JP2001234316A

JP2001234316A - 溶融溶接性に優れた亜鉛めっき鋼板

Info

Publication number: JP2001234316A
Application number: JP2000049610A
Authority: JP
Inventors: Hironori Fujimoto; 博紀富士本; Masato Uchihara; 正人内原; Kiyoyuki Fukui; 清之福井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2000-02-25
Publication date: 2001-08-31

Abstract

(57)【要約】【課題】重ね合わせ溶融溶接性に優れた亜鉛めっき鋼板
を提供する。【解決手段】本発明の亜鉛めっき鋼板は、少なくとも一
方の表面の一部が平坦部２ｂと凹部２ａとからなり、平
坦部の面積と凹部の面積の和に占める凹部の面積割合Ｘ
が１０〜４０％、凹部の平均深さｄが３００／Ｘμｍ以
上、凹部に囲まれたそれぞれの平坦部の面積が７０ｍｍ
² 以下である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融溶接、特にレ
ーザビームや電子ビーム等の高エネルギー密度の熱源に
よる重ね溶接性に優れた亜鉛めっき鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】亜鉛めっき鋼板は耐食性が優れているこ
とから、自動車、家電、重電製品、産業機械、建材等幅
広い分野で用いられている。しかしながら、亜鉛めっき
鋼板の溶融溶接、とりわけレーザビームや電子ビーム等
の高エネルギー密度の熱源による重ね溶融溶接の場合、
溶接欠陥が多発し、良好なビードが得られなくなること
が知られている。

【０００３】これは、亜鉛の沸点（９０６℃）が鉄の融
点（約１５００℃）よりも低いことに起因する。つま
り、亜鉛めっき鋼板の重ね溶融溶接では、図１に示すよ
うに、レーザビーム１の照射による溶接熱により亜鉛め
っき鋼板２と３の鋼が溶融するが、この時、重ね合わせ
面４の亜鉛も蒸発する。亜鉛めっき鋼板２と３が密着し
た状態では、亜鉛蒸気５は重ね合わせ面４を通って外部
に抜けることができない。このため、図中に黒塗り矢符
で示すように、亜鉛蒸気５は溶融池６を通って外に抜け
ようとする。その結果、溶融金属の一部がスパッタ７と
なって吹き飛ばされたり、一部の亜鉛蒸気５が残こり、
凝固後の溶接金属８中に溶接欠陥９が生じ、溶接部の機
械的特性や見栄えが悪くなる。

【０００４】このような亜鉛めっき鋼板の重ね溶接性問
題の解決手段としては、これまでにもいくつかの方法が
提案されている。例えば、特開平１０−２１６９７４号
公報には、亜鉛めっき鋼板同士の重ね合わせ面間に亜鉛
蒸気の抜け道である適当な隙間が形成されるように一方
の亜鉛めっき鋼板に予め塑性加工を施す方法が示されて
いる。また、特開平４−２７９２９１号公報には、亜鉛
めっき鋼板同士の重ね合わせ面間に紙を挟み込む方法が
示されている。しかし、これらの方法では、プレス加工
や紙を挟む工程等、溶接前の加工工程が増え、生産性が
低下するという欠点がある。

【０００５】また、特開平８−２６９７３８号や同８−
３０２４５６号公報には、欠陥発生の原因であるめっき
付着量を低い値に制限する方法が示されている。しか
し、その亜鉛めっき鋼板は、母材の耐食性がめっき付着
量に依存するため、両公報に示されるめっき付着量では
母材の耐食性が必ずしも十分でなく、腐食が起こりやす
い部分等への適用ができず、適用可能な分野が狭いとい
う欠点がある。

【０００６】さらに、特開平５−２２２５７１号や同５
−２１２４０５号公報には、鋼板表面に凸状のエンボス
または突起を設ける方法が示されている。しかし、この
方法は、他方の鋼板表面が凸状のエンボスによって損傷
を受けやすいだけでなく、凸部の亜鉛めっきが剥離しや
すい等取り扱い性に問題があるという欠点がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、溶接
前に特別な工程を経ることなく、そのまま重ねて溶融溶
接することが可能で、特にレーザビームや電子ビーム等
の高エネルギー密度の熱源で溶融溶接した場合において
も溶接欠陥の発生頻度が少ない亜鉛めっき鋼板を提供す
ることにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、下記の
溶融溶接性に優れた亜鉛めっき鋼板にある。

【０００９】少なくとも一方の表面の一部が平坦部と凹
部とからなり、平坦部の面積と凹部の面積の和に占める
凹部の面積割合Ｘが１０〜４０％、凹部の平均深さｄが
３００／Ｘμｍ以上であり、かつ前記の凹部に囲まれた
それぞれの平坦部の面積が７０ｍｍ² 以下である溶融溶
接性に優れた亜鉛めっき鋼板。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の亜鉛めっき鋼板について詳しく説明する。なお、以下
の説明においては、従来と同一または実質的に同じ部分
には従来と同じ符号を付して示し、その詳しい説明を省
略する場合がある。

