JP6315154B1 - 溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents

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Abstract

母材鋼板の表面から1/4厚を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲において、フェライト相が体積分率で50%以上97%以下、ベイナイト相とベイニティックフェライト相とフレッシュマルテンサイト相と焼戻しマルテンサイト相とのうち1種以上からなる硬質組織の合計が体積分率で3%以上、残留オーステナイト相が体積分率で0%〜8%、パーライト相と粗大セメンタイト相との合計が体積分率で0%〜8%であり、溶融亜鉛めっき層と前記母材鋼板との界面に、平均厚さが0.1μm〜2.0μmであり、鋼板幅方向における最大厚さと最小厚さとの差が0.5μm以内であるFe−Al合金層を有し、前記Fe−Al合金層に直接接する微細化層において、鋼板幅方向における前記微細化層の最大厚さと最小厚さとの差が2.0μm以内である。

Description

本発明は、延性、曲げ性、穴拡げ性および曲げ変形時のめっき密着性に優れ、かつ、耐連続曲げ疲労特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板に関するものである。
主に自動車の骨格部材に使用される鋼板について、高強度化の要求が高まってきている。これら高強度鋼板においては、高い強度と優れた成形性を得るため、強度向上に寄与するSiおよびMnに代表される合金元素を添加することが一般的である。しかし、SiおよびMnに代表される合金元素はめっき密着性を低下させる作用も有する。
また、自動車用鋼板については、一般に屋外で使用されるため、優れた耐食性が要求されるのが通常である。
ところで、自動車の外板などの用途においては、プレス加工により板の周辺部に苛酷な曲げ加工(ヘム曲げ)を施すのが通常である。また自動車外板のみならず、その他の用途においても、プレス加工により苛酷な曲げ加工や、穴広げ加工などを施して使用することが多い。そして、従来の溶融亜鉛めっき鋼板に苛酷な曲げ加工や穴広げ加工などを施した場合、その加工部分で、めっき層が母材鋼板から剥離してしまうことがあった。このようにめっき層が剥離すれば、その個所の耐食性が失われて、母材鋼板に早期に腐食、発錆が生じてしまう問題がある。まためっき層の剥離には至らないまでも、めっき層と母材鋼板との密着性が失われて、その部分にわずかでも空隙が生じれば、その空隙に外気または水分が浸入して、めっき層による防食機能が失われる。その結果、前記同様に母材鋼板に早期に腐食、発錆が生じてしまう。
これらのような問題から、苛酷な曲げ加工などを施して使用される高強度鋼板としては、母材鋼板に対するめっき層の密着性が優れた溶融亜鉛めっき層を備えためっき鋼板が強く望まれている。
めっき層の密着性を高めるため、例えば特許文献1〜3に代表されるように、鋼板の内部に酸化物を生成させ、めっき剥離の原因となる地鉄とめっき層との界面の酸化物を減らす方法が提案されている。しかしながら、このような酸化物を鋼板表層で生成させる場合、鋼板表層の炭素が酸素と結びついてガス化する。その結果、炭素が鋼板から離脱するため、この炭素が離脱した領域の強度が著しく低下する場合がある。鋼板表層の強度が低下した場合、表層部の特性に強く依存する耐疲労特性は劣化し、疲労強度が大きく低下する懸念がある。
あるいは、めっき層の密着性を高めるため、特許文献4では、一般的な焼鈍工程の前に新たな焼鈍工程および酸洗工程を追加して施すことで、母材鋼板表面を改質し、めっき密着性を高める方法が提案されている。しかしながら、特許文献4に記載の方法では、一般的な高強度めっき鋼板の製造方法に対し、工程が増えるため、コストの面で課題がある。
さらに、特許文献5においては、母材鋼板の表層部から炭素を除去し、めっきの密着性を高める方法が提案されている。しかしながら、特許文献5に記載の方法では、炭素を除去した領域の強度が著しく低下する。このため、特許文献5に記載の方法は、表層部の特性に強く依存する耐疲労特性が劣化し、疲労強度が大きく低下する懸念がある。
また、特許文献6、7では、めっき層中のMn、AlおよびSi量を好適な範囲に制御し、めっき密着性を向上した鋼板が提案されている。特許文献6、7に記載の鋼板では、製造時にめっき層中の元素量を高い精度で制御する必要があり、操業上の負荷が大きく、コスト面で課題がある。
めっき密着性を高める手法として、特許文献8では、鋼板のミクロ組織がフェライトのみからなる高強度鋼板が提案されている。しかしながら、特許文献8に記載の鋼板では、ミクロ組織が軟質なフェライトのみであるため、十分に高い強度が得られない。
ここで、溶融亜鉛めっき処理後に合金化処理を施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板が幅広く用いられている。合金化処理は、めっき層をZnの融点以上の温度に加熱し、多量のFe原子を母材鋼板中からめっき層中に拡散させ、めっき層をZn−Fe合金主体の層とする処理である。例えば、特許文献9、10、11には、めっき密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板が提案されている。しかしながら、めっき層を十分に合金化するには、鋼板を高温に加熱する必要がある。鋼板を高温に加熱すると、鋼板内部のミクロ組織が変質し、特に粗大な鉄系炭化物が生成しやすく、鋼板の特性が損なわれることがあるため、好ましくない。
一方、例えば、特許文献12に記載される溶融亜鉛めっき鋼板では、幅方向におけるめっき層のFe含有量の不均一性に由来する外観むらが発生する場合があった。
特開2008−019465号公報 特開2005−060742号公報 特開平9−176815号公報 特開2001−026853号公報 特開2002−088459号公報 特開2003−055751号公報 特開2003−096541号公報 特開2005−200750号公報 特開平11−140587号公報 特開2001−303226号公報 特開2005−060743号公報 国際公開第2016/072477号
以上のような現状に鑑み、本発明は、延性、曲げ性および伸びフランジ成形性に代表される鋼板の成形性に優れ、めっきの外観均一性、耐疲労特性、溶接性、耐食性およびめっき密着性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板を提供するものである。
本発明者らは、延性、曲げ性および伸びフランジ成形性に代表される鋼板の成形性と、耐疲労特性、溶接性、耐食性およびめっき密着性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板を得るために鋭意検討を重ねた。その結果、本発明者らは、鋼板のミクロ組織を適正な組織分率に制御することによって延性および穴拡げ性(伸びフランジ性)を改善した。また、本発明者らは、めっき層と母材鋼板との境界から母材鋼板側の硬質相の体積分率を制御することで曲げ性と耐疲労特性を改善した。さらに、本発明者らは、SiおよびMnを多量に含有する鋼板をめっき原板として用いた場合であっても、めっき層と母材鋼板との界面に形成されたFe−Al合金層の直下にフェライト相の極微細粒からなる特定の微細化層を形成させることで加工時のクラック発生および伝播を抑制させることができ、それが起点となるめっき剥離を抑制できることを見出した。また、鋼板幅方向における微細化層及びFe−Al合金層の厚みを特定の範囲に制御することで、めっき密着性のみならず外観均一性にも優れる溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができることが判った。
本発明は、かかる知見に基づいて完成させたものであり、その態様は以下の通りである。
(1)母材鋼板の少なくとも一方の側に溶融亜鉛めっき層を有する溶融亜鉛めっき鋼板であって、
前記母材鋼板は、質量%で、
C:0.040%〜0.280%、
Si:0.05%〜2.00%、
Mn:0.50%〜3.50%、
P:0.0001%〜0.1000%、
S:0.0001%〜0.0100%、
Al:0.001%〜1.500%、
N:0.0001%〜0.0100%、
O:0.0001%〜0.0100%、
Ti:0%〜0.150%、
Nb:0%〜0.100%、
V:0%〜0.300%、
Cr:0%〜2.00%、
Ni:0%〜2.00%、
Cu:0%〜2.00%、
Mo:0%〜2.00%、
B:0%〜0.0100%、
W:0%〜2.00%、および
Ca、Ce、Mg、Zr、La、およびREM:合計で0%〜0.0100%
を含み
残部がFeおよび不純物からなる化学成分を有し、
前記母材鋼板の全厚に対して、前記母材鋼板の表面から1/4厚を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲において、
フェライト相が体積分率で50%以上97%以下、
ベイナイト相とベイニティックフェライト相とフレッシュマルテンサイト相と焼戻しマルテンサイト相とのうち1種以上からなる硬質組織の合計が体積分率で3%以上、
残留オーステナイト相が体積分率で0%〜8%、
パーライト相と粗大セメンタイト相との合計が体積分率で0%〜8%であり、
前記溶融亜鉛めっき層と母材鋼板との界面から鋼板方向深さ20μmまでの表層部において、
残留オーステナイトが体積分率で0%〜3%であり、
前記表層部における前記硬質組織の体積分率V1と、鋼板表面から1/4厚を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲における前記硬質組織の体積分率V2との比であるV1/V2を0.10以上0.90以下の範囲としたミクロ組織を有し、
前記溶融亜鉛めっき層におけるFe含有量が0%超3.0%以下であり、Al含有量が0%超1.0%以下であり、
前記溶融亜鉛めっき層と前記母材鋼板との界面に、平均厚さが0.1μm〜2.0μmであり、鋼板幅方向における最大厚さと最小厚さとの差が0.5μm以内であるFe−Al合金層を有し、
前記母材鋼板内に、前記Fe−Al合金層に直接接する微細化層を有し、前記微細化層の平均厚さが0.1μm〜5.0μm、前記微細化層内におけるフェライト相の平均粒径が0.1μm〜3.0μmであり、前記微細化層中にSiおよびMnの1種または2種以上の酸化物を含有し、前記酸化物の最大径が0.01μm〜0.4μmであり、鋼板幅方向における前記微細化層の最大厚さと最小厚さとの差が2.0μm以内であることを特徴とする、溶融亜鉛めっき鋼板。
(2)前記溶融亜鉛めっき層の片面当たりのめっき付着量が10g/m2以上、100g/m2以下であることを特徴とする、(1)に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
(3)前記母材鋼板が、質量%で
Ti:0.001%〜0.150%、
Nb:0.001%〜0.100%、および
V:0.001%〜0.300%、
からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする、(1)または(2)に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
(4)前記母材鋼板が、質量%で
Cr:0.01%〜2.00%、
Ni:0.01%〜2.00%、
Cu:0.01%〜2.00%、
Mo:0.01%〜2.00%、
B:0.0001%〜0.0100%、および
W:0.01%〜2.00%、
からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか1つに記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
(5)前記母材鋼板が、質量%で
Ca、Ce、Mg、Zr、La、およびREMからなる群から選ばれた1種または2種以上を合計で0.0001%〜0.0100%含有することを特徴とする、(1)〜(4)のいずれか1つに記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
本発明の前記態様によれば、めっきの外観均一性、成形性、耐疲労特性、溶接性、耐食性およびめっき密着性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板を提供できる。
図1は、本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の断面構造の模式図の一例を示す図である。
本発明の実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板は、質量%で、C:0.040%〜0.280%、Si:0.01%〜2.00%、Mn:0.50%〜3.50%、P:0.0001%〜0.100%、S:0.0001%〜0.0100%、Al:0.001%〜1.500%、O:0.0001%〜0.0100%、N:0.0001%〜0.0100%を含有し、残部がFeおよび不純物からなる化学成分を有する母材鋼板(以下、単に鋼板とも記す。)の表面に溶融亜鉛めっき層(以下、単にめっき層とも記す。)が形成されてなるものである。
なお、母材鋼板の板厚は0.6mm以上、5.0mm未満であることが適切である。母材鋼板の板厚が0.6mm未満であると、母材鋼板の形状を平坦に保つことが困難となり、適当ではない。また、母材鋼板の板厚が5.0mm以上であると、製造過程における冷却の制御が困難となり、所定のミクロ組織が得られずに成形性が劣化することがある。
めっき層は、Fe含有量が0%超3.0%以下であり、Al含有量が0%超1.0%以下である。
