(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ：0.12％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.10〜2.00％、Ｐ：0.10％以下、Ｎ：0.0050〜0.0200％、Al：0.100 ％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、平均結晶粒径10.0μｍ以上の組織とを有する鋼板と該鋼板を被覆しためっき層とからなり、降伏伸びが6.0 ％以下であることを特徴とするロール成形性に優れた溶融金属めっき鋼板。
【請求項２】
前記めっき層が、亜鉛めっき層または Al-Zn系合金めっき層である請求項１記載の溶融金属めっき鋼板。
【請求項３】
質量％で、Ｃ：0.12％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.10〜2.00％、Ｐ：0.10％以下、Ｎ：0.0050〜0.0200％、Al：0.100 ％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼素材に、圧延終了温度がAr1 変態点未満になる熱間圧延、冷間圧延、再結晶温度以上での焼鈍、溶融金属めっき、トータル伸び率が0.3 ％超〜2.0 ％以下になるレベラ加工をこの順に施すことを特徴とするロール成形性に優れた溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【請求項４】
前記溶融金属めっきが、溶融亜鉛めっきまたは Al-Zn系合金溶融めっきである請求項３記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ロール成形性に優れた溶融金属めっき鋼板およびその製造方法に関し、とくに、ロール成形時のポケットウェーブ（オイルキャン）、フルーティング（腰折れ）等の形状欠陥を生じにくい溶融金属めっき鋼板およびその製造方法に関する。
【０００２】
本発明において、化学成分含有量に係る％は質量％である。また、コイルとは熱延巻取工程を経た鋼板を意味する。
【０００３】
【従来の技術】
亜鉛系溶融めっき鋼板は、耐食性、塗装性に優れ、ステンレス鋼板に比して安価であるため、屋根、壁、内装パネル等の建築材料として近年急速に需要が増加している。同めっき鋼板は、大半はカラー塗装を施され、一部はめっき層の金属組織であるスパングル模様を活かして未塗装で出荷され、スパンドレル、角波、丸波等のロール成形を施されて製品となる。
【０００４】
かかるロール成形において、スパンドレルおよび角波成形を施した場合はウエブと呼ばれる平坦部にポケットウェーブまたはオイルキャンと呼ばれる周期的な波打ち状の欠陥が生じ、一方、丸波成形を施した場合はフルーティングまたは腰折れと呼ばれる圧延方向に延びた折れ曲がり欠陥が生じて、商品価値を著しく低下させるという問題がある。
【０００５】
ポケットウェーブは、成形時に折り曲げ部位がコイル幅方向に引っ張られることにより、長手方向が僅かに縮み変形し、この結果生じる残留圧縮応力がウエブ部を座屈させる現象であると考えられており、鋼板の降伏応力と降伏伸びが大きいほど、また板厚が厚くウエブ幅が小さいほど発生しにくいことが一般に知られている。さらに比良らは（塑性と加工，1997年，第20巻，933 頁）、鋼板の引張試験の応力−歪曲線から測られる比例限（弾性限界応力）が大きいほどポケットウェーブが発生しにくいことを明らかにした。
【０００６】
一方、フルーティングは、折れ曲がり部に沿ってリューダース帯が集中して観察される事実から、ストレッチャストレインと呼ばれる不均一変形であると考えられており、ポケットウェーブとは逆に降伏伸びが小さいほど発生しにくいことが一般に知られている。
