JP6025147B2 - Ｚｎ系めっき部品の加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、Ｚｎを含むめっき金属が被覆されているＺｎ系めっき鋼板を素材として塑性加工を行って所定の形状を有する加工部品としたあと、さらに加工部に対し、板厚方向の圧縮加工を施すことによりＺｎ系めっき層の加工割れを低減して、加工部品の耐食性低下を抑制する加工方法に関する。

従来、冷延鋼板を塑性加工して所定寸法の形状をつくり、その後にＺｎめっきを施して（ポストＺｎめっき）部品を製造することが一般的であったが、近年の自動車部品や家電部品等においては、部品の耐食性や耐久性の向上および工程省略によるコスト低減の目的のため、素材としてＺｎやＺｎ合金を鋼板表面に被覆したＺｎ系めっき鋼板を用い、その鋼板を塑性加工して部品を製造することが多くなっている。本明細書では、ＺｎやＺｎを含む合金を鋼板の表面にめっき鋼板を、Ｚｎ系めっき鋼板と称する。 めっき層は下地の鋼板よりも延性に劣るため、めっき鋼板を素材として塑性加工を行うと、めっき層に割れが発生することがある。一般に、このめっき層の割れは、絞り加工よりもめっき層に強い引張応力が作用しやすい張り出し加工の場合に顕著となる。めっき層がＺｎ系めっきであって加工割れの程度が軽微であれば、下地鋼板が露出していてもＺｎ系めっき層の犠牲防食作用により耐食性の低下は目立たないが、加工割れの程度が大きいと下地鋼板の露出部が腐食の起点となり、赤錆が発生して外観が悪化したり、素材の板厚が減少すると加工部品の強度低下を招いてしまう。 加工部の耐食性低下を抑制する方法として、耐食性が優れているＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金を被覆したＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を素材として用いることもできるが、加工割れを防ぐことはできないため、赤錆の発生を防ぐことは難しい。 また、めっき層の加工割れを抑制できる加工方法として、特許文献１にはＺｎ系めっき鋼板を５０℃以上で１５０℃以下未満の温度域に加熱保持して、目標形状に加工する加工方法が開示されている。この加工方法は、めっき鋼板を加熱保持することによって、めっき層の延性が増加した状態で加工を加えることにより、めっき層の加工割れ（クラック）を抑制しようとするものである。

特許第４９１９４２７号公報

しかし、特許文献１の加工方法は、伸び率を２０％未満に制限しなければめっき層が下地鋼の塑性変形に追従できなくなり、加工割れ（クラック）面積率が５％を超えてしまう。また、この方法では加熱装置を用意しなければならないため、設備投資コストが増加するという問題が発生する。さらに、Ｚｎ系めっき鋼板をある温度まで加熱するための加熱時間が必要であり、それによって生産効率が低下し、そのためのコスト増加も避けられない。

そこで本発明では、大きな設備投資や生産効率の低下を招かずに、めっき層の加工割れを低減して、加工部品の耐食性低下を可能とするＺｎ系めっき鋼板を素材とした加工部品の加工方法を提供することを目的とする。

本発明の加工方法は、その目的を達成するため、Ｚｎ系めっき鋼板を素材として塑性加工を行って所定の形状を有する加工部品とした後、さらに加工部に対し、板厚方向に圧下を加えてめっき層に圧縮加工を施す。塑性加工によって加工割れを起こしているめっき層に対し板厚方向に圧下を加えて圧縮加工を施すと、めっき層が板厚方向に潰れるとともに、めっき層の面内方向に広がる。その結果として、隣接している加工割れしているめっき層同士の間隔が狭くなり、Ｚｎ系めっき金属による犠牲防食機能が働きやすくなって加工部品の耐食性低下が抑制される。

このめっき層への圧縮加工を目的とした板厚方向への圧下は、めっき層が面内方向に広げる程度の応力を加える必要がある。加工部の形状に応じて、複数回に分けて圧下を行ってもよい。加工部品がさらに正確な所定の形状に仕上げるためのリストライク（追加工）を兼ねて行っても構わない。

