(57)【要約】【課題】  加工性が良好な素材から作製され、角筒成形性，耐二次加工割れ性に優れた自動車用部材を提供する。【解決手段】  完全非時効型で加工性に優れた下地鋼板に亜鉛系めっき層を設けためっき鋼板を素材とする自動車用部材である。下地鋼板は、C：0.001〜0.015質量％，Si：0.5質量％以下，Mn：0.1〜1.5質量％，P：0.10質量％以下，S：0.015質量％以下，sol.Al：0.01〜0.10質量％，Ti：(48／12×C＋48／32×S＋48／14N)〜0.10質量％，N：0.010質量％以下及びNb：0.01〜0.10質量%，V：0.01〜0.10質量%，Mo：0.01〜0.10質量%の一種又は二種以上を含む。亜鉛系めっき層には、電気亜鉛めっき層，溶融亜鉛めっき層，合金化溶融亜鉛めっき層，溶融Zn-Al合金めっき層，溶融Zn-Al-Mg合金めっき層等がある。【選択図】      なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０.００１〜０.０１５質量％，Ｓｉ：０.５質量％以下，Ｍｎ：０.１〜１.５質量％，Ｐ：０.１０質量％以下，Ｓ：０.０１５質量％以下，sol.Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％，Ｔｉ：(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４×Ｎ)〜０.１０質量％，Ｎ：０.０１０質量％以下及びＮｂ：０.０１〜０.１０質量％，Ｖ：０.０１〜０.１０質量％，Ｍｏ：０.０１〜０.１０質量％の一種又は二種以上を含み、残部が実質的にＦｅの組成をもつ下地鋼に亜鉛系めっき層が設けられためっき鋼板を素材とすることを特徴とする耐二次加工割れ性，角筒成形性に優れた自動車用部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、足回り部材，内板，構造部材の補強部品，オイルパン，ヘッドランプケース等として使用され、耐二次加工割れ性，角筒成形性に優れた自動車用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
足回り部材，内板，構造部材の補強部品やオイルパン，ヘッドランプケース等の箱物部品を初めとする自動車用部材の素材には、深絞り，曲げ，張出し等を伴ったプレス加工で目標の製品形状に成形され、しかも優れた耐食性が要求されることから、深絞り用表面処理鋼板が多用されている。入手容易，低コスト，完全非時効性も自動車部材用素材の要求特性である。
完全非時効性は、鋼板製造メーカから成形前ブランクを遠隔地に搬送又は輸送し、遠隔地で複雑形状にプレス加工する際、時効劣化に起因する加工トラブルを解消する上で重要な特性である。完全非時効性と共に優れた深絞り性も要求されることから、極低炭素Ｔｉ添加アルミキルド表面処理鋼板が自動車用部材の代表的素材である。
【０００３】
自動車用部材のうち、補強部品や箱物部品には角筒成形性も要求される。そのため深絞り性の指標となるランクフォード値（ｒ値）が高いだけでなく、ランクフォード値（ｒ値）の面内異方性（Δｒ値）が小さいことも重要となる。因みに、面内異方性（Δｒ値）が大きな素材を角筒成形すると、コーナー部に亀裂，破断等が発生しやすい。
ところで、海外展開を含む市場拡大やグローバルな競争が激化している最近の自動車産業界では、各種機能の高性能化，車体自体の高寿命化，燃費改善を狙った軽量化，衝突安全性等の向上が一層強く求められている。衝突安全性は乗員保護の観点から非常に重要視される傾向が強く、自動車部材用素材にも信頼性，安全性等、今まで求められなかった新しい概念・理念に基づく特性改善が要求されるようになってきた。
