JP5858199B2 - 高強度溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用鋼板としての用途に好適なスポット溶接性、耐衝撃性及び曲げ加工性に優れる高強度溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法に関する。

地球環境保全の観点からＣＯ_２排出量を削減すべく、自動車車体の強度を維持しつつ、その軽量化を図り、自動車の燃費を改善することが自動車業界においては常に重要な課題となっている。

自動車車体の強度を維持しつつその軽量化を図る上では、自動車部品用素材となる鋼板の高強度化により鋼板を薄肉化することが有効である。ところで、自動車部品の多くはプレス加工やバーリング加工等によって成形される。このため、自動車部品用素材として用いられる高強度鋼板には所望の強度を有することに加えて、優れた成形性が要求される。

近年、自動車車体の骨格用素材として１１８０ＭＰａ超級の高強度鋼板の適用が拡大しつつある。１１８０ＭＰａ超級の高強度鋼板は成形難度が高く、従来のプレス成形をそのまま適用し難いため、この鋼板を成形する際には、ロールフォーミング等の曲げ主体の加工が利用される。このように、１１８０ＭＰａ超級鋼の適用に当っては曲げ加工性が重要な特性の一つとなる。

また、自動車部品用素材において、重視すべき特性の一つとして、耐衝撃性が挙げられる。自動車の衝突時、鋼板からなる各部品が受けるひずみ速度は１０^３／ｓ程度にまで達する。そのため、例えばピラー、メンバー、バンパー等の自動車部品には、自動車走行中、万一衝突した場合に乗員の安全を確保する十分な耐衝撃性が求められる。すなわち、衝突時に上記の如く高いひずみ速度を受けた場合であっても、優れた衝突エネルギー吸収能を発揮するような耐衝撃性を有する高強度鋼板を用いて上記のような自動車部品を製造し、自動車の衝突安全性を確保する必要がある。

このような要求に対して、例えば特許文献１では成形性および耐衝撃性に優れた１１８０ＭＰａ級鋼板に関する技術が開示されている。特許文献１に記載の技術によれば、伸びや伸びフランジ性などの成形性を改善できるが、曲げ加工性や自動車用鋼板として重要なスポット溶接性については検討されていない。また、特許文献１に記載の技術では、焼戻し設備を必要とするため、設備コストにおいても課題がある。

特許文献２には、曲げ加工性やスポット溶接性等が良好な高強度鋼板に関する技術が開示されている。しかしながら、特許文献２では、耐衝撃性については評価しておらず、十分な耐衝撃性を有しているとは言えない。また、特許文献２ではＴＳが１１８０ＭＰａ超級に関する点もほとんど開示されていない。

特開２０１２−０３１４６２号公報 特開２０１１−１３２６０２号公報

本発明は、上記した従来技術が抱える問題を有利に解決し、自動車部品用素材として好適な、１１８０ＭＰａ以上の引張強さ（ＴＳ）、優れたスポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、上記した課題を達成し、溶接性および耐衝撃性等に優れる高強度鋼板を製造するため、鋼板の成分組成、組織および製造方法の観点から鋭意研究を重ねた。その結果、Ｃ量を０．１５％以下とし、フェライトの面積率を１０％以下、ベイニティックフェライトの面積率を２〜３０％、マルテンサイトの面積率を６０〜９８％、残留オーステナイトの面積率を２％未満、ベイナイトに隣接するマルテンサイトの平均結晶粒径を１５μｍ以下、ベイナイトのみに隣接する塊状マルテンサイトの全組織に占める割合を１０％以下、鋼板表面から１００μｍの位置のビッカース硬度から２０μｍの位置のビッカース硬度を差し引いた値（△Ｈｖ）を３０以上とすることによって、１１８０ＭＰａ以上のＴＳ、優れたスポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性を有する高強度鋼板が得られることを見出した。本発明は、このような知見に基づきなされたもので、以下の発明を提供する。

（１）質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜１．００％、Ｍｎ：１．５〜４．０％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．５０％、Ｃｒ：０．０１０〜２．０００％、Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（Ｉ）で表されるＫが３．０以上となる成分組成を有し、鋼板表面に垂直な断面の板厚４分の１位置の組織観察において、面積率でフェライト：１０％以下、ベイニティックフェライト：２〜３０％、マルテンサイト：６０〜９８%を含み、Ｘ線回折法により求めた残留オーステナイトの割合が２％未満であり、かつベイナイトに隣接するマルテンサイトの平均結晶粒径が１５μｍ以下であり、ベイナイトのみに隣接する塊状マルテンサイトの全組織に占める割合が１０％以下であり、鋼板表面から１００μｍの位置でのビッカース硬度から２０μｍの位置でのビッカース硬度を差し引いた値（△Ｈｖ）が３０以上である組織を有するスポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
Ｋ＝−０．４×［Ｓｉ］＋１．０×［Ｍｎ］＋１．３×［Ｃｒ］＋２００×［Ｂ］ 式（Ｉ）
（上記式（Ｉ）において、［Ｓｉ］はＳｉの含有量［質量％］、［Ｍｎ］はＭｎの含有量［質量％］、［Ｃｒ］はＣｒの含有量［質量％］、［Ｂ］はＢの含有量［質量％］である。）
（２）さらに、質量％で、Ｍｏ：０．００５〜２．０００％、Ｖ：０．００５〜２．０００％、Ｎｉ：０．００５〜２．０００％及びＣｕ：０．００５〜２．０００％から選ばれる少なくとも一種の元素を含有する（１）に記載のスポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。

