KR20230098277A

KR20230098277A - 강판 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20230098277A
Application number: KR1020237018068A
Authority: KR
Inventors: 신이치 후루야; 도모히로 아오야마; 슌 고이부치; 고이부치; 다케시 마츠다
Original assignee: 제이에프이 스틸 가부시키가이샤
Priority date: 2020-12-09
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-07-03
Also published as: WO2022123930A1; US20240101920A1; CN116529081A; JPWO2022123930A1; EP4238764A1; MX2023006255A; EP4238764A4

Abstract

본 발명의 목적은, 프레스 성형시의 균열 위험 부위에서의 슬라이딩 저항이 작고, 면압이 높아 형 골링의 발생이 상정되는 부위에 있어서 우수한 프레스 성형성을 갖고, 특히, 광범위한 표면 조도의 강판에 대해 우수한 프레스 성형성을 갖는 윤활 피막을 구비한 강판 및 그 제조 방법 등을 제공하는 것을 목적으로 한다. 적어도 편면에 유기 수지 및 왁스를 포함하는 피막이 형성된 강판으로서, 유기 수지가 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 페놀계 수지, 아세트산비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지 중 적어도 어느 1 종이고, 왁스는, 융점이 120 ℃ 이상, 140 ℃ 이하, 또한, 평균 입경이 3.0 ㎛ 이하인 폴리올레핀 왁스이고, 피막 중의 왁스의 비율이 10 질량％ 이상이고, 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 와 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 관계가 하기 식 (1) 의 범위인 강판.
W ≥ 0.12 × Ra² ＋ 0.2 … (1)

Description

강판 및 그 제조 방법

본 발명은, 프레스 성형에 있어서의 슬라이딩성이 우수한 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 가공 깊이가 깊고 드로잉비가 큰 엄격한 드로잉 가공시에도 성형성이 우수한 윤활 피막을 구비한 강판 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

냉연 강판 및 열연 강판은 자동차 차체 용도를 중심으로 광범위한 분야에서 널리 이용되고, 그러한 용도에서는, 일반적으로 프레스 성형이 실시되어 사용에 제공된다. 최근, 공정 생략을 위한 부품의 일체화나 의장성의 향상이 요구되고 있어, 보다 복잡한 성형을 가능하게 할 필요가 있다.

보다 복잡한 프레스 성형을 하고자 한 경우, 강판이 성형에 견디지 못하고 파단되거나, 연속 프레스 성형시에 형 골링 (die galling) 이 생기거나 하는 등 자동차의 생산성에 심각한 악영향을 미칠 가능성이 있다.

냉연 강판 및 열연 강판의 프레스 성형성을 향상시키는 방법으로서, 금형에 대한 표면 처리를 들 수 있다. 널리 사용되는 방법이지만, 이 방법에서는, 표면 처리를 실시한 후, 금형의 조정을 실시할 수 없다. 또, 비용이 높다는 문제도 있다. 따라서, 강판 자체적인 프레스 성형성이 개선될 것이 강하게 요청되고 있다.

금형에 표면 처리를 실시하지 않고 프레스 성형성을 향상시키는 방법으로서, 고점도 윤활유를 사용하는 방법이 있다. 그러나, 이 방법에서는 프레스 성형 후에 탈지 불량을 일으키는 경우가 있어 도장성이 열화될 우려가 있다.

그래서, 금형의 표면 처리나 고점도 윤활유를 사용하지 않고 프레스 성형을 가능하게 하는 기술로서 각종 윤활 표면 처리 강판이 검토되고 있다.

특허문헌 1 에는, 수지 피막 표면으로부터 고체 윤활제를 0.01 ∼ 1.5 ㎛ 돌출시킨 윤활 피막을 피복한 금속판이 기재되어 있다.

특허문헌 2 에는, 폴리우레탄 수지에 윤활제를 함유시킨 피막을 0.5 ∼ 5 ㎛ 피복한 프레스 성형성이 우수한 윤활 표면 처리 금속 제품이 기재되어 있다.

특허문헌 3 에는, 에폭시 수지 중에 윤활제를 첨가한 알칼리 가용형 유기 피막을 강판 상에 형성시키는 기술이 기재되어 있다.

일본 공개특허공보 평10-52881호 일본 공개특허공보 2000-309747호 일본 공개특허공보 2000-167981호

그러나, 특허문헌 1 ∼ 3 에서는, 함유하는 윤활제 등에 의한 윤활 효과로 윤활성은 발현되지만, 복잡한 성형에 있어서 반드시 프레스 성형성이 충분한 것은 아니었다. 특히 강판의 표면 조도가 변화한 경우에 안정적으로 양호한 프레스 성형성을 얻을 수 없었다.

본 발명은, 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 프레스 성형이 곤란한 복잡한 성형이 실시되는 강판에 있어서, 프레스 성형시의 균열 위험 부위에서의 슬라이딩 저항이 작고, 면압이 높아 형 골링의 발생이 상정되는 부위에 있어서 우수한 프레스 성형성을 갖고, 특히, 광범위한 표면 조도의 강판에 대해 우수한 프레스 성형성을 갖는 윤활 피막을 구비한 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또, 자동차용 강판으로서 사용되는 경우에는, 도장 공정 중의 알칼리 탈지 공정에 있어서 충분한 탈막성을 갖는 것도 필요하게 되고, 그러한 용도에서는, 아울러 양호한 탈막성을 갖는 강판 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 연구를 거듭하였다. 그 결과, 프레스 성형성을 비약적으로 개선하기 위해서는, 강판의 표면에, 융점 120 ℃ 이상, 140 ℃ 이하 또한 평균 입경이 3.0 ㎛ 이하인 폴리올레핀 왁스를 함유하는 유기 수지 피막을 형성하고, 강판의 표면 조도와 피막 부착량을 제어함으로써 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 알아냈다.

