(57)【要約】【課題】  高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板における耐パウダリング性を向上させること。【解決手段】  耐パウダリングに優れた高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、めっき層の面方向のうちの少なくともいずれか一方向に延びるクラックが、平均間隔１５μｍ以下でめっき層中に多数存在するところに特徴がある。垂直荷重２９．４Ｎ／ｍｍ2で測定しためっき層表面の動摩擦係数は０．１３０以下であることが好ましい。めっき層表面の中心線平均粗さＲａ７５が０．８μｍ以下であり、Ｘ線回折法を用いて測定されためっき層中のζ相の回折強度Ｉζとδ１相の回折強度Ｉδ1との比であるＩζ／Ｉδ1が０．１以下であることはより好ましい実施態様である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき層の面方向のうちの少なくともいずれか一方向に延びるクラックが、平均間隔１５μｍ以下でめっき層中に多数存在することを特徴とする耐パウダリングに優れた高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項２】
垂直荷重２９．４Ｎ／ｍｍ2で測定しためっき層表面の動摩擦係数が０．１３０以下である請求項１に記載の高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項３】
めっき層表面の中心線平均粗さＲａ７５が０．８μｍ以下であり、Ｘ線回折法を用いて測定されためっき層中のζ相の回折強度Ｉζとδ１相の回折強度Ｉδ1との比であるＩζ／Ｉδ1が０．１以下である請求項１または２に記載の高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、耐パウダリング性に優れた高張力の合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の軽量化により排ガス低減を図ると共に燃費を向上させて、地球環境を守ろうという動きが活発である。ただ、使用する鋼板を薄くするだけでは衝突安全性を確保できないため、薄くても強度の高い高張力鋼板の使用が進んでいる。また、自動車等に使用されるに当たり、高度な耐食性が必要とされるため、高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板の開発も盛んであるが、自動車等の分野においては、プレス成形時の成形条件が厳しく、曲げ量や絞り量等の変形量が大きいため、素地鋼板は変形に追随できても、めっき層が変形に追随できず、粉状になって剥離してしまうパウダリングが起こることが多い。
【０００３】
耐パウダリング性を改善するには、従来から、めっき層中のＦｅ濃度を低くして、Γ相の平均厚さを薄くする等の手段が広く知られている。また、特許文献１には、ζ相の量を一定範囲に特定すると共に、めっき層の表面粗度を規定して、耐パウダリング性や耐フレーキング性を向上させた発明が開示されており、特許文献２には、プレス成形の際のポンチ側に当接する鋼板面の摩擦係数を一定値以下に調整することで、プレス成形性や耐パウダリング性を高める発明が開示されている。
【０００４】
しかしながら、これらの従来技術による耐パウダリング性の改善効果は充分でなく、昨今の高張力鋼板（強度３４０ＭＰａ以上）はますますパウダリングを起こし易くなっているため、耐パウダリング性に優れた高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板が要求されていた。
【特許文献１】特許第２６９５２５９号
【特許文献２】特許第２７９２３９３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術を考慮して、高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板における耐パウダリング性を向上させることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の耐パウダリングに優れた高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、めっき層の面方向のうちの少なくともいずれか一方向に延びるクラックが、平均間隔１５μｍ以下でめっき層中に多数存在するところに要旨を有する。この高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、垂直荷重２９．４Ｎ／ｍｍ2で測定しためっき層表面の動摩擦係数が０．１３０以下であることが好ましい。また、めっき層表面の中心線平均粗さＲａ７５が０．