(57)【要約】  【課題】化成処理性、接着性、成形性に優れ、自動車用鋼材として幅広く適用できる熱延鋼板・冷延鋼板用の潤滑処理高張力鋼板を提供する。  【解決手段】リチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩とを皮膜成分とし、金属石鹸とワックスからなる潤滑剤とが配合されて構成される潤滑皮膜を備えた潤滑処理鋼板であって、下記を満足する：  リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比＝０.５〜４.０、  アルカリ金属ホウ酸塩／リチウムシリケートの固形分質量比＝２／３以上、  潤滑剤合計量／（リチウムシリケート＋ホウ酸塩）の質量比＝０.１〜２.０、  金属石鹸／ワックス質量比＝０.３〜５.０、  皮膜付着量＝１０〜１０００ｍｇ／ｍ2。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼板表面にリチウムシリケートおよびアルカリ金属ホウ酸塩を皮膜成分とし、皮膜中に潤滑剤を含有する潤滑皮膜を備えた潤滑処理鋼板であって、リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比が０.５〜４.０であり、アルカリ金属ホウ酸塩／リチウムシリケートの固形分質量比が２／３以上であり、潤滑剤／（リチウムシリケート＋アルカリ金属ホウ酸塩）の質量比が０.１〜２.０である、潤滑処理鋼板。
【請求項２】
潤滑剤がワックスと金属石鹸とから成り、金属石鹸／ワックスの質量比が０.３〜５.０である、請求項１に記載の潤滑処理鋼板。
【請求項３】
リチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩と潤滑剤との総量が、１０〜１０００ｍｇ／ｍ2である請求項１または２に記載の潤滑処理鋼板。
【請求項４】
リチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩と潤滑剤とを含有する潤滑皮膜形成用処理液であって、リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比が０.５〜４.０であり、アルカリ金属ホウ酸塩／リチウムシリケートの固形分質量比が２／３以上であり、潤滑剤／（リチウムシリケート＋アルカリ金属ホウ酸塩）の質量比が０.１〜２.０である、潤滑皮膜形成用処理液。
【請求項５】
潤滑剤がワックスと金属石鹸とから成り、金属石鹸／ワックスの質量比が０.３〜５.０である、請求項４に記載の潤滑皮膜形成用処理液。
【請求項６】
液のｐＨが１０〜１３の範囲である請求項５または６に記載の潤滑皮膜形成用処理液。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑処理鋼板、特に脱膜性と化成処理性に優れた潤滑処理鋼板、ならびにその製造に用いる潤滑皮膜形成用処理液に関する。本発明に係る潤滑処理鋼板は、熱延鋼板と冷延鋼板のいずれを母材鋼板としても、安定した脱膜性、化成処理性、接着性が確保でき、かつ良好なプレス成形性、耐型カジリ性を発現することができる。
【背景技術】
【０００２】
熱延鋼板、冷延鋼板を問わず、最近では、各種材料について高張力鋼が広く採用されるようになって来ている。
しかし、高張力鋼はもともと成形性が十分でないことから、材料自体の成形性を高める手段を講じたり、あるいはそのような加工の難しい材料を成形する場合には、金型の焼付きが見られることから、金型の焼付き防止を図る必要がある。
【０００３】
鋼板の成形性を改善するために、ミルボンドで代表される有機系の潤滑皮膜を鋼板表面に塗布する方法がある。しかし、有機系の潤滑皮膜は厚みが大きく、プレス加工時に皮膜の剥離によるプレスかすの発生が不可避であり、発生したプレスかすが加工表面を汚染したり、表面欠陥の原因になるという問題がある。特に、自動車用トルクコンバータ部品といった精密機器では、加工後のプレスかす、汚れ等は、内部の機械動作不良の原因になるため、プレスかすが低減でき、良好な可能性が確保できる潤滑処理が求められる。
【０００４】
このような課題に対して、次のようにシリケートを適用した潤滑処理に関する提案がいくつかなされている。
例えば、特許第２９９８７９０号明細書（特許文献１）および特許第２９５３６５４号明細書（特許文献２）に開示された潤滑皮膜は、有機樹脂と固形潤滑剤を添加したリチウムシリケート皮膜である。皮膜の造膜性と耐食性を確保するために、有機樹脂の添加が前提となっている。
【０００５】
特許２８５７９８９号明細書（特許文献３）には、固形潤滑剤を添加したリチウムシリケート皮膜が開示されている。成形性の向上を目的として、高軟化点のワックスと低軟化点のワックス併用する考え方が開示されている。しかし、皮膜の表面が実質的に低軟化点（低融点）のワックスで覆われるため、化成処理性が悪い。
【０００６】
特開２００２−３０７６１３号公報（特許文献４）には、化成処理性、接着性、成形性に優れた潤滑処理鋼板として、リチウムシリケート皮膜が開示されている。具体的には、リチウムシリケートのＬｉ分がＬｉ／Ｓｉ（原子比）＝０.４〜０.７であり、かつ潤滑剤／リチウムシリケート質量比を０.１〜２.０とすることで、良好な化成処理性、接着性、成形性を得ることができる。
【０００７】
特開２０００−３０９７９３号公報（特許文献５）には、化成処理後の金属材料の塑性加工用水系潤滑剤として、「無機塩＋金属石鹸＋ワックス」の組合せ処理が開示されているが、この技術では脱膜性が考慮されていない。
