WO2016027293A1 - Zn系めっき部品の加工方法 - Google Patents

Zn系めっき部品の加工方法 Download PDF

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宏和 佐々木
黒部 淳
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日新製鋼株式会社
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    • C21D2251/00Treating composite or clad material
    • C21D2251/02Clad material

Definitions

  • the present invention is a processing of a Zn-based plated component which is plastically processed using a Zn-based plated steel sheet coated with a plating metal containing Zn as a material to form a processed component having a predetermined shape (that is, a Zn-based plated component). It relates to improvement of the method
  • a steel plate obtained by plating Zn or an alloy containing Zn on the surface of the steel plate is referred to as a Zn-based plated steel plate.
  • the plating layer of the Zn-based plated steel plate is inferior in ductility to the steel plate of the base, when plastic working is performed using the plated steel plate as a raw material, cracks may occur in the plating layer.
  • the cracking of the plated layer becomes remarkable in the case of the overhanging process in which a strong tensile stress is more likely to act on the plated layer than the drawing process.
  • a working crack occurs, the plating layer is divided, and as a result, the base steel plate is exposed from the gap between the divided plating layers, and the corrosion resistance of the processed part It may cause a decline.
  • the plating layer is Zn-based plating and the degree of processing cracking is slight, the drop in corrosion resistance is not noticeable due to the sacrificial anticorrosion action of the Zn-based plating layer even if the underlying steel plate is exposed, but the degree of processing cracking If is large, red rust is generated from the exposed portion of the base steel plate to deteriorate the appearance, or if corrosion progresses from the exposed portion of the base steel plate to decrease the thickness of the base steel plate, the strength of the processed parts may be reduced. I will.
  • Patent Document 1 discloses a processing method of processing a target shape by heating and holding a Zn-based plated steel sheet in a temperature range of 50 ° C. or more and less than 150 ° C. It is done. This processing method is intended to suppress processing cracks (cracks) of the plating layer by heating and holding the plated steel sheet and applying processing in a state where the ductility of the plating layer is increased.
  • Patent No. 4919427 gazette
  • the processing method of Patent Document 1 if the elongation percentage is not limited to less than 20%, the plating layer can not follow plastic deformation of the substrate steel plate, and the area ratio of processed cracks (cracks) exceeds 5%.
  • a heating device in this method, must be prepared, which causes a problem of an increase in equipment investment cost.
  • a heating time is required to heat the Zn-based plated steel sheet to a certain temperature, which lowers the production efficiency, and an increase in the cost is inevitable.
  • a Zn-based plated steel sheet capable of improving the corrosion resistance of a processed part by reducing the occurrence of red rust due to processing cracking of the plating layer without causing a large investment in equipment and a decrease in production efficiency is used as a material.
  • An object of the present invention is to provide a method of processing a processed part.
  • the processing method of the present invention performs plastic processing using the Zn-based plated steel sheet 1 as a raw material to form a processed part 2 having a predetermined shape, and then further performs the plate thickness direction To apply pressure to the plating layer 3 so that the plating layer 3 spreads.
  • the plated layer 3 is crushed in the thickness direction when a pressure is applied to the plated layer 3 in which the processing cracks 4 are caused by the plastic processing so that the plated layer 3 is spread by applying a pressure in the thickness direction. And spread in the in-plane direction of the plating layer 3.
  • the reduction in the thickness direction for the purpose of pressing the plating layer 3 needs to apply a stress to the extent that the plating layer 3 spreads in the in-plane direction, that is, the plating layer 3 spreads. For this reason, as long as such stress can be applied, the reduction may be performed a plurality of times depending on the shape of the processing portion, or the restriking for finishing the processed part 2 into a more accurate predetermined shape It may be done as (additional work).
  • the distance between adjacent plating layers becomes narrow through the gap generated by processing cracking, and the sacrificial corrosion protection function by the Zn-based plated metal becomes easy to work and the processing Decrease in corrosion resistance of parts is suppressed. That is, by applying a pressure to the plating layer in the plate thickness direction, the same effect as that of the degree of processing cracking of the plating layer becoming mild appears.
