JP3312103B2

JP3312103B2 - 高強度熱延鋼板

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Publication number: JP3312103B2
Application number: JP31654796A
Authority: JP
Inventors: 善継鈴木; 洋一飛山; 一章京野
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1996-11-27
Filing date: 1996-11-27
Publication date: 2002-08-05
Anticipated expiration: 2016-11-27
Also published as: JPH10158784A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱延鋼板に関し、
特に、自動車の車体等に用いられ、必要に応じて、溶融
メッキ、電気メッキ、メッキ後の合金化処理、化成処
理、クロメート処理等を施され、且つ高強度の熱延鋼板
に係わる。

【０００２】

【従来の技術】近年、排気ガス規制の観点から、自動車
の車体を軽量化し、燃費を低減することが望まれてい
る。この軽量化の有効な手段の一つに板厚を薄くする方
法があるが、安全性確保のためには、板厚を薄くする
分、板自体の強度を向上させる必要がある。そして、実
際に、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃ、Ｐ等を鋼中に含有
させ、鋼板の高強度化が図られている。

【０００３】かかる高強度熱延鋼板は、通常、圧延や熱
処理で生じた酸化皮膜（通称、黒皮）を酸洗処理した
後、耐食性を付与するためにメッキや化成処理等が施さ
れる。例えば、溶融メッキを行う際には、酸洗処理後の
表面に形成される極めて薄い、いわゆる不可視酸化皮膜
を除くため、事前に、鋼板を焼鈍炉に装入し、Ｎ₂ −Ｈ
₂ ガス雰囲気下で還元する処理が行われる。しかしなが
ら、炉内温度が低くて還元が不十分な場合、酸化皮膜が
残存し、不メッキが発生する。また、この残存した酸化
皮膜を再還元する温度が高過ぎると、還元後に鋼中のＳ
ｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等が鋼表面に酸化物として濃化し、この
場合にも不メッキが発生する。つまり、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃ
ｒ等の含有量が多いと、不メッキを抑制するための適切
な還元温度域が存在しないのである。

【０００４】また、例えば、電気メッキや化成処理等を
施す際にも、鋼中にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等を多く含有させ
た時には、「不メッキ」現象や化成処理液が鋼板表面に
濡れない所謂「ハジキ」などが起こることが多い。つま
り、メッキ性及び化成処理性等に優れた高強度熱延鋼板
は、容易には得難いものであった。上記した問題点のう
ち、溶融メッキ性の改善に関しては、特公昭６１−９３
８６号公報が、「溶融メッキに先立って鋼板の表面にＮ
ｉの下地メッキを施す」という技術を開示した。しかし
ながら、この方法では、Ｃ：０．００１〜０．３０ｗｔ
％、Ｓｉ：０．００１〜３．０ｗｔ％、Ｍｎ：０．１〜
３．０ｗｔ％、Ｃｒ：０．００１〜２．０ｗｔ％を含有
する鋼板を対象とする場合、１０ｇ／ｍ² 以上の付着量
になるようＮｉメッキを施すことが必要になり、メッキ
・コストの上昇を招く。また、このような大量のＮｉメ
ッキを施すと、溶融亜鉛メッキの濡れ性は改善されて
も、それを合金化する過程で、メッキ表面にＳｉ、Ｎｉ
に起因する欠陥が多発するという別の問題が生じた。

【０００５】Ｎｉを下地メッキする以外にも、例えば、
特開昭５７−７０２６８号公報は、溶融メッキに先立っ
て、鋼板の表面にＦｅの下地メッキを施す技術を提案し
ている。しかしながら、この方法の採用で、Ｓｉ添加鋼
の不メッキを防止することは可能となったが、この場合
も、５ｇ／ｍ² 以上の付着量になるようＦｅメッキをす
る必要があり、極めて不経済であった。

