JP2003147486A

JP2003147486A - 高強度冷延鋼板

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Publication number: JP2003147486A
Application number: JP2002321147A
Authority: JP
Inventors: Yoshitsugu Suzuki; 善継鈴木; Kazuaki Kyono; 一章京野; Nobuo Totsuka; 信夫戸塚
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-11-05
Filing date: 2002-11-05
Publication date: 2003-05-21
Anticipated expiration: 2016-05-20
Also published as: JP3870891B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、鋼板の母材に工夫をこらして、溶融
めっき時の「不めっき」やめっき後の合金化処理時の
「合金化むら」を生じさせることなく、溶融めっき性及
びめっき後の合金化処理性に優れた高強度冷延鋼板を提
供することを目的としている。【解決手段】Ｓｉを０．１ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下
含有する高強度冷延鋼板表層の結晶粒界及び／又は結晶
粒内に、上記溶融めっき性等の改良に有効な酸化物を有
することを特徴とする高強度冷延鋼板である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高強度冷延鋼板に
関し、特に、自動車車体などに用いられ、且つ必要に応
じて溶融めっき、めっき後の合金化処理などが施される
高強度冷延鋼板に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、排気ガス規制の観点から、自動車
車体の軽量化が叫ばれている。そして、この車体軽量化
の有効な手段の一つとして板厚を薄くする方法がある
が、この方法を用いる場合には、安全性確保の面から板
厚を薄くした分に見合うよう板自体の強度を高める必要
がある。そこで、従来は、鋼中にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐ
等の所謂固溶強化元素を複合添加したり、あるいはＣ、
Ｍｎを主に添加して、鋼板の高強度化が図られている。

【０００３】ところで、上記のような高強度鋼板は、優
れた材質を確保するため、製造過程において、冷間圧延
後８００℃以上の高温で焼鈍される。また、耐食性を付
与するため、上記焼鈍後に、めっきや化成処理などが施
されることがある。その焼鈍は、通常、Ｎ₂ −Ｈ₂ の雰
囲気下で行うが、この雰囲気はＦｅに関しては還元性雰
囲気であるが、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐなどに関しては酸
化性の雰囲気であり、これら元素は、選択的に酸化され
て酸化物となり鋼板表面に濃化する。そして、この鋼板
に例えば溶融亜鉛めっきを施した場合、上記酸化物が溶
融亜鉛と鋼板との濡れ性を低下させ、鋼板表面で所謂
「不めっき」現象をしばしば引き起こす。さらに、焼鈍
後に脱脂や酸洗を施しても、これら酸化物は鋼板から完
全には除去できないので、電気めっきや化成処理などを
施すに際しては、「不めっき」現象や化成処理液の「は
じき」などを引起こすことが多い。つまり、めっき性、
化成処理性などに優れた高強度冷延鋼板は、得がたいも
のであった。

【０００４】これらの問題点のうち、溶融めっき性の改
善のため、溶融めっきに先立って鋼板の表面にＮｉによ
る下地めっきを施す方法が提案された（特許文献１参
照）。しかしながら、この方法では、Ｓｉを０．１ｗｔ
％以上３．０ｗｔ％以下含有する鋼板、もしくはＣを
０．０３〜０．１０ｗｔ％、Ｓｉを０．００１〜０．１
０ｗｔ％未満、Ｍｎを０．５〜２．０ｗｔ％、Ｐを０．
０１〜０．１０ｗｔ％、Ｍｏを０．５０ｗｔ％以下をそ
れぞれ含有する鋼板を対象とした場合、付着量が１０ｇ
／ｍ² 以上のＮｉめっきを施すことが必要になり、製造
コストの大幅上昇を招いた。そして、このような大量の
Ｎｉめっきを施すと、溶融亜鉛めっきと鋼板との濡れ性
は確かに改善されるが、合金化過程においてめっき表面
にＳｉ、Ｎｉに起因する欠陥が多発するという別の問題
が生じた。

