JP2001073163A - 耐穴あき性に優れた亜鉛めっき鋼板 - Google Patents
耐穴あき性に優れた亜鉛めっき鋼板Info
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Abstract
の電着塗装後の耐穴あき性を向上させる。 【解決手段】 鋼板表面上に、片面当たりの付着量が20
〜60g/m2である亜鉛めっき層と、片面当たりの付着量が
0.5 〜3.0 g/m2であるりん酸亜鉛皮膜とを順次積層形成
し、該りん酸亜鉛皮膜中に、Mgを0.5 〜10.0質量%、Ni
を0.1 〜2.0 質量%及びMnを0.5 〜8.0 質量%を含有
し、かつMnとNiの含有量が下記(1) の関係式を満足する
ことを特徴とする耐穴あき性に優れた亜鉛めっき鋼板。 記 〔Ni〕×7.6 −10.9≦〔Mn〕≦〔Ni〕×11.4 ------
(1) 但し、〔Mn〕はMn質量%、〔Ni〕はNi質量%である。
Description
として用いる亜鉛めっき鋼板であって、他の性能を犠牲
にすることなく、電着塗装後の耐穴あき性を格段に向上
させた亜鉛めっき鋼板に関するものである。
車体の車体強度が長期間の腐食環境下での使用によって
低下するのを防ぐために広く使用されており、わが国に
おいては、主として亜鉛系合金めっきである亜鉛−ニッ
ケル合金めっき鋼板と亜鉛−鉄合金めっき鋼板が使用さ
れている。
を合金化させることによって、高耐食性を鋼板に付与す
ることができるものの、合金化による次に示す生産上の
問題点がある。
っき法によって製造されるが、Niが高価であるためコス
トが高くなり、また、Ni含有量を極めて狭い範囲(通常
12±1質量%)に制御せねばならず製造し難いという問
題点がある。
と溶融めっき法のいずれかの方法によって製造すること
ができるが、一般には、溶融めっき法によって製造され
ることが多い。
電気めっき法によって製造する場合には、上述した亜鉛
−ニッケル合金めっき鋼板と同様に亜鉛めっき層中の鉄
含有率を極めて狭い範囲に制御する合金制御が困難であ
ることに加えて、めっき液中のFe2+イオンが酸化しやす
く、これによりめっきが不安定となり製造に困難が伴
い、結果的にコストが高くなるという問題がある。
き法によって製造する場合には、鋼板表面に溶融した亜
鉛を被着させた後に、高温に保持して鋼板と亜鉛を合金
化させる必要があるが、合金化させるための温度及び時
間や溶融亜鉛めっき浴中のAlの影響などによって、均一
な合金めっき層を製造することが困難であり品質が安定
せず、さらに、これらの結果として、コストが高くな
る。
製造が困難であり、さらにコストが高くなるという問題
を有している。
板は、低コストで電気めっき法又は溶融めっき法のいず
れでも製造することができるが、自動車車体に使用され
ることは希であった。この理由は、亜鉛めっきのみでは
耐食牲が不十分であり、とりわけ、亜鉛めっき鋼板を長
期間にわたって腐食環境下に曝した場合に、腐食によっ
て鋼板の穴あきが生じ易く、車体の強度保証上問題があ
るためである。
はめっき鋼板をプレス加工した後に、さらに化成処理、
電着塗装、スプレー塗装を順次施してから自動車車体と
