(57)【要約】【課題】プレス成形条件によらず、安定してプレス成形性が得られる溶融亜鉛めっき鋼板を提供する。【解決手段】溶融亜鉛めっき鋼板の表層から深さ方向200nmまでのAl/Zn比が0.003未満（ただし0は除く）もしくは0.2超えであるプレス成形安定性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。もしくは、溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層表面に平坦な凸部を有し、該凸部の表層から深さ方向200nmまでのAl/Zn比が0.003未満（ただし0は除く）もしくは0.2超えであるプレス成形安定性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。【選択図】図１
2005240055.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融亜鉛めっき鋼板の表層から深さ方向200nmまでのAl/Zn比が0.003未満（ただし0は除く）もしくは0.2超えであることを特徴とするプレス成形安定性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
【請求項２】
溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層表面に平坦な凸部を有し、該凸部の表層から深さ方向200nmまでのAl/Zn比が0.003未満（ただし0は除く）もしくは0.2超えであることを特徴とするプレス成形安定性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス条件の変動に影響されず、安定してプレス成形性が得られる溶融亜鉛めっき鋼板に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用防錆鋼板として、耐食性の良さと低コストから溶融亜鉛めっき鋼板の需要が増大している。そして、自動車用防錆鋼板に要求される性能としては、耐食性、塗装性、溶接性の他に車体製造工程におけるプレス成形性が優れていることが重要である。しかし、自動車用防錆鋼板として溶融亜鉛めっき鋼板を用いた場合、溶融亜鉛めっき鋼板は、冷延鋼板と比較して摺動抵抗が大きいため、プレス成形時に割れや精度不良などの不具合が生じ易い。
【０００３】
これに対し、特許文献1では、表面に金属の酸化物及び／または水酸化物を主体とした層と、P、Bの酸素酸及び／またはSi、Al、Tiの酸化物コロイドを主体とする皮膜を有する亜鉛系めっき鋼板が開示されている。
【０００４】
特許文献2には、表面をアモルファス状のP酸化物で被覆した亜鉛系めっき鋼板亜鉛系めっき鋼板が開示されている。
【特許文献１】特開平4-176878号公報
【特許文献２】特開平4-88196号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献1、2に開示される、皮膜で表面を被覆してプレス成形性を向上させる技術は以下のような問題点がある。すなわち、良好な摺動特性を示す皮膜付与条件は材料表面の状態に依存し、最適な条件で安定的に製造するのは困難な場合が多く、また製造コストが余計にかかる。そして、結果としてプレス成形の条件すなわち摺動条件によってはプレス成形性が劣るなど、プレス成形性が条件変動に影響を受けやすく、安定して良好なプレス成形性を示す溶融亜鉛めっき鋼板を得ることはできていない。
【０００６】
本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、プレス成形条件によらず、安定してプレス成形性が得られる溶融亜鉛めっき鋼板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく、種々の検討を加えた。まず、本発明者らは、溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層表面のAl濃化層に着目し、プレス成形時の摺動特性との関連について系統的に調査した。その結果、溶融亜鉛めっき鋼板の摺動機構を以下のように知見した。すなわち、プレス成形時の摺動による変形や掘り起しなどで表面が受ける影響は、表面から概ね200nm程度の深さにまで及び、摺動特性は、同領域を構成する物質により大きく左右され、表面から概ね200nm程度の深さまでの構成物質を制御することにより、プレス成形条件すなわち摺動条件によらず、安定してプレス成形性を示す溶融亜鉛めっき鋼板を得られることを知見した。
【０００８】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
【０００９】
