JP2003306781A

JP2003306781A - 合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法

Info

Publication number: JP2003306781A
Application number: JP2002116026A
Authority: JP
Inventors: Shoichiro Taira; 章一郎平; Yoshiharu Sugimoto; 芳春杉本; Junichi Inagaki; 淳一稲垣; Masaaki Yamashita; 正明山下
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2003-10-31
Anticipated expiration: 2022-04-18
Also published as: JP3807341B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プレス成形時の摺動性に優れた合金化溶融め
っき鋼板を安定して製造する製造方法を提供する。【解決手段】鋼板に溶融亜鉛めっきを施し、さらに加
熱処理により合金化し、調質圧延を施した後、酸性溶液
に接触させて、めっき表面に酸化物層を形成する合金化
溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、前記酸性溶液
として、pH緩衝作用を有する酸性溶液を用いるととも
に、酸性溶液に接触後、1〜30秒保持した後水洗するこ
とを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
前記pH緩衝作用を有する酸性溶液として、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(ml)で定義するpH上昇
度が3.0〜20.0の範囲にある酸性溶液を用いる。

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、合金化溶融亜鉛
めっき鋼板の平坦部表面に酸化物層を形成することで、
優れたプレス成形性を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板
を安定的に製造する製造方法に関するものである。

【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、金型とビードでの摺動抵
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やすい。

【０００３】合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、鋼板に亜鉛
めっきを施した後、加熱処理を行い、鋼板中のFeとめっ
き層中のZnが拡散する合金化反応が生じることにより、
Fe-Zn合金相を形成させたものである。このFe-Zn合金相
は、通常、Γ相、δ₁相、ζ相からなる皮膜であり、Fe
濃度が低くなるに従い、すなわち、Γ相→δ₁相→ζ相
の順で、硬度ならびに融点が低下する傾向がある。この
ため、摺動性の観点からは、高硬度で、融点が高く凝着
の起こりにくい高Fe濃度の皮膜が有効であり、プレス成
形性を重視する合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、皮膜中の
平均Fe濃度を高めに製造されている。

【０００４】しかしながら、高Fe濃度の皮膜では、めっ
き−鋼板界面に硬くて脆いΓ相が形成されやすく、加工
時に、界面から剥離する現象、いわゆるパウダリング
が生じ易い問題を有している。このため、特開平1-3196
61号公報に示されているように、摺動性と耐パウダリン
グ性を両立するために、上層に第二層として硬質のFe系
合金を電気めっきなどの手法により付与する方法がとら
れている。

【０００５】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、この他に、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。

【０００６】上記の問題を解決する方法として、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。

【０００７】特開平4-88196号公報は、亜鉛系めっき鋼
板の表面に、リン酸ナトリウム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、プレス成形性及び化成処理
性を向上させる技術を開示している。

【０００８】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。

【０００９】

【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、
プレス成形性の改善効果を安定して得ることはできな
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、合金化溶融めっき鋼板はAl酸化物が存在するこ
とにより表面の反応性が劣ること、及び表面の凹凸が大
きいことが原因であることを見出した。即ち、先行技術
を合金化溶融めっき鋼板に適用した場合、表面の反応性
が低いため、電解処理、浸漬処理、塗布酸化処理及び加
熱処理等を行っても、所定の皮膜を表面に形成すること
は困難であり、反応性の低い部分、すなわち、Al酸化物
量が多い部分では膜厚が薄くなってしまう。また、表面
の凹凸が大きいため、プレス成型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。

【００１０】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めっき鋼板を安定して
製造する製造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく、鋭意研究を重ねた結果、合金化溶融め
っき鋼板表面に存在する平坦部表層の酸化物層厚さを10
nm以上に制御することで、安定して優れたプレス成形性
が得られることを知見した。

