JPH0913147A - 成型性及びめっき密着性に優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents

成型性及びめっき密着性に優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法

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JPH0913147A
JPH0913147A JP16165995A JP16165995A JPH0913147A JP H0913147 A JPH0913147 A JP H0913147A JP 16165995 A JP16165995 A JP 16165995A JP 16165995 A JP16165995 A JP 16165995A JP H0913147 A JPH0913147 A JP H0913147A
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隆之 大森
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久斉 矢頭
Hideaki Irikawa
秀昭 入川
Shuichi Takei
秀一 武井
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 成型性ならびに耐食性を必要とする自動車用
バンパーおよびドアインパクトビームなど強度800M
Pa以上の構造用強度部材に適する成型性に優れた高強
度合金化溶融亜鉛めっき鋼板。 【構成】 重量%で、C:0.04〜0.1,Si:
0.4〜2.0、Mn:1.5〜3.0,B:0.00
05〜0.005,P≦0.1,Ti>4N、かつ、T
i≦0.05,Nb≦0.1含有し、残部がFeおよび
不可避的不純物からなる鋼板表面に合金化亜鉛めっき層
を有し、合金化溶融亜鉛めっき層中のFe%が5〜25
%である、引張強度800MPa以上の成型性及びめっ
き密着性に優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、成型性ならびに耐食性
を必要とする自動車用バンパーおよびドアインパクトビ
ームなど強度800MPa以上の構造用強度部材に適す
る成型性に優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製
造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、地球環境問題に端を発した自動車
の軽量化や衝突安全性の要求から高強度鋼板の使用が増
加しており、さらに耐食性の面から高強度合金化亜鉛め
っき鋼板の使用比率が高まっている。高強度化は同時に
加工性の劣化を伴うため、延性向上策として、例えば、
特公昭62−40405号公報に強度と加工性の両立を
フェライト・マルテンサイト混合組織鋼により得る方法
が開示されている。しかし、フェライト・マルテンサイ
ト混合組織を得るには、CrやSiなどの難亜鉛めっき
元素を含んでいるため、めっき均一性および外観性が劣
化する問題点が存在する。これを解決するため、特公平
5−125485号公報では、鋼成分の難めっき性元素
であるSiを低下させると共にMn/Si比を規制し、
さらにめっき浴温度を適正化することで合金化溶融亜鉛
めっきを施している。しかし、これらの場合得られる強
度は650MPa程度であり、それ以上の強度特性と十
分な延性を確保した合金化亜鉛めっき高張力鋼板を製造
するのは困難であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記のように高強度合
金化溶融亜鉛めっき鋼板においては、高強度化した際の
加工性とめっき性の両立が問題である。本発明は、強度
800MPa以上で成型性に優れた高張力合金化溶融亜
鉛めっき鋼板とその製造方法を提供するものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、鋼成分、
溶融亜鉛めっきラインの通板条件を種々検討した結果、
Cを0.04%以上、Siを0.4%以上、Mn,Bを
複合添加した鋼板を、溶融亜鉛めっきライン工程の還元
雰囲気炉出側板温をフェライト・オーステナイト共存温
度(Ac1 〜Ac3 )、亜鉛めっき合金化炉の板温を5
50〜700℃とすることで、亜鉛めっき浴侵入時に生
じるベイナイト組織をできる限り減少し、強度と延性の
バランスに優れたフェライト・マルテンサイト混合組織
鋼を安定して得ることができ、めっき性に関しても、非
酸化雰囲気炉の空気比(燃料を完全に燃焼させるのに必
要な理論空気量に対する空気量の比率)を1.0〜1.
