JP2000024588A

JP2000024588A - 深絞り加工性に優れた亜鉛系メッキ鋼板

Info

Publication number: JP2000024588A
Application number: JP10192677A
Authority: JP
Inventors: Kiyokazu Ishizuka; 清和石塚; Ikuo Kikuchi; 郁夫菊池
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-08
Filing date: 1998-07-08
Publication date: 2000-01-25

Abstract

(57)【要約】【課題】プレス成形、更に詳しくは無塗油での深絞り
加工を行う際の被加工物表面の外観悪化を防止すること
のできる亜鉛系メッキ鋼板を提供する。【解決手段】亜鉛系メッキ鋼板の上層に、10〜100mg/
m²のクロメート層を有し、更にその上層に、アルカリ金
属カチオンによる分散安定化作用を受けていない水性コ
ロイダルシリカを１００重量部と、ノニオン性水性樹脂
エマルジョンまたは分散液の固形分５〜50重量部混合し
た水溶液を塗布、乾燥させた0.2g/m² 〜1.5g/m² の無機
有機皮膜層を有することを特徴とする深絞り加工性に優
れた亜鉛系メッキ鋼板である。また、前記水性コロイダ
ルシリカは、純粋なケイ酸コロイドまたはアンモニウム
イオンによる分散安定化作用を受けたものである。更
に、ノニオン性水性樹脂エマルジョンまたは分散液が、
ポリオレフィンワックスまたは、変性ポリオレフィンワ
ックスからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレス成形、更に
詳しくは無塗油での深絞り加工を行う際の被加工物表面
の外観悪化、特にカスの付着による外観悪化を有効に防
止することのできる亜鉛系メッキ鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】家電、建材、自動車用の鋼板には耐食性
の観点から亜鉛系のメッキ鋼板が広く用いられている。
亜鉛系メッキ鋼板が製品として使用される際にはプレス
成形が施され、所望の形状に加工されることが多いが、
プレス成形を施す際には、従来鋼板のすべり不足による
鋼板表面および金型表面の疵つきを防止する目的で鋼板
に潤滑油などを塗布することが行われている。この場合
には製造工程を煩雑にし、作業環境を悪化させるばかり
でなく、成形後の潤滑油除去の工程で、溶剤を用いるこ
とが多い。これら溶剤は作業者の健康上、地球環境上好
ましくないため、溶剤が不要となるよう、プレス時の潤
滑油を使用せず、目的のプレス成形が可能な潤滑性鋼板
の提供が要望され、種々検討されている。

【０００３】特開平5-255587号公報では、水分散性ポリ
ウレタン樹脂、コロイダルシリカ、潤滑付与剤からなる
潤滑性皮膜を形成した潤滑鋼板が提案されている。特開
平6-126885号公報では、鋼板表面に、熱可塑性アクリル
変成ポリエステル系樹脂にメラミン樹脂を加えることに
より架橋構造を導入した樹脂に、シリカ、フッ素系ワッ
クスを含有した樹脂皮膜を被覆したものが提案されてい
る。特開平7-195029号公報では、クロメート処理を施し
た鋼板表面にポリエステル、ポリウレタン、アクリル系
樹脂の少なくとも１種類の樹脂でガラス転移温度が40〜
60℃の樹脂と65℃以上の樹脂を混合し、シリカ、ポリオ
レフィンワックスを含有した樹脂皮膜を被覆したものが
提案されている。特開平7-185455号公報では、特定の弾
性率と伸びを有する熱硬化性樹脂に潤滑剤等を混合した
皮膜による加工性改善が試みられている。

【０００４】上記従来技術では、常温から樹脂皮膜のガ
ラス転移温度付近までの温度範囲においては、潤滑油を
使用しなくても深絞り加工性は良好である。しかし、潤
滑油を使用せずに連続的に深絞り加工を行うと、金型温
度は150 ℃程度まで上昇するため、樹脂皮膜に粘性が発
生し、皮膜の破壊とカジリが発生する。更にこの場合
は、粘性を持った樹脂皮膜が被加工物に付着して外観を
悪化させ、商品価値を著しくおとしめる。

【０００５】このような樹脂の粘性によるカス発生の問
題は、樹脂系皮膜の本質的な問題であり、その改善のた
めには例えば、樹脂のガラス転移温度を極めて高くする
等の方策も考えられるが、この場合には、皮膜としての
成膜が困難になるといった問題が発生する。

