JPWO2020148948A1 - 高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

本発明の課題は、加工性に優れる高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法を提供することである。本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、鋼板の表面上に溶融亜鉛めっき層を有し、前記鋼板が所定の成分組成を有し、鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の鋼板組織に対して、マルテンサイトの面積率が３０％以下、パーライトの面積率が１％以下、焼戻しマルテンサイトと炭化物を含むベイナイトの合計面積率が３０％以上９９％以下、残留オーステナイトの面積率が１〜２０％、かつフェライトと炭化物を含まないベイナイトの合計面積率が４５％以下であり、前記鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の全残留オーステナイト粒のうち、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の割合が、面積率で４０％以下である。

Description

本発明は、自動車用部材に好適な、加工性に優れる高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法に関する。
自動車の衝突安全性改善と燃費向上の観点から、自動車用部品に用いられる鋼板の高強度化が求められている。特に、乗員保護の観点からキャビン周りの骨格部品は高い耐変形性能が要求されるため、高い降伏強度（以下、ＹＳと称する。）を有する鋼板が必要とされている。一方で、降伏強度の増加は加工性の低下を招くため、部品成形の難度が高くなる問題がある。また、キャビン周りはセンターピラー等のように防錆が必要となる部品が多いため、特に溶融亜鉛めっき鋼板が必要とされてきた。このような背景から、高い降伏強度であり、かつ優れた加工性を有する溶融亜鉛めっき鋼板が求められている。
特許文献１には、残留オーステナイト量と複数の焼戻しマルテンサイト分率の制御により、引張強さが１１８０ＭＰａ超級で、均一延性と局部延性に優れる鋼板に関する技術が開示されている。
特許文献２には、主相を焼戻しマルテンサイトとベイナイトとし、組織のナノ硬さおよび集合組織等を制御することで、伸びと伸びフランジ性に優れた高強度鋼板に関する技術が開示されている。
特許文献３には、フェライトと硬質相との結晶方位差を制御することで、伸びと伸びフランジ性に優れた引張強さ５４０ＭＰａ超級の鋼板の製造方法に関する技術が開示されている。
特許第６２１３６９６号公報 特開２０１６−８３１０号公報 特開２００９−２６３７５２号公報
しかしながら、特許文献１の技術は引張変形による伸びのみに注目しており、実際に部品加工する際に不可避なフランジ部の加工性の改善までは図られていない。特許文献２の技術は伸びや伸びフランジ性の改善は図られているものの、骨格部品として重要なＹＳとの両立については検討されておらず、改善の余地が見られる。特許文献３の技術は伸びおよび伸びフランジ性に優れるものの、ＹＳ、伸びおよび伸びフランジ性を全て高いレベルに同時に達成していない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、加工性に優れる高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法を提供することである。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、溶融亜鉛めっき鋼板において、鋼板が、所定の成分組成を有し、鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の鋼板組織に対して、マルテンサイトの面積率が３０％以下、パーライトの面積率が１％以下、焼戻しマルテンサイトと炭化物を含むベイナイトの合計面積率が３０％以上９９％以下、残留オーステナイトの面積率が１〜２０％、かつフェライトと炭化物を含まないベイナイトの合計面積率が４５％以下であるとし、さらに、前記鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の全残留オーステナイト粒のうち、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の割合が、面積率で４０％以下とすることで、高強度で、かつ優れた加工性を有することを見出した。本発明はこのような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下の通りである。
［１］鋼板の表面上に溶融亜鉛めっき層を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板であって、
前記鋼板が、質量％で、
Ｃ：０．１２〜０．３５％、
Ｓｉ：０．５〜３．０％、
Ｍｎ：１．５〜４．０％、
Ｐ：０．１００％以下（０％は含まない）、
Ｓ：０．０２％以下（０％は含まない）、および
Ａｌ：０．０１〜１．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の鋼板組織に対して、マルテンサイトの面積率が３０％以下、パーライトの面積率が１％以下、焼戻しマルテンサイトと炭化物を含むベイナイトの合計面積率が３０％以上９９％以下、残留オーステナイトの面積率が１〜２０％、かつフェライトと炭化物を含まないベイナイトの合計面積率が４５％以下であり、
