JP5332543B2

JP5332543B2 - 表面処理鋼板およびその製造方法

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Publication number: JP5332543B2
Application number: JP2008298594A
Authority: JP
Inventors: 健一佐々木; 浩行尾形; 直樹西山; 千代子多田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-11-21
Filing date: 2008-11-21
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2028-11-21
Also published as: JP2010121201A

Description

本発明は、主に電気製品に用いられる表面処理鋼板であり、特に、良好な導電性を有する表面処理鋼板およびその製造方法に関する。

従来、薄型テレビ用パネル等の電気製品に用いられるプレコート鋼板（塗装鋼板）としては、例えば特許文献１に開示されているように、鋼板の表面にめっき層を形成し、このめっき層上に、直接または化成皮膜を介して、所定の樹脂を含有する皮膜を形成してなる塗装鋼板が挙げられ、このような塗装鋼板は、めっき層や樹脂皮膜の作用によって、良好な耐食性を実現させている。

特開２００７−１１９８５８号公報

このような塗装鋼板を、例えば薄型テレビ用パネルとして使用する場合には、耐食性に加え、溶接や電磁波シールド等の必要性から、プレス加工したパネルの内面となる塗装鋼板の裏面に、より良好な導電性を有することが望まれている。

本発明の目的は、耐食性に加え、さらに、良好な導電性を有する表面処理鋼板およびその製造方法を提供することにある。

本発明者らは、上記の課題を解決するため検討を重ねた結果、素地鋼板として硝酸水溶液で酸洗処理した鋼板を用いて、その鋼板の酸洗処理を施した面に、電気亜鉛めっき層と化成皮膜とを順に形成し、化成皮膜の表面の粗さを適正にすることにより、外観を劣化させることなく、良好な耐食性および導電性を有する表面処理鋼板が得られることを見出した。

本発明は、このような知見に基づきなされたもので、その要旨は以下の通りである。
（１）硝酸水溶液で酸洗処理した素地鋼板の少なくとも片面に、電気亜鉛めっき層と化成皮膜とを順に具え、該化成皮膜の表面の粗さが、算術平均粗さRaで1.0〜1.6μm、かつ粗さ曲線の平均線方向の長さ１インチ当たりのピーク数PPIで300〜500であることを特徴とする表面処理鋼板。

（２）前記化成皮膜上に、有機樹脂層をさらに具える上記（１）に記載の表面処理鋼板。

（３）素地鋼板の少なくとも片面に、常温の5〜40mass%硝酸水溶液で30秒未満の酸洗処理を施した後、水洗および乾燥を施し、その後、前記素地鋼板の酸洗処理を施した前記少なくとも片面に、電気亜鉛めっき処理と化成処理を順次施して、上記（１）に記載の表面処理鋼板を得ることを特徴とする表面処理鋼板の製造方法。

（４）上記（３）に記載の全工程の後、前記化成処理を施した前記少なくとも片面に、有機樹脂を含有する塗料を塗布し、乾燥させる塗装処理を施して、上記（２）に記載の表面処理鋼板を得る表面処理鋼板の製造方法。

本発明によれば、素地鋼板として硝酸水溶液で酸洗処理した鋼板を用いて、その鋼板の酸洗処理を施した面に、電気亜鉛めっき層と化成皮膜とを順に形成し、化成皮膜の表面の粗さが算術平均粗さRaで1.0〜1.6μm、かつ粗さ曲線の平均線方向の長さ１インチ当たりのピーク数PPIで300〜500とすることにより、外観を劣化させることなく、良好な耐食性および導電性を両立させた表面処理鋼板およびその製造方法を提供することが可能となった。

本発明の表面処理鋼板の実施形態について図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に従う表面処理鋼板１００を示したものである。

本発明の表面処理鋼板１００は、硝酸水溶液で酸洗処理した素地鋼板１の少なくとも片面（図１では面１ａのみ）に、電気亜鉛めっき層２と化成皮膜３とを順に具え、化成皮膜３の表面３ａの粗さが算術平均粗さRaで1.0〜1.6μm、かつ粗さ曲線の平均線方向の長さ１インチ当たりのピーク数PPIで300〜500であることを特徴とし、かかる構成を有することにより、良好な耐食性および導電性を両立させることができるものである。