본 발명은, 이상의 지견에 기초하여 완성된 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

[1] 적어도 편면에 유기 수지 및 왁스를 포함하는 피막이 형성된 강판으로서, 상기 유기 수지가 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 페놀계 수지, 아세트산비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지 중 적어도 어느 1 종이고, 상기 왁스는, 융점이 120 ℃ 이상, 140 ℃ 이하, 또한, 평균 입경이 3.0 ㎛ 이하인 폴리올레핀 왁스이고, 상기 피막 중의 왁스의 비율이 10 질량％ 이상이고, 상기 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 와 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 관계가 하기 식 (1) 의 범위인 강판.

W ≥ 0.12 × Ra² ＋ 0.2 … (1)

[2] 상기 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 와 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 관계가 하기 식 (2) 의 범위인 [1] 에 기재된 강판.

W ≥ 0.25 × Ra² ＋ 0.2 … (2)

[3] 상기 피막의 편면당의 부착량 W 가 2.0 g/㎡ 이하인 [1] 또는 [2] 에 기재된 강판.

[4] 상기 강판의 상기 피막 형성 전의 평균 조도 Ra 가 0.4 ㎛ 이상, 2.5 ㎛ 이하인 [1] ∼ [3] 중 어느 하나에 기재된 강판.

[5] 상기 왁스의 평균 입경이 0.01 ㎛ 이상, 0.5 ㎛ 이하인 [1] ∼ [4] 중 어느 하나에 기재된 강판.

[6] 상기 피막 중의 왁스의 비율이 50 질량％ 미만인 [1] ∼ [5] 중 어느 하나에 기재된 강판.

[7] 상기 피막의 편면당의 부착량 W 가 0.9 g/㎡ 이하인 [1] ∼ [6] 중 어느 하나에 기재된 강판.

[8] 상기 유기 수지가 알칼리 가용성 수지인 [1] ∼ [7] 중 어느 하나에 기재된 강판.

[9] 상기 강판의 상기 피막 형성 전의 PPI 가 120 이상, 220 이하인 [1] ∼ [8] 중 어느 하나에 기재된 강판.

[10] [1] ∼ [9] 중 어느 하나에 기재된 강판의 제조 방법으로서, [1] ∼ [9] 중 어느 하나에 기재된 유기 수지 및 왁스가 포함되는 도료를, 강판의 적어도 편면에 도포하고 건조시키는 강판의 제조 방법.

[11] 상기 건조시의 강판의 최고 도달 온도가 60 ℃ 이상, 140 ℃ 이하인 [10] 에 기재된 강판의 제조 방법.

[12] 상기 도료에 있어서의 상기 유기 수지 및 왁스의 비율이 1 질량％ 이상, 25 질량％ 이하인 [10] 또는 [11] 에 기재된 강판의 제조 방법.

[13] 상기 식 (1) 을 만족하지 않을 때에, 상기 식 (1) 을 만족하도록 부착량 W (g/㎡) 또는 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 중 적어도 하나를 변경하는 공정을 상기 도포하기 전에 추가로 구비하는, [10] ∼ [12] 중 어느 하나에 기재된 강판의 제조 방법.

본 발명에 의하면, 프레스 성형이 곤란한 복잡한 성형이 실시되는 강판에 있어서, 프레스 성형시의 균열 위험 부위에서의 슬라이딩 저항이 작고, 면압이 높아 형 골링의 발생이 상정되는 부위에 있어서 우수한 프레스 성형성을 갖고, 특히, 광범위한 표면 조도의 강판에 대해 우수한 프레스 성형성을 갖는 윤활 피막을 구비한 강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다. 또, 자동차용 강판으로서 사용되는 경우에는, 아울러 양호한 탈막성을 갖는 강판 및 그 제조 방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 있어서, 강판이란, 냉연 강판 및 열연 강판이다. 또, 본 발명에 있어서, 고강도란, 인장 강도 (TS) 가 440 ㎫ 이상을 상정하고 있고, 비교적 강도가 낮다는 것은, TS 가 440 ㎫ 미만을 상정하고 있다.

도 1 은, 마찰 계수 측정 장치를 나타내는 개략 정면도이다.
도 2 는, 실시예 1 에 있어서, 도 1 중의 비드 형상·치수를 나타내는 개략 사시도이다.
도 3 은, 본 발명의 대상이 되는 도료에 대한 각종 강판의 표면 조도와 각종 피막 두께에서의 마찰 계수의 관계를 기재하는 도면이다.
도 4 는, 본 발명의 대상 외의 도료에 대한 각종 강판의 표면 조도와 각종 피막 두께에서의 마찰 계수의 관계를 기재하는 도면이다.
도 5 은, 실시예 2 에 있어서, 도 1 중의 비드 형상·치수를 나타내는 개략 사시도이다.

이하, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다.

본 발명은, 적어도 편면에 유기 수지 및 왁스를 포함하는 피막이 형성된 강판으로서, 왁스는, 융점이 120 ℃ 이상 140 ℃ 이하 또한 평균 입경이 3.0 ㎛ 이하인 폴리올레핀 왁스이고, 피막 중의 왁스의 비율이 10 질량％ 이상인 것을 특징으로 한다. 또한, 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 와 강판의 피막 형성 전의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 관계가 하기 식 (1) 의 범위인 것을 특징으로 한다.

W ≥ 0.12 × Ra² ＋ 0.2 … (1)

본 발명에 사용하는 왁스는 융점이 120 ℃ 이상 140 ℃ 이하 또한 평균 입경이 3.0 ㎛ 이하인 폴리올레핀 왁스이면 한정되지 않는다.

