(57)【要約】【課題】  加工性が良好な素材から作製され、湿潤環境下での疲労特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：0.001〜0.010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)〜0.15質量％，N：0.015質量％以下，残部が実質的にFeの組成に、B：0.0003〜0.0050質量％及び／又はNb，V，Moの少なくとも一種：0.01〜0.08質量％を含ませている。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，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき層又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム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：０.００１〜０.０１０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)〜０.１５質量％，Ｎ：０.０１５質量％以下，Ｂ：０.０００３〜０.００５０質量％を含み、残部が実質的にＦｅの組成をもつ下地鋼板に、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，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき層又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金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湿潤環境下での疲労特性に優れた自動車用部材。
【請求項２】
Ｃ：０.００１〜０.０１０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)〜０.１５質量％，Ｎ：０.０１５質量％以下、更にＮｂ：０.０１〜０.０８質量％，Ｖ：０.０１〜０.０８質量％，Ｍｏ：０.０１〜０.０８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板に、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，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき層又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金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湿潤環境下での疲労特性に優れた自動車用部材。
【請求項３】
Ｃ：０.００１〜０.０１０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)〜０.１５質量％，Ｎ：０.０１５質量％以下，Ｂ：０.０００３〜０.００５０質量％を含み、Ｎｂ：０.０１〜０.０８質量％，Ｖ：０.０１〜０.０８質量％，Ｍｏ：０.０１〜０.０８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板に、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、溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき層又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金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湿潤環境下での疲労特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、湿潤環境下での疲労特性に優れた保安部品，金具類，足回り部品，内板，構造材の補強部品等の自動車用部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
保安部品，金具類，足回り部品，内板，構造材の補強部品等の自動車用部材の素材には、曲げ，ハゼ折り，深絞り等で鋼板を製品形状に加工されるため、入手容易で安価な完全非時効性の深絞り用冷延鋼板が多用されている。完全非時効性は、鋼板生産地から成形前ブランクを遠隔地に搬送又は輸出し、遠隔地で複雑な成形加工を施す場合にも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の一つである。完全非時効性と共に優れた深絞り性が要求されることから、極低炭素Ｔｉ添加アルミキルド鋼が自動車用部材の代表的な素材である。
【０００３】
種々の機能の高性能化，車体自体の高寿命化が強く要求される傾向に応じて、自動車用部材に使用される素材にも耐久性，特に疲労特性の改善が急務である。車体の軽量化に併せて自動車用部材も薄肉化が進められており、自動車用部材自体の耐久性，特に疲労特性が重視される。更に、重要保安部品に関し信頼性を保証するため高耐食性が要求される場合が多く、各種めっきを施した表面処理鋼板の適用が増加している。たとえば、極低炭素鋼を溶融亜鉛めっきした常温非時効型の深絞り用めっき鋼板を自動車用部材に使用することも提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開平8-199301号公報
【０００４】
疲労特性は環境に支配され、特に湿潤環境下では疲労特性が極端に低下しやすい。疲労特性の低下は、高温多湿な環境にある東南アジアは勿論、他の地域においても懸念される。疲労特性の改善は一般的に高強度化することで達成できるが、複雑形状に加工されることが多い自動車用部材の素材としては、加工性を損なわずに疲労特性を改善する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、加工性，疲労特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、完全非時効型の成分系に適量のＢ又はＮｂ，Ｖ，Ｚｒの少なくとも一種を添加して疲労特性を改善した鋼板を下地とし、亜鉛系めっきで高耐食性を付与した表面処理鋼板を素材に使用することにより、複雑形状であっても加工割れ等の欠陥が無く、湿潤環境でも優れた疲労特性を維持する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】
【０００６】
本発明の自動車用部材は、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が設けられためっき鋼板から作製されている。
下地鋼板は、Ｃ：０.００１〜０.０１０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)〜０.１５質量％，Ｎ：０.０１５質量％以下，残部が実質的にＦｅの組成に、Ｂ：０.０００３〜０.００５０質量％を含ませ、及び／又はＮｂ：０.０１〜０.０８質量％，Ｖ：０.０１〜０.０８質量％，Ｍｏ：０.０１〜０.０８質量％の一種又は二種以上を含ませている。
【０００７】
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，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき層又は溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム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、疲労特性の改善に有効な適量のＢを添加した鋼材を下地とし、下地鋼板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用部材の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系の炭窒化物として固定している。この成分系に適量のＢを添加すると、湿潤環境下で疲労破壊の起点となる粒界が強化され疲労特性が改善される。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疲労特性が劣化しない自動車用部材が得られる。
