(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材鋼板に溶融亜鉛めっき皮膜あるいは合金化溶融亜鉛めっき皮膜が形成され、前記母材鋼板の化学成分がmass％で、
Ｃ：０．００２〜０．０１５％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：１．５〜３．０％、
Ｐ：０．２％以下、
Ｓ：０〜０．０１％、
Ａｌ：０．００５〜０．１０％、
Ｎ：０〜０．００５０％、
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつ母材鋼板中の固溶Ｃ量が３〜４０ atppmである、溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項２】
さらに、化学成分としてＴｉ：０．０３％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．１０％以下の１種以上を含む、請求項１に記載の溶融亜鉛めっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、自動車用防錆部材等の素材として使用される溶融亜鉛めっき鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車用鋼板等にはプレス加工性のみならず耐食性が求められるものがあり、これらの両特性を満足する鋼板として溶融亜鉛めっき鋼板が使用される。特に、優れたプレス加工性が要求される場合、溶融亜鉛めっき鋼板の母材（素地）鋼板として、Ｔｉ等の炭化物形成元素を添加して固溶Ｃを固定した、すなわち鋼板内部の固溶Ｃ量を零または限りなく零に近い値にした冷延鋼板（ＩＦ鋼板）が用いられることもある。
【０００３】
一方、近年、鋼板部材は軽量化が指向されており、特に自動車用鋼板においては、地球温暖化防止を目的としたＣＯ2 削減への対応から車体重量の軽量化が要求されている。このため、鋼板の高強度化のために、特開平６−２１３３４号公報に記載されているように、Ｐ、Ｍｎ、Ｓｉ等の固溶強化元素を添加することが一般的に行われている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、Ｍｎ，Ｓｉといった元素は非常に酸化し易く、鋼板表面に酸化物を生成し、これによってめっき性が劣化するため、溶融亜鉛めっき鋼板においては高強度とめっき性とが両立し難く、両者を兼備した溶融亜鉛めっき鋼板の実現は非常に難しい状況にある。
【０００５】
本発明はかかる問題に鑑みなされたものであって、不めっきが生じ易いとされるＭｎ、Ｓｉ等の易酸化元素を含有する鋼板を母材鋼板とした場合であっても、良好なめっき性が得られる溶融亜鉛めっき鋼板を提供することを目的とするものである。
【０００６】
尚、本発明の対象とする溶融亜鉛めっき鋼板とは、めっき浴にてめっき皮膜を母材鋼板に付着したままの溶融亜鉛めっき鋼板は勿論のこと、めっき皮膜着後、さらに合金化処理のために熱処理を行った鋼板、いわゆる合金化溶融亜鉛めっき鋼板をも含む。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、ＭｎやＳｉのめっき性に対する悪影響を低減させるには、酸化物を生成し難いように、その活量を低下させればよいとの着想を基に鋭意研究を重ねた結果、固溶Ｃ量を適量に制御することで前記元素の活量を低減可能なことを知見し、かかる知見に基づき本発明を完成した。
【０００８】
すなわち、本発明による溶融亜鉛めっき鋼板は、母材鋼板に溶融亜鉛めっき皮膜あるいは合金化溶融亜鉛めっき皮膜が形成され、前記母材鋼板の化学成分がmass％で、
Ｃ：０．００２〜０．０１５％、
Ｓｉ：０．５％以下、
Ｍｎ：１．５〜３．０％、
Ｐ：０．２％以下、
Ｓ：０〜０．０１％、
Ａｌ：０．００５〜０．１０％、
Ｎ：０〜０．００５０％、
