JP2540089B2 - 焼付け硬化性に優れた溶融めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

焼付け硬化性に優れた溶融めっき鋼板の製造方法

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JP2540089B2
JP2540089B2 JP3080913A JP8091391A JP2540089B2 JP 2540089 B2 JP2540089 B2 JP 2540089B2 JP 3080913 A JP3080913 A JP 3080913A JP 8091391 A JP8091391 A JP 8091391A JP 2540089 B2 JP2540089 B2 JP 2540089B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、必要とする焼付け硬化
性が脱炭焼鈍により付与された溶融めっき鋼板を製造す
る方法に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車用鋼板として使用される溶融めっ
き鋼板には、パネル等の所定形状に成形した後で焼付け
塗装によって降伏強度が上昇する、いわゆる焼付け硬化
性が要求される。焼付け硬化性は、図1に示すように、
フェライト中の固溶炭素含有量によって定まる。そし
て、鋼板製品において降伏点伸びの回復に起因するスト
レッチャーストレインの発生を考慮して、3〜6kgf
/mm2 が適正な焼付け硬化性とされている。焼付け硬
化性をこの範囲に収めるためには、図1に示した関係か
ら、固溶炭素量を4〜11ppmに調整することが必要
とされる。
【0003】この低レベルに固溶炭素量を維持する方法
としては、製鋼段階でC,N,S,Ti,Nb等を厳格
に管理して極低炭素鋼を製造することが、たとえば特開
平2−111841号公報で提案されている。添加され
たTi,Nb等は、鋼中に存在する余分なCを炭化物と
して固定し、焼付け硬化性に有効な固溶炭素量を目標値
に維持する。
【0004】また、自動車用鋼板として多用されている
溶融めっき鋼板にあっては、溶融めっき及び合金化処理
後の急冷のために、必要とする焼付け硬化性を得る炭素
量よりも遥かに多量の炭素がフェライトマトリックスに
固溶する。そこで、溶融亜鉛めっき後の鋼板に熱処理を
施し、過剰の炭素を析出させ、固溶炭素量を調整するこ
とが特開昭57−70269号公報で紹介されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】製鋼段階で炭素含有量
を調整する方法では、固溶炭素含有量を正確に制御する
ことが困難である。たとえば、添加されるTi,Nb等
が鋼中のCと結合する効率は製鋼条件によって変わるも
のであり、またTi,Nb等はN,Sとも結合する。そ
のため、得られた鋼の固溶炭素含有量が比較的大きな幅
でばらつき、必要とする焼付け硬化性に対応する値にす
ることは、実操業上極めて困難なものとなる。
【0006】また、溶融亜鉛めっき後に過剰の固溶炭素
を析出させる方法は、溶融めっきラインにポスト炉を設
置すること、或いは別途の熱処理ラインが必要となる。
そのため、設備負担及び工程の付加を招き、生産性が低
下する。
【0007】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、脱炭焼鈍によって固溶炭素含有量
を調整することにより、鋼種に拘らず、必要とする焼付
け硬化性を溶融めっき鋼板に付与することを目的とす
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の製造方法は、そ
の目的を達成するため、C:0.03〜0.30重量
%,Si:0.80重量%以下,Mn:0.60超〜
2.0重量%,P:0.1重量%以下,S:0.010
