JP6246984B1 - 表面処理鋼帯及び表面処理鋼帯の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(A)母材である素地鋼鈑の表面に潤滑皮膜層を形成する前に、素地鋼板の表面にリン酸亜鉛結晶を島状に析出させる。このとき、リン酸亜鉛結晶の一部が潤滑皮膜層の表面から露出(突出)するように、リン酸亜鉛結晶の形状を制御する。これにより、最終的に、リン酸亜鉛結晶による凹凸が潤滑皮膜層の表面から露出(突出)した形態の表面処理鋼帯を得る。
(B)リン酸亜鉛結晶は潤滑性を有しないため、リン酸亜鉛結晶による凹凸が潤滑皮膜層の表面に形成された表面処理鋼帯の静止摩擦係数は、潤滑皮膜層単体の静止摩擦係数よりも大きくなる。表面処理鋼帯の静止摩擦係数は、潤滑皮膜層の表面から露出しているリン酸亜鉛結晶の面積率(以下、露出面積率と称す場合がある)と相関関係にある。すなわち、リン酸亜鉛結晶の露出面積率を制御することにより、表面処理鋼帯の静止摩擦係数を制御することが可能である。
(C)表面処理鋼帯を一対のピンチロールの間に挟んだ状態で搬送するとき、表面処理鋼帯にはピンチロールによって圧力(面圧)が加わるが、その圧力は潤滑皮膜層から露出したリン酸亜鉛結晶を潰すほど高くない。言い換えれば、ピンチロールによって潤滑皮膜層の表面の凹凸は平坦化されない。そのため、ピンチロール下での表面処理鋼帯の静止摩擦係数は大きな値のまま維持される。その結果、ピンチロール下での表面処理鋼帯の滑りが抑制されるので、ピンチロール下(低面圧下)での耐ロール滑り性が向上する。
(D)一方、ピンチロールの下流側に設置されたプレス装置により表面処理鋼帯に多段プレス成形を施すとき、表面処理鋼帯に非常に大きな圧力(面圧)が加わるため、潤滑皮膜層から露出したリン酸亜鉛結晶が潰れて、潤滑皮膜層の表面の凹凸が平坦化される。これにより、プレス装置下での表面処理鋼帯の静止摩擦係数は、潤滑皮膜層が本来有する静止摩擦係数となる。その結果、プレス装置下では表面処理鋼帯の本来の潤滑性(摺動性)が発揮されるので、プレス装置下(高面圧下)での耐型かじり性が向上する。
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は以下の通りである。
素地鋼板と、
前記素地鋼板の表面に島状に形成された、針状のリン酸亜鉛結晶からなるリン酸亜鉛皮膜層と、
前記素地鋼板の表面と前記リン酸亜鉛皮膜層の一部とを被覆した、潤滑成分を少なくとも含む潤滑皮膜層と、
を備える表面処理鋼帯であって、
前記表面処理鋼帯の表面に対する、前記潤滑皮膜層の表面に露出している前記リン酸亜鉛結晶の面積率は、25%〜90%である、表面処理鋼帯。
[2]
前記リン酸亜鉛結晶は、長軸方向の平均粒径が25μm〜70μmであり、短軸方向の平均粒径が3μm〜10μmである、[1]に記載の表面処理鋼帯。
[3]
前記リン酸亜鉛皮膜層の付着量は、片面当たり1.5g/m2〜15.0g/m2である、[1]または[2]の何れか1つに記載の表面処理鋼帯。
[4]
前記潤滑皮膜層の付着量は、片面当たり1.0g/m2〜12.0g/m2である、請求項1〜3の何れか1つに記載の表面処理鋼帯。
[5]
前記潤滑皮膜層は、SiO2/M2O(Mは、アルカリ金属である。)で表わされるモル比が2〜5であるケイ酸アルカリ金属塩と、平均粒径が0.1μm〜3.0μmであるポリエチレンワックス又はポリプロピレンワックスの少なくとも何れか一方からなる高分子ワックスと、を含み、
前記潤滑皮膜層の全固形分質量に対して、前記ケイ酸アルカリ金属塩の固形分含有量は60質量%〜90質量%であり、前記高分子ワックスの固形分含有量は、5質量%〜40質量%である、[1]〜[4]の何れか1つに記載の表面処理鋼帯。
[6]
チタンコロイドを含む表面調整剤を利用して素地鋼板の表面の調質を行う調質ステップと、
表面調質の施された前記素地鋼板の表面にリン酸亜鉛の針状結晶を島状に成長させて、当該素地鋼板の表面にリン酸亜鉛皮膜層を形成するリン酸亜鉛皮膜層形成ステップと、
