JP2017121778A - 被覆鋼板 - Google Patents
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Abstract
Description
(1)鋼板の少なくとも片面上に、バインダー樹脂、亜鉛系金属粉と、Mgを含有する縮合リン酸アルミと、を含有する被膜を有し、前記亜鉛系金属粉の含有量が、前記被膜の全固形分に対して30体積%〜60体積%であり、前記Mgを含有する縮合リン酸アルミの含有量が、前記被膜の全固形分に対して2体積%〜15体積%である、被覆鋼板。
(2)前記亜鉛系金属粉が、Al、Mg及びSiよりなる群から選択される少なくとも1種の金属粉を含む亜鉛系金属粉である、(1)に記載の被覆鋼板。
(3)前記被膜が、非酸化物セラミクス粒子を更に含み、前記非酸化物セラミクス粒子の含有量が、前記被膜の全固形分に対して、2.5体積%〜20体積%である、(1)又は(2)に記載の被覆鋼板。
(4)前記非酸化物セラミクス粒子が、Vを含有する非酸化物セラミクス粒子である、(3)に記載の被覆鋼板。
(5)前記Vを含有する非酸化物セラミクス粒子が、一ホウ化バナジウム粒子(VB粒子)、二ホウ化バナジウム粒子(VB2粒子)、及び、窒化バナジウム粒子(VN粒子)よりなる群から選択される少なくとも1種の非酸化物セラミクス粒子である、(4)に記載の被覆鋼板。
(6)前記Vを含有する非酸化物セラミクス粒子が、二ホウ化バナジウム粒子(VB2粒子)である、請求項(4)又は(5)に記載の被覆鋼板。
(7)前記被膜の膜厚が、1μm〜40μmである、(1)〜(6)の何れか1つに記載の被覆鋼板。
(8)前記鋼板が、冷延鋼板である、(1)〜(7)の何れか1つに記載の被覆鋼板。
(9)前記鋼板が、亜鉛系めっき鋼板、又は、アルミニウム系めっき鋼板である、(1)〜(7)の何れか1つに記載の被覆鋼板。
本実施形態に係る被覆鋼板は、鋼板の少なくとも片面上に、バインダー樹脂と、亜鉛系金属粉と、Mgを含有する縮合リン酸アルミと、を含有する被膜を有する。そして、亜鉛系金属粉の含有量は、被膜の全固形分に対して50体積%〜70体積%であり、Mgを含有する縮合リン酸アルミの含有量は、被膜の全固形分に対して5体積%〜10体積%である。
本実施形態に係る被覆鋼板の基材となる鋼板としては、冷延鋼板に加え、亜鉛系めっき鋼板、アルミニウム系めっき鋼板等の周知のめっき鋼板が挙げられる。鋼板は、普通鋼板であっても、クロム等といった各種の添加元素を含有する添加元素含有鋼板であってもよい。ただし、プレス成形する場合、鋼板は、所望の成形加工追従性を備えるように、添加元素の種類及び添加量、並びに、金属組織を適正に制御した鋼板であることが好ましい。
上記のような鋼板上に設けられる樹脂被膜は、バインダー樹脂と、亜鉛系金属粉と、Mgを含有する縮合リン酸アルミと、を含む。また、樹脂被膜は、必要に応じて、上記以外の他の成分を含んでもよい。
バインダー樹脂は、樹脂、及び、架橋構造を有する架橋樹脂の場合には架橋剤を含んでもよい。バインダー樹脂は、亜鉛系金属粉の安定性を考慮して、非水である溶剤系の樹脂(溶剤系樹脂)であることが好ましい。水に溶解又は分散する水溶性又は水分散性の水系樹脂を用いる際は、亜鉛系金属粉を塗装する直前に水系樹脂にブレンドするか、又は、亜鉛系金属粉の表面を有機物又は無機物でコーティングした粉末を用いることで液安定性を向上できるが、製造コストの点から、溶剤系樹脂を用いることが好ましい。
亜鉛系金属粉としては、一般に公知の金属亜鉛、金属亜鉛とその他の金属とからなる合金、又は、金属間化合物の粉末を用いることができる。純亜鉛粉末は、鋼板に対する犠牲防食効果がより発揮されて、好適である。また、マグネシウム、アルミニウムやシリコンを含む亜鉛−マグネシウム合金粉末、亜鉛−アルミニウム合金粉末であると、耐食性が向上し、より好ましい。更に、亜鉛−アルミニウム−シリコン合金粉末、亜鉛−マグネシウム−アルミニウム合金粉末、亜鉛−マグネシウム−アルミニウム−シリコン合金粉末であると、より耐食性が向上し、より好ましい。
