JPH0237408B2

JPH0237408B2 - Koonkyodototainetsuseinosuguretaaruminiumumetsukikohannoseizoho

Info

Publication number: JPH0237408B2
Application number: JP12127883A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Yamada; Noryasu Sakai; Hisao Kawase
Original assignee: Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 1983-07-04
Filing date: 1983-07-04
Publication date: 1990-08-24
Anticipated expiration: 2003-07-04
Also published as: JPS6013027A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、耐熱性に優れたアルミニウムめつき
鋼板に係り、さらに詳しくはTiおよびNbによる
鋼中ＣおよびＮの固定と、TiおよびNbの炭窒化
物の析出の制御とにより、耐高温酸化性および高
温強度とを改善した溶融アルミニウムめつき鋼板
の製造法に関するものである。従来の汎用溶融アルミニウムめつき鋼板は、軟
鋼や高張力鋼の表面に純AlあるいはAl−Si（〜10
％）合金をめつき被覆したものであり、低級耐熱
用材料として広く用いられている。これら従来の
溶融アルミニウムめつき鋼板の耐用温度はせいぜ
い600℃にしか過ぎなかつた。この種の溶融アルミニウムめつき鋼板の耐熱
性、さらには高温強度の改良を図るべき、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、(5)特開
昭57−140868号公報に記載のものなどが挙げられ
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、過酷な条件下での使用にはなお
不十分なものであり、例えば自動車の排ガス処理
装置用部材などのように、室温での冷間成形性と
共に、500〜800℃での耐酸化性と強度特性とが併
せ要求される用途に対しては適用に難があつた。
したがつて、このような用途に対して従来より使
用されているステンレス系の鋼、例えばAISI409
鋼のような耐熱鋼に代えてアルミニウムめつき鋼
板を適用するには、なお一層の耐熱性と高温強度
の改善を図る必要がある。本発明はこの要求を満たすことを目的としてな
されたものである。この目的において、本発明は、Ｃ；0.005〜
0.020％、Mn；0.05〜0.40％、Ｎ；0.010％以下、
Ti；0.10〜0.50％でかつTi／（Ｃ＋Ｎ）比が10以
上、Nb；0.05〜0.30％、Al；0.01〜0.1％、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
てアルミニウムめつき鋼板を得るにさいし、該基
材の製造過程における連続熱延工程において捲取
温度を550℃〜650℃の範囲に制御することを特徴
とする耐熱性の優れたアルミニウムめつき鋼板の
製造法を提供するものである。本発明法で使用する溶融アルミニウムめつき鋼
板の基材鋼は、先の(5)特開昭57−140868号公報に
一部記載したNb含有鋼と類似するが、本発明は
このようなNb含有鋼の製造面、とくに熱延工程
における捲取温度を、適切に制御することによつ
て、該公報記載のアルミニウムめつき鋼板に比べ
て、一段と高温強度を改善したものである。特
に、本発明法によつて得られたアルミニウムめつ
き鋼板は、一たん800℃程度の高温に長時間さら
されたあとにおいても、高温強度が良好に持続
し、該特開昭57−140868号では達成できないよう
な高温強度並びに高温強度の持続性を示すことが
でき、600℃を越える温度での耐高温酸化性を損
なうことなく高温強度を改善するという既述の目
的が効果的に達成されたものである。以下にまず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説明する。Ｃは、アルミニウムめつき鋼板の600℃以上で
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、めつき被覆層中の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を多量に生成
させる点にある。これらの空孔やボイドは、めつ
き被覆層から基材鋼中へのAlの拡散速度よりも、
基材鋼中からめつき被覆層中への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、めつき被覆層中の欠陥や結晶
粒界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を形成し、こ
のCO＋CO₂が前述の基材鋼とめつき被覆層界面
に生成し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、基材鋼とめつき被覆層との界
面強度を著しく低下させる点にある。以上のＣ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れば完全に除去でき
る。本発明においては、TiとNbを複合添加する
ことによりＣをすべて（Ti、Nb）炭窒化物とし
て固定し、さらに熱延の捲取温度を適正に制御し
て（Ti、Nb）炭窒化物を微細に分散させること
によりアルミニウムめつき鋼板の高温強度を改善
する。したがつて、Ｃは、（Ti、Nb）炭窒化物
として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。Ｃによる高温強度向上効
果は析出分散強化によるものであり、Ｃ含有量が
多いほどその効果は大きい。しかし、Ｃ含有量が
0.020％を越えると高温強度はさらに増大するも
のの、Tiの必要量が増加して表面性状および溶
接性の低下を招き、さらには経済性をも損なうの
で、その上限を0.020％とした。またＣが0.005％
未満では、（Ti、Nb）炭窒化物による強化効果
がきわめて小さいのでその下限値を0.005％とし
た。 Mnは、通常の製鋼方法を採用する場合に添加
される量を許容量とし、下限を0.05％、上限を