왁스로서 폴리올레핀 왁스를 사용하는 것은, 표면 에너지가 낮고, 자기 윤활성을 갖기 때문에, 양호한 윤활성이 얻어지기 때문이다. 또, 폴리올레핀은 밀도나 분자량을 제어함으로써 융점을 120 ℃ 이상 140 ℃ 이하로 조정하는 것도 비교적 용이하다.

융점이 120 ℃ 이상 140 ℃ 이하인 경우에는, 폴리올레핀 왁스 자체의 자기 윤활성에 더하여, 프레스 성형시의 슬라이딩에 의해 왁스가 반용융 상태가 됨으로써 유기 수지와 혼합한 윤활 피막 성분이 금형 표면을 피복하는 것이 가능하고, 금형과 강판의 직접적인 접촉이 억제되고, 이로써 우수한 윤활 효과가 얻어진다. 융점이 120 ℃ 미만인 경우에는, 프레스 성형시의 슬라이딩에 의한 마찰열로 완전히 용융되어 왁스 자체의 충분한 윤활 효과가 얻어지지 않는 데다가 전술한 금형의 피복 효과도 얻어지지 않는다. 또, 융점이 140 ℃ 를 초과하면, 슬라이딩시에 용융되지 않아 충분한 윤활 효과가 얻어지지 않고, 금형의 피복 효과도 얻어지지 않는다.

왁스의 융점이 120 ℃ 이상 140 ℃ 이하인 경우에는, 프레스 성형시의 슬라이딩 상태에 있어서 피막 중의 왁스가 효율적으로 금형에 부착되어, 탈락하기 어려워지는 현상이 발생하여, 높은 윤활 효과가 얻어진다고 생각된다. 융점이 120 ℃ 미만인 경우에는, 피막이 금형에 부착해도 부착력이 약하고, 슬라이딩되었을 때에 피막이 탈락하기 쉬워진다. 융점이 140 ℃ 초과인 경우에는 피막이 금형에 부착되기 어려워진다. 또한, 왁스의 융점은, 125 ℃ 이상인 것이 바람직하다. 또한, 왁스의 융점은, 135 ℃ 이하인 것이 바람직하다.

여기서, 왁스의 융점이란, JIS K 7121 : 1987 「플라스틱의 전이 온도 측정 방법」 에 기초하여 측정되는 융해 온도이다.

왁스의 평균 입경이 3.0 ㎛ 를 초과하면, 슬라이딩시에 유기 수지와 혼합하기 어려워져, 전술한 금형의 피복 효과가 얻어지지 않아 충분한 윤활성이 얻어지지 않는다. 왁스의 평균 입경은, 바람직하게는 1.5 ㎛ 이하이다. 왁스의 평균 입경은, 보다 바람직하게는 0.5 ㎛ 이하이고, 더욱 보다 바람직하게는 0.3 ㎛ 이하이다.

평균 입경은 0.01 ㎛ 이상인 것이 바람직하다. 왁스의 평균 입경이 0.01 ㎛ 미만에서는 슬라이딩시에 윤활유에 용해되기 쉬워져, 충분한 윤활성 향상 효과가 발휘되지 않는 경우가 있고, 피막을 형성시키기 위한 도료 중에서도 응집되기 쉽기 때문에 도료 안정성도 낮다. 왁스의 평균 입경은, 더욱 바람직하게는 0.03 ㎛ 이상이다. 상기 유기 수지와의 혼합성도 고려하면, 왁스의 평균 입경은 0.01 ㎛ 이상, 0.5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 평균 입경이란 체적 평균 직경의 메디안 직경이고, 레이저 회절/산란법에 의해 구해진다. 예를 들어, 레이저 회절/산란식 입자경 분포 측정 장치 partica (등록상표) LA-960V2 (주식회사 호리바 제작소 제조) 를 사용하여, 순수로 희석한 시료를 측정함으로써 구할 수 있다.

폴리올레핀 왁스 중에서도 폴리에틸렌 왁스를 사용한 경우에 가장 윤활 효과가 얻어지기 때문에, 폴리에틸렌 왁스를 사용하는 것이 바람직하다.

피막 중의 왁스의 질량 비율은 10 질량％ 이상으로 한다. 10 질량％ 미만인 경우에는 충분한 윤활 효과가 얻어지지 않는다. 피막 중의 왁스의 질량 비율은 15 질량％ 이상이면, 특히 양호한 윤활 효과가 얻어진다. 또, 피막 중의 왁스의 질량 비율은 50 질량％ 미만인 것이 바람직하다. 50 질량％ 이상에서는, 베이스 수지 성분의 부족에 의해 왁스가 탈락하기 쉽고, 강판으로의 밀착성이 떨어져, 피막으로서 안정적으로 존재할 수 없는 경우가 있다. 또, 자동차용 강판으로서 사용되는 경우에 도장 공정 중의 알칼리 탈지 공정에 있어서 충분한 탈지성이 얻어지지 않는 경우가 있고, 또, 알칼리 가용형의 유기 수지를 사용한 경우에도, 알칼리 탈지 공정에서 충분히 탈막되지 않아 피막이 잔존하여, 도장성을 열화시키는 경우가 있다. 피막 중의 왁스의 질량 비율은, 더욱 바람직하게는 30 질량％ 이하이다.

여기서, 피막 중의 왁스의 질량 비율이란, 피막 중의 유기 수지의 고형분의 질량과 피막 중의 왁스의 고형분의 질량의 합계 질량에 대한 피막 중의 왁스의 고형분의 질량의 비율이다.

