(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、Siを0.1％以上、Pを0.01％以上のうちの少なくとも一種を含む鋼板を、予熱帯、加熱帯、ラジアントチューブ方式の還元帯、冷却帯を備える熱処理炉で熱処理し、その後めっき浴に浸漬して亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、前記加熱帯を２つ以上の区域に分け、鋼板を加熱する手段として直火還元加熱方式を用いて、鋼板温度が500℃未満である区域での空燃比を1.00以上1.3以下にして鋼板表面に酸化物を生成させ、鋼板温度が570℃以上になる区域での空燃比を0.80以上1.1以下として生成させた酸化物を還元するとともに、鋼板温度が400℃以上650℃以下である間は鋼板とロールが連続して接触する時間を0.5sec未満とすることを特徴とする、溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項２】
請求項１の製造方法によって亜鉛めっきを施した後、更に合金化炉でめっき被膜の合金化処理を施すことを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に係わる。より詳細には、鋼板中にＳｉ、Ｐの少なくとも一方を含み、引張強度が３５ｋｇ／ｍｍ２以上の、プレス成形性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車の燃費向上と排気ガス低減の必要性から、自動車車体の軽量化が要求されてきた。一方、自動車の安全性に対するニーズも高まっていることから。車体を軽量化しつつ、高い車体強度を維持することが望まれている。また、車体の部品には高度な耐食性が要求される場合が多い。以上の背景から、自動車部品の素材として、高強度溶融亜鉛めっき鋼板の使用が増加しつつある。
【０００３】
他方、自動車用部品は形状が複雑なものが多く、また、製造に際して高い生産性が要求されることから、プレス成形により加工される場合が多い。しかし、高強度鋼板は軟質鋼板と比べて延性や伸びフランジ性が低いため、プレス成形性に劣るという問題がある。そこで従来より、高強度と高延性あるいは高伸びフランジ性を兼ね備えた、プレス成形性に優れる高強度溶融亜鉛めっき鋼板の開発が要望されてきた。
【０００４】
溶融めっきを施さない冷延鋼板の場合は、このような要望を満たす鋼板として、フェライト相とマルテンサイト相からなる複合組織鋼板や残留オーステナイト相を含む鋼板が発明されてきた。
【０００５】
しかし、一般的にこれらの鋼板は比較的多量のＳｉやＰを含有するため、これらの鋼板を用いて溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造することは困難である。その理由は、鋼板を焼鈍する際に鋼板表面でＳｉおよびＰの選択酸化が起こり、溶融亜鉛の濡れ性と、亜鉛と下地鋼板との反応性を低下させ、不めっきが発生したり、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するにあたって、被膜の合金化反応が著しく抑制されるためである。
【０００６】
不めっきの発生は、製品の品質を著しく低下させるため、実用上重大な問題となる。また、合金化反応性の低下によって、合金化処理を行うために高温長時間の熱処理が必要となるため、鋼板の材質に影響を与えると共に、合金化処理設備の増大を招き、生産性を悪化させる。
【０００７】
従来、これらの問題を解決するために、連続式溶融亜鉛めっきライン内の予熱帯および加熱帯において、一旦、鋼板表面にＦｅ酸化物を形成させた後還元帯において還元し、その後、めっきを施す方法が提案されてきた。特許第２５８７７２４号公報および特許第２５８７７２５号公報には、加熱帯において、火炎バーナーによって鋼板表面に急速に酸化膜を生成させ、その後、還元炉において、水素雰囲気中で酸化膜を還元する方法が開示されている。また、特許第２７９２４３４号公報には、予熱帯および加熱帯において、雰囲気の露点と鋼板温度を制御することにより、鋼板表面に酸化膜を形成し、その後還元炉において還元する方法が開示されている。
【０００８】
しかし、実際の連続式溶融亜鉛めっきラインにこれらの方法を適用しようとすると、ライン内でのピックアップの問題が発生する。すなわち、鋼板が表面に酸化物を生成させた状態でロールに接触するため、ロールに酸化物が付着する。その付着物が蓄積し、設備内部を汚したり、後に続く鋼板に押し込まれ、押し疵等の原因になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものである。すなわち、ＳｉおよびＰを含有する鋼板を下地とし、めっきの濡れ性と合金化処理性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記の問題を解決するために、連続式溶融亜鉛めっきラインにおける製造方法について検討を重ね、本発明を完成した。
【００１１】
前記課題を解決するための本発明の手段は次のとおりである。
