KR20210027437A - 윤활 피막을 갖는 강판 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
프레스 성형성이 우수하고, 또한, 탈막성, 접착성이 우수한 윤활 피막을 갖는 강판을 제공하기 위해, 강판 표면의 적어도 편면에, 1분자 중의 탄소 원자수가 4이상 18이하인 지방산의 나트륨염 및 칼륨염에서 선택되는 1종 이상의 지방산염을 함유하는 윤활 피막을 갖고, 상기 지방산염의 강판 편면당 부착량은 0.20g/㎡이상 3.00g/㎡이하인 윤활 피막을 갖는 강판.
Description
본 발명은 윤활 피막을 갖는 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 프레스 성형성이 우수한 윤활 피막을 갖는 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
냉연 강판 및 열연 강판은 자동차 차체 용도를 중심으로 광범위한 분야에서 널리 이용되며, 그러한 용도에서는 프레스 성형이 실시하여 사용에 제공된다. 또, 근래의 CO2 배출 규제 강화의 관점에서, 차체 경량화의 목적에서 고강도 강판의 사용 비율이 증가하는 경향에 있다.
그러나, 특히 인장 강도(TS)가 440MPa를 넘는 고강도 강판은 강도 상승에 수반하여, 프레스 성형시의 면압이 상승하기 때문에, 또, 강판의 경도가 금형의 경도에 근접하기 때문에, 형 마모가 발생하기 쉽다는 과제를 갖고 있다. 즉, 연속 프레스 성형시에 금형의 마모가 심하고, 성형품의 외관을 해치는 등, 자동차의 생산성에 심각한 악영향을 미치고 있다. 또한, 그러한 고강도 강판은 강도 상승에 수반하여 재료의 신장이 뒤떨어지는 경향에 있기 때문에, 프레스 성형시에 강판의 파단이 일어나기 쉽다.
또, 비교적 강도가 낮은 강판에 대해서도, 부품의 일체화나 의장성의 향상을 위해, 더욱 복잡한 성형을 가능하게 할 필요가 있다. 이상과 같이, 가일층의 프레스 성형성의 향상이 필요하다.
냉연 강판 및 열연 강판의 프레스 성형성을 향상시키는 방법으로서, 금형에의 표면 처리를 들 수 있다. 금형에의 표면 처리는 널리 이용되는 방법이기는 하지만, 이 방법에서는 금형에 표면 처리를 실시한 후, 금형의 조정을 실행할 수 없다는 문제가 있다. 또한, 코스트가 높아진다는 문제도 있다. 따라서, 강판 자신의 프레스 성형성이 개선되는 것이 강하게 요청되고 있다.
강판 자신의 프레스 성형성을 개선시키는 방법으로서는 강판의 표면에 윤활 피막을 형성시키는 기술을 들 수 있다.
예를 들면, 특허문헌 1에는 피막 형성 성분인 알칼리 금속 붕산염과, 윤활제로서 스테아린산 아연과 왁스의 혼성물을 함유하는 윤활 피막을 강판상에 형성시키는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는 리튬 실리케이트를 피막 성분으로 하여, 이것에 왁스와 금속 비누로 이루어지는 윤활제가 배합되어 구성되는 윤활 피막을 강판상에 형성시키는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는 실라놀기를 함유하는 폴리우레탄 수지, 또는 수지의 사슬 신장제 중에 수산기를 함유하는 폴리우레탄 수지를 주성분으로 하는 윤활성 피막을 1∼15㎛의 두께로 강판 표면에 형성시킨, 고면압 가공에 의한 연속 성형성이 우수한 윤활 처리 강판이 개시되어 있다.
특허문헌 4에는 에폭시 수지 중에 윤활제를 첨가한 알칼리 가용형 유기 피막을 강판상에 형성시키는 기술이 개시되어 있다.
또, 특히 가혹한 조건하에서 가공되는 냉간 단조 분야에 있어서는 강판 표면에 윤활 피막으로서 인산 아연 피막을 형성한 후에 스테아린산나트륨을 도포하는 본더라이징-본더 루베 처리(bonderizing-bonder lube treatment)를 실시한 후에 가공하는 것이 일반적으로 실행되고 있다.
그러나, 특허문헌 1, 2에서는 윤활제로서 왁스나 난용성의 금속 비누를 함유하기 때문에, 내마모에 대해서는 유효하지만, 탈막성(알칼리 탈지에 의한 제거성)이 충분하지 않은 경우가 있었다. 그 결과, 알칼리 탈지로 제거되지 않았던 윤활제의 성분이 인산 아연 처리 등이 실시되는 도장 공정에 반입되고, 거기서 제거됨으로써, 인산 아연 처리액을 오염시켜 버리고, 정상적인 도장 피막이 얻어지지 않게 되는 경우가 있었다. 또, 알칼리 탈지에 의해 제거되었다고 해도, 알칼리 탈지액 중에 고체 성분이 혼합됨으로써 알칼리 탈지액을 오염시키는 경우가 있었다. 또한, 특허문헌 1, 2의 기술에서는 딥 드로잉이나 벌징 성형에 관해 요구 특성을 충분히 만족시키는 것은 아니었다.