【０００６】さらに、上記以外のメッキ性改善技術とし
て、特開昭５５−１２２８６５号公報や特開平４−２５
４５３１号公報は、「予め鋼板を酸化して鉄酸化皮膜を
形成させ、その後還元焼鈍して、合金元素酸化物の皮膜
形成を抑制してからメッキする」方法を開示している。
この方法は、還元焼鈍でメッキ前に鉄酸化皮膜の厚さを
一定値以下に抑えるものであったが、還元焼鈍により鉄
酸化皮膜が還元され過ぎてしまい、合金元素が表面に濃
化してメッキ性が不良となる、つまり酸化皮膜と還元量
のバランスが崩れるという問題があった。それに、この
還元され過ぎを防ぐには、膨大な鉄酸化皮膜量が必要に
なるが、圧延ロール等で鉄酸化物皮膜が剥離してしま
う。従って、その後の還元焼鈍時には、合金元素の選択
酸化が起こってメッキ性が阻害されたり、剥離した鉄酸
化物皮膜が焼鈍炉内に散乱して、メッキ操業に悪影響を
及ぼすという問題があった。

【０００７】一方、自動車用鋼板には、特に、塗装前処
理、すなわち化成処理性の良好なことが要求される。こ
の化成処理性が悪いと、その後の焼付塗装が上手くいか
ないからである。しかしながら、鋼板の高強度化を目的
に、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素を多量に含有させる
ので、前述の「ハジキ」が起きて化成処理性が著しく劣
化するという問題もあった。理由は、酸化皮膜（黒皮）
を酸洗除去した後の表面に生じるＦｅ系不可視酸化皮膜
がＳｉＯ₂ 、ＭｎＯ、Ｃｒ₂ Ｏ₃ 等を含有し、鋼板の濡
れ性を低下させるからである。

【０００８】また、このような熱延鋼板を自動車以外の
家電用鋼板として用いる場合には、耐食性を改良するた
め、所謂クロメート処理を施すことがある。しかしなが
ら、通常は、化成処理の場合と同様、鋼板の高強度化の
ために含有させたＣ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等に起因して、
クロメート処理性が著しく劣化するという問題もあっ
た。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑み、鋼板に母材に工夫を凝らして、電気メッキ時の
「不メッキ」や、化成処理時あるいはクロメート処理時
の「ハジキ」や「ムラ」を生じさせない高強度熱延鋼板
を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】以上述べたように、Ｃ、
Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ等の元素が複合含有されている高強度
熱延鋼板に各種の表面処理、例えばメッキ、化成処理、
クロメート処理を施す場合、これら元素が鋼板の焼鈍
時、もしくは酸洗時に、表面に酸化物として存在し溶融
亜鉛や化成処理液との濡れ性を阻害するため不メッキが
発生する。また、これら元素の表面濃化量とメッキ性や
合金化度との間には相関関係があり、表面濃化量の少な
い方がメッキ性は良くなるし、合金化速度が速くなるこ
とも確認されている。

【００１１】そこで、発明者は、上記元素の表面濃化を
抑制する鋼板の表層構造について詳細な検討を鋭意行っ
た。その結果、ある特定した成分を含有する高強度熱延
鋼板は、その表層部の結晶粒界及び／又は結晶粒内に、
該特定成分の多種類の酸化物を予め生成させておくと、
電気メッキ性、化成処理性、クロメート処理性が飛躍的
に向上することを見出した。本発明は、この知見を具現
化したもので、電気メッキあるいは化成処理あるいはク
ロメート処理に供される熱延鋼板であって、Ｃ：０．００１〜０．３０ｗｔ％Ｓｉ：０．００１〜３．０ｗｔ％Ｍｎ：０．１〜３．０ｗｔ％Ｃｒ：０．００１〜２．０ｗｔ％を含有し、残部鉄及び不可避的不純物からなる鋼板の鋼
板表層から０．１〜１００μｍ深さまでの結晶粒界及び
／又は結晶粒内に、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐのうちの少な
くとも１種を含む酸化物を有してなることを特徴とする
高強度熱延鋼板である。

