JP3542946B2 - 加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、建築、電気等の部材として有用な高強度鋼板及びその製造法に関し、特にプレス成形時の張出し成形性及びめっき密着性に優れる高強度鋼板、高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板及びその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車は、近年の燃費節減の動向に対応すべく軽量化が検討されており、材料面では、軽量化のため薄肉化しても強度を確保できるように高強度化が進められている。ところが、一般に材料の加工性は強度上昇に伴い劣化するので、加工性と強度を両立する鋼板が求められている。加工性の指標には引張試験における伸びをはじめとしてｎ値やｒ値があるが、一体成形によるプレス工程の簡略化が課題となっている昨今では、均一伸びに相当するｎ値の大きいことが重要である。
【０００３】
このため、金属組織におけるオーステナイト相が加工により硬質なマルテンサイトに変態する加工誘起変態を活用した熱延鋼板及び冷延鋼板が開発されている。これはマルテンサイト変態に伴い鋼板中に多量の転位が導入され鋼板が大きく硬化するため、高い加工硬化率が維持され、くびれの発生を抑制し均一伸びを向上させるものである。
【０００４】
これは高価な合金元素を含まずに、０．０７〜０．４％程度のＣと、０．３〜２．０％程度のＳｉ及び０．２〜２．５％程度のＭｎを基本的な合金元素とし、高温二相域でオーステナイトを生成させた後、４００℃程度でベイナイト変態を行うことで、室温でも金属組織中にオーステナイトが残留するようにした鋼板であり、一般に「残留オーステナイト鋼」、「ＴＲＩＰ鋼」などと呼ばれ、その技術は、例えば特開平１−２３０７１５号公報や特開平１−７９３４５号公報等で開示されている。
【０００５】
しかしながら、これらの鋼板はその特異なベイナイト変態を活用しオーステナイトを残留させているため、二相共存温度域からの冷却速度や４００℃前後での保持条件（温度、時間）を厳格に制御しないと意図する金属組織とならず、良好な強度や伸びの保証や製造時の歩留向上を妨げる原因となっている。
さらに現在、自動車用鋼板で主流となりつつある亜鉛めつき鋼板への適用においては、めっき時の熱履歴のため好ましい金属組織が破壊されるばかりでなく、０．３〜２．０％のＳｉを含むことから亜鉛の付着性が悪く、良好な表面耐食性を付与できないため、広範な工業的利用が妨げられている。
【０００６】
上記問題を解決するために、特開平４一３３３５５２号公報、特開平５−７０８８６号公報や特開平６−１４５７８８号公報等においては、Ｎｉ添加によるめっき塗れ性改善、Ｓｉと同様の効果を有するＡｌ添加によるＳｉ低減、亜鉛めっきとの付着性が良好なＮｉめっきとの複層めっきなどの方法が開示されている。しかしながら、これらの方法では合金添加や工程増加などにより製造コストが増加するばかりでなく、意図する金属組織は不安定なままであり、問題の根本的な解決には至っていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はより簡易な温度制御により目的とする残留オーステナイト組織を確保し、亜鉛めっきの付着性が良好で高耐食性表面処理鋼板への適用も可能な、加工性の良好な高強度鋼板を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成できる高強度鋼板を提供するべく、めっき性と鋼板成分との関係について鋭意検討を行い、本発明を完成させたものであって、その趣旨は以下のとおりである。
【０００９】
従来からＮはオーステナイト相を安定化させる元素として知られているが、従来の製造法のように溶鋼段階で高濃度のＮを含有させる方法では精錬が困難であり、また鋳造時に鋼片中にガスが発生し凝固後に気泡が残存して、良好な鋼片を得ることができない。このため本発明鋼が対象とする加工用鋼板への高Ｎ鋼の適用は検討されておらず、加工性およびめっき性については未知であった。そこで本発明者はＮを、鋳造後、製品となる直前に含有させる方法を検討し、Ｎを多量に含有させることが加工性及びめっき性向上に有効であることを見出した。
【００１０】
本発明はこの知見をもとに、さらにＳｉ，Ｍｎ，Ｃ等の元素およびＣａ，Ｎａ，Ｍｇなどの微量元素の影響、並びに窒化条件や目的とする金属組織に制御するための熱履歴などを検討し達成されたものであって、その要点は、
（１）Ｎを高濃度に含有させることを基本とし、
（２）窒化物を形成するＳｉ，Ａｌなどの含有量を適当な範囲に制御する。
（３）鉄窒化物の生成を制御するためＣａ，Ｎａ，Ｍｇなどを必要に応じて添
加する。
（４）金属組織を形成する各相の強度を調整し、鋼板としての強度と伸びを調
整するため、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐなどの強化元素量を制御する。
（５）オーステナイトをより安定化させ、室温でオーステナイトが多く残留す
るように熱履歴を制御する。
ことにある。
【００１１】
即ち本発明は以下の構成からなる。
