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JP2546471B2 - めっき密着性の優れた焼付硬化型高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

めっき密着性の優れた焼付硬化型高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

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JP2546471B2
JP2546471B2 JP4113975A JP11397592A JP2546471B2 JP 2546471 B2 JP2546471 B2 JP 2546471B2 JP 4113975 A JP4113975 A JP 4113975A JP 11397592 A JP11397592 A JP 11397592A JP 2546471 B2 JP2546471 B2 JP 2546471B2
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芳治 波田
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Kobe Steel Ltd
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  • Heat Treatment Of Sheet Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、加工性に優れ、且つめ
っき密着性にも優れプレス成形時にパウダリングを起こ
さない様な焼付硬化型高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板
を製造する為の方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】自動車の外板用冷延鋼板として、プレス
成形時には降伏点が低く成形後は塗装焼付処理により降
伏点が上昇し、耐デント性が向上するいわゆる焼付硬化
型冷延鋼板が使用されてきた。特に、近年の地球環境問
題に端を発する燃費改善や排ガス量の低減を目的とし
て、車体軽量化の要望あるいは生産効率向上の要望に対
応すべく、薄肉化を可能とする焼付硬化型高強度冷延鋼
板がドアアウタ等に広く使用されている。
【0003】上記の様な焼付硬化型高強度冷延鋼板は、
従来P添加低炭素Alキルド鋼を材料とし箱焼鈍による
冷延鋼板品として製造されていた(例えば特公昭58-303
74号公報)。しかしながら、近年では車体防錆能の向上
という観点から、焼付硬化型高強度冷延鋼板に関して
も、合金化溶融亜鉛めっき鋼板化の要求が高まってき
た。この場合、鋼板は溶融亜鉛めっきラインにて急速に
加熱次いで冷却されることになり、従来のP添加低炭素
Alキルド鋼では高いr値を得ることが困難になり、ま
た固溶Cが著しく多く鋼中に残る為、焼付硬化量は高い
ものの、同時に常温時効性の劣化が非常に大きくなって
実用上の問題になる場合がある。また高r値を得るため
に前もって箱焼鈍を施して冷延鋼板製品とし、これを溶
融亜鉛めっきラインに通してめっきを施す方法も考えら
れるが、工程が長くなり、工期やコスト面で不利とな
る。
【0004】一方、極低炭素鋼に微量のTi,Nb,B
等の炭窒化物形成元素を添加するとともにMn,P等の
強化元素を添加し、短時間の焼鈍でも加工性に優れた焼
付硬化型高強度鋼板を得る方法も提案されている(例え
ば特開昭61-276931 号公報や特開昭59-74232号公報
等)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Tiや
Pを含む鋼板を使用して合金化溶融亜鉛めっきを施した
場合は、これらの元素がFeとZnの合金化速度に大き
な影響を与え、適正な合金化条件が得られないときは、
合金化めっき層にZnが未合金状態で残存する合金化不
足、或は合金化めっき層で合金化が進み過ぎて脆弱なΓ
相(Fe3Zn10) が厚く成長する合金化過度の現象が現れ易
くなり、溶接性やめっき密着性あるいは塗装後耐食性が
著しく低下してくる。例えばTiは上記の合金化を促進
させ、Pは逆に合金化を遅延させると言われているが、
これらの元素を複合添加した場合は両者の作用が複雑に
絡み合うため、合金化不足または合金化過度にならない
