JPH0772295B2 - 焼付塗装した疲労特性の良い高張力鋼材製品 - Google Patents

焼付塗装した疲労特性の良い高張力鋼材製品

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JPH0772295B2 JP1855889A JP1855889A JPH0772295B2 JP H0772295 B2 JPH0772295 B2 JP H0772295B2 JP 1855889 A JP1855889 A JP 1855889A JP 1855889 A JP1855889 A JP 1855889A JP H0772295 B2 JPH0772295 B2 JP H0772295B2
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    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

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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、耐食性、疲労強度のすぐれた高張力鋼材製
品、例えばシャーシー、ボルト、ばね、アームなどに関
するものである。
〔従来の技術〕
各種機械類、車両等に用いられる鋼材は軽量化のための
高張力がすすめられている。強度増大に伴い、鋼材の肉
厚減少、線径減少を果すことが可能になっているが、シ
ャーシー、ボルト、ばね、アーム等は使用中に絶えずく
り返し荷重が加わり、実際の破壊は疲労破壊により発生
する場合が多い。また鋼材肉厚が減少したことに伴い、
使用環境によっては腐食による肉厚の減少も製品寿命に
大きな影響を与える。すなわちこれら高張力鋼材へのニ
ーズは、疲労強度と耐食性の双方を向上させることにあ
る。
疲労強度を向上させる方法としては、高張力鋼材、ある
いはその成形加工品に対し、ショットピーニング処理、
バニシング処理など、表面に極く局部的に塑性変形を与
えることによって、表面に残留歪を発生させる方法が知
られている。特にばねに於いては加工後にショットピー
ニング処理が施されるのが普通である。
一方、耐食性向上のためには各種の塗装が行なわれる。
塗装鋼材の耐食性は、塗膜の性能によって決るものであ
るが、塗膜の性能は塗膜の厚さと塗膜の分子構造が支配
的である。塗料樹脂分子を十分に硬化反応を起こさせ、
高分子量とするためには、加熱硬化させる方法が採られ
る。特に工業的に大量生産するためには、短時間で硬化
させて検査、梱包などの次の工程に移すことが必要であ
る。つまり、塗料の焼付工程は、塗膜の耐食性能と生産
性を確保するために不可欠なものである。
現在20分程度の焼付時間で硬化が可能な連続工業生産製
品に適用されている塗料としては、電着塗料、粉体塗
料、浸漬塗料など各種あるが、これらはいずれも焼付硬
化温度が、140℃以上のものが多い。例えば自動車塗装
に用いられるカチオン型電着塗料は、160℃〜180℃、建
材等の塗装に用いられる粉体塗料は160℃〜230℃であ
り、自動車部品などのように高度の耐食性を要求される
鋼材製品に用いられる浸漬塗料は、140℃〜200℃程度の
温度が、20分間程度で硬化させるために必要とされる。
言いかえれば、140℃以下の温度で20分以内で焼付硬化
し、高度の耐食性を満たす塗料は、まだ工業化されてい
ない。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで、前記のごとき焼付塗装をした製品に於いて
は、ショットピーニング等による疲労強度向上の硬化
が、かなり減殺されることが本発明者らの研究により判
明した。
本発明者らが引張り強度192kg/mm2の棒状高張力鋼の疲
労寿命を測定したところ、170℃−20分の加熱で約65
%、150℃−20分で約40%の疲労寿命低下が認められ
た。
すなわち現用塗料を該高張力鋼に適用すると、残留応力
付加効果が少くても40%以上失われる。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、かかる観点から40kg/mm2以上の引張り強
