JP2009287082A

JP2009287082A - 亜鉛系めっき鋼板、亜鉛系めっき鋼板の切断加工方法および切断加工用金型

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Publication number: JP2009287082A
Application number: JP2008140460A
Authority: JP
Inventors: Taro Kizu; 太郎木津; Kazuhiro Hanazawa; 和浩花澤; Hideaki Kohiki; 英明小日置
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-12-10
Anticipated expiration: 2028-05-29
Also published as: JP5272518B2

Abstract

【課題】切断した端面の耐錆性に優れる亜鉛系めっき鋼板と、その亜鉛系めっき鋼板を得るのに用いて好適な切断加工用金型と切断加工方法を提案する。
【解決手段】ダイ、ポンチおよびダイ押えからなる金型を用いて、片面当たりのＺｎ目付量が１０ｇ／ｍ^２以上で、板厚が２．０ｍｍ以下の亜鉛系めっき鋼板を切断加工するに当たり、製品鋼板側となるダイおよびポンチのいずれか一方の肩に上記鋼板板厚の０．１０〜０．５０倍の曲率半径の丸みをもたせ、他方の肩とダイ押えの肩を直角とすると共に、ダイとダイ押えの側面を揃えて、ダイとポンチとの間のクリアランスを上記鋼板板厚の１．０％以下として切断加工を施し、剪断面比率が９０％以上でかつ剪断面の亜鉛被覆率が５０％以上である端面を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、家電製品や事務機器、建築用部材などの材料に用いて好適な、切断加工した端面の耐錆性に優れる亜鉛系めっき鋼板と、その亜鉛系めっき鋼板を得るための切断加工用方法と切断加工用金型に関するものである。

亜鉛系のめっき鋼板は、優れた耐食性を有することから、家電製品や事務機器、建築用部材などの材料（素材）として広く用いられている。しかし、この鋼板は、被めっき面は耐食性に優れているものの、切断加工した切口面である端面（以降、単に「端面」ともいう）には、地鉄が露出するため、錆が発生しやすいという問題点を抱えていた。この問題に対しては、従来、めっき厚（Ｚｎ目付量）を上げて、端面の犠牲防食性能を高めたり、加工の際における端面へのＺｎの回り込みを助長したりして、錆の発生を抑制することが行われてきた。しかし、近年における亜鉛の価格高騰や資源枯渇への懸念から、めっき厚が薄くても、端面の錆発生が起こり難い亜鉛系めっき鋼板の開発が望まれている。

亜鉛系めっき鋼板の端面における錆を抑制する技術としては、従来から種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、切断後の端面に、Ｎｉおよび／またはＣｏイオンを含む水溶液を接触させた後、水洗し、乾燥して、Ｎｉおよび／またはＣｏを切断端面に付着させることによって耐食性を向上する方法が提案されている。また、特許文献２には、製品形状に対応するキャビティをもつダイスと、そのキャビティより若干大きな寸法のポンチとの間にめっき鋼板を配置し、めっき鋼板を介してダイスのキャビティにポンチを押し込んで、めっき鋼板の板厚の６０〜９５％まで剪断した後、ポンチの押し込みによって変形した部分をめっき鋼板の他面側から平押しして残りの板厚を剪断することで、剪断面の大部分がめっき層で覆われるようにする方法が提案されている。さらに、特許文献３には、亜鉛めっき鋼板の板厚とＺｎ目付量に応じて、切断時のクリアランスを調整することで、端面におけるＺｎの犠牲防食性を有する剪断面の比率を大きくし、錆の起点となる破断面の比率を抑制する方法が提案されている。
特開２００４−３４６３４１号公報特開２００２−３２１０２１号公報特開平１０−２８０１１６号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、切断加工後の端面に水溶液を接触させた後、水洗し、乾燥する必要があることから、製造コストが上昇するという問題がある。また、特許文献２に記載された技術は、１回の打ち抜きを行うために２回のプレスを行う必要があることから、作業工数が増加し、製造コストの上昇を避けられない。また、特許文献３に記載された技術は、切断時のクリアランスを大きくするとバリが発生しやすく、このバリの除去工程が必要となるため、やはり製造コストが上昇してしまうという問題があり、実用化するには難がある。

