TWI519650B - 鍍鋅鋼板及其製造方法 - Google Patents

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藤田展弘
高橋學
岡本力
松村賢一郎
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Description

鍍鋅鋼板及其製造方法 發明領域
本發明是有關於用在汽車零件等之具優異鍍鋅性及擴孔性之高強度低比重鍍鋅鋼板及其製造方法。
本申請案是基於2013年5月1日在日本申請之特願2013-96427號而主張優先權，將其內容援用於此。
發明背景
近年來，為了對應環境問題，以降低二氧化碳排出、降低燃料消耗為目的而希望汽車之輕量化。要達成汽車之輕量化，鋼材之高強度化是有效之手段。然而，在構件因為必要之剛性之關係而限制板厚之下限的情況下，即便令鋼材高強度化亦無法降低板厚，汽車之輕量化有困難。
於是，本發明人們之一部分是提案了例如專利文獻1~5所載之於鋼添加了多量之Al而令比重變小之含有高Al的鋼板。這些是將習知之含有高Al的鋼板之於軋壓時產生裂開等之製造性差之問題及延性低之問題予以解決。再者，本發明人們是為了將含有高Al的鋼板之延性、熱加工 性及冷加工性提高而提案了例如專利文獻6所載之令鑄造後之凝固組織為微細之等軸晶組織之方法。再者，本發明人們提案了例如專利文獻7所載之藉由令成分適宜化而將含有高Al的鋼板之韌性改善之方法。
先行技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本特開2005-15909號公報
專利文獻2：日本特開2005-29889號公報
專利文獻3：日本特開2005-273004號公報
專利文獻4：日本特開2006-176843號公報
專利文獻5：日本特開2006-176844號公報
專利文獻6：日本特開2008-261023號公報
專利文獻7：日本特開2010-270377號公報
發明概要
最近，以工業規模來生產具優異延性、加工性及韌性之含有高Al的鋼板逐漸成為可能。然而，含有高Al的鋼板是有鍍鋅性差之問題。另外，含有高Al的鋼板是與相同強度之一般之汽車用鋼板相較之下擴孔性低，其用途有限制。所以，為了將含有高Al的鋼板之對汽車零件之適用範圍擴大，鍍鋅性及擴孔性之改善是重要之課題。另外，含有高Al的鋼板是具有良好之電弧熔接性等。然而，因為含有高Al的鋼板之點熔接性是與相同強度之一般之汽車用 鋼板相較之下為低，故其用途有限制。附帶一提，鍍鋅性差是指於鋼板產生不鍍敷之領域或鍍敷之密接性下降、或是發生該等兩者。
本發明是鑑於如此之實際情形，而將添加了Al之低比重之含有高Al的鋼板之鍍鋅性及擴孔性改善，提供具優異鍍鋅性及擴孔性之高強度低比重鍍鋅鋼板及其製造方法。
本發明人是為了將含有高Al的鋼板之鍍鋅性及擴孔性提高，而基於本發明人們在專利文獻7所提案之具優異延性、加工性及韌性之高強度低比重含有高Al的鋼板之化學成分，進行了熱浸鍍鋅之條件之檢討。結果，本發明人們發現到可藉由對因應需要而進行了退火或機械除鏽、酸洗等處理之熱軋鋼板或冷軋鋼板進行Ni預鍍，之後以適合之條件進行熱浸鍍鋅，而改善含有高Al的鋼板之鍍鋅性及擴孔性。再者，可藉由於熱浸鍍鋅後以適合之條件進行合金化加熱處理，而改善成形性、塗裝耐蝕性、熔接性等。附帶一提，以下，有時會將含有高Al的鋼板單單稱作鋼板。
再者，本發明人們是為了將對含有高Al的鋼板進行了熱浸鍍鋅處理、因應需要而進行了合金化處理之鍍鋅鋼板之點熔接性提高，而就使點熔接性下降之元素進行了檢討。結果，本發明人們發現到鍍鋅鋼板之點熔接性是相當受鍍鋅鋼板之Mn含量所影響，而且，可藉由使鍍鋅鋼板之Mn含量降低而將鍍鋅鋼板之點熔接性大幅地改善。
本發明之要旨是如以下。
(1)與本發明之一態樣相關之鍍鋅鋼板，具備鋼板及形成於前述鋼板表面之鍍鋅層；前述鋼板之化學成分以質量%計含有：C：超過0.100%且在0.500%以下、Si：0.0001%以上且低於0.20%、Mn：超過0.20%且在3.00%以下、Al：3.0%以上且10.0%以下、N：0.0030%以上且0.0100%以下、Ti：超過0.100%且在1.000%以下、P：0.00001%以上且0.0200%以下、S：0.00001%以上且0.0100%以下，且以質量%計，前述C及前述Ti之含量的和滿足0.200<C+Ti1.500，前述Al及前述Si之含量的積滿足Al×Si0.8，剩餘部分是由Fe及不純物所構成；前述鍍鋅層以質量%計含有如下化學成分：Fe：0.01%以上且15%以下、Ni：0.05%以上且1.0%以下、Al：0.15%以上且2.0%以下，剩餘部分是由Zn及不純物所構成，比重是5.5以上且低於7.5。
(2)在上述(1)記載之鍍鋅鋼板中，前述鍍鋅層亦可是熱浸鍍鋅層，其以質量%計含有Fe：0.01%以上且低於7%作為前述化學成分。
