JP6673290B2 - 高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、自動車部材用途への適用に好適な、高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関する。
近年、地球環境保全の観点から、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、車体部品の薄肉化による車体軽量化の動きが活発となってきており、車体部品用材料である鋼板の高強度化ニーズが高まっている。
鋼板の高強度化には、Ｓｉ、Ｍｎ等の固溶強化元素の添加が有効である。しかし、これらの元素はＦｅよりも酸化しやすい易酸化性であるため、これらを多量に含有する高強度鋼板を母材とする溶融亜鉛めっき鋼板及び合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合、以下の問題がある。
通常、溶融亜鉛めっき鋼板を製造するために、非酸化性雰囲気中あるいは還元雰囲気中、６００〜９００℃程度の温度で、鋼板の加熱焼鈍を行った後に、溶融亜鉛めっき処理を施す。鋼中の易酸化性元素は、一般的に用いられる非酸化性雰囲気中あるいは還元雰囲気中においても選択酸化されて、表面に濃化して鋼板表面に酸化物を形成する。この酸化物は溶融亜鉛めっき処理時の、鋼板表面と溶融亜鉛との濡れ性を低下させることから、鋼中の易酸化性元素濃度の増加と共にめっき濡れ性が急激に低下して不めっき多発の原因となる。不めっきを生じない場合でも、鋼板とめっきの間に酸化物が存在するためにめっき密着性が劣化する。特に、Ｓｉは少量の添加であっても溶融亜鉛との濡れ性を顕著に低下させることから、溶融亜鉛めっき用鋼板では、より濡れ性への影響が小さいＭｎが添加されることが多い。しかし、Ｍｎ酸化物も溶融亜鉛との濡れ性を低下させるため、多量に添加する場合には上記の不めっきの問題が顕著となる。
この問題に対し、特許文献１では、鋼板を焼鈍した後、酸洗を実施することで表面に形成された酸化物を溶解除去し、その後、再び焼鈍して溶融亜鉛めっきを施す方法が提案されている。しかしながら、この方法では合金元素の添加量が多い場合、再焼鈍時に表面に再び酸化物が形成され、不めっき等の外観欠陥を生じなくても、めっき密着性が劣化する場合がある。
ここで、めっき密着性を向上させる方法の一つに、鋼板表面に微小な凹凸を付与し、めっき界面におけるアンカー効果を得る方法がある。特許文献２では、Ｍｎを含有した鋼板を焼鈍し、鋼板表面に生じた球状あるいは塊状のＭｎ酸化物を圧延によって鋼板に押し込み、その後Ｍｎ酸化物を酸洗除去することで鋼板表面に微小な凹凸を形成させる方法が提案されている。しかしながら、この方法では、焼鈍後に圧延工程を追加する必要がある。さらには、焼鈍後酸化物の形状が球状や塊状となるＭｎ添加鋼の場合は有効であるが、膜状酸化物を形成しやすい高Ｓｉ添加鋼の場合は効果が小さく、続く酸洗工程でもＳｉ酸化物が不活性なため除去困難であることから、許容されるＳｉ添加量の上限は０．８０％と比較的小さく、Ｓｉ添加による優れた強度−伸びバランスを得るには十分でない。
特許第３９５６５５０号公報 特願２０１５−５５１８８６号
本発明は、かかる事情に鑑み、高い強度-伸びバランスを有し、かつめっき密着性、表面外観に優れた高強度溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、鋭意検討および研究を重ねた。その結果、Ｓｉ添加鋼を焼鈍後、酸化性水溶液中で酸洗・水洗後、非酸化性水溶液中で酸洗・水洗することで、表面に形成したＳｉ酸化物が地鉄粒ごと除去され、清浄な鋼板表面が得られることで、続けて２回目の焼鈍を行った後の鋼板表面へのめっき処理が可能となることを見出した。これにより、２段階の焼鈍工程による材質設計がＳｉ添加に対しても適用可能となり、優れた強度（ＴＳ）−伸び（Ｅｌ）バランスを有する溶融亜鉛めっき鋼板を製造可能であることを見出した。さらに、副次的な効果として、酸化性水溶液中で酸洗した鋼板表面には微小な凹凸が形成され、めっき後の界面におけるアンカー効果によってめっき密着性が向上することを見出した。
本発明は上記知見に基づくものであり、その特徴は以下の通りである。
