JPH0941111A

JPH0941111A - めっき性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板

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Publication number: JPH0941111A
Application number: JP24398895A
Authority: JP
Inventors: Yukinori Miyaoka; 志典宮岡; Kazuaki Kyono; 一章京野; Nobuo Totsuka; 信夫戸塚
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1995-07-31
Filing date: 1995-07-31
Publication date: 1997-02-10
Anticipated expiration: 2015-07-31
Also published as: JP2978096B2

Abstract

(57)【要約】【目的】Siを0.1 〜2.0wt ％含有する高張力鋼であって
も、普通鋼と同程度の優れためっき性を有する高強度溶
融亜鉛めっき鋼板を提案する。【構成】Siを0.1 〜2.0wt ％含有し、少なくとも片面に
めっき層を有する鋼板ののめっき層直下の結晶粒界に酸
化物を存在させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の車体など
に用いられる高強度溶融亜鉛めっき鋼板（高強度合金化
溶融亜鉛めっき鋼板を含む。以下単に、「高強度溶融亜
鉛めっき鋼板」と略記する。）に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、排気ガス規制の観点から自動車車
体の軽量化が求められている。その車体の軽量化のため
の一つの方法として、板厚を薄くするという方法があ
る。この方法では、安全確保のためには板厚を薄くした
分だけ、板の強度を上げる必要があり、そのために、鋼
中にSi, Mn, Cr, Ｐなどの合金元素を添加して鋼板の高
強度化を図らなければならない。しかも、自動車用鋼板
としては、優れたプレス加工性も要求されることから、
素材としてｒ値に代表される各種の材料特性の改善が必
要となるが、高ｒ値を得るためにはSi, Mnなどの合金元
素の複合添加が必要であることが明らかとなってきてい
る。このような背景の下で、従来の自動車用高強度鋼板
には、Si, Mn, Cr, Ｐなどの合金元素が多量に添加され
ている。

【０００３】さて、高強度鋼板を溶融亜鉛めっき設備で
焼鈍し、めっきを施す場合、優れたプレス加工性を得る
ためには800 ℃以上の高温で焼鈍する必要がある。通
常、還元焼鈍はN₂−H₂雰囲気中で行うが、この雰囲気は
Feにとっては還元性の雰囲気でも、Si, Mn, Crなどにと
っては酸化性の雰囲気である。そのため、これらの元素
の多くは選択的に酸化されて酸化物となり、鋼板表面で
いわゆる表面濃化皮膜を形成する。そして、これらの酸
化物は、溶融亜鉛との濡れ性を著しく阻害し、めっき密
着性を悪くするため、鋼板に溶融亜鉛が付着しにくく、
いわゆる不めっきがしばしば起こる。そのため、プレス
加工性の優れた高強度鋼板を溶融亜鉛めっきすることは
できないという問題点があった。

【０００４】こうした問題点を克服する方法の１つとし
て、特公昭61−9386号公報では、溶融めっき処理に先立
って、鋼板の表面にNiの下地めっきを施す方法を提案し
ている。しかし、この方法では、Siを0.2 〜2.0 wt％含
有する鋼を対象とする場合には、付着量が10g/m²以上の
Niめっきを施すことが必要となり、コストの上昇を招い
ていた。しかも、このような大量のNiめっきを施した場
合には、溶融亜鉛めっきの濡れ性は改善されるものの、
合金化処理過程でめっき表面にSi, Niに起因する欠陥が
多発するという問題があった。

【０００５】また、例えば特開昭57−70268 号公報で
は、溶融めっきに先立って鋼板の表面にFeの下地めっき
を施す方法を提案している。この方法によれば、下地め
っきによってSi添加鋼の不めっきを防止することは可能
であるが、そのためには５g/m²以上のFeめっきを施す必
要が生じ、極めて不経済であった。