  • the sacrificial corrosion resistance acts more strongly, and therefore the ability to suppress the generation of red rust is enhanced. Can.
  • the processed parts are made of a Zn-based plated steel sheet that can reduce the occurrence of red rust due to processing cracks of the plating layer and improve the corrosion resistance of the processed parts without causing a large capital investment and a decrease in production efficiency.
  • a processing method can be provided.
  • FIG. 1 It is a cross-sectional schematic diagram which shows an example of the processing process by the processing method of this invention, (a) is a raw material before processing, (b) is plastic processing to a predetermined shape, and (c) is plate thickness to a processing part
  • the pressing in the direction is shown respectively.
  • Before pressing is the processing cracking status of the plating layer generated in the processing section observed from the surface of the processing section.
  • After pressing the status of processing cracking after pressing processing in which a reduction is applied to the processing section in the thickness direction
  • It is a flowchart which shows the conditions of neutral salt spray cycle test.
  • FIG. 1 (a) is the figure which showed typically the cross section of Zn type
  • FIG. 1 (b) shows a process of manufacturing a processed component 2 having a predetermined shape by subjecting the Zn-based plated steel plate 1 to plastic working with a punch 5, a die 6, and a plate presser 12. . At this time, irregular processing cracks 4 occur in the plating layer 3.
  • the pressure is reduced in the plate thickness direction using the pressing punch 8 and the pressing die 9 with respect to the processing portion. Do.
  • the plating layer 3 is plastically deformed so as to spread in the in-plane direction of the base steel plate 7.
  • the distance between the processing cracks 4 of the plating layer 3 becomes narrow, and the occurrence of red rust is suppressed by the sacrificial corrosion preventing action of the plating metal around the processing cracks 4.
  • the pressing by the pressing punch 8 and the pressing die 9 may be performed by applying pressure to deform the plating layer 3 when the workpiece 2 is finished in a predetermined shape, and the shape of the workpiece 2 itself is There is no change. In the case where the processed part 2 is retried and finished into a predetermined shape, pressing on the plating layer 3 can be carried out simultaneously with the restriking.
  • the sacrificial corrosion preventing action can be further enhanced.
  • the Zn-Al-Mg-based plated steel sheet which is a plated steel sheet coated with a plated metal containing Zn, Al, and Mg as the Zn-based plated steel sheet 1
  • the sacrificial corrosion preventing action can be further enhanced.
  • the plated metal in the vicinity of the working crack 4 is eluted, and the eluted component produces a dense Zn corrosion product containing Mg.
  • the corrosion is suppressed by covering the base steel plate 7 around the processing crack 4.
  • the Mg-containing Zn corrosion product is more protective than the Zn corrosion product of the Zn-plated steel sheet, and thus can exhibit a stronger sacrificial corrosion protection action.
  • the overhang processing is performed according to the process shown in FIG. And applied pressure to the processed part.
  • the punch 5 used for the overhang processing has a cylindrical shape with a diameter of 200 mm and a radius of curvature of 10 mm at the shoulder.
  • the die 6 has an inner diameter of 203 mm and a radius of curvature of 10 mm.
  • the plate holder 12 has an inner diameter of 202 mm. Then, as shown in FIG. 1B, the punched part 2 having an inner diameter of 200 mm and a height of 40 mm was manufactured by using the punch 5, the die 6 and the plate presser 12.
  • pressure processing was performed on the processed portion of the processed part 2.
  • Such pressing was performed using the pressing punch 8, the pressing die 9, and the plate presser 12 as shown in FIG. 1 (c).
  • the shapes of the pressing punch 8 and the pressing die 9 are the same as the shapes of the head 10 and the vertical wall portion 11 of the workpiece 2.
  • the pressing force of the pressing is set to three levels of 30 kN, 40 kN, and 60 kN, and the pressing direction is as shown by the white arrow in the drawing of FIG. On the other hand, it is from the top to the bottom of the paper.
  • the pressing force since the head 10 is perpendicular to the direction of the white arrow, the pressing force itself acts as "a force to press down in the thickness direction".
