JP3114107B2 - 耐食性および成形性にすぐれた合金化溶融亜鉛めっき高張力冷延鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車用鋼板等として
有用な耐食性、プレス成形性等にすぐれた合金化溶融亜
鉛めっき高張力冷延鋼板の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車用鋼板は、車体の軽量化お
よび安全性向上を目的として高強度冷延鋼板の開発が鋭
意進められ、また自動車の寿命延長のための塩害等に対
する防錆力改善策として、合金化溶融亜鉛めっき冷延鋼
板が、そのコスト、防錆性能および塗装性等の点から注
目されている。冷延鋼板の強化法には、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ
等の置換型固溶元素やＣ，Ｎ等の侵入型固溶元素の添加
により結晶格子をひずませる固溶強化法、Ｔｉ，Ｎｂ，
Ｖ等の炭窒化物形成元素を添加し、その微細な炭窒化物
を分散析出させる析出強化法、鋼板の結晶組織を、軟質
のフエライト相に硬質のマルテンサイト相が微細均一に
分散した組織とする複合組織強化法等が知られている
（特開平２−１４９６４２号，特開平２−２９０９５５
号，特開平３−２８３２５号，特開平４−２６７４４号
等）。また、冷延鋼板の合金化溶融亜鉛めっきは、冷延
鋼板を連続溶融亜鉛めっきラインに導入し、歪みの除
去、軟質化、非時効性化等のための連続焼鈍処理を施し
たのち、溶融亜鉛浴中に送通して所定の付着量の亜鉛め
っき層を形成し、ついで合金化処理炉に送給し、素地鋼
板からのＦｅの拡散によりＦｅと溶融亜鉛とを反応させ
る（Ｆｅ−Ｚｎ合金めっき層を形成する）ことにより行
われる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】冷延鋼板の高強度化に
は前記のようにいくつかの方法があるが、固溶強化法に
より得られる引張強さは約３０〜４５ｋｇｆ／ｍｍ² 程
度であり、同法により５０ｋｇｆ／ｍｍ² を越える高強
度を得ようとして、Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ等の強化元素を多量
に添加すると、製鋼工程、酸洗工程、および溶融亜鉛め
っき工程の各段階の操業性が著しく悪化する。殊に、溶
融亜鉛めっき工程では、冷延鋼板表面に生成したＳｉ，
Ｍｎ等の酸化皮膜がめっき濡れ性を悪くし、不めっきを
生じる原因となり、また合金化処理での反応速度が著し
く遅くなるため、処理に長時間を要するばかりか、Ｚｎ
−Ｆｅ合金めっき層が不均質なものとなり、所期の耐食
性を得ることができなくなる。固溶強化法に析出強化法
を併用した強化法を適用する場合は、上記のような固溶
強化元素の多量添加とそれによる不都合を回避しつつ、
両者の相乗効果として、約６０ｋｇｆ／ｍｍ² を越える
高強度を得ることができるが、その反面、降伏比の増大
を伴うため、プレス成形における形状凍結性に劣り、ま
た強度−伸びのバランスも良くない。

【０００４】他方、鋼板の結晶組織をフエライト相とマ
ルテンサイト相からなる複合組織とする強化法による場
合は、５０ｋｇｆ／ｍｍ² を越える高強度化を十分に達
成しながら、高強度の割りに、高い伸びおよび低降伏比
を得ることができ、上記した固溶強化と析出強化を併用
する強化法に比べて、プレス成形の困難が緩和され、か
つプレス形状凍結性の点でも有利である。しかし、同法
においては、マルテンサイト相を含む複合組織の形成に
必要な焼入れ性を高める目的で、Ｓｉ，Ｍｎの添加量が
増量されることに関連して、めっき性（めっき濡れ性、
合金化処理性）の低下を付随し、このため合金化溶融亜
鉛めっきの十分な耐食性を確保することが困難である。

