JP3309771B2 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車用の高強度
の鋼板として好適な、めっき皮膜の耐パウダリング性お
よび耐低温チッピング性に優れ、塗装焼付硬化性がある
合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の車体用鋼板として、合金
化溶融亜鉛めっき鋼板が広く用いられている。合金化溶
融亜鉛めっき鋼板は、溶融亜鉛めっきを施した鋼板に、
５００〜６００℃に加熱して３〜６０秒間保持する合金
化処理を施して製造される。合金化処理によってＺｎ層
は、通常、Ｆｅを８〜１５重量％含有するＦｅ−Ｚｎ合
金層となる。めっき皮膜がＦｅ−Ｚｎ合金層の場合に
は、めっき皮膜と塗料の密着性が通常の溶融亜鉛めっき
に比較してすぐれ、塗装後の耐食性が格段に向上するう
え、スポット溶接性も改善される。自動車用に用いられ
る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の亜鉛付着量が過剰な場合
には耐パウダリング性が劣化するので、通常亜鉛付着量
は鋼板の片面当たり２０〜７０ｇ／ｍ² である。

【０００３】このような合金化溶融亜鉛めっき鋼板を自
動車の車体用鋼板として用いる場合には、鋼板の成形性
やめっき皮膜の耐食性に関して以下の性能が要求されて
いる。

【０００４】（ａ）鋼板加工時にめっき皮膜が剥離しな
いこと（耐パウダリング性）。

【０００５】（ｂ）低温環境下でめっき皮膜の密着性が
優れていること（耐低温チッピング性）。

【０００６】（ｃ）母材は、良好な成形性を持ちながら
高強度化の要求に応え得る強度を持っていること。

【０００７】（ｄ）鋼板は塗装焼付硬化性を持っている
こと。

【０００８】パウダリングとは、プレス加工時に鋼板が
圧縮変形を受ける領域で、めっき皮膜が細かく砕けて剥
離し、粉状のめっき皮膜片が発生する現象である。Ｆｅ
−Ｚｎ合金は通常の金属Ｚｎに較べて硬質であるため
に、圧縮変形されるとめっき皮膜自体が粉化しやすい。
このパウダリングが生じると、その部分の耐食性が劣化
するばかりでなく、剥離しプレス金型に付着した粉末は
成形品の表面疵の原因になる。

【０００９】低温チッピングとは、塗装した合金化溶融
亜鉛めっき鋼板に低温環境下で衝撃的な変形が加えられ
た場合に、母材との界面からめっき皮膜が剥離する現象
である。低温チッピングは、寒冷地などを走行中の自動
車の車体の塗装面に小石などが衝突した時に生じる場合
があり、その改善が求められている。

【００１０】高強度化は、自動車の燃費改善を推進する
ための車体の軽量化や、ドア等の外装材の耐デント性の
向上対策として要請されているものである。成形性に優
れる車体用鋼板の強度は、通常、引張強度で３００ＭＰ
ａ前後であるが、車体軽量化のために引張強度が３４０
〜４００ＭＰａ前後のものが要望されている。

【００１１】塗装焼付硬化性とは、常温では時効硬化し
にくいが、塗料を焼付ける温度領域では時効硬化する性
質である（以下、この性質を単に「ＢＨ性」と記す。ま
た、ＢＨ性を持つ鋼板を単に「ＢＨ性鋼板」と記す）。
この鋼板は、鋼板製造時のままの低い降伏点を持った状
態でプレス加工されるのでプレス加工時に車体部品の正
確な形状が得られる。プレス加工後塗装焼付けされる
と、時効硬化現象によって鋼板の降伏点が高くなるの
で、塗装後の製品の強度が上昇する。つまり、ＢＨ鋼板
を用いれば、プレス加工時には部品の形状精度が得やす
く、塗装後には強度が高い部品が得られることになる。
これは、正確な形状と耐へこみ疵性（以下、耐デント性
と記す）が共に求められる自動車外装用の鋼板には必要
な機能である。

【００１２】つまり、自動車外板に適用される合金化溶
融亜鉛めっき鋼板では、プレス成形性、高強度、かつ、
ＢＨ性を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、し
かもめっき皮膜の密着性すなわち耐パウダリング性およ
び耐低温チッピング性がすぐれていることが望まれてい
る。

【００１３】耐パウダリング性の改善方法としては、亜
鉛付着量、めっき浴へのＡｌ添加量、合金化度等の適正
化、めっき皮膜との密着性を阻害するような母材への合
金元素添加量の制限などが提案されている。

【００１４】パウダリングもチッピングもめっき皮膜が
剥離する現象である。このため、従来は耐パウダリング
性を向上させれば耐低温チッピング性も改善されると考
えられていた。しかしながら実際には、耐パウダリング
性を向上させても必ずしも耐低温チッピング性が改善さ
れるとは限らない。耐低温チッピング性は、主としてめ
っき皮膜と母材表面との界面での密着性の問題であるこ
とが判明し、母材界面でのめっき皮膜の密着性を向上さ
せる方法が提案されている。