本発明の加工方法は、塑性加工によって加工割れを起こしているめっき層に対し板厚方向に圧下を加えて圧縮加工を施すことにより、めっき層が板厚方向に潰れるとともに、めっき層の面内方向に広がり、その結果として、隣接している加工割れしているめっき層同士の間隔が狭くなり、Ｚｎ系めっき金属による犠牲防食機能が働きやすくなって加工部品の耐食性低下が抑制される。すなわち、めっき層に対して板厚方向に圧下を加えることにより、めっき層の加工割れの程度が軽度になったことと同じ効果が現れるのである。
また、素材として耐食性が優れているＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系合金を被覆したＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を用いれば、犠牲防食作用がより一層強く作用するので、赤錆発生の抑制能力を高めることができる。

本発明の加工方法による加工工程の一例を示す断面模式図であり、（ａ）は加工前の素材、（ｂ）は所定の形状への塑性加工、そして（ｃ）は加工部に対し板厚方向の圧縮加工 加工部分に作用させた加圧力と、加圧後の下地鋼板の表面露出率との関係を示す図 加工部表面から観察した、加工部に発生しためっき層の加工割れと、加工部に板厚方向に圧下を加えた圧縮加工後の加工割れの状況を示す図 中性塩水噴霧サイクル試験条件

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１（ａ）は、加工前のＺｎ系めっき鋼板１を示している。めっき層３は、まだ加工割れを起こしていない。
図１（ｂ）は、Ｚｎ系めっき鋼板１に対して、パンチ５、ダイ６と板押さえ１２により塑性加工を行って、所定の形状を有する加工部品２を製造する工程を示す。このとき、めっき層３には、不規則な加工割れ４が発生する。塑性加工は、絞り加工よりも張り出し加工の場合のほうがめっき層に強い引張応力が作用しやすいので、めっき層の加工割れ４は 顕著となりやすく、また、張出し高さが高いなど塑性加工の加工度が高いほど、加工割れの深さや幅が大きくなる。そして、隣り合う加工割れ４の間隔が広くなって下地鋼板７が表面からの露出が大きくなると、下地鋼板７から赤錆が発生して加工部品２の耐食性が低下してしまう。これは、加工割れの間隔が広がってめっき金属の犠牲防食作用が及ばなくなるためである。

この加工割れの間隔を小さくするため、本発明では図１（ｃ）に一例を示したように、加工部に対して加圧用パンチ８と加圧用ダイ９により加圧を加える。これにより、めっき層の加工割れ４の間隔が狭くなり、加工割れ４の周辺のめっき金属の犠牲防食作用により赤錆の発生が抑制される。
加圧用パンチ８と加圧用ダイ９による加圧では、加工部品２が所定形状に仕上がっている場合はめっき層３を変形させるだけにしているので加工部品２自体の形状が変化することはなく、加工部品２をリストライクして所定の形状に仕上げる場合にはめっき層３の変形も併せて実施することができる。

Ｚｎ系めっき鋼板１としては、ＺｎとＡｌとＭｇを含むめっき金属を被覆しためっき鋼板であるＺｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板を用いることによって、犠牲防食作用をより一層高めることができる。Ｚｎ−Ａｌ−Ｍｇ系めっき鋼板では、加工割れ４によって下地鋼板７が露出した場合、加工割れ４の周辺のめっき金属が溶出し、それらの溶出した成分によってＭｇを含有した緻密なＺｎ腐食生成物が加工割れ４の周辺の下地鋼板７を覆うことによって腐食が抑制される。このＭｇ含有Ｚｎ腐食生成物は、Ｚｎめっき鋼板のＺｎ腐食生成物よりも保護性が高いため、より強力な犠牲防食作用を発現することができる。

