JP2001131769A - プレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents

プレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板

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JP2001131769A
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Shoichiro Taira
章一郎 平
Toru Imokawa
透 妹川
Shuji Nomura
修二 野村
Michitaka Sakurai
理孝 櫻井
Yoshiharu Sugimoto
芳春 杉本
Junichi Inagaki
淳一 稲垣
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Nippon Kokan Ltd
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
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    • C23C28/32Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
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Abstract

(57)【要約】 【課題】プレス成形時の摺動特性に優れた合金化溶融亜
鉛めっき鋼板を提供する。 【解決手段】めっき表面に平坦部を有し、その平坦部の
表層にAl酸化物を20at%以上含有する酸化物層を有する
ことを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。

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、プレス成形時に
おける摺動性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関す
る。
【0002】
【従来の技術】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は亜鉛めっき
鋼板と比較して溶接性および塗装性に優れることから、
自動車車体用途を中心に広範な分野で広く利用されてい
る。そのような用途での合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、
プレス成形を施されて使用に供される。しかし、合金化
溶融亜鉛めっき鋼板は、冷延鋼板に比べてプレス成形性
が劣るという欠点を有する。これはプレス金型での合金
化溶融めっき鋼板の摺動抵抗が冷延鋼板に比べて大きい
ことが原因である。すなわち、金型ビードでの摺動抵抗
が大きい部分で合金化溶融亜鉛めっき鋼板がプレス金型
に流入しにくくなり,鋼板の破断が起こり易い。
【0003】亜鉛系めっき鋼板使用時のプレス成形性を
向上させる方法としては、一般に高粘度の潤滑油を塗布
する方法が広く用いられている。しかし、この方法で
は、潤滑油の高粘性のために塗装工程で脱脂不良による
塗装欠陥が発生したり、また、プレス時の油切れによ
り、プレス性能が不安定になる等の問題がある。従っ
て、合金化溶融亜鉛めっき自身のプレス成形性が改善さ
れることが強く要請されている。
【0004】上記の問題を解決するする方法として、特
開昭53−60332号公報および特開平2−190483号公報に
は、亜鉛系めっき鋼板の表面に電解処理、浸漬処理、塗
布酸化処理、または加熱処理を施すことにより、ZnOを
主体とする酸化膜を形成させて溶接性、または加工性を
向上させる技術を開示している。
【0005】特開平4−88196号公報は、亜鉛系めっき鋼
板の表面に、りん酸ナトリウム5〜60g/lを含み、pH2〜
6の水溶液にめっき鋼板を浸漬するか、電解処理を行
う、または、上記水溶液を塗布することにより、P酸化
物を主体とした酸化膜を形成して、プレス成形性および
化成処理性を向上させる技術を開示している。
【0006】特開平3−191093号公報は、亜鉛系めっき
鋼板の表面に電解処理、浸漬処理、塗布処理、塗布酸化
処理、または加熱処理により、Ni酸化物を生成させるこ
とにより、プレス成形性および化成処理性を向上させる
技術を開示している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
先行技術を合金化溶融亜鉛めっき鋼板に適用した場合で
も、プレス成形性の改善効果を安定して得ることは出来
ない。本発明者らは、その原因について詳細な検討を行
った結果、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面には、酸化
物が不均一に存在することにより、表面の反応性が不均
一であること、および、表面の凹凸が大きいことが原因
であることを見出した。即ち、先行技術を合金化溶融亜
鉛めっき鋼板に適用した場合、表面の反応性が不均一で
あるために、電解処理、浸漬処理、塗布酸化処理および
加熱処理等を行っても所定の皮膜を表面に均一に形成さ
せることは困難であり、安定した摺動性能を得ることは
出来ない。また、表面の凹凸が大きいため、プレス成形
時にプレス金型と直接接触するのは表面の凸部となる
が、凸部のうち膜厚の薄い部分と金型との接触部での摺
動抵抗が大きくなり、プレス成形性の改善効果が十分に
は得られない本発明は上記の問題点を改善し、プレス成
形時の摺動性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】合金化溶融亜鉛めっき鋼
板表面の上記平坦部は、周囲と比較すると凸部として存
在する。プレス成形時に実際にプレス金型と接触するの
は、この平坦部が主体となるためで、この平坦部におけ