そこで、本発明は、従来技術が抱える上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、切断した端面の耐錆性に優れる亜鉛系めっき鋼板と、その亜鉛系めっき鋼板を得るのに用いて好適な切断加工用金型と切断加工方法を提案することにある。

発明者らは、亜鉛系めっき鋼板を対象にして、上記課題を解決する方法について検討を重ねた。その結果、板厚が２．０ｍｍ以下の亜鉛系めっき鋼板を切断加工するに際して、切断後の剪断面比率が９０％以上でかつ上記剪断面の亜鉛被覆率が５０％以上である端面を形成してやれば、例えば、片面当たりのＺｎ目付量が１０〜３０ｇ／ｍ^２と薄目付けの亜鉛系めっき鋼板でも端面へのＺｎの流入が大きくなり、端面における耐錆性を著しく向上させることができることを見出した。そして、そのような端面を亜鉛系めっき鋼板に形成させるためには、切断加工に用いる金型のダイとポンチのクリアランスを小さくして端面における剪断面比率を大きくするとともに、ダイおよびポンチのいずれか一方の肩に鋼板板厚の０．１０〜０．５０倍の曲率半径を有する丸みをもたせて、剪断面比率を大きくしつつ、鋼板表面にめっきされたＺｎを端面に流入させてやればよいことを見出し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、片面当たりのＺｎ目付量が１０ｇ／ｍ^２以上で、板厚が２．０ｍｍ以下の亜鉛系めっき鋼板であって、めっき後に切断加工された端面における剪断面比率が９０％以上でかつ剪断面の亜鉛被覆率が５０％以上であることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板である。

また、本発明は、ダイ、ポンチおよびダイ押えからなる金型を用いて、片面当たりのＺｎ目付量が１０ｇ／ｍ^２以上で、板厚が２．０ｍｍ以下の亜鉛系めっき鋼板を切断加工するに当たり、製品鋼板側となるダイおよびポンチのいずれか一方の肩に上記鋼板板厚の０．１０〜０．５０倍の曲率半径の丸みをもたせ、他方の肩とダイ押えの肩を直角とすると共に、ダイとダイ押えの側面を揃えた金型を用いて、ダイとポンチとの間のクリアランスを上記鋼板板厚の１．０％以下として切断加工を施すことを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の切断加工方法を提案する。

また、本発明は、ダイ、ポンチおよびダイ押えからなる鋼板の切断加工用金型において、製品鋼板側となるダイおよびポンチのいずれか一方の肩が上記鋼板板厚の０．１０〜０．５０倍の曲率半径の丸みを有し、他方の肩とダイ押えの肩が直角であると共に、ダイとダイ押えの側面が揃い、ダイとポンチとの間のクリアランスが上記鋼板板厚の１．０％以下であることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の切断加工用金型である。

本発明によれば、亜鉛系めっき鋼板に打抜加工等の切断加工を施すに当たり、ダイあるいはポンチのいずれかの肩に丸みをつけるとともに、クリアランスを小さくすることで、端面の形態および端面におけるＺｎの付着分布を適正に制御し、もって、端面の耐錆性を大きく向上させることができる。したがって、本発明によれば、少ないＺｎ目付量の亜鉛系めっき鋼板でも、特別の防錆処理を施すことなく、切断加工後の端面の耐錆性を向上することができるので、工業上の効果は極めて大である。

