世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板
Advanced Coated Steel Sheets with Excellent Functions to Satisfy Ecological Requirements
実川
山下

正治
正明

鉄鋼事業部

薄板セクター部

総合材料技術研究所部長

表面処理研究部部長

工博

Masaharu Jitsukawa
Masaaki Yamashita

当社では多様な顧客要望を的確に捉えた，各種表面処理鋼板を開発している。本稿では，自動車，家電，
建材，容器の各分野において当社が独自に開発した表面処理鋼板の開発・商品化を述べ，さらに近年注目されている環境調和を目指したクロムフリー鋼板を紹介する。

A range of new coated steel sheets has been developed in response to customer demand for superior performance. This paper describes a number of these new, coated steel sheets developed by NKK, designed specifically for automobile bodies, electrical appliances, construction, and can-making. Chromium-free coated steel
sheets aimed at satisfying ecological requirements are also introduced.

イクル促進の観点から欧州の自動車メーカーを中心に『12

はじめに

1.

年保証』が宣言されている 1)。

1961 年に現京浜製鉄所水江地区において連続溶融亜鉛

一方，我が国でも融雪塩の散布量が年々増加しているう

めっきライン（No.1 CGL）が稼動したことが当社の表面

え，中古車市場における評価が新車の売れ行きを左右する処理鋼板の歴史の始まりである。その翌年に連続電気錫め傾向が強いために，現在では，国内向け自動車にも同様なっきライン（ETL）が稼動し，その後 1990 年代初頭にか防錆仕様が設定されている。

けて同地区に，No.2, 3, 4 CGL，連続塗装ライン（No.1, 2,

このような，車体防錆強化への社会的ニーズを背景に，

3 CCL）が建設された。一方，福山製鉄所は 1966 年に連当社は特徴ある自動車用表面処理鋼板を開発し，お客様に続電気亜鉛めっきライン（No.1 EGL）が最初に稼動し，提供してきた。本節では，当社が世界に先駆けて開発した

続いて 1971 年には No.1 ETL と No.1 CGL が，その後 No.2,

商品およびそれらの製造技術について紹介する。

3, 4, 5 EGL，No.2, 3CGL，ティンフリースチールライン

2.1.1 合金電気めっき鋼板 (NKFZ, UZA, EZA, EZB)
1970 年代後半，当社は自動車用表面処理鋼板として世界（No.1, 2 TFS）が建設され，現在では当社の表面処理鋼で初めて NKFZ および UZA という 2 種の合金電気めっき板の主力工場となっている。
当社では，薄板の主要用途である自動車，家電，建材，鋼板を開発，商品化した。前者は Zn-Co-Cr 電気めっき鋼

容器などの各分野で，防錆強化を中心として，品質向上，板であり，Zn めっき中に Co および Cr を共析させること

高機能・多機能化の要求に応え，多様な表面処理鋼板を開により，裸耐食性を飛躍的に向上させた 2)。一方，後者は発・商品化し，需要の増大に対応してきた。本稿では，多電気亜鉛めっき鋼板 UZ に熱処理を施した Zn-Fe 合金めっ様な需要家要望に的確に対応して開発・商品化した，自動き鋼板であり，優れた塗装性および塗装後の耐食性を特徴

車，家電，建材，容器の各用途向け表面処理鋼板および環とした。
これらの商品は，当時欧米で採用されていた亜鉛めっき

境調和を目指した最新表面処理技術を紹介する。

鋼板と比較してプレス成形性や溶接性に優れるため車両の2.

表面処理鋼板の研究開発

生産性を重視する国内自動車メーカーのニーズに適合する

2.1

自動車用表面処理鋼板

とともに，以下に述べる Zn-Fe 系や Zn-Ni 系など 1980 年

1960 年代，北米・北欧などの積雪地帯で冬季の交通確保

代に隆盛を極める自動車用合金電気めっき鋼板開発の引き金になった点でその意義は深い。

のために路上散布される融雪塩の量が増すにつれて，車体腐食という社会問題が深刻化してきた。1976 年，カナダ政

電気亜鉛めっき鋼板 UZ を熱処理し Zn-Fe とした UZA

府は自動車の防錆品質の基準を提示し，これが契機となっに対し，電気めっきライン（EGL）内で Zn-Fe 電気めっきて各自動車メーカーは防錆保証期間を設定するようになっ皮膜を直接製造する技術開発を行い，EZA3)ならびに EZBた。

を開発した。前者は 15〜25%Fe を含有する Zn-Fe 電気め

この保証期間は Fig.1 に示した防錆基準（目標）の強化

っき皮膜であり，UZA と同等の優れた塗装後耐食性を示す。

に対応して年々延長され，最近では使用済み自動車のリサ

当時の車体防錆は消費者の目に直接触れない内板が主体–45–

NKK 技報 No.179 (2002.11)

世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板

1970

1980

2000

1990

Remarks：Perforation corrosion- Cosmetic corrosion★Canadian anti-corrosion code（5-1.5）

Code andtarget ofanti-corrosion★North American anti-corrosion target（10−5）★European 12 years guarantee（12）One side alloy coating

Transition of
coatings applied
to body in white
by Japanese
vehiclemanufacturers（exposed parts）

Double layer galvannealed coating

Galvannealed coating
Galvannealed coating with lubricant film
Double layer Zn-Fe alloy electro-deposited coating
Zｎ-Ni alloy electro-deposited coating
Zincrometal

Organic composite coating〇'77 Zn-Co-Cr alloy electro-deposited steel sheet（FZ）〇'78 Heat treated Zn-Fe alloy coated steel sheet（UZA）〇'82 Zn-Fe alloy electro-deposited steel sheet（EZA）〇'82 Zn-Ni alloy electro-deposited steel sheet（EZN）〇'83 Double layer Zn-Fe alloy electro-deposited steel sheet（EZB）〇'85 Organic composite coated steel sheet（EZN-UC）〇'90 Galvannealed steel sheet for exposed parts（PZA）〇'90 Double layer galvannealed steel sheet（PZB・PZM）〇'96 Galvannealed steel sheet with modified surface（PZA-N）

