JP2002105668A - プレス成形性および接着性に優れた表面処理鋼板 - Google Patents

プレス成形性および接着性に優れた表面処理鋼板

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JP2002105668A
JP2002105668A JP2000299652A JP2000299652A JP2002105668A JP 2002105668 A JP2002105668 A JP 2002105668A JP 2000299652 A JP2000299652 A JP 2000299652A JP 2000299652 A JP2000299652 A JP 2000299652A JP 2002105668 A JP2002105668 A JP 2002105668A
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steel sheet
film
treated steel
press formability
adhesive
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JP2000299652A
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Tomokatsu Katagiri
知克 片桐
Yoichi Tobiyama
洋一 飛山
Kazuhide Ishii
和秀 石井
Chiaki Kato
千昭 加藤
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 接着性およびプレス成形性にともに優れる溶
融亜鉛めっき鋼板を低コストで提供する。 【解決手段】 溶融亜鉛めっき鋼板の表面に無機系皮膜
を形成した表面処理鋼板において、該表面処理鋼板の表
面粗さが算術平均粗さ0.2 μm以上1.0 μm以下であ
り、かつ無機系皮膜の平均膜厚が上記算術平均粗さの0.
75倍以上1.25倍以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、プレス成形性お
よび接着性に優れた表面処理鋼板に関するものである。
【0002】
【従来の技術】亜鉛系めっき鋼板は、優れた耐食性を有
することから、自動車用鋼板を典型例として、様々な分
野において適用されている。ここに、亜鉛系めっき鋼板
を自動車用鋼板として用いる場合、亜鉛系めっき鋼板に
プレス成形を施すことが必須であるが、亜鉛系めっき鋼
板のプレス成形性は、例えば冷延鋼板と比較して劣るこ
とは周知である。そこで、亜鉛系めっき鋼板におけるプ
レス成形性を向上させるために、種々の表面処理法が提
案されている。
【0003】すなわち、特開昭62−185883号公報には、
上層に鉄系めっきを施して表面の硬度を上昇することに
より、めっきとダイスのかじりを防止する方法が提案さ
れている。また、特開平4−176878号公報には、Pまた
はBの酸素酸塩と金属酸化物による皮膜を形成して、金
型との摺動性を改善する方法が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
従来技術は、特に自動車用鋼板として用いる場合に、以
下の点において不利を有するものであった。まず、上層
めっきを施す技術は、その上層めっきを施すために、溶
融亜鉛めっきラインに専用の後処理設備を新たに設置す
る必要があり、さらには鋼板の製造コストが高くなると
いう問題点があった。
【0005】一方、無機系酸化物皮膜を形成する方法
は、該皮膜によってプレス成形性を改善することが可能
である。ところが、近年の自動車の製造において、鋼板
相互または鋼板と他の部品との接着が不可欠であるとこ
ろ、無機系酸化物皮膜を有する鋼板は、接着剤を使用す
る部位に適用した場合に、接着剤と鋼板表面の剥離が起
こりやすくなり、接着強度の低下をまねく不利があっ
た。
【0006】従って、この発明は、かかる問題点に鑑
み、接着性およびプレス成形性にともに優れる溶融亜鉛
めっき鋼板を低コストで提供する方途を与えようとする
ものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】この発明の要旨構成は、
次のとおりである。 (1) 溶融亜鉛めっき鋼板の表面に無機系皮膜を形成した
表面処理鋼板において、該表面処理鋼板の表面粗さが算
術平均粗さ0.2 μm以上1.0 μm以下であり、かつ無機
系皮膜の平均膜厚が上記算術平均粗さの0.75倍以上1.25
倍以下であることを特徴とするプレス成形性および接着
性に優れた表面処理鋼板。
【0008】(2) 上記(1) において、無機系皮膜がりん
酸塩化合物を主体とするものであることを特徴とするプ
レス成形性および接着性に優れた表面処理鋼板。
【0009】
【発明の実施の形態】さて、亜鉛系めっき鋼板をプレス
加工すると、表面の亜鉛が軟質であるために金型との凝
着を起こしやすく、金型との摺動抵抗が高くなる結果、
プレス加工条件によっては、型かじりを起こすことが知
られている。通常、プレス油を使用することにより、プ
レス成形性は相当程度改善されるが、大型部品の成形や
難成形部品を加工する場合には、部分的な油膜切れが発
生し、いわゆるプレス割れを起こす場合がある。これに
対して、りん酸亜鉛などの無機系の固形潤滑皮膜を形成