潤滑成分を少なくとも含む潤滑処理剤を、付着量が片面当たり1.0g/m2〜12.0g/m2となるように前記素地鋼板及び前記リン酸亜鉛皮膜層の表面に塗布して、潤滑皮膜層を形成する潤滑皮膜層形成ステップと、
を含む表面処理鋼帯の製造方法であり、
前記潤滑被膜層形成ステップでは、前記表面処理鋼帯の表面に対する前記潤滑皮膜層の表面に露出している前記リン酸亜鉛結晶の面積率を、25%〜90%とする、表面処理鋼帯の製造方法。
[7]
前記リン酸亜鉛皮膜層形成ステップにおいて、前記素地鋼板を加熱する、[6]に記載の表面処理鋼帯の製造方法。
[8]
前記素地鋼板を蒸気をあてて加熱する、[7]に記載の表面処理鋼帯の製造方法。
まず、図1〜図2Bを参照しながら、本発明の一実施形態に係る表面処理鋼帯について、詳細に説明する。図1は、本実施形態に係る表面処理鋼帯について説明するための説明図であり、図2A及び図2Bは、本実施形態に係る表面処理鋼帯の構成を模式的に示した説明図である。
素地鋼板101は、表面処理鋼帯10の母材として用いられる。本実施形態に係る素地鋼板101については特に限定されるものではなく、後段の多段塑性加工処理を経て製造される目的物に求める特性が実現可能な公知の鋼板を使用することが可能である。かかる公知の鋼板の製造方法や材質についても特に限定されるものではなく、通常の鋳片製造工程から、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、調質圧延等といった公知の各種工程を適宜経て製造されたものでよい。また、かかる素地鋼板101は、炭素鋼板のみならず、ステンレス鋼板や高合金鋼板などの特殊鋼板であってもよいことは言うまでもない。
リン酸亜鉛皮膜層103は、素地鋼板101と潤滑皮膜層105との密着性を高める役割を担う。このリン酸亜鉛皮膜層103は、素地鋼板101の表面に化学反応で析出したリン酸亜鉛の針状結晶で構成されている、針状のリン酸亜鉛結晶の集合体である。析出したリン酸亜鉛の針状結晶は、図2A及び図2Bに模式的に示したように、素地鋼板101の表面を完全に被覆しているわけではなく、素地鋼板101の表面の一部は、リン酸亜鉛の結晶で被覆されずに残っている状態となっている。その結果、リン酸亜鉛の針状結晶は、素地鋼板101の表面に島状に分布することとなり、リン酸亜鉛の針状結晶が存在していない素地鋼板101の表面は、平坦部として存在することとなる。なおリン酸亜鉛皮膜層103は、素地鋼板101の表面において複数の箇所に分割されて、互いに独立した状態で現れる。本発明では、このように素地鋼板101の表面において複数の箇所に分割されて、互いに独立した状態で現れるリン酸亜鉛皮膜層103の状態を、「島状」と呼ぶ。
潤滑皮膜層105は、図2A及び図2Bに模式的に示したように、素地鋼板101の表面上に位置して、素地鋼板101の表面とリン酸亜鉛皮膜層103の少なくとも一部とを被覆するとともに、リン酸亜鉛結晶の少なくとも一部が表面に露出している層である。この潤滑皮膜層105は、潤滑成分を少なくとも含む層であり、好ましくは、バインダー成分と潤滑成分とからなる。
本実施形態に係る潤滑皮膜層105では、図2A及び図2Bに示したように、リン酸亜鉛結晶(リン酸亜鉛皮膜層103)の一部が潤滑皮膜層105の表面の一部に露出していることにより、潤滑皮膜層105の静止摩擦係数の低下が程良く抑制される。その結果、鋼帯から鋼板を巻き解く際の耐ロール滑り性をも実現することが可能となる。
続いて、本実施形態に係る表面処理鋼帯10で実現される各種の物性値の測定方法について、簡単に説明する。
続いて、図4を参照しながら、本実施形態に係る表面処理鋼帯10の製造方法について説明する。図4は、本実施形態に係る表面処理鋼帯10の製造方法の流れの一例を示したフローチャートである。