８μｍ以下であり、Ｘ線回折法を用いて測定されためっき層中のζ相の回折強度Ｉζとδ１相の回折強度Ｉδ1との比Ｉζ／Ｉδ1が０．１以下であることも、本発明の好ましい実施態様である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、耐パウダリング性に優れた高張力合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供することができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の鋼板では、合金化溶融亜鉛めっき層にクラックが入っており、その平均間隔が１５μｍ以下でなければならない。このクラックは、めっき層の面方向に延びるクラックであり、本発明においては、深さがめっき層の厚みの１／２以上である亀裂をクラックとする。深さがめっき層の厚みの１／２以上でないクラックは、耐パウダリング性の向上に寄与しにくい。この点で、素地鋼板まで達しているクラックが望ましい。なおクラックの長さは、特に限定されない。
【０００９】
このクラックは、めっき層断面を光学顕微鏡やＳＥＭ等で観察することで認識することができる。本発明のめっき層には、めっき層の面方向のうち少なくともいずれか一方向に延びる多数のクラックが存在しているので、めっき層断面においては、深さ方向に延びるクラックが間隔を空けて並列した状態を観察することができる。そして、本発明ではこの間隔の平均値が１５μｍ以下であることを必須要件としている。
【００１０】
クラックが平均間隔１５μｍ以下で並列していることによって耐パウダリング性が改善されるメカニズムは明確ではないが、プレス加工の際にめっき層の伸び量が変形量に追随できなくなると、めっき層／素地鋼板界面に亀裂が発生し、この亀裂が面方向へ伝播してめっき層が剥離してしまうが、めっき層にクラックがあることでこのクラックが楔となって、亀裂の伝播を止めることができるのではないかと考えられる。また、加工の際にめっき層内に発生する応力が、クラックによって緩和されることも、耐パウダリング性の向上に役立つと考えられる。
【００１１】
このような作用効果を発現させるためには、クラックの平均間隔は１５μｍ以下でなければならない。従来から、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層には、めっき層形成時および形成後の加熱−冷却過程での熱応力によってクラックが発生することが知られているが、これらのクラックは平均間隔が大きいため、耐パウダリング性は改善されない。しかし、本発明者等の知見によれば、平均間隔１５μｍ以下のクラックは耐パウダリング性の向上に有効に寄与するので、後述する方法で、平均間隔１５μｍ以下のクラックを多数形成することが好ましい。クラックの平均間隔は１２μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がさらに好ましい。
【００１２】
クラックは、めっき層の面方向の少なくとも一方向（例えば、鋼板の長手方向）に延びるものであればよい。これは、めっき層は一定の面積をもって剥離しようとするので、広がっていこうとする剥離部分がそのいずれかの方向においてクラックと出会えば、前記したように亀裂の伝播が止まると考えられるため、鋼板に加工が施される方向にかかわらず、少なくとも一方向に延びるクラックが存在していればよいのである。なお、後述する方法においてめっき層にクラックを形成する場合は、鋼板長手方向（Ｌ方向）に平均間隔１５μｍ以下のクラックが多数形成され、幅方向（Ｃ方向）には平均間隔が１５μｍを超えるクラックが形成されるが、このような場合ももちろん、一方向（Ｌ方向）において平均間隔１５μｍ以下のクラックが形成されている以上、本発明に含まれる。なお、クラックは、めっき層の全面に形成されていることが望ましい。鋼板の状態では、加工部位がどこに位置するかがわからないからである。
【００１３】
本発明の鋼板においては、上記クラックの要件に加えて、鋼板のめっき層の摩擦係数を一定値以下にすることでより一層耐パウダリング性を高めることができるため、垂直荷重２９．４Ｎ／ｍｍ2で測定したときのめっき層表面の動摩擦係数を０．１２以下にすることが好ましい。プレス成形時には、めっき層が金型からの摺動抵抗を受け、剪断応力によってめっき層が損傷してパウダリングを起こす。特に、高張力鋼板は素地鋼板の変形抵抗が大きいため、プレス加工部での剪断応力が大きくなってパウダリングを起こし易い。しかし、垂直荷重を２９．４Ｎ／ｍｍ2と高めに設定したときの動摩擦係数は、耐パウダリング性と高い相関が得られることが見出され、このときの動摩擦係数が０．１３０以下であれば、剪断応力をかなり低減させることができ、高レベルな耐パウダリング性を示すことがわかった。上記垂直荷重の摺動条件が、プレス加工時の表面摺動条件に近いためと考えられる。動摩擦係数は、０．１２７以下がより好ましい。動摩擦係数は、例えば、摺動試験装置を用いて測定することができる。具体的には、鋼板のめっき層の上に適宜防錆油を塗布してから１８ｍｍ×１８ｍｍの平面治具を置き、２９．４Ｎ／ｍｍ2の垂直荷重（加圧力）を治具に加え、摺動速度３００ｍｍ／分で治具の下から鋼板を引き抜いたときの引き抜き荷重を測定することにより、動摩擦係数を算出することができる。
