JP4140451B2

JP4140451B2 - 塗装鋼板

Info

Publication number: JP4140451B2
Application number: JP2003159564A
Authority: JP
Inventors: 通泰高橋; 克高橋; 明人吉岡
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2023-06-04
Also published as: JP2004358801A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、家電製品、家具、建材及び自動車部品等の外板で絞り加工を行うことで製品を成形する部位に用いる絞り成形性に優れ、特に加工後の光沢保持率の高い塗装鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
家電製品、家具、建材及び自動車部品等の外板として塗装鋼板を用いる場合は、従来、加工を行わない平板部や曲げ加工等の単純な加工部にのみ使用し、絞り成形部には冷延鋼板、またはめっき鋼板を使用して、成形加工後塗装するポストコートを行っていた。しかし近年、塗装鋼板の普及率の増加に伴い、絞り加工部へも塗装鋼板が使用されるようになっている。しかしながら、塗装鋼板を、絞り加工、引張り加工あるいは曲げ加工等して部材を製造した場合、塗膜伸びの生じた部位の光沢が低下し、他の部分との外観が調和しないという問題があった。特に、加工前の初期光沢が高い（光沢度で約７０以上）の塗装鋼板の場合、加工部位の光沢低下が目立ちやすい。
【０００３】
このような問題に対して、特許文献１には、深絞り加工性に優れた塗装鋼板の技術が開示されている。この技術は、鋼板に熱硬化型のプライマー層を形成し、その上に熱硬化型樹脂の上塗り層を形成した塗装鋼板において、塗膜伸びを伴うような加工を施しても塗膜光沢が低下し難い塗装鋼板を提供するものである。具体的には、プライマー層と上塗り層の２０℃での弾性率をそれぞれ規定している。また、前記光沢度の低下は、塗装原板の加工部表面の粗面化が光の拡散反射を促進することが原因の一つであるとしている。
【０００４】
また、特許文献２には、金属板に異なる機械特性を有する樹脂塗膜を積層し、積層した樹脂塗膜が積層した状態での引張試験値として所定値以上の引張弾性率を有し、かつ降伏点を有し、破断伸び率が所定率以上である２層複合樹脂塗膜プレコート金属板が開示されている。
【０００５】
一方、塗装が行われていない薄鋼板のプレス加工においては、例えば非特許文献１にもあるように、成形部位の粗面化（肌荒れ）を抑えるためには、鋼板の加工前の結晶粒径を小さくすることが有利であることがよく知られている。
【特許文献１】
特開平８−２６７６５７号公報
【特許文献２】
特開平１０−２１７３９３号公報
【非特許文献１】
プレス成形難易ハンドブック（日刊工業新聞社刊（１９８７））第４３７頁
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１は、プライマー及び上塗りの両方について所定範囲の弾性率をもつ塗膜を必要とするものであり、プライマーを予め塗布することが必須であり、かつ弾性率が所定範囲になければならないとの制約がある。
【０００７】
また、特許文献２では、所定の機械特性を有する樹脂塗膜を２層形成することにより、絞り成形性に優れた金属板が得られるとされているが、加工に伴う光沢の低下については何ら言及がない。
【０００８】
