JP4865407B2 - 燃料タンク用高強度溶融アルミニウムめっき鋼板 - Google Patents
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Description
本発明は、深絞り加工性，耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性に優れた燃料タンク用高強度溶融アルミニウムめっき鋼板に関する。
自動車用燃料タンクに使用される鋼材には、複雑なタンク形状に加工されることから深絞り加工性に優れていることが要求される。燃料タンクが重要保安部品であることを考慮すると、成形後の耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性に優れていることも重要である。
燃料タンク用素材としてターンシートと称されるＰｂ-Ｓｎめっき鋼板が従来から使用されてきたが、環境負荷の大きなターンシートに代えて溶融アルミニウムめっき鋼板の使用が進められている。
燃料タンク用素材としてターンシートと称されるＰｂ-Ｓｎめっき鋼板が従来から使用されてきたが、環境負荷の大きなターンシートに代えて溶融アルミニウムめっき鋼板の使用が進められている。
また、燃費向上のため薄肉鋼板の使用により燃料タンクを軽量化する検討が進められている。しかし、従来の溶融Ｐｂ-Ｓｎめっき鋼板(特許文献１)や溶融アルミニウムめっき鋼板(特許文献２)では、深絞り加工性を確保するため引張強さが２７０ＭＰａ級の極低炭素ＩＦ鋼が使用されており、薄肉・軽量化と所望強度の確保とを両立できない。
特公昭57-61833号公報
特開平9-156027号公報
本発明者等は、薄肉化しても燃料タンクに必要な強度が得られるよう、引張強さ：３９０ＭＰａ以上で深絞り加工性に優れた溶融アルミニウムめっき鋼板を得るべく、合金設計を種々検討した。その結果、極低炭素ＩＦ鋼にＳｉ，Ｍｎ，Ｐを添加すると高強度化され且つ深絞り加工性も向上することを見出した。また、Ｍｎ，Ｔｉの添加で溶接部の低温靭性が向上し、Ｂ，Ｎｂの添加で耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性が更に向上することを知見した。
本発明は、かかる知見をベースとし、引張強さ：３９０ＭＰａ以上で深絞り加工性，耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性に優れた燃料タンク用の高強度溶融アルミニウムめっき鋼板を提供することを目的とする。
本発明は、かかる知見をベースとし、引張強さ：３９０ＭＰａ以上で深絞り加工性，耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性に優れた燃料タンク用の高強度溶融アルミニウムめっき鋼板を提供することを目的とする。
本発明の燃料タンク用高強度溶融アルミニウムめっき鋼板は、Ｃ：０.００１〜０.０１０質量％，Ｓｉ：１.５質量％以下，Ｍｎ：０.５〜２.５質量％，Ｐ：０.１５質量％以下，Ｎ：０.０１質量％以下，Ｔｉ：０.０１〜０.３０質量％を含む基本組成の鋼板にＳｉ：３〜１３質量％のＡｌ-Ｓｉ合金めっき層が設けられている。
鋼板は、Ｎｂ：０.０１〜０.１０質量％を含むことができる。また、Ｂ：０.０００２〜０.０００４質量％，Ｃｕ：０.５質量％以下，Ｃｒ：０.５質量％以下の一種又は二種以上を添加しても良い。
鋼板は、Ｎｂ：０.０１〜０.１０質量％を含むことができる。また、Ｂ：０.０００２〜０.０００４質量％，Ｃｕ：０.５質量％以下，Ｃｒ：０.５質量％以下の一種又は二種以上を添加しても良い。
