合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法
【課題】 高強度・高延性のバランス、成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法を提供する。
【解決手段】質量％で、Ｃ:0.05〜0.25、Mn：0.5〜3.0、Si：0.2〜1.2、Al：0.3〜2.0以下、Ｐ：0.1以下、Ｓ:0.1以下、Ｎ:0.02以下、Ni：0.2〜1.5、Cu：0〜0.5を含有する母材に設けた、合金化溶融亜鉛めっき皮膜のFeの重量％を８〜18、かつめっき皮膜の平均付着量Mav(g/m2)と最大付着量Mmax(g/m2)との関係が（i）式を満足するように構成する。 Mmax≦4.5×Mav ・・・（i） 製造に当たっては、焼鈍、冷却、一定温度範囲保持などの工程を経た鋼板をめっきする際に、母材鋼板中のSiとAlの濃度の和をＷ（質量％）、溶融亜鉛浴侵入直前のスナウト内雰囲気ガスの露点をＶ（℃）とすると、ＷとＶが下記（ii）式を満足するようにする。 Ｖ≦−35−4.5×Ｗ２ ・・・（ii）めっき工程を経た鋼板を鋼板温度が420〜600℃の範囲で５〜100s合金化処理をする。
【解決手段】質量％で、Ｃ:0.05〜0.25、Mn：0.5〜3.0、Si：0.2〜1.2、Al：0.3〜2.0以下、Ｐ：0.1以下、Ｓ:0.1以下、Ｎ:0.02以下、Ni：0.2〜1.5、Cu：0〜0.5を含有する母材に設けた、合金化溶融亜鉛めっき皮膜のFeの重量％を８〜18、かつめっき皮膜の平均付着量Mav(g/m2)と最大付着量Mmax(g/m2)との関係が（i）式を満足するように構成する。 Mmax≦4.5×Mav ・・・（i） 製造に当たっては、焼鈍、冷却、一定温度範囲保持などの工程を経た鋼板をめっきする際に、母材鋼板中のSiとAlの濃度の和をＷ（質量％）、溶融亜鉛浴侵入直前のスナウト内雰囲気ガスの露点をＶ（℃）とすると、ＷとＶが下記（ii）式を満足するようにする。 Ｖ≦−35−4.5×Ｗ２ ・・・（ii）めっき工程を経た鋼板を鋼板温度が420〜600℃の範囲で５〜100s合金化処理をする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度・高延性の合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の産業分野においては、Zn皮膜中にFeを８％以上含有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板が大量に使用されている。一方、最近、自動車においては環境に与える影響の問題から、燃費の向上のために車体軽量化が進んでいる。また安全性の観点から、車体を軽量化しても安全性を維持できるように様々な部材において従来用いられてきた鋼板より高強度・高延性鋼板の需要が高まっている。
【０００３】
これらの鋼板において高強度・高延性のバランスを向上するためにSi若しくはAlを添加することは、非常に有効であることが知られている。さらに、フェライト生成元素であるSiまたはAlと、オーステナイト生成元素であるMnとを多量に含有し、残留オーステナイトを利用した高強度・高延性鋼板の開発などがされている。この高強度・高延性溶融亜鉛めっき鋼板を連続溶融めっきラインで製造するためには、フェライト＋オーステナイトの二相共存温度域で鋼板の還元焼鈍（以下、「焼鈍」と称す。）を行い、次いで350〜600℃での保持時間（以下、「低温保持」と称す。）を長くし、セメンタイトの析出を抑制し、ベイナイト変態を促進し、オーステナイトにＣを濃縮し、安定化させ、室温までオーステナイトを残留させることが重要である。
【０００４】
しかし、上記高強度・高延性鋼板には、Si、Alを多量に含有するため、連続溶融めっきラインでの焼鈍及び低温保持において、Si、Alの単独若しくは複合酸化物が表面に濃化する現象が生じる。このような問題を解決するために鋼中にNi、Cuを添加することは非常に有効であることが知られている。例えば特許文献１ではプレス成型時の張出し成形性及びめっき密着性に優れる高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板及びその製法が開示されている。また、特許文献２では下地鋼板がSi、Mnを多量に含んでいても溶融亜鉛めっき密着性に優れ、かつプレス成形性等の機械的特性と、強度・延性のバランスと、さらには耐食性とに優れた高張力（合金化）溶融亜鉛めっき鋼板が開示されている。また、特許文献３ではめっき性改善のためにNiの添加が開示されている。
【特許文献１】WO00/50658号
【特許文献２】特開2003−96541号公報
【特許文献３】特開平５-70866号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３に開示されたNi、Cu添加する従来技術では、このような成形不良を必ずしも解決しきれなかった。
ここに、本発明の解決すべき課題は、高強度・高延性のバランスおよび成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来技術にあって、そのような高延性・高強度の優れたバランスと、優れた成形性とが両立しない理由をいろいろ検討した結果、以下のようなことが判明した。
母材鋼板中にSi、Alを多く含有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、その製造時に、局部的に合金化反応が進行する現象が発生しやすく、その結果として、めっき付着量が不均一（ムラ）になりやすい。図１（a）、(b)に、平均付着量40ｇ／ｍ２ として合金化処理を行った場合のめっき皮膜の断面写真の例を示すが、同一合金化めっき鋼板においても、図１（ｂ）のめっき正常部よりも非常に付着量の大きな、図１（ａ）のような部位が観察されることが知見された。このようなめっき付着量のムラがあると、プレス成形時の摺動性に悪影響を及ぼし、結果として、めっき皮膜表面における型カジリ等の成形不良が発生しやすくなることが分かった。
【０００７】
ここに、本発明者らは、めっき付着量における厚さのムラを可及的小とすることで、プレス成形時の摺動性を改善でき、めっき皮膜表面の型かじりなどが解消できることを知り、本発明を完成した。
【０００８】
また、前述のめっき付着量のムラの原因として、次のようなことが考えられる。母材鋼板中にSi、Alを多く含有する母材鋼板は、その表層部に、Si、Alの単独若しくは複合酸化物を形成しやすい。このとき、このような酸化物の形成状況は、母材表面の面内で必ずしも均一ではない。そうすると、酸化物が存在しない部分（または存在してもその他の部分と比較してごく薄い部分）では、その他の部分と比較して、合金化反応が促進されるので、この結果として付着量ムラを生じると考えられる。
【０００９】
そこで、本発明者等は、このような付着量ムラの生成に、母材鋼板中のSi、Alの濃度とめっき浴侵入前のスナウト内の雰囲気の露点が関係することを見出した。この理由は、以下のように推定される。
【００１０】
すなわち、スナウト内では、母材鋼板の温度は600℃以下になっている。Si、AlはFeと比較して酸化しやすいので、前記温度領域でも、雰囲気ガスの露点によっては、鋼板表層で容易に酸化物を形成する。前述したように、このような酸化物は面内で均一に形成されない。この結果、母材のSi、Al濃度と露点の関係が適正に制御されていないと、付着量ムラが生じやすくなる。
【００１１】
かくして、本発明によれば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板としては、母材としての鋼板のSi、Al量を所定範囲内に規定するとともに、合金化めっき皮膜におけるめっき付着量を可及的に均一にすることにより、めっき付着量のムラが大幅に解消し、摺動性が大きく改善され、それらの相乗効果により、従来のものと比較してプレス成形性が顕著に改善されることを知り、本発明を完成した。
