(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
板厚中央部での成分組成が、
Ｃ：０．００３重量％以下、
Ｓｉ：０．００１重量％超え〜０．０３重量％以下、
Ｍｎ：０．００１重量％超え〜０．０５％重量％以下、
Ｓ：０．００３重量％以下、
Ａｌ：０．００２重量％超え〜０．０５％重量以下、
Ｎ：０．００２重量％以下、
Ｏ：０．００２重量％以下、
を含有し、且つ鉄以外の成分の和が０．１０重量％以下であり、
表面から板厚の３％以内の厚さまでの成分組成が、
Ｓｉ：０．００１重量％以下、
Ｍｎ：０．００１重量％以下、
Ａｌ：０．００２重量％以下、
であることを特徴とする耐食性に優れた薄鋼板。
【請求項２】
上記板厚中央部での成分組成に、
Ｔｉ：０．００８重量％以下、
Ｎｂ：０．００５重量％以下、
のうち１種または２種を追加含有させることを特徴する請求項１記載の耐食性に優れた薄鋼板。
【請求項３】
上記板厚中央部での成分組成にさらに、
Ｂ：０．００５重量％以下を追加含有させたことを特徴とする請求項１あるいは２記載の耐食性に優れた薄鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、極低炭素鋼からなる薄鋼板に関し、特に、自動車の車体用として、曲げ加工、プレス成形加工、絞り成形加工が施されても、優れた耐食性を示す鋼板に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、省エネルギーや地球環境の保全等の理由で、自動車の燃費節減要求が高まっており、この要求に答えるべく、車体の軽量化が強く求められるようになった。車体を軽量化するには、板厚を減らしても必要な強度が得られるよう、高強度化した鋼板が必要となる。しかし、かかる高強度化した鋼板の厚みを減少させると、その板の耐食性が低下する傾向が見られ、耐食性低下の防止という別の課題が重要となってきた。
【０００３】
一方、自動車用構造材、特に足回り部材には、従来より耐食性に優れた鋼板が使用されている。それは、自動車等が、海岸地帯における海水飛沫、寒冷地での路面凍結防止や融雪用に散布された食塩等の腐食環境にさらされ、孔あき腐食するのを防止するため、耐食性に関して一層優れた特性を有する鋼板が要求されるようになったからである。耐食性に着目した鋼板には、従来より溶融亜鉛めっき鋼板等、種々の表面処理鋼板が開発され、使用されている。
【０００４】
しかしながら、塗装や「めっき」のはがれ易い足回り部品等では、採用した鋼板の耐食効果はまだ充分でなく、鋼板そのものの耐食性向上が必要となっている。そこで、例えば特開昭６２−２４３７３９号公報は、Ｃ量を０．００１〜０．０２重量％とした低炭素鋼に、ＣｕやＮｉを添加し，耐食性を向上させた鋼板を開示した。ところが、ＣｕやＮｉの添加は、かえって鋼板の表面性状を劣化させ、製品板の段階で研削等の手入れを必要とし、生産性が低下するという問題があった。
【０００５】
また、「極めて高純度化した鋼は耐食性が良好である」との知見もあるが、含有する元素を全て低減するには、現在の製鋼技術ではまだ難しい面がある。つまり、鋼の高純度化は、精錬等の処理に多くの時間を費やし、コスト及び生産性の点で不利なので、耐食性の向上を狙った高純度鋼板はいまだ実用化されていない。なお、Ｓ含有量を低減して耐食性の強化を図った鋼板の例はあるが（ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ、ｖｏｌ．８（１９９５）−１４２５頁参照）、それとても、ＣｕやＰの添加効果と合わせることで目的を達成しており、高純度化の思想を充分生かしたものではない。また、このように高純度化した鋼板は、強度が低く、自動車用として使用できないという問題もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情を鑑み、「めっき」を施したり、Ｃｕ，Ｎｉ等の元素添加や、高純度化をせずに、自動車の足回り部材、補強部材等に使用しても耐食性を充分に示す薄鋼板を、安価で且つ高生産性のもとで提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的の実現に向けて鋭意研究を重ね、同一鋼板の成分組成を板厚方向で異ならせると、該鋼板全体で耐食性と深絞り性が極めて良くなることを知見し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は、板厚中央部での成分組成が、
