JP6727305B2 - めっき性に優れた高強度溶融亜鉛系めっき鋼材及びその製造方法 - Google Patents
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Description
炭素は、鋼材の強度を向上させ、フェライトとマルテンサイトからなる複合組織を確保するのに非常に有用な元素である。本発明においてこのような効果を得るためには、0.05%以上含まれることが好ましく、0.07%以上含まれることがより好ましい。但し、その含量が過多であると、鋼材の靭性及び溶接性が低下する恐れがある。これを防止するという点からは、0.25%以下含まれることが好ましく、0.23%以下含まれることがより好ましい。
シリコンは、鋼材の延性を低下させず、且つ強度を確保するのに有用な元素である。また、フェライトの形成を促進し、未変態オーステナイトへの炭素の濃縮を助長することでマルテンサイトの形成を促進する元素である。本発明においてこのような効果を得るためには、0.01%以上含まれることが好ましく、0.05%以上含まれることがより好ましい。但し、その含量が過多であると、表面特性及び溶接性が低下する恐れがある。これを防止するという点からは、1.6%以下含まれることが好ましく、1.4%以下含まれることがより好ましい。
マンガンは固溶強化元素であって、強度の向上に大きく寄与するだけでなく、フェライト及びマルテンサイトからなる複合組織の形成を促進する役割を果たす。本発明においてこのような効果を得るためには、0.5%以上含まれることが好ましく、1.2%以上含まれることがより好ましい。但し、その含量が過多であると、溶接性及び熱間圧延性が低下する恐れがある。これを防止するという点からは、3.1%以下含まれることが好ましく、2.9%以下含まれることがより好ましい。
リンは、マンガンとともに鋼材の強度の向上のために添加される代表的な固溶強化元素である。本発明においてこのような効果を得るためには、0.001%以上含まれることが好ましく、0.01%以上含まれることがより好ましい。但し、その含量が過多であると、溶接性が低下するだけでなく、連鋳の際に発生する中心偏析によって鋼材の部位毎に材質のばらつきが生じる恐れがある。これを防止するという点からは、0.10%以下含まれることが好ましく、0.07%以下含まれ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が、本発明では延性を向上させるために添加される。さらに、アルミニウムは、オーステンパ工程で炭化物が生成されることを抑え、強度を向上させる役割を果たす。本発明においてこのような効果を得るためには、0.01%以上含まれることが好ましく、0.02%以上含まれることがより好ましい。但し、その含量が過多であると、冷延板の焼鈍の際に内部酸化が発達し、合金化熱処理の際に合金化を妨害し、さらに、合金化温度を過度に上昇させる恐れがある。これを防止するという点からは、0.8%以下含まれることが好ましく、0.6%以下含まれることがより好ましい。
窒素は、オーステナイトの安定化に有用な役割を果たす。本発明においてこのような効果を得るためには、0.001%以上含まれることが好ましく、0.002%以上含まれることがより好ましい。但し、その含量が過多であると、鋼中のAlとの反応により粗大なAlNが晶出され、鋼材の機械的物性が劣化する恐れがある。これを防止するという点からは、0.03%以下含まれることが好ましく、0.02%以下含まれることがより好ましい。
クロムは、鋼材の強度を向上させ、硬化能を向上させる役割を果たす。但し、その含量が過多であると、その効果が飽和されるだけでなく、鋼材の延性が低下する恐れがある。これを防止するという点からは、0.9%以下含まれることが好ましく、0.8%以下含まれることがより好ましい。
ボロンは粒界強化元素であって、スポット溶接部の疲労特性を向上させ、リンによる粒界脆性を防止し、さらに、焼鈍中における冷却過程でオーステナイトがパーライトに変態することを遅延させる役割を果たす。但し、その含量が過多であると、鋼材の加工性が低下するだけでなく、その表面にボロンが過多に濃縮して、めっき密着性を低下させる恐れがある。これを防止するという点からは、0.004%以下含まれることが好ましく、0.003%以下含まれることがより好ましい。
モリブデンは、耐二次加工脆性及びめっき性を改善する役割を果たす。但し、その含量が0.1%を超える場合には、その効果が飽和されるため、本発明では0.1%以下含まれることが好ましい。
