JP7380964B1 - 被覆鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
優れたプレス成形性を有する被覆鋼板を提供する。下地鋼板と、前記下地鋼板の少なくとも一方の面に設けられた有機樹脂およびワックスを含有する皮膜とを備える被覆鋼板であって、前記有機樹脂は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つであり、前記ワックスは、融点が１００℃以上１４５℃以下、かつ平均粒径が３．０μｍ以下であるポリオレフィンワックスであり、前記皮膜は、特定のワックスの分布を有し、前記皮膜の片面当たりの付着量が０．３ｇ／ｍ２以上である、被覆鋼板。
Description
本発明は、被覆鋼板に関し、特に、プレス成形性（press formability）に優れた被覆鋼板に関する。また、本発明は前記被覆鋼板の製造方法に関する。
冷延鋼板、熱延鋼板などの鋼板は様々な分野で広く用いられており、例えば、自動車車体などの用途においては、鋼板をプレス成形して用いることが一般的である。そのため、鋼板にはプレス成形性に優れることが求められる。
特に近年では、製品の意匠性向上のため、より複雑な形状にプレス成形される傾向にある。また、製造工程を簡略化するために部品の一体化が進められており、その意味でも、より複雑な形状にプレス成形される傾向にある。
しかし、鋼板を複雑な形状にプレス成形する場合、該鋼板が成形に耐えられず破断したり、連続プレス成形時に型カジリ（die galling）が生じたりする場合がある。そしてその結果、自動車等の製品の生産性に深刻な悪影響を及ぼす。そのため、プレス成形性をさらに向上させることが求められている。
プレス成形性を向上させる方法としては、例えば、プレス成形に使用される金型に表面処理を施す方法が挙げられる。これは広く用いられている方法であるものの、一旦表面処理を施すと、その後は金型の調整を行えないという問題がある。また、コストが高いという問題もある。
金型に表面処理を施さずにプレス成形性を向上させる方法としては、高粘度潤滑油を使う方法がある。しかし、この方法で得られるプレス成形部材には高粘度潤滑油が付着した状態となるため、プレス成形後に脱脂不良を起こす場合があり、脱脂不良が生じると塗装性が劣化する。
そのため、金型の表面処理や高粘度潤滑油に代えて、鋼板自体のプレス成形性を向上させることが求められている。
鋼板自体のプレス成形性を向上させる技術としては、表面処理を施して鋼板表面に潤滑皮膜を形成することが提案されている。
例えば、特許文献１では、亜鉛系めっき鋼板の表面にアクリル樹脂皮膜を形成した被覆鋼板が提案されている。
特許文献２では、金属板の表面に樹脂皮膜が形成された被覆金属板において、前記樹脂皮膜表面から固体潤滑剤を０．０１～１．５μｍ突出させることが提案されている。
特許文献３では、金属製品の表面に、ポリウレタン樹脂に潤滑剤を含有させた皮膜を０．５～５μｍ被覆することが提案されている。
特許文献４では、エポキシ樹脂中に潤滑剤を添加したアルカリ可溶型有機皮膜を有する被覆鋼板が提案されている。
しかし、特許文献１～４で提案されている技術では、皮膜に含まれる潤滑剤の効果により潤滑性に一定の向上が見られるものの、複雑なプレス成形における成形性は必ずしも十分ではなかった。具体的には、プレス成形時の割れ危険部位において割れが生じたり、面圧が高くなる部位において型カジリが発生したりするという問題があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、優れたプレス成形性を有する被覆鋼板を提供することを目的とする。
本発明者らは、有機樹脂とワックスを含む皮膜を備える被覆鋼板に着目し、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、以下の知見を得た。
（１）有機樹脂とワックスを含む皮膜を形成した鋼板をプレス成形すると、皮膜表面と金型表面が摺動する際に、皮膜が金型に削り取られ、皮膜中の有機樹脂とワックスが混合した潤滑皮膜が金型表面と鋼板の摺動面を被覆する。したがって、プレス成形性を向上させるためには、金型表面と鋼板の摺動面を被覆する潤滑皮膜の摺動性を向上させる、つまり摩擦係数を低下させる必要がある。
（２）特定の有機樹脂とワックスを使用し、かつ皮膜の付着量と該皮膜の表面におけるワックスの分布を制御することにより、摩擦係数を顕著に低下させることができる。
本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、その要旨は、次の通りである。
１．下地鋼板と、前記下地鋼板の少なくとも一方の面に設けられた有機樹脂およびワックスを含有する皮膜とを備える被覆鋼板であって、
前記有機樹脂は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つであり、
前記ワックスは、融点が１００℃以上１４５℃以下、かつ平均粒径が３．０μｍ以下であるポリオレフィンワックスであり、
前記皮膜は、下記（１）式で定義されるσ２の値が１．０以下であり、かつ下記（２）式で定義されるＭの値が１３０以下であるワックスの分布を有し、
前記皮膜の片面当たりの付着量が０．３ｇ／ｍ２以上である、被覆鋼板。
ここで、
σ２：前記皮膜の表面におけるワックスの分布についてボロノイ分割を行って得られるボロノイ多角形の平均面積によって規格化された分散、
Ｓｉ：前記ボロノイ多角形の面積（μｍ２）、
ｍ：前記ボロノイ多角形の平均面積（μｍ２）、
Ｎ：前記ボロノイ多角形の総個数（個）、
Ｍ：前記ワックス１個当たりの体積で規格化した前記ボロノイ多角形の平均面積（／μｍ）、
ｒ：前記ワックスの平均半径（μｍ）である。
前記有機樹脂は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つであり、
前記ワックスは、融点が１００℃以上１４５℃以下、かつ平均粒径が３．０μｍ以下であるポリオレフィンワックスであり、
前記皮膜は、下記（１）式で定義されるσ２の値が１．０以下であり、かつ下記（２）式で定義されるＭの値が１３０以下であるワックスの分布を有し、
前記皮膜の片面当たりの付着量が０．３ｇ／ｍ２以上である、被覆鋼板。
σ２：前記皮膜の表面におけるワックスの分布についてボロノイ分割を行って得られるボロノイ多角形の平均面積によって規格化された分散、
Ｓｉ：前記ボロノイ多角形の面積（μｍ２）、
ｍ：前記ボロノイ多角形の平均面積（μｍ２）、
Ｎ：前記ボロノイ多角形の総個数（個）、
Ｍ：前記ワックス１個当たりの体積で規格化した前記ボロノイ多角形の平均面積（／μｍ）、
ｒ：前記ワックスの平均半径（μｍ）である。
２．前記皮膜中の前記有機樹脂の割合が３０質量％以上、９５質量％以下であり、
前記皮膜中の前記ワックスの割合が５質量％以上、５０質量％以下である、上記１に記載の被覆鋼板。
前記皮膜中の前記ワックスの割合が５質量％以上、５０質量％以下である、上記１に記載の被覆鋼板。
３．前記下地鋼板表面の算術平均粗さＲａが０．４μｍ以上、２．５μｍ以下である、上記１または２に記載の被覆鋼板。
４．前記皮膜の片面当たりの付着量が２．５ｇ／ｍ２以下である、上記１～３のいずれか１つに記載の被覆鋼板。
５．前記有機樹脂がアルカリ可溶性樹脂である、上記１～４のいずれか１つに記載の被覆鋼板。
６．前記皮膜が、さらに防錆剤を含有する、上記１～５のいずれか１つに記載の被覆鋼板。
