JP5241826B2 - めっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、自動車の内板または外板として使用される合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法に関する。より詳しくは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）の短所である界面密着力の低下によるめっき剥離性と亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）の短所である溶接性の低下という問題点を同時に改善する合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法に関する。
近年、エコロジーの問題が社会的な関心となって、自動車産業では自動車の安全性、軽量化及び低燃費化の観点における高強度の溶融亜鉛めっき鋼板を適用する傾向が増加している。
ところで、溶融亜鉛めっき鋼板（Ｇａｌｖａｎｉｚｉｎｇ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔ：ＧＩ鋼板）は、めっき層が純粋な亜鉛で構成されているため、自動車メーカーの溶接過程において溶接棒の電極寿命を短縮させるという短所があり、かつ塗装性が良くない。従って、ＧＩ鋼板を合金化処理したＧＡ鋼板が使用されているが、ＧＡ鋼板はめっき層が脆性的な鉄−亜鉛金属間化合物で構成されているため、プレス加工時にめっき層が剥離されるパウダリング（Ｐｏｗｄｅｒｉｎｇ）及びフレーキング（Ｆｌａｋｉｎｇ）が問題視されてきた。
一方、溶融亜鉛めっき鋼板を自動車メーカーが部品に組立する時に既存のＳｐｏｔ（点）溶接外に接着剤（Ｂｏｎｄ）を使用して加工するため、合金化亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）のめっき剥離性の問題の改善と、亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）の溶接劣位性の改善を同時に満たす新概念の高強度鋼板の開発が要求されている。
めっき層内のＦｅ（％）含量がどの位含まれているかを数値で示した値である合金化度は、一般のＧＡ鋼板である場合、約９〜１１％の水準である。このような合金化度が高い場合、ＦｅとＺｎの脆性的な反応の結果として急激なデルタ相及びガンマ相の成長により素地鉄界面とめっき層間のめっき剥離が非常に簡単に発生する。このような鋼板に対しては接着剤を使用して加工することが困難になる。一方、既存のＧＩ鋼板は合金化反応が生じないため、界面とめっき層間の剥離による加工欠陥は発生しないが、自動車メーカーでの溶接時にＧＡ鋼板に比べてめっき層の表面が純粋な亜鉛で構成されており、銅からなる溶接棒の使用寿命が著しく低下し、溶接性が劣位した短所を持っている。
本発明の目的は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）の短所である界面密着力の低下によるめっき剥離性と、亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）の短所である溶接性の低下という問題点を同時に改善するハイブリッド型合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために、本発明は、鋼板の少なくとも一面に合金化溶融亜鉛めっき層を有し、上記合金化溶融亜鉛めっき層の合金化度は５〜９％であり、合金相としてはイータ相とゼータ相とを有するものである。上記合金相としてイータ相が９０重量％以上であり、ゼータ相が１０重量％以下を満たすことが好ましい。
本発明において上記合金化溶融亜鉛めっき層の表面には、直径２０〜５０μｍのオイルポケットが形成されることが好ましい。
本発明によるめっき鋼板の製造方法は、鋼板を溶融亜鉛めっきするステップと、４７０〜５３０℃の温度で合金化処理して合金化溶融亜鉛めっき層内の合金化度は５〜９％であり、合金相としてはイータ相とゼータ相を有するようにするステップと、を含んでなる。
上記合金相としては、合金相としてイータ相が９０重量％以上であり、ゼータ相が１０重量％以下を満たすことが好ましい。また、上記合金化処理された鋼板は、エンボシングロールにより調質圧延を行い、合金化めっき層の表面にオイルポケットを形成することができる。
上記溶融亜鉛めっきは、０．１２〜０．２重量％Ａｌと、残りのＺｎと、その他の不可避な不純物とから組成される溶融亜鉛めっき浴で行うことが好ましい。上記合金化溶融亜鉛めっき層の表面には直径２０〜５０μｍのオイルポケットが形成されることが好ましい。
本発明に適用される鋼板は溶融亜鉛または合金化溶融亜鉛が適用される鋼であれば可能であり、最も好ましい一例としては、重量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓ：０．００３〜０．０２％を含み、ここに、Ｍｎ：０．２％以下とＣｕ：０．２％以下の１種または２種、残りのＦｅ及びその他の不可避な不純物で組成されるものである。さらに他の例としては、重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２％、Ｂ：０．０００１〜０．００２％を含み、ここに、Ｃｕ：０．０１〜０．２％とＭｎ：０．０１〜０．３％の少なくとも１種、並びにＮｂ：０．００２〜０．０４％とＴｉ：０．００５〜０．１５％の少なくとも１種を含み、残りのＦｅ及びその他の不可避な不純物で組成されるものである。本発明に適用される鋼板には、以下のＡ、Ｂ、Ｃから選択される少なくとも１種が含まれる。
