JP6939614B2

JP6939614B2 - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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Publication number: JP6939614B2
Application number: JP2018017414A
Authority: JP
Inventors: 松本　優; 優松本
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-02-02
Filing date: 2018-02-02
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2038-02-02
Also published as: JP2019131879A

Description

本発明は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。

近年、地球規模で二酸化炭素の排出量を削減することが求められている。特に、化石燃料を多量に消費する自動車分野では、排ガス量を削減し、燃費を向上させるために、車体重量を軽量化することが求められている。一方で、従来から自動車分野では、自動車の安全性を向上させることが求められている。

これらの要請を満たすために、自動車分野では、車体の軽量化及び安全性の向上を両立させる軽量かつ高強度な鋼板に対する需要が高まっている。

例えば、自動車のクロスメンバー及びサイドメンバー等の構造部材において、薄肉化しても強度を確保することが可能な高張力鋼板を採用することが増加している。このような高張力鋼板として、例えば、安価な元素であるＳｉの含有量を高めることで強度及び延性を増加させた鋼板が注目されている。

一方、自動車の車体では、耐食性及び外観を向上させるために、合金化溶融亜鉛めっきなどを施しためっき鋼板を用いることが多い。しかしながら、Ｓｉは、Ｆｅと比較して易酸化性の元素であるため、焼純工程にて鋼板の表面に濃化し易い。そのため、Ｓｉ含有量が高い高張力鋼板に対してめっきを施した場合、濃化したＳｉによって、めっき密着性が低下したり、プレス成形等の後加工工程にてめっきの剥離が発生したりすることがあった。

そこで、Ｓｉ含有鋼板などを母材とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、めっき密着性及びめっき効率を向上させる冷間圧延に関する技術が種々検開発されている。

例えば、下記特許文献１には、ロール軸方向に研磨筋を付与したワークロールを用いてＳｉ含有鋼板を冷間圧延し、Ｓｉ含有鋼板の表面に残留応力を付与することで、溶融亜鉛めっきと、Ｓｉ含有鋼板との密着性を向上させる技術が開示されている。

下記特許文献２には、冷間圧延された鋼板を焼鈍した後、溶融亜鉛めっきを施す前に、再度、圧延を行い、結晶構造中に転位を導入することによって、鋼板と、溶融亜鉛めっき層との合金化反応の均一性を向上させる技術が開示されている。

下記特許文献３には、Ｓｉ含有鋼板において、鋼板中のＳｉ含有量に応じて、冷間圧延を行う圧延ロールの表面粗さ及び圧延油を制御することで、圧延によって鋼板表面に導入される歪み量を小さくする技術が開示されている。特許文献３によれば、鋼板表層へのＳｉの濃化を抑制することができるため、Ｓｉ含有鋼板と各種表面処理との密着性及び均一性を向上させることができる。

特開平７−９０５２９号公報特開平７−１２６８２２号公報特開２００３−２５１４０１号公報

ここで、Ｓｉは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造工程において、Ｆｅの拡散及びＦｅ−Ｚｎ反応に関与することで、溶融亜鉛めっきと鋼板との合金化を遅延させる作用をも有する。そのため、Ｓｉ含有量が高い高張力鋼板を母材とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、合金化速度が低下することで、生産効率が低下していた。

しかしながら、上記の特許文献１〜３では、鋼板と、溶融亜鉛めっき層との合金化反応の進行速度を加速させる冷間圧延の条件については、十分な検討がされていなかった。そこで、本発明は、亜鉛めっきと、鋼板との合金化速度をより向上させることが可能な、新規かつ改良された合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、質量％で、Ｃ：０．００１％以上０．３５％以下、Ｓｉ：０．００１％以上２．５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物である熱延酸洗後の鋼板を、下記式１及び式２を満たす圧延ロールにて少なくとも１回以上冷間圧延する工程と、冷間圧延後の前記鋼板を還元焼鈍する工程と、０．１０質量％以上０．２０質量％以下のＡｌを含有し、残部がＺｎ及び任意元素である溶融亜鉛めっき浴に前記鋼板を浸漬し、前記鋼板の表面に溶融亜鉛めっき層を付着させる工程と、前記溶融亜鉛めっき層を付着させた前記鋼板を加熱し、前記鋼板と前記溶融亜鉛めっき層とを合金化処理する工程と、を含む、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法が提供される。

前記熱延酸洗後の鋼板を冷間圧延する工程は、前記式１及び式２を満たす圧延ロール以外の圧延ロールによる圧延をさらに含んでもよい。

前記式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延は、さらに下記式３を満たしてもよい。

上記構成によれば、還元焼鈍前の鋼板の表層に、より強いせん断歪みを導入することができるため、鋼板表層の結晶粒を合金化速度が速い超微細結晶粒に変換することができる。

以上説明したように本発明によれば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板において、溶融亜鉛めっき層と、鋼板との合金化をより促進させることが可能である。

本開示の一実施形態に係る製造方法にて製造される合金化溶融亜鉛めっき鋼板を厚み方向に切断した断面の一部を示す模式図である。冷延工程における圧延機の圧延ロールの配置の一例を説明する模式図である。冷延工程における圧延機の圧延ロールの配置の一例を説明する模式図である。冷延工程における圧延機の圧延ロールの配置の一例を説明する模式図である。冷延工程における圧延機の圧延ロールの配置の一例を説明する模式図である。冷延工程における圧延機の圧延ロールの配置の一例を説明する模式図である。冷延工程における圧延機の圧延ロールの配置の一例を説明する模式図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．本発明の概要＞
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法の概要について説明する。図１は、本実施形態に係る方法にて製造される合金化溶融亜鉛めっき鋼板を厚み方向に切断した断面の一部を示す模式図である。

