(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重量％で、C：0.05〜0.30％、Mn：0.5〜3.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Ti：0.09〜0.5％、N：0.01％以下を含有し、かつSi：0.5〜2.5％、Cr：1.0〜5.0％、Al：0.8〜3.0％のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼板組成であり、鋼板組織として、体積率で1％以上の残留オーステナイトを含むことを特徴とする、高強度高延性溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項２】
請求項１に記載の高強度高延性溶融亜鉛めっき鋼板において、鋼板が、更にMo：1.0％以下、B：0.01％以下、V：0.1％以下、Ni：0.8％以下、Cu：0.8％以下のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする、高強度高延性溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項３】
重量％で、C：0.05〜0.30％、Mn：0.5〜3.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Ti：0.09〜0.5％、N：0.01％以下を含有し、かつSi：0.5〜2.5％、Cr：1.0〜5.0％、Al：0.8〜3.0％のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼板組成であり、鋼板組織として、体積率で1％以上の残留オーステナイトを含むことを特徴とする、高強度高延性合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項４】
請求項３に記載の高強度高延性合金化溶融亜鉛めっき鋼板において、鋼板が、更にMo：1.0％以下、B：0.01％以下、V：0.1％以下、Ni：0.8％以下、Cu：0.8％以下のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする、高強度高延性合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関する。より詳細には、鋼板中に残留オーステナイトを含み、引張強度が４５ｋｇ／ｍｍ２以上の、プレス成形性に優れた高強度高延性溶融亜鉛めっき鋼板および合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、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、通常、車体の部品には高い耐食性が要求される。以上の背景から、自動車用部品の素材として、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、高強度と高延性を兼ね備えた、プレス成形性に優れる高強度鋼板の開発が要望されてきた。
【０００４】
このような要望に対して、めっきを施さない冷延鋼板については、残留オーステナイトの加工誘起変態を利用することにより、優れた強度−延性バランスを持つ鋼板を得られることが、特開昭６０−４３４３０号公報などに開示されている。この冷延鋼板は、Ｃ、Ｓｉ、Ｍｎ等を含有する鋼板を、オーステナイト域あるいはフェライト＋オーステナイト二相域で焼鈍した後、フェライト・パーライト変態を起こさないようにベイナイト変態温度域まで急冷し、その温度域で一定時間保持してオーステナイト→ベイナイト変態をある程度進行させることによって、残ったオーステナイト中にＣを濃化させ、  Ｃ濃度の高いオーステナイトが存在する状態で室温まで冷却し、鋼板中に残留オーステナイトを生成させることによって得られる。
【０００５】
しかし、溶融亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関しては、上記のような残留オーステナイトを含有する鋼板は製造されていない。その理由は、連続溶融亜鉛めっきラインで、上記の鋼板を製造するに際して、２つの問題点があるためである。
【０００６】
問題点の１つは、連続溶融亜鉛めっきラインは、めっき前の表面を清浄に保つ必要性から水冷が困難であり、また溶融めっきや合金化処理の工程を含むため、鋼板に上記のような急冷や等温保持を含む熱処理を施すことが難しく、残留オーステナイトを生成させにくいことである。
【０００７】