まず、本発明が対象とする亜鉛系めっき鋼板について説明する。
本発明が対象とする亜鉛系めっき鋼板は、Ｚｎ単独のめっき鋼板に限定されるものではなく、例えば、ＺｎとＮｉ，Ｆｅ，Ａｌ，Ｃｒ等からなる２元系めっき鋼板、ＺｎとＮｉ−Ｃｏ、Ａｌ−Ｃｒ等からなる３元系めっき鋼板、さらにはＺｎと３以上の他元素からなる多元系めっき鋼板等が含まれる。ただし、本発明の亜鉛系めっき鋼板は、めっき層中のＺｎ含有量が５０ｍａｓｓ％以上のものに限られる。さらに、本発明が対象とする鋼板は、上記亜鉛系めっき鋼板の上層に化成処理などを施した鋼板であってもよい。また、上記亜鉛系めっき鋼板の素材（原板）は、熱延鋼板、冷延鋼板のいずれでもよく、鋼種についても、極低炭素鋼板や低炭素鋼板、合金元素を多量に含む高強度鋼板のいずれであってもよい。

ただし、本発明が対象とする鋼板は、Ｚｎ目付量および板厚が以下の範囲の亜鉛系めっき鋼板であることが必要である。
Ｚｎ目付量：１０ｇ／ｍ^２以上
Ｚｎ目付量は、鋼板の切断端面に犠牲防食性を付与するための、本発明においては極めて重要な管理項目である。Ｚｎの目付量が１０ｇ／ｍ^２未満であると、切断後の切口である端面の剪断面に十分な量のＺｎを被覆することができず、耐錆性の向上効果が得られない。よって、Ｚｎ目付量は１０ｇ／ｍ^２以上とする必要がある。なお、Ｚｎの目付量を３０ｇ／ｍ^２を超えて多くしても、端面の耐錆性の向上効果は飽和するだけで、製造コストの上昇を招く。よって、本発明が対象とする亜鉛めっき系鋼板のＺｎ目付量は、１０〜３０ｇ／ｍ^２の範囲とすることが好ましい。本発明は、Ｚｎ目付量が３０ｇ／ｍ^２以下の薄目付の亜鉛系めっき鋼板であっても、端面の耐錆性を向上することができる。
ここで、上記Ｚｎ目付量とは、Ｚｎ系めっき層中のＺｎの目付量を意味し、例えば、Ｚｎ−Ｎｉ２元系のめっき鋼板の場合でも、Ｚｎの目付量を意味する。
なお、上記目付量の亜鉛系めっきを施す方法は、電気めっき法、蒸着法および溶融めっき法のいずれでもよいが、目付量の制御性、製造コスト、表面の美麗性等の観点からは、電気めっき法が最も好適である。

板厚：２．０ｍｍ以下
本発明が対象とする亜鉛系めっき鋼板は、板厚：２．０ｍｍ以下であることが必要である。板厚が２．０ｍｍを超えて厚くなると、切断した切口（端面）の面積が増大するため、亜鉛被覆率が低下し、耐錆性を確保することが難しくなるからである。なお、一般に、板厚が薄くなると、端面に発生する錆はあまり問題とされなくなるので、鋼板の下限板厚は特に設ける必要はないが、概ね０．３ｍｍ程度である。

次に、本発明に係る亜鉛系めっき鋼板の端面が耐錆性に優れるための条件について説明する。
端面の剪断面比率：９０％以上、剪断面の亜鉛被覆率：５０％以上
図１は、Ｚｎの目付量が２０ｇ／ｍ^２で、板厚１．０ｍｍの電気亜鉛めっき鋼板を打ち抜き加工した端面の耐食性に及ぼす端面の剪断面比率と剪断面の亜鉛被覆率の影響を示したものである。ここで、上記剪断面比率とは、剪断面と破断面の合計面積に対する剪断面面積の割合のことである。また、上記剪断面の亜鉛被覆率とは、端面の剪断面をＥＰＭＡで面分析したときの、Ｚｎの検出レベルがバックグランドの３倍以上である剪断面の面積率のことである。また、上記図に示した耐食性は、打ち抜き加工した試験片を屋内に大気曝露する腐食試験において、目視で確認できる錆が発生するまでの日数を測定し、その日数が３０日以下を耐食性劣（×）、３１日〜９０日を耐食性良（△）、９１日以上を耐食性優（○）と判定したものである。図１から、錆発生までの時間を４ヶ月以上、即ち９１日以上とするためには、端面における剪断面比率を９０％以上かつ剪断面の亜鉛被覆率を５０％以上とする必要があることがわかる。そこで、本発明の端面の耐錆性に優れる亜鉛系めっき鋼板は、端面の剪断面比率が９０％以上、剪断面の亜鉛被覆率が５０％以上を必須の要件とする。なお、多元系めっき鋼板の場合でも、少なくとも上記したような、亜鉛被覆率が５０％以上を満たせば、十分な耐錆性を得ることができる。