【００１２】
また、その製造に際しても、スナウト内雰囲気の露点と、母材成分のＳｉおよびＡｌとを一定の範囲に制限することで、同じく優れた改善が得られる。
本発明の要旨は、以下の通りである。
【００１３】
（１）質量％で、Ｃ:0.05〜0.25％、Mn：0.5〜3.0％、Si：0.2〜1.2％、Al：0.3〜2.0％以下、Ｐ：0.1％以下、Ｓ:0.1％以下、Ｎ:0.02％以下、Ni：0.2〜1.5％を含有する母材に合金化溶融亜鉛めっき皮膜を設けた合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、前記合金化溶融亜鉛めっき皮膜中にFeを重量％で８〜18％含有し、かつ該合金化溶融亜鉛めっき皮膜の平均付着量Mav(g/m2)と最大付着量Mmax(g/m2)との関係が（i）式を満足する、合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１４】
Mmax≦4.5×Mav ・・・（i）
（２） 質量％で、さらに、Cu：0.5％以下を含有する上記(1)記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１５】
（３）前記母材が更に、質量％で、Mo：1.0％以下、Ti：0.2％以下、Nb：0.2％以下、Ｖ:0.2％以下の１種又は２種以上を含有する、上記(1)記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１６】
（４）連続溶融めっきラインで合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、めっき母材として、質量％で、Ｃ:0.05〜0.25％、Mn：0.5〜3.0％、Si：0.2〜1.2％、Al：0.3〜2.0％以下、Ｐ：0.1％以下、Ｓ:0.1％以下、Ｎ:0.02％以下、Ni：0.2〜1.5％、Cu：0〜0.5％、Mo：0〜1.0％、Ti：0〜0.2％、Nb：0〜0.2％、Ｖ：0〜0.2％を含有する鋼板に、700〜900℃の二相共存温度域で10〜80s焼鈍を行う焼鈍工程と、焼鈍工程に引き続き３〜20℃/sの冷却速度で350〜600℃まで冷却をする冷却工程と、冷却工程に引き続き350℃〜600℃の温度域に５s〜90s保持する保持工程と、その後、溶融亜鉛浴に浸漬してめっきをするめっき工程と、めっき工程を経た鋼板を鋼板温度が420〜600℃の範囲で５〜100s合金化処理をする合金化処理工程とを備え、前記めっき工程において、母材鋼板中のSiとAlの濃度の和をＷ（質量％）、溶融亜鉛浴侵入直前のスナウト内雰囲気ガスの露点をＶ（℃）とすると、ＷとＶが下記（ii）式を満足するものであることを特徴とする、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１７】
Ｖ≦−35−4.5×Ｗ２ ・・・（ii）
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、Si、Alを含有する高強度・高延性のバランスに優れた鋼板のプレス成形性を改善した合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関する発明であり、家電、建材、自動車などの素材として好適である。特に自動車分野において優れた性能および経済性を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本明細書の説明において、鋼組成を規定する「％」は、「質量％」である。
1)母材
母材の成分は、製品である合金化溶融亜鉛めっき鋼板の機械特性を調整する上で、非常に重要である。以下、各成分について、詳細に説明する。
【００２０】
Ｃ：
本発明鋼は、Ｃを多く含むことにより強度・延性のバランスを向上する。Ｃの含有量は、狙いとする強度により変更すればよいが、延性を向上させるために、少なくとも0.05％以上が必要である。上限は、局部延性の劣化が著しくなる0.25％とする。好ましくは、0.20％以下である。
【００２１】
Ｐ：
Ｐは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であって、できるだけ低い方が好ましい。特に0.1％を超えて含有されると鋼板の延性劣化が顕著化することから、Ｐ含有量は0.1％以下とする。好ましくは、0.05％以下である。
【００２２】
Ｓ：
Ｓも不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であって、やはり低い方が好ましい。特に0.1％を超えて含有されるとMnSの析出量が目立つようになり、鋼板の延性を阻害するのみならず、オーステナイト安定化元素として添加されるMnを前記析出物として消費することから、Ｓ含有量は0.1％以下とする。好ましくは、0.05％以下である。
【００２３】
Ｎ：
Ｎも不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、その含有量は低い方が好ましい。そして、Ｎ含有量が0.02％を超えるとAlNとして消費されるAlの量が多くAl添加の効果が小さくなるばかりでなく、AlNによる延性の劣化が目立つようになることから、Ｎ含有量の上限は、0.02％とする。好ましくは、0.01％以下である。
【００２４】
Mn：
Mnは、鋼板の引張強度を高めるだけでなく、さらにオーステナイトの安定度に直接作用する元素であるため、本発明において重要な元素である。その効果を発現するために0.5％以上のMn添加は必要である。また、高温からの冷却中にパーライトの生成を抑制する効果もある。上限は、コストの観点と転炉での溶製の観点から3.0％とする。好ましくは2.5％以下である。より好ましくは2.0％以下である。
【００２５】
Si：
Siはセメンタイトに固溶せず、セメンタイトの析出を抑制する。上記で述べたように低温保持中にセメンタイトが生成しにくいベイナイトに変態し、オーステナイト中にＣを濃縮させ、オーステナイトの安定度を調整するために重要な元素である。しかし、Siを0.2％以上含有させるとめっき付着量のムラが生じる。また、1.2％超添加した場合、熱間圧延時の酸洗ムラによる筋模様が発生し、溶融亜鉛めっき鋼板の外観を劣化させる。そのため、Siの上限は1.2％とする。好ましくは、0.2〜1.0％とする。
【００２６】
Al：
Alは、脱酸材としても用いられると同時に、Siと同じように、低温保持中にセメンタイトが生成しにくいベイナイトに変態し、オーステナイト中にＣを濃縮させ、オーステナイトの安定度を調整するために重要な元素である。しかし、Alを0.3％以上含有させるとめっき付着量のムラが生じる。また、2.0％超添加した場合、熱間圧延時の酸洗ムラによる筋模様が発生し、溶融亜鉛めっき鋼板の外観を劣化させる。そのため、Alの上限は2.0％とする。好ましくは、0.2〜1.5％とする。更に好ましくは、0.2〜1.2％とする。
【００２７】
Ni：
Niは、オーステナイト生成元素であると同時に、強度を向上させる元素である。Niは、低温保持及び再加熱処理を行う時のオーステナイトを安定化させ、製造安定性に優れる。また、溶融亜鉛めっきの濡れ性を改善する効果もある。更に、Cu添加時に赤熱脆性を抑制する作用もある。前記効果は、0.2％以上で発現する。しかし、多量に添加するとコスト高になるため、上限は、1.5％とする。好ましい上限は、1.2％である。
【００２８】
Cu：
Cuは、Niと同様の効果を発現するばかりか、再加熱処理時のFe−Zn合金相の発達を均一にする。しかし、Niより多量に添加すると鋼中よりめっき浴中に溶出し、ドロス発生の原因になる。そのため、上限は、0〜0.5％とする。好ましい上限は、0.4％である。
【００２９】
