(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
めっき表面に、調質圧延を施すことによりめっき表面の凹凸の凸部が平坦にされた平坦部と、前記凹凸の内の凹部を有し、めっき表面における前記平坦部の面積率は10％以上、90％以下であり、前記平坦部は調質圧延の後に形成された溝を有し、前記溝は、深さが0.1μm以上、5.0μm以下の領域が前記平坦部に対する面積率で0.1％以上、30.0％以下であることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、プレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、亜鉛めっき鋼板と比較して塗装性及び溶接性に優れることから、自動車や家電製品等に広く利用されている。
【０００３】
このような合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、プレス成形を施されて目的の用途に供される。しかし、合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、冷延鋼板に比べてプレス成形性が劣るという欠点を有する。これは合金化溶融亜鉛めっき鋼板とプレス金型との摺動抵抗が、冷延鋼板の場合に比較して大きいことが原因である。即ち、ビードと亜鉛系めっき鋼板との摺動抵抗が著しく大きい部分で、合金化溶融亜鉛めっき鋼板がプレス金型に流入しにくくなり、鋼板の破断が起こりやすい。
【０００４】
亜鉛系めっき鋼板のプレス成形性を向上させる方法としては、一般に高粘度の潤滑油を塗布する方法が広く用いられている。しかしこの方法では、潤滑油の高粘性のために、塗装工程で脱脂不良による塗装欠陥が発生したり、またプレス時の油切れにより、プレス性能が不安定になる等の問題がある。前記問題を解決するには、潤滑油の塗布量を極力低減できることが必要であり、そのためには、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のプレス成形性を改善することが必要となる。
【０００５】
上述した問題を解決する方法として、特開昭５３−６０３３２号公報および特開平２−１９０４８３号公報は、亜鉛系めっき鋼板の表面に電解処理、浸漬処理、塗布酸化処理、または加熱処理を施すことにより、ＺｎＯを主体とする酸化膜を形成させて溶接性、または加工性を向上させる技術を開示している。
【０００６】
特開平４−８８１９６号公報は、亜鉛系めっき鋼板の表面に、リン酸ナトリウム５〜６０ｇ／ｌを含みｐＨ２〜６の水溶液中にめっき鋼板を浸漬するか、電解処理、また、上記水溶液を散布することによりＰ酸化物を主体とした酸化膜を形成して、プレス成形性及び化成処理性を向上させる技術を開示している。
【０００７】
特開平３−１９１０９３号公報は、亜鉛系めっき鋼板の表面に電解処理、浸漬処理、塗布処理、塗布酸化処理、または加熱処理により、Ｎｉ酸化物を生成させることによりプレス成形性および化成処理性を向上させる技術を開示している。
【０００８】
特開平７−１８４０２号公報は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の表面に凹部を形成させることで、潤滑油を鋼板表面に保持しやすくし、プレス成形性を向上させる技術を開示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した表面酸化膜を付与するという先行技術を合金化溶融亜鉛めっき鋼板に適用した場合、プレス成形性の改善効果を安定して得ることはできない。発明者らは、この原因について詳細な検討を行った。その結果、合金化溶融めっき鋼板はＡｌ酸化物が不均一に存在することにより表面の反応性が不均一であること、及び表面の凹凸が大きいことが原因であることを見出した。即ち、上述した先行技術を合金化溶融めっき鋼板に適用した場合、表面の反応性が不均一であるため、電解処理、浸漬処理、塗布酸化処理及び加熱処理等を行っても所定の皮膜を表面に均一に形成することは困難であり、反応性の低い部分（Ａｌ酸化物量が多い部分）では酸化物層の膜厚が薄くなってしまう。また、表面の凹凸が大きいため、プレス成型時にプレス金型と直接接触するのは表面の凸部となるが、凸部のうち酸化物層の膜厚の薄い部分と金型との接触部での摺動抵抗が大きくなり、プレス成形性の改善効果が十分には得られない。
【００１０】
また、凹部を形成させる技術についても、これだけでは十分なプレス成形性が得られないことがわかった。これは、凹部には潤滑油が溜まり易いが、逆に、摺動性に与える影響が大きい凸部には潤滑油が溜まりにくいという問題があるためと考えられる。
【００１１】