【００１５】特開平２−９７６５３号公報には、加工性
に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法が開
示されている。この鋼板は、塗装された鋼板が切断され
た際、切断端面でめっき皮膜が剥離しにくい特徴を持っ
ている。この鋼板は、母材表面の結晶粒界にＺｎが浸入
し拡散した組織を有し、その亜鉛が結晶粒界でくさび状
の形態で存在するので、めっき皮膜が母材界面から剥離
しにくいとされている。この鋼板は、めっき浴のＡｌ濃
度を通常よりも高くしてめっきし、通常よりも高温で長
時間の合金化処理をおこなうことによって製造される。
しかし、高温で合金化すると耐パウダリング性が損なわ
れやすく、合金化処理時間が長いと生産性が阻害され
る。また、切断端面からのめっき皮膜の剥離には有効と
されているが、母材の化学組成との関係や、低温環境下
で生じる耐低温チッピング性に対する効果は明らかでは
ない。

【００１６】ＳｉやＰは、鋼板の成形性鋼をあまり阻害
しないでその強度を高める作用があり、また、安価な合
金元素である。従って、ＳｉやＰは鋼を強化するのに好
適な元素である。しかし、ＳｉやＰはめっき性を阻害す
る。母材にＳｉを添加しすぎると不めっきが生じること
および合金化速度が遅くなることが知られている。Ｐは
合金化速度を遅くする元素であることが知られている。
Ｐは鋼の結晶粒界に偏析しやすいので、Ｐ含有量が高い
鋼では母材の結晶粒界とＺｎとの反応が抑制されるため
と考えられている。このため、これらの元素を用いて鋼
板の高強度化とめっき性とを両立させるのは容易ではな
い。

【００１７】特開平６−８１０９９号公報には、めっき
皮膜と母材との密着性に優れた、家電用塗装鋼板や自動
車用鋼板として好適な合金化溶融亜鉛めっき鋼板が開示
されている。この発明では、密着性を向上させるために
極低Ｃ鋼にＳｉを含有させ、Ｐ含有量を低く制限した母
材を使用し、合金化処理後のめっき皮膜と母材との界面
での鋼の表面を凹凸が激しい粗い表面にすることにより
密着性を改善し、塗装後の耐チッピング性を向上させ
る。この発明では、母材に含有されるＰはできるだけ低
く管理する他、Ｃ含有量も密着性改善に支障があるとし
て極低Ｃ鋼としさらにＴｉを添加してＣを固定してい
る。

【００１８】極低炭素Ｔｉ添加鋼にＳｉを含有させると
母材の結晶粒界への亜鉛の浸入が促進されてめっき皮膜
と母材の鋼との界面での密着性が向上するとの報告があ
る(W.van.Koesveld他：GALVATEC'95 Conference Procee
dings p.343-353)。しかしながらこの報告で開示されて
いる技術は軟質なＩＦ鋼を対象としたものであり、その
母材には固溶Ｃは無く、自動車用鋼板で要望がある強度
が高いＰ添加鋼については言及されていない。

【００１９】ＢＨ性を兼ね備えた合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の要請に対し、たとえば特開平４−８０３４９号公
報には、耐パウダリング性に優れた焼付硬化性高強度合
金化溶融めっき鋼板とその製造方法が開示されている。
この発明では、めっき皮膜の密着性を向上させるために
Ｐの含有量を０．０３％以下に制限するとともに、パウ
ダリングを抑制する目的でＢを添加している。さらに、
ＢＨ性を得るためにＮｂをＣ量の２〜７．５倍含有させ
るものである。この発明では、耐パウダリング性は改善
されるとしているが、耐低温チッピング性に関しては何
も説明されていない。また、Ｐ含有量が低く制限される
うえ、Ｂを添加すると鋼板の成形性が損なわれるおそれ
がある。

【００２０】特開平５−１９５１４８号公報には、塗装
焼付硬化性と２次加工性に優れた冷延鋼板および溶融亜
鉛めっき鋼板とその製造方法が開示されている。この発
明は、極低炭素鋼にＳｉとＰを含有させている。そし
て、ＴｉとＳの含有量の比を適正範囲にすることによっ
て析出物の種類を制御し、ＢＨ性と２次加工性を発現さ
せている。しかしその実施例に記載されている亜鉛めっ
き鋼板ではＳｉもＰも添加されていない。また、めっき
皮膜の密着性は評価されておらず、耐低温チッピング性
にも言及されていない。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】このように、合金化溶
融亜鉛めっき鋼板にて、ＢＨ性を有するものや、耐パウ
ダリング性、または耐低温チッピング性がすぐれたもの
など、個々の性能のすぐれた鋼板やその製造方法に関し
てはいくつかの提案がある。しかし、強度、ＢＨ性、耐
パウダリング性および耐低温チッピング性の全ての特性
が所定の水準を超える鋼板は未だ得られていない。

