説明

延性に優れる低降伏比型高強度合金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法

【課題】煩雑な工程を経ることなく良好な合金化溶融亜鉛めっき性を得ることができ、合金化溶融亜鉛めっき後に、優れた延性および低降伏比を達成することができる高強度合金化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。
【解決手段】質量%で、C:0.05〜0.25%、Si:2.0%以下、Mn:1〜3%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、Al:0.3〜2%、N:0.005%未満、Cr:1%以下、V:1%以下、Mo:1%以下、Ti:0.005%未満、Nb:0.005%未満を含み、かつSi+Al≧0.6%、Cr+V+Mo:0.1〜2%を満たし、残部Feおよび不可避的不純物からなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動車用鋼板としての用途に用いる低降伏比型高強度合金化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、地球環境の保全の見地から、自動車の燃費向上が重要な課題となっている。このため、車体材料の高強度化により薄肉化を図り、車体そのものを軽量化しようとする動きが活発となっている。しかしながら、鋼板の高強度化は延性の低下、すなわち成形加工性の低下を招くことから、高強度と高加工性を兼備した材料の開発が望まれている。
【0003】
このような要求に対して、これまでにフェライト、マルテンサイト二相鋼(Dual−Phase鋼)や残留オーステナイトの変態誘起塑性を利用したTRIP鋼など、種々の複合組織鋼が開発されてきた。
【0004】
これらの鋼板は実使用時の防錆向上を目的に表面にめっきを施す場合があるが、めっき鋼板としては、プレス性、スポット溶接性、塗装密着性を確保する観点から、溶融亜鉛めっき後に熱処理を施して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が多用されており、それに関して種々の提案がなされている。
【0005】
例えば、特許文献1では、多量のSiを添加することにより残留γを確保し、高延性を達成する加工性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板が提案されている。しかし、Siはめっき性を低下させるため、このような高Si鋼にめっきをつけるには、Niのプレめっきや特殊な薬剤の塗布を行ったり、鋼板表面の酸化物層を還元し、酸化膜厚を適当に制御するなどの煩雑な工程が必要となる。
【0006】
また、特許文献2では、めっき性に対して悪影響の小さいAlをSiの代わりに添加することにより、めっき濡れ性およびパウダリング性を改善した延性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板が提案されている。しかし、実際のプレス成形においては延性の向上の他に形状凍結性の改善も大きな課題となっている。
【0007】
鋼板を高強度化することにより降伏強度も上昇し、プレス成形時のスプリングバック量が大きくなり、形状凍結性が低下する。このような形状凍結性の低下は降伏比を下げることにより改善可能となり、特許文献3には低降伏比型の冷延鋼板が提案されている。しかし、この鋼板を合金化溶融亜鉛めっき鋼板に適用すると、亜鉛浴の温度が450℃を超える高温であるということと、500℃を超える合金化処理が必要になるため、低降伏比を達成することが困難となる。
【0008】
さらに、特許文献4では、Si、Al、そしてMn含有量をバランスさせ、かつ焼鈍後に低温短時間保持させて、Cを多く含むマルテンサイト相を得ることで、低降伏比を有する溶融亜鉛めっき鋼板が提案されている。しかし、この提案された技術は、DP鋼に関する技術であり、DP鋼は残留オーステナイトの歪誘起変態に起因した延性の向上(TRIP効果)を活用することができないため、十分な延性を有しているとは認められ難い。
【特許文献1】特開平11−279691号公報
【特許文献2】特開2002−030403号公報
【特許文献3】特開2002−317249号公報