【０００５】このように従来の製造方法では、冷延鋼板
の高強度化と、耐食性の改善とを同時に達成することは
困難であった。そこで、本発明は、複合組織強化法によ
る高強度化、低降伏比、良好な強度−伸びバランスの改
善効果を最大限に発揮させると共に、めっき性を高め、
良好な耐食性を確保することができる合金化溶融亜鉛め
っき鋼板の製造方法を提供しようとするものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の合金化溶融亜鉛
めっき高張力冷延鋼板の製造方法は、Ｃ：０．０５〜
０．３％，Ｓｉ：２．０％以下，Ｍｎ：２．０〜３．５
％，Ｐ：０．１％以下，Ｓ：０．１％以下，残部Ｆｅお
よび不可避不純物からなる鋼を、Ａｒ_３変態点以上で熱
間圧延して巻取り、酸洗処理後、冷間圧延して薄鋼板と
し、Ｆｅ−Ｂ合金のプレめっきを行った後、連続溶融亜
鉛めっきラインにおいて、Ａｃ_１〜Ａｃ_３変態点の温度
域に１０〜３００秒間加熱保持した後、平均冷却速度２
℃／秒以上でＭｓ点以下の温度まで冷却することによ
り、フェライト相からなる基地中にマルテンサイト相が
分散したフェライト−マルテンサイト複合組織を形成
し、ついで溶融亜鉛めっき浴に導入し、溶融亜鉛めっき
後、４５０〜６００℃の温度域で合金化処理することを
特徴としている。

【０００７】

【作用】連続溶融亜鉛めっきライン内で、Ａｃ_１〜Ａｃ
_３変態点の焼鈍温度に加熱保持された後、同温度域から
平均冷却速度２℃／秒以上でＭｓ点以下の温度に冷却さ
れる冷延鋼板は、その急冷（焼入れ）により、フェライ
ト相（α相）からなる基地中に、マルテンサイト相
（α’相）が微細かつ均一に分散した複合組織が形成さ
れる。その冷延鋼板の表面は、鉄系プレめっきとして施
されたＦｅ−Ｂ合金めっきによる良好なめっき性（めっ
き濡れ性、合金化処理性）を有しているので、不めっき
のない溶融亜鉛めっき層が形成されると共に、その合金
化処理においては、短時間の処理で、Ｚｎ−Ｆｅ合金化
反応を、過不足のムラを伴うことなく達成することがで
きる。本発明により製造される合金化溶融亜鉛めっき鋼
板は、引張強さ６０ｋｇｆ／ｍｍ^２以上の強度レベルと
共に、０．６５を越えず、０．６０以下を十分に満たす
低降伏比と、１５％以上の高伸びを有し、また不めっき
のない均質なＺｎ−Ｆｅ合金めっき層によるすぐれて安
定した耐食性を帯有している。

【０００８】以下、本発明について詳しく説明する。本
発明における鋼の化学組成の限定理由は次のとおりであ
る。元素の含有量を示す％はすべて重量％である。 Ｃ：０．０５〜０．３％ Ｃは、鋼中に固溶して鋼の強度を高める。含有量の下限
を０．０５％としたのは、これより少ないと、強度向上
効果が不足し、引張強さ６０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の強度
レベルを確保できなくなるからである。また、上限を
０．３％としたのは、これを越えると、延性の不足をき
たし、プレス成形加工が困難となるからである。

【０００９】Ｓｉ：２．０％以下 Ｓｉの含有量の上限を２．０％に限定したのは、これを
越えると、鋼板表面の酸化皮膜の生成によるめっき濡れ
性の低下、および溶融亜鉛めっきの合金化処理性の低下
が著しく、そのめっき性の劣化は、Ｆｅ−Ｂ合金のプレ
めっきを施しても十分に防止し得なくなるからである。
好ましくは、１．５％以下である。なお、Ｓｉは鋼の固
溶強化および焼入性改善効果を有する元素であり、また
その存在は低降伏比の確保の妨げとはならないので、め
っき性を阻害しない２．０％以下の範囲内でその含有量
を調節することは、強度を高めるのに有効であり、好ま
しくは０．０２〜１．５％とする。

【００１０】Ｍｎ：２．０〜３．５％ Ｍｎは、鋼の焼入れ性向上効果を有する元素である。含
有量の下限を２．０％としたのは、それより少ない量で
は、鋼の焼入れ性の不足により複合組織中に占めるマル
テンサイト相の生成量が不足し、複合組織としたことに
よる高強度化を十分に達成し得なくなり、また鋼板の降
伏比の増大の原因となるからである。他方、３．５％を
上限としたのは、これを越えてＭｎを増量すると、マル
テンサイト相の生成量が過剰となり、延性の不足をきた
し、プレス成形性が悪くなるからである。