【０００８】
特開２００４−９９９４９号公報（特許文献６）には、塑性加工用金属材料の表面に、リン酸塩、硫酸塩、ホウ酸塩、ケイ酸塩、モリブデン酸塩およびタングステン酸塩から選ばれた少なくとも１種の無機化合物と、金属石鹸、ワックス、ポリテトラフルオロエチレン、二硫化モリブデンおよびグラファイトから選ばれた少なくとも１種の滑剤を主成分とする水系処理液を接触させた後、乾燥して、金属との界面側に位置する前記無機化合物を主成分とするベース層と表面側に位置する前記滑剤を主成分とする滑剤層とに分離した２層潤滑皮膜を形成することが開示されている。ケイ酸塩としてはケイ酸カリウムしか例示されておらず、またケイ酸塩を使用した実施例は示されていない。
【０００９】
【特許文献１】特許第２９９８７９０号明細書
【特許文献２】特許第２９５３６５４号明細書
【特許文献３】特許第２８５７９８９号明細書
【特許文献４】特開２００２−３０７６１３号公報
【特許文献５】特開２０００−３０９７９３号公報
【特許文献６】特開２００４−９９９４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の課題は、プレス成形後に塗装が施される自動車用鋼材に要求される、脱膜性、化成処理性、接着性、および成形性を確保することができ、したがって車体パネルに適用可能な、熱延鋼板もしくは冷延鋼板をベースとする潤滑処理鋼板を提供することである。
【００１１】
めっき鋼板とは異なり、熱延鋼板・冷延鋼板の潤滑処理では、プレス成形性も重要であるが、むしろプレス加工時の型カジリの抑制が問題になる。今後、自動車用構造部材として高張力鋼板の適用が拡大していくと、型カジリの抑制はより大きな問題となると予想される。
【００１２】
したがって、本発明の更なる課題は、車体パネル用鋼板として要求される、脱膜性、化成処理性、接着性を確保した上で、特に厳しい成形性が要求され、高張力鋼板の適用が進行していく車体構造部品にも耐えうるプレス成形性、耐型カジリ性を確保するとともに、プレスかすの発生が少なく、自動車用鋼材として幅広く適用できる、熱延鋼板・冷延鋼板をベースとする潤滑処理鋼板を提供することである。
【００１３】
上述した特許文献に記載された従来技術には、良好なプレス成形性と耐型カジリ性が得られる潤滑性に加えて、脱膜性、化成処理性、接着性のいずれにも優れた潤滑皮膜を備えたものはなかった。
【００１４】
例えば、特許文献４に記載の潤滑処理鋼板は、少ない付着量の潤滑皮膜で良好なプレス成形を確保できるため、型カジリやプレスかす発生が抑制され、接着性にも優れているが、化成処理性と脱膜性になお不満が残るものであった。
【００１５】
自動車用の潤滑処理鋼板では、プレス成形後に塗装されることが多いため、塗装前処理として行われるアルカリ脱脂によって、化成処理前に潤滑皮膜を完全に脱膜することが求められる。潤滑皮膜が残っている部分には化成皮膜がつきにくく、したがって塗装がのらないため、塗装ムラの原因となるからである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明者らは、特許文献４に記載のリチウムシリケートを皮膜成分とし、潤滑剤を含有させた潤滑皮膜が少ない付着量の皮膜で良好な成形性を示すことに着目して、この技術をベースに検討を進めた。その結果、潤滑皮膜中にさらにアルカリ金属ホウ酸塩を含有させることで、成形性と脱膜性が向上することがわかった。さらに、この物質は、潤滑皮膜形成用処理液の安定性を向上させ、リチウムシリケートのＬｉ分を高くしても、安定した操業を行うことを可能にすることも判明した。
【００１７】
本発明は、鋼板表面にリチウムシリケートおよびアルカリ金属ホウ酸塩を皮膜成分とし、皮膜中に潤滑剤を含有する潤滑皮膜を備えた潤滑処理鋼板であって、リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比が０.５〜４.０であり、アルカリ金属ホウ酸塩／リチウムシリケートの固形分質量比が２／３以上であり、潤滑剤／（リチウムシリケート＋アルカリ金属ホウ酸塩）の質量比が０.１〜２.０である、潤滑処理鋼板である。
【００１８】
前記潤滑皮膜はさらに、ポリアクリル酸および非イオン界面活性剤から選ばれた少なくとも１種を０.０１〜２０質量％の量で含有していてもよい。これらの成分は、処理液中では分散剤として処理液の安定化に寄与するが、潤滑皮膜中でも成形性改善効果を発揮しうる。潤滑皮膜の付着量は、リチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩との総量が１０〜１０００ｍｇ／ｍ2となる量であることが好ましい。
【００１９】
別の側面からは、本発明は、リチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩と潤滑剤とを含有する潤滑皮膜形成用処理液であって、リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比が０.５〜４.０であり、アルカリ金属ホウ酸塩／リチウムシリケートの固形分質量比が２／３以上であり、潤滑剤／（リチウムシリケート＋アルカリ金属ホウ酸塩）の質量比が０.１〜２.０である、潤滑皮膜形成用処理液である。この処理液は、さらにポリアクリル酸および非イオン界面活性剤から選ばれた少なくとも１種の成分をさらに含有していてもよい。この成分は、前述したように、処理液中においては分散剤として作用することにより、処理液の安定性を高める効果を発揮する。処理液のｐＨは好ましくは１０〜１３の範囲である。
