JP5862833B2 - 高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法及び高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
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Description
先ず、本発明の第一実施形態の製造方法で用いる原料となる鋼板について説明する。原料となる鋼板は、質量%でC:0.040%以上0.500%以下、Si:1.00%以下、Cr:0.10%以上2.00%以下、Mn:5.00%以下、P:0.100%以下、S:0.0100%以下、Al:0.100%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。また、上記成分に加えて、さらに、質量%で、Mo:0.01%以上0.50%以下、Nb:0.010%以上0.100%以下、B:0.0001%以上0.0050%以下、及びTi:0.010%以上0.100%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有してもよい。また、上記成分に加えて、さらに、質量%で、Cu:1.00%以下、V:0.500%以下、Ni:0.50%以下、N:0.0100%以下、Sb:0.10%以下、Sn:0.10%以下、Ca:0.0100%以下、及びREM:0.010%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有してもよい。以下、各成分について説明する。
Cはオーステナイト生成元素であり、焼鈍板組織を複合化し、強度と延性の向上に有効な元素である。強度と延性の向上のために、Cの含有量は0.040%以上とする。一方、Cの含有量が0.500%を超えると、溶接部および熱影響部の硬化が著しく、溶接部の機械的特性が劣化し、スポット溶接性、アーク溶接性等が低下する。そこで、Cの含有量は0.500%以下とする。
Siはフェライト生成元素であり、焼鈍板のフェライトの固溶強化および加工硬化能の向上に有効な元素でもある。Siの含有量が1.00%を超えると、焼鈍中に鋼板表面でSiが酸化物を形成してめっき性を劣化させる。したがって、Siの含有量は1.00%以下とする。なお、Siの含有量は0%でもよい。
Crは、オーステナイト生成元素であり、焼鈍板の強度確保に有効な元素である。上記強度確保のために、Crの含有量は0.10%以上とする。一方、Crの含有量が2.00%を超えると、本発明をもってしても鋼板表層のCr酸化物を除去しきれず、めっき外観が劣化する。したがって、Crの含有量は2.00%以下とする。
Mnは、オーステナイト生成元素であり、焼鈍板の強度確保に有効な元素である。この強度確保のためには、Mnの含有量は0.80%以上であることが好ましい。ただし、Mnの含有量が5.00%を超えると、焼鈍中に鋼板表面で多量の酸化物を形成してなる表層が、めっき外観を劣化させる場合がある。このため、Mnの含有量は5.00%以下が好ましい。
Pは、鋼の強化に有効な元素である。ただし、Pの含有量が0.100%を超えると、粒界偏析により脆化を引き起こし、耐衝撃性を劣化させる場合がある。したがって、Pの含有量は0.100%以下が好ましい。
Sは、MnSなどの介在物となって、耐衝撃性の劣化や溶接部のメタルフローに沿った割れの原因となる。このため、Sの含有量は極力低い方がよい。そこで、Sの含有量は0.0100%以下が好ましい。
Alの過剰な添加は、酸化物系介在物の増加による表面性状や成形性の劣化を招き、また、コスト高にもつながる。このため、Alの含有量は0.100%以下が好ましい。より好ましくは0.050%以下である。
Moは、オーステナイト生成元素であり、焼鈍板の強度確保に有効な元素である。強度確保の観点から、Moの含有量は0.01%以上が好ましい。また、Moは合金コストが高いため、その含有量が多いと、コストアップの要因にもなる。このため、Moの含有量は0.50%以下が好ましい。
Nbは固溶強化または析出強化により強度向上に寄与する元素である。この効果を得るためには、Nbの含有量は0.010%以上であることが好ましい。一方、Nbの含有量が0.100%を超えると鋼板の延性を低下させ、加工性が劣化する場合がある。このため、Nbの含有量は0.100%以下が好ましい。
Bは焼入れ性を高め、鋼板の強度向上に寄与する元素である。この効果を得るためには、Bの含有量は0.0001%以上が好ましい。一方、Bを過剰に含有すると延性の低下を招き、加工性が劣化する場合がある。また、Bの過剰な含有はコストアップの原因ともなる。このため、Bの含有量は0.0050%以下が好ましい。
Tiは鋼板中でCまたはNと微細炭化物や微細窒化物を形成することにより、鋼板の強度向上に寄与する元素である。この効果を得るためには、Tiの含有量は0.010%以上であることが好ましい。一方、Tiの含有量が0.100%を超えるとこの効果が飽和する。このため、Tiの含有量は0.100%以下が好ましい。
