JPH03236491A - りん酸塩処理性および耐型かじり性に優れた冷延鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、りん酸塩処理性および対型かじり性に優れた
冷延鋼板およびその製造方法に関する。

〈従来の技術〉 加工性、とくに深絞り性を改善した冷延鋼板の主な用途
は、自動車の内・外装板である。

従って、従来は、自動車用部品としてブレス底形される
場合に鋼板に要求される材料特性を満足する最適の製造
条件を得ることを前提として、主に研究が行われてきた
。

特に、自動車用鋼板の場合、多種多様なデザインに適応
させる必要上、深絞り性に対応するランクフォード値（
ｒ値）の改善、ならびに形状凍結性の観点から低降伏応
力化、高加工硬化率化などが重要視されてきた。

このような観点から開発されたものとして、たとえば特
開昭５９−１９３２２１号公報や特開昭６３−７６８４
８号公報などに開示の極低炭素鋼があるが、最近ではか
かる極低炭素鋼、しかもその連続焼鈍材の、冷延鋼板の
生産量に占める割合が増大してきている。

このような潮流の中で、最近とくに自動車用鋼板のプレ
ス成形時における「型かじり」が問題となっているが、
この点に着目した技術はこれまでのところほとんど報告
されていない。

わずかに特公昭６１−２６６００１号公報において、所
定の有機高分子皮膜を鋼板表面に形威し、鋼板表面の摺
動性を良好にすることでプレス加工性の向上を図る技術
が提案されているに止まる。

しかしながら、自動車用鋼板は、プレス後、塗装前処理
として通常りん酸塩処理が施されるが、上記のような潤
滑処理を施した冷延鋼板は、そのりん酸塩処理性が未処
理の冷延鋼板に比べて著しく劣ることが問題として上げ
られていた。　また、有機皮膜は経時変化で変質してし
まい、有害物になってしまうおそれがある。

また、冷延鋼板のりん酸塩処理性の向上を目的として開
発されたものとして、金属ニッケルを３０〜１０００ｍ
ｇ／ｍ２付着させる方７去が特公昭６２−３０２６４号
公報に開示されている。　　しかしながら、これは単に
りん酸塩処理性の向上を目的としたものであり、その実
施例にも記述がないことからもわかるように、耐型かじ
り性の向上を積極的に狙っているものではない。　さら
に、りん酸塩処理性の向上効果の見出されたＮｉ付着量
は、本発明者らの詳細な実験によれば、特定の大きさ、
分布状態の場合には０．　５〜ｆ　ＯＯｍｇ／ｒｎ’付
着させれば十分であり、それ以上の付着ではりん酸塩処
理性の向上は見られず、逆に対型かじり性は劣化する。

〈発明が解決しようとする課題〉 加工性、特にプレス成形時の深絞り性あるいは形状凍結
性の観点からは、伸び（ＥＡ）とランクフォード値（ｒ
値）を改善し、併せてＹ、　Ｓ　　を低く（低Ｙ、Ｒ，
化）するのが良いとされ、そのための製造技術が極低炭
素化によって実現された。　　しかし一方で、このよう
な鋼板は従来鋼に比べて、プレス加工時における型かし
りの発生が大きいという新たな問題が生じた。

本発明は、上記の問題を有利に解決して、りん酸塩処理
性および対型かじり性を向上させた冷延鋼板およびその
製造方法を提供することを目的とする。

く課題を解決するための手段〉 まず、この発明の解明経緯について説明する。

加工性、すなわちｒ値やＥＪ２を改善するには、Ｃ量の
低減が有効であり、その結果、鋼は軟Ｘ化する。　しか
しながら一方で極低炭素鋼、とくにその連続焼鈍材は、
プレス金型との摺動抵抗が従来鋼に比べて大きいことが
判明した。

一方、摺動抵抗が大きくなると、プレス金型のビード部
など摺動の厳しい箇所ではひどい型かじりが発生し、そ
の結果鋼板の流入が悪くなり、この流入不足が原因とな
って破断に至る場合があった。

