JP2004060020A

JP2004060020A - 電着塗装外観に優れた亜鉛めっき鋼板

Info

Publication number: JP2004060020A
Application number: JP2002222422A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Uesugi; 上杉　暢彦; Kazumasa Yoshida; 吉田　一雅; Shingo Fujii; 藤井　慎吾; Kyoko Hamahara; 浜原　京子; Naomasa Nakakoji; 中小路　尚匡; Chiaki Kato; 加藤　千昭
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-07-31
Publication date: 2004-02-26

Abstract

【課題】プレス成形等により金型と接触して摺動を受けた表面の塗装仕上がりを良好にすることができる電着塗装外観に優れた亜鉛めっき鋼板を提供する。
【解決手段】鋼板表面に形成された亜鉛めっき層と、該めっき層表面に形成された結晶サイズが３μｍ　以下のリン酸亜鉛被膜を有し、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１−１９９４　で規定される算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上１．６μｍ以下、１インチ当りの山数ＰＰＩが１８０以上、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１−１９９４　で規定される最大高さＲｙ　が１２μｍ　以下である表面粗さ特性を有する亜鉛めっき鋼板。
【選択図】　　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電着塗装外観に優れた亜鉛めっき鋼板に関し、特に、プレス成形などにより摺動を受けた表面の塗装仕上がりを良好にすることができる電着塗装外観に優れた亜鉛めっき鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛めっきを施した表面処理鋼板は、優れた耐食性を有し、自動車車体や家電製品に用いられている。特に自動車用途の表面処理鋼板としては、電気めっき法によって鋼板（原板とも呼ばれる）に亜鉛めっき層を形成し、その後、リン酸塩処理を施して亜鉛めっき層表面にリン酸亜鉛被膜を形成した亜鉛めっき鋼板が適用されている。このようなリン酸塩処理を施した亜鉛めっき鋼板は、リン酸亜鉛被膜がプレス金型と亜鉛めっき被膜との直接接触を防ぎ、緩衝剤として働くこと、またリン酸亜鉛被膜がその結晶の隙間に油を保持できることなどにより、プレス成形性に優れていることが知られている。
【０００３】
一方、自動車用途の表面処理鋼板は、普通、金型を用いてプレス成形され、所定の部品形状としてから下地塗装として電着塗装が施され、さらに、自動車車体外面側には外観意匠性のために中塗り塗装、上塗り塗装等のスプレー塗装による仕上げ塗装が施される。その際、電着塗装仕上がりが悪い場合、その影響が仕上げ塗装後にまで影響するため、電着塗装仕上がりをある一定レベル以上にすることが要求される。
【０００４】
従来、リン酸塩処理を施した亜鉛めっき鋼板は、プレス成形性および電着塗装性を一定レベル以上にするため、リン酸亜鉛被膜量やリン酸亜鉛被膜中のＮｉおよびＭｎ含有量の上下限値を規定するなどして製造していた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、リン酸亜鉛被膜量やリン酸亜鉛被膜中のＮｉおよびＭｎ含有量を適正に管理していても、リン酸塩処理が施された亜鉛めっき鋼板をプレス成形した場合、摺動を受けた表面の電着塗装仕上がりが悪いものがあり、このような部品は、スプレーによる仕上げ塗装を行う前に電着塗装面を研いで表面を平滑にする表面手入れを行わなければならず、問題となることがあった。
【０００６】
これに対して例えば特開平９−２６３９６７号公報や特公平５−８３６２８号公報には表面粗さ特性を規定した鋼板が開示されている。しかしながら、特開平９−２６３９６７号公報に開示されている表面処理鋼板は、表面粗さのＷｃａとＰＰＩの積が４０以下、またはＷｃａが０．５μｍ以下でＰＰＩが８０以下とした溶融亜鉛めっき鋼板であり、プレス成形などによる摺動を受けた場合、摺動を受けた表面の電着塗装仕上がりが不十分であり、また、特公平５−８３６２８号公報には、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の鋼板の粗度を、Ｒａ；１．０μｍ以下、ＰＰＩ；２５０以上としているがこの場合、耐パウダリング性、耐フレーキング性に優れているが、プレス成形時に金型と接触して摺動を受けた表面の電着塗装仕上がりに問題があった。
【０００７】
また、特開平６−２４６３０６号公報および特開平６−２６９８０３号公報には塗装鮮映性とプレス成形性に優れた鋼板が開示されているものの、これらの鋼板は表面粗さＲａを０．８μｍ以下と規定し、さらには表裏で異なる表面粗度特性を有するもので、このような鋼板をめっき原板とした表面処理鋼板を使用しても、プレス成形等により摺動を受けた表面の電着塗装面に肌不良が発生する場合がある。
【０００８】
本発明は、プレス成形等により金型と接触して摺動を受けた表面の塗装仕上がりを良好にすることができる電着塗装外観に優れた亜鉛めっき鋼板を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、プレス成形により金型と接触して摺動を受けた表面の電着塗装外観に影響を与える要因を究明し、被膜特性と表面粗さ特性を規定することにより、上記課題を解決した。
本発明は、鋼板表面に形成された亜鉛めっき層と、該めっき層表面に形成された結晶サイズが３μｍ　以下のリン酸亜鉛被膜を有し、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１−１９９４　で規定される算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上１．６μｍ以下、１インチ当りの山数ＰＰＩが１８０以上、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１−１９９４　で規定される最大高さＲｙ　が１２μｍ　以下である表面粗さ特性を有することを特徴とする電着塗装外観に優れた亜鉛めっき鋼板である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、電着塗装外観に影響を与える要因がプレス成形などにより摺動を受ける前の表面処理鋼板の表面粗さ特性にあるとの知見に至った過程について以下詳細に述べる。
発明者らは、表１に示す表面粗さ特性が異なるリン酸塩処理を施した亜鉛めっき鋼板Ａ、Ｂ（製品Ａ、Ｂともいう）を用い、自動車車体用プレス機にてプレス成形し、電着塗装外観に影響を与える要因について種々の分析装置を駆使して調査した。調査は条件１；プレス成形せず、実施例に示す化成処理を施し、電着塗装した場合、条件２；プレス成形した後、同様に化成処理を施し、電着塗装した場合の２条件で行って比較した。図２に製品Ａの、図３に製品Ｂのプレス成形により摺動を受けた表面状態を示した。図２、図３は、試料表面の電子顕微鏡写真を分かりやすく示したスケッチ図であり、図中、黒色部がプレス成形時、金型と接触し摺動により押し潰された部分である。
【００１１】
【表１】