この発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、プレス成形性に優れた合金化溶融めっき鋼板を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述した目的を達成すべく、鋭意研究を重ねた結果、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき表面に平坦部を形成し、さらに平坦部に溝を形成することで、安定して優れたプレス成形性が得られることを知見した。
【００１３】
合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき表面の上記平坦部は、周囲と比較すると凸部として存在する。めっき表面の電子顕微鏡写真を図１に示す。図１で黒いコントラストで見える部分が平坦部である。プレス成形時に実際にプレス金型と接触するのは、この黒いコントラストで見える平坦部が主体となるため、この平坦部における摺動抵抗を小さくすれば、プレス成形性を安定して改善することができる。
【００１４】
この平坦部における摺動抵抗を小さくするには、めっき層と金型との凝着を防ぐのが有効であり、そのためには、めっき層表面のすべり性を改善することが有効である。これに基づき検討を進めた結果、平坦部に溝を形成させるが有効であることを見出した。
【００１５】
本発明は、以上の知見に基いてなされたものであり、本発明は、めっき表面に、調質圧延を施すことによりめっき表面の凹凸の凸部が平坦にされた平坦部と、前記凹凸の内の凹部を有し、めっき表面における前記平坦部の面積率は10％以上、90％以下であり、前記平坦部は調質圧延の後に形成された溝を有し、前記溝は、深さが0.1μm以上、5.0μm以下の領域が前記平坦部に対する面積率で0.1％以上、30.0％以下であることを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、合金化処理時の鋼板−めっき界面の反応性の差により、めっき表面に凹凸が存在する。本発明では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板に調質圧延を施す。調質圧延を施すことによって、めっき表面の凹凸を緩和し表面を平滑にすると同時にめっき表面の凸部を平坦にする。前記で形成された合金化溶融亜鉛めっき鋼板表面の平坦部は、プレス成形時に金型が直接接触する部分であるため、この部分のすべり性を良くすることが摺動性の向上には重要である。
【００１８】
この観点から検討した結果、平坦部に溝を形成させることが、摺動性の向上に有効であることがわかった。これは、この溝に潤滑油が浸透して保持されることによるものと考えられる。図２は、本発明の実施の形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき表面の平坦部の電子顕微鏡写真の例である。図２において、黒いコントラストで見える部分（図中、矢印の先端部分）が平坦部に存在する溝である。
【００１９】
上記の溝としては、０．１μｍ以上、５．０μｍ以下の深さの溝を平坦部のうち面積率にして０．１％以上、３０．０％以下とすることにより、良好な摺動性を示す合金化溶融亜鉛めっき鋼板が得られる。溝の深さを０．１μｍ以上に限定した理由は、０．１μｍ未満では摺動性の改善効果が少なく、十分なプレス成形性が得られないためである。面積率を０．１％以上に限定した理由も同じである。また、溝の深さを５．０μｍ以下、面積率３０．０％以下に限定した理由は、これを超えると皮膜が脆くなり耐パウダリング性が劣化するためである。
【００２０】
なお、本発明において、平坦部の溝とは、表面から見た形状が細長い所謂溝状のくぼみだけでなく、表面から見た形状が多角形のくぼみ（図２参照）など、平坦部に存在するくぼみを広く指しており、溝の深さは、連続したくぼみ部分の平均深さを指している。
【００２１】
溝の深さや面積率は、原子間力顕微鏡や３次元観察用走査型電子顕微鏡などにより測定できる。
【００２２】
また、めっき表面における上記平坦部の面積率は、10％以上90％以下とする。10％未満では、実際に金型に接触する面積のうち、平坦部を除く部分（凹部）と金型との接触面積が大きくなり、溝による摺動性改善効果を発揮できる平坦部と金型との接触面積が小さくなるため、プレス成形性の改善効果が小さくなる。また、平坦部を除く部分も、プレス成型時に潤滑油を保持する役割を持つ。平坦部を除く部分の面積率が10％未満になる（平坦部の面積率が90％を超える）とプレス成形時に油切れを起こしやすくなり、プレス成形性の改善効果が小さくなる。このなかでも、平坦部の面積率は20％以上、80％以下の範囲が望ましく、30％以上、70％以下の範囲がより望ましい。
【００２３】
