JP2010116593A - 高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法および高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.10〜0.30%(化学成分組成について「質量%」を意味する。以下同じ)、Si:1.0〜3.0%、Mn:1.0〜5.0%、P:0.1%以下(0%含まない)、S:0.01%以下(0%含まない)、およびAl:0.01〜0.5%を満たし、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼板を用い、溶融亜鉛めっきラインにおいて、オーステナイト化温度(Ac3点)以上に保持後、(Ms点−50℃)〜Bs点の温度域まで冷却し、該温度域にて300秒間以上保持し、その後、溶融亜鉛めっきおよび合金化処理を順次施すようにする。
【選択図】なし
Description
(a)Cr:0.1〜3.0%、Ti:0.01〜0.5%、およびNb:0.01〜0.5%よりなる群から選択される1種以上の元素、
(b)B:0.0001〜0.1%、
(c)Cu:0.003〜0.5%、および/またはNi:0.003〜1.0%、
(d)Ca:0.0005〜0.005%、および/またはMg:0.0005〜0.01%、を含むものを用いてもよい。
ベイニティックフェライトは、一般のフェライトとは異なり板状のフェライトで転位密度が高く、従来の高強度鋼の主相として適用されているマルテンサイトと同様に組織全体の強度を容易に高めることができる。また、ラス状のベイニティックフェライトの境界に、第二相として微細なラス状の残留オーステナイトが生成し易く、非常に優れた加工性が得られるといったメリットもある。この様な作用を有効に発揮させるには、全組織に対する面積率で、ベイニティックフェライトを70%以上とする。好ましくは72%以上、より好ましくは75%以上である。尚、その上限は、他の組織(残留オーステナイト)とのバランスによって決定され得、後述する残留オーステナイト以外の組織(フェライト等)を含有しない場合には、その上限が99%に制御される。
残留オーステナイトは、上述の通り全伸びの向上に有用であるため、全組織に対する面積率で1%以上存在させる。好ましくは2%以上、より好ましくは3%以上である。尚、この残留オーステナイトが多量に存在すると、高強度を確保できなくなるため、その上限を20%(好ましくは18%、より好ましくは15%)とする。
第二相組織である残留オーステナイトが粗大な塊状として鋼中に存在すると、応力負荷時に粗大な塊状のマルテンサイトに変態し易い。このマルテンサイトと他の組織には硬度差があり、硬度差のある界面にボイドが生じやすい。この生成したボイドが連結することにより破壊に至りやすくなり、加工性が低下する原因となる。また、上記粗大な塊状のマルテンサイトが粒界近傍に存在すると、該マルテンサイト自体が破壊の起点ともなりうる。
本発明の鋼板は、上記組織のみ(即ち、ベイニティックフェライトと残留オーステナイトとの混合組織)から構成されていても良いが、本発明の作用を損なわない範囲で、本発明の鋼板の製造過程で必然的に残存し得る他の組織も含みうる。具体的には、低温生成相であるマルテンサイトや、フェライト(尚、ここでいう「フェライト」とは、ポリゴナルフェライト、即ち、転位密度がないか或いは極めて少ないフェライトを意味する)、パーライトを有していても良いが、これらの組織のうち、マルテンサイトの面積率は20%未満(好ましくは15%未満、より好ましくは12%未満)であることが好ましく、フェライトおよび/またはパーライトも少なければ少ない程好ましい。
Cは、鋼板の強度を確保するための必須元素であり、また、鋼板中の残留オーステナイトの生成および安定に寄与する元素である。これらの効果を発揮させるため、本発明ではC量を0.10%以上とする。好ましくは0.12%以上である。しかしながらC量が過剰になると、溶接性が劣化するため0.30%以下に抑える。好ましくは0.25%以下である。
Siは、残留オーステナイトが分解して炭化物が生成するのを有効に抑える重要な元素である。また、材質を十分に硬質化させるのに有効な置換型固溶体強化元素でもある。この様な作用を有効に発現させるべく、Siを1.0%以上含有させる。好ましくは1.2%以上である。しかしながら、多量のSiが含まれていると、鋼の強度が高くなりすぎて圧延負荷が増大し、生産性を阻害する。また、熱間圧延でのスケール形成が顕著になるため、鋼板の表面性状が劣化しやすくなり、その結果、鋼板の化成処理性やめっき付着性も低下して、不めっき発生の原因となる。更には、焼鈍の際にオーステナイト相が得られ難くなる。よって、Si量は3.0%以下とする。好ましくは2.5%以下である。
