JPWO2017131054A1 - 高強度亜鉛めっき鋼板、高強度部材及び高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(測定方法)
曲げ加工部の稜線の幅中央部よりサンプルを切り出し、稜線と直角な板厚断面について、鋼板表面から板厚方向に50μmの位置で、荷重50gf、点数5点の条件でビッカース硬さ試験を行い、最大値と最小値を除いた3点の平均を求める。
本発明の高強度亜鉛めっき鋼板は、鋼板と当該鋼板上に形成された亜鉛めっき層とを有する。先ず、鋼板について説明し、続いて亜鉛めっき層について説明する。
Cは、マルテンサイトや、炭化物を含むベイナイトを生成させてTSを上昇させるのに有効な元素である。C含有量が0.05%未満ではこのような効果が十分得られず、TS:1180MPa以上または曲げ加工部において表面から板厚方向に50μmの位置におけるビッカース硬さHV:350以上が達成できない。一方、C含有量が0.30%を超えるとマルテンサイトが硬化して曲げ性の劣化が顕著になり、また耐衝撃性が劣化する。したがって、C含有量は0.05〜0.30%とする。下限について好ましいC含有量は0.06以上である。より好ましくは0.07以上である。上限について好ましいC含有量は0.25%以下である。より好ましくは0.20%以下である。
Siは、鋼を固溶強化してTSを上昇させるのに有効な元素である。Si含有量が3.0%を超えると、耐衝撃性が劣化する。したがって、Si含有量は3.0%以下、好ましくは2.5%以下、より好ましくは2.0%以下とする。Siの下限値は特に限定されないが、通常は、0.01%以上である。
Mnは、マルテンサイトや、炭化物を含むベイナイトを生成させてTSを上昇させるのに有効な元素である。Mn含有量が1.5%未満ではこうした効果が十分得られない。また、Mn含有量が1.5%未満では本発明に好ましくないフェライトや、炭化物を含まないベイナイトが生成して、TS:1180MPa以上または曲げ加工部において表面から板厚方向に50μmの位置におけるビッカース硬さHV:350以上が達成できない。一方、Mn含有量が4.0%を超えると耐衝撃性が劣化する。したがって、Mn含有量は1.5〜4.0%以下である。下限について好ましいMn含有量は2.0%以上である。上限について好ましいMn含有量は3.5%以下である。
Pは、耐衝撃性が劣化するため、その量は極力低減することが望ましい。本発明ではP含有量が0.100%まで許容できる。下限は特に規定しないが、0.001%未満では生産能率の低下を招くため、0.001%以上が好ましい。
Sは、耐衝撃性を劣化させるため、その量は極力低減することが好ましい。本発明ではS含有量が0.02%まで許容できる。下限は特に規定しないが、0.0005%未満では生産能率の低下を招くため、0.0005%以上が好ましい。
Alは、脱酸剤として作用し、脱酸工程で添加することが好ましい。脱酸剤として用いる観点からは、Al含有量は0.01%以上が好ましい。多量にAlを含有すると本発明に好ましくないフェライトや炭化物を含まないベイナイトが多量に生成して、TSが1180MPa以上または曲げ加工部において表面から板厚方向に50μmの位置におけるビッカース硬さHV:350以上と耐衝撃性を両立できない。本発明ではAl含有量が1.0%まで許容される。好ましくは0.50%以下とする。
フェライトと、炭化物を有しないベイナイトとは、鋼板の延性を高めるため、適宜含有できるがその面積率の合計が55%を超えると、所望の強度が得られなくなる。したがって、フェライトと炭化物を有しないベイナイトの面積率の合計は0〜55%、好ましくは0〜50%とする。炭化物を有しないベイナイトとは、圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、3%ナイタールで腐食し、表面から板厚方向に1/4位置をSEM(走査型電子顕微鏡)で1500倍の倍率で撮影し、得られた画像データにおいて、炭化物を確認できない場合を指す。図1に示す通り、画像データにおいて、炭化物は白色の点状あるいは線状という特徴を有する部分である。ここで、炭化物とはセメンタイトなどの鉄系の炭化物、Ti系の炭化物、Nb系の炭化物等が例示できる。なお、上記面積率は実施例に記載の方法で測定した値を採用する。