5にすることで外観性およびめっき密着性に優れた強度
800MPa以上の耐食性に優れた鋼板の製造方法を見
出した。
【0005】すなわち本発明は、重量%で、 C :0.04〜0.1% Si:0.4〜2.0% Mn:1.5〜3.0% B :0.0005〜0.005% P:≦0.1% Ti>4N かつ、 Ti≦0.05% Nb:≦0.1% さらに、Cu,Ni,Crのうち1種もしくは2種以上
を0.5%以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純
物からなり、合金化溶融亜鉛めっき層中のFe%が5〜
25%であることを特徴とする高強度合金化溶融亜鉛め
っき鋼板および上記成分からなる鋼片をAr3 点以上で
熱延し、酸洗後必要に応じて冷延を施し、その後溶融亜
鉛めっきラインを通す際に、弱酸化性雰囲気炉の空気比
を1.0〜1.5、その炉の出側温度を680〜800
℃、Fe系酸化物還元性雰囲気炉で720〜850℃に
加熱し続いて、めっき浴侵入時の板温を440〜520
℃、その後の合金化炉板温550〜700℃にて合金化
処理することを特徴とする成型性に優れた高強度合金化
溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法に関するもので
ある。
【0006】
【作用】本発明は転炉、電気炉などの溶解炉あるいはさ
らに真空脱ガス処理装置など通常の溶解工程で溶製され
た溶鋼を、連続鋳造法あるいは造塊・分塊法を経て、鋼
片を製造する。該鋼片を構成する成分組成の役割を以下
に記す。 C:Cは鋼中の第二相変態生成物の量や形態に影響を与
え、安価に高強度化を図れる元素である。そのため積極
的に添加すべきであるが、0.1%以上の添加は溶接性
を損ねるので、上限は0.1%とする。また、本発明で
はフェライト・マルテンサイト混合組織を得ることで優
れた強度−延性バランスを得るが、C量が少ないと十分
なマルテンサイト量が得られず、目的とする強度が得ら
れない。そこで、成分範囲は0.04〜0.1%とす
る。
【0007】Si:Siは固溶強化元素であり、高強度
化に寄与する。また、フェライト相中のCの固溶限を減
らすため、Ac1 からAc3 間の温度に加熱したときの
二相分離を促進し、連続焼鈍ラインなどの短時間工程で
フェライト・マルテンサイト二相鋼を製造するには欠か
せない元素である。従来、0.3%以上の添加は鋼板表
面を不均一に活性化するためにめっきムラが発生し、外
観性の観点から製造に問題があった。しかし、本発明で
は酸化還元条件を制御することで広範囲のSi量でめっ
き特性を確保し、さらに合金化工程の合金化炉板温を高
温化し、合金層中のFe%を適切に保つことで、めっき
性と高強度化を両立できる条件が見出された。この理由
は定かでないが、合金化温度が高いことによりめっき浴
侵入後のベイナイト変態が抑制され、二相組織化が達成
できたものと考えられる。この混合組織化とめっき性の
観点からSiは0.4%以上必要となる。Si量は高い
ほど二相組織を安定化できるが、2.0%以上の添加
は、全温度域でフェライト単相が安定となるため、目的
の混合組織を得ることができない。そこで、成分範囲は
0.4〜2.0%とする。
【0008】Mn:Mnは強化元素であり、Cと同時に
添加することで様々な第二相組織形態を形成できる。本
発明では、合金化促進の観点から鋼中Mn量が多いほど
よいこと、さらに合金化めっき工程後の焼入れ性を十分
確保することから、1.5%以上添加する必要がある。
しかし、3.0%以上の添加は加工性が劣化するため、
成分範囲は1.5〜3.0%とする。 B:Bは鋼中に固溶した状態で焼入れ性を向上させる元
素であり、しかも微量で効果が得られるため安価に鋼の
焼入れ性を向上できる。この焼入れ性は、Mnと同時に
存在することでさらに向上するが、溶融亜鉛めっき工程
の冷却速度に依存せず十分な焼入れ性を得る観点から、
0.0005%以上が必要である。しかし、その効果
は、0.005%以上で飽和するため、0.0005〜
0.005%をその成分範囲とする。
【0009】Ti:本発明においてTiはBを有効に活
用するためのN固定を果たす。すなわち、Bは固溶状態
で焼入れ性を格段に向上させるが、鋼中にNが存在する
とBはNと結びつきやすく、結合したBは焼入れ性への
効果を失う。そこで、Bを固溶状態に保つため、Bより
Nとの親和力が強いTiを添加し、高温でNを固定す
る。そのためTiは4×N(重量%)以上必要である。
それ以上の添加はTiCを形成するが、炭化物が多量に
形成されると焼鈍で生成する第二相のマルテンサイト体
積率が減少することになり、目的の強度を得ることが難
しい。そこで、上限は0.05%とする。 Nb:Nbは微量の添加で微細組織を得ることができ、
靱性を損なわず高強度化を図れる元素である。しかし、
多量の添加はTiと同様炭化物を生成するため、マルテ
ンサイト体積率の減少あるいはその析出強化により強度
と加工性のバランスが劣化する。そのため、上限は0.
