TWI470093B - 熱浸鍍鋅鋼板及其製造方法 - Google Patents

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Description

熱浸鍍鋅鋼板及其製造方法
本發明是有關於適合於汽車零件等用途的拉伸強度為440MPa以上的加工性優異的高強度熱浸鍍鋅鋼板及其製造方法。
近年來，就保護地球環境的觀點而言，一直在進行嘗試降低CO2等排氣。在汽車產業中藉由使車身輕量化來提高燃料效率(mileage)，而實現降低排氣量的對策。
車身輕量化的方法之一可列舉：藉由使汽車中所使用的鋼板高強度化，而使板厚薄壁化的方法。另外，底板周圍所使用的鋼板同時要求高強度化的薄壁化以及防銹性，而研究高強度熱浸鍍鋅鋼板的應用。隨著鋼板的高強度化，延展性會降低，因此需要兼具高強度與延展性的鋼板。另外，底板周圍的零件大多成形加工為複雜的形狀，而同時需要延展性與延伸凸緣性。
對於此種要求，例如專利文獻1中，低降伏比且強度與延展性的平衡及延伸凸緣性優異的高強度熱浸鍍鋅鋼板的製造方法揭示有以下方法：在連續熱浸鍍鋅線上，均熱加熱後的急冷帶中以特定的速度冷卻，並在特定的溫度區保持，藉此使變靭鐵產生相變，在熱浸鍍鋅、合金化處理後進行急冷，而使麻田散鐵產生相變，從而使鋼板組織形成鐵氧體+變靭鐵+麻田散鐵3相複合組織。
專利文獻2中，加工性優異的高強度鋼板的製造方法 揭示有以下方法：退火均熱後，規定自650℃至進入熱浸鋅浴為止或450℃為止的平均冷卻速度，在進行熱浸鍍鋅前或進行熱浸鍍鋅後，在300℃~450℃之間的溫度區保持特定時間，藉此使鋼板組織中生成殘留沃斯田鐵，而製造強度與延展性的平衡優異的高強度鋼板。
而且，作為利用藉由拉伸強度為440MPa~1500MPa級且先端60°的圓錐打孔機將該孔擴大直至孔周圍產生破裂的擴孔試驗進行評價的彎曲加工性(λ值(λ：擴孔率))優異的高強度熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，專利文獻3中揭示有以下的方法：將成分組成調整為適當的範圍，在鍍鋅步驟後設置再加熱步驟，接著在再結晶退火步驟後且在再加熱步驟前，以特定的冷卻速度進行冷卻，藉此將鋼板組織回火而形成麻田散鐵。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本專利特公平5-43779號公報
[專利文獻2]日本專利特開平4-26744號公報
[專利文獻3]日本專利特開平6-108152號公報
如前所述，隨著鋼板的高強度化而延展性降低，因此必需兼具高強度與延展性的鋼板。另外，底板周圍的零件大多成形加工為複雜的形狀，而同時需要延展性與延伸凸緣性。汽車用高強度鋼板的強度水準，以拉伸強度計為590MPa級以上的開發正在進行，可用作底板周圍的結構用鋼板的鋼板的強度水準可為440MPa級(440MPa~490MPa 水準)，在具有該強度水準的同時，為了加工成底板周圍的構件所要求的形狀，而需要延展性及延伸凸緣性優異的鋼板。
但是，專利文獻1中雖然揭示，藉由使鋼板組織形成為鐵氧體+變靭鐵+麻田散鐵3相複合組織，而為低降伏比且強度與延展性的平衡及延伸凸緣性優異的高強度熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，但由於在鋼板組織中導入了麻田散鐵，因此強度水準超過490MPa級，並且對於440MPa級的強度與延展性的平衡及延伸凸緣性未作任何考慮。
另外，專利文獻2中雖然揭示，使鋼板組織中生成殘留沃斯田鐵，而製造強度與延展性的平衡優異的高強度鋼板的方法，但由於是有效利用殘留沃斯田鐵的相變誘導塑性TRIP(Transformation Induced Plasticity)鋼，因此雖然延展性優異，但存在延伸凸緣性差的問題。
而且，專利文獻3中雖然揭示，藉由將鋼板組織回火而形成麻田散鐵，從而兼具擴孔特性與高強度的方法，但拉伸強度為600MPa以上，並且對於440MPa級的擴孔特性並未作任何考慮。
本發明是鑒於上述情況而完成，目的是提供具有拉伸強度為440MPa級(440MPa~490MPa水準)的高強度，加工性特別是延展性及延伸凸緣性優異的熱浸鍍鋅鋼板及其製造方法。
本發明者等人根據鋼板組成及金屬組織的觀點進行努 力研究。其結果發現，極為重要的是將成分組成調整為適當的範圍，並適當地控制金屬組織。並且發現，藉由形成具有面積率為50%以上且平均粒徑為15μm以下的鐵氧體相、面積率為10%~30%且平均粒徑為10μm以下的波來鐵相、以及面積率為3%~10%且平均粒徑為5μm以下的變靭鐵相，上述鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率為10%以下的金屬組織，拉伸強度為440MPa以上，且可兼具加工性(延展性及延伸凸緣性)。
