JP2854054B2 - 連続打点性および耐2次加工脆性に優れた深絞り用亜鉛系めっき鋼板 - Google Patents

連続打点性および耐2次加工脆性に優れた深絞り用亜鉛系めっき鋼板

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、極低炭素鋼板の好ましくは連続焼鈍によっ
て製造される連続打点性および耐2次加工脆性に優れた
深絞り用亜鉛系めっき鋼板に関する。
<従来の技術> 近年、冷延鋼板の焼鈍法は、省エネルギーあるいは納
期短縮などを目的として連続焼鈍法(以下CAL)が広く
取り入れられている。CAL焼鈍により値が高い深絞り
性に優れた冷延鋼板を得れには鋼中のC,Nの含量を極限
にまで低減し、鋼中の固溶Cや固溶Nを減少させること
が有効であることが知られている。
最近の製鋼技術の進歩はめざましく、炭素、窒素を極
限にまで低減することが工業的にも可能となった今日、
極低炭素、あるいはセミ極低炭素CAL焼鈍による深絞り
冷延鋼板を母板とする亜鉛系めっき鋼板の製造は従来の
低炭素箱焼鈍による製造に代わって急速に広がりつつあ
る。
この結果、製造された亜鉛系めっき鋼板は伸び、値
に優れた深絞り製形に適した特性を具備することが可能
となった。しかし、このような方法で製造された亜鉛系
めっき鋼板の原板の表面性状は、非常に成分元素の濃化
あるいは析出物が少ない粒界を呈しているため粒界が弱
く、脆化しやすいことが問題となる場合がある。特によ
り絞り成形の厳しい部分にこの種表面処理鋼板が使用さ
れる場合、粒界強度が弱い極低炭素鋼板を母板とする亜
鉛めっき鋼板は2次加工性が問題となる場合があった。
また亜鉛系めっき鋼板では、スポット溶接時に、電極で
ある銅合金と表面の亜鉛が合金化し、できた低融点金属
が母板の粒界に侵入して電極の消耗を早めるという問題
があった。従来この対策を多くの研究者が検討し、これ
までにもその成果が開示されている。
たとえば、原板である冷延鋼板の表面にめっきを施す
方法があるが、そのいずれもが原板表面の特性にかする
問題を本質的に解決するような技術はまだ開示されてい
ない。
<発明が解決しようとする課題> 従来技術においても亜鉛めっき層に何らかの対策を施
すことを開示されているが、原板となる冷延鋼板の表
面、すなわち、めっき界面での問題点を本質的に解決す
るところまではいたっておらず、その多くはそのための
製造工程が加わるとともに、その効果は、表面特性の中
でも亜鉛めっき鋼板の化成処理性のみに着目したもので
あり、その他の特性については何ら言及していない。特
にスポット溶接時の連続打点性は大きな問題であった
が、実質的に解決する方法はこれまで開示されていな
い。
本発明は、前記亜鉛めっき鋼板の諸問題を解決するた
め、その母板となる極低炭素冷延鋼板の焼鈍材の表面に
関する問題点を本質的に解決し、しかも、原板としての
極低炭素冷延鋼板の伸び、値等優れた特性はそのまま
生かした連続打点性および耐2次加工脆性に優れた深絞
り用亜鉛系めっき鋼板を提供することを目的とする。
<課題を解決するための手段> すなわち、本発明は、C:0.005wt%以下、Si:1.0wt%
以下、Mn:1.0wt%以下、P:0.2wt%以下、S:0.05wt%以
下、Al:0.01〜0.10wt%およびN:0.005wt%以下を含み、
残部はFeおよび不可避的不純物よりなり、鋼板の表面よ
り1フェライト平均粒径に相当する厚さに形成された表
面層を有し、該表面層における平均炭素濃度が0.005wt
%以上、0.1wt%以下であり、かつ該表面層における最
大炭素濃度が0.01wt%以上、0.2wt%以下である冷延鋼
板の、両面あるいは片面に亜鉛系めっきを有することを
特徴とする連続打点性および耐2次加工脆性に優れた深
絞り用亜鉛系めっき鋼板を提供する。
本発明はまた、C:0.005wt%以下、Si:1.0wt%以下、M
n:1.0wt%以下、P:0.2wt%以下、S:0.05wt%以下、Al:
0.01〜0.10wt%およびN:0.005wt%以下を含み かつ Ti:0.001〜0.15wt%およびNb:0.001〜0.1wt%のうち
から選んだ1種または2種を含有し、残部はFeおよび不
可避的不純物よりなり、鋼板の表面より1フェライト平
均粒径に相当する厚さに形成された表面層を有し、該表
面層における平均炭素濃度が0.005wt%以上、0.1wt%以
下であり、かつ該表面層における最大炭素濃度が0.01wt
%以上、0.2wt%以下である冷延鋼板の、両面あるいは
片面に亜鉛系めっきを有することを特徴とする連続打点
性および耐2次加工脆性に優れた深絞り用亜鉛めっき鋼
板を提供する。
上記発明において、前記表面層が、連続焼鈍設備ある
いは連続溶融亜鉛めっき設備により形成されたものであ
ると、好ましい。
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明において用いる極低炭素鋼板は上記の組成を有
するものがよい。これを焼鈍、好ましくは連続焼鈍して
鋼板の両面における表層の炭素含有量を目的とする特性
に適合するように調整する。連続焼鈍によらない方法と
しては、CリッチなFeめっきを鋼板に施し、焼鈍により
Cを拡散させる方法、あるいは製鋼段階で表面にCを濃
化させた連続鋳造スラブを製造するなどの方法により所
期の目的を達するようにしてもよい。
本発明の鋼板は、焼鈍、好ましくは連続焼鈍により冷
延鋼板表層部の炭素濃度を後述するように調整した焼鈍
板の両面または片面に亜鉛系めっきを有する。亜鉛系め
っきとは亜鉛めっきはもとより、Zn−Ni,Zn−Feなどの
亜鉛を主体とする合金めっき、溶融亜鉛合金化めっきな
どを広く含むものである。さらに、必要に応じてFe−P
めっき等の第2層めっきを施してもよい。
まず、焼鈍好ましくは連続焼鈍法により、深絞り性に
優れた鋼板を製造するには、C,Nの量は可能な限り少な
い方が好ましく、C:0.005wt%以下、N:0.005wt%以下と
する必要がある。
Siは鋼を強化する作用があり、所望の強度に応じて必
要量添加されるが、添加量が1.0wt%を越えると深絞り
性に悪影響を及ぼすので1.0wt%以下と限定する。
MnもSiも同様、鋼を強化する作用があり、所望の強度
に応じて必要量添加されるが、添加量が1.0wt%を越え
るとやはり深絞り性に悪影響を及ぼすので1.0wt%以下
に限定する。
PもSiやMnと同様、鋼を強化する作用があり、所望の
強度に応じて必要量添加されるが、添加量が0.2wt%を
越えると深絞り性に悪影響を及ぼすので0.2wt%以下に
限定する。
Sは、少なければ少ないほど深絞り性が向上するので
極力低減することが好ましいが、その含有量が0.05wt%
以下ではさほど悪影響を及ぼさないので0.05wt%以下に
限定する。
Alは脱酸剤として、また後述する炭窒化物形成元素の
歩留まり向上のために添加されるが、含有量が0.010wt
%に満たないとその添加効果に乏しく、一方0.10wt%を
越えて添加してもその効果は飽和に達するので、0.010
〜0.10wt%の範囲に限定する。
さらに、本発明で用いる冷延鋼板には、Tiおよび/ま
たはNbを下記の通り添加してもよい。
Tiは炭窒化物形成元素であり、鋼中の固溶(C,N)を
低減させ、深絞り性に有利な{111}方位を優先的に形
成させるために添加される。しかしながら添加量が0.00
1wt%未満ではその添加効果に乏しく、一方0.15wt%を
越えて添加してもそれ以上の効果は得られず、むしろ鋼
板表面性状および延性の劣化につながるので0.001〜0.1
5wt%の範囲に限定する。
Nbは炭化物形成元素であり、鋼中の固溶Cを低減させ
るとともに、熱延鋼板組織の微細化をそくして、深絞り
性に有利な{111}方位を優先的に形成させるために添
加される。しかしながら添加量が0.001wt%未満ではそ
の添加の効果が乏しく、一方0.1wt%を越えて添加して
もそれ以上の効果は得られず、むしろ延性の劣化につな
