延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法
【課題】高強度（５９０ＭＰａ以上の引張強度ＴＳ）を有し、かつ、延性と穴広げ性に優れ、高降伏比である溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法を提供する。
【解決手段】成分組成は、質量％でＣ：０．０４％以上０．１３％以下、Ｓｉ：０．９％以上２．３％以下、Ｍｎ：０．８％以上２．４％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎ：０．００８％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、組織は、面積率で、フェライトが９４％以上、マルテンサイトが２％以下であり、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下、フェライトのビッカース硬度が１４０以上、かつ、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径が０．５μｍ以下、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比が２．０以下であることを特徴とする延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【解決手段】成分組成は、質量％でＣ：０．０４％以上０．１３％以下、Ｓｉ：０．９％以上２．３％以下、Ｍｎ：０．８％以上２．４％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎ：０．００８％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、組織は、面積率で、フェライトが９４％以上、マルテンサイトが２％以下であり、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下、フェライトのビッカース硬度が１４０以上、かつ、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径が０．５μｍ以下、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比が２．０以下であることを特徴とする延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の産業分野で使用される部材として好適な延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保護意識の高まりから、自動車のＣＯ２排出量削減に向けた燃費改善が強く求められている。これに伴い、車体材料の高強度化での薄肉化を図り、車体を軽量化しようとする動きが活発となってきている。しかしながら、鋼板の高強度化により、延性や穴広げ性の低下が懸念される。このため、高延性と高穴広げ性を併せ持つ高強度鋼板の開発が望まれている。さらに、側面衝突時の乗員保護に対応する耐座屈性確保の観点から、高降伏比の鋼板に対する要望も高くなっている。また、防錆性を考慮した部材では高強度溶融亜鉛めっき鋼板のニーズが高まっている。
【０００３】
高強度鋼板の穴広げ性の向上に対して、例えば特許文献１では、化学成分を規定し、複合組織中のフェライトの面積率と結晶粒径、フェライト中に存在する微細析出物のサイズと量および残留オーステナイトの面積率を規定することにより、材質安定性と穴広げ性に優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法が提案されている。また、高強度鋼板の穴広げ性の向上および降伏比の上昇に対して、特許文献２では、化学成分を規定し、マルテンサイト、残留オーステナイトおよびベイナイトの硬質相組織がフェライトマトリックス中に微細分散した複合組織を造り込むことにより、成形性に優れた高強度熱延鋼板および高強度溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法が提案されている。さらに、特許文献３では、化学成分を規定し、フェライトが主体の組織でＴｉ量とＣ量との比を制御することにより、疲労特性と伸びフランジ性に優れた熱延鋼板およびその製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９１３１４号公報
【特許文献２】特開２００１−３３５８９２号公報
【特許文献３】特開２００８−２７４４１６号公報
【発明の概要】
【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では、穴広げ性の向上を主目的としているため、延性の向上および降伏比の上昇については考慮されていない。また、特許文献２、３では、穴広げ性の向上と降伏比の上昇について考慮しているが、延性の向上については検討されていない。そのため、高延性と高穴広げ性と高降伏比を兼ね備えた高強度溶融亜鉛めっき鋼板の開発が課題となる。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑み、高強度（５９０ＭＰａ以上の引張強度ＴＳ）を有し、かつ、延性と穴広げ性に優れ、高降伏比である溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、高強度（５９０ＭＰａ以上の引張強度ＴＳ）を有し、かつ、延性と穴広げ性に優れ、高降伏比である溶融亜鉛めっき鋼板を得るべく鋭意検討を重ねたところ、以下のことを見出した。
【０００８】
フェライトを主体とした組織にＳｉを添加することにより、フェライト自体の加工硬化能向上による延性の向上と、フェライトの固溶強化による強度確保および第二相との硬度差低減による穴広げ性の向上が可能となった。また、フェライトの結晶粒界に存在するセメンタイト等の炭化物のサイズとアスペクト比を制御することで、打ち抜きによる穴あけ加工時に発生するマイクロボイドの量を低減させ、さらに穴広げ加工時の亀裂伝播を抑制させ、更なる穴広げ性の向上を可能とした。加えて、マルテンサイトの分率を低く抑えた組織を造り込むことで、高降伏比が可能となった。以上のことにより、引張強度ＴＳが５９０ＭＰａ以上の強度レベルの鋼板に対して、高延性と高穴広げ性を有し、さらに高降伏比を有することが可能となった。
【０００９】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、以下の特徴を備えている。
【００１０】
［１］成分組成は、質量％でＣ：０．０４％以上０．１３％以下、Ｓｉ：０．９％以上２．３％以下、Ｍｎ：０．８％以上２．４％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎ：０．００８％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、組織は、面積率で、フェライトが９４％以上、マルテンサイトが２％以下であり、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下、フェライトのビッカース硬度が１４０以上、かつ、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径が０．５μｍ以下、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比が２．０以下であることを特徴とする延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１１】
［２］さらに、鋼組織を３０００倍の走査型電子顕微鏡で観察した際に、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒が０．００５個／μｍ２以上存在することを特徴とする前記［１］に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１２】
［３］さらに、成分組成として、質量％で、Ｃｒ：０．０５％以上１．０％以下、Ｖ：０．００５％以上０．５％以下、Ｍｏ：０．００５％以上０．５％以下、Ｎｉ：０．０５％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．０５％以上１．０％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１３】
［４］さらに、成分組成として、質量％で、Ｔｉ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎｂ：０．０１％以上０．１％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１４】
［５］さらに、成分組成として、質量％で、Ｃａ：０．００１％以上０．００５％以下、ＲＥＭ：０．００１％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１５】