（１） 質量％でＮ：０．０３〜０．２５２％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であり、合金化溶融亜鉛めっきが施されていないことを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（２） 鋼板を窒化して質量％でＮ：０．０３〜０．２５２％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であり、合金化溶融亜鉛めっきが施されていないことを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（３） さらに質量％で、Ｓｉを０．５％以下含有していることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（４） さらに質量％で、Ｃを０．０８％以下含有していることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（５） さらに質量％で、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０１％以上、Ａｌ：０．３％以下のうち少なくとも１種を含有していることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（６） さらに質量％で、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏのうち少なくとも１種をそれぞれ２．０％以下含有していることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（７） Ｎ以外が前記（１）〜（６）のいずれかに記載の成分を有する鋼を、熱間圧延後に５５０〜８００℃の温度域でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で２秒〜１０分保持する工程を含む処理を施したことを特徴とする、合金化溶融亜鉛めっきが施されていない加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
（８） 質量％でＮ：０．２５２〜２．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であることを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（９） 鋼板を窒化して質量％でＮ：０．２５２〜２．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であることを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１０） さらに質量％で、Ｓｉを０．５％以下含有していることを特徴とする前記 （８）又は（９）に記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１１） さらに質量％で、Ｃを０．０８％以下含有していることを特徴とする前記 （８）〜（１０）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１２） さらに質量％で、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０１％以上、Ａｌ：０．３％以下のうち少なくとも１種を含有していることを特徴とする前記（８）〜（１１）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１３） さらに質量％で、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏのうち少なくとも１種をそれぞれ２．０％以下含有していることを特徴とする前記（８）〜（１２）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１４） 鋼板の上に、Ｚｎ合金めっき層を有することを特徴とする前記（８）〜（１３）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１５） Ｎ以外が前記（８）〜（１４）のいずれかに記載の成分を有する鋼を、熱間圧延後に５５０〜８００℃の温度域でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で２秒〜１０分保持する工程を含む処理を施したことを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
まず、本発明における鋼板成分の限定理由を以下に詳細に説明する。
Ｎは本発明の最も重要な元素である。ＮはＭｎと同様にオーステナイト生成元素であり、特に、ＮはＭｎとの相互作用によりオーステナイトの安定性を向上させる。その結果、冷却や低温保持中の炭化物析出が抑制されるので、炭化物生成を抑制するために従来添加しているＳｉやＡｌの含有量を減らすことができ、めっき密着性も向上する。Ｎ濃度が０．０３％未満ではその効果が見出せない。実施例に示すように０．０３％以上でその効果は顕著である。一方、Ｎ濃度を高めるにはＮ化処理時間が長くなることから、上限を２．０％とした。
なお、合金化溶融亜鉛めっきを施さない場合は、Ｎ含有量を０．０３〜０．２５２％未満にすることが好ましい。
【００１３】