Mgを含有する縮合リン酸アルミとしては、トリポリリン酸二水素アルミのマグネシウム処理物、トリポリリン酸アルミの酸化マグネシウム、水酸化マグネシウム混合物等が挙げられる。樹脂被膜中に、Mgを含有する縮合リン酸アルミを含むことで、亜鉛金属粉の亜鉛とMg、縮合リン酸アルミと、が反応し、Zn−Mg、Zn−リン酸化合物の複合酸化物や複合化合物を形成することにより、優れた耐食性を有すると推測される。
本実施形態に係る樹脂被膜は、上記の各成分に加えて、更に非酸化物セラミクス粒子を含有することがより好ましい。以下、かかる非酸化物セラミクス粒子について説明する。
ホウ化物セラミクス粒子としては、周期律表の第IV族(Ti、Zr、Hf)、第V族(V、Nb、Ta)、第VI族(Cr、Mo、W)の各遷移金属、Mn、Fe、Co、Ni、希土類元素、又は、Be及びMg以外の第II族(Ca、Sr、Ba)のホウ化物セラミクス粒子が例示される。
非酸化物セラミクス粒子の含有量は、樹脂被膜(被膜の全固形分)に対して2.5体積%〜20体積%であることが好ましい。非酸化物セラミクス粒子の含有量が2.5体積%未満である場合には、電着塗装前の耐食性及び溶接性が十分に得られないことがある。一方、Vを含有する非酸化物セラミクス粒子の含有量が20体積%を超える場合には、樹脂被膜中のバインダー樹脂の比率の低下に伴い樹脂被膜の凝集力が低下し、その結果、加工性及び塗装の密着性が低下することがある。非酸化物セラミクス粒子の含有量は、耐食性、加工性及び溶接性等の観点から、樹脂被膜(被膜の全固形分)に対して5体積%〜15体積%であることがより好ましい。
本実施形態に係る樹脂被膜は、上記他の成分以外に、その他の添加剤を更に含んでもよい。その他の添加剤としては、例えば、体質顔料、固体潤滑剤、レベリング剤等の周知の添加剤が挙げられる。
(2)フッ素樹脂系ワックス:例えば、ポリフルオロエチレン樹脂(ポリ4フッ化エチレン樹脂等)、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂等
被膜中に含有されるZn系金属粉、Mg含有縮合リン酸アルミニウム、その他添加剤が顔料の際の含有量の測定方法としては、被膜のバインダー成分を特定の溶剤を用い溶解し、残渣として上記Zn金属粉、Mg含有縮合リン酸アルミニウム、その他添加剤を抽出し分析する方法や、被覆鋼板の断面分析より算出する方法が例示される。
樹脂被膜の膜厚は、1μm〜40μmであることが好ましい。樹脂被膜の膜厚が1μm未満である場合、耐食性が十分に得られないことがある。一方、樹脂被膜の膜厚が40μmを超える場合、被膜の凝集力の低下によって、加工性及び被膜密着性が十分に得られないことがある。樹脂被膜の膜厚は、耐食性、加工性及び被膜密着性の観点から、2μm〜35μmであることがより好ましく、3μm〜30μmであることが更に好ましく、5μm〜25μmであることが特に好ましい。
樹脂被膜の形成方法は、特に制限はなく、周知の方法を利用できる。例えば、バインダー樹脂と、亜鉛系金属粉と、Mgを含有する縮合リン酸アルミと、必要に応じて、他の成分及びその他添加剤とを、溶剤に混合した樹脂被膜形成用の組成物を得るか、又は、無溶剤の樹脂に混合して、樹脂被膜形成用の組成物を得る。この際、溶剤は、有機溶剤であってもよいし、水であってもよいが、製造コスト、樹脂被膜形成用の組成物の点から、有機溶剤であることがよい。つまり、樹脂被膜形成用の組成物は、溶剤系組成物であることがよい。そして、得られた樹脂被膜形成用の組成物を、めっき鋼板の少なくも片面上に塗布し、乾燥、加熱することで、樹脂被膜を形成する。樹脂被膜を形成する際の乾燥・加熱条件についても、特に制限されるものではなく、用いた溶剤等に応じて、最高到達温度や加熱時間等の条件を、適宜決定すればよい。
本実施形態に係る被覆鋼板は、めっき鋼板と樹脂被膜との間に、樹脂被膜のめっき鋼板への密着性及び耐食性等を更に改善する、下地処理皮膜等の周知の機能膜が介在していてもよい。
<1.基材鋼板の準備>