【０００４】
自動車部材用素材に要求される特性のなかで特に注目されるものに、粒界破壊という独特な脆性破壊形態を示す二次加工割れがある。二次加工割れは、成形シミュレーション解析や実写衝突試験で明確に把握できないものの、車体の軽量化，高防錆化に併せて自動車部材用素材の薄肉化が進められているため最近特に重視されている。補強部品や箱物部品等の製品形状を出すプレス成形時、成形過程で縮み変形を受けた個所が逆方向に引張り変形すると粒界破壊を主体とする脆性破壊となって二次加工割れが発生する。
【０００５】
車両に組み込まれた状態で車両走行中に小石が衝突し、或いは縁石への乗上げや車両の衝突等によって衝撃が直接加わった場合にも、自動車用部材が脆性破壊（二次加工割れ）することがある。
微量のＢを添加することにより、加工性が多少劣化するものの耐二次加工割れ性が改善される（特許文献１）。しかし、複雑形状に加工されることが多い自動車部材用素材にあっては、加工性を損なうことなく耐二次加工割れ性を改善することが必要である。
【特許文献１】特開平6-93376号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、加工性，角筒成形性，耐二次加工割れ性を両立させる合金設計を調査・検討する過程で見出された知見をベースとし、完全非時効性の成分系に適量のＮｂ，Ｖ，Ｍｏを添加して下地鋼の耐二次加工割れ性を改善し、亜鉛系めっき層で耐食性を付与しためっき鋼板を自動車部材用素材とすることにより、複雑形状であっても加工割れ等の欠陥がなく、高品質の自動車用部材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の自動車用部材は、完全非時効性で加工性に優れた下地鋼に亜鉛系めっき層を設けためっき鋼板を素材に使用している。
下地鋼は、Ｃ：０.００１〜０.０１５質量％，Ｓｉ：０.５質量％以下，Ｍｎ：０.１〜１.５質量％，Ｐ：０.１０質量％以下，Ｓ：０.０１５質量％以下，sol.Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％，Ｔｉ：(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４×Ｎ)〜０.１０質量％，Ｎ：０.０１０質量％以下及びＮｂ：０.０１〜０.１０質量％，Ｖ：０.０１〜０.１０質量％，Ｍｏ：０.０１〜０.１０質量％の一種又は二種以上を含み、残部が実質的にＦｅの組成をもつ。
亜鉛系めっき層としては、電気亜鉛めっき層，溶融亜鉛めっき層，合金化溶融亜鉛めっき層，溶融Ｚｎ-Ａｌ合金めっき層，溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層等がある。
【発明の効果及び実施の形態】
【０００８】
本発明では、時効起因の加工性低下を解消するため完全非時効型の成分系に、耐二次加工割れ性，角筒成形性の改善に有効な適量のＮｂ，Ｖ，Ｍｏの少なくとも一種を添加した鋼材を下地とし、下地鋼に各種亜鉛系めっき層を設けた亜鉛系めっき鋼板を自動車部材用素材に使用している。完全非時効型の成分系は、Ｃ，Ｎを低下すると共に、鋼中に固溶しているＣ，ＮをＴｉ系炭窒化物として固定している。この成分系に適量のＮｂ，Ｖ，Ｍｏの少なくとも一種を添加すると、ランクフォード値（ｒ値）の面内異方性（Δｒ値）が改善される結果、角筒成形性，耐二次加工割れ性に優れた自動車用部材が得られる。更に、亜鉛系めっきによって高耐食性が付与され、湿潤環境に長期間曝されても破壊起点となる赤錆等が発生せず耐二次加工割れ性や角筒成形性の劣化がない自動車用部材となる。
以下、本発明で規定した各種条件を個別に説明する。
