JP4334963B2 - 電着塗装性に優れるハイドロフォーム用表面処理鋼管 - Google Patents

Description

本発明はハイドロフォーム加工に供する電着塗装性に優れるハイドロフォーム用表面処理鋼管に関する。

ハイドロフォーム加工は、上金型と下金型の間に素材の鋼管を入れ、鋼管内部にソリューション、あるいはエマルジョンの加工液を充填した後、その加工液に高圧を付加することで複雑な形状をした金型内に鋼管を押し込む成形法である。よって複雑形状部品の一体成形ができるため、金型数削減、溶接廃止などの製造工程上のメリットがあると同時に、溶接部がないために、部品の高剛性化及び軽量化が、可能になる成形法である。

以上のようにハイドロフォーム加工は、複雑形状部品の一体成形を製造可能な優れた特徴を持った加工法であるが、複雑な形状になるほど潤滑が難しくなる。つまり、加工液にかけられた数百〜千数百気圧の内圧が鋼管に作用し、材料が金型孔に流入する際ダイス孔と材料の間に摩擦が生じ、連続して加工を行うと材料と金型に、擦り傷が生じてしまう。擦り傷が生じた金型の補修は、生産効率を低下させるばかりではなく、金型保守費用もかさんでしまう。また、摩擦が強すぎると、材料がダイス孔に流れにくくなり、***部の頂部で割れや破断が生じて所定の形状が得られないことにもなる。

そのため、潤滑がそれほど厳しくない場合には、プレス油のような液体潤滑剤が使われる一方、厳しい潤滑の場合には、油よりも更に高潤滑性を示すワックス、樹脂、金属石けん、及びペイント塗料などの固体潤滑皮膜が、適用されている。しかし、固体潤滑皮膜は、ハイドロフォーム加工された部品の後処理である溶接と塗装とを考えた場合、必ずしも最適な潤滑剤とは言えない。

自動車部品を例にとると、ハイドロフォーム加工された部品は電着塗装されるが、塗装前処理として、化成処理の一種であるりん酸塩処理が行われる。このりん酸塩処理に際して、部品表面に付着している防錆油、及びプレス油を、脱脂洗浄によって取り除く必要がある。しかし、前述の固体潤滑皮膜である樹脂、ワックスなどは、加工後の脱脂洗浄が、液状の潤滑油に比べて非常に困難であり、塗装性能に悪影響を与えている。従って、塗装性能に優れ、かつ厳しい加工にも耐えられる潤滑剤が望まれている。

上記の潤滑油、あるいは樹脂、ワックスとは異なるものとして特許文献１に「鋼管の少なくとも外表面に、付着量が０．１〜１０ｇ／ｍ^２の無機物質による皮膜を備えていることを特徴とする液圧バルジ加工用表面処理鋼管」が記載されている。無機物質による皮膜としては、各種金属酸化物、金属塩により構成される皮膜や、酸化スケール等が挙げられるが、特に密着性の良好な反応型、塗布型各種化成処理皮膜が好ましいとある。その具体的な例として、クロメート系、りん酸塩系、シュウ酸塩系、ホウ酸塩系、及びジルコニア塩系等の化成処理皮膜がある。化成処理皮膜を備えた鋼管であれば、鋼管の切断から液圧バルジ成形まで連続して行うことが出来る。また、加工後、そのまま製品として使用するか、あるいはその後更に必要な塗装を施して使用出来るとある。

しかし、発明者らの研究によると、厳しいハイドロフォーム加工の場合には、上記の特許文献１中の化成処理皮膜全てが、潤滑性を満足するとは言えず、また、ハイドロフォーム加工後に実施される電着塗装を考えた場合、上記の化成処理皮膜すべてが、塗装下地皮膜になり得るとは言えない。そのため、ハイドロフォーム加工における潤滑性と、その後工程である塗装性の両方を同時に満足する潤滑剤が望まれており、特に自動車部品に適用する場合には、塗装性が非常に重要となる。
特開平１０−１３７８６５号公報

本発明は上記の問題点を鑑みて、ハイドロフォーム加工における焼き付きを防止し、かつ摩擦を軽減すると同時に、加工後の電着塗装性も問題ないハイドロフォーム用表面処理鋼管を提供するものである。