［６］さらに、成分組成として、質量％で、Ｔａ：０．００１％以上０．０１０％以下、Ｓｎ：０．００２％以上０．２％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１６】
［７］さらに、成分組成として、質量％で、Ｓｂ：０．００２％以上０．２％以下を含有することを特徴とする前記［１］〜［６］のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１７】
［８］前記［１］、［３］〜［７］のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを仕上出側温度８５０℃以上で熱間圧延し、４５０〜６００℃で巻き取った後、酸洗し、６００〜７５０℃の温度域で５０〜５５０ｓ保持して焼鈍した後、冷却し、次いで、溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１８】
［９］溶融亜鉛めっきを施した後、４７０〜６００℃の温度域で亜鉛めっきの合金化処理を施すことを特徴とする前記［８］に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１９】
なお、本明細書において、鋼の成分を示す％は、すべて質量％である。また、本発明において、「高強度溶融亜鉛めっき鋼板」とは、引張強度ＴＳが５９０ＭＰａ以上である溶融亜鉛めっき鋼板である。
【００２０】
また、本発明においては、合金化処理を施す、施さないにかかわらず、溶融亜鉛めっき方法によって鋼板上に亜鉛をめっきした鋼板を総称して溶融亜鉛めっき鋼板と呼称する。すなわち、本発明における溶融亜鉛めっき鋼板とは、合金化処理を施していない溶融亜鉛めっき鋼板、合金化処理を施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の両方を含むものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高強度（５９０ＭＰａ以上の引張強度ＴＳ）を有し、かつ、延性と穴広げ性に優れ、高降伏比である溶融亜鉛めっき鋼板が得られる。本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板を、例えば、自動車構造部材に適用することにより車体軽量化による燃費改善を図ることができ、産業上の利用価値は非常に大きい。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の詳細を説明する。
【００２３】
一般に、軟質なフェライトと硬質なマルテンサイトとの二相組織構成では、延性の確保は可能であるが、フェライトとマルテンサイトの硬度差が大きいために、十分な穴広げ性が得られないことが知られている。また、ＤＰ組織（フェライト＋マルテンサイト）では、高い降伏比が得られないことが知られている。一方、フェライトを主体とし、第二相をセメンタイト等の炭化物とすることにより、硬度差が大きい異相界面の量を低減することで穴広げ性が確保され、かつマルテンサイトを含まないことで高い降伏比が得られるものの、十分な強度と延性が得られないことが知られている。そこで、本発明者は、フェライトを主体とし、第二相を、マルテンサイト分率を低く抑え、セメンタイト等の炭化物を主体とする組織構成として、Ｓｉを積極活用することでフェライトの固溶強化による強度の確保と、フェライト自体の加工硬化能向上による延性の確保の可能性に着目し検討を行った。加えて、フェライトの結晶粒界に存在するセメンタイト等の炭化物のサイズおよびアスペクト比を小さくすることで、打ち抜きによる穴あけ加工時に発生するマイクロボイドの量を低減させ、さらに穴広げ加工時の亀裂伝播を抑制させ、更なる穴広げ性の向上の可能性に着目し検討を行った。その結果、引張強度ＴＳが５９０ＭＰａ以上の強度レベルの鋼板に対して、高延性と高穴広げ性を有し、さらに高降伏比を有することが可能となった。
【００２４】
以上が本発明を完成するに至った技術的特徴である。
【００２５】
そして、本発明は、成分組成は、質量％でＣ：０．０４％以上０．１３％以下、Ｓｉ：０．９％以上２．３％以下、Ｍｎ：０．８％以上２．４％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎ：０．００８％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、組織は、面積率で、フェライトが９４％以上、マルテンサイトが２％以下であり、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下、フェライトのビッカース硬度が１４０以上、かつ、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径が０．５μｍ以下、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比が２．０以下であることを特徴とする。
【００２６】
（１）まず、成分組成について説明する。
【００２７】
Ｃ：０．０４％以上０．１３％以下
Ｃはオーステナイト生成元素であり、組織を複合化し、強度と延性向上に主要な元素である。Ｃ量が０．０４％未満では、強度の確保が難しい。一方、Ｃ量が０．１３％を超えて過剰に添加すると、伸びフランジ割れの起点となる炭化物の量が増加し、穴広げ性が低下する。よって、Ｃは０．０４％以上０．１３％以下とする。好ましくは０．０６％以上０．１１％以下である。
【００２８】
Ｓｉ：０．９％以上２．３％以下
Ｓｉはフェライト生成元素であり、フェライトの固溶強化に有効な元素でもある。強度と延性のバランスの向上およびフェライトの硬度確保のためには０．９％以上の添加が必要である。しかしながら、Ｓｉの過剰な添加は、赤スケール等の発生により表面性状の劣化や、めっき付着・密着性の劣化を引き起こす。よって、Ｓｉは０．９％以上２．３％以下とする。好ましくは、１．０％以上１．８％以下である。
【００２９】
Ｍｎ：０．８％以上２．４％以下
Ｍｎは、鋼の強化に有効な元素である。また、オーステナイト生成元素であり、Ｍｎ量は０．８％未満では強度の確保が難しい。一方、２．４％を超えて過剰に添加すると、伸びフランジ割れの起点となる炭化物の量が増加し、穴広げ性が低下する。また近年、Ｍｎの合金コストが高騰しているため、コストアップの要因にもなる。Ｍｎは０．８％以上１．８％以下が好ましく、より好ましくは１．０％以上１．８％以下である。
【００３０】
Ｐ：０．１％以下
Ｐは、鋼の強化に有効な元素であるが、０．１％を超えて過剰に添加すると、粒界偏析により脆化を引き起こし、耐衝撃性を劣化させる。また０．１％を超えると合金化速度を大幅に遅延させる。従って、Ｐは０．１％以下とする。
【００３１】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、ＭｎＳなどの介在物となって、耐衝撃性の劣化や溶接部のメタルフローに沿った割れの原因となるので極力低い方がよいが、製造コストの面からＳは０．０１％以下とする。
【００３２】
Ａｌ：０．０１％以上０．１％以下
Ａｌは、鋼を脱酸させるために添加される元素であり、ＡｌＮによる熱間圧延後の鋼組織を微細化し、材質を改善するために有効な元素である。Ａｌ量が０．０１％に満たないとその添加効果に乏しくなるため、下限を０．０１％とする。しかしながら、Ａｌの過剰な添加は、酸化物系介在物の増加による表面性状や成形性の劣化を招き、コスト高にもなるため、Ａｌは０．１％以下とする。
【００３３】
Ｎ：０．００８％以下
Ｎは、鋼の耐時効性を最も大きく劣化させる元素であり、少ないほど好ましく、０．００８％を超えると耐時効性の劣化が顕著となる。従って、Ｎは０．００８％以下とする。
【００３４】
残部はＦｅおよび不可避的不純物である。ただし、これらの成分元素に加えて、以下の合金元素を必要に応じて添加することができる。
【００３５】
Ｃｒ：０．０５％以上１．０％以下、Ｖ：０．００５％以上０．５％以下、Ｍｏ：０．００５％以上０．５％以下、Ｎｉ：０．０５％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．０５％以上１．０％以下から選ばれる少なくとも１種
Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕは鋼の強化に有効な元素であり、本発明で規定した範囲内であれば鋼の強化に使用して差し支えない。その効果は、Ｃｒは０．０５％以上、Ｖは０．００５％以上、Ｍｏは０．００５％以上、Ｎｉは０．０５％以上、Ｃｕは０．０５％以上で得られる。しかしながら、Ｃｒは１．０％、Ｖは０．５％、Ｍｏは０．５％、Ｎｉは１．０％、Ｃｕは１．０％を超えて過剰に添加すると、第二相の分率が過大となり著しい強度上昇による延性および穴広げ性の低下の懸念が生じる。また、コストアップの要因にもなる。したがって、これらの元素を添加する場合には、その量をそれぞれＣｒは０．０５％以上１．０％以下、Ｖは０．００５％以上０．５％以下、Ｍｏは０．００５％以上０．５％以下、Ｎｉは０．０５％以上１．０％以下、Ｃｕは０．０５％以上１．０％以下とする。
【００３６】
更に、下記のＴｉ、ＮｂおよびＢのうちから選ばれる１種以上の元素を含有することができる。
【００３７】