７．前記防錆剤が、リン酸類のアルミニウム塩、亜鉛塩、および酸化亜鉛からなる群より選択される少なくとも１つである、上記６に記載の被覆鋼板。
８．前記皮膜が、さらに分散剤を含有する、上記１～７のいずれか１つに記載の被覆鋼板。
９．前記分散剤が、ポリカルボン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボン酸共重合体、およびスルホン酸共重合体からなる群より選択される少なくとも１つである、上記８に記載の被覆鋼板。
１０．前記皮膜が、さらにシリカを含有する、上記１～９のいずれか１つに記載の被覆鋼板。
１１．有機樹脂およびワックスを含む塗料を、下地鋼板の少なくとも一方の面に塗布し、乾燥する、上記１～１０のいずれか１つに記載の被覆鋼板の製造方法であって、
前記有機樹脂は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つであり、
前記ワックスは、融点が１００℃以上１４５℃以下、かつ平均粒径が３．０μｍ以下であるポリオレフィンワックスである、被覆鋼板の製造方法。
前記有機樹脂は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つであり、
前記ワックスは、融点が１００℃以上１４５℃以下、かつ平均粒径が３．０μｍ以下であるポリオレフィンワックスである、被覆鋼板の製造方法。
１２．前記乾燥時の前記下地鋼板の最高到達温度が６０℃以上、前記ワックスの融点以下である、上記１１に記載の被覆鋼板の製造方法。
１３．前記塗料における全固形分の割合が１質量％以上３０質量％以下である、上記１１または１２に記載の被覆鋼板の製造方法。
本発明によれば、鋼板と金型との間の摩擦係数を顕著に低下させることができる。その結果、本発明によれば、プレス成形時に割れが生じやすい部位においても割れを生じさせることなく成形を行うことができる。また、本発明によれば、面圧の高い部位における型カジリを抑制することができる。したがって、本発明の被覆鋼板は極めて良好なプレス成形性を有しており、複雑な形状への成形にも好適に用いることができる。
以下、本発明の実施形態の例について説明する。なお、以下の説明において、含有量の単位「％」は、とくに断らない限り「質量％」を表すものとする。
（１）被覆鋼板
本発明の一実施形態における被覆鋼板は、下地鋼板と、前記下地鋼板の少なくとも一方の面に設けられた皮膜とを備えている。
本発明の一実施形態における被覆鋼板は、下地鋼板と、前記下地鋼板の少なくとも一方の面に設けられた皮膜とを備えている。
［皮膜］
前記皮膜は、有機樹脂およびワックスを含有する。以下、各成分について説明する。
前記皮膜は、有機樹脂およびワックスを含有する。以下、各成分について説明する。
（有機樹脂）
本発明において有機樹脂は、ワックスを鋼板表面に保持するバインダーとしての役割を担う。無機系バインダーでは、ポリオレフィンとの親和性が低いため、潤滑皮膜を形成することによる摺動性付与効果を得ることができない。そのため、上記皮膜は有機樹脂を含むことが重要である。
本発明において有機樹脂は、ワックスを鋼板表面に保持するバインダーとしての役割を担う。無機系バインダーでは、ポリオレフィンとの親和性が低いため、潤滑皮膜を形成することによる摺動性付与効果を得ることができない。そのため、上記皮膜は有機樹脂を含むことが重要である。
前記有機樹脂としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つを使用する。前記有機樹脂としては、２以上の樹脂を混合して使用することもできる。
前記アクリル系樹脂としては、特に限定されることなく任意のアクリル系樹脂を用いることができる。ここで、アクリル系樹脂とは、（メタ）アクリル酸および（メタ）アクリル酸エステルからなる群より選択される少なくとも１つを単量体単位として含む重合体である。
前記アクリル系樹脂は、さらにスチレンを単量体単位として含むことが好ましい。スチレンを単量体単位として含むアクリル系樹脂は、耐水性に優れているため、防錆性が良好となる。また、スチレンを含有しない場合に比べてさらに良好な摺動性が得られる。
前記エポキシ系樹脂としては、特に限定されることなく任意のエポキシ系樹脂を用いることができる。前記エポキシ系樹脂としては、例えば、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、およびノボラック型エポキシ樹脂が挙げられる。
前記ウレタン系樹脂としては、特に限定されることなく任意のウレタン系樹脂を用いることができる。前記ウレタン系樹脂としては、分子中にカルボキシ基を有するウレタン系樹脂を用いることが好ましい。
前記フェノール系樹脂としては特に限定されることなく任意のフェノール系樹脂を用いることができる。前記フェノール系樹脂としては、水系溶媒に溶解もしくは分散可能なレゾール系フェノール樹脂を用いることが好ましい。
前記酢酸ビニル系樹脂としては、特に限定されることなく任意の酢酸ビニル系樹脂を用いることができる。前記酢酸ビニル系樹脂としては、ポリ酢酸ビニルを用いることが好ましい。
前記ポリエステル系樹脂としては、特に限定されることなく任意のポリエステル系樹脂を用いることができる。前記ポリエステル系樹脂としては、カルボキシ基を有するモノマーを構成成分として含有するポリエステル樹脂を用いることが好ましい。
脱膜性（film removability）の観点からは、前記有機樹脂がアルカリ可溶性樹脂であることが好ましい。すなわち、鋼板を自動車車体などに用いる場合には、プレス成形した後に塗装が施される。その際、有機樹脂がアルカリ可溶性樹脂であれば、塗装前に行われるアルカリ脱脂工程で皮膜を除去（脱膜）することができる。したがって、その後の塗装を良好に行うことができる。
上記皮膜は、任意の割合で有機樹脂を含むことができる。しかし、有機樹脂の割合が過度に低いと、有機樹脂以外の成分の影響が大きくなり、有機樹脂の効果が相対的に低下する。そのため、有機樹脂の効果を高めるという観点からは、前記皮膜中の前記有機樹脂の割合を３０％以上とすることが好ましい。前記有機樹脂の割合を３０％以上とすることにより、プレス成形性の向上効果をさらに高めるとともに、脱膜性や接着性など有機樹脂の持つ作用を十分に発揮させることができる。前記皮膜中の前記有機樹脂の割合は４０％以上とすることがより好ましく、５０％以上とすることがさらに好ましい。一方、前記有機樹脂の割合の上限についても特に限定されないが、後述するようにある程度の量のワックスを添加するために、９５％以下とすることが好ましく、９０％以下とすることがより好ましい。
ここで、皮膜中の有機樹脂の割合とは、皮膜中の全固形分の合計質量に対する皮膜中の有機樹脂の固形分の質量の割合と定義される。
前記有機樹脂の質量平均分子量は特に限定されない。しかし、前記質量平均分子量が５０００未満であると、防錆性が劣る場合がある。そのため、防錆性の観点からは、前記有機樹脂の質量平均分子量を５０００以上とすることが好ましく、７０００以上とすることがより好ましく、９０００以上とすることがさらに好ましい。一方、前記有機樹脂の質量平均分子量が３００００を超えると接着性が劣化する場合がある。そのため、接着性の観点からは、前記有機樹脂の質量平均分子量を３００００以下とすることが好ましく、２５０００以下とすることがより好ましく、２００００以下とすることがさらに好ましい。
ここで、前記有機樹脂の質量平均分子量とは、ＪＩＳ Ｋ ７２５２「プラスチック－サイズ排除クロマトグラフィーによる高分子の平均分子量及び分子量分布の求め方」に基づいて測定される質量平均分子量である。
