JP2952837B2

JP2952837B2 - 深絞り加工性に優れた耐食性表面処理鋼板

Info

Publication number: JP2952837B2
Application number: JP20834391A
Authority: JP
Inventors: 勝士斉藤; 俊之勝見
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1999-09-27
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JPH0551767A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は潤滑性に優れた高性能な
表面処理鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来加工後塗装されていたポスト塗装鋼
板に代わって、薄い有機皮膜を被覆した表面処理鋼板が
使用されている。この鋼板は下地に亜鉛系のめっき皮膜
を有し、その上に有機皮膜を被覆したもので、溶接が可
能であり、優れた密着加工性および耐食性を有してい
る。

【０００３】公開された技術としては、特開昭６０−５
０１８１号公報、特開昭６３−１６２８８６号公報記載
のものが挙げられる。前者は亜鉛系のめっき鋼板の上に
クロメート皮膜とシリカを分散した樹脂塗料をドライ膜
厚で０．０１〜４．０μｍ被覆したものである。また、
後者は亜鉛系のめっき鋼板の上にクロメート皮膜とシリ
カおよびテフロン潤滑剤を分散した樹脂塗料をドライ膜
厚で０．０１〜４．０μｍ被覆し潤滑性を付与したもの
である。これらの表面処理鋼板はめっき、クロメート、
有機シリケート皮膜複合効果によって耐食性、溶接性、
密着加工性、潤滑性を与えるもので品質改良を目的とし
て開発が現在も進められている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術は使用範囲の
拡大、例えば曲げ加工や浅い絞り加工製品への適用につ
いては幅広く適用されている。しかしながら、近年の徹
底したコスト削減、省力化、環境問題を解決するため、
高速で且つ深い絞り加工分野への対応が可能なプレス油
省略型プレコート潤滑鋼板の開発の要求が強くなってい
る。高速深絞り加工では高粘性の潤滑油が使用されてき
たが、従来の潤滑鋼板では潤滑油に相当する品質が十分
とは言えない。特に高速加工では金型と鋼板の摩擦熱に
より潤滑皮膜の粘弾性が著しく変化する。皮膜の軟化点
（ガラス転移点；Ｔｇ点）の低い樹脂皮膜では連続プレ
スにより樹脂皮膜が高い面圧としごきにより剥離した皮
膜と金属同士の接触により剥離しためっき金属が金型に
ビルドアップし、「かじり」が発生する。特に水性樹脂
塗料はＴｇ点が低く、かじりが発生しやすいため従来技
術での解決が難しい。しかしながら、水性樹脂塗料は溶
剤対策（排気、爆発）の必要がなく、低温、短時間焼付
の特徴から製造面では有利である。従ってプレス油省略
可能な潤滑樹脂、特に水性潤滑樹脂を用いる潤滑鋼板の
開発が要望されている。本発明はこの問題を解決した潤
滑鋼板を提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨とするとこ
ろは下記のとおりである。（１）めっき鋼板の表面に、第１層として無機りん酸塩
化合物をＰ付着量として１０〜５００ｍｇ／ｍ²被覆
し、第２層としてＣｒ換算で１０〜１００ｍｇ／ｍ²の
クロメート皮膜を被覆し、第３層として樹脂１００重量
部に対してシリカを固形分で５〜５０重量部含有する樹
脂皮膜をドライ付着量として０．５〜３．０ｇ／ｍ²被
覆してなることを特徴とする深絞り加工性に優れた耐食
性表面処理鋼板。

【０００６】（２）めっき鋼板の表面に、第１層として
無機りん酸塩化合物をＰ付着量として１０〜５００ｍｇ
／ｍ²被覆し、第２層としてＣｒ換算で１０〜１００ｍ
ｇ／ｍ²のクロメート皮膜を被覆し、第３層として樹脂
１００重量部に対してシリカを固形分で５〜５０重量部
と、潤滑剤を５〜２５重量部含有する樹脂皮膜をドライ
付着量として０．５〜３．０ｇ／ｍ²被覆してなること
を特徴とする深絞り加工性に優れた耐食性表面処理鋼
板。