(3)在上述(1)記載之鍍鋅鋼板中，前述鍍鋅層亦可是合金化熱浸鍍鋅層，其以質量%計含有Fe：7%以上且15%以下作為前述化學成分。
(4)上述(1)~(3)之任一者記載之鍍鋅鋼板，前述鋼板亦可以質量%計更含有由下述所構成群組之1種或2種以上作為前述化學成分：Nb：0.300%以下、V：0.50%以下、Cr：3.00%以下、Mo：3.00%以下、Ni：5.00%以下、Cu：3.00% 以下、B：0.0100%以下、Ca：0.0100%以下、Mg：0.0100%以下、Zr：0.0500%以下、REM：0.0500%以下。
(5)上述(1)~(4)之任一者記載之鍍鋅鋼板，前述鋼板之Mn含量亦可以質量%計超過0.20%且在0.50%以下。
(6)與本發明之另一態樣相關之鍍鋅鋼板之製造方法，是對以質量%計含有如下化學成分：C：超過0.100%且在0.500%以下、Si：0.0001%以上且低於0.20%、Mn：超過0.20%且在3.00%以下、Al：3.0%以上且10.0%以下、N：0.0030%以上且0.0100%以下、Ti：超過0.100%且在1.000%以下、P：0.00001%以上且0.0200%以下、S：0.00001%以上且0.0100%以下，且以質量%計，前述C及前述Ti之含量的和滿足0.200<C+Ti1.500，前述Al及Si之含量的積滿足Al×Si0.8，剩餘部分是由Fe及不純物所構成之鋼板，進行下述處理：進行以每個單面之Ni鍍敷附著量為0.2~2g/m2的Ni預鍍處理；對進行了前述Ni預鍍處理之前述鋼板，以20℃/秒以上之昇溫速度進行加熱至430℃~480℃之溫度的加熱處理；並將前述鋼板浸漬於鍍鋅浴中進行熱浸鍍鋅處理，該鍍鋅浴之浴溫度為440℃~470℃，Al：0.1%以上且0.4%以下，且剩餘部分是由Zn及不純物所構成。
(7)上述(6)記載之鍍鋅鋼板之製造方法亦可在進行了前述熱浸鍍鋅處理後，進一步，以470℃~560℃之加熱溫度、且10秒~40秒之加熱時間進行合金化加熱處理。
根據上述(1)~(7)各之態樣，可提供製造性良好且 具優異鍍鋅性及擴孔性之高強度低比重鍍鋅鋼板。另外，根據上述(5)之態樣，可提供除了鍍鋅性及擴孔性之外藉由控制鍍鋅鋼板中之Mn量而點熔接性亦優異之高強度低比重鍍鋅鋼板，產業上之貢獻是極為顯著。
圖1是合金化熱浸鍍鋅鋼板中之Mn含量與電阻點熔接接頭之十字拉伸強度(CTS)的關係圖。
用以實施發明之形態
本發明人等是為了將對含有高Al的鋼板進行了熱浸鍍鋅處理、因應需要而進行了合金化熱浸鍍鋅處理之鍍鋅鋼板之鍍鋅性及擴孔性提高，而進行了檢討。具體而言，本發明人等是製造對在上述專利文獻7提案之具優異延性、加工性及韌性之高強度低比重含有高Al的鋼板之化學成分進行了合金元素含量之改變的各種鋼，對製造出之鋼實施軋壓、退火等，在實驗室製造熱軋鋼板及冷軋鋼板。再者，以包含Ni預鍍處理之有無等之各種條件對製造出之熱軋鋼板及冷軋鋼板進行熱浸鍍鋅，針對鍍鋅性及熱浸鍍鋅前後之擴孔性進行了評價。附帶一提，對含有高Al的鋼板進行了熱浸鍍鋅處理、因應需要而進行了合金化熱浸鍍鋅處理之與本實施型態相關之鍍鋅鋼板是高強度且低比重之鍍鋅鋼板。
對於含有高Al的鋼板，在將鋼板加熱至高溫之後之冷卻工程中進行熱浸鍍鋅之通常之熱浸鍍鋅方法是產生 不形成鍍敷層之部位(不鍍敷)、鍍敷密接性低等無法獲得良好之鍍鋅性。然而，本發明人們最先有如下之見解：對因應需要而進行了退火或機械除鏽、酸洗等處理之熱軋鋼板或冷軋鋼板進行Ni預鍍，之後，將鋼板再加熱，而予以熱浸鍍鋅，藉此，鋼板之鍍鋅性大幅地改善。另外，通常之熱浸鍍鋅方法是在鍍鋅鋼板無法獲得良好之擴孔性。然而，本發明人們最先有如下之見解：在熱軋鋼板或冷軋鋼板進行Ni預鍍，之後，在以20℃/秒以上之昇溫速度將鋼板加熱至430℃~480℃之後，使鋼板浸漬於鍍鋅浴中而進行熱浸鍍鋅，藉此，獲得之鍍鋅鋼板之擴孔性改善。最先有如下之見解：較佳的是，熱浸鍍鋅後，更以470℃~570℃之加熱溫度、且10秒~40秒之加熱時間進行合金化加熱處理，藉此，鍍鋅鋼板之擴孔性大幅地改善。
再者，本發明人等是為了將鍍鋅鋼板之點熔接性 提高而進行了檢討。具體而言，本發明人們是由對在上述專利文獻7提案之具優異延性、加工性及韌性之高強度低比重含有高Al的鋼板之化學成分進行了合金元素之含量之改變之各種鋼，在實驗室製造熱軋鋼板及冷軋鋼板，對製造出之鋼板進行Ni預鍍，之後，將鋼板浸漬於鍍鋅浴，進行了熱浸鍍鋅。然後，對獲得之鍍鋅鋼板之點熔接性進行了評價。附帶一提，獲得之鍍鋅鋼板之拉伸強度是約500MPa，關於板厚，鍍敷前之鋼板為熱軋鋼板的情況下是2.3mm，鍍敷前之鋼板為冷軋鋼板的情況下是1.2mm。附帶一提，鍍鋅鋼板之點熔接性是藉由以JIS Z 3137為基準之拉伸試 驗而獲得之電阻點熔接接頭之十字拉伸強度(Cross Tension Strength)來評價。另外，點熔接是使用通常之點熔接機且將熔接條件調整成以t為鍍鋅鋼板之板厚時熔核(nugget)徑成為5×t(mm)而進行。圖1是將鍍鋅鋼板中之Mn含量對在熱軋鋼板進行了合金化熱浸鍍鋅處理之鍍鋅鋼板之十字拉伸強度(CTS)之影響整理出的圖。如圖1所示，得知藉由令鍍鋅鋼板中之Mn含量以質量%計為0.5%以下，CTS大幅地提升。得知在冷軋鋼板進行了鍍鋅的情況是與熱軋鋼板的情況同樣，藉由令鋼板中之Mn含量為0.5%以下，CTS大幅地提升。附帶一提，CTS是因為鋼板之板厚、鋼板之拉伸強度而要求之值不同。舉例來說，在板厚為2.3mm之熱軋鋼板的情況下，CTS宜為8.0kN以上，在板厚為1.2mm之冷軋鋼板的情況下，CTS宜為5.0kN以上。