NKK's coatedproducts
developed forvehicleapplication

Fig.1

NKK’s coated products for vehicle application

であり，外板にはめっき面でのカチオン電着塗装時の塗装

2.1.2

薄膜有機複合被覆鋼板 (EZN-UC)

欠陥（クレータリング）を防止するために，片面めっき鋼

1970 年代，クロメート処理を施した冷延鋼板に亜鉛粉末板（非塗装面にのみめっきを施した鋼板）が採用されてい含有塗膜を塗布した，ジンクロメタルが自動車用鋼板とした。EZB は 2 層めっき鋼板であり EZA の上層に Fe 含有て採用された。ジンクロメタルは裸耐食性に優れるため，量の高い Fe-Zn 電気めっき皮膜を付与したもので，耐食性

電着塗装の付き廻りが不充分な袋構造部の防食に有効であとともに耐水密着性・耐 ED クレータリング性に優れるると考えられたが，プレス成形時の塗膜剥離やそれに伴うことを特徴とする（Fig.2）4)。鋼板に 2 層のめっきを施し，耐食性の低下，さらには溶接性の劣化など多くの問題が顕それぞれの層に異なる役割を分担させるという斬新な概在化してきた。

念 5)は，その後の自動車用表面処理鋼板開発に大きく影響

当社はこれらの問題点を解決するとともに，耐食性の更を与えたことは特筆に価する。おりしも防錆基準の強化

なる向上をも意図し，全く新しい観点から薄膜有機複合被に適合するために，それまで用いられていた片面めっき

覆鋼板 EZN-UC を他社に先駆けて開発，1985 年に商品化

鋼板から両面めっき鋼板への転換が図られる時期であっした６)。この皮膜の特徴は，Fig.3 に示すように，(1) 有機

た。EZB の優れた耐 ED クレータリング性は両面めっき

複合シリケート皮膜のバリア効果，(2) クロメート皮膜の鋼板の外板への採用を初めて可能にした。

不働態化効果，および(3) Zn-Ni 電気めっき皮膜の防食効果を組み合わせることにより厚さ約 1μm の薄膜有機被覆で高耐食化を実現，さらにプレス成形性や溶接性を飛躍的にGood

Weldability向上させた点にある。本商品は，その後低温焼付可能で耐Performance

食性をさらに向上させた EZN-UC II の開発に繋がり，現在に至っている。

Paintability

2.1.3

Perforation corrosion

Corrosion
resistance(SST)

合金化溶融亜鉛めっき鋼板 (PZA, PZB, PZM)

Big 3 の防錆目標『10-5-2-1』―『10 年間孔あき腐食無し，5 年間ボデー表面錆無し，2 年間エンジンルーム内錆

Not goodPaintadhesion無し，1 年間足廻り部品の錆無し』に適合させるために，

Formability

我が国の自動車メーカーは 1980 年代後半，さらなる防錆
０

Fig.2

１０

２０

３０
４０
５０
Fe content ｗｔ％

６０

１００

強化の方針を打ち出した。それまで Zn-Fe 電気めっき鋼板（20g/m2（膜厚換算：2.8μm））を採用していたメーカー

Relationship between performance and ironcontent in the Zn-Fe coating

NKK 技報 No.179 (2002.11)は比較的容易に厚目付け化が可能な合金化溶融亜鉛めっき–46–

世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板

目的に，当社は Ni 系無機潤滑皮膜を付与した PZA-N を商・Anti-powdering
・Weldability
・Corrosion resistance

15μｍ

品化し，その優れた品質（Fig.4）により，お客様から好評

Modified zinc-rich
painted steel sheet(Type I)を得ているが，詳細については第 3 章で紹介する。

・Bake hardenability
・Anti-powdering
・High corrosion resistance

5〜７μｍ

150

Fracture
Blank Hold Force (ton)Zinc-rich painted
steel sheet

Zn−Ni alloy

・Bake hardenability
・High corrosion resistanceThin organic composite
coated steel sheet(Type II)

New organic composite
coated steel sheet

１μｍ
Zn−Ni alloy

１μｍ
Zn−Ni alloy

140

Formable Range
of PZA-N

130
120

Formable Range of PZA

110
100

Wrinkle

Fig.3

90
1.4

Flow diagram for the development of new organic
composite coated steel sheets

Fig.4
鋼板（Zn-Fe 溶融めっき鋼板：付着量 60g/m2：膜厚換算：

1.6

1.8
2.0
r-value

2.2

2.4

Relationship between formable rangeof steels and r-value

8.4μm）を採用し，薄膜有機複合被覆鋼板（20g/m2（膜厚換算：2.8μm））を採用していたメーカーは Zn-Ni 電気め

当社は，高度化するお客様のニーズに適確に応える商品

っき皮膜の厚目付け化（30g/m2（膜厚換算：4.2μm)）でを安定的に供給するため，製造技術についても率先して新対応した。

技術を開発してきた。最新技術の導入例として，電気めっ連続溶融亜鉛めっきライン CGL で製造される合金化溶きプロセスにおける酸化イリジウム被覆電極の採用，溶融融亜鉛めっき鋼板 PZA は，めっき原板を還元焼鈍した後，めっきプロセスにおける直火加熱炉，高周波誘導加熱炉の還元雰囲気中をめっき温度まで冷却し，溶融亜鉛に浸漬，採用などがある。このような数多くの新技術開発により多さらに合金化処理と称する熱処理を施すことにより製造さくの特徴ある商品が生産されている。