これまでに提案されているポケットウェーブ防止対策は、▲１▼レベラ加工による平坦化処理後、時効硬化を目的とした低温焼鈍により比例限、降伏応力を高める方法（特公昭62−2035号公報、特開平１−319635号公報）、▲２▼レベラ加工の伸び率を0.3 ％以下として降伏応力の低下を抑制する方法（特開昭54−78353 号公報、特開平２−225618号公報、特開平９−206831号公報）、▲３▼ロール成形時に圧延方向の縮み変形量より大きい延伸量を圧延により与え、縮み変形を抑える方法（特開昭57−52129 号公報）に大別される。
【０００７】
しかし、方法▲１▼では、塗装仕様の場合、既設の焼付け処理設備を時効処理に活用できて有利であるが、非塗装仕様の場合、時効用の加熱設備が別途必要となり、コスト高となる問題がある。方法▲２▼では、降伏伸びが十分に下がらずフルーティングを防止できない問題がある。方法▲３▼では、ロール成形設備に制約が生じるため汎用性に乏しい問題がある。
【０００８】
また、ポケットウェーブとフルーティングの両方を防止できる方法として、素材のＮ量を50ppm 以上に高め、めっき後に0.1 〜10％の冷間加工を施す方法（特開平３−281729号公報）が提案されている。これは、固溶Ｎ増量により室温時効を容易化し比例限・降伏応力を高めてポケットウェーブを防止し、一方、めっき後の冷間加工により降伏応力・降伏伸びを下げてフルーティングを防止しようとするものであるが、十分なフルーティング防止効果を挙げるには２〜10％もの変形を要し、通常用いられているテンションレベラでは設備能力が不足するため、スキンパス圧延を施す必要がある。しかし、スキンパス圧延には、めっき表面のスパングル模様を損ね非塗装用途での商品価値を下げてしまうという問題点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
以上に述べたように、ポケットウェーブとフルーティングの両方を防止するためには、汎用性、廉価性を悪化させずに材質特性を改善しうる対策が望まれるところであるが、要求特性が本質的に相反するため、これら欠陥の双方に有効な対策は現時点では存在しない。
【００１０】
本発明の目的は、かかる従来の問題点を解決し、ポケットウェーブ、フルーティングの両方とも発生しにくいロール成形性に優れた溶融金属めっき鋼板とこれを安価に製造しうる製造方法とを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記目的を達成すべく鋭意検討を重ね、特定の鋼組成を有する溶融亜鉛めっき鋼板において、鋼組織の平均結晶粒径（再結晶粒の平均粒径）がある臨界値以上でかつめっき鋼板の降伏伸びがある臨界値以下であれば、フルーティング、ポケットウェーブともに十分抑制されること、また、かかる性能は、Ar1 変態点未満で仕上げる熱間圧延と、冷延、再結晶焼鈍、めっき後の比較的小さい伸び率のレベラ加工により達成しうること等を見いだし、以下の通りの本発明をなした。
【００１２】
（１）質量％で、Ｃ：0.12％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.10〜2.00％、Ｐ：0.10％以下、Ｎ：0.0050〜0.0200％、Al：0.100 ％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる組成と、平均結晶粒径10.0μｍ以上の組織とを有する鋼板と該鋼板を被覆しためっき層とからなり、降伏伸びが6.0 ％以下であることを特徴とするロール成形性に優れた溶融金属めっき鋼板。
【００１３】
（２）前記めっき層が、亜鉛めっき層または Al-Zn系合金めっき層である（１）記載の溶融金属めっき鋼板。
（３）質量％で、Ｃ：0.12％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.10〜2.00％、Ｐ：0.10％以下、Ｎ：0.0050〜0.0200％、Al：0.100 ％以下を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼素材に、圧延終了温度がAr1 変態点未満になる熱間圧延、冷間圧延、再結晶温度以上での焼鈍、溶融金属めっき、トータル伸び率が0.3 ％超〜2.0 ％以下になるレベラ加工をこの順に施すことを特徴とするロール成形性に優れた溶融金属めっき鋼板の製造方法。