0.40％とした。 Tiは、本発明の主目的である耐高温酸化性の
向上と高温強度の改善に寄与する基本元素の一つ
である。Tiにより耐高温酸化性が向上するのは
次の理由によるものと考えられる。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拡散が著しく容易となり、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が激減す
る。本効果により、高温加熱後のめつき鋼板表面
には、最外層（めつき鋼板の最外層）をAl₂O₃を
主成分とする熱的・化学的に安定でかつ、ち密な
酸化物層に覆われた、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に固溶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最外層
のAl₂O₃を主成分とする酸化物層とその直下の高
濃度のAlを含有するα−Fe層（Al拡散層）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が濃縮して前述の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からと考
えられる。またTiは、先にも述べたように、
（Ti、Nb）炭窒化物として微細に析出・分散す
ることにより、高温強度の改善に寄与する。以上
のようなTiの効果は、Ti含有量が0.5％を越えて
大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、上限を0.50
％とした。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量が減少し、前述の
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
を0.10％とした。 Nbは、本発明の主目的である高温強度の改善
に寄与する基本元素の一つである。Nbは、熱延
の捲取温度条件との組合せにより、（Ti、Nb）
炭窒化物として基材鋼中に均一かつ微細に存在す
ることにより、高温強度の改善に寄与する。本発
明者らは、Nb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、熱延の捲取温度を550
℃〜650℃の範囲にすると、（Ti、Nb）炭窒化物
が基材鋼中に均一かつ微細に析出して析出分散強
化効果を発揮するとともに、後記実施例でも示す
ように、以後の製造工程およびアルミニウムめつ
き鋼板の使用に際して約850℃以下の高温に長時
間保持されても、（Ti、Nb）炭窒化物の凝集・
肥大成長が遅いために、（Ti、Nb）炭窒化物に
よる分散強化効果が保持され、さらに基質相であ
るフエライト相の２次再結晶が抑制されるとの知
見を得た。以上のようなNbの効果は、Nb含有量
を0.30％を越えて多量に添加してもその効果は増
大せず、徒らにめつき鋼板の経済性を失なわせる
のみであるので、その上限を0.30％とした。また
Nb含有量が0.50％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。 Alは、溶鋼の脱酸目的で使用されるが、本発
明鋼ではTiおよびNbを歩留りよく添加する予備
脱酸元素として重要であり、この観点から下限を
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向上しないので、上限を0.10
％とした。Ｎは、本発明の如きTi添加鋼においてはほと
んどその全量が溶製および凝固時にTiN析出物
を形成し、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、現在の製鋼方法ではＮを完
全に除去することは不可能であるので、Ｎ含有量
を0.010％以下とした。ＰとＳは多量に含有すると加工性を害するの
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。本発明にあつては基材鋼の熱延捲取温度を厳密
に制御することに特徴がある。本発明の主目的で
あるアルミニウムめつき鋼板の高温強度の改善に
寄与する基材鋼中の前述の（Ti、Nb）炭窒化物
の析出・分散状態を得るうえで熱延捲取温度の制
御が極めて重要となるからである。捲取温度が
650℃を越えると、（Ti、Nb）炭窒化物は粗大に
析出してしまい、十分な強化効果は得られない。
捲取温度を550℃〜650℃の範囲内とすると、
（Ti、Nb）炭窒化物は微細かつ均一に析出し、
十分な強化効果が得られる。さらにこの場合、熱
延以後の工程および使用に際して高温に長時間保
持されても、（Ti、Nb）炭窒化物の凝集・肥大
成長はきわめて遅いので、以後の焼鈍工程、ある
いはアルミニウムめつき鋼板成品の高温使用を経
ても、室温および高温でのめつき鋼板の強度特性
の低下は小さい利点を有している。懸取温度を
550℃未満の低い温度とすると（Ti、Nb）炭窒
化物はさらに微細となり、基材鋼の強度特性はさ
らに増加するが、この場合には熱延以後の工程お
よび使用に際して高温に長時間保持された場合
に、（Ti、Nb）炭窒化物の凝集−肥大成長が急
速に起こり、室温および高温での強度特性が著し
く低下してしまう。以上の理由により、熱延にお
ける捲取温度を550℃〜650℃の範囲に限定するこ
とが既述の基材鋼の化学成分の特定と共に、本発
明の目的を達成するうえで重要となる。本発明の実施にあたり、アルミニウムめつきの
方法はとくに限定されるものではないが、従来よ
り大量生産方式として確立されている溶融アルミ
ニウムめつき法によるのが便宜である。この場
合、インライン焼鈍に付されても高温強度の低下
が少ないことは先に述べたとおりである。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表に示した組成の鋼を10Kg真空溶解炉によ
つて溶製し、鋳造、鍛造した後、通常の連続熱延
工程にて圧延し、第１表に表示の種々の捲取温度
で捲取つて4.0mm厚の熱延鋼帯とし、通常の酸洗、
冷延工程によつて1.0mm厚の冷延板としたものに、
NOF型溶融アルミニウムめつき装置で目付量80
ｇ／m²のアルミニウムめつきを施した試料の室温
での引張特性と高温強度（600℃）および酸化試
験の結果を同表に併記した。酸化試験は、大気中
800℃に20時間保持後室温まで冷却することを10
回繰り返した時のめつき面における酸化増量を測
定した。