まず、本発明の実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板を構成する母材鋼板の化学成分(組成)について説明する。なお、以下の説明における[%]は特段の説明があるものを除いて[質量%]を意味するものである。
〔C:0.040%〜0.280%〕
Cは、母材鋼板の強度を高めるために含有される。しかしながら、Cの含有量が0.280%を超えると、スポット溶接性が劣化するため、C含有量は0.280%以下とする。なお、スポット溶接性の観点から、Cの含有量は0.250%以下であることが好ましく、0.220%以下であることがより好ましい。一方、Cの含有量が0.040%未満であると、強度が低下し、十分な引張最大強度を確保することが困難となるため、C含有量は0.040%以上とする。なお、強度をより一層高めるためには、Cの含有量は0.055%以上であることが好ましく、0.070%以上であることがより好ましい。
〔Si:0.05%〜2.00%〕
Siは、母材鋼板における鉄系炭化物の生成を抑制し、強度と成形性を高める元素である。しかしながら、Siは鋼材を脆化させる元素でもあり、Siの含有量が2.00%を超えると、鋳造したスラブが割れるなどのトラブルが起こりやすくなる。このため、Siの含有量は2.00%以下とする。さらに、Siは焼鈍工程において母材鋼板の表面に酸化物を形成し、めっきの密着性を著しく損なう。この観点から、Siの含有量は1.500%以下であることが好ましく、1.200%以下であることがより好ましい。一方、Siの含有量が0.05%未満では、溶融亜鉛めっき鋼板のめっき工程において、粗大な鉄系炭化物が多量に生成され、強度および成形性が劣化するため、Siの含有量は0.05%以上とする。なお、鉄系炭化物の生成を抑制する観点から、Siの含有量は0.10%以上であることが好ましく、0.25%以上がより好ましい。
〔Mn:0.50%〜3.50%〕
Mnは、母材鋼板の焼入れ性を高めることで強度を高めるために含有されている。しかしながら、Mnの含有量が3.50%を超えると、母材鋼板の板厚中央部に粗大なMn濃化部が生じて、脆化が起こりやすくなり、鋳造したスラブが割れるなどのトラブルが起こりやすくなる。そのため、Mnの含有量は3.50%以下とする。また、Mnの含有量が増大すると溶融亜鉛めっき鋼板のスポット溶接性も劣化する。このことから、Mnの含有量は3.00%以下であることが好ましく、2.80%以下であることがより好ましい。一方、Mnの含有量が0.50%未満であると、焼鈍後の冷却中に軟質な組織が多量に形成されるため、充分に高い引張最大強度を確保することが難しくなる。したがって、Mnの含有量は0.50%以上とする必要がある。溶融亜鉛めっき鋼板の強度をより高めるためには、Mnの含有量は0.80%以上であることが好ましく、1.00%以上であることがより好ましい。
〔P:0.0001%〜0.1000%〕
Pは、鋼材を脆化させる元素であり、さらにPの含有量が0.1000%を超えると、鋳造したスラブが割れたり、圧延中にスラブが割れたりするなどのトラブルが起こりやすくなるため、Pの含有量は0.1000%以下とする。また、Pはスポット溶接によって生じる溶融部を脆化させる元素でもあり、充分な溶接継手強度を得るためには、Pの含有量は0.0400%以下とすることが好ましく、0.0200%以下とすることが更に好ましい。一方、Pの含有量を0.0001%未満とすることは、製造コストの大幅な増加を伴うことから、Pの含有量は、0.0001%を下限値とし、0.0010%以上とすることが好ましい。
〔S:0.0001%〜0.0100%〕
Sは、Mnと結びついて粗大なMnSを形成し、延性、穴拡げ性(伸びフランジ性)および曲げ性といった成形性を低下させる元素であるため、Sの含有量を0.0100%以下とする。またSは、スポット溶接性を劣化させる元素でもある。このため、Sの含有量は0.0060%以下とすることが好ましく、0.0035%以下とすることがより好ましい。一方、Sの含有量を0.0001%未満とすることは、製造コストの大幅な増加を伴う。このため、Sの含有量は、0.0001%を下限値とし、0.0005%以上とすることが好ましく、0.0010%以上とすることがより好ましい。
〔Al:0.001%〜1.500%〕
Alは、鋼材を脆化させる元素である。Alの含有量が1.500%を超えると、鋳造したスラブが割れるなどのトラブルが起こりやすくなるため、Alの含有量は1.500%以下とする。また、Alの含有量が増えるとスポット溶接性が悪化するため、Alの含有量は1.200%以下とすることがより好ましく、1.000%以下とすることがさらに好ましい。一方、Alの含有量の下限は特に定めずとも本実施形態の効果は発揮される。ところが、Alは原料中に微量に存在する不純物であり、その含有量を0.001%未満とするには製造コストの大幅な増加が伴う。このため、Al含有量は0.001%以上とする。またAlは脱酸材としても有効な元素であるが、脱酸の効果を、より十分に得るためには、Alの含有量は0.010%以上とすることがより好ましい。
〔N:0.0001%〜0.0100%〕
Nは、粗大な窒化物を形成し、延性、穴拡げ性(伸びフランジ性)および曲げ性といった成形性を劣化させる元素であることから、その含有量を抑える必要がある。Nの含有量が0.0100%を超えると、成形性の劣化が顕著となることから、N含有量の上限を0.0100%とする。またNの過剰な含有は、溶接時のブローホール発生の原因になることから、含有量は少ない方が良い。これらの観点から、N含有量は0.0070%以下であることが好ましく、0.0050%以下であることがより好ましい。一方、Nの含有量の下限は、特に定めなくても本実施形態の効果は発揮されるが、Nの含有量を0.0001%未満にすることは、製造コストの大幅な増加を招く。このことから、N含有量の下限は0.0001%以上とする。N含有量は0.0003%以上であることが好ましく、0.0005%以上であることがより好ましい。
〔O:0.0001%〜0.0100%〕
Oは、酸化物を形成し、溶融亜鉛めっき鋼板の延性、穴拡げ性(伸びフランジ性)および曲げ性といった成形性を劣化させることから、Oの含有量を抑える必要がある。Oの含有量が0.0100%を超えると、成形性の劣化が顕著となることから、O含有量の上限を0.0100%とした。さらにOの含有量は0.0050%以下であることが好ましく、0.0030%以下であることがより好ましい。Oの含有量の下限は、特に定めなくても本実施形態の効果は発揮されるが、Oの含有量を0.0001%未満とすることは、製造コストの大幅な増加を伴うため、0.0001%を下限とする。O含有量は0.0003%以上であることが好ましく、0.0005%以上であることがより好ましい。
その他、本実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板の母材鋼板には、必要に応じて以下の元素が含有されていても良い。
まず、本実施形態に係る母材鋼板においては、さらに、Ti:0.001%〜0.150%、Nb:0.001%〜0.100%、およびV:0.001%〜0.300%、からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有してもよい。
〔Ti:0.001%〜0.150%〕
Tiは、析出物強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化、および再結晶の抑制を通じた転位強化によって、溶融亜鉛めっき鋼板の強度上昇に寄与する元素である。しかし、Tiの含有量が0.150%を超えると、炭窒化物の析出が多くなって成形性が劣化するため、Tiの含有量は0.150%以下とする。また、成形性の観点から、Tiの含有量は0.080%以下であることが好ましい。一方、Tiの含有量の下限は特に定めなくても本実施形態の効果は発揮されるが、Tiによる強度上昇効果を十分に得るためには、Tiの含有量は0.001%以上であることが好ましい。溶融亜鉛めっき鋼板のより一層の高強度化のためには、Tiの含有量は0.010%以上であることがより好ましい。
〔Nb:0.001%〜0.100%〕
Nbは、析出物強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化および再結晶の抑制を通じた転位強化により、溶融亜鉛めっき鋼板の強度上昇に寄与する元素である。しかし、Nbの含有量が0.100%を超えると、炭窒化物の析出が多くなって溶融亜鉛めっき鋼板の成形性が劣化するため、Nbの含有量は0.100%以下とする。成形性の観点から、Nbの含有量は0.060%以下であることが好ましい。一方、Nbの含有量の下限は特に定めなくても本実施形態の効果は発揮されるが、Nbによる強度上昇効果を十分に得るには、Nbの含有量は0.001%以上であることが好ましい。溶融亜鉛めっき鋼板のより一層の高強度化のためには、Nbの含有量は0.005%以上であることがより好ましい。
〔V:0.001%〜0.300%〕
Vは、析出物強化、フェライト結晶粒の成長抑制による細粒強化および再結晶の抑制を通じた転位強化により、溶融亜鉛めっき鋼板の強度上昇に寄与する元素である。しかし、Vの含有量が0.300%を超えると、炭窒化物の析出が多くなって成形性が劣化する。このため、Vの含有量は0.300%以下とする。Vの含有量は0.200%以下であることが好ましい。一方、Vの含有量の下限は特に定めなくても本実施形態の効果は発揮される。Vによる強度上昇効果を十分に得るためには、Vの含有量は0.001%以上であることが好ましく、0.010%以上であることがさらに好ましい。
また、本実施形態に係る母材鋼板においては、さらに、Cr:0.01%〜2.00%、Ni:0.01%〜2.00%、Cu:0.01%〜2.00%、Mo:0.01%〜2.00%、B:0.0001%〜0.0100%、およびW:0.01%〜2.00%、からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有してもよい。
〔Cr:0.01%〜2.00%〕
Crは、高温での相変態を抑制し、溶融亜鉛めっき鋼板の高強度化に有効な元素であり、Cおよび/又はMnの一部に代えて含有してもよい。しかし、Crの含有量が2.00%を超えると、熱間での加工性が損なわれて生産性が低下することから、Crの含有量は2.00%以下とする。Crの含有量は1.20%以下であることが好ましい。一方、Crの含有量の下限は特に定めなくても本実施形態の効果は発揮されるが、Crによる高強度化の効果を十分に得るためには、Crの含有量は0.01%以上であることが好ましく、0.10%以上であることがさらに好ましい。
〔Ni:0.01%〜2.00%〕
Niは、高温での相変態を抑制し、溶融亜鉛めっき鋼板の高強度化に有効な元素であり、Cおよび/又はMnの一部に代えて含有してもよい。しかし、Niの含有量が2.00%を超えると、溶接性が損なわれることから、Niの含有量は2.00%以下とする。Niの含有量は1.20%以下であることが好ましい。一方、Niの含有量の下限は特に定めなくても本実施形態の効果は発揮されるが、Niによる高強度化の効果を十分に得るには、Niの含有量は0.01%以上であることが好ましく、0.10%以上であることがさらに好ましい。
〔Cu:0.01%〜2.00%〕
Cuは、微細な粒子として鋼中に存在することにより溶融亜鉛めっき鋼板の強度を高める元素であり、Cおよび/又はMnの一部に代えて含有することができる。しかし、Cuの含有量が2.00%を超えると、溶接性が損なわれることから、Cuの含有量は2.00%以下とする。Cuの含有量は1.20%以下であることが好ましい。一方、Cuの含有量の下限は特に定めなくても本実施形態の効果は発揮されるが、Cuによる溶融亜鉛めっき鋼板高強度化の効果を十分に得るには、Cuの含有量は0.01%以上であることが好ましく、0.10%以上であることがさらに好ましい。
〔Mo:0.01%〜2.00%〕
Moは、高温での相変態を抑制し、溶融亜鉛めっき鋼板の高強度化に有効な元素であり、Cおよび/又はMnの一部に代えて含有してもよい。しかし、Moの含有量が2.00%を超えれば、熱間での加工性が損なわれて生産性が低下することから、Moの含有量は2.00%以下とする。Moの含有量は1.20%以下であることが好ましい。一方、Moの含有量の下限は特に定めなくても本実施形態の効果は発揮されるが、Moによる高強度化の効果を十分に得るためには、Moの含有量は0.01%以上であることが好ましく、0.05%以上であることがさらに好ましい。
〔B:0.0001%〜0.0100%〕
Bは、高温での相変態を抑制し、溶融亜鉛めっき鋼板の高強度化に有効な元素であり、Cおよび/又はMnの一部に代えて含有してもよい。しかし、Bの含有量が0.0100%を超えると、熱間での加工性が損なわれて生産性が低下することから、Bの含有量は0.0100%以下とする。生産性の観点からは、Bの含有量は0.0050%以下であることが好ましい。一方、Bの含有量の下限は特に定めなくても本実施形態の効果は発揮されるが、Bによる高強度化の効果を十分に得るには、Bの含有量を0.0001%以上とすることが好ましい。さらなる溶融亜鉛めっき鋼板の高強度化のためには、Bの含有量が0.0005%以上であることがより好ましい。
〔W:0.01%〜2.00%〕
Wは、高温での相変態を抑制し、溶融亜鉛めっき鋼板の高強度化に有効な元素であり、Cおよび/又はMnの一部に代えて含有してもよい。しかし、Wの含有量が2.00%を超えると、熱間での加工性が損なわれて生産性が低下することから、Wの含有量は2.00%以下とする。Wの含有量は1.20%以下であることが好ましい。一方、Wの含有量の下限は、特に定めることなく本実施形態の効果は発揮されるが、Wによる高強度化を十分に得るためには、Wの含有量は0.01%以上であることが好ましく、0.10%以上であることがさらに好ましい。
