JP2019206179A - 表面処理鋼板 - Google Patents
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Description
(1)
鋼板、前記鋼板上の少なくとも片面に形成されたAlとMgとZnとを含む合金めっき層、及び前記合金めっき層上に形成されたバインダー樹脂と顔料とを含む塗膜を有する表面処理鋼板であって、
前記顔料が鱗片状酸化物であり、
前記表面処理鋼板の断面を観察した場合に、観察された前記塗膜の表面の長さに対する、前記顔料が前記塗膜の表面に投影されている長さの比率Aが、70%以上100%以下であることを特徴とする表面処理鋼板。
(2)
前記顔料が光輝顔料であることを特徴とする、(1)に記載の表面処理鋼板。
(3)
前記顔料が、シリカ、アルミナ及びマイカの1種又は2種以上を含むことを特徴とする、(1)又は(2)に記載の表面処理鋼板。
(4)
前記塗膜の断面を観察し、前記顔料の長径を含む直線と前記塗膜の表面の為す角度をαとした場合に、前記塗膜中において0°≦α≦10°を満たす前記顔料が30%以上であることを特徴とする、(1)〜(3)のいずれか1つに記載の表面処理鋼板。
(5)
前記表面処理鋼板に一軸方向に20%の伸び歪を加えた後に前記表面処理鋼板の断面を観察した場合に、観察された前記塗膜の表面の長さに対する、前記顔料が前記塗膜の表面に投影されている長さの比率Aが、70%以上100%以下であることを特徴とする、(1)〜(4)のいずれか1つに記載の表面処理鋼板。
(6)
前記顔料にマイカが含まれる場合、前記マイカの平均粒径が5μm以上30μm以下であり、平均アスペクト比が20以上であることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれか1つに記載の表面処理鋼板。
(7)
前記塗膜中のマイカの平均厚さTAと、前記表面処理鋼板に一軸方向に20%の伸び歪を加えた後の前記塗膜中のマイカの平均厚さTBとの比TA/TBが、1.5以上3.0以下であることを特徴とする、(6)に記載の表面処理鋼板。
(8)
前記顔料にシリカ又はアルミナが含まれる場合、前記シリカ又はアルミナの平均粒径が1μm以上10μm以下であり、平均アスペクト比が10以上50以下であることを特徴とする、(1)〜(5)のいずれか1つに記載の表面処理鋼板。
(9)
前記塗膜の平均厚さが3μm以上15μm以下であることを特徴とする、(1)〜(8)のいずれか1つに記載の表面処理鋼板。
(10)
前記塗膜中の前記顔料の濃度が、前記塗膜の全体質量に対して、5質量%以上15質量%以下であることを特徴とする、(1)〜(9)のいずれか1つに記載の表面処理鋼板。
図1は、本発明に係る表面処理鋼板の1つの実施態様の断面図を示す。本発明の表面処理鋼板1は、図1に示すように、鋼板3、鋼板3上の少なくとも片面に形成されたAlとMgとZnとを含む合金めっき層5、及び合金めっき層5上に形成されたバインダー樹脂と顔料9とを含む塗膜7を有し、顔料9が鱗片状酸化物であり、かつ、表面処理鋼板1の断面を観察した場合に、観察された塗膜7の表面の長さに対する、顔料9が塗膜7の表面に投影されている長さの比率Aが、70%以上100%以下であることを特徴とする。以下、本発明の表面処理鋼板1の構成要件について説明する。
本発明における鋼板3としては、特に限定されず、熱延鋼板、冷延鋼板などの一般的な鋼板を使用することができる。鋼種も、特に限定されず、例えばAlキルド鋼、Ti、Nbなどを添加した極低炭素鋼、及びこれらにP、Si、Mnなどの元素を添加した高張力鋼などを使用することが可能である。本発明における鋼板の板厚は、特に限定されないが、例えば、0.25〜3.5mmであればよい。
本発明における合金めっき層5は鋼板3上に形成されている。この合金めっき層5は鋼板3の片面に形成されていても、両面に形成されていてもよい。合金めっき層5は、少なくともAlとMgとZnとを含み、Zn−Al−Mg合金めっき層であってもよい。これらの各濃度(含有量)は、Al:0.01〜60質量%、Mg:0.001〜10質量%であり、残部がZn及び不純物であることができる。また、上記のような組成に加えて、Si:0.001〜2質量%含み、Zn−Al−Mg−Si合金めっき層を使用することができる。
本発明における塗膜7は合金めっき層5上に形成されている。なお、合金めっき層5と塗膜7との間に化成処理層のような別の層が存在してもよい。塗膜7中には、バインダー樹脂と顔料9とが含まれる。
本発明で使用される顔料9は鱗片状である。本明細書で使用される場合、塗膜7中に含まれる顔料9について「鱗片状」とは、後述する方法により決定される平均アスペクト比が10以上であることを意味する。顔料9が鱗片状でない場合、すなわち顔料9の平均アスペクト比が10未満である場合は、塗膜7中において、顔料同士を十分に重なり合った状態で配置させることができず、その結果、塗膜中の顔料9が、腐食因子の合金めっき層5への侵入を防止する役目を十分に果たせない場合がある。特に、塗膜7を含む鋼板を加工した際に、加工部において隣り合う顔料9同士が重なり合って分布していない場所が顕著に発生する。そうすると、そのような顔料9がない場所を通じて、酸素等の腐食因子が塗膜7中を通過して合金めっき層5に到達することが可能となる。その結果、加工部において腐食が進行して、したがって加工部での耐食性が低下する。
