JP3598086B2 - 加工性の優れた高強度合金化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、高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に係り、更に詳しくは優れた加工性を有し、種々の用途、例えば建材用や自動車用鋼板として適用できるめっき鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
耐食性の良好なめっき鋼板として合金化溶融亜鉛めっき鋼板がある。この合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、通常、鋼板を脱脂後、無酸化炉にて予熱し、表面の清浄化および材質確保のために還元炉にて還元焼鈍を行い、溶融亜鉛浴に浸漬し、付着量制御した後合金化を行うことによって製造される。その特徴として、耐食性およびめっき密着性等に優れることから、自動車、建材用途等を中心として広く使用されている。
【０００３】
特に近年、自動車分野においては衝突時に乗員を保護するような機能の確保と共に燃費向上を目的とした軽量化を両立させるために、めっき鋼板の高強度化が必要とされてきている。
【０００４】
加工性を悪化させずに鋼板を高強度化するためには、ＳｉやＭｎ、Ｐといった元素を添加することが有効であるが、これらの元素の添加は合金化を遅延させるため、軟鋼に比べて高温長時間の合金化を必要とする。この高温長時間の合金化は、鋼板中に残存していたオーステナイトをパーライトに変態させ、加工性を低下させるため、結果として添加元素の効果を相殺することになる。
【０００５】
Ｓｉ添加高強度鋼板の合金化に関しては、特開平５−２７９８２９号公報において、連続溶融亜鉛めっきラインでも実現可能な製造方法が開示されているが、その製造条件の範囲が極めて広く記述されており、実際の生産における有用性に乏しい。また、特開平１１−１３１１４５号公報に開示されている製造方法は、残留オーステナイトを生成させるためにめっき後低温保持を行っているが、これは設備の増大を招くため生産性を悪化させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点を解決し、新たな設備を設置することなく、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、高強度鋼板のめっき処理について鋭意研究を重ねた結果、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎが一定量以上添加された鋼を、熱処理条件及びめっき条件を最適化した連続溶融亜鉛めっき設備でめっき処理することにより、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造できることを見いだして本発明をなした。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
【０００９】
（１） 質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．３〜２．０％、
Ｍｎ：１．０〜２．８％、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．５％、
Ｎ：０．００６０％以下を含有し，
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さらに％Ｃ、％Ｓｉ、％ＭｎをそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ含有量とした時に（％Ｍｎ）／（％Ｃ）≧１２かつ（％Ｓｉ）／（％Ｃ）≧４が満たされる化学成分からなる組成のスラブをＡｒ3 点以上の温度で仕上圧延を行い、５０〜８５％の冷間圧延を施した後、連続溶融亜鉛めっき設備で７００℃以上８５０℃以下のフェライト、オーステナイトの二相共存温度域で焼鈍し、その最高到達温度から６５０℃までを平均冷却速度０．５〜１０℃／秒で，引き続いて６５０℃からめっき浴までを平均冷却速度１〜２０℃／秒で冷却して溶融亜鉛めっき処理を行うことによって、前記冷延鋼板の表面上に溶融亜鉛めっき層を形成し、次いで、前記溶融亜鉛めっき層が形成された前記鋼板に対し合金化処理を施すことによって、前記鋼板の表面上に、Ａｌ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：５〜１５質量％を含有し、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる合金化溶融亜鉛めっき層を形成し、引張強さＦ（ＭＰａ）と伸びＬ（％）の関係が
Ｌ≧５１−０．０３５×Ｆ
を満足する高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、前記溶融亜鉛めっき処理を、浴中有効Ａｌ濃度：０．０７〜０．１０５ｍａｓｓ％、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる成分組成の溶融亜鉛めっき浴中で行い、そして、前記合金化処理を、
２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕≦Ｔ≦２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕
但し，〔Ａｌ％〕：亜鉛めっき浴中の浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％ ）
を満足する温度Ｔ（℃）において行うことを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
（２） 前記（１）記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、浴中有効Ａｌ濃度を、
〔Ａｌ％〕≦０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕
但し、〔Ｓｉ％〕：鋼板中のＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）
を満足する浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）において行うことを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
（３） 前記（１）又は（２）記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融めっき後４００℃以下の温度に冷却されるまでの時間を１０秒以上１００秒以下とすることを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
（４） 前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融亜鉛めっき浴の温度を４６０℃未満とすることを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１０】
（２） 前記（１）記載の化学成分からなる組成のスラブをＡｒ３点以上の温度で仕上圧延を行い、５０〜８５％の冷間圧延を施した後、連続溶融亜鉛めっき設備で７００℃以上８５０℃以下のフェライト、オーステナイトの二相共存温度域で焼鈍し、その最高到達温度から６５０℃までを平均冷却速度０．５〜１０℃／秒で、引き続いて６５０℃からめっき浴までを平均冷却速度１〜２０℃／秒で冷却して溶融亜鉛めっき処理を行うことによって、前記冷延鋼板の表面上に溶融亜鉛めっき層を形成し、次いで、前記溶融亜鉛めっき層が形成された前記鋼板に対し合金化処理を施すことによって、前記鋼板の表面上に合金化溶融亜鉛めっき層を形成する合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
前記溶融亜鉛めっき処理を、浴中有効Ａｌ濃度：０．０７〜０．１０５ｍａｓｓ％、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる成分組成の溶融亜鉛めっき浴中で行い、そして、前記合金化処理を、