［１］成分組成として、質量％で、Ｃ：０．０４０％以上０．５００％以下、Ｓｉ：０．８０％以上２．００％以下、Ｍｎ：１．００％以上４．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎ：０．０１００％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板を、Ｈ２濃度が０．０５ｖｏｌ％以上３０．０ｖｏｌ％以下、露点が０℃以下の雰囲気中、８００℃以上９５０℃以下の温度域に加熱する第１加熱工程と、前記第１加熱工程後の鋼板を、酸化性酸性水溶液中において酸洗し、水洗する第１酸洗工程と、前記第１酸洗工程後の鋼板を、非酸化性酸性水溶液中において酸洗し、水洗する第２酸洗工程と、前記第２酸洗工程後の鋼板を、Ｈ２濃度が０．０５ｖｏｌ％以上３０．０ｖｏｌ％以下、露点が０℃以下の雰囲気中、７００℃以上９００℃以下の温度域で２０秒以上３００秒以下保持する第２加熱工程と、前記第２加熱工程後の鋼板を、溶融亜鉛めっき処理する工程とを有することを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［２］さらに、成分組成として、質量％で、Ｔｉ：０．０１０％以上０．１００％以下、Ｎｂ：０．０１０％以上０．１００％以下、Ｂ：０．０００１％以上０．００５０％以下のうちから選ばれる少なくとも１種の元素を含有する［１］に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［３］さらに、成分組成として、質量％で、Ｍｏ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｃｒ：０．６０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｖ：０．５００％以下、Ｓｂ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．１０％以下、Ｃａ：０．０１００％以下、ＲＥＭ：０．０１０％以下のうちから選ばれる少なくとも１種の元素を含有する［１］または［２］に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［４］前記第２酸洗工程後、前記第２加熱工程前に、Ｏ２濃度が０．１ｖｏｌ％以上２０ｖｏｌ％以下、Ｈ２Ｏ濃度が１ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下となる雰囲気中で鋼板の温度が４００〜９００℃の範囲となるよう加熱する酸化工程を有することを特徴とする［１］〜［３］のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［５］前記酸化工程後、Ｏ２濃度が０．０１ｖｏｌ％以上０．１ｖｏｌ％未満、Ｈ２Ｏ濃度が１ｖｏｌ％以上２０ｖｏｌ％以下となる雰囲気中で鋼板の温度が６００℃〜９００℃の範囲となるよう加熱する還元工程を有することを特徴とする［４］に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［６］前記第１酸洗工程の酸化性酸性水溶液は、硝酸または硝酸に対し塩酸、弗酸、硫酸のいずれかを混合した酸であることを特徴とする［１］〜［５］のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［７］前記第２酸洗工程の非酸化性酸性水溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、ピロリン酸、ギ酸、酢酸、クエン酸、弗酸、シュウ酸から選ばれる１種または２種以上を混合した酸であることを特徴とする［１］〜［６］のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
［８］前記溶融亜鉛めっき処理する工程後の鋼板に、さらに合金化処理を行う合金化処理工程を有する［１］〜［７］のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
本発明によれば、高い強度-伸びバランスを有し、かつ表面外観とめっき密着性に優れた高強度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で車体軽量化による燃費改善が可能である。
