JP2003113441A - りん酸塩処理性に優れた鋼板 - Google Patents
りん酸塩処理性に優れた鋼板Info
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Abstract
iを比較的多く含有する場合であっても、良好にりん酸
塩処理を行うことのできる鋼板を提供する。 【解決手段】 鋼板表面と直交する方向の断面を電子顕
微鏡にて倍率50000倍以上で観察したときに、鋼板
表面長さ10μmに占めるSi含有酸化物の割合が、任
意に選択される5箇所の平均で80%以下となるように
する。
Description
使用される高張力鋼板に関するものであり、殊に、Si
含有量が比較的多くても優れたりん酸塩処理性を確保す
ることのできる鋼板に関するものである。
2排出抑制策として、新たな自動車燃費改善目標が設定
され、低燃費車優遇税制が導入されるなど、自動車燃費
改善の必要性が高まっている。自動車の軽量化は燃費改
善手段として有効であり、こうした軽量化の観点から素
材の高張力化が強く要求されている。一方、自動車用鋼
板には厳しい加工が施されることから、高張力化と加工
性を両立させるには、C,Si,Mn等の元素の添加が
必要である。
る鋼板は、部品に成形された後、組み立てられ、その
後、塗装に先立ち化成処理としてりん酸塩処理が行われ
る。この様なりん酸塩処理を施すことによって、次工程
の塗装における塗膜密着性を向上させることができる。
通常の製造工程で実施される還元焼鈍の雰囲気で、易酸
化性元素であるSiが優先的に酸化されて鋼板表面に濃
化し、表面にSi含有酸化物層が形成される。そして、
この様に表面に酸化物層の形成された鋼板にりん酸塩処
理を行ったとしても、均一かつ微細にりん酸亜鉛の結晶
を形成させることができず、部分的にりん酸塩結晶が欠
損した表面状態となる。更に、この様なりん酸塩処理不
良の鋼板表面に電着塗装等の塗装を施したとしても、密
着性の良好な塗膜が得られなかったり、塗装後の耐食性
が劣化することとなるのである。
様々な技術が提案されており、例えば特開平5−320
952号には、20〜1500mg/m2の鉄被覆層を
電気めっき法で鋼板上に形成する方法が開示され、また
特開2000−87257号には、4g/m2以下の亜
鉛めっきを形成後にりん酸塩処理またはクロメート処理
等の化成処理を行うことが開示されている。しかしこれ
らの方法では、電気めっき設備が別途必要となって工程
が増加する分コストも増大するという問題がある。
i比率を規定し、特許第2951480号ではNiを添
加することによってりん酸塩処理性を向上させている
が、その効果は鋼板中のSi含有量に依存するものであ
り、Si含有量の高い鋼板については更なる改善が必要
であると考えられる。
後の鋼板表面をブラシロールまたは板ブラシを用いて研
削する方法が開示されている。しかしながらこの方法も
研削設備が別途必要であり、また表面きずが発生するな
ど外観不良となる懸念も生ずる。
の下でなされたものであって、その目的は、Siを比較
的多く含有する場合であっても、良好にりん酸塩処理を
行うことのできる鋼板を提供することにある。
理性に優れた鋼板とは、C,Si,Mnを含む鋼板にお
いて、鋼板表面と直交する方向の断面を電子顕微鏡にて
倍率50000倍以上で観察したときに、鋼板表面長さ
10μmに占めるSi含有酸化物の割合が、任意に選択
される鋼板表面5箇所の平均で80%以下であるところ
に要旨を有するものであり、前記鋼板表面長さ10μm
に占めるSi含有酸化物の割合が全て80%以下である
ことを好ましい形態とする。
おいて、鋼板素地表面から深さ1μm以内にSi含有酸
化物が存在するものであり、また前記電子顕微鏡観察に
おいて、前記鋼板素地表面から深さ1μm以内の鋼板中
の固溶Si量が、該鋼板の平均Si量の0.8倍以下の
ものでもある。
素地表面ままの状態のみならず鋼板素地表面上にSi含
有酸化物層等が形成された状態もいうものとする。これ
に対し「鋼板素地表面」は、前記Si含有酸化物等を含
まない鋼板素地ままの表面をいうものとする。また前記
「前記鋼板素地表面から深さ1μm以内」には、前記鋼
板素地表面は含まないこととする。
が、この様な構成の鋼板の作用について、その完成され
た経緯に沿って説明する。図1は従来の鋼板の表面近傍
の断面構造を模式的に示した図であり、(a)は焼鈍
前、(b)は焼鈍後、(c)は酸洗後を夫々示してい
る。
後に、歪取りや組織調整を目的として焼鈍される。通常
の製造工程で実施される還元焼鈍の雰囲気は、Feは酸
化されないが易酸化元素であるSiやMnは酸化される