另外，用以獲得高延展性的金屬組織，較佳為鐵氧體相與麻田散鐵相的2相複合組織。但該2相複合組織由於鐵氧體相與麻田散鐵相的硬度差較大而無法獲得較高的延伸凸緣性(擴孔性)。
相對於此，本發明者等人藉由以上述方式規定鋼板組成及金屬組織，而在具有鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相的複合組織中，拉伸強度為440MPa以上，且可兼具延展性與延伸凸緣性。即，藉由規定作為金屬組織的鐵氧體相的面積率、平均粒徑，而確保強度、延展性，藉由適當控制作為第2相的變靭鐵相的面積率而確保強度，另外，為了緩和鐵氧體相與變靭鐵相的硬度差並確保所期望的強度，而導入波來鐵相，從而形成鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相的複合組織。接著，藉由適當控制波來鐵相及變靭鐵相的平均粒徑、波來鐵相的面積率、鐵氧體相的粒內的雪明碳鐵相的面積率，而可確保較高的延伸凸緣性，並獲得較高的延展性。
本發明是基於上述發現而完成，其特徵如以下所述。
(1)一種熱浸鍍鋅鋼板，其是鋼板的成分組成以質量%計包含：C：0.100%~0.200%、Si：0.50%以下、Mn：0.60%以下、P：0.100%以下、S：0.0100%以下、Al：0.010%~0.100%、N：0.0100%以下；其餘部分包含Fe及不可避免的雜質；鋼板的組織具有：面積率為50%~87%且平均粒徑為15μm以下的鐵氧體相、面積率為10%~30%且平均粒徑為10μm以下的波來鐵相、面積率為3%~10%且平均粒徑為5μm以下的變靭鐵相，上述鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率為10%以下。
(2)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述鋼板的成分組成以質量%計進一步包含選自由：Cr：0.05%~0.80%、V：0.005%~0.100%、 Mo：0.005%~0.500%、Cu：0.01%~0.10%、Ni：0.01%~0.10%、B：0.0003%~0.2000%所組成群中的至少1種元素。
(3)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述鋼板的成分組成以質量%計進一步包含選自由：Ca：0.001%~0.005%、稀土金屬(REM)：0.001%~0.005%所組成群中的至少1種元素。
(4)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述鋼板的成分組成以質量%計進一步包含：選自由Cr：0.05%~0.80%、V：0.005%~0.100%、Mo：0.005%~0.500%、Cu：0.01%~0.10%、Ni：0.01%~0.10%、B：0.0003%~0.2000%所組成群中的至少1種元素，以及選自由Ca：0.001%~0.005%、REM：0.001%~0.005%所組成群中的至少1種元素。
(5)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述熱浸鍍鋅鋼板為合金化熱浸鍍鋅鋼板。
(6)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述熱浸鍍鋅鋼板具有鍍鋅層，該鍍鋅層為合金化熱浸鍍鋅層。
(7)如(6)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述合金化熱浸鍍鋅層具有7%~15%的Fe含量。
(8)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述熱浸鍍鋅鋼板是拉伸強度為440MPa以上的熱浸鍍鋅鋼板。
(9)如(8)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述拉伸強度為440MPa~490MPa。
(10)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述熱浸鍍鋅鋼板具有37%以上的伸長率。
(11)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述熱浸鍍鋅鋼板具有70%以上的延伸凸緣性。
(12)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述Si含量為0.01%~0.50%。
(13)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述Mn含量為0.10%~0.60%。