さらに本実施形態の溶融亜鉛めっき鋼板における母材鋼板には、その他の元素として、Ca、Ce、Mg、Zr、La、およびREMからなる群から選ばれた1種または2種以上が合計で0.0001%〜0.0100%含有されていてもよい。これらの元素の含有理由は次の通りである。なお、REMとは、Rare Earth Metalの略であり、ランタノイド系列に属する元素をさす。本発明の実施形態において、REMおよびCeはミッシュメタルにて含有されることが多く、LaおよびCeの他にランタノイド系列の元素を複合で含有する場合がある。不純物として、これらLaおよびCe以外のランタノイド系列の元素を含んだとしても本実施形態の効果は発揮される。また、金属LaまたはCeを含有したとしても本実施形態の効果は発揮される。
Ca、Ce、Mg、Zr、La、およびREMは、溶融亜鉛めっき鋼板の成形性の改善に有効な元素であり、1種又は2種以上を含有することができる。しかし、Ca、Ce、Mg、Zr、La、およびREMからなる群から選ばれた1種または2種以上の含有量の合計が0.0100%を超えると、延性を損なうおそれがあるため、各元素の含有量の合計は0.0100%以下とする。これらの各元素の含有量の合計は0.0070%以下であることが好ましい。一方、Ca、Ce、Mg、Zr、La、およびREMからなる群から選ばれた1種または2種以上の含有量の下限は、特に定めなくても本実施形態の効果は発揮されるが、溶融亜鉛めっき鋼板の成形性を改善する効果を十分に得るためには、これら各元素の含有量の合計は0.0001%以上であることが好ましい。成形性の観点からは、Ca、Ce、Mg、Zr、La、およびREMからなる群から選ばれた1種または2種以上の含有量の合計が0.0010%以上であることがさらに好ましい。
本実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板における化学成分において、以上説明した各元素の残部は、Feおよび不純物である。なお、前述のTi、Nb、V、Cr、Ni、Cu、Mo、B、Wについては、いずれもそれぞれの前記下限値未満の微量を不純物として含有していることは許容される。また、Ca、Ce、Mg、Zr、La、REMについても、その合計量の下限値未満の極微量を不純物として含有していることは許容される。
本発明の実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板の母材鋼板の組織を規定した理由は以下のとおりである。
(ミクロ組織)
本発明の実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板の母材鋼板のミクロ組織について説明する。鋼材の特性はミクロ組織によって変化するが、ミクロ組織を定量化する場合、鋼材の全領域に亘ってミクロ組織を定量化し、規定することは現実的でない。このため、本発明では鋼材の代表的なミクロ組織を示す、母材鋼板の表面から1/4厚を中心とした1/8厚〜3/8厚におけるミクロ組織を定量化し、規定する。板厚中央部は、強い凝固偏析によりミクロ組織が変化するため、鋼板を代表するミクロ組織とは言えない。鋼板の表層に近い部位は、局所的な温度変化又は外気との反応によりミクロ組織が変化するため、鋼板を代表するミクロ組織とは言えない。
本発明の実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板の母材鋼板におけるミクロ組織は、母材鋼板の表面から1/4厚を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲において、フェライト相(以下、フェライトという)が体積分率で40%以上、97%以下であり、ベイナイト相(以下、ベイナイトという)とベイニティックフェライト相(以下、ベイニティックフェライトという)とフレッシュマルテンサイト相(以下、フレッシュマルテンサイトという)と焼戻しマルテンサイト相(以下、焼戻しマルテンサイトという)のうち1種以上からなる硬質組織の合計が体積分率で3%以上であり、残留オーステナイト相(以下、残留オーステナイトという)が体積分率で0%〜8%(0%を含む)であり、パーライト相(以下、パーライトという)と粗大セメンタイト相(以下、セメンタイトという)との合計が体積分率で0%〜8%(0%を含む)であるものである。
「フェライト」
フェライトは優れた延性を有する組織である。しかし、フェライトは軟質であることから低強度であるため、フェライトの体積分率を97%超とすると十分な引張最大強度の溶融亜鉛めっき鋼板を得られない。このため、フェライトの体積分率は97%以下とする。溶融亜鉛めっき鋼板の引張最大強度を高めるため、フェライトの体積分率は92%以下とすることが好ましく、85%以下とすることがより好ましい。さらに、引張最大強度が950MPaを超える溶融亜鉛めっき鋼板を得るには、フェライトの体積分率を80%以下とすることがさらに好ましく、さらには70%以下とすることが好ましい。一方、フェライトの体積分率が50%未満では十分な延性が得られないため、フェライトの体積分率を50%以上とする。フェライトの体積分率を55%以上とすることが好ましく、60%以上であることがさらに好ましい。
「残留オーステナイト」
残留オーステナイトは溶融亜鉛めっき鋼板の強度−延性バランスを高める組織である。一方、残留オーステナイトは変形に伴って硬質なマルテンサイトに変態し、破壊の起点として働くため、伸びフランジ性が劣化することから、残留オーステナイトの体積分率の上限を8%とする。溶融亜鉛めっき鋼板の成形性の観点から、残留オーステナイトの体積分率は小さいことが好ましく、5%以下とすることが好ましく、0%〜3%(0%を含む)とすることが更に好ましい。溶融亜鉛めっき鋼板の残留オーステナイトの体積分率は小さいほど好ましく、0%でも構わない。
「硬質組織」
溶融亜鉛めっき鋼板の引張最大強度を高めるため、ベイナイトとベイニティックフェライトとフレッシュマルテンサイトと焼戻しマルテンサイトとのうち1種以上からなる硬質組織の体積分率を合計で3%以上とする必要がある。溶融亜鉛めっき鋼板の引張最大強度を高めるため、硬質組織の体積分率は7%以上とすることが好ましく、15%以上とすることがさらに好ましい。一方、硬質組織の体積分率を過度に高めると溶融亜鉛めっき鋼板の延性が劣化することから、硬質組織の体積分率を60%以下に制限する。この観点から、硬質組織の体積分率は55%以下とすることが好ましく、50%以下であることが更に好ましい。
「ベイニティックフェライトおよびベイナイト」
ベイニティックフェライトおよびベイナイトは、溶融亜鉛めっき鋼板の強度と成形性のバランスに優れた組織であり、体積分率で60%以下のベイニティックフェライトおよび/またはベイナイトが鋼板組織に含まれていることが好ましい。また、ベイニティックフェライトおよびベイナイトは、軟質なフェライトと硬質なマルテンサイト、焼戻しマルテンサイトおよび残留オーステナイトの中間の強度を有するミクロ組織であり、伸びフランジ性の観点から5%以上含まれることがより好ましく、10%以上含まれることがさらに好ましい。一方、ベイニティックフェライトおよび/またはベイナイトの体積分率が60%を超えると、降伏応力が過度に高まり、形状凍結性が劣化することが懸念されるため好ましくない。
「焼戻しマルテンサイト」
焼戻しマルテンサイトは、溶融亜鉛めっき鋼板の引張強度を大きく向上させる組織であり、鋼板組織に体積分率で60%以下含まれていてもよい。引張強度の観点から、焼戻しマルテンサイトの体積分率は5%以上とすることが好ましい。一方、鋼板組織に含まれる焼戻しマルテンサイトの体積分率が60%を超えると、降伏応力が過度に高まり、形状凍結性が劣化することが懸念されるため好ましくない。
「フレッシュマルテンサイト」
フレッシュマルテンサイトは、溶融亜鉛めっき鋼板の引張強度を大きく向上させるが、一方で破壊の起点となって伸びフランジ性を劣化させるため、鋼板組織に体積分率で30%以下含まれていることが好ましい。特に穴拡げ性を高めるにはフレッシュマルテンサイトの体積分率を20%以下とすることがより好ましく、10%以下とすることが更に好ましい。
「その他のミクロ組織」
本発明の実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板の鋼板組織には、パーライトおよび/または粗大なセメンタイトなど上記以外の組織が含まれていてもよい。しかし、溶融亜鉛鋼板の鋼板組織中にパーライトおよび/または粗大なセメンタイトが多くなると、延性が劣化する。このことから、鋼板組織に含まれるパーライトおよび/または粗大なセメンタイトの体積分率は、合計で8%以下する。なお、パーライトおよび/または粗大なセメンタイトの体積分率は合計で5%以下であることが好ましい。
また、本発明の実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板の鋼板組織は、めっき層と母材鋼板(地鉄)の界面を起点とする鋼板方向深さ20μmまでの表層部において、残留オーステナイトの体積分率が3%以下に制限されるとともに、前記表層部における前記硬質組織の体積分率「V1」が、鋼板表面から1/4厚を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲における前記硬質組織の体積分率「V2」の0.10倍以上0.90倍以下の範囲にある。
「めっき層と地鉄との界面の近傍における残留オーステナイト」
溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層と母材鋼板との界面近傍にある残留オーステナイトは、変形に伴い硬質なマルテンサイトへと変態し、溶融亜鉛めっき鋼板の表面近傍に大きなひずみが加わる曲げ変形に際して破壊の起点として働くことから、曲げ性および耐疲労特性の劣化に寄与する組織である。この観点から、めっき層と母材鋼板との界面を起点とする鋼板方向深さ20μmまでの表層部においては、残留オーステナイトの体積分率を0%〜3%(0%を含む)と制限する必要がある。なお、当該表層部における残留オーステナイトの体積分率は低いほど好ましく、0%でも構わない。
「めっき層と地鉄との界面の近傍における硬質組織」
溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層と母材鋼板(地鉄)との界面近傍にある硬質組織は、溶融亜鉛めっき鋼板の表層部における強度を高め、疲労限強度を大きく向上させ、耐疲労特性の改善に寄与する組織である。この観点から、めっき層と地鉄との界面を起点とする鋼板方向深さ20μmまでの表層部における硬質組織の体積分率を「V1」、鋼板の表面から1/4厚を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲における合計体積分率を「V2」とした場合、これらの比であるV1/V2を0.10以上として、溶融亜鉛めっき鋼板の表層部における強度を十分に高める必要がある。なお、耐疲労特性を十分に向上するには、V1/V2は0.20以上であることが好ましく、0.30以上であることがより好ましく、0.40以上であることがさらに好ましい。一方、めっき層と地鉄との界面を起点とする鋼板方向深さ20μmまでの表層部における硬質組織の分率をある程度抑制し、溶融亜鉛めっき鋼板表面近傍の強度を下げて局所的な延性を向上することにより、曲げ性を改善されることも可能である。この観点から、良好な曲げ性を得るため、V1/V2は0.90以下とし、0.85以下とすることが好ましく、0.80以下とすることがより好ましい。
さらに、本実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層と地鉄との界面を起点とする鋼板方向深さ20μmまでの表層部において、鉄のBCC結晶粒界および/または結晶粒内にSiおよび/またはMnを含む微細な酸化物を有しても構わない。表層部である鋼板内部に微細な酸化物を先行して生成させることで、めっき層の剥離の起点となる鋼板表面、すなわちめっき層と母材鋼板との界面におけるSiおよび/またはMnを含む酸化物の発生を抑えることができる。
本発明の実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板の母材鋼板に含まれる各組織の体積分率は、例えば、以下に示す方法により測定できる。
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板の鋼板組織に含まれるフェライト、ベイニティックフェライト、ベイナイト、焼戻しマルテンサイト、フレッシュマルテンサイト、パーライトおよび粗大セメンタイトの体積分率は、以下の方法により測定することができる。まず、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を観察面として試料を採取し、観察面を研磨、ナイタールエッチングする。そして、板厚の1/4を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲、または、めっき層と母材鋼板(地鉄)との界面を起点とする鋼板方向深さ20μmまでの範囲をそれぞれ電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM:Field Emission Scanning Electron Microscope)で観察して面積分率を測定し、それを持って体積分率と見なすことができる。ただし、ナイタールエッチングによってめっき層が除去された場合は、試料の表面をもってめっき層と地鉄との界面とみなして構わない。