【特許文献4】特開2004−115843号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、煩雑な工程を経ることなく良好な合金化溶融亜鉛めっき性を得ることができ、合金化溶融亜鉛めっき後に、優れた延性および低降伏比を達成することができる高強度合金化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。なお、本発明において、「高強度」とは、TSが340MPa以上になる強度を有することを意味する。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明者らは、延性に優れる低降伏比型高強度合金化亜鉛めっき鋼板を得るため、鋼板の組成およびミクロ組織の観点から鋭意研究を重ねた。その結果、Alと複合してCr、V、Moを添加することにより合金化溶融亜鉛めっき鋼板における大幅な降伏比の低下が可能となり、降伏比55%以下を達成することができるとともに、C、Si、Mn,Alの量を適切に調整することにより合金化溶融亜鉛めっき性を低下させることなく残留オーステナイトを増加させて優れた延性が得られることを見出した。
【0011】
AlとCr、V、Moの複合添加により低降伏比となる理由については必ずしも明確ではないが、以下のようなものであると考えられる。すなわち、Alはフェライト中の固溶Cを第2相に排出し、フェライトの清浄化に有効に働き、降伏比を低下させる。一方、Cr、V、Moを添加することより高温短時間でのオーステンパ処理で残留オーステナイトを生成させることが可能となる。このように生成した残留オーステナイト中の固溶C量は少なく、少ない歪量でマルテンサイトに変態し、その周りに歪場を形成し降伏応力を低下させる。このような歪場の形成による降伏応力の低下は、Al添加により清浄化され固溶C量が減少したフェライトの周りで起こることにより、より有効に生じるものと考えられる。
【0012】
本発明は上記知見に基づいて完成されたものであり、以下の(1)〜(6)を提供する。
【0013】
(1)質量%で、C:0.05〜0.25%、Si:2.0%以下、Mn:1〜3%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、Al:0.3〜2%、N:0.005%未満、Cr:1%以下、V:1%以下、Mo:1%以下、Ti:0.005%未満、Nb:0.005%未満を含み、かつSi+Al≧0.6%、Cr+V+Mo:0.1〜2%を満たし、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【0014】
(2)質量%で、C:0.05〜0.25%、Si:2.0%以下、Mn:1〜3%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、Al:0.3〜2%、N:0.005%未満、Cr:1%以下、V:1%以下、Mo:1%以下、Ti:0.005%未満、Nb:0.005%未満を含み、かつSi+Al≧0.6%、N≦0.007%−(0.003×Al)%、Cr+V+Mo:0.1〜2%を満たし、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【0015】
(3)上記(1)または(2)において、質量%で、B:0.005%以下、Ni:1%以下の1種または2種をさらに含有することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【0016】
(4)上記(1)〜(3)のいずれかにおいて、質量%で、CaおよびREMの1種または2種を合計で0.01%以下をさらに含有することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【0017】
(5)上記(1)または(4)において、前記鋼板の金属組織が、体積率で3〜20%の残留オーステナイト相を含むことを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【0018】
(6)上記(1)〜(4)のいずれかに記載の組織を有する鋼を溶製し、鋳造、熱間圧延、冷間圧延を施した後、730〜900℃の温度域で焼鈍した後、3〜100℃/sで冷却し、350〜600℃の温度域で30〜250秒保持し、その後溶融亜鉛めっきした後、470〜600℃で合金化を行なう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。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、煩雑な工程を経ることなく良好な合金化溶融亜鉛めっき性を得ることができ、合金化溶融亜鉛めっき後に、優れた延性および55%以下の低降伏比を達成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0020】
以下、本発明について具体的に説明する。
まず、本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の組成限定理由について説明する。以下において%は質量%を意味する。
【0021】
C:0.05〜0.25%