【０００６】さらに、他の方法としては、特開昭55−12
2865号公報や特開平４−254531号公報に開示の方法があ
る。これらの方法は、鋼板をあらかじめ酸化してその表
面に鉄酸化膜を形成し、その後還元焼鈍することにより
合金元素の酸化物皮膜の形成を制御してめっきする方法
である。しかし、これらの方法は、還元焼鈍でめっき前
に残存する鉄酸化膜厚量を一定値以上に制御する方法で
あるため、還元焼鈍時に還元され過ぎてしまい、合金元
素が表面濃化してめっき性が不良となる問題、すなわ
ち、酸化量と還元量のバランスがくずれるという問題が
あった。しかも、この還元され過ぎを防ぐには、膨大な
鉄酸化物量が必要となるため、ロールなどによって鉄酸
化物皮膜が剥離してしまい、その後の還元焼鈍時の合金
元素の選択酸化が起こり、めっき性が阻害されたり、剥
離した鉄酸化物皮膜が炉内に散乱して操業に悪影響を及
ぼすという問題があった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】以上説明したように、
上記各従来技術は、自動車用高強度材料として魅力のあ
る高強度鋼板も、これを溶融亜鉛めっきする実際的な手
段を欠いているのが実情であった。本発明の目的は、Si
を0.1 〜2.0wt ％含有する高張力鋼であっても、普通鋼
と同程度の優れためっき性、具体的には、不めっきを生
じることがなく、プレス加工後でもめっき密着性が優れ
た特性を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板を提案するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上掲の目的を実現するた
めに鋭意研究した結果、Si, Mnなどの合金元素が複合添
加されている高強度鋼板をめっきする場合、焼鈍時にこ
れらの成分が表面濃化して皮膜を形成し、溶融亜鉛との
濡れ性を阻害することによって不めっきが発生すること
がわかった。従って、高強度鋼板を溶融亜鉛めっきする
場合には、この表面濃化を抑制することが必要である。

【０００９】この点に関して、発明者らの研究では、上
記の表面濃化量とめっき性、合金化速度には相関がある
ことが確かめられており、それによれば、表面濃化量の
少ない方がめっき性が良く、合金化速度も速くなること
がわかった。しかも、表面濃化量によって合金化速度に
差が発生するため、同じコイル中に濃化量の多い場所と
少ない場所が存在すると、同一条件で合金化しても、合
金化速度によって差が発生し、それによって合金化不良
が発生することもわかった。この場合、不良コイルがで
きて操業性が悪化してしまう。

【００１０】そこで、めっき性改善の手掛かりを得るた
めに、種々の方法で製造した高強度鋼板を用いて、めっ
き性、合金化速度が異なる部分、すなわち、表面濃化量
が異なる部分の組織について詳細に観察した。その結
果、発明者らは、表面濃化量が少ない部分（合金化速度
が速い部分）ではめっき層直下の地鉄結晶粒界に酸化物
が生成しており、逆に表面濃化量が多い部分（合金化速
度が遅い部分）では酸化物が生成していないことを見い
だした。この新規な知見から、予め、めっき前の鋼板表
面の結晶粒界に酸化物を形成しておけば、Siを0.1 〜2.
0wt ％含有する高張力鋼であっても、良好なめっき性を
得ることが可能であるとの結論に達し、本発明を完成す
るに至った。すなわち、本発明の要旨構成は次のとおり
である。

【００１１】(1) Siを0.1 〜2.0wt ％含有し、少なくと
も片面にめっき層を有する鋼板の、そのめっき層直下の
結晶粒界に酸化物を有することを特徴とするめっき性に
優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。