２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕≦Ｔ≦２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕
但し、〔Ａｌ％〕：亜鉛めっき浴中の浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）
を満足する温度Ｔ（℃）において行うことを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１１】
（３） 前記（２）記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、浴中有効Ａｌ濃度を、
〔Ａｌ％〕≦０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕
但し、〔Ｓｉ％〕：鋼板中のＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）
を満足する浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）において行うことを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１２】
（４） 前記（２）又は（３）記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融めっき後４００℃以下の温度に冷却されるまでの時間を１０秒以上１００秒以下とすることを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１３】
（５） 前記（２）乃至（４）のいずれかに記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融亜鉛めっき浴の温度を４６０℃未満とすることを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１５】
まず、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎの数値限定理由について述べる。
【００１６】
Ｃはマルテンサイトや残留オーステナイトによる組織強化で鋼板を高強度化しようとする場合に必須の元素である。Ｃの含有量を０．０５％以上とする理由は、Ｃが０．０５％未満ではミストや噴流水を冷却媒体として焼鈍温度から急速冷却することが困難な溶融亜鉛めっきラインにおいてセメンタイトやパーライトが生成しやすく、必要とする引張強さの確保が困難であるためである。一方、Ｃの含有量を０．１５％以下とする理由は、Ｃが０．１５％を超えると、スポット溶接で健全な溶接部を形成することが困難となると同時にＣの偏析が顕著となり加工性が劣化するためである。
【００１７】
Ｓｉは鋼板の加工性、特に伸びを大きく損なうことなく強度を増す元素として０．３〜２．０％添加しかつＣ含有量の４倍以上の質量％とする。Ｓｉの含有量を０．３％以上とする理由は、Ｓｉが０．３％未満では必要とする引張強さの確保が困難であるためであり、Ｓｉの含有量を２．０％以下とする理由は、Ｓｉが２．０％を超えると強度を増す効果が飽和すると共に延性の低下が起こるためである。またＣ含有量の４倍以上の質量％とすることで、めっき直後に行う合金化処理のための再加熱でパーライトおよびベイナイト変態の進行を著しく遅滞させ、室温まで冷却後にも体積率で３〜２０％のマルテンサイトおよび残留オーステナイトがフェライト中に混在する金属組織とできる。
【００１８】
ＭｎはＣとともにオーステナイトの自由エネルギーを下げるため、めっき浴に鋼帯を浸漬するまでの間にオーステナイトを安定化する目的で１．０％以上添加する。またＣ含有量の１２倍以上の質量％を添加することにより、めっき直後に行う合金化処理のための再加熱でパーライトおよびベイナイト変態の進行を著しく遅滞させ、室温まで冷却後にも体積率で３〜２０％のマルテンサイトおよび残留オーステナイトがフェライト中に混在する金属組織とできる。しかし添加量が過大になるとスラブに割れが生じやすく、またスポット溶接性も劣化するため、２．８％を上限とする。
【００１９】
Ｐは一般に不可避的不純物として鋼に含まれるが、その量が０．０３％を超えるとスポット溶接性の劣化が著しいうえ、本発明におけるような引張強さが４９０ＭＰａを超すような高強度鋼板では靭性とともに冷間圧延性も著しく劣化するため、その含有量は０．０３％以下とする。Ｓも一般に不可避的不純物として鋼に含まれるが、その量が０．０２％を超えると、圧延方向に伸張したＭｎＳの存在が顕著となり、鋼板の曲げ性に悪影響をおよぼすため、その含有量は０．０２％以下とする。
【００２０】
Ａｌは鋼の脱酸元素として、またＡｌＮによる熱延素材の細粒化、および一連の熱処理工程における結晶粒の粗大化を抑制し材質を改善するために０．００５％以上添加する必要がある。ただし、０．５％を超えるとコスト高となるばかりか、表面性状を劣化させるため、その含有量は０．５％以下とする。Ｎもまた一般に不可避的不純物として鋼に含まれるが、その量が０．００６％を超えると、伸びとともに脆性も劣化するため、その含有量は０．００６％以下とする。
【００２１】
また、これらを主成分とする鋼にＮｂ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃａ、希土類元素（Ｙを含む）、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉを合計で１％以下含有しても本発明の効果を損なわず、その量によっては耐食性や加工性が改善される等好ましい場合もある。
【００２２】
次に、合金化溶融亜鉛めっき層について述べる。
【００２３】
本発明において合金化溶融亜鉛めっき層のＡｌ組成を０．０５〜０．５質量％に限定した理由は、０．０５質量％未満では合金化処理時においてＺｎ―Ｆｅ合金化が進みすぎ、地鉄界面に脆い合金層が発達しすぎてめっき密着性が劣化するためであり、０．５質量％を超えるとＦｅ−Ａｌ−Ｚｎ系バリア層が厚く形成され過ぎ合金化処理時において合金化が進まないため目的とする鉄含有量のめっきが得られないためである。
【００２４】
また、Ｆｅ組成を５〜１５質量％に限定した理由は、５質量％未満だとめっき表面に柔らかいＺｎ−Ｆｅ合金が形成されプレス成形性を劣化させるためであり、１５質量％を超えると地鉄界面に脆い合金層が発達し過ぎてめっき密着性が劣化するためである。好ましくは７〜１３質量％である。
【００２５】
本発明鋼板は、溶融亜鉛めっき浴中あるいは亜鉛めっき中にＰｂ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｂｉ、希土類元素の１種または２種以上を含有、あるいは混入してあっても本発明の効果を損なわず、その量によっては耐食性や加工性が改善される等好ましい場合もある。合金化溶融亜鉛めっきの付着量については特に制約は設けないが、耐食性の観点から２０ｇ／ｍ２以上、経済性の観点から１５０ｇ／ｍ２以下で有ることが望ましい。
【００２６】
本発明において加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板とは、引張強さＴＳが４９０ＭＰａ以上で、引張強さＦ（ＭＰａ）と伸びＬ（％）の関係が、Ｌ≧５１−０．０３５×Ｆ
を満足する性能を持つ鋼板である。
【００２７】
伸びＬを［５１−０．０３５×Ｆ］％以上と限定した理由は、Ｌが［５１−０．０３５×Ｆ］より低い場合、深絞り等の厳しい加工のときに破断する等加工性が不十分であるためである。
【００２８】
次に、製造条件の限定理由について述べる。その目的はマルテンサイトおよび残留オーステナイトを３〜２０％含む金属組織とし、高強度とプレス加工性が良いことが両立させることにある。マルテンサイトおよび残留オーステナイトの体積率が３％未満の場合には高強度とならない。一方、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの体積率が２０％を超えると、高強度ではあるものの鋼板の加工性が劣化し、本発明の目的が達成されない。