【０００５】また、上記Ｎｉめっきに代え、鋼板の表面
にＦｅの下地めっきを施す方法がある（特許文献２参
照）。しかしながら、この方法では、Ｓｉ添加鋼の「不
めっき」を防止することはできたが、そのために５ｇ／
ｍｉｎ² 以上のＦｅをめっきする必要があり、Ｎｉの場
合と同様極めて不経済であった。

【０００６】さらに、、冷延後にあらかじめ鋼板を酸化
して表層に鉄酸化膜を形成させ、その後還元焼鈍するこ
とによって、合金元素の酸化物被膜の形成を抑制してか
ら所望のめっきを施す方法が開示された（特許文献３及
び４参照）。しかしながら、これらの方法は、還元焼鈍
でめっき前に残存する鉄酸化膜の厚みを一定値以下に制
御する方法であるため、還元焼鈍で還元されすぎてしま
い、合金元素が表面に濃化してかえってめっき性が不良
となる問題、つまり酸化膜と還元量のバランスが崩れる
という問題があった。加えて、この過還元を防ぐには、
鉄酸化物の膨大量が必要になるため、圧延時にロールな
どによって鉄酸化物皮膜が剥離してしまい、その後の還
元焼鈍時に合金元素の選択酸化が起ってめっき性が阻害
されたり、剥離した鉄酸化物の皮膜が焼鈍炉内に散乱し
て、操業に悪影響を及ぼすという問題もあった。

【０００７】以上述べたように、自動車用高強度材料と
して現在魅力のある高強度鋼板であっても、これを溶融
めっきなどを施した後に耐食性の良好な表面処理鋼板と
して使用するには、まだまだ改良の余地が残されている
のが実状である。

【０００８】

【特許文献１】特公昭６１−９３８６号公報（３頁、左
欄の１３〜２２行）

【特許文献２】特開昭５７−７０２６８号公報（３頁、
左上欄の１７行〜右上欄の６行）

【特許文献３】特開昭５５−１２２８６５号公報（２
頁、右上欄の６〜１８行）

【特許文献４】特開平４−２５４５３１号公報（２頁、
右欄の段落[０００８]）

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
を鑑み、鋼板の母材に工夫をこらして、溶融めっき時の
「不めっき」やめっき後の合金化処理時の「合金化む
ら」を生じさせることなく、溶融めっき性及びめっき後
の合金化処理性に優れた高強度冷延鋼板を提供すること
を目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記したように、Ｓｉ、
Ｍｎ等の固溶強化元素が複合添加されている高強度冷延
鋼板に、溶融めっきを施すと、これら元素が表面に濃化
して皮膜を形成し、溶融亜鉛や化成処理液と鋼板との濡
れ性を阻害するため「不めっき」が発生する。また、表
面濃化量とめっき性、合金化速度には相関があり、表面
濃化量の少ない方がめっき性が良くなるし、合金化速度
は速くなることは、既に知られている。

【００１１】そこで、発明者は、表面濃化を抑制するた
めの鋼板の表層構造の詳細な検討を鋭意行った。

【００１２】その結果、ある特定した成分を含有する高
強度冷延鋼板表層の結晶粒界、あるいは粒内、あるいは
結晶粒界及び粒内に、予めＳｉＯ₂ ，ＭｎＯ，ＦｅＳｉ
Ｏ₃，Ｆｅ₂ ＳｉＯ₄ ，ＭｎＳｉＯ₃ ，Ｍｎ₂ ＳｉＯ
₄ ，Ｐ₂ Ｏ₅ 等の酸化物を生成させておくと、該高強度
鋼板の溶融めっき性及びめっき後の合金化処理性を飛躍
的に向上させることを見いだし、本発明を完成させた。

【００１３】すなわち、本発明は、溶融めっきに供され
る高強度冷延鋼板であって、Ｓｉを０．１ｗｔ％以上
３．０ｗｔ％以下含有する高強度冷延鋼板の、鋼板表層
から０．１〜１００μｍの深さまでの結晶粒界及び／又
は結晶粒内に、ＳｉＯ₂，ＭｎＯ，ＦｅＳｉＯ₃，Ｆｅ₂
ＳｉＯ₄，ＭｎＳｉＯ₃，Ｍｎ₂ＳｉＯ₄及びＰ₂Ｏ₅から選
ばれた１種以上の酸化物が形成されてなることを特徴と
する高強度冷延鋼板である。