本発明の主要な元素は上記の通りだが、上記以外に強度・延性のバランスを整えるために、Mo、Ti、Nb、Ｖの１種又は２種以上添加しても良い。これらの元素について説明する。
【００３０】
Mo：
Moは、高温から冷却中にパーライトの生成を抑制し、マルテンサイトの生成を促進できるため有効な元素である。しかし、1.0 ％以上添加しても、効果が飽和するだけでなく、コスト高になるため望ましくない。そのため、上限は、1.0％とする。好ましくは0.5％以下である。
【００３１】
Ti：
Tiは、析出強化により強度の向上が図れる元素である。また、再加熱処理時のFe−Zn合金相の発達を均一にする。しかし、多量に添加するとその効果が飽和するばかりか、延性を低下させるため、上限は、0.2％とする。
【００３２】
Nb：
Nbは、Tiと全く同様の効果を発現する。そのため、上限を0.2％とする。
Ｖ：
Ｖは、析出強化により強度の向上が図れる元素である。また、皮膜中に拡散して、めっき皮膜の融点を向上させる作用がある。従って、溶接性が向上するが多量に添加するとコスト高を招く。そのため、上限を0.2％とする。
【００３３】
残部は、実質Feである。実質とは、本来添加を目的としないＢ等が0.05％以下混入しても本発明に何ら影響を及ぼさないということである。
また、本発明鋼板の母材組織は、フェライトと残留オーステナイト、更にマルテンサイト、焼き戻しマルテンサイト、パーライト、セメンタイト、ベイナイトが混在した組織になる。
【００３４】
2)めっき皮膜
次に、本発明のめっき皮膜に関して述べる。
皮膜中のFe濃度：めっき皮膜中のFe量は８〜15％である。これは、８％未満になるとη相が残存し、焼けムラとなり、15％を越えると製造コストが上がるためである。
【００３５】
皮膜中のその他の成分：
めっき皮膜中には通常Alが添加されている。このAlの濃度は、通常の0.1〜0.8％程度でよい。残部は、実質敵に亜鉛であるが、Si、Mg、Mn、Ni、Cu、Pb、Sn、Co、Mo等の鋼中からの拡散物質及びめっき浴中の不純物等が0.1％以下程度混入しても本発明に何ら影響を及ぼさない。
【００３６】
3)めっき付着量
本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板におけるめっき皮膜の付着量について説明する。
本発明によれば、平均付着量Mav(g/m2)と最大付着量Mmax(g/m2)の関係が（i）式を満たすものとする。
【００３７】
(i)式 Mmax≦4.5×Ｍav
これは、（i）式を満たす本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合、プレス成形に際して前述の型かじりが発生しにくいためである。好ましくは、Mmax≦2.5×Mavを満たすのがよい。
【００３８】
ここで、本発明で言う平均付着量や最大付着量は、例えば以下のようにして測定された値である。
まず、平均付着量は、対象とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板から、任意に（ただし鋼板端部等の平均的な情報が得られにくい個所は除く）50mm×50mm程度の試験片を採取し、めっき皮膜を溶解して、溶解前後の質量差から求めることができる。最大付着量は、前記の試験片の内側または試験片近傍50mm以内から、長さ10mm程度のめっき断面観察用試験片を（好ましくは５片程度）採取し、当該試験片のめっき皮膜を断面からSEMにより観察し、そして、最もめっき皮膜の厚い部分の厚さ（μｍ）を付着量に換算（×7.2倍）することにより求めることができる。
【００３９】
平均付着量Mavは、10〜100(g/m2)が好ましい。これは、10g/m2 未満なら合金化溶融亜鉛めっきの耐食性が十分に発揮できず、100g/m2 超なら生産性を低下させコスト高となる。
【００４０】
次に、本発明の製造方法に関して以下に述べる。
図２は、溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備のうち、めっき浴周辺の設備を模式的に示したものである。連続焼鈍された鋼帯２は、低温保持帯５を経て、スナウト１から溶融亜鉛めっき浴３に浸漬される。このときのスナウト内雰囲気は、配管８からの適宜ガスにより調整される。めっき浴３を出た鋼帯2は、ガスワイピングノズル６からのガス吹き付けにより、付着量が調整される。めっき付着量が調整された後に、合金化処理炉7に入り、所定の合金化処理が行われる。このときの、めっき処理条件、合金化処理条件などは、すでに公知の条件を採用すればよく、本発明において特に制限はない。
【００４１】
本発明にかかる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造に際しては、前記付着量ムラを抑制するためには、具体的には、スナウト１の内部の露点Ｖ（℃）と鋼中のSi濃度（％）とAl濃度（％）の和Ｗとの関係が、式（ii）を満たすようにする。
【００４２】
（ii）式 Ｖ≦−35−4.5×Ｗ２
このような条件とすることにより、得られる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の付着量ムラが抑えられ、摺動性が改善される。このましくは、Ｗの値にもよるが、Ｖ≦-50である。
【００４３】
図３は、後述する実施例のデータをプロットして得たグラフであるが、図中、実線で囲んだ領域が本発明の範囲であり、付着量のムラが少なく、摺動性の良好な領域である。図中、上側の曲線部の下方領域が（ii）式の示す領域である。また、図からも分かるように、スナウト２の内部の露点Ｖが低い場合、めっき浴からのZnの蒸発が激しくなり、めっき鋼板表面にZn粉末が付着することによる表面欠陥が発生しやすくなる。従って、露点Ｖは−80℃以上、より好ましくは−75℃以上が好ましい。
【００４４】
スナウト２の内部の露点制御方法は、特に限定されない。例えば、H2-N2ガス、N2ガス、Ar等の不活性ガスを、ガス吹込口６を通じてスナウト内に吹き込むことにより、調整することができる。また、必要に応じ前記不活性ガスを加湿器を通じてからスナウト内部に吹き込んでもよい。ガスの吹き込み方法も特に限定しない。例えば、鋼板に垂直に吹き込む方法、水平に吹き込む方法等適用できる。重要なのは、Si＋Al濃度Ｗに応じたスナウトの露点Ｖである。
【００４５】
スナウト内の露点以外の製造条件についても説明する。
本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、連続溶融めっきラインを用いる。めっき基材となるめっき鋼帯は、まず、アルカリ水溶液等での洗浄や、ナイロンブラシ等での表面研削等、公知の方法で前処理を施される。
【００４６】
その後、母材を還元性雰囲気中で700〜900℃の二相共存温度域に加熱して10〜80s、好ましくは39−80sで焼鈍を行う。還元性雰囲気としては、水素：5〜30体積％、残部が窒素からなり、露点：−60〜−0℃の雰囲気が好適である。このとき焼鈍温度が700℃未満であったり焼鈍時間が10s未満であったりすると、再結晶の進行が不十分で目的とする機械特性が得られにくく、温度が900℃を超えると粒の粗大化を起こしやすい。また、焼鈍時間が80sを超えると、結晶粒の粗大化を招くほか、ライン速度の低下が必要で生産性が低下するため好ましくない。
【００４７】
前記のように焼鈍をされた鋼帯は、焼鈍に引き続き、めっき浴温近傍の350〜600℃まで３〜20℃/sで冷却し、その温度域で５〜90s保持される。この保持は、図２の低温保持帯５で通常なされてもよい。この際、保持温度が350℃未満であると、めっき浴侵入時の材料温度が低くなりやすく、連続製造時にめっき浴温の低下につながりやすい。また、保持温度が600℃超であったり、保持時間が５s未満の場合、所望の材料特性が得られにくい。保持時間が、90s超では、生産性が低下してコスト高となる。冷却速度については、３℃/s未満なら所望の材料特性を得られにくく、20℃/s超なら生産性を低下させる。