を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなり、かつ母材鋼板中の固溶Ｃ量が３〜４０ atppmとされたものである。前記母材鋼板はさらに化学成分として、Ｔｉ：０．０３％以下、Ｎｂ：０．１０％以下、Ｚｒ：０．１０％以下の１種以上を含むことができる。なお、「atppm 」は原子数の百万分率を意味する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板は、母材鋼板に溶融亜鉛めっき皮膜、あるいは合金化溶融亜鉛めっき皮膜が形成されたものであり、母材鋼板の化学成分（単位mass％）について説明する。
【００１０】
Ｃ：０．００２〜０．０１５％
めっき性を向上させるために必要な固溶Ｃ量を確保するには、最低でも０．００２％が必要である。しかし、必要以上の過多の添加はその効果が飽和するだけでなく、プレス加工性の劣化を招来する。このため、その下限を０．００２％、その上限を０．０１５％、好ましくは０．０１０％とする。
【００１１】
Ｓｉ：０．５％以下
Ｓｉは固溶強化元素として鋼板の強度向上に寄与するが、過多に添加すると本発明によっても溶融亜鉛めっき性を劣化させる。このため上限を０．５％、好ましくは０．３％とする。
【００１２】
Ｍｎ：１．５〜３．０％
Ｍｎは固溶強化元素であり、鋼を高強度化するには有用な元素である。かかる作用を十分に発揮させるため、Ｍｎ量の下限値を１．５％とする。一方、過多の添加は本発明によっても溶融亜鉛めっき性を劣化させる。このため、その上限を３．０％、好ましくは２．５％とする。
【００１３】
Ｐ：０．２％以下
Ｐは安価な固溶強化元素であり、鋼を高強度化するには有用な元素である。しかし、過多に添加すると延性を劣化させるため、その上限を０．２％、好ましくは０．１６％、より好ましくは０．１０％とする。
【００１４】
Ｓ：０〜０．０１％
ＳはＳ系析出物（ＭｎＳ、Ｔi4Ｃ2Ｓ2、ＺｎＳ等）を生成し、延性を劣化させるので少ない程好ましく、本発明では０．０１％以下（０％を含む。）に止める。
【００１５】
Ａｌ：０．００５〜０．１０％
Ａｌは主に脱酸剤として作用し、有効な作用を得るには少なくとも０．００５％添加する必要がある。しかし、過多に添加すると脱酸効果が飽和するだけでなく、アルミナ系介在物の生成により延性の劣化、連鋳ノズルの詰まりによる生産性の劣化等の問題を引き起こすので、その上限を０．１０％とする。
【００１６】
Ｎ：０〜０．００５０％
Ｎはその含有量が多いほど、Ｎを固定するのに要する窒化物形成元素の添加量が増えて製造コスト高を招き、また延性を阻害するようになるので、本発明では少ない程よく、Ｎ量を０．００５０％以下（０％を含む。）、好ましくは０．００３０％以下（０％を含む。）とする。
【００１７】
母材鋼板は、以上の基本成分のほか、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる場合のほか、前記基本成分の各作用を妨げない元素や、材質特性を向上させる元素の添加を妨げない。例えば、下記のＴｉを単独で、および／またはＮｂ、Ｚｒの１種または２種を必要に応じて添加することができる。
【００１８】
Ｔｉ：０．０３％以下
Ｔｉは固溶Ｃの確保の観点からは、本件発明において必ずしも必要な元素ではないが、強度や溶接性の確保、加工性の改善等に効果がある。従って、固溶Ｃを確保できる範囲で前記特性改善のために添加することができる。０．０３％を超えると、炭化物形成作用が過大となり、本発明の特徴である溶融亜鉛めっき性改善に必要な固溶Ｃ量が確保できないようになる。このため、上限を０．０３％、好ましくは０．０２％とする。
【００１９】
Ｎｂ、Ｚｒ：各々０．１０％以下
ＮｂおよびＺｒもＴｉと同様に、強度や溶接性の確保、加工性の改善等に効果のある元素であるが、炭化物形成元素であり、過剰に添加すると本発明の特徴である溶融亜鉛めっき性改善に必要な固溶Ｃ量を確保できないようになる。このため、各々上限を０．１０％、好ましくは０．０５％とする。
【００２０】
