(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、C：0.020％以下，Si：0.10％未満，Mn：1.0〜2.5％，Al：0.01〜0.10％，Ti：0.1〜0.5％，Nb：0.10〜0.30％，N：0.010％以下で、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Ti／(C＋N)≧10の関係式を満たす化学組成の焼鈍済み冷延鋼板の表面に溶融Al系めっきを施した、常温引張試験による圧延方向の伸びが45％以上であり、かつJIS G 0567に従う高温引張試験による600℃での圧延方向の引張強さが180N/mm2以上である加工性と高温強度に優れた溶融Al系めっき鋼板。
【請求項２】
質量％で、C：0.020％以下，Si：0.10％未満，Mn：1.0〜2.5％，Al：0.01〜0.10％，Ti：0.1〜0.5％，Nb：0.10〜0.30％，N：0.010％以下、およびMo，V，Wの１種または２種以上を合計で0.5％以下含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Ti／(C＋N)≧10の関係式を満たす化学組成の焼鈍済み冷延鋼板の表面に溶融Al系めっきを施した、常温引張試験による圧延方向の伸びが45％以上であり、かつJIS G 0567に従う高温引張試験による600℃での圧延方向の引張強さが180N/mm2以上である加工性と高温強度に優れた溶融Al系めっき鋼板。
【請求項３】
Mo，V，Wの１種または２種以上を合計で0.01〜0.5％含む請求項２に記載のめっき鋼板。
【請求項４】
冷延鋼板のSi含有量が0.05質量％以下である請求項１〜３のいずれかに記載のめっき鋼板。
【請求項５】
溶融Al系めっきが、Si：5〜11質量％を含有するAl−Si合金めっきである請求項１〜４のいずれかに記載のめっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、常温での加工性と高温強度に優れた溶融Al系めっき鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶融Al系めっき鋼板は、一般に溶融Znめっき鋼板より耐熱性に優れている。中でもAl被覆中に少量のSiを存在させたタイプのものは、高温加熱時のFe−Al合金層の発達が抑制され、またAl被覆から基材鋼板（めっき原板）中へのAlの拡散も抑制されるため、優れた耐熱性を呈する。
【０００３】
溶融Al系めっき鋼板の耐熱性は、めっき層の組成だけでなく、基材鋼板そのものの「耐高温酸化性」および「高温強度」に依存するところも大きい。このため、基材鋼板の耐熱性を高める研究も種々行われてきた。例えば、特公昭64−5108号公報には、鋼板中にSiを0.06〜2.0％含有させて耐高温酸化性を改善したAl系めっき鋼板の発明が開示されている。しかし、この基材鋼板は高温強度があまり高くないため、通常、使用温度が600℃未満の用途に限られる。
【０００４】
一方、基材鋼板の耐高温酸化性に加えて、高温強度をも向上させた溶融Al系めっき鋼板が、特公平2−2939号公報に示されている。これは、Si含有量を0.1〜2.2％に高め、必要に応じてNbを添加することによって基材鋼板の高温特性を改善したものである。その溶融Al系めっき鋼板は、600℃程度の温度での使用も可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特公平2−2939号公報の発明は、高温特性の改善を最重要課題としており、確かに600℃程度での使用に耐え得る優れた耐熱性が達成されている。しかし反面、常温での「加工性」が犠牲になっているのも事実である。焼鈍済み冷延鋼板をめっき原板とする溶融Al系めっき鋼板を種々の加工用途に幅広く適用するには、常温での圧延方向の伸びが少なくとも40％を超える値となること、好ましくは43％を安定して超えることが望まれる。特公平2−2939号公報には、高温特性を改善したAl系めっき鋼板において、伸びが40％を超えるものも１例示されているが（同公報第１表試料Ｇ）、他の例は25〜40％と、低い伸び率の範囲でばらついている。
【０００６】
従来から多くの溶融Al系めっき鋼板が開発されているにもかかわらず、600℃程度の温度で使用できる耐熱性を具備させながら、同時に常温での優れた加工性を安定して付与する手法は、未だ確立されていない。本発明はこのような現状に鑑み、常温での「加工性」と600℃程度、あるいはそれ以上の高温で使用し得る優れた「耐熱性」を具備する溶融Al系めっき鋼板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１の発明は、質量％で、C：0.020％以下，Si：0.10％未満，Mn：1.0〜2.5％，Al：0.01〜0.10％，Ti：0.1〜0.5％，Nb：0.10〜0.30％，N：0.010％以下で、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Ti／(C＋N)≧10の関係式を満たす化学組成の焼鈍済み冷延鋼板の表面に溶融Al系めっきを施した、常温引張試験による圧延方向の伸びが45％以上であり、かつJIS G 0567に従う高温引張試験による600℃での圧延方向の引張強さが180N/mm2以上である加工性と高温強度に優れた溶融Al系めっき鋼板である。
【０００８】