【００１２】また、本発明は、前記鋼板は、さらに、Ｐ
を０．１ｗｔ％以下含有させたり、あるいは、上記酸化
物は、ＳｉＯ₂ 、ＭｎＯ、ＦｅＳｉＯ₃ 、Ｆｅ₂ ＳｉＯ
₄ 、ＭｎＳｉＯ₃ 、Ｍｎ₂ ＳｉＯ₄ 、Ｐ₂ Ｏ₅ 、Ｃｒ₂
Ｏ₃ 、ＦｅＣｒ₂ Ｏ₄ 、（Ｆｅ、Ｍｎ）Ｏ、（Ｆｅ、Ｃ
ｒ）₂ Ｏ₃ 、（Ｆｅ、Ｍｎ）ＳｉＯ₃ 及び（Ｆｅ、Ｍ
ｎ）₂ ＳｉＯ₄ から選ばれた１種以上であることを特徴
とする高強度熱延鋼板である。

【００１３】さらに、本発明は、鋼板全体の酸素含有量
が、酸化物層を生成させる前に比べて１ｐｐｍ以上高い
ことを特徴とする高強度熱延鋼板でもある。かかる本発
明によれば、特定成分の酸化物が表層部内に存在するの
で、メッキ時の「不メッキ」や、化成処理、クロメート
処理時の「ハジキ」や「ムラ」を生じさせることなく、
電気メッキ性、化成処理性、クロメート処理性に優れた
高強度熱延鋼板を製造できるようになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明について詳細に説明
する。本発明に係る高強度熱延鋼板の表層部内の結晶粒
界及び／又は結晶粒内に存在する酸化物は、該鋼板を熱
間圧延する時に生成させる。特に、それは、鋼帯をコイ
ル状に巻き取る温度が高く、且つ、その後の冷却速度が
遅い場合に成長する。この熱間圧延時に形成した粒界酸
化物の観察結果を、図１に、所謂黒皮の直下に存在して
いる状態で示す。また、これら酸化物は、鋼帯がコイル
状に巻き取られ、表面大気から遮断された状態におい
て、鋼帯自体がまだ高温の時に生成すると考えられる。
つまり、黒皮の主成分であるＦｅＯなどから酸素が解離
し、その解離した酸素で表層部が内部酸化されるからで
ある。この酸化物をＥＰＭＡで分析した結果を図２に示
す。結晶粒界にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐ、Ｏのピークが見
られ、これら酸化物の生成が確認される。なお、酸化物
が生成される圧延条件、巻き取り条件は、後述の実施例
に記載する。

【００１５】本発明に係る高強度熱延鋼板は、表層部が
予め前記のように内部酸化され、これら元素が酸化物と
して鋼中に分布している。そのため、酸洗後の不可視酸
化皮膜中にＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒの酸化物が含有されていな
いので、鋼板の濡れ性は劣化せず、電気メッキ、化成処
理、クロメート処理時に「ハジキ」や「ムラ」が発生し
ないのである。

【００１６】

【００１７】この場合、電気メッキが、電気亜鉛メッキ
だけでなく、電気亜鉛−ニッケル・メッキ、電気亜鉛−
鉄メッキ等であっても構わない。前述のように、酸洗後
の不可視酸化皮膜中に、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒの酸化物が含
有されていないので、濡れ性が劣化せず、電気メッキ、
化成処理、クロメート処理時に「ハジキ」や「ムラ」が
発生しないからである。

【００１８】

【００１９】また、焼鈍温度による影響についても同様
で、酸化物層が形成された場合、酸洗後に鋼板表面に生
成するＦｅ系不可視酸化皮膜中にＳｉＯ₂、ＭｎＯ、Ｃ
ｒ₂Ｏ₃等が含まれない。そのため、５５０℃程度の低温
焼鈍でもＦｅ系不可視酸化皮膜中が完全に還元できる
し、また、８００℃以上の高温焼鈍でも表面濃化が起こ
らないため、還元焼鈍を行っても問題なくメッキでき
る。