【０００７】

【作用】本発明は基本的にはめっき表面に金型と鋼板の
境界潤滑皮膜を形成させ、クロメートおよび樹脂塗料を
被覆したプレス油省略型潤滑鋼板の開発に成功したもの
である。プレスにおける潤滑は液体およびワックス等の
いわゆる摩擦係数の低い流体もしくは有機系の固体潤滑
による潤滑が主体であるが、ここで要求される高速の深
絞りプレス加工では面圧が高く且つ加工スピードが速い
ため通常の潤滑油、潤滑皮膜が破壊、排除され易い。従
って金型と鋼板の接触による凝着が生じ易くかじりが発
生する。この問題を解決するため潤滑油を高粘度化し、
さらに各種の添加剤を加えた潤滑油が使用される。

【０００８】本発明鋼板の潤滑作用はプレス潤滑特性を
従来の流体潤滑および固体潤滑皮膜の特性を堅持しつ
つ、プレスの最も厳しい部分での金属同士の凝着を防止
する境界潤滑に寄与する皮膜を形成させることによって
付与されるものである。以下本発明の潤滑皮膜構成につ
いて説明する。本発明の潤滑鋼板の断面構成図を図１に
示す。

【０００９】（ア）は無機りん酸塩化合物皮膜をめっき
表面に形成し、クロメートおよび樹脂皮膜を被覆した３
層の皮膜構成模式図、（イ）は無機りん酸塩化合物皮膜
をめっき表面に形成し、その上にクロメートを被覆し、
潤滑化合物含有樹脂皮膜を最上層に被覆した３層の皮膜
構成模式図を示したものである。以下各皮膜および成分
について説明する。

【００１０】めっき鋼板は従来の冷延、熱延鋼板にめっ
きした各種のめっき鋼板を適用することができる。鋼板
表面の粗度はブライトおよびダル仕上ともに使用できる
が、潤滑性能に粗度が影響することは知られており、適
度の範囲に粗度を管理することが望ましい。めっき皮膜
としては電気、溶融、気相めっきラインで製造されてい
る亜鉛めっき鋼板、亜鉛合金めっき鋼板、アルミニウム
めっき鋼板に適用できる。めっき厚としては通常生産さ
れている１〜２０μｍに適用できる。

【００１１】境界潤滑作用をつかさどる無機りん酸塩化
合物皮膜はりん酸亜鉛、りん酸亜鉛カルシウム、りん酸
鉄、ピロりん酸塩、トリポリりん酸塩、ヘキサメタりん
酸塩、フィチン酸等のりん酸塩もしくは縮合りん酸塩化
合物、重りん酸化合物で構成する。この皮膜は化合物自
身の凝着防止作用の他に、潤滑作用により、あるいは加
工によって発生するめっき鋼板の新生面と化学結合する
ことにより金属の凝着を防止する。これらの化合物の
内、特にりん酸亜鉛カルシウムが優れている。りん酸塩
化合物潤滑皮膜は水溶性のりん酸塩水溶液をめっき表面
にスプレー処理するかもしくは塗布し、焼き付け乾燥す
ることによって形成でき、その付着量範囲はＰ付着量と
して１０〜５００ｍｇ／ｍ²である。Ｐ付着量が１０ｍ
ｇ／ｍ²未満では、かじりに対して顕著な改善効果が認
められない。Ｐ付着量が５００ｍｇ／ｍ²超では加工性
が劣化するため好ましくない。