（ワックス）
前記ワックスとしてはポリオレフィンワックスを用いる。ポリオレフィンワックスは、表面エネルギーが低く、自己潤滑性を有している。したがって、下地鋼板の表面にポリオレフィンワックスを含む皮膜を設けることにより、優れたプレス成形性を得ることができる。また、ポリオレフィンは、密度や分子量を制御することにより、比較的容易に融点を後述する範囲に調整することができる。ポリオレフィンワックスの中でもポリエチレンワックスを用いた場合に最も潤滑効果が得られるため、ポリエチレンワックスを用いることが好ましい。
前記ワックスとしてはポリオレフィンワックスを用いる。ポリオレフィンワックスは、表面エネルギーが低く、自己潤滑性を有している。したがって、下地鋼板の表面にポリオレフィンワックスを含む皮膜を設けることにより、優れたプレス成形性を得ることができる。また、ポリオレフィンは、密度や分子量を制御することにより、比較的容易に融点を後述する範囲に調整することができる。ポリオレフィンワックスの中でもポリエチレンワックスを用いた場合に最も潤滑効果が得られるため、ポリエチレンワックスを用いることが好ましい。
融点：１００～１４５℃
前記ポリオレフィンワックスの融点は１００℃以上１４５℃以下とする。上述したように、ポリオレフィンワックスはそれ自体が自己潤滑性を有している。加えて、ポリオレフィンワックスの融点が前記範囲内であれば、プレス成形時の金型との摺動による摩擦熱でポリオレフィンワックスが半溶融状態となり、有機樹脂とワックスが混合した潤滑皮膜が金型表面と鋼板の摺動面を被覆する。そしてその結果、金型と鋼板の直接の接触が抑制されるため、プレス成形性が顕著に向上する。
前記ポリオレフィンワックスの融点は１００℃以上１４５℃以下とする。上述したように、ポリオレフィンワックスはそれ自体が自己潤滑性を有している。加えて、ポリオレフィンワックスの融点が前記範囲内であれば、プレス成形時の金型との摺動による摩擦熱でポリオレフィンワックスが半溶融状態となり、有機樹脂とワックスが混合した潤滑皮膜が金型表面と鋼板の摺動面を被覆する。そしてその結果、金型と鋼板の直接の接触が抑制されるため、プレス成形性が顕著に向上する。
ポリオレフィンワックスの融点が１００℃未満であると、プレス成形時の摺動による摩擦熱でポリオレフィンワックスが完全に溶融してしまうため、ポリオレフィンワックスが持つ潤滑効果が十分に発揮されない上に、前述した金型の被覆効果も得られない。そのため、ポリオレフィンワックスの融点は１００℃以上、好ましくは１２０℃以上とする。一方、ポリオレフィンワックスの融点が１４５℃より高いと、プレス成形時の摩擦熱で該ポリオレフィンワックスが溶融しないため、十分な潤滑効果が得られないだけでなく、金型の被覆効果も得られない。そのため、ポリオレフィンワックスの融点は１４５℃以下、好ましくは１４０℃以下とする。
ここで、ポリオレフィンワックスの融点は、ＪＩＳ Ｋ ７１２１「プラスチックの転移温度測定方法」に基づき測定される融解温度と定義する。
平均粒径：３．０μｍ以下
ポリオレフィンワックスの平均粒径が３．０μｍより大きいと、皮膜中で該ポリオレフィンワックスが凝集しやすく、後述する所望のワックス分布を得ることができない。加えて、プレス成形時の金型との摺動時に有機樹脂とワックスが混合しにくくなり、前述した金型の被覆効果が得られず優れたプレス成形性が得られない。そのため、前記ポリオレフィンワックスの平均粒径は３．０μｍ以下、好ましくは１．５μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．３μｍ以下とする。一方、ポリオレフィンワックスの平均粒径の下限は特に限定されないが、過度に小さいと、プレス成形時にポリオレフィンワックスが潤滑油に溶解し、潤滑性向上効果が低下する場合がある。また、塗料中でもポリオレフィンワックスが凝集しやすいため塗料安定性が低く、所望のワックス分布が得られにくい場合がある。そのため、前記ポリオレフィンワックスの平均粒径は、０．０１μｍ以上であることが好ましく、０．０３μｍ以上であることがより好ましい。
ポリオレフィンワックスの平均粒径が３．０μｍより大きいと、皮膜中で該ポリオレフィンワックスが凝集しやすく、後述する所望のワックス分布を得ることができない。加えて、プレス成形時の金型との摺動時に有機樹脂とワックスが混合しにくくなり、前述した金型の被覆効果が得られず優れたプレス成形性が得られない。そのため、前記ポリオレフィンワックスの平均粒径は３．０μｍ以下、好ましくは１．５μｍ以下、より好ましくは０．５μｍ以下、さらに好ましくは０．３μｍ以下とする。一方、ポリオレフィンワックスの平均粒径の下限は特に限定されないが、過度に小さいと、プレス成形時にポリオレフィンワックスが潤滑油に溶解し、潤滑性向上効果が低下する場合がある。また、塗料中でもポリオレフィンワックスが凝集しやすいため塗料安定性が低く、所望のワックス分布が得られにくい場合がある。そのため、前記ポリオレフィンワックスの平均粒径は、０．０１μｍ以上であることが好ましく、０．０３μｍ以上であることがより好ましい。
ここで、前記平均粒径は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて皮膜表面のワックス粒子を観察することにより測定できる。すなわち、ワックスの粒径に対応した倍率に設定したＳＥＭ像を取得し、画像解析することにより求められる。前記画像解析により求めた各ワックス粒子の円相当径の平均値を、前記平均粒径とする。なお、ＳＥＭによる観察の条件は、後述するσ２およびＭの測定の際と同じであってよい。
上記皮膜は、任意の割合でワックスを含むことができる。しかし、皮膜中のワックスの割合が過度に高いと、バインダーとしての有機樹脂の割合が相対的に低下し、ワックス成分が脱落しやすくなる。また、接着性が低下する。加えて、塗装を施す場合、アルカリ脱脂工程において皮膜が鋼板表面から十分に脱膜せず、十分な脱脂性が得られない結果、塗装性が劣化する場合がある。そのため、前記皮膜中のワックスの割合は、５０％以下とすることが好ましく、３０％以下とすることがより好ましい。
一方、前記ワックスの割合の下限についてもとくに限定されないが、５％以上とすることが好ましい。その理由は次の通りである。すなわち、鋼板上に皮膜を形成する際に、ワックス粒子が分散傾向にあれば、皮膜中ワックスの割合が減少しても、隣接ワックス粒子間距離は大きくなるが、その値は各ワックス粒子間で同程度となるため、ボロノイ多角形の面積の分散は変化しない。したがって、ボロノイ多角形の面積の分散は好適範囲にとどまる。しかし、皮膜中ワックスの割合が５％未満であると、後述するＭの値が増加し、プレス成形性に悪影響を及ぼす場合がある。そのため、前記皮膜中のワックスの割合は、５％以上とすることが好ましく、１０％以上とすることがより好ましい。
ここで、皮膜中のワックスの割合とは、皮膜中の全固形分の合計質量に対する皮膜中のワックスの固形分の質量の割合と定義される。
（ワックスの分布）
本発明者らは、様々な表面粗度を有する鋼板表面に、有機樹脂およびワックスを含む皮膜を広範な付着量で形成した被覆鋼板を作製し、皮膜表面のワックス分布がプレス成形性に及ぼす影響を、ボロノイ分割を適用して評価した。その結果、前記皮膜が特定のワックスの分布を有する場合に、極めて優れたプレス成形性が得られることを見出した。以下、前記知見について説明する。
