KR100501818B1 - 아연도금 강판 및 그 제조방법과 프레스 성형품의 제조방법 - Google Patents

아연도금 강판 및 그 제조방법과 프레스 성형품의 제조방법 Download PDF

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Abstract

아연도금 강판의 제조방법은, 아연도금 강판의 표면에 고체입자를 투사하여, 상기 강판의 표면형태를 조정하는 공정을 가진다. 상기 표면형태는, 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 강판 표면의 피크 카운트(PPI), 강판 표면의 기복(Wca)으로 이루는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이다. 아연도금 강판은 딤플상 형태의 표면을 가진다.

Description

아연도금 강판 및 그 제조방법과 프레스 성형품의 제조방법{ZINC-PLATED STEEL SHEEL AND METHOD FOR PREPARATION THEREOF, AND METNOD FOR MANUFACTURING FORMED ARTICLE BY PRESS WORKING}
본 발명은, 아연도금 강판 및 그 제조방법과 프레스 성형품의 제조방법에 관한 것이다.
자동차, 가전, 건재용 박강판으로서, 방청성이 우수한 아연도금 강판의 수요가 증대하고 있다. 프레스 가공에 사용되는 아연도금 강판은, 그 표면의 미시적(微視的) 요철인 표면거칠기를 적절히 부여할 필요가 있다. 강판 표면의 미시적인 요철은 프레스 금형과의 사이에서 윤활유의 보유성(保油性)을 향상시키고, 슬라이딩저항을 저감시킴과 동시에 형(型) 손상(galling)을 방지하는 효과가 있기 때문이다.
강판 표면의 미시적인 요철의 형태를 나타내는 지표로서는, 통상, JISB0601에 규정되는 평균거칠기(Ra)가 사용되고 있는데, 프레스 성형에 제공되는 아연도금 강판에 대해서는, 평균거칠기(Ra)가 일정값의 범위가 되도록 조정하므로서, 프레스 성형에 있어서 금형과의 사이의 보유성을 확보하는 것이 일반적이다.
단, 그 외의 지표로서, 최대높이(Rmax), 10점 평균거칠기(Rz) 등의 요소가 사용되는 경우도 있다. 또한, 일본 특개평 7-136701호 공보에는, 단위면적당의 오목부(凹部) 체적의 합을 지표로서 정의하고, 그 값이 소정값 보다도 큰 경우에 프레스 성형성이 우수한 것이라고 되어 있다. 어쨌든, 아연도금 강판의 표면에는 일정한 미시적 요철을 부여하지 않으면, 프레스 성형성을 확보할 수 없다.
특히, 합금화 용융 아연도금 강판에 비하여, 피막이 주로 상(相)으로 구성되는 아연도금 강판의 경우에는, 피막 자체가 부드럽고, 또한 융점이 낮기 때문에, 프레스 금형에의 응착이 발생하기 쉽고, 프레스 성형성이 떨어지는 경우가 있으므로, 보다 높은 보유성을 확보할 필요가 있다. 이와 같은 이유에 의해, 프레스 성형성을 확보하기 위하여 필요한 표면의 요철의 크기, 소위 평균거칠기(Ra)도, 합금화 용융 아연도금 강판에 비하여, 상대적으로 큰 값이 요구되는 경우가 많다.
한편, 자동차의 외판(外板) 용도 등에 사용되는 아연도금 강판에는, 프레스 성형성과 함께 도장후의 선영성(鮮暎性)이 우수할 것이 요구된다. 따라서, 도장후의 선영성만을 향상시키기 위해서는, 아연도금 강판의 표면을 밝은 면으로 마무리하면 좋기는 하나, 프레스 성형성을 향상시키기 위하여 일정한 표면거칠기를 필요로 하는 점에서 상반되는 요구가 생긴다.
도장후의 선영성과 도장전의 강판에 있어서 표면의 미시적 형태의 관계에 대하여는, 예를 들어 일본 특공평 6-75728호 공보에 기재되어 있다. 상기 공보에 의하면, 도장막 자체가 강판 표면의 미시적 요철에 대한 로우패스(low pass)·필터로서 작용하므로, 단 주기(短周期)의 요철은 도막(塗膜)에 의해 메워지고, 도장후의 선영성에 영향을 주지 않기는 하나, 파장 수백㎛ 이상인 장 주기 성분은 도장에 의해서도 은폐되지 않으며, 선영성을 악화시킨다고 되어 있다.
상기 대책으로서, 도장전 강판 표면의 미시적 요철을 나타내는 지표인 여과파(波) 중심선 기복(Wca)을 일정값 이상으로 조정하는 것으로, 도장후의 선영성을 향상시킬 수 있다. 여과파 중심선 기복(Wca)이란, JISB0610에 규정되어 있는 요소로서, 높은 영역을 컷 오프(cut off)한 표면 요철의 평균높이를 대표하는 것이다.
한편, 여과파 중심선 기복(Wca) 이외에도, 도장후의 선영성에 영향을 주는 지표로서, 피크 카운트(peak count)(PPI)가 있다. 피크 카운트(PPI)란, SAE911 규격에서 규정되는 바와 같이, 1 인치당 요철의 피크(peak)수이다. 피크 카운트가 크다고 하는 것은, 표면의 미시적 요철 중에서, 단 주기의 요철이 많다는 것을 의미하고, 동일한 평균거칠기(Ra)로 비교한 경우에, 상대적으로 장 주기의 파장성분이 경감되어 있는 것을 나타내고 있다. 즉, 평균거칠기(Ra)가 동일하면, 피크 카운트(PPI)가 클 수록, 도장후 선영성이 우수하다고 생각되어 진다.
이상과 같이, 프레스성형 용도의 아연도금 강판에 대해서는, 일정한 미시적 요철인 표면거칠기를 부여하는 것이 필요함과 동시에, 도장후의 선영성이 요구되는 경우에는, 그 장(長) 파장성분을 저감시킬 필요가 있다. 특히, 합금화 과정에서 표면에 미시적인 요철이 형성되는 합금화 용융 아연도금 강판과 달리, 피막이 주로 상으로 구성되는 아연도금 강판에서는, 도금후의 표면이 평활하므로, 어떠한 방법에 의해 표면거칠기를 부여할 필요성이 높다.
그런데, 프레스성형에 사용되는 아연도금 강판의 표면에 미시적인 요철을 부여하는 수단으로서는, 조질압연이 사용되고 있다. 조질압연은, 표면에 미리 미시적인 요철을 부여한 압연 롤을 사용하여, 강판에 0.5∼2.0% 정도의 소성 신장을 부여하면서, 롤 바이트에서 발생하는 압력에 의해, 강판 표면에 압연 롤 표면의 요철을 전사(轉寫)시키는 수단이다. 따라서, 아연도금 강판의 표면에 형성되는 미시적인 요철의 형태는, 압연 롤의 표면에 부여되는 요철의 형태에 의존하는 것이다.
조질압연 롤의 표면에 미시적인 요철을 부여하는 방법으로서는, 쇼트 블라스트(shot blast)가공, 방전가공, 레이저 가공, 전자빔 가공 등의 각종 가공방법이 사용되어 진다. 예를 들면, 일본 특개평 7-136701호 공보나 일본 특공평 6-75728호 공보에는, 레이저 가공을 실시한 조질압연 롤을 사용하는 수단이 개시되어 있으며, 일본 특개평 11-302816호 공보에는 전자빔 가공에 의해, 표면을 가공한 조질압연 롤을 사용하는 것이 나타나 있다.
더욱이, 강판 표면의 피크 카운트(PPI)를 상승시키는 방법으로서, 프리텍스(Pretex)법으로 불리는 조질압연 롤의 가공방법이, Zimnik 등에 의해 공표되어 있다(Stahl und Eisen, Vol. 118, No.3, p.75-80, 1998). 이것은, 경질의 금속 크롬을 전해석출하는 것으로, 압연 롤의 표면에 미시적인 요철을 부여하는 방법에 있어서, 쇼트 블라스트 가공에 의한 압연 롤 표면의 가공방법에 비해, 단(短) 피치로 치밀한 요철을 부여할 수 있는 것이 특징이라고 되어 있다.
상기 문헌에 의하면, 쇼트 블라스트 가공에 의한 압연 롤을 사용한 경우에 부여할 수 있는 강판 표면의 피크 카운트(PPI)는 120 정도이나, 프리텍스(Pretex)법을 사용한 경우에는, 피크 카운트(PPI)를 230 정도까지 상승시킬 수 있다고 되어 있다. 또한, 본 인용문헌에 있어서 피크 카운트(PPI)의 카운트 레벨은 ±0.5㎛로 되어 있다(이에 대해, 본 명세서에 있어서 피크 카운트(PPI)를 나타낼 때의 카운트 레벨은 ±0.635㎛이다).
그러나, 프레스 성형에 제공되는 아연도금 강판의 표면에 일정한 표면거칠기를 부여하는 수단으로서 사용되고 있는 조질압연에 의한 종래기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.
제 1의 문제점으로, 조질압연에 의해 압연 롤의 미시적인 요철이, 아연도금 강판의 표면에 전사되는 비율에는 일정한 제한이 생기고, 아무리 압연 롤 표면에 치밀한 요철을 부여해도, 그것들이 모두 강판에 전사되지는 않고, 아연도금 강판 표면에 형성되는 피크 카운트(PPI)를 크게 할 수 없다고 하는 문제점이 있다.
조질압연은, 롤 바이트에서 생기는 압력에 의해 강판에 일정한 소성 신장을 주면서, 압연 롤 표면의 미시적인 요철을 전사시키는 작용이 생기는 것이나, 조질압연의 주된 기능은 풀림 후의 강판에 대한 기계적 성질을 조정하는 것으로서, 이 목적을 달성하기 위하여 부여할 수 있는 신장율의 최대값에는 일정한 제한이 생긴다. 따라서, 압연 롤 표면의 미시적인 요철을 거의 완전하게 강판 표면에 전사시키기 위해서는, 롤 바이트에서 발생하는 압력을 매우 높게 하면 좋기는 하나, 그 경우에는 강판 벌크(bulk)변형이 과대하게 되어, 그 기계적 성질이 악화하는 것으로 된다.
예를 들면, 강판의 기계적 성질을 조정하는 목적에서, 조질압연에 있어서 부여할 수 있는 신장율이 0.5∼2.0%의 범위로 되는 경우에, 강판 표면의 평균거칠기(Ra)를 1.0∼1.5㎛으로 하기 위해서는, 압연 롤 표면의 평균거칠기(Ra)를 2.5∼3.5㎛정도로 할 필요가 있다. 이 경우, 압연 롤 표면의 피크 카운트(PPI)를 크게하기 위하여, 방전가공이나 전자빔 가공 등의 수단을 사용하여 압연 롤 표면을 가공했다고 하더라도, 부여할 수 있는 압연 롤 표면의 피크 카운트(PPI)는 300정도가 한계이다. 이 때 조질아연에 의한 피크 카운트(PPI)의 전사비율은 약 60∼70%이므로, 강판 표면에 전사되는 미시적인 요철의 피크 카운트(PPI)로서는 200정도로 될 수 밖에 없다.
예를 들면, 상기 특개평 11-302816호 공보에는, 압연 롤 표면에 전자빔 가공을 하는 기술이 개시되어 있으나, 상기 공보의 실시예 기재로부터는 아연도금 강판의 요철의 피치가 0.11㎜ 정도라고 기재되어 있어, 1 인치당 요철의 수는 230 정도이라고 추측할 수 있다. 또한, 상기의 프리텍스(pretex)법에 의한 경우에 있어서도, 강판 표면의 피크 카운트(PPI)는 230 정도로서, 현재의 기술로는, 그 이상으로 치밀한 단 파장의 요철을 강판 표면에 부여할 수는 없다.
특히 피막이 주로 상으로 구성되는 아연도금 강판은, 합금화 용융 아연도금 강판에 비하여, 평균거칠기(Ra)를 크게 하는 경우가 많으므로, 압연 롤 표면에 부여해야만 하는 평균거칠기도 그에 따라 크게 할 필요가 있다. 그런데, 전술한 각종 롤 표면 가공법에 의해서는, 모두 압연 롤 표면의 평균거칠기를 크게하는 경우에는 피크 카운트(PPI)가 저하하므로, 평균거칠기(Ra)와 피크 카운트(PPI)의 양자를 크게 하는 것이 곤란하게 된다.
이와 같은 아연도금 강판을 프레스 성형에 사용하는 경우에는, 프레스 금형과의 사이의 보유성(保油性)이 충분하지 않고, 그 슬라이딩 저항이 크게 되어, 펀치면에서 강판의 파단 또는 금형비드부 부근에서 강판의 파단이 일어나기 쉽다고 하는 문제가 생긴다.
제 2의 문제점은, 조질압연에 있어서 롤 바이트에서는, 압연 롤과 강판 사이의 접촉압력이 대단히 크므로, 압연 롤 표면의 미시적 요철(표면거칠기)이 마모에 의해 시간에 따라 변화하고, 강판 표면에 전사되는 미시적 요철의 형태를 일정하게 유지하는 것이 곤란하게 되는 것이다.
예를 들면, 표면의 평균거칠기(Ra)로서 3.5㎛의 압연 롤을 사용하는 경우, 압연길이 6㎞정도의 조질압연에 의해, 압연 롤 표면의 평균거칠기(Ra)는 3.0㎛정도까지 저하한다. 이에 따라 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)도 1.5㎛로부터 1.3㎛정도로 저하한다. 이와 같은 압연 롤 표면의 마모의 영향은, 압연길이가 증가하는데 따라서 현저하게 되고, 제품마다 표면의 미시적 요철의 형태가 변화하므로서, 프레스 성형성에 차이가 생기고, 품질이 일정하지 않다고 하는 문제가 생긴다.
따라서, 강판의 프레스 성형성을 안정시키고자 하는 경우에는, 압연 롤 표면의 마모가 그다지 진행되지 않은 동안에, 압연 롤을 교체 조립하면서 제조할 필요가 생기므로, 압연 롤의 빈번한 교체 조립에 의해 생산능률의 저하를 초래한다.
또한, 피막이 주로 상으로 구성되는 아연도금 강판의 경우에는, 앞에서 서술한 바와 같이 합금화 용융아연 도금에 비하여 보다 큰 Ra가 요구되는 경우가 많으므로, 압연 롤 표면의 평균거칠기(Ra)도 큰 것을 사용할 필요가 있고, 압연 롤 표면의 마모에 의한 시간적 변화의 영향이 현저하게 된다. 더욱이, 마모만이 아니고, 압연 롤 표면의 미시적 요철 중, 오목부의 부분에 강판으로부터 박리한 아연분(粉)이 응축하여, 소위 클로깅(clogging)에 의해 외관 롤 표면거칠기가 저하하는 것에 의해서도, 제조되는 아연도금 강판 표면의 미시적 요철의 형태에 시간적 변화가 생기고 만다.
제 3의 문제점은, 종래기술에 의한 아연도금 강판의 제조방법에서는, 대상으로 하는 아연도금 강판의 강 종류 등이 변화하여 모재의 경도가 다른 경우에, 동일 레벨의 표면거칠기를 얻는 것이 곤란하게 되는 것이다.
상기 문제점에 대해서, 도 36을 사용하여 설명한다. 이것은, 압연 롤 표면을 방전가공에 의해 평균거칠기(Ra)를 3.0㎛로 조정하므로서, 아연도금 강판의 조질압연을 행한 결과를 나타내는 것이다.
모재가 고 장력(high tension)인 경질재와, 연질인 극저탄소강(연질재)에 대해서, 표면에 용융 아연도금을 실시한 후에, 부여하는 신장률을 단계적으로 변경하면서 조질압연을 실시하여, 각각의 아연도금 강판 표면의 평균거칠기를 측정했다. 도면으로부터는, 조질압연에 의해 부여되는 아연도금 강판 표면의 평균거칠기는, 연질재의 경우에 비하여 경질재 쪽이 큰 값으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 일정한 신장율을 얻기 위하여 발생하는 압연 롤과 강판과의 접촉면압이, 연질재보다도 경질재에 있어서 높게 되고, 접촉면압이 높을수록 아연도금 피막층의 변형이 발생하기 쉽게 되어, 압연 롤 표면의 미시적 요철이 전사하기 쉽게 되기 때문이다.
그런데, 연질재 및 경질재 모두, 강판의 프레스 성형성을 확보하는 관점으로부터 표면의 평균거칠기(Ra)를 1.0∼1.2㎛로 하고, 그 기계적 성질을 조정하기 위하여 조질압연의 신장율을 0.8∼1.0%의 범위로 조정하지 않으면 안되는 경우가 있다. 이 때, 도 36에 나타내는 결과로부터는, 연질재에 대해서는, 그러한 요구를 충족시키는 아연도금 강판을 제조할 수 있으나, 연질재에 대해서는, 동일한 압연 롤을 사용하여도 소기의 목적을 달성할 수 없다.
그래서, 경질재의 조질압연을 하는 경우에는, 압연 롤 표면의 평균거칠기(Ra)를 상기 3.0㎛ 보다도 작게할 필요가 있고, 압연 롤을 교체 조립하지 않으면 소기의 목적을 달성할 수 없다. 즉, 동일한 압연 롤을 사용하여, 재질상 제한되는 신장율의 범위 내에 있어서, 다른 강 종류를 모재로 하는 아연도금 강판에 동일한 표면거칠기를 부여할 수 없다.
도 1은, 실시형태 1에 있어서 제 1 예를 실시하기 위한 설비의 개요를 나타내는 도이다.
도 2는 도 1에 도시한 설비에서 사용되는 공기식 투사장치의 개요를 나타내는 도이다.
도 3은 실시형태 1에 있어서 제 2예인 아연도금 강판의 제조방법을 실시하기 위한 설비 개요를 나타내는 도이다.
도 4는 원심식 투사장치를 모식적으로 나타내는도이다.
도 5는 실시형태 1에 있어서 제 3예인 아연도금 강판의 제조방법을 실시하기 위한 설비예를 나타내는 도이다.
도 6은, 실시형태 1에 관한 제 1 실시예에 의한 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)의 조정범위를 나타내는 도이다.
도 7은, 실시형태 1에 관한 제 1 실시예의 비교예에 의한 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)의 조정범위를 나타내는 도이다.
도 8은, 실시형태 1에 관한 제 1 실시예에 의한 아연도금 강판 표면의 광학현미경 사진을 나타내는 도이다.
도 9는, 실시형태 1에 관한 제 1 실시예의 비교예에 의한 아연도금 강판 표면의 광학현미경 사진을 나타내는 도이다.
도 10은, 실시형태 1에 관한 제 2 실시예에 있어서, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)와 슬라이딩시험에 의해 얻어진 고속 고면압조건에 있어서 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 11은, 실시형태 1에 관한 제 2의 실시예에 있어서, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)와 슬라이딩시험에 의해 얻어진 저속 저면압조건에 있어서 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 12는, 실시형태 1에 관한 제 2 실시예에 있어서, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)와 슬라이딩시험에 의해 얻어진 고속 고면압조건에 있어서 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)와 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 13은, 실시형태 1에 관한 제 2 실시예에 있어서, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)와 슬라이딩시험에 의해 얻어진 저속 저면압조건에 있어서 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)와 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 14는, 실시형태 1에 관한 제 3 실시예 및 그 비교예에 있어서, 아연도금 강판의 원통 딥 드로잉(deep drawing) 성형시험에 있어서 최대하중을 나타내는 도이다.
도 15는, 실시형태 1에 관한 제 3 실시예 및 그 비교예에 있어서, 아연도금 강판의 구두(球頭)버클링 성형시험에 있어서 판 두께 감소율을 나타내는 도이다.
도 16은, 실시형태 1에 관한 제 4실시예에서의, 아연도금 강판의 각 제조공정에 있어서 기복(Wca)을 나타내는 도이다.
도 17은, 실시형태 1에 관한 제 4 실시예 및 그 비교예에 있어서, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)와 기복(Wca)의 관계를 나타내는 도이다.
도 18은, 실시형태 1에 관한 제 4 실시예 및 그 비교예에 있어서, 아연도금 강판의 기복(Wca)과 NSIC 값의 관계를 나타내는 도이다.
도 19는, 실시형태 1에 관한 제 4 실시예에 있어서, 아연도금 강판의 기복(Wca)과 투사밀도의 관계를 나타내는 도이다.
도 20은, 실시형태 1에 관한 제 5실시예에 있어서, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)와 투사밀도의 관계의 일 예를 나타내는 도이다.
도 21은, 실시형태 1에 관한 제 5실시예에 있어서, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)와 투사밀도의 관계의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 22는, 실시형태 1에 관한 제 5실시예에 있어서 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)와 투사밀도 관계의 일예를 나타내는 도이다.
도 23은, 실시형태 1에 관한 제 5실시예에 있어서, 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)와 투사밀도 관계의 다른 예를 나타내는 도이다.
도 24는, 실시형태 1에 관한 제 5실시예에 있어서, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)와 평균 입자경의 관계를 나타내는 도이다.
도 25는, 실시형태 1에 관한 제 5실시예에 있어서, 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)와 평균 입자경의 관계를 나타내는 도이다.
도 26은, 실시형태 1에 관한 제 5실시예에 있어서, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)와 압축공기 압력의 관계를 나타내는 도이다.
도 27은, 실시형태 1에 관한 제 5실시예에 있어서, 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)와 압축공기 압력의 관계를 나타내는 도이다.
도 28은, 실시형태 1에 관한 제 6실시예에 있어서, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)와 투사밀도의 관계를 나타내는 도이다.
도 29는, 실시형태 1에 관한 제 6실시예에 있어서, 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)와 투사밀도의 관계를 나타내는 도이다.
도 30은, 실시형태 1에 관한 제 6실시예에 있어서, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)와 피크 카운트(PPI) 관계의 제 1예를 나타내는 도이다.
도 31은, 실시형태 1에 관한 제 6실시예에 있어서, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)와 피크 카운트(PPI) 관계의 제 2예를 나타내는 도이다.
도 32는, 실시형태 1에 관한 제 6실시예에 있어서, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)와 피크 카운트(PPI) 관계의 제 3예를 나타내는 도이다.
도 33은, 실시형태 1에 관한 제 6실시예에 있어서, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)와 투사속도의 관계를 나타내는 도이다.
도 34는, 실시형태 1에 관한 제 6실시예에 있어서, 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)와 투사속도의 관계를 나타내는 도이다.
도 35는, 실시형태 1에 관한 제 7의 실시예에 있어서, 강판의 표면사진을 나타내는 도이다.
도 36은, 종래기술인, 조질압연에 의한 표면형태 조정방법의 특징을 설명하는 도이다.
도 37은, 실시형태 2의 일예인 아연도금 강판의 제조방법을 실시하기 위한 설비예의 개요를 나타내는 도이다.
도 38은, 실시형태 2에 관한 원심식 투사장치를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 39는, 실시형태 2의 다른 예인 아연도금 강판의 제조방법을 실시하기 위한 설비예의 개요를 나타내는 도이다.
도 40은, 실시형태 2에 관한, 투사거리를 250∼1000mm의 범위로 변경한 경우의 평균거칠기(Ra) 및 피크 카운트(PPI)의 판 폭방향의 분포를 나타내는 도이다.
도 41은, 실시형태 2에 관한, 투사거리를 250∼1000mm의 범위로 변경한 경우의 유효 투사폭을 표시한 도이다.
도 42는, 실시형태 2에 관한,유효 투사폭 내 에서의 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)와 투사밀도의 관계를 나타내는 도이다.
도 43은, 실시형태 2에 관한, 평균 입자경과 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)의 관계를 나타내는 도이다.
도 44는, 실시형태 2에 관한, 투사속도의, 평균거칠기(Ra) 와 피크 카운트(PPI)의 영향을 나타내는 도이다.
도 45는, 실시형태 2에 관한, 아연도금 강판의 피크 카운트와 슬라이딩시험의 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 46은, 실시형태 2에 관한, 각 제조단계에 있어서 강판의 중심선 기복(Wca)을 조사한 결과를 나타내는 도이다.
도 47은, 실시형태 2에 관한, 실시예와 비교예에 있어서 Wca와 NSIC를 나타내는 도이다.
도 48은, 실시형태 2에 관한, 본 실시예와 비교예에 의한 아연도금 강판의 표면사진을 나타내는 도이다.
도 49는, 실시형태 2에 관한 실시예 1에 있어서, 원심식 투사장치에 사용한 고체입자의 입자경분포를 나타내는 도이다.
도 50은, 실시형태 2에 관한 실시예 4에 있어서, 원심식 투사장치에 사용한 고체입자의 입자경분포를 나타내는 도이다.
도 51은, 실시형태 3에 관한 실시예인 제 1 아연도금 강판의 표면사진이다.
도 52는, 실시형태 3에 관한 실시예인 제 2 아연도금 강판의 표면사진이다.
도 53은, 실시형태 3에 관한 실시예와 비교예에 있어서, 피크 카운트 값과 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 54는, 실시형태 3에 관한 실시예와 비교예에 있어서, 표면의 평균거칠기, 피크 카운트 값과 마찰계수 양부(良否)의 관계를 나타내는 도이다.
도 55는, 실시형태 3에 관한 도장후의 선영성과 기복과의 관계를 나타내는 도이다.
도 56은, 실시형태 3에 관한 아연도금 강판의 프레스 가공시의 접촉상태를 나타내는 제 1의 모식도이다.
도 57은, 실시형태 3에 관한 아연도금 강판의 프레스 가공시의 접촉상태를 나타내는 제 2의 모식도이다.
도 58은, 종래기술에 의해 표면거칠기가 부여된 아연도금 강판의 표면사진이다.
도 59는, 종래기술에 의해 표면거칠기가 부여된 아연도금 강판의 프레스 가공시의 접촉상태를 나타내는 모식도이다.
도 60은, 실시형태 4에 관한 아연도금 강판 표면의 3차원 형상을 나타내는 도이다.
도 61은, 실시형태 4에 관한 비교재에 사용한, 방전가공한 압연 롤로 조질압연한 아연도금 강판 표면의 3차원 형상을 나타내는 도이다.
도 62는, 마찰계수 측정장치의 개략정면도이다.
도 63은, A 조건(고속 고면압조건)으로 마찰계수를 측정하는 경우에 사용하는 비드의 형상·치수를 나타내는 도이다.
도 64는, B 조건(저속 저면압조건)으로 마찰계수를 측정하는 경우에 사용하는 비드의 형상·치수를 나타내는 도이다.
도 65는, 실시형태 4에 관한 발명품 및 비교재의 80% 부하레벨에서의 압입자국 밀도와 B 조건에서의 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 66은, 실시형태 4에 관한 발명품 및 비교재의 PPI와 B 조건에서의 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 67은, 실시형태 4에 관한 발명품 및 비교재의 80% 부하레벨에서의 압입자국 밀도와 A 조건에서의 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 68은, 실시형태 4에 관한 발명품 및 비교재의 PPI와 A조건에서의 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 69는, 실시형태 4에 관한 발명품의 B조건에서의 마찰계수와 중핵부(中核部)의 유체 유지지표(Sci)의 관계를 나타내는 도이다.
도 70은, 실시형태 4에 관한 발명품 및 비교재의 B 조건에서의 마찰계수를 압입자국 밀도와 Sci로 정리한 결과를 나타내는 도이다.
도 71은, 실시형태 4에 관한 발명품에서 얻어진 아연도금 강판의 산술평균 기복(Wa)과 도장후의 선영성의 관계를 나타내는 도이다.
도 72는, 실시형태 5에 관한 실시예와 비교예에 있어서 피크 카운트 값과 마찰계수의 관계를 나타내는 도이다.
도 73은, 실시형태 6에 관한 프레스 성형품의 제조방법의 작업 플로우(flow)를 나타내는 도이다.
도 74(a)와 도 74(b)는, 도 73에 나타낸 작업을 실제로 행하는 장치와 강판, 부재, 프레스 성형품 흐름의 관계를 나타내는 블록도이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
(실시형태 1)
실시형태 1은, 조질압연법에 의해 얻어지는 아연도금 강판보다도 표면의 미시적 요철을 치밀하게 형성하므로서, 프레스 성형에 알맞은 아연도금 강판의 제조방법을 제공하는 것이다. 특히, 비교적 큰 평균거칠기(Ra)를 표면에 부여하면서, 높은 피크 카운트의 달성 및 장 주기(長週期)의 요철인 기복의 저감을 실현하여, 도장후의 선영성에도 우수한 아연도금 강판의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 더욱이, 본 발명은 조질압연법에 있어서 문제가 되는 빈번한 롤 교체 조립을 저감시켜, 생산능률을 향상시킴과 동시에, 표면거칠기의 조정범위를 확대할 수 있는 새로운 표면 부여방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
실시형태 1-1은, 아연도금 강판의 표면에 고체입자를 투사하여, 해당 강판의 표면형태를 조정하는 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판의 제조방법이다.
실시형태 1-1에 있어서 아연도금 강판의 표면에 투사된 개개의 고체입자는, 강판 표면의 아연도금 피막에 충돌하므로서 피막 표면에 압흔을 형성시킨다. 다수의 고체입자를 아연도금 강판에 충돌시키므로서, 그 표면에 다수의 요철이 형성되고, 일정한 미시적 요철의 형태가 부여되게 된다. 이 요철의 깊이나 크기, 인접하는 요철의 피치 등은 고체입자가 가진 운동에너지나 입자경, 단위면적당의 투사량, 아연도금 피막의 경도에 따라서 결정된다. 따라서, 이들 인자를 제어하여, 표면형태를 조정할 수 있다.
고체입자를 아연도금 강판에 투사하므로서 형성되는 미시적 요철의 형태적인 특징은, 아연도금 강판의 표면에 주로 오목부 형상의 압흔이 형성되는 점인데, 이와 같은 표면형태가 프레스 성형시 금형과의 사이의 보유성(保油性)을 향상시키는 효과가 있다.
이에 대하여, 종래기술인 조질압연법에서는, 아연도금 강판 표면에 오목부형상의 형태를 부여하기 위해서는, 압연 롤의 표면에 미시적인 볼록부를 주체로 하는 표면형태를 부여할 필요가 있다. 그러나, 압연 롤 표면에 미시적인 볼록부를 치밀하게 가공하는 것은 일반적으로 곤란하고, 압연 롤 표면의 쇼트 블라스트가공, 방전가공, 레이저가공, 전자빔 가공도 원리적으로는 압연 롤의 표면에 주로 오목부 형상을 부여할 수 밖에 없다.
따라서, 실시형태 1-1에 의해 얻어지는 아연도금 강판은, 표면의 미시적 요철의 형태를 대표하는 요소인 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)라는 지표를 사용하는 경우에, 예를 들어 그들 값이 종래기술에 의한 아연도금 강판과 동일하다고 하여도, 보다 우수한 프레스 성형성을 발휘하는 것으로 된다.
그 점에서, 종래기술인 조질압연에 의한 아연도금 강판의 표면 조정방법과는, 본질적으로 다른 수단이라고 할 수 있고, 「표면형태」라고 하는 말도, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 강판 표면의 피크 카운트(PPI), 강판 표면의 여과파 중심선 기복(Wca), 압입자국 개개의 형상, 깊이, 서로이웃하는 오목부의 간격 등을 포함하는 넓은 개념으로서 사용한다.
그런데, 실시형태 1-1에 있어서는, 고체입자의 투사조건을 변경하는 것에 따라, 아연도금 강판의 표면에 형성되는 표면형태를 제어할 수 있다. 예를 들면, 고체입자의 재질, 평균 입자경, 입자경 분포, 개개 입자의 형상, 밀도, 또는 고체입자의 투사속도, 투사밀도(단위 면적당에 투사하는 고체입자의 중량)를 변경하므로서, 아연도금 강판 표면에 형성하는 미시적 요철의 형태를 바꿀 수 있다. 즉, 아연도금 강판의 사양이나 용도에 따라서 최적인 표면형태로 조정하는 것이 용이하다. 또한, 종래기술에 있어서 조질압연 롤 표면의 마모에 의한 표면형태의 시간적 변화라고 하는 문제도 발생하지 않으므로, 일정한 표면형태를 안정되게 얻을 수 있다고 하는 특징이 있다.
한편, 고체입자의 충돌에 의해 형성되는 압흔은. 아연도금 피막층의 부근에 한정되므로, 모재 강 종류의 경도에 의해 큰 영향을 받지 않는다고 하는 특징이 있다. 따라서, 피막 표면에 형성되는 오목부의 크기는, 주로 피막 경도에 의존하고, 모재 강 종류에 그다지 의존하지 않는다. 그 때문에, 조질압연에 의해 압연 롤의 표면거칠기를 전사(轉寫)시키는 종래기술에 있어서 문제로 되었던, 「동일한 압연 롤을 사용하여, 재질상 제한되는 신장율의 범위 내에 있어서, 다른 강 종류를 모재로 하는 아연도금 강판에 동일한 표면거칠기를 부여할 수 없다」고 하는 문제점이 발생하지 않는다.
