JP2005200739A - 化成処理性に優れた熱延鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｂを含む高強度熱延鋼板において、化成皮膜を鋼板全面に均質に生成できるようにし、従来の製造ラインに適用でき、操業管理や品質管理も容易にする。
【解決手段】 質量％にて、Ｃ：０．０１〜０．１％、Ｓｉ：１．５％以下、Ｍｎ：０．５〜３．０％、Ｐ：０．０７％以下、Ｓ：０．０１％以下、Ａｌ：０．０１５〜０．１％、Ｎ：０．００１〜０．００８％、ＴｉとＮｂの一方または双方合計：０．０２〜０．４％を含有し、Ｃ−（Ｔｉ／４）−（Ｎｂ／６）＞０．００２％、A.I.≧１．５ＭＰａ以上である熱延鋼板。熱延工程において、仕上圧延終了後５０℃／秒以上の平均冷却速度で巻取温度まで冷却し、４００〜６００℃の温度範囲で巻き取ることにより、A.I.を１．５ＭＰａ以上とする。
【選択図】 なし

Description

本発明は、鋼板の塗装下地処理として化成処理を行う際、化成皮膜を鋼板全面に均質に生成することのできる、化成処理性に優れた熱延鋼板およびその製造方法に関するものである。

自動車ボディの電着塗装など、金属表面を塗装する際、下地処理として化成処理が行われている。化成処理は、金属表面を不活性な化成皮膜で覆うことによって、その上に施される塗膜の密着性と耐食性の向上を図るものである。
また、自動車の軽量化と安全性の観点から高強度薄鋼板が使用され、足回り部材などには冷延鋼板よりも安価な熱延鋼板が使用されている。
熱延鋼板は熱間圧延および酸洗工程を経て製造され、酸洗工程では鋼板表面の酸化スケールが塩酸酸洗により除去される。

化成処理性を向上させた高強度熱延鋼板に関して、次のような公知文献がある。
特許文献１には、Ｔｉを添加した高Ｓｉ鋼においてＣとＴｉの関係を限定し、平均結晶粒径を３．０μｍ以下、表面粗さＲａを１．５μｍ以下とした化成処理性および耐食性に優れる熱延高張力鋼板およびその製造方法が開示されている。この鋼板は、細粒化によりスケール残りやスケール疵発生が抑制されて化成処理性が向上し、また粒界が化成結晶粒の核となるので細粒化により化成処理性がよくなる、とされている。

特許文献２には、Ｓｉ量を抑えたＴｉ添加鋼において、鋼板の表層と内部のビッカース硬さの比を０．９５以下とすることで、化成処理性と加工性を向上させた高強度熱延鋼板が開示されている。この鋼板は、鋼板表面の析出物を、化成処理性を劣化させるＴｉ酸化物ＴｉＯ₂ に替えて炭化物とすることで、硬さの比を上記のようにしている。ＴｉＯ₂ は整合な微細析出物となって鋼板の硬さを高くするのに対し、ＴｉＣは非整合で鋼板の硬さを低くするからとされている。
特開２００２−２２６９４４号公報 特開平１０−１７４８号公報

従来の高強度熱延鋼板は、化成処理性に問題があった。すなわち、熱延鋼板の塗装下地処理として化成処理を行った場合、特にＳｉ含有量の高い鋼やＴｉやＮｂを添加した鋼では、化成皮膜の生成されない「スケ」と呼ばれる部位が顕微鏡観察で認められることがある。このような部位は、肉眼観察でサビの発生が認められるようになり、サビが認められなくても、塗装後、時間経過に伴い塗膜剥離などの問題が生じる。

上記特許文献１の技術は、熱延仕上圧延のロール表面粗さを厳密に管理する必要がある。
特許文献２の技術は、表面と内部の硬さ比を特定範囲に限定することで化成処理性の向上を図っている。このため、この技術を熱延鋼板の製造ラインに適用する際には、鋼板内部についての硬さ測定が必要となり、品質管理上の測定に課題が生じる。ちなみに、表面から厚さの１／４の深さ位置の測定値を内部の硬さとしている。