【０００６】特開平8-196989号公報および9-57188 号公
報においては、有機系の皮膜ではなく、ワックスを含む
シリカ粒子の乾燥ゲルからなるガラス質の皮膜を表面に
有する表面処理鋼板が提案されている。この場合は、皮
膜の粘性がほとんどないため、樹脂カスの付着による加
工外観の悪化という問題は発生しない。しかし、皮膜が
乾燥ゲルであるが故に、皮膜に多くのひび割れがあり、
皮膜自身の応力も大きいため、加工時には、皮膜の破壊
が発生し、樹脂カスの付着の問題はないものの、加工外
観としては不良である。さらには、乾燥ゲル皮膜は、空
気中の水分により吸湿し、ムラを発生しやすいといった
問題もある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、上記欠点
を解決し、プレス成形、更に詳しくは無塗油での深絞り
加工を行う際の被加工物表面の外観悪化を防止すること
のできる亜鉛系メッキ鋼板を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、 (1) 亜鉛系メッキ鋼板の上層に、10〜100mg/m²のクロメ
ート層を有し、更にその上層に、アルカリ金属カチオン
による分散安定化作用を受けていない水性コロイダルシ
リカを１００重量部と、ノニオン性水性樹脂エマルジョ
ンまたは分散液の固形分５〜50重量部混合した水溶液を
塗布、乾燥させた0.2g/m² 〜1.5g/m² の無機有機皮膜層
を有することを特徴とする深絞り加工性に優れた亜鉛系
メッキ鋼板。 (2) 水性コロイダルシリカが、純粋なケイ酸コロイドま
たはアンモニウムイオンによる分散安定化作用を受けた
ものである、前項に記載の亜鉛系メッキ鋼板。 (3) ノニオン性水性樹脂エマルジョンまたは分散液が、
ポリオレフィンワックスまたは、変性ポリオレフィンワ
ックスからなる、前項のいずれかに記載の亜鉛系メッキ
鋼板。 (4) 無機有機皮膜層に、粒径0.2 μ〜３μのポリエチレ
ンワックスをシリカ100重量部に対して５〜50重量部含
有することを特徴とする前項のいずれかに記載の亜鉛系
メッキ鋼板。である。

【０００９】

【発明の実施の形態】我々の知見によれば、有機樹脂を
主とする潤滑皮膜では、深絞りの程度にもよるものの、
樹脂カスの発生による加工外観の悪化を防止することは
本質的に不可能であった。一方シリカの乾燥ゲル皮膜で
は、従来技術に述べたような問題点があった。そこで、
この両者の特長を融合した皮膜を検討した結果、特定の
コロイダルシリカと特定の水性樹脂を混合して形成した
皮膜によって、問題が解決できることを見いだした。

【００１０】ここでコロイダルシリカについては、Ｎ
ａ，Ｋ，Ｌｉ等のアルカリ金属カチオンによる分散安定
化作用を受けたものは使用できず、これらを使用する
と、皮膜の耐水性が顕著に劣化する。コロイダルシリカ
としては、アンモニウムイオンによって安定化を受けた
コロイダルシリカ、あるいは、純粋なケイ酸コロイドの
いずれかの使用が好ましい。

【００１１】次に水性樹脂については、ノニオン系の水
性エマルジョンまたは分散液であることが必要であり、
アニオン系、カチオン系の水性エマルジョンまたは分散
液では、乾燥した皮膜にひび割れが発生し、深絞り加工
時の外観改善効果はほとんど観察されず、また皮膜の耐
水性も良好ではなかった。この原因については明らかで
はないが、ノニオン系の樹脂または乳化剤のＯＨ基と、
コロイダルシリカの間で何らかの相互作用があり、この
効果が現れているものと推定される。また、アニオン系
やカチオン系のイオン性樹脂では、コロイダルシリカと
何らかの静電気的作用により分散安定化に影響を及ぼ
し、皮膜の均一性を悪化させるものと推定される。ノニ
オン系の水性エマルジョンまたは分散液としては、特に
限定されるものではないが、例えば、ポリオキシエチレ
ンアルキルエーテル類、ポリオキシエチレンアルキルフ
ェニルエーテル類、ソルビタン高級脂肪酸エステル類、
ポリオキシエチレン高級脂肪酸エステル類、グリセリン
高級脂肪酸エステル類、ポリオキシエチレン・ポリオキ
シプロピレン・ブロック共重合体等のアニオン系乳化剤
を使用し、−ＯＨ基等の極性基を持つ樹脂を水中に強制
分散した分散液、また例えば、ウレタンプレポリマーを
長鎖アルキレンオキシドの縮合物と−ＯＨ基等含有のア
ミンで鎖伸長した自己乳化ノニオン性エマルジョン、ま
た例えば、各種モノマーと共重合可能なノニオン系の反
応性乳化剤の存在下で乳化重合された水性分散液、ある
いは以上例示したものの混合物、等を挙げることができ
る。中でも、加工外観を考慮した時、最も好ましいの
は、ポリオレフィンワックスまたは変性ポリオレフィン
ワックスのノニオン性分散液であり、更に好ましくは、
ポリエチレンワックスまたは変性ポリエチレンワックス
のノニオン性分散液である。コロイダルシリカと樹脂の
混合比については、シリカ100 重量部に対して、樹脂が
５〜50重量部の範囲であることが必要である。５重量部
よりも少ないと、皮膜に多数のひび割れが発生し、深絞
り加工時に皮膜の損傷が激しく良好な加工外観は得られ
ない。一方50重量部を超えても、深絞り加工において皮
膜に粘着性が発生し、樹脂カスとして鋼板に付着するよ
うになり、加工外観は不良である。