  • the pressing force indicated by the white arrow is "component force perpendicular to the wall surface of the vertical wall portion 11" and “wall surface of the vertical wall 11".
  • the “force pressing down in the plate thickness direction” is slightly lower than that acting on the head 10.
  • “component force parallel to the wall surface of the vertical wall portion 11” is a vertical wall portion 11 acts to spread the plating layer 3 on the surface in the in-plane direction.
  • the distance between the processing cracks 4 of the plating layer 3 can be narrowed to approximately the same extent as the head portion 10.
  • FIG. 2 The processing crack condition of the plating layer 3 before and behind the pressurization in the above pressure processing is shown in FIG.
  • FIG. 2 the situation of the head 10 of the processed part 2 before pressing and the situation of the working crack of the plating layer 3 after pressing with the respective pressing force at the same place are magnified by 200 times with an optical microscope It is a picture taken.
  • symbol is not attached to this FIG. 2
  • the white part in a figure is the plating layer 3
  • the black part in a figure is a part to which the base steel plate 7 is exposed by the process crack 4.
  • FIG. As shown in this figure, it can be seen that the distance between the processing cracks 4 of the adjacent plating layers 3 is narrowed by performing the pressure processing.
  • the situation of the processing crack 4 of the plating layer 3 in the head 10 of the processing part 2 is magnified 200 times with an optical microscope and observed, and the plating layer 3 with respect to the observation area 5 mm 2
  • the corrosion resistance was evaluated by using the workpiece 2 before pressurization and the workpiece 2 pressurized at 30 kN in a neutral salt water spray cycle test.
  • the conditions of the neutral salt spray cycle test are as shown in FIG.
  • the number of cycles was 100.
  • red rust was generated from the head in the processed part 2 without pressure
