JPH04263055A - 熱硬化型高張力Zn−Al合金めっき鋼板 - Google Patents

熱硬化型高張力Zn−Al合金めっき鋼板

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JPH04263055A
JPH04263055A JP2236091A JP2236091A JPH04263055A JP H04263055 A JPH04263055 A JP H04263055A JP 2236091 A JP2236091 A JP 2236091A JP 2236091 A JP2236091 A JP 2236091A JP H04263055 A JPH04263055 A JP H04263055A
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JP
Japan
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steel
less
steel sheet
alloy
tensile strength
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JP2236091A
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Tamotsu Toki
保 土岐
Toshio Nakamori
中森 俊夫
Ryujiro Onodera
小野寺 隆二郎
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、種々の形状に成形加工
して使用される表面処理鋼板であって、成形加工性が良
好で、特に成形加工後における熱処理により硬度が著し
く上昇する性質を有する耐食性に優れた熱硬化型高張力
Zn−Al合金めっき鋼板に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、排ガス規制あるいは燃費の向上の
観点から自動車車体の軽量化が叫ばれており、そのため
高張力鋼板が益々採用されるようになっている。このよ
うな高張力鋼板は、従来より、製鋼段階で十分に脱炭処
理されて例えば炭素含有量が 0.010% (以下、
本明細書においては、特にことわりがない限り、「%」
は「重量%」を意味するものとする) 以下の極低炭素
鋼としてからTiを添加した極低炭素Ti添加鋼をベー
スに、P、S、MnまたはCr等を適量添加することに
より必要な強度を付与されて製造されており、従来より
多くの提案がされている。
【0003】例えば、特公昭57−57945 号公報
においては、上記極低炭素Ti添加鋼に多量のPを添加
した冷延鋼板が提案されている。また、特公昭58−2
9129 号公報においては、上記極低炭素Ti添加鋼
に多量のMnを添加した冷延鋼板が提案されている。し
かし、いずれの提案によっても強度の割には高いr値が
得られ難く、その結果、連続焼鈍後に水焼入れを行う必
要が生じており、実用性の乏しい材料となっている。一
方、特公昭50−31089 号公報には、上記極低炭
素Ti添加鋼にSiを添加した冷延鋼板が提案されてい
るが、この冷延鋼板のr値のレベルは必ずしも高くない
上に、実用的には酸化が問題となり、実施が困難となっ
ている。
【0004】さらに、これらのいずれの極低炭素Ti添
加鋼においても母材の降伏点は低いという特徴があり、
低炭素鋼板に比較して成形加工性は良好であるが、成形
加工後の降伏点も低いため、実際の構造材としては、変
形し易く強度が不足してしまうという重大な問題がある
。 このため、鋼中の固溶炭素あるいは固溶窒素の歪時効硬
化を利用することにより、成形加工後に行われる塗装焼
付時 (170 ℃×20分) に降伏点が4〜6kg
f/mm2 程度上昇する、いわゆるBH型鋼板が低炭
素鋼を対象として提案されている。この鋼板は低炭素鋼
については既に実用化されているものの、極低炭素Ti
添加鋼についてはもともとの鋼中の炭素量が少ないため
、大きな焼付き硬化性すなわち降伏応力の上昇を期待す
ることは難しい。
【0005】本発明者らは、かかる目的を達成するため
に、前述の極低炭素Ti添加鋼に着目して鋭意検討を重
ねた結果、極低炭素Ti添加鋼をベースに、Cuを0.