【００２２】本発明の目的は、耐パウダリング性と低温
環境下での耐チッピング性（以下、耐低温チッピング性
と記す）がすぐれ、プレス成形性が良好で強度が高くＢ
Ｈ性がある合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方
法を提供することにある。

【００２３】本発明の要旨は下記(1)と(2)に記載の、耐
パウダリング性および耐低温チッピング性に優れた合金
化溶融亜鉛めっき鋼板、および(3)に記載のその製造方
法にある。

【００２４】（１）母材の化学組成が重量％で、Ｃ：
０．００４〜０．００８％、Ｓｉ：２．５×Ｐ（％）〜
０．２０％、Ｍｎ：０．１０〜０．４０％、Ｐ：０．０
１７〜０．０４５％、Ｓ≦０．０１５％、ｓｏｌ．Ａ
ｌ：０．００３〜０．０８％、Ｎ≦０．００４％、Ｔ
ｉ：０．００２〜０．０１５％、Ｎｂ：０．０１０〜
０．０３０％、かつ、ＴｉとＮｂの含有量の和が下記
式を満たし、残部はＦｅおよび不可避的不純物からな
り、引張強さが３４０ＭＰａ以上、塗装焼付硬化性が１
０ＭＰａ以上を有する、耐パウダリング性および耐低温
チッピング性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。

【００２５】

【数２】

【００２６】（２）母材のＣ、Ｐおよびｓｏｌ．Ａｌの
含有量が重量％で下記の範囲にある請求項１に記載の合
金化溶融亜鉛めっき鋼板。

【００２７】Ｃ：０．００５〜０．００７％、Ｐ：０．
０１７〜０．０３５％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００３〜
０．０４％ （３）母材に溶融亜鉛めっきを施し、２０℃／秒以上の
加熱速度で合金化処理温度に加熱して合金化処理を施し
た後、１０℃／秒以上の冷却速度で冷却することを特徴
とする上記(1)または(2)に記載の合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の製造方法。

【００２８】本発明の課題を解決するための考え方は以
下のとおりである。

【００２９】（ａ）自動車車体用鋼板として優れた成形
性を持つ鋼板を得るために、母材には極低炭素鋼を用い
る。そして、成形性を阻害しないで、かつ、安価に引張
強度を高めるに、Ｓｉ、Ｐ等の固溶強化性の合金元素を
含有させる。合金化溶融亜鉛めっき鋼板の母材にＰを含
有させていくとめっき皮膜の耐低温チッピング性が劣化
する。しかし、Ｐ含有量に応じてＳｉ含有量を増すこと
で、耐低温チッピング性の劣化が防止できるばかりでな
く、より向上させることができる。特に、ＳｉをＰ含有
量の２．５倍以上含有させると耐低温チッピング性を改
善する効果が顕著になる。

【００３０】Ｐ含有量が増すと、Ｐの母材表面の結晶粒
界への偏析が増す。このためにＺｎが結晶粒界に拡散し
にくくなり、結晶粒界でのＺｎによるくさび効果が得ら
れなくなる。しかし適量のＳｉを含有させると、鋼板母
材の結晶粒界等への局所的なＺｎの侵入が促進される。
その結果、めっき皮膜の投錨効果が向上し、耐低温チッ
ピング性が改善される。

【００３１】（ｂ）本発明では、鋼板の強度を確保する
ために、ＰやＳｉの添加に加えて、微量のＮｂを含有さ
せる。これは、めっき性を確保するためにはＰやＳｉの
含有量を制限する必要があるために、ＰやＳｉのみでは
鋼板の強度が不足するからである。従来、極低炭素鋼で
はＮｂ添加による強度上昇効果は小さいと考えられてき
た。しかし、ＢＨ性を発現させるのに必要な少量の固溶
Ｃに加えて、さらに微量のＣとＮｂを含有させることで
鋼の強度を高めることができる。これは、結晶粒の微細
化や微細な炭窒化物の析出の効果によると推定される。
母材に僅少のＮｂを含有させてもめっき皮膜の性能には
悪影響はない。

【００３２】めっき皮膜の密着性を確保するためにはＳ
ｉ、Ｍｎ、Ｐ等の合金元素の含有量を制限する必要があ
るので母材の強度が不足する。上記のＮｂ添加による強
度向上作用はこの強度不足を補う手段として活用でき
る。

