JP7214735B2 - 常温耐時効性及び焼付硬化性に優れた亜鉛系めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
[関係式1]
CS=[C]-(12/93)*[Nb]
上記関係式1の[C]及び[Nb]はそれぞれ、上記素地鋼板のC及びNbの含有量(wt%)を意味する。
[関係式2]
RB=R(BH)/R(AI)
上記関係式2のR(BH)は、上記亜鉛系めっき鋼板を170℃で20分間熱処理時に、上記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、上記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味し、上記関係式2のR(AI)は、上記亜鉛系めっき鋼板を100℃で60分間熱処理時に、上記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、上記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味する。
[関係式1]
CS=[C]-(12/93)*[Nb]
上記関係式1の[C]及び[Nb]はそれぞれ、上記素地鋼板のC及びNbの含有量(wt%)を意味する。
[関係式2]
RB=R(BH)/R(AI)
上記関係式2のR(BH)は、上記亜鉛系めっき鋼板を170℃で20分間熱処理時に、上記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、上記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味し、上記関係式2のR(AI)は、上記亜鉛系めっき鋼板を100℃で60分間熱処理時に、上記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、上記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味する。
[関係式1]
CS=[C]-(12/93)*[Nb]
上記関係式1の[C]及び[Nb]はそれぞれ、上記素地鋼板のC及びNbの含有量(wt%)を意味する。
[関係式2]
RB=R(BH)/R(AI)
上記関係式2のR(BH)は、上記亜鉛系めっき鋼板を170℃で20分間熱処理時に、上記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、上記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味し、上記関係式2のR(AI)は、上記亜鉛系めっき鋼板を100℃で60分間熱処理時に、上記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、上記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味する。
炭素(C)は、侵入型固溶元素であって、鋼材内に固溶された炭素(C)が調質圧延によって形成された転位と相互作用(Locking)して焼付硬化能を発揮するため、炭素(C)の含有量が高いほど焼付硬化能は向上する。本発明は、かかる効果を達成するために、炭素(C)を必須的に添加するため、炭素(C)の含有量の下限から0%を除外することができる。しかし、過量の固溶炭素(C)が鋼材内に存在する場合には、部品成形時にオレンジピール(Orange Peel)という表面欠陥を引き起こし、それに応じて、時効不良をもたらす可能性があるため、本発明は、炭素(C)の含有量の上限を0.005%に制限することができる。本発明において、炭素(C)の含有量の下限は特に限定しないが、製鋼工程上不可避的に含まれる範囲を考慮して、好ましい炭素(C)の含有量の下限を0.001%に制限することができる。
マンガン(Mn)は、固溶強化元素であって、鋼材の強度上昇に寄与するだけでなく、鋼材内の硫黄(S)をMnSとして析出させる役割を果たす。本発明は、MnSの析出による絞り性向上の効果を達成するために、マンガン(Mn)の含有量の下限を0.1%に制限することができる。但し、マンガン(Mn)が過多に添加される場合には、降伏強度が増加することとは別に、過度なマンガン(Mn)の固溶によって絞り性が低下する可能性があることから、本発明は、マンガン(Mn)の含有量の上限を1.0%に制限することができる。したがって、本発明のマンガン(Mn)の含有量は、0.1~1.0%の範囲であることができ、より好ましいマンガン(Mn)の含有量は、0.2~0.9%の範囲であることができる。