또, 특허문헌 3, 4는 폴리우레탄 수지나 에폭시 수지를 사용하고 있고, 용접성이나 탈막성이 충분하지 않은 경우가 있었다. 또한, 본더라이징-본더 루베 처리에서는 처리 공정의 증가에 의한 코스트 증가나, 폐수 처리의 문제 등이 있으며, 자동차 차체용의 프레스 성형에는 적합하지 않다. 자동차용 강판은 프레스 성형한 후에, 용접·접착, 탈막(탈지), 화성 처리, 전착 도장이 실시되어 사용되기 때문에, 이러한 후 공정을 저해하지 않는 것이 동시에 중요하다. 또한, 자동차용 강판은 프레스 성형한 후에, 용접·접착에 의해 보디의 조립이 실행되지만, 이 때, 접착성이 뒤떨어지면, 용접성이 뒤떨어지는 경우와 마찬가지로, 보디 조립 후의 차체 강도에 악영향을 미치기 때문에, 접착성이 우수한 것이 요구된다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 프레스 성형성이 우수하고, 또한 탈막성, 접착성이 우수한 윤활 피막을 갖는 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 강판의 표면 처리에 관해 각종 검토를 실행하였다. 그 결과, 강판 표면에, 특정의 지방산염을 함유하는 윤활 피막을 형성함으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 찾아내고, 본 발명을 완성시켰다. 또한, 윤활 피막 중의 상기 지방산염 분자가 특정의 방위에 배향하고 있는 경우에, 특히 우수한 윤활 성능을 나타내는 것을 찾아내었다.
즉, 본 발명의 요지는 이하와 같다.
[1] 강판 표면의 적어도 편면에, 1분자 중의 탄소 원자수가 4이상 18이하인 지방산의 나트륨염 및 칼륨염에서 선택되는 1종 이상의 지방산염을 함유하는 윤활 피막을 갖고, 상기 지방산염의 강판 편면당 부착량은 0.20g/㎡이상 3.00g/㎡이하인 윤활 피막을 갖는 강판.
[2] 상기 윤활 피막에 대해 박막 X선 회절 측정을 실행했을 때에 얻어지는 지방산염 유래의 X선 회절 피크 중 (001)면의 X선 회절 피크 강도를 If, 상기 윤활 피막을 탈막한 이후의 강판에 대해 박막 X선 회절 측정을 실행했을 때에 얻어지는 Fe의 X선 회절 피크 중 α상의 (110)면의 X선 회절 피크 강도를 Is, 상기 윤활 피막의 단위면적당 부착량을 w(g/㎡)으로 했을 때, If/(Is·w)는 5이상인 [1]에 기재된 윤활 피막을 갖는 강판.
[3] 상기 지방산염은 낙산나트륨인 [2]에 기재된 윤활 피막을 갖는 강판.
[4] 또한, 상기 윤활 피막의 표면에, 방청유를 도포하여 이루어지고, 상기 방청유의 강판 편면당 도포량은 0.2g/㎡이상 3.0g/㎡이하인 [1] 내지 [3] 중의 어느 하나에 기재된 윤활 피막을 갖는 강판.
[5] 상기 [1] 내지 [4] 중의 어느 하나에 기재된 윤활 피막을 갖는 강판의 제조 방법으로서, 1분자 중의 탄소 원자수가 4이상 18이하인 지방산의 나트륨염 및 칼륨염에서 선택되는 1종 이상의 지방산염을 함유하는 용액을, 강판의 적어도 편면에 도포한 후, 건조시켜, 해당 강판의 표면에 윤활 피막을 형성하는 윤활 피막을 갖는 강판의 제조 방법.
[6] 상기 용액은 알코올 용액이고, 상기 알코올 용액의 온도는 50℃이상, 또한, 상기 알코올 용액의 비점 이하인 [5]에 기재된 윤활 피막을 갖는 강판의 제조 방법.
[7] 상기 용액은 알코올 용액이고, 상기 알코올 용액을 강판에 도포할 때의 강판의 온도는 50℃이상, 또한, 상기 알코올 용액의 비점 이하인 [5] 또는 [6]에 기재된 윤활 피막을 갖는 강판의 제조 방법.
[8] 상기 용액을 강판에 도포한 후, 강판 표면을 250℃이상으로 가열하는 [5] 내지 [7] 중의 어느 하나에 기재된 윤활 피막을 갖는 강판의 제조 방법.
또한, 본 발명에 있어서의 강판에는 열연 강판, 냉연 강판이 포함된다. 또, 본 발명의 윤활 피막을 갖는 강판을 「윤활 처리 강판」이라고도 한다.
본 발명에 따르면, 프레스 성형성이 우수하고, 또한, 탈막성, 접착성이 우수한 윤활 처리 강판이 얻어진다.