구체적인 측정 방법으로는, 유기 수지 및 왁스에 대하여, 강판 상의 부착량이 이미 알려진 시험편을 제조하고, FT-IR 측정 장치에 의해 적외 흡수 스펙트럼을 측정하고, 유기 수지 및 왁스 각각에서 유래하는 피크 강도로부터 유기 수지 및 왁스 각각의 부착량의 검량선을 작성한다. 다음으로, 측정 대상인 윤활 피막 피복 강판의 적외 흡수 스펙트럼을 측정하고, 검량선으로부터 수지 및 왁스의 부착량을 구함으로써 피막 중의 왁스의 질량 비율을 구할 수 있다.

본 발명에 있어서, 유기 수지는, 왁스를 강판 표면에 유지하는 바인더로서의 역할을 담당한다. 전술한 슬라이딩시에 형성되는 왁스와 유기 수지의 혼합물의 금형 피복에 의한 슬라이딩 효과는, 유기 수지를 무기계 바인더로 치환한 경우, 폴리올레핀과의 친화성이 낮기 때문에 발휘되지 않는다. 유기 수지로는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 페놀계 수지, 아세트산비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지가 사용 가능하다.

본 발명에 사용하는 아크릴계 수지란, 아크릴산, 메타크릴산 등의 분자 중에 카르복실기를 1 개 갖는 불포화 모노카르복실산, 상기 불포화 모노카르복실산의 에스테르, 및 스티렌 중에서 선택되는 1 종 혹은 복수로 이루어지는 중합체 또는 공중합체, 또는 그들의 나트륨염, 칼륨염, 암모늄염, 아민염 등의 유도체이다.

분자 중의 카르복실기가 2 개 이상인 지방산을 모노머로 한 아크릴계 수지인 경우에는, 도료 안정성이 떨어질 우려가 있기 때문에, 본 발명에서는 분자 중에 카르복실기를 1 개 갖는 지방산 혹은 그 지방산 에스테르를 모노머로 하는 아크릴계 수지를 사용한다.

에폭시계 수지는 특별히 한정되지 않지만, 비스페놀 A 형 에폭시 수지, 비스페놀 F 형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지 등을 들 수 있다.

우레탄계 수지는 특별히 한정되지 않지만, 분자 중에 카르복실기를 갖는 것이 바람직하다.

페놀계 수지는 특별히 한정되지 않지만, 수계 용매에 용해 혹은 분산 가능한 레졸계 페놀 수지가 바람직하다.

아세트산비닐계 수지는 특별히 한정되지 않지만, 폴리아세트산비닐을 사용하는 것이 바람직하다.

폴리에스테르계 수지는 특별히 한정되지 않지만, 카르복실기를 갖는 모노머를 구성 성분으로서 함유하는 폴리에스테르 수지가 바람직하다.

또한, 이들 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 페놀계 수지, 아세트산비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지는 2 종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다. 또한, 이들 수지 중의 알칼리 가용성 유기 수지를 사용함으로써, 도장 공정의 알칼리 탈지에 의해 피막을 탈막시키는 것이 가능해져, 그 후의 도장성이 양호해진다.

본 발명에 있어서, 유기 수지 및 왁스 이외의 성분으로서, 표면 조정제나 소포제, 분산제를 포함해도 된다. 또, 방청성을 향상시키는 방청제를 첨가할 수도 있다.

본 발명에서는, 본원 발명자들은, 상기 피막을 강판 표면에 형성할 때에, 광범위한 표면 조도의 강판에 대하여, 광범위한 부착량 범위의 피막을 형성하여 프레스 성형성을 평가하고, 한정된 강판 표면 조도와 피막 부착량의 관계식을 만족시키는 영역에서만 안정되어 양호한 프레스 성형성이 만족되는 것을 알아냈다. 일반적으로, 강판의 표면 조도가 커질수록 강판의 볼록부에 있어서 윤활 피막이 얇아지기 쉽고, 프레스 성형된 경우에 금형과의 슬라이딩으로 피막이 깎여 하지의 강판이 노출되기 쉬워져, 윤활 효과가 얻어지기 어려워진다. 그러나, 본 발명의 기술을 사용함으로써, 슬라이딩시에 금형으로의 윤활 피막 성분의 부착이 촉진되어, 강판의 조도가 큰 경우에도 금형측이 보호됨으로써 윤활성이 저해되지 않는다.

양호한 프레스 성형성을 나타내는 피막 부착량 범위는 다음과 같다.

피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 와 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 관계가 식 (1) : W ≥ 0.12 × Ra² ＋ 0.2 를 만족하는 범위에서, 양호한 프레스 성형성을 얻을 수 있다. W ＜ 0.12 × Ra² ＋ 0.2 의 경우에는, 피막 부착량이 부족하여, 금형측의 보호 효과가 충분히 얻어지지 않고, 양호한 프레스 성형성이 얻어지지 않는다.

또한, 본 발명에 있어서, 강판의 산술 평균 조도 Ra 란, 피막 형성 전의 강판의 산술 평균 조도를 의미한다.

식 (2) : W ≥ 0.25 × Ra² ＋ 0.2 를 만족하는 범위로 하는 것이 더욱 바람직하다.

피막 중, 슬라이딩성에 주로 기여하는 것은, 프레스 가공시에 금형과 접촉하는 강판 볼록부에 존재하는 피막 성분이다. 금형과 접촉하는 강판 볼록부의 면적은, Ra² 에 비례하여 감소하는 경향이 있다고 생각된다. 따라서, Ra² 에 비례하여 피막 부착량을 증가시킴으로써, 슬라이딩성에 기여하는 피막 성분량을 충분히 확보할 수 있다고 생각된다.

