KR20180131597A

KR20180131597A - 표면 처리 강대 및 표면 처리 강대의 제조 방법

Info

Publication number: KR20180131597A
Application number: KR1020187031755A
Authority: KR
Inventors: 아츠시 야스이; 가즈히로 사토; 노리히사 니시타니; 요시히로 가와니시; 게이스케 시마야; 도모야 데시가와라; 다케시 후지와키; 히로키 다구치
Original assignee: 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤
Priority date: 2016-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2018-12-10
Also published as: EP3444378A4; TW201739936A; JP6246984B1; EP3444378A1; JPWO2017179665A1; CN109072447B; US20190211456A1; BR112018070898A2; MX2018012427A; CN109072447A; TWI629377B; KR102133749B1; WO2017179665A1

Abstract

본 발명에 관한 표면 처리 강대는, 소지 강판과, 상기 소지 강판의 표면에 섬형으로 형성된, 침상의 인산아연 결정으로 이루어지는 인산아연 피막층과, 상기 소지 강판의 표면과 상기 인산아연 피막층의 일부를 피복한, 윤활 성분을 적어도 포함하는 윤활 피막층을 구비하고, 상기 윤활 피막층의 표면에 노출되어 있는 상기 인산아연 결정의 면적률은 25％ 내지 90％이다.

Description

표면 처리 강대 및 표면 처리 강대의 제조 방법

본 발명은 표면 처리 강대 및 표면 처리 강대의 제조 방법에 관한 것이다.

강판의 소성 가공 중에서도, 고면압 하에서의 다단 프레스 성형을 행하는 자동차 트랜스미션 부품 등의 가공에 있어서는, 강판의 금형으로의 시징 또는 형 스커핑을 방지하기 위해, 강판 표면에 인산아연을 주체로 하는 인산염 결정을 석출시켜 인산염 피막을 형성하고, 이어서, 인산염 피막의 상층으로서 스테아르산나트륨(알칼리 비누)을 주성분으로 하는 반응형 비누 피막으로 피복하는 인산염비누 처리가 행해져 왔다. 그러나, 인산염비누 처리는 인산염 피막과 반응형 비누 피막의 형성에 긴 화학 반응 시간을 필요로 하기 때문에, 생산 비용이 높아져 버린다. 또한, 미반응의 비누 성분은 프레스 성형 시에 프레스 찌꺼기로서 금형에 응착하기 때문에, 금형의 빈번한 세정이 중요해진다.

그래서, 장시간을 필요로 하는 반응형 비누 처리를 행하지 않고, 고면압 하에서의 다단 프레스 성형과 같은 다단 소성 가공에 있어서 시징 또는 형 스커핑을 방지하기 위해, 인산염 피막의 상층으로서, 윤활 성분을 포함하는 윤활 피막을 형성하는 기술이 개시되어 있다(예를 들어, 이하의 특허문헌 1을 참조)

일본 특허 공개 제2013-104125호 공보

여기서, 상기 특허문헌 1에 개시되어 있는 바와 같은 처리는, 실용적으로는 강대의 상태로 실시되는 경우가 많다. 처리 대상이 강대인 경우, 다단 소성 가공의 전단계에 위치하는 슬릿 공정에 있어서, 핀치 롤에 의해 강대로부터 강판을 송출하는 것이 필수가 된다. 또한, 다단 프레스 성형 시에 있어서의 내형 스커핑성을 확보하기 위해서는, 강대로부터 송출된 강판의 정지 마찰 계수를 낮추는 것이 중요해지지만, 정지 마찰 계수를 지나치게 낮추면, 강판이 핀치 롤에 의해 미끄러져 버려, 블랭킹이 발생할 확률이 높아져 버린다. 이와 같이, 롤 보냄성(내롤 미끄럼성)과, 고면압 하에서의 다단 프레스 성형 시에 있어서의 내형 스커핑성은, 서로 트레이드 오프의 관계에 있는 성능이다. 강대로부터 강판을 송출하면서 연속적으로 다단 소성 가공을 실시하기 위해서는, 상기와 같은 내롤 미끄럼성과 내형 스커핑성의 양립이 요구되게 된다.

그래서, 본 발명은 상기 문제를 감안하여 이루어진 것이고, 본 발명의 목적으로 하는 점은, 상반되는 성능인 내롤 미끄럼성 및 내형 스커핑성을 모두 실현하는 것이 가능한, 표면 처리 강대 및 표면 처리 강대의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해 예의 연구를 한 결과, 이하의 지견을 얻었다.

(A) 모재인 소지 강판의 표면에 윤활 피막층을 형성하기 전에, 소지 강판의 표면에 인산아연 결정을 섬형으로 석출시킨다. 이때, 인산아연 결정의 일부가 윤활 피막층의 표면으로부터 노출(돌출)되도록, 인산아연 결정의 형상을 제어한다. 이에 의해, 최종적으로, 인산아연 결정에 의한 요철이 윤활 피막층의 표면으로부터 노출(돌출)된 형태의 표면 처리 강대를 얻는다.

(B) 인산아연 결정은 윤활성을 갖지 않기 때문에, 인산아연 결정에 의한 요철이 윤활 피막층의 표면에 형성된 표면 처리 강대의 정지 마찰 계수는, 윤활 피막층 단체의 정지 마찰 계수보다도 커진다. 표면 처리 강대의 정지 마찰 계수는, 윤활 피막층의 표면으로부터 노출되어 있는 인산아연 결정의 면적률(이하, 노출 면적률이라고 칭하는 경우가 있음)과 상관 관계에 있다. 즉, 인산아연 결정의 노출 면적률을 제어함으로써, 표면 처리 강대의 정지 마찰 계수를 제어하는 것이 가능하다.

(C) 표면 처리 강대를 한 쌍의 핀치 롤 사이에 끼운 상태로 반송할 때, 표면 처리 강대에는 핀치 롤에 의해 압력(면압)이 가해지지만, 그 압력은 윤활 피막층으로부터 노출된 인산아연 결정을 찌부러뜨릴 만큼 높지 않다. 바꿔 말하면, 핀치 롤에 의해 윤활 피막층의 표면의 요철은 평탄화되지 않는다. 그 때문에, 핀치 롤 하에서의 표면 처리 강대의 정지 마찰 계수는 큰 값인 채로 유지된다. 그 결과, 핀치 롤 하에서의 표면 처리 강대의 미끄럼이 억제되므로, 핀치 롤 하(저면압 하)에서의 내롤 미끄럼성이 향상된다.

(D) 한편, 핀치 롤의 하류측에 설치된 프레스 장치에 의해 표면 처리 강대에 다단 프레스 성형을 실시할 때, 표면 처리 강대에 매우 큰 압력(면압)이 가해지기 때문에, 윤활 피막층으로부터 노출된 인산아연 결정이 찌부러져, 윤활 피막층의 표면의 요철이 평탄화된다. 이에 의해, 프레스 장치 하에서의 표면 처리 강대의 정지 마찰 계수는 윤활 피막층이 본래 갖는 정지 마찰 계수가 된다. 그 결과, 프레스 장치 하에서는 표면 처리 강대의 본래의 윤활성(미끄럼 이동성)이 발휘되므로, 프레스 장치 하(고면압 하)에서의 내형 스커핑성이 향상된다.

본 발명은 상기한 지견에 기초하여 완성된 것이고, 그 요지는 이하와 같다.

[1]

소지 강판과,

상기 소지 강판의 표면에 섬형으로 형성된, 침상의 인산아연 결정으로 이루어지는 인산아연 피막층과,

상기 소지 강판의 표면과 상기 인산아연 피막층의 일부를 피복한, 윤활 성분을 적어도 포함하는 윤활 피막층

을 구비하고,

상기 윤활 피막층의 표면에 노출되어 있는 상기 인산아연 결정의 면적률은 25％ 내지 90％인, 표면 처리 강대.

[2]

상기 인산아연 결정은 장축 방향의 평균 입경이 25㎛ 내지 70㎛이고, 단축 방향의 평균 입경이 3㎛ 내지 10㎛인, [1]에 기재된 표면 처리 강대.

