JP2862187B2 - 穴広げ性の優れた溶融亜鉛めっき高強度薄鋼板の製造方法 - Google Patents

穴広げ性の優れた溶融亜鉛めっき高強度薄鋼板の製造方法

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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は穴広げ性に優れた溶融亜鉛めっき高強度薄鋼
板の製造方法に関し、更に詳しくは、特に引張強さ60〜
120kgf/mm2級の複合組織溶融亜鉛めっき高強度薄鋼板の
製造方法に関する。
(従来の技術及び解決しようとする課題) 近年、自動車安全性及び軽量化対策として加工性の優
れた高強度冷延鋼板が使用されるに至っている。また、
自動車の寿命向上のために、冷延鋼板に防錆力の向上が
強く望まれている。最近においては、バンパー、ドアイ
ンパクトビーム等の60〜120kgf/mm2級の補強部材につい
ても、スポット溶接性と塗装性に優れた合金化溶融亜鉛
めっき鋼板が要望されている。
従来、裸鋼板においては、変態組織強化法を用いるこ
とによって、高い強度−穴広げ率(λ)バランスを有す
る60kgf/mm2級以上の高強度鋼板が得られることが知ら
れている。
例えば、本発明者らが先に提案した特開昭63-24115号
公報では、水焼入タイプ連続焼鈍法を用いて、再結晶加
熱温度をAc1変態点以上とし、強制空冷後所定の温度か
ら200〜500℃の温度で過時効処理して、フェライトと焼
戻しマルテンサイトからなる複合組織とし、高い強度−
λバランスの高強度薄鋼板が得られることを開示した。
しかし、溶融亜鉛めっき鋼板の場合には、再結晶加熱
後、水焼入れすることが困難であるばかりでなく、Ms点
よりも高い温度でめっき処理又は合金化処理されるた
め、焼戻しマルテンサイトを用いた高い強度−λバラン
スの高強度薄鋼板が得られない。
かゝる問題を解決するために、例えば、特開平1−19
8459号公報では、Mn、Mo、Vを添加し、連続式溶融亜鉛
めっきラインにて再結晶温度以上で焼鈍した後、460〜5
60℃の間で保持することによって100〜120キロクラスの
高強度溶融亜鉛めっき鋼板を得ている。しかし、この方
法では、焼鈍後からの冷却速度が規制されていない。し
たがって、ライン速度及び板厚が変化すると容易に冷却
速度は変化する。このため、フェライト、ベイナイト及
びマルテンサイトの体積率は容易に変化し、安定した組
織が得られず、強度や伸びのバラツキが大きい。
以上のように、穴広げ性の優れた溶融亜鉛めっき高強
度薄鋼板を製造するに際しては、高強度を得る点で有利
な複合組織強化が必要となるが、単に、化学成分、冷却
速度等に着目した方法で穴広げ性の優れた溶融亜鉛めっ
き高強度薄鋼板を製造することは困難であるのが現状で
ある。
本発明は、上記従来技術の欠点を解決し、穴広げ性の
優れた溶融亜鉛めっき高強度薄鋼板を容易に製造し得る
方法を提供することを目的とするものである。
(課題を解決するための手段) 本発明者らは、前記課題を解決するために鋭意研究を
重ねた結果、連続溶融亜鉛めっきラインの加熱(均熱)
温度と、均熱温度から溶融亜鉛めっき浴までの冷却速
度、合金化処理温度及びめっき処理後の冷却速度を適正
に制御することによって、マルテンサイトよりも硬さの
低いベイナイトを利用した微細均一なフェライト・ベイ
ナイト、或いはC濃度の低いマルテンサイトを含むフェ
ライト・ベイナイト・マルテンサイトの複合組織にし、
穴広げ性の優れた溶融亜鉛めっき高強度薄鋼板が得られ
ることを見い出して、本発明に至ったものである。
すなわち、本発明は C:0.06〜0.3% Si:0.6%以下 Mn:0.6〜3.0% P:0.1%以下 Al:0.1%以下 を含有し、必要に応じて更に、 Mo:0.1〜1.0% Cr:0.1〜1.5% のうちの少なくとも1種を含有し、残部が鉄及び不可避