【００１２】以上述べたような組成の皮膜を10〜100mg/
m²の付着量のクロメート処理亜鉛系メッキ鋼板上に施
す。クロメート皮膜としては、特に限定されるものでは
なく、公知の反応型クロメート、電解型クロメート、塗
布型クロメート等のいずれでも良いが、上層の皮膜との
密着性を考慮し、電解型クロメートが望ましい。クロメ
ート付着量が10mg/m² 未満では耐食性が不足し、一方10
0mg/m²を超えても耐食性の効果は飽和し不経済であると
ともに、クロメートによる着色が発生しやすため好まし
くない。

【００１３】皮膜の形成は、スプレー、ロールコーター
等による塗布と、その後の乾燥により行う。乾燥は水分
が蒸発する環境に鋼板を保持すればよいが、好ましく
は、鋼板の板温が90℃〜150 ℃の範囲になるように数秒
間加熱する。一般にコロイダルシリカは、Na等のアルカ
リ金属を含むシリケートに比較して脱水縮合が起こりに
くく、その温度は140 ℃〜150 ℃程度である。したがっ
て150 ℃程度以上に加熱すると水和水の蒸発により乾燥
ゲルとなって、皮膜にひび割れを発生しやすくなるが、
本発明の場合は、ノニオン系の樹脂組成物と複合するこ
とで、150 ℃以上に加熱しても、必ずしもこのような問
題は発生しない。ただし好ましい温度範囲としては150
℃以下である。また90℃未満であっても皮膜に多量の水
分が残存しやすいため好ましくない。このようにして形
成した皮膜の重量は0.2g/m² 〜1.5g/m² の範囲であるこ
とが必要である。0.2 未満では、加工時の外観は不良で
あり、また1.5g/m² を超えると、効果が飽和するだけで
なく、場合によっては皮膜自身の応力が問題となること
もあり得るため、好ましくない。

【００１４】本発明のより好ましい形態として、皮膜中
に粒径が0.2 〜3.0 μの粒径ポリエチレンワックスをシ
リカの固形分100 重量部に対して５〜50重量部含有する
ことである。このような粒状のワックスを含有すること
で加工時の外観は更に良好となる。このような効果は、
ワックスの粒径が0.2 μ未満では得られず、また３μを
超えた場合には、ワックスが皮膜から剥離しやすくなり
効果が得られない。またワックスの量が５重量部未満で
は効果が得られず、50重量部を超えると、深絞り加工時
の皮膜の粘性の発生につながり好ましくない。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の実施例を示す。（実施例１）試料調整母材としては電気亜鉛メッキ鋼板（板厚0.8mm 、目付量
20g/m²/ 片面）を用い、アルカリスプレー脱脂の後、ク
ロム酸−硫酸溶液中でカソード電解を行い、40mg/m² の
クロメート皮膜を形成した。更にこの上層に、各種処理
液をロールコーターにて塗布し、直後に熱風乾燥炉で板
温100 ℃となるように数秒間加熱し、放冷した。処理液
は、各種のコロイダルシリカを100 重量部に対して、水
性樹脂を各種重量部で混合したものを用いた。なお、こ
こで水性樹脂は、変性ポリエチレン（分子量約10000 ）
をポリオキシエチレンアルキルエーテルを乳化剤として
分散した水性分散液を用いた。

【００１６】評価方法「深絞り加工性」クランクプレス機を用いていた厚0.8m
m の素材に対して＋６％のクリアランスを有する金型を
用いて、しわ押さえ圧３トン、成形高さ50mmの一次成形
をした後、元の板厚0.8mm に対して−10% のクリアラン
スを有する金型を用いて二次成形を行った。