図１に示すように、本実施形態に係る方法にて製造される合金化溶融亜鉛めっき鋼板１は、Ｓｉ（ケイ素）又はＰ（リン）を高含有量で含有する鋼板１０と、Ｚｎ（亜鉛）を主成分とするめっき層２０と、を備える。めっき層２０は、鋼板１０の表面に設けられ、めっき層２０及び鋼板１０の界面では、鋼板１０のＦｅ（鉄）と、めっき層２０のＺｎ（亜鉛）とが合金化している。

ここで、鋼板１０は、鋼板１０の強度及び延性を向上させる元素であるＳｉ又はＰを高濃度で含有する。ただし、Ｓｉ及びＰは、鋼板１０の表面及び結晶粒の粒界等に濃縮され易い元素であり、鋼板１０の結晶粒の粒界等に濃縮されることで、鋼板１０中の原子の拡散を抑制する。そのため、Ｓｉ又はＰを高濃度で含有する鋼板１０を母材とする場合、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１では、鋼板１０中のＦｅとめっき層２０中のＺｎとの相互拡散が遅延することによって、鋼板１０とめっき層２０との合金化速度が低下していた。このような場合、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の合金化処理にかかる時間が長くなるため、めっき工程の生産効率が大幅に低下していた。

そこで、鋼板１０の表面の結晶粒を微細化し、原子が拡散しやすい結晶粒界を鋼板１０の表面に多数形成することで、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の合金化速度を向上させることが検討されている。これによれば、合金化処理時に、結晶粒界を介して鋼板１０中のＦｅ及びめっき層２０中のＺｎの拡散を促進させることができるため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の合金化速度を向上させることができる。

鋼板１０の表面の結晶粒を微細化するためには、転移などの格子欠陥を結晶組織に導入する塑性歪みを鋼板１０の表面に導入することが検討されている。例えば、相当塑性歪み７程度の巨大な歪みを鋼板１０に導入した場合、鋼板１０では、導入された歪みを受け止めるために「ｇｒａｉｎｓｕｂｄｉｖｉｓｉｏｎ」と呼ばれる機構が作用することで結晶粒が分断され、ナノレベルの微細な結晶粒が生成される。

このような巨大な塑性歪みを鋼板１０に付与するには、例えば、熱延酸洗後（すなわち、冷間圧延前）の鋼板１０の表層に、より強いせん断歪みが導入されるように制御された冷間圧延を行うことが考えられる。本実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の製造方法は、熱延酸洗後の鋼板１０を下記の式１及び式２を満たす圧延ロールにて少なくとも１回以上冷間圧延することによって、鋼板１０の表層により強いせん断歪みを導入するものである。

なお、上記式１及び式２において、Ｔは、該圧延ロールによる圧延前の鋼板１０の板厚（ｍｍ）であり、ｔは、該圧延ロールによる圧延後の鋼板１０の板厚（ｍｍ）であり、Ｄは、該圧延ロールのロール径（ｍｍ）である。

上記の式１及び式２を満たす場合、比較的ロール径が小さい圧延ロールにて、板厚が厚い鋼板１０を圧延することになるため、該圧延ロールによる圧延前後で鋼板１０の板形状が急激に変化する。これにより、鋼板１０の表層に強いせん断歪みを導入することができるため、鋼板１０の表層の結晶粒をより微細化することができる。したがって、本実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の製造方法によれば、結晶粒の微細化によってＦｅ及びＺｎの相互拡散を促進させる結晶粒界をより多く形成することができるため、めっき層２０と鋼板１０との合金化速度を向上させることができる。

特に、本実施形態では、圧延ロールによる冷間圧延を用いて、鋼板１０の表層に強いせん断歪みを導入することができるため、鋼板１０の表層の結晶粒を面内で均一に微細化することができる。これによれば、鋼板１０と、めっき層２０との合金化を鋼板１０の面内方向でより均一に進行させることができるため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の面内均一性を向上させることができる。

なお、本実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の製造方法では、上述した式１及び式２を満たす圧延ロール以外の圧延ロールを用いた冷間圧延がさらに行われてもよく、上述した式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延が複数回行われてもよい。すなわち、熱延酸洗後の鋼板１０に対する冷間圧延は、鋼板１０が所望の厚さとなるまで複数回行われてもよい。このような冷間圧延のうち、少なくとも１回以上が上記式１及び式２を満たす圧延ロールにて行われ得る。

以下では、上記で概要を説明した本実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の構成及び製造方法について、具体的に説明する。

＜２．鋼板の組成＞
まず、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の母材である鋼板１０の組成について説明する。以下では特に断りがない限り、「％」とは、「質量％」を示し、鋼板１０の各成分の割合は、鋼板１０の総質量に対する割合で示す。なお、鋼板１０において、以下で説明する各成分を除いた残部は、鉄（Ｆｅ）及び不純物である。