化成皮膜３の表面３ａの算術平均粗さRaは、JIS B 0601-1994の規定に準拠した算術平均粗さRaである。化成皮膜３の表面３ａの粗さ曲線の平均線方向の長さ１インチ(25.4ｍｍ)当たりのピーク数PPIは、ピークカウントインデックスと呼ばれるもので、米国のSAE規格で定められたものであり、この値が小さくなると１山の断面積(縦断面積)が大きくなることを意味する。なお、図２に、米国のThe Engineering Society for Advancing Mobility Land Sea Air and Space: SAE J911-JUN 86 「SURFACE TEXTURE MEASUREMENT OF COLD ROLLED SHEET STEEL」で定められたPPIを測定する際の表面粗さの粗さ曲線を示す。図２において、粗さ曲線の平均線から、正負、両方向に一定の基準レベルＨを設け、負の基準レベルを超えたあと、正の基準レベルを超えたときに１カウントとする。このカウントを評価長さ：Lnに達するまで繰り返し、数えた個数で表示したものをPPIとする。なお、本発明においては、Lnを25.4mm(１インチ)、２Ｈ(ピークカウントレベル：正負の基準レベル間の幅)を1.27μm(50マイクロインチ)とする。

化成皮膜３の表面３ａの粗さが算術平均粗さRaで1.0〜1.6μm、かつ粗さ曲線の平均線方向の長さ１インチ当たりのピーク数PPIで300〜500と適正にすることにより、導電性と耐食性が両立する。算術平均粗さRaが1.0μm未満では、導電性を確保するための通電部となるめっきの凸部の面積が不足するため、また、粗さ曲線の平均線方向の長さ１インチ当たりのピーク数PPIが300未満だと、導電性を確保するための通電部となるめっきの凸部の数が不足するため、十分な導電性が得られない。一方、算術平均粗さRaが1.6μm超えまたは粗さ曲線の平均線方向の長さ１インチ当たりのピーク数PPIが500超えだと、めっきの凸部の露出が腐食の起点となって耐食性が劣り、また、化成皮膜の膜厚にばらつきが生じて外観が劣化する。

本発明の表面処理鋼板１００は、硝酸水溶液で酸洗処理を施した素地鋼板１を用いる。硝酸水溶液で酸洗処理を施すことにより、素地鋼板１の表面１ａに適度な凹凸形状を形成することができ、電気亜鉛めっき層２および化成皮膜３は、この表面１ａ上に沿うように形成される。したがって、酸洗処理を適正に施すことにより、化成皮膜３の表面３ａの粗さが適正範囲となるよう形成することができる。これにより、良好な導電性と耐食性の両立が可能となる。また、基板である素地鋼板１は、前記酸洗処理を施すことができる鋼板であれば特に限定はなく、用途に応じて適宜選択することができる。

なお、素地鋼板１の表面１ａは、常温（10〜30℃）の硝酸水溶液（5〜40mass％）で、素地鋼板１を30秒未満の間処理した後、水洗し、乾燥させることにより形成することができる。ここで、硝酸水溶液の濃度を5〜40mass％に限定したのは、濃度が5mass％未満の場合、形成される凹凸の数が少なくなり、通電点が少なくなって導電性が劣る。一方、濃度が40mass％を超えると、素地鋼板１が激しく反応するため、表面にムラ模様が発生し、外観を著しく低下させるためである。また、処理時間を30秒未満としたのは、30秒以上の場合、素地鋼板１の表面にムラ模様が発生し、外観を著しく低下させるからである。

電気亜鉛めっき層２を形成する電気亜鉛めっき浴中の組成、浴条件および電解条件については、特に限定しない。浴組成としては、例えば硫酸浴、塩酸浴あるいは両者の混合などが適用可能であり、浴中にはZnイオンのほか、添加物あるいは不純物として硫酸ナトリウム、硫酸カリウム等の伝導度補助剤、Fe、Ni、Pb、Sn、Co等の金属イオン等を含有してもよい。また、浴条件についても、例えば浴温を30〜70℃、pHを0.5〜4.5、相対流速を0〜4.0m/secとすることができる。電解電流密度についても特に限定はしないが、例えば10〜150A/dm²とすればよい。

電気亜鉛めっき層２の亜鉛付着量は、片面当たり1〜40g/m²であるのが好ましい。亜鉛付着量を1g/m²以上とすることにより、十分な耐食性が得られ、また、40g/m²以下とすることにより、外観の劣化を防止することができるためである。

