JP3873886B2 - プレス成形用亜鉛めっき鋼板およびその製造方法、並びにプレス成形品の製造方法 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は、亜鉛めっき鋼板およびその製造方法、並びにプレス成形品の製造方法に関する。
背景技術
自動車、家電、建材向けの薄鋼板として、防錆性に優れた亜鉛めっき鋼板の需要が増大している。プレス加工に使用される亜鉛めっき鋼板は、その表面の微視的凹凸である表面粗さを適切に付与する必要がある。鋼板表面の微視的な凹凸は、プレス金型との間における潤滑油の保油性を向上させ、摺動抵抗を低減させると共に、型かじりの発生を防止する効果があるためである。
鋼板表面の微視的な凹凸の形態を表す指標としては、通常、ＪＩＳＢ０６０１に規定される平均粗さＲａが用いられており、プレス成形に供せられる亜鉛めっき鋼板については、平均粗さＲａが一定値の範囲になるように調整することで、プレス成形における金型との間の保油性を確保するのが一般的である。
ただし、その他の指標として、最大高さＲｍａｘ、十点平均粗さＲｚなどのパラメータが用いられる場合もある。また、特開平７−１３６７０１号公報には、単位面積当たりの凹部体積の和を指標として定義し、その値が所定の値よりも大きい場合にプレス成形性が優れるものとされている。いずれにしても、亜鉛めっき鋼板の表面には一定の微視的凹凸を付与しなければ、プレス成形性を確保することができない。
特に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて、皮膜が主としてη相から構成される亜鉛めっき鋼板の場合には、皮膜自身が柔らかく、かつ融点が低いことから、プレス金型への凝着が発生しやすく、プレス成形性が劣る場合があるため、より高い保油性を確保する必要がある。このような理由により、プレス成形性を確保するために必要な表面の凹凸の大きさ、すなわち平均粗さＲａも、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて、相対的に大きな値を要求される場合が多い。
一方、自動車の外板用途等に使用される亜鉛めっき鋼板には、プレス成形性と共に塗装後の鮮映性が優れていることを要求される。従って、塗装後の鮮映性のみを向上させるためには、亜鉛めっき鋼板の表面をブライト面に仕上ればよいものの、プレス成形性を向上させるために一定の表面粗さが必要とされる点で相反する要求が生じる。
塗装後の鮮映性と塗装前の鋼板における表面の微視的形態との関係については、例えば特公平６−７５７２８号公報に記載されている。同公報によれば、塗装膜自体が鋼板表面の微視的凹凸に対するローパス・フィルターとして作用するため、短周期の凹凸は塗膜によって埋められ、塗装後の鮮映性に影響を与えないものの、波長数百μｍ以上である長周期成分は塗装によっても隠蔽されずに、鮮映性を悪化させるとされている。
この対策として、塗装前の鋼板表面の微視的凹凸を示す指標であるろ波中心線うねりＷｃａを一定値以下に調整することで、塗装後の鮮映性を向上させることができる。ろ波中心線うねりＷｃａとは、ＪＩＳＢ０６１０に規定されているパラメータであり、高域カットオフを施した表面凹凸の平均高さを代表するものである。
一方、ろ波中心線うねりＷｃａの他にも、塗装後の鮮映性に影響を与える指標として、ピークカウントＰＰＩがある。ピークカウントＰＰＩとは、ＳＡＥ９１１規格で規定されるように、１インチあたりの凸凹のピーク数である。ピークカウントが大きいということは、表面の微視的凹凸の中で、短周期の凹凸が多いことを意味し、同一の平均粗さＲａで比較した場合に、相対的に長周期の波長成分が軽減されていることを示している。すなわち、平均粗さＲａが同一であれば、ピークカウントＰＰＩが大きいほど、塗装後鮮映性に優れていると考えられる。
以上のように、プレス成形用途の亜鉛めっき鋼板に対しては、一定の微視的凹凸である表面粗さを付与することが必要であると共に、塗装後の鮮映性が要求される場合には、その長波長成分を低減させる必要がある。特に、合金化過程において表面に微視的な凹凸が形成される合金化溶融亜鉛めっき鋼板と異なり、皮膜が主としてη相から構成される亜鉛めっき鋼板では、めっき後の表面が平滑であるため、何らかの方法により表面粗さを付与する必要性が高い。
ところで、プレス成形に使用される亜鉛めっき鋼板の表面に微視的な凹凸を付与する手段としては、調質圧延が用いられている。調質圧延は、表面に予め微視的な凹凸を付与した圧延ロールを用いて、鋼板に０．５〜２．０％程度の塑性伸びを付与しながら、ロールバイトにおいて生じる圧力によって、鋼板表面に圧延ロール表面の凹凸を転写させる手段である。従って、亜鉛めっき鋼板の表面に形成される微視的凹凸の形態は、圧延ロールの表面付与される凹凸の形態に依存するものである。
調質圧延ロールの表面に微視的な凹凸を付与する方法としては、ショットブラスト加工、放電加工、レーザー加工、電子ビーム加工等の各種の加工方法が用いられる。例えば、特開平７−１３６７０１号公報や特公平６−７５７２８号公報にはレーザーダル加工を施した調質圧延ロールを用いる手段が開示されており、特開平１１−３０２８１６号公報には電子ビーム加工によって、表面を加工した調質圧延ロールを用いることが示されている。
さらに、鋼板表面のピークカウントＰＰＩを上昇させる方法として、Ｐｒｅｔｅｘ法と呼ばれる調質圧延ロールの加工方法が、Ｚｉｍｎｉｋらによって公表されている（Ｓｔａｈｌ ｕｎｄ Ｅｉｓｅｎ，Ｖｏｌ．１１８，Ｎｏ．３，ｐ．７５−８０，１９９８）。これは、硬質の金属クロムを電解析出することで、圧延ロールの表面に微視的な凹凸を付与する方法であって、ショットブラスト加工による圧延ロール表面の加工方法に比べて、短ピッチで緻密な凹凸を付与できるのが特徴であるとされている。
同文献によれば、ショットブラスト加工による圧延ロールを使用した場合に付与できる鋼板表面のピークカウントＰＰＩは１２０程度であるが、Ｐｒｅｔｅｘ法を使用した場合には、ピークカウントＰＰＩを２３０程度まで上昇させることができるとされている。なお、本引用文献におけるピークカウントＰＰＩのカウントレベルは±０．５μｍとされている（これに対し、本明細書においてピークカウントＰＰＩを示すときのカウントレベルは±０．６３５μｍである）。
しかしながら、プレス成形に供される亜鉛めっき鋼板の表面に一定の表面粗さを付与する手段として用いられている調質圧延による従来技術には次のような問題点がある。
第一に、調質圧延によって圧延ロールの微視的な凹凸が、亜鉛めっき鋼板の表面に転写される割合には一定の制限が生じ、いかに圧延ロール表面に緻密な凹凸を付与しても、それらがすべて鋼板に転写されることにはならず、亜鉛めっき鋼板表面に形成されるピークカウントＰＰＩを大きくすることができないという問題点である。
調質圧延は、ロールバイトにおいて生じる圧力によって鋼板に一定の塑性伸びを与えながら、圧延ロール表面の微視的凹凸を転写させる作用が生じるものであるが、調質圧延の主たる機能は焼鈍後の鋼板についての機械的性質を調整することであって、この目的を達成するために付与できる伸長率の最大値には一定の制限が生じる。従って、圧延ロール表面の微視的凹凸をほぼ完全に鋼板表面に転写させるためには、ロールバイトで発生する圧力を非常に高くすればよいものの、その場合には鋼板バルク変形が過大になって、その機械的性質が悪化することになる。
例えば、鋼板の機械的性質を調整する目的から、調質圧延において付与できる伸長率が０．５〜２．０％の範囲とされる場合に、鋼板表面の平均粗さＲａを１．０〜１．５μｍとするためには、圧延ロール表面の平均粗さＲａを２．５〜３．５μｍ程度にする必要がある。この場合、圧延ロール表面のピークカウントＰＰＩを大きくするために、放電ダル加工や電子ビーム加工などの手段を用いて圧延ロール表面を加工したとしても、付与できる圧延ロール表面のピークカウントＰＰＩは３００程度が限界である。このとき調質圧延によるピークカウントＰＰＩの転写割合は約６０〜７０％であるため、鋼板表面に転写される微視的凹凸のピークカウントＰＰＩとしては２００程度とならざるを得ない。
例えば、前記の特開平１１−３０２８１６号公報には、圧延ロール表面に電子ビーム加工を行う技術が開示されているが、同公報の実施例の記載からは亜鉛めっき鋼板の凹凸のピッチが０．１１ｍｍ程度であると記載されており、１インチあたりの凹凸の数は２３０程度であると推測できる。また、前記のＰｒｅｔｅｘ法による場合であっても、鋼板表面のピークカウントＰＰＩは２３０程度であって、現在の技術では、それ以上に緻密な短波長の凹凸を鋼板表面に付与することはできない。
特に皮膜が主としてη相から構成される亜鉛めっき鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて、平均粗さＲａを大きくする場合が多いため、圧延ロール表面に付与すべき平均粗さもそれに伴って大きくする必要がある。ところが、前述した各種のロール表面加工方法によっては、いずれも圧延ロール表面の平均粗さを大きくする場合には、ピークカウントＰＰＩが低下するため、平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩの両者を大きくすることが困難となる。
このような亜鉛めっき鋼板をプレス成形に用いる場合には、プレス金型との間の保油性が十分ではなく、その摺動抵抗が大きくなって、パンチ面における鋼板の破断あるいは金型ビード部近傍での鋼板の破断が生じやすいという問題が生じる。
第二の問題点は、調質圧延におけるロールバイトでは、圧延ロールと鋼板との間の接触圧力が非常に大きいため、圧延ロール表面の微視的凹凸（表面粗さ）が摩耗によって経時的に変化し、鋼板表面に転写される微視的凹凸の形態を一定に保つことが困難となることである。
例えば、表面の平均粗さＲａとして３．５μｍの圧延ロールを使用する場合、圧延長６ｋｍ程度の調質圧延によって、圧延ロール表面の平均粗さＲａは３．０μｍ程度まで低下する。これに伴って亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａも１．５μｍから１．３μｍ程度に低下する。このような圧延ロール表面の摩耗の影響は、圧延長が増加するに従って顕著になり、製品ごとに表面の微視的凹凸の形態が変化することで、プレス成形性に違いが生じ、品質が一定しないという問題が生じる。
よって、鋼板のプレス成形性を安定させようとする場合には、圧延ロール表面の摩耗があまり進行しないうちに、圧延ロールを組替えながら製造する必要が生じて、圧延ロールの頻繁な組替えによって生産能率の低下をもたらす。
また、皮膜が主としてη相から構成される亜鉛めっき鋼板の場合には、先に述べたように合金化溶融亜鉛めっきに比べてより大きなＲａが要求される場合が多いため、圧延ロール表面の平均粗さＲａも大きいものを使用する必要があり、圧延ロール表面の摩耗による経時変化の影響が顕著となる。さらに、摩耗だけではなく、圧延ロール表面の微視的凹凸のうち、凹部の部分に鋼板から剥離した亜鉛粉が凝着して、いわゆる目詰りによってみかけのロール表面粗さが低下することによっても、製造される亜鉛めっき鋼板表面の微視的凹凸の形態に経時的な変化が生じてしまう。
第三の問題点は、従来技術による亜鉛めっき鋼板の製造方法では、対象とする亜鉛めっき鋼板の鋼種等が変化して、母材の硬さが異なる場合に、同一レベルの表面粗さを得ることが困難になることである。
この問題点について、図３６を用いて説明する。これは、圧延ロール表面を放電加工によって平均粗さＲａを３．０μｍに調整したものによって、亜鉛めっき鋼板の調質圧延を行った結果を示すものである。
母材がハイテンである硬質材と、軟質な極低炭素鋼（軟質材）について、表面に溶融亜鉛めっきを施した後に、付与する伸長率を段階的に変更しながら調質圧延を実施して、それぞれの亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さを測定した。図からは、調質圧延によって付与される亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さは、軟質材の場合に比べて硬質材の方が大きな値になっていることが分かる。これは、一定の伸長率を得るために発生する圧延ロールと鋼板との接触面圧が、軟質材よりも硬質材において高くなり、接触面圧が高いほど亜鉛めっき皮膜層の変形が生じやすくなって、圧延ロール表面の微視的凹凸が転写しやすくなるためである。
ところで、軟質材および硬質材共に、鋼板のプレス成形性を確保する観点から表面の平均粗さＲａを１．０〜１．２μｍとし、その機械的性質を調整するために調質圧延の伸長率を０．８〜１．０％の範囲に収めなければならない場合がある。このとき、図３６に示す結果からは、軟質材については、そのような要求を満たす亜鉛めっき鋼板を製造することができるが、硬質材に対しては、同一の圧延ロールを使用しても所期の目的を達成することができない。
そこで、硬質材の調質圧延を行う場合には、圧延ロール表面の平均粗さＲａを前記３．０μｍよりも小さくする必要があり、圧延ロールを組替えなければ所期の目的を達成することができない。すなわち、同一の圧延ロールを用いて、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同一の表面粗さを付与することができない。
発明の開示
本発明は、プレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、亜鉛めっき鋼板の表面に固体粒子を投射して、該鋼板の表面形態を調整する工程を有する亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供する。
前記表面形態は、鋼板表面の平均粗さＲａ、鋼板表面のピークカウントＰＰＩ、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａからなる群から選択された少なくとも一つであるのが好ましい。
鋼板表面の平均粗さＲａ、鋼板表面のピークカウントＰＰＩ、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａは、下記に記載の範囲に調整するのが好ましい。
（ａ）鋼板表面の平均粗さＲａ ：０．３〜３μｍ
（ｂ）鋼板表面のピークカウントＰＰＩ：２５０以上
（ｃ）鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａ：０．８μｍ以下
亜鉛めっき鋼板の表面に投射される固体粒子は、１０〜３００μｍの平均粒子径を有するのが好ましい。該固体粒子は、金属系材料であるのが好ましい。該固体粒子は、ほぼ球形の形状を有するのが好ましい。
前記表面形態を調整する工程は、亜鉛めっき鋼板の表面に３０〜３００ｍ／ｓｅｃの投射速度で固体粒子を投射して、該鋼板の表面形態を調整するのが好ましい。亜鉛めっき鋼板の表面に０．２〜４０ｋｇ／ｍ^２の投射密度で固体粒子を投射して、該鋼板の表面形態を調整するのが好ましい。また、該表面形態を調整する工程に先立って、亜鉛めっき鋼板の中心線うねりＷｃａを０．７μｍ以下に調整する調質圧延工程を有してもよい。
表面形態の調整は、遠心式投射装置を使用して行われるのが望ましい。ローター回転中心から金属鋼帯までの距離が７００ｍｍ以下であるのが望ましい。亜鉛めっき鋼板の表面に投射される固体粒子は、３０〜３００μｍの平均粒子径を有するのが望ましい。
前記固体粒子は、平均粒子径をｄとするとき、固体粒子の全重量に対して、粒子径が０．５ｄ〜２ｄの固体粒子の重量の比率が８５％以上であるのが好ましい。また、該固体粒子は、２ｇ／ｃｍ^３以上の密度を有するのが好ましい。
更に、本発明はディンプル状形態の表面を有する亜鉛めっき鋼板を提供する。
ディンプル状とは、表面の凹みの形状が、主として曲面から構成され、例えば球状の物体が表面に衝突して形成されるクレータ状の凹みが多数形成されている形態である。ディンプル状の凹みが多数形成されていることによって、その凹み部分がプレス加工における油のポケットの役割を果たし、金型と鋼板の間の保油性を向上させることができる。
該表面は、０．３〜３μｍの平均粗さＲａを有するのが好ましい。平均粗さＲａとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定される中心線平均粗さである。
該表面が下記の式で表されるピークカウントＰＰＩを有するのが好ましい。
−５０×Ｒａ（μｍ）＋３００＜ＰＰＩ＜６００
ピークカウントＰＰＩとは、ＳＡＥ９１１規格で規定されるように、１インチあたりの凸凹のピーク数である。なお、上記ピークカウントＰＰＩは、カウントレベルが±０．６３５μｍにおける値で表される。
該表面が少なくとも２５０のピークカウントＰＰＩを有するのが好ましい。
該表面が０．８μｍ以下であるろ波中心線うねりＷｃａを有する。ろ波中心線うねりＷｃａとは、ＪＩＳ Ｂ ０６１０に規定される中心線うねりを指し、高域カットオフを施した凸凹の平均高さを代表する。
該亜鉛めっき鋼板が実質的にη相からなるめっき皮膜を有するのが好ましい。
該亜鉛めっき鋼板が、負荷面積比８０％に対応する深さレベルにおいて３．１×１０^２個／ｍｍ^２以上の窪み個数密度を有するのが好ましい。
該亜鉛めっき鋼板の表面が、中核部流体保持指標Ｓｃｉが１．２以上である表面テクスチャーを有するのが好ましい。
該亜鉛めっき鋼板は、さらに、亜鉛めっき鋼板の表面に平均厚みが０．００１〜２μｍの固形潤滑被膜を有し、前記固形潤滑被膜が無機系固形潤滑被膜、有機系固形潤滑被膜と有機無機複合系固形潤滑被膜からなるグループから選択された一つであるのが好ましい。
前記固形潤滑被膜が、リン酸と、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｎ、ＮｉとＮＨ_４ ^＋からなるグループから選択された少なくとも１種のカチオン成分を含有する水溶液を塗布乾燥して得られるリン系酸化物皮膜であるのが好ましい。
上記の固形潤滑被膜は、以下のものがより好ましい。
（１） 前記固形潤滑被膜が、Ｐ成分及びＮ成分、Ｆｅ、Ａｌ、ＭｎとＮｉからなるグループから選択された少なくとも１種を含有し、前記固形潤滑被膜が、０．２−６である、Ｐ成分量（ａ）と、Ｎ成分、Ｆｅ、Ａｌ、ＭｎとＮｉの合計量（ｂ）とのモル比（ｂ）／（ａ）を有する。，ただし、Ｐ成分量はＰ_２Ｏ_５換算量、Ｎ成分量はアンモニウム換算量である。
（２） また、前記固形潤滑被膜が、固形潤滑被膜成分としてＰ成分とＮ成分とを、窒素化合物、りん系化合物と窒素・りん系化合物からなるグループから選択された一つの形態で含有する。
（３） 前記固形潤滑被膜が、固形潤滑被膜成分として少なくともＦｅを含有する。
前記の固形潤滑被膜を有する亜鉛めっき鋼板は、カチオン成分（α）とリン酸成分（β）とを含有する水溶液を亜鉛系めっき鋼板のめっき層表面に塗布し、引き続き水洗することなく乾燥して皮膜を形成する、ことによって製造される。前記カチオン成分（α）は、実質的にＭｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ，ＮＨ_４ ^＋の群から選択された少なくとも１種の金属イオン又はカチオンからなる。前記水溶液は、０．２〜６であるカチオン成分（α）の合計とリン酸成分（β）のモル濃度比（α）／（β）を有する。但し、リン酸はＰ_２Ｏ_５換算モル濃度である。
更に、本発明は、ディンプル状形態の表面を有する亜鉛めっき鋼板の部材を用意する第１の工程と、前記部材にプレス成形を施して所望の形状のプレス成形品に加工する第２の工程とを有するプレス成形品の製造方法。
発明を実施するための形態
実施の形態１
実施の形態１は、調質圧延法によって得られる亜鉛めっき鋼板よりも、表面の微視的凹凸を緻密に形成することで、プレス成形に適する亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供するものである。特に、比較的大きな平均粗さＲａを表面に付与しながら、高いピークカウントの達成および長周期の凹凸であるうねりの低減を実現して、塗装後の鮮映性にも優れた亜鉛めっき鋼板の製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は調質圧延法において問題となる頻繁なロール組替えを低減させ、生産能率を向上させると共に、表面粗さの調整範囲を拡大することが可能な新たな表面付与方法を提供することを目的とする。
実施の形態１−１は、亜鉛めっき鋼板の表面に固体粒子を投射して、当該鋼板の表面形態を調整する工程を有してなることを特徴とするプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板の製造方法である。
実施の形態１−１において亜鉛めっき鋼板の表面に投射された個々の固体粒子は、鋼板表面の亜鉛めっき皮膜に衝突することで、皮膜表面に圧痕を形成させる。多数の固体粒子を亜鉛めっき鋼板に衝突させることで、その表面に多数の凹凸が形成され、一定の微視的凹凸の形態が付与されることになる。この凹凸の深さや大きさ、隣接する凹凸のピッチなどは、固体粒子のもつ運動エネルギーや粒子径、単位面積当たりの投射量、亜鉛めっき皮膜の硬度に応じて決定される。従って、これらの因子を制御して、表面形態を調整することが可能である。
固体粒子を亜鉛めっき鋼板に投射することで形成される微視的凹凸の形態的な特徴は、亜鉛めっき鋼板の表面に主として凹部状の圧痕が形成される点であって、このような表面形態がプレス成形時の金型との間の保油性を向上させる効果がある。
これに対して、従来技術である調質圧延法では、亜鉛めっき鋼板表面に凹部状の形態を付与するためには、圧延ロールの表面に微視的な凸部を主体とする表面形態を付与する必要がある。しかし、圧延ロール表面に微視的な凸部を緻密に加工することは、一般に困難であって、圧延ロール表面のショットブラスト加工、放電加工、レーザー加工、電子ビーム加工も、原理的には圧延ロールの表面に主として凹部形状を付与せざるを得ない。
従って、実施の形態１−１によって得られる亜鉛めっき鋼板は、表面の微視的凹凸の形態を代表するパラメータである平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩといった指標を用いる場合に、たとえそれらの値が、従来技術による亜鉛めっき鋼板と同一であったとしても、より優れたプレス成形性を発揮することになる。その点で、従来技術である調質圧延による亜鉛めっき鋼板の表面調整方法とは、本質的に異なる手段であるとすることができ、「表面形態」という語も、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａ、鋼板表面のピークカウントＰＰＩ、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａ、凹み部の個々の形状、深さ、隣り合う凹部の間隔等を含む広い概念として用いる。
ところで、実施の形態１−１においては、固体粒子の投射条件を変更することによって、亜鉛めっき鋼板の表面に形成される表面形態を制御することが可能である。例えば、固体粒子の材質、平均粒子径、粒子径分布、個々の粒子の形状、密度、あるいは固体粒子の投射速度、投射密度（単位面積当たりに投射する固体粒子の重量）を変更することで、亜鉛めっき鋼板表面に形成する微視的凹凸の形態を変えることができる。すなわち、亜鉛めっき鋼板の仕様や用途に応じて最適な表面形態に調整することが容易である。また、従来技術における調質圧延ロールの表面の摩耗による表面形態の経時変化という問題も生じないため、製造チャンスに依存せず、一定の表面形態が安定して得られるという特徴がある。
一方、固体粒子の衝突によって形成される圧痕は、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大きな影響を受けないという特徴がある。従って、皮膜表面に形成される凹部の大きさは、主として皮膜硬度に依存し、母材鋼種にあまり依存しない。そのため、調質圧延によって圧延ロールの表面粗さを転写させる従来技術において問題となった、「同一の圧延ロールを用いて、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同一の表面粗さを付与することができない」という問題点が生じない。
実施の形態１−２は、実施の形態１−１において、調整される表面形態が、鋼板表面の平均粗さＲａ、鋼板表面のピークカウントＰＰＩ、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａのうち少なくとも一つであることを特徴とするものである。
前記実施の形態１−１においては、調整する表面状態は前述のように種々のものが考えられ、特に限定されていないが、調整する表面形態としては、平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩ、うねりＷｃａの少なくとも一つとすることが好ましい。固体粒子の投射によって付与される表面形態は、それ自身亜鉛めっき鋼板のプレス成形性を向上させる効果を備えたものであるが、製品品質の管理や安定性を確保するために、一定の指標を用いる必要があるからである。
平均粗さＲａを調整することは、亜鉛めっき鋼板をプレス加工する場合に、金型と鋼板との間の保油性を変化させることに相当し、加工時の潤滑性や耐型かじり性を調整することになる。また、ピークカウントＰＰＩもプレス加工時の保油性を変化させると共に、塗装後の鮮映性に影響を与える。さらに、うねりＷｃａは、塗装後の鮮映性に影響を与える因子である。以上の因子を単独で調整したり組み合せて調整することで、プレス成形性、さらには塗装後の鮮映性といった特性を、鋼板の使用目的に応じて最適な値に調整することが可能となる。
一般に、投射する固体粒子の粒径、密度、投射速度が大きいほど、亜鉛めっき皮膜の表面に大きな凹部が形成されるため、表面の平均粗さＲａが大きくなる。一方、表面のピークカウントＰＰＩについては、投射する固体粒子として粒径の小さいものを用いることで、鋼板表面に圧痕が密に形成される結果、ピークカウントＰＰＩを大きくすることができる。さらに、固体粒子の粒径、密度、投射速度および投射密度は、鋼板表面のうねりに影響を与え、平均粒子径が小さく、均一な粒子径分布を有する固体粒子を用いることで鋼板表面のうねりＷｃａを小さくすることができる。
実施の形態１−３は、実施の形態１−２において、鋼板表面の平均粗さＲａを０．３〜３μｍに調整することを特徴とするものである。
亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さが０．３μｍを下回る場合には、プレス成形における金型と間の保油性が不足して、鋼板と金型との摺動抵抗が増加して鋼板の破断等が生じやすくなる。一方、平均粗さＲａが３μｍを超えると、金型との界面に保持される油量が飽和すると共に、鋼板表面の微視的凹凸の中で局所的に高い凸部が金型と接触することで、型かじり等が発生しやすくなる。よって、実施の形態１−３においては、鋼板表面の平均粗さＲａを０．３〜３μｍに調整することにしている。
なお、従来技術によって製造された亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａは、通常０．５〜２μｍ程度であったが、本手段によって製造された亜鉛めっき鋼板は、従来技術による亜鉛めっき鋼板に比べて、表面の平均粗さＲａが同一であっても優れたプレス成形性を示すので、従来よりも広い範囲で表面の平均粗さを調整しても同等以上の特性を得ることができる。