피막 부착량 W 는 2.0 g/㎡ 이하인 것이 바람직하다. 2.0 g/㎡ 를 초과하면 탈막성이나 용접성이 떨어지는 경우가 있다. 피막 부착량 W 는 0.9 g/㎡ 이하인 것이 특히 바람직하다. 피막 부착량 W 가 0.9 g/㎡ 이하이면, 탈막성이 특히 양호해진다.

피막 부착량은, 피막 도포 전후의 강판의 중량차를 면적으로 나누는 방법이나, 피막 도포 후의 강판의 피막을 알칼리 수용액이나 유기 용제에 의해 완전히 제거하고, 피막 제거 전후의 강판의 중량차를 면적으로 나누는 방법에 의해, 구할 수 있다.

강판의 피막 형성 전의 산술 평균 조도 Ra 는, 0.4 ㎛ 이상, 2.5 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

0.4 ㎛ 보다 작은 경우에는, 프레스 성형시에 일어날 수 있는 미세한 흠집이 눈에 띄기 쉬운 경우가 있는 데다가, 프레스 성형시에 형 골링이 발생하는 경우가 있다. 강판의 피막 형성 전의 산술 평균 조도 Ra 가 2.5 ㎛ 를 초과하면, 필요한 피막 부착량이 커져, 제조 비용이 증가하거나 도장 후의 선예성이 열화되는 경우가 있다.

강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 는, JIS B 0633 : 2001 (ISO 4288 : 1996) 에 따라 측정할 수 있다. 예를 들어, Ra 가 0.1 보다 크고 2 이하인 경우에는, 컷오프값 및 기준 길이를 0.8 ㎜, 평가 길이를 4 ㎜ 로 하여, 측정한 조도 곡선으로부터 구한다. Ra 가 2 를 초과하고 10 이하인 경우에는, 컷오프값 및 기준 길이를 2.5 ㎜, 평가 길이를 12.5 ㎜ 로 하여, 측정한 조도 곡선으로부터 구한다.

본 발명의 강판으로서, 피막 형성 전의 피크 카운트 PPI 가 120 이상 220 이하인 강판을 사용하는 것이 보다 바람직하다. PPI 가 120 보다 작은 경우에는 프레스 성형시에 형 골링이 발생하는 경우가 있고, 220 을 초과하면 도장 후의 선예성이 떨어지는 경우가 있다. 여기서, 피크 카운트 PPI 는, 조도 곡선의 기준 길이 1 인치에 있어서의 평균선으로부터 정부 (正負) 방향으로의 0.635 ㎛ 이상의 요철의 피크수이고, SAE J911 규격에 준거하여 구해진다.

다음으로, 본 발명의 강판의 제조 방법에 대해 설명한다.

본 발명의 강판의 제조 방법이란, 강판의 표면에 융점 120 ℃ 이상 140 ℃ 이하 또한 평균 입경이 3.0 ㎛ 이하인 폴리올레핀 왁스를 함유하는 유기 수지 피막을 갖는 강판의 제조 방법이다. 용매에 유기 수지를 용해 또는 분산한 유기 수지 용액 또는 에멀션에, 왁스를 첨가한 도료를 강판 표면에 도포하고 건조시킨다. 여기서 도료는, 유기 수지의 고형분으로서의 질량 (MA), 왁스의 고형분으로서의 질량 (MB), C = {MB/(MA ＋ MB)} × 100 으로 했을 때의, C 가 10 질량％ 이상이 되도록 조정한다.

도료에 있어서의 피막 성분 (유기 수지와 폴리올레핀 왁스) 의 질량 비율은, 1 질량％ 이상 25 질량％ 이하인 것이 바람직하다.

도료의 용매로는, 물 또는 유기 용제를 사용한다.

도료에 있어서의 피막 성분의 유기 수지 및 왁스의 질량 비율이 1 질량％ 미만이나 25 질량％ 초과인 경우에는, 도포시에 불균일이 발생하는 경우가 있다. 도포 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예로서 롤 코터나 바 코터를 사용하는 방법이나, 스프레이, 침지, 브러시에 의한 도포 방법을 들 수 있다. 도포 후의 강판의 건조 방법은, 일반적인 방법으로 실시할 수 있다. 예를 들어, 열풍에 의한 건조나, IH 히터에 의한 건조, 적외 가열에 의한 방법을 들 수 있다. 건조시의 강판의 최고 도달 온도는, 60 ℃ 이상, 140 ℃ 이하인 것이 바람직하다. 건조시의 강판의 최고 도달 온도가 60 ℃ 미만에서는 건조에 시간이 걸리는 데다가, 방청성이 떨어지는 경우가 있다. 동최고 도달 온도가 140 ℃ 를 초과하는 경우에는, 왁스가 용융, 합체되고, 입경이 조대화됨으로써 윤활성이 떨어지는 경우가 있다.

본 발명의 강판의 제조 방법에 있어서도, 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 와 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 관계가 식 (1) : W ≥ 0.12 × Ra² ＋ 0.2 를 결과적으로 만족하면, 양호한 프레스 성형성을 갖는 강판을 제조할 수 있다.

제조 방법의 다른 실시형태로서, 상기 식 (1) 을 만족하지 않을 때에, 상기 식 (1) 을 만족하도록, 부착량 W (g/㎡) 또는 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 중 적어도 하나를 의도적으로 변경하는 공정을 도포하기 전에 추가로 구비해도 된다. 이로써, 양호한 프레스 성형성을 갖는 강판을 보다 확실하게 제조하도록 관리할 수 있다.

