JP7323063B2 - 合金化亜鉛めっき鋼板,電着塗装鋼板,自動車部品,電着塗装鋼板の製造方法,及び合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は,耐抵抗溶接割れ特性に優れた合金化亜鉛めっき鋼板,電着塗装鋼板,自動車部品,電着塗装鋼板の製造方法,及び合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。
近年,地球環境を保護する観点から,自動車の燃費改善が強く求められている。また,衝突時における乗員の安全を確保する観点から,自動車の安全性向上も強く要求されている。これらの要求に応えるためには,自動車車体の軽量化と高強度化とを両立する必要があり,自動車部品の素材となる冷延鋼板においては,高強度化による薄肉化が積極的に進められている。しかし,自動車部品の多くは,鋼板を成形加工して製造されることから,これらの鋼板には,高い強度に加えて,優れた成形性が求められる。
鋼板の強度を高めるには種々の方法があるが,鋼板の成形性を大きく損なわずに高強度化を図ることができる方法としては,Si添加による固溶強化が挙げられる。一方,自動車部品の製造において,プレス成型された部品は抵抗溶接(スポット溶接)により組み合わせることが多い。抵抗溶接される部品が高強度亜鉛めっき鋼板を含んでいる場合,抵抗溶接時に,溶接部近傍に残留応力が生成した状態で,めっき層の亜鉛が溶融して結晶粒界に拡散侵入することで,液体金属脆化(Liquid Metal Embrittlement:LME)が起き,鋼板に粒界割れ(LME割れ)が生じてしまうことが懸念される。溶接用の電極が鋼板に対して角度がついた状態で抵抗溶接が行われると,残留応力が増加して割れが生成する虞がある。残留応力は鋼板の高強度化に伴い増大すると考えられるため,鋼板の高強度化に伴う耐抵抗溶接割れの発生が懸念される。このようなLME割れの問題は,特にSiを含有する鋼板において顕著である。
以上より,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に優れる高強度鋼板が求められている。
従来,上記問題に対する改善策が報告されている。例えば,特許文献1においては,母材の表面から5.0μm以上の深さまで,結晶粒界の少なくとも一部が酸化物に被覆された内部酸化層を有し,かつ,前記母材の表面から5.0μmの深さまでの領域において,前記酸化物の粒界被覆率が60%以上である溶融亜鉛めっき鋼板が開示されている。また,特許文献2においては,熱延条件を制御して粒界酸化を抑制し,さらに冷間圧延後にFeめっきをして還元焼鈍時の粒界酸化を抑制して粒界酸化深さを5.0μm以下とすることで,散り(スパッタ)が発生するような高電流の条件下での溶接部の割れが抑制されるとしている。
特許第6388099号公報 特許第4791992号公報
本発明者らは,Fe系電気めっき層を鋼板表面に形成することにより,耐抵抗溶接割れ特性を改善できることを新たに知見したが,一方で,Fe系電気めっき層を形成後に鋼板に焼鈍を施す場合,焼鈍条件によってはFe系電気めっき層と冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層と冷延鋼板との結晶方位が高い割合で一体化することを見出した。本発明者らは,このように結晶方位が高い割合で一体化した冷延鋼板においては,抵抗溶接時に溶融した亜鉛がFe系電気めっき層の結晶粒界を経由して冷延鋼板の結晶粒界に侵入しやすくなることを知見した。さらに,本発明者らは,溶融亜鉛めっきに合金化処理を施す場合,Fe系電気めっきの表層が合金化により消費されるため,この現象がさらに顕著になることを知見した。特許文献1ではこれらの現象は全く検討されていなかった。
また,後述するように,LME割れは,大きく「電極と接する表面で発生する割れ(以下,表面割れ)」と「鋼板間においてコロナボンド近傍で発生する割れ(以下,内割れ)」とに分類することができる。本明細書中での耐抵抗溶接割れ特性は,特に内割れを防ぐ特性を指すこととする。特許文献2では,表面割れの改善を課題としており,スパッタが発生しない適正な電流範囲内で発生することが懸念される内割れに関してはなんら示唆がない。また,Fe系電気めっきは還元焼鈍時の粒界酸化抑制効果として機能する保護層の役割を目的としており,Fe系電気めっき自体による耐抵抗溶接割れ特性の改善効果については全く検討されていなかった。
そこで本発明は,Fe系電気めっき層と冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層と冷延鋼板との結晶方位が高い割合で一体化している場合であっても,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に優れる合金化亜鉛めっき鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは,上記課題を解決すべく,鋭意検討を重ねた結果,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を高い水準で満足するためには,冷間圧延後の焼鈍工程前の冷延鋼板の表面に,亜鉛めっき層を形成する前に,プレめっき層として焼鈍前Fe系電気めっき層を形成し,最終的に得られる合金化亜鉛めっき鋼板におけるFe系電気めっき層を片面あたりの付着量:20.0g/m超とすることが重要であることを見出した。軟質なFe系電気めっき層を冷延鋼板の片面あたりの付着量:20.0g/m超で形成することで,溶接時に鋼板表面に印加される応力を緩和するとともに,冷延鋼板がSiを含有する場合にFe系電気めっき層が固溶Si欠乏層として働いてSi固溶による靭性低下を抑制し,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を向上させることができることを見出し,本発明を完成させた。
本発明は,上記知見に基づいてなされたものである。すなわち,本発明の要旨構成は以下の通りである。
[1] Siを0.1質量%以上3.0質量%以下含有するSi含有冷延鋼板と,
前記Si含有冷延鋼板の少なくとも片面に形成された,片面あたりの付着量が20.0g/m超であるFe系電気めっき層と,
前記Fe系電気めっき層上に形成された合金化亜鉛めっき層とを有し,
前記Fe系電気めっき層と前記Si含有冷延鋼板との界面において前記Fe系電気めっき層と前記Si含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が50%超である,合金化亜鉛めっき鋼板。
[2] 前記Si含有冷延鋼板は,Siを0.50質量%以上3.0質量%以下含有する,前記[1]に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
[3] 前記Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量が,25.0g/m以上である,前記[1]または[2]に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
[4] 前記Si含有冷延鋼板は,前記Siに加えて,質量%で,
C:0.8%以下,
Mn:1.0%以上12.0%以下,
P:0.1%以下,
S:0.03%以下,
N:0.010%以下及び
Al:1.0%以下を含有し,残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有する,前記[1]から[3]のいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
[5] 前記成分組成がさらに,
B:0.005%以下,
Ti:0.2%以下,
Cr:1.0%以下,
Cu:1.0%以下,
Ni:1.0%以下,
Mo:1.0%以下,
Nb:0.20%以下,
V:0.5%以下,
Sb:0.200%以下,
Ta:0.1%以下,
W:0.5%以下,
Zr:0.1%以下,
Sn:0.20%以下,
Ca:0.005%以下,
Mg:0.005%以下及び
REM:0.005%以下
からなる群から選ばれる1種または2種以上を含有する,前記[4]に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
[6] 前記Fe系電気めっき層は,B,C,P,N,O,Ni,Mn,Mo,Zn,W,Pb,Sn,Cr,V及びCoからなる群から選ばれる1または2以上の元素を合計で10質量%以下含み,残部はFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有する,前記[1]から[5]のいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
[7] 冷延鋼板と,
前記冷延鋼板の少なくとも片面に形成された,片面あたりの付着量が20.0g/m超であるFe系電気めっき層と,
前記Fe系電気めっき層上に形成された合金化亜鉛めっき層とを有し,
前記Fe系電気めっき層と前記冷延鋼板との界面において前記Fe系電気めっき層と前記冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が50%超である,合金化亜鉛めっき鋼板。
ここで,前記冷延鋼板は,圧延直角方向を長手として50×150mmに切り出した試験片を,同サイズに切り出した溶融亜鉛めっき層の片面あたりの付着量が50g/mである試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板と重ねて板組とし,
次いで,サーボモータ加圧式で単相交流(50Hz)の抵抗溶接機を用いて,該抵抗溶接機の電極対(先端径6mm)の中心軸同士を結んだ線に対する垂直面に対して前記板組を該板組の長手方向側に5°傾け,前記電極対の下側電極と前記試験片との間に前記板組の長手方向60mm×前記板組の厚さ方向2.0mmの空隙を設けて前記下側電極と前記板組とを固定し,前記電極対の上側電極を可動にした状態で,前記板組に,加圧力:3.5kN,ホールドタイム:0.16秒,並びにナゲット径が5.9mmになる溶接電流及び溶接時間の条件にて抵抗溶接を施して溶接部付き板組とし,
次いで,前記溶接部付き板組を溶接部を含むように前記試験片の長手方向に沿って半切して,該溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板である。
[8] 前記冷延鋼板は,前記ホールドタイムを0.24秒とした条件にて,前記抵抗溶接を施して前記溶接部付き板組を得,前記溶接部の断面を前記光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板である,前記[7]に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
[9] 前記[1]から[8]のいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板上に,化成処理皮膜と,該化成処理皮膜上に形成された電着塗装皮膜とをさらに有する,電着塗装鋼板。
[10] 前記[9]に記載の電着塗装鋼板を少なくとも一部に用いてなる,自動車部品。
[11] 前記[1]から[8]のいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板に化成処理を施して,前記合金化亜鉛めっき層上に化成処理皮膜が形成された化成処理鋼板を得る,化成処理工程と,
前記化成処理鋼板に電着塗装処理を施して,前記化成処理皮膜上に電着塗装皮膜が形成された電着塗装鋼板を得る,電着塗装工程と,
を含む,電着塗装鋼板の製造方法。
[12] Siを0.1質量%以上3.0質量%以下含有する冷延鋼板にFe系電気めっきを施して,焼鈍前Fe系電気めっき層が少なくとも片面に形成された焼鈍前Fe系電気めっき鋼板とし,
次いで,前記焼鈍前Fe系電気めっき鋼板を露点-30℃以下の雰囲気下で焼鈍して,Fe系電気めっき鋼板とし,
次いで,前記Fe系電気めっき鋼板に亜鉛めっきを施して,亜鉛めっき鋼板とし,
次いで,前記亜鉛めっき鋼板に,合金化処理をさらに施して,片面あたりの付着量が20.0g/m超のFe系電気めっき層を有する合金化亜鉛めっき鋼板を得る,合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
[13] 前記冷延鋼板は,Siを0.5質量%以上3.0質量%以下含有する,前記[12]に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
[14] 前記焼鈍前Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量C.W.Fe0(g/m)が下式(1)を満足する,[12]または[13]に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