シリコン(Si)は、固溶強化により鋼材の強度上昇に寄与する元素である。但し、本発明におけるシリコン(Si)は、強度確保のために意図的に添加する元素に該当しない。これは、本発明においてシリコン(Si)を添加しなくても、目標とする物性の確保の面において大きな支障がないためである。但し、製鋼工程上、不可避的に含まれる範囲を考慮して、本発明のシリコン(Si)の含有量から0%は除外されることができる。一方、シリコン(Si)が過多に添加される場合には、めっき表面の特性が低下するという問題が発生するため、本発明は、シリコン(Si)の含有量の下限を0.3%に制限することができ、より好ましいシリコン(Si)の含有量の下限は0.2%であることができる。
リン(P)は、固溶効果に優れ、絞り性を大きく阻害することなく鋼の強度を確保するのに最も効果的な元素である。特に、リン(P)は、結晶粒界に容易に偏析され、焼鈍時の結晶粒成長を阻害して結晶粒微細化に寄与する。それに応じて、常温耐時効性の向上に役立つことができる元素でもある。本発明は、かかる強度及び常温耐時効性の向上効果を達成するために、リン(P)の含有量の下限を0.01%に制限することができる。これに対し、リン(P)が過多に添加される場合には、過量の固溶Pが粒界に偏析されて、本発明で要求されるB及びCの粒界偏析の機会を失う可能性が存在する。それに応じて、本発明が目的とする常温耐時効性を確保できない可能性が存在する。また、リン(P)が過多に添加される場合には、リン(P)の粒界偏析が増加するにつれて2次加工脆性の問題が発生する可能性があることから、本発明は、リン(P)の含有量の上限を0.08%に制限することができる。したがって、本発明のリン(P)の含有量は、0.01~0.08%の範囲であることができ、より好ましいリン(P)の含有量は、0.015~0.075%の範囲であることができる。
硫黄(S)は、製鋼工程上、不可避的に含まれる不純物であって、可能な限りその含有量を低く管理することが好ましい。特に、鋼中の硫黄(S)は、赤熱脆性が発生する可能性を高める元素であるため、本発明は、硫黄(S)の含有量の上限を0.01%に制限することができる。より好ましい硫黄(S)の含有量の上限は0.008%であることができる。
窒素(N)も製鋼工程上、不可避的に含まれる不純物であって、可能な限りその含有量を低く管理することが好ましい。但し、窒素(N)の含有量を低レベルに管理するためには精錬コストが上昇しすぎることから、本発明は、窒素(N)の含有量の上限を操業可能範囲である0.01%に制限することができ、より好ましい窒素(N)の含有量の上限は0.008%であることができる。
可溶性アルミニウム(sol.Al)は粒度微細化及び脱酸のために添加される元素であり、本発明は、アルミニウムキルド(Al-killed)鋼を製造するために可溶性アルミニウム(sol.Al)の下限を0.01%に制限することができる。但し、可溶性アルミニウム(sol.Al)が過多に添加される場合には、結晶粒微細化の効果により、鋼材の強度上昇には有利であるのに対し、製鋼連続鋳造操業時に介在物が過多に形成されて、めっき鋼板の表面不良が発生する可能性が高くなるだけでなく、製造原価の急激な上昇をもたらす可能性があるため、本発明は、可溶性アルミニウム(sol.Al)の含有量の上限を0.06%に制限することができる。したがって、本発明の可溶性アルミニウム(sol.Al)の含有量は、0.01~0.06%の範囲であることができ、より好ましい可溶性アルミニウム(sol.Al)の含有量は、0.02~0.55%の範囲であることができる。
ニオブ(Nb)は、本発明において鋼材の焼付硬化性及び耐時効性に影響を与える主な元素である。鋼材内部に固溶された炭素(C)の含有量が増加するほど耐時効性は向上する一方で焼付硬化性は減少する傾向を示す。これは、ニオブ(Nb)は、熱間圧延時に鋼材内部の炭素(C)と結合してNbC析出物を形成するため、固溶された炭素(C)の含有量を制御することができるためである。したがって、本発明では、ニオブ(Nb)の含有量を適正レベルに調整して鋼材内の固溶炭素(C)の含有量を適正レベルに制御し、それに応じて、適正レベル以上の焼付硬化性及び耐時効性を確保する。
ニオブ(Nb)の含有量が0.002%未満の場合には、NbCとして析出される炭素(C)の含有量が不十分であって、鋼材内部の炭素(C)の大部分は固溶炭素(C)の形で残存するようになり、それに応じて、常温耐時効性を十分に確保することができなくなる。これに対し、ニオブ(Nb)の含有量が0.02%を超えると、鋼中の炭素(C)の大部分はNbCとして析出されることから、鋼材内部に固溶された炭素(C)の含有量が絶対的に不足するようになり、それに応じて、要求される焼付硬化特性を確保することができなくなる。したがって、本発明のニオブ(Nb)の含有量は、0.002~0.02%の範囲であることができる。好ましいニオブ(Nb)の含有量は、0.003~0.02%の範囲であることができ、より好ましいニオブ(Nb)の含有量は、0.004~0.015%の範囲であることができる。
