TW201413052A - 抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供：為滿足材質必要特性而將對鋼板強度提升屬有用的Si、P等鋼中元素含有量規範為低濃度，不致因步驟繁雜化等而造成成本提升，且壓機加工時的抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板。本發明的抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板，係原料生鐵的結晶粒依截面面積率計2.0~15.0%的比例導入於鍍覆層中。

Description

抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板
本發明係關於合金化熔融鍍鋅鋼板，特別係關於抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板。
近年在汽車、家電、建材等領域，有使用經對素材鋼板賦予防鏽性的表面處理鋼板，尤其是防鏽性優異的合金化熔融鍍鋅鋼板。
一般的合金化熔融鍍鋅鋼板係將由鋼胚經熱軋或冷軋過的鋼板，利用CGL(連續熔融鍍鋅生產線)退火爐施行再結晶退火，而施行熔融鍍鋅後，施行加熱處理，藉由產生鋼板中的Fe與鍍覆層中的Zn進行擴散的合金化反應，而形成Fe-Zn合金相。該Fe-Zn合金相通常係由Γ相、δ1相、ζ相形成的皮膜。隨Fe濃度變低，即依照Γ相→δ1相→ζ相的順序，會有硬度及熔點降低的傾向。所以，就從滑動性的觀點，高硬度、熔點高、且不易引發凝聚的高Fe濃度皮膜係屬有效，重視壓機成形性的合金化熔融鍍鋅鋼板，將提高設計皮膜中的Fe濃度。
然而，Fe濃度較高的皮膜，在鍍覆鋼板界面(鍍覆層與鋼板的界面)容易形成較硬且脆的Γ相，於加工時容易發生從界面剝離的現象(所謂「粉化」)的問題。所以，如專利文獻1，為兼顧滑動性與 抗粉化性，便採取在上層利用電鍍手法賦予當作第二層用的硬質Fe系合金之方法等。然而，為使用專利文獻1的技術，便必需電鍍等處理設備，不僅就設備上與經濟上的觀點均非屬較佳，且無法期待針對抗粉化性的根本改善效果。
另一方面，就改善抗粉化性的技術，專利文獻2有規範合金化時之升溫速度、冷卻速度的方法。然而，在規範升溫及冷卻速度時，必需增強設備等，導致成本提升。又，專利文獻3有規範鋼中之Si、P含有量的方法，若規範Si、P的含有量，便較難滿足鋼板高強度化、確保延展性等材質的必要特性。
[先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本專利特開平1-319661號公報
專利文獻2：日本專利特開平2-170959號公報
專利文獻3：日本專利特開平10-46305號公報
本發明係有鑑於該等實情而完成，目的在於提供：為滿足材質必要特性而將對鋼板強度提升屬有用的Si、P等鋼中元素含有量規範為低濃度，不致因步驟繁雜化等而造成成本提升，且壓機加工時的抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板。
本發明者等針對經熔融鍍鋅後再經施行加熱合金化的合金化熔融鍍鋅鋼板之鍍覆層狀態與抗粉化性進行深入鑽研，結果發 現若在鍍覆層中導入原料生鐵的結晶粒時會提升抗粉化性。本發明便根據此種發現而完成，主旨如下。
[1]一種抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板，其特徵為，其原料生鐵的結晶粒依截面面積率計以2.0~15.0%的比例導入於鍍覆層中。
[2]如[1]所記載的抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板，其中，上述鍍覆層中的Fe含有量係10~20質量%。
[3]如[1]或[2]所記載的抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板，其中，上述鍍覆層每單面的鍍覆附著量係20~120g/m2。