4 %以上添加するとともにMnを0.35%以下に抑
制し、さらにSを0.003 %以下、Pを0.05%
以上にそれぞれ制限した鋼を用い、冷間圧延後に高温で
連続焼鈍を行うことによって、適度な強度とr値とが得
られ、さらに成形後に行う熱処理によって一層の強度ア
ップを図ることができる高張力鋼板を得られることが判
明した。なお、鋼中にCuを多量に含有せしめると、い
わゆるジュラルミンのように、ε−Cuの析出硬化を利
用して鋼を強化できることは古くから知られていた。し
かしながら、Cuを多量に含有せしめると、鋼板のr値
が著しく低下するという問題があり、この技術は実用化
されていなかった。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、近年では、
建材用、家電用または自動車車体用の鋼板の分野におい
て、防錆性の向上が強く求められており、これらの分野
では表面処理鋼板の採用が著しく増大している。このた
め、前述の高張力鋼板をめっき母材として用いる場合に
は、鋼板の強度アップを図るために、通常はユーザーに
より実施される成形加工後の熱処理工程を必然的に経な
ければならないが、この熱処理の条件は 500℃以上
であって、前述のBH型鋼板における従来の塗装焼付温
度と比較して著しく高い。したがって、Znめっきを施
した高張力鋼板にこの熱処理をそのまま適用すると、形
成されためっき皮膜中のFe濃度が熱拡散により過剰に
増加し、耐食性が劣化するという問題があり実用化が困
難であった。
【0007】すなわち、従来の技術では、めっき母材と
して、成形加工後に行う熱処理によって強度アップを図
るCuを0.4 %以上添加した極低炭素Ti添加鋼か
らなる高張力鋼板を用いると、その熱処理温度が高いた
め、通常のZnめっき鋼板では皮膜中のFe濃度が過剰
に増加してしまい、耐食性が劣化し実用化が困難であっ
た。ここに、本発明の目的は、上記課題を解消し、成形
加工性が良好で、特にプレス成形後における熱処理によ
り硬度が著しく上昇する熱硬化型高張力Zn−Al合金
めっき鋼板を耐食性を劣化させずに提供することにある
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するため種々検討を重ねた。現在使用されている
合金化溶融Znめっき鋼板 (以下、「GA鋼板」とい
う) の塗装後耐食性が良好な理由の一つとして、めっ
き皮膜中のFe濃度が8〜18%になるように調整され
ているため塗膜密着性に優れ、傷部耐食性に関しても犠
牲防食効果が有効に作用することを挙げることができる
。ところが、本発明者らは、前述のCuを0.4 %以
上添加した極低炭素Ti添加鋼からなる高張力鋼板を通
常のZnめっきのめっき母材として用いる場合には、硬
化のための成形後の熱処理条件 (500 〜650 
℃×20分以上) では、熱拡散によりめっき皮膜中の
Fe濃度が20%以上になり、耐食性が著しく劣化して
しまうことを知見した。
【0009】そこで、本発明者らはさらに検討を重ねた
結果、Cuを0.4 %以上添加した極低炭素Ti添加
鋼からなる高張力鋼板の少なくとも片面に、Al/(A
l+Zn)×100: 0.5〜5.0 %: 残部Z
nのZn−Al合金めっきを施して、成形加工および熱
処理を行うと、めっき皮膜中のFe濃度が適正範囲であ
る8〜18%に収まり、耐食性に優れた熱硬化型高張力
鋼板を製造することができることを知見した。本発明者
らは、このような知見に基づいてさらに検討を重ねた結
果、本発明を完成した。
【0010】ここに、本発明の要旨とするところは、重
量%で、 C:0.01%以下、    Mn:0.7 %以下、
    P:0.015 〜0.15%、 S:0.02%以下、    N:0.005 %以下
、  Al:0.10%以下、 Ti:0.01〜0.2 %、  Cu:0.4 〜2
.0 %であって、Ti≧3.99C+1.55P+1
.49S+3.42N必要に応じて、Si:0.5 %
以下および/またはNi:2.0 %以下、残部Feお
よび不可避的不純物からなる鋼組成の鋼板の少なくとも
片面に、Al/(Al+Zn)×100: 0.5〜5
.0 %、残部Znおよび不可避的不純物からなる合金
組成を有するZn−Al合金のめっき皮膜を有すること
を特徴とする、耐食性に優れた熱硬化型高張力Zn−A
l合金めっき鋼板である。
【0011】
【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。ま
ず、本発明においてめっき母材として用いる鋼板の組成
を限定する理由を説明する。
【0012】C:0.01%以下 Cは、鋼中に必然的に含有される元素である。C含有量
が多くなると材料の硬化という観点からは有利であるが
、Cは鋼中ではTiと結合してTiC の化合物を形成
するため、それだけTiの添加量を多くする必要が生じ
、コスト的にも不利となる。そこで、C含有量は、0.
