JP2509651B2

JP2509651B2 - 良好な潤滑性を有するプレス用冷延鋼板

Info

Publication number: JP2509651B2
Application number: JP62333657A
Authority: JP
Inventors: 誠今中; 進増井; 隆史小原; 浩三角山
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1987-12-28
Filing date: 1987-12-28
Publication date: 1996-06-26
Anticipated expiration: 2011-06-26
Also published as: JPH01180704A

Description

【発明の詳細な説明】〈産業上の利用分野〉本発明は、自動車、各種機械等のプレス成形製品に用
いるプレス用冷延鋼板に係り、特にプレス成形時の型か
じりがなく、鋼板のすべり性の良好な潤滑性の優れたプ
レス用冷延鋼板に関する。

〈従来技術およびその問題点〉鋼板のプレス成形性を支配する要因として、主に引張
特性値（TS、YS、E1、γ値、ｎ値等）が挙げられるが、
これに限られず鋼板の表面特性の影響も大きく受ける。

この表面特性の重要な因子が表面粗度である。表面粗
度はプレス成形時の鋼板と型との摩擦抵抗に影響を与
え、プレス成形時の鋼板の流れ込み量にも大きな影響を
与える。

従来、表面粗度の調整にはショットブラスト法が行な
われているが、この方法ではショットブラストの性質上
表面粗度を細かく制御することができず、従って、表面
粗度の制御による摩擦抵抗の管理は非常に大まかであっ
た。

即ち、ショットブラスト法による鋼板の表面粗度管理
は、概略の平均粗度の調整に止っており、また鋼板ごと
の粗度のバラツキを避けることは不可能であり、さら
に、それ以上の粗度の管理であるプロファイルのコント
ロールについては未知であった。

近年、鋼板に要求されるプレス成形特性は、より高ま
る傾向にあり、この要求を満足するためには、単に材質
だけの管理ではなく、表面粗度に関する要因も管理する
必要がある。

〈発明の目的〉本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決し
ようとするもので、鋼板のすべり性が良く、プレス成形
時の型かじりが生じない良好な潤滑性を有するプレス用
冷延鋼板を提供しようとするものである。

〈発明の構成〉鋼板の表面粗度とプレス成形時の鋼板と型との摩擦係
数は、その他の摺動条件に影響を受ける。

鋼板と型間に十分油が存在する場合と脱脂状態の場合
では、鋼板の表面粗度と上記摩擦係数との相関は異な
る。

本発明者らは、鋼板上に塗った油が、摺動界面に油膜
を形成し、摩擦抵抗を減少させるに適した鋼板の表面粗
度パターンを検討した。

プレス成形時に摺動界面に十分な油膜を形成し、型か
じりのない条件と、鋼板と型との摩擦係数を少なくし、
鋼板のすべり性を良くする条件がバランス良く両立する
表面粗度パターンを見い出し、本発明を完成するに至っ
た。

本発明の第１の態様は、鋼板粗度中心面位置から凸部
にかけての粗度プロファイル最大傾斜角が３°〜10°で
あり、鋼板粗度中心面位置から突起した凸部の面積率が
30〜60％にであり、凸部の平均面積SGrが2,000〜30,000
μm²であり、平均粗度SRaが0.4〜1.2μｍであることを
特徴とする良好な潤滑性を有するプレス用冷延鋼板であ
る。

本発明の第２の態様は、鋼板粗度中心面位置から凸部
にかけての粗度プロファイル最大傾斜角が３°〜10°で
あり、鋼板粗度中心面位置から突起した凸部の面積率が
30〜60％にであり、凸部の平均面積SGrが2,000〜30,000
μm²であり、平均粗度SRaが0.4〜1.2μｍであり、凹部
底位置における最近接距離の平均偏差Ｓが下記式を少な
くとも１方向について満足することを特徴とする良好な
潤滑性を有するプレス用冷延鋼板である。

（Xi:凹部底位置における最近接距離）また、これらの発明において、前記表面状態は、鋼板
を、高エネルギー源を用いて加工されたロールによるロ
ール圧延機にて冷間圧延して形成されたものであるのが
好ましい。

