JP4781172B2 - 表面外観に優れる塗装鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のウインドモールやルーフモール等の自動車用外装部品，洗濯機や冷蔵庫等の家電製品，厨房機器，或いは音響機器等の電気製品に用いられる塗装鋼板であって、樹脂塗膜形成時に熱処理が施されても、降伏伸びが０.２％以下に抑制され、極軽微な曲げ加工で生じるストレッチャーストレインの発生に伴う、美麗な外観の劣化を防止できる塗装鋼板を安価に製造する方法に関する。

近年、溶融亜鉛めっき鋼板、特に合金化溶融亜鉛めっき鋼板が、耐食性や塗装後の加工性に優れるため、自動車用外装部品，家電製品，厨房機器，或いは電気製品等に広く使用されている。溶融亜鉛めっき，合金化溶融亜鉛めっきに限らず、溶融亜鉛−アルミニウムめっき，溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき，或いは溶融アルミニウムめっきが施されためっき鋼板も、同様に使用されている。
このような溶融めっき鋼板は、通常、所定の成分組成を有する冷延鋼板に、必要に応じて酸洗を施した後に還元性雰囲気での焼鈍を施し、その後に所要のめっき浴に浸漬することにより製造されている。

そして、上記のような溶融めっき鋼板を原板とし、耐食性を高めるために塗装焼付け処理を施して家電製品等の外側のパネルに使用されている。このため、塗装焼付け処理を施した塗装鋼板も、当然ながら表面外観の美麗さが重要視されている。表面外観の美麗さは、異物の噛み込みや表面疵等、塗装工程に原因がある場合もあるが、塗装前下地鋼の機械的特性の良否が表面外観の美麗さに影響を与えるケースが多々生じるようになっている。すなわち、塗装前下地鋼の機械的特性の内、降伏伸びが大きすぎる場合に生じやすいストレッチャーストレイン等が、塗装鋼板の曲げ加工後の表面外観を低下させる場合が多々生じている。

ところで、ストレッチャーストレイン等は、古くから知られていた冷延鋼板の問題点ではあるが、昨近、家電製品等の外側パネルや自動車用外装部品の形状変化により、塗装鋼板でも問題視されるようになった。そして、最近では、ウインドモールやルーフモール等の自動車用外装部品では、車体のデザイン変更に伴って加工率が数％のストレッチ加工や曲げ半径が１００ｃｍの曲げ加工といった極軽微な加工が施される場合が多くなった。
したがって、極軽微な加工が施される塗装鋼板も、塗装後に加工されても美麗な表面外観を確保・維持する必要がある。

降伏伸びを発生しない鋼板としては、極低炭素鋼にＴｉやＮｂを添加して固溶Ｃ，Ｎを炭窒化物の形で固定したいわゆるＩＦ鋼がある。例えば特許文献１，２で、ＩＦ鋼を原板とし、加工性を向上させた、或いはプレス加工後の表面品質に優れた塗装鋼板も提案されている。
本発明者等も、特許文献３にて、降伏伸びに影響を及ぼす材料因子である、鋼中の固溶Ｃ量及びＮ量を低減し、結晶粒を粗大化することで、塗装焼付け後の降伏伸びを抑制できることを見出し、含有ＮとＢの間でＢ／Ｎ≧１１／１４×１.１を満たすＢを０.０００２〜０.００２０質量％で含有させるとともに、フェライト結晶粒径が２０〜８０μｍの範囲の組織に調整することで降伏伸びを３％以下にできることを提案した。
特開平１０−１４０３１７号公報 特開２００５−１８７８３５号公報 特願２００５−２２８４１２号

しかしながら、いわゆるＩＦ鋼は、低炭素アルミキルド鋼と比較すると、極めて高価な素材となる。また、降伏伸びを単に３％以下にしただけでは、極軽微な曲げ加工の条件下においては、ストレッチャーストレイン発生による外観の低下は抑えられない。さらに、塗装鋼板では、客先でさらに樹脂被覆され、当該樹脂が硬化処理される場合がある。塗膜の焼付け処理や被覆樹脂等の硬化処理を施す段階で再び降伏伸びが回復してしまうため、ストレッチャーストレイン等がさらに発生しやすくなる。
そこで、本発明は、ＩＦ鋼のような高価な素材を用いることなく、一般材とほぼ同等の生産性を有し、溶融めっきとその後の通常の塗装焼付け処理が施された塗装鋼板に更に樹脂被覆等の熱処理が加えられても、降伏伸びを０.２％以下に抑え、極軽微な曲げ加工を施してもストレッチャーストレイン等の発生もなく表面外観の低下がない塗装鋼板を安価に提供することを目的とする。

