取られると、粗大なフェライト結晶粒が形成され、粗大な炭化物と窒化物が形成されやすくなるため、鋼の材質が劣るおそれがある。
また、上記冷却時の平均冷却速度が10℃/sec未満であると、粗大なフェライト結晶粒が形成され、微細組織が不均一となり、平均冷却速度が70℃/secを超えると、これもやはり板形状の歪み等が発生するだけでなく、 板の厚さ方向への微細組織も不均一となり、鋼のせん断加工性に劣るおそれがある。
次いで、本発明では、上記巻き取られた熱延鋼板を70~90%の圧下率で冷間圧延した後、740~850℃の温度範囲で連続焼鈍する。
本発明では、上記巻き取られた熱延鋼板に対する冷間圧延時、冷間圧下率は70~90%の範囲とすることが好ましい。もし、冷間圧下率が70%未満の場合、目標とする厚さの確保が難しく、鋼板の形状矯正が難しくなる可能性がある。一方、冷間圧下率が90%を超える場合、鋼板のエッジ(edge)部においてクラックが発生することがあり、冷間圧延の負荷が生じる可能性がある。
一方、このとき、主に5~6個のスタンドで構成される圧延機を用いて圧延するにあたり、最初のスタンド圧下率を20~40%に設定して冷延鋼板を製造する。これは、最初のスタンド圧下率が20%未満である場合、低い圧下率により熱延鋼板の形状制御に限界があり、40%を超える場合には、初期スタンド圧下率の増加による設備の負荷があるためである。初期スタンド圧下率は25~35%であることがさらに好ましい。
そして、上記冷間圧延された冷延鋼板をめっきラインが含まれた連続焼鈍ラインで連続焼鈍し、このとき、焼鈍温度を740~850℃の範囲に管理することが好ましい。もし、上記焼鈍温度が740℃未満であると、冷間圧延時の組織において十分なフェライト再結晶が完了せず、混粒組織が発生し、850℃を超えると、過度な高温焼鈍による現場設備のトラブルが発生する可能性が非常に高くなり、結晶粒も粗大になりすぎるため、本発明で要求する特性が確保できない。連続焼鈍の後は、通常の作業条件で冷却される。
続いて、本発明では、上記連続焼鈍された冷延鋼板を溶融亜鉛系めっき浴に浸漬した後、450~540℃の温度範囲で合金化することにより溶融亜鉛系めっき鋼板を製造する。
溶融亜鉛めっき材の場合は、融解亜鉛めっき浴温度である440~480℃の範囲の通常的な条件で行うことができる。
そして、上記溶融亜鉛めっき後450~540℃の温度範囲で合金化を行うことが好ましい。もし、合金化温度が450℃より低い場合、焼鈍鋼板の全幅において非めっき部位が発生する可能性があり、合金化温度が540℃を超える場合、過度な合金化による脆性的なFe-Zn金属間化合物(Γ)の影響によりパウダリング特性に劣るようになる。
また、本発明では、上記溶融亜鉛めっき後の調質圧延を0.5~2.0%の範囲で行う。もし調質圧延伸び率が0.5%以下である場合、十分な転位が形成されず、板形状の観点からも不利であり、めっきの表面欠陥が発生するおそれがある。一方、2%を超える場合、高い荷重により設備負荷が発生する可能性があり、板破断などの副作用が発生することがある。
一方、本発明では、耐パウダリング性に優れた焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板を製造するために、下記関係式4を満たすように溶融亜鉛めっきの合金化温度(GA)と連続溶融亜鉛めっきラインの調質圧延伸び率(CGL SPM El.)を制御することが好ましい。下記関係式3は、各変数と耐パウダリング性との回帰関係式であり、それによって定義される値が3未満を満たす場合、めっき品質に優れることができる。
[関係式4]
Powdering=[-14.2+0.0362×(GA)-0.970×(CGL SPM El.)]<3
但し、(GA)は溶融亜鉛めっきの合金化温度、(CGL SPM El.)は連続溶融亜鉛めっきラインの調質圧延伸び率である。
以下、実施例を挙げて本発明についてより具体的に説明する。
(実施例)
下記表1のような合金添加元素の化学成分を示す鋼スラブを設けた。次いで、上記鋼スラブを通常の焼付硬化型冷延鋼板を製造する工程を用いて焼付硬化型冷延鋼板を製造した。具体的に、鋼スラブの再加熱温度は約1100℃、熱間圧延仕上げ温度はAr3温度以上の900~940℃、続いて、30~50℃/secの冷却速度で熱延鋼板を冷却した後、580~620℃で巻き取った。続いて、塩酸を用いて熱延板を酸洗した後75~80%の冷間圧延率で冷間圧延して冷延鋼板を製造した。