実施の形態１−４は、実施の形態１−２又は実施の形態１−３において、鋼板表面のピークカウントＰＰＩを２５０以上に調整することを特徴とするものである。
従来技術による亜鉛めっき鋼板は、調質圧延で付与できる伸長率の制約によって、表面のピークカウントＰＰＩを２３０以上にすることは、現在のところ困難である。一方、固体粒子を投射して亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整する場合には、母材に塑性伸びを与えることなく、表面形態を調整することができる。また、固体粒子の投射密度等の投射条件を調整することで、亜鉛めっき鋼板の表面全体に隙間なく圧痕を付与することもできる。そのため、亜鉛めっき鋼板表面のピークカウントＰＰＩを２５０以上に調整することも容易である。
このような従来技術では得られない、２５０以上のピークカウントＰＰＩを得ることによって、プレス成形における金型との摺動特性が一層向上すると共に、表面の微視的凹凸についての長周期成分も低減されて、塗装後の鮮映性も優れたものとなる。
実施の形態１−５は、実施の形態１−２から実施の形態１−４のいずれかにおいて、鋼板表面のろ波中心線うねりＷｃａを０．８μｍ以下に調整することを特徴とするものである。
鋼板表面のうねりＷｃａが０．８μｍを上回る場合には、表面の微視的凹凸の長周期成分が増加して、塗装後の表面にも残留して鮮映性を悪化させる。特に、自動車の外板部材に使用される亜鉛めっき鋼板等には適さなくなる。よって、本手段においては、亜鉛めっき鋼板の表面に固体粒子を投射してプレス成形性を向上させると共に、鋼板表面のうねりＷｃａを０．８μｍ以下に調整して塗装後の鮮映性を向上させる。
実施の形態１−６は、実施の形態１−１から実施の形態１−５のいずれかにおいて、亜鉛めっき鋼板の表面に投射する固体粒子として、平均粒子径１０〜３００μｍの固体粒子を用いることを特徴とするものである。
亜鉛めっき鋼板の表面に形成される圧痕は、固体粒子の平均粒径が大きいほど大きくなる。平均粒子径が３００μｍを超えると、亜鉛めっき鋼板の表面に形成される凹部が大きくなって、密な微視的凹凸を付与することができない。そのために亜鉛めっき鋼板表面のピークカウントＰＰＩを高くすることができず、プレス成形性における金型との間の摺動抵抗が増加すると共に、表面のうねりＷｃａも大きくなりやすいため、塗装後の鮮映性の面でも好ましくない。
よって、実施の形態１−６において使用する固体粒子の平均粒子径は３００μｍ以下とする。ただし、より好ましくは、平均粒子径として２００μｍ以下のものであり、従来技術では付与することができないレベルの高いピークカウントＰＰＩを得ることができる。
一方、固体粒子の平均粒子径が小さいほど、亜鉛めっき鋼板の表面に緻密な凹凸を付与することが原理的には可能である。ところが、平均粒子径が１０μｍを下回る場合には、投射した固体粒子の速度が空気中で低下するため、投射速度を非常に大きくしなければ、効果的に表面粗さを付与することができない。
特に、市販されている固体粒子は一定の粒子径分布を有しており、平均粒子径が１０μｍであっても、数μｍ以下の非常に小さい粒子から、３０μｍ程度の粒子まで含まれているため、小さい粒子は空気中での減速が大きく、亜鉛めっき鋼板に表面に衝突する時の運動エネルギーが低下する。
そのために投射量を大きくしても、表面の微視的凹凸を形成するのは寄与するのは比較的大きい粒子のみであって、小さい粒子は表面形態の調整に寄与しない。また、平均粒子径が１０μｍ以下となると粒子の価格が高く、亜鉛めっき鋼板の製造に使用するのは経済的でない。
よって、亜鉛めっき鋼板の表面に緻密な凹凸を付与する観点からは、より小さい粒子を使用することが望ましいものの、本手段においては、実用的、経済的な観点から、平均粒子径の下限値を１０μｍとする。
投射する固体粒子の粒子径分布については、シャープな粒子径分布が望ましい。亜鉛めっき鋼板の表面に形成される圧痕の大きさが均一化されるからである。しかし、粒子径分布をシャープにすると粒子製造過程における歩留りの低下を招くため、粒子の価格が高くなってしまう。発明者らの知見によれば、本手段において使用する固体粒子の粒子径分布としては、平均粒子径ｄに対して、粒子径が０．５ｄ〜２ｄの範囲に含まれる粒子の重量比率が８５％以上であれば、実用的には十分な特性を有して、鋼板表面に付与される圧痕の均一性も確保できるため、塗装後鮮映性にも優れた製品を製造することができる。
実施の形態１−７は、実施の形態１−１から実施の形態１−６のいずれかにおいて、亜鉛めっき鋼板に投射する固体粒子が金属系材料であることを特徴とするものである。
固体粒子の密度が小さい場合には、固体粒子の質量が小さくなり、投射速度を非常に大きくしなければ、亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａを一定値以上にすることが難しい。従って、プラスチック系の固体粒子は適当でない。通常は、密度が２ｇ／ｃｍ^３以上の金属系材料もしくはセラミックス系材料の固体粒子を用いる。具体的には、鋼球、鋼グリッド、ステンレス鋼、ハイス、アルミナ、酸化けい素、ダイヤモンド、酸化ジルコニア、タングステンカーバイドなどが挙げられる。
ところで、亜鉛めっき鋼板に投射した固体粒子は、表面に圧痕を形成した後に飛散するため、これを循環回収して投射するシステムが必要となる。このとき、亜鉛めっき鋼板に衝突しても固体粒子が破砕しない程度の強度を有することが必要である。従って、金属系の固体粒子が好ましく、ガラズビーズのように破砕しやすい材料は適さない。
特に、金属系材料の中では、炭素鋼、ステンレス鋼、ハイスなどが好適であり、アルミナ等のセラミックス系粒子を用いて投射するよりも優れたプレス成形性を示すことが分かっている。その理由については、必ずしも明らかではないものの、固体粒子が亜鉛めっき鋼板に衝突したときの粒子の変形に起因して、表面に形成される圧痕の形態が変化して、プレス金型との間の保油性を向上させるのに適したものになると考えられる。
実施の形態１−８は、実施の形態１−１から実施の形態１−７のいずれかにおいて、固体粒子の投射速度が、３０〜３００ｍ／ｓであることを特徴とするものである。
固体粒子の速度が３０ｍ／ｓを下回る場合には、圧痕を形成するために十分な運動エネルギーが付与されない。特に、平均粒径が小さい固体粒子を用いる場合には、亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａを０．３μｍ以上とすることが困難となる。よって、投射速度の下限を３０ｍ／ｓとする。
また、投射速度が３００ｍ／ｓを超えると、亜鉛めっき鋼板に衝突する粒子の運動エネルギーが過大となり、圧痕の形成だけでなく、亜鉛めっき皮膜を損傷させる可能性があることから、投射速度の上限を３００ｍ／ｓとする。
固体粒子を投射する加速機としては、空気式または機械式の加速装置が一般に知られている。機械式の加速装置は、ローターによって粒子に遠心力を与えて投射する方式であり、比較的大きい粒子を投射するのに適し、大量の固体粒子を広い面積にわたって投射することができるので、高速ラインにおいて亜鉛めっき鋼板の表面を処理するのに適している。なお、現在市販されている遠心式投射装置の最大投射速度は１００ｍ／ｓ程度であり、それ以上の投射速度を得ることができない。ただし、より高速に固体粒子を投射することができる遠心式投射装置があれば、より好ましい投射方法であるといえる。
一方、空気式の加速装置は、圧縮空気等を使用して、ノズルから空気を噴出させる際に、粒子に生じる抗力を利用して加速させる方法である。特に、粒子径が２００μｍ以下の小さい固体粒子を投射するのに適しており、圧縮空気の圧力を調整することによって、固体粒子の投射速度を変更することができ、最大３００ｍ／ｓ程度の投射速度まで得ることができる。ただし、単一のノズルによる投射範囲が比較的狭く、単位時間当たりの投射量も制限されるため、広幅材の高速ラインにおいて使用する場合には、複数の投射ノズルを配置する。
固体粒子の投射方法については、以上の機械式および空気式投射法の特徴を踏まえた上で、対象材の板幅、ライン速度、必要な表面形態、投射粒子の密度や粒子径などに応じて、いずれかあるいはそれらを組み合せて使用することができる。ただし、固体粒子の投射方法としては、それらにとらわれることなく、固体粒子を一定の速度に加速して、亜鉛めっき鋼板表面に投射する手段であればよい。
実施の形態１−９は、実施の形態１−１から実施の形態１−８の手段のいずれかにおいて、固体粒子の形状がほぼ球形であることを特徴とするものである。
固体粒子の投射については、粒子形状がほぼ球形であるショットブラストあるいは角張った形状であるグリッドブラストが知られている。前者は被加工材表面を硬化させるショットピーニング効果を得るために使用され、後者は、表面を研削する、いわゆるショットブラストのために使用されるのが一般的である。
本発明が対象とする亜鉛めっき鋼板の表面形態の調整においては、ほぼ球形のショット粒子を使用するのが鋼板のプレス成形性の観点から望ましい。ほぼ球形の粒子を使用した場合には、圧痕として鋼板の表面に微細なディンプルが形成され、プレス金型との間での保油性を向上させるため、プレス成形時の摺動抵抗を低下させると共に、金型との型かじりを防止する効果がより高くなる。
ここで、「ディンプル」とは、表面の凹みの形状が、主として曲面から構成され、例えば球状の物体が表面に衝突して形成されるクレータ状の凹みが多数形成された形態をさす。
さらに、グリット形状の固体粒子を使用する場合には、投射条件によっては亜鉛めっき鋼板の皮膜層を研掃する作用が生じる場合があり、ほぼ球形の固体粒子を使用することによって、そのような問題も生じない。
なお、実施の形態１−９において「ほぼ球形」とは、完全な球でなくても、社会通念上球とみなされるもの、および長径と短径の平均径からの差がそれぞれ平均径の２０％以内の、楕円球状のものを含む意味である。
前記課題を解決するための実施の形態１−１０は、実施の形態１−１から実施の形態１−９のいずれかにおいて、亜鉛めっき鋼板の表面に、投射密度が０．２〜４０ｋｇ／ｍ^２となるように固体粒子を投射することを特徴とするものである。
投射密度とは、鋼板表面の単位面積当たり投射される固体粒子の重量をさす。厳密には投射された範囲において投射密度は一定の分布を有するが、ここでは表面に微視的凹凸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。
投射密度が０．２ｋｇ／ｍ^２を下回る場合には、亜鉛めっき鋼板の表面にまばらに固体粒子が投射されるため、表面に形成される微視的凹凸の間隔が大きくなって、ピークカウントを大きくすることが困難となる。よって、実施の形態１−１０においては、投射密度の下限を０．２ｋｇ／ｍ^２としている。ただし、投射密度としては２ｋｇ／ｍ^２以上とすることで、ほぼ隙間なく鋼板表面に圧痕を付与できるので、通常は投射密度として２ｋｇ／ｍ^２以上にすることが好ましい。
一方、固体粒子の投射密度が４０ｋｇ／ｍ^２を超えると、必要以上の固体粒子を表面に投射することになって、一旦形成した凸凹を、後に投射された固体粒子がつぶしてしまうことになる。また、亜鉛めっき鋼板の皮膜に繰返し固体粒子が衝突することで、皮膜自体が損傷を受け、皮膜が部分的に剥離するなどの悪影響が生じるおそれがある。よって、実施の形態１−１０においては、固体粒子の投射密度を０．２〜４０ｋｇ／ｍ^２の範囲に限定する。
ただし、投射速度が１００ｍ／ｓ以下の場合には、固体粒子の衝突エネルギーが小さく、皮膜の損傷はほとんどみられないので、投射密度の上限を１００ｋｇ／ｍ^２程度まで上げてもよい。また、亜鉛めっき鋼板の皮膜が軟らかい場合（例えば、皮膜が主としてη層から構成される亜鉛めっき鋼板）には、皮膜に塑性変形が生じるのみで、皮膜が研掃されることはほとんどないため、この場合にも投射密度は１００ｋｇ／ｍ^２程度まで上げてもよい。
なお、投射密度が高い場合には、一定のライン速度で搬送される亜鉛めっき鋼板に対して投射すべき固体粒子の量が大きいため、投射密度が少ないほうが固体粒子の搬送装置などの付帯設備の規模を小さくできるので、必要十分な固体粒子の投射密度とするのが望ましく、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａを１．０μｍ程度にする場合には、投射密度として２０ｋｇ／ｍ^２以下でも十分である。
実施の形態１−１１は、実施の形態１−１から実施の形態１−１０のいずれかにおいて、亜鉛めっき鋼板が、めっき皮膜が主としてη相からなる亜鉛めっき鋼板であることを特徴とするものである。
めっき皮膜が主としてη相からなる亜鉛めっき鋼板の場合には、皮膜自体が軟質であるため、固体粒子を投射した場合に容易に圧痕を形成し、表面粗度の付与が容易である。また、製品としても合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて、一般に表面の平均粗さＲａが高いものが要求される。そのため、従来技術では圧延ロールの平均粗さを大きくしなければならず、これによって鋼板表面に緻密な微視的凹凸を付与することができないという問題が生じていた。すなわち、めっき皮膜が主としてη相からなる亜鉛めっき鋼板に調質圧延によって表面形態を調整する方法に比べて、本発明の効果がより大きく現れることになる。
実施の形態１−１２は、実施の形態１−１から実施の形態１−１１のいずれかにおいて、亜鉛めっき鋼板の表面に固体粒子を投射して、当該鋼板の表面形態を調整する工程に先立って、亜鉛めっき鋼板の中心線うねりＷｃａを０．７μｍ以下に調整する調質圧延工程を有してなることを特徴とするものである。
亜鉛めっきを施した鋼板の表面は、母材自体の凹凸、めっき皮膜厚の変動等により、長周期の凹凸であるうねりＷｃａが存在するのが通常である。従来技術では、調質圧延によって亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整するため、表面の一定の平均粗さＲａを付与した調質圧延ロールを使用しなければならない。この場合、表面のうねりが大きい鋼板に対して、表面に大きな凹凸を有する圧延ロールを用いて、それを転写させる場合には、原板が有する長周期の凹凸（うねりＷｃａ）を低下させることができず、逆に凹凸を付与することで鋼板表面の長周期の凹凸も増加してしまい、塗装後の鮮映性を悪化させる場合もある。
一方、固体粒子の投射によって表面形態を調整する本発明においては、調質圧延に際して、鋼板の機械的性質を調整する目的で一定の伸長率を付与すればよく、表面を平滑に仕上げた圧延ロールを使用しても構わない。そこで、本手段においては、調質圧延に使用する圧延ロールとして平滑なロールを使用し、亜鉛めっき後の鋼板表面に存在する長周期の凹凸を一旦平滑化し、固体粒子投射前の表面のうねりＷｃａを一定値以下に調整することで、固体粒子後の鋼板のうねりＷｃａを低い値に調整することが可能となる。
なお、平滑なロールを使用した調質圧延後の鋼板表面のうねりＷｃａは０．７μｍ以下に調整すれば、固体粒子を投射して表面形態を調整した後でも、表面のうねりＷｃａを０．８μｍ以下に抑えることが可能である（固体粒子を投射して表面形態を調整した後の表面のうねりＷｃａを０．８μｍ以下に抑えることの意義は、前記実施の形態１−５の説明において述べた通りである）。
ただし、より優れた塗装後鮮映性が要求される場合には、固体粒子投射前の表面のうねりＷｃａを０．３μｍ以下に調整するのが好ましい。具体的には、圧延ロール表面の平均粗さＲａが０．３μｍ以下のブライトロールを使用することで、調質圧延後の鋼板表面のうねりＷｃａも０．３μｍ以下にすることが可能であり、固体粒子を投射した後であっても、亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａを０．５μｍ以下に低減させることができる。
図１は、本発明の実施の形態の第１の例を実施するための設備の概要を示す図である。図１において、１は亜鉛めっき鋼板、２ａ、２ｂはブライドルロール、３ａ〜３ｄは固体粒子の投射ノズル、４ａ〜４ｂは空気圧縮機、５はチャンバー、６は固体粒子の供給装置、７はクリーナーブロア、８は集塵機である。
図１は亜鉛めっき鋼板１が、ブライドルロール２ａおよび２ｂによって一定の張力が付加された状態で、固体粒子の投射チャンバー５を通過する状態を示している。図１に示す工程は、連続めっき工程の一部であってもよいし、独立した処理ラインであってもよい。下流側に検査工程が配置される場合も含まれる。
亜鉛めっき鋼板１は、溶融亜鉛めっき、電気亜鉛めっき等の方法によりめっき皮膜が形成された鋼板であり、調質圧延が施されたものでも、未調圧の鋼板でもよい。また、クロメートなどの化成処理が施された亜鉛めっき鋼板であっても構わない。
チャンバー５の内側には、鋼板の表面および裏面に固体粒子を投射するための投射ノズル３ａ〜３ｄが配置されており、固体粒子の供給装置６から一定量の固体粒子が供給される。このとき、空気圧縮機４ａ〜４ｄによって圧縮された空気がノズルを通過すると共に固体粒子が加速され、鋼板１に投射される。
図２は、図１に示した設備において使用される空気式投射装置の概要を表す図である。図２に示すように、空気圧縮機４７から圧縮空気が送られ、噴射ノズル４６で空気が加速されると同時に、粒子供給管４５から供給される固体粒子が加速される。粒子供給管４５には、図１の供給装置６から固体粒子が供給される。噴射ノズル４６の内径は５〜２０ｍｍ程度が通常であり、圧縮空気の圧力は０．１〜０．９ＭＰａ程度である。
また、噴射ノズル４６からの投射量は、固体粒字の粒径、比重、圧縮空気の圧力などによって変化するが、１０ｋｇ／ｍｉｎ以下であるのが通常である。なお、圧縮空気の圧力を変更することで、噴射ノズル４６から投射される固体粒子の投射速度を変更することが可能である。このときの投射速度としては、固体粒子の粒子径が小さいほど高速投射が可能であり、平均粒子径１０〜３００μｍ程度の金属粒子の場合には、およそ８０〜３００ｍ／ｓの投射速度が得られる。
広幅の亜鉛めっき鋼板を処理するために、投射ノズル３ａ〜３ｄは、鋼板の幅方向に亘って複数本配置される。板幅方向に配置する投射ノズルの本数は、処理すべき亜鉛めっき鋼板の板幅、１本の投射ノズルによって表面形態を調整できる範囲等に基づいて決定される。なお、亜鉛めっき鋼板表面に付与される微視的凹凸の形態が、板幅方向で均一になるように、隣接するノズルによる投射範囲をラップさせたり、千鳥状に配置する場合もある。
また、図１には鋼板の長手方向に２列の投射ノズルが配置される形態が示されているが、１本のノズルで投射できる固体粒子の量、ライン速度等に応じて長手方向の投射ノズルの本数を決定すればよい。さらに図１には、表面、裏面それぞれに投射ノズルが配置される形態が示されているが、必ずしも表裏面に固体粒子を投射する必要はなく、目的に応じて片面のみに投射しても構わない。
チャンバー５の内部で鋼板に投射された固体粒子は周囲に飛散し、チャンバー５の下部に落下する。落下した固体粒子は再び供給装置６に送られ、循環して鋼板に投射される。通常、固体粒子の供給装置６の前には、分級装置（セパレータ）が備えられ、固体粒子に混じった亜鉛粉末や、破砕され微細になった固体粒子が分離され集塵機８に送られる。
これによって、経時的に固体粒子の粒子径や形状が変化するのを防止し、固体粒子の状態が一定に保持される。一方、チャンバー内部で、下部に落下せず浮遊している微細な粒子は、クリーナーブロア７によって捕捉され集塵機８で処理される。
さらに、本発明では亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整するために、ブライドルロール２ｂの下流側に表面形態の測定器を配置して、その測定結果に基づいて、固体粒子の投射速度や投射密度等を修正してもよい。表面形態の測定器としては、平均粗さＲａ、あるいはピークカウントＰＰＩの測定器、さらにはＣＣＤカメラ等によって鋼板の表面を撮影し、固体粒子の圧痕の大きさを画像処理によって判定する装置等が採用できる。
図３に、本発明の実施の形態の第２の例である亜鉛めっき鋼板の製造方法を実施するための設備の概要を示す。図３は、亜鉛めっき鋼板１を連続的に搬送しながら、複数の遠心式投射装置１３ａ〜１３ｄによって亜鉛めっき鋼板１の表面の微視的凹凸の形態を調整するための設備を示している。亜鉛めっき鋼板１としては、冷間圧延、焼鈍、亜鉛めっきが施され、表面の平均粗さＲａを０．３μｍ以下に研削仕上げしたブライトロールを用いて調質圧延を行ったものが適している。
図３に示すように、亜鉛めっき鋼板１はペイオフリール３０に装入され、テンションリール３１で巻き取られている。このとき入側ブライドルロール１１と出側ブライドルロール１８との間で張力が付与された状態で、亜鉛めっき鋼板１が連続的に搬送される。
遠心式投射装置１３ａ〜１３ｄは、チャンバーで囲われたブラスト室１２内に配置される。遠心式投射装置１３ａ〜１３ｄに対しては、固体粒子の定量供給装置１４ａ〜１４ｄから一定量の固体粒子が供給される。また、遠心式投射装置１３ａ〜１３ｄから投射された粒子は、ブラスト室１２内で回収され、分級機１６に移送される。分級機１６によって選別された粒子は、ストレージタンク１５を通じて、定量供給装置１４ａ〜１４ｄに送られる。なお、図には明示していないが、分級機によって選別された粉じんは集塵機に送られ集塵処理される。亜鉛めっき鋼板１上に残留又は付着した固体粒子は、クリーナーブロア１７によってパージされて除去される。
本実施の形態において使用する遠心式投射装置は、亜鉛めっき鋼板１の板幅に応じて、板幅方向に複数台配置され、板幅方向に分割された領域ごとに各投射機で表面形態の調整を行うようにされている。その際、各投射機で付与される範囲が、部分的にラップするように配置することで、板幅方向に均一な表面形態を付与することができる。また、必要があれば長手方向に複数台の遠心式投射装置を配置することで、ライン速度が高速であっても亜鉛めっき鋼板の表面に十分な投射密度の固体粒子を投射することができる。
図４は、遠心式投射装置を模式的に示した図であり、モーター４３によって駆動されるローター４１に取り付けられたベーン４２から、遠心力によって固体粒子が投射される。固体粒子は、図３の定量供給装置１４ａ〜１４ｄから粒子供給管４４を通して遠心ローターの回転軸付近に供給される。一般的な遠心式投射装置のローター直径は、２００〜５５０ｍｍ程度であり、ベーン幅が２０〜１５０ｍｍ程度、ローター回転数として２０００〜４０００ｒｐｍ程度のものが使用される。
また、駆動モーターとしては最大出力５５ＫＷ程度のものがあるが、平均粒子径が１０〜３００μｍ程度の微細な固体粒子を投射する場合には、低出力のモーターであっても十分である。ローター回転数の上限は、ベーンの摩耗によるガタや偏荷重が遠心式投射装置の振動を増大させることから制限を受け、市販されている遠心式投射装置の投射速度は１００ｍ／ｓ程度が上限である。
なお、遠心式投射装置のローター回転方向については、亜鉛めっき鋼板が搬送される方向に対して、ローター回転軸が水平方向であっても、垂直方向であってもよく、固体粒子が一定の速度で亜鉛めっき鋼板表面のある範囲にわたって投射されればよい。
本発明の実施にあたって、投射する固体粒子が１０〜３００μｍと非常に小さな粒子を使用する場合、投射された固体粒子が亜鉛めっき鋼板に衝突するまでの距離が長いと、空気抵抗による減速によって、亜鉛めっき鋼板表面に十分な圧痕を形成することができない。そのため、ステンレス鋼の脱スケール等に使用されるショットブラスト方法に比べて投射距離を短くする必要がある。
投射距離とは、ローター回転中心から鋼板までの距離をいう。ステンレス鋼の脱スケール等に使用されるショットブラスト方法では投射距離が１０００ｍｍ程度であるのに対して、本発明の実施にあたっては、投射距離を７００ｍｍ以下、好ましくは２５０〜５００ｍｍ程度まで近づけることで、微細な粒子でも空気中で減速することなく鋼板に衝突して表面粗さを付与することを可能とする。ただし、現在市販されている遠心式投射装置よりも高速に固体粒子を投射することができるものを使用すれば、投射距離を離すことも可能である。
一方、使用する固体粒子は、平均粒子径が１０〜３００μｍで、望ましくは２００μｍ以下で、ほぼ球形のステンレス鋼、炭素鋼、ハイス等の金属系ショット粒子が望ましい。また、粒子の粒子径分布を調整して、平均粒子径ｄに対して、粒子径０．５ｄ〜２ｄの範囲に含まれる粒子の重量比率が８５％以上であることが好ましい。
図３は、このような粒子を循環して使用する設備を示しており、分級機１６によって固体粒子の粒径分布を一定の範囲に制御することが可能である。分級機の方式としては、振動ふるい式、サイクロン、風力選別法などが挙げられ、これらを単独で用いる場合もあるが、組み合せて最適な分級能力を発揮させる場合もある。
本発明の実施の形態における亜鉛めっき鋼板１への固体粒子の投射密度は、０．２〜４０ｋｇ／ｍ^２とするのが望ましい。ただし、図４に示す機械式投射装置を使用する場合には、図２で示す空気式投射装置に比べて、固体粒子の投射速度が低いので、亜鉛めっき鋼板１の表面を所定の形態を付与するためには、空気式投射装置を使用する場合よりも投射密度を高めにした方がよい。そうした観点からは、機械式投射装置による場合には、投射密度を１ｋｇ／ｍ^２以上、望ましくは５〜２０ｋｇ／ｍ^２程度とするのが好ましい。
亜鉛めっき鋼板表面への投射密度を制御するためには、鋼帯のライン速度に応じて、定量供給装置１４ａ〜１４ｄから所定量の固体粒子を遠心式投射装置に供給する。定量供給装置は、配管中に弁を設けてその開度を調整する等の方法で、一定時間内での投射重量を制御する。具体的には、投射密度を一定にして亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整する場合、ライン速度が２倍になれば、定量供給装置から供給する固体粒子の量が２倍になるように開度調整を行う。
図３において、固体粒子が投射され表面粗さが付与された亜鉛めっき鋼板１に対しては、検査台１９において表面粗さを測定し、平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩ、うねりＷｃａ等が所定の値となるかどうかを判定して、必要があれば遠心ローターの回転数、投射密度等を変更することで亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整する。
また、ブライドルロール１８の下流側に平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩ等を測定する機器を配置して、その測定結果に基づいて、固体粒子の投射速度および投射量を変更してもよい。なお、表面粗さ測定器は、接触式の測定器を使用してもよいが、光学式の測定器を用いて非接触で行うのが望ましい。さらにはＣＣＤカメラ等によって鋼板の表面形態を撮影し、固体粒子の圧痕の大きさを画像処理によって判定する方法を用いることもできる。
図５に、本発明の実施の形態の第３の例である亜鉛めっき鋼板の製造方法を実施するための設備の例を示す。図５に示される設備は、連続溶融亜鉛めっきラインに図３に示すものと同様の設備を配置したものであり、図３に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。
