JP3687624B2

JP3687624B2 - Alloyed hot-dip galvanized steel sheet and method for producing the same

Info

Publication number: JP3687624B2
Application number: JP2002116023A
Authority: JP
Inventors: 章一郎平; 雅毅多田; 芳春杉本; 淳一稲垣; 正明山下; 雅康植野; 幸雄木村; 保博曽谷
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-04-18
Filing date: 2002-04-18
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2022-04-18
Also published as: JP2003306755A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プレス成形時における摺動性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法、及びプレス成形時の摺動性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
溶融亜鉛めっき鋼板には、主に溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）と合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）がある。合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、亜鉛めっき鋼板と比較して溶接性及び塗装性に優れることから、自動車車体用途を中心に広範な分野で広く利用されている。そのような用途での合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、プレス成形を施されて使用に供される場合が多い。
【０００３】
しかし、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、冷延鋼板に比べてプレス成形性が劣るという欠点を有する。これは、プレス成形を施す際のプレス金型との摺動抵抗が、冷延鋼板に比べて合金化溶融亜鉛めっき鋼板の方が大きいことが原因である。すなわち、金型とビードでの摺動抵抗が大きい部分で、合金化溶融亜鉛めっき鋼板がプレス金型に流入しにくくなり、鋼板の破断が起こりやすい。
【０００４】
合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、鋼板に亜鉛めっきを施した後、加熱処理を行い、鋼板中のＦｅとめっき層中のＺｎが拡散する合金化反応が生じることにより、Ｆｅ−Ｚｎ合金相を形成させたものである。このＦｅ−Ｚｎ合金相は、通常、Γ相，δ₁相，ζ相からなる皮膜であり、Ｆｅ濃度が低くなるに従い、すなわちΓ相→δ₁相→ζ相の順で、硬度ならびに融点が低下する傾向がある。このため、摺動性の観点からは、高硬度で、融点が高く凝着の起こりにくい高Ｆｅ濃度の皮膜が有効であり、したがって、プレス成形性を重視する合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、皮膜中の平均Ｆｅ濃度を高めに製造されている。
【０００５】
しかし、高Ｆｅ濃度の皮膜では、めっき−鋼板界面に硬くて脆いΓ相が形成されやすく、加工時に界面から剥離する現象、いわゆるパウダリングが生じ易い問題を有している。このため、特開平１−３１９６６１号公報に示されているように、摺動性と耐パウダリング性を両立するために、上層に第二層として硬質のＦｅ系合金を電気めっきなどの手法により付与する方法がとられている。
【０００６】
亜鉛系めっき鋼板使用時のプレス成形性を向上させる方法としては、この他に、高い粘度の潤滑油を塗布する方法が広く用いられている。しかし、この方法では、潤滑油の高粘性のために塗装工程で脱脂不良による塗装欠陥が発生したり、また、プレス時の油切れにより、プレス性能が不安定になる等の問題がある。したがって、合金化溶融亜鉛めっき自身のプレス成形性が改善されることが強く要請されている。
【０００７】
上記の問題を解決する方法として、特公平６−７３６８４号公報には、平均粗さＲａ０．６μｍ以下の平坦部が３０％以上であり、平坦部より１μｍ以上突き出た凸部と平坦部より２μｍ以上低い凹部との最近接間隔が５０〜３００μｍである合金化溶融亜鉛めっき鋼板が提案されている。
【０００８】
また、特許第３１３９２３１号公報には、深さ２μｍ以上、個数２００〜８２００個／ｍｍ²、相対負荷長さ率ｔｐ（２μｍ）：３０％≦ｔｐ（２μｍ）≦９０％を満足する凹部が表面に形成されている合金化溶融亜鉛めっき鋼板が提案されている。
【０００９】
さらに、特許第３２０１３１２号公報には、めっき厚さが平均めっき厚さの５０％に満たない凹部を断面長さ率で１〜１０％有し、中心線平均粗さで１．２μｍ以下の表面粗さを備えた合金化溶融亜鉛めっき鋼板が提案されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の先行技術について詳細な検討を行った結果、以下のような問題点があることがわかった。
【００１１】
上記のような合金化溶融亜鉛めっき鋼板では、プレス成形時の金型との摺動距離が短い場合には、鋼板表面の凹部に保持された潤滑油が金型との間に供給されるため、プレス成形性の改善効果が得られる。しかし、金型との摺動距離が長くなる場合には、必ずしもプレス成形性の改善効果が得られない。これは、先行技術で規定されている凹部の深さが比較的深いものであり、凹部の底の部分に存在する潤滑油はそのまま滞留し、金型との間に供給されないためである。
【００１２】
また、先行技術では、このような凹部を形成させる手法として、下地鋼板の結晶粒径や化学成分を調整し、合金化反応により制御する方法、もしくは調質圧延ロールの粗度を調整することにより制御する方法をあげている。しかし、下地鋼板の結晶粒径や化学成分を調整すると、所望の機械特性が得られない場合がある。また、調質圧延では伸長率範囲が限定されるため、調質圧延ロールの粗度を調整しても鋼種等により所望の粗さを得られない場合があり、さらにはＺｎの目詰まりにより常に所定の粗さを付与することは不可能であるなど、製造の安定性に欠ける。
【００１３】