【００１７】(a) 一次成形試験条件・ポンチ径80.0mm(R4mm) ・ダイス径81.69mm （R4mm）・ブランク径170mm φ ・成形高さ50mm ・しわ押さえ圧３トン・加工速度50spm (b) 二次成形試験条件・ポンチ径80.0mm(R4mm) ・ダイス径81.44mm （R4mm）・成形高さ50mm ・しわ押さえ圧０トン・加工速度30spm 評価については以下基準で行った。

【００１８】 ◎◎；ポンチ、ダイス、被加工物に皮膜カスの付着な
く、かつ加工によるスリ疵が全く認められない。 ◎；ポンチ、ダイス、被加工物に皮膜カスの付着なく、
かつ加工によるスリ疵が僅かに認められる。 ○；ポンチ、ダイス、被加工物に皮膜カスの付着なく、
かつ加工によるスリ疵が認められる。 △；ポンチ、ダイス、被加工物に皮膜カスの付着がわず
かに認められる。 ×；ポンチ、ダイス、被加工物に皮膜カスの付着が多量
に認められる。

【００１９】「耐水性」沸騰水に30分浸漬し、前後の皮
膜量の溶出率を蛍光Ｘ線によるシリカ量として定量し
た。評価は、溶出率として、◎；3%未満、○；３% 以上
10% 未満、△；10% 以上25% 未満、×；25% 以上。

【００２０】「上塗り塗料の密着性」関西ペイント製ア
ミラック#1000 を20μ塗布し、130℃で20分間焼き付
け、１日放置後、1mm の碁盤目カットを入れ、セロテー
プにより剥離を行った。評価は剥離面積率で行い、◎；
0%、○；〜5%未満、△5%以上25% 未満、×；25% 以上。

【００２１】表１に、結果を示すが、本発明例では、深
絞り性、耐水性、塗料密着性がいずれも優れるが、本発
明で規定する条件から外れるものは、何らかの性能が悪
化した。

【００２２】

【表１】

【００２３】（実施例２）試料調整実施例１と同様の母材に、同様に処理した。ここでの塗
布液は、アンモニア安定型コロイダルシリカを100 重量
部に対して、各種の水性樹脂と粒状ポリエチレンワック
スの混合物を用いた。乾燥皮膜重量は全て0.5g/m² とし
た。

【００２４】評価方法評価方法は実施例１と同様である。表２に、結果を示す
が、本発明例では、深絞り性、耐水性、塗料密着性いず
れも優れるが、本発明で規定する条件から外れるもの
は、何らかの性能が悪化した。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明によって得られた無機有機被膜
は、潤滑性に優れ、厳しい深絞り加工を行った際にも樹
脂カスが発生せず、良好な加工外観が得られる。更に耐
水性、塗料密着性等の基本性能にも優れ、家電用途をは
じめとする無塗油でのプレス成形を必要とする部材に好
適なものである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 4D075 BB24Z BB74X BB92X BB92Y CA03 CA09 CA13 CA38 CA48 DB05 DC02 DC12 DC18 EA06 EA12 EA13 EA37 EB01 EB02 EB13 EB37 EB56 EB57

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】亜鉛系メッキ鋼板の上層に、10〜100mg/
m²のクロメート層を有し、更にその上層に、アルカリ金
属カチオンによる分散安定化作用を受けていない水性コ
ロイダルシリカを１００重量部と、ノニオン性水性樹脂
エマルジョンまたは分散液の固形分５〜50重量部混合し
た水溶液を塗布、乾燥させた0.2g/m²〜1.5g/m² の無機
有機皮膜層を有することを特徴とする深絞り加工性に優
れた亜鉛系メッキ鋼板。
【請求項２】水性コロイダルシリカが、純粋なケイ酸
コロイドまたはアンモニウムイオンによる分散安定化作
用を受けたものである、請求項１に記載の亜鉛系メッキ
鋼板。
【請求項３】ノニオン性水性樹脂エマルジョンまたは
分散液が、ポリオレフィンワックスまたは、変性ポリオ
レフィンワックスからなる、請求項１または２に記載の
亜鉛系メッキ鋼板。
【請求項４】無機有機皮膜層に、粒径0.2 μ〜３μの
ポリエチレンワックスをシリカ100 重量部に対して５〜
50重量部含有することを特徴とする請求項１乃至３のい
ずれかに記載の亜鉛系メッキ鋼板。