Cはオーステナイトを安定化させる元素であり、残留オーステナイトを確保するために必要な元素である。C量が0.05%未満では、鋼板の強度の確保と同時に、残留オーステナイト量を確保して高延性を達成することが難しい。一方、C量が0.25%を超えると溶接部および熱影響部の硬化が著しく、溶接性が劣化する。このため、C量を0.05〜0.25%の範囲とする。
【0022】
Si:2.0%以下
Siは鋼の強化に有効な元素である。また、フェライト生成元素であり、オーステナイト中へのCの濃化促進および炭化物の生成を抑制することから、残留オーステナイトの生成を促進する働きを有する。しかし、Si量が2.0%を超えるとめっき性の劣化を招く。したがって、Si量を2.0%以下とする。好ましくは0.5%以下である。
【0023】
Mn:1〜3%
Mnは鋼の強化に有効な元素である。また、オーステナイトを安定化させる元素であり、残留オーステナイトの増加に必要な元素である。しかし、Mn量が1%未満ではこのような効果を得難く、一方、3%を超えると、過度の第2相分率の増加や固溶強化量の増加により強度上昇が著しくなり、延性の低下を招く。したがって、Mn量を1〜3%の範囲とする。
【0024】
P:0.1%以下
Pは鋼の強化に有効な元素であるが、0.1%を超えると、粒界偏析により脆化を引き起こし、衝撃特性を劣化させる。したがって、P量を0.1%以下とする。
【0025】
S:0.01%以下
SはMnSなどの介在物となって、耐衝撃特性の劣化や溶接部のメタルフローに沿った割れの原因になるので極力低い方が良いが、製造コストの面から0.01%以下とする。
【0026】
Al:0.3〜2%
Alはフェライトの清浄化に有効に作用し、鋼の降伏比を低下させる。しかし、Al量が0.3%未満ではその効果が不十分である。一方、Al量が2%を超えると鋼板中の介在物が多くなり延性を劣化させる。したがって、Al量を0.3〜2%の範囲とする。
【0027】
Si+Al≧0.6%
Alはまた、Siと同様にフェライト生成元素であり、オーステナイト中へのCの濃化を促進し、かつ炭化物の生成を抑制することから、残留オーステナイトの生成を促進する働きがある。そして、このような効果はAlとSiの量の合計が0.6%未満では不十分であり十分な延性が得られない。したがって、Si+Al≧0.6%とする。
【0028】
N:0.005%未満
Nは不可避的不純物であり、窒化物を形成する。そして、その量が0.005%以上になると窒化物の形成による高温および低温での延性が低下する。したがって、N量を0.005%未満とする。
【0029】
N≦0.007%−(0.003×Al)%
N量が増加にともなってAlNの析出量が増加すると、連続鋳造時のスラブ割れを引き起こしやすくなる。したがって、連続鋳造時のスラブ割れを防止する必要がある場合には、これを回避するために、N量を0.005%未満とした上で、さらにN≦0.007%−(0.003×Al)%を満足するようにする。
【0030】
Cr、V、Mo:それぞれ1%以下
Cr+V+Mo:0.1〜2%
Cr、V、Moは鋼の低降伏比化に有効な元素である。その効果はAlと複合して添加することにより顕著となる。しかし、それぞれ1%を超えて添加してもその効果は飽和する。また、その効果は、Cr、V、Moの合計が0.1%未満では不十分であり、逆にこれらの合計が2%を超えると過度の強度上昇による延性の低下およびめっき性の劣化が懸念される。このため、Cr、V、Moをそれぞれ1%以下とし、これらの合計を0.1〜2%とする。
【0031】
Ti、Nb:それぞれ0.005%未満
Ti、Nbは炭窒化物となって析出することにより鋼を強化する。しかし、このような析出強化は降伏応力を増加させ、低降伏比化には不利となる。そして、そのような降伏応力の増加はそれぞれの添加量が0.005%以上で見られるようになる。したがって、Ti、Nbの量は、それぞれ0.005%未満とする。
【0032】
B:0.005%以下
Bは鋼の強化に有効に働くので必要に応じて添加することができる。しかし、0.005%を超えると過度に強度が上昇し、加工性が低下する。したがって、Bを添加する場合には、その量を0.005%以下とする。
【0033】
Ni:1%以下
Niはオーステナイト安定化元素であり、オーステナイトを残留させるとともに強度上昇にも効果があるので必要に応じて添加することができる。ただし、1%を超えて添加してもその効果は飽和し、逆にコストの上昇を招く。したがって、Niを添加する場合には、その量を1%以下とする。
【0034】
CaまたはREM:1種または2種を合計で0.01%以下
CaおよびREMは、硫化物系介在物の形態を制御する作用を有し、これらにより、鋼板の伸びフランジ性を向上させる効果を有するので必要に応じて添加することができる。このような効果は、これらの合計で0.01%を超えると飽和する。したがって、Ca、REMを添加する場合には、これらの1種または2種を合計で0.01%以下とする。