（Ｃ：０．００１％以上０．３５％以下）
Ｃ（炭素）は、鋼中に必然的に含有される元素である。Ｔｉ（チタン）及びＮｂ（ニオブ）等が添加された極低炭素鋼板では、加工性を重視するため、Ｃ含有量は少ないほどよい。ただし、Ｃ含有量を過度に少なくした場合、鋼中の介在物が増加することで、鋼板１０の伸び性に悪影響を及ぼすため、鋼板１０中のＣ含有量の下限は０．００１％とする。また、Ｃは、鋼板１０の強度の増加に寄与する元素である。例えば、鋼板の引張強度を３４０ＭＰａ以上にするためには、Ｃ含有量は、０．０１％以上とすることが好ましい。しかし、Ｃ含有量が０．３５％を超える場合、鋼板１０の溶接性が劣化するため、Ｃ含有量の上限は、０．３５％とする。したがって、鋼板１０中のＣ含有量は、０．００１％以上０．３５％以下であり、０．０１％以上０．３５％以下が好ましく、０．０１％以上０．２５％以下がより好ましい。

（Ｓｉ：０．００１％以上２．５％以下）
Ｓｉ（ケイ素）は、鋼板１０の延性を維持又は増加させつつ、かつ鋼板１０の強度を向上させる元素である。Ｓｉ含有量が０．００１％未満である場合、鋼板１０に対して要求される引張強度を実現することが困難になるため、鋼板１０中のＳｉ含有量の下限は、０．００１％とする。また、Ｓｉ含有量が２．５％を超える場合、本発明を適用しても十分な合金化速度の向上が得られなくなるため、鋼板中のＳｉ含有量の上限は、２．５％とする。さらに、ＴＲＩＰ（ＴｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎＩｎｄｕｃｅｄＰｌａｓｔｉｃｉｔｙ）効果によって延性をさらに増加させるためには、鋼板１０中のＳｉ含有量は、０．３％以上とすることが好ましく、０．６％以上とすることがより好ましい。したがって、鋼板１０中のＳｉ含有量は、０．００１％％以上２．５％以下であり、０．３％以上２．５％以下が好ましく、０．６％以上２．５％以下がより好ましい。

（Ｐ：０．０２０％以上０．１％以下）
Ｐ（リン）は、固溶強化元素であり、鋼板１０の強度の増加に有効であるものの、Ｓｉと同様に、溶融亜鉛めっきと鋼板１０との合金化を遅延させる元素である。鋼板１０中のＰ含有量が０．０２０％未満である場合、鋼板１０に対して要求される引張強度を実現することが困難になるため、好ましくない。また、鋼板１０中のＰ含有量が０．１％を超える場合、本発明を適用しても十分な合金化速度の向上が得られなくなるため、好ましくない。したがって、鋼板１０中のＰ含有量は、０．０２０％以上０．１％以下であることが好ましい。

（Ｍｎ：０．３％以上３．０％以下）
Ｍｎ（マンガン）は、鋼板１０の強度増加に寄与する元素である。例えば、鋼板１０の引張強度を３４０ＭＰａ以上にするためには、鋼板１０中のＭｎ含有量は、０．３％以上とすることが好ましい。ただし、Ｍｎ含有量が３．０％を超える場合、転炉における鋼の溶解及び精錬が困難になり、かつ鋼板１０の溶接性が劣化する可能性があるため、鋼板１０中のＭｎ含有量は、３．０％以下とすることが好ましい。したがって、鋼板１０の曲げ性の低下を抑制し、かつ鋼板１０の強度を増加させるためには、鋼板１０中のＭｎ含有量は、０．３％以上３．０％以下とすることが好ましい。なお、鋼板１０の引張強度を９８０ＭＰａ以上にするためには、鋼板１０中のＭｎ含有量は、例えば、１．８％以上３．０％以下とすることが好ましい。

（Ｓ：０．０１０％以下）
Ｓ（硫黄）は、鋼中に含有される不純物元素である。鋼板１０の曲げ性及び溶接性を維持する観点から、鋼板１０中のＳ含有量は少ないほど好ましい。鋼板１０中のＳ含有量は、０．０１０％以下が好ましく、０．００５％以下がより好ましく、０．００３％以下がさらに好ましい。

（Ｎ：０．００６０％以下）
Ｎ（窒素）は、鋼中に含有される不純物元素である。鋼板１０の曲げ性を維持する観点から、鋼板１０中のＮ含有量は少ないほど好ましい。鋼板１０中のＮ含有量は、０．００６０％以下が好ましく、０．００４％以下がより好ましい。

（ｓｏｌ．Ａｌ：０．８％以下）
Ａｌ（アルミニウム）は、鋼の脱酸工程で添加される元素であり、鋼板１０中にはｓｏｌ．Ａｌ（酸可溶性アルミニウム）として含有される。Ａｌは、炭窒化物を形成するＴｉ等の元素の歩留まりを向上させるために有効な元素であるが、鋼板１０中のＳｉ含有量が０．２％以上である場合、必ずしも含有しなくともよい。これは、鋼板１０中のＳｉを十分に内部酸化させるためには、酸素を消費するｓｏｌ．Ａｌ含有量は少ない方が好ましいためである。鋼板１０中のｓｏｌ．Ａｌ含有量は、０．８％以下が好ましく、０．５％以下がより好ましく、０．０１％未満がさらに好ましい。