【００３３】（ｃ）合金化処理の際の加熱速度を速くす
れば耐低温チッピング性が向上する。これは、急速加熱
をすることで亜鉛が母材表面の結晶粒界に拡散、侵入し
やすくなり、めっき皮膜に対する投錨効果が増すためと
考えられる。結晶粒界へのＺｎの拡散は、合金化処理温
度に加熱された時の母材表面に、固相のＦｅ−Ｚｎ合金
ではなくて、溶融しているＺｎが接触している方が促進
される。Ｆｅ−Ｚｎ合金の融点はＺｎ中のＦｅ含有量が
増すにつれて高くなる。従って合金化処理温度に加熱さ
れた時に融点が低いＺｎ（η相）を残留させるために
は、急速加熱が必要になるのである。

【００３４】また、合金化処理後の冷却速度を速くする
と耐パウダリング性が改善されると共に、ＢＨ性が得や
すくなる。耐パウダリング性はＦｅ−Ｚｎ合金化反応が
進みすぎると悪くなる。合金化処理後急速冷却すること
で冷却時に過剰な合金化反応が生じないようにすること
ができる。

【００３５】鋼板のＢＨ量は常温で鋼中に固溶している
Ｃ量に大きく影響される。合金化処理温度からの冷却速
度が遅くなると冷却の過程で固溶Ｃが析出してしまうの
で、鋼板のＢＨ量は小さくなる。従って、合金化溶融亜
鉛めっき鋼板のＢＨ量を確保するためには、合金化処理
温度からの冷却速度を速くする必要がある。

【００３６】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態についてその
詳細を以下に述べる。なお、以下に記す％表示は重量％
を意味する。

【００３７】Ｃ：ＢＨ量を確保するためと、所定の引張
強度を確保するために０．００４％以上含有させる。Ｃ
含有量が０．００４％に満たない場合にはＢＨ量が不足
すると共に、後述のＮｂとの組合わせによる強度の向上
効果が得られない。Ｃ含有量が、０．００８％を超える
と、冷間圧延母材では焼鈍後の絞り性が悪くなる。その
上、歪時効が進行し、鋼板の加工性が劣化するととも
に、加工時にストレッチャーストレーンが発生しやすく
なり、自動車車体の外装材に使用できなくなる。このた
め、Ｃ含有量の上限は０．００８％以下とする。強度と
ＢＨ量の確保を容易にするにはＣ含有量は０．００５〜
０．００７％とするのがより好ましい。 Ｓｉ：Ｐの含有量が増すにつれて低下する耐低温チッピ
ング性を改善させる目的と、母材の鋼の引張強度を高め
る目的で含有させる。耐低温チッピング性を良好な範囲
に保持するためには、Ｐ含有量の増加に応じてＳｉ含有
量を増す必要がある。このため、Ｓｉ含有量の下限はＰ
含有量と関連させて管理する必要がある。Ｓｉ含有量が
２．５×Ｐ（％）に満たない場合には、耐低温チッピン
グ性は十分には改善されない。他方、Ｓｉを０．２０
（％）を超えて含有させると、溶融亜鉛めっき前の焼鈍
時などに鋼板表面に強固な酸化皮膜が形成されてＺｎと
の濡れ性が乏しくなり、溶融めっきの際に不めっきが生
じるおそれがある。このためにＳｉ含有量は２．５×Ｐ
（％）〜０．２０％の範囲とする。

【００３８】母材のＳｉ含有量が増すにつれて合金化速
度が遅くなる。母材表面にＳｉ酸化物皮膜が生じ、これ
によりめっき皮膜へのＦｅ原子の拡散が阻害されるから
ではないかと推測される。合金化速度が遅くなりすぎる
と生産性が悪くなるので好ましくない。

【００３９】合金化速度は、めっき浴に含有させるＡｌ
量を減少させたり、合金化処理温度への鋼板の加熱速度
を速める等の方法で速くすることが出来る。しかし、こ
の様な方法によらなくても、Ｓｉ含有量を｛（−６／
７）×Ｐ（％）＋０．１６｝（％）以下に制限すれば合
金化速度は遅くならない。従って、Ｓｉ含有量は、
｛（−６／７）×Ｐ（％）＋０．１６｝（％）以下とす
るのがより好ましい。

【００４０】図１は本発明に係わる合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板の母材のＳｉおよびＰ含有量範囲を示す図であ
る。図の線分ＡＢよりも低Ｓｉ領域が上記のより好まし
い範囲である。

【００４１】Ｍｎ：Ｓによる熱間圧延時の脆化を抑止す
るため、少なくとも０．１％以上含有させる。Ｍｎには
強度を高める作用があるが、強度を高める効果は同量の
Ｓｉに比較して小さい。かつ、Ｍｎは、高価なうえ、過
剰に含有させるとＢＨ量が低下し、Ｓｉによる耐低温チ
ッピング性改善を阻害する。このためＭｎ含有量は０．
４０％を上限とする。