ここで、上記高エネルギー源を用いて加工されたロー
ルにより冷間圧延された鋼板の表面は、模式的には第７
図に示された断面図（粗度プロファイル）および第８図
に示された平面図に示すように、平坦な頂部８を有する
台形状の凸部10と、その周囲を取り囲むように形成され
た連続溝状の凹部11によって構成され、凸部10と凹部11
の間に傾斜面13が形成されている。

まず、本発明の第１の態様であるプレス用冷延鋼板を
詳細に説明する。

本発明のプレス用冷延鋼板の表面プロファイルは、鋼
板粗度中心面位置から凸部にかけての粗度プロファイル
最大傾斜角が３°〜10°であり、鋼板粗度中心面位置か
ら突起した凸部の面積率が30〜60％にであり、凸部の平
均面積SGrが2,000〜30,000μm²であり、平均粗度SRaが
0.4〜1.2μｍであることを特徴とする。

鋼板粗度中心面位置から凸部にかけての粗度プロファ
イル最大傾斜角が小さい程、油摺動面に形成される油膜
の厚さを厚くすることができるが、この角度が３°未満
であると、凹部にたまった油の量が少なくなり摺動面へ
の油の供給が充分でなく、プレス成形時に鋼板と型との
間に油切れによる焼きつきが発生しやすくなる危険性が
ある。

また、鋼板粗度中心面位置から凸部にかけての粗度プ
ロファイル最大傾斜角が10°を超えると、凹部での油だ
まり量は多くなるが、凹部から凸部への油の流れがおこ
りにくくなり、摺動面への油の供給が結果として不充分
となる。

鋼板粗度中心面位置から突起した凸部の面積率が60％
を超えると、摺動面への油の供給が少なくなり、油切れ
が発生する。

凸部の平均面積SGrが2,000μm²未満であると、摺動面
で凸部に受ける荷重が大きくなり、凸部が潰れる。

凸部の平均面積SGrが30,000μm²を超えると、１つの
凸部の摺動面積が大きくなり、凸部中央部への油の供給
がなくなり、油切れが発生する。

平均粗度SRaは、本発明のプレス用冷延鋼板のように
表面粗度が規則的な凹凸によって構成されているときの
平均粗さを正確に表現するのに有効なパラメータであ
り、その定義は以下の通りである。

粗さ曲面（ｆ（x,y））からその中心面上に面積SMの
部分を抜き取り、この抜き取り部分の中心面上に直交座
標軸x,y軸を置き、中心面に直交する軸をＺ軸とし、次
式で与えられる値をμｍ単位で表わしたのがSRaであ
る。

ここでいう中心面16（第７図参照）とは、粗さ曲面にお
いて凸部と凹部の体積が等しくなる仮想面のことを言
う。

平均粗度SRaが0.4μｍ未満または1.2μｍを超えると
凹部での油だめ効果と凸部での受圧効果を両立させるこ
とはできず、プレス成形時の耐型かじり性と鋼板のすべ
り性をバランス良く達成することができない。

なお、鋼板粗度中心面位置から凸部にかけての粗度プ
ロファイル最大傾斜角は傾斜面13の最大傾斜角14であ
り、第７図で示される凹部底位置７から凸部にかけての
粗度プロファイル傾斜角の最大値と定義される。また鋼
板粗度中心面16の位置から突起した凹部の平均面積SGr
は、第８図において15で示す、凸部１個あたりの平坦な
頂部８の面積の平均値と定義される。さらに凸部の面積
率は測定範囲内の凸部の面積（第８図の15）の総和を測
定表面面積で除したものと定義される。