本発明者らは、様々な表面粗度を有する鋼板表面に、有機樹脂およびワックスを含む皮膜を広範な付着量で形成した被覆鋼板を作製し、皮膜表面のワックス分布がプレス成形性に及ぼす影響を、ボロノイ分割を適用して評価した。その結果、前記皮膜が特定のワックスの分布を有する場合に、極めて優れたプレス成形性が得られることを見出した。以下、前記知見について説明する。
まず、ボロノイ分割とは、ある距離空間上の任意の位置に配置された複数個の点（母点）に対して、同一距離空間上の他の点がどの母点に近いかによって領域分けするものである。このボロノイ分割によって領域分けされた図はボロノイ図と呼ばれる。二次元平面では、ボロノイ分割の境界は隣接母点間の垂直二等分線になり、この垂直二等分線で囲まれた各分割領域はボロノイ多角形と呼ばれる。
本発明者らは、皮膜表面のある視野において観察されたワックス粒子の位置を母点として隣接ワックス粒子間に垂直二等分線を引くことで、ボロノイ分割を行い、各ワックス粒子の分割領域をワックスのボロノイ多角形とした。
ワックスのボロノイ多角形は、隣接ワックス粒子間の垂直二等分線を境界とする多角形であり、その面積は隣接ワックス粒子間距離を反映した値となる。そのため、ワックスのボロノイ多角形の面積の分散は、隣接ワックス粒子間距離のばらつきを反映した値であり、この分散の大小で、ワックスの分布を評価することができる。例えば、ワックス粒子が凝集傾向にあると、ワックス粒子凝集部の内側では隣接ワックス粒子間距離が小さく、ワックスのボロノイ多角形の面積が小さくなる。また、ワックス粒子凝集部の外側では隣接ワックス粒子間距離が大きく、ワックスのボロノイ多角形の面積が大きくなる。その結果、ワックスのボロノイ多角形の面積の分散は大きくなる。一方で、ワックスが均一に分布する場合、隣接ワックス粒子間距離は各ワックス粒子で同程度になり、ワックスのボロノイ多角形の面積は各ワックス粒子で同程度になるため、ワックスのボロノイ多角形の面積の分散は小さくなる。
そこで、皮膜表面におけるワックスの分布を、σ２とＭの値を用いて評価した。ここで、σ２は、下記（１）式で定義される、規格化したワックスのボロノイ多角形の面積の分散（規格化した分散）である。また、Ｍは、下記（２）式で定義される、ワックス粒子１個の平均半径から求められる体積で規格化したボロノイ多角形の平均面積Ｍである。その結果、σ２の値およびＭの値が、所定の条件を満たす場合に、被覆鋼板のプレス成形性が顕著に向上することを見出した。
ここで、
σ２：前記皮膜の表面におけるワックスの分布についてボロノイ分割を行って得られるボロノイ多角形の平均面積によって規格化された分散、
Ｓｉ：前記ボロノイ多角形の面積（μｍ２）、
ｍ：前記ボロノイ多角形の平均面積（μｍ２）、
Ｎ：前記ボロノイ多角形の総個数（個）、
Ｍ：前記ワックス１個当たりの体積で規格化した前記ボロノイ多角形の平均面積（／μｍ）、
ｒ：前記ワックスの平均半径（μｍ）である。
σ２：前記皮膜の表面におけるワックスの分布についてボロノイ分割を行って得られるボロノイ多角形の平均面積によって規格化された分散、
Ｓｉ：前記ボロノイ多角形の面積（μｍ２）、
ｍ：前記ボロノイ多角形の平均面積（μｍ２）、
Ｎ：前記ボロノイ多角形の総個数（個）、
Ｍ：前記ワックス１個当たりの体積で規格化した前記ボロノイ多角形の平均面積（／μｍ）、
ｒ：前記ワックスの平均半径（μｍ）である。
σ２：１．０以下、Ｍ：１３０以下
σ２が１．０以下かつＭが１３０以下である場合、皮膜表面のワックス分布が均一、かつワックスによる潤滑効果を発揮可能な量のワックスが皮膜中に存在することになる。したがって、金型表面と鋼板表面の皮膜が接触して摺動した際に、ワックスがほぼ均一に混合した潤滑皮膜が金型表面と鋼板の摺動面を被覆する結果、摺動性が向上（摩擦係数が低下）し、優れたプレス成形性が得られる。
σ２が１．０以下かつＭが１３０以下である場合、皮膜表面のワックス分布が均一、かつワックスによる潤滑効果を発揮可能な量のワックスが皮膜中に存在することになる。したがって、金型表面と鋼板表面の皮膜が接触して摺動した際に、ワックスがほぼ均一に混合した潤滑皮膜が金型表面と鋼板の摺動面を被覆する結果、摺動性が向上（摩擦係数が低下）し、優れたプレス成形性が得られる。
反対に、σ２が１．０を超えると、皮膜表面のワックス分布が不均一となる。すなわち、ワックス粒子が凝集するワックス凝集部と、潤滑効果が不十分なワックス量の少ないワックス欠乏部が皮膜表面に形成される。ワックス凝集部にはワックス粒子が多く存在するため摺動性が向上するが、ワックス欠乏部はワックス量が少ないため、摺動性が低下する。したがって、ワックス欠乏部において潤滑効果の乏しい皮膜が金型と接触することとなり、結果的に摩擦係数が増加し、プレス成形性が低下する。また、Ｍの値が１３０を超えると、ワックス分布が均一であっても、皮膜中のワックス量が不十分となり、金型表面と鋼板の摺動面を被覆する潤滑皮膜の摺動性が低下し、所望のプレス成形性が得られない。
以上の理由から、σ２は、１．０以下、好ましくは０．８５以下、より好ましくは０．７５以下とする。また、Ｍは、１３０以下、好ましくは６０以下、より好ましくは４５以下とする。
一方、σ２の下限についてはとくに限定されないが、例えば、０．１以上であってよく、０．２以上であってよい。Ｍの下限についてもとくに限定されないが、例えば、５以上であってよく、１０以上であってよい。Ｍが５未満である場合には、ワックス分布が均一であっても、皮膜中のワックス量が過剰であり、皮膜の脱膜性が低下する。
σ２およびＭは、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて皮膜表面のワックス粒子を観察することにより測定できる。すなわち、ワックスの粒径に対応した倍率に設定したＳＥＭ像を取得し、ワックス粒子の位置を特定し、ボロノイ分割することで、σ２とＭを測定する。
以下、ＳＥＭを用いたσ２とＭの測定方法について、具体的に説明する。ＳＥＭを用いて、σ２とＭを測定する際には、電子線の広がりや透過を抑え、皮膜表面付近のワックス分布の情報を取得するために、加速電圧を十分低くする必要がある。そのためには、加速電圧１ｋＶ以下で測定することが好ましい。また、観察時の帯電による像障害を防止し、ワックス粒子を明瞭に識別するために、Ｃ、Ａｕ、Ｏｓなどの導電性物質によるコーティングを実施することが好ましい。前記導電性物質によるコーティングの膜厚は２ｎｍ以下とすることが好ましい。ＳＥＭ像の測定範囲は、ワックス粒子を識別でき、統計上有意な個数のワックス粒子が含まれるようにする必要がある。例えば、ワックス粒子の直径が１００ｎｍ～３００ｎｍの場合には、ピクセルサイズが３０ｎｍ以下で、測定範囲は１０μｍ×１０μｍ以上であることが望ましい。なお、ＳＥＭ像は、連続、または任意の複数視野を測定して取得し、合計で上記測定範囲を満足するように、複数のＳＥＭ像を取得してもよい。
ＳＥＭ像を取得した後、該ＳＥＭ像に含まれるワックス粒子の位置を特定する。前記位置の特定は、例えば、肉眼で、または画像処理ソフトウェアを用いて行えばよい。次に、特定したワックス粒子の位置を母点として、ボロノイ分割を行うことで、ボロノイ多角形を描画する。ボロノイ多角形の描画は、例えば、手動で、または画像処理ソフトウェアを用いて行えばよい。その後、ボロノイ多角形の面積：Ｓｉ（μｍ２）、ボロノイ多角形の平均面積：ｍ（μｍ２）、ボロノイ多角形の総個数：Ｎ（個）、ワックス粒子の平均半径：ｒ（μｍ）を求める。
