溶融Zn-6%Al-3%Mg合金めっき鋼板のプレス加工性

溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
29
技術資料
溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
中　村　尚　文 *　佐々木　宏　和 **　黒　部　淳 ***
Press Formability of Hot-dip Zn-6%Al-3%Mg Alloy Coated Steel Sheet
Naofumi Nakamura, Hirokazu Sasaki, Jun Kurobe
Synopsis
In this paper, we show results from investigations of the press formability of various types of zinc and zinc alloy coated steel sheet
mainly ZAM, highly corrosion-resistant hot-dip Zn-6%Al-3%Mg alloy coated steel sheet.
The results are as follows:
(1) Formability of ZAM is improved by decreasing the hardness of base metal, the coating weight of plating, and increasing the lubricity
of post-treatment film.
(2) In deep drawability and stretch formability of ZAM is good, because its surface has superior lubricity to other types of zinc coated
steel sheet and SPC.
１．緒　言
溶 融 Zn-6%Al-3%Mg 合 金 め っ き 鋼 板（ 以 下，ZAM
鋼板と記す）は優れた耐食性を有する 1，2）ことからプレ
２．実験方法
2.1　供試材
ハブ住宅の構造材をはじめ道路資材や農業用資材など
表 1 および表 2 に供試材の化学成分ならびに機械的
種々の用途に多用されている。また，自動車や家電用途
性質を示す。ZAM 鋼板の後処理は，無機系皮膜処理（以
向けでは，ユニクロめっきのような成形後に電気めっき
下，ZC 処理と記す），有機系潤滑皮膜処理（以下，ZJ
を施して後処理を行う部品や，カチオン電着品の代替と
処理と記す），無処理（以下，M 処理と記す）の３水準，
して，高耐食性の利点を活かした ZAM 鋼板の採用が増
めっき付着量は片面 35，70g/㎡の２水準，原板は成分
加している。
さらに最近では自動車や家電分野において，
や機械的性質の異なる低炭素鋼板および極低炭素鋼板の
ZAM 鋼板の高加工性 3）を利用して深絞り加工や加工度
２水準で評価した。比較材には，自動車・家電向けを想
の厳しい張出し加工用途へ用いられるケースが増えてい
定し代表的な Zn めっき鋼板である，合金化溶融 Zn めっ
る。
き鋼板（以下，GA 鋼板と記す），非合金化溶融 Zn めっ
そこで本報では，ZAM 鋼板の原板の加工性グレード，
き鋼板（以下，GI 鋼板と記す），電気 Zn めっき鋼板（以
めっき付着量，後処理等がプレス加工性に及ぼす影響や
下，EG 鋼板と記す）と深絞り用冷延鋼板（以下，SPC
ZAM 鋼板と各種 Zn めっき鋼板のプレス加工性につい
と記す）を用いた。なお，板厚は 0.8mm とした。
て検討した結果ならびに ZAM 鋼板の自動車関連部材へ
表 3 に供試プレス油の明細を示す。Zn めっき鋼板用
の適用事例について報告する。プレス加工性の検討にあ
防錆油として用いられる NOX-RUST3060（パーカー興
たっては，実験室的に油圧プレスにより，絞り・張出し・
産㈱製以下，3060 と記す）と冷延・Al めっき鋼板用防
穴広げ加工の加工様式ごとに体系的整理を行うととも
錆油として用いられるダフニーオイルコートＺ - ５（出光
に，メカプレスを用いて実プレスの成形安定性評価指標
興産㈱製以下，Z5 と記す）を用いた。
となる成形可能範囲を求めた。
*加工技術研究部　加工第三研究チーム　主任研究員
**加工技術研究部　加工第三研究チーム　主任研究員
***加工技術研究部　加工第三研究チーム　チームリーダー
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
30
溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
表 1　供試材の化学成分
回避されて絞り加工が可能となる。したがって，絞り加
Table1 Chemical compositions of base metals（mass％）
工性を向上させるにはパンチ肩部における材料の破断強
No. 供試材
①
②
③ ZAM
④
⑤
⑥ GA
⑦ GI
⑧ EG
⑨ SPC
めっき
後処理 付着量
Ｃ
（g/㎡）
0.038
70
ZC
0.007
0.002
ZJ
35
0.002
M
0.002
M
45
0.003
ZC
60
0.007
ZC
20
0.002
－
－
0.003
Ｓｉ Ｍｎ
0.002
0.008
0.008
0.011
0.011
0.005
0.006
0.006
0.006
0.25
0.15
0.14
0.16
0.16
0.15
0.15
0.15
0.15
Ｐ
Ｓ
0.013
0.012
0.007
0.007
0.007
0.014
0.015
0.014
0.013
0.009
0.004
0.004
0.004
0.004
0.006
0.008
0.007
0.007
Ａｌ Ｔｉ
0.017
0.037
0.040
0.036
0.036
0.032
0.041
0.038
0.032
－
0.08
0.08
0.08
0.08
0.07
0.08
0.06
0.08
注）めっき付着量は片面表示
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
ZAM
GA
GI
EG
SPC
引張
強さ
(N/㎣ )
362
318
301
299
299
318
341
313
321
36.2
45.9
49.4
47.8
47.8
45.2
40.2
47.4
45.7
0.186
0.236
0.246
0.236
0.236
0.223
0.216
0.247
0.225
備考
1.23 低炭素鋼板
1.67
1.95
1.99
1.99
極低
1.58 炭素鋼板
1.76
1.91
2.02
NOX-RUST パーカー
3060
興産
ダフニーオイルコート
Z5
出光興産
Z-5
3060
り抜ける最大ブランク径 D とパンチ径 Dp の比で表さ
れ る 限 界 絞 り 比（ 以 下，L.D.R. と 記 す ） で 判 断 した。
L.D.R. は値が大きいほど大きなブランク径での絞り込み
Conditions
deep
Table4 Table 4 Conditions
for deep for
drawing
test.
