JPH03107425A - プレス成形性に優れ、成形後の熱処理による著しい硬化性と高耐食性を有する熱延鋼板の製造方法および該熱延鋼板を用いた鋼構造部材の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、自動車のメンバーや足廻り部品のように高度
の加工性と同時に、高い製品の強度と高い防錆性が要求
される利用分野に提供する熱延網板の製造に関するもの
である。

（従来の技術） 従来、加工用高防錆性高強度熱延鋼板は、高強度熱延鋼
板に電気亜鉛めっきを施した電気亜鉛めっき熱延鋼板が
中心であった。そしてその鋼板の強化方法はＭｎ　、　
Ｐ　、　Ｓｉ等による固溶体強化、ＣＭｎ合金の組織強
化、あるいはＮｂ　＋　Ｔｉ添加による析出強化を適宜
組み合わせて製造されている。しかし電気亜鉛めっきで
は目付を多くすることは経済的に困難で、より高防錆性
のためには溶融亜鉛めっきがふされしい。しかし、溶融
亜鉛めっきでは合金系によっては亜鉛のめっき密着性に
問題が生じたり、また溶融亜鉛めっきの時の表面酸化被
膜の還元除去の熱処理により鋼板の組織が変化し、高強
度熱延鋼板の特性を失うなどの欠点があった。

本発明ではＣｕの時効析出により高強度化を行うが、こ
のこと自体は公知である。例えば特公昭５７４７０４９
号公報および特開昭６４−７９３４７号公報記載の技術
がそれにあたる。前者では低Ｃ綱で、後者では極低Ｃ鋼
でいずれも約１〜２％のＣｕを添加し、このＣｕを固溶
状態のまますなわち軟化状態のときにプレス成形するこ
とにより高加工性とし、その後の熱処理により強度を高
めるというものである。

しかしながらこの技術を溶融亜鉛めっきに適用すること
については何の言及もない。さらに、−船釣には溶融亜
鉛めっき時の熱処理により強度や延性に大きな変化が生
じると予想される。すなわちプレス成形前に安定して高
成形性の状態を保つことは困難である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、高度な成形性と部品あるいは製品とし
て高い強度とさらに、極めて高い防錆性を同時に与える
ことにある。すなわち、Ｃｕ添加鋼のプレス成形前の高
延性を活かした高成形性とプレス成形後の熱処理による
硬化、それと合金化溶融亜鉛めっき鋼板並みの高耐食性
を兼ね備えた、熱延鋼板を素材とした鋼構造部品の製造
方法にかかわる。

（課題を解決するための手段） 本発明は、成形加工性とＣｕ添加と溶融亜鉛めっき性を
考慮した成分の綱を出発材とし主としてＣｕの固溶状態
を維持する条件で、熱延、さらに溶融亜鉛めっきを施す
ことからなる熱延鋼板製造工程、プレス成形する工程、
鋼材の強化および表層の亜鉛めっき層をＦｅ−Ｚｎ合金
とする熱処理からなり、その要旨とするところは、下記
のとおりである。

（１）質量の割合で（以下鋼中成分に関しては同様）、
Ｃ：０．０５％以下、Ｍｎ：　０．０５〜０．５％、Ａ
７　：　０．１％以下、Ｃｕ　：　０．８〜２．０％を
含み、残部実質的に鉄からなる鋼をスラブとし、通常の
条件で熱延を行いコイルとし、続いて７００〜９００℃
に加熱し鋼板表面の還元を行った後、溶融亜鉛めっきを
施すことを特徴とするプレス成形性に優れ、成形後の熱
処理による著しい硬化性と高耐食性を有する熱延鋼板の
製造方法。