最適の操業条件を迅速且つ的確に把握することが極めて
困難となり、合金化の過不足による大幅な歩留り低下が
避けられない。
【0006】特開昭61-60860号公報には、品質特性の優
れためっき層を得る為に、めっき浴温度を430 〜500
℃、浴中Al濃度を0.05%以上と規定しているが、T
i:0.03%以下,P:0.02〜0.1 %の範囲の鋼すべてに
同一の条件を適用しており、必ずしも鋼成分に応じた最
適な条件が得られているとは言い難い。ましてTiとP
が複合添加されている鋼では、上述した様にこれらの元
素による反対方向への影響が複雑に絡み合うので、良好
な合金化度を有するめっき層は更に得にくくなる。
【0007】一方特公昭60-55589号公報には、鋼中P量
とめっき浴中の有効Al濃度を、ある特定の関係式で規
定された値に調整することでめっき密着性の優れた合金
化亜鉛めっき鋼板を製造する方法が開示されている。し
かしながらこの方法で適用される鋼板は、C量が0.02〜
0.12%であり且つTiを含まない通常の低炭素鋼であ
り、Tiを添加した極低炭素鋼ではない。従って合金化
挙動に大きな影響を及ぼすTiについては何ら考慮され
ておらない。
【0008】本発明は上記の様な事情に着目してなされ
たものであって、その目的は、加工性とめっき密着性の
いずれにも優れた焼付硬化型高強度合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板を製造する方法を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明に係る高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板
の製造方法は、C:0.0005〜0.004 重量%,Si:0.2
重量%以下,Mn:1.5 重量%以下,P:0.05〜0.15重
量%,Al:0.025 〜0.1 重量%、N:0.005重量%以
下,S:0.02重量%以下,Ti:{0.5×3.43[N] }〜
{3.43[N] +1.5 [S] +4 ([C] −0.0005) }(但し、
[C] ,[N] ,[S] は、夫々C,N,Sの重量%を示す)
夫々含有する鋼を、熱間圧延するに際し、Ar3 変態点
〜(Ar3 変態点+100 ℃)の温度で仕上げ圧延を終了
し、600 ℃以上の温度で巻取った後酸洗および冷間圧延
して得られためっき用鋼板を用い、これを再結晶温度以
上の温度で焼鈍した後、下記[I]式の要件を満足する
様にAl含有量の調整された溶融亜鉛めっき浴を用いて
溶融めっきし、その後合金化処理する点に要旨を有する
ものである。
【0010】
【数3】
【0011】またTi含有量の上限を{0.5 ×3.43[N]
}〜{3.43[N] +1.5 [S] }にすると共に、Nbを
{0.3 ×7.75[C] }〜{7.75([C] −0.0005)}の範囲
で添加した鋼を用い、上記の方法に従って製造しても希
望する合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られる。
【0012】
【作用】以下本発明の各構成要件について説明する。ま
ず本発明で用いる鋼板の化学成分の限定理由は下記の通
りである。 C:0.0005〜0.004 重量% Cはプレス加工性、特に延性を向上させる上では、少な
いほど良い。Cの含有量が0.004 重量%を超えると充分
な延性が得られない。しかしながら、焼付硬化性を付与
するためには、少なくとも0.0005重量%のCを固溶状態
で鋼中に存在させる必要がある。
【0013】Si:0.2 重量%以下 Siは有効な強化元素であるが、多量に添加されるとめ
っき密着性を著しく劣化させるので0.2 %を上限とし
た。尚0.2 %以下であれば、合金化挙動に及ぼす影響は
非常に小さく無視できる。
【0014】Mn:1.5 重量%以下 Mnは多量に含有されてもめっき密着性を損なうことが
少ないという面で安全な元素であり、しかもそれほど大
きく期待することはできないとは言え、一応は有効な強
化元素と位置付けられる。しかしながら、Mnの含有量
が1.5 重量%を超えると、深絞り性の劣化をはじめ、加
工性への悪影響が顕著になるので1.5 重量%を上限とす
る。
【0015】P:0.05〜0.15重量% Pは、深絞り性を劣化させる恐れが少なく、一方で鋼を
強化できる。そこで、本発明においては、主としてPの
添加で鋼の高強度化を図るが、その為には少なくとも0.