さらに、本発明では、母材鋼板の固溶Ｃ量が３〜４０ atppmとされる。固溶Ｃ量とめっき性改善のメカニズムについては完全には解明できていないものの、以下のような現象がめっき性改善効果をもたらしているのではないかと考えられる。すなわち、Ｍｎに代表される易酸化性元素は鋼板表面で酸化し、めっき性を劣化させる要因となるが、本発明者らが固溶Ｃ量とＭｎ活量との関係を検討した結果、固溶Ｃ量の増加に伴いＭｎ活量が低下する傾向が認められた。活量が低下すれば鋼板表面での酸化反応は抑制されるため、めっき性が改善されるものと考えられる。固溶Ｃ量が３ atppm未満では易酸化性元素の活量低減効果が過少であり、めっき性改善効果が不十分である。一方、４０ atppmを超えると加工性が低下するようになる。このため、本発明では固溶Ｃ量の適正範固を３〜４０ atppm、好ましくは３〜２０ atppm、より好ましくは３〜１０ atppmとする。
【００２１】
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板は、所定成分の鋼を溶製し、そのスラブを１１５０〜１２５０℃程度に加熱し、熱間圧延を行い、Ａr3点以上で仕上圧延を終了し、５５０℃程度以下の比較的低温で巻き取り、その後冷間圧延、再結晶焼鈍を施し、４５０〜５２０℃程度の温度で溶融亜鉛めっきを行い、さらに必要により５３０〜５７０℃程度の温度で合金化熱処理を行うことにより製造される。
【００２２】
鋼板中の固溶Ｃ量を所望範囲内に制御することは、種々の製造条件を制御することによって可能であるが、実用的には巻き取り温度を制御すればよい。巻き取り温度は、巻き取りから冷却完了までの間に炭化物の析出による固溶Ｃの低減を抑制するように５５０℃以下、好ましくは５００℃以下で巻き取るのがよい。もっとも、巻き取り温度が低過ぎると固溶Ｃ量が増え過ぎて加工性が劣化するようになるので、母材鋼板のＣ量にもよるが、概ね１００℃以上、好ましくは１５０℃以上にするのがよい。なお、炭化物形成元素のＴｉを添加する場合、ＴｉＣの析出ピークは６００℃付近にある。このため、ＴｉＣを析出させて固溶Ｃを減らそうとする従来の方法では巻き取り温度は、６００℃前後に設定されるが、このような温度では本発明の企図する適量の固溶Ｃの確保が困難である。この様に巻き取り温度をコントロールすることで鋼板中の固溶Ｃを冷延後に行う焼鈍工程前の段階で適正値に制御することができる。
【００２３】
巻き取られた熱延鋼板は、その後冷間圧延、焼鈍、めっき工程を経るが、冷延後の焼鈍工程は、巻き取りおよびその後の保持時間（巻き取り後の冷却速度は非常に遅いため、巻き取り温度付近で長時間保持される間）に比べるとかなり短いため、巻き取り段階での固溶Ｃの状態がそれほど大きくは変化しない。従って、固溶Ｃ量を焼鈍工程前の段階で適正値に制御することにより、焼鈍過程での易酸化性元素の拡散および酸化を防止することができ、めっき性を改善することができる。もっとも、固溶Ｃ量の制御手法は、上記のように鋼板の巻取り温度を制御することによる制御手法に限定されるものではなく、他の手法によって固溶Ｃ量を制御するようにしてもよいことは勿論である。
【００２４】
以下、本発明を実施例を挙げてさらに具体的に説明するが、本発明はかかる実施例により限定的に解釈されるものではない。
【００２５】
【実施例】
［実施例群Ａ］
下記表１に記載した化学成分の鋼を真空誘導溶解にて溶製し、鋳造した鋼片を１１５０℃にて加熱し、３０mm厚に粗圧延し、次いで仕上圧延終了温度９００℃で４mm厚に仕上圧延し、４００℃の巻取り温度で巻き取った。その後、この熱延鋼板を冷延率６０％にて冷間圧延して板厚１．２mmの冷延鋼板を得て、引き続き連続溶融亜鉛めっきラインにて前記冷延鋼板を８００℃で再結晶焼純し、４８０℃で溶融亜鉛めっきを行い、さらに５５０℃にて合金化処理を行い、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。
【００２６】
得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板から固溶Ｃ量の測定用試験片（長さ１００mm×幅５mm×厚さ１mm）を採取し、母材鋼板中の固溶Ｃ量を内部摩擦試験により測定した。また、前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき付着性を目視観察すると共に、引張試験片を各鋼板から３点採取し、機械的性質を測定して、測定値の平均値を特性値とした。めっき性に関する評価は、鋼板表面に一部でも不めっきが発生したものを不合格（×）、不めっきが発生せず良好な外観を示したものを合格（○）とした。また、機械的特性の判定基準は、ＴＳ×Ｅｌの値が１３０００以上のものを合格とし、それ未満のものを不合格とした。上記観察結果、測定結果を表２に併せて示す。