（３）さらに、質量％で、Ｃａ：０．００１〜０．００５％及びＲＥＭ：０．００１〜０．００５％から選ばれる少なくとも一種の元素を含有する（１）又は（２）に記載のスポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。

（４）前記溶融亜鉛めっきは合金化溶融亜鉛めっきである（１）から（３）のいずれかに記載のスポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。

（５）（１）から（３）のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延する際に、最終仕上げパスの圧下率が１０％以上、温度が８５０〜９５０℃の条件で仕上げ圧延し、次いで６００〜７００℃での滞留時間の総計が１０秒以下となるように冷却し、４５０〜６００℃未満の温度で巻き取る熱延工程と、前記熱延工程後に熱延板を、２０％超えの圧下率で冷間圧延する冷延工程と、前記冷延工程後に冷延板を、３００℃〜焼鈍温度の温度域において露点が−４５〜＋２０℃、空気比が０．８０以上の雰囲気、平均加熱速度が０．５℃／ｓ以上の条件で、Ａｃ３−２０℃〜９５０℃の範囲の任意の温度である焼鈍温度まで加熱し、焼鈍温度で１０〜１０００秒保持する焼鈍工程と、前記焼鈍工程後の冷延板を、５℃／ｓ以上の平均冷却速度で４５０〜５５０℃の範囲の任意の温度である冷却停止温度まで冷却し、その温度で３０〜１０００秒保持する冷却工程と、前記冷却工程後の冷延板に亜鉛めっき処理を施す亜鉛めっき工程と、を有することを特徴とするスポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

（６）（５）に記載の方法で製造された高強度溶融亜鉛めっき鋼板に合金化処理を施す合金化工程を有するスポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、自動車部品用素材として好適な、１１８０ＭＰａ以上のＴＳ、優れたスポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性を有する。したがって、本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、自動車部品用素材として好ましく利用することができる。

以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。

本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板では、下地鋼板上に溶融亜鉛めっき層が形成されている。また、上記めっきが合金化溶融亜鉛めっきの場合、下地鋼板上に合金化溶融亜鉛めっき層が形成されている。先ず、下地鋼板、亜鉛めっき層及び合金化亜鉛めっき層について説明する。

下地鋼板
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の下地鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜１．００％、Ｍｎ：１．５〜４．０％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．５０％、Ｃｒ：０．０１０〜２．０００％、Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、特定の式（Ｉ）で表されるＫが３．０以上である成分組成を有する。以下、成分組成について説明する。なお、％は質量％を意味する。

Ｃ：０．０５〜０．１５％
Ｃは、マルテンサイトを生成させてＴＳを上昇させるために必要な元素である。Ｃ量が０．０５％未満では、マルテンサイトの強度が低く、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上にならない。一方、Ｃ量が０．１５％を超えると曲げ加工性やスポット溶接性が劣化する。したがって、Ｃ量は０．０５〜０．１５％、好ましくは０．０６〜０．１２％とする。

Ｓｉ：０．０１〜１．００％
Ｓｉは、鋼を固溶強化してＴＳを上昇させるのに有効な元素である。こうした効果を得るにはＳｉ量を０．０１％以上とする必要がある。一方、Ｓｉ量が１．００％を超えると、めっき性やスポット溶接性の劣化を招く。したがって、Ｓｉ量は０．０１〜１．００％、好ましくは０．０１〜０．８０％、より好ましくは０．０１〜０．６０％とする。

Ｍｎ：１．５〜４．０％
Ｍｎは、鋼を固溶強化してＴＳを上昇させたり、フェライト変態やベイナイト変態を抑制してマルテンサイトを生成させてＹＳやＴＳを上昇させたりする元素である。こうした効果を得るには、Ｍｎ量を１．５％以上にする必要がある。一方、Ｍｎ量が４．０％を超えると、介在物の増加が顕著になり、鋼の清浄度や耐衝撃性低下の原因となる。したがって、Ｍｎ量は１．５〜４．０％、好ましくは１．８〜３．５％、より好ましくは２．０〜３．０％とする。

Ｐ：０．１００％以下
Ｐは、粒界偏析により耐衝撃性を低下させ、スポット溶接性を劣化させる。このため、Ｐ量は極力低減することが望ましい。製造コストの面などからＰ量は０．１００％以下であればよい。下限は特に規定しないが、Ｐ量を０．００１％未満にしようとすると生産能率の低下を招くため、Ｐ量は０．００１％以上が好ましい。

Ｓ：０．０２％以下
Ｓは、ＭｎＳなどの介在物として存在して、スポット溶接性を劣化させる。このため、Ｓ量は極力低減することが好ましい。製造コストの面からＳ量は０．０２％以下であればよい。下限は特に規定しないが、Ｓ量を０．０００５％未満にしようとすると生産能率の低下を招くため、Ｓ量は０．０００５％以上が好ましい。

Ａｌ：０．０１〜０．５０％
Ａｌは、脱酸剤として作用し、脱酸工程で添加することが好ましい。こうした効果を得るには、Ａｌ量を０．０１％以上にする必要がある。一方、Ａｌ量が０．５０％を超えると、連続鋳造時のスラブ割れの危険性が高まる。したがって、Ａｌ量は０．０１〜０．５０％とする。

Ｃｒ：０．０１０〜２．０００％
Ｃｒは、フェライト変態やベイナイト変態を抑制してマルテンサイトを生成させ、ＴＳを上昇させる元素である。こうした効果を得るには、Ｃｒ量を０．０１０％以上にする必要がある。一方、Ｃｒ量が２．０００％を超えると、その効果がさらに高まることなく飽和するとともに、製造コストが上昇する。したがって、Ｃｒ量は０．０１０〜２．０００％、好ましくは０．０１０〜１．５００％、より好ましくは０．０１０〜１．０００％とする。