Mnは、鋼板の強度確保に有効な元素であり、かつオーステナイトを安定化させ、所望の残留オーステナイトを得るのに必要な元素である。この様な作用を有効に発揮させるため、Mn量を1.0%以上とする。好ましくは1.5%以上である。一方、Mn量が過剰になると偏析が顕著になり、また、加工性や溶接性が劣化し易くなるため、Mn量は5.0%以下とする。好ましくは4.0%以下である。
Pは、粒界偏析による粒界破壊を助長する元素であるため、低い方が望ましく、その上限を0.1%とする。好ましくは0.05%以下である。
Sが過剰に含まれていると、硫化物系介在物が増大して鋼板の強度が低下し易くなるため、S量の上限を0.01%とする。S量は好ましくは0.005%以下である。
Alは、脱酸のために必要な元素である。また、Alは残留オーステナイトを安定化するのに有効な元素である。そのため、Alを0.01%以上含有させる。好ましくは0.03%以上である。しかしAlが過剰に含まれると、効果が飽和するだけでなく、アルミナ等の介在物が増加して加工性が劣化するため、Al量の上限を0.5%とする。Al量は好ましくは0.3%以下である。
これらの元素は、鋼板の強度をより向上させるのに有効な元素である。Crは、固溶強化元素であり、また、焼き入れ性を向上させて鋼板の強度を向上させるのに大変有効な元素である。これらの効果を十分に発揮させるには、Cr量を0.1%以上とすることが好ましい。より好ましくは0.15%以上である。しかしCr量が過剰になると、その効果は飽和し、加工性が劣化するため、Cr量の上限を3.0%とすることが好ましい。Cr量のより好ましい上限は2.0%である。
Bは、鋼板の焼き入れ性を向上させ、強度向上に有効な元素である。該効果を十分に発揮させるには0.0001%以上(より好ましくは0.00015%以上)含有させることが好ましい。一方、Bが過剰に含まれていると熱間加工性が劣化するため、その上限を0.1%とすることが好ましい。B量のより好ましい上限は0.05%である。尚、このBと上記Tiとを併せて含有させることによって、塗装密着性を向上させることもできる。
Cu、Niはいずれも固溶強化元素であり、鋼板の強度を向上させるのに寄与する。またCu、Niは、鋼板自体の耐食性を向上させる元素でもある。これらの効果を十分に発揮させるには、Cu、Niのいずれの場合も0.003%以上含有させることが好ましく、より好ましくは0.01%以上である。しかし、本発明ではめっきの形成により耐食性が高められるため、過剰に含有させても、その効果が飽和しコストがかさむ原因となる。よって、Cu量の上限を0.5%(より好ましくは0.4%)、Ni量の上限を1.0%(より好ましくは0.8%)とすることが好ましい。Cu、Niは各々単独で含有させてもよいし、CuとNiを併せて含有させてもよい。
Ca、Mgは、鋼中硫化物の形態を制御し、加工性を向上させるのに有効な元素である。また、鋼板表面の腐食に伴う界面雰囲気の水素イオン濃度の上昇を抑制、即ちpHの低下を抑制して鋼板の耐食性(特には、耐局部腐食性)を高めるのに有効な元素である。これらの効果を十分発揮させるには、Ca、Mgのいずれの場合も0.0005%以上含有させることが好ましい。一方、過剰に含まれていると加工性が劣化するため、Ca量の上限を0.005%、Mg量の上限を0.01%とすることが好ましい。
本発明では、製造条件を下記の通り制御することが重要であり、特に、素地鋼板が亜鉛めっき浴に浸漬される前までに、鋼板中に存在する未変態組織の変態(オーステナイトから、ベイニティックフェライトやマルテンサイト、フェライト、室温でも安定な残留オーステナイトへの変態)を完了させることによって、めっき浴浸漬後に生じる組織変態を抑制することができ、その結果、特に、鋼板素地とめっき層との密着性を向上でき、併せて高強度かつ優れた加工性も発揮する合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られることを見出した。
開始温度(SRT):1150〜1250℃で30分間保持
仕上温度(FDT):850℃
冷却速度:40℃/s
巻取温度:550℃
冷延率:50%
(酸化性雰囲気での熱処理)
鋼板温度:850〜950℃,雰囲気:20vol%O2,保持時間:40秒
・雰囲気:N2−20vol%H2,露点−40℃,
・鋼板温度を表2のT1(℃)で60秒間保持した後、20℃/s(秒)の平均冷却速度で鋼板温度が表2のTo(℃)となるまで冷却し、該To(℃)で表2のto秒間保持
浴組成:Zn−0.10mass%Al(Al:有効濃度),浴温:460℃,侵入鋼板温度:460℃,滞留時間:3.8秒
直火加熱タイプ,合金化炉温度:460〜520℃,滞留時間:20秒