05重量%含有させる必要がある。しかし、Pの含有量が
過剰になると、鋼板の溶接性を劣化させるので、0.15重
量%以下とする必要がある。
【0016】Al:0.025 〜 0.1重量% Alは脱酸のために添加するが、更にNを熱延の段階で
析出物として十分固定する為には、少なくとも0.025 %
以上添加する必要がある。しかし0.1 %を超えて添加さ
れても、コストアップになるだけでなく、表面性状を悪
くするのでこれを上限とした。
【0017】N:0.005 重量%以下 Nは多すぎると、これを析出固定するに必要なTiやA
lの添加量が増し、コストアップになるだけでなく、加
工性を劣化させるので0.005 重量%を上限とする。
【0018】S:0.02重量%以下 SはTiと結合して硫化物を形成するが、多過ぎると鋼
板の延性を劣化させるので0.02重量%を上限とする。
【0019】Ti:{0.5 ×3.43[N]}〜{3.43[N] +1.
5[S]+4 ([C]−0.0005)}(但し、[C] ,[N] ,[S]
は、夫々C,N,Sの重量%を示す)Tiは鋼中の不要
なC,N,S等を析出固定するので、焼付硬化性を確保
する為に十分な量の固溶Cを残す為にはその添加量を制
御する必要がある。Tiの添加量が{0.5 ×3.43[N] }
未満では、鋼中に微細なAlNが析出し、加工性の劣化
を引き起こす。一方Ti添加量が{3.43[N]+1.5[S]+4
([C] −0.0005) }を超えると、固溶C量が少なくなっ
て十分な焼付硬化性が付与できない。
【0020】本発明で用いる鋼板は上記各元素を基本成
分とするものであるが、少量のNbを添加することも可
能である。Nbは再結晶温度を著しく高めるため、多量
の添加は避けるべきであるが、少量の添加は異方性の改
善に有効に作用するので、Tiの代わりにC固定の目的
で{0.3 ×7.75[C]}に相当する量を添加することは有
効である。Nbを添加する場合は、Tiの4([C] −0.00
05)=48/12([C] −0.0005) に相当する量として、7.75
([C]−0.0005)=93/12([C] −0.0005) をその上限とす
る。尚Nbを添加する場合は、Ti添加量の上限を4
([C] −0.005)に相当する分だけ低減しないと十分な焼
付硬化性が付与できない。
【0021】次に、本発明における各製造条件の規定理
由は下記の通りである。まず熱間圧延は基本的には常法
に従って行えば良いが、熱間圧延仕上げ温度は、Ar3
変態点以上とする必要がある。Ar3 変態点を下回る
と、焼鈍後の深絞り性にとって不利な集合組織が発達す
るので好ましくなく、ランダムな集合組織の熱延鋼板と
なるので、Ar3 変態点以上で熱間仕上げすることが必
要である。しかしあまり高い温度で仕上げると、オース
テナイトの粒成長が著しくなって変態後のフェライト粒
径が粗大化し、焼鈍後の深絞り性に好ましくない影響を
与えるので(Ar3 変態点+100 ℃)程度とする必要が
ある。
【0022】一方巻取り温度が600 ℃未満では、TiC
やTiNの析出が不十分で固溶Cが鋼中に残存して焼鈍
後の深絞り性に悪影響を及ぼすので、巻取り温度は600
℃以上とする必要がある。尚巻取り温度の上限について
限定するものではないが、メンテナンスやスケール生成
等を考慮すると750 ℃程度が好ましい。また巻取り温度
があまり高くなると、熱延板結晶粒が局部的に粒状とな
り、冷延焼鈍後の加工性に悪影響を及ぼすこともあるの
で、こうした観点から上限は750 ℃程度が好ましい。
【0023】熱間圧延後は常法に従って酸洗,冷間圧延
および焼鈍を行う。冷間圧延は深絞り性向上のためには
65〜85%で実施するのが望ましい。焼鈍は再結晶温度以
上の高温で焼鈍する方が加工性の観点からは良い。しか
し、変態点以上の温度に加熱されると逆に加工性が劣化
するので好ましくない。
【0024】再結晶焼鈍後は冷却し、引き続き溶融亜鉛
めっきを施し、合金化処理する。この際、Fe−Znの
合金化は、めっき浴中のAlと素地Feとの反応によっ
て生成するFe−Al合金層を、素地FeとZnの相互
拡散によって破壊することで開始される。Fe−Al合
金層の性状には鋼中のTi,Pと浴中Alが強く影響
し、Tiは合金化を促進し、Pと浴中Alは合金化を遅