もう１つの問題点は、従来の残留オーステナイト鋼板は比較的多量のＳｉを含むため、鋼板表面にＳｉの酸化物が形成され、溶融めっきを施した場合に、めっき密着性や合金化処理性が劣り、めっき剥離が生じたり、皮膜の合金化が困難であったりする点である。このような鋼板上にめっきされた亜鉛皮膜を合金化するためには、通常の鋼板を用いた場合に比べて、より高温長時間の熱処理が必要となるが、これは設備の増大を招き、生産性を悪化させる。
【０００８】
前者の問題点に関しては、特開平５−１７１３４４号公報、特開平６−１４５７８８号公報および特開平６−１４５８９３号公報において、連続溶融亜鉛めっきラインでも実現可能な熱処理方法が開示されている。しかし、これらの文献に記載されている熱処理方法は、その製造条件の範囲が極めて広く記述されており、実際の生産における有用性に乏しい。また、特開平６−１４５８９３号公報に開示されている鋼板は、引張強度が１２０ｋｇ／ｍｍ２以上と極めて高強度であるため、プレス成形には適さず、比較的軽度の加工部品に適用されるのみである。
【０００９】
後者の問題点に関しては、特開平５−２４７５８６号公報、特開平６−１４５８９２号公報および特開平６−１４５７８８号公報に、鋼板中のＳｉ含有量を制限してめっき密着性を改善する方法が提案されているが、単にＳｉ量を制限するだけでは、その効果は不十分である。また、合金化処理性を改善する手段については、従来見出されていない。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記の事情を考慮して、本発明は、高強度と高延性を兼ね備え、連続溶融亜鉛めっきラインにおいて製造することが可能な、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提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の問題を解決するために検討を重ね、本発明を完成した。
【００１２】
前記課題を解決するための本発明は次のとおりである。
(1)第１発明は、重量％で、C：0.05〜0.30％、Mn：0.5〜3.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Ti：0.09〜0.5％、N：0.01％以下を含有し、かつSi：0.5〜2.5％、Cr：1.0〜5.0％、Al：0.8〜3.0％のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼板組成であり、鋼板組織として、体積率で1％以上の残留オーステナイトを含むことを特徴とする、高強度高延性溶融亜鉛めっき鋼板である。
(2)第２発明は、第１発明において、鋼板が、更にMo：1.0％以下、B：0.01％以下、V：0.1％以下、Ni：0.8％以下、Cu：0.8％以下のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする、高強度高延性溶融亜鉛めっき鋼板である。
(3)第３発明は、重量％で、C：0.05〜0.30％、Mn：0.5〜3.0％、P：0.03％以下、S：0.03％以下、Ti：0.09〜0.5％、N：0.01％以下を含有し、かつSi：0.5〜2.5％、Cr：1.0〜5.0％、Al：0.8〜3.0％のうち１種または２種以上を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる鋼板組成であり、鋼板組織として、体積率で1％以上の残留オーステナイトを含むことを特徴とする、高強度高延性合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。
(4)第４発明は、第３発明において、鋼板が、更にMo：1.0％以下、B：0.01％以下、V：0.1％以下、Ni：0.8％以下、Cu：0.8％以下のうち、１種または２種以上を含有することを特徴とする、高強度高延性合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の限定理由について作用とともに説明する。
【００１４】
Ｃ：０．０５〜０．３０％
Ｃは、鋼の強度を確保するとともに、オーステナイト中へ濃化してオーステナイトを安定化し、残留オーステナイトを生成させるための基本的な成分である。この残留オーステナイトが、加工時に加工誘起変態を起こし、鋼板の延性を向上させる。上記の効果を得るため０．０５％を下限とする。しかし、Ｃの過剰な添加は溶接性を劣化させるため、上限を０．３０％とする。
【００１５】
Ｍｎ：０．５〜３．０％