Ｃ：０．００３重量％以下、
Ｓｉ：０．００１重量％超え〜０．０３重量％以下、
Ｍｎ：０．００１重量％超え〜０．０５％重量％以下、
Ｓ：０．００３重量％以下、
Ａｌ：０．００２重量％超え〜０．０５％重量以下、
Ｎ：０．００２重量％以下、
Ｏ：０．００２重量％以下、
を含有し、且つ鉄以外の成分の和が０．１０重量％以下であり、表面から板厚の３％以内の厚さまで（表層）の成分組成が、
Ｓｉ：０．００１重量％以下、
Ｍｎ：０．００１重量％以下、
Ａｌ：０．００２重量％以下、
であることを特徴とする耐食性に優れた薄鋼板である。
【０００８】
また、本発明は、上記板厚中央部での成分組成に、
Ｔｉ：０．００８重量％以下、
Ｎｂ：０．００５重量％以下、
のうち１種または２種を追加含有させたり、あるいは、上記板厚中央部での成分組成にさらに、
Ｂ：０．００５重量％以下、
を追加含有させたことを特徴とする耐食性に優れた薄鋼板でもある。
【０００９】
本発明では、薄鋼板の組成を上記のような所謂「層構造」としたので、鋼板全体の耐食性が従来より大幅に向上するようになる。その結果、「めっき」を施したり、Ｃｕ，Ｎｉ等の元素添加や、特別に高純度化をしなくとも、自動車の足回り部材、補強部材等に使用しても耐食性を充分に示す薄鋼板を、安価で且つ高生産性のもとでえられるようになった。
【００１０】
以下、本発明に至る研究経緯も含めて、その実施形態を説明する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、発明者は、Ｃ：０．００２重量％、Ｓｉ：０．０１重量％、Ｍｎ：０．０３重量％、Ｓ：０．００１５重量％、Ａｌ：０．０２４重量％、Ｎ：０．００１６重量％、Ｏ：０．００１重量％、残り鉄及び不可避不純物からなる成分組成の素鋼板を、１０５０℃で加熱−均熱した後、８８０℃の仕上げ温度で板厚１．０ｍｍに熱間圧延した。そして、酸洗いせず熱延したままの鋼板に、１０ｖｏｌ％Ｈ２  −９０ｖｏｌ％Ｎ２  のガス雰囲気、８５０℃の雰囲気温度で２０秒間の還元焼鈍が施された。これは、熱延で生成され表面に付着したスケールから酸素を除去し、スケールが形成する層を非常にＦｅが富んだ組成に変更することを意図したものである。また、上記還元焼鈍した鋼板と特性を比較するため、熱延したままの鋼板に、酸化性雰囲気、あるいは不完全な還元性雰囲気で焼鈍したものも準備した。
【００１２】
上記熱処理を施した鋼板は、６ケ月間の大気暴露にかけられ、その前後の最大孔食深さを測定して、耐食性が評価された。その結果、還元性雰囲気で焼鈍した鋼板の耐食性は、酸化性や不完全な還元性の雰囲気で焼鈍した鋼板の耐食性に比べ、非常に優れていることがわかった。この改善原因を詳細に検討したところ、鋼板の中央部と表層部の成分組成に、焼鈍条件によって差があることを発見した。その差は、特に、Ｓｉ、Ｍｎ、Ａｌの含有量において顕著であった。なお、表層の化学分析は、板厚の０〜３％の厚さ以内から採取した試料で行った。
【００１３】
孔食深さの測定例を、図１〜３に、表層でのＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ量との関係で示す。なお、図１〜３では、還元が十分に施された場合の測定値を記号■で、不完全に還元された場合を記号○で示している。
これらの図から明らかなように、還元焼鈍で表層の成分が、Ｓｉ≦０．００１重量％、Ｍｎ≦０．００１重量％、Ａｌ≦０．００２重量％を同時に満足した場合に、孔食深さが小さく、耐食性が良い。表層において、上記３成分のいずれか１成分が上記範囲から外れた場合には、図１〜３に外れた成分値を明記したように、孔食深さが大きくなる。
【００１４】
かかる現象を示した原因は今のところ明らかではないが、熱延により生成した酸化被膜が焼鈍により還元され、表層が非常にＦｅが富んだ組成となったこと、及び強度や深絞り性を考慮して含有させたＳｉ、Ｍｎ、Ａｌの含有量が、表層において著しく低減したことが関係していることだけは確からしい。
そこで、発明者は、以上の実験結果に基づき、種々の検討を行い、本発明に係る「耐食性に優れた薄鋼板」としての要件を、以下のように決定した。
・成分組成
（１）鋼板中央部
Ｃ：０．００３重量％以下
Ｃは、少なければ少ないほど深絞り性が向上するので好ましい。また、最近の製鋼技術の進歩で、その含有量を０．００３重量％以下の所謂極底炭素領域にすることは問題ないので、０．００３重量％以下に限定した。
【００１５】