【００１２】クロメート皮膜としては電解クロメート皮
膜および塗布型クロメート皮膜が本発明に含まれるが、
塗布型クロメート皮膜が望ましい。クロメート皮膜は還
元したクロム酸にシリカ、りん酸、親水性樹脂の１種以
上、必要により上述したりん酸塩形成イオンを加えたク
ロメート液を塗布し、乾燥したクロメート皮膜が望まし
い。クロメート付着量はクロムとして１０〜１００ｍｇ
／ｍ²が本発明の範囲である。付着量が１０ｍｇ／ｍ²
未満では耐食性が不十分であり、１００ｍｇ／ｍ²超で
は潤滑樹脂皮膜との密着性が劣化するので好ましくな
い。

【００１３】本発明鋼板の最上層はシリカを樹脂１００
重量部に対して固形分で５〜５０重量部の割合で含有す
る樹脂皮膜および前記シリカの他にさらにワックス潤滑
剤を樹脂に対して５〜２５重量部の割合で加えた潤滑樹
脂皮膜の２つをベースとし、必要により脂肪酸石鹸や極
圧添加剤を加えた皮膜をドライ付着量として０．５〜
３．０ｇ／ｍ²被覆した潤滑樹脂皮膜層である。

【００１４】本発明に用いる樹脂はアクリル樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリエステル樹脂、オレフィン樹脂、フェノ
ール樹脂、スチレン樹脂の親水性樹脂および有機溶剤系
樹脂が適用でき、必要によりメラミン、アミン等の硬化
剤を加える。本発明の効果は親水性樹脂に対して大きい
ので、この樹脂の使用が望ましい。シリカは耐食性およ
び強度、靱性を与える目的で含有させる。樹脂に対して
５重量部未満では耐食性が得られず、５０重量部超では
皮膜の加工性が劣化する。最も好ましいシリカ含有率は
１０〜３０重量部である。シリカは親水性樹脂について
はシリカゾルが望ましく、有機溶剤系の樹脂については
ドライシリカが適している。シリカの形状は１次粒子径
が２〜５０ｎｍで、２次凝集粒径は１００ｎｍ以下が適
している。ゾルは略完全に１次粒子が均一に分散してい
るが、ドライシリカは凝集している。またゾルにおいて
人工的に非球形、例えば線状に成長させたものがあり、
球形シリカに比べ密着性、耐食性等の点で品質が優れて
いる。

【００１５】より良好な潤滑性能は、ワックス潤滑剤を
樹脂に対して５〜２５重量部の割合で加えることにより
達成できる。樹脂に加える潤滑剤としては各種ワック
ス、脂肪酸石鹸や極圧添加剤が含まれる。このうちワッ
クスが潤滑および皮膜の特性から最も好ましい。ワック
スとしてはポリオレフィン（ポリエチレン、ポリプロピ
レン）、フッ素系（ポリテトラフルオロエチレン、ポリ
クロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、
ポリフッ化ビニル）が使用できる。含有率が５重量部未
満では顕著な潤滑効果が得られず、２５重量部超では樹
脂皮膜の耐食性および上塗り塗料密着性が劣化するため
好ましくない。

【００１６】これらの潤滑樹脂皮膜の付着量は０．５〜
３．０ｇ／ｍ²の範囲である。付着量が０．５ｇ／ｍ²
未満では本発明の目的とする潤滑性および耐食性が得ら
れない。樹脂皮膜の付着量が３．０ｇ／ｍ²超では溶接
できない問題が生じ、好ましくない。クロメートおよび
樹脂皮膜はロールコーター、エアーナイフ、静電塗装、
電解等公知の方法で塗布され、熱風、赤外線、誘導加
熱、ガス炉、電気炉等公知の方法によって焼付硬化して
製造する。