[3]

상기 인산아연 피막층의 부착량은 편면당 1.5g/㎡ 내지 15.0g/㎡인, [1] 또는 [2]의 어느 한 항에 기재된 표면 처리 강대.

[4]

상기 윤활 피막층의 부착량은 편면당 1.0g/㎡ 내지 12.0g/㎡인, [1] 내지 [3]의 어느 한 항에 기재된 표면 처리 강대.

[5]

상기 윤활 피막층은 SiO₂/M₂O(M은 알칼리 금속임)로 표현되는 몰비가 2 내지 5인 규산 알칼리 금속염과, 평균 입경이 0.1㎛ 내지 3.0㎛인 폴리에틸렌 왁스 또는 폴리프로필렌 왁스의 적어도 어느 한쪽으로 이루어지는 고분자 왁스를 포함하고,

상기 윤활 피막층의 전체 고형분 질량에 대하여, 상기 규산 알칼리 금속염의 고형분 함유량은 60질량％ 내지 90질량％이고, 상기 고분자 왁스의 고형분 함유량은 5질량％ 내지 40질량％인, [1] 내지 [4]의 어느 한 항에 기재된 표면 처리 강대.

[6]

티타늄 콜로이드를 포함하는 표면 조정제를 이용하여 소지 강판의 표면의 조질을 행하는 조질 스텝과,

표면 조질이 실시된 상기 소지 강판의 표면에 인산아연의 침상 결정을 섬형으로 성장시키고, 당해 소지 강판의 표면에 인산아연 피막층을 형성하는 인산아연 피막층 형성 스텝과,

윤활 성분을 적어도 포함하는 윤활 처리제를, 부착량이 편면당 1.0g/㎡ 내지 12.0g/㎡가 되도록 상기 소지 강판 및 상기 인산아연 피막층의 표면에 도포하고, 윤활 피막층을 형성하고, 상기 윤활 피막층의 표면에 노출되어 있는 상기 인산아연 결정의 면적률을 25％ 내지 90％로 하는 윤활 피막층 형성 스텝

을 포함하는, 표면 처리 강대의 제조 방법.

[7]

상기 인산아연 피막층 형성 스텝에 있어서, 상기 소지 강판을 가열하는, [6]에 기재된 표면 처리 강대의 제조 방법.

[8]

상기 소지 강판을 증기를 닿게 하여 가열하는, [7]에 기재된 표면 처리 강대의 제조 방법.

본 발명에 따르면, 상반되는 성능인 저면압 하에서의 내롤 미끄럼성 및 고면압 하에서의 내형 스커핑성을 모두 실현하는 것이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 표면 처리 강대의 설명도이다.
도 2의 (A)는 상기 실시 형태에 관한 표면 처리 강대의 구성을 모식적으로 도시한 설명도이다. (B)는 상기 실시 형태에 관한 표면 처리 강대의 구성을 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 3의 (A)는 강대의 표면에 인산아연 피막층을 형성하는 인산아연 처리욕의 일례를 도시한 정면도이다. (B)는 강대의 표면에 인산아연 피막층을 형성하는 인산아연 처리욕의 일례를 도시한 평면도이다.
도 4는 상기 실시 형태에 관한 표면 처리 강대의 제조 방법의 흐름의 일례를 도시한 흐름도이다.
도 5는 내형 스커핑성의 시험 방법을 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 6은 내롤 미끄럼성의 시험 방법을 모식적으로 도시한 설명도이다.
도 7은 비교예의 표면 처리 강대의 확대 사진이다.
도 8은 비교예의 표면 처리 강대의 확대 사진이다.
도 9는 본 발명예의 표면 처리 강대의 확대 사진이다.
도 10은 본 발명예의 표면 처리 강대의 확대 사진이다.

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시 형태의 일례에 대하여 설명한다. 또한, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성 요소에 대해서는, 동일한 번호를 부여함으로써 중복 설명을 생략한다.

(표면 처리 강대에 대하여)

먼저, 도 1 내지 도 2의 (B)를 참조하면서, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 표면 처리 강대에 대하여, 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대에 대하여 설명하기 위한 설명도이고, 도 2의 (A) 및 도 2의 (B)는 본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대의 구성을 모식적으로 도시한 설명도이다.

본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)는, 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이 소지 강판(101)에 고윤활 처리가 실시된 것이다. 이러한 표면 처리 강대(10)는, 도 1에 모식적으로 도시한 바와 같이, 다단 소성 가공의 전단계에 위치하는 슬릿 공정에 있어서, 코일상으로 권취된 상태로부터, 핀치 롤(1)에 의해 감아 풀어지고, 소정의 통판 방향 X로 연속해서 통판되어 간다. 통판된 표면 처리 강대(10)는 목적으로 하는 제조물에 따른 금형(2)을 이용한 다단 프레스 가공을 거쳐서, 목적으로 하는 제조물로 가공되어 간다.

앞서 설명한 바와 같이, 통판되어 있는 표면 처리 강대(10)[소지 강판(101)]의 금형(2)으로의 시징이나 형 스커핑을 방지하기 위해서는, 표면 처리 강대(10)의 정지 마찰 계수를 낮추는 것이 중요한 한편, 표면 처리 강대(10)를 핀치 롤(1)에 의해, 코일상으로 권취된 상태로부터 안정적으로 감아 풀어가기 위해서는, 표면 처리 강대(10)가 어느 정도의 정지 마찰 계수를 갖고 있는 것이 중요하다. 그래서, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)에서는, 도 2의 (A) 및 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이, 모재가 되는 소지 강판(101)의 표면에 대하여, 이하에 상세하게 설명하는 표면 처리를 실시하여 2개의 층으로 이루어지는 표면 처리층이 형성된다.

본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)는, 도 2의 (A) 및 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이 모재가 되는 소지 강판(101)과, 소지 강판(101) 상에 형성된 인산아연 피막층(103)과, 인산아연 피막층(103) 상에 형성된 윤활 피막층(105)을 갖고 있다. 또한, 인산아연 피막층(103) 및 윤활 피막층(105)은, 도 2의 (A)에 도시한 바와 같이 소지 강판(101)의 한쪽의 표면에만 형성되어 있어도 되고, 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이 소지 강판(101)의 서로 대향하는 2개의 표면에 형성되어 있어도 된다.

[소지 강판(101)에 대하여]

소지 강판(101)은 표면 처리 강대(10)의 모재로서 사용된다. 본 실시 형태에 관한 소지 강판(101)에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 후단계의 다단 소성 가공 처리를 거쳐서 제조되는 목적물에 요구하는 특성이 실현 가능한 공지의 강판을 사용하는 것이 가능하다. 이러한 공지의 강판의 제조 방법이나 재질에 대해서도 특별히 한정되는 것은 아니고, 통상의 주조편 제조 공정으로부터, 열간 압연, 산세, 냉간 압연, 어닐링, 조질 압연 등과 같은 공지의 각종 공정을 적절히 거쳐서 제조된 것이어도 된다. 또한, 이러한 소지 강판(101)은 탄소 강판뿐만 아니라, 스테인리스 강판이나 고합금 강철판 등의 특수 강판이어도 되는 것은 물론이다.

이와 같은 소지 강판(101)의 일례로서, 예를 들어 이하와 같은 화학 성분을 갖는 열연 강판을 들 수 있다.

소지 강판(101)의 일례인 열연 강판은, 질량％로, C:0.070％ 내지 0.080％, Si:0.030％ 내지 0.080％, Mn 1.15％ 내지 1.30％, P:0.015％ 내지 0.028％, S:0.000％ 내지 0.040％를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불순물로 이루어진다.

이와 같은 열연 강판을 소지 강판(101)으로서 사용함으로써, 제조되는 목적물의 강도를 향상시키는 것이 가능해진다.