本発明の目的は、上記の従来技術の問題点を解決し、プレス成形時の摺動性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を安定して製造する方法を提供すること、またそのような方法により製造されたプレス成形時の摺動性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記の課題を解決すべく種々の検討を加えた結果、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に調質圧延を施した後、その鋼板表面に固体粒子を投射して微細な凹凸を形成することにより、安定して優れたプレス成形性が得られることを知見した。
【００１５】
合金化処理後の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面には、合金化処理時のめっき−鋼板界面での反応性の違いにより、凹凸が存在している。そして、その後、通常は材質確保のために調質圧延が施されるが、その際に鋼板表面の凸部はつぶされて平坦化し、凹部はそのまま残存する。プレス成形時に実際にプレス金型と接触するのはこの平坦部が主体となるが、鋼板と金型とが直接接触すると凝着が生じる可能性があるため、凹部において潤滑油を保持し、ここから平坦部へ十分な潤滑油を供給する必要がある。しかし、合金化処理時に鋼板との反応により形成された凹部のみではこの潤滑油の保持能力に限界があり、特に摺動距離が長くなる条件ではその効果を十分に発揮することができない。したがって、前述したように、めっき表面の平坦部にも微細な凹凸を形成させることは、摺動性の向上に対して有効である。
【００１６】
本発明者等はこのような観点から検討を進めた結果、調質圧延後の合金化溶融亜鉛めっき鋼板に固体粒子を投射してめっき表面に微細な凹凸を形成させることにより、金型との摺動距離が長い条件でも、めっき層と金型との凝着が生じず、良好な摺動性を示すことを見出した。
【００１７】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下の通りである。
【００１８】
（１）鋼板に溶融亜鉛めっきを施し、加熱処理によりめっき皮膜を合金化し、さらにロール表面の平均粗さＲａ０．４〜２．０μｍの圧延ロールを用いて調質圧延を施して前記めっき皮膜表面の凸部を平坦化した後、遠心式投射装置を用いて、該めっき皮膜表面に平均粒子径が１０〜３００μｍで密度が２ｇ／ｃｍ ^３以上の固体粒子を、投射速度３０〜３００ｍ／ｓｅｃで、鋼板表面の単位面積あたりの投射密度が０．２〜４０ｋｇ／ｍ ^２となるように投射することを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。
【００２２】
（２）上記（１）に記載の方法により製造した、鋼板表面の平均粗さＲａ０．５〜２．０μｍであることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【００２３】
このような本発明により得られる合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、めっき皮膜表面に固体粒子を投射されたとによる微細な凹凸を有するので、プレス成形時の摺動性に優れる。なお、本発明者等は、合金化処理を施さない溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ）でも、固体粒子を投射してめっき表面に微細な凹凸を形成させることにより、プレス成形時の摺動性が良好となることを知見している。しかし、溶接性及び塗装性がより優れる合金化溶融亜鉛めっき鋼板の方が、総合性能として優位である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本実施形態では、所望の溶融亜鉛めっきを施し、さらに加熱して合金化処理を施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板に対して、本発明の調質圧延及び固体粒子の投射を行い、プレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法について説明する。
【００２５】
前述したように、合金化処理を施された合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、通常、材質確保のために調質圧延が施される。その際、合金化処理時に形成された鋼板表面に存在する凹凸は、調質圧延ロールとの接触により凸部が押しつぶされ、凹凸が緩和される。したがって、このような合金化溶融亜鉛めっき鋼板にプレス成形を施す際には、金型がめっき表面の凸部を押しつぶすのに必要な力が低下し、摺動特性を向上させることができる。また、残存した凹部は潤滑油を保持し、金型と接触する平坦部へ潤滑油を供給する働きを有するので、金型と鋼板表面が直接接触せず、凝着を抑制する効果が得られ、摺動抵抗を低減することができる。しかし、金型との摺動距離が長くなると、この合金化溶融亜鉛めっき鋼板本来の表面に存在する凹部のみでは十分な潤滑油を供給することができず、油切れを生じることがあり、金型との凝着を防止することができない場合があった。
【００２６】
そこで本発明では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に調質圧延を施し、めっき皮膜の凸部を平坦化した後、この鋼板にほぼ球状の固体粒子を投射する。そして、得られた合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき皮膜表面には、ほぼ球状の微細な固体粒子が鋼板表面の平坦部に衝突することにより生じる微細な凹部が認められた。いわゆるディンプル状の微視的凹凸である。ここで、「ディンプル」とは、表面の凹部の形状が主として曲線から構成され、球状の物体が表面に衝突して形成されるクレーター状の凹みが多数形成された状態を指す。このような表面形態は、特にプレス成形における金型との間の潤滑油の保油性を向上させる効果に優れていると考えられる。なお、ディンプル状の微視的凹凸以外でプレス成形時の摺動性を向上させている要因があるかもしれないが、現時点では明確ではない。
【００２７】
以上のように、本発明により製造された合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板本来の表面に存在する凹部に加えて、平坦部にも微細な凹凸を有することにより、鋼板の潤滑油の保持能力が強化され、プレス成形時の摺動性がさらに向上する。また、固体粒子の投射により鋼板に微細な凹凸を付与する方法は、形成される凹凸が亜鉛めっき皮膜層の近傍に限定されるため、母材鋼種の硬さによって影響を受けない利点がある。また、調質圧延によって圧延ロールの表面粗さを転写させる場合には、材質上制限される伸長率の範囲内において、異なる鋼種を母材とする亜鉛めっき鋼板に所定の粗さを付与することが困難であるのに対し、この方法ではそのような制限もない。
