JP6631623B2 - 亜鉛系めっき鋼板 - Google Patents

亜鉛系めっき鋼板 Download PDF

Info

Publication number
JP6631623B2
JP6631623B2 JP2017510225A JP2017510225A JP6631623B2 JP 6631623 B2 JP6631623 B2 JP 6631623B2 JP 2017510225 A JP2017510225 A JP 2017510225A JP 2017510225 A JP2017510225 A JP 2017510225A JP 6631623 B2 JP6631623 B2 JP 6631623B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
oxide
steel sheet
less
containing compound
surface treatment
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017510225A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2016159306A1 (ja
Inventor
保明 河村
保明 河村
幸司 秋岡
幸司 秋岡
晃大 仙石
晃大 仙石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Publication of JPWO2016159306A1 publication Critical patent/JPWO2016159306A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6631623B2 publication Critical patent/JP6631623B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D1/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, based on inorganic substances
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/48After-treatment of electroplated surfaces
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21DWORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D22/00Shaping without cutting, by stamping, spinning, or deep-drawing
    • B21D22/02Stamping using rigid devices or tools
    • B21D22/022Stamping using rigid devices or tools by heating the blank or stamping associated with heat treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/66Additives characterised by particle size
    • C09D7/67Particle size smaller than 100 nm
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/02Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing silicon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/04Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing manganese
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/28Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with titanium or zirconium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C38/00Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • C22C38/32Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium with boron
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/04Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor characterised by the coating material
    • C23C2/06Zinc or cadmium or alloys based thereon
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/26After-treatment
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C2/00Hot-dipping or immersion processes for applying the coating material in the molten state without affecting the shape; Apparatus therefor
    • C23C2/26After-treatment
    • C23C2/28Thermal after-treatment, e.g. treatment in oil bath
    • C23C2/29Cooling or quenching
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/32Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer
    • C23C28/322Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only
    • C23C28/3225Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one pure metallic layer only coatings of metal elements only with at least one zinc-based layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D
    • C23C28/30Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer
    • C23C28/34Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates
    • C23C28/345Coatings combining at least one metallic layer and at least one inorganic non-metallic layer including at least one inorganic non-metallic material layer, e.g. metal carbide, nitride, boride, silicide layer and their mixtures, enamels, phosphates and sulphates with at least one oxide layer
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/22Electroplating: Baths therefor from solutions of zinc
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D3/00Electroplating: Baths therefor
    • C25D3/02Electroplating: Baths therefor from solutions
    • C25D3/56Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys
    • C25D3/565Electroplating: Baths therefor from solutions of alloys containing more than 50% by weight of zinc
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/18Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
    • C08K3/20Oxides; Hydroxides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/62Quenching devices
    • C21D1/673Quenching devices for die quenching
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T428/00Stock material or miscellaneous articles
    • Y10T428/12All metal or with adjacent metals
    • Y10T428/12493Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.]
    • Y10T428/12535Composite; i.e., plural, adjacent, spatially distinct metal components [e.g., layers, joint, etc.] with additional, spatially distinct nonmetal component
    • Y10T428/12611Oxide-containing component

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
  • Coating With Molten Metal (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)