的不純物からなる鋼を通常の方法で熱間圧延、酸洗、冷
間圧延した後、連続亜鉛めっきラインにて再結晶焼鈍す
るに際し、加熱温度をAc3変態点−50以上〜900℃以下に
し、めっき浴の温度までの冷却条件として、650℃以上
の温度域からめっき浴の温度まで、次式 lnCR=−1.18Meq.+3.37 ここで、 Meq.=Mn+1.52Mo+1.10Cr+0.10Si+2.1P で示される下部臨界冷却速度CR(℃/s)以上の冷却速度
にて冷却した後、溶融亜鉛めっきを施し、或いは更に50
0〜Ac1の温度にて合金化処理を施し、その後フェライト
とベイナイトを主体とする複合組織を生成する冷却速度
で冷却することを特徴とする穴広げ性に優れた溶融亜鉛
めっき高強度薄鋼板の製造方法を要旨とするものであ
る。
以下に本発明を更に詳細に説明する。
(作用) まず、本発明における鋼の化学成分の限定理由につい
て述べる。
C: Cは鋼板の強化に不可欠な元素であって、50kgf/mm2
以上の高強度複合組織鋼板を得るためには、少なくとも
0.06%を添加する必要がある。しかし、0.3%を超える
とマルテンサイト等の硬質相の体積率が高くなり、延性
が劣化するだけでなく、スポット溶接性も低下する。し
たがつて、C量は0.06〜0.3%の範囲とする。
Si: Siはフェライト中の固溶Cをオーステナイト中へ排出
する効果を有するため、フェライトの延性を向上させる
作用がある。しかし、過多に添加すると、めっき不良を
生じるので、Si量は0.6%以下とする。
Mn: Mnはオーステナイト相を安定化し、冷却過程において
硬質相の生成を容易にして高強度にするために添加され
る。しかし、添加量が少ないと、高強度を達成するため
の硬質相を得ることができないので、その下限値を0.6
%とする。一方、過多に添加すると、バンド組織が発達
し、延性などが低下するだけでなく、コスト高になるた
め、添加量の上限を3.0%とする。
P: PはSiと同様の作用を有し、強度と伸びとのバランス
を確保するために有効である。そのためには0.02%以上
が好ましい。しかし、0.1%を超えて添加するとめっき
不良等が発生するので、P量は0.1%以下とする。
Al: Alは鋼の脱酸のために添加されるが、過多に添加して
も、効果が飽和するのみならず、めっき不良を招くの
で、添加量は0.1%以下とする。
なお、本発明において用いる鋼は、上記の成分に加え
て、Mo:0.1〜1.0%及びCr:0.1〜1.5%よりなる群から選
ばれる少なくとも1種を含有させてもよい。
Mo: Moはオーステイナイト相を著しく安定化し、冷却過程
において硬質相の生成を容易にして高強度化するため
に、必要に応じて添加される。しかし、添加量が少ない
と高強度を達成するための硬質相を得ることができない
ので、その下限値を0.1%とする。一方、1.0%を超えて
添加すると、ベイナイトが抑制され、マルテンサイトが
バンド状で多量に生成するため、穴広げ性が劣化するの
で、1.0%を上限値とする。
Cr: CrはMn及びMoと同様な効果を有し、オーステナイト相
を安定化し、硬質相の生成を容易にして高強度を得るた
めに、必要に応じて添加される。その効果を得るには少
なくとも0.1%必要であるが、過多に添加すると伸びを
低下させるので、添加量の上限を1.5%とする。
次に本発明の方法における製造条件について説明す
る。
まず、上記の化学成分を有する鋼は、通常工程により
製鋼分塊又は連続鋳造を経てスラブとした後、熱間圧延
を経てホットコイルにする。熱間圧延に際しては、特に
その条件を限定する必要はないが、均一微細なフェライ
トとベイナイト等の複合組織の溶融亜鉛めっき高強度薄
鋼板を得るには、熱間圧延の巻取温度を低くし、均一な
フェライトとベイナイトの組織にした方が良い。