この設備は、溶融亜鉛めっきラインのめっき浴３４の下流側に、調質圧延機２０を配置し、さらにその下流側に強制乾燥装置２２、ブラスト室１２を配置したものである。
溶融亜鉛めっきラインでは、冷間圧延後の鋼板をペイオフリール３０に装入し、電解洗浄装置３２を通した後、焼鈍炉３３において再結晶焼鈍を行う。その後、めっき浴３４において亜鉛めっき皮膜を形成した後、エアワイパー３５で膜厚調整が行われる。その後、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合には合金化炉３６を作動させ、合金化処理を行う。皮膜が主としてη層からなる亜鉛めっき鋼板は合金化炉３６を使用せずに同一のラインで製造される。
通常の溶融亜鉛めっきラインでは、調質圧延機２０による調質圧延が行われた後に、化成処理装置３７により化成皮膜が付与される場合と、防錆油が塗布されて、そのまま巻き取られる場合がある。
一方、図５に示す設備では、調質圧延機の入側および出側に水あるいは調質圧延液を噴射するノズル２５ａ〜２５ｄを配置し、さらにその下流側に強制乾燥装置２２を配置する。これは、亜鉛めっき鋼板１上に付着した水分を予め乾燥させた後に、固体粒子を投射するためである。ただし亜鉛めっき鋼板１上に付着した水分が少ない場合や水分が自然乾燥する場合には必ずしも乾燥装置２２を必要としない。
以上のような設備列に配置することで、調質圧延機２０では、材料の機械的特性を調整するためにブライトロールを用いて調質圧延を行い、一旦亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａを０．７μｍ以下に調整した後、その下流側に配置した遠心式投射装置１３ａ〜１３ｄを用いて亜鉛めっき鋼板１の表面形態を調整することができる。
実施例１
本発明の第１の実施例により、亜鉛めっき鋼板の表面に固体粒子を投射することによって形成される表面形態が、従来技術による表面形態とは大きく異なるものであって、その調整範囲も拡大できることを示す。
本実施例において使用した亜鉛めっき鋼板は、板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を下地として、めっき皮膜が主としてη相からなる片面あたりのめっき量が７０ｇ／ｍ^２の溶融亜鉛めっき鋼板である。
ここでは、溶融亜鉛めっき後の鋼板に対して、機械的性質の調整を目的として、伸長率０．８％を付与する調質圧延を行った。調質圧延に際して、圧延ロール表面の平均粗さＲａが０．２８μｍのブライトロールを使用した。調質圧延後の亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩ、うねりＷｃａは、それぞれ０．２５μｍ、４８、０．３μｍであった。
本実施例では、このようにして調質圧延を行った亜鉛めっき鋼板の表面に対して、図２に示す空気式投射装置を使用して、その表面形態を調整した。使用したノズルの口径は９ｍｍであり、圧縮空気の圧力を０．１〜０．７ＭＰａの範囲で変更した。ノズル先端から亜鉛めっき鋼板までの距離は１００〜２００ｍｍとして、亜鉛めっき鋼板の表面に０．０３〜１０秒間の範囲で固体粒子を投射した。このときの投射密度は０．４〜８６ｋｇ／ｍ^２の範囲とし、主として２０ｋｇ／ｍ^２以下の範囲で実験を行った。
亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整するために使用した固体粒子を表１に示す。これらは、いずれもガスアトマイズ法で製造したもので、長径と短径の平均径からの差がそれぞれ平均径の２０％以内である、ほぼ球形の粒子である。

固体粒子を投射した亜鉛めっき鋼板の表面形態の特徴を調べるために、光学顕微鏡写真を撮影すると共に、表面粗さ計（東京精密（株）製Ｅ３５Ａ）を使用して、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩを測定した。
一方、比較例として、従来技術に基づいて表面に微視的凹凸を付与した圧延ロールを使用し、調質圧延によって亜鉛めっき鋼板の表面にその形態を転写させた亜鉛めっき鋼板を作成した。本比較例では、本実施例と同一の母材に対して、同一条件で溶融亜鉛めっきを施した鋼板を使用した。調質圧延ロールの表面は、放電ダル加工によって表面形態を表２に示す値に調整したものを使用した。

本比較例においては、調質圧延における伸長率を０．５〜２％の範囲で変更して、圧延ロール表面の微視的凹凸を亜鉛めっき鋼板表面に転写させた後、その表面を光学顕微鏡によって観察する他、表面粗さ計を用いて平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩを測定した。
本実施例による亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩの調整範囲を図６に示す。一方、比較例において表面形態を調整した亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩの範囲を図７に示す。両図の比較から、本実施例による亜鉛めっき鋼板の表面形態の調整範囲は、従来技術に比べて大幅に拡大することが分かる。
特に、ピークカウントＰＰＩは、従来の調質圧延法では２３０程度が上限であったのに対して、本実施例では、最大５００程度までのピークカウントを得ることできる。ピークカウントＰＰＩは、長さ１インチあたりの表面の微視的な凹凸の数を表すパラメータであるので、本実施例による亜鉛めっき鋼板の表面は、従来技術に比べて、隣接する微視的凹凸の間隔が格段に短い、緻密な表面形態が付与されていることを示している。
本実施例による亜鉛めっき鋼板表面の光学顕微鏡写真を図８に、比較例による亜鉛めっき鋼板表面の光学顕微鏡写真を図９に示す。比較例による亜鉛めっき鋼板の表面は比較的大きな凹部と凸部が島状に連なった形態を示している。調質圧延では、圧延ロール表面の凹凸がすべて鋼板表面に転写されることにはならないので、母材の表面が転写されず残留している部分が、凸部として観察される。
これに対して、本実施例による亜鉛めっき鋼板の表面形態は、球状の固体粒子が多数衝突して形成されたディンプル状の形態を示している。このように本実施例による微視的凹凸の形態は、従来技術のものと大きく異なり、その違いがプレス成形性に大きな影響を与えることになる。
実施例２
本発明の第２の実施例として、固体粒子を投射することによって表面形態を調整した亜鉛めっき鋼板について、そのプレス成形性を評価するために、平板摺動試験を行った結果について説明する。
実施例１において示した方法によって、固体粒子としてＡ１、Ｂ１、Ｄ２の３種類を使用して、亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整した。なお、使用した亜鉛めっき鋼板は、実施例１と同一のものである。また、比較例として、実施例１で示した従来技術による亜鉛めっき鋼板を平板摺動試験に供した。
平板摺動試験は、スライドテーブル上に固定した亜鉛めっき鋼板の表面に、一定の押付け荷重にてビード工具を押し付けながら、スライドテーブルを移動させることで、亜鉛めっき鋼板とビードとの間にすべりを与える試験方法である。このときスライドテーブルを移動させるときのビードの押付け荷重Ｎおよびスライドテーブルを移動させる力Ｆを、それぞれロードセルを用いて測定し、その比（Ｆ／Ｎ）から摺動時の摩擦係数を求めた。
摺動試験では、予め亜鉛めっき鋼板の表面に、洗浄油（プレトン社製Ｒ３５２Ｌ）を塗油したものを使用した。また、試験では異なるビード寸法の工具を使用して、表３に示す２条件（Ａ条件、Ｂ条件）のもとで行った。なお、高速高面圧条件であるＡ条件は、プレス成形におけるビード接触部の摺動特性を代表し、低速低面圧条件であるＢ条件はパンチ面の摺動特性を代表する条件である。また、いずれの場合も摩擦係数が低いほど、プレス成形における金型との摺動抵抗が低減して、鋼板の破断等が生じない、優れたプレス成形性を示すものである。

図１０は、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａと摺動試験によって得られた高速高面圧条件（Ａ条件）における摩擦係数との関係を示す。高速高面圧条件（Ａ条件）における摩擦係数は、投射する固体粒子によらずほぼ一定の摩擦係数を示しており、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａが増加すると、若干摩擦係数も増加する傾向にある。ただし、比較例として示した従来技術による亜鉛めっき鋼板は、いずれの場合も本実施例に比べて摩擦係数が高い結果となった。すなわち、本実施例による亜鉛めっき鋼板は、従来法によるものに比べて、表面の微視的凹凸を代表する指標である平均粗さＲａが同一であっても、より優れた摺動特性（プレス成形性）を示すことが分かる。
図１１は、低速低面圧条件（Ｂ条件）における摩擦係数を示しており、この場合にも、比較例に比べて、低い摩擦係数を示していることが分かる。また、本図からは固体粒子がアルミナ（Ｄ２）の場合には、金属系粒子（Ａ１，Ｂ１）に比べて摩擦係数が若干高目の傾向が現れているおり、固体粒子として金属系粒子を使用することで、より優れた摺動特性を示している。
一方、同一の摺動試験結果について、亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩとの相関を表したものが図１２、図１３である。図１２に示すように、高速高面圧条件（Ａ条件）のもとでは、投射する固体粒子によらず一定の相関がみられ、亜鉛めっき鋼板表面のピークカウントＰＰＩが増加し、ＰＰＩが２５０を超えた領域で、摩擦係数が低下しはじめる傾向がみられる。また、図１３に示す低速低面圧条件（Ｂ条件）でも、ピークカウントＰＰＩが増加するほど摩擦係数は低下し、ピークカウントＰＰＩが２５０を超えた領域でほぼ一定の摩擦係数を示すことが分かる。さらに、低速低面圧の摺動条件（Ｂ条件）では、固体粒子として金属系粒子（Ａ１，Ｂ１）を使用したものが、アルミナ（Ｄ２）を使用したものに比べて、ピークカウントＰＰＩが低い領域でも、低い摩擦係数を示しており、金属系粒子を使用することで、より優れた摺動特性を示すことが分かる。
実施例３
本発明の第３の実施例として、固体粒子を投射することによって表面形態を調整した亜鉛めっき鋼板を用いて、プレス成形試験によってその効果を検証した結果について説明する。
本実施例においても、実施例１と同一の溶融亜鉛めっき鋼板を用いて、同様な方法によって、亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整した。このときの固体粒子の投射条件を表４に示す。なお、表中の粒子を表す符号は、表１に示したものと同じものである。
また、このような条件で表面形態が調整された亜鉛めっき鋼板表面の表面粗さ、実施例２と同一の方法によって行った摺動試験の結果（Ｂ条件の摩擦係数）を表５に示す。表５には、比較例として調質圧延によって亜鉛めっき鋼板の表面を調整したものを併記した。これは、放電ダル加工を施した調質圧延ロールによって、伸長率１．５％を付与しながら調質圧延を行った亜鉛めっき鋼板である。

本実施例においては、以上の亜鉛めっき鋼板を用いて、円筒深絞り成形および球頭張出成形を行った。円筒深絞り成形は、直径１００ｍｍのブランクを加工した後、パンチ寸法φ５０ｍｍ、ダイス寸法φ５３ｍｍの工具を用いて深絞り成形を行った。このときのしわ押え力は２０ＫＮとし、予め亜鉛めっき鋼板に実施例２において使用したものと同一の洗浄油を塗布したものを用いた。なお、成形性の評価に際しては、成形時の最大荷重を指標としており、最大荷重が低いほど優れた成形性を示すものである。
一方、球頭張出成形では、１００ｍｍ角のブランクを加工し、φ５０ｍｍの球頭パンチによって張出成形を実施した。この場合も同一の洗浄油を塗布したものを用いた。なお、成形性の評価は、パンチ面において亜鉛めっき鋼板に割れが発生するまで成形を行い、割れが発生したパンチ面の近傍の板厚減少率を測定することによる。これは成形前の板厚から、張出成形後の板厚の減少率で定義され、板厚減少率が大きいほど張出量を大きくとることが可能で、プレス成形性に優れることを表す。
図１４は、円筒深絞り成形の結果を示したものである。本実施例による深絞り成形時の最大荷重は、比較例に比べて低く、優れた成形性を示していることが分かる。
一方、図１５は、球頭張出成形の結果を示したものである。本実施例における張出パンチ面における亜鉛めっき鋼板の板厚減少率は、比較例に比べて大きく、張出高さにもその差が現れていて、優れた張出成形性を示す。
以上のように、本実施例によって得られた亜鉛めっき鋼板は、従来法によるものに比べて、深絞り成形および張出成形の両者の成形条件において優れた特性を示しており、摺動特性による評価のみでなく、実際のプレス成形において優れた特性を備えていることが確認された。
実施例４
本発明の第４の実施例により、固体粒子を投射することによって亜鉛めっき鋼板のプレス成形性を向上させるだけでなく、塗装後の鮮映性にも優れた亜鉛めっき鋼板を製造できることを説明する。
溶融亜鉛めっきを施した鋼板の表面にはめっき厚みの変動やめっき前の母材表面のうねりに起因して、長周期のうねりが存在している場合がある。本実施例においては、先ず、亜鉛めっき後のうねりが比較的大きな鋼板を使用して、ブライトロールによる調質圧延を行った。ブライトロールは、その表面を平均粗さＲａ０．２５μｍに仕上げたものを使用しており、伸長率０．８％にて調質圧延を行った。その後、表１に示す固体粒子Ａ１、Ｂ１を使用して、図２に示す空気式投射装置によって、亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整した。
このときの投射条件は、圧縮空気の圧力を０．４、０．７ＭＰａとして、投射時間を変更することで投射密度を１〜５０ｋｇ／ｍ２の範囲で変更した。なお、亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａは、表面粗さ計（小坂研究所製、ＳＥ−３０Ｄ）を使用して測定を行った。
先ず、各製造段階における亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａを調べた例を図１６に示す。これは平均粒子径６０μｍのハイス粒子（Ｂ１）を使用して表面形態を調整した結果であり、固体粒子投射後の平均粗さＲａおよびピークカウントＰＰＩはそれぞれ１．１８μｍ、４４０であった。
図１６からは、調質圧延前の鋼板のうねりが非常に大きくても、ブライトロールによる調質圧延を行うことで、亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａを大幅に低減することができることが分かる。また、固体粒子を投射した後も、亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａは０．４２μｍであり、固体粒子を投射した後でも、長周期の凹凸であるうねりを低い値に抑えることが可能である。
また、本実施例において得られた亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａの測定結果を、調質圧延による比較例と共に示したものが図１７である。本実施例による亜鉛めっき鋼板は、一旦ブライトロールによる調質圧延を施しているので、固体粒子を投射しても表面のうねりＷｃａは低い値に抑えられている。特に、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａが大きくなっても、うねりＷｃａの増加はあまり顕著ではなく、長周期の凹凸が付与されるのが抑制されていることが分かる。
一方、従来技術の調質圧延による表面粗さの調整方法では、調質圧延前の表面のうねりＷｃａが大きいと、調質圧延後の表面のうねりＷｃａも大きいまま残留してしまう。従来技術による調質圧延においても、一旦ブライトロールによって調質圧延を行って、亜鉛めっき鋼板表面のうねりを低減させた後に、放電加工等によって表面に凹凸を付与した圧延ロールを使用した調質圧延を再度行うことで、ある程度まではうねりを低減させることは可能である。
ただし、このような製造工程をとることで、調質圧延を２パス行う必要が生じて、製造工程が増加してしまう。また、トータルの伸長率は機械的性質の調整のために一定範囲に収める必要があるため、２パス目の調質圧延において十分圧延ロール表面の微視的凹凸を、鋼板に転写することができないという問題も生じる。
本実施例においては、調質圧延による機械的性質の調整と表面粗さの付与機能を分離しているので、調質圧延ではブライトロールを使用して、機械的性質を調整するのに十分な伸長率を付与しながら、亜鉛めっき鋼板表面のうねりを小さく抑えることが可能となる。その後、母材の機械的性質をほとんど変えることなく、表面形態を調整できるという利点がある。また、亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩを従来技術に比べて大幅に大きくできるので、表面には短周期の凹凸が主として付与されて、長周期の凹凸が大きくなるのを抑制する効果も生じる。
さらに、本実施例では、亜鉛めっき鋼板の表面を塗装処理し、塗装後の鮮映性を調査した。塗装方法としては、日本パーカーライジング（株）製の「ＰＢ−Ｌ３０８０」を使用して、試験片に化成処理を施し、次いで関西ペイント（株）製の「ＥＩ−２０００」「ＴＰ−３７グレー」「ＴＭ−１３（ＲＣ）」を使用して、それぞれＥＤ塗装、中塗り塗装、上塗り塗装からなる３コート塗装を施した。このようにして塗装された試験片のＮＳＩＣ値を、スガ試験機（株）製の「写像鮮明度測定装置ＮＳＩＣ型」を使用して塗装後の鮮映性を評価した。なお、ＮＳＩＣ値は黒板研磨ガラスを１００とし、その値が１００に近いほど良好な鮮映性となる。
塗装後鮮映性の測定結果を図１８に示す。図中には、比較例として従来技術によるサンプルの塗装後鮮映性も示している。図から分かるように、塗装前の亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａが０．８μｍ以下であれば、ＮＳＩＣ値はほぼ一定となり、良好な塗装後鮮映性を示している。
ただし、うねりＷｃａが０．６〜０．８μｍの範囲では、ＮＳＩＣ値のばらつきも大きいため、安定して良好な塗装後鮮映性を得るためには、塗装前の亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａを０．６μｍ以下にしておくことが望ましい。その観点からは本実施例による塗装後鮮映性は、そのばらつきも小さく、比較例に比べて安定して高い値を示している。
ところで、固体粒子を亜鉛めっき鋼板の表面に投射する場合、投射条件によっては表面のうねりを増加させるおそれも生じる。そこで、固体粒子の投射密度と亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａの変化の関係を調べた。図１９は、その測定結果である。図からは、投射密度が増加するに従って、亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａもわずかに増加する傾向がみられる。ただし、固体粒子投射前のＷｃａが０．３μｍ程度であるので、投射密度が５０ｋｇ／ｍ２程度であっても、Ｗｃａの上昇量は０．１μｍ程度に抑えられることが分かる。
従って、塗装後鮮映性を一定の水準以上にする目的から、固体粒子を投射した後の亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａを０．８μｍ以下に抑える場合には、固体粒子投射前の亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａを０．７μｍ以下に調整しておけばよいことになる。ただし、本実施例に示したようにブライトロールを使用した調質圧延と製造工程を組み合せることによって、Ｗｃａを０．３μｍ程度まで低減させることも可能であり、より大きな効果が得られることになる。
実施例５
本発明の第５の実施例により、図２に示した空気式投射装置を用いて亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整する場合の具体的条件について説明する。
図２０、図２１は、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａと投射密度との関係を調べた結果である。図２０は固体粒子としてＳＵＳ３０４、平均粒子１００μｍ（Ａ３）を用いた場合の結果であり、図２１はハイス、平均粒子径６０μｍ（Ｂ１）を用いた場合の結果である。両者とも、圧縮空気の圧力を０．３、０．４、０．７ＭＰａと変更し、投射密度は亜鉛めっき鋼板表面への固体粒子の投射時間を０．０３〜５秒の範囲で変更することによって調整した。なお、ノズル先端から亜鉛めっき鋼板までの距離は１００ｍｍとした。
図２０からは、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａは、投射密度の増加に伴って上昇する傾向があることが分かる。また、圧縮空気の圧力が高いほど、平均粗さも大きくなっており、投射密度および圧縮空気の圧力を調整することによって、平均粗さＲａを制御することが可能である。
図２１も同様の傾向を示しており、投射密度の増加に伴って平均粗さＲａが増加している。ただし、固体粒子の平均粒子径が図２０の場合に比べて小さいため、亜鉛めっき鋼板の表面に形成される圧痕が小さく、投射密度に対する平均粗さの増加の仕方は緩やかである。
一方、図２２、図２３は、それぞれ図２０、図２１に対応するピークカウントＰＰＩの値を示している。図２２によれば、ピークカウントＰＰＩは投射密度の増加に伴って一旦増加し、投射密度が５〜４０ｋｇ／ｍ２の範囲でほぼ一定の値を示す。さらに投射密度を上昇させると、ピークカウントが若干低下する傾向を示す。
また、図２３のデータでは、固体粒子の平均粒子径が小さいため、より緻密な凹凸が亜鉛めっき鋼板表面に形成されるため、ピークカウントＰＰＩの値は、図２２の結果に比べて大きくなる。なお、投射密度の増加に伴って、ピークカウントが一旦増加し、投射密度が２〜４０ｋｇ／ｍ^２の範囲でほぼ一定値を示した後に、若干低下する傾向を示す特徴は同じである。
図２２、図２３において、投射密度が小さい領域においてピークカウントＰＰＩが増加するのは、亜鉛めっき鋼板表面に形成される圧痕の数が増加する過程を表していると考えられる。その後投射密度が増加してもピークカウントがほぼ一定であるのは、亜鉛めっき鋼板の表面がほぼ全面にわたって固体粒子の衝突による圧痕が形成されていて、さらに固体粒子を投射しても微視的凹凸の形態はあまり変化することがないためである。さらに投射密度が増えた場合にピークカウントＰＰＩの値が低下するのは、一旦全面に形成された微視的凹凸も、さらなる固体粒子の投射によって、凸部を中心としてつぶされてしまうことに原因があると推測している。
このような観点から、亜鉛めっき鋼板の表面に短周期の凹凸を付与するためには、一定値以上の投射密度とするのは好ましくない。本実施例の範囲からは、投射密度として４０ｋｇ／ｍ^２以下が適切な範囲である。
ところで、本実施例においては投射密度の最小値を０．７ｋｇ／ｍ^２としている。図２０からは、投射密度が０．７ｋｇ／ｍ^２であっても平均粗さＲａとしては１μｍを超える値が得られており、投射密度が０．２ｋｇ／ｍ^２まで低下しても平均粗さＲａは０．５μｍ程度とすることができると推定される。
また、図２３からは、投射密度が０．２ｋｇ／ｍ^２程度であってもピークカウントＰＰＩを２００以上にすることは十分可能であると推定できる。実施例２においては、平均粗さＲａが０．５μｍ、ピークカウントＰＰＩが２００程度であっても、固体粒子の投射によって表面形態が調整された亜鉛めっき鋼板が、従来法によるものに比べて優れたプレス成形性を示すことが分かっており、投射密度が０．２ｋｇ／ｍ２程度であっても従来法によるものに比べて優れたプレス成形性を有するといえる。
一方、図２４、図２５は投射する固体粒子の平均粒子径と、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩとの関係を示した図である。これらは、固体粒子として表１中のＡ１、Ａ３、Ａ４、Ｂ１、Ｂ２、Ｄ１、Ｄ２を用いて圧縮空気の圧力を０．４ＭＰａとし、投射密度を４〜２０ｋｇ／ｍ^２の範囲とした場合の結果である。図２４からは、平均粒子径が大きいほど、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａは増加する傾向を示すことが分かる。また、固体粒子の密度が小さいアルミナに比べて、密度の大きい金属系粒子のほうが、平均粗さＲａを大きくすることができる。
図２５からは、固体粒子の平均粒子径が大きいほど、亜鉛めっき鋼板表面のピークカウントＰＰＩが低下することが分かる。平均粒子径が大きいほど、亜鉛めっき鋼板の表面に形成される圧痕の大きさが大きくなって、隣合う凹凸のピッチが増加するためである。
ところで、図２４からは、平均粒子径が６０μｍであっても平均粗さＲａとしては最大１．５μｍ程度の値が得られており、平均粒子径が１０μｍ程度であっても平均粗さＲａは０．５μｍ以上にすることができるといえる。また、その場合のピークカウントＰＰＩも非常に大きな値が得られることは図２５によって明らかである。このような観点からは、実施例２の結果から分かるように、固体粒子の平均粒子径が１０μｍ程度であっても、従来法に比べて優れたプレス成形性を示すことは容易に推定できる。
一方、図２５からは、固体粒子の平均粒子径が３００μｍ程度であってもピークカウントＰＰＩを２００以上に調整することが十分可能であるといえる。特に、本実施例による条件よりも圧縮空気の圧力を低下させること、あるいは固体粒子として密度が小さいセラミックス系の固体粒子を使用するなど、単一の粒子の衝突によって形成される圧痕の大きさを小さくすることで、ピークカウントＰＰＩを増加させることが可能である。従って、固体粒子の平均粒子径が３００μｍ程度であっても、従来法によって得られるピークカウントＰＰＩの最大値が２３０程度であることを考慮すると、固体粒子の平均粒子径が１０〜３００μｍの範囲において、従来法よりも優れたプレス成形性を示すといえる。
さらに、本実施例では、空気式投射装置を用いた場合の圧縮空気の圧力と、亜鉛めっき鋼板の表面形態との関係を調べた。図２６は圧縮空気の圧力と平均粗さＲａとの関係を示した図である。本図からは圧縮空気の圧力が高いほど、平均粗さＲａが増加していることが分かる。また、図２７は圧縮空気の圧力と亜鉛めっき鋼板表面のピークカウントＰＰＩとの関係を示したものである。本図からは、圧縮空気の圧力が０．３〜０．４ＭＰａ程度で、ピークカウントＰＰＩが最大値をとることが分かる。すなわち、圧力が０．１ＭＰａ程度と小さい場合には、固体粒子の投射速度が低下するため、亜鉛めっき鋼板の表面に十分大きさの圧痕を形成することができず、圧力が０．７ＭＰａと大きい場合には、固体粒子によって形成される圧痕の大きさが大きくなるため、隣合う凹凸のピッチが増加するためと考えられる。