れる。また，2 層合金化溶融亜鉛めっき鋼板（PZB，PZM）

さらに，他社に先駆けて積極的に展開している実車解体

はライン内で PZA の上層に Fe 含有量の高い Fe-Zn 電気め調査結果に基づく，当社の腐食評価・解析技術は，今後もっき皮膜を付与した商品である。

高度化する自動車用新表面処理鋼板開発の一翼を担うばかPZA を自動車外板に初めて適用するためにはいくつか

りでなく，お客様からも高い評価を得ている。

の課題が存在した。表面品質上の課題に対し，当社は最新

2.2

家電用表面処理鋼板

鋭の福山 No.2 CGL を建設し，各種の設備対応および品質

当社では，家電製品などの防錆品質の向上や高機能化の管理を実施することにより，外板品質を満足する商品の安動きに対応して，内装部品を対象に，主に無塗装化を狙い

定製造を可能にした 7) 。これらの技術は 1992 年およびとした亜鉛系めっき鋼板表面に無機／有機系極薄膜を被覆

1993 年に稼働した福山 No.3 CGL および京浜 No.4 CGL

した高機能化成処理鋼板を開発するとともに，外装部品をにも生かされ，各方面の需要家から良好な評価を受けてい対象に，ポストコートの省略を狙い亜鉛系めっき鋼板を下る。

地とするプレコート鋼板の開発を活発に行ってきた。

一方，厚目付け化に伴い，皮膜品質上の課題も顕在化し

2.2.1

高機能化成処理鋼板

た。皮膜の付着量が増すと，プレス成形時に皮膜が剥離す

化成処理鋼板とは，従来，主にリン酸塩処理やクロメるいわゆるパウダリング現象が起こり易くなり，さらに皮ート処理などの無機系化成処理皮膜を形成させた亜鉛め

膜構造の影響を受けて摺動性が劣化し易くなるなどプレスっき鋼板を意味していた。近年，家電製品の高機能化の成形に関する問題点が明らかとなってきた。

要求に対応し，化成処理鋼板の多様化が進み，「化成処

当社は CGL 内で皮膜が形成される過程で起きる Fe-Zn

理鋼板とは，亜鉛系めっき鋼板の表面に，有機・無機系

合金化反応に関し，詳細に基礎研究 8)を行うとともに，福皮膜（1〜2μm）を形成することにより，耐食性を基本

山 No.2 CGL 建設にあたり，皮膜制御，安定化に向けた各として，塗装性，耐指紋性，潤滑性，着色などの各種機

種の設備対応を実施し，お客様のニーズに合致した商品を能を付与した鋼板」と位置付けられている 9)。

再現性よく安定的に製造する技術をいち早く確立した。上(1) 高機能化成処理鋼板の開発経緯 (Fig.5)
高耐食性鋼板 UZ-NX は，電気亜鉛めっき鋼板の表面に記基礎検討の一部は，日本鉄鋼協会よりその学術的意義が認められ，俵論文賞を授与されている。

反応型クロメート処理＋有機複合シリケート樹脂皮膜（アさらに，PZA のプレス成形性をさらに向上させることを

クリル-エポキシ-シリカ系） 10)を形成させた表面処理鋼板–47–

NKK 技報 No.179 (2002.11)

世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板であり，当社が世界に先駆けて 1982 年に商品化した 11)。

これまで，無塗油での成形加工を可能とするための潤滑

UZ-NX は，優れた耐食性と塗料密着性を特長として，エ

防錆鋼板と優れた塗料密着性が求められる耐指紋性鋼板は，アコンの室外機の塗装下地用途に使用され，現在では冷蔵

潤滑性と塗料密着性という相反する特性のため，一般に用庫，洗濯機，自動販売機などの外装部品の塗装下地や塗装途に応じて使い分けられてきた 9)。しかし，当社では，こを省略した内装部品で使用されている。なお，UZ-NX はの潤滑性と塗料密着性を両立させ，同一の製品で幅広い用

1982 年度市村賞を受賞した。

途に使用可能な有機複合被覆鋼板 UZ-C3 を 1996 年に開発

VTR などの AV 機器の普及とともに，商品価値の低下にした 16)。これは，極性基の表面密度を高くできる特殊変性

繋がる組み立て作業者の指紋の付着を抑制する（目立たな

エチレン系樹脂を適用することにより，従来，潤滑剤を含くする）ため，耐指紋性鋼板 UZ-C2 を 1984 年に開発した。

有させることにより低下していた塗料密着性を，大幅に向UZ-C2 は，人目に付きやすく耐指紋性の要求される VTR

上させたのが特徴である。なお，UZ-C3 は 1997 年度日本

やステレオのバックパネルで使用され始め，これらの部位

機械学会新技術開発賞（機械材料・材料加工部門）を受賞に適用されているシルクスクリーン印刷インクとの良好なした。

密着性と SST100 時間程度（中耐食性）の耐食性を特長としている。また，AV・OA 機器のシャーシなどの無塗装内Time to white rust occurrence (hrs)

装部品用途を中心に，良好なアース性を特長として，適度の耐指紋性，中耐食性を有する耐食クロメート処理鋼板
UZ-MC を 1987 年に開発した 12)。
潤滑鋼板 UZ-L2 は，非常に厳しい条件でプレス成形され，かつ加工後外観の要求レベルが高い，ファンヒーターのカ
ートリッジタンクなどの用途に 1984 年に開発した 13)。最
近では，塗油作業による環境劣化や，溶剤脱脂に使用されてきた特定フロンの規制強化に対応し，完全に無塗油で成Flat panel
After cup forming

300

200

100

0

UZ-SL

形が可能で，かつ成形後の外観が良好な高潤滑鋼板 UZ-SL
を 1993 年に開発した(Fig.6)14),15)。UZ-SL は優れた特性がFig.6評価されて，1994 年度表面技術協会技術賞を受賞した。

1980
Corrosion resistance

1990

2000

Inorganic chromate

fingerprint property

Lubricity 1984〜 High lubricity

UZ-L

Thin organic composite
coated steel for automotive
body panels
Corrosion resistance,
formability