本実施形態の溶融亜鉛めっき鋼板の鋼板組織に含まれる残留オーステナイトの体積分率は、FE−SEMを用いて、EBSD(Electron Bach−Scattering Diffraction)法による高分解能結晶方位解析を行い、評価する。まず、圧延方向に平行な板厚断面を鏡面に仕上げ、母材鋼板の表面から1/4厚を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲、または、めっき層と地鉄との界面を起点とする鋼板方向深さ20μmまでの範囲のそれぞれにおいて、測定ステップを0.15μm以下とし、合計で10000μm以上の領域において結晶方位を測定する。そして、各測定点がBCC(体心立方構造)の鉄あるいはFCC(面心立方構造)の鉄のいずれであるかを判定し、FCC鉄と判定される点を残留オーステナイトとし、残留オーステナイトの面積分率を測定し、それをもって体積分率とすることができる。なお、十分に広い領域を測定すると面積分率は体積分率と等価となるため、前述の場合は合計で10000μm以上の領域において結晶方位を測定することで残留オーステナイトの面積分率を体積分率とすることができる。
図1に示す通り、本実施形態の溶融亜鉛めっき鋼板は、溶融亜鉛めっき層10と母材鋼板20との界面にFe−Al合金層30を有し、母材鋼板20内に以下に示す微細化層40及び脱炭層50を有する。
微細化層及び脱炭層は後述するように焼鈍工程において特定の温度域で特定の雰囲気に制御した条件で脱炭反応が進行することで生成する層である。このため、微細化層及び脱炭層内の構成相は酸化物および介在物粒子を除いては、実質的にフェライト相60が主体の組織である。具体的には、フェライト相の体積分率が70%以上であり、残部組織をオーステナイト相、ベイナイト相、マルテンサイト相、パーライト相のうちの1種または2種以上が占める混合組織になっている層のことを指す。
微細化層の定義は、母材鋼板の最表部におけるフェライト相の平均粒径が、脱炭層におけるフェライト相の平均粒径の1/2以下である場合に、微細化層が存在すると定義する。微細化層におけるフェライト相の平均粒径が、脱炭層におけるフェライト相の平均粒径の1/2超となる境界を、微細化層と脱炭層との境界と定義する。
微細化層は、前記Fe−Al合金層に直接接する。微細化層の平均厚さは0.1μm〜5.0μmで、微細化層内におけるフェライト相の平均粒径は0.1μm〜3.0μmで、微細化層中に、SiおよびMnの1種または2種以上の酸化物を含有し、その酸化物の最大径は0.01μm〜0.4μmである。
微細化層の平均厚さは0.1μm〜5.0μmである。微細化層の平均厚さが0.1μm未満であるとクラックの発生および伸展の抑制効果が得られずめっき密着性の改善効果が得られない。5.0μm超であると、めっき層の合金化(Zn−Fe合金生成)が進み、めっき層中のFe含有量が大きくなり、めっき密着性が低下する。好ましい微細化層の平均厚さは0.2μm〜4.0μmであり、更に好ましくは0.3μm〜3.0μmである。
鋼板幅方向における前記微細化層の最大厚さと最小厚さとの差が2.0μm以内であることが好ましい。ここで鋼板幅方向における前記微細化層の最大厚さと最小厚さとは両エッジから50mmの位置とその間を7等分した計8箇所の微細化層の厚みを各々測定し、その中の最大厚さと最小厚さのことを示す。微細化層の厚みが厚いほどめっき層の合金化(Zn−Fe合金生成)が進みやすいため、鋼板幅方向における微細化層の厚みの差が大きいと、それが合金化むらとなり、めっき密着性およびめっき外観の均一性に悪影響を及ぼすことがある。めっき密着性およびめっき外観の均一性の観点からは鋼板幅方向における前記微細化層の最大厚さと最小厚さとの差が1.5μm以下であることが好ましく、1.0μm以下であることが更に好ましい。
微細化層内におけるフェライト相の平均粒径は0.1μm〜3.0μmである。フェライト相の平均粒径が0.1μm未満であるとクラックの発生および伸展の抑制効果が得られずめっき密着性の改善効果が得られない。フェライト相の平均粒径が3.0μm超であるとめっき密着性の改善効果が得られない。好ましいフェライト相の平均粒径は0.1μm〜2.0μmである。
微細化層中に含有するSiおよびMnの1種または2種以上の酸化物としては、例えば、SiO、MnSiO、MnSiO、FeSiO、FeSiO、MnOの中から選ばれる1種または2種以上が挙げられる。
微細化層中に含有するSiおよびMnの1種または2種以上の酸化物の最大径は0.01μm〜0.4μmである。この酸化物は、後述するように、焼鈍時に特定の温度域で母材鋼板内部に形成されるもので、この酸化物粒子によって母材鋼板表層のフェライト相結晶の成長が抑制され、微細化層が形成される。酸化物の最大径が0.01μm未満であると微細化層の形成が十分にできず、めっき密着性が低下する。酸化物の最大径が0.4μm超であるとフェライト相が粗大化し、微細化層の形成が不十分であるとともに、その酸化物自体がめっき剥離の起点となるためめっき密着性が低下する。酸化物の最大径の好ましい範囲は0.05μm〜0.2μmである。
微細化層の平均厚さおよび微細化層内におけるフェライト相の平均粒径は、以下に示す方法により測定する。溶融亜鉛めっき鋼板から、母材鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を観察面として試料を採取する。試料の観察面をCP(Cross section polisher)装置により加工し、FE−SEM(Field Emission Scanning Electron Microscopy)での反射電子像を5000倍で観察し、測定する。
微細化層中に含有するSiおよびMnの1種または2種以上の酸化物の最大径は、以下に示す方法により測定する。溶融亜鉛めっき鋼板から、母材鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を観察面として試料を採取する。試料の観察面をFIB(Focused Ion Beam)加工して薄膜試料を作製する。その後、薄膜試料をFE−TEM(Field Emission Transmission Electr on Microscopy)を用いて30000倍で観察する。各薄膜試料について5視野観察し、全視野で計測された酸化物の直径の最大値を、当該薄膜試料における酸化物の最大径とする。
(Fe−Al合金層)
本発明の実施形態においては、めっき層と鋼板との界面にはFe−Al合金層が形成されている。Fe−Al合金層の形成により、めっき層が合金化(Zn−Fe合金生成)するのを抑制し、めっき密着性低下を抑制することができる。加えて、合金化むらによる外観むらの発生も抑制することができる。合金化むらによる外観むらは、溶融亜鉛めっき処理後に合金化処理を施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板よりも、合金化処理をしない溶融亜鉛めっき鋼板の方が生じやすい。Fe−Al合金層の厚みは0.1μm〜2.0μmとする。0.1μm未満であるとめっき密着性および外観が低下する場合があり、2.0μm超であるとめっき密着性が低下する場合がある。好ましくは0.1μm〜1.0μmである。
鋼板幅方向における前記Fe−Al合金層の最大厚さと最小厚さとの差は0.5μm以内とする。ここで鋼板幅方向における前記Fe−Al合金層の最大厚さと最小厚さとは両エッジから50mmの位置とその間を7等分した計8箇所のFe−Al合金層の厚みを各々測定し、その中の最大厚さと最小厚さのことを示す。Fe−Al合金層の厚みが薄いほどめっき層の合金化(Zn−Fe合金生成)が進みやすいため、鋼板幅方向におけるFe−Al合金層の厚みの差が大きいと、それが合金化むらとなり、めっき密着性およびめっき外観の均一性に悪影響を及ぼすことがある。めっき密着性およびめっき外観の均一性の観点からは、鋼板幅方向における前記Fe−Al合金層の最大厚さと最小厚さとの差が0.4μm以下であることが好ましく、0.3μm以下であることが更に好ましい。
(めっき層)
本発明の実施形態においては、溶融亜鉛めっき層は、Fe含有量が0%超3.0%以下であり、Al含有量が0%超1.0%以下である。さらに、溶融亜鉛めっき層はAg、B、Be、Bi、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Ge、Hf、I、K、La、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Rb、Sb、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、V、W、Zr、REMの1種または2種以上を含有、あるいは混入するものであってもよい。このように、溶融亜鉛めっき層が、上記の元素の1種または2種以上を含有、あるいは混入するものであっても、本発明の効果は損なわれず、その含有量によっては耐食性および加工性が改善される等好ましい場合もある。
また、本実施形態においては、溶融亜鉛めっき層はζ相(FeZn13)からなる柱状晶を含んでもよいが、めっき層と母材鋼板との全界面のζ相の被覆割合は20%未満であることがめっき密着性の観点から好ましい。
さらに、母材鋼板の片面における溶融亜鉛めっき層の付着量は10g/m以上、100g/m以下であることが好ましい。
〔溶融亜鉛めっき層におけるFe含有量:0%超3.0%以下〕
溶融亜鉛めっき層におけるFe含有量は0%超3.0%以下である。Fe含有量0%は実質的に製造困難である。Fe含有量が3.0%を超えるとめっき密着性が低下する。Fe含有量が0.3%未満では、めっき密着性が低下する場合があるため、めっき密着性確保の観点からFe含有量の好ましい範囲は0.3%〜2.5%であり、更に好ましくは0.5%〜2.0%である。
〔溶融亜鉛めっき層におけるAl含有量:0%超1.0%以下〕
溶融亜鉛めっき層におけるAl含有量は0%超1.0%以下である。めっき浴中にAlを含まない場合、もしくは極端に含有量が少ない場合はめっき層の合金化が進み、めっき密着性が低下するため、めっき層中のAl含有量は0.1%以上とすることが好ましい。ここでめっき層の合金化とはFe原子がめっき層中に拡散し、Zn−Fe合金が生成することを指す。Al含有量が1.0%を超えるとめっき密着性が低下する。めっき密着性確保の観点からAl含有量の好ましい範囲は0.1%〜0.8%であり、更に好ましくは0.2%〜0.5%である。
〔溶融亜鉛めっきの付着量:10g/m〜100g/m
溶融亜鉛めっき層の母材鋼板片面への付着量が少ないと十分な耐食性が得られないおそれがある。このことから、めっき層の母材鋼板片面への付着量は10g/m以上とすることが好ましい。耐食性の観点から、付着量は20g/m以上がより好ましく、30g/m以上がさらに好ましい。一方、めっき層の付着量が多いと、スポット溶接を行った際の電極損耗が激しくなり、連続して溶接を行った際に溶融ナゲット径の減少および溶接継手強度の劣化が起こるおそれがある。このため、めっき層の付着量を100g/m以下とすることが好ましい。連続溶接性の観点から、付着量は93g/m以下であることがより好ましく、85g/m以下であることがさらに好ましい。
(溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法)
次に、本発明の実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法について詳細に説明する。
本実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、上記化学成分を有するスラブを、1080℃以上に加熱し、圧延完了温度を850℃〜980℃の範囲内とする熱間圧延を施し熱延鋼板とし、その後コイルとして巻き取る工程であり、熱間圧延後から300℃までの冷却過程における熱延鋼板の温度を後述する式(1)を満たすよう制御する熱延工程と、熱延工程に次いで酸洗した後、合計の圧下率を85%以下とする冷間圧延を行う冷延工程と、冷延工程後の鋼板を、600℃〜750℃間の平均加熱速度を1.0℃/s以上、最高加熱温度を(Ac1+25)℃以上Ac3℃以下、かつ750℃以上の温度域内として加熱し、次いで、760℃〜700℃間の平均冷却速度を0.1℃/s〜5.0℃/s、650℃〜500℃間の平均冷却速度を1.0℃/s以上として冷却する焼鈍工程と、焼鈍工程の後、めっき浴温度を440℃〜470℃、めっき浴進入時の鋼板温度を430℃〜480℃、めっき浴中における有効Al量を0.180〜0.250質量%とするめっき条件で鋼板をめっき浴に浸漬することにより、鋼板表面に溶融亜鉛めっきを施してめっき層を形成するめっき工程と、めっき工程後に、鋼板を100℃以下まで冷却した後に直径50mm〜800mmのロールを用いて合計2回以上の曲げ−曲げ戻し変形を行う加工工程とを備える。
以下、各製造工程について詳細に説明する。
本発明の実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板を製造するには、まず母材鋼板を製造する。
母材鋼板は、特性に応じた合金元素を含有したスラブを鋳造し、熱間圧延を施し、冷間圧延を施すことで製造される。
以下、各製造工程について詳細に説明する。
「鋳造工程」
まず、熱間圧延に供するスラブを鋳造する。スラブの化学成分(組成)は上述の成分であることが好ましい。熱間圧延に供するスラブは、連続鋳造スラブや薄スラブキャスターなどで製造したものを用いることができる。
「熱延工程」
熱延工程においては、鋳造に起因する結晶方位の異方性を抑制するため、スラブの加熱温度を1080℃以上とすることが好ましい。スラブの加熱温度は、より好ましくは、1150℃以上とする。一方、スラブの加熱温度の上限は、特に定めない。1300℃を超えてスラブを加熱するには、多量のエネルギーを投入する必要があり、製造コストの大幅な増加を招く。このことから、スラブの加熱温度は1300℃以下とすることが好ましい。