図１および図２は倍率を１万倍としてワックス分布をＳＥＭ観察し、取得したＳＥＭ像であり、図１はワックス分布が均一に近い場合、図２はワックス分布が不均一（ワックス凝集部と欠乏部が混在）な場合を表している。図３、４は、それぞれ図１、２のＳＥＭ像を用いて、ボロノイ分割を行って得られたボロノイ図である。図１のσ２の値は０．３２、Ｍの値は２６．６、図２のσ２の値は３．９１、Ｍの値は２５．２であった。
［防錆剤］
上記皮膜は、防錆剤を含有しない場合でも通常の保管環境では錆が発生することはない。しかし、防錆性をさらに向上させるという観点からは、前記皮膜は、さらに防錆剤を含有することが好ましい。
上記皮膜は、防錆剤を含有しない場合でも通常の保管環境では錆が発生することはない。しかし、防錆性をさらに向上させるという観点からは、前記皮膜は、さらに防錆剤を含有することが好ましい。
前記防錆剤としては、特に限定されることなく任意の防錆剤を用いることができるが、リン酸類のアルミニウム塩、亜鉛塩、および酸化亜鉛からなる群より選択される少なくとも１つを用いることが好ましい。ここで、リン酸類とはオルトリン酸の他、ピロリン酸、トリポリリン酸、テトラポリリン酸、メタリン酸などの縮合リン酸を含む。これらの防錆剤を用いることでさらに優れた防錆効果を発揮することができ、さらには塗料安定性の劣化も小さい。
防錆剤の含有量は特に限定されないが、防錆剤の含有量が過度に低いと、十分な効果が得られない場合がある。特に、被覆鋼板をコイル状に重ね合わせた状態で保管する場合には、吸湿により錆が発生しやすい。このような過酷な環境下でも錆の発生を防ぐという観点からは、皮膜中の防錆剤の割合を５％以上とすることが好ましい。一方、皮膜中の防錆剤の割合が３０％を超えると接着性が劣化する場合がある。また、塗料の状態において防錆剤が沈殿し、塗料安定性が劣化する場合がある。そのため、皮膜中の防錆剤の割合を３０％以下とすることが好ましい。
ここで、皮膜中の防錆剤の割合とは、皮膜中の全固形分の合計質量に対する皮膜中の防錆剤の質量の割合と定義される。
［分散剤］
皮膜成分の分散性を向上させるという観点からは、上記皮膜はさらに分散剤を含有することが好ましい。前記分散剤としては、特に限定されることなく任意の分散剤を使用できるが、アニオン系高分子型分散剤を用いることが好ましい。アニオン系高分子型分散剤は、数μｍ以下の粒子の分散性向上に特に有効であることに加え、ポリオレフィンワックスに吸着することができる。前記アニオン系高分子型分散剤としては、ポリカルボン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボン酸共重合体、およびスルホン酸共重合体からなる群より選択される少なくとも１つを用いることが好ましい。
皮膜成分の分散性を向上させるという観点からは、上記皮膜はさらに分散剤を含有することが好ましい。前記分散剤としては、特に限定されることなく任意の分散剤を使用できるが、アニオン系高分子型分散剤を用いることが好ましい。アニオン系高分子型分散剤は、数μｍ以下の粒子の分散性向上に特に有効であることに加え、ポリオレフィンワックスに吸着することができる。前記アニオン系高分子型分散剤としては、ポリカルボン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボン酸共重合体、およびスルホン酸共重合体からなる群より選択される少なくとも１つを用いることが好ましい。
皮膜中の分散剤の割合は特に限定されないが、０．５％以上とすることが好ましい。皮膜中の分散剤の割合が０．５％以上であると、塗料中のワックスの分散性が向上し、得られる皮膜におけるワックス分布の均一性が向上する。その結果、所望のワックス分布を実現し易くなり、プレス成形性がさらに向上する。一方、皮膜中の分散剤の割合が５％を超えると接着性が劣化する場合がある。そのため、皮膜中の分散剤の割合は、５％以下とすることが好ましい。
ここで、皮膜中の分散剤の割合とは、皮膜中の全成分の固形分質量の合計質量に対する皮膜中の分散剤の質量の割合である。
（シリカ）
皮膜の撥水性および防錆性を向上させるという観点からは、上記皮膜が、さらにシリカを含有することが好ましい。また、シリカを含有することで塗料に含まれる防錆剤の沈殿が抑制されるため、塗料安定性が向上する。
皮膜の撥水性および防錆性を向上させるという観点からは、上記皮膜が、さらにシリカを含有することが好ましい。また、シリカを含有することで塗料に含まれる防錆剤の沈殿が抑制されるため、塗料安定性が向上する。
前記シリカとしては、特に限定されることなく任意のシリカを用いることができる。前記シリカとしては、コロイダルシリカを用いることが好ましい。前記コロイダルシリカの平均粒子径は特に限定されないが、５ｎｍ以上であることが好ましい。また、前記コロイダルシリカの平均粒子径は２００ｎｍ以下であることが好ましい。前記コロイダルシリカの平均粒子径は動的光散乱法により測定することができる。具体的には、まず、動的光散乱法により散乱強度基準での粒子径分布を測定する。次いで、前記粒子径分布を散乱強度基準から体積基準に換算する。得られた体積基準の粒子径分布におけるメジアン径Ｄ５０をコロイダルシリカの平均粒子径とする。
上記皮膜中のシリカの割合は、１％以上とすることが好ましい。皮膜中のシリカの割合を１％以上とすることで、皮膜の撥水性が高まり、防錆性がさらに向上する。また、一方、皮膜中のシリカの割合が１０％を超えると接着性が劣化する場合がある。そのため、前記皮膜中のシリカの割合は、１０％以下とすることが好ましい。
ここで、皮膜中のシリカの割合とは、皮膜中の全成分の固形分質量の合計質量に対する皮膜中のシリカの質量の割合である。
なお、上記皮膜に含まれる成分それぞれの割合は、塗料調合時の各皮膜成分の固形分質量から算出することができる。
上記皮膜は、上記有機樹脂、ワックス、防錆剤、分散剤、およびシリカに加え、その他の任意の成分を含有することができる。前記その他の成分としては、例えば、一般的に塗料に添加される表面調整剤や消泡剤などが挙げられる。
付着量：０．３ｇ／ｍ２以上
上記皮膜の付着量が０．３ｇ／ｍ２未満である場合、該皮膜を形成するために塗料を塗布してから乾燥させるまでの間に、ワックスの凝集が発生しやすいため、所望のワックス分布が得られず、その結果、プレス成形性が低下する。そのため、皮膜の片面あたりの付着量は、０．３ｇ／ｍ２以上とする。なお、後述するように最終的なワックス分布は下地鋼板の表面粗さの影響を受ける。そこで、下地鋼板の表面粗さが大きい場合でも所望のワックス分布を得やすくするという観点からは、皮膜の片面あたりの付着量を０．４ｇ／ｍ２以上とすることが好ましく、０．６ｇ／ｍ２以上とすることがより好ましく、０．８ｇ／ｍ２以上とすることがさらに好ましい。一方、前記皮膜の付着量の上限は特に限定されないが、２．５ｇ／ｍ２を超えると、溶接性や脱膜性、接着性が劣化する場合がある。そのため、皮膜の片面あたりの付着量は、２．５ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。
上記皮膜の付着量が０．３ｇ／ｍ２未満である場合、該皮膜を形成するために塗料を塗布してから乾燥させるまでの間に、ワックスの凝集が発生しやすいため、所望のワックス分布が得られず、その結果、プレス成形性が低下する。そのため、皮膜の片面あたりの付着量は、０．３ｇ／ｍ２以上とする。なお、後述するように最終的なワックス分布は下地鋼板の表面粗さの影響を受ける。そこで、下地鋼板の表面粗さが大きい場合でも所望のワックス分布を得やすくするという観点からは、皮膜の片面あたりの付着量を０．４ｇ／ｍ２以上とすることが好ましく、０．６ｇ／ｍ２以上とすることがより好ましく、０．８ｇ／ｍ２以上とすることがさらに好ましい。一方、前記皮膜の付着量の上限は特に限定されないが、２．５ｇ／ｍ２を超えると、溶接性や脱膜性、接着性が劣化する場合がある。そのため、皮膜の片面あたりの付着量は、２．５ｇ／ｍ２以下とすることが好ましい。