실시형태 1-2는, 실시형태 1-1에 있어서, 조정되는 표면형태가, 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 강판 표면의 피크 카운트(PPI), 강판 표면의 여과파 중심선 기복(Wca) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 실시형태 1-1에 있어서는, 조정하는 표면상태는 전술한 바와 같이 여러가지 것이 생각되고 특별히 한정되어 있지 않으나, 조정하는 표면형태로서는, 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI), 기복(Wca)의 적어도 하나로 하는 것이 바람직하다. 고체입자의 투사에 의해 부여되는 표면형태는, 그 자신 아연도금 강판의 프레스 성형성을 향상시키는 효과를 구비한 것이나, 제품품질의 관리나 안정성을 확보하기 위하여, 일정한 지표를 사용할 필요가 있기 때문이다.
평균거칠기(Ra)를 조정하는 것은, 아연도금 강판을 프레스 가공하는 경우에, 금형과 강판 사이의 보유성을 변화시키는 것에 상당하고, 가공시의 윤활성 및 형 손상(galling)에 견디는 성질을 조정하는 것이 된다. 또한, 피크 카운트(PPI)도 프레스 가공시의 보유성을 변화시킴과 동시에, 도장후의 선영성에 영향을 준다. 더욱이, 기복(Wca)은, 도장후의 선영성에 영향을 주는 인자이다. 이상의 인자를 단독으로 조정하거나 조합하여 조정하므로서, 프레스 성형성, 더욱이는 도장후의 선영성이라고 하는 특성을, 강판의 사용목적에 따라 최적인 값으로 조정하는 것이 가능하게 된다.
일반적으로, 투사하는 고체입자의 입자경, 밀도, 투사속도가 클수록, 아연도금 피막의 표면에 큰 오목부가 성형되므로, 표면의 평균거칠기(Ra)가 크게 된다.
한편, 표면의 피크 카운트(PPI)에 대해서는, 투사하는 고체입자로서 입자경이 작은 것을 사용하므로서, 강판 표면에 압흔이 조밀하게 형성되는 결과, 피크 카운트(PPI)를 크게 할 수 있다. 더욱이, 고체입자의 입자경, 밀도, 투사속도 및 투사밀도는, 강판 표면의 기복에 영향을 주어, 평균 입자경이 작고, 균일한 입자경 분포를 가지는 고체입자를 사용하므로서 강판 표면의 기복(Wca)을 작게 할 수 있다.
실시형태 1-3은, 실시형태 1-2에 있어서, 강판 표면의 평균거칠기(Ra)를 0.3∼3㎛로 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
아연도금 강판 표면의 평균거칠기가 0.3㎛ 밑도는 경우에는, 프레스 성형에 있어서 금형과의 사이의 보유성이 부족하여, 강판과 금형의 슬라이딩 저항이 증가하여 강판의 파단 등이 생기기 쉽게 된다. 한편, 평균거칠기(Ra)가 3㎛를 초과하면, 금형과의 경계면에 유지되는 유량이 포화함과 동시에, 강판 표면의 미시적 요철 중에서 국소적으로 높은 볼록부가 금형과 접촉하므로서, 형 손상(galling) 등이 발생하기 쉽게 된다. 따라서, 실시형태 1-3에 있어서는, 강판 표면의 평균거칠기(Ra)를 0.3∼3㎛으로 조정하는 것으로 하고 있다.
또한, 종래기술에 의해 제조된 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)는, 통상 0.5∼2㎛정도 였으나, 본 수단에 의해서 제조된 아연도금 강판은, 종래기술에 의한 아연도금 강판에 비하여, 표면의 평균거칠기(Ra)가 동일하더라도 우수한 프레스 성형성을 나타내므로, 종래보다도 넓은 범위에서 표면의 평균거칠기를 조정해도 동등이상의 특성을 얻을 수 있다.
실시형태 1-4는, 실시형태 1-2 또는 실시형태 1-3에 있어서, 강판 표면의 피크 카운트(PPI)를 250 이상으로 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
종래기술에 의한 아연도금 강판은, 조질압연으로 부여할 수 있는 신장율의 제약에 의해, 표면의 피크 카운트(PPI)를 230 이상으로 하는 것은, 현재로서는 곤란하다. 한편, 고체입자를 투사하여 아연도금 강판의 표면형태를 조정하는 경우에는, 모재에 소성 신장을 주는 일 없이 표면형태를 조정할 수 있다. 또한, 고체입자의 투사밀도 등의 투사조건을 조정하므로서, 아연도금 강판의 표면 전체에 틈새없이 압흔을 부여할 수도 있다. 그 때문에, 아연도금 강판 표면의 피크 카운트(PPI)를 250 이상으로 조정하는 것도 용이하다.
이와 같은 종래기술에서는 얻을 수 없는, 250 이상의 피크 카운트(PPI)를 얻는 것에 의해, 프레스 성형에 있어서 금형과의 슬라이딩 특성이 한층 향상됨과 동시에, 표면의 미시적 요철에 대한 장 주기 성분도 저감되어, 도장후의 선영성도 우수한 것으로 된다.
실시형태 1-5는, 실시형태 1-2 내지 실시형태 1-4의 어느 실시형태에 있어서, 강판 표면의 여과파 중심선 기복(Wca)을 0.8㎛ 이하로 조정하는 것을 특징으로 하는 것이다.
강판 표면의 기복(Wca)이 0.8㎛를 상회하는 경우에는, 표면의 미시적 요철의 장 주기 성분이 증가하며, 도장후의 표면에도 잔류하여 선영성을 악화시킨다. 특히, 자동차의 외판부재에 사용되는 아연도금 강판 등에는 알맞지 않게 된다. 따라서, 본 수단에 있어서는, 아연도금 강판의 표면에 고체입자를 투사하여 프레스 성형성을 향상시킴과 동시에, 강판 표면의 기복(Wca)을 0.8㎛ 이하로 조정하여 도장후의 선영성을 향상시킨다.
실시형태 1-6은, 실시형태 1-1 내지 실시형태 1-5의 어느 실시형태에 있어서, 아연도금 강판의 표면에 투사하는 고체입자로서, 평균 입자경 10∼300㎛의 고체입자를 사용하는 것을 특징으로 하는 것이다.
아연도금 강판의 표면에 형성되는 압흔은, 고체입자의 평균 입자경이 클수록 크게 된다. 평균 입자경이 300㎛를 초과하면, 아연도금 강판의 표면에 형성되는 오목부가 크게 되어, 조밀한 미시적 요철을 부여할 수 없다. 그 때문에, 아연도금 강판 표면의 피크 카운트(PPI)를 높게 할 수 없고, 프레스 성형성에 있어서 금형과의 사이의 슬라이딩 저항이 증가함과 동시에, 표면의 기복(Wca)도 크게 되기 쉬우므로, 도장후의 선영성의 면에서도 바람직하지 않다.
따라서, 실시형태 1-6에 있어서 사용하는 고체입자의 평균 입자경은 300㎛ 이하로 한다. 단, 보다 바람직하게는, 평균 입자경으로서 200㎛ 이하의 것으로, 종래기술에서는 부여할 수 없는 레벨이 높은 피크 카운트(PPI)를 얻을 수 있다.
한편, 고체입자의 평균 입자경이 작을수록, 아연도금 강판의 표면에 치밀한 요철을 부여하는 것이 원리적으로는 가능하다. 그런데, 평균 입자경이 10㎛를 밑도는 경우에는, 투사한 고체입자의 속도가 공기중에서 저하하므로, 투사속도를 매우 크게 하지 않으면, 효과적으로 표면거칠기를 부여할 수 없다.
특히, 시판되고 있는 고체입자는 일정한 입자경 분포를 가지고 있으며, 평균 입자경이 10㎛이라도, 수㎛ 이하의 매우 작은 입자로부터, 30㎛ 정도의 입자까지 함유되어 있으므로, 작은 입자는 공기중에서의 감속이 크고, 아연도금 강판 표면에 충돌할 때의 운동에너지가 저하한다.
그 때문에 투사량을 크게 해도, 표면의 미시적 요철을 형성하는 데 기여하는 것은 비교적 큰 입자만이고, 작은 입자는 표면형태의 조정에 기여하지 않는다. 또한, 평균 입자경이 10㎛ 이하로 되면 입자의 가격이 비싸고, 아연도금 강판의 제조에 사용하는 것은 경제적이지 않다.
따라서, 아연도금 강판의 표면에 치밀한 요철을 부여하는 관점으로부터는, 보다 작은 입자를 사용하는 것이 바람직하기는 하나, 본 수단에 있어서는, 실용적, 경제적인 관점으로부터, 평균 입자경의 하한값을 10㎛로 한다.
투사하는 고체입자의 입자경 분포에 대해서는, 날카로운 입자경 분포가 바람직하다. 아연도금 강판의 표면에 형성되는 압흔의 크기가 균일화되는 때문이다. 그러나, 입자경 분포를 날카롭게 하면 입자 제조과정에 있어서 수율의 저하를 초래하므로, 입자의 가격이 높아지게 된다. 본 발명자들의 지견(知見)에 의하면, 본 수단에 있어서 사용하는 고체입자의 입자경 분포로서는, 평균 입자경 d에 대하여, 입자경이 0.5d∼2d의 범위에 포함되는 입자의 중량비율이 85% 이상이라면, 실용적으로는 충분한 특성을 가지고, 강판 표면에 부여되는 압흔의 균일성도 확보할 수 있으므로, 도장후 선영성에도 우수한 제품을 제조할 수 있다.
실시형태 1-7은, 실시형태 1-1 내지 실시형태 1-6의 어느 실시형태에 있어서, 아연도금 강판에 투사하는 고체입자가 금속계 재료인 것을 특징으로 하는 것이다.
고체입자의 밀도가 작은 경우에는, 고체입자의 질량이 작게 되고, 투사속도를 매우 크게 하지 않으면, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)를 일정값 이상으로 하는 것이 어렵다. 따라서, 프라스틱계의 고체입자는 적당하지 않다. 통상은, 밀도가 2g/㎝3 이상인 금속계 재료 또는 세라믹계 재료의 고체입자를 사용한다. 구체적으로는, 강구(鋼球), 강 그리드(grid), 스테인리스강. 고속도강, 알루미나, 산화규소, 다이아몬드, 산화 지르코니아(zirconia), 텅스텐 카바이드 등을 들 수 있다.
그런데, 아연도금 강판에 투사한 고체입자는, 표면에 압흔을 형성한 후에 비산하므로, 이것을 순환 회수하여 투사하는 시스템이 필요하게 된다. 이 때, 아연도금 강판에 충돌하여도 고체입자가 파쇄하지 않을 정도의 강도를 가지는 것이 필요하다. 따라서, 금속계의 고체입자가 바람직하고, 유리조각과 같이 파쇄되기 쉬운 재료는 알맞지 않다.
특히, 금속계 재료 중에서는, 탄소강, 스테인리스강, 고속도강 등이 알맞으며, 알루미나 등의 세라믹계 입자를 사용하여 투사하는 것 보다도 우수한 프레스 성형성을 나타내는 것을 알 수 있다. 그 이유에 대해서는, 반드시 명백한 것은 아니지만, 고체입자가 아연도금 강판에 충돌한 때의 입자 변형에 기인하여, 표면에 형성되는 압흔의 형태가 변화하여, 프레스 금형과의 사이의 보유성을 향상시키기에 알맞은 것으로 된다고 생각된다.
실시형태 1-8은, 실시형태 1-1내지 실시형태 1-7의 어느 실시형태에 있어서, 고체입자의 투사속도가, 30∼300m/s인 것을 특징으로 하는 것이다.
고체입자의 속도가 30m/s를 밑도는 경우에는, 압흔을 형성하기 위하여 충분한 운동에너지가 부여되지 않는다. 특히, 평균 입자경이 작은 고체입자를 사용하는 경우에는, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)를 0.3㎛ 이상으로 하는 것이 곤란하게 된다. 따라서, 투사속도의 하한을 30m/s 로 한다.
또한, 투사속도가 300m/s를 초과하면, 아연도금 강판에 충돌하는 입자의 운동에너지가 과대하게 되어, 압흔의 형성만이 아니고, 아연도금 피막을 손상시킬 가능성이 있기 때문에, 투사속도의 상한을 300m/s로 한다.
고체입자를 투사하는 가속기로서는, 공기식 또는 기계식의 가속장치가 일반적으로 알려져 있다. 기계식의 가속장치는, 로터에 의해 입자에 원심력을 주어 투사하는 방식으로, 비교적 큰 입자를 투사하는데 알맞고, 대량의 고체입자를 넓은 면적에 걸쳐 투사할 수 있으므로, 고속라인에 있어서 아연도금 강판의 표면을 처리하는데 알맞다. 또한, 현재 시판되고 있는 원심식 투사장치의 최대 투사속도는 100m/s 정도이고, 그 이상의 투사속도를 얻을 수 없다. 단, 보다 고속으로 고체입자를 투사할 수 있는 원심식 투사장치가 있으면, 보다 바람직한 투사방법이라고 할 수 있다.
한편, 공기식 가속장치는, 압축공기 등을 사용하여, 노즐로부터 공기를 분출 시킬 때, 입자에 생기는 항력을 이용하여 가속시키는 방법이다. 특히 입자경이 200㎛ 이하인 작은 고체입자를 투사하는데 알맞으며, 압축공기의 압력을 조정하는 것에 의해, 고체입자의 투사속도를 변경할 수 있고, 최대 300m/s 정도의 투사속도까지 얻을 수 있다. 단, 단일 노즐에 의한 투사범위가 비교적 좁고, 단위 시간당의 투사량도 제한되므로, 광폭재(廣幅材)의 고속라인에서 사용하는 경우에는 복수의 투사노즐을 배치한다.
고체입자의 투사방법에 대해서는, 이상의 기계식 및 공기식 투사법의 특징을 고려한 후에, 대상재(對象材)의 판 폭, 라인속도, 필요한 표면형태, 투사입자의 밀도나 입자경 등에 따라서, 어느 하나 또는 그들을 조합하여 사용할 수 있다. 단, 고체입자의 투사방법으로서는, 그들에 구속되지 않으며, 고체입자를 일정속도로 가속하여 아연도금 강판 표면에 투사하는 수단이라면 좋다.
실시형태 1-9는, 실시형태 1-1 내지 실시형태 1-8의 어느 실시형태에 있어서, 고체입자의 형상이 거의 구형인 것을 특징으로 하는 것이다.
고체입자의 투사에 대해서는, 입자형상이 거의 구형인 쇼트 블라스트 또는 모가난 형상인 그리드 블라스트가 알려져 있다. 전자는 피 가공재 표면을 경화시키는 쇼트 피닝(shot peening)효과를 얻기 위해서 사용되고, 후자는 표면을 연삭하는, 소위 쇼트 블라스트를 위하여 사용되는 것이 일반적이다.
본 발명이 대상으로 하는 아연도금 강판 표면형태의 조정에 있어서는, 거의 구형 쇼트입자를 사용하는 것이 강판의 프레스 성형성의 관점으로부터 바람직하다. 거의 구형의 입자를 사용한 경우에는, 압흔으로서 강판의 표면에 미세한 딤플이 형성되고, 프레스 금형과의 사이에서의 보유성을 향상시키므로, 프레스 성형시의 슬라이딩 저항을 저하시킴과 동시에, 금형과의 형 손상(galling)을 방지하는 효과가 보다 높게 된다.
여기서, 「딤플」이란, 표면의 움푹패인 형상이, 주로 곡면으로 구성되고, 예를 들면 구형상의 물체가 표면에 충돌하여 형성되는 크레이터 형상의 압입자국이 다수 형성된 형태를 가리킨다.
더욱이, 그리드(grid) 형상의 고체입자를 사용하는 경우에는, 투사조건에 따라서는 아연도금 강판의 피막층을 갈아내는 작용이 발생하는 경우가 있고, 거의 구형의 고체입자를 사용하는 것에 의해, 그와 같은 문제도 발생하지 않는다.
또한, 실시형태 1-9에 있어서「거의 구형」이란, 완전한 구형은 아니더라도, 사회통념상 구형이라고 간주되는 것, 및 장경과 단경의 평균경으로부터의 차가 각각 평균경의 20% 이내인, 타원 구형상의 것을 포함하는 의미이다.
상기 과제를 해결하기 위하여 실시형태 1-10은, 실시형태 1-1 내지 실시형태 1-9의 어느 실시형태에 있어서, 아연도금 강판의 표면에, 투사밀도가 0.2∼40㎏/㎡로 되도록 고체입자를 투사하는 것을 특징으로 하는 것이다.
투사밀도란, 강판 표면의 단위면적당 투사되는 고체입자의 중량을 가리킨다. 엄밀하게는, 투사된 범위에 있어서 투사밀도는 일정한 분포를 가지나, 여기에서는 표면에 미시적 요철이 부여된 면적에 대한 투사 총중량을 가리키는 것으로 한다.
투사밀도가 0.2㎏/㎡을 밑도는 경우에는, 아연도금 강판의 표면에 드문드문하게 고체입자가 투사되므로, 표면에 형성되는 미시적 요철의 간격이 크게 되어, 피크 카운트를 크게 하는 것이 곤란하게 된다. 따라서, 실시형태 1-10에 있어서는, 투사밀도의 하한을 0.2㎏/㎡으로 하고 있다. 단, 투사밀도로서는 2㎏/㎡ 이상으로 하므로서, 거의 틈새없이 강판 표면에 압흔을 부여할 수 있으므로, 통상은 투사밀도로서 2㎏/㎡ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
한편, 고체입자의 투사밀도가 40㎏/㎡을 초과하면, 필요 이상의 고체입자를 표면에 투사하는 것으로 되어, 일단 형성한 요철을, 후에 투사된 고체입자가 찌그러뜨리게 된다. 또한, 아연도금 강판의 피막에 반복하여 고체입자가 충돌하므로, 피막 자체가 손상을 받고, 피막이 부분적으로 박리하는 등의 악영향이 생길 우려가 있다. 따라서, 실시형태 1-10에 있어서는, 고체입자의 투사밀도를 0.2∼40㎏/㎡ 범위로 한정한다.
단, 투사속도가 100m/s 이하인 경우에는, 고체입자의 충돌에너지가 작고, 피막의 손상은 거의 볼 수 없으므로, 투사밀도의 상한을 100㎏/㎡ 정도까지 올려도 좋다. 또한, 아연도금 강판의 피막이 연한 경우(예를 들면, 피막이 주로 층으로 구성되는 아연도금 강판)에는, 피막에 소성변형이 생길 뿐으로, 피막을 갉아내는 일은 거의 없으므로, 이 경우에도 투사밀도는 100㎏/㎡ 정도까지 올려도 좋다.
또한, 투사밀도가 높은 경우에는, 일정한 라인 속도로 반송되는 아연도금 강판에 대하여 투사해야 하는 고체입자의 양이 크므로, 투사밀도가 적은 쪽이 고체입자의 반송장치 등의 부대설비의 규모를 작게 할 수 있으므로, 필요 충분한 고체입자의 투사밀도로 하는 것이 바람직하고, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)를 1.0㎛ 정도로 하는 경우에는, 투사밀도로서 20㎏/㎡ 이하로도 충분하다.
실시형태 1-11은, 실시형태 1-1 내지 실시형태 1-10의 어느 실시형태에 있어서, 아연도금 강판이, 도금 피막이 주로 상(相)으로 이루어 지는 아연도금 강판인 것을 특징으로 하는 것이다.
도금 피막이 주로 상으로 이루어 지는 아연도금 강판의 경우에는, 피막 자체가 연질이므로, 고체입자를 투사한 경우에 용이하게 압흔을 형성하고, 표면거칠기의 부여가 용이하다. 또한, 제품으로서도 합금화 용융 아연도금 강판에 비하여, 일반적으로 표면의 평균거칠기(Ra)가 높은 것이 요구된다. 그 때문에, 종래기술에서는 압연 롤의 평균거칠기를 크게 하지 않으면 안되며, 이에 따라 강판 표면에 치밀한 미시적 요철을 부여할 수 없다고 하는 문제가 생기고 있었다. 즉, 도금 피막이 주로 상으로 이루어지는 아연도금 강판에 조질압연에 의해 표면형태를 조정하는 방법에 비하여, 본 발명의 효과가 보다 크게 나타나는 것으로 된다.
실시형태 1-12는, 실시형태 1-1 내지 실시형태 1-11의 어느 실시형태에 있어서, 아연도금 강판의 표면에 고체입자를 투사하여, 상기 강판의 표면형태를 조정하는 공정에 앞서, 아연도금 강판의 중심선 기복(Wca)을 0.7㎛ 이하로 조정하는 조질압연 공정을 가지는 것을 특징으로 하는 것이다.
아연도금을 실시한 강판의 표면은, 모재 자체의 요철, 도금 피막 두께의 변동 등에 의해, 장 주기의 요철인 기복(Wca)이 존재하는 것이 통상이다. 종래기술에서는, 조질압연에 의해 아연도금 강판의 표면형태를 조정하기 때문에, 표면의 일정한 평균거칠기(Ra)를 부여한 조질압연 롤을 사용하지 않으면 안된다. 이 경우, 표면기복이 큰 강판에 대하여, 표면에 큰 요철을 가지는 압연 롤을 사용하여, 그것을 전사시키는 경우에는, 원판이 가지는 장 주기의 요철(기복 Wca)을 저하시킬 수 없고, 역으로 요철을 부여하므로서 강판 표면의 장 주기 요철도 증가하여, 도장후의 선영성을 악화시키는 경우도 있다.
한편, 고체입자의 투사에 의해 표면형태를 조정하는 본 발명에 있어서는, 조질압연할 때에, 강판의 기계적 성질을 조정할 목적으로 일정한 신장율을 부여하면 좋고, 표면을 평활하게 마무리한 압연 롤을 사용하여도 관계없다. 그래서, 본 수단에 있어서는, 조질압연에 사용하는 압연 롤로서 평활한 롤을 사용하고, 아연도금후의 강판 표면에 존재하는 장 주기의 요철을 일단 평활화하여, 고체입자 투사전의 표면 기복(Wca)을 일정값 이하로 조정하므로서, 고체입자후 강판의 기복(Wca)을 낮은 값으로 조정하는 것이 가능하게 된다.
또한, 평활한 롤을 사용한 조질압연후의 강판 표면의 기복(Wca)은 0.7㎛ 이하로 조정하면, 고체입자를 투사하여 표면형태를 조정한 후라도, 표면 기복(Wca)을 0.8㎛ 이하로 억제하는 것이 가능하다(고체입자를 투사하여 표면형태를 조정한 후의 표면 기복(Wca)을 0.8㎛ 이하로 억제하는 의미는, 상기 실시형태 1 - 5의 설명에 있어서 서술한 바와 같다).
단, 보다 우수한 도장후 선영성이 요구되는 경우에는, 고체입자 투사전의 표면 기복(Wca)을 0.3㎛ 이하로 조정하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 압연 롤 표면의 평균거칠기(Ra)가 0.3㎛ 이하인 브라이트 롤을 사용하므로서, 조질압연후의 강판 표면의 기복(Wca)도 0.3㎛ 이하로 하는 것이 가능하며, 고체입자를 투사한 후라 하더라도, 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)을 0.5㎛ 이하로 저감시킬 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태의 제 1예를 실시하기 위한 설비의 개요를 나타내는 도이다. 도 1에 있어서, 1은 아연도금 강판, 2a, 2b는 브라이트 롤, 3a∼3d는 고체입자의 투사노즐, 4a∼4b는 공기압축기, 5는 챔버, 6은 고체입자의 공급장치, 7은 크리너 블로어, 8은 집진기이다.
도 1은 아연도금 강판(1)이, 브라이트 롤(2a)(2b)에 의해 일정한 장력이 부가된 상태에서, 고체입자의 투사챔버(5)를 통과하는 상태를 도시하고 있다. 도 1에 나타내는 공정은, 연속 도금공정의 일부라도 좋고, 독립한 처리라인이라도 좋다. 하류쪽에 검사공정이 배치되는 경우도 포함한다.
아연도금 강판(1)은, 용융 아연도금, 전기 아연도금 등의 방법에 의해 도금 피막이 형성된 강판으로서, 조질압연이 실시된 것이거나, 미조압(未調壓)의 강판이라도 좋다. 또한, 크로메이트(chromate) 등의 화성(化成)처리가 실시된 아연도금 강판이라도 관계없다.
챔버(5)의 안 쪽에는, 강판의 표면 및 이면에 고체입자를 투사하기 위한 투사노즐(3a∼3d)이 배치되어 있으며, 고체입자의 공급장치(6)로부터 일정량의 고체입자가 공급된다. 이 때, 공기압축기(4a∼4d)에 의해 압축된 공기가 노즐을 통과함과 동시에 고체입자가 가속되어, 강판(1)에 투사된다.
도 2는, 도 1에 도시한 설비에 있어서 사용되는 공기식 투사장치의 개요를 나타내는 도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 공기압축기(47)로부터 압축공기가 보내지고, 분사노즐(46)에서 공기가 가속됨과 동시에, 입자 공급관(45)으로부터 공급되는 고체입자가 가속된다. 입자 공급관(45)에는, 도 1의 공급장치(6)로부터 고체입자가 공급된다. 분사노즐(46)의 내경은 5∼20mm 정도가 통상으로, 압축공기의 압력은 0.1∼0.9MPa 정도이다.
또한, 분사노즐(46)로부터의 투사량은, 고체입자의 입자경, 비중, 압축공기의 압력 등에 의해 변화하나, 10㎏/min 이하인 것이 통상이다. 또한, 압축공기의 압력을 변경하므로서, 분사노즐(46)로부터 투사되는 고체입자의 투사속도를 변경하는 것이 가능하다. 이 때의 투사속도로서는, 고체입자의 입자경이 작을수록 고속 투사가 가능하고, 평균 입자경 10∼300㎛ 정도인 금속입자의 경우에는, 대략 80∼300m/s의 투사속도를 얻을 수 있다.
광폭의 아연도금 강판을 처리하기 위하여, 투사노즐(3a∼3d)은, 강판의 폭방향에 걸쳐서 복수개 배치된다. 판 폭방향으로 배치되는 투사노즐의 개수는, 처리해야 할 아연도금 강판의 판 폭, 1 개의 투사노즐에 의해 표면형태를 조정할 수 있는 범위 등에 기초하여 결정된다. 또한, 아연도금 강판 표면에 부여되는 미시적 요철의 형태가, 판 폭방향으로 균일하게 되도록, 인접하는 노즐에 의한 투사범위를 겹치게 하든지 지그재그 형상으로 배치하는 경우도 있다.
또한, 도 1에는 강판의 길이방향으로 2열의 투사노즐이 배치되는 형태가 나타나 있으나, 1개의 노즐에서 투사할 수 있는 고체입자의 양, 라인속도 등에 따라서 길이방향 분사노즐의 개 수를 결정하면 된다. 더욱이 도 1에는, 표면, 이면 각각에 투사노즐이 배치되는 형태가 도시되어 있으나, 반드시 표리면에 고체입자를 투사할 필요는 없고, 목적에 따라서 한쪽에만 투사하여도 관계없다.
챔버(5)의 내부에서 강판에 투사된 고체입자는 주위로 비산하고, 챔버(5)의 하부로 낙하한다. 낙하한 고체입자는 다시 공급장치(6)로 보내져, 순환하여 강판에 투사된다. 통상, 고체입자의 공급장치(6)의 앞에는, 분급(分級)장치(세퍼레이터)가 구비되고, 고체입자에 섞인 아연분말이나, 파쇄되어 미세하게 된 고체입자가 분리되어 집진기(8)에 보내진다.
이에 따라서, 시간적으로 고체입자의 입자경이나 형상이 변화하는 것을 방지하고, 고체입자의 상태가 일정하게 유지된다. 한편, 챔버 내부에서, 하부로 낙하하지 않고 떠다니는 미세한 입자는, 크리너블로어(7)에 의해 포착되어 집진기(8)에서 처리된다.
더욱이, 본 발명에서는 아연도금 강판의 표면형태를 조정하기 위하여, 브라이트 롤(2b)의 하류쪽에 표면형태의 측정기를 배치하여, 그 측정결과에 기초하여 고체입자의 투사속도나 투사밀도 등을 수정하여도 좋다. 표면형태의 측정기로서는, 평균거칠기(Ra), 또는 피크 카운트(PPI)의 측정기, 더욱이는 CCD 카메라 등에 의해 강판의 표면을 촬영하고, 고체입자의 압흔의 크기를 화상처리에 의해 판정하는 장치 등을 채용할 수 있다.
도 3에, 본 발명의 실시형태의 제 2예인 아연도금 강판의 제조방법을 실시하기 위한 설비의 개요를 나타낸다. 도 3은, 아연도금 강판(1)을 연속적으로 반송하면서, 복수의 원심식 투사장치(13a∼13d)에 의해 아연도금 강판(1) 표면의 미시적 요철의 형태를 조정하기 위한 설비를 나타내고 있다. 아연도금 강판(1)으로서는, 냉간압연, 풀림, 아연도금이 실시되고, 표면의 평균거칠기(Ra)를 0.3㎛ 이하로 연삭 마무리한 브라이트 롤을 사용하여 조질압연을 행한 것이 알맞다.
도 3에 나타내는 바와 같이, 아연도금 강판(1)은 패이오프 릴(30)에 장입되고, 텐션 릴(31)로 권취된다. 이 때, 들어가는 쪽의 브라이트 롤(11)과 나가는 쪽의 브라이트 롤(18)사이에서 장력이 부여된 상태로, 아연도금 강판(1)이 연속적으로 반송된다.
원심식 투사장치(13a∼13d)는, 챔버로 둘러싸인 블라스트실(12) 내에 배치된다. 원심식 투사장치(13a∼13d)에 대해서는, 고체입자의 정량공급장치(14a∼14d)로부터 일정량의 고체입자가 공급된다. 또한, 원심식 투사장치(13a∼13d)로부터 투사된 입자는, 블라스트실(12) 내에서 회수되고, 분급기(16)로 이송된다. 분급기(16)에 의해 선별된 입자는, 저장탱크(15)를 통하여 정량공급장치(14a∼14d)로 보내진다. 또한, 도면에는 명시하고 있지 않으나, 분급기에 의해 선별된 분진은 집진기로 보내져 집진처리 된다. 아연도금 강판(1) 위에 잔류 또는 부착된 고체입자는, 크리너 블로어(17)에 의해 퍼지(purge)되어 제거된다.
본 실시형태에 있어서 사용하는 원심식 투사장치는, 아연도금 강판(1)의 판 폭에 따라서, 판 폭방향으로 복수대 배치되고, 판 폭방향으로 분할된 영역마다 각 투사기로 표면형태의 조정을 하도록 되어 있다. 이 때, 각 투사기로 부여되는 범위가, 부분적으로 겹치도록 배치하므로서, 판 폭방향으로 균일한 표면형태를 부여할 수 있다. 또한, 필요가 있으면 길이방향으로 복수대의 원심식 투사장치를 배치하므로서, 라인속도가 고속이더라도 아연도금 강판의 표면에 충분한 투사밀도의 고체입자를 투사할 수 있다.
도 4는, 원심식 투사장치를 모식적으로 도시한 도로서, 모터(43)에 의해 구동되는 로터(41)에 설치된 베인(42)으로부터, 원심력에 의해 고체입자가 투사된다. 고체입자는, 도 3의 정량공급장치(14a∼14d)로부터 입자공급관(44)을 통하여 원심로터의 회전축 부근에 공급된다. 일반적인 원심식 투사장치의 로터 직경은 200∼550mm 정도이며, 베인 폭이 20∼150mm정도, 로터 회전수로서 2000∼4000rpm정도의 것이 사용된다.
또한, 구동모터로서는 최대출력 55㎾ 정도의 것이 있으나, 평균 입자경이 10∼300㎛ 정도의 미세한 고체입자를 투사하는 경우에는, 저출력의 모터라도 충분하다. 로터 회전수의 상한은, 베인의 마모에 의한 덜거덕거림이나 편하중(偏荷重)이 원심식 투사장치의 진동을 증대시키는 것으로부터 제한을 받고, 시판되고 있는 원심식 투사장치의 투사속도는 100m/s 정도가 상한이다.
또한, 원심식 투사장치의 로터 회전방향에 대해서는, 아연도금 강판이 반송되는 방향에 대하여, 로터 회전축은 수평방향이나, 수직방향 모두 좋고, 고체입자가 일정한 속도로 아연도금 강판 표면의 어느 범위에 걸쳐서 투사되면 좋다.
본 발명의 실시에 있어서, 투사하는 고체입자가 10∼300㎛로 매우 작은 입자를 사용하는 경우, 투사된 고체입자가 아연도금 강판에 충돌할 때까지의 거리가 길면, 공기저항에 따른 감속에 의해, 아연도금 강판 표면에 충분한 압흔을 형성할 수 없다. 그 때문에, 스테인리스 강의 탈 스케일 등에 사용되는 쇼트 블라스트 방법에 비하여 투사거리를 짧게 할 필요가 있다.
