JP5484158B2

JP5484158B2 - エンボス加工建材の製造方法

Info

Publication number: JP5484158B2
Application number: JP2010079592A
Authority: JP
Inventors: 和昭細見; 剛清水
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-03-30
Also published as: JP2011206841A

Description

本発明は、塗装鋼板にエンボス模様を形成した意匠性建材であって、特に金属製サイディングに好適な建材の製造方法に関する。

金属製サイディング等の建材には意匠性を付与する目的でエンボス加工により凹凸模様を形成した塗装鋼板の部材が採用されることがある。この種の塗装鋼板としては、Ａｌキルド鋼などの普通鋼冷延鋼板の表面に、耐食性や塗膜密着性を向上させるために亜鉛系、亜鉛−アルミニウム系またはアルミニウム系溶融めっき層を形成し、その上に延性の高い塗膜を形成したものが適用される。

金属製サイディングのエンボス模様は、プレス金型や圧延ロール金型の表面に形成されている凹凸を塗装鋼板に転写する手法によって形成される。最近では意匠性に対する要求が高まり、より複雑形状かつ高低差の大きい凹凸模様を施した金属製サイディングのニーズが増えてきた。それに伴い目的の凹凸形状を得るために必要なエンボス加工度（塑性変形の程度）も増大する傾向にあり、目的通りの良好な形状を有するエンボス加工品を安定して製造することは必ずしも容易ではない。すなわち、金型の凹凸が塗装鋼板に正確に転写されなかったり、材料が割れたりするトラブルが生じやすい。

亜鉛系等のめっき層の上に塗膜を形成した塗装鋼板は、厳しい曲げ加工を受けると曲げ加工部外側表面のめっき層が破断して、その部分の塗膜密着性が低下する場合がある。このような加工時のトラブルを回避する手法として、材料を５０〜１５０℃未満の温度に加温して加工を施す「温間加工」が有効であることが知られている（特許文献１）。

しかしながら発明者らの検討によれば、塗装鋼板のエンボス加工においては、曲げ等の加工とは異なり、単に温間加工を施しても凹凸転写性を安定して改善することができるとは限らず、逆に温間加工は材料破断を招く要因ともなることがわかった。

特開２００８−１１１１８９号公報

本発明は、塗装鋼板のエンボス加工において、金型に形成された凹凸の転写性が良好であり、かつ材料破断の生じない手法を適用することにより、意匠性の良好なエンボス加工建材を提供することを目的とする。

発明者らは詳細な研究の結果、
（i）エンボス加工での良好な転写性を実現するためには、基材鋼板の鋼種を歪時効の生じないＴｉ添加鋼とすること、
（ii）温間加工において基材鋼板の耐力が一定以下に低下する加工温度域に厳密にコントロールすること、
（iii）温間加工での材料破断を防止するためには基材鋼板の延性低下が少ない加工温度域に厳密にコントロールすること、
が極めて有効であることを見出した。本発明はこのような知見に基づいて完成したものである。

すなわち本発明では、質量％で、Ｃ：０.０１０％以下、Ｓｉ：０.１００％以下、Ｍｎ：０.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０２０％以下、Ａｌ：０.００５〜０.０６０％、Ｔｉ：０.００５〜０.１００％であり、必要に応じてＮｂ：０.１００％以下、Ｂ：０.０１００％以下の１種以上を含有し、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる基材鋼板の表面に亜鉛系、亜鉛−アルミニウム系またはアルミニウム系溶融めっき層を介して塗膜を有する塗装鋼板を、金型によりエンボス加工するに際し、
エンボス加工開始時の材料温度ＴＷ（℃）を下記（１）式および（２）式が成立する範囲とするエンボス加工建材の製造方法が提供される。
ＹＳ_TW／ＹＳ₂₅≦０.９７０ …（１）
Ｔ.Ｅｌ_TW／Ｔ.Ｅｌ₂₅≧０.８５０ …（２）
ただし、
ＹＳ_TW；エンボス加工開始温度ＴＷ（℃）における基材鋼板の０.２％耐力（Ｎ／ｍｍ²）
ＹＳ₂₅；２５℃における基材鋼板の０.２％耐力（Ｎ／ｍｍ²）
Ｔ.Ｅｌ_TW；エンボス加工開始温度ＴＷ（℃）における基材鋼板の全伸び（％）
Ｔ.Ｅｌ₂₅；２５℃における基材鋼板の全伸び（％）

