JP5569647B2 - 溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献1の技術では、加工する鋼板を熱処理により加熱する必要があり、生産性に劣る。また、加熱炉の設置などが必要となるため、経済的に劣る。
なお、上記部材に適用する場合、TS×ELが10000MPa・%以上かつ、TS×λで、20000MPa・%以上であることが望ましい。
さらに、特に伸びが必要とされる部材へ適用される鋼板の場合、TS×ELが14000MPa・%以上であることが望ましく、15000MPa・%以上であることがより望ましく、16000MPa・%以上であることがさらに望ましい。
また、バンパーレインフォースなどの特に曲げ性が求められる部材へ適用される鋼板の場合、曲げ性と相関のあるTS×λで30000MPa・%以上であることが望ましい。より望ましくは40000MPa・%以上であり、さらに望ましくは50000MPa・%以上である。
本実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板は、鋼板と、鋼板の表面上のめっき層とを備えている。なお、めっき鋼板が、めっき層の表面に有機層や無機層等の各種被覆層をさらに備えてもよい。めっき鋼板にこのような被膜層が形成されない場合には、めっき鋼板は、鋼板と、鋼板の表面上のめっき層とからなる。
まず、鋼板上に配置されためっき層に関して記載する。このめっき層には、溶融亜鉛めっき層、及び合金化溶融亜鉛めっき層を含む。
めっき層は、鋼板の表面上にあり、Si、MnあるいはAlよりなる1種または2種以上を、単独または複合で含む酸化物を含有している。めっき層中のSi、MnあるいはAlよりなる1種または2種以上を含む酸化物をめっき層中に分散させることは、本実施形態で、最も重要である。特に、鋼板の表面方向から観察して、投影面積率、すなわち、鋼板とめっき層とを含む板厚方向断面で見た場合に、酸化物をめっき層と鋼板との界面に投影した長さをめっき層と鋼板との界面の長さで除して得られる面積率が、10%以上となるように酸化物をめっき層内に分散させることでその効果が顕著となる。この投影面積率は、溶融亜鉛めっき鋼板の表面より上方から鋼板を見た場合に、鋼板の表面に影を作る酸化物の見かけ上の被覆率とも言い換えることができる。詳細なメカニズムは不明なものの、酸化物は多数の欠陥を含むことから、めっき層中の酸化物が、鋼板表面からに侵入する水素(例えば、腐食反応によって生じる水素や大気中の水素)をトラップし、鋼板内部への水素の侵入を遅延させることで、耐遅れ破壊特性が向上すると考えられる。自動車鋼板は、湿潤環境と乾燥環境が繰り返し行われる環境、すなわち湿潤−乾燥環境で使用されるため、湿潤環境で鋼板表層に存在する酸化物に一旦トラップされた水素は、乾燥環境では環境中へ放出される。そのため、上記のようにめっき層中に酸化物を分散させることは、自動車の実使用環境では耐遅れ破壊特性により高い効果があると考えられる。
ここで、Si、Mn、Alを1種または2種以上、単独、または複合で含む酸化物として、SiO2、MnO、Al2O3、Mn2SiO4等が挙げられ、SiO2、Mn2SiO4を含むと望ましい。
上記に加え、Crを含む酸化物(Cr2O3)を含有したとしても同様の効果が得られる。
なお、溶融亜鉛中には、不可避酸化物として、ZnやAlの酸化物が存在する。これら酸化物は、出来るだけ除去する、あるいは、鋼板との反応を抑制することが望ましいが、めっき層中に不可避的に(例えば5%以下)存在しても構わない。ただし、めっき層は酸化しやすいことから、めっき層の表面にZnの酸化物が存在する場合があるが、これはめっき層中の酸化物としてカウントしない。
めっき層の化学組成としては、質量%で、Feを15%以下、残部が80%以上100%以下のZn、及び2%以下のAl、及び不可避的不純物からなることが望ましい。めっき層中の上記不可避的不純物として、例えば、製造上混入する不可避的不純物(例えば、めっき浴中の不可避的不純物や鋼板の化学組成に起因する化学元素(Fe、Al、及び、Znを除く)や、必要に応じたプレめっき中の化学元素(Ni、Cu、及び、Co))が挙げられる。めっき層は、Znに加え、Fe、Al、Mg、Mn、Si、Cr、Ni、Cuなどの化学元素を含有しても構わない。
