JP2008214681A - 塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板を得ること、そして、メッキ後の調質圧延において、特殊なロール粗度やロール管理を必要としない簡便な方法で製造することを課題とする。
【解決手段】質量％で、Ｆｅ：６〜１３％、Ａｌ：０．２５〜１％、Ｎｉ：０．２５〜１％、残部Ｚｎと不可避不純物からなるメッキ組成であって、平均うねり（Ｗｃａ）が０．５μｍ以下、平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以上であることを特徴とする塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板で、該メッキ鋼板はＲａ＞２×Ｗｃａの関係を満たすことが望ましい。このメッキ鋼板は、焼鈍、調質圧延された冷延鋼板にＮｉプレメッキを施し、５００℃以下の温度まで加熱した後、溶融亜鉛メッキ浴でメッキし、ワイピング後に加熱、合金化し、０．１％以上の調質圧延を行なうことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に関する。

合金化溶融亜鉛メッキ鋼板は、塗膜密着性、塗装後の耐食性に優れ、自動車あるいは建築用の鋼板として知られているが、電気亜鉛系メッキ鋼板に比較すると、塗装鮮映性とプレス成形性の点で劣っているのが現状であり、この改善が望まれている。

特許文献１においては、平均うねり（Ｗｃａ）を小さく、平均粗さ（Ｒａ）を逆に大きくすることで塗装鮮映性とプレス成形性の両立を図った合金化溶融亜鉛メッキ鋼板が提案されているが、十分な特性とは言い難い。またＷｃａとＲａは相関があるため、一方のみを大きく、他方を小さくすることは、極めて困難であり、これを実現するためには、特許文献１の実施例にて開示されているようにメッキ後に表面研磨や複数回の調質圧延を組合す必要があるため、工業的な実用化は困難であった。

また特許文献２および３では、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板に、特定のロールで２回の調質圧延を施すことで、塗装鮮映性とプレス成形性を両立する粗度を付与する方法が開示されているが、これも十分な特性とは言いがたい。また２回の調質圧延を施すため、鋼板伸び率が高くならざるを得ず、その分材質の劣化が大きいといった問題もある。

特許文献４では、平均粗さ（Ｒａ）を０．４μｍ以下と小さくした母材鋼板の表面にＲａで０．５〜１．０μｍ、Ｗｃａで０．７μｍ以下、ｐｐｉが１５０以下の合金化溶融亜鉛メッキ層を形成してなることを特徴とする合金化溶融亜鉛メッキ鋼板が開示されているが、Ｒａに対してＷｃａが高めであるため、塗装鮮映性とプレス成形性の両立の点で十分ではない。また適正なメッキ後粗度を得ようとすると、調質圧延条件やロールの管理を厳密に行なう必要があり、コスト的にも問題があった。また、母材の粗度が小さい場合には、メッキ工程等での微小すり傷等欠陥が目立ちやすく、歩留まりを下げるといった問題があった。

そのほかにも、特許文献５では、表面処理鋼板用原板の粗度をＲａで０．４μｍ以下、ｐｐｉ１００以下とし、メッキ後に伸び率で０．５〜１．８％の調質圧延を施す方法が開示されている。特許文献６では、ブライト仕上した鋼板に合金化溶融亜鉛メッキを施し、ブライトロールにて調質圧延を施す方法が開示されている。特許文献７では、ブライトロールまたはレーザービーム加工ロールで圧延された冷延鋼板を用い、合金化溶融亜鉛メッキ処理の後、レーザービーム加工ロールで調質圧延を施す方法が開示されている。以上の例はいずれも、前記特許文献４と同様の問題があった。

特開平６−９１３０３号公報 特開平５−１５９０１号公報 特開平７−１２４６０４号公報 特開２００４−１５６１１１号公報 特開平２−１７５００７号公報 特開平２−２２５６５２号公報 特開平２−１８５９５９号公報

上記に鑑み、本発明は、塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板を得ることを課題とする。また、前記の製造においては、メッキ後の調質圧延において、特殊なロール粗度やロール管理を必要としない簡便な製造方法を提供することを課題とする。