条
drawing test
パンチ径(Dp)
ﾀﾞｲｽ
件
Dd
Vp
40 mm
BHF
D
ﾌﾞﾗﾝｸ
Rd
条 件
Dp
ダイ径(Dd)
42 mm
Rp
パンチ径
(Dp)
405mm
パンチ肩半径（Rp）
mm
ﾌﾞﾗﾝｸ
しわ押え
ダイ径
(Dd)
425mm
ダイ肩半径(Rd)
mm
Dp
ﾊﾟﾝﾁ
絞り加工品
パンチ肩半径（Rp） ジーベルの半理論
5 mm
限界絞り比
しわ押え力(BHF)
ダイ肩半径 (Rd)
5式で補正
mm
（L.D.R.）＝D／Dp
図 1 絞り加工方法
試験速度(Vp)
60 mm/min
ジーベルの半
図Fig.1
1　絞り加工方法
Schematic representation of
しわ押え力 (BHF)
プレス油
Z5
理論式で補正
deep drawing test.
Fig.1 Schematic representation
試験速度 (Vp)
60 mm/min
プレス油
Z5
of deep drawing test.
2.2.2　張出し加工性
張出し加工とは，フランジ部の材料がダイス内部へ流
Table3 Characteristics of lubricating oil
メーカー名
により評価した。加工性の優劣は，破断することなく絞
表 4 絞り加工条件
伸び
n 値 ｒ値
(%)
表 3　供試プレス油の特徴
製品名
様式 4
式深絞り試験機を用い，平頭パンチによる円筒絞り加工
表 4　絞り加工条件
注） 試験片は JIS 5 号引張試験片を使用し，Ｌ方向，めっき付着
量は片面表示　板厚は 0.8mm
記号
表 4 に絞り加工条件を，図 1 に絞り加工性の試験方
法を示す。絞り加工性は，最大加圧能力 196kN の油圧
ている。
Table2 Mechanical properties of specimens
No. 供試材
さくすることが有効である。
が可能なことを表し，絞り加工性に優れることを意味し
表 2　供試材の機械的性質
めっき 0.2%
後処理 付着量 耐力
（g/㎡） (N/㎣ )
255
70
ZC
163
157
ZJ
35
159
M
159
M
45
177
ZC
60
197
ZC
20
172
－
－
185
度を高いレベルに維持したままフランジの流入抵抗を小
入のない状態でパンチ部の材料を伸び変形のみで塑性変
粘度
(㎣ /s)
備考
10
Zn めっき鋼板用防錆油
16
冷延・Al めっき鋼板用防錆油
（S,N 分の含有がほとんどない）
2.2　プレス加工性の実験室的評価方法
形させる加工であり 4），パンチが進行するとともに板厚
が減少し，材料の伸び変形が限界に達したとき破断に至
る。
表 5 に張出し加工条件を，図 2 に張出し加工性の試
様式 4
番 号
表（ ４ ） 図（ １ ）
（写真は図に含める）
験方法を示す。試験には最大加圧能力
196kN の油圧式
刷り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名 中村尚文
深絞り試験機を用いて球頭パンチによる球頭張出し加工
を行い，板厚を貫通する割れが発生した時の張出し加工
高さ（以下，限界張出し高さと記す）から張出し加工性
2.2.1　絞り加工性
の優劣を評価した。
絞り加工とは，平面ブランクをパンチとダイを用いて
板の外周部（以下，フランジ部と記す）を縮みフランジ
変形させてダイ内部へ絞り込み，継ぎ目のない中空の容
4）
器に加工する塑性加工である 。成形過程においてパン
チ肩部には，フランジ部の材料をダイス内へ引き込むた
めに必要な力（成形力）が作用しており，絞り加工性の
優劣に対してはパンチ肩部における材料の破断強度とフ
ランジ部における材料の流入抵抗の大小が大きく影響す
る。すなわち，フランジ部の流入抵抗がパンチ肩部の破
断強度を上回ると割れが生じやすくなり，逆にパンチ肩
部の破断強度がフランジの流入抵抗を上回ると，割れが
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
表 5　張出し加工条件
Table5 Conditions for stretch
forming test
表 5 張出し加工条件
ﾀﾞｲ
Table 5 Conditions for stretch forming test.
Dd
BHF
Dd
条 件
Rd
条
件
パンチ径
(Dp)
40
mm
パンチ径(Dp)
40 mm
Rd
H
Rp
42 42
mm(
ビード付 )
ダイ径
(Dd)
Rp
ダイ径(Dd)
mm(ﾋﾞｰﾄﾞ付)
ﾌﾞﾗﾝｸ
Dp
パンチ肩半径（Rp）
mm
2020mm
パンチ肩半径（Rp）
板押え
Dp
ﾊﾟﾝﾁ
ダイ肩半径(Rd)(Rd)
mm
ダイ肩半径
5 5mm
H：限界張出し高さ(mm)
しわ押え力(BHF)
90 kN
しわ押え力
(BHF)
90kN
図
2　張出し加工方法
図
2
張出し加工方法
試験速度(Vp)
5 mm/min
試験速度
(Vp)
5 mm/min
Fig.2 S
Schematic
representation
of
ブランクサイズ
92 mm
representation
Fig.2 chematic
ブランクサイズ
92mm
stretch forming test.
プレス油
Z5
プレス油
Z5
of stretch forming test.