본 발명에 따르면, 윤활 처리 강판과 금형 등과의 마찰 계수가 현저히 저하한다. 이 때문에, 프레스 성형시의 면압이 상승하는 고강도 강판에 있어서, 프레스 성형시의 깨짐 위험 부위에서의 슬라이딩 저항이 작고, 면압이 높고 형 마모의 발생이 상정되는 부위에 있어서 우수한 프레스 성형성을 갖는 윤활 처리 강판이 얻어진다. 또, 복잡한 성형이 실시되는 비교적 강도가 낮은 강판에 대해, 안정적으로 우수한 프레스 성형성을 갖는 윤활 처리 강판이 얻어진다. 또한, 본 발명에 의해 얻어지는 윤활 처리 강판은 탈막성이 우수하기 때문에, 탈막 후의 화성 처리, 도장 공정 등의 후 공정을 저해하는 일도 없다. 또, 접착성이 우수하기 때문에, 접착제에 의해 접합해서 사용되는 부품에 적용할 수 있다.
도 1은 마찰 계수 측정 장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 2는 실시예의 조건 1에서 사용한 비드의 형상·치수를 나타내는 개략 사시도이다.
도 3은 실시예의 조건 2에서 사용한 비드의 형상·치수를 나타내는 개략 사시도이다.
도 4는 성막 후의 외관을 평가하기 위한 평가 기준을 나타낸 모식도이다.
도 2는 실시예의 조건 1에서 사용한 비드의 형상·치수를 나타내는 개략 사시도이다.
도 3은 실시예의 조건 2에서 사용한 비드의 형상·치수를 나타내는 개략 사시도이다.
도 4는 성막 후의 외관을 평가하기 위한 평가 기준을 나타낸 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시형태에 한정되지 않는다.
본 발명의 윤활 처리 강판은 기재로 되는 강판의 표면에, 1분자 중의 탄소 원자수가 4이상 18이하인 지방산의 나트륨염 및 칼륨염에서 선택되는 1종 이상의 지방산염을 함유하는 윤활 피막을 갖는 것을 특징으로 한다. 또한, 이하, 본 명세서에 있어서, 1분자 중의 탄소 원자수가 4이상 18이하인 지방산의 나트륨염 및 칼륨염에서 선택되는 1종 이상의 지방산염을 단지, 지방산염이라고도 한다.
지방산염에 의한 윤활 메커니즘은 이하와 같이 고려된다. 슬라이딩시에는 금형과 강판 사이에는 높은 면압이 발생하고, 윤활유가 배제되며, 금형과 강판에는 직접적으로 접촉하는 부분이 생긴다. 또한, 금형과 강판의 직접적인 접촉에 의한 응착력으로부터 강판의 표면에는 전단 응력이 생긴다. 이러한 경우에 있어서, 지방산염은 금형과 강판의 직접적인 접촉을 억제하는 응착 억제력이 있다. 또, 지방산염은 강판상에서 피막화될 때에 분자가 배향하며, 층 형상의 구조를 갖는 윤활 피막을 형성한다. 이러한 피막 구조에 의해서 응착 억제력이 더욱 향상되며, 윤활성을 향상시킨다고 생각된다.
이러한 효과에 의해, 고강도 강판의 프레스 성형시의 고면압 조건이나 비교적 강도가 낮은 강판의 복잡 성형시에 있어서도, 우수한 프레스 성형성을 갖는 것이 가능하게 된다고 생각된다.
지방산염의 지방산 1분자 중의 탄소 원자수는 4이상 18이하이다. 상기 지방산의 탄소 원자수가 4미만인 경우, 충분한 슬라이딩 특성 향상 효과, 즉, 프레스 성형성 향상 효과를 얻는 것이 곤란하다. 한편, 상기 지방산의 탄소 원자수가 18을 넘으면, 탈막성이 열화하고, 자동차 제조시에 중요하게 되는 화성 처리성이 저하하는 경우가 있다. 또, 용매에의 용해성도 저하하며, 피막화가 곤란하게 된다. 상기 지방산의 탄소 원자수는 7이상이 바람직하다. 또, 상기 지방산의 탄소 원자수는 16이하가 바람직하며, 12이하가 더욱 바람직하다.
지방산염의 부착량은 강판 편면의 부착량으로서 0.20g/㎡이상 3.00g/㎡이하로 한다. 0.20g/㎡미만에서는 충분한 프레스 성형성이 얻어지지 않는다. 한편, 3.00g/㎡를 넘으면 접착성이 열화하는 경우가 있다. 지방산염의 부착량은 강판 편면의 부착량으로서 0.50g/㎡이상이 바람직하다. 또, 지방산염의 부착량은 강판 편면의 부착량으로서 2.00g/㎡이하가 바람직하다.
또한, 지방산염의 부착량은 하기의 방법으로 분석하는 것이 가능하다.
지방산염의 부착량은 아세트니트릴/물=1/1(체적비) 용액으로 강판 표면의 윤활 피막을 용해하고, 액체 크로마토그래프/탠덤 질량 분석계(LC/MS/MS)에 의해 정성 및 정량 분석할 수 있다. 미리, 기존 양의 윤활 피막 성분(지방산염)을 함유하는 아세트니트릴/물=1/1(체적비) 용액을 이용하여 검량선을 작성해 두고, 상기와 같이 하여 용해된 용액 중의 지방산염을 LC/MS/MS에 의해 측정하고 검량선법에 의해 강판 표면에 부착된 윤활 피막 성분(지방산염)의 부착량을 정량 분석할 수 있다.