Ｓｉ：０．００１重量％超え〜０．０３重量％以下
Ｓｉは、鋼を強化する作用を有することから、ユーザー所望強度に応じて必要量を含有させるが、その量が０．０３重量％を超えると、深絞り性、耐食性を劣化させるので、０．０３重量％を上限とした。一方、下限は、成形品の強度を得るため、０．００１重量％超えとする。
【００１６】
Ｍｎ：０．００１重量％超え〜０．０５重量％以下
Ｍｎは、鋼を強化する作用を有することから、ユーザー所望強度に応じて必要量を含有させるが、その量が０．０５重量％を超えると深絞り性、耐食性を劣化させるので、０．０５重量％を上限とした。一方、下限は、成形品の強度を得るため、０．００１重量％超えとする。
【００１７】
Ｓ：０．００３重量％以下
Ｓは、少なければ少ないほど深絞り性が向上するので好ましい。また、最近の製鋼技術の進歩で、その含有量を０．００３重量％以下の低い領域にすることは問題ないので、０．００３重量％以下に限定した。
Ａｌ：０．００２重量％超え〜０．０５重量％以下
Ａｌは、溶鋼の脱酸を行い、炭・窒化物形成元素の歩留り向上のために含有させるが、その量が０．０１重量％を超えると、深絞り性、耐食性を劣化させるので、０．０１重量％を上限とした。一方、下限は、Ａｌによる脱酸を行い、鋼中の酸素量を所定量に調整するため、０．００２重量％超えとする。
【００１８】
Ｎ：０．００２重量％以下
Ｎは、少なければ少ないほど深絞り性が向上するので好ましい。よって、現在の製鋼技術の実現可能な領域として０．００２重量％以下に限定した。
Ｏ：０．００２重量％以下
Ｏも、少なければ少ないほど深絞り性が向上するので好ましい。よって、Ｎと同様に０．００２重量％以下に限定した。
【００１９】
Ｔｉ：０．００８重量％以下
Ｔｉは、炭・窒化物形成元素であり、鋼中の固溶Ｃ、ＮをＴｉＣ、ＴｉＮとして析出固定させ、深絞り性に有利な｛１１１｝方位を形成させるために添加される。しかし、過剰に添加しても、炭・窒化物形成元素としての効果は飽和し、むしろ再結晶化温度を高くしたり、表面性状の劣化につながることもあるので、添加する場合には、０．００８重量％以下に限定する。なお、好ましくは、０．０００５重量％以上の添加が望まれる。
【００２０】
Ｎｂ：０．００５重量％以下
Ｎｂは、炭化物形成元素であり、鋼中の固溶Ｃ、をＮｂＣとして析出固定させ、深絞り性に有利な｛１１１｝方位を形成させるために添加される。しかし、過剰に添加しても、炭化物形成元素としての効果は飽和し、むしろ再結晶化温度を高くしたり、表面性状の劣化につながることもあるので、添加する場合には、０．００５重量％以下に限定する。なお、Ｔｉ同様、好ましくは、０．０００５重量％以上の添加が望まれる。
【００２１】
Ｂ：０．０００５重量％以下
Ｂは、上記Ｔｉ及びＮｂの添加でＣを固定する場合の二次加工脆性改善のために添加するが、０．０００５重量％を超えて添加しても、耐二次加工脆性への効果が飽和し、むしろ深絞り性に悪影響を与えるので、添加する場合には、０．０００５重量％以下に限定する。なお、好ましい下限量は、０．００００１重量％である。
【００２２】
鉄以外の成分の和が０．１０重量％以下
高純度鋼は耐食性が良いので、鉄及び不可避的不純物の重量％の和は、耐食性に大きな影響を与える。従って、鋼板の純度を向上することが好ましいが、純度を向上させるには、精錬時間が長く必要であり生産性を損ねる。また鋼の強度が低下し、また肌荒れも起こし易くなる。そこで、本発明では、それらの弊害を防止するため、鋼板中央部でのＦｅ以外の添加元素量として合計０．１０重量％までの含有を許容することにし、この範囲内で上述した成分の組成を決定する。
（２）板表面から板厚の３％以内の厚さまで（表層）の成分組成
所謂表層での成分組成は、本発明において最も重要な要件である。つまり、板表面から板厚の３％以内の厚さまでの成分組成のうち、Ｓｉを０．００１重量％以下、Ｍｎを０．００１重量％以下、Ａｌを０．００２重量％以下にすることによって、優れた耐食性を示すことを発見したからである（前記図１〜３参照）。
【００２３】
また、Ｓｉ、Ｍｎ及びＡｌは、鋼板を強化する元素として必要量含有させることで、深絞り性、強度を確保する。よって、表層から板厚の３％以内の厚さまで、最低限上記値にすることで目的を達成する。
次に、本発明でいう鋼板の表層を、板表面から板厚３％以内の範囲とした理由は、発明者の実験によれば、上記のように、この範囲で優れた耐食効果が得られるからである。また、鋼板の強度確保の点では、必要以上の厚みにわたり、Ｓｉ，Ｍｎ，Ａｌを低減することは好ましくないからでもある。従って、本発明でいう鋼板の中央部とは、上記表層以外の内部側がそれに相当することになる。
