JP3587115B2 - 成形性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に係わり、特に熱延板をめっき原板とし連続溶融亜鉛めっきラインを利用した成形性に優れる高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境の保全という観点から、自動車の燃費改善が要求されている。さらに加えて、衝突時に乗員を保護するため、自動車車体の安全性向上も要求されている。このようなことから、自動車車体の軽量化および自動車車体の強化が積極的に進められている。自動車車体の軽量化と強化を同時に満足させるには、部品素材を高強度化することが効果的であると言われており、最近では高張力鋼板が自動車部品に積極的に使用されている。
【０００３】
鋼板を素材とする自動車部品の多くがプレス加工によって成形されるため、自動車部品用鋼板には優れたプレス成形性が要求される。優れたプレス成形性を実現するには、第一義的には高い延性を確保することが肝要である。さらに自動車部品のプレス成形においては、伸びフランジ変形も多用されることから、自動車部品用鋼板には、延性や伸びフランジ性等の優れた成形性を有することが求められている。
【０００４】
また、自動車車体の強度を確保するための骨格部材であるメンバーやリンフォース等を構成する部品では、強度設計上の要求から素材の板厚が厚いことが要求され、素材として熱延鋼板が使用されることが多い。
一方、自動車部品は、適用部位によっては高い耐食性も要求される。高い耐食性が要求される部位に適用される部品の素材には、溶融亜鉛めっき鋼板が好適である。
【０００５】
したがって、自動車車体の軽量化および強化をより一層推進するためには、耐食性に優れ、しかも延性や伸びフランジ性等の成形性に優れる熱延板をめっき原板とする高張力溶融亜鉛めっき鋼板が必要不可欠な素材となっている。
延性に優れる高張力鋼板としては、フェライトとマルテンサイトの複合組織を有する二相組織鋼板が代表的である。また、近年では残留オーステナイトに起因する変態誘起塑性を利用した高延性鋼板も実用化の段階に至っている。
【０００６】
しかし、このような組織強化鋼板は、硬質なマルテンサイトを主要強化因子としているため、局部伸びが低く、このため、伸びフランジ性に劣るという問題がある。
また、多くの連続溶融亜鉛めっきラインは、焼鈍設備とめっき設備を連続化して設置している。この連続化されためっき工程の存在により、焼鈍後の冷却はめっき温度で中断され、工程を通じた平均冷却速度も必然的に小さくなる。したがって、連続溶融亜鉛めっきラインで製造される鋼板では、冷却速度の大きい冷却条件下で生成するマルテンサイトや残留オーステナイトをめっき後の鋼板中に含有させることは難しい。このため、これらの相を有する高張力溶融亜鉛めっき鋼板を連続溶融亜鉛めっきラインにて製造することは、一般には困難である。
【０００７】
一方、成形性に優れる高張力溶融亜鉛めっき熱延鋼板として、微細べイナイトを主体とする組織を有する鋼板の製造方法が提案されている。べイナイトは、連続溶融亜鉛めっきラインにおける冷却条件においても形成することが比較的容易である。
例えば、特開平５−５１６４７ 号公報には、Ａｒ３〜（Ａｒ３＋５０℃）を仕上げ温度とする仕上げ圧延後続いて直ちに５０〜２００ ℃／ｓの冷却速度で６２０ 〜６８０ ℃の温度域まで冷却し、保持または空冷し、ついで５０〜１５０ ℃／ｓの冷却速度で３５０ 〜４５０ ℃の温度に冷却し巻き取り、フェライト＋ベイナイト複合組織として、ついでＡｃ１〜（Ａｃ１＋７０℃）の（α＋γ）２相共存温度で加熱均熱したのち、溶融亜鉛めっきを施し、その後合金化処理し、冷却し、さらに、スキンパス圧延を行う、伸びフランジ性に優れた高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が提案されている。
【０００８】
また、特開平５−１７９３５６号公報には、（Ａｒ３＋５０℃）〜（Ａｒ３＋１５０ ℃）を仕上げ温度とする仕上げ圧延後０．１ 〜２ｓの間に冷却を開始し、５０〜２００ ℃／ｓの冷却速度で４５０ ℃以下まで冷却し、３５０ 〜４５０ ℃の温度で巻き取り、５０％以上のベイナイトを含むベイナイト＋フェライト複合組織、あるいはベイナイト単相組織として、ついで（Ａｃ１＋２０℃）〜（Ａｃ１＋７０℃）の（α＋γ）２相共存温度で加熱均熱したのち、溶融亜鉛めっきを施し、その後合金化処理し、冷却し、さらに、スキンパス圧延を行う、伸びフランジ性に優れた高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が提案されている。
【０００９】
一方、特開平９−２６３８８３号公報には、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、ＡｌとＴｉを０．０２〜０．５ ％含む組成の鋼材を８００ ℃以上の仕上げ温度で熱間圧延し、平均冷却速度：５〜３０℃／ｓで６５０ ℃以下に冷却し巻き取ったのち、４２０ 〜６５０ ℃に加熱してから４２０ 〜４５０ ℃で溶融亜鉛めっきを施し、引き続いて平均冷却速度：５℃／ｓ以上で４５０ ℃以下まで冷却し、１６〜７０体積％のフェライトと、残部がマルテンサイト、焼戻しマルテンサイトおよびベイナイトの低温変態組織のいずれか１種または２種以上の組織を有し、低い降伏比と、耐孔あき腐食性および加工性に優れた高強度亜鉛系めっき鋼板の製造方法が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−５１６４７ 号公報や特開平５−１７９３５６号公報に記載された技術で得られる高張力溶融亜鉛めっき熱延鋼板は、伸びフランジ性には優れるものの、延性の面で十分に満足できるものではなかった。また、特開平９−２６３８８３号公報に記載された技術で製造された鋼板は、低い降伏比を有するものの、現在、自動車部品用鋼板として要求されている成形性を十分に満足するまでに至っていない。
【００１１】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みなされたものであり、熱延鋼板を原板として、自動車部品用素材として好適な、成形性に優れる高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。なお、本発明における高張力溶融亜鉛めっき鋼板は、連続溶融亜鉛めっきラインを利用して製造されることが望ましい。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するため、成形性におよぼす鋼板の組成、ミクロ組織および製造条件の影響について、鋭意研究を重ねた。その結果、化学組成と、熱間圧延条件等の製造条件を適正な範囲に調整して、熱延板の組織をラス状マルテンサイトを含む組織としたうえで、連続溶融亜鉛めっきラインで所定条件の熱処理およびめっき処理を施すことにより、鋼板の組織が、所定の体積率範囲内のフェライト、焼戻マルテンサイト、残留オーステナイト、低温変態相からなる複合組織となり、優れた成形性を発現させることが可能であるという知見を得た。
【００１３】
本発明は上記した知見に基づいて構成されたものである。
すなわち、本発明は、ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．３ 〜１．８ ％、Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％を含み、あるいはさらに、次（ａ群）〜（ｄ群）
（ａ群）：Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で、０．０５〜１．０ ｍａｓｓ％、
（ｂ群）：Ｂを０．００３ ｍａｓｓ％以下、
（ｃ群）：Ｃａ、ＲＥＭ のうちから選ばれた１種または２種を合計で、０．０１ｍａｓｓ％以下
（ｄ群）：Ｔｉ、 Ｎｂ 、Ｖのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で、０．０１〜０．２ ｍａｓｓ％、
