JP3990349B2 - 塗装後耐食性に優れた良加工性高強度冷延鋼板 - Google Patents
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Description
特に、これらの鋼材に対しては強度のみならず複雑な形状に対応可能なプレス成形性との両立が求められている。
こうした要請に対して、Si、Mn等の複合添加による高延性高張力鋼板として、例えば特許第1177687号公報、特開昭52−52115号公報、特開昭52−69813号公報等が先行技術として開示されている。
また、こうした高強度鋼板に用いられるCやSiの元素の存在により鋼板表面性状を劣化させることから、こうした問題点の改善を目的とした特公平5−55570号公報や特開平10−280087号公報等も開示されている。
一方で、自動車用鋼板に要求される重要な特性として車体防錆性能が挙げられる。この車体防錆は鋼板単独で担保するものでは無く、化成処理、塗装との組合せにより発現されるものであるが、鋼板の特性、特に鋼板の表面性状が化成処理等に影響、耐食性にも影響することから、鋼板に対して、こうした表面性状を確保しつつ高強度化に対応することが要求されている。
鋼板の耐食性評価方法としては、実車での走行試験以外に、種々促進試験による評価が広く採用されている。促進試験については、実際の腐食に近く、かつ極力短い時間で評価可能であることが重要視されており、現在は、腐食サイクル試験(CCT)が主要な評価方法として各自動車メーカーに採用されている。但し、この手法においても評価には最低で1〜2ヶ月を要する。特に短期間での車の開発が要求される中で、材料の評価時間短縮は必須課題とされている。一部の自動車メーカーで実施されている塩温水浸漬試験は比較的短期間での評価が可能な方法である。この評価は鋼材に化成・電着処理を施した後、カッターにより素地まで達する傷を入れ、55度の塩水に10日間浸漬し、カット部からの塗膜膨れ巾を評価すもので、過酷な条件下の評価であり、評価時間が10日間とCCTの1/3以下で済むことが特徴である。
本発明者らは問題の鋼板が必要性能を満足しない原因について調査を行うと共に、その解決策について鋭意検討を実施、以下の知見を得るに至ったものであり、その要旨とするところは、mass%で、C:0.16〜0.19%、Si:1.10〜1.30%、Mn:1.50〜1.60%、P:0.1%以下、Al:0.015〜0.050%で、残部がFe及び不可避不純物からなり、鋼板の表面よりGDS分析による深さ方向のSi検出強度とFe検出強度の比(Si/Fe検出強度比)が、鋼中のSi検出強度とFe検出強度の比(Si/Fe検出強度比)の20倍以下であるとともに、鋼板の最表層のCMA分析によるSi濃度分布に占める鋼中Si濃度に対する濃度比が10以上である部位の面積率が95%以下であることを特徴とする塗装後耐食性に優れた良加工性高強度冷延鋼板。である。
こうしたことから、まず、鋼中のSi濃度について検討を行った。
以下、鋼材成分の表示は全て、mass%を示す。
先に述べたようなTRIP特性を確保しつつ780Mpa級の強度を確保するための成分範囲として、C:0.16〜0.18%、Si:1.6〜1.8%、Mn:0.14〜0.16%といった範囲が有効であることが確認されている。 しかし、この成分においては先にも述べたように耐塩温水浸漬性が確保できない。また、鋼中Si濃度を1.0以下まで下げることで耐塩温水浸漬性の確保は可能であるが、これでは必要な強度の確保が不可能となる。
従って、今回問題となっている耐塩温水浸漬性能の不良は従来認識されている化成皮膜欠陥によるものではなく他に原因があるものと考えれられる。
すなわち塩温水浸漬試験におけるカット部周辺の腐食メカニズムは、アルカリブリスターと呼ばれ、カット部の金属露出部がアノードとしてFe2+の溶出、カット部周辺の塗膜下がカソードとなりOH−を生成する局部電池を形成、この塗膜下に生成したOH−によりpHが上昇することで化成皮膜溶解、及び浸透圧による水分子やNa2+が進入、塗膜膨れが進行すると考えられている。
代表的なSi酸化物であるSiO2の比抵抗は鉄の約10の20乗倍のオーダーであり、鋼板表面に存在するSi酸化物の濃度により鋼板表面の電気抵抗は大きく変化する。この鋼板表面に存在する不均一なSi酸化物が腐食反応の均一な電子の流れを阻害、Si酸化物の低濃度部位に反応が集中するため、当該部のOH−が高濃度となり局部的なpH上昇が発生、化成皮膜の溶解、水分子・Na2+の進入が促進されるために膨れ巾が増大する。
良好な性能を確保するために必要な表面のSi濃化量であるが、発明者らの調査により、その平均値が鋼中Si濃度の20倍以下であるとともに、表面Si濃度分布に占める鋼中Si濃度に対する濃度比が10以上である部位の面積率が95%以下とすることで良好な性能を発現することが確認されている。(図4、図5)
尚、表面濃化Siの制御方法については、具体的には鋼中添加元素、熱延工程における加熱炉温度条件、同じく熱延工程におけるデスケーリング条件、鋼板表面の研削、酸洗方法等が挙げられ、これらの方法単独、或いは複数の組合せにより達成される。
成分については、Siは1.30mass%以上では他の条件を調整しても良好な結果を得ることが難しい。1.10mass%以下では所定の強度を得ることが難しくなる。