1%とする。
【0010】P:Pは固溶強化能の大きい元素であるた
め、安価に高強度化できることから積極的に添加すべき
である。しかし、多量の添加は靱性を劣化するおそれが
あるので、成分範囲は0.1%以下とする。 S:Sは熱間加工における脆化元素であり少量ほどよ
い。通常、熱間割れの防止には、Mn/S>10(重量
比)以上のMnを添加し、Sを熱間でMnSとして固定
する必要があるが、本発明では多量のMnを鋼中に含ん
でいるため生産性を阻害することなく製造できればよ
く、S含有量は0.05%以下とする。 Al:Alは脱酸剤として用いられるが多量の添加は精
錬コストを増加し同時に介在物も増加するため鋼の清浄
度を損ねる。そのため、上限は0.1%とする。 Cu,Ni,Cr:Cu,Ni,Crは固溶強化元素で
あり、1種あるいは2種以上の添加により、強度特性を
向上させることができる。また、耐食性を向上させる効
果を持つが、多量の添加は製造コストを高くするのでそ
の上限を0.5%とする。
【0011】次に本発明鋼の製造条件について説明す
る。Ar3 点以上で熱間圧延を行ない、酸洗した鋼、も
しくはさらに冷延して所定の板厚に処した鋼板に亜鉛め
っきを施す。亜鉛めっきは、弱酸化性雰囲気炉−Fe系
酸化物還元性雰囲気炉を有する溶融めっきラインを用い
て行う。まず、弱酸化性雰囲気炉で空気比1.0〜1.
5,板温:680〜800℃で被めっき材を加熱する。
弱酸化性雰囲気炉では被めっき材表面の汚れ、圧延油等
を燃焼除去すると共に、空気比と板温条件を調整するこ
とによって被めっき材表面に生成する酸化皮膜の厚み
と、生成する酸化皮膜の質を制御できる。この場合、空
気比が1.0未満では鋼中のSi等の易酸化性元素がF
eと比較して優先的に酸化されやすく、これらの酸化物
が表面を被覆し難還元性となる。一方、空気比が大きく
なるに従いSi等の易酸化性元素と共に鋼の大部分を占
めるFeも酸化されやすくなり、Feの酸化によってS
i等の鋼表面濃化が抑制されFe系酸化皮膜が主として
生成する。しかし、空気比が1.5を越えるとFe系酸
化物が厚く生成し、還元工程時に十分にFe系酸化物を
還元できずめっき性が低下する。従って空気比は1.0
〜1.5とする。
【0012】また、板温は680℃未満であると次の還
元雰囲気炉内で二相分離化を促進する十分な板温に達せ
ず、材質の確保が困難になる。また、800℃を越える
温度では被めっき材表面に生成する酸化皮膜量が極めて
厚くなり、還元工程時に十分にFe系酸化物を還元でき
ずめっき性を阻害する。従って、板温は680〜800
℃とした。このようにして加熱処理した板を再びFe系
酸化物を還元しうる雰囲気炉で板温720〜850℃に
加熱する。この加熱炉では弱酸化性雰囲気炉で生成した
Fe系酸化物を還元しめっき浴との反応性を確保すると
共に材質を確保することが必要である。
【0013】また、炉内はFe系酸化物が十分に還元可
能な低露点、低O2 濃度、H2 を含む不活性ガス雰囲気
が必要である。板温は720℃未満ではフェライト・オ
ーステナイト二相域温度に到達せず材質が確保できない
と共にFe系酸化物の還元速度が遅くFe系酸化物が残
存しめっき性を低下させる。また、850℃を越えると
オーステナイト単相あるいはオーステナイト相の比率が
高まり、フェライト変態後のオーステナイト相へのC濃
縮が遅れ、安定なマルテンサイト組織が得られず、加工
性が劣化する。また、弱酸化性雰囲気炉で生成したFe
系酸化物が還元され、被めっき材に含まれるSi等の易
酸化性元素が濃化し難還元性皮膜を生成する。従って、
材質確保およびめっき性確保に必要なFe系酸化皮膜の
酸化−還元バランスの適正条件として720〜850℃
の加熱板温とFe系酸化物を還元しうる雰囲気とした。
【0014】次に冷却して溶融亜鉛めっき浴に浸漬す
る。溶融亜鉛めっき鋼板の場合、侵入板温:400〜5
20℃、浴温:440〜520℃、浴中Al:0.05
〜0.2%とする。これらの因子は被めっき材と浴との
反応性を左右し、侵入板温は400℃未満だと被めっき
材と浴との反応性が大幅に低下しFe−Al−Zn系合
金層の成長が抑制されると共に被めっき材が連続通板さ
れるので浴温が低下しめっき後の外観にも悪影響を及ぼ
す。520℃を越えると浴と被めっき材との反応性が高
まりFe−Al−Zn系合金層が減少しFe−Zn系合
金層が増加して耐パウダリング性を低下させる。また、
被めっき材との反応性も低下する。従って、侵入板温は
400〜520℃がよい。
【0015】浴温は440℃未満だと浴の粘度が高まり
付着量制御性やめっき後の外観を損なう。また、被めっ
き材との反応性が大きく低下し、不めっきを発生しやす
い。520℃を越える場合、浴と被めっき材との反応性
が高まりFe−Al−Zn系合金層が減少しFe−Zn
系合金層が増加して耐パウダリング性が低下する。従っ
て浴温は440〜520℃とした。浴中Al濃度は0.
