JPWO2011025042A1 - 高強度溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2009年8月31日に日本に出願された特願2009−200467号、2009年9月18日に日本に出願された特願2009−217578号、および、2009年9月18日に日本に出願された特願2009−216986号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
(1)本発明の一態様にかかる溶融亜鉛めっき鋼板は、質量%にて、C:0.05%〜0.50%、Si:0.005%〜2.5%、Mn:0.01%〜3.0%、Al:0%〜0.5%、Ni:0%〜2.0%、Cu:0%〜2.0%、Cr:0%〜2.0%、Mo:0%〜2.0%、B:0%〜0.002%、Ti:0%〜0.1%、Nb:0%〜0.1%、V:0%〜0.1%、REM:0%〜0.1%、Ca:0%〜0.1%、を含有し、P:0.03%以下、S:0.02%以下、N:0.0060%以下、に制限し、残部がFe及び不可避不純物からなる鋼板部と、前記鋼板部の表面に形成されためっき層と、を有し、引張強さが770MPa以上の溶融亜鉛めっき鋼板であって、前記めっき層は、Al:0.01%〜1.5%と、Pb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Ti、Be、Bi、REMから選択する1種または2種以上を合計0%〜3.5%とを含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる溶融亜鉛めっき層、または、Fe:5%〜15%と、Al:0.01%〜1%と、Pb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Ti、Be、Bi、REMから選択する1種または2種以上を合計0%〜3.5%とを含有し、残部がZnおよび不可避的不純物からなる合金化溶融亜鉛めっき層であり、前記鋼板部が、前記めっき層との界面に直接接する軟質層と、前記軟質層以外の内部層とを有し、前記軟質層の厚さDが、前記鋼板部の厚さtの0.001%以上5%以下であり、前記鋼板部の厚さ方向に沿った断面において、ナノインデンテーション法により測定した前記軟質層の硬さをH1とし、前記ナノインデンテーション法により測定した前記鋼板部の代表硬さをHaとしたとき、H1がHaの5%以上75%以下である。
(2)上記(1)の溶融亜鉛めっき鋼板において、Si、Mnのうち1種又は2種を含む酸化物がめっき/地鉄界面からの深さd以内の鋼板表層部分に存在するとき、酸化物の存在深さdと前記Dが、d/4≦D≦2dを満たしてもよい。
(3)上記(1)の溶融亜鉛めっき鋼板において、前記鋼板部が更にC:0.10超〜0.50%を含有してもよい。
(4)上記(1)の溶融亜鉛めっき鋼板において、前記軟質層のC濃度は、前記鋼板部全体のC濃度の10%以上30%未満であってもよい。
(5)本発明の別の一態様にかかる方法は、上記(1)の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、前記鋼板部の連続式溶融めっき設備におけるめっき前の焼鈍の条件として:最高到達板温を650℃以上900℃以下とし;前記最高到達板温における焼鈍雰囲気を体積%にて1〜10%の水素と残部が窒素及び不可避不純物とし;さらに露点を0℃超50℃以下とする。
(6)本発明の別の一態様にかかる方法は、上記(1)の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、連続鋳造時に、鋳片の厚みを横切る直流磁場を印加して直流磁場帯を形成し、鋳造後の鋳片の上側領域となる上側プールと下側領域となる下側プールとに区分する工程と、前記上側プールにFe、またはFeを主成分とする合金からなる鋼材を供給する工程と、を備える。
また、本発明の一態様にかかる方法によれば、生産性を下げることなく、疲労耐久性、耐水素脆化、および曲げ性に優れた上記めっき鋼板を製造することが可能となる。
亀裂形成の抑制のためには、めっき鋼板のうち、特にめっき界面の直下の部分(めっきに直接接する部分)の特性が重要となる。界面直下、特にめっき界面から1μm以内の範囲の鋼板は、鋼板全体に比べてC濃度が高くなったり、酸化物が蓄積したり、鋼組織が鋼板内部と異なる組成になるなど、複数の要因によって、鋼板全体と異なる硬度を持つ場合がある。従って、めっき界面直下の鋼板の硬度を正確に測定した上で製法・品質の管理をしないと、めっき鋼板の安定した疲労耐久性を得ることが難しいことが判った。