引張強さ：３９０ＭＰａ以上で深絞り加工性，プレス加工後の耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性を満足させるべく、燃料タンクの素材に使用される鋼材の最適成分設計を検討した。その結果、極低炭素ＩＦ鋼にＳｉ，Ｍｎ，Ｐを添加すると高強度化，深絞り加工性の両立が可能となり、更にＮｂ，Ｂ添加によってプレス加工後の耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性が向上することを見出し、燃料タンクの要求特性を満足する最適成分設計に至った。
以下、本発明で規定した合金成分，含有量等を説明する。
以下、本発明で規定した合金成分，含有量等を説明する。
Ｃ：０.００１〜０.０１０質量％
Ｃ含有量が低いほど深絞り加工性，延性に有利であり、なかでも良好な深絞り加工性を得る上で０.０１０質量％以下に抑えることが重要である。しかし、０.００１質量％未満では引張強さの向上に寄与する微細炭化物が減少し製造コストも高くなる。好ましくは、０.００２〜０.００７質量％の範囲でＣ含有量を定める。
Ｃ含有量が低いほど深絞り加工性，延性に有利であり、なかでも良好な深絞り加工性を得る上で０.０１０質量％以下に抑えることが重要である。しかし、０.００１質量％未満では引張強さの向上に寄与する微細炭化物が減少し製造コストも高くなる。好ましくは、０.００２〜０.００７質量％の範囲でＣ含有量を定める。
Ｓｉ：１.５質量％以下
深絞り加工性を過度に劣化させることなく鋼板を高強度化する作用を呈し、０.０１質量％以上でＳｉの添加効果がみられるが、１.５質量％を超える過剰Ｓｉは深絞り加工性，溶融アルミニウムめっき鋼板の表面性状を低下させる原因となる。過剰Ｓｉに起因する表面性状の悪化は、アルミニウムめっき工程で鋼板表面にＳｉ系の酸化皮膜が形成され、めっき浴中でＡｌ-Ｆｅ反応が阻害され、不めっきと称されるめっき欠陥が発生することに原因がある。Ｓｉを固溶強化元素とする系では、０.５質量％以上と比較的高いＳｉ含有量を設定する。
深絞り加工性を過度に劣化させることなく鋼板を高強度化する作用を呈し、０.０１質量％以上でＳｉの添加効果がみられるが、１.５質量％を超える過剰Ｓｉは深絞り加工性，溶融アルミニウムめっき鋼板の表面性状を低下させる原因となる。過剰Ｓｉに起因する表面性状の悪化は、アルミニウムめっき工程で鋼板表面にＳｉ系の酸化皮膜が形成され、めっき浴中でＡｌ-Ｆｅ反応が阻害され、不めっきと称されるめっき欠陥が発生することに原因がある。Ｓｉを固溶強化元素とする系では、０.５質量％以上と比較的高いＳｉ含有量を設定する。
Ｍｎ：０.５〜２.５質量％
深絞り加工性を過度に劣化させることなく鋼板の高強度化に寄与する成分であり、粒界脆化をもたらすＰ添加量の低減を可能にする。溶接時の冷却過程で生じる変態の際に結晶粒を微細化し、溶接部の低温靭性を向上させる作用も呈する。このような効果は０.５質量％以上のＭｎ添加でみられるが、２.５質量％を超える過剰Ｍｎは鋼板の伸び，ランクフォード値(ｒ値)を低下させ深絞り加工性にとって有害である。好ましくは、０.６〜２.０質量％の範囲でＭｎ含有量を定める。
深絞り加工性を過度に劣化させることなく鋼板の高強度化に寄与する成分であり、粒界脆化をもたらすＰ添加量の低減を可能にする。溶接時の冷却過程で生じる変態の際に結晶粒を微細化し、溶接部の低温靭性を向上させる作用も呈する。このような効果は０.５質量％以上のＭｎ添加でみられるが、２.５質量％を超える過剰Ｍｎは鋼板の伸び，ランクフォード値(ｒ値)を低下させ深絞り加工性にとって有害である。好ましくは、０.６〜２.０質量％の範囲でＭｎ含有量を定める。