Ｔｉ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎｂ：０．０１％以上０．１％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種
Ｔｉ、Ｎｂは鋼の析出強化に有効な元素である。その効果は、Ｔｉは０．０１％以上、Ｎｂは０．０１％以上で得られる。しかしながら、Ｔｉは０．１％、Ｎｂは０．１％を超えて過剰に添加すると、第二相の分率が過大となり著しい強度上昇による延性および穴広げ性の低下の懸念が生じる。また、コストアップの要因にもなる。従って、Ｔｉ、Ｎｂを添加する場合には、その添加量をＴｉは０．０１％以上０．１％以下、Ｎｂは０．０１％以上０．１％以下とする。
【００３８】
Ｂは鋼の強化に有効な元素であり、その効果は、０．０００３％以上で得られる。しかしながら、Ｂは０．００５％を超えて過剰に添加すると、第二相の分率が過大となり著しい強度上昇による延性および穴広げ性の低下の懸念が生じる。また、コストアップの要因にもなる。したがって、Ｂを添加する場合には、その量を０．０００３％以上０．００５％以下とする。
【００３９】
Ｃａ：０．００１％以上０．００５％以下、ＲＥＭ：０．００１％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種
ＣａおよびＲＥＭは、硫化物の形状を球状化し穴拡げ性への硫化物の悪影響を改善するために有効な元素である。この効果を得るためには、それぞれ０．００１％以上必要である。しかしながら、過剰な添加は、介在物等の増加を引き起こし表面および内部欠陥などを引き起こす。したがって、Ｃａ、ＲＥＭを添加する場合は、その添加量はそれぞれ０．００１％以上０．００５％以下とする。
【００４０】
Ｔａ：０．００１％以上０．０１０％以下、Ｓｎ：０．００２％以上０．２％以下から選ばれる少なくとも１種
Ｔａは、ＴｉやＮｂと同様、合金炭化物や合金炭窒化物を形成して高強度化に寄与するのみならず、Ｎｂ炭化物やＮｂ炭窒化物に一部固溶し、（Ｎｂ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ）のような複合析出物を形成することで、析出物の粗大化を著しく抑制して、析出強化による強度への寄与を安定化させる効果があると考えられる。そのため、Ｔａを添加する場合は、その含有量を０．００１％以上とすることが望ましい。しかし、過剰に添加した場合、上記の析出物安定化効果が飽和するのみならず、合金コストが上昇するため、Ｔａを添加する場合は、その含有量を０．０１０％以下とすることが望ましい。
【００４１】
Ｓｎは、鋼板表面の窒化、酸化、あるいは酸化により生じる鋼板表層の数１０μｍ領域の脱炭を抑制する観点から添加することができる。このような窒化や酸化を抑制することで鋼板表面においてマルテンサイトの生成量が減少するのを防止し、疲労特性や耐時効性を改善させる。窒化や酸化を抑制する観点から、Ｓｎを添加する場合は、その含有量は０．００２％以上とすることが望ましく、０．２％を超えると靭性の低下を招くため、その含有量を０．２％以下とすることが望ましい。
【００４２】
Ｓｂ：０．００２％以上０．２％以下
ＳｂもＳｎと同様に鋼板表面の窒化、酸化、あるいは酸化により生じる鋼板表層の数１０μｍ領域の脱炭を抑制する観点から添加することができる。このような窒化や酸化を抑制することで鋼板表面においてマルテンサイトの生成量が減少するのを防止し、疲労特性や耐時効性を改善させる。窒化や酸化を抑制する観点から、Ｓｂを添加する場合は、その含有量は０．００２％以上とすることが望ましく、０．２％を超えると靭性の低下を招くため、その含有量を０．２％以下とすることが望ましい。
【００４３】
（２）次に、ミクロ組織について説明する。
【００４４】
フェライトの面積率：９４％以上
良好な延性と穴広げ性を確保するためには、フェライトは面積率で９４％以上必要である。
【００４５】
マルテンサイトの面積率：２％以下
高い降伏比と良好な穴広げ性を確保するためには、マルテンサイトは面積率で２％以下にする必要がある。
【００４６】
フェライトの平均結晶粒径：１０μｍ以下
所望の強度を確保するためには、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下である必要がある。
【００４７】
フェライトのビッカース硬度：１４０以上
所望の強度と良好な穴広げ性を確保するためには、フェライトのビッカース硬度が１４０以上である必要がある。好ましくは、フェライトのビッカース硬度が１５０以上である。
【００４８】
フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径：０．５μｍ以下
良好な穴広げ性を確保するためには、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径が０．５μｍ以下である必要がある。
【００４９】
フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比：２．０以下
良好な穴広げ性を確保するためには、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比が２．０以下である必要がある。
【００５０】
鋼組織を３０００倍の走査型電子顕微鏡で観察した際に、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒：０．００５個／μｍ２以上
より高い降伏比を確保するためには、鋼組織を３０００倍の走査型電子顕微鏡で観察した際に、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒が０．００５個／μｍ２以上存在することが好ましい。３０００倍の倍率で観察するのは、この倍率が降伏比を高める作用のある炭化物の観察と個数算出に適した倍率であるためである。
【００５１】
なお、フェライト、マルテンサイト、セメンタイト等の炭化物以外に、ベイニティックフェライト、パーライト、球状化したパーライト、残留オーステナイト等を生じる場合があるが、上記のフェライトの面積率およびマルテンサイトの面積率等が満足されていれば、本発明の目的を達成できる。
【００５２】
（３）次に、製造方法について説明する。
【００５３】
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、上記の成分組成範囲に適合した成分組成を有する鋼スラブを仕上出側温度８５０℃以上で熱間圧延し、４５０〜６００℃で巻き取った後、酸洗し、６００〜７５０℃の温度域で５０〜５５０ｓ保持して焼鈍した後、冷却し、次いで、溶融亜鉛めっきを施し、必要に応じて、溶融亜鉛めっきを施した後、４７０〜６００℃の温度域で亜鉛めっきの合金化処理を施す方法によって製造できる。
【００５４】
以下、詳細に説明する。
【００５５】
上記の成分組成を有する鋼は、通常公知の工程により、溶製した後、分塊または連続鋳造を経てスラブとし、熱間圧延を施して熱延板とする。スラブの加熱については、特に条件を限定しないが、例えば１１００〜１３００℃に加熱後、仕上出側温度を８５０℃以上で熱間圧延を施し、４５０〜６００℃で巻き取る。
【００５６】
熱延仕上出側温度：８５０℃以上
熱延仕上出側温度が８５０℃未満の場合、フェライトが圧延方向に伸長した組織となるとともにセメンタイト等の炭化物のアスペクト比が大きくなり、穴広げ性が低下する。そのため、熱延仕上出側温度を８５０℃以上とする。
【００５７】
巻取温度：４５０〜６００℃
巻取温度が４５０℃未満の場合、熱延組織において、マルテンサイトやベイナイトの硬質相が大半を占め、最終的に焼戻しマルテンサイトおよびベイナイトが多い組織となり、著しい強度上昇によって、延性および穴広げ性が低下する。さらに、その後の焼鈍処理後、３０００倍の走査型電子顕微鏡で鋼組織を観察した際、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒を０．００５個／μｍ２以上確保することが困難となり、高い降伏比が得られない。また、巻取温度が６００℃を超えた場合、フェライトの結晶粒径が大きくなり、所望の強度が得られない。そのため、巻取温度は４５０〜６００℃とする。
【００５８】
前記で得た熱延板を、通常公知の方法で酸洗し、必要に応じては、脱脂などの予備処理を実施し、その後、以下の焼鈍を行なう。
【００５９】
焼鈍：６００〜７５０℃の温度域で５０〜５５０ｓ保持
本発明では、６００〜７５０℃の温度域にて、具体的には、フェライト単相域で、５０〜５５０ｓ間保持して焼鈍する。焼鈍温度が６００℃未満の場合や、保持時間（焼鈍時間）が５０ｓ未満の場合は、熱延時に生成されたパーライトが残存し、延性が低下する。一方、焼鈍温度が７５０℃を超えると、フェライトとオーステナイトの二相域での焼鈍となり、最終的に第二相の殆どがマルテンサイトに変態し、高降伏比が得られない。また、保持時間（焼鈍時間）が５５０ｓを超えると、結晶粒が粗大化し、所望の強度の確保が困難となる。そのため、焼鈍は６００〜７５０℃の温度域で５０〜５５０ｓ保持する条件とする。
【００６０】
焼鈍後、冷却し、鋼板を通常の浴温のめっき浴中に浸入させて溶融亜鉛めっきを行い、ガスワイピングなどで付着量を調整する。