【００２４】
具体的に表層のＳｉ、Ｍｎ、Ａｌを低減する方法は、既に述べたように、熱延で生成したスケールを付着したまま、鋼板を還元性雰囲気で焼鈍し、スケールを完全に還元することである。還元雰囲気、温度、あるいは焼鈍時間は、以下で述べる実施例に示すよう、公知の装置を用い、公知の条件を採用すれば足る。
さらに、本発明では、１．２ｍｍ以下の薄鋼板を製造した後、酸洗する必要がないので、酸洗コスト及びその工程が省略可能で、さらに鋼板の用途によっては、そのまま所謂ＣＡＬ（連続焼鈍ライン）、もしくは「めっき」ラインで焼鈍させれば、冷延の必要がなく、冷延コスト低減及び工程省略が可能である。従って、本発明は、耐食性に優れる鋼板の提供のみならず、工程省力によるコストダウンや生産性向上が可能となり、まさに画期的技術である。
【００２５】
【実施例】
表１に示す化学組成の鋼鋳片を、１０５０℃で加熱−均熱した後、熱間で粗圧延−仕上げ圧延を行い、１．０ｍｍ厚の熱延鋼板を製造した。そして、引続いてこの熱延鋼板を、酸洗せず直ちに、炉内雰囲気９０％Ｎ２  −１０％Ｈ２  の焼鈍炉に装入し、９００℃の温度で２０秒間焼鈍を行った。さらに、この焼鈍された鋼板に冷間圧延を施し、再度通常行われている連続焼鈍の条件で焼鈍を行った。なお、表１の鋼鋳片には、本発明に係る成分範囲を外れるもの（アンダー・ラインで示す）も含んでいるが、ここでは、それら鋼鋳片を比較例として処理する。また、板厚が薄いので、冷延によって表層が大きく変化することはない。
【００２６】
【表１】
0003584623.tif 000002
【００２７】
本発明に係る鋼板及び比較例鋼板の特性は、上記の焼鈍後の鋼板から採取した試料で引張り試験、成形性を評価するランクフォード値の測定、耐食性のための暴露試験を行い、評価した。
その際、引張り試験は、日本工業規格（ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１、記載５号）に規定された定形試験片を製作して行われた。また、該鋼板のｒ（ランクフォード）値は、１５％の引張り予歪みを与えた後、３点法にて測定し、Ｌ方向（圧延方向）、Ｄ方向（圧延方向に４５度方向）、Ｃ方向（圧延方向に９０度方向）の平均値を、下記式によって求めた。
【００２８】
ｒ＝（ｒＬ  ＋２ｘｒＤ  ＋ｒＣ  ）／４
さらに、耐食性は、前記した方法と同様に、鋼板の大気暴露を６ケ月間行い、暴露後の腐食試験前後の重量減及び腐食試験後の最大孔食深さで評価した。
これら試験の結果を表２に、また板表面から板厚の３％以内までの成分組成を表３に示す。表２及び表３によれば、本発明に係る鋼板は、全て優れた耐食性を有すると同時に、深絞り性も良いことがわかる。また、表２から明らかなように、本発明に係る鋼板は、高いｒ値を示している。一方、比較例として示した鋼板は、少なくとも加工性か、耐食性かのいずれか一方が劣っている。
【００２９】
【表２】
0003584623.tif 000003
【００３０】
【表３】
0003584623.tif 000004
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明により、鋼板中央部での成分組成と、表面から板厚の３％以内の厚さまで（表層）の成分組成のうちのＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ含有量とを適切に調整し、耐食性及び深絞り性に優れた薄鋼板を提供することが可能となった。その結果、従来のように、「めっき」を施したり、Ｃｕ等の特殊元素を添加することなく、耐食性及び加工性に優れた薄鋼板が安価に提供できるようになった。ただし、厳しい耐食性の要求される鋼板に対しては、本発明に係る鋼板に、さらに「めっき」を施し、その要求に応じることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋼板表層のＳｉ含有量と該鋼板の孔食深さとの関係を示す図である。
【図２】鋼板表層のＭｎ含有量と該鋼板の孔食深さとの関係を示す図である。
【図３】鋼板表層のＡｌ含有量と該鋼板の孔食深さとの関係を示す図である。
【図１】
0003584623.tif 000005
【図２】
0003584623.tif 000006
【図３】
0003584623.tif 000007