[인산아연 피막층(103)에 대하여]

인산아연 피막층(103)은 소지 강판(101)과 윤활 피막층(105)의 밀착성을 높이는 역할을 담당한다. 이 인산아연 피막층(103)은 소지 강판(101)의 표면에 화학 반응에서 석출한 인산아연의 침상 결정으로 구성되어 있는, 침상의 인산아연 결정의 집합체이다. 석출한 인산아연의 침상 결정은, 도 2의 (A) 및 도 2의 (B)에 모식적으로 도시한 바와 같이 소지 강판(101)의 표면을 완전히 피복하고 있는 것은 아니고, 소지 강판(101)의 표면의 일부는 인산아연의 결정으로 피복되지 않고 남아 있는 상태로 되어 있다. 그 결과, 인산아연의 침상 결정은 소지 강판(101)의 표면에 섬형으로 분포되게 되고, 인산아연의 침상 결정이 존재하고 있지 않은 소지 강판(101)의 표면은 평탄부로서 존재하게 된다. 또한, 인산아연 피막층(103)은 소지 강판(101)의 표면에 있어서 복수의 개소로 분할되고, 서로 독립된 상태로 나타난다. 본 발명에서는, 이와 같이 소지 강판(101)의 표면에 있어서 복수의 개소로 분할되고, 서로 독립된 상태로 나타나는 인산아연 피막층(103)의 상태를, 「섬형」이라고 칭한다.

본 실시 형태에 관한 인산아연 피막층(103)은, 후술하는 바와 같이 특정한 표면 조정제를 사용하여 표면 조질된 소지 강판(101) 상에 형성되고, 또한 인산아연 피막층(103)을 형성하는 인산아연 피막층 형성 스텝에 있어서, 소지 강판(101)이 가열되기 때문에, 보다 장축 방향과 단축 방향의 입경 비율이 큰 인산아연의 침상 결정으로 구성되어 있다. 이러한 인산아연 피막층(103)의 부착량은 편면당 1.5g/㎡ 내지 15.0g/㎡로 하는 것이 바람직하다. 인산아연 피막층(103)의 부착량은, 보다 바람직하게는 편면당 3.0g/㎡ 내지 15.0g/㎡이다. 인산아연 피막층(103)의 부착량을 상기와 같은 범위로 함으로써, 윤활 피막층(105)을 소지 강판(101)에 더 확실하게 밀착시키는 것이 가능해지고, 고면압 하에서의 성형 가공에서도 인산아연 피막층(103)이 소실되지 않고, 더 확실하게 성형 가공의 최종 공정까지 윤활 피막층(105)을 유지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에 관한 인산아연 피막층(103)을 구성하는 인산아연의 침상 결정은 장축 방향의 평균 입경이 25㎛ 내지 70㎛이고, 단축 방향의 평균 입경이 3㎛ 내지 10㎛인 것이 바람직하다. 인산아연의 침상 결정 평균 입경은, 보다 바람직하게는 장축 방향에서 25㎛ 내지 50㎛이고, 단축 방향에서 3㎛ 내지 5㎛이다. 인산아연 피막층(103)을 구성하는 인산아연 결정이 이러한 평균 입경을 가짐으로써, 상기와 같은 밀착성을 더 확실하게 실현하는 것이 가능해진다.

또한, 본 실시 형태에 관한 인산아연 피막층(103)을 구성하는 인산아연의 침상 결정은 장축 방향과 단축 방향의 평균 입경의 비율이 2.5 이상인 침상 결정인 것이 바람직하다. 이와 같은 평균 입경을 갖는 인산아연의 침상 결정을 석출시킴으로써, 소지 강판(101)과 윤활 피막층(105)의 밀착성을 더 확실하게 실현하는 것이 가능해진다.

이 인산아연 피막층(103)은 인산아연을 포함하고, 인산아연의 침상 결정을 석출시키는 것이 가능한 공지의 처리액을 사용하여 형성할 수 있다. 이와 같은 처리액에 대해서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 반응형의 소성 가공용 인산아연 처리액(보다 상세하게는, 완전 피복을 위한 처리 시간이 20초 이상인 반응형의 소성 가공용 인산아연 처리액)을 들 수 있다. 인산아연 피막층(103)의 형성 시에는 상기와 같은 인산아연 처리액을 스프레이법이나 침지법에 의해 소지 강판(101)과 접촉시켜도 되고, 상기와 같은 인산아연 처리액을 포함하는 반응조를 이용하여 전해 처리를 행해도 된다.

소지 강판(101)에 섬형으로 인산아연 결정을 석출시키기 위해서는, 인산아연 결정이 소지 강판(101)의 표면 전체를 완전히 피복하기 전에, 인산아연 처리를 종료하도록 하면 된다. 그것을 위해서는, 소지 강판(101)과 인산아연 처리액의 접촉 시간이나 전해 시간을 단시간으로 제한하면 된다. 즉, 시판의 소성 가공용 인산아연 처리액을 사용하여, 지시되어 있는 처리 시간보다도 단시간에 처리를 마무리하면 된다. 구체적인 처리 시간이나 전해 조건에 대해서는, 처리 시간(또는 전해 조건)과 부착량의 대응 관계를 미리 조사해 둠으로써, 상기와 같은 바람직한 부착량을 실현하는 것이 가능한 처리 시간(전해 조건)을 특정하면 된다. 또한, 소지 강판(101)에 섬형으로 인산아연 결정을 석출시키기 위해, 인산아연 피막층(103)을 형성하는 인산아연 피막층 형성 스텝에 있어서, 소지 강판(101)을 가열하는 것도 유효하다.

상기와 같은 처리에 의해 석출된 인산아연 결정이 섬형인지 여부에 대해서는, 인산아연 처리 후의 소지 강판(101)의 표면을 현미경 관찰함으로써, 판단할 수 있다. 구체적으로는, 인산아연 처리 후의 소지 강판(101)의 표면을, 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: SEM)으로 관찰하고, 양 상처리에 의해 구한 평탄부의 면적이 30％ 이상인 경우를, 인산아연 결정이 섬형으로 형성되었다고 판단하면 된다. 이러한 인산아연 결정의 관찰은 후술하는 윤활 피막층(105)의 형성 전에 행해도 되고, 형성 후에 행해도 된다. 단, 윤활 피막층(105)의 형성 후에 관찰하는 경우에는, 윤활 피막층(105)을 투과하여 인산아연 결정을 관찰하게 되기 때문에, 고가속 전압에서의 SEM 관찰을 행하게 된다. 구체적으로는, 가속 전압을 20㎸ 이상으로 함으로써, 윤활 피막층(105)을 통해 인산아연의 결정을 관찰할 수 있고, 평탄부의 면적률을 구할 수 있다. 또한, 윤활 피막층(105)을 형성하기 전의 관찰에서는, 더 낮은 가속 전압에서도 인산아연 결정을 관찰할 수 있다.

여기서, 소지 강판(101) 상에 인산아연 피막층(103)을 형성할 때에는, 상기와 같은 인산아연 처리에 앞서, 티타늄 콜로이드를 포함하는 표면 조정제에 의해 소지 강판(101)의 표면의 조질 처리를 행한다. 인산아연 결정은 표면 조정제의 성분이 부착되어 있지 않은 소지 강판(101)의 표면으로부터 석출되어 오지만, 티타늄 콜로이드는 조대한 콜로이드 입자이기 때문에, 노출되어 있는 소지 강판(101)의 표면의 넓이가 억제되게 된다. 그 결과, 티타늄 콜로이드를 포함하는 표면 조정제로 표면 조질 처리를 행함으로써, 상기와 같은 바람직한 평균 입경 비율을 갖는 인산아연의 침상 결정을, 더 확실하게 석출시키는 것이 가능해진다.

[윤활 피막층(105)에 대하여]

윤활 피막층(105)은, 도 2의 (A) 및 도 2의 (B)에 모식적으로 도시한 바와 같이, 소지 강판(101)의 표면 상에 위치하고, 소지 강판(101)의 표면과 인산아연 피막층(103)의 적어도 일부를 피복함과 함께, 인산아연 결정의 적어도 일부가 표면에 노출되어 있는 층이다. 이 윤활 피막층(105)은 윤활 성분을 적어도 포함하는 층이고, 바람직하게는 결합제 성분과 윤활 성분으로 이루어진다.