투사거리란, 로터 회전중심으로부터 강판까지의 거리를 말한다. 스테인리스 강의 탈 스케일 등에 사용되는 쇼트 블라스트 방법에서는 투사거리가 1000mm 정도인 것에 대하여, 본 발명의 실시에 있어서는, 투사거리를 700mm 이하, 바람직하게는 250∼500mm 정도까지 근접시키므로, 미세한 입자라도 공기중에서 감속하는 일 없이 강판에 충돌하여 표면거칠기를 부여하는 것을 가능하게 한다. 단, 현재 시판되고 있는 원심식 투사장치보다도 고속으로 고체입자를 투사할 수 있는 것을 사용하면, 투사거리를 두는 것도 가능하다.
한편, 사용하는 고체입자는, 평균 입자경이 10∼300㎛이고, 바람직하게는 200㎛ 이하로, 거의 구형의 스테인리스 강, 탄소강, 고속도강 등의 금속계 쇼트입자가 바람직하다. 또한, 입자의 입자경 분포를 조정하여, 평균 입자경(d)에 대하여, 입자경 0.5d∼2d의 범위에 포함되는 입자의 중량비율이 85% 이상인 것이 바람직하다.
도 3은, 이와 같은 입자를 순환하여 사용하는 설비를 도시하고 있으며, 분급기(分級機)(16)에 의해 고체입자의 입자경분포를 일정한 범위로 제어하는 것이 가능하다. 분급기의 방식으로서는, 진동체(sieve), 사이크론, 풍력 선별법 등을 들 수 있고, 이들을 단독으로 사용하는 경우도 있으나, 조합하여 최적의 분급(分級)능력을 발휘시키는 경우도 있다.
본 발명의 실시형태에 있어서 아연도금 강판(1)에의 고체입자의 투사밀도는, 0.2∼40㎏/㎡으로 하는 것이 바람직하다. 단, 도 4에 나타내는 기계식 투사장치를 사용하는 경우에는, 도 2에서 나타내는 공기식 투사장치에 비하여, 고체입자의 투사속도가 낮으므로, 아연도금 강판(1)의 표면에 소정형태를 부여하기 위해서는, 공기식 투사장치를 사용하는 경우보다도 투사밀도를 조금 높이는 편이 좋다. 그러한 관점으로부터는, 기계식 투사장치에 의한 경우에는, 투사밀도를 1 ㎏/㎡ 이상, 바람직하게는 5∼20㎏/㎡ 정도로 하는 것이 바람직하다.
아연도금 강판 표면에의 투사밀도를 제어하기 위해서는, 강대의 라인속도에 따라서, 정량공급장치(14a∼14d)로부터 소정량의 고체입자를 원심식 투사장치에 공급한다. 정량공급장치는, 배관중에 밸브를 설치하여 그 개도(開度)를 조정하는 등의 방법으로, 일정시간 내에서의 투사중량을 제어한다. 구체적으로는, 투사밀도를 일정하게 하여 아연도금 강판의 표면형태를 조정하는 경우, 라인속도가 2배로 되면, 정량공급장치로부터 공급하는 고체입자의 양이 2배가 되도록 개도조정을 한다.
도 3에 있어서, 고체입자가 투사되어 표면거칠기가 부여된 아연도금 강판(1)에 대해서는, 검사대(19)에서 표면거칠기를 측정하고, 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI), 기복(Wca) 등이 소정값으로 되는지를 판정하여, 필요하다면 원심로터의 회전수, 투사밀도 등을 변경하여 아연도금 강판의 표면형태를 조정한다.
또한, 브라이트 롤(18)의 하류쪽에 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI) 등을 측정하는 기기를 배치하고, 그 측정결과에 기초하여 고체입자의 투사속도 및 투사량을 변경해도 좋다. 또한, 표면거칠기 측정기는, 접촉식 측정기를 사용해도 되지만, 광학식의 측정기를 사용하여 비접촉으로 행하는 것이 바람직하다. 더욱이, CCD 카메라 등에 의해 강판의 표면형태를 촬영하고, 고체입자의 압흔의 크기를 화상처리에 의해 판정하는 방법을 사용할 수도 있다.
도 5에, 본 발명의 실시형태의 제 3예인 아연도금 강판의 제조방법을 실시하기 위한 설비예를 나타낸다. 도 5에 나타내는 설비는, 연속용융 아연도금라인에 도3에 도시한 것과 같은 설비를 배치한 것으로, 도 3에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에는 동일부호를 붙이고 있다.
상기 설비는, 용융아연 도금라인의 도금 욕(浴)(34)의 하류쪽에 조질압연기(20)를 배치하고, 또한 그 하류쪽에 강제 건조장치(22), 블라스트 실(12)을 배치한 것이다.
용융 아연도금라인에서는, 냉간압연후의 강판을 패이오프 릴(30)에 장입하고, 전해세정장치(32)를 통과한 후, 풀림로(33)에서 있어서 재결정 풀림을 행한다. 그 후, 도금 욕(34)에 있어서 아연도금 피막을 형성한 후, 에어 와이퍼(35)로 막 두께 조정이 행해진다. 그 후, 합금화 용융 아연도금 강판을 제조하는 경우에는 합금화로(36)를 작동시켜, 합금화 처리를 한다. 피막이 주로 층으로 이루어 지는 아연도금 강판은 합금화로(36)를 사용하지 않고 동일한 라인에서 제조된다.
통상의 용융아연 도금라인에서는, 조질압연기(20)에 의한 조질압연이 행해진 후에, 화성(化成)처리장치(37)에 의해 화성 피막이 부여되는 경우와, 방청유가 도포되어 그대로 권취되는 경우가 있다.
한편, 도 5에 나타내는 설비에서는, 조질압연기의 들어오는 쪽 및 나가는 쪽에 물 또는 조질압연액을 분사하는 노즐(25a∼25d)을 배치하고, 또한, 그 하류쪽에 강제 건조장치(22)를 배치한다. 이것은, 아연도금 강판(1)위에 부착된 수분을 미리 건조시킨 후에, 고체입자를 투사하기 위함이다. 단, 아연도금 강판(1) 위에 부착된 수분이 적은 경우나 수분이 자연건조하는 경우에는 반드시 건조장치(22)를 필요로 하지는 않는다.
이상과 같은 설비 열(列)에 배치하므로서, 조질압연기(20)에서는, 재료의 기계적 특성을 조정하기 위하여 브라이트 롤을 사용하여 조질압연을 하고, 일단 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)을 0.7㎛ 이하로 조정한 후, 그 하류쪽으로 배치한 원심식 투사장치(13a∼13d)를 사용하여 아연도금 강판(1)의 표면형태를 조정할 수 있다.
(실시예 1)
본 발명의 제 1 실시예에 의해, 아연도금 강판의 표면에 고체입자를 투사하므로서 형성되는 표면형태가, 종래기술에 의한 표면형태와는 크게 다른 것 으로서, 그 조정범위도 확대할 수 있는 것을 나타낸다.
본 실시예에 있어서 사용한 아연도금 강판은, 판 두께 0.8mm의 냉연강판을 밑바탕으로하고, 도금 피막이 주로 상으로 이루어 지는 한 쪽면의 도금량이 70g/㎡인 용융 아연 도금 강판이다.
여기서는, 용융아연 도금후의 강판에 대하여, 기계적 성질의 조정을 목적으로 하여, 0.8%를 부여하는 조질압연을 하였다. 조질압연에 있어서, 압연 롤 표면의 평균거칠기(Ra)가 0.28㎛인 브라이트 롤을 사용했다. 조질압연후의 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI), 기복(Wca)은, 각각 0.25㎛,48, 0.3㎛이었다.
본 실시예에서는, 이렇게 하여 조질압연을 행한 아연도금 강판의 표면에 대하여, 도 2에 나타내는 공기식 투사장치를 사용하여, 그 표면형태를 조정했다. 사용한 노즐의 구경(口徑)은 9mm이며, 압축공기의 압력을 0.1∼0.7MPa의 범위에서 변경했다. 노즐 선단으로부터 아연도금 강판까지의 거리는 100∼200mm로 하여, 아연도금 강판의 표면에 0.03∼10초간의 범위에서 고체입자를 투사했다. 이 때의 투사밀도는 0.4∼86㎏/㎡의 범위로 하고, 주로 20㎏/㎡ 이하의 범위에서 실험을 하였다.
아연도금 강판의 표면형태를 조정하기 위하여 사용한 고쳬입자를 표 1에 나타낸다.
이들은, 모두 가스 아토마이저법으로 제조한 것으로, 장경과 단경의 평균경으로부터의 차가 각각 평균경의 20% 이내인, 거의 구형입자이다.
고체입자를 투사한 아연도금 강판 표면형태의 특징을 조사하기 위하여, 광학 현미경 사진을 촬영함과 동시에, 표면거칠기 측정기(동경정밀(주)제품 E35A)를 사용하여, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)를 측정했다.
한편, 비교예로서, 종래기술에 기초하여 표면에 미시적(微視的) 요철을 부여한 압연 롤을 사용하고, 조질압연에 의해 아연도금 강판의 표면에 그 형태를 전사(傳寫)시킨 아연도금 강판을 만들었다. 본 비교예에서는, 본 실시예와 동일한 모재에 대하여, 동일한 조건으로 용융아연 도금을 실시한 강판을 사용했다. 조질압연 롤의 표면은, 방전가공에 의해 표면형태를 표 2에 나타내는 값으로 조정한 것을 사용했다.
본 비교예에 있어서는, 조질압연에 있어서 신장율을 0.5∼2%의 범위에서 변경하여, 압연 롤 표면의 미시적 요철을 아연도금 강판 표면에 전사시킨 후, 그 표면을 광학현미경에 의해 관찰하는 외에, 표면거칠기 측정기를 사용하여 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)를 측정했다.
본 실시예에 의한 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)의 조정범위를 도 6에 도시한다. 한편, 비교예에 있어서, 표면형태를 조정한 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)의 범위를 도 7에 도시한다. 도 6과 도 7의 비교로부터, 본 실시예에 의한 아연도금 강판의 표면형태 조정범위는, 종래기술에 비하여 대폭으로 확대되는 것을 알 수 있다.
특히, 피크 카운트(PPI)는, 종래의 조질압연법에서는 230 정도가 상한이었던 것에 대하여, 본 실시예에서는, 최대 500 정도까지의 피크 카운트를 얻을 수 있다. 피크 카운트(PPI)는, 길이 1 인치당 표면의 미시적 요철 수를 나타내는 요소이므로, 본 실시예에 의한 아연도금 강판의 표면은, 종래기술에 비하여, 인접하는 미시적 요철의 틈새가 각별히 짧고, 치밀한 표면형태가 부여되어 있는 것을 나타내고 있다.
본 실시예에 의한 아연도금 강판 표면의 광학현미경 사진을 도 8에, 비교예에 의한 아연도금 강판 표면의 광학현미경 사진을 도 9에 나타낸다. 비교예에 의한 아연도금 강판의 표면은 비교적 큰 오목부와 볼록부가 섬 모양으로 이어진 형태를 나타내고 있다. 조질압연에서는, 압연 롤 표면의 요철이 모두 강판 표면에 전사되지는 않으므로, 모재의 표면이 전사되지 않고 잔류하고 있는 부분이 볼록부로서 관찰된다.
이에 대하여, 본 실시예에 의한 아연도금 강판의 표면형태는, 구상(球狀)의 고체입자가 다수 충돌하여 형성된 딤플상의 형태를 나타내고 있다. 이와 같이 본 실시예에 의한 미시적 요철의 형태는, 종래기술의 것과 크게 다르고, 그 차이가 프레스 성형성에 큰 영향을 주게 된다.
(실시예 2)
본 발명 제 2의 실시예로서, 고체입자를 투사하는 것에 의해 표면형태를 조정한 아연도금 강판에 대해서, 그 프레스 성형성을 평가하기 위하여, 평판 슬라이딩시험을 행한 결과에 대하여 설명한다.
실시예 1에서 나타낸 방법에 의해, 고체입자로서 A1, B1, D2의 3 종류를 사용하여, 아연도금 강판의 표면형태를 조정했다. 또한, 사용한 아연도금 강판은, 실시예 1과 동일한 것이다. 또한, 비교예로서, 실시예 1로 나타낸 종래기술에 의한 아연도금 강판을 평판 슬라이딩시험에 제공했다.
평판 슬라이딩시험은, 슬라이드 테이블 위에 고정한 아연도금 강판의 표면에, 일정한 밀어붙임 하중으로 비드(bead)공구를 밀어붙이면서 슬라이드 테이블을 이동시키므로서, 아연도금 강판과 비드 사이에 미끄럼을 주는 시험방법이다. 이 때, 슬라이드 테이블을 이동시킬 때의 비드 밀어붙임 하중(N) 및 슬라이드 테이블을 이동시키는 힘(F)을, 각각 로드셀을 사용하여 측정하고, 그 비(F/N)로부터 슬라이딩시의 마찰계수를 구했다.
슬라이딩시험에서는, 미리 아연도금 강판의 표면에 세정유(플래톤사 제품 R352L)를 도포한 것을 사용했다. 또한, 시험에서는 다른 비드치수의 공구를 사용하여, 표 3에 나타내는 2 조건(A조건, B조건)의 것으로 하였다. 또한, 고속 고면압 조건인 A 조건은, 프레스 성형에 있어서 비드 접촉부의 슬라이딩 특성을 대표하고, 저속 저면압 조건인 B 조건은 펀치면의 슬라이딩 특성을 대표하는 조건이다. 또한, 어느 경우도 마찰계수가 낮을수록, 프레스 성형성에 있어서 금형과의 슬라이딩 저항이 저감하고, 강판의 파단 등이 생기지 않는, 우수한 프레스 성형성을 나타내는 것이다.
도 10은, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)와 슬라이딩시험에 의해 얻어진 고속 고면압조건(A 조건)에 있어서 마찰계수의 관계를 도시한다. 고속 고 면압조건(A 조건)에 있어서 마찰계수는, 투사하는 고체입자에 따르지 않고 거의 일정한 마찰계수를 나타내고 있으며, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)가 증가하면, 마찰계수도 약간 증가하는 경향에 있다. 단, 비교예로서 나타낸 종래기술에 의한 아연도금 강판은, 어느 경우도 본 실시예에 비하여 마찰계수가 높은 결과로 되었다. 즉, 본 실시예에 의한 아연도금 강판은, 종래법에 의한 것에 비해, 표면의 미시적 요철을 대표하는 지표인 평균거칠기(Ra)가 동일하더라도, 보다 우수한 슬라이딩 특성(프레스 성형성)을 나타내는 것을 알 수 있다.
도 11은, 저속 저면압조건(B조건)에 있어서 마찰계수를 나타내고 있으며, 이 경우에도, 비교예에 비하여 낮은 마찰계수를 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 도 11로부터는 고체입자가 알루미나(D2)인 경우에는, 금속계 입자(A1,B1)에 비하여 마찰계수가 약간 높은 경향을 나타내고 있으며, 고체입자로서 금속계 입자를 사용하므로서, 보다 우수한 슬라이딩 특성을 나타내고 있다.
한편, 동일한 슬라이딩시험 결과에 대하여, 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)와의 상관관계를 나타낸 것이 도 12, 도 13이다. 도 12에 도시한 바와 같이, 고속 고면압조건(A조건)하에서는, 투사하는 고체입자에 따르지 않는 일정한 상관관계를 볼 수 있으며, 아연도금 강판 표면의 피크 카운트(PPI)가 증가하고, PPI가 250을 초과한 영역에서, 마찰계수가 저하하기 시작하는 경향을 볼 수 있다. 또한, 도 13에 나타내는 저속 저면압조건(B조건)에서도, 피크 카운트(PPI)가 증가할수록 마찰계수는 저하하고, 피크 카운트(PPI)가 250을 초과한 영역에서 거의 일정한 마찰계수를 나타내는 것을 알 수 있다. 더욱이, 저속 저면압의 슬라이딩조건(B조건)에서는,고체입자로서 금속계 입자(A1,B1)를 사용한 것이, 알루미나(D2)를 사용한 것에 비하여, 피크 카운트(PPI)가 낮은 영역에서도 낮은 마찰계수를 나타내고 있고, 금속계 입자를 사용하므로서 보다 우수한 슬라이딩 특성을 나타내는 것을 알 수 있다.
(실시예 3)
본 발명의 제 3의 실시예로서, 고체입자를 투사하는 것에 의해 표면형태를 조정한 아연도금 강판을 사용하여, 프레스 성형시험에 의해 그 효과를 검증한 결과에 대하여 설명한다.
본 실시예에 있어서도, 실시예 1과 동일한 용융 아연도금 강판을 사용하고, 동일한 방법에 의해 아연도금 강판의 표면형태를 조정했다. 이 때의 고체입자의 투사조건을 표 4에 나타낸다. 또한, 표 중에 입자를 나타내는 부호는, 표 1에 나타낸 것과 동일하다.
또한, 이와 같은 조건에서 표면형태가 조정된 아연도금 강판 표면의 표면 거칠기, 실시예 2 와 마찬가지 방법에 의해 행한 슬라이딩시험의 결과(B조건의 마찰계수)를 표 5에 나타낸다. 표 5에는, 비교예로서 조질압연에 의해 아연도금 강판의 표면을 조정한 것을 병기했다. 이것은, 방전가공을 실시한 조질압연 롤에 의해, 신장율 1.5%를 부여하면서 조질압연을 한 아연도금 강판이다.
본 실시예에 있어서는, 이상의 아연도금 강판을 사용하여, 원통 딥 드로잉 성형 및 구두(球頭)버클링(buckling) 성형을 하였다. 원통 딥 드로잉 성형은, 직경 100mm의 블랭크를 가공한 후, 펀치치수 Φ50mm, 다이스 치수 Φ53mm의 공구를 사용하여 딥 드로잉 성형을 하였다. 이 때의 주름 누름력은 20KN으로 하고, 미리 아연도금 강판에 실시예 2에서 사용한 것과 동일한 세정유를 도포한 것을 사용했다. 또한, 성형성을 평가할 때에는, 성형시의 최대하중을 지표로 하고 있으며, 최대하중이 낮을수록 우수한 성형성을 나타내는 것이다.
한편, 구두(球頭)버클링 성형에서는, 100mm 각의 블랭크를 가공하여, Φ50mm 의 구두(球頭)펀치에 의해 버클링 성형을 실시하였다. 이 경우도 동일한 세정유를 도포한 것을 사용하였다. 또한, 성형성의 평가는, 펀치면에 있어서 아연도금 강판에 균열이 발생할 때까지 성형을 하고, 균열이 발생한 펀치면 부근의 판 두께 감소율을 측정하는 것에 의한다. 이것은 성형전의 판 두께로부터 버클링 성형후의 판 두께의 감소율로 정의되고, 판 두께 감소율이 클수록 버클링량을 크게 할 수 있어, 프레스 성형성이 우수한 것을 나타낸다.
도 14는, 원통 딥 드로잉 성형의 결과를 나타낸 것이다. 본 실시예에 의한 딥 드로잉 성형시의 최대하중은, 비교예에 비하여 낮고, 우수한 성형성을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
한편, 도 15는, 구두(球頭) 버클링 성형의 결과를 나타내는 것이다. 본 실시예에 있어서 버클링 펀치면에 있어서 아연도금 강판의 판 두께 감소율은, 비교예에 비하여 크고, 버클링 높이에도 그 차가 나타나고 있고, 우수한 버클링 성형성을 나타낸다.
이상과 같이, 본 실시예에 의해 얻어진 아연도금 강판은, 종래방법에 의한 것과 비교하여, 딥 드로잉 성형 및 버클링 성형의 2 성형조건에 있어서 우수한 특성을 나타내고 있고, 슬라이딩 특성에 의한 평가만이 아니고, 실제 프레스성형에 있어서 우수한 특성을 구비하고 있는 것이 확인 되었다.
(실시예 4)
본 발명의 제 4 실시예로, 고체입자를 투사하는 것에 의해 아연도금 강판의 프레스 성형성을 향상시킴은 물론, 도장후의 선영성에도 우수한 아연도금 강판을 제조할 수 있는 것을 설명한다.
용융 아연도금을 실시한 강판의 표면에는 도금 두께의 변동이나 도금전의 모재 표면의 기복에 기인하여, 장 주기의 기복이 존재하고 있는 경우가 있다. 본 실시예에 있어서는, 우선, 아연도금 후의 기복이 비교적 큰 강판을 사용하여, 브라이트 롤에 의한 조질압연을 하였다. 브라이트 롤은, 그 표면을 평균거칠기(Ra) 0.25㎛으로 마무리한 것을 사용하고 있으며, 신장율 0.8%로 조질압연을 하였다. 그 후, 표 1에 나타내는 고체입자(A1,B1)를 사용하여, 도 2에 나타내는 공기식 투사장치에 의해, 아연도금 강판의 표면형태를 조정했다.
이 때의 투사조건은, 압축공기의 압력을 0.4, 0.7㎫로 하여, 투사시간을 변경하므로서 투사밀도를 1∼50㎏/m2의 범위에서 변경했다. 또한, 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)은, 표면거칠기 측정기(코사카연구소 제품, SE-30D)를 사용하여 측정을 하였다.
우선, 각 제조단계에 있어서 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)을 조사한 예를 도 16에 나타낸다. 이것은 평균 입자경 60㎛인 고속도강 입자(B1)를 사용하여 표면형태를 조정한 결과로서, 고체입자 투사후의 평균거칠기(Ra) 및 피크 카운트(PPI)는 각각 1.18㎛, 440이었다.
도 16으로부터는, 조질압연전 강판의 기복이 매우 높아도, 브라이트 롤에 의한 조질압연을 하므로서, 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)을 대폭적으로 저감할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, 고체입자를 투사한 후에도, 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)은 0.42㎛이며, 고체입자를 투사한 후에도, 장 주기의 요철인 기복을 낮은 값으로 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서 얻어진 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)의 측정결과를, 조질압연에 의한 비교예와 함께 나타낸 것이 도 17이다. 본 실시예에 의한 아연도금 강판은, 일단 브라이트 롤에 의한 조질압연을 실시하고 있기 때문에, 고체입자를 투사하여도 표면의 기복(Wca)은 낮은 값으로 억제되어 있다. 특히, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)가 크게 되어도, 기복(Wca)의 증가는 그다지 현저하지는 않고, 장 주기의 요철이 부여되는 것이 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
한편, 종래기술의 조질압연에 의한 표면거칠기의 조정방법에서는, 조질압연 전 표면의 기복(Wca)이 크면, 조질압연 후의 표면의 기복(Wca)도 큰 상태로 잔류하고 만다. 종래기술에 의한 조질압연에 있어서도, 일단 브라이트 롤에 의해 조질압연을 하여 아연도금 강판 표면의 기복을 저감시킨 후에, 방전가공 등에 의해 표면에 요철을 부여한 압연 롤을 사용한 조질압연을 재차 행하므로서, 어느 정도까지는 기복을 저감시키는 것은 가능하다.
단, 이와 같은 제조공정을 취하므로서, 조질압연을 2 패스 행할 필요가 생겨, 제조공정이 증가하고 만다. 또한, 합계 신장율은 기계적 성질의 조정을 위해서 일정한 범위로 할 필요가 있으므로, 2 패스째의 조질압연에 있어서 충분히 압연 롤 표면의 미시적 요철을 강판에 전사할 수 없다고 하는 문제도 생긴다.
본 실시예에 있어서는, 조질압연에 의한 기계적 성질의 조정과 표면거칠기의 부여 기능을 분리하고 있으므로, 조질압연에서는 브라이트 롤을 사용하여, 기계적 성질을 조정하는데 충분한 신장율을 부여하면서, 아연도금 강판 표면의 기복을 작게 억제할 수 있게 된다. 그 후, 모재의 기계적 성질을 거의 바꾸는 일 없이, 표면형태를 조정할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한, 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)를 종래기술에 비하여 대폭적으로 크게 할 수 있으므로, 표면에는 단 주기의 요철이 주로 부여되어, 장 주기의 요철이 크게 되는 것을 억제하는 효과도 생긴다.
더욱이, 본 실시예에서는, 아연도금 강판의 표면을 도장처리하고, 도장후의 선영성을 조사했다. 도장방법으로서는, 일본 파카라이징(주) 제품의「PB-L3080」을 사용하여 시험편에 화성처리를 실시하고, 계속하여 칸사이페인트(주) 제품의 「EL-2000」「TP-37 그레이」「TM-13(RC)」를 사용하여, 각각 ED 도장, 중간칠 도장, 마무리 칠 도장으로 이루어지는 3 코팅 도장을 실시했다. 이렇게 하여 도장된 시험편의 NSIC값을, 스가시험기(주) 제품의 「사상(寫像) 선명도 측정장치 NSIC형」을 사용하여 도장후의 선영성을 평가했다. 또한, NSIC 값은 흑판연마 유리를 100으로 하고, 그 값이 100에 가까울수록 양호한 선영성으로 된다.
도장후 선영성의 측정결과를 도 18에 나타낸다. 도면 중에는, 비교예로서 종래기술에 의한 샘플인 도장후 선영성도 나타내고 있다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 도장전의 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)이 0.8㎛ 이하이면, NSIC 값은 거의 일정하게 되어, 양호한 도장후 선영성을 나타내고 있다.
단, 기복(Wca)이 0.6∼0.8㎛인 범위에서는, NSIC 값의 편차도 크기 때문에, 안정되고 양호한 도장후 선영성을 얻기 위해서는, 도장전의 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)을 0.6㎛ 이하로 해 두는 것이 바람직하다. 그 관점으로부터는, 본 실시예에 의한 도장후 선영성은 그 편차도 작고, 비교예에 비하여 안정되고 높은 값을 나타내고 있다.
그런데, 고체입자를 아연도금 강판의 표면에 투사하는 경우, 투사조건에 따라서는 표면의 기복을 증가시킬 우려도 발생한다. 그래서, 고체입자의 투사밀도와 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)의 변화관계를 조사했다. 도 19는, 그 측정결과이다. 도면으로부터는, 투사밀도가 증가하는데 따라서, 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)도 조금 증가하는 경향이 보여진다. 단, 고체입자 투사전의 Wca가 0.3㎛ 정도이므로, 투사밀도가 50㎏/m2정도라도, Wca의 상승량은 0.1㎛ 정도로 억제될 수 있다는 것을 알 수 있다.
따라서, 도장후 선영성을 일정한 수준 이상으로 할 목적에서, 고체입자를 투사한 후의 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)을 0.8㎛ 이하로 억제할 경우에는, 고체입자 투사전의 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)을 0.7㎛ 이하로 조정하여 두면 좋다. 단, 본 실시예에서 나타낸 바와 같이, 브라이트 롤을 사용한 조질압연과 제조공정을 조합시키는 것에 의해, Wca를 0.3㎛ 정도까지 저감시키는 것도 가능하며, 보다 큰 효과를 얻을 수 있게 된다.
(실시예 5)
본 발명 제 5의 실시예에 의해, 도 2에 도시한 공기식 투사장치를 사용하여 아연도금 강판의 표면형태를 조정하는 경우의 구체적 조건에 대하여 설명한다.
도 20, 도 21은, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)와 투사밀도의 관계를 조사한 결과이다. 도 20은 고체입자로서 SUS304, 평균입자 100㎛(A3)를 사용한 경우의 결과이며, 도 21은 고속도강, 평균 입자경 60㎛(B1)를 사용한 경우의 결과이다. 양자 모두, 압축공기의 압력을 0.3, 0.4, 0.7㎫로 변경하고, 투사밀도는 아연도금 강판 표면으로의 고체입자의 투사시간을 0.03∼5초 범위에서 변경하는 것에 의해 조정했다. 또한, 노즐선단으로부터 아연도금 강판까지의 거리는 100mm로 했다.
도 20으로부터는, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)는, 투사밀도의 증가에 따라 상승하는 경향이 있는 것을 알 수 있다. 또한, 압축공기의 압력이 높을수록, 평균거칠기도 크게 되며, 투사밀도 및 압축공기의 압력을 조정하는 것에 의해, 평균거칠기(Ra)를 제어할 수 있다.
도 21도 마찬가지 경향을 나타내고 있으며, 투사밀도의 증가에 따라서 평균거칠기(Ra)가 증가하고 있다. 단, 고체입자의 평균 입자경이 도 20의 경우에 비해 작으므로, 아연도금 강판의 표면에 형성되는 압흔이 작고, 투사밀도에 대한 평균거칠기의 증가 방식은 완만하다.
한편, 도 22, 도 23은, 각각 도 20, 도 21에 대응하는 피크 카운트(PPI)의 값을 나타내고 있다. 도 22에 의하면, 피크 카운트(PPI)는 투사밀도의 증가에 따라서 일단 증가하고, 투사밀도가 5∼40㎏/m2 의 범위에서 거의 일정한 값을 나타낸다. 더욱이 투사밀도를 상승시키면, 피크 카운트가 약간 저하하는 경향을 나타낸다.
또한, 도 23의 자료에서는, 고체입자의 평균 입자경이 작고, 보다 치밀한 요철이 아연도금 강판 표면에 형성되므로, 피크 카운트(PPI)의 값은, 도 22의 결과에 비해 크게 된다. 또한, 투사밀도의 증가에 따라서, 피크 카운트가 일단 증가하고, 투사밀도가 2∼40㎏/m2 범위에서 거의 일정값을 나타낸 후에, 약간 저하하는 경향을 나타내는 특징은 마찬가지이다.
도 22, 도 23에 있어서, 투사밀도가 작은 영역에 있어서 피크 카운트(PPI)가 증가하는 것은, 아연도금 강판 표면에 형성되는 압흔의 수가 증가하는 과정을 나타내고 있다고 여겨진다. 그 후 투사밀도가 증가하여도 피크 카운트가 거의 일정한 것은, 아연도금 강판의 표면이 거의 전면(全面)에 걸쳐서 고체입자의 충돌에 의한 압흔이 형성되어 있어, 더욱이 고체입자를 더 투사하여도 미시적 요철의 형태는 그다지 변화하는 일이 없기 때문이다. 더욱이, 투사밀도가 증가한 경우에 피크 카운트(PPI)의 값이 저하하는 것은, 일단, 전면(全面)에 형성된 미시적 요철도, 거듭되는 고체입자의 투사에 의해, 볼록부를 중심으로 하여 찌그러지고 마는 것에 원인이 있다고 추측하고 있다.
이와 같은 관점으로부터, 아연도금 강판의 표면에 단 주기의 요철을 부여하기 위해서는, 일정 값 이상의 투사밀도로 하는 것은 바람직하지 않다. 본 실시예의 범위로부터는, 투사밀도로서 40㎏/m2 이하가 적절한 범위이다.
그런데, 본 실시예에 있어서는 투사밀도의 최소값을 0.7㎏/m2으로 하고 있다. 도 20으로부터는, 투사밀도가 0.7㎏/m2 이더라도 평균거칠기(Ra)로서는 1㎛를 초과하는 값을 얻을 수 있으며, 투사밀도가 0.2㎏/m2 까지 저하하여도 평균거칠기(Ra)는 0.5㎛ 정도로 할 수 있다고 추정된다.
또한, 도 23으로부터는, 투사밀도가 0.2㎏/m2 정도라도 피크 카운트(PPI)를 200 이상으로 하는 것은 충분히 가능하다고 추정할 수 있다. 실시예 2에 있어서는, 평균거칠기(Ra)가 0.5㎛, 피크 카운트(PPI)가 200 정도라도, 고체입자의 투사에 의해 표면형태가 조정된 아연도금 강판이, 종래방법에 의한 것에 비해 우수한 프레스 성형성을 나타내는 것을 알 수 있으며, 투사밀도가 0.2㎏/m2 정도라도 종래방법에 의한 것에 비해 우수한 프레스 성형성을 가진다고 할 수 있다.
한편, 도 24, 도 25는 투사하는 고체입자의 평균 입자경과, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)의 관계를 나타낸 도이다. 이들은, 고체입자로서 표 1중의 A1, A3, A4, B1, B2, D1, D2를 사용하여 압축공기의 압력을 0.4㎫로 하고, 투사밀도를 4∼20㎏/m2의 범위로 한 경우의 결과이다. 도 24로부터는, 평균 입자경이 클수록, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)는 증가하는 경향을 나타내는 것을 알 수 있다. 또한, 고체입자의 밀도가 작은 알루미나에 비해, 밀도가 큰 금속계 입자 쪽이, 평균거칠기(Ra)를 크게 할 수 있다.
도 25로부터는, 고체입자의 평균 입자경이 클수록, 아연도금 강판 표면의 피크 카운트(PPI)가 저하하는 것을 알 수 있다. 평균 입자경이 클수록, 아연도금 강판의 표면에 형성되는 압흔의 크기가 크게 되어, 서로 이웃하는 요철의 피치가 증가하기 때문이다.