（２）Ｃ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．５％
、ＩＶ　７０．１％以下、Ｃｕ　：　０．８〜２．０％
を含有し、さらに、Ｔｉ　：　０．００５〜０．１％、
Ｎｂ　：　０．００５〜０．１％、Ｚｒ：０．０２〜０
．１％、Ｂ　：　０．０００１〜０．００３０％および
Ｎｉ　：　Ｎｉ／Ｃｕで０．０５〜０．３の１種または
２種以上を含み、残部実質的に鉄からなる鋼をスラブと
、し、通常の条件で熱延を行いコイルとし、続いて７０
０〜９００℃に加熱し鋼板表面の還元を行った後、溶融
亜鉛めっきを施すことを特徴とするプレス成形性に優れ
、成形後の熱処理による著しい硬化性と高耐食性を有す
る熱延鋼板の製造方法。

（３）Ｃ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．５％
、ＡＩ：　ｏ、　ｉ％以下、Ｃｕ　：　０．８〜２．０
％を含み、残部実質的に鉄からなる鋼をスラブとし、通
常の条件で熱延を行いコイルとし、続いて７００〜９０
０℃に加熱し鋼板表面の還元を行った後、溶融亜鉛めっ
きを施した熱延鋼板をプレス成形加工し、その後、５５
０〜６５０″Ｃに１０秒〜２０分加熱し、続いて溶接接
合することを特徴とする優れた強度と耐食性を有する鋼
構造部材の製造方法。

（４）Ｃ：０．０５％以下、Ｍｎ：　０．０５〜０．５
％、／Ｖ　：　０．１％以下、Ｃｕ　：　０．８〜２．
０％を含有し、さらに、Ｔｉ　：　０．００５〜０．１
％、Ｎｂ　：　０．００５〜０．１％、Ｚｒ：　０．０
２〜（１，１％、Ｂ　：　０．０００１〜０．００３０
％およびＮｉ　：　Ｎｉ／Ｃｕで０．０５〜０．３の１
種または２種以上を含み、残部実質的に鉄からなる鋼を
スラブとし、通常の条件で熱延を行いコイルとし、続い
て７００〜９００℃に加熱し鋼板表面の還元を行った後
、溶融亜鉛めっきを施した熱延鋼板をプレス成形加工し
、その後、５５０〜６５０　”Ｃに１０秒〜２０分加熱
し、続いて溶接接合することを特徴とする優れた強度と
耐食性を有する鋼構造部材の製造方法。

（作　用） 本発明は、溶融亜鉛めっき性を考慮した低Ｃ１軟質成分
系の綱にＣｕを０．８〜２．０％添加した鋼を熱延を行
い、その後、Ｃｕの溶体化処理と鋼板表面の還元処理を
行い、引き続きＣｕが析出しない条件で溶融亜鉛めっき
を施して素材とし、次にプレス成形を施し続いて５５０
〜６５０℃に１０秒〜２０分加熱し鋼板中のＣｕを時効
析出させて鋼板を著しく硬化させるとともに、鋼板表面
の溶融亜鉛めっき層をＦｅ−Ｚｎ合金とし耐食性、溶接
性を高める。

本発明は以上のような概略の骨子に基づくが、つぎに本
発明の個々の構成要件について詳細に言及する。

Ｃは加工性の観点から０．０５％以下とする。この量を
越えると鋼中にパーライトあるいはさらに、硬質な組織
が生じ、プレス成形性を損なう。

降伏点挙動など鋼中の固溶炭素、窒素が問題となる場合
にはこれらの元素と親和力の強いＴｉ、ＮｂあるいはＺ
ｒの１種または２種以上をＴｆ　：　０．００５〜０．
１％、Ｎｂ　：　０．００５〜０．１％、Ｚｒ　：　０
．０２〜０．１％の範囲で添加する。これらの範囲未満
の添加では固溶炭素、窒素固着の効果がなく、これらの
範囲を越えての添加は効果が飽和しむやみに経済性を損
なうばかりである。