素材として、板厚が１．２ｍｍで片面当りのめっき付着量が１４０ｇ／ｍ^２のＺｎ−６重量％Ａｌ−３％重量％Ｍｇ合金めっき鋼板を用いて、図２に示した工程により張出し加工と加工部への加圧を行った。

張出し加工に用いたパンチ５は、直径２００ｍｍ、肩部の曲率半径が１０ｍｍの円柱形状である。一方、ダイ６は、内径２０２ｍｍ、肩部の曲率半径が１０ｍｍである。板押さえ１２は、内径２０２ｍｍ、肩部の曲率半径が１０ｍｍである。これらのパンチ５、ダイ６、そして板押さえ１２により、内径２００ｍｍ、高さ４０ｍｍの張出し加工部品２を製作した。
加工部への加圧は、加圧用パンチ８と、加圧用ダイ９、そして板押さえ１２を用いて行った。加圧用パンチ８、加圧用ダイ９の形状は、加工部品２の頭部１０と縦壁部１１の形状と同一のものとした。加圧力は、３０ｋＮ，４０ｋＮ，６０ｋＮの３水準とし、加圧方向は図１（ｃ）の図中に矢印で示したとおり、加工部品２の頭部に対して紙面上方向から下方向とした。加圧前後でのめっき層の加工割れ状況を図３に示す。図３には、加圧前の加工部品２の頭部１０の状況と、同じ箇所についてそれぞれの加圧力で加圧を加えた後のめっき層の加工割れ状況を示した。加圧加工を行うことによって、隣り合うめっき層の加工割れの間隔が狭くなっていることがわかる。

また、加工部の加圧を行う前後において、加工部品の頭部１０のおけるめっき層の加工割れの状況を光学顕微鏡により２００倍に拡大して観察し、観察面積５ｍｍ^２に対するめっき層の加工割れによって下地鋼板が露出している面積率を評価した。

下地鋼板露出率の加圧による変化を図２に示す。加圧することによって下地鋼板の露出率は低減すること、そして加圧力が高いほど露出率は小さくなり、低減効果が大きいことが明らかである。
また、加圧前の加工部品と、３０ｋＮで加圧した加工部品を、中性塩水噴霧サイクル試験１００サイクルに供して、耐食性を評価した。中性塩水噴霧サイクル試験の条件は図４に示したものである。１００サイクルの試験後では、加圧なしの加工部品では、頭部から赤錆が発生していたが、３０ｋＮで頭部に加圧を加えた加工部品の頭部から赤錆は発生しておらず、本発明の加工方法によりＺｎ系めっき加工部品の耐食性低下が抑制できることが確認された。

本発明によるＺｎ系めっき加工部品の加工方法は、Ｚｎ系めっき鋼板を素材とした加工部品の、塑性加工によるめっき層の加工割れに由来する耐食性の低下を抑制して、良好な耐食性を保つことために有用である。

１ Ｚｎ系めっき鋼板
２ 加工部品
３ めっき層
４ めっき層の加工割れ
５ パンチ
６ ダイ
７ 下地鋼板
８ 加圧用パンチ
９ 加圧用ダイ
１０ 加工部品の頭部
１１ 加工部品の縦壁部
１２ 板押さえ

Claims (2)

1. Ｚｎ系めっき鋼板（１）の素材に対して塑性加工を行い所定の形状の加工部品（２）を製造するＺｎ系めっき加工部品の加工方法であって、
   前記加工部品（２）の加工部分に対して、さらに、当該加工部分の製品形状に追従する形状の加工用パンチ（８）及び加工用ダイ（９）を用いて板厚方向に圧下を加え、めっき層（３）が下地鋼板（７）の面内方向に展延して当該めっき層（３）の加工割れ（４）の間隔が狭くなるように加圧加工を施すことを特徴とするＺｎ系めっき加工部品の加工方法。
2. 前記Ｚｎ系めっき鋼板（１）として、ＺｎとＡｌとＭｇを含むめっき金属を被覆した鋼板を用いることを特徴とする請求項１に記載のＺｎ系めっき加工部品の加工方法。

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