前記鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の全残留オーステナイト粒のうち、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の割合が、面積率で４０％以下である、高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
［２］前記鋼板が、前記成分組成に加えてさらに、質量％で、
Ｃｒ：０．００５〜２．０％、
Ｎｉ：０．００５〜２．０％、
Ｃｕ：０．００５〜２．０％、
Ｖ：０．１〜１．５％、
Ｍｏ：０．１〜１．５％、
Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、
Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、
Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、
Ｃａ：０．０００３〜０．００５０％、
ＲＥＭ：０．０００３〜０．００５０％、
Ｓｎ：０．００５〜０．５０％、および
Ｓｂ：０．００５〜０．５０％のうちから選ばれる少なくとも一種の元素を含有する、［１］に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
［３］前記溶融亜鉛めっき層が、合金化溶融亜鉛めっき層である、［１］または［２］に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
［４］［１］または［２］に記載の成分組成を有するスラブに、熱間圧延を施した後、冷却し、巻き取る熱延工程を施し、
前記熱延工程で得られた熱延板、または前記熱延板にさらに圧下率３０％以上で冷間圧延した冷延板を、（Ａｃ１−５℃）〜（Ａｃ１＋１０℃）の温度域で１５ｓ以上滞留させ、かつ当該滞留の間に０超〜１０ＭＰａの張力を付加し、
次いで、７５０〜９４０℃の焼鈍温度まで加熱して１０〜６００ｓ滞留させ、
次いで、前記焼鈍温度から５５０℃までの間を第１平均冷却速度３℃／ｓ以上、かつ第１冷却停止温度（Ｍｓ〜５５０℃）で冷却し、
次いで、（Ｍｓ〜５８０℃）のめっき処理温度で１０〜３００ｓ滞留させ、当該滞留の間に、亜鉛めっき処理、または前記亜鉛めっき処理後にめっき合金化処理を行い、
次いで、前記めっき処理温度から３５０℃までの間を第２平均冷却速度５０℃／ｓ以上、かつ第２冷却停止温度５０〜３５０℃で冷却し、
次いで、前記第２冷却停止温度超、かつ３００〜５００℃の再加熱温度まで加熱して１〜６００ｓ滞留させた後、室温まで冷却する、高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
本発明において、高強度とはＹＳが８５０ＭＰａ以上であることをいう。また、本発明において、加工性に優れるとは、均一伸び（ＵＥＬ）が９．０％以上、かつＹＳ×均一伸び（ＵＥＬ）×穴拡げ率λが２７０ＧＰａ・％・％以上であることをいう。
本発明において、溶融亜鉛めっき鋼板は、溶融亜鉛めっき鋼板のみならず、合金化溶融亜鉛めっき鋼板も含む。また、溶融亜鉛めっき鋼板と合金化溶融亜鉛めっき鋼板を区別して説明する必要がある場合は、これらの鋼板を区別して記載する。
本発明によれば、加工性に優れる高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法を提供することができる。当該高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、自動車部品用素材として好適に用いられる。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されない。
１）成分組成
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板における鋼板の成分組成について説明する。下記の成分組成の説明において、成分の含有量の単位である「％」は「質量％」を意味する。
Ｃ：０．１２〜０．３５％
Ｃは、焼戻しマルテンサイトや炭化物を含むベイナイトを強化して強度を上昇させ、また残留オーステナイトを得るのに有効な元素である。Ｃ含有量が０．１２％未満ではこのような効果が十分得られず、本発明の強度や鋼組織が得られない。したがって、Ｃ含有量は０．１２％以上であり、好ましくは０．１４％以上であり、より好ましくは０．１５％以上である。一方、Ｃ含有量が０．３５％を超えると残留オーステナイトが過剰に多くなって本発明の鋼組織が得られなくなる。したがって、Ｃ含有量は０．３５％以下であり、好ましくは０．３２％以下である。
Ｓｉ：０．５〜３．０％
Ｓｉは、鋼を固溶強化して強度を上昇させたり、残留オーステナイトを得るのに必要な元素である。このような効果を十分に得るには、Ｓｉ含有量を０．５％以上とする必要がある。Ｓｉ含有量は、好ましくは０．８％以上である。一方、Ｓｉ含有量が３．０％を超えると過剰なフェライト生成を招き、本発明の鋼組織が得られなくなる。したがって、Ｓｉ含有量は３．０％以下であり、好ましくは２．５％以下であり、より好ましくは２．０％以下である。
Ｍｎ：１．５〜４．０％
Ｍｎは、マルテンサイトやベイナイトを生成させて強度を上昇させるのに有効な元素である。Ｍｎ含有量が１．５％未満ではこうした効果が十分得られない。したがって、Ｍｎ含有量は１．５％以上であり、好ましくは１．８％以上であり、より好ましくは２．０％以上である。一方、Ｍｎ含有量が４．０％を超えると鋼が脆化して本発明の優れた加工性を得られない。したがって、Ｍｎ含有量は４．０％以下であり、好ましくは３．７％以下であり、より好ましくは３．４％以下である。
Ｐ：０．１００％以下（０％は含まない）