前記した従来技術はいずれも、冷間圧延された鋼板を連続焼鈍炉を有する溶融亜鉛メッキ設備で、焼鈍、溶融亜鉛メッキ、合金化処理を行い、調質圧延する製法を対象としたものである。この場合のメッキ後粗度調整は、調質圧延、または冷間圧延の最終ロールの粗度の調整に頼るしか方法がなかった。

しかしながらこの方法では、いかに冷間圧延の段階で粗度調整を行なったとしても、合金化溶融亜鉛メッキ処理によって、粗度が大きく変化（Ｒａ、Ｗｃａの増加）してしまうため、結局は最終の調質圧延しだいであり、得られる特性には限界があった。

そこで、合金化溶融亜鉛メッキ処理後の粗度の変化（Ｒａ、Ｗｃａの増加）を抑制し、塗装鮮映性とプレス成形性を両立する手法を検討したところ、メッキ層中に適正量のＮｉを含有させ、更にＲａとＷｃａを適正に制御すれば、極めて良好な性能の得られることを知見した。また、更に、メッキ母材である冷延鋼板を焼鈍、調質圧延し、Ｎｉプレメッキを施して５００℃以下まで加熱したのち、合金化溶融亜鉛メッキ処理を行うと、Ｎｉの効果および、調質圧延にて付与された表層の微小ひずみの効果によって、均一な合金化溶融亜鉛メッキ層が形成されやすくなり、メッキ後の粗度変化が小さく抑えられると共に、メッキ後の調質圧延によって、適正な粗度が容易に得られることを知見し、本発明に至った。

すなわち、本発明の要旨とするところは、以下のとおりである。

質量％で、Ｆｅ：６〜１３％、Ａｌ：０．２５〜１％、Ｎｉ：０．２５〜１％、残部Ｚｎと不可避不純物からなるメッキ組成であって、平均うねり（Ｗｃａ）が０．５μｍ以下、平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以上であることを特徴とする塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板である。前記合金化溶融亜鉛メッキ鋼板はＲａ＞２×Ｗｃａの関係を満たすことが望ましい。

また本発明の要旨とするところは、焼鈍、調質圧延された冷延鋼板にＮｉプレメッキを施し、５００℃以下の温度まで加熱した後、溶融亜鉛メッキ浴でメッキし、ワイピング後に加熱、合金化し、０．１％以上の調質圧延を行なうことを特徴とする塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法である。焼鈍、調質圧延された冷延鋼板の平均うねり（Ｗｃａ）が０．５μｍ以下、平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以上であることが望ましい。焼鈍、調質圧延された冷延鋼板が、伸び率０．２％以上の調質圧延されたものであることが望ましい。

本発明によって、塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板が得られ、また、メッキ後の調質圧延において、従来のように特殊なロール粗度やロール管理を必要としない簡便な方法で製造することができるという顕著な効果を奏する。

以下に本発明を詳細に説明する。

本発明の合金化溶融亜鉛メッキ鋼板は、質量％で、Ｆｅ：６〜１３％、Ａｌ：０．２５〜１％、Ｎｉ：０．２５〜１％、残部Ｚｎと不可避不純物からなるメッキ組成であって、平均うねり（Ｗｃａ）が０．５μｍ以下、平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以上であることを特徴とする。まず、本発明でメッキ組成を限定した理由について説明する。

Ｆｅ：６〜１３％としたのは、６％の下限未満では表層にη、ζ相が残存しやすく、摺動性が劣るためであり、１３％の上限を超えると、パイダリング性が劣るためである。一般に摺動性が劣りやすいとされるＦｅ６〜１０％の領域でも良好な摺動性の得られるのは本発明の特徴でもある。摺動性とパウダリング性の観点で、より好ましくは、７〜１２％、更に好ましくは８〜１１％である。

Ａｌ：０．２５〜１％としたのは、０．２５％の下限未満ではパウダリング性が劣り、１％の上限を超えると、塗装鮮映性が劣るためである。また、下限未満、上限超のいずれの場合にも、適正な粗度が得られにくい。

