JP2711160B2 - 合金化亜鉛めっき鋼板 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、加工時のめっき剥離性および塗装後塗膜耐
水密着性の両特性が良好な合金化亜鉛めっき鋼板に関す
るものである。

［従来の技術］ 亜鉛めっき鋼板は、防錆効果が優れているところか
ら、建材用その他の用途で広く使用されている。特にめ
っき皮膜中のFe含有量を高めて合金化した合金化亜鉛め
っき鋼板は、耐食性，溶接性，塗装性等が優れている
為、自動車や家電製品等への用途拡大が図られている。
尚本発明における合金化亜鉛めっき鋼板とは、溶融亜鉛
めっき合金化処理鋼板は勿論のこと、電気亜鉛めっきを
始めとする種々のめっきを施した後の熱処理によってめ
っき層を合金化処理した鋼板をも含む趣旨である。

しかしながら上記合金化亜鉛めっき鋼板は、合金めっ
き層自体の強度が低く脆いものである為、プレス加工に
際して該合金めっき層が粉末状に剥離する現象（以下パ
ウダリングと呼ぶことがある）が発生し易いという欠点
がある。特に近年では防錆力強化の為にめっき層の厚目
付化が指向されており、目付量の増大とともにパウダリ
ング現象が顕著になるので、パウダリングそのものを抑
制する技術の開発が望まれている。

上記パウダリングを抑制する技術の一環として、例え
ば特開昭59−173255号公報，同61−223174号公報等に見
られる様に、合金化の過程を制御して合金化所要時間を
比較的長くする方法が提案されている。しかしながら合
金化に要する時間を長くするには、ラインスピードを低
下させる必要があり、生産性の低下は避けられず、これ
らの方法は実操業に適したものとは言えない。またこれ
らの技術から生じる生産性低下の対応策として、例えば
合金化炉の炉長を延長することも考えられるが、膨大な
改良設備費が要求されることになるので根本的な解決策
とはなり得ない。

一方めっき層中のFe濃度を高めることによって耐パウ
ダリング性を改善する技術も提案されている（例えば特
開昭59−200749号公報，同58−130264号公報等）。しか
しながらこうした技術では、良好な耐パウダリング性を
得ることのできるFe濃度範囲が極めて狭い領域に限ら
れ、操業条件の変動やめっき付着量の不均一等に原因し
て良好な耐パウダリング性を安定して維持することは困
難である。またFe濃度を高くすれば、合金化反応を通常
よりも過剰に進行させる必要があることから、高温合金
化処理や低速通板を実施することが不可欠となり、これ
らの実施はコストアップを惹起することにもなる。

こうした技術背景のもとで、本発明者らは、レーザー
ビームの如き高密度エネルギービームを照射してダル仕
上げしたロールを用いて鋼板を圧延し、これに合金化亜
鉛めっきを施すことによって、耐パウダリング性の優れ
た合金化亜鉛めっき鋼板を提案し、先に特許出願した
（特願昭63−297114号）。

［発明が解決しようとする課題］ 上記技術によって耐パウダリング性は改善されたもの
の、得られた合金化亜鉛めっき鋼板は塗装後の塗膜耐水
密着性が低下するという欠点があることが判明した。

現在、合金化亜鉛めっき鋼板は、自動車等の外板が主
な需要分野となっている。この様な用途では、外板の裏
面側は耐パウダリング性が良好なことが要求されるが、
表面側は耐パウダリング性以上に塗膜耐水密着性を始め
とする良好な塗装性能が要求される。従って、特に上記
用途で使用される合金化亜鉛めっき鋼板では、耐パウダ
リング性と塗膜耐水密着性の両特性を具備している必要
がある。

本発明はこうした状況のもとになされたものであっ
て、その目的は、加工時の耐パウダリング性と塗装後の
塗膜耐水密着性の両特性が良好な、自動車等の外板とし
て最適な合金化亜鉛めっき鋼板を提供することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明とは、高密度エネルギー
ビームによるダル仕上げロールによって一方面側を圧延
すると共に、ショットブラスト法，放電加工法または研
削加工法のいずれかの方法によって表面仕上げしたロー
ルを用いて他方面側を圧延した素地鋼板の両表面に、合
金化亜鉛めっき層を形成したものである点に要旨を有す
る合金化亜鉛めっき鋼板である。

［作用］ 本発明者らはかねてより耐パウダリング特性に及ぼす
合金化めっき処理条件全般について、素地鋼板の表面性
状との関係を含めて検討を進めてきた。そして素地鋼板
の表面性状が耐パウダリング特性に重大な影響を与える
との知見が得られ、この知見に基づき素地鋼板の表面性
状について更に研究を重ね、先の発明を完成した。

その概要は下記の通りである。

例えば連続溶融亜鉛めっきラインでは、冷延鋼板を素
地鋼板といてそのまま溶融亜鉛めっきラインに送入され
るか、場合によっては、要求材質等の観点から、焼鈍お
よび調質圧延を経た後溶融亜鉛めっきラインに送入され
る。こうした冷延圧延および調質圧延においては、成形
加工時に生じる型かじり（素地鋼板の金型への焼付きを
ともなったむしれ状の損傷）を防止するため、ダル仕上
げロールで圧延して表面粗さを調整するのが通例であ
り、このダル仕上げには従来よりショットブラスト法や
放電加工法が採用されてきた。しかしながらこれらの方
法で仕上げたダル仕上げロールを用いて圧延した鋼板で
は型かじり性と塗装鮮映性（塗膜表面に物体を写した時
の像の鮮明度）を両立させることが困難である。そこで
この両者を両立させるという観点から、レーザビームの
如き高密度エネルギービームでダル仕上げされた圧延ロ
ールを使用して素地鋼板表面に特異な形状の凹凸を形成
する技術が開発されるに至った。