Ｐは、鋼を脆化させて加工性を低下させるため、その量は極力低減することが望ましいが、本発明ではＰ含有量を０．１００％まで許容できる。なお、Ｐ含有量を０％にするのは操業上困難なため、０％は含まない。また、Ｐ含有量が０．００１％未満では生産能率の低下を招くため、０．００１％以上が好ましい。
Ｓ：０．０２％以下（０％は含まない）
Ｓは、介在物を増加させて加工性を低下させるため、その量は極力低減することが好ましいが、本発明ではＳ含有量を０．０２％まで許容できる。なお、Ｓ含有量を０％にするのは操業上困難なため、０％は含まない。また、Ｓ含有量が、０．０００１％未満では生産能率の低下を招くため、０．０００１％以上が好ましい。
Ａｌ：０．０１〜１．５０％
Ａｌは、脱酸剤として作用し、脱酸工程で添加することが好ましい。また、残留オーステナイトを生成させるのに有効な元素である。このような効果を発現させるには、Ａｌ含有量を０．０１％以上とする必要がある。Ａｌ含有量は、好ましくは０．０２％以上である。一方、Ａｌ含有量が１．５０％を超えるとフェライトが過剰に生成して本発明の鋼組織が得られない。したがって、Ａｌ含有量は１．５０％以下であり、好ましくは１．０％以下であり、より好ましくは０．７０％以下である。
以上が基本成分である。本発明の鋼板は、上記基本成分を含有し、上記基本成分以外の残部はＦｅ（鉄）および不可避的不純物を含む成分組成を有する。ここで、本発明の鋼板は、上記基本成分を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有することが好ましい。また、本発明の鋼板は基本成分に、さらに、以下の任意成分を必要に応じて含有してもよい。基本成分および任意成分以外の残部は、鉄および不可避的不純物である。
Ｃｒ：０．００５〜２．０％、Ｎｉ：０．００５〜２．０％、Ｃｕ：０．００５〜２．０％、Ｖ：０．１〜１．５％、Ｍｏ：０．１〜１．５％、Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、Ｃａ：０．０００３〜０．００５０％、ＲＥＭ：０．０００３〜０．００５０％、Ｓｎ：０．００５〜０．５０％、およびＳｂ：０．００５〜０．５０％のうちから選ばれる少なくとも一種
Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕはマルテンサイトやベイナイトを生成させ、高強度化に有効な元素である。このような効果を得るにはそれぞれ上記下限値以上とすることが好ましい。一方、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｕのそれぞれの含有量は、加工性を高める観点からは、上記上限値以下とすることが好ましい。
Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｎｂは析出強化により高強度化に有効な元素である。このような効果を得るにはそれぞれ上記下限値以上とすることが好ましい。一方、これらの元素の含有量がそれぞれの上記上限値を超えると炭化物が粗大化して鋼中の固溶炭素量が低下し、多量にフェライトが生成して本発明の鋼組織が得られなくなる。
Ｂは鋼板の焼入れ性を高め、マルテンサイトやベイナイトを生成させ、高強度化に有効な元素である。こうした効果を十分に得るには、Ｂの含有量を０．０００１％以上とすることが好ましい。一方、Ｂの含有量が０．００５０％を超えると介在物が増加し、加工性が低下する傾向がある。したがって、Ｂの含有量を０．００５０％以下とすることが好ましい。
Ｃａ、ＲＥＭは介在物の形態制御により加工性の向上に有効な元素である。こうした効果を得るには、Ｃａ、ＲＥＭの含有量をそれぞれ上記下限値以上とすることが好ましい。一方、Ｃａ、ＲＥＭの含有量が上記上限値を超えると、介在物量が増加して加工性が低下する傾向がある。したがって、Ｃａ、ＲＥＭの含有量をそれぞれ上記上限値以下とすることが好ましい。
Ｓｎ、Ｓｂは脱窒、脱硼等を抑制して、鋼の強度低下抑制に有効な元素である。こうした効果を得るには、Ｓｎ、Ｓｂの含有量をそれぞれ上記下限値以上とすることが好ましい。Ｓｎ、Ｓｂの含有量がそれぞれ上限を超えると鋼が脆化して加工性が低下する傾向がある。したがって、Ｓｎ、Ｓｂの含有量をそれぞれ上記上限値以下とすることが好ましい。
本発明の鋼板には、さらに、必要に応じて、Ｚｒ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅを合計で０．００２％まで含有してもよい。
２）鋼板組織
高強度溶融亜鉛めっき鋼板における鋼板組織について説明する。以下の説明において、鋼板組織の面積率とは、鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内における鋼板組織に対する面積率を意味する。なお、本発明にて、鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の鋼板組織の制御が重要なのは、本発明で意図する均一伸び（ＵＥＬ）や穴拡げ率（λ）の向上が、前記した鋼板の板厚の範囲で発生するネッキングやボイド生成に影響しているためと推測される。
マルテンサイトの面積率：３０％以下
マルテンサイトは強度を上昇させるが加工性を低下させるため、面積率を３０％以下とする必要がある。面積率が３０％を超えると本発明の加工性が得られなくなる。したがって、マルテンサイトの面積率は３０％以下、好ましくは２５％以下、より好ましくは１５％以下、さらに好ましくは１０％以下である。なお、下限については特に定めないが、１％以上であることが多い。
パーライトの面積率：１％以下（０％を含む）
パーライトは強度均一伸びバランスを低下させるため、極力低減する必要がある。面積率が１％を超えると本発明の強度均一伸びバランスが得られなくなる。したがって、パーライトの面積率は１％以下である。
焼戻しマルテンサイトと炭化物を含むベイナイトの合計面積率：３０％以上９９％以下