【００１１】図２は、本発明の亜鉛めっき鋼板の一例を
示す模式的斜視図であり、鋼板２の一方の表面には互い
に交差する複数条の微細な溝からなる凹部２ａが形成さ
れている。

【００１２】上記の凹部２ａが形成された亜鉛めっき鋼
板２０によれば、他方の亜鉛めっき鋼板３が通常の亜鉛
めっき鋼板であっても、図３に示すように、その重ね合
わせ面４に外部に通じた通路が形成される。このため、
溶接熱により発生した亜鉛蒸気は、図中に黒塗り矢符を
付して示すように、前記の通路を通って外部に抜ける。
その結果、重ね合わせ面４の亜鉛蒸気の圧力は溶融池６
に悪影響を与えるほど上昇せず、健全な溶接金属８が得
られる。

【００１３】ここで、本発明においては、従来技術とは
異なり、平坦な鋼板表面に凹部２ａを設けることとした
のは次の理由よる。すなわち、従来技術のように、平坦
な鋼板表面に凸部を設けた場合には、凸部のめっき層が
剥離しやすい、プレス成形等により凸部が潰れやすい、
凸部により他方の鋼板表面に傷をつけやすいという問題
が生じる。これに対し、凹部２ａの場合には、前記のよ
うなことが全く生じないためである。

【００１４】ただし、上記の凹部２ａと、この凹部２ａ
に囲まれたそれぞれの平坦部２ｂは、次に述べる条件を
満たす必要がある。

【００１５】凹部２ａは、各平端部２ｂの総面積と凹部
２ａの平面視上の総面積の総和、換言すれば凹部２ａが
形成された鋼板の総表面積（Ａ×Ｂ：図２参照）に対す
る面積割合Ｘが１０〜４０％であること。

【００１６】また、凹部２ａの深さは、図４に示す平均
深さｄ、具体的には平坦部２ｂ、２ｂ同士を結んだ直線
２ｃを基準としその直線２ｃから板厚方向に凹部２ａの
深さを測定した場合の平均値が３００／Ｘμｍ以上であ
ること。

【００１７】一方、凹部２ａに囲まれたそれぞれの平坦
部２ｂは、その面積が７０ｍｍ² 以下、好ましくは２５
ｍｍ² 以下であること。

【００１８】ここで、凹部２ａと平坦部２ｂを上記のよ
うに定めたのは、次の理由による。凹部２ａの面積割合
Ｘが１０％未満、平均深さｄが３００／Ｘμｍ未満、お
よび凹部２ａに囲まれたそれぞれの平坦部２ｂの面積が
７０ｍｍ² を超えると、亜鉛蒸気の排出効果が不十分
で、健全な溶接部が得られない。

【００１９】さらに、凹部２ａの面積割合Ｘが４０％を
超えると、平坦部２ｂが少なすぎて鋼板同士を接触させ
た場合に亜鉛めっき層が剥離しやすいだけでなく、プレ
ス成形時に平坦部２ｂが壊れやすくなる。これらのこと
は、後述する実施例の結果から明らかである。

【００２０】凹部２ａの断面形状は、図４に示すような
形状に限らず、例えば真円や楕円等の円弧面形状、矩形
形状等であってもよいが、応力集中を避ける観点からは
円弧面形状であることが望ましい。また、凹部２ａの平
均深さｄは、深ければ深いほどよく、特にその上限は規
定しない。しかし、あまり深くすると、鋼板自体の機械
的特性の劣化を招くので、その深さは最も深い部分でも
鋼板２の板厚の１５％程度とするのがよい。

【００２１】なお、凹部２ａの表面粗さは特に制限され
ない。また、凹部２ａの幅Ｈについては、その面積割合
Ｘとそれぞれの平坦部２ｂの面積により決まるので、特
に制限されない。しかし、凹部２ａの幅Ｈがあまりに狭
い場合には亜鉛蒸気の排出作用が不十分になり、逆にあ
まりに広い場合には表面状態が悪くなる。このため、凹
部２ａの幅Ｈは０．０５〜２．５ｍｍ、より好ましくは
０．１〜１．２ｍｍ程度とするのが望ましい。

【００２２】平坦部２ａは、通常の鋼板の表面に相当
し、その表面粗さはＪＩＳＢ０６０１に規定される算
術平均粗さＲａで０．５〜２．０μｍ程度であればよ
い。また、それぞれの平坦部２ｂの平面形状は、図２に
示す四角形に限らず、円、楕円、菱形および三角形等の
任意の形状であってもよく、要は相隣り合う凹部２ａが
１ヶ所以上で連続していればよい。