그런데, 도 24로부터는, 평균 입자경이 60㎛이더라도 평균거칠기(Ra)로서는 최대 1.5㎛ 정도의 값이 얻어지며, 평균 입자경이 10㎛ 정도이더라도 평균거칠기(Ra)는 0.5㎛ 이상으로 할 수 있다고 말할 수 있다. 또한, 그 경우의 피크 카운트(PPI)도 매우 큰 값을 얻을 수 있다는 것은 도 25에 의해 명백하다. 이와 같은 관점으로부터는, 실시예 2의 결과에서 알 수 있듯이, 고체입자의 평균 입자경이 10㎛ 정도이더라도, 종래방법에 비하여 우수한 프레스 성형성을 나타내는 것은 용이하게 추정할 수 있다.
한편, 도 25로부터는, 고체입자의 평균 입자경이 300㎛ 정도이더라도 피크 카운트(PPI)를 200 이상으로 조정하는 것이 충분히 가능하다고 말할 수 있다. 특히, 본 실시예에 의한 조건보다도 압축공기의 압력을 저하시키는 것, 또는 고체입자로서 밀도가 작은 세라믹 계의 고체입자를 사용하는 등, 단일입자의 충돌에 의해 형성되는 압흔의 크기를 작게하는 것으로, 피크 카운트(PPI)를 증가시킬 수 있다. 따라서, 고체입자의 평균 입자경이 300㎛ 정도이더라도, 종래방법에 의해 얻어지는 피크 카운트(PPI)의 최대값이 230 정도인 것을 고려하면, 고체입자의 평균 입자경이 10∼300㎛ 범위에 있어서, 종래방법보다도 우수한 프레스 성형성을 나타낸다고 할 수 있다.
더욱이, 본 실시예에서는, 공기식 투사장치를 사용한 경우의 압축공기의 압력과, 아연도금 강판의 표면형태의 관계를 조사하였다. 도 26은 압축공기의 압력과 평균거칠기(Ra)의 관계를 나타내는 도이다. 본 도에서는 압축공기의 압력이 높을수록, 평균거칠기(Ra)가 증가하고 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 27은 압축공기의 압력과 아연도금 강판 표면의 피크 카운트(PPI)의 관계를 나타낸 것이다. 본 도로부터는, 압축공기의 압력이 0.3∼0.4㎫ 정도에서, 피크 카운트(PPI)가 최대값을 갖는다는 것을 알 수 있다. 즉, 압력이 0.1㎫ 정도로 작은 경우에는, 고체입자의 투사속도가 저하하므로, 아연도금 강판의 표면에 충분한 크기의 압흔을 형성할 수 없고, 압력이 0.7㎫로 큰 경우에는, 고체입자에 의해 형성되는 압흔의 크기가 크게 되기 때문에, 서로 인접하는 요철의 피치가 증가하기 때문이라고 생각되어 진다.
그런데, 공기식 투사장치에 의한 고체입자의 투사에 관하여, 고체입자의 투사속도를 직접적으로 측정하는 것이 곤란하기 때문에, 정확한 투사속도를 구할 수는 없으나, 다께시다 등(일본 기계학회 동해지부 제48기 총회 강연회 강연 논문집, No.933-1, 1999/3/19-20)에 의한 해석에 의해, 고체입자의 입자경, 압축공기의 압력과 투사속도의 관계를 구할 수 있다. 본 인용문헌 중의 도면으로부터는, 압축공기의 압력이 0.2∼0.6㎫의 범위에 있어서, 고체입자의 속도가 90∼270m/s 정도로 되어 있다. 또한, 고체입자의 입자경이 작을수록, 투사속도는 증가하는 것으로 생각되며, 본 실시예에 있어서 고체입자의 투사속도 최대치는 300m/s 정도라고 생각된다.
(실시예 6)
본 발명의 제 6 실시예로서, 실시예 1∼5 방법과 는 달리, 도 4에 나타내는 바와 같은 원심식 투사장치를 사용하여, 아연도금 강판의 표면형태를 조정한 결과에 대하여 설명한다.
본 실시예에 있어서도, 판 두께 0.8mm의 냉연강판을 바탕으로 하여, 도금 피막이 주로 상으로 이루어지는 용융 아연도금 강판을 사용했다. 실시예 1∼5와 마찬가지로, 압연 롤 표면의 평균거칠기(Ra)가 0.28㎛의 브라이트 롤을 사용하여, 신장율 0.8%를 부여하는 조질압연을 실시했다.
사용한 원심식 투사장치는, 로터 직경 330mm, 최대 투사속도가 100m/s인 장치이다. 여기서는, 원심로터의 회전중심으로부터의 아연도금 강판까지의 거리(투사거리)를 250∼500mm의 범위로 설정했다. 이것은, 평균 입자경 300㎛ 이하의 미세한 고체입자를 투사하는 경우에, 투사거리가 크면, 공기중의 감쇠에 의해 강판 표면에 충돌할 때의 속도가 저하하여, 아연도금 강판의 표면에 충분한 요철을 부여할 수 없게 되기 때문에, 가능한 범위에서 투사거리를 근접시키는 것이 유효하기 때문이다.
도 28, 도 29는, 고체입자로서 고속도강(B1)를 사용하고, 원심로터의 회전수를 3600rpm으로 하여, 아연도금 강판 표면에 투사한 결과를 나타내는 도이다. 이 때, 고체입자의 공급량을 변경하여 투사밀도를 조정했다. 투사밀도는, 고체입자가 투사된 면적에 대한 고체입자의 총 투사량의 비율로서 구했다.
도 28은, 투사밀도와 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)의 관계를 나타낸 도이다. 실시예 5의 결과와 마찬가지로, 투사밀도의 상승에 따라서 평균거칠기(Ra)는 증가하는 경향을 보여준다. 또한, 도 29는 피크 카운트(PPI)의 관계를 나타낸 것으로, 투사밀도의 증가와 함께 피크 카운트(PPI)도 증가하고, 그 후 투사밀도가 4∼40㎏/m2의 범위에서 거의 일정한 값을 나타내는 경향은, 공기식 투사장치에 의한 경우와 마찬가지이다.
한편, 도 30∼도 32는, 각각, 고체입자로서 고속도강, SUS304, 고탄소강을 사용하여, 각각의 입자를 체(sieve)로 분급(分級)한 것을, 원심식 투사장치에 의해 아연도금 강판 표면에 투사한 결과를 나타내는 도이다. 투사조건으로서는, 원심로터의 회전수를 3600rpm으로하고, 투사밀도를 6㎏/m2으로 했다. 도 30∼도 32는, 이와 같은 조건하에서 부여된 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)와 피크 카운트(PPI)의 관계를 나타내는 것이다.
어느 경우도, 고체입자의 입자경이 클수록, 평균거칠기(Ra)가 증가하여, 피크 카운트(PPI)가 저하하는 경향에 있다. 이것은, 실시예 5에 나타낸 공기식 투사장치와 마찬가지로, 고체입자의 입자경이 클수록, 아연도금 강판 표면에 형성되는 압흔이 깊게 되므로서 평균거칠기(Ra)가 크게 됨과 동시에, 인접하는 요철의 피치가 크게 되므로서 피크 카운트(PPI)가 저하하기 때문이다.
더욱이, 본 실시예에서는 원심로터의 회전수를 변경하므로서, 고체입자의 투사속도 영향을 조사했다. 사용한 고체입자는, SUS304(A2,A3) 및 고속도강(B1)이며, 투사밀도를 5∼10㎏/m2으로 했다. 도 33은 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)와 투사속도의 관계를 조사한 결과를 나타내는 것이다. 또한, 투사속도란, 원심로터로부터 투사되는 입자의 초기 투사속도를 말한다. 본 도로부터는, 투사속도의 증가와 함께, 평균거칠기(Ra)가 증가하고 있는 것을 알 수 있다.
또한, 투사속도와 피크 카운트(PPI)의 관계를 나타낸 것이 도 34이다. 본 도로부터는, 투사속도가 클수록, 피크 카운트(PPI)가 증가하는 경향을 볼 수 있다. 이것은, 투사속도가 낮은 영역에서는, 단일 입자가 아연도금 강판의 표면에 충돌하여 형성되는 압흔의 크기가 작게 되므로, 아연도금 강판의 표면 전체에 틈새없는 미시적 요철을 부여하기 위해서는, 보다 큰 투사밀도를 필요로 하기 때문이다. 따라서, 투사속도가 작은 경우라도, 투사밀도를 증가시키므로서, 피크 카운트(PPI)를 증가시키는 것은 가능하다.
그런데, 도 33으로부터는, 평균 입자경이 100㎛인 SUS304 입자(A3)에서는, 투사속도가 45m/s 이더라도 평균거칠기(Ra)로서는 1.4㎛ 정도의 값을 얻을 수 있고, 투사속도가 30m/s 정도이더라도 평균거칠기(Ra)는 1㎛ 정도로 조정하는 것이 가능하다. 또한, 평균 입자경이 65㎛인 고속도강 입자(B1)를 사용하여도, 투사속도 30m/s 에서 평균거칠기(Ra)를 0.5㎛ 정도로 조정할 수 있게 된다.
더욱이, 도 34로부터는, 투사속도가 30m/s 정도이더라도 피크 카운트(PPI)를 200정도로 하는 것도 충분히 가능하다는 것을 알 수 있다. 실시예 2에서 나타난 슬라이딩 특성은, 아연도금 강판 표면의 평균거칠기(Ra)가 0.5㎛ 정도로, 피크 카운트(PPI)가 200정도라도 종래방법에 비하여 우수한 특성을 나타내는 것을 고려하면, 고체입자의 투사속도로서는, 30m/s 이상으로 하면, 우수한 프레스 성형성을 가지는 아연도금 강판을 제조할 수 있다.
(실시예 7)
본 발명 제 7의 실시예로서, 실시예 6에 있어서 설명한 원심식 투사장치를 사용하여 표면형태를 조정한 아연도금 강판의 프레스 성형성 등에 대하여 설명한다.
도 35는, 고체입자로서 SUS304(A1), 고속도강(B1)을 사용하여, 실시예 6과 동일한 방법에 의해 표면형태의 조정을 한 아연도금 강판의 광학현미경 사진이다. 어느 경우도, 표면에 미세한 딤플상의 오목부가 부여되어 있고, 공기식 투사장치로 얻어진 표면형태와 동일한 것으로 되어 있다.
또한, 원심식 투사장치에 의해 고체입자를 투사하여 표면형태를 조정한 아연도금 강판을 사용하여, 슬라이딩특성 등을 조사한 결과를 표 6에 나타낸다. 이것은 원심로터 회전수 3600rpm, 투사밀도는 6㎏/m2, 투사거리가 300mm인 조건에서 고체입자를 투사한 아연도금 강판에 대한 결과이다. 또한, 고체입자 투사 전의 아연도금 강판 표면의 기복(Wca)은 0.25㎛이었다.
표 6중의 마찰계수는, 실시예 2에서 나타낸 공기식 투사장치에 의한 아연도금 강판과 동등한 값을 나타내고 있으며, 종래방법에 의한 아연도금 강판의 마찰계수(B조건)가, 0.24∼0.3인 것을 생각하면, 우수한 프레스 성형성을 나타낸다고 할 수 있다. 더욱이, 고체입자 투사후 강판 표면의 기복(Wca)도 0.4㎛ 이하이며, 실시예 4에서 나타난 결과와 같은 우수한 도장후 선영성을 나타내는 것이 확인되었다.
이상과 같이, 고체입자를 투사하여 아연도금 강판의 표면형태를 조정하는 경우에, 기계식 투사법 및 공기식 투사법을 비교하면, 공기식 투사법에 비해서 기계식 투사법은 투사속도가 낮으므로, 평균거칠기(Ra)를 그다지 크게 할 수는 없으나, 얻어진 아연도금 강판의 프레스 성형성 및 도장후 선영성 모두는 거의 동둥하다. 따라서, 본 발명에 있어서 고체입자를 투사하는 구체적 수단은, 아연도금 강판의 프레스 성형성을 향상시키는데 본질적인 영향을 미치는 것은 아니고, 일정한 투사속도에 의해, 비교적 미세한 고체입자를 아연도금 강판의 표면에 투사하는 것이 가능하다면, 다른 수단에 의해 고체입자를 투사하여도, 우수한 프레스 성형성 및 도장후 선영성을 구비한 아연도금 강판을 제조할 수 있다.
(실시예 8)
본 발명의 제 8 실시예로서, 아연도금 강판으로서 전기 아연도금을 실시한 것에 고체입자를 투사한 결과에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 냉간압연, 풀림후, 전기 아연도금을 실시한 아연도금 강판의 표면에, 실시예 1 과 동일한 공기식 투사장치를 사용하여 고체입자를 투사했다. 또한, 아연도금 피막의 부착량은 46g/m2이며, 고체입자의 투사조건은 표 7에 나타내는 것과 같은 것이다.
표 8은, 고체입자 투사후의 표면형태 및 슬라이딩시험에서 얻어진 마찰계수를 나타내고 있다. 어느 평가방법도 실시예 1∼4에 있어서 나타낸 것과 마찬가지의 방법이다. 또한, 표 8에는 비교예로서, 고체입자 투사전의 전기 아연도금 강판에 대하여 동일한 평가를 한 결과를 병기하고 있다.
표 8의 결과로부터는, 용융 아연도금 강판의 표면형태를 조정한 경우와 마찬가지로, 고속 고면압조건(A조건) 및 저속 저면압조건(B 조건)의 어느 슬라이딩시험에 있어서도, 고체입자의 투사를 하지 않은 아연도금 강판보다도 우수한 특성을 나타내고 있는 것을 알 수 있다.
이상과 같이, 고체입자를 아연도금 강판 표면에 투사하여 그 표면형태를 조정하는 경우에는, 그 대상으로 하는 아연도금 강판이 용융 아연도금 강판이면, 전기 아연도금 강판인 것을 불문하고 우수한 프레스 성형성을 나타내는 것으로 된다. 즉, 표면에 미세한 딤플상의 표면형태를 부여하는 것이, 프레스 성형성을 향상시키는 효과를 가져오는 것이며, 다른 아연도금 강판에 적용해도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시형태 2)
실시형태 2-1은, 아연도금을 실시한 강판에 조질압연을 실시한 후, 그 한쪽 면또는 양면에, 평균 입자경 30∼300㎛인 고체입자를 원심식 투사장치에 의해, 원심식 투사장치의 로터 회전중심으로부터 금속 강대(鋼帶)까지의 거리를 700mm 이하로 하여 투사하고, 표면의 평균거칠기(Ra)를 0.5∼5㎛, 피크 카운트(PPI)를 100이상, 중심선 기복(Wca)을 0.8㎛이하로 조정하는 것을 특징으로 하는 아연도금 강판의 제조방법이다.
실시형태 2-1에서는, 고체입자를 투사하여 아연도금 강판의 피막에 입자의 충돌에 의한 압흔을 형성하고, 그에 따라 표면거칠기를 부여하는 것을 기본원리로 하고 있다. 다수의 고체입자를 아연도금 강판에 충돌시키므로서, 그 표면에 다수의 요철이 형성되고, 표면거칠기가 부여되는 것으로 된다. 이 때의 요철의 깊이나 크기 등의 형태는, 고체입자가 가진 운동에너지나 입자경, 단위면적당의 투사량, 아연도금 강판의 피막경도에 따라서 결정된다.
실시형태 2-1에서는, 프레스 성형성, 도장후 선영성이 우수한 아연도금 강판을 얻기 위해서, 고체입자의 투사에 의해 형성되는 표면거칠기로서, 평균거칠기(Ra)를 0.5∼5㎛, 또한 피크 카운트(PPI)를 100 이상으로 조정한다. 평균거칠기(Ra)가 0.5㎛ 미만인 경우에는, 프레스 가공시 금형과의사이 의 보유성(保油性)을 충분히 확보할 수 없고, 5㎛을 초과하면, 표면의 미시적인 볼록부와 금형과의 접촉이 국소화하여, 그 부분을 기점으로 한 시징(seizing)이 생기기 쉽기 때문이다. 또한, 피크 카운트(PPI)를 100 이상으로 하는 것은, PPI가 높을수록 세밀한 요철이 형성되고, 프레스 가공시의 보유성을 향상시킴과 동시에, 장 주기의 요철을 저감시키고, 도장후의 선영성을 향상시키기 때문이다. 또한, 강판의 피크 카운트는 높을수록 우수한 프레스 성형성과 도장후 선영성을 나타내는 것이다.
종래기술로서 사용되고 있는 조질압연에 의한 표면거칠기의 부여방법에서는, 압연 롤에 형성한 요철을 아연도금 강판에 전사시킨다고 하는 간접적인 수단을 사용하기 때문에, 강판에 부여할 수 있는 피크 카운트도 그다지 크게 할 수는 없다. 특히, 압연 롤의 평균거칠기를 크게 하면, 피크 카운트(PPI)를 크게 할 수 없으므로, 강판에 부여되는 피크 카운트(PPI)는 200정도가 한계이다.
이에 대해, 본 발명에 의한 아연도금 강판의 제조방법에 있어서는, 고체입자를 직접 강판에 투사하여 표면거칠기를 부여하므로, 입자경, 투사속도 등을 조정하므로서, 피크 카운트(PPI)가 400 이상의 것을 얻을 수도 있다.
또한, 고체입자의 투사에 의해 형성되는 압흔은 딤플상의 형태를 가지므로, 프레스 가공시의 보유성(保油性)을 향상시키는 역할을 완수하고, 통상의 조질압연에 의해 표면거칠기를 조정한 강판보다도 우수한 프레스 성형성을 발휘한다고 하는 이점이 있다. 따라서, 조질압연에 의해 표면거칠기를 부여한 아연도금 강판과 동일한 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)이더라도, 슬라이딩시의 마찰계수가 낮게 되어, 양호한 프레스 성형성을 발휘한다.
실시형태 2-1 에서는, 투사하는 고체입자로서 30∼300㎛의 평균 입자경을 가지는 것을 사용하므로서, 높은 피크 카운트(PPI)를 얻도록 하고 있다. 평균 입자경이 300㎛를 초과하면, 아연도금 강판의 표면에 형성되는 오목부가 크게 되어 치밀한 요철을 형성할 수 없다. 이 경우, 요철의 피치가 크게 되어 프레스 성형성의 면에서 바람직하지 않음과 동시에, 장 주기의 요철 즉 강판 표면의 기복이 크게 되어, 도장후의 선영성이 악화하게 된다. 따라서, 투사하는 고체입자는 300㎛이하인 것이 필요하고, 150㎛이하로 하면 보다 큰 효과를 얻을 수 있어 바람직하다. 한편, 고체입자의 평균 입자경이 30㎛를 밑돌면, 고체입자의 속도가 공기중에서 저하하므로, 아연도금 강판의 표면에 필요한 거칠기를 부여할 수 없다.
이상과 같은 고체입자를 금속 강대의 표면에 투사하는 수단으로서, 본 발명에서는 원심식 투사장치를 사용한다. 원심식 투사장치는, 공기식 투사장치에 비하여 에너지 효율이 높고, 투사된 고체입자가 부채상으로 펼쳐지므로, 광범위에 걸쳐 고체입자를 투사할 수 있는 점이 우수하기 때문이다. 단, 종래의 원심식 투사장치는, 보다 넓은 면적을 커버하기 위하여, 투사거리를 1∼1.5m 정도로 하고 있으며, 고체입자의 입자경이 300㎛이하인 경우에는, 공기중의 감쇠에 의해 강판에 충돌할 때의 운동에너지가 대폭적으로 저하하여 소기의 목적을 달성할 수 없다고 되어 있었다.
본 발명자들은, 상기와 같은 미세한 고체입자를 효율적으로 투사하여 금속 강대의 표면거칠기를 조정하는 방법으로서, 투사거리(원심식 투사장치의 로터 회전중심으로부터 금속 강대까지의 최단거리)를 700mm 이하로 종래에 비하여 대폭적으로 단축하므로서, 지금까지의 상식과는 반대로, 표면거칠기를 효과적으로 부여할 수 있는 면적이 확대하는 것을 알았다. 또한, 투사거리가 짧을수록 강판 표면에 형성되는 요철이 치밀하게 형성되고, 또한 표면거칠기의 부여에 필요한 투사밀도도 종래기술에 비하여 저감할 수 있는 것을 알았다.
일반적으로 시판되는 고체입자는 일정한 입자경 분포를 가지고 있으며, 예를 들면 평균 입자경이 60㎛ 정도인 금속쇼트 입자의 경우에, 그 입자경은 30㎛ 정도의 것으로부터 100㎛ 정도의 것까지 포함되어 있는 것이 통상이다. 이 때, 투사거리가 1m 정도 떨어져 있으면, 작은 입자는 감속되어 아연도금 강판에 충돌하여도 표면에 오목부를 형성할 수 없고, 오로지 큰 입자가 강판 표면에 오목부를 형성하는 것으로 된다. 따라서, 투사한 고체입자 중에서 입자경이 작은 것은, 표면거칠기의 부여에는 전혀 기여하지 않고, 입자경이 큰 것 만이 효과를 발휘하게 된다.
그러나, 투사거리를 종래기술에 비해 대폭적으로 짧게 하는 것에 의해, 작은입자가 감속되지 않고 강판 표면에 충돌하고, 치밀한 요철이 형성된다. 또한, 표면거칠기의 부여에 기여하는 입자의 비율이 대폭적으로 증가하므로, 대량의 고체입자를 투사할 필요가 없다고 하는 이점이 있다. 더욱이, 강판 표면의 투사부분 중 입자속도가 높은 영역이 증가한다. 투사부분의 단부(端部)라도 유효하게 표면거칠기를 부여할 수 있는 결과, 소정의 표면거칠기를 얻을 수 있는 면적도 확대된다.
투사거리를 700mm 이하로 하는 것에 의해, 300㎛ 이하의 미세한 입자도, 표면거칠기 형성에 기여하도록 되고, 적은 투사밀도라 하더라도 넓은 면적에 걸쳐 치밀한 요철을 부여하는 것이 가능하게 된다. 또한, 현재 일반적으로 사용되고 있는 원심식 투사장치의 로터 직경은, 200∼550mm 정도이므로, 투사거리는 로터 반경보다도 크고, 바람직하게는 로터 직경과 같은 정도이거나, 그 것보다도 짧은 거리로 설정하므로서 보다 큰 효과를 얻을 수 있다.
또한, 실시형태 2-1에 있어서 고체입자의 투사속도는 60m/s 이상인 것이 바람직하다. 투사속도가 작은 경우에는, 아연도금 강판에 충돌하는 고체입자의 운동에너지가 작으므로, 표면거칠기를 부여하는 것이 곤란하게 되기 때문이다. 현재의 원심식 투사장치의 투사속도는 로터 직경 200∼550mm, 로터 회전수 4000rpm의 경우에 최대 100m/s 정도이며, 공기식 투사장치에 비해 투사속도가 작기는 하나, 투사거리를 700mm 이하로 하는 것에 의해, 초속도가 60m/s 정도라도 충분히 표면거칠기의 부여가 가능하게 된다.
한편, 실시형태 2-1은 최종적인 아연도금 강판의 표면거칠기를 조정하는 것으로, 아연도금 강판의 조질압연을 하여, 강판의 기계적 성질을 조정한 후에, 고체입자를 부여하는 것이 바람직하다. 이 때, 조질압연에서는, 표면거칠기를 부여하거나 부여하지 않거나 상관없다. 비교적 큰 거칠기를 부여한 압연 롤을 사용하여 조질압연을 하여도, 고체입자의 투사에 의해, 그 요철의 대부분은 변형하여, 단 주기의 요철은 소멸하고 말기 때문이다. 단, 브라이트 롤 등의 표면거칠기가 작은 압연 롤을 사용하여 조질압연을 하므로서, 아연도금 강판 표면의 요철이 미리 편평하게 되고, 장 주기의 요철도 평탄화된다. 이와 같은 상태에서, 고체입자를 투사하여 단(短) 피치의 요철을 부여하므로서, 장 주기의 요철을 저감시킬 수 있다.
실시형태 2-1이 대상으로 하는 아연도금 강판은, 합금화 용융 아연도금 강판, 주로 층으로 구성되는 아연도금 강판, 전기 아연도금 강판 등이 대상으로 된다. 이들은, 자동차 용도를 중심으로 해서, 프레스 성형성이나 도장후 선영성이 요구되므로, 표면에 미세하고 치밀한 요철을 형성하는 것이 요구되는 때문이다. 단, 본 발명은 그것들에 한정되는 일 없이, 아연-알루미늄 합금도금 강판에 적용하여 치밀한 요철을 형성하는 것으로, 도금 피막부의 입계를 소거하여, 광택이 있는 도장 강판을 얻을 수 있다.
또한, 조질압연에 의한 표면거칠기의 부여방법과 달리, 소성변형이 생기는 영역이 표면 부근으로 제한되고, 입자경이 작을수록 강판 내부로의 영향이 작게 되므로, 피막부분에만 요철을 형성하여, 모재로의 영향이 생기지 않도록 표면거칠기의 부여가 가능하게 되는 점에서, 조질압연에 의한 표면조직(texture)의 형성과 다르다. 따라서, 피막부분에만 요철을 형성하는 동시에, 그 부분을 국소적으로 경화시켜서, 프레스 가공시의 슬라이딩 특성을 향상시키는 효과도 생긴다.
실시형태 2-2는, 실시형태 2-1에 있어서, 상기 조질압연에서 강판의 중심선 기복(Wca)을 0.7㎛ 이하로 조정한 것을 특징으로 하는 것이다.
조질압연에 있어서, 강판의 중심선 기복(Wca)을 0.7㎛ 이하로 조정해 두면, 고체입자를 투사하여 단 주기의 요철을 부여해도, 아연도금 강판 표면의 중심선 기복(Wca)을 0.8㎛ 이하로 억제할 수 있다. 제품의 중심선 기복(Wca)이 0.8㎛ 이하이면, 자동차용 외판용도 등에 대한 도장후 선영성으로서는 충분한 것이 된다.
실시형태 2-3은, 실시형태 2-1 또는 실시형태 2-2에 있어서, 상기 고체입자의 평균 투사밀도가 0.2∼40㎏/m2인 것을 특징으로 하는 것이다.
투사거리를 700mm 이하, 바람직하게는 로터 직경과 같은 정도이거나, 그것 보다도 짧은 거리로 설정하므로서, 표면거칠기의 부여에 유효한 입자의 비율이 증가하기 때문에, 종래기술에 비하여 투사밀도를 저감할 수 있게 된다. 이 때 원심식 투사장치를 사용한 경우, 투사된 입자는 부채상으로 펼쳐져 강판에 충돌하게 되나, 엄밀하게는 강판 위의 위치에 따라 투사밀도가 다르다. 여기서는, 각 위치에서의 투사밀도를 평균한 것을 평균 투사밀도로 부른다.
평균 투사밀도가 0.2㎏/m2 을 밑도는 경우에는, 강판에 충돌하는 입자수가 적으므로, 충분히 치밀한 요철을 형성할 수 없게 된다. 한편, 평균 투사밀도가 40㎏/m2을 초과하면, 필요 이상의 입자를 투사하는 것으로 되어, 일단 형성된 요철이 그 후에 투사되는 입자에 의해 찌그러지고 만다. 즉, 투사밀도가 과대하면, 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)가 저하하는 것으로 된다. 또한, 여러가지 크기의 입자가 충돌하고, 그 충돌빈도가 높아지면, 장 주기의 요철이 크게 된다.
그 결과, 아연도금 강판의 중심선 기복(Wca)이 증가하여, 필요한 도장후의 선영성을 확보할 수 없다. 또한 투사밀도가 과대하게 되면 고체입자에 의해 강판 표면이 연삭되어 감량하며, 또는 투사속도가 높은 조건과 겹쳐지면 표층의 급격한 온도상승이 일어나고 조직변화를 발생하는 경우도 있다. 그래서, 실시형태 2-3에서는 평균 투사밀도를 0.2∼40㎏/m2의 범위로 한정한다.
또한, 실시형태 2-3에서는, 낮은 투사밀도라 하더라도 양호한 표면거칠기의 부여가 가능하게 되므로, 고체입자 투사직후의 중심선 기복(Wca)의 변화가 작은 것을 특징으로 들 수 있다. 즉, 고체입자 투사전의 중심선 기복(Wca)을 그 다지 작게 하지 않아도, 고체입자 투사후의 중심선 기복(Wca)이 별로 악화하지 않는다.
실시형태 2-4는, 실시형태 2-1 내지 실시형태 2-3의 어느 실시형태에 있어서, 상기 고체입자로서, 평균 입자경을 d라고 할 때, 입자경이 0.5d∼2d의 범위에 포함되는 입자의 중량비율이 85% 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
입자경이 평균 입자경d의 2배를 초과하는 입자가 많이 함유되는 경우에는, 공기중에서의 감쇠가 작으므로, 강판 표면에 큰 오목부를 형성하여, 미세한 피치의 요철을 형성하는 것이 어렵게 된다. 한편, 평균 입자경d에 대하여, 0.5d를 밑도는 입자가 많이 함유되는 경우에는, 그들의 입자는 표면거칠기의 부여에 기여하지 않게 되므로, 일정한 표면거칠기를 얻기 위해서 필요한 투사량이 증대하고 만다.
본 발명자들의 시험결과에 의하면, 입자경 0.5d∼2d의 범위에 포함되는 입자의 중량비율이 85% 이상이면, 실용상 투사량이 증대하는 일 없이, 치밀한 요철을 표면에 형성할 수 있다는 것을 판명되었다. 치밀한 요철을 형성한다고 하는 측면 만으로는, 입자경 분포가 날카롭고, 모든 입자가 평균 입자경d이면 이상적이나, 그와 같이 분급(分級)한 입자는 입자 제조시의 수율이 대폭적으로 저하하므로, 가격이 상승하여 경제적이지 않다.
실시형태 2-5는, 실시형태 2-1 내지 실시형태 2-4의 어느 실시형태에 있어서, 고체입자가 거의 구형인 것을 특징으로 하는 것이다.
원심식 투사장치를 사용한 것으로서, 입자형상이 구형인 쇼트 블라스트 또는 각진 형상인 그리드 블라스트가 알려져 있다. 전자(前者)는 피가공재 표면을 경화시키는 쇼트 피닝 효과를 얻기 위하여 사용되고, 후자는, 표면을 연삭하는, 소위 쇼트 블라스트를 위하여 사용되는 것이 통상이다. 본 발명이 대상으로 하는 표면거칠기의 부여에 있어서는, 거의 구형인 쇼트입자를 사용하는 것이 강판의 프레스 성형성의 관점에서 바람직하다. 즉, 거의 구형인 입자를 사용한 경우에는, 압흔으로서 강판의 표면에 미세한 딤플이 다수 형성된다. 이와 같은 강판을 프레스 성형하는 경우에, 미세한 딤플이 프레스 유의 보유성(保油性)을 높이므로, 프레스 가공시의 마찰계수를 저하시킴과 동시에, 금형과의 형(型) 손상(galling)을 방지하는 효과가 생기는 때문이다.
또한, 실시형태 2-5에 있어서 「거의 구형」이란, 완전한 구(球)형이 아니더라도, 사회통념상 구형으로 볼수 있는 것, 및 장경과 단경의 평균경으로부터의 차가 각각 평균경의 20% 이내인, 타원형상의 것을 포함하는 의미이다.
실시형태 2-6은, 실시형태 2-1 내지 실시형태 2-5의 어느 실시형태에 있어서, 상기 고체입자의 밀도가 2g/㎤ 이상인 것을 특징으로 하는 것이다.
고체입자의 밀도가 2g/㎤을 밑도는 경우에는, 고체입자의 질량이 작게 되고, 공기중에서의 감쇠가 큼과 동시에, 강판에 충돌할 때의 운동에너지 자체가 작지 않게 된다. 따라서, 고체입자의 밀도가 2g/㎤ 이상인 것이 바람직하다. 예를 들면 탄소강, 스테인리스강, 고속도 공구강(하이스) 등의 금속계 미립자가 알맞다. 텅스텐 카바이드와 같은 초경합금이라도 좋다. 단, 알루미나, 질코니아(zirconia), 글래스비즈와 같이 비교적 비중이 작아도, 평균거칠기(Ra)가 1.0㎛ 이하의 영역이라면, 표면거칠기를 부여할 수 있다.
실시형태 2-7은, 실시형태 2-1 내지 실시형태 2-6의 어느 실시형태에 있어서, 아연도금 강판이, 도금 피막이 주로 상으로 이루어지는는 아연도금 강판인 것을 특징으로 하는 것이다.