以下、本発明の第1の実施形態を詳細に説明する。
まず、鋼板の成分を限定した理由について説明する。なお、本発明において%は、特に明記しない限り、質量%を意味する。
Cはマルテンサイトや残留オーステナイトによる組織強化で鋼板を高強度化しようとする場合に必須の元素である。Cの含有量を0.05%以上とする理由は、Cが0.05%未満ではミストや噴流水を冷却媒体として焼鈍温度から急速冷却することが困難な溶融亜鉛めっきラインにおいてセメンタイトやパーライトが生成しやすく、必要とする引張強さの確保が困難であるためである。770MPa以上の高強度をより安定的に実現するには、C量を0.08%超とすることがより望ましく、0.10%超とすると更に望ましい。一方、Cの含有量を0.50%以下とする理由は、Cが0.50%を超えると、溶接性の劣化が顕著であるためである。なお、より高い溶接性を必要とする場合には、C含有量は0.25%以下、更に望ましくは0.20%以下とする。
また、C含有量の4倍以上Siを添加すると、めっき直後に行う合金化処理のための再加熱でパーライトおよびベイナイト変態の進行を著しく遅滞させ、室温まで冷却後にも面積率で5〜70%のマルテンサイト乃至残留オーステナイトのいずれか1種又は2種がフェライト中に混在する金属組織とし、十分な強度を確保することが容易になる。
また、疲労耐久性の安定的な獲得のために特に重要なのは、めっき層界面直下から鋼板側に1μmの範囲のフェライト面積率を95%以上とすることである。フェライト層がめっき層界面から0.05μm以上離間していると、疲労耐久性に悪影響を受けることがある。
より確実に疲労耐久性を向上させるためには、めっき層の界面直下の鋼板部分、特に、めっき層の界面から1μm以内の部分のフェライトの面積率が95%乃至98%以上であることがより望ましい。
この深度が軟化層の厚さD(μm)になる。なお、めっき界面直下の10nmから50nmまでの5層において測定したナノ硬度の平均値が上記基準値の75%を超えていた場合は、軟化層は存在しないものと判定し、上記平均値を表層の硬度として記録した。
めっき鋼板の前記軟質層の厚さDが鋼板部の厚さtの0.001%以上5%以下である場合に、疲労耐久特性は特に安定的に良好な値を示した。Dがtの0.001%に満たない場合には疲労耐久特性が不良となり、Dがtの5%を超える場合には、めっき鋼板の強度に問題が生じる場合があった。
(軟化層Dが0.1μm以上、5μm以下の場合)
インヒビター含有30mass%HCl水溶液でめっき層のみを溶解除去した後、地鉄表裏面を60℃の5mass%HCl水溶液を用いて、酸洗前後の重量を指標にして減厚量を見積もる重量法に基づきDμm溶解する。次に、溶解液を蒸発乾固し、得られた乾固物について、JIS規格G1211の燃焼−赤外線吸収法を用いてC量を定量する。
(軟化層Dが5μm超の場合)
インヒビター含有30mass%HCl水溶液でめっき層のみを溶解除去した後、地鉄表裏面を60℃の5mass%HCl水溶液を用いて、酸洗前後の重量を指標にして減厚量を見積もる重量法に基づき5μm溶解する。次に、溶解液を蒸発乾固し、得られた乾固物について、JIS規格G1211の燃焼−赤外線吸収法を用いてC量を定量する。
(軟化層Dが0.1μm未満の場合)
地鉄表層断面をプローブ径0.1μmのFE−EPMAで任意に5点定量し、その平均値を求める。ただし、軟化層Dよりプローブ径の方が大きいため、測定値は参考値とする。
また、本実施形態に沿って製造した各めっき鋼板の表層C濃度を測定したところ、いずれのサンプルでも鋼板内部のC濃度の10%以上30%以下の範囲を保っていた。
また、本実施形態に沿って製造した各めっき鋼板の表層C濃度を測定したところ、番号2以外のいずれのサンプルも鋼板内部のC濃度の10%以上30%以下の範囲を保っていた。
以下、本発明の第2の実施形態について詳細に説明する。まず、本実施形態で用いられる鋼板成分の限定理由について述べる。
表4に示す鋼成分及び板厚の鋼板を表5に示す焼鈍温度、水素濃度、露点で焼鈍処理を行い、浴温450℃の溶融Znめっき浴に3秒間浸漬し、浴から引き上げ、ガスワイピングにより片面付着量を1〜20μmに制御し、その後窒素ガスにて室温まで冷却させる処理を行った。得られためっき鋼板上のめっきを酸溶解した後、化学分析した結果をめっき中Al(%)として表5に示す。
評点2:脆性破面面積率30%超〜50%以下
評点3:脆性破面面積率20%超〜30%以下