Vp
溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
31
表 7　成形可能範囲試験条件
2.2.3　穴広げ加工性
Table7 Conditions for drawability test
穴広げ加工とは，中央部に円孔を設けた平面ブランク
のフランジ部の材料がダイス内部へ流入することなく，
パンチ底部の円孔が円周方向に伸び変形しながら縦壁方
向に流出する変形であり，伸びフランジ変形の一つであ
る 4）。今回用いた円錐パンチの穴広げ加工の成形限界は，
穴広がりに伴う穴縁の伸び変形能が限界に達し，くびれ
あるいは亀裂が生じることにより決定される 5）。
表 6 に穴広げ加工条件を，図 3 に穴広げ加工性の試
パンチ径 (Dp)
ダイ径 (Dd)
パンチ肩半径（Rp）
ダイ肩半径 (Rd)
しわ押え力 (BHF)
様式 4試験速度 (Vp)
ブランク径（D）
成形高さ（H）
プレス油
条 件
103 mm
105 mm
10 mm
10 mm
20 ～ 260kN
333 mm/s
250mm
55,65mm
Z5
験方法を示す。試験には最大加圧能力 196kN の油圧式
深絞り試験機を用い，60°円錐パンチによる穴広げ加工
図 4 に成形可能範囲の検討におけるしわ，成形可能
（し
を行った。穴広げ加工性の優劣は，あらかじめ設けた初
わおよび割れのない状態），割れの一例を示す。試験に
期穴径 D0 と加工によって穴縁に板厚を貫通する割れが
は最大加圧能力 1960kN のメカプレスを使用し，成形高
発生した時の穴直径 D1 から求めた穴広げ率λによって
さが 55 または 65mm の成形を行って，成形可能範囲に
評価した。穴広げ加工性は穴縁部の材料の延性により支
およぼす供試材の影響を評価した。
配されるが，打抜き加工の打抜きクリアランスやかえり
の方向などの影響を受けるため 6），打抜きクリアランス
様式 4
は 12％とし，かえりの方向は穴広げ加工性が劣る傾向
となるダイス側に統一して試験を実施した。なお，穴広
げ率が大きいほど穴広げ加工性は優れることを意味して
しわ
割れ
図 4 円筒絞り加工後のフランジしわと割れ発生状態
of formed artifact of cylindrical drawing Fig.4 Shape
Table6 Conditions for bore-
Fig.4 Shape of formed artifact of cylindrical drawing
and
appearance of flange wrinkles and crack.
表 6 穴広げ加工条件
expand
Conditions
fortest
bore-expand
パンチ形状
パンチ形状
パンチ径(Dp)
パンチ径
(Dp)
ダイ径(Dd)
ダイ径
(Dd)
ダイ肩半径(Rd)
ダイ肩半径 (Rd)
しわ押え力(BHF)
しわ押え力 (BHF)
初期穴径（D0）
初期穴径（D
0）
打抜きクリアランス
打抜きクリアランス
かえりの方向
かえりの方向
試験速度(Vp)
試験速度
プレス油 (Vp)
プレス油
成形可能
図 4　円筒絞り加工後のフランジしわと割れ発生状態
表 6　穴広げ加工条件
Table 6
割れ
しわ
いる。
test.
Dd
BHF
and appearance of flange wrinkles and crack.
D0
ﾀﾞｲｽ
条
件
条 件
円錐（60°）
Vp Rd
円錐（60°
）
D1
mm
40 40mm
割れ
mm
60°
42 44mm
ﾌﾞﾗﾝｸ
板押え
5 mm
5 mm
ﾊﾟﾝﾁ
Dp
30 kN
30 kN
9.8mm
穴広げ率λ(%)=(D1-D0)/D0×100
9.8mm
12%
図 3 穴広げ加工方法
12%
ダイス側
図 3　穴広げ加工方法
Fig.3 Schematic representation of
ダイス側
5mm/min
Fig.3 Schematic
test.
bore-expand representation
5mm/min
3060
of bore-expand test.
3060
2.4　動摩擦係数測定方法
プレス加工は，金型（工具）を使って被加工材である
材料を所望の形状に変形させるものであり，変形の際に
は金型と材料の金属表面どうしが擦れあって摩擦による
摺動抵抗力が生じる。摺動抵抗力の増大は，多くの場合
で変形を阻害することとなる。この金型と材料間に生じ
る摺動抵抗力を低減することにより，製品のかじりや金
型への焼付きを防止すると同時に，成形力が低減し成形
限界が向上することが知られている 7）。このように潤滑
2.3　成形可能範囲の評価
番 号
表 7 に成形可能範囲を検討した際の試験条件を示す。
ブランク径を 250mm（絞り比：2.43）と大きくして，
表（
） 図（ ４ ）
（写真は図に含める）
がプレス加工において非常に大きな役割を果たしてい
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名 中村尚文
刷り上り希望大きさ
る。本報では供試材の摺動特性を評価する指標として，
表面の動摩擦係数を測定した。
張出し要素の強い円筒絞り加工を行い，しわが発生しな
表 8 に動摩擦係数μの測定条件を，図 5 に動摩擦係
い下限のしわ押さえ力と破断が発生しない上限のしわ押
数μの測定方法を示す。動摩擦係数μは平板摺動試験に
さえ力の範囲を成形可能範囲とした。なお，成形可能範
よって測定した引き抜き力 F と押し付け力Ｐから式（1）
囲は広いほど金型，材料，プレス機などに起因する変動
により算出した。
要因による不具合の発生が少なくなるため，実プレスで
μ =F/2P　…（1）
の成形の安定性に優れていると言える。
押し付け力は，1,2 および 4kN（押し付け圧力：0.72，
1.45
番 号
表（ ６ ） 図（ ３ ）
刷り上り希望大きさ
80mm
（写真は図に含める）
幅 170mm 幅
執筆者名
中村尚文
および 2.90N/㎟）で試験を行い，これらの平均値を動
摩擦係数μとした。
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
32
溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
表 8　平板摺動試験条件
様式 4
2.5
Table8 Conditions for flat die sliding test
供試材寸法
押し付け面積
押し付け力
押し付け圧力
引き抜き速度
金型材質
金型表面粗さ
プレス油
劣←L.D.R.→優
for dynamic friction coefficient
条 件
0.8t × W30mm × L300mm
46 × 30mm2
1，2，4kN
0.72，1.45，2.90N/㎟
1000mm/min
SKD11
＃ 1000 毎回研磨
Z5
2.4
供試材②
2.3
2.2
供試材①
2.1
2.0
低炭素鋼板
極低炭素鋼板
原板
図 6　ZAM 鋼板の各原板における限界絞り比
図 6 ZAM
鋼板の各原板における限界絞り比
drawing
ratio of each base metal of ZAM in
Fig.6 Limiting
Fig.6
Limiting
deep
drawing
test. drawing ratio of each base metal
Ｐ
of ZAM in deep drawing test.