延する。ここで浴中Alとは、浴に溶解しているAl
と、浴中Feと重量比で1:1で結合してドロスとなっ
ているAlとに分けられるが、Fe−Al合金層の性状
に影響するのは、有効Alと言われる浴中に溶解してい
るAlである。
【0025】本発明においては、この有効Al(浴中A
l濃度−浴中Fe濃度)に注目し、鋼板中のTiによる
合金化促進とPによる合金化遅延の相互作用を、該有効
Al濃度によって調整し、合金化速度を的確にコントロ
ールするものである。即ち本発明者らは、Ti含有量お
よびP含有量の異なる種々の鋼板を使用し、有効Al濃
度の異なる溶融亜鉛めっき浴を用いてめっき処理した
後、直ちに合金化熱処理を行ない、夫々について合金化
速度を調べた。その結果、次式の関係が成立する場合に
はFe−Zn合金化速度がほぼ一定となり、合金化の過
不足のない極めて的確な合金化操業が行なえることを明
らかにした。 浴中有効Al濃度(%) =0.100-1/12×[P]+1/5 ×[Ti] (但し、[P] および[Ti]は鋼中P およびTi量[重量%]
を表わす)
【0026】即ち、鋼成分に応じて上記式の右辺の項よ
り求められる値に、めっき浴中有効Al濃度を調整する
ことによって、合金化処理を的確に、かつ迅速に行うこ
とができたのである。尚、上記式を成立させる条件下で
操業することが最適ではあるが、実際上、浴中有効Al
濃度は最適濃度の±5%の範囲であれば合金化不足ある
いは合金化過度にはならないので、本発明で鋼中Ti,
P量、浴中Al濃度の関係を前記[I] 式の様に規定し
た。従って、上記式で与えられる値が0.95未満あるいは
1.05超であれば、合金化不足による塗装後の耐食性、溶
接性の低下あるいは合金化過度によるめっき密着性の劣
化を招くことになる。
【0027】この様に本発明では、素材鋼板中のTiお
よびP含有量に応じて溶融亜鉛めっき浴中の有効Al濃
度を調整して素材FeとZnの相互拡散による合金化速
度を制御するところにも特徴を有するものであり、溶融
めっき条件や合金化熱処理条件等は特に限定されない
が、もっとも一般的な条件として示すならば、溶融めっ
き法は、430 〜500 ℃の溶融亜鉛めっき浴(この中に
は、前記要件を満たす適量のAlが添加されている)に
被処理鋼板を浸漬走行させる方法であり、また合金化熱
処理は、上記めっき処理の直後に当該めっき鋼板を480
〜800 ℃で約3〜120 秒間加熱する方法である。尚、合
金化溶融亜鉛めっき処理後は調質圧延を施しても良いの
は勿論である。
【0028】以下、実施例を挙げて本発明をより具体的
に説明するが、本発明はもとより下記実施例に限定され
るものではなく、鋼板の種類やめっき前処理法、溶融め
っき条件や合金化熱処理条件等を必要に応じて適宜変更
して実施することは、いずれも本発明の技術的範囲に含
まれる。
【0029】
【実施例】表1に示す化学成分の鋼を溶製し、連続鋳造
によりスラブとした。このスラブを1150〜1250℃で3時
間予熱した後、仕上温度890 〜930 ℃で3.6mm 厚まで熱
間圧延し、それぞれ表2に示す巻取り温度で巻き取っ
た。酸洗後0.8mm 厚まで冷間圧延し、表2に示す均熱条
件で再結晶焼鈍後引き続き表2に示す浴中有効Al濃度
のめっき浴にてめっきを施し、合金化処理を実施した。
0.8 %の伸び率の調質圧延後、機械的特性とめっき密着
性、塗装後耐食性を調査した。結果を表2に併記する。
【0030】尚めっき密着性,塗装後耐食性の評価方法
は下記の通りである。 <めっき密着性> 合金化熱処理を終えた各供試鋼板に、角度60°のV字曲
げを施し、圧縮側をテープ剥離したときのめっき剥離量
により3段階評価した。 ○:優秀、△:良好、×:不良
【0031】<塗装後耐食性> 各めっき鋼板をりん酸塩処理した後、自動車用3コート
塗装(具体的には電着塗料+中塗り塗料+上塗り塗料3
層塗り、150 ℃,20分の焼付け)を行なう。この塗装鋼
板に、めっき層表面まで到達するクロスカットを入れ、
1000時間の塩水噴霧試験を行なった後、クロスカット部
からの塗膜膨れの程度により3段階評価した。 ○:優秀、△:良好、×不良
【0032】
【表1】
【0033】
【表2】
【0034】表2から明らかなように、本発明例(No.