【００２９】
熱間圧延に供するスラブは特に限定するものではなく、連続鋳造スラブや薄スラブキャスター等で製造したものであればよい。また鋳造後直ちに熱間圧延を行う連続鋳造−直送圧延（ＣＣ−ＤＲ）のようなプロセスにも適合する。
【００３０】
熱間圧延の仕上温度は鋼板のプレス成形性を確保するという観点からＡｒ３点以上とする必要がある。熱延後の冷却条件や巻取温度は特に限定しないが、巻取温度はコイル両端部での材質ばらつきが大ききなることを避け、またスケール厚の増加による酸洗性の劣化を避けるためには７５０℃以下とし、また部分的にベイナイトやマルテンサイトが生成すると冷間圧延時に耳割れを生じやすく、極端な場合には板破断することもあるため５５０℃以上とすることが望ましい。冷間圧延は通常の条件でよく、フェライトが加工硬化しやすいようにマルテンサイトおよび残留オーステナイトを微細に分散させ、加工性の向上を最大限に得る目的からその圧延率は５０％以上とする。一方、８５％を超す圧延率で冷間圧延を行うことは多大の冷延負荷が必要となるため現実的ではない。
【００３１】
ライン内焼鈍方式の連続溶融亜鉛めっき設備で焼鈍する際、その焼鈍温度は７００℃以上８５０℃以下のフェライト、オーステナイト二相共存域とする。焼鈍温度が７００℃未満では再結晶が不十分であり、鋼板に必要なプレス加工性を具備できない。８５０℃を超すような温度で焼鈍することは鋼帯表面にＳｉやＭｎの酸化物層の成長が著しく、めっき不良が起こりやすくなるため好ましくない。また引き続きめっき浴へ浸漬し、冷却する過程で、６５０℃までを緩冷却しても十分な体積率のフェライトが成長せず、６５０℃からめっき浴までの冷却途上でオーステナイトがマルテンサイトに変態し、その後合金化処理のための再加熱でマルテンサイトが焼き戻されてセメンタイトが析出するため高強度とプレス加工性の良いことの両立が困難となる。
【００３２】
鋼帯は焼鈍後、引き続きめっき浴へ浸漬する過程で冷却されるが、この場合の冷却速度はその最高到達温度から６５０℃までを平均０．５〜１０℃／秒で、引き続いて６５０℃からめっき浴までを平均１〜２０℃／秒とする。６５０℃までを平均０．５〜１０℃／秒とするのは加工性を改善するためにフェライトの体積率を増すと同時に、オーステナイトのＣ濃度を増すことにより、その生成自由エネルギーを下げ、マルテンサイト変態の開始する温度をめっき浴温度以下とすることを目的とする。６５０℃までの平均冷却速度を０．５℃／秒未満とするためには連続溶融亜鉛めっき設備のライン長を長くする必要がありコスト高となるため、６５０℃までの平均冷却速度は０．５℃／秒以上とする。
【００３３】
６５０℃までの平均冷却速度を０．５℃／秒未満とするためには、最高到達温度を下げ、オーステナイトの体積率が小さい温度で焼鈍することも考えられるが、その場合には実際の操業で許容すべき温度範囲に比べて適切な温度範囲が狭く、僅かでも焼鈍温度が低いとオーステナイトが形成されず目的を達しない。
【００３４】
一方、６５０℃までの平均冷却速度を１０℃／秒を超えるようにすると、フェライトの体積率の増加が十分でないばかりか、オーステナイト中Ｃ濃度の増加も少ないため、鋼帯がめっき浴に浸漬される前にその一部がマルテンサイト変態し、その後合金化処理のための加熱でマルテンサイトが焼き戻されてセメンタイトとして析出するため高強度と加工性の良いことの両立が困難となる。
【００３５】
６５０℃からめっき浴までの平均冷却速度を１〜２０℃／秒とするのは、その冷却途上でオーステナイトがパーライトに変態するのを避けるためであり、その冷却速度が１℃／秒未満では本発明で規定する温度で焼鈍し、また６５０℃まで冷却したとしてもパーライトの生成を避けられない。一方、６５０℃からめっき浴までを平均冷却速度２０℃／秒を超えるように鋼帯を冷却することはドライな雰囲気では困難である。
【００３６】
本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造において、用いる溶融亜鉛めっき浴はＡｌ濃度が浴中有効Ａｌ濃度Ｃで０．０７〜０．１０５ｍａｓｓ％に調整する。ここでめっき浴中の有効Ａｌ濃度とは、浴中Ａｌ濃度から浴中Ｆｅ濃度を差し引いた値である。
【００３７】
有効Ａｌ濃度を０．０７〜０．１０５ｍａｓｓ％に限定する理由は、有効Ａｌ濃度が０．０７％よりも低い場合には、めっき初期の合金化バリアとなるＦｅ−Ａｌ−Ｚｎ相の形成が不十分であってめっき処理時にめっき鋼板界面に脆いΓ相が厚くできるため、加工時のめっき皮膜密着力が劣る合金化溶融亜鉛めっき鋼板しか得られないためである。一方、有効Ａｌ濃度が０．１０５％よりも高い場合には、高温長時間の合金化が必要となり、鋼中に残存していたオーステナイトがパーライトに変態するため、高強度と加工性の良いことの両立が困難となる。
【００３８】
更に、本発明において合金化処理時の合金化温度を
２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕≦Ｔ≦２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕
但し、〔Ａｌ％〕：亜鉛めっき浴中の浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）
を満足する温度Ｔ（℃）において行う。
【００３９】
合金化温度Ｔを〔２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕〕℃以上、〔２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕〕℃以下に限定した理由は、合金化温度Ｔが〔２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕〕℃よりも低いと合金化が進行しないか、或いは合金化の進行が不十分で合金化未処理となりめっき表層が加工性の劣るη相やζ相に覆われるためである。また、Ｔが〔２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕〕℃よりも高いと、合金化が進み過ぎて本発明のめっき中Ｆｅ％を超え、加工時にめっき密着力が低下することが増えるためである。
【００４０】
本発明において合金化温度が高すぎると鋼中に残存していたオーステナイトがパーライトに変態し、目的の高強度と加工性を両立した鋼板を得ることができない。従って、Ｓｉの添加量が大きくなり難合金化するほど、加工性を向上させるためには、浴中有効Ａｌ濃度を低下させ合金化温度を下げることが有効となる。
【００４１】
具体的には、
〔Ａｌ％〕≦０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕
但し、〔Ｓｉ％〕：鋼板中のＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）
を満足する浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）においてめっきを行う。
【００４２】
有効Ａｌ濃度を〔０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕〕％以下に限定する理由は、有効Ａｌ濃度が〔０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕〕％より高い場合には、高温長時間の合金化が必要となり、鋼中に残存していたオーステナイトがパーライトに変態し、加工性が劣化するためである。
【００４３】
溶融めっき後４００℃以下の温度に冷却されるまでの時間を１０秒以上１００秒以下に限定する理由は、１０秒未満ではオーステナイト中へのＣの濃化が不十分となり、オーステナイト中のＣ濃度が、室温でのオーステナイトの残留を可能とする水準まで到達しないためであり、１００秒を超えると、ベイナイト変態が進行し過ぎて、オーステナイト量が少なくなり、十分な量の残留オーステナイトを生成できないためである。好ましくは１０秒以上８０秒以下である。
【００４４】
