JP6692432B2 - めっき密着性に優れた高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板 - Google Patents
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Description
マンガンは、オーステナイト組織を安定化して塑性変形時に双晶が誘起されるようにすることで、鋼の強度を向上させるとともに、延性を著しく向上させるために必須な元素である。本発明においてこのような効果を奏するためには、5重量%以上のマンガンを含むことが好ましく、9重量%以上のマンガンを含むことがより好ましい。但し、マンガンの含量が多すぎる場合には、高温延性が低下して鋳造中にクラックが引き起こされるだけでなく、熱間圧延のための再加熱時に高温酸化が引き起こされ、製品の表面品質が低下するという問題がある。したがって、マンガンの含量の上限は35重量%であることが好ましく、18重量%であることがより好ましい。
アルミニウムは、通常、鋼の脱酸のために添加される元素であるが、本発明では、鋼の延性を向上させるために添加される。すなわち、アルミニウムは、鋼のすべり面で積層欠陥エネルギー(Stacking Fault Energy)を増加させ、ε−マルテンサイト組織の生成を抑えることで鋼の延性を向上させる。アルミニウムの含量が低すぎる場合には、ε−マルテンサイト組織が生成されて強度は増加するが、延性が急激に低下し得る。したがって、0.3重量%以上のAlを含むことが好ましく、1.0重量%以上のAlを含むことがより好ましい。但し、Alの含量が多すぎる場合には、双晶の発生が抑えられて延性及び連続鋳造性が低下するだけでなく、熱間圧延時に表面酸化が激しく引き起こされ、製品の表面品質が低下するおそれがある。さらに、Alの表面濃化によって溶融めっきの濡れ性が劣化するだけでなく、目的とする合金層の形成が困難となり得る。したがって、アルミニウムの含量の上限は、6重量%であることが好ましく、4.5重量%であることがより好ましく、3.5重量%であることがさらに好ましい。
通常、シリコンは鋼中に多量添加される場合、表面にシリコン酸化層を形成して溶融めっき性を阻害すると知られている。しかし、本発明のようにマンガンが多量添加された鋼では、適切な量のシリコンが含まれる場合、表面に薄いシリコン酸化層が形成されてマンガンの酸化を抑えるため、冷間圧延後に厚いマンガン酸化層が形成されることを防止することができるとともに、焼鈍後に冷延鋼板で進む腐食を防止することで表面品質を向上させることができる。また、このようなマンガン酸化層の形成を抑える効果により、溶融めっき特性も著しく改善することができる。本発明においてこのような効果を奏するためには、0.1重量%以上のシリコンを含むことが好ましい。しかし、シリコンの含量が多すぎる場合には、シリコン酸化物が過度に形成されることによって酸洗性が阻害されるため、熱延鋼板の表面品質が低下し得て、溶融金属の濡れ性が減少してめっき性が低下し得る。したがって、シリコンの含量の上限は1.2%であることが好ましい。
[関係式1]
1.0≦[Al]b/[Si]b≦10
(ここで、[Al]b及び[Si]bはそれぞれ、素地鋼板に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味する)
[関係式2]
5.0≦[Mn]b/([Al]b+[Si]b)≦12.0
(ここで、[Mn]b、[Al]b、及び[Si]bはそれぞれ、素地鋼板に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味する)
炭素は、オーステナイト相の安定化に寄与する役割を果たす。炭素の含量が0.3%未満である場合には、α’−マルテンサイト相が生成されて加工中にクラックを発生させる原因となり、延性が低下するおそれがある。これに対し、0.9%を超える場合には、オーステナイト相の安定度は著しく増加するが、その結果、すべり変態に起因する変態挙動の転移によって加工性が低下するおそれがある。
チタンは、Cと結合して炭化物を形成する強炭化物形成元素である。このとき、形成された炭化物は、結晶粒の成長を抑えて結晶粒度の微細化に効果的に作用する。チタンの含量が0.01%未満である場合には、結晶粒が過度に成長して結晶粒度が粗大化するおそれがあり、これに対し、0.5%を超える場合には、チタンが結晶粒界に偏析して粒界脆化のおそれがある。
バナジウムは、Ti、Nbなどのように、Cと結合して炭化物を形成する強炭化物形成元素であって、低い温度で微細な析出相を形成して析出を強化する役割を果たす。バナジウムの含量が0.05%未満である場合には、析出強化の効果が低くなり、効果的な強度の増加が得られないおそれがあり、これに対し、0.5%を超える場合には、析出相が過度に粗大化して結晶粒の成長効果が低下するおそれがある。
