JP3295900B2 - 耐二次加工脆性に優れた深絞り用高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents

耐二次加工脆性に優れた深絞り用高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、自動車用構造部材
に代表される複雑な形状にプレス加工され、かつ耐食性
が要求される部品の素材として好適な耐二次加工脆性に
優れた深絞り用高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、地球環境問題に対処するため、自
動車用鋼板においては、車体重量軽減による燃費改善を
目的として、高強度鋼板の使用比率が高まっている。そ
れに加えて、メンバー類の自動車構造部材では、衝突時
の安全性確保の観点からも、より高強度の鋼板の適用が
求められている。また、これらの部品は車体デザインの
複雑化やエンジンルームのスペース確保のため形状も複
雑になっており、これにともない優れたプレス成形性が
要求される。更にまた、防錆、耐穴あき性への要求も高
い。
【0003】これらの要求に応える鋼板として、例え
ば、特公昭57−57945号公報に開示されている極
低炭素鋼にTiやNbのような炭窒化物形成元素を添加
したいわゆるIF鋼に、固溶強化元素としてP、Si、
Mn等を添加した鋼板が数多く提案されている。
【0004】IF鋼においてはCをTiやNbで析出固
定するために、結晶粒界が非常に清浄となり、深絞り成
形後、粒界破壊による二次加工割れが発生しやすくな
る。Pは強化能がSi、Mnに比べて大さく、r値に与
える影響も小さいことから固溶強化元素として非常に有
効であるが、Pで強化した場合はPの粒界偏析により二
次加工脆性の傾向が一層顕著となる。
【0005】そこで、この問題を解決する手段として、
特開平5−59491号公報や特開平5−214487
号公報にはSiやMnを主体に強化する方法が開示され
ており、また特開昭59−190332号公報や特開昭
59−193221号公報にはPの偏析しやすい温度範
囲を急冷する方法が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Siや
Mnを主体として強化する方法では、Siが酸化しやす
い元素であるため、焼鈍時に表面に酸化皮膜が形成さ
れ、溶融亜鉛めっき工程で不めっき等の問題が生じ、ま
たMnによる強化では、その強化能が小さいため所望の
強度を得るためには多量の添加が必要であり、このため
加工性が大きく劣化するとともに合金コストも高くな
る。
【0007】一方、Pを主体に強化して、Pの偏析しや
すい温度範囲を急冷することにより、SiやMnを主体
として強化した場合の問題は回避されるものの、設備上
の制約を受け、実操業においては実施困難である。ま
た、耐食性の確保のために、合金化溶融亜鉛めっきを施
した場合の耐二次加工脆性については全く配慮がなされ
ていない。
【0008】本発明はかかる問題に鑑みなされたもの
で、Pを主体に強化した高強度鋼板において、特別な冷
却工程を必要とすることなく容易に製造することがで
き、優れた耐二次加工脆性及びプレス加工性を備えた高
強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供することを課題と
する。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明者はかかる課題に
対して、鋭意研究した結果、Pを主体に強化したIF鋼
板を原板とする高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板におい
て、NおよびSを通常レベル以上にすることにより、冷
延鋼板並みの縦割れ遷移温度とすることが可能であるこ
とを知見し、本発明を完成するに至った。
【0010】すなわち、本発明の高強度合金化溶融亜鉛
めっき鋼板は、質量%で、C :0.0050%以下、 S
i:0.50%以下、Mn:0.05 〜2.0 %、 P :0.03〜
0.15%、S :0.01〜0.03%、 Al:0.01〜0.1 %、
N :0.005 〜0.02%、Ti:0.02〜0.2 %、を含み、
あるいは更にNb:0.005 〜0.1 %、B :0.0003〜0.
003 %の1種または2種を含み、残部Feおよび不可避
的不純物からなることを特徴とするものであり、深絞り
性を損なうことなく、耐二次加工脆性に優れる。
【0011】まず、二次加工脆性に及ぼすS、Nの相乗
作用について説明する。本発明者はPを主体に強化した
冷延鋼板及び合金化溶融亜鉛めっき鋼板の耐二次加工脆
性について調査した。調査に用いた鋼板は、下記の従来
鋼成分及び本発明鋼成分のスラブを、加熱温度1200
℃、仕上げ温度900℃、巻取温度600℃で3.6mm
の熱延鋼板とし、続いて酸洗、冷延し、0.8mmの冷延
鋼板を得た。更に、850℃で焼鈍後、溶融亜鉛めっき
及び合金化加熱処理(600℃×50〜85秒)を行
い、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得た。
【0012】・従来鋼成分(単位: 質量%、残部実質的
にFe) C:0.003%、Si:0.01%、Mn:0.20
%、S:0.006%、Al:0.045%、Ti:
0.065%、N:0.002%、P:0.01〜0.