さらに、塗装鋼板の基材としては、耐食性に優れる亜鉛系めっき鋼板が、実用上広く用いられる。このとき、亜鉛系めっき鋼板については、用いられる環境、用途とコストとのバランスからめっきの種類、付着量が決定される。特許文献１及び２には、めっき鋼板を基材として塗装鋼板に使用することは示唆されているが、その具体的構成については何ら触れられていない。
【０００９】
また、非特許文献１に開示されている技術は、めっき及び塗装がされていない（冷延）鋼板の肌荒れを対象とするもので、めっき及び塗装がなされた後の光沢度低下への影響には言及されていない。
【００１０】
本発明は、めっき鋼板を基材とした塗装鋼板において、塗膜伸びを伴うような加工を施しても塗膜光沢が低下し難い塗装鋼板を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、表面にめっき及び塗膜が施された塗装鋼板においても、鋼板母材の結晶粒度が所定の範囲にあると、塗膜伸びを伴うような加工を施しても塗膜光沢が低下し難いことを見出し、かかる知見から本発明を完成するに至った。
【００１２】
かくして本発明は、めっき鋼板を基材とし、その少なくとも一面側に１層以上の塗膜を備えた塗装鋼板であって、鋼板のＪＩＳＧ０５５２（１９９８）（鋼のフェライト結晶粒度試験方法）に規定される結晶粒度番号が７以上であることを特徴とする塗装鋼板である。
【００１３】
前記めっき鋼板のめっき皮膜のビッカース硬さ（Ｈｖ）は、１００以上であることが好ましい。
【００１４】
また、前記めっき鋼板のめっき皮膜は、８〜１６質量％のニッケル（Ｎｉ）を含有する亜鉛系めっき皮膜であることが好ましい。
【００１５】
また、前記めっき鋼板のめっき皮膜は、８〜１５質量％以下の鉄（Ｆｅ）を含有する亜鉛系めっき皮膜であることが好ましい。
【００１６】
また、前記１層以上の塗膜の合計厚さは、１５〜８０μｍであることが好ましい。
【００１７】
また、前記１層以上の塗膜のうち、最外層の塗膜の２０℃での弾性率は、２×１０^３〜５×１０^３Ｎ／ｍｍ^２であることが好ましい。
【００１８】
また、前記１層以上の塗膜のうち、最外層の塗膜の顔料濃度は、２５〜４５質量％であることが好ましい。
【００１９】
また、前記塗膜を備えた面のＪＩＳＺ８７４１（１９９７）（鏡面光沢度−測定方法）に規定される６０度鏡面光沢（Ｇｓ（６０°））測定方法（方法３）による鏡面光沢度が７０以上であることが好ましい。
【００２０】
さらに、前記基材の一面側に２層以上の塗膜を備え、前記塗膜のうち最外層以外の少なくとも１層の塗膜が、最外層塗膜に含有される顔料と同一の顔料を含有することが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明において、鋼板を「母材」として、該母材にめっきを施したものを「めっき鋼板」といい、該めっき鋼板を「基材」としてその表面の少なくとも一面側に塗膜を有するものを「塗装鋼板」と呼ぶ。本発明は、母材粒度を所定の範囲としためっき鋼板を基材とし、少なくとも一面側（通常、成形後の外観を要求される表側）に塗膜を有する塗装鋼板である。以下、本発明を詳細に説明する。
【００２２】
（１）母材鋼板
１−１．母材鋼板の種類
本発明において、母材の種類として特に限定されるものではないが、めっき鋼板の母材として通常使用されている冷間圧延鋼板を使用することができる。
１−２．母材鋼板の結晶粒径
塗装鋼板の成形時の光沢度低下の抑制を図るには、母材鋼板の結晶粒径を小さくすることが有効である。これは、母材鋼板の粗面化が抑えられているためと考えられる。本発明においては、母材鋼板のＪＩＳＧ０５５２（１９９８、鋼のフェライト結晶粒度試験方法）に規定される結晶粒度番号が７以上であることが必須である。上記結晶粒度番号７は、典型的には断面積１ｍｍ^２あたりの結晶粒の数が１０２４であり、該結晶粒の平均断面積は０．０００９８ｍｍ^２である。このように母材鋼板の結晶粒径を小さくすることによって、塗装鋼板としての成形後の光沢度低下を大きく抑制することができる。結晶粒径を本発明の規定する範囲に小さく調整するには