上記の材料温度ＴＷは７０〜１５０℃の範囲で設定することができる。また、上記の製造方法において、基材鋼板の板厚が０.２０〜１.００ｍｍである塗装鋼板を、金型加工面における凹凸の最大高低差ｈが３.０〜５.０ｍｍである金型を建材の外表面となる面の裏面を押圧する金型に用いてエンボス加工する手法が例示できる。

本発明によれば、塗装鋼板にエンボス加工を施す際の凹凸転写性が顕著に改善され、材料割れも回避されるので、従来よりも複雑形状かつ高低差の大きい凹凸模様を施した意匠性の高いエンボス加工鋼板を安定して製造することが可能となる。従って本発明はサイディング等の外装建材の分野において塗装鋼板部材のさらなる普及に寄与するものである。

基材鋼板ＡおよびＤについて、各温度での０.２％耐力ＹＳの測定結果を例示したグラフ。基材鋼板ＡおよびＤについて、各温度での引張強さＴＳの測定結果を例示したグラフ。基材鋼板ＡおよびＤについて、各温度での全伸びＴ.Ｅｌの測定結果を例示したグラフ。試作したエンボス加工品の外観写真（本発明例）および寸法を例示した図。図４中に破線で示した製品断面部分に対応する金型断面の加工面形状を例示したグラフ。

〔基材鋼板〕
本発明では、歪時効の生じないＴｉ添加鋼を基材鋼板に使用する。以下、鋼の化学組成における「％」は特に断らない限り「質量％」を意味する。

Ｃは、鋼の強度を担う元素であるが、本発明では温間加工での良好な加工性を確保する上でＣ含有量は０.０１０％以下に制限される。それよりＣ含有量が高くなると、後述のＴｉによってＣを固定するために多量のＴｉ添加が必要となり好ましくない。

Ｓｉは、脱酸や鋼の固溶強化に有効な元素であるが、本発明ではエンボス加工性の観点からＳｉ含有量は０.１００％以下に制限される。０.０５０％以下あるいは０.０１０％以下に管理された鋼板を使用することもできる。通常、Ｓｉは０.００１％以上含有されているものが多い。

Ｍｎは、鋼の固溶強化に有効な元素であるが、本発明ではエンボス加工性の観点からＭｎ含有量は０.５０％以下に制限される。通常、０.０５〜０.５０％のＭｎを含有するものを使用すればよい。

Ｐ、Ｓは、加工性や耐食性を低下させる要因となる。本発明では、Ｐは０.０２５％まで、Ｓは０.０２０％まで許容される。

Ａｌは、脱酸に有効な元素である。本発明ではＡｌ含有量０.００５〜０.０６０％の鋼板を使用する。それよりＡｌ含有量が多くなると加工性やめっき原板の表面性状に悪影響を及ぼすことがある。

Ｔｉは、鋼中のＣを固定する元素である。固溶ＣをＴｉＣとして固定することにより温間加工温度域での歪時効の発生を防止することができる。Ｃ含有量が前述の範囲にある鋼において歪時効の発生を十分に防止するためには、０.００５％以上のＴｉ含有が必要となる。０.０１０％以上であることがより好ましく、０.０３０％以上が一層好ましい。ただし、過剰のＴｉ含有は加工性やめっき原板の表面性状に悪影響を及ぼすことがあるので、０.１００％以下の範囲に制限される。

Ｎｂは、Ｔｉと同様にＣを固定する作用を有する。またＢは、少量の添加により結晶粒の微細化や加工性向上に有効である。このため、必要に応じてＮｂ、Ｂの１種以上を含有する鋼板を使用することができる。Ｎｂ含有量は０.００５％以上であることがより効果的であり、Ｂ含有量は０.０００１％以上であることがより効果的である。ただし、これらの元素を過剰に含有すると逆に加工性を低下させる要因となるのでＮｂは０.１００％以下、Ｂは０.０１００％以下に制限される。