E-coatadhesion,
weldability

1992〜
UZ-SL

Bake hardenability

1985〜
EZN-UC

1996〜
UZ-C3［Corrosion resistant steel
with high lubrication］［Corrosion resistant steel

1987〜 for automotive body panels］
EZN-UC2(1) Corrosion control of Zn (barrier, self-healing effect)(2) Thin organic coating technology (weldability, lubricity)

Environmentally friendly
Cr-free thin organic
composite steel
Corrosion resistance,
groundability［High corrosion*Organic resin technology with highbarrier and alkali resistance*Self-healing effect

NKK 技報 No.179 (2002.11)

1998〜 resistant steel］［Anti-fingerprint steel］
GF［Corrosion resistant
Lubricity steel with highlubrication］

Corrosion resistance

Fig.5

UZ-MC

Corrosion resistance of various coatedsteel sheets in SST

High corrosion resistance, Thin organic composite coatingHigh functional
1982〜
Thin organic composite［High corrosion resistant steel］
UZ-NX
coated steel for appliances
Corrosion resistance,
1984〜 ［Anti-fingerprint
paint adhesion, antiUZ-C2 steel］
Corrosion resistance,
lubricity

UZ-L2

GF-L

History and future trend of thin organic composite coated steel sheet–48–

世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板

1998 年には耐食性と導電性を高度なレベルで両立させた(2) シリカによる腐食抑制機構
当社では，こうした商品開発とともに，化成処理分野「ジオフロンティアコート」を開発した。その詳細につでの基礎的な検討にも注力してきた。耐指紋性鋼板や高いては 4 章に後述するが，今後，一般化成処理鋼板および耐食鋼板の上層有機樹脂薄膜中には，耐食性の向上を目

高耐食性鋼板を含め，化成処理鋼板を全面的にクロムフリ的として超微粒子シリカ（コロイダルシリカ，ヒューム

ータイプに置き換えていく予定であり，コスト・性能の両ドシリカ，シリカゾル）が添加されている。シリカは，面で，6 価クロムの優れた自己修復作用にどこまで近付け

塩化物イオンが存在する腐食環境下で防食効果が認めらられるかが，最大の研究課題である。そのためには，家電

れ，特に乾湿が繰り返されるような腐食環境下で防食効製品の実使用環境に適合した耐食性評価方法により，自己17) 。これは主に，腐食抑制に効果的な塩修復作用を補うような皮膜材料，あるいは，高バリア性の果が顕著である皮膜材料開発を行っていく必要があると考える。

基性塩化亜鉛の生成を，シリカが促進しているためと考えられる

18) 。さらに腐食環境下でシリカは，オルソケイ

2.3

建材用表面処理鋼板

酸として微量溶解することにより，ケイ酸イオンとめっ

建材分野において資源保護，メンテナンスフリーなどのき層から溶解した Zn2+イオンとの間に不溶性の塩が形成観点から高耐久化志向が進行，使用材料の長寿命化がよりされ，これがバリアとなって腐食の抑制に寄与している

一層求められている。建材分野で用いられる亜鉛系めっきものと推定される 18)。

鋼板についても，溶融亜鉛めっき鋼板から，より耐食性の2.2.2

優れたアルミ・亜鉛系合金めっき鋼板が用いられるように塗装鋼板 (プレコート鋼板)

家電用プレコート鋼板は，家電メーカーの塗装プロセスなってきた。なかでも 55%アルミ・亜鉛合金めっき鋼板はの合理化のみでなく，環境問題との関わりの中でその重要

優れた耐食性を示すことから，塗装，非塗装（薄膜有機複性がますます高まっている。当社は，1988 年に家電用プレ合被覆鋼板）のいずれにおいても生産量が増加している。

コート鋼板製造のための CCL を新設，高品質な家電用プ

当社はエヌケーケー鋼板㈱と共同で，耐食性に優れた 55%

レコート鋼板「NKK エクセルコート」を商品化した。1998

アルミ・亜鉛合金めっき鋼板をベースとした品質優位性の年にはポリエステル樹脂に，特殊な液晶性化合物を導入す

ある建材用表面処理鋼板の開発を行ってきた 21)。

ることにより，塗膜硬度と加工性を両立させた新塗膜を有

2.3.1

高耐食 55%アルミ・亜鉛合金めっき鋼板

する新プレコート鋼板「ジオフレックス」を開発商品化し55%アルミ・亜鉛合金めっき鋼板に 1〜2μm の有機皮膜た。高度の加工性と耐傷付き性という相反する性質を始めを被覆した高耐食薄膜被覆鋼板に対する基本的な要求特性て両立した 19)。なお，「ジオフレックス」は 1999 年度日

は，成形加工時のめっき皮膜のかじりを抑制する機能（加本塗装技術協会技術賞を受賞した。また，特殊樹脂の作用工性）と耐食性である。有機薄膜被覆の防食効果はめっきにより高度な耐熱性・非粘着性を実現した「ルビコート」，

表面を被覆する不動態皮膜の防食性と腐食環境下における抗菌プレコート鋼板などの種々の機能を付与したプレコー

防食性の維持にかかっている。当社は，従来の有機系薄膜処

ト鋼板の開発商品化を行ってきた。プレコート鋼板には耐理を発展させた｢有機-無機複合 3 元系傾斜被膜構造｣を特徴

食性付与の目的で下地化成処理および下塗り塗膜に 6 価クとする高耐食 55%アルミ・亜鉛合金めっき鋼板｢ジーニアス｣

ロム化合物が使用されているが，最近ではクロメートを使を開発商品化した 22)。｢ジーニアス｣は従来よりも高度な耐用しないプレコート鋼板の要望が高まり，耐食性要求レベ

食性，成型加工性により市場から高い評価を得てきた。さらルの低い用途では一部実用化が始まっている。当社は独自に，｢ジーニアス｣で開発した傾斜皮膜構造を基本とし，皮のクロムフリー塗膜設計により家電用プレコート鋼板に必膜中に自社開発した非クロム系新防食成分を導入すること要とされる加工性と耐食性を高度に両立させた「クロムフで，55%アルミ・亜鉛合金めっき鋼板の課題とされてきたリーエクセルコート」を開発した。今後，本プレコート鋼