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：０.００１〜０.０１０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０.０１０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付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、０.０７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＋４８／１４×Ｎ）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：０.０１５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０.０１５質量％（好ましくは、０.００５質量％）に規制する。
【００１５】
・Ｂ：０.０００３〜０.００５０質量％
粒界を強化する作用を呈し、湿潤環境下での疲労特性の起点となる粒界破壊及び疲労破壊の伝播経路となる粒界破壊が抑制される。Ｂ添加の効果は、粒界結合力の改善に有効なＢの粒界偏析によるものと推察され、０.０００３質量％以上で顕著になる。しかし、過剰添加は成形加工性にとって好ましくないので、Ｂ含有量の上限を０.００５０質量％とした。好ましくは、０.０００３〜０.００２０質量％の範囲でＢ含有量を選定する。
【００１６】
・Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏ：何れも０.０１〜０.０８質量％
Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏは、Ｂ添加に代え或いはＢ添加と併用して添加される合金成分であり、加工性を改善すると共に、一部が粒界偏析してＢと同様に粒界疲労破壊を低減する作用を呈する。粒界疲労破壊が低減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電子論的な繋がりの違いに起因するものと推察される。何れも０.０１質量％以上で添加効果がみられるが、０.０８質量％を超える過剰添加は酸洗性，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。
Ｎｂ，Ｖ，Ｍｏの少なくとも一種をＢとを複合添加した系では、粒界偏析量が増加して粒界結合力が一層向上するので、粒界疲労破壊が抑えられ更なる疲労特性の改善が達成される。
【００１７】
〔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。
【００１８】
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４５ｇ／ｍ2以下の目付け量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＋０.１％Ａｌ
・合金化溶融亜鉛めっき：Ｚｎ＋０.１５％Ａｌ
・溶融亜鉛-アルミニウムめっき：Ｚｎ＋５％Ａｌ，Ｚｎ＋５５％Ａｌ
・溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウムめっき：Ｚｎ＋６％Ａｌ＋３％Ｍｇ
【実施例】
【００１９】
表１の組成をもつスラブを板厚：４.５ｍｍに熱間圧延し、焼鈍・酸洗後に板厚：１.６ｍｍまで冷間圧延し、引き続いて８５０℃で連続焼鈍することにより冷延焼鈍材を得た。
【００２０】
2006016635.tif 000002
【００２１】
冷延焼鈍材を電気亜鉛めっきラインに通板し、片面当り目付け量：３０ｇ／ｍ2の電気亜鉛めっき層を鋼板表面に設けた。
得られた電気亜鉛めっき鋼板について、機械特性，めっき品質，時効指数，湿潤環境下での疲労特性を次の条件下で調査した。
【００２２】
〔機械試験〕
電気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が必要である。
【００２３】
〔めっき品質試験〕
電気亜鉛めっき鋼板から切り出した幅：２０ｍｍ，長さ：１００ｍｍの試験片を密着曲げ及び曲げ戻しした後、密着曲げ内側の亜鉛めっき層を目視観察し、剥離の有無でめっき品質を評価した。
【００２４】
〔時効指数〕
電気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、０.５Ｎ／ｍｍ2以下の時効指数AIが目標値とされる。
【００２５】
〔湿潤環境下での疲労試験〕
電気亜鉛めっき鋼板から幅：３０ｍｍ，長さ：９０ｍｍの試験片を切り出し、両側に半径：１６ｍｍの幅狭部をつけた試験片中央に直径：７ｍｍの打抜き穴を穿設した（図１）。２０％RHの乾燥雰囲気及び６０〜７０％RH湿潤雰囲気に試験片を配置し、周波数：４０Hz，振幅比：１０：１で部分片振り試験し、試験片が疲労破壊して応力の急激な低下が検出されるまでの時間を測定した。湿潤雰囲気下の試験結果を乾燥雰囲気下の試験結果と比較し、疲労特性時間の差によって湿潤環境下での疲労特性を五段階評価した。自動車用部材としての用途では、評価点３以上の疲労特性が合格と判定される。
【００２６】
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板に電気亜鉛めっき層を設けためっき鋼板は、自動車用部材に要求される加工性，湿潤環境下での疲労特性を満足している。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、電気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。
【００２７】
他方、Ｂ無添加の鋼Ｎo.９は湿潤環境下での疲労特性に劣り、Ｓｉが過剰な鋼Ｎo.10は電気亜鉛めっき層の密着性，時効指数AIに劣っていた。また、鋼Ｎo.９，鋼Ｎo.10共に全伸び，ランクフォード値が低い値を示し、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。
【００２８】
2006016635.tif 000003
【００２９】
以上の例では、電気亜鉛めっき鋼板を自動車用部材の素材としたが、電気亜鉛めっき層に代えて溶融亜鉛めっき層，合金化溶融亜鉛めっき層，溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき層，溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム合金めっき層等の亜鉛系めっき層を設けた溶融めっき鋼板でも、完全非時効型の成分系に適量のＢを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，湿潤環境下での疲労特性を満足していた。なかでも、溶融亜鉛-アルミニウム合金めっき層，溶融亜鉛-アルミニウム-マグネシウム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】
【００３０】
以上に説明したように、完全非時効型の成分系に適量のＢ及び／又はＮｂ，Ｖ，Ｍｏの少なくとも一種を添加した下地鋼板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、湿潤環境下での疲労特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。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】疲労強度の測定に使用した試験片の形状
【図１】
2006016635.tif 000004