以下、本発明の実施形態について説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。また、成分量を表す「％」は「質量％」を意味する。
まず、成分組成について説明する。
質量％で、Ｃ：０．０４０％以上０．５００％以下、Ｓｉ：０．８％以上２．００％以下、Ｍｎ：１．００％以上４．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎ：０．０１００％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる。また、上記成分に加えて、さらに、Ｔｉ：０．０１０％以上０．１００％以下、Ｎｂ：０．０１０％以上０．１００％以下、Ｂ：０．０００１％以上０．００５０％以下のうちから選ばれる少なくとも１種の元素を含有してもよい。また、上記成分に加えて、さらに、Ｍｏ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｃｒ：０．６０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｖ：０．５００％以下、Ｓｂ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．１０％以下、Ｃａ：０．０１００％以下、ＲＥＭ：０．０１０％以下のうちから選ばれる少なくとも１種の元素を含有してもよい。以下、各成分について説明する。
Ｃ：０．０４０％以上０．５００％以下
Ｃはオーステナイト安定化元素であり、強度と延性の向上に有効な元素である。このような効果を得るために、Ｃの含有量は０．０４０％以上とする。一方、Ｃの含有量が０．５００％を超えると、溶接性の劣化が著しく、また、過度に硬質化したマルテンサイト相によって優れた強度‐伸びバランスが得られない場合がある。したがって、Ｃの含有量は０．５００％以下とする。
Ｓｉ：０．８０％以上２．００％以下
Ｓｉはフェライト安定化元素であり、また、鋼の固溶強化に有効であり、強度と伸びのバランスを向上させる。Ｓｉ量が０．８０％未満では、このような効果は得られない。一方、Ｓｉの含有量が２．００％を超えると、焼鈍中に鋼板表面でＳｉが酸化物を形成してめっき時に鋼板と溶融亜鉛との濡れ性を劣化させ、不めっき等の外観不良を引き起こす。したがって、Ｓｉの含有量は０．８０％以上２．００％以下とする。
Ｍｎ：１．００％以上４．００％以下
Ｍｎは、オーステナイト安定化元素であり、焼鈍板の強度確保に有効な元素である。この強度確保のためには、Ｍｎの含有量は１．００％以上とする。ただし、Ｍｎの含有量が４．００％を超えると、焼鈍中に鋼板表面で多量の酸化物を形成し、めっき時に鋼板と溶融亜鉛との濡れ性を劣化させ、外観不良を引き起こす場合がある。よって、Ｍｎの含有量は４．００％以下とする。
Ｐ：０．１００％以下
Ｐは、鋼の強化に有効な元素である。鋼の強化の観点から、Ｐの含有量は０．００１％以上であることが好ましい。ただし、Ｐの含有量が０．１００％を超えると、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、溶融亜鉛めっき処理後に合金化処理を施す場合、合金化反応を遅延させる場合がある。したがって、Ｐの含有量は０．１００％以下とする。
Ｓ：０．０１００％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。このため、Ｓの含有量は極力低い方が良いため、Ｓの含有量は０．０１００％以下とする。
Ａｌ：０．１００％以下
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く。また、コスト高にもつながる。このため、Ａｌの含有量は０．１００％以下とする。好ましくは０．０５０％以下である。
Ｎ：０．０１００％以下
Ｎは、鋼の耐時効性を劣化させる元素であり、少ないほど好ましく、０．０１００％を超えると耐時効性の劣化が顕著となる。したがって、Ｎの含有量は０．０１００％以下とする。
残部はＦｅおよび不可避的不純物である。なお、本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、必要に応じて、高強度化等を目的として以下の元素を含有することができる。
Ｔｉ：０．０１０％以上０．１００％以下