Cu、V、Niは鋼の強化に有効な元素であり、本発明で規定した範囲内であれば鋼の強化に使用して差し支えない。鋼を強化するためには、Cuの含有量は0.05%以上が好ましく、Vの含有量は0.005%以上が好ましく、Niの含有量は0.05%以上が好ましい。しかしながら、Cuは1.00%、Vは0.500%、Niは0.50%を超えて過剰に含有すると、著しい強度上昇による延性の低下の懸念が生じる場合がある。また、これらの元素の過剰な含有は、コストアップの要因にもなる。したがって、これらの元素を添加する場合には、その含有量は、Cuは1.00%以下、Vは0.500%以下、Niは0.50%以下、が好ましい。
Nは、鋼の耐時効性を劣化させる元素であり、少ないほど好ましい。N含有量が0.0100%を超えると耐時効性の劣化が顕著となる場合がある。したがって、Nの含有量は0.0100%以下が好ましい。
SbおよびSnは鋼板表面付近の窒化を抑制する作用がある。窒化の抑制のためには、Sbの含有量は0.005%以上であること好ましく、Snの含有量は0.005%以上が好ましい。ただし、上記効果はSbの含有量、Snの含有量が0.10%を超えると飽和する。したがって、Sbの含有量は0.10%以下が好ましく、Snの含有量は0.10%以下が好ましい。
Caは、MnSなど硫化物の形状制御によって延性を向上させる効果がある。この効果を得るためには、Caの含有量は0.001%以上が好ましい。また、上記効果はCa含有量が0.0100%を超えると飽和する。このため、Caの含有量は0.0100%以下が好ましい。
REMは、硫化物系介在物の形態を制御し、加工性の向上に寄与する。加工性向上の効果を得るためには、REMの含有量は0.001%以上が好ましい。また、REMの含有量が0.010%を超えると、介在物の増加を引起こし加工性を劣化させる場合がある。したがって、REMの含有量は0.010%以下が好ましい。
第1加熱工程とは、上記鋼板を、H2濃度:0.05〜25.0vol%、露点が−45〜0℃の雰囲気中、700〜900℃における任意の温度又は温度域で、20〜600s保持する工程である。第1加熱工程では、Feが酸化しない範囲で、Crが鋼板表面で酸化する。その結果、Cr酸化物を含む表層ができる。
電解処理工程は、第1加熱工程後の鋼板をアノードとして、アルカリ性水溶液中で、電気量密度(電荷密度)が1.0〜400C/dm2の条件で電解処理する工程である。
第2加熱工程とは、上記電解処理工程後の鋼板を、H2濃度:0.05〜25.0vol%、露点が0℃以下の雰囲気中、650〜900℃における任意の温度又は温度域で15〜300s保持する工程である。第2加熱工程は、鋼板にめっき(特に溶融めっき)を施しやすくするために行うものである。
めっき処理工程とは、例えば、上記の処理を施した後に鋼板を冷却し、鋼板を溶融亜鉛めっき浴に浸漬して溶融亜鉛めっきを施す工程である。
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、本発明の効果を害さない範囲で、上記工程以外の工程を含んでもよい。例えば、各工程間にその他の工程を含んでもよいし、第1加熱工程の前にその他の工程を含んでもよいし、めっき処理工程の後にその他の工程を含んでもよい。第二実施形態以降においては、その他の工程を含む場合の具体例を説明する。なお、その他の工程は、第二実施形態以降で説明するものに限定されない。
先ず、本発明の第二実施形態の製造方法で用いる原料となる鋼板について説明する。原料となる鋼板は、質量%でC:0.040%以上0.500%以下、Si:1.00%以下、Cr:0.10%以上2.00%以下、Mn:8.00%、P:0.100%以下、S:0.0100%以下、Al:0.100%以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。また、上記鋼板は、質量%で、Mo:0.01%以上0.50%以下、Nb:0.010%以上0.100%以下、B:0.0001%以上0.0050%以下、及びTi:0.010%以上0.100%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有してもよい。また、さらに、質量%で、Cu:1.00%以下、V:0.500%以下、Ni:0.50%以下、N:0.0100%以下、Sb:0.10%以下、Sn:0.10%以下、Ca:0.0100%以下、及びREM:0.010%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有してもよい。
Mnは、Crと同様に焼鈍工程において鋼板表面で酸化して、Mn酸化物を含む表層を形成する。Crを用いると製造コストが高くなるため、Crと共に、材質にCrと同様の効果を有するMnを添加することが多い。なお、Mn酸化物はCr酸化物を除去するアルカリ電解処理では除去できない。しかし、Mnを含有する酸化物は酸に可溶であるため、電解処理後に鋼板表面を酸洗することで除去することが可能である。