加工部耐食性を飛躍的に向上させた｢スーパージーニアス｣

板により環境調和への本格的な対応を図っていく。

を開発商品化した 23)。｢スーパージーニアス｣は自己補修作

2.2.3

今後の家電用表面処理鋼板の展望用に優れる新防錆成分の作用により，加工により生じため

最近，地球規模の環境対策が重要視されるようになり，っきクラック部において腐食環境下で防食保護皮膜を形成

家電メーカーにおいても，自社の製品に使用する材料につし，腐食進行を抑制する（Photo 1）。非クロム系防錆成分

いて，独自に「グリーン調達基準」を設定し，リサイクル・による耐食性の強化は環境調和性の向上にも大きく寄与し省エネ・地球環境保全に対し，積極的に取り組む姿勢を打ている。また，有機樹脂成分の改良により優れた成形加工

ち出す動きがある 20)。このグリーン調達基準の有害化学物性（加工時の耐かじり性）が付与されている。｢スーパージ

質リストの中には，「6 価クロムおよびその化合物」が，ーニアス｣は 2000 年秋の製造開始以来，お客様よりその優削減対象物質に挙げられている場合がある。当社では，環れた品質特性が認められ，建材用高耐食 55%アルミ・亜鉛

境規制の強化に対応して，クロメートを使用しない有機・合金めっき鋼板のニュースタンダードとしての地位を築き

無機複合系化成処理鋼板の開発に積極的に取り組んでおり，

つつある。

–49–

NKK 技報 No.179 (2002.11)

世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板“Galflex-Color”(New orepainted“Super Genius”

55%Al-Zn alloy
coated steel sheet)

Organic chromate

Prepainted 55% Al-Zn(previous technology)

alloy coated steel sheet(previous technology)

Photo 1

Appearance of formed area (3T bend)

高加工性塗装 55%アルミ・亜鉛合金めっき鋼板

Prepainted 5% Zn-Al

55%アルミ・亜鉛合金めっき鋼板を下地とする塗装鋼板

alloy coated steel sheet

は耐食性に優れることから屋根，外壁などの用途で適用が(previous technology)

2.3.2

急速に拡大している。しかしながら，ここでも，めっき皮膜が硬質であり曲げ加工部においてめっきクラックが発生，上層の塗膜にもクラックが伝播し，外観を損ねるばかりで

Photo 2

Appearance of formed area (3T bend)

なく，クラック部分からの腐食が進行するため，厳しい加工部位において適用は困難とされてきた。当社は，建材拡

2.4.1

溶接缶用鋼板販を目的として加工性に優れた塗装 55%アルミ・亜鉛合金

銅ワイヤーを介したラップシーム溶接法（スードロニッ

めっき鋼板の開発・商品化を企画，加工性に影響を与えるめ

ク法）が実用化されて以来，溶接缶が普及した。ぶりきのっき皮膜と塗膜に着目し，独自の皮膜技術により世界で初め

錫は，軟質で電気伝導性に優れるため，高速溶接性を有して高度の加工性と耐食性を両立した塗装 55%アルミ・亜鉛ている。この素材のコストをさらに安くする目的で，溶接合金めっき鋼板｢ガルフレックスカラー｣を開発した 24)。「ガ缶用の表面処理技術を開発してきた。その方向は，(1) 錫

ルフレックスカラー」は独自の構造制御技術により硬度を亜鉛めめっき層を薄くする方向，(2) TFS の改質などに分けるこっき鋼板レベルにまで軟質化させためっき皮膜と独自開発の高とができる。

延性高密着性塗膜により 55%アルミ・亜鉛合金めっき鋼板の(1) 極薄錫めっき溶接缶用鋼板「ライトウェル-Ｎ」

持つ高い耐食性に加えて高度の加工性を得ることに成功した

ぶりきの錫付着量を 1.0g/m2 程度まで低下させただけの（Photo 2）。「ガルフレックスカラー」は高度の耐食性と加材料は LTS（Lightly Tin Coated Steel Sheet）25)として当工性を有することから，建材における長寿命化およびデザ初開発されたが，溶接性の低下と塗装後耐食性の低下が問

インの多様化に応える商品として需要家から高い評価を得題であった。そこでこれらを抑えるための技術を開発した。

ている。またこれ以外にも，独特の意匠性を有する「スケ溶接性は，表面の金属錫量を 0.1g/m2 以上保持しないと，ルトンカラー」，建材屋根材に求められる高度の耐摩耗性低下する 26)。素材は，両面または片面を塗装焼付けした後を有する「タイマックス」など 55%アルミ・亜鉛合金めっに溶接される。このとき鉄錫合金層の成長が起こり，金属

き鋼板をベースとした種々の高品質・高機能商品を生み出錫量が減少する。錫めっきする前に微量のニッケルめっきしている。

（30mg/m2 以下）を施し，リフローにより錫を島状化する

2.4

ことで，鉄錫合金の成長が抑えられる 27)。これによって，缶用鋼板

ぶりき，TFS を素材とした缶は，食品缶詰や飲料缶とし少ない錫めっき量で，高速溶接に必要な表面の金属錫を有て全世界に普及している。これまで，アルミ缶や紙，ペッ

効に残存させている。この材料は，TNS（Tin Nickel Coated

トボトルとの競争の激化，塗料に含まれる環境ホルモン（ビSteel Sheet）28)と総称されていて，当社は，ニッケル，錫スフェノール A：BPA）問題の解決要請などによって，環めっきをともにぶりきライン内で析出させた TNS，「ライ境に優しくコスト競争力のある缶用鋼板の開発が強く求めトウェル-N」を開発 29)，製造している。Fig.7 に，この材られてきた。近年のスチール缶の大きな流れは，溶接缶と料の断面構造の模式図を，Photo 3 に，走査型電子顕微鏡