板厚3.2mmのSPH590鋼板(引張強度590MPa以上の熱延鋼板)の切り板(300mm×300mm)の両面に対して、浸漬処理にてリン酸亜鉛処理を行った。その際に本実施例に対しては浸漬処理中に鋼板の両面に対して、装置の壁面に設置したヒーターより発生する蒸気を撹拌機で撹拌することにより100℃〜120℃の蒸気を5秒間あてた。浸漬時間を5秒〜120秒の間で変化させてリン酸亜鉛結晶の付着量を調整し、表1に示すリン酸亜鉛処理鋼板を得た。リン酸亜鉛結晶の付着量は、リン酸亜鉛処理前後の鋼板の質量変化により求めた。
下記に示すバインダー成分、潤滑成分及び極圧添加剤を純水(脱イオン水)に添加し、十分に撹拌して分散させ、純水で固形分量が20%になるように希釈して、塗布に用いる薬液を調整した。この薬液を、上記のリン酸亜鉛処理鋼板の表面にバーコーターにより片面ずつ塗布し、60℃で乾燥させて、潤滑皮膜を表面に形成し、潤滑処理鋼板を作成した。潤滑皮膜の付着量は、潤滑皮膜形成前後の鋼板の質量変化から算出した。
A)バインダー成分
・メタケイ酸ナトリウム(SiO2/Na2Oのモル比:4)
・アクリル系樹脂(モノマー組成:アクリル酸8%、メタクリル酸52%、アクリル酸ブチル40%)
B)潤滑成分
・有機高分子化合物:ポリエチレンワックス(分子量20000、平均粒径3μm)
・固体潤滑剤:二硫化モリブデン(平均粒径2μm)
・石けん:ステアリン酸ナトリウム
C)極圧添加剤
・亜リン酸エステル
D)固形分含有量
・潤滑皮膜層の全固形分量に対するメタケイ酸ナトリウムの固形分量:88%
・潤滑皮膜層の全固形分量に対するポリエチレンワックスの固形分量:5%
A)バインダー成分
・メタケイ酸ナトリウム(SiO2/Na2Oのモル比:5)
・アクリル系樹脂(モノマー組成:アクリル酸8%、メタクリル酸52%、アクリル酸ブチル40%)
B)潤滑成分
・有機高分子化合物:ポリエチレンワックス(分子量2000、平均粒径0.5μm)
・固体潤滑剤:二硫化モリブデン(平均粒径2μm)
・石けん:ステアリン酸ナトリウム
C)極圧添加剤
・亜リン酸エステル
D)固形分含有量
・潤滑皮膜層の全固形分量に対するメタケイ酸ナトリウムの固形分量:80%
・潤滑皮膜層の全固形分量に対するポリエチレンワックスの固形分量:5%
A)バインダー成分
・メタケイ酸ナトリウム(SiO2/Na2Oのモル比:2)
・アクリル系樹脂(モノマー組成:アクリル酸8%、メタクリル酸52%、アクリル酸ブチル40%)
B)潤滑成分
・有機高分子化合物:ポリエチレンワックス(分子量10000、平均粒径1.0μm)
・固体潤滑剤:二硫化モリブデン(平均粒径2μm)
・石けん:ステアリン酸ナトリウム
C)極圧添加剤
・亜リン酸エステル
D)固形分含有量
・潤滑皮膜層の全固形分量に対するメタケイ酸ナトリウムの固形分量:60%
・潤滑皮膜層の全固形分量に対するポリエチレンワックスの固形分量:30%
リン酸亜鉛処理後の鋼板表面を、加速電圧5kV、500倍の倍率でSEMにより観察した。表面に露出しているリン酸亜鉛結晶の面積率は、画像を2値化し、結晶部分の面積で算出した。また、表面に露出している結晶を4個以上の任意で選択して長軸と短軸の長さを測定し、平均結晶サイズを算出し、リン酸亜鉛の結晶サイズとした。
a−1)耐型かじり性
高面圧下での多段塑性加工を模擬するために、図5に概要を示すように、L字型プレス成形設備を使用し、潤滑処理鋼板のL曲げ加工サンプルの側面に対して下記の手順にて多段しごき加工を行い、その潤滑性能を評価した。この際、成形回数が2回以下で鋼板表面にかじりが発生する場合には、多段成形が出来ていないため、3回以上かじりが発生しない鋼板を合格とした。なお、2回以下でかじりが発生したものを×とし、3回以上かじりが発生しなかったものを○と表記した。
手順(1) 一般防錆油を、付着量が1.5g/m2となるように、サンプルの両面に塗布する。
手順(2) ポンチとダイのクリアランスを、板厚−0.25(板厚減少幅=0.15mm)になるようにセットして、サンプルに最初のしごき加工(L次成形)を実施する。