ここで、溶融Al系めっきとは、めっき層中のAl濃度が50質量％以上となるようなめっき浴に浸漬して得られためっき鋼板をいう。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１に記載した焼鈍済み冷延鋼板の化学組成において、さらにMo，V，Wの１種または２種以上を合計で0.5％以下含む点を規定したものである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項２の発明において、特にMo，V，Wの１種または２種以上を合計で0.01〜0.5％含む点を規定したものである。
【００１１】
請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれかに記載の発明において、焼鈍済み冷延鋼板のSi含有量が0.05質量％以下である点を規定したものである。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれかに記載の発明において、溶融Al系めっきが、Si：5〜11質量％を含有するAl−Si合金めっきである点を規定したものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
溶融Al系めっき用基材鋼板に含有させる各種元素の作用に関し、一般に次のようなことが知られている。
▲１▼Cは、基材鋼中へのAlの拡散を著しく阻害し、基材とめっき層との界面にボイドを生成させる。その結果、溶融Al系めっき鋼板も耐高温酸化性に対して有害に作用する。
▲２▼Siは耐高温酸化性を向上させ、高温強度の向上にも寄与する。約2％を超えるような多量の添加は冷間加工性を害する。
▲３▼Mnは、固溶強化により高温強度の向上に有効に作用する。
▲４▼Crは、耐高温酸化性の向上に有効であるとともに、降伏点を低下させる作用を呈する。
▲５▼Tiは、Ti・Nb系炭窒化物を形成させ、高温強度の向上に寄与する。またCを固定することで、▲１▼で述べたCの弊害を緩和し、溶融Al系めっき鋼板の耐高温酸化性改善に間接的に寄与する。
▲６▼Alは、溶鋼の脱酸剤として、Ti，Nbの歩留り改善に有効に作用する。
▲７▼Nは、TiN析出物を生成するので、▲５▼で述べたTiの作用を有効に発揮させるうえで、低減することが望ましい。
▲８▼Nbは、Ti・Nb系炭窒化物を形成させ、これが高温強度の向上に効くとともに、その残余の固溶Nbも高温強度の向上に効く。
【００１５】
以上のような周知の技術事項に基づいて検討すれば、溶融Al系めっき鋼板の「耐熱性（耐高温酸化性＋高温強度）」および「加工性」を同時に向上させるには、基材鋼板の成分設計において次のような方針が有効であると予想される。
a)CおよびNを低減する。
b)Si，Mn，Cr，Ti，AlおよびNbを積極的に添加する。
【００１６】
しかし、発明者らの検討によれば、上記a)b)の方針では、本発明の課題である「耐熱性」＋「加工性」の安定的な実現には至らないことが明らかになってきた。
【００１７】
発明者らは、詳細な研究を重ねた結果、CおよびNを低減したうえ、Mn，Ti，AlおよびNbを積極的に添加し、かつSiをできるだけ低減し、Crは添加しないという成分設計を基本とすることによって、本発明の目的が達成されることを見出した。ここで、C，Nの低減およびMn，Ti，Al，Nbの積極的添加の方針に関しては、形式的にみれば周知技術に合致する結果となった。しかし、耐熱性の向上に有効であるとされるSiを低減すること、および耐熱性に有効でかつ加工性向上にも有効であるとされるCrに至っては添加しないという、従来の思想とは異なる成分設計によって「耐熱性」と「加工性」の両立が図れたのである。
【００１８】
このような成分設計によって、なぜ「耐熱性」と「加工性」の両立が図れるのかについては、現時点では不明な点が多い。ただ、NbおよびMnによって十分に耐熱性（特に高温強度）を改善することが可能であること、並びに、基本的にMn，Ti，Al，Nbだけを積極的に添加し、C，N，Siを低減し、Crも添加しないというシンプルな構成を採ったときに常温での加工性の安定的な向上が達成できることが、結果的に明らかになった。
【００１９】
本発明において、基材鋼板中のCは、0.020質量％以下に低減する必要があり、0.010質量％以下とすることが望ましい。ただし、製鋼段階での負荷を考慮すると、0.001〜0.020質量％の範囲とすることが現実的であり、0.001〜0.010質量％の範囲とすることが好ましい。
【００２０】
基材鋼板中のSiは、0.10質量％未満にする必要があり、0.05質量％以下に低減することが望ましい。0.10質量％を超えると、焼鈍済み冷延鋼板における常温での圧延方向の伸びが40％を下回る恐れがある。また、0.05質量％以下にすることによって高い伸び率を一層安定して確保することができる。ただし、製鋼段階での負荷を考慮すると、0.005〜0.1質量％の範囲とすることが現実的であり、0.005〜0.05質量％の範囲とすることが好ましい。
【００２１】
基材鋼板中のMnは、1.0〜2.5質量％の範囲となるように添加する必要がある。1.0質量％未満では、本発明の目的とする高温強度が達成できない場合がある。逆に2.5質量％を超えると、800℃以下の温度範囲でα→γ変態を起こし、機械的性質の急変を招く恐れがある。
【００２２】