ところで、空気式投射装置による固体粒子の投射に関して、固体粒子の投射速度を直接的に測定することが困難なため、正確な投射速度を求めることはできないが、竹下ら（日本機械学会東海支部第４８期総会講演会講演論文集、Ｎｏ．９３３−１、１９９９／３／１９−２０）による解析によって、固体粒子の粒子径、圧縮空気の圧力と投射速度との関係が求められている。本引用文献中の図からは、圧縮空気の圧力が０．２〜０．６ＭＰａの範囲において、固体粒子の速度が９０〜２７０ｍ／ｓ程度とされている。また、固体粒子の粒子径が小さいほど、投射速度は増加するものと考えられ、本実施例における固体粒子の投射速度の最大値は３００ｍ／ｓ程度であると考えられる。
実施例６
本発明の第６の実施例として、実施例１〜５の方法とは異なり、図４に示すような遠心式投射装置を使用して、亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整した結果について説明する。
本実施例においても、板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を下地として、めっき皮膜が主としてη相からなる溶融亜鉛めっき鋼板を使用した。実施例１〜５と同様に、圧延ロール表面の平均粗さＲａが０．２８μｍのブライトロールを使用して、伸長率０．８％を付与する調質圧延を施した。
使用した遠心式投射装置は、ローター直径３３０ｍｍ、最大投射速度が１００ｍ／ｓの装置である。ここでは、遠心ローターの回転中心からの亜鉛めっき鋼板までの距離（投射距離）を２５０〜５００ｍｍの範囲に設定した。これは、平均粒子径３００μｍ以下の微細な固体粒子を投射する場合に、投射距離が大きいと、空気中の減衰によって鋼板表面に衝突するときの速度が低下して、亜鉛めっき鋼板の表面に十分な凹凸を付与することができなくなるため、可能な範囲で投射距離を近づけることが有効であるためである。
図２８、図２９は、固体粒子としてハイス（Ｂ１）を用いて、遠心ローターの回転数を３６００ｒｐｍとして、亜鉛めっき鋼板表面に投射した結果を示す図である。このとき固体粒子の供給量を変更して投射密度を調整した。投射密度は、固体粒子が投射された面積に対する固体粒子の総投射量の割合として求めた。
図２８は、投射密度と亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａとの関係を示した図である。実施例５の結果と同様に、投射密度の上昇に伴って平均粗さＲａは増加する傾向がみられる。また、図２９はピークカウントＰＰＩとの関係を示したものであり、投射密度の増加とともにピークカウントＰＰＩも増加し、その後投射密度が４〜４０ｋｇ／ｍ^２の範囲でほぼ一定の値を示す傾向は、空気式投射装置による場合と同様である。
一方、図３０〜図３２は、それぞれ、固体粒子としてハイス、ＳＵＳ３０４、高炭素鋼を使用して、それぞれの粒子をふるい分けによって分級したものを、遠心式投射装置によって亜鉛めっき鋼板表面に投射した結果を示す図である。投射条件としては、遠心ローターの回転数を３６００ｒｐｍとして、投射密度を６ｋｇ／ｍ^２とした。図３０〜図３２は、このような条件のもとで付与された亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩの関係を示したものである。
いずれの場合も、固体粒子の粒子径が大きいほど、平均粗さＲａが増加して、ピークカウントＰＰＩが低下する傾向にある。これは、実施例５に示した空気式投射装置と同様に、固体粒子の粒子径が大きいほど、亜鉛めっき鋼板表面に形成される圧痕が深くなることで平均粗さＲａが大きくなると共に、隣接する凹凸のピッチが大きくなることでピークカウントＰＰＩが低下するためである。
さらに、本実施例では遠心ローターの回転数を変更することで、固体粒子の投射速度の影響を調べた。使用した固体粒子は、ＳＵＳ３０４（Ａ２，Ａ３）およびハイス（Ｂ１）であり、投射密度を５〜１０ｋｇ／ｍ^２とした。図３３は亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａと投射速度との関係を調べた結果を示すものである。なお、投射速度とは、遠心ローターから投射される粒子の初期投射速度をいう。本図からは、投射速度の増加とともに、平均粗さＲａが増加していることが分かる。
また、投射速度とピークカウントＰＰＩとの関係を示したものが図３４である。本図からは、投射速度が大きいほど、ピークカウントＰＰＩが増加する傾向がみられる。これは、投射速度が低い領域では、単一の粒子が亜鉛めっき鋼板の表面に衝突して形成される圧痕の大きさが小さくなるため、亜鉛めっき鋼板の表面全体に隙間なく微視的凹凸を付与するためには、より大きな投射密度を必要とするためである。従って、投射速度が小さい場合であっても、投射密度を増加させることで、ピークカウントＰＰＩを増加させることは可能である。
ところで、図３３からは、平均粒子径が１００μｍのＳＵＳ３０４粒子（Ａ３）では、投射速度が４５ｍ／ｓであっても平均粗さＲａとしては１．４μｍ程度の値が得られており、投射速度が３０ｍ／ｓ程度であっても平均粗さＲａは１μｍ程度に調整することは可能である。また、平均粒子径が６５μｍのハイス粒子（Ｂ１）を使用しても、投射速度３０ｍ／ｓにて平均粗さＲａを０．５μｍ程度に調整できることになる。
さらに、図３４からは、投射速度が３０ｍ／ｓ程度であってもピークカウントＰＰＩを２００程度にすることも十分可能であることが分かる。実施例２において示した摺動特性は、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａが０．５μｍ程度で、ピークカウントＰＰＩが２００程度であっても従来法に比べて優れた特性を示すことを考慮すると、固体粒子の投射速度としては、３０ｍ／ｓ以上とすれば、優れたプレス成形性を有する亜鉛めっき鋼板を製造することができる。
実施例７
本発明の第７の実施例として、実施例６において説明した遠心式投射装置を用いて表面形態を調整した亜鉛めっき鋼板のプレス成形性等について説明する。
図３５は、固体粒子としてＳＵＳ３０４（Ａ１）、ハイス（Ｂ１）を使用して、実施例６と同様な方法によって表面形態の調整を行った亜鉛めっき鋼板の光学顕微鏡写真である。いずれの場合も、表面に微細なディンプル状の凹部が付与されており、空気式投射装置で得られた表面形態と同様のものとなっている。
また、遠心式投射装置によって固体粒子を投射し表面形態を調整した亜鉛めっき鋼板を用いて、摺動特性等を調べた結果を表６に示す。これは遠心ローター回転数３６００ｒｐｍ、投射密度は６ｋｇ／ｍ^２、投射距離が３００ｍｍの条件で固体粒子を投射した亜鉛めっき鋼板についての結果である。なお、固体粒子投射前の亜鉛めっき鋼板表面のうねりＷｃａは０．２５μｍであった。

表６中の摩擦係数は、実施例２で示した空気式投射装置による亜鉛めっき鋼板と同等の値を示しており、従来法による亜鉛めっき鋼板の摩擦係数（Ｂ条件）が、０．２４〜０．３であることを考えると、優れたプレス成形性を示すといえる。さらに、固体粒子投射後の鋼板表面のうねりＷｃａも０．４μｍ以下であり、実施例４において示した結果と同等の優れた塗装後鮮映性を示すことが確認された。
以上のように、固体粒子を投射して亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整する場合に、機械式投射法および空気式投射法とを比較すると、空気式投射法に比べて機械式投射法は投射速度が低いために、平均粗さＲａをあまり大きくすることはできないものの、得られた亜鉛めっき鋼板のプレス成形性および塗装後鮮映性共はほぼ同等である。従って、本発明において固体粒子を投射する具体的手段は、亜鉛めっき鋼板のプレス成形性を向上させるのに本質的な影響を及ぼすものではなく、一定の投射速度によって、比較的微細な固体粒子を亜鉛めっき鋼板の表面に投射することが可能であれば、他の手段によって固体粒子を投射しても、優れたプレス成形性および塗装後鮮映性を備えた亜鉛めっき鋼板を製造することが可能である。
実施例８
本発明の第８の実施例として、亜鉛めっき鋼板として電気亜鉛めっきを施したものに固体粒子を投射した結果について述べる。
本実施例では、冷間圧延、焼鈍後、電気亜鉛めっきを施した亜鉛めっき鋼板の表面に、実施例１と同様な空気式投射装置を用いて固体粒子を投射した。なお、亜鉛めっき皮膜の付着量は４６ｇ／ｍ^２であり、固体粒子の投射条件は表７に示すようなものである。
表８は、固体粒子投射後の表面形態および摺動試験にて得られた摩擦係数を示している。いずれの評価方法も実施例１〜４において示したものと同様の方法である。また、表８には比較例として、固体粒子投射前の電気亜鉛めっき鋼板について同様の評価を行った結果を併記している。
表８の結果からは、溶融亜鉛めっき鋼板の表面形態を調整した場合と同様に、高速高面圧条件（Ａ条件）および低速低面圧条件（Ｂ条件）のいずれの摺動試験においても、固体粒子の投射を行っていない亜鉛めっき鋼板よりも優れた特性を示していることが分かる。
以上のように、固体粒子を亜鉛めっき鋼板の表面に投射してその表面形態を調整する場合には、その対象とする亜鉛めっき鋼板が溶融亜鉛めっき鋼板であると、電気亜鉛めっき鋼板であるとを問わず優れたプレス成形性を示すことになる。すなわち、表面に微細なディンプル状の表面形態を付与することが、プレス成形性を向上させる効果をもたらすものであり、他の亜鉛めっき鋼板に適用しても同様の効果を得ることができる。

実施の形態２：
実施の形態２−１は、亜鉛めっきを施した鋼板に調質圧延を施した後、その片面または両面に、平均粒子径３０〜３００μｍの固体粒子を遠心式投射装置によって、遠心式投射装置のローター回転中心から金属鋼帯までの距離を７００ｍｍ以下として投射し、表面の平均粗さＲａを０．５〜５μｍ、ピークカウントＰＰＩを１００以上、中心線うねりＷｃａを０．８μｍ以下に調整することを特徴とする亜鉛めっき鋼板の製造方法である。
実施の形態２−１においては、固体粒子を投射することで、亜鉛めっき鋼板の皮膜に粒子の衝突による圧痕を形成し、それにより表面粗さを付与することを基本原理としている。多数の固体粒子を亜鉛めっき鋼板に衝突させることで、その表面に多数の凹凸が形成され、表面粗さが付与されることになる。このときの凹凸の深さや大きさなどの形態は、固体粒子のもつ運動エネルギーや粒子径、単位面積当たりの投射量、亜鉛めっき鋼板の皮膜硬度に応じて決定される。
実施の形態２−１では、プレス成形性、塗装後鮮映性に優れた亜鉛めっき鋼板を得るために、固体粒子の投射によって形成される表面粗さとして、平均粗さＲａを０．５〜５μｍ、かつピークカウントＰＰＩを１００以上に調整する。平均粗さＲａが０．５μｍ未満の場合には、プレス加工時の金型との間の保油性を十分確保することができず、５μｍを超えると、表面の微視的な凸部と金型との接触が局所化して、その部分を起点とした焼付きが生じやすいためである。また、ピークカウントＰＰＩを１００以上とするのは、ＰＰＩが高いほど密な凹凸が形成され、プレス加工時の保油性を向上させると共に、長周期の凹凸を低減させ、塗装後の鮮映性を向上させるためである。なお、鋼板のピークカウントは高いほど優れたプレス成形性と塗装後鮮映性を示すものである。
従来技術として用いられている調質圧延による表面粗さの付与方法では、圧延ロールに形成した凹凸を亜鉛めっき鋼板に転写させるという間接的な手段を用いるため、鋼板に付与できるピークカウントもあまり大きくすることができない。特に、圧延ロールの平均粗さを大きくすると、ピークカウントＰＰＩを大きくすることができないため、鋼板に付与されるピークカウントＰＰＩは２００程度が限界である。
それに対して、本発明による亜鉛めっき鋼板の製造方法においては、固体粒子を直接鋼板に投射して表面粗さを付与するので、粒子径、投射速度等を調整することで、ピークカウントＰＰＩが４００以上のものを得ることもできる。
また、固体粒子の投射によって形成される圧痕はディンプル状の形態を有するため、プレス加工時の保油性を向上させる役割を果たし、通常の調質圧延によって表面粗さを調整した鋼板よりも優れたプレス成形性を発揮するという利点がある。したがって、調質圧延によって表面粗さを付与した亜鉛めっき鋼板と同一の平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩであっても、摺動時の摩擦係数が低くなって、良好なプレス成形性を発揮する。
実施の形態２−１では、投射する固体粒子として３０〜３００μｍの平均粒子径を有するものを用いることによって、高いピークカウントＰＰＩを得るようにしている。平均粒子径が３００μｍを超えると、亜鉛めっき鋼板の表面に形成される凹部が大きくなり、密な凹凸を形成することができない。この場合、凹凸のピッチが大きくなってプレス成形性の面から好ましくないと同時に、長周期の凹凸すなわち鋼板表面のうねりが大きくなって、塗装後の鮮映性が悪化することになる。したがって、投射する固体粒子は３００μｍ以下であることが必要で、１５０μｍ以下とするとより大きな効果を得ることができるので好ましい。一方、固体粒子の平均粒子径が３０μｍを下回ると、固体粒子の速度が空気中で低下するため、亜鉛めっき鋼板の表面に必要な粗さを付与することができない。
以上のような固体粒子を金属鋼帯の表面に投射する手段として、本発明では遠心式投射装置を用いる。遠心式投射装置は、空気式投射装置に比べてエネルギー効率が高く、投射された固体粒子が扇状に広がることから、広範囲にわたって固体粒子を投射できる点が優れているからである。ただし、従来の遠心式投射装置は、より広い面積をカバーするために、投射距離を１〜１．５ｍ程度としているおり、固体粒子の粒子径が３００μｍ以下の場合には、空気中の減衰により鋼板に衝突するときの運動エネルギーが大幅に低下して所期の目的を達成できないとされていた。
本発明者らは、前記のような微細な固体粒子を効率的に投射して金属鋼帯の表面粗さを調整する方法として、投射距離（遠心式投射装置のローター回転中心から金属鋼帯までの最短距離）を７００ｍｍ以下と従来に比べて大幅に短縮することで、これまでの常識とは逆に、表面粗さを効果的に付与できる面積が拡大することを見出した。また、投射距離が短いほど鋼板表面に形成される凹凸が密に形成され、加えて表面粗さの付与に必要な投射密度も従来技術に比べて低減できることを見出した。
一般に市販される固体粒子は一定の粒子径分布を有しており、例えば平均粒子径が６０μｍ程度の金属ショット粒子の場合に、その粒子径は３０μｍ程度のものから１００μｍ程度のものまで含まれているのが通常である。このとき、投射距離が１ｍ程度離れていると、小さい粒子は減速して、亜鉛めっき鋼板に衝突しても表面に凹部を形成することができず、もっぱら大きい粒子が鋼板表面に凹部を形成することになる。したがって、投射した固体粒子のなかで粒子径が小さいものは、表面粗さの付与には全く寄与せず、粒子径の大きいもののみが効果を発揮することになる。
ところが、投射距離を従来技術に比べて大幅に短くすることによって、小さな粒子が減速せずに鋼板表面に衝突し、密な凹凸が形成される。また、表面粗さの付与に寄与する粒子の割合が大幅に増加するため、大量の固体粒子を投射する必要がなくなるという利点がある。さらに、鋼板表面の投射部分のうち粒子速度が高い領域が増加する。投射部分の端部であっても有効に表面粗さを付与できる結果、所定の表面粗さが得られる面積も拡大する。
投射距離を７００ｍｍ以下とすることにより、３００μｍ以下の微細な粒子も、表面粗さの形成に寄与するようになり、少ない投射密度であっても広い面積にわたって密な凹凸を付与することが可能となる。なお、現在一般に使用されている遠心式投射装置のローター直径は、２００〜５５０ｍｍ程度であるため、投射距離はローター半径よりも大きく、望ましくはローター直径と同程度か、それよりも短い距離に設定することでより大きな効果を得ることができる。
なお、実施の形態２−１における固体粒子の投射速度は６０ｍ／ｓ以上であることが望ましい。投射速度が小さい場合には、亜鉛めっき鋼板に衝突する固体粒子の運動エネルギーが小さいため、表面粗さを付与するのが困難になるからである。現在の遠心式投射装置の投射速度はローター直径２００〜５５０ｍｍ、ローター回転数４０００ｒｐｍの場合に最大１００ｍ／ｓ程度であり、空気式投射装置に比べて投射速度が小さいものの、投射距離を７００ｍｍ以下とすることによって、初速度が６０ｍ／ｓ程度でも十分表面粗さの付与が可能となる。
一方、実施の形態２−１は最終的な亜鉛めっき鋼板の表面粗さを調整するものであり、亜鉛めっき鋼板の調質圧延を行って、鋼板の機械的性質を調整した後に、固体粒子を付与するのが望ましい。このとき、調質圧延では、表面粗さを付与しても、しなくても構わない。比較的大きな粗さを付与した圧延ロールを使用して調質圧延を行っても、固体粒子の投射によって、その凹凸のほとんどは変形して、短周期の凹凸は消滅してしまうからである。ただし、ブライトロール等の表面粗さが小さい圧延ロールを使用して、調質圧延を行うことで、亜鉛めっき鋼板の表面の凹凸が予めフラットになって、長周期の凹凸も平坦化される。このような状態で、固体粒子を投射して短ピッチの凹凸を付与することで、長周期の凹凸を低減させることができる。
実施の形態２−１が対象とする亜鉛めっき鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、主としてη層から構成される亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板等が対象とされる。これらは、自動車用途を中心として、プレス成形性や塗装後鮮映性が要求されるため、表面に微細で緻密な凹凸を形成することが要求されるからである。ただし、本発明はそれらに限定されることなく、亜鉛−アルミニウム合金めっき鋼板に適用して、緻密な凹凸を形成することで、めっき皮膜部の粒界を消去して、光沢のある塗装鋼板を得ることが可能である。
また、調質圧延による表面粗さの付与方法と異なり、塑性変形が生じる領域が表面近傍に限られ、粒子径が小さいほど鋼板内部への影響が小さくなるため、皮膜部分のみに凹凸を形成して、母材への影響が生じないように表面粗さの付与が可能となる点で、調質圧延による表面テクスチャーの形成と異なる。したがって、皮膜部分のみに凹凸を形成すると同時に、その部分を局所的に硬化させて、プレス加工時の摺動特性を向上させる効果も生じる。
実施の形態２−２は、実施の形態２−１において、前記調質圧延において、鋼板の中心線うねりＷｃａを０．７μｍ以下に調整することを特徴とするものである。
調質圧延において、鋼板の中心線うねりＷｃａを０．７μｍ以下に調整しておけば、固体粒子を投射して短周期の凹凸を付与しても、亜鉛めっき鋼板表面の中心線うねりＷｃａを０．８μｍ以下に抑えることができる。製品の中心線うねりＷｃａが０．８μｍ以下であれば、自動車用外板用途等に対する塗装後鮮映性としては十分なものとなる。
実施の形態２−３は、実施の形態２−１または実施の形態２−２において、前記固体粒子の平均投射密度が０．２〜４０ｋｇ／ｍ^２であることを特徴とするものである。
投射距離を７００ｍｍ以下、望ましくはローター直径と同程度か、それよりも短い距離に設定することで、表面粗さの付与に有効な粒子の割合が増加するため、従来技術に比べて投射密度を低減することが可能となる。このとき遠心式投射装置を用いた場合、投射された粒子は扇状に広がって鋼板に衝突することになるが、厳密には鋼板上の位置によって投射密度が異なる。ここでは、各位置での投射密度を平均したものを平均投射密度と呼ぶ。
平均投射密度が０．２ｋｇ／ｍ^２を下回る場合には、鋼板に衝突する粒子数がすくないため、十分密な凹凸を形成することができなくなる。一方、平均投射密度が４０ｋｇ／ｍ^２を超えると、必要以上の粒子を投射することになって、一旦形成した凹凸がその後に投射される粒子によってつぶされてしまう。すなわち、投射密度が過大であると、亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩが低下することになる。また、種々の大きさの粒子が衝突し、その衝突頻度が高くなると、長周期の凹凸が大きくなる。
その結果、亜鉛めっき鋼板の中心線うねりＷｃａが増加して、必要な塗装後の鮮映性を確保することができない。また投射密度が過大になると固体粒子により鋼板表面が研削され減量し、あるいは投射速度が高い条件と重なると表層の急激な温度上昇が起こり組織変化を生じる場合もある。そこで、実施の形態２−３では平均投射密度を０．２〜４０ｋｇ／ｍ^２の範囲に限定する。
なお、実施の形態２−３では、低い投射密度であっても良好な表面粗さの付与が可能となるので、固体粒子投射前後の中心線うねりＷｃａの変化が小さいことが特徴として挙げられる。すなわち、固体粒子投射前の中心線うねりＷｃａをそれほど小さくしなくても、固体粒子投射後の中心線うねりＷｃａがあまり悪化することはない。
実施の形態２−４は、実施の形態２−１から実施の形態２−３のいずれかにおいて、前記固体粒子として、平均粒子径をｄとするとき、粒子径が０．５ｄ〜２ｄの範囲に含まれる粒子の重量比率が８５％以上であることを特徴とするものである。
粒子径が平均粒子径ｄの２倍を超える粒子が多く含まれる場合には、空気中での減衰が小さいため、鋼板表面に大きな凹部を形成して、細かなピッチの凹凸を形成するのが難しくなる。一方、平均粒子径ｄに対して、０．５ｄを下回る粒子が多く含まれる場合には、それらの粒子は表面粗さの付与に寄与しなくなるため、一定の表面粗さを得るために必要な投射量が増大してしまう。
発明者らの試験結果によれば、粒子径０．５ｄ〜２ｄの範囲に含まれる粒子の重量比率が８５％以上であれば、実用上投射量が増大することなく、密な凹凸を表面に形成することが可能となることが判明した。密な凹凸を形成するという面のみからは、粒子径分布がシャープで、すべての粒子が平均粒子径ｄであれば理想的であるが、そのように分級した粒子は粒子製造時の歩留りが大幅に低下するため、価格が上昇し経済的ではない。
実施の形態２−５は、実施の形態２−１から実施の形態２−４のいずれかにおいて、固体粒子がほぼ球形であることを特徴とするものである。
遠心式投射装置を用いたものとして、粒子形状が球形であるショットブラストあるいは角張った形状であるグリットブラストが知られている。前者は被加工材表面を硬化させるショットピーニング効果を得るために使用され、後者は、表面を研削する、いわゆるショットブラストのために使用されるのが通常である。本発明が対象とする表面粗さの付与においては、ほぼ球形のショット粒子を使用するのが鋼板のプレス成形性の観点から望ましい。すなわち、ほぼ球形の粒子を使用した場合には、圧痕として鋼板の表面に微細なディンプルが多数形成される。このような鋼板をプレス成形する場合に、微細なディンプルがプレス油の保油性を高めるため、プレス加工時の摩擦係数を低下させると共に、金型との型かじりを防止する効果が生じるためである。
なお、実施の形態２−５において「ほぼ球形」とは、完全な球でなくてなくても、社会通念上球とみなされるもの、および長径と短径の平均径からの差がそれぞれ平均径の２０％以内の、楕円球状のものをも含む意味である。
実施の形態２−６は、実施の形態２−１から実施の形態２−５のいずれかにおいて、前記固体粒子の密度が２ｇ／ｃｍ^３以上であることを特徴とするものである。
固体粒子の密度が２ｇ／ｃｍ^３を下回る場合には、固体粒子の質量が小さくなり、空気中での減衰が大きいとともに、鋼板に衝突するときの運動エネルギー自体が小さくなくなる。よって、固体粒子の密度が２ｇ／ｃｍ^３以上であることが好ましい。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好適である。タングステンカーバイドのような超硬合金でも良い。ただし、アルミナ、ジルコニア、ガラズビーズのように比較的比重が小さくても、平均粗さＲａが１．０μｍ以下の領域であれば、表面粗さを付与することができる。
実施の形態２−７は、実施の形態２−１から実施の形態２−６のいずれかにおいて、亜鉛めっき鋼板が、めっき皮膜が主としてη相からなる亜鉛めっき鋼板であることを特徴とするものである。
めっき皮膜が主としてη相からなる亜鉛めっき鋼板は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板等のめっき皮膜に比べて皮膜自身が柔らかく、かつ融点が低いことから、より凝着が発生しやすいため、同一の平均粗さであれば、プレス成形性に劣る。よって、前記第１の手段から第４の手段を適用する効果が特に大きい。また、めっき皮膜が主としてη相からなる亜鉛めっき鋼板の場合には、皮膜自体が軟質であるため、固体粒子を投射した場合に容易に圧痕を形成し、表面粗度の付与が容易である。
本発明の実施の形態の１例である亜鉛めっき鋼板の製造方法を実施するための設備の例の概要を図３７に示す。図３７は、亜鉛めっき鋼板１０１を連続的に搬送しながら、複数の遠心式投射装置１０３ａ〜１０３ｄによって亜鉛めっき鋼板１０１の表面粗さを調整するための設備を示している。亜鉛めっき鋼板１０１としては、冷間圧延、焼鈍、亜鉛めっきが施され、ブライトロールを用いて調質圧延を行ったものが適している。ブライトロールとはＲａが０．３μｍ以下に平滑に研削仕上げされたロールである。
図３７においては、そのような亜鉛めっき鋼板１０１をペイオフリール１３０に装入し、テンションリール１３１で巻き取っている。このとき入側ブライドルロール１１１と出側ブライドルロール１１３との間で張力が付与された状態で、亜鉛めっき鋼板１０１が連続的に搬送される。
遠心式投射装置１０３ａ〜１０３ｄは、チャンバーで囲われたブラスト室内に配置される。遠心式投射装置１０３ａ〜１０３ｄに対しては、固体粒子の定量供給装置１０４ａ〜１０４ｄから一定量の固体粒子が供給される。また、遠心式投射装置１０３ａ〜１０３ｄから投射された粒子は、ブラスト室１０２内で回収され、分級機１０６に移送される。分級機１０６によって選別された粒子は、ストレージタンク１０５を通じて、定量供給装置１０４ａ〜４ｄに送られる。なお、図には明示していないが、分級機によって選別された粉じんは集塵機に送られ集塵処理される。亜鉛めっき鋼板１０１上に残留又は付着した固体粒子は、クリーナーブロア１０７によってパージされて除去される。
図３８は、遠心式投射装置を模式的に示した図であり、モーター１４３によって駆動されるローター１４１に取り付けられたブレード１４２から、遠心力によって固体粒子が投射される。固体粒子は、図３７の定量供給装置１０４ａ〜１０４ｄから粒子供給管１４４を通してローターに供給される。一般的な遠心式投射装置のローター直径は、２００〜５５０ｍｍ程度であり、ブレード幅が２０〜１５０ｍｍ程度、ローター回転数として２０００〜４０００ｒｐｍ程度のものが使用される。また、駆動モーターとしては最大出力５５ｋＷ程度のものがあるが、本発明では固体粒子の投射密度を低く抑えられるので低出力のモーターが使用できる。ローター回転数の上限は、ブレードの摩耗によるガタや偏荷重が遠心式投射装置の振動を増大させることから制限を受け、投射速度は１００ｍ／ｓ程度が上限である。
