JP2002004019A - 亜鉛めっき鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 プレス成形性に優れた亜鉛めっき鋼板を提供
する。 【解決手段】 表面粗度を中心線平均粗さＲａで０．８
μｍ以上とし、さらに、前記表面は、ピークカウントＰ
ＰＩの値が１５０以上であり、さらに、前記表面は、ろ
波中心線うねりＷｃａの値が０．８μｍ以下であり、め
っき波膜が合金化処理を施していない亜鉛皮膜であるこ
とを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車部材や建築
用部材などに用いられる亜鉛めっき鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛めっき鋼板は自動車用部材や建築用
部材を始めとしてその需要がますます拡大する傾向にあ
る。近年、プレス加工機の加工性能の向上により単位時
間当たりの成形可能枚数が増加し、これによりプレス加
工の生産性が向上している。

【０００３】しかしながら、このような高性能のプレス
加工機を用いて連続的に成形を重ねると、同一材料を使
用しているにもかかわらず、時間の経過とともに材料の
成形性が変化し、プレス割れや型かじり等の不具合が発
生し、成形加工を安定的に継続することが困難になると
いう問題が顕在化してきた。

【０００４】このような問題が生じるのは、高速かつ連
続的な成形を重ねるに伴ってプレス金型の温度が上昇す
ることに起因している。すなわち、プレス成形工程で
は、金型との接触および摺動によって亜鉛めっき鋼板表
面には活性な新生面が露出する。この新生面は反応性が
高いので、金型の温度が上昇すると、金型と新生面との
接触面において凝着反応を生じやすくなる。凝着反応が
生じ始めると亜鉛めっき鋼板と金型との間の摩擦係数が
急激に増大し、加工を繰り返すうちに型かじりを生じ
る。

【０００５】型かじり防止対策として、従来から種々の
提案がなされている。その一つとして、プレス成形する
度に水溶性の冷却油をかけて金型を冷却する方法があ
る。しかし、この従来方法では冷却油が周囲に飛散し、
作業環境が悪化するという問題がある。

【０００６】上記の水溶性冷却油の代わりに極圧添加材
を含有した潤滑油を用いると、冷却油を飛散させること
なく金型の温度を有効に降下させることができる。しか
し、このような潤滑油が付着したプレス成形品は脱脂コ
ストが増加する。

【０００７】また、単一のプレス成形工程を複数の工程
に分割して１工程当たりの加工量を低減することによっ
て発熱量を低下させ、金型温度の上昇を抑制する方法が
ある。しかし、この方法では、分割された成形工程毎に
金型が必要となるので、作製する金型数が増大する。ま
た、成形工程が多くなることにより成形所要時間が増加
するので生産性が低下する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような事情から、
近時、亜鉛めっき鋼板の表面形態を制御することによ
り、金型温度の上昇に起因する型かじりを抑制する提案
がなされている。例えば、特開平６−８７００２号公報
には、冷延鋼板表面の凹部の数、大きさ、分布等の形態
を制御した後に、亜鉛系のめっき層を冷延鋼板表面上に
被覆してなる亜鉛系めっき鋼板が開示されている。冷延
鋼板の表面形態を上記公報に記載された規定を満たすよ
うに制御するためには、この規定に応じたダルパターン
が形成された表面を有する圧延ロールを用いる必要があ
る。

【０００９】しかしながら、このようなダルパターンを
形成するには、通常のショットダルや放電ダルによる加
工では困難であり、レーザーダルや電子ビームダルによ
る加工が実質的に必須であると考えられる。このよう
に、圧延ロールの表面形態を制御するのにコストが大幅
にかかるので、亜鉛系めっき鋼板の製造コストの上昇を
招くおそれがある。

【００１０】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
であって、その目的とするところはプレス成形性（連続
打点性）に優れた亜鉛めっき鋼板を提供することにあ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記の課
題を解決すべく亜鉛めっき鋼板表面の中心線平均粗さＲ
ａの値に着目し、この値を種々変化させて摩擦係数の温
度依存性につき詳細に調べたところ以下に述べる知見を
得た。