して使用される。
も穴あきを生じ易い部分は、ドアの下部であると一般に
言われている。この理由は、ドア下部は、その内部に窓
の隙間等を通じて侵入した水が溜まり易い構造になって
おり、腐食の進行速度が他の車体部分に比べて速くなる
傾向があるからである。
については廻り込むものの、その後に行われるスプレー
塗装では、隙間が狭いために塗料が廻らず、スプレー塗
装による防食効果は期待できないことから、電着塗装後
の耐穴あき性が特に重要となる。
せる方法として、亜鉛系めっき上に、化成処理(りん酸
塩処理)によりMgを含有するりん酸塩皮膜を形成する技
術が開示されている。
は、電気亜鉛めっき層上に0.1 質量%以上のMgを含有す
るりん酸塩皮膜を形成した表面処理金属材料が開示され
ているが、Mgのみを含有するりん酸塩皮膜を形成した表
面処理金属材料は、塩水噴霧試験での錆発生については
抑制効果があるものの、自動車車体の実際の腐食と結果
がよく一致する複合サイクル腐食試験での耐穴あき性に
ついては不十分である。
は、電気亜鉛系めっき層上にMgを1〜7%含有するりん
酸塩皮膜を形成させた材料が開示されているが、この場
合にも、りん酸塩皮膜中にMgのみを含有するため、塩水
噴霧試験での錆発生については抑制効果があるものの、
自動車車体の実際の腐食と結果がよく一致する複合サイ
クル腐食試験での耐穴あき性については不十分である。
は、亜鉛含有金属めっき層の表面上に、亜鉛とりんとを
重量比(亜鉛/りん)2.504 :1〜3.166 :1で含み、
且つ、鉄、コバルト、ニッケル、カルシウム、マグネシ
ウム及びマンガンから選ばれた1種以上の金属を0.06〜
9.0 質量%の含有率で含有するりん酸亜鉛複合皮膜を形
成した亜鉛含有金属めっき鋼板が開示されているが、こ
のめっき鋼板は、自動車車体製造時の高速プレス加工性
については優れているものの、耐食性については考慮さ
れておらず耐穴あき性が十分ではない。
きはコスト高である。一方、コストの低い亜鉛めっきを
自動車車体に使用すると耐食性が問題となる。そこで、
亜鉛めっきの耐食性を向上させるために、種々のの試み
がなされている。その中でMgを含有するりん酸塩皮膜を
形成させる技術が開示されているが、単にMg含有量のみ
を制御したりん酸塩皮膜を亜鉛めっき層上に形成しただ
けでは、十分な耐穴あき性を得ることは難しい。
に自動車車体として用いる亜鉛めっき鋼板であって、他
の性能を犠牲にすることなく、電着塗装後の耐穴あき性
に優れた亜鉛めっき鋼板を安価に提供することにある。
を解決すべく検討を重ねた結果、鋼板表面上に、所定付
着量の亜鉛めっき層及びりん酸亜鉛皮膜を順次積層形成
するとともに、りん酸亜鉛皮膜中のMg、Ni及びMnの含有
量の適正化を図れば、他の性能を犠牲にすることなく、
電着塗装後の耐穴あき性を飛躍的に向上できることを新
規に見出し、この発明を完成させるに至った。
たりの付着量が20〜60g/m2である亜鉛めっき層と、片面
当たりの付着量が0.5 〜3.0 g/m2であるりん酸亜鉛皮膜
とを順次積層形成し、該りん酸亜鉛皮膜中に、Mgを0.5
〜10.0質量%、Niを0.1 〜2.0 質量%及びMnを0.5 〜8.