焼戻しマルテンサイトと炭化物を含むベイナイトは高強度と高加工性を得るのに必要な組織である。これらの合計面積率が３０％未満では本発明の強度と加工性のいずれかが得られない。したがって、焼戻しマルテンサイトと炭化物を含むベイナイトの合計面積率は３０％以上、好ましくは４０％以上、より好ましくは５０％以上である。本発明の高強度と高加工性を得る観点からは、焼戻しマルテンサイトと炭化物を含むベイナイトの合計面積率の上限は限られないが、他の組織の面積率との関係で、合計面積率は９９％以下である。
残留オーステナイトの面積率：１〜２０％
残留オーステナイトは均一伸びを上昇させるのに必要な組織である。残留オーステナイトの面積率が１％未満ではこのような効果が十分に得られない。したがって、残留オーステナイトの面積率は１％以上であり、好ましくは３％以上であり、さらに好ましくは５％以上である。一方、面積率が２０％を超えると穴拡げ率（λ）の低下を招く。したがって、残留オーステナイトの面積率は２０％以下であり、好ましくは１８％以下であり、より好ましくは１７％以下である。
全残留オーステナイト粒のうち、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の割合：面積率で４０％以下
本発明でいう「２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒」とは、１５゜以上の方位差を持つ複数のオーステナイトが連結した粒であることを意味する。
本発明において、残留オーステナイト粒の結晶の連結は極めて重要である。全残留オーステナイト粒の内、２つ以上の結晶方位を有するオーステナイト粒は、加工の際に早期にマルテンサイト変態するため、加工性の低下を招く。本発明の優れた加工性を得るには、全残留オーステナイト粒のうち、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の割合を面積率で４０％以下とする必要があり、好ましくは面積率で３５％以下であり、より好ましくは面積率で３０％以下であり、さらに好ましくは面積率で２０％以下である。
マルテンサイト、パーライト、焼戻しマルテンサイト、および炭化物を含むベイナイトの面積率の測定方法
本発明において、マルテンサイト、パーライト、焼戻しマルテンサイト、および炭化物を含むベイナイトの面積率とは、観察面積に占める各組織の面積の割合のことである。
焼鈍後の鋼板のサンプルを切り出し、圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、３体積％ナイタールで腐食し、鋼板表面から板厚方向に３００〜４００μｍの範囲内の位置をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で１５００倍の倍率でそれぞれ３視野撮影する。なお、鋼板表面とは、溶融亜鉛めっき層と鋼板の界面を示す。得られた画像データを用いて、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏにより各組織の面積率を求め、視野の各組織の平均面積率を、各組織の面積率とする。前記画像データにおいて、マルテンサイトは白色若しくは明灰色または方位の揃っていない炭化物を含む灰色、炭化物を含むベイナイトは方位の揃った炭化物を含む灰色または暗灰色、焼戻しマルテンサイトは方位の揃っていない炭化物を含む灰色または暗灰色、パーライトは黒色と白色の層状組織として区別される。
残留オーステナイトは、マルテンサイトと同様に、白色または明灰色で観察される。残留オーステナイトの面積率は、別途ＥＢＳＤ（電子線後方散乱回折）により求め、上記視野観察により求めたマルテンサイトと残留オーステナイトの合計面積率から、ＥＢＳＤに基づいて求めた残留オーステナイトの面積率を差し引くことで、マルテンサイトの面積率を求めている。
上記以外の組織として、フェライトと炭化物を含まないベイナイトがある。フェライトは黒色、炭化物を含まないベイナイトは暗灰色として区別される。これら残部組織は好ましくないが、フェライトと炭化物を含まないベイナイトの合計面積率は、本発明では４５％以下であれば許容される。当該合計面積率は、好ましくは４０％以下、より好ましくは３５％以下、さらに好ましくは２０％以下、特に好ましくは１０％以下である。
ＥＢＳＤに基づいて残留オーステナイトの面積率を求める方法を説明する。ＳＥＭ観察した面と同じ面を再研磨し、コロイダルシリカで鏡面仕上げとした後、ＳＥＭ観察した同様の位置を３箇所、ＥＢＳＤ測定する。測定条件は、ステップ間隔が５０ｎｍ、点数が１００万点（１０００×１０００）とする。得られたデータは、ＴＳＬ社製のＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ ６を用いて、閾値を５゜、２ｐｉｘｅｌとしたＧｒａｉｎ Ｄｉｌａｔｉｏｎ処理、および閾値を０．１としたＮｅｉｇｈｂｏｒ ＣＩ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ処理を行った後、得られたデータから残留オーステナイトにあたるＦＣＣ相の面積率を求める。
全残留オーステナイト粒のうち、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の測定方法
上記ＥＢＳＤに基づいて残留オーステナイトの面積率を求める方法において、Ｇｒａｉｎ Ｄｉｌａｔｉｏｎ処理と、Ｎｅｉｇｈｂｏｒ ＣＩ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ処理を行った後のデータから、１５゜以上の方位差を持つ複数のオーステナイトが連結した粒の面積率を求める。そして、全オーステナイトの面積率に対する、当該１５゜以上の方位差を持つ複数のオーステナイトが連結した粒の面積率の割合（％）を求める。この割合（％）を、全残留オーステナイト粒のうち、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の割合とする。