【００１４】また、本発明は、溶融めっきに供される高
強度冷延鋼板であって、鋼板の組成元素として、Ｃ：０．０３〜０．１０ｗｔ％Ｓｉ：０．００１〜０．１０ｗｔ％未満Ｍｎ：０．５〜２．０ｗｔ％Ｐ：０．０１〜０．１０ｗｔ％Ｍｏ：０．５０ｗｔ％以下を含有する高強度冷延鋼板の、鋼板表層から０．１〜１
００μｍの深さまでの結晶粒界及び／又は結晶粒内に、
ＳｉＯ₂，ＭｎＯ，ＦｅＳｉＯ₃，Ｆｅ₂ＳｉＯ₄，ＭｎＳ
ｉＯ₃，Ｍｎ₂ＳｉＯ₄及びＰ₂Ｏ₅から選ばれた１種以上
の酸化物が形成されてなることを特徴とする高強度冷延
鋼板である。

【００１５】かかる本発明によれば、溶融めっき時の
「不めっき」やめっき後の合金化処理時の「合金化む
ら」を生じさせることなく、溶融めっき性及びめっき後
の合金化処理性に優れた高強度冷延鋼板を製造できるよ
うになる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。

【００１７】本発明に係る高強度冷延鋼板の表層内の結
晶粒界、あるいは粒内、あるいは結晶粒界及び粒内に存
在する酸化物は、該鋼板を冷間圧延する前段階の熱間圧
延時に生成させておく。特に、熱延後のコイル巻取温度
が高く、その後の冷却速度が遅い場合に、それら酸化物
が成長する。粒界に形成された酸化物の様子を図１に示
すが、所謂黒皮の直下にそれが観察される。この酸化物
をＥＰＭＡで分析した結果を図２に示す。図２より、Ｓ
ｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｏのピークが見られることから、これら
元素の酸化物が生成していることがわかる。また、熱延
鋼板の表層のレプリカを取りＴＥＭ（透過型電子顕微
鏡）により観察した結果を図３に示す。図３より、粒界
だけでなく、表層の結晶粒内にも析出物が確認される。
これをＥＤＸにより元素の成分分析した結果を表１に示
す。表１より、粒界については、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｓｉな
ど、粒内については、Ｍｎ、Ｓｉなどが確認できる。ま
た、レプリカにより剥離可能であること及びこれらの元
素の鋼中における存在形態を鑑みるに、これらの元素は
酸化物を形成しているものと考えられる。

【００１８】

【表１】

【００１９】さらに、これら鋼板表層直下に存在する酸
化物は、熱間圧延段階で形成した黒皮直下の酸化物が、
その後の酸洗、冷延、焼鈍などの工程を経ても残存する
ものである。図４には、冷延及び焼鈍後の本発明に係る
鋼板をグロー放電（ＧＤＳ）による発光分析法で、表層
から１０μｍ程度の深さまで元素分析した結果を示す。
それによれば、表層からの深さ０．５〜３μｍ程度にみ
えるＳｉ、Ｍｎ、Ｐのピークが上記の酸化物に相当す
る。

【００２０】通常、ＣＧＬでの還元焼鈍では、Ｓｉ、Ｍ
ｎなどは選択酸化されて表面濃化するが、本発明に係る
高強度冷延鋼板では、これら元素が鋼板表面近傍のバル
クから表面へ移動しにくくなり、逆に酸素の内部への移
動が促進されるため、内部酸化層が生成し、再表面での
表面濃化が抑制される。言い換えると、表層酸化物層に
より、金属元素の外方向拡散（表面濃化）から酸素の内
方向拡散（内部酸化）に変化する。そのため、鋼板表面
にはめっき密着性や化成処理性を悪くするＳｉ、Ｍｎな
どの酸化物皮膜が存在せず、該鋼板の性能は良好とな
る。従って、本発明によれば、Ｓｉ、Ｍｎ等の合金元素
が複合添加されている高強度鋼板の各種表面処理性、具
体的には溶融めっき性及びめっき後の合金化処理性が飛
躍的に向上するのである。

