JP3465372B2

JP3465372B2 - 深絞り性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP3465372B2
Application number: JP23140594A
Authority: JP
Inventors: 志典宮岡; 一章京野; 信夫戸塚
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 2003-11-10
Anticipated expiration: 2018-11-10
Also published as: JPH0892713A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、表面に溶融亜鉛めっき
層もしくは合金化溶融亜鉛めっき層を有する、深絞り性
に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板を有利に製造する方
法について提案する。

【０００２】

【従来の技術】近年、排気ガス規制の観点から自動車車
体の分野ては軽量化が指向されている。その車体軽量化
の手段としては、板厚を薄くする方法がある。しかし、
この方法は、板厚を薄くする分だけ、安全性確保のため
に板の強度を向上させる必要がある。こうした要求に応
えられるように、従来、鋼中にSi, Mn, Cr, Ｐなどの合
金元素を積極的に添加して鋼板の高強度化を図ったもの
が開発されている。また、自動車用鋼板としては他に、
良好なプレス加工性が必要とされる。そのために、素材
としてｒ値に代表される各種の材料特性が要求される
が、高ｒ値を得るために、Si, Mnなどの合金元素の複合
添加が必要である。このような理由から最近では、自動
車用鋼板として、Si, Mn, Cr, Ｐなどの合金元素を多量
に添加した高張力鋼板が用いられているのである。

【０００３】かかる高張力鋼板は、めっきラインで焼鈍
したのち溶融亜鉛めっきする場合、優れたプレス加工性
を付与するために、 800℃以上の高温で還元焼鈍する必
要がある。一般に、この還元焼鈍（＝再結晶焼鈍）は通
常、Ｎ₂−Ｈ₂ 雰囲気中で行う。ところが、この雰囲気
は、Feにとっては還元性の雰囲気でも、Si, Mn, Crなど
にとっては酸化性の雰囲気と言える。その結果、これら
の元素（Si, Mn, Cr）は選択的に酸化されて酸化物とな
り、鋼板表面でいわゆる濃化皮膜を形成する。ところ
が、酸化物（濃化皮膜）は、溶融亜鉛との濡れ性が著し
く悪く、かつめっき密着性も悪いため、鋼板に溶融亜鉛
が付着しない、いわゆる“不めっき”がしばしば発生す
る。このような理由から従来、深絞り性（プレス加工
性）に優れた高張力鋼板の溶融亜鉛めっき技術は多くの
困難があったのである。

【０００４】こうした問題点を改善するために従来、特
開昭55−122865号公報では、予め鋼板を酸化し、その後
還元してから溶融亜鉛めっきする方法を提案している。
すなわち、この技術は、空燃比を1.0 以上にして、 400
〜10000 Åの酸化膜を形成させ、その後この酸化膜を還
元焼鈍することにより、合金元素の酸化物皮膜の形成を
抑制する方法である。また、特開平４−254531号公報で
は、鋼板を酸化, 還元する場合に、生成鉄酸化膜厚と鉄
酸化膜還元能力を計算して制御する方法を提案してい
る。これは、酸化帯での鉄酸化膜生成量および還元帯で
の鉄酸化膜還元能力をヒートサイクル、ラインスピー
ド、酸化帯燃焼空気比、還元帯水素濃度を用いて計算
し、めっき前の残存鉄酸化膜厚を50Å以下にしてめっき
する技術である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記各
従来技術は、めっき前に残存する鉄酸化膜の量を一定値
以下に制御することに重点があり、そのために再結晶温
度で還元焼鈍した場合に還元され過ぎてしまい、合金元
素が板表面に濃化してめっき性の劣化を招くという問題
があった。すなわち、酸化量と還元量のバランスが崩れ
るという新たな問題が生じたのである。また、この還元
され過ぎを防ぐには、厚い鉄酸化物層が必要となる。と
ころが、鉄酸化膜を厚膜にするほどこの鉄酸化物の皮膜
が剥離しやすくなり、その後の還元焼鈍時に合金元素の
選択酸化が起こってめっき性が阻害されるし、剥離した
Fe酸化物皮膜が炉内に散乱して操業に悪影響を及ぼすと
いう問題もあった。そこで、本発明では、従来の酸化,
還元工程とは異なり、酸化後に、Ｎ₂ ガスやArガスなど
の中性雰囲気すなわち、非酸化雰囲気かつ非還元雰囲気
の中で再結晶焼鈍をし、その後還元してから、溶融亜鉛
めっきすることによって、不めっきのない深絞り性の優
れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板（合金化溶融亜鉛めっき
を含む）を製造する方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を実現するため
に鋭意研究を行った。その結果、普通鋼と高張力鋼板を
酸化処理（通常は保持時間１秒）および還元焼鈍して比
較してみたところ、Si, Mnなどを複合添加している高張
力鋼板の場合、図１に示すように、普通鋼に比べて酸化
されにくく、還元されやすい性質がある。従って、この
高張力鋼板を、通常の酸化, 還元工程において再結晶温
度（図２では 850℃) で還元焼鈍を行うと、保持時間10
秒でもほとんど還元されてしまう（図２）。まして、通
常の酸化, 還元工程は還元焼鈍時間が40秒以上であるか
ら、この条件では還元過剰となりSi, Mnなどの合金元素
の表面濃化が起こってめっき性が不良を招くという問題
が生じることがわかった。