【００２０】
上記潤滑処理鋼板および潤滑皮膜形成用処理液のいずれにおいても、潤滑剤は、好ましくは金属石鹸／ワックス質量比が０.３〜５.０のワックスと金属石鹸とから成る。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、次のような優れた作用効果が得られる。
自動車用鋼材として広く適用するのに必要な脱膜性、化成処理性、接着性、が確保できた上で、良好な成形性が確保できる。
【００２２】
接着性、脱脂時の脱膜性に優れたリチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩を皮膜成分として併用し、成形性の向上のために、潤滑剤としてワックスに加えて金属石鹸を適用することにより、広い温度域で良好な潤滑性が確保できる。それにより、金型焼き付き防止できると共に、化成処理性、接着性が一層向上するので、潤滑処理鋼板を自動車用により好適に適用することができる。
【００２３】
特に、将来的に自動車用鋼材として適用の拡大が見込める高張力鋼において、より過酷な成形に耐えうるとともに、従来の処理では適用が困難であった自動車用鋼材としての必須性能である化成処理性および接着性が確保できる点において、本発明の工業的貢献度は極めて高い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の潤滑処理鋼板のベース鋼板は、金型かじりなどが問題となる限り、高張力鋼はもちろん、一般の低炭、極低炭軟鋼、各種の合金鋼等を含む広範囲の鋼種の鋼板から要求性能に応じて選択できる。ベース鋼板は熱延鋼板と冷延鋼板のいずれでもよい。但し、本発明の潤滑処理鋼板は優れたプレス成形性を付与できるので、プレス成形が困難な高張力鋼板をベース鋼板とする場合に特に優れた成形性改善効果を得ることができる。
【００２５】
本発明の潤滑処理鋼板の用途は、自動車車体等の自動車構造材を念頭においているが、それに制限されるものではなく、プレス成形用の任意の鋼板に本発明を適用することができる。本発明の潤滑処理鋼板の有利な特性を生かすには、化成処理性、プレス成形性、接着性が要求される用途が好ましい。つまり、プレス成形後に接着剤を用いて接着され、さらに塗装が施される用途である。但し、接着以外の接合方法(例、溶接)が採用される用途にも、もちろん使用可能である。
【００２６】
本発明の潤滑処理鋼板は、ベース鋼板の表面に、リチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩とから成る皮膜成分(皮膜を形成する成分)に潤滑剤を含有させた潤滑皮膜を備える。この潤滑皮膜の皮膜成分は、従来の一般的な潤滑皮膜に皮膜成分として含有されているアクリル樹脂、ウレタン樹脂といった有機樹脂を実質的に含有していない。つまり、皮膜成分は、実質的に完全に無機質であって、有機樹脂を皮膜成分として利用しない。皮膜成分はリチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩のみからなることが好ましいが、本発明の潤滑処理鋼板に悪影響を及ぼさない限り、他の皮膜成分を少量共存させることもできる。
【００２７】
前述したように、リチウムシリケートと潤滑剤との組み合わせは薄い皮膜で高い潤滑性能、特に高い耐型カジリ性を示し、接着性にも優れた潤滑皮膜を形成し、プレスかす発生を抑制できる。皮膜成分としてリチウムシリケートにアルカリ金属ホウ酸塩を併用することで、潤滑皮膜の脱膜性が安定し、例えば、繰り返し使用された脱脂液のように脱脂力が低下した脱脂液を用いた場合にも良好な脱膜性が得られるので、脱脂液の使用寿命が延び、化成処理性が安定化する。さらに、プレス成形性も改善される。
【００２８】
リチウムシリケートは、Ｌｉ／Ｓｉ原子比が０.５〜４.０の範囲内となるようなＬｉ分を有するものを使用する。Ｌｉ／Ｓｉ原子比は、好ましくは０.８〜３.０の範囲内である。リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比は、Ｌｉ／Ｓｉ原子比が異なる市販の複数のリチウムシリケートを混合するか、および／または水酸化リチウム添加を添加することにより調整することができる。
【００２９】
リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比が０.５より小さいと、脱膜性と化成処理性が低下する。リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比を４.０より高くしても、脱膜性と化成処理性は飽和し、それ以上の向上が無い上、成形性が低下し、処理液の安定性が極度に低下する。
【００３０】
Ｌｉ／Ｓｉ原子比が０.８以上になると、皮膜形成に用いる処理液が不安定になり、液の分離を生ずる傾向がある。しかし、本発明では、皮膜成分として併用するアルカリ金属ホウ酸塩がリチウムシリケートの縮合作用を緩和する効果を発揮するため、Ｌｉ／Ｓｉ原子比が０.８以上と高いリチウムシリケートを使用しても、処理液は比較的安定である。また、ポリアクリル酸および／または非イオン界面活性剤を分散剤として処理液に添加することにより、処理液の安定性はさらに高まる。なお、リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比が非常に高い場合、処理液の分離を生じることがあるが、その場合は塗布前に強く攪拌する等により処理液を懸濁状態に保持して塗布し、潤滑処理被膜を形成することができる。