【００４８】
鋼帯を溶融亜鉛浴へ浸漬した後、ガスワイピング７でめっき付着量を調整し、続いて合金化処理帯８で合金化処理する。合金化処理の温度は、420℃〜600℃が好ましい。また、合金化処理時間は５〜100sとする。これは、加熱温度が420℃未満では合金化の速度が遅く生産性を低下させるためであり、また、600℃超では所望の材料特性が得られにくいためである。また、加熱時間も５s未満では、めっき皮膜中のFe濃度を後述する８％以上とするのが困難であり、100s超では生産性を低下させる。
【００４９】
本発明を実施する際のその他の具体的条件について説明すると次のとおりである。
めっき基材となる鋼帯は、前記した組成であるほかは特に限定されない。熱間圧延、冷間圧延は公知の方法で行えばよいが、好ましくは、母材の粒径を適度な大きさにするため、熱間圧延後の巻取温度を700℃以下、冷延率は圧下率で40〜80％の範囲にすることが望ましい。連続溶融めっきラインにおいて、冷間圧延ままの冷延鋼板を上記製造法にて通板しても良いが、連続焼鈍ラインを一度通し、再結晶した母材を用いても良い。
【００５０】
また、連続溶融亜鉛めっきラインの前処理として、濡れ性を向上させる目的及びFe−Zn合金相を均一に発達させる目的で、Niをめっきしても良い。このNiのめっき方法は、通電めっき・無通電めっきのどちらでも構わない。その時の付着量は、コスト面から１g/m2以下でよい。更に、場合によって熱延材をそのまま通板しても良い。
【００５１】
このようにして製造される本発明の摺動性に優れた高強度・高延性合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、家電、建材、自動車などの素材として好適である。特に自動車分野において優れた性能および経済性を発揮することができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
表１の化学成分（残部Feおよび不純物）の冷延鋼板（厚さ0.8mm）を、幅：80mm、長さ：200mmに切断して多数採取し、めっき基材とした。
【００５３】
これらを75℃のNaOH 水溶液で脱脂洗浄し、連続式溶融めっきシミュレータを用いて、10％H2-N2の還元性雰囲気中で860℃で60s間保持して焼鈍し、その後、６℃/sで500℃まで冷却し、500℃で40s間保持し、その後、溶融亜鉛めっき浴温度（460℃）近傍まで冷却し、溶融亜鉛めっき浴に浸漬した。この溶融亜鉛めっき浴に浸漬する際、めっき浴近傍の露点を−20℃〜−80℃へ種々変更した。露点は、10％H2-N2混合ガスをめっき浴近傍に吹き込むことにより行い、必要に応じN2ガスは加湿器を通じてからスナウト内部に吹き込んだ。溶融亜鉛めっき浴への浸漬時間は約１秒とし、めっき浴から引上げ後、N2ガスワイピングにより付着量を調整した。
【００５４】
このようにして得た溶融亜鉛めっきサンプルを、500℃の塩浴中で合金化処理し合金化溶融亜鉛めっき鋼板を作成した。合金化時間は約３秒とし、このときめっき皮膜中の鉄含有量は概ね９〜11％であった。
【００５５】
このようにして得た合金化溶融亜鉛めっき鋼板のサンプルの、付着量および摺動性を以下のようにして測定、評価した。
［平均付着量］
得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の中央部から30mm×40mmの平均付着量測定用試験片を採取し、めっき皮膜を溶解して、溶解前後の重量差から平均付着量を求めた。
【００５６】
［最大付着量］
前記の付着量試験片の内側または試験片近傍10mm以内から、長さ10mm程度のめっき断面観察用試験片を（３〜５片程度）採取し、当該断面観察用試験片のめっき皮膜を断面からSEMにより観察し、最もめっき皮膜の厚い部分の厚さ（μｍ）を付着量に換算（×7.2倍）することにより求めた。
【００５７】
〔摺動試験１〕
ピンオンディスク試験機を用いて、以下の条件で試験を行った。摺動性の評価は20回転までの最大摩擦係数を求めた。最大摩擦係数が0.2以下で良好と判断した。
【００５８】
摺動条件：荷重 ３ｋｇ、回転速度 １rpm、 回転回数20回
測定温度：60℃
鋼球径：直径2.5mm
油種 ：プレス洗浄油
〔摺動試験２〕
円筒絞り試験機を用いて、以下の条件で試験を行った。
【００５９】
ブランク径 ：直径100mm、成形速度 60mm/min
ブランク押さえ荷重：1.5ton
成形高さ ：25mm
鋼板表面には防錆油を塗布
◎：型かじり発生せず。極めて良好。
【００６０】
○：型かじり若干発生。良好。
△：型かじりかなり発生。不良。
×：型かじりを発生し母材破断。極めて不良。
【００６１】
評価結果を表２に示す。
No.１〜21は、いずれも前記式（２）を満たすように露点を調整して製造したものであるが、いずれも付着量ムラが前記式（１）の範囲内に抑えられ、摺動性も良好であった。一方、No、22〜28は前記式（２）をはずれる条件で製造したもので、付着量ムラが前記式（１）の範囲をはずれ、摺動性も不芳であった。
【００６２】
これらの関係は、図３にグラフで示す。これらの評価基準は次のとおりであった。
付着ムラ： 最大付着量≦平均付着量×4.5の場合を○、最大付着量＞平均付着量×4.5の場合を×とした。なお、付着ムラの良否はそのまま摺動性の良否に対応するため、付着ムラをもって判断した。
【００６３】
【表１】
【００６４】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】めっき断面顕微鏡組織写真であって、図１(a)は、付着量が厚すぎる部分の写真であり、図１(b)は、付着量が正常な部分の写真である。
【図２】本発明に適用可能な製造設備の模式的説明図である。
【図３】本発明の実施例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１ スナウト
２ 鋼帯
６ ガス吹き込み口
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高強度・高延性の合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の産業分野においては、Zn皮膜中にFeを８％以上含有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板が大量に使用されている。一方、最近、自動車においては環境に与える影響の問題から、燃費の向上のために車体軽量化が進んでいる。また安全性の観点から、車体を軽量化しても安全性を維持できるように様々な部材において従来用いられてきた鋼板より高強度・高延性鋼板の需要が高まっている。
【０００３】
これらの鋼板において高強度・高延性のバランスを向上するためにSi若しくはAlを添加することは、非常に有効であることが知られている。さらに、フェライト生成元素であるSiまたはAlと、オーステナイト生成元素であるMnとを多量に含有し、残留オーステナイトを利用した高強度・高延性鋼板の開発などがされている。この高強度・高延性溶融亜鉛めっき鋼板を連続溶融めっきラインで製造するためには、フェライト＋オーステナイトの二相共存温度域で鋼板の還元焼鈍（以下、「焼鈍」と称す。）を行い、次いで350〜600℃での保持時間（以下、「低温保持」と称す。）を長くし、セメンタイトの析出を抑制し、ベイナイト変態を促進し、オーステナイトにＣを濃縮し、安定化させ、室温までオーステナイトを残留させることが重要である。
【０００４】
