JP2017122280A - 溶融亜鉛浴設備 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶融亜鉛浴設備を提供する。【解決手段】質量％でＣ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．２０〜２．０％を含有し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０７０％以下に制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板厚断面において、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層の金属組織が、フェライト相および、パーライト相からなる混合組織であり、且つ、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比が２以上である鋼板を用いて構成される溶融亜鉛浴設備。【選択図】図２
Description
本発明は、溶融亜鉛浴設備に関するものである。
従来より、鉄鋼材料に施す経済的な防錆処理方法として、一般に溶融亜鉛めっき法が広く用いられている。このような溶融亜鉛めっき法は、溶融亜鉛が入れられた鋼製の浴槽に、めっきを施す鋼材を浸漬して行なわれる。
上述のような鋼製の浴槽は、溶融亜鉛と接触する界面において、溶融亜鉛と浴槽の鉄とが反応し、鉄−亜鉛合金層を形成するため、腐食が進行してしまう。この際の腐食速度は、溶融亜鉛の温度が５００℃近傍である場合に非常に大きくなるので、浴槽の温度管理が適切でないと、短期間で減肉による破損が生じたり、穴あきが生じたりすることにより、浴槽が使用できなくなるという問題がある。
上述のような腐食の問題に対し、浴槽をなす鋼の化学成分組成において、Ｃの含有量を高め、且つ、Ｓｉ及びＰの含有量を抑えることにより、溶融亜鉛の温度が５００℃近傍である場合の腐食速度を低減させた鋼材が提案されている（例えば、特許文献１〜４を参照）。特許文献１〜４に記載の鋼材によれば、鋼成分を上記組成とすることにより、溶融亜鉛による腐食作用に対して優れた耐食性を有し、浴槽の減肉や穴あき等を抑制することが可能となる。
しかしながら、特許文献１〜４に記載の鋼材では、浴槽の減肉や穴あき等を抑制できる一方で、亜鉛の作用による割れが生じ、浴槽の寿命が短くなる場合があった。本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、溶融亜鉛浴設備を提供することを目的とする。
本発明者等は、溶融亜鉛腐食性に優れる化学成分の鋼を用いて、亜鉛割れ性に及ぼす金属組織の影響について鋭意検討を行なった。その結果、金属組織中におけるフェライト粒の平均アスペクト比を２以上にすることにより、耐溶融亜鉛腐食性のみならず、耐亜鉛割れ性にも優れた鋼材が得られることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成されたものであり、その要旨とするところは以下の通りである。
［１］ 質量％でＣ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．２０〜２．０％を含有し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０７０％以下に制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板厚断面において、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層の金属組織が、フェライト相および、パーライト相からなる混合組織であり、且つ、前記フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比が２以上である鋼板を用いて構成される溶融亜鉛浴設備。
［２］ 前記鋼板が、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．００３〜０．０５０％、Ｖ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％のうちの１種または２種以上を含有する上記［１］に記載の溶融亜鉛浴設備。
［３］ 前記鋼板が、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％のうちの１種または２種以上を含有する上記［１］または［２］に記載の溶融亜鉛浴設備。
［４］ 前記鋼板が、さらに、質量％で、Ｃａ：０．０００２〜０．００３０％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００３０％、ＲＥＭ：０．０００２〜０．００３０％のうちの１種または２種以上を含有する上記［１］から［３］のいずれか一項に記載の溶融亜鉛浴設備。
［５］ 前記鋼板が、さらに、質量％で、Ｂ：０．０００２〜０．００１０％を含有する上記［１］から［４］のいずれか一項に記載の溶融亜鉛浴設備。
［２］ 前記鋼板が、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．００３〜０．０５０％、Ｖ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％のうちの１種または２種以上を含有する上記［１］に記載の溶融亜鉛浴設備。
［３］ 前記鋼板が、さらに、質量％で、Ｃｕ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％のうちの１種または２種以上を含有する上記［１］または［２］に記載の溶融亜鉛浴設備。