本発明において合金化炉加熱方式については特に限定するものではなく、本発明の温度が確保できれば、通常のガス炉による輻射加熱でも、高周波誘導加熱でもかまわない。また、合金化加熱後の最高到達板温度から冷却する方法も、問うものではなく、合金化後、エアーシール等により、熱を遮断すれば、開放放置でも十分であり、より急速に冷却するガスクーリング等でも問題ない。
【００４５】
溶融亜鉛めっき浴の温度を４６０℃未満に限定する理由は、４６０℃以上ではめっき初期の合金化バリアとなるＦｅ−Ａｌ−Ｚｎ相の形成が進み過ぎ合金化温度を上昇させるため、特にＳｉ添加量の高い鋼種で加工性を低下させる原因となり易いためである。浴温の下限は特に限定しないが、亜鉛の融点が４１９．４７℃であることから、物理的にそれ以上の浴温でしか溶融めっきできない。
【００４６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００４７】
（実施例１）
表１に示す組成からなるスラブを１１５０℃に加熱し、仕上温度９１０〜９３０℃で４．５ｍｍの熱間圧延鋼帯とし、５８０〜６８０℃で巻き取った。酸洗後、冷間圧延を施して１．６ｍｍの冷間圧延鋼帯とした後、ライン内焼鈍方式の連続溶融亜鉛めっき設備を用いて表２に示すような条件の熱処理とめっきを行い、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。
【００４８】
各鋼板からＪＩＳ５号試験片を切り出し、常温での引張試験を行うことにより、引張強さ（ＴＳ）、伸び（Ｅｌ）を求めた。引張強さは４９０ＭＰａ以上を合格とし、伸びは〔５１−０．０３５×引張強さ〕％以上を合格とした。めっき被膜の付着量及びＦｅ、Ａｌ濃度は、被膜をインヒビター入りの塩酸で溶解し、ＩＣＰにより測定した。めっき中のＦｅ濃度は５〜１５％を合格とした。
【００４９】
評価結果は表２に示す通りである。番号１は鋼中のＣ含有量が本発明の範囲外であるため引張り強さが不足した。番号２は鋼中のＳｉ含有量が本発明の範囲外であるため引張り強さ、伸び共に不合格であった。番号３は鋼中のＰ含有量が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号７、８、１７は焼鈍時の最高到達温度が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号９は鋼中のＭｎ含有量が本発明の範囲外であるため引張り強さ、伸び共に不合格であった。番号１２、２７は合金化温度が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号１５は合金化温度が本発明の範囲外であるためめっき中のＦｅ％が不合格であった。番号２０、２８は最高到達温度から６５０℃までの平均冷速が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号２４は鋼中のＭｎ含有量／Ｃ含有量が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号２５は鋼中のＳｉ含有量／Ｃ含有量が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号２９は６５０℃からめっき浴までの平均冷速が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号３０は鋼中のＭｎ含有量が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号３１は鋼中のＣ含有量が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。これら以外の本発明品は、高強度で加工性が良好な合金化溶融亜鉛めっき鋼板であった。
【００５０】
また、めっき浴温４６０℃未満では、鋼中Ｓｉ含有量に関係なく高強度で加工性が良好な合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造が可能であった。一方、４７０℃では、番号５の低Ｓｉ含有量の場合や、番号３３の高Ｓｉ含有量で低Ｆｅ％の場合は製造可能であるが、番号３４の高Ｓｉ含有量でＦｅ％を上げようとすると、合金化温度を上げる必要があり、結果として伸びが不合格になる。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【表２】
【００５３】
（実施例２）
表１のＨに示す組成からなるスラブを１１５０℃に加熱し、仕上温度９１０〜９３０℃で４．５ｍｍの熱間圧延鋼帯とし、５８０〜６８０℃で巻き取った。酸洗後、冷間圧延を施して１．６ｍｍの冷間圧延鋼帯とした後、ライン内焼鈍方式の連続溶融亜鉛めっき設備を用いて表３に示すような条件の熱処理とめっきを行い、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。引張強さ（ＴＳ）、伸び（Ｅｌ）は、各鋼板からＪＩＳ５号試験片を切り出し、常温での引張試験を行うことにより求めた。引張強さは４９０ＭＰａ以上を合格とし、伸びは〔５１−０．０３５×引張強さ〕％以上を合格とした。めっき被膜の付着量及びＦｅ、Ａｌ濃度は、被膜をインヒビター入りの塩酸で溶解し、ＩＣＰにより測定した。めっき中のＦｅ濃度は５〜１５％を合格とした。
【００５４】
めっき密着性は、あらかじめ圧縮側に密着テープ（セロハンテープ）を貼った試験片を曲げ角度が６０゜となるようにＶ字状に試験片を曲げ、曲げ戻し後に密着テープをはがして、めっきの剥離の程度を目視で観察して、以下の分類で評価し、△以上を合格とした。
◎：めっき層の剥離幅が１ｍｍ未満のもの
○：めっき層の剥離幅が１ｍｍ以上６ｍｍ未満のもの
△：めっき層の剥離幅が６ｍｍ以上１２ｍｍ未満のもの
×：めっき層の剥離幅が１２ｍ以上のもの
【００５５】
評価結果は表３に示す通りである。番号４はめっき浴中の有効Ａｌ濃度が本発明の範囲外であるためめっき密着性が不合格であった。番号７はめっき浴中の有効Ａｌ濃度が本発明の範囲外であるため伸びが不合格になった。番号８はめっき浴中の有効Ａｌ濃度が本発明の範囲外であるためめっき中のＦｅ％が不合格であった。これら以外の本発明品は、高強度で加工性が良好な合金化溶融亜鉛めっき鋼板であった。
【００５６】
【表３】
【００５７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は加工性に優れる高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを可能としたものであり、産業の発展に貢献するところが極めて大である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に係り、更に詳しくは優れた加工性を有し、種々の用途、例えば建材用や自動車用鋼板として適用できるめっき鋼板の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
耐食性の良好なめっき鋼板として合金化溶融亜鉛めっき鋼板がある。この合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、通常、鋼板を脱脂後、無酸化炉にて予熱し、表面の清浄化および材質確保のために還元炉にて還元焼鈍を行い、溶融亜鉛浴に浸漬し、付着量制御した後合金化を行うことによって製造される。その特徴として、耐食性およびめっき密着性等に優れることから、自動車、建材用途等を中心として広く使用されている。
【０００３】
特に近年、自動車分野においては衝突時に乗員を保護するような機能の確保と共に燃費向上を目的とした軽量化を両立させるために、めっき鋼板の高強度化が必要とされてきている。
【０００４】
加工性を悪化させずに鋼板を高強度化するためには、ＳｉやＭｎ、Ｐといった元素を添加することが有効であるが、これらの元素の添加は合金化を遅延させるため、軟鋼に比べて高温長時間の合金化を必要とする。この高温長時間の合金化は、鋼板中に残存していたオーステナイトをパーライトに変態させ、加工性を低下させるため、結果として添加元素の効果を相殺することになる。
【０００５】