本発明は上述の課題を解決したものであり，その要旨は次の通りである。

（１）酸洗鋼管の外面に、Ｐ比（Ｐ／Ｐ＋Ｈ）が、０．３以上０．６未満のりん酸亜鉛皮膜を備え、かつその上に防錆性能を有する潤滑油を塗布することを特徴とする電着塗装性に優れるハイドロフォーム用表面処理鋼管。

（２）りん酸亜鉛皮膜の結晶粒の大きさが５〜２０μｍであり、かつ皮膜付着量が、２ｇ／ｍ^２以上５ｇ／ｍ^２以下の範囲にあることを特徴とする（１）記載の電着塗装性に優れるハイドロフォーム用表面処理鋼管。

（３）潤滑油の粘度が４０℃のときに、１０ｍｍ^２／秒以上３０ｍｍ^２／秒未満の防錆潤滑油であることを特徴とする（１）又は（２）記載の電着塗装性に優れるハイドロフォーム用表面処理鋼管。

ここで、Ｐ：フォスフォフィライト、Ｈ：ホパイトを指す。

本発明のハイドロフォーム用表面処理鋼管は、潤滑性と電着塗装性の両性能を同時に満足させることができる。そのため、従来の問題点であった潤滑性不足、あるいは電着塗装性の悪さに起因する処理工程数の増加、および作業性低下に対し効果を発揮する。

本発明のハイドロフォーム用表面処理鋼管について以下に詳述する。

本発明にあるＰ比（Ｐ／Ｐ＋Ｈ）が、０．３以上０．６未満に規定した理由は、０．３未満ではカチオン電着塗装性が劣り、０．６以上では潤滑性が悪いためである。Ｐ比とは、Ｘ線回折において、フォスフォフィライト（りん酸鉄亜鉛（Ｚｎ_２Ｆｅ（ＰＯ_４）_２・４Ｈ_２Ｏ））の（１１０）面とホパイト（りん酸亜鉛（Ｚｎ_３（ＰＯ_４）_２・４Ｈ_２Ｏ））の（０２０）面のピーク強度をそれぞれＰ、Ｈとし、Ｐ／Ｐ＋Ｈのピーク強度比を表す。

また、Ｐ比がこの範囲にあるりん酸亜鉛皮膜を鋼管外面に形成させる方法としては、りん酸亜鉛処理の前に表面調整を実施すること、及びりん酸亜鉛処理液条件の調整することであり、それらは例えば、化成液中の亜鉛濃度を２ｇ／Ｌから４ｇ／Ｌの範囲内にすることによって達成される。

しかし、りん酸亜鉛皮膜のみでは、ハイドロフォーム加工時の摩擦係数が高過ぎるために、摩擦係数を下げる潤滑剤を併用することが必須である。更に、ハイドロフォーム加工前後の防錆性も必要である。そのため、防錆性能を有する潤滑油（以下、防錆潤滑油という）を、りん酸塩被膜の上に形成させる必要が有る。防錆潤滑油としては、鉱物油、天然油脂、及び合成エステルなどの１種又は２種以上のものに、スルフォン酸バリウム、カルシウムなどの防錆添加剤の１種又は２種を、合計で５０質量％以下添加した油を用いることが好ましい。更に、潤滑性を向上させる目的で、りん系、硫黄系などの極圧添加剤、およびオレイン酸、ダイマー酸などの油性向上剤の１種又は２種以上のものを、必要に応じ外掛けで５０質量％以下添加してもよい。

一般的に、りん酸塩皮膜の結晶粒が大きいほど、その上に乗る潤滑油の量が多くなり、潤滑性が良好となるので、結晶粒は５μｍ以上であることが好ましい。逆に、塗料の密着性は結晶粒が小さいほど良好である。塗膜密着性（塗装性）の評価方法の一つに、ゴバン目試験（カッター刃にて１ｍｍ角四方のマス目を１００個ケガキし、セロテープ剥離後の塗膜の残り度合いをみる）があるが、結晶粒が２０μｍを超えたりん酸塩皮膜は、カッター刃のケガキによって、大きな結晶が部分的に破壊され易くなる。従って、潤滑性と塗膜密着性の両方を満足する結晶の大きさは、５〜２０μｍが適当である。結晶粒の大きさのコントロールは、表面調整、及びりん酸塩処理液組成の調整、及び液供給（浸績、あるいはスプレー）の調整で可能である。