スラブを加熱した後、熱間圧延を行う。熱間圧延の完了温度(圧延完了温度)が850℃未満では、圧延反力が高まり、指定の板厚を安定して得ることが困難となる。このため、熱間圧延の完了温度は850℃以上とすることが好ましく、870℃以上とすることがより好ましい。一方、熱間圧延の完了温度を980℃超とするには、スラブの加熱終了から熱間圧延の完了までの工程において鋼板を加熱する装置が必要となり、高いコストが必要となる。このため、熱間圧延の完了温度を980℃以下とし、950℃以下とすることがより好ましい。
次に、熱間圧延した後の熱延鋼板をコイルとして巻き取る。なお、熱間圧延から巻き取りまでの冷却過程における平均冷却速度は、10℃/秒以上とすることが好ましい。これは、より低温で変態を進めることで、熱延鋼板の粒径を微細にし、冷延および焼鈍後の母材鋼板の有効結晶粒径を微細にするためである。
熱延鋼板の巻取り温度は450℃以上650℃以下とすることが好ましい。これは、熱延鋼板のミクロ組織にパーライトおよび/または長径が1μm以上の粗大セメンタイトを分散して生成させ、冷間圧延により導入されるひずみを局在化させるためである。これにより、焼鈍工程においてさまざまな結晶方位のオーステナイトに逆変態させることで、焼鈍後の母材鋼板の有効結晶粒を微細化できる。巻取り温度が450℃未満であると、パーライトおよび/または粗大セメンタイトが生成しない場合があり、好ましくない。一方、巻取り温度が650℃を超えると、パーライトとフェライトがそれぞれ圧延方向に長い帯状に生成する。これにより、フェライト部分から冷間圧延および焼鈍後に生成する母材鋼板の有効結晶粒が圧延方向に伸長した粗大なものとなる傾向にあり、好ましくない。
また、熱延鋼板を巻き取った後、スケール層の下に内部酸化層が不均一に(エッジ部より中央部の方が厚く)形成される場合がある。巻取り温度が650℃を超えるとそれが顕著になる。この内部酸化層が後述する後工程(酸洗、冷延)でも除去されない場合には、微細化層およびFe−Al合金層の不均一な形成につながり、めっき密着性および外観の均一性に悪影響を及ぼす可能性がある。したがって、めっき密着性および外観の均一性の観点からも巻取り温度は650℃以下に下げることが好ましい。
ここで、焼鈍後の母材鋼板の表面において、硬質組織を所定の体積分率に制御するため、熱間圧延工程において、母材鋼板表面から適度に脱炭させる必要がある。母材鋼板からの脱炭挙動は、雰囲気制御によって制御しても構わないが、大規模な設備が必要となり、コスト面での負荷が大きい。そのため、本実施形態では、仕上げ圧延完了(熱間圧延完了)から300℃に至るまでの区間において、冷却速度を制御して鋼板温度を制御することにより、脱炭挙動を制御する。
母材鋼板の温度制御は、仕上げ圧延完了から300℃に至るまでの区間のうち、母材鋼板表面において鉄のBCC相が安定となる温度Ae3*℃以下となる範囲において行う。これは、鉄のBCC相からの脱炭が、高温における安定相であるFCC相からの脱炭に比べて早く進むためである。なお本実施形態においては、母材鋼板温度が300℃よりも低い温度範囲では、酸素の拡散速度が十分に遅く、脱炭の進行速度についても脱炭挙動に影響しないと見なせるため、熱延工程における母材鋼板の温度制御の温度範囲は300℃に至るまでの区間とする。
なお、Ae3*[℃]は次の式を用いて求めることができる。
Ae3*[℃]=885+31.7Si−29.3Mn+123.2Al−18.2Cr−40.0Ni−21.0Cu+12.6Mo
上記の式において、C、Si、Mn、Al、Cr、Ni、Cu、Moはそれぞれの元素の含有量[質量%]である。
また、鋼板の脱炭挙動は仕上げ圧延完了からコイルに巻取るまでの第1期と、コイルに巻き取ってから室温に至るまでの第2期に分けて制御する。これは、第1期には大気下で脱炭が進行するのに対し、第2期には、巻き取ってコイルとすることで鋼板同士が密着し、外気の侵入がほとんど無い条件で脱炭が進行するため、両者で脱炭の進行速度が大きく異なるためである。
具体的には、鋼板表層部を適度に脱炭させるため、仕上げ圧延完了から300℃に至るまでの冷却過程において、鋼板温度を、下記式(1)を満たす範囲に制御する。式(1)は脱炭挙動の進行度合いと関係する式であり、式(1)の値が大きいほど脱炭が進行することを示す。
なお、式(1)における各項について、t[秒]は仕上げ圧延完了からの経過時間であり、t1[秒]は仕上げ圧延完了からAe3*温度に至るまでの経過時間であり、t2[秒]は仕上げ圧延完了からコイルに巻取るまでの経過時間であり、t3[秒]は仕上げ圧延完了から鋼板温度が300℃に至るまでの経過時間である。また、T(t)[℃]は鋼板温度であり、WSi[質量%]およびWMn[質量%]はそれぞれ鋼板全体におけるSi、Mnの各元素の平均含有量である。さらに、α、β、γ、δの各項は定数項であり、それぞれ8.35×10、2.20×10、1.73×1010、2.64×10である。
Figure 0006315154
上記式(1)において、括弧内の第1積分項は第1期の冷却中における脱炭の進行度合いと関係する項であり、第2積分項は第2期の冷却中における脱炭の進行度合いと関係する項である。いずれの項においても、脱炭は母材鋼板温度が高く、かつ、停留時間が長いほど進む。特に第2期においては、脱炭を進める元素である酸素が雰囲気中にほとんど存在せず、表層のスケール層から鋼中のSiおよびMnによって引き寄せられる酸素によって脱炭が進行するため、第2積分項にはSiおよびMnの含有量による影響が含まれ、鋼中のSiおよびMn量が多いほど式(1)の値は大きくなり、脱炭が進行することを示す。
仕上げ圧延完了後の冷却過程において、上記式(1)の値が0.8未満となると、母材鋼板表層部はほとんど脱炭せず、表層部の硬質組織の体積率V1と、板厚の表面から1/4厚を中心とした硬質組織の体積率V2の比であるV1/V2が0.90を超え、曲げ性が劣化するため、上記式(1)の値が0.8以上となるように冷却を行う。この観点から、上記式(1)の値が1.0以上となるように冷却を行うことが好ましく、1.3以上とすることが更に好ましい。一方、上記式(1)の値が20.0を超えると、鋼板表層部が過度に脱炭し、V1/V2が0.30未満となり、鋼板の耐疲労特性が著しく劣化するため、上記式(1)の値が20.0以下となるように冷却を行う。この観点から、上記式(1)の値が15.0以下となるように冷却を行うことが好ましく、10.0以下とすることが更に好ましい。
次に、このようにして製造した熱延鋼板の酸洗を行う。酸洗は、熱延鋼板の表面の酸化物を除去するものであることから、母材鋼板のめっき性向上のために重要である。酸洗は、一回でも良いし、複数回に分けて行っても良い。スケール層の下に生成する内部酸化層は、酸洗を強化し、できるだけ除去した方が微細化層およびFe−Al合金層の均一な形成、それによる均一外観の確保の観点からも好ましい。内部酸化層が除去できれば、酸洗条件は特に限定されず、例えば、酸洗効率と経済性との観点からは塩酸の使用が好ましい。内部酸化層を除去する条件としては、例えば、塩酸の濃度は、塩化水素として5質量%以上、酸洗温度は80℃以上、酸洗時間は30秒以上が推奨条件として挙げられる。
「冷延工程」
次に、酸洗後の熱延鋼板に冷間圧延を行って冷延鋼板を得る。
冷間圧延では、圧下率の合計が85%を超えると、鋼板の延性が失われ、冷間圧延中に鋼板が破断する危険性が高まる。このため、圧下率の合計を85%以下とすることが好ましい。この観点から、圧下率の合計は75%以下とすることがより好ましく、70%以下とすることが更に好ましい。冷間圧延工程における圧下率の合計の下限は特に定めない。圧下率の合計が0.05%未満では、母材鋼板の形状が不均質となり、めっきが均一に付着せず、外観が損なわれる。このため、0.05%以上とすることが好ましく、0.10%以上とすることが更に好ましい。なお、冷間圧延は複数のパスで行うことが好ましいが、冷間圧延のパス数および各パスへの圧下率の配分は問わない。
また、冷間圧延における圧下率の合計が10%超、20%未満の範囲においては、その後の焼鈍工程において再結晶が十分に進まず、多量の転位を含んで展性を失った粗大な結晶粒が表層近くに残り、曲げ性および耐疲労特性が劣化する場合がある。これを避けるには、圧下率の合計を小さくし、結晶粒への転位の蓄積を軽微にして結晶粒の展性を残すことが有効である。あるいは、圧下率の合計を大きくし、焼鈍工程において再結晶を十分に進行させ、加工組織を内部に転位の蓄積が少ない再結晶粒にすることが有効である。結晶粒への転位の蓄積を軽微にする観点からは、冷延工程における圧下率の合計は10%以下とすることが好ましく、5.0%以下とすることが更に好ましい。一方、焼鈍工程における再結晶を十分に進めるには、圧下率の合計を20%以上とすることが好ましく、30%以上とすることが更に好ましい。
「焼鈍工程」
本発明の実施形態においては、冷延鋼板に焼鈍を施す。本発明の実施形態においては、予熱帯と均熱帯とめっき帯とを有する連続焼鈍めっきラインを用いることが好ましい。そして、焼鈍工程を行いながら予熱帯と均熱帯とを通過させ、めっき帯に到着するまでに焼鈍工程を終了し、めっき帯においてめっき工程を行うことが好ましい。
上述のように、焼鈍工程及びめっき工程に連続焼鈍めっきラインを用いた場合には、例えば、以下に示す方法を用いることが好ましい。
特に、予熱帯における雰囲気、加熱方式の制御、均熱帯における雰囲気の制御が微細化層およびFe−Al合金層を適切で均一に生成させながら、めっき密着性および外観均一性を確保する上で重要である。
予熱帯においては、水蒸気分圧P(HO)と水素分圧P(H)との比のLog値であるLog(P(HO)/P(H))を−1.7〜−0.2に制御した雰囲気下で、空気比を0.7〜1.0とした予熱バーナーを用いて、400℃〜800℃の鋼板温度に加熱しながら通板させる。
予熱帯において、水蒸気分圧P(HO)と水素分圧P(H)との比を調整することは、後続の溶融亜鉛めっきにおいて界面にFe−Al合金相を幅方向に均一に析出させること及びめっき前の鋼板の表面性状に影響を及ぼす。
これは、予熱帯においては空気比を調整することで、Si等の強脱酸元素の酸化膜の鋼板表面への生成を抑制する。これと共に、水蒸気分圧P(HO)と水素分圧P(H)との比を調整することで、鋼板表面での過剰な脱炭素を抑制する。このことで、後続のめっき工程において、鋼板表面の粒界における過剰なFe−Zn合金反応を抑制して、Fe−Al合金反応が選択的に起きる様にする。Fe−Al合金反応が選択的に起きることで、均一なFe−Al合金層の形成を促し、優れためっき密着性、外観均一化を得ることができる。Log(P(HO)/P(H))が−0.2を超えるとFe−Zn合金化が後続のめっき工程で起こり易くなり、めっき中のFe濃度が高くなる。それにより、めっき密着性が低下し、外観むらも生じやすくなる。一方、Log(P(HO)/P(H))が−1.7未満であると、鋼板表面に炭素濃度が高い部分が出来、表面に微細化層が形成しないため、めっき密着性が低下する。
「空気比」とは、単位体積の混合ガスに含まれる空気の体積と、単位体積の混合ガスに含まれる燃料ガスを完全燃焼させるために理論上必要となる空気の体積との比であり、下記の式で示される。
空気比=[単位体積の混合ガスに含まれる空気の体積(m)]/[単位体積の混合ガスに含まれる燃料ガスを完全燃焼させるために理論上必要となる空気の体積(m)]
上記の空気比が1.0を超えて大きすぎる場合には、鋼板表層部に過剰なFe酸化被膜が生成され、焼鈍後の脱炭層が肥大化し、微細化層も過剰に生成する。それにより過度にめっきの合金化が進み、めっき密着性、チッピング性、パウダリング性が低下する。したがって、上記の空気比は1.0以下であることが好ましく、0.9以下であることがより好ましい。上記空気比が0.7未満と小さすぎる場合には、微細化層が形成されず、めっき密着性が低下する。よって、上記空気比は0.7以上とし、0.8以上であることが好ましい。
また、予熱帯を通板させる鋼板温度が400℃未満だと、十分な微細化層を形成することができない。したがって、予熱帯を通板させる鋼板温度は400℃以上とし、600℃以上とすることが好ましい。一方、予熱帯を通板させる鋼板温度が800℃を超える高温では、粗大なSiおよび/またはMnを含む酸化物が鋼板表面に生成し、めっき密着性が低下する。したがって、予熱帯を通板させる鋼板温度は800℃以下とし、750℃以下とすることが好ましい。
予熱帯における加熱速度が遅いと内部酸化が進行し、鋼板内部に粗大な酸化物が生成する。特に、600℃〜750℃における加熱速度は重要であり、鋼板表層部の過度の脱炭を避け、粗大な酸化物の生成を抑制するためにこの間の平均加熱速度を1.0℃/秒以上とする必要がある。この間の平均加熱速度が1.0℃/秒未満の場合、微細化層中に粗大な酸化物が形成し、めっき密着性およびパウダリング性が低下する。鋼板表層部の過度の脱炭、及び粗大な酸化物の生成を避けるため、600℃〜750℃間の平均加熱速度は1.5℃/秒以上とすることが好ましく、2.0℃/秒以上とすることがより好ましい。600℃〜750℃における平均加熱速度は、予熱帯における処理時間を確保して、50℃/秒以下とすることが好ましい。平均加熱速度が50℃/秒以下であると、均一な微細化層が得られやすく、めっき密着性および外観の均一性に優れためっき層が得られる。
焼鈍工程における最高加熱温度は、鋼板の成形性に関わるミクロ組織の分率を所定の範囲に制御するため、重要な因子である。最高加熱温度が低いと、鋼中に粗大な鉄系炭化物が溶け残り、成形性が劣化する。また最高加熱温度が750℃未満では、熱延鋼板中の粗大な鉄炭化物が十分に溶解せず、製品とした板にまで残存し、延性を大きく損なうおそれがある。鉄系炭化物を十分に固溶させ、成形性を高めるには、最高加熱温度は(Ac1点+25)℃以上かつ750℃以上とし、(Ac1点+50)℃以上とすることが好ましい。一方、最高加熱温度がAc3点を超えると、鋼中のフェライト分率が著しく減少するため、最高加熱温度をAc3点以下とする。また、めっき密着性の観点からは、地鉄表面の酸化物を少なくするため、最高加熱温度は低いほうが好ましい。この観点から最高加熱温度は850℃以下とすることが好ましく、830℃以下とすることがより好ましい。