Ｎｂ：０．００５〜０．１００％
Ｎｂは、焼鈍時にフェライトの再結晶を抑制し、結晶粒を微細化するのに有効な元素である。こうした効果を得るには、Ｎｂ量を０．００５％以上にする必要がある。一方、Ｎｂ量が０．１００％を超えると、その効果がさらに高まることなく飽和するとともに、製造コストを上昇させる。したがって、Ｎｂ量は０．００５〜０．１００％、好ましくは０．０１０〜０．０８０％、より好ましくは０．０１０〜０．０６０％とする。

Ｔｉ：０．００５〜０．１００％
Ｔｉは、焼鈍時にフェライトの再結晶を抑制し、結晶粒を微細化させるのに有効な元素である。こうした効果を得るには、Ｔｉ量を０．００５％以上にする必要がある。一方、Ｔｉ量が０．１００％を超えると、その効果がさらに高まることなく飽和するとともに、製造コストを上昇させる。したがって、Ｔｉ量は０．００５〜０．１００％、好ましくは０．０１０〜０．０８０％、より好ましくは０．０１０〜０．０６０％とする。

Ｂ：０．０００５〜０．００５０％
Ｂは、粒界からのフェライトおよびベイナイトの核生成を抑制し、マルテンサイトを得るのに有効な元素である。こうした効果を十分に得るには、Ｂ量を０．０００５％以上にする必要がある。一方、Ｂ量が０．００５０％を超えると、その効果がさらに高まることなく飽和するとともに、製造コストを上昇させる。したがって、Ｂ量は０．０００５〜０．００５０％、好ましくは０．００１５〜０．００５０％、より好ましくは０．００２０〜０．００５０％とする。

Ｋ≧３．０
Ｋは、Ｋ＝−０．４×［Ｓｉ］＋１．０×［Ｍｎ］＋１．３×［Ｃｒ］＋２００×［Ｂ］の式（Ｉ）で表される。Ｋは、組織がマルテンサイトの連結を保ち、ベイナイトのみに隣接する塊状マルテンサイトの全組織に占める割合を１０％以下とするための指標として経験的に得た式である。Ｋが３．０未満では、ベイナイトのみに隣接する塊状マルテンサイトが増大して曲げ加工性が劣化する。したがって、Ｋは３．０以上、好ましくは３．２以上とする。なお、上記式（Ｉ）において、［Ｓｉ］はＳｉの含有量［質量％］、［Ｍｎ］はＭｎの含有量［質量％］、［Ｃｒ］はＣｒの含有量［質量％］、［Ｂ］はＢの含有量［質量％］である。

Ｆｅ及び不可避的不純物
残部はＦｅおよび不可避的不純物である。以上が高強度溶融亜鉛めっき鋼板の下地鋼板の必須成分である。本発明においては、下地鋼板が以下の任意成分を含んでもよい。

Ｍｏ：０．００５〜２．０００％、Ｖ：０．００５〜２．０００％、Ｎｉ：０．００５〜２．０００％、Ｃｕ：０．００５〜２．０００％から選ばれる少なくとも１種
Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕはマルテンサイト等の低温変態相を生成させ高強度化に寄与する元素である。こうした効果を得るには、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕから選ばれる少なくとも１種の元素の含有量を０．００５％以上にする必要がある。一方、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕのいずれかの含有量が２．０００％を超えると、その効果が高まることなく飽和するとともに、製造コストを上昇させる。したがって、Ｍｏ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕの含有量はそれぞれ０．００５〜２．０００％とする。

Ｃａ：０．００１〜０．００５％、ＲＥＭ：０．００１〜０．００５％から選ばれる少なくとも１種
Ｃａ、ＲＥＭは、いずれも硫化物の形態制御により加工性を改善させるのに有効な元素である。こうした効果を得るには、Ｃａ、ＲＥＭから選ばれる少なくとも１種の元素の含有量を０．００１％以上とする必要がある。一方、Ｃａ、ＲＥＭのいずれかの含有量が０．００５％を超えると、鋼の清浄度に悪影響を及ぼし特性が低下するおそれがある。したがって、Ｃａ、ＲＥＭの含有量は０．００１％〜０．００５％とする。

続いて、下地鋼板の組織について説明する。本発明において下地鋼板の組織（「ミクロ組織」という場合がある。）は、鋼板表面に垂直な断面の板厚４分の１位置の組織観察において、面積率でフェライト：１０％以下、ベイニティックフェライト：２〜３０％、マルテンサイト：６０〜９８％を含み、Ｘ線回折法により求めた残留オーステナイトの割合が２％未満であり、かつベイナイトに隣接するマルテンサイトの平均結晶粒径が１５μｍ以下であり、ベイナイトのみに隣接する塊状マルテンサイトの全組織に占める割合が１０％以下であり、鋼板表面から１００μｍの位置でのビッカース硬度から２０μｍの位置でのビッカース硬度を差し引いた値（△Ｈｖ）が３０以上である。それぞれの限定理由は以下の通りである。

フェライトの面積率：１０％以下
フェライトの面積率が１０％を超えると、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上と耐衝撃性の両立が困難になる。したがって、フェライトの面積率は１０％以下、好ましくは５％以下、より好ましくは２％以下とする。

ベイニティックフェライトの面積率：２〜３０％
ベイニティックフェライトは、強度や耐衝撃性を大きく低下させずに鋼の曲げ加工性を向上させるのに有効である。ベイニティックフェライトの面積率が２％未満ではこうした効果が十分に得られない。一方、ベイニティックフェライトの面積率が３０％を超えるとＴＳを１１８０ＭＰａ以上にすることが困難となる。したがって、ベイニティックフェライトの面積率は２〜３０％、好ましくは５〜３０％、より好ましくは１０〜２５％とする。

