高バーリング型 590 MPa 級および 780 MPa 級
熱延原板合金化溶融亜鉛めっき鋼板の開発
林邦 夫
小川登志男
田 中 博 之1)3)
3)
松 谷 直 樹後 藤 貢 一4)
2)

裕代の減少を意味するからである．一部の限られた箇所にお. 緒言いては，防錆性を有するワックスやシーラーの塗布を行っているが(3)，製造コストや生産性の観点から好ましいとは言い北米・欧州における CO2 排出規制強化や，日本国内での難い．また，一般に疲労強度は鋼板強度と共に向上するが，省エネ法による燃費規制強化等，環境対策規制が強化される

680 MPa 以上の引張強度では，その効果は飽和すると言わと同時に，世界各国での衝突安全規制強化に対応すべく，自れている(4)．これは，断続的に応力を受けるシャシー部品に動車メーカー各社ではこれら相反する性能を満足するため，おいては，ハイテン化の一つの壁であった．

自動車用鋼材の高強度化(ハイテン化)を急速に進展させている．

上記背景の下，将来に渡る自動車産業の発展のため，シャシー部品に必要な特性を満たすべく，疲労特性に優れた高バ自動車用鋼板のハイテン化は，ボデー部品が先行しており，ーリング型 590 MPa 級および 780 MPa 級熱延原板合金化

1470 MPa 級のホットスタンプ鋼板(1) の適用も拡大してい溶融亜鉛めっき鋼板(HRGA)を，世界で初めて実用化した．

る．一方，重要保安部品の多いシャシー部品においては，必ずしもハイテン化が順調に進んでいるとは言えない．その理.

開発コンセプト

由の一つとして，ボデー部品に比べシャシー部品は，使用環境が厳しい事が挙げられる．ロアアームやシャシーフレーム

一般に，ハイテンは他の一般鋼種とは，成分や熱処理条件等の部品は，走行時の荷重入力が大きく，概して板厚の厚いが異なる．この相違は，製造コストの増加を招くだけでな熱延鋼板(HR)が用いられる．このような厚肉鋼板の溶接にく，特殊元素による合金コストの増加，生産性の低下によるは，主にアーク溶接が用いられる．ボデー部品に用いられるCO2 排出量の増加も起こりうる．このような視点から，以スポット溶接に比べ，アーク溶接は入熱量が大きい事から，下の 2 点を開発コンセプトとした．

高い耐 HAZ 軟化特性が要求され，一般に析出強化型熱延鋼板(2)が用いられる．



低合金コスト特殊元素の無添加

ハイテン化の目的が軽量化(薄肉化)と衝突安全性の両立に一般的に自動車用鋼板に使用される代表的な特殊元素としある限り，ハイテン化に伴い劣化する成形性，耐 HAZ 軟化て，Ti, Nb, Mo, V, Cr 等が挙げられる．中でも Mo, V は，特性，疲労特性の改善が必要となるだけでなく，優れた耐食合金コストが高いとされる代表的な元素である．そこで本開性が必要となる．これはシャシー部品が厳しい腐食環境に晒発鋼では，これらの特殊元素(Mo, V)を無添加として合金コされるためであり，ハイテン化による薄肉化は，腐食減肉余ストの大幅な上昇を抑制した．

新日鐵住金株式会社
1)本社人事労政部主幹
2)インド C.A.P.L. プロジェクト主幹
名古屋製鐵所3)品質管理部薄板管理室
4)品質管理部薄板管理室主査
Development of Hot Dip Galvanized 590780 MPa Grade Steel
Sheets with Excellent Hallexpand Ratio.; Kunio Hayashi,Toshio Ogawa, Hiroyuki Tanaka, Naoki Matsutani, Kohichi
Gotoh(NIPPON STEEL & SUMITOMO METAL CORPORATION)
2012年10月25日受理

