JPH0639680B2 - 加工性に優れたガルバニール鋼板とその製造方法および装置 - Google Patents

加工性に優れたガルバニール鋼板とその製造方法および装置

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JPH0639680B2
JPH0639680B2 JP1011175A JP1117589A JPH0639680B2 JP H0639680 B2 JPH0639680 B2 JP H0639680B2 JP 1011175 A JP1011175 A JP 1011175A JP 1117589 A JP1117589 A JP 1117589A JP H0639680 B2 JPH0639680 B2 JP H0639680B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、加工性に優れたガルバニール鋼板とその製造
方法および装置、特に、プレス成形に際して優れた加工
性を示し、自由変形破壊によるパウダリングならびに高
面圧摺動によるフレーキングを抑制する加工性に優れた
合金化溶融亜鉛めっき鋼板、つまりガルバニール鋼板と
その製造方法および装置に関するものである。
(従来の技術) 従来より、自由変形破壊によるガルバニール鋼板のパウ
ダリングについては、種々の研究がなされており、例え
ば、(1) 特公昭56−33464 号公報には、ガルバニール鋼
板の品質選定方法が提案されており、 180゜密着曲げ試
験や円筒絞り試験等でZn−Fe系合金層の加工変形に対す
る脆さを調べることができ、加工により粉化脱離する量
を重量法もしくは透明粘着テープへの付着物黒化度で評
価できるとしており、これらは従来から耐パウダリング
性指標とされていた。
ところで、いわゆる、ガルバニール鋼板の合金層は、合
金化度によって相構成が異なり、η、ζ、δ、Γ相等
の数種の組み合わせからなる。皮膜中Fe%が低い程、
η、ζ相の比率が多くなり、δ1、Γ相の存在比率が減
少する。この点に関し、特公昭56−33464 号公報に記述
される通り、自由変形剥離が支配的な加工ではζ相×線
回折強度/δ相×線回折強度<0.10の領域ではメッキ
層の脆さからパウダリング量が著しく多くなり、一方、
この比が0.10以上となると、メッキ層がより軟質化しパ
ウダリングが少ないことが知られていた。
このように、一般に、カルバニール鋼板はメッキ付着量
が少ない程、また合金化度の低い程パウダリング特性が
優れているとされていた。
また、FeとZnを合金化処理するための合金化炉について
も、種々の提案がなされており、例えば、特開昭61−29
5362号公報には、加熱帯、急速冷却帯、保持帯、冷却帯
を配列し加熱帯での高温加熱を行い、保持帯で低温保持
を行い、パウダリング特性を向上させる等の手段が開示
されている。
(発明が解決しようとする課題) ところが、近年、自動車防錆性向上対策の観点より、付
着量増大の必要があり、6g/m2程度の厚目付GA鋼板が要
望されてきた。
例えば、60g/m2の厚目付GA鋼板は付着量の増大により従
来の45g/m2GA鋼板並のパウダリング性を得るためには合
金化度を下げることが必要となってくる。しかしなが
ら、60g/m2以上という厚目付GA鋼板の場合、合金化度を
下げてくると今度は前述の如く表層にζ相が残り、フレ
ーキング現象が生じやすく、実際の成形に際してのプレ
ス性の点で問題であることが判明した。
ここに、本発明の目的は、厚目付であっても合金化処理
後のパウダリング性およびフレーキング性に優れたカル
バニール鋼板とその製造方法および装置を提供すること
である。
従来、フレーキングについて研究された事例はほとんど
ない。
ここに、「パウダリング」とは、第1図(a)に模式的に
示すように、メッキ皮膜が母材である鉄地の変形に追い
つけず部分的に剥離することをいい、剥離片は細かい。
図中、斜線を引いて示す部分が脱落する。一方、「フレ
ーキング」とは、第1図(b)に同じく模式的に示すよう
にメッキ皮膜の表面に加わる摩擦力により界面に剪断力
がかかり地鉄界面でメッキ皮膜が剥離することをいう。
この場合は剥離は鱗片状に大きく鉄地界面より起こる。
(課題を解決するための手段) まず、本発明者らの知見によると、電気メッキ、溶融メ
ッキ、真空蒸着メッキなどによるZnメッキに熱拡散処理
を施こす際、合金化度が高くなってくると地鉄界面にも
ろいΓ相が発達し、耐パウダリング性が劣化する。
即ち、ガルバニール鋼板(以下、「GA鋼板」と称す)の
合金層は合金化度によって相構成が異なり合金化度が低
い程、ζ相の比率が多くなりδ1、Γ相の存在比率が減
少し、自由変形破壊が支配的な加工におけるパウダリン
グ性は良好となる。