(C.W.Fe0)>20.0+(C.W.Zn)×[mass%Fe]/100・・・(1)
ここで,C.W.Zn:合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量の目標値(g/m
ただし,25.0g/m≦C.W.Zn≦80.0g/m
[mass%Fe]:前記合金化亜鉛めっき層中のFe含有量の目標値(質量%)
[15] 冷延鋼板にFe系電気めっきを施して,焼鈍前Fe系電気めっき層が少なくとも片面に形成された焼鈍前Fe系電気めっき鋼板とし,
次いで,前記焼鈍前Fe系電気めっき鋼板を露点-30℃以下の雰囲気下で焼鈍して,Fe系電気めっき鋼板とし,
次いで,前記Fe系電気めっき鋼板に亜鉛めっきを施して,亜鉛めっき鋼板とし,
次いで,前記亜鉛めっき鋼板に,合金化処理をさらに施して,片面あたりの付着量が20.0g/m超のFe系電気めっき層を有する合金化亜鉛めっき鋼板を得る,合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
ここで,前記冷延鋼板は,圧延直角方向を長手として50×150mmに切り出した試験片を,同サイズに切り出した溶融亜鉛めっき層の片面あたりの付着量が50g/mである試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板と重ねて板組とし,
次いで,サーボモータ加圧式で単相交流(50Hz)の抵抗溶接機を用いて,該抵抗溶接機の電極対(先端径6mm)の中心軸同士を結んだ線に対する垂直面に対して前記板組を該板組の長手方向側に5°傾け,前記電極対の下側電極と前記試験片との間に前記板組の長手方向60mm×前記板組の厚さ方向2.0mmの空隙を設けて前記下側電極と前記板組とを固定し,前記電極対の上側電極を可動にした状態で,前記板組に,加圧力:3.5kN,ホールドタイム:0.16秒,並びにナゲット径が5.9mmになる溶接電流及び溶接時間の条件にて抵抗溶接を施して溶接部付き板組とし,
次いで,前記溶接部付き板組を溶接部を含むように前記試験片の長手方向に沿って半切して,該溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板である。
[16] 前記冷延鋼板は,前記ホールドタイムを0.24秒とした条件にて,前記溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板である,前記[15]に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
[17] 前記焼鈍前Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量C.W.Fe0(g/m)が下式(1)を満足する,前記[15]または[16]に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
(C.W.Fe0)>20.0+(C.W.Zn)×[mass%Fe]/100・・・(1)
ここで,C.W.Zn:合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量の目標値(g/m
ただし,25.0g/m≦C.W.Zn≦80.0g/m
[mass%Fe]:前記合金化亜鉛めっき層中のFe含有量の目標値(質量%)
[18] B,C,P,N,O,Ni,Mn,Mo,Zn,W,Pb,Sn,Cr,V及びCoからなる群から選ばれる1または2以上の元素を,前記焼鈍前Fe系電気めっき層中でこれらの元素の合計含有量が10質量%以下となるように含有するFe系電気めっき浴を用いて,前記Fe系電気めっきを施す,前記[12]から[17]のいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
本発明によれば,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が高い割合で一体化している場合であっても,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に優れる合金化亜鉛めっき鋼板を提供することができる。
合金化亜鉛めっき鋼板の断面の概要を示す図である。 結晶方位が一体化している割合を測定するための観察用サンプルの概要を示す(a)斜視図及び(b)A-A断面図である。 結晶方位が一体化している割合の評価方法を説明するための図であり,(a)SIM像のFe系電気めっき層及びSi含有冷延鋼板の界面に境界線を描画した図,(b)2値化処理した画像に境界線及び判定領域を描画した図,並びに(c)上記(b)の四角で囲った箇所の拡大図である。 比較例No.30のFe系電気めっき層及びSi含有冷延鋼板の界面の観察像を示す図である。 比較例No.30において,Fe系電気めっき層及びSi含有冷延鋼板の界面の2値化処理後に境界線及び判定領域を描画した画像を示す図である。 発明例No.31のFe系電気めっき層及びSi含有冷延鋼板の界面の観察像を示す図である。 発明例No.31において,Fe系電気めっき層及びSi含有冷延鋼板の界面の2値化処理後に境界線及び判定領域を描画した画像を示す図である。 (a)は溶接部における耐抵抗溶接割れ特性の評価方法について説明するための図,(b)上図は同評価における溶接後の板組の上面図,及び下図は上図のB-B断面図である。
以下,本発明の実施形態について説明する。
なお,以下の説明において,Si含有冷延鋼板の成分組成の各元素の含有量,めっき層成分組成の各元素の含有量の単位はいずれも「質量%」であり,特に断らない限り単に「%」で示す。また,本明細書中において,「~」を用いて表される数値範囲は,「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。また,本明細書において,鋼板が「高強度」であるとは,JIS Z 2241(2011)に準拠して測定した鋼板の引張強さTSが590MPa以上であることを意味する。
上述したLME割れは,大きく「電極と接する表面で発生する割れ(以下,表面割れ)」と「鋼板間においてコロナボンド近傍で発生する割れ(以下,内割れ)」とに分類することができる。表面割れは,スパッタが発生するような高電流域での抵抗溶接において起こりやすいことが知られており,スパッタが発生しない適正な電流範囲内とすることで表面割れの抑制が可能である。一方で,内割れは抵抗溶接時の電流をスパッタが発生しない適正な範囲内としても起こる。また,表面割れが製造工程における外観検査で発見されやすいのに対し,内割れは外観検査で発見されにくい。これらの理由から,LME割れの中でも,内割れが特に大きな課題となる。溶接用の電極が鋼板に対して角度がついた状態で抵抗溶接が行われると,残留応力が増加して内割れが生成する虞がある。残留応力は鋼板の高強度化に伴い増大すると考えられるため,鋼板の高強度化に伴う内割れの発生が懸念される。本開示においては,耐抵抗溶接割れ特性の中でも,特にこの内割れを防ぐ特性を向上することができる。
[実施形態1]
図1に,本実施形態に係る合金化亜鉛めっき鋼板1の断面の概要を示す。図1に示すように,合金化亜鉛めっき鋼板1は,Si含有冷延鋼板2の少なくとも片面に,Fe系電気めっき層3と,該Fe系電気めっき層上に形成された合金化亜鉛めっき層4とを有する。まず,Si含有冷延鋼板の成分組成について説明する。
Si:0.1%以上3.0%以下
Siは,加工性を大きく損なうことなく,固溶により鋼の強度を高める効果(固溶強化能)が大きいため,鋼板の高強度化を達成するのに有効な元素である。一方で,Siは溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に悪影響を及ぼす元素でもある。Siを鋼板の高強度化を達成するために添加する場合には,0.1%以上の添加が必要である。Siが0.50%未満では,従来の0.24秒程度のホールドタイムによる溶接では,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に特に問題は生じない。しかしながら,自動車部品の組み立て工程におけるスポット溶接時のタクトタイムが生産コストの観点で課題となり,ホールドタイム低減による対策が取られた場合,Si量が0.50%未満でも溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が不十分となる場合がある。一方,Siの含有量が3.0%を超えると,熱間圧延性及び冷間圧延性が大きく低下し,生産性に悪影響を及ぼしたり,鋼板自体の延性の低下を招いたりする。よって,Siは0.1%以上3.0%以下の範囲で添加する。Si量は,好ましくは0.50%以上,より好ましくは0.7%以上,さらに好ましくは溶接部における耐抵抗溶接割れ特性への影響がより大きい0.9%以上とする。また,Si量は,好ましくは2.5%以下,より好ましくは2.0%以下,さらに好ましくは1.7%以下とする。
本実施形態に係るSi含有冷延鋼板は,Siを上記範囲で含有することを必須の要件とするが,その他の成分については,通常の冷延鋼板が有する組成範囲であれば許容することができ,特に制限されるものではない。ただし,本実施形態のSi含有冷延鋼板を,引張強さ(TS)590MPa以上の高強度とする場合には,以下の成分組成とすることが好ましい。
C:0.8%以下(0%を含まない)
Cは,鋼組織としてマルテンサイトなどを形成させることで加工性を向上する。Cを含有させる場合,良好な溶接性を得るため,C量は0.8%以下とすることが好ましく,0.3%以下とすることがより好ましい。Cの下限は特に限定されないが,良好な加工性を得るためにはC量は0%超であることが好ましく,0.03%以上とすることがより好ましく,0.08%以上含有させることがさらに好ましい。
Mn:1.0%以上12.0%以下
Mnは,鋼を固溶強化して高強度化するとともに,焼入性を高め,残留オーステナイト,ベイナイト,及びマルテンサイトの生成を促進する作用を有する元素である。このような効果は,Mnを1.0%以上添加することで発現する。一方,Mn量が12.0%以下であれば,コストの上昇を招かずに上記効果が得られる。よって,Mn量は1.0%以上とすることが好ましく,12.0%以下とすることが好ましい。Mn量は1.3%以上とすることがより好ましく,1.5%以上とすることがさらに好ましく,1.8%以上とすることが最も好ましい。また,Mn量は3.5%以下とすることがより好ましく,3.3%以下とすることがさらに好ましい。
P:0.1%以下(0%を含まない)
Pの含有量を抑制することで,溶接性の低下を防ぐことができる。さらにPが粒界に偏析することを防いで,延性,曲げ性,及び靭性が劣化することを防ぐことができる。また,Pを多量に添加すると,フェライト変態を促進することで結晶粒径も大きくなってしまう。そのため,P量は0.1%以下とすることが好ましい。Pの下限は特に限定されず,生産技術上の制約から0%超であり得,0.001%以上であり得る。
S:0.03%以下(0%を含まない)
S量は0.03%以下とすることが好ましく,0.02%以下とすることがより好ましい。S量を抑制することで,溶接性の低下を防ぐとともに,熱間時の延性の低下を防いで,熱間割れを抑制し,表面性状を著しく向上することができる。さらに,S量を抑制することで,不純物元素として粗大な硫化物を形成することにより,鋼板の延性,曲げ性,伸びフランジ性の低下を防ぐことができる。これらの問題はS量が0.03%を超えると顕著となり,Sの含有量は極力低減することが好ましい。Sの下限は特に限定されず,生産技術上の制約から0%超であり得,0.0001%以上であり得る。
N:0.010%以下(0%を含まない)
Nの含有量は0.010%以下とすることが好ましい。Nの含有量を0.010%以下とすることで,NがTi,Nb,Vと高温で粗大な窒化物を形成することでTi,Nb,V添加による鋼板の高強度化の効果が損なわれることを防ぐことができる。また,Nの含有量を0.010%以下とすることで靭性の低下も防ぐことができる。さらに,Nの含有量を0.010%以下とすることで,熱間圧延中にスラブ割れ,表面疵が発生することを防ぐことができる。Nの含有量は,好ましくは0.005%以下であり,より好ましくは0.003%以下であり,さらに好ましくは0.002%以下である。Nの含有量の下限は特に限定されず,生産技術上の制約から0%超であり得,0.0005%以上であり得る。
Al:1.0%以下(0%を含まない)
Alは熱力学的に最も酸化しやすいため,Si及びMnに先だって酸化し,Si及びMnの鋼板最表層での酸化を抑制し,Si及びMnの鋼板内部での酸化を促進する効果がある。この効果はAl量が0.01%以上で得られる。一方,Al量が1.0%を超えるとコストアップになる。したがって,添加する場合,Al量は1.0%以下とすることが好ましい。Al量は0.1%以下とすることがより好ましい。Alの下限は特に限定されず,0%超であり得,0.001%以上であり得る。
