JP5895873B2 - 高強度鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
一般に自動車用鋼板は塗装して使用されており、その塗装の前処理として、リン酸塩処理と呼ばれる化成処理が施される。鋼板の化成処理は塗装後の耐食性を確保するための重要な処理の一つである。
[1]質量%で、C:0.03〜0.35%、Si:0.01〜0.50%、Mn:3.6〜8.0%、Al:0.001〜1.00%、P≦0.10%、S≦0.010%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連続焼鈍する際に、
加熱過程では、焼鈍炉内温度:550℃以上A℃以下(A:600≦A≦750)の温度域における雰囲気中の露点を−40℃以下とすることを特徴とする高強度鋼板の製造方法。
[2]前記鋼板は、成分組成として、質量%で、さらに、B:0.001〜0.005%、Nb:0.005〜0.05%、Ti:0.005〜0.05%、Cr:0.001〜1.0%、Mo:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.05〜1.0%、Sn:0.001〜0.20%、Sb:0.001〜0.20%、Ta:0.001〜0.10%、W:0.001〜0.10%、V:0.001〜0.10%の中から選ばれる1種以上の元素を含有することを特徴とする前記[1]に記載の高強度鋼板の製造方法。
[3]前記連続焼鈍を行った後、さらに、硫酸を含む水溶液中で電解酸洗を行うことを特徴とする前記[1]または[2]に記載の高強度鋼板の製造方法。
[4]前記[1]〜[3]に記載のいずれかの製造方法により製造され、鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部に生成したFe、Si、Mn、Al、P、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Ni、Sn、Sb、Ta、W、Vの中から選ばれる1種以上の酸化物の合計が、片面あたり0.030g/m2未満であることを特徴とする高強度鋼板。
先ず、本発明で最も重要な要件である、鋼板表面の構造を決定する焼鈍雰囲気条件について説明する。鋼中に多量のSiおよびMnが添加された高強度鋼板において、耐食性を満足させるためには、腐食の起点となる可能性がある鋼板表層の内部酸化を極力少なくすることが求められる。一方、SiやMnの内部酸化を促進させることにより化成処理性を向上させることは可能ではあるが、これは逆に耐食性の劣化をもたらすことになってしまう。このため、SiやMnの内部酸化を促進させる方法以外で、良好な化成処理性を維持しつつ、内部酸化を抑制して耐食性を向上させる必要がある。鋭意検討した結果、本発明では、化成処理性を確保するために焼鈍工程において酸素ポテンシャルを低下させ易酸化性元素であるSiやMn等の地鉄表層部における活量を低下させる。そして、これらの元素の外部酸化を抑制し、結果的に化成処理性を改善する。そして、鋼板表層部に形成する内部酸化も抑制され、電着塗装後の耐食性が改善することになる。
露点を−40℃以下とした理由は以下の通りである。表面濃化の抑制効果が認め始まるのが露点が−40℃以下である。露点の下限は特に設けないが、−80℃以下は効果が飽和し、コスト的に不利となるため、−80℃以上が望ましい。
C:0.03〜0.35%
Cは、鋼組織としてマルテンサイトなどを形成させることで加工性を向上させる。そのためには0.03%以上必要である。一方、0.35%を超えると溶接性が劣化する。したがって、C量は0.03%以上0.35%以下とする。
Siは鋼を強化して良好な材質を得るのに有効な元素である。このような効果を得るためには0.01%以上必要である。一方、0.50%を超えると高加工時の化成処理性が劣化してくる。したがって、Si量は0.01%以上0.50%以下とする。
Mnは鋼の高強度化に有効な元素である。機械特性や強度を確保するためは3.6%以上含有させることが必要である。一方、8.0%を超えると溶接性やめっき密着性の確保、強度と延性のバランスの確保が困難になる。したがって、Mn量は3.6%以上8.0%以下とする。
Alは溶鋼の脱酸を目的に添加されるが、その含有量が0.001%未満の場合、その目的が達成されない。溶鋼の脱酸の効果は0.001%以上で得られる。一方、1.00%を超えると、化成処理性が劣化する。したがって、Al量は0.001%以上1.00%以下とする。
Pは不可避的に含有される元素のひとつであり、0.005%未満にするためには、コストの増大が懸念されるため、0.005%以上が望ましい。一方、Pが0.10%を超えて含有されると溶接性が劣化する。さらに、表面品質が劣化する。また、非合金化処理時にはめっき密着性が劣化し、合金化処理時には合金化処理温度を上昇しないと所望の合金化度とすることができない。また所望の合金化度とするために合金化処理温度を上昇させると延性が劣化すると同時に合金化めっき皮膜の密着性が劣化するため、所望の合金化度と、良好な延性、合金化めっき皮膜を両立させることができない。したがって、P量は0.10%以下とし、下限としては0.005%が望ましい。
Sは不可避的に含有される元素のひとつである。下限は規定しないが、多量に含有されると溶接性が劣化するため0.010%以下とする。
これらの元素を添加する場合における適正添加量の限定理由は以下の通りである。