본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)에서는, 앞서 설명한 바와 같은 섬형의 인산아연 결정이 형성되어 있음으로써, 윤활 피막층(105)에 포함되는 윤활 성분이나 결합제 성분은, 도 2의 (A) 및 도 2의 (B)에 모식적으로 도시한 바와 같이, 섬형의 인산아연 결정 사이에 유지되게 된다. 다단 소성 가공 시(예를 들어, 다단 프레스 가공 시)에, 표면 처리 강대(10)의 표면에 높은 면압이 가해지면, 섬형의 인산아연 결정 사이에 유지되어 있는 윤활 성분이 소지 강판(101)과 금형 사이로 유출된다. 그 결과, 윤활 피막층(105)의 정지 마찰 계수가 저하됨으로서 윤활 성능이 발현되고, 내형 스커핑성이 실현된다.

이러한 윤활 피막층(105)의 부착량은 편면당 1.0g/㎡ 내지 12.0g/㎡이고, 윤활 피막층(105)의 표면에 노출되어 있는 인산아연 결정의 면적률(단위 면적당의 면적률)은 25％ 내지 90％이다. 윤활 피막층(105)의 부착량 및 윤활 피막층(105)의 표면에 노출되어 있는 인산아연 결정의 면적률을 이러한 범위로 함으로써, 상기와 같은 내형 스커핑성과 내롤 미끄럼성을 모두 실현하는 것이 가능해진다.

윤활 피막층(105)의 부착량이 1.0g/㎡ 미만이 되는 경우에는, 윤활 피막층(105)으로서 유지되는 윤활 성분의 양이 부족해, 충분한 내형 스커핑성을 실현할 수 없기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 윤활 피막층(105)의 부착량이 12.0g/㎡ 초과가 되는 경우에는, 윤활 피막층(105)으로서 유지되는 윤활 성분의 양이 과잉이 되고, 내롤 미끄럼성을 실현할 수 없기 때문에, 바람직하지 않다. 윤활 피막층(105)의 편면당의 부착량은, 보다 바람직하게는 2.0g/㎡ 내지 9.0g/㎡이다.

또한, 윤활 피막층(105)의 부착량은 인산아연 피막층(103)의 부착량에도 영향을 받는다. 즉, 인산아연 피막층(103)의 부착량이 적은 경우는 유지할 수 있는 윤활 피막층(105)의 양도 적어지고, 반대로, 인산아연 피막층(103)의 부착량이 많은 경우는 유지할 수 있는 윤활 피막층(105)의 양도 많아진다. 예를 들어, 인산아연 피막층(103)의 부착량이 1.5g/㎡ 내지 8.0g/㎡인 경우는, 윤활 피막층(105)의 부착량은 1.0g/㎡ 내지 6.0g/㎡ 정도인 것이 바람직하고, 인산아연 피막층(103)의 부착량이 8.0g/㎡ 초과 내지 15.0g/㎡인 경우는, 윤활 피막층(105)의 부착량은 6.0g/㎡ 초과 내지 12.0g/㎡ 정도인 것이 바람직하다.

인산아연 피막층(103)의 부착량이 편면당 1.5g/㎡ 내지 8.0g/㎡라면, 부착량이 1.0g/㎡ 내지 6.0g/㎡ 정도인 윤활 피막층(105)을 소지 강판(101)에 적합하게 밀착시키는 것이 가능해지고, 고면압 하에서의 성형 가공에서도 인산아연 피막층(103)이 소실되지 않고, 성형 가공의 최종 공정까지 윤활 피막층(105)을 유지하는 것이 가능해진다.

한편, 다이렉트 클러치 등의 자동차 부품에서는, 다단에 걸치는 원통 성형을 받은 후, 주위를 치 형상으로 성형되는 부품이 존재한다. 이들의 부품에서는, 보다 고면압에서 반복의 미끄럼 이동 성형을 받기 때문에, 인산아연 피막층(103)의 부착량이, 편면당 8.0g/㎡ 이하에서는, 성형의 도중 공정에서 미끄럼 이동에 의해 인산아연 피막층(103)이 소실되고, 완성품의 치수 정밀도의 저하나, 성형의 도중 공정에서의 균열이 발생할 우려가 있다. 이러한 경우는, 인산아연 피막층(103)의 부착량이 8.0g/㎡ 초과 내지 15.0g/㎡, 윤활 피막층(105)의 부착량이 6.0g/㎡ 초과 내지 12.0g/㎡ 정도인 것이 바람직하다.

여기서, 본 실시 형태에 관한 윤활 피막층(105)은 상기 결합제 성분으로서, SiO₂/M₂O(M은 Li, Na, K 등에서 선택되는 알칼리 금속임)로 표현되는 몰비가 2 내지 5인 규산 알칼리 금속염을 포함하고, 상기 윤활 성분으로서, 평균 입경이 0.1㎛ 내지 3.0㎛인 폴리에틸렌 왁스 또는 폴리프로필렌 왁스의 적어도 어느 한쪽으로 이루어지는 고분자 왁스를 포함하는 것이 바람직하다.

결합제 성분으로서 상기와 같은 규산 알칼리 금속염을 사용함으로써 윤활 성분을 적절하게 피막 중에 유지하는 것이 가능해지는 것에 더하여, 강대 표면에 내열성이 우수한 견고한 연속 피막을 형성하는 것이 가능해진다. 그 결과, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대와 금형의 금속 직접 접촉을 방지하는 내시징성 기능, 치밀한 알칼리성 피막의 배리어성에 기인하는 내청성 기능 등을 발현시키는 것이 가능해진다. 여기서, 상기 몰비가 2 미만인 경우에는, 피막 강도가 충분히 얻어지지 않고 소성 가공 성능이 악화되기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 상기 몰비가 5 초과인 경우에는, 소성 가공 성능이 악화되는 것 외에, 피막 형성 시에 이용하는 규산 알칼리 금속염수 용액의 안정성이 악화되어 실용성이 부족하기 때문에, 바람직하지 않다. 규산 알칼리 금속염에 있어서의 SiO₂/M₂O로 표현되는 몰비는, 보다 바람직하게는 3 내지 4이다.

윤활 성분으로서 상기와 같은 고분자 왁스를 사용함으로써 윤활 피막층(105)의 팽창을 억제할 수 있고, 윤활 피막층(105)의 소성 가공 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 여기서, 고분자 왁스의 평균 입경이 0.1㎛ 미만인 경우에는, 고분자 왁스의 계면으로부터 피막 중으로의 오일의 확산이 현저해져 피막의 내유성이 악화되기 때문에, 바람직하지 않고, 고분자 왁스의 평균 입경이 3.0㎛ 초과인 경우에는, 약액 중의 고분자 왁스의 분산이 나빠져, 균일한 피막을 형성하는 것이 어려워지기 때문에 바람직하지 않다. 고분자 왁스의 평균 입경은, 보다 바람직하게는 0.5㎛ 내지 1.5㎛이다. 윤활 성분으로서, 상기와 같은 평균 입경을 갖는 고분자 왁스를 사용함으로써, 윤활 성분이 인산아연 결정의 요철의 오목 부분에 충전되기 쉬워지고, 그 결과, 인산아연 결정이 윤활 피막층(105)의 표면으로부터 노출되기 쉬워진다.

상기 규산 알칼리 금속염의 고형분 함유량은 윤활 피막층(105)의 전체 고형분 질량에 대하여 60질량％ 내지 90질량％인 것이 바람직하고, 상기 고분자 왁스의 고형분 함유량은 윤활 피막층(105)의 전체 고형분 질량에 대하여 5질량％ 내지 40질량％인 것이 바람직하다.