化成皮膜３は、電気亜鉛めっき層２の上面２ａに化成処理を施すことにより形成される。この化成皮膜３としては、例えば環境の観点よりクロムを含有しない化成皮膜とする。この化成皮膜は、主としてめっき層と下塗り塗膜との密着性向上のために形成される。密着性を向上するものであればどのようなものでも支障はないが、密着性だけでなく耐食性を向上できるものがより好ましい。密着性と耐食性の点からシリカ微粒子を含有し、耐食性の点からリン酸及び／又はリン酸化合物を含有することが好ましい。シリカ微粒子は、湿式シリカ、乾式シリカのいずれを用いても構わないが、密着性向上効果の大きいシリカ微粒子、特に乾式シリカが含有されることが好ましい。リン酸やリン酸化合物は、例えば、オルトリン酸、ピロリン酸、ポリリン酸など、これらの金属塩や化合物などのうちから選ばれる１種以上を含有すれば良い。さらに、アクリル樹脂などの樹脂、シランカップリング剤などの１種以上を添加してもよい。また、付着量は0.1〜2g/m²であるのが好ましい。付着量を0.1g/m²以上とすることにより、十分な耐食性、耐指紋性が得られ、付着量を2g/m²以下とすることにより、導電性を確保できるためである。

また、図１には示されないが、本発明の表面処理鋼板１００は、化成皮膜３上に有機樹脂層を具えるのが好ましい。この有機樹脂層は、鋼板に耐食性や耐疵付き性、意匠性などを付与するために設けられた層であり、有機樹脂を含有すれば特に限定されるものではないが、酸洗処理し、めっき処理を施した鋼板表面との相乗効果によって高い耐食性を得ることができる点で、エポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。

次に、本発明の表面処理鋼板の製造方法の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、本発明の表面処理鋼板１００は、素地鋼板１の少なくとも片面（図１では面１ａのみ）に、常温の5〜40mass%硝酸水溶液で30秒未満の酸洗処理を施した後、水洗および乾燥を施し、その後、前記素地鋼板１の酸洗処理を施した面１ａに、電気亜鉛めっき処理と化成処理を順次施すことにより、良好な耐食性および導電性を両立させることができるものである。

また、図１には示されないが、本発明の表面処理鋼板の製造方法は、前記化成処理面に、有機樹脂を含有する塗料を塗布し、乾燥させる塗装処理を施すのが好ましい。

上述したところは、この発明の実施形態の一例を示したにすぎず、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

（実施例１〜１０、１２〜１３および比較例３〜５）
板厚0.8mmの冷延鋼板の片面に、前処理として、オルソ珪酸ソーダ（60g／L）添加のアルカリ脱脂液（液温：70℃）中で、対極をステンレス板として電流密度：5A／dm²で30秒間の電解脱脂を施した後、水洗し、表１に示す条件の硝酸水溶液中に、所定時間（表１参照）浸漬させて酸洗した後、水洗、乾燥させた。
酸洗処理後、電気亜鉛めっき処理を施し、表１に示す付着量の電気亜鉛めっき層を形成し、その後、この電気亜鉛めっき処理面に表２に示す組成の化成皮膜となる様に化成処理を施し、表１に示す付着量の化成皮膜を形成した。
さらに、この化成処理面に、有機樹脂および必要に応じて防錆顔料を含有する所定の塗料を塗布し、乾燥させることにより、表１に示す構成の有機樹脂層を形成し、サンプルとなる表面処理鋼板を製造した。

（実施例１１）
有機樹脂層を形成しないこと以外は、実施例１と同様の条件によって、サンプルとなる表面処理鋼板を製造した。

（比較例１）
比較例１は、硫酸による酸洗処理を施したこと以外は、実施例１と同様の条件によって、サンプルとなる表面処理鋼板を製造した。

（比較例２）
比較例２は、実施例１と同様の鋼板に対して、実施例１と同様の前処理を施した後、水洗し、濃度が10mass％、温度が常温の塩酸水溶液中に、60秒間浸漬させて酸洗したこと以外は、実施例１と同様の条件によって、サンプルとなる表面処理鋼板を製造した。

以上のようにして得られた各表面処理鋼板のサンプルについて各種試験を行った。本実施例で行った試験の評価方法を以下に示す。

＜算術平均粗さRaおよび粗さ曲線の平均線方向の長さ１インチ当たりのピーク数PPI＞
化成皮膜形成後のサンプルについて、サーフコム550A（東京精密製）を用いて測定した。