図 7 に ZAM 鋼 板 の 各 め っ き 付 着 量 に お け る L.
Ｆ
D.R. を示す。めっき付着量 70g/㎡は，35g/㎡に比べ
て絞り加工性が低下していた。そこで，絞り加工性と
Ｐ
めっき付着量の関係を明らかにするため，めっき付着
図 5　平板摺動試験による動摩擦係数の測定方法
図 5 平板摺動試験による動摩擦係数の測定方法
method of dynamic friction coefficient
Fig.5 Measurement
Fig.5 Measurement method of dynamic friction
by flat die sliding test.
様式 4
coefficient by flat die sliding test.
量の異なる ZAM 鋼板のめっき除去前後におけるｒ値
の変化率（（めっき除去前のｒ値－めっき除去後のｒ
値）/ めっき除去後のｒ値× 100）を調べた。図 8 に
結果を示す。なお，供試材には供試材②相当の極低炭
３．実験結果および考察
素鋼板原板を用いた。めっき付着量が増えるほど，ｒ
値変化率が減少することがわかった。これは，めっき
の厚みが増すほど幅方向に縮みにくくなることを示し
3.1　プレス加工性の実験室的評価
ており，めっき皮膜が厚くなるほど縮みフランジ変形
の際の抵抗が大きくなり，流入抵抗が増加する。その
3.1.1　絞り加工性
結果 L.D.R. が低下するものと推測される。
（1）絞り加工性に及ぼす各種条件の影響
図 6 に ZAM 鋼板の各原板における L.D.R. を示す。
2.5
素鋼板は軟質で耐力も低いことから，縮みフランジ変
形やダイ肩部での曲げ・曲げ戻し変形に要する変形力
が下がりフランジの流入抵抗が小さくなる。また，ｎ
値も高いことから，割れ危険部位であるパンチ肩部で
はひずみが広範囲に分散することとなり，強度が低下
せずに絞り加工性が向上したものと考えられる。
番 号
表（
刷り上り希望大きさ
） 図（ ５ ）
80mm
幅 170mm 幅
（写真は図に含める）
執筆者名
中村尚文
劣←L.D.R.→優
低炭素鋼板よりも極低炭素鋼板の L.D.R. が大きくなっ
番 号
表（
2.4
ており，絞り加工性が優れていることを示す。極低炭
刷り上り希望大きさ
2.3
供試材③
） 図（ ６ ）
80mm
幅 170mm 幅
（写真は図に含める）
供試材②
執筆者名
2.2
2.1
2.0
35
2
70
めっき付着量(ｇ/m ）
図 7　ZAM 鋼板の各めっき付着量における限界絞り比
図 Limiting
7 ZAM 鋼板の各めっき付着量における限界絞り比
drawing ratio of each coating weight of
Fig.7 ZAM
in deep drawing
drawing ratio
test. of each coating weight
Fig.7
Limiting
of ZAM in deep drawing test.
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
中村尚文
溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
2.5
劣←L.D.R.→優
ｒ値変化率(%)
0
-5
-10
ZAM鋼板（極低炭素鋼板）
-15
M、ZC
2.4
2.3
20
40
60
2
ZJ
ZJ
2.2
◆：塗油(Z5)
◇：無塗油
2.1
M
2.0
0.00
0
33
80
100
付着量(g/m )
様式 4
図 8　ZAM 鋼板のめっき除去前後におけるｒ値変化率
0.05
0.10
0.15
動摩擦係数μ
0.20
ZC：供試材③
ZJ：供試材④
M：供試材⑤
ZC
0.25
図 10　ZAM 鋼板の動摩擦係数μと限界絞り比との関係
between dynamic friction coefficient and
Fig.10 Relation
図 10 ZAM 鋼板の動摩擦係数μと限界絞り比との関係
change
of Lankford value of ZAM before
Fig.8 Rate
図 8 ofZAM
鋼板のめっき除去前後におけるｒ値変化率
and
after
coat
Fig.8
Rate
ofremoval.
change of Lankford value of ZAM
Fig.10
Relation
between
dynamic friction coefficient
limiting
drawing
ratio.
and limiting drawing ratio.
図 11 に各供試材における L.D.R. を，図 12 に各供
before and after coat removal.
試材のｒ値と L.D.R. の関係を示す。一般的にｒ値は
図 10 に ZAM 鋼板の各後処理の動摩擦係数μと L.