【００４２】Ｐ：鋼板の強度を高める効果があり、他の
強化元素に比較して強度を上昇させても成形性を損なう
度合いが少ない。しかも安価である。本発明では、強度
向上の効果を発揮させるためにＰを０．０１７％以上含
有させる。しかし、Ｐが増すにつれて、耐低温チッピン
グ性が大幅に低下する。過剰にＰを含有させるとＳｉを
増しても耐低温チッピング性が改善できないので、Ｐの
上限は０．０４５％とする。耐低温チッピング性をさら
に良くするにはＰ含有量を０．０３５％以下とするのが
よい。

【００４３】ｓｏｌ．Ａｌ：鋼を精錬する際に脱酸剤と
して用いる。その含有量が０．００３％に満たない場合
には脱酸効果が不足する。過剰に含有させると脱酸効果
が飽和するうえ、めっき皮膜の密着性が悪くなるので、
その上限は０．０８％とする。めっき皮膜の密着性をさ
らに良くするには０．０４％以下とするのがよい。

【００４４】Ｔｉ：鋼中Ｎ、ＳおよびＣの一部を析出物
として固定し、深絞り性を向上させる作用をする。Ｔｉ
が０．００２％に満たない場合にはこれらの作用が不足
し、０．０１５％を超えるとＢＨ性を低下させるおそれ
がある。このため、Ｔｉの含有量の範囲は０．００２〜
０．０１５％とする。

【００４５】Ｎｂ：少量のＣの存在によりＮｂＣを形成
して鋼の強度を向上させる作用を持っている。Ｎｂ含有
量が０．０１０％未満ではその効果が十分でなく、０．
０３０％を超えると加工性を悪くする。このため、Ｎｂ
の含有範囲を０．０１０〜０．０３０％とする。

【００４６】ＴｉとＮｂを同時に含有させることによ
り、母材鋼板のプレス成形性をより向上させることがで
きる。ただし、ＴｉとＮｂとはいずれも炭素を固定し固
溶Ｃを低減させる作用があるので、その合計の含有量
（Ｔｉ＋Ｎｂ）を０．０１２〜０．０３５％とする。Ｔ
ｉ＋Ｎｂが０．０１２％に満たない場合、固溶Ｃ量が多
くなりすぎてプレス成形性が悪くなり、かつ、常温での
歪時効が著しくなるので好ましくない。Ｔｉ＋Ｎｂが
０．０３５％を超えると、固溶炭素が少なくなりすぎて
ＢＨ量が不足する。

【００４７】上記の元素以外はＦｅおよび不可避的不純
物である。不可避的不純物はいずれも少ないほど望まし
いが、とくにＳとＮが増すとＴｉと結合して析出物や非
金属介在物が増加し、加工性が悪くなる。このため、不
可避的不純物としてのＳは０．０１５％以下、Ｎは０．
００４％以下に限定する。

【００４８】本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板は次に
示す方法で製造することが好ましい。上記のような化学
組成の溶鋼は常法の転炉や電気炉で溶製され、真空処理
等によって精錬されて連続鋳造法または造塊法と分塊圧
延法によってスラブとした後熱間圧延される。スラブは
熱間のまま直接圧延してもよいし、加熱炉に装入して再
加熱した後に圧延してもよい。熱間圧延時の好ましい仕
上温度は８８０〜９８０℃である。この温度の上限は表
面疵の問題、下限はＡr3変態点から規定される。巻取温
度は４５０〜７５０℃でおこなうのがよい。絞り成形性
を重視する場合には高温度で巻取るのがよいが、７５０
℃を超えるとスケール疵などの表面疵が発生する。

【００４９】熱延鋼板は、酸洗等の手段で表面の酸化皮
膜が除去された後、冷間圧延される。冷間圧延の圧下率
は６０〜９０％の範囲でおこなうのがよい。圧下率が低
すぎると深絞り性が好ましくなく、高すぎると深絞り性
が損なわれるうえ圧延荷重が過大になって表面疵が発生
しやすくなる。冷間圧下率は７５〜８５％の範囲で圧延
するのがより好ましい。冷間圧延後は、連続式溶融亜鉛
めっき装置で溶融亜鉛めっきされ、引き続き合金化処理
される。

【００５０】溶融亜鉛めっきは、通常の方法に従って予
備加熱した後、還元性雰囲気中で加熱して表面をが還元
すると共に再結晶焼鈍する。焼鈍温度は７００〜Ａc3点
未満の温度がよい。焼鈍温度は高いほど深絞り性が向上
するが、逆に結晶粒が粗大化して鋼板の強度が低下し、
肌荒れの危険性が増す。焼鈍温度が低すぎると深絞り性
が不足する。このため、焼鈍温度のより好ましい範囲
は、７５０〜８５０℃である。焼鈍された鋼板はめっき
浴の温度まで冷却され、溶融亜鉛めっきされる。亜鉛め
っき浴の温度は高すぎるとＺｎの蒸発がひどくなり操業
上の問題が生じる。亜鉛めっき浴の温度が低すぎるとＺ
ｎが凝固し易くなり亜鉛付着量の制御が困難になる。こ
のため、亜鉛めっき浴の温度は４５０〜４９０℃の範囲
とするのがよい。亜鉛めっき浴にはＡｌを０．０８〜
０．１５重量％含有させるのがよい。その理由は、亜鉛
付着量の制御をしやすくするためである。亜鉛付着量
は、多くなりすぎるとパウダリングが生じやすくなるの
で、片面あたりで２０〜７０ｇ／ｍ² 程度とするのがよ
い。亜鉛付着量の重量はＦｅ−Ｚｎ合金としての重量で
ある。