また、さらにこのような固溶炭素、窒素がまったく鋼中
にない場合、これら元素は綱の粒界強度をになっている
ため粒界か弱くなり、プレス成形後に二次加工脆化ある
いは縦割れと呼ばれる粒界脆性破壊が生じやすくなる。

これを防ぐため、Ｂを０．０００１〜０．００３０％の
範囲で添加することが好ましい。０．０００１％未満で
は粒界脆性破壊防止効果はない。０．００３０％を越え
ると固溶Ｂが増加し鋼の延性を害する。

また、さらに高度な成形性のためにはＣは０．０２％以
下とすることが好ましい。この時は製鋼過程において真
空脱ガス等の手段で脱炭が必要となろう。近年この分野
での技術開発は目覚ましくまた成形性は低炭素となるほ
ど向上するのでその意味からはＣは０．００５％以下と
することが好ましい。

つぎにＭｎは０．０５〜０．５％の範囲で添加する。

０．０５％未満では鋼中不純物であるＳがＭｎＳとして
十分に固定されず、熱延時に割れを生じる。Ｍｎが０．
５％を越えると熱延鋼板としてのプレス成形性あるいは
溶融亜鉛めっき時にめっき密着性を損なう。

Ｍは鋼の脱酸のため０．１％以下添加する。この量を越
えると脱酸生成物として介在物が増し綱の延性を害する
。下限値は脱酸可能な０．００３％程度である。

つぎに、Ｃｕは本発明にあっては極めて重要な添加元素
である。すなわちＣｕの時効析出により鋼を著しく高強
度化するが一方、Ｃｕは固溶状態にあっては鋼の延性を
それほど損なわない。時効析出による硬化量はＣｕ添加
量による。０．８％未満では硬化に長時間を要し、実用
の観点からはふされしくない。一方便化量は２．０％の
添加で飽和する。従ってＣｕの添加量は０．８〜２．０
％とした。安定して０ 硬化量を確保するには１．２％以上の添加が好ましい。

Ｃｕ添加鋼にあってＣｕヘゲと呼ばれる表面欠陥が熱延
中に生じることがある。このＣｕヘゲを防ぐためにはＮ
ｒ添加が好ましい。Ｎｉのこのような効果はＣｕ添加量
に応じて発揮されるのでＮｉ添加量はＮｉ／Ｃｕに応じ
て添加する。この比が０．０５未満ではＣｕヘゲ防止効
果がなく、一方０．３を越えると効果が飽和するうえに
、Ｎｉが高価なため経済性が著しく損なわれる。

以上が本発明の成分に関する数値限定理由であるが、そ
の他ｓｉ　、　Ｐ　、　Ｃｒ　、　Ｍｏ　＋　Ｃａ　＋
　ＲＵＭの１種以上を単独あるいは組み合わせて適宜添
加し強度あるいは加工性をさらに確保することは可能で
ある。その場合、ＳｉＳ２．１％、Ｐ≦０．０７％。

Ｃｒ≦０．５％、　ＭｏＳ２．６％、　Ｃａ　：　０．
０００５〜０．００３０％。

ＲＥＭ　　：ｏ、ｏｏｓ〜０．０５％の範囲内で添加す
べきである。Ｓｉ、　　Ｐ、　Ｃｒ、　Ｍｏは強度調整
用に添加されるがこの範囲を越えるとめっき密着性を損
なう。特にＳｔはめっき密着性に対する悪影響が大で、
この観１ 点からはＳｉＳ２．０３％（添加せずかつ不純物として
の混入も極力避ける）とする方が好ましい。Ｃａ。