L.D.R. とよい相関があることが知られており 8），ｒ値
D.R. との関係を示す。動摩擦係数μが低くなるにつ
の増加に伴って L.D.R. が向上する傾向が認められた。
れ L.D.R. が高くなる傾向が見られた。無塗油加工の
一方，今回実験に用いた ZAM 鋼板はｒ値が比較的低
場合，潤滑皮膜処理されていない ZC 処理材や無処理
かったにもかかわらず，ｒ値が高かった EG や SPC
の M 処理材は，潤滑皮膜処理されている ZJ 処理材に
と同等の L.D.R. を示すことが分かった。この現象に
比べて絞り加工性が劣っている。これは M 処理材や
ついては以下に記す要因が影響しているものと考えら
ZC 処理材は，ZJ 処理材に比べてフランジが流入する
れる。
図 9 に ZAM 鋼 板 の 各 後 処 理 に お け る L.D.R. を，
際のブランク表面と金型との摩擦抵抗が大きくなるた
様式 4
様式 4
めに加工性が低下したものと推測される。一方，プレ
2.5
ス油を塗布した場合，ZJ 処理材は，M 処理材や ZC
2.4
では一般的に潤滑性が高くなるとフランジ部の流入抵
番
号
抗が減少する効果が現れて絞り加工性が向上する。し
劣←L.D.R.→優
処理材に比べて絞り加工性が低下していた。絞り加工
表（
刷り上り希望大きさ
かし潤滑皮膜処理された ZJ 処理材にプレス油を塗布
番 号
した場合，潤滑性が著しく高くなってフランジ側より
2.3
供試材②
2.2 ）
80mm
2.1
ＺＡＭ
刷り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名 中村尚文
果パンチ肩部の材料流出が促進されてパンチ肩部の破
ものと考えられる。
2.4
供試材⑤
供試材③
中村尚文
ＧＡ
ＧＩ
ＥＧ
ＳＰＣ
図 11　各供試材における限界絞り比
図 11 各供試材における限界絞り比
Fig.11 Limiting drawing ratio of specimens in deep
Fig.11 Limiting drawing ratio of
drawing test.
specimens in deep drawing test.
塗油（Z5）
無塗油
2.5
供試材④
2.3
執筆者名
供試材
劣←L.D.R.→優
劣←L.D.R.→優
2.5
（写真は図に含める）
幅 170mm 幅
2.0
表（
） 図（ ８ ）
（写真は図に含める）
もパンチ側の潤滑性が向上したことが優先し，その結
断強度が減少したことによって絞り加工性が低下した
図（ １０ ）
2.2
2.1
供試材②
2.4
ZAM
2.3
2.2
GA
EG
GI
SPC
2.1
2
M
ZC
後処理
ZJ
2.0
1.4
図 9　後処理を施した ZAM 鋼板における限界絞り比
図 9 後処理を施した
drawing ratioZAM
of 鋼板における限界絞り比
each post treatment in
Fig.9 Limiting
Fig.9
Limiting
deep
drawing
test.drawing ratio of each post treatment
in deep drawing test.
番 号
1.6
1.8
ｒ値
2.0
2.2
図 12　各供試材のｒ値と限界絞り比の関係
図 12 各供試材のｒ値と限界絞り比の関係
Fig.12 Relation between Lankford value and limiting
Fig.12 Relation between Lankford value
drawing ratio.
and limiting drawing ratio.
表（
刷り上り希望大きさ
） 図（ １１
）製 鋼
（写真は図に含める）
日新
技 報 No.92（2011）
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名
中村尚文
34
溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
（2）ZAM 鋼板の絞り加工性が優れる要因
2.5
抑制してやれば良いが，前述のように，原板のｒ値を
2.4
劣←L.D.R.→優
絞り加工性を向上させるにはフランジの流入抵抗を
上げてフランジの変形抵抗を下げる方法の他に，めっ
き表面の動摩擦係数を下げてフランジの摺動抵抗を下
げる方法があり，
自動車部品を用いた加工性検討では，
摩擦係数 0.01 の効果は r 値 0.1 の効果に対応している
との報告がなされている 8）。
係数μは，各種 Zn めっき鋼板や SPC に比べ低い結
様式 4
2.2
EG
ZAM
供試材②
GI
SPC
GA
2.1
2.0
0.08
図 13 に平板摺動試験における各供試材の押し付け
圧力と引き抜き力の関係を示す。ZAM 鋼板の動摩擦
2.3
0.10
0.12
0.14
0.16
動摩擦係数μ
0.18
0.20
図 14　各供試材の動摩擦係数μと限界絞り比の関係
L.D.R. の関係を示す。ばらつきはあるものの動摩擦係
Relation
between dynamic friction coefficient and
Fig.14 図 14
各供試材の動摩擦係数μと限界絞り比の関係
Limiting
drawing
ratio.dynamic friction coefficient
Fig.14
Relation
between
数μの低いめっき鋼板ほど L.D.R. が高い傾向のある
図 15 に 各 供 試 材 の 平 板 摺 動 試 験 前 後 の 表 面 プ ロ
ことがわかった。この結果から，ZAM 鋼板の絞り加
フィールを示す。平板摺動試験前の表面プロフィールよ
工性が他の Zn めっき鋼板に比べて優れていたのは，
り，ZAM 鋼板以外の供試材は凹凸形状であるのに対し
めっき表面の動摩擦係数μが低く，フランジの摺動抵
て，ZAM 鋼板は比較的凸部の存在が少なく，滑らかな
抗が 小 さ い こ と が要因として考えられた。以下 に
表面を呈していた。表面の凹凸の度合いを表す表面性状
ZAM 鋼板の動摩擦係数μが小さい理由について述べ
パラメーターの一つにスキューネス Rsk（JIS B 0601：
る。
2001，以下，Rsk と記す）がある。
果 と な っ た。 図 14 に 各 供 試 材 の 動 摩 擦 係 数 μ と
and Limiting drawing ratio.