ボロン(B)は、本発明において鋼材の焼付硬化性及び耐時効性に影響を与える重要な元素である。ボロン(B)は、リン(P)を多量に含有した極低炭素鋼において粒界脆化による2次加工脆性を防止するために添加される元素として知られている。通常、ボロン(B)は、その他の元素に比べて粒界偏析の傾向が高い元素であるため、ボロン(B)の添加によってリン(P)の粒界偏析を抑制させて2次加工脆性を防止する役割を果たすことができる。しかし、本発明者は、かかるボロン(B)の粒界偏析特性を用いることにより、常温耐時効性及び焼付硬化性と関連する数多くの実験を行い、その結果をもとに、本発明のボロン(B)の含有量を導出するに至った。
[関係式1]
CS=[C]-(12/93)*[Nb]
関係式1の[C]及び[Nb]はそれぞれ、上記素地鋼板の炭素(C)及びニオブ(Nb)の含有量(wt%)を意味する。
[関係式2]
RB=R(BH)/R(AI)
関係式2のR(BH)は、本発明の一側面による亜鉛系めっき鋼板を170℃で20分間熱処理時に、素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、素地鋼板に含まれるボロン(B)の濃度を意味し、上記関係式2のR(AI)は、本発明の一側面による亜鉛系めっき鋼板を100℃で60分間熱処理時に、素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、素地鋼板に含まれるボロン(B)の濃度を意味する。
CS=[C]-(12/93)*[Nb]
関係式1の[C]及び[Nb]はそれぞれ、上記素地鋼板の炭素(C)及びニオブ(Nb)の含有量(wt%)を意味し、本発明は、関係式1を介して算出されるCSの値が0.0002~0.002%を満たすように素地鋼板の炭素(C)及びニオブ(Nb)の含有量を制御する。
RB=R(BH)/R(AI)
関係式2のR(BH)は、本発明の一側面による亜鉛系めっき鋼板を170℃で20分間熱処理時に、素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、素地鋼板に含まれるボロン(B)の濃度を意味し、上記関係式2のR(AI)は、本発明の一側面による亜鉛系めっき鋼板を100℃で60分間熱処理時に、素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、素地鋼板に含まれるボロン(B)の濃度を意味する。本発明の素地鋼板は関係式2によるRBの値が1.2以上の範囲を満たすことができる。
[関係式1]
CS=[C]-(12/93)*[Nb]
上記関係式1の[C]及び[Nb]はそれぞれ、上記素地鋼板のC及びNbの含有量(wt%)を意味する。
[関係式2]
RB=R(BH)/R(AI)
上記関係式2のR(BH)は、上記亜鉛系めっき鋼板を170℃で20分間熱処理時に、上記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、上記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味し、上記関係式2のR(AI)は、上記亜鉛系めっき鋼板を100℃で60分間熱処理時に、上記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、上記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味する。
本発明のスラブの鋼組成は、上述した鋼板の鋼組成と対応するため、本発明のスラブ鋼組成についての説明は上述した鋼板の鋼組成についての説明に代替される。上述した鋼組成で備えられるスラブは一定の温度範囲で再加熱することができる。再加熱温度が1160℃未満の場合には、スラブ介在物などが十分に再溶解されず、熱間圧延後に表面欠陥及び材質偏差の発生の原因となりうる。これに対し、再加熱温度が1250℃を超えると、オーステナイト結晶粒の異常成長によって最終鋼材の強度が低下する可能性がある。したがって、本発明のスラブ再加熱の温度範囲は、1160~1250℃であることができる。
再加熱されたスラブを熱間圧延して熱延鋼板を提供することができる。熱間圧延の開始温度が1150℃を超えると、熱延鋼板の温度が過度に高くなり、結晶粒サイズが粗大化して熱延鋼板の表面品質が劣化する可能性がある。また、熱間圧延の終了温度が850℃未満の場合には、過度な再結晶遅延によって延伸された結晶粒が発達し、高降伏比が得られるため、冷間圧延性及びせん断加工性が低下する可能性がある。したがって、本発明の熱間圧延は、850~1150℃の温度範囲で行うことができる。