Ｃは、二相共存温度域及びベイナイト変態温度域でオーステナイト中に濃化することでオーステナイトを安定化する元素である。その結果、室温でもオーステナイトが残留し、変態誘起塑性により成形性を向上させる。このため従来鋼では０．１％程度含有させるが、本発明鋼ではＮによりオーステナイトの安定化を図っているため、Ｃ含有量は特に限定しない。
しかし、Ｃのオーステナイトからの変態挙動は変態温度によりパーライト、上部ベイナイト、下部ベイナイトなど複雑な挙動をとり、冷却中にオーステナイトを残留させる目的では厳格な温度制御が必要になる一因でもある。またＣを過度に低減すると、他の強化元素含有量との兼ね合いもあるがフェライト相が過度に軟質になり、変形時にオーステナイト相の加工誘起変態を伴うこと無く、フェライト相のみに変形が集中し破断するため、加工性が劣化する場合がある。
さらに、高濃度のＣ含有は鋼板の溶接性を劣化させる。変態挙動の安定性と強度調整、溶接性を考慮すると、好ましい範囲は０．０８％以下、より好ましい範囲は０．０２〜０．０６％である。
【００１４】
Ｓｉは従来鋼では通常、セメンタイトの析出を抑制することでオーステナイト中へのＣ濃化を促進し、オーステナイトの安定性を高めるため１〜２％添加される。しかし、本発明鋼ではＮ化中に窒化物を形成しオーステナイトに濃化するＮ量を低減させるため、過剰な添加は好ましくない。一方、前記のようにフェライト相を強化し鋼板の成形性を向上させるには有効な元素である。従って、好ましい範囲を０．５％以下、さらに好ましくは０．０１〜０．２％とする。
【００１５】
Ｍｎはオーステナイト安定化元素であると共に、前記のようにフェライト相を強化するのに有効である。一方、多量になるとバンド組織が顕著になり特性を劣化させるし、スポット溶接部がナゲット内で破断しやすくなり好ましくない。これらを考慮し、好ましい範囲を０．５〜３．０％とする。
【００１６】
Ｐは強度を確保するために０．０１％以上添加してもよい。
【００１７】
Ａｌは脱酸材としても用いられると同時に、Ｓｉと同様にセメンタイトの析出を抑制しオーステナイトを安定化するため、従来鋼では積極的に用いられている。しかし、本発明鋼ではＮ化中に窒化物を形成しオーステナイトに濃化するＮ量を低減させるため、過剰な添加は好ましくない。好ましい範囲は０．３％以下、さらに好ましくは０．１％以下である。
【００１８】
本発明の鋼板は以上を基本成分とするが、これらの元素及びＦｅ以外に、オーステナイトを安定化し残留量を多くするため、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏのうち少なくとも１種以上を添加してもよい。ただし、過剰な添加は添加コストの増加になるだけでなく、加工性を劣化させる場合もあるので、それぞれ２．０％以下に限定する。
【００１９】
また、従来の残留オーステナイト鋼に加工性、めっき性などを向上させるために添加されるＣｕ，Ｃｏなどは、従来鋼と同様に含有させても本発明の効果をなんら損なうものではない。
【００２０】
最終製品としての本発明鋼板の延性は、製品中に含まれる残留オーステナイトの体積率に左右される。残留オーステナイトの体積率が３％未満では、はっきりとした効果が認められない。一方残留オーステナイトの体積率が２０％を超すと、極度に厳しい成形を施した場合、プレス成形した状態で多量のマルテンサイトが存在する可能性があり、二次加工性や衝撃性において問題を生じることがあるので、本発明では残留オーステナイトの体積率を２０％以下とした。
【００２１】
次に、本発明鋼板の製造方法について説明する。
本発明の特徴は、従来の加工用鋼板では考えられなかったほどの高濃度のＮを含有させることである。従来鋼のように溶鋼段階で成分調整し多くのＮを含有させることは困難であるが、鋼片または鋼板への窒化を適用すると、比較的容易に高濃度のＮを含有させることが可能になる。
ガスによる窒化の場合の条件としては、５５０〜８００℃の温度域でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で、２秒〜１０分保持することである。温度がこの範囲を外れると窒化効率が低下し、必要量のＮ化に長時間を要する。また、低温側に外れた場合は鉄窒化物を形成し、本発明鋼で必要とするオーステナイト残存に好ましい固溶Ｎを活用することができない。
【００２２】
雰囲気ガス組成は特に限定しないが、Ｎ化に必要なアンモニアの濃度を窒化効率の観点から２％以上に限定する。またＮ化に際しての本発明の温度および雰囲気中での保持時間は、必要Ｎ量との兼ね合いで決定されるが、操業性などを考慮し、上記温度に保持する場合は２秒〜１０分に限定する。
【００２３】
Ｎ化のタイミングは、鋳片ないし焼鈍板のどこでも可能であるが、窒化では表面から鋼内部へのＮの拡散を利用しているため、板厚は薄いほど高濃度のＮ化が容易となる。このため熱間仕上げ圧延以降の工程で行うことが好ましい。通常の冷延鋼板の製造においては、再結晶焼鈍工程中で焼鈍炉の一部または全部を本発明の温度条件、雰囲気条件にすることでＮ化を行うことが生産上好ましい。
【００２４】
工程の前半で高濃度のＮを含有させ、その後の高温処理または適当な温度での保定によりオーステナイト相の安定化を図る工程も可能であるし、焼鈍工程の最高温度への到達により再結晶および適当な延性を付与した後にＮ化を行い、オーステナイト相を多く生成させるような工程も可能である。また、これらを組み合わせたり、高温再結晶の後、本発明範囲内の低温で窒化を行い、その後再び高温に昇温し組織制御を行うような工程によっても、本発明の効果を得ることができる。