一方、GA鋼板の耐パウダリングの改善をはかるため、合
金化度を下げていくと表層にη相〜純Zn相およびζ相が
残りはじめ、表面の摩擦係数が大きくなる。
GA鋼板の実際のプレス加工においては、プレス金型との
摺動が必ず介在するため、表面の摺動抵抗に耐えきれず
メッキ層が地鉄界面より剥離するフレーキング現象が生
じやすくなる。
但し、従来、自動車用に使用されてきた、付着量が45g/
m2程度のGA鋼板においては、通常の合金化度(10〜12
%)において、Γ相の発達も大きくなく、表層までδ
相が発達し、摩擦係数の高いζ相が残ることもなく、自
動車工場の実際のプレスラインにおいてもパウダリン
グ、フレーキングともほぼ満足されるレベルであった。
ここに、第2図は、一連の試験によって得られたデータ
を目付量とパウダリング性とに関連させてまとめたグラ
フである。図中、実線の曲線は45g/m2のメッキ付着量で
合金化度12%と同等のパウダリング特性を示す場合にお
けるZn付着量と合金化度とを示すものである。合金化度
の高いものは少ないZn付着量で、一方合金化の低いもの
はかなり多い量のZn付着量の場合であっても十分な耐パ
ウダリング性を示す。
なお、パウダリングは直径60mmのブランク(裏面を酸に
てメッキ除去したもの)に絞り比1.8 の円筒絞りを行っ
た後、外壁(表面)メッキ皮膜の剥離重量で評価した。
即ち、実際の成形時のプレス性低下の問題を解決するに
はもろいΓ相の発達をおさえ、パウダリングをおさえ
る、また表層にζ相が相在しないようδを発達させフ
レーキングをおさえることが必要である。
本発明者らは、かかる目的を達成すべく、種々検討を重
ねた結果、厚目付の場合にもパウダリング性およびフレ
ーキング性を改善するには、Γ相の発達を抑制し、δ
を表層まで発達させる、即ちFeの濃度分布をできるだけ
均一にすることが有効であること、そしてそのために
は、低温で長時間の合金化処理を行うことが有効である
ことを知見した。
これらの関係は、特にフレーキング性については第3図
(a)および(b)にグラフで示すように、合金化度を例えば
ほぼ9%と一定にした場合塩浴に浸漬して合金化実験を
行った。550 ℃および580 ℃(この場合温度は材温を示
す)の加熱時間が増加するにつれフレーキング発生が見
られ、一方500 ℃での保持時間が長くなればなる程、フ
レーキングの発生は見られなくなる。各図中点線のグラ
フは各合金化度のときのフレーキング発生限界をプロッ
トして得たものである。
なお、第3図のデータは、亜鉛付着量片面60g/m2の亜鉛
メッキ付着量調節済みの亜鉛メッキ鋼板を後述する実施
例の場合と同じガルバニール炉を使い、それぞれ図示条
件で合金化処理を連続して行った場合について得られた
ものであった。図中、●はフレーキングの発生の見られ
た場合、○はフレーキングの発生しなかった場合をそれ
ぞれ合金化度9%の例について示す。
フレーキングの評価は、第4図に模式的に示すように、
幅5cmのメッキ面に同じく幅5cmで先端半径5mmの摺動
片を1.5ton/5cmの押付け力で押付けながら横方向に摺
動させたときのメッキ面の目視検査によって行った。上
記摺動片の先端表面は60番の研摩紙で研摩しておく。
その結果、60g/m2という厚目のGA鋼板でも加熱時間に対
し低温の保持時間が1.5 倍を超えたもの、換言すればガ
ルバニール炉において保持帯長/加熱帯長≧1.5 とする
ことにより得られたGA鋼板は表層までδ相が発達し、
フレーキング性に優れることが判明した。
ここに、本発明の要旨とするところは、片面当たりの付
着量が55〜85g/m2であり、被膜中Fe拡散量6.0g/m2以下
で、表層にζ相が存在しないδ主体の相から成るガル
バニール層を備えた加工性に優れたガルバニール鋼板で
ある。
また、本発明はその別の態様によれば、溶融亜鉛メッキ
付着量調節後、ガルバニール炉の保持帯温度を300 〜50
0 ℃、保持時間を10〜20秒としてガルバニール処理を行
う、上述のような相構造を備えたガルバニール鋼板を製
造する方法である。加熱帯の温度は特に制限されない
が、慣用法のように700 〜900 ℃(雰囲気温度)程度で
十分である。
さらに別の態様によれば、本発明は、連続的に供給され
る、溶融亜鉛メッキ付着量調節済みの亜鉛メッキ鋼板を
所定温度にまで加熱する加熱帯と、次いで該亜鉛メッキ
鋼板の加熱状態を、そのまま保持する保持帯とを備えた
連続式ガルバニール炉において、保持帯長/加熱帯長≧
1.5 としたことを特徴とする、上述のような相構造を備
えたガルバニール鋼板の製造装置である。
(作用) 次に、添付図面を参照しながら、本発明をさらに詳細に
説明する。
本発明にかかるガルバニール鋼板の製造装置、つまりガ
ルバニール炉は第5図に示す通りであり、図中、ガルバ
ニール炉10は加熱炉A、急速冷却帯B、保持帯Cおよび