マルテンサイトの面積率：６０〜９８％
マルテンサイトの面積率が６０％未満では、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上と耐衝撃性の両立が困難になる。一方、マルテンサイトの面積率が９８％を超えると、曲げ加工性が劣化する。したがって、マルテンサイトの面積率は６０〜９８％、好ましくは７０〜９５％、より好ましくは７０〜９０％とする。

残留オーステナイトの面積率：２％未満
残留オーステナイトは、加工後にマルテンサイト変態し、他相に比べて著しく硬い。このため、残留オーステナイトは、自動車の衝突時等に生じる鋼板の動的変形において、亀裂の起点や亀裂伸展のパスになりやすく、その量は小さいことが好ましい。残留オーステナイトの面積率が２％以上では、耐衝撃性が劣化する。したがって、残留オーステナイトの面積率は２％未満、好ましくは１％未満とする。

ベイナイトに隣接する塊状マルテンサイトの平均結晶粒径：１５μｍ以下
本発明ではベイナイトに隣接する塊状マルテンサイトを微細化することが、耐衝撃性を確保する上で重要である。このメカニズムは明らかではないが次のように推測される。ベイナイトはマルテンサイトに比べて強度が低いため、自動車の衝突時等に生じる鋼板の動的変形において亀裂の起点や伝播経路になりやすいと考えられる。ベイナイトに隣接する塊状マルテンサイトの結晶粒径を小さくすると、ベイナイト起点で生じる、或いはベイナイトにいたる亀裂の伝播経路が増大することで、衝突エネルギーが分散されて、より大きな衝突エネルギーが吸収可能になるものと推測される。ベイナイトに隣接する塊状マルテンサイトの平均結晶粒径が１５μｍを超えると、上記の耐衝撃性が十分に得られない。したがって、ベイナイトに隣接する塊状マルテンサイトの平均結晶粒径は１５μｍ以下、好ましくは１０μｍ以下とする。平均結晶粒径の下限は特に規定しないが、上記平均結晶粒径はおよそ１μｍ以上である。

ベイナイトのみに隣接する塊状マルテンサイトの全組織に占める割合：１０％以下
本発明のようにマルテンサイトを主体とする組織において隣接相がベイナイトのみからなる孤立した塊状マルテンサイトは曲げ加工性の劣化をまねく。このメカニズムは明らかではないが、応力分配の不均一によりベイナイトとマルテンサイトの界面でマイクロクラックが発生しやすくなることなどがメカニズムとして推測される。隣接相がベイナイトのみからなる塊状マルテンサイトの割合（面積率から算出した割合）が１０％を超えると十分な曲げ加工性が得られない。したがって、隣接相がベイナイトのみからなる塊状マルテンサイトの全組織に占める割合は１０％以下、好ましくは５％以下、より好ましくは３％以下とする。なお、上記塊状マルテンサイトとは、旧オーステナイト粒界を含むマルテンサイトであり、一つのベイニティックフェライト中に孤立する島状マルテンサイトは含まない。また、本発明におけるベイナイトとはベイニティックフェライトと島状マルテンサイトまたは方位のそろった炭化物からなる組織である。

鋼板表面から１００μｍの位置でのビッカース硬度から２０μｍの位置でのビッカース硬度を差し引いた値（△Ｈｖ）：３０以上
鋼板表面から１００μｍ位置のビッカース硬度（Ｈｖ_１００）と、鋼板表面から２０μｍ位置のビッカース硬度（Ｈｖ_２０）との差（Ｈｖ_１００−Ｈｖ_２０）である△Ｈｖが３０未満では曲げ加工性が劣化する。このメカニズムは明らかではないが、次のように推測される。曲げ加工の際、亀裂が確認され始めるのは鋼板表面から１００μｍ程度の深さまで亀裂が伸展した時である。したがって、微小亀裂の抑制にあたっては鋼板の平均の特性に加えて、鋼板表面から１００μｍ以内の特性の制御が重要であると考えられる。曲げ加工の際は鋼板の表面から内部にかけてひずみ勾配が生じる。あらかじめ鋼板表面近傍に逆の強度勾配（ひずみの大きい表層ほど低強度）を与えることで、亀裂の発生および伝播が抑制されるものと考えられる。この強度勾配を、上記△Ｈｖで表し、△Ｈｖを３０以上とすることで曲げ加工性が向上する。上限は特に規定しないが、本発明では上記△Ｈｖはおよそ１００以下である。

なお、フェライト、ベイニティックフェライト、マルテンサイト、残留オーステナイト以外の相としてパーライトを含む場合もある。上記のミクロ組織の条件を満たしていれば、本発明の目的は達成される。

上記面積率とは、観察面積に占める各相の面積の割合のことである。各相の面積率は、鋼板表面に垂直な断面を研磨後、３％ナイタールで腐食させ、板厚１／４の位置をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で１５００倍の倍率で３視野撮影し、得られた画像データからＭｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いて各相の面積率を求め、３視野の平均面積率を各相の面積率とした。上記画像データにおいて、フェライトは黒色、ベイニティックフェライトは島状のマルテンサイトを含む黒色あるいは炭化物を含む灰色、マルテンサイトは白色として区別できる。