Bは0.001%未満では焼き入れ促進効果が得られにくい。一方、0.005%超えでは化成処理性が劣化する。よって、含有する場合、B量は0.001%以上0.005%以下とする。
Nbは0.005%未満では強度調整の効果やMoとの複合添加時におけるめっき密着性改善効果が得られにくい。一方、0.05%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Nb量は0.005%以上0.05%以下とする。
Tiは0.005%未満では強度調整の効果が得られにくい。一方、0.05%超えでは化成処理性の劣化を招く。よって、含有する場合、Ti量は0.005%以上0.05%以下とする。
Crは0.001%未満では焼き入れ性効果が得られにくい。一方、1.0%超えではCrが表面濃化するため、化成処理や溶接性が劣化する。よって、含有する場合、Cr量は0.001%以上1.0%以下とする。
Moは0.05%未満では強度調整の効果やNb、またはNiやCuとの複合添加時におけるめっき密着性改善効果が得られにくい。一方、1.0%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Mo量は0.05%以上1.0%以下とする。
Cuは0.05%未満では残留γ相形成促進効果やNiやMoとの複合添加時におけるめっき密着性改善効果が得られにくい。一方、1.0%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Cu量は0.05%以上1.0%以下とする。
Niは0.05%未満では残留γ相形成促進効果やCuとMoとの複合添加時におけるめっき密着性改善効果が得られにくい。一方、1.0%超えではコストアップを招く。よって、含有する場合、Ni量は0.05%以上1.0%以下とする。
SnやSbは鋼板表面の窒化、酸化、あるいは酸化により生じる鋼板表面の数十ミクロン領域の脱炭を抑制する観点から含有することができる。このような窒化や酸化を抑制することで鋼板表面においてマルテンサイトの生成量が減少するのを防止し、疲労特性や表面品質が改善される。窒化や酸化を抑制する観点から、SnあるいはSbを含有する場合は0.001%以上とする。一方、0.20%を超えると靭性の劣化を招くので、0.20%以下とすることが好ましい。
TaはNbやTiと同様に、CやNと炭化物や炭窒化物を形成することで高強度化に寄与し、高降伏比(YR)化にも寄与する。さらに、TaはNbやTiと同様に熱延板組織を微細化する作用を有し、冷延、焼鈍後のフェライト粒径を微細化する。その結果、粒界面積の増大に伴う粒界へのC偏析量の増大により、高焼付き硬化量(BH量)を得ることができる。このような観点から、Taを含有する場合は、0.001%以上とす。一方、0.10%を超える過剰のTaの含有は、原料コストの増加を招くだけでなく、NbやTiと同様に、焼鈍後の冷却過程におけるマルテンサイトの形成を妨げる可能性があり、さらに熱延板中に析出したTaCは、冷間圧延時の変形抵抗を高くし、安定した実機製造を困難にする場合があるため、0.10%以下とすることが好ましい。
WやVについては、Si、Mnと複合添加することにより、Si、Mnの表面濃化を抑制させる効果がある。このような作用は、W、Vいずれの元素とも0.001%以上含有して認められる。一方、いずれの元素も0.10%を超えて含有しても効果が飽和し、含有量に見合う効果を期待できず、経済的に不利となる。よって、含有する場合は、Wは0.001%以上0.10%以下、Vは0.001%以上0.10%以下とする。
上記以外の残部はFeおよび不可避的不純物である。
通常、行われる条件にて行うことができる。
熱間圧延後は酸洗処理を行うのが好ましい。酸洗工程で表面に生成した黒皮スケールを除去し、しかる後冷間圧延する。なお、酸洗条件は特に限定しない。
30%以上80%以下の圧下率で行うことが好ましい。圧下率が30%未満では再結晶温度が低温化するため、機械特性が劣化しやすい。一方、圧下率が80%超えでは高強度鋼板であるため、圧延コストがアップするだけでなく、焼鈍時の表面濃化が増加するため、化成処理性が劣化する場合がある。
鋼中にSi及び多量のMnが添加された鋼板においては、鋼板表層の内部酸化を極力少なくし、化成処理ムラやスケを抑制し、さらに、腐食や高加工時の割れを抑制することが求められる。そこで、本発明では、まず、良好な化成処理性を確保するために焼鈍工程において酸素ポテンシャルを低下させることで易酸化性元素であるSiやMn等の地鉄表層部における活量を低下させる。そして、これらの元素の外部酸化を抑制し、地鉄表層部に形成する内部酸化も抑制する。その結果、良好な化成処理性を確保するだけでなく、電着塗装後の耐食性や加工性が向上することになる。このような効果は、鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部に、Fe、Si、Mn、Al、P、さらには、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Ni、Sn、Sb、Ta、W、Vのうちから選ばれる少なくとも1種以上の酸化物の形成量を合計で0.030g/m2未満に抑制することで認められる。酸化物形成量の合計(以下、内部酸化量と称す)が0.030g/m2以上では、耐食性及び加工性が劣化するばかりでなく、化成処理のスケやムラが生じる。また、内部酸化量を0.0001g/m2未満に抑制しても、耐食性の改善及び加工性向上の効果は飽和するため、内部酸化量の下限は0.0001g/m2が好ましい。