がるので0.001〜0.1wt%の範囲に限定する。
以上の限定範囲内の成分元素および不可避的不純物よ
りなる成分の冷延鋼板を焼鈍した後、亜鉛系めっきを施
す。このとき、その連続焼鈍後の板厚方向での炭素濃度
分布を以下に述べるように制御すると、連続打点性およ
び耐2次加工脆性に優れた深絞り用亜鉛系めっき鋼板が
得られる。
鋼板の高い伸び、高値等の優れた特性は上記成分鋼
に適切なCAL焼鈍あるいはCGL焼鈍を施すことによって達
成される。このような鋼板をめっき原板として製造した
亜鉛系めっき(溶融、電気めっき)鋼板は優れた鋼板特
性を有するため、深絞り用の亜鉛系めっき鋼板として適
する。しかし、この優れた特性を実際の自動車用あるい
は一般部品用亜鉛系めっき銅板として使用するために
は、成形後の組み立て工程で付加される接合においても
問題が生じないことが不可欠である。さらに、最終的な
成形部品となった時に2次加工脆性が問題となってもい
けない。もしもこのような問題が生じれば、自動車用の
表面処理鋼板としては重大な問題である。
極低炭素鋼板を原板とした表面処理鋼板においては原
板の表面性状、特に粒界の性状が本質的に従来の低炭素
箱焼鈍材とは異なり、非常に成分元素の濃化あるいは析
出物の少ない粒界をていしているため粒界が弱く、脆化
しやすいことが問題となる場合がある。
上記の表面処理(亜鉛系めっき)鋼板の接合工程にお
けるスポット溶接連続打点性においても電極である銅合
金と表面処理層として存在していた亜鉛がスポット溶接
時に合金化し、形成した低融点金属(Cn−Zn)が母板の
粒界に侵入して電極の消耗を早めるという問題点があっ
た。また、より絞り成形の厳しい部分にこの種表面処理
鋼板が使用される場合、粒界強度が弱い極低炭素鋼板を
母板とする亜鉛系めっき鋼板は2次加工脆性が問題とな
る場合があった。
これら問題点は、めっき原板として使用していた箱焼
鈍材と比較して、表面層の化学的組成および析出物分布
において差があることに起因している。本発明は、この
ような従来低炭素箱焼鈍材において優れていた表面に関
わる特性を極低炭素CAL焼鈍材においても達成するため
の技術を開示するものであり、そのために、鋼板の表面
層における炭素濃度分布を規定している。
即ち、表面処理(亜鉛系めっき)鋼板の母板(焼鈍冷
延鋼板)表面1フェライト平均粒径に相当する厚さの層
における炭素濃度がその平均値で0.005wt%以上、0.1wt
%以下であり、その最大炭素濃度が0.01wt%以上、0.2w
t%以下であることを必要とする。なお、1フェライト
平均粒径は通常約20〜30μm程度である。
即ち、2次加工脆性および溶接金属脆化が原因で生じ
るスポット溶接時の連続打点性の劣化を本質的に解決す
るには、鋼板の表面層に炭素が濃化することが有効であ
るが、その範囲は鋼板の表面1フェライト平均粒径相当
の厚さが確保されれば十分であり、それ以上の厚さの炭
素濃度を高めることは、鋼板の値、延性等特性を害す
ることになる。また、プレス成形後もその効果を維持
し、組み立て後も所期の効果を発揮するためにはこの表
面層における炭素濃度を上記限定範囲下限以上にする必
要があり、上限を越える炭素濃度の濃縮は、めっき鋼板
の深絞り性に悪影響を及ぼす。
本発明において好適に用いられるCAL(Continuous An
nealing Line)あるいはCGL(Continuous Gallvanizing
Line)は加熱、均熱および冷却ゾーンを有する。浸炭
を上記設備を用いて効率的に実施するには、均熱ゾーン
後期から冷却ゾーンにかけて浸炭用雰囲気として、浸炭
に適する条件にして行なうのが好ましい。
浸炭用ガス中はCOを適量添加したものを用いる。そし
て、浸炭条件は適切に選定する。
<実施例> 次に本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。
(実施例) 表1に示す組成の鋼を溶製後、熱間圧延により板厚2.