[4]如[1]~[3]項中任一項所記載的抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板，其中，上述合金化熔融鍍鋅鋼板的化學成分係含有：C：0.030~0.200質量%、Si：0.5~2.0質量%、Mn：1.0~3.0質量%、P：0.025質量%以下、S：0.010質量%以下，其餘則由Fe及不可避免的雜質組成。
根據本發明可獲得抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板。
圖1係鍍覆層之截面照片。
圖2係為求取鍍覆層截面面積，而將圖1的照片施行二值化處理的圖。
圖3係謂求取鍍覆層中的原料生鐵之結晶粒截面面積，而將圖1的照片施行二值化處理的圖。
以下，針對本發明進行具體說明。
本發明者等針對各種合金化熔融鍍鋅鋼板的抗粉化性進行調查。結果，鍍覆層中的Fe含有率較少之鋼板，因為在鍍覆鋼板界面較少形成較硬且脆的Γ相，因而抗粉化性良好。又，得知不僅此種鍍覆層中的Fe含有率較少之鋼板，就連鍍覆層中的Fe含有率較高之合金化熔融鍍鋅鋼板，仍呈良好抗粉化性的鋼板。此處，針對即便Fe含有率較高仍呈良好抗粉化性的鋼板之鍍覆層，使用SEM(掃描式電子顯微鏡)、EDS(能量分散式X射線分光分析)施行截面觀察及元素分析，結果如圖1所示，得知在鍍覆層中被導入原料生鐵的結晶粒。
若對合金化熔融鍍鋅鋼板施加彎曲變形，隨彎曲內側的壓縮變形，會從鍍覆層的表層朝鍍覆層中出現龜裂。此時，若在鍍覆層與原料生鐵的界面多處形成較硬且脆的Γ相，龜裂便會到達Γ相，並以此為起點出現鍍覆層呈粉狀剝離。將其稱「粉化現象」。此時，若鍍覆層中導入原料生鐵的結晶粒，便會因原料生鐵的結晶粒抑制鍍覆層中的龜裂進展，即便在鍍覆層與原料生鐵的界面處多處形成Γ相，判斷龜裂仍不易到達Γ相。依上述，可認為若鍍覆層中導入原料生鐵的結晶粒，因壓縮變形所衍生的鍍覆剝離量受抑制，可呈現良好抗粉化性。
再者，針對鍍覆層中的原料生鐵結晶粒導入量與抗粉化性提升效果進行詳細調查。原料生鐵的結晶粒導入量係可利用鍍覆層的截面觀察實施。圖1所示係鍍覆層中經導入原料生鐵結晶粒的鍍覆層截面SEM像一例。經截面研磨後利用常法施行蝕刻，便如圖1所示可明確觀察到鍍覆層中的原料生鐵結晶粒。為從該照片中區分出鍍覆層區域，便如圖2所示，藉由施行二值化處理(將各像素的亮度利用既 定閾值轉換為黑色與白色之2個值的處理)，而求取鍍覆層的截面面積。又，為區分鍍覆層中的原料生鐵結晶粒，便如圖3所示，藉由施行二值化處理而求取鍍覆層中的原料生鐵結晶粒截面面積。依此藉由求取各個面積，便可求得鍍覆層中所佔的原料生鐵結晶粒之截面面積率。另外，當利用SEM觀察鍍覆層時，若利用反射電子影像進行觀察，即便未施行蝕刻處理，仍可鮮明地區分出鍍覆層與原料生鐵結晶粒。即，反射電子影像係依照原子序而改變對比，因而鍍覆層部分與原料生鐵部分可利用對比差異而明確的區分。
調查結果，本發明的特徵在於：原料生鐵結晶粒依截面面積率計2.0~15.0%比例導入於鍍覆層中。若未滿2.0%，則因為抑制鍍覆層中之龜裂進展的效果較小，因而抗粉化性提升效果較小。又，若超過15.0%時，除此項效果已達飽和外，當使用於汽車車體時，會有因導入於鍍覆層中的原料生鐵結晶粒腐蝕而衍生紅鏽情形變多的顧慮。
若在鍍覆層中導入原料生鐵的結晶粒，鍍覆層中的Fe含有量亦必然會變多。通常，鍍覆層中的Fe含有量測定係採取利用含有抑制劑的鹽酸溶解鍍覆層，再利用ICP(感應耦合電漿)分析等方法求取Fe量的方法。本發明中，就從抗粉化性提升的觀點，Fe含有量較佳係10~20質量%。若Fe含有量未滿10質量%，原料生鐵結晶粒對鍍覆層中的導入量變少，鍍覆層中的龜裂進展抑制效果較小，因而抗粉化性提升效果較小。又，若Fe含有量超過20質量%，則除因原料生鐵結晶粒導入而造成的抗粉化性提升效果已達飽和，且會因原料生鐵結晶粒的腐蝕而衍生紅鏽之外，尚在鍍覆層與原料生鐵的界面處所形成較硬且脆的Γ相形成亦會增加，因而抗粉化性提升效果較小。
為在鍍覆層中導入原料生鐵的結晶粒，較佳係例如在鋼板表層的晶界處使Si、Mn等形成內部氧化物。若在鋼板表層的晶界處有形成內部氧化物，在爾後的合金化處理步驟中，會從該晶界開始優先產生Fe-Zn的合金化反應，故結果成為原料生鐵的結晶粒被導入於鍍覆層中的形態。