Ｎｉ：０．２５〜１％としたのは、０．２５％の下限未満では塗装鮮映性が劣り、１％の上限を超えると、パウダリング性が劣るためである。また、下限未満、上限超のいずれの場合にも、適正な粗度が得られにくい。

メッキ層中のＮｉはＺｎ−Ｆｅ合金のメッキ結晶を微細化してミクロに平滑化すると共に、メッキ最表層にＡｌ酸化物が濃縮するのを抑制して、化成処理性を向上させる効果も有していると推定され、これら効果の複合によって、後述する粗度とあわせて良好な塗装鮮映性が得られるものである。

また、メッキ層中のＡｌおよびＮｉを前記のように限定することによって、後述する粗度とあわせて、Ｆｅ６〜１０％の低いＦｅ％の領域でも良好な摺動性が得られ、一方Ｆｅ１０〜１３％の高いＦｅ％の領域でも良好なパウダリング性が得られ、広いＦｅ％範囲にて良好な特性が得られるものである。この観点でより好ましいＡｌ濃度範囲は、０．３〜０．６％であり、より好ましいＮｉ濃度範囲は０．３〜０．８％である。

平均うねり（Ｗｃａ）を０．５μｍ以下、平均粗さ（Ｒａ）を０．４μｍ以上としたのは、塗装鮮映性とプレス成形性を両立させるためであり、Ｗｃａが０．５μｍ超では塗装鮮映性が劣り、Ｒａが０．４μｍ未満ではプレス成形性が劣る。なお、Ｒａについては、より良好な塗装鮮映性とプレス成形性を両立させるため、その上限を１．０μｍとするのが望ましい。Ｗｃａの下限は特に限定されない。

より良好な塗装鮮映性とプレス成形性を両立させる上では、Ｗｃａをより小さく、Ｒａをより大きくとることが望ましく、特に、ＲａをＷｃａの２倍よりも大きくとることが望ましい。

次に、前述の鋼板の製造方法について述べる。

本発明でのメッキ原板たる鋼板は、冷延、焼鈍済みの鋼板に調質圧延を施したものを対象とする。鋼板成分は特に限定されないが、より良好な塗装鮮映性とプレス成形性が要求される極低炭素鋼板に対して好適であり、ＮｂあるいはＴｉを単独あるいは複合で添加した極低炭素鋼板、あるいは強度を出すために前記に更にＰ等を添加した極低炭素鋼板等にも適用できる。

本発明においては、焼鈍、調質圧延された冷延鋼板にＮｉプレメッキを施し、５００℃以下の温度まで加熱した後、溶融亜鉛メッキ浴でメッキし、ワイピング後に加熱、合金化処理するが、このような方法を取ることによって、合金化溶融亜鉛メッキ処理時の粗度の上昇を極めて少なくすることが可能である。この点を図面を用いて以下詳細に説明する。

図１中に示す原板ａ〜ｂは、冷間圧延にてＲａ＝０．３０μｍ、Ｗｃａ＝０．２５μｍに調整した冷延鋼板（Ｔｉ添加極低炭素鋼板、板厚＝０．７ｍｍ）に７５０℃の再結晶焼鈍を行い、ショットダルロールによる調質圧延を行い、粗度を調整し（原板ａ：Ｒａ＝０．５５μｍ、Ｗｃａ＝０．３４μｍ、原板ｂ：Ｒａ＝１．１２μｍ、Ｗｃａ＝０．４８μｍに調整）、０．３ｇ／ｍ^２の付着量のＮｉプレメッキを施し無酸化雰囲気で４４０℃まで加熱し、即、Ａｌ０．１５％含有する溶融亜鉛メッキ浴でメッキし、ワイピング後再加熱、合金化して、更にショットダルロールによる調質圧延を１回行った際の、メッキ後調質圧延の伸び率とＲａの関係を示したものである。なお、図１に示す原板ｃは、比較の従来技術に相当するものであり、冷間圧延にてＲａ＝０．３０μｍ、Ｗｃａ＝０．２５μｍに調整した冷延鋼板（Ｔｉ添加極低炭素鋼板、板厚＝０．７ｍｍ）に７５０℃の再結晶焼鈍を行い、４５０℃まで冷却ののち、そのままＡｌ０．１１％含有する溶融亜鉛メッキ浴でメッキし、ワイピング後再加熱、合金化して、更にショットダルロールによる調質圧延を１回行った際のメッキ後調質圧延の伸び率とＲａの関係を示したものである。また、図２に示す原板ａ〜ｃは同様にＷｃａの変化を示したものである。