【００２８】
なお、本発明における調質圧延では、ロール表面の平均粗さＲａ０．４〜２．０μｍ以下の調質圧延ロールを用いる。合金化処理を施された鋼板表面に形成されためっき皮膜の凸部を押しつぶして平坦化するためには、調質圧延に用いるロールはある程度平滑なものが望ましい。ロール表面の平均粗さＲａ２．０μｍを超える場合には、合金化溶融亜鉛めっき鋼板表面を十分に平坦化させることができず、その後の固体粒子の投射においても微細な凹凸を付与することができない。一方、ロール表面の粗さが小さいと、合金化溶融亜鉛めっき鋼板はより平坦化されるため、プレス成形性には有利に働く方向である。しかし、粗さが細かいがゆえに圧延ロールのメンテナンスが困難となり、微小な疵をめっき鋼板表面に形成することになるなど、製造上の問題が生じる。したがって、ロール表面の平均粗さＲａ０．４μｍを下限とする。
【００２９】
また、調質圧延により平坦化される程度は、鋼板表面積に対する平坦部の面積の割合（以下、平坦部面積率と称す）で２０〜８０％とするのが望ましい。平坦部面積率が２０％未満では、凸部の押しつぶしが不十分であり、プレス成形時に凸部を押しつぶす力が必要となるだけでなく、平坦部面積が狭いために固体粒子を投射しても微細な凹凸を付与することによる効果がほとんど得られない。一方、平坦部面積率が８０％を超える場合には、合金化溶融亜鉛めっき鋼板が本来有していた凹部が非常に少なくなるため、固体粒子の投射により平坦部に微細な凹凸を付与したとしても、プレス成形時に十分な摺動性が得られなくなる。
【００３０】
なお、めっき表面の平坦部は、光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡等で表面を観察することで容易に識別可能である。めっき表面における平坦部面積率は、上記顕微鏡写真を画像解析することにより求めることができる。
【００３１】
次に、本発明の実施に供する固体粒子の投射装置及び投射方法について詳細に説明する。
【００３２】
図１は、本発明の実施に供する固体粒子の投射装置の一例として、遠心式投射装置の概略図を示したものである。遠心式投射装置は、固体粒子を供給する供給管１１、遠心力を利用して固体粒子を加速させるインペラー１２及びベーン１３、これらを駆動するモータ１４を備えている。なお、遠心式投射装置のベーン部の外径は、一般的な３００〜５００ｍｍ程度とすればよい。また、インペラー１２及びベーン１３を含む回転部をローターと称するが、このローター回転中心から合金化溶融亜鉛めっき鋼板Ｓまでの距離（投射距離と称する）が大きい場合には、固体粒子の大きさが小さいために空気中での減速が大きくなってしまう。したがって、本発明では投射距離が２００〜７００ｍｍ以下であることが好ましい。投射距離が２００ｍｍ未満であると、固体粒子の投射範囲が狭くなるため、工業的に鋼板全面に微細な凹凸を付与するためには非常に多くの装置を設置しなければならない。一方、７００ｍｍを超えると、投射範囲は広がるものの、投射範囲内における凹凸のばらつきが大きくなり、均一に所定の粗さを付与することが工業的に困難となるためである。５００ｍｍ以下がより望ましい範囲である。
【００３３】
タンク等に貯められた固体粒子は、粒子供給管１１を通じて遠心式投射装置のインペラー１２内に供給される。インペラー１２及びベーン１３はモータ１４により回転駆動されており、インペラー１２内に供給された固体粒子は遠心力により加速される。そして、インペラー１２から飛び出した固体粒子は、ベーン１３によりさらに加速されるとともに、合金化溶融亜鉛めっき鋼板Ｓへ向けて投射される。
【００３４】
ところで、投射する固体粒子は、平均粒子径が１０〜３００μｍのものを使用することが好ましい。平均粒子径が１０μｍ未満であると、投射した固体粒子の速度が空気中で減衰するため、投射速度を非常に大きくしなければならないためである。一方、平均粒子径が３００μｍを超えると、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に形成される凹部が大きくなりすぎ、適切な表面粗さに制御することが困難となる。なお、固体粒子の粒子形状は、角張った形状のグリット粒子よりも、ほぼ球形のショット粒子の方が、鋼板表面の平坦部にディンプル状の微細な凹凸を付与する上では好ましい。
【００３５】
さらに、固体粒子としての密度が２ｇ／ｃｍ³以上の固体粒子を使用するのが望ましい。固体粒子の密度が２ｇ／ｃｍ³未満の場合には、固体粒子の質量が小さく、空気中での投射速度の減衰が大きいために、鋼板に衝突するときの運動エネルギーが小さい。そのため、ローター回転数等の投射条件を変更しても、表面形態を制御できる範囲が狭くなってしまうからである。好適な固体粒子としては、例えば炭素鋼、ステンレス鋼、高速度工具鋼（ハイス）等の金属系微粒子があげられる。タングステンカーバイトのような超硬合金であってもよい。
【００３６】
また、固体粒子の投射速度は、３０ｍ／ｓｅｃ以上とすることが望ましい。これは、投射速度がこれよりも小さい場合には、鋼板の表面に粗さを付与するために十分な大きさの運動エネルギーが得られないためである。この観点からは投射速度の上限はないが、投射速度が大き過ぎるとめっき皮膜を損傷させる可能性があることから、３００ｍ／ｓｅｃ以下であることが好ましい。
【００３７】
さらに、固体粒子の投射密度は、０．２〜４０ｋｇ／ｍ²とすることが望ましい。ここで、投射密度とは、鋼板表面の単位面積当りに投射される固体粒子の重量のことである。厳密には、投射密度は投射された範囲において一定の分布を有するものであるが、ここでは表面に粗さが付与された面積に対する投射総重量を指すものとする。この投射密度が０．２ｋｇ／ｍ²未満であると、鋼板の表面に投射される固体粒子がまばらとなるため、保油性を有するほどの十分な凹部を形成することが困難である。一方、４０ｋｇ／ｍ²を超えると、必要以上の固体粒子を表面に投射することとなり、一旦形成した粗さを後に投射された固体粒子がつぶしてしまうことになり、所定の粗さを付与することが困難なためである。
【００３８】
そして、以上のような固体粒子の投射を行った後のめっき皮膜表面の凹凸は、中心線平均粗さＲａで評価でき、前述した効果を得るためには平均粗さＲａ０．５〜２．０μｍであることが好ましい。平均粗さＲａが０．５μｍ未満であると、プレス成形時の潤滑油の保持が十分ではなく、場合によっては油切れを生じる恐れがある。一方、平均粗さＲａ０．５μｍ以上では、金型との間の潤滑油の供給効果は得られるが、平均粗さＲａ２．０μｍを超えると、その効果が飽和するだけでなく、塗装後の鮮映性に悪影響を及ぼすため、平均粗さＲａ２．０μｍ以下であることが望ましい。