皮膜の付着量は、被覆鋼板から皮膜を除去し、皮膜除去前後における質量差を鋼板の面積で除することにより求めることができる。皮膜の除去は、下地鋼板を損なうことなく当該皮膜のみを除去できる方法であれば任意の方法で行うことができる。典型的には、皮膜を構成する有機樹脂を溶解可能な溶媒（有機溶剤など）や、前記溶媒を含む剥離剤などを使用すればよい。前記皮膜がアルカリ可溶型である場合には、実施例に記載したように、アルカリ脱脂剤を用いることが好ましい。
［下地鋼板］
上述したように、本発明では皮膜の成分と、該皮膜におけるワックスの分布を制御することにより優れたプレス成形性を実現している。そのため、前記下地鋼板としては、特に限定されることなく任意の鋼板を用いることができる。前記下地鋼板は、冷延鋼板および熱延鋼板のいずれであってもよい。
上述したように、本発明では皮膜の成分と、該皮膜におけるワックスの分布を制御することにより優れたプレス成形性を実現している。そのため、前記下地鋼板としては、特に限定されることなく任意の鋼板を用いることができる。前記下地鋼板は、冷延鋼板および熱延鋼板のいずれであってもよい。
前記下地鋼板の引張強度ＴＳは特に限定されないが、過度に低いと、最終的に得られるプレス成形部材の強度が不足する場合がある。そのため、前記下地鋼板の引張強度は２６０ＭＰａ以上であることが好ましい。一方、前記引張強度の上限についても特に限定されない。例えば、引張強度が４４０ＭＰａ以上であるような高強度鋼板を下地鋼板として用いる場合、プレス成形時の面圧が高くなる。しかし、本発明によれば、鋼板と金型との間の摩擦係数を顕著に低下させることができるため、そのように面圧が高い条件であっても、割れや型カジリの発生を抑制し、良好なプレス成形性が得られる。したがって、下地鋼板の引張強さは、４４０ＭＰａ以上であってもよい。ただし、引張強度が過度に高いと複雑な形状へプレス成形することが困難となる。そのため、複雑形状へのプレス成形性という観点からは、前記下地鋼板の引張強度は４４０ＭＰａ以下であることが好ましい。
前記下地鋼板の板厚は特に限定されないが、過度に薄いと、最終的に得られるプレス成形部材の強度が不足する場合がある。そのため、前記下地鋼板の板厚は０．５ｍｍ以上であることが好ましい。一方、前記板厚の上限についても特に限定されないが、過度に厚いと複雑な形状へプレス成形することが困難となる。そのため、前記下地鋼板の板厚は４．０ｍｍ以下であることが好ましい。
上記下地鋼板の表面粗さ（皮膜形成前の下地鋼板の表面粗さ）はとくに限定されない。しかし、下地鋼板表面の算術平均粗さＲａが２．５μｍより大きい場合、下地鋼板表面の凹凸が大きいため、凹部に形成された皮膜はプレス成形の際に金型と接触しにくくなる。また、凸部では、凹部に比べて皮膜の付着量が少なくなるため、所望のワックス分布が得られにくくなる結果、プレス成形性向上効果が低下する場合がある。そのため、プレス成形性をさらに向上させるという観点からは、Ｒａを２．５μｍ以下とすることが好ましい。一方、Ｒａが０．４μｍより小さい場合、プレス成形時に起こりうる微細な傷が目立ちやすい。また、Ｒａが０．４μｍより小さいと、プレス成形時にカジリが発生する場合がある。そのため、Ｒａは０．４μｍ以上とすることが好ましい。
ここで、下地鋼板の算術平均粗さＲａはＪＩＳ Ｂ ０６３３：２００１（ＩＳＯ ４２８８：１９９６）に従い測定することが出来る。例えば、Ｒａが０．１より大きく２以下の場合には、カットオフ値および基準長さを０．８ｍｍ、評価長さを４ｍｍとして測定した粗さ曲線からＲａを求める。Ｒａが２より大きく１０以下の場合には、カットオフ値および基準長さを２．５ｍｍ、評価長さを１２．５ｍｍとして測定した粗さ曲線からＲａを求める。
（２）製造方法
次に、本発明の被覆鋼板の製造方法について説明する。本発明の一実施形態においては、有機樹脂およびワックスを含む塗料を、下地鋼板の少なくとも一方の面に塗布し、乾燥することによって上記被覆鋼板を製造する。なお、特に言及しない点については、上記被覆鋼板の説明と同様とすることができる。
次に、本発明の被覆鋼板の製造方法について説明する。本発明の一実施形態においては、有機樹脂およびワックスを含む塗料を、下地鋼板の少なくとも一方の面に塗布し、乾燥することによって上記被覆鋼板を製造する。なお、特に言及しない点については、上記被覆鋼板の説明と同様とすることができる。
前記塗料としては、例えば、溶媒に有機樹脂を溶解させた有機樹脂溶液または溶媒に有機樹脂を分散させた有機樹脂エマルションに、ワックスを添加したものを用いることができる。前記溶媒としては、水および有機溶剤の一方または両方を用いることが出来るが、水を用いることが好ましい。
塗料における全固形分の割合は特に限定されないが、１～３０％であることが好ましい。塗料における全固形分の割合が１％未満または３０％超である場合、塗装ムラが発生し、所望のワックス分布が得られない場合がある。なお、ここで塗料における全固形分の割合とは、塗料中の全固形分の濃度、すなわち、塗料の（溶媒を含む）全質量に対する固形分質量の割合である。
下地鋼板への塗料の塗布は、特に限定されることなく任意の方法で行うことができる。前記塗布としては、例えば、ロールコーターやバーコーターを使用する方法、スプレー、浸漬、刷毛による塗布方法などが挙げられる。前記塗布においては、最終的に得られる被覆鋼板において、鋼板の片面当たりの皮膜付着量が乾燥質量で０．３ｇ／ｍ２以上となるように塗料を塗布する。
塗料を塗布した後の乾燥についても、特に限定されることなく任意の方法で行うことができる。前記乾燥の方法としては、例えば、熱風による乾燥や、ＩＨヒーターによる乾燥、赤外加熱による方法などが挙げられる。
乾燥時の鋼板の最高到達温度は６０℃以上、使用したワックスの融点以下であることが好ましい。最高到達温度が６０℃未満では乾燥に時間がかかる上に、防錆性が劣る場合がある。一方、最高到達温度がワックスの融点を超える場合、ワックスが溶融、合体し、粒径が粗大化することで、所望のワックス分布が得られにくい。
以下、本発明を実施例により説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。
以下の手順で下地鋼板の表面に皮膜を形成して被覆鋼板を製造した。
まず、表１に示す算術平均粗さＲａを有する４種類の下地鋼板を用意した。このうち下地鋼板Ａ～Ｃは板厚０．８ｍｍの冷延鋼板であり、下地鋼板Ｄは板厚２．０ｍｍの熱延鋼板である。なお、Ａ～Ｄの下地鋼板は、いずれも２７０ＭＰａ級の引張強度を有するＳＰＣＤ（ＪＩＳ Ｇ ３１４１）およびＳＰＨＤ（ＪＩＳ Ｇ ３１３１）である。
また、表２、３に示す組成の塗料を調製した。表２、３における各成分の割合は、塗料に含まれる全固形分の合計質量に対する各成分の固形分の質量の割合である。なお、シリカとしては体積平均粒子径９ｎｍのコロイダルシリカを用いた。また、表２、３に示した有機樹脂の分子量ならびにワックスの融点および平均粒径は、それぞれ先に述べた方法で測定した値である。