【００２５】
本発明鋼は従来鋼と比較しＳｉ含有量が少ないため、亜鉛めっき鋼板用の原板として使用した場合のめっき性が良好となる特徴を有している。Ｚｎめっき層厚みについては特に制約を設けないが、耐食性の観点から０．１μｍ以上、加工性の観点からすると１０μｍ以下であることが望ましい。
【００２６】
【実施例】
通常の熱延、冷延条件で得られた冷延鋼板について、焼鈍及び一部のものについてはめっきを行い、０．６％で調質圧延し、鋼板またはめっき鋼板を製造した。成分を表１に示すが、本発明鋼においては焼鈍工程の最高到達温度からの冷却途中において、アンモニアガスを含む雰囲気中で保持することによりＮ化を行って高濃度にＮを含有させており、表１中のＮ量については最終製品での値である。鋼中Ｎ量はこの時の保持温度、保持時間、アンモニアガス濃度で調整した。
【００２７】
Ｎ化条件を併せて表１に示す。めっきはＡｌ量を１０％としたＺｎめっき浴で行った。得られた鋼板中の残留オーステナイトの体積率はＭｏＫα線を用いたＸ線回折の５ピーク法で測定した。これらの鋼板よりＪＩＳ５号引張試験片を採取し、ゲージ長さ５０ｍｍ、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎで常温引張試験を行った。
【００２８】
めっき性の評価は、不めっき発生とめっき密着性について行い、不めっきは目視で有無を判定し、めっき密着性はめっき鋼板の６０度Ｖ曲げ試験を実施後テープテストを行い、テープテスト黒化度が２０％未満であれば合格とした。
【００２９】
また、溶接性は溶接電流：１０ｋＡ、加圧力：２２ｋｇ、溶接時間：１２サイクル、電極径：６ｍｍ、電極形状：ドーム型、先端６φ−４０Ｒの溶接条件でスポット溶接を行い、ナゲット径が４√ｔ（ｔ：板厚）を切った時点までの連続打点数が１０００点を超えたものを合格とした。
材質およびめっき性の評価結果を表２に示す。
【００３０】
本発明鋼は、いずれも引張強度が５８０ＭＰａ以上でありながら全伸びも３０％以上であり、高強度とプレス成形性の良好さを両立していると同時に、めっき性、溶接性も満足している。
これに対し、Ｎが本発明範囲にない従来鋼では、めっき前では加工性が良好であるが、めっき工程の熱履歴により残留オーステナイトが消失してしまい加工性が劣化している。また一部のものではＳｉやＡｌ含有量が高いため、めっき性が不良である。Ｎを高濃度に含有する本発明鋼のうちでも、Ｓｉ，Ｃ，Ｍｎ，Ｐ，Ａｌなどが特定範囲にあるものは特に加工性が良好である。またＮｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏなどの微量元素の効果も確認できる。
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明はＮ含有量を調整し、目的とする残留オーステナイト組織を確保することによって、亜鉛めっき付着性が良好であり、且つ加工性の優れた高強度鋼板を得ることができる。
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、建築、電気等の部材として有用な高強度鋼板及びその製造法に関し、特にプレス成形時の張出し成形性及びめっき密着性に優れる高強度鋼板、高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板及びその製法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動車は、近年の燃費節減の動向に対応すべく軽量化が検討されており、材料面では、軽量化のため薄肉化しても強度を確保できるように高強度化が進められている。ところが、一般に材料の加工性は強度上昇に伴い劣化するので、加工性と強度を両立する鋼板が求められている。加工性の指標には引張試験における伸びをはじめとしてｎ値やｒ値があるが、一体成形によるプレス工程の簡略化が課題となっている昨今では、均一伸びに相当するｎ値の大きいことが重要である。
【０００３】
このため、金属組織におけるオーステナイト相が加工により硬質なマルテンサイトに変態する加工誘起変態を活用した熱延鋼板及び冷延鋼板が開発されている。これはマルテンサイト変態に伴い鋼板中に多量の転位が導入され鋼板が大きく硬化するため、高い加工硬化率が維持され、くびれの発生を抑制し均一伸びを向上させるものである。
【０００４】
これは高価な合金元素を含まずに、０．０７〜０．４％程度のＣと、０．３〜２．０％程度のＳｉ及び０．２〜２．５％程度のＭｎを基本的な合金元素とし、高温二相域でオーステナイトを生成させた後、４００℃程度でベイナイト変態を行うことで、室温でも金属組織中にオーステナイトが残留するようにした鋼板であり、一般に「残留オーステナイト鋼」、「ＴＲＩＰ鋼」などと呼ばれ、その技術は、例えば特開平１−２３０７１５号公報や特開平１−７９３４５号公報等で開示されている。
【０００５】
しかしながら、これらの鋼板はその特異なベイナイト変態を活用しオーステナイトを残留させているため、二相共存温度域からの冷却速度や４００℃前後での保持条件（温度、時間）を厳格に制御しないと意図する金属組織とならず、良好な強度や伸びの保証や製造時の歩留向上を妨げる原因となっている。