基材鋼板は、良好なエンボス加工性を発揮させるために、冷延後に焼鈍されたものが好ましいが、通常の溶融めっき鋼板は、連続溶融めっきラインにおいてめっき前に還元雰囲気中で焼鈍される。本発明でもそのような一般的な工程で製造される溶融めっき鋼板を用いることができる。基材鋼板（めっき原板）の板厚はサイディング用途を考慮すると例えば０.２０〜１.００ｍｍ程度のものが好適である。

〔めっき層〕
塗装の下地として形成されるめっき層は、従来、外装建材用の塗装鋼板に採用されている公知のものが適用できる。その代表的なめっき層の種類としては、亜鉛系、亜鉛−アルミニウム系、アルミニウム系の各溶融めっき層が挙げられる。

本明細書において「亜鉛系めっき」とは、めっき層を構成する成分元素のうちＺｎが６５質量％以上を占めるめっき層をいう。具体的には亜鉛めっき、Ｚｎ−Ａｌ系合金めっき、Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金めっきが挙げられる。
このうち、Ｚｎ−Ａｌ系めっきとしては、例えばＡｌ：１〜３５質量％、Ｓｉ：０〜２質量％、Ｆｅ：０〜２質量％、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなるものが好適な対象として例示できる。
またＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっきとしては、例えばＡｌ：１〜２５質量％、Ｍｇ：０.５〜１０質量％、Ｔｉ：０〜０.１０質量％、Ｂ：０〜０.０５質量％、Ｓｉ：０〜２質量％、Ｆｅ：０〜２質量％、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなるものが好適な対象として例示できる。

「亜鉛−アルミニウム系めっき」とは、めっき層を構成する成分元素のうちＺｎが３５質量％を超え、かつＡｌも３５質量％を超えるめっき層をいう。例えば、Ａｌ：５０〜６０質量％、Ｓｉ：０〜２質量％、Ｆｅ：０〜２質量％、残部Ｚｎおよび不可避的不純物からなるものが好適な対象として例示できる。

「アルミニウム系めっき」とは、めっき層を構成する成分元素のうちＡｌが６５質量％以上を占めるものをいう。具体的にはアルミニウムめっき、Ａｌ−Ｓｉ合金めっきが挙げられる。
このうちＡｌ−Ｓｉ合金めっきとしては、Ｓｉ：０.５〜１３質量％、Ｆｅ：０〜２質量％、残部Ａｌおよび不可避的不純物からなるものが好適な対象として例示できる。

溶融めっき付着量は、片面当たり２０〜２５０ｇ／ｍ²の範囲で調整される。めっき層の化学組成は、溶融めっき浴の組成がほぼ反映されたものとなる。溶融めっき方法は従来の塗装用めっき鋼板と同様とすればよい。

〔塗膜〕
塗装鋼板の建材の外表面となる側の表面に形成される塗膜は、従来、外装建材用のエンボス加工塗装鋼板に採用されている延性の良好な公知のものが適用できる。具体的には、ポリエステル樹脂系、高分子ポリエステル樹脂系、ウレタン樹脂系、アクリル樹脂系、フッ素樹脂系、塩化ビニル樹脂系などの高延性塗膜が挙げられる。乾燥塗膜厚さは概ね５〜４０μｍ程度である。塗装方法は従来の外装建材用塗装鋼板の場合と同様とすればよい。

〔温間加工〕
プレス金型や圧延ロール金型を用いて、塗装鋼板に複雑形状の凹凸模様、あるいは高低差の大きい凹凸模様を形成する場合、常温で行う通常のエンボス加工では金型加工面の凹凸形状が精度良くプレス後の鋼板に転写されないという不具合が生じやすいこと（転写性が悪いこと）がわかった。この問題を解消すべく詳細な検討を行ったところ、転写性を向上させるためには、基材鋼板の耐力が常温に比べて一定の割合以下に小さくなる温度範囲に昇温して温間エンボス加工を行うことが極めて有効であることが明らかとなった。具体的には、塗装鋼板に応じて、下記（１）式の条件を満たすようにエンボス加工開始時の材料温度ＴＷをコントロールする。
ＹＳ_TW／ＹＳ₂₅≦０.９７０ …（１）