［４］ 前記鋼板が、さらに、質量％で、Ｃａ：０．０００２〜０．００３０％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００３０％、ＲＥＭ：０．０００２〜０．００３０％のうちの１種または２種以上を含有する上記［１］から［３］のいずれか一項に記載の溶融亜鉛浴設備。
［５］ 前記鋼板が、さらに、質量％で、Ｂ：０．０００２〜０．００１０％を含有する上記［１］から［４］のいずれか一項に記載の溶融亜鉛浴設備。
本発明の耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板を用いて溶融亜鉛浴用釜（浴槽）を構成することにより、腐食や割れ等が生じにくく、長寿命の溶融亜鉛浴用釜が得られるので、産業上の効果は極めて大きく、また、構造物の安全性の観点から社会に対する貢献も計り知れない。
以下、本発明の耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板（以下、単に溶融亜鉛浴設備用鋼板と略称することがある）とその製造方法の実施の形態について、図面を適宜参照しながら説明する。
なお、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
また、以下の説明において、化学成分組成における各成分の含有量を示す「％」は、特に指定の無い限り「質量％」を示す。
なお、この実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り、本発明を限定するものではない。
また、以下の説明において、化学成分組成における各成分の含有量を示す「％」は、特に指定の無い限り「質量％」を示す。
［溶融亜鉛浴設備用鋼板］
本発明の耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板は、質量％でＣ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．２０〜２．０％を含有し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０７０％以下に制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板厚断面において、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層の金属組織が、フェライト相および、パーライト相からなる混合組織であり、且つ、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比が２以上とされ、概略構成される。
本発明の耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板は、質量％でＣ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．２０〜２．０％を含有し、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０７０％以下に制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板厚断面において、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層の金属組織が、フェライト相および、パーライト相からなる混合組織であり、且つ、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比が２以上とされ、概略構成される。
＜化学成分組成＞
本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板は、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０７０％以下の各成分を必須元素（あるいは不可避的元素）として含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。
また、本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板では、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．００３〜０．０５０％、Ｖ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％、Ｃｕ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｃａ：０．０００２〜０．００３０％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００３０％、ＲＥＭ：０．０００２〜０．００３０％、Ｂ：０．０００２〜０．００１０％のうちの１種または２種以上を、適宜選択して含有する構成とすることができる。
以下に、本発明における鋼材の化学成分組成の限定理由を説明する。
本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板は、Ｃ：０．１０〜０．３０％、Ｓｉ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．２０〜２．０％、Ｐ：０．０１５％以下、Ｓ：０．０３０％以下、Ａｌ：０．０７０％以下の各成分を必須元素（あるいは不可避的元素）として含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。