上記冷間圧延が完了した冷延鋼板は、下記表2のような焼鈍温度で焼鈍した後、通常の条件で冷却した。次いで、溶融亜鉛めっき鋼板を製造するために上記冷延鋼板を通常の条件である460℃内外の温度に保持されている溶融亜鉛めっきポットに浸漬して溶融亜鉛めっきを行い、続いて下記表2のように、合金化温度を異ならせながら合金化処理を行った。そして、溶融亜鉛めっきが完了しためっき鋼板については、下記表2のような条件で調質圧延率を付与して最終の溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。
上記製造されたそれぞれの溶融亜鉛めっき鋼板に対して、JIS規格を用いて圧延直角方向に引張試験を行い、めっき鋼板の降伏強度(YP)、引張強度(TS)及び伸び率(El.)を測定し、その結果を下記表2に示した。また、同じ規格に対して2%pre-strain後、170℃で20分間焼付(baking)した時のUpper Yield Stress[U-BH]を測定し、その結果を下記表2に示した。
また、上述した本発明の関係式3-4を満たすか否かを確認し、満たしている場合を○で、満たしていない場合を×で記入した。
Figure 2023549372000002
*表1において、残余成分はFe及び不可避不純物である。
Figure 2023549372000003
*表2において、SSは連続焼鈍温度、GAは合金化温度、そしてSPM El.は調質圧延伸び率を示す。また、関係式3は[TS]×[El.]×[Upper-BH]>500,000(MPa×%)を、そして関係式4はPowdering=[-14.2+0.0362×(GA)-0.970×(CGL SPM El.)]<3を意味する。
上記表1-2に示すように、本発明の元素含量の範囲、工程条件及び関係式1-4を満たす発明例1-7はいずれも表面品質に優れながら耐パウダリング特性にも優れた基本的な引張物性が確保される焼付硬化型溶融亜鉛めっき鋼板の製造が可能であることを示している。
これに対し、鋼の組成成分は本発明の範囲内であるものの、めっき鋼板の製造工程条件が本発明の範囲を外れている比較例1-7はいずれも耐パウダリング性及び機械的特性が良くなかった。具体的に、比較例1、比較例4及び比較例5は、関係式4を満たしていない場合であって、合金化温度が相対的に高く、合金化めっき層に脆性のΓ相の形成により耐パウダリング性に劣っていた。また、比較例2-3及び比較例6-7は、SPM伸び率が2%以上と高い場合、過度な可動転位の形成による硬化によって降伏強度は上昇したものの、伸び率は減少しており、十分なBH上昇が発生せず、Upper-BH値が劣っていた。
また、比較例8、比較例9、比較例10及び比較例12は、高いGA温度のため、合金化めっき層において脆性的なΓ相の形成により基本的に耐パウダリング性が発明例に比べて劣っていた。
また、比較例9-14はNb/Cの原子比が高く、関係式1を満たしておらず、鋼中の固溶Cの不足により、U-BH値が劣り、比較例9及び比較例13は関係式3も満たしていなかった。
そして、比較例8及び比較例10は、B、Moが本発明の成分範囲ではなく、比較例8は関係式2の[Mn]、[Si]式を満たしていないため、表面品質が良くなかった。
なお、比較例15は、めっき鋼板の製造条件は、本発明の範囲内であるものの、鋼の組成成分において関係式2を満たさない鋼板を用いた場合であって、焼鈍時にMn-Si複合酸化物の形成によりめっきの表面品質が良くなかった。
一方、図1はそれぞれ、上記発明例1と比較例4の溶融亜鉛めっき鋼板の溶融亜鉛めっき後の合金化めっき層のBSEイメージ(×7000)及びEDS成分分析の結果を示す図である。
発明例1と比較例4を比較すると、基本的な組成は同一であるが、GA温度差により合金化めっき層においてFe含量が異なる。合金化めっき層の中間部分をポイントEDS分析したpt2、3の結果を確認してみると、発明例1の場合はFe含量が13~14%のレベルであり、比較例4の場合はFe含量が19~20%のレベルである。通常、Fe含量が7~12%の場合、FeZnのδ金属間化合物が形成され、Fe含量が17~20%の場合、FeZn21のΓ金属間化合物が形成される。δよりΓの硬度が高く、合金化めっき層においてΓ相が厚くなるほど耐パウダリング性に劣るため、めっき剥離が増加する。すなわち、比較例4の場合、発明例1に比べて合金化めっき層のΓ相が厚く形成されるため、耐パウダリング性に劣ることが分かる。
