JP4507813B2 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
ここに、本発明の解決すべき課題は、高強度・高延性のバランスおよび成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することである。
母材鋼板中にSi、Alを多く含有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、その製造時に、局部的に合金化反応が進行する現象が発生しやすく、その結果として、めっき付着量が不均一(ムラ)になりやすい。図1(a)、(b)に、平均付着量40g/m2 として合金化処理を行った場合のめっき皮膜の断面写真の例を示すが、同一合金化めっき鋼板においても、図1(b)のめっき正常部よりも非常に付着量の大きな、図1(a)のような部位が観察されることが知見された。このようなめっき付着量のムラがあると、プレス成形時の摺動性に悪影響を及ぼし、結果として、めっき皮膜表面における型カジリ等の成形不良が発生しやすくなることが分かった。
本発明の要旨は、以下の通りである。
1)母材
母材の成分は、製品である合金化溶融亜鉛めっき鋼板の機械特性を調整する上で、非常に重要である。以下、各成分について、詳細に説明する。
本発明鋼は、Cを多く含むことにより強度・延性のバランスを向上する。Cの含有量は、狙いとする強度により変更すればよいが、延性を向上させるために、少なくとも0.05%以上が必要である。上限は、局部延性の劣化が著しくなる0.25%とする。好ましくは、0.20%以下である。
Pは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であって、できるだけ低い方が好ましい。特に0.1%を超えて含有されると鋼板の延性劣化が顕著化することから、P含有量は0.1%以下とする。好ましくは、0.05%以下である。
Sも不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であって、やはり低い方が好ましい。特に0.1%を超えて含有されるとMnSの析出量が目立つようになり、鋼板の延性を阻害するのみならず、オーステナイト安定化元素として添加されるMnを前記析出物として消費することから、S含有量は0.1%以下とする。好ましくは、0.05%以下である。
Nも不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、その含有量は低い方が好ましい。そして、N含有量が0.02%を超えるとAlNとして消費されるAlの量が多くAl添加の効果が小さくなるばかりでなく、AlNによる延性の劣化が目立つようになることから、N含有量の上限は、0.02%とする。好ましくは、0.01%以下である。
Mnは、鋼板の引張強度を高めるだけでなく、さらにオーステナイトの安定度に直接作用する元素であるため、本発明において重要な元素である。その効果を発現するために0.5%以上のMn添加は必要である。また、高温からの冷却中にパーライトの生成を抑制する効果もある。上限は、コストの観点と転炉での溶製の観点から3.0%とする。好ましくは2.5%以下である。より好ましくは2.0%以下である。
Siはセメンタイトに固溶せず、セメンタイトの析出を抑制する。上記で述べたように低温保持中にセメンタイトが生成しにくいベイナイトに変態し、オーステナイト中にCを濃縮させ、オーステナイトの安定度を調整するために重要な元素である。しかし、Siを0.2%以上含有させるとめっき付着量のムラが生じる。また、1.2%超添加した場合、熱間圧延時の酸洗ムラによる筋模様が発生し、溶融亜鉛めっき鋼板の外観を劣化させる。そのため、Siの上限は1.2%とする。好ましくは、0.2〜1.0%とする。
Alは、脱酸材としても用いられると同時に、Siと同じように、低温保持中にセメンタイトが生成しにくいベイナイトに変態し、オーステナイト中にCを濃縮させ、オーステナイトの安定度を調整するために重要な元素である。しかし、Alを0.3%以上含有させるとめっき付着量のムラが生じる。また、2.0%超添加した場合、熱間圧延時の酸洗ムラによる筋模様が発生し、溶融亜鉛めっき鋼板の外観を劣化させる。そのため、Alの上限は2.0%とする。好ましくは、0.2〜1.5%とする。更に好ましくは、0.2〜1.2%とする。