前記下地鋼板の表面に前記塗料をバーコーターで塗布し、鋼板表面の最高到達温度が８０℃となるようＩＨヒーターで加熱して乾燥し、被覆鋼板を得た。使用した下地鋼板と塗料の組み合わせは表４～７に示したとおりとした。なお、比較のため、一部の比較例では皮膜の形成を行わず、下地鋼板をそのまま後述する評価に供した。
（皮膜付着量）
得られた被覆鋼板における皮膜の付着量を測定した。具体的には、被覆鋼板から皮膜を除去し、皮膜除去前後における質量差を鋼板の面積で除して付着量を求めた。前記皮膜の除去は、被覆鋼板を脱脂剤濃度２０ｇ／Ｌ、温度４０℃の脱脂液に３００秒浸漬することにより行った。前記脱脂剤としては、アルカリ脱脂剤のファインクリーナーＥ６４０３（日本パーカライジング（株）製）を用いた。なお、上記条件で皮膜が完全に除去できていることを、別途、後述する脱膜性の試験と同様の手法で確認した。表４～７に示した皮膜付着量は鋼板片面あたりの値である。
得られた被覆鋼板における皮膜の付着量を測定した。具体的には、被覆鋼板から皮膜を除去し、皮膜除去前後における質量差を鋼板の面積で除して付着量を求めた。前記皮膜の除去は、被覆鋼板を脱脂剤濃度２０ｇ／Ｌ、温度４０℃の脱脂液に３００秒浸漬することにより行った。前記脱脂剤としては、アルカリ脱脂剤のファインクリーナーＥ６４０３（日本パーカライジング（株）製）を用いた。なお、上記条件で皮膜が完全に除去できていることを、別途、後述する脱膜性の試験と同様の手法で確認した。表４～７に示した皮膜付着量は鋼板片面あたりの値である。
（ワックス分布）
次に、得られた被覆鋼板の皮膜表面におけるワックス分布を以下の手順で評価した。
次に、得られた被覆鋼板の皮膜表面におけるワックス分布を以下の手順で評価した。
まず、上記被覆鋼板から、１０ｍｍ角サイズの試験片を、各被覆鋼板につき５枚ずつ切り出した。前記試験片の中心近傍をＳＥＭにより観察してＳＥＭ像を得た。前記ＳＥＭとしては、ショットキー電界放出型ＳＥＭ（Ｃａｒｌ Ｚｅｉｓｓ製Σｉｇｍａ）を用いた。前記ＳＥＭによる観察条件は、倍率１万倍、加速電圧１ｋＶ、解像度１０２４×７６８とした。
得られたＳＥＭ像からワックス粒子の位置を特定し、二値化を行った。次いで、ボロノイ分割により各ワックス粒子に対応するボロノイ多角形の面積Ｓｉを求め、ボロノイ多角形の総個数Ｎより、ボロノイ多角形の平均面積ｍを算出した。その後、ボロノイ多角形の平均面積によって規格化された分散σ２を算出した。また、ワックス粒子の平均半径ｒより、ワックス１個あたりの体積を求め、ワックス１個当たりの体積で規格化したボロノイ多角形の平均面積Ｍを算出した。
５枚の試験片のそれぞれについて、上記の手順でσ２とＭを算出し、それぞれの平均値を当該被覆鋼板のσ２およびＭとした。なお、前記ボロノイ分割においては、画像端部の領域での面積の過大評価を防ぐために、ボロノイ多角形が閉じずに画像枠線に到達した場合、画像枠線をボロノイ多角形の辺とみなした。
次に、得られた被覆鋼板の特性を以下の手順で評価した。
（プレス成形性）
プレス成形性は、摺動性、つまり鋼板表面の摩擦係数と相関があり、摩擦係数が低いほどプレス成形性は良好となる。そこで、プレス成形性を評価するために、得られた被覆鋼板の摩擦係数を以下の手順で測定した。
プレス成形性は、摺動性、つまり鋼板表面の摩擦係数と相関があり、摩擦係数が低いほどプレス成形性は良好となる。そこで、プレス成形性を評価するために、得られた被覆鋼板の摩擦係数を以下の手順で測定した。
図５は、摩擦係数測定装置を示す概略正面図である。同図に示すように、被覆鋼板から採取した摩擦係数測定用試料１が試料台２に固定され、試料台２は、水平移動可能なスライドテーブル３の上面に固定されている。スライドテーブル３の下面には、これに接したローラ４を有する上下動可能なスライドテーブル支持台５が設けられ、これを押上げることにより、ビード６による摩擦係数測定用試料１への押付荷重Ｎを測定するための第１ロードセル７が、スライドテーブル支持台５に取付けられている。上記押し付け力を作用させた状態でスライドテーブル３を水平方向へ移動させるための摺動抵抗力Ｆを測定するための第２ロードセル８が、スライドテーブル３の一方の端部に取付けられている。なお、潤滑油として、スギムラ化学工業（株）製のプレス用洗浄油プレトンＲ３５２Ｌを試料１の表面に塗布して試験を行った。
図６は使用したビードの形状および寸法を示す概略斜視図である。ビード６の下面が試料１の表面に押し付けられた状態で摺動する。図６に示すビード６の形状は幅１０ｍｍ、試料の摺動方向長さ５９ｍｍ、摺動方向両端の下部は曲率４．５ｍｍＲの曲面で構成され、試料が押し付けられるビード下面は幅１０ｍｍ、摺動方向長さ５０ｍｍの平面を有する。
摩擦係数測定試験は、図６に示すビードを用い、押し付け荷重Ｎ：４００ｋｇｆ、試料の引き抜き速度（スライドテーブル３の水平移動速度）：２０ｃｍ／ｍｉｎとし行った。試料とビードとの間の摩擦係数μは、式：μ＝Ｆ／Ｎで算出した。
得られた摩擦係数の値を表４～７に示した。前記摩擦係数が０．１１５以下である場合、プレス成形性（摺動性）が良好であると判断した。
（溶接性）
被覆鋼板をプレス成形して得られるプレス成形部材を自動車車体などに用いる際には、組み立て工程において溶接が行われることが一般的である。そのため、被覆鋼板は、プレス成形性に加え、溶接性にも優れていることが望ましい。そこで、被覆鋼板の溶接性を評価した。具体的には、被覆鋼板に対して、使用電極：ＤＲ型Ｃｒ－Ｃｕ電極、加圧力：１５０ｋｇｆ、通電時間：１０サイクル／６０Ｈｚ、溶接電流：７．５ｋＡの条件で連続打点性の溶接試験を行い、連続打点数を求めた。連続打点数が５０００点以上の場合、溶接性が「良好」、５０００点未満の場合は溶接性が「不十分」と評価した。
被覆鋼板をプレス成形して得られるプレス成形部材を自動車車体などに用いる際には、組み立て工程において溶接が行われることが一般的である。そのため、被覆鋼板は、プレス成形性に加え、溶接性にも優れていることが望ましい。そこで、被覆鋼板の溶接性を評価した。具体的には、被覆鋼板に対して、使用電極：ＤＲ型Ｃｒ－Ｃｕ電極、加圧力：１５０ｋｇｆ、通電時間：１０サイクル／６０Ｈｚ、溶接電流：７．５ｋＡの条件で連続打点性の溶接試験を行い、連続打点数を求めた。連続打点数が５０００点以上の場合、溶接性が「良好」、５０００点未満の場合は溶接性が「不十分」と評価した。
（脱膜性）
本発明に係る被覆鋼板が、自動車用途で使用される場合を想定して、脱脂時の脱膜性を評価した。皮膜の脱膜性を求めるために、まず、各被覆鋼板を脱脂剤濃度２０ｇ／Ｌ、温度４０℃の脱脂液に所定の時間浸漬した後、水道水で洗浄することにより脱脂した。前記脱脂剤としては、アルカリ脱脂剤のファインクリーナーＥ６４０３（日本パーカライジング（株）製）を用いた。
本発明に係る被覆鋼板が、自動車用途で使用される場合を想定して、脱脂時の脱膜性を評価した。皮膜の脱膜性を求めるために、まず、各被覆鋼板を脱脂剤濃度２０ｇ／Ｌ、温度４０℃の脱脂液に所定の時間浸漬した後、水道水で洗浄することにより脱脂した。前記脱脂剤としては、アルカリ脱脂剤のファインクリーナーＥ６４０３（日本パーカライジング（株）製）を用いた。
次いで、蛍光Ｘ線分析装置を用いて脱脂処理後の試験片の表面炭素強度を測定した。測定された表面炭素強度と、予め測定しておいた脱脂前表面炭素強度および下地鋼板の表面炭素強度の測定値を用いて、以下の式により皮膜剥離率を算出した。
皮膜剥離率（％）＝［（脱脂前表面炭素強度－脱脂後表面炭素強度）／（脱脂前表面炭素強度－下地鋼板の表面炭素強度）］×１００
なお、ここで、下地鋼板の表面炭素強度とは、皮膜を形成する前の下地鋼板の表面炭素強度である。