Ｐ：０.１５質量％以下
Ｓｉ，Ｍｎと同様に高強度化に有効な成分であり、０.０１質量％以上でＰの添加効果が顕著になるが、０.１５質量％を超える過剰添加は粒界脆化によりプレス加工後の耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性を低下させる原因となる。Ｐを固溶強化元素とする成分系では、０.１質量％以上と比較的高いＰ含有量を設定する。
Ｎ：０.０１質量％以下
Ｔｉとの反応によりＴｉＮとして固定され、ランクフォード値を向上させる。しかし、過剰Ｎは、ＴｉＮの固定に必要なＴｉの添加量増加を招くので、Ｔｉ有効利用の観点からＮ含有量の上限を０.０１質量％(好ましくは、０.００７質量％)とした。
Ｓｉ，Ｍｎと同様に高強度化に有効な成分であり、０.０１質量％以上でＰの添加効果が顕著になるが、０.１５質量％を超える過剰添加は粒界脆化によりプレス加工後の耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性を低下させる原因となる。Ｐを固溶強化元素とする成分系では、０.１質量％以上と比較的高いＰ含有量を設定する。
Ｎ：０.０１質量％以下
Ｔｉとの反応によりＴｉＮとして固定され、ランクフォード値を向上させる。しかし、過剰Ｎは、ＴｉＮの固定に必要なＴｉの添加量増加を招くので、Ｔｉ有効利用の観点からＮ含有量の上限を０.０１質量％(好ましくは、０.００７質量％)とした。
Ｔｉ：０.０１〜０.３０質量％
炭窒化物を生成し、深絞り加工性，溶接部の低温靭性を向上させる作用を呈し、０.０１質量％以上で添加効果がみられる。しかし、０.３０質量％を超える過剰添加は、溶接部の低温靭性を改善する作用が飽和し、鋼材コストを上昇させる原因にもなる。
Ｎｂ：０.０１〜０.１０質量％
必要に応じ添加される合金成分であり、Ｔｉと同様に炭窒化物となって深絞り加工性，溶接部の低温靭性を向上させる成分であり、Ｔｉと複合添加するとＴｉ，Ｎｂの複合炭化物が生成し、深絞り加工性，溶接部の低温靭性が一層向上する。このような効果は、Ｎｂ：０.０１質量％以上で顕著になるが、０.１０質量％を超える過剰添加では増量に見合った効果が得られず鋼材コストの上昇を招く。
炭窒化物を生成し、深絞り加工性，溶接部の低温靭性を向上させる作用を呈し、０.０１質量％以上で添加効果がみられる。しかし、０.３０質量％を超える過剰添加は、溶接部の低温靭性を改善する作用が飽和し、鋼材コストを上昇させる原因にもなる。
Ｎｂ：０.０１〜０.１０質量％
必要に応じ添加される合金成分であり、Ｔｉと同様に炭窒化物となって深絞り加工性，溶接部の低温靭性を向上させる成分であり、Ｔｉと複合添加するとＴｉ，Ｎｂの複合炭化物が生成し、深絞り加工性，溶接部の低温靭性が一層向上する。このような効果は、Ｎｂ：０.０１質量％以上で顕著になるが、０.１０質量％を超える過剰添加では増量に見合った効果が得られず鋼材コストの上昇を招く。
Ｂ：０.０００２〜０.００２０質量％
必要に応じ添加される合金成分であり、焼入れ性の向上に寄与し、溶接部の低温靭性を更に向上させる作用も呈する。また、鋼中の粒界にＰよりも優先偏析し、プレス加工後の耐二次加工脆性を改善することにも役立つ。このような効果は、０.０００２質量％以上のＢ添加でみられるが、０.００２０質量％を超える過剰Ｂは結晶粒の成長を阻害しランクフォード値，伸びを低下させる原因となる。