【０００７】また、Si, Mnなどを複合添加している高張
力鋼板のFe酸化物量は、一般に、酸化処理時の酸化温度
や保持時間に比例して多くなるが、高温, 長時間になる
ほどその増加傾向がにぶる（図１）。そのため、酸化さ
れにくく、還元されやすい性質の高張力鋼板を、還元焼
鈍するために必要なFe酸化物量を再結晶温度で十分に得
ることは困難がある。仮に、必要なFe酸化物量が得られ
たとしても、その量がは膨大となるので、加工（ロー
ル）などによってこのFe酸化物皮膜の剥離が起きやす
く、その後の還元焼鈍時に合金元素の選択酸化が起こっ
てめっき性が阻害されるという問題のあることがわかっ
た。

【０００８】このような知見に基づき、本発明らは以下
のような課題解決手段を提案する。 (1) すなわち、本発明は、高張力溶融亜鉛めっき鋼板の
製造にあたり、Si，MnおよびCrを合計で1.0wt％以上含
有する高張力鋼板をまず酸化処理し、次いで、この鋼板
を非酸化かつ非還元の雰囲気中で再結晶焼鈍し、その
後、焼鈍後の鋼板を還元してから溶融めっきを施すこと
を特徴とする深絞り性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼
板の製造方法である。 (2) とりわけ、本発明では、高張力溶融亜鉛めっき鋼板
の製造にあたり、Si，MnおよびCrを合計で1.0wt％以上
含有する高張力鋼板を、Ｏ₂：0.01〜５％、Ｈ₂Ｏ：２％
以上含む雰囲気中で酸化処理し、次いで、Ｏ ₂ ：0.1％以
下、Ｈ ₂ ：１％以下であるＮ ₂ 雰囲気中で再結晶焼鈍し、
その後、焼鈍後の鋼板をＨ₂：３％以上含む雰囲気中で
還元してから、溶融めっきを施すことを特徴とする深絞
り性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が有
効である。なお、上記の各製造方法において、溶融亜鉛
めっき処理した後、さらに加熱合金化処理を施すこと
は、合金化した溶融亜鉛めっき皮膜を有する深絞り性に
優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板を製造する上で、好ま
しい方法と言える。

【０００９】

【作用】以下、本発明について詳細に説明する。鋼中
に、Si, Mn, Crを合計で 1.0wt％以上、例えばSi：0.3
〜2.0 wt％, Mn：0.5 〜2.0 wt％、そして、Cr：0.1 〜
2.0 wt％含有する高張力鋼板では、鋼中のSi, Mn, Cr,
Ｐなどの合金元素が、鋼板表面の加熱によって選択的に
酸化され、鋼板表層に拡散されるため、これらの酸化物
が濃化し皮膜を形成することが知られている。これらの
酸化物は、還元焼鈍でもなかなか還元されないので、溶
融亜鉛との濡れ性を著しく阻害し、めっき密着性を悪く
する。そのため、鋼板に溶融亜鉛が付着しない、いわゆ
る不めっきがしばしば起こる。また、高張力鋼板は一般
に、酸化されにくく還元されやすい性質があるため、通
常の酸化, 還元工程では還元されすぎてしまい、合金元
素の表面濃化が起こって不めっきが発生しやすい傾向が
あり、溶融亜鉛めっきを施すことはもともと困難な作業
と言われていたのである。すなわち本発明は、鋼中に、
Si, Mn, Crを合計で 1.0wt％以上含有する高張力鋼板に
おいて効果が顕現する。