0 質量%を含有し、かつMnとNiの含有量が下記(1) の関
係式を満足することを特徴とする耐穴あき性に優れた亜
鉛めっき鋼板である。
酸亜鉛皮膜中のMg、Ni及びMnの含有量をさらに特定の狭
い範囲に限定すること、即ち、前記りん酸亜鉛皮膜中
に、Mgを2.0 〜7.0 質量%、Niを0.1 〜1.4 質量%及び
Mnを0.5 〜5.0 質量%を含有し、かつMnとNiの含有量が
下記(2) の関係式を満足するように設定することによっ
て、耐穴あき性とプレス加工性の双方が向上することも
見出した。
合には、前記りん酸亜鉛皮膜は、りん酸亜鉛結晶を粒状
としかつその大きさを2.5 μm未満とすることが好まし
い。
項に限定した理由を説明する。 (1) 亜鉛めっき層 片面当たりの付着量:20〜60g/m2 亜鉛めっき層は、片面当たりの付着量を20〜60g/m2とす
る。前記付着量が20g/m2未満だと耐穴あき性が不十分で
あり、また、60g/m2超えだと耐穴あき性は十分である
が、大量の亜鉛めっきを付着させることはコスト性を悪
化させるばかりでなく、プレス加工性や溶接性を劣化さ
せることになるからである。
っき法及び溶融めっき法のいずれかのめっき方法によっ
て形成すればよい。尚、各めっき法によって形成した亜
鉛めっき層は、亜鉛めっき層中にSn、Ni、Fe、Al等の不
可避的不純物が混入するのが一般的であるため、この発
明では、これらの不純物を不可避的に混入した亜鉛めっ
き層も含めることとする。この場合、亜鉛めっき層中の
上記不可避的不純物の各含有量は1質量%以下であるこ
とが好ましい。
m2の範囲とする。前記付着量が0.5 g/m2未満だと、耐穴
あき性が不十分であり、また、3.0 g/m2を超えると、耐
穴あき性は十分に得られるが、皮膜形成に長時間を要し
コストがかさむだけでなく、表面の摩擦抵抗が大きくな
ってプレス加工性が劣化するからである。
%、Niを0.1 〜2.0 質量%及びMnを0.5 〜8.0 質量%と
し、かつ、〔Ni〕×7.6 −10.9≦〔Mn〕≦〔Ni〕×11.4
の関係式を満足するようにする。特に、耐穴あき性だけ
でなく、プレス加工性についても向上させる必要がある
場合には、りん酸亜鉛皮膜中の成分組成は、Mgを2.0 〜
7.0 質量%、Niを0.1 〜1.4 質量%、Mnを0.5 〜5.0 質
量%とし、かつ、〔Mn〕≦〔Ni〕×11.4の関係式を満足
するようにする。
緯を説明する。自動車車体の製造工程では、プレス加工
後に溶接等で組み上げられたボディを化成処理し、さら
に電着塗装、スプレー塗装するのが一般的であるが、腐
食によって穴あきに至りやすい箇所では、スプレー塗装
が十分に載らず、この塗装による防食作用は期待できな
いことから、電着塗装後の耐穴あき性が重要となる。
っき鋼板を腐食環境下に曝すと、腐食環境中の水分によ
って化成処理皮膜が復水(吸着水あるいは結合水を持つ
ようになること。)して、塗膜膨れを生じやすくなり、
その結果、腐食進行が速くなる傾向がある。
は、その化成処理(りん酸亜鉛)皮膜中にNiやMnを含有
させることで、この復水を防ぎ、電着塗装後の耐食性を
改善することが一般に行われている。
と、耐食性が向上することも知られている。
びMnとを適正量含有させることができれば、Mgの耐食性
向上効果と、Ni及びMnの塗膜膨れ防止効果の双方の相乗
効果によって、電着塗装後の耐穴あき性を向上できると
考えて鋭意検討を行った。
のMgを含有させると、適正量のNi及びMnを前記皮膜中に
含有させることができなくなり、反対に、りん酸亜鉛皮
