(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ：０．０１質量％以下，Ｓｉ：０．０２〜２．０質量％，Ｍｎ：０．２４〜２．５質量％，Ｐ：０．０２質量％以下，Ａｌ：１〜１０質量％，Ｓ：０．０１０質量％以下，Ｎ：０．０１０質量％以下を含み、残部がＦｅと不可避的不純物からなる鋼板を基材とし、基材表面に溶融アルミニウムめっき層が形成されていることを特徴とする耐高温酸化性に優れた溶融アルミニウムめっき鋼板。
【請求項２】
Ｃ：０．０１質量％以下，Ｓｉ：０．０１〜２．０質量％，Ｍｎ：０．２４〜２．５質量％，Ｐ：０．０２質量％以下，Ａｌ：５〜１０質量％，Ｓ：０．０１０質量％以下，Ｎ：０．０１０質量％以下，更にＴｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖの１種又は２種以上を合計で０．０１〜０．３質量％を含み、残部がＦｅと不可避的不純物からなる鋼板を基材とし、基材表面に溶融アルミニウムめっき層が形成されていることを特徴とする耐高温酸化性に優れた溶融アルミニウムめっき鋼板。
【請求項３】
基材が更にＬａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｙの１種又は２種以上を合計で０．０１〜０．２質量％含む請求項１又は２記載の溶融アルミニウムめっき鋼板。
【請求項４】
基材が更にＣｒ：１〜８質量％を含む請求項１〜３何れかに記載の溶融アルミニウムめっき鋼板。
【請求項５】
基材が更にＢ：０．０００２〜０．００２質量％を含む請求項１〜４何れかに記載の溶融アルミニウムめっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、８５０℃以上の高温雰囲気に耐え得る構造材として使用され、耐高温酸化性及び高温強度に優れ、且つ室温での加工性も良好な溶融アルミニウムめっき鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
８００℃以上の高温雰囲気で優れた耐高温酸化性を示す材料として、Ｃｒを約１０質量％以上含有する各種ステンレス鋼が従来から使用されている。ステンレス鋼は，表層に生成するＣｒ系酸化物皮膜（不動態皮膜）の保護的作用によって優れた耐高温酸化性を示すものの、鋼材コストが高いことが欠点である。そこで、普通鋼を母材として鋼板表面に溶融アルミニウムめっきを施すことにより，耐高温酸化性を改善した溶融アルミニウムめっき鋼板が実用化されている。
たとえば、特開昭５６−１０２５２３号公報では、極低炭素Ｔｉ添加鋼をベースとして溶融アルミニウムめっきを施し、アルミニウムめっき鋼板としては比較的高温での耐高温酸化性を改善した溶融アルミニウムめっき鋼板を製造する方法が紹介されている。
【０００３】
特開昭５６−１０２５５６号公報では、５質量％までのＣｒを含有する極低炭素Ｔｉ添加鋼をベースとして溶融アルミニウムめっきを施すことにより耐熱性を改善しためっき鋼板が紹介されている。これらの溶融アルミニウムめっき鋼板は、８３０℃の高温雰囲気で良好な耐高温酸化性を呈することが実施例で紹介されている。
ステンレス鋼以外に無垢材として８５０℃を超える高温雰囲気で優れた耐高温酸化性を呈する材料としては、ＦｅにＡｌを含有させたＦｅ−Ａｌ合金が古くから知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
普通鋼を母材とした通常の溶融アルミニウムめっき鋼板の使用可能な温度は、高くても８３０℃程度に過ぎない。Ｃｒを５質量％程度まで添加した鋼板をベースにした溶融アルミニウムめっき鋼板は、僅かに耐高温酸化性が改善されるものの、８５０℃を超える高温雰囲気に曝されると短時間で異常酸化し、通常の使用に耐えられなくなる。
他方、Ｆｅ−Ａｌ合金は、耐高温酸化性に優れるものの、単純なＦｅ−Ａｌ二元系では構造材として十分な高温強度が得られない。Ｆｅ−Ａｌ合金のＡｌ含有量を増加させＦｅ3Ａｌ，ＦｅＡｌ等の規則合金を作ることにより高温強度を向上させることも可能であるが、これらの規則合金は室温での靭性に劣るため薄板材の製造が非常に困難である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、無垢材としても８５０℃を超える高温雰囲気での使用に耐える優れた耐高温酸化性及び高温強度をもつと共に、室温での加工性にも優れ、ステンレス鋼に比較して安価な溶融アルミニウムめっき鋼板を得ることを目的とする。