【００１２】
製品Ａの表面粗さは、Ｒａが０．７μｍ、ＰＰＩが１４０であり、凹凸が少なく且つ山数も少ない。製品Ａをプレス成形した場合、摺動を受けた表面は、図２に示す表面状態となり、このような表面状態では、電着塗装仕上がりが悪くなった。一方製品Ｂの表面粗さはＲａが１．１μｍ、ＰＰＩが２１０であり、このような表面特性を有する製品Ｂの摺動を受けた表面は、図３に示す表面状態となり、電着塗装仕上がりが良好となった。
【００１３】
この結果から、摺動を受けた表面の電着塗装仕上がりは、金型と接触して摺動により突起が押し潰された部分の分布状態が、小さな面積のものが数多く存在していると良好であるのに対して、数は少いが面積の大きいものが存在していると劣ることがわかった。
また、このような金型により押し潰された部分を拡大観察あるいはＸ線マイクロアナライザーによる分析を行ったところ部分的にリン酸亜鉛被膜が減少あるいは無くなっていることがわかった。また、このような部分には自動車用化成処理を施しても化成処理被膜が形成されにくいことも判明した。
【００１４】
これらのことから電着塗装時、リン酸亜鉛被膜が損傷を受けた部分に電流が集中して、リン酸亜鉛被膜が損傷を受けていない部分に比べて電着塗膜が厚くなっていることもわかった（図１参照）。図１は、プレス成形により摺動を受けた場合、電着塗装時にリン酸亜鉛被膜の損傷部５に応じて電着塗膜の厚い部分が生じ、電着塗膜の厚い部分が電着塗膜の薄い部分中に存在することを、プレス成形を行っていない場合と比較して示した断面模式図である。
【００１５】
図１で、符号１は原板である鋼板であり、２は鋼板１表面に形成された亜鉛めっき層、３は亜鉛めっき層２の表面に形成されたリン酸亜鉛被膜である。４は電着塗膜であって、５はリン酸亜鉛被膜３の損傷部である。図１中、電着塗膜４の高さがその厚みに相当しており、プレス成形により摺動を受けた製品Ａでは電着塗膜４の厚み差が大きく、リン酸亜鉛被膜３の損傷部５がつながって一箇所当たりの損傷部５の面積が広い。一方、プレス成形により摺動を受けた製品Ｂでは、前者より電着塗膜４の厚み差が小さく、面積の小さい損傷部５が分散している。なお、プレス成形せず、電着塗装した場合の表面粗さＲａは、表１に示すように、製品Ａの方が製品Ｂよりやや小さく、電着塗装外観もやや良好であった。プレス成形せず、電着塗装した場合、リン酸亜鉛被膜３がほとんど損傷していない（図１参照）ので、電着塗装外観は、製品の表面粗さやリン酸亜鉛の結晶サイズの分布、リン酸亜鉛被膜３の厚み分布などの影響を受けたものと考えられる。
【００１６】
そこで、上述した結果から製品Ａの場合より高Ｒａ、かつ高ＰＰＩとすることにより、プレス成形時に金型と接触して押し潰される表面の突起が数多く分散するようにした。
次いで、本発明において亜鉛めっき鋼板の表面粗さ特性を、算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上１．６μｍ以下、１インチ当りの山数ＰＰＩが１８０以上、最大高さＲｙ　が１２μｍ　以下と限定する理由について説明する。
【００１７】
プレス成形時に、表面の突起が金型で潰されても隣接する潰された部分とつながってしまわないようにするという意味で高Ｒａとし、かつ高ＰＰＩとし、その場合、算術平均粗さＲａが１．０μｍを下回るか、もしくは１インチ当りの山数ＰＰＩが１８０を下回ると、表面の突起が金型で潰されたときに前者では潰された部分が隣接する山とつながってしまい、後者では山数が過小のため、リン酸亜鉛被膜にダメージを受けた部分の１箇所あたりの面積が大きくなり、どちらの場合でも電着塗装外観が悪化する。また１インチ当りの山数ＰＰＩが１８０を下回ると、必然的に山間隔が大きくなってしまうことも電着塗膜外観を悪化させる要因となる。このため、亜鉛めっき鋼板の表面粗さ特性を、算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上、１インチ当りの山数ＰＰＩが１８０以上とした。