しかし、上記高強度・高延性鋼板には、Si、Alを多量に含有するため、連続溶融めっきラインでの焼鈍及び低温保持において、Si、Alの単独若しくは複合酸化物が表面に濃化する現象が生じる。このような問題を解決するために鋼中にNi、Cuを添加することは非常に有効であることが知られている。例えば特許文献１ではプレス成型時の張出し成形性及びめっき密着性に優れる高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板及びその製法が開示されている。また、特許文献２では下地鋼板がSi、Mnを多量に含んでいても溶融亜鉛めっき密着性に優れ、かつプレス成形性等の機械的特性と、強度・延性のバランスと、さらには耐食性とに優れた高張力（合金化）溶融亜鉛めっき鋼板が開示されている。また、特許文献３ではめっき性改善のためにNiの添加が開示されている。
【特許文献１】WO00/50658号
【特許文献２】特開2003−96541号公報
【特許文献３】特開平５-70866号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１〜３に開示されたNi、Cu添加する従来技術では、このような成形不良を必ずしも解決しきれなかった。
ここに、本発明の解決すべき課題は、高強度・高延性のバランスおよび成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従来技術にあって、そのような高延性・高強度の優れたバランスと、優れた成形性とが両立しない理由をいろいろ検討した結果、以下のようなことが判明した。
母材鋼板中にSi、Alを多く含有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、その製造時に、局部的に合金化反応が進行する現象が発生しやすく、その結果として、めっき付着量が不均一（ムラ）になりやすい。図１（a）、(b)に、平均付着量40ｇ／ｍ２ として合金化処理を行った場合のめっき皮膜の断面写真の例を示すが、同一合金化めっき鋼板においても、図１（ｂ）のめっき正常部よりも非常に付着量の大きな、図１（ａ）のような部位が観察されることが知見された。このようなめっき付着量のムラがあると、プレス成形時の摺動性に悪影響を及ぼし、結果として、めっき皮膜表面における型カジリ等の成形不良が発生しやすくなることが分かった。
【０００７】
ここに、本発明者らは、めっき付着量における厚さのムラを可及的小とすることで、プレス成形時の摺動性を改善でき、めっき皮膜表面の型かじりなどが解消できることを知り、本発明を完成した。
【０００８】
また、前述のめっき付着量のムラの原因として、次のようなことが考えられる。母材鋼板中にSi、Alを多く含有する母材鋼板は、その表層部に、Si、Alの単独若しくは複合酸化物を形成しやすい。このとき、このような酸化物の形成状況は、母材表面の面内で必ずしも均一ではない。そうすると、酸化物が存在しない部分（または存在してもその他の部分と比較してごく薄い部分）では、その他の部分と比較して、合金化反応が促進されるので、この結果として付着量ムラを生じると考えられる。
【０００９】
そこで、本発明者等は、このような付着量ムラの生成に、母材鋼板中のSi、Alの濃度とめっき浴侵入前のスナウト内の雰囲気の露点が関係することを見出した。この理由は、以下のように推定される。
【００１０】
すなわち、スナウト内では、母材鋼板の温度は600℃以下になっている。Si、AlはFeと比較して酸化しやすいので、前記温度領域でも、雰囲気ガスの露点によっては、鋼板表層で容易に酸化物を形成する。前述したように、このような酸化物は面内で均一に形成されない。この結果、母材のSi、Al濃度と露点の関係が適正に制御されていないと、付着量ムラが生じやすくなる。
【００１１】
かくして、本発明によれば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板としては、母材としての鋼板のSi、Al量を所定範囲内に規定するとともに、合金化めっき皮膜におけるめっき付着量を可及的に均一にすることにより、めっき付着量のムラが大幅に解消し、摺動性が大きく改善され、それらの相乗効果により、従来のものと比較してプレス成形性が顕著に改善されることを知り、本発明を完成した。
【００１２】
また、その製造に際しても、スナウト内雰囲気の露点と、母材成分のＳｉおよびＡｌとを一定の範囲に制限することで、同じく優れた改善が得られる。
本発明の要旨は、以下の通りである。
【００１３】
（１）質量％で、Ｃ:0.05〜0.25％、Mn：0.5〜3.0％、Si：0.2〜1.2％、Al：0.3〜2.0％以下、Ｐ：0.1％以下、Ｓ:0.1％以下、Ｎ:0.02％以下、Ni：0.2〜1.5％を含有する母材に合金化溶融亜鉛めっき皮膜を設けた合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、前記合金化溶融亜鉛めっき皮膜中にFeを重量％で８〜18％含有し、かつ該合金化溶融亜鉛めっき皮膜の平均付着量Mav(g/m2)と最大付着量Mmax(g/m2)との関係が（i）式を満足する、合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１４】
Mmax≦4.5×Mav ・・・（i）
（２） 質量％で、さらに、Cu：0.5％以下を含有する上記(1)記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１５】
（３）前記母材が更に、質量％で、Mo：1.0％以下、Ti：0.2％以下、Nb：0.2％以下、Ｖ:0.2％以下の１種又は２種以上を含有する、上記(1)記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１６】
（４）連続溶融めっきラインで合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、めっき母材として、質量％で、Ｃ:0.05〜0.25％、Mn：0.5〜3.0％、Si：0.2〜1.2％、Al：0.3〜2.0％以下、Ｐ：0.1％以下、Ｓ:0.1％以下、Ｎ:0.02％以下、Ni：0.2〜1.5％、Cu：0〜0.5％、Mo：0〜1.0％、Ti：0〜0.2％、Nb：0〜0.2％、Ｖ：0〜0.2％を含有する鋼板に、700〜900℃の二相共存温度域で10〜80s焼鈍を行う焼鈍工程と、焼鈍工程に引き続き３〜20℃/sの冷却速度で350〜600℃まで冷却をする冷却工程と、冷却工程に引き続き350℃〜600℃の温度域に５s〜90s保持する保持工程と、その後、溶融亜鉛浴に浸漬してめっきをするめっき工程と、めっき工程を経た鋼板を鋼板温度が420〜600℃の範囲で５〜100s合金化処理をする合金化処理工程とを備え、前記めっき工程において、母材鋼板中のSiとAlの濃度の和をＷ（質量％）、溶融亜鉛浴侵入直前のスナウト内雰囲気ガスの露点をＶ（℃）とすると、ＷとＶが下記（ii）式を満足するものであることを特徴とする、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１７】
Ｖ≦−35−4.5×Ｗ２ ・・・（ii）
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、Si、Alを含有する高強度・高延性のバランスに優れた鋼板のプレス成形性を改善した合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関する発明であり、家電、建材、自動車などの素材として好適である。特に自動車分野において優れた性能および経済性を発揮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本明細書の説明において、鋼組成を規定する「％」は、「質量％」である。
1)母材
母材の成分は、製品である合金化溶融亜鉛めっき鋼板の機械特性を調整する上で、非常に重要である。以下、各成分について、詳細に説明する。
【００２０】
Ｃ：
本発明鋼は、Ｃを多く含むことにより強度・延性のバランスを向上する。Ｃの含有量は、狙いとする強度により変更すればよいが、延性を向上させるために、少なくとも0.05％以上が必要である。上限は、局部延性の劣化が著しくなる0.25％とする。好ましくは、0.20％以下である。