重量%以下,A1:0.020〜0.079重量%を含
有する冷延鋼板に対し、10〜30ppm未満の範囲で
目標焼付け硬化性に対応する炭素含有量に低下させる脱
炭焼鈍を施した後、溶融めっきすることを特徴とする。
【0009】脱炭焼鈍された冷延鋼板のうち、高Mn,
Si,Cr,P鋼のように合金元素Mn,Si,Cr,
P等が濃縮され易い鋼種にあっては、溶融亜鉛に対する
濡れ性及び合金化の反応速度を向上させるために、予め
Fe,Fe−B,Ni等のプレめっきを冷延鋼板に施し
ておくことが好ましい。
【0010】
【作 用】本発明者等の研究により、溶融めっき鋼板の
焼付け硬化性は、炭素含有量との間に図2に示した関係
を持っていることが判った。この炭素含有量は、固溶炭
素含有量の測定と異なり、比較的容易に求めることがで
きる。そして、脱炭焼鈍時の焼鈍時間や加熱温度等の条
件を変えることによって、炭素含有量を目標値に調整す
ることが容易に行われる。脱炭焼鈍による炭素含有量の
制御は、製鋼段階における成分調整に比較して、鋼種に
よる制約を受けることなく、必要とする焼付硬度に対応
する炭素含有量に高精度で一致させることができる。
【0011】炭素含有量を10〜30ppmに下げるこ
とは、オープンコイル焼鈍により十分可能である。そこ
で、オープンコイル焼鈍設備を使用し、冷延鋼板を60
0℃以上の高温に加熱することにより、脱炭焼鈍を行
う。
【0012】焼鈍雰囲気は、水蒸気を混入したAXガス
を使用する。水蒸気の混入量は、脱炭反応を円滑に行わ
せる上から、雰囲気の露点が20〜60℃の範囲に維持
されるように調整することが好ましい。露点が20℃よ
り低い乾燥雰囲気では、C+H2 O→CO+H2 の脱炭
反応速度が小さく、長時間の高温加熱が必要とされる。
その結果、鋼板表面にSi,Cr,Mn,P等が濃縮
し、溶融亜鉛めっき工程において溶融亜鉛の付着や合金
化反応を阻害する。また、露点が60℃を超えるとき、
2H2 O→2H2 +O2 の分解反応で生じた酸素により
鋼板表面が酸化し易くなる。
【0013】焼鈍温度は、脱炭反応開始温度600℃以
上、好ましくは700〜800℃に設定する。この焼鈍
温度が600℃より低いとき、脱炭反応が進行しない
か、長時間の脱炭が必要となる。また、800℃を超え
る焼鈍温度では、脱炭反応の進行状態を予測することが
困難になり、炭素含有量を目標レベルに制御することが
難しくなる。
【0014】炭素含有量10〜30ppmまで脱炭する
ための時間は、鋼板の初期炭素量,板厚,表面積等によ
って変わる。たとえば、初期炭素含有量が0.14重量
%の冷延鋼板を温度740℃のAXガス雰囲気で脱炭す
るとき、鋼板表面積Sに応じて焼鈍時間tが次式(1)
及び(2)のように変わることが実験的に求められた。
【0015】S≦1.5×109 mm2 の場合、脱炭反
応が鋼中のCの拡散速度に律速されて、焼鈍時間tは、
式(1)で表される。 t=1.308×(G+0.0495)2+A×G2 ・・・・・(1)
【0016】また、鋼板表面積Sが1.5×109 mm
2を超えて大きな場合、雰囲気ガスの供給速度に律速さ
れる段階及び鋼中のCの拡散速度に律速される段階を経
る。そして、焼鈍時間tは、式(2)で表される。 t=1.308×(G+0.0495)2+A×G2 +9.8×10-10 ×S−1.38 ・・・・・(2)
【0017】ただし、これらの式(1)及び(2)にお
いて、tは脱炭時間(時)、Gは板厚(mm)、Aは
4.0〜10.0の定数、Sは焼鈍される鋼板の表面積
(mm2)を表す。定数Aは、目標とする脱炭後の炭素量
に基づいて定められ、10.0に近くなるに従って脱炭
後の炭素量が10ppmに近付く。そこで、目標炭素量
に応じた定数Aを決定し、式(1)又は(2)に従って
定められた焼鈍時間で焼鈍を行うとき、必要とする焼付
け硬化性に対応した炭素含有量の焼鈍材が得られる。
【0018】脱炭焼鈍が施された鋼板は、炭素含有量が