【００５１】亜鉛めっきされた鋼板は、引き続き合金化
処理温度に加熱されて合金化処理される。合金化処理温
度は４８０〜６００℃の範囲が好ましい。合金化処理温
度が４８０℃に満たない場合には合金化反応速度が遅い
ので処理時間が長くなり、６００℃を超えると合金化が
進みすぎる。さらに好ましい合金化処理温度は５００〜
５４０℃である。合金化の温度とその温度での保持時間
は、めっき皮膜中のＦｅ含有量が８〜１５重量％になる
ように制御するのがよい。めっき皮膜中のＦｅ含有量が
８％に満たない場合には、塗料の密着性が好ましくな
く、塗装後の耐食性も不十分である。耐低温チッピング
性を向上させる観点からはＦｅ含有量は多い方が好まし
いが、耐パウダリング性はＦｅ含有量が少ない方が良好
である。双方の性能が優れた鋼板を得るために、Ｆｅ含
有量を１５％以下に管理するのが望ましい。

【００５２】さらに、耐低温チッピング性を改善するに
は、合金化処理の際の４８０℃以下の温度域の加熱速度
を２０℃／ｓ以上、合金化処理温度からの冷却速度を１
０℃／ｓ以上とするのが望ましい。加熱速度を２０℃／
ｓ以上にすると耐低温チッピング性が改善される。この
加熱速度は、いくら速くてもかまわないが、過度に急速
加熱すると到達温度が不安定になったり、設備が過大に
なるためその上限は５０℃／ｓとするのがよい。さらに
好ましくは、２０〜４０℃／ｓである。冷却速度を速く
すれば、過剰なＦｅ−Ｚｎ合金化反応が抑制されて耐パ
ウダリング性が向上するとともに、固溶Ｃが残存しやす
くなって十分な量のＢＨ量が得られる。このため合金化
処理温度からの冷却速度は１０℃／ｓ以上とするのが好
ましい。冷却速度の上限は限定しないが、過度に速くす
ると鋼板の形状が悪くなるので５０℃／ｓ以下が好まし
い。

【００５３】合金化処理が終了すると冷却され、調質圧
延やレベリング等の処理が施される。これらの処理は常
法に従って施せばよい。また、必要に応じて、クロメー
ト処理等の後処理を施してもよい。

【００５４】自動車用鋼板として軽量化効果を発揮する
には、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の引張強度は３４０Ｍ
Ｐａ以上が必要である。その上限は特定するものではな
いが、良好な成形性を確保し、また、本発明の規定する
合金元素の添加量の範囲であれば、実質的に、４００Ｍ
Ｐａ前後が上限になる。

【００５５】ＢＨ量は、対デント性を確保するためには
１０ＭＰａ以上が必要である。よりすぐれた耐デント性
を得るには、２０ＭＰａ以上のＢＨ量が望ましい。ＢＨ
量は大きいほど好ましいが、過度に大きくなりすぎると
常温での時効が進行し易くなり、成形性が劣化したり成
形時にストレッチャーストレーン等の不良が生じやすく
なる。このため、ＢＨ量の上限は７０ＭＰａ以下とする
のが望ましい。ＢＨ量のさらに望ましい範囲は３０〜６
０ＭＰａである。

【００５６】ＢＨ量は、ＪＩＳ−Ｇ−３１３５の付属書
塗装焼付硬化量試験方法に記載されている方法で測定
する。この方法の概要は以下のとおりである。引張試験
片に２％の延び歪を加えた時の荷重（Ｆ_WH）を記録して
荷重を除き、その後１７０℃で２０分間の熱処理を施
し、室温まで空冷した後引張試験して降伏荷重（Ｆ_SA）
を求める。ＢＨ量は、両者の荷重の差を初期の試験片平
行部の断面積（Ａ₀ ）で除した値であり、（Ｆ_SA−
Ｆ_WH）÷Ａ₀ で求められる。

【００５７】めっき皮膜はＦｅ−Ｚｎ合金で構成され、
その化学組成は、Ｆｅを８〜１５％含有し、残部は実質
的にＺｎである。

【００５８】本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、上
記の化学組成の鋼からなるスラブを、通常の方法により
熱間圧延、冷間圧延して、所要の板厚とした後、溶融亜
鉛めっきラインにより亜鉛めっきし、合金化処理温度に
加熱して合金化することによって製造できる。