電解処理後酸洗工程とは、第2加熱工程の前に、電解処理工程の後の鋼板の表面を、酸洗減量がFe換算で0.05〜5g/m2となる条件で酸洗する工程である。この工程は、鋼板の表面を清浄化するために行なう。また、この工程は、第1加熱工程において鋼板の表面に形成した酸に可溶な酸化物を除去するために行う。
先ず、本発明の第三実施形態の製造方法で用いる原料となる鋼板について説明する。原料となる鋼板は、質量%でC:0.040%以上0.500%以下、Si:1.00%以下、Cr:0.10%以上3.00%以下、Mn:8.00%以下、P:0.100%以下、S:0.0100%以下、Al:0.100%以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる。また、上記鋼板は、質量%で、Mo:0.01%以上0.50%以下、Nb:0.010%以上0.100%以下、B:0.0001%以上0.0050%以下、及びTi:0.010%以上0.100%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有してもよい。また、さらに、質量%で、Cu:1.00%以下、V:0.500%以下、Ni:0.50%以下、N:0.0100%以下、Sb:0.10%以下、Sn:0.10%以下、Ca:0.0100%以下、及びREM:0.010%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有してもよい。
Crは、オーステナイト生成元素であり、焼鈍板の強度確保に有効な元素である。上記強度確保のために、Crの含有量は0.10%以上とする。一方、Crの含有量が3.00%を超えると、第三実施形態をもってしても鋼板表面のCr酸化物を除去しきれず、めっき外観が劣化する。したがって、Crの含有量は3.00%以下とする。
電解処理前酸洗工程は、電解処理工程の前に、冷却工程後の鋼板の表面を、酸洗減量がFe換算で0.05〜5g/m2となる条件で酸洗する工程である。この工程は、鋼板の表面を清浄化するために行う。また、この工程は、第1加熱工程において鋼板の表面に形成した酸に可溶な酸化物を除去するために行う。
第四実施形態の製造方法は、第一実施形態、第二実施形態、第三実施形態におけるめっき処理工程後に、合金化処理工程をさらに有する、方法である。
高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造には、浴温が440〜550℃、浴中Al濃度が0.10〜0.20%の亜鉛めっき浴の使用が好ましい。
合金化処理の条件は特に限定されないが、合金化処理温度を460℃より高く、580℃未満で行うのが最適である。460℃以下では合金化進行が遅く、580℃以上では過合金により地鉄界面に生成する硬くて脆いZn−Fe合金層が生成し過ぎてめっき密着性が劣化する。
表1に示す成分組成を有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造法にてスラブとした。得られたスラブを1200℃に加熱後、2.3〜4.5mmの各板厚まで熱間圧延を行い、巻き取りを行った。次いで、得られた熱延板を酸洗し、必要に応じて冷間圧延を施した。その後、雰囲気調整が可能な炉において表2(表2−1、2−2を合わせて表2とする。)または表3(表3−1、3−2を合わせて表3とする。)に示す熱処理条件にて第1加熱工程、電解処理工程および第2加熱工程を行った(第1加熱工程の温度、第2加熱工程の温度は、表に記載の温度を中心とする温度域(表に記載の温度±20℃)である)。引き続き、0.13〜0.24%のAlを含有したZn浴にて溶融亜鉛めっき処理を施し、溶融亜鉛めっき鋼板を得た。また、0.10〜0.20%のAlを含有したZn浴にて溶融亜鉛めっき処理を施した後、表2に示す条件で合金化処理を施し、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得た。
不めっきやピンホールなどの外観不良の有無を目視にて判断し、外観不良がない場合には良好(○)、外観不良がわずかにあるが概ね良好である場合には概ね良好(△)、外観不良がある場合には(×)と判定した。
合金化溶融亜鉛鍍金鋼板のめっき密着性は、耐パウダリング性を評価することで評価した。具体的には、合金化溶融亜鉛めっき鋼板にセロハンテープを貼り、テープ面を90度曲げ、曲げ戻しをし、加工部の内側(圧縮加工側)に、曲げ加工部と平行に巾24mmのセロハンテープを押し当てて引き離し、セロハンテープの長さ40mmの部分に付着した亜鉛量を蛍光X線によるZnカウント数として測定し、Znカウント数を単位長さ(1m)当たりに換算した量を、下記基準に照らしてランク1のものを特に良好(○)、ランク2のものを良好(△)、3以上のものを不良(×)として評価した。