また、本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板では、さらに、質量％で、Ｎｂ：０．００３〜０．０５０％、Ｖ：０．０１〜０．１０％、Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％、Ｃｕ：０．１〜０．５％、Ｎｉ：０．１〜２．０％、Ｃｒ：０．１〜２．０％、Ｍｏ：０．０２〜１．０％、Ｃａ：０．０００２〜０．００３０％、Ｍｇ：０．０００２〜０．００３０％、ＲＥＭ：０．０００２〜０．００３０％、Ｂ：０．０００２〜０．００１０％のうちの１種または２種以上を、適宜選択して含有する構成とすることができる。
以下に、本発明における鋼材の化学成分組成の限定理由を説明する。
「Ｃ：炭素」０．１０〜０．３０質量％
Ｃは、鋼板の強度向上のために重要な元素である。Ｃの含有量が０．１０質量％未満になると、鋼板の耐溶融亜鉛腐食性が大きく低下することから、０．１０質量％以上のＣを添加する必要があるが、詳細を後述する目標の金属組織を得るためには、０．１２質量％超の添加がより好ましい。但し、Ｃを０．３０質量％以上添加すると、鋼板の溶接性が劣化するため、０．３０質量％を上限とした。
Ｃは、鋼板の強度向上のために重要な元素である。Ｃの含有量が０．１０質量％未満になると、鋼板の耐溶融亜鉛腐食性が大きく低下することから、０．１０質量％以上のＣを添加する必要があるが、詳細を後述する目標の金属組織を得るためには、０．１２質量％超の添加がより好ましい。但し、Ｃを０．３０質量％以上添加すると、鋼板の溶接性が劣化するため、０．３０質量％を上限とした。
「Ｓｉ：ケイ素」０．０５質量％以下
Ｓｉは、脱酸作用を有するが、強力な脱酸元素であるＡｌが充分に添加されている場合には不要である。Ｓｉは、母材を強化する作用もあるが、他の元素に比べるとその効果は相対的に小さい。また、Ｓｉは、耐溶融亜鉛腐食性を大きく低下させることから、その含有量が少ない方が好ましく、操業上安定して低減可能な０．０５質量％を上限とする。また、製鋼上の制限もあるが、Ｓｉの含有量を０．０２質量％以下とすることがより好ましい。
Ｓｉは、脱酸作用を有するが、強力な脱酸元素であるＡｌが充分に添加されている場合には不要である。Ｓｉは、母材を強化する作用もあるが、他の元素に比べるとその効果は相対的に小さい。また、Ｓｉは、耐溶融亜鉛腐食性を大きく低下させることから、その含有量が少ない方が好ましく、操業上安定して低減可能な０．０５質量％を上限とする。また、製鋼上の制限もあるが、Ｓｉの含有量を０．０２質量％以下とすることがより好ましい。
「Ｍｎ：マンガン」０．２０〜２．０質量％
Ｍｎは、母材強度を確保する観点から添加する元素であり、母材強度に寄与するためには０．２０質量％以上の添加が必要である。また、同時に添加するＣの添加量が０．１２質量％以下と低い場合には、目標となる組織を安定的に得るため、Ｍｎを０．５質量％超で添加することが好ましい。但し、２．０質量％以上のＭｎの添加は、溶接性を大きく劣化させることから、Ｍｎの添加範囲を０．２０〜２．０質量％とした。
Ｍｎは、母材強度を確保する観点から添加する元素であり、母材強度に寄与するためには０．２０質量％以上の添加が必要である。また、同時に添加するＣの添加量が０．１２質量％以下と低い場合には、目標となる組織を安定的に得るため、Ｍｎを０．５質量％超で添加することが好ましい。但し、２．０質量％以上のＭｎの添加は、溶接性を大きく劣化させることから、Ｍｎの添加範囲を０．２０〜２．０質量％とした。
「Ｐ：リン」０．０１５質量％以下
Ｐは、不純物元素であり、不可避的に鋼板中に含有されるが、Ｓｉと同様に耐溶融亜鉛腐食性を大きく低下させ、溶接性にも悪影響を及ぼすことから、その含有量は少ない方が好ましく、操業上安定して低減可能な０．０１５質量％を上限とした。また、製鋼上の制限もあるが、Ｐの含有量は０．００８質量％以下とすることがより好ましい。
Ｐは、不純物元素であり、不可避的に鋼板中に含有されるが、Ｓｉと同様に耐溶融亜鉛腐食性を大きく低下させ、溶接性にも悪影響を及ぼすことから、その含有量は少ない方が好ましく、操業上安定して低減可能な０．０１５質量％を上限とした。また、製鋼上の制限もあるが、Ｐの含有量は０．００８質量％以下とすることがより好ましい。
「Ｓ：硫黄」０．０３０質量％以下
Ｓも、上記Ｐと同様、鋼板中に不可避的に含有される元素であるが、Ｓは母材靭性や溶接性を低下させるため、少ない方が好ましいことから、操業上安定して低減可能な０．０３０質量％を上限とした。
Ｓも、上記Ｐと同様、鋼板中に不可避的に含有される元素であるが、Ｓは母材靭性や溶接性を低下させるため、少ない方が好ましいことから、操業上安定して低減可能な０．０３０質量％を上限とした。
「Ａｌ：アルミニウム」０．０７０質量％以下
Ａｌは、脱酸に用いられる元素であり、その脱酸効果を得るためには０．０１５質量％以上の添加が好ましい。しかしながら、０．０７０質量％以上のＡｌの添加は、鋼中に粗大な介在物を多く存在させ、靭性を低下させることから、その上限を０．０７０質量％とした。
Ａｌは、脱酸に用いられる元素であり、その脱酸効果を得るためには０．０１５質量％以上の添加が好ましい。しかしながら、０．０７０質量％以上のＡｌの添加は、鋼中に粗大な介在物を多く存在させ、靭性を低下させることから、その上限を０．０７０質量％とした。
「Ｎｂ：ニオブ」０．００３〜０．０５０質量％
「Ｖ：バナジウム」０．０１〜０．１０質量％
「Ｔｉ：チタン」０．００５〜０．０５０質量％