そこで本発明が解決しようとする課題は、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｂを含む高強度熱延鋼板において、塗装下地処理としての化成処理で化成皮膜を鋼板全面に均質に生成できるようにし、鋼板製造では従来の製造ラインに適用しやすく、操業管理や品質管理も容易にすることである。

上記課題を解決するための本発明は、熱間圧延および酸洗工程を経て製造された鋼板であって、成分組成が質量％にて、
Ｃ ：０．０１〜０．１％、 Ｓｉ：１．５％以下、
Ｍｎ：０．５〜３．０％、 Ｐ ：０．０７％以下、
Ｓ ：０．０１％以下、 Ａｌ：０．０１５〜０．１％、
Ｎ ：０．００１〜０．００８％、
ＴｉとＮｂの一方または双方合計：０．０２〜０．４％
を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
Ｃ−（Ｔｉ／４）−（Ｎｂ／６）＞０．００２％ …………（１）
であり、かつA.I.が１．５ＭＰａ以上であることを特徴とする化成処理性に優れた熱延鋼板である。

また上記課題を解決するための本発明法は、上記成分組成からなる鋼の熱間圧延工程において、仕上圧延終了後５０℃／秒以上の平均冷却速度で巻取温度まで冷却し、４００〜６００℃の温度範囲で巻き取ることにより、A.I.を１．５ＭＰａ以上とすることを特徴とする化成処理性に優れた熱延鋼板の製造方法である。

本発明は、Ｓｉ，Ｔｉ，Ｎｂを含む高強度熱延鋼板において、固溶Ｃ量が適正値となるように成分調整し、かつA.I.を１．５ＭＰａ以上としたことで、塗装下地処理としての化成処理で化成皮膜を鋼板全面に均質に生成できる。従来の熱延ラインを適用して、仕上圧延終了後５０℃／秒以上の平均冷却速度で巻取温度まで冷却し、４００〜６００℃の温度範囲で巻き取ることにより製造できる。このため操業管理は容易であり、また材質判定は引張り試験で行うことができ、品質管理も容易である。

本発明において、熱延鋼板の成分組成は、自動車の下回り部材などに使用できる高強度と高加工性を有し、あわせて優れた化成処理性を有するよう、上記範囲に限定した。
その限定理由は次のとおりである。各元素の割合は全て質量％である。
Ｃは、０．０１％未満では化成処理後にスケがみられ、さらにサビが発生する。この現象はＳｉ，Ｔｉ，Ｎｂなど、従来から化成処理性を悪くするとされている元素の量とは無関係である。本発明では、ＴｉやＮｂを下記範囲で添加し、上記（１）式の範囲、すなわちこれら元素との炭化物生成に必要な量を超えてＣを添加する。しかしＣが０．１％を超えると、鋼板の特性である穴広げ性が低下する。そのため、化成処理性と穴広げ性の両立のためにＣは０．０１〜０．１％の範囲とした。

Ｓｉは、１．５％を超えると化成処理後にスケが発生する。
Ｍｎは０．５％未満では伸びが低くなり、３．０％を超えると化成処理後にスケがみられ、さらにサビが発生する。
Ｐは０．０７％を超えると穴広げ性が低下し、また伸びなどの機械的性質が低下する。 Ｓは０．０１％を超えると化成処理後にサビが発生する。
Ａｌは、０．０１５％未満では鋼板表面にＳｉやＭｎの酸化物が生成しやすくなって化成処理後にスケがみられ、さらにサビが発生し、０．１％を超えると耐食性が低下する。 Ｎは０．００１％未満では化成処理後にスケが発生し、０．００８％を超えると伸びが低下する。

ＴｉおよびＮｂは、微細な炭化物や窒化物となって鋼の強度を高めるとともに、粗大セメンタイトの生成を抑制して鋼板の穴広げ性を向上させる。従来、ＴｉやＮｂは化成処理性を劣化させるとされていたが、本発明の条件を満足して含有する場合は化成処理性が劣化しないという効果がある。その条件は、ＴｉとＮｂの一方または双方を含有し、その量は合計０．０２〜０．４％で、かつ上記（１）式の範囲であり、さらにA.I.を１．５ＭＰａ以上とすることである。