【０００９】
〔下地鋼板の組成〕
・Ｃ：０.００１〜０.０１５質量％
完全非時効性を付与するため、可能な限りＣ含有量を低減すると共に、固溶炭素の固定に必要なＴｉの添加量を少なくするため、上限を０.０１５質量％に規制する。過剰のＣ含有は、酸洗性に悪影響を及ぼし耐剥離性等のめっき品質を低下させる原因でもある。ただし、極端な低炭素化は現状製鋼段階での脱炭能力を勘案すると製造コストの上昇を招くので、下限を０.００１質量％とした。
【００１０】
・Ｓｉ：０.５質量％以下
加工性，酸洗性に悪影響を及ぼす成分であり、焼鈍時に鋼板表面に濃化するとめっき密着性等のめっき品質を低下させる。そのため、Ｓｉ含有量を可能な限り低減する必要があり、本成分系では０.５質量％（好ましくは、０.３質量％）を上限とした。
・Ｍｎ：０.１〜１.５質量％
連続鋳造時に割れ発生を抑制するため０.１質量％以上のＭｎが必要であるが、Ｍｎ含有量の増加に伴い酸洗性が劣化し、めっき品質に悪影響を及ぼす酸化皮膜が焼鈍時に生じやすくなる。そこで、０.１〜１.５質量％（好ましくは、０.１〜０.３質量％）の範囲でＭｎ含有量を選定する。
【００１１】
・Ｐ：０.１０質量％以下
粒界偏析によって加工性を低下させる成分であり、酸洗性を劣化させ、めっき品質に悪影響を及ぼす酸化皮膜も焼鈍時に生じやすくなる。そのため、本成分系ではＰ含有量を０.１０質量％以下（好ましくは、０.０６質量％以下）に規制する。
・Ｓ：０.０１５質量％以下
熱間加工性，冷間加工性に有害な元素であり、連続鋳造時にＭｎＳ起因の熱間脆化割れが頻発し、０.０１５質量％を超えると成形性が極端に低下する。Ｓは、加工性改善のために添加したＴｉをＴｉＳとして消費し、有効Ｔｉ量をも減少させる。そのため、可能な限りＳ含有量を低減することが好ましいので、上限を０.０１５質量％（好ましくは、０.０１２質量％）とした。
【００１２】
・sol.Ａｌ：０.０１〜０.１０質量％
Ａｌは製鋼段階で脱酸剤として添加される合金成分であり、十分な脱酸効果を得るためにsol.Ａｌとして０.０１質量％以上が必要である。しかし、０.１０質量％を超える過剰添加は鋼中のＡｌ系介在物を増加させ、加工時に割れが発生しやすくなる。そのため、sol.Ａｌが０.０１〜０.１０質量％（好ましくは、０.０１〜０.０７質量％）の範囲となるようにＡｌ添加量を選定する。
【００１３】
・Ｔｉ：(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４×Ｎ)〜０.１０質量％
Ｃ，Ｎを固定し完全非時効とする上で必要な成分であり、Ｓを硫化物として固定する作用も呈する。硫化物としてＳが固定されるので、Ｔｉ系の炭窒化物と相俟って自動車部材用素材の加工性を向上させる。そのため、Ｃ，Ｎ，Ｓの固定に必要な量（４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４Ｎ）以上にＴｉ添加量が設定される。性質改善効果はＴｉ含有量の増加に伴って顕著になるが、０.１０質量％で飽和し、それ以上添加しても鋼材コストを上昇させるだけである。好ましくは、(４８／１２×Ｃ＋４８／３２×Ｓ＋４８／１４×Ｎ＋０.０１)〜０.０８質量％の範囲でＴｉ含有量を選定する。
【００１４】
・Ｎ：０.０１０質量％以下
Ｃと同様にＴｉ添加により炭窒化物として鋼中に固定されることにより完全非時効型になるが、Ｎ含有量が多いと生成する炭窒化物が増加して加工性を低下させる。製造コストが許す限りＮ含有量を低減することが加工性確保に有効なため、上限を０.０１０質量％（好ましくは、０.００５質量％）に規制する。
【００１５】
・Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏの一種又は二種以上：０.０１〜０.１０質量％