さを有する鋼材の表面に、ショットピーニング、バニシ
ング処理などによって残留応力を発生させた後、130℃
以下の温度で20分以内に加熱硬化することが可能なカチ
オン電着塗料を塗布し、130℃以下の温度で20分以内に
焼付けることにより、耐食性を付与した疲労特性の良い
高張力鋼材製品が得られることを見出した。
本発明者らは、引張強度192kg/mm2を有する平行部直径6
mmの試験片にショットピーニング処理を行って後、塗料
焼付けを想定した80℃、100℃、130℃、150℃、170℃の
炉内で20分間加熱し、室温まで冷却した後、せん断応力
60±55kgf/mm2の条件で疲労寿命試験を行った。その結
果は第1表に示す通りである。加熱をしない場合を100
とした疲労寿命の相対値を( )内に示す。
第1表 加熱温度 破断までのくり返し回数 170℃ 1.2×106( 35) 150℃ 2.0×106( 62) 130℃ 3.3×106( 91) 100℃ 3.5×106( 97) 80℃ 3.5×106( 97) 加熱なし 3.6×106(100) したがって、疲労寿命の低下を防ぐためには、残留応力
付加加工を施した後の塗装工程での加熱温度を、130℃
以下におさえることが必須であり、更に好ましくは、10
0℃以下とすることがよいことを見出した。しかし、現
在の一般的な塗料を130℃以下で硬化させようとする
と、耐食性が著しく低下するか、硬化に極めて長時間を
必要とする。連続的工業生産上支障を来さないために
は、硬化時間は、従来から実施されている通常の範囲
内、すなわち20分以内に止めなければならない。すなわ
ち、130℃以下の温度で20分以内で加熱硬化できるカチ
オン電着塗料を用いる必要がある。
そこで、本発明者らは、種々検討を重ねた結果、特に13
0℃以下の温度で加熱硬化することが可能なカチオン電
着塗料として、酸で部分的に中和されると水分散性を有
するカチオン基及び活性水素を含有する樹脂(成分Aと
いう)と、室温では安定であって60℃〜130℃に加熱さ
れた時に成分Aの活性水素と反応し得るブロックイソシ
アネート(成分Bという)とから成るカチオン電着塗料
を塗装した場合に、連続的工業生産工程上のすぐれた生
産効率(省人化、均一塗装性、95%以上の塗料使用効率
など)を有しつつ、高度な耐食性を付与した疲労特性の
良い高張力鋼材製品が得られることを見い出した。
〔作用〕
以下に本発明についてさらに詳細に説明する。
まず、本発明が対象とする高張力鋼材は、使用上、疲労
強度が重要な意義を有するものであって、現在種々の表
面残留応力付加加工を行っている引張強度が40kg/mm2
上の鋼材である。40kg/mm2未満の鋼材の残留応力付加加
工の効果も少なく、ほとんど実施されていない。本発明
が最も効果的なのは、疲労強度が重要な意味を持つ棒鋼
およびその加工製品(例えばコイルばね)であり、引張
強度も80kg/mm2以上のものが多い。これらの高張力鋼材
では、いわゆる疲労破壊に対する切欠効果が大きく、腐
食による局部切欠の発生は疲労寿命に大きく影響し、低
温焼付で高耐食性を得ることが特に重要な意義を有す
る。
前記鋼材の表面には圧縮残留応力を発生させることによ
り、疲労強度を向上させることが行われているが、その
方法として、ショットピーニング処理、バニシング処理
が知られている。ショットピーニング処理は、鋼球ある
いは小鋼片を高速で、鋼材表面に衝突させて表面部分の
みに、塑性変形を生ぜしめ、表層に圧縮残留応力を発生
させる。バニシング処理は、高級などを鋼材表面にこす
りつけ、同じく鋼材表面に、圧縮残留応力を発生させる
ものである。この圧縮残留応力は、前述したように、そ
の後の加熱処理によって減少または消失し、疲労強度向
上効果も減少してしまうことが判明した。しかしなが
ら、本発明のカチオン電着塗料を適用すれば、塗装焼付
処理を受けても残留応力の効果を維持される。すなわち
耐食性確保のための塗装に於いて、その焼付温度を130
℃以下、更に好ましくは100℃以下、焼付時間を20分以
内にすることが疲労強度を確保するために必要であるこ
とを見い出したものである。