ここで、T1の影響を検討するため、鋼種Aを用い、T1を700℃,850℃,900℃と変えた場合についても実験を行った(表2のNo.1、No.2、No.3)。更にToの影響について検討するために、鋼種Aまたは鋼種Kを用い、それぞれの鋼種についてToを600℃(No.4、No.19)、200℃(No.5、No.20)とした場合についても実験を行った。またtoの影響について検討するため、鋼種Aまたは鋼種Kを用い、それぞれの鋼種についてtoを10秒間(No.6、No.21)、および30秒間(No.7、No.22)とした場合についても実験を行った。更に、酸化還元雰囲気がめっき性に与える影響について検討するため、鋼種Aについて、通常の焼鈍工程(上記酸化性雰囲気での熱処理は行わず、上記T1(℃)までの加熱、および熱処理として、上記還元性雰囲気での熱処理を行う工程)で熱処理した場合についても実験を行った(No.8)。
各鋼板の板厚1/4の位置で圧延面と平行な面における任意の測定領域(約50μm×50μm、測定間隔は0.1μm)を対象に、FE−SEM(Philips社製、XL30S−FEG)で観察・撮影し、ベイニティックフェライト(BF)、フェライト(F)および/またはパーライト(P)、マルテンサイト(M)、残留オーステナイト(残留γ)の各面積率を前述したEBSPにより測定した。この測定を、任意に選択した2視野において行い、その平均値を求めた。更に、残留オーステナイト結晶粒の平均軸比、平均短軸長さ(γR短軸)を前述のTEMを用いた測定方法で求めた。これらの結果を表2に示す。
引張試験はJIS5号試験片を用いて行い、引張強度(TS)と伸び(EL)を測定した。尚、引張試験の歪速度は1mm/secとした。そして本発明では、上記方法によって測定される引張強度が980MPa以上で、かつ伸びが8%以上のものを「高強度かつ伸びに優れる」と評価した。その結果を表2に示す。
前記のようにして得られたGA鋼板について、以下の特性も評価した。その結果を表2に示す。
GA鋼板外観を目視にて不めっき発生、および合金化ムラについて調査した。そして、不めっきおよび合金化ムラがないものを「○」、不めっきまたは合金化ムラがあるものを「×」と評価した。
前記の方法によって得られためっき鋼板に、10×10(1mm間隔で合計100マス)のクロスカットを入れ、該クロスカットを入れた部分を曲げ半径5mmで曲げ、その後曲げ戻しを行い、クロスカットを入れた部分をテープ剥離し、テープに付着しためっきの個数をカウントしたことによって、加工時のめっき密着性評価を行った。そして、カウント数が20未満のものを加工時のめっき密着性に優れるもの「○」、カウント数が20以上のものを加工時のめっき密着性に劣るもの「×」と評価した。
Claims (7)
- C:0.10〜0.30%(化学成分組成について「質量%」を意味する。以下同じ)、
Si:1.0〜3.0%、
Mn:1.0〜5.0%、
P:0.1%以下(0%含まない)、
S:0.01%以下(0%含まない)、および
Al:0.01〜0.5%
を満たし、残部が鉄および不可避不純物からなる鋼板を用い、溶融亜鉛めっきラインにおいて、オーステナイト化温度(Ac3点)以上に保持後、(Ms点−50℃)〜Bs点の温度域まで冷却し、該温度域にて300秒間以上保持し、その後、溶融亜鉛めっきおよび合金化処理を順次施すことを特徴とする高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 - 前記溶融亜鉛めっきラインにおいて、酸化性雰囲気下で850〜950℃に加熱保持し、次いで還元性雰囲気下で、前記オーステナイト化温度(Ac3点)以上に保持後、(Ms点−50℃)〜Bs点の温度域まで冷却する請求項1に記載の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
- 更に、Cr:0.1〜3.0%、Ti:0.01〜0.5%、およびNb:0.01〜0.5%よりなる群から選択される1種以上の元素を含む鋼板を用いる請求項1または2に記載の製造方法。
- 更に、B:0.0001〜0.1%を含む鋼板を用いる請求項1〜3のいずれかに記載の製造方法。
- 更に、Cu:0.003〜0.5%、および/またはNi:0.003〜1.0%を含む鋼板を用いる請求項1〜4のいずれかに記載の製造方法。
- 更に、Ca:0.0005〜0.005%、および/またはMg:0.0005〜0.01%を含む鋼板を用いる請求項1〜5のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の方法で製造された高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、
素地鋼板が請求項1、3〜6のいずれかに記載の成分組成を満たすと共に、
全組織に対する面積率で、ベイニティックフェライトが70%以上、および残留オーステナイトが1〜20%を満たし、かつ前記残留オーステナイト結晶粒の平均軸比(長軸長さ/短軸長さ)が5以上(但し、前記短軸長さは1μm以下)であることを特徴とする引張強度が980MPa以上の高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
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