成分組成はさらに,任意で,B:0.005%以下,Ti:0.2%以下,Cr:1.0%以下,Cu:1.0%以下,Ni:1.0%以下,Mo:1.0%以下,Nb:0.20%以下,V:0.5%以下,Sb:0.200%以下,Ta:0.1%以下,W:0.5%以下,Zr:0.1%以下,Sn:0.20%以下,Ca:0.005%以下,Mg:0.005%以下及びREM:0.005%以下からなる群から選ばれる1種または2種以上を含有し得る。
B:0.005%以下
Bは鋼の焼入れ性を向上させるのに有効な元素である。焼入れ性を向上するためには,B量は0.0003%以上とすることが好ましく,0.0005%以上とすることがより好ましい。しかし,Bを過度に添加すると成形性が低下するため,B量は0.005%以下とすることが好ましい。
Ti:0.2%以下
Tiは鋼の析出強化に有効である。Tiの下限は特に限定されないが,強度調整の効果を得るためには,0.005%以上とすることが好ましい。しかし,Tiを過度に添加すると,硬質相が過大となり,成形性が低下するため,Tiを添加する場合,Ti量は0.2%以下とすることが好ましく,0.05%以下とすることがより好ましい。
Cr:1.0%以下
Cr量は0.005%以上とすることが好ましい。Cr量を0.005%以上とすることで,焼き入れ性を向上し,強度と延性とのバランスを向上することができる。添加する場合,コストアップを防ぐ観点から,Cr量は1.0%以下とすることが好ましい。
Cu:1.0%以下
Cu量は0.005%以上とすることが好ましい。Cu量を0.005%以上とすることで,残留γ相の形成を促進することができる。また,Cu量を添加する場合,コストアップを防ぐ観点から,Cu量は1.0%以下とすることが好ましい。
Ni:1.0%以下
Ni量は0.005%以上とすることが好ましい。Ni量を0.005%以上とすることで,残留γ相の形成を促進することができる。また,Niを添加する場合,コストアップを防ぐ観点から,Ni量は1.0%以下とすることが好ましい。
Mo:1.0%以下
Mo量は0.005%以上とすることが好ましい。Mo量を0.005%以上とすることで,強度調整の効果を得ることができる。また,Moを添加する場合,コストアップを防ぐ観点から,Mo量は1.0%以下が好ましい。
Nb:0.20%以下
Nbは,0.005%以上含有することで強度向上の効果が得られる。また,Nbを含有する場合,コストアップを防ぐ観点から,Nb量は0.20%以下とすることが好ましい。
V:0.5%以下
Vは,0.005%以上含有することで強度向上の効果が得られる。また,Vを含有する場合,コストアップを防ぐ観点から,V量は0.5%以下とすることが好ましい。
Sb:0.200%以下
Sbは鋼板表面の窒化,酸化,あるいは酸化により生じる鋼板表面の数十ミクロン領域の脱炭を抑制する観点から含有することができる。Sbは,鋼板表面の窒化及び酸化を抑制することで,鋼板表面においてマルテンサイトの生成量が減少するのを防止し,鋼板の疲労特性及び表面品質を改善する。このような効果を得るために,Sb量は0.001%以上とすることが好ましい。一方,良好な靭性を得るためには,Sb量は0.200%以下とすることが好ましい。
Ta:0.1%以下
Taは,0.001%以上含有することで強度向上の効果が得られる。また,Taを含有する場合,コストアップを防ぐ観点から,Ta量は0.1%以下とすることが好ましい。
W:0.5%以下
Wは,0.005%以上含有することで強度向上の効果が得られる。また,Wを含有する場合,コストアップを防ぐ観点から,W量は0.5%以下とすることが好ましい。
Zr:0.1%以下
Zrは,0.0005%以上含有することで強度向上の効果が得られる。また,Zrを含有する場合,コストアップを防ぐ観点から,Zr量は0.1%以下とすることが好ましい。
Sn:0.20%以下
Snは脱窒,脱硼等を抑制して,鋼の強度低下抑制に有効な元素である。こうした効果を得るにはそれぞれ0.002%以上とすることが好ましい。一方,良好な耐衝撃性を得るために,Sn量は0.20%以下とすることが好ましい。
Ca:0.005%以下
Caは,0.0005%以上含有することで硫化物の形態を制御し,延性,靭性を向上させることができる。また,良好な延性を得る観点から,Ca量は0.005%以下とすることが好ましい。
Mg:0.005%以下
Mgは,0.0005%以上含有することで硫化物の形態を制御し,延性,靭性を向上させることができる。また,Mgを含有する場合,コストアップを防ぐ観点から,Mg量は0.005%以下とすることが好ましい。
REM:0.005%以下
REMは,0.0005%以上含有することで硫化物の形態を制御し,延性,靭性を向上させることができる。また,REMを含有する場合,良好な靭性を得る観点から,REM量は0.005%以下とすることが好ましい。
本実施形態のSi含有冷延鋼板は,上記成分以外の残部はFe及び不可避的不純物である。
次に,上述したSi含有冷延鋼板に亜鉛めっき層を形成する前に焼鈍前Fe系電気めっき層のプレめっきを施し,亜鉛めっきを施した後に合金化処理した合金化亜鉛めっき鋼板の少なくとも片面に形成されたFe系電気めっき層について説明する。
Fe系電気めっき層:20.0g/m
合金化処理後の片面あたりの付着量が20.0g/m超のFe系電気めっき層を有することで溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が向上するメカニズムは明らかではないが,本発明者らは以下の通り考えている。本実施形態においては,後述するように,Fe系電気めっき層を形成後に焼鈍を施す。Fe系電気めっき層を形成後に焼鈍を施すことにより,焼鈍時に形成するSi及びMn等の表面酸化物によりピックアップと呼ばれる押疵がFe系めっき鋼板表面に発生することを抑制できる反面,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が50%超の割合で一体化する。そのため,溶融した亜鉛がFe系電気めっき層の結晶粒界を経由してSi含有冷延鋼板の結晶粒界に侵入しやすくなる。さらに,亜鉛めっき層に合金化処理を施す場合,Fe系電気めっき層の表層が合金化により消費されるため,合金化しない亜鉛めっき鋼板に比べ,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を向上することが難しくなる。したがって,本実施形態においては,合金化処理後の付着量が20.0g/m超のFe系電気めっき層を形成させる。20.0g/m超の付着量を有するFe系電気めっき層を形成させることにより,抵抗溶接時に溶融した亜鉛がSi含有冷延鋼板の結晶粒界に到達する時間を遅延させ,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を改善することができると考えられる(亜鉛の粒界侵入抑制効果)。また,Fe系電気めっき層が軟質層として機能し,溶接時に鋼板表面に付与される応力を緩和することができ,抵抗溶接部の残留応力を低減することにより,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を向上させ得ると考えられる(応力緩和効果)。さらに,鋼板表面における固溶Si量が多い場合には溶接部で靭性が低下して溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が劣化するものと考えられる。これに対し,一定量以上のFe系電気めっき層を鋼板表面に有する場合,該Fe系電気めっき層が固溶Si欠乏層として働き,溶接部に固溶するSi量が減少するため,Si固溶による溶接部の靭性の低下が抑制されて溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が改善し得ると考えられる(靭性低下抑制効果)。これらFe系電気めっき層付与による亜鉛めっきの粒界侵入抑制効果,応力緩和効果,及び靭性低下抑制効果の耐抵抗溶接割れ特性への寄与は複雑ゆえ定量的には明らかではないが,複合的に作用して耐抵抗溶接割れ特性を改善しているものと考えられる。溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を向上させる効果を生じさせるためには,合金化後の亜鉛めっき鋼板において,Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量を20.0g/m超とすることが必要である。Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量の上限は特に限定されないが,コストの観点から,Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量を60.0g/m以下とすることが好ましい。Fe系電気めっき層の付着量は,好ましくは25.0g/m以上,より好ましくは30.0g/m以上,さらに好ましくは35.0g/m以上とする。合金化亜鉛めっき鋼板は,好ましくはSi含有冷延鋼板の表裏両面にFe系電気めっき層を有する。Fe系電気めっき層の付着量を25.0g/m以上とすることで,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が特に良好となる。
なお,Fe系電気めっき層の厚みは,以下の通り測定する。合金化亜鉛めっき鋼板から10×15mmサイズのサンプルを採取して樹脂に埋め込み,断面埋め込みサンプルとする。同断面の任意の3か所所を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を用いて加速電圧15kV,及びFe系電気めっき層の厚みに応じて倍率2000~10000倍で観察し,3視野の厚みの平均値に鉄の密度を乗じることによってFe系電気めっき層の片面あたりの付着量に換算する。
Fe系電気めっき層としては,純Feの他,Fe-B合金,Fe-C合金,Fe-P合金,Fe-N合金,Fe-O合金,Fe-Ni合金,Fe-Mn合金,Fe-Mo合金,Fe-W合金等の合金めっき層が使用できる。Fe系電気めっき層の成分組成は特に限定されないが,B,C,P,N,O,Ni,Mn,Mo,Zn,W,Pb,Sn,Cr,V及びCoからなる群から選ばれる1または2以上の元素を合計で10質量%以下含み,残部はFe及び不可避的不純物からなる成分組成とすることが好ましい。Fe以外の元素の量を合計で10質量%以下とすることで,電解効率の低下を防ぎ,低コストでFe系電気めっき層を形成することができる。Fe-C合金の場合,Cの含有量は0.08質量%以下とすることが好ましい。
Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合は,50%超とする。Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が50%超の場合に,溶融した亜鉛がFe系電気めっき層の結晶粒界を経由してSi含有冷延鋼板の結晶粒界に侵入しやすくなり,本実施形態によるFe系電気めっき層を設けることによる効果が顕著になるからである。本実施形態に係る合金化亜鉛めっき鋼板においては,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が,70%以上であり得,75%以上であり得る。なお,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合の上限は特に限定されず,100%であってもよい。
上述の通り,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が高いほど,溶融した亜鉛がFe系電気めっき層の結晶粒界を経由してSi含有冷延鋼板の結晶粒界に侵入しやすくなる。特に,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が50%超の場合に,その傾向は顕著となる。本実施形態においては,Si含有冷延鋼板に対してFe系電気めっきを施した後に焼鈍を施し,かつ後述の通り低露点の雰囲気下で焼鈍を施すため,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化する割合が高い。そこで,20.0g/m超の付着量を有するFe系電気めっき層を形成することによって,溶融した亜鉛がFe系電気めっき層の結晶粒界を経由してSi含有冷延鋼板の結晶粒界に侵入することを遅延させることが期待でき,ひいては溶接部における耐抵抗溶接割れ特性をより向上することが期待できる。