【００３９】
なお、本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに関しては、めっき浴中にＡｌが添加されていることが必要であるが、Ａｌ以外の添加元素成分は特に限定されない。すなわち、Ａｌの他に、Ｐｂ,Ｓｂ,Ｓｉ,Ｓｎ,Ｍｇ,Ｍｎ,Ｎｉ,Ｔｉ,Ｌｉ,Ｃｕなどが含有または添加されていても、本発明の効果が損なわれるものではない。
【００４０】
【実施例】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
【００４１】
板厚０．８ｍｍの冷延鋼板上に、常法の合金化溶融亜鉛めっき皮膜を形成し、さらにロール表面の平均粗さＲａ１．０μｍの圧延ロールを用いて調質圧延を施した。そして、図１に示した遠心式投射装置により、鋼板表面にＳＵＳ３０４製の球形の固体粒子を投射し、調質圧延により鋼板表面に形成された平坦部に微細な凹凸を形成する処理を行った。この際、投射距離は５００ｍｍであり、また、固体粒子の平均粒子径、投射速度、投射密度を、表１に示すように変化させた。
【００４２】
以上のようにして製造した合金化溶融亜鉛めっき鋼板について、表面粗さの測定を行うとともに、プレス成形性を簡易的に評価する摩擦係数の測定と塗装後鮮映性の評価を行った。また、固体粒子の投射を行うと、一部の条件でめっき剥離が見られた。そこで、固体粒子の投射前後でのめっき量変化を希塩酸溶解後の重量法により測定し、投射前のめっき量と比較して９０％以下に減少しているものを×とした。
【００４３】
摩擦係数の測定および塗装後鮮映性の評価は、以下のようにして行った。
【００４４】
（１）摩擦係数測定
図２は、摩擦係数測定装置を示す概略正面図である。同図に示すように、供試材から採取した摩擦係数測定用試料１が試料台２に固定され、試料台２は水平移動可能なスライドテーブル３の上面に固定されている。スライドテーブル３の下面には、これに接したローラ４を有する上下動可能なスライドテーブル支持台５が設けられ、これを押し上げることにより、ビード６による摩擦係数測定用試料１への押付荷重Ｎを測定するための第１ロードセル７が、スライドテーブル支持台５に取付けられている。上記押付力を作用させた状態でスライドテーブル３を水平方向へ移動させるための摺動抵抗力Ｆを測定するための第２ロードセル８が、スライドテーブル３の一方の端部に取付けられている。なお、潤滑油として、スギムラ化学社製のプレス用洗浄油プレトンＲ３５２Ｌを試料１の表面に塗布して試験を行った。
【００４５】
図３に示すビード６の形状は、幅１０ｍｍ、試料の摺動方向長さ６９ｍｍ、摺動方向両端の下部は曲率４．５ｍｍＲの曲面で構成され、試料が押し付けられるビード下面は、幅１０ｍｍ、摺動方向長さ６０ｍｍの平面を有する。
【００４６】
測定は、押付荷重Ｎ：４００ｋｇｆ、試料の引き抜き速度（スライドテーブル３の水平方向移動距離）：２０ｃｍ／ｍｉｎの条件で行い、供試材とビードとの間の摩擦係数μは、式：μ＝Ｆ／Ｎで算出した。
【００４７】
（２）塗装後鮮映性評価
日本パーカライジング社製「ＰＢ−Ｌ３０８０」を用いて試験片に化成処理を施し、関西ペイント社製「ＥＬ−２０００」，「ＴＰ−３７グレー」，「ＴＭ−１３（ＲＣ）」を用いて、それぞれＥＤ塗装、上塗り塗装を行った。このようにして塗装した試験片のＮＳＩＣ値をスガ試験機社製「写像鮮明度測定装置ＮＳＩＣ型」を用いて測定した。ＮＳＩＣ値は、黒板研磨ガラスでは１００であり、ＮＳＩＣ値が１００に近いほど良好な鮮映性を示すことから、ＮＳＩＣ値が８０未満のものを×と評価した。
【００４８】
試験結果を表１に示す。表１に示す試験結果から、下記事項が明らかとなった。
▲１▼No.１は固体粒子による投射処理を行っていないため、表面に微細な凹凸が形成されておらず、摩擦係数が最も高い。
▲２▼No.２〜７は、固体粒子による投射処理を行っているものの、その投射条件が最適化された範囲にはない実施例である。No.２，４，６は、それぞれ平均粒子径，投射密度，投射速度が小さい場合であり、鋼板表面の平均粗さＲａが本発明範囲より小さいため、No.１と比較すると摩擦係数は低くなるが、その改善効果は小さい。一方、No.３，５は、それぞれ平均粒子径，投射密度が大きい場合であり、鋼板表面の平均粗さＲａが本発明範囲より大きく、摩擦係数の改善効果は見られるが、塗装後鮮映性に劣っている。また、No.７は、投射速度が大きい場合であり、鋼板表面の平均粗さＲａは本発明範囲内にあり、摩擦係数の改善効果が見られ、塗装後鮮映性にも優れるが、めっきの剥離が見られ、固体粒子の投射処理後のめっき残存量が少なくなっている。
▲３▼No.８〜１６は、固体粒子の投射を本発明で最適化した投射条件の範囲で行った実施例であり、鋼板表面の平均粗さＲａが本発明範囲内となり、摩擦係数の改善効果が見られるとともに、塗装後鮮映性の劣化や投射後のめっき量変化も見られない。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき皮膜の凸部を平坦化し、さらに固体粒子を投射して前記平坦部に微細な凹凸を付与するので、プレス成形時の摺動抵抗が小さく、安定して優れたプレス成形性を示す合金化溶融亜鉛めっき鋼板を安定して製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施に供する固体粒子の投射装置の一例である遠心式投射装置の概略図
【図２】摩擦係数測定装置を示す概略正面図
【図３】図２中のビード形状・寸法を示す概略斜視図
【符号の説明】
１摩擦係数測定用試料
２試料台
３スライドテーブル
４ローラ
５スライドテーブル支持台
６ビード
７第１ロードセル
８第２ロードセル
９レール
１１粒子供給管
１２インペラー
１３投射機ベーン
１４投射機モータ
Ｎ押付荷重
Ｆ摺動抵抗力
Ｐ引張荷重
Ｓ合金化溶融亜鉛めっき鋼板[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for producing an alloyed hot-dip galvanized steel sheet having excellent slidability during press forming, and an alloyed hot-dip galvanized steel sheet having excellent slidability during press forming.