도금 피막이 주로 상으로 이루어지는 아연도금 강판은, 합금화 용융 아연도금 강판 등의 도금 피막에 비해 피막 자체가 부드럽고, 또한 융점이 낮기 때문에, 보다 응착(凝着)이 발생하기 쉬우므로, 동일한 평균거칠기라면 프레스 성형성이 떨어진다. 따라서, 상기 제 1의 수단으로부터 제 4의 수단을 적용하는 효과가 특히 크다. 또한, 도금 피막이 주로 상으로 이루어지는 아연도금 강판의 경우에는, 피막 자체가 연질이므로, 고체입자를 투사한 경우에 용이하게 압흔을 형성하고, 표면거칠기의 부여가 용이하다.
본 발명의 실시형태의 1예인 아연도금 강판의 제조방법을 실시하기 위한 설비예의 개요를 도 37에 나타낸다. 도 37은, 아연도금 강판(101)을 연속적으로 반송하면서, 복수의 원심식 투사장치(103a∼103d)에 의해 아연도금 강판(101)의 표면거칠기를 조정하기 위한 설비를 나타내고 있다. 아연도금 강판(101)으로서는, 냉간압연, 풀림, 아연도금이 실시되고, 브라이트 롤을 사용하여 조질압연을 한 것이 알맞다. 브라이트 롤이란 Ra가 0.3㎛ 이하로 평활하게 연삭 마무리 된 롤이다.
도 37에 있어서는, 그와 같은 아연도금 강판(101)을 페이오프 릴(130)에 장입하고, 텐션 릴(131)로 권취하고 있다. 이 때, 들어가는 쪽의 브라이트 롤(111)과 나오는 쪽의 브라이드 롤(113) 사이에서 장력이 부여된 상태로, 아연도금 강판(101)이 연속적으로 반송된다.
원심식 투사장치(103a∼103d)는, 챔버로 둘러싸인 블라스트실 내에 배치된다. 원심식 투사장치(103a∼103d)에 대해서는, 고체입자의 정량공급장치(104a∼104d)로부터 일정량의 고체입자가 공급된다. 또한, 원심식 투사장치(103a∼103d)로부터 투사된 입자는, 블라스트실(102) 내에서 회수되어, 분급기(106)에 이송된다. 분급기(106)에 의해 선별된 입자는, 저장탱크(105)를 통하여, 정량공급장치(104a∼4d)로 보내진다. 또한, 도면에는 명시하고 있지 않으나, 분급기에 의해 선별된 분진은 집진기로 보내져 집진처리된다. 아연도금 강판(101) 위에 잔류 또는 부착된 고체입자는, 크리너 블로어(107)에 의해 퍼지(purge)되어 제거된다.
도 38은, 원심식 투사장치를 모식적으로 나타낸 도로서, 모터(143)에 의해 구동되는 로터(141)에 설치된 블레이드(142)로부터, 원심력에 의해 고체입자가 투사된다. 고체입자는, 도 37의 정량공급장치(104a∼104d)로부터 입자공급관(144)을 통하여 로터에 공급된다. 일반적인 원심식 투사장치의 로터 직경은, 200∼550mm 정도이며, 블레이드 폭이 20∼150mm 정도, 로터 회전수로서 2000∼4000rpm 정도의 것이 사용된다. 또한, 구동모터로서는 최대출력 55㎾ 정도의 것이 있으나, 본 발명에서는 고체입자의 투사밀도가 낮게 억제되므로 저출력의 모터를 사용할 수 있다. 로터 회전수의 상한은, 블레이드 마모에 의한 덜거덕거림이나 편하중이 원심식 투사장치의 진동을 증대시키는 것으로부터 제한받는데, 투사속도는 100m/s 정도가 상한이다.
본 실시형태에서는, 이와 같은 원심식 투사장치의 로터(141)의 회전중심으로부터 용융 아연도금 강판(101)까지의 거리(도 38에 나타내는 투사거리)를 700mm 이하, 바람직하게는 로터(141)의 반경보다도 크고, 또한 로터(141)의 직경과 같은 정도이거나, 그것보다도 가까운 위치에 설치한다. 또한 로터의 회전수를 가변하므로서, 고체입자의 투사속도를 조정할 수 있으며, 본 실시형태에서는, 이것을 60m/s 이상으로 하고 있다. 고체입자의 투사속도는, 고체입자가 로터에 설치된 블레이드 선단으로부터 떨어질 때의 입자속도로서, 로터 접선방향의 속도성분과, 그것과 수직방향의 속도성분의 합성으로 된다.
한편, 사용하는 고체입자는, 평균 입자경이 30∼300㎛인 것으로 하고 있다. 특히, 평균 입자경이 150㎛ 이하로서, 밀도 2g/㎤ 이상의 구형 쇼트 입자를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 입자의 입자경 분포를 조정하여, 평균 입자경d에 대하여, 입자경 0.5d∼2d의 범위에 포함되는 입자의 중량비율을 85% 이상으로 하는 것이 바람직하다.
도 37은, 이와 같은 입자를 순환하여 사용하는 설비를 나타내고 있으나, 분급기(106)에 의해 고체입자의 입자경분포를 일정한 범위로 제어하는 것이 가능하다. 분급기의 방식으로서는, 진동 채(sieve), 사이크론, 풍력선별법 등을 들 수 있으며, 이들을 단독으로 사용하는 경우도 있으나, 조합하여 최적인 분급능력을 발휘시키는 경우도 있다.
본 발명에 있어서 아연도금 강판(1)에의 고체입자 투사밀도는, 1∼40㎏/㎡으로 하는 것이 바람직하다. 그 때문에, 강대의 라인속도에 따라서, 정량공급장치(104a∼104d)로부터 일정량의 고체입자를 원심식 투사장치에 공급한다. 정량공급장치는, 배관중에 밸브를 설치하여 그 개도를 조정하는 등의 방법으로 일정시간 내에서의 투사중량을 제어한다.
고체입자가 투사되어 표면거칠기가 부여된 아연도금 강판(101)은, 검사대(114)에 있어서 표면거칠기를 측정하고, 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)가 소정의 값으로 되는지를 판정하여, 필요한 경우에는 원심식 투사장치(103a∼103d)의 로터(141)의 회전수, 투사밀도를 변경하여 조정을 한다. 또한, 브라이트 롤(113)의 하류쪽에 표면거칠기 등을 측정하는 기기를 배치하여, 그 측정결과에 기초하여 고체입자의 투사속도 및 투사량을 변경해도 좋다. 더욱이, 고체입자 투사전의 중심선 기복(Wca)이 일정값 이하로 되어 있는 것을 확인하기 위한 계측기를 배치해도 좋다. 이상의 표면거칠기 측정기는, 접촉식 측정기를 사용해도 좋으나, 광학식 측정기를 사용하여 비접촉으로 행하는 것이 바람직하다. 더욱이는 CCD 카메라 등에 의해 강판의 표면형태를 촬영하고, 고체입자 압흔의 크기를 화상처리에 의해 판정하는 평균거칠기나 피크 카운트를 판정하여도 좋다.
본 발명의 실시형태의 다른 예인 아연도금 강판의 제조법을 실시하기 위한 설비예의 개요를 도 39에 나타낸다. 도 39에 나타내는 설비는, 연속용융 아연도금라인에 도 37에 나타낸 설비를 배치한 것으로, 도 37에 나타낸 구성요소와 같은 구성요소에는 같은 부호를 붙이고 있다.
용융 아연도금라인의 도금 욕(浴)(134)의 하류쪽에, 조질압연기(120)를 배치하고, 또한 그 하류쪽에 강제 건조장치(122), 블라스트 실(102)을 배치한 설비열이다. 용융 아연도금라인에서는, 냉간압연후의 강판을 페이오프 릴(130)에 장입하고, 전해청정장치(132)를 통과시킨 후, 풀림로(133)에 있어서 재결정 풀림이 행해진다. 그 후, 도금 욕(134)에서 아연도금 피막을 형성한 후, 에어 와이퍼(135)로 피막조정이 행해진다. 그 후, 합금화 용융 아연도금 강판을 제조하는 경우에는 합금화로(136)를 작동시키고, 합금화 처리를 한다. 피막이 주로 상으로 이루어지는 아연 도금 강판은 합금화로(136)를 사용하지 않고 동일한 라인에서 제조된다.
통상의 용융 아연도금라인에서는, 조질압연기(120)에 의한 조질압연이 행해진 후에, 화성처리장치(137)에 의해 화성피막이 부여되는 경우와, 방청유가 도포된 채로 권취되는 경우가 있다. 한편, 도 39의 실시형태에서는, 조질압연의 들어가는 쪽 및 나가는 쪽에 물 또는 조질압연 액을 분사하는 노즐(125a∼125d)을 배치하고, 또한 그 하류쪽에 강제 건조장치(122)를 배치한다. 이것은, 아연도금 강판(101) 위에 부착된 수분을 미리 건조시킨 후에, 고체입자를 투사하기 위함이다. 단, 아연도금 강판(101) 위에 부착된 수분이 적은 경우나 수분이 자연건조하는 경우에는 반드시 건조장치(122)를 필요로 하지는 않는다.
이상과 같은 설비열로 배치하므로서, 조질압연기(120)에서는, 재료의 기계적 특성을 조정하기 위하여 브라이트 롤을 사용하여 조질압연을 하고, 그 하류쪽에 배치한 원심식 투사장치(103a∼103d)를 사용하여 아연도금 강판(101)의 표면거칠기를 조정할 수 있다. 본 실시형태에 의한 표면거칠기의 조정방법은, 종래기술에 비해 투사밀도를 작게할 수 있으므로, 순환시키는 고체입자의 양이 적어도 되며, 라인속도가 100mpm 정도이더라도 용융 아연도금 및 그에 이어지는 조질압연기와 동일라인 내에서, 표면거칠기 부여처리를 할 수 있다.
(실시예 1)
판 두께 0.8mm의 냉연강판을 바탕으로 하여, 도금 피막이 주로상으로 이루어지는 용융 아연도금 강판에 대하여, 도 38에 나타내는 원심식 투사장치를 사용하여 표면거칠기를 부여한 결과에 대하여 설명한다.
고체입자를 투사하기 전의 강판은, 용융 아연도금후에 조질압연으로 0.8%의 신장율을 부여한 것을 사용했다. 조질압연에 있어서 신장율의 부여는, 재질조정을 목적으로 한 것으로 Ra 0.28㎛로 마무리 한 브라이트 롤을 사용했다. 조질압연 후의 강판의 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI), 중심선 기복(Wca)은, 각각 0.25㎛, 48, 0.4㎛이었다.
사용한 원심식 투사장치는, 로터 직경이 330mm, 최대 투사속도가 92m/s인 장치이다. 고체입자로서는, 도 39에 나타내는 입자경분포를 가진 평균 입자경 60㎛인 SUS304 입자를 사용했다. 이것은 거의 구형(球形)의 형상을 한 입자이다. 즉, 장경과 단경의 평균경으로부터의 차가 평균경의 20% 이내인 것을 95%이상 함유하는 형상이다. 본 실시예에서는, 고체입자의 투사속도가 92m/s로 되는 로터 회전수로서 3600rpm으로 설정하고, 연속적으로 이송되는 아연도금 강판에 1대의 원심식 투사장치를 사용하여 투사를 하였다. 원심식 투사장치는, 강대의 진행방향에 수직한 평면 내에서 로터가 회전하는 배치로 하였다. 즉, 강대 표면의 폭 방향을 향해 고체입자를 투사하도록 배치했다.
본 실시예에서는, 강판의 라인속도를 90mpm으로 해서, 고체입자의 투사량을 225㎏/min으로 설정했다. 고체입자를 투사한 아연도금 강판의 샘플에 대해서는, 강판의 판 폭방향으로 평균거칠기(Ra) 및 피크 카운트(PPI)의 분포를 측정했다.
도 40에, 투사거리를 250∼1000mm 범위에서 변경한 경우의 평균거칠기(Ra) 및 피크 카운트(PPI)의 판 폭방향의 분포를 나타낸다. 도 40의 횡축은, 도 38에 있어서 로터(141)의 회전중심 바로 아래의 위치를 원점으로 해서, 대향하는 오른 쪽을 정(正)으로 정의했다. 도면으로부터는, 투사거리가 1000mm인 경우에는, Ra, PPI 모두 고체입자 투사전의 표면거칠기와 큰 차이를 볼 수 없으나, 투사거리가 700mm 이하이면, 평균거칠기(Ra)가 0.5㎛ 이상에서 피크 카운트(PPI)가 100 이상으로 되는 것을 알 수 있다. 또한, 투사거리가 500mm 이하이면, 넓은 범위에 걸쳐 피크 카운트(PPI)를 300 이상으로 할 수 있으며, 종래의 조질압연에서는 부여할 수 없었던 높은 피크 카운트를 가지는 아연도금 강판을 얻을 수 있다.
그런데, 도 40은, 투사거리가 짧을수록 평균거칠기나 피크 카운트가 높은 값을 나타내는 범위가 확대되고 있다는 것을 나타내고 있다. 이것은, 투사거리가 짧을수록 고체입자를 감속시키지 않고 강판에 충돌하고, 투사폭의 ㄷㄴ부에 충돌하는 작은 입자도 감속하지 않고 강판에 충돌하여, 치밀한 요철이 형성되기 때문이다. 원심식 투사장치에서는, 고체입자는 로터로부터 부채상으로 투사되므로, 투사거리가 클수록 강판에 투사되는 면적은 확대되는 특성을 가진다.
종래기술에서는, 단독의 원심식 투사장치로 보다 넓은 면적에 대하여 투사를 하기 위하여, 가능한 한 투사거리를 크게 하여, 투사거리를 통상 1m 정도 확보하였으나, 본 발명과 같이 미세한 입자를 투사하여 일정한 표면거칠기를 부여하는 경우에는, 투사거리를 짧게 하는 쪽이 유효하다는 것을 나타내고 있다.
한편, 동일한 방법으로, 고체입자의 투사량을 90∼450㎏/min으로 변경하여, 아연도금 강판에 표면거칠기를 부여한 후, 그 표면거칠기를 측정했다. 고체입자가 투사된 강판의 표면에는, 투사거리에 따라서, 입자가 충돌한 흔적이 잔류하고 있으며, 압흔이 관찰되는 폭을 투사 폭이라 부른다. 상기 투사폭 중에서, 소정의 표면거칠기가 부여된 폭을 유효 투사폭으로 정의한다. 여기에서는 편의상 평균거칠기(Ra)가 1.0㎛를 초과하고, 또한 피크 카운트(PPI)가 400을 초과하는 범위를 유효 투사폭이라고 부른다.
도 41은, 투사거리를 250∼1000mm의 범위에서 변경한 경우의 우효 투사폭을 표시한 것이다. 도면 중에는, 경사진 직선으로 투사폭을 병기하고 있다. 본 결과로부터는, 투사거리가 클수록 투사폭이 넓어지기는 하나, 유효하게 표면거칠기를 부여할 수 있는 유효 투사폭은, 투사거리가 짧을수록 확대되는 것을 알 수 있다. 또한, 고체입자의 투사량을 증대시키지 않아도, 투사거리를 짧게 하는 쪽이 유효 투사면적의 확대를 도모할 수 있다. 또한, 투사거리가 일정 이상 떨어지면, 입자의 투사량을 증가시켜도 효과적인 표면거칠기를 부여할 수 없게 된다.
또한, 도 41로부터는 투사거리가 너무 작게 되면, 기하학적으로 투사가 행해지는 투사폭 자체가 작아 지므로, 유효 투사폭의 상한 값도 그에 따라 제한되는 것을 알 수 있다. 즉, 유효 투사폭을 확대하기 위한 최적인 투사거리가 존재한다. 이것은, 고체입자의 투사량에도 의존하나, 로터 직경 330mm를 사용한 본 실시예에서는, 투사거리 300mm 전후에서 최대의 유효 투사폭이 얻어지며, 로터 직경과 동등하든지 약간 짧은 영역에서 유효 투사폭이 최대로 되는 것을 나타내고 있다.
(실시예 2)
본 실시예에서는, 실시예 1과 동일한 시험을 하고, 투사거리를 접근시키는 것에 의해 투사밀도를 저감할 수 있다는 것을 검증했다. 여기에서는, 실시예 1에 있어서, 양호한 결과가 얻어진 투사거리 250∼350mm의 범위에서, 투사밀도를 변경한 경우의 표면거칠기에 대하여 측정했다. 또한, 사용한 강판, 라인속도, 원심식 투사장치의 로터 회전수, 투사한 입자는 동일하게 하고, 단위시간당의 투사량을 조정하므로서 투사밀도를 변경했다.
도 42는, 유효 투사폭 내에서의 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)와 투사밀도와의 관계를 나타낸 것이다. 평균거칠기(Ra)는 투사밀도의 증가와 함께 증가하고, 투사밀도가 1㎏/m2을 초과하면, 평균거칠기(Ra)도 0.5㎛ 이상으로 할 수 있다(투사밀도가 0.2㎏/m2이상으로 되면 평균거칠기(Ra)가 0.5㎛ 이상으로 되는 경우도 있다). 한편, 피크 카운트(PPI)는 투사밀도의 증가와 함께 증가하고, 투사밀도가 0.2㎏/m2이상으로 되면 100PPI로 되기는 하나, 투사밀도가 40㎏/m2을 초과하면 반대로 저하하는 경향을 볼 수 있다. 이것은, 일단 형성된 요철이, 그 후에 투사되는 입자에 의해 찌그러지고 말기 때문이다. 따라서, 아연도금 강판에 높은 피크 카운트를 부여하는 목적으로부터는, 투사밀도를 너무 크게 하는 것은 역효과이다.
본 발명은, 투사거리를 짧게 하므로서 표면거칠기를 부여할 수 있는 범위를 확대시킴과 동시에, 고체입자 중, 작은 입자경의 입자라도 강판에 충돌할 때의 속도가 저하하지 않으므로, 작은 입자량이더라도 효과적으로 표면거칠기의 형성을 가능하게 한다. 그 결과, 종래기술과 같이 대단히 큰 투사량을 필요로 하지 않는다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
예를 들면, 아연도금 강판의 표면에, 피크 카운트(PPI)가 400이상이 되도록 표면거칠기를 부여하는 경우에는, 판 폭방향에 3대의 원심식 투사장치를 앞·뒷면에 배치하면, 판 폭 1250mm인 금속 강대를 처리할 수 있다. 이 때, 라인속도 100mpm의 경우에, 투사밀도 2.5㎏/m2으로 투사하는 조건에서는, 입자순환 설비로서 625㎏/min의 능력을 가지는 것을 사용하면 좋다. 따라서, 통상의 쇼트 블라스트와 같이, 대량의 입자순환을 시키기 위한 설비를 필요로 하지 않는다.
(실시예 3)
본 발명의 제 3 실시예로서, 투사거리를 280mm로 하고, 투사밀도가 5㎏/m2이 되도록 투사량을 설정하여, 실시예 1과 동일한 방법에 의해, 고체입자의 평균 입자경이 아연도금 강판의 표면거칠기에 주는 영향을 조사했다. 사용한 고체입자는 고속도강인 구형 쇼트입자이며, 진동식 채(sieve)를 이용하여 분급을 한 후, 평균 입자경d에 대하여, 입자경 0.5d∼2d의 범위에 포함되는 입자의 중량비율이 85% 이상이 되도록 조정했다. 또한, 원심식 투사장치로부터의 투사속도는92m/s로 일정하게 했다.
도 43은, 평균 입자경과 평균거칠기(Ra), 피크 카운트(PPI)와의 관계이다. 평균 입자경이 클수록 평균거칠기(Ra)는 증가하고, 0.3∼3㎛이 되도록 한 평균 입자경은 30∼280㎛ 정도이다. 단, 투사속도를 저하시키므로서, 평균 입자경이 280㎛을 초과하여도 Ra를 3㎛이하로 하는 것은 가능하다. 한편, 피크 카운트(PPI)는, 입자경의 증가에 따라서 일단 급격하게 증가한다. 이것은, 입자경이 작은 경우에는, 어느 정도 미세한 요철이 표면에 형성되기는 하나, 평균거칠기(Ra)가 작으므로, 측정한 피크 카운트의 카운트 레벨에 미치지 않는 요철이 상당히 포함되고, PPI 값으로서는 작은 값을 나타내기 때문이다. 또한, 평균 입자경이 100㎛보다도 크게 되면 피크 카운트(PPI)는 저하하고, 평균 입자경 300㎛을 초과하면 PPI의 값이 100을 밑돌게 된다.
또한, 이상과 같은 평균거칠기(Ra)와 피크 카운트(PPI)의 경향은, 투사속도, 투사거리, 투사밀도에 의해서도 변화하고, PPI가 극값(極値)을 취하는 평균 입자경도 변화한다. 예를 들면, 투사속도가 클수록, 피크 카운트가 최대값을 갖는 평균 입자경의 값은 작은 입자경 쪽으로 이동한다. 또한, 사용하는 고체입자의 밀도에 의해서도 변화하여, 밀도가 작을수록 평균 입자경이 큰 쪽으로 이동한다.
(실시예 4)
투사거리를 280mm로 하고, 투사밀도가 5㎏/m2이 되도록 투사량을 설정하여, 실시예 1과 동일한 방법에 의하여, 고체입자의 투사속도가 아연도금 강판의 표면거칠기에 미치는 영향을 조사했다. 사용한 고체입자는, 도 50에 나타내는 평균 입자경이 65㎛인 고속도강의 구형 쇼트입자이다. 여기에서는, 로터 회전수를 변경하는 것에 의해, 투사속도를 조정했다.
도 44는 투사속도의, 평균거칠기(Ra)와 피크 카운트(PPI)에의 영향을 나타낸 것이다. 도면으로부터는, 투사속도의 증가에 따라, 평균거칠기, 피크 카운트 모두 증가하고, 일단 피크 카운트가 극대 값을 가진 후, 약간 저하하는 경향을 보여준다, 투사속도가 작은 경우에는, 고체입자의 운동에너지가 작으므로, 아연도금 강판에 충돌한 경우에 충분한 압흔이 형성되지 않으므로, 평균거칠기, 피크 카운트 모두 낮은 값을 나타내는 것이다. 또한, 투사속도가 대단히 높은 경우에는, 투사된 입자에 의해 형성되는 오목부가 크게 되어, 평균거칠기(Ra)는 증가하기는 하나, 요철의 피치가 다소 크게 되므로 피크 카운트는 약간 저하한다.
(실시예 5)
실시예 3에서 사용한 고속도강의 고체입자를 사용하여, 투사거리 및 로터 회전수를 변경하여, 평균거칠기(Ra)가 1.0∼1.6㎛가 되도록 조정하면서, 피크 카운트(PPI)를 크게 바꾼 아연도금 강판을 제조했다.
이와 같이 하여 얻어진 아연도금 강판의 프레스 성형성을 조사하기 위하여, 평면 슬라이딩시험에 의해 마찰계수를 측정했다. 슬라이딩시험에서는, 아연도금 강판을 대향하는 슬라이딩공구에 끼우고, 7㎫의 접촉면압을 부하(負荷)하면서, 아연도금 강판을 1000mm/min의 속도로 인발할 때의 마찰계수를 측정했다. 또한, 비교예로서 종래기술인 조질압연에 의해 표면거칠기를 부여한 강판에 대해서도 동일한 조건으로 측정을 하였다. 또한, 조질압연은, 방전가공에 의해 평균거칠기를 2.4∼3.4㎛, 피크 카운트(PPI)를 240∼320의 범위로 조정한 압연 롤을 사용했다.
도 45는 아연도금 강판의 피크 카운트와 슬라이딩시험의 마찰계수와의 관계를 나타낸 것이다. 본 발명에 의해 얻어진 아연도금 강판은, 종래의 아연도금 강판에 비하여 낮은 마찰계수를 나타내고 있다. 즉, 강판과 슬라이딩 공구사이의 보유성(保油性)이 향상하여, 계면(界面)에 도입되는 유량이 향상되고 있는 것을 나타내고 있다. 또한 도면으로부터는 피크 카운트(PPI)가 클수록 마찰계수가 저하하고 있음을 알 수 있다. 이것은, 단 피치의 오목부가 치밀하게 형성되어 있는 것에 의해, 계면의 보유성을 향상시키는 효과와, 고체입자의 충돌에 의해 피막 자체가 경화하고 있는 효과의 양자가 영향을 주고 있는 결과이다.
이상으로부터, 본 발명에 의한 아연도금 강판은, 피크 카운트(PPI)가 종래의 것과 같은 정도라도 양호한 슬라이딩특성을 발휘함과 동시에, 특히 조질압연에서는 제조할 수 없는 높은 피크 카운트(PPI)의 영역에 있어서, 더욱 우수한 슬라이딩 특성을 나타내는 것이 확인되었다.
도 48(a)에 본 실시예에 의한 아연도금 강판의 표면사진을 나타낸다. 또한, 비교예로서, 종래의 조질압연에 의해 얻어진 아연도금 강판의 표면사진을 도 48(b)에 나타낸다. 본 발명에 의해 제조된 아연도금 강판은, 구형(球形)의 고체입자를 투사하여 압흔을 형성하고 있기 때문에, 표면에는 딤플형상의 요철(凹凸)이 세밀하게 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이와 같은 딤플상의 요철(凹凸)이, 프레스 가공시에 공구와 강판 사이의 보유성을 양호하게 하는 효과를 생기게 하고 있다.
(실시예 6)
고체입자를 투사하기 전에 조질압연에 의해 미리 중심선 기복(Wca)을 저감한 경우의 효과에 대하여 검증했다. 용융아연 도금을 실시한 강판의 표면에는 도금두께의 변동 등에 기인하여 장 주기의 기복이 존재하고 있는 경우가 있다. 본 실시예에 있어서는, 아연도금 후의 기복이 비교적 큰 강판을 골라, 브라이트 롤에 의한 조질압연을 했다. 브라이트 롤은 그 표면을 평균거칠기(Ra) 0.25㎛로 마무리한 것을 사용하여, 신장율 0.8%로 조질압연을 행하였다. 그 후, 평균 입자경 65㎛인 고속도강 입자를 사용하여, 표면거칠기의 부여를 하고 평균거칠기(Ra) 1.18㎛, 피크 카운트(PPI)가 440인 아연도금 강판을 얻었다.
상기 각 제조단계에 있어서 강판의 중심선 기복(Wca)을 조사한 결과가 도 46이다. 도면으로부터는, 조질압연 전의 강판의 기복이 대단히 크더라도, 브라이트 롤에 의한 조질압연을 하므로서, 중심선 기복(Wca)을 대폭적으로 저감시킬 수 있다. 또한, 고체입자를 투사한 후에도, 제품의 중심선 기복(Wca)은 0.42㎛이며, 표면에 요철이 부여되어도 장 주기의 요철은 낮은 값으로 억제할 수 있다. 한편, 종래의 조질압연에 의한 표면거칠기의 부여를 하는 경우에는, 조질압연 전의 중심선 기복(Wca)이 크면, 미시적인 요철을 부여한 조질압연 후의 Wca도 큰 상태로 잔류하고 만다. 본 발명에서는, 조질압연에 의한 기계적 성질의 조정과 표면거칠기의 부여기능을 분리하였기 때문에, 조질압연에서는 브라이트 롤을 사용할 수 있으며, 소재의 중심선 기복이 커도 제품의 기복을 작게 할 수 있다.
더욱이, 조질압연에 의해 중심선 기복(Wca)을 0.7㎛ 이하로 조정한 아연도금 강판을 사용하여, 평균 입자경 50∼120㎛인 스테인리스 입자를 투사한 샘플을 작성했다. 상기 강판의 도장후의 선영성을 조사하기 위하여, 일본 파카라이징(주) 제품인 「PB-L3080」을 사용하여, 시험편에 화성처리를 실시하고, 계속하여 칸사이페인트(주) 제품인 「El-2000」「TP-37 그레이」「TM-13(RC)」를 사용하여, 각각 ED 도장, 중간칠 도장, 마무리 칠 도장으로 이루어지는 3 코팅 도장을 실시했다. 이렇게 하여 도장된 시험편의 NSIC 값을, 스가시험기(주) 제품의 「사상(寫像)선명도 측정장치 NSIC형」을 사용하여 도장후의 선영성을 평가했다. 또한, NSIC 값은 흑판연마유리를 100으로 하고, 그 값이 100에 가까울수록 양호한 선영성으로 된다.
측정결과를 도 47에 나타낸다. 도면 중에는, 쇼트 롤 및 방전 롤을 사용하여 조질압연에 의해 제조한 것을 비교예로서 나타내고 있다. 도면으로부터 알 수 있듯이, 조질압연에 의해 중심선 기복(Wca)을 0.7㎛ 이하로 조정한 아연도금 강판은, 고체입자 투사 후에도 중심선 기복(Wca)이 0.8㎛ 이하로 작은 값을 나타내고, 도장후 선영성을 대표하는 NSIC 값도 높은 값을 나타내고 있다.
(실시예 7)
합금화 처리를 실시한 아연도금 강판을 사용하여, 투사속도 92m/s, 투사거리 280mm, 투사밀도 10㎏/m2의 조건에서, 평균 입자경 65㎛인 고속도강 입자를 투사하여 표면거칠기의 부여를 했다. 그 결과, 평균거칠기(Ra)가 1.2㎛, 피크 카운트(PPI)가 350인 강판을 얻었다.
상기 강판으로부터 샘플을 잘라내어, 실시예 5와 동일한 슬라이딩시험을 실시했다. 고체입자를 투사하기 전의 종래의 제조방법에 의한 합금화 용융 아연도금 강판의 마찰계수는 0.20인 것에 대하여, 본 발명에 의한 고체입자의 투사를 실시한 후의 마찰계수는 0.18이었다. 이것은, 합금화 용융 아연도금 강판에, 철 도금이나 니켈 도금을 실시한 것과 동등한 마찰계수로서, 피막 자체가 딱딱한 합금화 용융 아연도금 강판이더라도, 본 발명에 의한 제조방법에 의하면, 우수한 슬라이딩 특성을 나타내는 아연도금 강판을 얻을 수 있다. 또한, 고체입자 투사후의 중심선 기복(Wca)도 0.5㎛로 낮은 값을 나타내고 있으며, 양호한 도장후의 선영성을 나타낸다.
(실시형태 3)
실시형태 3-1은, 표면이 딤플상의 형태인 것을 특징으로 하는 프레스 가공성이 우수한 아연도금 강판이다.
딤플상이란, 표면의 오목형상이, 주로 곡면으로 구성되고, 예를 들면 구상(球狀) 물체가 표면에 충돌하여 형성되는 크레이터(crater)상의 오목부가 다수 형성된 형태를 가리킨다. 이와 같은 딤플상의 오목부가 다수 형성되어 있는 것에 의해, 그 부분이 프레스 가공에 있어서 기름포켓 역할을 수행하고, 금형과 강판과의 사이의 보유성을 향상시킬 수 있다.
상기 상황을 프레스가공에 있어서 금형과의 접촉상태로서 모식적으로 나타낸 것이 도 56이다. 한편, 비교를 위하여, 종래 아연도금 강판의 접촉상태를 모식적으로 나타낸 것이 도 59이다. 딤플상의 표면상태의 경우, 도금층이 슬라이딩시에 변형을 받아도, 딤플 내의 기름이 이탈하기 어려울 뿐만 아니라, 점재(點在)하는 딤플 하나하나에 확실하게 기름이 잔류하므로, 기름이 도중에 끊기는 일 없이 금형이 도금 강판 위를 슬라이딩할 수 있다. 이에 대해, 압연 롤의 형상을 전사(轉寫)시킨 종래의 도금 강판 표면형태에서는, 오목부가 딤플과 같이 항상 닫힌 원형상으로 되어 있지는 않으므로, 기름이 유지되기 어렵기 때문에, 기름의 끊어짐이 생기기 쉽다.
실시형태 3-2는, 실시형태 3-1에 있어서, 표면의 평균거칠기(Ra)가 0.5∼5.0㎛인 것을 특징으로 하는 것이다.
표면의 평균거칠기(Ra)가 0.3㎛ 미만인 경우에는, 강판과 금형과의 사이의 보유성을 충분히 확보할 수 없으므로, 프레스 가공시의 형 손상(galling)이 발생하기 쉽게 된다. 이것은, 특히 아연 피막이 연한 경우에 현저하게 된다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 표면의 평균거칠기(Ra)를 0.3㎛ 이상으로 한정한다.
한편, 평균거칠기(Ra)가 클수록, 강판과 금형과의 사이의 보유성은 향상되고, 계면에 도입되는 유량은 증가하기는 하나, 표면의 큰 볼록부에 접촉하중이 집중하기 때문에, 그 접촉부분의 마찰발열에 기인하여, 유막 파단이 생기기 쉽게 된다. 그 결과, 국소적으로 형 손상(galling)이 생기고, 보유성이 향상되는 것에 의한 효과를 상쇄(相殺)한다. 따라서, 본 발명에 있어서는, 큰 볼록부를 기점으로 한 형 손상(galling)이 생기지 않는 범위로서, 3㎛를 상한으로 한다.