なお、めっき表面の平坦部は、光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡等で表面を観察することで容易に識別可能である。めっき表面における平坦部の面積率は、上記顕微鏡写真を画像解析することにより求めることができる。
【００２４】
本発明において、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき皮膜のＦｅ濃度及びＡｌ濃度については特に規定しないが、めっき層としては、主としてδ相からなり、更にζ相を含んでいる構造が理想的である。Ｆｅ濃度の低いζ相あるいはη相が主体となると、めっき皮膜が低融点で軟質となるため、プレス成型時にいわゆるフレーキングとなってめっき皮膜が金型に堆積し、押しキズによる製品歩留まりの低下や金型手入れの頻度増による生産能率の低下をもたらすことがある。また、Ｆｅ濃度の高いΓ相、Γ１相が主体となると、プレス加工時にめっき皮膜がはく離するパウダリングが生じやすくなり、はく離粉による押しキズが発生しやすい。従って、めっき皮膜としてはδ相主体が有利である。
【００２５】
本発明に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板を製造するには、亜鉛めっき浴でめっきし、合金化処理を行い、更に調質圧延を行う。亜鉛めっき浴中にはＡｌが添加されていることが必要であるが、Ａｌ以外の添加元素成分は特に限定されない。すなわち、Ａｌの他にＦｅ，Ｐｂ，Ｓｂ，Ｓｉ，Ｓｎ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｌｉ，Ｃｕなどが含有または添加されていても、本発明の効果が損なわれるものではない。合金化処理では、合金化処理条件を調整してめっき皮膜を主としてδ相からなり、更にζ相を含んでいる構造にする。次いで調質圧延でめっき表面に平坦部を形成する。その際、圧延条件を調整し、平坦部の面積率を前記で説明した範囲にすることが望ましい。
【００２６】
次いで、めっき表面の平坦部に溝を形成する。溝の形成方法としては、特に限定されるものではなく、酸性溶液への浸漬や電解処理、表面研削などの方法を採用できる。
【００２７】
【実施例】
次に、本発明を実施例により更に詳細に説明する。
板厚０．８ｍｍの冷延鋼板上に、常法の合金化溶融亜鉛めっき法により、Ａｌを添加した亜鉛めっき浴でめっき、合金化処理して、めっき付着量６０ｇ／ｍ２、所定のＦｅ濃度のめっき皮膜を形成し、更に調質圧延を行った。この際、調質圧延の圧下荷重を変化させることで、表面における平坦部の面積率を変化させた。引き続き、平坦部に溝を形成するため、上記合金化溶融めっき鋼板をｐＨ３．０、浴温５０℃の塩酸溶液中に浸漬した。ここで、濃度および処理時間を種々の所定値に変化させて、平坦部における０．１μｍ以上、５．０μｍ以下の深さの溝の面積率を調整した。
【００２８】
次いで、以上の様に作製した供試体（試験材ＮＯ．２〜１１）について、平坦部における溝の深さと面積率、平坦部の面積率の測定、プレス成形性試験および耐パウダリング性試験を行なった。溝の深さと面積率の測定、プレス成形性試験および耐パウダリング性試験は以下のようにして行った。
【００２９】
また、比較のために、調質圧延、アルカリ処理、突起物形成処理の何れも施してない合金化亜鉛めっき鋼板を作製（試験材Ｎｏ．１）し、同様の調査を行った。
【００３０】
（１）溝の深さと面積率の測定
原子間力顕微鏡（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製Ｎａｎｏｓｃｏｐｅ２）を用いて、溝の平均深さ、溝の平均深さが０．１〜５．０μｍの範囲にある溝の面積率を測定した。なお、溝の深さは、溝に隣接する平坦部の上面を基準面とし、この位置を基準として溝の平均深さ（ｎ＝５）を求めた。
【００３１】
（２）プレス成形性評価試験
「摩擦係数測定試験」
プレス成形性を評価するために、各供試体の摩擦係数を、以下のようにして測定した。
【００３２】
図３は、摩擦係数測定装置を示す概略正面図である。同図に示すように、供試体から採取した摩擦係数測定用試料１が試料台２に固定され、試料台２は、水平移動可能なスライドテーブル３の上面に固定されている。スライドテーブル３の下面には、これに接したローラ４を有する上下動可能なスライドテーブル支持台５が設けられ、これを押上げることにより、ビード６による摩擦係数測定用試料１への押付荷重Ｎを測定するための第１ロードセル７が、スライドテーブル支持台５に取付けられている。上記押付力を作用させた状態でスライドテーブル３を水平方向へ移動させるための摺動抵抗力Ｆを測定するための第２ロードセル８が、スライドテーブル３の一方の端部に取付けられている。なお、潤滑油として、日本パーカライジング社製ノックスラスト５５０ＨＮを試料１の表面に塗布して試験を行った。
