JP2520757B2

JP2520757B2 - 耐食性および溶接性に優れた積層鋼板

Info

Publication number: JP2520757B2
Application number: JP2066636A
Authority: JP
Inventors: 裕吉渡辺; 康司藤井; 昭彦西本
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-03-16
Filing date: 1990-03-16
Publication date: 1996-07-31
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JPH03266640A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は溶接性に優れるとともに耐食性にも優れた
積層鋼板に関するものである。

〔従来の技術〕

２枚の薄い鋼板の間に、高分子樹脂を挟持（サンドイ
ッチ）した積層鋼板は、制振性、軽量性に優れるため
に、騒音防止、振動防止、軽量化等を目的とし、自動
車、家電気機、建築材料などに多く使用されている。し
かしながら、高分子樹脂は、電気絶縁性が極めて高く、
電流が流れないために、そのままでは直接通電によるス
ポット溶接を行うことができない。そのため、高分子樹
脂に金属粉、グラファイト粉、らせん状の導電体などの
導電材料を混入し、表皮鋼板間の導電性を確保し、直接
通電によるスポット溶接を可能とした技術が、従来多く
提案されている（例えば、特開昭50−79920号公報、特
公昭60−912号公報、特開昭62−87341号公報、特開昭57
−146649号公報、特公昭61−29261号公報など）。

これらスポット溶接を可能とした積層鋼板において、
表皮鋼板が冷延鋼板であると、表面が錆び易いだけでな
く、切断面の端部より、高分子樹脂と鋼板との接合面に
錆が侵入し、剥離を引き起こすことがあり、耐食性を付
与することが要求されている。そのために、表皮鋼板に
鉄−亜鉛合金めっき鋼板を使用する方法（例えば特開昭
63−158242号公報）、高分子樹脂との接合面側をクロメ
ート処理面とし、外面を亜鉛めっき面とする方法（特開
昭63−205227号公報）、めっき皮膜の最表層におけるAl
に対するZnの原子数を制限し、かつそのうえにクロメー
ト処理層を有する鋼板を使用する方法（特開平１−2805
43号公報）などが提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来提案されている方法では、高分子樹脂と表皮鋼板
との接合面における、錆の侵入による剥離を防ぐことに
は効果があるものの、スポット溶接性については、必ず
しも充分とはいえないものであった。本発明は、上述の
問題点を解決するためになされたものであって、耐食性
に優れるとともに溶接性、特にスポット溶接性に優れた
積層鋼板を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

高分子樹脂に導電金属粉などを添加し、スポット溶接
性を付与することは、基本的には前述した種々の方法で
可能である。本発明者らは、導電金属粉を添加した積層
鋼板を対象として、スポット溶接性付与のメカニズムに
ついて鋭意検討を行い、以下の知見を得た。

スポット溶接時に果たす導電金属粉の役割は、全部で
10サイクル程度からなるスポット溶接の初期段階（およ
そ２サイクル以内）において、電極間に電流を流すこと
にある。すなわち、積層鋼板と被溶接材とを溶接用電極
で加圧しながら挟み、電極に電圧を印加すると、導電金
属粉を添加しない場合は、前述したように高分子樹脂層
が電気絶縁層なため電流は流れないが、導電金属粉を添
加すると、電極下およびその周辺の導電金属粉を通して
電流が流れる。そして通電により電極下およびその周辺
で、表皮鋼板が抵抗発熱を起こし、熱で高分子樹脂を溶
融する。電極下の溶融した高分子樹脂層は、電極の加圧
力で排除され、表皮鋼板同士が接触し、通常のスポット
溶接が行われる。