評点4:脆性破面面積率10%超〜20%以下
評点5:脆性破面面積率10%以下
以下、本発明の第3の実施形態について詳細に説明する。まず、本実施形態で用いられる鋼板成分は、第2の実施形態と同様なので省略する。
鋼板の組成、鋳造条件、焼鈍までの工程は第2の実施形態と同様である。
表6に示す鋼成分及び板厚の鋼板を表7に示す焼鈍温度、水素濃度、露点で焼鈍処理を行い、浴温450℃の溶融Znめっき浴に3秒間浸漬し、浴から引き上げ、ガスワイピングにより片面付着量を1〜20μmに制御し、400〜600℃の板温まで再加熱して、めっき層中にFeを拡散させる処理を行った後、窒素ガスにて室温まで冷却した。得られためっき鋼板上のめっきを酸溶解した後、化学分析した結果をめっき中Al(%)及びめっき中Fe(%)として表7に示す。
評点1:クラック面積率20%超
評点2:クラック面積率10%超〜20%以下
評点3:クラック面積率5%超〜10%以下
評点4:クラック面積率1%超〜5%以下
評点5:クラック面積率1%以下
評点1:クラック進展率20%超
評点2:クラック進展率10%超〜20%以下
評点3:クラック進展率5%超〜10%以下
評点4:クラック進展率1%超〜5%以下
評点5:クラック進展率1%以下
(1)本発明の一態様にかかる溶融亜鉛めっき鋼板は、質量%にて、C:0.1%〜0.50%、Si:0.005%〜2.0%、Mn:0.01%〜3.0%、を含有し、Ti、Nb、Mo、W、Co、Cu、Cr、Ni、Sn、V、B、REMの1種以上を合計0%から3.5%の範囲で含有し、残部がFe及び不可避不純物からなる鋼板部と、前記鋼板部の表面に形成されためっき層と、を有し、引張強さが770MPa以上の溶融亜鉛めっき鋼板であって、前記めっき層は、Al:0.01%〜1.5%を含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる溶融亜鉛めっき層、または、Fe:5%〜15%と、Al:0.01%〜1%と、Pb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Ti、Be、Bi、REMから選択する1種または2種以上を合計0%〜3.5%とを含有し、残部がZnおよび不可避的不純物からなる合金化溶融亜鉛めっき層であり、前記鋼板部が、前記めっき層との界面に直接接する軟質層と、前記軟質層以外の内部層とを有し、前記軟質層の厚さDが、前記鋼板部の厚さtの0.001%以上5%以下であり、前記鋼板部の厚さ方向に沿った断面において、ナノインデンテーション法により測定した前記軟質層の硬さをH1とし、前記ナノインデンテーション法により測定した前記鋼板部の代表硬さをHaとしたとき、H1がHaの5%以上75%以下であり、Si、Mnのうち1種又は2種を含む酸化物がめっき/地鉄界面からの深さd以内の鋼板表層部分に存在するとき、酸化物の存在深さdと前記Dが、d/4≦D≦2dを満たす。
(2)上記(1)の溶融亜鉛めっき鋼板において、前記鋼板部が更にC:0.10超〜0.50%を含有してもよい。
(3)上記(1)の溶融亜鉛めっき鋼板において、前記軟質層のC濃度は、前記鋼板部全体のC濃度の10%以上30%未満であってもよい。
(4)本発明の別の一態様にかかる方法は、上記(1)の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、前記鋼板部の連続式溶融めっき設備におけるめっき前の焼鈍の条件として:最高到達板温を650℃以上900℃以下とし;前記最高到達板温における焼鈍雰囲気を体積%にて1〜10%の水素と残部が窒素及び不可避不純物とし;さらに露点を0℃超50℃以下とする。
(5)本発明の別の一態様にかかる方法として、連続鋳造時に、鋳片の厚みを横切る直流磁場を印加して直流磁場帯を形成し、鋳造後の鋳片の上側領域となる上側プールと下側領域となる下側プールとに区分する工程と、前記上側プールにFe、またはFeを主成分とする合金からなる鋼材を供給する工程と、を備えてもよい。
以下、本発明の参考形態を詳細に説明する。
まず、鋼板の成分を限定した理由について説明する。なお、本発明において%は、特に明記しない限り、質量%を意味する。
より確実に疲労耐久性を向上させるためには、めっき層の界面直下の鋼板部分、特に、めっき層の界面から1μm以内の部分のフェライトの面積率が95%乃至98%以上であることがより望ましい。
また、本参考形態に沿って製造した各めっき鋼板の表層C濃度を測定したところ、いずれのサンプルでも鋼板内部のC濃度の10%以上30%以下の範囲を保っていた。