コバルトは、鋼材の強度を向上させ、高温焼鈍の際に酸化物が形成されることを抑えることで溶融亜鉛の濡れ性を向上させる役割を果たす。但し、その含量が過多であると、鋼材の延性が急激に低下する恐れがある。これを防止するという点からは、1.0%以下含まれることが好ましく、0.5%以下含まれることがより好ましい。
チタンは、鋼材の強度向上及び結晶粒の微細化に有用な元素である。但し、その含量が過多であると、製造コストが上昇するだけでなく、過多な析出物の形成によってフェライトの延性が低下する恐れがある。これを防止するという点からは、0.2%以下含まれることが好ましく、0.1%以下含まれることがより好ましい。
ニオブは、チタンと同様に、鋼材の強度向上及び結晶粒の微細化に有用な元素である。但し、その含量が過多であると、製造コストが上昇するだけでなく、過多な析出物の形成によってフェライトの延性が低下する恐れがある。これを防止するという点からは、0.2%以下含まれることが好ましく、0.1%以下含まれることがより好ましい。
[式1]I=[O]/{[Si]+[Mn]+[Fe]}
[式2]I=[O]/{[Si]+[Mn]+[Cr]+[Fe]}
(ここで、[O]、[Si]、[Mn]、[Cr]、及び[Fe]はそれぞれ、Al濃化層に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味する。)
めっき浴内における成分元素の均一な配合及び流動を確保するために、めっき浴の温度は430℃以上に維持することが好ましく、440℃以上に維持することがより好ましい。一方、めっき浴の温度が高いほど、めっき特性には有利な点があるが、その温度が高すぎる場合には、めっき浴の表面からMgの酸化が発生する問題や、めっきポートの外壁がめっき浴から侵食される問題が引き起こされる恐れがある。これを防止するために、めっき浴の温度は470℃以下に維持することが好ましく、460℃以下に維持することが好ましい。
めっき浴には、均一な液相以外に、固体相として混入されているドロス欠陥が存在する。特に、めっき浴の表面には、Al及びMgの酸化物と、冷却効果によってMgZn2成分を主成分とするドロスが、めっき浴の表面に浮かんでいる浮遊ドロスの形態で存在する。かかるドロスがめっき鋼板の表面に混入される場合、めっき層の欠陥をもたらすだけでなく、めっき層と素地鉄との界面におけるAl濃化層の形成にも支障をきたす恐れがある。表面に生成される酸化物と浮遊ドロスを低減するためには、めっき浴の表面上の大気雰囲気を、3体積%以下(0体積%を含む)の酸素及び残部不活性ガスの雰囲気に制御する必要がある。また、めっき浴の表面が、外部の冷たい大気に直接曝されないようにする必要がある。外部の冷たい大気がめっき浴の表面に直接曝されると、MgZn2のような金属間化合物の分解が行われにくくなるためである。
めっきばらつき、または、未めっきが発生した面積を基準として等級を分類した。この際、認知される欠陥がない場合を1等級、3面積%以下のばらつき欠陥が発生した場合を2等級、15面積%以下のばらつき欠陥が発生した場合を3等級、30面積%以下のばらつき欠陥が発生した場合を4等級、30面積%を超えるばらつき若しくは未めっき欠陥が発生した場合を5等級とした。
それぞれのめっき鋼材に対して5個の試験片を準備した後、これらの試験片の表面に、自動車の車体に適用される構造用接着剤を1cmの厚さで塗布した。それを乾燥した後、物理的な力を加えて鋼板と接着剤を分離させた際に、破断が発生した位置を基準として評価した。全ての試験片で接着剤内で破断が発生した場合を◎、2個以内の試験片で接着剤とめっき層との界面で破断が発生した場合を○、1個以内の試験片でめっき層の剥離が発生した場合を△、2個以上の試験片でめっき層の剥離が発生した場合をXと評価した。
Claims (13)
- 重量%で、C:0.05〜0.25%、Si:0.01〜1.6%、Mn:0.5〜3.1%、P:0.001〜0.10%、Al:0.01〜0.8%、N:0.001〜0.03%、残部Fe及び不可避不純物を含む素地鉄と、
重量%で、Al:0.2〜15%、Mg:0.5〜3.5%、残部Zn及び不可避不純物を含むZn−Al−Mg系合金めっき層と、
前記素地鉄と前記Zn−Al−Mg系合金めっき層との界面に形成されたAl濃化層と、を含み、
前記Al濃化層は、合計含量で50重量%以上(100重量%を除く)のAl及びFeと、前記素地鉄から流入した不純物と、を含み、
前記Al濃化層の占有面積率が70%以上(100%を含む)である、
高強度溶融亜鉛系めっき鋼材。 - 前記Al濃化層は、下記式1で定義されるIが0.40以下である、請求項1に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材。