のうちから選ばれた１群または２群以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、加熱し、仕上げ圧延終了温度を（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲とする熱間圧延を行い熱延板としたのち、７００ ℃以下の温度まで冷却し巻き取る熱延工程と、ついで（Ａｃ３変態点−５０℃） 〜（Ａｃ３変態点＋１００ ℃）の温度域で５ｓｅｃ 以上保持する加熱処理を施した後、１０℃／ｓ以上の冷却速度でＭｓ 点以下の温度まで冷却する熱延板組織調整工程と、次いで、（Ａｃ１変態点〜Ａｃ３ 変態点） の温度域で５〜１２０ ｓ間保持する加熱処理を施した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で５００ ℃以下の温度まで冷却する焼戻し工程と、次いで溶融亜鉛めっき処理を施し、前記熱延板の表層に溶融亜鉛めっき層を形成した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で３００ ℃まで冷却するめっき工程とを順次施し、鋼板組織を体積率で２０％以上の焼戻マルテンサイト、体積率で３０％以上のフェライト、体積率で２％以上の残留オーステナイトおよび低温変態相からなる複合組織とすることを特徴とする成形性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であり、また、本発明では、前記熱延工程と前記熱延板組織調整工程に代えて、前記鋼素材を、加熱し、仕上げ圧延終了温度をＡｒ３変態点以上（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲とする熱間圧延を行い熱延板とし、該熱間圧延終了後続いて（Ａｒ３変態点−５０℃）以上の温度からＭｓ 点以下の温度まで１０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却し巻き取る熱延および熱延板組織調整工程とし、次いで前記焼戻し工程を施してもよい。
【００１４】
また、本発明では、前記めっき工程に代えて、溶融亜鉛めっき処理を施し前記鋼板表層に溶融亜鉛めっき層を形成した後、４５０ ℃〜５５０ ℃の温度域まで再加熱して溶融亜鉛めっき層の合金化処理を施し、該合金化処理後、５℃／ｓ以上の冷却速度で３００ ℃まで冷却するめっき・合金化処理工程とすることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に用いる鋼素材の組成限定理由について説明する。なお、ｍａｓｓ％を単に％と記す。
Ｃ：０．０５〜０．２０％
Ｃは、鋼の高強度化に必須の元素であり、さらに残留オーステナイトや低温変態相の生成に効果があり、不可欠の元素である。しかし、Ｃ含有量が０．０５％未満では所望の高強度化が得られず、一方、Ｏ．２０％を超えると、溶接性の劣化を招く。このため、Ｃは０．０５〜０．２０％の範囲に限定した。
【００１６】
Ｓｉ：０．３ 〜１．８ ％
Ｓｉは、固溶強化により鋼を強化するとともに、オーステナイトを安定化し、残留オーステナイト相の生成を促進する作用を有する。このような作用は、Ｓｉ含有量がＯ．３ ％以上で認められる。一方、１．８ ％を超えて含有すると、めっき性が顕著に劣化する。このため、Ｓｉは０．３ 〜１．８ ％の範囲に限定した。
【００１７】
Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％
Ｍｎは、固溶強化により鋼を強化するとともに、鋼の焼入性を向上し、残留オーステナイトや低温変態相の生成を促進する作用を有する。このような作用は、Ｍｎ含有量が１．０ ％以上で認められる。一方、３．０ ％を超えて含有しても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなりコストの上昇を招く。このため、Ｍｎは１．０ 〜３．０ ％の範囲に限定した。
【００１８】
さらに、上記した化学成分に加え、鋼素材には、必要に応じて、下記に示す（ａ群）〜（ｄ群）のうちの１群または２群以上を含有することができる。
（ａ群）：Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で、０．０５〜１．０ ％
Ｃｒ、Ｍｏは、いずれも鋼の焼入性を向上し、低温変態相の生成を促進する作用を有する元素である。このような作用は、Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で０．０５％以上含有して認められる。一方、Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で１．０ ％を超えて含有しても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。このため、Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種は、合計で０．０５〜１．０ ％の範囲に限定するのが望ましい。なお、より好ましい範囲はＣｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で０．０５〜０．５ ％である。
【００１９】
（ｂ群）：Ｂ：０．００３ ％以下
Ｂは、鋼の焼入性を向上する作用を有する元素であり、必要に応じ含有できる。しかし、Ｂ含有量が０．００３ ％を超えると、効果が飽和するため、Ｂは０．００３ ％以下に限定するのが望ましい。なお、より望ましいは範囲は０．００１ 〜０．００２ ％である。
【００２０】
（ｃ群）：Ｃａ、ＲＥＭ のうちから選ばれた１種または２種を合計で、０．０１％以下
Ｃａ、ＲＥＭ は、硫化物系介在物の形態を制御する作用を有し、これにより鋼板の伸びフランジ性を向上させる効果を有する。このような効果はＣａ、ＲＥＭ のうちから選ばれた１種または２種の含有量が合計で、０．０１％を超えると飽和する。このため、Ｃａ、ＲＥＭ のうちの１種または２種の含有量は、合計で０．０１％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましい範囲は０．００１ 〜０．００５ ％である。
【００２１】
（ｄ群）：Ｔｉ、 Ｎｂ 、Ｖのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で、０．０１〜０．２ ％
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖは、鋼中で炭窒化物を形成し、これら炭窒化物による析出強化により鋼を高強度化する効果を有するとともに、結晶粒径を微細化する効果も有しており、必要に応じて含有できる。このような効果は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で、０．０１％以上で認められる。一方、合計で０．２ ％を超えて含有しても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。このため、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖのうちの１種または２種以上の含有量は、合計で、０．０１〜０．２ ％の範囲に限定するのが好ましい。
【００２２】
本発明に用いる鋼板では、上記した化学成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、Ａｌ：０．１ ％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下が許容できる。なお、伸びフランジ性がとくに要求される場合にはＳは０．００５ ％以下とするのがより望ましい。
次に、本発明の高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について説明する。
【００２３】
まず、上記した組成を有する鋼を溶製し、連続鋳造法等の通常の公知の方法でスラブ等に鋳造し圧延用鋼素材とする。
次いで、この鋼素材に、通常の公知の方法で加熱し、粗圧延してシートバーとし、さらに仕上げ圧延して所望の板厚を有する熱延板としたのち、巻き取る熱延工程を施す。
（１）熱延工程
本発明では、熱延工程を、仕上げ圧延における圧延終了温度を（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲とする熱間圧延とする。圧延終了温度が（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）を超えると、得られる熱延板の組織が粗大化しやすく、最終的に得られるめっき鋼板の成形性が低下する。このため、仕上げ圧延の圧延終了温度を（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲に限定した。
【００２４】
なお、圧延終了温度がＡｒ３変態点未満では、α＋γの２相域圧延となり、得られる熱延板の組織が不均一となり、最終的に得られるめっき鋼板の成形性が低下する。このため、仕上げ圧延の圧延終了温度はＡｒ３変態点以上とするのが好ましい。
熱延板は、熱間圧延終了後７００ ℃以下の温度まで冷却され、コイル状に巻き取られる。なお、熱間圧延後の冷却速度はとくに限定しないが、鋼板形状を良好に保ち、生産性の低下を避けるため、５〜１００ ℃／ｓとするのが好ましい。
【００２５】
上記熱延工程を経た熱延板に、ついで、熱延板組織調整工程を施す。なお、熱延板に、熱延板組織調整工程まえに酸洗処理を加えることができることはいうまでもない。
（２）熱延板組織調整工程