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉは、本発明における選択的元素であり、母材強度を確保させるために必要に応じて添加するが、ともに多く添加すると母材靭性や溶接性を劣化させることから、Ｎｂを０．００３〜０．０５０質量％、Ｖを０．０１〜０．１０質量％、Ｔｉを０．００５〜０．０５０質量％の添加量とした。また、これらの各元素は、母材強度確保の観点から、それぞれ単独で添加しても、複合添加しても良い。
「Ｖ：バナジウム」０．０１〜０．１０質量％
「Ｔｉ：チタン」０．００５〜０．０５０質量％
Ｎｂ、Ｖ、Ｔｉは、本発明における選択的元素であり、母材強度を確保させるために必要に応じて添加するが、ともに多く添加すると母材靭性や溶接性を劣化させることから、Ｎｂを０．００３〜０．０５０質量％、Ｖを０．０１〜０．１０質量％、Ｔｉを０．００５〜０．０５０質量％の添加量とした。また、これらの各元素は、母材強度確保の観点から、それぞれ単独で添加しても、複合添加しても良い。
「Ｃｕ：銅」０．１〜０．５質量％
「Ｎｉ：ニッケル」０．１〜２．０質量％
「Ｃｒ：クロム」０．１〜２．０質量％
「Ｍｏ：モリブデン」０．０２〜１．０質量％
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏも、本発明における選択的元素であり、上述したＮｂ、Ｖ、Ｔｉと同様に、母材強度を確保させるために必要に応じて添加するが、ともに多く添加すると母材靭性や溶接性を劣化させることから、Ｃｕを０．１〜０．５質量％、Ｎｉを０．１〜２．０質量％、Ｃｒを０．１〜２．０質量％、Ｍｏを０．０２〜１．０質量％の添加量とした。また、これらの各元素は、母材強度確保の観点から、それぞれ単独で添加しても、複合添加しても良い。
「Ｎｉ：ニッケル」０．１〜２．０質量％
「Ｃｒ：クロム」０．１〜２．０質量％
「Ｍｏ：モリブデン」０．０２〜１．０質量％
Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏも、本発明における選択的元素であり、上述したＮｂ、Ｖ、Ｔｉと同様に、母材強度を確保させるために必要に応じて添加するが、ともに多く添加すると母材靭性や溶接性を劣化させることから、Ｃｕを０．１〜０．５質量％、Ｎｉを０．１〜２．０質量％、Ｃｒを０．１〜２．０質量％、Ｍｏを０．０２〜１．０質量％の添加量とした。また、これらの各元素は、母材強度確保の観点から、それぞれ単独で添加しても、複合添加しても良い。
「Ｃａ：カルシウム」０．０００２〜０．００３０質量％
「Ｍｇ：マグネシウム」０．０００２〜０．００３０質量％
「ＲＥＭ：希土類元素（ランタノイド系元素）」０．０００２〜０．００３０質量％
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭも、本発明における選択的元素であり、大入熱溶接熱影響部の靭性を確保するために必要に応じて添加するが、大量に添加すると鋼中に粗大介在物が残留して母材や溶接熱影響部の靭性を低下させることから、Ｃａを０．０００２〜０．００３０質量％、Ｍｇを０．０００２〜０．００３０質量％、ＲＥＭを０．０００２〜０．００３０質量％の添加量とした。また、これらの各元素は、母材強度確保の観点から、それぞれ単独で添加しても、複合添加しても良い。
「Ｍｇ：マグネシウム」０．０００２〜０．００３０質量％
「ＲＥＭ：希土類元素（ランタノイド系元素）」０．０００２〜０．００３０質量％
Ｃａ、Ｍｇ、ＲＥＭも、本発明における選択的元素であり、大入熱溶接熱影響部の靭性を確保するために必要に応じて添加するが、大量に添加すると鋼中に粗大介在物が残留して母材や溶接熱影響部の靭性を低下させることから、Ｃａを０．０００２〜０．００３０質量％、Ｍｇを０．０００２〜０．００３０質量％、ＲＥＭを０．０００２〜０．００３０質量％の添加量とした。また、これらの各元素は、母材強度確保の観点から、それぞれ単独で添加しても、複合添加しても良い。
「Ｂ：ボロン（ホウ素）」０．０００２〜０．００１０質量％
Ｂも、本発明における選択的元素であり、鋼板の母材強度を確保するために必要に応じて添加する。その母材強度効果は、Ｂの０．０００２％以上の添加から発現するが、大量に添加すると母材靭性や溶接性を劣化させることがあることから、０．０００２〜０．００１０質量％の添加量とした。
Ｂも、本発明における選択的元素であり、鋼板の母材強度を確保するために必要に応じて添加する。その母材強度効果は、Ｂの０．０００２％以上の添加から発現するが、大量に添加すると母材靭性や溶接性を劣化させることがあることから、０．０００２〜０．００１０質量％の添加量とした。
＜金属組織＞
本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板は、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板厚断面において、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層の金属組織が、フェライト相および、パーライト相からなる混合組織であり、且つ、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比が２以上として構成されている。
本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板は、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板厚断面において、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層の金属組織が、フェライト相および、パーライト相からなる混合組織であり、且つ、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比が２以上として構成されている。