【００５９】

【実施例】

（実施例１）転炉で溶製し、真空脱ガス処理し、連続鋳
造して得られた、各種の化学組成のスラブを、加熱炉に
装入して１２００℃に加熱し、厚さ：３．６ｍｍ、幅１
２５０ｍｍのコイルに熱間圧延した。表１にこれらの鋼
のレードル分析値を示した。これらのコイルの熱間圧延
時の仕上温度は９１０〜９３０℃であり、巻取温度は６
４０〜６７０℃であった。これらの熱延コイルを酸洗
し、冷間圧延して０．７０ｍｍ厚の鋼板とした。冷間圧
下率は８１％であった。

【００６０】

【表１】

【００６１】これらの鋼板から長さ２００ｍｍ、幅８０
ｍｍの切り板を採取した。溶融めっきシミュレーターを
用いてこれらの切り板に以下の条件で溶融亜鉛めっきを
施した。まず、これらの切り板に、酸素濃度５００ｐｐ
ｍ以下の窒素雰囲気中で５５０℃まで１５℃／ｓで昇温
し、３ｓ間保持する予備加熱を施した。次いで露点−３
０℃の水素１０体積％、残り窒素からなる雰囲気中にて
昇温速度１５℃／ｓで８００℃に加熱し、６０ｓ間保持
する還元焼鈍を施した。その後４６０℃まで放冷し溶融
亜鉛めっき浴に浸漬してめっきをおこなった。めっき条
件は、めっき浴中のＡｌ濃度を０．１２％、めっき浴の
温度を４６０℃とし、めっき浴に浸漬して３ｓ間保持し
た。亜鉛付着量は高圧空気の吹き付け量を変更する方法
で片面当たり３０〜６０ｇ／ｍ² に調整した。めっき後
の切り板は一旦冷却し、その後、誘導加熱装置を用いて
２５℃／ｓの加熱速度で４８０〜５８０℃まで加熱し
た。合金化処理温度での保持時間は、めっき皮膜中のＦ
ｅ含有量が所定の範囲になるように２０秒以内で変更し
た。その後、水と窒素ガスからなるミストを吹き付けて
１０℃／ｓの冷却速度で室温まで冷却した。

【００６２】合金化処理後の切り板からＪＩＳ−Ｚ−２
２０１に規定される５号試験片を切出し、引張試験をお
こなった。また、ＪＩＳ−Ｇ−３１３５の付属書に記載
されている方法に従ってそれらのＢＨ量を測定した。さ
らに、合金化処理後の切り板より採取したサンプルのめ
っき皮膜を、インヒビターを添加した６％塩酸溶液を用
いて溶解し、亜鉛付着量測定とめっき皮膜中のＦｅ含有
量を分析した。

【００６３】耐パウダリング性は以下の方法で評価し
た。合金化処理後の切り板から直径６０ｍｍのブランク
を打抜き、ポンチの直径が３０ｍｍ、ダイスの肩半径が
３ｍｍの金型を用いてこのブランクをプレス成形して円
筒状のカップに成形した。円筒カップの側壁の外面から
粘着テープによって剥離されるめっき皮膜の総重量を測
定した。この剥離量が２５ｍｇ未満の場合を合格とし
た。

【００６４】耐低温チッピング性は以下の方法で評価し
た。合金化処理した切り板から、長さ１５０ｍｍ、幅７
０ｍｍの試験片を切出し、脱脂洗浄後、浸漬式りん酸塩
下地処理（付着量３〜７ｇ／ｍ² ）をおこなった。次
に、カチオン型電着塗料による下塗り（塗膜厚２０μ
ｍ）、中塗り（塗膜厚３５〜４０μｍ）および上塗り
（塗膜厚３５〜４０μｍ）の３コート塗装（合計塗膜厚
約１００μｍ）を施し、塗装鋼板試験片を作製した。こ
れらの塗装鋼板試験片を−２０℃に冷却し、グラベロ試
験機を用いて、直径４〜６ｍｍの砂利石１０個を速度１
００〜１５０ｋｍ／ｈで衝突させ、めっき皮膜のそれぞ
れの剥離片の最大寸法を測定し、これらの平均値を求め
た。平均剥離径が３．５ｍｍ未満の場合を合格とした。

【００６５】表２に以上の各試験結果を併せて示す。

【００６６】

【表２】

【００６７】表２の試験番号１〜１２の結果に示される
ように、本発明が規定する条件を満たす合金化溶融亜鉛
めっき鋼板の引張強度は３４０ＭＰａ以上であり、適度
のＢＨ性、良好な耐パウダリング性および耐低温チッピ
ング性を有する。