る摺動抵抗を小さくするには、めっき層と金型との凝着
を防ぐのが有効である。
【0009】本発明者らは、めっき後処理によらず、溶
融亜鉛めっき工程で、めっき層表面を金型との凝着を抑
制する組成・構造に改変する技術に関して鋭意研究を重
ねた結果、良好な摺動特性を示す合金化溶融亜鉛めっき
鋼板を得るためには、めっき表面に存在する平坦部表面
に、通常存在する亜鉛を主体とする酸化物ではなく、Al
を主成分とする酸化物層を存在させることにより、摺動
特性を大きく改善する方法を見出した。Al酸化物はZn酸
化物に比較して硬質かつ高融点であるために金型との凝
着が起こりにくいため、摺動抵抗が小さくなって、プレ
ス成形性が良好となると考えられる。
【0010】本発明は、以上の知見に基づいて為された
ものであり、第1発明は、めっき表面に平坦部を有し、
その平坦部の表層に酸化物層を有し、その酸化物層のAl
濃度が20at%以上である合金化溶融亜鉛めっき鋼板であ
る。
【0011】第2発明は、第1発明において、めっき表
面における上記平坦部の面積率が20〜80%であることを
特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。
【0012】第3発明は第1〜第3発明において、めっ
き層が主としてδ1相からなり、また、ζ相を含んでい
ることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。
【0013】
【発明の実施の形態】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、合
金化処理時の鋼板−めっき界面の反応性の差により、表
面に凹凸が存在する。しかしながら、調質圧延などの方
法により表面を平滑化すると、めっき表面の凹凸が緩和
される。従って、プレス成形時には、金型がめっき表面
の凸部を押しつぶすのに必要な力が低下し、摺動特性を
向上させることが出来る。
【0014】合金化溶融亜鉛めっき鋼板表面の平坦部
は、プレス成形時に金型が直接接触する部分であるた
め、金型との凝着を防止する硬質かつ高融点の物質が存
在することが摺動性の向上には重要である。この観点か
らも、表層に酸化物層を形成することは、摺動特性の向
上に有効であるが、中でもZn酸化物に比べて高硬度、高
融点のAl酸化物が有効である。
【0015】溶融亜鉛めっき層中には、過剰な合金化反
応を抑制するためにAlが含まれているが、合金化処理時
の加熱の際には、Znよりも酸化しやすいAlが表層に濃化
して酸化物層を形成する。しかしながら、通常溶融亜鉛
めっき浴中のAl濃度は0.2wt%未満であり、表層のAl濃度
を20at%以上とするためにはめっき方法の工夫が必要で
あり、浴中Alを相対的に高めたり、合金化温度を高くす
る等の合金化条件の最適化が必要である。表層のAl濃度
を20at%以上とした理由は、20at%以上とすることによ
り、酸化物層が硬質かつ高融点となり摺動特性を大きく
改善することができるためである。この酸化物層の厚さ
は特に限定されないが一般的には10nm〜30nm程度であ
る。
【0016】なお、平坦部表面の酸化物層の厚さは、Ar
イオンスパッタリングと組み合わせたオージェ電子分光
(AES)により求めることが出来る。この方法において
は、所定厚さまでスパッタした後、測定対象の各元素の
スペクトル強度から相対感度因子補正により、その深さ
での組成を求めることが出来る。酸化物または水酸化物
に起因するOの含有率は、ある深さで最大値となった後
(これが最表層の場合もある)、減少し、一定となる。O
の含有率が最大値より深い位置で、最大値と一定値との
和の1/2となる深さを、酸化物の厚さとする。また、表
層Al濃度は、Al含有率の深さ方向プロファイルにおける
最大値とする.ここで、めっき表面における平坦部の面
積率は、20〜80%とするのが望ましい。20%未満では、平
坦部を除く部分(凹部)での金型との接触面積が大きくな
り、実際に金型と接触する面積のうち、酸化物厚さを確
実に制御できる平坦部の面積率が小さくなるため、プレ
ス成形性の改善効果が小さくなる。また、平坦部を除く
部分は、プレス成形時にプレス油を保持する役割を持
つ。従って、平坦部を除く部分の面積率が20%未満にな
ると(平坦部面積率が80%を超えると)プレス成形時に油
切れを起こしやすくなり、プレス成形性の改善効果が小
さくなる。
【0017】なお、めっき表面の平坦部は、光学顕微鏡
あるいは走査型電子顕微鏡で表面を観察することで容易
に識別可能である。めっき表面における平坦部の面積率
は、上記顕微鏡写真を画像解析することにより求めるこ
とが出来る。
【0018】本発明で用いる合金化溶融亜鉛めっき鋼板
のめっき皮膜のFe含有率およびAl含有率は特に規定しな
いが、めっき層としては主としてδ1相からなり、更
に、ζ相を含んでいる構造が望ましい。Fe濃度が低いζ
あるいはηが主体となると、めっき皮膜が低融点で軟質
となるため、プレス成形時にいわゆるフレーキングとな
ってめっき皮膜が金型に堆積し、製品歩留まりの低下や
金型手入れの頻度増加による生産性の低下をもたらすこ
とがある。また、δ1単相となるまで合金化を進める
と、Fe含有率の高いΓ相、Γ1相が厚くなり、プレス加
工時にめっき皮膜が剥離するパウダリングが生じ易くな
り、剥離粉による押し傷が発生し易い。従って、めっき
皮膜としてはδ1主体でζが残存する構造が有利であ
る。
【0019】本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板を
製造するに関しては、めっき浴中にAlが添加されている
ことが必要であるが、Al以外の添加成分元素は特に限定
されない。すなわち、Alの他に、Fe,Pb,Sb.Si,Sn,
Mg,Mn,Ni,Ti,Li,Cu等が含有または添加されていて
も、本発明の効果が損なわれるものではない。
【0020】
【実施例】次に、本発明を実施例により、更に詳細に説
明する。