雰囲気ガス組成であるので、鋼板中に存在するこれらの
元素が鋼板表面へ拡散・濃化し、鋼板素地表面上に酸化
物が形成される。この様な状態を示したものが、図1
(b)であり、鋼板表面がSi−Mn酸化物(Si,M
n単独の酸化物に限らず、Si,Mnの複合酸化物も含
む)で覆われた状態になる。焼鈍後に酸洗処理を施す
と、Mn酸化物は容易に除去されるが、Si酸化物は通
常の塩酸や硫酸を用いた酸洗では除去し難く、図1
(c)に示す様に鋼板素地表面上に残存する。
を含有するりん酸酸性溶液に鋼板を浸漬させることによ
って、下記式(1)〜(3)の如く反応が進行し、亜鉛
イオンが存在する場合には、素材表面に不溶性のりん酸
亜鉛(素材が鋼板の場合にはりん酸亜鉛鉄)が析出す
る。この様なりん酸亜鉛の結晶を均一に析出させること
によって、塗装を施した場合にも塗料との密着性が良好
な塗装鋼板が得られるのである。
の溶解反応が駆動力であることから、上記りん酸酸性溶
液と鋼板のFeとの接触が必要である。ところが、上記
Si含有酸化物は上記りん酸酸性溶液では溶解し難いた
め、鋼板表面の広範囲に渡って存在する場合、素地鋼板
の溶解反応が該酸化物層に阻まれて抑制され、りん酸塩
処理反応が進行し難くなるのである。
様なりん酸塩処理反応との関係に着目し、図2(表面近
傍の断面構造を模式的に示した図)に示す様に、焼鈍後
にSi含有酸化物が素地鋼板内部に分散した状態を実現
することができれば、鋼板表面へ拡散するSi量が低減
されて鋼板素地表面上のSi含有酸化物の生成を抑制す
ることができ、上記りん酸塩処理反応に必要な金属Fe
部分が多く露出した状態を確保して上記反応が良好に進
行すると考えた。
酸化物の分布に着目し、種々の条件下で該Si含有酸化
物の分布の異なる鋼板を製造し、りん酸塩処理後の表面
状態が良好な鋼板とそうでない鋼板における断面の電子
顕微鏡による写真観察と元素分析を行い、以下の様に素
地鋼板表面付近の断面構造とりん酸塩処理性との関係を
明らかにしたのである。
記Si含有酸化物の析出の程度を判断するため、写真観
察には、電子顕微鏡として走査型電子顕微鏡(SEM)
および透過型電子顕微鏡(TEM)を用いたが、写真観
察はこれらの電子顕微鏡に限定されるものではなく、上
記Si酸化物の分布状態が判断できる他の電子顕微鏡を
用いた場合も含むものとする。
ば、良好なりん酸塩処理表面を得るには、りん酸塩処理
前の鋼板表面において、前記りん酸塩処理反応を阻害す
るSi含有酸化物の面積を小さくし、金属Feの露出面
積を確保することが必要であり、鋼板表面と直交する方
向の断面を電子顕微鏡にて倍率50000倍以上で観察
したときに、鋼板表面長さ10μmに占めるSi含有酸
化物の割合が任意に選択される5箇所の平均で80%以
下となるようにすれば、前記りん酸塩処理反応のアノー
ド点(鋼の素地露出点)となる金属Feが分散した状態
を確保することができ、良好にりん酸塩処理が行えるこ
とが判明した。尚、前記10μmに占めるSi含有酸化
物の長さは、70%以下であることが好ましく、より好
ましくは50%以下である。
微鏡観察において、前記鋼板素地表面から深さ1μm以
内の鋼板素地中にSi含有酸化物を存在させるのがよ
く、また、この様に鋼板中にSi含有酸化物を形成させ
て、鋼板素地表面から深さ1μm以内の鋼板中の固溶S
i量が、該鋼板の平均Si量の0.8倍以下となるよう
な状態にするのがよい。尚、前記鋼板素地表面から深さ
1μm以内の鋼板中の固溶Si量は、鋼板の平均Si量
の0.7倍以下とすることがより好ましく、更に好まし
くは0.5倍以下である。
SiO4などをいうものとする。また、鋼板素地表面か
ら深さ1μm以内に存在するSi含有酸化物は、粒界の
みならず粒内に析出するものであってもよい。
鈍の条件を制御することによって実現可能であり、通常
の焼鈍雰囲気よりも酸素分圧を高めて焼鈍するのがよ
い。酸素分圧を高める方法としては、焼鈍時の露点を上
昇させることが有効であり、例えば3%水素雰囲気にお
いては、露点を−25℃以上、好ましくは−20℃以上
とするのがよい。この様に酸素分圧を高くして焼鈍を行
うことにより、鋼板素地表面上のSi含有酸化物形成を
抑制し、Siの内部酸化を図ることができるのである。
尚、酸素分圧が高すぎると、即ち露点が高すぎると、鉄
の酸化が生じて外観が悪化するので前記露点を0℃以下
にして焼鈍を行うのがよい。
C、Si、Mnを含有するものである。強度を確保また
は焼き入れ性を高めて強度を向上させ、かつ加工性も同
時に向上させるには、Cを0.03%以上、好ましくは
0.05%以上、Siを0.3%以上、好ましくは0.