【００１１】Ｐ：０．１％以下 Ｐの含有量を０．１％以下としたのは、鋼の脆化による
加工性の低下を防止するためである。好ましくは、０．
０５％以下である。もっとも、Ｐは固溶強化作用を有す
る元素であるので、加工性の劣化をきたさない範囲内
で、適量、例えば０．０１％以上のＰを含有させること
は、鋼の強度を高めるのに有効である。なお、Ｐの存在
は、溶融亜鉛めっきの合金化処理におけるＦｅ原子の拡
散を抑制し、合金化処理性を低下させる原因となるが、
Ｆｅ−Ｂ合金のプレめっきを施すこととしている本発明
では、上記の少量のＰを存在させても、合金化処理に実
害を生じることはない。

【００１２】Ｓ：０．１％以下 Ｓは、鋼の脆化を招き、加工性を劣化させるので、０．
１％を越えてはならない。好ましくは、０．０５％以下
である。

【００１３】次に、上記化学組成を有する鋼の熱間圧延
とそれにつづく各工程について説明する。熱間圧延にお
ける仕上温度をＡｒ₃ 変態点以上とし、γ相温度域での
熱間圧延を行うこととしたのは、鋼の材質改善効果を十
分に発現させるためであり、γ相中にα相が混在した二
相温度域（Ａｒ₁ 〜Ａｒ₃ ）で熱間圧延したのでは、最
終製品鋼板の強度や加工性の低下をきたすからである。
熱延鋼板は、酸洗処理の後、冷間圧延により所定の板厚
の冷延鋼板に圧延される。

【００１４】冷延鋼板を連続溶融めっきラインに導入す
るに先立って、その表面にＦｅ−Ｂ合金である鉄系のプ
レめっきを施すこととしたのは、鋼板のめっき性を高め
るためである。すなわち、本発明における鋼は、焼入れ
性向上元素として比較的多量のＭｎを含有する組成を有
しているので、冷延鋼板の表面は、Ｍｎの酸化皮膜が生
成し易く、従ってそのままではめっき性（めっき濡れ
性，合金化処理性）が十分でないからである。プレめっ
きは電気めっきにより行うことができる。そのめっき組
成は純鉄であってもよいが、適量のＢ（約１０〜３０ｐ
ｐｍ）を含有するＦｅ−Ｂ合金めっきは、特に溶融亜鉛
とのなじみが良いので好適である。プレめっきの付着量
は、その効果を十分なものとするために、約０．５ｇ／
ｍ^２（片面当り）以上とするのがよいが、約５ｇ／ｍ^２
（片面当り）までで十分である。

【００１５】Ｆｅ−Ｂ合金のプレめっきを施して連続溶
融亜鉛めっきラインに導入した冷延鋼板の焼鈍をＡｃ_１
〜Ａｃ_３変態点の温度域で行うこととしたのは、α＋γ
の二相共存組織を生成させるためであり、その加熱保持
時間を１０秒以上としたのはＭｎ，Ｓｉ，Ｃ等の焼入れ
性向上元素をγ相中に十分固溶濃化させるためである。
保持時間の上限を３００秒としたのは、その時間内で上
記元素のγ相への固溶濃化がほぼ終了するからであり、
またそれを越える長時間の加熱保持はライン効率を低下
させるだけでなく、結晶粒の成長粗大化とそれに因る材
料特性の低下の原因ともなるからである。この加熱保持
により、冷延鋼板の焼鈍（歪み除去、軟化、非時効性化
等）も同時に達成される。

【００１６】Ａｃ₁ 〜Ａｃ₃ 変態点の二相温度域に加熱
保持した後、同温度域からの冷却を急冷とするのは、γ
相をマルテンサイト相（α’相）に変態させて、α相＋
α’相の複合組織を形成するためであり、その平均冷却
速度を２℃／秒以上としたのは、それより低い冷却速度
では、ベイナイト変態が生じ、α相とα’相からなる複
合組織を確保できなくなるからである。