その後、常法に従って、酸洗し、冷間圧延を施して薄
鋼板を得る。通常、冷間圧延率は30%以上である。
次いで、この薄鋼板を連続溶融亜鉛めっきラインに導
いて、再結晶焼鈍、亜鉛亜鉛めっき、或いは更に合金化
処理を施す。
第1図は本発明で規制する連続亜鉛めっきラインの熱
履歴を示している。
再結晶焼鈍は、Ac3変態点−50以上、900℃以下の温度
にて施すことが必要である。加熱時間は10秒以上が好ま
しい。焼鈍加熱温度がAc3変態点−50℃よりも低いとき
は、オーステナイトの体積率が少なく、C濃度が高まり
安定化するため、ベイナイトの生成が抑制され、粗いフ
ェライトとC濃度が高く粗いマルテンサイトの組織とな
るので、穴広げ性が低くなる。一方、焼鈍加熱温度が90
0℃よりも高いときは、オーステナイト粒が粗大化し、
組織が粗くなるために、穴広げ性が劣化する。
次いで、焼鈍温度からめっき処理までの冷却は、ま
ず、650℃以上の温度域まで冷却するが、その冷却速度
は特に規制されない。次いで、この650℃以上の温度域
からめっき浴の温度まで、 lnCR=−1.18Meq.+3.37 ここで、 Meq.=Mn+1.52Mo+1.10Cr+0.10Si+2.1P で示される冷却速度CR(℃/s)以上の冷却速度にて冷却
する。冷却速度がCRより小さいときは、パーライト変態
し、所定の強度が得られないのみならず、穴広げ性が低
下する。
めっき処理後、フェライトとベイナイトを主体とする
複合組織を生成する冷却速度で冷却することにより、フ
ェライト・ベイナイト、或いは、フェライト・ベイナイ
ト・マルテンサイト組織を得ることができる。なお、こ
の冷却は空冷、ミスト冷却などで良い。
また、溶融亜鉛めっきを施した後、550℃〜Ac1の温度
にて合金化処理しても、その組織は変化せず、同等の穴
広げ性が得られる。
次に本発明の実施例を示す。
(実施例) 第1表に示す化学成分を有する供試鋼を溶製し、20mm
厚のスラブにした。これを仕上温度850℃、巻取温度560
℃で熱間圧延し、3.2mm厚の熱延鋼板とした。得られた
鋼板を酸洗し、冷間圧延して、1.2mm厚(圧下率62.5
%)の冷延鋼板を得た。
これらの冷延鋼板について、第2表に示す連続亜鉛め
っき条件にて合金化溶融亜鉛めっき鋼板或いは溶融亜鉛
めっき鋼板を得て、引張特性及び穴広げ性並びにめっき
密着性について調査した。その結果を第2表に示す。
第2表より以下の如く考察される。
本発明材No.1〜No.2は、80kgf/mm2前後の高強度で、6
0%以上の高い打抜き穴広げ率を示している。また、め
っき密着性も優れている。
一方、比較材No.3は、焼鈍加熱温度が2相域でAc3
態点−50℃よりも低いため、オーステナイトのC濃度が
高く、硬質かつ粗大なマルテンサイト組織を生成するた
めに強度は高いが、穴広げ率は12%と低い。
比較材No.4は、急冷開始温度が500℃と低いため、そ
の冷却過程で、フェライトが析出し、オーステナイトの
C濃度が高くなり、硬質なマルテンサイトを生成する。
このため、フェライトとの硬度差が大きくなり、結果と
して穴広げ率が低く、本発明材よりも劣っている。
比較材No.7は、合金化処理の温度がAc1温度以上のた
め、合金化処理後の冷却時に多量で粗大なマルテンサイ
トが生成するので、高強度ではあるが、穴広げ率は低
い。
比較材No.9は、めっき浴への冷却時の冷却速度が本発
明範囲の冷却速度(29℃/s)よりも小さいため、多量の
フェライト及びパーライトが生成したので、本発明材N
o.8に比べて強度及び穴広げ率が低い。
比較材No.13は、C量が低く、めっき浴への冷却時の
冷却速度が本発明範囲の冷却速度(83℃/s)よりも小さ
いため、ベイナイト及びマルテンサイトが得られず、目
的とした高強度が得られていない。また、比較材No.14
〜No.16では、化学成分が本発明範囲外であるため、本