5%以上、およびMnを0.2%以上、好ましくは1.
0%以上含有させるのがよい。しかしながら、これらの
含有量が過剰になると、りん酸塩処理性および加工性が
低下するので、Cを0.30%以下、好ましくは0.2
0%以下、Siを2.5%以下、好ましくは2.0%以
下、より好ましくは1.5%以下、Mnを3%以下、好
ましくは2.6%以下、より好ましくは2.0%以下と
するのがよい。
て、本発明で用いる鋼板にはAl,P,S等の基本成分
の他、必要によってTi,Nb,Mo,V,Zr,N,
B等の各種元素が含まれるが、これらの含有量について
は特に限定するものではなく、鋼板として通常含有され
る程度であれば良い。本発明で用いる鋼板は、これらの
元素以外に、その特性に影響を与えない程度の微量成分
も含み得るものであり、こうした鋼板も本発明で用いる
鋼板に含まれる。
説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限
を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範
囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、そ
れらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
鋼板を用い、下記の各条件で脱脂、焼鈍および酸洗を行
ってSi含有酸化物の析出形態の異なる鋼板を得た。
浸漬→水洗→乾燥 焼鈍:3%水素含有不活性雰囲気、露点−20℃、87
0℃×200s加熱 酸洗;60℃の3%塩酸水溶液に5秒間浸漬→水洗→乾
燥 (本発明例2) 脱脂:60℃の5%水酸化ナトリウム水溶液に30秒間
浸漬→水洗→乾燥 焼鈍:3%水素含有不活性雰囲気、露点−15℃、87
0℃×200s加熱 酸洗;60℃の3%塩酸水溶液に5秒間浸漬→水洗→乾
燥 (比較例1) 脱脂:60℃の5%水酸化ナトリウム水溶液に30秒間
浸漬→水洗→乾燥 焼鈍:3%水素含有不活性雰囲気、露点−30℃、87
0℃×200s加熱 酸洗;60℃の3%塩酸水溶液に5秒間浸漬→水洗→乾
燥 この様にして得られた各鋼板を、鋼板表面と直交する方
向に切断し、表面近傍を含む断面のTEM観察および定
性分析を行った。前記TEM観察は、鋼板表面に白金保
護膜を蒸着後、表面近傍を含む約10μm×5μmの断
面を集束イオンビーム(FIB)により約0.1μm厚
さに加工したものを用い、エネルギー分散型X線分光器
を備えた電解放出型透過電子顕微鏡[HF2000:株
式会社日立製作所製]を用いて、15000倍および6
0000倍の倍率で観察を行った。
真)は、本発明例1、本発明例2および比較例1の鋼板
断面の透過型電子顕微鏡観察結果を示したものであり、
図3、図5および図7は倍率15000倍で撮影したも
ので、図4、図6および図8は60000倍で撮影した
ものである。図3〜図8における鋼板素地表面上の黒地
の保護膜は前記白金保護膜であり、保護膜と鋼板素地表
面との境界の白地部分または灰色部分は鋼板素地表面上
のSi含有酸化物を示す。また、鋼板素地中に点在する
白地部分または灰色部分は鋼板中のSi含有酸化物を示
す。
できる様な低倍率の視野では、鋼板表面長さ10μmに
占めるSi含有酸化物の割合を正確に測定することがで
きない。従って本発明では、50000倍以上の倍率の
1視野にて約1μmのSi含有酸化物の割合を測定する
要領で、順次視野を移動させて連続10μmに占めるS
i含有酸化物の割合を求めた。尚、本実験では6000
0倍の倍率で観察を行い、上記Si含有酸化物の割合を
求めた。
10μmに占めるSi含有酸化物の割合は本発明例1で
20%、本発明例2で12%であったのに対し、比較例
1では90%とSi含有酸化物の占有率が高い結果とな
った。このことは前記図3〜図6にて、本発明例1およ