本発明の塗膜7の成分として使用されるバインダー樹脂は、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、又はアクリル樹脂であることができ、これらの樹脂の硬化剤としてはメラミン樹脂やイソシアネート樹脂、エポキシ樹脂を使用することができる。メラミン樹脂の例としては、イミノ基型メラミン、メチル化メラミン、又はブチル化メラミンなどを使用することができる。好ましくは、本発明のバインダー樹脂はポリエステル樹脂である。また、バインダー樹脂としてポリエステル樹脂を用いる場合には、−20〜70℃のガラス転移温度Tgと、10000〜25000の数平均分子量を有するものが好ましい。また、バインダー樹脂としてウレタン樹脂を用いる場合には、0〜50℃のガラス転移温度と、5000〜2500の数平均分子量を有するものが好ましい。また、バインダー樹脂としてアクリル樹脂を用いる場合には、0〜50℃のガラス転移温度と、3000〜2500の数平均分子量を有するものが好ましい。十分な加工部での耐食性を得るためには、加工時に塗膜に亀裂が入らないように、バインダー樹脂として加工性に優れるものを選択することが好ましい。例えば、板厚t=0.6mmの表面処理鋼板において塗膜に亀裂が生じない加工形状の限界(最小曲げ高さ)は、5t以下、例えば、4t以下、又は3t以下であることが好ましい。上述したポリエステル樹脂、ウレタン樹脂、又はアクリル樹脂は、いずれも板厚t=0.6mmの表面処理鋼板において塗膜に亀裂が生じない加工形状の限界(最小曲げ高さ)は、5t以下である。このような加工性を有さない樹脂の例としては、メチルシリコーン樹脂などが挙げられる。
本発明に係る表面処理鋼板1の製造方法の例を以下で説明するが、本発明に係る表面処理鋼板1を得ることができれば任意の方法で製造することができる。例えば、本発明に係る表面処理鋼板1は、鋼板3上に形成された合金めっき層5上に、塗料を塗布し、加熱して塗料を硬化させることで製造することができる。
鋼板としては、任意の厚さ及び鋼組成を有するものを使用することができる。例えば、厚さ0.25〜3.5mmの冷延鋼板を使用することができる。また、合金めっき層5は、例えば、各種金属を添加した400〜550℃のZn−Al−Mg溶融めっき浴を用いて、鋼板3上にZn−Al−Mg合金めっきを5〜30μmの厚さで形成することができる。さらにめっき浴にSiを添加し、Zn−Al−Mg−Si合金めっきを形成することもできる。
塗料は、溶媒に分散させたバインダー樹脂と、硬化剤であるメラミン樹脂とを混合して、次いで、その混合物中に所定量の顔料9を分散させることで得ることができる。混合の順序は異なってもよい。顔料9としては鱗片状酸化物を使用することができる。バインダー樹脂としては、ポリエステル樹脂、ウレタン樹脂又はアクリル樹脂などを使用することができる。また、溶媒としては、メラミン樹脂が分散又は溶解すれば水又はシクロヘキサノンのような溶剤のいずれも使用することができるが、製造コスト低減や生産性向上の観点から水が好ましい。バインダー樹脂と硬化剤との比は適宜決定することができるが、例えば、1:1〜9:1の範囲であることができる。
次いで、得られた塗料を合金めっき層5上に塗膜7が所定の厚さになるように塗布し、焼付け、硬化させる。塗料の塗布方法は、特に限定されず、当業者に任意の塗布方法により行うことができる。焼付けは、塗料が硬化する任意の加熱条件で行うことができ、例えば、5〜70℃/秒の加熱速度で180〜230℃の鋼板温度になるように加熱する。本発明における比率A(伸び歪加工前)及び角度αの制御は、塗料を硬化させる際の加熱条件、バインダー樹脂と硬化剤との比、塗料の粘度などを適宜調整することにより行うことができる。
(合金めっき層の形成)
厚さ1mmの冷延鋼板を、Al:約11質量%、Mg:約3質量%、及びZn:約86質量%を添加した約450℃の溶融めっき浴に3〜5秒間浸漬し、冷延鋼板上に約10μmの厚さの合金めっき層を形成した。
水中にバインダー樹脂としてポリエステル樹脂(分子量:16,000;ガラス転移点:10℃)を分散させ、その中にイミノ基型メラミン樹脂を混合した。ポリエステル樹脂とメラミン樹脂との濃度の比は100:20であった。次いで、その混合物中に、所定量の顔料を添加して塗料を調製した。塗料に添加した顔料の種類、及び、顔料が光輝顔料に該当するか(該当する場合は「〇」、該当しない場合は「×」)を表1に示した。顔料の添加量は、塗膜の表面からGD−OESを用いて測定した場合に、表1に示すような所定の顔料の濃度が得られるように適宜調整した。