以下に示す6種の冷延鋼板及びめっき鋼板を準備し、水系アルカリ脱脂剤(日本パーカライジング(株)製FC−301)の2.5質量%、40℃水溶液に対し、それぞれの鋼板を2分間浸漬して表面を脱脂した後、水洗、乾燥して塗装用の鋼板とした。
・EG:電気亜鉛めっき鋼板(板厚0.8mm、めっき付着量40g/m2)
・ZL:電気Zn−10質量%Ni合金めっき鋼板(板厚0.8mm、めっき付着量40g/m2)
・GI:溶融亜鉛めっき鋼板(板厚0.8mm、めっき付着量60g/m2)
・GA:合金化溶融亜鉛めっき鋼板(板厚0.8mm、10質量%Fe、めっき付着量45g/m2)
・AL:溶融Alめっき鋼板(板厚0.8mm、めっき付着量40g/m2)
次に、以下に示す2種の下地処理皮膜形成用の組成物を準備した。これらの組成物を、皮膜厚0.08μmになるように上記の鋼板にバーコートした後、熱風炉にて金属表面到達温度70℃で乾燥し、風乾することで、下地処理皮膜を上記の鋼板の表面に形成した。
・p2:ポリエステル樹脂、シリカ微粒子、シランカップリング剤からなる水系塗装用組成物
次に、表1に示される組成となる樹脂被膜を形成するため、表1と同様の固形分濃度となるように各成分を混合し、樹脂被膜形成用の組成物を準備した。その後、表2に従って、得られた組成物を上記の鋼板上にバーコータで塗布し、最高到達温度が210℃となる条件でオーブンを用いて乾燥することにより、樹脂被膜を形成した。樹脂被膜の膜厚は、組成物中の固形分(不揮発分)の膜厚が表2に示される数値になるように、組成物の希釈及びバーコータの番手により調整した。
表1中の各成分(記号)の詳細は、以下の通りである。
・P1:溶剤系ポリエステル樹脂(東洋紡社製 バイロン 290(分子量22000))+メラミン樹脂(サイメル社製 サイメル325)を体積比率70:30比率でブレンド
・P2:溶剤系ポリエステル樹脂(東洋紡社製 バイロン 290(分子量22000))+メラミン樹脂(サイメル社製 サイメル325)を体積比率70:30比率でブレンド
・P3:溶剤系ポリエステル樹脂(東洋紡社製 バイロン 290(分子量22000))+メラミン樹脂(サイメル社製 サイメル325)を体積比率70:30比率でブレンド
・P4:溶剤系ポリエステル樹脂(東洋紡社製 バイロン 296(分子量14000))+メラミン樹脂(サイメル社製 サイメル325)を体積比率70:30比率でブレンド
・P5:溶剤系ポリエステル−メラミンクリア塗料(日本ペイント・インダストリアルコーティングス社製)NK1250SC 耐汚染性クリア塗料)
・U1:溶剤系ウレタン樹脂(コベストロ社製アルキノール2013(末端水酸基型ポリエステル、主剤樹脂)と同社製ポリイソシアネート(HMDI、架橋剤)を体積比率60:40比率でブレンド)
・U2:水系ウレタン樹脂(第一工業製薬社製スーパーフレックス620)
・U3:水系ウレタン樹脂(第一工業製薬社製スーパーフレックス620)+炭酸ジルコニウムアンモニウムを体積比率90:10比率でブレンド
・U4:水系ウレタン樹脂(第一工業製薬社製スーパーフレックス620)+γ−グリシドキシプロピルトリメトキシシランを体積比率90:10比率でブレンド
・Z1:試薬の金属亜鉛粉を粉砕機にて更に粉砕し、ふるい及び分級機にて得た平均粒径が3μmの亜鉛系金属粉
・Z2:試薬の金属亜鉛粉を粉砕機にて更に粉砕し、ふるい及び分級機にて得た平均粒径が3μmの亜鉛系金属粉を、十分な量のシランカップリング剤(日美商事社製サイラエースS510)中に入れ、常温で1時間撹拌後にろ過して採取した、表面処理を施した亜鉛系金属粉
・ZA1:試薬の金属亜鉛粉と金属アルミニウムを質量比率95:5でブレンドしたものを粉砕機にて更に粉砕し、ふるい及び分級機にて得た平均粒径が3μmの亜鉛系金属粉
・ZA2:試薬の金属亜鉛粉と金属アルミニウムを質量比率45:55でブレンドしたものを粉砕機にて更に粉砕し、ふるい及び分級機にて得た平均粒径が3μmの亜鉛系金属粉