した鋼板は、これら油膜切れなどによる部分的な摺動抵
抗の増加を抑制するのに有効であり、部品形状やプレス
加工条件に依らない成形性の改善が可能である。
【0010】ところが、特にりん酸亜鉛系皮膜を形成し
た鋼板では、新たに接着剤を使用した場合の接着強度の
低下が問題となる。すなわち、現在の自動車製造におい
て、接着剤は必要不可欠の素材であり、接着剤の適合性
は品質を左右する重要な特性の一つとなっている。
【0011】そこで、りん酸亜鉛系皮膜を形成した鋼板
の接着性について、種々の検討を行った。まず、接着剤
による接着部分を引張り剥離して接着部分が剥離した面
を観察したところ、該剥離が皮膜内部ないしは接着剤と
皮膜との界面における凝集破壊に起因していることか
ら、接着部分の接着強度の低下機構は、皮膜自体の破壊
によるものと推定される。
【0012】一方、同様に剥離試験した中で接着強度の
高かったサンプルの剥離面を観察すると、皮膜自体の凝
集破壊部分と接着剤の凝集破壊部分とが均一に混在して
いることがわかった。この剥離面を詳細に調査した結
果、接着剤の凝集破壊はめっき鋼板表面の凹凸部のうち
凸部に集中していることが判明した。
【0013】さらに、この接着強度の高かったサンプル
のりん酸亜鉛系皮膜を観察したところ、表面に施した皮
膜の形状が、下地となるめっき鋼板表面の凹凸に完全に
は追従しておらず、ミクロンレベルでは、めっき鋼板表
面の凹部に厚く凸部に薄く成膜していること、特に凸部
分には皮膜がほとんどない状態となっていることが判明
した。なお、このようなりん酸亜鉛系皮膜を有する鋼板
で接着強度が高いのは、該皮膜がほとんどない凸部分に
おいて、健全な接着強度が保持される結果、鋼板全体と
しての接着強度も改善されるものと推定される。
【0014】次いで、かような接着強度の高い無機系皮
膜を得るための条件を鋭意究明したところ、無機系皮膜
の表面粗さおよび付着量を適切に規制することによっ
て、所期した特性の皮膜となることが判明した。ここ
で、皮膜に欠落部が多いと、皮膜本来の機能である摺動
性が低下する、おそれがあるため、皮膜の表面粗さと皮
膜形成量とを変数として、接着強度および摺動抵抗がど
のように変化するのかを調査した。
【0015】その調査結果を図1に示すように、無機系
皮膜の付着量から算出される平均膜厚tが、無機系皮膜
の算術平均粗さ(Ra)の0.75倍以上1.25倍以下の範囲内
にあり、かつ算術平均粗さが0.2 μm以上1.0 μm以下
であれば、摺動抵抗μは無処理材(めっき鋼板)の0.22
0 から40%以上の改善に相当するμ≦0.132 を安定して
確保でき、かつ接着強度は、強度低下の許容範囲である
無処理材強度(0.79MPa )の20%以内の強度低下に相当
する剪断強度≧0.63MPa を達成できることがわかった。
一方、無処理材強度0.79MPa に対する強度低下が20%を
こえるサンプルは、接着面の剥離形態が接着剤と皮膜と
の界面剥離を含み、接着剤と皮膜との接着強度は不十分
であった。
【0016】なお、図1において、黒丸で示した点は、
成形時の摺動性および接着性の両方が許容範囲内である
事例を示し、またばつ印で示した点は、成形時の摺動性
および接着性の一方または両方が許容範囲外である事例
を示す。
【0017】ここで、平均膜厚が算術平均粗さ(Ra)の
0.75倍以上1.25倍以下にあり、かつ算術平均粗さが0.2
μm以上1.0 μm以下の無機系皮膜は、溶融亜鉛めっき
鋼板の表面に、無機系処理液を塗布したのち、乾燥させ
て無機系皮膜を形成することを基本として、(i)めっ
き前原板圧延時のロール周面の表面粗さの調整、(ii)
溶融めっきの成分および合金化速度の制御、(iii) めっ
き後のスキンパス条件の制御、を単独または適宜組み合
わせて行ったのち、無機系処理液の塗布をロールコータ
で行うに際し、塗布液濃度およびコーター条件を適宜制
御し、さらに、めっき表面の凹部に、塗布液の性状や乾
燥成膜条件に応じて塗布液を充填することによって、最
終的な皮膜の表面粗さおよび平均膜厚が調整される結
果、得ることができる。
【0018】なお、無機系処理液としては、りん酸また
はりん酸塩をP2O5換算で10〜200 g/l、MnまたはMn化
合物をMn換算で2〜40g/l、NiまたはNi化合物をNi換
算で0.1 〜10g/l、そしてZnまたはZn化合物をZn換算
で1〜50g/lを主体として、F- 、ClO3 - などのエッ
チング助剤や界面活性剤を添加した液を用いることがで
きる。
【0019】また、この発明に従って無機系皮膜を形成
する溶融亜鉛めっき鋼板としては、通常の合金化溶融亜
鉛めっき鋼板は勿論、合金化処理を施さない非合金の亜
鉛めっき鋼板も有利に適合する。また、無機系皮膜とし
ては、上記したりん酸亜鉛系の潤滑皮膜の他、りん酸−
マンガン系、りん酸−Ni系など、他のりん酸塩系ないし
はりん酸−金属酸化物複合皮膜なども適用可能である。
【0020】
【実施例】普通鋼板を、Al:0. 1〜0.2mass %およびF
e:8〜14mass%を含み残部がZnのめっき浴に浸漬して
得た、板厚0.8 mmの合金化溶融亜鉛めっき鋼板(めっき
付着量:片面当り45g/m2 )の表面に、下記に従って
無機系潤滑皮膜を形成した。 記 塗布型プレフォスフェイト処理剤として、H3PO4 :14〜
280 g/l、Mn(NO3)2:6〜120 g/l、Ni(NO3)2:0.