さらに現在、自動車用鋼板で主流となりつつある亜鉛めつき鋼板への適用においては、めっき時の熱履歴のため好ましい金属組織が破壊されるばかりでなく、０．３〜２．０％のＳｉを含むことから亜鉛の付着性が悪く、良好な表面耐食性を付与できないため、広範な工業的利用が妨げられている。
【０００６】
上記問題を解決するために、特開平４一３３３５５２号公報、特開平５−７０８８６号公報や特開平６−１４５７８８号公報等においては、Ｎｉ添加によるめっき塗れ性改善、Ｓｉと同様の効果を有するＡｌ添加によるＳｉ低減、亜鉛めっきとの付着性が良好なＮｉめっきとの複層めっきなどの方法が開示されている。しかしながら、これらの方法では合金添加や工程増加などにより製造コストが増加するばかりでなく、意図する金属組織は不安定なままであり、問題の根本的な解決には至っていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はより簡易な温度制御により目的とする残留オーステナイト組織を確保し、亜鉛めっきの付着性が良好で高耐食性表面処理鋼板への適用も可能な、加工性の良好な高強度鋼板を提供するものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記目的を達成できる高強度鋼板を提供するべく、めっき性と鋼板成分との関係について鋭意検討を行い、本発明を完成させたものであって、その趣旨は以下のとおりである。
【０００９】
従来からＮはオーステナイト相を安定化させる元素として知られているが、従来の製造法のように溶鋼段階で高濃度のＮを含有させる方法では精錬が困難であり、また鋳造時に鋼片中にガスが発生し凝固後に気泡が残存して、良好な鋼片を得ることができない。このため本発明鋼が対象とする加工用鋼板への高Ｎ鋼の適用は検討されておらず、加工性およびめっき性については未知であった。そこで本発明者はＮを、鋳造後、製品となる直前に含有させる方法を検討し、Ｎを多量に含有させることが加工性及びめっき性向上に有効であることを見出した。
【００１０】
本発明はこの知見をもとに、さらにＳｉ，Ｍｎ，Ｃ等の元素およびＣａ，Ｎａ，Ｍｇなどの微量元素の影響、並びに窒化条件や目的とする金属組織に制御するための熱履歴などを検討し達成されたものであって、その要点は、
（１）Ｎを高濃度に含有させることを基本とし、
（２）窒化物を形成するＳｉ，Ａｌなどの含有量を適当な範囲に制御する。
（３）鉄窒化物の生成を制御するためＣａ，Ｎａ，Ｍｇなどを必要に応じて添
加する。
（４）金属組織を形成する各相の強度を調整し、鋼板としての強度と伸びを調
整するため、Ｃ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐなどの強化元素量を制御する。
（５）オーステナイトをより安定化させ、室温でオーステナイトが多く残留す
るように熱履歴を制御する。
ことにある。
【００１１】
即ち本発明は以下の構成からなる。
（１） 質量％でＮ：０．０３〜０．２５２％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であり、合金化溶融亜鉛めっきが施されていないことを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（２） 鋼板を窒化して質量％でＮ：０．０３〜０．２５２％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であり、合金化溶融亜鉛めっきが施されていないことを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（３） さらに質量％で、Ｓｉを０．５％以下含有していることを特徴とする前記（１）又は（２）に記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（４） さらに質量％で、Ｃを０．０８％以下含有していることを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（５） さらに質量％で、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０１％以上、Ａｌ：０．３％以下のうち少なくとも１種を含有していることを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（６） さらに質量％で、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏのうち少なくとも１種をそれぞれ２．０％以下含有していることを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（７） Ｎ以外が前記（１）〜（６）のいずれかに記載の成分を有する鋼を、熱間圧延後に５５０〜８００℃の温度域でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で２秒〜１０分保持する工程を含む処理を施したことを特徴とする、合金化溶融亜鉛めっきが施されていない加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