・ZM:試薬の金属亜鉛粉と金属マグネシウムを質量比率95:5でブレンドしたものを粉砕機にて更に粉砕し、ふるい及び分級機にて得た平均粒径が3μmの亜鉛系金属粉
・ZS:試薬の金属亜鉛粉と金属シリコンを質量比率95:5でブレンドしたものを粉砕機にて更に粉砕し、ふるい及び分級機にて得た平均粒径が3μmの亜鉛系金属粉
・ZAM:試薬の金属亜鉛粉、金属アルミニウムと金属マグネシウムを質量比率86:11:3でブレンドしたものを粉砕機にて更に粉砕し、ふるい及び分級機にて得た平均粒径が3μmの亜鉛系金属粉
・ZAMS1:試薬の金属亜鉛粉、金属アルミニウム、金属マグネシウム、金属シリコンを質量比率85.8:11:3:0.2でブレンドしたものを粉砕機にて更に粉砕し、ふるい及び分級機にて得た平均粒径が3μmの亜鉛系金属粉
・ZAMS2:試薬の金属亜鉛粉、金属アルミニウム、金属マグネシウム、金属シリコンを質量比率50:40:9:1でブレンドしたものを粉砕機にて更に粉砕し、ふるい及び分級機にて得た平均粒径が3μmの亜鉛系金属粉
・PAM1:トリポリリン酸二水素アルミ(Mgコーティング)(テイカ製縮合リン酸アルミG105)(平均粒径1μm〜3μm、比重=2.6)
・PAM2:トリポリリン酸二水素アルミ(Mgコーティング)(テイカ製縮合リン酸アルミ#450H)(平均粒径1μm〜3μm、比重=2.2)
・PAM3:トリポリリン酸二水素アルミ(Mgコーティングなし)(テイカ製縮合リン酸アルミ#105)(平均粒径1μm〜3μm、比重=3.0)と水酸化マグネシウム(市販品、比重2.4)を質量比率95:5でブレンドしたMg含有トリポリリン酸二水素アルミ
・PAM4:トリポリリン酸二水素アルミ(Mgコーティングなし)(テイカ製縮合リン酸アルミ#105)(平均粒径1μm〜3μm、比重=3.0)と水酸化マグネシウム(市販品、比重2.4)を質量比率90:10でブレンドしたMg含有トリポリリン酸二水素アルミ
・PAM5:トリポリリン酸二水素アルミ(Mgコーティングなし)(テイカ製縮合リン酸アルミ#105)(平均粒径1μm〜3μm、比重=3.0)と水酸化マグネシウム(市販品、比重2.4)を質量比率85:15でブレンドしたMg含有トリポリリン酸二水素アルミ
・PAM6:トリポリリン酸二水素アルミ(Mgコーティングなし)(テイカ製縮合リン酸アルミ#105)(平均粒径1μm〜3μm、比重=3.0)と水酸化マグネシウム(市販品、比重2.4)を質量比率80:20でブレンドしたMg含有トリポリリン酸二水素アルミ
・PAM7:トリポリリン酸二水素アルミ(Mgコーティングなし)(テイカ製縮合リン酸アルミ#105)(平均粒径1μm〜3μm、比重=3.0)と酸化マグネシウム(市販品、比重3.7)を質量比率90:10でブレンドしたMg含有トリポリリン酸二水素アルミ
・PA:トリポリリン酸二水素アルミ(Mgコーティングなし)(テイカ製縮合リン酸アルミ#105)(平均粒径1μm〜3μm、比重=3.0)
・PM:リン酸マグネシウム(平均粒径1μm〜3μm、比重=2.1)
・SC:カルシウムイオン交換シリカ(平均粒径1μm〜3μm、比重=2.3)
・Si:シリカ(吸油量100〜1000ml/100g、比表面積200〜1000m2/g、平均粒径1μm〜30μmの非晶質シリカ、比重=2.2)(富士シリシア製サイロマスク02)
・VB2:二ホウ化バナジウム粒子(VB2粒子)(平均粒径1μm〜3μm、比重=5.1g/cm3)
・VC:炭化バナジウム粒子(平均粒径1μm〜3μm、比重=5.8g/cm3)
・VN:窒化バナジウム粒子(平均粒径1μm〜3μm、比重=6.1g/cm3)
・TN:窒化チタン粒子(平均粒径1μm〜3μm、比重=6g/cm3)
・WAX1:ポリエチレンワックス(三井化学(株)ケミパールS650)(平均粒径=0.1μm未満、軟化点55℃)
・WAX2:ポリエチレンワックス(三井化学(株)ケミパールS120)(平均粒径=0.5μm、軟化点60℃)
・WAX3:ポリエチレンワックス(三井化学(株)ケミパールW700)(平均粒径=1.0μm、軟化点132℃)