【００３１】
但し、リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比が４.０より高くなると、アルカリ金属ホウ酸塩やさらに上記分散剤を添加しても、処理液の安定性が非常に悪くなり、処理液を均一に塗布することが困難となる。
【００３２】
アルカリ金属ホウ酸塩（以下、単にホウ酸塩ともいう）としては、四ホウ酸カリウム、四ホウ酸ナトリウムなどを使用することができる。アルカリ金属ホウ酸塩の量は、ホウ酸塩／リチウムシリケートの固形分での質量比が２／３以上となる量とする。この固形分質量比が２／３未満であると、脱脂力が低下した脱脂液を使用する場合に、処理皮膜の脱膜性が低下し、残存皮膜が化成処理性に不具合を及ぼす。皮膜成分がホウ酸塩のみであると、乾燥被膜にべたつきを生じやすくなるため、ホウ酸塩／リチウムシリケートの固形分質量比は、好ましくは３／２以上、４／１以下である。
【００３３】
プレス成形性を確保するために、潤滑皮膜に潤滑剤を含有させる。潤滑剤としては、ワックスと金属石鹸との混合物を使用することが好ましい。ワックスは比較的融点の低いもの（融点≦１３０℃）が多く、特に室温からワックス融点の温度域での成形性改善効果が大である。しかし、強加工時の金型焼付きを起こしやすい高温時（≧１３０℃）の潤滑性は不充分である。このような高温時の潤滑性は金属石鹸により確保することができる。潤滑剤として金属石鹸をワックスと併用することにより、広い温度域で良好な潤滑性、したがって成形性改善効果を確保することができる。
【００３４】
本発明において使用できるワックスとしては、ポリエチレンワックス、カルナバワックス、パラフィンワックス、テフロン（Ｒ）ワックス等があげられる。シリケートが水溶性であるため、水中での分散性または溶解性が良好なワックスが好適である。具体的には、水分散性のポリエチレンワックスやテフロン（Ｒ）ワックス、またはそれらの混合物を好適に使用することができる。
【００３５】
本発明において使用できる金属石鹸としては、ステアリン酸、オレイン酸、ラウリル酸、ドデシルベンゼンスルホン酸等の金属塩があげられる。なかでもステアリン酸亜鉛が好適である。
【００３６】
潤滑剤は、成形性以外に、化成処理性や接着性にも影響を及ぼす。そのため、潤滑剤の量（２種以上の潤滑剤を使用する場合には合計量）は、潤滑剤／（リチウムシリケート＋アルカリ金属ホウ酸塩）の質量比が０.１〜２.０、好ましくは０.５〜１.５となる量で使用する。潤滑剤の量がこの範囲内であると、潤滑処理鋼板の成形性、化成処理性が改善された上で、接着性の確保も可能となる。上記質量比が３.０を越えると、成形性改善効果が飽和してしまうか、むしろ、皮膜の脆弱化に伴い、成形性が劣化傾向となるとともに、接着性が劣化する。一方、上記重量比が０.１を下回ると、成形性が十分でなくなる。
【００３７】
本発明の好適態様において潤滑剤として金属石鹸とワックスを併用する場合、金属石鹸／ワックスの質量比は０.３〜５.０、好ましくは０.５〜３.０の範囲とする。この範囲内において、耐型カジリ性を重視する場合に高温時の潤滑性を改善することができる。
【００３８】
接着性に関しては、前述のように、シリケート皮膜の採用により、接着性の確保が可能となる。シリケート皮膜の接着性向上の機構は、皮膜表面に多量のシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ基）を有するために、接着剤とシラノール基は反応して接着剤との密着力が向上するためであると考えられる。
【００３９】
一方、潤滑剤として使用されるワックスは、非常に不活性であるため、基本的に接着剤とは反応しない。従って、潤滑皮膜がワックスを多量に含有すると、潤滑皮膜の表面に存在するシラノール基が減少するため、接着性が劣化する。本発明におけるワックスと併用する金属石鹸は、ワックスほど接着剤の相性が悪くないので、接着性の劣化抑制の点でも、金属石鹸の添加は効果的である。また、潤滑剤を保持する役割のリチウムシリケートに対して、相対的に潤滑剤量が多くなると、皮膜が脆弱になって潤滑皮膜と接着剤との界面剥離が生じやすくなる。
【００４０】
したがって、接着性確保の観点からも、潤滑剤／（リチウムシリケート＋ホウ酸塩）の質量比は２.０以下に制限し、かつ金属石鹸／ワックスの質量比を０.３以上に高める必要がある。
【００４１】
潤滑剤の化成処理性への影響に関しては、潤滑剤の添加量が多くなると化成処理性が向上する。つまり、潤滑剤の添加量が多くなると、潤滑皮膜中のリチウムシリケ―ト量が相対的に減少し、鋼板に接触するリチウムシリケート量が減少するため、アルカリ脱脂時の脱膜性、したがって化成処理性が向上する。特に、潤滑剤中の金属石鹸の割合を多くすると、化成結晶が緻密になり、化成処理性がさらに向上する。その機構は必ずしも明確ではないが、金属石鹸が鋼板上に吸着したサイトを起点に化成結晶が成長しやすくなるため、均一な化成結晶が成長しやすいと推定される。
【００４２】
従って、化成処理性の確保の観点からも、潤滑剤／（リチウムシリケート＋ホウ酸塩）の質量比を０.１以上とし、金属石鹸／ワックスの質量比を０.３以上にすることが好ましい。
【００４３】