図 16 に Rsk の概念図を示す。この数値が正の場合は
ZAM
SPC
GA
GI
EG
1.5
引き抜き力(kN)
凸部が多く，負の場合は凹部が多いことを意味しており，
1.0
一般的に Rsk が負の値を示すほど潤滑性に優れる表面
μ=0.17
μ=0.15
μ=0.14
μ=0.13
であることを表している。図 15 の各供試材の平板摺動
試験前後の表面プロフィールを見ると，ZAM 鋼板を除
いていずれも摺動試験後に表面の凸部が平滑化されてい
た。
μ=0.11
図 17 に各供試材の平板摺動試験前後の Rsk を示す。
供試材②
Rsk が小さい ZAM 鋼板はもともと凸部の存在が少ない
ので，平板摺動試験後も Rsk の変化は少ないが，他の
0.5
番 号
少していた。これは金型と材料の表面が摺動する際に，
刷り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名 中村尚文
ﾌﾟﾚｽ油：Z5
材料の凸部が物理的に平滑化されたことを意味してお
0.0
0.0
1.0
2.0
3.0
押し付け圧力(N/mm2)
Zn めっき鋼板および
SPC １４
はいずれも
Rsk が大きく減
表（
） 図（
）
（写真は図に含める）
4.0
図 13　各供試材の押し付け圧力と引き抜き力の関係
Fig.13 Relation between sheet holding force and drawing
図 13 各供試材の押し付け圧力と引き抜き力の関係
force of specimens.
Fig.13 Relation between sheet holding force and
drawing force of specimens.
り，この平滑化される量つまり，平板摺動試験前後での
Rsk の減少が大きいほど，摺動抵抗が高くなるものと考
えられる。金型と材料の表面が摺動する際に，表面に凸
部が多いと摺動時に面圧が高くなり平滑化される量が増
えて摺動抵抗が増大する原因となる 7）。一方，ZAM 鋼
板の場合は，もともと凸部が少なく滑らかな表面である
ため，金型と材料が広範囲で接触して接触時の面圧が低
くなる。その結果，平滑化されることによる抵抗の増加
が少なく，摺動性の向上に寄与したものと考えられる。
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
番 号
表（
） 図（ １３ ）
（写真は図に含める）
様式 4
溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
平板摺動試験後
5μｍ
5μｍ
200μｍ
粗さ曲線
200μｍ
粗さ曲線
200μｍ
粗さ曲線
200μｍ
粗さ曲線
200μｍ
粗さ曲線
200μｍ
粗さ曲線
GA
ZAM（供試材②）
平板摺動試験前
35
5μｍ
5μｍ
粗さ曲線
GI
200μｍ
5μｍ
5μｍ
粗さ曲線
EG
200μｍ
5μｍ
5μｍ
200μｍ
様式 4
SPC
5μｍ
5μｍ
200μｍ
粗さ曲線
（押し付け力：4kN）
図 15　各供試材の平板摺動試験前後の表面プロフィール
図 15 各供試材の平板摺動試験前後の表面プロフィール
Fig.15 Surface profile of specimens before and after flat die sliding test.
Fig.15 Surface profile of specimens before and after flat die sliding test.
Ｒｓｋ：Ｒｑによって無次元化したＺ(x)の三乗平均値
番 号
表（
） 図（ １５ ）
（確率密度関数の平均線に対する対称性のパラメータ）
刷り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅
l
⎞
1 ⎛⎜ 1 r 3
Rsk =
Z ( x)dx ⎟
3 ⎜
∫
⎟
Rq ⎝ lr 0
⎠
（写真は図に含める）
執筆者名
中村尚文
0.00
Rq:二乗平方根粗さ
-0.25
-0.50
Rsk
様式 4
粗さ曲線
-0.75
-1.00
摺動試験前
摺動試験後
-1.25
-1.50
供試材②
ZAM
図 16　表面性状パラメータ：スキューネス Rsk の概念図
Fig.16 Conceptual diagram of Skewness Rsk.
図 16 表面性状パラメータ：スキューネス Ｒｓｋの概念図
Fig.16 Conceptual diagram of Skewness Rsk.
GA
GI
供試材
EG
SPC
図 17　各供試材の平板摺動試験前後の Rsk
図 17 各供試材の平板摺動試験前後の Rsk
Fig.17 Rsk before and after flat die sliding test.
Fig.17 Rsk before and after flat die
sliding test.
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
様式 4
溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
劣←限界張出し高さ(mm)→優
36
3.1.2　張出し加工性
図 18 に ZAM 鋼板の各原板における限界張出し高さ
を示す。低炭素鋼板よりも極低炭素鋼板の限界張出し高
様式 4
さが高くなっており，張出し加工性が優れていることが
わかる。これは極低炭素鋼板の方が軟質で伸び，ｎ値の
17
供試材①
低炭素鋼板
極低炭素鋼板
Fig.18
Forming
height limit of specimens
stretch
forming
test.
of ZAM in stretch forming test.
図 19 に ZAM 鋼板の各めっき付着量における限界張
出し高さを示す。張出し加工では，めっき付着量が変化
しても張出し高さにはほとんど影響が見られなかった。
これは，
張出し加工のように二軸引張り変形の場合には，
いずれの方向も引張り変形となるためにめっき金属の変
形を拘束することがなく原板の延性が反映されるためと
劣←限界張出し高さ(mm)→優
表（
13
ZC
ZJ
因の一つと考えられる。
19
18
17
16
供試材②
15
14
13
考えられる。
番 号
14
同様に他の供試材に比べて動摩擦係数μが低いことが要
図 18　ZAM 鋼板の各原板における限界張出し高さ
図 18 ZAM
鋼板の各原板における限界張出し高さ
height
limit of specimens of ZAM in
Fig.18 Forming
ZAM
GA
GI
供試材
EG
SPC
図表（
21　各供試材における限界張出し高さ
） 図（ ２０ ）
（写真は図に含める）
図 21 各供試材における限界張出し高さ
limit
in stretch
Fig.21 Forming
刷り上り希望大きさ
80mm height
幅 170mm
幅 of specimens
執筆者名
中村尚文
Fig.21 Forming height limit of specimens
forming test.
in stretch forming test.