また、めっき密着性をさらに向上させるために、焼鈍前に鋼板に、Ni、Cu、Co、Feの単独あるいは複数より成るめっきを施してもよい。
有効Al濃度が0.05質量%よりも低い場合にはドロス発生が顕著で良好な外観が得られない場合がある。一方、有効Al濃度が0.500質量%よりも高い場合には、合金化が遅く、生産性に劣る。このことから、浴中の有効Al濃度は、0.05〜0.500質量%とすることが望ましい。
この鋼板は、後述の化学成分を含有し、ミクロ組織が、体積分率で、マルテンサイト及びベイナイトの1種又は2種を合計で20%以上99%以下含有し、残部組織がフェライトと、体積分率8%未満の残留オーステナイト及び体積分率10%以下のパーライトの1種または2種とから成る。
980MPa以上の引張強度を確保するため、マルテンサイト及びベイナイトを合計で20%以上含有する。マルテンサイト及びベイナイトの合計の体積分率は特に限定する必要はないが、実製造を考慮した場合100%とすることは容易ではないため、99%以下としてもよい。なお、ベイナイトは、マルテンサイトより低強度であるため、980MPa以上の引張強度とする場合、ベイナイトの体積率は70%以下であることが望ましい。残留オーステナイトは、曲げや引張加工時にマルテンサイトへと変態する。この加工時に形成したマルテンサイトは固いことから、耐遅れ破壊特性を劣化させる。このことから、残留オーステナイト体積率を8%未満とする。また、パーライト組織の体積率が10%超となると980MPa以上の強度確保が難しくなるので、パーライトの上限は10%とする。残留オーステナイト及びパーライトは、0%でもよい。
C:Cは、鋼板の強度を上昇させる元素である。しかしながら、0.05%未満であると980MPa以上の引張強度と加工性とを両立することが難しくなる。一方、0.40%以上となるとスポット溶接性の確保が困難となる。また、残留オーステナイトが過剰に生成し、耐遅れ破壊特性が低下する。このため、その範囲を0.05〜0.40%未満に限定した。
本発明の一実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板を得るためには、鋼板表層の酸化物の制御、めっき浴内の溶融亜鉛の噴流の制御を行うことが重要である。
Ar3変態点(℃)=901−325×C+33×Si−92×(Mn+Ni/2+Cr/2+Cu/2+Mo/2)
(式中のC、Si、Mn、Ni、Cr、Cu、Moは、鋼中の各成分の含有量[質量%]である。)
なお、熱延時に粗圧延板同士を接合して連続的に仕上げ圧延を行っても良い。また、粗圧延板を一旦巻き取っても構わない。
ここで、累積圧下率とは、各圧下工程(例えば冷間圧延工程)の最初のパス前の入口板厚を基準とし、この基準に対する累積圧下量(圧延における最初のパス前の入口板厚と圧延における最終パス後の出口板厚との差)の百分率である。
これら酸化物は、フェライト粒界に優先的に形成するため、網目状の構造を有することが多い。
H2濃度の下限は、炉内雰囲気をFeの還元雰囲気とするため、0.05体積%であることが望ましい。露点は、炉内でのFeの酸化を抑制するため、50℃以下であることが望ましい。露点は、より望ましくは40℃以下、更に望ましくは30℃以下である。
一方、穴広げ性をより向上させるため、ミクロ組織におけるマルテンサイト及びベイナイトの面積率を60%超とする場合には、焼鈍温度を840℃以上とすることが望ましい。焼鈍温度を840℃以上とすることで、焼鈍時のオーステイナイト分率を高めることができる。このオーステナイトは、焼鈍後の冷却においてベイナイトまたはマルテンサイトに変態するため、ベイナイト及びマルテンサイトの分率を多くすることができる。