【００２１】
Ｐ：
Ｐは不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であって、できるだけ低い方が好ましい。特に0.1％を超えて含有されると鋼板の延性劣化が顕著化することから、Ｐ含有量は0.1％以下とする。好ましくは、0.05％以下である。
【００２２】
Ｓ：
Ｓも不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であって、やはり低い方が好ましい。特に0.1％を超えて含有されるとMnSの析出量が目立つようになり、鋼板の延性を阻害するのみならず、オーステナイト安定化元素として添加されるMnを前記析出物として消費することから、Ｓ含有量は0.1％以下とする。好ましくは、0.05％以下である。
【００２３】
Ｎ：
Ｎも不純物として鋼中に不可避的に含有される元素であり、その含有量は低い方が好ましい。そして、Ｎ含有量が0.02％を超えるとAlNとして消費されるAlの量が多くAl添加の効果が小さくなるばかりでなく、AlNによる延性の劣化が目立つようになることから、Ｎ含有量の上限は、0.02％とする。好ましくは、0.01％以下である。
【００２４】
Mn：
Mnは、鋼板の引張強度を高めるだけでなく、さらにオーステナイトの安定度に直接作用する元素であるため、本発明において重要な元素である。その効果を発現するために0.5％以上のMn添加は必要である。また、高温からの冷却中にパーライトの生成を抑制する効果もある。上限は、コストの観点と転炉での溶製の観点から3.0％とする。好ましくは2.5％以下である。より好ましくは2.0％以下である。
【００２５】
Si：
Siはセメンタイトに固溶せず、セメンタイトの析出を抑制する。上記で述べたように低温保持中にセメンタイトが生成しにくいベイナイトに変態し、オーステナイト中にＣを濃縮させ、オーステナイトの安定度を調整するために重要な元素である。しかし、Siを0.2％以上含有させるとめっき付着量のムラが生じる。また、1.2％超添加した場合、熱間圧延時の酸洗ムラによる筋模様が発生し、溶融亜鉛めっき鋼板の外観を劣化させる。そのため、Siの上限は1.2％とする。好ましくは、0.2〜1.0％とする。
【００２６】
Al：
Alは、脱酸材としても用いられると同時に、Siと同じように、低温保持中にセメンタイトが生成しにくいベイナイトに変態し、オーステナイト中にＣを濃縮させ、オーステナイトの安定度を調整するために重要な元素である。しかし、Alを0.3％以上含有させるとめっき付着量のムラが生じる。また、2.0％超添加した場合、熱間圧延時の酸洗ムラによる筋模様が発生し、溶融亜鉛めっき鋼板の外観を劣化させる。そのため、Alの上限は2.0％とする。好ましくは、0.2〜1.5％とする。更に好ましくは、0.2〜1.2％とする。
【００２７】
Ni：
Niは、オーステナイト生成元素であると同時に、強度を向上させる元素である。Niは、低温保持及び再加熱処理を行う時のオーステナイトを安定化させ、製造安定性に優れる。また、溶融亜鉛めっきの濡れ性を改善する効果もある。更に、Cu添加時に赤熱脆性を抑制する作用もある。前記効果は、0.2％以上で発現する。しかし、多量に添加するとコスト高になるため、上限は、1.5％とする。好ましい上限は、1.2％である。
【００２８】
Cu：
Cuは、Niと同様の効果を発現するばかりか、再加熱処理時のFe−Zn合金相の発達を均一にする。しかし、Niより多量に添加すると鋼中よりめっき浴中に溶出し、ドロス発生の原因になる。そのため、上限は、0〜0.5％とする。好ましい上限は、0.4％である。
【００２９】
本発明の主要な元素は上記の通りだが、上記以外に強度・延性のバランスを整えるために、Mo、Ti、Nb、Ｖの１種又は２種以上添加しても良い。これらの元素について説明する。
【００３０】
Mo：
Moは、高温から冷却中にパーライトの生成を抑制し、マルテンサイトの生成を促進できるため有効な元素である。しかし、1.0 ％以上添加しても、効果が飽和するだけでなく、コスト高になるため望ましくない。そのため、上限は、1.0％とする。好ましくは0.5％以下である。
【００３１】
Ti：
Tiは、析出強化により強度の向上が図れる元素である。また、再加熱処理時のFe−Zn合金相の発達を均一にする。しかし、多量に添加するとその効果が飽和するばかりか、延性を低下させるため、上限は、0.2％とする。
【００３２】
Nb：
Nbは、Tiと全く同様の効果を発現する。そのため、上限を0.2％とする。
Ｖ：
Ｖは、析出強化により強度の向上が図れる元素である。また、皮膜中に拡散して、めっき皮膜の融点を向上させる作用がある。従って、溶接性が向上するが多量に添加するとコスト高を招く。そのため、上限を0.2％とする。
【００３３】
残部は、実質Feである。実質とは、本来添加を目的としないＢ等が0.05％以下混入しても本発明に何ら影響を及ぼさないということである。
また、本発明鋼板の母材組織は、フェライトと残留オーステナイト、更にマルテンサイト、焼き戻しマルテンサイト、パーライト、セメンタイト、ベイナイトが混在した組織になる。
【００３４】
2)めっき皮膜
次に、本発明のめっき皮膜に関して述べる。
皮膜中のFe濃度：めっき皮膜中のFe量は８〜15％である。これは、８％未満になるとη相が残存し、焼けムラとなり、15％を越えると製造コストが上がるためである。
【００３５】
皮膜中のその他の成分：
めっき皮膜中には通常Alが添加されている。このAlの濃度は、通常の0.1〜0.8％程度でよい。残部は、実質敵に亜鉛であるが、Si、Mg、Mn、Ni、Cu、Pb、Sn、Co、Mo等の鋼中からの拡散物質及びめっき浴中の不純物等が0.1％以下程度混入しても本発明に何ら影響を及ぼさない。
【００３６】
3)めっき付着量
本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板におけるめっき皮膜の付着量について説明する。
本発明によれば、平均付着量Mav(g/m2)と最大付着量Mmax(g/m2)の関係が（i）式を満たすものとする。
【００３７】
(i)式 Mmax≦4.5×Ｍav
これは、（i）式を満たす本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合、プレス成形に際して前述の型かじりが発生しにくいためである。好ましくは、Mmax≦2.5×Mavを満たすのがよい。
【００３８】
ここで、本発明で言う平均付着量や最大付着量は、例えば以下のようにして測定された値である。
まず、平均付着量は、対象とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板から、任意に（ただし鋼板端部等の平均的な情報が得られにくい個所は除く）50mm×50mm程度の試験片を採取し、めっき皮膜を溶解して、溶解前後の質量差から求めることができる。最大付着量は、前記の試験片の内側または試験片近傍50mm以内から、長さ10mm程度のめっき断面観察用試験片を（好ましくは５片程度）採取し、当該試験片のめっき皮膜を断面からSEMにより観察し、そして、最もめっき皮膜の厚い部分の厚さ（μｍ）を付着量に換算（×7.2倍）することにより求めることができる。
【００３９】
平均付着量Mavは、10〜100(g/m2)が好ましい。これは、10g/m2 未満なら合金化溶融亜鉛めっきの耐食性が十分に発揮できず、100g/m2 超なら生産性を低下させコスト高となる。
【００４０】
次に、本発明の製造方法に関して以下に述べる。
図２は、溶融亜鉛めっき鋼板の製造設備のうち、めっき浴周辺の設備を模式的に示したものである。連続焼鈍された鋼帯２は、低温保持帯５を経て、スナウト１から溶融亜鉛めっき浴３に浸漬される。このときのスナウト内雰囲気は、配管８からの適宜ガスにより調整される。めっき浴３を出た鋼帯2は、ガスワイピングノズル６からのガス吹き付けにより、付着量が調整される。めっき付着量が調整された後に、合金化処理炉7に入り、所定の合金化処理が行われる。このときの、めっき処理条件、合金化処理条件などは、すでに公知の条件を採用すればよく、本発明において特に制限はない。