Ｔｉは鋼板中でＣまたはＮと微細炭化物や微細窒化物を形成することにより、鋼板の強度向上に寄与する元素である。この効果を得るためには、Ｔｉの含有量は０．０１０％以上であることが好ましい。一方、Ｔｉの含有量が０．１００％を超えるとこの効果が飽和する。このため、Ｔｉの含有量は０．１００％以下が好ましい。
Ｎｂ：０．０１０％以上０．１００％以下
Ｎｂは固溶強化または析出強化により強度向上に寄与する元素である。この効果を得るためには、Ｎｂの含有量は０．０１０％以上であることが好ましい。一方、Ｎｂの含有量が０．１００％を超えると鋼板の延性を低下させ、加工性が劣化する場合がある。このため、Ｎｂの含有量は０．１００％以下が好ましい。
Ｂ：０．０００１％以上０．００５０％以下
Ｂは焼入れ性を高め、鋼板の強度向上に寄与する元素である。この効果を得るためには、Ｂの含有量は０．０００１％以上が好ましい。一方、Ｂを過剰に含有すると延性の低下を招き、加工性が劣化する場合がある。また、Ｂの過剰な含有はコストアップの原因ともなる。このため、Ｂの含有量は０．００５０％以下が好ましい。
Ｍｏ：０．０１％以上０．５０％以下
Ｍｏは、オーステナイト生成元素であり、焼鈍板の強度確保に有効な元素である。強度確保の観点から、Ｍｏの含有量は０．０１％以上が好ましい。しかし、Ｍｏは合金コストが高いため、含有量が多いと、コストアップの要因になる。このため、Ｍｏの含有量は０．５０％以下が好ましい。
Ｃｒ：０．６０％以下
Ｃｒは、オーステナイト生成元素であり、焼鈍板の強度確保に有効な元素である。一方、Ｃｒの含有量が０．６０％を超えると、焼鈍中に鋼板表面で酸化物を形成しめっき外観を劣化させる場合がある。したがって、Ｃｒの含有量は０．６０％以下が好ましい。
Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｖ：０．５００％以下
Ｎｉ、Ｃｕ、Ｖ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。鋼を強化するためには、Ｎｉの含有量は０．０５％以上が好ましく、Ｃｕの含有量は０．０５％以上が好ましく、Ｖの含有量は０．００５％以上が好ましい。しかしながら、Ｎｉは０．５０％、Ｃｕは１．００％、Ｖは０．５００％をそれぞれ超えて過剰に添加すると、著しい強度上昇による延性の低下の懸念が生じる場合がある。また、これらの元素の過剰な含有は、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、その含有量は、Ｎｉは０．５０％以下、Ｃｕは１．００％以下、Ｖは０．５００％以下が好ましい。
Ｓｂ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．１０％以下
ＳｂおよびＳｎは鋼板表面付近の窒化を抑制する作用がある。窒化の抑制のためには、Ｓｂの含有量は０．００５％以上、Ｓｎの含有量は０．００５％以上が好ましい。ただし、上記効果はＳｂの含有量、Ｓｎの含有量がそれぞれ０．１０％を超えると飽和する。したがって、これらの元素を添加する場合には、Ｓｂの含有量は０．１０％以下、Ｓｎの含有量は０．１０％以下が好ましい。
Ｃａ：０．０１００％以下
Ｃａは、ＭｎＳなど硫化物の形状制御によって延性を向上させる効果がある。この効果を得るためには、Ｃａの含有量は０．００１０％以上が好ましい。ただし、上記効果は０．０１００％を超えると飽和する。このため、添加する場合には、Ｃａの含有量は０．０１００％以下が好ましい。
ＲＥＭ：０．０１０％以下
ＲＥＭは、硫化物系介在物の形態を制御し、加工性の向上に寄与する。加工性向上の効果を得るためには、ＲＥＭの含有量は０．００１％以上が好ましい。また、ＲＥＭの含有量が０．０１０％を超えると、介在物の増加を引き起こし、加工性を劣化させる場合がある。したがって、添加する場合には、ＲＥＭの含有量は０．０１０％以下が好ましい。
次に、本発明の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法について説明する。
上記成分組成からなる鋼スラブを、熱間圧延工程において、粗圧延、仕上げ圧延を施し、その後、酸洗工程で熱延板表層のスケールを除去した後、冷間圧延する。ここで、熱間圧延工程の条件、酸洗工程の条件、冷間圧延工程の条件は特に限定されず、適宜条件を設定すればよい。また、薄手鋳造などにより熱延工程の一部もしくは全部を省略して製造してもよい。
次いで、本発明の重要な要件である下記の工程を行う。