당해 공정을 조업 중에 실시하는 일례로서, 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 목표치 또는 측정치에 따라, 상기 식 (1) 을 만족하도록, 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 를 결정하는 공정을 갖고, 도포 공정에 있어서, 결정한 부착량 W 가 되도록 도포량을 조정하는 것을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 값을, 상기 식 (1) 에 대입하고, 당해 대입한 식을 만족하도록, 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 를 결정한다. 여기서, 「강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 값을, 상기 식 (1) 에 대입한다」 란, 엄밀하게 상기 식 (1) 과 동일한 식에 대입하는 양태에 한정되지 않고, 이들의 식을 항상 만족하는, 보다 좁은 범위의 부등식에 대입하는 양태도 포함된다. 이와 같은 양태를 따라 관리를 실시함으로써, 예를 들어, 연속하여 통판되는 강판이 교체되거나, 또는 압연 롤의 마모 등의 사정에 의해, 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 가 크게 변함으로써 상기 식을 만족하지 않을 때, 즉, 실제로 식을 만족하지 않게 되었을 때에는 물론, 식을 만족하지 않게 되는 사정이 생겼을 경우에도, 식을 만족하도록 관리할 수 있다.

상기 식을 만족하도록 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 를 조정하는 경우에는, 적절히 공지된 방법을 적용할 수 있다. 즉, 강판이 열연 강판인 경우에는, 강판 중의 Si 첨가량에 의해 열연시의 스케일 두께를 조정함으로써, 산세에 의해 스케일을 제거한 후의 강판의 표면 조도를 조정할 수 있다. 또, 열연시의 디스케일링 (수압으로 스케일을 분쇄·제거하는 공정) 의 강도를 조정함으로써도, 강판의 표면 조도를 조정할 수 있다. 강판이 냉연 강판인 경우에는, 조질 압연시의 롤 하중 또는 롤 표면 조도를 변경함으로써, 강판의 표면 조도를 조정할 수 있다.

이상, 조업 중에 식 (1) 을 만족하도록 관리하는 실시형태의 예를 설명했지만, 조업 개시 전에 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 와 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 가 상기 식을 만족하는지의 여부를 미리 확인하고, 만족하지 않는 경우에 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 와 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 중 어느 하나를 미리 변경하도록, 강판의 제조 조건을 결정해도 상관없다. 이와 같은 제조 조건을 결정하는 공정은, 강판의 제조 방법의 일부의 공정으로서 실시해도 되고, 단독의 공정으로서 실시해도 된다.

실시예 1

이하, 본 발명을 실시예에 의해 설명한다. 또한, 본 발명은 이하의 실시예에 한정되지 않는다.

표 1 에 나타내는 산술 평균 조도 Ra 를 갖는 판두께 0.8 ㎜ 의 냉연 강판 (강판 No. A ∼ C), 판두께 2.0 ㎜ 의 열연 강판 (강판 No. D) 을 사용한 편면에, 표 2 에 나타내는 조성의 도료를 바 코터로 도포하고, 강판의 최고 도달 온도가 80 ℃ 가 되도록 IH 히터로 건조시킴으로써 윤활 처리 강판으로 하고, 이들을 각 공시재로 하였다. 또한, A ∼ D 의 강판은 모두 270 ㎫ 급의 인장 강도를 갖는 SPCD 및 SPHD 이다.

피막 부착량은, 피막 도포 후의 강판의 피막을 제거하고, 피막 제거 전후의 강판의 중량차 (g) 를 강판의 면적 (㎡) 으로 나누어 구하였다.

(1) 프레스 성형성 (슬라이딩 특성) 의 평가 방법

프레스 성형성을 평가하기 위해서, 각 공시재의 마찰 계수를 이하와 같이 하여 측정하였다.

도 1 은, 마찰 계수 측정 장치를 나타내는 개략 정면도이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, 공시재로부터 채취한 마찰 계수 측정용 시료 (1) 가 시료대 (2) 에 고정되고, 시료대 (2) 는, 수평 이동 가능한 슬라이드 테이블 (3) 의 상면에 고정되어 있다. 슬라이드 테이블 (3) 의 하면에는, 슬라이드 테이블 (3) 의 하면에 접한 롤러 (4) 를 갖는 상하동 가능한 슬라이드 테이블 지지대 (5) 가 형성되고, 슬라이드 테이블 지지대 (5) 를 밀어올림으로써, 비드 (6) 에 의한 마찰 계수 측정용 시료 (1) 로의 가압 하중 N 이 작용한다. 가압 하중 N 을 측정하기 위한 제 1 로드 셀 (7) 이, 슬라이드 테이블 지지대 (5) 에 장착되어 있다. 상기 가압 하중 N 를 작용시킨 상태로 슬라이드 테이블 (3) 을 수평 방향으로 이동시키기 위한 슬라이딩 저항력 F 를 측정하기 위한 제 2 로드 셀 (8) 이, 슬라이드 테이블 (3) 의 일방의 단부에 장착되어 있다. 또한, 윤활유로서, 스기무라 화학 공업 (주) 제조의 프레스용 세정유 프레톤 (등록상표) R352L 을 시료 (1) 의 표면에 도포하여 시험을 실시하였다.

도 2 는, 사용한 비드의 형상·치수를 나타내는 개략 사시도이다. 비드 (6) 의 하면이 시료 (1) 의 표면에 가압된 상태로 슬라이딩한다. 도 2 에 나타내는 비드 (6) 의 형상은, 폭 10 ㎜, 시료의 슬라이딩 방향 길이 59 ㎜, 슬라이딩 방향 양단의 하부는 곡률 4.5 mmR 의 곡면으로 구성되고, 시료가 가압하는 비드 하면은, 폭 10 ㎜, 슬라이딩 방향 길이 50 ㎜ 의 평면을 갖는다.