【００１２】(2) 請求項１に記載のめっき層が合金化さ
れてなる高強度溶融亜鉛めっき鋼板。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。 (1) 鋼の成分組成について鋼中に、Siを0.1 〜2. 0wt％を含有する高強度鋼板を母
板として、通常のプロセスで溶融亜鉛めっきすると、め
っき前の焼鈍過程で鋼中のSiが鋼板表面の加熱によって
選択的に酸化され、鋼板表層に拡散されるため、Si酸化
物が鋼板表面で皮膜を形成する。このSi酸化物は還元焼
鈍でも還元されないので、溶融亜鉛との濡れ性を著しく
阻害し、めっき性を低下させる。しかしながら、本発明
では、上記した粒界酸化物の存在により、Siの表面濃化
が抑制され、Si酸化物が母板表面に形成されないので、
めっきを問題なく行うことができる。この効果は、特に
鋼中のSiを0.1 wt％以上含有する高強度鋼板において顕
現する。そのため、本発明の鋼組成は、Siを0.1 wt％以
上含有する鋼とする。Siが0.1 wt％より少ない範囲で
は、本発明を特に適用しなくても通常のラジアントチュ
ーブ（ＲＴＨ）型や無酸化炉（ＮＯＦ）型ＣＧＬで溶融
亜鉛めっきが可能であるからである。一方、Siが2.0 wt
％を超えると、表面に酸化膜を形成し、めっき浴との密
着性を著しく低下させるため、Siの含有量は2.0 wt％以
下とする。

【００１４】上記したSiのほかに、高強度鋼における強
化元素として用いられることが多く、まためっき性に影
響を及ぼす、Mn、Crについて説明する。このMn、Crも、
焼鈍過程において鋼板表面の加熱によって選択的に酸化
され、鋼板表層に拡散されるため、これら元素の酸化物
が鋼板表面で皮膜を形成する。その結果、Siと同様に、
溶融亜鉛との濡れ性を著しく阻害し、めっき性を低下さ
せる。しかし、これらの元素も、本発明では上記した粒
界酸化物の存在により、表面濃化が抑制され、Mn、Cr酸
化物が母板表面に形成されないので、めっき性が劣化し
ない。この効果は、特に鋼中のMn、Crをそれぞれ0.5 wt
％以上、0.1 wt％以上含有する高強度鋼板において顕現
する。しかし、Mnが2.0 wt％を超えると深絞り性に悪影
響を及ぼし、また、Crが2.0 wt％を超えると強度向上効
果が飽和する。したがって、Mnの添加量は0.5 〜 2.0wt
％、Cr添加量は0.1 〜 2.0wt％の範囲とするのが好まし
い。

【００１５】また、Ｐは、深絞り性の劣化が少なく、鋼
の強化に有用な元素であり、Ｂは、鋼の耐二次加工脆性
の改善に有用な元素である。これらの元素は、焼鈍過程
で鋼板表面の加熱によって選択的に酸化され、鋼板表層
に拡散されるが、溶融亜鉛との濡れ性を著しく阻害する
ことはない。そのうえ、本発明では粒界酸化物の存在に
より表面濃化が抑制されるため、一層その影響が緩和さ
れる。したがって、Ｐ，Ｂの添加量を制限する必要はな
い。

【００１６】(2) めっき層直下における結晶粒界酸化物
について本発明の最大の特徴は、めっき層直下の母板部において
結晶粒界酸化物を存在させることである。図１は、本発
明に従う溶融亜鉛めっき鋼板（ａ）の光学顕微鏡観察
（１％ナイタール液により数秒〜数十秒エッチング）に
よる断面組織を、従来のそれ（ｂ）と対比して示したも
のである。図２は、この筋状のものをＥＰＭＡにて分析
した結果である。図２において、Si、Mn、Ｐ、Ｏのピ
ークが見られることから、図１に見られるこの筋状のも
のは、これら成分からなる酸化物であることがわかる。
そして、この筋状物質の分布位置をＳＥＭにより観察し
たところ、筋状物質はめっき層と母板との境界から母板
側にあり、しかも結晶粒界に存在していることもわかっ
た。これらの結果から、本発明に従う溶融亜鉛めっき
鋼板では、めっき層直下の母板には粒界酸化物が存在
し、この酸化物がSi、Mn、Cr等成分の表面濃化を抑制す
る効果をもたらしているといえる。一方、従来の溶融亜
鉛めっき鋼板には、図１の組織からわかるように、本発
明によるめっき鋼板でみられるような粒界酸化物は認め
られない。