Description

本発明は、亜鉛系めっき鋼板に関する。
近年、環境の保護と地球温暖化の防止のために、化石燃料の消費を抑制する要請が高まっており、かかる要請は、様々な製造業に対して影響を与えている。例えば、移動手段として日々の生活や活動に欠かせない自動車についても例外ではなく、車体の軽量化などによる燃費の向上等が求められている。しかしながら、自動車では、単に車体の軽量化を実現することは製品機能上許されず、適切な安全性を確保する必要がある。
自動車の構造の多くは、鉄系材料、特に鋼板により形成されており、かかる鋼板の重量を低減することが、車体の軽量化にとって重要である。しかしながら、上述の通り、単に鋼板の重量を低減することは許されず、鋼板の機械的強度を確保することが同時に求められる。このような鋼板に対する要請は、自動車製造業のみならず、様々な製造業でも同様になされている。よって、鋼板の機械的強度を高めることにより、従来使用されていた鋼板より薄肉化しても機械的強度を維持又は向上させることが可能な鋼板について、研究開発が行われている。
一般的に、高い機械的強度を有する材料は、曲げ加工等の成形加工において、形状凍結性が低下する傾向にあり、複雑な形状に成形加工することが困難となる。かかる成形性についての問題を解決する手段の一つとして、いわゆる「熱間プレス法(ホットスタンプ法、ホットプレス法、又は、ダイクエンチ法とも呼ばれる。)」が挙げられる。熱間プレス法では、成形対象である材料を一旦高温に加熱して、加熱により軟化した鋼板にプレス加工を行って成形した後、冷却する。かかる熱間プレス法によれば、材料を一旦高温に加熱して軟化させるため、対象とする材料を容易にプレス加工することが出来る。更に、成形後の冷却による焼入れ効果により、材料の機械的強度を高めることが出来る。従って、熱間プレス法により、良好な形状凍結性と高い機械的強度とを両立した成形品を得ることができる。
しかしながら、かかる熱間プレス法を鋼板に適用すると、鋼板が800℃以上の高温に加熱されることで鋼板の表面が酸化して、スケール(化合物)が生成される。従って、熱間プレス加工を行った後に、かかるスケールを除去する工程(いわゆる、デスケーリング工程)が必要となり、生産性が低下する。また、耐食性を必要とする部材等では、加工後に部材表面へ防錆処理や金属被覆をする必要があり、表面清浄化工程及び表面処理工程が必要となって、更に生産性が低下する。
このような生産性の低下を抑制する方法として、例えば、熱間プレスを行う鋼板に予め被覆を施す方法が挙げられる。鋼板上の被覆としては、一般に、有機系材料や無機系材料などの様々な材料が使用される。なかでも、鋼板に対して犠牲防食作用のある亜鉛(Zn)系めっき鋼板が、その防食性能と鋼板生産技術の観点から、自動車鋼板等に広く使われている。
Zn系の金属被覆を施すことにより、鋼板表面へのスケールの生成を防止でき、デスケーリングなどの工程が不要となるため、成形品の生産性が向上する。また、Zn系の金属被覆には防錆効果もあるため、耐食性も向上する。所定の成分組成を有する鋼板にZn系の金属被覆を施しためっき鋼板を熱間プレスする方法が、下記特許文献1〜特許文献4に開示されている。
下記特許文献1〜特許文献3では、熱間プレス用鋼板として、溶融Znめっき鋼板又は合金化溶融Znめっき鋼板を利用する。溶融Znめっき鋼板又は合金化溶融Znめっき鋼板を熱間プレスに利用することにより、鉄酸化物(すなわち、スケール)が表面に形成されることなく、構造部材を成形できる。また、下記特許文献4には、Zn系めっき鋼板を熱間プレスした熱処理鋼材の表面に酸化Zn層が厚く形成されると、熱処理鋼材の塗膜密着性や塗装後耐食性に悪影響を及ぼすため、熱処理鋼材にショットブラストを行って酸化Zn層を除去するか、又は、酸化Zn層の厚さを低減してから塗装する発明が開示されている。
また、下記特許文献5及び特許文献6には、Zn系めっき鋼板を熱間プレスした熱処理鋼材の塗膜密着性や塗装後耐食性を改善する発明が、開示されている。下記特許文献5には、シリコーン樹脂皮膜により表面を被覆された溶融Znめっき鋼板を熱間プレス用鋼板として用いる発明が開示され、また、下記特許文献6には、リン(P)及びケイ素(Si)を含有するバリア層(Pとしてリン酸塩が例示され、Siとしてコロイダルシリカが例示されている。)により被覆された溶融Znめっき鋼板を熱間プレス用鋼板として用いる発明が、開示されている。
また、下記特許文献7には、Znめっき層中にZnよりも酸化し易い元素(易酸化性元素)を添加し、熱間プレス時の昇温中にこれら易酸化性元素の酸化物層をZnめっき層の表層に形成させることによって亜鉛の揮発を防ぐ技術が、開示されている。
下記特許文献5〜特許文献7により開示された発明によれば、Znめっき層が前述のバリア層により被覆されるためにZnの蒸発が抑えられ、これにより、中塗り塗膜や上塗り塗膜の密着性や塗装後耐食性が良好であるとされている。
特開2003− 73774号公報 特開2003−129209号公報 特開2003−126921号公報 特開2004−323897号公報 特開2007− 63578号公報 特開2007−291508号公報 特開2004−270029号公報
しかしながら、Zn系めっき鋼板を熱間プレスした場合や、リン酸塩処理により形成されるリン酸塩皮膜やZrイオン及び/又はTiイオンとフッ素とを含有し、100〜1000ppmの遊離フッ素イオンを含有する水溶液(以下、FF化成処理液という。)を用いた処理皮膜(FF処理皮膜)の付着量が十分でない場合には、良好な塗装後密着性が得られない場合がある。
一般的に、化成処理性が十分でない場合(例えば、付着ムラ、スケ等が生じている場合)、鋼板と電着塗膜との密着性が十分に担保されず、結果として、塗装後の密着性が劣る。化成処理性が不十分となる原因の一つとしては、化成処理前の脱脂、表面調整が不十分なことによるものや、化成処理液自体の濃度、温度、時間等が不十分なことによるものが挙げられる。
その他の原因としては、溶融Znめっき中に含まれるAlにより化成性が低下することが挙げられる。具体的には、溶融Znめっき層中のAlは、めっき皮膜形成時に加え、熱間プレスの加熱時に拡散してめっき層の表層に移動し、Al酸化膜を形成する。Al酸化膜はリン酸に溶解しないため、Znとリン酸塩(例えば、リン酸亜鉛等)との反応が阻害され、Al酸化膜が形成された領域では、リン酸塩皮膜が形成されにくくなる。結果として、Al酸化膜が形成された領域は、リン酸塩処理性が低い。特に、熱間プレス工程において、通電加熱又は誘導加熱により鋼板をAc点以上に急速に加熱した後、速やかにプレス成形を行う場合、顕著にリン酸塩処理性が低下し、結果として塗装密着性も低下する。
加えて、本発明者らが、上記特許文献5により開示された、シリコーン樹脂皮膜により表面を被覆された溶融Znめっき鋼板を熱間プレス用鋼板として用いることで得られる熱処理鋼材を追試したところ、後述するように、乾湿環境を繰り返すサイクル腐食試験での塗装後耐食性は良好であるものの、塗装密着性が必ずしも良好でないことが判明した。このため、上記特許文献5で開示される発明によって得られる熱処理鋼材は、例えば、構造上水が溜まり易い部位や部材(例えば、ドアー下部の袋状構造部位やエンジンコンパートメント内の閉断面部材等)にそのまま用いることには適していない。
一方、上記特許文献7に開示された亜鉛めっき層中に易酸化性元素を添加することは、めっき浴の温度管理やドロス対策等の操業上の新たな工夫が必要となる。
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、熱間プレス後の塗膜密着性に優れる、亜鉛系めっき鋼板をより簡便に提供することにある。
本発明者らは、上記の目的とする熱間プレス用のめっき鋼板について鋭意検討を行った結果得られた知見に基づき、以下のような亜鉛系めっき鋼板に想到した。
本発明の要旨は、以下の通りである。
(1)基材である亜鉛系めっき鋼板と、前記亜鉛系めっき鋼板の少なくとも片面に形成された表面処理層と、を備え、前記表面処理層は、粒径が2nm以上100nm以下である酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を、片面当たり0.2g/m以上2g/m以下の範囲で含有し、かつ、樹脂を含み、前記表面処理層は、リン含有化合物及びバナジウム含有化合物を、片面当たりの含有量として、以下に示す範囲で更に含有する、熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
リン含有化合物:P換算で、0.0009g/m以上0.01g/m以下
バナジウム含有化合物:V換算で、0.0007g/m 以上0.01g/m 以下
(2)前記酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の含有量が、片面当たり0.4g/m以上1.5g/m以下である、(1)に記載の熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
(3)基材である亜鉛系めっき鋼板と、前記亜鉛系めっき鋼板の少なくとも片面に形成された表面処理層と、を備え、前記表面処理層は、粒径が2nm以上100nm以下である酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を、片面当たり1g/m以上2g/m以下の範囲で含有し、前記表面処理層は、リン含有化合物及びバナジウム含有化合物を、片面当たりの含有量として、以下に示す範囲で更に含有する、熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
リン含有化合物:P換算で、0.0009g/m以上0.01g/m以下
バナジウム含有化合物:V換算で、0.0007g/m 以上0.01g/m 以下
(4)前記表面処理層は、銅含有化合物、アルミニウム含有化合物、ケイ素含有化合物、又は、クロム含有化合物の少なくとも何れかを、片面当たりの含有量として、以下に示す範囲で更に含有する、(1)〜(3)の何れか1つに記載の熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
銅含有化合物:Cu換算で、0.0g/m 0.02g/m以下
アルミニウム含有化合物:Al換算で、0.0g/m 0.005g/m以下
ケイ素含有化合物:Si換算で、0.0g/m 0.005g/m以下
クロム含有化合物:Cr換算で、0.0g/m 0.01g/m以下
(5)前記酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の粒径が、5nm以上50nm以下である、(1)〜(4)の何れか1つに記載の熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
(6)前記酸化物が酸化チタンである、(1)〜(5)の何れか1つに記載の熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
以上説明したように本発明によれば、化成処理が不十分であっても熱間プレス後に施す塗膜との塗装密着性を向上させることが可能となる。
以下に、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
<1.亜鉛系めっき鋼板>
本発明の実施形態に係るZn系めっき鋼板は、素地鋼板の上にZn系めっき層を備え、更に、かかる溶融Zn系めっき層上の少なくとも片面に、以下で詳述する表面処理層を備える。この表面処理層は、粒径が2nm以上100nm以下である酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物から構成された皮膜層からなり、上記のような酸化物を、付着量として0.2g/m以上2g/m以下の範囲で含有する。かかる構成を有するZn系めっき鋼板は、先だって説明した熱間プレス法に好適に用いることが可能である。以下では、かかるZn系めっき鋼板の構成について、詳細に説明する。
(1)素地鋼板
本実施形態に係るZn系めっき鋼板に用いられる素地鋼板については、特に限定されるものではなく、公知の特性や化学組成を有する各種の鋼板を使用することが可能である。鋼板の化学組成は、特に限定されるものではないが、焼き入れによって高強度を得られる化学組成であることが好ましい。例えば、引張強度が980MPa以上の熱処理鋼材を得ようとする場合には、素地鋼板が、質量%で、C:0.05〜0.4%、Si:0.5%以下、Mn:0.5〜2.5%、P:0.03%以下、S:0.01%以下、sol.Al:0.1%以下、N:0.01%以下、B:0〜0.005%、Ti:0〜0.1%、Cr:0〜0.5%、Nb:0〜0.1%、Ni:0〜1.0%、及び、Mo:0〜0.5%を含有し、残部は、Fe及び不純物からなる化学組成を有する焼入用鋼からなることが例示される。
焼入れ時に強度が980MPa未満となる比較的低強度の熱処理鋼材を得ようとする場合には、素地鋼板の化学組成は、上述の範囲でなくともよい。