また、本参考形態に沿って製造した各めっき鋼板の表層C濃度を測定したところ、番号2以外のいずれのサンプルも鋼板内部のC濃度の10%以上30%以下の範囲を保っていた。
以下、本発明の第1の実施形態について詳細に説明する。まず、本実施形態で用いられる鋼板成分の限定理由について述べる。
以下、本発明の第2の実施形態について詳細に説明する。まず、本実施形態で用いられる鋼板成分は、第1の実施形態と同様なので省略する。
鋼板の組成、鋳造条件、焼鈍までの工程は第1の実施形態と同様である。
Claims (6)
- 質量%にて、
C:0.05%〜0.50%、
Si:0.005%〜2.5%、
Mn:0.01%〜3.0%、
Al:0%〜0.5%、
Ni:0%〜2.0%、
Cu:0%〜2.0%、
Cr:0%〜2.0%、
Mo:0%〜2.0%、
B:0%〜0.002%、
Ti:0%〜0.1%、
Nb:0%〜0.1%、
V:0%〜0.1%、
REM:0%〜0.1%、
Ca:0%〜0.1%、
を含有し、
P:0.03%以下、
S:0.02%以下、
N:0.0060%以下、
に制限し、
残部がFe及び不可避不純物からなる鋼板部と、
前記鋼板部の表面に形成されためっき層と、
を有し、引張強さが770MPa以上の溶融亜鉛めっき鋼板であって、
前記めっき層は、
Al:0.01%〜1.5%と、Pb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Ti、Be、Bi、REMから選択する1種または2種以上を合計0%〜3.5%とを含有し、残部がZn及び不可避不純物からなる溶融亜鉛めっき層、または、
Fe:5%〜15%と、Al:0.01%〜1%と、Pb、Sb、Si、Sn、Mg、Mn、Ni、Cr、Co、Ca、Cu、Li、Ti、Be、Bi、REMから選択する1種または2種以上を合計0%〜3.5%とを含有し、残部がZnおよび不可避的不純物からなる合金化溶融亜鉛めっき層であり、
前記鋼板部が、前記めっき層との界面に直接接する軟質層と、前記軟質層以外の内部層とを有し、
前記軟質層の厚さDが、前記鋼板部の厚さtの0.001%以上5%以下であり、
前記鋼板部の厚さ方向に沿った断面において、ナノインデンテーション法により測定した前記軟質層の硬さをH1とし、前記ナノインデンテーション法により測定した前記鋼板部の代表硬さをHaとしたとき、H1がHaの5%以上75%以下である、
ことを特徴とする溶融亜鉛めっき鋼板。 - 前記めっき鋼板において、Si、Mnのうち1種又は2種を含む酸化物がめっき/地鉄界面からの深さd以内の鋼板表層部分に存在するとき、酸化物の存在深さdと前記Dが、d/4≦D≦2dを満たすことを特徴とする請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記鋼板部が更にC:0.10超〜0.50%を含有することを特徴とする請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- 前記軟質層のC濃度は、前記鋼板部全体のC濃度の10%以上30%未満であることを特徴とする、請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
- 請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、
前記鋼板部の連続式溶融めっき設備におけるめっき前の焼鈍の条件として:
最高到達板温を650℃以上900℃以下とし;
前記最高到達板温における焼鈍雰囲気を体積%にて1〜10%の水素と残部が窒素及び不可避不純物とし;さらに
露点を0℃超50℃以下とする、
ことを特徴とする、溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 請求項1に記載の溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、
連続鋳造時に、鋳片の厚みを横切る直流磁場を印加して直流磁場帯を形成し、鋳造後の鋳片の上側領域となる上側プールと下側領域となる下側プールとに区分する工程と、
前記上側プールにFe、またはFeを主成分とする合金からなる鋼材を供給する工程と、を備える
ことを特徴とする、溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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