Ｍｎは、オーステナイトを安定化させ、フェライト・パーライト変態を抑制する効果があり、残留オーステナイトの生成に有効である。本発明の鋼板は、連続溶融亜鉛めっき設備を用いて焼鈍を行うことを前提としているため、フェライト・パーライト変態温度域における冷却速度をあまり大きくできず、熱処理の制御のみでフェライト・パーライト変態を完全に抑制することは困難である。したがって、Ｍｎのようなオーステナイト安定化元素の添加が特に重要になる。上記の効果を得るために下限を０．５％とし、３．０％越えて添加しても、効果が飽和し製造コストが高くなるため、上限を３．０％とする。
【００１６】
Ｐ：０．０３％以下
Ｐは、オーステナイトを安定化させる効果もあるが、反面、鋼板の加工性、めっき密着性およびめっき皮膜の合金化処理性を劣化させるため、上限を０．０３％とする。
【００１７】
Ｓ：０．０３％以下
Ｓは、加工性の面で低い方が望ましく、上限を０．０３％とする。
【００１８】
Ｔｉ：０．０９〜０．５％
Ｔｉは、炭化物を形成して鋼板組織を微細化する。その結果、鋼板表面の結晶粒界密度が増加し、亜鉛浴中およびめっき後の合金化処理工程における皮膜の合金化が促進される。この作用によって、Ｓｉ等の添加による皮膜密着性および合金化処理性の劣化を補うことができる。また、鋼板組織を微細化することにより、強度を向上させる効果もある。０．０９％未満では、上記効果が認められないため、下限を０．０９％とする。０．５％を越える量を添加しても上記効果が飽和するため、上限は０．５％とする。
【００１９】
Ｎ：０．０１％以下
Ｎは、加工性の面で低い方が望ましく、上限を０．０１％とする。
【００２０】
本発明の鋼板は、更に、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃｒのうち１種または２種以上を含有する。
Ｓｉ：０．５〜２．５％
Ｓｉは、セメンタイトの形成を抑制してＣのオーステナイト中への濃化を促進し、残留オーステナイトの生成を容易にする。反面、鋼板表面に濃化し酸化物を生成し、溶融亜鉛めっきのぬれ性を悪化させて、皮膜の密着性を劣化させるとともに、皮膜の合金化を妨げる。０．５％未満では、オーステナイト生成効果が見られないため、下限を０．５％とする。２．５％を越えて添加すると、皮膜の密着性および合金化処理性が著しく劣化するため、上限を２．５％とする。
【００２１】
Ｃｒ：１．０〜５．０％
Ｃｒは、オーステナイトからフェライト・パーライトへの変態を抑制し、残留オーステナイトを生成しやすくする効果がある。連続溶融亜鉛めっきラインで焼鈍を行う場合、Ｃｒの添加量が１．０％未満ではその効果が不十分なため、下限を１．０％とし、また、５．０％を越えて添加すると、めっきのぬれ性に対して有害であるため、上限を５．０％とする。
【００２２】
Ａｌ：０．８〜３．０％
Ａｌは、Ｓｉと同様にセメンタイトの形成を抑制してＣのオーステナイト中への濃化を促進し、残留オーステナイトの生成を容易にする効果がある。反面、過剰な添加は鋼を脆化させる。０．８％未満では、その効果が不十分なため下限を０．８％とし、鋼の脆性とめっき皮膜の密着性と合金化処理性の観点から、上限を３．０％とする。
【００２３】
鋼板中の残留オーステナイトの体積率：１％以上
【００２４】
従来の技術の項で述べたように、残留オーステナイトを含有する鋼板は、加工誘起変態により、優れた強度−延性バランスを持つ鋼板を得られる。鋼板中の残留オーステナイトの体積率が１％未満では、上記効果を十分に発揮しないため、下限を１％とする。
【００２５】
また、本発明の鋼板は更に、Ｍｏ、Ｂ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｕのうち１種または２種以上を含有するものであってもよい。
【００２６】
Ｍｏ：１．０％以下
Ｍｏも、オーステナイトを安定化させ、残留オーステナイトの生成を容易にする。１．０％を越えて添加しても、効果が飽和し製造コストが高くなるとともに、めっき皮膜の合金化を遅延させるため、上限を１．０％とする。
【００２７】
Ｂ：０．０１％以下
Ｂは、オーステナイトを安定化させ、残留オーステナイトの生成を容易にする。０．０１％を越えて添加しても、効果が飽和し製造コストが高くなるとともに、めっき皮膜の合金化を遅延させるため、上限を０．０１％とする。
【００２８】
Ｖ：０．１％以下
Ｖも、オーステナイトを安定化させ、残留オーステナイトの生成を容易にする。０．１％を越えて添加しても、効果が飽和し製造コストが高くなるため、上限を０．１％とする。
【００２９】
Ｎｉ：０．８％以下
Ｎｉは、オーステナイトを安定化させ、残留オーステナイトの生成を容易にする。０．８％を越えて添加すると、鋼板の延性を低下させるため、上限を０．８％とする。
【００３０】
Ｃｕ：０．８％以下
Ｃｕも、Ｎｉと同様にオーステナイトを安定化させ、残留オーステナイトの生成を容易にする。０．８％を越えて添加すると、鋼板の延性を低下させるため、上限を０．８％とする。
【００３１】