そこで本発明者らは、上記の問題を解決すべく幾多の実
験および検討を重ねた結果、焼鈍後の冷延鋼板表面にＮ
ｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｕの群より選ばれた金属を所
定量付着させ、さらに析出金属粒子径および析出金属間
距離を調整することによって、りん酸塩処理性および耐
型かじり性、特に潤滑状態が最も悪いと考えられる脱脂
状態（完全に油がきれている状態）のときの耐型かじり
性が向上することを見出した。

本発明は、上記の知見に立脚するものである。

すなわち、上記目的を達成するために本発明によれば、
Ｎｉ、Ｍｎ％Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｕの群より選ばれる１種ま
たは２ｆ！以上の金属を冷延鋼板表面に０．　５〜１０
０ｍｇ／ｍ’析出させ、この析出によって生じる前記鋼
板上の凸部面積率ＳＳｒが２５〜６０％で、かつ前記凸
部１個当たりの平均面積ＳＧｒが０．２〜０．８−２で
あることを特徴とするりん酸塩処理性および耐型かじり
性に優れた冷延鋼板が提供される。

前記析出金属の粒子径が１戸以下で、かつ最近接析出金
属間距離が５戸以下であるのが好ましい。

また、本発明によれば、酸洗、焼鈍の少なくとも一工程
を終了した冷延鋼板を、Ｎ１、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｕ
の群より選ばれる１種または２種以上の金属イオンを含
有するＰＨ≧８の塩基性水溶液中で陰極電解処理を行う
ことを特徴とする前記冷延鋼板の製造方法が提供される
。

以下に本発明をさらに詳細に説明する。

まず、本発明の基礎となった実験結果から説明する。

本発明では、鋼板表面にニッケルを０．５〜１００　ｍ
ｇ／ｍ２析出させることが必要である。

第１図に、種々の量のニッケルを付着させた冷延鋼板に
りん酸塩処理を施した時の、りん酸塩処理１５秒後のり
ん酸塩結晶数とＮｉ付着量（後述するＳＳｒ、ＳＧｒは
それぞれ２５〜４０％、０３〜０４５μ２に制御）との
関係を示す。　同図から明らかなように、Ｎｉ付着量が
０．５ｍｇ／ｍ２まではりん酸塩結晶数が急激に増加し
、それ以上Ｎｉ付着量を増加させてもりん酸塩結晶数の
増加は認められない。　　また、１００　ｍｇ／ｍ”を
超えると急激に低下する。

第２図に、各種Ｎｉ付着量におけるりん酸塩皮＠重量曲
線（後述するＳＳｒ、ＳＧｒはそれぞれ４５〜６０％、
０．４５〜ｏ、ｓ）ｍ”に制御）を示す。　Ｎｉ付着量
が０．　５　ｍｇ／ｍ２未満のときおよび１００　Ｉｎ
ｇ７ｍ２を超えると、皮膜型歪曲線の立ち上がりが遅く
なり、皮膜重量が増加している。

第３図に、後述する方法で行った摺動試験時におけるＮ
ｉ付着量と摩擦係数（後述するＳＳｒ、ＳＧｒはそれぞ
れ３０〜４５％、０４〜０．６戸２に制御）との関係を
示す。

このときの摺動試験は、試料厚さを０．７ｍｍとし、押
さえ荷重：　１００ｋｇｆの条件で行った。

同図より明らかなように無塗柚状態の鋼板の摩擦係数は
、０．５ｍｇ／ｍ２のＮｉ付着により激減している。　
また、Ｎｉ付着量が１１００Ｉｎ／ｍ’を超えると、摩
擦係数が増加していみ そして、さらに、本発明者らの詳細な実験により、金属
の析出によって生じる鋼板表面の凸部面積率ＳＳｒとそ
の凸部１個当りの平均面積ＳＧｒを所定の範囲に調整す
ることにより、りん酸塩処理性および耐型かじり性にす
ぐれた冷延鋼板を製造する方法を究明したのである。

