JPH09111473A - プレス成形性に優れた亜鉛系めっき鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】プレス成形性に優れた亜鉛系めっき鋼板を低コ
ストで提供する。 【解決手段】亜鉛系めっき鋼板のめっき層の表面に、境
界潤滑作用を有する化合物を含む平均厚みが 100nm以上
1000nm以下の被覆組成物が形成されている亜鉛系めっき
鋼板。境界潤滑作用を有する化合物がリン化合物および
亜鉛化合物のうちの一種以上であるものは、特に良好で
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プレス成形性に優
れた亜鉛系めっき鋼板に関し、特に、鉄フラッシュめっ
き等の上層めっきを施すことなしに良好なプレス成形性
を確保することが可能な合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関
する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛系めっき鋼板は優れた耐食性を有し
ているが、プレス成形性が冷延鋼板と比較して劣ってい
る。

【０００３】そのため、亜鉛系めっき鋼板のプレス成形
性の改善について従来から種々の検討がなされており、
例えば、特公昭５８−１５５５４号公報には、鉄フラッ
シュめっき等の硬い被覆層を亜鉛系めっき鋼板の表面に
形成させることにより、プレス時のめっきとダイスのか
じり付きを抑制し、潤滑性を向上させる技術が開示され
ている。

【０００４】しかしながら、上記従来の技術において
は、確かにめっき層の表面に形成させた硬質被覆層によ
りプレス成形性は改善されるが、この被覆層の形成は電
解処理によって行わなければならないため、設備コスト
が高く、浴の管理費や電力費等のランニングコストも嵩
み、製造コストが高くなるという欠点がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来技術における問題を解決するためになされたもの
で、プレス成形性に優れた亜鉛系めっき鋼板を低コスト
で提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決するために検討を重ねた結果、境界潤滑作用を
有する化合物（耐摩耗剤）を、従来のような潤滑油への
添加剤としてではなく、最表層被覆組成物として亜鉛系
めっき鋼板の表面に予め付着させることによって、プレ
ス成形性が飛躍的に向上することを見いだした。このプ
レス成形性の向上効果は、プレス油として粘度の低い一
般防錆油を使用した場合においても発揮される。なお、
ここで述べる境界潤滑作用とは、プレス成形加工時に摺
動界面において発生する熱および圧力によって、被覆組
成物が潤滑油と、あるいは鋼板表面と、あるいはその両
方と反応、結合し、生成した反応生成物が工具と鋼板表
面との金属どうしの接触を防ぐ作用のことである。

【０００７】この知見に基づき、本発明者らは、さら
に、亜鉛系めっき鋼板のプレス成形性の改善、特に、合
金化亜鉛めっき鋼板のプレス成形性を鉄フラッシュめっ
き等の上層めっきを施したものと同等以上に改善するこ
とについて検討を加え、本発明をなすに至った。

【０００８】本発明の要旨は、下記（１）および（２）
の亜鉛系めっき鋼板にある。

【０００９】（１）亜鉛系めっき鋼板のめっき層の表面
に、境界潤滑作用を有する化合物を含む平均厚みが 100
nm以上1000nm以下の被覆組成物が形成されていることを
特徴とするプレス成形性に優れた亜鉛系めっき鋼板。

【００１０】（２）境界潤滑作用を有する化合物がリン
化合物および亜鉛化合物のうちの一種以上である前記
（１）に記載の亜鉛系めっき鋼板。

【００１１】前記の「平均厚み」とは、実際に母材鋼板
のめっき層の表面（以下、「母材鋼板表面」または単に
「鋼板表面」という）に形成された被覆組成物に含まれ
る境界潤滑作用を有する化合物の付着量を分析により求
め、この化合物の密度から平均厚みに換算して表したも
のである。

【００１２】例えば、母材鋼板表面に形成された被覆組
成物に含まれる境界潤滑作用を有する化合物がリン化合
物の場合、まず、被覆を施した母材鋼板の一定面積をイ
ビット（腐食抑制剤）を添加した10％塩酸水溶液中でめ
っき層ごと溶解し、その中に含まれるリンの絶対量を溶
液原子吸光分析法により定量する。次いで、被覆を施さ
ない母材鋼板について、同様にリンの絶対量を求める。
これらの定量値の差から、被覆組成物の付着量をリン換
算付着量として求める。得られたリン換算付着量に対し
て、（リン化合物の分子量）／｛（リンの原子量）×
（リン化合物の密度）｝のファクターをかける（乗じ
る）ことにより、リン化合物の厚みを算出することが可
能である。