（任意元素）
Ｃｒ（クロム）、Ｔｉ（チタン）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｂ（ニオブ）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ｍｏ（モリブデン）及びＢ（ホウ素）は、必要に応じて、鋼板１０中に１種又は２種以上含有される任意元素である。これらの元素を鋼板１０中に含有させることにより、例えば、強度、穴広げ性又は伸び性等の鋼板１０の諸特性を向上させることができる。

ただし、これらの元素は、所定量にて特性向上の効果が飽和してしまうため、所定量を超えて鋼板１０に含有させることは、鋼板１０の製造コストを増加させることになる。そのため、Ｃｒ含有量は、０．５％以下が好ましく、Ｔｉ含有量は、０．１％以下が好ましく、Ｖ含有量は、０．１％以下が好ましく、Ｎｂ含有量は、０．１％以下が好ましく、Ｎｉ含有量は、１％以下が好ましく、Ｃｕ含有量は、１％以下が好ましく、Ｍｏ含有量は、１％以下が好ましく、Ｂ含有量は、０．０５０％以下が好ましい。また、上述した強度、穴広げ性又は伸び性等の鋼板１０の諸特性を向上させる効果を確実に得るためには、Ｃｒ含有量は、０．００１％以上が好ましく、Ｔｉ含有量は、０．００１％以上が好ましく、Ｖ含有量は、０．００１％以上が好ましく、Ｎｂ含有量は、０．００１％以上が好ましく、Ｎｉ含有量は、０．００１％以上が好ましく、Ｃｕ含有量は、０．００１％以上が好ましく、Ｍｏ含有量は、０．００１％以上が好ましく、Ｂ含有量は、０．０００３％以上が好ましい。

＜３．めっき層の組成＞
続いて、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１のめっき層２０の組成について説明する。

合金化溶融亜鉛めっき鋼板１のめっき層２０は、Ｚｎ（亜鉛）及びＡｌ（アルミニウム）を含有し、鋼板１０から拡散したＦｅをさらに含有する。また、めっき層２０と鋼板１０との界面では、めっき層２０中のＺｎ及びＡｌと、鋼板１０中から拡散したＦｅとが合金化している。

めっき層２０中の平均Ａｌ濃度は、めっき層２０を形成する溶融亜鉛めっき浴のＡｌ濃度とほぼ同じであり、おおよそ０．０８０％以上０．１５％以下である。また、めっき層２０には、任意元素として、Ｐｂ（鉛）、Ｃｄ（カドミウム）、Ｓｂ（アンチモン）、Ｃｒ（クロム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｗ（タングステン）、Ｔｉ（チタン）、Ｍｇ（マグネシウム）又はＳｉ（ケイ素）等がそれぞれ０．１％以下で含有されていてもよい。これらの任意元素は、本発明の効果に対して特に影響を及ぼさない。なお、上述した各成分を除いためっき層２０の残部は、Ｚｎである。

めっき層２０には、鋼板１０から拡散したＦｅが含有され、めっき層２０中の平均Ｆｅ濃度は、８％以上１５％以下であることが好ましい。めっき層２０中の平均Ｆｅ濃度が８％未満である場合、合金化処理の加熱温度によっては、めっき層２０にη相が残存する可能性があるため、好ましくない。めっき層２０中の平均Ｆｅ濃度は、９％以上がより好ましい。一方、めっき層２０中の平均Ｆｅ濃度が１５％を超える場合、めっき層２０と鋼板１０との界面にΓ相が厚く形成されることで、耐パウダリング性が著しく低下してしまうため、好ましくない。めっき層２０中の平均Ｆｅ濃度は、１４％以下が好ましく、１３％以下がさらに好ましい。

なお、上述しためっき層２０中の各成分の平均濃度は、めっき層２０の総質量に対する各成分の割合である。各成分の平均濃度は、例えば、めっき層２０を酸などで溶解した溶液をＩＣＰ−ＡＥＳ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ−ＡｔｏｍｉｃＥｍｉｓｓｉｏｎＳｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）等を用いて分析することで算出することができる。

なお、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１におけるめっき層２０の付着量は、特に限定されないが、既存の設備で容易に調整可能な、片面あたり３０ｇ／ｍ^２以上とすることが好ましい。また、めっき層２０の付着量は、耐パウダリング性を大きく低下させないために、片面あたり７０ｇ／ｍ^２以下とすることが好ましい。したがって、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１のめっき層２０の付着量は、片面あたり３０ｇ／ｍ^２以上７０ｇ／ｍ^２以下が好ましく、片面あたり４０ｇ／ｍ^２以上６０ｇ／ｍ^２以下がより好ましい。

＜４．製造方法＞
次に、本実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について説明する。

まず、上述した組成を有する鋼スラブを用意し、用意した鋼スラブを熱間圧延によって鋼板１０とする。続いて、熱間圧延した鋼板１０を酸洗し、酸化物等を除去した熱延酸洗後の鋼板１０に対して、以下の工程を順次施すことにより、本実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板１を製造することができる。なお、熱間圧延及び酸洗の条件については、公知の一般的な条件を採用することができるため、ここでの説明は省略する。

冷延工程：鋼板１０を冷間圧延する工程
焼鈍工程：冷間圧延した鋼板１０を焼鈍する工程
めっき工程：焼鈍した鋼板１０を溶融亜鉛めっき浴へ浸漬し、鋼板１０の表面にめっき層２０を形成する工程
合金化工程：めっき層２０が形成された鋼板１０を加熱し、鋼板１０とめっき層２０とを合金化する工程