1,2,5,7)は、r値が1.7 以上の深絞り性と30N/
mm2 以上のBH量(焼付硬化量)を有し、塗装後の耐食
性、めっき密着性とも合格レベルの良好な特性を示して
いるのに対し、比較例(No.3,8〜9)では、熱延巻
取温度あるいは化学成分のいずれかが本発明条件とは異
なるためにr値が低く、また比較例(No.10,11)はT
iやNb量が本発明条件より多いのでr値は高いもの
の、焼付硬化性が得られていない。一方比較例(No.
4,6)は成分系に適した浴中有効Al濃度になってい
ないためにそれぞれ塗装後耐食性、めっき密着性が本発
明例に比べ劣っている。
【0035】
【発明の効果】以上述べた如く本発明に従えば、加工性
とめっき密着性に優れた焼付硬化型高強度合金化溶融亜
鉛めっき鋼板が実現できた。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C22C 38/14 C22C 38/14 (56)参考文献 特開 平2−185949(JP,A) 特公 平3−54186(JP,B2)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 C:0.0005〜0.004 重量%,Si:0.2
    重量%以下,Mn:1.5 重量%以下,P:0.05〜0.15重
    量%,Al:0.025 〜0.1 重量%,N:0.005重量%以
    下,S:0.02重量%以下,Ti:{0.5×3.43[N]}〜{3.
    43[N] +1.5[S]+4([C] −0.0005) }(但し、[C] ,
    [N],[S] は、夫々C,N,Sの重量%を示す)を夫々
    含有する鋼を、熱間圧延するに際し、Ar3 変態点〜
    (Ar3 変態点+100 ℃)の温度で仕上げ圧延を終了
    し、次いで600 ℃以上の温度で巻取った後酸洗および冷
    間圧延して得られためっき用鋼板を用い、これを再結晶
    温度以上の温度で焼鈍した後、下記[I] 式の要件を満足
    する様にAl濃度の調整された溶融亜鉛めっき浴を用い
    て溶融めっきし、その後合金化処理することを特徴とす
    るめっき密着性の優れた焼付硬化型高強度合金化溶融亜
    鉛めっき鋼板の製造方法。 【数1】
  2. 【請求項2】 C:0.0005〜0.004 重量%,Si:0.2
    重量%以下,Mn:1.5 重量%以下,P:0.05〜0.15重
    量%,Al:0.025 〜0.1 重量%,N:0.005重量%以
    下,S:0.02重量%以下,Ti:{0.5×3.43[N]}〜{3.4
    3[N]+1.5[S]},Nb:{0.3×7.75[C]}〜{7.75([C]−0.
    0005)}(但し、[C] ,[N],[S] は、夫々C,N,Sの重
    量%を示す)を夫々含有する鋼を、熱間圧延するに際
    し、Ar3変態点〜(Ar3 変態点+100 ℃)の温度で
    仕上げ圧延を終了し、次いで600 ℃以上の温度で巻取っ
    た後酸洗および冷間圧延して得られためっき用鋼板を用
    い、これを再結晶温度以上の温度で焼鈍した後、下記
    [I] 式の要件を満足する様にAl濃度の調整された溶融
    亜鉛めっき浴を用いて溶融めっきし、その後合金化処理
    することを特徴とするめっき密着性の優れた焼付硬化型
    高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。 【数2】
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