JPH022939B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、高温強度と耐熱性（とくに高温での
耐酸化性）の優れたアルミニウムめつき鋼板に関
するものである。 従来、溶融アルミニウムめつき鋼板は耐熱用と
耐食用に大別され、通常、前者は型アルミニウ
ムめつき鋼板、後者は型アルミニウムめつき鋼
板と呼ばれている。 耐熱用の型アルミニウムめつき鋼板は、Al
被覆中に少量のSiを存在させることにより、高温
加熱時のFe−Al合金層の発達とAl被覆から基材
鋼中へのAlの拡散とが抑制され、これによつて
めつき鋼板の耐熱性が改善される。しかし、この
型アルミニウムめつき鋼板にあつても、従来の
ものはその耐用温度は実質的には約600℃以下で
あるのが通常である。 一方、型アルミニウムめつき鋼板は、被覆材
として純Alを用いたものであり、型に比べ耐
食性は優れているが、耐熱性は型より劣る。 この種のアルミニウムめつき鋼板の耐熱性の改
良、さらには高温強度の向上を図るべく、これま
でいくつかの提案がなされている。例えば、(1)特
公昭53−15454号、(2)特公昭51−35532号、(3)特開
昭56−102556号、(4)特開昭56−102523号および(5)
特開昭57−140868号公報に記載のものなどがあ
る。このうち、(2)〜(5)の提案は、本願と同一出願
人に係るものである。これらの各提案はそれなり
にアルミニウムめつき鋼板の耐熱性または高温強
度を改善しているが、過酷な条件下ではなお不十
分であり、例えば、自動車の排ガス処理装置用部
材用途などのように、室温での冷間成形性と、
500〜800℃での耐酸化性並びに強度特性とが併せ
要求される用途に対しては、なお不十分なもので
あつた。したがつて、このような用途に対して従
来より使用されている高価なステンレス系の鋼、
例えばAISI409鋼のような耐熱鋼に十分に代替で
きるようなものではなかつた。 本発明は、このような実状に鑑み、600℃を越
える温度で充分な耐酸化性を有するとともに、優
れた高温強度を有するアルミニウムめつき鋼板の
提供を目的としてなされたものである。この目的
を達成するアルミニウム鋼板として、本発明は、
Ｃ；0.001〜0.020％、Si；0.1〜2.2％、Mn；0.1〜
2.5％、Ti；0.1〜0.5％でかつTi／（Ｃ＋Ｎ）比
が10以上、Al；0.01〜0.1％、Ｎ；0.010％以下、
残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼の冷
延鋼板を基材とするか、またはこの鋼にNbを
0.05〜0.30％を追添した鋼の冷延鋼板を基材と
し、これにアルミニウムめつきを施した高温強度
と耐熱性に優れたアルミニウムめつき鋼板を提供
するものである。 本発明の特徴は後述するが、先に挙げた５件の
公報記載のアルミニウムめつき鋼板と比較した場
合、構成上において基本的に異る点は、（Ｃ＋Ｎ）
との関連量のTiを添加した基材において、Siと
Mnを適切に配合し、Crなしで高温強度と耐熱性
を発現せしめた点、並びにNbを適量配合して一
層の強度の改善を図つた点にある。例えば、前記
公報(1)、(2)、(4)、(5)ではSiは合金元素としては使
用されておらず、またMnについても高温強度を
高めるために積極的に添加されていない。なお、
公報(3)は2.0％までのSiを含むとされているがMn
が低く、またCrが合金元素とされているほか、
Ti／（Ｃ＋Ｎ）比を非常に高めたものであつて、
本発明のような高温強度を特に意図したものでは
ない。また、(1)〜(4)ではNbを合金元素としてい
ない。本発明の場合には、後記実施例で示すよう
に、例えば公報(2)や(5)の場合よりも、一層優れた
高温強度を示すアルミニウムめつき鋼板が得られ