Ｓｉ添加高強度鋼板の合金化に関しては、特開平５−２７９８２９号公報において、連続溶融亜鉛めっきラインでも実現可能な製造方法が開示されているが、その製造条件の範囲が極めて広く記述されており、実際の生産における有用性に乏しい。また、特開平１１−１３１１４５号公報に開示されている製造方法は、残留オーステナイトを生成させるためにめっき後低温保持を行っているが、これは設備の増大を招くため生産性を悪化させる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点を解決し、新たな設備を設置することなく、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提案するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、高強度鋼板のめっき処理について鋭意研究を重ねた結果、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎが一定量以上添加された鋼を、熱処理条件及びめっき条件を最適化した連続溶融亜鉛めっき設備でめっき処理することにより、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造できることを見いだして本発明をなした。
【０００８】
すなわち、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。
【０００９】
（１） 質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．３〜２．０％、
Ｍｎ：１．０〜２．８％、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．５％、
Ｎ：０．００６０％以下を含有し，
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さらに％Ｃ、％Ｓｉ、％ＭｎをそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ含有量とした時に（％Ｍｎ）／（％Ｃ）≧１２かつ（％Ｓｉ）／（％Ｃ）≧４が満たされる化学成分からなる組成のスラブをＡｒ3 点以上の温度で仕上圧延を行い、５０〜８５％の冷間圧延を施した後、連続溶融亜鉛めっき設備で７００℃以上８５０℃以下のフェライト、オーステナイトの二相共存温度域で焼鈍し、その最高到達温度から６５０℃までを平均冷却速度０．５〜１０℃／秒で，引き続いて６５０℃からめっき浴までを平均冷却速度１〜２０℃／秒で冷却して溶融亜鉛めっき処理を行うことによって、前記冷延鋼板の表面上に溶融亜鉛めっき層を形成し、次いで、前記溶融亜鉛めっき層が形成された前記鋼板に対し合金化処理を施すことによって、前記鋼板の表面上に、Ａｌ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：５〜１５質量％を含有し、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる合金化溶融亜鉛めっき層を形成し、引張強さＦ（ＭＰａ）と伸びＬ（％）の関係が
Ｌ≧５１−０．０３５×Ｆ
を満足する高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、前記溶融亜鉛めっき処理を、浴中有効Ａｌ濃度：０．０７〜０．１０５ｍａｓｓ％、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる成分組成の溶融亜鉛めっき浴中で行い、そして、前記合金化処理を、
２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕≦Ｔ≦２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕
但し，〔Ａｌ％〕：亜鉛めっき浴中の浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％ ）
を満足する温度Ｔ（℃）において行うことを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
（２） 前記（１）記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、浴中有効Ａｌ濃度を、
〔Ａｌ％〕≦０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕
但し、〔Ｓｉ％〕：鋼板中のＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）
を満足する浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）において行うことを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
（３） 前記（１）又は（２）記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融めっき後４００℃以下の温度に冷却されるまでの時間を１０秒以上１００秒以下とすることを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
（４） 前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融亜鉛めっき浴の温度を４６０℃未満とすることを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１０】
（２） 前記（１）記載の化学成分からなる組成のスラブをＡｒ３点以上の温度で仕上圧延を行い、５０〜８５％の冷間圧延を施した後、連続溶融亜鉛めっき設備で７００℃以上８５０℃以下のフェライト、オーステナイトの二相共存温度域で焼鈍し、その最高到達温度から６５０℃までを平均冷却速度０．５〜１０℃／秒で、引き続いて６５０℃からめっき浴までを平均冷却速度１〜２０℃／秒で冷却して溶融亜鉛めっき処理を行うことによって、前記冷延鋼板の表面上に溶融亜鉛めっき層を形成し、次いで、前記溶融亜鉛めっき層が形成された前記鋼板に対し合金化処理を施すことによって、前記鋼板の表面上に合金化溶融亜鉛めっき層を形成する合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、
前記溶融亜鉛めっき処理を、浴中有効Ａｌ濃度：０．０７〜０．１０５ｍａｓｓ％、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる成分組成の溶融亜鉛めっき浴中で行い、そして、前記合金化処理を、
２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕≦Ｔ≦２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕
但し、〔Ａｌ％〕：亜鉛めっき浴中の浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）
を満足する温度Ｔ（℃）において行うことを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１１】
（３） 前記（２）記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、浴中有効Ａｌ濃度を、
〔Ａｌ％〕≦０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕
但し、〔Ｓｉ％〕：鋼板中のＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）
を満足する浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）において行うことを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１２】
（４） 前記（２）又は（３）記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融めっき後４００℃以下の温度に冷却されるまでの時間を１０秒以上１００秒以下とすることを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１３】