본 발명에 있어서, 지방산염은 상기 지방산의 나트륨염 또는 칼륨염, 혹은 그 양쪽으로 한다. 나트륨, 칼륨 이외의 금속염의 경우, 물에 불용이고 탈막성이 뒤떨어지며, 탈막 후의 화성 처리성 등이 저하한다.
윤활 피막은 지방산염 이외의 성분을 함유해도 좋다. 단, 탈막성이 더욱 높아지는 점 등으로부터, 지방산염 이외의 성분을 함유하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 윤활 피막은 지방산염만으로 형성되는 것이 바람직하다. 이 경우, 윤활 피막을 제조할 때에 이용한 용매(물, 알코올 등)가 건조 후에 윤활 피막 중에 잔존해도 좋다.
윤활 피막 중의 지방산염의 분자 배향성은 하기의 방법에 의해 평가하는 것이 가능하다.
X선 회절 장치를 사용하고, 박막 X선 회절법으로 강판 표면의 윤활 피막의 X선 회절 패턴을 얻는 것에 의해, 윤활 피막 중의 지방산염의 결정 구조(지방산염의 분자 배향성)의 정보를 얻을 수 있다. 또한, X선 회절 피크 강도의 값에는 측정된 X선 피크 강도에서 백그라운드의 값을 감산한 값을 사용하였다. 강판 표면에 성막한 지방산염은 (001)면의 X선 회절 피크가 특히 강하게 얻어지기 때문에, (001)면의 X선 회절 피크 강도 If를 지방산염의 분자 배향성의 평가 지표에 사용하는 것이 적당하지만, X선 회절 피크 강도의 절대값은 측정 조건 및 윤활 피막의 부착량에 따라 변화한다. 따라서, 윤활 피막을 탈막한 강판의 박막 X선 회절 측정을, 윤활 피막의 박막 X선 회절 측정과 동일한 조건에서 실행하고, 강판 유래의 Fe의 X선 회절 피크 중 α상의 (110)면의 X선 회절 피크 강도 Is를 측정하고, If와 Is의 비 If/Is를 이용함으로써, 측정 조건의 영향을 제거하여 지방산염의 분자 배향성의 영향을 평가할 수 있도록 하였다. 또한, 단위면적당 윤활 피막의 부착량 w(g/㎡)으로 If/Is를 나눈 If/(Is·w)를 지표에 이용하면, 윤활 피막의 부착량의 영향을 제거하여 윤활 피막 중의 지방산염의 분자 배향성을 평가하는 것이 가능하다. 이상의 이유로부터, 본 발명에서는 윤활 피막 중에 있어서의 지방산염의 분자 배향성의 지표로서 If/(Is·w)를 이용하였다.
또한, 박막 X선 회절 측정의 조건으로서는 박막 X선 회절 장치(Rigaku제 RINT1500, Cu선원)를 이용하여, 50kV, 250mA의 조건에서 X선을 발생시키고, 각 측정 시료에 대해 2θ=2°∼50°, 입사각 0.5°로 해서 측정을 실행하는 조건을 들 수 있다.
또, 윤활 피막의 부착량 측정에 의해 윤활 피막의 탈막이 확인되는 것이면, 탈막 방법은 특히 한정되지 않지만, 예를 들면 윤활 피막을 갖는 강판을 알칼리 탈지액(FC-E6403, 일본 패커라이징(주)(Nihon Parkerizing Co., Ltd.)제)에 30초간 침지하고, 그 후 순수로 30초간 수세함으로써 탈막할 수 있다. 또, 단위면적당 윤활 피막의 부착량 w(g/㎡)은 탈막 전후의 강판의 질량과, 강판 표면에 있어서의 윤활 피막의 부착 면적(피복 면적)으로 구할 수 있다.
탄소 원자수가 4이상 18이하의 지방산염을 함유하는 윤활 피막은 금형과 강판의 직접적인 접촉을 억제하는 응착 억제력을 갖는다. 따라서, 상기 윤활 피막을 표면에 구비함으로써, If/(Is·w)의 값에 관계없이, 프레스 성형성이 우수한 강판이 얻어지지만, If/(Is·w)가 5이상인 경우, 윤활 피막 중의 지방산염의 분자간의 상호작용이 강해짐으로써 응착 억제력이 더욱 강해지고, 가일층 우수한 프레스 성형성을 얻을 수 있다. If/(Is·w)가 10이상인 경우, 특히 우수한 프레스 성형성을 얻을 수 있다. 특히, 상기 지방산염 중에서도, 낙산나트륨은 분자 배향성을 제어하는 것에 의해서 윤활성이 대폭 향상한다. 낙산나트륨의 탄소 원자수는 4이며, 상술한 지방산의 바람직한 탄소 원자수의 범위보다 탄소 원자수가 적지만, 윤활 피막 중의 분자 배향성을 제어함으로써 프레스 성형성을 더욱 우수한 상태로 할 수 있다.