皮膜剥離率（％）＝［（脱脂前表面炭素強度－脱脂後表面炭素強度）／（脱脂前表面炭素強度－下地鋼板の表面炭素強度）］×１００
なお、ここで、下地鋼板の表面炭素強度とは、皮膜を形成する前の下地鋼板の表面炭素強度である。
脱脂液への浸漬時間を変化させて上記試験を行い、皮膜剥離率が９８％以上となるアルカリ脱脂液への浸漬時間を求めた。求められた浸漬時間を「脱膜時間」として表４～７に示す。前記脱膜時間が１２０秒以下である場合、良好な脱膜性であるとした。
（防錆性）
被覆鋼板をコイル状に巻取った状態で保管した場合を想定し、重ね合わせ状態での防錆性を評価した。具体的には、被覆鋼板から１５０ｍｍ×７０ｍｍのサイズの試験片を採取し、前記試験片の表面に防錆油を片面当たり１．０ｇ／ｍ２の付着量で両面に塗布した。次いで、２枚の試験片を重ね合わせ、面圧０．０２ｋｇｆ／ｍｍ２で荷重をかけた状態で、温度５０℃、湿度９５％ＲＨの環境で保持した。
被覆鋼板をコイル状に巻取った状態で保管した場合を想定し、重ね合わせ状態での防錆性を評価した。具体的には、被覆鋼板から１５０ｍｍ×７０ｍｍのサイズの試験片を採取し、前記試験片の表面に防錆油を片面当たり１．０ｇ／ｍ２の付着量で両面に塗布した。次いで、２枚の試験片を重ね合わせ、面圧０．０２ｋｇｆ／ｍｍ２で荷重をかけた状態で、温度５０℃、湿度９５％ＲＨの環境で保持した。
７日ごとに重ね合わせた内側の面を確認し、錆が発生するまでの日数を評価した。錆が発生するまでの日数が５６日以上である場合を「優」、２１日以上である場合を「良」、２１日未満の場合を「可」と評価した。
（接着性）
被覆鋼板をプレス成形して得られるプレス成形部材を自動車車体などに用いる際には、組み立て工程において接着が行われることがある。そのため、被覆鋼板は、プレス成形性に加え、接着性にも優れていることが望ましい。そこで、被覆鋼板の接着性を評価した。具体的には、各被覆鋼板から１００×２５．４ｍｍサイズの試験片を２枚採取し、防錆油に浸漬した。前記試験片を防錆油から引上げた後、２４時間垂直に立て掛けて余分な油を除去した。
被覆鋼板をプレス成形して得られるプレス成形部材を自動車車体などに用いる際には、組み立て工程において接着が行われることがある。そのため、被覆鋼板は、プレス成形性に加え、接着性にも優れていることが望ましい。そこで、被覆鋼板の接着性を評価した。具体的には、各被覆鋼板から１００×２５．４ｍｍサイズの試験片を２枚採取し、防錆油に浸漬した。前記試験片を防錆油から引上げた後、２４時間垂直に立て掛けて余分な油を除去した。
次いで、前記試験片の表面の内、２５．４ｍｍ×１３ｍｍの領域にエポキシ系接着剤を０．２ｍｍ厚に均一に塗布した。その後、２枚の試験片をクリップで重ね合わせて挟み、１８０℃で２０分焼付けし、乾燥・硬化させた。冷却後、オートグラフ試験機によりせん断引張試験を行い、せん断接着力を測定した。せん断接着力が２０ＭＰａ以上である場合、良好な接着性とした。
表４～７に示した結果から分かるように、本発明の条件を満たす被覆鋼板は、いずれも摩擦係数が０．１１５以下であり、優れたプレス成形性を有していた。これに対し、本発明の条件を満たさない被覆鋼板は、いずれも摩擦係数が０．１１５より高く、プレス成形性に劣っていた。
以上のとおり、本発明の被覆鋼板はプレス成形時の摺動性（プレス成形性）に優れており、自動車車体用途を初めとする様々な用途に好適に用いることができる。
１ 摩擦係数測定用試料
２ 試料台
３ スライドテーブル
４ ローラ
５ スライドテーブル支持台
６ ビード
７ 第１ロードセル
８ 第２ロードセル
９ レール
２ 試料台
３ スライドテーブル
４ ローラ
５ スライドテーブル支持台
６ ビード
７ 第１ロードセル
８ 第２ロードセル
９ レール
Claims (15)
- 下地鋼板と、前記下地鋼板の少なくとも一方の面に設けられた有機樹脂およびワックスを含有する皮膜とを備える被覆鋼板であって、
前記有機樹脂は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つであり、
前記ワックスは、融点が１００℃以上１４５℃以下、かつ平均粒径が３．０μｍ以下であるポリオレフィンワックスであり、
前記皮膜は、下記（１）式で定義されるσ２の値が１．０以下であり、かつ下記（２）式で定義されるＭの値が１３０以下である前記ワックスの分布を有し、
前記皮膜の片面当たりの付着量が０．３ｇ／ｍ２以上である、被覆鋼板。
σ２：前記皮膜の表面における前記ワックスの分布についてボロノイ分割を行って得られるボロノイ多角形の、平均面積によって規格化された分散、
Ｓｉ：前記ボロノイ多角形の面積（μｍ２）、
ｍ：前記ボロノイ多角形の平均面積（μｍ２）、
Ｎ：前記ボロノイ多角形の総個数（個）、
Ｍ：前記ワックス１個当たりの体積で規格化した前記ボロノイ多角形の平均面積（／μｍ）、
ｒ：前記ワックスの平均半径（μｍ）である。 - 前記皮膜中の前記有機樹脂の割合が３０質量％以上、９５質量％以下であり、
前記皮膜中の前記ワックスの割合が５質量％以上、５０質量％以下である、請求項１に記載の被覆鋼板。 - 前記下地鋼板表面の算術平均粗さＲａが０．４μｍ以上、２．５μｍ以下である、請求項１に記載の被覆鋼板。
- 前記下地鋼板表面の算術平均粗さＲａが０．４μｍ以上、２．５μｍ以下である、請求項２に記載の被覆鋼板。
- 前記皮膜の片面当たりの付着量が２．５ｇ／ｍ２以下である、請求項１～４のいずれか一項に記載の被覆鋼板。
- 前記有機樹脂がアルカリ可溶性樹脂である、請求項１～４のいずれか一項に記載の被覆鋼板。
- 前記皮膜が、さらに防錆剤を含有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の被覆鋼板。
- 前記防錆剤が、リン酸類のアルミニウム塩、亜鉛塩、および酸化亜鉛からなる群より選択される少なくとも１つである、請求項７に記載の被覆鋼板。
- 前記皮膜が、さらに分散剤を含有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の被覆鋼板。
- 前記分散剤が、ポリカルボン酸ナトリウム、ポリアクリル酸ナトリウム、カルボン酸共重合体、およびスルホン酸共重合体からなる群より選択される少なくとも１つである、請求項９に記載の被覆鋼板。
- 前記皮膜が、さらにシリカを含有する、請求項１～４のいずれか一項に記載の被覆鋼板。
- 有機樹脂およびワックスを含む塗料を、下地鋼板の少なくとも一方の面に塗布し、乾燥する、請求項１～４のいずれか一項に記載の被覆鋼板の製造方法であって、
前記有機樹脂は、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、フェノール系樹脂、酢酸ビニル系樹脂、およびポリエステル系樹脂からなる群より選択される少なくとも１つであり、
前記ワックスは、融点が１００℃以上１４５℃以下、かつ平均粒径が３．０μｍ以下であるポリオレフィンワックスである、被覆鋼板の製造方法。 - 前記乾燥時の前記下地鋼板の最高到達温度が６０℃以上、前記ワックスの融点以下である、請求項１２に記載の被覆鋼板の製造方法。
- 前記塗料における全固形分の割合が１質量％以上３０質量％以下である、請求項１２に記載の被覆鋼板の製造方法。
- 前記塗料における全固形分の割合が１質量％以上３０質量％以下である、請求項１３に記載の被覆鋼板の製造方法。
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