表1に示す成分を有するスラブを、1200℃に加熱し、表2−1〜表2−4に記載の熱延条件にて熱間圧延を行い、水冷帯にて水冷の後、表2−1〜表2−4に示す温度で巻き取り処理を行った。熱延板の厚みは、2〜4.5mmの範囲とした。この熱延板を酸洗した後、冷間圧延後の板厚が1.2mmとなるように、所定の冷延率で冷延を行い、冷延板とした。その後、これらの冷延板に表2−1〜表2−4に示す条件で連続合金化溶融亜鉛めっき設備にて、550〜750℃の温度域において表2−1〜表2−4の条件で滞留させ、その後、焼鈍、冷却、必要に応じて再加熱を行い所定の条件に制御した亜鉛めっき浴に浸漬し、その後室温(25℃)まで冷却した。めっき浴中の有効Al濃度は、0.09〜0.17質量%の範囲とした。一部の鋼板については、亜鉛めっき浴に浸漬後、各条件にて合金化処理を行い、室温まで冷却した。その際の目付け量としては、両面とも約35g/m2とした。最後に、得られた鋼板について0.4%の圧下率でスキンパス圧延を行った。
上述の条件にて製造した鋼板の特性を表3−1〜表3−4に示す。
引張試験は、1.2mm厚の板から圧延方向に垂直な方向にJIS5号試験片を採取し、JIS Z2241:2011に準じて引張特性を評価した。
具体的には、鋼板を機械切断した後、端面を機械研削し、10RにてU曲げ試験を行った。得られた試験片の中央に歪ゲージを貼り、試験片両端をボルトで締め付けることにより応力を付与した。付与した応力は、モニタリングした歪ゲージの歪より算出した。負荷応力は、980MPa級の鋼板であれば700MPaの、1180MPa級の鋼板であれば840MPaの、1320MPa級の鋼板であれば925MPaであり、TSの0.7に対応する応力を付与した。これは、成形時に導入される残留応力が鋼板のTSと対応があると考えられるためである。
その他、穴広げについては、JFS T1001に準拠して評価した。
めっき性は、下記のように評価した。
GOOD:不めっきなし
BAD :不めっきあり
耐パウダリング性は、プレスを行った際、パウダリングが発生したかどうかで評価した。
GOOD:パウダリング発生なし
BAD :パウダリング発生あり
不めっきがある例については、十分なめっき層の密着性が得られなかった。
一方いずれかの条件が、本発明の範囲を外れた例では、引張強度、耐遅れ破壊特性、めっき性(不めっき、耐パウダリング性)の少なくとも1つが劣っている。
なお、冷間圧延率を90%以上とした例では、板が途中で破断し通板できなかった。また、冷間圧延率を30%未満とした例では、板形状が不安定であり、通板時にトラブルが発生したため、通板を中止した。いずれも鋼板の評価ができなかったため、表には示していない。
また、表1における成分の残部は、Fe及び不可避的不純物をいい、「‐」は、検出されなかったことを示している。更に表中における下線は、本発明の範囲外であることを示している。表2、3中の「*1」、「*2」、「*3」、「*4」は、表3−1の下部に示す通りである。また、表中のGIは、溶融亜鉛めっき層を備える溶融亜鉛めっき鋼板、GAが、合金化溶融亜鉛めっき層を備える溶融亜鉛めっき鋼板、すなわち合金化溶融亜鉛めっき鋼板を示している。
Claims (10)
- 質量%で、
C:0.05〜0.40%未満、
Si:0.5〜3.0%、
Mn:1.5〜3.0%、
を含有し、
O:0.006%以下、
P:0.04%以下、
S:0.01%以下、
Al:2.0%以下、
N:0.01%以下
に制限し、残部がFe及び不可避的不純物からなる溶鋼を、鋳造して鋼を製造し;
前記鋼を、直接または一旦冷却した後、1100℃以上1300℃未満の第1の温度範囲に加熱し;
前記鋼を、Ar3変態点以上で熱間圧延を完了し;
前記鋼を、300℃以上700℃以下の第2の温度範囲にて巻き取り;
前記鋼を、酸洗し;
前記鋼を、ロール径が200mm以上1400mm以下のワークロールを有する冷延機にて累積圧下率40〜80%で冷間圧延し;
前記鋼を、連続溶融亜鉛めっきラインを通板するに際し、焼鈍温度までの加熱中に、550〜750℃の第3の温度範囲に20秒以上2000秒以下滞留させ;