３）溶融亜鉛めっき層
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、鋼板の表面上に溶融亜鉛めっき層を有する。溶融亜鉛めっき層は、合金化溶融亜鉛めっき層でもよい。
４）鋼板の板厚
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の板厚（めっき層を含まない）は特に限定されないが、０．４ｍｍ以上３．０ｍｍ以下が好ましい。
５）溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、例えば、上記成分組成を有するスラブに、熱間圧延を施した後、冷却し、巻き取る熱延工程を施し、前記熱延工程で得られた熱延板、または前記熱延板にさらに圧下率３０％以上で冷間圧延した冷延板を、（Ａｃ１−５℃）〜（Ａｃ１＋１０℃）の温度域で１５ｓ以上滞留させ、かつ当該滞留の間に０超〜１０ＭＰａの張力を付加し、次いで、７５０〜９４０℃の焼鈍温度まで加熱して１０〜６００ｓ滞留させ、次いで、前記焼鈍温度から５５０℃までの間を第１平均冷却速度３℃／ｓ以上、かつ第１冷却停止温度（Ｍｓ〜５５０℃）で冷却し、次いで、（Ｍｓ〜５８０℃）のめっき処理温度で１０〜３００ｓ滞留させ、当該滞留の間に、亜鉛めっき処理、または前記亜鉛めっき処理後にめっき合金化処理を行い、次いで、前記めっき処理温度から３５０℃までの間を第２平均冷却速度５０℃／ｓ以上、かつ第２冷却停止温度５０〜３５０℃で冷却し、次いで、前記第２冷却停止温度超、かつ３００〜５００℃の再加熱温度まで加熱して１〜６００ｓ滞留させた後、室温まで冷却して製造される。なお、製造条件に示した各温度は、いずれも鋼板の表面温度である。
以下、上記製造方法を、順に説明する。
冷間圧延での圧下率：３０％以上
熱延工程で得られた熱延板を必要に応じて冷間圧延する。冷間圧延する場合、圧下率が３０％未満となると２つの結晶方位を有する残留オーステナイト粒が多くなって、本発明の鋼組織が得られない。したがって、冷間圧延での圧下率は３０％以上、好ましくは３５％以上である。上限は特に規定しないが、形状安定性等の観点からは９０％以下が好ましい。冷間圧延を施さない場合は、ベイナイト変態が促進されて２つの結晶方位を有する残留オーステナイトが減少する。なお、熱延板を焼鈍する場合は、形状矯正のために５％以下の調質圧延を施してもよい。
（Ａｃ１−５℃）〜（Ａｃ１＋１０℃）の温度域での滞留時間：１５ｓ以上
前記熱延工程で得られた熱延板、または熱延板に上記冷間圧延して得られた冷延板を、（Ａｃ１−５℃）〜（Ａｃ１＋１０℃）の温度域で１５ｓ以上滞留させる。当該温度域での滞留時間が１５ｓ未満では、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒が多くなって、本発明の鋼組織が得られない。したがって、（Ａｃ１−５℃）〜（Ａｃ１＋１０℃）の温度域での滞留時間は１５ｓ以上、好ましくは２０ｓ以上である。また、当該滞留時間をより長くすれば、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒がより少なくなり、本発明の効果が有効に得られるので、滞留時間の上限は規定していない。なお、Ａｃ１はＡｃ１変態点を示す。
（Ａｃ１−５℃）〜（Ａｃ１＋１０℃）の温度域で付加する張力：０超〜１０ＭＰａ
上記熱延板または冷延板を（Ａｃ１−５℃）〜（Ａｃ１＋１０℃）の温度域で滞留させオーステナイトを生成させる際に、張力を付加することで２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒を低減することができる。このメカニズムは明らかではないが、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の生成そのものを低減することやその後のベイナイト変態を促進することなどが考えられる。しかしながら、張力が１０ＭＰａを超えるとこのような効果はみられなくなる。したがって、（Ａｃ１−５℃）〜（Ａｃ１＋１０℃）での張力は０超〜１０ＭＰａ、好ましくは０．５〜１０ＭＰａ、より好ましくは０．５〜５ＭＰａである。
張力は、例えば、製造ラインにおいて圧延方向（長手方向）に沿って付加されるものである。張力の付加方法は特に限られないが、ピンチロールの周速を制御してピンチロール間で張力を付加する方法や、ロールによる曲げによって張力を付加する方法が好ましい。なお、張力を付加する方向は圧延方向に限られず、例えば、鋼板表面において圧延方向に交差する方向でもよい。
焼鈍温度：７５０〜９４０℃
上記工程後の鋼板を７５０〜９４０℃の焼鈍温度まで加熱する。焼鈍温度が７５０℃未満ではオーステナイトの生成が不十分となり本発明の鋼組織が得られない。一方、９４０℃を超えると、２つの結晶方位を有する残留オーステナイト粒が増加して本発明の鋼組織が得られない。したがって、焼鈍温度は７５０〜９４０℃、好ましくは７７０〜９２０℃である。
焼鈍温度での滞留時間：１０〜６００ｓ
鋼板を上記焼鈍温度で１０〜６００ｓ滞留させる。滞留時間が１０ｓ未満ではオーステナイトの生成が不十分となり、本発明の鋼組織が得られない。一方、上記焼鈍温度での滞留時間が６００ｓを超えると、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒が増加して本発明の鋼組織が得られない。したがって、滞留時間は１０〜６００ｓ、好ましくは３０〜３００ｓである。
焼鈍温度から５５０℃までの間の第１平均冷却速度：３℃／ｓ以上