発明範囲内の製造条件であっても、焼入性が非常に高い
ためにベイナイトを生成せず、フェライトと硬質なマル
テンサイトの複合組織となるので、高強度ではあるが低
い穴広げ率を示している。比較材No.17は高強度で高い
穴広げ率を示しているものの、めっき密着性が劣ってい
る。
これらに対し、他の本発明材No.5〜No.6、No.8、No.1
0〜No.12は、高い強度−穴広げ率バランスを有すると共
に、めっき密着性も優れている。
また、合金化処理を施さない溶融亜鉛めっき鋼板の本
発明例No.18も、同様である。
なお、第2図は引張強さ(TS)と10mmφ打抜き穴広げ
率(λ)との関係を整理したものであり、本発明材が優
れた強度−穴広げ率(λ)バランスを示していることが
わかる。
(発明の効果) 以上詳述したように、本発明の方法によれば、化学成
分を規制すると共に、特に再結晶焼鈍加熱温度から亜鉛
めっき温度までの冷却速度を上述したように制御するの
で、冷却過程、合金化処理及びその後の室温までの冷却
過程でC濃度の低いオーステナイトをベイナイトを主体
とした微細均一なフェライト・ベイナイトの複合組織又
はフェライト・ベイナイト・マルテンサイトの複合組織
にすることができる。また、通常の溶融亜鉛めっき鋼板
の場合も、合金化処理鋼板と同様であり、再結晶焼鈍加
熱温度から亜鉛めっき温度までの冷却過程でベイナイト
を主体とする微細均一な複合組織を得ることができる。
したがって、50kgf/mm2以上で、特に60〜120kgf/mm2
まで、穴広げ性の優れた溶融亜鉛めっき高強度薄鋼板の
製造が可能である。
しかも、本発明によれば、低温にて合金化処理を行う
ことができるので、メッキむら、パウダリング性等の表
面性状の向上に加えて、エネルギーコストの低減も可能
である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明で規制する連続亜鉛めっきラインの熱履
歴を示す図、 第2図は合金化溶融亜鉛めっき鋼板及び溶融亜鉛めっき
鋼板の引張強さ(TS)と10mmφ打抜き穴広げ率(λ)と
の関係を示す図である。
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21D 8/02 - 8/04 C21D 9/46 - 9/48

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】重量%で(以下、同じ)、 C:0.06〜0.3% Si:0.6%以下 Mn:0.6〜3.0% P:0.1%以下 Al:0.1%以下 を含有し、残部が鉄及び不可避的不純物からなる鋼を通
    常の方法で熱間圧延、酸洗、冷間圧延した後、連続亜鉛
    めっきラインにて再結晶焼鈍するに際に、加熱温度をAc
    3変態点−50以上〜900℃以下にし、めっき浴の温度まで
    の冷却条件として、650℃以上の温度域からめっき浴の
    温度まで、次式 1nCR=−1.18Meq.+3.37 ここで、 Meq.=Mn+1.52Mo+1.10Cr+0.10Si+2.1P で示される下部臨界冷却速度CR(℃/s)以上の冷却速度
    にて冷却した後、溶融亜鉛めっきを施し、その後フェラ
    イトとベイナイトを主体とする複合組織を生成する冷却
    速度で冷却することを特徴とする穴広げ性に優れた溶融
    亜鉛めっき高強度薄鋼板の製造方法。
  2. 【請求項2】前記溶融亜鉛めっきを施した後、500〜Ac1
    の温度にて合金化処理を施す請求項1に記載の方法。
  3. 【請求項3】前記鋼が、更に、Mo:0.1〜1.0%及びCr:0.
    1〜1.5%のうち少なくとも1種を含有するものである請
    求項1又は2に記載の方法。
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