接下來，針對在本實施形態之作為具優異鍍鋅性 及擴孔性之鍍鋅鋼板之母材之含有高Al的鋼板之化學成分之限定理由進行說明。附帶一提，%是質量%的意思。
C：超過0.100%且在0.500%以下
C是令鑄造時之凝固組織為微細之等軸晶組織所必須之元素。因此，C含量是取超過0.100%。另一方面，若C含量超過0.500%，則鍍鋅鋼板之韌性、電弧熔接性劣化。所以，C含量是取超過0.100%且在0.500%以下。
Ti：超過0.100%且在1.000%以下
Ti是令鑄造時之凝固組織為微細之等軸晶組織所必須之元素。因此，Ti含量是取超過0.100%。另一方面，若Ti 含量超過1.000%，則鍍鋅鋼板之韌性劣化。所以，Ti含量是取超過0.100%且在1.000%以下。另外，為了令Ni預鍍為較佳之狀態，Ti含量取0.300%以上會較好。其理由是因為Ti在Ni預鍍處理中壓抑Ni之擴散。因此，Ti含量之下限宜為0.300%，更宜為0.310%，更加宜為0.320%。
0.200%<C+Ti<1.500%
附帶一提，為了令鑄造時之凝固組織為微細之等軸晶組織，將C含量與Ti含量之和、亦即C+Ti取超過0.200%且在1.500%以下。另外，為了令Ni預鍍為較佳之狀態，C+Ti宜為0.300%以上，更宜為0.400%以上，更加宜為0.500%以上。C+Ti之上限宜為1.300%，更宜為1.200%，更加宜為1.000%。
Al：3.0%以上且10.0%以下
Al是為了達成鍍鋅鋼板之低比重化所必須之元素。Al含量低於3.0%則低比重化之效果不充分，無法令比重為低於7.5。另一方面，若Al含量超過10.0%，則金屬間化合物之析出變得顯著，延性、加工性及韌性劣化。所以，Al含量是取3.0%以上且10.0%以下。為了獲得更良好之延性，Al含量之上限宜取6.0%。
Si：0.0001%以上且低於0.20%
Si一般是使鍍鋅鋼板之鍍鋅性下降。另外，是使鍍鋅鋼板之韌性劣化之元素，需要使鍍鋅鋼板之Si含量降低。因此，Si含量之上限是低於0.20%。另一方面，關於Si含量之下限，考慮到現狀之精煉技術與製造成本，取0.0001%。
Al×Si0.8
附帶一提，可藉由將Al含量與Si含量之積、亦即Al×Si取0.8以下，而獲得極為良好之韌性。Al×Si希望是盡可能地低，雖然未規定下限，但考慮到精煉技術與製造成本，宜取0.03。
Mn：超過0.20%且在3.00%以下
Mn是形成MnS而抑制因為固溶S造成之粒間脆化之有效元素。然而，Mn含量在0.20%以下則不顯現該效果。另外，若Mn含量超過3.00%則鍍鋅鋼板之韌性劣化。所以，Mn含量取超過0.20%且在3.00%以下。
附帶一提，若Mn含量超過0.50%則鍍鋅鋼板之點熔接性劣化。因此，在要求鍍鋅鋼板之點熔接性的情況下，Mn含量之上限宜取0.50%。
P：0.00001%以上且0.0200%以下
P是在粒界偏析而使粒界強度下降、使鍍鋅鋼板之靱性劣化之不純物元素，宜使鍍鋅鋼板中之P含量降低。因此，P含量之上限取0.0200%。另外，關於P含量之下限，考慮到現狀之精煉技術與製造成本，取0.00001%。
S：0.00001%以上且0.0100%以下
S是使鍍鋅鋼板之熱加工性及韌性劣化之不純物元素，宜使鍍鋅鋼板中之S含量降低。因此，S含量之上限取0.0100%。另外，關於S含量之下限，考慮到現狀之精煉技術與製造成本，取0.00001%。
N：0.0030%以上且0.0100%以下
N是與Ti形成氮化物及/或碳氮化物、亦即形成TiN及 Ti(C、N)而令凝固組織為微細之等軸晶組織所必須之元素。該效果是在N含量低於0.0030%不顯現。另外，若N含量超過0.0100%，則因為粗大之TiN之生成而鍍鋅鋼板之韌性劣化。所以，N含量取0.0030%以上且0.0100%以下。
以上之元素是作為本實施形態之鍍鋅鋼板之母材之含有高Al的鋼板之基本成分，上述元素以外之剩餘部分是由Fe及不純物所構成之化學組成是作為本實施形態之鍍鋅之母材之含有高Al的鋼板之基本組成。然而，作為本實施形態之鍍鋅鋼板之母材之含有高Al的鋼板亦可因應希望之強度等級或其他必要之特性，而在該基本成分之外添加Nb、V、Cr、Ni、Mo、Cu、B、Ca、Mg、Zr、REM之1種或2種以上之元素來代替剩餘部分之Fe之一部分。