【００３３】
図４および図５は、使用したビードの形状・寸法を示す概略斜視図である。ビード６の下面が試料１の表面に押しつけられた状態で摺動する。図４に示すビード６の形状は、幅１０ｍｍ、試料の摺動方向長さ１２ｍｍ、摺動方向両端の下部は曲率４．５ｍｍＲの曲面で構成され、試料が押付けられるビード下面は幅１０ｍｍ、摺動方向長さ３ｍｍの平面を有する。図５に示すビード６の形状は、幅１０ｍｍ、試料の摺動方向長さ６９ｍｍ、摺動方向両端の下部は曲率４．５ｍｍＲの曲面で構成され、試料が押付けられるビード下面は幅１０ｍｍ、摺動方向長さ６０ｍｍの平面を有する。
【００３４】
摩擦係数測定試験は、以下に示す２条件で行い、供試体とビードとの間の摩擦係数μは、式：μ＝Ｆ／Ｎで算出した。
【００３５】
［条件１］  図４に示すビードを用い、押付荷重Ｎ：４００ｋｇｆ、試料の引き抜き速度（スライドテーブル３の水平移動速度）：１００ｃｍ／ｍｉｎとした。この時、評価は、摩擦係数により行ない、◎：０．１３５未満、○：０．１３５以上、０．１５未満、△：０．１５以上、０．１７未満、×：０．１７以上、とした。
【００３６】
［条件２］  図５に示すビードを用い、押付荷重Ｎ：４００ｋｇｆ、試料の引き抜き速度：２０ｃｍ／ｍｉｎとした。この時、評価は、摩擦係数により行ない、◎：０．１８未満、○：０．１８以上、０．２０未満、△：０．２０以上、０．２３未満、×：０．２３以上、とした。
【００３７】
（３）耐パウダリング性試験
耐パウダリング性については、ドロービード試験を行ない、単位面積当たりの皮膜の剥離量を測定した。皮膜剥離量１０ｇ／ｍ２未満を合格とした。ここで、ドロービード試験とは、潤滑油を塗布した鋼板を、ビードとダイスで挟んだ状態で引き抜き、その後テープ剥離試験を行ない、試験前後の重量差から、めっき皮膜の剥離量を評価する試験方法である。ビードは先端角度９０°の三角ビードを用い、成形高さは４ｍｍ、ビードとダイスの押し付け荷重は５００ｋｇｆとした。
【００３８】
更に、前記で得た摩擦係数測定試験結果及び耐パウダリング性試験に基づいて、以下のように総合評価した。
×：条件１，２の摩擦係数の劣る方の評点が×のもの
△：条件１，２の摩擦係数の劣る方の評点が△のもの、またはドロービード試験の皮膜剥離量が１０ｇ／ｍ２以上で摩擦係数の劣る方の評点が○〜◎のもの
○：ドロービード試験の皮膜剥離量が１０ｇ／ｍ２未満で、条件１，２の摩擦係数の劣る方の評点が○のもの
◎：ドロービード試験の皮膜剥離量が１０ｇ／ｍ２未満で、条件１，２の摩擦係数の評点が何れも◎のもの
試験結果を表１に示す。
【００３９】
【表１】
0003575391.tif 000002
【００４０】
この試験結果から、下記事項が明らかである。
(1)比較例1は、調質圧延が施されていないため平坦部がないので、摩擦係数が高く、摺動性に劣る。
(2)比較例2,3は、溝の面積率が本発明範囲外であるため、皮膜剥離量が多く、耐パウダリング性に劣る。
(3)比較例4,5は、平坦部の面積率が本発明範囲外にあるため、本発明例1〜6に比べて摩擦係数が高く、摺動性が劣る。本発明例1〜6は、平坦部の面積率が10〜90％の範囲内にあり、且つ溝の面積率が本発明範囲内であるため、摩擦係数が低下しており、摺動性が改善されており、また耐パウダリング性も優れている。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、プレス成形時の摺動抵抗が小さく、また更に耐パウダリング性にも優れるので、安定して優れたプレス成形性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき表面の走査型二次電子顕微鏡写真である。
【図２】本発明の実施の形態に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板において、めっき表面の平坦部に存在する溝を示す走査型二次電子顕微鏡写真である。
【図３】摩擦係数測定装置を示す概略正面図である。
【図４】図３中のビード形状・寸法を示す概略斜視図である。
【図５】図３中の別のビード形状・寸法を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１  摩擦係数測定用試料
２  試料台
３  スライドテーブル
４  ローラ
５  スライドテーブル支持台
６  ビード
７  第１ロードセル
８  第２ロードセル
９  レール
Ｎ  押付荷重
Ｆ  摺動抵抗力
Ｐ  引張荷重
【図１】
0003575391.tif 000003
【図２】
0003575391.tif 000004
【図３】
0003575391.tif 000005
【図４】
0003575391.tif 000006
【図５】
0003575391.tif 000007