【００２１】ここで、溶融めっき性について例を挙げれ
ば、鋼中にＳｉを０．１ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下含
有する、もしくはＣを０．０３〜０．１０ｗｔ％、Ｓｉ
を０．００１〜０．１０ｗｔ％未満、Ｍｎを０．５〜
２．０ｗｔ％、Ｐを０．０１〜０．１０ｗｔ％、Ｍｏを
０．５０ｗｔ％以下、それぞれ含有するが、前記表層の
結晶粒界や粒内に酸化物を含まない高強度冷延鋼板を通
常プロセスで溶融めっきすると、めっき前の焼鈍過程で
鋼中のＳｉやＭｎが鋼板表面の加熱によって選択的に酸
化され、ＳｉやＭｎの酸化物が鋼板表面に形成する。こ
のＳｉやＭｎの酸化物は還元焼鈍でも還元されないの
で、鋼中のＳｉ含有量の増加にともない該鋼板と溶融亜
鉛との濡れ性が急激に低下し、所謂「不めっき」が発生
する。

【００２２】しかしながら、本発明では、鋼板表層内に
予め酸化物を形成させておくので、前記表面濃化が抑制
され、ＳｉやＭｎの酸化物が鋼板表面に形成しない。そ
の効果は、Ｓｉを０．１ｗｔ％以上もしくはＭｎを０．
５ｗｔ％以上含有する場合が最も大きい。

【００２３】なお、本発明に係る高強度冷延鋼板に適用
できる溶融めっき方法としては、溶融亜鉛めっきに限ら
ず、溶融アルミニウムめっきや溶融アルミニウム−亜鉛
めっきである５％アルミニウム−亜鉛めっき（通称、ガ
ルバリウムめっき）等である。これは、ＳｉやＭｎなど
の酸化物の表面への濃化が抑制されるため、亜鉛に限ら
ずアルミニウムなどの溶融金属と鋼板との濡れ性が改善
されるためである。従って、結局のところ高強度冷延鋼
板の表層に予め酸化物を生成せしめておくことで、Ｓｉ
やＭｎなどの酸化物の表面への濃化が抑制されるため、
ＳｉやＭｎの添加物の多い高強度鋼板でも金属種を問わ
ず溶融めっき性が良好になるわけである。

【００２４】また、めっき後の合金化についても同様
で、表面濃化量と相関があるのはめっき性だけでなく、
合金化速度とも相関があり、表面濃化量の少ない方がめ
っき性がよくなるし、合金化速度は速くなることが確認
されている。従って、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐなどの強化
元素が添加された高強度冷延鋼板の溶融めっき性及びめ
っき後の合金化処理性を飛躍的に向上させるためには結
局のところＳｉ、Ｍｎなどの表面濃化を顕著に抑制する
ことが最も効果的かつ適切である。

【００２５】次に、本発明で採用した成分や他の条件の
限定理由を説明する。

【００２６】第１発明でＳｉ量の下限を０．１ｗｔ％，
第２発明でＭｎ量の下限を０．５ｗｔ％としたのは、こ
れより少ない範囲では本発明を適用しなくても通常のラ
ジアント・チューブ（ＲＴＨ）型や無酸化炉（ＮＯＦ）
型ＣＧＬを用いて良好な溶融亜鉛めっきが可能だからで
ある。また、合金化反応についても、特に合金化反応速
度の低下は見られず、従来と同様の合金化設備や合金化
温度、合金化時間、加熱時の昇温速度、冷却時の冷却速
度などにて合金化が可能であることから、第１発明で
は、Ｓｉ量を０．１ｗｔ％以上、あるいは第２発明で
は、Ｍｎ量を０．５ｗｔ％以上とする。