(14)如(1)所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述P含量為0.003%~0.100%。
(15)一種熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，其包括：準備鋼素材，該鋼素材的成分組成以質量%計包含：C：0.100%~0.200%、Si：0.50%以下、Mn：0.60%以下、P：0.100%以下、S：0.0100%以下、Al：0.010%~0.100%、 N：0.0100%以下，其餘部分包含Fe及不可避免的雜質；將該鋼素材加熱；在鐵氧體變態溫度(Ar3點)以上的精軋結束溫度下熱軋；在600℃以下的溫度下捲取熱延板；將該熱延板酸洗；以10℃/s以上的平均加熱速度加熱至650℃以上的溫度區；在(沃斯田鐵變態溫度(Ac3)+5)℃以上的溫度下保持10秒以上；以10℃/s~200℃/s的平均冷卻速度冷卻至100℃~300℃的溫度區；在上述100℃~300℃的溫度區保持30秒~300秒；進行熱浸鍍鋅。
(16)如(15)所述之熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，其中對經酸洗的熱延板進一步進行冷軋。
(17)如(16)所述之熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，其中上述冷軋的壓下率為40%~85%。
(18)如(15)所述之熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，其中進行上述熱浸鍍鋅後，進一步進行合金化處理。
(19)如(18)所述之熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，其中上述合金化處理是將鋼板加熱至450℃~600℃的合金化處理。
另外，本發明中，所謂高強度，是拉伸強度TS為440MPa以上。本發明中特別是可提供拉伸強度為440MPa~490MPa且加工性優異的熱浸鍍鋅鋼板。另外，本發明的高強度熱浸鍍鋅鋼板包括作為鍍鋅的基底鋼板的冷延鋼板、熱延鋼板的任一種，可包括：熱浸鍍鋅處理後未實施合金化處理的鍍敷鋼板(以下亦稱為GI)、實施合金化處理的鍍敷鋼板(以下亦稱為GA)的任一種。
根據本發明，可獲得拉伸強度為440MPa以上的加工性優異的高強度熱浸鍍鋅鋼板。並且，本發明中，可獲得削減Mn等合金成分，降低了合金成本的廉價，且改善了延展性、延伸凸緣性的高強度熱浸鍍鋅鋼板。
本發明的高強度熱浸鍍鋅鋼板由於延展性及延伸凸緣性優異，因此例如藉由用於汽車結構構件而可實現因車身輕量化所帶來的燃料效率改善，產業上的利用價值特別大。
以下，對本發明進行具體地說明。另外，以下的說明中，鋼或鋼板的成分組成及組織是指除了熱浸鍍鋅鋼板的鍍敷層外的僅鋼或鋼板的部分的成分組成及組織。另外，以下的說明中，鋼成分組成的各元素的含量的單位為「質量%」，以下只要無特別說明，僅以「%」表示。
首先，對本發明中最重要的要件的鋼板的成分組成進行說明。
C：0.100%~0.200%
C是為了確保所期望的強度，將組織複合化來提高強度與延展性而必需的元素，因此，較理想為0.100%以上。另一方面，若添加C超過0.200%，則強度上升明顯，無法獲得所期望的加工性。因此，C較理想為0.100%~0.200%的範圍內。
Si：0.50%以下
Si是鐵氧體相生成元素，是用以將鋼強化的有效的元素。但是，若添加量超過0.50%，則強度明顯上升，而無法獲得所期望的加工性。因此，較理想為Si為0.50%以下。另外，在Si為0.01%以上時，對鋼的強化較為有效，因此Si更理想為0.01%以上。
Mn：0.60%以下
Mn與C同樣是為確保所期望的強度而必需的元素，會使沃斯田鐵相穩定化，並促進變靭鐵相等第2相的生成。但是，若Mn過量添加超過0.60%，則第2相組織的面積率變得過大，而延展性降低，因此Mn較理想為0.60%以下。另外，在Mn為0.10%以上時，對鋼的強化較為有效，因此Mn更理想為0.10%以上。
P：0.100%以下
P是對鋼的強化較為有效的元素，若添加量超過0.100%，則因晶界偏析而引起脆化，而使耐衝擊性劣化。因此，P較理想為0.100%以下。另外，在P為0.003%以上時，對鋼的強化較為有效，因此P更理想為0.003%以上。
S：0.0100%以下
S形成MnS等非金屬夾雜物，在擴孔試驗中在衝壓孔加工時孔端面容易破裂，而擴孔性降低。較佳為S極低，S較理想為0.0100%以下。另外，就製造成本的方面而言，將S設為0.0100%以下。較佳為S更理想為0.0070%以下。
Al：0.010%~0.100%