鋼板を、Ｈ２濃度が０．０５ｖｏｌ％以上３０．０ｖｏｌ％以下、露点が０℃以下の雰囲気中、８００℃以上９５０℃以下の温度域に加熱する第１加熱工程と、前記第１加熱工程後の鋼板を酸化性酸性水溶液中において酸洗し、水洗する第１酸洗工程と、前記第１酸洗工程後の鋼板を、非酸化性酸性水溶液中において酸洗し、水洗する第２酸洗工程と、前記第２酸洗工程後の鋼板を、Ｈ２濃度が０．０５ｖｏｌ％以上３０．０ｖｏｌ％以下、露点が０℃以下の雰囲気中、７００℃以上９００℃以下の温度域で２０秒以上３００秒以下保持する第２加熱工程と、前記第２加熱工程後の鋼板を、溶融亜鉛めっき処理する工程を行う。なお、上記の各工程は連続設備で行っても、別々の設備で行っても構わない。
以下、詳細に説明する。
第１加熱工程
第１加熱工程とは、上記鋼板を、Ｈ２濃度が０．０５ｖｏｌ％以上３０．０ｖｏｌ％以下、露点が０℃以下の雰囲気中、８００℃以上９５０℃以下の温度域に加熱する工程である。第１加熱工程は、主にベイナイトからなり、一部オーステナイトまたはマルテンサイトを含んだ組織を作り込むために行うものである。
Ｈ２濃度はＦｅ酸化抑制に充分な量が必要であるため、０．０５ｖｏｌ％以上とする。一方、Ｈ２濃度が３０．０ｖｏｌ％を超えるとコストアップにつながるため、Ｈ２濃度は３０．０ｖｏｌ％以下とする。第１加熱工程における雰囲気ガスの残部はＮ２、Ｈ２Ｏおよび不可避的不純物とする。
また、第１加熱工程における雰囲気の露点について、０℃を超えるとＦｅの酸化が生じる。したがって、露点は０℃以下とする必要がある。尚、露点の下限は特にないが、工業的に−６０℃未満の露点は実施が難しいことから、露点は−６０℃以上が好適である。
鋼板温度が８００℃未満では、熱処理中のオーステナイト分率が少なくなるため、組織中のＣ及びＭｎ分配が偏り、結果的に後工程で不均一な組織を生じ、優れた強度−伸びバランスが得られない場合がある。一方、９５０℃を超えるとオーステナイト粒が過度に粗大化し、最終的に優れたＴＳ−Ｅｌバランスが得られない場合がある。したがって、保持する鋼板の加熱温度（鋼板温度）は８００℃以上９５０℃以下の温度域とする。第１加熱工程での保持は、鋼板を一定の温度に保った状態で保持してもよいし、８００℃以上９５０℃以下の温度域で鋼板の温度を変化させながら保持してもよい。
第１酸洗工程
第１加熱工程後の鋼板表面を酸化性酸性溶液中で酸洗した後、水洗する。この第１酸洗工程の目的は、鋼板の表面の清浄化と共に第１加熱工程で鋼板表面に形成したＳｉ系酸化物を除去すると同時に、鋼板表面に微細な凹凸を形成させることである。一般的にＳｉ酸化物は酸に対する溶解度が小さく、完全に溶解除去するためには長時間を要する。故に、硝酸のような酸化性を示す強酸を酸洗液に用い、鋼板表層の地鉄ごと除去するのが効率的である。この際、地鉄が溶解する結果、鋼板表面に微細な凹凸が形成され、最終的なめっき界面におけるアンカー効果によってめっき密着性が向上する。酸化性酸性水溶液としては、酸化性を示す強酸である硝酸が挙げられる。もしくは、硝酸に対して、酸化性を示さない強酸である塩酸、弗酸、硫酸のいずれかを混合させた酸を用いることもできる。また、酸化性酸性水溶液を用いる場合、温度を２０〜７０℃、酸洗時間を３〜３０秒とするのが好ましい。
また、酸洗後の鋼板は、速やかに水洗する必要がある。水洗しない場合、鋼板表面に残留した酸液の酸化力によって鋼板表面にＦｅ系酸化物やＦｅ系水酸化物を不均一かつ多量に形成し、表面外観のムラを引き起こす場合がある。
第２酸洗工程
第２酸洗工程は、第１酸洗工程後の鋼板表面を再酸洗する工程である。この工程は、第１酸洗工程後の鋼板表面に形成したＦｅ系酸化物及びＦｅ系水酸化物の除去、また、表面に微量に残留する場合のあるＳｉ系酸化物の完全除去を目的として実施する。このとき、Ｆｅ系酸化物及びＦｅ系水酸化物は、第１酸洗工程において地鉄が酸洗液に酸化されることで形成する。したがって、第２酸洗工程後に再形成させないために、再酸洗には非酸化性酸性溶液を用いる必要がある。非酸化性酸性溶液としては、塩酸、硫酸、リン酸、ピロリン酸、ギ酸、酢酸、クエン酸、弗酸、シュウ酸から選ばれる１種または２種以上を混合した酸であることが好ましい。
なお、上記いずれの酸を用いる場合も、温度を２０〜７０℃、酸洗時間は１〜３０秒とするのが好ましい。