上述の焼入れ時の焼き入れ性の観点、並びに、加熱後の酸化亜鉛層中に含まれるMn酸化物及びCr酸化物を形成する観点から、Mn含有量及びCr含有量は、Mn+Cr:0.5〜3.0%であることが好ましい。更に、Mn含有量及びCr含有量は、Mn+Cr:0.7〜2.5%であることがより好ましい。
鋼板の化学組成としてMn及びCrを含有していると、熱間プレス後に表層に形成される酸化亜鉛層の一部が、Mn及びCrを含有する複合酸化物となる。これらMn及びCrを含有する複合酸化物が形成されることで、リン酸塩系の化成処理後の塗装密着性が更に向上する。詳細は不明であるが、これら複合酸化物が形成されることで、酸化亜鉛と比較し、形成されるリン酸塩系の化成処理皮膜の耐アルカリ性が向上し、良好な塗装密着性を発現するものと考えられる。
鋼板の化学組成としてMn及びCrを含有する場合、その含有量は、前述のように、Mn+Crとして、質量%で、0.5%以上3.0%以下の範囲であることが好ましく、より好ましくは、質量%で、0.7%以上2.5%以下の範囲である。Mn+Crの含有量が、0.5%未満である場合には、熱間プレス後に表層に形成される酸化亜鉛とMn及びCrを含有する複合酸化物とが不十分となり、より良好な塗装密着性を発現することが困難となることがある。一方、Mn+Crの含有量が、3.0%を超える場合には、塗装密着性に関しては問題ないが、コストが高くなり、また、スポット溶接部の靭性の低下が著しくなることや、めっきのぬれ性の劣化が著しくなることがある。
(2)Zn系めっき層
本実施形態に係るZn系めっき層としては、特に限定されるものではなく、一般に知られているZn系めっきを使用することが可能である。具体的には、本実施形態に係るZn系めっき層として、溶融Znめっき、合金化溶融Znめっき、溶融Zn−55%Al−1.6%Siめっき、溶融Zn−11%Alめっき、溶融Zn−11%Al−3%Mgめっき、溶融Zn−6%Al−3%Mgめっき、溶融Zn−11%Al−3%Mg−0.2%Siめっき、電気Znめっき、電気Zn−Niめっき、電気Zn−Coめっき等を挙げることができる。また、上記成分のめっきを蒸着等の方法で被覆することも有効であり、めっきの方法が特に限定されるものではない。
本実施形態における具体的な溶融めっき操作としては、溶融した状態にあるZn又はZn合金が保持されているめっき浴に鋼板を浸漬させ、かかるめっき浴から鋼板を引き上げる操作を実施する。鋼板へのめっき付着量の制御は、鋼板の引き上げ速度や、めっき浴の上方に設けられたワイピングノズルより噴出するワイピングガスの流量や、流速調整などにより行う。また、合金化処理は、上記のようなめっき処理後に、ガス炉や誘導加熱炉やこれらを併用した加熱炉などで追加的にめっき後の鋼板を加熱することで行う。かかるめっき操作については、コイルの連続めっき法、あるいは、切板単体のめっき法のいずれによってめっきを行ってもよい。
また、本実施形態において、電気めっきを利用する場合における具体的なめっき操作としては、Znイオンを含有する電解液中にて、鋼板を負極として対極との間で電解処理を実施する。また、鋼板へのめっき付着量の制御は、電解液組成や電流密度、電解時間により行う。
かかるZn系めっき層の厚み(すなわち、Zn系めっき層の付着量)は、片面当たり20g/m〜100g/mの範囲であることが好ましい。Zn系めっき層の厚みが片面当たり20g/m未満である場合には、熱間プレス後の有効Zn量が確保できず耐食性が不十分となるため、好ましくない。また、Zn系めっき層の厚みが片面当たり100g/m超過である場合には、Zn系めっき層の加工性及び密着性が低下するため、好ましくない。より好ましいZn系めっき層の厚みは、片面当たり30g/m〜90g/mの範囲である。
(3)表面処理層
上記のようなZn系めっき層の上には、更に、酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を含有する表面処理層が形成されている。
ここで、「酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物」とは、酸化チタンを例として挙げると、チタンキレート等などのように、処理液中に溶解した状態で存在するのではなく、一次粒径として数nm以上の固体として処理液中に分散した状態で存在するチタン(Ti)の酸化物を主体とする物質を意味する。酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)についても同様に、処理液中に溶解した状態で存在するのではなく、一次粒径として数nm以上の固体として処理液中に分散した状態で存在するニッケル(Ni)、スズ(Sn)の酸化物を主体とする物質を意味する。このような固体状態で処理液中に分散する酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を用いることにより、塩水に浸漬された環境での耐久性に優れる熱処理鋼材を提供することができる。なお、これら酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物は、表面処理層中では、粒子の状態で存在する。
具体的には、上記のような酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の粒径(一次粒径)は、2nm以上100nm以下である。塗装後耐食性の面からは、酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の粒径は、より小さいほうが有利であるが、粒子径が2nm未満のものは入手し難く、コスト面で不利である。また、酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物粒径が100nm超過である場合には、熱間プレス時の加熱の際に酸化チタン粒子が鋼板に及ぼす影響が小さくなる(めっき鋼板との接触面積が小さいため)ため、好ましくない。
加えて、これら酸化物の中で、酸化チタンについては、上記特徴に加え、熱間プレス時に、過度のZnの酸化や蒸発を抑制することが可能となり、熱間プレス後の塗膜密着性に加え、熱間プレス後の耐食性を高めることが可能となる。酸化チタンは、通常、金属酸化物の状態で安定に存在しているが、熱間プレスでの加熱時に形成される酸化亜鉛と反応し、酸化亜鉛との複合酸化物を形成することで、過度のZnの酸化や蒸発を抑制すると推察される。この効果をより効率的に得るには、上記の酸化チタンの粒径は、2nm以上100nm以下であることが好ましい。
酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の粒径は、好ましくは、5nm以上50nm以下である。
なお、上記のような酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の粒径(一次粒径)は、公知の方法により測定可能であり、例えば、塗装後断面埋め込みサンプルを作製し、皮膜中の酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物粒子の粒径を数点測定し、得られた測定結果を平均したものを粒径とする方法で測定することが可能である。
本実施形態に係るZn系めっき鋼板が備える表面処理層は、上記のような酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を、片面当たり0.2g/m以上2g/m以下の範囲で含有する。この表面処理層中の酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の含有量が片面当たり0.2g/m以上2g/m以下の範囲では、Zn系めっき鋼板に対してその後実施される各種の化成処理(例えば、リン酸塩処理やFF化成処理等)の付着量が十分でない場合であっても、鋼板表面と電着塗膜とが良好な密着性を発現する。詳細なメカニズムは不明であるが、加熱処理後に酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物が鋼板表面に存在することで、電着塗装時の電着塗膜の凝集析出に何らかの影響を与え、酸化物と電着塗膜とが強固に密着することで化成処理(リン酸塩処理やFF化成処理)が十分でない場合であっても強固な密着性を発現すると考えられる。
表面処理層における酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の含有量が片面当たり0.2g/m未満である場合には、熱間プレス後に十分な酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物が存在しておらず、熱間プレス後の塗装密着性を十分に確保することが出来ない。一方、表面処理層における酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の含有量が片面当たり2g/m超過である場合には、本実施形態に係るZn系めっき鋼板のコストが上昇するとともに、表面処理層の凝集力が弱くなって、熱間プレス後に表面処理層上に形成される塗膜が、剥離しやすくなると考えられる。
加えて、酸化チタンについては、含有量が片面当たり0.2g/m未満である場合には、上記に加え、十分な酸化亜鉛との複合酸化物を形成することができず、Znの酸化や蒸発を効率的に抑制が出来ない。
かかる表面処理層における酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の含有量は、好ましくは、片面当たり0.4g/m以上1.5g/m以下である。
酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の具体例を、以下に示す。
チタニアゾルの具体的な市販製品としては、テイカ(株)製のTKS(登録商標)シリーズが例示される。
酸化ニッケルとしては、市販の(ナノ)粉末の酸化ニッケル粒子が例示される。
酸化スズ(IV)としては、代表的には、酸化スズ(IV)を含有する処理液である酸化スズ(IV)ゾルが例示され、具体的な市販製品としては、多木化学(株)製のセラメースが例示される。
表面処理層の形成には、上記のような酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を分散した処理液等をそのままZn系めっき鋼板上に塗布してもよいが、処理液の安定性や表面処理層の密着性を改善させるために、樹脂や架橋剤を混合した処理液とした上で、Zn系めっき鋼板上に塗布することが好ましい。
かかる樹脂としては、酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物が分散されたゾルを用いる場合、水溶性又は水分散性の樹脂を用いることが好ましい。樹脂の種類としては、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、(メタ)アクリル樹脂、ポリオレフィン樹脂、フェノール樹脂、又は、これら樹脂の変性体等を挙げることができる。ジルコニア粉末を用いる場合については、上述した水系樹脂に加え、各種溶剤を溶媒とする溶剤系樹脂を用いてもよい。
かかる架橋剤としては、炭酸ジルコニウム化合物、有機チタン化合物、オキサゾリンポリマー、水溶性エポキシ化合物、水溶性メラミン樹脂、水分散ブロックイソシアネート、水系アジリジン化合物等が挙げられる。
また、本実施形態に係る表面処理層中に更に含有させることが好ましい他の成分としては、ジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム及び酸化ネオジウムから選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。
表面処理層中に上記のジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ネオジウムを含有していると、熱間プレス前に存在し、かつ、熱間プレス時に形成されるAl酸化物を、加熱時に表面処理層中のジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ネオジウムが無害化する。これにより、熱間プレス時の酸化亜鉛の形成が促進されて、熱間プレス後のリン酸塩処理性が高まり、塗膜密着性が向上する。ジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ネオジウムによる加熱時のAl酸化物の無害化について、詳細は不明であるが、鋼板表面に形成されたAl酸化物をジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ネオジウムが溶解させることで、Alの次に酸化されやすいZnが熱間プレス時に酸化されるようになり、その結果、化成性に優れる酸化亜鉛(ZnO)の生成を促進するものと考えられる。この効果をより効率的に得るには、上記の酸化物の粒径は、5nm以上500nm以下であることが好ましい。