3 〜30g/l、ZnCO3 :2〜100 g/lおよびNaClO3
0. 1〜1.0 g/lの組成の塗布液を所期する膜厚に応じ
て適宜調整して使用し、該塗布液をリバースタイプのロ
ールコータにより,押付力:1.2 kN/mおよびニップ
圧:3.2 kN/mにて塗布し、熱風乾燥炉にて最高到達板
温:120 ℃に調整して成膜を行った。
【0021】かくして得られた表面処理鋼板について、
平均膜厚を測定するとともに、プレス成形性および接着
性を評価した。その測定および評価結果を表1に示す。
【0022】なお、平均膜厚は、無機系皮膜の付着量を
クロム酸アンモニウム溶解重量法によって測定し、その
測定値をりん酸亜鉛結晶の密度(3.0g/cm3)を用いて膜
厚に換算して求めた。
【0023】また、プレス成形性は、表面処理鋼板表面
に、潤滑油としてプレトン303 P(スギムラ化学)を1.
0 g/m2 で塗布し、平面摺動試験(面圧:9.8 〜39.2
MPa、摺動距離100mm 、引抜速度10mm/s)を行って、面
圧と引抜荷重の傾きとから摩擦係数μを算出して評価し
た。このμが小さいほど、プレス成形性に優れることを
示している。
【0024】さらに、接着性は、25mm×100 mmの表面処
理鋼板の2枚を用意し、これら鋼板に自動車用鋼板の実
際の使用状況を再現する目的で油(ノックスラスト550K
Hパーカー興産製)を1.Og/m2 で塗布してから、その一
方と他方との鋼板間に、図2に示すように、ガラススペ
ーサーを介して、25mm×25mmの範囲で厚さ3mmにわたっ
てPVCゾル自動車用マスチック接着剤を塗布し、該接
着剤を170 ℃×20分で焼付硬化させて、2枚の鋼板を接
着したのち、引張試験機による剪断強度を測定して評価
した。
【0025】
【表1】
【0026】表1に示したように、発明例は、摩擦係数
が0.132 以下かつ接着強度が0.63MPa 以上と、優れた成
績を示し、良好なプレス整形性および接着性を兼ね備え
ていることがわかる。
【0027】
【発明の効果】この発明によれば、接着性およびプレス
成形性にともに優れる表面処理鋼板を、低コストで提供
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 摺動性および接着性に与える表面粗さおよび
平均膜厚の影響を示す図である。
【図2】 接着性の試験要領を示す説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) // B05D 7/14 B05D 7/14 A (72)発明者 石井 和秀 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 (72)発明者 加藤 千昭 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 Fターム(参考) 4D075 CA03 CA13 DB05 DC11 4F100 AA04C AB03A AB10 AB18B BA03 BA10A BA10C DD07B EH71B GB32 JK06 JK16 JL01 YY00B YY00C 4K026 AA02 AA07 AA13 AA22 BA03 BA04 BA05 BB09 BB10 CA16 CA18 CA24 CA26 DA02 DA11 4K044 AA02 AB02 BA10 BA17 BB03 BC05 CA11 CA16 CA42

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶融亜鉛めっき鋼板の表面に無機系皮膜
    を形成した表面処理鋼板において、該表面処理鋼板の表
    面粗さが算術平均粗さ0.2 μm以上1.0 μm以下であ
    り、かつ無機系皮膜の平均膜厚が上記算術平均粗さの0.
    75倍以上1.25倍以下であることを特徴とするプレス成形
    性および接着性に優れた表面処理鋼板。
  2. 【請求項2】 請求項1において、無機系皮膜がりん酸
    塩化合物を主体とするものであることを特徴とするプレ
    ス成形性および接着性に優れた表面処理鋼板。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009084587A (ja) * 2007-09-27 2009-04-23 Jfe Steel Kk 表面処理鋼板
WO2017002805A1 (ja) * 2015-07-02 2017-01-05 新日鐵住金株式会社 黒色塗装鋼板

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