(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃ  ：０．０５〜０．１５wt.%、
Ｓｉ：０．５wt.%以下、
Ｍｎ：０．２〜２．０wt.%、
Ｐ  ：０．０２５wt.%以下、
Ｎ  ：０．００３〜０．０１０wt.%、
Ｔｉ：０．０２〜０．２０wt.%、
Ｓ  ：０．０１〜０．０２wt.%、及び、
sol.Ａｌ：０．０１〜０．１０wt.%
を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる化学成分組成の溶融亜鉛めっき鋼板であって、
前記溶融亜鉛めっき鋼板の下地鋼板は、前記化学成分組成の鋼片を熱間圧延し、得られた熱間圧延鋼帯を５００〜６８０℃の温度範囲内で巻き取り、こうして得られた熱間圧延鋼帯であり、
そして、前記溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層は、連続式溶融亜鉛めっきラインで亜鉛めっき層を形成するに際して、前記めっきの前処理工程として水素濃度が８〜２０vol.％の範囲内の雰囲気で７００〜８８０℃の範囲内の温度で前記熱間圧延鋼帯を焼鈍し、次いで、前記前処理が施された熱間圧延鋼帯に連続式溶融亜鉛めっき設備で形成されたものであることを特徴とする、耐ブリスター性及び被削性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、耐ブリスター性及び被削性の両方に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、ガードレール等の機械構造用部材の鋼材には、高強度の亜鉛めっき鋼板が用いられてきた。しかしながら、その亜鉛めっき鋼板は、連続式溶融亜鉛めっき設備でめっきが施される場合、しばしばブリスターと呼ばれる表面欠陥が発生し、品質上の問題となっている。このブリスターの発生は、亜鉛めっき原板として冷延鋼板よりも熱延鋼板を用いた場合に特に著しいという傾向がある。ブリスターの形態は円形であり、その大きさは肉眼で判別できない程度の小さいものから、直径１ｍｍ程度の大きいものまであり、めっき鋼板の美観を損なうだけでなく、その耐食性を劣化させる。従って、亜鉛めっき鋼板表面のブリスター発生の防止が強く望まれている。
【０００３】
一方、ガードレールの製造ラインには、その組立て用ボルト穴を穿孔する工程があるので、ガードレール用鋼材に対して被削性が良いことが求められている。ところが、この鋼材はガードレールのような用途に適合させるため高強度に設計されている。そのため、上記ボルトの穴あけ用ドリルの寿命が必ずしも良くないのが実態である。
【０００４】
このように、ガードレール用鋼材として使用される亜鉛めっき鋼板に対しては、表面欠陥であるブリスター発生がなく、しかも、被削性が良好であるものが要請されている。
【０００５】
これに対して、例えば、特開昭５６−１６３２５０号公報には、耐ブリスター性改善を目的として、Ｂ：０．００２０〜０．０２０wt.%、及びＮ：０．００２〜０．０２０wt.%を含有させた鋼材が開示されている（以下、先行技術１という）。一方、被削性向上の観点から自動車用鋼材等に、Ｓを０．０４〜０．０７wt.%含有させたＳ快削肌焼鋼や強靱鋼が使用されており、例えば、山本俊郎他、応用機械工学（１９７４．４）、ｐ．８０に開示されている（以下、先行技術２という）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
先行技術１によれば、亜鉛めっき鋼板の耐ブリスター性は向上するが、上述した鋼材の被削性には依然として問題が残る。更に、先行技術１の亜鉛めっき鋼板にはＢが添加されることを特徴としている。そのためにこの成分組成の鋼材は熱間圧延時の変形抵抗が通常の鋼材に比べて高いので、熱間圧延での製造性が悪く、例えば特に圧延ロールの肌荒れ傾向が大きく、製品の歩留低下を招くといった問題がしばしば発生する。
【０００７】
被削性向上の観点からは、先行技術２によるＳ快削肌焼鋼や強靱鋼は優れたレベルにある。しかし、鋼材のＳ含有率が高いために熱間圧延時の鋼材割れの発生により製品歩留が下がる。従って、先行技術２の鋼板を本発明が目標とする溶融亜鉛めっき鋼板に適用することはできない。
【０００８】