本発明の表面外観に優れる塗装鋼板は、その目的を達成するため、Ｃ：０.０１〜０.１０質量％，Ｓｉ：０.３質量％以下，Ｍｎ：１.０質量％以下，Ｐ：０.０５質量％以下，Ｓ：０.０２質量％以下，Ａｌ：０.０４質量％以下，Ｎ：０.００４質量％以下及びＢ：０.０００２〜０.００２０質量％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するスラブに、熱延巻取り温度を５５０〜７５０℃とする熱間圧延を施し、次いで酸洗及び冷間圧延を経た冷延鋼板に、焼鈍温度を６５０〜８５０℃とする溶融めっき処理を施した後、当該溶融めっき鋼板にスキンパス圧延とテンションレベラーによる合計の伸び率が１.５〜４％の軽圧下を施し、その後に塗装焼付け処理を施した後、再度０.３％以下のテンションレベラー加工を施すことを特徴とする。
溶融めっきとしては、溶融亜鉛めっき，合金化溶融亜鉛めっき，溶融亜鉛−アルミニウムめっき，溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき，或いは溶融アルミニウムめっきの何れかが採用される。

本発明方法で提供される表面外観に優れる塗装鋼板は、溶融めっき後に合計伸び率が１.５〜４％のスキンパス圧延とテンションレベラーによる軽圧下を施した後に塗装焼付け処理を施し、その後に、更に０.３％以下のテンションレベラー加工を施している。このため、塗装鋼板に樹脂被覆等の熱処理が加えられても、降伏伸びを０.２％以下に低減・維持することができる。
したがって、このような方法で製造された塗装鋼板に、さらに樹脂被覆とその硬化の熱処理が加えられた後に極軽微な曲げ加工を施しても、ストレッチャーストレイン等の発生もなく、優れた表面外観を維持した成形品が得られる。すなわち、一般材とほぼ同等のコストで表面外観に優れた塗装鋼板製加工品が得られるので、塗装鋼板の使用を大幅に増やすことができる。

本発明者等は、塗装鋼板を極軽微な曲げ加工するときにストレッチャーストレイン等が発生しやすい原因が、塗装焼付け工程とその後の樹脂被覆等の熱処理工程を経た後の降伏伸び率が大きいことにあることを踏まえ、樹脂被覆等の熱処理後にあっても降伏伸びを抑制できる材料因子について種々検討を重ねた。
その結果、溶融めっき後に、所定伸び率のスキンパス圧延とテンションレベラーによる軽圧下加工を施し、塗装焼付け後に、再度テンションレベラー加工を施すと、その後の樹脂被覆等の熱処理工程を経た後にあっても、降伏伸びを０.２％以下に維持・抑制できることを見出した。
以下にその詳細を説明する。

本発明の曲げ加工後の表面外観に優れる塗装鋼板を得るに当たっては、まず鋼の成分組成を次のように定める。
Ｃ：０.０１〜０.１０質量％
Ｃは、通常、高強度化に有効な成分であるが、本発明方法で提供される塗装鋼板では高強度化の必要はない。したがって、製造性及び塗装鋼板の降伏伸びの観点のみからＣ含有量は規制される。０.０１％未満にすることは、現状の製鋼脱炭能力を考慮すると製造コストの上昇につながる。また、０.１０％を超えると、熱延巻取り温度を５５０〜７５０℃と高温巻取りにしても、降伏伸びに影響を与える固溶Ｃ量を適正量に抑制することができない。

Ｓｉ：０.３質量％以下
Ｓｉは、通常、脱酸剤として添加され、高強度化に有効な成分であるが、本発明方法で提供される塗装鋼板では高強度化の必要はない。脱酸もＡｌ添加により行うことが好ましい。Ｓｉ含有量が０.３質量％を超えると溶融めっき性が劣化し、不めっき等の表面欠陥が生じる。

Ｍｎ：１.０質量％以下
Ｍｎも、高強度化に有効な成分であるが、本発明方法で提供される塗装鋼板では高強度化の必要はない。Ｓｉと同様、その含有量が０.５％を超えると溶融めっき性が劣化し、不めっき等の表面欠陥が生じる。
Ｐ：０.０５質量％以下
Ｐは、強度の上昇を招き、延性を低下させるばかりでなく、鋼中にＰ偏析を増加させると局部延性の低下に伴って曲げ加工性を劣化させる。このような弊害は０.０５％を超える含有で顕著になる。

Ｓ：０.０２質量％以下
Ｓは、ＭｎＳの介在物を形成し、局部延性の低下に伴って曲げ加工性を劣化させる。このような弊害は０.０２％を超える含有で顕著になる。

Ａｌ：０.０４質量％以下
Ａｌは、脱酸剤として添加される合金成分であり、また固溶ＮをＡｌＮとして固定するのに有効な元素である。固溶Ｎの低減で降伏伸びを低下させる作用を発揮する。ただし、０.０４％を超えて添加すると製造コストがアップするだけでなく、粗大なＡｌＮを形成して曲げ加工性の劣化を招くおそれがある。