（冷延工程）
冷延工程では、鋼板１０の表層に強いせん断歪みを導入しつつ、鋼板１０を所望の厚さまで冷間圧延する。具体的には、冷延工程では、熱間圧延よりも低い温度下で、鋼板１０を圧延することで、鋼板１０をさらに薄板化する。ただし、鋼板１０の表層に強いせん断歪みを導入するために、冷延工程における圧延の少なくとも１回以上は、下記の式１及び式２を満たす圧延ロールによって行われる。下記の式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延によれば、圧延前後で鋼板１０の板形状を急激に変化させることができるため、鋼板１０の表層に強いせん断歪みを導入することができる。

なお、上記式１及び式２において、Ｔは、該圧延ロールによる圧延前の鋼板１０の板厚（ｍｍ）であり、ｔは、該圧延ロールによる圧延後の鋼板１０の板厚（ｍｍ）であり、Ｄは、該圧延ロールのロール直径（ｍｍ）である。

より詳細には、式１は、圧延ロール及び鋼板１０の接触弧長Ｌ≒（Ｄ／２＊（Ｔ−ｔ））^１／２と、平均板厚Ｔ_Ａｖｅ＝（Ｔ＋ｔ）／２との比が閾値以下である場合に、合金化を促進するせん断歪みを鋼板１０の表層に導入できることを表す。なお、式１中の定数１．２８は、実験的に算出した定数である。式１は、定性的には、ロール径が小さい圧延ロールにて、板厚が大きい鋼板１０を圧延することを表す。式１を満たす圧延ロールによれば、圧延ロールの下に鋼板１０が潜り込む際に生じる圧延ロールと鋼板１０との摩擦によって、大きなせん断歪みを鋼板１０の表層に導入することができる。

ここで、ロール径が小さい圧延ロールは、一般的に、鋼板１０の圧延によって摩耗しやすく、使用寿命が短い。しかしながら、式１によれば、合金化促進の効果を得つつ、圧延による摩耗に耐え、使用寿命が短くなりにくい圧延ロールのロール径を設定することが可能である。すなわち、本実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法によれば、圧延ロールの摩耗速度、及び圧延後の鋼板１０の板形状に悪影響を与えずに、合金化促進の効果を得ることが可能な冷延工程の条件を設定することが可能である。

また、式２は、圧延ロール単体での圧延率が閾値以上である場合に、合金化を促進するせん断歪みを鋼板１０の表層に導入できることを表す。なお、式２中の定数０．９５は、実験的に算出した定数である。圧延ロール単体における圧延率が小さい場合、鋼板１０の表層に導入されるせん断歪みの大きさも小さくなる。したがって、式２は、式１を満たす圧延ロールにて、閾値以上の圧延率の圧延をすることで、合金化を促進するせん断歪みを鋼板１０の表層に導入することができることを表す。

なお、上記の式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延は、さらに下記の式３を満たしてもよい。

式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延率が大きいほど、鋼板１０の表層により大きなせん断歪みを導入することが可能になる。しかしながら、圧延率が過度に大きい場合、圧延ロールの摩耗速度、圧延後の鋼板１０の板形状に悪影響が生じる可能性がある。また、このような場合、高剛性の圧延機が必要となるため、鋼板の製造ラインへの投資コストが増加してしまう。そのため、上記の式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延は、圧延率の下限を規定する上記式３をさらに満たすことが好ましい。すなわち、圧延ロールによる圧延前の鋼板１０の板厚Ｔと、圧延ロールによる圧延後の鋼板１０の板厚ｔとの比ｔ／Ｔは、０．７より大きいことが好ましく、０．８以上であることがより好ましい。

ここで、図２Ａ〜図４Ｂを参照して、鋼板１０を冷間圧延する圧延ロールを備える圧延機の構成についてより具体的に説明する。図２Ａ〜図４Ｂは、冷延工程における圧延機の圧延ロールの配置の一例を説明する模式図である。

例えば、図２Ａに示すように、供給ロール３１０から送出された鋼板１０は、通板方向に配列された複数の圧延ロール１０１、１０２によって圧延された後、巻取ロール３２０に巻き取られてもよい。圧延ロール１０１、１０２は、鋼板１０を挟んで対向するように複数設けられ、供給ロール３１０から巻取ロール３２０へ一方向に搬送される鋼板１０を挟み込むことで圧延する。例えば、圧延ロール１０１、１０２は、上述した式１及び式２を満たす圧延ロールであってもよい。このように、通板方向に配列された複数の圧延ロール１０１、１０２にて、供給ロール３１０から巻取ロール３２０へ一方向に搬送される鋼板１０を圧延する方法は、例えば、タンデム式とも称される。

例えば、図２Ｂに示すように、供給ロール３１０から送出された鋼板１０は、供給ロール３１０及び巻取ロール３２０の間に配置された圧延ロール１０１、１０２によって圧延された後、巻取ロール３２０に巻き取られてもよい。圧延ロール１０１、１０２は、鋼板１０を挟んで対向するように１つ設けられ、供給ロール３１０と巻取ロール３２０との間を往復する鋼板１０を挟み込むことで圧延する。例えば、圧延ロール１０１、１０２は、上述した式１及び式２を満たす圧延ロールであってもよい。このように、供給ロール３１０と巻取ロール３２０との間に設けられた圧延ロール１０１、１０２にて、供給ロール３１０と巻取ロール３２０との間を往復する鋼板１０を圧延する方法は、例えば、リバース式とも称される。