[式1]I=[O]/{[Si]+[Mn]+[Fe]}
(ここで、[O]、[Si]、[Mn]、及び[Fe]はそれぞれ、Al濃化層に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味する。) - 前記素地鉄はCr:0.9重量%以下(0重量%を除く)をさらに含み、
前記Al濃化層は、下記式2で定義されるIが0.40以下である、請求項1に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材。
[式2]I=[O]/{[Si]+[Mn]+[Cr]+[Fe]}
(ここで、[O]、[Si]、[Mn]、[Cr]、及び[Fe]はそれぞれ、Al濃化層に含まれた該当元素の含量(重量%)を意味する。) - 前記素地鉄は、重量%で、Cr:0.9%以下(0%を除く)、B:0.004%以下(0%を除く)、Mo:0.1%以下(0%を除く)、Co:1.0%以下(0%を除く)、Ti:0.2%以下(0%を除く)、及びNb:0.2%以下(0%を除く)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に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材。
- 前記素地鉄に含まれたMn含量に対するSi含量の比([Si]/[Mn])が0.3以上であり、前記素地鉄は、その表面直下に形成された内部酸化物層を含み、前記内部酸化物層の平均厚さ(nm)が100×[Si]/[Mn]以上である、請求項1に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材。
- 前記内部酸化物層の平均厚さが1,500nm以下である、請求項5に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材。
- 前記内部酸化物層は、Si単独酸化物及びSi−Mn複合酸化物を含む、請求項5に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材。
- 前記Si及びMnの内部酸化物層に含有されたMn含量に対するSi含量の比をa、前記Si及びMnの内部酸化物層を除いた素地鉄に含有されたMn含量に対するSi含量の比をbとしたときに、b/a>1を満たす、請求項5に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材。
- 重量%で、C:0.05〜0.25%、Si:0.01〜1.6%、Mn:0.5〜3.1%、P:0.001〜0.10%、Al:0.01〜0.8%、N:0.001〜0.03%、残部Fe及び不可避不純物を含む素地鉄を準備する段階と、
前記素地鉄を、3〜30体積%の水素ガス及び残部窒素ガスの雰囲気と−60〜−20℃の露点温度の条件下、760〜850℃の温度で焼鈍熱処理する段階と、
前記焼鈍熱処理された素地鉄をZn−Al−Mg系めっき浴に浸漬し、めっきを行うことで高強度溶融亜鉛系めっき鋼材を得る段階と、
を含み、
前記素地鉄は冷延鋼板であり、前記冷延鋼板の表面粗さ(Ra)が2.0μm以下であり、
前記Zn−Al−Mg系めっき浴は、重量%で、Al:0.2〜15%、Mg:0.5〜3.5%、残部Zn及び不可避不純物を含む、
高強度溶融亜鉛系めっき鋼材の製造方法。 - 前記素地鉄に含まれたMn含量に対するSi含量の比([Si]/[Mn])が0.3以上であり、
前記焼鈍熱処理の露点温度が−40〜−20℃である、請求項9に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材の製造方法。 - 前記Zn−Al−Mg系めっき浴の温度が430〜470℃である、請求項9に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材の製造方法。
- 前記Zn−Al−Mg系めっき浴に浸漬される素地鉄の表面温度は、前記Zn−Al−Mg系めっき浴の温度に比べて5℃以上〜30℃以下である、請求項9に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材の製造方法。
- 前記Zn−Al−Mg系めっき浴の表面雰囲気は、3体積%以下(0体積%を含む)の酸素及び残部不活性ガスの雰囲気である、請求項9に記載の高強度溶融亜鉛系めっき鋼材の製造方法。
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