【００６８】これに対し、Ｃ含有量が低くＰとＮｂの含
有量が少ない鋼Ｌおよび鋼Ｍでは、めっき皮膜の密着性
は良好であるが引張強度が低すぎる。鋼ＬはＢＨ量も低
い。鋼ＮはＰ含有量が本発明の規定する範囲を超えてい
るために耐低温チッピング性が好ましくない。鋼Ｏ、
Ｐ、Ｑ、Ｒ、Ｓ、ＵおよびＶは、いずれもＳｉ含有量が
不足しているために耐低温チッピング性が好ましくな
い。また、ＴｉとＮｂの含有量の合計が本発明の規定す
る範囲を超えている鋼Ｓ、ＴおよびＵは、ＢＨ量が不足
している。

【００６９】（実施例２）表１に示す符号Ａ、Ｂ、Ｃの
化学組成からなるスラブを、実施例１に記載したのと同
様の条件で熱間圧延、酸洗し、冷間圧延して厚さ０．７
０ｍｍの冷間圧延鋼板を得た。これらの鋼板から、長さ
２００ｍｍ、幅８０ｍｍの切り板を採取した。これらの
切り板に、溶融めっきシミュレーターを用いて、溶融亜
鉛めっきと合金化処理を施した。溶融亜鉛めっきは実施
例１に記載したのと同様の条件で、予備加熱し、８００
℃で６０ｓ間保持する還元焼鈍をおこない、４６０℃の
亜鉛めっき浴に浸漬しておこなった。亜鉛付着量は高圧
空気の吹き付け量を変更する方法によって、片面当たり
３５ｇ／ｍ² に調整した。めっきした切り板は一旦室温
まで冷却後、誘導加熱装置を用いて５３０±１０℃まで
加熱し、めっき皮膜中のＦｅ含有量が所定の範囲になる
ように２０秒以内で保持時間を変えて保持して合金化処
理を施した。その後、窒素ガス吹き付け、あるいは水冷
等の手段により冷却速度を変更して室温まで冷却した。

【００７０】合金化処理した切り板の機械的性質、耐パ
ウダリング性、耐低温チッピング性を、実施例１と同様
の方法で評価した。この評価結果を、表３に示した。

【００７１】

【表３】

【００７２】鋼Ａ、Ｂ、Ｃはいずれも本発明で規定する
化学組成を満たすものである。表３に示されるように、
これらの鋼板はいずれも３４０ＭＰａ以上の引張強度と
適度のＢＨ性、良好な耐パウダリング性および耐低温チ
ッピング性を有する。

【００７３】なかでも、合金化処理温度までの加熱速度
を速くしたり合金化処理後の室温までの冷却速度を速く
して合金化処理を施した鋼板は、いづれも特に優れた耐
低温チッピング性をとＢＨ性を示した。

【００７４】

【発明の効果】本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板およ
び本発明の方法で製造される合金化溶融亜鉛めっき鋼板
は、高強度で十分な塗装焼付硬化性を有し、かつ、耐パ
ウダリング性および耐低温チッピング性が優れている。
この鋼板は、最近の自動車の外板に用いられる鋼板に要
求される特性をいずれも具備しており、自動車の性能向
上やその製造の合理化が得られるなど、産業上きわめて
有用な効果をもたらす。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の母
材のＳｉおよびＰ含有量範囲を示す図である。

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−25755（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】母材の化学組成が重量％で、Ｃ：０．００
   ４〜０．００８％、Ｓｉ：２．５×Ｐ（％）〜０．２０
   ％、Ｍｎ：０．１０〜０．４０％、Ｐ：０．０１７〜
   ０．０４５％、Ｓ≦０．０１５％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．
   ００３〜０．０８％、Ｎ≦０．００４％、Ｔｉ：０．０
   ０２〜０．０１５％、Ｎｂ：０．０１０〜０．０３０
   ％、かつ、ＴｉとＮｂの含有量の和が下記式を満た
   し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなり、引張強
   さが３４０ＭＰａ以上、塗装焼付硬化性が１０ＭＰａ以
   上を有する、耐パウダリング性および耐低温チッピング
   性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。 【数１】
2. 【請求項２】母材のＣ、Ｐおよびｓｏｌ．Ａｌの含有量
   が重量％で下記の範囲にある請求項１に記載の合金化溶
   融亜鉛めっき鋼板。 Ｃ：０．００５〜０．００７％、Ｐ：０．０１７〜０．
   ０３５％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．００３〜０．０４％
3. 【請求項３】母材に溶融亜鉛めっきを施し、２０℃／秒
   以上の加熱速度で合金化処理温度に加熱して合金化処理
   を施した後、１０℃／秒以上の冷却速度で冷却すること
   を特徴とする請求項１または２に記載の合金化溶融亜鉛
   めっき鋼板の製造方法。