8mmの熱延板として、脱スケール後冷間圧延により板厚
0.7mmの冷延板とした。
加熱、均熱および冷却ゾーンを有するCALにおいて、
加熱ゾーンにおいて810℃に加熱後、均熱ゾーン後期に
て、750℃から800℃間の所定の温度で10〜30秒間5%H
−0.5−1.0%COを含有する窒素雰囲気中に置き浸炭させ
た後、直ちに冷却する場合のヒートサイクルをシミュレ
ートした熱処理を施した。
この場合の加熱温度、均熱時間およびCポテンシャル
を変化させて鋼板表面での浸炭量を変化させた。さらに
スキンパスを施した後亜鉛系めっきを施して表面特性調
査用のサンプルを製造した。
なお、表2中、EGは電気亜鉛めっきを両面とも20g/m2
施したものを、GIは両面とも40g/m2溶融亜鉛めっきした
ものを意味する。
表面特性としては、連続打点性および耐2次加工脆性
を調査した。
連続打点性は、Cu電極を用いてサンプルの亜鉛系めっ
き鋼板に連続的にスポット溶接を行ない、ナゲットが形
成されなくなるまでの打点数で評価する。
耐2次加工脆性は、絞り比2.0でカップ加工した後の
脆化温度で評価する。
表1にはCAL焼鈍後の鋼板表面層における炭素濃度
を、また表2にはそのスポット溶接試験結果、2次加工
脆化試験結果および引張特性をまとめて示す。
<発明の効果> 本発明によって、極低炭素CAL材の優れた特性(高E1,
高値)を使用した亜鉛めっき鋼板が製造可能であり、
実際に自動車用鋼板などとして使用する場合に必要とな
る、連続打点性および耐2次加工脆性などめっき板の表
面特性にかかわる重要に特性についても本質的に解決で
きた。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C23C 8/22 C23C 8/22 (72)発明者 加藤 俊之 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (72)発明者 阿部 英夫 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭63−38556(JP,A) 特開 平1−96330(JP,A) 特開 平3−72032(JP,A) 特開 平3−94021(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 9/46 - 9/48,9/52 C23C 2/06,8/22

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】C:0.005wt%以下、Si:1.0wt%以下、Mn:1.
    0wt%以下、P:0.2wt%以下、S:0.05wt%以下、Al:0.01
    〜0.10wt%およびN:0.005wt%以下を含み、残部はFeお
    よび不可避的不純物よりなり、鋼板の表面より1フェラ
    イト平均粒径に相当する厚さに形成された表面層を有
    し、該表面層における平均炭素濃度が0.005wt%以上、
    0.1wt%以下であり、かつ該表面層における最大炭素濃
    度が0.01wt%以上、0.2wt%以下である冷延鋼板の、両
    面あるいは片面に亜鉛系めっきを有することを特徴とす
    る連続打点性および耐2次加工脆性に優れた深絞り用亜
    鉛系めっき鋼板。
  2. 【請求項2】C:0.005wt%以下、Si:1.0wt%以下、Mn:1.
    0wt%以下、P:0.2wt%以下、S:0.05wt%以下、Al:0.01
    〜0.10wt%およびN:0.005wt%以下を含みかつ Ti:0.001〜0.15wt%およびNb:0.001〜0.1wt%のうちか
    ら選んだ1種または2種を含有し、残部はFeおよび不可
    避的不純物よりなり、鋼板の表面より1フェライト平均
    粒径に相当する厚さに形成された表面層を有し、該表面
    層における平均炭素濃度が0.005wt%以上、0.1wt%以下
    であり、かつ該表面層における最大炭素濃度が0.01wt%
    以上、0.2wt%以下である冷延鋼板の、両面あるいは片
    面に亜鉛系めっきを有することを特徴とする連続打点性
    および耐2次加工脆性に優れた深絞り用亜鉛系めっき鋼
    板。
  3. 【請求項3】前記表面層が、連続焼鈍設備あるいは連続
    溶融亜鉛めっき設備により形成されたものであることを
    特徴とする請求項1または2に記載の連続打点性および
    耐2次加工脆性に優れた深絞り用亜鉛系めっき鋼板。
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DE69224630T2 (de) * 1991-12-06 1998-07-23 Kawasaki Steel Co Verfahren zur herstellung von stahlplatten beschichtet mit flüssigem zink mit unbeschichteten stellen
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