ボロンは、1,000℃以上で柱状結晶粒界に溶解し、空孔の発生と移動を抑えることで柱状結晶粒界を強化する役割を果たす。ボロンの含量が0.0005%未満である場合には、結晶粒界を強化する効果が微小であるか、ないおそれがあり、これに対し、0.0050%を超える場合には、粗い初晶アルミニウムの析出核として作用する炭化物や窒化物が多量生成され、粗い初晶アルミニウムの析出が促進されるおそれがある。
クロムは、熱間圧延時に鋼鉄の表面にα’−マルテンサイト相が生成されることを抑え、鋼の加工性を良好にする役割を果たす。クロムの含量が0.01%未満である場合には、熱間加工性が悪化するおそれがあり、これに対し、0.5%を超える場合には、フェライトの安定化元素として作用するクロムの含有量が増加すると、α’−マルテンサイト相の生成が促進され、鋼の延性が悪化するおそれがある。
モリブデンは、耐二次加工脆性及びめっき性を改善させるために添加される。モリブデンの含量が0.01%未満である場合には、2次加工脆性が起こされるおそれがあり、これに対し、0.5%を超える場合には、改善効果が減少するだけでなく、コストが増加するおそれがある。
ニオブは、Cと結合して炭化物を形成する強炭化物形成元素であって、かかる炭化物は、結晶粒の成長を阻止して結晶粒度の微細化に効果的である。ニオブの含量が0.01%未満である場合には、結晶粒が粗大化し、析出強化の効果が得られないおそれがあり、これに対し、0.05%を超える場合には、析出相が過度に粗大化して結晶粒の成長効果が低下するおそれがある。
スズは、そのものが高温で酸化被膜を形成するのではないため、溶融めっき前の焼鈍時に素地表面に析出し、Al、Si、Mnなどの親酸化性元素が表面に拡散して酸化物を形成することを抑えることで、めっき性を改善する役割を果たす。スズの含量が0.01%未満である場合には、めっき濡れ性が劣化して未めっき若しくはめっき不良が発生するおそれがあり、これに対し、0.1%を超える場合には、赤熱脆性が発生して熱間加工性が阻害されるおそれがある。
優れた加工性若しくは耐酸化性が要求される場合、一定量のSiを添加することが好ましい。但し、過多なSiの添加は、めっき浴の温度を過度に上昇させ、粗大なSi初晶が晶出するため、耐食性及び加工性が劣化するおそれがある。したがって、Siの含量は3〜12重量%であることが好ましい。
優れた耐食性が要求される場合、一定量のMgを添加することが好ましい。また、Mgの添加は、未めっき発生の低減に寄与する。但し、Mgの含量が多すぎる場合には、耐食性の改善及びめっき性の改善効果が飽和され、コストの上昇が引き起こされる。したがって、Mgの含量は、0.1〜10重量%であることが好ましく、4〜8重量%であることがより好ましい。
これらの元素は、めっき層の表面に薄い不動態皮膜を形成することで、表面反応を抑え、周辺の腐食誘発電解物質との反応を抑えることにより、めっき鋼板の耐食性をより改善させる。但し、これらの含量が多すぎる場合には、耐食性の点では有利であるが、めっき時にめっき浴に多量のドロスを誘発してめっき欠陥が引き起こされるおそれがある。
合金層に含有されたAlは、めっき鋼板の加工性の改善、及び合金層の均一度の向上に寄与する。Alの含量が低すぎる場合には、合金層の均一度が劣化し得るため、40重量%以上含まれることが好ましい。但し、Alの含量が高すぎる場合には、めっき鋼板の加工性が劣化するおそれがあるため、70重量%以下で含まれることが好ましい。
合金層に含有されたSiは、合金層の過度な成長を抑えるとともに、FeとAlとの反応を抑えることで、めっき鋼板の加工性の改善に寄与する。本発明においてこのような効果を得るためには、2重量%以上含まれることが好ましい。但し、Siの含量が多すぎる場合には、その効果が飽和されるだけでなく、溶接性が劣化するおそれがあるため、13重量%以下で含まれることが好ましい。
合金層に含有されたMnは、めっき鋼板の加工性の改善に寄与する。本発明においてこのような効果を得るためには、3重量%以上含まれることが好ましい。但し、Mnの含量が多すぎる場合には、合金層中に、加工に不利な相、例えば、Fe−Al−Mn−Si複合合金相にMn及びSiが過量含まれたR系若しくはnu系と推定される合金相が形成されるため、逆に加工性が劣化する。したがって、Mnの含量の上限は9重量%であることが好ましい。
合金層は、含量を規定したAl、Si、Mn以外に、Feと不可避不純物を含むことができる。ここで、不純物は、Al、Si、Mn以外に鋼材に含まれた全ての規定成分、鋼材に含まれた不可避不純物、めっきに含まれた不可避不純物を含むことができる。
[関係式3]
Ta≦(−0.78)×[A]+11.7
[A]=0.75[Si]p+0.15[Si]b+0.10[Al]b
(ここで、Taは合金層の厚さ(μm)を意味し、[Si]pは溶融アルミニウム系めっき層に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味し、[Si]b及び[Al]bはそれぞれ、素地鋼板に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味する)