【００１２】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、この平坦部における摺動抵抗を小さく
すれば、プレス成形性を安定して改善することができ
る。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り、そのため
には、めっき層の表面に、硬質かつ高融点の皮膜を形成
することが有効である。この観点から検討を進めた結
果、平坦部表層の酸化物層厚さを制御することが有効で
あり、こうして平坦部表層の酸化膜厚を制御すると、め
っき層と金型の凝着が生じず、良好な摺動性を示すこと
を見出した。また、このような酸化膜厚の形成には、酸
性溶液と接触させてめっき表層に酸化物層を形成する方
法が有効なことが明らかになった。

【００１３】本発明者らは、前記の知見に基づいて、合
金化溶融亜鉛めっき鋼板およびその製造方法について特
許出願した（特願2000-212591）。この出願に係る発明
は、鉄−亜鉛合金めっき表面に面積率で20〜80％の平坦
部を有し、その平坦部の表層に厚さが10nm以上の酸化物
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
であり、前記鋼板を製造するに際し、鋼板に溶融亜鉛め
っきを施し、さらに加熱処理により合金化し、調質圧延
を施した後に、酸性溶液と接触させてめっき表層に酸化
物層を形成することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の製造方法である。

【００１４】また、酸性溶液と接触するのみでは、平坦
部の表層に十分な酸化物層を形成することができず、プ
レス成形性の改善効果が見られない場合があることか
ら、より詳細な検討を行い、酸性溶液に接触終了後1〜3
0秒放置した後水洗、乾燥することによって、摺動特性
に優れた鋼板をより安定的に製造できることを見出し
た。さらに詳細な検討を繰り返していくうちに、鋼板と
接触させる酸性溶液にも、特に効率よく酸化物層を形成
できるものがあり、この溶液はpH緩衝作用を有すること
を見出した。

【００１５】本発明は、以上の知見に基いてなされたも
のであり、その要旨は以下の通りである。第一発明は、
鋼板に溶融亜鉛めっきを施し、さらに加熱処理により合
金化し、調質圧延を施した後、酸性溶液に接触させて、
めっき表面に酸化物層を形成する合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の製造方法において、前記酸性溶液として、pH緩衝
作用を有する酸性溶液を用いるとともに、酸性溶液に接
触後、1〜30秒保持した後水洗することを特徴とする合
金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供する。

【００１６】第二発明は、第一発明において、前記pH緩
衝作用を有する酸性溶液として、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(ml)で定義するpH上昇度が3.0
〜20.0の範囲にある酸性溶液を用いることを特徴とする
合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供する。第三
発明は、第一または第二発明において、前記pH緩衝作用
を有する酸性溶液として、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種類以上を、前記各成分の含
有量を5〜50g/lの範囲で含有し、溶液のpHが1.0〜5.0の
範囲にある酸性溶液を用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の製造方法
を提供する。

【００１７】第四発明は、第一〜第三発明において、酸
性溶液に接触させる前に、アルカリ性溶液に接触させ表
面を活性化することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の製造方法を提供する。

【００１８】第五発明は、第一〜第四発明において、酸
性溶液に接触させた後に、アルカリ性溶液に接触させ表
面に残存した酸性溶液の中和処理を行うことを特徴とす
る合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供する。

【００１９】第六発明は、第一〜第五発明において、酸
性溶液に接触させた後、鋼板表面に形成する溶液膜が3g
/m²以下であることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき
鋼板の製造方法を提供する。

【００２０】

【発明の実施の形態】合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造
の際には、鋼板に溶融亜鉛めっきを施した後に、さらに
加熱し合金化処理が施されるが、この合金化処理時の鋼
板−めっき界面の反応性の差により、合金化溶融亜鉛め
っき鋼板表面には凹凸が存在する。しかしながら、合金
化処理後には、通常、材質確保のために調質圧延が施さ
れ、この調質圧延時のロールとの接触により、めっき表
面は平滑化され凹凸が緩和される。従って、プレス成型
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できる。

【００２１】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。この点で
は、表層に酸化物層を存在させることは、酸化物層が金
型との凝着を防止するため、摺動特性の向上に有効であ
る。