ここで、本実施形態では、フェライト相の結晶粒の前記平均スペクト比は、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板断面の光学顕微鏡観察試料を作製し、表面直下２５μｍ、板面からｔ／８部、板面からｔ／４部から板面側に２５μｍの位置を視野中心においた、５０μｍ×５０μｍ範囲の１００倍の光学顕微鏡視野を、各３視野ずつ計９視野を光学顕微鏡観察し、画像処理により、各視野ごとにフェライト相の結晶粒の平均アスペクト比を測定した後、その９視野の視野ごとの平均アスペクト比を総加算した後、９で割って求めた。
上述のような化学成分組成を有する鋼は、例えば、上記鋼成分とされた鋼塊を真空溶解炉で溶製することによって得られる。また、金属組織は、詳細を後述する製造方法において、鋼塊から鋼板を製造する際、鋼塊を種々の温度で加熱した後、仕上げ圧延温度を変え、空冷することで調整することができる。これにより、鋼板の金属組織をフェライト相、パーライト相および不可避的析出相の混合組織とし、且つ、フェライト相の結晶粒のアスペクト比を調整して鋼板を製造することが可能となる。
ここで、本発明で説明するフェライト相の結晶粒のアスペクト比とは、結晶粒の長軸と短軸との比である。
ここで、本発明で説明するフェライト相の結晶粒のアスペクト比とは、結晶粒の長軸と短軸との比である。
本発明者等は、上記組成とされた溶融亜鉛浴設備用鋼板を用いて、溶融亜鉛腐食と亜鉛割れ試験を行い、この結果を図１及び図２のグラフに示した。ここで、溶融亜鉛腐食は、鋼板から採取した試験片を溶融した純亜鉛に浸漬し、単位面積当たりの重量の変化で耐溶融亜鉛腐食性を評価する試験である。また、亜鉛割れ試験は、切欠付き丸棒引張り試験の切欠きに溶融亜鉛を付着させ、高温で荷重を負荷する試験である。
図１は、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層におけるフェライト相の結晶粒のアスペクト比と、温度５００℃に設定した溶融亜鉛中における腐食速度（腐食量）との関係を示すグラフである。図１のグラフに示すように、上記アスペクト比の違いによる腐食速度の変化は認められなかった。
図２は、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層におけるフェライト相の結晶粒のアスペクト比と、ＳＬＭ−４００値（％）との関係を示すグラフである。ＳＬＭ−４００値は溶融亜鉛割れ性の指標で、ＳＬＭとは、試験片に溶融亜鉛めっきを施した場合の破断強度を、めっきを施さない場合の破断強度で除した値であり、ＳＬＭ−４００値は、破断時間が４００秒の際のＳＬＭを表し、この数値が大きいほど耐亜鉛割れ性が高いことを示す。
図１は、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層におけるフェライト相の結晶粒のアスペクト比と、温度５００℃に設定した溶融亜鉛中における腐食速度（腐食量）との関係を示すグラフである。図１のグラフに示すように、上記アスペクト比の違いによる腐食速度の変化は認められなかった。
図２は、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層におけるフェライト相の結晶粒のアスペクト比と、ＳＬＭ−４００値（％）との関係を示すグラフである。ＳＬＭ−４００値は溶融亜鉛割れ性の指標で、ＳＬＭとは、試験片に溶融亜鉛めっきを施した場合の破断強度を、めっきを施さない場合の破断強度で除した値であり、ＳＬＭ−４００値は、破断時間が４００秒の際のＳＬＭを表し、この数値が大きいほど耐亜鉛割れ性が高いことを示す。
本発明者等は、図２のグラフに示すように、鋼板の耐亜鉛割れ性は、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層の金属組織において、フェライト相の結晶粒のアスペクト比が高くなるほど向上することを見出した。また、鋼板の耐亜鉛割れ性は、表層の金属組織におけるフェライト相の結晶粒のアスペクト比が２以上となることで改善され、さらに、上記アスペクト比が３以上となることでより大きく改善されることを見出した。本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板は、上述のような知見に基づいてなされたものであり、非常に優れた耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性を同時に実現できるものである。
以上説明したように、本発明の耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板を用いて溶融亜鉛浴用釜（浴槽）を構成することにより、腐食や割れ等が生じにくく、長寿命の溶融亜鉛浴用釜が得られるので、産業上の効果は極めて大きく、また、構造物の安全性の観点から社会に対する貢献も計り知れない。
［溶融亜鉛浴設備用鋼板の製造方法］
本発明の耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板の製造方法は、上述した化学成分組成を有する鋼を鋳造してスラブとし、該スラブをそのままか、あるいは、冷片とした後、９５０℃以上に加熱し鋼板表面温度が、Ａｒ３点未満、且つ、Ａｒ３点−１５０℃以上の温度域で最終の仕上げ圧延を行い、その後、空冷する方法である。ここで、Ａｒ３点は下記（１）式で規定される。
Ａｒ３（℃）＝９１０−３１０Ｃ−８０Ｍｎ−２０Ｃｕ−１５Ｃｒ−５５Ｎｉ−８０Ｍｏ−０．３５（ｔ−８） ・・・・・ （１）