プラスチックフィルムラミネート缶の普及である。当社は，写真を示す。
塗装後特性については，塗料密着性 30)，耐塗膜下腐食性，新しい缶用鋼板を開発することで，このニーズに応えてき

耐糸状錆性の改善のため，約 10mg/m2 の金属クロムと，同た。

NKK 技報 No.179 (2002.11)–50–

世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板(1) 食缶用ラミネート鋼板「ユニバーサル・ブライト」

量のクロム水和酸化物を析出させるクロム酸化成処理を採用している。島状錫の存在は，耐糸状錆性に有効であり，

BPA を含まず，塗装工程が省略可能で，現行の製缶設備

クロム酸処理皮膜は，塗膜下での酸素過電圧を増大させ，にそのまま適応可能な素材の開発が望まれていた。そこで，酸素の還元（カソード）反応を抑制するため，耐食性の改世界で初めて「内容物取り出し性」を始めとする食品缶詰

善に有効となっている 29)。

の要求特性を満たし，かつ低コストな食品缶詰用新ラミネート鋼板を開発，実用化した。
コストの観点から，安価なホモ PET フィルムの適用が望ましいが，結晶化速度が著しく速いため，製缶加工時に急激な結晶成長が起こり，加工性が阻害され，そのままでは適用できない。そこで，ホモ PET フィルムの非晶分子に擬似架橋構造をもたせることで，分子の運動性を低下させ，結晶化を抑制した。これによって，DRD 加工を可能にした。さらに，ラミネート後のフィルム層構造の適正化によって，飲料缶に用いられる共重合 PET ラミネート鋼

Fig.7

板並みの優れた加工性付与に成功した。

Schematic cross section diagrams of Litewel-N

一方，「内容物取り出し性」は，内容物とフィルムとの付着強度に依存する。Fig.8 に示すように，フィルム表面のMeat release property

濡れ性（表面自由エネルギー）が支配因子であった。

Photo 3

good

fair

poor
PET film

Scanning electron micrograph of Litewel-N２０(2) 溶接缶用 TFS「ブライトウェル」

３０

４０

Surface energy（ｅｒｇ/ｃｍ２）

TFS の製造工程中の電解条件を正確にコントロールすFig.8

ることで，析出させる金属クロムの形態を全面粒状 31)析出

Effect of the surface energy of the materials
on meat release property

あるいは平板状析出させた金属クロム層の上に，従来より極めて薄い水和酸化物層を被覆した溶接缶用 TFS32) を開特性の評価は，模擬内容物（肉，鶏卵，オートミール）

発した。この TFS は，溶接加圧時に上層の水和酸化物が破を用いた。各種フィルムをラミネートした試験材を絞り成

壊されやすく，また溶接電流の通電経路が加圧部分内部で形した後，この内容物を充填し，レトルト処理（121℃，

均等に形成され，通常の TFS と違って，ヒゲ状の鉄スプラ

90 分間）を行った後，内容物を取り出す。その際の取り出ッシュ（いわゆるチリ）が発生しにくく，無研磨での溶接し易さと，内容物の内表面への付着残りの状態を評価した。

を実現し，世界で初めて実用化を果たした。塗料密着性やこの特性を改善のために，PET フィルムと内容物との濡

耐食性は，従来 TFS と変わらず，ぶりきや LTS，TNS よ

れを抑制すること，すなわち PET フィルムの表面エネル

りコストが安いので，18 リットル缶などで実用化され，使ギーを低下させることが必要であった。

用が拡大している。
2.4.2

表面エネルギーは，分散力成分，極性力成分に展開でき 36)，PET フィルムの表面エネルギーが接着性に及ぼす

ラミネート鋼板

プラスチックフィルムを TFS にラミネートした材料が 2

影響については，エネルギーの極性力成分が接着力と相ピース 33)飲料缶として実用化され，これに対抗するかたち

関する 37)。そこで，PET 分子の極性部に着目し，フィルで，3 ピースの飲料缶 34),35)も実用化された。これらは，環

ム表面の非極性化を果たした。界面活性作用を有する，境問題への関心の高まりに伴って，急速に普及した。これ

天然植物油を PET 樹脂に微量添加して樹脂中に存在させらの素材を供給すると同時に，コストを下げ，飲料缶以外ることで，フィルム表面の PET 分子の極性部に作用してにも広く普及を図るために，独自のラミネート鋼板を開発，

表面エネルギーを低下させることに成功し，良好な「内実用化してきた。

容物取り出し性」を達成した。

–51–

NKK 技報 No.179 (2002.11)

世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板

本材料の皮膜構造を Fig.9 に示す。PET フィルム表面（内2.5

耐食性評価技術

容物に接する部分）に，界面活性作用を持った植物油（食腐食促進試験法は表面処理鋼板開発の必須の試験法で品添加物）がわずかに添加された薄い層を設けている。本ある。1980 年ごろまでは表面処理鋼板の腐食試験法といえ材料は，まず米国で食品缶詰として実用化され，現在，使ば塩水噴霧試験（Salt Spraying Test）であった。1980 年

用が拡大している

代になり自動車分野で亜鉛めっき鋼板が適用されるようになり，SST で得られた耐食性の序列が実際の腐食と相関が低いことが明らかとなった 39)。自動車メーカーごとに独自

Homo PET with surfactantの腐食試験法が開発され規格化された。規格がメーカーごとに異なっているばかりでなく，その耐食性序列がメーカ
ーによって異なっていた。そこで，当社は実環境で優れた耐食性を示す表面処理鋼板を提供することを目的として，
Homo PET

自動車の腐食実態解析に基づいた耐食性評価技術の開発に
独自に 1990 年に入って着手した。その後，実車腐食を適正に再現する耐食性評価技術の研究開発を行うとともに，建材，家電分野の市場で適正な耐食性を示す表面処理鋼板