또, 윤활 피막의 표면(상층)에, 방청유를 0.2g/㎡이상 3.0g/㎡이하 도포하는 것이 바람직하다. 지방산 나트륨염 및 지방산 칼륨염은 수용성이 높고 탈막성이 우수한 반면, 보관이나 수송시 등에 결로 등으로 물방울이 부착된 경우에 탈락할 가능성이 있다. 그래서, 윤활 피막의 표면에 방청유를 도포함으로써, 윤활 피막이 보호되고, 내수성이 향상하며, 보관이나 수송시 등에서의 윤활 피막의 탈락을 방지할 수 있다.
다음에, 윤활 피막의 형성 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 윤활 피막은 상기 지방산염의 용액을 강판의 적어도 편면에 도포하고, 건조시킴으로써 형성할 수 있다. 상기 지방산염의 용액으로서는 수용액, 알코올 용액을 들 수 있다. 또, 건조시킬 때에는 가열 건조하는 것이 바람직하다. 건조 과정에서 얼룩(윤활 피막 성분이 응집하여 생기는 반점 등)이 생기기 쉽기 때문에, 얼룩을 억제하는 점에서 5초 이내에 건조시키는 것이 바람직하다.
또, 윤활 피막의 얼룩을 개선하는 방법으로서, 지방산염의 알코올 용액을 이용하는 것이 바람직하다. 지방산염을 알코올로 용해하고, 이 알코올 용액을 강판의 적어도 편면에 도포하고, 건조시킴으로써, 더욱 균일한 윤활 피막의 형성이 가능하게 된다. 이 이유로서는 알코올은 표면장력이 물에 비해 낮고 또한 지방산염을 용해할 수 있기 때문에, 강판 표면에 균일하게 확산됨으로써 건조 후에 균일 피막이 얻어진다고 생각된다. 상기 알코올로서는 메탄올, 에탄올, 프로판올 등을 들 수 있지만, 특히 이들에 한정되지 않는다.
지방산염의 알코올에의 용해도를 높이기 위해, 알코올 용액을 50℃이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 알코올 용액의 경우에는 수용액보다 건조 과정에서의 얼룩은 잘 생기지 않지만, 더욱 균일한 피막으로 하기 위해서는 알코올 용액을 이용한 경우에도 5초 이내에 건조시키는 것이 바람직하다. 또한, 알코올 용액의 가열 온도는 알코올 용액의 비점 이하인 것이 바람직하다.
또, 상기 알코올 용액을 강판에 도포할 때의 강판의 온도를 50℃이상으로 해도 좋다. 상기 알코올 용액을 강판에 도포할 때의 강판의 온도를 50℃이상으로 함으로써, 건조 과정에서의 얼룩을 더욱 억제하기 쉬워진다. 알코올 용액을 강판에 도포할 때의 강판의 온도는 상기 알코올 용액의 비점 이하인 것이 바람직하다.
건조 방법은 특히 한정되지 않지만, IH(유도 가열)나 열풍에 의한 강판의 가열에 의해 건조시킬 수 있다.
또, 상기 지방산염의 용액을 강판에 도포한 후, 강판 표면을 250℃이상으로 가열하는 것이 바람직하다. 상기 용액을 강판에 도포한 후, 건조 중 또는 건조 후에 강판 표면을 250℃이상으로 가열함으로써, 강판 표면에서 지방산염이 용융되고, 응고할 때에 지방산염 분자의 배향성이 높은 윤활 피막을 얻을 수 있다. 이 건조 방법은 특히 지방산염 분자의 배향성 향상에 의한 윤활성의 향상 효과가 큰 낙산나트륨을 이용하여 성막할 때에 사용하는 것이 바람직하다. 가열 온도는 270℃이상이 더욱 바람직하다. 또, 가열 온도의 상한은 특히 한정되지 않지만, 300℃를 넘어 가열하면 강판 표면이 산화되어 검은 얼룩이 생김으로써 외관이 악화되는 경우가 있기 때문에, 가열 온도는 300℃이하인 것이 바람직하다. 또한, 지방산염의 용액을 도포할 때에 강판이 250℃이상으로 가열되어 있으면, 도포와 동시에 용매가 증발되어 버려 균일한 윤활 피막을 형성하는 것이 곤란하게 되기 때문에, 250℃이상으로 하는 강판 표면의 가열은 건조 중 또는 건조 후이어야 한다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.
판 두께 0.8㎜의 냉연 강판 A(TS:270MPa) 및 판 두께 1.2㎜의 고강도 냉연 강판 B(TS:590MPa)를 이용하고, 표 1에 나타내는 처리액(지방산염의 용액)을 바코터로 도포한 후, 열풍 건조기로 건조시켜, 상기 강판의 표면에 윤활 피막을 형성하였다. 또한, 건조시의 건조 온도(강판 표면 온도)는 표 2, 3에 기재한 바와 같이 하였다.
[표 1]
상기에 의해 얻어진 윤활 처리 강판에 대해, 강판 표면의 윤활 피막 성분(지방산염)의 부착량을 측정하였다. 또, 프레스 성형성을 평가하는 수법으로서 마찰 계수의 측정을 실시하고 슬라이딩 특성을 평가하였다. 또한, 탈막성을 평가하는 방법으로서 알칼리에 의한 탈막성을 평가하였다. 또, 내수성, 접착성, 윤활 피막 중의 지방산염의 분자 배향성, 피막의 외관에 대해서도 평가를 실시하였다. 지방산염의 부착량, 프레스 성형성(슬라이딩 특성), 탈막성, 피막의 외관, 내수성, 접착성, 분자 배향성의 평가 방법은 다음과 같다.