ここで,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合は,以下のように測定する。合金化亜鉛めっき鋼板から10×10mmサイズのサンプルを採取する。該サンプルの任意の箇所を集束イオンビーム(Focused Ion Beam:FIB)装置にて加工し,T断面(鋼板の圧延直角方向に対して平行かつ鋼板表面に垂直な断面)方向に対して45°の角度をつけた,圧延直角方向30μm幅,T断面方向に対して45°方向の長さが50μmの45°断面を該箇所に形成して,観察用サンプルとする。図2に,該観察用サンプルの概要を示す。図2(a)は,観察用サンプルの斜視図である。図2(b)は,図2(a)に示す観察用サンプルのA-A断面図である。次いで,走査イオン顕微鏡(Scanning Ion Microscope:SIM)を用いて該観察用サンプルの45°断面の中央部を倍率5000倍で観察し,幅1024×高さ943ピクセル,8ビットのSIM像を撮影する。45°断面毎に撮像したSIM像から,以下の式(2)に基づいて,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合を求める。なお,小数点以下は切り上げとする。
(Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合)=(Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面のうち,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している箇所の長さ)÷(観察視野での界面の長さ)×100・・・(2)
Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化しているか否かは,画像処理で判断する。図3を用いて,結晶方位が一体化している割合の評価方法を説明する。まず,図3(a)に示すように,前述したSIM像のFe系電気めっき層3とSi含有冷延鋼板2との界面に,走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope)を用いて境界線Bを描画する。次いで,前境界線を描画した像とは別に,SIM像を画像処理した像を作成する。具体的には,まず撮像した幅1024×高さ943ピクセル,8ビットのSIM像に対し,ソーベルフィルタにより結晶粒界を強調する。続いて,結晶粒界を強調した画像にガウスフィルタ(半径(R):10ピクセル)により平滑化処理を行なう。次いで,平滑化処理後の画像に二値化処理(閾値:17)を行う。引き続き,界面を描画した像の境界線Bを,二値化処理した像に転写する。その後,図3(b)に示すように,2値化処理後の画像において,境界線Bを中心とする幅40ピクセルの判定領域(図3(b)のL及びLによって囲まれる領域)を二値化処理した像上の境界線Bに沿うように描画する。境界線Bの長さのうち,該判定領域内にFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面(二値化処理した像上の白黒の境界)が存在しない長さの合計を,結晶方位が一体化している箇所の長さとみなす。ここで,境界線の長さのうち判定領域内にFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面が存在しない長さの合計は,以下の通り求める。まず,境界線Bの法線二本によって,白黒いずれか一色のみが含まれるよう判定領域を略矩形に区分できる箇所を判定領域全域について探す。次いで,該箇所における境界線と二本の法線との交点同士の最大距離を,判定領域全域について合計して,境界線の長さのうち判定領域内にFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面が存在しない長さの合計とする。なお,観察視野での界面の長さから結晶方位が一体化していない箇所の長さを引くことによって,結晶方位が一体化している箇所の長さを求めてもよい。説明のために,図3(c)に,図3(b)の四角で囲った箇所の拡大図を示す。まず,図3(c)に示すように境界線Bの法線二本(図3(c)においては,l及びl,l及びl)によって,白黒の二色が含まれるよう判定領域を略矩形に区分できる箇所を判定領域全域について探す。次いで,該箇所における境界線と二本の法線との交点同士の最大距離を,判定領域全域について合計して,境界線の長さのうち判定領域内にFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面が存在する長さの合計とする。該長さ,すなわち,結晶方位が一体化していない箇所の長さを,観察視野での界面の長さから引くことにより,結晶方位が一体化している箇所の長さを求めることができる。
図4に,後述する実施例の比較例No.30についての,Fe系電気めっき層及びSi含有冷延鋼板の界面のSIM像を示す。該SIM像を上述したように画像処理して2値化処理した後の画像を,図5に示す。比較例No.30においては,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合は,97%であった。また,図6に,後述する実施例の発明例No.31についての,Fe系電気めっき層及びSi含有冷延鋼板の界面のSIM像を示す。該SIM像を上述したように画像処理して2値化処理した後の画像を,図7に示す。発明例No.31においては,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合は,100%であった。
次に,上述したFe系電気めっき層上に形成された,合金化亜鉛めっき層について説明する。ここで「合金化亜鉛めっき層」とは,鋼板表面上に形成された,合金化処理後の亜鉛皮膜を意味する。めっき,溶射,コールドスプレー等の亜鉛皮膜の形成方法に限らず,鋼板表面上に形成された,合金化処理後の亜鉛皮膜であれば「合金化亜鉛めっき層」に含まれる。合金化亜鉛めっき層には,ζ相,δ相,Γ相及びΓ相からなる群から選ばれる1種以上が含まれ得る。
鋼板表面に合金化亜鉛めっき層を形成することで,優れた耐食性を得ることができる反面,抵抗溶接時に溶融した亜鉛がFe系電気めっき層の結晶粒界を経由してSi含有冷延鋼板の結晶粒界に侵入するおそれがあるため,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を向上することが一般的に難しい。上述した通り,冷間圧延後の焼鈍工程前の冷延鋼板の表面に,亜鉛めっき層を形成する前に焼鈍前Fe系電気めっき層のプレめっきを施し,亜鉛めっき後に合金化処理を施した合金化亜鉛めっき鋼板におけるFe系電気めっき層を片面あたりの付着量:20.0g/m超で形成することで,合金化亜鉛めっき鋼板において,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を向上することができる。合金化亜鉛めっき層の成分組成は特に限定されないが,例えばAl,Zn,Fe及び不可避的不純物からなる。合金化亜鉛めっき層中のAl含有量は特に規定しないが,一例においてAl含有量は0.05質量%以上0.250質量%以下である。合金化亜鉛めっき層中のFe含有量も特に限定されないが,一例においてFe含有量は7.0質量%以上であり,また15.0質量%以下である。
合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量は特に限定されないが,25g/m以上であり得,また80g/m以下であり得る。合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量を25g/m以上とすることで,耐食性をより向上することができるとともにめっき付着量の制御が容易である。また,合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量が80g/m以下であれば,めっき密着性が良好である。
本開示によれば,JIS Z 2241(2011)に準拠して測定した鋼板の引張強さTSが590MPa以上の高強度の合金化亜鉛めっき鋼板を提供することができる。合金化亜鉛めっき鋼板の強度は,より好ましくは,800MPa以上である。
本実施形態に係る合金化亜鉛めっき鋼板の板厚は特に限定されないが,通常0.5mm以上であり,また3.2mm以下であり得る。
<合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法>
次に,合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法について説明する。
一実施形態に係る合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法は,Siを0.1質量%以上3.0質量%以下含有する冷延鋼板にFe系電気めっきを施して,焼鈍前Fe系電気めっき層が少なくとも片面に形成された焼鈍前Fe系電気めっき鋼板とし,
次いで,前記焼鈍前Fe系電気めっき鋼板を露点-30℃以下の雰囲気下で焼鈍して,Fe系電気めっき鋼板とし,
次いで,前記Fe系電気めっき鋼板に亜鉛めっきを施して,亜鉛めっき鋼板とし,
次いで,前記亜鉛めっき鋼板に,合金化処理をさらに施して,片面あたりの付着量が20.0g/m超のFe系電気めっき層を有する合金化亜鉛めっき鋼板を得る,合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法であり得る。
まず,Siを0.1質量%以上3.0質量%以下含有する冷延鋼板を製造する。なお,冷延鋼板は,Siを0.50質量%以上3.0質量%以下含有してもよい。冷延鋼板の製造方法は,通常の冷延鋼板の製造方法に従うことができる。一例において,冷延鋼板は,上述した成分組成を有する鋼スラブに熱間圧延を施して熱延板とし,次いで該熱延板に酸洗を施し,次いで,熱延板に冷間圧延を施して冷延鋼板とすることによって製造する。
次いで,冷延鋼板の表面にFe系電気めっき処理を施して,焼鈍前Fe系電気めっき層が少なくとも片面に形成された焼鈍前Fe系電気めっき鋼板とする。Fe系電気めっき処理方法は特に限定されない。例えば,Fe系電気めっき浴としては硫酸浴,塩酸浴あるいは両者の混合などが適用できる。なお,焼鈍前Fe系電気めっき鋼板とは,Fe系電気めっき層が焼鈍工程を経ていないことを意味し,Fe系電気めっき処理前の冷延鋼板について予め焼鈍された態様を除外するものではない。
焼鈍前Fe系電気めっき層の付着量は,合金化処理後に得られる合金化亜鉛めっき鋼板におけるFe系電気めっき層の片面あたりの付着量が20.0g/m超となるように調整する。焼鈍前Fe系電気めっき層の付着量は,通電時間等によって調整することができる。
焼鈍前Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量C.W.Fe0(g/m)は,下式(1)を満足することが好ましい。
(C.W.Fe0)>20.0+(C.W.Zn)×[mass%Fe]/100・・・(1)
ここで,C.W.Zn:合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量の目標値(g/m
ただし,25.0g/m≦C.W.Zn≦80.0g/m
[mass%Fe]:前記合金化亜鉛めっき層中のFe含有量の目標値(質量%)
つまり,合金化亜鉛めっき鋼板の合金化亜鉛めっき層中に含まれるFe量の目標値(g/m)+20.0(g/m)超の量の焼鈍前Fe系電気めっき層を形成すれば,最終的に20.0g/m超のFe系電気めっき層を得ることができる。
ここで,合金化亜鉛めっき鋼板の合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量の目標値C.W.Zn,及び合金化亜鉛めっき層中のFe含有量の目標値は,用途別に予め定められた仕様により定まる。また,ここでのFe系電気めっき層の片面あたりの付着量は,上述の断面観察で算出することが可能である。
通電開始前のFe系電気めっき浴中のFeイオン含有量は,Fe2+として0.5mol/L以上とすることが好ましい。Fe系電気めっき浴中のFeイオン含有量が,Fe2+として0.5mol/L以上であれば,十分なFe付着量を得ることができる。また,十分なFe付着量を得るために,通電開始前のFe系電気めっき浴中のFeイオン含有量は,2.0mol/L以下とすることが好ましい。
また,Fe系電気めっき浴中にはFeイオン,並びにB,C,P,N,O,Ni,Mn,Mo,Zn,W,Pb,Sn,Cr,V及びCoからなる群から選ばれる少なくとも一種の元素を含有することができる。Fe系電気めっき浴中でのこれらの元素の合計含有量は,焼鈍前Fe系電気めっき層中でこれらの元素の合計含有量が10質量%以下となるようにすることが好ましい。なお,金属元素は金属イオンとして含有すればよく,非金属元素はホウ酸,リン酸,硝酸,有機酸等の一部として含有することができる。また,硫酸鉄めっき液中には,硫酸ナトリウム,硫酸カリウム等の伝導度補助剤や,キレート剤,pH緩衝剤が含まれていてもよい。
Fe系電気めっき浴のその他の条件についても特に限定しない。Fe系電気めっき液の温度は,定温保持性を考えると,30℃以上とすることが好ましく,85℃以下が好ましい。Fe系電気めっき浴のpHも特に規定しないが,水素発生による電流効率の低下を防ぐ観点から1.0以上とすることが好ましく,またFe系電気めっき浴の電気伝導度を考慮すると,3.0以下が好ましい。電流密度は,生産性の観点から10A/dm以上とすることが好ましく,Fe系電気めっき層の付着量制御を容易にする観点から150A/dm以下とすることが好ましい。通板速度は,生産性の観点から5mpm以上とすることが好ましく,付着量を安定的に制御する観点から150mpm以下とすることが好ましい。