【００２２】実際のプレス成形時には、表層の酸化物は
摩耗し、削り取られるため、金型と被加工材の接触面積
が大きい場合には、十分に厚い酸化膜の存在が必要であ
る。めっき表面には合金化処理時の加熱により酸化物層
が形成されているものの、調質圧延時のロールとの接触
により大部分が破壊され、新生面が露出しているため、
良好な摺動性を得るためには調質圧延以前に厚い酸化物
層を形成しなければならない。また、このことを考慮に
入れて、調質圧延前に厚い酸化物層を形成させたとして
も、調質圧延時に生じる酸化物層の破壊を避けることは
できないため、平坦部の酸化物層が不均一に存在し、良
好な摺動性を安定して得ることはできない。

【００２３】このため、調質圧延が施された合金化溶融
亜鉛めっき鋼板、特にめっき表面平坦部に、均一に酸化
物層を形成する処理を施すと良好な摺動性を安定的に得
ることができる。

【００２４】合金化溶融亜鉛めっき鋼板を酸性溶液と接
触させ、その後、1〜30秒放置した後水洗、乾燥するこ
とによってめっき表層に酸化物層を形成することができ
るが、この際の酸性溶液がpH緩衝作用を持つ溶液である
と、めっき表面平坦部に摺動特性に優れる酸化物層を安
定して形成することができる。

【００２５】この酸化物層形成メカニズムについては明
確ではないが、次のように考えることができる。合金化
溶融亜鉛めっき鋼板を酸性溶液に接触させると、鋼板側
からは亜鉛の溶解が生じる。この亜鉛の溶解は、同時に
水素発生反応を生じるため、亜鉛の溶解が進行すると、
溶液中の水素イオン濃度が減少し、その結果溶液のpHが
上昇し、合金化溶融亜鉛めっき鋼板表面にZnを主体とす
る酸化物層を形成すると考えられる。この際に、pH緩衝
作用を持たない酸性溶液を使用すると、溶液のpHが瞬時
に上昇し、酸化物層の形成に十分な亜鉛の溶解が得られ
ず、その結果、摺動性の向上に十分な酸化物層の形成が
生じない。これに対して、pH緩衝作用を有する酸性溶液
を使用すると、亜鉛が溶解し、水素発生反応が生じて
も、溶液のpH上昇が緩やかであるため、さらに亜鉛の溶
解が進行し、結果的に、摺動性の向上に十分な酸化物の
生成が生じる。

【００２６】pH緩衝作用を有する酸性溶液は、pH2.0〜
5.0の領域においてpH緩衝作用を有するものが好まし
い。これは、前記pH範囲でpH緩衝作用を有する酸性溶液
を使用すると、酸性溶液に接触後、所定時間保持するこ
とで、本発明が目的とする酸化物層を安定して得ること
ができるためである。

【００２７】また、このようなpH緩衝作用の指標とし
て、1リットルの酸性溶液のpHを2.0から5.0まで上昇さ
せるのに要する1.0mol/l水酸化ナトリウム水溶液の量
（ml）で定義するpH上昇度で評価でき、この値が3.0〜2
0.0の範囲にあると、めっき表面平坦部に安定して厚さ1
0nm以上の酸化物層を形成することができる。ここで、p
Hの上昇域を2.0から5.0としたのは、pHが5.0を越えた領
域で亜鉛酸化物が生成し、酸性溶液に接触後、所定時間
保持しても厚さ10nm以上の酸化物層を形成しにくくな
り、pHが2.0未満でのpH上昇挙動は、実質的に酸化物の
生成のしやすさには影響を及ぼさないためである。ま
た、pH上昇度が、3.0未満であると、酸化物層の形成に
十分な亜鉛の溶解が得られないため、十分な酸化物層の
形成が生じず、20.0を超えると、亜鉛の溶解が促進さ
れ、酸化物層の形成に長時間を有するだけでなく、めっ
き層の損傷も激しく、本来の防錆鋼板としての役割も失
うことが考えられるためである。