【００１２】図１は、横軸に中心線平均粗さＲａ（μ
ｍ）をとり、縦軸に摩擦係数の値をとって、亜鉛めっき
鋼板の表面のＲａ値と摩擦係数値との関係について調べ
た結果を示す特性線図である。上記の中心線平均粗さＲ
ａはＪＩＳ Ｂ ０６１０に規定されており、カットオ
フ０．８ｍｍの値である。図中の黒丸の分布状態から得
られた曲線は温度が１００℃のときの結果を示す特性線
である。また図中の白丸は室温下での結果を示す。この
図から明らかなように、室温下での摩擦係数値はＲａ値
にかかわらずほぼ一定であるのに対して、１００℃での
摩擦係数値はＲａ値が０．８μｍを境にして顕著に遷移
している。そして、Ｒａ値が０．８μｍ未満の領域では
室温下での摩擦係数値と１００℃での摩擦係数値とが大
幅に乖離しているのに対して、Ｒａ値が０．８μｍ以上
の領域ではほとんど乖離しておらず、金型が温度上昇し
ても摩擦係数値の上昇が抑制されることが判明した。本
発明はかかる知見に基づいてなされたものである。

【００１３】本発明に係る亜鉛めっき鋼板は、表面粗度
を中心線平均粗さＲａで０．８μｍ以上とし、プレス成
形性に優れたものとすることを特徴とする。ここで、
「プレス成形性」とは、連続的に多数の被成形品をプレ
ス成形することにより金型の温度が上昇した場合であっ
ても安定して加工を続けることができる特性をいう。さ
らに詳しくは、プレス成形性の優劣は室温下での摩擦係
数値と高温下での摩擦係数値との差の大小により判定さ
れる。すなわち、摩擦係数の温度依存性が小さいことが
プレス成形性に優れていることになる。

【００１４】本発明による亜鉛めっき鋼板によれば、温
度上昇に伴う摩擦抵抗の上昇を抑制することができる。
すなわち、亜鉛めっき鋼板の表面粗さをＲａ値で０．８
μｍ以上に粗くすると、プレス成形時のめっき皮膜表面
と金型表面との真接触面積は減少する。このため、凝着
反応が生じても凝着反応が生じた部位の面積は小さい。
したがって、金型温度が上昇して凝着現象が起こって
も、金型と亜鉛めっき鋼板との間の摩擦係数値が急激に
上昇するのを抑制できる。

【００１５】一方、中心線平均粗さＲａの値が過度に大
きいと、後述する塗装後鮮映性が損なわれるおそれがあ
る。このことを勘案してＲａ値は２．０μｍ以下である
ことが好ましい。

【００１６】上述の中心線平均粗さＲａが０．８μｍ以
上である亜鉛めっき鋼板において、このめっき鋼板の表
面はさらにピ−クカウントＰＰＩの値が１５０以上であ
ることが好ましい。ここで、ピークカウントＰＰＩは、
ＳＡＥ９１１で規定されるものであり、１インチ当たり
の凹凸のピーク数である。このＰＰＩ値を１５０以上と
することが好ましい理由を以下に説明する。

【００１７】プレス成形工程において、金型と金型内に
流れ込む亜鉛めっき鋼板との接触状態を微視的に観察す
ると、金型表面は亜鉛めっき鋼板表面の凸部、すなわち
亜鉛めっき皮膜表面の凸部と接触している。ここで、亜
鉛めっき鋼板表面のＰＰＩ値を１５０以上と高くするこ
とによって隣り合う凸部の相互間隔が狭まり、プレス成
形時の金型表面と凸部との接触・非接触の繰り返しサイ
クルが短くなる。このため、ある凸部が金型表面と凝着
反応を生じたとしてもその凝着が軽微なうちに次の凹部
が移動してくるので、凝着反応が中断され、それ以上進
行し難くなる。また、ＰＰＩ値を上記のように高くする
ことにより凹部の数が増加するので、めっき鋼板の表面
全体に潤滑油を十分に行き渡らせることができ、凝着反
応の抑制にさらに寄与する。さらに、ＰＰＩ値を上記の
ように高くすることによりめっき鋼板表面の断面曲線の
波長が小さくなり、Ｒａの値が０．８μｍ以上と高くし
たとしても後述するＷｃａ値を低く保つことができ、塗
装後鮮映性の観点からも好ましい。このＰＰＩ値は、現
在の製造技術では３００以上に調整することが困難であ
ると考えられる。このためＰＰＩ値は現状では３００未
満に調整される。