［1］溶融亜鉛めっき鋼板の表層から深さ方向200nmまでのAl/Zn比が0.003未満（ただし0は除く）もしくは0.2超えであることを特徴とするプレス成形安定性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１０】
［2］溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層表面に平坦な凸部を有し、該凸部の表層から深さ方向200nmまでのAl/Zn比が0.003未満（ただし0は除く）もしくは0.2超えであることを特徴とするプレス成形安定性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板。
【００１１】
なお、本発明において、Al/Zn比はmass比とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、プレス成形条件によらず、安定したプレス成形性を示す溶融亜鉛めっき鋼板を提供することができる。そして、本発明の溶融亜鉛めっき鋼板は、プレス成形の条件変動に影響を受けないため、従来問題となっていた割れや精度不良などの不具合を生じにくくし、自動車用防錆鋼板として最適である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明が対象とする溶融亜鉛めっき鋼板は、溶融めっき法により形成された亜鉛めっき皮膜を少なくとも片面に有する鋼板である。一般的に溶融亜鉛めっき鋼板では、めっき時に浴中に添加されているAlがめっき層中に取り込まれるが、冷却時にそれらの一部が表面に偏析することで、酸化物を主体とするAl濃化層が表面に形成されている。このAl濃化層は摺動時の金型と材料の凝着を抑制することにより、摺動抵抗を低減させる効果がある。しかし、摺動距離が長くなるような摺動条件では凝着が発生しやすくなり、広範な摺動条件で満足するプレス成形性を得ることができない。このように溶融亜鉛めっき鋼板では、Al濃化層が存在することにより、摺動抵抗の低減効果があるものの、その効果が摺動条件により大きく異なるため、摺動条件による摺動特性の違いをむしろ大きくしてしまっているのである。
【００１４】
そこで、本発明者らは、プレス成形時の摺動による変形や掘り起しなどで表面が受ける影響に着目し、溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層表面のAl濃化層、特にその深さに着目し、プレス成形時の摺動特性との関連について系統的に調査した。その結果、プレス成形時の摺動による変形や掘り起しなどで表面が受ける影響は、表面から概ね200nm程度の深さにまで及ぶことがわかった。
【００１５】
以上の結果をもとに、次に、表面から概ね200nm程度の深さまでのAlによる摺動時の金型と材料の凝着を抑制効果を調べるために、表面から概ね200nm程度の深さまでのAl/Zn比と摺動特性の指標とされる摩擦係数との関係を調べた。得られた結果を図1に示す。
【００１６】
なお、プレス成形性（摺動特性）の指標として、一般的に摩擦係数は低い方が良いとされる。しかし、実際のプレス成形では、面圧や摺動距離などの摺動条件が部位により異なるため、摩擦係数の絶対値だけでなく摺動条件による摩擦係数のばらつきもプレス成形性の指標として考慮することが重要である。そこで本発明者らは、図1において、実際のプレス成形における摺動条件のなかで、極端な摺動条件として、面圧が高く短距離の摺動としての条件Aと、低面圧で長距離の摺動としての条件Bの、2種の摺動条件を用いて摩擦係数の測定を行った。なお、詳細な摺動条件は後述する実施例のとおりである。実際に行われるプレス成形においては、条件Aと条件Bの中間的な摺動条件をとる場合が多く、経験上そのような条件における摩擦係数は、概ね条件A、Bの摩擦係数の間の値となることが知られている。ゆえに、図1では、極端な摺動条件である条件A、Bにおける摩擦係数の値の差を摺動条件の違いによる摺動性のばらつきの指標とし、そのばらつきによりプレス成形性の安定性を評価した。なお、現在製造されている標準的な溶融亜鉛めっき鋼板では、条件A、Bにおける摩擦係数の値の差が0.1を超える。しかし、この差が0.07以下になる範囲であれば、現在国内で自動車用として一般的に用いられている合金化溶融亜鉛めっき鋼板の摩擦係数のばらつきと同等となることから、安定的にプレス成形性が得られることが経験的に言える。
【００１７】
上記の考えを基に図1を見ると、図1より、一般的な溶融亜鉛めっき鋼板でプレス成形性の指標としているAl/Zn比が概ね0.015から0.03の間では、摺動条件による摩擦係数のばらつきが大きく、摺動条件によって、摺動特性が異なり、安定してプレス成形性が得られていない。一方、Al/Zn比が0.003未満もしくは0.2超えのところでは、摩擦係数のばらつきが小さい。
【００１８】