(1) 윤활 피막 조성 및 지방산염의 부착량 분석
강판에 형성된 윤활 피막 조성 및 지방산염의 부착량의 측정에는 액체 크로마토그래프/탠덤 질량 분석계(LC/MS/MS)를 사용하였다. 30㎜2로 채취한 윤활 처리 강판의 시료를 비커에 넣고, 아세트니트릴/물=1/1(체적비)을 40mL 부가하여 30분간 초음파 추출하였다. 이것을 2회 반복하고, 100mL로 정용한 용액을 측정에 이용하였다. 그리고, 미리 작성해 둔 검량선으로부터, 윤활 피막 성분(지방산염)의 부착량(표 2, 3 중의 피막 부착량)을 구하였다.
(2) 프레스 성형성(슬라이딩 특성)의 평가 방법
프레스 성형성을 평가하기 위해, 윤활 처리 강판의 각 공시재의 마찰 계수 μ를 이하와 같이 해서 측정하였다.
도 1은 마찰 계수 측정 장치를 나타내는 개략 정면도이다. 동일 도면에 나타내는 바와 같이, 공시재에서 채취한 마찰 계수 측정용 시료(1)(이하, 시료(1)이라 함)가 시료대(2)에 고정되고, 시료대(2)는 수평 이동 가능한 슬라이드 테이블(3)의 상면에 고정되어 있다. 슬라이드 테이블(3)의 하면에는 이것에 접한 롤러(4)를 갖는 상하동 가능한 슬라이드 테이블 지지대(5)가 마련되고, 이것을 밀어올리는 것에 의해, 비드(6)에 의한 마찰 계수 측정용 시료(1)에의 누름 하중 N을 측정하기 위한 제 1 로드 셀(7)이 슬라이드 테이블 지지대(5)에 부착되어 있다. 상기 누름력을 작용시킨 상태에서 슬라이드 테이블(3)을 수평 방향으로 이동시키기 위한 슬라이딩 저항력 F를 측정하기 위한 제 2 로드 셀(8)이 슬라이드 테이블(3)의 한쪽의 단부에서 레일(9)의 위쪽에 부착되어 있다. 또한, 윤활유로서, 스기무라 화학 공업(주)(SUGIMURA Chemical Industrial Co.,Ltd.)제의 프레스용 세정유 프리톤 R352L를 시료(1)의 표면에 도포하여 시험을 실행하였다.
도 2, 도 3은 사용한 비드의 형상·치수를 나타내는 개략 사시도이다. 비드(6)의 하면이 시료(1)의 표면에 꽉 눌러진 상태에서 슬라이딩한다. 도 2에 나타내는 비드(6)의 형상은 폭 10㎜, 시료(1)의 슬라이딩 방향 길이 5㎜, 슬라이딩 방향 양단의 하부는 곡률 1.0㎜R의 곡면으로 구성되고, 시료(1)가 꽉 눌러지는 비드 하면은 폭 10㎜, 슬라이딩 방향 길이 3㎜의 평면을 갖는다. 도 3에 나타내는 비드(6)의 형상은 폭 10㎜, 시료(1)의 슬라이딩 방향 길이 59㎜, 슬라이딩 방향 양단의 하부는 곡률 4.5㎜R의 곡면으로 구성되며, 시료(1)가 꽉 눌리는 비드 하면은 폭 10㎜, 슬라이딩 방향 길이 50㎜의 평면을 갖는다.
마찰 계수 측정 시험은 이하에 나타내는 2개의 조건으로 실행하였다.
[조건 1]
도 2에 나타내는 비드를 이용하고, 누름 하중 N:400kgf, 시료의 인발 속도(슬라이드 테이블(3)의 수평 이동 속도):100cm/min으로 하였다.
[조건 2]
도 3에 나타내는 비드를 이용하고, 누름 하중 N:400kgf, 시료의 인발 속도(슬라이드 테이블(3)의 수평 이동 속도):20cm/min으로 하였다.
공시재와 비드의 사이의 마찰 계수 μ는 식:μ=F/N으로 산출하였다. 이 마찰 계수 μ가 작을수록, 프레스 성형성이 우수하다고 평가할 수 있다. 구체적으로는 조건 1에서의 마찰 계수 μ가 0.120이하이고, 또한, 조건 2에서의 마찰 계수 μ가 0.140이하를, 프레스 성형성이 우수하다고 하여 평가 합격으로 하였다. 또한, 이 시험에서 평가 합격이면, 고면압 조건이나 복잡 성형시에 있어서도 우수한 프레스 성형성을 갖는다고 평가할 수 있다. 조건 1에서의 마찰 계수 μ는 0.100이하가 바람직하고, 0.090이하가 더욱 바람직하다. 조건 2에서의 마찰 계수 μ는 0.120이하가 바람직하고, 0.110이하가 더욱 바람직하다.