[0002]
[Prior art]
There are mainly hot-dip galvanized steel sheets (GI) and galvannealed steel sheets (GA). Alloyed hot-dip galvanized steel sheets are widely used in a wide range of fields, mainly for automobile body applications, because they are superior in weldability and paintability compared to galvanized steel sheets. An alloyed hot-dip galvanized steel sheet for such an application is often subjected to press forming and used.
[0003]
However, the alloyed hot-dip galvanized steel sheet has a disadvantage that its press formability is inferior to that of a cold-rolled steel sheet. This is because the alloyed hot-dip galvanized steel sheet has a higher sliding resistance with the press die when performing press forming than the cold-rolled steel sheet. That is, at the portion where the sliding resistance between the mold and the bead is large, the alloyed hot-dip galvanized steel sheet becomes difficult to flow into the press mold, and the steel sheet tends to break.
[0004]
An alloyed hot-dip galvanized steel sheet is subjected to heat treatment after galvanizing the steel sheet, and an Fe-Zn alloy phase is formed by causing an alloying reaction in which Fe in the steel sheet and Zn in the plating layer diffuse. It has been made. This Fe—Zn alloy phase is usually a film composed of a Γ phase, a δ ₁ phase, and a ζ phase, and the hardness and melting point increase as the Fe concentration decreases, that is, in the order of Γ phase → δ ₁ phase → ζ phase. There is a tendency to decrease. For this reason, from the viewpoint of slidability, a coating with a high hardness, a high melting point and a high Fe concentration that is less likely to cause adhesion is effective. It is manufactured with a high average Fe concentration.
[0005]
However, a coating film having a high Fe concentration has a problem that a hard and brittle Γ phase is easily formed at the plating-steel plate interface, and a phenomenon of peeling from the interface during processing, that is, so-called powdering is likely to occur. For this reason, as shown in JP-A-1-319661, in order to achieve both slidability and powdering resistance, a hard Fe-based alloy is used as a second layer on the upper layer by a technique such as electroplating. The method of giving is taken.
[0006]
In addition to this, as a method for improving the press formability when using a galvanized steel sheet, a method of applying a lubricating oil having a high viscosity is widely used. However, this method has problems such as a coating defect due to poor degreasing in the painting process due to the high viscosity of the lubricating oil, and press performance becoming unstable due to oil shortage during pressing. Therefore, there is a strong demand for improving the press formability of the galvannealed alloy itself.
[0007]
As a method for solving the above problem, Japanese Patent Publication No. 6-73684 discloses that a flat portion having an average roughness Ra of 0.6 μm or less is 30% or more, and a convex portion protruding from the flat portion by 1 μm or more and 2 μm from the flat portion. An alloyed hot-dip galvanized steel sheet having a distance of 50 to 300 μm closest to the lower recess has been proposed.
[0008]
Further, Japanese Patent No. 3139231 discloses a concave portion that satisfies a depth of 2 μm or more, a number of 200 to 8200 / mm ² , and a relative load length ratio tp (2 μm): 30% ≦ tp (2 μm) ≦ 90%. An alloyed hot-dip galvanized steel sheet is proposed.
[0009]
Further, Japanese Patent No. 3201312 discloses a surface having a concave portion whose plating thickness is less than 50% of the average plating thickness in terms of a cross-sectional length ratio of 1 to 10% and a center line average roughness of 1.2 μm or less. An alloyed hot-dip galvanized steel sheet with roughness has been proposed.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, as a result of detailed examination of the above prior art, it has been found that there are the following problems.
[0011]
In the alloyed hot-dip galvanized steel sheet as described above, when the sliding distance with the mold at the time of press forming is short, the lubricating oil held in the concave portion on the surface of the steel sheet is supplied between the mold. The effect of improving press formability can be obtained. However, when the sliding distance with the mold becomes long, the effect of improving the press formability is not necessarily obtained. This is because the depth of the recess defined in the prior art is relatively deep, and the lubricating oil present at the bottom of the recess remains as it is and is not supplied to the mold.
[0012]
Further, in the prior art, as a method of forming such a recess, by adjusting the crystal grain size and chemical composition of the base steel sheet, by controlling by alloying reaction, or by adjusting the roughness of the temper rolling roll Gives a way to control. However, when the crystal grain size and chemical composition of the base steel sheet are adjusted, desired mechanical properties may not be obtained. In addition, because the elongation range is limited in temper rolling, the desired roughness may not be obtained depending on the steel type, etc., even if the roughness of the temper rolling roll is adjusted. Manufacturing stability is lacking, for example, it is impossible to give a predetermined roughness.
[0013]
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art and to provide a method for stably producing an alloyed hot-dip galvanized steel sheet having excellent slidability during press forming, and such a method. It is an object to provide an alloyed hot-dip galvanized steel sheet having excellent slidability at the time of press molding produced by the above method.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
As a result of various studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors performed temper rolling on the alloyed hot-dip galvanized steel sheet, and then projected solid particles on the surface of the steel sheet to form fine irregularities. It has been found that, by forming, excellent press formability can be obtained stably.
[0015]
The surface of the galvannealed steel sheet after the alloying treatment has irregularities due to the difference in reactivity at the plating-steel plate interface during the alloying treatment. After that, temper rolling is usually performed for securing the material, but at that time, the convex portions on the surface of the steel plate are crushed and flattened, and the concave portions remain as they are. The flat part is the main part that actually comes into contact with the press mold during press molding. However, if the steel plate and the mold are in direct contact, adhesion may occur. Therefore, it is necessary to supply a sufficient amount of lubricating oil to the flat part. However, only the recesses formed by the reaction with the steel plate during the alloying process have a limit in the ability to retain the lubricating oil, and the effect cannot be fully exerted particularly under the condition that the sliding distance becomes long. Therefore, as described above, forming fine irregularities on the flat portion of the plating surface is effective for improving the slidability.