（５） 前記（２）乃至（４）のいずれかに記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融亜鉛めっき浴の温度を４６０℃未満とすることを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
【００１５】
まず、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｓ、Ａｌ、Ｎの数値限定理由について述べる。
【００１６】
Ｃはマルテンサイトや残留オーステナイトによる組織強化で鋼板を高強度化しようとする場合に必須の元素である。Ｃの含有量を０．０５％以上とする理由は、Ｃが０．０５％未満ではミストや噴流水を冷却媒体として焼鈍温度から急速冷却することが困難な溶融亜鉛めっきラインにおいてセメンタイトやパーライトが生成しやすく、必要とする引張強さの確保が困難であるためである。一方、Ｃの含有量を０．１５％以下とする理由は、Ｃが０．１５％を超えると、スポット溶接で健全な溶接部を形成することが困難となると同時にＣの偏析が顕著となり加工性が劣化するためである。
【００１７】
Ｓｉは鋼板の加工性、特に伸びを大きく損なうことなく強度を増す元素として０．３〜２．０％添加しかつＣ含有量の４倍以上の質量％とする。Ｓｉの含有量を０．３％以上とする理由は、Ｓｉが０．３％未満では必要とする引張強さの確保が困難であるためであり、Ｓｉの含有量を２．０％以下とする理由は、Ｓｉが２．０％を超えると強度を増す効果が飽和すると共に延性の低下が起こるためである。またＣ含有量の４倍以上の質量％とすることで、めっき直後に行う合金化処理のための再加熱でパーライトおよびベイナイト変態の進行を著しく遅滞させ、室温まで冷却後にも体積率で３〜２０％のマルテンサイトおよび残留オーステナイトがフェライト中に混在する金属組織とできる。
【００１８】
ＭｎはＣとともにオーステナイトの自由エネルギーを下げるため、めっき浴に鋼帯を浸漬するまでの間にオーステナイトを安定化する目的で１．０％以上添加する。またＣ含有量の１２倍以上の質量％を添加することにより、めっき直後に行う合金化処理のための再加熱でパーライトおよびベイナイト変態の進行を著しく遅滞させ、室温まで冷却後にも体積率で３〜２０％のマルテンサイトおよび残留オーステナイトがフェライト中に混在する金属組織とできる。しかし添加量が過大になるとスラブに割れが生じやすく、またスポット溶接性も劣化するため、２．８％を上限とする。
【００１９】
Ｐは一般に不可避的不純物として鋼に含まれるが、その量が０．０３％を超えるとスポット溶接性の劣化が著しいうえ、本発明におけるような引張強さが４９０ＭＰａを超すような高強度鋼板では靭性とともに冷間圧延性も著しく劣化するため、その含有量は０．０３％以下とする。Ｓも一般に不可避的不純物として鋼に含まれるが、その量が０．０２％を超えると、圧延方向に伸張したＭｎＳの存在が顕著となり、鋼板の曲げ性に悪影響をおよぼすため、その含有量は０．０２％以下とする。
【００２０】
Ａｌは鋼の脱酸元素として、またＡｌＮによる熱延素材の細粒化、および一連の熱処理工程における結晶粒の粗大化を抑制し材質を改善するために０．００５％以上添加する必要がある。ただし、０．５％を超えるとコスト高となるばかりか、表面性状を劣化させるため、その含有量は０．５％以下とする。Ｎもまた一般に不可避的不純物として鋼に含まれるが、その量が０．００６％を超えると、伸びとともに脆性も劣化するため、その含有量は０．００６％以下とする。
【００２１】
また、これらを主成分とする鋼にＮｂ、Ｔｉ、Ｂ、Ｍｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｗ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃａ、希土類元素（Ｙを含む）、Ｖ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｐｂ、Ｍｇ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉを合計で１％以下含有しても本発明の効果を損なわず、その量によっては耐食性や加工性が改善される等好ましい場合もある。
【００２２】
次に、合金化溶融亜鉛めっき層について述べる。
【００２３】
本発明において合金化溶融亜鉛めっき層のＡｌ組成を０．０５〜０．５質量％に限定した理由は、０．０５質量％未満では合金化処理時においてＺｎ―Ｆｅ合金化が進みすぎ、地鉄界面に脆い合金層が発達しすぎてめっき密着性が劣化するためであり、０．５質量％を超えるとＦｅ−Ａｌ−Ｚｎ系バリア層が厚く形成され過ぎ合金化処理時において合金化が進まないため目的とする鉄含有量のめっきが得られないためである。
【００２４】
また、Ｆｅ組成を５〜１５質量％に限定した理由は、５質量％未満だとめっき表面に柔らかいＺｎ−Ｆｅ合金が形成されプレス成形性を劣化させるためであり、１５質量％を超えると地鉄界面に脆い合金層が発達し過ぎてめっき密着性が劣化するためである。好ましくは７〜１３質量％である。
【００２５】
本発明鋼板は、溶融亜鉛めっき浴中あるいは亜鉛めっき中にＰｂ、Ｓｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｌｉ、Ｔｉ、Ｂｅ、Ｂｉ、希土類元素の１種または２種以上を含有、あるいは混入してあっても本発明の効果を損なわず、その量によっては耐食性や加工性が改善される等好ましい場合もある。合金化溶融亜鉛めっきの付着量については特に制約は設けないが、耐食性の観点から２０ｇ／ｍ２以上、経済性の観点から１５０ｇ／ｍ２以下で有ることが望ましい。
【００２６】
本発明において加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板とは、引張強さＴＳが４９０ＭＰａ以上で、引張強さＦ（ＭＰａ）と伸びＬ（％）の関係が、Ｌ≧５１−０．０３５×Ｆ
を満足する性能を持つ鋼板である。
【００２７】
伸びＬを［５１−０．０３５×Ｆ］％以上と限定した理由は、Ｌが［５１−０．０３５×Ｆ］より低い場合、深絞り等の厳しい加工のときに破断する等加工性が不十分であるためである。
【００２８】
次に、製造条件の限定理由について述べる。その目的はマルテンサイトおよび残留オーステナイトを３〜２０％含む金属組織とし、高強度とプレス加工性が良いことが両立させることにある。マルテンサイトおよび残留オーステナイトの体積率が３％未満の場合には高強度とならない。一方、マルテンサイトおよび残留オーステナイトの体積率が２０％を超えると、高強度ではあるものの鋼板の加工性が劣化し、本発明の目的が達成されない。
【００２９】
熱間圧延に供するスラブは特に限定するものではなく、連続鋳造スラブや薄スラブキャスター等で製造したものであればよい。また鋳造後直ちに熱間圧延を行う連続鋳造−直送圧延（ＣＣ−ＤＲ）のようなプロセスにも適合する。
【００３０】
熱間圧延の仕上温度は鋼板のプレス成形性を確保するという観点からＡｒ３点以上とする必要がある。熱延後の冷却条件や巻取温度は特に限定しないが、巻取温度はコイル両端部での材質ばらつきが大ききなることを避け、またスケール厚の増加による酸洗性の劣化を避けるためには７５０℃以下とし、また部分的にベイナイトやマルテンサイトが生成すると冷間圧延時に耳割れを生じやすく、極端な場合には板破断することもあるため５５０℃以上とすることが望ましい。冷間圧延は通常の条件でよく、フェライトが加工硬化しやすいようにマルテンサイトおよび残留オーステナイトを微細に分散させ、加工性の向上を最大限に得る目的からその圧延率は５０％以上とする。一方、８５％を超す圧延率で冷間圧延を行うことは多大の冷延負荷が必要となるため現実的ではない。
【００３１】