【0021】板厚0.8mmの冷延鋼板上に、常法の合金
化溶融亜鉛めっき皮膜を形成し、更に調質圧延を行っ
た。この際に、調質圧延の圧下荷重を変化させること
で、表面における平坦部面積率を変化させた。また、め
っき浴中Al濃度を変化させるか、合金化条件を変化させ
て、表層のAl濃度を変化させた。
【0022】次いで、上記方法で作成した供試材につい
て、めっき皮膜中のFe含有率、平坦部面積率、酸化物層
厚さ、表層Al濃度の測定およびプレス成形性の評価を行
った。酸化物層厚さ、表層Al濃度の測定およびプレス成
形性の評価は下記の方法で行った。
【0023】酸化物層の厚さ測定 オージェ電子分光(AES)により平坦部の各元素の含有率
(at%)を測定し、引き続いて所定の深さまでArスパッタ
リングした後、AESによりめっき皮膜中の各元素の含有
率の測定を行い、これを繰り返すことにより、深さ方向
の各元素の組成分布を測定した。酸化物、水酸化物に起
因するOの含有率はある深さで最大となった後、減少し
一定となる。 Oの含有率が、最大値より深い位置で、最
大値と一定値との和の1/2となる深さを、酸化物の厚さ
とした。また、Alの含有率が最大となる値を表層Al濃度
とした。なお、予備処理として30秒のArスパッタリング
を行って、供試体表面のコンタミネーションレイヤーを
除去した。
【0024】(2)プレス成形性評価試験(摩擦係数測定
試験) プレス成形性を評価するために、各供試体の摩擦係数を
以下のようにして測定した。
【0025】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、供試体から採取した摩擦
係数測定用資料1が、資料台2に固定され、資料台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資料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を測定するための第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、潤滑油として日本パーカライジング社製ノ
ックスラスト550HNを試料1の表面に塗布して試験を
行った。
【0026】図2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。ビード6の形状は幅10m
m、試料の摺動方向長さ12mm、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3mmの平面を有する。
【0027】摩擦係数測定試験は下に示す条件で行っ
た。
【0028】[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。
【0029】試験結果を表1に示す。
【0030】
【表1】
【0031】表1に示すように、表層のAl濃度が本発明
範囲内にある場合(本発明例1〜19)には、摩擦係数は本
発明範囲外(比較例1〜4)に比べて、すべて低い値であ
り、良好な摺動特性を示した。更に、平坦部の面積率が
20%以上、80%以下の場合(本発明例5〜19)には摩擦係数
は更に低い値を示し、極めて良好な摺動特性を示す。
【0032】
【発明の効果】本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板は表
面に平坦部を有しているので、その表面に金型との凝着
を抑制するAl酸化物を20at%以上含有する酸化物層を有
するために、プレス成形時の摺動抵抗が小さく、安定し
て優れたプレス成形性を有する。
【図面の簡単な説明】
【図1】摩擦係数測定装置を示す概略正面図。
【図2】図1中のビード形状・寸法を示す概略斜視図。
【符号の説明】
1...摩擦係数測定用試料 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...押し付け荷重 F...摺動抵抗力 P...引張荷重
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野村 修二 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 櫻井 理孝 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 杉本 芳春 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 稲垣 淳一 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日 本鋼管株式会社内 Fターム(参考) 4K027 AA05 AA22 AB36 AB37 AB44 AC73 AC87 4K044 AA02 AB02 BA10 BA12 BB03 BC01 BC05 CA11

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 めっき表面に平坦部を有し、その平坦部
    の表層に酸化物層を有し、その酸化物層のAl濃度が20at
    %以上であることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼
    板。
  2. 【請求項2】 めっき表面における上記平坦部の面積率
    が20%以上、80%以下であることを特徴とする請求項1に
    記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
  3. 【請求項3】 めっき層が主としてδ1相からなり、ま
    た、ζ相を含んでいることを特徴とする請求項1または
    2に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
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