鋼板のAc1点およびAc3点は、それぞれオーステナイト逆変態の開始点と完了点であり、具体的には、熱間圧延後の鋼板から小片を切り出し、10℃/秒で1200℃まで加熱し、その間の体積膨張を測定することで得られる。
焼鈍工程における最高加熱温度(750℃以上)は、均熱帯において到達する。この均熱帯における雰囲気はLog(P(HO)/P(H))を−1.7〜−0.2に制御する。Log(P(HO)/P(H))が−1.7未満では微細化層が形成されず、めっき密着性が低下する。Log(P(HO)/P(H))が−0.2を超えると脱炭が過度に進行して、母材鋼板表層の硬質相が著しく減少するとともに、微細化層中に粗大な酸化物が形成し、めっき密着性およびパウダリング性が低下する。
上記のとおり、均熱帯におけるLog(P(HO)/P(H))が−1.7〜−0.2であると、めっき剥離の起点となるSiおよびMn酸化物が最表面層に形成せず、鋼板表層の内部に最大径が0.05μm〜0.4μmであるSiおよび/またはMnの微細な酸化物が形成される。Siおよび/またはMnの微細な酸化物は、焼鈍中におけるFe再結晶の成長を抑制する。また、焼鈍雰囲気中の水蒸気が母材表層を脱炭させるため、焼鈍後の母材表層はフェライトになる。その結果、焼鈍後の母材の表層には、平均厚さが0.1μm〜5.0μmであって、フェライト相の平均粒径が0.1μm〜3.0μmであり、最大径が0.01μm〜0.4μmであるSiおよび/またはMnの酸化物を含有する微細化層が形成される。
焼鈍工程のうち、最高加熱温度に到達後からめっき浴に至るまでのめっき前の冷却(めっき前冷却工程)において、760℃から700℃までの温度域と、650℃から500℃までの温度域との2段階に分けて鋼板の温度を制御することにより、所定のミクロ組織を得ることができる。まず、フェライトの生成を十分に進めるため、760℃から700℃までの間の平均冷却速度を規定する。760℃から700℃までの平均冷却速度が5.0℃/秒を超えると、フェライトの生成が十分に進まない場合があるため、平均冷却速度を5.0℃/秒以下とする。フェライトの生成を十分に進めるためには、平均冷却速度は3.5℃/秒以下とすることが好ましく、2.5℃/秒以下とすることがより好ましい。一方、760℃から700℃までの平均冷却速度が0.3℃/秒未満では多量のパーライトが生成する場合があるため、平均冷却速度を0.3℃/秒以上とする。パーライトの生成を避けるためには、平均冷却速度を0.5℃/秒以上とすることが好ましく、0.7℃/秒以上とすることがより好ましい。
次に、過度のパーライトおよび/または粗大なセメンタイトの生成を避けるため、650℃から500℃までの冷却速度を規定する。650℃から500℃までの平均冷却速度が1.0℃/秒未満では、パーライトおよび/または粗大なセメンタイトが多量に生成するため、平均冷却速度を1.0℃/秒以上とする。パーライトおよび/または粗大なセメンタイトは鋼中に含まれないことが好ましいため、これらの生成を十分に避けるためには、平均冷却速度は2.0℃/秒以上とすることが好ましく、3.0℃/秒以上とすることがより好ましい。650℃から500℃の温度域での平均冷却速度の上限は特に設けないが、過度に大きな平均冷却速度を得るには、特殊な冷却設備またはめっき工程に干渉しない冷媒が必要となるため、好ましくない。この観点から、上記温度域での平均冷却速度は100℃/秒以下とすることが好ましく、70℃/秒以下とすることがより好ましい。
めっき前冷却工程に引き続き、焼戻しマルテンサイトを得るため、鋼板温度が500℃に到達してからめっき浴に至るまでの間に、マルテンサイト変態処理として鋼板を所定の温度域に一定時間停留させても構わない。マルテンサイト変態処理温度は、マルテンサイト変態開始温度Ms点を上限とし、上限を(Ms点−20)℃とすることがより好ましい。マルテンサイト変態処理は、50℃を下限とすることが好ましく、下限を100℃とすることがより好ましい。また、マルテンサイト変態処理時間は、1秒間〜100秒間とすることが好ましく、10秒間〜60秒間とすることがより好ましい。なお、マルテンサイト変態処理で得られるマルテンサイトは、めっき工程にて高温のめっき浴に侵入することにより焼戻しマルテンサイトに変化する。
なお、Ms点は次の式により計算する。
Ms点[℃]=541−474C/(1−VF)−15Si−35Mn−17Cr−17Ni+19Al
上記式において、VFはフェライトの体積分率を示し、C、Si、Mn、Cr、Ni、Alはそれぞれの元素の含有量[質量%]である。
なお、製造中にフェライトの体積分率を直接測定することは困難である。このため、本発明においてMs点を決定するにあたっては、連続焼鈍ラインに通板させる前の冷延鋼板の小片を切り出し、その小片を連続焼鈍ラインに通板させた場合と同じ温度履歴で焼鈍して、小片のフェライトの体積の変化を測定し、その結果を用いて算出した数値をフェライトの体積分率VFとしている。
更に、ベイナイトの生成を進めるため、鋼板温度が500℃に到達してからめっき浴に至るまでの間に、ベイナイト変態処理として鋼板を所定の温度域に一定時間停留させても構わない。ベイナイト変態処理温度が500℃を超えるとパーライトおよび/または粗大なセメンタイトの生成が進むため、ベイナイト変態処理温度は500℃以下とする。また、ベイナイト変態処理温度が350℃を下回ると、変態が十分に進まないため、ベイナイト変態処理温度は350℃以上とする。ベイナイト変態処理時間は、変態を十分に進めるため、10秒以上とし、パーライトおよび/または粗大なセメンタイトの生成を抑制するため、500秒以下とする。なお、めっき前冷却工程後に、ベイナイト変態処理とマルテンサイト変態処理との両者を行う場合、施行順についてはベイナイト変態処理とマルテンサイト変態処理とを行うこととする。
「めっき工程」
次に、このようにして得られた母材鋼板をめっき浴に浸漬する。
めっき浴は、亜鉛を主体とし、めっき浴中の全Al量から全Fe量を引いた値である有効Al量が0.180%〜0.250%である組成を有する。めっき浴中の有効Al量が0.180%を下回ると、Fe−Al合金層の形成が十分ではなく、めっき層中へのFeの侵入が進み、めっき密着性が損なわれるため、0.180%以上とする必要がある。この観点から、めっき浴中の有効Al量は0.185%以上であることが好ましく、0.190%以上であることが更に好ましい。一方、めっき浴中の有効Al量が0.250%を超えると、母材鋼板とめっき層のFe−Al合金層が過度に生成し、めっき密着性が損なわれる。この観点から、めっき浴中の有効Al量は0.250%以下とする必要があり、0.240%以下とすることが好ましく、0.230%以下とすることが更に好ましい。
めっき浴は、Ag、B、Be、Bi、Ca、Cd、Co、Cr、Cs、Cu、Ge、Hf、I、K、La、Li、Mg、Mn、Mo、Na、Nb、Ni、Pb、Rb、Sb、Si、Sn、Sr、Ta、Ti、V、W、Zr、REMの1種または2種以上の元素が混入されているものであってもよく、各元素の含有量によっては、溶融亜鉛めっき層の耐食性および加工性が改善される等好ましい場合もある。
また、めっき浴の温度は440℃〜470℃とすることが好ましい。めっき浴温度が440℃未満では、めっき浴の粘度が過大に高まり、めっき層の厚さを制御することが困難となり、溶融亜鉛めっき鋼板の外観を損なう。したがって、めっき浴の温度は440℃以上が好ましく、445℃以上とすることが更に好ましい。一方、めっき浴温度が470℃を超えると多量のヒュームが発生し、安全に製造することが困難となる。このため、めっき浴温度は470℃以下が好ましく、460℃以下とすることが更に好ましい。
また、母材鋼板がめっき浴に進入する際の鋼板温度が430℃を下回ると、めっき浴温度を440℃以上で安定させるために、めっき浴に多量の熱量を与える必要が生じるため、実用上不適である。一方、母材鋼板がめっき浴に進入する際の鋼板温度が480℃を上回ると、めっき浴温度を470℃以下に安定させるために、めっき浴から多量の熱量を抜熱する設備を導入する必要があり、製造コストの点で不適である。よって、めっき浴の浴温を安定させるため、母材鋼板のめっき浴進入時の温度を430℃以上、480℃以下とする。また、Fe−Al合金層を適正に制御するには、母材鋼板のめっき浴進入時の温度は440℃以上、470℃以下に制限することが更に好ましい。
めっき浴の温度は、440℃〜470℃の範囲内の温度で安定していることが好ましい。めっき浴の温度が不安定であると、Fe−Al合金層およびめっき層中のFe含有量が不均一となり、めっき層の外観および密着性の不均一を招く。めっき浴の温度を安定させるためには、めっき浴進入時の鋼板温度とめっき浴の温度とを略一致させることが好ましい。具体的には、実製造設備の温度制御性の限界から、めっき浴進入時の鋼板温度をめっき浴温度の±10℃以内とすることが好ましく、めっき浴温度の±5℃以内とすることがより好ましい。
なお、めっき浴浸漬後、適正なめっき付着量とするため、鋼板表面に窒素を主体とする高圧ガスを吹き付け、表層の過剰な亜鉛を除去することが好ましい。その後室温まで冷却する。その際、母材鋼板からめっき層へのFe原子の拡散がほとんど進まず、ζ相の生成がほぼ停止する温度350℃までは1℃/秒以上の冷却速度を確保することがめっき密着性確保の観点から好ましい。
また、350℃まで冷却した後に、硬質組織を得るため、1.0℃/秒以上の平均冷却速度で250℃以下まで冷却しても構わない。フレッシュマルテンサイト相および/または焼戻しマルテンサイト相を得るためには、平均冷却速度を3.0℃/秒以上とすることが好ましく、5.0℃/秒以上とすることがさらに好ましい。
さらに、250℃以下まで冷却した後、焼戻しマルテンサイトを得るために再加熱処理を施しても構わない。再加熱処理の処理温度および処理時間は目標とする特性に応じて適宜設定して構わない。ただし、再加熱処理温度が250℃未満では十分な効果が得られず、一方で、350℃を上回ると、めっき層が変質し、めっき密着性が劣化する懸念があるため、再加熱処理温度は250℃以上350℃以下とすることが好ましい。また、再加熱処理時間が1000秒を超えると処理効果が飽和するため、処理時間は1000秒以下とすることが好ましい。
また、350℃まで冷却した後に、残留オーステナイトを得るため、250℃〜350℃の温度範囲で15秒〜500秒の停留を施すベイナイト変態処理を行っても構わない。ベイナイト変態処理温度が250℃未満では、マルテンサイトが生成して残留オーステナイトは十分に得られない。このため、ベイナイト変態処理温度は250℃以上とすることが好ましく、300℃以上とすることがより好ましい。一方でベイナイト変態処理温度が350℃を超えると、母材鋼板からめっき層へのFe原子の拡散が進行し、めっき密着性が劣化する。このため、ベイナイト変態処理温度は350℃以下とすることが好ましく、330℃以下とすることがより好ましい。
ベイナイト変態処理時間が15秒以上であると、ベイナイト変態処理を行うことの効果が十分に得られる。ベイナイト変態処理時間は25秒以上であることがより好ましい。ベイナイト変態処理時間が500秒以下であると、ベイナイト変態処理を効率よく行うことができる。ベイナイト変態処理時間は300秒以下であることがより好ましい。
また、残留オーステナイトを更に安定化するために、250℃以下まで冷却した後、再加熱処理を施しても構わない。再加熱処理の処理温度および処理時間は目標とする特性に応じて適宜設定して構わない。ただし、再加熱処理温度が250℃未満では十分な効果が得られない。このため、再加熱処理温度は250℃以上とすることが好ましく、280℃以上とすることがより好ましい。再加熱処理温度が350℃を上回ると、母材鋼板からめっき層へのFe原子の拡散が進行し、めっき密着性が劣化する。このため、再加熱処理温度は350℃以下とすることが好ましく、330℃以下とすることがより好ましい。
また、再加熱処理時間が1000秒を超えると処理効果が飽和するため、処理時間は1000秒以下とすることが好ましい。
「加工工程」
次に、鋼板温度を100℃以下まで冷却した後、母材鋼板表層の残留オーステナイトを減少させるため、めっき鋼板に曲げ−曲げ戻し変形を施す。曲げは直径が50mm〜800mmのロールを用いて施すことができる。ロール径が50mm未満では、曲げ変形によって母材鋼板表層に多量のひずみが導入されるため、鋼板の成形性が損なわれる。また、ロール径が800mm超では母材鋼板表層におけるひずみ量が小さく、残留オーステナイトが十分に減少しない。曲げ−曲げ戻し変形は、母材鋼板の表裏各面における残留オーステナイトを減少させるため、表裏各面を曲げ外側とする変形を、それぞれ1回以上施す必要があるため、合計で2回以上の曲げ−曲げ戻し変形を施す必要がある。これによって、母材鋼板の表裏両面における残留オーステナイトを所定の範囲に収めることができる。
以上説明した製造方法によって本実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板を製造することができるが、本発明は、上記の実施形態に限定されるものではない。
例えば、本発明の実施形態においては、上述した方法により得られた溶融亜鉛めっき鋼板の亜鉛めっき層の表面に、リン酸化物および/またはリンを含む複合酸化物からなる皮膜を付与しても構わない。
リン酸化物および/またはリンを含む複合酸化物からなる皮膜は、溶融亜鉛めっき鋼板を加工する際に潤滑剤として機能させることができ、母材鋼板の表面に形成した亜鉛めっき層を保護することができる。
さらに、本実施形態においては、室温まで冷却した溶融亜鉛めっき鋼板に対して、形状矯正のために圧下率3.00%以下で冷間圧延を施しても構わない。