【表】

【表】第１表の結果から以下のことが明らかである。
試料Ａ、Ｂ、ＣはNbを含有せず、TiおよびTi／
（Ｃ＋Ｎ）比がそれぞれ異なるものであるが、Nb
を含有しないこれら３試料は600℃での高温強度
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の効果が見られる。なお試料Ｃは、基
材鋼が特公昭51−35532号の組成範囲のものであ
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、高温強度はなお十分ではない。試料Ｄは、Nbを含有するもののTiを含有しな
いものであり、600℃での高温強度は優れている
ものの、耐高温酸化性には劣つている。試料Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉは基材鋼の組成が本発
明の範囲内にあるものについてその熱延の捲取温
度を変えたものである。このうち、試料Ｅ、Ｆは
捲取温度が本発明の温度範囲より高いものであ
り、600℃での高温強度は実質的に試料Ｃと変わ
らず、十分ではない。なお、この試料Ｅ、Ｆは特
開昭57−140868号公報に示されたNb含有鋼（捲
取温度は該公報実施例３で740℃の例が示されて
いる）に相当している。一方、試料Ｇ、Ｈ、Ｉは
それぞれ捲取温度が本発明の範囲内にあるもので
あるが、試料Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉを比較すると、
室温および高温（600℃）での強度は熱延の捲取
温度が低いほど高く、とくに捲取温度を650℃以
下とする場合にその効果の大きいことが明らかで
ある。またTiおよびTi／（Ｃ＋Ｎ）比が本発明
の範囲内にあれば、耐高温酸化性は優れることが
明らかである。実施例２ 80tLD転炉を用いて製造された溶鋼を真空脱ガ
ス装置によつて成分調整を行ない、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、通常の連続熱延工程にて圧延し、第２
表に表示の種々の捲取温度で捲取つて4.0mm厚の
熱延鋼帯とし、通常の酸洗、冷延工程によつて
1.0mm厚の冷延板としたものに、NOF型溶融アル
ミニウムめつき装置で目付量80ｇ／m²のアルミニ
ウムめつきを施した。各めつき鋼板の試料の室温
での機械的性質および高温強度（600℃）と、こ
の試料にさらに800℃に20時間保持後室温まで炉
冷する焼鈍処理を施したのちの試料の室温での機
械的性質および高温強度（600℃）を測定した結
果を第３表に示した。

【表】

【表】第３表の結果から以下のことがわかる。試料１
は特公昭51−35532号にもとずくものであり、高
温強度は劣つている。試料２は試料１と同一組成
のスラブを用いて、熱延での捲取温度を本発明の
範囲内としたものである。試料２のアルミニウム
めつきを施した状態での室温での機械的性質およ
び高温強度は、試料１よりも改善されているもの
の、800℃の焼鈍処理を施した後には室温での機
械的性質および高温強度は著しく減少している。
この理由は、800℃の焼鈍処理を施したために
TiC析出物の凝集肥大化とフエライト結晶粒の粗
大化が生じたためと考えられる。試料３、４は、本発明の方法によるものであ
り、800℃の焼鈍処理を施したのちにも室温およ
び高温での強度特性はほとんど低下していないこ
とが明らかである。試料５は基材組成は本発明の組成範囲内にある
ものの、熱延の捲取温度が本発明の範囲より低い
ものである。めつき処理ままでの室温および高温
での強度特性は非常に高いものの、800℃の焼鈍
処理を施したのちの室温および高温での強度特性
は著しく低下している。試料６は基材鋼の化学成分値は前揚特開昭57−
140868号公報に記載のものに相当するが、該公報
に示された巻取温度740℃に近い温度の捲取温度
で製造したものである。この場合は600℃での高
温強度は比較試料１に比べて向上しているが、一
たん高温に長時間加熱（800℃×20hr）されたあ
とでの強度は著しく低下している。

Claims

【特許請求の範囲】

１Ｃ；0.005〜0.020％、Mn；0.05〜0.40％、
Ｎ；0.010％以下、Ti；0.10〜0.50％でかつTi／
（Ｃ＋Ｎ）比が10以上、Nb；0.05〜0.30％、Al；
0.01〜0.1％、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
ウムめつきを施してアルミニウムめつき鋼板を得
るにさいし、該基材の製造過程における連続熱延
工程において捲取温度を550℃〜650℃の範囲に制
御することを特徴とする高温強度と耐熱性の優れ
たアルミニウムめつき鋼板の製造法。