本発明の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は、連続式溶融亜鉛めっき設備で製造されることを前提としている。本発明の鋼の溶製、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、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。
【００３２】
溶融亜鉛めっきの前に、鋼板表面の研削や薬液の塗布による表面改質処理を施し、皮膜の密着性や合金化処理性を改善する方法も、本発明の範囲内に含まれる。
【００３３】
また、溶融亜鉛めっきの前にＦｅ系のプレめっきを施し、めっき皮膜の密着性や合金化処理性を改善する方法も、本発明の範囲内に含まれる。
【００３４】
さらに、溶融亜鉛めっきあるいは合金化処理の後に、Ｆｅ系上層めっきやＮｉ系上層めっきを施し、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。
【００３５】
【実施例】
本発明の実施例を以下に示す。表１に示す鋼（本発明鋼：Ｎｏ．ａ〜ｊ、比較鋼：Ｎｏ．ｋ〜ｎ）を真空溶解法で溶製し、鋳造して得られた鋳塊を板厚２．６ｍｍに熱間圧延した。熱間圧延は、仕上げ温度を９００℃とし、最終圧延後、６５０℃で１時間熱処理を施し、炉冷した。その後、酸洗し、さらに冷間圧延して板厚１．０ｍｍの鋼板を得た。
【００３６】
【表１】
0003577930.tif 000002
【００３７】
次いで、前記で得た鋼板を用い、実験室において溶融亜鉛めっきを施した。製造条件は連続式溶融亜鉛めっきラインをシミュレートした。焼鈍温度は８００℃とし、焼鈍時間は６０ｓｅｃとした。焼鈍後、７２５℃まで２℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却し、７２５℃から４４０℃までを１０℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却した。その後、温度４７１℃、Ａｌ濃度０．０８％の亜鉛浴に３ｓｅｃ浸漬して亜鉛めっきを行い、ガスワイピングで付着量を片面５５〜６５ｇ／ｍ２になるように調整した。その後、このサンプルを２枚に分割した。２枚のうち１枚には合金化処理を施さず、溶融亜鉛めっき鋼板とした。残りの１枚には合金化温度５００℃、均熱時間５ｓｅｃで合金化処理を施し、合金化溶融亜鉛めっき鋼板とした。
【００３８】
サンプルの評価は以下に示す方法で行った。まず、合金化処理を施さなかった溶融亜鉛めっき鋼板について、めっき密着性を評価した。評価方法は、サンプルを０ｔに曲げ、曲げ部外側にテープ剥離試験を施し、めっき皮膜の剥離が認められなかったものを合格（◯）、剥離が認められたものを不合格（×）とした。合金化溶融亜鉛めっき鋼板については、材質（ＴＳ、Ｅｌ）、残留オーステナイト体積率および合金化処理性を評価した。材質は、圧延方向と垂直に切り出したＪＩＳ５号引張試験片により、引張試験を行い測定した。鋼板中の残留オーステナイト体積率は、Ｘ線回折法により測定した。皮膜の合金化処理性の評価は、前記の条件で合金化処理を行い、皮膜中のＦｅ濃度が８％以上に達したものを合格（◯）、８％未満のものを不合格（×）とした。めっき皮膜中のＦｅ濃度は、皮膜を塩酸で溶解し、ＩＣＰによって測定した。評価結果を表１に併せて記載した。
【００３９】
以下、表１に示した実施例について述べる。
本発明例の鋼板（Ｎｏ．ａ〜ｊ）は、残留オーステナイトを体積率で１％以上含有し、ＴＳ×Ｅｌの値が２０００（ｋｇ／ｍｍ２・％）を越え、高強度かつ高延性の優れた材質バランスを実現していた。さらに、皮膜密着性と合金化処理性も良好であった。
【００４０】
一方、鋼板Ｎｏ．ｋの比較例鋼板は、Ｓｉの含有量が０．５％未満で、かつＣｒ、Ａｌを含有しないため、残留オーステナイトが生成せず、材質が劣っていた。また、鋼板Ｎｏ．ｌの比較例鋼板は、Ｓｉの含有量が２．５％よりも多く、皮膜の密着性と合金化処理性が劣っていた。鋼板Ｎｏ．ｎの比較例鋼板は、Ｔｉの含有量が０．０１％未満であったため、皮膜の合金化処理性が劣っていた。
【００４１】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明によれば、連続溶融亜鉛めっきラインにおいて製造可能で、鋼板中に体積率で１％以上の残留オーステナイトを含むことにより、高強度と高延性を兼ね備え、さらにめっき密着性、合金化処理性にも優れた溶融亜鉛めっき鋼板や合金化溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができる。
【００４２】
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。