マルテンサイトと、炭化物を有するベイナイトとは、本発明のTSと耐衝撃性を得るのに必要な組織である。このような効果は、該面積率の合計を45%以上とすることで得られる。したがって、マルテンサイトと炭化物を有するベイナイトの面積率の合計は45〜100%とする。炭化物を有するベイナイトとは、圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、3%ナイタールで腐食し、表面から板厚方向に1/4位置をSEM(走査型電子顕微鏡)で1500倍の倍率で撮影し、得られた画像データにおいて、炭化物を確認できる場合を指す。なお、上記面積率は実施例に記載の方法で測定した値を採用する。
本発明において、残留オーステナイトを含むことは好ましくないが、面積率で5%まで許容される。5%を超えると耐衝撃性が劣化する。したがって、残留オーステナイトは0〜5%、好ましくは0〜3%とする。なお、上記面積率は実施例に記載の方法で測定した値を採用する。
また、本発明では、鋼板表面から板厚方向に10μmの領域において、粒径が0.5μm以上の炭化物の個数密度を105個/mm2以下とすることが好ましい。これを満たすことで耐衝撃性をさらに高めることができる。下限については、0.05×105個/mm2以上が好ましい。ここで粒径とは炭化物の面積を同面積の円に換算したときの円の相当径を意味する。また、粒径の確認方法や個数密度の測定方法は実施例に記載の通りである。
本発明の高強度部材は、上記本発明の高強度亜鉛めっき鋼板を曲げ加工してなる曲げ加工部を有する。曲げ加工とは例えば、R(曲げ半径)/t(板厚)が1〜5、曲げ角度が60〜90°、曲げる際の温度が100℃以下の条件で行う加工である。なお、Rは曲げ加工部の内側のRを意味する。
本発明の高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法は、焼鈍工程と、亜鉛めっき工程と、曲げ曲げ戻し工程と、を有する。
焼鈍温度が750℃未満ではオーステナイトの生成が不十分となる。焼鈍により生成したオーステナイトはベイナイト変態やマルテンサイト変態により最終組織におけるマルテンサイトあるいはベイナイト(炭化物を有するもの有さないものの両方を含む)となるため、オーステナイトの生成が不十分になると、上記鋼板において所望の鋼組織が得られなくなる。したがって、焼鈍温度は750℃以上とする。上限は特に規定しないが操業性等の観点からは950℃以下が好ましい。
また、上記焼鈍において750〜900℃の温度域における炉内雰囲気のH2O濃度を500〜5000ppmとすることが好ましい。これにより、表面近傍の炭素量が低減し、鋼板表面から板厚方向に10μm以内の領域における粒径0.5μm以上の炭化物個数密度を105個/mm2以下とすることが可能となり、耐衝撃性をさらに向上させることができる。
550〜700℃の領域の平均冷却速度が3℃/s未満ではフェライトや炭化物を含まないベイナイトが面積率で55%を超えて多量に生成して、所望の鋼組織が得られない。したがって、550〜700℃の領域の平均冷却速度は3℃/s以上とする。上限は特に規定しないが、操業性等の観点からは500℃/s以下が好ましい。
上記加熱および冷却において750℃以上の温度域の滞留時間(焼鈍保持時間)が30秒未満では、オーステナイトの生成が不十分となって、上記鋼板において所望の鋼組織が得られなくなる。したがって、焼鈍保持時間は30秒以上とする。上限は特に規定しないが、操業性等の観点からは1000秒以下が好ましい。