【００２８】このようなpH緩衝作用を有する酸性溶液と
しては、酢酸ナトリウム（CH₃COONa）などの酢酸塩、フ
タル酸水素カリウム（(KOOC)₂C₆H₄）などのフタル酸
塩、クエン酸ナトリウム（Na₃C₆H₅O₇）やクエン酸二水
素カリウム（KH₂C₆H₅O₇）などのクエン酸塩、コハク酸
ナトリウム（Na₂C₄H₄O₄）などのコハク酸塩、乳酸ナト
リウム（NaCH₃CHOHCO₂）などの乳酸塩、酒石酸ナトリウ
ム（Na₂C₄H₄O₆）などの酒石酸塩、ホウ酸塩、リン酸塩
のうち少なくとも1種類以上を、前記各成分の含有量を5
〜50g/lの範囲で含有する水溶液を使用することができ
る。前記濃度が5g/l未満であると、亜鉛の溶解とともに
溶液のpH上昇が比較的すばやく生じるため、摺動性の向
上に十分な酸化物層を形成することができず、また50g/
lを超えると、亜鉛の溶解が促進され、酸化物層の形成
に長時間を有するだけでなく、めっき層の損傷も激し
く、本来の防錆鋼板としての役割も失うことが考えられ
るためである。

【００２９】このように、使用する酸性溶液がpH緩衝作
用を有していれば、摺動性に優れる酸化物層を安定して
形成できるため、溶液中に金属イオンや無機化合物など
を不純物として、あるいは故意に含有していても本発明
の効果が損なわれるものではない。

【００３０】合金化溶融亜鉛めっき鋼板を酸性溶液に接
触させる方法には特に制限はなく、めっき鋼板を酸性溶
液に浸漬する方法、めっき鋼板に酸性溶液をスプレーす
る方法、塗布ロールを介して酸性溶液をめっき鋼板に塗
布する方法等があるが、最終的に薄い液膜状で鋼板表面
に存在することが望ましい。これは、鋼板表面に存在す
る酸性溶液の量が多いと、亜鉛の溶解が生じても溶液の
pHが上昇せず、次々と亜鉛の溶解が生じるのみであり、
酸化物層を形成するまでに長時間を有するだけでなく、
めっき層の損傷も激しく、本来の防錆鋼板としての役割
も失うことが考えられるためである。この観点から、液
膜の量は、3g/m²以下に調整すると有効であり、液膜量
の調整は、絞りロール、エアワイピング等で行うことが
できる。

【００３１】また、酸洗溶液に接触後、水洗までの時間
（水洗までの保持時間）は、１〜30秒間必要である。こ
れは、水洗までの時間が1秒未満であると、溶液のpHが
上昇しZnを主体とする酸化物層が形成される前に、酸性
溶液が洗い流されるため、摺動性の向上効果が得られ
ず、また30秒を超えても、酸化物層の量に変化が見られ
ないためである。

【００３２】以上の条件を満たしていれば、合金化溶融
亜鉛めっき鋼板表面に、効率よく安定的に酸化物層を形
成することができるが、酸性溶液のpHが低すぎると、亜
鉛の溶解は促進されるが、酸化物が生成しにくくなるた
め、pH1.0以上であることが望ましい。一方、pHが高す
ぎると亜鉛溶解の反応速度が低くなるため、液のpHは5.
0以下であることが望ましい。

【００３３】上記のように酸性溶液に接触させて酸化物
層を形成する前に、アルカリ性溶液に接触させ活性化処
理を行うとより効果的である。これは、調質圧延時のロ
ールとの接触により表層酸化物は破壊されているものの
一部残存しており、表面の反応性が不均一なためであ
る。この観点から、表層に残存した酸化物層をできるか
ぎり除去することは重要であり、その手法としてアルカ
リ性溶液に接触させることは比較的容易に処理が可能で
ある。アルカリ性溶液に接触させる方法には特に制限は
なく、浸漬あるいはスプレーなどで処理することで効果
が得られる。アルカリ性溶液であれば、表層に残存した
酸化物層をできるかぎり除去し、表面の活性化ができる
が、pHが低いと反応が遅く処理に長時間を有するため、
pH10以上であることが望ましい。上記範囲内のpHであれ
ば溶液の種類に制限はなく、水酸化ナトリウムなどを用
いることができる。