次に、本発明の第２の態様について詳細に説明する。

本発明の第２の態様のプレス用冷延鋼板は、前記本発
明の第１の態様に次の要件を付加したものである。

即ち、凹部底位置の最近接距離の平均偏差Ｓが、次式（Xi:凹部底位置における最近接距離）を少なくとも１方向について満足することである。

ここで、凹部底位置における最近接距離は２つの凹部
底位置7,7間の直線距離であり、第８図において、12で
定義される。

平均偏差Ｓは、凹部配列の規則性を表わしたパラメー
タであるが、それは即ち、凸部配列の規則性とも対応す
る。平均偏差Ｓが大きいときは、凸部がバラツキを持っ
て鋼板表面に分布していることを示す。凸部間の最近接
距離に規則性があるほど凹部の油を効果的に供給するこ
とができる。従って、平均偏差Ｓが0.10を超えると、油
の供給源である凹部の間隔にバラツキが生じ、間隔の広
い場所が存在するときには凸部で油切れをおこす危険性
があり好ましくない。

以上述べた本発明第１および第２の態様のプレス用冷
延鋼板において、その表面状態の形成手段は特に限定さ
れないが、好ましくは、例えばレーザー、電子ビーム
等、高エネルギー源を用いて加工されたロールを有する
ロール圧延機により鋼板を冷間圧延して形成するのがよ
い。

その理由は、ロールの表面粗度プロファイルを実用的
なコストで本発明範囲内に制御可能であり、このロール
を用いて圧延することによって多量の鋼板に同一粗度プ
ロファイルを転写することができるからである。

〈実施例〉以下、本発明を実施例を用いて具体的に説明する。

（実施例）ロールにレーザーダル加工を施した研究小型圧延機を
用いて、表面粗度の異なる各種冷延鋼板を製造した。

粗度プロファイル最大傾斜角、凸部の面積率、凸部の
平均面積SGr、平均粗度SRa、および凹部底位置の最近接
距離の平均偏差Ｓが本発明の範囲のものを本発明例と
し、本発明の範囲を外れるものを比較例とした。

粗度プロファイル最大傾斜角は３次元粗度解析によっ
て測定した。触針式走査型３次元粗度測定器を用いて、
粗度プロファイルを３次元的に測定し、解析を行なっ
た。

解析手法は、３次元粗度データより個々の凸部形状を
走査方向（通常圧延方向とは直角方向）に切断した断面
形状を呼び出し、該断面形状から最大傾斜角を測定し
た。

上記測定を測定領域内（２×2mm）の全ての凸部につ
いて行ない、平均値を求めた。

上記冷延鋼板について、以下に説明する摺動試験を行
った。第1a図は摺動試験機の斜視図であり、第1b図は摺
動部分の拡大図である。

摺動試験機は、試験片１を引張試験機２のチャック３
に取り付け、試験片１の中央部に試験片１の長手方向に
直角に治具４を接触させた。

試験片１の寸法は20×300mmであり、試験片１の表面
には防錆油（粘度１。65cps）または潤滑油（粘度18.3c
ps）を塗布しておいた。

摺動試験は力（押え荷重Ｐ）５を治具４に加え、治具
４を試験片１に押し付けながら、引張試験機２を作動さ
せ、矢印６の方向に試験片１を変形させた。

なお、摩擦係数μは、矢印６方向の引き抜き荷重をＦ
とすると、μ＝F/2Pで示される。

試験結果を第２図、第３図、第４図、第５図および第
６図に示す。

第２図は、凸部の面積率が30〜60％、凸部の平均面積
SGrが2,000〜30,000μm²である本発明の第１の態様の本
発明例（平均粗度SRaは第２図に示す）および本発明範
囲外の比較例の粗度プロファイル最大傾斜角と摩擦係数
の関係を示すグラフである。

第３図は、凸部の面積率が30〜60％である本発明の第
１の態様の本発明例（平均粗度SRa、および粗度プロフ
ァイル最大傾斜角は第３図に示す）および本発明範囲外
の比較例の凸部の平均面積SGrと摩擦係数の関係を示す
グラフである。

第４図は、凸部の面積率が30〜60％、凸部の平均面積
SGrが2,000〜30,000μm²である本発明の第１の態様の本
発明例（粗度プロファイル最大傾斜角は第４図に示す）
および本発明範囲外の比較例の平均粗度SRaと摩擦係数
の関係を示すグラフである。