【００２３】本発明の亜鉛めっき鋼板は、一方または両
方の表面全体が図２に示すような状態である必要はな
く、レーザビーム１の照射部、すなわち重ね合わせ溶融
溶接部が予め決まっている鋼板の場合には、例えば、図
５と図６に示すように、少なくとも一方の表面の一部分
に前記の凹部２ａが設けられた表面２ｄであればよい。
これは、重ね合わせ面に発生する亜鉛蒸気の排出には、
一方の鋼板の表面に凹部２ａがあれば十分であり、レー
ザビーム１の照射側表面の凹部２ａは亜鉛蒸気の排出に
は寄与しないためである。

【００２４】ここで、図６に示す鋼板２００でもよいの
は、例えば、図７に示すように、凹部２ａが設けられた
表面２ｄに対して凹部２ａが設けられていない狭幅の鋼
板３０を重ね合わせ溶融溶接し、部分的な接合部１０を
形成させる場合、亜鉛蒸気は何等の問題もなく排出され
るためである。

【００２５】ただし、凹部２ａが設けられた表面２ｄ
は、鋼板の少なくとも１つの板端に凹部２ａが達するよ
うに設けるのが望ましく、この場合にはどのような重ね
合わせ態様でも、亜鉛蒸気は何等の問題もなく排出され
る。

【００２６】なお、図５と図６に示す亜鉛めっき鋼板の
場合における凹部２ａの面積割合Ｘを求めるための平端
部２ｂの総面積と凹部２ａの平面視上の総面積の総和、
換言すれば凹部２ａが形成された鋼板の総表面積は、図
５はＣ×Ｄ、図６はＥ×Ｆである。

【００２７】本発明の亜鉛めっき鋼板は、例えば、母材
の鋼板表面に凹部２ａを設けた後、亜鉛めっきを施すこ
とにより容易に製造可能である。また、凹部２ａの設け
方としては、圧延ロールの表面に機械加工やレーザによ
る熱加工で凸部をつくってこれを母材の鋼板表面に転写
する方法、圧延後スクラッチを入れる方法等が挙げられ
る。さらに、めっきを施した後、凸部をもった圧延ロー
ルで圧延し鋼板表面に凹部２ａをつける方法や、あらか
じめ凹凸のある鋼板にめっき処理を施した後、凸部のみ
が平坦部２ｂになる程度まで圧延する方法も挙げられ
る。

【００２８】なお、本発明にいう亜鉛めっき鋼板とは、
溶融めっき法、電気めっき法、蒸着めっき法等の各種の
製造方法で製造されるものである。また、めっきの成分
としては、純Ｚｎ、Ｚｎ−Ｆｅ、Ｚｎ−Ｎｉ、Ｚｎ―Ｃ
ｏ、Ｚｎ−Ａｌ等、亜鉛を主成分とし、耐食性等の向上
のためにその他の合金元素を含むものや、これらのめっ
き鋼板に有機高分子を分散処理あるいは被覆処理、りん
酸塩処理等を施したものも含む。

【００２９】

【実施例】板厚０．８ｍｍの炭素鋼板の両面に、めっき
付着量６０ｇ／ｍ² のＺｎ−Ｆｅ合金の溶融亜鉛めっき
を施し、圧延により片面に凹部２ａを付けた供試材を作
製した。その際、凹部２ａの面積割合Ｘと平均深さｄ、
および凹部２ａに囲まれた平坦部２ｂの面積を種々変え
た。

【００３０】これらの供試材は、凹部２ａを有する面を
上記と同じ条件の溶融亜鉛めっきを施したのみのめっき
鋼板に重ね合わせて図８に示すようにクランプし、ＹＡ
Ｇレーザを用い、連続発振モードで表１に示す条件のも
とにビード幅０．８ｍｍの重ね溶融溶接した。なお、比
較のために、上記と同じ条件のもとに凹部２ａがないめ
っき鋼板同士の重ね溶融溶接も行った。

【００３１】

【表１】

【００３２】そして、得られた各溶接材は、溶接ビード
表面の欠陥数と内部の欠陥数を調べることで評価した。
なお、溶接ビード表面の欠陥は、目視により溶接ビード
１００ｍｍ当たりのピット個数により評価した。また、
内部の欠陥は、Ｘ線透過写真により溶接ビード１００ｍ
ｍ当たりのブローホール個数により評価した。

【００３３】以上の調査結果を表２〜表４に示す。な
お、表２は主に凹部２ａの平均深さｄが欠陥発生に及ぼ
す影響、表３は主に凹部２ａの面積割合Ｘが欠陥発生に
及ぼす影響、表４は平坦部２ｂの面積が欠陥発生に及ぼ
す影響を示している。