熱延板組織調整工程では、熱延工程を経た熱延板に、（Ａｃ３変態点−５０℃） 〜（Ａｃ３変態点＋１００ ℃）の温度域で５ｓｅｃ 以上保持する加熱処理を施した後、１０℃／ｓ以上の冷却速度でＭｓ 点以下の温度まで冷却する。
【００２６】
この熱延板組織調整工程により、熱延板中にラス状マルテンサイトが生成される。めっき工程後の鋼板中に、フェライト、焼戻マルテンサイト、残留オーステナイト、低温変態相の均一微細な複合組織を得るためには、熱延板組織調整工程で鋼板組織を、ラス状のマルテンサイトを含む組織とすることが必要である。
熱延板組織調整工程における加熱処理の加熱保持温度が（Ａｃ３変態点−５０℃）未満、あるいは保持時間が５ｓｅｃ 未満では、加熱保持中に生成するオーステナイト量が少なく、冷却後に得られるラス状マルテンサイト量が不足する。一方、（Ａｃ３変態点＋１００ ℃）を超えると、加熱保持中にオーステナイトの結晶粒径が粗大化するため、めっき工程後に得られる鋼板組織が粗大化し、鋼板の成形性の低下を招く。また、保持時間は１２０ ｓｅｃ 以下とするのが好ましい。
【００２７】
また、加熱処理後の冷却速度が１０℃／ｓ未満では、冷却後の鋼板組織をラス状マルテンサイトを含む組織とすることができない。なお、加熱処理後の冷却速度は、鋼板の形状を良好に保つためには１００ ℃／ｓ以下とするのが望ましい。
なお、本発明では、上記した熱延工程と熱延板組織調整工程に代えて、熱間圧延後、急冷する熱延および熱延板組織調整工程としてもよい。
（３）熱延および熱延板組織調整工程
熱延および熱延板組織調整工程では、上記した組成の鋼素材を、加熱し、仕上げ圧延終了温度をＡｒ３変態点以上（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲とする熱間圧延を行い熱延板とし、該熱間圧延終了後続いて（Ａｒ３変態点−５０℃）以上の温度からＭｓ 点以下の温度まで１０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却し巻き取る工程とする。
【００２８】
圧延終了温度がＡｒ３変態点未満では、めっき工程後に得られる鋼板の成形性が大きく低下する。また、急冷開始温度が（Ａｒ３変態点−５０℃）未満では、フェライト変態が進行し、十分な量のラス状マルテンサイトが得にくくなる。さらに、Ｍｓ 点以下の温度までの冷却速度が１０℃／ｓ未満では、冷却後の熱延板の組織をラス状マルテンサイトを含む組織とすることが困難となる。なお、熱延後の冷却速度は、鋼板の形状を良好に保つためには１００ ℃／ｓ以下とするのが望ましい。
【００２９】
上記各工程を順次経た熱延板に、ついで、焼戻し工程を施す。
（４）焼戻し工程
焼戻し工程では、上記各工程を順次経てラス状マルテンサイトを生成させた熱延板に、（Ａｃ１変態点〜Ａｃ３ 変態点） の温度域で５〜１２０ ｓ間保持する加熱処理を施した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で５００ ℃以下の温度まで冷却する処理を施す。
【００３０】
この焼戻し工程により、前工程で形成されたラス状マルテンサイトを焼戻マルテンサイトとするとともに、めっき工程後に残留オーステナイトおよび低温変態相を生成するために、鋼板組織の一部再オーステナイト化を図る。
加熱処理の加熱保持温度がＡｃ１変態点未満では、オーステナイトが再生成せず、めっき工程後に残留オーステナイトや低温変態相が得られない。また、保持温度がＡｃ３変態点を超えると、鋼板組織の全オーステナイト化を招き、焼戻マルテンサイトが消失する。また、加熱処理における加熱保持時間が５ｓ未満ではオーステナイトの再生成が不十分であるため、めっき工程後に十分な量の残留オーステナイトが得られない。また、加熱保持時間が１２０ｓｅｃを超えると、焼戻マルテンサイトの再オーステナイト化が進行し、必要量の焼戻マルテンサイトを得ることが困難となる。
【００３１】
また、加熱処理後の冷却速度が５℃／ｓ未満ではこの加熱処理にて生成したオーステナイトがフェライトやパーライトに変態し、残留オーステナイトや低温変態相とならない。なお、この工程における加熱処理後の冷却速度は５℃／ｓ以上５０℃／ｓ以下とするのが好ましい。
なお、この焼戻し工程は、焼鈍設備と溶融亜鉛めっき設備を兼ね備えた連続溶融亜鉛めっきラインで行うのが好ましい。このような連続溶融亜鉛めっきラインで行うことにより、この工程後直ちにめっき工程に移行でき、生産性が向上する。
【００３２】
ついで、上記焼戻し工程を経た鋼板にめっき工程を施す。
（５）めっき工程
めっき工程では、焼戻し工程を経た鋼板に、溶融亜鉛めっきを施し、５ ℃／ｓ以上の冷却速度で３００ ℃まで冷却する。
溶融亜鉛めっき処理は、通常、連続溶融亜鉛めっきラインで行われている処理条件でよく、特に限定する必要はない。しかし、極端に高温でのめっきは必要な残留オーステナイト量の確保が困難となる。このため、５００ ℃以下でのめっき処理とするのが好ましい。また、めっき処理後の冷却速度が極端に小さいときは、残留オーステナイト量の確保が困難になる。このため、めっき後から ３００℃までの温度範囲における冷却速度は５℃／ｓ以上に限定するのがよい。なお、好ましくは５０℃／ｓ以下である。また、めっき処理後、必要に応じて目付量調整のためのワイピングを行ってもよいのはいうまでもない。なお、めっき付着量は、使用部位により適宜決定すればよく、本発明ではとくに限定しない。自動車部品用に使用される溶融亜鉛めっき鋼板では、目付量は３０〜１２０ｇ／ｍ２ とするのが好ましい。
【００３３】
また、めっき工程に代えて、溶融亜鉛めっき処理後、めっき層の合金化処理を施すめっき・合金化処理工程としてもよい。
（６）めっき・合金化処理工程
めっき・合金化処理工程では、溶融亜鉛めっき処理後、４５０ 〜５５０ ℃の温度域まで再加熱して溶融亜鉛めっき層の合金化処理を施し、該合金化処理後、５ ℃／ｓ以上の冷却速度で３００ ℃まで冷却する。
【００３４】
高温での合金化処理は、必要な残留オーステナイト量の確保が困難となり、鋼板の延性が低下する。このため、合金化処理温度の上限は５５０ ℃に限定するのが好ましい。また、合金化処理温度が４５０ ℃未満では、合金化の進行が遅く生産性が低下する。このため、合金化処理温度の下限は４５０ ℃とするのが好ましい。また、合金化処理後の冷却速度が極端に小さい場合には必要な残留オーステナイト量の確保が困難になる。このため、合金化処理後から３００ ℃までの温度範囲における冷却速度を５℃／ｓ以上に限定するのがよい。
【００３５】
なお、めっき処理後あるいは合金化処理後の鋼板には、形状矯正、表面粗度等の調整のための調質圧延を加えてもよい。また、樹脂あるいは油脂コーティング、各種塗装あるいは電気めっき等の処理を施しても何ら不都合はない。
本発明は、焼鈍設備とめっき設備および合金化処理設備を連続した溶融亜鉛めっきラインにおいて、焼戻し工程と、めっき工程あるいはめっき・合金化処理工程を連続して行うことを前提としているが、各工程を独立した設備で実施することも可能である。
【００３６】
上記した組成を有する鋼素材に上記した各工程を施すことにより、得られる鋼板は、▲１▼焼戻マルテンサイト、▲２▼フェライト、▲３▼残留オーステナイトおよび▲４▼低温変態相からなる複合組織を有する高張力溶融亜鉛めっき熱延鋼板あるいは高張力合金化溶融亜鉛めっき熱延鋼板となる。
これら各相が混在共存する複合組織となることにより、鋼板の延性向上等の効果が発現し、成形性に優れた鋼板となる。なお、本発明における焼戻マルテンサイトとは、ラス状のマルテンサイトを加熱した際に生成する相を指す。以下、本発明に係る溶融亜鉛めっき鋼板（熱延鋼板）に含まれる各相について説明する。
【００３７】
▲１▼焼戻マルテンサイト
焼戻マルテンサイトは、焼戻前のラス状マルテンサイトのラス形態を引き継いだ微細な内部構造を有することが特徴であり、鋼板の伸びフランジ性向上に有効な相である。また、焼戻マルテンサイトは、焼戻しによって軟質化しており、十分な塑性変形能を有するため、鋼板の延性向上にも有効な相である。本発明に係る鋼板では、このような焼戻マルテンサイトを、体積率で２０％以上含有する。焼戻マルテンサイト量が２０％未満では、前記した効果が十分に期待できない。このため、複合組織中の焼戻マルテンサイト量は２０％以上に限定した。なお、焼戻マルテンサイト量が６０％を超えると、多相複合組織化による利点が得にくくなるため、焼戻しマルテンサイト量は６０％以下とするのが望ましい。
【００３８】
▲２▼フェライト
フェライトは、軟質な相であり、高い変形能を有し、鋼板の延性を向上させる。本発明では、このようなフェライトを、鋼板中に体積率で３０％以上含有する。フェライト量が３０％未満では、延性向上効果が少ない。なお、フェライト量が７０％を超えると、多相複合組織化による利点が得にくくなるため、フェライト量は７０％以下とするのが望ましい。
【００３９】
▲３▼残留オーステナイト