る。 次に、本発明における基材鋼の化学成分の効果
および含有量限定の理由についてこれを個別に説
明すると、以下のとおりである。 Ｃはアルミニウムめつき鋼板の耐高温酸化性に
対しては有害な成分である。Ｃの有害作用の第一
点は、基材鋼中のAlの拡散能を著しく低下させ、
Alの基材鋼中への拡散を著しく阻害して、高温
加熱時に基材鋼とめつき層界面に空孔やボイドが
多量に生成する原因となる点にある。これらの空
孔やボイドはめつき層から基材鋼中へのAlの散
速度により、基材鋼中からめつき層中へのFeの
拡散速度が大きいために生じるものと考えられ
る。Ｃの有害作用の第二点は、めつき層中の欠陥
や空隙を通じて基材鋼表面に達したＯ（酸素）と
基材鋼中のＣとが結合してCO＋CO₂を生成し、
このCO＋CO₂が前述の基材鋼とめつき層界面に
生成された空孔やボイドに集積して空孔およびボ
イドの内圧を高め、基材鋼とめつき層の界面強度
を著しく低下させる点にあると考えられる。以上
の有害作用は基材鋼中にTiを添加して、Ｃをす
べてTiC析出物として固定することにより完全に
除去できる。Tiの効率的利用を図るためには、
Ｃ含有量は極力低く抑えるべきであり、上限値を
0.020％とした。また下限値は、通常の転炉およ
び真空脱ガス設備にて経済的に達成し得る値とし
て0.001％とした。 Siは本発明の主要な目的である高温強度の改善
に寄与する元素であり、同時にまた耐高温酸化性
にも寄与する元素である。Siによる高温強度改善
効果は固溶強化効果によるものであり、Si含有量
が多いほどその効果は大きい。しかし、Si含有量
が2.2％を越えると、高温強度はさらに増大する
ものの、冷間加工性および溶接性が劣化するばか
りでなく、アルミニウムめつき性が著しく劣化し
て健全なアルミニウムめつき被覆を得ることが困
難となるので、その上限を2.2％とした。またSi
含有量が0.1％未満では、高温強度および耐高温
酸化性に対する効果はきわめて小さいので、その
下限値を0.1％とした。 Mnは本発明の主要な目的である高温強度の改
善に寄与する元素である。Mnによる高温強度改
善効果は固溶強化効果によるものであり、その効
果はMn含有量が多いほど大きい。しかし、Mn
含有量が2.％を越えると、高温強度はさらに増大
するものの、冷間加工性および溶接性が著しく劣
化するのみならず、800℃以下の温度範囲で使用
中にαγ変態を起こし機械的性質の著しい変化
を招く恐れもあるので、その上限を2.5％とした。
またMn含有量が0.1％未満では高温強度に対する
効果はきわめて小さく、さらに通常の製鋼方法で
はMn含有量が0.1％未満の鋼を得ることは困難で
あるので、その下限値を0.1％とし、好ましくは
1.0％を超える量とする。 Tiは、前述したようにめつき層中のAlを基材
鋼中に有効に拡散させる基本的元素の一つであ
る。すなわち、基材鋼中のＣおよびＮをTi（Ｃ，
Ｎ）析出物として固定することにより、めつき層
から基材鋼中へのAlの拡散が容易となり、基材
鋼とめつき層との界面での空孔およびボイドの生
成量は激減する。この効果により、高温加熱後に
おいて、本発明によるアルミニウムめつき鋼板の
表面には最外表層（めつき鋼板の最外表層）が
Al₂O₃を主成分とする熱的・化学的に安定でち密
な酸化物層で覆われた高濃度のAlを含有するα
―Fe層が生成され、優れた耐高温酸化性が発揮
される。Tiはさらに（Ｃ＋Ｎ）量の10倍以上の
量が存在することにより、基材鋼中の固溶Tiの
形で存在する場合に、耐高温酸化性がさらに改善
される。この効果は、高温加熱時に前述の高濃度
のAlを含有するα―Fe層（Al拡散層）とAl₂O₃
を主成分とする酸化物層との界面で、Tiが選択
酸化されることにより、当該界面にTiが濃縮し
て、Al₂O₃を主成分とする酸化物層をさらに安定