第５図は、粗度プロファイル最大傾斜角が５〜10°、
平均面積SGrが2,000〜30,000μm²である本発明の第１の
態様の本発明例および本発明範囲外の比較例の凸部の面
積率と摩擦係数の関係を示すグラフである。

第６図は、粗度プロファイル最大傾斜角が５〜10°、
凸部の平均面積SGrが2,000〜30,000μm²、凸部の面積率
が30〜60％、平均粗度SRaが0.5〜1.0μｍである本発明
の第２の態様の本発明例および本発明範囲外の比較例の
凹部底位置の最近接距離の平均偏差Ｓと摩擦係数の変動
率の関係を示すグラフである。

なお、摩擦係数の変動率（％）は次式で示される。

各図に示す結果から明らかなように、本発明例は比較
例に比べて小さな摩擦係数が安定して得られた。

また、潤滑油のように粘度の高い油を使用した場合に
は、摩擦係数は全体的に高くなる傾向にあるが、この場
合でも本発明例では上記と同様の効果が得られる。

〈発明の効果〉本発明の良好な潤滑性を有するプレス用冷延鋼板によ
れば、型と鋼板との摩擦係数が小さいため、鋼板のすべ
り性が向上し、プレス成形時に型かじりの発生が防止さ
れる。従って、プレス成形条件の範囲の拡大が図れる。

【図面の簡単な説明】第1a図は、摺動試験機の斜視図、第1b図は、摺動試験機
の摺動部の拡大図である。第２図は、実施例の粗度プロファイル最大傾斜角と摩擦
係数の関係を示すグラフである。第３図は、実施例の凸部の平均面積SGrと摩擦係数の関
係を示すグラフである。第４図は、実施例の平均粗度SRaと摩擦係数の関係を示
すグラフである。第５図は、実施例の凸部の面積率と摩擦係数の関係を示
すグラフである。第６図は、実施例の凹部底位置の最近接距離の平均偏差
Ｓと摩擦係数の変動率の関係を示すグラフである。第７図は、鋼板表面の粗面のプロファイルを示す模式的
な断面図である。第８図は、第７図の平面図である。符号の説明１……試験片、２……引張試験機、３……チェック、４
……治具、５……力（押え荷重Ｐ）、６……矢印、７…
…凹部底位置、８……頂部、10……凸部、11……凹部、
12……最近接距離、13……傾斜面、14……最大傾斜角、
15……頂部の面積、16……中心面、20……鋼板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者角山浩三千葉県千葉市川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究本部内

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板粗度中心面位置から凸部にかけての粗
度プロファイル最大傾斜角が３°〜10°であり、鋼板粗
度中心面位置から突起した凸部の面積率が30〜60％であ
り、凸部の平均面積SGrが2,000〜30,000μm²であり、平
均粗度SRaが0.4〜1.2μｍであることを特徴とする良好
な潤滑性を有するプレス用冷延鋼板。
【請求項２】前記表面状態は、鋼板を、高エネルギー源
を用いて加工されたロールによるロール圧延機にて冷間
圧延して形成されたものである特許請求の範囲第１項に
記載の良好な潤滑性を有するプレス用冷延鋼板。
【請求項３】鋼板粗度中心面位置から凸部にかけての粗
度プロファイル最大傾斜角が３°〜10°であり、鋼板粗
度中心面位置から突起した凸部の面積率が30〜60％であ
り、凸部の平均面積SGrが2,000〜30,000μm²であり、平
均粗度SRaが0.4〜1.2μｍであり、凹部低位置の最近接
距離の平均偏差Ｓが下記式を少なくとも１方向について
満足することを特徴とする良好な潤滑性を有するプレス
用冷延鋼板。（Xi:凹部底位置における最近接距離）
【請求項４】前記表面状態は、鋼板を、高エネルギー源
を用いて加工されたロールによるロール圧延機にて冷間
圧延して形成されたものである特許請求の範囲第３項に
記載の良好な潤滑性を有するプレス用冷延鋼板。