本実施の形態では、このような遠心式投射装置のローター１４１の回転中心から溶融亜鉛めっき鋼板１０１のまでの距離（図３８に示す投射距離）を７００ｍｍ以下、望ましくはローター１４１の半径よりも大きく、かつローター１４１の直径と同程度か、それよりも近い位置に設置する。また、ローターの回転数を可変とすることで、固体粒子の投射速度を調整することができ、本実施の形態では、これを６０ｍ／ｓ以上としている。固体粒子の投射速度は、固体粒子がローターに取り付けられたブレード先端から離れるときの粒子速度であり、ローターの接線方向の速度成分と、それと垂直方向の速度成分の合成となる。
一方、使用する固体粒子は、平均粒子径が３０〜３００μｍのものとしている。特に、平均粒子径が１５０μｍ以下で、密度２ｇ／ｃｍ^３以上の球形のショット粒子を使用することが望ましい。また、粒子の粒子径分布を調整して、平均粒子径ｄに対して、粒子径０．５ｄ〜２ｄの範囲に含まれる粒子の重量比率を８５％以上とすることが望ましい。
図３７は、このような粒子を循環して使用する設備を示しているが、分級機１０６によって固体粒子の粒径分布を一定の範囲に制御することが可能である。分級機の方式としては、振動ふるい式、サイクロン、風力選別法などが挙げられ、これらを単独で用いる場合もあるが、組み合せて最適な分級能力を発揮させる場合もある。
本発明における亜鉛めっき鋼板１への固体粒子の投射密度は、１〜４０ｋｇ／ｍ^２とするのが望ましい。そのため、鋼帯のライン速度に応じて、定量供給装置１０４ａ〜１０４ｄから一定量の固体粒子を遠心式投射装置に供給する。定量供給装置は、配管中に弁を設けてその開度を調整する等の方法で、一定時間内での投射重量を制御する。
固体粒子が投射され表面粗さが付与された亜鉛めっき鋼板１０１は、検査台１１４において表面粗さを測定し、平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩが所定の値となるかどうかを判定して、必要があれば遠心式投射装置１０３ａ〜１０３ｄのローター１４１の回転数、投射密度を変更することで調整を行う。また、ブライドルロール１１３の下流側に表面粗さ等を測定する機器を配置して、その測定結果に基づいて、固体粒子の投射速度および投射量を変更してもよい。さらに、固体粒子投射前の中心線うねりＷｃａが一定値以下となっていることを確認するための計測器を配置してもよい。以上の表面粗さ測定器は、接触式の測定器を使用してもよいが、光学式の測定器を用いて非接触で行うのが望ましい。さらにはＣＣＤカメラ等によって鋼板の表面形態を撮影し、固体粒子の圧痕の大きさを画像処理によって判定する平均粗さやピークカウントを判定してもよい。
本発明の実施の形態の他の例である亜鉛めっき鋼板の製造法を実施するための設備の例の概要を図３９に示す。図３９に示される設備は、連続溶融亜鉛めっきラインに図３７に示す設備を配置したものであり、図３７に示された構成要素と同じ構成要素には同じ符号を付している。
溶融亜鉛めっきラインのめっき浴１３４の下流側に、調質圧延機１２０を配置し、さらにその下流側に強制乾燥装置１２２、ブラスト室１０２を配置した設備列である。溶融亜鉛めっきラインでは、冷間圧延後の鋼板をペイオフリール１３０に装入し、電解清浄装置１３２を通した後、焼鈍炉１３３において再結晶焼鈍が行われる。
その後、めっき浴１３４において亜鉛めっき皮膜を形成した後、エアワイパー１３５で膜厚調整が行われる。その後、合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造する場合には合金化炉１３６を作動させ、合金化処理を行う。皮膜が主としてη相からなる亜鉛めっき鋼板は合金化炉１３６を使用せずに同一のラインで製造される。
通常の溶融亜鉛めっきラインでは、調質圧延機１２０による調質圧延が行われた後に、化成処理装置１３７により化成皮膜が付与される場合と、防錆油が塗布されて、そのまま巻き取られる場合がある。一方、図３９の実施の形態では、調質圧延の入側および出側に水あるいは調質圧延液を噴射するノズル１２５ａ〜１２５ｄを配置し、さらにその下流側に強制乾燥装置１２２を配置する。これは、亜鉛めっき鋼板１０１上に付着した水分を予め乾燥させた後に、固体粒子を投射するためである。ただし、亜鉛めっき鋼板１０１上に付着した水分が少ない場合や水分が自然乾燥する場合には必ずしも乾燥装置１２２を必要としない。
以上のような設備列に配置することで、調質圧延機１２０では、材料の機械的特性を調整するためにブライトロールを用いて調質圧延を行い、その下流側に配置した遠心式投射装置１０３ａ〜１０３ｄを用いて亜鉛めっき鋼板１０１の表面粗さを調整することができる。本実施の形態による表面粗さの調整方法は、従来技術に比べて投射密度を小さくすることができるので、循環すべき固体粒子の量が少なくて済み、ライン速度が１００ｍｐｍ程度であっても溶融亜鉛めっきおよびそれに続く調質圧延機と同一ライン内で、表面粗さ付与処理を行うことができる。
実施例１
板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を下地として、めっき皮膜が主としてη相からなる溶融亜鉛めっき鋼板に対して、図３８に示す遠心式投射装置を用いて表面粗さを付与した結果について説明する。
固体粒子を投射する前の鋼板は、溶融亜鉛めっき後に調質圧延にて０．８％の伸長率を付与したものを用いた。調質圧延における伸長率の付与は、材質調整を目的としたものでありＲａ０．２８μｍに仕上げたブライトロールを用いた。調質圧延後の鋼板の平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩ、中心線うねりＷｃａは、それぞれ０．２５μｍ、４８、０．４μｍであった。
使用した遠心式投射装置は、ローター直径が３３０ｍｍ、最大投射速度が９２ｍ／ｓの装置である。固体粒子としては、図３９に示す粒径分布をもった平均粒子径６０μｍのＳＵＳ３０４粒子を使用した。これはほぼ球形の形状をした粒子である。すなわち長径と短径の平均径からの差が平均径の２０％以内のものを９５％以上含む形状である。本実施例では、固体粒子の投射速度が９２ｍ／ｓとなるローター回転数として３６００ｒｐｍに設定し、連続的に移送される亜鉛めっき鋼板に１台の遠心式投射装置を用いて投射を行った。遠心式投射装置は、鋼帯の進行方向に垂直な平面内でローターが回転する配置としている。すなわち、鋼帯表面の幅方向に向かって固体粒子を投射するように配置した。
本実施例では、鋼板のライン速度を９０ｍｐｍとして、固体粒子の投射量を２２５ｋｇ／ｍｉｎに設定した。固体粒子を投射した亜鉛めっき鋼板のサンプルについては、鋼板の板幅方向に平均粗さＲａおよびピークカウントＰＰＩの分布を測定した。
図４０に、投射距離を２５０〜１０００ｍｍの範囲で変更した場合の平均粗さＲａおよびピークカウントＰＰＩの板幅方向の分布を示す。図４０の横軸は、図３８においてローター１４１の回転中心直下の位置を原点として、向かって右側を正と定義した。図からは、投射距離が１０００ｍｍの場合には、Ｒａ、ＰＰＩ共に固体粒子投射前の表面粗さと大きな違いがみられないが、投射距離が７００ｍｍ以下であれば、平均粗さＲａが０．５μｍ以上でピークカウントＰＰＩが１００以上となることが分かる。また、投射距離が５００ｍｍ以下であれば、広い範囲にわたってピークカウントＰＰＩを３００以上にすることができ、従来の調質圧延では付与することができなった高いピークカウント有する亜鉛めっき鋼板を得ることができる。
ところで、図４０は、投射距離が短いほど平均粗さやピークカウントが高い値を示す範囲が拡大していることを示している。これは、投射距離が短いほど固体粒子が減速せずに鋼板に衝突すること、および投射幅端部に衝突する小さな粒子であっても減速せずに鋼板に衝突し、密な凹凸が形成されるためである。遠心式投射装置では、固体粒子はローターから扇状に投射されるので、投射距離が大きいほど鋼板に投射される面積は拡大する特性を有する。
従来技術では、単独の遠心式投射装置でより広い面積に対して投射を行うために、できる限り投射距離を大きくして、投射距離を１ｍ程度確保するのが通常であったが、本発明のように微細な粒子を投射して一定の表面粗さを付与する場合には、投射距離を短くする方が有効であることを示している。
一方、同様の方法で、固体粒子の投射量を９０〜４５０ｋｇ／ｍｉｎと変更して、亜鉛めっき鋼板に表面粗さを付与した後、その表面粗さを測定した。固体粒子が投射された鋼板の表面には、投射距離に応じて、粒子が衝突した痕跡が残留しており、圧痕が観察される幅を投射幅と呼ぶ。この投射幅のなかで、所定の表面粗さが付与された幅を有効投射幅と定義する。ここでは便宜上平均粗さＲａが１．０μｍを超え、かつピークカウントＰＰＩが４００を超える範囲を有効投射幅と呼ぶ。
図４１は、投射距離を２５０〜１０００ｍｍの範囲で変更した場合の有効投射幅をプロットしたものである。図中には、右上の直線で投射幅を併記している。本結果からは、投射距離が大きいほど投射幅が広がるものの、有効に表面粗さを付与できる有効投射幅は、投射距離が短いほど拡大することが分かる。また、固体粒子の投射量を増大させなくても、投射距離を短くする方有効投射面積の拡大を図ることができる。また投射距離が一定以上離れると、粒子の投射量を増加させても効果的な表面粗さの付与を行うことができなくなる。
なお、図４１からは投射距離が小さすぎると、幾何学的に投射が行われる投射幅自体が小さくなるため、有効投射幅の上限値もそれによって制限されていることが分かる。すなわち、有効投射幅を拡大するための最適な投射距離が存在する。これは、固体粒子の投射量にも依存するが、ローター径３３０ｍｍを用いた本実施例では、投射距離３００ｍｍ前後で最大の有効投射幅が得られており、ローター直径と同様か若干短い領域で有効投射幅が最大となることを示している。
実施例２
本実施例では、実施例１と同様な試験を行い、投射距離を近づけることによって投射密度を低減できることを検証した。ここでは、実施例１において、良好な結果が得られている投射距離２５０〜３５０ｍｍの範囲で、投射密度を変更した場合の表面粗さについて測定を行った。なお、使用した鋼板、ライン速度、遠心式投射装置のローター回転数、投射した粒子は同一として、単位時間当たりの投射量を調整することで投射密度を変更した。
図４２は、有効投射幅内での平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩと投射密度との関係を示したものである。平均粗さＲａは投射密度の増加とともに増加し、投射密度が１ｋｇ／ｍ^２を超えると、平均粗さＲａも０．５μｍ以上とすることができる（投射密度が０．２ｋｇ／ｍ^２以上となると平均粗さＲａが０．５μｍ以上となる場合もある）。一方ピークカウントＰＰＩは投射密度の増加とともに増加し、投射密度が０．２ｋｇ／ｍ^２以上となると１００ＰＰＩとなるものの、投射密度が４０ｋｇ／ｍ^２を超えると逆に低下する傾向がみられる。これは、一旦形成した凹凸が、その後に投射される粒子によってつぶされてしまうためである。したがって、亜鉛めっき鋼板に高いピークカウントを付与する目的からは、投射密度をあまり大きくすることは逆効果である。
本発明は、投射距離を短くすることで表面粗さを付与できる範囲を拡大させると共に、固体粒子中の小粒径の粒子でも鋼板に衝突するときの速度が低下しないので、少ない粒子量であっても効果的に表面粗さの形成を可能とする。その結果、従来技術のように非常に大きな投射量を必要としないという効果を得ることができる。
例えば、亜鉛めっき鋼板の表面に、ピークカウントＰＰＩが４００以上となるような表面粗さを付与する場合には、板幅方向に３台の遠心式投射装置を表裏面に配置すれば、板幅１２５０ｍｍの金属鋼帯を処理することができる。このときライン速度１００ｍｐｍの場合に、投射密度２．５ｋｇ／ｍ^２にて投射する条件では、粒子循環設備として６２５ｋｇ／ｍｉｎの能力を有するものを用いればよい。したがって、通常のショットブラスとのように、大量の粒子循環をさせるための設備を必要としない。
実施例３
本発明の第３の実施例として、投射距離を２８０ｍｍとし、投射密度が５ｋｇ／ｍ^２となるように投射量を設定して、実施例１と同様な方法によって、固体粒子の平均粒子径が亜鉛めっき鋼板の表面粗さに与える影響を調査した。使用した固体粒子はハイスの球形ショット粒子であり、振動式ふるいを用いて分級を行った後、平均粒子径ｄに対して、粒子径０．５ｄ〜２ｄの範囲に含まれる粒子の重量比率が８５％以上となるように調整した。なお、遠心式投射装置からの投射速度は９２ｍ／ｓで一定とした。
図４３は、平均粒子径と平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩとの関係である。平均粒子径が大きいほど、平均粗さＲａは増加し、０．３〜３μｍとなるような平均粒子径は３０〜２８０μｍ程度である。ただし、投射速度を低下させることで、平均粒子径が２８０μｍを超えてもＲａを３μｍ以下にすることは可能である。一方、ピークカウントＰＰＩは、粒子径の増加に伴って一旦急激に増加する。これは、粒子径が小さい場合には、ある程度微細な凹凸が表面に形成されるものの、平均粗さＲａが小さいため、測定したピークカウントのカウントレベルに達しない凹凸がかなり含まれ、ＰＰＩの値としては小さな値を示すからである。また、平均粒子径が１００μｍよりも大きくなるとピークカウントＰＰＩは低下し、平均粒子径３００μｍを超えるとＰＰＩの値が１００を下回ることになる。
なお、以上のような平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩの傾向は、投射速度、投射距離、投射密度によっても変化して、ＰＰＩが極値をとる平均粒子径も変化する。例えば、投射速度が大きいほど、ピークカウントが最大値をとる平均粒子径の値は小粒径側に移動する。また、使用する固体粒子の密度によっても変化して、密度が小さいほど、平均粒子径が大きい側に移動する。
実施例４
投射距離を２８０ｍｍとし、投射密度が５ｋｇ／ｍ^２となるように投射量を設定して、実施例１と同様な方法によって、固体粒子の投射速度が亜鉛めっき鋼板の表面粗さに与える影響を調査した。使用した固体粒子は、図５０に示す平均粒子径が６５μｍのハイスの球形ショット粒子である。ここでは、ローター回転数を変更することによって、投射速度を調整した。
図４４は、投射速度の、平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩへの影響を示したものである。図からは、投射速度の増加に伴って、平均粗さ、ピークカウント共に増加し、一旦ピークカウントが極大値をとった後、若干低下する傾向が見られる。投射速度が小さい場合には、固体粒子の運動エネルギーが小さいため、亜鉛めっき鋼板に衝突した場合に十分な圧痕が形成されないため、平均粗さ、ピークカウントともに低い値を示すものである。また、投射速度が非常に高い場合には、投射された粒子によって形成される凹部が大きくなって、平均粗さＲａは増加するものの、凹凸のピッチが僅かながら大きくなるためピークカウントは若干低下する。
実施例５
実施例３において使用したハイスの固体粒子を使用して、投射距離およびローター回転数を変更して、平均粗さＲａが１．０〜１．６μｍとなるように調整しながら、ピークカウントＰＰＩを大きく変えた亜鉛めっき鋼板を製造した。
このようにして得られた亜鉛めっき鋼板のプレス成形性を調査するために、平面摺動試験によって摩擦係数を測定した。摺動試験では、亜鉛めっき鋼板を対向する摺動工具で挟み、７ＭＰａの接触面圧を負荷しながら、亜鉛めっき鋼板を１０００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引抜くときの摩擦係数を測定した。また、比較例として従来技術である調質圧延によって表面粗さを付与した鋼板についても同一の条件にて測定を行った。なお、調質圧延は、放電加工によって平均粗さを２．４〜３．４μｍ、ピークカウントＰＰＩを２４０〜３２０の範囲で調整した圧延ロールを用いた。
図４５は亜鉛めっき鋼板のピークカウントと摺動試験の摩擦係数との関係を示したものである。本発明によって得られた亜鉛めっき鋼板は、従来の亜鉛めっき鋼板に比べて低い摩擦係数を示している。すなわち、鋼板と摺動工具との間の保油性が向上して、界面に導入される油量が向上していることを示している。また、図からはピークカウントＰＰＩが大きいほど摩擦係数が低下していることが分かる。これは、短ピッチの凹部が密に形成されていることによって、界面の保油性を向上させる効果と、固体粒子の衝突によって皮膜自体が硬化している効果の両者が影響を与えている結果である。
以上から、本発明による亜鉛めっき鋼板は、ピークカウントＰＰＩが従来のものと同程度でも良好な摺動特性を発揮すると共に、特に調質圧延では製造することができない高いピークカウントＰＰＩの領域において、さらに優れた摺動特性を示すことが確認された。
図４８（ａ）に本実施例による亜鉛めっき鋼板の表面写真を示す。また、比較例として、従来の調質圧延によって得られた亜鉛めっき鋼板の表面写真を図４８（ｂ）に示す。本発明によって製造された亜鉛めっき鋼板は、球形の固体粒子を投射して圧痕を形成していることから、表面にはディンプル形状の凹凸が密に形成されていることが分かる。このようなディンプル状の凹凸が、プレス加工時の工具と鋼板との間の保油性を良好にする効果を生じさせている。
実施例６
固体粒子を投射する前に調質圧延によって予め中心線うねりＷｃａを低減した場合の効果について検証した。溶融亜鉛めっきを施した鋼板の表面にはめっき厚みの変動などに起因して長周期のうねりが存在している場合がある。本実施例においては、亜鉛めっき後のうねりが比較的大きな鋼板を選んで、ブライトロールによる調質圧延を行った。ブライトロールは、その表面を平均粗さＲａ０．２５μｍに仕上げたものを使用して、伸長率０．８％にて調質圧延を行った。その後、平均粒子径６５μｍのハイス粒子を使用して、表面粗さの付与を行い、平均粗さＲａ１．１８μｍ、ピークカウントＰＰＩが４４０の亜鉛めっき鋼板を得た。
この各製造段階における鋼板の中心線うねりＷｃａを調べた結果が図４６である。図からは、調質圧延前の鋼板のうねりが非常に大きくても、ブライトロールによる調質圧延を行うことで、中心線うねりＷｃａを大幅に低減することができる。また、固体粒子を投射した後も、製品の中心線うねりＷｃａは０．４２μｍであり、表面に凹凸が付与されても長周期の凹凸は低い値に抑えることが可能である。一方、従来の調質圧延による表面粗さの付与を行う場合には、調質圧延前の中心線うねりＷｃａが大きいと、微視的な凹凸を付与した調質圧延後のＷｃａも大きいまま残留してしまう。本発明では、調質圧延による機械的性質の調整と表面粗さの付与機能を分離しているので、調質圧延ではブライトロールを使用することができ、素材の中心線うねりが大きくても製品のうねりを小さくすることができる。
さらに、調質圧延によって中心線うねりＷｃａを０．７μｍ以下に調整した亜鉛めっき鋼板を用いて、平均粒子径５０〜１２０μｍのステンレス粒子を投射したサンプルを作成した。この鋼板の塗装後の鮮映性を調べるために、日本パーカーライジング（株）製の「ＰＢ−Ｌ３０８０」を使用して、試験片に化成処理を施し、次いで関西ペイント（株）製の「ＥＩ−２０００」「ＴＰ−３７グレー」「ＴＭ−１３（ＲＣ）」を使用して、それぞれＥＤ塗装、中塗り塗装、上塗り塗装からなる３コート塗装を施した。このようにして塗装された試験片のＮＳＩＣ値を、スガ試験機（株）製の「写像鮮明度測定装置ＮＳＩＣ型」を使用して塗装後の鮮映性を評価した。なお、ＮＳＩＣ値は黒板研磨ガラスを１００とし、その値が１００に近いほど良好な鮮映性となる。
測定結果を図４７に示す。図中には、ショットダルロールおよび放電ダルロールを用いて調質圧延によって製造したものを比較例として示している。図から分かるように、調質圧延によって中心線うねりＷｃａを０．７μｍ以下に調整した亜鉛めっき鋼板は、固体粒子投射後も中心線うねりＷｃａが０．８μｍ以下と小さな値を示し、塗装後鮮映性を代表するＮＳＩＣ値も高い値を示している。
実施例７
合金化処理を施した亜鉛めっき鋼板を用いて、投射速度９２ｍ／ｓ、投射距離２８０ｍｍ、投射密度１０ｋｇ／ｍ^２の条件で、平均粒子径６５μｍのハイス粒子を投射して表面粗さの付与を行った。その結果、平均粗さＲａが１．２μｍ、ピークカウントＰＰＩが３５０の鋼板を得た。
この鋼板からサンプルを切り出して、実施例５と同様の摺動試験を実施した。固体粒子を投射する前の従来の製造方法による合金化溶融亜鉛めっき鋼板の摩擦係数は０．２０であったのに対して、本発明による固体粒子の投射を施した後の摩擦係数は０．１８であった。これは、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に、鉄めっきやニッケルめっきを施したものと同等の摩擦係数であり、皮膜自身が硬い合金化溶融亜鉛めっき鋼板であっても、本発明による製造方法によれば、優れた摺動特性を示す亜鉛めっき鋼板を得ることができる。また、固体粒子投射後の中心線うねりＷｃａも０．５μｍと低い値を示しており、良好な塗装後の鮮映性を示すものである。
実施の形態３
実施の形態３−１は、表面が、ディンプル状の形態であることを特徴とするプレス加工性に優れた亜鉛めっき鋼板である。
ディンプル状とは、表面の凹みの形状が、主として曲面から構成され、例えば球状の物体が表面に衝突して形成されるクレータ状の凹みが多数形成された形態をさす。このようなディンプル状の凹みが多数形成されていることによって、その部分がプレス加工における油のポケットの役割を果たし、金型と鋼板の間の保油性を向上させることができる。
この状況をプレス加工における金型との接触状態として模式的に表したものが図５６である。一方、比較のために、従来の亜鉛めっき鋼板の接触状態を模式的に表したものが図５９である。ディンプル状の表面形態の場合、めっき層が摺動時に変形を受けても、ディンプル内の油が逸脱しにくいうえに、点在するディンプル一つ一つに確実に油が残留するため、油が途切れることなく金型がめっき鋼板上を摺動することができる。これに対し、圧延ロールの形状を転写させた従来のめっき鋼板の表面形態では、凹部がディンプルの様に必ずしも閉じた円状となっていないため、油の保持がされにくいため、油切れが生じやすい。
実施の形態３−２は、実施の形態３−１において、表面の平均粗さＲａが０．５〜５．０μｍであることを特徴とするものである。
表面の平均粗さＲａが０．３μｍ未満の場合には、鋼板と金型との間の保油性を十分確保することができないため、プレス加工時の型かじりが発生しやすくなる。このことは、特に亜鉛皮膜が軟らかい場合に顕著となる。よって、本発明においては、表面の平均粗さＲａを０．３μｍ以上に限定する。
一方、平均粗さＲａが大きいほど、鋼板と金型との間の保油性は向上して、界面に導入される油量は増加するものの、表面の大きな凸部に接触荷重が集中することになるため、その接触部分の摩擦発熱に起因して、油膜破断が生じやすくなる。その結果、局所的に型かじりが生じ、保油性が向上することによる効果を相殺する。したがって、本発明においては、大きな凸部を起点とした型かじりが生じない範囲として、３μｍを上限とする。
実施の形態３−３は、実施の形態３−１又は実施の形態３−２において、表面のピークカウントＰＰＩが、−５０×Ｒａ（μｍ）＋３００＜ＰＰＩで表される式の範囲にあることを特徴とするものである。
ピークカウントＰＰＩとは、ＳＡＥ９１１規格で規定されるように、１インチあたりの凸凹のピーク数である。なお、上記ピークカウントＰＰＩは、カウントレベルが±０．６３５μｍにおける値で表している。
ピークカウントが大きい場合には、図５７に模式的に示すように、プレス加工時の金型と亜鉛めっき鋼板との接触状態が、単に平均粗さを大きくした場合とは異なる。すなわち、ピークカウントが大きいほど、同一の平均圧力に対して、金型と接触する表面の突起部の個数が多くなり、個々の突起部の変形量は小さくなる。すなわち、多数の突起部が金型と接触することによって、個々の突起部が分担する荷重が減少する。したがって、突起部と金型との接触部で生じる摩擦発熱は、突起が大きい場合に比べて分散されるため、各接触界面における温度上昇を抑制することができる。
接触部の温度上昇は、界面に存在する油膜の微視的な破断をもたらすことから、摩擦係数が増大して、さらに接触部の摩擦発熱が増大するという悪循環を生じさせる。これに対して、亜鉛めっき鋼板の表面にピッチの短い凸凹を形成することで、同一の平均粗さであっても、プレス成形性を向上させることができる。また、平均粗さが小さくても、同等以上のプレス成形性を確保することができるので、塗装後の鮮映性を悪化させる要因とはならない。
実施の形態３−３において、亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩの下限値を設定したのは、このような以上のような考え方に基づく。一方、ピークカウントＰＰＩの上限値については、大きければ良好な結果が得られることが予想されるが、現在のところ経済的な手段で実現できる範囲は６００以下にとどまっている。将来、これ以上のＰＰＩを得る方法が見つかれば、適用可能であるので、発明としての上限値は特に規定しない。
実施の形態３−４は、実施の形態３−１から実施の形態３−３のいずれかにおいて、表面のうねりＷｃａが、０．８μｍ以下であることを特徴とするものである。
自動車用途の亜鉛めっき鋼板等では、プレス加工性の他にも、塗装後の鮮映性を確保する必要がある。塗装後の鮮映性については、塗装の下塗り工程等において短周期の凸凹は埋められ、塗装後の鮮映性に影響を与えないものの、長周期の凸凹は塗装後にも残留して鮮映性を悪化させる。この場合、うねりＷｃａが、塗装後の鮮映性と密接な関係がある。うねりＷｃａとは、ＪＩＳ Ｂ ０６１０に規定される中心線うねりを指し、高域カットオフを施した凸凹の平均高さを代表する。
塗装後の鮮映性を良好にするためには、周期の長い凸凹成分を小さくすることが必要であり、うねりＷｃａを０．８μｍ以下とすることで、塗装後の鮮映性を確保することができる。したがって、平均粗さを大きくすることで、鋼板表面に大きな凸凹が形成されるため、塗装後の鮮映性が悪化してしまうという問題点を解決することができる。
実施の形態３−５は、実施の形態３−１から実施の形態３−４のいずれかにおいて、めっき皮膜が主としてη相からなることを特徴とするものである。
皮膜が主としてη相から構成される亜鉛めっき鋼板の場合は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて、皮膜自身が柔らかく、かつ融点が低いことから、プレス加工時に凝着が発生しやすい。そのため、表面に付与すべき平均粗さは大きなものが必要とされ、従来技術と比較して、より大きな効果を得ることができる。
以下、本発明の実施の形態の例を説明する。本発明実施の形態である亜鉛めっき鋼板を製造する第１の方法は、母材となる鋼板表面に亜鉛めっきを施した鋼板の表面に、微細な固体粒子を投射して表面に凸凹を形成するものである。亜鉛めっきとしては、溶融亜鉛めっきあるいは電気亜鉛めっきが一般的であるが、機械的に亜鉛皮膜を付与しためっき鋼板でもよい。また、鋼板に対して機械的性質を調整するための調質圧延を施したものでも、未調圧の鋼板でもよい。さらに、クロメート処理などの後処理を施した鋼板でもよい。
以上のような亜鉛めっき鋼板の表面に投射する固体粒子は、粒子径１〜３００μｍ、望ましくは２５〜１００μｍ程度の鋼球あるいはセラミックス系の粒子が好適である。投射装置としては、圧縮空気によって固体粒子を加速させる空気式のショットブラスト装置あるいは、遠心力によって固体粒子を加速させる機械式の加速装置を用いてもよい。このような固体粒子を、３０〜３００ｍ／ｓの投射速度で亜鉛めっき鋼板に一定時間投射することで、亜鉛めっき鋼板の表面に微細な凸凹を形成させることができる。