膜中に所定量以上のNi及びMnを含有させると、適正量の
Mgを前記皮膜中に含有させることができなくなり、よっ
て、いずれにしても、りん酸亜鉛皮膜中にMgとNi及びMn
の全てを適正量含有させることが現状では困難であり、
この結果、十分な耐穴あき性が得られないことが分かっ
た。
MgとNi及びMnの全てを適正量含有させるための検討をさ
らに進めた結果、Mgを0.5 〜10.0質量%の範囲に限定す
れば、耐食性の向上が図れるとともに、塗膜膨れ防止効
果が発揮できる量のNi及びMnを含有させることも可能と
なり、さらに、Ni及びMnの含有量の適正化を図ることに
よって、特に電着塗装後の耐穴あき性が飛躍的に向上す
ることを見出し、この発明を完成するに至ったのであ
る。
〜10.0質量%の範囲に限定したのは、Mg含有量が上記範
囲よりも少ないと、耐穴あき性が十分に得られず、一
方、上記範囲よりも多いと、Ni及びMnを塗膜膨れ防止効
果が発揮できる程度の量を含有させることができないた
め、腐食環境下での塗膜膨れが大きくなって耐穴あき性
が不十分となるからである。
0 〜7.0 質量%の範囲に限定すれば、りん酸亜鉛結晶が
粒状でかつその結晶の大きさが2.5 μm未満と細かくな
る結果、プレス加工性が飛躍的に向上する。その理由
は、定かではないが、りん酸亜鉛結晶が粒状でかつ細か
いとプレス加工時の金型との接触において摺動摩擦抵抗
が小さくなるためと考えられる。
りん酸亜鉛結晶が鱗片状となり(図2(a),(b)参照)かつ
その結晶の大きさが2.5 μm以上となって、プレス加工
性の向上効果が顕著ではなくなるからであり、また、前
記Mg含有量が7.0 質量%を超えると、りん酸亜鉛結晶自
体が脆くなり、プレス加工性の向上効果が顕著ではなく
なるからである。
なる種々の亜鉛めっき鋼板を試作し、これらの亜鉛めっ
き鋼板について、100 mmのブランク径に打ち抜き、ポ
ンチ径:50mmφ、ダイス径:52mmφ、しわ押さえ
圧:1トン及びポンチスピード:120 mm/分の条件下
でプレス加工試験を行い、プレス加工性を評価したとき
の結果であり、縦軸がプレス加工時のポンチ荷重(t)
であり、横軸がりん酸亜鉛皮膜中のMg含有量 (質量%)
であり、前記ポンチ荷重が小さいほど、プレス加工性に
優れていることを意味する。
量が異なる4種類の亜鉛めっき鋼板のりん酸亜鉛皮膜表
面のSEMのイメージ画像を示したものである。
7.0 質量%の範囲に限定すれば、りん酸亜鉛結晶が粒状
かつその結晶の大きさが2.5 μm未満と細かくなるとと
もに、プレス加工性が格段に向上していることがわか
る。尚、ここでいう粒状とは、SEMのイメージ画像で
観察される、1個の結晶を、図4の様に表した時に、短
辺c/長辺aの比が0.2 を超えるものを意味する。
必要がある場合には、前記Mg含有量を2.0 〜7.0 質量%
の範囲にすることが好ましい。
Mg含有量を0.5 〜10.0質量%の範囲にする場合には、り
ん酸亜鉛皮膜中のNi及びMnの含有量を図3に斜線で示す
領域内に限定すること、即ち、りん酸亜鉛皮膜中のNi含
有量を0.1 〜2.0 質量%及びMn含有量を0.5 〜8.0 質量
%とし、かつMnとNiの含有量が〔Ni〕×7.6 −10.9≦
〔Mn〕≦〔Ni〕×11.4を満足することを必須の発明特定
事項とする。
記範囲に限定したのは、Ni含有量が0.1 質量%未満であ
るか、あるいはMn含有量が0.5 質量%未満であると、腐
食環境下での塗膜膨れが大きくなって耐穴あき性が十分
に得られないからであり、一方、Ni含有量が2.0 質量%
超えか、あるいはMn含有量が8.0 質量%超えだと、りん