このように、従来、優れた耐ブリスター性と被削性とを併せもち、しかも製造性に優れた、高強度の溶融亜鉛めっき鋼板に関する技術は未だ提案されておらず、このような技術の開発が切望されている。従って、この発明の目的は、上述した問題を解決して、耐ブリスター性及び被削性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上述した問題を解決するために鋭意研究を重ねた。その結果、所要の高強度を確保し、且つ熱間圧延時の製造性に優れた鋼材であって、被削性に優れ、且つ溶融亜鉛めっき鋼板の表面にブリスターが発生しないようにするためには、適量のＴｉを添加したＣ−Ｍｎ系の鋼成分に、Ｎ及びＳを適量添加することが有効であることを見い出した。この発明は上記知見に基づきなされたものでありその要旨は次の通りである。
【００１０】
この発明は、Ｃ：０．０５〜０．１５wt.%、Ｓｉ：０．５wt.%以下、Ｍｎ：０．２〜２．０wt.%、Ｐ：０．０２５wt.%以下、Ｎ：０．００３〜０．０１０wt.%、Ｔｉ：０．０２〜０．２０wt.%、Ｓ：０．０１〜０．０２wt.%、及び、sol.Ａｌ：０．０１〜０．１０wt.%を含有し、残部Ｆｅ及び不可避不純物からなる化学成分組成の溶融亜鉛めっき鋼板であって、その溶融亜鉛めっき鋼板の下地鋼板は、上記成分の鋼片を熱間圧延し、得られた熱間圧延鋼帯を５００〜６８０℃の温度範囲内で巻き取り、こうして得られた熱間圧延鋼帯であり、そして、上記溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層は、連続式溶融亜鉛めっきラインで亜鉛めっき層を形成するに際して、前記めっきの前処理工程として水素濃度が８〜２０vol.％の範囲内の雰囲気で７００〜８８０℃の範囲内の温度で上記熱間圧延鋼帯を焼鈍し、次いで、この前処理が施された熱間圧延鋼帯に連続式溶融亜鉛めっき設備で形成されたものであることに特徴を有する、耐ブリスター性及び被削性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明で対象とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板においては、耐ブリスター性及び被削性を共に優れたレベルとするために、Ｔｉを添加したＣ−Ｍｎ系の鋼に適量のＮ及びＳを添加した化学成分組成の鋼板とする。そして、この発明で対象とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板とは、機械構造用部材に使用される鋼材に属し、ＴＳ＝３７０〜５００Ｎ／ｍｍ2 、ＹＳ＝３００〜４００Ｎ／ｍｍ2 の範囲内の機械的性質を有する、溶融亜鉛めっき鋼板を指す。
【００１２】
次に、この発明において、目標とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の化学成分組成を上記の通り限定し、また、そのような溶融亜鉛めっき鋼板を製造するために熱間圧延条件及び亜鉛めっきラインでのめっき前処理条件を上述した通り限定した理由を説明する。
【００１３】
（１）鋼板の化学成分組成
Ｃ：０．０５〜０．１５wt.%
Ｃは、鋼板の強度を確保するための添加元素である。また、後述するＴｉの添加を併用することにより、ＴｉＣの析出による降伏強度の上昇効果が得られる。しかしながら、Ｃ含有率が０．０５wt.%未満では上記作用による所要の効果が得られず、一方、それが０．１５wt.%を超えると、鋼板の溶接性の劣化を招く。従って、Ｃ含有率は０．０５〜０．１５wt.%の範囲内に限定する。
【００１４】
Ｍｎ：０．２〜２．０wt.%
Ｍｎは、固溶強化により鋼材の強度を向上させ、且つ降伏強度を上昇させる。しかしながら、Ｍｎ含有率が０．２wt.%未満では所要の強度が得られない。一方、それが２．０wt.%を超えると、鋼板の溶接性が劣化する。従って、Ｍｎ含有率は０．２〜２．０wt.%の範囲内に限定する。
【００１５】
Ｐ：０．０２５wt.%以下
Ｐは、固溶強化元素として有効であるが、０．０２５wt.%を超えると鋼板の溶接性が劣化する。従って、Ｐ含有率は０．０２５wt.%以下に限定する。
【００１６】
Ｓｉ：０．５wt.%以下
Ｓｉは、固溶強化元素として有効であるが、０．５wt.%を超えると鋼板の溶融亜鉛めっき性が著しく劣化する。なお、上記しためっき性のために、より好ましいＳｉ量は０．１０wt.%以下である。