(3) 탈막성의 평가 방법
탈막성은 공시재를 알칼리 탈지액(FC-E6403, 일본 패커라이징(주)제)에 30초간 침지하고, 그 후, 순수로 30초간 수세한 후의 강판 표면에 잔존하는 윤활 피막 성분(지방산염)의 부착량(피막 잔존량)으로 평가하였다. 피막 잔존량이 적을수록, 탈막성이 우수하다고 평가할 수 있다.
(4) 외관의 평가 방법
윤활 피막의 외관은 육안에 의해 평가하였다. 도 4에 나타내는 외관 견본을 기준으로 하여, 직경 1㎜이상의 반점(윤활 피막 성분이 응집한 부분)이 존재하지 않고 균일한 윤활 피막을 A 평가, 직경 1㎜이상의 반점이 존재하는 윤활 피막을 B 평가로서 평가하였다.
(5) 내수성의 평가 방법
내수성은 방청유를 표 3에 나타내는 도포량으로 표면에 도포한 공시재를, 수돗물 중에 30초간 침지한 후에 강판 표면에 잔존하는 윤활 피막 성분(지방산염)의 부착량(물 침지 후 피막 부착량)을 구함으로써 평가하였다. 또한, 방청유로서, JXTG 에너지(주)제의 방청유 안티러스트 P2000을 이용하여 시험을 실행하였다. 내수성이 양호한 경우, 수돗물에의 침지 전후에서 피막 부착량의 변화가 작다.
(6) 접착성의 평가 방법
윤활 처리 강판을 100×25㎜의 사이즈로 가공한 시험편을 방청유에 침지 후, 24시간 수직으로 기대어 세워 놓아 여분의 기름을 제거한 것을 2개 사용하고, 25㎜×13㎜의 부분에 에폭시계 접착제를 0.2㎜ 두께로 균일하게 도포한 후, 클립으로 서로 중첩시켜 끼우고, 180℃에서 20분 소부하고, 건조·경화시켰다. 냉각 후, 오토 그래프 시험기에 의해 전단 인장 시험을 실행하고, 전단 접착력을 측정하였다. 윤활 피막을 형성하고 있지 않은 강판(원판)을 2개 사용하여 마찬가지의 전단 인장 시험을 실행한 경우를 기준으로 해서, 접착력 동등(90%이상)을 ○(평가 합격, 접착력이 우수), 뒤떨어지는 것(90%미만)을 ×(평가 불합격, 접착력이 뒤떨어짐)로서 평가하였다.
(7) 윤활 피막 중의 지방산염의 분자 배향성의 평가 방법
윤활 피막 중의 지방산염의 분자 배향성의 평가에는 20㎜2로 채취한 윤활 처리 강판의 시료를 2개 사용하고, 1개는 알칼리 탈지액(FC-E6403, 일본 패커라이징(주)제)에 30초간 침지하고, 그 후 순수로 30초간 수세하여 탈막하고, 탈막 전후의 강판의 질량과, 강판 표면에 있어서의 윤활 피막의 부착 면적(피복 면적)으로부터, 단위면적당 윤활 피막의 부착량 w(g/㎡)을 구하였다. 또, 윤활 피막이 탈막한 것을 확인하여 이하의 측정에 사용하였다.
우선, 윤활 피막을 탈막하고 있지 않은 시료를 이용하여, 박막 X선 회절 장치(Rigaku제 RINT1500, Cu선원)를 사용하고, 50kV, 250mA의 조건에서 X선을 발생시키고, 입사각 0.5°로 하여, 2θ= 2° 내지 50°의 범위에서 박막 X선 회절 측정에 의해 X선 회절 패턴을 얻어, 지방산염 유래의 X선 회절 피크 중 (001)면의 X선 회절 피크 강도 If를 얻었다. 동일한 조건에서 윤활 피막을 탈막한 시료의 박막 X선 회절 측정을 실행하고, 강판 유래의 Fe의 X선 회절 피크 중 α상의 (110)면의 X선 회절 피크 강도 Is를 얻었다.
또한, X선 회절 피크 강도의 값에는 측정된 X선 회절 피크 강도에서 백그라운드의 값을 감산한 값을 사용하였다. If와 Is의 비 If/Is를 단위면적당 윤활 피막의 부착량 w(g/㎡)로 나눈 If/(Is·w)가 클수록 윤활 피막 중의 지방산염의 분자 배향성이 높다고 하여 분자 배향성을 평가하였다.
이상으로부터 얻어진 결과를 표 2, 3에 나타낸다. 또, 비교예로서 본더라이징 처리에 PB-181X(일본 패커라이징(주)제), 본더 루베 처리에 LUB-235(일본 패커라이징(주)제)를 이용하여, 본더라이징-본더 루베 처리를 실시한 결과(표 2 중의 No.46, 47)도 아울러 나타낸다.
[표 2]
[표 3]
표 2에 나타낸 결과로부터 이하의 것을 알 수 있다. No.3∼10, 12∼24, 26∼28, 31∼33, 35∼38, 41∼45, 48∼51은 발명예이며, 프레스 성형성이 우수하고, 또한, 탈막성, 접착성이 우수하다. 낙산나트륨 용액을 도포하고 250℃이상에서 건조시킨 No.37, 38은 건조 온도가 250℃미만이며, 동일 정도의 피막 부착량인 No.12, 35, 36에 비해 If/(Is·w)의 값이 크고 지방산염의 분자 배향성이 대폭 향상하고 있으며, 프레스 성형성이 특히 우수하다.