次に、上記端面の耐錆性に優れる亜鉛系めっき鋼板を得るための切断加工用金型について説明する。
亜鉛系めっき鋼板の切断加工に用いる本発明に係る金型は、少なくともダイ、ポンチおよびダイ押えから構成されたものであることが必要である。上記構成からなる金型を用いる切断加工としては、打抜き加工や孔抜き（孔あけ）加工、切込み（切欠き）加工、縁取り（縁切り）加工、分断加工等が挙げられるが、上記加工に限定されるものではなく、切断線に対し、鋼板の一方の側を一対の工具（例えば、ダイとダイ押えの類）で挟んで固定し、鋼板の他方を、他の工具（例えば、ポンチの類）を鋼板の板厚方向に移動させて鋼板の板厚方向に剪断力による破断を生じさせて切断する剪断加工を伴う加工方法であればいずれでもよい。

また、本発明の切断加工用金型において重要なことは、ダイおよびポンチのいずれか一方の肩に、鋼板板厚の０．１０〜０．５０倍の曲率半径を有する丸みをもたせ、他方の肩とダイ押えの肩を直角すると共に、ダイとダイ押えの側面を揃えて、ダイとポンチとの間のクリアランスを上記鋼板板厚の１．０％以下とした金型であることが必要である。この際、上記金型の肩に丸みをもたせたダイまたはポンチ側を、製品（部材）となる鋼板側とする。

図２は、切断加工したダイ側の板を部材（製品）として使用する場合における、本発明の切断加工用金型と切断加工方法を示したものであり、１は切断加工を受ける亜鉛系めっき鋼板、２はポンチ、３はダイ、４はダイ押えである。この場合では、ダイ押え４の肩は直角にし、その側面とダイ３の側面とを揃えることで、切断時に鋼板を固定しつつ、切断時のバリの発生を抑制している。ただし、ダイとダイ押えの側面は完全に揃える必要はなく、ダイ押えの側面が、ダイの側面に対して外側には０．１ｍｍ以内、また、内側（ポンチ側）には、クリアランスの大きさ以内でポンチに当らない範囲であれば、出ていても構わない。

さらに、本発明において最も重要なことは、ポンチ２の肩を直角にし、ダイ３の肩に曲率半径Ｒの丸みを持たせることで、端面にめっきされたＺｎを回りこませることである。ここで、上記ダイ肩の丸みの曲率半径Ｒは、切断加工を受ける亜鉛系めっき鋼板の板厚ｔに対して０．１０〜０．５０倍の範囲とすることが必要である。ダイ肩の曲率半径Ｒが０．１０ｔより小さいと、切断時に材料の逃げ場がなくなることから、その場で鋼板が破断するため端面への亜鉛の回り込みが少なくなる。この傾向は、鋼板の板厚が大きくなるほど顕著となるため、ダイ肩の曲率半径Ｒの下限値は、板厚が厚いほど大きくする必要がある。一方、ダイ肩の曲率半径Ｒが０．５０ｔより大きくなると、剪断面の比率が小さくなるとともに、バリが発生しやすくなる。この傾向は、また板厚が薄いほど顕著となるため、ダイ肩の曲率半径Ｒの上限値は、板厚が薄いほど小さくする必要がある。したがって、本発明の切断加工方法では、切断加工したダイ側の板を部材（製品）として使用する場合には、ダイ肩の丸みの曲率半径Ｒを亜鉛系めっき鋼板の板厚ｔに対して０．１０〜０．５０倍の範囲に制御する必要がある。