熱延工程内のデスケーリングは、いわゆる高圧デスケと呼ばれる高圧水によるデスケーリングが好ましい。
酸洗条件は6%以上の塩酸槽を含む酸洗が好ましく、これを2回通板してデスケーリングを徹底すればより好ましい。
更に、酸洗通板に際し、メカニカルデスケや表面研削を併せて実施すれば一層好ましい。
図1に、本発明例と比較例表面Si濃化状態の測定例を示す。これはGDSによる深さ方向のSi検出強度とFe検出強度の比を示しており、表1に示すように、従来品は40〜50倍に達しているが、本発明のものは20倍以下にあることが判る。尚、発明者らはXPS、AESを用いた鋼板表面の分析も行ったが、同様の分析結果を得ている。
尚、塩温水浸漬試験の実施にあたって、脱脂、表面調整、化成処理、電着塗料はいずれも日本ペイント製で、脱脂:サーフクリーナーSD250、表面調整:サーフファイン5N−10、化成処理:サーフダインSD2500、電着塗料:V−50を使用し、各々メーカーの推奨条件にて処理を実施した。化成処理皮膜付着量は2〜3g/m2となるよう、電着塗装は膜厚25μmを狙い値とし焼き付け温度は170℃とした。また、塩温水浸漬試験は化成処理・電着塗装を施したサンプルにカッターにてカット疵を付与し、55℃、5%NaCl溶液に240Hr浸漬、カット疵部についてテープ剥離を行いカット疵部上下の最大剥離巾を測定、評価した。
但し、通常の鋼板においてはアノードとなるカット部に対してカソード部位の面積比が大きく、かつ、鋼板表面の電気抵抗のばらつきも殆ど無いことから、腐食電流は均一に流れ、OH−は均一かつ希薄に生成する。(図7)
ところが、問題となるTRIP型の高強度鋼板についてはSiやMnが高濃度で添加されている。これらの元素は焼鈍工程において選択酸化により鋼板表面に濃化していくことが知られているが、こうした元素の表面濃化は均一に行われるものでは無い。発明者らの調査では、焼鈍後の鋼板表面にはSi酸化物が鋼板表面に不均一に濃化、存在することが確認されている。(図1、図2、図3)
したがって鋼板表面のSi酸化物の濃度を下げると共に、その分布を均一化することで、腐食電流の集中を防止、塗膜下の局部的なpH上昇が抑制され、膨れ巾を小さくすることが可能となる。(図9)
従って、健全な化成皮膜を形成させるだけでは不十分であり、鋼板表面のSi酸化物の濃化を制御し、腐食電流の局部集中を解消することが重要となる。
以上の様に、表面Si酸化物の表面濃化量、分布状態と塩温水試験によるカット部からの塗膜剥離巾の関係について明らかにし、良好な耐塩温水浸漬性能のために必要な条件を明らかにした。
表1に記載の化学成分を有するスラブを加熱炉にて1150℃、1260℃のいずれかの温度に加熱し、その後吐出圧100/cm2条件での高圧デスケーリング又は通常条件でのデスケーリングを実施、その後、通常条件で熱間圧延を実施した。
次いで冷間圧延前の酸洗回数を1回又は2回実施とし、さらにメカニカルデスケーリング実施有りと無しについて、各々通常条件で冷間圧延、連続焼鈍を実施した。ここで酸洗条件はHCL:9%の酸洗槽に浸漬20秒/回(2回酸洗は、20秒×2回)、メカニカルデスケーリングは酸洗の前(2回酸洗の場合は二回目の酸洗前)で実施し、条件は、砥粒入りナイロンブラシによる研削デスケーリングである。
塩温水浸漬試験の実施にあたって、脱脂、表面調整、化成処理、電着塗料はいずれも日本ペイント製で、脱脂:サーフクリーナーSD250、表面調整:サーフファイン5N−10、化成処理:サーフダインSD2500、電着塗料:V−50を使用し、各々メーカーの推奨条件にて処理を実施した。化成処理皮膜付着量は2〜3g/m2となるよう、電着塗装は膜厚25μを狙い値とし焼き付け温度は170℃とした。
また、塩温水浸漬試験は化成電着済みのサンプルにカッターにてカット疵を付与し、55℃、5%NaCl溶液に240Hr浸漬、カット疵部についてテープ剥離を行いカット疵部上下の最大剥離巾を測定、評価した。
剥離巾の評価については 剥離巾2mm未満:◎、剥離巾2−2.5mm:○、剥離巾2.5mm超:×とし、◎、○は合格、×を不合格とした。
表1の本発明例に示すように、鋼中元素としてmass%で、C:0.16〜0.19%、Si:1.10〜1.30%、Mn:1.50〜1.60%、P:0.1%以下、Al:0.015〜0.050%で、残部がFe及び不可避不純物からなり、その表面のSi濃化量の平均値が鋼中Si濃度の20倍以下であるとともに、表面Si濃度分布に占める鋼中Si濃度に対する濃度比が10以上である部位の面積率が95%以下とすることで、鋼材の強度・加工性を損なうこと無く、優れた耐塩温水浸漬性能を確保できることが確認できる。
Claims (1)
- mass%で、
C:0.16〜0.19%、
Si:1.10〜1.30%、
Mn:1.50〜1.60%、
P:0.1%以下、
Al:0.015〜0.050%で、
残部がFe及び不可避不純物からなり、
鋼板の表面よりGDS分析による深さ方向のSi検出強度とFe検出強度の比(Si/Fe検出強度比)が、鋼中のSi検出強度とFe検出強度の比(Si/Fe検出強度比)の20倍以下であるとともに、鋼板の最表層のCMA分析によるSi濃度分布に占める鋼中Si濃度に対する濃度比が10以上である部位の面積率が95%以下であることを特徴とする塗装後耐食性に優れた良加工性高強度冷延鋼板。
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