残留オーステナイトは、加工時にマルテンサイトに歪誘起変態し、局所的に加えられた加工歪を広く分散させ、鋼板の延性を向上させる作用を有する。本発明に係る鋼板では、このような残留オーステナイトを、体積率で２％以上含有する。残留オーステナイト量が２％未満では、顕著な延性の向上が期待できない。このため、残留オーステナイト量は２％以上に限定した。また、残留オーステナイト量は、好ましくは５％以上である。なお、残留オーステナイト量は多いほどよいが、実際的には１０％以下である。
【００４０】
▲４▼低温変態相
本発明でいう低温変態相とは、焼き戻しされていないマルテンサイトあるいはべイナイトを指す。
マルテンサイト、べイナイトとも硬質相であり、組織強化によって鋼板強度を増加させる作用を有する。また、変態生成時に可動転位の発生を伴うため、鋼板の降伏比を低下させる作用も有する。なお、前記作用を十分に得るためには、低温変態相はマルテンサイトとするのが好適である。本発明においては、低温変態相の量はとくに限定せず、鋼板の強度に応じて適宜配分すればよく、好ましくは体積率で５〜２０％である。なお、とくに低い降伏比を要求される場合は、低温変態相として、マルテンサイトを体積率で５〜２０％含有するのが好ましい。
【００４１】
さらに、本発明に係る鋼板では、上記した複合組織中のフェライトおよび焼戻マルテンサイトの結晶粒径は平均粒径で１０μｍ 以下となる。なお、平均粒径１０μｍ 以下という結晶粒径の微細化は鋼板の伸びフランジ性を向上させる効果を有する。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す組成を有する鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造法にて鋳片（鋼素材）とした。なお、表１に示す化学成分以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物である。
【００４３】
得られた鋳片（鋼素材）を１１５０℃に加熱したのち、表２に示す条件の熱延工程を施し、板厚２．３ ｍｍの熱延板（熱延鋼板）とした。
【００４４】
【表１】
【００４５】
次いで、これら熱延板を酸洗し、連続焼鈍ラインにて、表２に示す条件の熱延板組織調整工程を施した。熱延板組織調整工程後、熱延板のミクロ組織調査を行い、ラス状マルテンサイトの量を測定した。
さらに、熱延板組織調整工程を施されたこれら熱延板に、連続溶融亜鉛めっきラインにて、表２に示す条件の焼戻し工程を施し、ついで引き続き表２に示す条件のめっき工程を施した。なお、一部については溶融亜鉛めっき後、合金化処理を行う、めっき・合金化処理工程を施した。
【００４６】
なお、溶融亜鉛めっき処理は、浴温４７５ ℃のめっき槽に鋼板を浸漬して行い、浸漬した鋼板を引き上げた後、片面当たりの目付量（付着量）が５０ｇ／ｍ２となるように、ガスワイピングにより目付量を調整した。亜鉛めっき層の合金化処理を行う場合には、ワイピング処理の後、１０℃／ｓの加熱速度で５００ ℃まで昇温して合金化処理した。合金化処理時の保持時間は、めっき層中の鉄含有率が９〜１１％となるように調整した。
【００４７】
【表２】
【００４８】
鋼板のミクロ組織は、鋼板の圧延方向断面を光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡にて観察することにより調査した。鋼板中のラス状マルテンサイト、フェライト、焼戻マルテンサイトの量については、倍率１０００倍の断面組織写真を用いて、画像解析により任意に設定した１００ ｍｍ四方の正方形領域内に存在する該当相の占有面積率を求め、該当相の体積率とした。また、残留オーステナイト量は、鋼板を板厚方向の中心面まで研磨し、板厚中心面での回析Ｘ線強度測定により求めた。入射Ｘ線にはＭｏＫ α線を使用し、残留オーステナイト相の｛１１１ ｝、｛２００ ｝、｛２２０ ｝、｛３１１ ｝各面の回析Ｘ線強度比を求め、これらの平均値を残留オーステナイトの体積率とした。
【００４９】
フェライト粒径は、ＪＩＳ Ｚ０５５２の規定に準拠して結晶粒度を測定し、平均結晶粒径に換算した。また、焼戻マルテンサイト粒径も、フェライト粒径と同様の方法により求めた。
鋼板の機械的特性は、引張試験および穴拡げ試験により調査した。
引張試験は、鋼板より圧延直角方向に採取したＪＩＳ Ｚ２２０４に規定のＪＩＳ ５号試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４１の規定に準拠して、引張強さ（ＴＳ）および破断伸び（Ｅｌ）を測定した。
【００５０】
穴拡げ試験は、日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳ Ｔ１００１に準拠して、鋼板に１０ｍｍφ（Ｄ０ ）の円穴を打抜き、打抜き穴を頂角６０°の円錐ポンチで押し拡げ、割れが板厚方向に貫通した直後の穴径Ｄを求めた。ＤとＤ０ から、λ＝｛（Ｄ−Ｄ０ ）／Ｄ０ ｝×１００ （％）で定義される穴拡げ率（λ）を求め、伸びフランジ性の指標とした。
【００５１】
得られた結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】
【００５３】
表３から、本発明例の溶融亜鉛めっき鋼板は、５９０ ＭＰａ 以上の引張強さ（ＴＳ）を有し、強度−伸びバランス（ＴＳ×Ｅｌ）が２００００ ＭＰａ ・％以上、かつ、強度−穴拡げ率バランス（ＴＳ×λ）が５５０００ ＭＰａ ・％以上と、延性および伸びフランジ性にともに優れ、成形性に優れた高張力溶融亜鉛めっき熱延鋼板となっている。
一方、本発明の範囲を外れる比較例では、強度−伸びバランスが２００００ＭＰａ・％未満であり、強度−穴拡げ率バランスも低く、延性および伸びフランジ性が同時に優れるものはなく、十分な成形性を有するものはない。
（実施例２）
表１に示す組成を有する鋼素材を用い、表４に示す熱延条件で板厚２．３ ｍｍの熱延板とし、熱間圧延後、直ちに表４に示す条件で急冷しコイル状に巻き取る、熱延および熱延板組織調整工程を施した。なお、この工程後、熱延板のミクロ組織調査を行い、ラス状マルテンサイトの量を測定した。
【００５４】
次いで、これら熱延板に、連続溶融亜鉛めっきラインにて、表４に示す焼戻し工程と、さらに、表４に示すめっき・合金化処理工程を施した。
なお、溶融亜鉛めっき処理は、実施例１と同様とした。
これら鋼板について、実施例１と同様にミクロ組織、機械的特性を調査した。鋼板の機械的特性は、実施例１と同様に引張試験および穴拡げ試験により調査した。
【００５５】
それらの結果を表５に示す。
【００５６】
【表４】
【００５７】
【表５】
【００５８】
表５から、本発明例の溶融亜鉛めっき鋼板は、５９０ ＭＰａ 以上の引張強さ（ＴＳ）を有し、強度−伸びバランス（ＴＳ×Ｅｌ）が２００００ ＭＰａ ・％以上、かつ、強度−穴拡げ率バランス（ＴＳ×λ）が６００００ＭＰａ・％以上と、延性および伸びフランジ性に優れ、成形性に優れたた高張力溶融亜鉛めっき鋼板となっている。このことから、熱延後所定の条件での急冷とすることにより、特に熱延板組織調整のために再加熱冷却することなくラス状マルテンサイトを含む組織を有する熱延鋼板とすることができ、成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造できる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、非常に優れた延性、伸びフランジ性を有し、自動車部品に代表される成形品素材として実に好適な、成形性に優れた高張力亜鉛めっき鋼板が、安価にしかも安定して製造でき、産業上格段の効果を奏する。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に係わり、特に熱延板をめっき原板とし連続溶融亜鉛めっきラインを利用した成形性に優れる高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地球環境の保全という観点から、自動車の燃費改善が要求されている。さらに加えて、衝突時に乗員を保護するため、自動車車体の安全性向上も要求されている。このようなことから、自動車車体の軽量化および自動車車体の強化が積極的に進められている。自動車車体の軽量化と強化を同時に満足させるには、部品素材を高強度化することが効果的であると言われており、最近では高張力鋼板が自動車部品に積極的に使用されている。
【０００３】
鋼板を素材とする自動車部品の多くがプレス加工によって成形されるため、自動車部品用鋼板には優れたプレス成形性が要求される。優れたプレス成形性を実現するには、第一義的には高い延性を確保することが肝要である。さらに自動車部品のプレス成形においては、伸びフランジ変形も多用されることから、自動車部品用鋼板には、延性や伸びフランジ性等の優れた成形性を有することが求められている。
【０００４】
また、自動車車体の強度を確保するための骨格部材であるメンバーやリンフォース等を構成する部品では、強度設計上の要求から素材の板厚が厚いことが要求され、素材として熱延鋼板が使用されることが多い。