ここで、ＳＳｒおよびＳＧｒは下式より算出した。

Ｓｒ ＳＧｒ 第４図にりん酸塩処理１５秒後のりん酸塩結晶数／４ｘ
ｌＯ−’ａｍ２　（図中に数字で示す）におよぼす凸部
面積率ＳＳｒと凸部１個当りの平均面積ＳＧｒの影響を
、第５図に摺動試験時の摩擦係数（図中に数字で示す）
におよぼす凸部面積率ＳＳｒと凸部１個当りの平均面積
ＳＧｒの影響を、それぞれ示す。　両図より明らかなよ
うに、凸部面積率ＳＳｒが２５〜６０％で、かつ凸部１
個当りの平均面積ＳＧｒが０．２〜０．８戸２のときに
、りん酸塩処理性および対型かじり性が向上している。

　なお、このときのＮｉ付着量は１０〜２５　ｍｇ／ｍ
２であった。

Ｎｉ付着量の増加によるりん酸塩結晶数の増加の理由は
次のとおりと考えられる。　すなわち、鋼板の表面に金
属ニッケルを微量付着させた場合、鋼板表面上のニッケ
ルは部分的にしか付着しておらず、ニッケルと鉄が不均
一に分布した状態が形成されている。　このような表面
はニッケルと鉄の電位差のため電気的に不均一な状態が
形成されている。　ニッケルが付着している部分はカソ
ード部となり、りん酸塩の結晶成長の起点となる。

さらに、りん酸塩処理性に対して、Ｎｉ付着量に最適範
囲が存在する理由は次のとおりと考えられる。　すなわ
ち、ニッケルが鋼板上を完全に覆う状態で付着すると、
表面の電気的不均一さが得られないのと同時に、鋼板側
からの鉄の溶出が妨げられ、りん酸塩処理性の向上効果
は認められない。　従ってニッケルの付着量は鋼板表面
がニッケルと鉄が適当に分布している状態、すなわち凸
部面積率ＳＳｒが２５〜６０％で、かつ凸部１個当りの
平均面ｉｉｉ　Ｓ　Ｇ　ｒが０．２〜０．８μｓ２の分
布状態が好ましい。

そして、りん酸塩処理性の向上効果が期待できるＮｉ付
着量範囲は０．５〜ｌ　ＯＯｍｇ／ｍ２である。

また、耐型かじり性に対しても、Ｎｉ付着量に最適範囲
が存在する理由は次のとおりと考えられる。　すなわち
、ニッケル処理鋼板は表面上の不均一　すなわち凸部面
積率ＳＳｒが２５〜６０％で、かつ凸部１個当りの平均
面積ＳＧｒが０．２〜０．８μ２の分布状態で付着して
いるニッケルの硬度が鉄に比べて高いため、プレス加工
時の鋼板の平滑化がされにくく、従って鋼板とプレス金
型との接触面積が小さくなるので、摩擦係数は低下する
。　　しかし、ニッケルが鋼板上を完全に覆う状態で付
着すると、逆に接触面積が大きくなり、摩擦係数が高く
なる。　従って、対型かじり性に対して、Ｎｉ付着量に
最適範囲が存在するものと考えられる。

さらに、より詳細な実験によって、本発明者らは、析出
Ｎｉ粒子径と最近接析出Ｎｉ間距離とを制御することに
より、より一層のりん酸塩処理性および対型かじり性が
図られることを見出したのである。　すなわち、析出Ｎ
ｉ粒子径を１戸以下で、かつ最近接析出Ｎｉ間距離を５
−以下の分布状態にすることにより、より一層の向上が
認められたのである。　第６図にりん酸塩処理１５秒後
のりん酸塩結晶数／４Ｘ１０−’ｃｍ２　（図中に数字
で示す）におよぼす析出Ｎｉ粒子径と最近接析出Ｎｉ間
距離を、第７図にＮｉ付着量、ＳＳｒ、ＳＧｒをそれぞ
れ１５〜２０ｍｇ／ｍ’　、　３０〜４０％、０．３〜
０．４５鱗２とした場合の摺動試験時の摩擦係数（図中
に数字で示す）におよぼす析出Ｎｉ粒子径と最近接析出
Ｎｉ間距離を、それぞれ示す。　両図より明らかなよう
に、りん酸塩処理性および対型かじり性のより一層の向
上のためには析出Ｎｉ粒子径が１戸以下で、かつ最近接
析出Ｎｉ間距離が５戸以下とするのが好ましい。