従って、高分子樹脂と表皮鋼板との接合面に、クロメ
ート皮膜のように、導電性の悪い層が介在すると、通電
性が悪くなり、スポット溶接性が低下する。

また、スポット溶接初期段階における極めて短い時間
ではあるが、導電金属粉を通して電流が流れる際に、導
電金属粉は抵抗発熱を起こす。従って、導電金属粉の数
が少ないと瞬時に導電金属粉が抵抗発熱を起こし、溶融
飛散し電流が流れなくなる。また導電金属粉の中で、鋼
板との接触が極めて良好なものが存在すると、電流がそ
こに集中し、導電金属粉と接している表皮鋼板をも急速
加熱し、表皮鋼板が溶融飛散し、ピンホール状の欠陥と
なることがある。導電金属粉の数が多くても、表皮鋼板
との接触状態が悪い場合、抵抗が高くなるため電流が流
れにくく、スポット溶接生は低下する。さらに、亜鉛め
っき鋼板を使用する場合、亜鉛は鉄に比べ著しく融点が
低いため、導電金属粉と接触したZnめっき層は抵抗発熱
により瞬時に溶融飛散ないしは蒸発することがあり、冷
延鋼板に比べスポット溶接性が著しく低下する。また、
実際、このような積層鋼板適用時には、連続打点による
電極の損耗が伴うため、従来のような200点以下の溶接
評価では適用時の溶接性を判断することは出来ず、それ
以上の（例えば500点程度）よりきびしい評価が必要で
ある。

本発明は上述の知見をもとになされたものである。上
記課題を解決するために、本発明においては、高分子樹
脂層を上下２枚の鋼板の間に挟持してなる積層鋼板にお
いて、各々の前記鋼板は少なくとも前記高分子樹脂層に
向けた側の表面に下層としての溶融合金化亜鉛めっき層
と上層としての電気めっき層とが形成されており、前記
高分子樹脂層内には、圧潰され鋼板の間に挟持される前
の形状がほぼ球状をしており、平均粒径（Ｄ）が、前記
高分子樹脂層の厚さ（Ｔ）に対して、Ｔ≦Ｄ≦2Tの範囲
内であり、ビッカース硬度が180以下であり、かつ、融
点が前記電気めっき皮膜より高い金属粉末が混入されて
いることに特徴を有し、特に、前記電気めっき層は、鉄
濃度が50〜100％の鉄または鉄−亜鉛合金めっきからな
ることに特徴を有するものである。

〔作用〕

次ぎに本発明の作用について図面を参照しながら説明
する。第１図は本発明の第１実施態様を示す断面図、第
２図は第２実施態様を示す断面図、第３図はスポット溶
接要領を示す正面図である。図面において、１、11は積
層鋼板、２は高分子樹脂層、３は金属粉末、４は電気め
っき層、５は溶融合金化亜鉛めっき層、６は表皮鋼板、
７は電極、８は単一鋼板（被溶接材）である。第２実施
態様の積層鋼板11においては下層としての溶融合金化亜
鉛めっき層５および上層としての電気めっき層４は表被
鋼板６の高分子樹脂２に向けた側の表面にのみ形成され
ている。

上層に電気めっき層４を形成するのは、主としてめっ
き層の抵抗発熱による溶融飛散を防ぐためである。すな
わち、下層の溶融合金化亜鉛めっきは鉄濃度が４〜17％
であり、融点は純亜鉛（420℃）に比べ高くなるもの
の、たかだか800℃程度であり、必ずしも充分なものと
はいえない。電気めっきの種類としては、鉄−亜鉛、亜
鉛−ニッケル、亜鉛−マンガンの合金めっきまたはNi、
Fe等が使用できるが、溶融合金化亜鉛メッキと同一組成
であることから鉄濃度が50〜100％の鉄または鉄−亜鉛
合金めっきを使用することが望ましい。

上層に電気めっき層４を形成する効果としては、上述
したスポット溶接性の向上だけでなく、以下に示す効果
がある。すなわち、溶融合金化亜鉛めっき層５に比べ、
電気めっき層４は表面が平滑であり、導電金属粉３との
接触状態が良好となる効果がある。さらに、鉄濃度が高
いため、濡れ性が良好になり、高分子樹脂との接着力を
高くする効果もある。