【００１７】上述しためっき層直下の粒界酸化物がめっ
き性を改善する機構は、必ずしも明らかではないが、発
明者らは次のように考えている。通常、溶融亜鉛めっき
ライン（ＣＧＬ）での還元焼鈍では、Si, Mnなどは選択
酸化されて表面濃化するが、本発明のように、上述した
粒界酸化物がめっき母板に存在すると、Si, Mnなどの金
属元素のバルクから表面への移動が抑制され、逆に、酸
素の内部への移動が促進されるため、内部酸化層が生成
し、最表面での表面濃化が抑制される。言い換えると、
表層酸化物層により、金属元素の外方向拡散（表面濃
化）から酸素の内方向拡散（内部酸化）に変化する。そ
のため、鋼板表面にはめっき密着性を悪くするSi, Mnな
どの酸化物皮膜が存在せず、めっき密着性が良好となり
不めっきが解消されると考えられる。

【００１８】また、めっき層直下の粒界酸化物がプレス
加工時の密着性を理由について説明する。通常、プレス
加工時には、主に加工時の圧縮応力によってめっき剥離
が起こり易く、その現象は特に合金化溶融亜鉛めっき鋼
板において顕著にみられる。ここで、通常の溶融亜鉛め
っき鋼板を合金化処理する際には、Zn、Feの熱拡散によ
って、母板のめっき層直下の結晶粒界にZn−Fe合金が形
成される。これに対し、本発明のように粒界酸化物がめ
っき層直下の母板に存在する場合には、上記した通常の
めっき鋼板に比べて、Znが粒界の隙間を介して一層浸透
しやすくなる。そのために、めっき層と母板との界面の
凹凸が増大し、両者の密着がより強固になる。その結
果、本発明に従う合金化した溶融亜鉛めっき鋼板では、
プレス成形時のめっき密着性が顕著に改善されると考え
られる。このような、プレス成形時のめっき密着性の向
上は、光学顕微鏡による調査から、母板のめっき層直下
の結晶粒界に粒界酸化物が少量でもあれば達成されるこ
とが確認された。

【００１９】発明者らは、さらに調査を進めた結果、こ
のような効果をもたらす、めっき層直下の母板に観察さ
れる粒界酸化物は、熱間圧延時に生成するものであり、
特にコイル巻取温度が高く、その後の冷却速度が遅い場
合に成長したものであることを確認した。図３は、熱間
圧延鋼板の断面観察結果を示したものである。図３に示
すように、粒界酸化物は熱間圧延鋼板の黒皮直下に認め
られる。このように熱間圧延段階で生成した黒皮直下の
粒界酸化物は、その後の酸洗、冷間圧延、焼鈍、めっき
等の工程を経ても残存する。図４は、焼鈍後めっき前の
冷延鋼板について、グロー放電（ＧＤＳ）により、表面
から１０μｍ程度の深さまで元素分析した結果である。
図４から、表面から0.5 〜３μｍ程度の位置に見えるS
i、Mn、Ｐのピークが粒界酸化物に相当する。