【００１７】
sol.Ａｌ：０．０１〜０．１０wt.%
Ａｌは鋼の脱酸剤として添加されるが、sol.Ａｌ含有率が０．０１wt.%未満では脱酸の効果が十分に得られず、一方、sol.Ａｌ含有率が０．１０wt.%を超えると、アルミナ系介在物が多くなり、鋼板の表面性状が劣化する。従って、sol.Ａｌ含有率は０．０１〜０．１０wt.%の範囲内に限定する。
【００１８】
さて、この発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板では、上述した化学成分組成に更に、Ｔｉ、Ｎ及びＳの各元素を適量添加することが必要である。即ち、耐ブリスター性を確保するためには、鋼板中の拡散性水素の集積サイトを確保するために、粗大な析出物を鋼材中に適量存在させることが必要である。また、鋼板の切削性と熱間圧延時の製造性とを共に優れたレベルとするためには、熱間圧延時に赤熱脆性を起こしにくい物性の硫化物を形成させることが必要である。このような観点から、耐ブリスター性、並びに切削性及び熱間圧延時の製造性に及ぼす成分の影響を系統的に検討した結果、
▲１▼耐ブリスター性向上のためには、鋼材中にＴｉＮを生成させること、
▲２▼被削性と熱間圧延時の製造性とを共に向上させるためには、Ｔｉ系の硫化物を適量生成させることが必要であることがわかった。
【００１９】
Ｓ：０．０１〜０．０２wt.%
Ｓは、本発明対象鋼板において、被削性を向上させるために添加することが必須の元素である。そして、Ｓ含有率が０．０１wt.%未満ではその十分な効果が得られず、一方、それが０．０２wt.%を超えると熱間圧延時の鋼材の割れの問題が発生し、製造性が悪くなる。従って、Ｓ含有率は０．０１〜０．０２wt.%の範囲内に限定する。
【００２０】
Ｎ：０．００３〜０．０１０wt.%
Ｎは、本発明対象鋼板において、耐ブリスター性を向上させるために添加することが必須の元素である。そして、Ｎ含有率が０．００３wt.%未満ではその十分な効果が得られず、一方、それが０．０１０wt.%を超えると鋼板の溶接性の劣化が問題となる。従って、Ｎ含有率は０．００３〜０．０１０wt.%の範囲内に限定する。
【００２１】
Ｔｉ：０．０２〜０．２０wt.%
Ｔｉは、上述した通りにＣ、Ｎ及びＳが適量添加されている場合に、これらと結合して、ＴｉＣの生成による降伏強度の確保、ＴｉＮの生成による耐ブリスター性の向上、及びＴｉ系硫化物、例えばＴｉＳやＴｉ4 Ｃ2 Ｓ2 の生成による被削性の向上効果を得るために添加する。この場合、Ｔｉ含有率が０．０２wt.%未満では上記効果が十分に発揮されない。一方、Ｔｉ含有率が０．２０wt.%を超えると、鋼板の強度上昇により、逆に被削性が劣化する。従って、Ｔｉ含有率は０．０２〜０．２０wt.%の範囲内に限定する。
【００２２】
（２）熱間圧延条件及びめっき前処理条件
〔熱間圧延での巻取温度〕
上述した化学成分組成の鋼片を熱間圧延した後、得られた熱間圧延鋼帯を５００〜６８０℃の範囲内の温度で巻き取ることにより、この発明で特徴の一つとする所要の強度、即ちＴＳ＝３７０〜５００Ｎ／ｍｍ2 、ＹＳ＝３００〜４００Ｎ／ｍｍ2 、及び良好な被削性を確保することができる。即ち、巻取り温度が５００℃未満では、鋼板強度の上昇により被削性が劣化する。その状況を図１に示す。
【００２３】
図１は、被削性に及ぼす強度（ＴＳ）の影響を示す。同図の曲線（ａ）は、Ｓ含有率が０．０１５wt.%の本発明の範囲内の成分組成である、鋼Ｎo.１の鋼片７本を用い、熱間圧延の巻取り温度を各種温度水準に変化させることにより、強度レベルを変化させた熱延鋼帯を製造し、以降本発明の製造条件で製造した溶融亜鉛めっき鋼板の被削性試験結果を示すものである。また、同図の曲線（ｂ）は、Ｓ含有率が０．００３wt.%の本発明の範囲外の成分組成である、鋼Ｎo.３の鋼片３本を用い、曲線（ａ）と同様に熱間圧延の巻取り温度を各種温度水準に変化させることにより、強度レベルを変化させた熱延鋼帯を製造し、以降本発明の製造条件で製造した溶融亜鉛めっき鋼板の被削性試験結果を示すものである。従って、曲線（ａ）のプロットはすべて実施例に属し、そして曲線（ｂ）のプロットはすべて比較例に属する溶融亜鉛めっき鋼板についての被削性を示す。
【００２４】