【００２０】次に、本発明で採用した成分や他の条件の
限定理由を説明する。Ｓｉ、ＭｎもしくはＣｒの量に下
限を設定したのは、これより少ないと、酸洗後の不可視
酸化皮膜中に含有するＳｉ，ＭｎもしくはＣｒの酸化物
量が少なく、通常のセルを用いて基本的な硫酸浴、ある
いは塩酸浴にて電気メッキが可能だからである。化成処
理性やクロメート処理性についても同様で、特に、従来
設備や従来法を変えなくても、同様に化成処理やクロメ
ート処理が可能だからである。それゆえ、本発明は、Ｓ
ｉ量は０．００１ｗｔ％以上、Ｍｎ量は０．１ｗｔ％以
上、Ｃｒ量は０．００１ｗｔ％以上とした。またＣ量の
０．００１０ｗｔ％以上は、通常の製鋼方法における不
可避的含有量であるからである。

【００２１】一方、Ｓｉ量の上限を３．０ｗｔ％、Ｍｎ
量の上限を３．０ｗｔ％、Ｃｒ量の上限を２．０ｗｔ％
としたのは、これらの数値を超えると、酸洗時でも焼鈍
時でも、鋼板表面に酸化皮膜が生成し、メッキ浴や化成
処理液、クロメート処理液との密着性を著しく低下させ
るためである。また、Ｃ量の上限を０．３０ｗｔ％とし
たのは、これより高いと、鋼板の硬度が増して延性が低
下し、深絞り性等の機械的特性値の一部が低下するため
好ましくないからである。

【００２２】また、Ｐは、深絞り性の劣化が少なく、鋼
板を硬化できること、及び、Ｂは、鋼の二次加工脆性に
絶大な効果を有することから、高強度熱延鋼板には、必
須の元素である。しかしながら、これら元素は、還元焼
鈍後や酸洗後に電気メッキの亜鉛、化成処理、クロメー
ト等の濡れ性を著しく阻害することはない。さらに、還
元焼鈍後の脱脂酸洗が十分でなく、表層に酸が残存した
としても「不メッキ」や「ハジキ」、「化成処理ムラ」
等の原因にもなりにくい。しかし、Ｐについては、あま
り多量に含有すると、合金化遅延を引き起こす恐れがあ
るので、０．１０ｗｔ％以下が望ましい。Ｂについて
は、特に含有量の限定は必要ない。

【００２３】加えて、酸化物層の厚みを０．１〜１００
μｍに限定したのは、０．１μｍ未満であると、酸化物
の生成量そのものが少ないため、濡れ性の劣化を抑制す
ることができなくなるからであり、１００μｍを超える
と、酸化物は脆いので鋼板自身の機械的特性が低下する
恐れがあるからである。なお、表層部に酸化層が僅かで
も生成すれば、前記したような「不メッキ」等の防止効
果が得られる。鋼中酸素量を何らかの分析手法、例えば
「インパルス炉溶融−赤外線吸収法」にて測定すると、
酸化層が僅かでも生成している鋼板では、鋼板全体の酸
素含有量が、酸化物層を生成させる前に比べて１ｐｐｍ
以上は増加していた。この酸素の増加量が１ｐｐｍより
少ないと、メッキ性等の改善に有効でなかった。そこ
で、本発明では、内部酸化物の存在により、鋼板全体の
酸素含有量が、酸化物層を生成させる前に比べて１ｐｐ
ｍ以上高いことをも酸化層の条件とした。

【００２４】なお、本発明に係る鋼板の酸化物生成の有
無は、以下の方法で判断する。黒皮を酸洗した後の熱延
鋼板全体での酸素量と、同じ熱延鋼板の表面を０．５ｍ
ｍ以上研削して除き、その表面を研磨したものとの酸素
量とを比較し、前者の値から後者の値を差し引いた値を
表層部での酸素量の増加分とした。また、酸化物生成の
有無は、鋼板の厚み部分の面を研磨し、光学顕微鏡で鋼
板表層部を観察しても、結晶粒界部の酸化物層が黒い筋
状の模様として確認できる。さらに、上記研磨後の面を
１％ナイタール液で１０〜２０秒間程度軽くエッチング
しても良い。