01%以下と限定する。
【0013】Si:0.5 %以下 Siは、本発明においては必要に応じて添加され、安価
に鋼板の強度を向上することができるという効果を有す
る。しかし、0.5 %を超えて添加すると、焼鈍の際
にSiが鋼板表面に濃化してFe地に対するZnめっき
皮膜の密着性が著しく低下するおそれがある。そこで、
Si含有量は、0.5 %以下と限定することが望まし
い。
【0014】Mn:0.7 %以下 Mnは、Sの固着のために必要な元素であるが、過剰で
あるとr値の低下が著しくなる。特に、0.7 %を超
えると、1.5 以上のr値を得ることができなくなる
。そこで、Mn含有量は、0.7 %以下と限定する。
【0015】P:0.015 〜0.15%Pには、T
i添加鋼のめっき反応性を抑制し、めっき密着性を向上
させる効果があるが、0.015 %未満の含有量では
その効果が不十分である。一方、Pを0.15%超添加
すると、降伏強度および引張強さの増加、あるいは延性
の低下により成形性に支障を来すこととなる。そこで、
P含有量は、0.015 %以上0.15%以下と限定
する。
【0016】S:0.02%以下、N:0.005 %
以下鋼中におけるS、Nは、いずれもTiと結合してそ
れぞれTiS 、TiN の金属間化合物を形成し、固
溶Tiを消費するため、S、Nが増加するとCを固定す
るためのTiがそれだけ余分に必要になる。このため、
Sは0.02%以下、Nは0.005 %以下と限定す
る。
【0017】Al:0.10%以下 Alは、製鋼段階においては脱酸材として不可欠な元素
であるが、過剰の添加はコスト増をもたらす。そこで、
Al含有量は、0.10%以下と限定する。
【0018】Ti:0.01〜0.2 %であって、T
i≧3.99C+1.55P+1.49S+3.42N Tiは、鋼中ではC、S、NまたはPとそれぞれ結合し
て、TiC、TiS、TiN、TiPFeの金属間化合
物を形成し、固溶Tiは消費される。このため、鋼中の
C、Nを固着するためには、前記式を満足する範囲のT
iを添加する必要がある。Ti<3.99C+1.55
P+1.49S+3.42Nでは、固溶Cおよび固溶N
が残存してr値が低下する。また、Tiが0.01%未
満では、前述のTiの作用を確保するためには十分な数
値とはいえず、さらに0.2 %超添加するとコストア
ップをもたらす。そこで、Ti含有量は、Ti:0.0
1〜0.2 %であって、Ti≧3.99C+1.55
P+1.49S+3.42Nの範囲に限定する。
【0019】Cu:0.4 〜2.0 %Cuの添加量
が 0.4%未満では所望の焼付硬化性を得ることがで
きず、一方2.0%を超えるとr値の低下が大きいうえ
に熱間圧延スラブにおいて割れを起こし易くなる。 そこで、Cu含有量は、0.4 %以上2.0 %以下
と限定する。
【0020】Ni:2.0 %以下 Niは、本発明においては、熱間赤熱脆性を防止するた
めに必要に応じて添加される。一般的には、Ni量をC
u量の1/2 以上添加するのが望ましい。しかし、N
iは非常に高価な元素であるため、過剰の添加はコスト
増をもたらす。そこで、本発明において、Ni含有量は
、2.0 %以下であることが望ましい。上記以外の組
成は、残部Feおよび不可避的不純物である。
【0021】このような鋼組成を有する鋼板は、例えば
電気炉、転炉等の溶解炉を使用し、さらに真空脱ガス処
理を適用して溶鋼を溶製し、造塊、分塊または連続鋳造
を行って鋼片としてから、熱間圧延、巻取、酸洗および
冷間圧延を行い、さらに焼鈍を行って得られる。
【0022】めっき皮膜中のAl:0.5〜5.0 %
本発明では、この鋼板の少なくとも片面に、Al:0.