なお,Fe系電気めっき処理を施す前の処理として,冷延鋼板表面を清浄化するための脱脂処理及び水洗,さらには,冷延鋼板表面を活性化するための酸洗処理及び水洗を施すことができる。これらの前処理に引き続いてFe系電気めっき処理を実施する。脱脂処理及び水洗の方法は特に限定されず,通常の方法を用いることができる。酸洗処理においては,硫酸,塩酸,硝酸,及びこれらの混合物等各種の酸が使用できる。中でも,硫酸,塩酸あるいはこれらの混合が好ましい。酸の濃度は特に規定しないが,酸化皮膜の除去能力,及び過酸洗による肌荒れ(表面欠陥)防止等を考慮すると,1~20mass%程度が好ましい。また,酸洗処理液には,消泡剤,酸洗促進剤,酸洗抑制剤等を含有してもよい。
次いで,Fe系電気めっき処理を施した後,焼鈍前Fe系電気めっき鋼板に,露点:-30℃以下,水素濃度:1.0体積%以上30.0体積%以下の還元性雰囲気中で,650℃以上900℃以下の温度域で30秒以上600秒以下保持した後に冷却する焼鈍工程を行なって,Fe系電気めっき鋼板を得る。焼鈍工程は,圧延工程によって生じた焼鈍前Fe系電気めっき鋼板の歪を除去し,組織を再結晶させることで,鋼板強度を高めるために行う。
露点:-30℃以下
本実施形態において,焼鈍工程における焼鈍雰囲気の露点は,加湿設備等の追加設備が不要な条件となる-30℃以下の低露点とする。露点-30℃以下の制御は650℃以上900℃以下の温度域にて行なうことが好ましい。本発明者らは独自の検討によって,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合と,Fe系電気めっき層形成後の焼鈍工程における焼鈍雰囲気の露点との間に相関関係があることを見出した。すなわち,Fe系電気めっき層形成後の焼鈍前Fe系電気めっき鋼板に焼鈍を施す際に,焼鈍雰囲気の露点が低いほど,焼鈍後に得られるFe系電気めっき鋼板のFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が高く,逆に焼鈍雰囲気の露点が高いほどFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が低いことが分かった。このように,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合と,露点との間に相関関係が見いだせる理由は明らかではないが,以下のように推測することができる。一定以上の高露点で制御した場合,焼鈍時に鋼板からFe系電気めっき層へ拡散する元素がFe系電気めっき層の内部で酸化物として形成し,この酸化物がFe系電気めっき層の結晶粒の成長を阻害し,細粒化させる。一方で,Fe系電気めっき層を形成後に低露点の雰囲気下にて焼鈍を施した場合,上記のような酸化物は形成されにくく,Fe系電気めっき層の結晶粒径が粗大化する。そのため,低露点で焼鈍を施した際にはFe系電気めっき層の結晶方位がSi含有冷延鋼板との結晶方位と高い割合で一体化すると考えることができる。焼鈍炉の加湿設備のコストなどを理由に,焼鈍工程における焼鈍雰囲気の露点を-30℃以下とした場合,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が高まる。その結果,合金化亜鉛めっき鋼板とした場合,抵抗溶接時に溶融した亜鉛がFe系電気めっき層の結晶粒界を経由してSi含有冷延鋼板の結晶粒界に侵入しやすくなる。本実施形態においては,特定の付着量を有するFe系電気めっき層を形成させることにより,抵抗溶接時に溶融した亜鉛がFe系電気めっき層の結晶粒界を経由してSi含有冷延鋼板の結晶粒界に到達する時間を遅延させ,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を改善する。焼鈍雰囲気の露点の下限は特に定めないが,-80℃未満は工業的に実現が困難であるため,-80℃以上とすることが好ましい。焼鈍雰囲気の露点はより好ましくは-55℃以上である。
水素濃度:1.0体積%以上30.0体積%以下
焼鈍工程は,水素濃度が1.0体積%以上30.0体積%以下の還元性雰囲気中で行う。水素は,焼鈍工程中の焼鈍前Fe系電気めっき鋼板表面のFeの酸化を抑制し,鋼板表面を活性化する役割を果たす。水素濃度が1.0体積%以上であれば,鋼板表面のFeが酸化することにより,後述するように亜鉛めっき層を設ける際にめっき密着性が劣化することを回避することができる。よって,焼鈍工程は水素濃度1.0体積%以上の還元性雰囲気にて行うことが好ましく,2.0体積%以上の還元性雰囲気にて行うことがより好ましい。焼鈍工程における水素濃度の上限は特に限定されないが,コストの観点から,水素濃度は30.0体積%以下とすることが好ましく,20.0体積%以下とすることがより好ましい。焼鈍雰囲気の水素以外の残部は,窒素とすることが好ましい。
650℃以上900℃以下の温度域での保持時間:30秒以上600秒以下
焼鈍工程において,650℃以上900℃以下の温度域での保持時間を,30秒以上600秒以下とすることが好ましい。当該温度域での保持時間を30秒以上とすることで,焼鈍前Fe系電気めっき層表面に形成したFeの自然酸化膜を好適に除去し,後述するようにFe系電気めっき鋼板表面に亜鉛めっき層を設ける際のめっき密着性を向上することができる。よって,当該温度域での保持時間は30秒以上とすることが好ましい。当該温度域での保持時間の上限は特に定めないが,生産性の観点から,当該温度域での保持時間は600秒以下とすることが好ましい。
焼鈍前Fe系電気めっき鋼板の最高到達温度:650℃以上900℃以下
焼鈍前Fe系電気めっき鋼板の最高到達温度は特に限定されないが,650℃以上900℃以下とすることが好ましい。焼鈍前Fe系電気めっき鋼板の最高到達温度を650℃以上とすることで,鋼板組織の再結晶が好適に進み,所望の強度を得ることができる。また,焼鈍前Fe系電気めっき層表面に形成したFeの自然酸化膜を好適に還元させ,後述するようにFe系電気めっき鋼板表面に亜鉛めっきを設ける際のめっき密着性を向上することができる。また,Fe系電気めっき鋼板の最高到達温度が900℃以下であれば,鋼中のSi及びMnの拡散速度が増加しすぎることを防ぎ,鋼板表面へのSi及びMnの拡散を防ぐことができるため,後述するようにFe系電気めっき鋼板表面に亜鉛めっきを設ける際のめっき密着性を向上することができる。また,最高到達温度が900℃以下であれば,熱処理炉の炉体ダメージを防ぐことができ,コストダウンすることもできる。よって,冷延鋼板の最高到達温度は900℃以下とすることが好ましい。なお,上記最高到達温度は,冷延鋼板の表面にて測定された温度を基準とする。
次に,亜鉛めっき処理について説明する。
前記焼鈍工程後に,Fe系電気めっき鋼板に亜鉛めっきを施す。亜鉛めっき処理の方法は特に限定されないが,例えば溶融めっき,電気めっき,コールドスプレー,及びプラズマ溶射等であり得る。溶融亜鉛めっきを施す場合,一例においては,焼鈍工程後にFe系電気めっき鋼板を冷却し,溶融亜鉛めっき浴中に浸漬して,鋼板表面に溶融亜鉛めっきを施せばよい。溶融亜鉛めっき浴はAl,Zn及び不可避的不純物からなる。溶融亜鉛めっき浴の成分は特に規定しないが,一般的に浴中Al濃度が0.05質量%以上0.250質量%以下である。浴中Al濃度を0.05質量%以上とすれば,ボトムドロスの発生を防ぎ,ドロスが鋼板に付着して欠陥になることを防ぐことができる。また,浴中Al濃度を0.250質量%以下とすることで,トップドロスの増加を防ぎ,ドロスが鋼板に付着して欠陥になることを防ぐとともに,コストダウンにもつながる。溶融亜鉛めっき処理のその他の条件は制限されるものではないが,例えば,溶融亜鉛めっき浴の浴温度は通常の440~500℃の範囲で,板温440~550℃で鋼板を溶融亜鉛めっき浴中に浸漬させて行う。
亜鉛めっき層の片面あたりの付着量は,合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量が25~80g/mとなる量に制御することが好ましい。合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量を25g/m以上とすることで耐食性をより向上することができるとともに,めっき付着量の制御が容易である。また,合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量が80g/m以下であれば,めっき密着性が良好である。
亜鉛めっき処理後,適宜めっき付着量を調整してもよい。めっき付着量を調整する方法は特に限定されないが,例えば溶融亜鉛めっきにおいては,一般的にガスワイピングによりめっき付着量が調整される。一例においては,ガスワイピングのガス圧,及びワイピングノズル-鋼板間の距離等により,めっき付着量が調整される。
亜鉛めっきを施した後,さらに合金化処理を施して合金化亜鉛めっき鋼板を得る。合金化処理により,亜鉛めっき層が加熱合金化される。合金化処理は,450℃以上600℃以下の温度で行うことが好ましい。合金化処理を450℃以上とすることで,η相を残存させずにプレス成形性に優れた鋼板を提供することができる。また,合金化処理を600℃以下とすることで,めっき密着性が良好である。なお,合金化時間は,5s以上60s以下とすることが好ましい。
次に,合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量の算出方法を説明する。
まず,合金化亜鉛めっき鋼板から20×25mmサイズのサンプルを2か所採取する。それぞれの重量を測定した後,JIS H 0401(2013)またはISO 17925(2004)に規定された試験液を用いてFe系電気めっき層を有する片側の合金化亜鉛めっき層の剥離を行い,再び重量測定を行う。めっき剥離前の重量からめっき剥離後の重量を差し引き,めっき剥離部分の表面積で除することにより,合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量を算出することができる。ここでは,2か所の平均値を合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量とする。
また,合金化亜鉛めっき層中のFe含有量(質量%)の測定は,ISO 17925(2004)に準拠して行う。上述しためっき剥離後の試験液を,誘導結合プラズマ(Inductivity coupled plasma:ICP)発光分析装置で分析し,合金化亜鉛めっき層を構成するFe,Zn,Al量等の成分の試験液中の含有量の合計値で,試験液中のFe含有量を除し,100で乗算することにより,合金化亜鉛めっき層中のFe含有量を算出することができる。ここでは,2か所の平均値を合金化亜鉛めっき層中のFe含有量とする。
<電着塗装鋼板>
また,本実施形態によれば,上述した合金化亜鉛めっき鋼板上に,前記合金化亜鉛めっき層上に形成された化成処理皮膜と,該化成皮膜上に形成された電着塗装皮膜とをさらに有する電着塗装鋼板を提供することもできる。本実施形態に係る合金化亜鉛めっき鋼板は,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に優れるため,該合金化亜鉛めっき鋼板を用いて形成した電着塗装鋼板は,自動車部品への適用に特に好適である。化成処理皮膜,及び電着塗装皮膜の種類は特に限定されず,公知の化成処理皮膜,及び電着塗装皮膜とすることができる。化成処理皮膜としては,リン酸亜鉛皮膜,ジルコニウム皮膜等が使用できる。電着塗装皮膜としては,自動車用の電着塗装皮膜であれば特に限定されない。電着塗装皮膜の厚みは,用途により異なるが,乾燥状態の塗膜で10μm以上30μm以下程度とすることが好ましい。また,本実施形態によれば,電着塗装を施すための電着塗装用合金化亜鉛めっき鋼板を提供することもできる。
<電着塗装鋼板の製造方法>