でち密なものとするからと考えられる。このよう
なTiの効果は、Ti含有量が0.5％を越えて多量に
添加しても増大せず、かえつて基材鋼の表面品質
の劣化を招くのみであるから、上限値を0.5％に
限定した。またTi含有量が0.1％未満であると、
基材鋼中のＣおよびＮを固定するには十分であつ
ても、基材鋼中の固溶Ti量が少なくなり、上述
のAl₂O₃を主成分とする酸化物層をさらに安定で
ち密なものとするには不十分となるので、その下
限値を0.1％と設定した。 Alは溶鋼の脱酸を目的として添加するが、本
発明鋼ではTi、Nbを歩留りよく添加する予備脱
酸元素としても重要であり、この観点から下限値
を0.01％とした。またAlを0.1％を越えて添加し
ても脱酸効果はとくに改善されないのみならず徒
らに鋼板の表面性状を損ねる恐れが大きくなるか
ら上限値を0.1％に限定した。 Ｎは、本発明鋼の如きTi添加鋼においては、
ほとんどその全量が溶製時および凝固時中に
TiN析出物を生成し、これは以後のいかなる工
程においても分解・凝集することはない。したが
つて、Tiの有効的利用を図るためにはＮ含有量
を極力低く抑えることが好ましいものの、現在の
製鋼法では完全に除去することは困難であるの
で、Ｎ含有量を0.010％以下とした。 Nbは本発明の主要な目的である高温強度の改
善に寄与する元素である。Nbによる強化効果は
析出分散強化である。本発明鋼においては、Nb
の一部は（Ti−Nb）炭窒化物として析出し、残
余は固溶Nbとして存在する。高温強度に寄与す
るのは（Ti−Nb）炭窒化物として存在するNb
である。本発明者らはNb添加による高温強度の
改善効果について種々研究を重ねた結果、（Ti−
Nb）炭窒化物は約850℃以下の温度範囲において
はほとんど成長せず、したがつて、（Ti−Nb）
炭窒化物による分散強化効果が高温でも保持され
ること、さらには基質相であるフエライト相の２
次再結晶が抑制されることがこの高温強度の維持
改善に有効に作用するとの知見を得た。以上のよ
うなNbの効果は、Nbを0.30％を越えて多量に添
加しても、その効果は増大せず、徒らに経済性を
損なわせるのみであるので、その上限を0.30％と
した。またNb含有量が0.05％未満であると、高
温強度の改善効果はきわめて小さいので、その下
限を0.05％とした。 なお、ＰとＳは多量に含有すると冷間または熱
間加工性を害するので、可能な限り少ないことが
好ましいが、通常不可避的に含有されるＰ；0.04
％以下、Ｓ；0.04％以下であれば、本発明上何ら
問題はない。 また、本発明のアルミニウムめつき鋼板は、と
くにめつき方法の種類を特定するものではない
が、最も普通に採用されている溶融アルミニウム
めつき方法によつて製造するのがよい。この場
合、インライン焼鈍（800℃程度）を受けるが、
この焼鈍時においても高温強度の低下が少ない点
で本発明材は有益な効果を示す。 次に実施例によつて本発明を具体的に説明す
る。 実施例 １ 第１表に示す組成の鋼を10Kg真空溶解炉によつ
て溶製し、鋳造、鍛造、熱延、冷延し、板厚1.0
mmの鋼板を得て、その後に焼鈍してから素材表面
の酸化スケールの除去を行なつた後、脱脂後、通
常のめつき工程に従つて素材を溶融Al浴（Al−
９％Si）に浸漬してアルミニウムめつき（Al目
着量80ｇ／m²）を施した。このようにして得た試
料について室温での引張特性と600℃での引張強
さを測定し、さらに大気中800℃に20時間保持後
室温まで冷却することを10回繰り返した後のめつ
き表面での酸化増量で耐高温酸化性を評価した。

【表】 第１表の結果から、次ことがわかる。 試料Ａ，Ｂ，Ｃは、基材鋼中のSiを本発明の組
成範囲外にしたうえで、Ti含有量およびTi／
（Ｃ＋Ｎ）比を異なるようにした比較例である。
Siが本発明の下限値以下で、Mn含有量が比較的