【００１０】こうした困難を解決する方法として、本発
明では、酸化後の鋼板を、非酸化かつ非還元の雰囲気中
で、例えば不活性ガス雰囲気, 窒素ガス雰囲気中で再結
晶焼鈍し、その後、還元してから溶融亜鉛めっきを行う
ようにした。以下に、この工程を具体的に説明する。ま
ず、所定量のSi, Mn, Crを含有する鋼板を、酸化帯で酸
化処理し、焼鈍帯では非酸化かつ非還元の雰囲気中に保
持して再結晶焼鈍を行い、還元帯では還元雰囲気中にお
いて還元し、その後、溶融亜鉛めっきする( 図３参
照）。例えば、ＮＯＦラインの例では、酸化帯で酸化処
理し、還元帯では非酸化・非還元の雰囲気において再結
晶焼鈍を行い、その後冷却帯では還元雰囲気にて還元
し、その後溶融亜鉛めっきする。ここで、上記再結晶焼
鈍の特徴は、非酸化かつ非還元の雰囲気で行うことによ
り、材料特性を得るためだけの焼鈍となる。

【００１１】本発明方法の下での上記酸化処理において
は、Ｏ₂ ：0.01〜５％含有雰囲気とする。このような雰
囲気にする理由は、Ｏ₂ が0.01％未満では、鋼板のFe酸
化物量が少ないため還元時の合金元素の表面濃化を防止
することができずにめっき性が不良となるからであり、
一方、Ｏ₂ が５％を超えると、鋼板のFe酸化物量が多く
なりすぎて後で十分に還元されず、未還元物が残ってめ
っき性を劣化させるからである。

【００１２】ただし、本発明において上記酸化処理雰囲
気は、Ｏ₂ だけを含む雰囲気中とすると、合金元素の表
面濃化を抑制するのに十分なFe酸化物量は得られないの
で、H₂O も同時に一定量以上含むことが望ましい。すな
わち、この酸化雰囲気ではH₂O を２％以上含まないと、
鋼板は酸化され難くなる。なお、H₂O を２％以上とした
のは、図４に示すグラフから明らかなように、H₂O は２
％以上でないと、合金元素の表面濃化を抑制するのに十
分な酸化物量が得られず、めっき性が不良となるからで
ある。

【００１３】次に、前記酸化処理の後、鋼板は非酸化か
つ非還元の雰囲気中において800 〜880 ℃の温度に保持
して再結晶焼鈍をする。一般に、自動車用鋼板は、プレ
ス加工性が要求されるため、素材としてｒ値に代表され
る各種の材料特性が要求される。この優れたプレス加工
性を得るためには、 800℃以上の再結晶温度で焼鈍する
必要がある。そのため、再結晶焼鈍工程は必要不可欠な
工程であるが、この工程が酸化および還元雰囲気で行わ
れると、多量に酸化または還元されてしまい、後の還元
焼鈍において酸化量と還元量のバランスがくずれて、め
っき性が不良となる。しかも、この工程は、酸化工程よ
りも高温で長時間になるため、Fe酸化物量が膨大とな
り、ロールなどによってFe酸化物皮膜が剥離するおそれ
があり、その後の還元焼鈍時に合金元素の選択酸化が起
こってめっき性が阻害されるし、剥離したFe酸化物皮膜
が炉内に散乱して操業に悪影響を及ぼす。また、もしこ
の工程で還元されると、その後の還元工程でさらに還元
されるため、生成したFe酸化物皮膜は還元工程の初期で
還元されきってしまい、その後の還元では合金元素が表
面濃化してめっき不良を招く。

【００１４】そこで本発明では、この還元工程について
は、非酸化かつ非還元の雰囲気で再結晶焼鈍を行うこと
とし、例えばＮ₂ のみの雰囲気が良い。

【００１５】しかし、Ｎ₂ ガスだけを焼鈍炉内に送入し
ても、実際には、前後の酸化帯や還元帯などから酸素や
水、水素などの酸化性または還元性のガスが流入してく
る。そこで、Ｏ₂ が 0.1％以下、より好ましくは0.01％
以下含有するＮ₂ 雰囲気、Ｈ₂ を１％以下、より好まし
くは0.1 ％以下含有するＮ₂ 雰囲気の方が良い。この理
由は、Ｏ₂ は、0.1 ％を超えて含むと鋼板は多量に酸化
されるためである。Ｈ₂ は、１％を超えて含むと多量に
還元されるためである。

【００１６】非酸化かつ非還元の雰囲気での再結晶焼鈍
後は、Fe酸化物皮膜の還元を行う。この還元処理は、Ｈ
₂ ３％以上含有する雰囲気中、800 ℃以下、保持時間10
秒で行う。これは、図５より、Ｈ₂:３％, 800℃（再結
晶温度は 850℃) の条件下で還元焼鈍を行った場合、通
常の還元焼鈍時間Ｋ40秒以上よりも短い10秒の保持で、
ほとんど還元されてしまうので、Ｈ₂:３％以上, 800℃
以下, 保持時間10秒の条件でも還元量は十分になるから
である。しかし、操業中はラインスピードや還元温度が
いつ変化するかわからず、保持時間や温度が減少して還
元量が不足する場合も考えられるので、Ｈ₂:10％以上の
方がより好ましい。本発明方法では、その後、溶融亜鉛
めっきすることによって、深絞り性に優れた高張力溶融
亜鉛めっき鋼板を製造することができる。