규산 알칼리 금속염의 고형분 함유량이 60질량％ 미만인 경우에는, 규산 알칼리 금속염에 의해 형성되는 유리상 피막의 연속성이 부족해져, 소성 가공에 견딜 수 있는 피막 강도가 얻어질 가능성이 저하되기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 규산 알칼리 금속염의 고형분 함유량이 90질량％ 초과인 경우에는, 얻어지는 피막 강도가 포화되어 비용적으로 불리해지기 때문에, 바람직하지 않다. 상기 규산 알칼리 금속염의 고형분 함유량은, 보다 바람직하게는 윤활 피막층(105)의 전체 고형분 질량에 대하여 70질량％ 내지 80질량％이다.

고분자 왁스의 고형분 함유량이 5질량％ 미만인 경우에는, 윤활 피막층(105)이 유지하는 윤활 성분의 양이 부족하고, 충분한 윤활 성능이 발현될 가능성이 저하되기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 고분자 왁스의 고형분 함유량이 40질량％ 초과인 경우에는, 윤활 피막층(105)이 유지하는 윤활 성분의 양이 과잉이 되고, 충분한 내롤 미끄럼성이 발현될 가능성이 저하되기 때문에, 바람직하지 않다. 상기 고분자 왁스의 고형분 함유량은, 보다 바람직하게는 윤활 피막층(105)의 전체 고형분 질량에 대하여 3질량％ 내지 10질량％이다.

본 실시 형태에 관한 윤활 피막층(105)은 상기와 같은 결합제 성분의 용액 또는 분산액 중에 상기와 같은 윤활 성분을 혼합한 윤활 처리제를 이용하여, 도포에 의해 형성할 수 있다. 여기서, 사용하는 용매로서는, 물, 유기 용매, 이들의 혼합물의 어느 것이어도 되지만, 작업 환경상은 수계 용매(물, 또는 물과 알코올 등의 수혼화성 유기 용매의 혼합 용매)를 사용하는 것이 바람직하다. 이러한 용매에 대하여, 윤활 처리제의 전체 고형분 질량에 대하여 60질량％ 내지 90질량％의 결합제 성분(예를 들어, 규산 알칼리 금속염)과, 윤활 처리제의 전체 고형분 질량에 대하여 5질량％ 내지 40질량％의 윤활 성분(예를 들어, 고분자 왁스)을 첨가하고, 적절하게 도포·건조를 행함으로써, 상기와 같은 고형분 함유량의 윤활 피막층(105)을 형성할 수 있다.

또한, 윤활 성분의 분산성을 높이기 위해, 상기 윤활 처리제에 대하여 공지의 계면 활성제를 첨가해도 된다. 또한, 상기 윤활 처리제의 점성을 조정하기 위해, 윤활 피막층(105)의 피막 강도에 영향을 미치지 않는 범위에서, 점성 조정제를 첨가해도 된다. 이러한 점성 조정제로서는, 일반적으로 사용되는 것을 사용하는 것이 가능하고, 예를 들어 히드록시에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 폴리아크릴산아미드, 폴리아크릴산나트륨, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올 등의 유기 고분자계 증점제 등을 들 수 있다. 이러한 점성 조정제를 사용하는 경우, 그 함유량은 윤활 피막층(105)의 전체 고형분 질량에 대하여, 10질량％ 미만인 것이 바람직하다.

상기 윤활 처리제를 소지 기판(3) 및 인산아연 피막층(103) 상에 도포할 때에는, 침지 처리, 샤워 링거 처리, 롤 코트 처리 등의 공지의 방법을 이용할 수 있다. 또한, 도포는 소지 기판(3) 및 인산아연 피막층(103)의 표면이 상기 윤활 처리제로 충분히 덮이면 되고, 윤활 처리제의 온도나 도포 시간은 특별히 제한되는 것은 아니다. 또한, 윤활 처리제의 건조 온도에 대해서도 특별히 제한되는 것은 아니고, 윤활 처리제에 포함되는 성분에 따라, 적절히 설정하면 된다.

[윤활 피막층(105)의 표면에 노출되어 있는 인산아연 결정의 면적률(25％ 내지 90％)에 대하여]

본 실시 형태에 관한 윤활 피막층(105)에서는, 도 2의 (A) 및 도 2의 (B)에 도시한 바와 같이 인산아연 결정[인산아연 피막층(103)]의 일부가 윤활 피막층(105)의 표면의 일부에 노출되어 있음으로써, 윤활 피막층(105)의 정지 마찰 계수의 저하가 적절히 억제된다. 그 결과, 강대로부터 강판을 감아 풀 때의 내롤 미끄럼성도 실현하는 것이 가능해진다.

윤활 피막층(105)의 표면에 노출되어 있는 인산아연 결정의 면적률이 25％ 미만인 경우에는, 윤활 피막층(105)의 정지 마찰 계수의 저하의 억제 정도가 불충분해지고, 충분한 내롤 미끄럼성을 실현할 수 없기 때문에, 바람직하지 않다. 또한, 윤활 피막층(105)의 표면에 노출되어 있는 인산아연 결정의 면적률이 90％ 초과인 경우에는, 윤활 피막층(105)의 정지 마찰 계수의 저하의 억제 정도가 과잉이 되고, 충분한 내형 스커핑성을 실현할 수 없기 때문에, 바람직하지 않다. 윤활 피막층(105)의 표면에 노출되어 있는 인산아연 결정의 면적률은, 보다 바람직하게는 30％ 내지 60％이다.

윤활 피막층(105)의 부착량 및 윤활 피막층(105)의 표면에 노출되어 있는 인산아연 결정의 면적률이 상기와 같은 범위가 됨으로써, 본 실시 형태에 관한 윤활 피막층(105)의 정지 마찰 계수는 0.10 내지 0.20이 된다. 윤활 피막층(105)의 정지 마찰 계수는, 보다 바람직하게는 0.12 내지 0.15이다.

또한, 인산아연 피막층(103)의 부착량을 상기와 같은 바람직한 범위로 함으로써, 윤활 피막층(105)에 노출되는 인산아연 결정의 면적률을 더 확실하게 상기한 범위 내로 하는 것이 가능해진다.

또한, 윤활 피막층(105)의 표면에 노출되어 있는 인산아연 결정[인산아연 피막층(103)]의 면적률을 25％ 내지 90％로 하기 위해서는, 편면당 1.5g/㎡ 내지 15.0g/㎡인 인산아연 피막층(103)을 섬형으로 하는 것이 필요하고, 그것을 위해서는, 인산아연 처리의 온도의 상승 혹은 처리 시간의 연장 등의 방법이 생각된다. 그러나, 인산아연 처리욕의 온도는 물이 용매이기 때문에, 처리 온도를 100℃ 이상으로 높이는 것은 실질적으로 곤란하고, 한편으로, 처리 시간을 연장하면 석출되는 인산아연 피막의 결정이 강대 표면에 치밀하게 생성되어 버려, 인산아연 피막층(103)이 섬형이 아닌 것으로 되어 버린다. 또한, 인산아연 처리욕의 온도의 상승은 처리욕 전체의 온도를 높일 필요가 있기 때문에 에너지 비용을 증가시키는 문제가 있다. 또한, 처리 시간의 연장도 일정 길이의 인산아연 처리욕에서 인산아연 처리를 행하는 경우는 생산성이 저하된다는 문제가 있다.

그래서, 편면당 1.5g/㎡ 내지 15.0g/㎡인 인산아연 피막층(103)을 섬형으로 형성시키는 방법의 일례로서, 인산아연 처리욕의 온도를 증기로 부분적으로 온도를 높이는 방법이 제안된다. 이러한 방법에 의하면, 인산아연 결정의 부착량을 증가시키는 것에 더하여, 인산아연 결정을 더 침상(예리한 형)으로 함으로써, 인산아연 결정의 부피가 커지고, 윤활 피막층으로부터 인산아연 결정의 헤드가 많이 나오게 된다. 인산아연 결정 자체는 저면압 하에서의 미끄럼 이동성은 갖지 않으므로, 정지 마찰 계수는 커진다. 한편, 고면압 하에서는 인산아연 결정이 찌부러져, 윤활 피막층과 함께 미끄럼 이동성에 기여하는 형태가 되므로 고면압의 성형성＝내형 스커핑성(L자형 프레스 성형으로 모의)은 종래와 동등하게 유지된다.