次いで,上述した電着塗装鋼板の製造方法について説明する。上述した電着塗装鋼板は,合金化亜鉛めっき鋼板に化成処理を施して,前記合金化亜鉛めっき層上に化成処理皮膜が形成された化成処理鋼板を得る,化成処理工程と,前記化成処理鋼板に電着塗装処理を施して,前記化成処理皮膜上に電着塗装皮膜が形成された電着塗装鋼板を得る,電着塗装工程と,を含む,電着塗装鋼板の製造方法によって製造することができる。化成処理,及び電着塗装処理は,公知の方法によることができる。なお,化成処理を施す前の処理として,合金化亜鉛めっき鋼板表面を清浄化するための脱脂処理,水洗及び必要に応じて表面調整処理を施すことができる。これらの前処理に引き続いて化成処理を実施する。脱脂処理及び水洗の方法は特に限定されず,通常の方法を用いることができる。表面調整処理においては,Tiコロイド,あるいはリン酸亜鉛コロイドを有する表面調整剤等を使用できる。これらの表面調整剤を施すに際して,特別な工程を設ける必要はなく,常法に従い実施すればよい。例えば,所望の表面調整剤を所定の脱イオン水に溶解させ,十分攪拌したのち,既定の温度(通常は常温,25~30℃)の処理液とし,該処理液中に鋼板を所定時間(20~30秒)浸漬させる。引き続き乾燥させることなく,次工程の化成処理を行う。化成処理においても,常法に従い実施すればよい。例えば,所望の化成処理剤を所定の脱イオン水に溶解させ,十分攪拌したのち,所定の温度(通常35~45℃)の処理液とし,該処理液中に鋼板を所定時間(60~120秒)浸漬させる。化成処理剤としては,例えば鋼用のリン酸亜鉛処理剤,鋼・アルミニウム併用型のリン酸亜鉛処理剤,及びジルコニウム処理剤等を使用できる。引き続き,次工程の電着塗装を行う。電着塗装も,常法に従い実施すればよい。必要に応じて水洗処理等の前処理を施したのち,十分攪拌された電着塗料に鋼板を浸漬し,電着処理によって所望の厚みの電着塗装を得る。電着塗装としては,カチオン型の電着塗装の他,アニオン型電着塗装を使用できる。さらに,用途に応じて電着塗装後に上塗り塗装などを施してもよい。
<自動車部品>
また,本実施形態によれば,上述した電着塗装鋼板を少なくとも一部に用いてなる自動車部品を提供することができる。本実施形態に係る合金化亜鉛めっき鋼板は,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に優れるため,該合金化亜鉛めっき鋼板を用いた電着塗装鋼板は,自動車部品への適用に特に好適である。電着塗装鋼板を用いてなる自動車部品は,本実施形態に係る電着塗装鋼板以外の鋼板を,素材として含んでいてもよい。本実施形態に係る電着塗装鋼板は溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に優れるため,該合金化亜鉛めっき鋼板を用いてなる自動車部品の溶接部におけるLME割れが好適に防がれる。電着塗装鋼板を少なくとも一部に用いてなる自動車部品の種類は特に限定されないが,例えば,サイドシル部品,ピラー部品,及び自動車車体等であり得る。
[実施形態2]
次に,本発明の実施形態2に係る合金化亜鉛めっき鋼板について説明する。
本実施形態に係る合金化亜鉛めっき鋼板は,
冷延鋼板と,
前記冷延鋼板の少なくとも片面に形成された,片面あたりの付着量が20.0g/m超であるFe系電気めっき層と,
前記Fe系電気めっき層上に形成された合金化亜鉛めっき層とを有し,
前記Fe系電気めっき層と前記冷延鋼板との界面において前記Fe系電気めっき層と前記冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が50%超である,合金化亜鉛めっき鋼板であり得る。
ここで,前記冷延鋼板は,圧延直角方向を長手として50×150mmに切り出した試験片を,同サイズに切り出した溶融亜鉛めっき層の片面あたりの付着量が50g/mである試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板と重ねて板組とし,
次いで,サーボモータ加圧式で単相交流(50Hz)の抵抗溶接機を用いて,該抵抗溶接機の電極対(先端径6mm)の中心軸同士を結んだ線に対する垂直面に対して前記板組を該板組の長手方向側に5°傾け,前記電極対の下側電極と前記試験片との間に前記板組の長手方向60mm×前記板組の厚さ方向2.0mmの空隙を設けて前記下側電極と前記板組とを固定し,前記電極対の上側電極を可動にした状態で,前記板組に,加圧力:3.5kN,ホールドタイム:0.16秒,並びにナゲット径が5.9mmになる溶接電流及び溶接時間の条件にて抵抗溶接を施して溶接部付き板組とし,
次いで,前記溶接部付き板組を溶接部を含むように前記試験片の長手方向に沿って半切して,該溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板である。
本実施形態に係る冷延鋼板は,下記の試験によって評価した場合に,板組相手が亜鉛めっき鋼板である場合の溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に劣る鋼板であれば,特に限定されない。冷延鋼板の成分組成も特に限定されない。発明者らは,鋼中のSi含有量が0.1質量%以上の冷延鋼板であれば,以下の試験によって評価される溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に劣るという知見を得ている。
冷延鋼板は,ホールドタイムを0.24秒とした条件にて,抵抗溶接を施して溶接部付き板組を得,溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板であってもよい。なお,同一の冷延鋼板であれば,一般的にホールドタイムを低減するほど溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が劣位となる。そのため,ホールドタイムを0.24秒とした条件にて抵抗溶接を施して得,溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板であれば,ホールドタイムを0.16秒とした条件にて抵抗溶接を施した場合にも,溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる。冷延鋼板の鋼中のSi含有量が0.50質量%以上の冷延鋼板であれば,上述した試験によって評価される溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に劣るが,鋼中のSi含有量が0.50質量%未満の冷延鋼板であっても以下の試験によって評価される溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に劣る例も確認している。
<溶接部における耐抵抗溶接割れ特性>
図8を用いて,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性の評価方法について説明する。圧延直角方向(TD)を長手とし,圧延方向を短手として50×150mmに切り出した試験片6を,同サイズに切り出した,溶融亜鉛めっき層の片面あたりの付着量が50g/mである試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板5と重ねて板組とする。板組は,試験片6の評価対象面(Fe系電気めっき層側の面)と,試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板5の亜鉛めっき層とが向かい合うように組み立てる。当該板組を,厚さ2.0mmのスペーサー7を介して,固定台8に固定する。スペーサー7は,長手方向50mm×短手方向45mm×厚さ2.0mmの一対の鋼板であり,図8(a)に示すように,一対の鋼板各々の長手方向端面が,板組短手方向両端面とそろうように配置する。よって,一対の鋼板間の距離は60mmとなる。固定台8は,中央部に穴が開いた一枚の板である。
次いで,サーボモータ加圧式で単相交流(50Hz)の抵抗溶接機を用いて,板組を一対の電極9(先端径:6mm)で加圧しつつ板組をたわませた状態で,加圧力:3.5kN,ホールドタイム:0.18秒又は0.24秒の条件下で,ナゲット径rが5.9mmになる溶接電流及び溶接時間にて抵抗溶接を施して,溶接部付き板組とする。このとき,一対の電極9は,鉛直方向の上下から板組を加圧し,下側の電極は,固定台8の穴を介して,試験片6を加圧する。加圧に際しては,一対の電極9のうち下側の電極がスペーサー7と固定台8とが接する面を延長した平面に接するように,下側の電極と固定台8とを固定し,上側の電極を可動とする。また,上側の電極が試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板5の中央部に接するようにする。また,板組は,該抵抗溶接機の電極対の中心軸同士を結んだ線に対する垂直面(図8(a)では水平方向)に対して前記板組を該板組の長手方向側に5°傾けた状態で,溶接を行なう。上述のスペーサーにより,下側の電極と試験片6との間には,板組の長手方向60mm×板組の厚さ方向2.0mmの空隙が形成されている。なお,ホールドタイムとは,溶接電流を流し終わってから,電極を開放し始めるまでの時間を指す。ここで,図8(b)下図を参照して,ナゲット径rとは,板組の長手方向における,ナゲット10の端部同士の距離を意味する。
次いで,前記溶接部付き板組を,ナゲット10を含めた溶接部の中心を含むように,図8(b)上図のB-B線に沿って切断して,該溶接部の断面を光学顕微鏡(200倍)で観察し,以下の基準で溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を評価した。なお,◎又は○であれば,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に優れると判断とする。×であれば,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に劣ると判断とする。
◎ : ホールドタイム0.14秒で0.1mm以上の長さのき裂が認められない
○ : ホールドタイム0.14秒で0.1mm以上の長さのき裂が認められるが,ホールドタイム0.16秒で0.1mm以上の長さのき裂が認められない
× : ホールドタイム0.16秒で0.1mm以上の長さのき裂が認められる
さらに,より穏やかな溶接条件として,以下の基準で同様に溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を評価してもよい。
◎ : ホールドタイム0.18秒で0.1mm以上の長さのき裂が認められない
○ : ホールドタイム0.18秒で0.1mm以上の長さのき裂が認められるが,ホールドタイム0.24秒で0.1mm以上の長さのき裂が認められない
× : ホールドタイム0.24秒で0.1mm以上の長さのき裂が認められる
なお,図12(b)下図には,試験片6に発生したき裂の一例を模式的に符号11として示している。
本実施形態に係る合金化亜鉛めっき鋼板のFe系電気めっき層,及び合金化亜鉛めっき層については,上述した実施形態1と同様であるため,ここでは説明を省略する。また,Fe系電気めっき層と冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層と冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合は上述した実施形態1と同様,50%超である。Fe系電気めっき層と冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層と冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合の詳細については上述した実施形態1と同様であるため,ここでは説明を省略する。
次に,実施形態2に係る合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法を説明する。
一実施形態に係る合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法は,
冷延鋼板にFe系電気めっきを施して,焼鈍前Fe系電気めっき層が少なくとも片面に形成された焼鈍前Fe系電気めっき鋼板とし,
次いで,前記焼鈍前Fe系電気めっき鋼板を露点-30℃以下の雰囲気下で焼鈍して,Fe系電気めっき鋼板とし,
次いで,前記Fe系電気めっき鋼板に亜鉛めっきを施して,亜鉛めっき鋼板とし,
次いで,前記亜鉛めっき鋼板に,合金化処理をさらに施して,片面あたりの付着量が20.0g/m超のFe系電気めっき層を有する合金化亜鉛めっき鋼板を得る,合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法であり得る。
ここで,前記冷延鋼板は,圧延直角方向を長手として50×150mmに切り出した試験片を,同サイズに切り出した溶融亜鉛めっき層の片面あたりの付着量が50g/mである試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板と重ねて板組とし,
次いで,サーボモータ加圧式で単相交流(50Hz)の抵抗溶接機を用いて,該抵抗溶接機の電極対(先端径6mm)の中心軸同士を結んだ線に対する垂直面に対して前記板組を該板組の長手方向側に5°傾け,前記電極対の下側電極と前記試験片との間に前記板組の長手方向60mm×前記板組の厚さ方向2.0mmの空隙を設けて前記下側電極と前記板組とを固定し,前記電極対の上側電極を可動にした状態で,前記板組に,加圧力:3.5kN,ホールドタイム:0.16秒,並びにナゲット径が5.9mmになる溶接電流及び溶接時間の条件にて抵抗溶接を施して溶接部付き板組とし,
次いで,前記溶接部付き板組を溶接部を含むように前記試験片の長手方向に沿って半切して,該溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板である。