但し、上記（１）式において、ｔは仕上げ圧延後の板厚（ｍｍ）であり、各成分は質量％である。
以下に、本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板の製造方法における限定理由について説明する。
本発明の耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板の製造方法は、上述した化学成分組成を有する鋼を鋳造してスラブとし、該スラブをそのままか、あるいは、冷片とした後、９５０℃以上に加熱し鋼板表面温度が、Ａｒ３点未満、且つ、Ａｒ３点−１５０℃以上の温度域で最終の仕上げ圧延を行い、その後、空冷する方法である。ここで、Ａｒ３点は下記（１）式で規定される。
Ａｒ３（℃）＝９１０−３１０Ｃ−８０Ｍｎ−２０Ｃｕ−１５Ｃｒ−５５Ｎｉ−８０Ｍｏ−０．３５（ｔ−８） ・・・・・ （１）
但し、上記（１）式において、ｔは仕上げ圧延後の板厚（ｍｍ）であり、各成分は質量％である。
以下に、本発明の溶融亜鉛浴設備用鋼板の製造方法における限定理由について説明する。
「圧延前の鋳片の加熱温度」
本発明の製造方法においては、圧延前の鋳片の加熱温度を９５０℃以上とする。本発明では、規定の化学成分組成を有した鋼を鋳造して鋳片（スラブ）とした後、この鋳片をそのままか、あるいは冷片とした後、９５０℃以上に加熱し、圧延前の鋳片全体が９５０℃以上となるように、炉内に保持する。
このような圧延前の鋳片の加熱温度が低くなり過ぎると、鋳片の圧延時に、圧延機にかかる負荷が大きくなることから、下限温度を９５０℃とした。この加熱温度は、好ましくは１０００℃以上、より好ましくは１１００℃以上とする。なお、加熱温度の上限は、特に制限しないが、生産性を考慮すると、１２５０℃が好ましい。また、金属組織の粗大化を抑制するために、より好ましくは加熱温度の上限を１１５０℃とする。
本発明の製造方法においては、圧延前の鋳片の加熱温度を９５０℃以上とする。本発明では、規定の化学成分組成を有した鋼を鋳造して鋳片（スラブ）とした後、この鋳片をそのままか、あるいは冷片とした後、９５０℃以上に加熱し、圧延前の鋳片全体が９５０℃以上となるように、炉内に保持する。
このような圧延前の鋳片の加熱温度が低くなり過ぎると、鋳片の圧延時に、圧延機にかかる負荷が大きくなることから、下限温度を９５０℃とした。この加熱温度は、好ましくは１０００℃以上、より好ましくは１１００℃以上とする。なお、加熱温度の上限は、特に制限しないが、生産性を考慮すると、１２５０℃が好ましい。また、金属組織の粗大化を抑制するために、より好ましくは加熱温度の上限を１１５０℃とする。
「仕上げ圧延温度」
本発明の製造方法においては、上述したように、最終の仕上げ圧延温度について、圧延後の鋼板の板厚をｔとした際の、鋼板の板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層におけるＡｒ３点の温度を、次式｛Ａｒ３（℃）＝９１０−３１０Ｃ−８０Ｍｎ−２０Ｃｕ−１５Ｃｒ−５５Ｎｉ−８０Ｍｏ−０．３５（ｔ−８）｝で規定したうえで、Ａｒ３点未満、且つ、Ａｒ３点−１５０℃以上の温度域としている。最終の仕上げ圧延を行なう際の温度域をこの範囲とすることで、鋼板の表層、つまり、板面からｔ／４部までの層域における金属組織を、フェライト相、パーライト相および不可避的析出相の混合組織とし、且つ、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比を２以上とすることが可能となる。
本発明の製造方法においては、上述したように、最終の仕上げ圧延温度について、圧延後の鋼板の板厚をｔとした際の、鋼板の板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層におけるＡｒ３点の温度を、次式｛Ａｒ３（℃）＝９１０−３１０Ｃ−８０Ｍｎ−２０Ｃｕ−１５Ｃｒ−５５Ｎｉ−８０Ｍｏ−０．３５（ｔ−８）｝で規定したうえで、Ａｒ３点未満、且つ、Ａｒ３点−１５０℃以上の温度域としている。最終の仕上げ圧延を行なう際の温度域をこの範囲とすることで、鋼板の表層、つまり、板面からｔ／４部までの層域における金属組織を、フェライト相、パーライト相および不可避的析出相の混合組織とし、且つ、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比を２以上とすることが可能となる。
本発明の製造方法では、鋼板表層の金属組織において、圧延中にフェライトを生成させてフェライト粒を扁平させ、板面からｔ／４部までの層域におけるフェライト粒の平均アスペクト比を２以上にするため、最終の仕上げ圧延温度をＡｒ３点未満とした。また、仕上げ圧延温度が低くなり過ぎると、圧延機にかかる負荷が大きくなることから、下限をＡｒ３点−１５０℃とした。
なお、Ａｒ３点を求めるための上記（１）式としては、参考文献｛「制御圧延・制御冷却」小指軍夫著、地人書館（１９９７）｝ｐ．２６に記載の式（２−３）を用いた。
また、鋼板の表層で、フェライト粒の平均アスペクト比を２以上にするためには、Ａｒ３点未満で１パス以上の圧延を行えばよいが、さらに、Ａｒ３点未満の圧下率（二相域圧下率）を、５％以上にすることが好ましい。この二相域圧下率は、鋼板の温度がＡｒ３点未満に低下し、且つ、圧延前の板厚と仕上げ圧延後の板厚の差から求めることができる。二相域圧下率の上限は特に制限しないが、生産性の観点から、３０％以下が好ましい。
なお、Ａｒ３点を求めるための上記（１）式としては、参考文献｛「制御圧延・制御冷却」小指軍夫著、地人書館（１９９７）｝ｐ．２６に記載の式（２−３）を用いた。