また、酸洗後の鋼板は、速やかに水洗する必要がある。水洗しない場合、残存した酸洗液が鋼板表面に不均一な凹凸や腐食生成物を生じ、最終的な表面外観を損なう場合がある。
第２加熱工程
第２酸洗工程後の鋼板を、Ｈ２濃度が０．０５ｖｏｌ％以上３０．０ｖｏｌ％以下、露点が０℃以下の雰囲気中、７００℃以上９００℃以下の温度域で２０秒以上３００秒以下保持する。第２加熱工程は、最終的な組織を作り込むと同時に鋼板表面を活性化し鋼板にめっきを施すために行うものである。
Ｈ２濃度はＦｅ酸化を抑制するのに充分な量が必要であり、０．０５ｖｏｌ％以上とする。また、Ｈ２濃度が３０．０ｖｏｌ％を超えるとコストアップにつながるため３０．０ｖｏｌ％以下とする。残部はＮ２、Ｈ２Ｏおよび不可避的不純物である。
また、露点が０℃を超えるとＦｅが還元されにくくなり、めっき前の鋼板表面を清浄化できず、めっきのぬれ性が劣化する場合がある。したがって、露点は０℃以下とする。
鋼板温度が７００℃未満では、熱処理中のフェライト相が過度に多くなり、優れた強度-伸びバランスが得られない場合があり、さらに鋼板表面の自然酸化皮膜が十分に還元されない等、十分に活性化せず、溶融亜鉛との濡れ性が低下する。一方、鋼板温度が９００℃を超えると、熱処理中のオーステナイト相が過度に多くなり、優れた強度-伸びバランスが得られない場合があり、さらに焼鈍中にＳｉ系酸化物が鋼板表面に多量に形成され、めっき時における鋼板と溶融亜鉛の濡れ性を劣化させる。よって、第２加熱工程における鋼板の保持温度範囲は７００℃以上９００℃以下とする。なお、保持温度範囲を満たしていれば、一定温度で保持しても温度変化させながら保持してもよい。
また、保持時間について、２０秒未満では鋼板表面の自然酸化皮膜が十分に還元されない等、鋼板表面がめっき前に活性化しない場合がある。一方、３００秒超えではＳｉ系酸化物が鋼板表面に多量形成され、めっき時における鋼板と溶融亜鉛の濡れ性を劣化させる。したがって、保持時間は２０秒以上３００秒以下とする。
また、第２酸洗工程後、第２加熱工程前の鋼板に対し必要に応じて酸化工程および還元工程を施してもよい。以下、酸化工程、還元工程について説明する。
酸化工程
酸化工程は、鋼板表面にＦｅ酸化物皮膜を形成させることで、後の第２加熱工程における還元焼鈍時に表面Ｓｉ酸化物及び表面Ｍｎ酸化物が形成するのを抑制するために実施する。
Ｆｅを酸化させるため、Ｏ２濃度は０．１ｖｏｌ％以上が好ましい。一方、省コストの観点から、Ｏ２濃度は大気レベルの２０ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。また、Ｆｅ酸化を促進するためにＨ２Ｏ濃度は１ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。一方、経済的な理由から、Ｈ２Ｏ濃度は５０ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。さらに、上記範囲を満たす雰囲気中、鋼板を加熱する際の鋼板温度について、４００℃未満ではＦｅの酸化が十分に生じず、一方で９００℃を超えると酸化量が過剰になり、第２加熱工程において酸化鉄のロールピックアップや未還元Ｆｅが生じ、反ってめっき後の表面外観及びめっき密着性を劣化させる場合がある。したがって、鋼板温度は４００℃以上９００℃以下とすることが好ましい。
還元工程
還元工程は、前記酸化工程後の鋼板が第２加熱工程でロールピックアップを生じるのを防ぐため、酸化鉄の剥離が発生しない程度にＦｅ酸化皮膜を還元する目的で実施する。
Ｆｅ還元が生じるように、Ｏ２濃度は０．１ｖｏｌ％未満とすることが好ましい。ただし、０．０１ｖｏｌ％以上とすることが好ましい。また、Ｈ２Ｏ濃度についても、Ｆｅの酸化を防ぐために２０ｖｏｌ％以下とすることが好ましい。ただし、１ｖｏｌ％以上であることが好ましい。また、鋼板の温度は、６００℃未満ではＦｅ還元が生じにくく、９００℃超えでは加熱コストが上がって経済的に不利となることから、６００℃以上９００℃以下とすることが好ましい。
溶融亜鉛めっき処理する工程
溶融亜鉛めっき処理する工程は、上記の処理を施した後に鋼板を冷却し、鋼板を溶融亜鉛めっき浴に浸漬して溶融亜鉛めっき処理を施す工程である。
溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合、浴温が４４０〜５５０℃、浴中Ａｌ濃度が０．１３〜０．２４％の亜鉛めっき浴を用いることが好ましい。