（８） 質量％でＮ：０．２５２〜２．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であることを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（９） 鋼板を窒化して質量％でＮ：０．２５２〜２．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であることを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１０） さらに質量％で、Ｓｉを０．５％以下含有していることを特徴とする前記 （８）又は（９）に記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１１） さらに質量％で、Ｃを０．０８％以下含有していることを特徴とする前記 （８）〜（１０）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１２） さらに質量％で、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０１％以上、Ａｌ：０．３％以下のうち少なくとも１種を含有していることを特徴とする前記（８）〜（１１）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１３） さらに質量％で、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏのうち少なくとも１種をそれぞれ２．０％以下含有していることを特徴とする前記（８）〜（１２）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１４） 鋼板の上に、Ｚｎ合金めっき層を有することを特徴とする前記（８）〜（１３）のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
（１５） Ｎ以外が前記（８）〜（１４）のいずれかに記載の成分を有する鋼を、熱間圧延後に５５０〜８００℃の温度域でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で２秒〜１０分保持する工程を含む処理を施したことを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
まず、本発明における鋼板成分の限定理由を以下に詳細に説明する。
Ｎは本発明の最も重要な元素である。ＮはＭｎと同様にオーステナイト生成元素であり、特に、ＮはＭｎとの相互作用によりオーステナイトの安定性を向上させる。その結果、冷却や低温保持中の炭化物析出が抑制されるので、炭化物生成を抑制するために従来添加しているＳｉやＡｌの含有量を減らすことができ、めっき密着性も向上する。Ｎ濃度が０．０３％未満ではその効果が見出せない。実施例に示すように０．０３％以上でその効果は顕著である。一方、Ｎ濃度を高めるにはＮ化処理時間が長くなることから、上限を２．０％とした。
なお、合金化溶融亜鉛めっきを施さない場合は、Ｎ含有量を０．０３〜０．２５２％未満にすることが好ましい。
【００１３】
Ｃは、二相共存温度域及びベイナイト変態温度域でオーステナイト中に濃化することでオーステナイトを安定化する元素である。その結果、室温でもオーステナイトが残留し、変態誘起塑性により成形性を向上させる。このため従来鋼では０．１％程度含有させるが、本発明鋼ではＮによりオーステナイトの安定化を図っているため、Ｃ含有量は特に限定しない。
しかし、Ｃのオーステナイトからの変態挙動は変態温度によりパーライト、上部ベイナイト、下部ベイナイトなど複雑な挙動をとり、冷却中にオーステナイトを残留させる目的では厳格な温度制御が必要になる一因でもある。またＣを過度に低減すると、他の強化元素含有量との兼ね合いもあるがフェライト相が過度に軟質になり、変形時にオーステナイト相の加工誘起変態を伴うこと無く、フェライト相のみに変形が集中し破断するため、加工性が劣化する場合がある。
さらに、高濃度のＣ含有は鋼板の溶接性を劣化させる。変態挙動の安定性と強度調整、溶接性を考慮すると、好ましい範囲は０．０８％以下、より好ましい範囲は０．０２〜０．０６％である。
【００１４】
Ｓｉは従来鋼では通常、セメンタイトの析出を抑制することでオーステナイト中へのＣ濃化を促進し、オーステナイトの安定性を高めるため１〜２％添加される。しかし、本発明鋼ではＮ化中に窒化物を形成しオーステナイトに濃化するＮ量を低減させるため、過剰な添加は好ましくない。一方、前記のようにフェライト相を強化し鋼板の成形性を向上させるには有効な元素である。従って、好ましい範囲を０．５％以下、さらに好ましくは０．０１〜０．２％とする。
【００１５】
Ｍｎはオーステナイト安定化元素であると共に、前記のようにフェライト相を強化するのに有効である。一方、多量になるとバンド組織が顕著になり特性を劣化させるし、スポット溶接部がナゲット内で破断しやすくなり好ましくない。これらを考慮し、好ましい範囲を０．５〜３．０％とする。
【００１６】
Ｐは強度を確保するために０．０１％以上添加してもよい。
【００１７】
Ａｌは脱酸材としても用いられると同時に、Ｓｉと同様にセメンタイトの析出を抑制しオーステナイトを安定化するため、従来鋼では積極的に用いられている。しかし、本発明鋼ではＮ化中に窒化物を形成しオーステナイトに濃化するＮ量を低減させるため、過剰な添加は好ましくない。好ましい範囲は０．３％以下、さらに好ましくは０．１％以下である。