【００２７】
【表１】
0003848095.tif 000002
【００２８】
【表２】
0003848095.tif 000003
【００２９】
表２の結果より、固溶Ｃが存在するように巻き取り温度を４００℃と低めに設定した場合、鋼板成分が本発明条件を満足する鋼種（No. Ａ、Ｅ、Ｇ、Ｏ）を用いた試料（実施例）では、いずれも良好な機械的特性およびめっき性を示した。
これに対して、鋼板の成分が発明範囲外の鋼種Ｃ、Ｄ、Ｆ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎを用いた試料（比較例）では、いずれも伸び（Ｅｌ）が不足するためにＴＳ×Ｅｌが１３０００（ＭＰａ・％）に満たないか、もしくは良好なめっき性が得られず、不合格となった。すなわち、試料No. ３（鋼種Ｃ）はＣ量が、No. ８（鋼種Ｈ）はＭｎ量が、No. ９（鋼種Ｉ）はＰ量が、No. １０（鋼種Ｊ）はＳ量が、No. １１（鋼種Ｋ）および１２（鋼種Ｌ）はＡｌ量が発明成分範囲外となるため、いすれもＥｌが不足して、ＴＳ×Ｅｌが低下し、合格基準を満たさなかった。一方、試料No. ４（鋼種Ｄ）はＣ量が過少であるため、めっき性を改善するために必要な固溶Ｃ量を確保することができずに不めっきが発生した。また、試料No. １３（鋼種Ｍ）および１４（鋼種Ｎ）はＴｉ、Ｎｂの量が過多であり、このため鋼中の固溶Ｃが全て固定されてしまったため、同様に不めっきが発生した。また、No. ６（鋼種Ｆ）はＳｉ量が、No. ８（鋼種Ｈ）はＭｎ量が過多であるため、不めっきが発生した。
【００３０】
［実施例群Ｂ］
上記実施例群Ａで用いた表１の鋼種Ａ（発明成分）を用いて、以下のような手順で母材冷延鋼板を作製し、濡れ応力測定試験によりめっき性を評価した。
鋼種Ａに示す成分の鋼を真空誘導溶解にて溶製し、鋳造した鋼片を加熱温度１１５０℃にて加熱して３０mm厚に粗圧延し、次いで仕上終了温度９００℃で４mm厚に仕上圧延し、表３に示す種々の巻取り温度で巻き取ることによって、鋼板内部の固溶Ｃ量を種々変化させた熱延鋼板を作製した。その後、この熱延鋼板を１．２mm厚まで冷間圧延して冷延鋼板を得た。
その冷延鋼板から幅１mm、長さ５０mmの試験片を採取し、濡れ応力試験機内で８４０℃×ｌ分の焼鈍処理を施した後に降温し、４８０℃になった時点でめっき浴に１０mm浸漬させて、その際の濡れ応力を測定し、その値によってめっき性の評価とした。評価基準としては、濡れ応力が０dyn/cm以上のものを合格とした。
【００３１】
一方、前記のようにして作製した冷延鋼板を、引き続いて連続溶融亜鉛めっきラインにて焼鈍、溶融亜鉛めっき処理を行って溶融亜鉛めっき鋼板を作製した。このめっき鋼板から試験片を採取し、実施例群Ａと同様にして内部摩擦試験により母材鋼板中の固溶Ｃ量の測定を行った。また、加工性を評価するためｒ値を測定した。加工性の評価基準は、ｒ値が１．４以上を示したものを合格とした。これらの測定結果を表３に併せて示す。
【００３２】
【表３】
0003848095.tif 000004
【００３３】
表３より、固溶Ｃ量が発明条件を満足する試料（実施例）No. ２２、２３、２４、２５は、いずれもめっき性、ｒ値ともに良好な値を示し、総合判定で合格と評価された。
これに対し、試料（比較例）No. ２６、２７は、巻き取り温度が従来レベルで高温であるため、発明条件範囲内の固溶Ｃ量を確保することができず、いずれも良好なめっき性を確保することができなかった。また、No. ２１は、巻き取り温度が低過ぎるため、固溶Ｃ量が過多となり、いずれも加工性（ｒ値）が不合格となった。
【００３４】
【発明の効果】
本発明の溶融亜鉛めっき鋼板は、その母材鋼板の化学成分のみならず、固溶Ｃ量を所定範囲に規定したので、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｐの含有により高強度化を図りつつ、固溶強化元素であるＭｎ等の易酸化性元素の活量が固溶Ｃの存在によって低下し、母材鋼板表面に酸化膜が生成されにくくなり、良好な加工性とめっき性を兼備させることができる。