【００３４】酸性溶液が水洗、乾燥後の鋼板表面に残存
すると、鋼板コイルが長期保管されたときに錆が発生し
やすくなる。係る錆発生を防止する観点から、アルカリ
性溶液に浸漬あるいはアルカリ性溶液をスプレーするな
どの方法でアルカリ性溶液と接触させて、鋼板表面に残
存している酸性溶液を中和する処理を施してもよい。ア
ルカリ性溶液は、表面に形成されたZn系酸化物の溶解を
防止するためpH12以下であることが望ましい。前記pHの
範囲内であれば、使用する溶液に制限はなく、水酸化ナ
トリウム、リン酸ナトリウムなど使用することができ
る。

【００３５】本発明における酸化物層とは、Zn、Fe、Al
及びその他の金属元素の1種以上の酸化物及び／又は水
酸化物などからなる層のことである。

【００３６】めっき表層の平坦部における酸化物層の厚
さを10nm以上とすることにより、良好な摺動性を示す合
金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られるが、酸化物層の厚さ
を20nm以上とするとより効果的である。これは、金型と
被加工物の接触面積が大きくなるプレス成形加工におい
て、表層の酸化物層が摩耗した場合でも残存し、摺動性
の低下を招くことがないためである。一方、酸化物層の
厚さの上限は特に設けないが、200nmを超えると表面の
反応性が極端に低下し、化成処理皮膜を形成するのが困
難になるため、200nm以下とするのが望ましい。

【００３７】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できる。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できる。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。

【００３８】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、実際に金型に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、プレス成型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（平坦部の面積率が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。

【００３９】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等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
ことができる。

【００４０】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以外の添加元素成分は特に限定
されない。すなわち、Alの他に、Pb、Sb、Si、Sn、Mg、
Mn、Ni、Ti、Li、Cuなど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。

【００４１】また、酸化処理などに使用する処理液中に
不純物が含まれることによりS、N、P、B、Cl、Na、Mn、
Ca、Mg、Ba、Sr、Siなどが酸化物層中に取り込まれて
も、本発明の効果が損なわれるものではない。

【００４２】

【実施例】次に、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。

【００４３】（実施例1）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20〜80％の範囲に
調整した。引き続き、図1に示す構成の処理設備を用い
て酸化物層を形成した。

【００４４】まず、酸性溶液槽2で、50℃、pH2.0の酸性
溶液に浸漬した後、絞りロール3で鋼板表面に液膜を形
成した。この際、絞りロールの圧力を変化させること
で、液膜量の調整を行った。次いで、#1洗浄槽5で50℃
の温水を鋼板にスプレーし、中和槽6を空通しし、#2洗
浄槽7で50℃の温水を鋼板にスプレーして洗浄し、ドラ
イヤ8で乾燥し、めっき表面に酸化物層を形成した。

【００４５】酸性溶液槽2で浸漬処理を行う溶液は、pH
緩衝作用を持たないものとして硫酸水溶液を、pH緩衝作
用を有するものとしてリン酸水素二ナトリウム30g/lと
クエン酸20g/lの混合溶液を使用し、pHは硫酸を添加す
ることで調整した。

【００４６】なお、前記水洗までの保持時間は、絞りロ
ール3で液膜量の調整を行い、#1洗浄槽5で洗浄開始する
までの時間であり、ラインスピードを変化させることで
調整するとともに、一部、絞りロール3出側のシャワー
水洗装置4を用いて絞り直後に鋼板を洗浄するものも作
製した。