【００２０】さて、上述した本発明に従う高強度溶融亜
鉛めっき鋼板の製造方法について述べる。熱間圧延は、
黒皮直下に十分な長さの粒界酸化物を生成するために、
６９０〜７５０℃の範囲で巻き取りを行うのが望まし
い。次いで生成した粒界酸化物は残存させ黒皮のみを除
去するように、研削等の機械的な前処理は行わないで、
酸洗（酸洗条件は、例えば３％〜１０％HCl 中、４０〜
９０℃で１０秒〜３０秒処理）した後、そのまま冷間圧
延して表層内部に酸化物層を存在させてＣＧＬラインを
通板するようにする。めっき層については特に限定する
ものではないが、耐食性などの観点から、自動車用鋼板
としては、Zn−Fe合金の付着量は２５〜９０ｇ／ｍ²，
めっき層中のZn含有率は８〜１３wt％が適当である。ま
た、溶融亜鉛めっき浴条件についても特に限定すもので
はないが、めっき浴中のAl濃度は0.13〜0.14wt％程度、
Fe濃度は0.01wt％以上飽和濃度が適当であり、この浴中
にさらにPb,Mg,Mnなどを添加してもよい。さらに、必要
に応じて、その後直ちに加熱合金化処理され、合金化溶
融亜鉛めっき鋼板が製造される。合金化に際しての加熱
処理は、４６０℃未満の低温では長時間の加熱が必要で
あり生産性が低下するため４６０℃以上、プレス成形時
の密着性より５６０℃以下がよい。

【００２１】

【実施例】以下に実施例に基づき本発明を説明する。表
１に示す組成の高強度鋼素材を熱間圧延（スラブ加熱温
度１１００〜１２５０℃、仕上げ圧延温度８５０〜９５
０℃）し、発明例では６９０〜７５０℃、比較例では６
００〜６５０℃で巻き取り後、酸洗で黒皮のみを除去し
てから冷間圧延し、その後、ＣＧＬで還元焼鈍およびめ
っきを行い高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。ま
た、めっき後、５００℃で加熱合金化処理した高強度溶
融亜鉛めっき鋼板も製造した。なお、ＣＧＬにおける還
元焼鈍は、鋼No. １が８５０℃、鋼No. ２が８８０℃、
鋼No. ３が８４０℃、鋼No. ４が８２０℃、鋼No. ５が
８６０℃で行った。また、めっき浴はAlを0.14％添加し
た浴で、めっき浴温度は４８０℃とした。

【００２２】得られた高強度溶融亜鉛めっき鋼板につい
て、断面を研磨後１％ナイタール液にてエッチングし粒
界酸化物の有無を観察した。また、めっき鋼板の表面観
察から不めっきの有無を判定し、合金化しためっき鋼板
を９０°の曲げ曲げもどしを行った後圧着側をテープ剥
離して亜鉛の剥離量を蛍光Ｘ線にて測定することにより
プレス加工時の密着性を評価した。これらの試験結果
を、熱延巻き取り温度とともに表２および表３に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】

【表３】

【００２６】表２に示すように、本発明に従う高強度溶
融亜鉛めっき鋼板は、いずれも表面外観が良好で、不め
っきは発生しなかった。これに対し、比較例では不めっ
きが発生した。また、表３に示すように、合金化した場
合にも、本発明に従う高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、い
ずれも表面外観が良好で密着性は良好であったが、比較
例では不めっきが発生し、密着性も不良であった。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
めっき層直下に粒界酸化物を存在させることにより、Si
のほかさらにMn, Cr等を含む高強度冷延鋼板について、
耐不めっき性、めっき密着性を向上させ、普通鋼と同程
度の優れためっき性を付与することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】めっき層直下の粒界酸化物の有無を示す金属組
織の顕微鏡写真である。

【図２】粒界酸化物のＥＰＭＡによる分析結果を示すグ
ラフである。

【図３】熱延鋼板における粒界酸化物を示す金属顕微鏡
写真である。

【図４】めっき前の冷延鋼板における厚み方向元素分析
結果である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 Siを0.1 〜2.0wt ％含有し、少なくとも
片面にめっき層を有する鋼板の、そのめっき層直下の結
晶粒界に酸化物を有することを特徴とするめっき性に優
れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項２】請求項１に記載のめっき層が合金化され
てなる高強度溶融亜鉛めっき鋼板。