浴温が４４０℃未満では浴内における温度変動により低温部でＺｎの凝固が生じ、溶融めっき浴として不適切になる場合がある。５５０℃を超えると浴の蒸発が激しく、気化したＺｎが炉内へ付着し、操業が困難になる場合があり、また、めっき時に合金化が進行して過合金となる場合がある。
溶融亜鉛めっき鋼板を製造する時に浴中Ａｌ濃度が０．１３％未満になるとＦｅ−Ｚｎ合金化が進みめっき密着性が悪化する場合があり、０．２４％超えになるとＡｌ酸化物による欠陥が発生する場合がある。
溶融亜鉛めっき処理後に合金化処理を行う場合、浴中Ａｌ濃度が０．１０〜０．２０％の亜鉛めっき浴の使用が好ましい。浴中Ａｌ濃度が０．１０％未満になるとΓ相が多量に生成してめっき密着性が劣化する場合がある。０．２０％超になるとＦｅ−Ｚｎ合金化が進行しない場合がある。
合金化処理工程
必要に応じて、溶融亜鉛めっき処理工程後の鋼板に、さらに合金化処理を行う。合金化処理の条件は特に限定されないが、合金化処理温度は４６０℃超え６００℃未満が好ましい。４６０℃以下では合金化進行が遅く、十分に合金化させるまでに長時間を要してしまい、効率的でない。６００℃以上では、合金化が進行し過ぎてしまい、地鉄界面に生成する硬くて脆いＺｎ−Ｆｅ合金層が過剰に生成してめっき密着性を劣化させる場合がある。
表１に示す化学組成を有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を溶製してスラブとした。得られたスラブを１２００℃まで加熱して熱間圧延し、巻き取りを実施した。次いで、得られた熱延板を酸洗し、圧下率５０％で冷間圧延を施した。得られた冷延鋼板について、雰囲気調整可能な炉において表２及び表３に示す条件にて第１加熱工程、第１酸洗工程、第２酸洗工程、第２加熱工程及び溶融亜鉛めっき処理工程を実施した。溶融亜鉛めっき処理工程は、０．１３２％のＡｌを含有したＺｎ浴にて溶融亜鉛めっき処理を施した。また、一部の鋼板には続けて合金化処理を施した。
以上より得られた溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）及び、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）について、以下に示す方法において、引張強度（ＴＳ）、全伸び（ＥＬ）、表面外観、めっき密着性（ＧＩ密着性及びＧＡ密着性）を評価した。
＜引張強度および全伸び＞
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 Ｚ ２２４１に準拠して引張試験を実施することでＴＳ（引張強度）および全伸び（ＥＬ）を求め、（ＴＳ）×（ＥＬ）の値から伸びの優劣を評価した。本実施例では、（ＴＳ）×（ＥＬ）が１５０００ＭＰａ以上となる場合を伸びが良好とした。
＜表面外観＞
不めっきやピンホールなどの外観不良の有無を目視にて判断し、下記基準によって評価を行い、○及び△を本発明における好適範囲とした。
◎：外観不良がなく特に良好
○：外観不良がほとんどなく良好
△：外観不良が少しあるが概ね良好
×：外観不良がある
＜めっき密着性＞
溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）の密着性評価にはボールインパクト試験を用い、加工部をセロハンテープ剥離後、めっき層剥離の有無を目視判定することで下記基準により評価し、○を好適範囲とした。なお、本試験ではボール質量１．８ｋｇ、落下高さ１００ｃｍとした。
○：めっき層の剥離なし、△：めっき層に軽微な剥離、×：めっき層が剥離
合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）のめっき密着性は、耐パウダリング性を評価することで評価した。具体的には、合金化溶融亜鉛めっき鋼板にセロハンテープを貼り、テープ面を９０度曲げ、曲げ戻しをし、加工部の内側（圧縮加工側）に、曲げ加工部と平行に巾２４ｍｍのセロハンテープを押し当てて引き離し、セロハンテープの長さ４０ｍｍの部分に付着した亜鉛量を蛍光Ｘ線によるＺｎカウント数として測定し、Ｚｎカウント数を単位長さ（１ｍ）当たりに換算した量を、下記基準の通りランク付けした。本発明では、ランク１のものを特に良好（◎）、２のものを良好（○）、３のものを概ね良好（△）、４以上のものを不良（×）とし、◎、○及び△を好適範囲とした。