必要に応じ添加される合金成分であり、焼入れ性の向上に寄与し、溶接部の低温靭性を更に向上させる作用も呈する。また、鋼中の粒界にＰよりも優先偏析し、プレス加工後の耐二次加工脆性を改善することにも役立つ。このような効果は、０.０００２質量％以上のＢ添加でみられるが、０.００２０質量％を超える過剰Ｂは結晶粒の成長を阻害しランクフォード値，伸びを低下させる原因となる。
Ｃｕ：０.５質量％以下，Ｃｒ：０.５質量％以下
必要に応じ添加される合金成分であり、何れも熱延後の酸洗性を改善し、溶融アルミニウムめっき鋼板の表面性状を向上させる効果を奏する。しかし、過剰添加は強度の著しい上昇，延性の低下を招くので共に０.５質量％(好ましくは、０.４質量％)を上限とした。
必要に応じ添加される合金成分であり、何れも熱延後の酸洗性を改善し、溶融アルミニウムめっき鋼板の表面性状を向上させる効果を奏する。しかし、過剰添加は強度の著しい上昇，延性の低下を招くので共に０.５質量％(好ましくは、０.４質量％)を上限とした。
Ａｌ-Ｓｉ合金めっき層
所定組成に調製された鋼材は熱間圧延，焼鈍・酸洗，冷間圧延を経て連続溶融めっき設備に送り込まれる。連続溶融めっき設備では、還元雰囲気下の焼鈍で鋼板表面を活性化した後、溶融アルミニウムめっき浴に導入され、めっき浴から引き上げ直後の鋼板にワイピングガスを吹き付けめっき付着量を調整する。溶融アルミニウムめっき浴は３〜１３質量％のＳｉを含んでおり、当該浴組成がＡｌ-Ｓｉ合金めっき層に反映される。めっき層に含まれるＳｉは、硬質で脆弱なＡｌ-Ｓｉ合金層の生成・成長を抑制する作用がある。合金層の生成・成長抑制効果はＳｉ：３質量％以上でみられるが、１３質量％で飽和し、それ以上添加しても却ってめっき層の耐食性，密着性に悪影響が現れる。
所定組成に調製された鋼材は熱間圧延，焼鈍・酸洗，冷間圧延を経て連続溶融めっき設備に送り込まれる。連続溶融めっき設備では、還元雰囲気下の焼鈍で鋼板表面を活性化した後、溶融アルミニウムめっき浴に導入され、めっき浴から引き上げ直後の鋼板にワイピングガスを吹き付けめっき付着量を調整する。溶融アルミニウムめっき浴は３〜１３質量％のＳｉを含んでおり、当該浴組成がＡｌ-Ｓｉ合金めっき層に反映される。めっき層に含まれるＳｉは、硬質で脆弱なＡｌ-Ｓｉ合金層の生成・成長を抑制する作用がある。合金層の生成・成長抑制効果はＳｉ：３質量％以上でみられるが、１３質量％で飽和し、それ以上添加しても却ってめっき層の耐食性，密着性に悪影響が現れる。
表１(本発明例、但し試験Ｎｏ．２、９および１０は参考例)，表２(比較例)の組成を有するスラブを熱延仕上げ温度：９００℃，巻取り温度：５００℃で板厚：３.２ｍｍまで熱間圧延した後、焼鈍・酸洗し更に板厚：１.２ｍｍまで冷間圧延した。得られた冷延鋼帯を連続溶融めっき設備に送り込み、めっき付着量：８０ｇ／ｍ2でＳｉ：９質量％のＡｌ-Ｓｉ合金めっき層を鋼板表面に設けた。
溶融アルミニウムめっき鋼板から試験片を切り出し、引張試験，二次加工試験，溶接強度試験に供した。
引張試験では、JIS Z2241に従い５号試験片を用いて引張試験し、引張強さ，全伸び，ランクフォード値(ｒ値)を求め、ｒ≧１.５を合格，ｒ＜１.５を不合格と判定した。
引張試験では、JIS Z2241に従い５号試験片を用いて引張試験し、引張強さ，全伸び，ランクフォード値(ｒ値)を求め、ｒ≧１.５を合格，ｒ＜１.５を不合格と判定した。
二次加工試験では、ポンチ径：３３ｍｍ，ポンチ肩Ｒ：４.５ｍｍ，ダイス径：３５.４ｍｍ，ダイス肩Ｒ：３ｍｍの金型を用いた油圧成形試験機により、試験片を絞り比２.０でカップ状に加工し、カップを種々の温度に冷却した後、頂角：６０度の円錐ポンチをカップに載せ、２ｍの高さから６.３ｋｇの重錘を円錐ポンチ上に落下させた。重錘の落下衝撃で試験片が脆性破壊した温度を測定し、脆性破壊温度：-４０℃以下を◎，-４０〜-２０℃を○，-２０℃以上を×として二次加工脆性を評価した。