Ａ：Ｓｉ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．０３〜０．２％、Ｃｒ：０．２〜１．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｂ：Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｃ：Ａｌ：０．０１〜０．１％とＮ：０．０２％以下
Ａ：Ｓｉ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．０３〜０．２％、Ｃｒ：０．２〜１．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｂ：Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｃ：Ａｌ：０．０１〜０．１％とＮ：０．０２％以下
本発明によると、ボンド接着性に優れ、点溶接性だけでなく耐パウダリング性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板が提供される。また、オイルポケットを形成する場合は、プレス加工性もさらに改善された合金化溶融亜鉛めっき鋼板が提供される。
以下に、本発明を詳細に説明する。
本発明によると、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）と合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）との長所を全て有するハイブリッド（Ｈｙｂｒｉｄ）型めっき鋼板が提供される。添付された図面を参考に説明するが、図面における形状及びサイズ等は、より明確な説明のために誇張することもあり、図面上において同一の符号で示される構成要素は同一の構成要素である。
本発明は、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）の溶接性を改善しながら、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）の耐パウダリング性を改善するための研究過程において、合金化度を適する範囲で制御して溶接性と耐パウダー性を同時に確保することができるようにする。本発明では、合金化溶融亜鉛めっき層内の合金化度は５〜９％とし、合金相としてはイータ相とゼータ相からなる。好ましくは、イータ相が９０重量％以上であり、ゼータ相が１０重量％以下になるようにする。
図１において（ａ）と（ｂ）は、従来のＧＡ鋼板とＧＩ鋼板のめっき層で見ることができる合金相を示したものである。ＧＡ鋼板のめっき層には、デルタ相（δ）とキャピタルガンマ相（Γ）が存在し、このような相のために耐パウダリング性がよくない。そして、ＧＩ鋼板には、主にイータ相（η）が存在するため溶接性がよくない。本発明では、（ｃ）のようにゼータ相（ζ）とイータ相（η）が主に構成される。本発明の一実施例によると、合金化度が５〜９％を満たし、かつイータ相とゼータ相を有するようにするとき、溶接性と耐パウダリング性の特性を同時に確保することができる。より好ましくは、合金化度が５〜７％を満たすものである。合金化度が９％以下であれば、パウダリング性が確保されるが、７％以下と低くなると、パウダリング性がさらに確実に改善される。合金化度が５％以上でないと、溶接性が確保できない。合金相は低合金化度においてゼータ相（ζ）とイータ相（η）が主に構成されるものであればよいが、本発明の一実施例によると、イータ相（η）が９０重量％以上、ゼータ相（ζ）が１０重量％以下を満たすときに耐パウダリング性と溶接性を確実に両立することができる。
本発明は、溶融亜鉛めっきが適用される多様な鋼種に適用でき、特別な鋼種に制限されるものではない。そのような例として、本出願人が国際公開公報ＷＯ０５／０４５０８５号とＷＯ０５／０６１７４８号に提案した鋼がある。即ち、重量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓ：０．００３〜０．０２％を含み、ここに、Ｍｎ：０．２％以下とＣｕ：０．２％以下の１種または２種、残りのＦｅ及びその他の不可避な不純物で組成される鋼を例として挙げることができる。また、Ｃ：０．０１％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２％、Ｂ：０．０００１〜０．００２％を含み、ここに、Ｃｕ：０．０１〜０．２％とＭｎが０．０１〜０．３％の少なくとも１種、並びにＮｂ：０．００２〜０．０４％とＴｉ：０．００５〜０．１５％の少なくとも１種を含み、残りのＦｅ及びその他の不可避な不純物で組成される鋼を例として挙げることができる。上記した鋼種には、以下のＡ、Ｂ、Ｃから選択される少なくとも１種が含まれることができる。
Ａ：Ｓｉ：０．１〜０．８％Ｐ：０．０３〜０．２％、Ｃｒ：０．２〜１．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｂ：Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｃ：Ａｌ：０．０１〜０．１％とＮ：０．０２％以下