潤滑皮膜は、上記成分に加えて、処理液の安定性と潤滑皮膜の成形性を改善する目的で、ポリアクリル酸および非イオン性界面活性剤から選ばれた少なくとも１種の成分を分散剤としてさらに含有することが好ましい。好ましい分散剤はポリアクリル酸（ＰＡ）であるが、慣用の非イオン界面活性剤、例えば、ポリオキシエチレンラウリルエーテル（ＰＯＬＥ）などのポリオキシエチレンエーテル類も使用できる。
【００４４】
ポリアクリル酸および非イオン界面活性剤から選ばれた分散剤を使用する場合、潤滑皮膜中（従って、処理液の全固形分中）の分散剤の量は０.１〜５質量％、好ましくは０.５〜２質量％とする。０.１質量％より少ないと目的とする効果が十分に得られず、５質量％より多いと、相対的に他の成分の含有量が少なくなり、潤滑皮膜の密着性や成形性に悪影響を及ぼすことがある。
【００４５】
本発明の潤滑処理鋼板は、上述した成分を含有する潤滑皮膜形成用処理液を鋼板表面に塗布し、乾燥することにより製造される。即ち、潤滑皮膜形成用処理液は、リチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩と潤滑剤と、場合によりさらに上記分散剤といった他の成分を含有する。リチウムシリケートはＬｉ／Ｓｉ原子比が０.５〜４.０のものであり、アルカリ金属ホウ酸塩の量はホウ酸塩／リチウムシリケートの固形分質量比が２／３以上となる量であり、潤滑剤の合計量は潤滑剤／（リチウムシリケート＋アルカリ金属ホウ酸塩）質量比が０.１〜２.０となるである。潤滑剤は、ワックスと金属石鹸とから成り、金属石鹸／ワックス質量比が０.３〜５.０であることが好ましい。
【００４６】
本発明の処理液は、特に使用するリチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比が例えば０.８以上と高い場合、液が不安定化して、静置しておくと分離・沈降が生じることがある。このような液の不安定さを改善するために、分散剤として作用させるために、ポリアクリル酸および／または非イオン界面活性剤を添加してもよい。この分散剤の添加量の目安は、前述したように、処理液の全固形分に基づいて０.１〜５質量％程度である。
【００４７】
処理液のｐＨも液安定性に影響する。本発明では、処理液ｐＨを１０〜１３とするのが好ましい。ｐＨ１０未満では、リチウムシリケートの沈殿が生じやすい。pＨ１３以上では潤滑剤の分散が低下して分離しやすくなる。
【００４８】
本発明の処理液は、分散剤の添加／ｐＨの調整を行ってもなお液の分離、沈降が生じることがある。前述したように、この場合は、塗布前に強く攪拌する等により処理液を懸濁状態に保持して塗布し、均質な潤滑処理被膜を形成することができる。
【００４９】
本発明の潤滑皮膜形成用処理液は、例えば、市販のリチウムシリケート溶液に必要により水酸化リチウムを添加してＬｉ／Ｓｉ原子比を調整した後、アルカリ金属ホウ酸塩とポリアクリル酸および／または非イオン界面活性剤（使用する場合）を添加し、さらに潤滑剤のワックスと金属石鹸を添加して、よく攪拌して、潤滑剤を液中に分散させることにより調製することができる。
【００５０】
潤滑処理皮膜の皮膜量（皮膜付着量、リチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩との合計量）は、１０〜１０００ｍｇ／ｍ2の範囲とすることが好ましく、より好適な範囲は１００〜５００ｍｇ／ｍ2である。付着量が１０ｍｇ／ｍ2未満であると、高潤滑性防錆油なみの成形性を確保することが困難となる。一方、付着量が１０００ｍｇ／ｍ2を超えると、潤滑皮膜が厚くなりすぎて、接着性評価において皮膜内で凝集破壊が生じるようになる上、アルカリ脱脂による脱膜が不完全になり易く、化成処理性が劣化することがある。
【００５１】
成形性に関して、潤滑皮膜の付着量が１００ｍｇ／ｍ2以上あれば、成形性に優れるミルボンド以上の成形性が確保でき、５００ｍｇ／ｍ2未満であれば、冷延鋼板と同等の化成処理性が確保できる。
【００５２】
処理液の塗布方法は、所定付着量の潤滑皮膜を形成できれば、特に問わない。具体的な塗布方法としては、処理液をスプレーし、所定量にロールで絞るシャワーリンガー法、ロールにてコーティングするロールコート法等があげられる。また、処理液後の乾燥については、皮膜が乾燥すれば充分であり、温風乾燥で対応可能であるが、加熱炉で加熱してもよい。
【００５３】
次に、本発明の潤滑処理鋼板における潤滑皮膜の各種パラメータが脱膜性、成形性、接着性に及ぼす影響について、実験データにより具体的に説明する。実験では、アルカリ金属ホウ酸塩として四ホウ酸カリウムを使用し、潤滑剤としてはワックス（水分散性ポリエチレンワックス）と金属石鹸（ステアリン酸亜鉛）とを併用した。また、処理液の安定性を向上させる目的でポリアクリル酸を使用した。潤滑皮膜は、処理液をロールコートにより鋼板の片面に塗布し、熱風乾燥（板温５０℃）で皮膜を乾燥させることによって形成した。
【００５４】
（脱膜性）
日本鉄鋼連盟規格に規定された自動車用冷延鋼板ＪＳＣ２７０Ｄ（板厚＝０.８ｍｍ）の片面に、リチウムシリケート＋四ホウ酸カリウムからなる皮膜成分におけるＬｉ／Ｓｉ原子比及び四ホウ酸カリウム／リチウムシリケートの固形分質量比を変化させた潤滑皮膜（皮膜付着量＝２００ｍｇ／ｍ2）を形成した。脱膜性の評価であるため、潤滑皮膜に潤滑剤を含有させなかった。こうして得られた潤滑処理鋼板について、アルカリ脱脂を行って潤滑皮膜の脱膜性を評価した。その際のアルカリ脱脂条件は下記の通りである。