前記鋼を、H2濃度が20%以下、かつ露点が−20℃以上のN2雰囲気下で、750℃以上かつ900℃以下の第4の温度範囲で10秒以上1000秒以下保持して焼鈍し;
前記鋼を1℃/秒以上200℃/秒以下の平均冷却速度で500〜750℃の第5の温度範囲まで冷却する第1の冷却を行い;
前記鋼を1℃/秒以上200℃/秒以下、かつ前記第1の冷却の前記平均冷却速度よりも早い平均冷却速度で、亜鉛めっき浴温度−40℃〜亜鉛めっき浴温度+50℃の第6の温度範囲まで冷却する第2の冷却を行い;
前記鋼を、溶融亜鉛めっき浴に浸漬する温度であるめっき浴浸漬板温度を前記第6の温度範囲として、流速10m/min以上50m/min以下で流動する前記溶融亜鉛めっき浴に浸漬して亜鉛めっきし;
前記鋼を、40℃以下まで冷却する;
ことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 質量%で、
C:0.05〜0.40%未満、
Si:0.5〜3.0%、
Mn:1.5〜3.0%、
を含有し、
O:0.006%以下、
P:0.04%以下、
S:0.01%以下、
Al:2.0%以下、
N:0.01%以下
に制限し、残部がFe及び不可避的不純物からなる溶鋼を、鋳造して鋼を製造し;
前記鋼を、直接または一旦冷却した後、1100℃以上1300℃未満の第7の温度範囲に加熱し;
前記鋼を、Ar3変態点以上で熱間圧延を完了し;
前記鋼を、300℃以上700℃以下の第8の温度範囲にて巻き取り;
前記鋼を、酸洗し;
前記鋼を、ロール径が200mm以上1400mm以下のワークロールを有する冷延機にて累積圧下率40〜80%で冷間圧延し;
前記鋼を、連続溶融亜鉛めっきラインを通板するに際し、焼鈍温度までの加熱中に、550〜750℃の第9の温度範囲に20秒以上2000秒以下滞留させ;
前記鋼を、H2濃度が20%以下、かつ露点が−20℃以上のN2雰囲気下で、750℃以上かつ900℃以下の第10の温度範囲で10秒以上1000秒以下保持して焼鈍し;
前記鋼を1℃/秒以上200℃/秒の平均冷却速度で500〜750℃の第11の温度範囲まで冷却する第3の冷却を行い;
前記鋼を1℃/秒以上200℃/秒以下、かつ前記第3の冷却の前記平均冷却速度よりも早い平均冷却速度で、500℃〜25℃の第12の温度範囲まで冷却する第4の冷却を行い;
前記第4の冷却における冷却停止温度が350℃未満であった場合には、前記鋼を、350℃以上500℃以下の第13の温度範囲に再加熱し;
前記鋼を、前記第13の温度範囲で滞留させ;
前記鋼を、溶融亜鉛めっき浴に浸漬する温度であるめっき浴浸漬板温度を亜鉛めっき浴温度−40℃〜亜鉛めっき浴温度+50℃の第14の温度範囲として、流速10m/min以上50m/min以下で流動する溶融亜鉛めっき浴に浸漬して、亜鉛めっきし;
前記鋼に対して600℃以下の第15の温度範囲で合金化処理を行い;
前記鋼を、40℃以下まで冷却する;
ことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 840℃未満の温度で、前記焼鈍を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 840℃以上の温度で、前記焼鈍を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- さらに、前記溶鋼が、質量%で
Cr:0.05〜1.0%、
Mo:0.01〜1.0%、
Ni:0.05〜1.0%、
Cu:0.05〜1.0%、
Nb:0.005〜0.3%、
Ti:0.005〜0.3%、
V:0.005〜0.5%、
B:0.0001〜0.01%、
Ca:0.0005〜0.04%、
Mg:0.0005〜0.04%、
REM:0.0005〜0.04%、
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を用いて製造した溶融亜鉛めっき鋼板であって、
鋼板と、
前記鋼板の表面上のめっき層と、
を備え、
前記鋼板が、質量%で、
C:0.05〜0.40%未満、