熱間圧延後の熱延鋼板を500~750℃の温度範囲まで10~70℃/sの平均冷却速度で冷却し、500~750℃の温度範囲で巻取って熱延コイルを提供することができる。平均冷却速度が10℃/s未満の場合には、粗大なフェライト結晶粒が形成されて微細組織が不均一になり、平均冷却速度が70℃/sを超えると、鋼板の形状が劣化するだけでなく、鋼板の厚さ方向に沿って微細組織の不均一性が誘発され、鋼板のせん断加工性が低下する可能性がある。熱延鋼板の巻取り温度が500℃未満の場合には、過度に低い巻取り温度が原因となって鋼板の形状が劣化し、熱延鋼板の巻取り温度が750℃を超えると、粗大なフェライト結晶粒が形成され、粗大な炭化物及び窒化物が形成されて鋼の材質が劣化するおそれがある。
冷間圧延は、70~90%の圧下率で行われることができる。冷間圧延の圧下率が70%未満の場合には、最終製品の目標厚さの確保が難しい可能性があり、鋼板の形状矯正が難しいおそれがある。また、冷間圧延の圧下率が90%を超えると、鋼板のエッジ(edge)部においてクラックが発生する可能性があり、冷間圧延設備の過度な負荷が問題になりうる。
冷間圧延後の冷延鋼板を750~860℃の温度範囲で加熱して連続焼鈍することができる。焼鈍温度が750℃未満の場合には、再結晶が十分に完了せず、混粒組織が発生する可能性が高く、焼鈍温度が860℃を超えると、焼鈍炉に設備負荷が発生するおそれが高い。したがって、本発明の連続焼鈍温度は750~860℃であることができ、より好ましい焼鈍温度は770~830℃であることができる。
連続焼鈍後の冷延鋼板を630~670℃の温度範囲まで2~10℃/sの平均冷却速度で1次冷却することができる。1次冷却の平均冷却速度が2℃/s未満であるか、又は1次冷却の冷却終了温度が670℃ を超えると、フェライト単相組織の結晶粒が過度に粗大化して、ボロン(B)の粒界偏析効果を十分に発揮することができなくなる。すなわち、直径が8μm以下の結晶粒が占める割合が素地鋼板の断面に対する面積比率で70%に達することができないため、一定量以上のボロン(B)を添加しても、ボロン(B)の粒界偏析効果を十分に発揮することができなくなる。また、1次冷却の平均冷却速度が10℃/sを超えるか、又は1次冷却の冷却終了温度が630℃未満の場合には、フェライト単相組織の結晶粒が微細化されてボロン(B)の粒界偏析効果を増大させることができるが、鋼板の形状に歪みが発生する可能性があり、冷却工程前後に過度な設備温度の不均衡が発生し、設備負荷を誘発するおそれがある。
1次冷却後の冷延鋼板を3~20℃/sの平均冷却速度で440~480℃の温度範囲まで2次冷却することができる。本発明における2次冷却の冷却速度は、鋼板の物性に大きな影響を与えないが、優れた鋼板の形状を確保するために、2次冷却速度を一定の範囲に制御する。2次冷却の冷却速度が20℃/sを超えると、鋼板の形状に歪みなどの問題が発生する可能性があり、2次冷却の冷却速度が3℃/s未満の場合には、遅すぎる冷却速度により、経済性の面において不利になりうる。
2次冷却後の冷延鋼板を440~480℃の溶融亜鉛系めっき浴に浸漬して亜鉛系めっき層を形成することができる。亜鉛系めっき浴は、純粋な亜鉛(Zn)めっき浴であるか、又はシリコン(Si)、アルミニウム(Al)、及びマグネシウム(Mg)などを含む亜鉛系合金めっき浴であることができる。また、必要に応じて、亜鉛系めっき鋼板に対して合金化熱処理を行うことができる。ここで、合金化熱処理は、500~540℃の温度範囲で行うことができる。
亜鉛系めっき鋼板に焼付硬化性をさらに付与するために、必要に応じて、調質圧延を行うことができる。調質圧延の圧下率が0.3%未満の場合には、焼付硬化性の確保に必要な十分な転位が形成されない可能性が高く、圧下率が1.6%を超えると、めっき表面に欠陥が発生するおそれがあるため、本発明の調質圧延における圧下率は0.3~1.6%に制限されることができる。より好ましい調質圧延における圧下率は、0.5~1.4%であることができる。
Claims (8)
- 素地鋼板、及び前記素地鋼板の表面に形成された亜鉛系めっき層を含み、
前記素地鋼板は、
重量%で、C:0.005%以下(0%を除く)、Mn:0.1~1.0%、Si:0.3%以下(0%を除く)、P:0.01~0.08%、S:0.01%以下、N:0.01%以下、sol.Al:0.01~0.06%、Nb:0.002~0.02%、B:0.001~0.004%(0.001%を除く)、残りのFe及びその他の不可避不純物からなり、
下記関係式1のCSが0.0002~0.002%の範囲を満たし、
下記関係式2のRBが1.28以上であり、
前記素地鋼板の1/4*t地点(但し、tは試験片の厚さを意味する)における断面で測定した組織は、フェライト単相組織であり、
前記フェライト単相組織の結晶粒のうち直径が8μm以下の結晶粒が占める割合は、前記素地鋼板の断面に対する面積比率で76.1%以上である、常温耐時効性及び焼付硬化性に優れた亜鉛系めっき鋼板。
[関係式1]
CS=[C]-(12/93)*[Nb]
前記関係式1の[C]及び[Nb]はそれぞれ、前記素地鋼板のC及びNbの含有量(wt%)を意味する。
[関係式2]
RB=R(BH)/R(AI)