また、残留オーステナイトの面積率の測定方法は以下の通りである。鋼板を板厚１／４位置まで研磨後、化学研磨によりさらに０．１ｍｍ研磨した面について、Ｘ線回折装置でＭｏのＫα線を用いて、ｆｃｃ鉄の（２００）、（２２０）、（３１１）面とｂｃｃ鉄の（２００）、（２１１）、（２２０）面の積分強度を測定し、ｂｃｃ鉄各面からの積分反射強度に占めるｆｃｃ鉄各面からの積分反射強度の強度比を求め、これを残留オーステナイトの面積率とした。

また、ベイナイトに隣接するマルテンサイトの平均結晶粒径は、上記の各相の面積率を求めた画像データについて、視野内に占める当該マルテンサイトの面積の合計を、該視野内に存在する当該マルテンサイトの個数で除することにより、当該マルテンサイトの平均面積を求め、その１／２乗を平均結晶粒径とした（正方形の１辺相当（正方形近似））。なお、当該マルテンサイト粒とは旧オーステナイト粒界または他組織との結晶粒界であり、パケットやブロック境界は粒界としない。

亜鉛めっき層及び合金化亜鉛めっき層
亜鉛めっき層は、Ｚｎを主体として含む層である。合金化亜鉛めっき層とは、合金化反応によって亜鉛めっき中に鋼中のＦｅが拡散してできたＦｅ−Ｚｎ合金を主体として含む層である。

亜鉛めっき層及び合金化亜鉛めっき層には、Ｚｎ以外にＦｅ、Ａｌ、Ｓｂ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｍｇ，Ｃａ、Ｂｅ、Ｔｉ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｐ、Ｂ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｓｒ、Ｖ、Ｓｅ、ＲＥＭを本発明の効果を害さない範囲で含んでもよい。

高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
以下、本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について、好ましい製造方法、好ましい製造条件を説明する。本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の好ましい製造方法は、熱延工程、冷延工程、焼鈍工程、冷却工程、亜鉛めっき工程を有する。以下、これらの各工程について説明する。

熱延工程
熱延工程とは、スラブを、最終仕上げパスの圧下率が１０％以上、温度が８５０〜９５０℃の条件で仕上げ圧延し、次いで６００〜７００℃での滞留時間の総計が１０秒以下となるように冷却し、４５０〜６００℃未満の温度で巻き取る工程である。

先ず、熱延工程で用いるスラブの製造について説明する。上記下地鋼板の成分組成を有するスラブを製造する。スラブは、マクロ偏析を防止するため、連続鋳造法で製造するのが好ましい。なお、連続鋳造法以外の方法でもスラブを製造可能であり、造塊法、薄スラブ鋳造法等の他の方法を採用してもよい。例えば、造塊法の場合、鋼を溶製し、鋳造したのち、分塊圧延してスラブを製造してもよい。

次いで、上記スラブを熱間圧延する。スラブを熱間圧延するには、スラブをいったん室温まで冷却し、その後再加熱して熱間圧延を行ってもよいし、スラブを室温まで冷却せずに加熱炉に装入して熱間圧延を行うこともできる。あるいはわずかの保熱を行った後に直ちに熱間圧延する省エネルギープロセスも適用できる。スラブを加熱する場合は、炭化物を溶解させたり、圧延荷重の増大を防止したりするため、１１００℃以上に加熱することが好ましい。また、スケールロスの増大を防止するため、スラブの加熱温度は１３００℃以下とすることが好ましい。

スラブを熱間圧延する時は、スラブの加熱温度を低くしつつ、圧延時のトラブル発生を防止する観点から、粗圧延後の粗バーを加熱してもよい。また、粗バー同士を接合し、仕上げ圧延を連続的に行う、いわゆる連続圧延プロセスを適用できる。

本発明においては、熱間圧延工程における仕上げ圧延の条件、仕上げ圧延後の条件を調整することが重要である。具体的には、仕上げ圧延の条件を、最終仕上げパスの圧下率が１０％以上、温度（仕上げ圧延温度）が８５０〜９５０℃とする。また、仕上げ圧延後の６００〜７００℃での滞留時間の総計が１０秒以下となるように冷却し、４５０〜６００℃未満の温度で巻き取る。

熱間圧延の仕上げ圧延工程において、最終仕上げパスの圧下率が１０％未満では、焼鈍後の鋼板表面近傍の硬度差△Ｈｖが３０未満となって曲げ加工性が劣化する。このメカニズムは明らかではないが、仕上げ圧延の圧下率が低下すると熱延板の表面近傍の組織が粗大になり、酸素の拡散経路が減少して表面付近の炭素の希薄化が抑制されるためと推測される。したがって、仕上げ圧延の最終仕上げパスの圧下率は１０％以上とする。また、伸展粒抑制という観点から、上記圧下率は５０％以下であることが好ましい。

最終仕上げパスの仕上げ圧延温度が８５０℃未満では曲げ加工性が劣化する。これは仕上げ圧延温度が低下すると鋼板表面近傍に伸展組織が残存して、曲げ加工の際この部分にひずみが集中するためと推測される。一方、上記仕上げ圧延温度が９５０℃を超えると結晶粒が粗大化し、本発明のミクロ組織が得られない。したがって、最終仕上げパスの仕上げ圧延温度は８５０〜９５０℃とする。

仕上げ圧延後、６００〜７００℃における滞留時間が１０秒を超えるとＢ炭化物等のＢを含む化合物が生成して、鋼中の固溶Ｂ量が低下し、焼鈍時のＢの効果が減退して本発明の組織が得られなくなる。したがって、６００〜７００℃での滞留時間の総計は１０秒以下、好ましくは８秒以下とする。