表面処理層におけるジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム及び酸化ネオジウムから選ばれる1種又は2種以上の含有量は、片面当たり0.2g/m以上2g/m以下の範囲であることが好ましい。表面処理層におけるジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム及び酸化ネオジウムから選ばれる1種又は2種以上の含有量が片面当たり0.2g/m未満である場合には、熱間プレス後に十分なジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ネオジウムが存在しておらず、めっき表面のAl酸化物の無害化効果が小さくなり、熱間プレス後の塗装密着性を十分に確保することが困難となることがある。一方、表面処理層におけるジルコニア等の含有量が片面当たり2g/m超過である場合には、本実施形態に係るZn系めっき鋼板のコストが上昇するとともに、表面処理層の凝集力が弱くなって、熱間プレス後に表面処理層上に形成される塗膜が、剥離しやすくなると考えられる。
かかる表面処理層におけるジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム及び酸化ネオジウムから選ばれる1種又は2種以上の含有量は、好ましくは、片面当たり0.4g/m以上1.5g/m以下である。
ジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム及び酸化ネオジウムを含有する処理液としては、代表的にはジルコニアゾル、酸化ランタンゾル、酸化セリウムゾル、酸化ネオジウムゾルが例示され、具体的な市販製品としては、日産化学(株)製のナノユース(登録商標)シリーズや、多木化学(株)製のセラメースシリーズが例示される。
また、本実施形態に係る表面処理層中に更に含有させることが好ましい他の成分としては、酸化マグネシウム、酸化カルシウム又は酸化亜鉛が挙げられる。
表面処理層中に上記の酸化マグネシウム、酸化カルシウム又は酸化亜鉛を含有していると、熱間プレス後の表面処理層の表層にこれら酸化物が存在することで、リン酸塩処理性が向上する。リン酸塩処理性が向上する理由としては、酸化マグネシウムがリン酸塩処理液中で溶解することにより、リン酸塩との化成反応を促進しているものと考えられる。この効果をより効率的に得るには、上記の酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び酸化亜鉛の粒径は、5nm以上100nm以下であることが好ましく、10nm以上50nm以下であることが更に好ましい。
表面処理層が酸化マグネシウム、酸化カルシウム又は酸化亜鉛を含有する場合、その含有量は、片面当たり0.2g/m以上5g/m以下の範囲で含有することが好ましく、より好ましくは、片面当たり0.4g/m以上2.5g/m以下の範囲である。酸化マグネシウム、酸化カルシウム又は酸化亜鉛の含有量が片面当たり0.2g/m未満である場合には、熱間プレス後にこれら酸化物が十分に存在していないため、良好なリン酸塩処理性を発現することが困難となることがある。一方、酸化マグネシウム、酸化カルシウム又は酸化亜鉛の含有量が片面当たり5g/m超過である場合には、本実施形態に係るZn系めっき鋼板のコストが上昇するとともに、表面処理層の凝集力が弱くなって、熱間プレス後に表面処理層上に形成される塗膜が、剥離しやすくなると考えられる。
本実施形態に係る表面処理層は、上記のような酸化物に加えて、以下で詳述するP含有化合物、V含有化合物、Cu含有化合物、Al含有化合物、Si含有化合物、又は、Cr含有化合物の少なくとも何れかを、所定の含有量の範囲内で含有してもよい。
P含有化合物は、リンを構成元素として含有する化合物である。かかるP含有化合物としては、例えば、リン酸、亜リン酸、ホスホン酸、亜ホスホン酸、ホスフィン酸、亜ホスフィン酸、ホスフィンオキシド、ホスフィン等の化合物や、これらの化合物をアニオンとするイオン化合物等を挙げることができる。これらP含有化合物は、いずれも試薬又は製品として市販されており、容易に入手することができる。これらP含有化合物は、処理液中に溶解した状態、又は、処理液中に粉末として分散した状態で存在しており、表面処理層中では、固体として分散した状態で存在する。
V含有化合物は、バナジウムを構成元素として含有する化合物である。かかるV含有化合物としては、例えば、五酸化バナジウムを含むバナジウム酸化物、メタバナジン酸アンモニウムを含むメタバナジン酸系化合物、バナジン酸ナトリウムを含むバナジウム化合物、及び、その他のVを含有する化合物等を挙げることができる。これらV含有化合物は、いずれも試薬又は製品として市販されており、容易に入手することができる。これらV含有化合物は、処理液中に溶解した状態、又は、処理液中に粉末として分散した状態で存在しており、表面処理層中では、固体として分散した状態で存在する。
本実施形態に係る表面処理層は、上記のようなP含有化合物及びV含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を、P及びV換算で、それぞれ片面当たり0.0g/m以上0.01g/m以下の範囲で含有していることが好ましい。
上記のようなP含有化合物及びV含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物は、熱間プレス時に酸化されて酸化物となり、Zn系めっき層と表面処理層との界面に偏在して、P又はVの少なくとも何れかを含有する凝集力の弱い酸化物層を形成する。P含有化合物及びV含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物の含有量が、P及びV換算で、それぞれ片面当たり0.0g/m以上0.01g/m以下の範囲であることにより、熱間プレス時に形成される上記のような凝集力の弱い酸化物層の厚みが薄くなり、熱間プレス後のZn系めっき層と表面処理層との密着性が更に向上する。
表面処理層中におけるP含有化合物及びV含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の含有量が片面当たり0.01g/m超過である場合、熱間プレス時に形成される凝集力の弱い酸化物層の厚みが厚くなり、Zn系めっき層と表面処理層との密着性が低下し、結果として、電着塗装後の密着性も低下することとなる。熱間プレス後のZn系めっき層と表面処理層との密着性の観点から、表面処理層中のP含有化合物及びV含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物の含有量は、P及びV換算で、それぞれ片面当たり0.0g/m以上0.003g/m以下であることがより好ましい。
Cu含有化合物は、銅を構成元素として含有する化合物である。かかるCu含有化合物としては、例えば、金属Cu、酸化銅、各種の有機銅化合物、各種の無機銅化合物、各種の銅錯体等を挙げることができる。これらCu含有化合物は、いずれも試薬又は製品として市販されており、容易に入手することができる。これらCu含有化合物は、処理液中に溶解した状態、又は、処理液中に粉末として分散した状態で存在しており、表面処理層中では、固体として分散した状態で存在する。
本実施形態に係る表面処理層は、上記のようなCu含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を、Cu換算で、片面当たり0.0g/m以上0.02g/m以下の範囲で含有していることが好ましい。
上記のようなCu含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物は、熱間プレス時に酸化されて酸化物となり、Zn系めっき層と表面処理層との界面に偏在して、Cuを含有する凝集力の弱い酸化物層を形成する。Cu含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物の含有量が、Cu換算で、片面当たり0.0g/m以上0.02g/m以下の範囲であることにより、熱間プレス時に形成される上記のような凝集力の弱い酸化物層の厚みが薄くなり、熱間プレス後のZn系めっき層と表面処理層との密着性が更に向上する。
表面処理層中におけるCu含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の含有量が片面当たり0.02g/m超過である場合、熱間プレス時に形成される凝集力の弱い酸化物層の厚みが厚くなり、Zn系めっき層と表面処理層との間の密着性が低下し、結果として、電着塗装後の密着性も低下することとなる。加えて、Cuは、素地鋼板の主成分であるFeよりも貴な元素であるため、耐食性についても低下傾向となる。熱間プレス後のZn系めっき層と表面処理層との間の密着性の観点から、表面処理層中のCu含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物の含有量は、Cu換算で、片面当たり0.0g/m以上0.005g/m以下であることがより好ましい。
Al含有化合物は、アルミニウムを構成元素として含有する化合物である。かかるAl含有化合物としては、例えば、金属Al、酸化アルミニウム、水酸化アルミニウム、アルミニウムイオンをカチオンとするイオン化合物等を挙げることができる。これらAl含有化合物は、いずれも試薬又は製品として市販されており、容易に入手することができる。これらAl含有化合物は、処理液中に溶解した状態、又は、処理液中に粉末として分散した状態で存在しており、表面処理層中では、固体として分散した状態で存在する。
Si含有化合物は、ケイ素を構成元素として含有する化合物である。かかるSi含有化合物としては、例えば、Si単体、シリカ(酸化ケイ素)、有機シラン、バインダー樹脂としても用いられるシリコーン樹脂、及び、その他Siを含有する化合物を挙げることができる。これらSi含有化合物は、いずれも試薬又は製品として市販されており、容易に入手することができる。これらSi含有化合物は、処理液中に溶解した状態、又は、処理液中に粉末として分散した状態で存在しており、表面処理層中では、固体として分散した状態で存在する。
本実施形態に係る表面処理層は、上記のようなAl含有化合物及びSi含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を、Al及びSi換算で、それぞれ片面当たり0.0g/m以上0.005g/m以下の範囲で含有していることが好ましい。
上記のようなAl含有化合物及びSi含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物は、熱間プレス時に酸化されて酸化物となり、表面処理層の表面に濃化する。Al含有化合物及びSi含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物の含有量が、Al及びSi換算で、それぞれ片面当たり0.0g/m以上0.005g/m以下の範囲であることにより、熱間プレス時に表面処理層の表面に形成されるAl又はSiを含有する酸化物の存在比率が小さくなり、熱間プレス後の表面処理層と電着塗膜との密着性が更に向上する。
表面処理層中におけるAl含有化合物及びSi含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の含有量が片面当たり0.005g/m超過である場合、熱間プレス時に形成されるAl又はSiを含有する酸化物の存在比率が大きくなる。これらのAl又はSiを含有する酸化物は、化成処理皮膜の形成を阻害するとともに、熱間プレス後の表面処理層と電着塗膜との密着性も低下させるため、熱間プレス時に形成されるAl又はSiを含有する酸化物の存在比率が大きくなることで、表面処理層と電着塗膜との密着性が低下することとなる。熱間プレス後の表面処理層と電着塗膜との密着性(すなわち、塗装後密着性)の観点から、表面処理層中のAl含有化合物及びSi含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物の含有量は、Al及びSi換算で、それぞれ片面当たり0.0g/m以上0.002g/m以下であることがより好ましい。
Cr含有化合物は、クロムを構成元素として含有する化合物である。かかるCr含有化合物としては、例えば、金属Cr、各種価数を有するクロム化合物、及び、各種価数を有するクロムイオンをカチオンとするイオン化合物等を挙げることができる。これらCr含有化合物は、処理液中に溶解した状態、又は、処理液中に粉末として分散した状態で存在しており、表面処理層中では、固体として分散した状態で存在する。
Cr含有化合物は、価数に応じて性能及び性質が異なり、6価クロム化合物については、有害な化合物が多く存在する。環境保護に対する配慮が強く求められる近時の傾向に鑑み、本実施形態に係る表面処理層は、上記のようなCr含有化合物を極力含有しないことが好ましく、クロムフリーであることがより好ましい。