【００５５】
脱脂液：ＦＣ−Ｅ２００１（日本パーカライジング社製、濃度＝１８ｇ／Ｌ）（自動車鋼板向け化成処理液ＰＢ−ＷＬ３５用のアルカリ脱脂液）
脱脂温度：４０℃
脱脂時間：１８０秒浸漬
脱脂液ｐＨ：１２（新液）または１０（模擬劣化液）
【００５６】
所定の濃度、液温、ｐＨのアルカリ脱脂液に潤滑処理鋼板の試験片を所定の時間浸漬して脱脂を行い、脱脂前後のＳｉ量（蛍光Ｘ線でのＳｉ強度）の減衰からアルカリ脱脂による潤滑皮膜の脱膜率を求めた。
【００５７】
脱膜率＝（脱脂前Ｓｉ強度−脱脂後Ｓｉ強度）／（脱脂前Ｓｉ強度）
その結果を図１(ｐＨ＝１２の新液、ホウ酸塩を配合せず)、図２（ｐＨ＝１０の劣化液、ホウ酸塩配合と未配合の両方）に示す。
【００５８】
図１は、ホウ酸塩を配合せず、リチウムシリケートだけが皮膜成分である潤滑皮膜の結果を示す。リチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比が０.５以上になると、潤滑皮膜をほぼ完全に脱膜可能となり、良好な脱膜性が得られている。また、Ｌｉ／Ｓｉ原子比が０.７以上になると、処理液を静置した場合に液中成分の分離・沈殿が発生しやすかった。
【００５９】
一方、図２に示すように、脱脂液のｐＨを１０に調整して、脱脂力を弱めた状態で試験したところ、ホウ酸塩を含有しない潤滑皮膜では、Ｌｉ／Ｓｉ原子比を上限の４.０まで高めても、潤滑皮膜を完全に脱膜することができず、脱膜性の大きな低下が認められた。
【００６０】
これに対し、ホウ酸塩／リチウムシリケートの固形分質量比が２／３となる量でホウ酸塩を潤滑皮膜に含有させた場合には、図１に示したのとほぼ同じレベルまで潤滑皮膜の脱膜性が改善された。すなわち、Ｌｉ／Ｓｉ原子比が０.５以上では、ほぼ完全に脱膜可能になった。
【００６１】
（成形性）
成形性には潤滑剤が影響を及ぼす。そこで、潤滑剤である金属石鹸とワックスの合計量と潤滑剤との関係を検討した。前記の自動車用冷延鋼板ＪＳＣ２７０Ｄ（板厚＝０.８ｍｍ）の片面に、Ｌｉ／Ｓｉ原子比＝１.０のリチウムシリケートと、ホウ酸塩／リチウムシリケート質量比＝２／３の量のホウ酸塩を皮膜成分とし、潤滑剤の含有量を変化させ潤滑皮膜を形成した。なお、処理液が分離することがあったが、攪拌により強制的に攪拌した処理液を直ちに鋼板に塗布して潤滑皮膜を形成した。その他の条件は次の通りであった。
【００６２】
リチウムシリケート＋四ホウ酸カリウム皮膜量：１５０ｍｇ／ｍ2、
潤滑剤：ステアリン酸亜鉛／ポリエチレンワックス質量比＝１、
分散剤：ポリアクリル酸：（処理液固形分に対して１％を添加）、
潤滑：―般防錆油２ｇ／ｍ2（Nox-Rust 550HN：パーカ興産製）。
【００６３】
調製された潤滑処理鋼板を上記のように一般防錆油で潤滑し、その成形性を円筒深絞り試験により評価した。円筒深絞り試験条件は、図３示す通りである。
参考用の対照例として、同一冷延鋼板に、高潤滑性防錆油のプレトンＲ８６０（塗油量＝２ｇ／ｍ2、杉村化学製）、ミルボンドのＭＣ５６０J（塗布量＝１.２ｇ／ｍ2、日本油脂製）を形成して、同じ円筒深絞り試験に供した。
【００６４】
合否判定：潤滑性は成形限界しわ抑え圧をもって判定した。
高潤滑性防錆油（プレトンＲ８６０）と同等以上で合格とし、ミルボンド（ＭＣ５６０Ｊ）と同等以上が好適である。
【００６５】
図４より、潤滑剤／（シリケート＋ホウ酸塩）質量比質量比が０.１以上であれば、高潤滑性防錆油と同等以上、０.５以上であればミルボンドと同等以上の円筒深絞り成形性が確保できることが判る。また、上記質量比が１.５以上から成形性の劣化が起こり始め、２.０超ではミルボンドよりも成形性が劣る傾向が確認できた。
【００６６】
次に、金属石鹸とワックスの配合比率の影響について検討した。前記の自動車用冷延鋼板ＪＳＣ２７０Ｄ（板厚＝０.８ｍｍ）の片面に、Ｌｉ／Ｓｉ原子比＝１.０のリチウムシリケートとホウ酸塩を皮膜成分とし、ステアリン酸亜鉛と水分散性ポリエチレンの配合比率を変化させた潤滑剤を含有させた潤滑皮膜を形成した。得られた潤滑処理鋼板に対して耐カジリ試験を次の要領で実施した。
【００６７】
リチウムシリケート＋四ホウ酸カリウムの付着量：２００ｍｇ／ｍ2、
潤滑剤合計量：２００ｍｇ／ｍ2、
ポリアクリル酸（皮膜中）：１質量％、
処理液ｐＨ：１１、
潤滑：―般防錆油２ｇ／ｍ2（Nox-Rust 550HN）。
【００６８】
本試験では、極めて面圧が高くなり、カジリが発生し易くなるバウデン試験（付着滑り試験器）より評価を実施した。より過酷なプレス条件下では、加工に伴う発熱で金型や材料の温度上昇が起こり、型カジリがさらに発現し易くなる。この状況をシミュレートするために、バウデン試験では、板温を室温と１５０℃の両方に設定して試験を行った。その際の試験条件を図５に示す。
【００６９】
対照材として、前述のように高潤滑性防錆油（プレトンＲ８６０）、ミルボンド（ＭＣ５６０Ｊ）も同時に評価を行った。
合否判定：３０往復させた際の摩擦係数により合否判定を行った。その際の判定基準としては、室温時の高潤滑性防錆油の摩擦係数（＝０.１９）以下を合格とし、ミルボンドと同等以上の摩擦係数（≧０.０７）であれば好適としとした。
【００７０】