【００１７】

【実施例】実施例を挙げ本発明を説明する。実施例中の
浴成分は不揮発分としての濃度である。実施例１めっき量２０ｇ／ｍ²の１２％Ｎｉ含有の電気亜鉛ニッ
ケル合金めっき鋼板の表面に市販のりん酸塩溶液をスプ
レーしてりん酸亜鉛カルシウムをＰ付着量として表１の
如く形成させ、水洗後、クロム還元比（Ｃｒ³⁺／全Ｃ
ｒ）０．４のクロム酸１０ｇ／ｌとコロイダルシリカ３
０ｇ／ｌの塗布型クロメート水溶液をロールコーターに
てＣｒ付着量２０ｍｇ／ｍ²塗布し、板温７０℃に乾燥
した。冷却後、球形シリカゾル（径２０ｎｍ）をオレフ
ィンアクリル樹脂１００重量部に対して２０重量部分散
した樹脂塗料をドライ付着量で１ｇ／ｍ²塗布し、熱風
焼付炉にて板温１２０℃に焼付し、水冷した後乾燥し
た。

【００１８】得られた樹脂被覆めっき鋼板の動摩擦係数
および角筒クランクプレスにて「かじり」を評価した。
動摩擦係数は直径１０ｍｍの鋼球に荷重を１００ｇ負荷
し、１００ｍｍ／分で移動させ、ロードセルにて張力
（ｇ）を測定し張力／荷重で計算して求めた。クランク
プレスの条件はしわ抑え圧６トンで粗板（０．８×２２
０×１８０ｍｍ）を６５×１１５ｍｍ、高さ５０ｍｍに
成形し、粘着テープにて側面を剥離し、模造紙に貼り、色
差計にて明度を測定した。

【００１９】耐食性は塩水噴霧試験で白錆が面積率５％
発生した時間で評価し、塗料密着性は市販のエポキシメ
ラミン樹脂塗料をドライ付着量で２０ｇ／ｍ²塗布し、
熱風１２０℃２０分焼付後、十字エリクセン９ｍｍ絞っ
た後、粘着テープにて剥離し、目視評価（剥離面積率）し
た。結果を表１に示す。Ｎｏ．１はりん酸亜鉛カルシウ
ムをめっき表面にＰ付着量として２０ｍｇ／ｍ ²形成し
た本発明例で、クランクプレス特性が、加工の厳しいコ
ーナー、側面にかじりが少し観察されたが、りん酸塩皮
膜なしの比較例Ｎｏ．４に比べ良好な結果を得た。Ｎ
ｏ．２、３はＰ付着量を増やしたもので、かじりの少ない
優れたクランクプレス性を示した。Ｎｏ．３は塗料密着
性が若干低下した。

【００２０】実施例２めっき量２０ｇ／ｍ²の電気亜鉛ニッケル合金めっき鋼
板の表面にりん酸亜鉛カルシウムを形成させ、水洗後、
クロム還元比（Ｃｒ³⁺／全Ｃｒ）０．４のクロム酸１０
ｇ／ｌとコロイダルシリカ３０ｇ／ｌの塗布型クロメー
ト液を表２に示すＣｒ付着量でロールコーターにて塗布
し、板温７０℃に乾燥した。冷却後、ウレタンエポキシ
樹脂１００重量部に対して球形シリカゾル（径２０ｎ
ｍ）を２０重量部、同じくポリテトラフルオロエチレン
ワックスを１５重量部分散した樹脂塗料をドライ付着量
で１ｇ／ｍ²塗布し、熱風焼付炉にて板温１２０℃に焼
付し、水冷した後乾燥した。評価は実施例１に準じて行
った。結果を表２に示す。

【００２１】Ｎｏ．５、６、７はＰ付着量２０〜３００
ｍｇ／ｍ²のりん酸亜鉛カルシウム皮膜を形成させ、ク
ロメート皮膜およびワックス添加樹脂皮膜を被覆した本
発明例で、摩擦係数が低く、クランクプレスかじりが殆
どない優れた結果を示した。Ｎｏ．８はりん酸塩なしの
クロメート皮膜およびワックス添加樹脂皮膜を被覆した
比較例で、加工の厳しいコーナー部にかじりが発生し
た。