Al為了鋼的脫酸而添加0.010%以上。另一方面，若Al超過0.100%，則鍍敷後的表面外觀明顯劣化，因此Al較理想為0.010%~0.100%的範圍內。
N：0.0100%以下
若N在通常的鋼中所含有的量為0.0100%以下，則不會損及本發明的效果。因此，N較理想為0.0100%以下。
其餘部分包含Fe及不可避免的雜質
上述成分為基本組成，但本發明中除了上述的基本組成外，還可包含選自由Cr、V、Mo、Cu、Ni、B所組成群中的至少1種元素。
包含選自由Cr：0.05%~0.80%、V：0.005%~0.100%、Mo：0.005%~0.500%、Cu：0.01%~0.10%、Ni：0.01%~0.10%、B：0.0003%~0.2000%所組成群中的至少1種元素
Cr、V可為了提高鋼的淬火性並實現高強度化而添加。Mo是對鋼的淬火性強化較為有效的元素，可為了實現高強度化而添加。Cu、Ni是有助於強度的元素，可為了鋼的強化而添加。B具有抑制自沃斯田鐵晶界生成鐵氧體的作用，因此可根據需要進行添加。各元素的下限是可獲得所期望的效果的最低限度的量，另外，上限是效果達到 飽和的量。根據以上所述，在添加時，較理想為：Cr為0.05%~0.80%、V為0.005%~0.100%、Mo為0.005%~0.500%、Cu為0.01%~0.10%、Ni為0.01%~0.10%、B為0.0003%~0.2000%。
包含選自由Ca：0.001%~0.005%、稀土金屬(REM)：0.001%~0.005%所組成群中的至少1種元素
Ca、REM可為了使硫化物形狀為球狀化，改善延伸凸緣性而添加。各元素的下限是可獲得所期望的效果的最低限度的量，另外，上限是效果達到飽和的量。根據以上所述，在添加時，較理想為：Ca為0.001%~0.005%、REM為0.001%~0.005%。
接著，對本發明的拉伸強度為440MPa以上的加工性優異的高強度熱浸鍍鋅鋼板的組織的限定理由進行說明。
鐵氧體相的面積率：50%~87%
為了確保較高的延展性，較理想為鐵氧體相的面積率為50%以上。更佳為55%以上。為了確保下述波來鐵相、變靭鐵相、雪明碳鐵相的最低限度的量，較理想為鐵氧體相的面積率為87%以下。
鐵氧體相的平均粒徑：15μm以下
為了確保拉伸強度及較高的延展性，平均粒徑較理想為15μm以下。另一方面，在平均粒徑為5μm以上時，由於亦具有確保特定的拉伸強度、且獲得較高的延展性的效果，因此平均粒徑更佳為5μm以上。
波來鐵相的面積率：10%~30%
為了確保強度及緩和鐵氧體相與變靭鐵相的硬度差而獲得較高的延伸凸緣性，波來鐵相的面積率較理想為10%以上。另一方面，為了不使強度過度上升，且獲得所期望的加工性，波來鐵相的面積率較理想為30%以下。
波來鐵相的平均粒徑：10μm以下
在平均粒徑為10μm以下時，可獲得良好的延展性，因此平均粒徑較理想為10μm以下。若平均粒徑超過10μm，則延展性降低。為了獲得更良好的延展性，平均粒徑更理想為8μm以下。另一方面，在平均粒徑為3μm以上時，會表現緩和鐵氧體相與變靭鐵相的硬度差的效果，因此平均粒徑更佳為3μm以上。
變靭鐵相的面積率：3%~10%
為了確保所期望的強度，變靭鐵相的面積率較理想為3%以上。另一方面，為了不使強度過度上升，且獲得所期望的加工性，變靭鐵相的面積率較理想為10%以下。
變靭鐵相的平均粒徑：5μm以下
為了確保延伸凸緣性，平均粒徑較理想為5μm以下。更佳為3μm以下。另一方面，在平均粒徑為1μm以上時，亦有確保特定的強度、且獲得較高的延伸凸緣性的效果，因此平均粒徑更佳為1μm以上。
鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率：10%以下
為了獲得良好的延伸凸緣性，鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率較理想為10%以下。
另外，鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相、鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相以外的組織，可包含殘留沃斯田鐵相。此時，就確保良好的延伸凸緣性的觀點而言，殘留沃斯田鐵相的面積率較理想為1%以下。
金屬組織是將與鋼板壓延方向平行的板厚剖面1/4位置研磨後，藉由3%硝酸浸蝕液進行腐蝕，藉由掃描型電子顯微鏡(scanning electron microscope，SEM)以2000倍的倍率觀察10個視野，將其圖像藉由使用例如Media Cybernetics公司製造的圖像解析軟體”Image Pro Plus ver.4.0”的圖像解析處理進行解析，而可求出各相的面積率。此時，藉由圖像解析在數位圖像上對鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相、鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相進行辨別，並進行圖像處理，而求出每個測定視野中各相的面積率。將這些值進行平均(例如10個視野)而作為各相的面積率即可。當然面積率的計算方法並不限定於該方法，亦可藉由包括以往的目視的方法。
鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相的平均粒徑例如可按以下方式求出。與上述同樣，將與鋼板壓延方向平行的板厚剖面1/4位置研磨後，藉由3%硝酸浸蝕液進行腐蝕，鐵氧體相與波來鐵相是藉由SEM以1000倍的倍率觀察10個視野，變靭鐵相是藉由SEM以5000倍的倍率觀察10個視野，將其圖像使用上述圖像解析軟體進行圖像解析處理，在各視野中，求出鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相的面積、鐵氧體粒、波來鐵粒、變靭鐵粒的個數，並計算每 1個鐵氧體粒、波來鐵粒、變靭鐵粒的面積，計算與每1個鐵氧體粒、波來鐵粒、變靭鐵粒的面積相當的近似圓的直徑，在所有10個視野中計算這些的值，將其值進行平均化，並作為鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相的平均粒徑即可。當然平均粒徑的計算方法並不限定於該方法，亦可藉由包括以往的目視的方法。
接著，對本發明的熱浸鍍鋅鋼板的製造方法進行說明。
可藉由利用轉爐等的溶製方法溶製具有上述成分組成的溶鋼，藉由連續鑄造法等鑄造方法製成鋼素材(板(slab))而使用。
接著實施熱軋，即，使用所得的鋼素材，進行加熱並壓延而製成熱延板。此時，熱軋較理想為將精軋的結束溫度設為鐵氧體變態溫度(Ar3點)以上，並在600℃以下的溫度下捲取。
精軋的結束溫度：Ar3點以上
若精軋的結束溫度小於Ar3點，則會在鋼板表層部生成鐵氧體相，因由於該加工應變所致的鐵氧體相的粗大化等，而使板厚方向的組織變得不均勻，在冷軋或連續熱浸鍍鋅處理後的組織中無法將鐵氧體相的平均粒徑控制在15μm以下。因此，較理想為精軋的結束溫度設為Ar3點以上。另外，Ar3點可根據下式(1)計算，但亦可使用實際測定的溫度。
Ar3=910-310×[C]-80×[Mn]+0.35×(t-0.8)…(1)
此處，[M]表示元素M的含量(質量%)，t表示板厚(mm)。另外，可根據含有元素而導入修正項，例如在含有Cu、Cr、Ni、Mo時，可在式(1)的右邊加上-20×[Cu]、-15×[Cr]、-55×[Ni]、-80×[Mo]等修正項。
捲取溫度：600℃以下
若捲取溫度超過600℃，則波來鐵相的面積率會增加，在連續熱浸鍍鋅處理後的鋼板中，成為波來鐵相的面積率超過30%的組織，而引起強度過度上升。另外，鐵氧體粒變得容易成長，在冷軋或連續熱浸鍍鋅處理後的組織中無法將鐵氧體平均粒徑控制在15μm以下。因此，較理想為捲取溫度為600℃以下。另外，由於熱延板的形狀會劣化，因此更佳為捲取溫度設為200℃以上。
接著，將鋼板酸洗，並可根據需要進一步進行冷軋。
在酸洗步驟中，將表面生成的黑皮鏽除去。另外，酸洗條件並無特別限定。
冷軋的壓下率：40%以上(較佳條件)
為了使鋼板的板厚達到適當的厚度，可根據需要對酸洗後的鋼板進行冷軋。在將冷軋的壓下率設為40%以上時，具有促進鐵氧體相的再結晶，在連續熱浸鍍鋅處理後的組織中防止未再結晶鐵氧體相的殘存，並進一步改善延展性及延伸凸緣性的效果，因此更佳為冷軋的壓下率為40%以上。另一方面，若冷軋的壓下率為85%以下，則連續熱浸鍍鋅處理後的鋼板中成為所期望的金屬組織，因此 冷軋的壓下率更佳為85%以下。
接著，進行連續熱浸鍍鋅處理。此時較佳為，以10℃/s~30℃/s的平均加熱速度將鋼板加熱至650℃~700℃的溫度區，在(Ac3+5)℃以上的溫度下保持10秒~600秒，接著，以10℃/s~200℃/s的平均冷卻速度冷卻至300℃以下的溫度區，在該300℃以下的溫度區保持30秒~300秒後，進行熱浸鍍鋅處理。
以10℃/s~30℃/s的平均加熱速度加熱至650℃~700℃的溫度區
若加熱的溫度區為650℃以上，則會促進鐵氧體的再結晶，在連續熱浸鍍鋅處理後的鋼板中鐵氧體相的面積率為50%以上，而確保強度並提高延展性，因而較佳。在平均加熱速度為10℃/s~30℃/s時，無需較長的爐或大量的消耗能量，並能以低成本提高生產效率。
在(Ac3+5)℃以上的溫度下保持10秒以上