図１、２から明らかなように、従来技術と比較して、本発明の方法では、メッキ後のＲａ、Ｗｃａの増加が少なく、特にＷｃａの増加が少ない。また本発明の方法では、メッキ後の調質圧延率が少ない場合でも、Ｒａ、Ｗｃａが容易に低下可能なことが分かる。このような効果が得られるのは、メッキ前の調質圧延によって表層に均一なひずみが付与されていること、Ｎｉの効果によってメッキ層が均一化しやすいこと、によると推定される。

本発明におけるメッキ前の調質圧延については、表層に均一なひずみを付与する観点から０．２％以上とするのが望ましい。上限は特に限定されないが、鋼板材質の低下があるため、なるべく低い方が好ましく、通常は１．０％以下とするのがよい。調質圧延のロールは特に限定されず、通常のショット、レーザー、放電等の加工のロールが限定なく適用できる。また調質圧延後のメッキ原板の粗度は特に限定はされないが、Ｗｃａで０．５μｍ以下、Ｒａは０．４μｍ以上とするのが望ましい。Ｗｃａで０．５μｍ超であるとメッキ後のＷｃａも増加しやすく塗装鮮映性が劣りやすいからである。Ｒａで０．４μｍ未満では、微小なキズがメッキムラになりやすく、やはり塗装鮮映性が劣りやすいからである。

本発明において、Ｎｉプレメッキの付着量は、より均一なメッキを得るために、０．１〜１ｇ／ｍ^２とするのが望ましい。Ｎｉメッキの方法は特に限定されず、また、脱脂、酸洗等の通常の前処理を必要に応じて行えばよい。

Ｎｉプレメッキ後、５００℃以下の温度まで加熱した後、溶融亜鉛メッキ浴でメッキするが、この際、５００℃を超えて加熱すると、良好な表面状態が得られにくくなる。これは調質圧延時の表層ひずみが熱によって開放されるためと推定される。加熱温度の下限は、メッキ外観や、溶融亜鉛メッキ浴へのぬれ性を考慮して４００℃以上とするのがよい。加熱雰囲気は酸化状態ではメッキ濡れ性が悪くなるので、無酸化あるいは還元雰囲気が望ましい。

溶融亜鉛メッキ浴は、Ａｌ０．１２〜０．２％と不可避的不純物と残部Ｚｎからなる浴を用いるが、更にＰｂ、Ｓｂ、Ｓｎ、Ｍｇ、Ｎｉ等を含有しても構わない。Ａｌ下限未満では、パウダリング不良となり、上限を超えると外観が悪化しやすい。溶融亜鉛メッキの浴温は、４３０〜４５０℃程度とするのが良いが特にこれに限定されない。

メッキ後、ワイピングで目付けを調整した後、再加熱により合金化処理を行う。合金化の温度としては、摺動性とパウダリング性の観点から５００〜６００℃とするのが良いが特にこれに限定されない。

メッキ後の調質圧延は０．１％以上必要である。これ未満では適正な粗度を得にくいからである。上限は特に限定されないが、鋼板材質の低下があるため、なるべく低い方が好ましく、例えば降伏点伸びの発生の恐れの無い素材では、０．１〜０．５％程度とするのがよい。降伏点伸びの発生の恐れのある素材は、必要材質と粗度の見合いで、０．１〜１．５％程度の範囲で選択すればよい。調質圧延のロールは特に限定されず、通常のショット、レーザー、放電等の加工のロールが限定なく適用できる。