【００６１】
プレス成形性、スポット溶接性および塗料密着性を確保するために、めっき層中に鋼板のＦｅを拡散させた、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するときは、溶融亜鉛めっきを施した後に、４７０〜６００℃の温度域で亜鉛めっきの合金化処理を施す。
【００６２】
合金化処理温度が６００℃より高い場合、フェライトの結晶粒が粗大化し、所望の強度の確保が困難となる。また、合金化処理温度が４７０℃より低い場合は合金化が進行せず、合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られない。
【００６３】
なお、本発明の製造方法における一連の熱処理においては、熱履歴条件さえ満足されれば、鋼板はいかなる設備で熱処理を施されてもかまわない。加えて、溶融亜鉛めっき後に、合金化処理を施す場合は合金化処理後に形状矯正のため本発明の鋼板に調質圧延をすることも本発明の範囲に含まれる。
【実施例】
【００６４】
表１に示す成分組成を有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造法にてスラブとした。得られたスラブを１２００℃に加熱後、表２に示す仕上出側温度で２．３〜３．２ｍｍの各板厚まで熱間圧延を行い、表２に示す巻取温度で巻き取った。次いで、得られた熱延板を酸洗し、連続溶融亜鉛めっきラインにより、表２に示す条件で焼鈍を行った後、溶融亜鉛めっきし、さらに表２に示す条件の合金化処理を施した溶融亜鉛めっき鋼板（合金化溶融亜鉛めっき鋼板、表３のめっき種：ＧＡ）を得た。一部、合金化処理を施さない溶融亜鉛めっき鋼板（表３のめっき種：ＧＩ）を得た。溶融亜鉛めっき浴はＡｌ：０．１４％含有亜鉛浴を使用し、浴温は４６０℃とした。亜鉛めっき量は、片面当たり４５ｇ／ｍ２に調整し、合金化処理は皮膜中Ｆｅ濃度が９〜１２％になるように調整した。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
得られた溶融亜鉛めっき鋼板に対して、フェライト、マルテンサイトの面積率は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、３％ナイタールで腐食し、板厚１／４位置について、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて２０００倍の倍率で１０視野観察し、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いて各相の面積率を１０視野分算出し、それらの値を平均して求めた。フェライトの平均結晶粒径は、上述のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いて、各々のフェライト結晶粒の面積を求め、円相当径を算出し、それらの値を平均して求めた。また、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で２０個のフェライトの結晶粒界上に存在する炭化物を観察し、各々の炭化物の面積を求め、円相当径を算出し、それらの値を平均して求めた。さらに、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比は、ＴＥＭで２０個のフェライトの結晶粒界上に存在する炭化物を観察し、上述のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いて、各々の炭化物の長軸を短軸で除した値を平均して求めた。
【００６８】
また、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒の数については、ＳＥＭを用いて鋼組織を３０００倍の倍率で１０視野を合計で１００００μｍ２観察し、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒の個数を求め、１μｍ２当たりの個数に換算した。
【００６９】
フェライトのビッカース硬度は、ビッカース硬度計を用いて荷重２ｇ、負荷時間１５ｓで測定した。フェライトの中央付近についてフェライト１０粒子分の硬度を測定し、その平均値をフェライトのビッカース硬度とした。
【００７０】
引張試験は、引張方向が鋼板の圧延方向と直角方向となるようにサンプルを採取したＪＩＳ５号試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠して行い、ＹＳ（降伏強度）、ＴＳ（引張強度）、ＥＬ（全伸び）を測定した。ここで、ＹＲ（降伏比）はＹＳ／ＴＳとする。延性は、ＴＳ×ＥＬの値で評価した。なお、本発明では、ＹＲ≧０．７５、ＴＳ×ＥＬ≧１９０００ＭＰａ・％の場合を良好と判定した。
【００７１】
また、以上により得られた溶融亜鉛めっき鋼板に対して、穴広げ性を測定した。穴広げ性は、日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳＴ１００１に準拠して行った。得られた各鋼板を１００ｍｍ×１００ｍｍに切断後、クリアランス１２％±１％で直径１０ｍｍの穴を打ち抜いた後、内径７５ｍｍのダイスを用いてしわ押さえ力８ｔｏｎで抑えた状態で、６０°円錐のポンチを穴に押し込んで亀裂発生限界における穴直径を測定し、下記の式から、限界穴広げ率λ（％）を求め、この限界穴広げ率の値から穴広げ性を評価した。
【００７２】
限界穴広げ率λ（％）＝｛（Ｄｆ−Ｄ０）／Ｄ０｝×１００
ただし、Ｄｆは亀裂発生時の穴径（ｍｍ）、Ｄ０は初期穴径（ｍｍ）である。なお、本発明では、λ≧８０（％）の場合を良好と判定した。
【００７３】
以上により得られた結果を表３に示す。
【００７４】
【表３】
【００７５】
本発明例の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、いずれもＴＳが５９０ＭＰａ以上であり、延性および穴広げ性にも優れており、高降伏比である。一方、比較例では、強度、延性、穴広げ性、降伏比のいずれか一つ以上が劣っている。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明によれば、高強度（５９０ＭＰａ以上の引張強度ＴＳ）を有し、かつ、延性と穴広げ性に優れ、高降伏比である溶融亜鉛めっき鋼板が得られる。本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板を、例えば、自動車構造部材に適用することにより車体軽量化による燃費改善を図ることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車の産業分野で使用される部材として好適な延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境の保護意識の高まりから、自動車のＣＯ２排出量削減に向けた燃費改善が強く求められている。これに伴い、車体材料の高強度化での薄肉化を図り、車体を軽量化しようとする動きが活発となってきている。しかしながら、鋼板の高強度化により、延性や穴広げ性の低下が懸念される。このため、高延性と高穴広げ性を併せ持つ高強度鋼板の開発が望まれている。さらに、側面衝突時の乗員保護に対応する耐座屈性確保の観点から、高降伏比の鋼板に対する要望も高くなっている。また、防錆性を考慮した部材では高強度溶融亜鉛めっき鋼板のニーズが高まっている。
【０００３】
高強度鋼板の穴広げ性の向上に対して、例えば特許文献１では、化学成分を規定し、複合組織中のフェライトの面積率と結晶粒径、フェライト中に存在する微細析出物のサイズと量および残留オーステナイトの面積率を規定することにより、材質安定性と穴広げ性に優れた高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法が提案されている。また、高強度鋼板の穴広げ性の向上および降伏比の上昇に対して、特許文献２では、化学成分を規定し、マルテンサイト、残留オーステナイトおよびベイナイトの硬質相組織がフェライトマトリックス中に微細分散した複合組織を造り込むことにより、成形性に優れた高強度熱延鋼板および高強度溶融亜鉛めっき鋼板とその製造方法が提案されている。さらに、特許文献３では、化学成分を規定し、フェライトが主体の組織でＴｉ量とＣ量との比を制御することにより、疲労特性と伸びフランジ性に優れた熱延鋼板およびその製造方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９１３１４号公報
【特許文献２】特開２００１−３３５８９２号公報
【特許文献３】特開２００８−２７４４１６号公報
【発明の概要】
【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では、穴広げ性の向上を主目的としているため、延性の向上および降伏比の上昇については考慮されていない。また、特許文献２、３では、穴広げ性の向上と降伏比の上昇について考慮しているが、延性の向上については検討されていない。そのため、高延性と高穴広げ性と高降伏比を兼ね備えた高強度溶融亜鉛めっき鋼板の開発が課題となる。
【０００６】