再者，鍍覆附著量較佳係每單面為20~120g/m2。若未滿20g/m2，便較難確保良好的耐蝕性。若超過120g/m2，在壓縮變形時呈粉狀剝離的鍍覆自體量會變多，所以抗粉化性提升效果較小。
其次，針對本發明的鋼成分組成進行說明。另外，以下說明中，鋼成分組成的各元素含有量、鍍覆層成分組成的各元素含有量之單位均係「質量%」，在無特別聲明之前提下，僅依「%」表示。
Si：0.5~2.0%
Si係強化鋼而獲得良好材質的有效元素。若未滿0.5%，則較難利用內部氧化物的形成實現如本發明的鍍覆層狀態。又，若超過2.0%，在熔融鍍鋅處理時容易發生未鍍覆、合金化不均等外觀不良。所以，Si量較佳係0.5~2.0%。
Mn：1.0~3.0%
Mn亦是鋼高強度化的有效元素。但是，若未滿1.0%，則較難利用內部氧化物的形成將原料生鐵結晶粒導入於鍍覆層中。又，若超過3.0%，在熔融鍍鋅處理時容易發生未鍍覆、合金化不均等外觀不良。所以，Mn量較佳係1.0~3.0%。
再者，為確保鋼的強度與加工性，視需要尚可含有以下 的元素。
C：0.030~0.200%
C係為控制鋼組織的必要元素。若在0.030%以下便較難確保所需強度。又，若超過0.200%便會有熔接性劣化的情況。所以，C量較佳係0.030~0.200%。
P：0.025%以下
P係不可避免均會含有的元素。若超過0.025%便會有熔接性劣化的情況。所以，P量較佳係0.025%以下。
S：0.010%以下
S係不可避免均會含有的元素。下限並無規定。但，若大量含有便會有熔接性劣化的情況，故較佳係0.010%以下。
另外，為控制強度與延展性的均衡，視需要尚可含有從Al：0.01~0.10%、B：0.001~0.005%、Nb：0.005~0.050%、Ti：0.005~0.050%、Cr：0.05~1.00%、Mo：0.05~1.00%、Cu：0.05~1.00%、Ni：0.05~1.00%之中選擇元素1種以上。限定理由係如下述。
Al係若未滿0.01%便不易獲得製鋼步驟中的脫氧效果，若超過0.10%便會導致鋼胚品質劣化。
B係若未滿0.001%便不易獲得淬火促進效果，若超過0.005%便會導致成本提升。
Nb係若未滿0.005%便不易獲得強度調整效果，若超過0.050%便會導致成本提升。
Ti係若未滿0.005%便不易獲得強度調整效果，若超過0.050%便會有導致鍍覆密接性劣化的情況。
Cr係若未滿0.05%便不易獲得淬火促進效果，若超過1.00%便會有發生加工性劣化的情況。
Mo若未滿0.05%便不易獲得強度調整效果，若超過1.00%便會導致成本提升。
Cu係若未滿0.05%便不易獲得殘留γ相形成促進效果，若超過1.00%便會導致成本提升。
Ni係若未滿0.05%便不易獲得殘留γ相形成促進效果，若超過1.00%便會導致成本提升。
另外，當然判斷為在機械性特性改善上並不必要含有時，便不需要含有。
除上述以外，其餘係Fe及不可避免的雜質。
為實現本發明鍍覆層的製造方法，係在熔融鍍鋅處理前，便於鋼板表層的晶界使Si、Mn等形成內部氧化物，更利用鹽酸等酸性溶液侵蝕晶界的方法。若在鋼板表層的晶界有形成內部氧化物，因為在爾後的合金化處理步驟中，會從該晶界處優先引發Fe-Zn的合金化反應，結果便形成原料生鐵的結晶粒被導入鍍覆層中的形態。為在鋼板表層的晶界處使Si、Mn等形成內部氧化物，可採取例如：在將鋼施行熱軋後，依高溫施行捲取的方法；或於熔融鍍鋅處理前便預先使鋼板氧化，而在表層上形成氧化鐵層之後，再施行還原退火的方法；或於熔融鍍鋅處理前的退火步驟中，控制環境中的露點之方法等。
在將鋼施行熱軋後依高溫進行捲取時，於熱軋步驟中在鋼板表面上形成的氧化鐵垢便成為氧的供應源，在捲取後的冷卻步驟 中，Si及Mn便可在鋼板的表層上形成內部氧化物。因為高溫較會促進氧化反應，因而最好依600℃以上施行捲取。
當在熔融鍍鋅處理便前預先使鋼板氧化，而依表層上有形成氧化鐵層的狀態施行還原退火時，表層上所形成的氧化鐵層便成為氧的供應源，於還原退火步驟中，可使Si及Mn在鋼板的表層上形成內部氧化物。為增加成為該供應源的氧量，便必需預先形成足夠的氧化鐵，因而最好在氧化環境中，預先依700℃以上的溫度使鋼板氧化。
