JP2024074798A - リン酸塩処理性に優れた高強度冷延鋼板及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】Ｆｅの溶出は抑制されない範囲で、Ｓｉ及びＭｎなどの酸化物が鋼板表面に形成されることを抑制して、リン酸塩処理性が向上した高強度冷延鋼板及びその製造方法を提供する。【解決手段】素地鋼板と、上記素地鋼板上に形成されたニッケル又はニッケル合金コーティング層と、を含み、上記ニッケル又はニッケル合金の付着量は５０ｍｇ／ｍ２以下である、冷延鋼板とする。高強度冷延鋼板の製造方法は、冷間圧延を経た鋼板に金属層をナノ厚さでコーティングした後、焼鈍熱処理する。【選択図】図２

Description

本発明は、リン酸塩処理性に優れた高強度冷延鋼板及びその製造方法に関するものであ
る。
最近、浮上している環境規制に伴い、厳しい自動車燃費規制及び衝突安定性規制の強化
に対応するための方法として、超高強度鋼板に対する需要が急増している。国別炭素排出
量の削減目標を達成するために燃費の改善が求められている一方、高性能化及び各種の便
宜装置の増加により自動車の重量は継続的に増加しており、このような問題を解決するた
めに超高強度鋼板の需要が継続的に増加している。そこで、鉄鋼メーカーでは、Ｄｕａｌ
Ｐｈａｓｅ（ＤＰ）鋼、Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌａｓｔ
ｉｃｉｔｙ（ＴＲＩＰ）鋼、Ｃｏｍｐｌｅｘ Ｐｈａｓｅ（ＣＰ）鋼などの高強度鋼板の
開発に注力している。
一般的に、自動車用鋼板は、塗装工程の際、塗膜密着性を確保するためにリン酸塩処理
を事前に行ってから電着塗装を行う。リン酸塩処理時に、形成されたリン酸塩結晶は電着
塗装後の耐食性及び塗装密着性に大きな影響を与える。リン酸塩結晶は、そのサイズが小
さく、緻密に形成された場合にのみ塗膜との密着力に優れるため、自動車メーカーでは、
リン酸塩結晶のサイズ及びリン酸塩の付着量に対する一定の基準を有しており、製品化を
可能とするためには、これを通過しなければならない。
自動車用鋼板の高強度化のためには、強度を増加させるために鋼中に多量のＳｉ、Ｍｎ
、Ａｌ等の元素を添加することが一般的であるが、これらの元素を含む鋼板は、焼鈍熱処
理過程で上記元素が鋼板表面に酸化物を生成し、リン酸塩処理時に、リン酸塩との反応性
を低下させるという問題点がある。鋼板とリン酸塩との間の反応性が低下する場合、鋼板
表面のリン酸塩結晶が粗大になる可能性があり、リン酸塩結晶が鋼板全体を覆わない可能
性がある。こうなると、電着塗装の後、塗装密着性及び耐食性が低下するおそれがある。
上述したＳｉ、Ｍｎ、Ａｌが多量添加された鋼板のリン酸塩処理性を向上させるために
は、鋼板表面の酸化物の生成を抑制しなければならず、このためには、鋼中におけるＳｉ
及びＡｌの添加量を減らす必要があるが、このような場合には目標とする材質を確保し難
いという問題がある。
これに関して、鋼中に対するＳｂ等の微量成分の添加によって粒界に優先的に濃化させ
ることにより、Ｓｉ酸化物等が表面に形成されることを抑制してリン酸塩処理性及び塗装
密着性を向上させる技術が提案されている（特許文献１）。しかし、焼鈍熱処理時に、鋼
中の合金元素の拡散をより確実に防止可能な技術に対する開発が依然として求められてい
る実情である。
特許第６２２２０４０号公報
本発明は、上記のような実情に鑑みて案出されたものであって、焼鈍熱処理前の前処理
過程で鋼板上に金属層をナノ（ｎａｎｏ）厚さでコーティングし、焼鈍熱処理時に鋼中の
合金元素の拡散防止膜としての役割を果たし、鋼板表面に酸化物の形成を抑制することに
