JP6229686B2 - 亜鉛系めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
亜鉛めっき処理後の鋼板を酸性溶液に接触させ、接触終了後1〜60秒保持した後に水洗、乾燥することによりめっき鋼板表面に皮膜を形成するにあたり、酸性溶液中に層状を有する粒子を含有することで、層状を有する粒子が分散、付着した亜鉛系酸化物及び/又は亜鉛系水酸化物層(皮膜)が形成する。このような皮膜をめっき鋼板表面に有することで、プレス成形時の摩擦係数を大幅に低下させ、プレス成形性を向上させることが可能となる。
[1] 亜鉛めっき処理を施した鋼板を、酸性溶液に接触させ、接触終了後1〜60秒保持した後に水洗、乾燥することによりめっき鋼板表面に皮膜を形成する亜鉛系めっき鋼板の製造方法において、前記酸性溶液は、層状を有する粒子を含有し、前記皮膜は、平均厚さが10nm以上であり、亜鉛系酸化物及び/又は亜鉛系水酸化物を含む層から構成され、層状を有する粒子を含有することを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[2]前記層状を有する粒子は、平均粒子径が0.1〜20μmであるグラファイト粒子であることを特徴とする上記[1]に記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[3]前記酸性溶液は、グラファイト粒子を0.1〜50g/L含有することを特徴とする上記[1]または[2]に記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[4]前記酸性溶液は、pH緩衝作用を有し、かつ、1リットルの酸性溶液のpHを2.0から5.0まで上昇させるのに必要な1.0mol/L水酸化ナトリウム溶液の量で定義するpH上昇度が0.05〜0.5であることを特徴とする上記[1]〜[3]のいずれかに記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[5]前記酸性溶液は、酢酸塩、フタル酸塩、クエン酸塩、コハク酸塩、乳酸塩、酒石酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩のうち少なくとも1種を合計で5〜50g/L含有し、かつ、pHが0.5〜6.0、液温が20〜70℃であることを特徴とする上記[1]〜[4]のいずれかに記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[6]前記酸性溶液に接触終了時のめっき鋼板表面の液膜量は30g/m2以下であることを特徴とする上記[1]〜[5]のいずれかに記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
[7]上記[1]〜[6]のいずれかに記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法により製造されることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板。
[8]上記[1]〜[6]のいずれかに記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法により製造され、鋼板表面のC濃度が0.2〜5.0mass%であることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板。
板厚0.8mmの電気亜鉛めっき鋼板(EG)、合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA)および溶融亜鉛めっき鋼板(GI)に、酸化物層形成処理を行った。酸化物層形成処理は、表1〜表3に示すように、グラファイト粒子を各濃度で添加し、pHを硫酸で調整した各種の酸性溶液に3秒浸漬した。その後、ロール絞りを行い、液量を調整した後、1〜60秒間大気中室温にて放置し、十分水洗を行った後、乾燥を実施した。
プレス成形性を評価するために、各供試材の摩擦係数を以下のようにして測定した。図1は摩擦係数測定装置を示す概略正面図である。同図に示すように、供試材から採取した摩擦係数測定用試料1が試料台2に固定され、試料台2は、水平移動可能なスライドテーブル3の上面に固定されている。スライドテーブル3の下面には、これに接したローラ4を有する上下動可能なスライドテーブル支持台5が設けられ、これを押し上げることによりビード6による摩擦係数測定用試料1への押し付け荷重Nを測定するための第1ロードセル7がスライドテーブル支持台5に取り付けられている。上記押し付け力を作用させた状態でスライドテーブル3を水平方向へ移動させるための摺動抵抗力Fを測定するために第2ロードセル8が、スライドテーブル3の一方の端部に取り付けられている。なお、潤滑油としてスギムラ化学工業(株)製のプレス用洗浄油(プレトンR352L(登録商標))を摩擦係数測定用試料1の表面に塗布して試験を行った。
図2、3は使用したビードの形状・寸法を示す概略斜視図である。ビード6の下面が試料1の表面に押し付けられた状態で摺動する。図2に示すビード6の形状は幅10mm、試料の摺動方向長さ4mm、摺動方向両端の下部は曲率0.5mmRの曲面で構成され、試料が押し付けられるビード下面は幅10mm、摺動方向長さ3mmの平面を有する。図3に示すビード6の形状は幅10mm、試料の摺動方向長さ59mm、摺動方向両端の下部は曲率4.5mmRの曲面で構成され、試料が押し付けられるビード下面は幅10mm、摺動方向長さ50mmの平面を有する。