當在熔融鍍鋅處理前的退火步驟中，控制環境中的露點時，藉由將環境中的氧勢控制為較高，便可在退火步驟中，使Si、Mn在鋼板的表層上形成內部氧化物。藉由提高設定露點，便可將環境中的氧勢控制為較高，所以最好控制為-20℃以上的露點。
經依上述方法使Si及Mn在鋼板表層上形成內部氧化物後，再於熔融鍍鋅處理前更利用鹽酸等酸性溶液侵蝕晶界，促進從晶界開始的優先Fe-Zn合金化反應。結果，便可成為原料生鐵的結晶粒被導入鍍覆層中的形態。
(實施例1)
以下，針對本發明根據實施例進行具體說明。將表1所示成分組成的冷軋鋼板當作試體材料，預先在氧化性環境中施行鋼板加熱而使表面形成氧化鐵的氧化處理後，再施行還原退火、酸洗處理，更施行熔融鍍鋅處理、合金化處理。
氧化處理係使用下燃燒器(under burner)，氧化條件係將空燃比設為1以上的條件，藉由控制直接火焰燃燒器的輸出而使最高到達溫度(氧化溫度)變化，在到達最高到達溫度後係不保持而施行氮氣冷卻。然後，還原退火係使用紅外加熱爐，在10vol%氫+氮環境中(露點：-35℃)，依板溫：820℃、保持時間：30秒的條件實施。鍍覆條件係使用含Al為0.14質量%(Fe飽和)的460℃鍍鋅浴，並設定為浸入板溫：460℃及浸漬時間：1秒。經熔融鍍鋅後，利用氮氣刷調整附著量。針對其中一部分，於還原退火後利用氮氣施行冷卻後，於含抑制劑的鹽酸中浸漬20秒鐘而施行酸洗處理後，再實施熔融鍍鋅處理。所獲得熔融鍍鋅鋼板利用感應加熱爐，依500~600℃實施15秒鐘的合金化處理。鍍覆附著量係從鍍覆層在利用含抑制劑的鹽酸進行溶解前後之重量差求得。更，已溶解鍍覆層的鹽酸中的Fe量係使用ICP分析測定鍍覆層中的Fe含有量。被導入鍍覆層中的原料生鐵結晶粒之截面面積率測定方法、及抗粉化性評價方法係如下述。
<被導入鍍覆層中的原料生鐵結晶粒之截面面積率測定方法>
將依上述方法所製造的合金化熔融鍍鋅鋼板埋藏於環氧系樹脂 中，經研磨後，針對鍍覆層的截面使用SEM實施反射電子影像觀察。反射電子影像係如上述會依照原子序而改變對比，因而可明確地區分出鍍覆層與原料生鐵結晶粒。進一步施行影像處理，藉由分別求取鍍覆層全體面積及鍍覆層中所導入原料生鐵結晶粒的面積，而求得鍍覆層中所佔原料生鐵結晶粒的截面面積率。
<抗粉化性之評價方法>
將依上述方法所製造合金化熔融鍍鋅鋼板進行60°角度彎曲時，在彎曲加工部的內側(壓縮加工側)朝與彎曲加工部平行地壓抵著寬24mm賽珞玢帶再拉離開，在賽珞玢帶長度40mm部分上所附著的鋅量係利用螢光X射線施行的Zn計數值進行測定。參照下述基準進行評價。評分達3以上便評為合格。
製造條件及所獲得結果係如表2所示。
由表2中得知，本發明具有鍍覆層的合金化熔融鍍鋅鋼板係抗粉化性良好。另一方面，本發明範圍外的合金化熔融鍍鋅鋼板係抗粉化性差。
(產業上之可利用性)
本發明的合金化熔融鍍鋅鋼板係可利用為抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板。

Claims (4)

  1. 一種抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板，其特徵為，其原料生鐵的結晶粒依截面面積率計以2.0~15.0%的比例導入於鍍覆層中。
  2. 如申請專利範圍第1項之抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板，其中，上述鍍覆層中的Fe含有量係10~20質量%。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板，其中，上述鍍覆層每單面的鍍覆附著量係20~120g/m2。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之抗粉化性優異之合金化熔融鍍鋅鋼板，其中，上述合金化熔融鍍鋅鋼板的化學成分係含有：C：0.030~0.200質量%、Si：0.5~2.0質量%、Mn：1.0~3.0質量%、P：0.025質量%以下、S：0.010質量%以下，其餘則由Fe及不可避免的雜質組成。
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