[0016]
As a result of studying from such a viewpoint, the present inventors have projected solid particles on the alloyed hot-dip galvanized steel sheet after temper rolling to form fine irregularities on the plating surface, thereby achieving It has been found that even when the sliding distance is long, adhesion between the plating layer and the mold does not occur and good sliding properties are exhibited.
[0017]
The present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
[0018]
(1) Hot-dip galvanizing is applied to the steel sheet, the plating film is alloyed by heat treatment, and further subjected to temper rolling using a rolling roll having an average roughness Ra of roll surface of 0.4 to 2.0 μm, and the surface of the plating film Then, using a centrifugal projection device , solid particles having an average particle diameter of 10 to 300 μm and a density of 2 g / cm ³ or more are projected onto the plating film surface at a projection speed of 30 to 300 m / sec. the method of the galvannealed steel sheet, wherein a projection density per unit area of the steel sheet surface is projected so as to 0.2~40kg / m ^2.
[0022]
( 2 ) An alloyed hot-dip galvanized steel sheet having an average roughness Ra of 0.5 to 2.0 μm on the surface of the steel sheet produced by the method described in (1 ) above.
[0023]
Since the alloyed hot-dip galvanized steel sheet obtained by the present invention has fine irregularities due to the projection of solid particles on the surface of the plating film, it is excellent in slidability during press molding. In addition, the present inventors have good slidability during press forming by projecting solid particles to form fine irregularities on the plated surface even in a hot dip galvanized steel sheet (GI) that is not subjected to alloying treatment. I know that However, the alloyed hot-dip galvanized steel sheet, which has better weldability and paintability, is superior in overall performance.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the present embodiment, the galvanized steel sheet subjected to temper rolling and solid particles according to the present invention is applied to the alloyed hot-dip galvanized steel sheet that has been subjected to desired hot-dip galvanizing and further subjected to alloying treatment by heating, and press formability. A method for producing an alloyed hot-dip galvanized steel sheet excellent in the above will be described.
[0025]
As described above, the alloyed hot-dip galvanized steel sheet subjected to the alloying treatment is usually subjected to temper rolling in order to secure the material. In that case, the unevenness which exists in the steel plate surface formed at the time of alloying process is crushed by contact with a temper rolling roll, and an unevenness is eased. Therefore, when press-molding such an alloyed hot-dip galvanized steel sheet, the force required for the mold to crush the projections on the plating surface is reduced, and the sliding characteristics can be improved. In addition, the remaining recess holds the lubricating oil and has the function of supplying the lubricating oil to the flat portion in contact with the mold, so that the mold and the steel plate surface are not in direct contact, and the effect of suppressing adhesion is obtained. , Sliding resistance can be reduced. However, if the sliding distance with the mold becomes long, sufficient lubrication oil cannot be supplied only by the recesses present on the original surface of the alloyed hot-dip galvanized steel sheet. In some cases, adhesion to the mold could not be prevented.
[0026]
Therefore, in the present invention, the galvannealed steel sheet is subjected to temper rolling, and after the projections of the plating film are flattened, substantially spherical solid particles are projected onto the steel sheet. And the fine recessed part produced when the substantially spherical fine solid particle collides with the flat part of the steel plate surface was recognized by the plating film surface of the obtained galvannealed steel plate obtained. It is a so-called dimple-like microscopic unevenness. Here, the “dimple” refers to a state in which the shape of the concave portion on the surface is mainly composed of a curve, and many crater-like concave portions formed by collision of a spherical object with the surface are formed. Such a surface form is considered to be particularly excellent in the effect of improving the oil retaining property of the lubricating oil with the mold in press molding. There may be factors that improve the slidability during press molding other than the dimple-like microscopic unevenness, but it is not clear at the present time.
[0027]
As described above, the alloyed hot-dip galvanized steel sheet produced according to the present invention has fine irregularities in the flat part in addition to the concave parts existing on the original surface of the alloyed hot-dip galvanized steel sheet. Lubricating oil retention capability is strengthened, and slidability during press molding is further improved. Further, the method of imparting fine irregularities to the steel sheet by projecting solid particles has an advantage that the irregularities to be formed are limited to the vicinity of the galvanized film layer and are not affected by the hardness of the base steel type. In addition, when transferring the surface roughness of a rolling roll by temper rolling, a predetermined roughness should be imparted to a galvanized steel sheet having a different steel type as a base material within the range of elongation rate limited by the material. However, this method has no such limitation.
[0028]
In the temper rolling in the present invention, a tempered roll having an average roll surface roughness Ra of 0.4 to 2.0 μm or less is used. In order to flatten the projections of the plating film formed on the surface of the steel sheet that has been subjected to the alloying treatment, it is desirable that the roll used for the temper rolling is smooth to some extent. When the average roughness Ra of the roll surface exceeds 2.0 μm, the surface of the galvannealed steel sheet cannot be sufficiently flattened, and fine unevenness cannot be imparted even in the subsequent projection of solid particles. . On the other hand, when the roll surface roughness is small, the alloyed hot-dip galvanized steel sheet is more flattened, which is advantageous for press formability. However, since the roughness is fine, maintenance of the rolling roll becomes difficult, and manufacturing problems occur such as forming minute wrinkles on the surface of the plated steel sheet. Therefore, the average roughness Ra of the roll surface is 0.4 μm.
[0029]
The degree of flattening by temper rolling is desirably 20 to 80% in terms of the ratio of the area of the flat portion to the surface area of the steel sheet (hereinafter referred to as the flat portion area ratio). If the flat part area ratio is less than 20%, the crushing of the convex part is insufficient, and not only the force for crushing the convex part is required at the time of press molding, but also the solid part is projected because the flat part area is narrow. The effect by providing fine unevenness | corrugation is hardly acquired. On the other hand, when the flat part area ratio exceeds 80%, the concave portions originally possessed by the alloyed hot-dip galvanized steel sheet become very small. However, sufficient slidability cannot be obtained during press molding.