＜耐食性＞
各サンプルに対して、１週間に２度の周期で、人工海塩を付着させて（付着量：100mg/m²）、絶対温度がほぼ一定となる乾燥環境（60℃、35%RH）と湿潤環境（40℃、95%RH）の乾湿繰り返しを移行時間１時間として、３時間ずつ保持するサイクルに２週間供した後、各サンプルの表面の状態を観察し、以下の基準に従って評価した。評価結果を表３に示す。
◎：白錆発生面積率10%未満
○：白錆発生面積率10%以上30%未満
×：白錆発生面積率30%以上

＜導電性＞
低抵抗測定装置（ロレスタＧＰ：三菱化学（株）製：ＥＳＰプローブ）を用い、表面抵抗値を測定した。そのとき、プローブ先端にかかる荷重を20g/sで増加させ、表面抵抗が10^-4Ω以下になったときの荷重値で導電性を評価した。評価結果を表３に示す。
◎：10点測定の平均荷重が300g以下
○：10点測定の平均荷重が300g超500ｇ以下
×：10点測定の平均荷重が500g超

＜耐指紋性＞
実施例および比較例の各サンプルについて、JIS K 2246-2007に規定される人工指紋液に、20℃雰囲気下で1分間浸漬し、浸漬前後の色差（ΔＥ）について、耐指紋性の評価をした。以下の評価基準に従って評価し、評価結果を表３に示す。
なお、ΔＥは、日本電気（株）社製カラーコンピュータで測定されるＬ値、ａ値、ｂ値を用いて、以下の計算式に従い算出したものである。

Ｌ１、ａ１、ｂ１：試験前の値、Ｌ２、ａ２、ｂ２：試験後の値
◎：ΔＥ≦２
○：２＜ΔＥ≦４
×：４＜ΔＥ

＜外観＞
実施例および比較例の各サンプルについて目視による外観の評価を行った。評価基準を以下に示し、評価結果を表３に示す。
○：外観にムラなし
×：外観にムラあり

表３から明らかなように、実施例１〜１３は、硝酸酸洗を行わない比較例１および２ならびにRaとPPIの範囲を適正化しない比較例３〜５と比較して、外観を劣化させることなく、良好な耐食性および導電性を両立させている。また、有機樹脂層を有しない実施例１１および化成皮膜付着量が少ない実施例１２と比較して、その他の実施例は、指紋を目立ちにくくさせる作用のある化成皮膜および有機樹脂層の量が十分であるため、特に耐指紋性が優れる。

本発明によれば、素地鋼板として硝酸水溶液で酸洗処理した鋼板を用いて、その鋼板の酸洗処理面に、電気亜鉛めっき層と化成皮膜とを順に形成し、化成皮膜表面の算術平均粗さRaを1.0〜1.6μm、かつ１インチ当たりのピーク数PPIを300〜500とすることにより、外観を劣化させることなく、良好な耐食性および導電性を両立させた表面処理鋼板およびその製造方法を提供することができる。

本発明に従う表面処理鋼板の模式的断面図である。 PPIを測定する際の表面粗さの粗さ曲線を示す図である。

符号の説明

１００表面処理鋼板
１素地鋼板
１ａ素地鋼板の表面
２電気亜鉛めっき層
３化成皮膜
３ａ化成皮膜の表面

Claims

硝酸水溶液で酸洗処理した素地鋼板の少なくとも片面に、電気亜鉛めっき層と化成皮膜とを順に具え、該化成皮膜の表面の粗さが、算術平均粗さRaで1.0〜1.6μm、かつ粗さ曲線の平均線方向の長さ１インチ当たりのピーク数PPIで300〜500であることを特徴とする表面処理鋼板。
前記化成皮膜上に、有機樹脂層をさらに具える請求項１に記載の表面処理鋼板。
素地鋼板の少なくとも片面に、常温の5〜40mass%硝酸水溶液で30秒未満の酸洗処理を施した後、水洗および乾燥を施し、その後、前記素地鋼板の酸洗処理を施した前記少なくとも片面に、電気亜鉛めっき処理と化成処理を順次施して、請求項１に記載の表面処理鋼板を得ることを特徴とする表面処理鋼板の製造方法。
請求項３に記載の全工程の後、前記化成処理を施した前記少なくとも片面に、有機樹脂を含有する塗料を塗布し、乾燥させる塗装処理を施して、請求項２に記載の表面処理鋼板を得る表面処理鋼板の製造方法。