上記焼鈍温度で焼鈍後の鋼板を、焼鈍温度から５５０℃までの間を第１平均冷却速度３℃／ｓ以上で、焼鈍温度から５５０℃以下まで冷却する。第１平均冷却速度は、焼鈍温度と５５０℃との温度差を焼鈍温度から５５０℃までの冷却に要した時間で除して算出する。第１平均冷却速度が３℃／ｓ未満ではフェライトが過剰に生成して本発明の鋼組織が得られない。したがって、第１平均冷却速度は３℃／ｓ以上、好ましくは５℃／ｓ以上である。第１平均冷却速度の上限は特に規定しないが、形状安定性の観点からは１００℃／ｓ未満が好ましい。
第１冷却停止温度：Ｍｓ〜５５０℃
上記焼鈍後の鋼板を上記第１平均冷却速度で冷却するときの第１冷却停止温度は、（Ｍｓ〜５５０℃）である。なお、Ｍｓは鋼板のＭｓ点（マルテンサイト変態開始温度）を示す。冷却停止温度がＭｓ未満になるとめっき熱処理前にオーステナイトへのＣ濃化が過剰となってパーライトが生成し、本発明の鋼組織が得られない。一方、５５０℃を超えると過剰なフェライトやパーライトの生成を招いて本発明の鋼組織が得られない、したがって、第１冷却停止温度は（Ｍｓ〜５５０℃）、好ましくは４５０〜５５０℃である。
（Ｍｓ〜５８０℃）のめっき処理温度での滞留時間：１０〜３００ｓ
第１冷却停止温度まで冷却した鋼板を、（Ｍｓ〜５８０℃）のめっき処理温度で滞留させる。（Ｍｓ〜５８０℃）での滞留時間が１０ｓ未満または３００ｓを超えるとベイナイト変態の進行が不十分となって２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒が増加して本発明の鋼組織が得られない。したがって、（Ｍｓ〜５８０℃）での滞留時間は１０〜３００ｓとする。
なお、めっき処理温度は（Ｍｓ〜５８０℃）であればよく、上記第１平均冷却の後に必要に応じて加熱し、冷却停止温度以上の温度としてもよい。
めっき処理
上記めっき処理温度で滞留させる間に、鋼板に、亜鉛めっき処理、または前記亜鉛めっき処理後にさらにめっき合金化処理を行う。めっき処理は、上記により得られた鋼板を４４０℃以上５００℃以下の亜鉛めっき浴中に浸漬し、その後、ガスワイピングなどによってめっき付着量を調整して行うことが好ましい。さらに亜鉛めっきを合金化する際は４６０℃以上５８０℃以下の温度域に１秒以上１２０秒以下滞留させて合金化することが好ましい。亜鉛めっきは、Ａｌ量が０．０８質量％以上０．２５質量％以下である亜鉛めっき浴を用いて形成することが好ましい。
また、亜鉛めっき後の鋼板には樹脂や油脂コーティングなどの各種塗装処理を施すこともできる。
めっき処理温度から３５０℃までの間の第２平均冷却速度：５０℃／ｓ以上
めっき処理後の鋼板を、めっき処理温度から３５０℃までの間を第２平均冷却速度５０℃／ｓ以上で、めっき処理温度から３５０℃以下まで冷却する。第２平均冷却速度は、めっき処理温度と３５０℃との温度差をめっき処理から３５０℃までの冷却に要した時間で除して算出する。第２平均冷却速度が５０℃／ｓ未満ではベイナイト変態の促進が不十分となり、本発明の鋼組織が得られない。したがって、第２平均冷却速度は５０℃／ｓ以上とする。本発明の鋼組織を得る観点からは、第２平均冷却速度は５０℃／ｓ以上であれば上限は限られないため、上限を規定していないが、工業的に得られる第２平均冷却速度の上限は１５００℃／ｓ程度である。
第２冷却停止温度：５０〜３５０℃
めっき処理後の鋼板を、上記第２平均冷却速度で冷却するときの第２冷却停止温度は、５０〜３５０℃である。第２冷却停止温度が５０℃未満では本発明の残留オーステナイトが得られない。一方、第２冷却停止温度が３５０℃を超えるとベイナイト変態の促進が不十分となって本発明の鋼組織が得られない。したがって、第２冷却停止温度は５０〜３５０℃、好ましくは８０〜３２０℃である。
再加熱温度：第２冷却停止温度超、かつ３００〜５００℃
第２冷却停止温度まで冷却した鋼板を、第２冷却停止温度超、かつ３００〜５００℃の再加熱温度で加熱する。再加熱温度が３００℃未満ではベイナイト変態が抑制されて２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒が増加して本発明の鋼組織が得られない。一方、５００℃を超えるとパーライトが生成して本発明の鋼組織が得られない。したがって、再加熱温度は３００〜５００℃、好ましくは３２５〜４７５℃である。
再加熱温度での滞留時間：１〜６００ｓ
第２冷却停止温度まで冷却した鋼板を、上記再加熱温度で１〜６００ｓ滞留させる。滞留時間が１ｓ未満ではベイナイト変態が不足して、マルテンサイトや２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒が増加して本発明の鋼組織が得られない。一方、６００ｓを超えると、パーライトが生成して、本発明の鋼組織が得られなくなる。したがって、再加熱温度での滞留時間は１〜６００ｓ、好ましくは１〜３００ｓ、より好ましくは１〜１２０ｓ、さらに好ましくは１〜６０ｓである。
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法では、スラブの製造方法及び熱間圧延工程の条件は特に限定しないが、例えば以下の条件で行うことが好ましい。
スラブの製造方法
スラブは、マクロ偏析を防止するため、連続鋳造法で製造するのが好ましいが、造塊法、薄スラブ鋳造法により製造することもできる。スラブを熱間圧延するには、スラブを一旦室温まで冷却し、その後再加熱して熱間圧延を行ってもよいし、スラブを室温まで冷却せずに加熱炉に装入して熱間圧延を行ってもよい。また、わずかな保熱を行った後に直ちに熱間圧延する省エネルギープロセスも適用できる。
スラブを加熱する場合は、炭化物を溶解させたり、圧延荷重の増大を防止するため、１１００℃以上に加熱することが好ましい。また、スケールロスの増大を防止するため、スラブの加熱温度は１３００℃以下とすることが好ましい。なお、スラブの温度はスラブ表面の温度である。