なお、投射する固体粒子として球形のものを使用することで、表面にディンプル形状の凹部を形成することができる。ただし、固体粒子としては完全な球体でなくても、多面体のような形状であってもよい。また、投射する固体粒子が小さいほど、短ピッチの凸凹が形成され、ピークカウントを大きくすることができる。固体粒子の投射量としては、粒子が亜鉛めっき鋼板の全面にわたって投射されると共に、亜鉛皮膜を剥離させない程度の投射密度として、０．１〜４０ｋｇ／ｍ^２が望ましい。さらに、以上のようにして表面に凸凹を付与した鋼板には、圧縮空気を吹き付けることで、表面から固体粒子を簡単に除去することができる。
本発明の実施の形態である亜鉛めっき鋼板を製造するための第２の方法は、熱間圧延または冷間圧延によって一定の板厚に加工された鋼板に、前記と同様に固体粒子を投射して、表面に凸凹を形成した後に、亜鉛めっきを施すものである。母材となる鋼板は、圧延後焼鈍や調質圧延を施したものが一般的であるが、強度を高めるために、焼鈍していないものを用いてもよい。
このような鋼板に対して、前記と同様の方法で表面に凸凹を付与することができるが、鋼板として未焼鈍材あるいは硬質の材料を用いる場合には、固体粒子の投射速度を前記条件よりも大きくすることによって、凸凹の大きさを調整する。このようにして得られた鋼板に対する亜鉛めっきとしては、電気亜鉛めっきが好適であるが、溶融亜鉛めっきを行ってもよい。
ところで、従来技術として開示されている亜鉛めっき鋼板表面の調整方法としては、いずれも調質圧延によって表面粗度を転写させるというものであるが、この場合には、ピークカウントＰＰＩを２５０以上とするのは実際には困難である。例えば、特開平１１−３０２８１６号公報に実施例として開示されている亜鉛めっき鋼板の凸凹のピッチは０．１１ｍｍ程度とされている。したがって、この場合にも１インチ当たりの凸凹の数は２３０程度と推定される。
また、従来技術における亜鉛めっき鋼板の製造方法として、圧延ロールの表面に凸凹を形成する場合に、ショットブラスト加工や放電加工では、表面に主として凹部が形成されるため、鋼板側には主として凸部が転写される。また、レーザー加工や電子ビーム加工では、レーザー等が照射された部分は溶融して凹部となるとともに、その周囲には凸部が形成される。これが鋼板に転写された場合には、凸部を中心とした凹部が周囲に形成されるが、その形状はドーナッツ型となる。したがって、調質圧延で形成された亜鉛めっき鋼板表面の形態と、本発明で記載した凹部状のディンプル形状とは異なるものである。
実施例１
本発明の第１の実施例として、板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を下地とした溶融亜鉛めっき鋼板に対して、調質圧延にて０．８％の伸長率を付与した鋼板を使用し、前記方法にて表面粗度を付与した亜鉛めっき鋼板について説明する。
本実施例では、めっき皮膜が主としてη相からなる亜鉛めっき鋼板に対して、平均粒径が１２８μｍ、５５μｍのアルミナ粒子を投射することで表面粗度を付与した。図５１，５２は、本発明の亜鉛めっき鋼板の表面写真である。これらは、固体粒子としてそれぞれ１２８μｍ、５５μｍの粒径のものを使用したものである。これらの表面は、固体粒子が衝突することによって多数の凹部が形成されており、微細なディンプル状の形態を示している。一方、図５８は比較例として、放電加工法によって表面加工を施した圧延ロールを用いて、調質圧延によって表面粗度を調整した鋼板の表面写真を示している。表面は、比較的大きな凸部が島状に連なった形態を示している。
このようにして作成した本発明および従来の亜鉛めっき鋼板の中から、平均粗さＲａが１．３〜１．６μｍの範囲となった鋼板を選択し、平板摺動試験によって摩擦係数を測定した。摺動試験では、亜鉛めっき鋼板を対向する摺動工具で挟み、７ＭＰａの接触面圧を負荷しながら、亜鉛めっき鋼板を１０００ｍｍ／ｍｉｎの速度で引抜くときの摩擦係数を測定した。なお、潤滑油として、日本パーカライジング社製ノックスラスト５５０ＨＮ（商標）を予め亜鉛めっき鋼板の表面に塗布して、試験を実施した。
図５３は、摺動試験によって得られた摩擦係数を示したものである。実施例として示されている本発明の亜鉛めっき鋼板は、同一レベルの平均粗さであっても、比較例として示されている従来の亜鉛めっき鋼板に比べて、低い摩擦係数を示している。すなわち、鋼板と摺動工具との間の保油性が向上して、界面に導入される油量が向上していることを示している。
また、図５３からは、ピークカウントＰＰＩが大きいほど摩擦係数が低下していることが分かる。これは、工具と鋼板表面の凸部との接触個所が増加し、個々の凸部と工具との接触面積が減少して、接触部における摩擦発熱量が低下することで油膜の破断を防止する効果が生じたものである。
以上から、本発明のように亜鉛めっき鋼板の表面をディンプル状の形態とすること、さらにはピークカウントを増加させることによって、鋼板と摺動工具との間の摩擦係数が低下し、型かじりの発生が防止できることが分かる。
実施例２
発明の実施の形態の欄において説明した方法において、投射粒子の粒径、投射速度および粒子の種類を変えて、種々の平均粗さおよびピークカウントを有する亜鉛めっき鋼板を作成した。このような亜鉛めっき鋼板について、前記と同じ条件のもとで摺動試験を実施し、摩擦係数が０．２以下となる場合を○印、０．２を超える場合を×印で表したものを図５４に示す。なお、亜鉛めっき鋼板としては、めっき皮膜が主としてη相からなる溶融亜鉛めっき鋼板を使用した。
図中に、破線で示した範囲が、本発明で規定する平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩの範囲であり、いずれも摩擦係数が０．２以下となって、良好な摺動特性を示す範囲である。
図から分かるように、本発明の亜鉛めっき鋼板は、摺動試験における摩擦係数が低く、よってプレス加工時の摩擦発熱は小さいため、型かじりを防止することができる。
一方、本実施例において得られた亜鉛めっき鋼板のうねりＷｃａと塗装後の鮮映性の関係を整理した結果を図５５に示す。塗装後鮮映性は次のようにして評価した。日本パーカーライジング（株）製の「ＰＢ−Ｌ３０８０」（商標）を使用して、試験片に化成処理を施し、次いで関西ペイント（株）製の「ＥＩ−２０００」、「ＴＰ−３７グレー」、「ＴＭ−１３（ＲＣ）」（全て商標）を使用して、それぞれＥＤ塗装、中塗り塗装、上塗り塗装からなる３コート塗装を施した。
このようにして塗装された試験片のＮＳＩＣ値を、スガ試験機（株）製の「写像鮮明度測定装置ＮＳＩＣ型」を使用して測定した。なお、ＮＳＩＣ値は黒板研磨ガラスを１００とし、その値が１００に近いほど良好な鮮映性となる。図から分かるように、うねりＷｃａが小さくなるほど塗装後鮮映性が向上しており、０．８μｍ以下であれば、良好な塗装後鮮映性を示す。
したがって、鋼板の平均粗さＲａおよびピークカウントＰＰＩを本発明の範囲に調整することで、良好なプレス加工性を示し、かつうねりＷｃａを０．８μｍ以下とすることで、塗装後鮮映性とも両立させることができる。
実施形態４
本発明者らは、金型と鋼板表面の微視的な接触を油膜で遮断して、油膜の潤滑効果ならびに凝着抑制効果を最大限に引き出す方法について鋭意研究を重ねた。その結果、亜鉛めっき鋼板でも、その表面テクスチャーを最適化する事によって、塗装後の鮮映性を劣化させることなく、優れたプレス成形性を実現できる事を見出した。実施形態４は、こ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。
（１）表面に多数の窪みを有する亜鉛めっき鋼板であって、負荷面積比８０％に対応する深さレベルでの同窪みの個数密度が３．１×１０^２個／ｍｍ^２以上であることを特徴とするプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板（実施形態４−１）
（２）前記（１）の亜鉛めっき鋼板であって、中核部の流体保持指標Ｓｃｉが１．２以上の表面テクスチャーを有することを特徴とするプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板（実施形態４−２）
（３）前記（１）または前記（２）に記載の亜鉛めっき鋼板であって、表面の算術平均うねりＷｃａが０．８μｍ以下であることを特徴とするプレス成形性ならびに塗装後鮮鋭性に優れた亜鉛めっき鋼板（実施形態４−３）
本発明者らの研究によると、優れたプレス成形を実現するためには、保持できる潤滑油の絶対量を確保するよりも、潤滑油を保持するポイントである窪みを鋼板表面にできるだけ高密度分散させることによって金型と鋼板表面の微視的な接触を油膜で断つこと、すなわち、油膜破断を回避するためのオイルポケットの高密度分散の方が更に重要である。まず、この点について詳細に説明する。
既に述べた通り、鋼板表面に保油性を付与し、更に、塗装後の鮮映性を劣化させないためには、Ｒａが適正範囲に入るように表面テクスチャーを調整する必要がある。このような目的で、通常、Ｒａが０．３〜３．０μｍの範囲に入るように調整するのが一般的であるが、この範囲のＲａでは、摩擦係数に系統的な違いが現れないのが実態である。表面テクスチャーの持つ高さ方向の平均的な厚さの指標であるＲａには、プレス金型と鋼板の界面に保持できる潤滑油の量が反映されるから、このことは、前述の範囲のＲａで摩擦係数を支配している主要な因子が潤滑油の量ではないことを意味している。
こうした実態を鑑みると、潤滑油の量を確保するというよりも、寧ろ、プレス金型一鋼板界面の油膜の破断を抑制して油膜の潤滑効果と凝着抑制効果を最大限に引き出すことが、プレス成形性を改善する上で最も重要である。等量の潤滑油をプレス金型と鋼板の界面に保持する表面テクスチャーでも、界面の一箇所に纏めて潤滑油を保持するタイプと、これを界面に一様に保持するタイプでは、摩擦係数が全く異なることは容易に推察できる。このことからわかるように、油膜破断を抑制するためには、鋼板の表面テクスチャーのオイルポケットである窪みの密度をできるだけ大きくするのが最も効果的である。
こうした窪みの密度を考える上で重要なことは、プレス成形が鋼板表面の磨耗を伴うプロセスであり、実際には浅い窪みほど摩滅しやすいということ、即ち、深い窪みほどオイルポケットとしての効果が大きいという事である。とは言うものの、プレス成形では使用する金型の種類やクッション力に加え、金型のどの部分に当たるかによっても鋼板表面の磨耗の程度が異なるため、重要視すべき窪みの深さを一義的に予測することは一般に困難である。窪みの密度を、ＳＡＥ９１１規格で規定されるＰＰＩ、即ち、１インチあたりの凹凸の数で代表させるのも一つの方法であるが、重要視すべき窪みの深さを一義的に定めないと算出できないＰＰＩをこのような状況で適切に運用するのは難しい。また、二次元的なパラメータであるＰＰＩは面内のどの方向に沿って測定するかにも依存するため、実際の三次元的な表面テクスチャーの特徴を代表しない場合もある。
こうした点も考慮して、本発明では、深い窪みの個数密度を以下のように定めた。具体的には、低面圧の平板摺動試験でも亜鉛めっき鋼板の表面の大半が潰れることを考慮して、負荷面積比８０％に対応する深さでもなお窪みとして認識できるものを深い窪みと捉えることにした。ここで言う負荷面積比は表面テクスチャーの三次元解析に用いられる概念で、その詳細は、例えば、Ｋ．Ｊ．Ｓｔｏｕｔ，Ｗ．Ｐ．Ｄｏｎｇ，Ｌ．Ｂｌｕｎｔ，Ｅ．Ｍａｉｎｓａｈ ａｎｄ Ｐ．Ｊ．Ｓｕｌｌｉｖａｎ“３Ｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ；Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｐｒｅｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ａ ｓｕｒｖｅｙ ａｎｄ ｂｉｂｌｉｏｇｒａｐｈｙ”Ｋ．Ｊ．Ｓｔｏｕｔ編、Ｐｅｎｔｏｎ Ｐｒｅｓｓ出版（１９９４）、“Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎ Ｔｈｒｅｅ Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ”Ｋ．Ｊ．Ｓｔｏｕｔ編、Ｐｅｎｔｏｎ Ｐｒｅｓｓ出版（２０００）などに開示されている。これは、ＪＩＳ−Ｂ０６０１等に記載された負荷長さ率の概念を三次元に拡張したもので、評価領域の範囲にある表面の三次元形状をある高さで仮想的に切断した時に、切断面に現れる面積（これを負荷面積という）の評価面積に対する比、と定義される。すなわち、負荷面積比８０％に対応する深さとは、評価面積の８０％にあたる面積が切断面に現れる深さ（これを８０％負荷レベルと呼ぶ）のことを言う。
本発明者らの研究によると、この８０％負荷レベルでの窪み密度が、３．１×１０^２個／ｍｍ^２以上の場合に良好なプレス成形性を確保することができる。実施形態５−１で負荷面積比８０％に対応する深さレベルでの同窪みの個数密度を限定するのはそのためである。
プレス成形性には、プレス金型と鋼板の界面における油膜面積の影響も無視できない。前述の通り、Ｒａが０．３〜３．０μｍの範囲では摩擦係数に潤滑油の量の効果は顕著に現れないが、深い窪み密度が同レベルの場合には、界面の油膜面積の影響が摩擦係数に現れる。本発明者らの研究によると、油膜面積は以下に述べる中核部の流体保持指標Ｓｃｉで代表させることができ、実施形態４−１が満足される場合、この値が１．２以上だと更に摩擦係数を下げることができる。実施形態４−２で、Ｓｃｉを限定するのはこの理由による。中核部の流体保持指標Ｓｃｉとは、５％負荷レベルから８０％負荷レベルまでの深さの範囲（これを中核部という）に溜まりうる流体（ここでは潤滑油）の体積を二乗平均平方根偏差Ｓｑで除したものである。Ｓｑは表面高さ分布の標準偏差で、ＪＩＳ−Ｂ０６０１等に規定された二乗平均平方根高さＲｑを三次元に拡張したものに相当する。尚、ＳｃｉとＳｑは、既に述べた表面テクスチャーの三次元解析に用いられる三次元の粗さパラメータで、その詳細は前述のＰｅｎｔｏｎ Ｐｒｅｓｓ出版の文献に開示されている。定義からわかるように、Ｓｑは、Ｒａ同様、表面テクスチャーの持つ高さ方向の平均的な厚さの指標であることから、Ｓｃｉは油膜面積に対応する値と捉える事ができる。即ち、窪み密度が同レベルの場合にＳｃｉが大きいほど摩擦係数が低下するのは、窪み密度が同じでも窪みに溜まる潤滑油の界面での広がりが大きいほど油膜破断しにくいことを示唆している。油膜面積を反映するＳｃｉ摩擦係数への影響は、深い窪みの密度の影響に較べると小さいが、これは、通常、油膜面積だけで油膜の連続性を保証できない事と、Ｓｃｉに、摩滅しやすい、即ち、オイルポケットとしての効果の薄い、浅い窪みの寄与も含まれている事に起因していると推察される。
尚、Ｓｃｉは、表面高さ分布のスキューネスＳｓｋやクルトシスＳｋｕといった他の三次元粗さパラメータと強い相関を有することがわかっている。そのため、Ｓｃｉによる規定をこれらで表現することも可能であるが、Ｓｃｉ≧１．２は、Ｓｓｋであれば、概略−０．９以上、Ｓｋｕであれば、概略４．６以下に対応する。尚、これらの三次元パラメータの代わりに、ＪＩＳ−Ｂ０６０１（２００１）等に規定された、対応する二次元パラメータで表記してもほぼ同程度の値になると推察される。
自動車用途の亜鉛めっき鋼板では、プレス成形性と共に塗装後の鮮映性を確保する必要がある。前述のように、塗装後の鮮映性と塗装前の鋼板表面の微視的形態との関係については、特公平６−７５７２８号公報等に開示されている。同公報によれば、塗装膜自体が鋼板表面の微視的凹凸に対するローパス・フィルターとして作用するため、短周期の凹凸は塗膜によって埋められ、塗装後の鮮映性に影響を与えないものの、波長数１００μｍ以上の長周期成分は塗装によっても隠蔽されずに、鮮映性を悪化させるとされている。こうした長周期成分は、ＪＩＳ−Ｂ０６１０（１９８７）等に規定される算術平均うねりＷｃａで表すことができる。本発明者らの研究によると、粗さ成分とうねり成分を識別するための高域カットオフ値を０．８ｍｍとした時のＷｃａを０．８μｍ以下に調整すると塗装後も良好な鮮映性を確保することができる。実施の形態４−３でＷｃａを限定するのはそのためである。
まず、本発明に係わる亜鉛めっき鋼板の製造方法について説明する。本発明の亜鉛めっき鋼板を製造するのに最も適した方法は、亜鉛めっきを施した鋼板の表面に微細な固体粒子を投射して表面に高密度の窪みを形成する方法である。亜鉛めっきとしては、溶融亜鉛めっきあるいは電気亜鉛めっきが一般的であるが、機械的に亜鉛皮膜を付与しためっき鋼板でもよい。また、機械的性質を調整するための調質圧延を施したものでも、未調圧の鋼板でも良い。更に、クロメート処理などの後処理を施した鋼板を使用しても構わない。
以上のような亜鉛めっき鋼板の表面に投射する固体粒子は、粒子径１〜３００μｍ、望ましくは２５〜１００μｍ程度の鋼球あるいはセラミックス系の粒子が好適である。投射装置としては、圧縮空気によって固体粒子を加速させる空気式のショットブラスト装置、あるいは、遠心力によって固体粒子を加速させる機械式の加速装置を用いてもよい。このような固体粒子を、毎秒３０〜３００ｍの投射速度で亜鉛めっき鋼板に一定時間投射することで、亜鉛めっき鋼板の表面に微細な窪みを高密度で形成させることができる。
高い窪み密度を実現するためには、窪みの形状をディンプル形にするのが理想的である。上記の投射方式であれば、投射する固体粒子に球形のものを使用するだけで、表面にこうしたディンプル形状の窪みも容易に形成することができる。尚、この際、固体粒子が完全な球体である必要な無い。
また、投射する固体粒子が小さいほど、窪み密度を大きくすることができる。固体粒子の投射量としては、粒子が亜鉛めっき鋼板の全面にわたって投射されると共に、亜鉛皮膜を剥離させない程度の投射密度として、０．１〜４０ｋｇ／ｍ^２が望ましい。更に、以上のようにして表面に窪みを付与した鋼板には、圧縮空気を吹き付けることで、表面から固体粒子を簡単に除去することができる。
ところで、従来技術で開示されている亜鉛めっき鋼板の表面テクスチャーの調整方法は、いずれも調質圧延によって圧延ロールの表面粗度を鋼板表面に転写させるというものであるが、現状の調質圧延技術では、負荷面積比８０％に対応する深さレベルでの窪みの個数密度を第一発明で規定した３．１×１０^２個／ｍｍ^２以上にすることが実際には困難である。例えば、特開平１１−３０２８１６の実施例に開示されている調質圧延で形成した亜鉛めっき鋼板の凹凸のピッチは０．１１ｍｍ程度とされている。この場合、これらが全て負荷面積比８０％に対応する深さレベルに到る窪みであったとしても、その個数密度は８．３×１０個／ｍｍ^２程度に過ぎない。
調質圧延によって圧延ロールの表面粗度を転写させる方式では、ロール表面に凹凸を形成する過程で、ショットブラスト加工や放電加工を用いることが多い。この場合、ロール表面には主として凹部が形成され、これを転写した鋼板表面には主として凸部が転写される。こうした転写形状の違いも、深い窪みの個数密度を上げられない一因になっている。レーザーや電子ビームでロール表面に凹凸を形成した場合も、転写形状が若干異なるものの、窪み密度を抜本的に上げられない点ではほぼ同様である。但し、将来、こうした技術も改良されて、調質圧延でも本発明を満足する窪み密度を実現できる可能性はあると予想される。
尚、上記の方法は、本発明を満足する亜鉛めっき鋼板を製造するための一手段に過ぎず、製造された亜鉛めっき鋼板の表面テクスチャーの特徴が本発明を満足する限り、その製造方法はこれに限定されるものではない。
ところで、窪みの個数密度を評価するためには、まず、試料表面の三次元形状を測定しなければならないが、前記のＰｅｎｔｏｎ Ｐｒｅｓｓ出版の文献等に記載されているように、窪みの個数密度の絶対値は、三次元形状測定の際のサンプリング間隔の影響を強く受ける。しかも、サンプリング間隔を決定するための標準的な方法論も確立されていない。こうした状況に加えて、窪みを認識する数学的な方法や形状測定時のノイズの扱い方もその個数密度の絶対値を大きく左右する。こうした一連の曖昧さを解消するために、本発明に記載した窪みの個数密度の評価法の詳細を以下に示す。
試料表面の三次元形状測定にはエリオニクス製の電子線三次元粗さ解析装置ＥＲＡ−８８００ＦＥを使用した。この装置は、測定領域内の各点から放出される二次電子を４本の二次電子検出器で測定することによって各点の傾斜角を算出し、各点の傾斜角の情報を繋ぎ合わせて三次元形状を再現するという原理に基づいて三次元形状を測定するものである。このように二次電子を測定する装置であるため、試料表面の局所的な組成変化で二次電子の放出量が変化するような不測の事態に備えて、試料表面には前処理として金を数ｎｍ程度スパッタコートした。また、試料磁場による二次電子の強度分布への外乱を避ける目的で、装置セット直前に試料に消磁を施した。測定時の加速電圧は５ｋＶ、試料照射電流は約８ｐＡ、ＷＤは１５ｍｍとし、ランダムに選んだ試料表面の測定領域を実測倍率２５０倍で、Ｘ方向６００点、Ｙ方向４５０点の計２７万点の条件で三次元計測した。このサンプリング条件でのサンプリング間隔は約０．８０μｍである。尚、本条件での高さ方向の校正には、米国の国立研究機関であるＮＩＳＴにトレーサブルなＶＬＳＩスタンダード社の触針式、光学式表面粗さ測定機を対象としたＳＨＳ薄膜段差スタンダード（段差１８ｎｍ、８８ｎｍ、４５０ｎｍ、９４０ｎｍの４種類）を用いた。
データ解析には、長岡技術科学大学の柳研究室が開発した三次元表面形状解析ソフトＳＵＭＭＩＴを用いた。電子線三次元粗さ解析装置では、１０００倍程度までの低倍域で測定した三次元形状のデータに、電子ビーム走査方式に起因した放物面状の歪みが生じることが知られている。そこで、データ解析に際しては、まず、生データに二次曲面回帰を施し、この方法で補正しきれずに残った歪みをカットオフ波長２４０μｍのＳｐｌｉｎｅハイパスフィルターで除去した上で、窪み密度ならびに中核部の流体保持指標Ｓｃｉの計算を行った。窪み密度の算出に際しては、まず、三次元形状測定時のノイズの影響をカットオフ波長１０μｍのＳｐｌｉｎｅローパスフィルターで除去した。その上で、負荷面積比８０％に相当する深さを算出し、その深さレベルよりも更に深い位置に存在するデータ点に対して、３１点×３１点、即ち、２４μｍ×２４μｍを窪みの抽出領域と定めて窪みを抽出し、その個数と評価領域全体の面積から個数密度を求めた。尚、このように窪みの抽出領域を定めたのは、窪み密度の過大評価を避けるためである。
供試材の代表値を求める立場から、Ｓｃｉならびに８０％負荷レベルでの窪み密度の値は、各供試材毎にランダムに選んだ５箇所の測定結果を平均して求めた。
実施例１
板厚０．８ｍｍの冷延鋼板に溶融亜鉛めっきを施した後、伸長率０．８％の調質圧延を行った亜鉛めっき鋼板をベースとして、上記の投射方式で表面テクスチャーを付与した亜鉛めっき鋼板について説明する。
発明品の表面テクスチャーの付与条件は以下の通りである。投射用の固体粒子には、平均粒径が５５μｍφと１１０μｍφのステンレス粒子、ならびに、平均粒径が５５μｍのハイス粒子を用いた。ステンレス粒子では、各粒径毎に、投射密度を５．７ｋｇ／ｍ^２に固定して投射圧を０．１、０．３、０．７Ｍｐａの３段階に変化させた発明品のシリーズ（以下、第１シリーズと呼ぶ）と、投射圧を０．４ＭＰａに固定して投射密度を０．８、２．４、４．０、８．０ｋｇ／ｍ^２の４段階に変化させた発明品のシリーズ（以下、第２シリーズと呼ぶ）を作成した。ハイス粒子では第２シリーズの発明品のみ作成した。発明品の表面テクスチャーの一例を図６０に示す。図は、上記の調質圧延後の亜鉛めっき鋼板に、平均粒径５５μｍのステンレス粒子を投射圧０．４ＭＰａ、投射密度２．４ｋｇ／ｍ^２の条件で投射してできた表面テクスチャーを前記の電子線三次元粗さ解析装置で測定した結果（鳥瞰図）である。このように、固体粒子が衝突することによって亜鉛めっき鋼板の表面には、多数の微細なディンプル状の窪みが形成される。比較例として、放電加工法で表面加工した圧延ロールで上記の亜鉛めっき鋼板を調質圧延してできた表面テクスチャーの鳥瞰図を図６１に示す。調質圧延後の表面は、比較的大きな平坦部が連なった形状を呈しているのが特徴である。
作成した発明品の摺動特性を調査するため、従来の調質圧延法で表面テクスチャー付与した亜鉛めっき鋼板４水準を加えて、平板摺動試験により摩擦係数を測定した。まず、測定装置と測定条件について説明する。
図６２に摩擦係数測定装置の概略正面図を示す。供試材から採取した摩擦係数測定用試料３０１が試料台３０２に固定され、試料台３０２は、水平移動可能なスライドテーブル３０３の上面に固定されている。スライドテーブル３０３の下面には、これに接したローラ３０４を有する上下動可能なスライドテーブル支持台３０５が設けられ、これを押し上げることにより、ビード３０６による摩擦係数測定用試料３０１への押付荷重Ｎを測定するための第１ロードセル３０７が、スライドテーブル支持台３０５に取り付けられている。上記押付力を作用させた状態でスライドテーブル３０３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３０８が、スライドテーブル３０３の一方の端部に取り付けられている。尚、試験は、潤滑油として、スギムラ化学製の洗浄油Ｒ３５２Ｌを試料３０１の表面に塗布してから行った。
図６３，６４に使用したビードの形状・寸法を示す概略斜視図を示す。ビード３０６の下面が試料３０１の表面に押付けられた状態で摺動する。図６３に示すビード３０６の形状は幅１０ｍｍ、試料の摺動方向長さ１２ｍｍ、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３ｍｍの平面を有する。図６４に示すビード３０６の形状は幅１０ｍｍ、試料の摺動方向長さ５９ｍｍ、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５０ｍｍの平面を有する。
摩擦係数測定試験は以下に示す２種類の条件で行った。
（Ａ条件）図６３に示すビードを用い、押し付け荷重Ｎ：４００ｋｇｆ、試料の引き抜き速度（スライドテーブル３０３の水平移動速度）：１００ｃｍ／ｍｉｎとした。高速高面圧の本条件は、プレス時のビード部周辺の摺動特性を把握するために設定した。
（Ｂ条件）図６４に示すビードを用い、押し付け荷重Ｎ：４００ｋｇｆ、試料の引き抜き速度（スライドテーブル３０３の水平移動速度）：２０ｃｍ／ｍｉｎとした。低速低面圧の本条件は、プレス時のパンチ面やしわ抑え部での摺動特性、ならびに、凝着の影響を把握するために設定した。
供試材とビードとの間の摩擦係数μは、式：μ＝Ｆ／Ｎから算出した。
図６５に８０％負荷レベルでの窪み密度（以下、窪み密度と略称する）とＢ条件（低速低面圧条件）での摩擦係数の関係を示す。発明品・比較材を問わず、Ｂ条件での摩擦係数は、窪み密度に大きく依存し、該窪み密度３００個／ｍｍ^２付近でほぼ臨界的に減少している。横軸を、通常の触針式粗さ計で測定したカウントレベル±０．６３５μｍにおけるＰＰＩに変えて表示した結果を図６６に示す。低ＰＰＩ側で比較材と発明品の摩擦係数の違いを説明できないが、このようにＰＰＩに対しても窪み密度に対するものとほぼ類似の変化が認められる。こうした窪み密度とＰＰＩに対する依存性の違いは、既に本文で説明した通りである。