【００１４】
（４）前記溶融金属めっきが、溶融亜鉛めっきまたは Al-Zn系合金溶融めっきである（３）記載の方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
まず、鋼組成の限定理由を説明する。
Ｃは、鋼板の降伏応力を高くし、ポケットウェーブ防止には本来有効な元素であるが、0.12％を超えると結晶粒が微細になり、しかも炭化物が高密度に析出するため、レベラ加工後の降伏点低下が大きくなりポケットウェーブが発生してしまうので、0.12％以下とした。なお、好ましくは0.02〜0.08％である。
【００１６】
Siは、析出物を作ることなく降伏応力を高めることが可能な元素であるが、溶融めっき鋼板の場合0.10％を超えるとめっき性が劣化し、不めっきの原因となるため、0.10％以下とした。なお、好ましくは0.070 ％以下である。
Mnは、Ｓによる熱間割れの防止および鋼の強化に有効な元素であり、この効果を得るには0.10％以上を必要とするが、2.00％を超える添加は要求強度レベルに対して過剰となりコスト高になるだけであるため、0.10〜2.00％とした。
【００１７】
Ｐは、固溶強化によって鋼の強度を高めるのに有効な元素であるが、0.10％を超えると脆化の原因となるので、実用上から0.10％以下とした。なお、好ましくは0.060 ％以下である。
Ｎは、本発明において室温歪時効を促進させるための必須元素である。Ｎが0.0050％未満では、室温で歪時効による比例限と降伏応力の上昇が短時間に起こらず、ポケットウェーブを防止することができない。しかし、Ｎが0.0200％超では降伏応力が高くなりすぎ、レベラ加工によるフルーティング抑止が困難となる。また、過剰のＮ添加は、熱間圧延工程（巻取工程も含む）でのAlN の過剰析出を促進することから、焼鈍での再結晶粒の成長が抑制されて、所定の平均結晶粒径を達成しにくくする欠点も有する。よって、Ｎは0.0050〜0.0200％とした。なお、好ましくは0.0050〜0.0150％である。
【００１８】
Alは、製鋼段階で脱酸剤として用いられる元素であるが、本発明では、Alが0.100 ％を超えると熱間圧延工程でAlN が過剰に析出し、焼鈍での再結晶粒の成長が抑制されて、所定の平均結晶粒径が得られなくなる。よって、Alは0.100 ％以下とした。なお、好ましくは0.01〜0.050 ％である。
本発明の鋼組成には、上記成分元素およびFe以外に、不可避的不純物としてＯ、Ｓ等が含まれるが、Ｏは清浄度の許容レベルと脱酸コストとの兼ね合いから0.050 ％以下、Ｓは熱間割れ等の高温脆性の許容レベルと脱硫コストとの兼ね合いから0.05％以下に制限するのが好ましい。
【００１９】
次に、鋼板の平均結晶粒径とめっき鋼板の降伏伸びの限定理由を説明する。
本発明では、鋼組成が上記限定範囲内にあることに加え、鋼板の平均結晶粒径が10.0μｍ以上、降伏伸びが6.0 ％以下であることが、フルーティングとポケットウェーブをともに防止しうる必須要件である。平均結晶粒径が10.0μｍ未満であるとフルーティング、ポケットウェーブのいずれか一方または両方が発生しやすくなる。
【００２０】
この理由は必ずしも明らかではないが、発明者らは次のように考えている。ロール成形時に鋼板にかかるコイル幅方向の張力により、鋼板内部には多量の転位が発生し、これらの転位は炭化物や粒界に堆積し内部応力を発生させると推定される。結晶粒が微細なほど粒界密度が高く、堆積する転位の数が増加し内部応力も大きくなるためフルーティングの原因と考えられる降伏伸びが増大する。また、この内部応力は、レベラ加工で発生する伸び／縮みの繰り返し変形において比例限と降伏応力を下げるいわゆるバウシンガー効果の発生原因であると考えられる。よって結晶粒が微細なほどレベラ加工による比例限、降伏応力の低下も大きくなるから、ポケットウェーブも発生しやすくなる。