以上から摩擦係数が低くなるAl/Zｎ比は摺動条件により異なるものの、摩擦係数のばらつき（条件A、Bにおける摩擦係数の値の差）が小さくなる領域が存在することがわかる。すなわち、表面から概ね200nm程度の深さまででは、Alによる摺動時の金型と材料の凝着を抑制効果が摺動条件によって異なるAl/Zn比と、摺動条件に大きくは依存しないAl/Zn比が存在し、Al/Zn比を摺動条件に大きくは依存しない0.003未満もしくは0.2超えとすることにより、プレス成形条件すなわち摺動条件によらず、安定したプレス成形性を示す溶融亜鉛めっき鋼板を得られることになる。よって、本発明では、表層から深さ200nmまでのAl/Zn比は0.003未満もしくは0.2超えとする。これは本発明において、重要な要件である。
【００１９】
以上のような結果になる理由は定かではないが、恐らく、プレス成形性はめっき層の表層の一部だけでなく、さらにそれよりも深いところまで関与しており、表層のみの構成物質の制御だけでは摺動特性に敏感なところ全てを制御したことにはならず、結果として制御しきれていない摺動特性に敏感なところが存在しその部分の影響を受け、摺動条件により特性にバラツキが生じると考えられる。
【００２０】
表面から概ね200nm程度の深さまでの領域までのAl/Zn比は、例えば、エネルギー分散X線分光法（EDS）により求めることができる。この時、加速電圧を5kVとすることにより、分析深さが概ね200nmとなる。測定したEDSスペクトルから、定量計算を行うことで表面組成（mass%）を求め、それらのうちのAl濃度とZn濃度の比をとることにより、Al/Zn比が算出できる。
【００２１】
さらに、本発明では、めっき層表面に平坦な凸部を形成し、その平坦な凸部の表層から深さ方向200nmまでのAl/Zn比を0.003未満（ただし0は除く）もしくは0.2超えとすることが好ましい。
【００２２】
一般的に、溶融亜鉛めっき法により製造しためっき層の表面は平坦である。これに、EDTロールによる調質圧延を施すと、ロール表面の凸部の接触により平坦なめっき層表面に窪みが形成される。この時、ロールに接触しなかったか、あるいは接触圧力の小さかった部分が平坦な凸部として残る。この平坦な凸部は、めっき層表面の平均高さより高い位置にあり、プレス成形時にプレス金型と接触する。従って、めっき層表面に形成される平坦な凸部の表層の状態を制御することで、継続して摺動を受けるような部分においてもAlによる凝着抑制効果が安定して得られ、さらに優れたプレス成形安定性を得ることができる。
【００２３】
なお、めっき層の表面形状は、調質圧延時のロール表面形状及び圧下率により制御することが可能であり、最も簡便である。
【００２４】
また、前記の例は平坦な表面に窪みが点在する形態であるが、他の手法により、平坦部が島状に分散しているような形態として形成されていてもよい。さらに、ブライト調圧を施す場合などのように積極的に凹凸を形成せず、めっき層表面が一様に平坦である場合でも、プレス金型と接触する部分は平坦であることから、本発明の効果を得ることができる。即ち本発明の平坦な凸部とは、平坦部の存在形態やその形成方法に係わらず、プレス金型と接触する部分が平坦であればよい。
【実施例１】
【００２５】
（本発明1）
溶融亜鉛めっき鋼板は、冷延鋼板上に常法による溶融亜鉛めっき皮膜を形成した後、調質圧延を行い作製した。この時使用しためっき浴には、約0.2mass%のAlが添加されていた。得られた溶融亜鉛めっき鋼板を、表面のAl層を除去するため、脱脂した後、常温において水酸化ナトリウム溶液（20g/l）に最大120秒間浸漬した。その後、水洗、乾燥を行い供試材とした。このようにして作製した供試材について、表面に偏析しているAlの量とプレス成形性の評価を、以下に述べる方法で行なった。
(1) 表面偏析Al量の評価
表面に偏析しているAlの量は、エネルギー分散X線分光法（EDS）を用いた。5kVの加速電圧で、10μｍ×10μｍ程度の範囲からのスペクトルを取得した。測定したEDSスペクトルに対し、ピークハット法によるバックグラウンド除去により各成分のピーク強度を求め、それらを基にした定量計算を行うことで表面組成（mass%）を求めた。さらに、それらのうちのAl濃度とZn濃度の比をとることにより、Al/Zn比を算出した。上記の測定を、各供試材毎に5点測定し、それらの平均値をもって分析値とした。
【００２６】
(2) プレス成形性評価試験（摩擦係数測定）
プレス成形性を評価するために、供試材の摩擦係数を以下のようにして測定した。図2に摩擦係数測定装置の概略正面図を示す。供試材から採取した摩擦係数測定用試料1は試料台2に固定され、この試料台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と摩擦係数測定用試料1の間に押し付け荷重Nを作用させる。押し付け荷重Nは、第1ロードセル7により測定される。押し付け力荷重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ことで摺動を行い、この時の摺動抵抗力Fを第2ロードセル8により測定する。試料とビード間の摩擦係数μは、μ= F/Nで算出される。