一方、自動車部品は、適用部位によっては高い耐食性も要求される。高い耐食性が要求される部位に適用される部品の素材には、溶融亜鉛めっき鋼板が好適である。
【０００５】
したがって、自動車車体の軽量化および強化をより一層推進するためには、耐食性に優れ、しかも延性や伸びフランジ性等の成形性に優れる熱延板をめっき原板とする高張力溶融亜鉛めっき鋼板が必要不可欠な素材となっている。
延性に優れる高張力鋼板としては、フェライトとマルテンサイトの複合組織を有する二相組織鋼板が代表的である。また、近年では残留オーステナイトに起因する変態誘起塑性を利用した高延性鋼板も実用化の段階に至っている。
【０００６】
しかし、このような組織強化鋼板は、硬質なマルテンサイトを主要強化因子としているため、局部伸びが低く、このため、伸びフランジ性に劣るという問題がある。
また、多くの連続溶融亜鉛めっきラインは、焼鈍設備とめっき設備を連続化して設置している。この連続化されためっき工程の存在により、焼鈍後の冷却はめっき温度で中断され、工程を通じた平均冷却速度も必然的に小さくなる。したがって、連続溶融亜鉛めっきラインで製造される鋼板では、冷却速度の大きい冷却条件下で生成するマルテンサイトや残留オーステナイトをめっき後の鋼板中に含有させることは難しい。このため、これらの相を有する高張力溶融亜鉛めっき鋼板を連続溶融亜鉛めっきラインにて製造することは、一般には困難である。
【０００７】
一方、成形性に優れる高張力溶融亜鉛めっき熱延鋼板として、微細べイナイトを主体とする組織を有する鋼板の製造方法が提案されている。べイナイトは、連続溶融亜鉛めっきラインにおける冷却条件においても形成することが比較的容易である。
例えば、特開平５−５１６４７ 号公報には、Ａｒ３〜（Ａｒ３＋５０℃）を仕上げ温度とする仕上げ圧延後続いて直ちに５０〜２００ ℃／ｓの冷却速度で６２０ 〜６８０ ℃の温度域まで冷却し、保持または空冷し、ついで５０〜１５０ ℃／ｓの冷却速度で３５０ 〜４５０ ℃の温度に冷却し巻き取り、フェライト＋ベイナイト複合組織として、ついでＡｃ１〜（Ａｃ１＋７０℃）の（α＋γ）２相共存温度で加熱均熱したのち、溶融亜鉛めっきを施し、その後合金化処理し、冷却し、さらに、スキンパス圧延を行う、伸びフランジ性に優れた高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が提案されている。
【０００８】
また、特開平５−１７９３５６号公報には、（Ａｒ３＋５０℃）〜（Ａｒ３＋１５０ ℃）を仕上げ温度とする仕上げ圧延後０．１ 〜２ｓの間に冷却を開始し、５０〜２００ ℃／ｓの冷却速度で４５０ ℃以下まで冷却し、３５０ 〜４５０ ℃の温度で巻き取り、５０％以上のベイナイトを含むベイナイト＋フェライト複合組織、あるいはベイナイト単相組織として、ついで（Ａｃ１＋２０℃）〜（Ａｃ１＋７０℃）の（α＋γ）２相共存温度で加熱均熱したのち、溶融亜鉛めっきを施し、その後合金化処理し、冷却し、さらに、スキンパス圧延を行う、伸びフランジ性に優れた高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が提案されている。
【０００９】
一方、特開平９−２６３８８３号公報には、Ｃ、Ｍｎ、Ｐ、ＡｌとＴｉを０．０２〜０．５ ％含む組成の鋼材を８００ ℃以上の仕上げ温度で熱間圧延し、平均冷却速度：５〜３０℃／ｓで６５０ ℃以下に冷却し巻き取ったのち、４２０ 〜６５０ ℃に加熱してから４２０ 〜４５０ ℃で溶融亜鉛めっきを施し、引き続いて平均冷却速度：５℃／ｓ以上で４５０ ℃以下まで冷却し、１６〜７０体積％のフェライトと、残部がマルテンサイト、焼戻しマルテンサイトおよびベイナイトの低温変態組織のいずれか１種または２種以上の組織を有し、低い降伏比と、耐孔あき腐食性および加工性に優れた高強度亜鉛系めっき鋼板の製造方法が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平５−５１６４７ 号公報や特開平５−１７９３５６号公報に記載された技術で得られる高張力溶融亜鉛めっき熱延鋼板は、伸びフランジ性には優れるものの、延性の面で十分に満足できるものではなかった。また、特開平９−２６３８８３号公報に記載された技術で製造された鋼板は、低い降伏比を有するものの、現在、自動車部品用鋼板として要求されている成形性を十分に満足するまでに至っていない。
【００１１】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みなされたものであり、熱延鋼板を原板として、自動車部品用素材として好適な、成形性に優れる高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。なお、本発明における高張力溶融亜鉛めっき鋼板は、連続溶融亜鉛めっきラインを利用して製造されることが望ましい。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記した課題を達成するため、成形性におよぼす鋼板の組成、ミクロ組織および製造条件の影響について、鋭意研究を重ねた。その結果、化学組成と、熱間圧延条件等の製造条件を適正な範囲に調整して、熱延板の組織をラス状マルテンサイトを含む組織としたうえで、連続溶融亜鉛めっきラインで所定条件の熱処理およびめっき処理を施すことにより、鋼板の組織が、所定の体積率範囲内のフェライト、焼戻マルテンサイト、残留オーステナイト、低温変態相からなる複合組織となり、優れた成形性を発現させることが可能であるという知見を得た。
【００１３】
本発明は上記した知見に基づいて構成されたものである。
すなわち、本発明は、ｍａｓｓ％で、Ｃ：０．０５〜０．２０％、Ｓｉ：０．３ 〜１．８ ％、Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％を含み、あるいはさらに、次（ａ群）〜（ｄ群）
（ａ群）：Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で、０．０５〜１．０ ｍａｓｓ％、
（ｂ群）：Ｂを０．００３ ｍａｓｓ％以下、
（ｃ群）：Ｃａ、ＲＥＭ のうちから選ばれた１種または２種を合計で、０．０１ｍａｓｓ％以下
（ｄ群）：Ｔｉ、 Ｎｂ 、Ｖのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で、０．０１〜０．２ ｍａｓｓ％、
のうちから選ばれた１群または２群以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、加熱し、仕上げ圧延終了温度を（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲とする熱間圧延を行い熱延板としたのち、７００ ℃以下の温度まで冷却し巻き取る熱延工程と、ついで（Ａｃ３変態点−５０℃） 〜（Ａｃ３変態点＋１００ ℃）の温度域で５ｓｅｃ 以上保持する加熱処理を施した後、１０℃／ｓ以上の冷却速度でＭｓ 点以下の温度まで冷却する熱延板組織調整工程と、次いで、（Ａｃ１変態点〜Ａｃ３ 変態点） の温度域で５〜１２０ ｓ間保持する加熱処理を施した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で５００ ℃以下の温度まで冷却する焼戻し工程と、次いで溶融亜鉛めっき処理を施し、前記熱延板の表層に溶融亜鉛めっき層を形成した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で３００ ℃まで冷却するめっき工程とを順次施し、鋼板組織を体積率で２０％以上の焼戻マルテンサイト、体積率で３０％以上のフェライト、体積率で２％以上の残留オーステナイトおよび低温変態相からなる複合組織とすることを特徴とする成形性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であり、また、本発明では、前記熱延工程と前記熱延板組織調整工程に代えて、前記鋼素材を、加熱し、仕上げ圧延終了温度をＡｒ３変態点以上（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲とする熱間圧延を行い熱延板とし、該熱間圧延終了後続いて（Ａｒ３変態点−５０℃）以上の温度からＭｓ 点以下の温度まで１０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却し巻き取る熱延および熱延板組織調整工程とし、次いで前記焼戻し工程を施してもよい。
【００１４】