藉由將退火(保持)溫度設為(Ac3+5)℃以上，將退火(保持)時間設為10秒以上，而可在退火時使雪明碳鐵充分熔化，並充分生成沃斯田鐵相，在退火冷卻時可確保充分量的第2相(波來鐵相、變靭鐵相)，並可獲得充分的強度。另外，可將鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率抑制在10%以下，而獲得良好的延展性。退火(保持)溫度及退火(保持)時間的上限並無特別規定，在1000℃以下及600秒以下的保持時可獲得充分的效果，而且亦為了不導致成本增加，因此較佳為分別將退火(保持) 溫度設為1000℃以下，將退火(保持)時間設為600秒以下。
另外，沃斯田鐵變態溫度(Ac3點)可根據下式(2)計算，亦可使用實際測定的溫度。
此處，[M]表示元素M的含量(質量%)，表示C含量(質量%)的平方根。
以10℃/s~200℃/s的平均冷卻速度冷卻至300℃以下的溫度區
平均冷卻速度條件在本發明中是重要的要件之一。藉由以特定的平均冷卻速度急冷至300℃以下的溫度區，而可控制鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率，且可控制波來鐵相與變靭鐵相的面積率。在平均冷卻速度為10℃/s以上時，由於可將鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率抑制在10%以下，並且可使鐵氧體平均粒徑為15μm以下，使波來鐵平均粒徑為10μm以下，因此可確保充分的強度且獲得良好的延展性。在平均冷卻速度為200℃/s以下時，鐵氧體相會充分地析出，波來鐵相或變靭鐵相不會過度析出，而能以適當的強度獲得良好的延展性。另外，就獲得良好的鋼板形狀的方面而言，較理想為 平均冷卻速度為200℃/s以下。另外，在上述冷卻結束溫度為100℃以上時，為了抑制因冷卻不均引起的鋼板形狀的劣化，上述冷卻結束溫度更佳為100℃以上。
在300℃以下的溫度區保持30秒~300秒
在該溫度區的保持是本發明中重要的要件之一。藉由將保持溫度設為300℃以下，而能以充分的速度使變靭鐵產生相變，在該溫度範圍下保持30秒~300秒時，可獲得連續熱浸鍍鋅處理後的鋼板的變靭鐵相的面積率存在3%以上的組織，因此可確保充分的強度，並且可將鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率抑制在10%以下，而且由於可將波來鐵平均粒徑設為10μm以下，因此可獲得良好的延展性。另一方面，在保持時間小於30秒時，不會進行變靭鐵相變，無法獲得連續熱浸鍍鋅處理後的鋼板的變靭鐵相的面積率存在3%以上的組織，難以確保強度。在保持時間超過300秒時，變靭鐵相的面積率會變得過度，同時變靭鐵平均粒徑超過5μm，因此鐵氧體相與變靭鐵相的硬度差變大，延伸凸緣性降低。另外，此時鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率超過10%，延展性降低。另一方面，在上述溫度區保持30秒~300秒時，可獲得充分的強度，同時可獲得良好的延展性與延伸凸緣性。
接著，進行熱浸鍍鋅處理。或根據需要進一步對鍍鋅層進行合金化處理後，冷卻至室溫。
在接著熱浸鍍鋅處理而進行合金化處理時，較佳為在進行熱浸鍍鋅處理後，例如將鋼板加熱至450℃以上600℃ 以下進行合金化處理，並以鍍敷層的Fe含量為7%~15%的方式來進行。在鍍敷層的Fe含量為7%以上的範圍時，可防止產生合金化不均，同時可改善剝落性，在鍍敷層的Fe含量為15%以下的範圍時，會提高耐鍍敷剝離性，因此更理想為鍍敷層的Fe含量為7%~15%。
根據以上所述，可獲得本發明的具有拉伸強度為440MPa以上的高強度並且加工性優異的熱浸鍍鋅鋼板。
另外，本發明的製造方法中的熱處理，若在上述的溫度範圍內，則保持溫度無須固定，另外，冷卻速度在冷卻過程中發生變化時，若為規定的冷卻速度的範圍內，則無問題。另外，熱處理時，若滿足所期望的熱歷程，則無論使用什麼樣的設備實施熱處理，均不會損及本發明的宗旨。此外，為了矯正形狀而實施調質壓延，這亦包括在本發明範圍中。本發明中，是假設經過通常的製鋼、鑄造、熱延的各步驟製造鋼素材的情況，例如藉由薄板鑄造等而省略熱延步驟的一部分或全部而製造的情況亦包括在本發明的範圍內。而且，本發明中，即便對所得的高強度熱浸鍍鋅鋼板實施化成處理等各種表面處理，亦不會損及本發明的效果。
[實例]
以下，基於實例對本發明進行具體地說明。
將具有表1所示的成分組成的鋼素材(板)作為起始素材。將這些鋼素材加熱至表2、表3所示的加熱溫度後，藉由表2、表3所示的條件，進行熱軋並酸洗後，接著實 施冷軋、連續熱浸鍍鋅處理。冷軋前的板厚是每個鋼板編號均不同。對一部分鋼板(鋼板編號5)不實施冷軋。接著，除了一部分外，在連續熱浸鍍鋅處理後實施合金化處理。
另外，藉由連續熱浸鍍鋅處理設備藉由460℃的含有Al的Zn浴實施熱浸鍍鋅處理，GA是使用含有0.14質量%Al的Zn浴，GI是使用含有0.18質量%Al的Zn浴。附著量是藉由氣體噴吹進行調節，將GA進行合金化處理。