本発明者等は、耐高温酸化性に優れた溶融アルミニウムめっき鋼板について種々調査検討した結果、Ｃ：０．０１質量％以下，Ｓｉ：０．０２〜２．０質量％，Ｍｎ：０．２４〜２．５質量％，Ｐ：０．０２質量％以下，Ａｌ：１〜１０質量％，Ｓ：０．０１０質量％以下，Ｎ：０．０１０質量％以下を含み、残部がＦｅと不可避的不純物からなる組成を基本組成にする鋼板を基材に使用するとき、８５０℃以上の高温雰囲気で十分使用に耐え得る耐高温酸化性及び高温強度が得られ、しかも室温での加工性も確保されることを見出した。
【０００６】
この基本組成にＴｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖの１種又は２種以上を合計で０．０１〜０．３質量％添加するとき、室温での加工性を大きく劣化させることなく高温強度が更に改善される。なお、Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖの１種又は２種以上を含む鋼にあっては、Ｓｉ含有量は０．０１質量％以上２．０質量％以下であってもよい。
耐高温酸化性は、Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｙの１種又は２種以上を合計で０．０１〜０．２質量％、或いはＣｒ：１〜８質量％を添加するとき一層向上する。また、構造材としてプレス加工する際の耐二次加工割れ性は、Ｂ：０．０００２〜０．００２質量％を添加することにより改善される。
【０００７】
【作用】
以下、本発明で基材に使用される高Ａｌ鋼板に含まれる合金成分，含有量等を説明する。
Ｃ：０．０１質量％以下
耐高温酸化性及び室温での加工性に悪影響を及ぼす合金成分であり、可能な限りＣ含有量を低くすることが好ましい。しかし、過度の脱炭は製造コストを上昇させる原因となるので、本発明においてはＣによる悪影響が現れない０．０１質量％を上限に設定した。
Ｓｉ：０．０１〜２．０質量％
耐高温酸化性及び高温強度の改善に有効な合金成分であり、０．０１質量％以上でＳｉの効果が顕著になる。しかし、２．０質量％を超える過剰量のＳｉが含まれると、室温での加工性及び耐二次加工割れ性が劣化する。
【０００８】
Ｍｎ：０．０５〜２．５質量％
高温強度の改善に有効な合金成分であり、０．０５質量％以上でＭｎの効果が顕著になる。しかし、２．５質量％を超える過剰量のＭｎが含まれると、室温での加工性及び耐二次加工割れ性が劣化する。
Ｐ：０．０２質量％以下
高温強度の改善に有効な合金成分であるが、粒界に偏析し室温及び低温での靭性に悪影響を及ぼす。靭性に及ぼすＰの影響は、Ｃ含有量を低減した成分系では顕著になる。この点、Ｐ含有量は可能な限り低いことが好ましく、本発明では上限を０．０２質量％に設定した。
【０００９】
Ａｌ：１〜１０質量％
耐高温酸化性の改善に必須の合金成分であり、８５０℃以上の高温雰囲気での使用に耐え得る耐高温酸化性を得るため１質量％以上のＡｌ含有量が必要である。耐高温酸化性の観点からはＡｌ含有量が多いほど好ましいが、１０質量％を超える過剰量のＡｌが含まれると非常に硬質で脆いＦｅ3Ａｌ規則合金が生成し、室温での加工性が大きく劣化する。
Ｓ：０．０１０質量％以下
耐高温酸化性及び室温での加工性に悪影響を及ぼす有害成分であり、可能な限りＳ含有量を低減することが好ましく、本発明ではＳ含有量の上限を０．０１０質量％に設定した。
Ｎ：０．０１０質量％以下
耐高温酸化性及び室温での加工性に悪影響を及ぼす有害成分であり、可能な限りＮ含有量を低減することが好ましく、本発明ではＮ含有量の上限を０．０１０質量％に設定した。
【００１０】
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖの１種又は２種以上：合計で０．０１〜０．３質量％