15%
【0013】・本発明鋼成分(単位: 質量%、残部実質
的にFe) C,Si,Mn,Al,Ti:従来鋼とほぼ同等、S:
0.018%、N:0.007%、P:0.05〜0.
15%
【0014】上記冷延鋼板及び合金化溶融亜鉛めっき鋼
板を用いて、耐二次加工脆性の指標値である縦割れ遷移
温度を測定した。縦割れ遷移温度とは、絞り比2.3で
成形した深絞りカップを冷媒中で押し拡げ試験をした際
に、脆性的に破壊して縦割れを起こすものの比率が50
%に達する温度を意味する。Pの含有量に対する縦割れ
遷移温度の測定結果を図1に示す。
【0015】図1より、S、Nの少ない従来鋼では、冷
延鋼板(図中○)、合金化溶融亜鉛めっき鋼板(図中
●)ともP添加量の増加に伴い縦割れ遷移温度が上昇す
るものの、いずれのP量においても合金化溶融亜鉛めっ
きを施すことにより、縦割れ遷移温度が著しく上昇する
ことが分かった。しかも、冷延鋼板と合金化溶融亜鉛め
っき鋼板との縦割れ遷移温度の差はP添加量の増加に伴
い、拡大している。
【0016】一方、S、Nの含有レベルの高い本発明鋼
では、合金化溶融亜鉛めっきを施したもの(図中■)で
も縦割れ遷移温度は冷延鋼板(図中□)並みであること
が分かる。すなわち、Pを主体に強化したIF鋼におい
ては,通常レベルよりもS、Nを多く含有させること
で、合金化溶融亜鉛めっきによる縦割れ遷移温度の上昇
を抑制することができる。
【0017】S、Nの積極的添加により、縦割れ遷移温
度の上昇が抑制されるメカニズムの詳細はよく分からな
いが、おそらくS、Nを多く含有させることで、析出物
の形態や分布に影響を与え、粒界が清浄で、しかもPの
偏析により脆化している粒界に、合金化加熱処理の際に
侵入するZnに起因する割れ感受性の増大を防止してい
るものと考えられる。
【0018】次に、本発明における成分の限定理由につ
いて説明する。 C:0.0050%以下 Cは多量に添加すると加工性が劣化するので0.005
0%以下に止める。
【0019】Si:0.50%以下 Siほ多量に添加すると不めっきや表面性状の不良を誘
発するので、上限を0.50%とする。
【0020】Mn:0.05〜2.0% Mnは熱間脆性を防止するためには、0.05%以上の
添加が必要である。一方、2.0%を越えて添加すると
加工性が劣化するので、上限を2.0%とする。
【0021】P:0.03〜0.15% Pは所望の強度を得るために0.03%以上添加する。
一方、多量に添加すると加工性を劣化させるとともに二
次加工脆化が著しくなるので、0.15%以下に止め
る。
【0022】Al:0.01〜0.1% Alは溶鋼の精錬時の脱酸剤として有用な元素であり、
0.01%以上の添加が必要である。しかし多量の添加
は加工性の劣化や精錬コストの上昇につながるので、そ
の上限を0.1%とする。
【0023】S:0.01 〜0.03% N:0.005〜0.02% S、Nは従来不純物元素として極力低減することに注力
され、特にIF鋼では非常に低いレベルまで低減される
のが常である。本発明では、現在の製鋼能力で特別な処
理をすることなく到達できるレベルで、合金化溶融亜鉛
めっき鋼板の耐二次加工脆性を改善できることを見い出
したものであり、Sが0.01%未満、Nが0.005
%未満では耐二次加工脆性改善の効果が小さい。一方、
Sを0.03%、Nを0.02%を超えて含有すると過
度の加工性劣化を引き起こす。好ましくは、S:0.0
15〜0.025%、N:0.006〜0.013%と
するのがよい。
【0024】Ti:0.02〜0.2% Tiは加工性の改善作用を有し、また合金化処理を行う
場合には合金化抑制効果を緩和し、生産性を維持する作
用を有する。0.02%未満ではかかる作用が過少であ
り、一方0.2%を超えて添加すると、加工性が劣化す
るとともに、合金化処理した場合にはプレス加工時にめ
っき層が剥離し易くなる。
【0025】本発明は以上の本質的成分からなるが、更
に必要に応じて下記Nb、Bの一種以上を含有すること
ができる。 Nb:0.005〜0.1% Nbはr値、Elの異方性を改善する作用を有する。
0.005%未満ではかかる作用が過少であり、一方
0.1%を超えて添加するとかえって加工性を損なうよ
うになる。
【0026】B:0.0003〜0.003% Bは粒界強度を上げる元素であるので、冷延原板の耐二
次加工脆性を改善するために0.0003%以上添加し
てもよい。一方、0.003%を超えて添加すると加工
性が劣化するようになる。
【0027】次に本発明合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製
造方法について説明するが、通常の設備で実施可能であ
り、特別な冷却設備等を必要としない。上記成分を有す