ここで、ＹＳ_TWはエンボス加工開始時の材料温度ＴＷにおける基材鋼板の０.２％耐力（Ｎ／ｍｍ²）、ＹＳ₂₅は２５℃における基材鋼板の０.２％耐力（Ｎ／ｍｍ²）である。（１）式左辺の「ＹＳ_TW／ＹＳ₂₅」を、「対常温耐力保持率」と呼ぶ。対常温耐力保持率が０.９７０を上回ると、良好な転写性を安定して得ることが難しくなる。本発明で規定する前述の化学組成を持つ鋼では、温度上昇に伴い対常温耐力保持率は小さくなる。

一方、エンボス加工開始時の材料温度ＴＷが高くなると転写性の改善には有利となるが、その反面、厳しい加工部位で板が破断しやすくなることがわかった。その要因として、上記の化学組成を有する鋼種においては、材料温度が常温より高くなるに伴い延性が低下してくることが考えられる。そこで、種々検討の結果、塗装鋼板に応じて、下記（２）式の条件を満たすようにエンボス加工開始時の材料温度ＴＷをコントロールする。
Ｔ.Ｅｌ_TW／Ｔ.Ｅｌ₂₅≧０.８５０ …（２）

ここで、Ｔ.Ｅｌ_TWはエンボス加工開始時の材料温度ＴＷにおける基材鋼板の全伸び（％）、Ｔ.Ｅｌ₂₅は２５℃における基材鋼板の全伸び（％）である。（２）式左辺の「Ｔ.Ｅｌ_TW／Ｔ.Ｅｌ₂₅」を、「対常温全伸び保持率」と呼ぶ。対常温全伸び保持率が０.８５０を下回ると、エンボス加工時の材料破断を安定して防止することが難しくなる。

上記の０.２％耐力値および全伸び値は、予め実際の製造工程の加工・熱処理履歴を付与した基材鋼板と同等品のサンプルについて引張試験を実施することにより把握することができる。その引張試験は圧延方向のＪＩＳ５号引張試験片を用いてＪＩＳＧ０５６７に従う方法で行うことができる。各温間加工開始温度ＴＷにおける引張試験は、破断時まで材料温度をＴＷに維持した状態で行う。

上記（１）式および（２）式を満たすエンボス加工開始時の材料温度ＴＷの適正範囲は、基材鋼板によって多少異なるが、通常４５〜２００℃の範囲において見出すことができる。より安定して良好な転写性および耐破断性を実現するためには、エンボス加工開始時の材料温度ＴＷを７０〜１５０℃の範囲において設定することが一層有利となる。

エンボス加工に用いる金型としては、圧延ロールの表面に凹凸を形成した圧延ロール金型を用いても良いが、意匠性の高い複雑形状の凹凸模様、あるいは高低差の大きい凹凸模様を形成する場合には、プレス金型を用いることがより好ましい。特に、基材鋼板の板厚が０.２０〜１.００ｍｍである塗装鋼板を用いて、金型加工面における凹凸の最大高低差ｈが３.０〜５.０ｍｍである金型を建材の外表面となる面の裏面を押圧する金型に用いてエンボス加工することが好ましい。基材鋼板の板厚が０.２０〜０.６０ｍｍである塗装鋼板を使用するように管理しても構わない。

表１に示す化学組成を有する板厚０.４ｍｍの各冷延鋼板を連続溶融めっきラインに通板して、片面あたりのめっき付着量が４５ｇ／ｍ²の溶融Ｚｎ−６質量％Ａｌ−３質量％Ｍｇ系合金めっき鋼板を製造し、その後、連続塗装ラインに通板して乾燥膜厚２０μｍの高延性ポリエステル系塗膜を形成して塗装鋼板を得た。また、連続溶融めっきラインに通板する前の段階の冷延鋼帯から各基材鋼板サンプルを採取した。