皮膜付着量を２ｇ／ｍ^２以上５ｇ／ｍ^２以下に規定した理由は、２ｇ／ｍ^２未満では、ハイドロフォーム時に、擦り傷が発生しやすく、５ｇ／ｍ^２を越えると、塗膜密着性が劣るためである。結晶粒の大きさをコントロールする場合と同様、表面調整、及びりん酸塩処理液組成の調整、及び液供給（浸漬、あるいはスプレー）の調整によって、皮膜付着量のコントロールが可能である。

本発明における防錆潤滑油は、４０℃のときの粘度が１０ｍｍ^２／秒以上３０ｍｍ^２／秒未満の粘度範囲内にある市販の防錆潤滑油を用いてよい。粘度範囲を規定した理由は、４０℃のときの粘度が、１０ｍｍ^２／秒未満の防錆油では潤滑性に劣り、３０ｍｍ^２／秒以上では化成処理前の脱脂に時間がかかりすぎるためである。

本発明の実施例を比較例とともに挙げ、その効果をより具体的に説明する。

一連の評価試験の手順を、表１に処理順に示す。

りん酸塩皮膜処理から塗装性能評価の方法を、表２に示す。

表面調整と化成処理の条件と、形成されたりん酸亜鉛皮膜の特性を、表３に示す。

次に、表３にある各種りん酸亜鉛皮膜を形成させた鋼管に、防錆潤滑油ＰＩ−ＬＵＢ５００（パーカー興産製）を塗布し、ハイドロフォーム試験にかけた。ハイドロフォーム試験方法を、表４に示す。

次に、表４の条件でハイドロフォーム加工した鋼管を、塗装下地であるりん酸塩皮膜処理と電着塗装にかけた。その処理条件を、表５に示す。

表６に、試験に用いた市販油と試験の評価基準を示し、表７に、実施例と比較例の評価試験結果を示す。

実施例１〜４は、結晶粒の大きさと皮膜付着量を、表面調整剤の種類と量によってコントロールし、Ｐ比が０．４のりん酸亜鉛皮膜を形成させて、その上に、市販の防錆潤滑油ＰＩ−ＬＵＢＥ５００を塗布した鋼管である。潤滑性は、単にＰＩ−ＬＵＢＥ５００を塗油した比較例５に比べて大幅に優れる結果が得られ、テフロン（登録商標）膜をコーティングした比較例６に近い性能を示した。一方、結晶粒と皮膜重量の増加と共に塗膜密着性は低下する傾向にあるが、比較例６のようにゴバン目カット線からの剥がれが激しい状態ではなく、塗膜密着性は特に問題ないレベルである。

比較例１，２は、Ｐ比０．２のりん酸亜鉛皮膜を形成させ、ＰＩ−ＬＵＢＥ５００を塗布した鋼管である。潤滑性は良好であるが、テフロン（登録商標）コーティングした比較例６ほどではないが、塗膜密着性が劣る。一方、Ｐ比０．９のりん酸亜鉛皮膜を形成させ、ＰＩ−ＬＵＢＥ５００を塗布した比較例３，４は、比較例１，２とは逆に、塗膜密着性は良好であるが潤滑性が劣る。

実施例５，６は、Ｐ比０．４のりん酸亜鉛皮膜を形成させた鋼管Ｎｏ２の上に、粘度５ｍｍ^２／秒と５０ｍｍ^２／秒の２種類の市販防錆油を塗布した鋼管である。粘度の低い油を使用した場合には潤滑性がやや劣り、高粘度油の場合は塗膜密着性がやや劣る。しかし、実施例５，６とも潤滑性、塗膜密着性において十分使えるものである。

Claims (3)

1. 酸洗鋼管の外面に、P比（フォスフォフィライト／フォスフォフィライト＋ポパイト）が０．３以上０．６未満のりん酸亜鉛皮膜を備え、かつその上に防錆性能を有する潤滑油を塗布するすることを特徴とする電着塗装性に優れるハイドロフォーム用表面処理鋼管。
2. りん酸亜鉛皮膜の結晶粒の大きさが５〜２０μｍであり、かつ皮膜付着量が、２ｇ／ｍ^２以上５ｇ／ｍ^２以下の範囲にあることを特徴とする請求項１記載の電着塗装性に優れるハイドロフォーム用表面処理鋼管
3. 潤滑油の粘度が、４０℃のときに１０ｍｍ^２／秒以上３０ｍｍ^２／秒未満であることを特徴とする請求項１又は２記載の電着塗装性に優れるハイドロフォーム用表面処理鋼管。