ＴＦＳ

Fig.9

の解析研究を行ってきた。以下，自動車，建材分野を中心に耐食性評価技術に関する当社技術の最近の進歩について

Schematic cross section diagramsof “Universal Bright”

紹介する。
自動車の腐食形態は穴あき腐食と外観錆に大別される。

(2) 一般缶用ラミネート鋼板 38)

北米融雪塩地域や国内海岸地帯を走行した市場車に生成し18 リットル，ペール缶に代表される一般缶分野においてた各種鉄系腐食生成物を定量解析して，それを腐食機構にも，従来の塗装缶から，環境に配慮して，ラミネート缶へ基づいた 3 元系状態図（Fig.11）40)を考案し，自動車用腐の転換が要望されている。一般缶では，酸性からアルカリ

食試験法の実車再現性を検定することに世界で初めて成功

性までの広範囲な pH 領域の内容物が充填される。そこで，した。また，実車の外観腐食ならびに穴あき腐食は当時使

化学的に安定なポリプロピレン（PP）フィルムを適用した用されていた合金めっき系では種類によらずめっき付着量

新しいラミネート鋼板を開発し，実用化した。

で支配されている場合を明らかにした 41),42)。また，亜鉛系

Fig.10 にこの材料の構造を示す。下地に TFS を用い，新めっき鋼板が鋼材の腐食に至るまでの期間を 4 段階に分割たに設計した 2 層 PP フィルムを熱融着によって積層させした新モデル（Fig.12）を提示した 43)。すなわち腐食期間ている。2 層フィルムの表層側には，印刷焼付けなどの耐は，めっきが全面で残存しめっきが腐食する期間（τ 1），

熱性の観点から，融点の高い PP を配置している。

めっき面の一部が露出し，めっきが鋼との異種金属接触腐

PP は，もともと難接着性であることから，接着層を設

食により腐食する期間（τ2），Zn 腐食生成物が鋼の腐食けている。この接着層には，酸変性により接着性を付与しを抑制する期間（τ3），Zn 腐食生成物の腐食抑制効果がた PP に変性ポリエチレン（PE）を適量混入した組成の樹

失われ鋼が腐食して穴あきに至るまでの期間（τ4）からな脂を用いた。変性 PE を混入することで，熱融着時の溶融るとした。実車では，τ1 だけではなくτ3 も重要な役割を

濡れ性が改善するため，TFS との界面での密着力が増大す果たしていることを明らかにした。建材分野では，切断部る。これによって，高い密着力と，内容物に対する優れた

端面や加工部からの赤錆発生・塗膜ふくれが問題となる。

耐食性を得ている。

腐食試験法として，いまだに実環境と全く相関性のない
SST（JIS Z2371）が一般的に使われているが，それに代
わる腐食促進試験法はいまだに開発されていないのが現状である。そこで当社はスチールハウスの寿命予測に初めて

Homo PETPP
Homo

適用し，スチールハウス各部位の部位別設計劣化係数を

Adhesive layer(Modified PP +Modified PE)

ACM 型腐食センサ 44)により計測できることを明らかにした 45)。
最近，LCC に代表されるように資源を適正に使用し効率的な商品設計が求められてきている。このような中で寿命

TFS
Fig.10予測技術を兼ね備えた評価技術が求められており，当社では現在その技術開発をお客様と協力して展開している。

Schematic cross section diagrams of thelaminated TFS for general line cans

NKK 技報 No.179 (2002.11)–52–

世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板

うな工業的価値を評価され，日本金属学会より 2001 年度
技術開発賞を受賞した 47)。
ここでは，PZA-N の皮膜設計思想および実用品質について概説する。
3.1

皮膜設計の考え方

固体間の潤滑状態には，油膜などの流体膜が存在する流体潤滑状態および吸着分子膜を介して固体が接触する境界
潤滑状態が存在する。実際のプレス成形では，低面圧の場
合には流体潤滑と境界潤滑の混合状態であり，流体潤滑の比率が高い。ところが，面圧の上昇とともに，境界潤滑の領域が増え，金属どうしの直接接触が起こるようになる。
Fig.11Ternary diagram for the rust composition
in automobiles

このような金属間の接触によりミクロな凝着が発生すると摩擦抵抗は急激に増加する。
PZA-N の皮膜設計にあたり，(1) プレス時の面圧や温度変化の影響を受け難く，安定して良好な潤滑性が得られる
固体潤滑皮膜であること，(2) 極薄膜で高い潤滑性を発現させるためにプレス油との親和性を向上させ，強固な境界
潤滑層を形成させること，(3) 境界潤滑層が破れ，金属どうしの直接接触が起きた場合でも耐凝着性が良好であること，(4) 低コストで容易に製造できること，(5) その他の特性が PZA と同等以上であること，の 5 点を開発目標とした。
PZA-N は PZA の表面に極薄の Ni-Fe-O 系無機潤滑皮膜を付与した表面改質型高潤滑合金化溶融亜鉛めっき鋼板でFig.12

3.

Schematic for corrosion process in the creviceof lapped panels on automobile

あり，Fig.13 にその皮膜構造と開発コンセプトを示す。

自動車用高潤滑 PZA (PZA-N)の開発 46)