【００１３】また、「境界潤滑作用を有する化合物」と
は、前述したように、プレス成形時に摺動界面で潤滑油
や鋼板表面と反応して工具と鋼板表面との接触を防ぐ作
用をする反応生成物を生成するような化合物である。な
お、「境界潤滑作用を有する化合物を含む・・」とは、
上記化合物を10重量％以上含有するということを意味す
る。 100重量％、すなわちこの化合物のみからなるもの
であってもよい。残部（上記化合物以外の組成物）は、
例えばアルミナゾルのような皮膜形成能力を有する物質
（バインダー）であるのが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】上記のように、本発明の亜鉛系め
っき鋼板においては、その母材鋼板表面に境界潤滑作用
を有する化合物を10重量％以上 100重量％以下の範囲で
含む被覆組成物が形成されていることが必要である。

【００１５】このような被覆組成物が母材鋼板表面に形
成されていると、プレス成形加工時に摺動界面において
発生する熱および圧力によって、被覆組成物が潤滑油も
しくは鋼板表面、またはその両方と反応、結合し、この
反応生成物によって工具と鋼板表面との金属どうしの接
触が妨げられ、潤滑性が保持される。被覆組成物中に境
界潤滑作用を有する化合物が含まれていない場合は、被
覆組成物が 100〜1000nmの所定の厚みを有していても良
好なプレス成形性が得られない。

【００１６】なお、この境界潤滑作用に対して、被覆組
成物の被覆の状態はなんら限定されない。つまり、母材
鋼板表面の全面にわたって連続したものであるか、ある
いは不連続なものであるかは問題ではなく、後述するよ
うに、平均厚みで 100nm以上1000nm以下のものであれば
よい。

【００１７】境界潤滑作用を有する化合物としては以下
に示す３種類（タイプ〜タイプ）の化合物が挙げら
れる。本発明の亜鉛系めっき鋼板は、これらの化合物の
うちの一種以上（タイプに関係なく一種以上）の化合物
を含む被覆組成物が母材鋼板表面に形成された鋼板であ
る。

【００１８】摺動時に潤滑油と反応する化合物。

【００１９】この化合物は、被覆組成物として母材鋼板
表面に形成された状態で既に鋼板表面の金属と反応して
いる化合物である。プレス成形時にさらに潤滑油と反応
して工具と鋼板表面との接触を防ぐ作用をする反応生成
物を生成する。

【００２０】この化合物の具体的な例としては、リン酸
塩、金属リン化物、硫酸塩、金属硫化物、金属塩化物、
亜鉛酸化物、カドミウム酸化物、鉛酸化物等がある。

【００２１】摺動時に鋼板表面の金属と反応する化合
物。

【００２２】この化合物は、それ自体が潤滑成分（長鎖
の有機官能基）を有しており、プレス成形時にさらに母
材鋼板表面の金属と反応して工具と鋼板表面との接触を
防ぐ作用をする反応生成物を生成する。

【００２３】具体的な例としては、各種長鎖アルキルの
フォスフェイト、各種長鎖アルキルのフォスフィネイ
ト、各種長鎖アルキルのフォスフェイトの金属塩、炭化
水素のモノハロゲン置換体、ZDTP塩（ジアルキルジチオ
カルバミン酸塩）等の長鎖アルキル基を含む金属塩、各
種スルフォネイト、各種スルフォネイトの金属塩等が挙
げられる。

【００２４】摺動時に潤滑油および鋼板表面の金属の
両方と反応する化合物。

【００２５】この化合物は、被覆組成物として母材鋼板
表面に形成された状態では単なる塗装膜であるが、プレ
ス成形時に潤滑油および鋼板表面の金属と反応して工具
と鋼板表面との接触を防ぐ作用をする反応生成物を生成
する。

【００２６】具体的な例としては、リン酸塩微粒子、金
属リン化物微粒子、硫酸塩微粒子、金属硫化物微粒子、
金属塩化物微粒子、亜鉛塩微粒子、カドミウム塩微粒子
等が挙げられる。