ＴｉとＮｂは、Ｃと結びつくことによって鋼の強度を向上させるのに必要な元素である。そのためには、ＴｉとＮｂの一方または双方の合計が０．０２％以上である必要がある。しかし、この値が０．４％を超えると強度上昇の効果は飽和するので、上限を０．４％とした。
一方、これら元素の添加量が過多になると、化成処理後にスケが発生し、さらにサビも発生するというように、化成処理性が低下するという問題が生じる。本発明者らは、上記組成範囲を満たしたうえで、さらにＣ−（Ｔｉ／４）−（Ｎｂ／６）（質量％）が０．００２％を超えることが、化成処理性を確保するための前提条件であることを見出した。

これに加え、A.I.の値が１．５ＭＰａ以上であることが、化成処理性を確保するために必要な条件である。
A.I.は Aging Indexであり、一般的に固溶Ｃ量の目安として測定され、固溶Ｃ量が増すと高くなる。引張り試験において、１０％の伸びを付与して応力を除き、１００℃に１時間保持したのち再度引張り、前記除去前の応力と再引張り時の降伏応力との差がA.I.である。上記成分組成の熱延鋼板において、A.I.が１．５ＭＰａ以上あれば化成処理性が劣化しないことを、本発明者は明らかにした。

化成処理は、鋼板表面に付着している油を脱脂処理で取り除いた後、化成処理液に所定時間浸漬することで行われる。この処理で、鋼板からＦｅイオンが処理液中に溶出し、Ｆｅ，Ｚｎ，Ｐ，Ｏなどを含む化合物で構成される化成結晶粒が鋼板表面に付着して生成する。このとき、１０μｍ以下の微細な化成結晶粒を全面均一に付着させることが必要とされ、この付着状態が悪く、前記「スケ」と呼ばれる非付着部位が存在すると、塗装時における塗膜の密着不良や、塗装後の耐食性低下といった問題が生じる。

化成処理では、鋼板から溶出したＦｅイオンと溶液成分とが反応して、まず化成結晶粒の核が多数生じ、それらが生長して、微細な化成結晶粒で鋼板全面を覆うことにより、良好な化成皮膜が生成すると考えられている。
本発明者は、上記のように、Ｃ量が低すぎるときは化成処理性が悪いこと、および上記組成でＣがＴｉやＮｂとの炭化物生成に要する量を超えた適正量存在し、かつA.I.が１．５ＭＰａ以上のときは化成処理性が良好であることから、鋼中にＣが適正量固溶していると、化成処理液中で鋼板表面からＦｅイオンが溶出しやすくなり、化成結晶粒の核が多数でき、微細な化成結晶粒からなる化成皮膜が全面均質に付着形成されると考えている。

このようにA.I.を１．５ＭＰａ以上とした本発明鋼板は、上記成分組成からなる鋼の熱間圧延工程において、仕上圧延終了後５０℃／秒以上の平均冷却速度で巻取温度まで冷却し、４００〜６００℃の温度範囲で巻き取ることにより得られる。
上記冷却速度が５０℃／秒未満だと、冷却中の炭化物析出によって１．５ＭＰａ以上のA.I.が安定して得られなくなる。この冷却速度の上限は、材質上からは限定しなくてよいが、実操業上３００℃／秒まで問題ない。これを超えても材質上の問題は発生しないが、鋼板の冷却ムラが発生しやすく、形状不良になりやすいため好ましくない。
巻取温度が６００℃を超えると、巻取後の炭化物析出によって、１．５ＭＰａ以上のA.I.が安定して得られなくなる。巻取温度が４００℃未満では充分な強度を持つ鋼板が製造できない。このことから巻取温度は４００〜６００℃に限定した。