Si:0.5〜3.0%、
Mn:1.5〜3.0%、
を含有し、
O:0.006%以下、
P:0.04%以下、
S:0.01%以下、
Al:2.0%以下、
N:0.01%以下
に制限し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、
ミクロ組織が、体積分率で、マルテンサイト及びベイナイトの1種又は2種を合計で20%以上99%以下含有し;
残部組織がフェライトと、体積分率8%未満の残留オーステナイト及び体積分率10%以下のパーライトの1種または2種とから成り、
引張強度980MPa以上を有し、
前記めっき層が、Si、Mn又はAlの1種又は2種以上を含む酸化物を含有し、Feを15質量%以下を含有し、残部がZn、Alおよび不可避的不純物からなる溶融亜鉛めっき層であり、
前記鋼板と前記溶融亜鉛めっき層とを含む板厚方向断面で見た場合に、前記酸化物を前記溶融亜鉛めっき層と前記鋼板との界面に投影した長さを前記溶融亜鉛めっき層と前記鋼板との界面の長さで除して得られる面積率である投影面積率が19%以上62%以下である
ことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板。 - 請求項2に記載の溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を用いて製造した溶融亜鉛めっき鋼板であって、
鋼板と、
前記鋼板の表面上のめっき層と、
を備え、
前記鋼板が、質量%で、
C:0.05〜0.40%未満、
Si:0.5〜3.0%、
Mn:1.5〜3.0%、
を含有し、
O:0.006%以下、
P:0.04%以下、
S:0.01%以下、
Al:2.0%以下、
N:0.01%以下
に制限し、残部がFe及び不可避的不純物からなり、
ミクロ組織が、体積分率で、マルテンサイト及びベイナイトの1種又は2種を合計で20%以上99%以下含有し;
残部組織がフェライトと、体積分率8%未満の残留オーステナイト及び体積分率10%以下のパーライトの1種または2種とから成り、
引張強度980MPa以上を有し、
前記めっき層が、Si、Mn又はAlの1種又は2種以上を含む酸化物を含有し、Feを7質量%以上15質量%以下含有し、残部がZn、Al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であり、
前記鋼板と前記合金化溶融亜鉛めっき層とを含む板厚方向断面で見た場合に、前記酸化物を前記合金化溶融亜鉛めっき層と前記鋼板との界面に投影した長さを前記合金化溶融亜鉛めっき層と前記鋼板との界面の長さで除して得られる面積率である投影面積率が19%以上62%以下である
ことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板。 - 前記ミクロ組織が、体積分率で、
前記フェライトを40%以上80%以下含有する;
ことを特徴とする請求項6または7に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。 - 前記ミクロ組織が、体積分率で、
マルテンサイト及びベイナイトの1種又は2種を60%超含有する
ことを特徴とする請求項6または7に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。 - さらに、前記鋼板が、質量%で
Cr:0.05〜1.0%、
Mo:0.01〜1.0%、
Ni:0.05〜1.0%、
Cu:0.05〜1.0%、
Nb:0.005〜0.3%、
Ti:0.005〜0.3%、
V:0.005〜0.5%、
B:0.0001〜0.01%、
Ca:0.0005〜0.04%、
Mg:0.0005〜0.04%、
REM:0.0005〜0.04%、
の1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
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