また、本発明では、前記めっき工程に代えて、溶融亜鉛めっき処理を施し前記鋼板表層に溶融亜鉛めっき層を形成した後、４５０ ℃〜５５０ ℃の温度域まで再加熱して溶融亜鉛めっき層の合金化処理を施し、該合金化処理後、５℃／ｓ以上の冷却速度で３００ ℃まで冷却するめっき・合金化処理工程とすることが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に用いる鋼素材の組成限定理由について説明する。なお、ｍａｓｓ％を単に％と記す。
Ｃ：０．０５〜０．２０％
Ｃは、鋼の高強度化に必須の元素であり、さらに残留オーステナイトや低温変態相の生成に効果があり、不可欠の元素である。しかし、Ｃ含有量が０．０５％未満では所望の高強度化が得られず、一方、Ｏ．２０％を超えると、溶接性の劣化を招く。このため、Ｃは０．０５〜０．２０％の範囲に限定した。
【００１６】
Ｓｉ：０．３ 〜１．８ ％
Ｓｉは、固溶強化により鋼を強化するとともに、オーステナイトを安定化し、残留オーステナイト相の生成を促進する作用を有する。このような作用は、Ｓｉ含有量がＯ．３ ％以上で認められる。一方、１．８ ％を超えて含有すると、めっき性が顕著に劣化する。このため、Ｓｉは０．３ 〜１．８ ％の範囲に限定した。
【００１７】
Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％
Ｍｎは、固溶強化により鋼を強化するとともに、鋼の焼入性を向上し、残留オーステナイトや低温変態相の生成を促進する作用を有する。このような作用は、Ｍｎ含有量が１．０ ％以上で認められる。一方、３．０ ％を超えて含有しても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できなくなりコストの上昇を招く。このため、Ｍｎは１．０ 〜３．０ ％の範囲に限定した。
【００１８】
さらに、上記した化学成分に加え、鋼素材には、必要に応じて、下記に示す（ａ群）〜（ｄ群）のうちの１群または２群以上を含有することができる。
（ａ群）：Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で、０．０５〜１．０ ％
Ｃｒ、Ｍｏは、いずれも鋼の焼入性を向上し、低温変態相の生成を促進する作用を有する元素である。このような作用は、Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で０．０５％以上含有して認められる。一方、Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で１．０ ％を超えて含有しても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。このため、Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種は、合計で０．０５〜１．０ ％の範囲に限定するのが望ましい。なお、より好ましい範囲はＣｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で０．０５〜０．５ ％である。
【００１９】
（ｂ群）：Ｂ：０．００３ ％以下
Ｂは、鋼の焼入性を向上する作用を有する元素であり、必要に応じ含有できる。しかし、Ｂ含有量が０．００３ ％を超えると、効果が飽和するため、Ｂは０．００３ ％以下に限定するのが望ましい。なお、より望ましいは範囲は０．００１ 〜０．００２ ％である。
【００２０】
（ｃ群）：Ｃａ、ＲＥＭ のうちから選ばれた１種または２種を合計で、０．０１％以下
Ｃａ、ＲＥＭ は、硫化物系介在物の形態を制御する作用を有し、これにより鋼板の伸びフランジ性を向上させる効果を有する。このような効果はＣａ、ＲＥＭ のうちから選ばれた１種または２種の含有量が合計で、０．０１％を超えると飽和する。このため、Ｃａ、ＲＥＭ のうちの１種または２種の含有量は、合計で０．０１％以下に限定するのが好ましい。なお、より好ましい範囲は０．００１ 〜０．００５ ％である。
【００２１】
（ｄ群）：Ｔｉ、 Ｎｂ 、Ｖのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で、０．０１〜０．２ ％
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖは、鋼中で炭窒化物を形成し、これら炭窒化物による析出強化により鋼を高強度化する効果を有するとともに、結晶粒径を微細化する効果も有しており、必要に応じて含有できる。このような効果は、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で、０．０１％以上で認められる。一方、合計で０．２ ％を超えて含有しても効果が飽和し、含有量に見合う効果が期待できず、経済的に不利となる。このため、Ｔｉ、Ｎｂ、Ｖのうちの１種または２種以上の含有量は、合計で、０．０１〜０．２ ％の範囲に限定するのが好ましい。
【００２２】
本発明に用いる鋼板では、上記した化学成分以外の残部は、Ｆｅおよび不可避的不純物からなる。不可避的不純物としては、Ａｌ：０．１ ％以下、Ｐ：０．０５％以下、Ｓ：０．０１％以下が許容できる。なお、伸びフランジ性がとくに要求される場合にはＳは０．００５ ％以下とするのがより望ましい。
次に、本発明の高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について説明する。
【００２３】
まず、上記した組成を有する鋼を溶製し、連続鋳造法等の通常の公知の方法でスラブ等に鋳造し圧延用鋼素材とする。
次いで、この鋼素材に、通常の公知の方法で加熱し、粗圧延してシートバーとし、さらに仕上げ圧延して所望の板厚を有する熱延板としたのち、巻き取る熱延工程を施す。
（１）熱延工程
本発明では、熱延工程を、仕上げ圧延における圧延終了温度を（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲とする熱間圧延とする。圧延終了温度が（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）を超えると、得られる熱延板の組織が粗大化しやすく、最終的に得られるめっき鋼板の成形性が低下する。このため、仕上げ圧延の圧延終了温度を（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲に限定した。
【００２４】
なお、圧延終了温度がＡｒ３変態点未満では、α＋γの２相域圧延となり、得られる熱延板の組織が不均一となり、最終的に得られるめっき鋼板の成形性が低下する。このため、仕上げ圧延の圧延終了温度はＡｒ３変態点以上とするのが好ましい。
熱延板は、熱間圧延終了後７００ ℃以下の温度まで冷却され、コイル状に巻き取られる。なお、熱間圧延後の冷却速度はとくに限定しないが、鋼板形状を良好に保ち、生産性の低下を避けるため、５〜１００ ℃／ｓとするのが好ましい。
【００２５】
上記熱延工程を経た熱延板に、ついで、熱延板組織調整工程を施す。なお、熱延板に、熱延板組織調整工程まえに酸洗処理を加えることができることはいうまでもない。
（２）熱延板組織調整工程
熱延板組織調整工程では、熱延工程を経た熱延板に、（Ａｃ３変態点−５０℃） 〜（Ａｃ３変態点＋１００ ℃）の温度域で５ｓｅｃ 以上保持する加熱処理を施した後、１０℃／ｓ以上の冷却速度でＭｓ 点以下の温度まで冷却する。
【００２６】
この熱延板組織調整工程により、熱延板中にラス状マルテンサイトが生成される。めっき工程後の鋼板中に、フェライト、焼戻マルテンサイト、残留オーステナイト、低温変態相の均一微細な複合組織を得るためには、熱延板組織調整工程で鋼板組織を、ラス状のマルテンサイトを含む組織とすることが必要である。
熱延板組織調整工程における加熱処理の加熱保持温度が（Ａｃ３変態点−５０℃）未満、あるいは保持時間が５ｓｅｃ 未満では、加熱保持中に生成するオーステナイト量が少なく、冷却後に得られるラス状マルテンサイト量が不足する。一方、（Ａｃ３変態点＋１００ ℃）を超えると、加熱保持中にオーステナイトの結晶粒径が粗大化するため、めっき工程後に得られる鋼板組織が粗大化し、鋼板の成形性の低下を招く。また、保持時間は１２０ ｓｅｃ 以下とするのが好ましい。
【００２７】
また、加熱処理後の冷却速度が１０℃／ｓ未満では、冷却後の鋼板組織をラス状マルテンサイトを含む組織とすることができない。なお、加熱処理後の冷却速度は、鋼板の形状を良好に保つためには１００ ℃／ｓ以下とするのが望ましい。
なお、本発明では、上記した熱延工程と熱延板組織調整工程に代えて、熱間圧延後、急冷する熱延および熱延板組織調整工程としてもよい。
（３）熱延および熱延板組織調整工程
熱延および熱延板組織調整工程では、上記した組成の鋼素材を、加熱し、仕上げ圧延終了温度をＡｒ３変態点以上（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲とする熱間圧延を行い熱延板とし、該熱間圧延終了後続いて（Ａｒ３変態点−５０℃）以上の温度からＭｓ 点以下の温度まで１０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却し巻き取る工程とする。