巻取り温度が６００℃以上ではＢ炭化物等のＢを含む化合物が生成して、鋼中の固溶Ｂ量が低下し、焼鈍時のＢの効果が減退して本発明の組織が得られなくなる。一方、巻取り温度が４５０℃未満では鋼板表面への酸素の供給が抑制され、表面付近の炭素の希薄化が抑制されて、焼鈍後の表面近傍の硬度差△Ｈｖが３０未満となって曲げ加工性が劣化する。したがって、巻取り温度は４５０〜６００℃未満、好ましくは５００〜６００℃未満とする。

また、巻取り後の熱延板は、スケールを酸洗などにより除去された後、下記冷延工程に用いられることが好ましい。

冷延工程
冷延工程とは、熱延工程後の熱延板を、２０％超えの圧下率で冷間圧延する工程である。圧下率が２０％以下では、粗大粒が生成して耐衝撃性を劣化させる。したがって、冷間圧延の圧下率は２０％超え、好ましくは３０％以上とする。なお、上限は特に規定しないが、形状の安定性等の観点から９０％以下程度が好ましい。

焼鈍工程
焼鈍工程とは、３００℃〜焼鈍温度の温度域において露点が−４５〜＋２０℃、空気比が０．８０以上の雰囲気、平均加熱速度が０．５℃／ｓ以上の条件で、Ａｃ３−２０℃〜９５０℃の範囲の任意の温度である焼鈍温度まで冷延板を加熱し、焼鈍温度で１０〜１０００秒保持する工程である。

３００℃〜焼鈍温度における露点が−４５℃未満では鋼板表面に酸素が十分供給されず、表面付近の炭素の希薄化が抑制されて、焼鈍後の表面近傍の硬度差△Ｈｖが３０未満となって曲げ加工性が劣化する。一方、上記露点が＋２０℃を超えるとめっき性が劣化する。したがって、３００℃〜焼鈍温度における露点は−４５〜＋２０℃、好ましくは−４０〜０℃、より好ましくは−４０〜−１０℃である。

３００℃〜焼鈍温度における空気比が０．８０未満では鋼板表面に酸素が十分供給されず表面付近の炭素の希薄化が抑制されて、焼鈍後の表面近傍の硬度差ΔＨｖが３０未満となって曲げ加工性が劣化する。したがって、３００℃〜焼鈍温度における空気比は０．８０以上とする。好ましくは０．９０以上、より好ましくは１．００以上である。上限は特に規定しないが、上記空気比が１．５０を超えると生産性を阻害するため、上記空気比は１．５０以下が好ましい。なお、ここで空気比とは、製鉄所の副生ガスであるコークス炉ガス（ＣＯＧ）等の燃料と空気の比の意味である。また、この酸化処理を行う酸化炉の種類は特に限定するものではないが、直火バーナを備えた直火式の加熱炉を使用することが好適である。直火バーナとは、製鉄所の副生ガスであるコークス炉ガス（ＣＯＧ）等の燃料と空気を混ぜて燃焼させたバーナ火炎を直接鋼板表面に当てて鋼板を加熱するものである。直火バーナの燃料としては、ＣＯＧ、液化天然ガス（ＬＮＧ）等を使用できる。

３００℃〜焼鈍温度における平均加熱速度が０．５℃／ｓ未満ではオーステナイトが粗大になり、本発明のミクロ組織が得られない。したがって、３００℃〜焼鈍温度における平均加熱速度は０．５℃／ｓ以上とする。また、粒径均一化のという観点から、上記平均加熱速度は５０℃／ｓ以下であることが好ましい。

焼鈍温度がＡｃ３−２０℃未満ではオーステナイトの生成が不十分となり、過剰なフェライトが生成して本発明のミクロ組織が得られない。一方、焼鈍温度が９５０℃を超えるとオーステナイト粒が粗大になり、本発明のミクロ組織が得られない。したがって、焼鈍温度はＡｃ３−２０℃〜９５０℃の範囲の任意の温度、好ましくはＡｃ_３−１０℃〜９００℃の範囲の任意の温度、より好ましくはＡｃ３〜８８０℃の範囲の任意の温度とする。

なお、Ａｃ_３温度は以下の式から求めた。
Ａｃ_３（℃）＝９１０−２０３×［Ｃ］＾０．５＋４４．７×［Ｓｉ］−３０×［Ｍｎ］−１１×［Ｃｒ］
ここで、［Ｃ］、［Ｓｉ］、［Ｍｎ］および［Ｃｒ］は鋼中の各元素の質量％である。

焼鈍温度での保持時間が１０秒未満ではオーステナイトの生成が不十分なり、過剰なフェライトが生成して本発明のミクロ組織が得られない。一方、上記保持時間が１０００秒を超えるとオーステナイト粒が粗大になり、本発明のミクロ組織が得られない。したがって、保持時間は１０〜１０００秒、好ましくは３０〜６００秒とする。

冷却工程
冷却工程とは、焼鈍工程後の冷延板を、５℃／ｓ以上の平均冷却速度で４５０〜５５０℃の範囲の任意の温度である冷却停止温度まで冷却し、その温度で３０〜１０００秒保持する工程である。

平均冷却速度が５℃／ｓ未満では冷却中にフェライトやベイナイトが過度に生成して本発明のミクロ組織が得られない。したがって、平均冷却速度は５℃／ｓ以上とする。また、粒径均一化という観点から、上記平均冷却速度は５０℃／ｓ以下であることが好ましい。

冷却停止温度が４５０℃未満ではベイナイトが過度に生成して本発明のミクロ組織が得られない。一方、冷却停止温度が５５０℃を超えるとフェライトが過剰に生成して本発明のミクロ組織が得られない。したがって、冷却停止温度は４５０〜５５０℃とする。