その結果を図６（室温）および図７（１５０℃）に示す。図６から、ワックス量比率が高いほど、室温時の潤滑性に優れ、ステアリン酸亜鉛比率が増大すると潤滑性が低下し、カジリが生じやすいことが判り、ステアリン酸亜鉛／ワックス比率≦５.０でなければ、高潤滑性防錆油と同等以下の潤滑性が確保できない。また、図７から、高温時（＝１５０℃）では、ステアリン酸亜鉛比率が高いほど潤滑性に優れ、ワックス比率が増大すると、潤滑性が著しく低下することが判り、室温時の高潤滑性防錆油と同等の摩擦係数≦０.１９を確保するには、潤滑剤比率≧０.３が必要である。
【００７１】
対照材を見ると、高潤滑性防錆油だけでなく、ミルボンドでも、高温時の潤滑性が著しく低下する。これに対し、本発明に従った好適な潤滑剤配合比率では、極めて優れた耐型カジリ性が確保できていることが判る。
【００７２】
（接着性）
接着性に及ぼす潤滑剤の影響について、本発明の有効性を説明する。
前記の自動車用冷延鋼板ＪＳＣ２７０Ｄ（板厚＝０.８ｍｍ）の片面に、Ｌｉ／Ｓｉ原子比＝１.０のリチウムシリケートと四ホウ酸カリウムを皮膜成分とし、潤滑剤の添加量を変化させた潤滑皮膜を形成した。得られた潤滑処理鋼板について接着性試験を次の要領で実施した。
【００７３】
リチウムシリケート＋四ホウ酸カリウムの付着量：１５０ｍｇ／ｍ2、
潤滑剤：ステアリン酸亜鉛／ポリエチレンワックス質量比＝１、
潤滑：―般防錆油２ｇ／ｍ2（Nox-Rust 550HN）、
ポリアクリル酸量（皮膜中）：１質量％、
処理液ｐＨ：１１。
【００７４】
接着性は、図８に示す条件で、構造用接着剤であるエポキシ系接着剤ＰＶ５３０６（ヘンケル白水社製）により接着を行った後のせん断引張り強度によって評価した。その際、防錆油とのなじみの問題が生じる可能性もあるため、防錆油を塗油し、室温でスタック状態にして７日間養生期間を取った後、接着を行ったものを試験に供した。
【００７５】
対照例として、高潤滑性防錆油のプレトンＲ８６０（塗油量＝２ｇ／ｍ2）およびミルボンドのＭＣ５６０Ｊ（塗布量＝１.２ｇ／ｍ2）を被覆したものも、併せて接着性試験に供した。
【００７６】
合否判定：せん断引張り試験による接着強度において、構造用接着剤により接着強度の低下問題が生じることのあるミルボンド以上の接着強度が確保できる領域を合格とした。また、高潤滑性防錆油を塗油したものと同等以上の接着性が確保できる領域を好適と判断した。
【００７７】
その結果を図９に示す。成形性の結果を示す図４では、潤滑剤の合計量が多くても、高潤滑性防錆油以上の良好な円筒深絞り成形性は確保できていた。一方、図９からは、潤滑剤合計量が多くなると、接着強度が低下し、良好な接着性の確保が困難になってくることが判る。すなわち、潤滑剤合計量とリチウムシリケート量との質量比で２.０超になると、接着性に問題が生じるミルボンドより接着強度が低下し、接着性に問題が生じることが判る。また、成形性評価（図４）においてミルボンドと同等以上の成形性が確保できた配合比率＝０.５〜１.５の範囲内は、図９から、接着強度においても高潤滑防錆油と同等以上の接着強度が確保でき、好適範囲であることが判る。
【００７８】
本接着性試験においては、冷延鋼板に一般防錆油のみを塗油した無処理材が最も接着性が良好であり、高潤滑性防錆油はやや劣るが、ミルボンドは、防錆油を塗油したものに比較して接着強度が著しく低下しており、本試験における接着性評価が現状の接着問題をよくシミュレートできていることが判る。
【００７９】
なお、自動車車体パネルを想定すると、本実施例に使用したようなエポキシ系の構造用接着剤以外にも、高防錆スポットシーラー等の接着強度の低いマスチック型接着剤もあるが、本発明の潤滑処理鋼板では、これらのマスチック型接着剤でも良好な接着性は確保可能である。
【実施例】
【００８０】
Ｌｉ／Ｓｉ原子比の異なる各種リチウムシリケート水溶液に、四ホウ酸カリウム水溶液を混合し、得られた混合溶液にワックス、金属石鹸、および分散剤を添加し、よく攪拌して均一に分散させて、潤滑皮膜形成用処理液を調製した。処理液の組成を表１にまとめて示す。
【００８１】
使用したワックス、金属石鹸および分散剤は次の通りであった（カッコ内は表１に用いた記号）：
ワックス：水溶性ポリエチレンワックス（ＰＥ）
金属石鹸：ステアリン酸亜鉛（Ｓｔ−Ｚｎ）
分散剤：ポリアクリル酸（ＰＡ）または非イオン界面活性剤であるポリオキシエチレンラウリルエーテル（ＰＯＬＥ）。
【００８２】
この処理液を、試験ごとに所定の鋼板の片面に、所定量の潤滑皮膜付着量（リチウムシリケートとアルカリ金属ホウ酸塩との合計量）になるようにロールコートし、熱風乾燥（板温＝５０℃）を行って、潤滑皮膜を形成した。
【００８３】
比較材として、ミルボンドのＭＣ５６０Ｊ（塗布量＝１.２ｇ／ｍ2）を用意し、併せて評価に供した。
形成された潤滑皮膜について、化成処理性、成形性、耐カジリ性、耐プレスかす性、接着性を評価した。その評価方法と判定基準は以下の通りである。これらの試験結果も表１に併せて示す。
【００８４】
（化成処理性）
日本鉄鋼連盟規格の５９０ＭＰａ級高降伏比型冷延鋼板ＪＳＣ５９０Ｒ（板厚＝１.０ｍｍ）を処理原板とし、この鋼板の片面に試験する潤滑皮膜を形成したのち、化成処理性試験に供した。本試験において高張力鋼を採用した理由は、高張力鋼板はもともと化成処理性が一般軟鋼に比較して劣っているためである。
【００８５】
試験する潤滑処理鋼板をｐＨ＝１０に調整したＦＣ−Ｅ２００１（日本パーカライジング製）に６０秒間浸漬して脱脂した後、ＰＢ−ＷＬ３５（日本パーカライジング製）を用いて指定の条件で化成処理を行った。形成された化成皮膜の外観観察と、化成結晶成長状態のＳＥＭ観察（倍率：×５００倍）により、結晶のミクロ的なスケ状態を観察した。
【００８６】