次に、種々のｐＨに調整したＮｉを含む塩基性水溶液中
で、焼鈍された鋼板を陰極として電解した後の、鋼板の
耐食性と塩基性水溶液のｐＨとの関係をＺａ図に示す。

同図より明らかなように塩基性水溶液のｐＨが８を境と
して、鋼板の耐食性が改善されている。　すなわち、ｐ
Ｈ≧８では、鋼板表面はエツチングされず、表面の活性
点の消失がないので、鋼板の耐食性が劣化しないと考え
られる。　ｐＨが８未満の場合、鋼板表面がエツチング
されることにより必要以上の凹凸が付与されてしまい、
後述するＮｉ付着後のＳＳｒとＳＧｒが本発明範囲を満
足しないことを究明した。　　したがって、水溶液のｐ
）ｌは８以上とした。

水溶液としては、水酸化ナトリウム、りん酸ソーダ、珪
酸ソーダなど、水に容易に溶解する塩基性物質を用いれ
ばよい。

電解の条件は鋼板を陰極とする必要がある。　陰極電解
により、鋼板表面にニッケルが析出し、この部分がカソ
ード部となり、りん酸塩の結晶成長の起点となる。　こ
れにより、りん酸塩処理性が向上すると考えられる。　
陽極電解した場合は、鋼板表面にりん酸塩の結晶成長の
起点となるカソード部、すなわちニッケルの析出が起こ
らず、りん酸塩処理性の向上が望めない。　装置の設計
上、交番電流を使用する必要があるときは、電解の最終
段階で鋼板が陰極となるようにすれば電解の効果は失わ
れない。

電流密度は、短時間のうちに電解の効果を出現させるた
めには０．　７　　Ａ／ｄｄの以上とすることが好まし
い。　また、電解時間は、電流密度が０．７　　Ａ／ｄ
ｍ’以上であれば０．５秒以上で効果があられれ、１秒
以上行えば十分である。

さらに、Ｎｉ以外のＭｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｕの金属につ
いても同様の結果を得た。

本発明者らは、上記した基礎的データに基づき、研究を
重ねた結果、以下のようにＮｉ、Ｍｎ％Ｃ０１Ｍ０１Ｃ
ｕの群より選ばれた金属の付着量およびその分布状態を
制御することによって、りん酸塩処理性および耐型かじ
り性にすぐれた冷延鋼板が得られることを究明したので
ある。

この発明によれば、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｕの群
より選ばれた金属の付着量が０．５〜１００　Ｂ／＋ｎ
２であることが必要である。　　Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍ
ｏ、Ｃｕの群より選ばれた金属の付着量が０．５〜１０
０　ｍｇ／ｍ２であることが必要である。　Ｎｉ、Ｍｎ
。

Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｕの群より選ばれた金属の付着量が、０
．５ｍｇ／ｍ’未満の場合、および１００ｍｇ７ｍ”を
こえる場合では、優れたりん酸塩処理性および対型かじ
り性を得ることができない。

さらに、そのときの分布状態は、凸部面積率ＳＳｒが２
５〜６０％で、かつ凸部１個当たりの平均面積ＳＧｒが
０．２〜０．８ＪｊＪ１１’である必要がある。　凸部
面積率ＳＳｒが２５％未満または６０％を超え、また、
凸部１個当たりの平均面積ＳＧｒが０．２μｓ２未満ま
たは０．８戸２を超える場合では、優れたりん酸塩処理
性および対型かじり性を得ることができない。

なお、金属の付着方法としては、電気めっき、置換めっ
き、蒸着めっき等のいずれの方法を用いても良く、要は
金属付着量およびその分布状態を前述した適正範囲に収
めることが重要である。　その方法としては以下のもの
がある。