何れもランクフォード値（ｒ値）の面内異方性（Δｒ値）を改善し、角筒成形性を向上させると共に、粒界強化作用によって二次加工割れの起点や伝播経路となる粒界破壊が抑制される。耐二次加工割れ性の改善効果は、粒界結合力の改善に有効なＮｂ，Ｖ，Ｍｏの粒界偏析に起因しているものと推察され、０.０１質量％以上の添加でみられる。粒界偏析する理由は必ずしも明確でないが、Ｆｅ原子との原子半径差や粒界のＦｅ原子と電子的な結合力に依るものと考えられる。しかし、０.１質量％を超える過剰添加は、鋼材コストを上昇させるばかりでなく、加工性を劣化させ酸洗性，めっき品質に悪影響を及ぼす。好ましくは、０.０１〜０.０５質量％の範囲でＮｂ，Ｖ，Ｍｏの含有量を選定する。
【００１６】
〔亜鉛系めっき層〕
所定組成に調整された鋼材を常法に従って鋳造し、熱延，焼鈍・酸洗，冷延することにより冷延鋼帯（下地鋼板）が製造される。冷延鋼帯を溶融めっきする場合、連続めっきラインの還元焼鈍炉で鋼帯表面を活性化した後、溶融めっき浴に導入し引き上げることにより、亜鉛系めっき層を鋼帯表面に形成する。電気めっきによる場合、連続焼鈍で再結晶させた後、低濃度酸洗浴に浸漬することにより鋼帯表面が活性化される。このとき、前掲の成分設計を採用しているので、鋼板表面にＳｉ，Ｍｎ等が濃縮することが抑えられ、密着性に優れた亜鉛系めっき層の形成に適した活性表面が得られる。
【００１７】
下地鋼には、たとえば以下のめっき層を形成できる。めっき層が加工性，疲労特性に及ぼす影響を考慮すると、めっき層の密着性が悪いとめっき層剥離部との境界がノッチ効果で疲労起点となり疲労特性が低下する。また、厚目付けになると、めっき製品のランクフォード値，伸び値が低下するので、密着性の良好なめっき層を片面当りめっき付着量：
４５〜６０ｇ／ｍ2で形成することが好ましい。
・電気亜鉛めっき：純Ｚｎ
・溶融亜鉛めっき：Ｚｎ＋０.１５％Ａｌ
・合金化溶融亜鉛めっき：Ｚｎ＋０.１％Ａｌ
・溶融Ｚｎ-Ａｌ合金めっき：Ｚｎ＋５％Ａｌ，Ｚｎ＋５５％Ａｌ
・溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき：Ｚｎ＋６％Ａｌ＋３％Ｍｇ
【実施例】
【００１８】
表１の組成をもつスラブを板厚：４.０ｍｍに熱間圧延し、焼鈍・酸洗後に板厚：１.０ｍｍまで冷間圧延し、連続溶融めっきラインに通板した。連続溶融めっきラインでは、８５０℃の還元加熱によって冷延鋼帯を再結晶させた後、溶融めっき浴に浸漬し、引き上げ後に片面当りめっき付着量を４５ｇ／ｍ2に調整し、Ｆｅ量率：１０質量％となる合金化処理を施した。
【００１９】
2006070338.tif 000002
【００２０】
得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、何れも耐パウダリング性に優れていた。該合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、機械的性質，時効指数，耐二次加工割れ性を調査した。
【００２１】
〔機械試験〕
合金化溶融亜鉛めっき鋼板からJIS Z2201の５号試験片を切り出し、室温で引張り試験し、０.２％耐力，引張強さ，全伸びを測定すると共に、深絞り性の指標であるランクフォード値（ｒ値），面内異方性（Δｒ値）を算出した。自動車用部材としての用途では、４０％以上の全伸び，１.５以上のランクフォード値，角筒成形性の観点から０.２以下の面内異方性（Δｒ値）が必要である。なお、面内異方性（Δｒ値）は、圧延方向のランクフォード値ｒL，圧延方向に直交する方向のランクフォード値ｒT，圧延方向に対して４５度方向のランクフォード値ｒDからΔｒ＝(ｒL−２ｒD＋ｒT)／２として求められる。