フェライト、マルテンサイト、ベイナイトの面積率とは、観察面積に占める各組織の面積の割合のことであり、これらの面積率は、焼鈍後の鋼板よりサンプルを切り出し、圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、3%ナイタールで腐食し、表面から板厚方向に1/4位置をSEM(走査型電子顕微鏡)で1500倍の倍率でそれぞれ3視野撮影し、得られた画像データからMedia Cybernetics社製のImage−Proを用いて各組織の面積率を求め、視野の平均面積率を各組織の面積率とする。画像データにおいて、フェライトは黒、マルテンサイトおよび残留オーステナイトは白または明灰色、ベイナイトは方位の揃った炭化物または島状マルテンサイトあるいはその両方を含む黒または暗灰色(ベイナイト間の粒界を確認できるため炭化物を含まないベイナイトと炭化物を含むベイナイトとを区別できる。なお、島状マルテンサイトとは図1に示す通り、画像データにおいて白色または明灰色の部分である。)として区別される。なお、本発明においてベイナイトの面積率は上記ベイナイト中の白または明灰色の部分を除いた黒または暗灰色の部分の面積率である。マルテンサイトの面積率は該白または明灰色組織の面積率から後述する残留オーステナイトの面積率(体積率を面積率とみなす)を差し引くことで求めた。なお、本発明において、マルテンサイトは炭化物を含むオートテンパードマルテンサイトや焼戻しマルテンサイトであっても構わない。なお炭化物を含むマルテンサイトは、炭化物方位は揃っておらずベイナイトとは異なる。島状マルテンサイトも上記のいずれかの特徴を持つマルテンサイトである。また、本発明において点状または線状でない白色部は上記マルテンサイトあるいは残留オーステナイトとして区別した。また、本発明では含有しない場合もあるが、パーライトは黒色と白色の層状組織として区別できる。
亜鉛めっき層の圧延方向と垂直な方向の板厚断面について、SEMにより表層付近を3000倍で30視野像撮影し、視野に存在するめっき全厚を分断する間隙数を視野全体の鋼板表面線長で除すことで間隙密度を求め、10個/mm以上を合格とした。なお、撮影された画像の一例を図2に示した。
表層炭化物密度(亜鉛めっき層の圧延方向と垂直な方向の板厚断面における鋼板表面(鋼板とめっき層との界面)から板厚方向に板厚中央側10μm以内の領域において、粒径が0.5μm以上の炭化物個数密度)は、先ず、SEMで1500倍で5視野の炭化物観察を行い、該視野において粒径が0.5μm以上の粒子数を確認し、その数を観察視野の鋼板表面から板厚方向に10μm以内の領域の総面積で除することで求めた。
焼鈍板より圧延方向に対して直角方向にJIS5号引張試験片(JIS Z 2201)を採取し、歪速度が10−3/sとするJIS Z 2241の規定に準拠した引張試験を行い、TSを求めた。なお、本発明では1180MPa以上を合格とした。
上記と同様の引張試験において、1%のひずみ量まで引張加工を施した後、該試験片の中央部より平行部の幅5mm、長さ7mmの試験片を用い、歪速度2000/sで引張試験を行ったときの歪量5%までの吸収エネルギーAE1で評価した(鉄と鋼、83(1997)、P.748)。吸収エネルギーは応力−真歪曲線を歪量0〜5%の範囲で積分することにより求めた。該吸収エネルギーAE1と上記引張試験でのTSとの比(AE1/TS)が0.050以上を合格とした。なお、この評価で加工後の耐衝撃性に優れると評価できる。
焼鈍板より圧延方向に対して平行方向を曲げ試験軸方向とする、幅が30mm、長さが100mmの短冊形の試験片を採取し、曲げ試験を行った。ストローク速度が10mm/s、押込み荷重が10ton、押付け保持時間5秒、90°V曲げ試験を行い、曲げ頂点の稜線部を10倍の拡大鏡で観察し、0.5mm以上の亀裂が認められなくなる最小曲げ半径を求め、この最小曲げ半径を板厚で除したR/tが2.5以下を合格とした。
曲げ性評価と同様の方法で、曲げ角度90°、温度45℃、曲げ半径が5mmの条件で曲げ加工を行い、曲げ稜線部の幅中央部よりサンプルを切り出し、曲げ稜線と直角な板厚断面について、SEMにより曲げ頂点付近を3000倍で30視野像撮影し、視野に存在するめっき全厚を分断する間隙数を視野全体の鋼板表面線長で除すことで間隙密度を求め、50個/mm以上を合格とした。また、該板厚断面について、鋼板表面から板厚方向に50μmの位置で、荷重50gf、点数5点の条件でビッカース硬さ試験を行い、最大値と最小値を除いた3点の平均を求め、これを曲げ加工部における表面から板厚方向に50μmの位置におけるビッカース硬さHV(曲げ部 HV)とし、350以上を合格とした。
Claims (8)
- 質量%で、
C:0.05〜0.30%、