び本発明例2では鋼板素地表面上のSi含有酸化物が断
続的に存在しているのに対し、比較例1の鋼板断面を示
す前記図7および図8では連続したSi含有酸化物相が
鋼板素地表面上に形成されていることと一致する。
素地鋼板中のSi含有酸化物の有無および固溶Si量
を、前記電界放出型透過電子顕微鏡に備わっているエネ
ルギー分散型X線分光器(energy dispersive spectrom
eter 以下、EDSと略す)を用い、加速電圧:200
kV、電子ビーム径:約20nmの測定条件で調べた。
代用顕微鏡写真)は、本発明例1、本発明例2および比
較例1の素地鋼板表面近傍を含む鋼板断面を倍率500
00倍で撮影した走査型電子顕微鏡観察写真であり、図
中の保護膜は前記白金保護膜を示し、保護膜と鋼素地と
の境界に位置する黒または灰色の部分は鋼板素地表面上
のSi含有酸化物の濃化相を示す。また鋼板中に点在す
る灰色の部分は、鋼板中のSi含有酸化物を示す。これ
らの観察写真における分析位置1〜3について前記ED
Sで定性分析を行った。図9、図12および図15の分
析位置1〜3を測定した結果を、それぞれ図10、図1
3および図16に示す。尚、図10、図13および図1
6における各ピーク図中の左上の番号は、それぞれ図
9、図12および図15に示す分析位置と対応してい
る。
明例2では、鋼板素地表面から深さ1μm以内の素地鋼
板中にSi含有酸化物が存在しているのに対し、比較例
1では鋼板素地表面上にのみSi含有酸化物が存在し、
素地鋼板中には存在していないことが分かる。
地鋼板中の固溶Si量について、鋼板素地表面から深さ
方向へ100nmの間隔で組成分析(Fe、Siおよび
Mnの各金属比率で算出)を行って求めた。前記図9、
図12および図15における縦線は該分析を行った箇所
を示している。測定した結果を表1に示す。尚、図1
1、図14および図17は、表1の本発明例1、本発明
例2および比較例1のデータに基づき、SiおよびMn
の元素濃度と鋼板素地表面からの深さとの関係をグラフ
にしたものである。
り、本発明例1では、鋼板素地表面から深さ1μm(1
000nm)以内の固溶Si量が0.1〜0.3質量
%、本発明例2では0.0〜0.3質量%(尚、本発明
例2における鋼板素地表面からの深さ100nmでのS
i:1.1質量%、鋼板素地表面からの深さ300nm
でのSi:2.4質量%は、図12から鋼板素地中のS
i含有酸化物によるものと考えられる)と固溶Si量が
かなり少ないのに対し、比較例1では固溶Si量が本発
明の規定を超える箇所の多い結果となっている。
てりん酸塩処理性を評価した。
を40℃の市販の浸漬型りん酸亜鉛処理液に2分間浸漬
して行った。その後、試料表面のりん酸塩結晶の析出形
態を走査型電子顕微鏡で観察した。図18〜20は、そ
れぞれ本発明例1、本発明例2および比較例1の鋼板に
上記りん酸塩処理を施した後の鋼板表面を倍率1000
倍で撮影したものである。写真中の結晶はりん酸塩の皮
膜である。
の5%無水クロム酸水溶液に15分間浸漬し、浸漬前後
の重量差からりん酸塩皮膜の付着量を算出した。その結
果、りん酸塩皮膜の付着量は、本発明例1が2.57g
/m2で、本発明例2が2.63g/m2とどちらも2g
/m2以上であったのに対し、比較例1は1.02g/
m2と少量であった。
分圧を高めて焼鈍を行い、Siの内部酸化を生じさせて
鋼板素地表面のSi含有酸化物量を低減した本発明の鋼
板は、りん酸塩処理を行った場合に均一かつ緻密なりん
酸塩処理皮膜が形成されていることがわかる。
鋼板を用い、60℃の5%水酸化ナトリウム水溶液に3
0秒間浸漬させる脱脂処理を施した後、水洗、乾燥を行
い、その後、表2に示すように露点の異なる3%水素含
有不活性雰囲気下で840℃×120秒間の焼鈍を行
い、更に60℃の3%塩酸水溶液で5秒間酸洗し、水
洗、乾燥を行って供試材とした。