上述したように、本発明の詳細な説明では、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の範疇から逸脱しない範囲内で、様々な変形が可能であることは言うまでもない。よって、本発明の権利範囲は、説明された実施例に限定して定められてはならず、後述する特許請求の範囲だけでなく、それと均等なものによって定められるべきである。

Claims (3)

  1. 重量%で、炭素(C):0.0001~0.005%、マンガン(Mn):0.1~1.2%、シリコン(Si):0.02%以下(0%を除く)、リン(P):0.01~0.04%、硫黄(S):0.01%以下(0%を除く)、窒素(N):0.01%以下(0%を除く)、アルミニウム(sol.Al):0.01~0.06%、ニオブ(Nb):0.003~0.015%、ボロン(B):0.0005~0.0035%、クロム(Cr):0.01~0.1%、モリブデン(Mo):0.005~0.05%、チタン(Ti):0.003%以下(0%を除く)、残部Fe及び不可避不純物を含み、下記関係式1-2を満たし、その微細組織がフェライト単相であり、下記関係式3を満たす、耐パウダリング性に優れた焼付硬化型合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
    [関係式1]
    [Nb]/((93/12)×[C])<0.55
    [関係式2]
    [Mn]/((55/28)×[Si])>10
    [関係式3]
    [TS]×[El.]×[Upper-BH]>500,000(MPa×%)
    但し、[Upper-BH]は:2%pre-strain後、170℃で20分間焼付(baking)した時のUpper Yield Stress。
  2. 重量%で、炭素(C):0.0001~0.005%、マンガン(Mn):0.1~1.2%、シリコン(Si):0.02%以下(0%を除く)、リン(P):0.01~0.04%、硫黄(S):0.01%以下(0%を除く)、窒素(N):0.01%以下(0%を除く)、アルミニウム(sol.Al):0.01~0.06%、ニオブ(Nb):0.003~0.015%、ボロン(B):0.0005~0.0035%、クロム(Cr):0.01~0.1%、モリブデン(Mo):0.005~0.05%、チタン(Ti):0.003%以下(0%を除く)、残部Fe及び不可避不純物を含み、下記関係式1-2を満たす鋼スラブを1000~1250℃の温度で再加熱する段階と、
    前記再加熱された鋼スラブを900~1100℃の範囲の温度に熱間圧延する段階と、
    前記熱間圧延された鋼板を500~700℃の範囲の温度まで平均冷却速度10~70℃/secで冷却した後、巻き取る段階と、
    前記巻き取られた熱延鋼板を70~90%の圧下率で冷間圧延した後、740~850℃の温度範囲で連続焼鈍する段階と、
    前記連続焼鈍された冷延鋼板を溶融亜鉛系めっき浴に浸漬した後、450~540℃の温度範囲で合金化することにより溶融亜鉛系めっき鋼板を製造する段階と、
    前記製造された溶融亜鉛めっき鋼板を0.5~2.0%の圧下率の範囲で調質圧延を行う段階と、を含み、下記関係式4を満たす、耐パウダリング性に優れた焼付硬化型合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
    [関係式1]
    [Nb]/((93/12)×[C])<0.55
    [関係式2]
    [Mn]/((55/28)×[Si])>10
    [関係式4]
    Powdering=[-14.2+0.0362×(GA)-0.970×(CGL SPM El.)]<3
    但し、(GA)は溶融亜鉛めっきの合金化温度、(CGL SPM El.)は連続溶融亜鉛めっきラインの調質圧延伸び率である。
  3. 前記調質圧延された溶融亜鉛めっき鋼板は、下記関係式3を満たすことを特徴とする、請求項2に記載の耐パウダリング性に優れた焼付硬化型合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
    [関係式3]
    [TS]×[El.]×[Upper-BH]>500,000(MPa×%)
    但し、[Upper-BH]は:2%pre-strain後、170℃で20分間焼付(baking)した時のUpper Yield Stress。
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