本発明は、かかる事情に鑑み、高強度（５９０ＭＰａ以上の引張強度ＴＳ）を有し、かつ、延性と穴広げ性に優れ、高降伏比である溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、高強度（５９０ＭＰａ以上の引張強度ＴＳ）を有し、かつ、延性と穴広げ性に優れ、高降伏比である溶融亜鉛めっき鋼板を得るべく鋭意検討を重ねたところ、以下のことを見出した。
【０００８】
フェライトを主体とした組織にＳｉを添加することにより、フェライト自体の加工硬化能向上による延性の向上と、フェライトの固溶強化による強度確保および第二相との硬度差低減による穴広げ性の向上が可能となった。また、フェライトの結晶粒界に存在するセメンタイト等の炭化物のサイズとアスペクト比を制御することで、打ち抜きによる穴あけ加工時に発生するマイクロボイドの量を低減させ、さらに穴広げ加工時の亀裂伝播を抑制させ、更なる穴広げ性の向上を可能とした。加えて、マルテンサイトの分率を低く抑えた組織を造り込むことで、高降伏比が可能となった。以上のことにより、引張強度ＴＳが５９０ＭＰａ以上の強度レベルの鋼板に対して、高延性と高穴広げ性を有し、さらに高降伏比を有することが可能となった。
【０００９】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、以下の特徴を備えている。
【００１０】
［１］成分組成は、質量％でＣ：０．０４％以上０．１３％以下、Ｓｉ：０．９％以上２．３％以下、Ｍｎ：０．８％以上２．４％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎ：０．００８％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、組織は、面積率で、フェライトが９４％以上、マルテンサイトが２％以下であり、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下、フェライトのビッカース硬度が１４０以上、かつ、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径が０．５μｍ以下、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比が２．０以下であることを特徴とする延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１１】
［２］さらに、鋼組織を３０００倍の走査型電子顕微鏡で観察した際に、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒が０．００５個／μｍ２以上存在することを特徴とする前記［１］に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１２】
［３］さらに、成分組成として、質量％で、Ｃｒ：０．０５％以上１．０％以下、Ｖ：０．００５％以上０．５％以下、Ｍｏ：０．００５％以上０．５％以下、Ｎｉ：０．０５％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．０５％以上１．０％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする前記［１］または［２］に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１３】
［４］さらに、成分組成として、質量％で、Ｔｉ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎｂ：０．０１％以上０．１％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１４】
［５］さらに、成分組成として、質量％で、Ｃａ：０．００１％以上０．００５％以下、ＲＥＭ：０．００１％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする前記［１］〜［４］のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１５】
［６］さらに、成分組成として、質量％で、Ｔａ：０．００１％以上０．０１０％以下、Ｓｎ：０．００２％以上０．２％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする前記［１］〜［５］のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１６】
［７］さらに、成分組成として、質量％で、Ｓｂ：０．００２％以上０．２％以下を含有することを特徴とする前記［１］〜［６］のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１７】
［８］前記［１］、［３］〜［７］のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを仕上出側温度８５０℃以上で熱間圧延し、４５０〜６００℃で巻き取った後、酸洗し、６００〜７５０℃の温度域で５０〜５５０ｓ保持して焼鈍した後、冷却し、次いで、溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１８】
［９］溶融亜鉛めっきを施した後、４７０〜６００℃の温度域で亜鉛めっきの合金化処理を施すことを特徴とする前記［８］に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００１９】
なお、本明細書において、鋼の成分を示す％は、すべて質量％である。また、本発明において、「高強度溶融亜鉛めっき鋼板」とは、引張強度ＴＳが５９０ＭＰａ以上である溶融亜鉛めっき鋼板である。
【００２０】
また、本発明においては、合金化処理を施す、施さないにかかわらず、溶融亜鉛めっき方法によって鋼板上に亜鉛をめっきした鋼板を総称して溶融亜鉛めっき鋼板と呼称する。すなわち、本発明における溶融亜鉛めっき鋼板とは、合金化処理を施していない溶融亜鉛めっき鋼板、合金化処理を施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板の両方を含むものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、高強度（５９０ＭＰａ以上の引張強度ＴＳ）を有し、かつ、延性と穴広げ性に優れ、高降伏比である溶融亜鉛めっき鋼板が得られる。本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板を、例えば、自動車構造部材に適用することにより車体軽量化による燃費改善を図ることができ、産業上の利用価値は非常に大きい。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の詳細を説明する。
【００２３】
一般に、軟質なフェライトと硬質なマルテンサイトとの二相組織構成では、延性の確保は可能であるが、フェライトとマルテンサイトの硬度差が大きいために、十分な穴広げ性が得られないことが知られている。また、ＤＰ組織（フェライト＋マルテンサイト）では、高い降伏比が得られないことが知られている。一方、フェライトを主体とし、第二相をセメンタイト等の炭化物とすることにより、硬度差が大きい異相界面の量を低減することで穴広げ性が確保され、かつマルテンサイトを含まないことで高い降伏比が得られるものの、十分な強度と延性が得られないことが知られている。そこで、本発明者は、フェライトを主体とし、第二相を、マルテンサイト分率を低く抑え、セメンタイト等の炭化物を主体とする組織構成として、Ｓｉを積極活用することでフェライトの固溶強化による強度の確保と、フェライト自体の加工硬化能向上による延性の確保の可能性に着目し検討を行った。加えて、フェライトの結晶粒界に存在するセメンタイト等の炭化物のサイズおよびアスペクト比を小さくすることで、打ち抜きによる穴あけ加工時に発生するマイクロボイドの量を低減させ、さらに穴広げ加工時の亀裂伝播を抑制させ、更なる穴広げ性の向上の可能性に着目し検討を行った。その結果、引張強度ＴＳが５９０ＭＰａ以上の強度レベルの鋼板に対して、高延性と高穴広げ性を有し、さらに高降伏比を有することが可能となった。
【００２４】
以上が本発明を完成するに至った技術的特徴である。
【００２５】
そして、本発明は、成分組成は、質量％でＣ：０．０４％以上０．１３％以下、Ｓｉ：０．９％以上２．３％以下、Ｍｎ：０．８％以上２．４％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎ：０．００８％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、組織は、面積率で、フェライトが９４％以上、マルテンサイトが２％以下であり、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下、フェライトのビッカース硬度が１４０以上、かつ、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径が０．５μｍ以下、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比が２．０以下であることを特徴とする。