Ａ：Ｓｉ：０．１〜０．８％Ｐ：０．０３〜０．２％、Ｃｒ：０．２〜１．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｂ：Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｃ：Ａｌ：０．０１〜０．１％とＮ：０．０２％以下
本発明によって、低合金化度を有するめっき層の表面には直径２０〜５０μｍのオイルポケットが形成されることが好ましい。オイルポケットとは、鋼板表面にオイルを収容することができる溝を意味する。オイルポケットが、ロールの表面がエンボシング形態からなるプレテクスチャロール（ｐｒｅ−ｔｅｘｔｕｒｅ ｒｏｌｌ）で形成することができるものである。オイルポケットによりめっき鋼板のプレス成形時の潤滑特性を確保することができる。
本発明に従い、低合金化度の鋼板の製造方法について説明する。先ず、鋼板を溶融亜鉛めっきして合金化処理をする。溶融亜鉛めっきは、通常の亜鉛めっき浴で行うが、めっき浴の一例としては、０．１２〜０．２重量％Ａｌと、残りのＺｎと、その他の不可避な不純物で組成されるものがある。
溶融亜鉛めっき処理した鋼板に対する合金化処理は、４７０〜５３０℃の温度で合金化度が５〜９％の範囲であり、合金相としてはイータ相とゼータ相を有するようにする。合金相は、低合金化度においてゼータ相（ζ）とイータ相（η）が主に構成されるものであればよいが、本発明の一実施例によると、イータ相（η）が９０重量％以上、ゼータ相（ζ）が１０重量％以下を満たすときに耐パウダリング性と溶接性を確実に両立することができる。
本発明の一実施例によると、重量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓ：０．００３〜０．０２％を含み、ここに、Ｍｎ：０．２％以下とＣｕ：０．２％以下の１種または２種、残りのＦｅ及びその他の不可避な不純物で組成される鋼の場合は、合金化処理温度が５００〜５２０℃が最も最適な温度である。また、Ｃ：０．０１％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２％、Ｂ：０．０００１〜０．００２％を含み、ここに、Ｃｕ：０．０１〜０．２％とＭｎ：０．０１〜０．３％の少なくとも１種、並びにＮｂ：０．００２〜０．０４％とＴｉ：０．００５〜０．１５％の少なくとも１種を含み、残りのＦｅ及びその他の不可避な不純物で組成される鋼の場合、最適の合金化処理温度は４２０〜４４０℃である。上記した鋼に対する合金化処理温度が上記条件を満たすことがパウダリング性の側面で好ましい。
合金化処理された鋼板は調質圧延する。調質圧延は、ロールの表面がエンボシング形態からなるプレテクスチャロールを用いてオイルポケットを形成することもできる。オイルポケットの直径が２０〜５０μｍを有するよう、プレテクスチャロールを選択して適切に操業を行えばよい。
本発明によると、低合金化度を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、耐食性が強化され、めっき層の表面にアウトバースト（ｏｕｔｂｕｒｓｔ）によるクレータが発生しない。従って、既存のＧＡ材の短所である表面の不均一を改善して表面が美麗な鋼板の製造が可能である。表面は、デルタ相でない硬度の弱いイータ相またはゼータ相で構成されている。硬度の弱い合金相によるプレス成形性（潤滑性）の恐れがある場合は、オイルポケットを形成する方案が奨められる。
以下に、実施例を通じて本発明をより具体的に説明する。
表１の成分系を満たす厚さ０．７ｍｍの冷延鋼板に対して溶融亜鉛めっきし、表２の条件で合金化処理して前面と後面に約４５ｇ／ｍｍ２の厚さでめっき層を形成した。
溶融亜鉛めっきのポット（Ｐｏｔ）温度は約４５０〜４６０℃であり、Ａｌ濃度は０．１２８重量％であった。溶融めっき時に浮遊した上部のドロスを十分に除去した。表２にはパウダリングの剥離幅との溶接打点数も共に示した。
表２においてパウダリング等級は（鋼板の厚さ０．９ｍｍ以下基準）、１等級の場合は剥離幅が４．０ｍｍ以下であり、２等級（外板限度）の場合は６．０ｍｍ以下、３等級の場合は７．０ｍｍ以下、４等級（内板限度）の場合は８．０ｍｍ以下、５等級の場合は８．０ｍｍ超過という基準により区分した。
また、表２において溶接打点数は、表３の溶接条件で行ったものであり、連続打点数を決定するときの基準となるＩｍｉｎは、８．２ｋＡであり、Ｉｍａｘは１０．６ｋＡであった。本発明材のめっき物性値分析は、ＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ：走査型電子顕微鏡）、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｐｌａｓｍａ）、ＧＤＳ（Ｇｌｏｗ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）を用いて行った。
表２の鋼種に対するめっき層においての合金相とその相の比率は次の通りであり、その測定は、以下のような方法により行われた。
合金相比率の測定方法：利用機器はＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）であり、試料にＸ−ｒａｙを走査して通過させると、めっき層内の各合金相によって固有周波数（波長）があるため、周波数Ｐｅａｋが合金相別に検出され、ｉｎｔｅｎｓｉｔｙが比率（量）によって決定される。
ＰＳＭ−Ａ３の鋼に対し、オイルポケットを形成しためっき層に対してパウダリング性と溶接打点数等を調査した結果、オイルポケットの形成に関らず同等水準の特性が現れた。