【００１８】
一方、算術平均粗さＲａが１．６μｍを超えるか、あるいは最大高さＲｙ　が１２μｍ　を超えるようになると、表面の凹凸が過大となって電着塗装外観が悪化する。このため、亜鉛めっき鋼板の表面粗さ特性を、算術平均粗さＲａが１．６μｍ以下でかつ最大高さＲｙ　が１２μｍ　以下と限定した。また、１インチ当りの山数ＰＰＩが２５０を超えるようになると金型と接触し摺動により潰された部分同士がつながりやすいため、ＰＰＩを２５０以下とすることが好ましい。
【００１９】
また、リン酸亜鉛被膜の特性としては、結晶サイズを３μｍ　以下とし、緻密な被膜とする。これにより、被膜抵抗の面内でのばらつきを小さくして、電着塗膜の厚みを均一にすることができる。この理由は、リン酸亜鉛被膜の結晶サイズを３μｍ　以下とすると、被膜の電気抵抗を大きくすることができ、結晶サイズが３μｍ　を超える場合より被膜抵抗の面内でのばらつきを小さくできるからである。なお、リン酸亜鉛被膜の結晶サイズは、走査型電子顕微鏡を用いて１０００倍でリン酸亜鉛被膜表面を写真撮影し、写真中任意の位置、方向に５０μｍ　相当長の直線を引き、その直線と交差するリン酸亜鉛結晶の個数を求め、５０μｍ　をこの個数で除して得られる値を結晶サイズとする。
【００２０】
本発明に用いる原板は、冷延鋼板あるいは熱延鋼板であり、本発明の亜鉛めっき鋼板は、上記鋼板表面にめっき層を公知の電気めっき法で形成することができる。鋼板表面に形成する亜鉛めっき被膜量は片面当たり２０〜１００　ｇ／ｍ^２とすることが好ましい。この理由は、亜鉛めっき被膜量が２０ｇ／ｍ^２未満になると、耐食性が不十分となり、一方亜鉛めっき被膜量が１００　ｇ／ｍ^２を超えた場合、耐食性向上効果が飽和し、余分な亜鉛を付着させることは不経済であるばかりでなく、プレス成形性や溶接性を悪化させる原因ともなるからである。亜鉛めっき被膜は、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ等の不可避的不純物を含有するのが一般的であり、この被膜中の上記不可避的不純物の含有は本発明で得ようとする特性には影響しない。
【００２１】
上記亜鉛めっき層の表面に形成するリン酸亜鉛被膜は、プレス成形時に使用するプレス油を保持する効果があり、プレス成形性を高める。亜鉛めっき層表面に形成するリン酸亜鉛被膜量は、１．０〜３．０ｇ／ｍ^２とするのが好ましい。リン酸亜鉛被膜量が１．０ｇ／ｍ^２未満の場合、プレス条件によってはプレス油油保持能力が充分で無く、金型とめっき層とが直接接触を起こす場合があり、一方、リン酸亜鉛被膜量が３．０ｇ／ｍ^２を超えた場合、プレス条件によっては金型に対する摺動抵抗が大きくなり、プレス成形性が劣化する場合があるからである。また、リン酸亜鉛被膜中には、プレス成形性、塗料密着性、耐食性等の向上を目的としてＮｉ、Ｍｎ、Ｍｇ等の元素を含有しても良い。リン酸亜鉛被膜を形成するには、自動車塗装ラインで使用される一般的な化成処理液を用いても良いが、さらにこれに硝酸Ｎｉ、硝酸Ｍｎ、硝酸Ｍｇなどを適宜添加したリン酸塩処理液を用いるのが望ましい。電着塗膜密着性、プレス成形性、電着塗装外観の点からは被膜中のＮｉ含有量が０．５〜１．４質量％、Ｍｎ含有量３〜８質量％の範囲内となるようにリン酸塩処理液を調整することが望ましい。亜鉛めっき鋼板製造ラインのリン酸亜鉛処理液の組成を表２に示した。
【００２２】
【表２】