上記のような観点から、本実施形態に係る表面処理層は、上記のようなCr含有化合物から選ばれる1種又は2種以上の化合物を、Cr換算で、片面当たり0.0g/m以上0.01g/m以下の範囲で含有していることが好ましく、Cr含有化合物を含有していないことがより好ましい。
また、酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を含有することに基づく本発明の効果を阻害しない限り、表面処理層は、カーボンブラック、チタニア等の顔料や、塗装鋼板で使用されている各種の防錆顔料等を含有してもよい。この場合においても、表面処理層は、酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を、片面当たり0.2g/m以上2g/m以下の範囲で含有する。
なお、かかる表面処理層の形成方法は、酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を含有する処理液を亜鉛めっき鋼板表面に塗布して、乾燥及び焼付すればよい。
塗布方法は、特定の方法に限定されるものではなく、素地鋼板を処理液に浸漬するか、又は、素地鋼板の表面に処理液をスプレーしてから、所定付着量となるようにロールやガス吹き付けにより付着量を制御する方法や、ロールコータやバーコータで塗布する方法が例示される。
また、乾燥、焼付方法も、分散媒(主として水)を揮発させることが可能な方法であればよく、特定の方法に限定されるものではない。ここで、過度に高温で加熱すると表面処理層の均一性が低下することが懸念され、逆に、過度に低温で加熱すると生産性の低下が懸念される。従って、優れた特性を有する表面処理層を安定的かつ効率的に製造するためには、塗布後の表面処理層を、80℃〜150℃程度の温度で5秒〜20秒程度加熱することが好ましい。
また、表面処理層の形成は、めっき鋼板の製造ラインにおいてインラインで行われることが経済的であり好ましいが、別ラインで形成してもよいし、あるいは、成形のためのブランキングをしてから形成してもよい。
ここで、表面処理層における酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の含有量は、公知の方法により測定可能であり、例えば、事前に各種化合物が酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物であることを断面エネルギー分散型X線(Energy Dispersive X−ray:EDX)分析等で確認したうえで、皮膜を溶解して、ICP(Inductively Coupled Plasma、誘導結合プラズマ)発光分光分析法などを用いることで測定が可能である。また、表面処理層中に含有されていることが好ましい他の酸化物の含有量、及び、表面処理層中における上記P含有化合物、V含有化合物、Cu含有化合物、Al含有化合物、Si含有化合物、及び、Cr含有化合物の含有量についても、同様の方法により測定が可能である。
<2.熱間プレス工程について>
先だって説明したような溶融Zn系めっき鋼板に熱間プレス法を適用する場合、溶融Zn系めっき鋼板は、所定の温度まで加熱された後、プレス成形が行われる。本実施形態に係る溶融Zn系めっき鋼板の場合、熱間プレス成形を行うことから、通常、700〜1000℃に加熱するが、急速冷却後にマルテンサイト単相としたり、マルテンサイトを体積率で90%以上としたりする場合には、加熱温度の下限温度は、Ac点以上とすることが重要である。本発明の場合、急速冷却後マルテンサイト/フェライトの2相域の場合も包含されるため、加熱温度としては、上記のように700〜1000℃とすることが好ましい。
熱間プレス法では、緩加熱による熱間プレスと、急速加熱による熱間プレスという2つの方法がある。用いる加熱方法としては、電気炉、ガス炉や火炎加熱、通電加熱、高周波加熱、誘導加熱等が挙げられ、加熱時の雰囲気も特に制限されるものではないが、本発明の効果を顕著に得る加熱方法としては、急速加熱である通電加熱、誘導加熱等を用いることが好ましい。
緩加熱による熱間プレス法では、加熱炉の輻射加熱を利用する。初めに、本実施形態に係る溶融Zn系めっき鋼板を熱間プレス用鋼板として用いて、加熱炉(ガス炉、電気炉等)に装入する。加熱炉内で、熱間プレス用鋼板を700〜1000℃に加熱し、条件によっては、この加熱温度で保持(均熱)する。これにより、溶融Zn系めっき層中の溶融ZnがFeと結合して、固相(Fe−Zn固溶体相)となる。溶融Zn系めっき層中の溶融ZnをFeと結合させて固相化した後、加熱炉から鋼板を抽出する。なお、均熱により溶融Zn系めっき層中の溶融ZnをFeと結合させて、Fe−Zn固溶体相及びZnFe合金相として固相化した後、加熱炉から鋼板を抽出してもよい。
対して、Zn系めっき鋼板を700〜1000℃に加熱し、保持時間無し、又は、保持時間を短時間として、加熱炉から鋼板を抽出してもよい。かかる場合には、鋼板を700〜1000℃に加熱した後、Zn系めっき層中のZnがFeと結合して固相(Fe−Zn固溶体相又はZnFe合金相)になるまで、プレス成形等により鋼板に応力を付与することなく冷却する。具体的には、少なくとも鋼板の温度が782℃以下になるまで冷却する。冷却後、以下で説明するように、金型を用いて鋼板をプレスしながら冷却を行う。
急速加熱による熱間プレスにおいても同様に、本実施形態に係るZn系めっき鋼板を熱間プレス用鋼板として用いて、700〜1000℃まで急速加熱する。急速加熱は、例えば、通電加熱又は誘導加熱により実施される。かかる場合における平均加熱速度は、20℃/秒以上である。急速加熱の場合、溶融Zn系めっき鋼板を700〜1000℃に加熱した後、Zn系めっき層中のZnがFeと結合して固相(Fe−Zn固溶体相又はZnFe合金相)になるまで、プレス成形等により鋼板に応力を付与することなく冷却する。具体的には、少なくとも鋼板の温度が782℃以下になるまで冷却する。冷却後、以下で説明するように、金型を用いて鋼板をプレスしながら冷却を行う。
抽出された鋼板は、金型を用いてプレスされる。鋼板をプレスする際に、金型によって鋼板が冷却される。金型内には、冷却媒体(例えば水など)が循環しており、金型が鋼板を抜熱して冷却する。以上の工程により、通常加熱により熱間プレス鋼材が製造される。
本実施形態に係る表面処理層を有するZn系めっき鋼板を用いて製造された熱間プレス鋼材は、熱間プレス後の化成処理が処理時間、濃度、温度等の影響で不十分であっても、鋼鈑表面に形成された酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物が、電着塗膜と優れた密着性を発現するため、良好な塗装後密着性を発揮することができる。
以下では、実施例を示しながら、本発明の実施形態に係るZn系めっき鋼板の作用効果を更に具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明に係るZn系めっき鋼板のあくまでも一例であって、本発明に係るZn系めっき鋼板が下記の実施例に限定されるものではない。
<素地鋼板>
以下では、まず、以下の表1に示す化学組成を有する溶鋼を製造した。その後、製造したそれぞれの溶鋼を用いて、連続鋳造法によりスラブを製造した。得られたスラブを熱間圧延し、熱延鋼板を製造した。続いて、熱延鋼板を酸洗した後、冷間圧延を実施して、冷延鋼板を製造し、表1に記載の化学組成を有する鋼#1〜#8の鋼板を作製した。表1に示すとおり、各鋼種の鋼板の板厚は、いずれも1.6mmであった。
Figure 0006631623
<Zn系めっき層>
鋼#1〜#8の鋼板に溶融Znめっき処理を行い、その後合金化処理を実施した。合金化処理での最高温度はいずれも530℃であり、約30秒加熱した後、室温まで冷却し、合金化溶融Znめっき鋼板(GA)を製造した。また、鋼#1を用いて溶融Znめっき処理を行い、合金化処理を行わずに、溶融Znめっき鋼板(GI)を製造した。
また、鋼#1の鋼板に対して、溶融Zn−55%Al、溶融Zn−6%Al−3%Mg、溶融Zn−11%Al−3%Mg−0.2%Siという3種類のめっき浴を用いて各種溶融Znめっきを行い、溶融Zn系めっき鋼板A1〜A3を製造した。
A1:溶融Zn−55%Al
A2:溶融Zn−6%Al−3%Mg
A3:溶融Zn−11%Al−3%Mg−0.2%Si
加えて、鋼#1に対して、電気Znめっき、電気Zn−Niめっき、電気Zn−Coめっきの各種Zn系めっきを行った。
なお、電気めっきを利用する場合における具体的なめっき操作としては、Znイオンを含有する電解液中にて、鋼板を負極として対極との間で電解処理を実施した。また、鋼板へのめっき付着量の制御は、電解液組成や電流密度、電解時間により行った。
A4:電気Znめっき
A5:電気Zn−Niめっき
A6:電気Zn−Coめっき
なお、上記8種類のZn系めっき工程において、Zn系めっき層の付着量は、片面当たり60g/mに揃えた。
<表面処理層>
次いで、固形分比率で、表2の組成となる薬液を作成するため、下記化合物及び薬剤を、水を用いてブレンドした。得られた処理液をバーコータで塗布し、最高到達温度100℃で8秒間保持されるような条件でオーブンを用いて乾燥することにより、熱間プレス用めっき鋼板を製造した。処理液の付着量は、処理液中の不揮発分の全付着量が表3に示される数値になるように、液の希釈及びバーコータの番手により調整した。以下の表2において、各成分の固形分濃度は、処理液全体の不揮発分に対する「酸化物A」といった各成分の不揮発分の比率(単位:質量%)として記載した。
表2中の各成分(記号)は、以下の通りである。
なお、後述するように、酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)以外の粒状物質としてアルミナ(ゾル)を含有する処理液も検討したが、この場合はアルミナを「酸化物A」とみなした。同様に、ジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム及び酸化ネオジウムを「酸化物B」とし、酸化マグネシウム、酸化カルシウム及び酸化亜鉛を「酸化物C」とした。
(酸化物A)酸化チタン、酸化ニッケル、酸化スズ(IV)、アルミナ
TPA:チタニア粉末(イオリテック社製)、粒径10〜30nm(カタログ値)
TPB:チタニア粉末(テイカ(株) TITANIX JA−1)、粒径180nm(カタログ値)
Ti:チタニアゾル(テイカ(株)チタニアゾルTKS−203)、粒径6nm(カタログ値)
Ni:酸化ニッケル(イオリテック(株)酸化ニッケル)、粒径20nm
NP:酸化ニッケル(高純度化学(株)酸化ニッケル)、粒径約7μm
Sn:酸化スズ(IV)ゾル(多木化学(株)セラメースC−10)、粒径10nm
SP:酸化スズ(IV)(イオリテック(株)酸化スズ)、粒径10〜20nm
AZ:アルミナゾル(日産化学(株)アルミナゾル200)、粒径約10nm
(酸化物B)ジルコニア、酸化ランタン、酸化セリウム、酸化ネオジウム
ZA:ジルコニアゾル(日産化学工業(株)ナノユース(登録商標)ZR−30AL)、粒径70〜110nm(カタログ値)
La:酸化ランタンゾル(多木化学(株)バイラールLa−C10)、粒径40nm(カタログ値)
Ce:酸化セリウムゾル(多木化学(株)ニードラールP−10)、粒径20nm(カタログ値)
Nd:酸化ネオジウムゾル(多木化学(株)バイラールNd−C10)、粒径40nm(カタログ値)
(酸化物C)酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化亜鉛
Mg:酸化マグネシウム(イオリテック社製)、粒径35nm(カタログ値)
Ca:酸化カルシウム(関東化学社製)
※樹脂を添加した水に分散し、ボールミルで顔料粉砕後使用。
Zn:酸化亜鉛(イオリテック社製)、粒径20nm(カタログ値)
(iii)樹脂
A:ウレタン系樹脂エマルション(第一工業製薬(株)スーパーフレックス(登録商標)150)
B:ウレタン系樹脂エマルション(第一工業製薬(株)スーパーフレックス(登録商標)E−2000)
C:ポリエステル樹脂エマルション(東洋紡(株)バイロナール(登録商標)MD1480)
(iv)架橋剤
M:メラミン樹脂(三井サイテック(株)サイメル(登録商標)325)
Z:炭酸ジルコニウムアンモニウム(キシダ化学(株)炭酸ジルコニウムアンモニウム溶液)
S:シランカップリング剤(日美商事(株)サイラエースS510)(Si含有化合物)
(v)顔料
CB:カーボンブラック(三菱化学(株)三菱(登録商標)カーボンブラック#1000)
T:酸化チタン(石原産業(株)酸化チタンR−930)、粒径250nm(カタログ値)
なお、ここに記載の「T」酸化チタンについては、主として塗料中の白色顔料等に使用される、粒径が200〜400nmである顔料であり、(酸化物A)と比較し、粒径が大きいため、酸化物Bで得られる性能を満足することは出来無い。