ライン内焼鈍方式の連続溶融亜鉛めっき設備で焼鈍する際、その焼鈍温度は７００℃以上８５０℃以下のフェライト、オーステナイト二相共存域とする。焼鈍温度が７００℃未満では再結晶が不十分であり、鋼板に必要なプレス加工性を具備できない。８５０℃を超すような温度で焼鈍することは鋼帯表面にＳｉやＭｎの酸化物層の成長が著しく、めっき不良が起こりやすくなるため好ましくない。また引き続きめっき浴へ浸漬し、冷却する過程で、６５０℃までを緩冷却しても十分な体積率のフェライトが成長せず、６５０℃からめっき浴までの冷却途上でオーステナイトがマルテンサイトに変態し、その後合金化処理のための再加熱でマルテンサイトが焼き戻されてセメンタイトが析出するため高強度とプレス加工性の良いことの両立が困難となる。
【００３２】
鋼帯は焼鈍後、引き続きめっき浴へ浸漬する過程で冷却されるが、この場合の冷却速度はその最高到達温度から６５０℃までを平均０．５〜１０℃／秒で、引き続いて６５０℃からめっき浴までを平均１〜２０℃／秒とする。６５０℃までを平均０．５〜１０℃／秒とするのは加工性を改善するためにフェライトの体積率を増すと同時に、オーステナイトのＣ濃度を増すことにより、その生成自由エネルギーを下げ、マルテンサイト変態の開始する温度をめっき浴温度以下とすることを目的とする。６５０℃までの平均冷却速度を０．５℃／秒未満とするためには連続溶融亜鉛めっき設備のライン長を長くする必要がありコスト高となるため、６５０℃までの平均冷却速度は０．５℃／秒以上とする。
【００３３】
６５０℃までの平均冷却速度を０．５℃／秒未満とするためには、最高到達温度を下げ、オーステナイトの体積率が小さい温度で焼鈍することも考えられるが、その場合には実際の操業で許容すべき温度範囲に比べて適切な温度範囲が狭く、僅かでも焼鈍温度が低いとオーステナイトが形成されず目的を達しない。
【００３４】
一方、６５０℃までの平均冷却速度を１０℃／秒を超えるようにすると、フェライトの体積率の増加が十分でないばかりか、オーステナイト中Ｃ濃度の増加も少ないため、鋼帯がめっき浴に浸漬される前にその一部がマルテンサイト変態し、その後合金化処理のための加熱でマルテンサイトが焼き戻されてセメンタイトとして析出するため高強度と加工性の良いことの両立が困難となる。
【００３５】
６５０℃からめっき浴までの平均冷却速度を１〜２０℃／秒とするのは、その冷却途上でオーステナイトがパーライトに変態するのを避けるためであり、その冷却速度が１℃／秒未満では本発明で規定する温度で焼鈍し、また６５０℃まで冷却したとしてもパーライトの生成を避けられない。一方、６５０℃からめっき浴までを平均冷却速度２０℃／秒を超えるように鋼帯を冷却することはドライな雰囲気では困難である。
【００３６】
本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造において、用いる溶融亜鉛めっき浴はＡｌ濃度が浴中有効Ａｌ濃度Ｃで０．０７〜０．１０５ｍａｓｓ％に調整する。ここでめっき浴中の有効Ａｌ濃度とは、浴中Ａｌ濃度から浴中Ｆｅ濃度を差し引いた値である。
【００３７】
有効Ａｌ濃度を０．０７〜０．１０５ｍａｓｓ％に限定する理由は、有効Ａｌ濃度が０．０７％よりも低い場合には、めっき初期の合金化バリアとなるＦｅ−Ａｌ−Ｚｎ相の形成が不十分であってめっき処理時にめっき鋼板界面に脆いΓ相が厚くできるため、加工時のめっき皮膜密着力が劣る合金化溶融亜鉛めっき鋼板しか得られないためである。一方、有効Ａｌ濃度が０．１０５％よりも高い場合には、高温長時間の合金化が必要となり、鋼中に残存していたオーステナイトがパーライトに変態するため、高強度と加工性の良いことの両立が困難となる。
【００３８】
更に、本発明において合金化処理時の合金化温度を
２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕≦Ｔ≦２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕
但し、〔Ａｌ％〕：亜鉛めっき浴中の浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）
を満足する温度Ｔ（℃）において行う。
【００３９】
合金化温度Ｔを〔２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕〕℃以上、〔２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕〕℃以下に限定した理由は、合金化温度Ｔが〔２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕〕℃よりも低いと合金化が進行しないか、或いは合金化の進行が不十分で合金化未処理となりめっき表層が加工性の劣るη相やζ相に覆われるためである。また、Ｔが〔２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕〕℃よりも高いと、合金化が進み過ぎて本発明のめっき中Ｆｅ％を超え、加工時にめっき密着力が低下することが増えるためである。
【００４０】
本発明において合金化温度が高すぎると鋼中に残存していたオーステナイトがパーライトに変態し、目的の高強度と加工性を両立した鋼板を得ることができない。従って、Ｓｉの添加量が大きくなり難合金化するほど、加工性を向上させるためには、浴中有効Ａｌ濃度を低下させ合金化温度を下げることが有効となる。
【００４１】
具体的には、
〔Ａｌ％〕≦０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕
但し、〔Ｓｉ％〕：鋼板中のＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）
を満足する浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）においてめっきを行う。
【００４２】
有効Ａｌ濃度を〔０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕〕％以下に限定する理由は、有効Ａｌ濃度が〔０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕〕％より高い場合には、高温長時間の合金化が必要となり、鋼中に残存していたオーステナイトがパーライトに変態し、加工性が劣化するためである。
【００４３】
溶融めっき後４００℃以下の温度に冷却されるまでの時間を１０秒以上１００秒以下に限定する理由は、１０秒未満ではオーステナイト中へのＣの濃化が不十分となり、オーステナイト中のＣ濃度が、室温でのオーステナイトの残留を可能とする水準まで到達しないためであり、１００秒を超えると、ベイナイト変態が進行し過ぎて、オーステナイト量が少なくなり、十分な量の残留オーステナイトを生成できないためである。好ましくは１０秒以上８０秒以下である。
【００４４】
本発明において合金化炉加熱方式については特に限定するものではなく、本発明の温度が確保できれば、通常のガス炉による輻射加熱でも、高周波誘導加熱でもかまわない。また、合金化加熱後の最高到達板温度から冷却する方法も、問うものではなく、合金化後、エアーシール等により、熱を遮断すれば、開放放置でも十分であり、より急速に冷却するガスクーリング等でも問題ない。
【００４５】
溶融亜鉛めっき浴の温度を４６０℃未満に限定する理由は、４６０℃以上ではめっき初期の合金化バリアとなるＦｅ−Ａｌ−Ｚｎ相の形成が進み過ぎ合金化温度を上昇させるため、特にＳｉ添加量の高い鋼種で加工性を低下させる原因となり易いためである。浴温の下限は特に限定しないが、亜鉛の融点が４１９．４７℃であることから、物理的にそれ以上の浴温でしか溶融めっきできない。
【００４６】
【実施例】
以下、実施例により本発明を具体的に説明する。
【００４７】
（実施例１）
表１に示す組成からなるスラブを１１５０℃に加熱し、仕上温度９１０〜９３０℃で４．５ｍｍの熱間圧延鋼帯とし、５８０〜６８０℃で巻き取った。酸洗後、冷間圧延を施して１．６ｍｍの冷間圧延鋼帯とした後、ライン内焼鈍方式の連続溶融亜鉛めっき設備を用いて表２に示すような条件の熱処理とめっきを行い、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。
【００４８】
各鋼板からＪＩＳ５号試験片を切り出し、常温での引張試験を行うことにより、引張強さ（ＴＳ）、伸び（Ｅｌ）を求めた。引張強さは４９０ＭＰａ以上を合格とし、伸びは〔５１−０．０３５×引張強さ〕％以上を合格とした。めっき被膜の付着量及びＦｅ、Ａｌ濃度は、被膜をインヒビター入りの塩酸で溶解し、ＩＣＰにより測定した。めっき中のＦｅ濃度は５〜１５％を合格とした。