【００２３】
以上説明した被膜特性と表面粗さ特性をもつ亜鉛めっき鋼板を電気めっき法で製造する場合には、亜鉛めっき層は鋼板表面の凹凸にほぼ沿うようにして形成されるので、原板であるめっき前の鋼板の粗度を制御するのが普通である。鋼板の粗度は、めっきを行う前の調質圧延の際に調質圧延ロールの粗度を調整することにより所定の粗度パターンとすることが可能である。調質圧延ロールの粗度は、ショットブラスト加工法、放電加工法、レーザー加工法その他の表面加工法でダル加工を施すことで形成することができる。なお、調質圧延ロールの粗度パターンが１００％そのまま転写されないことはよく知られているから、上述した亜鉛めっき鋼板の製造方法を考慮し、算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上１．６μｍ以下、１インチ当りの山数ＰＰＩが１８０以上、最大高さＲｙ　が１２μｍ　以下である表面粗さ特性を有する亜鉛めっき鋼板が得られるように調質圧延ロールの表面粗さを決定する。またリン酸塩処理は、亜鉛めっき後に行う。
【００２４】
【実施例】
次に、この発明の実施例について説明する。
〔実施例１〕
焼鈍したＳＰＣＥ冷延鋼板（板厚０．７５ｍｍ）を用い、調質圧延（表面粗度調整）→電気亜鉛めっき→リン酸塩処理工程を経て表３に示す供試材を得た。その際、調質圧延ロールの表面粗度を変化させ、調質圧延時の鋼板伸び率を０．７〜０．８％とし、片面当たりの亜鉛めっき被膜量の目標値を６０ｇ／ｍ^２、リン酸塩処でのリン酸亜鉛被膜量の目標を１．５　〜１．６　ｇ／ｍ^２とした。この場合、リン酸亜鉛の結晶サイズは３μｍ　以下であった。
【００２５】
得られた各供試材を用い、摺動試験機で平面摺動→摺動試験片を脱脂→化成処理→電着塗装の工程を経て、金型と接触して摺動を受けた面の電着塗装仕上がりを評価した。電着塗装仕上がりランクは、電着塗装外観比較試料と対比して、１．０　〜４．０　まで０．５　ピッチで７段階に平滑感を目視評価し、３．０　以上を合格レベル（　○）、３．０　未満を不合格（×）として判定した。塗装仕上がりランク３．０　未満では、仕上げ塗装前に電着塗装面を研いて平滑にしなければならないレベルである。また、得られた供試材の表面粗さは、先端径が５μｍの触針式粗度計（東京精密（　株）　製）を用いて走査速度：０．３ｍｍ／ｓで測定した。表面粗さの測定条件は、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１−１９９４　で規定される算術平均粗さＲａはカットオフ０．８ｍｍ　、評価長さ８ｍｍとし、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１−１９９４　で規定される最大高さＲｙ　は、基準長さ０．８ｍｍ　、評価長さ８ｍｍとして測定した値である。また、ＰＰＩは山高さが５０マイクロインチを超える山数とした。
【００２６】
それらの結果を表３に示した。
【００２７】
【表３】