・WAX4:ポリエチレンワックス(三井化学(株)ケミパールW400)(平均粒径=4.0μm、軟化点110℃)
・WAX5:ポリエチレンワックス(三井化学(株)ケミパールW310)(平均粒径=9.5μm、軟化点132℃)
表1の記載、及び上記各操作方法に従って、鋼板上に、下地処理皮膜、樹脂被膜を形成し、各サンプルNo.の被覆鋼板を製造した。
以上のようにして製造した各被覆鋼板を、以下に示した耐食性、加工性及び溶接性の各観点から評価した。得られた結果を、以下の表2にまとめて示した。
上記にて作製した被覆鋼板を、所定サイズに切断し、中央部にクロスカットを施し、端面をテープシールしたサンプルをJIS H 8502に基づくめっきの耐食性試験法((1)塩水噴霧(35℃,2時間)、(2)乾燥(60℃,25%RH,4時間)、(3)湿潤(50℃,98%RH,2時間)を順次実施する耐食性試験法)を用い、クロスカット部及び平面部からの腐食発生を観察した。試験時間は、上記(1)〜(3)を1サイクルとし、60サイクル時点での平面部腐食面積率より、以下の評点を用いて耐食性の優劣を評価した。かかる耐食性試験において、評点3以上である場合に、耐食性試験に優れると判断した。
4:腐食面積率が5%超10%以下
3:腐食面積率が10%超20%以下
2:腐食面積率が20%超50以下
1:腐食面積率が50%超
上記にて作製した被覆鋼板を20℃の室内で180度の折り曲げを行い、折り曲げる際に、試験片と同板厚の鋼板を3枚内側に挟み、曲げ加工部を観察した。以下の評点を用いて、加工性の優劣を評価した。かかる加工性試験において、評点2以上である場合に、加工性に優れると判断した。
2:ワレ部からの被膜の浮き、剥離なし
1:ワレ部からの被膜の浮き、剥離あり
上記化成処理を実施する前の被覆鋼板を、先端径5mm、R40のCF型Cr−Cu電極を用い、加圧力1.96kN、溶接電流8kA、通電時間12サイクル/50Hzにてスポット溶接の連続打点性試験を行い、ナゲット径が3t0.5(tは板厚)を下回る直前の打点数を求めた。以下の評価点を用いて、スポット溶接性の優劣を評価した。かかるスポット溶接性において、評点3以上である場合に、スポット溶接性に優れると判断した。
3:100打点以上1000打点未満
2:50打点以上、100打点未満
1:50打点未満
Claims (9)
- 鋼板の少なくとも片面上に、バインダー樹脂、亜鉛系金属粉と、Mgを含有する縮合リン酸アルミと、を含有する被膜を有し、
前記亜鉛系金属粉の含有量が、前記被膜の全固形分に対して30体積%〜60体積%であり、
前記Mgを含有する縮合リン酸アルミの含有量が、前記被膜の全固形分に対して2体積%〜15体積%である、被覆鋼板。 - 前記亜鉛系金属粉が、Al、Mg及びSiよりなる群から選択される少なくとも1種の金属粉を含む亜鉛系金属粉である、請求項1に記載の被覆鋼板。
- 前記被膜が、非酸化物セラミクス粒子を更に含み、
前記非酸化物セラミクス粒子の含有量が、前記被膜の全固形分に対して、2.5体積%〜20体積%である、請求項1又は2に記載の被覆鋼板。 - 前記非酸化物セラミクス粒子が、Vを含有する非酸化物セラミクス粒子である、請求項3に記載の被覆鋼板。
- 前記Vを含有する非酸化物セラミクス粒子が、一ホウ化バナジウム粒子(VB粒子)、二ホウ化バナジウム粒子(VB2粒子)、及び、窒化バナジウム粒子(VN粒子)よりなる群から選択される少なくとも1種の非酸化物セラミクス粒子である、請求項4に記載の被覆鋼板。
- 前記Vを含有する非酸化物セラミクス粒子が、二ホウ化バナジウム粒子(VB2粒子)である、請求項4又は5に記載の被覆鋼板。
- 前記被膜の膜厚が、1μm〜40μmである、請求項1〜6の何れか1項に記載の被覆鋼板。
- 前記鋼板が、冷延鋼板である、請求項1〜7の何れか1項に記載の被覆鋼板。
- 前記鋼板が、亜鉛系めっき鋼板、又は、アルミニウム系めっき鋼板である、請求項1〜7の何れか1項に記載の被覆鋼板。
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