また、図３は、図２とは逆に、切断加工したポンチ側の板を部材（製品）として使用する場合における、本発明の切断加工方法を示したものであり、ダイおよびダイ押えの肩は直角にして、ダイとダイ押えの側面を揃えることで、切断時のバリの発生を抑制している。ただし、ダイの側面とダイ押えの側面は完全に揃える必要はなく、ダイ押えの側面はダイの側面に対して、外側には０．１ｍｍ以内、内側には、クリアランスの大きさ以内でポンチに当たらない範囲であれば出ていても構わない。

さらに、図３の切断加工方法で重要なことは、ポンチの肩に曲率半径Ｒの丸みを持たせることで、ポンチ側の鋼板の端面に亜鉛を回りこませることである。ここで、上記ポンチ肩の丸みの曲率半径Ｒは、切断加工を受ける亜鉛系めっき鋼板の板厚ｔに対して０．１０〜０．５０倍の範囲とする必要がある。ポンチ肩の丸みの曲率半径Ｒが０．１０ｔより小さいと、切断時に材料の逃げ場がなくなることから、その場で鋼板が破断するため端面への亜鉛の回り込みが少なくなる。この傾向は、鋼板の板厚が大きくなるほど顕著となるため、ポンチ肩の丸みの曲率半径Ｒの下限値は、板厚が厚いほど大きくする必要がある。一方、ポンチ肩の丸みの曲率半径Ｒが０．５０ｔより大きくなると、剪断面の比率が小さくなるとともに、バリが発生しやすくなる。この傾向は、板厚が薄いほど顕著となるため、ポンチ肩の丸みの曲率半径Ｒの上限値は、板厚が薄いほど小さくする必要がある。したがって、本発明の切断加工方法では、切断加工したポンチ側の板を部材（製品）として使用する場合には、ポンチ肩の丸みの曲率半径Ｒを亜鉛系めっき鋼板の板厚ｔに対して０．１０〜０．５０倍の範囲に制御する必要がある。

さらに、本発明の切断加工用金型において重要なことは、ポンチとダイとの間のクリアランスを亜鉛系めっき鋼板の板厚の１．０％以下に制御する必要があることである。
切断時におけるポンチとダイとの間のクリアランスが大きくなるに従い、端面における剪断面の比率が小さくなるとともに、バリも発生しやすくなり、この傾向は、クリアランスの値が鋼板板厚の１．０％を超えると顕著になる。よって、本発明の切断加工方法においては、ポンチとダイとの間のクリアランスは、亜鉛系めっき鋼板の板厚の１．０％以下に制御する必要がある。なお、クリアランスは小さいほど好ましく、下限値は特に設けないが、１μｍ以上であれば十分である。

次に、本発明に係る亜鉛系めっき鋼板の切断加工方法について説明する。
本発明の切断加工方法は、上記の亜鉛系めっき鋼板を、上記の切断加工用金型を用いて切断加工する方法である。この際、重要なことは、本発明の切断加工用金型において、肩に丸みをもたせたダイまたはポンチ側を製品鋼板側となる、即ち、切断加工後、製品（部材）として使用する側となるようにして切断加工を行うことである。こうすることによって、製品となる鋼板側に、上述した端面の剪断面比率が９０％以上で、剪断面の亜鉛被覆率が５０％以上の耐錆性に優れる端面を形成することができるからである。

表１に示した、板厚とＺｎ目付量が異なるＮｏ．１〜１４の電気亜鉛めっき鋼板から１００ｍｍ×１５０ｍｍの大きさの試験材を採取し、この試験材に対して、外径が１００×３０ｍｍの角筒ポンチと、ダイおよびダイ押えからなり、同じく表１に示したように、ダイおよびポンチのいずれか一方の肩に曲率半径Ｒの丸みを付与し（表１中のダイ／ポンチ欄は、Ｒを付与した側を意味している）、他方の肩を直角とした各種の打ち抜き金型を用いて、ポンチとダイの間のクリアランスを種々に変化させた打ち抜き加工試験を行った。