【0035】
なお、以上の元素および残部のFeの他、製造過程で各種不純物元素および製造過程で必須な微量添加元素等が不可避的に混入するが、このような不可避的な不純物は本発明の効果に特に影響を及ぼすものではなく、許容される。
【0036】
次に、鋼板の金属組織について説明する。
残留オーステナイト相:体積率で3〜20%
本発明において、残留オーステナイト相は、歪誘起変態を有効に活用し、高延性を得るために必須であり、その体積率の制御は極めて重要である。本発明では、高延性を確保する観点より、残留オーステナイト相は少なくとも3%以上とすることが好ましい。一方、残留オーステナイト相が20%を超える場合は、成形後に多量のマルテンサイトが生成し、脆性が大きくなり、脆性を許容範囲内に抑制する必要が生じる場合があるため、残留オーステナイト量は20%以下とすることが好ましい。本発明の鋼板の金属組織としては、主相であるフェライト相と残留オーステナイト相を含む第2相からなるが、フェライト相の体積率は、高延性を確保する観点より、40〜90%が好ましい。また、残留オーステナイト相以外の第2相として、ベイナイト相、マルテンサイト相、パーライト相の体積率が合計で7〜50%であることが好ましい。
【0037】
次に本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造条件について説明する。
本発明においては、上記成分組成の鋼を溶製し、連続鋳造により鋳片とし、熱間圧延し、冷間圧延を行なうが、これらの条件は特に限定されない。その後、連続溶融めっきラインで730〜900℃の温度域で焼鈍し、3〜100℃/sで冷却して、350〜600℃の温度域で30〜250秒保持し、その後溶融亜鉛めっきした後、470〜600℃で合金化を行なう。
【0038】
焼鈍温度:730〜900℃
オーステナイト単相またはオーステナイト相とフェライト相の2相域で焼鈍を行なうが、焼鈍温度が730℃未満の場合は、鋼板中の炭化物が十分に溶解しない場合や、フェライトの再結晶が完了せず、目標とする特性が得られない場合がある。一方、焼鈍温度が900℃を超える場合には、オーステナイト粒の成長が著しく、後の冷却によって生じる第2相からのフェライトの核生成サイトの減少を引き起こす場合がある。したがって、焼鈍温度は730〜900℃とする。
【0039】
冷却速度:3〜100℃/s
冷却速度が3℃/s未満の場合には、パーライトが多量に析出し、未変態オーステナイト中の固溶C量が大幅に低下するため、目標とする組織が得られない場合がある。また、冷却速度が100℃/sを超える場合には、フェライトの成長が抑えられ、フェライトの体積率が著しく減少するため、十分な延性を確保できなくなる場合がある。したがって、冷却速度は3〜100℃/sとする。
【0040】
保持温度:350〜600℃
保持温度が600℃を超える場合には、未変態オーステナイト中から炭化物が析出し、逆に、350℃未満の場合には、下部ベイナイト変態によりベイティックフェライト中に炭化物が析出して、いずれも、安定した残留オーステナイトが十分に得られない。したがって、保持温度は350〜600℃とする。安定して残留オーステナイトを生成させるためには、500℃以下が好ましい。
【0041】
保持時間:30〜250秒
保持時間は、残留オーステナイトの制御に関して、極めて重要な役割を果たす。つまり、保持時間が30秒未満の場合には、未変態オーステナイトの安定化が進まず、残留オーステナイト量を確保することができないため、所望の特性が得られない。一方、保持時間が250秒を超える場合には、本発明の目的である固溶C量の少ないオーステナイト相を得ることができず、少ない歪量でマルテンサイト相に変態させ、その周囲に発生した歪場により低降伏応力を得ることが困難となる。したがって、保持温度は30〜250秒とする。未変態オーステナイト安定化の観点からは、保持時間は、60秒超えが好ましく、さらに好ましくは90秒超えである。また、降伏応力を低下させるためには、200秒以下が好ましい。
【0042】
合金化処理温度:470〜600℃
上記保持処理後、さらに溶融亜鉛めっきを施した後の合金化処理温度は、めっき浴温度以上である必要があり、このため470℃を下限とする。また、合金化温度が600℃超えであれば、上述した保持温度が600℃を超える場合と同様に、未変態オーステナイト中から炭化物が析出し、安定した残留オーステナイトを得ることができなくなる。したがって、合金化処理温度は470〜600℃とする。
【0043】
なお、本発明の製造条件において規定した、焼鈍温度、保持温度、合金化処理温度は、上記の範囲内であれば保持温度は一定である必要はない。また、冷却速度が冷却中に変化した場合においても上記の範囲内であれば構わない。さらに、めっき条件については、通常操業範囲内であればよく、目付量が20〜70g/m、めっき層中のFe量が6〜15%程度とすればよい。