【００２２】
〔時効指数〕
合金化溶融亜鉛めっき鋼板から切り出したJIS Z2201の５号試験片に７.５％の引張り予歪みを付与した後、１００℃×３０分の時効処理を施し、降伏応力の変化と内部摩擦に基づいて算出した固溶Ｃ，Ｎ量との実験式に従って時効指数AIを求めた。自動車用部材としての用途では、ストレッチャ−ストレインや時効劣化を防止するため０.５Ｎ／ｍｍ2以下の時効指数AIが目標値とされる。
【００２３】
〔二次加工割れ試験〕
合金化溶融亜鉛めっき鋼板から半径：９０ｍｍのブランクを打ち抜き、絞り比：３.２の三段階深絞り加工で直径：２８ｍｍ，高さ：４０ｍｍのカップ形状に成形した。成形されたカップをドライアイスで冷却した冷媒に浸漬し、先端角：６０度の円錐ポンチをカップの口に乗せた。油圧試験機を用いて円錐ポンチの平らな頂面を歪み速度１０-1で押し込み、種々の試験温度で静的二次加工割れを発生させ、二次加工割れ発生時の限界温度で静的な耐二次加工割れ性を評価した。また、２ｋｇの鉄球を円錐ポンチの平らな頂面に衝突させ、歪み速度１０2で押し込む落下型衝撃割れ試験により動的二次加工割れを発生させ、二次加工割れ発生時の衝撃限界温度で動的な耐二次加工割れ性を評価した。寒冷地を走行することが予想される自動車用の部材には、−４０℃以上で脆性破壊しないことが目標とされる。
【００２４】
表２の調査結果にみられるように、本発明で規定した成分条件を満足する下地鋼を用いた合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、自動車用部材に要求される加工性，角筒成形性，耐二次加工割れ性何れの特性も満足している。しかも、時効起因の特性劣化が抑制されているので任意の時期に製品形状に成形加工でき、合金化溶融亜鉛めっき層の密着性も良好なことと相俟って高品質の自動車用部材として使用される。
【００２５】
他方、Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ無添加の鋼Ｎo.１は、角筒成形性，耐二次加工割れ性に劣っていた。Ｔｉ量が不足する鋼Ｎo.２は、時効指数AIに劣り、全伸びやランクフォード値（ｒ値）が低い値を示し、製品形状に加工した際に加工割れが発生しがちであった。
【００２６】
2006070338.tif 000003
【００２７】
以上の例では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を自動車用部材の素材としたが、合金化溶融亜鉛めっき層に代えて電気亜鉛めっき層，溶融亜鉛めっき層，溶融Ｚｎ-Ａｌ合金めっき層，溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層等の亜鉛系めっき層を設けためっき鋼板でも、完全非時効型の成分系に０.０１〜０.１０質量％のＮｂ，Ｖ，Ｍｏを少なくとも一種又は二種以上添加した下地鋼板を使用する限り、自動車用部材に要求される加工性，耐二次加工割れ性，角筒成形性を満足していた。なかでも、溶融Ｚｎ-Ａｌ合金めっき層，溶融Ｚｎ-Ａｌ-Ｍｇ合金めっき層を設けた場合には、耐食性が格段に優れた自動車用部材が得られた。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上に説明したように、完全非時効型の成分系に適量のＮｂ，Ｖ，Ｍｏを少なくとも一種を添加した下地鋼に亜鉛系めっき層を設けた素材を使用することにより、加工割れなく複雑形状に成形加工でき、角筒成形性，耐二次加工割れ性に優れた自動車用部材が得られる。しかも、従来の極低炭素Ｔｉ添加アルミキルド鋼に近い成分設計が可能なため、高品質の自動車用部材が安価に提供される。