図６７に窪み密度とＡ条件（高速高面圧条件）での摩擦係数の関係を示す。図には明確な窪み密度依存性が認められる。通常、高速高面圧のＡ条件では、供試材の表面テクスチャーの影響が現れにくい。これは摺動試験の過程で表面テクスチャーが大きく破壊されるためだと推定されるが、発明品の場合、このような厳しい摺動過程でも流体摩擦域を維持しているためにこのような結果が得られていると推察される。図６８に摩擦係数をＰＰＩで整理した結果を示す。ＰＰＩで整理した場合にも窪み密度で整理した場合と類似の傾向が認められるが、ＰＰＩ３００以下では、比較材と発明品の違いが不明確になっている。
図６９に、発明品のＢ条件での摩擦係数と、中核部の流体保持指標Ｓｃｉの関係を示す。このように、図６５で窪み密度による改善効果がほぼ飽和した状況では、Ｓｃｉが大きいほど摩擦係数が減少する傾向が認められる。これは、本文中で説明したように、油膜面積が摩擦係数と相関を持つためと考えられる。
図７０に、発明品ならびに比較材のＢ条件での摩擦係数を窪み密度とＳｃｉで整理した結果を示す。この図からわかるように、発明品・比較材のいずれにおいても、摩擦係数は窪み密度への依存性が強いが、窪み密度が同レベルでは、Ｓｃｉが大きいほど摩擦係数は低くなる傾向にあり、特に、四角で囲った範囲では摩擦係数を、調質圧延法で表面テクスチャー付与した亜鉛めっき鋼板でも通常の合金化溶融亜鉛めっき鋼板でも達成しがたい、０．２２以下のレベルに押さえることができる。このように、発明品を用いれば、従来の亜鉛めっき鋼板と比較して格段に優れた摺動特性を備えた亜鉛めっき鋼板を提供することができる。
実施例２
発明の実施の形態において説明した方法で、投射する固体粒子の粒径、投射速度および粒子の種類を様々に変えて亜鉛めっき鋼板を作成し、塗装後の鮮映性と供試材のうねりの関係を調査した。
まず、塗装後鮮映性の評価法について説明する。日本パーカーライジング製のＰＢ−Ｌ３０８０を使用して、試験片に化成処理を施し、次いで関西ペイント製のＥＩ−２０００、ＴＰ−３７グレー、ＴＭ−１３（ＲＣ）を使用して、それぞれＥＤ塗装、中塗り塗装、上塗り塗装からなる３コート塗装を施した。このようにして塗装された試験片のＮＳＩＣ値を、スガ試験機製の写像鮮明度測定装置ＮＳＩＣ型を使用して測定した。なお、ＮＳＩＣ値は黒板研磨ガラスを１００とし、その値が１００に近いほど良好な鮮映性となる。
発明品で得られた亜鉛めっき鋼板の算術平均うねりＷｃａと塗装後の鮮映性の関係を整理したものを図７１に示す。図から分かるように、Ｗｃａが小さくなるほど塗装後鮮映性が向上しており、この値が０．８μｍ以下であれば、良好な塗装後鮮映性を示す。
このように、うねりＷｃａが０．８μｍ以下であれば、良好なプレス成形性を維持しつつ、塗装後鮮映性を改善することができる。
実施の形態５
実施の形態５に係わる亜鉛めっき鋼板は、
（１）亜鉛めっき鋼板の表面に平均厚みが０．００１〜２μｍの無機系、有機系、または有機無機複合系のいずれかの固形潤滑皮膜を有しており、さらにその表面形態が、ディンプル状の凹凸からなることを特徴とするプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板
（２）（１）に記載の亜鉛めっき鋼板において、平均粗さＲａが０．３〜３μｍであることを特徴とするプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板
（３）（１）または（２）に記載の亜鉛めっき鋼板において、ピークカウントＰＰＩが以下の式で表される範囲にあることを特徴とするプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板
−５０×Ｒａ（μｍ）＋３００＜ＰＰＩ＜６００
（４）（１）〜（３）の亜鉛めっき鋼板のうねりＷｃａが、０．８μｍ以下であることを特徴とするプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板
（５）めっき皮膜が主としてη相からなることを特徴とする（１）〜（４）に記載のプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板
（６）（１）に記載の固形潤滑皮膜がリン酸を含有し、さらにＦｅ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＮＨ_４ ^＋の１種又は２種以上のカチオン成分を含有する水溶液を塗布乾燥して得られるリン系酸化物皮膜であることを特徴とする、（１）〜（５）に記載のプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板
（７）（６）に記載の水溶液に、さらにオキシカルボン酸を含有することを特徴とする、（１）〜（６）に記載のプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板
（８）鋼板及び／または亜鉛めっき鋼板の表面に固体粒子を投射する工程、及び平均厚みが０．００１〜２μｍの無機系、有機系、または有機無機複合系のいずれかの固形潤滑皮膜を付与する工程からなることを特徴とする、（１）〜（７）に記載のプレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板の製造方法
という特徴を有する。
実施の形態５の第一の特徴は、亜鉛めっき鋼板の表面がディンプル状の形態であり、かつ平均厚みが０．００１〜２μｍの無機系、有機系、または有機無機複合系のいずれかの固形潤滑皮膜を有する点にある。ディンプル状とは、表面の凹みの形状が、主として曲面から構成され、球状の物体が表面に衝突して形成されるクレータ状の凹みが多数形成された形態をさす。このようなディンプル状の凹みが多数形成されていることによって、その部分がプレス加工における油のポケットの役割を果たし、金型と鋼板の間の保油性を向上させることができる。
さらに、ディンプル状の表面形態の場合、めっき層が摺動時に変形を受けても、ディンプル内の油が逸脱しにくいうえに、点在するディンプル一つ一つに確実に油が残留するため、油が途切れることなく金型がめっき鋼板上を摺動することができる。これに対し、圧延ロールの形状を転写させた従来のめっき鋼板の表面形態では、凹部がディンプルの様に必ずしも閉じた円状となっていないため、油の保持がされにくいため、油切れが生じやすい。
上記のような、ディンプル状という特殊な皮膜形態に加え、本発明ではさらに平均厚みが０．００１〜２μｍの無機系、有機系、または有機無機複合系のいずれかの固形潤滑皮膜を有する。
面圧が高く、摺動距離が長くなるような部分では、摺動による皮膜の変形量が大きくなるため、表面形態の制御による油溜まりの効果が得られにくくなる。これに対し、本発明のように潤滑性を有する皮膜がその表面に存在する場合、金型とめっき層の凝着が抑制されるため、凝着によって生じるめっき層の変形が抑制される。この結果、本発明で規定されるディンプル状の表面形態に起因する高い保油効果が、金型の面圧が高い、あるいは摺動距離が長くなるような厳しいプレス成形条件においても持続するため、非常に優れた潤滑特性が得られる。このレベルは、固形潤滑皮膜を付与するのみ、あるいは表面形態制御のみの場合に比べはるかに高い。
これは、潤滑皮膜による凝着抑制効果が、ディンプル状の表面形態を維持させることにより、高い保油効果を持続させ、さらにこれが凝着を抑制するという様に、両者の効果が相乗的に作用するためであると考えられる。
付与される皮膜は、制御された表面粗さを変えない程度に、均一に被覆されていることが望ましい。ただし、本発明で規定される表面形態は、固形潤滑皮膜を付与した後の表面形態であるため、潤滑皮膜が必ずしも均一でなくとも良い。潤滑皮膜が不均一に被覆される場合は、被覆後の表面形態が規定どおりとなる様に、亜鉛めっき鋼板の表面、あるはめっき原板の表面形態を制御しても良い。
固形潤滑皮膜の厚みは、平均厚みとして、０．００１〜２μｍが好適である。厚みが０．００１μｍ未満の場合には、固形潤滑皮膜の効果が十分でなく、プレス成形性への効果が得られない。また、２μｍを超えると、潤滑皮膜が厚いため、十分な効果を得ることができるディンプル状などの本発明で規定される表面形態とすることが困難になり、同じくプレス成形性への効果が低下する。
なお、平均厚みとは、固形潤滑皮膜の比重が既知の場合には、１ｍ２あたりの皮膜重量から、比重により算出される厚みである。また、皮膜の比重が、不明の場合には、皮膜断面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などを用い、特定長さ（１００ｍｍ）から等間隔で１０点選び、１０点の膜厚を直接測定し、その平均で定義する。また、酸化物層の場合には、オージェ電子分光法などにより、深さ方向の酸化物成分及び亜鉛などのめっき皮膜成分の深さ方向プロファイルを求め、亜鉛などのめっき皮膜成分強度が、バルクの半分となるところを酸化物層とめっき層界面として定義し、あらかじめスパッタ時間と厚みの関係を求めておき、皮膜厚みをスパッタ時間より算出する。この場合、平均厚みとしては、同じく特定長さ（１００ｍｍ）から等間隔で１０点選び、１０点の膜厚をオージェ電子分光法により測定し、この平均値とする。
固形潤滑皮膜を付与する方法については特に規定されない。鋼板を、皮膜形成成分を含む処理液と、浸せき、あるいはスプレー処理等により接触させ、引き続き水洗、もしくは無水洗で乾燥することにより付与される。また、皮膜形成成分を有する処理液を直接、塗布し、水洗することなく乾燥、もしくは焼き付けにより、固形潤滑皮膜を付与しても良い。あるいは、塗布の後、さらに水洗工程があっても良い。そのほか、皮膜形成成分を含有する処理液中で、亜鉛系めっき鋼板を陰極、あるいは陽極として、電解処理を行い皮膜形成しても良い。
実施形態５で付与する固形潤滑皮膜としては、無機系、有機系、または有機無機複合系のいずれでも良い。無機系の皮膜としては、Ｓｉ酸化物系皮膜、リン酸系皮膜、クロメート系皮膜、ほう酸系皮膜などや、Ｚｎ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｗなどの金属酸化物皮膜などが挙げられる。これらの皮膜には、亜鉛系めっき層の成分であるＺｎが含まれていても良い。Ｓｉ酸化物系皮膜としては、シリカゾルやリチウムシリケート、あるいは水ガラスを塗布乾燥させて得られるシリケート皮膜などが挙げられる。リン酸系皮膜としては、リン酸及び硝酸亜鉛、フッ酸、ニッケル、マンガンの硝酸塩あるいは炭酸塩を所定量含有する水溶液に浸漬、スプレーなどによりめっき鋼板と接触させた後水洗する、あるいは前記水溶液をめっき鋼板に直接塗布し乾燥させて得られる皮膜が挙げられる。クロメート皮膜としては、クロム酸を主体とした水溶液にリン酸、シリカゾル、水溶性樹脂などの添加成分を含む処理液を塗布乾燥、あるいは前記処理液とめっき鋼板を浸漬、スプレー処理などにより接触させ、引き続き水洗させることにより得られる皮膜が挙げられる。また、ほう酸系皮膜としては、例えば四ほう酸ナトリウムの水溶液を塗布乾燥して得られる皮膜が挙げられる。金属酸化物皮膜としては、ニッケルの金属及び酸化物と鉄酸化物の複合体からなる皮膜や、マンガン酸化物とリン酸からなる皮膜などが挙げられる。これらの皮膜は、ニッケルや鉄、マンガンなどの金属成分と、硝酸や過マンガン酸などの酸化剤成分を混合させた水溶液中にめっき鋼板を浸漬した後、引き続き水洗するか、あるいは前記水溶液中でめっき鋼板を陰極として電解することにより得られる。
また、有機系の皮膜としては、ＯＨ基及び／またはＣＯＯＨ基を有する有機高分子を基体樹脂とし、該基体樹脂に対し、固形潤滑剤を含有する皮膜などが挙げられる。基体樹脂としてのＯＨ基及び／またはＣＯＯＨ基を有する有機高分子樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ポリヒドロキシポリエーテル樹脂、アクリル系共重合体樹脂、エチレン−アクリル酸共重合体樹脂、アルキド樹脂、ポリブタジエン樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリアミン樹脂、ポリフェニレン樹脂類及びこれらの樹脂の２種以上の混合物もしくは付加重合物が挙げられる。また、基体樹脂に複合化させる固形潤滑剤としては、ポリオレフィンワックス、パラフィンワックス（例えば、ポリエチレンワックス、合成パラフィン、天然パラフィン、マイクロワックス、塩素化炭化水素等）、フッ素樹脂微粒子（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など）、ポリフッ化ビニル樹脂、ポリフッ化ビニリデン樹脂等）が、挙げられる。また、この他にも、脂肪酸アミド系化合物（例えば、ステアリン酸アミド、パルミチン酸アミド、メチレンビスステアロアミド、エチレンビスステアロアミド、オレイン酸アミド、アルキレンビス脂肪酸アミドなど）、金属石けん類（例えば、ステアリン酸カルシウム、ステアリン酸鉛、ラウリン酸カルシウム、パルミチン酸カルシウム等）、金属硫化物（二硫化モリブデン、二硫化タングステン）、グラファイト、フッ化黒鉛、窒化ホウ素、ポリアルキレングリコール、アルカリ金属の硫酸塩などを用いても良い。なお、以上の固形潤滑剤の中でも特に、ポリエチレンワックス、フッ素樹脂微粒子が好適である。
また、固形潤滑皮膜としては、上記有機系の潤滑皮膜に、さらにシリカやリン酸などの無機成分を含む、有機無機複合系皮膜であっても良い。
なお、固形潤滑皮膜が、リン酸を含有し、さらにＦｅ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｎｉ、ＮＨ４の１種又は２種以上のカチオン成分を含有する水溶液を塗布乾燥して得られるリン系酸化物皮膜の場合に特に優れたプレス成形性が得られる。これは、リン酸が優れた無機系のネットワーク皮膜を形成する上、Ｆｅ、Ａｌ，Ｍｎ，Ｎｉ，ＮＨ４の様なカチオン成分が塗布水溶液に存在するため、水溶液の反応性がリン酸単独の場合に比較して低くなるためである。これにより、塗布時におけるリン酸成分と亜鉛との反応による過剰な結晶質成分の形成が抑制され、均一な薄膜を得ることが可能となる。この結果、皮膜が亜鉛めっき層を均一に覆うことができ、亜鉛と金型の凝着抑制に特に有効となる。
上記の固形潤滑皮膜を形成する水溶液には、さらにオキシカルボン酸の様な有機成分が存在することにより、プレス成形性のほかに塗装下地処理として施される化成処理性などが向上する。通常、自動車などの製造プロセスでは、プレス成形後、脱脂工程、塗装工程の様な工程が存在する。ここで、固形潤滑皮膜の存在が、プレス成形以降の塗装工程において悪影響を及ぼすケースがある。塗装前処理の化成処理では、亜鉛めっきと化成処理液とが反応することが必要であるが、固形潤滑皮膜が存在することにより、その反応が妨げられる。ここで、オキシカルボン酸の様な有機成分が存在する場合、脱脂工程で固形潤滑皮膜が脱膜しやすくなり、その後の工程では皮膜がほとんど残留せず、悪影響を及ぼすことが無い。オキシカルボン酸のうち特に、クエン酸が有効である。
また、脱膜が十分でなくとも、カチオン成分としてＦｅが含有する場合に、化成処理性が良好となるため特に好ましい。
上記のような固形皮膜の形成に用いる水溶液は、通常のオルトリン酸と各種金属カチオンからなる水溶液、第一リン酸塩の水溶液、オルトリン酸と硫酸塩などの金属塩との混合水溶液などのいずれでも良い。
以下、固形潤滑皮膜を付与する、プロセスについてさらに説明する。
亜鉛めっき鋼板は、固体粒子の投射により表面形態を制御されたのち、引き続き浸せき処理、スプレー処理、塗布処理などにより、固体潤滑皮膜が付与される。固体潤滑皮膜付与の前に、活性化処理などの処理を行っても良い。活性化処理としては、アルカリ性水溶液、酸性水溶液への浸漬やスプレー処理が挙げられる。
亜鉛系めっき鋼板に処理液を塗布する場合、塗布する方法としては、塗布法、浸漬、スプレー法などの任意の方法を採用できる。塗布法としては、ロールコーター（３ロール方式、２ロール方式等）、スクイズコーター、ダイコーターなどのいずれの方法を用いても良い。また、スクイズコーター等による塗布処理、浸せき処理またはスプレー処理の後にエアナイフ法やロール絞り法により塗布量の調整、外観の均一化、膜厚の均一化を行うことも可能である。処理液の塗布後、通常は水洗することなく加熱乾燥を行う。但し、皮膜の水可溶性成分を除去する目的などで、塗布後水洗しても良い。加熱乾燥処理には、ドライヤー、熱風炉、高周波誘導加熱炉、赤外線炉などを用いることができる。加熱処理は到達板温で５０〜２００℃、好ましくは、５０〜１４０℃の範囲で行うことが望ましい。加熱温度が５０℃未満では皮膜中の可溶分が多量に残存し、シミ状の欠陥を発生し易い。また、加熱温度が１４０℃を超えると非経済的である。
皮膜形成液の温度は特に規定されないが、２０〜７０℃が好適である。その温度が２０℃未満では、液の安定性が低下する。一方、その温度が７０℃を超えると、皮膜形成液を高温に保持するための設備や熱エネルギーを要し、製造コストの上昇を招き不経済である
実施の形態５の第二の特徴は、亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａを０．３〜３μｍとしていることである。平均粗さＲａが０．３μｍ未満の場合には、鋼板と金型との間の保油性を十分確保することができないため、プレス加工時の型かじりが発生しやすくなる。特に亜鉛皮膜が軟らかい場合に顕著となる。一方、平均粗さＲａが大きいほど、広範と金型との間の保油性は向上して、界面に導入される油量は増加するものの、表面の大きな凸部に接触荷重が集中することになるため、その接触部分の摩擦発熱に起因して、油膜破断が生じやすくなる。その結果、局所的に型かじりが生じ、保油性が向上することによる効果を相殺する。したがって、実施形態６においては、大きな凸部を起点とした型かじりが生じない範囲として、３μｍを上限とした。なお、ここでいう平均粗さとはＪＩＳＢ０６０１に規定されるＲａである。
実施の形態５の第三の特徴は、ピークカウントＰＰＩが、−５０×Ｒａ（μｍ）＋３００＜ＰＰＩ＜６００を満たすものである。ピークカウントＰＰＩとは、ＳＡＥ９１１規格で規定されるように、１インチあたりの凸凹のピーク数である。なお、上記ピークカウントＰＰＩは、カウントレベルが±０．６３５μｍにおける値で表している。
ピークカウントが大きい場合には、プレス加工時の金型と亜鉛めっき鋼板との接触状態が、単に平均粗さを大きくした場合とは異なる。すなわち、ピークカウントが大きいほど、同一の平均圧力に対して、金型と接触する表面の突起部の個数が多くなり、個々の突起部の変形量は小さくなる。すなわち、多数の突起部が金型と接触することによって、個々の突起部が分担する荷重が減少する。したがって、突起部と金型との接触部で生じる摩擦発熱は、突起が大きい場合に比べて分散されるため、各接触界面における温度上昇を抑制することができる。接触部の温度上昇は、界面に存在する油膜の微視的な破断をもたらすことから、摩擦係数が増大して、さらに接触部の摩擦発熱が増大するという悪循環を生じさせる。
したがって、亜鉛めっき鋼板の表面にピッチの短い凸凹を形成することで、同一の平均粗さであっても、プレス成形性を向上させることができる。また、平均粗さが小さくても、同等以上のプレス成形性を確保することができるので、塗装後の鮮映性を悪化させる要因とはならない。
実施の形態５において、亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩの下限値を設定したのは、このような以上のような考え方に基づく。一方、ピークカウントＰＰＩの上限値を６００としているのは、本発明の実施において得られたピークカウントの上限値を示しているもので、これ以上の値とすることでさらに良好な結果が得られることは十分予測されるが、それを実現する経済的な手段がないために上限値を設定している。
実施の形態５に係わる第四の亜鉛めっき鋼板は、うねりＷｃａが０．８μｍ以下であることを特徴とする。自動車用途の亜鉛めっき鋼板等では、プレス加工性の他にも、塗装後の鮮映性を確保する必要がある。塗装後の鮮映性については、塗装の下塗り工程等において短周期の凸凹は埋められ、塗装後の鮮映性に影響を与えないものの、長周期の凸凹は塗装後にも残留して鮮映性を悪化させる。この場合、うねりＷｃａが、塗装後の鮮映性と密接な関係がある。うねりＷｃａとは、ＪＩＳ Ｂ ０６１０に規定される中心線うねりを指し、高域カットオフを施した凸凹の平均高さを代表する。塗装後の鮮映性を良好にするためには、周期の長い凸凹成分を小さくすることが必要であり、うねりＷｃａを０．８μｍ以下とすることで、塗装後の鮮映性を確保することができる。したがって、平均粗さを大きくすることで、鋼板表面に大きな凸凹が形成されるため、塗装後の鮮映性が悪化してしまうという問題点を解決することができる。
また、実施形態５に係わる第五の亜鉛めっき鋼板は、めっき皮膜が主としてη相から構成されるものである。皮膜が主としてη相から構成される亜鉛めっき鋼板の場合は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に比べて、皮膜自身が柔らかく、かつ融点が低いことから、プレス加工時に凝着が発生しやすい。そのため、表面に付与すべき平均粗さは大きなものが必要とされ、従来技術と比較して、より大きな効果を得ることができる。
実施の形態５に係わる亜鉛めっき鋼板の表面形態の制御方法について説明する。実施の形態５の亜鉛めっき鋼板を製造するための第一の方法は、母材となる鋼板表面に亜鉛めっきを施した鋼板の表面に微細な固体粒子を投射して表面に凸凹を形成したのち、固形潤滑皮膜を付与するか、あるいは固形潤滑皮膜の付与の後に、表面に微細な固体粒子を投射して表面に凸凹を形成することが好ましい。先に亜鉛めっき鋼板の表面に固体粒子を投射して表面に凹凸を形成する場合、潤滑皮膜形成後に規定の表面形態となる様、投射条件などを制御すると良い。
亜鉛めっきとしては、溶融亜鉛めっきあるいは電気亜鉛めっきが一般的であるが、機械的に亜鉛皮膜を付与しためっき鋼板でもよい。また、鋼板に対して機械的性質を調整するための調質圧延を施したものでも、未調圧の鋼板を用いてもよい。さらに、クロメート処理などの後処理を施した鋼板を使用してもよい。
以上のような亜鉛めっき鋼板の表面に投射する固体粒子は、粒子径１〜３００μｍ、望ましくは２５〜１００μｍ程度の鋼球あるいはセラミックス系の粒子が好適である。投射装置としては、圧縮空気によって固体粒子を加速させる空気式のショットブラスト装置あるいは、遠心力によって固体粒子を加速させる機械式の加速装置を用いてもよい。このような固体粒子を、３０〜３００ｍ／ｓの投射速度で亜鉛めっき鋼板に一定時間投射することで、亜鉛めっき鋼板の表面に微細な凸凹を形成させることができる。
ただし、固体粒子としては完全な球体でなくても、多面体のような形状でもよい。なお、投射する固体粒子として球形のものを使用することで、表面にディンプル形状の凹部を形成することができる。また、投射する固体粒子が小さいほど、短ピッチの凸凹が形成され、ピークカウントを大きくすることができる。固体粒子の投射量としては、粒子が亜鉛めっき鋼板の全面にわたって投射されると共に、亜鉛皮膜を剥離させない程度の投射密度として、０．１〜４０ｋｇ／ｍ^２が望ましい。さらに、以上のようにして表面に凸凹を付与した鋼板には、圧縮空気を吹き付けることで、表面から固体粒子を簡単に除去することができる。
一方、実施の形態５の亜鉛めっき鋼板を製造するための第二の方法は、熱間圧延または冷間圧延によって一定の板厚に加工された鋼板に、前記と同様に固体粒子を投射して、表面に凸凹を形成した後に、亜鉛めっきを施すものである。母材となる鋼板は、圧延後焼鈍や調質圧延を施したものが一般的であるが、強度を高めるために、焼鈍していないものを用いてもよい。このような鋼板に対して、前記と同様の方法で表面に凸凹を付与することができるが、鋼板として未焼鈍材あるいは硬質の材料を用いる場合には、固体粒子の投射速度を前記条件よりも大きくすることによって、凸凹の大きさを調整する。このようにして得られた鋼板に対する亜鉛めっきとしては、電気亜鉛めっきが好適であるが、溶融亜鉛めっきを施したものでもよい。
ところで、従来技術として開示されている亜鉛めっき鋼板表面の調整方法としては、いずれも調質圧延によって表面粗度を転写させるというものであるが、この場合には、ピークカウントＰＰＩを２５０以上とするのは実際には困難である。例えば、特開平１１−３０２８１６の実施例に開示されている亜鉛めっき鋼板の凸凹のピッチは０．１１ｍｍ程度とされている。したがって、この場合にも１インチ当たりの凸凹の数は２３０程度と推定される。
また、従来技術における亜鉛めっき鋼板の製造方法として、圧延ロールの表面に凸凹を形成する場合に、ショットブラスト加工や放電加工では、表面に主として凹部が形成されるため、鋼板側には主として凸部が転写される。また、レーザー加工や電子ビーム加工では、レーザー等が照射された部分は溶融して凹部となるとともに、その周囲には凸部が形成される。これが鋼板に転写された場合には、凸部を中心とした凹部が周囲に形成されるが、その形状はドーナッツ型となる。したがって、調質圧延で形成された亜鉛めっき鋼板表面の形態と、本発明で記載したディンプル形状とは異なるものである。
実施例１
１．ディンプル状表面形態の付与
板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を下地とした溶融亜鉛めっき鋼板に対して、圧延ロールの平均粗さが０．２５μｍのブライトロールにより調質圧延にて０．８％の伸長率を付与。その後、機械式投射装置により、投射距離２８０ｍｍ、平均投射密度７ｋｇ／ｍ^２、投射速度９２ｍ／ｓの条件で、平均粒子径１０〜２５０μｍのハイス粒子を所定時間（０．５〜５秒）照射し、ディンプル状表面とした。
２．固形潤滑皮膜の付与
リン酸アルミ水溶液（３Ａｌ／Ｐモル比＝０．８、固形分濃度３０％、太平化学（株）製）を固形分濃度５％となるまで、蒸留水で希釈した。
これを、ロールコーターで１．に示したディンプル状の表面を有する亜鉛めっき鋼板上に塗布し、乾燥温度（到達板温）８０℃の条件でインダクションヒーターを用い乾燥した。形成された平均皮膜厚を、断面ＳＥＭ観察により測定したところ０．１〜０．２μｍであった。
しかる後、固形潤滑皮膜を有する亜鉛めっき鋼板の表面形態を、接触式粗さ計にて測定した。さらに、その摺動特性を、摩擦係数を測定することにより評価した。ビードの形状は、幅１０ｍｍ、試料の摺動方向長さ５９ｍｍ、摺動方向両端の下部は曲率４．５ｍｍＲの曲面で構成され、試料が押付けられるビード下面は幅１０ｍｍ、摺動方向長さ５０ｍｍの平面を有する。
図７２に、皮膜のＰＰＩと摩擦係数の関係を示した（図中プロット■）。なお、これらの皮膜の平均粗さＲａは、０．５〜３μｍであった。
なお、図には比較として、
１） 圧延ロールにより表面形態制御を行いディンプル形状を持たない表面形状としたのみで、固形潤滑皮膜を付与しない鋼板（図中○）
２） 同様に圧延ロールにより表面形態制御を行い、ディンプル形状を持たない表面を形成した後、実施例と同じリン酸アルミ水溶液の塗布による固形潤滑皮膜付与した鋼板（図中△）