[0030]
The flat part of the plating surface can be easily identified by observing the surface with an optical microscope or a scanning electron microscope. The flat area ratio on the plating surface can be determined by image analysis of the above micrograph.
[0031]
Next, a solid particle projecting apparatus and a projecting method used for carrying out the present invention will be described in detail .
[0032]
FIG. 1 shows a schematic view of a centrifugal projection device as an example of a solid particle projection device used for carrying out the present invention. The centrifugal projection apparatus includes a supply pipe 11 that supplies solid particles, an impeller 12 and a vane 13 that accelerate solid particles using centrifugal force, and a motor 14 that drives them. The outer diameter of the vane portion of the centrifugal projection device may be about 300 to 500 mm. The rotating part including the impeller 12 and the vane 13 is referred to as a rotor. When the distance from the rotor rotation center to the galvannealed steel sheet S (referred to as a projection distance) is large, the size of the solid particles is small. Since it is small, the deceleration in the air becomes large. Therefore, in this invention, it is preferable that a projection distance is 200-700 mm or less. When the projection distance is less than 200 mm, the projection range of the solid particles becomes narrow, and thus a large number of apparatuses must be installed in order to industrially impart fine irregularities on the entire surface of the steel sheet. On the other hand, if it exceeds 700 mm, the projection range is widened, but unevenness in the projection range becomes large, and it is industrially difficult to uniformly impart a predetermined roughness. 500 mm or less is a more desirable range.
[0033]
Solid particles stored in a tank or the like are supplied into an impeller 12 of a centrifugal projection device through a particle supply pipe 11. The impeller 12 and the vane 13 are rotationally driven by a motor 14, and the solid particles supplied into the impeller 12 are accelerated by centrifugal force. The solid particles jumping out of the impeller 12 are further accelerated by the vane 13 and projected toward the galvannealed steel sheet S.
[0034]
By the way, it is preferable to use the solid particles having an average particle diameter of 10 to 300 μm. This is because if the average particle diameter is less than 10 μm, the velocity of the projected solid particles is attenuated in the air, so that the projection velocity must be very large. On the other hand, when the average particle diameter exceeds 300 μm, the concave portion formed in the galvannealed steel sheet becomes too large, and it becomes difficult to control to an appropriate surface roughness. As for the particle shape of the solid particles, substantially spherical shot particles are more preferable than square-shaped grit particles in terms of imparting fine dimple-like irregularities on the flat portion of the steel plate surface.
[0035]
Furthermore, it is desirable to use solid particles having a density of 2 g / cm ³ or more as solid particles. When the density of the solid particles is less than 2 g / cm ³ , the mass of the solid particles is small, and the attenuation of the projection speed in air is large, so that the kinetic energy when colliding with the steel sheet is small. For this reason, even if the projection conditions such as the rotor rotational speed are changed, the range in which the surface form can be controlled becomes narrow. Suitable solid particles include, for example, metallic fine particles such as carbon steel, stainless steel, high speed tool steel (high speed). A cemented carbide such as tungsten carbide may be used.
[0036]
The projection speed of the solid particles is desirably 30 m / sec or more. This is because, when the projection speed is lower than this, kinetic energy sufficient to impart roughness to the surface of the steel sheet cannot be obtained. From this point of view, there is no upper limit of the projection speed, but if the projection speed is too high, the plating film may be damaged, and therefore it is preferably 300 m / sec or less.
[0037]
Furthermore, it is desirable that the projection density of the solid particles is 0.2 to 40 kg / m ² . Here, the projection density is the weight of solid particles projected per unit area of the steel sheet surface. Strictly speaking, the projection density has a certain distribution in the projected range, but here, the projected density refers to the total projected weight with respect to the area where the surface is given roughness. If the projection density is less than 0.2 kg / m ² , the solid particles projected onto the surface of the steel sheet will be sparse, so that it is difficult to form sufficient recesses to have oil retention. On the other hand, if it exceeds 40 kg / m ² , more solid particles than necessary will be projected on the surface, and the solid particles once projected will be crushed to give a predetermined roughness. This is because it is difficult.
[0038]
And the unevenness | corrugation of the plating film surface after performing the projection of the above solid particles can be evaluated by centerline average roughness Ra, and average roughness Ra0.5-2.0micrometer in order to acquire the effect mentioned above. It is preferable that If the average roughness Ra is less than 0.5 μm, the lubricating oil is not sufficiently retained during press molding, and in some cases, there is a risk of running out of oil. On the other hand, when the average roughness Ra is 0.5 μm or more, the effect of supplying the lubricating oil between the molds can be obtained, but when the average roughness Ra exceeds 2.0 μm, the effect is not only saturated but also the freshness after painting. In order to adversely affect the film quality, it is desirable that the average roughness Ra is 2.0 μm or less.
[0039]
In addition, regarding manufacturing the galvannealed steel plate which concerns on this invention, it is required that Al is added in the plating bath, However, Additive element components other than Al are not specifically limited. That is, even if Pb, Sb, Si, Sn, Mg, Mn, Ni, Ti, Li, Cu or the like is contained or added in addition to Al, the effect of the present invention is not impaired.
[0040]
【Example】
Next, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
[0041]
A conventional alloyed hot-dip galvanized film was formed on a cold-rolled steel sheet having a thickness of 0.8 mm, and further subjected to temper rolling using a rolling roll having an average roughness Ra of the roll surface of 1.0 μm. Then, with the centrifugal projection device shown in FIG. 1, spherical solid particles made of SUS304 were projected onto the steel plate surface, and fine unevenness was formed on the flat portion formed on the steel plate surface by temper rolling. . At this time, the projection distance was 500 mm, and the average particle diameter, the projection speed, and the projection density of the solid particles were changed as shown in Table 1.