Nb：0.300%以下
Nb是形成微細之碳氮化物之元素，在結晶粒之粗大化之抑制是有效。要提高鍍鋅鋼板之韌性，宜添加0.005%以上之Nb。然而，若過剩地添加Nb則可能有析出物變得粗大、鍍鋅鋼板之韌性劣化的情形。所以，Nb含量宜取0.300%以下。
V：0.50%以下
與Nb同樣，V是形成微細之碳氮化物之元素。要抑制結晶粒之粗大化、提高鍍鋅鋼板之韌性，宜添加0.01%以上之V。V含量若超過0.50%，則可能有鍍鋅鋼板之韌性劣化的情形。因此，V含量之上限宜為0.50%。
Cr：3.00%以下
M0：3.00%以下
Ni：5.00%以下
Cu：3.00%以下
Cr、Mo、Ni、Cu是在使鍍鋅鋼板之延性及韌性提升方面有效之元素。
然而，若Cr含量、Mo含量、Cu含量分別超過3.00%，則可能因為鍍鋅鋼板之強度之上昇而損害韌性。另外，若Ni含量超過5.00%，則可能因為鍍鋅鋼板之強度之上昇而損害韌性。所以，Cr含量之上限宜為3.00%，Mo含量之上限宜為3.00%，Ni含量之上限宜為5.00%，Cu含量之上限宜為3.00%。另外，要使鍍鋅鋼板之延性及韌性提升，Cr含量宜為0.05%以上，Mo含量宜為0.05%以上，Ni含量宜為0.05%以上，Cu含量宜為0.10%以上。
B：0.0100%以下
B是在粒界偏析、將P及S之粒界偏析抑制之元素。然而，若B含量超過0.0100%，則可能發生析出物而損害鍍鋅鋼板之熱加工性。所以，B含量取0.0100%以下。附帶一提，要藉由粒界之強化而使鍍鋅鋼板之延性、韌性及熱加工性提升，B含量宜為0.0003%以上。
Ca：0.0100%以下
Mg：0.0100%以下
Zr：0.0500%以下
REM：0.0500%以下
Ca、Mg、Zr、REM是在控制硫化物之形態、抑制起因 於S之鍍鋅鋼板之熱加工性或韌性之劣化方面有效之元素。然而，因為即便過剩地添加，效果亦飽和，故Ca含量宜取0.0100%以下，Mg含量宜取0.0100%以下，Zr含量宜取0.0500%以下，REM含量宜取0.0500%以下。另外，要使鍍鋅鋼板之韌性提升，Ca含量宜取0.0010%以上，Mg含量宜取0.0005%以上，Zr含量宜取0.0010%以上，REM含量宜取0.0010%以上。
接下來，說明與本實施形態相關之鍍鋅鋼板之特性。
鍍鋅鋼板之比重在7.5以上則與通常使用於汽車用鋼板之與鐵之比重7.86同程度之鋼板之比重相比是輕量化效果小。因此，將鍍鋅鋼板之比重取低於7.5。另外，因為鍍鋅鋼板之化學成分之範圍，鍍鋅鋼板之比重是取5.5以上。鍍鋅鋼板之比重是由成分組成而決定，宜使對輕量化有貢獻之Al含量增加。
關於鍍鋅鋼板之拉伸強度及擴孔性，考慮到汽車用鋼板所需要之特性，宜為拉伸強度TS為440MPa以上且擴孔率λ為80%以上。另外，TS×λ宜為30000MPa‧%以上。
接下來，說明與本實施形態相關之鍍鋅鋼板之熱浸鍍鋅層及合金化熱浸鍍鋅層。
熱浸鍍鋅層及合金化熱浸鍍鋅層是由Fe、Ni、Al及剩餘部分之Zn及不純物所構成。附帶一提，以下，%是質量%的意思。
鍍鋅鋼板除了耐蝕性之外還尋求更良好之成形 性等的情況下，可藉由在熱浸鍍鋅處理後進行合金化加熱處理而使成形性、塗裝耐蝕性、熔接性等之特性提高。具體而言，在浸漬於熱浸鍍鋅浴、進行了熱浸鍍鋅處理之後，實施合金化加熱處理，藉此，Fe擴散於合金化熱浸鍍鋅層中而形成合金化之鍍鋅層。因此，與本實施形態相關之鍍鋅鋼板之鍍鋅層中之Fe量是0.01%以上且15%以下。
進行了合金化加熱處理之合金化熱浸鍍鋅層中 之Fe量是取7%以上且15%以下。這是因為，合金化熱浸鍍鋅層中之Fe量低於7%則鍍鋅鋼板之剝離性(摺動性)下降，另外，若合金化熱浸鍍鋅層中之Fe量超過15%則鍍鋅鋼板之粉化性下降。
此情況下，合金化熱浸鍍鋅鋼板是具備鋼板及形成於前述鋼板之表面之合金化熱浸鍍鋅層；前述鋼板之化學組成分以質量%計含有：C：超過0.100%且在0.500%以下、Si：0.0001%以上且低於0.20%、Mn：超過0.20%且在3.00%以下、Al：3.0%以上且10.0%以下、N：0.0030%以上且0.0100%以下、Ti：超過0.100%且在1.000%以下、P：0.00001%以上且0.0200%以下、S：0.00001%以上且0.0100%以下，且以質量%計，前述C及前述Ti之含量的和滿足0.200<C+Ti1.500，前述Al及前述Si之含量的積滿足Al×Si0.8，剩餘部分是由Fe及不純物所構成；前述合金化熱浸鍍鋅層以質量%計含有：Fe：7%以上且15%以下、Ni：0.05%以上且1.0%以下、Al：0.15%以上且2.0%以下，剩餘部分是由Zn及不純物所構成，比重是5.5以上且低於7.5。
另一方面，未進行合金化加熱處理之熱浸鍍鋅層 中之Fe量是取低於7%。這是因為，熱浸鍍鋅層中之Fe量為7%以上則往鍍鋅浴之浸漬時間需要取較長等生產性大幅地下降。雖然無法獲得藉由合金化而得到之鍍鋅鋼板之成形性、塗裝耐蝕性、熔接性等之提升效果，但即便熱浸鍍鋅層之Fe量低於7%，具有熱浸鍍鋅層之鍍鋅鋼板之耐蝕性是良好。