05%未満であるとめっき浴中での合金層成長が著しく
なりめっき付着量制御が困難となることおよび耐パウダ
リング性の点でも好ましくない。また、めっき浴中Al
濃度が増加すると合金化を抑制するFe−Al−Zn系
合金層の量が増加し合金化炉での合金化に際し、より高
温度で長時間の処理が必要となり生産性を阻害する。従
って浴中Al濃度は0.05〜0.20%とした。
【0016】さらに溶融亜鉛めっき浴から出てきたスト
リップは付着量を制御し合金化炉へ入る。合金化炉では
めっき層中のFeが5〜25%になるよう加熱する。め
っき層中のFeが5%未満であると合金化が十分でなく
外観ムラ、めっき密着性不良などが発生しやすい。めっ
き層中のFeが25%を越える場合、全伸びについては
大きな変化が見られないが過合金となり逆にパウダリン
グ性の密着性不良が発生しやすい。表3のNo.16の
例がこのような場合である。めっき密着性の観点からは
15%超〜25%が特に好ましい。従って、Fe%を5
〜25%の範囲で合金化させることとした。なお合金化
処理の板温を550〜700℃とすることでめっき層中
のFeが5〜25%とすることができた。550℃未満
だとFe%が5%未満となることに加えベイナイト硬化
相が生じて延性が悪くなる。700℃を超えるとめっき
層中のFeが25%を超える。尚15%〜25%の好ま
しい範囲とするための合金化処理板温は600〜700
℃である。
【0017】
【実施例】以下に本発明の実施例を述べる。転炉にて溶
製した表1に示す成分の鋼を連続鋳造法によって鋼片と
した後、Ar3 点以上で熱間圧延を行い、3.2mmの
熱延板とした。この鋼板を酸洗、さらには1.5mmま
で冷間圧延したのち、表2、表3に示す条件にて合金化
溶融亜鉛めっきラインを通板し、合金化溶融亜鉛めっき
鋼板とした。目付量は両面40〜60mg/mm2 であ
る。外観性は、目視により評価し、めっき密着性は、V
字曲げ(角度60°)後、加工後のテーピングを行って
めっき剥離具合を評価した。
【0018】
【表1】
【0019】表2に、表1の成分で溶融亜鉛めっきライ
ンを通板した板の材質を示す。本発明鋼では安定して8
00MPa以上の強度と15%以上の延性が確保できて
いる。しかし、C量の少ないI鋼ではマルテンサイト組
織が得られずベイナイト組織率が高くなり、強度延性バ
ランスが悪い。また、C量の多い場合には、硬化するも
のの延性も劣化し、また溶接が困難になる。Si量の少
ないK鋼では、強度および十分な延性も得ることができ
ない。しかし、Si量の高いL鋼では、フェライト単相
鋼となるため強度は得られるものの延性は劣化してい
る。また、Mnの低いM鋼は十分な強度が得られず、高
いN鋼はベイナイト組織が出やすく、強度は高くなるが
十分な延性が得られない。Bが適合範囲外のO、P鋼で
は、双方とも目的の組織が得られてないため、強度と加
工性が両立できていない。Ti,Nbが高いQ,S鋼
は、十分な強度が得られるものの析出強化により延性が
確保されないことがわかる。
【0020】
【表2】
【0021】次にめっき性について、本発明鋼のA,
C,Hについて表3に示す溶融めっきライン条件で製造
した結果を示す。A,C,H鋼から本発明の製造条件で
製造した場合、外観ならびにめっき密着性について十分
な結果を得ており、しかも材質特性値も良好である。し
かし、空気比、弱酸化性雰囲気炉内の板温が発明外のN
o.7〜10においては、材質は得られるものの表面外
観に問題があり、還元性雰囲気炉の板温が範囲外のN
o.11,12については外観、加工性に問題がある。
また、めっき浴侵入板温が低すぎるNo.13について
はめっき密着性および延性が劣化し、高いNo.14の
場合には材質が確保できても、密着性が劣化する。合金
化板温が低いNo.15の場合にはめっき層中のFe%
が低く密着性が劣化しており、かつベイナイト変態が促
しているため強度延性バランスが劣化する。また、合金
化温度が高いNo.16の場合にはめっき層Fe%が高
く、めっき密着性が劣化する。
【0022】
【表3】
【0023】*外観 ◎ 肉眼で不めっきなし △ 微小不めっきあり または外観不均一部発生 × 小さな不めっきあり * めっき密着性 V字曲げ(角度60°)後、加工後のテーピングを行っ
てめっき剥離具合を評価した。 ◎ 全く剥離なし 〇 微小剥離あり △ 小さな剥離あり × 大きな剥離あり