また、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、冷延工程では、上述した式１及び式２を満たす圧延ロール以外の圧延ロールにて、さらに圧延が行われてもよい。

例えば、図３Ａに示すように、供給ロール３１０から送出された鋼板１０は、通板方向に配列された圧延ロール１０１、１０２と、圧延ロール２０１、２０２とによって圧延された後、巻取ロール３２０に巻き取られてもよい。圧延ロール１０１、１０２、及び圧延ロール２０１、２０２は、鋼板１０を挟んで対向するように設けられ、供給ロール３１０から巻取ロール３２０へ一方向に搬送される鋼板１０を挟み込むことで圧延する。ここで、圧延ロール１０１、１０２は、上述した式１及び式２を満たす圧延ロールであってもよく、圧延ロール２０１、２０２は、上述した式１及び式２を満たさない圧延ロールであってもよい。このように、通板方向に配列された圧延ロール１０１、１０２、及び圧延ロール２０１、２０２にて、供給ロール３１０から巻取ロール３２０へ一方向に搬送される鋼板１０を圧延する方法は、例えば、図２Ａと同様に、タンデム式とも称される。

例えば、図３Ｂに示すように、供給ロール３１０から送出された鋼板１０は、供給ロール３１０及び巻取ロール３２０の間に配置された圧延ロール１０１、１０２と、圧延ロール２０１、２０２とによって圧延された後、巻取ロール３２０に巻き取られてもよい。圧延ロール１０１、１０２、及び圧延ロール２０１、２０２は、鋼板１０を挟んで対向するように１つずつ設けられ、供給ロール３１０と巻取ロール３２０との間を往復する鋼板１０を挟み込むことで圧延する。ここで、圧延ロール１０１、１０２は、上述した式１及び式２を満たす圧延ロールであってもよく、圧延ロール２０１、２０２は、上述した式１及び式２を満たさない圧延ロールであってもよい。このように、供給ロール３１０と巻取ロール３２０との間に設けられた圧延ロール１０１、１０２、及び圧延ロール２０１、２０２にて、供給ロール３１０と巻取ロール３２０との間を往復する鋼板１０を圧延する方法は、図２Ｂと同様に、例えば、リバース式とも称される。

さらに、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、冷延工程では、複数の圧延機を用いて圧延が行われてもよい。

例えば、図４Ａに示すように、鋼板１０は、圧延機４０１、４０２によって圧延されてもよい。具体的には、圧延機４０１では、鋼板１０は、供給ロール３１０から送出された後、圧延ロール１０１、１０２にて圧延され、巻取ロール３２０に巻き取られる。その後、圧延機４０２では、鋼板１０は、供給ロール３３０から送出された後、圧延ロール２０１、２０２にて圧延され、巻取ロール３４０に巻き取られる。圧延機４０１の圧延ロール１０１、１０２は、鋼板１０を挟んで対向するように設けられ、供給ロール３１０から巻取ロール３２０へ一方向に搬送される鋼板１０を挟み込むことで圧延する。圧延機４０２の圧延ロール２０１、２０２は、鋼板１０を挟んで対向するように複数設けられ、供給ロール３３０から巻取ロール３４０へ一方向に搬送される鋼板１０を挟み込むことで圧延する。ここで、圧延ロール１０１、１０２は、上述した式１及び式２を満たす圧延ロールであってもよく、圧延ロール２０１、２０２は、上述した式１及び式２を満たさない圧延ロールであってもよい。

例えば、図４Ｂに示すように、鋼板１０は、圧延機４０１、４０３によって圧延されてもよい。具体的には、圧延機４０１では、鋼板１０は、供給ロール３１０から送出された後、圧延ロール１０１、１０２にて圧延され、巻取ロール３２０に巻き取られる。その後、圧延機４０３では、鋼板１０は、供給ロール３３０から送出された後、圧延ロール２０１、２０２にて圧延され、巻取ロール３４０に巻き取られる。圧延機４０１の圧延ロール１０１、１０２は、鋼板１０を挟んで対向するように設けられ、供給ロール３１０から巻取ロール３２０へ一方向に搬送される鋼板１０を挟み込むことで圧延する。圧延機４０３の圧延ロール２０１、２０２は、鋼板１０を挟んで対向するように１つ設けられ、供給ロール３１０と巻取ロール３２０との間を往復する鋼板１０を挟み込むことで圧延する。ここで、圧延ロール１０１、１０２は、上述した式１及び式２を満たす圧延ロールであってもよく、圧延ロール２０１、２０２は、上述した式１及び式２を満たさない圧延ロールであってもよい。

なお、図２Ａ〜図４Ｂに示す圧延機では、上述した式１及び式２を満たす圧延ロールによって、冷延工程における１回目の圧延が行われる構成を示した。ただし、本実施形態は、かかる例示に限定されない。上述した式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延は、冷延工程のどの段階で行われてもよい。ただし、式１及び式２にて示した条件を満たすためには、式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延は、鋼板１０の板厚が比較的厚い冷延工程の前半に行われることが好ましい。例えば、冷延工程が６回の冷間圧延で構成される場合、式１及び式２を満たす圧延ロールは、１回目〜３回目の冷間圧延に用いられることが好ましい。