【００３４】

【表２】

【００３５】

【表３】

【００３６】

【表４】

【００３７】表２から明らかなように、凹部２ａがない
めっき鋼板（試番１）では、表面欠陥が２０個、内部欠
陥が３０個と極めて多く発生した。また、凹部２ａがあ
っても、その平均深さｄが本発明で規定する範囲を外れ
るめっき鋼板（試番５、９、１３）では、表面欠陥が４
〜６個、内部欠陥が１０〜１６個と多く発生した。

【００３８】これに対し、凹部２ａの平均深さｄが本発
明で規定する範囲内のめっき鋼板（試番２〜４、６〜
８、１０〜１２）では、表面欠陥は全く発生ぜす、内部
欠陥も最大で６個と少なかった。

【００３９】また、表３から明らかなように、凹部２ａ
の面積割合Ｘが本発明で規定する範囲を外れるめっき鋼
板（試番１４、１５、２４、２５）のうち、試番１４と
１５のめっき鋼板では、表面欠陥が最小で４〜６個、内
部欠陥が１０〜１６個と多く発生した。また、試番２４
と２５のめっき鋼板では、表面欠陥は全く発生ぜす、内
部欠陥も２〜３個と少なかった。しかし、試番２４と２
５のめっき鋼板は、凹部２ａの面積割合が高すぎ、平坦
部２ｂが少なすぎるため、めっき鋼板同士を接触させた
場合に亜鉛めっき層が剥離しやすいだけでなく、プレス
成形時に平坦部２ｂが壊れやすく、取り扱い性に問題が
あった。

【００４０】これに対し、凹部２ａの面積割合Ｘが本発
明で規定する範囲内のめっき鋼板（試番１６〜２３）で
は、表面欠陥は全く発生ぜす、内部欠陥も最大で３個と
少なかった。

【００４１】さらに、表４から明らかなように、凹部２
ａに囲まれた各平坦部２ｂの面積が本発明で規定する範
囲を外れるめっき鋼板（試番３１、３２、３８、３９）
では、表面欠陥が２〜６個、内部欠陥が５〜１８個と多
く発生した。

【００４２】これに対し、凹部２ａに囲まれた各平坦部
２ｂの面積が本発明で規定する範囲内の鋼板（試番２６
〜３０、３３〜３７）では、表面欠陥は全く発生ぜす、
内部欠陥も最大で４個と少なかった。

【００４３】

【発明の効果】本発明の亜鉛めっき鋼板は、溶融溶接性
に優れている。このため、重ね合わせ溶融溶接した場
合、ピットやブローホール等の欠陥が極めて少ない良好
な溶接部が得られる。また、本発明の亜鉛めっき鋼板
は、重ね合わせ溶融溶接に先だって特別なギャップ設定
手段を講じる必要がないので、溶接施工性にも優れてい
る。さらに、他の亜鉛めっき鋼板との接触時におけるめ
っき層が耐剥離性や成形性にも優れており、その取り扱
いが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】通常の亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ溶融溶接時
に溶接欠陥が生じる理由を説明するための模式的斜視図
である。

【図２】本発明の亜鉛めっき鋼板の一例を示す模式的斜
視図である。

【図３】本発明の亜鉛めっき鋼板の重ね合わせ溶融溶接
状態を示す模式的斜視図である。

【図４】凹部の断面形状の一例とその平均深さｄを説明
するための模式的断面図である。

【図５】本発明の亜鉛めっき鋼板の他の一例を示す模式
的斜視図である。

【図６】本発明の亜鉛めっき鋼板のさらに他の一例を示
す模式的平面図である。

【図７】図６に示す本発明の亜鉛めっき鋼板と通常の亜
鉛めっき鋼板との重ね合わせ溶融溶接態様の一例を示す
模式的平面図である。

【図８】実施例における重ね合わせ溶融溶接法の態様を
示す模式図である。

【符号の説明】

１：レーザビーム、２、２０、２００、３、３０：亜鉛めっき鋼板、２ａ：凹部、２ｂ：平坦部、２ｃ：直線、２ｄ：凹部２ａが設けられた表面、４：重ね合わせ面、５：亜鉛蒸気、６：溶融池、７：スパッタ、８：溶接金属、９：溶接欠陥、１０：接合部。

フロントページの続き (72)発明者福井清之大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内Ｆターム(参考） 4E068 BF00 DB15 4K027 AA02 AA22 AB13 AB42 AC87 AD28 AE11 AE25

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一方の表面の一部が平坦部と凹
部とからなり、平坦部の面積と凹部の面積の和に占める
凹部の面積割合Ｘが１０〜４０％、凹部の平均深さｄが
３００／Ｘμｍ以上であり、かつ前記の凹部に囲まれた
それぞれの平坦部の面積が７０ｍｍ² 以下である溶融溶
接性に優れた亜鉛めっき鋼板。