ＲＥＭは加工性向上の観点から添加されるがこの範囲未
満では効果がなく、この範囲を越えると効果は飽和する
。

このような鋼は通常転炉で溶製され、連続鋳造にてスラ
ブとされる。転炉溶製浸種々の二次精錬がなされること
もある。スラブは通常２００〜３００ｍｍ程度の厚みを
持つが、近年進行中の１０〜１００Ｍの薄スラブであっ
ても本発明の効果は発揮される。むしろ薄スラブの方が
冷却速度が速く、Ｃｕの固溶状態がより維持されること
から好ましいとも言える。スラブは冷片、温片あるいは
熱片のまま加熱炉に挿入され続いて熱延される。あるい
は薄スラブの場合はコイル状に巻取られた後保温し続い
て熱延される。熱延温度は終了温度がＡｒ３変態点を下
回らない方が好ましいが、異常粒成長等、著しい加工性
の劣化がない範囲内であれば多少Ａｒ３変態点を下回っ
てもよい。熱延終了後ランアウトテーブル（ＲＯＴ）で
冷却されコイル２ に巻取られる。巻取温度は特に限定するところではない
が、Ｃｕを熱延鋼板中に析出させない方が、溶融亜鉛め
っきでの処理が容易であるので、巻取温度は５３０℃以
下とすることが好ましい。５３０℃を越える温度ではＣ
ｕが巻取中に析出し、熱延後の材質が硬質・低延性とな
る。この意味からは巻取温度は４００℃以下とすること
がさらに好ましい。

い。

熱延コイルは冷却後酸洗され、続いて溶融亜鉛めっきさ
れる。

溶融亜鉛めっきは、通常連続溶融亜鉛めっきラインによ
ってなされる。その場合、通常、熔融亜鉛めっき浴に浸
漬する前に鋼板表面を還元するが、その方法は通常の無
酸化加熱炉−還元炉による無酸化加熱−還元方式、ある
いはバーナーの還元域を利用する直接還元方式等いずれ
でもよい。あるいは適当な前処理を施した後ラジアント
チューブで加熱する方法でもよい。加熱温度は７００〜
９００℃とする必要がある。７００℃未満の加熱ではＣ
ｕの溶体化が不十分で、成形加工後の熱処理３３ による硬化が不十分であるばかりでなく、鋼板表面の還
元にも特別の条件が必要となる。一方、９００℃を越え
る加熱は綱の結晶粒度が大きくなりすぎて加工性を損ね
るうえ、通常のラインでは極めて困難で経済性も大いに
損ねる。高ｒ値を目的とする場合等では加熱温度は、比
較的高めの７５０〜８７０℃とすることが好ましい。

ストリップ状のコイルは、その後、約４５０℃の溶融亜
鉛浴中に浸漬され溶融亜鉛めっきを施される。亜鉛浴中
にはＭを０．０５〜０．２％添加し亜鉛の密着性を増し
てもよい。亜鉛の目付量は防錆性の要求に応じて適宜選
択できる。

こうして溶融亜鉛めっきされた熱延鋼帯は、場合によっ
ては調質圧延、あるいは／また、レベラー加工されて加
工工場に出荷される。ここで高度なプレス成形がなされ
るが、その際にあらかじめ合金化された溶融亜鉛めっき
鋼板ではめっき層が固いため剥離し、それがプレス金型
に付着しつぎの成形品に疵をつける、いわゆるパウダリ
ングと呼ばれる不良現象が生じることがあるが本発明の
４ 場合、プレス時にはめっき層は合金化されておらずその
問題は生じない。この点も本発明の大きな効果の一つで
ある。

プレス成形された鋼製部材あるいは部品は加熱処理され
る。Ｃｕの析出による部材あるいは部品の強化と表層の
亜鉛めっき層の合金化がその目的である。その条件は５
５０〜６５０℃で１０秒〜２０分である。この条件未満
でばＣｕ析出あるいはめっき層の合金化が十分でなく、
またこの条件を越えるとＣｕの過時効析出により強度は
確保されない。好ましくは６００℃２１０分以下とずべ
きである。この加熱は通常の直火炉あるいは電気炉ある
いはまたレーザーを利用するものなど温度・時間条件が
満たされれば手段は問わない。