より、リン酸塩処理性が向上した高強度冷延鋼板及びその製造方法を提供するものである
。
本発明の一側面によると、素地鋼板と、上記素地鋼板上に形成されたニッケル又はニッ
ケル合金コーティング層と、を含み、上記ニッケル又はニッケル合金の付着量は５０ｍｇ
／ｍ２以下（但し、０は除く。）である、冷延鋼板が提供される。
上記素地鋼板の厚さは１．０～１．８ｍｍであってもよい。
上記素地鋼板は、０．８～３．０重量％のＳｉ及び１．０～３．０重量％のＭｎを含む
ことができる。
上記冷延鋼板の表面から０．０１μｍの深さまでのＳｉ元素の濃度は０．１原子％以下
（但し、０は除く。）であってもよい。
上記冷延鋼板の腐食電流密度は６００～８００μＡ／ｍ２であってもよい。
上記冷延鋼板へのリン酸塩処理時に、下記式１によるリン酸塩カバレッジが９５％以上
であってもよい。
［式１］
リン酸塩カバレッジ＝（リン酸塩形成領域の面積／全面積）×１００
本発明の他の側面によると、素地鋼板に熱間圧延及び冷間圧延を行う段階と、上記熱間
圧延及び冷間圧延された素地鋼板にニッケル又はニッケル合金の付着量が５０ｍｇ／ｍ２
以下（但し、０は除く。）である金属コーティング層を形成する段階と、上記金属コーテ
ィング層が形成された鋼スラブを焼鈍熱処理する段階と、を含む、冷延鋼板の製造方法が
提供される。
上記金属コーティング層を形成する段階は電気めっき法により行われることができる。
本発明によると、冷間圧延を経た鋼板に金属層をナノ厚さでコーティングした後、焼鈍
熱処理し、Ｆｅの溶出は抑制されない範囲で、Ｓｉ及びＭｎなどの酸化物が鋼板表面に形
成されることを抑制して、リン酸塩処理性が向上した高強度冷延鋼板及びその製造方法が
提供される。
金属コーティング層が形成されていない鋼板を熱処理してからリン酸塩処理時に、鋼板表面にＳｉ及びＭｎなどの酸化物が形成される過程を概略的に示す模式図である。 本発明の一実施例に従って、金属コーティング層が形成された鋼板を熱処理してからリン酸塩処理時に、鋼板表面にＳｉ及びＭｎなどの酸化物の形成が抑制される過程を概略的に示す模式図である。 本発明の実施例３の鋼板表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。 金属コーティング層が形成されていない鋼板表面の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。
以下、様々な実施形態を参照して本発明の好ましい実施形態を説明する。しかし、本発
明の実施形態は様々な異なる形態に変形することができ、本発明の範囲が以下で説明する
実施形態に限定されるものではない。
本発明は、リン酸塩処理性に優れた高強度冷延鋼板及びその製造方法に関するものであ
る。
図１は、従来の冷延鋼板の表面を熱処理してからリン酸塩処理時に、鋼板表面にＳｉ及
びＭｎ等の酸化物が形成される過程を概略的に示す模式図であって、図１を参照して説明
すると、鋼板において、多量のＳｉ及びＭｎ等の合金元素は、焼鈍熱処理過程で鋼板表面
に拡散しながら酸化物を形成するようになる。このように、多量の酸化物が形成された冷
延鋼板にリン酸塩処理を行う場合、上記酸化物によりリン酸塩結晶が鋼板表面を覆う面積
が減少し、リン酸塩カバレッジ（ｃｏｖｅｒａｇｅ）が低下する可能性があり、これによ
り、電着塗装の後、塗装密着性及び耐食性が低下するという問題がある。
そこで、本発明者らは、リン酸塩処理性を向上させるための方案について鋭意研究した
結果、鋼中のＳｉ、Ｍｎなどの合金元素が熱処理過程中に鋼板表面に拡散することを抑制
可能な拡散防止膜を、熱処理前段階である前処理過程で電気めっき法を用いて形成し、且