실시형태 3-3은, 실시형태 3-1 또는 실시형태 3-2에 있어서, 표면의 피크 카운트(PPI)가 -50 ×Ra(㎛) + 300 < PPI로 나타내는 식의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 것이다.
피크 카운트(PPI)란, SAE 911 규격에서 규정되는 것처럼, 1인치당 요철의 피크 수이다. 또한, 상기 피크 카운트(PPI)는, 카운트 레벨이 ±0.635㎛에서의 값으로 나타내고 있다.
피크 카운트가 큰 경우에는, 도 57에 모식적으로 나타내는 바와 같이, 프레스 가공시의 금형과 아연도금 강판과의 접촉상태가, 단순히 평균거칠기를 크게 한 경우와는 다르다. 즉, 피크 카운트가 클수록, 동일한 평균압력에 대하여, 금형과 접촉하는 표면의 돌기부 개수가 많게 되고, 개개의 돌기부 변형량은 작게 된다. 즉, 다수의 돌기부가 금형과 접촉하므로서, 개개의 돌기부가 분담하는 하중이 감소한다. 따라서, 돌기부와 금형과의 접촉부에서 생기는 마찰발열은, 돌기가 큰 경우에 비하여 분산되므로, 각 접촉계면에 있어서 온도상승을 억제할 수 있다.
접촉부의 온도상승은, 계면에 존재하는 유막의 미시적(微視的)인 파단을 초래하기 때문에, 마찰계수가 증대하고, 또한, 접촉부의 마찰발열이 증대한다고 하는 악순환을 생기게 한다. 이에 대하여, 아연도금 강판의 표면에 피치가 짧은 요철을 형성하므로서, 동일한 평균거칠기에서도, 프레스 성형성을 향상시킬 수 있다. 또한, 평균거칠기가 작아도, 동등 이상의 프레스 성형성을 확보할 수 있으므로, 도장후의 선영성을 악화시키는 요인으로는 되지 않는다.
실시형태 3-3에 있어서, 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)의 하한값을 설정한 것은, 이상과 같은 사고방식에 기초한다. 한편, 피크 카운트(PPI)의 상한값에 대해서는, 클수록 양호한 결과가 얻을 수 있는 것이 예상되나, 현 시점에서 경제적인 수단으로 실현할 수 있는 범위는 600이하에 머물러 있다. 장래, 이것 이상의 PPI를 얻는 방법이 발견되면, 적용가능하므로, 발명으로서의 상한값은 특별히 규정하지 않는다.
실시형태 3-4는, 실시형태 3-1 내지 실시형태 3-3의 어느 실시형태에 있어서, 표면의 기복(Wca)이, 0.8㎛이하인 것을 특징으로 하는 것이다.
자동차 용도의 아연도금 강판 등에서는, 프레스 가공성 이외에도, 도장후의 선영성을 확보할 필요가 있다. 도장후의 선영성에 대해서는, 도장의 초벌도장 공정 등에 있어서 단 주기의 요철(凹凸)은 묻여져, 도장후의 선영성에 영향을 주지 않는 반면, 장 주기의 요철은 도장후에도 잔류하여 선영성을 악화시킨다. 이 경우, 기복(Wca)이, 도장후의 선영성과 밀접한 관계가 있다. 기복(Wca)이란, JIS B 0610에서 규정되는 중심선 기복을 가리키고, 높은 영역에서 컷 오프(cut-off)를 실시한 요철의 평균높이를 대표한다.
도장후의 선영성을 양호하게 하기 위해서는, 주기가 긴 요철 성분을 작게 하는 것이 필요하며, 기복(Wca)을 0.8㎛ 이하로 하므로서, 도장후의 선영성을 확보할 수 있다. 따라서, 평균거칠기를 크게 하므로서, 강판 표면에 큰 요철이 형성되기 때문에, 도장후의 선영성이 악화하고 만다는 문제점을 해결할 수 있다.
실시형태 3-5는, 실시형태 3-1 내지 실시형태 3-4의 어느 실시형태에 있어서, 도금 피막이 주로 상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.
피막이 주로 상으로 구성되는 아연도금 강판의 경우에는, 합금화 용융 아연도금 강판에 비하여, 피막자체가 연하고, 또한 융점이 낮기 때문에, 프레스 가공시에 응착이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 표면에 부여해야 할 평균거칠기는 큰 것이 필요하게 되고, 종래기술과 비교하여 보다 큰 효과를 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 실시형태의 예를 설명한다. 본 발명의 실시형태인 아연도금 강판을 제조하는 제 1의 방법은, 모재로 되는 강판 표면에 아연도금을 실시한 강판의 표면에, 미세한 고체입자를 투사하여 표면에 요철(凹凸)을 형성하는 것이다. 아연도금으로서는, 용융 아연도금 또는 전기 아연도금이 일반적이나, 기계적으로 아연 피막을 부여한 도금 강판이라도 좋다. 또한, 강판에 대하여 기계적 성질을 조정하기 위한 조질압연을 실시한 것이거나, 미조압(未調壓)의 강판이라도 좋다. 더욱이, 크로메이트처리 등의 후처리를 실시한 강판이라도 좋다.
이상과 같은 아연도금 강판의 표면에 투사하는 고체입자는, 입자경 1∼300㎛, 바람직하게는 25∼100㎛ 정도의 강구(鋼球) 또는 세라믹계의 입자가 알맞다. 투사장치로서는, 압축공기에 의해 고체입자를 가속시키는 공기식 쇼트 블라스트 장치 또는, 원심력에 의해 고체입자를 가속시키는 기계식 가속장치를 사용하여도 좋다. 이와 같은 고체입자를, 30∼300m/s의 투사속도로 아연도금 강판에 일정시간 투사하므로서, 아연도금 강판의 표면에 미세한 요철을 형성시킬 수 있다.
또한, 투사하는 고체입자로서 구형(球形)의 것을 사용하므로서, 표면에 딤플형상의 오목부를 형성할 수 있다. 단, 고체입자로서는 완전한 구체(球體)가 아니고, 다면체와 같은 형상이라도 좋다. 또한, 투사하는 고체입자가 작을수록, 단 피치의 요철이 형성되고, 피크 카운트를 크게 할 수 있다. 고체입자의 투사량으로서는, 입자가 아연도금 강판의 전면(全面)에 걸쳐 투사됨과 동시에, 아연 피막을 박리시키지 않는 정도의 투사밀도로서, 0.1∼40㎏/m2이 바람직하다. 더욱이, 이상과 같이하여 표면에 요철을 부여한 강판에는, 압축공기를 세차게 불어대므로서 표면으로부터 고체입자를 간단히 제거할 수 있다.
본 발명의 실시형태인 아연도금 강판을 제조하기 위한 제 2의 방법은, 열간압연 또는 냉간압연에 의해 일정한 판두께로 가공된 강판에, 상기와 마찬가지로 고체입자를 투사하여, 표면에 요철을 형성한 후에, 아연도금을 실시하는 것이다. 모재로 되는 강판은 압연후 풀림이나 조질압연을 실시한 것이 일반적이나, 강도를 높이기 위하여, 풀림되어 있지 않은 것을 사용하여도 좋다.
이와 같은 강판에 대하여, 상기와 동일한 방법으로 표면에 요철을 부여할 수 있으나, 강판으로서 미 풀림재 또는 경질의 재료를 사용하는 경우에는, 고체입자의 투사속도를 상기 조건보다도 크게 하므로서, 요철의 크기를 조정한다. 이와 같이 하여 얻어진 강판에 대한 아연도금으로서는, 전기 아연도금이 알맞으나, 용융 아연도금을 하여도 좋다.
그런데, 종래기술로서 개시되어 있는 아연도금 강판 표면의 조정방법으로서는, 어느 것도 조질압연에 의해 표면거칠기를 전사(轉寫)시킨다고 하는 것이나, 이 경우에는, 피크 카운트(PPI)를 250 이상으로 하는 것이 실제로는 곤란하다. 예를 들면, 일본 특개평 11-302816호 공보에 실시예로서 개시되어 있는 아연도금 강판의 요철의 피치는 0.11mm 정도로 되어 있다. 따라서, 이 경우에도 1 인치당의 요철의 수는 230 정도로 추정된다.
또한, 종래기술에 있어서 아연도금 강판의 제조방법으로서, 압연 롤의 표면에 요철을 형성하는 경우에, 쇼트 블라스트 가공이나 방전가공에서는, 표면에 주로 오목부가 형성되기 때문에, 강판 쪽에는 주로 볼록부가 전사된다. 또한, 레이저 가공이나 전자빔 가공에서는, 레이저 등이 조사(照射)된 부분은 용융하여 오목부로 됨과 동시에, 그 주위에는 볼록부가 형성된다. 이것이 강판에 전사된 경우에는, 볼록부를 중심으로 한 오목부가 주위에 형성되나, 그 형상은 도너츠형으로 된다. 따라서, 조질압연에서 형성된 아연도금 강판 표면의 형태와, 본 발명에서 기재한 오목부 형상의 딤플형상과는 다른 것이다.
(실시예 1)
본 발명의 제 1 실시예로서, 판 두께 0.8mm인 냉연강판을 바탕으로 한 용융 아연도금 강판에 대하여, 조질압연으로 0.8%의 신장율을 부여한 강판을 사용하고, 상기 방법으로 표면거칠기를 부여한 아연도금 강판에 대하여 설명한다.
본 실시예에서는, 도금 피막이 주로 상으로 이루어지는 아연도금 강판에 대하여, 평균 입자경이 128㎛, 55㎛인 알루미나 입자를 투사하여 표면거칠기를 부여했다. 도 51, 52는, 본 발명의 아연도금 강판의 표면사진이다. 이들은, 고체입자로서 각각 128㎛, 55㎛ 입자경의 것을 사용한 것이다. 이들 표면은, 고체입자가 충돌하는 것에 의해 다수의 오목부가 형성되어 있으며, 미세한 딤플상의 형태를 나타내고 있다. 한편, 도 58은 비교예로서, 방전가공법에 의해 표면가공을 실시한 압연 롤을 사용하고, 조질압연에 의해 표면거칠기를 조정한 강판의 표면사진을 나타내고 있다. 표면은, 비교적 큰 볼록부가 섬 형상으로 연결된 형태를 나타내고 있다.
이와 같이 하여 작성한 본 발명 및 종래의 아연도금 강판 중에서, 평균 거칠기(Ra)가 1.3∼1.6㎛의 범위로 된 강판을 선택하고, 평판 슬라이딩시험에 의해 마찰계수를 측정했다. 슬라이딩시험에서는, 아연도금 강판을 대향하는 슬라이딩 공구에 끼우고, 7㎫의 접촉면압을 부하하면서, 아연도금 강판을 1000mm/min 의 속도로 인발(引拔)할 때 마찰계수를 측정했다. 또한, 윤활유로서, 일본 파카라이징사 제품인 녹 스라스트 550HN(상표)을 미리 아연도금 강판의 표면에 도포하여, 시험을 실시했다.
도 53은, 슬라이딩시험에 의해 얻어진 마찰계수를 나타낸 것이다. 실시예로서 나타내고 있는 본 발명의 아연도금 강판은, 동일 레벨의 평균거칠기라도, 비교예로서 나타내고 있는 종래의 아연도금 강판에 비하여, 낮은 마찰계수를 나타내고 있다. 즉, 강판과 슬라이딩 공구 사이의 보유성이 향상되고, 계면에 도입되는 유량이 향상되고 있는 것을 나타내고 있다.
또한, 도 53으로부터는, 피크 카운트(PPI)가 클수록 마찰계수가 저하하고 있는 것을 알 수 있다. 이것은, 공구와 강판 표면의 볼록부와의 접촉 개소가 증가하고, 개개의 볼록부와 공구와의 접촉면적이 감소하여, 접촉부에서의 마찰발열량이 저하하므로서 유막의 파단을 방지하는 효과가 생긴 것이다.
이상으로부터 본 발명과 같이 아연도금 강판의 표면을 딤플상의 형태로 하고, 또한 피크 카운트를 증가시키는 것에 의해, 강판과 슬라이딩 공구와의 사이의 마찰계수가 저하하고, 형 손상(galling)의 발생을 방지할 수 있는 것을 알 수 있다.
(실시예 2)
발명의 실시형태에서 설명한 방법에 있어서, 투사입자의 입자경, 투사속도 및 입자의 종류를 바꾸어, 여러가지 평균거칠기 및 피크 카운트를 가지는 아연도금 강판을 만들었다. 이와 같은 아연도금 강판에 대하여, 상기와 같은 조건으로 슬라이딩시험을 실시하고, 마찰계수가 0.2 이하로 되는 경우를 o 표, 0.2를 초과하는 경우를 ×표로 표시한 것을 도 54에 나타낸다. 또한, 아연도금 강판으로서는, 도금 피막이 주로 상으로 이루어지는 용융 아연도금 강판을 사용했다.
도면 중에, 파선으로 나타낸 범위가, 본 발명에서 규정하는 평균거칠기(Ra)와 피크 카운트(PPI)의 범위이며, 모두 마찰계수가 0.2 이하로 되어, 양호한 슬라이딩 특성을 나타내는 범위이다.
도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 아연도금 강판은, 슬라이딩시험에서의 마찰계수가 낮고, 따라서 프레스 가공시의 마찰발열이 작으므로, 형 손상을 방지할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 얻어진 아연도금 강판의 기복(Wca)과 도장후의 선영성의 관계를 정리한 결과를 도 55에 나타낸다. 도장후 선영성은 다음과 같이 하여 평가했다. 일본 파카라이징(주) 제품인 「PB-L3080」(상표)을 사용하여, 시험편에 화성처리를 실시하고, 계속하여 칸사이페인트(주) 제품인 「El-2000」, 「TP-37 그레이」「TM-13(RC)」(모두 상표)를 사용하여, 각각 ED 도장, 중간 칠도장, 마무리 칠 도장으로 이루어지는 3코팅 도장을 실시했다.
이와 같이 하여 도장된 시험편의 NSIC 값을, 스가시험기(주) 제품인 「사상(寫象)선명도 측정장치 NSIC 형」을 사용하여 측정했다. 또한, NSIC 값은 흑판 연마 유리를 100으로 하고, 그 값이 100에 가까울수록 양호한 선영성으로 된다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, 기복(Wca)이 작을수록 도장후 선영성이 향상되고 있으며, 0.8㎛ 이하이면 양호한 도장후 선영성을 나타낸다.
따라서, 강판의 평균거칠기(Ra) 및 피크 카운트(PPI)를 본 발명의 범위로 조정하므로서, 양호한 프레스 가공성을 나타내고, 또한 Wca를 0.8㎛ 이하로 하므로서, 도장후 선영성도 양립시킬 수 있다.
(실시형태 4)
본 발명자들은, 금형과 강판 표면의 미시적인 접촉을 유막으로 차단하여, 유막의 윤활효과 및 응착억제 효과를 최대한으로 인출하는 방법에 대하여 진지한 연구를 거듭했다. 그 결과, 아연도금 강판에서도, 그 표면조직을 최적화하는 것에 의해, 도장후의 선영성을 열화시키는 일 없이, 우수한 프레스 성형성을 실현할 수 있는 것을 발견했다. 실시형태 4는, 상기 사실에 기초하여 이루어진 것이며, 그 요지는 이하와 같다.
(1) 표면에 다수의 압입자국을 가지는 아연도금 강판으로서, 부하면적비 80%에 대응하는 깊이 레벨에서의 같은 압입자국의 개수 밀도가 3.1 ×102개/mm2 이상인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판(실시형태 4-1)
(2) 상기(1)의 아연도금 강판으로서, 중핵부의 유체 유지지표(Sci)가 1.2이상인 표면조직을 가지는 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판(실시형태 4-2).
(3) 상기 (1) 또는 (2)에 기재한 아연도금 강판으로서, 표면의 산술평균 기복(Wca)이 0.8㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성 및 도장후 선영성이 우수한 아연도금 강판(실시형태 4-3).
본 발명자들의 연구에 의하면, 우수한 프레스 성형을 실현하기 위해서는, 유지할 수 있는 윤활유의 절대량을 확보하는 것 보다도, 윤활유를 유지하는 포인트인 압입자국을 강판 표면에 가능한 한 고밀도로 분산시키는 것에 의해 금형과 강판 표면의 미시적인 접촉을 유막으로 끊을 것, 즉, 유막 파단을 회피하기 위한 오일포켓의 고밀도 분포 쪽이 더욱 중요하다. 먼저, 이 점에 대해서 상세히 설명한다.
이미 설명한 바와 같이, 강판 표면에 보유성을 부여하고, 더욱이, 도장후의 선영성을 열화시키지 않기 위해서는, Ra가 적정범위에 들어가도록 표면조직을 조정할 필요가 있다. 이와 같은 목적에서, 통상, Ra가 0.3∼3.0㎛의 범위에 들어가도록 조정하는 것이 일반적이나, 이 범위의 Ra에서는, 마찰계수에 계통적인 차이를 나타내지 않는다. 표면조직을 가진 높이방향의 평균적인 두께 지표인 Ra에는, 프레스 금형과 강판의 계면에 유지할 수 있는 윤활유의 양이 반영되므로, 이것은, 상술한 범위의 Ra로 마찰계수를 지배하고 있는 주요한 인자가 윤활유의 량은 아니라는 것을 의미하고 있다.
이러한 실태를 고려하면, 윤활유의 량을 확보한다고 하는 것 보다도, 오히려 프레스 금형-강판 계면의 유막 파단을 억제하여 유막의 윤활효과와 응착 억제효과를 최대한으로 인출하는 것이, 프레스 성형성을 개선하는데 가장 중요하다. 같은 양의 윤활유를 프레스 금형과 강판의 계면에 유지하는 표면조직이라도, 계면의 일개소에 한데 모아 윤활유를 유지하는 타입과, 이것을 계면에 균일하게 유지하는 타입에서는, 마찰계수가 전혀 다른 것을 용이하게 추측할 수 있다. 이것으로부터 알 수 있는 바와 같이, 유막 파단을 억제하기 위해서는, 강판의 표면조직의 오일 포켓인 압입자국의 밀도를 가능한 크게 하는 것이 가장 효과적이다.
이러한 압입자국의 밀도를 고려하는데 있어 중요한 것은, 프레스 성형이 강판 표면의 마모를 동반하는 프로세스로서, 실제로는 얕게 압입될수록 마멸하기 쉽다고 하는 것, 즉, 깊게 압입될수록 오일포켓으로서의 효과가 크다고하는 것이다. 그렇다고는 하나, 프레스 성형에서는 사용하는 금형의 종류나 쿠션력에 덧붙여, 금형의 어느 부분에 닿는가에 따라서도 강판 표면의 마모정도가 다르므로, 중요시 해야할 압입자국의 깊이를 일률적으로 예측하는 것은 일반적으로 곤란하다. 압입자국의 밀도를, SAE 911 규격에서 규정되는 PPI, 즉 1인치 당 요철의 수로 대표시키는 것도 하나의 방법이기는 하나, 중요시 해야할 압입자국의 깊이를 일률적으로 정하지 않으면 산출할 수 없는 PPI 를 이와 같은 상황에서 적절히 운용하는 것은 곤란하다. 또한, 2차원적인 요소인 PPI는 면 내의 어느 방향을 따라서 측정하는가에도 의존하므로, 실제의 3차원적인 표면조직의 특징을 대표하지 않는 경우도 있다.
이러한 점도 고려하여, 본 발명에서는, 깊은 압입자국의 개수 밀도를 이하와 같이 정했다. 구체적으로는, 저 면압의 평판 슬라이딩시험에서도 아연도금 강판 표면의 대부분이 찌그러지는 것을 고려하여, 부하면적비 80%에 대응하는 깊이라도 압입자국으로서 인식할 수 있는 것을 깊은 압입자국으로 취하는 것으로 했다. 여기서 말하는 부하면적비는 표면조직의 3차원 해석에 사용되는 개념으로서, 그 상세는, 예를 들면, K. J. Stout, W. P. Dong, L. Blunt, E. Mainsah and P. J. Sullivan “3D Surface Topography; Measurement interpretation and Applications, A survey and bibliography” K. J. Stout편, Penton Press 출판(1994), “Development of Methods for the Characterisation of Roughness in Three Dimensions” K. J. Stout 편, Penton Press 출판(2000) 등에 개시되어 있다. 이것은, JIS-B0601 등에 기재된 부하길이율의 개념을 3차원으로 확장한 것으로, 평가영역의 범위에 있는 표면의 3차원 형상을 어떤 높이에서 가상적으로 절단한 때에, 절단면에 나타나는 면적(이것을 부하면적이라고 한다)의 평가면적에 대한 비로 정의된다. 즉, 부하면적비 80%에 대응하는 깊이란, 평가면적의 80%에 해당하는 면적이 절단면에 나타나는 깊이(이것을 80% 부하레벨이라고 부른다)를 말한다.
본 발명자들의 연구에 의하면, 상기 80% 부하레벨에서의 압입자국의 밀도가, 3.1×102개/mm2 이상인 경우에 양호한 프레스 성형성을 확보할 수 있다. 실시형태 5-1에서 부하면적비 80%에 대응하는 깊이 레벨에서 압입자국 개수 밀도를 한정하는 것은 그 때문이다.
프레스 성형성에는, 프레스 금형과 강판의 계면서의 유막면적의 영향도 무시할 수 없다. 상술한 바와 같이, Ra가 0.3∼3.0㎛의 범위에서는 마찰계수에 윤활유양의 효과는 현저하게 나타나지 않으나, 깊은 압입자국 밀도가 상기 레벨인 경우에는, 계면의 유막면적의 영향이 마찰계수에 나타난다. 본 발명자들의 연구에 의하면, 유막면적은 이하에서 말하는 중핵(中核)부의 유체유지지표(Sci)로 대표시킬 수 있고, 실시형태 4-1이 만족되는 경우, 이 값이 1.2 이상이라면 더욱 마찰계수를 낮출 수 있다. 실시형태 4-2에서, Sci를 한정하는 것은 이 이유에 의한다. 중핵부의 유체유지지표(Sci)란, 5% 부하레벨로부터 80% 부하레벨까지의 깊이의 범위(이것을 중핵부라고 한다)에 고일 수 있는 유체(여기서는 윤활유)의 체적을 제곱평균 제곱근 편차(Sq)로 나눈 것이다. Sq는 표면높이 분포의 표준편차로, JIS-B0601 등에서 규정된 제곱평균 제곱근 높이(Rq)를 3차원으로 확장한 것에 상당한다. 또한, Sci와 Sq는, 이미 설명한 표면조직의 3차원 해석에 사용되는 3차원 거칠기 요소로, 그 상세는 전술한 Penton Press 출판의 문헌에 개시되어 있다. 정의로부터 알 수 있듯이, Sq는, Ra와 마찬가지로, 표면조직이 갖는 높이방향의 평균적인 두께의 지표이므로부터, Sci는 유막면적에 대응하는 값으로 취할 수 있다. 즉, 압입자국 밀도가 같은 레벨인 경우에 Sci가 클수록 마찰계수가 저하하는 것은, 압입자국 밀도가 같아도 압입자국에 고이는 윤활유의 계면에서의 퍼짐이 클수록 유막이 파단되기 어려운 것을 시사하고 있다. 유막면적을 반영하는 Sci의 마찰계수에의 영향은, 깊은 압입자국의 밀도 영향에 비교하면 작으나, 이것은, 통상, 유막면적만으로 유막의 연속성을 보증할 수 없다는 것과, Sci에, 마멸하기 쉽다. 즉, 오일포켓으로서의 효과가 작은, 얕은 압입자국의 기여(寄與)도 포함되어 있는 것에 기인하고 있다고 추측된다.
또한, Sci는, 표면높이 분포의 스큐네스(Ssk)나 크루토시스(Sku)라고 하는 다른 3차원 거칠기 요소와 강한 상관관계를 가진다는 것을 알고 있다. 그 때문에, Sci에 의한 규정을 이들로 표현하는 것도 가능하나, Sci≥1.2는, Ssk라면, 대략 -0.9 이상, Sku라면, 대략 4.6 이하에 대응한다. 또한, 이들의 3차원 요소 대신에, JIS-B0601(2001) 등에서 규정된, 대응하는 2차원 요소로 표기하여도 거의 같은 정도의 값으로 된다고 추측된다.
자동차용도의 아연도금 강판에서는, 프레스 성형성과 함께 도장후의 선영성을 확보할 필요가 있다. 전술한 바와 같이, 도장후의 선영성과 도장전 강판 표면의 미시적 형태와의 관계에 대해서는, 일본 특공평 6-75728호 공보 등에 개시되어 있다. 상기 공보에 의하면, 도장막 자체가 강판 표면의 미시적 요철에 대한 로우 패스 필터로서 작용하므로, 단 주기의 요철은 유막에 의해 묻히고, 도장후의 선영성에 영향을 주지않는 반면, 파장수 100㎛ 이상의 장 주기 성분은 도장에 의해서도 은폐되지 않고, 선영성을 악화시킨다고 되어 있다. 이러한 장 주기 성분은, JIS-B0610(1987) 등에서 규정되는 산술평균 기복(Wca)으로 표시할 수 있다. 본 발명자들의 연구에 의하면, 거칠기 성분과 기복성분을 식별하기 위한 높은 영역의 컷 오프 값을 0.8mm로 한 때의 Wca를 0.8㎛ 이하로 조정하면 도장후에도 양호한 선영성을 확보할 수 있다. 실시형태 4-3에서 Wca를 한정하는 것은 그 때문이다.
먼저, 본 발명에 관한 아연도금 강판의 제조방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 아연도금 강판을 제조하는데 가장 알맞은 방법은, 아연도금을 실시한 강판의 표면에 미세한 고체입자를 투사하여 표면에 고밀도의 압입자국을 형성하는 방법이다. 아연도금으로서는 용융 아연도금 또는 전기 아연도금이 일반적이나, 기계적으로 아연 피막을 부여한 도금 강판이라도 좋다. 또한, 기계적 성질을 조정하기 위한 조질압연을 실시한것 이거나, 미 조압의 강판이라도 좋다. 더욱이, 크로메이터(chromate)처리 등의 후처리를 실시한 강판을 사용해도 관계없다.
이상과 같은 아연도금 강판의 표면에 투사하는 고체입자는, 입자경 1∼300㎛, 바람직하게는 25∼100㎛ 정도의 강구(鋼球) 또는 세라믹계의 입자가 알맞다.
투사장치로서는, 압축공기에 의해 고체입자를 가속시키는 공기식 쇼트 블라스트 장치, 또는 원심력에 의하여 고체입자를 가속시키는 기계식 가속장치를 사용하여도 좋다. 이와 같은 고체입자를, 매초 30∼300mm의 투사속도로 아연도금 강판에 일정시간 투사하므로서, 아연도금 강판의 표면에 미세한 압입자국을 고밀도로 형성시킬 수 있다.
높은 압입자국 밀도를 실현하기 위해서는, 압입자국 형상을 딤플형으로 하는 것이 이상적이다. 상기 투사방식이라면, 투사하는 고체입자에 구형상의 것을 사용하는 것 만으로, 표면에 이러한 딤플형상의 압입자국도 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 이 때, 고체입자가 완전한 구체(球體)일 필요는 없다.
또한, 투사하는 고체입자가 작을수록, 압입자국 밀도를 크게 할 수 있다. 고체입자의 투사량으로서는, 입자가 아연도금 강판의 전면(全面)에 걸쳐 투사됨과 동시에, 아연 피막을 박리시키지 않을 정도의 투사밀도로서, 0.1∼40㎏/m2이 바람직하다. 더욱이, 이상과 같이 하여 표면에 압입자국을 부여한 강판에는, 압축공기를 세차게 불어댐으로서, 표면으로부터 고체입자를 간단히 제거할 수 있다.
그런데, 종래기술에서 개시되어 있는 아연도금 강판의 표면조직의 조정방법은, 모두 조질압연에 의해 압연 롤의 표면거칠기를 강판 표면에 전사시킨다고 하는 것이나, 현재의 조질압연 기술에서는, 부하면적비 80%에 대응하는 깊이 레벨에서의 압입자국 개수밀도를 제 1 발명에서 규정한 3.1×102개/mm2 이상으로 하는 것이 실제로는 곤란하다. 예를 들면, 일본 특개평 11-302816호의 실시예에 개시되어 있는 조질압연으로 형성한 아연도금 강판의 요철의 피치는 0.11mm 정도로 되어 있다. 이 경우, 이들이 모두 부하면적비 80%에 대응하는 두께 레벨에 이르는 압입자국이라 하더라도, 그 개수밀도는 8.3 ×10개/mm2 정도에 지나지 않는다.
조질압연에 의해 압연 롤의 표면거칠기를 전사시키는 방식에서는, 롤 표면에 요철을 형성하는 과정에서, 쇼트 블라스트 가공이나 방전가공을 사용하는 경우가 많다. 이 경우, 롤 표면에는 주로 오목부가 형성되고, 이것을 전사한 강판 표면에는 주로 볼록부가 전사된다. 이러한 전사 형상의 차이도, 깊은 압입자국의 개수 밀도를 올릴수 없는 하나의 원인으로 되어 있다. 레이저나 전자빔으로 롤 표면에 요철을 형성한 경우도, 전사 형상이 약간 다르기는 하나, 압입자국 밀도를 발본(拔本)적으로 올릴 수 없다는 점에서는 거의 마찬가지이다. 단, 장래 이러한 기술도 개량되어, 조질압연에서도 본 발명을 만족하는 압입자국 밀도를 실현할 수 있는 가능성은 있다고 예상된다.
또한, 상기의 방법은, 본 발명을 만족하는 아연도금 강판을 제조하기 위한 하나의 수단에 지나지 않고, 제조된 아연도금 강판의 표면조직 특징이 본 발명을 만족하는 한, 그 제조방법은 여기에 한정되는 것은 아니다.
그런데, 압입자국의 개수밀도를 평가하기 위해서는, 먼저, 시료 표면의 3차원 형상을 측정하지 않으면 안되나, 상기의 Penton Press 출판의 문헌 등에 기재되어 있는 바와 같이, 압입자국 개수밀도의 절대값은, 3차원 형상 측정 시의 샘플링 간격의 영향을 강하게 받는다. 그러나, 샘플링 간격을 결정하기 위한 표준적인 방법론도 확립되어 있지 않다. 이러한 상황에 덧붙여서, 압입자국을 인식하는 수학적인 방법이나 형상측정시의 소음 취급방법도 그 개수밀도의 절대값을 크게 좌우한다. 이러한 일련의 애매함을 해소하기 위하여, 본 발명에 기재한 압입자국의 개수밀도 평가법의 상세를 이하에 나타낸다.
시료 표면의 3차원 형상측정에는 에리오닉스 제품의 전자선 3차원 거칠기 해석장치 ERA-8800FE를 사용했다. 이 장치는, 측정영역 내의 각 점으로부터 방출되는 2차전자를 4개의 2차 전자 검출기로 측정하는 것에 의해 각 점의 경사각을 산출하고, 각 점의 경사각 정보를 연결 합쳐 3차원 형상을 재현한다고 하는 원리에 기초하여 3차원 형상을 측정하는 것이다. 이와 같이 2차전자를 측정하는 장치이므로, 시료 표면의 국소적인 조성변화로 2차전자의 방출량이 변화하는 등의 예측할 수 없는 사태에 대비하여, 시료 표면에는 전처리로서 금(金)을 수 ㎚ 정도 스패터 코팅 했다. 또한, 시료 자장에 의한 2차전자 강도분포에의 외란(外亂)을 피할 목적에서, 장치 장착 직전에 시료를 소자(消磁)하였다. 측정시의 가속전압은 5㎸, 시료 조사(照射)전류는 약 8pA, WD는 15mm로 하고, 랜덤하게 선택한 시료 표면의 측정영역을 실측배율 250배에서, X 방향 600점, Y 방향 450점의 계 27만점의 조건에서 3차원 계측했다. 이 샘플링 조건에서의 샘플링 간격은 약 0.8㎛이다. 또한, 본 조건에서 높이방향의 교정에는, 미국의 국립 연구기관인 NIST에서 트래서블한 VLSI 스탠다드사의 촉침식(觸針式), 광학식 표면거칠기 측정기를 대상으로 한 SHS 박막단차 스탠다드(단차 18㎚, 88㎚, 450㎚, 940㎚의 4종류)를 사용했다.