低下していることから優れた加工性を呈する。たとえ
ば、この鋼板をプレス成形するとき、プレス型に対する
馴染が良く、プレス型から外したときのスプリングバッ
クがないため、形状特性の良好な製品となる。そして、
プレス成形後に焼付け塗装した状態では、高い降伏強度
が得られる。しかも、鋼種の如何によらず脱炭焼鈍で所
定の焼付け硬化性が付与されるため、汎用性の高い製法
である。
【0019】本発明で使用される冷延鋼板に含まれるM
nは、強度,遅時効性の改善に有効な元素であり、C量
と相俟つて適度の焼付け硬化性を付与する。その作用を
得るため0.60超〜2.0重量%の範囲で添加され
る。Mn含有量が0.60重量%以下であると所望の遅
時効性及び適度の焼付け硬化性を確保することができ
ず、また2.0重量%を超えると製鋼が困難になると共
に溶接性も劣化し易い。なお、Mn強化鋼にあっては脱
炭焼鈍時にMnが酸化され易いため、焼鈍時のガスクリ
ーニングを省略することが好ましい。
【0020】Cは、脱炭焼鈍によって10〜30ppm
まで下げられる元素であるが、当初のC含有量が多すぎ
ると長時間の脱炭が必要となり、しかも長時間の脱炭に
伴ってMnが濃縮した表面層が形成され易くなる。しか
し、C含有量が低い鋼板を出発材料として使用すること
は、本発明に従った脱炭焼鈍の効果を薄めると共に、製
鋼に特殊な工程が必要とされる。この点で、脱炭焼鈍前
の冷延鋼板の炭素含有量を、0.03〜0.30重量%
としている。
【0021】Siは、鋼の強度を向上させる上で有効な
元素であるが、化成処理性やめっき付着性等を劣化させ
易い。そこで、Siの上限を0.80重量%に規定し
た。焼付け硬化性を改善するためPを使用することも知
られているが、Pの含有によって溶接性が低下し易い。
そこで、本発明においては、Mn含有量を前述のように
規定することにより焼付け硬化性を確保し、P含有量を
0.10重量%以下に抑えることによってPに起因する
欠陥を回避している。
【0022】Sは、鋼中に含まれる不純物元素であっ
て、焼付け硬化性に有効な作用を呈する。しかし、S含
有量が多量になると赤熱脆性による表面疵が発生し易く
なるので、上限を0.010重量%に設定した。
【0023】Alは、脱酸剤として使用される元素であ
り、十分な脱酸を行うために0.020重量%以上が必
要である。しかし、多量のAl含有量は鋼の表面性状の
悪影響を及ぼすので、その上限を0.079重量%に設
定した。
【0024】強度向上元素として使用されるSi,Mn
は鋼板表面に濃縮し、溶融亜鉛に対する濡れ性や溶融亜
鉛めっき層の合金化反応等が劣る表面層を形成し易い。
そこで、脱炭焼鈍された鋼板を溶融亜鉛めっきする場
合、予めFe,Fe−B,Ni等のプレめっき層を形成
しておくことが好ましい。このプレめっき層は、Si,
Mn等が濃縮した表面層の影響を受けることなく溶融亜
鉛を付着させ、且つ合金化反応を促進させる。このよう
な作用を発揮させるため、目付け量1〜20g/m2
プレめっき層を形成することが良い。
【0025】
【実施例】実施例1:表1に示した成分を含有する板厚
0.8mmの冷延鋼板を、N2:22容量%,H2:67容
量%,H2 O:11容量%の雰囲気で、740℃に加熱
するオープンコイル焼鈍を施した後、溶融亜鉛めっきを
行った。めっき後の成分変化を、表1に併せて示す。
【0026】
【表1】
【0027】このように焼鈍された鋼板の炭素含有量
は、焼鈍時間が長くなるにつれて低下している。そこ
で、焼鈍時間を調整することによって炭素含有量を低下
させた溶融めっき鋼板の焼付け硬化性を測定し、炭素含
有量との関係を調べたところ、図2に示す関係があるこ
とが判った。なお、焼付け硬化性は、170℃×20分
の熱処理前後の引張り試験における降伏応力の差で表し
た。
【0028】図2に示した関係を図1の固溶炭素量と焼
付け硬化性との関係と比較すると、必要とする焼付け硬
化性3〜6kgf/mm2 を得るための炭素含有量は、