PA:縮合リン酸Al(テイカ(株)縮合リン酸アルミK−WHITE ZF150W)(P、Al含有化合物)
PZ:亜リン酸亜鉛(東邦顔料(株)NP−530)(P含有化合物)
Si1:シリカ粒子(富士シリシア化学(株)サイロマスク02)(Si含有化合物)
Si2:コロイダルシリカ(日産化学(株)スノーテックスO)(Si含有化合物)
Al:アルミナゾル(日産化学(株)AS−200)(Al含有化合物)
V:バナジン酸カリウム(一般試薬)(V含有化合物)
Cr:酸化Cr(VI)(一般試薬)(Cr含有化合物)
Cu:酸化銅(II)(一般試薬)(Cu含有化合物)
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
<熱間プレス工程>
表面処理層の形成工程後、各試験番号の鋼板に対して、炉加熱と通電加熱の2種類の加熱方式にて熱間プレス加熱を行い、熱間プレスを実施した。炉加熱では、炉内雰囲気を910℃、空燃比を1.1とし、鋼板温度が900℃に到達後速やかに炉内から取り出した。通電加熱では、加熱速度を85℃/秒及び42.5℃/秒とし、870℃に加熱した。なお、以下では、炉加熱より短時間の加熱である通電加熱の結果を表3に示し、炉加熱での結果を表4に示す。
熱間プレス加熱後、鋼板温度が650℃になるまで冷却した。冷却後、水冷ジャケットを備えた平板金型を利用して、鋼板を挟み込んで熱間プレス鋼材(鋼板)を製造した。熱間プレス時冷却速度が遅い部分でも、マルテンサイト変態開始点である360℃程度まで、50℃/秒以上の冷却速度となるように冷却し、焼入れした。
<評価方法>
[リン酸塩処理性評価試験]
以下の表3及び表4に記載の各試験番号の板状の熱間プレス鋼材に対して、日本パーカライジング株式会社製の表面調整処理剤プレパレンX(商品名)を用いて、表面調整を室温で20秒実施した。更に、日本パーカライジング株式会社製のリン酸亜鉛処理液パルボンド3020(商品名)を用いて、リン酸塩処理を実施した。処理液の温度は43℃とし、板状の熱間プレス鋼材を、処理液に通常120秒に対し、10秒、又は、30秒浸漬後、水洗・乾燥を行った。処理液への浸漬時間を通常の浸漬時間よりも短くした理由は、溶融Zn系めっき鋼板に対してその後実施されるリン酸塩処理の付着量が十分でない状況を模擬するためである。
リン酸塩処理後の熱間プレス鋼材の表面を、任意の5視野(125μm×90μm)を1000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)で観察して、反射電子像(BSE像)を得た。反射電子像では、観察領域をグレースケールで画像表示した。反射電子像内において、化成皮膜であるリン酸塩皮膜が形成された部分と、リン酸塩皮膜が形成されていない部分とでは、コントラストが異なる。そこで、リン酸塩皮膜が形成されていない部分の明度(複数階調)の数値範囲X1を、SEM及びEDS(エネルギ分散型X線分光器)により予め決定した。
各視野の反射電子像において、画像処理により、数値範囲X1内のコントラストを示す領域の面積A1を求めた。そして、以下の式(1)に基づいて、各視野の透け面積率TR(%)を求めた。
TR=(A1/A0)×100 ・・・(1)
ここで、上記式(1)において、A0は、視野の全面積(11250μm)である。5視野の透け面積率TR(%)の平均を、その試験番号の熱間プレス鋼材の透け面積率(%)と定義した。
表3〜表4中の「リン酸塩処理性」欄の「M」は、透け面積率が30%以上であったことを意味する。「L」は、透け面積率が25%以上30%未満であったことを意味する。「K」は、透け面積率が20%以上25%未満であったことを意味する。「J」は、透け面積率が15%以上20%未満であったことを意味する。「I」は、透け面積率が13%以上15%未満であったことを意味する。「H」は、透け面積率が11%以上13%未満であったことを意味する。「G」は、透け面積率が10%以上11%未満であったことを意味する。「F」は、透け面積率が18%以上10%未満であったことを意味する。「E」は、透け面積率が6%以上8%未満であったことを意味する。「D」は、透け面積率が5%以上6%未満であったことを意味する。「C」は、透け面積率が2.5%以上5%未満であったことを意味する。「B」は、透け面積率が1%以上2.5%未満であったことを意味する。「A」は、透け面積率が1%未満であったことを意味する。透け評価において、「I」、「H」、「G」、「F」、「E」、「D」、「C」、「B」又は「A」である場合、リン酸塩処理性に優れると判断した。
[FF化成処理性評価試験]
また、リン酸塩処理性に替えて、Zrイオン及び/又はTiイオンと、フッ素と、を含有し、かつ、100〜1000ppmの遊離フッ素イオンを含有する水溶液(以下、FF化成処理液という。)を用いた処理についても実施した。
このFF化成処理液は、遊離フッ素(以下、FFと略記する。)、Al酸化皮膜及びZn酸化皮膜を溶解する。そのため、FFは、Al酸化皮膜及びZn酸化皮膜の一部又は全部を溶解しながら、ホットスタンプ工程にて形成されたZn含有層をエッチングする。その結果、Zr及び/Tiの酸化物、又は、Zr及び/Tiの酸化物とフッ化物との混合物からなる化成処理層(以下、特定化成処理層という。)が形成される。Al酸化皮膜及びZn酸化皮膜をエッチングできるようFF濃度を制御すれば、Al酸化皮膜及びZn酸化皮膜がエッチングされ、特定化成処理層が形成される。
かかるFF化成処理液を得るために、HZrF(ヘキサフルオロジルコン酸)、HTiF(ヘキサフルオロチタン酸)を所定の金属濃度となるよう容器に入れ、イオン交換水で希釈した。その後、フッ酸及び水酸化ナトリウム水溶液を容器に入れ、溶液中のフッ素濃度及び遊離フッ素濃度が所定値となるよう調整した。遊離フッ素濃度の測定は、市販の濃度測定器を用い行った。調整後、容器をイオン交換水で定容し、FF化成処理液とした。
このFF化成処理については、事前の処理として、アルカリ脱脂剤(日本ペイント株式会社製EC90)を用い、45℃で2分間浸漬脱脂を実施した。その後、下記の表6に記載のFF化成処理液に、40℃で通常120秒に対し、10秒、又は、30秒浸漬して化成処理を実施した。化成処理後、試験片を水洗乾燥した。処理液への浸漬時間を通常の浸漬時間よりも短くした理由は、溶融Zn系めっき鋼板に対してその後実施されるFF化成処理の付着量が十分でない状況を模擬するためである。
得られた試験材について、特定化成処理層の化成処理性は、蛍光X線分析でZrもしくはTiの付着量を測定し、付着量の測定値が10〜100mg/mであったものを「A」とし、付着量の測定値が10mg/m未満又は100mg/m超過であったものを「B」とし、得られた結果を表5にあわせて示した。なお、ジルコニアを含有する系については、Zr系FF処理を実施する前の付着量を蛍光X線分析で予め測定し、化成処理後のZr付着量から処理前のZr付着量を差し引いたものを、Zr系FF化成処理の付着量とした。また、得られた試験材に対する塗装密着性評価試験及びサイクル腐食試験の方法及び評価基準については、上記のリン酸塩皮膜の形成された試験材に対して実施した塗装密着性評価試験及びサイクル腐食試験と同様である。なお、本発明は、化成処理性が不十分であっても良好な密着性を発現する発明であるため、FF化成処理性については、必要性能では無く、本発明の主旨であるFF化成処理性が「B」となるFF化成処理性に劣る系であっても、良好な密着性を発現することを示す指標として結果を記載する。
[塗装密着性評価試験]
上述のリン酸塩処理又はFF化成処理を実施した後、各試験番号の板状の熱間プレス鋼材に対して、日本ペイント株式会社製のカチオン型電着塗料を、電圧160Vのスロープ通電で電着塗装し、更に、焼き付け温度170℃で20分間焼き付け塗装した。電着塗装後の塗料の膜厚の平均は、いずれの試験番号も10μmであった。
電着塗装後、熱間プレス鋼材を、50℃の温度を有する5%NaCl水溶液に、500時間浸漬した。浸漬後、試験面60mm×120mmの領域(面積A10=60mm×120mm=7200mm)全面に、ポリエステル製テープを貼り付けた。その後、テープを引きはがした。テープの引きはがしにより剥離した塗膜の面積A2(mm)を求め、式(2)に基づいて塗膜剥離率(%)を求めた。
塗膜剥離率=(A2/A10)×100 ・・・(2)
表3〜表5中の「塗膜密着性」欄の「M」は、塗膜剥離率が50.0%以上であったことを意味する。「L」は、塗膜剥離率が35%以上50%未満であったことを意味する。「K」は、塗膜剥離率が20%以上35%未満であったことを意味する。「J」は、塗膜剥離率が10%以上20%未満であったことを意味する。「I」は、塗膜剥離率が8%以上10%未満であったことを意味する。「H」は、塗膜剥離率が6%以上8%未満であったことを意味する。「G」は、塗膜剥離率が5%以上6%未満であったことを意味する。「F」は、塗膜剥離率が4%以上5%未満であったことを意味する。「E」は、塗膜剥離率が3%以上4%未満であったことを意味する。「D」は、塗膜剥離率が2.5%以上3%未満であったことを意味する。「C」は、塗膜剥離率が1.3%以上2.5%未満であったことを意味する。「B」は、塗膜剥離率が0.5%以上1.3%未満であったことを意味する。「A」は、塗膜剥離率が0.5%未満であったことを意味する。塗装密着性評価において、「I」、「H」、「G」、「F」、「E」、「D」、「C」、「B」又は「A」である場合、塗装密着性に優れると判断した。
[サイクル腐食試験]
評価面の塗装に対し、カッターナイフ(荷重500gf、1gfは約9.8×10−3Nである。)で切れ目を入れ、下記サイクル条件のサイクル腐食試験を180サイクル実施した。
○サイクル条件
塩水噴霧(SST、5%NaCl、35℃雰囲気)2hr→乾燥(60℃)2hr→湿潤(50℃、98%RH)4hrを1サイクルとして、実施した。
その後、カット部から1cm幅程度の領域で発生する塗膜の膨れの有無を観察した。
表3〜表5中の「耐食性」欄の「E」は、3.0mm以上の塗膜膨れの発生があったことを意味する。「D」は、2.0mm以上3.0mm未満の塗膜膨れの発生があったことを意味する。「C」は、1.0mm以上2.0mm未満の塗膜膨れの発生があったことを意味する。「B」は、0.5mm以上1mm未満の微小な塗膜膨れがあったことを意味する。「A」は、0.5mm未満の極微小な塗膜膨れがあったことを意味する。かかるサイクル腐食試験において、「C」、「B」又は「A」である場合、耐食性に優れると判断した。
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
Figure 0006631623
また、表面処理層中に存在するP含有化合物、V含有化合物、Cu含有化合物、Al含有化合物、Si含有化合物、Cr含有化合物が与える影響を検証するために、表2のNo.97〜No.164に示した処理液を利用し、熱間プレス用めっき鋼板を製造した。この際、表2のNo.97〜No.164に示した処理液をバーコータで塗布し、最高到達温度100℃で8秒間保持されるような条件でオーブンを用いて乾燥させた。処理液の付着量は、処理液中の不揮発分の全付着量が表7に示される数値になるように、液の希釈及びバーコータの番手により調整した。
表面処理層の形成工程後、各試験番号の鋼板に対して、通電加熱方式にて熱間プレス加熱を行い、熱間プレスを実施した。この際、加熱速度を85℃/秒及び42.5℃/秒とし、870℃に加熱した。
熱間プレス加熱後、鋼板温度が650℃になるまで冷却した。冷却後、水冷ジャケットを備えた平板金型を利用して、鋼板を挟み込んで熱間プレス鋼材(鋼板)を製造した。熱間プレス時冷却速度が遅い部分でも、マルテンサイト変態開始点である360℃程度まで、50℃/秒以上の冷却速度となるように冷却し、焼入れした。
以下の表7に記載の各試験番号の板状の熱間プレス鋼材に対して、日本パーカライジング株式会社製の表面調整処理剤プレパレンX(商品名)を用いて、表面調整を室温で20秒実施した。更に、日本パーカライジング株式会社製のリン酸亜鉛処理液パルボンド3020(商品名)を用いて、リン酸塩処理を実施した。処理液の温度は43℃とし、板状の熱間プレス鋼材を処理液に30秒間浸漬後、水洗・乾燥を行った。その後、表3に示した場合と同様にして、リン酸塩処理性評価試験を実施した。
また、以下の表7に記載の各試験番号の板状の熱間プレス鋼材に対して、表3に示した場合と同様にして、塗装密着性評価試験、及び、サイクル腐食試験をそれぞれ実施した。各試験の試験方法及び評価基準は、表3に示した場合と同様である。
Figure 0006631623
Figure 0006631623
上記表3〜表5及び表7から明らかなように、本発明に係る亜鉛系めっき鋼板は、その後実施される化成処理が十分ではない場合であっても、優れた熱間プレス後の塗膜密着性を有していることがわかる。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