5 〜5.0 %、および残部Znおよび不可避的不純
物からなる合金組成を有するZn−Al合金のめっき皮
膜が設けられている。このZn−Al合金のめっき皮膜
は、前記鋼板が焼鈍を終了してめっき浴温度付近まで冷
却された後、前記合金組成のZn−Al合金めっき浴に
浸漬し、めっき浴より出た後、ワイピング技術等で必要
な膜厚に調整されて、形成される。なお、めっき浴中に
は、Zn、Alの他に、La、Ce、Mg、Si、Fe
またはCr等の微量元素を含んでいてもよいことはいう
までもない。
【0023】Zn−Al合金のめっき皮膜のAl濃度を
0.5 %以上5.0 %以下と限定するのは、Al濃
度が0.5 %未満では、後述する成形加工後に行う熱
処理時に熱拡散によりめっき皮膜中のFe濃度が18%
を超えてしまい塗装後の耐食性が著しく低下して実用に
耐えなくなり、一方5%を超えると熱処理後、めっき皮
膜中にFe−Al合金が局所的に形成され不均一なめっ
き皮膜となり、塗装後の塗膜下でFe−ZnとFe−A
lとが局部電池を形成して、孔食を促進するからである
。めっき皮膜の付着量は、特に限定を要するものではな
いが、前記効果を確実に得るとともにコストの上昇を可
及的に抑制するという観点からは、30g/m2以上1
50g/m2 以下とすることが望ましい。
【0024】次に、本発明にかかる耐食性に優れた熱硬
化型高張力Zn−Al合金めっき鋼板の製造法について
説明する。本発明にかかる耐食性に優れた熱硬化型高張
力Zn−Al合金めっき鋼板は、前記鋼組成を有する鋼
からなる冷延鋼板に750 ℃以上900 ℃以下の温
度域で連続焼鈍を行った後、0.5 %以上5%以下の
Alを含有する溶融Zn−Al合金浴でめっきを行うこ
とにより製造される。前記巻取り時の巻取温度について
は、何ら制限を要するものではない。しかし、酸洗によ
る脱スケールの作業性の観点からは、600 ℃以下で
あることが望ましい。
【0025】酸洗は、例えば塩酸水溶液を使って行われ
、該酸洗の後に冷間圧延および焼鈍が行われる。冷間圧
延およびそれに先立つ酸洗等の予備処理は慣用のもので
あってよく何ら限定を要するものではないが、焼鈍は連
続焼鈍を行う。本発明にかかる耐食性に優れた熱硬化型
鋼張力Zn−Al合金めっき鋼板では、後述するように
、750 ℃以上での高温と急速冷却とが要求されるか
ら、連続焼鈍を行うのである。焼鈍温度は、750 ℃
以上900℃以下である。焼鈍温度が750 ℃未満で
あると、ε−Cuの固溶硬化が十分ではなくなり高強度
が得られず、一方900 ℃超ではオーステナイト相が
できr値が低下するからである。
【0026】そして、焼鈍後には、前述のように、めっ
き浴温度付近まで冷却されて、Zn−Al合金めっき浴
に浸漬してZn−Al合金めっきが行われ、めっき浴よ
り出た後、ワイピング技術等で必要な膜厚に調整する。 このようにして得られる本発明にかかる耐食性に優れた
熱硬化型高張力Zn−Al合金めっき鋼板は、めっき皮
膜が凝固した後、一般的にはユーザーにより行われるプ
レス加工等の成形加工により所定の形状に成形された後
、強度アップのための熱処理を行なわれる。このときの
熱処理条件は、本発明にかかる耐食性に優れた熱硬化型
高張力Zn−Al合金めっき鋼板では、ΔTS (熱硬
化量) で10kgf/mm2 以上の強度アップを得
るには、500 ℃以上で20分以上の加熱が必要であ
る。しかし、650 ℃を超えるとめっき皮膜中のFe
濃度が18%を超えてしまうため、650 ℃以下に制
限する。さらに、本発明を実施例を参照しながら詳述す
るが、これはあくまでも本発明の例示であって、これに