１）熱間圧延中の鋼板温度をＡｒ３点以上に保持する。
２）鋼中に添加する合金組成を吟味する。
等の常法によればよく、要求される機械特性等により適切な製造方法を選択する。
【００２３】
（２）めっき皮膜の硬さ
本発明において、めっき種類は、特に限定されるものではなく、耐食性・成形性、コスト等から適宜選択される。成形後の光沢度低下を抑制するには、めっき皮膜が硬い方が有利である。これは、めっきの硬度を増大させることにより、めっきの伸びが小さくなるため、絞り加工の際に、母材鋼板の伸びに十分追従しなくなり、めっきに微細なクラックが生じるようになることが影響していると考えられる。すなわち、めっきに微細なクラックが生じると、母材鋼板の肌荒れが、めっき表面に伝搬しにくくなり、母材鋼板の粗面化が、塗膜表面に伝搬し難くなるためと思われる。本発明においては、めっき皮膜のビッカース硬さ（Ｈｖ）を１００以上のものとするのが好適である。かかる観点から、基材として、鉄（Ｆｅ）を８〜１５質量％程度含有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）や、ニッケル（Ｎｉ）を８〜１６質量％含有する電気亜鉛系めっき鋼板（ＳＺ）を使用することが好ましい。これらのめっき鋼板を使用することにより、めっき皮膜のビッカース硬さ（Ｈｖ）を高くして、絞り成形部の光沢度低下を抑制することができる。
さらに、本発明においてめっき付着量に関して特に限定されるものではないが、例えば上記合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ）の場合には、片面あたり３０〜１５０ｇ／ｍ^２、また上記電気亜鉛系めっき鋼板（ＳＺ）の場合には、方面あたり５〜６０ｇ／ｍ^２とすることにより、母材表面粗さの影響を受けにくい構成とすることができるので好ましい。
【００２４】
(３）上塗り塗膜（最外層の塗膜）
本発明の塗装鋼板において、上塗り塗膜の弾性率が大きい方が、成形後の光沢度低下抑制に有利である。これも、母材鋼板の粗面化が塗膜表面まで伝播しにくいことが影響していると考えられる。具体的には最上層塗膜の弾性率は、２０℃で２×１０^３Ｎ／mm^２以上であるのが好ましい。これを下回ると、効果が発現し難い。好ましくは、２．５×１０^３Ｎ／mm^２以上である。また、弾性率が大きくなりすぎると、塗膜が硬くなり過ぎて加工により塗膜割れが生じやすくなるため、２０℃における弾性率の上限は好ましくは５×１０^３Ｎ／mm^２、より好ましくは、４．５×１０^３Ｎ／mm^２である。
【００２５】
上塗り塗膜の弾性率を、本発明で規定する範囲にするには、
（ｉ）樹脂塗膜のガラス転移点（Ｔｇ）を上げる、
（ii）樹脂に硬化剤を添加する、
（iii）塗膜の焼き付け温度を高くすることで塗膜樹脂の架橋密度を高くする、等の手段があり、これらを適宜選定することによって目的とする上塗り塗膜の弾性率が得られる。
【００２６】
バインダーとしては、黄変、変色、光沢低下、白亜化等を起こしにくく、長年使用しても美観が維持されるとともに、隠蔽効果を長期間維持できる有機樹脂を使用するのが好ましい。このような樹脂としては、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂等が挙げられる。これらの樹脂のうちいずれか１種を用いても、２種以上を混合して用いてもよい。これら有機樹脂の含有量は、塗膜の乾燥質量に対して１０〜９０質量％とするのが好ましい。また、合成微粉シリカ、有機ベントナイト、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等の増粘剤、メラミン系、ベンゾグアナミン系、イソシアネート系等の架橋剤、ポリアクリル酸等の分散剤、チタニア等の着色顔料等を含有させてもよい。