前記関係式2のR(BH)は、前記亜鉛系めっき鋼板を170℃で20分間熱処理時に、前記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、前記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味し、
前記関係式2のR(AI)は、前記亜鉛系めっき鋼板を100℃で60分間熱処理時に、前記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、前記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味する。 - 前記素地鋼板は冷延鋼板である、請求項1に記載の常温耐時効性及び焼付硬化性に優れた亜鉛系めっき鋼板。
- 100℃で60分間熱処理した後、圧延方向に対する直角方向に沿って引張試験を行い、降伏点における伸び率(YP-EL)で測定した前記めっき鋼板の時効指数(AI)は0.2%以下である、請求項1又は2に記載の常温耐時効性及び焼付硬化性に優れた亜鉛系めっき鋼板。
- 前記めっき鋼板の降伏強度は210MPa以上であり、前記めっき鋼板の伸び率は35%以上である、請求項1~3のいずれか1項に記載の常温耐時効性及び焼付硬化性に優れた亜鉛系めっき鋼板。
- 重量%で、C:0.005%以下(0%を除く)、Mn:0.1~1.0%、Si:0.3%以下(0%を除く)、P:0.01~0.08%、S:0.01%以下、N:0.01%以下、sol.Al:0.01~0.06%、Nb:0.002~0.02%、B:0.001~0.004%(0.001%を除く)、残りのFe及びその他の不可避不純物からなるスラブを1160~1250℃の温度範囲で再加熱し、
前記再加熱されたスラブを850~1150℃の温度範囲で熱間圧延して熱延鋼板を提供し、
前記熱延鋼板を10~70℃/sの平均冷却速度で冷却し、500~750℃の温度範囲で巻取り、
前記巻取られた熱延鋼板を70~90%の圧下率で冷間圧延して冷延鋼板を提供し、
前記冷延鋼板を水素濃度3~30%の炉内雰囲気下において750~860℃の温度範囲で加熱して連続焼鈍し、
前記連続焼鈍された冷延鋼板を冷却し、
前記冷延鋼板を素地鋼板として提供して亜鉛系溶融めっき浴に浸漬することにより亜鉛系めっき鋼板を製造し、且つ
前記冷間圧延は、複数の圧延ロールによって順に圧下されて行われ、前記圧延ロールのうち最初の圧延ロールの圧下率は20~40%であり、
前記素地鋼板は、
下記関係式1のCSが0.0002~0.002%の範囲を満たし、
下記関係式2のRBが1.28以上であり、
前記素地鋼板の1/4*t地点(但し、tは試験片の厚さを意味する)における断面で測定した組織は、フェライト単相組織であり、
前記フェライト単相組織の結晶粒のうち直径が8μm以下の結晶粒が占める割合は、前記素地鋼板の断面に対する面積比率で76.1%以上である、常温耐時効性及び焼付硬化性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[関係式1]
CS=[C]-(12/93)*[Nb]
前記関係式1の[C]及び[Nb]はそれぞれ、前記素地鋼板のC及びNbの含有量(wt%)を意味する。
[関係式2]
RB=R(BH)/R(AI)
前記関係式2のR(BH)は、前記亜鉛系めっき鋼板を170℃で20分間熱処理時に、前記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、前記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味し、
前記関係式2のR(AI)は、前記亜鉛系めっき鋼板を100℃で60分間熱処理時に、前記素地鋼板内のフェライト結晶粒界から結晶粒内の方向において20nm以内の、前記素地鋼板に含まれるBの濃度を意味する。 - 前記焼鈍された冷延鋼板は、2~10℃/sの平均冷却速度で630~670℃まで1次冷却され、
前記1次冷却された冷延鋼板は、3~20℃/sの平均冷却速度で440~480℃まで2次冷却される、請求項5に記載の常温耐時効性及び焼付硬化性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法。 - 前記冷延鋼板は、440~480℃の亜鉛系溶融めっき浴に浸漬される、請求項5又は6に記載の常温耐時効性及び焼付硬化性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 前記亜鉛系めっき鋼板は、0.3~1.6%の圧下率で調質圧延される、請求項5~7のいずれか1項に記載の常温耐時効性及び焼付硬化性に優れた亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
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