基材鋼板中のTiは、0.1〜0.5質量％の範囲とし、かつ、質量％でC＋N量の10倍以上、すなわちTi／(C＋N)≧10の関係式を満たすように添加しなくてはならない。この条件を外れてTi含有量が少なすぎると、本発明で目的とする耐熱性が十分に発現されない恐れがある。逆に0.5質量％を超えると、めっき原板として要求される表面性状を損ねることになる。
【００２３】
基材鋼板中のAlは、0.01〜0.10質量％の範囲となるように添加する必要がある。0.01質量％未満だと耐熱性の改善に支障をきたす恐れがある。逆に0.10質量％を超えると、めっき原板として要求される表面性状を損ねることになる。
【００２４】
基材鋼板中のNは、0.010％以下にする必要があり、0.001質量％以下に低減するのが最も望ましい。ただし、製鋼段階での負荷を考慮すると、0.001〜0.010質量％の範囲とすることが現実的である。
【００２５】
基材鋼板中のNbは、0.10〜0.30質量％の範囲となるように添加する必要がある。0.10質量％未満では十分な高温強度を安定して確保することが難しくなる。ただし、0.30質量％を超えて多量に含有させても効果の増大は期待できず、経済性を損なうだけである。
【００２６】
その他、本発明では、基材鋼板中にMo，V，Wを１種または２種以上を合計で0.5質量％以下の範囲で含有させても良い。これらの元素は高温強度の向上に寄与し、合計量が0.5質量％以下であれば常温の加工性を阻害しないことも確認された。ただし、高温強度の向上効果を十分に発現させるには、これらを合計で0.01質量％以上含有させることが望ましい。
【００２７】
なお、PおよびSは、鋼板の冷間加工性や熱間加工性を害する元素であるが、通常の製造方法で鋼板中に不可避的に含まれるP：0.04質量％以下，S：0.02質量％以下の程度であれば、本発明において特に問題はない。
【００２８】
溶融Al系めっきは、純Alめっきを適用することもできるが、耐熱用途を考慮してSi：5〜11質量％を含有するAl−Si合金めっきとすることが好ましい。めっき浴組成を調整することで種々の組成の合金めっきが可能である。
【００２９】
溶融Al系めっき鋼板の高温強度特性については、600℃の高温引張試験によって調べることができる。具体的には、JIS G 0567に従う高温引張試験を実施し、600℃における圧延方向の引張強さが180N/mm2以上あれば、600℃程度の温度領域で使用し得る高温強度を十分に有していると評価できる。
さらに、700℃の高温引張試験による引張強さが105N/mm2以上であることが望ましい。
【００３０】
【実施例】
表１に示す化学組成の鋼を連続鋳造した。これらを、熱間圧延にて板厚3.2mmの熱延鋼板とし、酸洗後、冷間圧延して板厚1.5mmの冷延板とした。この冷延板を連続式溶融Alめっきライン内で加熱温度850℃にて60秒間焼鈍した後、めっき付着量が両面で80g/m2のAl系めっきを施した。その際、めっき浴組成はAl−9質量％Siとした。
【００３１】
【表１】
0004302251.tif 000002
【００３２】
得られた溶融Al系めっき鋼板に対して、常温での引張試験，600℃および700℃における高温引張試験，並びに高温酸化試験を行った。
常温での引張試験は、めっき鋼板の圧延方向に採取したJIS Z 2201の５号試験片を用いて行った。
高温引張試験は、JIS G 0567に従い、試料を600℃または700℃に15min保持後、直ちに引っ張る方法で行った。
高温酸化試験は、めっき鋼板を大気中で800℃×200hr連続加熱し、めっき層の剥離の有無を評価する方法で行った。
これらの試験結果を表２に示す。
【００３３】
【表２】
0004302251.tif 000003
【００３４】
本発明で規定する化学組成の基材鋼板を用いた鋼No.5〜10のものは、いずれも常温での伸びは43％を超える高い値を安定して示しており、600℃での引張強さは180N/mm2以上、700℃での引張強さは105N/mm2以上と、高い高温強度を示しており、かつ800℃でのめっき層剥離は認められなかった。
これに対し、基材鋼板の化学組成が本発明の規定を外れる鋼No.1〜4では、常温での高い伸び率と、600℃での引張強さが180N/mm2以上という高い高温強度を両立させることができなかった。
【００３５】
図１に、これらの溶融Al系めっき鋼板の、常温での伸びと600℃での引張強さの関係を示す。本発明例のものは、基材鋼板のSi含有量を低減しているにもかかわらず、Siを添加した基材鋼板を使用して耐熱性を向上させた従来の溶融Al系めっき鋼板（比較例；鋼No.1〜3）と同等の高い高温強度を有しており、しかも、常温での伸びも向上していることがわかる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明により、製鋼工程，熱延工程に特別の手段を講じることなく製造可能な溶融Al系めっき鋼板であって、常温での優れた加工性を安定して呈し、かつ600℃程度、あるいはそれ以上の高温で使用可能な耐熱性を有する溶融Al系めっき鋼板が得られるようになった。このような特性を有する溶融Al系めっき鋼板を通常の量産手法で安定して製造する技術は、従来確立されていなかっただけに、本発明は、溶融Al系めっき鋼板の工業的普及に大きく寄与し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶融Al系めっき鋼板の、常温での伸びと600℃での引張強さの関係を示すグラフである。
【図１】
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