【００１７】複合組織が導入された冷延鋼板は溶融亜鉛
めっき浴に送通されて所定のめっきが施され、ついで４
５０〜６００℃に保持された合金化処理炉に送給されて
亜鉛めっき層の合金化が行われる。溶融亜鉛めっき工程
は特別の条件は付加されず、常法に従って行えばよく、
その表面はＦｅ−Ｂ合金プレめっきによる良好な濡れ性
により、不めっきのない均一な亜鉛めっき層が形成され
る。また、プレめっきの効果として合金化処理性も良好
であるので、短時間の処理で所定の合金化反応を完結さ
せることができる。その処理温度を４５０℃以上とした
のは、ＦｅおよびＺｎ原子の相互拡散を促し、効率良く
めっき層全体を過不足のない均質なＦｅ−Ｚｎ合金とす
るためであり、他方６００℃を上限としたのは、それを
越えると、鋼板の複合組織におけるマルテンサイト相が
焼戻され、材料特性の劣化、特に引張強度や延性の低下
をきたすからである。

【００１８】

【実施例】

〔Ｉ〕供試材の製造 表１に示す化学組成を有する鋼を熱間圧延により板厚
２．０ｍｍの熱延鋼板とし、酸洗処理後、冷間圧延に付
し、板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を得た。冷延鋼板に、プ
レめっきとして電気めっきによるＦｅ−Ｂめっき（Ｂ含
有量：１５ｐｐｍ）を施した後、連続溶融亜鉛めっきラ
インに導入し、Ａｃ₁ 〜Ａｃ₃変態点温度域に加熱保持
する焼鈍、および同温度からの急冷（焼入れ）処理を行
い、溶融亜鉛めっき浴（浴温：４６０℃）に送通して所
定のめっきを施し、ついで合金化処理を行った。熱間圧
延での仕上温度、冷延鋼板のプレめっき付着量、連続め
っきラインにおける焼鈍条件（温度、時間）、焼鈍温度
からの冷却速度、溶融亜鉛めっきのめっき付着量、およ
び合金化処理条件（温度、時間）は、表１に併記した。
なお、供試材の鋼板のＡｒ₃ 変態点は約７００℃であ
り、Ａｃ₁ 〜Ａｃ₃ 変態点温度域は、約７００〜８００
℃である。

【００１９】〔ＩＩ〕諸特性 各供試材について、引張諸特性を測定すると共に、めっ
き品質として、不めっきの有無、およびめっき層の合金
化状態（Ｚｎ−Ｆｅ合金化反応の過不足、表面異常の有
無）を評価し、表２に示す結果を得た。表２中、「不め
っき」欄の「○」は、めっき濡れ性が良く、不めっきは
皆無であること、「×」はめっき濡れ性の不足により不
めっきが発生したことを表し、「合金化状態」欄の
「○」は、めっき層の全表面に亘って均質なＺｎ−Ｆｅ
合金化が達成されていること、「×」は合金化反応の不
足または反応の進み過ぎ、およびそれによる表面外観異
常をきたしていることを表している。

【００２０】表中、Ｎｏ.１〜５は発明例、Ｎｏ.１０１
〜１０６は比較例であり、比較例Ｎｏ.１０１およびＮ
ｏ.１０２は、冷延鋼板の鉄系プレめっき（Ｆｅ−Ｂ合
金）を省略した例、Ｎｏ.１０３は、鋼の化学組成にお
けるＭｎ含有量が不足している例、Ｎｏ.１０４は、連
続溶融めっきラインにおける鋼板の焼鈍温度が高過ぎる
例、Ｎｏ.１０５は、焼鈍温度からの冷却速度が低過ぎ
る例、Ｎｏ.１０６は、合金化処理温度が低過ぎる例で
ある。

【００２１】発明例であるＮo.１〜５の鋼板は、いずれ
も引張強さは６０ｋｇｆ／ｍｍ² を大きく越え、７５ｋ
ｇｆ／ｍｍ² 以上の強度レベルを有し、かつ高強度であ
りながら、降伏比は０．４５以下と十分に低く、しかも
１５％以上の高伸びを具備している。また、めっき品質
についても、プレめっきの効果として、不めっきや合金
化反応の過不足はなく、健全なＺｎ−Ｆｅ合金めっき層
が形成されている。