必要に応じて添加される合金成分であり、高温強度を向上させる作用を呈する。Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖ等の添加により高温強度が改善されるメカニズムは必ずしも明確でないが，Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖ等が鋼中のＳ，Ｃ，Ｎと結合して形成された硫化物，炭化物，炭窒化物等の析出物及びマトリックスに固溶したＴｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖ等が転位の移動を規制するソリュートドラッグ効果によるものと推察される。Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖ等の添加効果は、０．０１質量％以上で顕著になるが、０．３質量％を超えて添加しても高温強度を向上させる効果が飽和するばかりでなく、室温での加工性及び耐高温酸化性が劣化する。
【００１１】
Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｙの１種又は２種以上：合計で０．０１〜０．２質量％
必要に応じて添加される合金成分であり、高温域で生成した保護的なＡｌ系酸化皮膜を緻密化し、耐高温酸化性を一層向上させる作用を呈する。Ｌａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｙ等の添加効果は、０．０１質量％以上で顕著になるが、０．２質量％を超えて添加しても耐高温酸化性改善効果が飽和し、鋼材コストを上昇させる原因となる。
Ｃｒ：１〜８質量％
必要に応じて添加される合金成分であり、Ａｌと同様に保護的な酸化皮膜を生成し、耐高温酸化性の改善に有効に作用する。Ｃｒの添加効果は、５質量％以上のＡｌと複合添加する系では１質量％以上のＣｒ添加で発現する。しかし、８質量％を超える過剰量のＣｒ添加は、鋼材コストを上昇させる原因となる。
【００１２】
Ｂ：０．０００２〜０．００２質量％
必要に応じて添加される合金成分である。一般的にいって極低炭素鋼では、粒界に偏析するＣ量が少ないため十分な粒界強度が得られず、プレス加工等の強加工を受けた場合に二次加工割れと称されている粒界割れが発生することがある。この点、粒界に偏析しやすいＢを添加すると、粒界強度が向上し耐二次加工割れ性が改善される。耐二次加工割れ性の改善は、０．０００２質量％以上のＢ添加で顕著になるが、０．００２質量％を超える過剰量のＢを添加すると却って室温での加工性が劣化する。
【００１３】
以上のように成分調整された高Ａｌ鋼板は、通常の薄鋼板製造工程で製造できる。得られる高Ａｌ鋼板は、基本的には耐高温酸化性に優れた薄鋼板であるが、電縫鋼管用素材として使用するとき耐高温酸化性に優れた電縫鋼管も得られる。耐食性を改善するため、めっき原板としての使用も可能である。
高Ａｌ鋼板は、常法に従って溶融アルミニウムめっきされるが、溶融アルミニウムめっき浴への導入に先立ってプレＦｅめっきを施しておくと、ピンホール，不めっき等のめっき欠陥がなく密着性の高い溶融アルミニウムめっき層が形成される。電気Ｆｅめっき層を２ｇ／ｍ2以上の目付け量で形成するとき、めっき欠陥の抑制効果が顕著になる。なお、本明細書で言う「電気Ｆｅめっき層」は、Ｂ，Ｐ等を包含する意味で使用している。
【００１４】
【実施例１】
表１の組成をもつ溶鋼を高周波真空溶解炉で溶製し、３０ｋｇの鋼塊に鋳造した。得られた鋼塊を厚み３０ｍｍまで熱間鍛造した後、１２５０℃に加熱し、仕上げ温度９１０℃の熱間圧延により板厚３．２ｍｍの熱延鋼帯とした。
【００１５】
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【００１６】
熱延鋼帯を酸洗して表面のスケールを除去した後、板厚１．０ｍｍまで冷間圧延した。次いで、８５０℃×均熱６０秒の短時間焼鈍を施した。
焼鈍材の表面にフラックスを塗布し、６８０℃に加熱した溶融アルミニウムめっき浴（Ａｌ−１０質量％Ｓｉ）中に浸漬し，溶融アルミニウムめっきを施した。冷却後に溶融アルミニウムめっき鋼板の断面を観察したところ、片面当り約１５〜２５μｍ程度の厚みで溶融アルミニウムめっき層が形成されていた。
【００１７】
溶融アルミニウムめっき鋼板から試験片を切り出し、引張試験，耐高温酸化性試験，高温強度試験，耐二次加工割れ性試験に供した。