여기서, 편면당 1.5g/㎡ 내지 15.0g/㎡인 인산아연 피막층(103)을 섬형으로 형성시키기 위한 장치의 일례를 도 3의 (A), (B)에 도시한다. 이 도 3의 (A), (B)에 도시하는 장치에서는, 인산아연 처리욕(20) 중에 통판되는 소지 강판(101)의 표면에, 히터(21)로 발생시킨 증기를 닿게 하는 구성이다. 인산아연 처리욕(20) 중에 있어서, 히터(21)의 가열로 발생된 증기가, 교반기(22)에서 교반되어 소지 강판(101)의 표면에 닿게 된다. 인산아연 피막층(103)을 형성할 때에, 인산아연 처리욕(20) 중에서 부분적인 가열을 행하고, 소지 강판(101)의 표면에 증기를 닿게 함으로써 처리 온도를 상승시키면, 인산아연 피막 처리욕(20) 전체를 현저한 고온으로 하지 않고, 또한 생산성을 손상시키는 일이 없는 짧은 처리 시간에, 용이하게 인산아연 피막층(103)을 섬형으로 형성시키는 것이 가능해진다. 증기 온도가 높을수록 인산아연 피막층(103)의 형성을 촉진한다. 이 때문에, 증기 온도는 100℃ 이상이 바람직하고, 120℃ 이상이 보다 바람직하다. 증기의 온도가 높아지면 에너지 비용이 상승함과 함께, 그 효과는 포화되므로, 증기 온도는 200℃ 이하로 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 인산아연 처리욕(20) 중에서 소지 강판(101)의 표면에 증기를 닿게 하면 강대에 편면당 1.5g/㎡ 내지 15.0g/㎡인 인산아연 피막이 섬형으로 형성되는 이유는 명확하지 않다. 그러나, 소지 강판(101)의 표면에 있어서, 인산아연 결정의 성장점의 일부로부터의 인산아연 결정의 성장이 저해되고, 인산아연 피막이 섬형으로 형성되는 한편, 섬형으로 형성된 인산아연 결정이, 증기에 의해, 100℃ 이상으로 상승하여 활성화되고, 인산아연 처리욕(20) 내에서 인산아연 처리액과 접함으로써 그 성장이 더 촉진되어, 편면당 1.5g/㎡ 내지 15.0g/㎡인 인산아연 피막을 섬형으로 형성할 수 있는 것이라고 추정된다.

또한, 편면당 1.5g/㎡ 내지 15.0g/㎡인 인산아연 피막층(103)을 섬형으로 형성시키기 위한 장치는 특별히 한정되지 않는다. 소지 강판(101)에서 직접 증기를 닿게 하는 타입의 것이어도 되고, 인산아연 처리액과 혼합한 후, 소지 강판(101)에서 직접 증기를 닿게 하는 타입의 것이어도 된다. 또한 인산아연 처리욕(20)의 벽면에 설치한 히터(21)로부터 발생하는 증기를 교반기(22)에서 교반하고, 인산아연 처리액과 동시에 소지 강판(101)에 증기가 닿는 타입의 것이어도 된다.

또한, 도 3의 (A), (B)에 도시한 장치를 사용함으로써, 인산아연 피막층(103)을 섬형으로 하는 것이 가능해지지만, 증기를 분사하는 것에 의한 인산아연 피막층(103)의 부착량의 최댓값은 15.0g/㎡ 정도이다. 인산아연 피막층(103)의 부착량을 편면당 1.5g/㎡ 내지 15.0g/㎡로 함으로써, 윤활 피막층(105)을 소지 강판(101)에 더 확실하게 밀착시키는 것이 가능해지고, 고면압 하에서의 성형 가공에서도 인산아연 피막층(103)이 소실되지 않고, 더 확실하게 성형 가공의 최종 공정까지 윤활 피막층(105)을 유지하는 것이 가능해진다.

이상, 도 1 내지 도 3을 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)에 대하여, 상세하게 설명했다.

<각종 물성값의 측정 방법에 대하여>

계속해서, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)에서 실현되는 각종 물성값의 측정 방법에 대하여, 간단하게 설명한다.

먼저, 인산아연 피막층(103)을 구성하는 인산아연 결정의 평균 입경이나, 윤활 피막층(105)에 포함되는 고분자 왁스의 평균 입경은 전해 방출형 주사 전자 현미경(Field Emission Scanning Electron Microscope: FE-SEM)을 이용하여, 저가속 전압으로 강판 표면을 관찰하는 것 등, 공지의 측정 방법에 의해 측정하는 것이 가능하다.

또한, 인산아연 피막층(103) 및 윤활 피막층(105)의 편면당의 부착량은 중량법과 같은 공지의 측정 방법에 의해 측정하는 것이 가능하다.

또한, 인산아연 피막층(103) 및 윤활 피막층(105)의 두께에 대해서는, 표면 처리 강대의 단면을 SEM 등의 전자 현미경을 사용하여 관찰함으로써 측정 가능하지만, 윤활 피막층(105)의 두께에 대해서는, 이하와 같은 방법으로도 측정하는 것이 가능하다. 먼저, 표면 처리 강대(10)의 단면을 표면으로부터 깊이 방향을 따르고, 글로우 방전 발광 분광 장치(Glow Discharge Spectroscopy: GDS)에 의해, 윤활 피막층(105)의 성분(예를 들어, Si)과 인산아연 결정 성분(예를 들어, Zn)의 발광 스펙트럼 강도를 측정한다. 이러한 측정에 의해, 발광 스펙트럼 중에 각 성분에 대응하는 2개의 피크를 얻을 수 있다. 여기서, 2개의 성분의 피크 강도의 각각 50％값(Si는 소지 강판측의 50％값, Zn은 강대의 표층측의 50％값) 사이에 대응하는 두께를, 윤활 피막층(105)의 두께로 할 수 있다.

또한, 윤활 피막층(105)의 표면에 노출되어 있는 인산아연 결정의 면적률에 대해서는, 표면 처리 강대(10)의 표면을 SEM 등의 전자 현미경에 의해 관찰하고, 시야 내에 검출되는 인산아연 결정의 면적을 공지의 방법으로 특정함으로써, 얻을 수 있다. 여기서, 면적률의 특정 시에는 표면 처리 강대(10)의 표면의 복수 개소를 관찰하고, 특정한 면적률의 평균을 산출하는 것이 바람직하다.

또한, 윤활 피막층(105)의 정지 마찰 계수는 이하에 상세하게 설명하는 둥근형 비드 인발 시험 등과 같은 각종 시험 방법에 의해 측정하는 것이 가능하다.

이상, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)에서 실현되는 각종 물성값의 측정 방법에 대하여, 간단하게 설명했다. 또한, 상기한 측정 방법은 어디까지나 일례이며, 기타의 공지의 측정 방법에 의해 각 물성값을 특정하는 것도 가능하다.

(표면 처리 강대의 제조 방법에 대하여)

계속해서, 도 4를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 도 4는 본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)의 제조 방법의 흐름의 일례를 도시한 흐름도이다.

본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)의 제조 방법에서는, 먼저, 소정의 소지 강판(101)이 권취된 강대에 대하여, 필요에 따라, 탈지 처리나 세정 처리 등의 전처리가 실시된다(전처리 스텝 S101).

그 후, 소지 강판(101)의 표면이, 티타늄 콜로이드를 포함하는 표면 조정제에 의해 조질된다(조질 스텝 S103). 이에 의해, 소지 강판(101)의 표면에 조대한 입경을 갖는 티타늄 콜로이드가 부착되게 된다.

계속해서, 앞서 설명한 바와 같은 방법에 의해, 표면 조질 후의 소지 강판(101)의 표면에 인산아연의 침상 결정을 석출시킨다(인산아연 피막층 형성 스텝 S105). 이에 의해, 소지 강판(101)의 표면에 섬형으로 인산아연의 침상 결정이 석출되고, 인산아연 피막층(103)이 형성되게 된다. 또한, 상술한 바와 같이, 인산아연의 석출을, 도 3의 (A), (B)에 도시한 장치에서 행함으로써, 적합하게 인산아연 피막층(103)을 섬형으로 형성시키는 것이 가능해진다.