摩擦係数測定試験は下に示す2条件で行った。
[条件1]
図2に示すビードを用い、押し付け荷重N:400kgf、試料の引き抜き速度(スライドテーブル3の水平移動速度):100cm/minとした。
[条件2]
図3に示すビードを用い、押し付け荷重N:400kgf、試料の引き抜き速度(スライドテーブル3の水平移動速度):20cm/minとした。
供試材とビードとの間の摩擦係数μは、式:μ=F/Nで算出した。
膜厚が96nmの熱酸化SiO2膜が形成されたSiウエハを参照物質として用い、蛍光X線分析装置でO−Kα線を測定することで、SiO2換算の酸化物層及び/又は水酸化物層の平均厚さを求めた。測定時の管球の電圧および電流は30kVおよび100mAとし、分光結晶はTAPに設定してO−Kα線を検出した。ピーク位置およびバックグラウンド位置での積分時間は、それぞれ20秒とした。分析面積は35mmφである。
蛍光X線分析装置でC−Kα線を測定することでC強度を求めた。また、表面C濃度については、表面元素の強度比からC濃度を半定量し、皮膜形成処理後の値から皮膜形成していない基板の値を減じて算出し、0を下回るものは0mass%とした。分析面積は35mmφである。
表1は電気亜鉛めっき(EG)に適用した例である。No.1は酸性溶液による処理を行っていない比較例である。条件1・条件2において摩擦係数が高い。No.2〜6は層状を有する粒子を含まない酸性溶液で処理をした比較例であり、No.1と比較すると摩擦係数が低いが依然として高い。
No.7〜18、20〜38、40〜42はグラファイトを含有する酸性溶液で処理を行った発明例であり、いずれの条件でもグラファイトを含まない比較例No.2〜6と皮膜厚が同程度のもの同士を比較して摩擦係数が低下している。
No.19、39では皮膜の形成がほとんど見られず、皮膜厚が適用範囲外の比較例であり、摩擦係数の低下がほとんど認められない。
表2は合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA)、表3は溶融亜鉛めっき鋼板(GI)に対する実施例である。いずれの発明例においても摩擦係数の低下が認められ、めっき種によらず、層状を有する粒子を含有する酸性溶液で処理することにより摩擦係数が低下することが確認された。
摩擦係数が低下することで、プレス成形時の金型とビードの摺動抵抗を低下させることが可能となるためプレス成形性が向上する。例えば、引張強度が590MPa以上の高強度鋼板は比較的強度の低い鋼板よりも材料の伸びの値が劣るため、同じ成形をした場合に、より大きな張力がかかり材料が破断する場合がある。摩擦係数低下により摺動抵抗が小さくなることでプレス成形時の材料流入が容易になるため、プレス成形性が向上する。また、比較的強度の低い鋼板に対しても、摩擦係数低下によるプレス成形時の材料流入の易化により、従来の鋼板では破断が起こるような複雑な成形が可能となる。
2 試料台
3 スライドテーブル
4 ローラ
5 スライドテーブル支持台
6 ビード
7 第1ロードセル
8 第2ロードセル
9 レール
N 押付荷重
F 摺動抵抗力
Claims (7)
- 亜鉛めっき処理を施した鋼板を、酸性溶液に接触させ、接触終了後1〜60秒保持した後に水洗、乾燥することによりめっき鋼板表面に皮膜を形成する亜鉛系めっき鋼板の製造方法において、
前記酸性溶液は、平均粒子径が0.1〜20μmであるグラファイト粒子を含有し、
前記皮膜は、平均厚さが10nm以上であり、亜鉛系酸化物及び/又は亜鉛系水酸化物を含む層から構成され、平均粒子径が0.1〜20μmであるグラファイト粒子を含有することを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の製造方法。 - 前記酸性溶液は、平均粒子径が0.1〜20μmであるグラファイト粒子を0.1〜50g/L含有することを特徴とする請求項1に記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 前記酸性溶液は、pH緩衝作用を有し、かつ、1リットルの酸性溶液のpHを2.0から5.0まで上昇させるのに必要な1.0mol/L水酸化ナトリウム溶液の量で定義するpH上昇度が0.05〜0.5であることを特徴とする請求項1または2に記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 前記酸性溶液は、酢酸塩、フタル酸塩、クエン酸塩、コハク酸塩、乳酸塩、酒石酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩のうち少なくとも1種を合計で5〜50g/L含有し、かつ、pHが0.5〜6.0、液温が20〜70℃であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 前記酸性溶液に接触終了時のめっき鋼板表面の液膜量は30g/m2以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
- 亜鉛めっきされた鋼板表面に皮膜を有する亜鉛系めっき鋼板であって、
前記皮膜は、平均厚さが10nm以上であり、亜鉛系酸化物及び/又は亜鉛系水酸化物を含む層から構成され、かつ、平均粒子径が0.1〜20μmであるグラファイト粒子を含有することを特徴とする亜鉛系めっき鋼板。 - 鋼板表面のC濃度が0.2〜5.0mass%であることを特徴とする請求項6に記載の亜鉛系めっき鋼板。
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