【００２７】
（４）塗膜厚み
本発明の塗装鋼板において、成形時の光沢度低下抑制を図るには、塗膜厚みが大きいほど有利である。塗膜厚み（塗膜が２層以上の場合、下塗りも含めた合計膜厚）が大きいほど、母材鋼板やめっきの肌荒れの塗膜表面への伝搬が抑制されるためであると考えられる。なお、後述する初期の光沢度の観点からも、塗膜厚みが大きいほど有利である。塗膜厚さは、合計で１５μｍ以上が好ましい。さらに好ましくは、２０μｍ以上である。ただし、塗膜全体の厚さが厚くなりすぎると、塗装鋼板を加工する際に塗膜の剥離や割れ、型かじりが生じることがあり、また、経済的にも不利になる。塗膜全体の厚さの上限は好ましくは８０μｍ、より好ましくは５０μｍである。
【００２８】
（５）上塗り塗膜（最外層の塗膜）中の顔料濃度
本発明は、成形後の光沢度低下を抑制する塗装鋼板を提供することを目的とするものであるが、初期の光沢度が高いほど、実際の有用性が大きい。具体的には、塗膜表面のＪＩＳＺ８７４１（１９９７）（鏡面光沢度−測定方法）に規定される６０度鏡面光沢（Ｇｓ（６０°））測定方法（方法３）による鏡面光沢度が７０以上であると本発明がより有用性の高いものとなる。
高光沢度の塗装鋼板を得るためには、最外層塗膜の顔料濃度が低い方がよい。これは、光沢度が主に最外層塗膜の表面形状に影響されるものであり、顔料の増加に伴って塗膜表面が粗面化するため光沢度が低下するからである。本発明における上塗り塗膜（最外層の塗膜）中の顔料濃度は、好ましくは４５質量％以下、より好ましくは３５質量％以下である。また、塗膜の強度・硬度や基材の隠蔽性の観点から、現実的には顔料濃度に下限を設定することが好ましい。具体的には、最外層塗膜に種々の顔料が含まれる場合、これら総ての顔料（防錆顔料、体質顔料、着色顔料等）の合計の含有量が、２５質量％以上であることが好ましく、さらに好ましくは３０質量％以上である。なお、着色顔料を含む塗膜の上層にさらにクリア塗装を施せば、コスト増大には繋がるものの、高光沢を有する鋼板が得られる。
【００２９】
（６）その他の構成
６−１．塗装下地処理
本発明の塗装鋼板における塗装下地処理は、通常の塗装鋼板の下地処理に用いられるものであれば特に限定されない。例えば、公知のリン酸塩処理やクロメート処理を用いることができる。
【００３０】
６−２．下塗り樹脂被覆層
本発明の塗装鋼板において、下塗り樹脂被覆層を設けることは必ずしも必須ではないが、密着性向上や隠蔽性向上、また耐食性確保のために設けておくのが好ましい。下塗り樹脂被覆層は、２層以上設けることもできる。下塗り樹脂被覆層に使用される樹脂は特に限定されないが、加工性と密着性のバランスから、ポリエステル樹脂系、ポリウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系あるいはこれらの樹脂の混合物が好ましい。これらの樹脂をロールコート法、カーテンコート法、スプレー法等の公知の塗装方法でめっき鋼板表面に塗装して焼き付け乾燥等すればよい。
【００３１】
なお、最外層塗膜の顔料濃度を低減しても基材を隠蔽できるように、内層塗膜にも最外層と同様の着色顔料を含有させることで補完することができる。この場合、最外層と内層が近似色となるため、補修等する際に研磨を施しても、最外層塗膜と内層との境界がわかりにくくなるという効果、すなわち内層が露出することによる色むら（色違い）が目立ちにくいという効果があるので好ましい。
【００３２】