冷却帯Dから構成される。予備処理した鋼板12は溶融亜
鉛メッキ層14に送られ、浴から引き上げられてから、ガ
スワイピングノズル16等により所定量にメッキ付着量の
調節が行われる。
本発明にあってメッキ操作および合金化処理それ自体は
慣用のものであって特に制限なく、加熱手段も直火、誘
導加熱のいずれであってもよいが、すでに、第2図に示
すグラフからも明らかなように、本発明の目的達成には
片面当たりのメッキ目付量を55〜85g/m2とするとともに
保持帯長/加熱帯長≧1.5 であり、保持帯温度を300 〜
500 ℃、保持時間を10〜20秒とすることにより、メッキ
皮膜中Fe拡散量が6.0 g/m2以下となり、表層にζ相が存
在しないδ相主体の合金層形成が可能となるのであ
る。
本発明にあって55g/m2未満であると耐食性不充分とな
り、一方、85g/m2超となるとメッキ被膜のパウダリング
不良が発生する。同様にFe拡散量が6.0 g/m2超となると
パウダリング発生が見られる。ζ相の実質上の存在はプ
レス加工時の摩擦係数を大とするためζ相の存在は可及
的に少なくする。
次に、第5図に示すガルバニール炉を用いてガルバニー
ル鋼板を製造する例についてさらに詳述する。
実施例 第5図に示すガルバニール炉(保持帯長/加熱帯長≧
1.5)を用い製造したGA鋼板と従来のGA炉で製造した
GA鋼板との比較を第1表にまとめて示す。
なお、本例の加熱は直火加熱であり温度は700 〜850
℃、保持温度は300 〜500 ℃であって、これを変えるこ
とにより合金化度およびFe拡散量を変化させた。保持帯
の長さ変更は分割炉を採用することにより行った。ζ相
の存在は×線回折法により測定した。パウダリング性は
前述の円筒絞り法により測定し、「○」は剥離量15mg/
個以下の場合、「×」は15mg/個超の場合をそれぞれ示
す。フレーキングは第4図の要領で測定した。わずかで
もフレーキングが見られたものは「×」とした。
本発明の場合、合金化度は好ましくは10.0%以下であ
る。
第6図に本例のバウデン試験機を使った動摩擦係数の測
定要領を示す。潤滑油を塗布した Rmax 0.6 μmの板面
上を500gの荷重(P) をかけながらGA鋼板面を横方向に力
Fで摺動させ、そのときの動摩擦係数(μ)を次式μ=
F/P で求める。
比較例F、Gは合金化度10%超と高く、鉄拡散量が6.0
g/m2を超えておりパウダリング性に劣る。
比較例H、Iでは鉄拡散量は低く、パウダリング性は良
いが表層にζ相が残存し動摩擦係数が上昇し摺動抵抗が
増大しフレーキングが生ずる。
比較例Jはパウダリング、フレーキング性とも劣る。
比較例K、Lは従来の45g/m2相当のGA材であり加工性は
良好であるが、当然のことながら耐食性に劣る。
本発明例A〜Eは前述の思想に基づき製造したもので、
加工性に優れたGA鋼板が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)および(b)は、それぞれ「パウダリング」およ
び「フレーキング」の生成を説明する模式図;第2図お
よび第3図(a)および(b)は、パウダリングおよびフレー
キング発生の状況を示すグラフ;第4図は、フレーキン
グ生成の試験法の要領の説明図;第5図は、本発明にか
かるガルバニール炉の構成図;および第6図は、動摩擦
係数計測の要領の説明図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−68456(JP,A) 特開 昭59−173255(JP,A) 特開 平1−172553(JP,A)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】片面当たりの付着量が55〜85g/m2であり、
    被膜中Fe拡散量6.0g/m2 以下で、表層にζ相が存在しな
    いδ主体の相から成るガルバニール層を備えた加工性
    に優れたガルバニール鋼板。
  2. 【請求項2】溶融亜鉛メッキ付着量調節後、ガルバニー
    ル炉の保持帯温度を300 〜500 ℃、保持時間を10〜20秒
    としてガルバニール処理を行う請求項(1)記載のガルバ
    ニール鋼板を製造する方法。
  3. 【請求項3】連続的に供給される、溶融亜鉛メッキ付着
    量調節済みの亜鉛メッキ鋼板を所定温度にまで加熱する
    加熱帯と、次いで該亜鉛メッキ鋼板の加熱状態を、その
    まま保持する保持帯とを備えた連続式ガルバニール炉に
    おいて、保持帯長/加熱帯長≧1.5 としたことを特徴と
    する、請求項(1)記載のガルバニール鋼板の製造装置。
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