【００２７】第１発明でＳｉ量の上限を３．０ｗｔ％，
第２発明でＭｎ量の上限を２．０ｗｔ％としたのは、Ｓ
ｉ量が３．０ｗｔ％を超える、もしくはＭｎ量が２．０
ｗｔ％を超えると、鋼板表面に酸化膜を形成し、めっき
浴との密着性を著しく低下させるためである。

【００２８】第２の発明は、Ｓｉが０．１ｗｔ％未満の
場合でも、上述のようにＭｎを２．０〜０．５ｗｔ％に
限定することのみで、本願の特性を有する高強度冷延鋼
板を得るものであり、Ｓｉの下限値０．００１ｗｔ％は
不可避的な含有量である。

【００２９】同様に、鋼中にＣｒを０．１ｗｔ％以上、
２．０ｗｔ％以下含有する高強度鋼板においても、鋼中
のＣｒが焼鈍過程において鋼板表面の加熱によって選択
的に酸化され、鋼板表面に拡散されるため、これらの酸
化物が濃化し、鋼板表面で皮膜を形成する。また、この
酸化物層は、酸洗によっても充分には除去されず、鋼板
と溶融亜鉛との濡れ性を著しく阻害し、鋼板に溶融亜鉛
が付着しない、所謂「不めっき」がしばしば起る。

【００３０】しかしながら、本発明では、高強度鋼板の
表層の結晶粒界、あるいは粒内、あるいは結晶粒界及び
粒内に、酸化物を生成させると、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐ、Ｃｒ
などの表面濃化が抑制され、これらの酸化物が鋼板表面
に形成しないため、「不めっき」がおこらない。そのた
め、鋼中にＣｒを０．１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下含
有する高強度冷延鋼板に対しても、本発明は効果があ
る。

【００３１】Ｐは、深絞り性の劣化が少なく鋼板を硬化
できること、Ｂは、鋼の二次加工脆性に絶大な効果を有
することから、高強度鋼板には必須の元素である。これ
らは、焼鈍過程において鋼板表面の加熱によって選択的
に酸化され、鋼板表層に拡散されるが、溶融亜鉛との濡
れ性を著しく阻害することはない。また、焼鈍後の脱脂
酸洗が充分でなく表層に残存したとしても「不めっき」
の原因にもなりにくい。しかし、Ｐについては多量に含
有すると、合金化遅延を引き起こす恐れがあることか
ら、０．１０ｗｔ％以下とするが、Ｂについては特に含
有量の限定はしない。

【００３２】加えて、Ｍｏの添加は、鋼板の機械的特性
を向上させる効果がある。そのため、本発明ではその含
有量を０．５ｗｔ％以下とする。

【００３３】一方、酸化物層の厚みを０．１以上、１０
０μｍ以下に限定したのは、０．１μｍ以下であると、
本発明に係る酸化物の生成量そのものが少ないため、表
面濃化を抑制することができなくなるからであり、１０
０μｍ以上であると、酸化物は脆ので、鋼板自身の機械
的特性が低下する恐れがあるからである。

【００３４】

【実施例】以下に、実施例に基づき本発明の内容を補足
する。

【００３５】表２に示す組成の高強度鋼板を熱間圧延
後、酸洗し冷間圧延を行った。その後、前記した各種表
面処理を施し、表３及び４に挙げたような表面処理鋼板
を製造した。その条件は、１２００から１２５０℃でス
ラブ加熱を実施してから熱間圧延を行った後、８６０〜
９１０℃にて仕上圧延し、巻取温度４５０〜７４０℃で
コイル状に巻き取りを行った。ついで、該熱延鋼板の黒
皮を酸洗で除去し、その後、冷間圧延、還元焼鈍、各種
表面処理を施した。還元焼鈍は、表２の鋼種でＮｏ．１
が８５０℃、Ｎｏ．２が８８０℃、Ｎｏ．３が８４０
℃、Ｎｏ．５が８６０℃、Ｎｏ．６が８７０℃、Ｎｏ．
７が８６０℃、Ｎｏ．８が８５０℃、Ｎｏ．９が８７０
℃で行った。また、表３及び４中で「厚み」とは、鋼板
表層から酸化物が分布する範囲の厚みを表す。なお、Ｎ
ｏ．８は、化学組成が第２発明に該当するもので、この
場合結晶粒界及び／又は粒内に生じるめっき性の改良に
有効な酸化物は、Ｓｉ含有量が少ないことからＭｎＯ，
Ｐ₂ Ｏ₅ が主体となる。