【００１７】なお、本発明において、上記溶融亜鉛めっ
き処理の後さらに、合金化処理を施すことによって、合
金化溶融亜鉛めっき皮膜を、深絞り性に優れた高張力鋼
板の表面に被成することもできる。この場合の合金化処
理の条件は、あまり低温だと長時間の加熱が必要となり
生産性が低下するので 460℃以上とし、一方上限はプレ
ス成形時の密着性を確保するために 560℃とすることが
好ましい。

【００１８】

【実施例】以下に実施例に基づき本発明を説明する。表
１に示す成分組成の高張力鋼板（No１〜５）を、溶融亜
鉛めっき設備で酸化, 再結晶焼鈍, 還元ならびに溶融亜
鉛めっきして、高張力溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。
このときの製造条件は、酸化処理はＯ₂ 0.001 〜８％,
H₂O １〜20％の雰囲気中で行い、再結晶焼鈍はＯ₂ ：0.
1 ％以下、Ｈ₂ ：１％以下含有するＮ₂ 雰囲気中で行
い、そして還元処理はＨ₂ ：２〜30％の雰囲気中で行っ
た。なお、上記再結晶焼鈍は、鋼No.1が 850℃、鋼No.2
が 820℃、鋼No.3が 830℃、鋼No.4が 870℃で行ったも
のである。また、溶融亜鉛めっき浴は、Alを0.14％添加
した浴で、めっき浴温度は 480℃とした。そのめっき外
観の判定を表２に示す。本発明の条件を外れる酸化, 再
結晶焼鈍, 還元の場合、点状の不めっきが発生した（比
較例No.12 〜18) 。しかし、本発明範囲内で酸化, 再結
晶焼鈍, 還元した場合には(No.1〜11) 、表面外観は良
好で、不めっきは発生しなかった。

【００１９】また、同様にして製造した溶融亜鉛めっき
鋼板を、さらに加熱して合金化処理することにより、合
金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。そのめっき外観の
判定を表３に示す。本発明範囲外で酸化, 再結晶焼鈍,
還元した場合(No.27〜33) 、点状の不めっきが発生し
た。しかし、本発明範囲内で酸化, 再結晶焼鈍, 還元し
た場合(No.19〜26) 、表面外観は良好だった。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【表２】

【００２２】

【表３】

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、上述した本発明に
かかる条件で酸化処理し、再結晶焼鈍し、その後還元処
理することによって、深絞り性に優れた高張力鋼板であ
っても、普通鋼と同様の溶融亜鉛めっき性を有する鋼板
を効率よく製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】酸化温度とFe酸化物量との関係を示す線図。

【図２】再結晶焼鈍時保持時間とFe酸化物量の関係を示
す線図。

【図３】従来例(a) と本発明例(b) との製造工程図。

【図４】酸化処理時の露点とH₂O との関係を示す線図。

【図５】実施例における再結晶焼鈍時の保持時間とFe酸
化物量との関係を示す線図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＣ２３Ｃ 2/28 Ｃ２３Ｃ 2/28 (72)発明者戸塚信夫千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社鉄鋼開発・生産本部鉄鋼研究所内 (56)参考文献特開平２−285057（ＪＰ，Ａ) 特開平５−65612（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C23C 2/00 - 2/40 C21D 9/46 C22C 38/00 C22C 38/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造にあた
り、Si，MnおよびCrを合計で1.0wt％以上含有する高張
力鋼板をまず酸化処理し、次いで、この鋼板を非酸化か
つ非還元の雰囲気中で再結晶焼鈍し、その後、焼鈍後の
鋼板を還元してから溶融めっきを施すことを特徴とする
深絞り性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方
法。
【請求項２】高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造にあた
り、Si，MnおよびCrを合計で1.0wt％以上含有する高張
力鋼板を、Ｏ₂：0.01〜５％、Ｈ₂Ｏ：２％以上含む雰囲
気中で酸化処理し、次いで、Ｏ ₂ ：0.1％以下、Ｈ ₂ ：１
％以下であるＮ ₂ 雰囲気中で再結晶焼鈍し、その後、焼
鈍後の鋼板をＨ₂：３％以上含む雰囲気中で還元してか
ら、溶融めっきを施すことを特徴とする深絞り性に優れ
た高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項３】前記請求項１，２項に記載の方法によって
溶融亜鉛めっき処理した後、さらに合金化処理を施して
合金化溶融亜鉛めっき層を形成したことを特徴とする深
絞り性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。