に切断し、前記実施例1と同様の方法で、表面近傍を含
む断面のTEM観察を行った。即ち、各供試材について
鋼板表面長さ10μm以上を含むTEM観察用試料を5
試料作製し、60000倍で観察して各試料での鋼板表
面長さ10μmに占めるSi含有酸化物の割合を求め
た。
りん酸亜鉛処理液に2分間浸漬させ、その後、試料表面
のりん酸塩結晶析出形態を走査型電子顕微鏡にて100
0倍で観察した。更に、前記りん酸塩処理後の供試材を
75℃の5%無水クロム酸水溶液に15分間浸漬させ
て、浸漬前後の重量差からりん酸塩皮膜の付着量を算出
した。これらの結果を表2に併記する。
Si含有酸化物の割合が、5箇所の平均で80%以下で
あるNo.3〜5は、5箇所の平均が80%を超えるN
o.1および2と比較して、りん酸塩皮膜の析出形態が
良好で、かつ、りん酸塩皮膜付着量も多いことが分か
る。また前記No.4,5は、前記No.3と比較して
りん酸塩皮膜付着量が多いことから、前記鋼板表面長さ
10μmに占めるSi含有酸化物の割合が全て80%以
下であるのが望ましいことが分かる。
張力化と加工性を両立させる為にSiを比較的多く含有
させた鋼板において、Si含有酸化物の析出形態を適切
に制御することで、優れたりん酸塩処理性を確保できる
こととなった。そしてこの様な鋼板の実現によって、電
着塗装等の塗装を施した場合にも塗膜密着性の良好な塗
装鋼板を得ることができるようになった。
造を模式的に示した図である。
構造を模式的に示した図である。
結果(倍率15000倍)を示した図面代用顕微鏡写真
である。
結果(倍率60000倍)を示した図面代用顕微鏡写真
である。
結果(倍率15000倍)を示した図面代用顕微鏡写真
である。
結果(倍率60000倍)を示した図面代用顕微鏡写真
である。
果(倍率15000倍)を示した図面代用顕微鏡写真で
ある。
果(倍率60000倍)を示した図面代用顕微鏡写真で
ある。
鏡観察結果を示した図面代用顕微鏡写真である。
1〜3についてEDSで定性分析を行った結果を示した
ピーク図である。
SiおよびMnの元素濃度と鋼板素地表面からの深さの
関係を示したグラフである。
微鏡観察結果を示した図面代用顕微鏡写真である。
置1〜3についてEDSで定性分析を行った結果を示し
たピーク図である。
SiおよびMnの元素濃度と鋼板素地表面からの深さの
関係を示したグラフである。
鏡観察結果を示した図面代用顕微鏡写真である。
1〜3についてEDSで定性分析を行った結果を示した
ピーク図である。
iおよびMnの元素濃度と鋼板素地表面からの深さの関
係を示したグラフである。
た後の、試料表面の走査型電子顕微鏡観察結果を示した
図面代用顕微鏡写真である。
た後の、試料表面の走査型電子顕微鏡観察結果を示した
図面代用顕微鏡写真である。
後の、試料表面の走査型電子顕微鏡観察結果を示した図
面代用顕微鏡写真である。
Claims (4)
- 【請求項1】 C,Si,Mnを含む鋼板において、鋼
板表面と直交する方向の断面を電子顕微鏡にて倍率50
000倍以上で観察したときに、鋼板表面長さ10μm
に占めるSi含有酸化物の割合が、任意に選択される鋼
板表面5箇所の平均で80%以下であることを特徴とす
るりん酸塩処理性に優れた鋼板。 - 【請求項2】 前記鋼板表面長さ10μmに占めるSi
含有酸化物の割合が全て80%以下である請求項1に記
載の鋼板。 - 【請求項3】 前記電子顕微鏡観察において、鋼板素地
表面から深さ1μm以内にSi含有酸化物が存在する請
求項1または2に記載の鋼板。 - 【請求項4】 前記電子顕微鏡観察において、前記鋼板
素地表面から深さ1μm以内の鋼板中の固溶Si量が、
該鋼板の平均Si量の0.8倍以下である請求項1〜3
のいずれかに記載の鋼板。
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