【００１８】本発明によれば、亜鉛めっき鋼板の表面は
さらにろ波中心線うねりＷｃａの値が０．８μｍ以下で
あることが好ましい。ろ波中心線うねりＷｃａはＪＩＳ
Ｂ０６１０に規定されており、ここでは高域カットオ
フ０．８ｍｍおよび低域カットオフ８ｍｍの値である。
このＷｃａ値を０．８μｍ以下とすることが好ましい理
由を以下に説明する。

【００１９】一般にめっき皮膜の表面を粗くすると、め
っき皮膜上に形成された塗膜の表面は鮮映性に劣ること
が知られている。本発明者らは、プレス成形後に塗装さ
れた亜鉛めっき鋼板の鮮映性を優れたものとするために
鋭意検討した。その結果、中心線平均粗さＲａにおいて
対象となる短波長の粗さ曲線よりもろ波中心線うねりＷ
ｃａにおいて対象となる長波長の粗さ曲線に塗装後の鮮
映性は強く依存することを見出した。そして、本発明者
らが鋭意検討した結果、Ｗｃａの値が０．８μｍ以下で
ある亜鉛めっき鋼板は優れた塗装後鮮映性を有すること
が判明した。一方、ろ波中心線うねりＷｃａの値を過度
に低くすると、前述のＲａ値を０．８μｍ以上にするこ
とが困難になる。このことを勘案して、ろ波中心線うね
りＷｃａの値は０．３μｍ以上であることが好ましい。

【００２０】本発明による亜鉛めっき鋼板のめっき皮膜
は合金化処理を施していない亜鉛めっき皮膜であること
が好ましい。この理由は、合金化処理を施していないめ
っき皮膜は合金化の進んだ皮膜よりも柔らかく、表面形
状の制御がより容易であるためである。

【００２１】以上説明した本発明の亜鉛めっき鋼板は、
溶融亜鉛めっきや電気亜鉛めっき等により亜鉛めっきさ
れた鋼板をスキンパス圧延することにより調製できる。
このスキンパス圧延の際には、ロール条件又は圧延条
件、或いはこれらのロール条件および圧延条件を組み合
わせた条件により圧延を制御することにより上述の表面
粗さに調整できる。スキンパス圧延工程で用いる圧延ロ
ールとしては、ショットダル加工ロール又は放電ダル加
工ロールを用いることができる。また、レーザーダル加
工ロールや電子ビームダル加工ロールを用いてもよい。
なお、めっき原板の表面粗さを調整することによって、
亜鉛めっき皮膜の表面粗さが調整されるようにしてもよ
い。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。

【００２３】（実施例）下地鋼板としてＴｉ−ＩＦ（極
低炭素チタン添加）冷延鋼板を用い、亜鉛めっき付着量
がこの冷延鋼板の両面ともに６０ｇ／ｍ^２となるように
調整して溶融亜鉛めっき鋼板を製造した。次いで、この
溶融亜鉛めっき鋼板をスキンパス圧延した。スキンパス
圧延工程では圧延条件およびロール条件を種々変化させ
ることにより種々異なる表面粗さに調整しためっき鋼板
を得た。

【００２４】得られた各亜鉛めっき鋼板について、触針
式の粗度計を用い、ＪＩＳ Ｂ ０６１０に準じて中心
線平均粗さＲａおよびろ波中心線うねりＷｃａを測定し
た。また、ＳＡＥ９１１に準じてめっき鋼板の表面につ
き１インチ当たりの凹凸数を測定した。さらに、プレス
成形性（連続打点性）を評価するために、次に説明する
試験により摩擦係数を測定した。