本発明に用いられる130℃以下の温度で20分以内に加熱
硬化することが可能な塗料としては、アルキド樹脂、ポ
リエステル樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタ
ン樹脂などのポリオール含有樹脂とメラミン系硬化剤か
ら成る溶剤型塗料または水溶性型塗料を挙げることがで
きるが、好適には、酸で部分的に中和されると水分散性
を有するカチオン基及び活性水素を含有する樹脂(成分
A)と、室温では安定であって60℃〜130℃に加熱され
た時に成分Aの活性水素と反応し得るブロックイソシア
ネート(成分B)とから成る低温硬化型カチオン電着塗
料を適用するのがよい。
上記の成分Aおよび成分Bについてさらに詳しく説明す
る。
成分Aは、好適には、ビスフェノールA型エポキシ、ビ
スフェノールF型エポキシ、ポリブタジエン型エポキ
シ、ポリウレタン、アクリル、ポリエステルおよびまた
はポリアミドから誘導された3級アミノ基含有樹脂等を
挙げることができる。
次に、成分Bについては、 (イ)3官能以上のポリオールと2官能以上のポリイソ
シアネートとオキシム、β−ジケトン、フェノール、ア
ミンおよびまたはそれらの誘導体から選ばれたブロック
剤との反応生成物であり、1分子中に3個以上のブロッ
クイソシアネート基を有するもの、 (ロ)イソシアヌレート、アロハネートおよびまたはビ
ュウレット構造を有するポリイソシアネートとオキシ
ム、アセチルアセトン、マロン酸ジエステルおよびまた
はアセトン酢酸エステルから選ばれるブロック剤との反
応生成物から成るもの、 (ハ)トリアジン環およびまたはその誘導体を有するポ
リオールとポリイソシアネートとオキシムアセチルアセ
トン、マロン酸ジエステルおよびまたはアセト酢酸エス
テルから選ばれるブロック剤との反応生成物からなるも
の、 等を好適に挙げることができる。
これらのカチオン電着塗料組成物は、130℃以上の高温
加熱でも硬化反応するが、本発明では130℃以下の低温
で20分以内に硬化反応させることを特徴とする。
被塗物へのカチオン電着塗装方法は、スプレー塗装、浸
漬塗装または流し塗り塗装などの一般公知の方法で行う
ことができる。
〔実施例〕
以下に実施例により本発明を具体的に説明する。実施例
1および2に於ける部とは重量部である。また耐食性評
価のための塗膜厚みは全て20μmとした。
(実施例1) 反応容器にブチルセルソルブ407部、エポキシ当量950の
ビスフェノールA型エポキシ樹脂950部を仕込み、加温
して溶解させ、80℃に冷却してケチミン(モノメルアミ
ノプロピルアミンとメチルイソブチルケトンから合成)
142部を投入し、1時間反応させて、酸で部分的に中和
されると水分散性を有するカチオン基及び活性水素をが
有する樹脂(成分A)を製造した。
一方、PLC308(ダイセル化学製ポリオール)800部とト
ルエン500部、TDI(トリレンジイソシアネート)522部
を80℃で1時間反応させ、マロン酸ジエチル480部を加
えてさらに3時間反応させて、室温では安定であった60
℃〜130℃に加熱された時に成分Aの活性水素と反応し
得るブロックイソシアネート(成分B)を製造した。
この成分A100部と成分B43部、触媒としてジブチル錫ジ
ラウレート2部、顔料としてカオリン10部、酸化チタン
8部、カーボンブラック2部、さらにエチルセルソルブ
50部を混合分散し、酢酸2部を加えて十分混合した後、
脱イオン水を少しづつ総重量が1000部になるまで加え、
ディスパーを用いて乳化させて塗料化した。
このようにして得られたカチオン型電着塗料を、ショッ
トピーニング処理をした引張強度192kg/mm2を有する平
行部直径6mm棒状試験片に、りん酸亜鉛処理を施して後
塗装し、焼付温度を80℃、100℃、130℃、150℃、焼付
時間を20分として、せん断応力60±55kg/mm2の条件によ
る疲労試験および塩水噴霧試験による耐食性試験を実施
した。この結果を第2表に示す。耐食性試験片の中央部
には直径10mmの鋼球を1mの高さから落下させて塗膜損傷
を与えた。腐食面積とは、耐食試験(8週間)後に塗膜
を剥離し塗膜損傷を中心に、試験片の腐食発生部のタ
テ、ヨコの長さの積をもって表示したものである。また