蛍光X線カウント数 ランク
0以上〜500未満 :1 (良)
500以上〜1000未満 :2
1000以上〜2000未満:3
2000以上〜3000未満:4
3000以上 :5 (劣)
合金化していない溶融亜鉛めっき鋼板については、ボールインパクト試験を行い、加工部をセロハンテープ剥離し、めっき層剥離の有無を目視判定することでめっき密着性を評価した。なお、ボールインパクト試験は、ボール質量1.8kg、落下高さ100cmで行なった。
○:めっき層の剥離なし
×:めっき層が剥離
以上の評価について、得られた結果を表2に示した。
表1に示す成分組成を有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を用い、表3に記載の条件を採用した以外は、実施例1と同様の方法で、溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。また、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を表3に示した。
表1に示す成分組成を有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を用い、表4(表4−1、4−2を合わせて表4とする。)に記載の条件を採用した以外は、実施例1と同様の方法で、溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。また、実施例1と同様の評価を行った。評価結果を表4に示した。
表1に示す成分組成を有し、残部がFeおよび不可避的不純物よりなる鋼を用い、表5〜7に記載の条件を採用した以外は、実施例1と同様の方法で、溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。また、合金化していない溶融亜鉛めっき鋼板についてのめっき密着性以外は、実施例1と同様の評価を行った。
◎:3/4インチ、3/8インチで共にめっき層の剥離なし
○:3/4インチでめっき層の剥離なし、3/8インチでわずかにめっき層が剥離
×:めっき層が剥離
評価結果を表5〜7に示した。
Claims (5)
- 成分組成としては、質量%でC:0.040%以上0.50%以下、Si:1.00%以下、Cr:0.10%以上2.00%以下、Mn:5.00%以下、P:0.100%以下、S:0.0100%以下、Al:0.100%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼板を、H2濃度:0.05〜25.0vol%、露点:−45〜0℃の雰囲気中、700〜900℃における任意の温度又は温度域で20〜600s保持する第1加熱工程と、
前記第1加熱工程後の鋼板をアノードとして、アルカリ性水溶液中で、電荷密度が1.0〜400C/dm2の条件で電解処理する電解処理工程と、
前記電解処理工程後の鋼板を、H2濃度:0.05〜25.0vol%、露点が0℃以下の雰囲気中、650〜900℃における任意の温度又は温度域で15〜300s保持する第2加熱工程と、
前記第2加熱工程後の鋼板に、溶融亜鉛めっき処理を施すめっき処理工程とを、備えることを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 前記電解処理工程における、アルカリ性水溶液中での電解処理時間が2s以上であることを特徴とする請求項1に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- さらに、成分組成として、質量%でMo:0.01%以上0.50%以下、Nb:0.010%以上0.100%以下、B:0.0001%以上0.0050%以下、及びTi:0.010%以上0.100%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有することを特徴とする請求項1または2に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- さらに、成分組成として、質量%で、Cu:1.00%以下、V:0.500%以下、Ni:0.50以下、N:0.0100%以下、Sb:0.10%以下、Sn:0.10%以下、Ca:0.0100%以下、及びREM:0.010%以下のうちから選ばれる少なくとも1種の元素を含有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 請求項1〜4のいずれかの項に記載の方法で高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造した後、更に合金化処理を行うことを特徴とする高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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