保持時間が３０秒未満ではベイナイトが生成せず、本発明のミクロ組織が得られない。一方、１０００秒を超えるとベイナイトが過度に生成して本発明のミクロ組織が得られない。したがって、保持時間は３０〜１０００秒、好ましくは３０〜５００秒とする。

亜鉛めっき工程
亜鉛めっき工程とは、冷却工程後の冷延板に亜鉛めっき処理を施す工程である。亜鉛めっき処理は、上記により得られた鋼板を４４０℃以上５００℃以下の亜鉛めっき浴中に浸漬し、その後、ガスワイピングなどによってめっき付着量を調整して行うことが好ましい。なお、亜鉛めっき処理においては、Ａｌ量が０．０８〜０．１８％である亜鉛めっき浴を用いることが好ましい。

合金化処理
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板におけるめっきは、合金化溶融亜鉛めっきでもよい。この場合、本発明の高強度溶融亜鉛めっきは、熱延工程、冷延工程、焼鈍工程、冷却工程、亜鉛めっき工程、合金化工程を有する方法で製造される。熱延工程、冷延工程、焼鈍工程、冷却工程、亜鉛めっき工程については上記の通りであり、説明を省略する。

合金化処理における合金化工程では、４６０℃以上５８０℃以下の温度域に、高強度溶融亜鉛めっき鋼板を、１秒以上４０秒以下保持して合金化することが好ましい。

その他の処理
亜鉛めっき処理、あるいはさらに、合金化処理を施した後の鋼板には、形状矯正や表面粗度の調整などを目的に調質圧延を行うことができる。ただし、調質圧延は圧下率が０．５％を超えると表面近傍の硬化により曲げ加工性が劣化することがある。このため、調圧率（調質圧延での圧下率）は０．５％以下にすることが好ましい。より好ましくは０．３％以下である。また、亜鉛めっき工程、あるいはさらに、合金化工程の後に、樹脂や油脂コーティングなどの各種塗装処理を施すこともできる。

表１に示す成分組成の鋼を真空溶解炉により溶製し、鋳造したのち分塊圧延して鋼スラブとした（表１中、Ｎは不可避的不純物である）。これらの鋼スラブを１２００℃に加熱後粗圧延、仕上げ圧延して巻取り、熱延板とした（熱延条件は表２、３に記載）。次いで、厚み１．４ｍｍまで冷間圧延して冷延鋼板を製造した（圧下率は表２、３に記載）。続いて、冷延板を焼鈍に供した。焼鈍は連続溶融亜鉛めっきライン相当を模擬して、表２、３に示す条件で、ラボにて行い溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板１〜４２を作製した。溶融亜鉛めっき鋼板は４６０℃のめっき浴中に浸漬し、付着量３５〜４５ｇ／ｍ^２のめっきを表面に形成させた後、冷却速度１０℃／秒で冷却することで作製した。また、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、めっき形成後５３０℃で合金化処理を行い、冷却速度１０℃／秒で冷却して作製した。そして、得られた鋼板に圧下率０．３％のスキンパス圧延を施した。

その後、溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板の下地鋼板のミクロ組織を上述の方法で確認した。結果を表４、５に示した。

また、以下の試験方法にしたがい、表層硬度、引張特性、曲げ加工性、スポット溶接性および衝突エネルギー吸収能を求めた。

＜硬度試験＞
圧延方向に対して平行な垂直断面において幅が１０ｍｍ、長さが１５ｍｍの試験片を採取し、表層から２０μｍおよび１００μｍ位置について、ビッカース硬度試験を行った。荷重は５０ｇとし、各板厚位置で５点測定し、最大値と最小値を除いた３点のビッカース硬度Ｈｖの平均値を、その位置におけるビッカース硬度Ｈｖとした。

＜引張試験＞
圧延方向に対して直角方向にＪＩＳ５号引張試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０１）を採取し、歪速度が１０^−３／ｓとするＪＩＳ Ｚ ２２４１の規定に準拠した引張試験を行い、ＹＳおよびＴＳを求めた。ＹＳは０．２％耐力とした。

＜曲げ試験＞
圧延方向に対して平行方向を曲げ試験軸方向とする、幅が３５ｍｍ、長さが１００ｍｍの短冊形の試験片を採取し、曲げ試験を行った。ストローク速度が１０ｍｍ／ｓ、押込み荷重が１０ｔｏｎ、押付け保持時間５秒、曲げ半径Ｒが１．５ｍｍの条件で９０°Ｖ曲げ試験を行い、曲げ頂点の稜線部を１０倍の拡大鏡で観察し、１ｍｍ以上の亀裂が認められたものを劣、亀裂が１ｍｍ未満のものを優として判定した。

＜スポット溶接試験＞
試験条件は、電極：ＤＲ６ｍｍ−４０Ｒ、加圧力：４８０２Ｎ（４９０ｋｇｆ）、初期加圧時間：３０ｃｙｃｌｅｓ／６０Ｈｚ、通電時間：１７ｃｙｃｌｅｓ／６０Ｈｚ、保持時間：１ｃｙｃｌｅ／６０Ｈｚとした。試験電流は同一番号の鋼板に対し、４．６〜１０．０ｋＡまで０．２ｋＡピッチで変化させ、また１０．０ｋＡから溶着までは０．５ｋＡピッチで変化させた。各試験片は、十字引張り試験、溶接部のナゲット径の測定に供した。抵抗スポット溶接継手の十字引張り試験はＪＩＳ Ｚ３１３７の規定に準拠して行った。ナゲット径はＪＩＳ Ｚ ３１３９の記載に準拠して以下のように実施した。抵抗スポット溶接後の対称円状のプラグを、板表面に垂直な断面について、溶接点のほぼ中心を通る断面を適当な方法で半切断した。切断面を研磨、腐食した後、光学顕微鏡観察による断面組織観察によりナゲット径を測定した。ここで、コロナボンドを除いた溶融領域の最大直径をナゲット径とした。ナゲット径が４ｔ^１／２（ｍｍ）（ｔ：鋼板の板厚）以上の溶接材において十字引張り試験を行った際、母材で破断した場合を優、ナゲット破断した場合を劣として判定した。