【００２２】これに対し、比較例Ｎo.１０１〜１０６を
みると、Ｎo.１０１およびＮo.１０２は、発明例Ｎo.１
〜５と同等レベルの引張特性を有しているものの、プレ
めっきが省略されているため、鋼板のめっき性が悪く、
不めっきおよび合金化不良をきたしている。その合金化
不良（合金化反応の不足）は、Ｎo.１０２のように、合
金化処理温度を、その上限いっぱいに設定しても回避す
ることができない。

【００２３】また、Ｍｎ含有量が不足しているＮo.１０
３は、一応６０ｋｇｆ／ｍｍ² 以上の引張強度を有して
はいるものの、Ｍｎ含有量の不足により焼入れ性が不足
した結果として、所定の焼鈍および急冷処理を受けてい
るにも拘らず、その降伏比は０．７６と、発明例に比べ
て著しく高く、プレス形状凍結性に劣るものとなってい
る。Ｎo.１０４は、Ｎo.１０３と異なってＭｎ含有量の
不足はなく、適正な化学組成が与えられてはいるが、鋼
板の焼鈍をＡｃ₃ 変態点を越える温度（γ相温度域）で
行ったため、所定の複合組織が形成されなかった結果と
して、降伏比は０．７９と著しく高く、また引張強さも
発明例のそれに比べて低いレベルにとどまっている。

【００２４】Ｎo.１０５は、鋼の化学組成は適正である
が、焼鈍温度からの冷却速度が不足しているため、降伏
比は０．８５と著しく高く、引張強さも発明例の強度レ
ベルを大きく下廻り、伸びも不足している。なお、この
例におけるめっき品質不良の原因は、鋼板の焼鈍後の冷
却速度調整の必要上、ライン速度を下げたことに関連し
て合金化処理時間が長くなり、合金化反応が過剰に進行
したからであり、鋼板のプレめっき効果の欠陥に因るも
のではない。Ｎo.１０６は、発明例と同等の改良された
引張特性を有し、またプレめっきの効果として不めっき
は防止されているが、合金化処理温度が低いため、合金
化反応の不足によるめっき品質不良をきたしている。

【００２５】

【表１】

【００２６】

【表２】

【００２７】

【発明の効果】本発明方法により製造される合金化溶融
亜鉛めっき鋼板は、６０ｋｇｆ／ｍｍ² を越える引張強
度レベルを有すると共に、健全なめっき品質による高度
の防錆力を備えている。また、高強度でありながら、低
降伏比および高伸びを有し、プレス成形加工が容易で、
形状凍結性にもすぐれている。従って、例えば自動車の
車体軽量化、安全性向上および寿命延長等の要請に応え
るための高張力防錆鋼板等として好適である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井田 文博 大阪府堺市石津西町５番地 日新製鋼株 式会社 堺製造所内 (56)参考文献 特開 平４−26744（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−290955（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−312960（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 8/02,9/46 C22C 38/00 - 38/60 C23C 2/06,2/28

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：０．０５〜０．３％，Ｓｉ：２．０
   ％以下，Ｍｎ：２．０〜３．５％，Ｐ：０．１％以下，
   Ｓ：０．１％以下，残部Ｆｅおよび不可避不純物からな
   る鋼を、Ａｒ_３変態点以上で熱間圧延して巻取り、酸洗
   処理後、冷間圧延して薄鋼板とし、Ｆｅ−Ｂ合金のプレ
   めっきを行った後、連続溶融亜鉛めっきラインにおい
   て、Ａｃ_１〜Ａｃ_３変態点の温度域に１０〜３００秒間
   加熱保持した後、平均冷却速度２℃／秒以上でＭｓ点以
   下の温度まで冷却することにより、フェライト相からな
   る基地中にマルテンサイト相が分散したフェライト−マ
   ルテンサイト複合組織を形成し、ついで溶融亜鉛めっき
   浴に導入し、溶融亜鉛めっき後、４５０〜６００℃の温
   度域で合金化処理することを特徴とする耐食性および成
   形性にすぐれた合金化溶融亜鉛めっき高張力冷延鋼板の
   製造方法。