마찰 계수 측정 시험은, 도 2 에 나타내는 비드를 사용하고, 가압 하중 N : 400 kgf, 시료의 인발 속도 (슬라이드 테이블 (3) 의 수평 이동 속도) : 20 ㎝/min 으로 하여 실시하였다. 공시재와 비드 사이의 마찰 계수 μ 는, 식 : μ = F/N 으로 산출하였다.

마찰 계수가 0.119 이하인 경우를 특히 우수한 슬라이딩성이라고 하여 ◎, 0.119 를 초과하고 0.130 이하를 양호한 슬라이딩성이라고 하여 ○, 0.130 을 초과하는 경우에는 불충분으로 하여 × 로서 평가하였다.

또한, 이 프레스 성형성 (슬라이딩 특성) 의 평가에서, ◎ 또는 ○ 이면, 프레스 성형이 곤란한 복잡한 성형이 실시되는 경우라도, 프레스 성형시의 균열 위험 부위에서의 슬라이딩 저항이 작고, 면압이 높아 형 골링의 발생이 상정되는 부위에 있어서도 우수한 프레스 성형성을 갖는다고 판단할 수 있다.

(2) 탈막성의 평가 방법

본 발명에 관련된 강판이, 자동차 용도로 사용되는 경우를 상정하고, 탈지시의 탈막성을 평가하였다. 강판의 탈막성을 구하기 위해서, 먼저, 각 시험편을 알칼리 탈지제의 파인 클리너 (등록상표) E6403 (니혼 파커라이징 (주) 제조) 으로 탈지 처리하였다. 이러한 처리는, 시험편을, 탈지제 농도 20 g/L, 온도 40 ℃ 의 탈지액에 소정의 시간 침지하고, 수돗물로 세정하는 것으로 하였다. 이러한 처리 후의 시험편에 대하여, 형광 X 선 분석 장치를 사용하여 표면 탄소 강도를 측정하고, 동표면 탄소 강도의 측정값과 미리 측정해 둔 탈지 전 표면 탄소 강도 및 무처리 강판의 표면 탄소 강도의 측정값을 사용하여, 이하의 식에 의해 피막 박리율을 산출하였다.

피막 박리율 (％) = [(탈지 전 탄소 강도 - 탈지 탄소 강도)/(탈지 전 탄소 강도 - 무처리 강판의 탄소 강도)] × 100

강판의 탈막성은, 상기의 정의에 의한 피막 박리율이 98 ％ 이상이 되는 알칼리 탈지액으로의 침지 시간에 의해, 이하에 나타내는 기준으로 평가하였다. 하기 ◎ 와 ○ 의 경우에 탈막성이 양호하다고 판정하였다.

◎ (특히 양호) : 30 초 이내

○ (양호) : 30 초 초과 60 초 이내

△ (불충분) : 60 초 초과 120 초 이내

× (불량) : 120 초 초과

표 3 ∼ 5 의 식 (1) 판정, 식 (2) 판정은 각각 식 (1), 식 (2) 를 만족하는 경우를 ○, 만족하지 않는 경우를 × 로 하였다.

표 3 ∼ 5 에 의하면, 본 발명예의 강판은, 모두 우수한 프레스 성형성을 갖고 있다. 이에 반하여, 본 발명의 기술적 특징을 갖지 않는 비교예의 강판은 모두 프레스 성형성이 떨어져 있다.

또한, 본 발명의 강판 중에서, 윤활 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 가, W ≥ 0.25 × Ra² ＋ 0.2 이고, 윤활 피막의 왁스의 융점이 125 ℃ 이상, 135 ℃ 이하이고, 윤활 피막의 왁스의 평균 입경이 0.01 ㎛ 이상, 0.5 ㎛ 이하인 강판은, 특히 프레스 성형성이 양호하다는 것이 분명하다.

도 3, 4 는, 표 3 ∼ 5 에 나타낸 결과 중에서 일부를 추출하고, 표면 조도가 상이한 강판의 마찰 계수가 윤활 피막 부착량에 따라 어떻게 변화하는지를 나타낸 도면이다. 도 3 은 본 발명의 대상이 되는 도료에 대한 결과이고, 도 4 는 본 발명의 대상 외의 도료에 대한 결과이다.

도 4 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 대상이 아닌 도료를 도포한 강판은, 강판의 표면 조도가 클수록 고마찰 계수를 나타내는 경향을 볼 수 있었다.

한편, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 대상이 되는 도료를 도포하고, 또한, 식 (1) 을 만족하는 강판은, 강판의 표면 조도가 변화한 경우에도 안정적으로 저마찰 계수를 나타내는 점에서, 강판의 표면 조도의 제조시의 편차에 대해서도 안정적으로 양호한 프레스 성형성이 얻어지고 있다.

또, 본 발명예의 강판의 탈막성은, 피막 중의 왁스의 질량 비율이 50 ％ 이상 및 또는 윤활 피막의 편면당의 부착량 W 가 0.9 g/㎡ 초과인 경우를 제외하고 ◎ (특히 양호) 가 되었다.

실시예 2

표 6 에 나타내는 산술 평균 조도 Ra, 피크 카운트 PPI 를 갖는 판두께 0.8 ㎜ 의 냉연 강판 (강판 No. E ∼ H) 을 사용하고, 표 2 에 나타내는 조성의 도료를 바 코터로 도포하고, 강판의 최고 도달 온도가 80 ℃ 가 되도록 IH 히터로 건조시킴으로써 윤활 처리 강판으로 하고, 이들을 각 공시재로 하였다. 또한, E ∼ H 의 강판은 모두 270 ㎫ 급의 인장 강도를 갖는 SPCD 이다.