【００２５】図２の（ａ）は摩擦係数を測定する試験の
様子を模式化して示す図であり、図２の（ｂ）は（ａ）
に示す冶具２ｂの形状を示す図である。亜鉛めっき鋼板
から採取した試験片１を図２の（ａ）に示すように冶具
２ａおよび２ｂの間にセットした後に、冶具２ａ、２ｂ
の間隔を狭めてこの試験片１を両側から拘束する。冶具
２ｂは断面が縦１０ｍｍ×横１３ｍｍである角柱状であ
って、試験片１と摺動する端面がＵ字状となっている。
この端面はその横方向、すなわち後述する摺動の方向に
対して直角な方向に沿って曲率半径５ｍｍの曲面をなし
ている。

【００２６】冶具２ａおよび２ｂは図示しない加熱装置
により加熱されるようになっている。この加熱装置によ
り冶具２ａおよび２ｂを加熱するとともに試験片１の厚
さ方向に荷重Ｎを作用させる。次いで、試験片１を引き
抜き速度Ｖで引き抜く。このとき、試験片１には引き抜
き方向と逆方向の抵抗力を生じる。この抵抗力の値を測
定し、測定した値を荷重Ｎの値で除して摩擦係数値を求
めた。なお、ここでは荷重Ｎの値を９８０Ｐａ（１００
ｋｇｆ）、冶具２ａおよび２ｂの加熱温度を１００℃、
引き抜き速度Ｖを５００ｍｍ／分とした。また、冶具２
ａおよび２ｂを加熱せずに室温のままとしたときの摩擦
係数の測定も行なった。

【００２７】図１は、横軸に中心線平均粗さＲａ（μ
ｍ）をとり、縦軸に摩擦係数の値をとって、亜鉛めっき
鋼板の表面のＲａ値と摩擦係数値との関係について調べ
た結果を示す特性線図である。図中の黒丸の分布状態か
ら得られた曲線は温度が１００℃のときの結果を示す特
性線である。また図中の白丸は室温下での結果を示す。
図からＲａ値が０．８μｍ以上の場合に、１００℃での
摩擦係数値が室温下での摩擦係数値とほとんど変わらな
くなり優れた連続打点性を示すことが判明した。

【００２８】図２は横軸に中心線平均粗さＲａ（μｍ）
をとり、縦軸に摩擦係数をとって、ピークカウントＰＰ
Ｉ値が１５０以上である表面の亜鉛めっき鋼板と１５０
未満である表面の亜鉛めっき鋼板とについて、Ｒａ値と
摩擦係数値との関係を調べた結果を示す特性線図であ
る。なお、この図の横軸にとった摩擦係数は、前述の図
３で説明した冶具２ａおよび２ｂを１００℃に加熱した
場合に求められる値である。図２において黒丸の分布状
態から得られた曲線ＡはＰＰＩ値が１５０以上２２０以
下である亜鉛めっき鋼板の結果を示す特性線であり、白
丸の分布状態から得られた曲線ＢはＰＰＩ値が１７以上
１５０未満である亜鉛めっき鋼板の結果を示す特性線で
ある。

【００２９】図２から特性線Ａ、ＢはともにＲａ値が
０．８μｍを境にして急激に摩擦係数値が減少する顕著
な遷移を示し、Ｒａ値が０．８μｍ以上の領域でとる摩
擦係数の値は０．８μｍ未満の領域でとる摩擦係数の値
に比べて大幅に低下している。Ｒａ値が０．８μｍ以上
の領域においてこれらの特性線Ａ、Ｂを比較すると、特
性線Ａは特性線Ｂよりも低くシフトしている。したがっ
て、この図からＲａ値が０．８μｍ以上かつＰＰＩ値が
１５０以上の表面の亜鉛めっき鋼板は、より優れたプレ
ス成形性（連続打点性）を有することが判明した。