【００１８】
本発明の鋼板は以上を基本成分とするが、これらの元素及びＦｅ以外に、オーステナイトを安定化し残留量を多くするため、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏのうち少なくとも１種以上を添加してもよい。ただし、過剰な添加は添加コストの増加になるだけでなく、加工性を劣化させる場合もあるので、それぞれ２．０％以下に限定する。
【００１９】
また、従来の残留オーステナイト鋼に加工性、めっき性などを向上させるために添加されるＣｕ，Ｃｏなどは、従来鋼と同様に含有させても本発明の効果をなんら損なうものではない。
【００２０】
最終製品としての本発明鋼板の延性は、製品中に含まれる残留オーステナイトの体積率に左右される。残留オーステナイトの体積率が３％未満では、はっきりとした効果が認められない。一方残留オーステナイトの体積率が２０％を超すと、極度に厳しい成形を施した場合、プレス成形した状態で多量のマルテンサイトが存在する可能性があり、二次加工性や衝撃性において問題を生じることがあるので、本発明では残留オーステナイトの体積率を２０％以下とした。
【００２１】
次に、本発明鋼板の製造方法について説明する。
本発明の特徴は、従来の加工用鋼板では考えられなかったほどの高濃度のＮを含有させることである。従来鋼のように溶鋼段階で成分調整し多くのＮを含有させることは困難であるが、鋼片または鋼板への窒化を適用すると、比較的容易に高濃度のＮを含有させることが可能になる。
ガスによる窒化の場合の条件としては、５５０〜８００℃の温度域でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で、２秒〜１０分保持することである。温度がこの範囲を外れると窒化効率が低下し、必要量のＮ化に長時間を要する。また、低温側に外れた場合は鉄窒化物を形成し、本発明鋼で必要とするオーステナイト残存に好ましい固溶Ｎを活用することができない。
【００２２】
雰囲気ガス組成は特に限定しないが、Ｎ化に必要なアンモニアの濃度を窒化効率の観点から２％以上に限定する。またＮ化に際しての本発明の温度および雰囲気中での保持時間は、必要Ｎ量との兼ね合いで決定されるが、操業性などを考慮し、上記温度に保持する場合は２秒〜１０分に限定する。
【００２３】
Ｎ化のタイミングは、鋳片ないし焼鈍板のどこでも可能であるが、窒化では表面から鋼内部へのＮの拡散を利用しているため、板厚は薄いほど高濃度のＮ化が容易となる。このため熱間仕上げ圧延以降の工程で行うことが好ましい。通常の冷延鋼板の製造においては、再結晶焼鈍工程中で焼鈍炉の一部または全部を本発明の温度条件、雰囲気条件にすることでＮ化を行うことが生産上好ましい。
【００２４】
工程の前半で高濃度のＮを含有させ、その後の高温処理または適当な温度での保定によりオーステナイト相の安定化を図る工程も可能であるし、焼鈍工程の最高温度への到達により再結晶および適当な延性を付与した後にＮ化を行い、オーステナイト相を多く生成させるような工程も可能である。また、これらを組み合わせたり、高温再結晶の後、本発明範囲内の低温で窒化を行い、その後再び高温に昇温し組織制御を行うような工程によっても、本発明の効果を得ることができる。
【００２５】
本発明鋼は従来鋼と比較しＳｉ含有量が少ないため、亜鉛めっき鋼板用の原板として使用した場合のめっき性が良好となる特徴を有している。Ｚｎめっき層厚みについては特に制約を設けないが、耐食性の観点から０．１μｍ以上、加工性の観点からすると１０μｍ以下であることが望ましい。
【００２６】
【実施例】
通常の熱延、冷延条件で得られた冷延鋼板について、焼鈍及び一部のものについてはめっきを行い、０．６％で調質圧延し、鋼板またはめっき鋼板を製造した。成分を表１に示すが、本発明鋼においては焼鈍工程の最高到達温度からの冷却途中において、アンモニアガスを含む雰囲気中で保持することによりＮ化を行って高濃度にＮを含有させており、表１中のＮ量については最終製品での値である。鋼中Ｎ量はこの時の保持温度、保持時間、アンモニアガス濃度で調整した。
【００２７】
Ｎ化条件を併せて表１に示す。めっきはＡｌ量を１０％としたＺｎめっき浴で行った。得られた鋼板中の残留オーステナイトの体積率はＭｏＫα線を用いたＸ線回折の５ピーク法で測定した。これらの鋼板よりＪＩＳ５号引張試験片を採取し、ゲージ長さ５０ｍｍ、引張速度１０ｍｍ／ｍｉｎで常温引張試験を行った。
【００２８】
めっき性の評価は、不めっき発生とめっき密着性について行い、不めっきは目視で有無を判定し、めっき密着性はめっき鋼板の６０度Ｖ曲げ試験を実施後テープテストを行い、テープテスト黒化度が２０％未満であれば合格とした。
【００２９】
また、溶接性は溶接電流：１０ｋＡ、加圧力：２２ｋｇ、溶接時間：１２サイクル、電極径：６ｍｍ、電極形状：ドーム型、先端６φ−４０Ｒの溶接条件でスポット溶接を行い、ナゲット径が４√ｔ（ｔ：板厚）を切った時点までの連続打点数が１０００点を超えたものを合格とした。
材質およびめっき性の評価結果を表２に示す。
【００３０】
本発明鋼は、いずれも引張強度が５８０ＭＰａ以上でありながら全伸びも３０％以上であり、高強度とプレス成形性の良好さを両立していると同時に、めっき性、溶接性も満足している。