【００４７】この他に、中和槽6で前記処理中、pH10の
アルカリ性溶液（水酸化ナトリウム水溶液）をスプレー
して鋼板表面に残存している酸性溶液を中和処理するも
のや、酸性溶液に浸漬する前に、活性化槽1でpH12の水
酸化ナトリウム水溶液に浸漬し、活性化処理を行うもの
も作製した。

【００４８】次に、以上の様に作製した鋼板について、
めっき皮膜中のFe濃度、及びプレス成形性を簡易的に評
価する手法として摩擦係数の測定を行なった。また、鋼
板に防錆油を塗布した後、ほこりなど外部の要因の影響
がないように屋外に放置し約6ヵ月後の点錆の発生の有
無を調査し、点錆なしを「○」、点錆ありを「×」とし
た。摩擦係数および酸化物層の厚さの測定は次のように
して行った。

【００４９】(1)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、各供試材の摩擦係数を
以下のようにして測定した。図2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11が試料台12に固定さ
れ、試料台12は、水平移動可能なスライドテーブル13の
上面に固定されている。スライドテーブル13の下面に
は、これに接したローラ14を有する上下動可能なスライ
ドテーブル支持台15が設けられ、これを押上げることに
より、ビード1６による摩擦係数測定用試料11への押付
荷重Nを測定するための第1ロードセル1７が、スライド
テーブル支持台15に取付けられている。上記押付力を作
用させた状態でスライドテーブル13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
18が、スライドテーブル13の一方の端部に取付けられて
いる。なお、潤滑油として、スギムラ化学社製のプレス
用洗浄油プレトンR352Lを試料11の表面に塗布して試験
を行った。

【００５０】図3、4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1６の下面が試料11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1６
の形状は幅10mm、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。図3に示すビード1６の形状は幅10mm、試料の
摺動方向長さ69mm、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60mmの平面を有する。

【００５１】摩擦係数測定試験は下に示す2条件で行っ
た。 [条件1]図3に示すビードを用い、押し付け荷重N：400kg
f、試料の引き抜き速度（スライドテーブル13の水平移
動速度）：100cm/minとした。 [条件2]図4に示すビードを用い、押し付け荷重N：400kg
f、試料の引き抜き速度（スライドテーブル13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。

【００５２】(2)酸化物層の厚さの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。なお、予備処理として30秒のArスパッタ
リングを行って、供試材表面のコンタミネーションレイ
ヤーを除去した。

【００５３】試験結果を表1に示す。

【００５４】

【表1】

【００５５】表1に示す試験結果から下記事項が明らか
である。 (1)No.1および2は酸性溶液による処理を行っていないた
め、摩擦係数が高い。 (2)No.3〜7は、pH緩衝作用を有しない硫酸水溶液による
処理を行った比較例であるが、水洗までの保持時間が本
発明範囲内にあり、No.1および2と比較すると、摩擦係
数が低い。 (3)No.8およびNo.13は、水洗までの保持時間が本発明範
囲からはずれる比較例であるが、pH緩衝作用を有する酸
性溶液による処理を行ったものであり、No.1および2と
比較すると、摩擦係数が低い。 (4)No.9〜12は、pH緩衝作用を有する酸性溶液による処
理を行い、水洗までの保持時間も本発明範囲内にあり、
No.3〜7、8および13と比較すると、摩擦係数が低く、特
に条件2の摩擦係数で低下が顕著である。さらに、液膜
量を3.0g/m²以下としたNo.14〜17では、条件2の摩擦係
数がより低下した。 (5)No.18〜21は、No.14〜17と同じ条件で酸性溶液によ
る処理を行う前に、活性化槽でアルカリ処理を行った例
であり、条件2の摩擦係数が低下する効果が得られた。
また、中和槽を使用した結果、点錆の発生もなく、酸化
物層を形成した鋼板コイルが使用前に長期間保管される
ことがあっても錆発生を防止する能力に優れている。