表1に示す鋼組成からなる熱延鋼板を酸洗し、黒皮スケール除去した後、表2に示す条件にて冷間圧延し、厚さ1.0mmの冷延鋼板を得た。なお、一部は冷間圧延を実施せず、黒皮スケール除去後の熱延鋼板(厚さ2.0mm)ままのものも準備した。
化成処理液は日本パーカライジング(株)製の化成処理液(パルボンドL3080(登録商標))を用い、下記方法で化成処理を施した。
日本パーカライジング(株)製の脱脂液ファインクリーナー(登録商標)で脱脂したのち、水洗し、次に日本パーカライジング(株)製の表面調整液プレパレンZ(登録商標)で30s表面調整を行い、43℃の化成処理液(パルボンドL3080)に120s浸漬した後、水洗し、温風乾燥した。
化成処理後の供試材を走査型電子顕微鏡(SEM)で倍率500倍で無作為に5視野を観察し、化成処理皮膜のスケ面積率を画像処理により測定し、スケ面積率によって以下の評価を行った。○が合格レベルである。
○:10%以下
×:10%超
電着塗装後の耐食性
上記の方法で得られた化成処理を施した供試材より寸法70mm×150mmの試験片を切り出し、日本ペイント(株)製のPN−150G(登録商標)でカチオン電着塗装(焼付け条件:170℃×20分、膜厚25μm)を行った。その後、端部と評価しない側の面をAlテープでシールし、カッターナイフにて地鉄に達するクロスカット(クロス角度60°)を入れ、供試材とした。
○:剥離幅が片側2.5mm未満
×:剥離幅が片側2.5mm以上
加工性
加工性は、試料から圧延方向に対して90°方向にJIS5号引張試験片を採取し、JIS Z 2241の規定に準拠してクロスヘッド速度10mm/min一定で引張試験を行い、引張り強度(TS/MPa)と伸び(El/%)を測定し、TS×El≧24000のものを良好、TS×El<24000のものを不良とした。
内部酸化量は、「インパルス炉溶融−赤外線吸収法」により測定する。ただし、素材(すなわち焼鈍を施す前の高強度鋼板)に含まれる酸素量を差し引く必要があるので、本発明では、連続焼鈍後の高強度鋼板の両面の表層部を100μm以上研磨して鋼中酸素濃度を測定し、その測定値を素材に含まれる酸素量OHとし、また、連続焼鈍後の高強度鋼板の板厚方向全体での鋼中酸素濃度を測定して、その測定値を内部酸化後の酸素量OIとした。このようにして得られた高強度鋼板の内部酸化後の酸素量OIと、素材に含まれる酸素量OHとを用いて、OIとOHの差(=OI−OH)を算出し、さらに片面単位面積(すなわち1m2)当たりの量に換算した値(g/m2)を内部酸化量とした。
Claims (5)
- 質量%で、C:0.03〜0.35%、Si:0.01〜0.50%、Mn:3.6〜8.0%、Al:0.001〜1.00%、P≦0.10%、S≦0.010%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連続焼鈍する際に、
加熱過程では、焼鈍炉内温度:550℃以上A℃以下(A:600≦A≦750)の温度域における雰囲気中の露点を−40℃以下とすることを特徴とする、鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部に生成したFe、Si、Mn、Al、P、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Ni、Sn、Sb、Ta、W、Vの中から選ばれる1種以上の酸化物の合計が、片面あたり0.030g/m 2 未満である高強度鋼板の製造方法。 - 前記鋼板は、成分組成として、質量%で、さらに、B:0.001〜0.005%、Nb:0.005〜0.05%、Ti:0.005〜0.05%、Cr:0.001〜1.0%、Mo:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.05〜1.0%、Sn:0.001〜0.20%、Sb:0.001〜0.20%、Ta:0.001〜0.10%、W:0.001〜0.10%、V:0.001〜0.10%の中から選ばれる1種以上の元素を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 前記連続焼鈍を行った後、さらに、硫酸を含む水溶液中で電解酸洗を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の高強度鋼板の製造方法。
- 成分組成は、質量%で、C:0.03〜0.35%、Si:0.01〜0.50%、Mn:3.6〜8.0%、Al:0.001〜1.00%、P≦0.10%、S≦0.010%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、鋼板表面から100μm以内の鋼板表層部に生成したFe、Si、Mn、Al、P、B、Nb、Ti、Cr、Mo、Cu、Ni、Sn、Sb、Ta、W、Vの中から選ばれる1種以上の酸化物の合計が、片面あたり0.0001g/m 2 以上0.030g/m2未満であることを特徴とする高強度鋼板。
- 成分組成として、質量%で、さらに、B:0.001〜0.005%、Nb:0.005〜0.05%、Ti:0.005〜0.05%、Cr:0.001〜1.0%、Mo:0.05〜1.0%、Cu:0.05〜1.0%、Ni:0.05〜1.0%、Sn:0.001〜0.20%、Sb:0.001〜0.20%、Ta:0.001〜0.10%、W:0.001〜0.10%、V:0.001〜0.10%の中から選ばれる1種以上の元素を含有することを特徴とする請求項4に記載の高強度鋼板。
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