對於藉由以上方式獲得熱浸鍍鋅鋼板(GA及GI)，對組織觀察、拉伸特性、延伸凸緣性(擴孔試驗)進行評價。以下表示測定方法。
(1)組織觀察
將與鋼板壓延方向平行的板厚剖面1/4位置研磨後，藉由3%硝酸浸蝕液進行腐蝕，藉由掃描型電子顯微鏡(SEM)以2000倍的倍率觀察10個視野，將其圖像藉由使用Media Cybernetics公司製造的圖像解析軟體”Image Pro Plus ver.4.0”的圖像解析處理進行解析，而求出各相的面積率。即，藉由圖像解析在數位圖像上辨別鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相、鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相，並進行圖像處理，求出每個測定視野中各相的面積率。將這些值進行平均(10個視野)，作為各相的面積率。按以下方式求出鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相的平均粒徑。與上述同樣，將與鋼板壓延方向平行的板厚剖面1/4位置研磨後，藉由3%硝酸浸蝕液進行腐蝕，鐵氧體相與波來 鐵相是藉由SEM以1000倍的倍率觀察10個視野，變靭鐵相是藉由SEM以5000倍的倍率觀察10個視野，將其圖像使用上述圖像解析軟體進行圖像解析處理，在各視野中求出鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相的面積及鐵氧體粒、波來鐵粒、變靭鐵粒的個數，並計算每1個鐵氧體粒、波來鐵粒、變靭鐵粒的面積，計算與每1個鐵氧體粒、波來鐵粒、變靭鐵粒的面積相當的近似圓的直徑，在所有10個視野中計算這些值，將其值進行平均化，作為鐵氧體相、波來鐵相、變靭鐵相的平均粒徑。
(2)拉伸特性
自所得的鋼板的壓延方向採集JIS5號拉伸試驗片，實施拉伸試驗(JISZ2241(2011))。拉伸試驗實施至斷裂為止，求出拉伸強度、斷裂伸長率(延展性)。延展性的評價基準是在斷裂伸長率為37.0%以上時判斷為延展性特別良好。
(3)延伸凸緣性
延伸凸緣性是依據日本鋼鐵聯盟標準(JFS)T1001(1996)而實施。將所得的鋼板切割成100mm×100mm，以空隙12%藉由衝壓加工衝壓直徑10mm(d0)的孔後，在使用內徑75mm模具以壓邊力9ton擠壓的狀態下將60°的圓錐打孔機壓入孔中，測定在孔緣產生板厚貫通龜裂的時刻的孔徑db，求出由下式定義的極限擴孔率：λ(%)，根據該極限擴孔率的值評價延伸凸緣性。在延伸凸緣性為70%以上時，評價為延伸凸緣性優異的鋼板。
λ=100×(db-d0)/d0…(3)
將根據以上所得的結果與條件一併示於表2、表3。
根據表2及表3，鋼板具有面積率為50%以上且平均粒徑為15μm以下的鐵氧體相、面積率為10%~30%且平均粒徑為10μm以下的波來鐵相、以及面積率為3%~10%且平均粒徑為5μm以下的變靭鐵相，上述鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率為10%以下的本發明例中，延展性及延伸凸緣性較高。
另一方面可知，比較例中，延展性、延伸凸緣性的任一種以上較低。特別是成分組成不適當的比較例中可知，即便使鐵氧體相的面積率及平均粒徑、波來鐵相的面積率及平均粒徑、變靭鐵相的面積率及平均粒徑、鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率適當化，亦改善不了延展性及延伸凸緣性。
根據以上結果可確認，在特定成分組成的鋼板具有面積率為50%以上且平均粒徑15μm以下的鐵氧體相、面積率為10%~30%且平均粒徑為10μm以下的波來鐵相、以及面積率為3%~10%且平均粒徑為5μm的變靭鐵相，上述鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率為10%以下時，可獲得具有拉伸強度為440MPa~490MPa的高強度，且延展性及延伸凸緣性良好的熱浸鍍鋅鋼板。
[產業上之可利用性]
本發明的熱浸鍍鋅鋼板的強度與加工性優異，在用於成型加工為複雜的形狀的汽車的底板周圍時，會使車身輕量化且高強度化，而且可用作有利的表面處理鋼板。

Claims (18)