【００２８】
塗装外観比較試料；各供試材を自動車車体製造工程に準じて、通常のアルカリ脱脂、次いで表面調整を行ったのち、りん酸塩処理液ＳＤ２５００（日本ペイント（株）社製）に２分間浸漬した。その後、日本ペイント（株）社製のＰＮ１２０電着塗料（浴温：２８〜３０℃）を用いて電着電圧１７０Ｖ、１８０　秒間通電して電着塗装を施し、１６５　℃で２０分間焼き付けし電着塗膜（膜厚：１７μｍ　）を形成して比較試料とした。
摺動試験機による平面摺動試験；各供試材から採取した長さ３００ｍｍ、幅５０ｍｍの試験片について、その表面を溶剤脱脂後、防錆油（出光興産製Ｚ５）を　１．５ｇ／ｍ^２で塗布した後、平面摺動試験機を用い、ダイ形状（長平面）：１０Ｌ×５０Ｗ　ｍｍ、押し付け荷重：７８００ＭＰａ、引抜き速度：１０００　ｍｍ／分、摺動長さ：１００　ｍｍ、試験温度：室温の条件で摺動し、その後、上記した塗装外観比較試料と同じ条件で化成処理と電着塗装を行った。
【００２９】
表３に示した結果から明らかなように、本発明の範囲内の供試材は、ダイ金型と接触し摺動を受けた表面の電着塗装仕上がりが合格レベルとなっており、本発明の範囲を外れた場合に比べて電着塗装後外観に優れていることがわかる。
〔実施例２〕
実施例と同様な工程でリン酸塩処理の前処理で用いる表面調整液中のチタンコロイドの含有量を変更しリン酸亜鉛の結晶サイズを表４に示す３水準とした供試材を得た。チタンコロイドはリン酸亜鉛結晶生成の際の核となる作用を有し、その含有量が多いとリン酸亜鉛結晶のサイズを小さくできる。得られた供試材について、実施例１と同様にして電着塗装仕上がりを評価し、その結果を表４に示した。
【００３０】
【表４】