【実施例】
【0044】
以下、本発明の実施例について説明する。
表1に示す組成の鋼を転炉で溶製し、連続鋳造により鋳片とした。そのときのスラブの割れの発生の有無を表1に合わせて示す。割れの発生はスラブを室温まで冷却した後に目視での判定に加えてカラーチェックでの判定も行った。
【0045】
得られたスラブを1250℃に加熱した後、仕上圧延温度900℃で熱間圧延を行い、板厚3.0mmの熱延鋼板とした。熱間圧延後、酸洗し、さらに冷間圧延を行って板厚1.2mmの冷延鋼板とした。その後、連続溶融亜鉛めっきラインで表2に示す条件で熱処理後、50/50g/mのめっきを施し、めっき層中のFe量を9%となるように合金化処理を施した。
【0046】
得られた鋼板について、0.5%の調質圧延を施し、機械的特性を調査した。機械的特性としては、鋼板から圧延直角方向に採取したJIS5号引張試験片を用いて、降伏応力YS、引張強さTS、伸びELを測定した。引張試験は歪み速度6.7×10−3−1で行った。これらの測定値と、降伏比YRおよびTS×ELの値を併せて表2に示す。
【0047】
表2に示すように、本発明の組成および製造条件を満たす本発明鋼板であるNo.1、2、5〜8、11〜16、18、21、22、24、28は、いずれも降伏比が55%以下と低い値を示し、引張強さTS、伸びELとも十分な値を示していた。これに対して、本発明の組成および製造条件から外れる比較鋼板であるNo.3、4、9、10、17、19、20、23、25〜27、29〜38は、降伏比YR、引張強さTS、伸びEL、およびこれらのバランスの一つ以上が好ましい範囲をはずれていた。また、表1に示すように、本発明鋼板の中でN≦0.007%−(0.003×Al)%を満たすA〜Lは、スラブ割れも生じなかった。
【0048】
【表1】

【0049】
【表2】


【特許請求の範囲】
【請求項1】
質量%で、C:0.05〜0.25%、Si:2.0%以下、Mn:1〜3%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、Al:0.3〜2%、N:0.005%未満、Cr:1%以下、V:1%以下、Mo:1%以下、Ti:0.005%未満、Nb:0.005%未満を含み、かつSi+Al≧0.6%、Cr+V+Mo:0.1〜2%を満たし、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項2】
質量%で、C:0.05〜0.25%、Si:2.0%以下、Mn:1〜3%、P:0.1%以下、S:0.01%以下、Al:0.3〜2%、N:0.005%未満、Cr:1%以下、V:1%以下、Mo:1%以下、Ti:0.005%未満、Nb:0.005%未満を含み、かつSi+Al≧0.6%、N≦0.007%−(0.003×Al)%、Cr+V+Mo:0.1〜2%を満たし、残部Feおよび不可避的不純物からなることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項3】
質量%で、B:0.005%以下、Ni:1%以下の1種または2種をさらに含有することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項4】
質量%で、CaおよびREMの1種または2種を合計で0.01%以下をさらに含有することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項5】
前記鋼板の金属組織が、体積率で3〜20%の残留オーステナイト相を含むことを特徴とする請求項1または請求項4に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項6】
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の組成を有する鋼を、溶製し、鋳造、熱間圧延、冷間圧延を施した後、730〜900℃の温度域で焼鈍した後、3〜100℃/sで冷却し、350〜600℃の温度域で30〜250秒保持し、その後溶融亜鉛めっきした後、470〜600℃で合金化を行なう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。

【公開番号】特開2006−307325(P2006−307325A)
【公開日】平成18年11月9日(2006.11.9)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−58458(P2006−58458)
【出願日】平成18年3月3日(2006.3.3)
【出願人】(000001258)JFEスチール株式会社 (8,589)
【Fターム(参考)】