【００２１】
一方、平均結晶粒径が10.0μｍ以上であっても、レベラ加工後の降伏伸びが6.0 ％を超えるようになると、ロール成形時に前記内部応力が増大してフルーティングが発生しやすくなる。
本発明は、溶融亜鉛めっき鋼板および Al-Zn系合金溶融めっき鋼板に適用した場合にその効果が大きいので、鋼板表面のめっき層は、亜鉛めっき層または Al-Zn系合金めっき層であることが好ましい。
【００２２】
次に、製造方法の限定理由を説明する。鋼素材の溶製・凝固方法、熱間圧延後の冷間圧延方法、溶融めっき方法については特に限定されず、常法によればよい。なお、必要に応じて冷延前やめっき前に酸洗を行ってもよい。
熱間圧延では、仕上温度（圧延終了温度；ＦＤＴ）をAr1 変態点未満とする。これは、少なくとも仕上圧延の最終段をα域での圧延とすることにより熱延板の結晶粒径を粗大化させておき、冷延後の焼鈍（再結晶焼鈍）において、焼鈍温度をそれほど高くすることなく平均粒径が10.0μｍ以上になる再結晶組織を得るためである。ＦＤＴがAr1 変態点以上であると、熱延板が細粒組織となり、再結晶組織の平均粒径を10.0μｍ以上とするためには、再結晶焼鈍を850 ℃以上の高温域で行わざるを得なくなる。この温度域では、固溶ＮがAlN として多量に析出してしまい、室温歪時効を起こさせることができなくなる。よって、ＦＤＴはAr1 変態点未満とした。Ar1 変態点は鋼組成と圧延条件とから決定される。
【００２３】
冷間圧延後の焼鈍は、冷延での圧延歪を除去して再結晶組織を得るために再結晶温度以上で行う。再結晶温度は鋼組成から決定される。なお、850 ℃以上で焼鈍すると上述のように室温歪時効を起こさせることができなくなることから、焼鈍温度は850 ℃未満とするのが望ましい。
焼鈍後の溶融めっきは、本発明の効果顕現性の観点から、溶融亜鉛めっきまたは Al-Zn系合金溶融めっきが好ましい。
【００２４】
溶融めっき後のレベラ加工は、トータル伸び率（以下単に伸び率という）が0.3 ％超〜2.0 ％以下になるように行う必要がある。伸び率が0.3 ％以下では降伏伸びが6.0 ％を超えるため、フルーティングを防止できなくなる。一方、伸び率が2.0 ％超では、フルーティング防止効果が飽和し、しかも薄物鋼板ではコイル破断の危険性が著しく高くなる。よって、伸び率は0.3 ％超〜2.0 ％以下とした。レベラ加工は通常のテンションレベラにて実施できるので、めっき表面のスパングル模様を損なう虞はない。
【００２５】
また、本発明では、レベラ加工後、ロール成形時の潤滑性とめっきの一次防錆を目的とした樹脂クロメート処理を行うことが好ましい。また、本発明は、非塗装用途向けの亜鉛系溶融めっき鋼板を対象としたものであるが、レベラ加工後、塗装焼付けを行いカラー鋼板として出荷することも可能である。
【００２６】
【実施例】
〔実施例１〕  連続鋳造法により鋳造した表１に示す組成を有する厚み250mm の鋼スラブＡ〜Ｅを、均熱炉にて1100℃に加熱後、ＦＤＴが表２に示す値、仕上板厚が2.3mm となるように熱間圧延し、550 ℃で巻き取ってコイルとした。該コイルを酸洗後、冷間圧延して板厚0.4mm の冷延板とし、これをインライン焼鈍方式により表２に示す焼鈍温度で焼鈍して母板とし、該母板に対して目付量150g/m2 の55％Al-Zn 合金溶融めっきを行い、次いで、伸び率が表２に示す値になるよう張力を調節しながらテンションレベラにより形状矯正を行い、さらに樹脂クロメート処理を施した。得られためっき鋼板を25℃で14日間放置した後、以下の調査に供した。
【００２７】