【００３１】
なお、片面当たりの亜鉛めっき被膜量は６０ｇ／ｍ^２、リン酸亜鉛被膜量は１．５　〜１．６　ｇ／ｍ^２であり、また表面粗さ特性はＲａ＝１．０　〜１．４　μｍ　、ＰＰＩ　＝１９０　〜２１０　、Ｒｙ＝８．０　〜１０．０μｍ　であった。
表４に示す結果から亜鉛めっき鋼板のリン酸亜鉛の結晶サイズを３μｍ　以下とし、かつ本発明の範囲内の表面粗さ特性とすることにより、ダイ金型と接触し摺動を受けた表面の電着塗装後外観をより良好にできることがわかる。
〔実施例３〕
焼鈍した極低炭素鋼冷延鋼板（板厚０．７５ｍｍ）→調質圧延（表面粗度調整）→電気亜鉛めっき→リン酸塩処理工程を経て表５に示す製品を製造し、その後、自動車工場において自動車部品にプレス成形し、脱脂→化成処理→電着塗装の工程を経、電着塗装仕上がりを評価した。その結果を表５に示す。
【００３２】
【表５】

【００３３】
電着塗装仕上がりランクは、１．０　〜４．０　まで０．５　ピッチで７段階に平滑感を目視評価し、３．０　以上を合格レベル（○）、３．０　未満を不合格（×）として判定した。塗装仕上がりランク３．０　未満では、仕上げ塗装前に電着塗装面を研いて平滑にしなければならないレベルである。なお、発明例の場合、調質圧延の際、ダル加工して表面粗さＲａを２．４　μｍ　としたワークロールを用い、伸び率１．０　％とし、リン酸塩処理前の表面調整処理に用いる表面調整剤に５Ｎ−１０　；（日本ペイント（株）社製）を使用した。一方、従来例の場合には、ダル加工して表面粗さＲａを１．６　μｍ　としたワークロールを用い、伸び率１．０　％とし、リン酸塩処理前の表面調整処理に用いる表面調整剤には、前記５Ｎ−１０　よりもチタンコロイドの含有量が少ないものを使用した。両者共に片面当たりの亜鉛めっき被膜量目標値を６０ｇ／ｍ^２、リン酸亜鉛被膜量目標値を１．５　〜１．６　ｇ／ｍ^２とした。
【００３４】
表５に示す結果から、発明例の場合、自動車部品にプレス成形し、その後電着塗装した金型と接触して摺動を受けた表面の電着塗装外観が従来例より優れていることがわかる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明によれば、プレス成形などにより摺動を受けた表面の電着塗装外観をより優れたものにできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、電着塗装した表面の電着塗膜の状態を説明する断面模式図である。
【図２】図２は、プレス成形により摺動を受けた製品表面のスケッチ図である。
【図３】図３は、プレス成形により摺動を受けた他の製品表面のスケッチ図である。
【符号の説明】
１　鋼板（冷延鋼板）
２　亜鉛めっき被膜
３　リン酸亜鉛被膜
４　電着塗膜
５　リン酸亜鉛被膜の損傷部

Claims

鋼板表面に形成された亜鉛めっき層と、該めっき層表面に形成された結晶サイズが３μｍ　以下のリン酸亜鉛被膜を有し、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１−１９９４　で規定される算術平均粗さＲａが１．０μｍ以上１．６μｍ以下、１インチ当りの山数ＰＰＩが１８０以上、ＪＩＳ　Ｂ　０６０１−１９９４　で規定される最大高さＲｙ　が１２μｍ　以下である表面粗さ特性を有することを特徴とする電着塗装外観に優れた亜鉛めっき鋼板。