【００２８】
圧延終了温度がＡｒ３変態点未満では、めっき工程後に得られる鋼板の成形性が大きく低下する。また、急冷開始温度が（Ａｒ３変態点−５０℃）未満では、フェライト変態が進行し、十分な量のラス状マルテンサイトが得にくくなる。さらに、Ｍｓ 点以下の温度までの冷却速度が１０℃／ｓ未満では、冷却後の熱延板の組織をラス状マルテンサイトを含む組織とすることが困難となる。なお、熱延後の冷却速度は、鋼板の形状を良好に保つためには１００ ℃／ｓ以下とするのが望ましい。
【００２９】
上記各工程を順次経た熱延板に、ついで、焼戻し工程を施す。
（４）焼戻し工程
焼戻し工程では、上記各工程を順次経てラス状マルテンサイトを生成させた熱延板に、（Ａｃ１変態点〜Ａｃ３ 変態点） の温度域で５〜１２０ ｓ間保持する加熱処理を施した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で５００ ℃以下の温度まで冷却する処理を施す。
【００３０】
この焼戻し工程により、前工程で形成されたラス状マルテンサイトを焼戻マルテンサイトとするとともに、めっき工程後に残留オーステナイトおよび低温変態相を生成するために、鋼板組織の一部再オーステナイト化を図る。
加熱処理の加熱保持温度がＡｃ１変態点未満では、オーステナイトが再生成せず、めっき工程後に残留オーステナイトや低温変態相が得られない。また、保持温度がＡｃ３変態点を超えると、鋼板組織の全オーステナイト化を招き、焼戻マルテンサイトが消失する。また、加熱処理における加熱保持時間が５ｓ未満ではオーステナイトの再生成が不十分であるため、めっき工程後に十分な量の残留オーステナイトが得られない。また、加熱保持時間が１２０ｓｅｃを超えると、焼戻マルテンサイトの再オーステナイト化が進行し、必要量の焼戻マルテンサイトを得ることが困難となる。
【００３１】
また、加熱処理後の冷却速度が５℃／ｓ未満ではこの加熱処理にて生成したオーステナイトがフェライトやパーライトに変態し、残留オーステナイトや低温変態相とならない。なお、この工程における加熱処理後の冷却速度は５℃／ｓ以上５０℃／ｓ以下とするのが好ましい。
なお、この焼戻し工程は、焼鈍設備と溶融亜鉛めっき設備を兼ね備えた連続溶融亜鉛めっきラインで行うのが好ましい。このような連続溶融亜鉛めっきラインで行うことにより、この工程後直ちにめっき工程に移行でき、生産性が向上する。
【００３２】
ついで、上記焼戻し工程を経た鋼板にめっき工程を施す。
（５）めっき工程
めっき工程では、焼戻し工程を経た鋼板に、溶融亜鉛めっきを施し、５ ℃／ｓ以上の冷却速度で３００ ℃まで冷却する。
溶融亜鉛めっき処理は、通常、連続溶融亜鉛めっきラインで行われている処理条件でよく、特に限定する必要はない。しかし、極端に高温でのめっきは必要な残留オーステナイト量の確保が困難となる。このため、５００ ℃以下でのめっき処理とするのが好ましい。また、めっき処理後の冷却速度が極端に小さいときは、残留オーステナイト量の確保が困難になる。このため、めっき後から ３００℃までの温度範囲における冷却速度は５℃／ｓ以上に限定するのがよい。なお、好ましくは５０℃／ｓ以下である。また、めっき処理後、必要に応じて目付量調整のためのワイピングを行ってもよいのはいうまでもない。なお、めっき付着量は、使用部位により適宜決定すればよく、本発明ではとくに限定しない。自動車部品用に使用される溶融亜鉛めっき鋼板では、目付量は３０〜１２０ｇ／ｍ２ とするのが好ましい。
【００３３】
また、めっき工程に代えて、溶融亜鉛めっき処理後、めっき層の合金化処理を施すめっき・合金化処理工程としてもよい。
（６）めっき・合金化処理工程
めっき・合金化処理工程では、溶融亜鉛めっき処理後、４５０ 〜５５０ ℃の温度域まで再加熱して溶融亜鉛めっき層の合金化処理を施し、該合金化処理後、５ ℃／ｓ以上の冷却速度で３００ ℃まで冷却する。
【００３４】
高温での合金化処理は、必要な残留オーステナイト量の確保が困難となり、鋼板の延性が低下する。このため、合金化処理温度の上限は５５０ ℃に限定するのが好ましい。また、合金化処理温度が４５０ ℃未満では、合金化の進行が遅く生産性が低下する。このため、合金化処理温度の下限は４５０ ℃とするのが好ましい。また、合金化処理後の冷却速度が極端に小さい場合には必要な残留オーステナイト量の確保が困難になる。このため、合金化処理後から３００ ℃までの温度範囲における冷却速度を５℃／ｓ以上に限定するのがよい。
【００３５】
なお、めっき処理後あるいは合金化処理後の鋼板には、形状矯正、表面粗度等の調整のための調質圧延を加えてもよい。また、樹脂あるいは油脂コーティング、各種塗装あるいは電気めっき等の処理を施しても何ら不都合はない。
本発明は、焼鈍設備とめっき設備および合金化処理設備を連続した溶融亜鉛めっきラインにおいて、焼戻し工程と、めっき工程あるいはめっき・合金化処理工程を連続して行うことを前提としているが、各工程を独立した設備で実施することも可能である。
【００３６】
上記した組成を有する鋼素材に上記した各工程を施すことにより、得られる鋼板は、▲１▼焼戻マルテンサイト、▲２▼フェライト、▲３▼残留オーステナイトおよび▲４▼低温変態相からなる複合組織を有する高張力溶融亜鉛めっき熱延鋼板あるいは高張力合金化溶融亜鉛めっき熱延鋼板となる。
これら各相が混在共存する複合組織となることにより、鋼板の延性向上等の効果が発現し、成形性に優れた鋼板となる。なお、本発明における焼戻マルテンサイトとは、ラス状のマルテンサイトを加熱した際に生成する相を指す。以下、本発明に係る溶融亜鉛めっき鋼板（熱延鋼板）に含まれる各相について説明する。
【００３７】
▲１▼焼戻マルテンサイト
焼戻マルテンサイトは、焼戻前のラス状マルテンサイトのラス形態を引き継いだ微細な内部構造を有することが特徴であり、鋼板の伸びフランジ性向上に有効な相である。また、焼戻マルテンサイトは、焼戻しによって軟質化しており、十分な塑性変形能を有するため、鋼板の延性向上にも有効な相である。本発明に係る鋼板では、このような焼戻マルテンサイトを、体積率で２０％以上含有する。焼戻マルテンサイト量が２０％未満では、前記した効果が十分に期待できない。このため、複合組織中の焼戻マルテンサイト量は２０％以上に限定した。なお、焼戻マルテンサイト量が６０％を超えると、多相複合組織化による利点が得にくくなるため、焼戻しマルテンサイト量は６０％以下とするのが望ましい。
【００３８】
▲２▼フェライト
フェライトは、軟質な相であり、高い変形能を有し、鋼板の延性を向上させる。本発明では、このようなフェライトを、鋼板中に体積率で３０％以上含有する。フェライト量が３０％未満では、延性向上効果が少ない。なお、フェライト量が７０％を超えると、多相複合組織化による利点が得にくくなるため、フェライト量は７０％以下とするのが望ましい。
【００３９】
▲３▼残留オーステナイト
残留オーステナイトは、加工時にマルテンサイトに歪誘起変態し、局所的に加えられた加工歪を広く分散させ、鋼板の延性を向上させる作用を有する。本発明に係る鋼板では、このような残留オーステナイトを、体積率で２％以上含有する。残留オーステナイト量が２％未満では、顕著な延性の向上が期待できない。このため、残留オーステナイト量は２％以上に限定した。また、残留オーステナイト量は、好ましくは５％以上である。なお、残留オーステナイト量は多いほどよいが、実際的には１０％以下である。
【００４０】
▲４▼低温変態相
本発明でいう低温変態相とは、焼き戻しされていないマルテンサイトあるいはべイナイトを指す。
マルテンサイト、べイナイトとも硬質相であり、組織強化によって鋼板強度を増加させる作用を有する。また、変態生成時に可動転位の発生を伴うため、鋼板の降伏比を低下させる作用も有する。なお、前記作用を十分に得るためには、低温変態相はマルテンサイトとするのが好適である。本発明においては、低温変態相の量はとくに限定せず、鋼板の強度に応じて適宜配分すればよく、好ましくは体積率で５〜２０％である。なお、とくに低い降伏比を要求される場合は、低温変態相として、マルテンサイトを体積率で５〜２０％含有するのが好ましい。
【００４１】
さらに、本発明に係る鋼板では、上記した複合組織中のフェライトおよび焼戻マルテンサイトの結晶粒径は平均粒径で１０μｍ 以下となる。なお、平均粒径１０μｍ 以下という結晶粒径の微細化は鋼板の伸びフランジ性を向上させる効果を有する。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
表１に示す組成を有する鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造法にて鋳片（鋼素材）とした。なお、表１に示す化学成分以外の残部はＦｅおよび不可避的不純物である。
【００４３】