導電金属粉３には、圧潰前のもとの大きさが、高分子
樹脂層２の厚さに比べ大きなものを使用する。その理由
は、積層する際に高分子樹脂層２の厚さまで圧潰するこ
とで、上下の鋼板と接触させ、結果として、低い抵抗を
得ることができるからである。導電金属粉３の大きさと
しては平均粒径（Ｄ）が、高分子樹脂層２の厚さ（Ｔ）
に対して、Ｔ≦Ｄ≦2Tなる範囲内のものを用いる。Ｄが
Ｔより小さいと充分な接触を得ることができず、一方、
Ｄが2Tより大きいと、潰すのが困難となる。また、導電
金属粉３は圧潰される前のもとの形状として、ほぼ球状
をしたものを用いる。その理由は、粒径分布を正確に把
握すれば、潰したときに表皮鋼板６と導電金属粉３とが
接した部分の面積を、簡単に求めることができるからで
ある。

導電金属粉３にはビッカース硬度が、180以下のもの
を用いる。その理由は、導電金属粉３を容易に潰すこと
ができるからである。すなわち、電気めっき層のビッカ
ース硬度は、例えば鉄濃度が10前後の鉄−亜鉛合金めっ
きではおよそ300である。従って、硬い導電金属粉を使
用すると、積層する際に、圧下力を高くしても、導電金
属粉はめっき層に簡単に食い込むことができず、さら
に、潰そうと、圧下力を高くした場合、むしろ表皮鋼板
６の変化が生じ、結果として導電金属粉とめっき層とが
点接触となり、接触が不充分となり、スポット溶接性を
低下し易い。さらに、導電金属粉が潰れないために、高
分子樹脂との接合面に気泡がはいり、密着力を低下する
などの弊害が生ずる。以上のように、ビッカース硬度が
180以下の導電金属粉を使用することにより、良好な導
電性が得られるだけでなく、高分子樹脂と表皮鋼板との
接合面に気泡が入ることもなく、良好な密着力を得るこ
とができる。

さらに、導電金属粉の融点は、電気めっき皮膜より高
いことが望ましい。すなわち、電気めっき皮膜を上層に
形成する目的は、主として皮膜の融点を高め、スポット
溶接性を向上することにあり、電気めっき皮膜より高い
融点であることが必要である。

〔実施例〕

次ぎに本発明の実施例を、比較例とともに説明する。

本発明積層鋼板および比較用積層鋼板と単一鋼板（被
溶接材）とをスポット溶接によって溶接した。積層鋼板
および単一鋼板、高分子樹脂、導電金属粉、積層条件、
スポット条件は下記に示す。そして、溶接欠陥の発生数
およびせん断密着力を評価しその結果を第１表に示し
た。また、下記に示す塩水噴霧試験によって積層鋼板の
耐食性を評価しその結果を第１表に併せて示した。

（１）鋼板鉄−亜鉛溶融合金めっき鋼板《両面めっき》（鉄濃
度10.0％、めっき付着量片面当り45g/m²および60g/m²、
板厚0.4mm、クロメート処理有りまたは無し、Cr付着率4
0〜50mg/m²）。

上層に鉄−亜鉛電気合金めっき皮膜が形成された、
上記の鋼板（処理皮膜の鉄濃度は、80.4％、付着量は
片面当り4.0g/m²）。

冷延鋼板（アルミキルド鋼板、板厚0.4mm）。

（２）高分子樹脂エチレン−アクリル酸エステル共重合体樹脂をフィル
ム状としたもの。厚さは50μ。

（３）導電金属粉種類；析出法にて製造した、ほぼ球状をしたニッケ
ル粉を使用。

平均粒径;82μ（分布74〜90μ）、68μ（分布63〜7
4μ）、59μ（分布44〜74μ）および48μ（分布44〜53
μ）のものを使用。

硬度；ビッカース硬度で100、180および280のもの
を使用。

添加量;10〜30Wt.％の範囲内で選択した。なお、導
電金属粉は、上記フィルムの成形時に添加した。

（４）積層条件予熱した鋼板（約120℃）の片面に、ラミネーターを
使用して、ニッケル粉を添加した高分子樹脂フィルムを
貼りつけ、その後、さらに高分子樹脂の融点以上（約18
0℃）に加熱した、別途加熱炉にて同じく高分子樹脂の
融点以上に加熱した鋼板と、耐熱性樹脂をライニングし
た一対のピンチロールにて、10kg/cm以上の線圧をかけ
積層した。積層後は室温まで空気中で徐冷した。