ポケットウェーブの発生状況：鋼板をロール成形し、ウエブ中央を長手方向に沿って渦電流式変位計で走査してポケットウェーブの長手方向プロファイルを測定した。ポケットウェーブ量として、単位長さ当たりの波の高さの総和（ｈW ＝Σｈi ）を求めた。なお、ポケットウェーブ量は1.5mm/m 以下であれば、目視でほとんど認められないと判断できるので、この値以下を耐ポケットウェーブ性の合格レベルとした。
【００２８】
フルーティングの発生状況：直径50mmの丸棒鋼の側面に底面に対して垂直に１本の溝を切り、これにコイル長手方向（Ｌ方向）100mm 、幅方向（Ｃ方向）250mm に切断した鋼板の短辺を差し込んで側面に沿って巻き付け、発生するフルーティング欠陥を目視判定で評価した。なお、フルーティング発生状況は、目視で全く認めれない場合を◎、ほとんど認められない場合を○、わずかに認められる場合を△、明瞭に認められる場合を×とし、○と◎を耐フルーティング性の合格レベルとした。
【００２９】
平均結晶粒径（ｄGS）：Ｌ方向断面の500 倍の光学顕微鏡写真を撮影し、総面積Ｓの視野内の結晶粒の総数Ｎを計測し、式：ｄGS＝√（Ｓ/(Ｎ・π) ）で求めた（π：円周率）。
比例限：JIS ５号引張試験片の中央部にゲージ長２mmの歪ゲージを貼り付け、歪速度0.0017mm/sでＣ方向に引っ張りながらＬ方向の応力- 歪曲線を測定することにより求めた。
【００３０】
降伏伸び：歪速度0.1667mm/sでＣ方向にJIS ５号引張試験を行い、応力- 歪曲線から読み取った。
上記調査の結果を表２に示す。
【００３１】
【表１】
0003710357.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003710357.tif 000003
【００３３】
表２に示すように、発明例は、本発明要件を満たす製造方法により製造され、鋼組成、ｄGS、降伏伸びの３項目とも本発明範囲内に収まっているので、耐ポケットウェーブ性、耐フルーティング性ともに合格レベルにある。
これに対し比較例では、前記３項目の１種または２種以上が本発明範囲を逸脱しているため、耐ポケットウェーブ性、耐フルーティング性のいずれか一方または両方が不合格である。
【００３４】
〔実施例２〕  連続鋳造法により鋳造した表１に示す組成を有する厚み250mm の鋼スラブＦ〜Ｑを、均熱炉にて1100℃に加熱後、ＦＤＴが表３に示す値、仕上板厚が2.3mm となるように熱間圧延し、550 ℃で巻き取ってコイルとした。該コイルを酸洗後、冷間圧延して板厚0.35mmの冷延板とし、これをインライン焼鈍方式により表３に示す焼鈍温度で焼鈍して母板とし、該母板に対して目付量130mg/m2の溶融亜鉛めっきを行い、次いで、伸び率が表３に示す値になるよう張力を調節しながらテンションレベラにより形状矯正を行い、さらに樹脂クロメート処理を施した。得られためっき鋼板を25℃で14日間放置した後、実施例１と同様の調査に供した。
【００３５】
上記調査の結果を表３に示す。
【００３６】
【表３】
0003710357.tif 000004
【００３７】
表３に示すように、発明例は、本発明要件を満たす製造方法により製造され、鋼組成、ｄGS、降伏伸びの３項目とも本発明範囲内に収まっているので、耐ポケットウェーブ性、耐フルーティング性ともに合格レベルにある。
これに対し比較例では、前記３項目の１種または２種以上が本発明範囲を逸脱しているため、耐ポケットウェーブ性、耐フルーティング性のいずれか一方または両方が不合格である。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によれば、Ｎ含有量を高くしＦＤＴをAr1 変態点未満に規制して熱間圧延し再結晶焼鈍後の平均結晶粒径を10.0μｍ以上とした低炭素鋼板を母板とし、めっき後に伸び率0.3 ％超〜2.0 ％以下のレベラ加工を行って降伏伸びを6.0 ％以下に制限したので、ロール成形性（耐ポケットウェーブ性および耐フルーティング性）に優れた建築材料用の溶融亜鉛系めっき鋼板を安価に製造できるようになるという格段の効果を奏する。