【００２７】これらの境界潤滑作用を有する化合物の中
で、前記のおよびに示した化合物は液状もしくはゾ
ル状での取扱いが容易であり、例えば、のタイプの化
合物は、ロールコーティング等による連続塗装に好適で
ある。また、のタイプの化合物は、水を加えてゾル状
にしてめっき表面に塗布することができる。

【００２８】一方、に示した化合物は、一般に長鎖の
有機官能基を有するため水に分散させることが困難であ
り、有機溶剤系の塗装設備が必要となる。また、塗工時
に著しい発泡が起こり易いので注意を要する。

【００２９】金属塩化物や硫酸塩は、水分が存在すると
著しい腐食性を示すので、このような化合物を含む被覆
組成物が形成されている亜鉛系めっき鋼板は、生産して
から加工するまでの間の貯蔵性が必ずしもよいとはいえ
ない。従って、上記した硫酸塩や金属塩化物が被覆組成
物に含まれている場合は、この点についての十分な配慮
が必要となる。

【００３０】また、カドミウムや鉛の酸化物は環境への
悪影響が懸念され、廃液処理等が必要になるのでコスト
高となり、好ましくない。

【００３１】従って、境界潤滑作用を有する化合物とし
て特に好ましいのは、タイプおよびのリン化合物お
よび亜鉛化合物である。これらの化合物は、リン化合物
であるか亜鉛化合物であるかを問わず、いずれか一種以
上が被覆組成物に含まれていれば効果がある。もちろん
リンと亜鉛が共に含まれた化合物（例えば、実施例で示
したリン酸亜鉛など）であってもよい。

【００３２】上記の被覆組成物は、平均厚みが 100nm以
上1000nm以下であることが必要である。平均厚みが 100
nmに満たない場合は、境界潤滑作用が十分ではなく、一
方、厚みが1000nmを超えると、プレス成形時に被覆層の
凝集破壊が起こるためプレス成形性が悪化する。好まし
くは、150nm 以上500nm 以下である。

【００３３】本発明に用いられる母材としての亜鉛系め
っき鋼板は、特に限定されるものではない。代表的なも
のとしては、溶融亜鉛めっき系では、合金化亜鉛めっき
鋼板、電気めっき系では、Zn-Ni 合金めっき鋼板などが
挙げられる。

【００３４】上記本発明の亜鉛めっき鋼板を製造するに
は、母材鋼板表面に、前記の境界潤滑作用を有する化合
物を含む溶液およびこの化合物を分散させた分散液もし
くはゾル状のもの（以下、これらを処理液という）を乾
燥後に所定の平均厚みを有する被覆組成物になるように
塗布し、乾燥させるだけでよい。

【００３５】例えば、前記ののタイプの化合物を含む
処理液を塗布する場合は、ディップ後ロール絞り、スプ
レー後ロール絞り等の方法を用いればよく、前述したよ
うにロールコーティング等による連続塗装を行うことも
容易である。また、のタイプの化合物を含む処理液を
塗布する場合も、水系分散によりゾル状にすれば、上記
と同様の方法による塗装が可能である。

【００３６】のタイプの化合物を含む処理液を塗布す
る場合は、前述したように水に分散させることが困難な
ので、有機溶剤系の塗装設備が必要となるが、従来使用
されている設備が適用できる。

【００３７】塗布後の乾燥についても、通常用いられて
いる熱風型オーブン、赤外線オーブン等を使用すればよ
い。なお、乾燥に際しては、設定温度・風量を母材鋼板
表面に塗布した処理液に含まれる水や溶剤の全量が蒸発
するように定めることが必要である。

【００３８】乾燥温度は40℃〜 300℃とするのが好まし
い。乾燥温度が40℃より低い場合は乾燥が遅く、ライン
による生産においては乾燥時間を確保するためオーブン
長を大きくしなければならない。一方、 300℃を超える
と、母材鋼板表面に形成させた境界潤滑作用を有する化
合物の熱分解が懸念される。

【００３９】本発明の亜鉛系めっき鋼板は、上述したよ
うに母材鋼板表面に境界潤滑作用を有する化合物を含む
被覆組成物が所定の平均厚みで形成されている鋼板であ
って、優れたプレス成形性を有している。しかも、この
鋼板は、特別の手段を必要とせず、従来用いられている
手法に類した方法で安価に製造することができる。