此情況下，熱浸鍍鋅鋼板是具備鋼板及形成於前述鋼板表面之熱浸鍍鋅層；前述鋼板之化學組成分以質量%計含有：C：超過0.100%且在0.500%以下、Si：0.0001%以上且低於0.20%、Mn：超過0.20%且在3.00%以下、Al：3.0%以上且10.0%以下、N：0.0030%以上且0.0100%以下、Ti：超過0.100%且在1.000%以下、P：0.00001%以上且0.0200%以下、S：0.00001%以上且0.0100%以下，且以質量%計，前述C及前述Ti之含量的和滿足0.200<C+Ti1.500，前述Al及前述Si之含量的積滿足Al×Si0.8，剩餘部分是由Fe及不純物所構成；前述熱浸鍍鋅層以質量%計含有：Fe：0.01%以上且低於7%、Ni：0.05%以上且1.0%以下、Al：0.15%以上且2.0%以下，剩餘部分是由Zn及不純物所構成，比重是5.5以上且低於7.5。
熱浸鍍鋅層中或合金化熱浸鍍鋅層中之Ni是藉 由Ni預鍍處理而獲得之Ni量。熱浸鍍鋅層中或合金化熱浸鍍鋅層中之Ni量是取0.05%以上且1.0%以下。這是因為，熱浸鍍鋅層中或合金化熱浸鍍鋅層中之Ni量低於0.05%則鍍 鋅鋼板之耐蝕性下降，若超過1.0%則鍍鋅鋼板之粉化性悪化。
熱浸鍍鋅層中或合金化熱浸鍍鋅層中之Al量是取0.15%以上且2.0%以下。這是因為，熱浸鍍鋅層中或合金化熱浸鍍鋅層中之Al量低於0.15%則鍍鋅鋼板之粉化性、耐蝕性下降，若超過2.0%則鍍鋅鋼板之塗裝性、耐蝕性惡化。
使用於熱浸鍍鋅處理之熱浸鍍鋅浴是Al為0.1%以上且0.4%以下，剩餘部分由Zn及不純物所構成。附帶一提，如上述，使用Ni預鍍來作為往鍍鋅層之Ni源。
熱浸鍍鋅處理之鍍敷附著量並未特別設限。然而，從鍍鋅鋼板之耐蝕性之觀點，每個單面之鍍敷附著量宜為5g/m2以上。即便以改善塗裝性等為目的而在與本實施形態相關之熱浸鍍鋅鋼板及合金化熱浸鍍鋅鋼板上實施上層鍍敷與各種之處理例如鉻酸處理、磷酸鹽處理、潤滑性提升處理、熔接性提升處理等，亦未超脫本實施形態。
接下來，說明與本實施形態相關之熱浸鍍鋅鋼板及合金化熱浸鍍鋅鋼板之製造方法。
本實施形態是以熔鋼過熱度為50℃以下而將由上述化學成分所構成之鋼鑄造，對獲得之鋼片進行熱軋壓。再者，亦可實施機械除鏽或酸洗、冷軋壓及退火。附帶一提，熔鋼過熱度、液相線溫度、熔鋼溫度等溫度之單位是攝氏溫度。
上述熔鋼過熱度是從由化學成分之組成求出之液相線溫度減去鑄造時之熔鋼溫度之值，亦即，熔鋼過熱 度=熔鋼溫度-液相線溫度。
若熔鋼過熱度超過50℃，則在液相中結晶出之 TiN或Ti(C、N)會凝集，粗大化。因此，在液相中結晶出之TiN或Ti(C，N)未作為肥粒鐵之凝固核而有效地發揮作用，即便與本實施形態相關之熔鋼之化學成分在上述之規定範圍內，亦可能有凝固組織變成粗大之柱狀晶組織、於鑄片發生裂開的情況。所以，熔鋼過熱度宜取50℃以下。熔鋼過熱度之下限雖然未規定，但通常是10℃。
關於鋼片之熱軋壓工程之加熱溫度，若低於1100 ℃則可能碳氮化物未充分地固溶而無法獲得必要之強度、延性。所以，加熱溫度之下限宜取1100℃。加熱溫度之上限雖然未特別規定，但若超過1250℃則可能結晶粒之粒徑變大、熱加工性下降，故宜以1250℃為上限。
精整軋壓溫度若低於800℃，則可能會熱加工性 劣化、於熱軋壓中發生裂開。所以，精整軋壓溫度之下限宜取800℃。精整軋壓溫度之上限雖然未特別規定，但若超過1000℃則可能會結晶粒之粒徑變大、於冷軋壓時發生裂開，故宜取1000℃。
捲取溫度若低於600℃，則可能肥粒鐵之回復及 再結晶變得不充分，損害鋼板之加工性。所以，捲取溫度之下限宜取600℃。另一方面，若捲取溫度超過750℃，則可能再結晶之肥粒鐵之結晶粒粗大化，鋼板之延性、熱加工性及冷加工性下降。所以，捲取溫度之上限宜取750℃。
亦可為了將熱軋壓時所生成之鏽皮去除而進行 例如使用張力整平機之機械除鏽及/或酸洗。
亦可為了使熱軋鋼板之延性提升而於熱軋壓後 進行退火。為了控制析出物之形態、使延性提升，熱軋鋼板之退火溫度宜取700℃以上。另外，熱軋鋼板之退火溫度若超過1100℃則可能結晶粒粗大化、助長粒間脆化。所以，熱軋鋼板之退火溫度之上限宜取1100℃。
亦可在對熱軋鋼板進行退火之後為了去除鏽皮而進行機械除鏽及/或酸洗。
亦可於熱軋鋼板實施冷軋壓及退火，製造冷軋鋼板。以下，敘述冷軋鋼板之較佳製造條件。
關於冷軋壓之冷軋率，由生產性之觀點，宜為20%以上。另外，要在冷軋壓後之退火時促進再結晶，則宜令冷軋率為50%以上。另外，冷軋率若超過95%則可能有於冷軋壓時發生裂開之情況。所以，冷軋率之上限宜取95%。
關於冷軋壓後之退火溫度，為了使再結晶及回復充分地進行，宜取600℃以上。另一方面，冷軋壓後之退火溫度若超過1100℃，則可能結晶粒粗大化而助長粒間脆化。所以，冷軋鋼板之退火溫度之上限宜取1100℃。