Niは、オーステナイト生成元素であると同時に、強度を向上させる元素である。Niは、低温保持及び再加熱処理を行う時のオーステナイトを安定化させ、製造安定性に優れる。また、溶融亜鉛めっきの濡れ性を改善する効果もある。更に、Cu添加時に赤熱脆性を抑制する作用もある。前記効果は、0.2%以上で発現する。しかし、多量に添加するとコスト高になるため、上限は、1.5%とする。好ましい上限は、1.2%である。
Cuは、Niと同様の効果を発現するばかりか、再加熱処理時のFe−Zn合金相の発達を均一にする。しかし、Niより多量に添加すると鋼中よりめっき浴中に溶出し、ドロス発生の原因になる。そのため、上限は、0〜0.5%とする。好ましい上限は、0.4%である。
Moは、高温から冷却中にパーライトの生成を抑制し、マルテンサイトの生成を促進できるため有効な元素である。しかし、1.0 %以上添加しても、効果が飽和するだけでなく、コスト高になるため望ましくない。そのため、上限は、1.0%とする。好ましくは0.5%以下である。
Tiは、析出強化により強度の向上が図れる元素である。また、再加熱処理時のFe−Zn合金相の発達を均一にする。しかし、多量に添加するとその効果が飽和するばかりか、延性を低下させるため、上限は、0.2%とする。
Nbは、Tiと全く同様の効果を発現する。そのため、上限を0.2%とする。
V:
Vは、析出強化により強度の向上が図れる元素である。また、皮膜中に拡散して、めっき皮膜の融点を向上させる作用がある。従って、溶接性が向上するが多量に添加するとコスト高を招く。そのため、上限を0.2%とする。
また、本発明鋼板の母材組織は、フェライトと残留オーステナイト、更にマルテンサイト、焼き戻しマルテンサイト、パーライト、セメンタイト、ベイナイトが混在した組織になる。
次に、本発明のめっき皮膜に関して述べる。
皮膜中のFe濃度:めっき皮膜中のFe量は8〜15%である。これは、8%未満になるとη相が残存し、焼けムラとなり、15%を越えると製造コストが上がるためである。
めっき皮膜中には通常Alが添加されている。このAlの濃度は、通常の0.1〜0.8%程度でよい。残部は、実質敵に亜鉛であるが、Si、Mg、Mn、Ni、Cu、Pb、Sn、Co、Mo等の鋼中からの拡散物質及びめっき浴中の不純物等が0.1%以下程度混入しても本発明に何ら影響を及ぼさない。
本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板におけるめっき皮膜の付着量について説明する。
本発明によれば、平均付着量Mav(g/m2)と最大付着量Mmax(g/m2)の関係が(i)式を満たすものとする。
これは、(i)式を満たす本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合、プレス成形に際して前述の型かじりが発生しにくいためである。好ましくは、Mmax≦2.5×Mavを満たすのがよい。
まず、平均付着量は、対象とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板から、任意に(ただし鋼板端部等の平均的な情報が得られにくい個所は除く)50mm×50mm程度の試験片を採取し、めっき皮膜を溶解して、溶解前後の質量差から求めることができる。最大付着量は、前記の試験片の内側または試験片近傍50mm以内から、長さ10mm程度のめっき断面観察用試験片を(好ましくは5片程度)採取し、当該試験片のめっき皮膜を断面からSEMにより観察し、そして、最もめっき皮膜の厚い部分の厚さ(μm)を付着量に換算(×7.2倍)することにより求めることができる。
図2は、溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備のうち、めっき浴周辺の設備を模式的に示したものである。連続焼鈍された鋼帯2は、低温保持帯5を経て、スナウト1から溶融亜鉛めっき浴3に浸漬される。このときのスナウト内雰囲気は、配管8からの適宜ガスにより調整される。めっき浴3を出た鋼帯2は、ガスワイピングノズル6からのガス吹き付けにより、付着量が調整される。めっき付着量が調整された後に、合金化処理炉7に入り、所定の合金化処理が行われる。このときの、めっき処理条件、合金化処理条件などは、すでに公知の条件を採用すればよく、本発明において特に制限はない。