[0042]
The alloyed hot-dip galvanized steel sheet produced as described above was measured for surface roughness, measured for friction coefficient for simple evaluation of press formability, and evaluated for post-paint clarity. Moreover, when solid particles were projected, plating peeling was observed under some conditions. Therefore, the change in the amount of plating before and after the projection of the solid particles was measured by the gravimetric method after dissolving dilute hydrochloric acid, and the value that was reduced to 90% or less compared to the amount of plating before the projection was taken as x.
[0043]
The measurement of the coefficient of friction and the evaluation of the post-paint clarity were performed as follows.
[0044]
(1) Friction coefficient measurement FIG. 2 is a schematic front view showing a friction coefficient measurement apparatus. As shown in the figure, a friction coefficient measurement sample 1 collected from a test material is fixed to a sample table 2, and the sample table 2 is fixed to the upper surface of a slide table 3 that can move horizontally. A slide table support 5 having a roller 4 in contact with the slide table 3 is provided on the lower surface of the slide table 3, and when this is pushed up, a pressing load N applied to the friction coefficient measurement sample 1 by the bead 6 is applied. A first load cell 7 for measurement is attached to the slide table support 5. A second load cell 8 for measuring a sliding resistance force F for moving the slide table 3 in the horizontal direction in a state where the pressing force is applied is attached to one end of the slide table 3. In addition, the cleaning oil Preton R352L for press made by Sugimura Chemical Co., Ltd. was applied to the surface of the sample 1 as a lubricating oil, and the test was performed.
[0045]
The shape of the bead 6 shown in FIG. 3 is 10 mm in width, 69 mm in the sliding direction length of the sample, the lower part at both ends in the sliding direction is configured with a curved surface with a curvature of 4.5 mmR, and the bottom surface of the bead against which the sample is pressed is 10 mm in width. It has a flat surface with a length of 60 mm in the sliding direction.
[0046]
The measurement is performed under the conditions of pressing load N: 400 kgf, sample drawing speed (horizontal movement distance of the slide table 3): 20 cm / min, and the coefficient of friction μ between the test material and the bead is expressed by the formula: μ = Calculated as F / N.
[0047]
(2) Evaluation of sharpness after painting The test piece was subjected to chemical conversion treatment using “PB-L3080” manufactured by Nihon Parkerizing Co., Ltd., and “EL-2000”, “TP-37 Gray”, “TM-13” manufactured by Kansai Paint Co., Ltd. (RC) "was used for ED coating and top coating, respectively. The NSIC value of the test piece coated in this way was measured using “Image Sharpness Measuring Device NSIC Model” manufactured by Suga Test Instruments Co., Ltd. The NSIC value is 100 for the polished blackboard glass, and the closer the NSIC value is to 100, the better the visibility is. Therefore, the NSIC value of less than 80 was evaluated as x.
[0048]
The test results are shown in Table 1. From the test results shown in Table 1, the following matters became clear.
{Circle around (1)} No. 1 is not subjected to a projection treatment with solid particles, so that fine irregularities are not formed on the surface and the friction coefficient is the highest.
{Circle around (2)} Nos. 2 to 7 are examples in which the projection process using solid particles is performed but the projection conditions are not within the optimized range. Nos. 2, 4, and 6 are cases where the average particle diameter, the projection density, and the projection speed are small, respectively, and the average roughness Ra of the steel sheet surface is smaller than the scope of the present invention, so the friction coefficient is lower than that of No. 1. However, the improvement effect is small. On the other hand, Nos. 3 and 5 are cases in which the average particle diameter and the projection density are large, respectively, and the average roughness Ra of the steel sheet surface is larger than the range of the present invention, and the effect of improving the friction coefficient is seen, Inferior. In addition, No. 7 is a case where the projection speed is high, the average roughness Ra of the steel sheet surface is within the range of the present invention, the effect of improving the friction coefficient is seen, and the sharpness after coating is excellent, but the plating Peeling is observed, and the remaining amount of plating after the projection treatment of the solid particles is reduced.
(3) Nos. 8 to 16 are examples in which the projection of solid particles was performed within the range of the projection conditions optimized in the present invention, the average roughness Ra of the steel sheet surface was within the range of the present invention, and the friction coefficient was In addition to the improvement effect, there is no deterioration in the sharpness after painting and no change in plating amount after projection.
[0049]
[Table 1]

[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the projections of the plating film of the galvannealed steel sheet are flattened, and further, solid particles are projected to give fine irregularities to the flat part. Therefore, it is possible to stably produce an alloyed hot-dip galvanized steel sheet having a low sliding resistance and stably exhibiting excellent press formability.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a centrifugal projection device which is an example of a solid particle projection device used in the practice of the present invention. FIG. 2 is a schematic front view showing a friction coefficient measuring device. Schematic perspective view showing dimensions 【Explanation of symbols】
1 Sample for friction coefficient measurement 2 Sample table 3 Slide table 4 Roller 5 Slide table support table 6 Bead 7 First load cell 8 Second load cell 9 Rail 11 Particle supply pipe 12 Impeller 13 Projector vane 14 Projector motor N Pushing load F Sliding Dynamic resistance P Tensile load S Alloyed galvanized steel sheet

Claims

Hot-dip galvanizing is applied to the steel sheet, the plating film is alloyed by heat treatment, and further subjected to temper rolling using a rolling roll having an average roughness Ra of 0.4 to 2.0 μm on the surface of the plating film, thereby forming a convex portion on the surface of the plating film. After flattening, using a centrifugal projection device , the surface of the steel sheet is coated with solid particles having an average particle diameter of 10 to 300 μm and a density of 2 g / cm ³ or more at a projection speed of 30 to 300 m / sec. method for manufacturing a galvannealed steel sheet, wherein a projection density per unit area of projects such that 0.2~40kg / m ^2.

An alloyed hot-dip galvanized steel sheet produced by the method according to claim 1 , wherein the steel sheet has an average roughness Ra of 0.5 to 2.0 μm.