まず,冷延鋼板を製造する。冷延鋼板の製造方法は,通常の冷延鋼板の製造方法に従うことができる。一例においては,鋼スラブに熱間圧延を施して熱延板とし,次いで該熱延板に酸洗を施し,次いで,熱延板に冷間圧延を施して冷延鋼板を製造する。
本実施形態に係る冷延鋼板は,上述した試験によって評価した場合に,板組相手が亜鉛めっき鋼板である場合の溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に劣る鋼板であれば,特に限定されない。冷延鋼板の成分組成も特に限定されず,鋼中のSi含有量が0.1質量%以上の冷延鋼板であれば,以下の試験によって評価される溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に劣るという知見を得ている。
冷延鋼板は,ホールドタイムを0.24秒とした条件にて,上述した抵抗溶接を施して溶接部付き板組を得,溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板であってもよい。なお,同一の冷延鋼板であれば,一般的にホールドタイムを低減するほど溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が劣位となる。そのため,ホールドタイムを0.24秒とした条件にて抵抗溶接を施して得,溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板であれば,ホールドタイムを0.16秒とした条件にて抵抗溶接を施した場合にも,溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる。冷延鋼板の鋼中のSi含有量が0.50質量%以上の冷延鋼板であれば,上述した試験によって評価される溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に劣るが,鋼中のSi含有量が0.50質量%未満の冷延鋼板であっても上述した試験によって評価される溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に劣る例も確認している。
次いで,冷延鋼板の表面にFe系電気めっき処理を施して,焼鈍前Fe系電気めっき鋼板を得る。Fe系電気めっき処理の詳細については上述したので,ここでは説明を省略する。
次いで,焼鈍前Fe系電気めっき鋼板に,露点:-30℃以下,水素濃度:1.0体積%以上30.0体積%以下の還元性雰囲気中で,650℃以上900℃以下の温度域で30秒以上600秒以下保持した後に冷却する焼鈍工程を行なって,Fe系電気めっき鋼板を得る。焼鈍工程の詳細については上述したので,ここでは説明を省略する。
上述した実施形態1と同様,本実施形態に係るFe系電気めっき鋼板上に,亜鉛めっきを施して,亜鉛めっき鋼板を得る。亜鉛めっき処理の詳細については上述した実施形態1と同様であるため,ここでは説明を省略する。
本実施形態においても,上述した実施形態1と同様,本実施形態に係る合金化亜鉛めっき鋼板上に,前記亜鉛めっき層上に形成された化成処理皮膜と,該化成皮膜上に形成された電着塗装皮膜とをさらに有する電着塗装鋼板を提供することもできる。また,電着塗装を施すための電着塗装用合金化亜鉛めっき鋼板を提供することもできる。電着塗装鋼板及び電着塗装鋼板の製造方法の詳細については上述した実施形態1と同様であるため,ここでは説明を省略する。
また,本実施形態においても,上述した実施形態1と同様,自動車部品を提供することができる。自動車部品の詳細については上述したため,ここでは記載を省略する。
以下,本発明を,実施例に基づいて具体的に説明する。
表1に示す化学成分の鋼を溶製して得た鋳片を熱間圧延,酸洗,及び冷間圧延によって板厚1.6mmの冷延鋼板とした。
Figure 0007323063000001
Figure 0007323063000002
次いで,冷延鋼板に対して,アルカリにて脱脂処理を施し,次いで,以下に示す条件で,鋼板を陰極として電解処理を行ない,片面に焼鈍前Fe系電気めっき層を有する焼鈍前Fe系電気めっき鋼板を製造した。焼鈍前Fe系電気めっき層の付着量は,上述の断面観察手法により算出し,通電時間によって制御した。引き続き,焼鈍前Fe系電気めっき鋼板に対して,15%H-N,均熱帯温度800℃,雰囲気の露点を表2-1,2-2及び表4に示すように調整して還元焼鈍を施し,Fe系電気めっき鋼板を得た。得られたFe系電気めっき鋼板を440~550℃まで冷却した後,引き続き,Fe系電気めっき鋼板に,浴中有効Al濃度:0.132質量%で残部がZn及び不可避的不純物からなる460℃の溶融亜鉛めっき浴を用いて溶融亜鉛めっき処理を施した後にガスワイピングで目付け量を片面あたり約50g/mに調整して,亜鉛めっき鋼板を得た。引き続き,亜鉛めっき鋼板に490℃にて時間を変化させて合金化処理を施し,合金化亜鉛めっき層に拡散したFe含有量の異なる合金化亜鉛めっき鋼板のサンプルを作製した。
〔電解条件〕
浴温:50℃
pH:2.0
電流密度:45A/dm
Fe系電気めっき浴:Fe2+イオンを1.5mol/L含む
電極(陽極):酸化イリジウム電極
上記のように作製した合金化亜鉛めっき鋼板から,上述した方法に従って,Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量,合金化亜鉛めっき層の付着量,合金化亜鉛めっき層中のFe含有量(質量%),並びに,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合を求めた。
以上により得られた合金化亜鉛めっき鋼板について,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を調査した。以下に,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性の測定方法及び評価方法を示す。
<溶接部における耐抵抗溶接割れ特性>
合金化亜鉛めっき鋼板について,上述した方法に従って,板組相手が,0.18秒のホールドタイムにおいて耐抵抗溶接割れ特性が課題とならないSiが0.5%未満の引張強さが980MPa級,及び片面あたりの付着量が50g/mの試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板(板厚1.6mm)である場合の溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を評価した。溶接時間は0.36秒,ホールドタイムは0.18秒及び0.24秒とし,実施例No.毎に溶接電流を変化させてナゲット径を測定し,ナゲット径が5.9mmとなる溶接電流にて評価した。また,板組相手である試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板に割れが発生していないものを実施例データとして採用した。板組相手に割れが発生した場合,評価対象の合金化亜鉛めっき鋼板への応力が分散し,適切な評価とならないためである。
上記試験の結果を表2-1,2-2及び表4に併記した。この結果から,焼鈍工程前に,本発明に適合する条件でFe系電気めっき層を形成した発明例の合金化亜鉛めっき鋼板は,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が優れていることがわかる。なお,参考例1及び2については,Siが0.5%未満であるため,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に特に問題は生じなかった。亜鉛めっき層を形成する前に焼鈍前Fe系電気めっき層を形成し,亜鉛めっき後に合金化処理した合金化溶融亜鉛めっき鋼板におけるFe系電気めっき層の付着量を25.0g/m以上とした各発明例においては,ホールドタイム0.18秒の条件下でも0.1mm以上の長さのき裂が認められず,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が特に良好であった。なお,表2-1,2-2中において,Fe系電気めっき層を形成しなかった例については,Fe系電気めっき層及び合金化亜鉛めっき層の付着量を「-」と示している。また,-30℃超の高露点における焼鈍工程を行なった参考例No.17,29,45においては,高露点における焼鈍によりFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が低く,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が良好であった。なお,これらの参考例においては,焼鈍前Fe系電気めっき鋼板を,400℃以上650℃以下の温度域における平均昇温速度を10℃/秒以上として均熱帯温度800℃まで加熱し,還元焼鈍を施した。
Figure 0007323063000003
Figure 0007323063000004
Figure 0007323063000005
表5に示す化学成分の鋼を溶製して得た鋳片を熱間圧延,酸洗,及び冷間圧延によって板厚1.6mmの冷延鋼板とした。
Figure 0007323063000006
次いで,冷延鋼板に対して,アルカリにて脱脂処理を施し,次いで,以下に示す条件で,鋼板を陰極として電解処理を行ない,片面に焼鈍前Fe系電気めっき層を有する焼鈍前Fe系電気めっき鋼板を製造した。焼鈍前Fe系電気めっき層の付着量は,上述の断面観察手法により算出し,通電時間によって制御した。引き続き,焼鈍前Fe系電気めっき鋼板に対して,15%H-N,均熱帯温度800℃,雰囲気の露点を表6に示すように調整して還元焼鈍を施し,Fe系電気めっき鋼板を得た。得られたFe系電気めっき鋼板を440~550℃まで冷却した後,引き続き,Fe系電気めっき鋼板に,浴中有効Al濃度:0.132質量%で残部がZn及び不可避的不純物からなる460℃の溶融亜鉛めっき浴を用いて溶融亜鉛めっき処理を施した後にガスワイピングで目付け量を片面あたり約50g/mに調整して,亜鉛めっき鋼板を得た。引き続き,亜鉛めっき鋼板に490℃にて時間を変化させて合金化処理を施し,合金化亜鉛めっき層に拡散したFe含有量の異なる合金化亜鉛めっき鋼板のサンプルを作製した。
〔電解条件〕
浴温:50℃
pH:2.0
電流密度:45A/dm
Fe系電気めっき浴:Fe2+イオンを1.5mol/L含む
電極(陽極):酸化イリジウム電極
上記のように作製した合金化亜鉛めっき鋼板から,上述した方法に従って,Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量,合金化亜鉛めっき層の付着量,合金化亜鉛めっき層中のFe含有量(質量%),並びに,Fe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との界面においてFe系電気めっき層とSi含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合を求めた。
以上により得られた合金化亜鉛めっき鋼板について,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を調査した。以下に,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性の測定方法及び評価方法を示す。
<溶接部における耐抵抗溶接割れ特性>
合金化亜鉛めっき鋼板について,上述した方法に従って,板組相手が,0.14秒のホールドタイムにおいて耐抵抗溶接割れ特性が課題とならないSiが0.1%未満の引張強さが590MPa級,及び片面あたりの付着量が50g/mの試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板(板厚1.6mm)である場合の溶接部における耐抵抗溶接割れ特性を評価した。溶接時間は0.36秒,ホールドタイムは0.14秒及び0.16秒とし,実施例No.毎に溶接電流を変化させてナゲット径を測定し,ナゲット径が5.9mmとなる溶接電流にて評価した。また,板組相手である試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板に割れが発生していないものを実施例データとして採用した。板組相手に割れが発生した場合,評価対象の合金化亜鉛めっき鋼板への応力が分散し,適切な評価とならないためである。
上記試験の結果を表6に記した。この結果から,焼鈍工程前に,本発明に適合する条件でFe系電気めっき層を形成した発明例の合金化亜鉛めっき鋼板は,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が優れていることがわかる。亜鉛めっき層を形成する前に焼鈍前Fe系電気めっき層を形成し,亜鉛めっき後に合金化処理した合金化溶融亜鉛めっき鋼板におけるFe系電気めっき層の付着量を25.0g/m以上とした各発明例においては,ホールドタイム0.14秒の条件下でも0.1mm以上の長さのき裂が認められず,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性が特に良好であった。なお,表6中において,Fe系電気めっき層を形成しなかった例については,Fe系電気めっき層及び合金化亜鉛めっき層の付着量を「-」と示している。