【００２７】
図3及び図4に、使用したビード6の形状・寸法を示す概略斜視図を示す。ビード6は、その下面が試料1の表面に押し付けられた状態で摺動する。図3に示すビードの形状は、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、試料が押し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4に示すビードの形状は、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、試料表面に押し付けられるビード下面は幅10mm、摺動方向長さ50mmの平面を有する。
【００２８】
摩擦係数測定試験は、潤滑油としてスギムラ化学工業株式会社製R352Lを試料1の表面に塗布し、以下の2条件で行なった。
【００２９】
条件A： 図3に示すビードを用い、押し付け荷重を400kgf、摺動速度（スライドテーブルの水平移動速度）を100cm/minとした。本条件は、プレス時に材料の流入を抑えるビード部における高面圧で短距離の摺動条件に相当し、本条件にて測定される摩擦係数を以下μAとする。
【００３０】
条件B： 図4に示すビードを用い、押し付け荷重を400kgf、摺動速度（スライドテーブルの水平移動速度）を20cm/minとした。本条件は、プレス時に張り出し成形の部分においてパンチ面と材料の間で起こる低面圧で距離の長い摺動条件に相当し、本条件にて測定される摩擦係数を以下μBとする。
【００３１】
μAとμBの差がプレス成形時の摺動特性の安定性に重要であることから、δμ = μB - μAの値を摺動特性の安定性の指標として用いた。
（本発明2）
溶融亜鉛めっき鋼板は、冷延鋼板上に常法による溶融亜鉛めっき皮膜を形成した後、EDTロールによる調質圧延を行い作製した。EDT調圧により、作製した溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層表面には窪みが付与され、50％程度の面積率を持つ平坦な凸部を形成することができた。また、使用しためっき浴には約0.2mass%のAlが添加されており、作製した溶融亜鉛めっき鋼板は、この時点で、下記評価法によるAl/Zn比の値として0.012〜0.015程度のAl偏析層が平坦部表面に形成されていた。この後、さらにブライトロールによる調質圧延を行い、めっき層表面の平坦部に対して力を加えることで、平坦部表面にAlを濃化せしめた。このようにして作製した供試材について、表面に偏析しているAlの量とプレス成形性の評価を、以下に述べる方法で行なった。
(1) 表面Al量の評価
本発明例1と同様の方法にて行い、Al/Zn比を求めた。
(2) プレス成形性評価試験（摩擦係数測定）
本発明例1と同様の条件にて行い、δμ = μB -μAを求めた。
（比較材）
通常用いられるＧＩ材を用い、本発明例1と同様の条件にて1）表面Al量の評価および2）プレス成形性評価試験（摩擦係数測定）を行い、δμ = μB - μAを求めた。
【００３２】
以上により得られた結果を表1に示す。
【００３３】
【表１】
2005240055.tif 000003
【００３４】
δμが小さいほどμAとμBのばらつきが少なく、摺動特性の安定性が良いと判断できる。本発明では、δμが0.066と0.054といずれも低く安定してプレス成形性が得られることがわかる。また、Al/Zn比が0.2超えである本発明2では、摩擦係数は他と比較して低く、プレス成形性も優れていることがわかる。
【００３５】
一方、比較材では、δμが0.128と0.136と高く、摺動特性にばらつきがあり、安定してプレス成形性が得られない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】表面から概ね200nm程度の深さまでのAl/Zn比と摩擦係数との関係を示す図。
【図２】実施例で使用した摩擦係数測定装置を示す概略正面図。
【図３】摩擦係数測定試験条件Aで用いたビードの形状・寸法を示す概略斜視図。
【図４】摩擦係数測定試験条件Bで用いたビードの形状・寸法を示す概略斜視図。
【符号の説明】
【００３７】
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
N 押し付け荷重
F 摺動抵抗力
【図１】
2005240055.tif 000004
【図２】
2005240055.tif 000005
【図３】
2005240055.tif 000006
【図４】
2005240055.tif 000007