【００１４】
動摩擦係数とめっき層の表面粗さとは相関があるので、本発明の鋼板は、中心線平均粗さＲａ７５（１９９４年のＪＩＳ  Ｂ０６０１に基づく）が０．８μｍ以下であることが好ましい。より好ましくは０．６μｍ以下である。また、動摩擦係数とζ相の量にも相関があるので、本発明の鋼板は、Ｘ線回折法を用いて測定されためっき層中のζ相の回折強度をＩζとし、δ１相の回折強度をＩδ1としたときの両者のの比「Ｉζ／Ｉδ1」が０．１以下であることが好ましい。めっき層中のζ相が少ないと動摩擦係数は小さくなることが知られているが、Ｒａ７５が０．８μｍ以下でなければ、動摩擦係数を好ましい範囲に低減させることができず、高レベルな耐パウダリング性を発現させることはできない。Ｒａ７５を０．８μｍ以下にし、かつＩζ／Ｉδ1を０．１以下にすることで、高レベルな耐パウダリング性を達成することができる。なお、Ｉζの回折ピーク位置２θは７３．９°であり、Ｉδ1の回折ピーク位置２θは７５．４°である。
【００１５】
本発明の鋼板における合金化溶融亜鉛めっき層の付着量は、３０〜６０ｇ／ｍ2が好ましい。３０〜６０ｇ／ｍ2より少ないと耐食性が不充分となりがちであり、６０ｇ／ｍ2を超えるとめっき付着量が多すぎるためにパウダリングが起こりやすくなるからである。なお、合金化溶融亜鉛めっき層におけるＦｅ量は、７〜１５質量％とすることが好ましい。７質量％未満では、合金化ムラが残存して均一な表面外観が得られにくい。１５質量％を超えると、めっき層が硬くて脆くなっていくので、耐パウダリング性が低下するおそれがある。
【００１６】
次に、めっき層にクラックを形成する方法を説明する。最も簡便な方法は、合金化溶融亜鉛めっき後に、鋼板にスキンパス圧延を施す方法である。スキンパス圧延においては、トータルの伸び率が１．３％以上になるように、２回以上行うことが好ましい。より好ましい伸び率は１．７％以上、さらに好ましくは２．０％以上である。スキンパス圧延の際の鋼板の張力は１７６〜７８４ＭＰａ、圧下荷重は９８０〜２９４０Ｎ／ｍｍが好ましい。
【００１７】
また、スキンパス圧延で、めっき層表面の中心線平均粗さＲａ７５を０．８μｍ以下に調整するためには、表面粗度の小さいロールを使用することが望ましい。特に、めっき層のＲａ７５を０．６μｍ以下にするには、ロール表面の中心線平均粗さＲａ７５が０．５μｍ以下のブライトロールを用いるとよい。なお、最終のスキンパスロールのみをブライトロールにしてもよい。また、溶融亜鉛めっき層を合金化した後、鋼板をミスト冷却で急冷（冷却速度３０℃／秒以上）することによっても、多数のクラックをめっき層に形成することができる。
【００１８】
一層高レベルな耐パウダリング性を得るためにＩζ／Ｉδ1を０．３以下にする必要があるときは、溶融亜鉛めっき浴のＡｌ濃度は０．１０％以上に高めることが好ましい。また、例えば、直火バーナー加熱方式の合金化炉であれば、複数段ある直火バーナーのうちの加熱炉の入口側のバーナーを用いて溶融亜鉛めっき浴から取り出された鋼板を急速に加熱して、ζ相の包晶温度である５００℃以上（より好ましくは５３０℃程度）に速やかに到達させることが好ましい。なお、Ｉζ／Ｉδ1を０．３以下にする必要がないとき（高レベルな耐パウダリング性が要求されない場合）は、公知の合金化処理条件（浴中Ａｌ濃度０．０８％以上、合金化温度４６０℃以上）で合金化を行えばよい。
【００１９】
以上、本発明の特徴的な点につき説明したが、これら以外の条件、例えば、溶融亜鉛めっき条件は特に限定されず、通常のＡｌ濃度のめっき浴を用いて公知の条件で行えばよい。また、鋼板原板としては、公知の高張力鋼板を用いることができる。
【実施例】
【００２０】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することは可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。
【００２１】
実験例１（Ｎｏ．１〜６）
板厚：１．２ｍｍ、強度：７８０ＭＰａ、溶融亜鉛めっき付着量：４５ｇ／ｍ2、めっき層中のＦｅ濃度：１１質量％である合金化溶融亜鉛めっき鋼板を用いて、スキンパス条件を変え、クラックの間隔と耐パウダリング性の関連について検討した。１回目のスキンパスは、連続溶融亜鉛めっき設備内で行い、２回目以降はオフラインで行った。なお、スキンパス圧延の際の鋼板の張力は３９２ＭＰａとし、圧下荷重は９８０〜２９４０Ｎ／ｍｍの範囲で適宜調整して、トータル伸び率を制御した。