より本発明が限定されるものではない。
【0027】
【実施例】表1に示す組成を有する鋼をそれぞれ溶製し
、熱間圧延を行って板厚3.2mm の熱延鋼板とした
。巻取温度は 500〜650 ℃であった。
【0028】
【表1】
【0029】次いで、15%HCl 水溶液で酸洗後、
板厚が0.8mm となるまで冷間圧延を行って冷延鋼
板とした。この冷延鋼板を 100×250 mmの寸
法に裁断後、前処理として溶剤脱脂、Na2CO3+N
aOH水溶液中で電解洗浄を行い、溶融めっきシミュレ
ーターを用いて25%H2+N2の雰囲気中にて、85
0 ℃×60秒間の還元焼鈍を行った後、Zn−2%A
lの合金浴でめっきを行い、めっき付着量が60g/m
2になるように調整し、めっき皮膜を凝固させて試料と
した。
【0030】一部の試料について、各種温度 (400
, 450, 500, 550, 600, 650
℃の6水準の温度) で20分間の熱処理を行った。そ
して、めっき上がりの試料から引張試験片を採取して圧
延方向について引張試験を行って、降伏応力(kgf/
mm2) 、引張強さ(kgf/mm2) 、破断伸び
 (%) およびr値の測定を行った。また、500 
℃×20分間の加熱条件で熱処理を行った試料について
は、降伏応力の上昇量、すなわち熱硬化量(kgf/m
m2) の結果を表2に示した。
【0031】
【表2】
【0032】表2から明らかなように、鋼板の引張強さ
はCu量の増加に比例して上昇する。一方、r値はCu
量の増加によって低下するが、Cu量が約1.8 %で
ある場合 (鋼種3) でもr値≧1.8 となり、本
発明にかかるZn−Al合金めっき鋼板は高強度 (3
5kgf/mm2 以上) の割には高い絞り性を有し
ていることがわかる。
【0033】次に、500 ℃×20分間の条件で熱処
理を行った場合、Cu量が0.4 %以上 (本発明の
範囲内) になると熱硬化量が著しく上昇しているのが
わかる。次に、表1および表2の鋼種1ないし鋼種3、
および試料No. 10からなる試料について、熱処理
温度を0℃〜650 ℃の範囲で7水準で変化させて、
処理時間20分で熱処理を行った際における、熱処理温
度と降伏応力との関係を図1にグラフで示す。図1から
明らかなように、本発明の範囲内の鋼種 (鋼種1ない
し鋼種3) では、処理温度が500 〜650 ℃×
20分以上の加熱処理で、降伏応力が著しく上昇してい
ることがわかる。
【0034】また、図2は、表1の鋼種1の組成を有す
る鋼板を、皮膜中Al濃度(Al/Al+Zn重量%)
 が0.1 %〜6.0%の範囲で6水準の異なる皮膜
組成になるようなZn−Al合金めっき浴に浸漬して得
たZn−Al合金めっき鋼板に、熱処理温度を400 
℃から650 ℃の範囲で6水準に変化させて熱処理を
行った際における、熱処理温度とめっき皮膜中のFe濃
度 (%) との関係を示すグラフである。 図2から明らかなように、500 〜650 ℃×20
分の熱処理を行ってめっき皮膜中のFe濃度を8〜18
%に収めるためには、Zn−Al合金めっき浴のAl濃
度は0.5%以上であることがわかる。
【0035】これらのめっき鋼板および鋼種2ないし鋼
種9からなるめっき鋼板に市販の薬剤を用いて燐酸塩化
成処理を行い、さらに20μm のカチオン電着塗装を
行った。燐酸塩化成処理条件およびカチオン電着塗装条
件は下記(i) および(ii)の通りであった。 (i) 燐酸塩化成処理条件 自動車用浸漬タイプの燐酸Zn化成処理液(日本パーカ
ライジング社製:PB3080)を用い、液温43℃で