데이타 해석에는, 나가오카 기술과학대학의 야나기 연구실이 개발한 3차원 표면형상 해석 소프트 SUMMIT를 사용했다. 전자선 3차원 거칠기 해석장치에서는, 1000배 정도가지의 낮은 배율 영역에서 측정한 3차원 형상의 데이타에, 전자빔 주사(走査)방식에 기인한 포물면 형상의 변형이 생기는 것이 알려져 있다. 그래서, 데이타 해석에 있어서는, 우선, 로우(raw) 데이타에 2차 곡면 회귀(回歸)를 실시하고, 이 방법으로 보정되지 않고 남은 변형을 컷 오프 파장 240㎛인 Spline 하이패스 필터로 제거한 후에, 압입자국 밀도 및 중핵부의 유체 유지지표(Sci)의 계산을 했다. 압입자국 밀도의 산출에 있어서는, 우선, 3차원 형상 측정시의 소음 영향을 컷 오프파장 10㎛인 Spline 로우 패스 필터로 제거했다. 그 후에, 부하면적비 80%에 상당하는 깊이를 산출하고, 그 깊이 레벨보다도 더욱 깊은 위치에 존재하는 데이타 점에 대하여, 31점 ×31점, 즉, 24㎛ ×24㎛를 압입자국의 추출영역으로 정하여 압입자국을 추출하고, 그 개수와 평가영역 전체의 면적으로부터 개수밀도를 구했다. 또한, 이와 같은 압입자국의 추출영역을 정한 것은, 압입자국 밀도의 과대평가를 피하기 위함이다.
시험에 제공된 재료의 대표값을 구하는 입장에서 Sci 및 80% 부하레벨에서의 압입자국 밀도의 값은, 각 재료마다 랜덤하게 선택한 5개소의 측정결과를 평균하여 구했다.
(실시예 1)
판 두께 0.8mm인 냉연강판에 용융 아연도금을 실시한 후, 신장율 0,8%의 조질압연을 한 아연도금 강판을 기초로 하여, 상기 투사방식으로 표면조직을 부여한 아연도금 강판에 대하여 설명한다.
발명품의 표면조직의 부여조건은 이하와 같다. 투사용 고체입자에는, 평균 입자경이 55㎛φ와 110㎛Φ인 스테인리스 입자 및, 평균 입자경이 55㎛인 고속도강 입자를 사용했다. 스테인리스 입자로는, 각 입자경마다, 투사밀도를 5.7㎏/m2으로 고정하여 투사압을 0.1, 0.3, 0.7㎫의 3단계로 변화시킨 발명품 시리즈(이하, 제 1 시리즈라고 부른다)와, 투사압을 0.4㎫로 고정하여 투사밀도를 0.8, 2.4, 4.0, 8.0㎏/m2의 4단계로 변화시킨 발명품 시리즈(이하, 제 2시리즈로 부른다)를 만들었다. 고속도강 입자에서는 제 2 시리즈의 발명품만 작성했다.
발명품의 표면조직의 일례를 도 60에 나타낸다. 도면은, 상기 조질압연후의 아연도금 강판에, 평균 입자경 55㎛인 스테인리스 입자를 투사압 0.4㎫, 투사밀도 2.4㎏/m2의 조건으로 투사하여 형성된 표면조직을 상기 전자선 3차원 거칠기 해석장치로 측정한 결과(조감도)이다. 이와 같이, 고체입자가 충돌하는 것에 의해 아연도금 강판의 표면에는, 다수의 미세한 딤플상의 압입자국이 형성된다. 비교예로서, 방전가공법으로 표면가공한 압연 롤로 상기 아연도금 강판을 조질압연하여 형성한 표면 조직의 조감도를 도 61에 도시한다. 조질압연후의 표면은, 비교적 큰 평탄부가 늘어선 형상을 나타내고 있는 것이 특징이다.
만들어진 발명품의 슬라이딩 특성을 조사하기 위하여, 종래의 조질압연법으로 표면조직을 부여한 아연도금 강판에, 평판 슬라이딩시험에 의해 마찰게수를 측정했다. 먼저, 측정장치와 측정조건에 대하여 설명한다.
도 62에 마찰계수 측정장치의 개략 정면도를 나타낸다. 시험에 제공된 재료로부터 채취한 마찰계수 측정용 시료(301)가 시료대(302)에 고정되고, 시료대(302)는, 수평이동 가능한 슬라이드 테이블(303)의 윗면에 고정되어 있다. 슬라이드 테이블(303)의 아랫면에는, 이에 접한 로울러(304)를 가지는 상하운동 가능한 슬라이드 테이블 지지대(305)가 설치되고, 이것을 밀어올리는 것에 의해, 비이드(306)에 의한 마찰계수 측정용 시료(301)에의 밀어붙이는 하중(N)을 측정하기 위한 제 1 로드셀(307)이 슬라이드 테이블 지지대(305)에 설치되어 있다. 상기 밀어붙이는 힘을 작용시킨 상태에서 슬라이드 테이블(303)을 수평방향으로 이동시키기 위한 슬라이딩 저항력(F)을 측정하기 위한 제 2 로드셀(308)이, 슬라이드 테이블(303)의 한 쪽 단부에 설치되어 있다. 또한, 시험은, 윤활유로서, 스기무라화학 제품인 세정유 R352L을 시료(301)의 표면에 도포하고 나서 행했다.
도 63, 64에 사용한 비이드의 형상·치수를 나타내는 개략 사시도를 나타낸다. 비이드(306)의 아랫면이 시료(301)의 표면에 밀어붙여진 상태에서 슬라이딩한다. 도 63에 나타내는 비이드(306)의 형상은 폭 10mm, 시료의 슬라이딩 방향 길이 12mm, 슬라이딩 방향 양단의 하부는 곡율 4.5mmR인 곡면으로 구성되며, 시료가 밀어붙여지는 비이드 아랫면은 폭 10mm, 슬라이딩 방향 길이 3mm의 평면을 가진다. 도 64에 나타내는 비이드(306)의 형상은 폭 10mm, 시료의 슬라이딩 방향 길이 59mm, 슬라이딩 방향 양단의 하부는 곡율 4.5mmR 의 곡면으로 구성되며, 시료가 밀어붙여지는 비이드 아랫면은 폭 10mm, 슬라이딩 방향 길이 50mm의 평면을 가진다.
마찰계수 측정시험은 이하에 나타내는 2종류의 조건으로 행했다.
(A 조건) 도 63에 나타내는 비이드를 사용하고, 밀어붙이는 하중 N : 400㎏f, 시료의 인발속도(슬라이드 테이블(303)의 수평이동속도): 100㎝/min으로 했다. 고속 고면압인 본 조건은, 프레스시의 비이드부 주변의 슬라이딩 특성을 파악하기 위하여 설정했다.
(B 조건) 도 64에 나타내는 비이드를 사용하고, 밀어붙이는 하중 N : 400㎏f, 시료의 인발속도(슬라이드 테이블(303)의 수평이동속도): 20㎝/min으로 했다. 저속 저면압의 본 조건은, 프레스시의 펀치면이나 주름 억제부에서의 슬라이딩 특성 및, 응착의 영향을 파악하기 위하여 설정했다.
시험에 제공된 재료와 비이드 사이의 마찰계수(μ)는, 식 : μ= F/N 으로부터 산출했다.
도 65에 80% 부하레벨에서의 압입자국 밀도(이하, 압입자국 밀도로 약칭한다)와 B조건(저속 저면압조건)에서의 마찰계수의 관계를 나타낸다. 발명품 ·비교재를 불문하고, B 조건에서의 마찰계수는, 압입자국 밀도에 크게 의존하고, 상기 압입자국 밀도 300개/mm2 부근에서 거의 임계적으로 감소하고 있다. 가로축을, 통상의 촉침식(觸針式) 거칠기 측정기로 측정한 카운트 레벨 ±0.635㎛에서의 PPI로 바꾸어 표시한 결과를 도 66에 나타낸다. 저 PPI 쪽에서 비교재와 발명품의 마찰계수 차이를 설명할 수는 없으나, 이와 같이 PPI에 대해서도 압입자국 밀도에 대한 것과 거의 유사한 변화가 인지된다. 이러한 압입자국 밀도와 PPI에 대한 의존성의 차이는, 이미 본문에서 설명한 대로이다.
도 67에 압입자국 밀도와 A 조건(고속 고면압조건)에서의 마찰계수의 관계를 나타낸다. 도면에는 명확한 압입자국 밀도 의존성을 인지할 수 있다. 통상 고속 고면압의 A 조건에서는, 시험에 제공된 재료의 표면조직의 영향이 나타나기 어렵다. 이것은 슬라이딩시험의 과정에서 표면조직이 크게 파괴되는 때문이라고 추정되나, 발명품인 경우, 이와 같이 심한 슬라이딩 과정에서도 유체마찰 영역을 유지하고 있으므로, 이와 같은 결과를 얻을 수 있다고 추측된다. 도 68에 마찰계수를 PPI로 정리한 결과를 나타낸다. PPI로 정리한 경우에도 압입자국 밀도로 정리한 경우와 유사한 경향을 인지할 수 있으나, PPI 300이하에서는, 비교재와 발명품의 차이가 불명확하게 되어 있다.
도 69에, 발명품의 B 조건에서의 마찰계수와, 중핵부의 유체 유지지표(Sci)의 관계를 나타낸다. 이와 같이, 도 65에서 압입자국 밀도에 의한 개선결과가 거의 포화한 상태에서는, Sci가 클수록 마찰계수가 감소하는 경향을 인지할 수 있다. 이것은, 본문중에서 설명한 바와 같이, 유막면적이 마찰계수와 상관관계를 가진 때문이라고 여겨진다.
도 70에, 발명품 및 비교재의 B 조건에서의 마찰계수를 압입자국 밀도와 Sci로 정리한 결과를 나타낸다. 상기 도면에서 알 수 있듯이, 발명품·비교재 모두에 있어서, 마찰계수는 압입자국 밀도에의 의존성이 강하지만, 압입자국 밀도가 같은 레벨에서는, Sci가 클수록 마찰계수는 낮게 되는 경향에 있으며, 특히 사각으로 둘러싸인 범위에서는 마찰계수를, 조질압연법으로 표면조직을 부여한 아연도금 강판이나 통상의 합금화 용융아연 도금 강판에서 달성하기 어려운 0.22 이하의 레벨로 억제할 수 있다. 이와 같이, 발명품을 사용하면, 종래의 아연도금 강판과 비교하여 매우 우수한 슬라이딩 특성을 구비한 아연도금 강판을 제공할 수 있다.
(실시예 2)
발명의 실시형태에 있어서 설명한 방법으로서, 투사하는 고체입자의 입자경, 투사속도 및 입자의 종류를 여러가지로 바꾸어 아연도금 강판을 만들고, 도장후의 선영성과 시험에 제공된 재료의 기복의 관계를 조사했다.
먼저, 도장후 선영성의 평가법에 대하여 설명한다. 일본 파카라이징사 제품인 PB-L3080을 사용하여, 시험편에 화성처리를 실시하고, 계속하여 칸사이(關西)페인트사 제품인 El-2000, TP-37 그레이, TM-13(RC)를 사용하여, 각각 ED 도장, 중간 칠 도장, 마무리 칠 도장으로 이루어지는 3 코팅 도장을 실시했다. 이렇게 하여 도장된 시험편의 NSIC 값을, 스가시험기 제품인 사상(寫像)선명도 측정장치 NSIC 형을 사용하여 측정했다. 또한, NSIC 값은 흑판 연마유리를 100으로 하고, 그 값이 100에 가까울수록 양호한 선영성이 된다.
발명품에서 얻어진 아연도금 강판의 산술평균 기복(Wca)과 도장후의 선영성의 관계를 정리한 것을 도 71에 나타낸다. 도면으로부터 알 수 있는 바와 같이, Wca가 작게 될수록 도장후 선영성이 향상되고 있고, 그 값이 0.8㎛ 이하이면, 양호한 도장후 선영성을 나타낸다.
이와 같이, 기복(Wca)이 0.8㎛ 이하이면, 양호한 프레스 성형성을 유지하면서, 도장후 선영성을 개선할 수 있다.
(실시형태 5)
실시형태 5에 관한 아연도금 강판은,
(1) 아연도금 강판의 표면에 평균두께가 0.001∼2㎛인 무기계, 유기계 또는 유기무기 복합계중 어느 하나의 고형 윤활피막을 가지고 있고, 더욱이 그 표면형태가, 딤플상의 요철로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판,
(2) (1)에 기재한 아연도금 강판에 있어서, 평균거칠기(Ra)가 0.3∼3㎛인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판,
(3) (1) 또는 (2)에 기재한 아연도금 강판에 있어서, 피크 카운트(PPI)가 이하의 식으로 표현되는 범위인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판,
-50 ×Ra(㎛) + 300＜PPI＜600
(4) (1)∼(3)의 아연도금 강판의 기복(Wca)이, 0.8㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판,
(5) 도금 피막이 주로 상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 (1)∼(4)에 기재한 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판,
(6) (1)에 기재한 고형 윤활피막이 인산을 함유하고, 또한 Fe, Al, Mn, Ni, NH4 +의 1종 또는 2종 이상의 카티온(cation) 성분을 함유하는 수용액을 도포 건조하여 얻어지는 인계 산화물 피막인 것을 특징으로 하는, (1)∼(5)에 기재한 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판,
(7) (6)에 기재한 수용액에, 옥시칼본산을 더 함유하는 것을 특징으로 하는, (1)∼(6)에 기재한 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판,
(8) 강판 및/ 또는 아연도금 강판의 표면에 고체입자를 투사하는 공정 및, 평균 두께가 0.001∼2㎛인 무기계, 유기계, 또는 유기무기 복합계중 어느 하나의 고형윤활 피막을 부여하는 공정으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, (1)∼(7)에 기재한 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판의 제조방법
이라고 하는 특징을 가진다.
실시형태 5의 제 1 특징은, 아연도금 강판의 표면이 딤플상의 형태이며, 또한 평균두께가 0.001∼2㎛인 무기계, 유기계 또는 유기무기 복합계중 어느 하나의 고형윤활 피막을 가지는 점이다. 딤플상이란, 표면 오목부의 형상이 주로 곡면으로 구성되며, 구형상의 물체가 표면에 충돌하여 형성되는 크레이터(crater) 상의 오목부가 다수 형성된 형태를 가리킨다. 이와 같은 딤플상의 오목부가 다수 형성되어 있는 것에 의해, 그 부분이 프레스 가공에 있어서 기름 포켓의 역할을 수행하여, 금형과 강판 사이의 보유성(保油性)을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 딤플상의 표면형태의 경우, 도금층이 슬라이딩시에 변형을 받아도, 딤플 내의 기름이 이탈하기 어려울 뿐만 아니라, 점재하는 딤플 하나하나에 확실하게 기름이 잔류하므로, 기름이 도중에 끊어지는 일 없이 금형이 도금 강판 위를 슬라이딩할 수 있다. 이에 대해, 압연 롤의 형상을 전사시킨 종래의 도금 강판 표면형태에서는, 오목부가 딤플과 같이 항상 닫힌 원형상으로는 되어 있지 않기 때문에, 기름유지가 어려워, 기름 끊어짐이 생기기 쉽다.
상기와 같은 딤플상이라고 하는 특수한 피막형태에 더하여, 본 발명에서는 평균두께가 0.001∼2㎛인 무기계, 유기계 또는 유기무기 복합계중 어느 하나의 고형 윤활피막을 더 가진다.
면압이 높고, 슬라이딩 거리가 길게 되도록 한 부분에서는, 슬라이딩에 의한 피막의 변형량이 크게 되므로, 표면형태의 제어에 의한 기름고임의 효과를 얻기 어렵게 된다. 이에 대하여, 본 발명과 같이 윤활성을 가지는 피막이 그 표면에 존재하는 경우, 금형과 도금층의 응착이 억제되므로, 응착에 의해 생기는 도금층의 변형이 억제된다. 이 결과, 본 발명에서 규정되는 딤플상의 표면형태에 기인하는 높은 보유(保油)효과가, 금형의 면압이 높거나, 또는 슬라이딩 거리가 길게 되도록 한 심한 프레스 성형조건에 있어서도 지속하므로, 대단히 우수한 윤활특성을 얻을 수 있다. 상기 레벨은, 고형 윤활피막만을 부여하거나, 또는 표면형태 제어만의 경우에 비하여 훨씬 높다.
이것은, 윤활피막에 의한 응착 억제효과가, 딤플상의 표면형태를 유지시키는 것에 의해 높은 보유효과를 지속시키고, 더욱이 이것이 응축을 억제시킨다고 하는 것처럼, 양자의 효과가 상승적으로 작용하기 때문이라고 여겨진다.
부여되는 피막은, 제어된 표면거칠기를 바꾸지 않을 정도로, 균일하게 피복되어 있는 것이 바람직하다. 단, 본 발명에서 규정되는 표면형태는, 고형 윤활피막을 부여한 후의 표면형태이므로, 윤활피막이 반드시 균일하지 않아도 좋다. 윤활피막이 불균일하게 피복되는 경우에는, 피복 후의 표면형태가 규정대로 되도록, 아연도금 강판의 표면, 또는 도금원판의 표면형태를 제어하여도 좋다.
고형 윤활피막의 두께는, 평균두께로서, 0.001∼2㎛가 알맞다. 두께가 0.001㎛미만인 경우에는, 고형 윤활피막의 효과가 충분하지 않고, 프레스 성형성의 효과를 얻을 수 없다. 또한, 2㎛를 초과하면, 윤활피막이 두꺼우므로, 충분한 효과를 얻을 수 있는 딤플형상 등의 본 발명에서 규정되는 표면형태로 하는 것이 곤란하게 되어, 마찬가지로 프레스 성형성의 효과가 저하한다.
또한, 평균두께라고 하는 것은, 고형 윤활피막의 비중을 이미 알고 있는 경우에는, 1m2당 피막 중량으로부터, 비중에 의해 산출되는 두께이다. 또한, 피막의 비중을 알지 못하는 경우에는, 피막 단면을 주사형(走査型) 전자현미경(SEM) 이나, 투과형 전자현미경(TEM) 등을 사용하여, 특정길이(100mm)로부터 등간격으로 10점을 선택하고, 10점의 막두께를 직접 측정하여 그 평균으로 정의한다. 또한, 산화물층의 경우에는, 오거 전자분광법 등에 의해, 깊이방향의 산화물 성분 및 아연 등의 도금 피막성분의 깊이방향 프로파일을 구하고, 아연 등의 도금 피막 성분 강도가, 벌크의 반으로 되는 곳을 산화물층과 도금층 계면으로서 정의하고, 미리 스패터(spatter)시간과 두께의 관계를 구하여 두고, 피막 두께를 스패터시간으로부터 산출한다. 이 경우, 평균두께로서는, 마찬가지로 특정길이(100mm)로부터 등간격으로 10점을 선택하여, 10점의 막두께를 오거 전자분광법에 의해 측정하고, 이 평균 값으로 한다.
고형 윤활피막을 부여하는 방법에 대해서는 특별히 규정되지 않는다. 강판을, 피막 형성성분을 함유하는 처리액과, 흠뻑적심, 또는 스프레이 처리 등에 의해 접촉시키고, 계속 물세척 또는 물 없는 세척으로 건조하는 것으로부터 부여된다. 또한, 피막 형성성분을 가지는 처리액을 직접 도포하고, 물세척하지 않고 건조 또는 베이킹(baking)에 의해, 고형 윤활피막을 부여해도 좋다. 또는, 도포 후, 다시 물세척공정이 있어도 좋다. 그 외에, 피막 형성성분을 함유하는 처리액 중에서, 아연계 도금 강판을 음극 또는 양극으로 하여, 전해처리를 하여 피막을 형성하여도 좋다.
실시형태 5로 부여하는 고형 윤활피막으로서는, 무기계, 유기계 또는 유기무기 복합계의 어느 것도 좋다. 무기계 피막으로서는, Si 산화물계 피막, 인산계 피막, 크로메이트계 피막, 붕산계 피막 등이나, Zn, Mg, Al, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Co, Ni, Zr, Mo, W 등의 금속 산화물 피막 등을 들 수 있다. 이들 피막에는, 아연도금층의 성분인 Zn이 함유되어 있어도 좋다. Si 산화물계 피막으로서는, 실리카졸이나 리튬 실리게이트, 또는 물유리를 도포 건조시켜서 얻어지는 실리게이트 피막 등을 들 수 있다. 인산계 피막으로서는, 인산 및 질산아연, 불산, 니켈, 망간의 질산염 또는 탄산염을 소정량 함유하는 수용액에 침지(沈漬), 스프레이 등에 의해 도금 강판과 접촉시킨 후 물세척하거나, 또는 상기 수용액을 도금 강판에 직접도포하고 건조시켜 얻어지는 피막을 들 수 있다. 크로메이트 피막으로서는, 크롬산을 주체로 한 수용액에 인산, 실리카졸, 수용성 수지 등의 첨가성분을 함유하는 처리액을 도포 건조, 또는 상기 처리액과 도금 강판을 침지(沈漬) 스프레이 처리 등에 의해 접촉시켜, 계속하여 물세척시키는 것에 의해 얻어지는 피막을 들 수 있다. 또한, 붕산계 피막으로서는, 예를 들면 4 붕산나트륨의 수용액을 도포건조하여 얻어지는 피막을 들 수 있다. 금속 산화물 피막으로서는, 니켈금속 및 산화물과 철산화물의 복합체로부터 이루어지는 피막이나, 망간 산화물과 인산으로부터 이루어지는 피막 등을 들 수 있다. 이들 피막은, 니켈이나 철, 망간 등의 금속성분과, 질산이나 과망간산 등의 산화제 성분을 혼합시킨 수용액 중에 도금 강판을 침지한 후, 계속하여 물세척하든지, 또는 상기 수용액 중에서 도금 강판을 음극으로 하여 전해하는 것에 의해 얻어진다.
또한, 유기계의 피막으로서는, OH기 및/또는 COOH기를 가지는 유기 고분자를 기체(基體)수지로 하고, 상기 기체수지에 대하여, 고형 윤활제를 함유하는 피막 등을 들 수 있다. 기체수지로서의 OH기 및/또는 COOH기를 가지는 유기 고분자 수지로서는, 예를 들면 에폭시 수지, 폴리히드록시 폴리에테르 수지, 아크릴계 공중합체(共重合體) 수지, 에틸렌 아크릴산 공중합체 수지, 알키드 수지, 폴리부타젠 수지, 페놀수지, 폴리우레탄 수지, 폴리아민 수지, 폴리페닐렌 수지류 및 이들 수지의 2종 이상의 혼합물 또는 부가 중합물을 들 수 있다. 또한, 기체수지에 복합화시키는 고형 윤활제로서는, 폴리오레핀 왁스, 파라핀 왁스(예를 들면, 폴리에틸렌 왁스, 합성파라핀, 천연 파라핀, 마이크로 왁스, 염소화 탄화수소 등), 불소 수지 미립자(예를 들면, 폴리플로로 에틸렌 수지(폴리 4 불화 에틸렌 수지 등), 폴리 불화 비닐수지, 폴리 불화 비닐리덴 수지 등)를 들 수 있다. 또한, 이 외에도, 지방산 아미드계 화합물(예를 들면, 스테아린산아미드, 팔미틴산 아미드, 메틸렌비스스테아로 아미드, 에틸렌 비스스테아로 아미드, 오레인산 아미드, 알키렌비스 지방산 아미드 등), 금속비누류(예를 들면, 스테아린 산 칼슘, 스테아린산 납, 라우린산 칼슘, 팔미틴산 칼슘 등), 금속황화물(2황화 몰리브덴, 2황화 텅스텐), 그라화이트, 불화흑연, 질화붕소, 폴리알키렌 그리콜, 알카리 금속의 황산염 등을 사용해도 좋다. 또한, 이상의 고형 윤활제 중에서도 특히, 폴리에틸렌 왁스, 불소수지 미립자가 알맞다.
또한,고형 윤활피막으로서는, 상기 유기계의 윤활피막에 다시 실리카나 인산 등의 무기성분을 함유하는, 유기무기 복합계 피막이라도 좋다.
또한, 고형 윤활피막이, 인산을 함유하고, 더욱이 Fe, Al, Mn , Ni, NH4의 1종 또는 2종 이상의 카티온(cation) 성분을 함유하는 수용액을 도포건조하여 얻어지는 인계(系) 산화물 피막의 경우에 특히 우수한 프레스 성형성을 얻을 수 있다. 이 것은, 인산(酸)이 우수한 무기계의 네트워크 피막을 형성하는 동시에, Fe, Al, Mn, Ni, NH4와 같은 카티온(cation) 성분이 도포 수용액에 존재하므로, 수용액의 반응성이 인산 단독의 경우에 비교하여 낮게 되기 때문이다. 이에 따라, 도포시에 있어서 인산성분과 아연의 반응에 의한 과잉된 결정질(結晶質) 성분의 형성이 억제되고, 균일한 박막을 얻을 수 있게 된다. 이 결과, 피막이 아연도금층을 균일하게 덮을 수 있어, 아연과 금형의 응착억제에 특히 유효하게 된다.
상기 고형 윤활피막을 형성하는 수용액에는, 또한 옥시 칼본산과 같은 유기성분이 존재하는 것에 의해, 프레스 성형성 외에 도장 기초처리로서 실시되는 화성처리성 등이 향상된다. 통상, 자동차 등의 제조공정에서는, 프레스 성형후, 탈지공정, 도장공정과 같은 공정이 존재한다. 여기서, 고형 윤활피막의 존재가, 프레스 성형 이후의 도장공정에 있어서 악영향을 미치는 경우가 있다. 도장 전처리의 화성처리에서는, 아연도금과 화성처리액이 반응하는 것이 필요하나, 고형 윤활피막이 존재하는 것에 의해, 그 반응이 방해된다. 여기서, 옥시 칼본산과 같은 유기성분이 존재하는 경우, 탈지공정에서 고형 윤활피막이 탈막(脫膜)하기 쉽게 되고, 그 후의 공정에서는 피막이 거의 잔류하지 않아, 악영향을 미치는 경우가 없다. 옥시 칼본산 중 특히, 구연산이 유효하다.
또한 탈막(脫膜)이 충분하지 않아도, 카티온(cation) 성분으로서 Fe가 함유하는 경우에, 화성처리성이 양호하게 되므로 특히 바람직하다.
상기와 같은 고형 피막의 형성에 사용하는 수용액은, 통상의 올트린산과 각종금속 카티온(cation)으로 이루어지는 수용액, 제1 인산염의 수용액, 올트린산과 황산염 등의 금속염과 혼합수용액 등 어느 것으로도 좋다.
이하, 고형 윤활피막을 부여하는 공정에 대하여 더욱 설명한다.
아연도금 강판은, 고체입자의 투사에 의해 표면형태가 제어된 후, 계속하여 침지처리, 스프레이 처리, 도포처리 등에 의해 고체 윤활피막이 부여된다. 고체 윤활피막 부여 전에, 활성화처리 등의 처리를 해도 좋다. 활성화 처리로서는, 알카리성 수용액, 산성 수용액의 침지(浸漬)나 스프레이 처리를 들 수 있다.
아연계 도금 강판에 처리액을 도포하는 경우, 도포하는 방법으로서는, 도포법, 침지, 스프레이법 등의 임의의 방법을 채용할 수 있다. 도포법으로서는, 롤 코(coater)(3롤 방식, 2롤 방식 등), 스퀴즈 코터, 다이 코터 등 어느 방법을 사용하여도 좋다. 또한, 스퀴즈 코터 등에 의한 도포처리, 침지처리 또는 스프레이 처리 후에 에어 나이프법이나 롤 압착법에 의해 도포량의 조정, 외관의 균일화, 막두께의 균일화를 행하는 것도 가능하다. 처리액의 도포 후, 통상은 물세척 하지 않고 가열 건조를 한다. 단, 피막의 수가용성 성분을 제거할 목적 등에서, 도포 후 물세척하여도 좋다. 가열 건조처리에는, 드라이어, 열풍로, 고주파 유도가열로, 적외선로 등을 사용할 수 있다. 가열처리는 도달판온도로 50∼200℃, 바람직하게는, 50∼140℃의 범위에서 행하는 것이 바람직하다. 가열온도가 50℃미만에서는 피막 중의 가용분이 다량으로 잔존하고, 얼룩형상의 결함을 발생하기 쉽다. 또한, 가열온도가 140℃를 초과하면 비경제적이다.
피막 형성액의 온도는 특별히 한정되지 않으나, 20∼70℃가 알맞다. 그 온도가 20℃ 미만에서는, 액의 안정성이 저하한다. 한편, 그 온도가 70℃를 초과하면, 피막 형성액을 고온으로 유지하기 위한 설비나 열 에너지를 필요로하고, 제조코스트의 상승을 초래하여 비경제적이다.
실시형태 5의 제 2 특징은, 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra)를 0.3∼3㎛로 하고 있는 것이다. 평균거칠기(Ra)가 0.3㎛ 미만인 경우에는, 강판과 금형과의 사이의 보유성을 충분히 확보할 수 없으므로, 프레스 가공시에 형 손상(galling)이 발생하기 쉽게 된다. 특히 아연 피막이 연한 경우에 현저하게 된다. 한편, 평균거칠기(Ra)가 클수록, 강판과 금형과의 사이의 보유성은 향상되고, 계면에 도입되는 유량이 증가하기는 하나, 표면의 큰 볼록부에 접촉하중이 집중하게 되므로, 그 접촉부분의 마찰발열에 기인하여 유막파단이 생기기 쉽게 된다. 그 결과, 국소적으로 형 손상(galling)이 발생하여, 보유성이 향상되는 것에 의한 효과를 상쇄한다. 따라서, 실시형태 6에 있어서는, 큰 볼록부를 기점으로 한 형 손상이 생기지 않는 범위로서, 3㎛을 상한으로 했다. 또한, 여기서 말하는 평균 거칠기란 JIS B0601에서 규정되는 Ra이다.
실시형태 5의 제3 특징은, 피크 카운트(PPI)가, -50 ×Ra(㎛) + 300 < PPI < 600을 만족하는 것이다. 피크 카운트(PPI)란, SAE911 규격에서 규정되는 것처럼, 1인치 당 요철의 피크수이다. 또한, 상기 피크 카운트(PPI)는, 카운트 레벨이 ±0.635㎛에서의 값으로 나타내고 있다.
피크 카운트가 큰 경우에는, 프레스 가공시에 금형과 아연도금 강판과의 접촉상태가, 단순히 평균 거칠기를 크게 한 경우와는 다르다. 즉, 피크 카운트가 클수록, 동일한 평균압력에 대하여, 금형과 접촉하는 표면의 돌기부 개수가 많게 되고, 개개의 돌기부의 변형량은 작게 된다. 즉, 다수의 돌기부가 금형과 접촉하므로서, 개개의 돌기부가 분담하는 하중이 감소한다. 따라서, 돌기부와 금형과의 접촉부에서 생기는 마찰발열은, 돌기가 큰 경우에 비하여 분산되므로, 각 접촉계면에서의 온도상승을 억제할 수 있다. 접촉부의 온도상승은, 계면에 존재하는 유막의 미시적인 파단을 초래하기 때문에, 마찰계수가 증대하고, 더욱이 접촉부의 마찰발열이 증대한다고 하는 악순환을 발생시킨다.
따라서, 아연도금 강판의 표면에 피치가 짧은 요철을 형성하므로서, 동일한 평균 거칠기라도, 프레스 성형성을 향상시킬 수 있다. 또한, 평균 거칠기가 작아도, 동등 이상의 프레스 성형성을 확보할 수 있으므로, 도장후의 선영성을 악화시키는 요인으로는 되지 않는다.
실시형태 5에 있어서, 아연도금 강판의 피크 카운트(PPI)의 하한 값을 설정한 것은, 이상과 같은 사고방식에 기초한다. 한편, 피크 카운트(PPI)의 상한값을 600으로 하고 있는 것은, 본 발명의 실시에서 얻어진 피크 카운트의 상한값을 나타내고 있는 것으로, 이것 이상의 값으로 하는 것으로 더욱 양호한 결과를 얻을 수 있는 것은 충분히 예측되나, 그것을 실현하는 경제적인 수단이 없으므로 상한값을 설정하고 있다.
실시형태 5에 관한 제 4의 아연도금 강판은, 기복(Wca)이 0.8㎛ 이하인 것을 특징으로 한다. 자동차 용도의 아연도금 강판 등에서는, 프레스 가공성 외에도, 도장후의 선영성을 확보할 필요가 있다. 도장후의 선영성에 대해서는, 도장의 초벌칠 공정 등에서 단 주기의 요철은 묻히고, 도장후의 선영성에 영향을 주지 않는 반면, 장 주기의 요철은 도장후에도 잔류하여 선영성을 악화시킨다. 이 경우, 기복(Wca)이 도장후의 선영성과 밀접한 관계가 있다. 기복(Wca)이란, JIS B 0610에서 규정되는 중심선 기복을 가리키고, 높은 영역의 컷오프를 실시한 요철의 평균 높이를 대표한다. 도장후의 선영성을 양호하게 하기 위해서는, 주기가 긴 요철성분을 작게 하는 것이 필요하며, 기복(Wca)을 0.8㎛ 이하로 하므로서, 도장후의 선영성을 확보할 수 있다. 따라서, 평균거칠기를 크게 하는 것으로, 강판 표면에 큰 요철이 형성되므로, 도장후의 선영성이 악화되고 만다고 하는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 실시형태 5에 관한 제 5의 아연도금 강판은, 도금 피막이 주로 상으로 구성되는 것이다. 피막이 주로 상으로 구성되는 아연도금 강판의 경우는, 합금화 용융 아연도금 강판에 비하여, 피막자체가 연하고, 또한 융점이 낮기 때문에, 프레스 가공시에 응착이 발생하기 쉽다. 그 때문에, 표면에 부여해야할 평균거칠기는 큰 것이 필요하게 되어, 종래기술과 비교하여 보다 큰 효과를 얻을 수 있다.