(1)第１発明は、重量％で、Siを0.1％以上、Pを0.01％以上のうちの少なくとも一種を含む鋼板を、予熱帯、加熱帯、ラジアントチューブ方式の還元帯、冷却帯を備える熱処理炉で熱処理し、その後めっき浴に浸漬して亜鉛めっきを施す溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、前記加熱帯を２つ以上の区域に分け、鋼板を加熱する手段として直火還元加熱方式を用いて、鋼板温度が500℃未満である区域での空燃比を1.00以上1.3以下にして鋼板表面に酸化物を生成させ、鋼板温度が570℃以上になる区域での空燃比を0.80以上1.1以下として生成させた酸化物を還元するとともに、鋼板温度が400℃以上650℃以下である間は鋼板とロールが連続して接触する時間を0.5sec未満とすることを特徴とする、溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法である。
【００１４】
(2)第２発明は、第１発明の製造方法によって亜鉛めっきを施した後、更に合金化炉でめっき被膜の合金化処理を施すことを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。まず、本発明の鋼板成分の限定理由について述べる。
【００１６】
（１）Ｓｉ：０．１％以上。
Ｓｉは鋼板を高強度化し、かつ材質を安定化させるために添加する。上記の目的のためには、０．１％以上のＳｉが必要である。
【００１７】
（２）Ｐ：０．０１％以上。
ＰもＳｉと同様、鋼板を高強度化するために添加するが、上記効果を得るためには０．０１％以上の添加が必要である。
【００１８】
次に、連続式溶融亜鉛めっきラインにおける製造方法の限定理由について述べる。
【００１９】
（３）加熱帯を２つ以上の区域に分け、それぞれの区域における空燃比を制御する。
【００２０】
Ｓｉが０．１％以上またはＰが０．０１％以上添加されている鋼板は、［従来技術］の項で述べたとおり、鋼板表面でＳｉおよびＰの選択酸化が起こり、亜鉛めっきの濡れ性および合金化処理性が低下する。そこで、還元工程の前に鋼板表面にＦｅ酸化物を形成し、ＳｉおよびＰの拡散を抑制することによって、これらの成分の選択酸化を抑制することが必要となる。しかし、予熱帯および加熱帯で酸化物を形成し、還元帯でその酸化物を還元する従来の方法では、ロールによるピックアップの問題が発生する。
【００２１】
そこで、本発明者らは、加熱帯を２つ以上の区域に分け、それぞれの区域における空燃比を制御することによって、加熱帯の中で酸化＋還元工程を完了して、ロールへのピックアップを防止する方法を考えだした。本発明者らは、実験室での検討と実際の連続式溶融亜鉛めっきラインでの検討を重ね、加熱帯における鋼板温度と空燃比の適正範囲を求め、本発明を完成した。その内容は以下のとおりである。
【００２２】
（４）加熱帯において、鋼板温度が５００℃未満である区域での空燃比を１．００以上１．３以下、鋼板温度が５７０℃以上になる区域での空燃比を０．８０以上１．１以下とする。
【００２３】
本発明者らの検討の結果、570℃未満の温度域で生成した鋼板表面上の酸化物は、570℃以上の温度域で生成した酸化物と比較して、鋼板から剥離しにくいことが明らかになった。したがって、ピックアップ性の観点から、酸化物の生成は570℃未満、好ましくは500℃未満の温度域で行われることが好ましい。一方、加熱帯において、鋼板上に酸化物を安定して生成するためには、1.00以上1.3以下の空燃比が必要であることも判明した。その理由は、空燃比1.00未満では酸化物を安定して形成させることが困難であり、1.3より大きいと、酸化物が急速に生成しすぎて加熱帯内で還元しきれなくなり、ロールのピックアップが発生するためである。
【００２４】
このようにして生成させた酸化物を、加熱帯の後半部分で還元する。そのためには、この区域の空燃比を０．８０以上１．１以下とすることが好ましい。その理由は、空燃比が１．１より大きいと加熱帯で還元が十分に行われずにピックアップが発生し、０．８０未満では燃焼の効率が低下し、製造コストが増大するためである。
【００２５】
（５）加熱帯で鋼板を加熱する手段として直火還元加熱方式を用いる。
本発明は、加熱帯において、鋼板表面の酸化と還元を両方行うことを特徴としている。したがって、炎が還元炎と酸火炎からなり、空燃比を変えることによりその比率を任意に制御できる直火還元加熱方式が、本発明に適している。
【００２６】
（６）加熱帯において、鋼板温度が４００℃以上６５０℃以下である間に、鋼板とロールが連続して接触する時間が０．５ｓｅｃ未満である。
【００２７】
酸化物がロールによってピックアップされることを防止するためには、鋼板上に酸化物が形成されている間は、鋼板がロールに接触する機会をなるべく少なくすることが必要である。このため、本発明では、酸化物は加熱帯の中で形成され還元されることを基本としているが、加熱帯の内部においても、なるべく鋼板とロールの接触時間を短くする方が好ましい。検討の結果、ロールによるピックアップ量は、ロールと鋼板の温度、接触圧力、接触時間に依存し、鋼板とロールが連続して接触する時間が０．５ｓｅｃ未満であれば、ピックアップ量は無視できる程度に小さくなることが判明した。また、本発明において、酸化物が厚く生成されるのは鋼板温度が４００℃以上６５０℃以下の範囲である。そこで、この温度域において、鋼板とロールが連続して接触する時間の上限を０．５ｓｅｃとする。