つＦｅの溶出は抑制されない範囲の付着量を有する金属層をコーティングする場合、優れ
たリン酸塩処理性を確保することができることを認知し、本発明を完成するに至った。
本発明の一側面によると、素地鋼板と、上記素地鋼板上に形成されたニッケル又はニッ
ケル合金コーティング層を含み、上記ニッケル又はニッケル合金の付着量が５０ｍｇ／ｍ
２以下である、冷延鋼板が提供される。図２は、本発明の一実施例に従い、金属コーティ
ング層が形成された鋼板を熱処理してからリン酸塩処理時に、鋼板表面にＳｉ及びＭｎな
どの酸化物の形成が抑制される過程を概略的に示す模式図であり、以下では、図２を参照
して本発明をより詳細に説明する。
素地鋼板は、特に限定されるものではないが、０．８～３．０重量％のＳｉ及び１．０
～３．０％のＭｎを含むことができ、例えば、重量％でＣ：０．０５～０．３０％、Ｓｉ
：０．０５～３．０％、Ｍｎ：１．０～３．０％、Ｐ：０．１０％以下、Ｓ：０．０１％
以下、Ａｌ：０．０１～０．１％、Ｎ：０．００８％以下、及びＳｂ：０．０１～０．１
０％を含有し、残部はＦｅ及び不可避不純物から構成されることができる。
Ｓｉは、固溶強化により強度の向上に寄与する重要な元素であり、加工性の劣化を抑制
しつつ、強度を向上させる役割を果たす。但し、Ｓｉ含有量が３．０％を超えると、強度
を向上させる効果が飽和するだけでなく、加工性も劣化するという問題があるため、Ｓｉ
含有量は０．０５～３．０％であることが好ましく、０．１～２．０％であることがより
好ましい。
Ｍｎは、固溶強化により強度の向上に寄与するとともに、オーステナイト相の焼入れ性
を向上させる元素であり、強度の安定化に効果的に寄与する。所望の強度を安定的に得る
ためには、Ｍｎ含有量を１．０％以上とする必要がある。但し、Ｍｎ含有量が３．０％を
超えると、加工性が劣化するため、Ｍｎ含有量は１．０～３．０％の範囲であることが好
ましく、１．５～２．５％の範囲であることがより好ましい。
一方、上記素地鋼板は、衝撃構造部材用の自動車用鋼板として使用するために、１．０
～１．８ｍｍであることが好ましい。上記素地鋼板上には、ニッケル又はニッケル合金コ
ーティング層が形成され、これは、鋼中のＳ及びＭｎ等の元素が熱処理過程中に鋼板表面
に拡散することを抑制可能な拡散防止膜の役割を果たすことができる。上記ニッケル又は
ニッケル合金コーティング層は電気めっき法によって形成されることができるが、これに
限定されるものではない。
また、ニッケル及びニッケル合金を用いた金属めっきは、Ｌｏｃａｌ Ｃｅｌｌの形成
によるＦｅの溶出速度を増加させてリン酸塩結晶の生成と成長を増加させるため、素地鋼
板上にニッケル及びニッケル合金コーティング層を形成することが好ましい。
上記ニッケル又はニッケル合金の付着量は、５０ｍｇ／ｍ２以下（但し、０は除く。）
であることが好ましく、５～５０ｍｇ／ｍ２であることがより好ましい。５０ｍｇ／ｍ２
を超える場合、Ｆｅの表面溶出を妨げる可能性があるため、ニッケル又はニッケル合金の
付着量は５０ｍｇ／ｍ２以下であることが好ましい。
上記冷延鋼板の表面から０．０１μｍの深さまでのＳｉ元素の濃度は０．１％以下（但
し、０は除く。）であることが好ましい。鋼板表面に濃化したＳｉ元素の濃度が０．１％
を超えると、ｆｉｌｍ状のＳｉ－ｒｉｃｈ酸化物が鋼板表面に形成されるため、リン酸塩
処理過程で鋼板Ｆｅの溶出を抑制することによりリン酸塩処理性が劣るようになる。
上記冷延鋼板の腐食電流密度は６００～８００μＡ／ｍ２であってもよい。腐食電流密
度が６００μＡ／ｃｍ２未満の場合、Ｆｅ溶出が円滑に起こらず、リン酸塩皮膜の形成が