６−３．上塗り塗膜（最外層塗膜）中の顔料の粒径
本発明の塗装鋼板において、上塗り塗膜（最外層塗膜）中の顔料の平均粒径は、塗膜の耐汚染性、耐候性、着色の安定性を高める観点から、５０μｍ以下とすることが好ましい。より好ましくは、２０μｍ以下、さらに好ましくは１０μｍ以下である。
６−４．裏面塗装
本発明の塗装鋼板において、裏面塗装は、必要に応じて施すことができる。例えば、おもて面と同様に、通常の塗装鋼板に用いられる下地処理を施した上に、０．５〜１０μｍのアクリル樹脂系、ポリエステル樹脂系、ポリウレタン樹脂系、エポキシ樹脂系、ポリオレフィン樹脂系、あるいはこれらの樹脂系の混合物からなる塗装を施すことで、裏面を耐食性、耐アルカリ性、耐酸性、耐溶剤性、耐ガソリン性等に優れたものとすることができる。
【００３３】
【実施例】
（１）塗装鋼板試験片の作成
１−１．基材
厚さ０．６０ｍｍで結晶粒度を所定値に調整した冷間圧延鋼板を母材とする、ＪＩＳＧ３３０２の溶融亜鉛めっき鋼板（以下において「ＧＩ」という。）、および合金化溶融亜鉛めっき鋼板（以下において「ＧＡ」という。）、ＪＩＳＧ３３２１の５５％Ａｌ−Ｚｎ合金溶融めっき鋼板（以下において「ＡＺ」という。）、さらに１２％Ｎｉ−Ｚｎ電気めっき鋼板（以下において「ＳＺ」という。）を基材として使用した。
【００３４】
１−２．めっき皮膜のビッカース硬さ測定
上記各めっき鋼板ＧＩ、ＧＡ、ＡＺ、及びＳＺのめっき皮膜のビッカース硬さ（Ｈｖ）を（株）明石製作所製のマイクロビッカース硬さ計（形式：ＭＶＫ−Ｅ）により測定し、記録した。
【００３５】
１−３．塗膜の形成
上記基材の片面に、塗布型クロメート処理を施した後、以下に述べる方法で塗膜を形成させた。顔料として平均粒子径が０．２５μｍのチタニア（石原産業（株）製タイペーク（Ｒ−９０））と、バインダーとしてポリエステル樹脂及びメラミン系架橋剤と、及び必要に応じて架橋反応を十分に行わせるための架橋促進剤としてのｐ−トルエンスルホン酸とを、溶剤としての適量のシクロヘキサンとともにボールミルを用いて分散混合し、塗料組成物を得た。なお、ポリエステル樹脂に対するメラミン系架橋剤の割合は、ポリエステル樹脂１００質量部に対して０〜３０質量部とした。この塗料組成物を、基材の前記塗布型クロメートを施した面に、乾燥膜厚で１３〜６０μｍとなるように塗装し焼き付けた。
【００３６】
焼付け条件は、２３０℃で６０秒間とした。塗膜の弾性率は、ポリエステル樹脂と架橋剤との比率によって樹脂塗膜のＴｇを変更したり、架橋促進剤の添加割合を変更したりすることにより変化させた。これらの塗料それぞれを、上記の基材に所定の乾燥膜厚が得られるようにロールコート法により塗布し、２４０℃で６０秒間の焼き付け処理を施して基材表面に塗膜を形成させ、塗装鋼板試験片を得た。
【００３７】
（２）塗膜弾性率の測定
上塗り塗膜の弾性率を測定するために、前記塗料組成物をテフロン（登録商標）シートより塗膜を剥離して塗膜のフリーフィルムを作成し、このフリーフィルムから、特開平１０−２１７３９３号公報の図１に示される形状の試験片を作成し、引っ張り試験を実施した。塗膜フリーフィルムの膜厚は２０μｍとした。引っ張り試験はオリエンテック社製「テンシロンＣＴ−１０Ｔ」を用いて２０℃で引っ張り速度５mm／分で行い、塗膜の応力−伸び率線図より、弾性率を求めた。
【００３８】
（３）絞り加工
上記（１）に記載した方法により作成された塗装鋼板試験片を用いて、以下の条件のもと角筒絞りを行った。このとき塗装面が外面（ダイス金型接触面）となるようにした。
金型
ポンチサイズ：７０mm角
ポンチ肩Ｒ：２mm
ポンチコーナーＲ：１０mm
ブランクサイズ：１４０mm角
しわ押さえ力：４９ｋＮ
成形高さ：３０mm
【００３９】