◎:テープにめっき剥離片が付着しない、屈曲面に剥離が観察されない
○:テープにめっき剥離片が付着しない、屈曲面に微小な剥離が観察される
△:テープにめっき剥離片が付着しない、屈曲面に剥離が一部観察される
×:テープにめっき剥離片が付着し、目視で観察される
◎:観察面にクラックが発生しない
○:観察面にクラックが発生し、クラックの幅が何れも5μm以下である
△:観察面にクラックが発生し、大部分のクラックの幅が5μm以下であり、一部のクラックの幅が5μmを超える
×:観察面にクラックが発生し、大部分のクラックの幅が5μmを超える
Claims (9)
- 重量%で、Mn:5〜35%、Al:0.3〜6%、Si:0.1〜1.2%、残部Fe及び不可避不純物からなる素地鋼板と、
前記素地鋼板の表面に形成され、重量%で、Si:3〜12%、残部Al及び不可避不純物を含む溶融アルミニウム系めっき層と、
前記素地鋼板と前記溶融アルミニウム系めっき層との界面に形成され、Fe−Al−Si−Mn系合金相を含み、0.1〜10μmの厚さを有する合金層と、を含む高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板であって、
前記合金層は、重量%で、Al:40〜70%、Si:2〜13%、Mn:3〜9%、残部Fe及び不可避不純物を含む、高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板。 - 前記素地鋼板に含まれたAl及びSiの含量が下記関係式1を満たす、請求項1に記載の高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板。
[関係式1]
1.0≦[Al]b/[Si]b≦10
(ここで、[Al]b及び[Si]bはそれぞれ、素地鋼板に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味する) - 前記素地鋼板に含まれたMn、Al、及びSiの含量が下記関係式2を満たす、請求項1に記載の高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板。
[関係式2]
5.0≦[Mn]b/([Al]b+[Si]b)≦12.0
(ここで、[Mn]b、[Al]b、及び[Si]bはそれぞれ、素地鋼板に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味する) - 前記素地鋼板は、重量%で、C:0.3〜0.9%、Ti:0.01〜0.5%、V:0.05〜0.5%、B:0.0005〜0.0050%、Cr:0.01〜0.5%、Mo:0.01〜0.5%、Nb:0.01〜0.05%、Sb:0.01〜0.1%、及びSn:0.01〜0.1%からなる群から選択される1種以上をさらに含む、請求項
1に記載の高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板。 - 前記溶融アルミニウム系めっき層は、重量%で、Mg:0.1〜10%をさらに含む、請求項1に記載の高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板。
- 前記溶融アルミニウム系めっき層は、重量%で、Ca:0.001〜5%、Sr:0.005〜2%、Mn:0.01〜2%、Cr:0.01〜2%、Mo:0.01〜2%、及びSn:0.1〜10%からなる群から選択される1種以上をさらに含む、請求項1に記載の高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板。
- 前記合金層は、重量%で、Mg:1%以下(0%を除く)をさらに含む、請求項5に記載の高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板。
- 前記合金層の厚さは3〜7μmである、請求項1に記載の高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板。
- 前記合金層の厚さが下記関係式3を満たす、請求項1に記載の高マンガン溶融アルミニウム系めっき鋼板。
[関係式3]
Ta≦(−0.78)×[A]+11.7
[A]=0.75[Si]p+0.15[Si]b+0.10[Al]b
(ここで、Taは合金層の厚さ(μm)を意味し、[Si]pは溶融アルミニウム系めっき層に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味し、[Si]b及び[Al]bはそれぞれ、素地鋼板に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味する)
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