（焼鈍工程）
焼鈍工程では、冷間圧延された鋼板１０を還元雰囲気下で焼鈍する。焼鈍時の雰囲気は、例えば、水素濃度が３体積％以上１２体積％以下であり、露点が−４０℃以上２０℃以下である窒素−水素混合の還元雰囲気としてもよい。焼鈍時の雰囲気の水素濃度を低くすることにより、露点の上昇を緩和することができるため、雰囲気の水素濃度は、３体積％以上１２体積％以下とすることが好ましく、３体積％以上８体積％以下とすることがより好ましい。また、焼鈍時の雰囲気の露点は、−３０℃以上１０℃以下が好ましく、−２０℃以上１０℃以下がより好ましい。なお、焼鈍時の雰囲気には、さらに不純物ガスとして、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２、ＣＯ、ＣＨ_４等が微量含まれてもよい。

焼鈍時の温度は、焼鈍工程で一般的な温度であればよく、例えば、７００℃以上８５０℃以下の温度としてもよい。焼鈍の時間は、焼鈍工程で一般的な時間であればよく、例えば、１０秒以上５０秒以下としてもよい。このような焼鈍工程を経ることによって、せん断歪みが導入された鋼板１０の表層の結晶粒を微細化し、原子の拡散速度が速い結晶粒界を多数形成することができる。これにより、後段の合金化工程において、鋼板１０とめっき層２０との界面におけるＦｅ及びＺｎの拡散が促進されることができるため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の合金化速度を向上させることができる。

（めっき工程）
めっき工程では、めっき浴の総質量に対して０．１０％以上０．２０％以下のＡｌを少なくとも含有し、残部がＺｎである溶融亜鉛めっき浴へ、還元焼鈍後の鋼板１０を浸漬することで、鋼板１０の表面（例えば、両主面）にめっき層２０を形成する。

ただし、めっき浴中のＡｌ濃度が０．１０％未満である場合、鋼板１０がめっき浴に浸漬している間に、鋼板１０とめっき層２０との合金化が進行することで、めっき付着量の制御が困難になる可能性がある。また、めっき浴中のＡｌ濃度が０．１０％未満である場合、めっき浴を保持するポット底部にボトムドロス（例えば、ＦｅＺｎ_７など）が形成され易くなる。このような場合、形成されたドロスが鋼板１０に付着することで、めっき層２０に欠陥が生じやすくなるため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の歩留まりが大きく低下してしまう。一方、めっき浴中のＡｌ濃度が０．２０％を超える場合、鋼板１０とめっき層２０との合金化速度が大幅に低下することで、めっき工程の操業効率が低下してしまう。よって、めっき浴中のＡｌ濃度は、したがって、めっき浴中のＡｌ濃度は、０．１０％以上０．２０％以下であり、０．１５％以上０．２０％以下が好ましい。

なお、Ｚｎを主成分とするめっき浴中には、上述したＡｌ以外に、不純物であるＦｅ並びに任意元素であるＰｂ、Ｃｄ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｗ、Ｔｉ、Ｍｇ又はＳｉがそれぞれ０．１％以下で含有されていてもよい。なお、これら各成分は、本発明の効果には影響を及ぼさない。

めっき浴の浴温は、例えば、４４０℃以上４７０℃以下としてもよい。また、めっき浴に浸漬する鋼板１０は、めっき浴の温度を安定させる観点から、浴温±２０℃以内の温度になるようにあらかじめ加熱されてもよい。

（合金化工程）
合金化工程では、めっき層２０が形成された鋼板１０を、例えば、４８０℃以上６００℃以下の温度で加熱することで、鋼板１０とめっき層２０との合金化を進行させる。ただし、鋼板１０及びめっき層２０を過度に高温で合金化させた場合、硬度が高いＦｅＺｎ合金であるΓ相及びΓ_１相が形成され、耐パウダリング性が低下する可能性がある。したがって、鋼板１０の加熱温度は、６００℃以下が好ましく、５５０℃以下がより好ましく、５３０℃以下がさらに好ましい。鋼板１０の加熱温度の下限は、特に限定されないが、例えば、４８０℃としてもよい。合金化工程において、鋼板１０を加熱する手段は、特に制限されず、輻射加熱、高周波誘導加熱又は通電加熱等のいずれを用いることも可能である。

以上の工程を経ることで、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１を製造することができる。合金化溶融亜鉛めっき鋼板１では、原子の拡散速度が速い結晶粒界を鋼板１０の表層に多数形成することで、Ｆｅ及びＺｎの拡散を促進させることができるため、鋼板１０及びめっき層２０の合金化速度を向上させることができる。

本実施形態によれば、鋼板１０及びめっき層２０の合金化速度を向上させることで、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の生産性を向上させ、製造ラインにおける消費エネルギーを削減することも可能である。さらに、本実施形態によれば、鋼板１０とめっき層２０との間で未合金化の領域を低下させることができるため、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の歩留まりを改善すると共に、鋼板１０とめっき層２０との密着性を向上させることも可能である。