難しくなったり、皮膜の付着量が減少するようになると、腐食電流密度が８００μＡ／ｃ
ｍ２を超える場合、リン酸塩皮膜の析出反応が起こらず、Ｆｅ溶出のみが起こるエッチン
グ反応が支配的になるため、リン酸塩処理性が劣るようになる。
本発明による上記冷延鋼板は、リン酸塩処理性が著しく改善され、これにより、上記冷
延鋼板へのリン酸塩処理時に、下記式１によるリン酸塩カバレッジが９５％以上であるこ
とができる。
［式１］
リン酸塩カバレッジ＝（リン酸塩形成領域の面積／全面積）×１００
本発明の他の側面によると、素地鋼板に熱間圧延及び冷間圧延を行う段階と、上記熱間
圧延及び冷間圧延された素地鋼板にニッケル又はニッケル合金の付着量が５０ｍｇ／ｍ２
以下（但し、０は除く。）である金属コーティング層を形成する段階と、上記金属コーテ
ィング層が形成された鋼スラブを焼鈍熱処理する段階と、を含む冷延鋼板の製造方法が提
供される。
素地鋼板に熱間圧延及び冷間圧延を行う段階は、当該技術分野において通常的に使用さ
れる方式及び条件に従って行われることができる。例えば、素地鋼板（スラブ）を１１０
０～１３００℃の温度で加熱した後、仕上げ圧延温度８００～１０００℃で熱間圧延して
巻き取り、上記巻き取られた熱延鋼板を冷間圧延して冷延鋼板を製造する方式で行われる
ことができる。その後、脱脂及び水洗工程がさらに行われることができる。
その後、電気めっき法を用いて、ニッケル又はニッケル合金の付着量が５０ｍｇ／ｍ２
以下（但し、０は除く。）である金属コーティング層を形成する構成は上述したため、こ
こでは詳細な説明は省略する。
このように、本発明によると、冷間圧延を経た鋼板を前処理段階で脱脂及び水洗し、電
気めっきによりニッケルを析出させる過程を通じてナノ厚さのコーティング層が覆われた
高強度鋼板を形成し、焼鈍熱処理過程によって延性を付与することで、高強度冷延鋼板を
製造することができる。
以下では、具体的な実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。下記の実施例は、
本発明の理解を助けるための例示に過ぎず、本発明の範囲はこれに限定されるものではな
い。
実施例１
Ｍｎ及びＳｉ含有量の総和が３．３重量％であるスラブを、熱間圧延及び冷間圧延を経
て１．４ｍｍの厚さで製造し、電気めっき工程によって表面にニッケルの付着量が４３ｍ
ｇ／ｍ２であるコーティング層を形成した。
その後、脱脂、水洗及び表面調整工程を経た後、リン酸－亜鉛系溶液に約９０秒間浸漬
させてリン酸塩皮膜を形成させた。リン酸塩皮膜が良好に形成されたかを観察するために
、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）を用
いて鋼板表面を約５００倍の倍率で３箇所を観察し、リン酸塩結晶が形成された面積分率
（カバレッジ）の平均値を算出し、表１に記載した。
一方、８００℃の熱処理後、鋼板表面に濃化したＳｉ合金元素の量を測定するためにＧ
ＤＯＥＳ（Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｍｉｓｉｏｎ Ｓｐｅｃ
ｔｒｏｓｃｏｐｙ）によって深さ方向のｐｒｏｆｉｌｅを測定し、０．０１μｍの深さま
での積分値を表１に記載した。
また、ニッケルコーティング層により表面にリン酸塩の核生成促進によるリン酸塩皮膜
の形成の有無を確認し、リン酸塩皮膜の形成に伴うＦｅ溶出速度を比較するために、直線
分極抵抗を測定して腐食電流密度を算出し、表１に記載した。
実施例２
ニッケルの付着量が５ｍｇ／ｍ２であり、熱処理温度が８０４℃であることを除いては
、実施例１と同様の方法で行った。