めっき層の合金化によりスボント溶接等の溶接性も通電
が可能となり、通常の溶融亜鉛めっき鋼板に比べておお
いに改善される。

（実施例） つぎに本発明を実施例にて説明する。

第１表に示す成分の鋼を転炉にて溶解し、真空５ 脱ガス等の二次精錬を経てスラブとした。符号Ａ〜Ｉ〕
およびＨ−Ｊの鋼が本発明に従った成分の鋼で、符号Ｅ
の鋼はＣが、符号Ｆの鋼でばＣｕが本発明と異なる。ま
た符号Ｇの鋼は、通常極く普遍的に用いられる熱延鋼板
の成分である。

これらの鋼を第２表に示す熱延条件にて熱延を行いコイ
ルとし、続いて酸洗後、表中に示すめっき条件で連続溶
融亜鉛めっきラインにて溶融亜鉛めっきを施した。この
ラインは無酸化加熱−還元炉方式である。めっき浴中に
は八！を０．１７％添加した。得られた溶融亜鉛めっき
鋼板の機械試験値を同じく第２表に示す。引張試験ばＪ
ＩＳＺ２２０１．５号試験片を用い同Ｚ２２４１記載の
方法に従って行った。また、熱延鋼板の加工性の中で重
要な伸びフランジ性は穴広げ試験にて行った。この試験
は２Ｏｎ＋ｍの打ち抜き穴（クリアランスは板厚の１０
％とした）を３０°円錐ポンチを上昇させて広げて行く
方法で、クラックが板厚を貫通ずる時の穴径（ｄ）を初
期穴（ｄｏ）で除した値、ｄ／ｄｏでもって特性値とし
た。

６ 本実施例では熱延加熱温度は１１００〜１１６０’Ｃで
あった。熱延コイルの外観観察の結果では処理Ｎｏ、　
２１．２−２．２−８およびＮｏ、２−１１の綱で軽微
なＣｕヘゲが見られた。

第２表の結果より、本発明に従った処理の材料はＪが３
５％以上で、引張強度が４０ｋｇｆ／ｍｊ　（３９２Ｍ
Ｐａ）級程度の軟質熱延鋼板の材質を示すとともに、穴
広げ比においても従来の熱延鋼板並みの１．６以上の値
を示している。特に高加工性とした極低炭素鋼では、穴
広げ比はとんど２．０以上の極めて高い値を示している
。これに対し、めっき条件の異なる処理Ｎｏ、２−２．
　２−５．　２−７の鋼、およびＣ量の異なる処理Ｎｏ
、　２−８の鋼では極めてばか低く、プレス成形に耐え
ないことを示している。

なお、めっき密着性は曲げ試験にて評価したが、従来鋼
と遜色なく良好であった。

つぎにこの鋼板を成形加工後熱処理を行うことを想定し
て、第３表に示す予ひずみを加えた後同じく第３表に示
す熱処理条件にて熱処理を行った。

得られた試験片の強度とめっき層のＺｎ　−Ｆｅ合金化
７ 度を同じく第３表に示す。Ｚｎ−Ｆｅ合金化度はめっき
層を化学分析し、Ｆｅの含有割合で評価した。Ｆｅ％で
８〜２０％が適正範囲である。本発明に従った材料では
予ひずみを加えない場合でも（成形部品において加工程
度の小さい部分の評価）、後熱処理後６０　ｋｇｆ／−
（５８８ＭＰａ）級前後の引張強度を示し、まためっき
層も適正と考えられるＦｅ％にコントロールされている
。これに対し、後熱処理条件が不足あるいは過大な処理
Ｎｏ、３−３．　３−４゜３−６．３−８．］−１１お
よび３−１２の鋼では強度上昇はわずかであり、まため
っき層のＦｅ％も低くて合金化が不十分であるか、もし
くは合金化が過大であることがわかる。またＣｕが少な
い鋼Ｆを用いたＮｏ、３−１７の鋼あるいはＣｕが添加
されていない鋼Ｇを用いたＮｏ、　３−１８の鋼では後
熱処理による強度上昇はほとんどない。