【0024】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によって製造
された高張力溶融亜鉛めっき鋼板は800MPa以上の
強度と優れた成型性を有し、外観、めっき密着性も良好
で操業上も特別な問題なく製造することができる優れた
効果を奏するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 入川 秀昭 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内 (72)発明者 武井 秀一 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新 日本製鐵株式会社八幡製鐵所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、 C :0.04〜0.1% Si:0.4〜2.0% Mn:1.5〜3.0% B :0.0005〜0.005% P:≦0.1% Ti>4N かつ、 Ti≦0.05% Nb:≦0.1%含有し、残部がFeおよび不可避的不
    純物からなる鋼板表層に合金化亜鉛めっき層を有し、合
    金化溶融亜鉛めっき層中のFe%が5〜25%であるこ
    とを特徴とする、引張強度800MPa以上の成型性及
    びめっき密着性に優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼
    板。
  2. 【請求項2】 重量%で、 C :0.04〜0.1% Si:0.4〜2.0% Mn:1.5〜3.0% B :0.0005〜0.005% P:≦0.1% Ti>4N かつ、 Ti≦0.05% Nb:≦0.1% さらに、Cu,Ni,Crのうち1種もしくは2種以上
    を0.5%以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純
    物からなる鋼板表層に合金化亜鉛めっき層を有し、合金
    化溶融亜鉛めっき層中のFe%が5〜25%であること
    を特徴とする、引張強度800MPa以上の成型性及び
    めっき密着性高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
  3. 【請求項3】 重量%で、 C :0.04〜0.1% Si:0.4〜2.0% Mn:1.5〜3.0% B :0.0005〜0.005% P:≦0.1% Ti>4N かつ、 Ti≦0.05% Nb:≦0.1%含有し、残部がFeおよび不可避的不
    純物からなる鋼片をAr3 点以上で熱延し、酸洗後、又
    は酸洗後冷延を施し溶融亜鉛めっきラインを通す際に、
    弱酸化性雰囲気炉の空気比を1.0〜1.5、その炉の
    出側温度を680〜800℃、Fe系酸化物還元性雰囲
    気炉で720〜850℃に加熱し続いて、めっき浴侵入
    時の板温を440〜520℃、その後の合金化炉板温5
    50〜700℃にて合金化処理することを特徴とする成
    型性及びめっき密着性に優れた高強度合金化溶融亜鉛め
    っき鋼板の製造方法。
  4. 【請求項4】 重量%で、 C :0.04〜0.1% Si:0.4〜2.0% Mn:1.5〜3.0% B :0.0005〜0.005% P:≦0.1% Ti>4N かつ、 Ti≦0.05% Nb:≦0.1% さらに、Cu,Ni,Crのうち1種もしくは2種以上
    を0.5%以下含有し、残部がFeおよび不可避的不純
    物からなる鋼片をAr3 点以上で熱延し、酸洗後、又は
    酸洗後冷延を施し溶融亜鉛めっきラインを通す際に、弱
    酸化性雰囲気炉の空気比を1.0〜1.5、その炉の出
    側温度を680〜800℃、Fe系酸化物還元性雰囲気
    炉で720〜850℃に加熱し続いて、めっき浴侵入時
    の板温を440〜520℃、その後の合金化炉板温55
    0〜700℃にて合金化処理することを特徴とする成型
    性及びめっき密着性に優れた高強度合金化溶融亜鉛めっ
    き鋼板の製造方法。
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