【００２２】実施例３めっき量２０ｇ／ｍ²の電気亜鉛ニッケル合金めっき鋼
板の表面にりん酸亜鉛カルシウムを形成させ、水洗後、
クロム還元比（Ｃｒ³⁺／全Ｃｒ）０．４のクロム酸１０
ｇ／ｌとアクリル樹脂３０ｇ／ｌの塗布型クロメート液
をＣｒ付着量２０ｍｇ／ｍ²狙いでロールコーターにて
塗布し、板温７０℃に乾燥した。冷却後、オレフィンア
クリル樹脂１００重量部に対して線状シリカゾル（径２
０ｎｍ、長さ５０ｎｍ）を２０重量部、同じくポリエチ
レンワックスを７重量部を分散した樹脂塗料をドライ付
着量で０．５、１．０、３．０ｇ／ｍ²塗布し、熱風焼
付炉にて板温１２０℃に焼付し、水冷した後乾燥した。
評価は実施例１に準じて行った。結果を表３に示す。

【００２３】Ｎｏ．９、１０、１１はワックス添加樹脂
の付着量をそれぞれ０．５、１．０、３．０ｇ／ｍ²と
して塗布した本発明例で、Ｎｏ．１０、１１はかじり
の発生はなく、Ｎｏ．９のコーナー部にかじりが発生し
たのみで優れたクランクプレス性を示した。実施例４めっき量２０ｇ／ｍ²の電気亜鉛めっき鋼板の表面に表
４に示す縮合りん酸塩水溶液をＰ付着量５０ｍｇ／ｍ²
狙いで塗布し、板温で１２０℃に乾燥した後、空冷し、
クロム還元比（Ｃｒ³⁺／全Ｃｒ）０．４のクロム酸１０
ｇ／ｌとアクリル樹脂３０ｇ／ｌの塗布型クロメート液
をＣｒ付着量２０ｍｇ／ｍ²狙いでロールコーターにて
塗布し、板温７０℃に乾燥した。冷却後、オレフィンア
クリル樹脂１００重量部に対して線状シリカゾル（径２
０ｎｍ、長さ５０ｎｍ）を２０重量部、同じくポリエチ
レンワックスを７重量部分散した樹脂塗料をドライ付着
量で０．５、１．０、３．０ｇ／ｍ²塗布し、熱風焼付
炉にて板温１２０℃に焼付し、水冷した後乾燥した。評
価は実施例１に準じて行った。結果を表４に示す。

【００２４】Ｎｏ．１４はトリポリりん酸カルシウム、
Ｎｏ．１５はピロりん酸カルシウム、Ｎｏ．１６はヘキ
サメタりん酸マグネシウム、Ｎｏ．１７は重りん酸アル
ミニウム、Ｎｏ．１８はフィチン酸を被覆した本発明例
である。コーナー部に少しかじりが認められたが、良好
なクランクプレス性を示した。塗料密着性はスプレー型
のりん酸塩に比べ剥離率が高かったが良好であった。

【００２５】実施例５めっき量２０ｇ／ｍ²の電気亜鉛めっき鋼板の表面にス
プレー処理によってりん酸亜鉛カルシウム皮膜を形成さ
せ、水洗後、クロム還元比（Ｃｒ³⁺／全Ｃｒ）０．４の
クロム酸１０ｇ／ｌと線状シリカゾル（径２０ｎｍ、長
さ５０ｎｍ）シリカ３０ｇ／ｌの塗布型クロメート液を
Ｃｒ付着量６０ｍｇ／ｍ²狙いでロールコーターにて塗
布し、板温７０℃に乾燥した。冷却後、表５に示す有機
溶剤希釈の樹脂１００重量部に対してドライシリカ（１
次粒径２０ｎｍ、２次凝集粒径５０ｎｍ）を２０重量
部、同じくポリテトラフルオロエチレンワックスを１５
重量部、塩素化パラフィンを３重量部分散した樹脂塗料
をドライ付着量で１ｇ／ｍ²塗布し、熱風焼付炉にて板
温１５０℃に焼付し、水冷した後、乾燥した。評価は実
施例１に準じて行った。結果を表５に示す。