ま て り あ 第52巻 第 1 号(2013)
Materia Japan

低環境負荷連続生産設備における生産性

HRGA の主なミクロ組織制御工程は，図に模式的に示す( a )熱間圧延と( c )溶融亜鉛めっき( CGL )の 2 工程である．この 2 つの工程の大きな相違点として，熱間圧延は鋼種毎に水冷条件を変更する事により，瞬時に温度を変更できる．すなわち，鋼種毎に自由に熱処理条件を変更する事が可能である．これに対し， CGL では熱慣性の大きな焼鈍炉を使用するため，鋼種毎に熱処理温度条件を変更する事は容易



図1

熱延原板合金化溶融亜鉛めっき鋼板(HRGA)の製鋼工程以降の製造工程(模式図)．

では無い．例えば，最高加熱温度が一般鋼種と異なる鋼板を製造する場合，温度変更→製造→温度回復にかなりの時間を要する．すなわちこの CGL での生産性の低下は，生産機会損失によるコスト増加だけでなく，生産重量当たりの CO2排出量の増加を意味する．そこで，低環境負荷での生産を可能とするため，一般鋼種と同等の CGL 熱処理条件となる様

図2に開発を行った．

.

析出強化型熱延鋼板のGA化に際する課題

Si による亜鉛めっき性の劣化

.

ROT2 段冷却中の相変態と合金炭化物およびセメンタイトの析出挙動(模式図)．

GA 化と加工性の両立

Si は，固溶強化元素として広く利用されており，疲労特開発鋼の代表的な必要特性として，加工性(引張延性およ性や加工性の改善にも有効とされている．これは，複合組織び穴広げ性)が挙げられる．加工性は鋼材の成分および熱履鋼において固溶 Si によりフェライトが強化され，硬質相(例歴により決まり，独立に制御できるものではない．加工性とえばマルテンサイト)との強度差が低減し，疲労特性と加工前述の開発コンセプトを満たしつつ，GA 化に対する課題を性が向上すると考えられている(5) ．また解決するため複合組織と析出強化の組み合わせによる加工性

Si は，加工性に不利となるセメンタイト(パーライト)の生成を抑制する効果もあり，同様の効果を持つ Mo, V を添加しない本開発鋼では，積極的に活用したい元素の一つである．

向上を図ることとした．
通常 の 析 出 強 化 型 熱 延 鋼 板 では ， 熱 間 圧 延 工 程 の Run
Out Table(ROT)での水冷中と巻き取り後に，相変態と炭化一方， Si は亜鉛めっき性を阻害する代表的な元素でもあ物の析出が起こる．この場合，図に示すように，フェライる(6) ．これは，易酸化性元素である Si が鋼板表面に濃縮ト変態と合金炭化物の析出が起こる温度域にて巻き取る(高し，表面に生成した酸化物が溶融亜鉛の濡れ性を阻害するだ温巻き取り)と，オーステナイト中に濃化した炭素が A cm

けでなく，その後のめっき層の合金化も遅延させるためであ以上の濃度となりパーライト変態が起こる．パーライトは，る(7)．

鋼板の加工性を著しく損ねる事から，その存在は好ましくな

合金炭化物およびセメンタイトの微細化い．これに対し， Mo, V 等の添加によりパーライト変態を遅延させる手段(8)が挙げられるが，本開発鋼のコンセプトに低環境負荷を目的に，一般鋼種と同様の 650 ～ 750 °C の温反するため利用できない．しかし，加工性の指標の一つであ度域で析出強化鋼を CGL で熱処理した場合，合金炭化物とる延性に着目すると，ベイナイト単相組織より析出強化フェセメンタイトの熱的安定性が重要な因子となる．即ち，このライトの方が優れている．

様な高温においても安定的に鋼板強度を保ち，更に加工性にそこで上記課題を解決するため図 2 に示すように，パー有害なセメンタイトの粗大化を防ぐ必要がある．合金炭化物

ライト変態の起こる前に鋼板を急冷し，炭素の濃化したオーの安定性を改善する元素として， Mo と Ti の複合添加が報

ステナイトを硬質相であるベイナイト組織に変態させる組織告されている(8)．更に Mo は穴広げ性に有害な粗大なセメン制御を行った．これにより，パーライト組織中に含まれるよタイト(パーライト)の生成を回避できる元素の一つである