引張試験では、圧延方向と平行に切り出したＪＩＳ５号引張試験片を用い、室温での引張性質を調査した。耐高温酸化性試験では、直径４５ｍｍの形状に打ち抜いた試験片を９００℃に加熱したマッフル炉に装入し、大気雰囲気中で１００時間保持した後の酸化増量を測定し、酸化増量で耐高温酸化性を評価した。高温強度試験では、平行部１０ｍｍ，標点間距離５０ｍｍの高温引張試験片を使用し、ＪＩＳ  Ｇ０５６７に準じて測定した８００℃での降伏強さにより高温強度を評価した。耐二次加工割れ性試験では、絞り比２．５で試験片をカップ成形した後、ドライアイス，液体窒素等で冷却した冷媒中に１５分間保持し、６０度の円錐ポンチで押し広げ試験し、粒界割れが発生しない最低温度を耐二次加工割れ性の限界温度として評価した。
【００１８】
表２及び図１の調査結果にみられるように、Ａｌ含有量が１質量％未満の試験番号１，２では酸化増量が１００ｇ／ｍ2を超えているのに対し、Ａｌ含有量が１質量％以上になると酸化増量が２０ｇ／ｍ2以下となり非常に優れた耐高温酸化性が得られている。耐高温酸化性は、図１に示すようにＡｌ含有量１質量％を境として急激に変わり、Ａｌ含有量の増加に応じて向上しており、Ｃｒや希土類元素（ＲＥＭ）が共存するとき耐高温酸化性が一層向上していることが判る。
【００１９】
室温引張試験での伸びは、Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎの含有量が多くなるに従って低下する傾向が示された。Ａｌが１０質量％を超える試験番号８，Ｓｉが２．０質量％を超える試験番号１１及びＭｎが２．５質量％を超える試験番号１４では、伸びが２０％を下回り、延性に劣っていた。０．０１質量％を超える過剰量のＣを含む試験番号１５においても、延性に劣っていた。
Ｔｉ，Ｎｂ，Ｍｏ，Ｖの１種又は２種以上を含む試験番号１６〜２２，２４，２５では，２８Ｎ／ｍｍ2以上の高い高温強度が示されたものの，合計量が０．３質量％を超える試験番号２０では室温での延性及び耐二次加工割れ性に劣っていた。
また、Ｂを含む試験番号２４をＢ無添加以外はほぼ同じ組成をもつ試験番号１６と比較すると、耐二次加工割れ性の限界温度が試験番号１６で−７０℃であるのに対し、試験番号２４では−１１０℃と良好な値を示した。
【００２０】
0004458610.tif 000003
【００２１】
【実施例２】
表３の組成に成分に調整した溶鋼を連続鋳造して得た鋼塊を、加熱温度１２５０℃，仕上げ温度９００℃，巻取り温度５５０℃の条件で熱間圧延し、板厚３．０ｍｍの熱延鋼帯を製造した。熱延鋼帯を酸洗した後、板厚１．０ｍｍまで冷間圧延し、インライン焼鈍タイプの連続式溶融アルミニウムめっきラインに通板して８５０℃×均熱６０秒の焼鈍を施し、次いで両面当たり８０ｇ／ｍ2の付着量で溶融アルミニウムめっきした。なお、本発明鋼Ｄでは、溶融アルミニウムめっきに先立って片面当り２ｇ／ｍ2の電気Ｆｅ−Ｂプレめっき層を形成した。
【００２２】
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【００２３】
得られた冷延鋼帯の引張性質，耐高温酸化性，高温強度及び耐二次加工割れ性を実施例１と同様に調査した。また、コイルのトップ部及びエンド部で発生しがちなめっき欠陥を調査し、めっき欠陥の発生量をコイル全体に対する重量割合で表しためっき不良率を求めた。
表４の調査結果にみられるように、Ａｌ含有量が少ない比較鋼Ａでは、９００℃での酸化増量が１００ｇ／ｍ2を超える非常に大きな値を示した。これに対し、本発明で規定した組成をもつ本発明鋼Ｂ〜Ｄは、９００℃での酸化増量が少なく、他の特性に関しても良好な値を示した。更に、Ａｌ含有量がほぼ等しい本発明鋼Ｃと本発明鋼Ｄとを比較すると、溶融アルミニウムめっきに先立ちＦｅ−Ｂめっき層を形成しておくことによりめっき不良率が低減されていることが判る。
【００２４】
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【００２５】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の溶融アルミニウムめっき鋼板は、耐高温酸化性に優れ、高温強度及び室温での加工性も良好で、高温構造用材として従来から使用されているステンレス鋼よりも安価である。このような高温特性及び加工性を利用し、自動車や各種燃焼機器の部材等、広範な分野に使用される溶融アルミニウムめっき鋼板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  耐高温酸化性に及ぼすＡｌ含有量の影響を表したグラフ
【図１】
0004458610.tif 000006