上記のように調製した塗料を、得られる塗膜の平均厚さが2μm、3μm、5μm、10μm、15μm又は18μmになるように合金めっき層上に塗布し、焼付けることで硬化させた。焼付けは、10〜70℃/秒の加熱速度で180〜230℃の鋼板到達温度となる条件で行った。比率A及び角度αの制御は、塗料を硬化させる際の加熱条件を適宜調整して行った。このようにして、表面処理鋼板の試料No.1〜36を作製した。
上記のように表面処理鋼板の試料を作製し、表1に示したような試料について、JIS 5号試験片(板厚0.6mm)を作製した。次いで、その試験片を一軸方向に引張り試験し、20%歪を加えた後に、その加工部において、以下のような耐食性及び隠蔽性の評価試験を行った。なお、試料No.1〜36の試料の他に、ポリエステル樹脂の代わりにメチルシリコーン樹脂を用いた塗料を作製し、この塗料により表面処理鋼板の試料(表1には記載せず)を形成したが、この試料は、上記引張試験の際に塗膜に亀裂が生じ、以下の加工部耐食性及び加工部隠蔽性の評価を行うことができなかった。
それぞれの試料について、加工部において、耐食性の評価試験として塩水噴霧試験(JASO M609−91法に準拠)を行った。この塩水噴霧試験は、(1)塩水噴霧2時間(5%NaCl、35℃);(2)乾燥4時間(60℃);及び(3)湿潤2時間(50℃、湿度95%以上)を1サイクルとして合計120サイクル(合計960時間)実施した。
評点10:Z=0%
評点9:0%<Z≦5%
評点8:5%<Z≦10%
評点7:10%<Z≦20%
評点6:20%<Z≦30%
評点5:30%<Z≦40%
評点4:40%<Z≦50%
評点3:50%<Z≦60%
評点2:60%<Z≦70%
評点1:70%<Z
それぞれの試料について、加工部において、隠蔽性の評価試験として70℃の温度及び80%の相対湿度の環境下における恒温恒湿試験を行った。それぞれの試料を、このような環境下に10日間静置した。
評点10:0≦ΔL*≦0.5
評点9:0.5<ΔL*≦1.0
評点8:1.0<ΔL*≦1.5
評点7:1.5<ΔL*≦2.0
評点6:2.0<ΔL*≦3.0
評点5:3.0<ΔL*≦4.0
評点4:4.0<ΔL*≦5.0
評点3:5.0<ΔL*≦6.0
評点2:6.0<ΔL*≦7.0
評点1:7.0<ΔL*
3:鋼板
5:合金めっき層
7:塗膜
9:顔料
Claims (10)
- 鋼板、前記鋼板上の少なくとも片面に形成されたAlとMgとZnとを含む合金めっき層、及び前記合金めっき層上に形成されたバインダー樹脂と顔料とを含む塗膜を有する表面処理鋼板であって、
前記顔料が鱗片状酸化物であり、
前記表面処理鋼板の断面を観察した場合に、観察された前記塗膜の表面の長さに対する、前記顔料が前記塗膜の表面に投影されている長さの比率Aが、70%以上100%以下であることを特徴とする表面処理鋼板。 - 前記顔料が光輝顔料であることを特徴とする、請求項1に記載の表面処理鋼板。
- 前記顔料が、シリカ、アルミナ及びマイカの1種又は2種以上を含むことを特徴とする、請求項1又は2に記載の表面処理鋼板。
- 前記塗膜の断面を観察し、前記顔料の長径を含む直線と前記塗膜の表面の為す角度をαとした場合に、前記塗膜中において0°≦α≦10°を満たす前記顔料が30%以上であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれか1項に記載の表面処理鋼板。
- 前記表面処理鋼板に一軸方向に20%の伸び歪を加えた後に前記表面処理鋼板の断面を観察した場合に、観察された前記塗膜の表面の長さに対する、前記顔料が前記塗膜の表面に投影されている長さの比率Aが、70%以上100%以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の表面処理鋼板。
- 前記顔料にマイカが含まれる場合、前記マイカの平均粒径が5μm以上30μm以下であり、平均アスペクト比が20以上であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の表面処理鋼板。
- 前記塗膜中のマイカの平均厚さTAと、前記表面処理鋼板に一軸方向に20%の伸び歪を加えた後の前記塗膜中のマイカの平均厚さTBとの比TA/TBが、1.5以上3.0以下であることを特徴とする、請求項6に記載の表面処理鋼板。
- 前記顔料にシリカ又はアルミナが含まれる場合、前記シリカ又はアルミナの平均粒径が1μm以上10μm以下であり、平均アスペクト比が10以上50以下であることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか1項に記載の表面処理鋼板。
- 前記塗膜の平均厚さが3μm以上15μm以下であることを特徴とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の表面処理鋼板。
- 前記塗膜中の前記顔料の濃度が、前記塗膜の全体質量に対して、5質量%以上15質量%以下であることを特徴とする、請求項1〜9のいずれか1項に記載の表面処理鋼板。
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