番 号
19
供試材③
16
供試材②
15
3.1.3　穴広げ加工性
14
13
15
ZAM 鋼板の張出し加工性が優れるのは，絞り加工性と
原板
17
供試材④
図 21 に 各 供 試 材 に お け る 限 界 張 出 し 高 さ を 示 す。
13
18
供試材③
Forming
height
limitlimit
of each
post post
treatment of
Fig.20Fig.20
Forming
height
of each
ZAM in
stretch forming
test.stretch forming test.
treatment
of ZAM in
供試材②
14
式4
16
供試材⑤
図 20　ZAM
図 20 鋼板の各後処理における限界張出し高さ
ZAM 鋼板の各後処理における限界張出し高さ
18
15
17
後処理
19
16
塗油（Z5）
無塗油
18
M
劣←限界張出し高さ(mm)→優
劣←限界張出し高さ(mm)→優
値が大きくなることに起因している。
19
35
2
図 22 に ZAM 鋼板の各原板における穴広げ率を示す。
70
めっき付着量(g/m )
） 図（ １８ ）
（写真は図に含める）
図 19　ZAM 鋼板の各めっき付着量における限界張出し高さ
刷り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名 中村尚文
図 19Forming
ZAM 鋼板の各めっき付着量における限界張出し高さ
height limit of each coating weight of
Fig.19
Fig.19
Forming
height
limittest.
of each coating weight
ZAM
in stretch
forming
of ZAM in stretch forming test.
図 20 に ZAM 鋼板の各後処理における限界張出し高
硬質で延性の低い低炭素鋼板よりも軟質で延性の高い極
低炭素鋼板の穴広げ率が高い傾向を示した。図 23 ～ 25
に穴広げ率に及ぼす ZAM 鋼板のめっき付着量，ZAM
鋼板の後処理の影響及び各供試材の穴広げ率をそれぞれ
示す。いずれも穴広げ加工性におよぼす影響は認められ
なかった。今回，穴広げ性に差が認められなかったのは，
さを示す。潤滑皮膜処理されている ZJ 処理材は，M 処
穴広げ性が潤滑の影響をほとんど受けない穴縁の伸び変
理材や ZC 処理材に比べて張出し加工性が優れていた。
形により決定されることなどが影響しているものと考え
これは，パンチに接触している ZJ 処理材表面の潤滑性
られる。
が高いことからひずみが広範囲に分散するためと考えら
れる。
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
番 号
表（
刷り上り希望大きさ
） 図（ ２１ ）
80mm
幅 170mm 幅
（写真は図に含める）
執筆者名
中村尚文
様式 4
溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
37
様式 4
劣←穴広げ率(%)→優
200
3.2　成形可能範囲
150
図 26 に ZAM 鋼板の各めっき付着量における成形可
供試材②
供試材①
100
能範囲を示す。前述の絞り加工性の結果と同様にめっき
付着量が 70g/㎡の場合は，35g/㎡に比べて成形可能な
50
最大しわ押え力が低下して成形可能範囲が狭くなった。
0
低炭素鋼板
極低炭素鋼板
供試材③
２
めっき付着量（g/m ）
原板
図 22　ZAM 鋼板の各原板における穴広げ率
Fig.22 Bore-expand
ratio of specimens of ZAM.
図 22 ZAM 鋼板の各原板における穴広げ率
Fig.22 Bore-expand ratio of specimens of ZAM.
劣←穴広げ率(%)→優
様式 4
200
150
供試材③
供試材②
しわ
成形可能
割れ
35
H：65mm
供試材②
70
20
60
100
140
180
220
260
しわ押え力（kN)
100
様式 4
図 26　ZAM 鋼板の各めっき付着量の円筒絞り加工における
図 26 ZAM 鋼板の各めっき付着量の円筒絞り加工における成形可能範囲
成形可能範囲
Fig.26 Drawable condition range of each coating weight of ZAM
Fig.26 Drawable condition range of each coating weight of
in cylindrical drawing test.
ZAM in cylindrical drawing test.
50
0
35
めっき付着量(g/m2)
70
図 23　ZAM 鋼板の各めっき付着量における穴広げ率
23 ZAM 鋼板の各めっき付着量における穴広げ率
Fig.23図Bore-expand
ratio of each coating weight of ZAM.
図 27 に ZAM 鋼板の各後処理における成形可能範囲
番 号
表（
200
供試材⑤
150
供試材③
可能範囲が広くなった。なお，ZJ 処理材は最大しわ押
供試材④
さえ力の 260kN（プレス機能力上限）でも割れずに成
形可能であった。
100
50
刷り上り希望大きさ
0
） 図（ ２２ ）
80mm
幅 170mm 幅
M
供試材⑤
（写真は図に含める）
執筆者名
ZC
後処理
M
中村尚文
ZJ
後処理
様式 4
劣←穴広げ率(%)→優
Fig.23 Bore-expand ratio of each coating weight of ZAM. を示す。潤滑皮膜処理を施している ZJ 処理材は，無処
理の M 処理材や無機皮膜処理の ZC 処理材よりも成形
供試材③
H：65mm
ZC
図 24　ZAM 鋼板の各後処理における穴広げ率
供試材④
ZJ
Bore-expand
Fig.24
ratio of each post treatment of ZAM.
図 24
ZAM 鋼板の各後処理における穴広げ率
Fig.24 Bore-expand ratio of each post treatment of ZAM.