【００４１】
本発明にかかる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造に際しては、前記付着量ムラを抑制するためには、具体的には、スナウト１の内部の露点Ｖ（℃）と鋼中のSi濃度（％）とAl濃度（％）の和Ｗとの関係が、式（ii）を満たすようにする。
【００４２】
（ii）式 Ｖ≦−35−4.5×Ｗ２
このような条件とすることにより、得られる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の付着量ムラが抑えられ、摺動性が改善される。このましくは、Ｗの値にもよるが、Ｖ≦-50である。
【００４３】
図３は、後述する実施例のデータをプロットして得たグラフであるが、図中、実線で囲んだ領域が本発明の範囲であり、付着量のムラが少なく、摺動性の良好な領域である。図中、上側の曲線部の下方領域が（ii）式の示す領域である。また、図からも分かるように、スナウト２の内部の露点Ｖが低い場合、めっき浴からのZnの蒸発が激しくなり、めっき鋼板表面にZn粉末が付着することによる表面欠陥が発生しやすくなる。従って、露点Ｖは−80℃以上、より好ましくは−75℃以上が好ましい。
【００４４】
スナウト２の内部の露点制御方法は、特に限定されない。例えば、H2-N2ガス、N2ガス、Ar等の不活性ガスを、ガス吹込口６を通じてスナウト内に吹き込むことにより、調整することができる。また、必要に応じ前記不活性ガスを加湿器を通じてからスナウト内部に吹き込んでもよい。ガスの吹き込み方法も特に限定しない。例えば、鋼板に垂直に吹き込む方法、水平に吹き込む方法等適用できる。重要なのは、Si＋Al濃度Ｗに応じたスナウトの露点Ｖである。
【００４５】
スナウト内の露点以外の製造条件についても説明する。
本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法は、連続溶融めっきラインを用いる。めっき基材となるめっき鋼帯は、まず、アルカリ水溶液等での洗浄や、ナイロンブラシ等での表面研削等、公知の方法で前処理を施される。
【００４６】
その後、母材を還元性雰囲気中で700〜900℃の二相共存温度域に加熱して10〜80s、好ましくは39−80sで焼鈍を行う。還元性雰囲気としては、水素：5〜30体積％、残部が窒素からなり、露点：−60〜−0℃の雰囲気が好適である。このとき焼鈍温度が700℃未満であったり焼鈍時間が10s未満であったりすると、再結晶の進行が不十分で目的とする機械特性が得られにくく、温度が900℃を超えると粒の粗大化を起こしやすい。また、焼鈍時間が80sを超えると、結晶粒の粗大化を招くほか、ライン速度の低下が必要で生産性が低下するため好ましくない。
【００４７】
前記のように焼鈍をされた鋼帯は、焼鈍に引き続き、めっき浴温近傍の350〜600℃まで３〜20℃/sで冷却し、その温度域で５〜90s保持される。この保持は、図２の低温保持帯５で通常なされてもよい。この際、保持温度が350℃未満であると、めっき浴侵入時の材料温度が低くなりやすく、連続製造時にめっき浴温の低下につながりやすい。また、保持温度が600℃超であったり、保持時間が５s未満の場合、所望の材料特性が得られにくい。保持時間が、90s超では、生産性が低下してコスト高となる。冷却速度については、３℃/s未満なら所望の材料特性を得られにくく、20℃/s超なら生産性を低下させる。
【００４８】
鋼帯を溶融亜鉛浴へ浸漬した後、ガスワイピング７でめっき付着量を調整し、続いて合金化処理帯８で合金化処理する。合金化処理の温度は、420℃〜600℃が好ましい。また、合金化処理時間は５〜100sとする。これは、加熱温度が420℃未満では合金化の速度が遅く生産性を低下させるためであり、また、600℃超では所望の材料特性が得られにくいためである。また、加熱時間も５s未満では、めっき皮膜中のFe濃度を後述する８％以上とするのが困難であり、100s超では生産性を低下させる。
【００４９】
本発明を実施する際のその他の具体的条件について説明すると次のとおりである。
めっき基材となる鋼帯は、前記した組成であるほかは特に限定されない。熱間圧延、冷間圧延は公知の方法で行えばよいが、好ましくは、母材の粒径を適度な大きさにするため、熱間圧延後の巻取温度を700℃以下、冷延率は圧下率で40〜80％の範囲にすることが望ましい。連続溶融めっきラインにおいて、冷間圧延ままの冷延鋼板を上記製造法にて通板しても良いが、連続焼鈍ラインを一度通し、再結晶した母材を用いても良い。
【００５０】
また、連続溶融亜鉛めっきラインの前処理として、濡れ性を向上させる目的及びFe−Zn合金相を均一に発達させる目的で、Niをめっきしても良い。このNiのめっき方法は、通電めっき・無通電めっきのどちらでも構わない。その時の付着量は、コスト面から１g/m2以下でよい。更に、場合によって熱延材をそのまま通板しても良い。
【００５１】
このようにして製造される本発明の摺動性に優れた高強度・高延性合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、家電、建材、自動車などの素材として好適である。特に自動車分野において優れた性能および経済性を発揮することができる。
【実施例】
【００５２】
以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明する。
表１の化学成分（残部Feおよび不純物）の冷延鋼板（厚さ0.8mm）を、幅：80mm、長さ：200mmに切断して多数採取し、めっき基材とした。
【００５３】
これらを75℃のNaOH 水溶液で脱脂洗浄し、連続式溶融めっきシミュレータを用いて、10％H2-N2の還元性雰囲気中で860℃で60s間保持して焼鈍し、その後、６℃/sで500℃まで冷却し、500℃で40s間保持し、その後、溶融亜鉛めっき浴温度（460℃）近傍まで冷却し、溶融亜鉛めっき浴に浸漬した。この溶融亜鉛めっき浴に浸漬する際、めっき浴近傍の露点を−20℃〜−80℃へ種々変更した。露点は、10％H2-N2混合ガスをめっき浴近傍に吹き込むことにより行い、必要に応じN2ガスは加湿器を通じてからスナウト内部に吹き込んだ。溶融亜鉛めっき浴への浸漬時間は約１秒とし、めっき浴から引上げ後、N2ガスワイピングにより付着量を調整した。
【００５４】
このようにして得た溶融亜鉛めっきサンプルを、500℃の塩浴中で合金化処理し合金化溶融亜鉛めっき鋼板を作成した。合金化時間は約３秒とし、このときめっき皮膜中の鉄含有量は概ね９〜11％であった。
【００５５】
このようにして得た合金化溶融亜鉛めっき鋼板のサンプルの、付着量および摺動性を以下のようにして測定、評価した。
［平均付着量］
得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の中央部から30mm×40mmの平均付着量測定用試験片を採取し、めっき皮膜を溶解して、溶解前後の重量差から平均付着量を求めた。
【００５６】
［最大付着量］
前記の付着量試験片の内側または試験片近傍10mm以内から、長さ10mm程度のめっき断面観察用試験片を（３〜５片程度）採取し、当該断面観察用試験片のめっき皮膜を断面からSEMにより観察し、最もめっき皮膜の厚い部分の厚さ（μｍ）を付着量に換算（×7.2倍）することにより求めた。
【００５７】
〔摺動試験１〕
ピンオンディスク試験機を用いて、以下の条件で試験を行った。摺動性の評価は20回転までの最大摩擦係数を求めた。最大摩擦係数が0.2以下で良好と判断した。
【００５８】
摺動条件：荷重 ３ｋｇ、回転速度 １rpm、 回転回数20回
測定温度：60℃
鋼球径：直径2.5mm
油種 ：プレス洗浄油
〔摺動試験２〕