以下に実施例によって本発明を詳細に説明する。

（実施例１〜１１、比較例１〜５）
Ｎｂ、Ｔｉ複合添加極低炭素鋼板を用い、８００℃の再結晶焼鈍の後、各種のロール、伸び率によって１パスの調質圧延を行い、原板粗度を調整した。次いで脱脂、酸洗処理の後、電気メッキによりＮｉプレメッキを行い、無酸化雰囲気にて４４０℃まで加熱し、即、浴温４４０℃の亜鉛メッキ浴に浸漬し３秒後ワイピングによって目付け量５０ｇ／ｍ^２に調整した。更にワイピング直上で、３０℃／ｓｅｃの昇温で所定温度まで加熱し、５℃／ｓｅｃの徐冷を１５秒行なった後水冷した。更に１パスの調質圧延を行った。

（実施例１２〜１４）
Ｎｂ添加極低炭素鋼板をベースにＰを０．０３％添加した３４０ＭＰａクラスの高強度鋼板を用いる以外は前記同様に処理を行った。

（比較例６〜８）
Ｎｂ、Ｔｉ複合添加極低炭素鋼板を用い、８００℃の再結晶焼鈍の後、４６０℃まで冷却し、そのまま浴温４５５℃の亜鉛メッキ浴に浸漬し３秒後ワイピングによって目付け量５０ｇ／ｍ^２に調整した。更にワイピング直上で、３０℃／ｓｅｃの昇温で所定温度まで加熱し、５℃／ｓｅｃの徐冷を１５秒行なった後水冷した。更に特定粗度が得られるように２回の調質圧延を行なった。

表１に各実施例、比較例のサンプルの製造条件を示す。

各サンプルにて性能評価を行なった結果を表２に示す。なお、性能評価は以下のように行なった。

Ｒａ、Ｗｃａ：粗度計により測定。

鮮映性：未加工平板ままおよび５％引っ張り加工後に、自動車用トリカチオンリン酸亜鉛処理、カチオン電着塗装（１０μｍ）、中塗り（３０μｍ）、上塗り（３０μｍ）を行い、写像鮮明度測定器にて測定を行なった。８５超を「◎」、７０〜８５を「○」、６０〜７０を「△」、６０未満を「×」と評価した。

摺動性：Ｗビード付きのＵ曲げ加工をＢＨＦ１ｔｏｎにて行い、限界成形高さを測定した。６０ｍｍ超を「◎」、５５〜６０を「○」、５０〜５５を「△」、５０未満を「×」と評価した。

パウダリング性：前述の絞り高さ５０ｍｍにおける側面をテープ剥離して黒化度によって評価した。黒化度１０％未満を「◎」、１０〜２０％未満を「○」、２０〜３０％未満を「△」、３０％以上を「×」と評価した。

以上の様に本発明の範囲内のものは優れた特性が得られた。

本発明によって、塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板およびその製造方法が得られるため、産業上きわめて有用である。

本発明および従来技術における、粗度Ｒａの変化を示す図である。 本発明および従来技術における、粗度Ｗｃａの変化を示す図である。

Claims (5)

1. 質量％で、Ｆｅ：６〜１３％、Ａｌ：０．２５〜１％、Ｎｉ：０．２５〜１％、残部Ｚｎと不可避不純物からなるメッキ組成であって、平均うねり（Ｗｃａ）が０．５μｍ以下、平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以上であることを特徴とする塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板。
2. Ｒａ＞２×Ｗｃａの関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の合金化溶融亜鉛メッキ鋼板。
3. 焼鈍、調質圧延された冷延鋼板にＮｉプレメッキを施し、５００℃以下の温度まで加熱した後、Ａｌを０．１２〜０．２質量％含有する溶融亜鉛メッキ浴でメッキし、ワイピング後に加熱、合金化し、０．１％以上の調質圧延を行なうことを特徴とする請求項１または２に記載の塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法。
4. 焼鈍、調質圧延された冷延鋼板の平均うねり（Ｗｃａ）が０．５μｍ以下、平均粗さ（Ｒａ）が０．４μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載の塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法。
5. 焼鈍、調質圧延された冷延鋼板が、伸び率０．２％以上の調質圧延されたものである事を特徴とする請求項３または４に記載の塗装鮮映性とプレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法。

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