（５）スポット溶接条件電極；ドーム型Cu−Cr電極（先端径、6mmφ）。

加圧力;180kg f。

電力;10kA。

通電時間;12サイクル（60Hz）。

制御方式；定電流制御（0.5サイクル制御）。

溶接;30×100mmのサンプルと、0.8mm厚の単一鋼板
（積層鋼板がめっき鋼板の場合は、溶融合金化亜鉛めっ
き鋼板を使用し、積層鋼板が冷延鋼板の場合は、冷延鋼
板を使用）を重ね合わせ、溶接した。

（６）塩水噴霧試験耐食性を評価するため、サンプルを1000時間の塩水噴
霧試験（JIS Z 2371）を行い、上下の鋼板を引きはが
し、高分子樹脂の接合面での錆の侵入量を、目視にて調
べた。

〔評価方法〕

スポット溶接性については、30×100mmのサンプル500
本に１本に付き１ケ所のスポット溶接を行い、トータル
で500本の溶接を行い、スパーク、未通電、電極周辺で
の溶断などの欠陥発生数を求めた。不良本数の数によっ
て、○：良好、△：やや不良、×：不良として評価し
た。

耐食性については、端面からの錆の侵入量で評価し、
端面からの錆の侵入量が1mm以下を◎、１〜5mmを○、5m
m以上を×として定義した。

第１表からあきらかなように、本発明範囲内の実施例
No.1〜５は溶接性、耐食性およびせん断密着力のいずれ
もが良好であった。

これに対して、比較例No.1は電気めっき層（上層）が
無く、溶接性がやや不良、せん断密着力は劣っていた。

比較例No.2は金属粉末の平均粒径がＤ＜Ｔであり、溶
接性が劣っていた。

比較例No.3は金属粉末のビッカース硬度が180を超え
ており溶接性が劣っていた。

比較例No.4は電気めっき層が無く、クロメート処理が
有るので、溶接性が不良であった。

比較例No.5は電気めっき層が無く、クロメート処理が
有り、ビッカース硬度が180を超えてるので、溶接性が
やや不良であった。

比較例No.6、No.7は冷延鋼板であり、比較例No.6は耐
食性が、No.7は溶接性が劣っていた。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明によれば耐食性ととも
に溶接性、特にスポット溶接性に優れかつ密着力に優れ
る積層鋼板を得ることができ、自動車、家電気機、建築
材料など従来において耐食性、スポット溶接性の問題か
ら適用することができなかった用途への大幅な適用拡大
が可能となる等産業上有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の第１実施態様を示す断面図、第２図
は第２実施態様を示す断面図、第３図はスポット溶接要
領を示す正面図である。図面において、１、11……積層鋼板、２……高分子樹脂層、３……金属粉末、４……電気めっき層、５……溶融合金化亜鉛めっき層、６……表皮鋼板、７……電極、８……単一鋼板。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高分子樹脂層を上下２枚の鋼板の間に挟持
してなる積層鋼板において、各々の前記鋼板は少なくと
も前記高分子樹脂層に向けた側の表面に下層としての溶
融合金化亜鉛めっき層と上層としての電気めっき層とが
形成されており、前記高分子樹脂層内には、圧潰され鋼
板の間に挟持される前の形状がほぼ球状をしており、平
均粒径（Ｄ）が、前記高分子樹脂層の厚さ（Ｔ）に対し
て、Ｔ≦Ｄ≦2Tの範囲内であり、ビッカース硬度が180
以下であり、かつ、融点が前記電気めっき皮膜より高い
金属粉末が混入されていることを特徴とする耐食性およ
び溶接性に優れた積層鋼板。
【請求項２】前記電気めっき層は、鉄濃度が50〜100％
の鉄または鉄−亜鉛合金めっきからなる請求項１記載の
耐食性および溶接性に優れた積層鋼板。