1990 年代に入り，自動車車体に対する防錆強化への社会●Adsorbed protective film
●Preventing adhesion

PRESS
DIE

的要求は，比較的低コストで厚目付け化が達成可能な合金

Ni-baseinorganic film

化溶融亜鉛めっき鋼板の使用量を飛躍的に増加させた。
2.1.3 項で言及したように，合金化溶融亜鉛めっき皮膜のPZA Layer

付着量が増加すると，パウダリングや皮膜構造に起因する
摺動性の劣化が起こり易くなる。特に，成形条件の厳しい

Steel

一体成形大型パネルや難成形部品に合金化溶融亜鉛めっき鋼板が適用された場合，プレス割れを誘発するなどの問題

Fig.13が顕在化した。当社はこれまで一貫して，合金化溶融亜鉛

Structure and beneficial effects of the
Ni-baseinorganic lubricant film

めっき鋼板のプレス成形性向上に向けた研究開発を実施してきた。CGL に国内で初めて全高周波誘導加熱合金化炉を

3.2

PZA-N の実用品質採用し，皮膜構造制御技術をいち早く確立したが，さらな

PZA-N のプレス成形性を同一材質の PZA および 2 層合るプレス成形性安定化に向けた開発に着手した。このよう

金化溶融亜鉛めっき鋼板 PZB とともに Fig.14 に示す。プにして生まれた商品が，表面改質型高潤滑合金化溶融亜鉛レス試験には実部品スケールのフロントフェンダーモデル

めっき鋼板 PZA-N である。

金型を使用し，1200 トン シングルアクションメカニカル

PZA-N は 1996 年より営業生産を開始，サイドパネルなプレス機にて 10SPM の速度で成形した。プレス時のクッ

どの難成形部品に適用されている。さらに，鋼板材質のグション力を変化させて，成形部品における割れおよびしわレードダウンや成形の難しい高強度鋼板のプレス成形にもの発生状況を評価したところ，PZA-N は PZB と同等の良有効であることが確認され，お客様の材料コスト低減や好なプレス成形性を示した。

PZA の適用範囲拡大に大きく貢献している。なお，このよ–53–

NKK 技報 No.179 (2002.11)

世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板

Formable range

37.5

PZB

40.0

PZA

20.0

Fracture

Fig.14

Good

WrinkleConventionalorganic
coating

Coating thickness

Formable range of PZA-N
Fig.15

Table 1 に PZA-N の実用品質を PZA および PZB と比較

Electrical grounding,
Spot weldability

PZA-N

160

Newly developed organic coatingwith excellent barrier effect

Good

100

Formable
range (Ton)Corrosion resistanceType

BHF (Ton)
140
120

Thicker

Basic concept of new chromium-free organic
46)
composite coating

して示す。PZA-N は，PZB と同等の良好な潤滑性を極薄
潤滑皮膜で達成した結果，PZB と比較して大幅に製造コス

4.2

開発品の特徴トを低下させた。さらに，スポット溶接性および接着剤適Photo 448)に，塩水噴霧試験（SST）72 時間後，および合性が向上しており，耐食性，塗装性などの実用特性は，

アルカリ脱脂した後に SST を実施した外観写真を示す。

PZA と同等である。

GF は，クロメート処理鋼板と同様，優れた耐食性を有している。

Table 1

また，アルカリ脱脂後においても，耐食性がほとんど劣Performance of PZA-N

化せず，優れた特性を保持している。一方，皮膜の膜厚がPerformance

PZA-N

PZA

PZB

薄いことから，導電性，溶接性が格段に優れている。大手

Press formability

◎

○

◎

複写機メーカー㈱リコーが鉄鋼 4 社のクロムフリー鋼板のPowdering resistance

○

○

○

スポット溶接性を評価した結果，GF が No.1 の性能との高Adhesive compatibility

○

○

○

い評価を得た（Fig.16） 51)。このほか，耐指紋性，塗装性

Spot weldability

◎

○

○

にも優れた特性を発揮する。

Phosphatability

○

○

○

併せて，無塗油で難成形部品のニーズに対応して，潤滑ED cratering

△

△

◎

性 を 付 与 し た 「 ジ オ フ ロ ン テ ィ ア コ ー ト − タ イ プ L」

○

○

○

Corrosion resistance（GF-L）も開発した。

◎：Excellent ○：Good △：Worse

4.

GEO‑
FRONTIER
COAT

Chromate+ thinorganic
coating

Chromate
Dry‑in‑place
chromatecoating

Reacted‑in‑place
chromatecoating

No white rust

No white rust

No white rust

Red rust

No white rust

No white rust No white rust

Red rust

Cr‑free

高機能クロムフリー化成処理鋼板「ジオフロンティアコート」の開発

当社は，高機能クロムフリー化成処理鋼板「ジオフロン
ティアコート」（以下，GF と略記する）を開発・工業化
した 48)-50)。
4.1

独自の新規有機複合皮膜の特徴

SST 72hrs

一般に，有機複合皮膜の膜厚を増加させることにより耐食性は向上するが，導電性，溶接性は低下する。良好な導電性を確保するためには，1〜2μm レベル以下の薄膜であることが必要であるが，従来のクロムフリー技術では，耐食性を確保するためには膜厚を 3μm 以上にする必要があり，導電性が劣っていた。
GF の開発では，以下の独自技術からなる有機複合皮膜の開発によって世界で初めて薄膜で高度な耐食性を実現し，

After
alkalinedegreasing*↓
SST72hrs

耐食性と導電性を高度に両立させた（Fig.15）48)。

＊Nippon Parkerizing Corp. CL−Ｎ364S(1) 高バリア性を有する独自の特殊キレート変性エポキシ樹脂

Photo 4(2) 自己補修性を有する独自の無機系防錆添加剤
NKK 技報 No.179 (2002.11)–54–

Appearances of the various coated products
48)
after exposure to SST for 72 hours

世界をリードし地球環境に貢献する高機能表面処理鋼板

Torque strength ,kgf/cm

400
NKK GEO‑FRONTIER COAT
350

Spec. ofstrength

300

Min.

Product of
250 Company‑B
Product ofCompany‑C

200
150
0

Fig.16

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産量が 230 万トンに達している。これらの生産量の増大は，

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社会動向および需要家要望に応え，当社の独自技術に基づ

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き開発された，多様な新商品が支えていると言って過言で

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はない。今後とも，需要家の要望を的確に捉え，環境調和

No.153, pp.32–35(1996).

を基本とした，品質優位性のある新表面処理鋼板の開発を

17) 窪田隆広ほか. “有機複合被覆鋼板におけるシリカの防食機

推進して行きたい。

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