また、鋼板の表層で、フェライト粒の平均アスペクト比を２以上にするためには、Ａｒ３点未満で１パス以上の圧延を行えばよいが、さらに、Ａｒ３点未満の圧下率（二相域圧下率）を、５％以上にすることが好ましい。この二相域圧下率は、鋼板の温度がＡｒ３点未満に低下し、且つ、圧延前の板厚と仕上げ圧延後の板厚の差から求めることができる。二相域圧下率の上限は特に制限しないが、生産性の観点から、３０％以下が好ましい。
また、仕上げ圧延後の板厚は、鋼板を溶融亜鉛浴用釜に用いる場合、通常、例えば、６ｍｍ〜７０ｍｍ程度の板厚とすることができ、また、この際の総圧延率は、８０〜９８％程度とすれば、鋼板特性を損なうことなく、且つ、高い生産性で溶融亜鉛浴設備用鋼板を製造することが可能となる。
「空冷条件」
本発明の製造方法においては、上記温度領域において最終の仕上げ圧延を行なった後、鋼板を空冷手段によって冷却することが好ましい。
本発明の製造方法においては、上記温度領域において最終の仕上げ圧延を行なった後、鋼板を空冷手段によって冷却することが好ましい。
以下、本発明に係る耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板およびその製造方法の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、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ものである。
［サンプルの製造］
製鋼工程において溶鋼の脱酸・脱硫と化学成分を制御し、連続鋳造によって下記表１に示す化学成分のスラブを製造した。この際、加熱温度は、下記表２に示す温度とした。次いで、下記表２及び表３に示す製造条件で前記スラブを再加熱（仕上げ圧延温度）し、仕上げ圧延することで板厚３２〜７０ｍｍに仕上げた後、空冷による加速冷却を行い、溶融亜鉛浴設備用鋼板を製造した。ここで、表２に示す仕上げ圧延温度が、表３に示すＡｒ３よりも低い温度である例は、Ａｒ３点未満で１パス以上の圧延を行っている例である。
製鋼工程において溶鋼の脱酸・脱硫と化学成分を制御し、連続鋳造によって下記表１に示す化学成分のスラブを製造した。この際、加熱温度は、下記表２に示す温度とした。次いで、下記表２及び表３に示す製造条件で前記スラブを再加熱（仕上げ圧延温度）し、仕上げ圧延することで板厚３２〜７０ｍｍに仕上げた後、空冷による加速冷却を行い、溶融亜鉛浴設備用鋼板を製造した。ここで、表２に示す仕上げ圧延温度が、表３に示すＡｒ３よりも低い温度である例は、Ａｒ３点未満で１パス以上の圧延を行っている例である。
［評価試験］
上記方法によって製造した溶融亜鉛浴設備用鋼板について、以下のような評価試験を行った。
金属組織の評価である、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比は、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板断面の光学顕微鏡観察試料を作製し、表面直下２５μｍ、板面からｔ／８部、板面からｔ／４部から板面側に２５μｍの位置を視野中心においた、５０μｍ×５０μｍ範囲の１００倍の光学顕微鏡視野を、各３視野ずつ計９視野を光学顕微鏡観察し、画像処理により、各視野ごとにフェライト相の結晶粒の平均アスペクト比を測定した後、その９視野の視野ごとの平均アスペクト比を総加算した後、９で割って求めた。表３に、アスペクト比が３以上のものを「◎」、２以上３未満のものを「○」とし、アスペクト比が２未満のものを「×」として評価した。
上記方法によって製造した溶融亜鉛浴設備用鋼板について、以下のような評価試験を行った。
金属組織の評価である、フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比は、圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板断面の光学顕微鏡観察試料を作製し、表面直下２５μｍ、板面からｔ／８部、板面からｔ／４部から板面側に２５μｍの位置を視野中心においた、５０μｍ×５０μｍ範囲の１００倍の光学顕微鏡視野を、各３視野ずつ計９視野を光学顕微鏡観察し、画像処理により、各視野ごとにフェライト相の結晶粒の平均アスペクト比を測定した後、その９視野の視野ごとの平均アスペクト比を総加算した後、９で割って求めた。表３に、アスペクト比が３以上のものを「◎」、２以上３未満のものを「○」とし、アスペクト比が２未満のものを「×」として評価した。
また、耐溶融亜鉛腐食性の評価については、鋼板の表層から採取した４０ｍｍ×２５ｍｍ×４ｍｍの試験片を、温度が５００℃とされた純度９９．９９％の亜鉛中に２４時間浸漬させた。そして、２４時間浸漬後の腐食が１５０ｍｇ／ｃｍ２以下であるものを「◎」、１５０ｍｇ／ｃｍ２超、２００ｍｇ／ｃｍ２以下であるものを「○」とし、２００ｍｇ／ｃｍ２超であるものを「×」として評価した。
また、耐亜鉛割れ性の評価については、ＮＢＴ試験（切欠付き丸棒引張り試験）で評価した（新日鉄技報３４８号、１９９３年、ｐ．６３−７０を参照）。そして、試験片の切欠に亜鉛線材を巻き付けて加熱し、溶融亜鉛を付着させ、試験温度を５００℃として、破断時間４００秒におけるＳＬＭ値（ＳＬＭ−４００値）が８０％以上であるものを「○」とし、８０％未満のものを「×」として評価した。
また、耐亜鉛割れ性の評価については、ＮＢＴ試験（切欠付き丸棒引張り試験）で評価した（新日鉄技報３４８号、１９９３年、ｐ．６３−７０を参照）。そして、試験片の切欠に亜鉛線材を巻き付けて加熱し、溶融亜鉛を付着させ、試験温度を５００℃として、破断時間４００秒におけるＳＬＭ値（ＳＬＭ−４００値）が８０％以上であるものを「○」とし、８０％未満のものを「×」として評価した。