仕上げ圧延温度は特に条件は特に限定されないが、本発明の鋼板組織を得やすくし、かつ鋼板組織を均一化する観点から、８００〜９５０℃とすることが好ましい。
スラブを熱間圧延する際は、粗圧延後の粗バーを加熱することもできる。また、粗バー同士を接合し、仕上げ圧延を連続的に行う、いわゆる連続圧延プロセスを適用できる。また、熱間圧延においては圧延荷重の低減や形状・材質の均一化のために、仕上げ圧延の全パスあるいは一部のパスで摩擦係数が０．１０〜０．２５となる潤滑圧延を行うことが好ましい。
圧延後の鋼板の巻取温度は特に限定されないが、本発明の鋼板組織を得やすくし、かつ板形状を安定化する観点からは、４００〜５５０℃とすることが好ましい。
巻取り後の鋼板は、スケールを酸洗などにより除去し、後続の工程に用いることができる。
また、本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、めっき処理後、さらに、調質圧延を施してもよい。調質圧延する場合は、ＹＳをより向上させる観点から、伸長率を０．０５％以上１．００％以下とすることが好ましい。調質圧延は、熱処理後室温にて行うことが好ましい。
以下、本発明を、実施例に基づいて具体的に説明する。本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されない。
表１に示す成分組成の鋼（残部はＦｅおよび不可避的不純物）を実験室の真空溶解炉により溶製し、圧延して鋼スラブとした。これらの鋼スラブを１２５０℃に加熱後粗圧延し、表２−１又は表２−２に示す熱延条件で熱間圧延を施し、熱延板とした。次いで、一部の熱延板サンプルは表２−１又は表２−２に示す冷延条件で１．４ｍｍまで冷間圧延して冷延板とした。次いで、得られた熱延板または冷延板を焼鈍した。なお、表２−１及び表２−２の冷延条件の欄を「−」と示した鋼板は冷間圧延しておらず、熱延板を焼鈍した。Ａｃ１変態点（℃）も併せて表１に示した。
焼鈍は、実験室にて熱処理およびめっき処理装置を用いて表２−１又は表２−２に示す本焼鈍条件で行い、合金化した溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）１〜３９を作製した。合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、４６５℃のめっき浴中に浸漬し、片面あたり付着量４０〜６０ｇ／ｍ２のめっき層を鋼板両面に形成させた後、５４０℃で１〜６０ｓ滞留させる合金化処理をして作製した。熱処理後（表２−１又は表２−２に示す再加熱温度で滞留した後）、鋼板に伸長率０．１％の調質圧延を施した。
得られた合金化した溶融亜鉛めっき鋼板の引張特性値および加工性を、以下の方法にしたがい評価した。結果を表３に示す。また、鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の各組織の面積率と、鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の全残留オーステナイト粒のうち２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の割合も表３に示す。
＜各組織の面積率の測定＞
各鋼板のサンプルを切り出し、圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、３体積％ナイタールで腐食し、鋼板表面から板厚方向に３００〜４００μｍの範囲内の位置をＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）で１５００倍の倍率でそれぞれ３視野撮影した。なお、鋼板表面とは、溶融亜鉛めっき層と鋼板の界面を示す。得られた画像データを用いて、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社製のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏにより各組織の面積率を求め、視野の各組織の平均面積率を、各組織の面積率とした。前記画像データにおいて、マルテンサイトは白色若しくは明灰色または方位の揃っていない炭化物を含む灰色、炭化物を含むベイナイトは方位の揃った炭化物を含む灰色または暗灰色、焼戻しマルテンサイトは方位の揃っていない炭化物を含む灰色または暗灰色、パーライトは黒色と白色の層状組織、フェライトは黒色、炭化物を含まないベイナイトは暗灰色として区別される。
また、残留オーステナイトは、マルテンサイトと同様に、白色または明灰色で観察される。ここで、上記視野観察により求めたマルテンサイトと残留オーステナイトの合計面積率から、ＥＢＳＤ（電子線後方散乱回折）に基づいて求めた残留オーステナイトの面積率を差し引くことで、マルテンサイトの面積率を求めた。
ＥＢＳＤに基づいて残留オーステナイトの面積率を求める方法を説明する。ＳＥＭ観察した面と同じ面を再研磨し、コロイダルシリカで鏡面仕上げとした後、ＳＥＭ観察した同様の位置を３箇所、ＥＢＳＤ測定した。測定条件は、ステップ間隔が５０ｎｍ、点数が１００万点（１０００×１０００）とした。得られたデータは、ＴＳＬ社製のＯＩＭ Ａｎａｌｙｓｉｓ ６を用いて、閾値を５゜、２ｐｉｘｅｌとしたＧｒａｉｎ Ｄｉｌａｔｉｏｎ処理、および閾値を０．１としたＮｅｉｇｈｂｏｒ ＣＩ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ処理を行った後、得られたデータから残留オーステナイトにあたるＦＣＣ相の面積率を求めた。
＜全残留オーステナイト粒のうち、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の測定方法＞