Si:3.0%以下、
Mn:1.5〜4.0%、
P:0.100%以下、
S:0.02%以下、
Al:1.0%以下を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる成分組成と、
フェライトと炭化物を有さないベイナイトを面積率の合計で0〜55%、マルテンサイトと炭化物を有するベイナイトを面積率の合計で45〜100%、残留オーステナイトを面積率で0〜5%からなる鋼組織と、を有する鋼板と、
該鋼板上に形成された亜鉛めっき層と、を備え、
前記亜鉛めっき層の圧延方向と垂直な板厚断面における亜鉛めっき層全厚を分断する間隙の密度が10個/mm以上であることを特徴とする高強度亜鉛めっき鋼板。 - 前記成分組成は、さらに、質量%で、
Cr:0.005〜2.0%、
Mo:0.005〜2.0%、
V:0.005〜2.0%、
Ni:0.005〜2.0%、
Cu:0.005〜2.0%、
Nb:0.005〜0.20%、
Ti:0.005〜0.20%、
B:0.0001〜0.0050%、
Ca:0.0001〜0.0050%、
REM:0.0001〜0.0050%、
Sb:0.0010〜0.10%、
Sn:0.0010〜0.50%から選ばれる1種以上を含むことを特徴とする請求項1に記載の高強度亜鉛めっき鋼板。 - 鋼板表面から板厚方向に10μm以内の領域において、円相当径が0.5μm以上の炭化物個数密度が105個/mm2以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の高強度亜鉛めっき鋼板。
- 前記亜鉛めっき層は、合金化亜鉛めっき層であることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の高強度亜鉛めっき鋼板。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の高強度亜鉛めっき鋼板を曲げ加工してなる曲げ加工部を有し、
前記曲げ加工部において表面から板厚方向に50μmの位置における、下記測定方法で測定したビッカース硬さHVが350以上であり、
前記曲げ加工部において、圧延方向と垂直な板厚断面における亜鉛めっき層全厚を分断する間隙の密度が50個/mm以上であることを特徴とする高強度部材。
(測定方法)
曲げ加工部の稜線の幅中央部よりサンプルを切り出し、稜線と直角な板厚断面について、鋼板表面から板厚方向に50μmの位置で、荷重50gf、点数5点の条件でビッカース硬さ試験を行い、最大値と最小値を除いた3点の平均を求める。 - 請求項1または2に記載の成分組成を有する熱延板又は冷延板を、加熱温後が750℃以上の条件で加熱し、550〜700℃の領域を3℃/s以上の平均冷却速度で冷却し、前記加熱および冷却において750℃以上の温度域の滞留時間が30秒以上である焼鈍工程と、
前記焼鈍工程後の焼鈍板に亜鉛めっきを施し、必要に応じてさらに合金化処理を施す亜鉛めっき工程と、
前記亜鉛めっき工程後の冷却中のMs〜Ms−200℃の温度域において、圧延方向に対して垂直方向に、曲げ半径500〜1000mmで曲げおよび曲げ戻し加工をそれぞれ1回以上行い、50℃以下まで冷却する曲げ曲げ戻し工程と、を有することを特徴とする高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - さらに、前記曲げ曲げ戻し工程後に、調質圧延を施す調質圧延工程と、
前記調質圧延後に、圧延方向に対して直角方向に、曲げ半径500mm以下で曲げおよび曲げ戻し加工をそれぞれ3回以上行う第二曲げ曲げ戻し工程とを有することを特徴とする請求項6に記載の高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 前記焼鈍工程において、750〜900℃の温度域における炉内雰囲気のH2O濃度が500〜5000ppmであることを特徴とする請求項6または7に記載の高強度亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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