Figure 0007323063000007
本発明により製造される合金化亜鉛めっき鋼板は,溶接部における耐抵抗溶接割れ特性に優れるだけでなく,高い強度と優れた加工性とを有しているので,自動車部品に用いられる素材としてだけでなく,家電製品や建築部材などの分野で同様の特性が求められる用途の素材としても好適に用いることができる。
1 合金化亜鉛めっき鋼板
2 Si含有冷延鋼板
3 Fe系電気めっき層
4 合金化亜鉛めっき層
5 試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板
6 試験片
7 スペーサー
8 固定台
9 電極
10 ナゲット
11 き裂

Claims (21)

  1. Siを0.1質量%以上3.0質量%以下含有するSi含有冷延鋼板と,
    前記Si含有冷延鋼板の少なくとも片面に形成された,片面あたりの付着量が20.0g/m超であるFe系電気めっき層と,
    前記Fe系電気めっき層上に形成された合金化亜鉛めっき層とを有し,
    前記Fe系電気めっき層と前記Si含有冷延鋼板との界面において前記Fe系電気めっき層と前記Si含有冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が50%超である,合金化亜鉛めっき鋼板。
  2. 前記Si含有冷延鋼板は,Siを0.50質量%以上3.0質量%以下含有する,請求項1に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
  3. 前記Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量が,25.0g/m以上である,請求項1または2に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
  4. 前記Si含有冷延鋼板は,前記Siに加えて,質量%で,
    C:0.8%以下,
    Mn:1.0%以上12.0%以下,
    P:0.1%以下,
    S:0.03%以下,
    N:0.010%以下及び
    Al:1.0%以下を含有し,残部がFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有する,請求項1から3のいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
  5. 前記成分組成がさらに,
    B:0.005%以下,
    Ti:0.2%以下,
    Cr:1.0%以下,
    Cu:1.0%以下,
    Ni:1.0%以下,
    Mo:1.0%以下,
    Nb:0.20%以下,
    V:0.5%以下,
    Sb:0.200%以下,
    Ta:0.1%以下,
    W:0.5%以下,
    Zr:0.1%以下,
    Sn:0.20%以下,
    Ca:0.005%以下,
    Mg:0.005%以下及び
    REM:0.005%以下
    からなる群から選ばれる1種または2種以上を含有する,請求項4に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
  6. 前記Fe系電気めっき層は,B,C,P,N,O,Ni,Mn,Mo,Zn,W,Pb,Sn,Cr,V及びCoからなる群から選ばれる1または2以上の元素を合計で10質量%以下含み,残部はFe及び不可避的不純物からなる成分組成を有する,請求項1から5のいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
  7. 冷延鋼板と,
    前記冷延鋼板の少なくとも片面に形成された,片面あたりの付着量が20.0g/m超であるFe系電気めっき層と,
    前記Fe系電気めっき層上に形成された合金化亜鉛めっき層とを有し,
    前記Fe系電気めっき層と前記冷延鋼板との界面において前記Fe系電気めっき層と前記冷延鋼板との結晶方位が一体化している割合が50%超である,合金化亜鉛めっき鋼板。
    ここで,前記冷延鋼板は,圧延直角方向を長手として50×150mmに切り出した試験片を,同サイズに切り出した溶融亜鉛めっき層の片面あたりの付着量が50g/mである試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板と重ねて板組とし,
    次いで,サーボモータ加圧式で単相交流(50Hz)の抵抗溶接機を用いて,該抵抗溶接機の電極対(先端径6mm)の中心軸同士を結んだ線に対する垂直面に対して前記板組を該板組の長手方向側に5°傾け,前記電極対の下側電極と前記試験片との間に前記板組の長手方向60mm×前記板組の厚さ方向2.0mmの空隙を設けて前記下側電極と前記板組とを固定し,前記電極対の上側電極を可動にした状態で,前記板組に,加圧力:3.5kN,ホールドタイム:0.16秒,並びにナゲット径が5.9mmになる溶接電流及び溶接時間の条件にて抵抗溶接を施して溶接部付き板組とし,
    次いで,前記溶接部付き板組を溶接部を含むように前記試験片の長手方向に沿って半切して,該溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板である。
  8. 前記Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量が,25.0g/m 以上である,請求項7に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
  9. 前記冷延鋼板は,前記ホールドタイムを0.24秒とした条件にて,前記抵抗溶接を施して前記溶接部付き板組を得,前記溶接部の断面を前記光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板である,請求項7または8に記載の合金化亜鉛めっき鋼板。
  10. 請求項1からのいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板上に,化成処理皮膜と,該化成処理皮膜上に形成された電着塗装皮膜とをさらに有する,電着塗装鋼板。
  11. 請求項10に記載の電着塗装鋼板を少なくとも一部に用いてなる,自動車部品。
  12. 請求項1からのいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板に化成処理を施して,前記合金化亜鉛めっき層上に化成処理皮膜が形成された化成処理鋼板を得る,化成処理工程と,
    前記化成処理鋼板に電着塗装処理を施して,前記化成処理皮膜上に電着塗装皮膜が形成された電着塗装鋼板を得る,電着塗装工程と,
    を含む,電着塗装鋼板の製造方法。
  13. Siを0.1質量%以上3.0質量%以下含有する冷延鋼板にFe系電気めっきを施して,焼鈍前Fe系電気めっき層が少なくとも片面に形成された焼鈍前Fe系電気めっき鋼板とし,
    次いで,前記焼鈍前Fe系電気めっき鋼板を露点-30℃以下の雰囲気下で焼鈍して,Fe系電気めっき鋼板とし,
    次いで,前記Fe系電気めっき鋼板に亜鉛めっきを施して,亜鉛めっき鋼板とし,
    次いで,前記亜鉛めっき鋼板に,合金化処理をさらに施して,片面あたりの付着量が20.0g/m超のFe系電気めっき層を有する合金化亜鉛めっき鋼板を得る,合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  14. 前記Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量を,25.0g/m 以上とする,請求項13に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  15. 前記冷延鋼板は,Siを0.5質量%以上3.0質量%以下含有する,請求項13または14に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  16. 前記焼鈍前Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量C.W.Fe0(g/m)が下式(1)を満足する,請求項13から15のいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
    (C.W.Fe0)>20.0+(C.W.Zn)×[mass%Fe]/100・・・(1)
    ここで,C.W.Zn:合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量の目標値(g/m
    ただし,25.0g/m≦C.W.Zn≦80.0g/m
    [mass%Fe]:前記合金化亜鉛めっき層中のFe含有量の目標値(質量%)
  17. 冷延鋼板にFe系電気めっきを施して,焼鈍前Fe系電気めっき層が少なくとも片面に形成された焼鈍前Fe系電気めっき鋼板とし,
    次いで,前記焼鈍前Fe系電気めっき鋼板を露点-30℃以下の雰囲気下で焼鈍して,Fe系電気めっき鋼板とし,
    次いで,前記Fe系電気めっき鋼板に亜鉛めっきを施して,亜鉛めっき鋼板とし,
    次いで,前記亜鉛めっき鋼板に,合金化処理をさらに施して,片面あたりの付着量が20.0g/m超のFe系電気めっき層を有する合金化亜鉛めっき鋼板を得る,合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
    ここで,前記冷延鋼板は,圧延直角方向を長手として50×150mmに切り出した試験片を,同サイズに切り出した溶融亜鉛めっき層の片面あたりの付着量が50g/mである試験用合金化溶融亜鉛めっき鋼板と重ねて板組とし,
    次いで,サーボモータ加圧式で単相交流(50Hz)の抵抗溶接機を用いて,該抵抗溶接機の電極対(先端径6mm)の中心軸同士を結んだ線に対する垂直面に対して前記板組を該板組の長手方向側に5°傾け,前記電極対の下側電極と前記試験片との間に前記板組の長手方向60mm×前記板組の厚さ方向2.0mmの空隙を設けて前記下側電極と前記板組とを固定し,前記電極対の上側電極を可動にした状態で,前記板組に,加圧力:3.5kN,ホールドタイム:0.16秒,並びにナゲット径が5.9mmになる溶接電流及び溶接時間の条件にて抵抗溶接を施して溶接部付き板組とし,
    次いで,前記溶接部付き板組を溶接部を含むように前記試験片の長手方向に沿って半切して,該溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板である。
  18. 前記Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量を,25.0g/m 以上とする,請求項17に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  19. 前記冷延鋼板は,前記ホールドタイムを0.24秒とした条件にて,前記溶接部の断面を光学顕微鏡(倍率200倍)で観察した場合に,0.1mm以上の長さのき裂が認められる冷延鋼板である,請求項17または18に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  20. 前記焼鈍前Fe系電気めっき層の片面あたりの付着量C.W.Fe0(g/m)が下式(1)を満足する,請求項17から19のいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
    (C.W.Fe0)>20.0+(C.W.Zn)×[mass%Fe]/100・・・(1)
    ここで,C.W.Zn:合金化亜鉛めっき層の片面あたりの付着量の目標値(g/m
    ただし,25.0g/m≦C.W.Zn≦80.0g/m
    [mass%Fe]:前記合金化亜鉛めっき層中のFe含有量の目標値(質量%)
  21. B,C,P,N,O,Ni,Mn,Mo,Zn,W,Pb,Sn,Cr,V及びCoからなる群から選ばれる1または2以上の元素を,前記焼鈍前Fe系電気めっき層中でこれらの元素の合計含有量が10質量%以下となるように含有するFe系電気めっき浴を用いて,前記Fe系電気めっきを施す,請求項13から20のいずれか1項に記載の合金化亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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