同図からわかるように、実施例の溶融亜鉛めっき鋼板においては、上述したように、強度と被削性との間には強い負の相関があるが、比較例の溶融亜鉛めっき鋼板においては、強度と被削性との間には僅かに負の相関が認められる程度である。
一方、巻取り温度が６８０℃を超えると、所要の強度が得られない。従って、熱間圧延での鋼帯巻取り温度は、５００〜６８０℃の範囲内に限定する。
【００２５】
〔めっき前処理の雰囲気及び温度〕
めっきの前処理として熱間圧延鋼帯を、Ｈ2 濃度が８〜２０vol.% の範囲内の雰囲気で、７００〜８００℃の範囲内の温度で焼鈍することにより、耐ブリスター性に優れ、且つ、めっき密着性の良好な、高強度溶融亜鉛めっき鋼板を得ることができる。即ち、焼鈍雰囲気のＨ2 濃度が８vol.% 未満であるか、又は焼鈍温度が７００℃未満であるかの、少なくとも一方に該当する場合には、良好なめっき密着性が得られない。一方、焼鈍雰囲気のＨ2 濃度が２０vol.% を超えるか、又は焼鈍温度が８８０℃を超えるかの、少なくとも一方に該当する場合には、溶融亜鉛めっき鋼板に対して目標とする耐ブリスター性を得ることができない。また、焼鈍温度が８８０℃を超えると、所要の鋼板強度を得ることができない。
従って、めっきの前処理条件として、Ｈ2 濃度が８〜２０vol.% の雰囲気で、７００〜８８０℃の温度で焼鈍することが必要である。
【００２６】
なお、溶融亜鉛めっきを連続式溶融亜鉛めっき設備で行なうことにより、品質の良い亜鉛めっき鋼板を効率的に製造することができるので、コスト低減にも寄与して望ましい。
【００２７】
【実施例】
次に、この発明を、実施例によって更に詳細に説明する。
〔試験１〕
試験１は、熱間圧延時の巻取り温度、並びにめっき前処理としての焼鈍雰囲気のガス組成及び焼鈍温度はすべて、本発明の範囲内にあり、鋼片の化学成分組成が、本発明の範囲の内又は外の場合についての試験例である。
【００２８】
表１に示す鋼Ｎo.１〜４の化学成分組成の溶鋼を転炉で溶製し、連続鋳造によりスラブに鋳造した。鋼Ｎo.１及び２は本発明の範囲内の成分組成、鋼Ｎo.３及び４は本発明の範囲外の成分組成である。得られたスラブ鋼片を１２５０℃に加熱し熱間圧延後、熱間圧延鋼帯を所定の温度で巻き取り、酸洗した後に連続溶融亜鉛めっきラインに装入した。めっき前処理として所定のＨ2 濃度の雰囲気で所定温度で焼鈍した。表１に、熱間圧延での巻取り温度、焼鈍雰囲気のＨ2 濃度及び焼鈍温度を併記した。次いで溶融亜鉛めっきを行ない、板厚２．５ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。なお、上記以外の製造条件は常法に従って行なった。
【００２９】
鋼Ｎo.１及び２の鋼片からは、本発明の範囲内の製造条件により製造されたそれぞれの溶融亜鉛めっき鋼板である実施例１及び実施例２を得た。これに対して鋼Ｎo.３の鋼片からは、本発明の範囲外の製造条件により製造された溶融亜鉛めっき鋼板である比較例１及び比較例２を得た。但し、比較例１と比較例２との違いは、熱間圧延の巻取り温度が異なるだけである。また、鋼Ｎo.４の鋼片からは、本発明の範囲外の製造条件により製造された溶融亜鉛めっき鋼板である比較例３を得た。こうして製造された各溶融亜鉛めっき鋼板から試験材を採取し、下記試験に供した。試験方法は次の通りである。試験にはすべて溶融亜鉛めっき鋼板を供した。
▲１▼  下地鋼板の金属組織：金属顕微鏡による検鏡試験
▲２▼  機械的性質：Ｌ方向のＪＩＳ５号引張試験片を用いて行なった。
▲３▼  耐ブリスター性：２００×２００ｍｍの試験片を採取し、大気炉で２５０℃×１ｈｒ加熱した後、溶融亜鉛めっき鋼板の試験片表面のブリスター発生の有無を目視観察して判定した。
▲４▼  被削性：試験装置として日立精機製マシニングセンターを用い、切削条件として、ドリル：ＳＫＨ５１、ドリル径：５ｍｍ、回転数：４０００ｒｐｍ、送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ、切削油：なしにて、ドリル寿命を測定した。但し、ドリル寿命は、刃先の溶損、ドリルの折損までの穴あけ回数を求め、穴あけ回数と板厚との積で定義した。
【００３０】
表２に、試験結果を示す。なお、金属組織はいずれもフェライト＋パーライト組織であった。
【００３１】
【表１】