  1. 一種熱浸鍍鋅鋼板，其是鋼板的成分組成以質量%計包含：C：0.100%~0.200%、Si：0.50%以下、Mn：0.60%以下、P：0.100%以下、S：0.0100%以下、Al：0.010%~0.100%、N：0.0100%以下；其餘部分包含Fe及不可避免的雜質；鋼板的組織具有：面積率為50%~87%且平均粒徑為15μm以下的鐵氧體相、面積率為10%~30%且平均粒徑為10μm以下的波來鐵相、面積率為3%~10%且平均粒徑為5μm以下的變靭鐵相；上述鐵氧體相的粒內所存在的雪明碳鐵相的面積率為10%以下。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述鋼板的成分組成以質量%計進一步包含選自由：Cr：0.05%~0.80%、V：0.005%~0.100%、 Mo：0.005%~0.500%、Cu：0.01%~0.10%、Ni：0.01%~0.10%、B：0.0003%~0.2000%所組成群中的至少1種元素。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述鋼板的成分組成以質量%計進一步包含選自由：Ca：0.001%~0.005%、稀土金屬(REM)：0.001%~0.005%所組成群中的至少1種元素。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述鋼板的成分組成以質量%計進一步包含：選自由Cr：0.05%~0.80%、V：0.005%~0.100%、Mo：0.005%~0.500%、Cu：0.01%~0.10%、Ni：0.01%~0.10%、B：0.0003%~0.2000%所組成群中的至少1種元素，以及選自由Ca：0.001%~0.005%、REM：0.001%~0.005%所組成群中的至少1種元素。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述熱浸鍍鋅鋼板為合金化熱浸鍍鋅鋼板。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述熱浸鍍鋅鋼板具有鍍鋅層，該鍍鋅層為合金化熱浸鍍 鋅層。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述合金化熱浸鍍鋅層具有7%~15%的Fe含量。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述熱浸鍍鋅鋼板是拉伸強度為440MPa~490MPa的熱浸鍍鋅鋼板。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述熱浸鍍鋅鋼板具有37%~40.5%的伸長率。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述熱浸鍍鋅鋼板具有70%~76.3%的延伸凸緣性。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述Si含量為0.01%~0.50%。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述Mn含量為0.10%~0.60%。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之熱浸鍍鋅鋼板，其中上述P含量為0.003%~0.100%。
  14. 一種熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，其包括：準備鋼素材，該鋼素材的成分組成以質量%計包含：C：0.100%~0.200%、Si：0.50%以下、Mn：0.60%以下、P：0.100%以下、S：0.0100%以下、Al：0.010%~0.100%、 N：0.0100%以下，其餘部分包含Fe及不可避免的雜質；將該鋼素材加熱；在鐵氧體變態溫度(Ar3點)以上的精軋結束溫度下進行熱軋；在600℃以下的溫度下捲取熱延板；將該熱延板進行酸洗；以10℃/s以上的平均加熱速度加熱至650℃以上的溫度區；在(沃斯田鐵變態溫度(Ac3)+5)℃以上的溫度下保持10秒以上；以10℃/s~200℃/s的平均冷卻速度冷卻至100℃~300℃的溫度區；在上述100℃~300℃的溫度區保持30秒~300秒；進行熱浸鍍鋅。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，其中將經酸洗的熱延板進一步進行冷軋。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，其中上述冷軋的壓下率為40%~85%。
  17. 如申請專利範圍第14項所述之熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，其中進行上述熱浸鍍鋅後，進一步進行合金化處理。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之熱浸鍍鋅鋼板的製造方法，其中上述合金化處理是將鋼板加熱至450℃~ 600℃的合金化處理。
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