【００３０】次に、鮮映性を評価するにあたり、中心線
平均粗さＲａが０．８μｍ以上であって種々のろ波中心
線うねりＷｃａ値をとる表面の亜鉛めっき鋼板から試験
片を採取した。そして各試験片を日本パーカーライジン
グ株式会社製の「ＰＢ−Ｌ３０８０」を使用して化成処
理した。次いで関西ペイント株式会社製の「ＥＬ−２０
００」、「ＴＰ−３７（グレー）」および「ＴＭ−１３
（ＲＣ）」の各塗料を用いて、ＥＤ塗装、中塗り塗装お
よび上塗り塗装した。こうして３コート塗装された各試
験片について、スガ試験機株式会社製の「写像鮮明度測
定装置ＮＳＩＣ型」を用いて写像鮮明度「ＮＳＩＣ値」
を測定した。この装置は、黒板研磨ガラスを測定したと
きにＮＳＩＣ値が１００となるように校正されている。
すなわち、塗装後鮮映性はＮＳＩＣ値が１００に近いほ
ど優れているものとして評価される。

【００３１】図４は、横軸にろ波中心線うねりＷｃａ
（μｍ）をとり、縦軸にＮＳＩＣ値をとって、ろ波中心
線うねりＷｃａ値とＮＳＩＣ値との関係について調べた
結果を示す特性線図である。この図からＷｃａ値が０．
８μｍ以下の領域ではＷｃａ値の増加に伴ってＮＳＩＣ
値が減少していくもののその減少率は小さいため、高い
ＮＳＩＣ値となり優れた塗装後鮮映性を示すことが判明
した。これに対して、Ｗｃａ値が０，８μｍを超える領
域ではＷｃａ値の増加に伴ってＮＳＩＣ値が減少しかつ
その減少率が大きいため、低いＮＳＩＣ値となり塗装後
鮮映性に劣ることが判明した。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、
優れたプレス成形性を有する亜鉛めっき鋼板を提供でき
る。このため、連続的に多数の亜鉛めっき鋼板をプレス
成形する場合において金型の温度が上昇しても摩擦係数
が上昇するのを抑制でき、型かじり等の成形不良が生じ
るのを抑制することができるので、安定して成形加工を
継続することができる。また、プレス成形性のみならず
塗装後鮮映性にも優れた、自動車用の外板等の部材とし
て極めて有用な亜鉛めっき鋼板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】中心線平均粗さＲａと摩擦係数との関係につい
て調べた結果を示す特性図。

【図２】ピークカウントＰＰＩ値が１５０以上である表
面の亜鉛めっき鋼板と１５０未満である表面の亜鉛めっ
き鋼板とについて、中心線平均粗さＲａと１００℃の加
熱下での摩擦係数との関係を調べた結果を示す特性線
図。

【図３】ろ波中心線うねりＷｃａとＮＳＩＣ値との関係
について調べた結果を示す特性線図。

【図４】（ａ）は摩擦係数の測定を模式的に示す図、
（ｂ）は（ａ）の冶具２ｂの形状を示す図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 杉本 芳春 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 稲垣 淳一 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 Ｆターム(参考） 4K024 AA05 BA03 BB02 BC01 DA01 DB07 GA08 4K027 AA02 AA22 AB02 AB42 AC18 AC87 AD15 AE11 AE25

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面の粗度を中心線平均粗さＲａで０．
   ８μｍ以上とし、プレス成形性に優れたものとすること
   を特徴とする亜鉛めっき鋼板。
2. 【請求項２】 さらに、前記表面は、ピ−クカウントＰ
   ＰＩの値が１５０以上であることを特徴とする請求項１
   に記載の亜鉛めっき鋼板。
3. 【請求項３】 さらに、前記表面は、ろ波中心線うねり
   Ｗｃａの値が０．８μｍ以下であることを特徴とする請
   求項１または２に記載の亜鉛めっき鋼板。
4. 【請求項４】 めっき皮膜が合金化処理を施していない
   亜鉛皮膜であることを特徴とする請求項１ないし３のう
   ちいずれか１項に記載の亜鉛めっき鋼板。