酸亜鉛皮膜中にMgを上述したMg含有量の適正範囲の下限
値である0.5 質量%のMgですら含有させることが極めて
困難になり、結局、耐穴あき性が十分に得られないから
である。
×7.6 −10.9}にNi含有量を代入したときの値よりも少
ないと、腐食環境下での塗膜膨れが大きくなって、耐穴
あき性が不十分となり、一方、Mn含有量が(1)式中の
{〔Ni〕×11.4}にNi含有量を代入したときの値よりも
大きいと、りん酸亜鉛皮膜中にMgを0.5 質量%以上含有
させることが極めて困難になり、結局、耐穴あき性が十
分に得られないからである。
に、Mgを0.5 〜10.0質量%、Niを0.1 〜2.0 質量%及び
Mnを0.5 〜8.0 質量%を含有し、かつMnとNiの含有量
が、〔Ni〕×7.6 −10.9≦〔Mn〕≦〔Ni〕×11.4 の関
係を満足するようにすることを必須の発明特定事項と
し、これによって、他の性能を犠牲にすることなく、耐
穴あき性を飛躍的に向上させることができる。
するとともに、Ni及びMnの含有量の上記適正範囲を図3
の斜線範囲内であってかつ横線範囲内に制限すること、
即ち、りん酸亜鉛皮膜中のNi含有量を0.1 〜1.4 質量
%、Mn含有量を0.5 〜5.0 質量%とし、かつMnとNiの含
有量が〔Mn〕≦〔Ni〕×11.4を満足する範囲内に限定す
れば、耐穴あき性の向上に加えてプレス加工性も向上さ
せることができる。
0.1 質量%未満であるか、あるいはMn含有量が0.5 質量
%未満であると、腐食環境下での塗膜膨れが大きくなっ
て耐穴あき性が十分に得られないからであり、一方、Ni
含有量が1.4 質量%超えか、あるいはMn含有量が5.0 質
量%超えだと、りん酸亜鉛皮膜中にMgを2.0 質量%以上
含有させにくくなるとともに、りん酸亜鉛結晶が鱗片状
でかつその結晶の大きさが細かくならずに2.5 μm以上
のままであるため、プレス加工性の向上効果が得られな
くなるからである。
×11.4}にNi含有量を代入したときの値よりも大きい
と、りん酸亜鉛皮膜中にMgを2.0 質量%以上含有させる
ことが極めて困難になり、結局、耐穴あき性が十分に得
られないからである。
態の一例を示したにすぎず、請求の範囲において種々の
変更を加えることができる。
表1に示す亜鉛めっき付着量及びめっき法で製造した各
種亜鉛めっき鋼板に、表2に示す条件で浸漬法によるり
ん酸亜鉛処理を行うことによって、表4に示す付着量、
Ni、Mn及びMgの含有量、並びにりん酸亜鉛結晶の形状及
び大きさを有するりん酸亜鉛皮膜をそれぞれ形成した。
尚、りん酸亜鉛処理の前には必要に応じて脱油処理を行
った後、通常の表面調整処理を行った。
は、自動車車体製造工程に準じて日本ペイント製「SD25
00」にて化成処理、日本ペイント製「V20 」カチオン型
電着塗装(膜厚10μm)を順次行った。電着塗装後のサン
プルはナイフによるクロスカットを入れた後、表3の複
合サイクル腐食試験を行い、最大腐食深さ(板厚減少
値)を測定し、この測定値から耐穴あき性を評価した。
表4にこの評価結果を示す。尚、表4中の腐食深さの数
値は小さいほど耐穴あき性に優れていることを意味し、
この発明では、腐食深さが0.3 mm以下の場合を合格レ
ベルとした。
に打ち抜き、ポンチ径50mmφ、ダイス径52mmφでしわ押
さえ圧1t、ポンチスピード120mm /分で円筒プレス加
工を行い、ポンチ荷重を測定して加工性の良否を判定す
る指標とした。尚、ポンチ荷重は小さいほど加工性が良
好であることを意味し、この発明では、ポンチ荷重が3.