円筒絞り試験機を用いて、以下の条件で試験を行った。
【００５９】
ブランク径 ：直径100mm、成形速度 60mm/min
ブランク押さえ荷重：1.5ton
成形高さ ：25mm
鋼板表面には防錆油を塗布
◎：型かじり発生せず。極めて良好。
【００６０】
○：型かじり若干発生。良好。
△：型かじりかなり発生。不良。
×：型かじりを発生し母材破断。極めて不良。
【００６１】
評価結果を表２に示す。
No.１〜21は、いずれも前記式（２）を満たすように露点を調整して製造したものであるが、いずれも付着量ムラが前記式（１）の範囲内に抑えられ、摺動性も良好であった。一方、No、22〜28は前記式（２）をはずれる条件で製造したもので、付着量ムラが前記式（１）の範囲をはずれ、摺動性も不芳であった。
【００６２】
これらの関係は、図３にグラフで示す。これらの評価基準は次のとおりであった。
付着ムラ： 最大付着量≦平均付着量×4.5の場合を○、最大付着量＞平均付着量×4.5の場合を×とした。なお、付着ムラの良否はそのまま摺動性の良否に対応するため、付着ムラをもって判断した。
【００６３】
【表１】
【００６４】
【表２】
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】めっき断面顕微鏡組織写真であって、図１(a)は、付着量が厚すぎる部分の写真であり、図１(b)は、付着量が正常な部分の写真である。
【図２】本発明に適用可能な製造設備の模式的説明図である。
【図３】本発明の実施例の結果を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６６】
１ スナウト
２ 鋼帯
６ ガス吹き込み口
【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｃ:0.05〜0.25％、Mn：0.5〜3.0％、Si：0.2〜1.2％、Al：0.3〜2.0％、Ｐ：0.1％以下、Ｓ:0.1％以下、Ｎ:0.02％以下、Ni：0.2〜1.5％を含有する母材に合金化溶融亜鉛めっき皮膜を設けた合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、前記合金化溶融亜鉛めっき皮膜中にFeを質量％で８〜18％含有し、かつ該合金化溶融亜鉛めっき皮膜の平均付着量Mav(g/m2)と最大付着量Mmax(g/m2)との関係が（i）式を満足する、合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
Mmax≦4.5×Mav ・・・（i）
【請求項２】
質量％で、さらに、Cu：0.5％以下を含有する請求項１記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項３】
前記母材が更に、質量％で、Mo：1.0％以下、Ti：0.2％以下、Nb：0.2％以下、Ｖ:0.2％以下の１種又は２種以上を含有する、請求項１または２記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項４】
連続溶融めっきラインで合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、めっき母材として、質量％で、Ｃ:0.05〜0.25％、Mn：0.5〜3.0％、Si：0.2〜1.2％、Al：0.3〜2.0％、Ｐ：0.1％以下、Ｓ:0.1％以下、Ｎ:0.02％以下、Ni：0.2〜1.5％、Cu：0〜0.5％、Mo：0〜1.0％、Ti：0〜0.2％、Nb：0〜0.2％、Ｖ：0〜0.2％を含有する鋼板に、700〜900℃の二相共存温度域で10〜80s焼鈍を行う焼鈍工程と、焼鈍工程に引き続き３〜20℃/sの冷却速度で350〜600℃まで冷却をする冷却工程と、冷却工程に引き続き350℃〜600℃の温度域に５s〜90s保持する保持工程と、その後、溶融亜鉛浴に浸漬してめっきをするめっき工程と、めっき工程を経た鋼板を鋼板温度が420〜600℃の範囲で５〜100s合金化処理をする合金化処理工程とを備え、前記めっき工程において、母材鋼板中のSiとAlの濃度の和をＷ（質量％）、溶融亜鉛浴侵入直前のスナウト内雰囲気ガスの露点をＶ（℃）とすると、ＷとＶが下記（ii）式を満足するものであることを特徴とする、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
Ｖ≦−35−4.5×Ｗ２ ・・・（ii）
【請求項１】
質量％で、Ｃ:0.05〜0.25％、Mn：0.5〜3.0％、Si：0.2〜1.2％、Al：0.3〜2.0％、Ｐ：0.1％以下、Ｓ:0.1％以下、Ｎ:0.02％以下、Ni：0.2〜1.5％を含有する母材に合金化溶融亜鉛めっき皮膜を設けた合金化溶融亜鉛めっき鋼板であって、前記合金化溶融亜鉛めっき皮膜中にFeを質量％で８〜18％含有し、かつ該合金化溶融亜鉛めっき皮膜の平均付着量Mav(g/m2)と最大付着量Mmax(g/m2)との関係が（i）式を満足する、合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
Mmax≦4.5×Mav ・・・（i）
【請求項２】
質量％で、さらに、Cu：0.5％以下を含有する請求項１記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項３】
前記母材が更に、質量％で、Mo：1.0％以下、Ti：0.2％以下、Nb：0.2％以下、Ｖ:0.2％以下の１種又は２種以上を含有する、請求項１または２記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項４】
連続溶融めっきラインで合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法であって、めっき母材として、質量％で、Ｃ:0.05〜0.25％、Mn：0.5〜3.0％、Si：0.2〜1.2％、Al：0.3〜2.0％、Ｐ：0.1％以下、Ｓ:0.1％以下、Ｎ:0.02％以下、Ni：0.2〜1.5％、Cu：0〜0.5％、Mo：0〜1.0％、Ti：0〜0.2％、Nb：0〜0.2％、Ｖ：0〜0.2％を含有する鋼板に、700〜900℃の二相共存温度域で10〜80s焼鈍を行う焼鈍工程と、焼鈍工程に引き続き３〜20℃/sの冷却速度で350〜600℃まで冷却をする冷却工程と、冷却工程に引き続き350℃〜600℃の温度域に５s〜90s保持する保持工程と、その後、溶融亜鉛浴に浸漬してめっきをするめっき工程と、めっき工程を経た鋼板を鋼板温度が420〜600℃の範囲で５〜100s合金化処理をする合金化処理工程とを備え、前記めっき工程において、母材鋼板中のSiとAlの濃度の和をＷ（質量％）、溶融亜鉛浴侵入直前のスナウト内雰囲気ガスの露点をＶ（℃）とすると、ＷとＶが下記（ii）式を満足するものであることを特徴とする、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
Ｖ≦−35−4.5×Ｗ２ ・・・（ii）
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００６−１１１８９３（Ｐ２００６−１１１８９３Ａ）
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２９７８４０（Ｐ２００４−２９７８４０）
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年４月２７日（２００６．４．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１０月１２日（２００４．１０．１２）
【出願人】（０００００２１１８）住友金属工業株式会社 (2,544)
【Ｆターム（参考）】
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