番 号
表（
番 号
劣←穴広げ率(%)→優
200
150
刷り上り希望大きさ 50
） 図（ ２３ ）
80mm
220
260
）60 図（100 ２６140 ） 180 （写真は図に含める）
しわ押え力（kN)
能範囲
Fig.27 Drawable condition range of each post treatment of ZAM
Fig.27 Drawable condition range of each post treatment of
in cylindrical drawing test.
（写真は図に含める）
ZAM in cylindrical drawing test.
幅 170mm 幅
執筆者名
中村尚文
0
ZAM
20
刷り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名 中村尚文
図 27　ZAM 鋼板の各後処理の円筒絞り加工における成形可
図 27 ZAM 鋼板の各後処理の円筒絞り加工における成形可能範囲
供試材②
100
表（
しわ
成形可能
割れ
GA
GI
供試材
EG
SPC
図 25　各供試材における穴広げ率
図 25 各供試材における穴広げ率
Fig.25 Bore-expand
ratio of specimens.
Fig.25 Bore-expand ratio of specimens.
図 28 に各供試材の成形可能範囲を示す。ZAM 鋼板
は他の供試材よりも成形可能範囲が広く，ｒ値が比較的
高かった SPC や EG と同等レベル以上の成形可能範囲
を示すことが分かった。この結果から，ZAM 鋼板は実
プレスでの成形の安定性に優れるめっき種であると考え
られる。自動車部品の実プレス加工においても，原板の
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）
番 号
表（
） 図（ ２４ ）
（写真は図に含める）
式4
38
溶融 Zn-6%Al-3%Mg 合金めっき鋼板のプレス加工性
機械的性質に差がなければ，ラボ実験にて求めた動摩擦
は 70g/㎡に比べて絞り加工性に優れ，成形可能範囲
係数μの低いものほど実プレスでの成形可能範囲が広く
が広くなった。
9）
なるとの報告がある 。したがって，ZAM 鋼板の成形
可能範囲が広い理由も，動摩擦係数μが低いことにより
フランジ流入の際の抵抗が低く抑えられる効果によるも
（3）潤滑皮膜処理（ZJ 処理）を施した ZAM 鋼板は，
絞り加工性，張出し加工性に優れ，成形可能範囲が広
くなった。
（4）ZAM 鋼板は他の Zn めっき鋼板や SPC と比べて優
のと考えられる。
れた摺動特性を有するため，高い絞り加工性や張出し
ZAM
（供試材②）
しわ
成形可能
割れ
供試材
GA
H：55mm
GI
EG
加工性が高く成形可能範囲も広くなることからプレス
加工性に優れためっき鋼板である。
参考文献
1） 小松厚志，泉谷秀房，辻村太佳夫，安藤敦司：日新製鋼技報，
SPC
81（2001），10.
0
40
80
120
160
200
2） 清水剛，吉崎布貴男，三吉泰史，安藤敦司：日新製鋼技報，
240
85（2004），11.
しわ押え力（kN)
図 28　各供試材の円筒絞り加工における成形可能範囲
図 28 各供試材の円筒絞り加工における成形可能範囲
Fig.28 Drawable condition range of specimens in
Fig.28 Drawable condition range of specimens
cylindrical drawing test.
in cylindrical drawing test.
様式 4
36.
4） 金属塑性加工用語編集委員会：図解金属塑性加工用語辞典，
日刊工業新聞社，東京，（1974），10.
5） 吉田清太：薄板のプレス成形の成形域区分と体系化に関する
４．ＺＡＭ鋼板の適用事例
研究，（1959），133.
ZAM 鋼板の優れたプレス加工性を活かした事例とし
て，図 29 に自動車関連部材への適用例を示す。それぞ
れ ZAM 鋼板の優れた耐食性と加工性を活かして製品化
ZAM 鋼板
されている。
3) 中村尚文，桜田康弘，森川茂，朝田博：日新製鋼技報，88（2007），
6） 竹添明信，川瀬尚男：日新製鋼技報，35（1976）
，79.
7） 片岡征二：プレス加工のトライボロジー，日刊工業新聞社，
東京，（2002），13.
8） 薄鋼板成形技術研究会：プレス難易ハンドブック第 3 版，日
刊工業新聞社，東京，（2007），211.
（ＨＥＶモジュールケース部材）
9） 薄鋼板成形技術研究会：プレス成形難易ハンドブック第 2 版，
日刊工業新聞社，東京，（1997），324.
（パワーウィンドウモーターケース部材）
（オイルフィルターケース部材）
図 29　自動車関連部材への ZAM 鋼板の適用例
Fig.29 Examples of application of ZAM to automotive 号
表（
り上り希望大きさ
図 29 自動車関連部材への ZAM 鋼板の適用例
） parts.
図（ ２８ ）
appliance
Fig.29 Examples of application
80mm
幅 170mm
appliance
parts.幅
（写真は図に含める）
of ZAM to automotive
執筆者名
中村尚文
５．結　言
優れた耐食性を有する ZAM 鋼板のプレス加工性に及
ぼす原板の加工性グレード，めっき付着量および後処理
の影響を検討し，各種 Zn めっき鋼板と比較した。得ら
れた結果は以下の通りである。
（1）ZAM
鋼板において原板が軟質で伸びやｎ値が大き
番 号
表（
） 図（ ２９ ）
（写真は図に含める）
刷り上り希望大きさ
80mm
幅 170mm 幅
執筆者名 中村尚文
い方が絞り加工性，張出し加工性，穴広げ加工性が優
れていた。
（2）ZAM 鋼板のめっき付着量が比較的少ない 35g/㎡で
日 新 製 鋼 技 報 No.92（2011）