る鋼は、通常の方法で溶製され、スラブに鋳造された
後、続いて熱間圧延され、酸洗後、冷間圧延、焼鈍さ
れ、溶融亜鉛めっき処理および合金化加熱処理が施され
るが、好ましい熱延条件は以下の通りである。
【0028】まず、熱間圧延において、熱延仕上げ温度
はAr3点〜(Ar3点+150℃)とすることが好まし
い。Ar3点を下回ると、焼鈍後の深絞り性にとって不利
な集合組織が発達する。一方、Ar3点十150℃を上回
ると、オーステナイト域での粒成長が著しく、γ→α変
態後の結晶粒径も大きくなり、焼鈍後の深絞り性に悪影
響をもたらす。
【0029】巻取り温度は、630℃以下とすることが
好ましい。巻取り温度を630℃より高くすると、Fe
−Ti−P系の析出物が粒界に析出して、r値が劣化す
るようになる。
【0030】巻き取られた熱延鋼板は通常の方法により
酸洗された後、冷間圧延される。冷間圧延率は60〜9
5%が好ましい。60%未満では焼鈍後、深絞り性に好
ましい集合組織が十分に発達せず、また95%以上では
面内異方性が大きくなる。より、好ましい範開は75〜
90%である。
【0031】冷延されたコイルは焼鈍される。再結晶焼
鈍については箱焼鈍あるいは連続焼鈍いずれも可能であ
るが、延性および深絞り性を確保するために再結晶温度
以上Ac3点以下の温度で焼鈍することが好ましい。
【0032】
【実施例】下記表1に示す成分の鋼を溶製し、スラブと
した。このスラブを仕上げ温度900℃、巻取り温度6
00℃で3.6mmの板厚に熱間圧延し、酸洗後、0.8
mm(冷延率78%)まで冷間圧延し、850℃で再結晶
焼鈍を行い、続いて合金化溶融亜鉛めっきを施した。得
られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面性状を観察する
と共に、引張試験片を採取し、機械的性質を調べた。ま
た縦割れ遷移温度を測定した。測定条件は既述の通りで
あり、それらの結果を表2に示す。
【0033】
【表1】
【0034】
【表2】
【0035】表2より、比較例である試料No. 9、10
は機械的性質、表面性状は良好であるものの、Sおよび
Nの量が過少なため、縦割れ遷移温度が高い。また、試
料No. 11はC量が多いため、耐二次加工脆性は良好で
あるものの、El、r値が低く加工性が良くない。また
試料No. 12はSi添加量が多いため、El、r値が低
く、不めっきが発生している。試料No. 13はP添加量
が多いため、El、r値が低く、合金化むらも発生して
いる。
【0036】これらに対して、実施例に該当する試料N
o. 1〜8は、成分が本発明範囲内に調製されているた
め、El、r値が高く、良好なプレス加工性を示してお
り、また縦割れ遷移温度も低く、表面性状も良好である
ことが分かる。
【0037】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、Sお
よびNを通常のIF鋼より高めに設定することにより、
P強化IF鋼を原板とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の
耐二次加工脆性を、プレス加工性を劣化させることな
く、冷延鋼板並みに改善することができ、しかも製造に
当たり格別の設備、工程も不要であり、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】S及びN含有量の異なる2鋼種の冷延鋼板およ
び合金化溶融亜鉛めっき鋼板の縦割れ遷移温度におよぼ
すP添加量の影響を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%で、C :0.0050%以下、 S
    i:0.50%以下、Mn:0.05 〜2.0 %、 P :0.03〜
    0.15%、S :0.01〜0.03%、 Al:0.01〜0.1 %、
    N :0.005 〜0.02%、Ti:0.02〜0.2 %、を含み、
    残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とす
    る耐二次加工脆性に優れた深絞り用高強度合金化溶融亜
    鉛めっき鋼板。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載した成分に加えて更に、
    Nb:0.005 〜0.1 %、B :0.0003〜0.003 %の1種
    または2種を含み、残部Feおよび不可避的不純物から
    なる耐二次加工脆性に優れた深絞り用高強度合金化溶融
    亜鉛めっき鋼板。
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