また、溶接性（耐溶接割れ性）の試験として、ｙ型溶接割れ試験（ＪＩＳ Ｚ３１５８）により、面割れの発生の有無で評価した。すなわち、それぞれの最終板厚のもので、ルート間隔１．０ｍｍとして開先を用意し、溶接材料としてＹＧＷ１５（ＪＩＳ Ｚ３３１２）規格のソリッドワイヤ材を用いて、入熱量３０〜３６ｋＪ／ｃｍで、ＭＡＧ溶接による多層盛溶接を行ってｙ型溶接試験片を作製し、ｙ型溶接部の各５断面の鏡研磨面において、断面割れの有無を肉眼で確認した。そして、各５断面で断面割れが肉眼で全く観察されなかったものを「○」とし、１断面以上で断面割れが肉眼で確認されたものは「×」として評価した。
本実施例における鋼板（本発明鋼および比較鋼）の化学成分組成の一覧を下記表１に示すとともに、仕上げ圧延前の加熱温度及び仕上げ圧延温度の圧延条件一覧を下記表２に示す。また、下記表１に示す化学成分組成を有する鋼の各々と製造条件の組み合わせの一覧、及び、各評価結果の一覧を下記表３に示す。
［評価結果］
表１〜表３に示すように、本発明で規定する化学成分組成を有し、本発明で規定する製造条件によって作製した溶融亜鉛浴設備用鋼板（本発明鋼）は、鋼板表層の金属組織におけるフェライト結晶粒の平均アスペクト比が２以上であり、金属組織が「○」または「◎」の評価となった。また、本発明鋼からなる溶融亜鉛浴設備用鋼板は、耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性の評価が何れも「○」または「◎」であり、耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れていることが明らかとなった。
表１〜表３に示すように、本発明で規定する化学成分組成を有し、本発明で規定する製造条件によって作製した溶融亜鉛浴設備用鋼板（本発明鋼）は、鋼板表層の金属組織におけるフェライト結晶粒の平均アスペクト比が２以上であり、金属組織が「○」または「◎」の評価となった。また、本発明鋼からなる溶融亜鉛浴設備用鋼板は、耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性の評価が何れも「○」または「◎」であり、耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れていることが明らかとなった。
これに対し、比較鋼である鋼板記号Ｃ１およびＣ２はＣ量が少なく、Ｃ３およびＣ１０はＳｉ量が多いため、耐溶融亜鉛腐食性が劣っている。Ｃ４はＰ量が多いため、耐溶融亜鉛腐食性および溶接性（耐溶接割れ性）が劣っている。また、Ｃ９はＣ量が多く、Ｃ１１はＭｎ量が多いため、溶接性が劣っている。
また、比較鋼である鋼板記号Ｃ６、Ｃ６−２、Ｃ７、Ｃ８は、化学成分組成は本発明で規定する範囲に含まれているものの、仕上げ圧延温度が何れもＡｃ３点を超える温度であり、製造条件が本発明で規定する範囲に含まれていないため、鋼板表層の金属組織におけるフェライト結晶粒のアスペクト比が２未満となり、耐溶融亜鉛腐食性は良好であるものの、耐亜鉛割れ性が劣っている。
また、比較鋼である鋼板記号Ｃ６、Ｃ６−２、Ｃ７、Ｃ８は、化学成分組成は本発明で規定する範囲に含まれているものの、仕上げ圧延温度が何れもＡｃ３点を超える温度であり、製造条件が本発明で規定する範囲に含まれていないため、鋼板表層の金属組織におけるフェライト結晶粒のアスペクト比が２未満となり、耐溶融亜鉛腐食性は良好であるものの、耐亜鉛割れ性が劣っている。
以上説明した実施例の結果より、本発明の耐溶融亜鉛腐食性および耐亜鉛割れ性に優れた溶融亜鉛浴設備用鋼板が、溶融亜鉛による腐食に対して優れた耐食性を有し、且つ、溶融亜鉛に起因した割れが生じにくく、優れた鋼板特性を有していることが明らかである。
Claims (5)
- 質量％で
Ｃ ：０．１０〜０．３０％、
Ｓｉ：０．０５％以下、
Ｍｎ：０．２〜２．０％
を含有し、
Ｐ ：０．０１５％以下、
Ｓ ：０．０３０％以下、
Ａｌ：０．０７０％以下
に制限し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
圧延方向に平行、且つ、板面に垂直な板厚断面において、板厚（ｔ）方向で板面からｔ／４部までの表層の金属組織が、フェライト相および、パーライト相からなる混合組織であり、且つ、前記フェライト相の結晶粒の平均アスペクト比が２以上である鋼板を用いて構成される溶融亜鉛浴設備。 - 前記鋼板が、さらに、質量％で、
Ｎｂ：０．００３〜０．０５０％、
Ｖ ：０．０１〜０．１０％、
Ｔｉ：０．００５〜０．０５０％
のうちの１種または２種以上を含有する請求項１に記載の溶融亜鉛浴設備。 - 前記鋼板が、さらに、質量％で、
Ｃｕ：０．１〜０．５％、
Ｎｉ：０．１〜２．０％、
Ｃｒ：０．１〜２．０％、
Ｍｏ：０．０２〜１．０％
のうちの１種または２種以上を含有する請求項１または請求項２に記載の溶融亜鉛浴設備。 - 前記鋼板が、さらに、質量％で、
Ｃａ：０．０００２〜０．００３０％、
Ｍｇ：０．０００２〜０．００３０％、
ＲＥＭ：０．０００２〜０．００３０％
のうちの１種または２種以上を含有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の溶融亜鉛浴設備。 - 前記鋼板が、さらに、質量％で、
Ｂ：０．０００２〜０．００１０％
を含有する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の溶融亜鉛浴設備。
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