上記打ち抜き加工後の試験材について、ダイの肩に丸みをつけた場合はダイ側の鋼板の端面における剪断面比率と剪断面の亜鉛被覆率を、ポンチの肩に丸みをつけた場合はポンチ側の鋼板の端面における剪断面比率と剪断面の亜鉛被覆率を、図４に示した定義にしたがって測定した。なお、剪断面における亜鉛被覆率は、剪断面をＥＰＭＡで分析したときに、Ｚｎの検出レベルがバックグランドの３倍以上である部分の面積率とした。
さらに、端面における剪断面比率と剪断面の亜鉛被覆率を測定した切断加工後の鋼板を用いて、屋内での大気曝露試験を行い、切断した端面に目視で確認できる錆が発生するまでの時間（日数）を調査した。

上記測定の結果を、表１に併記して示した。また、図５は、表１のＮｏ．１〜１１の鋼板端面の錆発生日数と、ダイまたはポンチの肩の丸みの曲率半径Ｒと板厚の比との関係を示したものである。図５から、肩半径Ｒと板厚ｔの比が、本発明の範囲（０．１〜０．５）にある場合には、錆発生までの日数が９１日以上と優れた端面の耐錆性が得られていることがわかる。
また、表１のＮｏ．１２，１３および１４の鋼板の場合のように、鋼板板厚、Ｚｎ目付量およびクリアランスと板厚の比のいずれかが本発明の範囲を外れている場合には、端面の剪断面比率および剪断面の亜鉛被覆率が本発明の範囲から外れており、その結果、端面における錆発生までの日数が９０日以下と短くなっている。

端面における錆発生日数に及ぼす端面の剪断面比率と剪断面の亜鉛被覆率の影響を示すグラフである。切断後、ダイ側の板を製品とする場合における本発明の切断用金型と切断加工方法を説明する図である。切断後、ポンチ側の板を製品とする場合における本発明の切断用金型と切断加工方法を説明する図である。切断端面における剪断面比率と剪断面の亜鉛被覆率を説明する図である。ダイあるいはポンチの肩半径Ｒと亜鉛系めっき鋼板板厚ｔとの比が端面の錆発生日数に及ぼす影響を示すグラフである。

符号の説明

１：亜鉛系めっき鋼板（被切断加工鋼板）
２：ポンチ
３：ダイ
４：ダイ押え
５：ダイとポンチの間のクリアランス
Ｒ：ダイ肩（ポンチ肩）の丸みの曲率半径

Claims

片面当たりのＺｎ目付量が１０ｇ／ｍ^２以上で、板厚が２．０ｍｍ以下の亜鉛系めっき鋼板であって、めっき後に切断加工された端面における剪断面比率が９０％以上でかつ剪断面の亜鉛被覆率が５０％以上であることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板。
ダイ、ポンチおよびダイ押えからなる金型を用いて、片面当たりのＺｎ目付量が１０ｇ／ｍ^２以上で、板厚が２．０ｍｍ以下の亜鉛系めっき鋼板を切断加工するに当たり、製品鋼板側となるダイおよびポンチのいずれか一方の肩に上記鋼板板厚の０．１０〜０．５０倍の曲率半径の丸みをもたせ、他方の肩とダイ押えの肩を直角とすると共に、ダイとダイ押えの側面を揃えた金型を用いて、ダイとポンチとの間のクリアランスを上記鋼板板厚の１．０％以下として切断加工を施すことを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の切断加工方法。
ダイ、ポンチおよびダイ押えからなる鋼板の切断加工用金型において、製品鋼板側となるダイおよびポンチのいずれか一方の肩が上記鋼板板厚の０．１０〜０．５０倍の曲率半径の丸みを有し、他方の肩とダイ押えの肩が直角であると共に、ダイとダイ押えの側面が揃い、ダイとポンチとの間のクリアランスが上記鋼板板厚の１．０％以下であることを特徴とする亜鉛系めっき鋼板の切断加工用金型。