各基材鋼板サンプルから引張試験片を作製し、前述した引張試験を２５℃（常温）および５０〜２００℃の各段階で実施した。参考のため、基材鋼板ＡおよびＤについて、各温度での０.２％耐力ＹＳ、引張強さＴＳ、および全伸びＴ.Ｅｌの測定結果をそれぞれ図１、図２および図３に例示する。

各塗装鋼板について、同じプレス金型を用いて金属製サイディングを模擬したエンボス加工を施した。その際、エンボス加工開始温度ＴＷを、前記引張試験を行った各温度として行った。図４に、作製したエンボス加工品の外観写真（本発明例）および寸法を示す。図５に、図４中に破線で示した製品断面部分に対応する金型断面の加工面形状を例示する。この金型断面は、建材の外表面となる面の裏面（図４の写真の裏面側）を押圧する金型についてのものである。この金型加工面における凹凸の最大高低差ｈは４.０ｍｍである。

得られた各エンボス加工品について目視検査を行い、金型の凹凸形状が基材鋼板の塑性変形によって精度良く転写され、目的の製品形状が実現されたと判断されるものを「転写性良好」、それ以外を「転写性不良」と判定した。また、加工部に材料の割れが認められないものを「破断なし」、それ以外を「破断あり」と判定した。そして、転写性良好、かつ破断なしのものをエンボス加工性良好（○評価）とした。表２に結果を示す。

表２からわかるように、本発明の規定を満たす化学組成の基材鋼板を用いた塗装鋼板では、良好なエンボス加工性が得られる条件を見出すことができた。基材鋼板ＤはＣ含有量が高く、Ｔｉを含有しないものであるため、最大高低差ｈが４.０ｍｍの金型を用いたエンボス加工では常温から破断が生じた。

Claims

質量％で、Ｃ：０.０１０％以下、Ｓｉ：０.１００％以下、Ｍｎ：０.５０％以下、Ｐ：０.０２５％以下、Ｓ：０.０２０％以下、Ａｌ：０.００５〜０.０６０％、Ｔｉ：０.００５〜０.１００％、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる基材鋼板の表面に亜鉛系、亜鉛−アルミニウム系またはアルミニウム系溶融めっき層を介して塗膜を有する塗装鋼板を、金型によりエンボス加工するに際し、
エンボス加工開始時の材料温度ＴＷ（℃）を下記（１）式および（２）式が成立する範囲とするエンボス加工建材の製造方法。
ＹＳ_TW／ＹＳ₂₅≦０.９７０ …（１）
Ｔ.Ｅｌ_TW／Ｔ.Ｅｌ₂₅≧０.８５０ …（２）
ただし、
ＹＳ_TW；エンボス加工開始温度ＴＷ（℃）における基材鋼板の０.２％耐力（Ｎ／ｍｍ²）
ＹＳ₂₅；２５℃における基材鋼板の０.２％耐力（Ｎ／ｍｍ²）
Ｔ.Ｅｌ_TW；エンボス加工開始温度ＴＷ（℃）における基材鋼板の全伸び（％）
Ｔ.Ｅｌ₂₅；２５℃における基材鋼板の全伸び（％）
基材鋼板が、さらにＮｂ：０.１００％以下、Ｂ：０.０１００％以下の１種以上を含有するものである請求項１に記載のエンボス加工建材の製造方法。
エンボス加工開始時の材料温度ＴＷを７０〜１５０℃の範囲で設定する請求項１または２に記載のエンボス加工建材の製造方法。
前記基材鋼板の板厚が０.２０〜１.００ｍｍである塗装鋼板を、金型加工面における凹凸の最大高低差ｈが３.０〜５.０ｍｍである金型を建材の外表面となる面の裏面を押圧する金型に用いてエンボス加工する請求項１〜３のいずれかに記載のエンボス加工建材の製造方法。