得られた鋳片（鋼素材）を１１５０℃に加熱したのち、表２に示す条件の熱延工程を施し、板厚２．３ ｍｍの熱延板（熱延鋼板）とした。
【００４４】
【表１】
次いで、これら熱延板を酸洗し、連続焼鈍ラインにて、表２に示す条件の熱延板組織調整工程を施した。熱延板組織調整工程後、熱延板のミクロ組織調査を行い、ラス状マルテンサイトの量を測定した。
さらに、熱延板組織調整工程を施されたこれら熱延板に、連続溶融亜鉛めっきラインにて、表２に示す条件の焼戻し工程を施し、ついで引き続き表２に示す条件のめっき工程を施した。なお、一部については溶融亜鉛めっき後、合金化処理を行う、めっき・合金化処理工程を施した。
【００４６】
なお、溶融亜鉛めっき処理は、浴温４７５ ℃のめっき槽に鋼板を浸漬して行い、浸漬した鋼板を引き上げた後、片面当たりの目付量（付着量）が５０ｇ／ｍ２となるように、ガスワイピングにより目付量を調整した。亜鉛めっき層の合金化処理を行う場合には、ワイピング処理の後、１０℃／ｓの加熱速度で５００ ℃まで昇温して合金化処理した。合金化処理時の保持時間は、めっき層中の鉄含有率が９〜１１％となるように調整した。
【００４７】
【表２】
鋼板のミクロ組織は、鋼板の圧延方向断面を光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡にて観察することにより調査した。鋼板中のラス状マルテンサイト、フェライト、焼戻マルテンサイトの量については、倍率１０００倍の断面組織写真を用いて、画像解析により任意に設定した１００ ｍｍ四方の正方形領域内に存在する該当相の占有面積率を求め、該当相の体積率とした。また、残留オーステナイト量は、鋼板を板厚方向の中心面まで研磨し、板厚中心面での回析Ｘ線強度測定により求めた。入射Ｘ線にはＭｏＫ α線を使用し、残留オーステナイト相の｛１１１ ｝、｛２００ ｝、｛２２０ ｝、｛３１１ ｝各面の回析Ｘ線強度比を求め、これらの平均値を残留オーステナイトの体積率とした。
【００４９】
フェライト粒径は、ＪＩＳ Ｚ０５５２の規定に準拠して結晶粒度を測定し、平均結晶粒径に換算した。また、焼戻マルテンサイト粒径も、フェライト粒径と同様の方法により求めた。
鋼板の機械的特性は、引張試験および穴拡げ試験により調査した。
引張試験は、鋼板より圧延直角方向に採取したＪＩＳ Ｚ２２０４に規定のＪＩＳ ５号試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４１の規定に準拠して、引張強さ（ＴＳ）および破断伸び（Ｅｌ）を測定した。
【００５０】
穴拡げ試験は、日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳ Ｔ１００１に準拠して、鋼板に１０ｍｍφ（Ｄ０ ）の円穴を打抜き、打抜き穴を頂角６０°の円錐ポンチで押し拡げ、割れが板厚方向に貫通した直後の穴径Ｄを求めた。ＤとＤ０ から、λ＝｛（Ｄ−Ｄ０ ）／Ｄ０ ｝×１００ （％）で定義される穴拡げ率（λ）を求め、伸びフランジ性の指標とした。
【００５１】
得られた結果を表３に示す。
【００５２】
【表３】
表３から、本発明例の溶融亜鉛めっき鋼板は、５９０ ＭＰａ 以上の引張強さ（ＴＳ）を有し、強度−伸びバランス（ＴＳ×Ｅｌ）が２００００ ＭＰａ ・％以上、かつ、強度−穴拡げ率バランス（ＴＳ×λ）が５５０００ ＭＰａ ・％以上と、延性および伸びフランジ性にともに優れ、成形性に優れた高張力溶融亜鉛めっき熱延鋼板となっている。
一方、本発明の範囲を外れる比較例では、強度−伸びバランスが２００００ＭＰａ・％未満であり、強度−穴拡げ率バランスも低く、延性および伸びフランジ性が同時に優れるものはなく、十分な成形性を有するものはない。
（実施例２）
表１に示す組成を有する鋼素材を用い、表４に示す熱延条件で板厚２．３ ｍｍの熱延板とし、熱間圧延後、直ちに表４に示す条件で急冷しコイル状に巻き取る、熱延および熱延板組織調整工程を施した。なお、この工程後、熱延板のミクロ組織調査を行い、ラス状マルテンサイトの量を測定した。
【００５４】
次いで、これら熱延板に、連続溶融亜鉛めっきラインにて、表４に示す焼戻し工程と、さらに、表４に示すめっき・合金化処理工程を施した。
なお、溶融亜鉛めっき処理は、実施例１と同様とした。
これら鋼板について、実施例１と同様にミクロ組織、機械的特性を調査した。鋼板の機械的特性は、実施例１と同様に引張試験および穴拡げ試験により調査した。
【００５５】
それらの結果を表５に示す。
【００５６】
【表４】
【表５】
表５から、本発明例の溶融亜鉛めっき鋼板は、５９０ ＭＰａ 以上の引張強さ（ＴＳ）を有し、強度−伸びバランス（ＴＳ×Ｅｌ）が２００００ ＭＰａ ・％以上、かつ、強度−穴拡げ率バランス（ＴＳ×λ）が６００００ＭＰａ・％以上と、延性および伸びフランジ性に優れ、成形性に優れたた高張力溶融亜鉛めっき鋼板となっている。このことから、熱延後所定の条件での急冷とすることにより、特に熱延板組織調整のために再加熱冷却することなくラス状マルテンサイトを含む組織を有する熱延鋼板とすることができ、成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を製造できる。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、非常に優れた延性、伸びフランジ性を有し、自動車部品に代表される成形品素材として実に好適な、成形性に優れた高張力亜鉛めっき鋼板が、安価にしかも安定して製造でき、産業上格段の効果を奏する。
Claims (4)
- ｍａｓｓ％で、
Ｃ：０．０５〜０．２０％、 Ｓｉ：０．３ 〜１．８ ％、
Ｍｎ：１．０ 〜３．０ ％
を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる組成を有する鋼素材を、加熱し、仕上げ圧延終了温度を（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲とする熱間圧延を行い熱延板としたのち、７００ ℃以下の温度まで冷却し巻き取る熱延工程と、ついで（Ａｃ３変態点−５０℃） 〜（Ａｃ３変態点＋１００ ℃）の温度域で５ｓｅｃ 以上保持する加熱処理を施した後、１０℃／ｓ以上の冷却速度でＭｓ 点以下の温度まで冷却する熱延板組織調整工程と、次いで、（Ａｃ１変態点〜Ａｃ３ 変態点） の温度域で５〜１２０ ｓ間保持する加熱処理を施した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で５００ ℃以下の温度まで冷却する焼戻し工程と、次いで溶融亜鉛めっき処理を施し、前記熱延板の表層に溶融亜鉛めっき層を形成した後、５℃／ｓ以上の冷却速度で３００ ℃まで冷却するめっき工程とを順次施し、鋼板組織を体積率で２０％以上の焼戻マルテンサイト、体積率で３０％以上のフェライト、体積率で２％以上の残留オーステナイトおよび低温変態相からなる複合組織とすることを特徴とする成形性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 前記熱延工程と前記熱延板組織調整工程に代えて、前記鋼素材を、加熱し、仕上げ圧延終了温度をＡｒ３変態点以上（Ａｒ３変態点＋１５０ ℃）以下の温度範囲とする熱間圧延を行い熱延板とし、該熱間圧延終了後続いて（Ａｒ３変態点−５０℃）以上の温度からＭｓ 点以下の温度まで１０℃／ｓ以上の冷却速度で冷却し巻き取る熱延および熱延板組織調整工程を行い、次いで前記焼戻し工程を施すことを特徴とする請求項１に記載の成形性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記めっき工程に代えて、溶融亜鉛めっき処理を施し前記鋼板表層に溶融亜鉛めっき層を形成した後、４５０ ℃〜５５０ ℃の温度域まで再加熱して溶融亜鉛めっき層の合金化処理を施し、該合金化処理後、５℃／ｓ以上の冷却速度で３００ ℃まで冷却するめっき・合金化処理工程とすることを特徴とする請求項１または２に記載の成形性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記組成に加え、さらに、下記（ａ群）〜（ｄ群）のうちから選ばれた１群または２群以上を含有することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の成形性に優れた高張力溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
記
（ａ群）：Ｃｒ、Ｍｏのうちの１種または２種を合計で、０．０５〜１．０ ｍａｓｓ％、
（ｂ群）：Ｂを０．００３ ｍａｓｓ％以下、
（ｃ群）：Ｃａ、ＲＥＭ のうちから選ばれた１種または２種を合計で、０．０１ｍａｓｓ％以下
（ｄ群）：Ｔｉ、 Ｎｂ 、Ｖのうちから選ばれた１種または２種以上を合計で、０．０１〜０．２ ｍａｓｓ％、
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