【００５６】（実施例2）実施例1と同様の手法で、合金
化溶融亜鉛めっき鋼板表面に酸化物層を形成させる処理
を行った。なお、酸性溶液槽2で浸漬処理を行う溶液
（温度50℃、pH2.0）としては、硫酸、硫酸亜鉛50g/l、
硫酸第一鉄50g/l、硫酸ナトリウム30g/l、酢酸ナトリウ
ム20g/l、あるいはこれらをすべて含有した水溶液を使
用し、pHは硫酸を添加することで調整した。

【００５７】次に、以上の様に作製した鋼板について、
実施例1と同様に、めっき皮膜中のFe濃度、及び摩擦係
数の測定ならびに、屋外放置後の点錆の発生の有無を調
査した。

【００５８】図5は、本実施例で浸漬処理に用いた酸性
溶液について本発明で定義したpH上昇度とその規定範囲
を示す図である。試験結果を表2に示す。

【００５９】

【表2】

【００６０】表2に示す試験結果から下記事項が明らか
である。 (1)No.1および2は酸性溶液による処理を行っていないた
め、摩擦係数が高い。 (2)No.3〜11は、本発明で規定するpH上昇度を満たさな
い酸性溶液による処理を行った比較例であるが、水洗ま
での保持時間が本発明範囲内にあり、No.1およびNo.2と
比較すると、摩擦係数が低い。 (3)No.12およびNo.17は、水洗までの保持時間が本発明
範囲内からはずれる比較例であるが、本発明で規定する
pH上昇度を満たす酸性溶液による処理を行ったものであ
り、No.1およびNo.2と比較すると、摩擦係数が低い。 (4)No.13〜16およびNo.18〜25は、本発明で規定するpH
上昇度を満たす酸性溶液による処理を行い、水洗までの
保持時間も本発明範囲内にあり、No.3〜11、12および17
と比較すると、摩擦係数が低く、特に条件2の摩擦係数
で低下が顕著である。さらに液膜量を3.0g/m²以下とし
たNo.13〜16およびNo.22〜25では、条件2の摩擦係数が
より低下した。 (5)No.26〜33は、酸性溶液による処理を行う前に、活性
化槽でアルカリ処理を行った例であり、 No.22〜25よ
り、条件2の摩擦係数が低下する効果が得られた。ま
た、中和槽を使用した結果、点錆の発生もなく、酸化物
層を形成した鋼板コイルが使用前に長期保管されること
があっても錆発生を防止する能力に優れている。

【００６１】(実施例3)実施例1と同様の手法で、合金化
溶融亜鉛めっき鋼板表面に酸化物層を形成させる処理を
行った。なお、酸性溶液槽2で浸漬処理を行う溶液（温
度50℃、pH2.0）としては、酢酸ナトリウム、フタル酸
水素カリウム、クエン酸ナトリウム、コハク酸ナトリウ
ム、乳酸ナトリウム、酒石酸ナトリウム、ホウ酸、リン
酸水素二ナトリウムをそれぞれ含有する水溶液を作製
し、適宜、濃度を変化させた。また、溶液のpHは硫酸を
添加することで調整した。

【００６２】次に、以上の様に作製した鋼板について、
実施例1と同様に、めっき皮膜中のFe濃度、及び摩擦係
数の測定ならびに、屋外放置後の点錆の発生の有無を調
査した。試験結果を表3および4に示す。