高C側で且つより広範囲となっている。これは、鋼中の
Cが全てフリーカーボンとなっておらず、一部炭化物を
形成していることに起因すると考えられる。特に、本発
明で使用される鋼種が炭化物形成元素であるMnを比較
的多量に含有していることから、炭化物として消費され
るC量が多いことに由来すると考えられる。そして、必
要とする焼付け硬化性を得るための炭素含有量が高C側
で広範囲となっているので、焼鈍条件に対する制御精度
が緩和され、製造が容易になる。
【0029】これら焼鈍−めっき材について各種機械的
性質を調べたところ、降伏強度,引張り強度及び硬度
は、共に100ppm以下の炭素量が低い段階で著しい
増加がみられ、炭素含有量が200ppmを超える段階
では増加が緩やかであった。また、伸び及びランクフォ
ード値に関しては、逆の傾向がみられた。これは、フェ
ライト相中へのCの固溶限が200ppmであり、20
0ppmを超えるCがMn炭化物として粒界に析出して
いるためであると考えられる。
【0030】表2は、5時間2分の脱炭焼鈍を行った合
金化溶融亜鉛めっき鋼板のトップ及びボトムについての
C方向の試験結果を示す。表2から明らかなように、脱
炭焼鈍後の合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、自動車用車体
としての必要特性、特に焼付け硬化性を備えていること
が判る。
【0031】
【表2】
【0032】実施例2:実施例1と同じ板厚0.8mm
の冷延鋼板を、740℃に6時間加熱するオープンコイ
ル焼鈍により脱炭した後、目付け量6g/m2 でFe−
Bプレめっきを施した。そして、還元性雰囲気で460
℃に予熱し、Al:0.10重量%を含有する同じ温度
に保持された溶融亜鉛浴にラインスピード120m/分
で導入した後、510℃に13秒間加熱する合金化処理
を施した。
【0033】得られた合金化溶融亜鉛めっき層は、Fe
含有量が9.6重量%であり、焼けムラがなく密着性に
優れたものであった。また、下地の炭素含有量は20p
pmに低下されており、焼付け硬化性は4kgf/mm
2 であった。
【0034】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、脱炭焼鈍により鋼中の炭素含有量を10〜30pp
mに低下させ、必要とする焼付け硬化性を溶融めっき鋼
板に付与している。この方法によるとき、製鋼段階で厳
格な成分調整をする必要がなく、安価な製造コストで焼
付け硬化性に優れた製品を得ることができる。また、溶
融めっき後の固溶炭素量調整のためのポスト炉を必要と
しないため、新たな設備負担を招くこともない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来知られている固溶炭素量と焼付け硬化性
との関係を表したグラフ
【図2】 本発明者等が見出した脱炭焼鈍−溶融めっき
材の炭素含有量と焼付け硬化性との関係を表したグラフ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.03〜0.30重量%,Si:
    0.80重量%以下,Mn:0.60〜2.0重量
    %,P:0.1重量%以下,S:0.010重量%以
    下,A1:0.020〜0.079重量%を含有する冷
    延鋼板に対し、10〜30ppm未満の範囲で目標焼付
    け硬化性に対応する炭素含有量に低下させる脱炭焼鈍を
    施した後、溶融めっきすることを特徴とする焼き付け硬
    化性に優れた溶融Znめっき鋼板の製造方法。
JP3080913A 1991-03-19 1991-03-19 焼付け硬化性に優れた溶融めっき鋼板の製造方法 Expired - Lifetime JP2540089B2 (ja)

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