【００４０】

【実施例】表１に示す５種類の亜鉛系めっき鋼板（板
厚： 0.8mm）を母材として使用し、その表面に、境界潤
滑作用を有する化合物を含む処理液を塗布して被覆組成
物を形成したものを試料とし、プレス成形性および境界
潤滑作用の良否を評価した。

【００４１】なお、比較のために、本発明で規定する被
覆組成物を形成させる処理以外の処理を施したものにつ
いても同様の評価を行った。

【００４２】試料調製 母材鋼板表面に被覆組成物を形成させるに際し、水に溶
解、または分散可能な化合物を含むものについては、処
理液を塗布した直後のウェット膜厚が5g／m²となるよう
にロールコーターを調整し、乾燥後に被覆組成物が所定
の厚みになるように処理液の濃度を調整した。ロールコ
ーターで塗装した後、オーブンを通過した直後の試料の
表面温度は何れも50℃前後であった。

【００４３】前記のタイプの化合物は水への分散が困
難であったため、有機溶剤（シクロヘキサノン）に分散
させ、処理液とした。被覆組成物の厚みの制御は水系処
理液の場合と同様に行った。乾燥温度は170 ℃とした。

【００４４】タイプの化合物については、例えばZnO
ゾルの場合を例にとると、先ず、過飽和状態の熱ZnCl₂
水溶液を大過剰のNaOH水溶液（濃度1N）中に混合するこ
とにより瞬時にPH 5.0以上として、ZnO の微細結晶の懸
濁液を得た。次いで、この懸濁液をイオン交換し、加熱
沸騰させた状態で小量の塩酸を滴下してZnO の微細結晶
を分散、安定化させ、ZnO ゾル処理液とした。その他の
ゾル系の処理液についても、上記と同様の方法で調製し
た。

【００４５】表２に、母材鋼板の種類、被覆組成物形成
のために用いた化合物の種類と被覆組成物を形成させる
ための処理方法、およびその平均厚みを示す。

【００４６】評価方法 〔プレス成形性〕円筒絞り試験機を用いて、以下の条件
で試験を行った。

【００４７】 ブランク径 ：69mmφ、成形速度60mm／min ブランク押さえ荷重：1.5ton 最大成形高さ ：17.8mm 油種 ：洗浄油および防錆油 成形性は、最大成形高さに対するそれそれの試料の破断
高さを求め、以下の４段階で評価した。◎または○であ
れば良好とした。

【００４８】 ◎：破断せず ○：成形高さが１５ｍｍ以上で破断 △：成形高さが１１ｍｍ以上１５ｍｍ未満で破断 ×：成形高さが１１ｍｍ未満で破断 〔境界潤滑作用〕バウデン摩擦試験機を用いて、以下の
条件で試験を行った。

【００４９】 摺動条件 ：荷重 1kg、摺動速度20mm／sec プローブ ：直径 5mmφ鋼球 サンプル温度：200 ℃ 境界潤滑作用の評価は、50回の摺動後もカジリ付きが起
こらない場合を○（良好）、50回未満でカジリ付いた場
合を×（不良）とした。

【００５０】評価結果を表２に併せて示す。この結果か
ら、本発明の亜鉛系めっき鋼板は、プレス成形性、境界
潤滑作用のいずれにも優れていることがわかる。特に、
鉄フラッシュめっきを施した比較例No.30 、あるいは母
材として冷延鋼板（ＣＲ）を用いた比較例No.31 と比べ
ても、同等ないしそれに勝る優れた性能を有している。

【００５１】

【表１】

【００５２】

【表２】

【００５３】

【発明の効果】本発明の亜鉛系めっき鋼板は冷延鋼板ま
たは鉄フラッシュめっきを施した鋼板と同等以上の優れ
たプレス成形性を有しており、プレス成形工程の生産性
向上に寄与することができる。しかも、従来のものより
も低コストで提供することが可能である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 清之 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内 (72)発明者 坂根 正 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住 友金属工業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】亜鉛系めっき鋼板のめっき層の表面に、境
   界潤滑作用を有する化合物を含む平均厚みが 100nm以上
   1000nm以下の被覆組成物が形成されていることを特徴と
   するプレス成形性に優れた亜鉛系めっき鋼板。
2. 【請求項２】境界潤滑作用を有する化合物がリン化合物
   および亜鉛化合物のうちの一種以上である請求項１に記
   載の亜鉛系めっき鋼板。