【００６３】

【表3】

【００６４】

【表4】

【００６５】表3および4に示す試験結果から下記事項が
明らかである。 (1)No.1および2は酸性溶液による処理を行っていないた
め、摩擦係数が高い。 (2)No.8およびNo.13は、水洗までの保持時間が本発明範
囲内からはずれる比較例であり、pH緩衝作用を有する酸
性溶液による処理を行ったものであるため、No.1および
No.2と比較すると、摩擦係数が低くなるものの低下が不
十分である。 (2)No.3〜No.7は、pH緩衝作用を有する酸性溶液による
処理を行い、しかも水洗までの保持時間が本発明で規定
した範囲内にあるため、No.1、2、8、13の比較例より、
摩擦係数が低くなっている。 (4)No.9〜12およびNo.14〜17は、本発明で規定する濃度
の酸性溶液による処理を行い、水洗までの保持時間も本
発明範囲内にあり、No.3〜7、8および13と比較すると、
摩擦係数が低く、特に条件2の摩擦係数で低下が顕著で
ある。さらに液膜量を3.0g/m²以下としたNo.14〜17で
は、条件2の摩擦係数がより低下した。 (5)No.18〜49は、酸性溶液による処理を行う前に、活性
化槽でアルカリ処理を行った例であり、条件2の摩擦係
数が低下する効果が得られた。また、中和槽を使用した
結果、点錆の発生もなく、酸化物層を形成した鋼板コイ
ルが使用前に長期保管されることがあっても錆発生を防
止する能力に優れている。

【００６６】

【発明の効果】本発明によれば、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示すため
に、平坦部表面に酸化物層を形成した合金化溶融亜鉛め
っき鋼板を安定して製造できる。

【図面の簡単な説明】

【図1】実施例で使用した酸化物層形成処理設備の要部
を示す図。

【図2】摩擦係数測定装置を示す概略正面図。

【図3】図2中のビード形状・寸法を示す概略斜視図。

【図4】図2中のビード形状・寸法を示す概略斜視図。

【図5】本発明で定義したpH上昇度と規定範囲を示す
図。

【符号の説明】

1 活性化槽 2 酸性溶液槽 3 絞りロール 4 シャワー水洗装置 5 #1洗浄槽 6 中和槽 7 #2洗浄槽 8 ドライヤ S 鋼板 11 摩擦係数測定用試料 12 試料台 13 スライドテーブル 14 ローラ 15 スライドテーブル支持台 1６ビード 1７第１ロードセル 18 第２ロードセル 19 レール N 押付荷重 F 摺動抵抗力 P 引張荷重

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｃ２３Ｃ 22/07 Ｃ２３Ｃ 22/07 22/50 22/50 22/78 22/78 (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 (72)発明者山下正明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） 4K026 AA02 AA13 AA22 BA03 BA08 BB09 CA13 CA18 CA23 CA38 DA03 DA06 DA18 EA10 4K027 AA02 AA05 AA22 AB02 AB28 AB44 AC52 AC56 AC73 AC82 AC87 AE03 AE23 4K044 AA02 AB02 BA10 BA12 BA17 BB03 BC05 CA02 CA04 CA11 CA16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】鋼板に溶融亜鉛めっきを施し、さらに加
熱処理により合金化し、調質圧延を施した後、酸性溶液
に接触させて、めっき表面に酸化物層を形成する合金化
溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法において、前記酸性溶液
として、pH緩衝作用を有する酸性溶液を用いるととも
に、酸性溶液に接触後、1〜30秒保持した後水洗するこ
とを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項2】前記pH緩衝作用を有する酸性溶液とし
て、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(ml)
で定義するpH上昇度が3.0〜20.0の範囲にある酸性溶液
を用いることを特徴とする請求項1に記載の合金化溶融
亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項3】前記pH緩衝作用を有する酸性溶液とし
て、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種類以上を、前記各成分の含有量を5〜50g/lの範囲
で含有し、溶液のpHが1.0〜5.0の範囲にある酸性溶液を
用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の製造方法。
【請求項4】酸性溶液に接触させる前に、アルカリ性
溶液に接触させ表面を活性化することを特徴とする請求
項1〜3のいずれかの項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼
板の製造方法。
【請求項5】酸性溶液に接触させた後に、アルカリ性
溶液に接触させ表面に残存した酸性溶液の中和処理を行
うことを特徴とする請求項1〜4のいずれかの項に記載の
合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【請求項6】酸性溶液に接触させた後、鋼板表面に形
成する溶液膜が3g/m²以下であることを特徴とする請求
項1〜5のいずれかの項に記載の合金化溶融亜鉛めっき鋼
板の製造方法。