  • red rust was generated from the head of the processed part 2 in which pressure was applied to the head at 30 kN It was confirmed that the corrosion resistance reduction of the Zn-based plated component 2 can be suppressed by the processing method of the present invention.
  • the processing method of a Zn-based plated processed part according to the present invention is to suppress a drop in corrosion resistance derived from processing cracking of a plated layer due to plastic processing of a processed part using a Zn-based plated steel sheet as a raw material, and maintain good corrosion resistance.

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Abstract

 本発明は、Znを含むめっき金属が被覆されているZn系めっき鋼板(1)を素材として、塑性加工を行って所定の形状に成形した加工部品(2)において、Zn系めっき層(3)の加工割れによる加工部分の耐食性の低下を抑制する。 すなわち、Zn系めっき鋼板(1)の素材に対して塑性加工を行って所定の形状の加工部品(2)を得て、その後に加工部分に対して板厚方向に加圧加工を施してめっき金属を変形させてめっき金属の加工割れ幅を小さくする。これにより、Zn系めっき加工部品の加工部分の耐食性低下を低減させることができる。

Description

Zn系めっき部品の加工方法
 本発明は、Znを含むめっき金属が被覆されているZn系めっき鋼板を素材として塑性加工を行って所定の形状を有する加工部品(すなわち、Zn系めっき部品)とする、Zn系めっき部品の加工方法の改良に関する。
 従来、冷延鋼板を塑性加工して所定寸法の形状をつくり、その後にZnめっきを施して(ポストZnめっき)部品を製造することが一般的であったが、近年の自動車部品や家電部品等においては、部品の耐食性や耐久性の向上および工程省略によるコスト低減の目的のため、素材としてZnやZn合金を鋼板表面に被覆したZn系めっき鋼板を用い、その鋼板を塑性加工して部品を製造することが多くなっている。
 なお、本明細書では、ZnやZnを含む合金を鋼板の表面にめっきした鋼板を、Zn系めっき鋼板と称する。
 ここで、Zn系めっき鋼板のめっき層は下地の鋼板よりも延性に劣るため、当該めっき鋼板を素材として塑性加工を行うと、めっき層に割れが発生することがある。一般に、このめっき層の割れは、絞り加工よりもめっき層に強い引張応力が作用しやすい張り出し加工の場合に顕著となる。そして、このようなめっき層の割れ、すなわち加工割れが発生すると、めっき層が分断される結果、この分断されためっき層同士の隙間から下地の鋼板が露出することになり、加工部品の耐食性の低下を招くことがある。なお、めっき層がZn系めっきであって加工割れの程度が軽微であれば、下地鋼板が露出していてもZn系めっき層の犠牲防食作用により耐食性の低下は目立たないが、加工割れの程度が大きいと、下地鋼板の露出部から赤錆が発生して外観が悪化したり、下地鋼板の露出部から腐食が進行して下地鋼板の板厚が減少すると加工部品の強度低下を招いたりしてしまう。
 そこで、上記の加工部分の耐食性低下を抑制する方法として、耐食性が優れているZn-Al-Mg系合金を被覆したZn-Al-Mg系めっき鋼板を素材として用いることもできるが、加工割れを防ぐことはできないため、赤錆の発生を防ぐことは難しい。
 また、めっき層の加工割れを抑制できる加工方法として、特許文献1にはZn系めっき鋼板を50℃以上で150℃以下未満の温度域に加熱保持して、目標形状に加工する加工方法が開示されている。この加工方法は、めっき鋼板を加熱保持することによって、めっき層の延性が増加した状態で加工を加えることにより、めっき層の加工割れ(クラック)を抑制しようとするものである。
特許第4919427号公報
 しかしながら、特許文献1の加工方法では、伸び率を20%未満に制限しなければ、めっき層が下地鋼板の塑性変形に追従できなくなり、加工割れ(クラック)面積率が5%を超えてしまう。また、この方法では、加熱装置を用意しなければならないため、設備投資コストが増加するという問題が発生する。さらに、Zn系めっき鋼板をある温度まで加熱するための加熱時間が必要であり、それによって生産効率が低下し、そのためのコスト増加も避けられない。
 そこで本発明では、大きな設備投資や生産効率の低下を招かずに、めっき層の加工割れに起因する赤錆の発生を低減させて加工部品の耐食性向上を可能とするZn系めっき鋼板を素材とした加工部品の加工方法を提供することを目的とする。