手順(3) 手順(2)でしごき加工したL字型サンプルに対し、クリアランスを更に−0.25ピッチで縮めながら、鋼板表面に型かじりが発生するまで繰り返し、型かじりが発生したしごき回数を求める。
高面圧下での耐ロール送り性を模擬するために、図6に概要を示すように丸型ビードで鋼板の表裏面を挟み、鋼板を引き抜く時の荷重から静止摩擦係数を算出した。静止摩擦係数が0.09以下では、鋼板を送り出すための力を加えることが出来ず、実ラインでの通板が困難であること、及び、静止摩擦係数が0.20超過では、鋼板を送り出すために要する力が大きくなりすぎて、実ラインでの通板が困難であること、をそれぞれ確認している。従って、静止摩擦係数が0.10以上0.20以下である鋼板を合格とした。なお、静止摩擦係数が当該範囲内を外れるものを×と表記し、当該範囲内にあるものを○と表記した。
手順(1) 一般防錆油を、付着量が1.5g/m2となるように、サンプルの両面に塗布する。
手順(2) 丸型ビード(R5)で鋼板の両面を押しつけて荷重1[kN]で挟み、鋼板を引き抜き、引き抜く際の静止摩擦係数を算出する。
上記表1は、リン酸亜鉛結晶の付着量が異なる各種のリン酸亜鉛処理鋼板に潤滑皮膜を形成した場合の評価結果を示したものである。
2 金型
10 表面処理鋼帯
20 リン酸亜鉛処理浴
21 ヒータ
22 攪拌機
101 素地鋼板
103 リン酸亜鉛皮膜層
105 潤滑皮膜層
Claims (8)
- 素地鋼板と、
前記素地鋼板の表面に島状に形成された、針状のリン酸亜鉛結晶からなるリン酸亜鉛皮膜層と、
前記素地鋼板の表面と前記リン酸亜鉛皮膜層の一部とを被覆した、潤滑成分を少なくとも含む潤滑皮膜層と、
を備える表面処理鋼帯であり、
前記表面処理鋼帯の表面に対する、前記潤滑皮膜層の表面に露出している前記リン酸亜鉛結晶の面積率は、25%〜90%である、表面処理鋼帯。 - 前記リン酸亜鉛結晶は、長軸方向の平均粒径が25μm〜70μmであり、短軸方向の平均粒径が3μm〜10μmである、請求項1に記載の表面処理鋼帯。
- 前記リン酸亜鉛皮膜層の付着量は、片面当たり1.5g/m2〜15.0g/m2である、請求項1または2の何れか1項に記載の表面処理鋼帯。
- 前記潤滑皮膜層の付着量は、片面当たり1.0g/m2〜12.0g/m2である、請求項1〜3の何れか1項に記載の表面処理鋼帯。
- 前記潤滑皮膜層は、SiO2/M2O(Mは、アルカリ金属である。)で表わされるモル比が2〜5であるケイ酸アルカリ金属塩と、平均粒径が0.1μm〜3.0μmであるポリエチレンワックス又はポリプロピレンワックスの少なくとも何れか一方からなる高分子ワックスと、を含み、
前記潤滑皮膜層の全固形分質量に対して、前記ケイ酸アルカリ金属塩の固形分含有量は60質量%〜90質量%であり、前記高分子ワックスの固形分含有量は、5質量%〜40質量%である、請求項1〜4の何れか1項に記載の表面処理鋼帯。 - チタンコロイドを含む表面調整剤を利用して素地鋼板の表面の調質を行う調質ステップと、
表面調質の施された前記素地鋼板の表面にリン酸亜鉛の針状結晶を島状に成長させて、当該素地鋼板の表面にリン酸亜鉛皮膜層を形成するリン酸亜鉛皮膜層形成ステップと、
潤滑成分を少なくとも含む潤滑処理剤を、付着量が片面当たり1.0g/m2〜12.0g/m2となるように前記素地鋼板及び前記リン酸亜鉛皮膜層の表面に塗布して、潤滑皮膜層を形成する潤滑皮膜層形成ステップと、
を含む表面処理鋼帯の製造方法であり、
前記潤滑被膜層形成ステップでは、前記表面処理鋼帯の表面に対する前記潤滑皮膜層の表面に露出している前記リン酸亜鉛結晶の面積率を、25%〜90%とする、表面処理鋼帯の製造方法。 - 前記リン酸亜鉛皮膜層形成ステップにおいて、前記素地鋼板を加熱する、請求項6記載の表面処理鋼帯の製造方法。
- 前記素地鋼板を蒸気をあてて加熱する、請求項7に記載の表面処理鋼帯の製造方法。
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