실시형태 5에 관한 아연도금 강판의 표면형태의 제어방법에 대하여 설명한다. 실시형태 5의 아연도금 강판을 제조하기 위한 제 1 방법은, 모재로 되는 강판 표면에 아연도금을 실시한 강판 표면에 미세한 고체입자를 투사하여 표면에 요철을 형성한 후, 고형 윤활피막을 부여하든지, 또는 고형 윤활피막 부여 후에, 표면에 미세한 고체입자를 투사하여 표면에 요철을 형성하는 것이 바람직하다. 먼저 아연도금 강판의 표면에 고체입자를 투사하여 표면에 요철을 형성하는 경우, 윤활피막 형성 후에 규정의 표면형태가 되도록 투사조건 등을 제어해도 좋다.
아연도금으로서는, 용융 아연도금 또는 전기 아연도금이 일반적이나, 기계적으로 아연 피막을 부여한 도금 강판이라도 좋다. 또한, 강판에 대하여 기계적 성질을 조정하기 위한 조질압연을 실시한 것이나, 미조압의 강판을 사용하여도 좋다. 더욱이, 크로메이트 처리 등의 후처리를 실시한 강판을 사용하여도 좋다.
이상과 같은 아연도금 강판의 표면에 투사하는 고체입자는, 입자경 1∼300㎛, 바람직하게는 25∼100㎛ 정도의 강구 또는 세라믹계의 입자가 알맞다. 투사장치로서는, 압축공기에 의해 고체입자를 가속시키는 공기식 쇼트 블라스트 장치 또는, 원심력에 의해 고체입자를 가속시키는 기계식의 가속장치를 사용해도 좋다. 이와 같은 고체입자를, 30∼300m/s 의 투사속도로 아연도금 강판에 일정시간 투사하는 것으로, 아연도금 강판의 표면에 미세한 요철을 형성시킬 수 있다.
단, 고체입자로서는 완전한 구(球)체가 아니고, 다면체와 같은 형상이라도 좋다. 또한, 투사하는 고체입자로서 구형의 것을 사용하므로서, 표면에 딤플 형상의 오목부를 형성할 수 있다. 또한, 투사하는 고체입자가 작을수록, 단 피치의 요철이 형성되며, 피크 카운트를 크게 할 수 있다. 고체입자의 투사량으로서는, 입자가 아연도금 강판의 전면(全面)에 걸쳐 투사됨과 동시에, 아연 피막을 박리시키지 않을 정도의 투사밀도로서, 0.1∼40㎏/m2이 바람직하다. 더욱이, 이상과 같이 하여 표면에 요철을 부여한 강판에는, 압축공기를 새차게 불어댐으로서, 표면으로부터 고체입자를 간단하게 제거할 수 있다.
한편, 실시형태 5의 아연도금 강판을 제조하기 위한 제 2의 방법은, 열간압연 또는 냉간압연에 의해 일정한 판 두께로 가공된 강판에, 상기와 마찬가지로 고체입자를 투사하여, 표면에 요철을 형성한 후에, 아연도금을 실시하는 것이다. 모재로 되는 강판은, 압연후 풀림이나 조질압연을 실시한 것이 일반적이나, 강도를 높이기 위하여, 풀림하지 않은 것을 사용해도 좋다. 이와 같은 강판에 대하여, 상기와 동일한 방법으로 표면에 요철을 부여할 수 있으나, 강판으로서 미풀림재 또는 경질의 재료를 사용하는 경우에는, 고체입자의 투사속도를 상기조건 보다도 크게 하는 것에 의해 요철의 크기를 조정한다. 이와 같이 하여 얻어진 강판에 대한 아연도금으로서는, 전기 아연도금이 알맞으나, 용융 아연도금을 실시한 것이라도 좋다.
그런데, 종래기술로서 개시되어 있는 아연도금 강판 표면의 조정방법으로서는, 어느 것도 조질압연에 의해 표면거칠기를 전사시킨다고 하는 것이나, 이 경우에는, 피크 카운트(PPI)를 250이상으로 하는 것은 실제로는 곤란하다. 예를 들면, 일본 특개평 11-302816호의 실시예에 개시되어 있는 아연도금 강판의 요철피치는 0.11mm정도로 되어 있다. 따라서, 이 경우에도 1인치 당의 요철의수는 230 정도로 추정된다.
또한, 종래기술에서의 아연도금 강판의 제조방법으로서, 압연 롤의 표면에 요철을 형성하는 경우에, 쇼트 블라스트 가공이나 방전가공에서는, 표면에 주로 오목부가 형성되므로, 강판 쪽에는 주로 볼록부가 전사된다. 또한, 레이저 가공이나 전자빔 가공에서는, 레이저 등이 조사(照射)된 부분은 용융하여 오목부로 됨과 동시에, 그 주위에는 볼록부가 형성된다. 이것이 강판에 전사된 경우에는, 볼록부를 중심으로 한 오목부가 주위로 형성되나, 그 형상은 도너츠 형으로 된다. 따라서, 조질압연으로 형성된 아연도금 강판 표면의 형태와, 본 발명에서 기재한 딤플형상은 다른 것이다.
(실시예 1)
1. 딤플상 표면형태의 부여
판 두께 0.8mm인 냉연강판을 기초로 한 용융아연 도금 강판에 대하여, 압연 롤의 평균거칠기가 0.25 ㎛인 브라이트 롤에 의해 조질압연으로 0.8%의 신장율을 부여하고, 그 후, 기계식 투사장치에 의해 투사거리 280mm, 평균투사밀도 7㎏/m2, 투사속도 92m/s의 조건에서, 평균 입자경 10∼250㎛인 고속도강 입자를 소정시간(0.5∼5초) 조사하여, 딤플상 표면으로 했다.
2. 고형 윤활피막의 부여
인산 알루미늄 수용액(3Al/P 몰비=0.8, 고형분 농도 30%, 다이헤이화학(주)제품)을 고형분 농도 5%로 될 때까지 증류수로 희석했다.
이것을, 롤 코터로 1.에 나타낸 딤플상의 표면을 가지는 아연도금 강판 위에 도포하고, 건조온도(도달판 온도)80℃의 조건에서 인덕션 히터를 사용하여 건조했다. 형성된 평균 피막두께를, 단면 SEM 관찰에 의해 측정한 바, 0.1∼0.2㎛이었다.
그 후, 고형 윤활피막을 가지는 아연도금 강판의 표면형태를, 접촉식 거칠기 측정기로 측정했다. 더욱이, 그 슬라이딩 특성을, 마찰계수를 측정하는 것에 의해 평가했다. 비이드의 형상은, 폭 10mm, 시료의 슬라이딩 방향 길이 59mm, 슬라이딩 방향 양단의 하부는 곡율 4.5mmR인 곡면으로 구성되고, 시료가 밀어붙여지는 비이드 밑면은 폭 10mm, 슬라이딩 방향 길이 50mm인 평면을 가진다.
도 72에 피막의 PPI와 마찰계수의 관계를 나타낸다(도면 중 프롯트 ■). 또한, 이들 피막의 평균거칠기(Ra)는, 0.5∼3㎛이었다.
또한, 도에는 비교로서,
1) 압연 롤에 의해 표면형태 제어를 하고 딤플형상을 가지지 않은 표면형상으로 하였을 뿐, 고형 윤활피막을 부여하지 않은 강판(도면중의 ｏ),
2) 마찬가지로, 압연 롤에 의해 표면형태 제어를 하고, 딤플형상을 가지지 않은 표면을 형성한 후, 실시예와 같이 인산 알루미늄 수용액의 도포에 의한 고형 윤활피막을 부여한 강판(도면 중의 △),
3) 고형 윤활피막을 부여시키지 않고, 단순히 표면형태 제어만을 행한 것(도면 중의 ▲)의 각각의 PPI와 마찰계수도 측정하여 프로트했다.
또한, 상기 1)의 딤플형상을 가지지 않은 비교재 제작에 사용한 압연 롤은, 방전가공에 의해 표면거칠기를 부여한 것을 사용했다. 방전가공은, 아연도금 강판의 피크 카운트를 크게 하는 방법으로서 알려져 있고, 프레스 성형성 및 도장후의 선영성을 양호하게 하기 위하여 종래기술로서 사용되고 있다. 여기서는, 방전가공의 가공조건을 바꾸는 것에 의해, 평균거칠기(Ra)를 2.4∼3.6㎛ 범위에서 변화시킨 압연 롤을 사용했다. 조질압연의 신장율은 1.0%로 하고, 조질압연후 아연도금 강판의 평균거칠기(Ra) 및 피크 카운트(PPI)를 측정했다. 본 실시예에 있어서, 롤에 의해 거칠기를 부여한 강판의 평균거칠기(Ra)는 0.5 ∼2㎛이었다.
또한, 상기 2)의 비교재는, 압연 롤에 의해 거칠기를 부여한 강판에, 롤 코터로 인산 알루미늄 고형 윤활피막을 부여한 것이다. 고형 윤활피막의 형성에 대해서는 실시예와 동일한 방법으로 했다. 고형 피막의 막 두께는 0.1∼0.5㎛ 정도였다.
도면으로부터, 본 발명에서 얻어지는 강판의 슬라이딩 특성이 특히 우수하다는 것을 알 수 있다.
더욱이, 본 발명의 방법에 의해 얻어진 아연도금 강판의 표면형태는 고형 윤활피막 형성후의 것으로, 평균거칠기(Ra)=1.5㎛, Wca=0.44㎛, PPI=373이었다. 표면은 딤플상의 요철로 이루어진다.
(실시예 2)
판두께 0.8mm인 냉연강판을 기초로 한 용융 아연도금 강판에 대해서, 압연 롤의 평균거칠기가 0.25㎛의 브라이트 롤에 의해 조질압연으로 0.8%의 신장율을 부여하고, 그 후, 기계식 투사장치에 의해, 투사거리 280mm, 평균 투사밀도 6㎏/m2, 투사속도 92m/s의 조건에서, 평균 입자경 65㎛인 고속도강 입자를 소정시간 조사(照射)하여, 딤플상 표면으로 했다.
상기 딤플 상 표면을 가지는, 피막 위에 고형윤활 피막으로 해서,
A) 제 1 인산 암모늄 수용액(다이헤이화학(주)제품, 고형분 20%)과 구연산 철(칸토우화학 제품)을 인산과 철의 몰비가 1 : 1로 되도록 혼합시켜 수용액으로 하고, 고형분을 5%까지 순수(純水)로 희석한 수용액을 롤 코터로 도포하고, 도달판 온도 80℃로 건조시켜, 고형 윤활피막을 형성시켰다.
고형 윤활피막의 평균 막두께는 0.3㎛이었다.
B) 황산 제1철과 오르토 인산을, Fe 와 오르토 인산(H3PO4)의 몰비가 1 : 5로 되는 비율로 혼합하고, 고형분을 20%로 한 황산이온 함유 인산철 수용액을 고형분이 3%가 될 때까지 순수로 희석한 수용액을 롤 코터로 도포하고, 도달판 온도 80℃로 건조시켜 고형 윤활피막을 형성시켰다.
고형 윤활피막의 평균 막두께는 0.1㎛이었다.
또한, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 마찰계수 및 평균거칠기, 기복, PPI를 측정한 바,
A)의 경우 마찰계수는 0.140이며, 양호한 슬라이딩특성을 나타냈다. 또한, 평균거칠기(Ra)=1.34, Wca=0.44, PPI=370 이었다.
B)의 경우 마찰계수는, 0.141로서, 양호한 슬라이딩 특성을 나타냈다. 또한, 평균거칠기(Ra)=1.32, Wca=0.42, PPI=365이었다.
상기 아연도금 강판에, 파카 흥산(주) 제품인 녹스라스트 550HN을 2.0g/m2이 되도록 기름 도포한 후, 일본 파카라이징(주) 제품인, 알카리 탈지액 FC-4480에 의해 43℃, 120초 침지조건에서 탈지하고, 계속하여 일본 파카라이징(주) 제품인, 프레파렌 Z 및 화성처리액 PB-L3080에 의해 43℃, 60초 침지조건에서 화성처리했다.
화성처리후 의 외관을 눈으로 관찰한 바, 양호한 화성처리 피막이 형성되었다. 또한, SEM으로 인산염 결정을 관찰한 바, 치밀한 결정의 성장이 확인되고 양호한 화성처리성을 나타내고 있는 것이 판명되었다.
(실시형태 6)
실시형태 6은, 프레스 성형품의 제조방법으로서, 딤플상 형태의 표면을 가지는 아연도금 강판의 부재를 준비하는 제 1 공정과, 상기 부재에 프레스 성형을 실시하여 소망하는 형상의 프레스 성형품으로 가공하는 제 2 공정을 가지는 프레스 성형품의 제조방법을 제공한다.
실시형태 6과 같은 아연도금 강판은, 프레스 금형과 강판의 계면에 있어서 보유성이 높고 형 손상이 적으므로, 프레스 성형성이 높고 도장후 선영성도 양호하다. 이 때문에, 상기 아연도금 강판 또는 상기 강판으로 이루어지는 부재를 프레스 성형한 경우, 강판 그 ㅏ체의 특질이 활용되어, 프레스 성형을 하여도 양호한 품질이 유지되고 도장후 선영성도 높다. 이하에 구체적으로, 본 발명에 관한 아연도금 강판의 가공방법, 바꾸어 말하면 프레스 성형품의 제조방법에 대하여 설명한다. 여기서, 프레스 성형품이란, 자동차 보디용 부재 등을 들 수 있다.
도 73은, 본 발명에 관한 프레스 성형품의 제조방법의 작업 플로우이다. 상기 작업 플로우는, 통상 본 발명에 관한 강판을 제조하는 것 또는 그 제조된 강판을 예를 들면 코일로 하여 목적하는 장소로 반송하는 것을 전(前)공정으로 하고 있으며, 먼저, 본 발명에 관한 강판을 준비하는 것으로부터 시작한다(SO, S1). 상기 강판에 대하여 프레스 가공을 실시하기 전에, 강판에 대하여 전처리적인 가공을 실시하는 것도 있으며(S2), 재단기에 의해 소정의 치수나 형상으로 가공하는 것도 있다(S3). 전자(前者)의 S2 공정에서는, 예를 들면 강판의 폭방향의 소정개소에 노치나 천공을 하고, 계속하여 프레스 가공을 마친 단계 또는 그 프레스 가공의 과정에서, 소정의 치수 및 형상의 프레스 성형품 또는 피 프레스 가공부재로서 분리할 수 있도록 해 둔다. 후자의 S3 공정에서는, 최종적인 프레스 성형품의 치수, 형상 등을 미리 고려하여, 소정의 치수 및 형상의 강판 부재로 가공(따라서 재단)하도록 해 둔다. 그 후, S2 및 S3 공정을 경유한 부재에는 프레스 가공이 실시되어, 최종적으로 목적하는 치수·형상의 소망하는 프레스 성형품이 제조된다(S4). 이 프레스 가공은, 통상은 다단계로 행해지고, 3단계 이상 7단계 이하인 것이 많다.
S4의 공정은, S2 및 S3의 공정을 경유한 부재에 대하여 다시 소정의 치수나 형상으로 재단하는 공정을 포함하는 경우도 있다. 이 경우의 「재단」이라고 하는 작업은, 예를 들면, 적어도 프레스 가공의 과정에서, S2 및 S3의 공정을 경유한 부재의 단부(端部)와 같은 최종적인 프레스 성형품에서는 불필요한 부분을 분리하는 작업이더라도 상관없고, 또한, S2의 공정에서 설치된 강판 폭방향의 노치나 천공을 따라서 피프레스 가공부재를 분리하는 작업이더라도 상관없다.
또한, N1 내지 N3는, 강판, 부재, 프레스 성형품을, 기계적으로(로보트에 의해 자동화되어 있는 경우가 많다) 또는 작업원에 의한 반송작업인 경우가 있다.
이렇게 하여 제조되는 프레스 성형품은, 필요에 따라서 다음공정으로 보내진다. 다음공정으로서는, 예를 들면, 프레스 성형품에 다시 기계가공을 실시하고, 치수나 형상을 조정하는 공정, 프레스 성형품을 소정장소에 반송하여 격납하는 공정, 프레스 성형품에 표면처리를 실시하는 공정, 프레스 성형품을 사용하여 자동차와 같은 목적물을 조립하는 조립공정이 있다.
도 74는, 도 73에 나타낸 작업을 실제로 행하는 장치와 강판, 부재, 프레스 성형품의 흐름의 관계를 나타내는 블록도이다. 상기 도에 있어서는, 본 발명에 관한 강판은 코일상으로 준비되어 있으며, 프레스 가공기에 의해 프레스 성형품이 제조된다. 프레스 가공기는 다단 프레스를 행하는 기종이나, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.
프레스 가공기의 전단(前段)에, 재단기나 기타 전처리 기계를 설치하는 경우도 있고, 설치하지 않는 경우도 있다. 재단기가 설치되는 경우에는, 코일로부터 공급되는 긴 길이의 본 발명에 관한 강판으로부터, 필요한 치수 또는 형상의 부재를 재단하고, 이 부재가 프레스 가공기에서 프레스 가공되어 소정의 프레스 성형품으로 된다. 강판 폭 방향에 노치나 천공을 실시하는 전처리 기계가 설치되는 경우에는, 프레스 가공기에 있어서 그 잘려나감이나 천공에 따라서 재단을 행해도 상관없다. 전처리 기계를 설치하지 않은 경우에는, 프레스 가공기에서 강판이 프레스 가공되는 과정에서, 재단이 행해져 최종적으로 소정의 치수, 형상을 가지는 프레스 성형품이 제조된다.
또한, 도 74에 있어서 「재단」의 의미는, 도 73에 있어서 그것과 마찬가지 이다.
이렇게 하여 제조되는 프레스 성형품은, 그 윈재료로서 본 발명에 관한 아연도금 강판을 사용하고 있으므로, 프레스 성형을 해도 양호한 품질이 유지되고, 도장후 선영성도 높다. 이와 같은 특질은, 프레스 성형품이 자동차용 부재, 특히 보디용 부재인 경우에 특히 유용하다.
본 발명은, 프레스 성형성이 우수한 아연도금 강판 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 아연도금 강판의 표면에 고체 입자를 투사하여, 상기 강판의 표면형태를 조정하는 공정을 가지는 아연도금 강판의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 표면형태는, 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 강판 표면의 피크 카운트(PPI), 강판 표면의 여과파 중심선 기복(Wca)으로부터 이루어 지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인 것이 바람직하다.
강판 표면의 평균거칠기(Ra), 강판 표면의 피크 카운트(PPI), 강판 표면의 여과파 중심선 기복(Wca)은, 하기에 기재한 범위로 조정하는 것이 바람직하다.
(a) 강판 표면의 평균거칠기(Ra) : 0.3 ∼ 3㎛
(b) 강판 표면의 피크 카운트(PPI) : 250 이상
(c) 강판 표면의 여과파 중심선 기복(Wca) : 0.8㎛ 이하
아연도금 강판의 표면에 투사되는 고체입자는, 10∼300㎛의 평균 입자경을 가지는 것이 바람직하다. 상기 고체입자는, 금속계 재료인 것이 바람직하다. 상기 고체입자는, 거의 구형(球形)의 형상을 가지는 것이 바람직하다.
상기 표면형태를 조정하는 공정은, 아연도금 강판의 표면에 30∼300m/sec의 투사속도로 고체입자를 투사하여, 상기 강판의 표면형태를 조정하는 것이 바람직하다. 아연도금 강판의 표면에 0.2∼40㎏/m2의 투사밀도로 고체입자를 투사하고, 상기 강판의 표면형태를 조정하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 표면형태를 조정하는 공정에 앞서, 아연도금 강판의 중심선 기복(Wca)을 0.7㎛ 이하로 조정하는 조질압연공정을 가져도 좋다.
표면형태의 조정은, 원심식 투사장치를 사용하여 행하는 지는 것이 바람직하다. 로터 회전중심으로부터 금속 강대(鋼帶)까지의 거리가 700mm 이하인 것이 바람직하다. 아연도금 강판의 표면에 투사되는 고체입자는, 30∼300㎛의 평균 입자경을 가지는 것이 바람직하다.
상기 고체입자는, 평균 입자경을 d 로 할 때, 고체입자의 전 중량에 대하여, 입자경이 0.5d∼2d인 고체입자 중량비율이 85%이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 고체입자는, 2g/㎝3 이상의 밀도를 가지는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 딤플(dimple)상 형태의 표면을 가지는 아연도금 강판을 제공한다.
딤플상이란, 표면의 움푹팬 형상이, 주로 곡면으로 구성되고, 예를 들면 구(球)형상의 물체가 표면에 충돌하여 형성되는 크레이터(crater)형상의 압입자국이 다수 형성되어 있는 형태이다. 딤플형상의 압입자국이 다수 형성되어 있는 것에 의해, 그 움푹패인 부분이 프레스 가공에 있어서 기름포켓 역할을 수행하고, 금형과 강판 사이의 보유성(保油性)을 향상시킬 수 있다.
상기 표면은, 0.3∼3㎛의 평균거칠기(Ra)를 가지는 것이 바람직하다. 평균거칠기(Ra)란, JIS B 0601에 규정되는 중심선 평균거칠기이다.
상기 표면이 하기의 식으로 표현되는 피크 카운트(PPI)를 가지는 것이 바람직하다.
-50 ×Ra(㎛) + 300〈 PPI 〈 600
피크 카운트(PPI)란, SAE911 규격에서 규정하고 있는 바와 같이, 1 인치당의 요철 피크수이다. 또한, 상기 피크 카운트(PPI)는, 카운트 레벨이 ±0.635㎛에 있어서의 값으로 나타낸다.
상기 표면이 적어도 250 피크 카운트(PPI)를 가지는 것이 바람직하다.
상기 표면이 0.8㎛ 이하인 여과파 중심선 기복(Wca)을 가진다. 여과파 중심선 기복(Wca)이란, JIS B 0610에서 규정되는 중심선 기복을 가리키고, 높은 영역에서 컷 오프(cut off)를 실시한 요철의 평균높이를 대표한다.
상기 아연도금 강판이 실질적으로 상(相)으로 이루어지는 도금 피막을 갖는 것이 바람직하다.
상기 아연도금 강판이, 부하 면적비 80%에 대응하는 깊이 레벨에 있어서 3.1×102개/mm2 이상의 압입(indentation)자국 개수 밀도를 가지는 것이 바람직하다.
상기 아연도금 강판의 표면이, 중핵부(中核部) 유체 유지지표(Sci)가 1.2이상인 조직을 가지는 것이 바람직하다.
상기 아연도금 강판은, 더욱이, 아연도금 강판의 표면에 평균 두께가 0.001 ∼2㎛인 고형 윤활피막을 가지며, 상기 고형 윤활피막이 무기계 고형 윤활피막, 유기계 고형 윤활피막과 유기무기 복합계 고형 윤활피막으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나인 것이 바람직하다.
상기 고형 윤활피막이, 인산과, Fe, Al, Mn, Ni와 NH4 +으로부터 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 카티온(cation) 성분을 함유하는 수용액을 도포 건조하여 얻어지는 인계 산화물 피막인 것이 바람직하다.
상기 고형 윤활피막은, 이하의 것이 보다 바람직하다.
(1) 상기 고형 윤활피막이, P 성분 및 N 성분, Fe, Al, Mn 과 Ni로부터 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고, 상기 고형 윤활피막이, 0.2 - 6 인, P 성분량(a)과, N 성분, Fe, Al, Mn과 Ni의 합계량(b)과의 몰비 (b)/(a)를 가진다. 단, P 성분량은 P2O5 환산량, N 성분량은 암모늄 환산량이다.
(2) 또한, 상기 고형 윤활피막이, 고형 윤활피막 성분으로서 P 성분과 N 성분을 질소화합물, 인계 화합물과 질소·인계 화합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나의 형태로 함유한다.
(3) 상기 고형 윤활피막이, 고형 윤활 피막성분으로서 적어도 Fe를 함유한다. 상기 고형 윤활 피막을 가지는 아연도금 강판은, 카티온(cation)성분(α)과 인산성분(β)를 함유하는 수용액을 아연계 도금 강판의 도금층 표면에 도포하고, 계속하여 수세하지 않고 건조하여 피막을 형성하는 것에 의해 제조된다.
상기 카티온(cation) 성분(α)은, 실질적으로 Mg, Al, Ca, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, NH4 +의 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 금속이온 또는 카티온(cation)으로부터 이루어진다. 상기 수용액은, 0.2 ∼ 6인, 카티온(cation) 성분(α)의 합계와 인산성분(β)의 몰 농도비 (α)/(β)를 가진다. 단, 인산은 P2O5 환산 몰 농도이다.
더욱이, 본 발명은, 딤플형태의 표면을 가지는 아연도금 강판의 부재를 준비하는 제 1 공정과, 상기 부재에 프레스 성형을 실시하여 소망하는 형상의 프레스 성형품으로 가공하는 제 2의 공정을 가지는 프레스 성형품의 제조방법이다.

Claims (35)

  1. 아연도금 강판의 표면에 고체입자를 투사하고, 상기 강판의 표면형태를 조정하는 공정을 가지는 아연도금 강판의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 표면형태가, 강판 표면의 평균거칠기(Ra), 강판 표면의 피크 카운트(PPI), 강판 표면의 여과파 중심선 기복(Wca)으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인 아연도금 강판의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 표면형태를 조정하는 공정이, 강판 표면의 평균거칠기(Ra)를 0.3∼3㎛로 조정하는 것으로 이루어지는 아연도금 강판의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 표면형태를 조정하는 공정이, 강판 표면의 피크 카운트(PPI)를 250 이상으로 조정하는 것으로 이루어지는 아연도금 강판의 제조방법,
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 표면형태를 조정하는 공정이, 강판 표면의 여과파 중심선 기복(Wca)을 0.8㎛ 이하로 조정하는 것으로부터 이루어지는 아연도금 강판의 제조방법.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고체입자가, 10∼300㎛의 평균 입자경을 가지는 아연도금 강판의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 고체입자가, 금속계 재료인 아연도금 강판의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 고체입자가, 거의 구형(球形)의 형상을 가지는 아연도금 강판의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 표면형태를 조정하는 공정이, 아연도금 강판의 표면에 30∼300m/sec의 투사속도로 고체입자를 투사하여, 상기 강판의 표면형태를 조정하는 것으로 이루어지는 아연도금 강판의 제조방법.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 표면형태를 조정하는 공정이, 아연도금 강판의 표면에 0.2∼40㎏/m2인 투사밀도로 고체입자를 투사하여, 상기 강판의 표면형태를 조정하는 것으로 이루어지는 아연도금 강판의 제조방법.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 아연도금 강판이, 실질적으로 상으로 이루어지는 도금 피막을 가지는 아연도금 강판의 제조방법.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 표면형태를 조정하는 공정에 앞서, 아연도금 강판의 여과파 중심선 기복(Wca)을 0.7㎛ 이하로 조정하는 조질압연 공정을 가지는 아연도금 강판의 제조방법.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 표면형태를 조정하는 공정이, 아연도금 강판의 표면에, 로터 회전중심으로부터 금속 강대(綱帶)까지의 거리가 700mm 이하인 원심식 투사장치를 사용하여, 30∼300㎛의 평균 입자경을 투사하는 것으로부터 이루어지는 아연도금 강판의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 고체입자가, 평균 입자경을 d 라고 할 때, 고체입자의 전중량에 대하여, 입자경이 0.5d∼2d인 고체입자 중량의 비율이 85% 이상인 아연도금 강판의 제조방법.
  15. 제 13항에 있어서,
    상기 고체입자가, 2g/㎝3 이상의 밀도를 가지는 아연도금 강판의 제조방법.
  16. 삭제
  17. 딤플상 형태의 표면을 가지는, 제 1 항에 기재된 제조방법에 의해 제조된 아연도금 강판.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 표면이 0.3∼3㎛의 평균거칠기(Ra)를 가지는 아연도금 강판.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 표면이 하기의 식으로 표시되는 피크 카운트(PPI)를 가지는 아연도금 강판.
    -50 ×Ra(㎛) + 300 < PPI < 600
  20. 제 17항에 있어서,
    상기 표면이 적어도 250 피크 카운트(PPI)를 가지는 아연도금 강판.
  21. 제 17항에 있어서,
    상기 표면이 0.8㎛ 이하인 여과파 중심선 기복(Wca)을 가지는 아연도금 강판.
  22. 제 17항에 있어서,
    상기 아연도금 강판이 실질적으로 상으로 이루어지는 도금 피막을 가지는 아연도금 강판.
  23. 제 17항에 있어서,
    상기 아연도금 강판이, 3.1 ×102개/mm2 이상의 부하면적비 80%에 대응하는 깊이 레벨에서의 압입자국 밀도를 가지는 아연도금 강판.
  24. 제 17항에 있어서,
    상기 표면이, 중핵부(中核部) 유체 유지지표(Sci)가 1.2 이상인 조직을 가지는 아연도금 강판.
  25. 제 17항에 있어서,
    아연도금 강판의 표면에 평균 두께가 0.001∼2㎛인 고형 윤활피막을 더 가지고, 상기 고형 윤활피막이 무기계 고형 윤활피막, 유기계 고형 윤활피막과 유기무기 복합계 고형 윤활피막으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나인 아연도금 강판.
  26. 제 25항에 있어서,
    상기 고형 윤활피막이, 인산과, Fe, Al, Mn, Ni와 NH4 +로 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 1종의 카티온(cation) 성분을 함유하는 수용액을 도포 건조하여 얻어지는 인계 산화물 피막인 아연도금 강판.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 고형 윤활피막이, P성분 및 N 성분, Fe, Al, Mn과 Ni로부터 이루어지는 그룹으로부터 선택된 적어도 1종을 함유하고;
    상기 고형 윤활피막이, 0.2-6인, P 성분량(b)과, N 성분, Fe, Al, Mn과 Ni의 합계량(a)과의 몰비(a)/(b), 단, P 성분량은 P2O5 환산량, N 성분량은 암모늄 환산량인 아연도금 강판.
  28. 제 26항에 있어서,
    상기 고형 윤활피막이, 고형 윤활피막 성분으로서 P성분과 N 성분을, 질소화합물, 인계 화합물과 질소·인계 화합물로부터 이루어지는 그룹으로부터 선택된 하나의 형태로 함유하는 아연도금 강판.
  29. 제 26항에 있어서,
    상기 고형 윤활피막이, 고형 윤활피막 성분으로서 적어도 Fe를 함유하는 아연도금 강판.
  30. 카티온(cation) 성분()과 인산 성분()을 함유하는 수용액을 아연계 도금 강판의 도금층 표면에 도포하고, 계속하여 물세척하지 않고 건조하여 피막을 형성하되,
    상기 카티온(cation) 성분()은, 실질적으로 Mg, Al, Ca, Ti, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, NH4 +의 그룹로부터 선택된 적어도 1종의 금속이온 또는 카티온(cation)으로 이루어지며,
    상기 수용액은, 0.2∼6인 카티온(cation) 성분()의 합계와 인산 성분()의 몰농도비 ()/()를 가지며, 단, 인산은 P2O5 환산 몰농도인 제 26항에 기재된 아연도금 강판의 제조방법.
  31. 프레스 성형품의 제조방법으로서, 제1항에 기재된 제조방법에 의하여 제조되며 딤플상 형태의 표면을 가지는 아연도금 강판의 부재를 준비하는 제 1 공정과, 상기 부재에 프레스 성형을 실시하여 소망하는 형상의 프레스 성형품으로 가공하는 제 2의 공정을 가지는 프레스 성형품의 제조방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 표면이 0.3∼3㎛의 평균거칠기(Ra)를 가지는 프레스 성형품의 제조방법.
  33. 제 31항에 있어서,
    상기 표면이 하기의 식으로 표시되는 피크 카운트(PPI)를 가지는 프레스 성형품의 제조방법.
    -50 ×Ra(㎛) + 300 < PPI < 600
  34. 제 31항에 있어서,
    상기 표면이 적어도 250 피크 카운트(PPI)를 가지는 프레스 성형품의 제조방법.
  35. 제 31항에 있어서,
    상기 표면이 0.8㎛ 이하인 여과파 중심선 기복(Wca)을 가지는 프레스 성형품의 제조방법.
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