【００２６】本実施例はりん酸亜鉛カルシウム皮膜を形
成させ、最上層の樹脂が有機溶剤希釈性の樹脂を用いた
本発明例である。Ｎｏ．１９、２０、２１、２２はいず
れもかじりの発生しない優れたプレス特性および耐食
性、塗装性能を得ている。実施例６めっき量２０ｇ／ｍ²の電気亜鉛ニッケル合金めっき鋼
板の表面にスプレー処理によってりん酸亜鉛（Ｎｏ．２
３）、りん酸カルシウム（Ｎｏ．２４）、りん酸マンガ
ン（Ｎｏ．２５）、りん酸亜鉛鉄（Ｎｏ．２６）皮膜を
形成させ、水洗後クロム還元比（Ｃｒ³⁺／全Ｃｒ）０．
４のクロム酸１０ｇ／ｌとシリカゾル（径２０ｎｍ）シ
リカ３０ｇ／ｌの塗布型クロメート液をＣｒ付着量３０
ｍｇ／ｍ ²狙いでロールコーターにて塗布し板温７０℃
に乾燥した。冷却後、エポキシエマルジョン樹脂１００
重量部に対してシリカゾル（平均粒径２０ｎｍ）を２０
重量部、同じくポリテトラフルオロエチレンワックスを
１５重量部加えた樹脂塗料をドライ付着量で１ｇ／ｍ²
塗布し、熱風焼付炉にて板温１５０℃に焼付し、水冷し
た後乾燥した。評価は実施例１に準じて行った。結果を
表６に示す。

【００２７】Ｎｏ．２３、Ｎｏ．２４、Ｎｏ．２５、Ｎ
ｏ．２６いずれもクランクプレスでかじりの発生しない
優れたプレス特性および塩水噴霧試験７００時間でも白
錆の発生がなく、塗料密着性では剥離率５％と優れた耐
食性、塗装性能を示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【表３】

【００３１】

【表４】

【００３２】

【表５】

【００３３】

【表６】

【００３４】

【発明の効果】本発明鋼板は、プレス油除去に使われて
いた塩素系の溶剤を使用する必要がなく、環境の汚染防
止に寄与し、また作業工程が簡略化されるため、省力
化、職場環境の美麗化に効果がある。また本発明鋼板は
耐食性にも優れていることから、従来加工後塗装してい
た工程も省略できるので、産業上有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の皮膜の構成図を示す模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２５Ｄ 5/26 Ｃ２５Ｄ 5/26 Ｐ 11/38 ３０１ 11/38 ３０１Ｚ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】めっき鋼板の表面に、第１層として無機
りん酸塩化合物をＰ付着量として１０〜５００ｍｇ／ｍ
²被覆し、第２層としてＣｒ換算で１０〜１００ｍｇ／
ｍ²のクロメート皮膜を被覆し、第３層として樹脂１０
０重量部に対してシリカを固形分で５〜５０重量部含有
する樹脂皮膜をドライ付着量として０．５〜３．０ｇ／
ｍ²被覆してなることを特徴とする深絞り加工性に優れ
た耐食性表面処理鋼板。
【請求項２】めっき鋼板の表面に、第１層として無機
りん酸塩化合物をＰ付着量として１０〜５００ｍｇ／ｍ
²被覆し、第２層としてＣｒ換算で１０〜１００ｍｇ／
ｍ²のクロメート皮膜を被覆し、第３層として樹脂１０
０重量部に対してシリカを固形分で５〜５０重量部と、
潤滑剤を５〜２５重量部含有する樹脂皮膜をドライ付着
量として０．５〜３．０ｇ／ｍ²被覆してなることを特
徴とする深絞り加工性に優れた耐食性表面処理鋼板。