（１）あらかしめ鋼板表面の粗度を制御しておく方法 （２）所望の分布状態の穴を有するスリット越しにメツ
キする方法。

〈実施例〉 以下に本発明を実施例に基づき具体的に説明する。

（実施例１） 板厚０．８ｍｍの冷延鋼板をｐ）（−ｔ　１．０　、　
１５　ｍｏｌ／Ｉｌの濃度のＮａＯＨ水溶液（温度５０
℃）中で、種々の分布状態の穴を有するスリットを用い
て２秒の電解を行った。　電解電流密度は、０．５　　
Ａ／ｄｍ２〜２０　　Ａ／ｄｍ’の範囲で変化させて行
った。　極性は鋼板を陽極あるいは陰極として、極性の
違いによる差も調べた。　次いで、電解しなかったもの
もあわせて、りん酸塩処理の試験に供した。　りん酸塩
処理は、下記により施した。

処理液：日本バーカライジング社製 パルボンド　Ｌ　３０２０処理液 処理方法：　ＦＬＩＬＬ　ＤＩＰ方式 処理条件＝４２℃で１２０秒間浸漬 評価方法：りん酸塩結晶密度、 ｐＨ１２のＮａＯＨ水溶液中での酸素 還元電流値 ここで、りん酸塩結晶密度が高いほうがりん酸塩処理性
が良好であり、ＮａＯＨ水溶液中でカソード分極し、　
　５５０　ｍＶｖｓｓ、ｃ、Ｅ、になった時に流れる電
流値、すなわち酸素還元電流値が低い方が欠陥が少ない
皮膜が形成されていると言える。

また、裸鋼板の耐食性を調べるため、湿潤（５０℃、相
対湿度９８％）３０分、乾燥（２０℃相対湿度５０％）
３０分を１サイクルとして、４サイクルの発錆試験を行
い、錆の発生を目視で５段階評価した。　電解条件とと
もに実験結果を表１に示す。　その評価方法は次の通り
である。

１・・・・・・発錆面積Ｏ％ ２・・・・・・発錆面積Ｏ％超〜２５％以下３・・・・
・・発錆面積２５％超〜５０％以下４・・・・・・発錆
面積５０％超〜７５％以下５・・・・・・発錆面積７５
％超 また、脱脂状態で摺動試験を行い、その時の摩擦係数の
値も表１に示す。　ここで、摺動試験方法について示す
ａ　　第９ａ図に示す摺動性測定装置により、チャック
４に挟持した試験片５を引き抜くときの引き抜き荷重を
引張試験機１により測定した。　シリンダー３によるポ
ンチ２の押さえ荷重は１００　ｋｇｆとした。　試験片
５は無塗油のものについて、２０ｍｍＸ３００ｍｍｘ０
．８ｍｍのものを用意した。

また、試験片５を引き抜く速度は５００ｍｍ／ｍｉｎ、
摺動距離は５０ｍｍとした。

なお、第９ｂ図に示す形状でＤが１５ｍｍ、ｈが１■の
ポンチ２で、試験片５に垂直荷重Ｎ（ｋｇｆ）をかけ、
上方向へ引き抜く時の荷重Ｆ（ｋｇｆ）を測定し、Ｆ／
２Ｎから、摩擦係数を求めた。

また、ＳＳｒ、ＳＧｒは、鋼板表面に画像処理を施して
、処理後の写真の色の濃淡の面積比率から算出した。　
析出金属粒径および最近接析出粒子間距離については、
画像処理後の写真から直接測定して求めた。　ともに、
測定面積は５ｍｍＸ５ｍｍ、ｎ数５で行った。

表１より明らかなように、本発明例は、いずれも、比較
例に比べて優れたりん酸塩処理性と対型かじり性を示し
ている。

さらに、金属付着量、ＳＳｒ、ＳＧｒがそれぞれ３０〜
５０ｍｇ／［１１２３５〜５０％、０．３５〜０．５戸
’の場合の金属粒子径および最近接析出金属間距離を変
えた結果を表２に示す。　表２より、析出金属粒子径を
１μｓ以下で、かつ最近接析出金属間距離を５μ以下に
することにより、より一層のりん酸塩処理性および耐型
かじり性の向上が図られることがわかる。