表１の成分からなる鋼を、表２に示す熱延条件で熱間圧延し、酸洗して得られた熱延鋼板について化成処理性と機械的特性を調べた。結果を表２に示す。表１および表２において、＊印は本発明範囲を外れていることを示す。
機械的特性は、引張り強さと穴広げ性で判定し、引張り強さが６５０ＭＰａ以上の場合で穴広げ率７０％以上を良好とした。
穴広げ性は、厚さ３．２ｍｍの熱延鋼板に直径１０ｍｍ（ａ）の円形の穴をパンチングし、円錐状のポンチを押し込んで穴を広げ、穴の縁が割れたときのポンチ直径（ｂ）から穴広げ率（ｂ−ａ）／ａを求め、７０％以上を良好と判定した。

化成処理性は、切板について、実験槽により実際の化成処理と同様の方法で行った。すなわち、脱脂後、表面調整液に３０秒浸漬した後、化成処理液（日本パーカライジング社製ＰＢＷＬ３５）に浸漬して１２０秒の処理を行い、水洗、乾燥した。化成処理性の良否は、ＳＥＭ観察によるスケ有無、および乾燥直後の肉眼観察によるサビ発生有無で判定した。

表２において、本発明例の No.１〜 No.１２は、いずれも化成後のスケ無、処理後のサビ発生無であり、優れた化成処理性が得られた。また、機械的特性も良好であった。
比較例の No.１３および No.１４は、本発明範囲の成分組成を有する鋼 No.１０によるものであるが、熱延条件が本発明法の範囲を外れたため、A.I.が低く化成処理性が劣り、また機械的特性も不十分である。

比較例の No.１５は、Ｃ含有量の高すぎる鋼 No.１１によるもので、機械的特性が劣る。
比較例の No.１６は、Ｃ含有量が低すぎ、かつＣ−（Ｔｉ／４）−（Ｎｂ／６）が（１）式を外れた鋼 No.１２によるもので、A.I.が低く化成処理性が劣り、機械的特性も不十分である。
比較例の No.１７は、Ｓｉ含有量の高すぎる鋼 No.１３によるもので、化成処理性が劣る。

比較例の No.１８は、Ｍｎ含有量の高すぎる鋼 No.１４によるもので、機械的特性が劣る。
比較例の No.１９は、Ｓ含有量の高すぎる鋼 No.１５によるもので、機械的特性が劣る。
比較例の No.２０は、Ａｌ含有量の高すぎる鋼 No.１６によるもので、化成処理性が劣る。
比較例の No.２１は、Ｐ含有量の高すぎる鋼 No.１７によるもので、機械的特性が劣る。
比較例の No.２２は、Ｎ含有量の高すぎる鋼 No.１８によるもので、機械的特性が劣る。

比較例の No.２３は、Ｔｉ＋Ｎｂの含有量が低い鋼 No.１９によるもので、機械的特性が劣る。
比較例の No.２４は、Ｃ−（Ｔｉ／４）−（Ｎｂ／６）が前記（１）式を外れた鋼 No.２０によるもので、A.I.が低く化成処理性が劣る。
比較例の No.２５は、Ｃ−（Ｔｉ／４）−（Ｎｂ／６）が前記（１）式を外れた鋼 No.２１によるもので、化成処理性および機械的特性が劣る。

Claims (2)

1. 熱間圧延および酸洗工程を経て製造された鋼板であって、成分組成が質量％にて、
   Ｃ ：０．０１〜０．１％、 Ｓｉ：１．５％以下、
   Ｍｎ：０．５〜３．０％、 Ｐ ：０．０７％以下、
   Ｓ ：０．０１％以下、 Ａｌ：０．０１５〜０．１％、
   Ｎ ：０．００１〜０．００８％、
   ＴｉとＮｂの一方または双方合計：０．０２〜０．４％
   を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなり、
   Ｃ−（Ｔｉ／４）−（Ｎｂ／６）＞０．００２％
   であり、かつA.I.が１．５ＭＰａ以上であることを特徴とする化成処理性に優れた熱延鋼板。
2. 請求項１に記載の成分組成からなる鋼の熱間圧延工程において、仕上圧延終了後５０℃／秒以上の平均冷却速度で巻取温度まで冷却し、４００〜６００℃の温度範囲で巻き取ることにより、A.I.を１．５ＭＰａ以上とすることを特徴とする化成処理性に優れた熱延鋼板の製造方法。