피막 부착량은, 피막 도포 후의 강판의 피막을 제거하고, 피막 제거 전후의 강판의 중량차를 면적으로 나누어 구하였다.

(1) 프레스 성형성 (슬라이딩 특성) 의 평가 방법

프레스 성형성의 평가는 실시예 1 과 동일한 방법으로 마찰 계수를 측정하고, 마찰 계수가 0.119 이하인 경우를 특히 우수한 슬라이딩성이라고 하여 ◎, 0.119 를 초과하고 0.130 이하를 양호한 슬라이딩성이라고 하여 ○, 0.130 을 초과하는 경우에는 불충분으로 하여 × 로서 평가하였다.

(2) 프레스 성형성 (내골링성) 의 평가 방법

도 1 에 나타낸 마찰 계수 측정 장치를 사용하고, 슬라이딩 특성의 평가와는, 비드의 형상과 가압 하중을 변화시켰지만, 그 외에는 동일한 방법으로 마찰 계수 측정을 실시하였다. 도 5 는 사용한 비드의 형상·치수를 나타내는 개략 사시도이다. 비드 (6) 의 하면이 시료 (1) 의 표면에 가압된 상태로 슬라이딩한다. 도 5 에 나타내는 비드 (6) 의 형상은, 폭 10 ㎜, 시료의 슬라이딩 방향 길이 5 ㎜, 슬라이딩 방향 양단의 하부는 곡률 1.0 mmR 의 곡면으로 구성되고, 시료가 가압하는 비드 하면은, 폭 10 ㎜, 슬라이딩 방향 길이 3 ㎜ 의 평면을 갖는다. 골링 시험은, 도 5 에 나타내는 비드를 사용하고, 가압 하중을 N : 800 kgf, 시료의 인발 속도 (슬라이드 테이블 (3) 의 수평 이동 속도) 를 100 ㎝/min 으로 하여 마찰 계수의 측정을 실시하였다. 공시재와 비드 사이의 마찰 계수 μ 는, 식 : μ = F/N 으로 산출하였다. 동일한 시료를 사용하여 반복하여 동일한 마찰 계수 측정을 실시하고, 마찰 계수값이 0.200 을 초과할 때까지의 반복 슬라이딩 횟수로부터 내골링성을 평가하였다. 반복 슬라이딩 횟수가 20 회 이상인 경우가 우수한 내골링성이라고 하여 ◎, 19 회 이하인 경우를 통상적인 내골링성이라고 하여 ○ 로서 평가하였다.

표 7 의 식 (1) 판정, 식 (2) 판정은, 각각 식 (1), 식 (2) 를 만족하는 경우를 ○, 만족하지 않는 경우를 × 로 하였다.

표 7 에 의하면, 본 발명예의 강판은, 모두 우수한 프레스 성형성을 갖고 있다. 이에 반하여, 본 발명의 기술적 특징을 갖지 않는 비교예의 강판은, 모두 프레스 성형성이 떨어져 있다. 또, 본 발명예의 강판의 PPI 가 120 이상인 경우에는, 특히 우수한 내골링성을 갖고 있다.

산업상 이용가능성

본 발명의 강판은, 프레스 성형성이 우수한 점에서, 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

Claims

적어도 편면에 유기 수지 및 왁스를 포함하는 피막이 형성된 강판으로서, 상기 유기 수지가 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 페놀계 수지, 아세트산비닐계 수지, 폴리에스테르계 수지 중 적어도 어느 1 종이고, 상기 왁스는, 융점이 120 ℃ 이상, 140 ℃ 이하, 또한, 평균 입경이 3.0 ㎛ 이하인 폴리올레핀 왁스이고, 상기 피막 중의 왁스의 비율이 10 질량％ 이상이고, 상기 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 와 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 관계가 하기 식 (1) 의 범위인 강판.
W ≥ 0.12 × Ra² ＋ 0.2 … (1)
제 1 항에 있어서,
상기 피막의 편면당의 부착량 W (g/㎡) 와 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 의 관계가 하기 식 (2) 의 범위인 강판.
W ≥ 0.25 × Ra² ＋ 0.2 … (2)
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 피막의 편면당의 부착량 W 가 2.0 g/㎡ 이하인 강판.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강판의 상기 피막 형성 전의 산술 평균 조도 Ra 가 0.4 ㎛ 이상, 2.5 ㎛ 이하인 강판.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 왁스의 평균 입경이 0.01 ㎛ 이상, 0.5 ㎛ 이하인 강판.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피막 중의 왁스의 비율이 50 질량％ 미만인 강판.
제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 피막의 편면당의 부착량 W 가 0.9 g/㎡ 이하인 강판.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유기 수지가 알칼리 가용성 수지인 강판.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 강판의 상기 피막 형성 전의 PPI 가 120 이상, 220 이하인 강판.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 강판의 제조 방법으로서, 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재된 유기 수지 및 왁스가 포함되는 도료를, 강판의 적어도 편면에 도포하고 건조시키는 강판의 제조 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 건조시의 강판의 최고 도달 온도가 60 ℃ 이상, 140 ℃ 이하인 강판의 제조 방법.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,
상기 도료에 있어서의 상기 유기 수지 및 왁스의 비율이 1 질량％ 이상, 25 질량％ 이하인 강판의 제조 방법.
제 10 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 식 (1) 을 만족하지 않을 때에, 상기 식 (1) 을 만족하도록 부착량 W (g/㎡) 또는 강판의 산술 평균 조도 Ra (㎛) 중 적어도 하나를 변경하는 공정을 상기 도포하기 전에 추가로 구비하는, 강판의 제조 방법.