判定基準：ＳＥＭにより求めたスケ発生面積率が、
◎＝１％未満、○＝１〜５％、△＝５〜１０％、×＞１０％。なお、均一な塗装外観を得るには、スケ発生面積率は０％(すなわち、評価が◎)であることが求められる。
【００８７】
（プレス成形性）
日本鉄鋼連盟規格の軟鋼板ＪＳＣ２７０Ｄ（板厚＝０.８ｍｍ）を処理原板として用い、この鋼板の片面に試験する潤滑皮膜を形成し、一般防錆油を２ｇ／ｍ2塗油した後、前述と同じ円筒深絞り試験（図３参照）を実施した。その評価基準は、前述したのと同様、以下の通りである。
【００８８】
判定基準：成形限界しわ抑え圧が、
◎＋≧４２５ｋＮ、◎≧３７５ｋＮ（ミルポンド以上）、○＝１５０〜３７５ｋＮ（高潤滑性防錆油以上）、×＜１５０ｋＮ
【００８９】
（耐型カジリ性）
日本鉄鋼連盟規格の４９０ＭＰａ級汎用型熱延鋼板ＪＳＨ４４０Ｗ（板厚＝３.２ｍｍ）を処理原板として用い、その片面に試験する潤滑皮膜を形成し、一般防錆油を２ｇ／ｍ2塗油した後、クランクプレス曲げによる型カジリ性評価を実施した。その際の加工条件と評価方法は図１０に示す通りであり、しごき率＝１５％で連続１０枚成形後の１０枚目のサンプルでの正常部残存率を評価した。
【００９０】
判定基準として、耐型カジリ性が良好なミルボンド（ＭＣ５６０Ｊ、塗布量＝１.２ｇ／ｍ2）の同条件での正常部残存率が７５％であることから、それ以上を合格とし、全く型カジリが発生しないものを最良とした。
【００９１】
加工条件：サンプルサイズ：２５×１５０ｍｍ；クリアランス：２.７２ｍｍ（しごき率＝１５％）；成形回数：連続１０枚
判定基準：正常部残存率が、
◎＝１００％、○＝７５〜１００％（ミルボンド以上）、×＜７５％。
【００９２】
あわせて、本試験での摺動部のである側壁外観を観察することにより、摺動部でのプレスかすの発生状況を評価した。型カジリ試験により、潤滑皮膜が擦れ、剥離し、皮膜が型にビルドアップして鋼板に再付着することで、カジリ部にプレスかすが再付着するのであるが、蒸気脱脂により除去可能な場合は問題なしと判断した。
【００９３】
判断基準：側壁外観観察で、
◎：プレスかすによる黒変発生なし、○：プレスかすにより黒変発生するも蒸気脱脂により黒変除去可能、×：プレスかすによる黒変発生し、蒸気脱脂により除去不可能。
【００９４】
（接着性）
日本鉄鋼連盟規格の軟鋼板ＪＳＣ２７０Ｄ（板厚＝０.８ｍｍ）を処理原板として用い、その片面に試験する潤滑皮膜を形成し、一般防錆油を２ｇ／ｍ2塗油した後、前述と同じ接着性試験（図８参照）を実施した。その評価基準は、前述同様、以下の通りである。
【００９５】
判断基準：接着強度が、
◎≧４.０ｋＮ（高潤滑性防錆油以上）、○＝３.５〜４.０ｋＮ（ミルポンド以上）、×＜３.５ｋＮ。
【００９６】
【表１】
2006240157.tif 000003
【００９７】
表１の結果から分かるように、本発明にしたがって、皮膜成分のリチウムシリケートにアルカリ金属ホウ酸塩を併用することにより、潤滑皮膜の脱膜性が向上し、ｐＨ＝１０の脱脂力が低いアルカリ脱脂液でも十分に潤滑皮膜を脱膜することができ、安定した化成処理性を確保することができた。また、潤滑皮膜がホウ酸塩を含有していても、ワックスと金属石鹸からなる潤滑剤を含有するリチウムシリケート皮膜に固有の優れた成形性、耐型カジリ性、プレスかす発生の抑制、接着性などの効果は保持された。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】皮膜成分がアルカリ金属ホウ酸塩を含有しない潤滑皮膜を新しいアルカリ脱脂液（ｐＨ＝１２）で脱脂した場合の脱膜性に及ぼすリチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比の影響を示すグラフである。
【図２】皮膜成分がアルカリ金属ホウ酸塩を含有する潤滑皮膜と含有しない潤滑皮膜を、脱脂力が低下した模擬劣化アルカリ脱脂液（ｐＨ＝１０）で脱脂した場合の脱膜性に及ぼすリチウムシリケートのＬｉ／Ｓｉ原子比の影響を示すグラフである。
【図３】円筒深絞り成形による成形性評価方法の模式図である。
【図４】限界しわ抑え圧に及ぼす潤滑剤合計量／(リチウムシリケート+アルカリ金属ホウ酸塩)質量比の影響を示すグラフである。
【図５】バウデン試験による耐カジリ性評価方法の模式図である。
【図６】室温時のバウデン試験による耐型カジリ性評価において、摩擦係数に及ぼす金属石鹸／ワックス質量比の影響を示すグラフである。
【図７】１５０℃時のバウデン試験による耐カジリ性評価において、摩擦係数に及ぼす金属石鹸／ワックス質量比の影響を示すグラフである。
【図８】接着性（構造用接着剤）評価試験方法の模式図である。
【図９】接着強度に及ぼす潤滑剤総量／(リチウムシリケート+アルカリ金属ホウ酸塩)質量比の影響を示すグラフである。
【図１０】耐型カジリ性の評価試験方法およびその測定方法を示す模式図である。
【図１】
2006240157.tif 000004
【図２】
2006240157.tif 000005
【図３】
2006240157.tif 000006
【図４】
2006240157.tif 000007
【図５】
2006240157.tif 000008
【図６】
2006240157.tif 000009
【図７】
2006240157.tif 000010
【図８】
2006240157.tif 000011
【図９】
2006240157.tif 000012
【図１０】
2006240157.tif 000013