 本発明の加工方法は、その目的を達成するため、Zn系めっき鋼板1を素材として塑性加工を行って所定の形状を有する加工部品2とした後、さらに前記の加工部分に対し、板厚方向に圧下を加えてめっき層3が展延するように加圧加工を施すことを特徴とする。
 塑性加工によって加工割れ4を起こしているめっき層3に対し、板厚方向に圧下を加えて当該めっき層3が展延するように加圧加工を施すと、めっき層3が板厚方向に潰れるとともに、めっき層3の面内方向に広がる。その結果として、加工割れ4によって生じた隙間を介して隣接しているめっき層3同士の間隔が狭くなり、Zn系めっき金属による犠牲防食機能が働きやすくなって加工部品2の耐食性低下が抑制される。
 このめっき層3への加圧加工を目的とした板厚方向への圧下は、めっき層3が面内方向に広がる、つまり、めっき層3が展延する程度の応力を加える必要がある。このため、かかる応力を加えることができるのであれば、加工部分の形状に応じて複数回に分けて圧下を行ってもよいし、加工部品2をさらに正確な所定の形状に仕上げるためのリストライク(追加工)を兼ねて行っても構わない。
 本発明のZn系めっき部品の加工方法によれば、加工割れによって生じた隙間を介して隣接しているめっき層同士の間隔が狭くなり、Zn系めっき金属による犠牲防食機能が働きやすくなって加工部品の耐食性低下が抑制される。すなわち、めっき層に対して板厚方向に圧下を加えることにより、めっき層の加工割れの程度が軽度になったことと同じ効果が現れるのである。
 また、素材として耐食性が優れているZn-Al-Mg系合金を被覆したZn-Al-Mg系めっき鋼板を用いれば、犠牲防食作用がより一層強く作用するので、赤錆発生の抑制能力を高めることができる。
 したがって、大きな設備投資や生産効率の低下を招かずに、めっき層の加工割れに起因する赤錆の発生を低減させて加工部品の耐食性向上を可能とするZn系めっき鋼板を素材とした加工部品の加工方法を提供することができる。
本発明の加工方法による加工工程の一例を示す断面模式図であり、(a)は加工前の素材、(b)は所定の形状への塑性加工、そして(c)は加工部分に対し板厚方向の加圧加工をそれぞれ示す。 加圧前は、加工部表面から観察した加工部に発生しためっき層の加工割れ状況であり、加圧後は、加工部に板厚方向に圧下を加えた加圧加工後の加工割れの状況を示す図面代用写真である。 加工部分に作用させた加圧力と、加圧後の下地鋼板の表面露出率(すなわち下地鋼板露出率)との関係を示す図である。 中性塩水噴霧サイクル試験の条件を示すフロー図である。
 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
 図1(a)は、加工前のZn系めっき鋼板1の断面を模式的に示した図である。塑性加工前の状態であることから、めっき層3は、まだ加工割れを起こしておらず、この図が示すように、下地鋼板7の表面はめっき層3で被覆されている。
 図1(b)は、Zn系めっき鋼板1に対して、パンチ5、ダイ6と板押さえ12により塑性加工を行って、所定の形状を有する加工部品2を製造する工程を示したものである。このとき、めっき層3には、不規則な加工割れ4が発生する。塑性加工は、絞り加工よりも張り出し加工の場合のほうがめっき層3に強い引張応力が作用しやすいので、めっき層3の加工割れ4は顕著となりやすく、また、張出し高さが高いなど塑性加工の加工度が高いほど、加工割れ4の深さや幅が大きくなる。そして、隣り合う加工割れ4の間隔が広くなって下地鋼板7が表面からの露出が大きくなると、下地鋼板7から赤錆が発生して加工部品2の耐食性が低下してしまう。これは、加工割れ4の間隔が広がってめっき金属の犠牲防食作用が及ばなくなるためである。
 この加工割れ4の間隔を小さくするため、本発明では図1(c)に一例を示したように、加工部分に対し、加圧用パンチ8と加圧用ダイ9とを用いて板厚方向に圧下する。これにより、めっき層3が下地鋼板7の面内方向に展延するよう塑性変形する。その結果、めっき層3の加工割れ4の間隔が狭くなり、加工割れ4の周辺のめっき金属の犠牲防食作用により赤錆の発生が抑制される。
 加圧用パンチ8と加圧用ダイ9による加圧は、加工部品2が所定形状に仕上がっている場合には、めっき層3を変形させるだけの加圧を行えばよく、加工部品2自体の形状が変化することはない。加工部品2をリストライクして所定の形状に仕上げる場合には、リストライクと同時にめっき層3への加圧加工も併せて実施することができる。
 Zn系めっき鋼板1としては、ZnとAlとMgを含むめっき金属を被覆しためっき鋼板であるZn-Al-Mg系めっき鋼板を用いることによって、犠牲防食作用をより一層高めることができる。Zn-Al-Mg系めっき鋼板では、加工割れ4によって下地鋼板7が露出した場合、加工割れ4の周辺のめっき金属が溶出し、それらの溶出した成分によってMgを含有した緻密なZn腐食生成物が加工割れ4の周辺の下地鋼板7を覆うことによって腐食が抑制される。このMg含有Zn腐食生成物は、Znめっき鋼板のZn腐食生成物よりも保護性が高いため、より強力な犠牲防食作用を発現することができる。