なお、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１のめっき層２０上には、クロム酸処理、リン酸塩処理、又は樹脂皮膜塗布などの公知の後処理が施されてもよい。また、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の最表面（すなわち、合金化溶融亜鉛めっき鋼板１のめっき層２０の表面、又は後処理被膜の表面）には、防錆油が塗付されてもよい。合金化溶融亜鉛めっき鋼板１の最表面に塗付される防錆油は、市販の一般的な防錆油を用いてもよいが、Ｓ又はＣａを含有した高潤滑性防錆油を用いてもよい。

以下では、実施例及び比較例を参照しながら、本発明の一実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について、より具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、あくまでも一条件例であり、本発明が以下の実施例に限定されるものではない。

まず、質量％で、Ｃ：０．００２％、Ｓｉ：０．１％、Ｍｎ：０．１５％、及びＰ：０．０９％を含有し、残部がＦｅ及び不純物である鋼を鋳造し、スラブに加工した。続いて、作製したスラブを大気中にて１２５０℃で１時間保持した後、粗圧延及び仕上げ圧延を含む熱間圧延を行うことで、板厚２．３ｍｍ又は４．３ｍｍの鋼板とした。なお、仕上げ圧延は９５０℃で行った。

続いて、熱間圧延した鋼板を酸洗した後、下記表１に示す圧延を含む冷間圧延を行うことで、最終的に板厚０．７ｍｍの鋼板とした。なお、下記表１に示す圧延は、冷延工程の１回目に行った。冷延工程の２回目以降の圧延は、上述した式１及び式２を満たさない一般的な圧延ロール（例えば、ロール直径が４００ｍｍの圧延ロール）を用いた圧延とした。

その後、冷間圧延した鋼板を７５℃のＮａＯＨ溶液で脱脂洗浄した後、Ｎ_２＋３体積％〜８体積％Ｈ_２、かつ露点−４０℃の還元雰囲気中で、８００℃にて６０秒間、還元焼鈍した。焼鈍後、溶融亜鉛めっき浴の浴温（４５５℃）近傍まで、１５℃／ｓにて鋼板を冷却した後、０．１３５％のＡｌを含有する溶融亜鉛めっき浴に鋼板を浸漬した。鋼板をめっき浴に３．０秒間浸漬した後、ワイピング方式によりめっき付着量を片面あたり５０ｇ／ｍ^２に調整した。

次に、めっき鋼板に対して、通電加熱装置を用いて５２０℃にて合金化処理を行い、めっき層中のＦｅ濃度が４ｇ／ｍ^２に達するまでの目安時間を計測することで、合金化時間を測定した。なお、冷却には、空冷方式を用いた。実施例及び比較例の各々における合金化時間の測定結果を表１に示す。

以下の表１にて実施例及び比較例の各々の冷間圧延条件、及び評価結果を示す。また、圧延ロールが式１又は式２を満たすことを「ＯＫ」で表し、圧延ロールが式１又は式２を満たさないことを「ＮＧ」で表した。

表１に示す結果からわかるように、本実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を用いた実施例１〜４では、比較例１〜９と比較して、合金化時間が短縮しており、合金化速度が向上していることがわかる。具体的には、式１及び式２の両方を満たす圧延ロールにて圧延を行っている実施例１〜４では、合金化時間が短縮されており、式１又は式２のいずれかを満たさない圧延ロールにて圧延を行っている比較例１〜９では、合金化時間が短縮されていないことがわかる。

続いて、上述した式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延のタイミングについて検討した。具体的には、冷延工程において、以下の表２に示すように、圧延ロールのロール径及び圧延率を変更して、１回目〜６回目の圧延をそれぞれ行い、合金化時間を計測した。なお、冷延工程以外の工程、及び鋼板等の組成については、上記の実施例及び比較例と同様とした。

なお、以下の表２に示す実施例５では、１回目の圧延が式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延に対応する。また、実施例６では、２回目の圧延が式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延に対応する。

表２に示す結果を参照すると、本実施形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法では、式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延を冷延工程のいずれのタイミングで行った場合でも、同様に、合金化速度を向上させ、合金化時間を短縮することができることがわかる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１合金化溶融亜鉛めっき鋼板
１０鋼板
１１凹部
２０めっき層
１０１、１０２、２０１、２０２圧延ロール
３１０、３３０供給ロール
３２０、３４０巻取ロール
４０１、４０２、４０３圧延機

Claims

質量％で、Ｃ：０．００１％以上０．３５％以下、Ｓｉ：０．００１％以上２．５％以下を含有し、残部がＦｅ及び不純物である熱延酸洗後の鋼板を、下記式１及び式２を満たす圧延ロールにて少なくとも１回以上冷間圧延する工程と、
冷間圧延後の前記鋼板を還元焼鈍する工程と、
０．１０質量％以上０．２０質量％以下のＡｌを含有し、残部がＺｎ及び任意元素である溶融亜鉛めっき浴に前記鋼板を浸漬し、前記鋼板の表面に溶融亜鉛めっき層を付着させる工程と、
前記溶融亜鉛めっき層を付着させた前記鋼板を加熱し、前記鋼板と前記溶融亜鉛めっき層とを合金化処理する工程と、
を含む、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
前記熱延酸洗後の鋼板を冷間圧延する工程は、前記式１及び式２を満たす圧延ロール以外の圧延ロールによる圧延をさらに含む、請求項１に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
前記式１及び式２を満たす圧延ロールによる圧延は、さらに下記式３を満たす、請求項１または２に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。