なお、上述してきた本発明の実施形態にかかる溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、母材鋼板の板厚が0.6mm以上、5.0mm未満である溶融亜鉛めっき鋼板の製造に適用されることが好ましい。母材鋼板の板厚が0.6mm未満であると、母材鋼板の形状を平坦に保つことが困難となり、適当ではない場合がある。また、母材鋼板の板厚が5.0mm以上であると、焼鈍工程およびめっき工程における冷却の制御が困難となる場合がある。
本発明の実施例について説明する。なお、本実施例での条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するために採用した一条件例である。本発明は、この一条件例に限定されるものではない。本発明は、本発明の要旨を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得る。
「実施例1」
表1〜表3に示すA〜BYの化学成分(組成)を有するスラブを鋳造し、表4〜表7に示す熱延工程条件(スラブ加熱温度、圧延完了温度)で熱間圧延し、表4〜表7に示す熱延工程条件(熱延完了から巻取りまでの平均冷却速度、巻取温度、式(1))で冷却し、熱延鋼板を得た。
その後、熱延鋼板に酸洗(80℃の10%塩酸に浸漬、浸漬時間は表4〜表7に示す)を施して、表4〜表7に示す冷延工程条件(圧下率)の冷間圧延を施し、冷延鋼板を得た。
次いで、得られた冷延鋼板を表8〜表11に示す焼鈍工程における加熱工程条件(予熱帯における空気比、予熱帯雰囲気中のLog(P(HO)/P(H))、均熱帯雰囲気中のLog(P(HO)/P(H))、600℃〜750℃の温度域での平均加熱速度、最高加熱温度)で焼鈍を施した。この鋼板を表8〜表11に示す条件(冷却速度1(760℃〜700℃の温度域での平均冷却速度)、冷却速度2(650℃〜500℃の温度域での平均冷却速度)、マルテンサイト変態処理条件(処理温度、処理時間)、ベイナイト変態処理1の条件(処理温度、処理時間))で冷却処理を施し、めっき処理用の母材鋼板を得た。
次に、表12〜表15に示す条件(有効Al量、めっき浴温度、鋼板の侵入温度)で亜鉛めっき浴に浸漬し、表12〜表15に示す条件で(冷却速度3(350℃までの平均冷却速度)、冷却速度4(350℃〜250℃の温度域での平均冷却速度)、ベイナイト変態処理2の条件(処理温度、処理時間)、再加熱処理条件(処理温度、処理時間))でめっき後冷却処理を施した。次に、表12〜表15に示す条件(ロール径、加工回数)で曲げ−曲げ戻し加工を施し、さらに、表12〜表15に示す条件(圧下率)で冷間圧延を施し、実験例1〜202の溶融亜鉛めっき鋼板を得た(ただし、一部の実験例においては、実験を中断したものもある)。
次いで、各溶融亜鉛めっき鋼板から母材鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を観察面として試料を採取し、電界放射型走査型電子顕微鏡(FE−SEM)によるミクロ組織観察およびEBSD法による高分解能結晶方位解析を行い、板厚の1/4を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲(1/4厚)、および、めっき層と母材鋼板との界面を起点とする深さ20μmまでの表層部(地鉄表層)におけるミクロ組織の体積分率をそれぞれ測定した。なお、表16〜表19中の「マルテンサイト」とはフレッシュマルテンサイトを示し、表16〜表19中のミクロ組織のうち「その他」とは、パーライトおよび/または粗大なセメンタイトを示している。また、「硬質相」とは、ベイナイトとベイニティックフェライトとフレッシュマルテンサイトと焼戻しマルテンサイトとのうち1種以上からなる硬質組織である。
めっきの付着量は、インヒビター入りの塩酸を用いてめっき層を溶融し、溶融前後の重量を比較して求めた。同時にFe、AlをICPで定量することにより、めっき層中Fe濃度、Al濃度を測定した。
さらに、めっき鋼板から、母材鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を観察面として試料を採取し、上述した測定方法を用いて、母材鋼板と溶融亜鉛めっき層との界面へのFe−Al合金層の平均厚さと幅方向の厚み差、及び、それに直接接する微細化層の平均厚さと幅方向の厚み差、微細化層内におけるフェライト相の平均粒径(フェライト相平均粒径)と、微細化層中のSiおよびMnの1種または2種以上の酸化物の最大径(酸化物最大径)を求めた。その結果を表20〜表23に示す。
次いで、めっき鋼板の特性を調べるため、引張試験、穴拡げ試験、曲げ試験、疲労試験、密着性評価試験、スポット溶接試験、腐食試験、チッピング性試験、パウダリング性試験、めっき外観均一性評価を行った。表24〜表31に、各実験例における特性を示す。
引張試験は、めっき鋼板からJIS Z 2201に記載の5号試験片を作成し、JIS Z2241に記載の方法で行い、降伏強度YS、引張最大強度TS、全伸びElを求めた。なお、引張特性は、引張最大強度TSが550MPa以上の場合を良好なものとして評価した。
穴拡げ試験は、JIS Z 2256に記載の方法で行った。成形性のうち、延性(全伸び)Elおよび穴拡げ性λは、引張最大強度TSに伴って変化するが、下記式(2)を満たす場合に強度、延性および穴拡げ性を良好とする。
TS1.5×El×λ0.5 ≧ 2.0×10 ・・・式(2)
曲げ試験は、溶融亜鉛めっき鋼板からJIS Z 2201に記載の5号試験片を作成し、JIS Z 2248に記載のVブロック法を用い、90°V曲げ試験を行った。Vブロックの底部における半径を1.0mmから6.0mmまで0.5mm刻みで変化させ、試験片に割れが発生しなかった最も小さい半径を最小曲げ半径r[mm]とした。曲げ性は、最小曲げ半径rを板厚t[mm]で規格化した、「r/t」によって評価し、「r/t」が2.0以下の場合を良好な曲げ性として評価した。
疲労試験は、溶融亜鉛めっき鋼板からJIS Z 2275に記載の1号試験片を作成し、JIS Z 2273に従って片振り平面曲げ疲労試験を行った。最大繰返し数を1000万回とし、疲労限DLおよび疲労限度比DL/TSを評価し、疲労限度比が0.30以上の場合を良好な耐疲労特性とした。
めっき密着性は、5%の単軸引張ひずみを与えためっき鋼板に対し、デュポン衝撃試験を施した。衝撃試験後のめっき鋼板に粘着テープを貼り、その後引き剥がし、めっきが剥離しなかった場合を特に良好(◎)とし、めっきが5%以上剥離した場合を不良(×)とし、めっきの剥離が5%未満の場合を良好(○)とした。デュポン衝撃試験は、先端の曲率半径を1/2インチとする撃ち型を使用し、3kgの錘を1mの高さから落下させて行った。
スポット溶接性は連続打点試験を行って評価した。溶融部の直径が板厚の平方根の5.3倍〜5.7倍となる溶接条件において、1000回のスポット溶接を連続して行った。そして、溶融部の直径を1点目dと1000点目d1000とで比較し、d1000/dが0.90以上である場合を合格(○)、0.90未満の場合を不合格(×)とした。
耐食性の評価には、めっき鋼板を150mm×70mmに切り出した試験片を用いた。試験片に、りん酸亜鉛系のディップ型化成処理を施し、続いてカチオン電着塗装20μmを施し、さらに中塗35μm、上塗35μmを施した後、裏面と端部を絶縁テープでシールした。耐食性試験には、SST6hr→乾燥4hr→湿潤4hr→冷凍4hrを1サイクルとするCCTを使用した。塗装後耐食性の評価は、塗装面にカッターで母材鋼板まで達するクロスカットを施し、CCT60サイクル後のふくれ幅を測定した。膨れ幅3.0mm以下の場合を合格(○)とし、3.0mm超の場合を不合格(×)とした。
チッピング性は、めっき鋼板を70mm×150mmに切出した試験片を用いて評価した。まず、試験片に対して、自動車用の脱脂、化成皮膜の形成、3コート塗装の各工程を行った。次に、試験片を−20℃に冷却保持した状態で、エアー圧2kgf/cmで砕石(0.3g〜0.5g)10個を垂直に照射した。砕石の照射は、各試験片につき5回ずつ繰り返し実施した。その後、各試験片について、合計50個のチッピング痕を観察し、その剥離界面の位置によって以下の基準で評価した。剥離界面がめっき層より上(めっき層−化成皮膜の界面、または電着塗装−中塗塗装の界面)であるものを合格(○)とし、めっき層−地鉄での界面剥離が1つでもあるものを不合格(×)とした。
パウダリング性は、めっき層の加工性を評価するため、V曲げ加工(JIS Z 2248)を使用して評価した。めっき鋼板を50×90mmに切断し、1R−90°V字金型プレスで成型体を形成し、試験体とした。各試験体の谷部において、テープ剥離を実施した。具体的には、試験体の曲げ加工部上に巾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90mmの部分を目視で判断した。評価基準は以下の通りとした。めっき層の剥離が加工部面積に対して5%未満のものを合格(○)とし、めっき層の剥離が加工部面積に対して5%超のものを不合格(×)とした。
外観均一性評価は、鋼板幅方向における両エッジから50mmの位置とその間を7等分した計8箇所の明度(L*値)を測定し、最大値から最小値を引いた差が5未満のものを均一(○)、5以上10未満のものをやや不均一(△)、10以上のものを不均一(×)とした。
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本発明の実施例である実験例30は、有効Al量が0.180質量%であったが、Fe−Al合金が幅方向に均一に生成されており、特許文献12に記載のめっき密着性の低下は無く、逆に改善した。
実験例187はCの含有量が小さく、硬質相の体積分率が小さくなり、十分な強度、延性および穴拡げ性が得られなかった例である。
実験例188はCの含有量が大きく、スポット溶接性が劣化した例である。また、マルテンサイトの分率が大きくなり、耐疲労特性、延性、穴拡げ性および曲げ性が劣位であった。
実験例189はSiの含有量が小さく、焼鈍工程およびめっき工程において多量のパーライトおよび粗大セメンタイトが生成し、鋼板の成形性が十分に得られなかった例である。
実験例190はSiの含有量が大きく、熱延工程において、スラブが加熱中に割れたため、実験を中断した例である。
実験例191はMnの含有量が小さく、焼鈍工程およびめっき工程において多量のパーライトおよび粗大セメンタイトが生成し、鋼板の成形性が十分に得られなかった例である。
実験例192はMnの含有量が大きく、熱延工程において、スラブが加熱中に割れたため、実験を中断した例である。
実験例193はPの含有量が大きく、熱延工程において、スラブを圧延したところ割れが発生したため、実験を中断した例である。
実験例194はSの含有量が大きく、多量の粗大硫化物が生成したため、延性、穴拡げ性、曲げ性、スポット溶接性および耐疲労特性が劣化した例である。
実験例195はAlの含有量が大きく、熱延工程において、スラブが搬送中に割れたため、実験を中断した例である。
実験例196はNの含有量が大きく、多量の粗大窒化物が生成したため、延性、穴拡げ性、曲げ性、スポット溶接性および耐疲労特性が劣化した例である。
実験例197はOの含有量が大きく、多量の粗大酸化物が生成したため、延性、穴拡げ性、曲げ性、スポット溶接性および耐疲労特性が劣化した例である。
実験例28、131、155は、熱間圧延工程において、式(1)の値が小さく、表層における硬質相の分率(V1/V2)が大きくなり、十分な曲げ性が得られなかった例である。
実験例51、114、165は、熱間圧延工程において、式(1)の値が大きく、表層における脱炭が過度に進み、硬質相の分率(V1/V2)が小さくなり、十分な耐疲労特性が得られなかった例である。
実験例84は、焼鈍工程において、600℃〜750℃の間の温度域での平均加熱速度が小さく、鋼板内部における酸化物の成長が過度に進み、破壊の起点となる粗大な酸化物が生じたため、曲げ性、耐疲労特性が劣化した例である。なお、曲げ性の劣化に伴い、めっき密着性およびパウダリング性の評価試験において、鋼板の曲げ割れに起因するめっき剥離が生じたため、めっき密着性およびパウダリング性も劣化した。
実験例202は、焼鈍工程において、600℃〜750℃の間の温度域での平均加熱速度が大きすぎたことから、鋼板幅方向における微細化層の厚みの最大値と最小値の差が2.0μm超であり、さらに、鋼板幅方向におけるFe−Al合金層の厚みの最大値と最小値の差が0.5μm超であった。そのため、めっき外観がやや不均一であった。
実験例67は、焼鈍工程において、最高加熱温度(TM)がAc3温度よりも高く、1/4厚におけるフェライト相の体積分率が小さくなり、延性および曲げ性が劣化した例である。
実験例183は、焼鈍工程において、最高加熱温度(TM)が(Ac1+20)℃よりも低く、粗大な鉄系炭化物が溶け残り、延性および穴拡げ性が劣化した例である。
実験例46は、焼鈍工程の加熱工程において、予熱帯の空気比が小さく、めっき密着性が劣化した例である。なお、めっき密着性の劣化により、曲げ変形時にめっき剥離が生じたため、パウダリング性も劣化した。また、不めっきによる外観不良も発生した。
実験例16は、焼鈍工程の加熱工程において、予熱帯の空気比が大きく、表層における脱炭が過度に進行したため、硬質相の分率(V1/V2)が小さくなり、耐疲労特性が劣化した例である。加えて、微細化層の平均厚さが厚くなり、めっき層の合金化(Zn−Fe合金の生成)が過度に進行し、めっき層中のFe含有量が増加したため、めっき密着性、チッピング性、パウダリング性が劣化した例である。
実験例181は、焼鈍工程の加熱工程において、予熱帯におけるLog(P(HO)/P(H))が小さく、表層が微細化しなかったため、めっき密着性が劣化した例である。なお、表面におけるフェライトの平均粒径は3.2μmであり、表面から0.5μmの範囲における鋼板内部の酸化物の最大径は0.01μm未満であった。また、不めっきによる外観不良も発生した。