標準塗装とは、現用のばね塗装に広く用いられるメラミ
ンアルキド系電着塗料を塗装し、170℃、20分で焼付硬
化したものである。
第2表の結果より、疲労強度は130℃以下の焼付温度が
よいことがわかる。耐食性は、80℃の硬化温度でわずか
に低下するが100℃〜150℃で硬化した場合は、標準塗装
と全く差がないことが明らかになった。
(実施例2) プロピレングリコールメチルエーテル951部、エポキシ
当量475のビスフェノールA型エポキシ樹脂1900部を加
熱溶解させた後60℃でジエタノールアミン200部、ジエ
チルアミノプロピルアミン120部を加え、120℃まで加熱
し、3時間反応させて、酸で部分的に中和されると水分
散性を有するカチオン基及び活性水素を含有する樹脂
(成分A)を製造した。
一方、キシレン206部、ジオキサン206部、トリレンジイ
ソシアネートのイソシアヌレート型3量体522部を仕込
み、20℃でメチルエチルケトオキシム261部を1時間に
渡って滴下した。その後さらに3時間60℃で反応させた
後ブチルセルソルブ10部を加え60℃で1時間反応させ
て、室温で安定であって60℃〜130℃に加熱された時に
成分Aの活性水素と反応し得るブロックイソシアネート
(成分B)を製造した。
成分A100部、成分B46部、カーボンブラック2部、カオ
リン15部、ジブチル錫ジラウレート1部を加え3本ロー
ルで30分間分散後、ギ酸1.6部を加えて十分混合後かく
はんしながら脱イオン水600部を徐々に加えて乳化さ
せ、電着塗料を作成した。この塗料を実施例1と同様の
試験片に塗装し、同じ方法で塗膜損傷を与え、塩水噴霧
試験(8週)により耐食性を評価した。その結果を第3
表に示す。本塗料に於いても、80℃の硬化温度ではやや
耐食性が標準塗装より劣るけれども、100℃〜130℃の硬
化温度では、従来の標準塗装と同程度の耐食性が得られ
ることがわかる。
第3表 焼付硬化温度 腐食面積 80℃ 39mm2 100℃ 25mm2 130℃ 25mm2 150℃ 24mm2 標準塗装 25mm2 〔発明の効果〕 本発明によれば、表面に圧縮残留応力付加加工を施して
疲労強度を向上させた高張力鋼材が、塗料焼付工程でそ
の効果を消失するのを防止することができ、高疲労強度
と高耐食性の双方を両立させた40kg/mm2以上の高張力鋼
材製品を得ることを可能にしたものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤基 法秀 兵庫県尼崎市南塚口町6丁目10番73号 神 東塗料株式会社内 (72)発明者 川端 正也 兵庫県尼崎市南塚口町6丁目10番73号 神 東塗料株式会社内 (56)参考文献 特開 平2−11669(JP,A) 特開 昭60−138080(JP,A) 特開 昭62−207822(JP,A) 特開 昭62−129363(JP,A) 特開 昭61−235476(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面に残留応力を発生させた40kg/mm2以上
    の引張強さを有する鋼材に、130℃以下の温度で20分以
    内に硬化するカチオン電着塗料が塗布され、焼付硬化さ
    れて成ることを特徴とする疲労特性の良い高張力鋼材製
    品。
  2. 【請求項2】130℃以下の温度で20分以内に加熱硬化す
    ることが可能なカチオン電着塗料として、酸で部分的に
    中和されると水分散性を有するカチオン基及び活性水素
    を含有する樹脂(成分A)と、室温では安定であって60
    ℃〜130℃に加熱された時に成分Aの活性水素と反応し
    得るブロックイソシアネート(成分B)とから成るカチ
    オン電着塗料組成物が用いられることを特徴とする請求
    項1記載の疲労特性の良い高張力鋼材製品。
JP1855889A 1989-01-28 1989-01-28 焼付塗装した疲労特性の良い高張力鋼材製品 Expired - Fee Related JPH0772295B2 (ja)

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