冷軋鋼板之退火後之冷卻速度宜為20℃/秒以上，冷卻停止溫度宜為450℃以下。這是為了防止冷卻中之粒成長造成之結晶粒之粗大化、P等不純物元素往粒界偏析所起因之粒間脆化，使延性提升。冷卻速度之上限雖然未規定，但要超過500℃/秒在技術上有困難。另外，因為冷卻停止 溫度之下限是依存於冷媒之溫度，故要令冷卻停止溫度之下限為低於室溫是有困難的。
亦可在冷軋壓後之退火後為了將生成之鏽皮去 除而進行機械除鏽及/或酸洗。另外，亦可在冷軋壓後之退火後為了形狀矯正及降伏點伸長之消失而進行調質軋壓。 在調質軋壓，伸長率低於0.2%則其效果不充分，伸長率超過2%則降伏比大幅地增大且伸長劣化。所以，調質軋壓之伸長率宜取0.2%以上且2%以下。
在熱浸鍍鋅前，需要在藉由上述方法而獲得之熱 軋鋼板或冷軋鋼板之表面進行Ni預鍍處理，作為例如中間處理。藉由於該鋼板之表面將Ni預鍍，表面被活性化，即便是含有高Al的鋼板亦可獲得良好之鍍敷潤濕性與鍍鋅性。 但是，要在含有高Al的鋼板進行良好之Ni預鍍處理，需要令Ti在上述之規定範圍。
關於Ni預鍍處理之方法，可以是電鍍敷、浸漬鍍 敷、噴塗之任一者，每個單面之鍍敷附著量是0.2~2g/m2。 在不對作為與本實施形態相關之鍍鋅鋼板之母材之含有高Al的鋼板進行Ni預鍍處理的情況下，無法獲得良好之鍍敷潤濕性與鍍鋅性。再者，無法防止發生不鍍敷等鍍鋅鋼板之鍍鋅性之劣化。
附帶一提，亦可在進行Ni預鍍處理之前，因應需 要將已進行退火、機械除鏽及/或酸洗等處理之熱軋鋼板或冷軋鋼板之表面研磨0.1μm以上而予以去除。在將鋼板之表面研磨0.1μm以上而予以去除之後，藉由將Ni預鍍，在熱浸 鍍鋅處理後之合金化加熱處理時，合金化更加促進，可令合金化加熱處理時之加熱溫度下降。附帶一提，合金化受到促進之原理雖然不明確，但可推想的是因為藉由研磨而在鋼板之表面導入之應變之影響，表面受到活性化。
關於將鋼板之表面研磨而予以去除之方法，可使 用刷研磨、砂紙研磨、機械研磨等方法。在將鋼板之表面研磨而予以去除之量低於0.1μm的情況下，無法獲得合金化促進效果。要更加獲得合金化促進效果，將鋼板之表面研磨而予以去除之量宜取0.5μm以上。
在進行了Ni預鍍處理之後，以20℃/秒以上之加熱速度對獲得之鍍敷鋼板進行至430℃~480℃之加熱處理。在之後之熱浸鍍鋅處理，將鋼板浸漬於浴溫度為440℃~470℃且Al：0.1~0.4%且剩餘部分是由Zn及不純物所構成之熱浸鍍鋅浴中，而進行熱浸鍍鋅處理。之後，亦可因應需要而以470℃~560℃之加熱溫度、且10秒~40秒之加熱時間進行合金化加熱處理。藉由伴隨該熱浸鍍鋅處理之合金化加熱處理，鍍鋅鋼板之擴孔性大幅地提升。在熱浸鍍鋅處理中，加熱速度低於20℃/秒則Ni在鋼板中擴散，故會無法獲得良好之鍍鋅性。另外，在熱浸鍍鋅處理中，加熱溫度低於430℃或超過480℃的情況下，於鍍敷時易於產生不鍍敷。再者，在合金化加熱處理中，加熱溫度低於470℃則合金化不充分，若超過560℃則可能有因為碳化物之粗大化而鍍鋅鋼板之擴孔性劣化的情況。另外，關於合金化時間，雖然要以與合金化溫度之平衡來決定，但10秒~40秒之範圍為適 當。加熱時間少於10秒則合金化不易進展，若超過40秒則可能有碳化物粗大化而擴孔性劣化的情況。附帶一提，雖然在不進行合金化加熱處理的情況下亦可獲得鍍鋅鋼板之擴孔性提升效果，但有進行合金化加熱處理會可獲得較大之提升效果。藉由合金化加熱處理而擴孔性提升之理由雖然不明確，但可推想的理由是，藉由以上述加熱溫度進行之短時間之加熱處理，作為碳化物而固定之碳素之一部分適度地固溶而擴散於結晶粒界，令粒界強度提升。
在熱浸鍍鋅處理及合金化加熱處理之後，為了最 終之形狀矯正及降伏點伸長之消失，宜進行調質軋壓。在該調質軋壓，伸長率低於0.2%則其效果不充分，伸長率超過1%則降伏比大幅地增大且伸長劣化。所以，伸長率宜取0.2~1%。
接下來，說明鍍鋅層中之化學成分(鍍鋅層組成) 之分析方法。鍍鋅層組成是對鍍鋅層進行鹽酸溶解而求出了鍍鋅層中之各成分之質量%。
實施例
以下，一面舉本發明之實施例一面具體地說明本發明之技術內容。
(實施例1)
將具有表1顯示之化學組成之鋼以熔鋼過熱度40℃鑄造，以表2A顯示之條件進行了熱軋壓。之後，以表2A顯示之條件，對熱軋鋼板之表面進行了研磨之後，進行了Ni預鍍處理。再者，以表2A顯示之條件進行了熱浸鍍鋅處理， 且一部分進行了合金化加熱處理。附帶一提，在熱浸鍍鋅處理後不進行合金化加熱處理的情況下是使用浴溫為460℃、成分組成以質量%計為Al：0.2%~0.4%、剩餘部分由Zn及不純物所構成之鍍鋅浴。另外，進行合金化加熱處理的情況下是使用浴溫為460℃、成分組成以質量%計為Al：0.1%~0.3%、剩餘部分由Zn及不純物所構成之鍍鋅浴。另外，進行鍍敷處理前之熱軋鋼板之板厚是2.3mm。