実験例168は、焼鈍工程の加熱工程において、均熱帯におけるLog(P(HO)/P(H))が小さく、母材鋼板表層の粒径が微細化せず、めっき密着性が劣化した例である。なお、母材鋼板表面におけるフェライトの平均粒径は3.4μmであり、表面から0.5μmの範囲における鋼板内部の酸化物の最大径は0.01μm未満であった。
実験例198は、焼鈍工程の加熱工程において、予熱帯におけるLog(P(HO)/P(H))が大きく、表層の微細化層が過度に厚くなり、めっき層の合金化(Zn−Fe合金の生成)が過度に進行し、めっき層中のFe含有量が増加したため、めっき密着性が劣化した例である。また、鋼板の幅方向におけるFe−Al合金層の厚さの最大値と最小値の差が0.5μm超であり、めっき外観が不均一であった。
実験例75は、焼鈍工程の加熱工程において、均熱帯におけるLog(P(HO)/P(H))が特に大きく、表層における脱炭が過度に進行したため、硬質相の分率(V1/V2)が小さくなり、耐疲労特性が劣化した例である。加えて、母材鋼板の表層の微細化層が過度に厚くなり、めっき層の合金化(Zn−Fe合金の生成)が過度に進行し、めっき層中のFe含有量が増加したため、めっき密着性、チッピング性、パウダリング性が劣化した例である。
実験例22は、焼鈍工程の冷却工程において、760℃〜700℃間の平均冷却速度(冷却速度1)が小さく、多量のパーライトが生成し、延性および穴拡げ性が劣化した例である。
実験例49は、焼鈍工程の冷却工程において、760℃〜700℃間の平均冷却速度(冷却速度1)が大きく、1/4厚におけるフェライト相の体積分率が小さくなり、十分な延性が得られなかった例である。
実験例137は、焼鈍工程の冷却工程において、650℃〜500℃間の平均冷却速度(冷却速度2)が小さく、多量のパーライトが生成し、延性および穴拡げ性が劣化した例である。
実験例2は、めっき工程において、めっき浴中の有効Al濃度が低く、十分な厚さのFe−Al合金層が生成せず、めっき層中のFe含有量が大きくなり、めっき密着性、チッピング性、パウダリング性、めっきの外観均一性が得られなかった例である。
実験例14は、めっき工程において、めっき浴中の有効Al濃度が極めて低く、Fe−Al合金層が形成されず、且つめっき層中のFe含有量が過度に高まり、十分なめっき密着性、チッピング性、パウダリング性、めっき外観均一性が得られなかった例である。
実験例148は、めっき工程において、めっき浴中の有効Al濃度が高く、めっき層中のAl含有量が過度に高まり、十分なめっき密着性、スポット溶接性が得られなかった例である。
実験例180は、めっき工程において、めっき後冷却速度が小さく、めっき層中のFe含有量が過度に高まり、十分なめっき密着性、チッピング性、パウダリング性が得られなかった例である。
実験例8、17、31、81、179は、焼鈍工程の冷却工程において、マルテンサイト変態処理を施した例であり、成形性、めっき密着性、溶接性、耐食性および耐疲労特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られた。
実験例37、45、66、89、102、104、108、142、149、162は、焼鈍工程の冷却工程において、ベイナイト変態処理1を施した例であり、成形性、めっき密着性、溶接性、耐食性および耐疲労特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られた。
実験例43は、焼鈍工程の冷却工程において、ベイナイト変態処理1を施した例であるが、処理温度が高かったため、パーライトおよび粗大セメンタイトが生成し、延性および穴拡げ性が劣化した。
実験例174は、焼鈍工程の冷却工程において、ベイナイト変態処理1を施した例であるが、処理時間が長かったため、パーライトおよび粗大セメンタイトが生成し、延性および穴拡げ性が劣化した。
実験例25、41、55、90、113、135、152、170、184は、めっき後冷却工程において、ベイナイト変態処理2を施した例であり、成形性、めっき密着性、溶接性、耐食性および耐疲労特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られた。
実験例163は、めっき後冷却工程において、ベイナイト変態処理2を施した例であるが、処理温度が高かったため、多量の残留オーステナイトが生成し、曲げ性が損なわれた例である。
実験例5、20、48、53、62、73、76、87、94、112、129、186は、めっき後冷却工程において、再加熱処理を施した例であり、成形性、めっき密着性、溶接性、耐食性および耐疲労特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られた。
実験例18は、焼鈍工程の冷却工程において、マルテンサイト変態処理およびベイナイト変態処理1を施した例であり、成形性、めっき密着性、溶接性、耐食性および耐疲労特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られた。
実験例9、110、132、138、154、169は、焼鈍工程の冷却工程において、ベイナイト変態処理1を施した後、めっき後冷却工程において、ベイナイト変態処理2を施した例であり、成形性、めっき密着性、溶接性、耐食性および耐疲労特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られた。
実験例24、34、96は、焼鈍工程の冷却工程において、ベイナイト変態処理1を施した後、めっき後冷却工程において、再加熱処理を施した例であり、成形性、めっき密着性、溶接性、耐食性および耐疲労特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られた。
実験例11は、めっき後冷却工程において、ベイナイト変態処理2および再加熱処理を施した例であり、成形性、めっき密着性、溶接性、耐食性および耐疲労特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られたが、後述するようにめっき外観がやや不均一であった。
実験例172は、焼鈍工程の冷却工程において、ベイナイト変態処理1を施した後、めっき後冷却工程において、ベイナイト変態処理2および再加熱処理を施した例であり、成形性、めっき密着性、溶接性、耐食性および耐疲労特性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板が得られた。
実験例79は、加工工程の曲げ−曲げ戻し加工工程において、加工に用いたロールの直径が小さく、鋼板表層部に過度のひずみが導入されたため、延性が劣化した例である。
実験例59は、加工工程の曲げ−曲げ戻し加工工程において、加工に用いたロールの直径が大きく、鋼板表層部に十分にひずみが導入されなかったため、鋼板表層部に多量の残留オーステナイトが存在し、曲げ性が劣化した例である。
実験例3、11、116は熱延工程における巻取温度が650℃以上であり、鋼板幅方向における微細化層の厚みの最大値と最小値の差が2.0μm超であり、さらに、鋼板幅方向におけるFe−Al合金層の厚みの最大値と最小値の差が0.5μm超であったことから、めっき外観がやや不均一であった。
一方、実験例4、12は上記同様に、熱延工程における巻取温度が650℃以上であったが、酸洗工程における酸洗時間を長くすることで、鋼板幅方向における微細化層の厚みの最大値と最小値の差が2.0μm以内に好転するとともに、鋼板幅方向におけるFe−Al合金層の厚みの最大値と最小値の差が0.5μm以内に好転し、良好なめっき外観均一性が得られた。
実施例200では、巻取温度が650℃未満であったが、酸洗時間が15秒と短かったため、不均一に生成した内部酸化層を完全に除去することができず、鋼板の幅方向における微細化層の厚さの最大値と最小値の差が2.0μm超となり、さらに、鋼板幅方向におけるFe−Al合金層の厚みの最大値と最小値の差が0.5μm超であったことから、めっき外観がやや不均一であった。
以上、本発明の各実施形態について詳細に説明したが、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎない。本発明は、これらの実施形態によって技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明は、その技術思想またはその主要な特徴から逸脱することなく、さまざまな形で実施することができる。
本発明は、めっきの外観均一性、成形性、耐疲労特性、溶接性、耐食性およびめっき密着性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法に有効な技術である。そして、本発明の実施形態によれば、延性、穴拡げ性および曲げ性に優れ、さらに成形後のめっき密着性に優れ、高い疲労限を有し、優れたスポット溶接性および耐食性を備えた高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法を提供できる。

Claims (5)

  1. 母材鋼板の少なくとも一方の側に溶融亜鉛めっき層を有する溶融亜鉛めっき鋼板であって、
    前記母材鋼板は、質量%で、
    C:0.040%〜0.280%、
    Si:0.05%〜2.00%、
    Mn:0.50%〜3.50%、
    P:0.0001%〜0.1000%、
    S:0.0001%〜0.0100%、
    Al:0.001%〜1.500%、
    N:0.0001%〜0.0100%、
    O:0.0001%〜0.0100%、
    Ti:0%〜0.150%、
    Nb:0%〜0.100%、
    V:0%〜0.300%、
    Cr:0%〜2.00%、
    Ni:0%〜2.00%、
    Cu:0%〜2.00%、
    Mo:0%〜2.00%、
    B:0%〜0.0100%、
    W:0%〜2.00%、および
    Ca、Ce、Mg、Zr、La、およびREM:合計で0%〜0.0100%
    を含み
    残部がFeおよび不純物からなる化学成分を有し、
    前記母材鋼板の全厚に対して、前記母材鋼板の表面から1/4厚を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲において、
    フェライト相が体積分率で50%以上97%以下、
    ベイナイト相とベイニティックフェライト相とフレッシュマルテンサイト相と焼戻しマルテンサイト相とのうち1種以上からなる硬質組織の合計が体積分率で3%以上、
    残留オーステナイト相が体積分率で0%〜8%、
    パーライト相と粗大セメンタイト相との合計が体積分率で0%〜8%であり、
    前記溶融亜鉛めっき層と母材鋼板との界面から鋼板方向深さ20μmまでの表層部において、
    残留オーステナイトが体積分率で0〜3%であり、
    前記表層部における前記硬質組織の体積分率V1と、鋼板表面から1/4厚を中心とした1/8厚〜3/8厚の範囲における前記硬質組織の体積分率V2との比であるV1/V2を0.10以上0.90以下の範囲としたミクロ組織を有し、
    前記溶融亜鉛めっき層におけるFe含有量が0%超3.0%以下であり、Al含有量が0%超1.0%以下であり、
    前記溶融亜鉛めっき層と前記母材鋼板との界面に、平均厚さが0.1μm〜2.0μmであり、鋼板幅方向における最大厚さと最小厚さとの差が0.5μm以内であるFe−Al合金層を有し、
    前記母材鋼板内に、前記Fe−Al合金層に直接接する微細化層を有し、前記微細化層の平均厚さが0.1μm〜5.0μm、前記微細化層内におけるフェライト相の平均粒径が0.1μm〜3.0μmであり、前記微細化層中にSiおよびMnの1種または2種以上の酸化物を含有し、前記酸化物の最大径が0.01μm〜0.4μmであり、鋼板幅方向における前記微細化層の最大厚さと最小厚さとの差が2.0μm以内であることを特徴とする、溶融亜鉛めっき鋼板。
  2. 前記溶融亜鉛めっき層の片面当たりのめっき付着量が10g/m2以上、100g/m2以下であることを特徴とする、請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
  3. 前記母材鋼板が、質量%で
    Ti:0.001%〜0.150%、
    Nb:0.001%〜0.100%、および
    V:0.001%〜0.300%、
    からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1または2に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
  4. 前記母材鋼板が、質量%で
    Cr:0.01%〜2.00%、
    Ni:0.01%〜2.00%、
    Cu:0.01%〜2.00%、
    Mo:0.01%〜2.00%、
    B:0.0001%〜0.0100%、および
    W:0.01%〜2.00%、
    からなる群から選ばれた1種または2種以上を含有することを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
  5. 前記母材鋼板が、質量%で
    Ca、Ce、Mg、Zr、La、およびREMからなる群から選ばれた1種または2種以上を合計で0.0001%〜0.0100%含有することを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
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