うな粗大なセメンタイトを回避しつつ，組織間の硬度差に起が，前述の様に Mo は高価な元素である為，本開発において因した複合組織化による穴広げ性の劣化を回避するため，は添加しないこととした．

CGL 焼鈍後の析出強化フェライトとベイナイトの強度差が新技術・新製品

表1

高バーリング HRGA および HR の材質の比較．

強度鋼

TS(MPa)El.()l()590 MPa

HRGA(開発鋼)HR(従来鋼)6286302828151138780 MPa

HRGA(開発鋼)HR(従来鋼)(2)80279419219896TS引張強度

図3種El.全伸びl穴広げ率

開発鋼および比較鋼の平面曲げ疲労特性．
図5

開発鋼および比較鋼のせん断後の断面観察．

クル域で疲労強度に優れる事が解る．また，疲労限度比を比較すると，本開発鋼の組織制御は，大幅に疲労限度比を改善する方法である事が示された．


加工性

引張試験および穴広げ試験結果を表に示す．熱延高バーリング鋼板と遜色ない加工性を有する事が解る．また，打ち抜きまたはせん断加工時に課題となる断面損傷に対する感受
図4

開発鋼および比較鋼の疲労限度比の比較．

性も調査した．穴径 q 10 mm，クリアランス10，板厚 2.3mm の条件で行った(図)．不適切な成分・製造条件においては，(b)の様に断面損傷が発生するのに対し，本開発鋼に小さくなる温度履歴と成分を選択した．

おいては健全な断面を呈している事が確認できる．

このように，巻き取り温度をベイナイト変態温度域とする事により，巻き取り後の合金炭化物の粗大化を回避し，その.

実用例・将来性後の CGL での熱処理で課題であった合金炭化物の粗大化による強度低下を回避することが可能となった．

本開発鋼は， 2009 年から( 780 MPa 級が)シャシーフレー
ム部品へ適用されており，年換算 5000 t / y の製造実績があ. 開 発 鋼 の 特 性

亜鉛めっき性

亜鉛めっき性の評価は， JIS H 0401に準拠して行った．
鋼板を曲げ試験により，曲げた部分のめっき被膜の表面状態る．今後，ロアアーム等への部品展開により，更なる需要拡大が期待される．また，本件に関わる基本特許として特許4772927が既に登録されており，その他，特願2012032591など出願している．また，これらの特許を国外へも申請中である．

を目視にて評価した．この結果，低 Si 化による亜鉛めっき性改善効果により，良好な亜鉛めっき密着性を示した．


疲労特性

図およびに示すように，疲労特性の評価は，完全両振りの JIS Z 2275 に準拠し，シェンク式平面曲げ疲労試験機で評価した．このときの応力負荷は，両振りで試験の速度は30 Hz とした．また疲労強度比は前述の説明に従い，平面曲げ疲労試験により 107サイクルでの疲労強度を，引張試験により測定される引張強度で除した値とした．

文献( 1 ) 末広正芳ら新日鐵技報，378(2003), 1520.
( 2 ) 岡本 力，麻生敏光，岡田浩幸まてりあ，51(2012), 28
30.
( 3 ) 重永 勉らマツダ技報，24(2006), 200204.
( 4 ) 岩崎紀夫ら日本鋼管技報，91(1981), 359370.
( 5 ) 水井正也ら材料，38(1989), 589595.
( 6 ) 広瀬祐輔，戸川 博，住谷次郎鉄と鋼，68(1982), 665672.
( 7 ) 西村一実，小田島壽男，岸田宏司，織田昌彦鉄と鋼， 79(1993), 590596.
( 8 ) 船川義正，瀬戸一洋鉄と鋼，93(2007), 49
56.

開発鋼は，同強度の熱延高バーリング鋼板に比べ，全サイ

ま て り あ 第52巻 第 1 号(2013)
Materia Japan