이어서, 소지 강판(101) 및 인산아연 피막층(103) 상에 윤활 처리제를 도포하고, 적절한 건조 조건에서 건조시킴으로써, 윤활 피막층(105)을 형성시킨다(윤활 피막층 형성 스텝 S107). 이에 의해, 도 2의 (A) 및 도 2의 (B)에 도시된 바와 같은 표면 처리 강대(10)가 제조되게 된다.

그 후, 필요에 따라, 제조된 표면 처리 강대(10)에 대하여, 공지의 후처리를 실시하는 것도 가능하다(후처리 스텝 S109).

이상, 도 4를 참조하면서, 본 실시 형태에 관한 표면 처리 강대(10)의 제조 방법의 흐름의 일례에 대하여, 간단하게 설명했다.

실시예

이하에는, 실시예 및 비교예를 나타내면서, 본 발명에 관한 표면 처리 강대 및 표면 처리 강대의 제조 방법에 대하여, 구체적으로 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 실시예는 본 발명에 관한 표면 처리 강대 및 표면 처리 강대의 제조 방법은 어디까지나 일례이며, 본 발명에 관한 표면 처리 강대 및 표면 처리 강대의 제조 방법이 하기에 나타내는 예에 한정되는 것은 아니다.

또한, 이하의 실시예에 있어서, 「％」라는 기재는 특별히 지정하지 않는 한 「질량％」를 의미하고 있다. 또한, 이하의 실시예에 있어서, 부착량은 모두 편면당의 부착량을 의미하고 있다.

(1) 강판의 인산아연 처리

판 두께 3.2㎜의 SPH590 강판(인장 강도 590㎫ 이상의 열연 강판)의 절단판(300㎜×300㎜)의 양면에 대하여, 침지 처리에 의해 인산아연 처리를 행하였다. 그때에 본 실시예에 대해서는 침지 처리 중에 강판의 양면에 대하여, 장치의 벽면에 설치한 히터로부터 발생하는 증기를 교반기로 교반함으로써 100℃ 내지 120℃의 증기를 5초간 닿게 했다. 침지 시간을 5초 내지 120초 사이에서 변화시켜 인산아연 결정의 부착량을 조정하고, 표 1에 나타내는 인산아연 처리 강판을 얻었다. 인산아연 결정의 부착량은 인산아연 처리 전후의 강판의 질량 변화에 의해 구했다.

(2) 윤활 피막의 형성

하기에 나타내는 결합제 성분, 윤활 성분 및 극압 첨가제를 순수(탈이온수)에 첨가하고, 충분히 교반하여 분산시키고, 순수로 고형분량이 20％가 되도록 희석하여, 도포에 사용하는 약액을 조정했다. 이 약액을, 상기한 인산아연 처리 강판의 표면에 바 코터에 의해 편면씩 도포하고, 60℃에서 건조시켜, 윤활 피막을 표면에 형성하고, 윤활 처리 강판을 작성했다. 윤활 피막의 부착량은 윤활 피막 형성 전후의 강판의 질량 변화로부터 산출했다.

약액 (2-1)

A) 결합제 성분

· 메타규산나트륨(SiO₂/Na₂O의 몰비: 4)

· 아크릴계 수지(단량체 조성: 아크릴산 8％, 메타크릴산 52％, 아크릴산부틸 40％)

B) 윤활 성분

· 유기 고분자 화합물: 폴리에틸렌 왁스(분자량 20000, 평균 입경 3㎛)

· 고체 윤활제: 이황화몰리브덴(평균 입경 2㎛)

· 비누: 스테아르산나트륨

C) 극압 첨가제

· 아인산에스테르

D) 고형분 함유량

· 윤활 피막층의 전체 고형분량에 대한 메타규산나트륨의 고형분량: 88％

· 윤활 피막층의 전체 고형분량에 대한 폴리에틸렌 왁스의 고형분량: 5％

약액 (2-2)

A) 결합제 성분

· 메타규산나트륨(SiO₂/Na₂O의 몰비: 5)

B) 윤활 성분

· 유기 고분자 화합물: 폴리에틸렌 왁스(분자량 2000, 평균 입경 0.5㎛)

· 고체 윤활제: 이황화몰리브덴(평균 입경 2㎛)

· 비누: 스테아르산나트륨

C) 극압 첨가제

· 아인산에스테르

D) 고형분 함유량

· 윤활 피막층의 전체 고형분량에 대한 메타규산나트륨의 고형분량: 80％

약액 (2-3)

A) 결합제 성분

· 메타규산나트륨(SiO₂/Na₂O의 몰비: 2)

B) 윤활 성분

· 유기 고분자 화합물: 폴리에틸렌 왁스(분자량 10000, 평균 입경 1.0㎛)

· 고체 윤활제: 이황화몰리브덴(평균 입경 2㎛)

· 비누: 스테아르산나트륨

C) 극압 첨가제

· 아인산에스테르

D) 고형분 함유량

· 윤활 피막층의 전체 고형분량에 대한 메타규산나트륨의 고형분량: 60％

· 윤활 피막층의 전체 고형분량에 대한 폴리에틸렌 왁스의 고형분량: 30％

(3) 결정 사이즈

인산아연 처리 후의 강판 표면을, 가속 전압 5㎸, 500배의 배율로 SEM에 의해 관찰했다. 표면에 노출되어 있는 인산아연 결정의 면적률은 화상을 2치화하고, 결정 부분의 면적으로 산출했다. 또한, 표면에 노출되어 있는 결정을 4개 이상의 임의로 선택하여 장축과 단축의 길이를 측정하고, 평균 결정 사이즈를 산출하여, 인산아연의 결정 사이즈라고 했다.

(4) 평가 방법

a-1) 내형 스커핑성

고면압 하에서의 다단 소성 가공을 모의하기 위해, 도 5에 개요를 도시한 바와 같이, L자형 프레스 성형 설비를 사용하여, 윤활 처리 강판의 L 굽힘 가공 샘플의 측면에 대하여 하기의 수순으로 다단 아이어닝 가공을 행하고, 그 윤활 성능을 평가했다. 이때, 성형 횟수가 2회 이하에서 강판 표면에 스커핑이 발생하는 경우에는 다단 성형을 할 수 없기 때문에, 3회 이상 스커핑이 발생하지 않는 강판을 합격이라고 했다. 또한, 2회 이하에서 스커핑이 발생한 것을 ×로 하고, 3회 이상 스커핑이 발생하지 않은 것을 ○로 표기했다.

a-2) 수순

수순 (1) 일반 방청유를, 부착량이 1.5g/㎡가 되도록, 샘플의 양면에 도포한다.

수순 (2) 펀치와 다이의 클리어런스를, 판 두께－0.25(판 두께 감소폭＝0.15㎜)가 되도록 세트하고, 샘플에 최초의 아이어닝 가공(L차 성형)을 실시한다.

수순 (3) 수순 (2)에서 아이어닝 가공한 L자형 샘플에 대하여, 클리어런스를 －0.25 피치로 더 축소시키면서, 강판 표면에 형 스커핑이 발생할 때까지 반복하여, 형 스커핑이 발생한 아이어닝 횟수를 구한다.

b-1) 내롤 미끄럼성

고면압 하에서의 내롤 보냄성을 모의하기 위해, 도 6에 개요를 도시한 바와 같이 둥근형 비드 사이에 강판의 표리면을 끼우고, 강판을 인발할 때의 하중으로부터 정지 마찰 계수를 산출했다. 정지 마찰 계수가 0.09 이하에서는, 강판을 송출하기 위한 힘을 가할 수 없고, 실제 라인에서의 통판이 곤란한 것 및 정지 마찰 계수가 0.20 초과에서는, 강판을 송출하기 위해 필요로 하는 힘이 지나치게 커져, 실제 라인에서의 통판이 곤란한 것을 각각 확인하고 있다. 따라서, 정지 마찰 계수가 0.10 이상 0.20 이하인 강판을 합격이라고 했다. 또한, 정지 마찰 계수가 당해 범위 내를 벗어나는 것을 ×로 표기하고, 당해 범위 내에 있는 것을 ○로 표기했다.

b-2) 수순

수순 (1) 일반 방청유를, 부착량이 1.5g/㎡가 되도록 샘플의 양면에 도포한다.