0003837612.tif 000002
【００３２】
【表２】
0003837612.tif 000003
【００３３】
試験条件及び試験結果から明らかなように、本発明の範囲内の製造条件による溶融亜鉛めっき鋼板である実施例１及び実施例２のいずれにおいても、機械的性質、耐ブリスター性及び被削性のすべての特性につき、目標水準を満たしている。
【００３４】
これに対して、本発明の範囲外の製造条件による溶融亜鉛めっき鋼板である比較例１〜３はいずれにおいても、上記３特性の内少なくとも一つについて目標水準に達していない。即ち、比較例１及び２では成分の内Ｓ含有率が本発明の範囲の下限値よりも低いために、被削性に劣っている。比較例３では成分の内Ｎ含有率が本発明の範囲の下限値よりも低いため、耐ブリスター性に問題がある。
【００３５】
〔試験２〕
試験２は、鋼片の化学成分組成は本発明の範囲内であり、その他の製造条件を、本発明の範囲の内又は外にした場合の試験例である。
【００３６】
試験１における本発明の範囲内の化学成分組成の鋼Ｎo.１のスラブ鋼片を用いて、試験１におけるプロセスと同じように、当該スラブ鋼片を１２５０℃に加熱し熱間圧延後、熱間圧延鋼帯を所定の温度で巻き取り、酸洗した後に連続溶融亜鉛めっきラインに装入した。めっき前処理として所定のＨ2 濃度の雰囲気で所定温度で焼鈍した。
【００３７】
表３に、熱間圧延での巻取り温度、焼鈍雰囲気のＨ2 濃度及び焼鈍温度を示した。次いで溶融亜鉛めっきを行ない、板厚２．５ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。なお、上記以外の製造条件は常法に従って行なった。
【００３８】
こうして、鋼Ｎo.１の鋼片から、本発明の範囲内の製造条件により製造された溶融亜鉛めっき鋼板である実施例３及び実施例４を得た。一方、同じく鋼Ｎo.１の鋼片から、本発明の範囲外の製造条件により製造された溶融亜鉛めっき鋼板である比較例４〜比較例６を得た。こうして製造された各溶融亜鉛めっき鋼板から試験材を採取し、所要の試験に供した。試験項目は、▲１▼下地鋼板の金属組織、▲２▼機械的性質、▲３▼耐ブリスター性、及び▲４▼被削性であり、試験１におけるものと同じであり、またその試験方法も試験１における方法と同じである。
【００３９】
表４に、試験結果を併記する。なお、金属組織はいずれもフェライト＋パーライト組織であった。
【００４０】
【表３】
0003837612.tif 000004
【００４１】
【表４】
0003837612.tif 000005
【００４２】
試験結果から明らかなように、本発明の範囲内の製造条件による溶融亜鉛めっき鋼板である実施例３及び実施例４のいずれにおいても、機械的性質、耐ブリスター性及び被削性のすべての特性につき、目標水準を満たしている。
【００４３】
これに対して、本発明の範囲外の製造条件による溶融亜鉛めっき鋼板である比較例４〜６はいずれにおいても、上記３特性の内少なくとも一つについて目標水準に達していない。即ち、比較例４では、熱間圧延での巻取り温度が、本発明の範囲の下限値よりも低いために、強度が目標の上限を超えており、被削性に劣る。比較例５では、焼鈍温度が本発明の範囲の上限値よりも高いため、耐ブリスター性に問題がある。そして、比較例６では、焼鈍時の雰囲気Ｈ2 濃度が本発明の範囲の上限値よりも高いために、耐ブリスター性に問題がある。
【００４４】
以上のように、溶融亜鉛めっき鋼板の下地鋼板の化学成分組成だけが本発明の範囲内にあっても、熱間圧延の巻取り温度、並びにめっき前処理の焼鈍雰囲気のガス組成及び焼鈍温度を本発明の範囲内に制御しないと、所要の機械的性質、耐ブリスター性、及び被削性を満たすことができないことがわかる。
【００４５】
【発明の効果】
以上述べたように、この発明によれば、ガードレール等に用いられる機械構造用部材に好適な、耐ブリスター性及び被削性に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板を提供することができ、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】被削性に及ぼす強度（ＴＳ）の影響を、実施例及び比較例のそれぞれの場合について示すグラフである。
【図１】
0003837612.tif 000006