（４）光沢度の測定
上記角筒絞り成形品の絞り壁部の光沢を、ＪＩＳＺ８７４１（１９９７、鏡面光沢度−測定方法）の、鏡面光沢度測定「方法３」（６０度鏡面光沢（Ｇｓ（６０°））に従い、スガ試験機製光沢度計で測定した。また、上記角筒絞り成形前の初期光沢も同様にして測定した。角筒絞り壁部の光沢度を初期光沢度で除した値を、「光沢保持率」として算出し、この値を次の基準により判定した。
◎・・７０％以上
○・・６０％以上
×・・６０％未満
【００４０】
（５）試験結果
表１にこれらの塗装鋼板の構成および評価結果をまとめて示す。
【表１】

【００４１】
（６）結論
比較例１、並びに実施例１、２、及び３より、母材結晶粒度によって光沢保持率が変化し、特に結晶粒度番号が６から７になると急激に光沢保持率が向上することが認められた。また、実施例３〜５より、硬質のめっきを用いることで、光沢保持率がより向上することが認められた。実施例２〜８より塗膜厚が厚いほど光沢保持率が高いこと、ただし厚すぎると型かじりが発生しやすくなること（実施例８）が認められた。実施例２、及び９〜１４より最外層塗膜の弾性率が大きいほど光沢保持率が高いこと、ただし大きすぎると塗膜割れが生じやすいこと（実施例１４）が認められた。なお実施例２、及び１５〜１８より、最外層塗膜の顔料濃度が低いほど、初期光沢が高いこと、ただし低すぎると色ムラになり安くなること（実施例１５）が認められた。
【００４２】
以上、現時点において、もっとも、実践的であり、かつ、好ましいと思われる実施形態に関連して本発明を説明したが、本発明は、本願明細書中に開示された実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲および明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う塗装鋼板もまた本発明の技術的範囲に包含されるものとして理解されなければならない。
【００４３】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の塗装鋼板は、塗膜伸びを伴うような加工を施しても、塗膜の光沢が小さくなりにくいので、例えばプレス成形を施される用途に有用である。

Claims

めっき鋼板を基材とし、その少なくとも一面側に１層以上の塗膜を備えた塗装鋼板であって、鋼板のＪＩＳＧ０５５２に規定される結晶粒度番号が７以上であり、
前記めっき鋼板のめっき被膜のビッカース硬さ（Ｈｖ）が１００以上であり、
前記めっき鋼板のめっき被膜が、８〜１６質量％のニッケル（Ｎｉ）又は８〜１５質量％の鉄（Ｆｅ）を含有する亜鉛系めっき被膜であることを特徴とする塗装鋼板。
前記１層以上の塗膜の合計厚さが１５〜８０μｍであることを特徴とする、請求項１に記載の塗装鋼板。
前記１層以上の塗膜のうち、最外層の塗膜の２０℃での弾性率が、２×１０^３〜５×１０^３Ｎ／ｍｍ^２であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の塗装鋼板。
前記１層以上の塗膜のうち、最外層の塗膜の顔料濃度が２５〜４５質量％であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の塗装鋼板。
前記塗膜を備えた面のＪＩＳＺ８７４１に規定される６０度鏡面光沢（Ｇｓ（６０°））測定方法による鏡面光沢度が７０以上である請求項１〜４のいずれかに記載の塗装鋼板。
前記基材の一面側に２層以上の塗膜を備え、前記塗膜のうち最外層以外の少なくとも１層の塗膜が、最外層塗膜に含有される顔料と同一の顔料を含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塗装鋼板。