【００２５】

【実施例】鋳片を熱間圧延して鋼板とした後、黒皮除去
のための酸洗、各種表面処理が順次施され、表１に挙げ
たような多種の表面処理鋼板が製造された。その際の条
件は、鋳片の加熱温度が１２００〜１２５０℃、熱間圧
延の仕上圧延の温度が８６０〜９１０℃、鋼帯の巻き取
り温度が６００〜７６０℃である。

【００２６】電気メッキ、化成処理、クロメート処理に
際しては、熱延鋼板の黒皮スケールを酸洗除去処理後の
熱延鋼板をそのまま使用して、それぞれ電気メッキ、化
成処理、クロメート処理を行い、表面処理性を評価して
いる。

【００２７】

【表１】

【００２８】また、表面処理については、各種の電気メ
ッキ、化成処理、クロメート処理が用いられた。なお、
これらメッキや化成処理等の各種表面処理が施された鋼
板は、目視観察により、「付着量ムラ」があるか否か等
が判断された。

【００２９】上記のようにして製造した各種表面処理鋼
板のうち、本発明に係る熱延鋼板に相当するものを表２
に、従来通りの鋼板等の比較例を表３に一括して示す。
これらの表から明らかなように、比較例とした鋼板では
「付着量ムラ」が発生し、また、酸化物層が１５０μｍ
と厚い場合には、鋼板自身の機械的特性が劣化する等、
様々な不具合が発生した。しかしながら、本発明に係る
鋼板では、「付着量ムラ」はおろか、鋼板自身の機械的
特性の劣化等いかなる不具合も生じていない。

【００３０】

【００３１】

【表２】

【００３２】

【表３】

【００３３】

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明により、各種
表面処理を容易に施すことが可能な高強度熱延鋼板が製
造できるようになった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱延鋼板の厚み方向断面を示す図
である。

【図２】上記断面のＥＰＭＡによる分析結果を示す図で
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−276060（ＪＰ，Ａ) 特開平８−291367（ＪＰ，Ａ) 特開平９−310163（ＪＰ，Ａ) 特開平10−17936（ＪＰ，Ａ) 特開平９−310148（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C23C 2/00 - 2/40 C21D 9/46 - 9/48

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電気メッキあるいは化成処理あるいはク
ロメート処理に供される熱延鋼板であって、Ｃ：０．００１〜０．３０ｗｔ％Ｓｉ：０．００１〜３．０ｗｔ％Ｍｎ：０．１〜３．０ｗｔ％Ｃｒ：０．００１〜２．０ｗｔ％を含有し、残部鉄及び不可避的不純物からなる鋼板の鋼
板表層から０．１〜１００μｍ深さまでの結晶粒界及び
／又は結晶粒内に、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｐのうちの少な
くとも１種を含む酸化物を有してなることを特徴とする
高強度熱延鋼板。
【請求項２】前記鋼板は、さらに、Ｐを０．１ｗｔ％
以下含有させてなることを特徴とする請求項１記載の高
強度熱延鋼板。
【請求項３】上記酸化物は、ＳｉＯ₂、ＭｎＯ、Ｆｅ
ＳｉＯ₃、Ｆｅ₂ＳｉＯ₄、ＭｎＳｉＯ₃、Ｍｎ₂ＳｉＯ₄、
Ｐ₂Ｏ₅、Ｃｒ₂Ｏ₃、ＦｅＣｒ₂Ｏ₄、（Ｆｅ、Ｍｎ）Ｏ、
（Ｆｅ、Ｃｒ）₂Ｏ₃、（Ｆｅ、Ｍｎ）ＳｉＯ₃及び（Ｆ
ｅ、Ｍｎ）₂ＳｉＯ₄から選ばれた１種以上であることを
特徴とする請求項１又は２記載の高強度熱延鋼板。
【請求項４】上記酸化物の存在により、鋼板全体の酸
素含有量が、酸化物層を生成させる前に比べて１ｐｐｍ
以上増加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか
記載の高強度熱延鋼板。