Ｎ：０.００４質量％以下
Ｎは、Ｃと同様、通常、高強度化に有効な成分であるが、本発明方法で提供される塗装鋼板では高強度化の必要はない。固溶Ｎ量を少なくする観点からは、極力低減することが好ましい。０.００４％を超えると、上述のＡｌ添加や後述のＢ添加によっても固定しきれない状況が多々生じ、降伏伸びの低減に関与する固溶Ｎ量のコントロールが困難になる。

Ｂ：０.０００２〜０.００２０質量％
Ｎを析出物ＢＮとして固定させる作用が強い元素である。Ｎを固定する元素としてはＡｌも添加されるが、Ａｌはむしろ脱酸剤としての作用を期待されている。溶解度積を比較するとＡｌよりもＢの方がＮを固定しやすい。そして、Ｎの固定作用を発揮させるためには少なくとも０.０００２％のＢが必要である。しかし０.００２０％を超えるほどに添加してもＢの固定作用は飽和し、単なる製造コストの上昇を招くだけである。

次に造り込み条件について説明する。
鋼素材の溶製・鋳造・凝固方法、熱間圧延後の冷間圧延方法、溶融めっき方法については特に制限されない。通常の方法でよい。必要に応じて冷延の前や溶融めっきの前に酸洗を施しても良い。溶融めっきの前の焼鈍も通常通り還元雰囲気で行うことが好ましい。溶融めっきも、通常の溶融亜鉛めっき，溶融アルミニウムめっき，合金化溶融亜鉛めっき，溶融亜鉛−アルミニウムめっき又は溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっきが施される。
本発明で、結晶粒径を粗大化し、塗装焼付けとその後に樹脂被覆等の熱処理を施した後にあって、降伏伸びを０.２％以下に制限するためには、熱延時の巻取り温度，溶融めっき前の焼鈍温度及び溶融めっき後の軽圧下加工条件、更に塗装焼付け後のテンションレベラー付与率を規定する必要がある。

熱延巻取り温度：５５０〜７５０℃
降伏伸びと関連する固溶Ｃ量の低減には、熱延板の炭化物の制御が重要になる。具体的には、塊状の粗大な炭化物もしくは擬似パーライトを結晶粒界近傍に粗く析出させておく必要がある。このため、５５０℃の下限温度が必要となる。ただし、７５０℃を超える温度での巻取りは、現実問題として非常に難しい。例えば、通常の酸洗で落とせないような強固でかつ厚い熱延スケールが生成したり、材質が軟質になり過ぎて熱延コイルの自重で潰れたりすることが頻繁に発生するようになる。
また、熱延板の結晶粒径の粗大化は、最終塗装製品の結晶粒径の粗大化にも関与し、降伏伸びの低減に有効である。このため、熱延巻取りは上記範囲内の比較的高い温度で行う方が好ましい。

焼鈍温度：６５０〜８５０℃
基本的には冷間圧延の後の再結晶焼鈍である。再結晶を終了させ、目的とする良好な機械的性質を得るためには少なくとも６５０℃以上の温度で焼鈍する必要がある。また、結晶粒径の粗大化は降伏伸びの低減に有効である。このため、焼鈍温度は高くすることが好ましい。しかし、必要以上に高い温度で焼鈍してもその効果が飽和するだけでなく、製造コストの上昇に繋がるので、焼鈍温度は８５０℃を上限とする。
上記範囲の温度で焼鈍処理された鋼板に、前記した通りの通常の溶融めっき法で、溶融亜鉛めっき，溶融アルミニウムめっき，合金化溶融亜鉛めっき，溶融亜鉛−アルミニウムめっき又は溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっきが施される。

スキンパス圧延及びテンションレベラーでの軽圧下：伸び率１.５〜４％
基本的には溶融めっき後の降伏伸びを消失させるためにスキンパス圧延とテンションレベラーによる軽圧下を施す。最終的に目標とする降伏伸びを０.２％以下に抑制するためには、この段階でのスキンパス圧延の伸び率とテンションレベラーの伸び率の合計を少なくとも１.５％にする必要がある。また予歪を多く与えることは降伏伸びの消滅に有効であるため、この段階での伸び率は高くするほど好ましい。しかし、伸び率を高くしすぎると、全伸びの低下にも繋がり、加工性の劣化を招くことになるので、上限は４％とする。