【００４９】
評価結果は表２に示す通りである。番号１は鋼中のＣ含有量が本発明の範囲外であるため引張り強さが不足した。番号２は鋼中のＳｉ含有量が本発明の範囲外であるため引張り強さ、伸び共に不合格であった。番号３は鋼中のＰ含有量が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号７、８、１７は焼鈍時の最高到達温度が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号９は鋼中のＭｎ含有量が本発明の範囲外であるため引張り強さ、伸び共に不合格であった。番号１２、２７は合金化温度が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号１５は合金化温度が本発明の範囲外であるためめっき中のＦｅ％が不合格であった。番号２０、２８は最高到達温度から６５０℃までの平均冷速が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号２４は鋼中のＭｎ含有量／Ｃ含有量が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号２５は鋼中のＳｉ含有量／Ｃ含有量が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号２９は６５０℃からめっき浴までの平均冷速が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号３０は鋼中のＭｎ含有量が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。番号３１は鋼中のＣ含有量が本発明の範囲外であるため伸びが不合格であった。これら以外の本発明品は、高強度で加工性が良好な合金化溶融亜鉛めっき鋼板であった。
【００５０】
また、めっき浴温４６０℃未満では、鋼中Ｓｉ含有量に関係なく高強度で加工性が良好な合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造が可能であった。一方、４７０℃では、番号５の低Ｓｉ含有量の場合や、番号３３の高Ｓｉ含有量で低Ｆｅ％の場合は製造可能であるが、番号３４の高Ｓｉ含有量でＦｅ％を上げようとすると、合金化温度を上げる必要があり、結果として伸びが不合格になる。
【００５１】
【表１】
【表２】
（実施例２）
表１のＨに示す組成からなるスラブを１１５０℃に加熱し、仕上温度９１０〜９３０℃で４．５ｍｍの熱間圧延鋼帯とし、５８０〜６８０℃で巻き取った。酸洗後、冷間圧延を施して１．６ｍｍの冷間圧延鋼帯とした後、ライン内焼鈍方式の連続溶融亜鉛めっき設備を用いて表３に示すような条件の熱処理とめっきを行い、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。引張強さ（ＴＳ）、伸び（Ｅｌ）は、各鋼板からＪＩＳ５号試験片を切り出し、常温での引張試験を行うことにより求めた。引張強さは４９０ＭＰａ以上を合格とし、伸びは〔５１−０．０３５×引張強さ〕％以上を合格とした。めっき被膜の付着量及びＦｅ、Ａｌ濃度は、被膜をインヒビター入りの塩酸で溶解し、ＩＣＰにより測定した。めっき中のＦｅ濃度は５〜１５％を合格とした。
【００５４】
めっき密着性は、あらかじめ圧縮側に密着テープ（セロハンテープ）を貼った試験片を曲げ角度が６０゜となるようにＶ字状に試験片を曲げ、曲げ戻し後に密着テープをはがして、めっきの剥離の程度を目視で観察して、以下の分類で評価し、△以上を合格とした。
◎：めっき層の剥離幅が１ｍｍ未満のもの
○：めっき層の剥離幅が１ｍｍ以上６ｍｍ未満のもの
△：めっき層の剥離幅が６ｍｍ以上１２ｍｍ未満のもの
×：めっき層の剥離幅が１２ｍ以上のもの
【００５５】
評価結果は表３に示す通りである。番号４はめっき浴中の有効Ａｌ濃度が本発明の範囲外であるためめっき密着性が不合格であった。番号７はめっき浴中の有効Ａｌ濃度が本発明の範囲外であるため伸びが不合格になった。番号８はめっき浴中の有効Ａｌ濃度が本発明の範囲外であるためめっき中のＦｅ％が不合格であった。これら以外の本発明品は、高強度で加工性が良好な合金化溶融亜鉛めっき鋼板であった。
【００５６】
【表３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は加工性に優れる高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを可能としたものであり、産業の発展に貢献するところが極めて大である。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ：０．０５〜０．１５％、
Ｓｉ：０．３〜２．０％、
Ｍｎ：１．０〜２．８％、
Ｐ：０．０３％以下、
Ｓ：０．０２％以下、
Ａｌ：０．００５〜０．５％、
Ｎ：０．００６０％以下を含有し，
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、さらに％Ｃ、％Ｓｉ、％ＭｎをそれぞれＣ、Ｓｉ、Ｍｎ含有量とした時に（％Ｍｎ）／（％Ｃ）≧１２かつ（％Ｓｉ）／（％Ｃ）≧４が満たされる化学成分からなる組成のスラブをＡｒ3 点以上の温度で仕上圧延を行い、５０〜８５％の冷間圧延を施した後、連続溶融亜鉛めっき設備で７００℃以上８５０℃以下のフェライト、オーステナイトの二相共存温度域で焼鈍し、その最高到達温度から６５０℃までを平均冷却速度０．５〜１０℃／秒で，引き続いて６５０℃からめっき浴までを平均冷却速度１〜２０℃／秒で冷却して溶融亜鉛めっき処理を行うことによって、前記冷延鋼板の表面上に溶融亜鉛めっき層を形成し、次いで、前記溶融亜鉛めっき層が形成された前記鋼板に対し合金化処理を施すことによって、前記鋼板の表面上に、Ａｌ：０．０５〜０．５質量％、Ｆｅ：５〜１５質量％を含有し、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる合金化溶融亜鉛めっき層を形成し、引張強さＦ（ＭＰａ）と伸びＬ（％）の関係が
Ｌ≧５１−０．０３５×Ｆ
を満足する高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法であって、前記溶融亜鉛めっき処理を、浴中有効Ａｌ濃度：０．０７〜０．１０５ｍａｓｓ％、残部がＺｎおよび不可避的不純物からなる成分組成の溶融亜鉛めっき浴中で行い、そして、前記合金化処理を、
２２５＋２５００×〔Ａｌ％〕≦Ｔ≦２９５＋２５００×〔Ａｌ％〕
但し，〔Ａｌ％〕：亜鉛めっき浴中の浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％ ）
を満足する温度Ｔ（℃）において行うことを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 請求項１に記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、浴中有効Ａｌ濃度を、
〔Ａｌ％〕≦０．１０３−０．００８×〔Ｓｉ％〕
但し、〔Ｓｉ％〕：鋼板中のＳｉ含有量（ｍａｓｓ％）
を満足する浴中有効Ａｌ濃度（ｍａｓｓ％）において行うことを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 請求項１又は請求項２記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融めっき後４００℃以下の温度に冷却されるまでの時間を１０秒以上１００秒以下とすることを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、溶融亜鉛めっき浴の温度を４６０℃未満とすることを特徴とする、加工性の優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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