上記ＥＢＳＤに基づいて残留オーステナイトの面積率を求める方法において、Ｇｒａｉｎ Ｄｉｌａｔｉｏｎ処理と、Ｎｅｉｇｈｂｏｒ ＣＩ Ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ処理を行った後のデータから、１５゜以上の方位差を持つ複数のオーステナイトが連結した粒の面積率を求めた。そして、全オーステナイトの面積率に対する、当該１５゜以上の方位差を持つ複数のオーステナイトが連結した粒の面積率の割合（％）を求めた。この割合（％）を、全残留オーステナイト粒のうち、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の割合とした。
＜引張試験＞
作製した溶融亜鉛めっき鋼板から圧延方向に対して直角方向にＪＩＳ５号引張試験片（ＪＩＳ Ｚ２２０１）を採取し、歪速度が１０−３／ｓとするＪＩＳ Ｚ ２２４１（２０１１）の規定に準拠した引張試験を行い、ＹＳおよび均一伸び（ＵＥＬ）を求めた。本発明では、ＹＳが８５０ＭＰａ以上かつ均一伸びが９．０％以上を合格とした。
＜穴拡げ試験＞
作製した溶融亜鉛めっき鋼板から１００ｍｍ×１００ｍｍの試験片を採取し、ＪＦＳＴ １００１（日本鉄鋼連盟規格、２００８年）に準拠して６０゜円錐ポンチを用いて穴拡げ試験を３回行って平均の穴拡げ率λ（％）を求め、伸びフランジ性を評価した。本発明では、ＹＳ×均一伸び（ＵＥＬ）×穴拡げ率λが２７０ＧＰａ・％・％以上を加工性が優れるとして合格とした。
Figure 2020148948
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本発明例の溶融亜鉛めっき鋼板は、ＹＳが８５０ＭＰａ以上、均一伸び（ＵＥＬ）が９．０％以上、かつＹＳ×均一伸び（ＵＥＬ）×穴拡げ率λが２７０ＧＰａ・％・％以上であり、すなわち高強度であり、かつ加工性に優れている。一方、本発明の範囲を外れる比較例の溶融亜鉛めっき鋼板は、これらの項目の少なくとも１つを満たさない。
本発明の高強度鋼板を自動車部品用途に使用すると、自動車の衝突安全性改善と燃費向上に大きく寄与する。

Claims (4)

  1. 鋼板の表面上に溶融亜鉛めっき層を有する高強度溶融亜鉛めっき鋼板であって、
    前記鋼板が、質量％で、
    Ｃ：０．１２〜０．３５％、
    Ｓｉ：０．５〜３．０％、
    Ｍｎ：１．５〜４．０％、
    Ｐ：０．１００％以下（０％は含まない）、
    Ｓ：０．０２％以下（０％は含まない）、および
    Ａｌ：０．０１〜１．５０％を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
    鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の鋼板組織に対して、マルテンサイトの面積率が３０％以下、パーライトの面積率が１％以下、焼戻しマルテンサイトと炭化物を含むベイナイトの合計面積率が３０％以上９９％以下、残留オーステナイトの面積率が１〜２０％、かつフェライトと炭化物を含まないベイナイトの合計面積率が４５％以下であり、
    前記鋼板表面から３００〜４００μｍの範囲内の全残留オーステナイト粒のうち、２つ以上の結晶方位を有する残留オーステナイト粒の割合が、面積率で４０％以下である、高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
  2. 前記鋼板が、前記成分組成に加えてさらに、質量％で、
    Ｃｒ：０．００５〜２．０％、
    Ｎｉ：０．００５〜２．０％、
    Ｃｕ：０．００５〜２．０％、
    Ｖ：０．１〜１．５％、
    Ｍｏ：０．１〜１．５％、
    Ｔｉ：０．００５〜０．１０％、
    Ｎｂ：０．００５〜０．１０％、
    Ｂ：０．０００１〜０．００５０％、
    Ｃａ：０．０００３〜０．００５０％、
    ＲＥＭ：０．０００３〜０．００５０％、
    Ｓｎ：０．００５〜０．５０％、および
    Ｓｂ：０．００５〜０．５０％のうちから選ばれる少なくとも一種の元素を含有する、請求項１に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
  3. 前記溶融亜鉛めっき層が、合金化溶融亜鉛めっき層である、請求項１または請求項２に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
  4. 請求項１または請求項２に記載の成分組成を有するスラブに、熱間圧延を施した後、冷却し、巻き取る熱延工程を施し、
    前記熱延工程で得られた熱延板、または前記熱延板にさらに圧下率３０％以上で冷間圧延した冷延板を、（Ａｃ１−５℃）〜（Ａｃ１＋１０℃）の温度域で１５ｓ以上滞留させ、かつ当該滞留の間に０超〜１０ＭＰａの張力を付加し、
    次いで、７５０〜９４０℃の焼鈍温度まで加熱して１０〜６００ｓ滞留させ、
    次いで、前記焼鈍温度から５５０℃までの間を第１平均冷却速度３℃／ｓ以上、かつ第１冷却停止温度（Ｍｓ〜５５０℃）で冷却し、
    次いで、（Ｍｓ〜５８０℃）のめっき処理温度で１０〜３００ｓ滞留させ、当該滞留の間に、亜鉛めっき処理、または前記亜鉛めっき処理後にめっき合金化処理を行い、
    次いで、前記めっき処理温度から３５０℃までの間を第２平均冷却速度５０℃／ｓ以上、かつ第２冷却停止温度５０〜３５０℃で冷却し、
    次いで、前記第２冷却停止温度超、かつ３００〜５００℃の再加熱温度まで加熱して１〜６００ｓ滞留させた後、室温まで冷却する、高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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