120 秒間処理を行った。 (ii)カチオン電着塗装条件 自動車用の通常のカチオン電着塗料(日本ペイント社製
:U−80)を電圧200V、電着時間3分で塗装し、
その後180 ℃×30分で塗装焼付を行った。膜厚は
20μm である。
【0036】こうして得られた塗装試験片No.1ない
し36にスクラッチ傷を加え、乾燥繰り返し試験を行っ
た。乾燥繰り返し試験は、5%NaCl水溶液中の浸漬
1時間と60℃の熱風乾燥1時間を交互に繰り返す試験
であり、試験期間は 200日とした。そして、試験終
了後、傷部における鋼板の腐食深さを測定し、結果を表
3にまとめて示した。
【0037】
【表3】
【0038】
【表4】
【0039】表3および表4から、本発明にかかる耐食
性に優れた熱硬化型高張力Zn−Al合金めっき鋼板は
塗装後耐食性の劣化も少ないことが明らかである。
【0040】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明により、成
形加工性が良好で、特に成形加工後における熱処理によ
り硬度が著しく上昇する熱硬化型高張力Zn−Al合金
めっき鋼板を耐食性を劣化させずに提供することが可能
となり、Cu添加鋼張力鋼板をめっき母材に適用するこ
とができるようになった。
【0041】したがって、自動車車体、建材等の軽量化
対策の一環として耐食性に優れた熱硬化型高張力表面処
理鋼板を提供することが可能となる本発明の実用上の意
義は極めて著しい。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例における鋼種1ないし鋼種3、および鋼
種10について、処理温度と時間とを変えて降伏応力の
変化を示したグラフである。
【図2】浴中Al濃度を変化させためっき浴に浸漬して
得たZn−Al合金めっき鋼板に、熱処理温度を種々変
更して熱処理を行ったときの、熱処理温度とめっき皮膜
中のFe濃度との関係を示したグラフである。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】  重量%で、 C:0.01%以下、    Mn:0.7 %以下、
        P:0.015 〜0.15%、 S:0.02%以下、    N:0.005 %以下
    、  Al:0.10%以下、 Ti:0.01〜0.2 %、  Cu:0.4 〜2
    .0 %であって、Ti≧3.99C+1.55P+1
    .49S+3.42N残部Feおよび不可避的不純物か
    らなる鋼組成の鋼板の少なくとも片面に、Al/(Al
    +Zn)×100 : 0.5 〜5.0 %、残部Z
    nおよび不可避的不純物からなる合金組成を有するZn
    −Al合金のめっき皮膜を有することを特徴とする、耐
    食性に優れた熱硬化型高張力Zn−Al合金めっき鋼板
  2. 【請求項2】  さらに、前記鋼組成が、重量%でSi
    :0.5 %以下 を含有する請求項1記載の耐食性に優れた熱硬化型高張
    力Zn−Al合金めっき鋼板。
  3. 【請求項3】  さらに、前記鋼組成が、重量%でNi
    :2.0 %以下 を含有する請求項1または請求項2記載の耐食性に優れ
    た熱硬化型高張力Zn−Al合金めっき鋼板。
JP2236091A 1991-02-15 1991-02-15 熱硬化型高張力Zn−Al合金めっき鋼板 Withdrawn JPH04263055A (ja)

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