３） 固形潤滑皮膜を付与せず、単に表面形態制御のみを行ったもの（図中▲）のそれぞれのＰＰＩと摩擦係数も測定し、プロットした。
なお、上記１）のディンプル形状を持たない比較材作成に使用した圧延ロールは、放電加工によって表面粗度を付与したものを用いた。放電加工は、亜鉛めっき鋼板のピークカウントを大きくする方法として知られており、プレス成形性および塗装後の鮮映性を良好にするために従来技術として用いられている。ここでは、放電加工の加工条件を変えることによって、平均粗さＲａを２．４〜３．６μｍの範囲で変化させた圧延ロールを用いた。調質圧延の伸長率は１．０％として、調質圧延後の亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａおよびピークカウントＰＰＩを測定した。本比較例における、ロールによる粗さ付与した鋼板の平均粗さＲａは０．５〜２μｍであった。
また上記２）の比較材は、圧延ロールにより粗さを付与した鋼板に、ロールコーターでリン酸アルミ固形潤滑皮膜を付与したものである。固形潤滑皮膜の形成については実施例と同じ方法とした。固形皮膜の膜厚０．１〜０．５μｍ程度であった。
図より、本発明で得られる鋼板の摺動特性が特に優れていることがわかる。
さらに、本発明の方法により得られた亜鉛めっき鋼板の表面形態は固形潤滑皮膜形成後のものであり、平均粗さＲａ＝１．５μｍ、Ｗｃａ＝０．４４μｍ、ＰＰＩ＝３７３であった。表面はディンプル状の凹凸からなる。
実施例２
板厚０．８ｍｍの冷延鋼板を下地とした溶融亜鉛めっき鋼板に対して、圧延ロールの平均粗さが０．２５μｍのブライトロールにより調質圧延にて０．８％の伸長率を付与。その後、機械式投射装置により、投射距離２８０ｍｍ、平均投射密度６ｋｇ／ｍ^２、投射速度９２ｍ／ｓの条件で、平均粒子径６５μｍのハイス粒子を所定時間１秒照射し、ディンプル状表面とした。
上記ディンプル状表面を有する、皮膜上に固形潤滑皮膜として、
Ａ）第一リン酸アンモニウム水溶液（太平化学（株）製、固形分２０％）とクエン酸鉄（関東化学製）をリン酸と鉄のモル比が１：１となる様に混合させ水溶液とし、固形分を５％まで純水で希釈した水溶液をロールコーターで塗布し、到達板温８０℃にて乾燥させ、固形潤滑皮膜を形成させた。
固形潤滑皮膜の平均膜厚は０．３μｍであった。
Ｂ）硫酸第一鉄とオルトリン酸を、Ｆｅとオルトリン酸（Ｈ３Ｐ０４）のモル比が１：５となる比率で混合し、固形分を２０％とした硫酸イオン含有リン酸鉄水溶液を固形分が３％となるまで純水で希釈した水溶液をロールコーターで塗布し、到達板温８０℃にて乾燥させ固形潤滑皮膜を形成させた。
固形潤滑皮膜の平均膜厚は０．１μｍであった。
また、実施例１と同様の方法により摩擦係数及び平均粗さ、うねり、ＰＰＩを測定したところ、
Ａ）の場合摩擦係数は、０．１４０であり、良好な摺動特性を示した。また、平均粗さＲａ＝１．３４、Ｗｃａ＝０．４４、ＰＰＩ＝３７０であった。
Ｂ）の場合摩擦係数は、０．１４１であり、良好な摺動特性を示した。また、平均粗さ Ｒａ＝１．３２、Ｗｃａ＝０．４２、ＰＰＩ＝３６５であった。
この亜鉛めっき鋼板に、パーカー興産（株）製ノックスラスト５５０ＨＮを２．０ｇ／ｍ２となる様に塗油した後、日本パーカライジング（株）製、アルカリ脱脂液 ＦＣ−４４８０により４３℃、１２０秒浸漬の条件で脱脂、引き続き日本パーカライジング（株）製、プレパレンＺ及び化成処理液ＰＢ−Ｌ３０８０により４３℃、６０秒浸漬の条件にて化成処理した。
化成処理後の外観を目視観察したところスケも無く良好な化成処理皮膜が形成された。また、ＳＥＭでリン酸塩結晶を観察したところ緻密な結晶の成長が確認され良好な化成処理性を示していることが判明した。
実施の形態６
実施の形態６は、プレス成形品の製造方法であって、ディンプル状形態の表面を有する亜鉛めっき鋼板の部材を用意する第１の工程と、前記部材にプレス成形を施して所望の形状のプレス成形品に加工する第２の工程とを有するプレス成形品の製造方法を提供する。
実施の形態６のような亜鉛めっき鋼板は、プレス金型と鋼板の界面における保油性が高く、型かじりが少ないので、プレス成形性が高く、塗装後鮮映性も良好である。このため、この亜鉛めっき鋼板又はこの鋼板から成る部材をプレス成形した場合、その鋼板そのものの特質が活かされ、プレス成形をしても良好な品質が維持され、塗装後鮮映性も高い。以下に具体的に、本件発明に係る亜鉛めっき鋼板の加工方法、換言すればプレス成形品の製造方法について説明する。ここで、プレス成形品とは、自動車ボディー用部材等が挙げられる。
図７３は、本件発明に係るプレス成形品の製造方法の作業フローである。この作業フローは、通常、本件発明に係る鋼板の製造すること又はその製造された鋼板を例えばコイルにして目的場所に搬送することを前工程とししており、先ず、本件発明に係る鋼板を準備することから始まる（Ｓ０、Ｓ１）。この鋼板に対してプレス加工を施す前に、鋼板に対して前処理的な加工を施すこともあれば（Ｓ２）、裁断機により所定の寸法や形状に加工することもある（Ｓ３）。前者のＳ２の工程では、例えば鋼板の幅方向の所定箇所に切り込みや穿孔を行い、引き続くプレス加工を終えた段階又はそのプレス加工の過程で、所定の寸法及び形状のプレス成形品又は被プレス加工部材として切り離すことができるようにしておく。後者のＳ３の工程では、最終的なプレス成形品の寸法、形状等を予め考慮して、所定の寸法及び形状の鋼板部材に加工（従って裁断）するようにしておく。その後、Ｓ２及びＳ３の工程を経由した部材には、プレス加工が施され、最終的に目的とする寸法・形状の所望のプレス成形品が製造される（Ｓ４）。このプレス加工は、通常は多段階で行われ、３段階以上７段階以下であることが多い。
Ｓ４の工程は、Ｓ２及びＳ３の工程を経由した部材に対して更に所定の寸法や形状に裁断する工程を含む場合もある。この場合の「裁断」という作業は、例えば、少なくともプレス加工の過程で、Ｓ２及びＳ３の工程を経由した部材の端部のような最終的なプレス成形品には不要部分を切り離す作業であっても構わないし、又、Ｓ２の工程で設けられた鋼板の幅方向の切り込みや穿孔に沿って被プレス加工部材を切り離す作業であっても構わない。
尚、Ｎ１乃至Ｎ３は、鋼板、部材、プレス成形品を、機械的に（ロボットにより自動化されている場合が多い）或いは作業員による搬送作業である場合がある。
こうして製造されるプレス成形品は、必要に応じて次工程に送られる。次工程としては、例えば、プレス成形品に更に機械加工を施し、寸法や形状を調整する工程、プレス成形品を所定場所に搬送し、格納する工程、プレス成形品に表面処理を施す工程、プレス成形品を用いて自動車のような目的物を組み立てる組立工程がある。
図７４は、図７３に示した作業を実際に行う装置と鋼板、部材、プレス成形品の流れとの関係を示すブロック図である。この図においては、本件発明に係る鋼板はコイル状で準備されており、プレス加工機によりプレス成形品が製造される。プレス加工機は多段プレスを行う機種のものであるが、本件発明はこれに限定されない。
プレス加工機の前段に、裁断機その他の前処理機械を設置する場合もあれば、設置しない場合もある。裁断機が設置される場合には、コイルから供給される長尺の本件発明に係る鋼板から、必要な寸法又は形状の部材を裁断し、この部材がプレス加工機においてプレス加工され、所定のプレス成形品となる。鋼板の幅方向に切り欠きや穿孔を施す前処理機械が設置される場合には、プレス加工機においてその切り欠きや穿孔に沿って裁断が行われても構わない。前処理機械を設置しない場合には、プレス加工機において鋼板がプレス加工される過程で、裁断が行われ、最終的に所定の寸法、形状を有するプレス成形品が製造される。
尚、図７４における「裁断」の意味は、図７３におけるそれと同じである。
こうして製造されるプレス成形品は、その原材料として本件発明に係る亜鉛めっき鋼板を使用しているので、プレス成形をしても良好な品質が維持され、塗装後鮮映性も高い。このような特質は、プレス成形品が自動車用部材、特にボディー用部材である場合に特に有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、実施の形態１の第１の例を実施するための設備の概要を示す図である。
図２は、図１に示した設備において使用される空気式投射装置の概要を表す図である。
図３は、実施の形態１の第２の例である亜鉛めっき鋼板の製造方法を実施するための設備の概要を示す図である。
図４は、遠心式投射装置を模式的に示した図である。
図５は、実施の形態１の第３の例である亜鉛めっき鋼板の製造方法を実施するための設備の例を示す図である。
図６は、実施の形態１に係わる第１の実施例による亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩの調整範囲を示す図である。
図７は、実施の形態１に係わる第１の実施例の比較例による亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩの調整範囲を示す図である。
図８は、実施の形態１に係わる第１の実施例による亜鉛めっき鋼板表面の光学顕微鏡写真を示す図である。
図９は、実施の形態１に係わる第１の実施例の比較例による亜鉛めっき鋼板表面の光学顕微鏡写真を示す図である。
図１０は、実施の形態１に係わる第２の実施例において、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａと摺動試験によって得られた高速高面圧条件における摩擦係数との関係を示す図である。
図１１は、実施の形態１に係わる第２の実施例において、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａと摺動試験によって得られた低速低面圧条件における摩擦係数との関係を示す図である。
図１２は、実施の形態１に係わる第２の実施例において、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａと摺動試験によって得られた高速高面圧条件における亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩと摩擦係数との関係を示す図である。
図１３は、実施の形態１に係わる第２の実施例において、亜鉛めっき鋼板表面の平均粗さＲａと摺動試験によって得られた低速低面圧条件における亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩと摩擦係数との関係を示す図である。
図１４は、実施の形態１に係わる第３の実施例およびその比較例における亜鉛めっき鋼板の円筒深絞り成形試験における最大荷重を示した図である。
図１５は、実施の形態１に係わる第３の実施例およびその比較例における亜鉛めっき鋼板の球頭張出し成形試験における板厚減少率を示した図である。
図１６は、実施の形態１に係わる第４の実施例での、亜鉛めっき鋼板の各製造工程におけるうねりＷｃａを示した図である。
図１７は、実施の形態１に係わる第４の実施例およびその比較例における亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａとうねりＷｃａとの関係を示した図である。
図１８は、実施の形態１に係わる第４の実施例およびその比較例における亜鉛めっき鋼板のうねりＷｃａとＮＳＩＣ値との関係を示した図である。
図１９は、実施の形態１に係わる第４の実施例における亜鉛めっき鋼板のうねりＷｃａと投射密度との関係を示した図である。
図２０は、実施の形態１に係わる第５の実施例における亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａと投射密度との関係の１例を示した図である。
図２１は、実施の形態１に係わる第５の実施例における亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａと投射密度との関係の他の例を示した図である。
図２２は、実施の形態１に係わる第５の実施例における亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩと投射密度との関係の１例を示した図である。
図２３は、実施の形態１に係わる第５の実施例における亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩと投射密度との関係の他の例を示した図である。
図２４は、実施の形態１に係わる第５の実施例における亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａと平均粒子径との関係を示した図である。
図２５は、実施の形態１に係わる第５の実施例における亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩと平均粒子径との関係を示した図である。
図２６は、実施の形態１に係わる第５の実施例における亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａと圧縮空気の圧力との関係を示した図である。
図２７は、実施の形態１に係わる第５の実施例における亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩと圧縮空気の圧力との関係を示した図である。
図２８は、実施の形態１に係わる第６の実施例における亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａと投射密度との関係を示した図である。
図２９は、実施の形態１に係わる第６の実施例における亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩと投射密度との関係を示した図である。
図３０は、実施の形態１に係わる第６の実施例における亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩとの関係の第１の例を示した図である。
図３１は、実施の形態１に係わる第６の実施例における亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩとの関係の第２の例を示した図である。
図３２は、実施の形態１に係わる第６の実施例における亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩとの関係の第３の例を示した図である。
図３３は、実施の形態１に係わる第６の実施例における亜鉛めっき鋼板の平均粗さＲａと投射速度との関係を示した図である。
図３４は、実施の形態１に係わる第６の実施例における亜鉛めっき鋼板のピークカウントＰＰＩと投射速度との関係を示した図である。
図３５は、実施の形態１に係わる第７の実施例における鋼板の表面写真を示した図である。
図３６は、従来技術である、調質圧延による表面形態調整方法の特徴を説明する図である。
図３７は、実施の形態２の１例である亜鉛めっき鋼板の製造方法を実施するための設備の例の概要を示す図である。
図３８は、実施の形態２に係わる遠心式投射装置を模式的に示した図である。
図３９は、実施の形態２の他の例である亜鉛めっき鋼板の製造法を実施するための設備の例の概要を示す図である。
図４０は、実施の形態２に係わる、投射距離を２５０〜１０００ｍｍの範囲で変更した場合の平均粗さＲａおよびピークカウントＰＰＩの板幅方向の分布を示す図である。
図４１は、実施の形態２に係わる、投射距離を２５０〜１０００ｍｍの範囲で変更した場合の有効投射幅をプロットした図である。
図４２は、実施の形態２に係わる、有効投射幅内での平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩと投射密度との関係を示した図である。
図４３は、実施の形態２に係わる、平均粒子径と平均粗さＲａ、ピークカウントＰＰＩとの関係を示した図である。
図４４は、実施の形態２に係わる、投射速度の、平均粗さＲａとピークカウントＰＰＩへの影響を示した図である。
図４５は、実施の形態２に係わる、亜鉛めっき鋼板のピークカウントと摺動試験の摩擦係数との関係を示した図である。
図４６は、実施の形態２に係わる、各製造段階における鋼板の中心線うねりＷｃａを調べた結果を示す図である。
図４７は、実施の形態２に係わる、実施例と比較例におけるＷｃａとＮＳＩＣを示す図である。
図４８は、実施の形態２に係わる、本実施例と比較例による亜鉛めっき鋼板の表面写真を示す図である。
図４９は、実施の形態２に係わる実施例１において、遠心式投射装置に使用した固体粒子の粒径分布を示す図である。
図５０は、実施の形態２に係わる実施例４において、遠心式投射装置に使用した固体粒子の粒径分布を示す図である。
図５１は、実施の形態３に係わる実施例である第１の亜鉛めっき鋼板の表面写真である。
図５２は、実施の形態３に係わる実施例である第２の亜鉛めっき鋼板の表面写真である。
図５３は、実施の形態３に係わる実施例と比較例におけるピークカウント値と摩擦係数の関係を示す図である。
図５４は、実施の形態３に係わる実施例と比較例における表面の平均粗さ、ピークカウント値と摩擦係数の良否の関係を示す図である。
図５５は、実施の形態３に係わる塗装後の鮮映性とうねりとの関係を示す図である。
図５６は、実施の形態３に係わる亜鉛めっき鋼板のプレス加工時の接触状態を表す第１の模式図である。
図５７は、実施の形態３に係わる亜鉛めっき鋼板のプレス加工時の接触状態を表す第２の模式図である。
図５８は、従来技術によって表面粗さを付与された亜鉛めっき鋼板の表面写真である。
図５９は、従来技術によって表面粗さを付与された亜鉛めっき鋼板のプレス加工時の接触状態を表す模式図である。
図６０は、実施の形態４に係わる亜鉛めっき鋼板表面の三次元形状を示す図である。
図６１は、実施の形態４に係わる比較材に用いた、放電加工した圧延ロールで調質圧延した亜鉛めっき鋼板表面の三次元形状を示す図である。
図６２は、摩擦係数測定装置の概略正面図である。
図６３は、Ａ条件（高速高面圧条件）で摩擦係数を測定する場合に使用するビードの形状・寸法を示す図である。
図６４は、Ｂ条件（低速低面圧条件）で摩擦係数を測定する場合に使用するビードの形状・寸法を示す図である。
図６５は、実施の形態４に係わる発明品および比較材の８０％負荷レベルでの窪み密度とＢ条件での摩擦係数の関係を示す図である。
図６６は、実施の形態４に係わる発明品および比較材のＰＰＩとＢ条件での摩擦係数の関係を示す図である。
図６７は、実施の形態４に係わる発明品および比較材の８０％負荷レベルでの窪み密度とＡ条件での摩擦係数の関係を示す図である。
図６８は、実施の形態４に係わる発明品および比較材のＰＰＩとＡ条件での摩擦係数の関係を示す図である。
図６９は、実施の形態４に係わる発明品のＢ条件での摩擦係数と中核部の流体保持指標Ｓｃｉの関係を示す。
図７０は、実施の形態４に係わる発明品ならびに比較材のＢ条件での摩擦係数を窪み密度とＳｃｉで整理した結果を示す図である。
図７１は、実施の形態４に係わる発明品で得られた亜鉛めっき鋼板の算術平均うねりＷａと塗装後の鮮映性の関係を示す図である。
図７２は、実施の形態５に係わる実施例と比較例におけるピークカウント値と摩擦係数の関係を示す図である。
図７３は、実施の形態６に係わるプレス成形品の製造方法の作業フローを示す図である。
図７４（ａ）と図７４（ｂ）は、図７３に示した作業を実際に行う装置と鋼板、部材、プレス成形品の流れとの関係を示すブロック図である。

Claims (24)

1. 亜鉛めっき鋼板の表面に固体粒子を投射して、該鋼板の表面を平均粗さＲａが０．３〜３μｍ、ろ波中心線うねりＷｃａが０．８μｍ以下に調整する、鋼板の表面形態を調整する工程を有することを特徴とするプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
2. 亜鉛めっき鋼板の表面に固体粒子を投射して、該鋼板の表面をピークカウントＰＰＩが２５０以上に調整する、鋼板の表面形態を調整する工程を有することを特徴とするプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
3. 亜鉛めっき鋼板の表面に固体粒子を投射して、該鋼板の表面をピークカウントＰＰＩが２５０以上であり、かつ、平均粗さＲａが０．３〜３μｍ、および／または、ろ波中心線うねりＷｃａが０．８μｍ以下に調整する、鋼板の表面形態を調整する工程を有することを特徴とするプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
4. 該固体粒子が、１０〜３００μｍの平均粒子径を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
5. 該固体粒子が、金属系材料であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
6. 該固体粒子が、ほぼ球形の形状を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
7. 該鋼板の表面形態を調整する工程が、亜鉛めっき鋼板の表面に３０〜３００ｍ／ｓｅｃの投射速度で固体粒子を投射して、該鋼板の表面形態を調整することからなることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
8. 該鋼板の表面形態を調整する工程が、亜鉛めっき鋼板の表面に０．２〜４０ｋｇ／ｍ^２の投射密度で固体粒子を投射して、該鋼板の表面形態を調整することからなることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
9. 該亜鉛めっき鋼板が、実質的にη相からなるめっき皮膜を有する請求項１〜８のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
10. 該鋼板の表面形態を調整する工程に先立って、亜鉛めっき鋼板のろ波中心線うねりＷｃａを０．７μｍ以下に調整する調質圧延工程を有する請求項１〜９のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
11. 該鋼板の表面形態を調整する工程が、亜鉛めっき鋼板の表面に、ローター回転中心から金属鋼帯までの距離が７００ｍｍ以下である遠心式投射装置を使用して、３０〜３００μｍの平均粒子径を有する固体粒子を投射することからなることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
12. 前記固体粒子が、平均粒子径をｄとするとき、固体粒子の全重量に対して、粒子径が０．５ｄ〜２ｄの固体粒子の重量の比率が８５％以上であることを特徴とする請求項１１に記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
13. 該固体粒子が、２ｇ／ｃｍ ^３ 以上の密度を有することを特徴とする請求項１１または１２のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
14. ディンプル状形態の表面を有することを特徴とする請求項１〜１３のいずれかに記載の製造方法により製造されたプレス成形用亜鉛めっき鋼板。
15. ディンプル状形態の表面が下記の式で表されるピークカウントＰＰＩを有することを特徴とする請求項１４に記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板。
    −５０×Ｒａ（μｍ）＋３００＜ＰＰＩ＜６００
16. 該亜鉛めっき鋼板が、負荷面積比８０％に対応する深さレベルにおける窪み個数密度が３．１×１０ ^２ 個／ｍｍ ^２ 以上であるテクスチャーを有することを特徴とする請求項１４または１５に記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板。
17. 該亜鉛めっき鋼板が、中核部流体保持指標Ｓｃｉが１．２以上であるテクスチャーを有する請求項１６に記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板。
18. さらに、亜鉛めっき鋼板の表面に平均厚みが０．００１〜２μｍの固形潤滑被膜を有し、前記固形潤滑被膜が無機系固形潤滑被膜、有機系固形潤滑被膜と有機無機複合系固形潤滑被膜からなるグループから選択された一つであることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板。
19. 前記固形潤滑被膜が、リン酸と、Ｆｅ、Ａｌ、Ｍｎ、ＮｉとＮＨ _４ ^＋ からなるグループから選択された少なくとも１種のカチオン成分を含有する水溶液を塗布乾燥して得られるリン系酸化物皮膜であることを特徴とする請求項１８に記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板。
20. 前記固形潤滑被膜が、Ｐ成分及びＮ成分、Ｆｅ、Ａｌ、ＭｎとＮｉからなるグループから選択された少なくとも１種を含有し；前記固形潤滑被膜が、０．２−６である、Ｐ成分量（ｂ）と、Ｎ成分、Ｆｅ、Ａｌ、ＭｎとＮｉの合計量（ａ）とのモル比（ａ）／（ｂ），ただし、Ｐ成分量はＰ _２ Ｏ _５ 換算量、Ｎ成分量はアンモニウム換算量であることを特徴とする請求項１８又は１９に記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板。
21. 前記固形潤滑被膜が、固形潤滑被膜成分としてＰ成分とＮ成分とを、窒素化合物、りん系化合物と窒素・りん系化合物からなるグループから選択された一つの形態で含有することを特徴とする請求項２０に記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板。
22. 前記固形潤滑被膜が、固形潤滑被膜成分として少なくともＦｅを含有する請求項１９〜２１のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板。
23. カチオン成分（α）とリン酸成分（β）とを含有する水溶液を亜鉛系めっき鋼板のめっき層表面に塗布し、引き続き水洗することなく乾燥して前記固形潤滑被膜を形成し、前記カチオン成分（α）は、実質的にＭｇ、Ａｌ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｍｏ，ＮＨ_４ ^＋の群から選択された少なくとも１種の金属イオン又はカチオンからなり、前記水溶液は、０．２〜６であるカチオン成分（α）の合計とリン酸成分（β）のモル濃度比（α）／（β）を有し、但し、リン酸はＰ_２Ｏ_５換算モル濃度であることを特徴とする請求項１９〜２２のいずれかに記載のプレス成形用亜鉛めっき鋼板の製造方法。
24. プレス成形品の製造方法であって、請求項１４〜２２のいずれかに記載のディンプル状形態の表面を有するプレス成形用亜鉛めっき鋼板の部材、または請求項２３に記載の製造方法により製造されたディンプル状形態の表面を有するプレス成形用亜鉛めっき鋼板の部材を用意する第１の工程と、前記部材にプレス成形を施して所望の形状のプレス成形品に加工する第２の工程とを有することを特徴とするプレス成形品の製造方法。

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