Claims (6)

  1. 基材である亜鉛系めっき鋼板と、
    前記亜鉛系めっき鋼板の少なくとも片面に形成された表面処理層と、
    を備え、
    前記表面処理層は、粒径が2nm以上100nm以下である酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を、片面当たり0.2g/m以上2g/m以下の範囲で含有し、かつ、樹脂を含み、
    前記表面処理層は、リン含有化合物及びバナジウム含有化合物を、片面当たりの含有量として、以下に示す範囲で更に含有する、熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
    リン含有化合物:P換算で、0.0009g/m以上0.01g/m以下
    バナジウム含有化合物:V換算で、0.0007g/m 以上0.01g/m 以下
  2. 前記酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の含有量が、片面当たり0.4g/m以上1.5g/m以下である、請求項1に記載の熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
  3. 基材である亜鉛系めっき鋼板と、
    前記亜鉛系めっき鋼板の少なくとも片面に形成された表面処理層と、
    を備え、
    前記表面処理層は、粒径が2nm以上100nm以下である酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物を、片面当たり1g/m以上2g/m以下の範囲で含有し、
    前記表面処理層は、リン含有化合物及びバナジウム含有化合物を、片面当たりの含有量として、以下に示す範囲で更に含有する、熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
    リン含有化合物:P換算で、0.0009g/m以上0.01g/m以下
    バナジウム含有化合物:V換算で、0.0007g/m 以上0.01g/m 以下
  4. 前記表面処理層は、銅含有化合物、アルミニウム含有化合物、ケイ素含有化合物、又は、クロム含有化合物の少なくとも何れかを、片面当たりの含有量として、以下に示す範囲で更に含有する、請求項1〜3の何れか1項に記載の熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
    銅含有化合物:Cu換算で、0.0g/m 0.02g/m以下
    アルミニウム含有化合物:Al換算で、0.0g/m 0.005g/m以下
    ケイ素含有化合物:Si換算で、0.0g/m 0.005g/m以下
    クロム含有化合物:Cr換算で、0.0g/m 0.01g/m以下
  5. 前記酸化チタン、酸化ニッケル及び酸化スズ(IV)から選ばれる1種又は2種以上の酸化物の粒径が、5nm以上50nm以下である、請求項1〜4の何れか1項に記載の熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
  6. 前記酸化物が酸化チタンである、請求項1〜5の何れか1項に記載の熱間プレス用亜鉛系めっき鋼板。
JP2017510225A 2015-03-31 2016-03-31 亜鉛系めっき鋼板 Active JP6631623B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015073557 2015-03-31
JP2015073557 2015-03-31
PCT/JP2016/060814 WO2016159306A1 (ja) 2015-03-31 2016-03-31 亜鉛系めっき鋼板