【００２６】
（１）まず、成分組成について説明する。
【００２７】
Ｃ：０．０４％以上０．１３％以下
Ｃはオーステナイト生成元素であり、組織を複合化し、強度と延性向上に主要な元素である。Ｃ量が０．０４％未満では、強度の確保が難しい。一方、Ｃ量が０．１３％を超えて過剰に添加すると、伸びフランジ割れの起点となる炭化物の量が増加し、穴広げ性が低下する。よって、Ｃは０．０４％以上０．１３％以下とする。好ましくは０．０６％以上０．１１％以下である。
【００２８】
Ｓｉ：０．９％以上２．３％以下
Ｓｉはフェライト生成元素であり、フェライトの固溶強化に有効な元素でもある。強度と延性のバランスの向上およびフェライトの硬度確保のためには０．９％以上の添加が必要である。しかしながら、Ｓｉの過剰な添加は、赤スケール等の発生により表面性状の劣化や、めっき付着・密着性の劣化を引き起こす。よって、Ｓｉは０．９％以上２．３％以下とする。好ましくは、１．０％以上１．８％以下である。
【００２９】
Ｍｎ：０．８％以上２．４％以下
Ｍｎは、鋼の強化に有効な元素である。また、オーステナイト生成元素であり、Ｍｎ量は０．８％未満では強度の確保が難しい。一方、２．４％を超えて過剰に添加すると、伸びフランジ割れの起点となる炭化物の量が増加し、穴広げ性が低下する。また近年、Ｍｎの合金コストが高騰しているため、コストアップの要因にもなる。Ｍｎは０．８％以上１．８％以下が好ましく、より好ましくは１．０％以上１．８％以下である。
【００３０】
Ｐ：０．１％以下
Ｐは、鋼の強化に有効な元素であるが、０．１％を超えて過剰に添加すると、粒界偏析により脆化を引き起こし、耐衝撃性を劣化させる。また０．１％を超えると合金化速度を大幅に遅延させる。従って、Ｐは０．１％以下とする。
【００３１】
Ｓ：０．０１％以下
Ｓは、ＭｎＳなどの介在物となって、耐衝撃性の劣化や溶接部のメタルフローに沿った割れの原因となるので極力低い方がよいが、製造コストの面からＳは０．０１％以下とする。
【００３２】
Ａｌ：０．０１％以上０．１％以下
Ａｌは、鋼を脱酸させるために添加される元素であり、ＡｌＮによる熱間圧延後の鋼組織を微細化し、材質を改善するために有効な元素である。Ａｌ量が０．０１％に満たないとその添加効果に乏しくなるため、下限を０．０１％とする。しかしながら、Ａｌの過剰な添加は、酸化物系介在物の増加による表面性状や成形性の劣化を招き、コスト高にもなるため、Ａｌは０．１％以下とする。
【００３３】
Ｎ：０．００８％以下
Ｎは、鋼の耐時効性を最も大きく劣化させる元素であり、少ないほど好ましく、０．００８％を超えると耐時効性の劣化が顕著となる。従って、Ｎは０．００８％以下とする。
【００３４】
残部はＦｅおよび不可避的不純物である。ただし、これらの成分元素に加えて、以下の合金元素を必要に応じて添加することができる。
【００３５】
Ｃｒ：０．０５％以上１．０％以下、Ｖ：０．００５％以上０．５％以下、Ｍｏ：０．００５％以上０．５％以下、Ｎｉ：０．０５％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．０５％以上１．０％以下から選ばれる少なくとも１種
Ｃｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｃｕは鋼の強化に有効な元素であり、本発明で規定した範囲内であれば鋼の強化に使用して差し支えない。その効果は、Ｃｒは０．０５％以上、Ｖは０．００５％以上、Ｍｏは０．００５％以上、Ｎｉは０．０５％以上、Ｃｕは０．０５％以上で得られる。しかしながら、Ｃｒは１．０％、Ｖは０．５％、Ｍｏは０．５％、Ｎｉは１．０％、Ｃｕは１．０％を超えて過剰に添加すると、第二相の分率が過大となり著しい強度上昇による延性および穴広げ性の低下の懸念が生じる。また、コストアップの要因にもなる。したがって、これらの元素を添加する場合には、その量をそれぞれＣｒは０．０５％以上１．０％以下、Ｖは０．００５％以上０．５％以下、Ｍｏは０．００５％以上０．５％以下、Ｎｉは０．０５％以上１．０％以下、Ｃｕは０．０５％以上１．０％以下とする。
【００３６】
更に、下記のＴｉ、ＮｂおよびＢのうちから選ばれる１種以上の元素を含有することができる。
【００３７】
Ｔｉ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎｂ：０．０１％以上０．１％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種
Ｔｉ、Ｎｂは鋼の析出強化に有効な元素である。その効果は、Ｔｉは０．０１％以上、Ｎｂは０．０１％以上で得られる。しかしながら、Ｔｉは０．１％、Ｎｂは０．１％を超えて過剰に添加すると、第二相の分率が過大となり著しい強度上昇による延性および穴広げ性の低下の懸念が生じる。また、コストアップの要因にもなる。従って、Ｔｉ、Ｎｂを添加する場合には、その添加量をＴｉは０．０１％以上０．１％以下、Ｎｂは０．０１％以上０．１％以下とする。
【００３８】
Ｂは鋼の強化に有効な元素であり、その効果は、０．０００３％以上で得られる。しかしながら、Ｂは０．００５％を超えて過剰に添加すると、第二相の分率が過大となり著しい強度上昇による延性および穴広げ性の低下の懸念が生じる。また、コストアップの要因にもなる。したがって、Ｂを添加する場合には、その量を０．０００３％以上０．００５％以下とする。
【００３９】
Ｃａ：０．００１％以上０．００５％以下、ＲＥＭ：０．００１％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種
ＣａおよびＲＥＭは、硫化物の形状を球状化し穴拡げ性への硫化物の悪影響を改善するために有効な元素である。この効果を得るためには、それぞれ０．００１％以上必要である。しかしながら、過剰な添加は、介在物等の増加を引き起こし表面および内部欠陥などを引き起こす。したがって、Ｃａ、ＲＥＭを添加する場合は、その添加量はそれぞれ０．００１％以上０．００５％以下とする。
【００４０】
Ｔａ：０．００１％以上０．０１０％以下、Ｓｎ：０．００２％以上０．２％以下から選ばれる少なくとも１種
Ｔａは、ＴｉやＮｂと同様、合金炭化物や合金炭窒化物を形成して高強度化に寄与するのみならず、Ｎｂ炭化物やＮｂ炭窒化物に一部固溶し、（Ｎｂ，Ｔａ）（Ｃ，Ｎ）のような複合析出物を形成することで、析出物の粗大化を著しく抑制して、析出強化による強度への寄与を安定化させる効果があると考えられる。そのため、Ｔａを添加する場合は、その含有量を０．００１％以上とすることが望ましい。しかし、過剰に添加した場合、上記の析出物安定化効果が飽和するのみならず、合金コストが上昇するため、Ｔａを添加する場合は、その含有量を０．０１０％以下とすることが望ましい。
【００４１】
Ｓｎは、鋼板表面の窒化、酸化、あるいは酸化により生じる鋼板表層の数１０μｍ領域の脱炭を抑制する観点から添加することができる。このような窒化や酸化を抑制することで鋼板表面においてマルテンサイトの生成量が減少するのを防止し、疲労特性や耐時効性を改善させる。窒化や酸化を抑制する観点から、Ｓｎを添加する場合は、その含有量は０．００２％以上とすることが望ましく、０．２％を超えると靭性の低下を招くため、その含有量を０．２％以下とすることが望ましい。
【００４２】
Ｓｂ：０．００２％以上０．２％以下
ＳｂもＳｎと同様に鋼板表面の窒化、酸化、あるいは酸化により生じる鋼板表層の数１０μｍ領域の脱炭を抑制する観点から添加することができる。このような窒化や酸化を抑制することで鋼板表面においてマルテンサイトの生成量が減少するのを防止し、疲労特性や耐時効性を改善させる。窒化や酸化を抑制する観点から、Ｓｂを添加する場合は、その含有量は０．００２％以上とすることが望ましく、０．２％を超えると靭性の低下を招くため、その含有量を０．２％以下とすることが望ましい。
【００４３】
（２）次に、ミクロ組織について説明する。
【００４４】
フェライトの面積率：９４％以上
良好な延性と穴広げ性を確保するためには、フェライトは面積率で９４％以上必要である。
【００４５】
マルテンサイトの面積率：２％以下
高い降伏比と良好な穴広げ性を確保するためには、マルテンサイトは面積率で２％以下にする必要がある。
【００４６】
フェライトの平均結晶粒径：１０μｍ以下
所望の強度を確保するためには、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下である必要がある。
【００４７】
フェライトのビッカース硬度：１４０以上
所望の強度と良好な穴広げ性を確保するためには、フェライトのビッカース硬度が１４０以上である必要がある。好ましくは、フェライトのビッカース硬度が１５０以上である。
【００４８】
フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径：０．５μｍ以下
良好な穴広げ性を確保するためには、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径が０．５μｍ以下である必要がある。
【００４９】
フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比：２．０以下
良好な穴広げ性を確保するためには、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比が２．０以下である必要がある。
【００５０】
鋼組織を３０００倍の走査型電子顕微鏡で観察した際に、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒：０．００５個／μｍ２以上
より高い降伏比を確保するためには、鋼組織を３０００倍の走査型電子顕微鏡で観察した際に、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒が０．００５個／μｍ２以上存在することが好ましい。３０００倍の倍率で観察するのは、この倍率が降伏比を高める作用のある炭化物の観察と個数算出に適した倍率であるためである。
【００５１】
なお、フェライト、マルテンサイト、セメンタイト等の炭化物以外に、ベイニティックフェライト、パーライト、球状化したパーライト、残留オーステナイト等を生じる場合があるが、上記のフェライトの面積率およびマルテンサイトの面積率等が満足されていれば、本発明の目的を達成できる。
【００５２】
（３）次に、製造方法について説明する。
【００５３】
本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、上記の成分組成範囲に適合した成分組成を有する鋼スラブを仕上出側温度８５０℃以上で熱間圧延し、４５０〜６００℃で巻き取った後、酸洗し、６００〜７５０℃の温度域で５０〜５５０ｓ保持して焼鈍した後、冷却し、次いで、溶融亜鉛めっきを施し、必要に応じて、溶融亜鉛めっきを施した後、４７０〜６００℃の温度域で亜鉛めっきの合金化処理を施す方法によって製造できる。
【００５４】
以下、詳細に説明する。
【００５５】
上記の成分組成を有する鋼は、通常公知の工程により、溶製した後、分塊または連続鋳造を経てスラブとし、熱間圧延を施して熱延板とする。スラブの加熱については、特に条件を限定しないが、例えば１１００〜１３００℃に加熱後、仕上出側温度を８５０℃以上で熱間圧延を施し、４５０〜６００℃で巻き取る。
【００５６】
熱延仕上出側温度：８５０℃以上
熱延仕上出側温度が８５０℃未満の場合、フェライトが圧延方向に伸長した組織となるとともにセメンタイト等の炭化物のアスペクト比が大きくなり、穴広げ性が低下する。そのため、熱延仕上出側温度を８５０℃以上とする。
【００５７】
巻取温度：４５０〜６００℃
巻取温度が４５０℃未満の場合、熱延組織において、マルテンサイトやベイナイトの硬質相が大半を占め、最終的に焼戻しマルテンサイトおよびベイナイトが多い組織となり、著しい強度上昇によって、延性および穴広げ性が低下する。さらに、その後の焼鈍処理後、３０００倍の走査型電子顕微鏡で鋼組織を観察した際、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒を０．００５個／μｍ２以上確保することが困難となり、高い降伏比が得られない。また、巻取温度が６００℃を超えた場合、フェライトの結晶粒径が大きくなり、所望の強度が得られない。そのため、巻取温度は４５０〜６００℃とする。
【００５８】
前記で得た熱延板を、通常公知の方法で酸洗し、必要に応じては、脱脂などの予備処理を実施し、その後、以下の焼鈍を行なう。
【００５９】
焼鈍：６００〜７５０℃の温度域で５０〜５５０ｓ保持
本発明では、６００〜７５０℃の温度域にて、具体的には、フェライト単相域で、５０〜５５０ｓ間保持して焼鈍する。焼鈍温度が６００℃未満の場合や、保持時間（焼鈍時間）が５０ｓ未満の場合は、熱延時に生成されたパーライトが残存し、延性が低下する。一方、焼鈍温度が７５０℃を超えると、フェライトとオーステナイトの二相域での焼鈍となり、最終的に第二相の殆どがマルテンサイトに変態し、高降伏比が得られない。また、保持時間（焼鈍時間）が５５０ｓを超えると、結晶粒が粗大化し、所望の強度の確保が困難となる。そのため、焼鈍は６００〜７５０℃の温度域で５０〜５５０ｓ保持する条件とする。
【００６０】
焼鈍後、冷却し、鋼板を通常の浴温のめっき浴中に浸入させて溶融亜鉛めっきを行い、ガスワイピングなどで付着量を調整する。
【００６１】
プレス成形性、スポット溶接性および塗料密着性を確保するために、めっき層中に鋼板のＦｅを拡散させた、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するときは、溶融亜鉛めっきを施した後に、４７０〜６００℃の温度域で亜鉛めっきの合金化処理を施す。
【００６２】
合金化処理温度が６００℃より高い場合、フェライトの結晶粒が粗大化し、所望の強度の確保が困難となる。また、合金化処理温度が４７０℃より低い場合は合金化が進行せず、合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られない。
【００６３】
なお、本発明の製造方法における一連の熱処理においては、熱履歴条件さえ満足されれば、鋼板はいかなる設備で熱処理を施されてもかまわない。加えて、溶融亜鉛めっき後に、合金化処理を施す場合は合金化処理後に形状矯正のため本発明の鋼板に調質圧延をすることも本発明の範囲に含まれる。
【実施例】
【００６４】
表１に示す成分組成を有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物よりなる鋼を転炉にて溶製し、連続鋳造法にてスラブとした。得られたスラブを１２００℃に加熱後、表２に示す仕上出側温度で２．３〜３．２ｍｍの各板厚まで熱間圧延を行い、表２に示す巻取温度で巻き取った。次いで、得られた熱延板を酸洗し、連続溶融亜鉛めっきラインにより、表２に示す条件で焼鈍を行った後、溶融亜鉛めっきし、さらに表２に示す条件の合金化処理を施した溶融亜鉛めっき鋼板（合金化溶融亜鉛めっき鋼板、表３のめっき種：ＧＡ）を得た。一部、合金化処理を施さない溶融亜鉛めっき鋼板（表３のめっき種：ＧＩ）を得た。溶融亜鉛めっき浴はＡｌ：０．１４％含有亜鉛浴を使用し、浴温は４６０℃とした。亜鉛めっき量は、片面当たり４５ｇ／ｍ２に調整し、合金化処理は皮膜中Ｆｅ濃度が９〜１２％になるように調整した。
【００６５】
【表１】
【００６６】
【表２】
【００６７】
得られた溶融亜鉛めっき鋼板に対して、フェライト、マルテンサイトの面積率は、鋼板の圧延方向に平行な板厚断面を研磨後、３％ナイタールで腐食し、板厚１／４位置について、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて２０００倍の倍率で１０視野観察し、Ｍｅｄｉａ Ｃｙｂｅｒｎｅｔｉｃｓ社のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いて各相の面積率を１０視野分算出し、それらの値を平均して求めた。フェライトの平均結晶粒径は、上述のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いて、各々のフェライト結晶粒の面積を求め、円相当径を算出し、それらの値を平均して求めた。また、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で２０個のフェライトの結晶粒界上に存在する炭化物を観察し、各々の炭化物の面積を求め、円相当径を算出し、それらの値を平均して求めた。さらに、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比は、ＴＥＭで２０個のフェライトの結晶粒界上に存在する炭化物を観察し、上述のＩｍａｇｅ−Ｐｒｏを用いて、各々の炭化物の長軸を短軸で除した値を平均して求めた。
【００６８】
また、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒の数については、ＳＥＭを用いて鋼組織を３０００倍の倍率で１０視野を合計で１００００μｍ２観察し、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒の個数を求め、１μｍ２当たりの個数に換算した。
【００６９】
フェライトのビッカース硬度は、ビッカース硬度計を用いて荷重２ｇ、負荷時間１５ｓで測定した。フェライトの中央付近についてフェライト１０粒子分の硬度を測定し、その平均値をフェライトのビッカース硬度とした。
【００７０】
引張試験は、引張方向が鋼板の圧延方向と直角方向となるようにサンプルを採取したＪＩＳ５号試験片を用いて、ＪＩＳ Ｚ２２４１に準拠して行い、ＹＳ（降伏強度）、ＴＳ（引張強度）、ＥＬ（全伸び）を測定した。ここで、ＹＲ（降伏比）はＹＳ／ＴＳとする。延性は、ＴＳ×ＥＬの値で評価した。なお、本発明では、ＹＲ≧０．７５、ＴＳ×ＥＬ≧１９０００ＭＰａ・％の場合を良好と判定した。
【００７１】
また、以上により得られた溶融亜鉛めっき鋼板に対して、穴広げ性を測定した。穴広げ性は、日本鉄鋼連盟規格ＪＦＳＴ１００１に準拠して行った。得られた各鋼板を１００ｍｍ×１００ｍｍに切断後、クリアランス１２％±１％で直径１０ｍｍの穴を打ち抜いた後、内径７５ｍｍのダイスを用いてしわ押さえ力８ｔｏｎで抑えた状態で、６０°円錐のポンチを穴に押し込んで亀裂発生限界における穴直径を測定し、下記の式から、限界穴広げ率λ（％）を求め、この限界穴広げ率の値から穴広げ性を評価した。