4 トン以下の場合をプレス加工性が特に優れているとし
た。また、加工面(円筒側面)の損傷程度を目視にて
「○」と「×」の2段階で判定し、プレス加工性を評価
した。これらの評価結果を表4に示す。尚、表4中の
「○」は、損傷が軽度以下で合格レベル以上であること
を意味し、また、「×」は損傷が中程度以上で合格レベ
ルにはないことを意味する。
例1〜8はいずれも、耐穴あき性が優れており、特に、
実施例1、2、4〜6及び8はプレス加工性についても
優れている。一方、りん酸亜鉛皮膜中のMg、Ni及びMnの
含有量の少なくとも1つが適正範囲外である比較例1〜
5はいずれも、耐穴あき性が合格レベルに達していな
い。
き性に優れ、しかもコスト的にも優位な亜鉛めっき鋼
板、特に自動車車体として用いる亜鉛めっき鋼板を提供
することが可能になった。また、りん酸亜鉛皮膜中のM
g、Ni及びMnの含有量の適正範囲をさらに特定の狭い範
囲に限定すれば、耐穴あき性だけでなく、プレス加工性
にも優れた亜鉛めっき鋼板を提供することが可能になっ
た。
鋼板についてプレス加工試験を行い、このときのポンチ
荷重を、りん酸亜鉛皮膜中のMg含有量に対してプロット
した図である。
Mg、Ni及びMnの含有量が異なる4種類の亜鉛めっき鋼板
のりん酸亜鉛皮膜表面のSEMで観察したときのイメー
ジ画像である。
酸亜鉛皮膜中のMnとNiの含有量の適正範囲を説明するた
めの図である。
のりん酸亜鉛結晶を説明するための図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 鋼板表面上に、片面当たりの付着量が20
〜60g/m2である亜鉛めっき層と、片面当たりの付着量が
0.5 〜3.0 g/m2であるりん酸亜鉛皮膜とを順次積層形成
し、該りん酸亜鉛皮膜中に、Mgを0.5 〜10.0質量%、Ni
を0.1 〜2.0 質量%及びMnを0.5 〜8.0 質量%を含有
し、かつMnとNiの含有量が下記(1) の関係式を満足する
ことを特徴とする耐穴あき性に優れた亜鉛めっき鋼板。 記 〔Ni〕×7.6 −10.9≦〔Mn〕≦〔Ni〕×11.4 ------ (1) 但し、〔Mn〕はMn質量%、〔Ni〕はNi質量%である。 - 【請求項2】 鋼板表面上に、片面当たりの付着量が20
〜60g/m2である亜鉛めっき層と、片面当たりの付着量が
0.5 〜3.0 g/m2であるりん酸亜鉛皮膜とを順次積層形成
し、該りん酸亜鉛皮膜中に、Mgを2.0 〜7.0 質量%、Ni
を0.1 〜1.4 質量%及びMnを0.5 〜5.0 質量%を含有
し、かつMnとNiの含有量が下記(2) の関係式を満足する
ことを特徴とする耐穴あき性に優れた亜鉛めっき鋼板。 記 〔Mn〕≦〔Ni〕×11.4 ------ (2) 但し、〔Mn〕はMn質量%、〔Ni〕はNi質量%である。 - 【請求項3】 前記りん酸亜鉛皮膜は、りん酸亜鉛結晶
が粒状であり、かつその大きさが2.5 μm未満である請
求項2記載の亜鉛めっき鋼板。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000157863A JP4110707B2 (ja) | 1999-07-08 | 2000-05-29 | 耐穴あき性およびプレス加工性に優れた亜鉛めっき鋼板 |
Applications Claiming Priority (3)
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---|---|---|---|
JP19464599 | 1999-07-08 | ||
JP11-194645 | 1999-07-08 | ||
JP2000157863A JP4110707B2 (ja) | 1999-07-08 | 2000-05-29 | 耐穴あき性およびプレス加工性に優れた亜鉛めっき鋼板 |
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2008004986A Division JP4720830B2 (ja) | 1999-07-08 | 2008-01-11 | 耐穴あき性およびプレス加工性に優れた亜鉛めっき鋼板の製造方法 |
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Publication Number | Publication Date |
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ID=26508631
Family Applications (1)
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JP2000157863A Expired - Fee Related JP4110707B2 (ja) | 1999-07-08 | 2000-05-29 | 耐穴あき性およびプレス加工性に優れた亜鉛めっき鋼板 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4110707B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006241495A (ja) * | 2005-03-01 | 2006-09-14 | Nisshin Steel Co Ltd | リン酸塩処理鋼板 |
EP1635088A3 (en) * | 2004-09-08 | 2007-11-07 | Tsubakimoto Chain Co. | Tensioner |
WO2017002805A1 (ja) * | 2015-07-02 | 2017-01-05 | 新日鐵住金株式会社 | 黒色塗装鋼板 |
-
2000
- 2000-05-29 JP JP2000157863A patent/JP4110707B2/ja not_active Expired - Fee Related
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