これに対し、Ｎが本発明範囲にない従来鋼では、めっき前では加工性が良好であるが、めっき工程の熱履歴により残留オーステナイトが消失してしまい加工性が劣化している。また一部のものではＳｉやＡｌ含有量が高いため、めっき性が不良である。Ｎを高濃度に含有する本発明鋼のうちでも、Ｓｉ，Ｃ，Ｍｎ，Ｐ，Ａｌなどが特定範囲にあるものは特に加工性が良好である。またＮｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏなどの微量元素の効果も確認できる。
【００３１】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明はＮ含有量を調整し、目的とする残留オーステナイト組織を確保することによって、亜鉛めっき付着性が良好であり、且つ加工性の優れた高強度鋼板を得ることができる。
Claims (15)
- 質量％でＮ：０．０３〜０．２５２％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であり、合金化溶融亜鉛めっきが施されていないことを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- 鋼板を窒化して質量％でＮ：０．０３〜０．２５２％未満を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であり、合金化溶融亜鉛めっきが施されていないことを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- さらに質量％で、Ｓｉを０．５％以下含有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- さらに質量％で、Ｃを０．０８％以下含有していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- さらに質量％で、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０１％以上、Ａｌ：０．３％以下のうち少なくとも１種を含有していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- さらに質量％で、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏのうち少なくとも１種をそれぞれ２．０％以下含有していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- Ｎ以外が請求項１乃至６のいずれかに記載の成分を有する鋼を、熱間圧延後に５５０〜８００℃の温度域でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で２秒〜１０分保持する工程を含む処理を施したことを特徴とする、合金化溶融亜鉛めっきが施されていない加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
- 質量％でＮ：０．２５２〜２．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であることを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- 鋼板を窒化して質量％でＮ：０．２５２〜２．０％を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、残留オーステナイトの体積率が３〜２０％であることを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- さらに質量％で、Ｓｉを０．５％以下含有していることを特徴とする請求項８又は９に記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- さらに質量％で、Ｃを０．０８％以下含有していることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- さらに質量％で、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０１％以上、Ａｌ：０．３％以下のうち少なくとも１種を含有していることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- さらに質量％で、Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃａ，Ｎａ，Ｍｇ，Ｍｏのうち少なくとも１種をそれぞれ２．０％以下含有していることを特徴とする請求項８乃至１２のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- 鋼板の上に、Ｚｎ合金めっき層を有することを特徴とする請求項８乃至１３のいずれかに記載の加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板。
- Ｎ以外が請求項８乃至１４のいずれかに記載の成分を有する鋼を、熱間圧延後に５５０〜８００℃の温度域でアンモニアを２％以上含む雰囲気中で２秒〜１０分保持する工程を含む処理を施したことを特徴とする加工性及びめっき密着性に優れた高強度鋼板の製造方法。
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