수순 (2) 둥근형 비드(R5)로 강판의 양면을 가압하여 하중 1[kN]으로 끼우고, 강판을 인발하여, 인발할 때의 정지 마찰 계수를 산출한다.

(5) 평가 결과

상기 표 1은 인산아연 결정의 부착량이 상이한 각종 인산아연 처리 강판에 윤활 피막을 형성한 경우의 평가 결과를 나타낸 것이다.

표 1로부터 명백해진 바와 같이, 바람직한 인산아연 피막층 및 윤활 피막층을 갖고 있고, 인산아연 결정의 노출 면적률을 만족시키는 No.2 내지 4, 6 내지 10, 12 내지 15, 17 내지 18, 20은 내형 스커핑성과 내롤 미끄럼성을 양립하는 충분한 성능을 나타냈다.

한편, 인산아연 피막층의 부착량이 0 또는 부족한 No.1, 19는 정지 마찰 계수가 낮아져, 내형 스커핑성과 내롤 미끄럼성이 떨어지는 결과가 되었다. 인산아연 피막층의 부착량과 상층의 윤활 피막이 바람직한 조건을 만족시키고 있어도, 인산아연 결정의 장축 방향의 평균 입경 또는 단축 방향의 평균 입경이 본 발명의 범위를 벗어나는 No.11, 24, 29, 30, 31은 정지 마찰 계수가 낮아져, 내롤 미끄럼성이 떨어지는 결과가 되었다. 인산아연 결정이 많이 노출되어 있는 No.5는 윤활 피막 자체가 적기 때문에, 내형 스커핑성이 떨어지는 결과가 되었다. No.16은 인산아연 결정의 노출 면적률이 적고, 정지 마찰 계수가 0.10 이상이 되지 않았다.

도 7 내지 10에, 비교예와 본 발명예의 표면 처리 강대의 확대 사진을 도시한다. 도 7에 도시하는 비교예(No.30)는 섬형 인산아연 피막층의 부착량 1.9g/㎡, 긴 직경 100㎛, 짧은 직경 20㎛, 윤활 피막층(약액 2-1)의 부착량 3.3g/㎡, 인산아연 노출 면적률 10％이고, 도 8에 도시하는 비교예(No.31)는 섬형 인산아연 피막층의 부착량 4.5g/㎡, 긴 직경 200㎛, 짧은 직경 50㎛, 윤활 피막층(약액 2-1)의 부착량 3.3g/㎡, 인산아연 노출 면적률 24％이다. 도 9에 도시하는 본 발명예(No.14)는 섬형 인산아연 피막층의 부착량 8.0g/㎡, 긴 직경 64㎛, 짧은 직경 7㎛, 윤활 피막층(약액 2-1)의 부착량 3.7g/㎡, 인산아연 노출 면적률 80％이고, 도 10에 도시하는 본 발명예는 섬형 인산아연 피막층의 부착량 8.0g/㎡, 긴 직경 31㎛, 짧은 직경 4㎛, 윤활 피막층(약액 2-1)의 부착량 3.7g/㎡, 인산아연 노출 면적률 60％이다.

본 발명예에서는, 인산아연 처리욕의 온도를 증기로 부분적으로 온도를 높임으로써, 인산아연 결정의 부착량을 증가시키는 것에 더하여, 인산아연 결정을 더 침상(예리한 형)으로 함으로써, 인산아연 결정의 부피가 커지고, 윤활 피막층으로부터 인산아연 결정의 헤드가 많이 나오도록 되어 있었다. 인산아연 결정 자체는 저면압 하에서의 미끄럼 이동성은 갖지 않으므로, 정지 마찰 계수는 커졌다. 한편, 고면압 하에서는 인산아연 결정이 찌부러지고, 윤활 피막층과 함께 미끄럼 이동성에 기여하는 모양이 되므로 고면압의 성형성＝내형 스커핑성(L자형 프레스 성형으로 모의)은 종래와 동등하게 유지되었다. 이와 같이, 상반되는 성능인 내롤 미끄럼성 및 내형 스커핑성을 모두 실현하는 것이 가능해졌다.

이상, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 적합한 실시 형태에 대하여 상세하게 설명했지만, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술의 분야에 있어서의 통상의 지식을 갖는 자라면, 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주 내에 있어서, 각종 변경예 또는 수정예에 상도할 수 있는 것은 명확하고, 이들에 대해서도, 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속하는 것이라고 이해된다.

1 : 핀치 롤
2 : 금형
10 : 표면 처리 강대
20 : 인산아연 처리욕
21 : 히터
22 : 교반기
101 : 소지 강판
103 : 인산아연 피막층
105 : 윤활 피막층

Claims

소지 강판과,
상기 소지 강판의 표면에 섬형으로 형성된, 침상의 인산아연 결정으로 이루어지는 인산아연 피막층과,
상기 소지 강판의 표면과 상기 인산아연 피막층의 일부를 피복한, 윤활 성분을 적어도 포함하는 윤활 피막층
을 구비하고,
상기 윤활 피막층의 표면에 노출되어 있는 상기 인산아연 결정의 면적률은 25％ 내지 90％인, 표면 처리 강대.
제1항에 있어서, 상기 인산아연 결정은 장축 방향의 평균 입경이 25㎛ 내지 70㎛이고, 단축 방향의 평균 입경이 3㎛ 내지 10㎛인, 표면 처리 강대.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 인산아연 피막층의 부착량은 편면당 1.5g/㎡ 내지 15.0g/㎡인, 표면 처리 강대.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활 피막층의 부착량은 편면당 1.0g/㎡ 내지 12.0g/㎡인, 표면 처리 강대.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 윤활 피막층은 SiO₂/M₂O(M은 알칼리 금속임)로 표현되는 몰비가 2 내지 5인 규산 알칼리 금속염과, 평균 입경이 0.1㎛ 내지 3.0㎛인 폴리에틸렌 왁스 또는 폴리프로필렌 왁스의 적어도 어느 한쪽으로 이루어지는 고분자 왁스를 포함하고,
상기 윤활 피막층의 전체 고형분 질량에 대하여, 상기 규산 알칼리 금속염의 고형분 함유량은 60질량％ 내지 90질량％이고, 상기 고분자 왁스의 고형분 함유량은 5질량％ 내지 40질량％인, 표면 처리 강대.
티타늄 콜로이드를 포함하는 표면 조정제를 이용하여 소지 강판의 표면의 조질을 행하는 조질 스텝과,
표면 조질이 실시된 상기 소지 강판의 표면에 인산아연의 침상 결정을 섬형으로 성장시키고, 당해 소지 강판의 표면에 인산아연 피막층을 형성하는 인산아연 피막층 형성 스텝과,
윤활 성분을 적어도 포함하는 윤활 처리제를, 부착량이 편면당 1.0g/㎡ 내지 12.0g/㎡가 되도록 상기 소지 강판 및 상기 인산아연 피막층의 표면에 도포하고, 윤활 피막층을 형성하고, 상기 윤활 피막층의 표면에 노출되어 있는 상기 인산아연 결정의 면적률을, 25％ 내지 90％로 하는 윤활 피막층 형성 스텝
을 포함하는, 표면 처리 강대의 제조 방법.
제6항에 있어서, 상기 인산아연 피막층 형성 스텝에 있어서, 상기 소지 강판을 가열하는, 표면 처리 강대의 제조 방법.
제7항에 있어서, 상기 소지 강판을 증기를 닿게 하여 가열하는, 표면 처리 강대의 제조 방법.