上記した結果から分かるように、本発明の合金化度と合金相の条件を満たす鋼材の場合は、耐パウダリング性と溶接打点数が良好な結果が得られた。一方、図３には、密着性をテストした結果が示されている。ＰＳＭ−Ａ１、Ａ２、Ａ３の場合はめっき層でない接着剤層において剥離が生じたのに対し、ＧＡ−Ａ１の場合はめっき層で剥離が生じた。
本発明は、上述した実施形態及び添付された図面によって限定されるものではなく、添付された請求範囲によって限定される。従って、請求範囲に記載の本発明の技術的思想を外れない範囲内において様々な形態の置換、変形及び変更が可能であることは当技術分野において通常の知識を有する者には自明である。
Claims (9)
- 鋼板の少なくとも一面に合金化溶融亜鉛めっき層を有し、前記合金化溶融亜鉛めっき層の合金化度は５〜９％であり、合金相としてはイータ相とゼータ相とを有し、前記イータ相が９０重量％以上であり、前記ゼータ相が１０重量％以下を満たし、前記合金化溶融亜鉛めっき層の表面には直径２０〜５０μｍのオイルポケットが形成されるめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記鋼板は重量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓ：０．００３〜０．０２％を含み、ここに、Ｍｎ：０．２％以下とＣｕ：０．２％以下の１種または２種、残りのＦｅ及びその他の不可避な不純物で組成されることを特徴とする請求項１に記載のめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記鋼板は重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２％、Ｂ：０．０００１〜０．００２％を含み、ここに、Ｃｕ：０．０１〜０．２％とＭｎ：０．０１〜０．３％の少なくとも１種、並びにＮｂ：０．００２〜０．０４％とＴｉ：０．００５〜０．１５％の少なくとも１種を含み、残りのＦｅ及びその他の不可避な不純物で組成される請求項１に記載のめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記鋼板には、以下のＡ、Ｂ、Ｃから選択される少なくとも１種が含まれることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
Ａ：Ｓｉ：０．１〜０．８％Ｐ：０．０３〜０．２％、Ｃｒ：０．２〜１．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｂ：Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｃ：Ａｌ：０．０１〜０．１％とＮ：０．０２％以下 - 鋼板を溶融亜鉛めっきするステップと、溶融亜鉛めっき鋼板を４７０〜５３０℃の温度で合金化処理して合金化溶融亜鉛めっき層内の合金化度は５〜９％であり、合金相としてはイータ相とゼータ相を有するようにするステップと、前記合金化処理された鋼板をエンボシングロールにより調質圧延し、合金化めっき層の表面にオイルポケットを形成するステップとを含み、前記イータ相が９０重量％以上であり、前記ゼータ相が１０重量％以下を満たし、前記エンボシングロールは直径２０〜５０μｍのエンボシングが形成されるめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記溶融亜鉛めっきは、０．１２〜０．２重量％Ａｌと、残りのＺｎと、その他の不可避な不純物とから組成される溶融亜鉛めっき浴で行うことを特徴とする請求項５に記載のめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記鋼板は重量％で、Ｃ：０．００５％以下、Ｓ：０．００３〜０．０２％を含み、ここに、Ｍｎ：０．２％以下とＣｕ：０．２％以下の１種または２種、残りのＦｅ及びその他の不可避な不純物で組成され、前記合金化処理温度は５００〜５２０℃であることを特徴とする請求項５に記載のめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記鋼板は重量％で、Ｃ：０．０１％以下、Ｓ：０．００５〜０．０２％、Ｂ：０．０００１〜０．００２％を含み、ここに、Ｃｕ：０．０１〜０．２％とＭｎ：０．０１〜０．３％の少なくとも１種、並びにＮｂ：０．００２〜０．０４％とＴｉ：０．００５〜０．１５％の少なくとも１種を含み、残りのＦｅ及びその他の不可避な不純物で組成され、前記合金化処理温度は４２０〜４４０℃であることを特徴とする請求項５に記載のめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 前記鋼板には、以下のＡ、Ｂ、Ｃから選択される少なくとも１種が含まれることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のめっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
Ａ：Ｓｉ：０．１〜０．８％、Ｐ：０．０３〜０．２％、Ｃｒ：０．２〜１．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｂ：Ｍｏ：０．０１〜０．２％、Ｖ：０．０１〜０．２％のグループから選択される少なくとも１種
Ｃ：Ａｌ：０．０１〜０．１％とＮ：０．０２％以下
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