塗装焼付け後のテンションレベラー付与率：０.３％以下
溶融めっきされた後に軽圧下された鋼板に、通常の樹脂塗料を塗布し、通常通り１００〜３００℃程度で焼付けることにより塗装鋼板が得られる。この程度の温度で焼付けても、極軽度な降伏伸びは回復してしまう。この降伏伸びを消滅させ、かつ塗装鋼板の形状を修正することを目的として、０.２％程度のテンションレベラー加工を施す。この段階でテンションレベラー加工を付与しない場合、後の工程で樹脂被覆等の熱処理が加えられると、降伏伸びが更に回復し、美麗な外観を損ねてしまう。このテンションレベラー加工の付与率が大きくなりすぎると、塗装鋼板の表面劣化を招くことになる。したがって、塗装焼付け後のテンションレベラー加工付与率は０.３％を上限とする。

塗装焼付け後に再びテンションレベラー加工を施すことにより降伏伸びを０.２％以下に抑制することができているため、この鋼板に客先にて、樹脂被覆等の熱処理が加えられた後に、極少量の伸びが付与される極軽微な加工が施されても、ストレッチャーストレイン等を発生させることはなく、美麗な表面外観を維持した加工製品を得ることができる。
このため、数％のストレッチや曲げ半径１００ｃｍといった極少量の伸び加工が施されるウインドモールやルーフモール等の自動車用外装部品の製造に好適に供給される。

表１に示す組成よりなる鋼スラブを、表２に示す巻取り温度の熱間圧延にて板厚２.３ｍｍの熱延鋼板とし、酸洗及び冷間圧延の後、板厚０.３５ｍｍの冷延鋼板を得た。引続き、表２に示す焼鈍温度の溶融亜鉛めっきラインを通板した後、表２に示す合計伸び率のスキンパス圧延とテンションレベラー加工を施して、塗装用鋼板を製造した。
得られた塗装用鋼板を素板とし、表２に示す温度で焼付け塗装を行った後、０.２％のテンションレベラー加工を行った。それらの塗装鋼板について、更に客先で行う樹脂被覆等の熱処理を想定して表２に示す温度にまで加熱する熱処理を施した。

上記２回目の熱処理を施した塗装鋼板について、先ずＪＩＳ Ｚ２２０１の５号試験片を用いて室温での引張試験に供した。
また、この塗装鋼板について、曲げ加工時にストレッチャーストレイン等の発生により、外観の美麗さが損なわれないかどうかを下記の手段で確認した。
《ラッカー塗装引張試験》
上記で得られた塗装鋼板のＪＩＳ Ｚ２２０１の５号試験片を用い、さらに市販の黒色ラッカーを塗装し、引張速度１０ｍｍ／分で１％の伸びを付与し、目視で外観を観察した。腰折れ模様やストレッチャーストレインの発生に伴う表面起伏が確認されたものをＮＧとした。
《曲げ半径１００ｃｍの曲げ試験》
幅３ｃｍ，長さ５０ｃｍの塗装鋼板に、上記と同様、さらに市販の黒色ラッカーを塗装し、曲げ半径１００ｃｍの曲げ試験を行い、目視で外観を観察した。ストレッチャーストレインの発生に伴う表面起伏が確認されたものをＮＧとした。
それらの結果を併せて表３に示す。

これらの試験結果から明らかなように、Ｂ無添加のＮｏ.１１鋼と、本発明規定範囲外の熱延巻取り温度の低いＮｏ.９鋼、及び規定範囲外のスキンパス圧延とテンションレベラーの合計伸び量の少ないＮｏ.１０鋼は、造り込み条件も本発明で規定する条件から外れていることもあり、明らかに樹脂被覆処理後の降伏伸びが大きくなっている。そして、本発明範囲のＮｏ.２〜８の試験片と比べて加工後の表面の美麗さに劣っていることがわかる。なお、Ｎｏ.１の鋼はＢ含有量が多すぎるために参考例として示したものである。

Claims (2)

1. Ｃ：０.０１〜０.１０質量％，Ｓｉ：０.３質量％以下，Ｍｎ：１.０質量％以下，Ｐ：０.０５質量％以下，Ｓ：０.０２質量％以下，Ａｌ：０.０４質量％以下，Ｎ：０.００４質量％以下及びＢ：０.０００２〜０.００２０質量％を含み、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる組成を有するスラブに、熱延巻取り温度を５５０〜７５０℃とする熱間圧延を施し、次いで酸洗及び冷間圧延を経た冷延鋼板に、焼鈍温度を６５０〜８５０℃とする溶融めっき処理を施した後、当該溶融めっき鋼板にスキンパス圧延とテンションレベラーによる合計の伸び率が１.５〜４％の軽圧下を施し、その後に塗装焼付け処理を施した後、再度０.３％以下のテンションレベラー加工を施すことを特徴とする表面外観に優れる塗装鋼板の製造方法。
2. 溶融めっきが、溶融亜鉛めっき，合金化溶融亜鉛めっき，溶融亜鉛−アルミニウムめっき，溶融亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき，或いは溶融アルミニウムめっきの何れかである請求項１に記載の表面外観に優れる塗装鋼板の製造方法。