【００３６】

【表２】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】表面処理方法としては、溶融亜鉛めっき浴
はアルミ濃度を０．１６％添加した浴で、めっき温度は
４８０℃とした。溶融めっき、合金化等の表面処理方法
を施した鋼板の外観性については、目視で観察した上で
良好か否か、「不めっき」発生があるか否か、「付着量
むら」があるか等を判断した。合金化処理温度について
は、４３０℃から６００℃の温度範囲で種々変更した。
合金化状態については、合金化後、目視で合金化むら、
合金化遅延などが起っていないかどうか確認したうえで
評価した。なお、鋼板表層直下の酸化物の有無観察は、
断面研磨後１％ナイタール液によりエッチングして行っ
た。

【００４０】上記のようにして製造した各種表面処理の
結果を前記表３、表４及び表５に示す。本発明の請求範
囲外の場合（比較例）、「不めっき」、また酸化物層が
１５０μｍと厚い場合は鋼板自身の機械的特性が劣化す
るなど、様々な不具合が発生した。しかし、本発明の請
求範囲内の場合（実施例）、「不めっき」はおろか、鋼
板自身の機械的特性の劣化などいかなる不具合も生じな
かった。

【００４１】

【表５】

【００４２】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る鋼板表
層の結晶粒界、あるいは結晶粒内、あるいは結晶粒界及
び粒内に酸化物が生成せしめられている高強度冷延鋼板
は、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒなどを含有していても、普通鋼と
同様に効率的に従来困難であった各種表面処理を施すこ
とが可能であり、高機能表面処理鋼板の製造に対し極め
て効果的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】熱延鋼板表層の結晶粒界にある酸化物層を示す
図である。

【図２】上記酸化物層のＥＰＭＡによる断面分析結果を
示す図である。

【図３】本発明に係る高強度冷延鋼板の電子顕微鏡によ
る断面を示す図である。

【図４】グロー放電による鋼板断面の深さ方向分析結果
を示す図である。

【符号の説明】

１粒界２粒内３黒皮４鋼板表面５酸化物層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者戸塚信夫倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融めっきに供される高強度冷延鋼板で
あって、Ｓｉを０．１ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下含有
する高強度冷延鋼板の、鋼板表層から０．１〜１００μ
ｍの深さまでの結晶粒界及び／又は結晶粒内に、ＳｉＯ
₂，ＭｎＯ，ＦｅＳｉＯ₃，Ｆｅ₂ＳｉＯ₄，ＭｎＳｉ
Ｏ₃，Ｍｎ₂ＳｉＯ₄及びＰ₂Ｏ ₅から選ばれた１種以上の
酸化物が形成されてなることを特徴とする高強度冷延鋼
板。
【請求項２】溶融めっきに供される高強度冷延鋼板で
あって、鋼板の組成元素として、Ｃ：０．０３〜０．１０ｗｔ％Ｓｉ：０．００１〜０．１０ｗｔ％未満Ｍｎ：０．５〜２．０ｗｔ％Ｐ：０．０１〜０．１０ｗｔ％Ｍｏ：０．５０ｗｔ％以下を含有する高強度冷延鋼板の、鋼板表層から０．１〜１
００μｍの深さまでの結晶粒界及び／又は結晶粒内に、
ＳｉＯ₂，ＭｎＯ，ＦｅＳｉＯ₃，Ｆｅ₂ＳｉＯ₄，ＭｎＳ
ｉＯ₃，Ｍｎ₂ＳｉＯ₄及びＰ₂Ｏ₅から選ばれた１種以上
の酸化物が形成されてなることを特徴とする高強度冷延
鋼板。