溶接部の衝撃試験では、燃料タンクのフランジを模し、図１の寸法形状を有するシーム溶接衝撃試験片を作製し、シャルピー衝撃試験機を用いて-４０℃で試験した。衝撃試験で得られた衝撃値が１００Ｊ／ｃｍ2以上を◎，８０〜１００Ｊ／ｃｍ2を○，６０〜８０Ｊ／ｃｍ2を△，６０Ｊ／ｃｍ2未満を×として溶接部の低温靭性を評価した。
表３の調査結果にみられるように、本発明例No.１〜１６は、引張強さが３９０ＭＰａ以上，ランクフォード値が１.５以上であり、引張強さ，深絞り加工性の双方に優れており、耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性も良好な特性であった。
これに対し、Ｓｉ量の多い比較例No.１７，Ｃｕ量の多い比較例No.１８，Ｐ量の多い比較例No.１９，Ｍｎ量の多い比較例No.２０，Ｃ量の多い比較例No.２１，Ｃｒ量の多い比較例No.２２では、ランクフォード値，耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性の全てを満足する物性が得られなかった。Ｔｉ量が少なすぎる比較例No.２３，２４では、溶接部の低温靭性に劣っていた。
これに対し、Ｓｉ量の多い比較例No.１７，Ｃｕ量の多い比較例No.１８，Ｐ量の多い比較例No.１９，Ｍｎ量の多い比較例No.２０，Ｃ量の多い比較例No.２１，Ｃｒ量の多い比較例No.２２では、ランクフォード値，耐二次加工脆性，溶接部の低温靭性の全てを満足する物性が得られなかった。Ｔｉ量が少なすぎる比較例No.２３，２４では、溶接部の低温靭性に劣っていた。
Claims (2)
- Ｃ：０.００１〜０.０１０質量％，Ｓｉ：１.５質量％以下，Ｍｎ：０.５〜２.５質量％，Ｐ：０.１５質量％以下，Ｎ：０.０１質量％以下，Ｔｉ：０.０１〜０.３０質量％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼板に、Ｓｉ：３〜１３質量％のＡｌ-Ｓｉ合金めっき層が設けられていることを特徴とする燃料タンク用高強度溶融アルミニウムめっき鋼板。
- 鋼板が更にＮｂ：０.０１〜０.１０質量％，Ｂ：０.０００２〜０.０００４質量％，Ｃｕ：０.５質量％以下，Ｃｒ：０.５質量％以下の一種又は二種以上を含んでいる請求項１記載の燃料タンク用高強度溶融アルミニウムめっき鋼板。
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| JP2006160463A JP4865407B2 (ja) | 2006-06-09 | 2006-06-09 | 燃料タンク用高強度溶融アルミニウムめっき鋼板 |
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| JP2006160463A JP4865407B2 (ja) | 2006-06-09 | 2006-06-09 | 燃料タンク用高強度溶融アルミニウムめっき鋼板 |
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| JP2006160463A Active JP4865407B2 (ja) | 2006-06-09 | 2006-06-09 | 燃料タンク用高強度溶融アルミニウムめっき鋼板 |
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