對於獲得之熱浸鍍鋅鋼板及合金化熱浸鍍鋅鋼 板之比重、拉伸強度、擴孔性、點熔接性、以不鍍敷之有無顯示之鍍敷外觀、鍍敷層組成、鍍敷密接性進行了評價。 附帶一提，為了進行比較，對於進行鍍敷處理前之熱軋鋼板之擴孔性亦進行了評價。
鍍鋅鋼板之比重之測定是使用比重瓶來進行。機 械特性中之鍍鋅鋼板之拉伸強度是以JIS Z 2241為基準製作以與鋼板之軋壓方向垂直之方向作為長方向之5號試驗片，以JIS Z 2241為基準進行拉伸試驗，測定拉伸強度(TS)而予以評價。鍍鋅鋼板之擴孔性是以日本鐵鋼聯盟規格JFS T 1001為基準進行擴孔試驗，測定擴孔率(λ)而予以評價。 關於鍍鋅鋼板之加工性之指標是求出TS×λ，TS×λ是以30000MPa‧%以上為合格。
鍍鋅鋼板之點熔接性是以JIS Z 3137為基準而藉 由電阻點熔接接頭之十字拉伸強度(CTS)來評價。點熔接是使用通常之點熔接機且將熔接條件調整成以t(mm)為板厚則熔核徑成為5×t(mm)而進行。
鍍鋅鋼板之鍍敷外觀是藉由目視觀察而判定不 鍍敷之有無。鍍鋅層組成是對鍍鋅層進行鹽酸溶解而求出了鍍鋅層中之各成分之質量%。關於鍍鋅層中之Fe量，進行了合金化加熱處理之合金化熱浸鍍鋅鋼板以質量%計在7%以上且15%以下的情況下，顯示出合金化順利地進展。 另一方面，不進行合金化加熱處理之熱浸鍍鋅鋼板是鍍鋅層中之Fe量低於7%。關於鍍鋅層中之Ni量，若以質量%計在0.05%以上且1.0%以下則為合格。關於鍍鋅層中之Al量，若以質量%計在0.15%以上且2.0%以下則為合格。
鍍鋅性是進行25mm杯突試驗，測定膠帶試驗之 黑化度，以黑化度低於30%為合格。
於表2A及表2B顯示鍍鋅鋼板之比重、拉伸強度 TS、擴孔率λ、TS×λ、CTS、以不鍍敷之有無顯示之鍍敷外觀、鍍鋅層組成、鍍敷密接性之評價結果。考量鍍鋅鋼板之板厚與拉伸強度等級，CTS是以8.0kN以上為合格。評價項目中，不合格的情況是加上底線。
熱軋No.1~10及16~25是本發明例，任一之特性皆 合格，獲得了目標特性之鍍鋅鋼板。另外，熱浸鍍鋅鋼板之擴孔率是比進行鍍敷前之熱軋鋼板之擴孔率還要提升，合金化熱浸鍍鋅鋼板之擴孔率是更加提升。
另一方面，化學成分在本發明之範圍外、製造條 件在較佳範圍外之熱軋No.11~15及26~30是某些特性不合格。
(實施例2)
將具有表1顯示之化學組成之鋼以熔鋼過熱度40℃鑄造，對於以表2A顯示之條件進行了熱軋壓之熱軋鋼板，以表3A顯示之條件進行了冷軋壓及退火。之後，將獲得之冷軋鋼板之表面研磨，以表3A顯示之條件進行了Ni預鍍處理。再者，以表3A顯示之條件進行了熱浸鍍鋅處理且一部分進行了合金化加熱處理。附帶一提，熱浸鍍鋅處理是使用與實施例1同樣之鍍鋅浴。另外，進行鍍敷之冷軋鋼板之板厚是1.2mm。
對於獲得之熱浸鍍鋅鋼板、合金化熱浸鍍鋅鋼板亦與實施例1同樣地評價了比重、拉伸強度、擴孔性、點熔接性、以不鍍敷之有無顯示之鍍敷外觀、鍍鋅層組成、鍍敷密接性。附帶一提，為了進行比較，對於進行鍍敷處理前之冷軋鋼板之擴孔性亦進行了評價。
於表3A及表3B顯示鍍鋅鋼板之比重、拉伸強度、擴孔率、TS×λ、CTS、以不鍍敷之有無顯示之鍍敷外觀、鍍鋅層組成、鍍敷密接性之評價結果。考量鍍鋅鋼板之板厚與拉伸強度等級，CTS是以5kN以上為合格。評價項目中，不合格的情況是加上底線。
冷軋No.1~10及16~25是本發明例，任一之特性皆合格，獲得了目標特性之鍍鋅鋼板。另外，熱浸鍍鋅鋼板之擴孔率是比進行鍍敷前之冷軋鋼板之擴孔率還要提升，合金化熱浸鍍鋅鋼板之擴孔率是更加提升。
另一方面，化學成分在本發明之範圍外、製造條 件在較佳範圍外之冷軋No.11~15及26~30是某些特性不合格。
(實施例3)
將具有表4顯示之化學組成之鋼以熔鋼過熱度40℃鑄造，以表5A顯示之條件進行了熱軋壓。之後，將獲得之熱軋鋼板之表面研磨，以表5A顯示之條件進行了Ni預鍍處理。再者，以表5A顯示之條件進行了熱浸鍍鋅處理且一部分進行了合金化加熱處理。附帶一提，熱浸鍍鋅處理是使用與實施例1同樣之鍍鋅浴。另外，進行鍍敷處理前之熱軋鋼板之板厚是2.3mm。
對於獲得之熱浸鍍鋅鋼板、合金化熱浸鍍鋅鋼板亦與實施例1同樣地評價了比重、拉伸強度、擴孔性、點熔接性、以不鍍敷之有無顯示之鍍敷外觀、鍍鋅層組成、鍍敷密接性。附帶一提，為了進行比較，對於進行鍍敷處理前之熱軋鋼板之擴孔性亦進行了評價。
於表5A及表5B顯示鍍鋅鋼板之比重、拉伸強度、擴孔率、TS×λ、CTS、以不鍍敷之有無顯示之鍍敷外觀、鍍鋅層組成、鍍敷密接性之評價結果。考量鍍鋅鋼板之板厚與拉伸強度等級，CTS是以10kN以上為合格。評價項目中，不合格的情況是加上底線。
熱軋No.31~40及41~50是本發明例，任一之特性皆合格，獲得了目標特性之鍍敷鋼板。另外，CTS是任一者皆為13kN以上，與鍍鋅鋼板中之Mn含量超過0.5%之實施例1之熱軋No.1~10及16~25相比，鍍鋅鋼板之點熔接性大幅地改善。
(實施例4)