〈発明の効果〉 本発明は以上説明したように構成されているので、本発
明の冷延鋼板はりん酸塩処理性と対型かじり性の両者に
優れ、たとえば自動車用鋼板などの用途に用いて好適で
ある。

また、本発明の製造方法によれば、りん酸塩処理性と耐
型かじり性に優れ、かつ耐食性に優れた冷延鋼板を製造
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｎｉを付着させた冷延鋼板に１５秒間りん酸
塩処理を施したときの、Ｎｉ付着量とりん酸塩結晶数と
の関係を示すグラフである。 第２図は、各ｆｉＮｉ付着量におけるりん酸塩処理時間
と皮膜重量との関係を示すグラフである。 第３図は、摺動時における鋼板上のＮｉ付着量と摩擦係
数との関係を示すグラフである。 第４図は、りん酸塩処理１５秒後のりん酸塩結晶数にお
よぼす凸部面積率ＳＳｒと凸部１個当りの平均面積ＳＧ
ｒの影響を示す図である。 第５図は、摺動試験時の摩擦係数におよぼす凸部面積率
ＳＳｒと凸部１個当りの平均面積ＳＧｒの影響を示す図
である。 第６図は、りん酸塩処理１５秒後のりん酸塩結晶数にお
よぼす析出金属粒子径と最近接析出金属間距離の影響を
示す図である。 第７図は、摺動試験時の摩擦係数におよぼす析出金属粒
子径と最近接析出金属間距離の影響を示す図である。 第８図は、鋼板の耐食性と塩基性水溶液のｐＨとの関係
を示すグラフである。 第９ａ図および第９ｂ図は、それぞれ摺動性測定装置の
模式図およびそれに用いるポンチの説明図である。 符号の説明 １・・・引張試験機、 ２・・・ポンチ、 ３・・・シリンダー ４・・・チャック、 ５・・・試験片 ＦＩＧ、１ Ｎｉ付１量（ｍ９／ｍｌ） ＦＩＧ、２ す、り、酸塩拠王！埼間（ｓｅｃ　） ＦＩＧ、４ ＳＧｒ （）１ｍ’） ＦＩＧ、３ Ｎｉ付、ＩＦ　ｔ　（ｍｇ／ｍ２） ＦＩＧ、５ ＳＧｒ　（）１ｍ”　） Ｆ　Ｉ　Ｇ、　６ オ斤土−ｔＪも孝ユイワ右１（ｐｍ） ＦＩＧ、８ ま東基・１生べ溶ンｉｎｐ口 ＦＩＧ７ 斬土金属粒子経 ０、＋ｍ） Ｆ　Ｉ　Ｇ、　９ａ Ｆ　Ｉ　Ｇ、　９ｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｕの群より選ばれる
   １種または２種以上の金属を冷延鋼板表面に０．５〜１
   ００ｍｇ／ｍ＾２析出させ、この析出によって生じる前
   記鋼板上の凸部面積率 ＳＳｒが２５〜６０％で、かつ前記凸部１個当たりの平
   均面積ＳＧｒが０．２〜０．８μｍ＾２であることを特
   徴とするりん酸塩処理性および耐型かじり性に優れた冷
   延鋼板。
2. （２）前記析出金属の粒子径が１μｍ以下で、かつ最近
   接析出金属間距離が５μｍ以下である請求項１記載のり
   ん酸塩処理性および耐型かじり性に優れた冷延鋼板。
3. （３）酸洗、焼鈍の少なくとも一工程を終了した冷延鋼
   板を、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｍｏ、Ｃｕの群より選ばれる
   １種または２種以上の金属イオンを含有するｐＨ≧８の
   塩基性水溶液中で陰極電解処理を行うことを特徴とする
   請求項１に記載の冷延鋼板の製造方法。