한편, 윤활 피막 없음의 원판인 No.1 및 39의 비교예는 프레스 성형성이 뒤떨어진다. No.2, 11, 40은 지방산염의 1분자당 탄소 원자수가 4미만이라는 점에서 비교예이며, 프레스 성형성이 뒤떨어진다. No.25, 30은 윤활 피막 성분의 부착량(피막 부착량)이 부족하다는 점에서 비교예이며, 프레스 성형성이 뒤떨어진다. No.29, 34는 피막 부착량이 3.00g/㎡를 넘고 있으며, 접착성이 뒤떨어진다. No.46, 47은 본더라이징-본더 루베 처리를 실시한 비교예이며, 윤활성은 우수하지만, 금속 비누 피막이 탈막하지 않기 때문에 탈막성이 뒤떨어지고, 접착성도 뒤떨어지고 있는 것을 알 수 있다.
또, 표 3에 나타낸 결과로부터 이하의 것을 알 수 있다. 방청유를 도포하고 있지 않은 No.61∼64 및 방청유의 도포량이 0.1g/㎡의 No.65∼68은 물 침지 후의 윤활 피막 성분의 부착량(물 침지 후 피막 부착량)이 원래의 피막 부착량으로부터 대폭 감소하고 있으며, 내수성이 뒤떨어진다. 한편, 0.2g/㎡이상의 방청유가 도포되어 있는 No.69∼84는 내수성이 우수하다.
[산업상의 이용 가능성]
본 발명의 윤활 처리 강판은 프레스 성형성이 우수하기 때문에, 자동차 차체 용도를 중심으로 광범위한 분야에서 적용할 수 있다.
1; 마찰 계수 측정용 시료
2; 시료대
3; 슬라이드 테이블 4; 롤러
5; 슬라이드 테이블 지지대 6; 비드
7; 제 1 로드 셀 8; 제 2 로드 셀
9; 레일 N; 누름 하중
F; 슬라이딩 저항력(인발 하중)
3; 슬라이드 테이블 4; 롤러
5; 슬라이드 테이블 지지대 6; 비드
7; 제 1 로드 셀 8; 제 2 로드 셀
9; 레일 N; 누름 하중
F; 슬라이딩 저항력(인발 하중)
Claims (8)
- 강판 표면의 적어도 편면에, 1분자 중의 탄소 원자수가 4이상 18이하인 지방산의 나트륨염 및 칼륨염에서 선택되는 1종 이상의 지방산염을 함유하는 윤활 피막을 갖고,
상기 지방산염의 강판 편면당 부착량은 0.20g/㎡이상 3.00g/㎡이하인 것을 특징으로 하는 윤활 피막을 갖는 강판. - 제 1 항에 있어서,
상기 윤활 피막에 대해 박막 X선 회절 측정을 실행했을 때에 얻어지는 지방산염 유래의 X선 회절 피크 중 (001)면의 X선 회절 피크 강도를 If,
상기 윤활 피막을 탈막한 후의 강판에 대해 박막 X선 회절 측정을 실행했을 때에 얻어지는 Fe의 X선 회절 피크 중 α상의 (110)면의 X선 회절 피크 강도를 Is,
상기 윤활 피막의 단위면적당 부착량을 w(g/㎡)로 했을 때,
If/(Is·w)는 5이상인 것을 특징으로 하는 윤활 피막을 갖는 강판. - 제 2 항에 있어서,
상기 지방산염은 낙산나트륨인 것을 특징으로 하는 윤활 피막을 갖는 강판. - 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서,
또한, 상기 윤활 피막의 표면에, 방청유를 도포하여 이루어지고,
상기 방청유의 강판 편면당 도포량은 0.2g/㎡이상 3.0g/㎡이하인 것을 특징으로 하는 윤활 피막을 갖는 강판. - 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 기재된 윤활 피막을 갖는 강판의 제조 방법으로서,
1분자 중의 탄소 원자수가 4이상 18이하인 지방산의 나트륨염 및 칼륨염에서 선택되는 1종 이상의 지방산염을 함유하는 용액을, 강판의 적어도 편면에 도포한 후, 건조시켜, 해당 강판의 표면에 윤활 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는 윤활 피막을 갖는 강판의 제조 방법. - 제 5 항에 있어서,
상기 용액은 알코올 용액이고, 상기 알코올 용액의 온도는 50℃이상, 또한, 상기 알코올 용액의 비점 이하인 것을 특징으로 하는 윤활 피막을 갖는 강판의 제조 방법. - 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 용액은 알코올 용액이고, 상기 알코올 용액을 강판에 도포할 때의 강판의 온도는 50℃이상, 또한, 상기 알코올 용액의 비점 이하인 것을 특징으로 하는 윤활 피막을 갖는 강판의 제조 방법. - 제 5 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 용액을 강판에 도포한 후, 강판 표면을 250℃이상으로 가열하는 것을 특징으로 하는 윤활 피막을 갖는 강판의 제조 방법.
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