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2016159306A1 JPWO2016159306A1 (ja) 2017-11-30
JP6631623B2 true JP6631623B2 (ja) 2020-01-15

Family

ID=57007248

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017510225A Active JP6631623B2 (ja) 2015-03-31 2016-03-31 亜鉛系めっき鋼板

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10851465B2 (ja)
EP (1) EP3260575A4 (ja)
JP (1) JP6631623B2 (ja)
KR (1) KR102011207B1 (ja)
CN (1) CN107406986B (ja)
BR (1) BR112017019317A2 (ja)
MX (1) MX2017011419A (ja)
TW (1) TWI604088B (ja)
WO (1) WO2016159306A1 (ja)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10987695B2 (en) * 2015-03-31 2021-04-27 Nippon Steel Corporation Hot-dip zinc-based plated steel sheet
JP6443599B1 (ja) * 2018-03-29 2018-12-26 新日鐵住金株式会社 亜鉛系めっき鋼板および熱処理鋼材
KR102385548B1 (ko) * 2020-09-02 2022-04-12 주식회사 포스코 삼원계 용융아연합금 도금강판용 표면처리 조성물, 이를 이용하여 표면처리된 삼원계 용융아연합금도금 강판 및 이의 제조방법
CN116490626A (zh) * 2021-01-14 2023-07-25 日本制铁株式会社 汽车构造构件用镀敷钢板
KR20230155536A (ko) * 2021-04-08 2023-11-10 닛폰세이테츠 가부시키가이샤 핫 스탬프용 강판 및 핫 스탬프 부재

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH03274285A (ja) 1990-03-23 1991-12-05 Nippon Steel Corp プレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板
JP3198742B2 (ja) * 1993-07-05 2001-08-13 日本鋼管株式会社 プレス成形性、スポット溶接性および塗料密着性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法
US6040054A (en) * 1996-02-01 2000-03-21 Toyo Boseki Kabushiki Kaisha Chromium-free, metal surface-treating composition and surface-treated metal sheet
TWI221861B (en) * 1998-04-22 2004-10-11 Toyo Boseki Agent for treating metallic surface, surface-treated metal material and coated metal material
JP2002088485A (ja) 2000-09-12 2002-03-27 Kawasaki Heavy Ind Ltd 金属部材への防眩方法
US7615257B2 (en) * 2000-10-11 2009-11-10 Chemetall Gmbh Method for pretreating and/or coating metallic surfaces with a paint-like coating prior to forming and use of substrates coated in this way
JP3582504B2 (ja) 2001-08-31 2004-10-27 住友金属工業株式会社 熱間プレス用めっき鋼板
JP3582511B2 (ja) 2001-10-23 2004-10-27 住友金属工業株式会社 熱間プレス成形用表面処理鋼とその製造方法
JP4039548B2 (ja) 2001-10-23 2008-01-30 住友金属工業株式会社 耐食性に優れた熱間プレス成形品
US7077895B2 (en) * 2001-10-30 2006-07-18 Kansai Paint Co., Ltd. Coating compound for forming titanium oxide film, method for forming titanium oxide film and metal susbstrate coated with titanium oxide film
JP2004270029A (ja) 2003-02-18 2004-09-30 Nippon Steel Corp 耐亜鉛揮発性に優れた亜鉛系めっき鋼板
JP4085876B2 (ja) 2003-04-23 2008-05-14 住友金属工業株式会社 熱間プレス成形品およびその製造方法
JP3952197B2 (ja) 2003-07-17 2007-08-01 日本ペイント株式会社 金属表面処理方法及び亜鉛めっき鋼板
JP4695459B2 (ja) * 2005-08-24 2011-06-08 新日本製鐵株式会社 塗装後耐食性に優れた亜鉛系めっきが施された熱間プレス鋼材
JP4939013B2 (ja) 2005-08-29 2012-05-23 株式会社神戸製鋼所 ホットプレス用溶融Znめっき鋼板およびホットプレス成形材
JP5060807B2 (ja) 2006-03-29 2012-10-31 株式会社神戸製鋼所 ホットプレス用溶融Znめっき鋼板および溶融Znめっき鋼板、並びにホットプレス成形材
JP5359501B2 (ja) 2009-04-16 2013-12-04 新日鐵住金株式会社 合金化溶融亜鉛めっき鋼板
JP5446675B2 (ja) * 2009-09-29 2014-03-19 Jfeスチール株式会社 熱間プレス成形用めっき鋼板およびその製造方法
JP5684510B2 (ja) * 2009-10-19 2015-03-11 Jfe鋼板株式会社 プレコート鋼板およびその製造方法
US20120118437A1 (en) * 2010-11-17 2012-05-17 Jian Wang Zinc coated steel with inorganic overlay for hot forming
DE102011001140A1 (de) 2011-03-08 2012-09-13 Thyssenkrupp Steel Europe Ag Stahlflachprodukt, Verfahren zum Herstellen eines Stahlflachprodukts und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils
JP6551519B2 (ja) * 2015-03-31 2019-07-31 日本製鉄株式会社 溶融亜鉛系めっき鋼板

Also Published As

Publication number Publication date
US10851465B2 (en) 2020-12-01
CN107406986B (zh) 2019-12-17
KR20170118844A (ko) 2017-10-25
WO2016159306A1 (ja) 2016-10-06
JPWO2016159306A1 (ja) 2017-11-30
EP3260575A4 (en) 2018-11-07
EP3260575A1 (en) 2017-12-27
CN107406986A (zh) 2017-11-28
US20180044809A1 (en) 2018-02-15
BR112017019317A2 (ja) 2018-05-08
KR102011207B1 (ko) 2019-08-14
MX2017011419A (es) 2018-01-25
TWI604088B (zh) 2017-11-01
TW201641747A (zh) 2016-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6551519B2 (ja) 溶融亜鉛系めっき鋼板
JP6551518B2 (ja) 亜鉛系めっき鋼板
JP6631623B2 (ja) 亜鉛系めっき鋼板
JP6558436B2 (ja) 溶融亜鉛系めっき鋼板
JP6443599B1 (ja) 亜鉛系めっき鋼板および熱処理鋼材
JP6733467B2 (ja) 熱間プレス用Zn系めっき鋼板
JP6759940B2 (ja) 熱間プレス用Zn系めっき鋼板

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170823

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180731

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180928

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20190208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190226

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190416

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20190508

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20190806

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191016

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20191024

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191112

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191125

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6631623

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151