蛍光Ｘ線カウント数 ランク
０以上〜２０００未満 ：１ （良）
２０００以上〜５０００未満 ：２
５０００以上〜８０００未満 ：３
８０００以上〜１００００未満：４
１００００以上 ：５ （劣）
以上の評価について、得られた結果を条件と併せて表２〜５に示す。
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本発明例の高強度溶融亜鉛めっき鋼板は、いずれも伸び、表面外観及びめっき密着性に優れていることがわかる。これに対して比較例では、伸び、表面外観、めっき密着性のいずれか一つ以上において劣っている。

Claims (7)

  1. 成分組成として、質量％で、Ｃ：０．０４０％以上０．５００％以下、Ｓｉ：０．８０％以上２．００％以下、Ｍｎ：１．００％以上４．００％以下、Ｐ：０．１００％以下、Ｓ：０．０１００％以下、Ａｌ：０．１００％以下、Ｎ：０．０１００％以下を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼板を、
    Ｈ２濃度が０．０５ｖｏｌ％以上３０．０ｖｏｌ％以下、露点が０℃以下の雰囲気中、８００℃以上９５０℃以下の温度域に加熱する第１加熱工程と、
    前記第１加熱工程後の鋼板を、酸化性酸性水溶液中において酸洗し、水洗する第１酸洗工程と、
    前記第１酸洗工程後の鋼板を、非酸化性酸性水溶液中において酸洗し、水洗する第２酸洗工程と、
    前記第２酸洗工程後の鋼板を、Ｈ２濃度が０．０５ｖｏｌ％以上３０．０ｖｏｌ％以下、露点が０℃以下の雰囲気中、７００℃以上９００℃以下の温度域で２０秒以上３００秒以下保持する第２加熱工程と、
    前記第２加熱工程後の鋼板を、溶融亜鉛めっき処理する工程とを有し、
    前記第２酸洗工程後、前記第２加熱工程前に、Ｏ ２ 濃度が０．１ｖｏｌ％以上２０ｖｏｌ％以下、Ｈ ２ Ｏ濃度が１ｖｏｌ％以上５０ｖｏｌ％以下となる雰囲気中で鋼板の温度が４００〜９００℃の範囲となるよう加熱する酸化工程を有することを特徴とする高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  2. さらに、成分組成として、質量％で、Ｔｉ：０．０１０％以上０．１００％以下、Ｎｂ：０．０１０％以上０．１００％以下、Ｂ：０．０００１％以上０．００５０％以下のうちから選ばれる少なくとも１種の元素を含有する請求項１に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  3. さらに、成分組成として、質量％で、Ｍｏ：０．０１％以上０．５０％以下、Ｃｒ：０．６０％以下、Ｎｉ：０．５０％以下、Ｃｕ：１．００％以下、Ｖ：０．５００％以下、Ｓｂ：０．１０％以下、Ｓｎ：０．１０％以下、Ｃａ：０．０１００％以下、ＲＥＭ：０．０１０％以下のうちから選ばれる少なくとも１種の元素を含有する請求項１または２に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  4. 前記酸化工程後、Ｏ２濃度が０．０１ｖｏｌ％以上０．１ｖｏｌ％未満、Ｈ２Ｏ濃度が１ｖｏｌ％以上２０ｖｏｌ％以下となる雰囲気中で鋼板の温度が６００℃〜９００℃の範囲となるよう加熱する還元工程を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  5. 前記第１酸洗工程の酸化性酸性水溶液は、硝酸または硝酸に対し塩酸、弗酸、硫酸のいずれかを混合した酸であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  6. 前記第２酸洗工程の非酸化性酸性水溶液は、塩酸、硫酸、リン酸、ピロリン酸、ギ酸、酢酸、クエン酸、弗酸、シュウ酸から選ばれる１種または２種以上を混合した酸であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
  7. 前記溶融亜鉛めっき処理する工程後の鋼板に、さらに合金化処理を行う合金化処理工程を有する請求項１〜６のいずれか一項に記載の高強度溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
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