実施例３
ニッケルの付着量が１６ｍｇ／ｍ２であり、熱処理温度が７８５℃であることを除いて
は、実施例１と同様の方法で行った。
実施例４
ニッケルの付着量が２５ｍｇ／ｍ２であり、熱処理温度が８０２℃であることを除いて
は、実施例１と同様の方法で行った。
実施例５
ニッケルの付着量が１２ｍｇ／ｍ２であり、熱処理温度が７９３℃であることを除いて
は、実施例１と同様の方法で行った。
比較例１
ニッケルの付着量が１５２ｍｇ／ｍ２であり、熱処理温度が８３０℃であることを除い
ては、実施例１と同様の方法で行った。
比較例２
ニッケルの付着量が２４０ｍｇ／ｍ２であり、熱処理温度が８１５℃であることを除い
ては、実施例１と同様の方法で行った。
比較例３
ニッケルの付着量が３６５ｍｇ／ｍ２であり、熱処理温度が７９８℃であることを除い
ては、実施例１と同様の方法で行った。
比較例４
ニッケルの付着量が５０４ｍｇ／ｍ２であり、熱処理温度が８０６℃であることを除い
ては、実施例１と同様の方法で行った。
上記表１を参照すると、本発明で限定するニッケルの付着量、表面濃化の積分値、及び
腐食電流密度の条件を満たす実施例１～５は、リン酸塩カバレッジが９５％以上形成され
、優れたリン酸塩処理性を示すことが分かる。しかし、ニッケルの付着量が本発明の条件
を超えている比較例１～４及びニッケルコーティング層が形成されていない比較例５は、
Ｓｉの表面濃化が抑制されないだけでなく、Ｆｅ溶出が抑制されることによって、リン酸
塩皮膜の形成が円滑に行われず、リン酸塩カバレッジ及びリン酸塩処理性の劣化を招いた
ことが確認できる。
以上のように、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに
限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から逸脱しな
い範囲内で様々な修正及び変形が可能であることは、当該技術分野における通常の知識を
有する者には自明である。

Claims (8)

  1. 素地鋼板と、
    前記素地鋼板上に形成されたニッケル又はニッケル合金コーティング層を含み、
    前記ニッケル又はニッケル合金の付着量は５０ｍｇ／ｍ２以下である、冷延鋼板。
  2. 前記素地鋼板の厚さが１．０～１．８ｍｍである、請求項１に記載の冷延鋼板。
  3. 前記素地鋼板は０．０５～３．０重量％のＳｉ及び０．１～３．０重量％のＭｎを含む
    、請求項１に記載の冷延鋼板。
  4. 前記冷延鋼板の表面から０．０１μｍの深さまでのＳｉ元素の濃度は０．１％以下であ
    る、請求項１に記載の冷延鋼板。
  5. 前記冷延鋼板の腐食電流密度が６００～８００μＡ／ｃｍ２である、請求項１に記載の
    冷延鋼板。
  6. 前記冷延鋼板へのリン酸塩処理時に、下記式１によるリン酸塩カバレッジが９５％以上
    である、請求項１に記載の冷延鋼板。
    ［式１］
    リン酸塩カバレッジ＝（リン酸塩形成領域の面積／全面積）×１００
  7. 素地鋼板に熱間圧延及び冷間圧延を行う段階と、
    前記熱間圧延及び冷間圧延された素地鋼板にニッケル又はニッケル合金の付着量が５０
    ｍｇ／ｍ２以下である金属コーティング層を形成する段階と、
    前記金属コーティング層が形成された素地鋼板を熱処理する段階と、を含む、冷延鋼板
    の製造方法。
  8. 前記金属コーティング層を形成する段階は電気めっき法によって行われる、請求項１に
    記載の冷延鋼板の製造方法。
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