【００２８】
本発明は、連続式溶融亜鉛めっきラインで溶融亜鉛めっき鋼板あるいは合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合を対象としている。本発明において、前記で規定しない鋼板の成分、鋼の溶製、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、前記で規定しない溶融亜鉛めっき条件および合金化処理条件等は特に限定されず、通常行われている方法でよい。
【００２９】
溶融亜鉛めっきの前にＦｅあるいはＮｉを主成分としたプレめっきを施し、めっきの濡れ性や密着性、および合金化処理性を更に改善する方法も、本発明の範囲内に含まれる。
【００３０】
また、溶融亜鉛めっきあるいは合金化処理の後に、ＦｅあるいはＮｉを主成分とした上層めっきを施し、プレス成形性を改善する方法も、本発明の範囲内に含まれる。
【００３１】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。表１に示す鋼を溶製し、鋳造して得られたスラブを板厚３．０ｍｍに熱間圧延した。熱間圧延は、仕上げ温度を９００℃とし、仕上げ圧延後６５０℃で巻き取った。その後、酸洗し、更に冷間圧延して板厚１．０ｍｍの鋼板を得た。
【００３２】
【表１】
0003598889.tif 000002
【００３３】
次いで、前記で得た鋼板を用い、予熱帯、加熱帯、ラジアントチューブ方式の還元帯、冷却帯、めっき浴、合金化炉の設備を備えた連続式溶融亜鉛めっきラインで溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。加熱帯を２つの区域に分け、それぞれの区域における空燃比を制御した。それぞれの区域における空燃比と２つの区域の境界における鋼板温度を表２に示した。鋼板の加熱には直火還元加熱バーナーを使用した。加熱帯における鋼板表面の酸化および還元に引き続き、焼鈍、冷却、両面への溶融めっき、ガスワイピングを行った。めっき付着量は片面あたり４５〜５５ｇ／ｍ２になるようにした。製造した鋼板の一部は、合金化処理を施さずに溶融亜鉛めっき鋼板とし、残りは引き続き合金化処理を施し、合金化溶融亜鉛めっき鋼板とした。
【００３４】
このようにして作製したサンプルを、以下に示す方法で評価した。
溶融亜鉛めっき鋼板については、不めっきの有無を評価した。目視観察を行った結果、不めっきが認められなかったものを合格（○）、認められたものを不合格（×）とした。
【００３５】
合金化処理性については、連続式溶融亜鉛めっきラインにおけるラインスピードと合金化温度を一定とし、合金化処理後のめっき被膜中のＦｅ濃度によって評価した。このとき、ラインスピードは７５ｍｐｍとし、合金化処理温度は５５０℃とした。めっき被膜の付着量およびＦｅ濃度は、被膜を塩酸で溶解し、ＩＣＰによって測定した。
【００３６】
また、ピックアップ性については、上記の鋼板を通板させた後、酸化物のピックアップが認められた場合は不合格（×）、認められなかった場合は合格（○）とした。
【００３７】
評価結果を、表２に併せて記載した。
【００３８】
【表２】
0003598889.tif 000003
【００３９】
以下、表２に示した実施例について述べる。
実験Ｎｏ．１〜４は本発明例である。鋼板は予熱帯を通過した後、加熱帯区域１を通過するが、ここでの空燃比は１．０６〜１．２５の範囲にあった。その後、鋼板は加熱帯区域２に進入するが、２つの区域の境界における鋼板温度は５２５〜５４０℃であった。加熱帯区域２での空燃比は０．８７〜１．０１の範囲であった。このようにして製造された鋼板は、ピックアップを起こすことがなく、めっきの濡れ性も良好であった。また、合金化処理性にも優れていた。
【００４０】
実験Ｎｏ．５〜１２は比較例である。実験Ｎｏ．５、７、８は、加熱帯区域２の空燃比が高すぎたため、めっきの濡れ性と合金化処理性は良好であるが、ロールによるピックアップが認められた。
【００４１】
実験Ｎｏ．６は、加熱帯区域１の空燃比が高すぎたため、めっきの濡れ性と合金化処理性は良好であるが、ロールによるピックアップが認められた。
【００４２】
実験Ｎｏ．９〜１２は、加熱帯区域１の空燃比が低すぎたため、めっきの濡れ性と合金化処理性が劣った。
【００４３】
【発明の効果】
以上示したように、本発明によれば、従来製造が困難であった、Ｓｉ、Ｐ含有鋼板を下地とした溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板を、連続式溶融亜鉛めっきラインを用いて、低コストで生産性良く製造することができる。下地鋼板にＳｉ、Ｐを添加することにより、鋼板組織をマルテンサイト相を含む複合組織や残留オーステナイト相を含む組織にすることができ、引張強度が３５ｋｇ／ｍｍ２以上の高強度で、かつプレス成形性に優れた材質を得ることができる。
【００４４】
本発明によって製造された鋼板は、表面に溶融亜鉛めっき皮膜を有しているために耐食性に優れ、高強度でかつプレス成形性に優れているため、自動車部品をはじめ多くの用途に使用することができる。