＜衝撃引張試験＞
圧延方向に対して直角方向を引張試験方向とする、平行部の幅が５ｍｍ、長さが７ｍｍの試験片を採取し、ホプキンソン棒法を応用した衝撃引張試験機を用いて、ひずみ速度が２０００／ｓで引張試験を行い、ひずみ量が５％までの吸収エネルギー（ＡＥ）を求めて、衝突エネルギー吸収能（耐衝撃性）を評価した（一般社団法人日本鉄鋼協会「鉄と鋼」ｖｏｌ．８３(１９９７)Ｎｏ．１１，ｐ．７４８−７５３、参照）。なお、上記吸収エネルギー（ＡＥ）は、応力真ひずみ曲線を、ひずみ量が０〜５％の範囲を積分することにより求めた。以上の結果を表４、５に示す。

本発明では、溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、１１８０ＭＰａ以上のＴＳ、ＡＥ／ＴＳが０．０５０以上の優れた耐衝撃性、かつ優れた曲げ加工性およびスポット溶接性を有することが確認できる。

したがって、本発明によれば、スポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性等に優れた溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られ、自動車の軽量化に寄与し、自動車車体の高性能化に大きく寄与するという優れた効果を奏する。

産業上利用の可能性

本発明によれば、ＴＳが１１８０ＭＰａ以上でスポット溶接性、耐衝撃性および曲げ加工性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができる。本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板を自動車用部品用途に使用すると、自動車の軽量化に寄与し、自動車車体の高性能化に大きく寄与することができる。

Claims (6)

1. 質量％で、Ｃ：０．０５〜０．１５％、Ｓｉ：０．０１〜１．００％、Ｍｎ：１．５〜４．０％、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０２％以下、Ａｌ：０．０１〜０．５０％、Ｃｒ：０．０１０〜２．０００％、Ｎｂ：０．００５〜０．１００％、Ｔｉ：０．００５〜０．１００％、Ｂ：０．０００５〜０．００５０％を含み、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、下記式（Ｉ）で表されるＫが３．０以上となる成分組成を有し、
   鋼板表面に垂直な断面の板厚４分の１位置の組織観察において、面積率でフェライト：１０％以下、ベイニティックフェライト：２〜３０％、マルテンサイト：６０〜９８％を含み、Ｘ線回折法により求めた残留オーステナイトの割合が２％未満であり、かつベイナイトに隣接するマルテンサイトの平均結晶粒径が１５μｍ以下であり、ベイナイトのみに隣接する塊状マルテンサイトの全組織に占める割合が１０％以下であり、鋼板表面から１００μｍの位置でのビッカース硬度から鋼板表面から２０μｍの位置でのビッカース硬度を差し引いた値（△Ｈｖ）が３０以上である組織を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
   Ｋ＝−０．４×［Ｓｉ］＋１．０×［Ｍｎ］＋１．３×［Ｃｒ］＋２００×［Ｂ］ 式（Ｉ）
   （上記式（Ｉ）において、［Ｓｉ］はＳｉの含有量［質量％］、［Ｍｎ］はＭｎの含有量［質量％］、［Ｃｒ］はＣｒの含有量［質量％］、［Ｂ］はＢの含有量［質量％］である。）
2. さらに、質量％で、Ｍｏ：０．００５〜２．０００％、Ｖ：０．００５〜２．０００％、Ｎｉ：０．００５〜２．０００％及びＣｕ：０．００５〜２．０００％から選ばれる少なくとも一種の元素を含有する請求項１に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
3. さらに、質量％で、Ｃａ：０．００１〜０．００５％及びＲＥＭ：０．００１〜０．００５％から選ばれる少なくとも一種の元素を含有する請求項１又は２に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
4. 前記溶融亜鉛めっきは合金化溶融亜鉛めっきである請求項１から３のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
5. 請求項１から３のいずれかに記載の成分組成を有するスラブを熱間圧延する際に、最終仕上げパスの圧下率が１０％以上、温度が８５０〜９５０℃の条件で仕上げ圧延し、次いで６００〜７００℃での滞留時間の総計が１０秒以下となるように冷却し、４５０〜６００℃未満の温度で巻き取る熱延工程と、
   前記熱延工程後に熱延板を、２０％超えの圧下率で冷間圧延する冷延工程と、
   前記冷延工程後に冷延板を、３００℃〜焼鈍温度の温度域において露点が−４５〜＋２０℃、空気比が０．８０以上の雰囲気、平均加熱速度が０．５℃／ｓ以上の条件で、Ａｃ３−２０℃〜９５０℃の範囲の任意の温度である焼鈍温度まで加熱し、焼鈍温度で１０〜１０００秒保持する焼鈍工程と、
   前記焼鈍工程後の冷延板を、５℃／ｓ以上の平均冷却速度で４５０〜５５０℃の範囲の任意の温度である冷却停止温度まで冷却し、その温度で３０〜１０００秒保持する冷却工程と、
   前記冷却工程後の冷延板に亜鉛めっき処理を施す亜鉛めっき工程と、を有することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
6. 請求項５に記載の方法で製造された高強度溶融亜鉛めっき鋼板に合金化処理を施す合金化工程を有する、請求項４に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。