將具有表4顯示之化學組成之鋼以熔鋼過熱度40℃鑄造，對於以表5A顯示之條件進行了熱軋壓之熱軋鋼板，以表6A顯示之條件進行了冷軋壓及退火。之後，將獲得之冷軋鋼板之表面研磨，以表6A顯示之條件進行了Ni預鍍處理。再者，以表6A顯示之條件進行了熱浸鍍鋅處理且一部分進行了合金化加熱處理。附帶一提，熱浸鍍鋅處理是使用與實施例1同樣之鍍鋅浴。另外，進行鍍敷處理前之冷軋鋼板之板厚是1.2mm。
對於獲得之熱浸鍍鋅鋼板、合金化熱浸鍍鋅鋼板亦與實施例2同樣地評價了比重、拉伸強度、擴孔性、點熔接性、以不鍍敷之有無顯示之鍍敷外觀、鍍鋅層組成、鍍敷密接性。附帶一提，為了進行比較，對於進行鍍敷處理前之冷軋鋼板之擴孔性亦進行了評價。
於表6A及表6B顯示鍍鋅鋼板之比重、拉伸強度、擴孔率、TS×λ、CTS、以不鍍敷之有無顯示之鍍敷外觀、鍍鋅層組成、鍍敷密接性之評價結果。考量鍍鋅鋼板之板厚與拉伸強度等級，CTS是以5.0kN以上為合格。評價項目中，不合格的情況是加上底線。
冷軋No.31~40及41~50是本發明例，任一之特性皆合格，獲得了目標特性之鍍鋅鋼板。另外，熱浸鍍鋅鋼板之擴孔率是比進行鍍敷前之冷軋鋼板之擴孔率還要提升，合金化熱浸鍍鋅鋼板之擴孔率是更加提升。另外，CTS是任一者皆為7kN以上，與鍍鋅鋼板中之Mn含量超過0.5%之 實施例2之冷軋No.1~10及16~25相比，鍍鋅鋼板之點熔接性大幅地改善。
產業上之可利用性
根據本發明，可獲得製造性良好且具優異鍍鋅性及擴孔性之高強度低比重鍍鋅鋼板，產業上之貢獻是極為顯著。

Claims (8)

  1. 一種鍍鋅鋼板，其特徵在於具備：鋼板，及形成於前述鋼板表面之鍍鋅層；前述鋼板以質量%計含有如下化學成分：C：超過0.100%且在0.500%以下、Si：0.0001%以上且低於0.20%、Mn：超過0.20%且在0.50%以下、Al：3.0%以上且10.0%以下、N：0.0030%以上且0.0100%以下、Ti：超過0.100%且在1.000%以下、P：0.00001%以上且0.0200%以下、S：0.00001%以上且0.0100%以下，且以質量%計，前述C及前述Ti之含量的和滿足0.200<C+Ti1.500，前述Al及前述Si之含量的積滿足Al×Si0.8，剩餘部分是由Fe及不純物所構成；前述鍍鋅層以質量%計含有如下化學成分：Fe：0.01%以上且15%以下、Ni：0.05%以上且1.0%以下、Al：0.15%以上且2.0%以下、剩餘部分是由Zn及不純物所構成；比重是5.5以上且低於7.5，且 十字拉伸強度在5.0kN以上。
  2. 如請求項1之鍍鋅鋼板，其中前述鍍鋅層是熱浸鍍鋅層，其以質量%計含有Fe：0.01%以上且低於7%作為前述化學成分。
  3. 如請求項1之鍍鋅鋼板，前述鍍鋅層是合金化熱浸鍍鋅層，其以質量%計含有Fe：7%以上且15%以下作為前述化學成分。
  4. 如請求項1至3中任一項之鍍鋅鋼板，其中前述鋼板以質量%計更含有選自由下述所構成群組之1種或2種以上作為前述化學成分：Nb：0.300%以下、V：0.50%以下、Cr：3.00%以下、Mo：3.00%以下、Ni：5.00%以下、Cu：3.00%以下、B：0.0100%以下、Ca：0.0100%以下、Mg：0.0100%以下、Zr：0.0500%以下、REM：0.0500%以下。
  5. 如請求項1至3中任一項之鍍鋅鋼板，其中前述鋼板之Mn含量以質量%計超過0.20%且在0.50%以下。
  6. 如請求項4之鍍鋅鋼板，其中前述鋼板之Mn含量以質 量%計超過0.20%且在0.50%以下。
  7. 一種鍍鋅鋼板之製造方法，係對以質量%計含有如下化學成分：C：超過0.100%且在0.500%以下、Si：0.0001%以上且低於0.20%、Mn：超過0.20%且在0.50%以下、Al：3.0%以上且10.0%以下、N：0.0030%以上且0.0100%以下、Ti：超過0.100%且在1.000%以下、P：0.00001%以上且0.0200%以下、S：0.00001%以上且0.0100%以下，且以質量%計，前述C及前述Ti之含量的和滿足0.200<C+Ti1.500，前述Al及Si之含量的積滿足Al×Si0.8，剩餘部分是由Fe及不純物所構成之鋼板，進行下述處理：進行以每個單面之Ni鍍敷附著量為0.2~2g/m2的Ni預鍍處理；對進行了前述Ni預鍍處理之前述鋼板，以20℃/秒以上之昇溫速度進行加熱至430℃~480℃之溫度的加熱處理；並將前述鋼板浸漬於鍍鋅浴中進行熱浸鍍鋅處理，該鍍鋅浴之浴溫度為440℃~470℃，Al：0.1%以上且0.4%以下，且剩餘部分是由Zn及不純物所構成。
  8. 如請求項7之鍍鋅鋼板之製造方法，其在進行了前述熱浸鍍鋅處理後，進一步，以470℃~560℃之加熱溫度、且10秒~40秒之加熱時間進行合金化加熱處理。
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