 以下に、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
 素材として、板厚が1.2mmで片面当りのめっき付着量が140g/mのZn-6重量%Al-3%重量%Mg合金めっき鋼板を用いて、図1に示した工程により張出し加工と加工部分への加圧を行った。
 張出し加工に用いたパンチ5は、直径200mm、肩部の曲率半径が10mmの円柱形状である。一方、ダイ6は、内径203mm、肩部の曲率半径が10mmである。板押さえ12は、内径202mmである。そして、図1(b)に示すように、これらのパンチ5、ダイ6、そして板押さえ12により、内径200mm、高さ40mmの張出し加工部品2を製作した。
 次いで、この加工部品2の加工部分への加圧加工を行った。係る加圧加工は、図1(c)に示すように、加圧用パンチ8と、加圧用ダイ9、そして板押さえ12を用いて行った。加圧用パンチ8、加圧用ダイ9の形状は、加工部品2の頭部10及び縦壁部11の形状と同一のものとした。
 そして、当該加圧加工の加圧力は、30kN,40kN,60kNの3水準とし、加圧方向は図1(c)の図中に白抜き矢印で示したとおり、加工部品2の頭部10に対して紙面上方向から下方向とした。
 ここで、図1(c)において、頭部10は白抜き矢印の方向に対して垂直であるので、加圧力そのものが「板厚方向に圧下する力」として作用する。しかし、白抜き矢印の方向に対してやや傾斜する縦壁部11では、白抜き矢印で示した加圧力が、「縦壁部11の壁面に垂直な分力」と「縦壁部11の壁面に平行な分力」とに分圧される。このため、縦壁部11では、「板厚方向に圧下する力」が頭部10に作用するものより若干低下するようになる。しかし、加圧用パンチ8、加圧用ダイ9の形状が加工部品2の縦壁部11の形状と同一のものであることから、「縦壁部11の壁面に平行な分力」が縦壁部11表面のめっき層3を面内方向へと拡げるように作用する。その結果、縦壁部11においても頭部10と略同程度までめっき層3の加工割れ4の間隔を狭くすることができるようになる。
 以上のような加圧加工における加圧前後でのめっき層3の加工割れ状況を図2に示す。この図2は、加圧前の加工部品2の頭部10の状況と、同じ箇所についてそれぞれの加圧力で加圧した後のめっき層3の加工割れ状況を光学顕微鏡で200倍に拡大して写真撮影したものである。なお、この図2に符号は付していないが、図中の白い部分がめっき層3であり、図中の黒い部分が加工割れ4によって下地鋼板7が露出している部分である。
 この図が示すように、加圧加工を行うことによって、隣り合うめっき層3の加工割れ4の間隔が狭くなっていることがわかる。
 また、加工部分の加圧を行う前後において、加工部品2の頭部10におけるめっき層3の加工割れ4の状況を光学顕微鏡により200倍に拡大して観察し、観察面積5mmに対するめっき層3の加工割れ4によって下地鋼板7が露出している面積率(=下地鋼板露出率)を評価した。
 下地鋼板露出率の加圧による変化を図3に示す。この図が示すように、加圧することによって下地鋼板7の露出率は低減すること、そして加圧力が高いほど露出率は小さくなり、赤錆発生を抑制する効果の大きいことが窺える。
 また、加圧前の加工部品2と、30kNで加圧した加工部品2を、中性塩水噴霧サイクル試験に供して耐食性を評価した。中性塩水噴霧サイクル試験の条件は図4に示したものである。サイクル数は100とした。
 上記100サイクルの試験の結果、加圧なしの加工部品2では、頭部から赤錆が発生していたが、30kNで頭部に加圧を加えた加工部品2の頭部から赤錆は発生しておらず、本発明の加工方法によりZn系めっき加工部品2の耐食性低下が抑制できることが確認された。
 本発明によるZn系めっき加工部品の加工方法は、Zn系めっき鋼板を素材とした加工部品の、塑性加工によるめっき層の加工割れに由来する耐食性の低下を抑制して、良好な耐食性を保つために有用である。
 1…Zn系めっき鋼板
 2…加工部品
 3…めっき層
 4…(めっき層の)加工割れ
 5…パンチ
 6…ダイ
 7…下地鋼板
 8…加圧用パンチ
 9…加圧用ダイ
10…(加工部品の)頭部
11…(加工部品の)縦壁部
12…板押さえ

Claims (2)

  1.  Zn系めっき鋼板(1)の素材に対して塑性加工を行い所定の形状の加工部品(2)を製造するZn系めっき加工部品の方法であって、
     前記加工部品(2)の加工部分に対して、さらに板厚方向に圧下を加えてめっき層(3)が展延するように加圧加工を施すことを特徴とするZn系めっき加工部品の加工方法。
  2.  前記Zn系めっき鋼板(1)として、ZnとAlとMgを含むめっき金属を被覆した鋼板を用いることを特徴とする請求項1に記載のZn系めっき加工部品の加工方法。
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