【００２２】
クラックの間隔は、ＳＥＭを用いて、めっき層断面（鋼板の長手方向断面と幅方向断面の両方）を長さ７００μｍに亘って観察し、確認できた全てのクラックの間隔の平均値を平均間隔（μｍ）とした。
【００２３】
この実験例１では、耐パウダリング性をＶ曲げ加工で評価した。Ｖ曲げ加工性は、先端曲率半径０．５ｍｍのポンチを使用して鋼板を６０°にＶ曲げし、加工部にテープを貼って剥がした後、剥離した（テープに付着した）めっき層を塩酸に溶解させて、ＩＣＰ（発光分光装置）で定量して、下記基準で評価した。
加工部５０ｍｍ長さ当たり、剥離量２．０ｍｇ未満…◎
剥離量２．０ｍｇ以上〜２．５ｍｇ未満…○
剥離量２．５ｍｇ以上〜３．０ｍｇ未満…△
剥離量３．０ｍｇ以上…×
スキンパスにおけるトータル伸び率とパス回数、クラック間隔およびＶ曲げ加工による耐パウダリング性評価結果を表１に示した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１から明らかなように、スキンパスのトータル伸び率が１．２％以下では、クラック間隔が１５μｍ以下とならず、Ｖ曲げ加工時の耐パウダリング性が劣っているが、トータル伸び率が１．７％を超えると、鋼板長手方向のクラックは間隔が１２μｍ以下となって、Ｖ曲げ加工時の耐パウダリング性が改善された。スキンパスでのトータル伸び率が２％を超えると、鋼板長手方向のクラックの間隔が１０μｍ以下となって、Ｖ曲げ加工時の耐パウダリング性が非常に良好となった。
【００２６】
実験例２（Ｎｏ．７〜１４）
実験例１と同様の原板を用い、めっき層中のＦｅ量（質量％）、合金化処理条件、スキンパス条件を変えることで、めっき層の摩擦係数、中心線平均粗さＲａ７５、Ｉζ／Ｉδ1を種々変化させ、耐パウダリング性との関連について検討した。Ｆｅ量とスキンパス条件は表２に示した。なお、ロール表面の中心線平均粗さＲａ７５とめっき層のＲａ７５は、非接触型表面粗さ計（「サーフコム１４００」：東京精密社製）を用いて、１９９４年制定のＪＩＳ  Ｂ０６０１に基づいて測定した値である。
【００２７】
Ｎｏ．７〜９、１２〜１４では、溶融亜鉛めっき浴中のＡｌ濃度を０．０９％とし、めっき層を形成した後、３段の直火バーナーを備えた合金化炉で、これらの３段の直火バーナーを均等に加熱し、炉温から判断して板温（直接測定不能）が大体４６０〜５００℃程度になるように調整して合金化処理を行い、Ｎｏ．１０〜１１は、浴中のＡｌ濃度を０．１０％とし、合金化炉で板温が速やかに５００℃以上になるように前段の直火バーナーで鋼板を急速に加熱して合金化処理を行って、めっき層のＦｅ量とＩζ／Ｉδ1を変えた。なお、Ｉζ／Ｉδ1は、Ｘ線回折法により、ターゲットにはＣｕを用いて、ζ相（回折ピーク位置２θ＝７３．９゜）とδ１相（回折ピーク位置２θ＝７５．４°）のそれぞれの回折強度ＩζおよびＩδ1を求めて算出した。
【００２８】
めっき層の動摩擦係数は、摺動試験装置（「オートグラフＤＣＳ−５０００」：島津社製）を用いて測定した。鋼板のめっき層の上に、防錆油（「ノックスラスト５５０ＨＮ」；パーカー興産製）を塗布してから１８ｍｍ×１８ｍｍの平面治具を置き、２９．４Ｎ／ｍｍ2の垂直荷重（加圧力）を治具に加え、摺動速度３００ｍｍ／分で治具の下から鋼板を引き抜いたときの引き抜き荷重を測定して、摩擦係数を求めた。
【００２９】
実験例２では、Ｖ曲げ加工による耐パウダリング性の評価に加え、さらに高レベルな耐パウダリング性（摺動を伴う高加工時の耐パウダリング性）を評価することのできるビード付きＵ曲げ加工を行った。しわ押さえ圧（ＢＨＦ）を１トンに設定して、クランクプレスでＵ曲げ成形し（Ｕ字高さは６５ｍｍ、Ｕ字底辺は５０ｍｍ、幅４０ｍｍ、ビード部は半径５ｍｍ）た。成形後の試料の側壁の外側のめっき層にテープを貼付した後、剥離して、Ｖ曲げのときと同様に、めっきの剥離量の定量を行って、下記基準で評価した。
剥離量が３ｇ／ｍ2未満…○
剥離量が３ｇ／ｍ2以上６ｇ／ｍ2未満…△
剥離量が６ｇ／ｍ2以上…×
【００３０】
【表２】
2006183090.tif 000003
【００３１】
表２から、Ｎｏ．７〜１４では、めっき層の鋼板長手方向のクラック間隔がいずれも１５μｍ以下であり、Ｖ曲げによる耐パウダリング性は良好であったが、より過酷なレベルでのＵ曲げの場合は、めっき層のＩζ／Ｉδ1が０．１以下、動摩擦係数１．３０以下、Ｒａ７５が０．８μｍ以下でなければ、○にはならないことがわかった。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、耐パウダリング性に優れているので、種々の加工が施される自動車用の高張力鋼板として、有用である。