特開平３ １０７４２５　（６） （発明の効果） 本発明は、伸びや穴広げ性で代表される素材の加工性お
よび耐パウダリング性等の亜鉛めっき鋼板としての加工
性の双方の意味でプレス成形性に優れ、プレス成形後の
後熱処理により、著しい強度上昇と亜鉛めっき層の合金
化をもたらす鋼板の製造方法を提供する。亜鉛めっき層
の合金化によって、プレス成形部品の組立時の溶接性や
溶融亜鉛めっきの耐食性向上をもたらす。

本発明は以上のように、従来亜鉛めっき鋼板が有してい
たパウダリング性等のプレス成形性不良や溶接性不良を
一気に解決するとともに、引張強度を１０〜２５ｋｇｆ
／−上昇させるという著しい高強度化を両立させた画期
的な発明である。

２

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）質量の割合で（以下鋼中成分に関しては同様）、
   Ｃ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．５％、Ａｌ
   ：０．１％以下、Ｃｕ：０．８〜２．０％を含み、残部
   実質的に鉄からなる鋼をスラブとし、通常の条件で熱延
   を行いコイルとし、続いて７００〜９００℃に加熱し鋼
   板表面の還元を行った後、溶融亜鉛めっきを施すことを
   特徴とするプレス成形性に優れ、成形後の熱処理による
   著しい硬化性と高耐食性を有する熱延鋼板の製造方法。
2. （２）Ｃ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．５％
   、Ａｌ：０．１％以下、Ｃｕ：０．８〜２．０％を含有
   し、さらに、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．
   ００５〜０．１％、Ｚｒ：０．０２〜０．１％、Ｂ：０
   ．０００１〜０．００３０％およびＮｉ：Ｎｉ／Ｃｕで
   ０．０５〜０．３の１種または２種以上を含み、残部実
   質的に鉄からなる鋼をスラブとし、通常の条件で熱延を
   行いコイルとし、続いて７００〜９００℃に加熱し鋼板
   表面の還元を行った後、溶融亜鉛めっきを施すことを特
   徴とするプレス成形性に優れ、成形後の熱処理による著
   しい硬化性と高耐食性を有する熱延鋼板の製造方法。
3. （３）Ｃ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．５％
   、Ａｌ：０．１％以下、Ｃｕ：０．８〜２．０％を含み
   、残部実質的に鉄からなる鋼をスラブとし、通常の条件
   で熱延を行いコイルとし、続いて７００〜９００℃に加
   熱し鋼板表面の還元を行った後、溶融亜鉛めっきを施し
   た熱延鋼板をプレス成形加工し、その後、５５０〜６５
   ０℃に１０秒〜２０分加熱し、続いて溶接接合すること
   を特徴とする優れた強度と耐食性を有する鋼構造部材の
   製造方法。
4. （４）Ｃ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．０５〜０．５％
   、Ａｌ：０．１％以下、Ｃｕ：０．８〜２．０％を含有
   し、さらに、Ｔｉ：０．００５〜０．１％、Ｎｂ：０．
   ００５〜０．１％、Ｚｒ：０．０２〜０．１％、Ｂ：０
   ．０００１〜０．００３０％およびＮｉ：Ｎｉ／Ｃｕで
   ０．０５〜０．３の１種または２種以上を含み、残部実
   質的に鉄からなる鋼をスラブとし、通常の条件で熱延を
   行いコイルとし、続いて７００〜９００℃に加熱し鋼板
   表面の還元を行った後、溶融亜鉛めっきを施した熱延鋼
   板をプレス成形加工し、その後、５５０〜６５０℃に１
   ０秒〜２０分加熱し、続いて溶接接合することを特徴と
   する優れた強度と耐食性を有する鋼構造部材の製造方法
   。