【００７２】
限界穴広げ率λ（％）＝｛（Ｄｆ−Ｄ０）／Ｄ０｝×１００
ただし、Ｄｆは亀裂発生時の穴径（ｍｍ）、Ｄ０は初期穴径（ｍｍ）である。なお、本発明では、λ≧８０（％）の場合を良好と判定した。
【００７３】
以上により得られた結果を表３に示す。
【００７４】
【表３】
【００７５】
本発明例の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、いずれもＴＳが５９０ＭＰａ以上であり、延性および穴広げ性にも優れており、高降伏比である。一方、比較例では、強度、延性、穴広げ性、降伏比のいずれか一つ以上が劣っている。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明によれば、高強度（５９０ＭＰａ以上の引張強度ＴＳ）を有し、かつ、延性と穴広げ性に優れ、高降伏比である溶融亜鉛めっき鋼板が得られる。本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板を、例えば、自動車構造部材に適用することにより車体軽量化による燃費改善を図ることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
成分組成は、質量％でＣ：０．０４％以上０．１３％以下、Ｓｉ：０．９％以上２．３％以下、Ｍｎ：０．８％以上２．４％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎ：０．００８％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、組織は、面積率で、フェライトが９４％以上、マルテンサイトが２％以下であり、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下、フェライトのビッカース硬度が１４０以上、かつ、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径が０．５μｍ以下、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比が２．０以下であることを特徴とする延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項２】
さらに、鋼組織を３０００倍の走査型電子顕微鏡で観察した際に、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒が０．００５個／μｍ２以上存在することを特徴とする請求項１に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項３】
さらに、成分組成として、質量％で、Ｃｒ：０．０５％以上１．０％以下、Ｖ：０．００５％以上０．５％以下、Ｍｏ：０．００５％以上０．５％以下、Ｎｉ：０．０５％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．０５％以上１．０％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項４】
さらに、成分組成として、質量％で、Ｔｉ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎｂ：０．０１％以上０．１％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項５】
さらに、成分組成として、質量％で、Ｃａ：０．００１％以上０．００５％以下、ＲＥＭ：０．００１％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項６】
さらに、成分組成として、質量％で、Ｔａ：０．００１％以上０．０１０％以下、Ｓｎ：０．００２％以上０．２％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項７】
さらに、成分組成として、質量％で、Ｓｂ：０．００２％以上０．２％以下を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項８】
請求項１、３〜７のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを仕上出側温度８５０℃以上で熱間圧延し、４５０〜６００℃で巻き取った後、酸洗し、６００〜７５０℃の温度域で５０〜５５０ｓ保持して焼鈍した後、冷却し、次いで、溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項９】
溶融亜鉛めっきを施した後、４７０〜６００℃の温度域で亜鉛めっきの合金化処理を施すことを特徴とする請求項８に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項１】
成分組成は、質量％でＣ：０．０４％以上０．１３％以下、Ｓｉ：０．９％以上２．３％以下、Ｍｎ：０．８％以上２．４％以下、Ｐ：０．１％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎ：０．００８％以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物からなり、組織は、面積率で、フェライトが９４％以上、マルテンサイトが２％以下であり、フェライトの平均結晶粒径が１０μｍ以下、フェライトのビッカース硬度が１４０以上、かつ、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物の平均結晶粒径が０．５μｍ以下、フェライトの結晶粒界上に存在する炭化物のアスペクト比が２．０以下であることを特徴とする延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項２】
さらに、鋼組織を３０００倍の走査型電子顕微鏡で観察した際に、結晶粒内に炭化物を５個以上含むフェライトの結晶粒が０．００５個／μｍ２以上存在することを特徴とする請求項１に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項３】
さらに、成分組成として、質量％で、Ｃｒ：０．０５％以上１．０％以下、Ｖ：０．００５％以上０．５％以下、Ｍｏ：０．００５％以上０．５％以下、Ｎｉ：０．０５％以上１．０％以下、Ｃｕ：０．０５％以上１．０％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする請求項１または２に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項４】
さらに、成分組成として、質量％で、Ｔｉ：０．０１％以上０．１％以下、Ｎｂ：０．０１％以上０．１％以下、Ｂ：０．０００３％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項５】
さらに、成分組成として、質量％で、Ｃａ：０．００１％以上０．００５％以下、ＲＥＭ：０．００１％以上０．００５％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項６】
さらに、成分組成として、質量％で、Ｔａ：０．００１％以上０．０１０％以下、Ｓｎ：０．００２％以上０．２％以下から選ばれる少なくとも１種の元素を含有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項７】
さらに、成分組成として、質量％で、Ｓｂ：０．００２％以上０．２％以下を含有することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項８】
請求項１、３〜７のいずれかに記載の成分組成を有する鋼スラブを仕上出側温度８５０℃以上で熱間圧延し、４５０〜６００℃で巻き取った後、酸洗し、６００〜７５０℃の温度域で５０〜５５０ｓ保持して焼鈍した後、冷却し、次いで、溶融亜鉛めっきを施すことを特徴とする延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項９】
溶融亜鉛めっきを施した後、４７０〜６００℃の温度域で亜鉛めっきの合金化処理を施すことを特徴とする請求項８に記載の延性と穴広げ性に優れた高降伏比高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【公開番号】特開２０１２−３６４９７（Ｐ２０１２−３６４９７Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４４０９３（Ｐ２０１１−１４４０９３）
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月２９日（２０１１．６．２９）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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