このような条件とすることにより、得られる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の付着量ムラが抑えられ、摺動性が改善される。このましくは、Wの値にもよるが、V≦-50である。
本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、連続溶融めっきラインを用いる。めっき基材となるめっき鋼帯は、まず、アルカリ水溶液等での洗浄や、ナイロンブラシ等での表面研削等、公知の方法で前処理を施される。
めっき基材となる鋼帯は、前記した組成であるほかは特に限定されない。熱間圧延、冷間圧延は公知の方法で行えばよいが、好ましくは、母材の粒径を適度な大きさにするため、熱間圧延後の巻取温度を700℃以下、冷延率は圧下率で40〜80%の範囲にすることが望ましい。連続溶融めっきラインにおいて、冷間圧延ままの冷延鋼板を上記製造法にて通板しても良いが、連続焼鈍ラインを一度通し、再結晶した母材を用いても良い。
表1の化学成分(残部Feおよび不純物)の冷延鋼板(厚さ0.8mm)を、幅:80mm、長さ:200mmに切断して多数採取し、めっき基材とした。
[平均付着量]
得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の中央部から30mm×40mmの平均付着量測定用試験片を採取し、めっき皮膜を溶解して、溶解前後の重量差から平均付着量を求めた。
前記の付着量試験片の内側または試験片近傍10mm以内から、長さ10mm程度のめっき断面観察用試験片を(3〜5片程度)採取し、当該断面観察用試験片のめっき皮膜を断面からSEMにより観察し、最もめっき皮膜の厚い部分の厚さ(μm)を付着量に換算(×7.2倍)することにより求めた。
ピンオンディスク試験機を用いて、以下の条件で試験を行った。摺動性の評価は20回転までの最大摩擦係数を求めた。最大摩擦係数が0.2以下で良好と判断した。
測定温度:60℃
鋼球径:直径2.5mm
油種 :プレス洗浄油
〔摺動試験2〕
円筒絞り試験機を用いて、以下の条件で試験を行った。
ブランク押さえ荷重:1.5ton
成形高さ :25mm
鋼板表面には防錆油を塗布
◎:型かじり発生せず。極めて良好。
△:型かじりかなり発生。不良。
×:型かじりを発生し母材破断。極めて不良。
No.1〜21は、いずれも前記式(2)を満たすように露点を調整して製造したものであるが、いずれも付着量ムラが前記式(1)の範囲内に抑えられ、摺動性も良好であった。一方、No、22〜28は前記式(2)をはずれる条件で製造したもので、付着量ムラが前記式(1)の範囲をはずれ、摺動性も不芳であった。
付着ムラ: 最大付着量≦平均付着量×4.5の場合を○、最大付着量>平均付着量×4.5の場合を×とした。なお、付着ムラの良否はそのまま摺動性の良否に対応するため、付着ムラをもって判断した。
2 鋼帯
6 ガス吹き込み口
Claims (1)
- 連続溶融めっきラインで合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、めっき母材として、質量%で、C:0.05〜0.25%、Mn:0.5〜3.0%、Si:0.2〜1.2%、Al:0.3〜2.0%、P:0.1%以下、S:0.1%以下、N:0.02%以下、Ni:0.2〜1.5%、Cu:0〜0.5%、Mo:0〜1.0%、Ti:0〜0.2%、Nb:0〜0.2%、V:0〜0.2%を含有する鋼板に、700〜900℃の二相共存温度域で10〜80s焼鈍を行う焼鈍工程と、焼鈍工程に引き続き3〜20℃/sの冷却速度で350〜600℃まで冷却をする冷却工程と、冷却工程に引き続き350℃〜600℃の温度域に5s〜90s保持する保持工程と、その後、溶融亜鉛浴に浸漬してめっきをするめっき工程と、めっき工程を経た鋼板を鋼板温度が420〜600℃の範囲で5〜100s合金化処理をする合金化処理工程とを備え、前記めっき工程において、母材鋼板中のSiとAlの濃度の和をW(質量%)、溶融亜鉛浴侵入直前のスナウト内雰囲気ガスの露点をV(℃)とすると、WとVが下記(ii)式を満足するものであることを特徴とする、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
V≦−35−4.5×W2 ・・・(ii)
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