低いこれらの３試料は、Tiとは無関係に、600℃
での強度は一様に低い。また試料Ａ，Ｂ，Ｃの酸
化増量を比べるとTi含有量およびTi／（Ｃ＋Ｎ）
比が本発明の範囲内である試料Ｃの酸化増量がも
つとも低く、Tiの耐酸化性に対する効果が明ら
かである。この試料Ｃは前揚(2)の特公昭51−
35532号の組成範囲内のものであり耐高温酸化性
に優れ、室温での延性に優れる特徴を有するが、
高温強度は本発明の場合より低い。 試料ＤおよびＥはそれぞれSiおよびMn含有量
が本発明範囲の上限値を越えるものである。試料
Ｄは高温強度は高いものの延性が低く、不めつき
が生じていた。このため酸化増量も高くなつてい
る。試料Ｅは高温強度が高く酸化増量も低いが、
焼鈍条件によつて室温の機械的性質が大きく変化
するきらいがある。 試料Ｆは、Si，Mnは本発明範囲内であるもの
のTiが添加されていないために、高温強度は優
れているものの、耐高温酸化性の点で劣つている
ものである。 試料Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍは、いづれも
基材鋼の組成が本発明の範囲内にあるものであ
る。試料Ｇ，Ｈ，Ｉ，Ｊ，Ｋ，Ｌ，Ｍと試料Ｃと
を比較すると、SiおよびMnは耐高温酸化性を損
なうことなく、室温の強度および高温強度の改善
に寄与することがわかる。試料Ｌ，ＭはNbを本
発明範囲の量で追添したものであるが、Si，Mn
に比べて微量で室温の強度および高温強度の改善
に寄与することがわかる。 実施例 ２ 80t転炉を用いて溶製された溶鋼を真空脱ガス
装置によつてＣ、Ｏを調整した後，Fe−Si，Fe
−Mn，Fe−Tiなどの合金鉄を添加して第２表に
示す成分の鋼を得た。これらの鋼は連続鋳造によ
りスラブとし、それぞれ通常の熱延、酸洗、冷延
工程を経て板厚1.2mmの冷延コイルとし、引き続
いてNOF型溶融アルミニウムめつき設備で型
（Al−９％Si合金めつき）の溶融アルミニウムめ
つき鋼板（アルミニウム付着量80ｇ／m²）とし
た。このようにして得た溶融アルミニウムめつき
製品について実施例１と同様に測定された機械的
性質と酸化増量を第２表に示す。 試料１は、基材鋼が低炭素Alキルド鋼である
通常の溶融アルミニウムめつき鋼板であり、その
高温強度は低く、とくに耐高温酸化性はきわめて
劣る。 試料２は、前揚(2)の特公昭51−35532にもとず
く溶融アルミニウムめつき鋼板であり、Tiの効
果により優れた耐高温酸化性を発揮するものの、
高温強度は低い。 試料３，４，５，６，７は本発明の溶融アルミ
ニウムめつき鋼板であり、上記比較例に較べ、優
れた耐高温酸化性とともに、高温強度も高いこと
がわかる。

【表】

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｃ；0.001〜0.020％、Si；0.1〜2.2％、Mn；
   0.1〜2.5％、Ti；0.1〜0.5％でかつTi／（Ｃ＋Ｎ）
   比が10以上、Al；0.01〜0.1％、Ｎ；0.010％以下、
   残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼の冷
   延鋼板を基材とし、これにアルミニウムめつきを
   施した高温強度と耐熱性に優れたアルミニウムめ
   つき鋼板。 ２ Ｃ；0.001〜0.020％、Si；0.1〜2.2％、Mn；
   0.1〜2.5％、Ti；0.1〜0.5％でかつTi／（Ｃ＋Ｎ）
   比が10以上、Al；0.01〜0.10％、Ｎ；0.010％以
   下、Nb；0.05〜0.30％、残部がFeおよび不可避
   的不純物からなる鋼の冷延鋼板を基材とし、これ
   にアルミニウムめつきを施した高温強度と耐熱性
   に優れたアルミニウムめつき鋼板。