即ちロールを回転させながら該ロール表面に向けてた
とえばパルスレーザを照射すると、第２図（Ａ），
（Ｂ）に示す様にレーザ照射部の金属が溶融してクレー
タ１が形成され、その周りには溶融した金属が盛り上っ
て環状の凸部２が形成される。該クレータ１や凸部２の
ロール円周方向形成ピッチは、ダル仕上げ時におけるロ
ールの回転速度とパルスレーザの照射周期を変えること
によって任意に調整することができ、またロール軸方向
の形成ピッチはロール１回転毎のレーザ照射装置の移動
距離によって自由に調整することができる。またクレー
タ１の直径や深さ、凸部２の幅や高さは、パルスレーザ
のエネルギーや照射時間によって変えることができる。
そしてこの様な方法で表面にクレータ１や凸部２を無数
に形成したダル仕上げロールによって鋼板を圧延する
と、第３図（Ａ），（Ｂ）に示す如くロールＲの凸部２
は鋼板Ｐの表面に食い込んで環状凹部（谷部）2aが形成
されると共に、この部分の金属はクレータ１方向へ盛り
上がる様に流れ込み、略円形状の台地部1aが形成され、
凸部２より外側における未加工（即ちレーザエネルギー
が与えられなかった部分）の平坦面３で押し付けられた
鋼板Ｐの面は平坦な平地部3aとなる。かくして得られる
鋼板の表面は、略円形の台地部1aとこれをとり囲む谷部
2a、および台地部1aより若干低めの平地部3aを有するも
のとなる。

そしてこの様な表面形状の鋼板においては、環状谷部
2aが成形加工時の潤滑油溜および切削粉捕捉部としての
機能を果たして型かじり防止効果を発揮し、且つ従来の
ショットブラスト粗面化鋼板に比べて平坦面が多く乱反
射も抑えられるので鮮映性も非常に優れたものとなる。

本発明者らは、レーザダル仕上げロールおよびショッ
トブラストダル仕上げロールの夫々を用いて圧延した鋼
板をめっき素材鋼板として用い、該鋼板に合金化溶融亜
鉛めっきを施した後のパウダリング特性について調査し
た。即ち上記各鋼板に溶融亜鉛めっきを施した後直ちに
合金化熱処理を施した合金化溶融めっき鋼板について、
角度60゜のＶ字曲げ試験を行ない、そのときのめっき剥
離量を比較した。その結果を第４図に示すが、この結果
から明らかな様にレーザダル仕上げロールで圧延した鋼
板（以下レーザ材と呼ぶ）を用いたものはショットブラ
ストダル仕上げロールで圧延した鋼板（以下ショット材
と呼ぶ）を用いたものに比べてめっき剥離が低減してお
り、パウダリング抑制効果が認められた。

こうした理由について本発明者らは完全に解明し得た
訳ではないが次の様に考えることができた。

第５図はレーザ材とショット材の合金化処理後のめっ
き層断面を模式的に示す図である。第５図に示す如くシ
ョット材ではδ_１相（FeZn₇相）が全面均一に生成して
いるのに対し、レーザ材ではδ_１相にζ相（FeZn₁₃相）
が分散して存在している。即ちショット材では表面はそ
の凹凸が小さく比較的平滑であるところから、めっき層
はほぼ均一となり合金化反応の進行も均一に起こるため
δ_１相単相が生成する。一方レーザ材では、表面の谷部
2aにおいてめっき層が局部的に厚くなり、そこでは合金
化反応の進行が遅くなるため谷部2aに対応しためっき層
部分のδ_１相に比べてFe濃度の低いζ相がδ_１相に混在
することになる。そしてδ_１相の硬さは約300（Hv）で
あるのに対し、ζ相は約200（Hv）と軟質であることか
ら、Ｖ字曲げ加工の際にδ_１相中に分散しているζ相の
部分が優先的に変形して加工歪を緩和する。こうしたこ
とが、δ_１相が均一に生成しているショット材に比べて
ζ相の混在しているレーザ材の方が耐パウダリング特性
に優れたものとなる原因と考えられる。

尚レーザダル仕上げロールで圧延した素地鋼板の表面
性状は下記の条件を満足するのが好ましい。

まず前記谷部2aの深さｄ（前記第３図参照）は２〜10
μｍとするのが好ましい。該深さｄが２μｍ未満である
と谷部2aと平地部3aにおけるめっき付着量に大きな差異
がなくなり、合金化の不均一反応が起こりにくくなって
ζ相の存在が極端に低下し耐パウダリング特性向上効果
が小さくなる。これに対し深さｄが10μｍより大きくな
ると谷部2aのめっき付着量が大幅に増大し過ぎてしま
い、平地部3aがめっき層表面まで合金化しても谷部2aで
は表面に金属亜鉛が残存し、塗装性，溶接性を損なうこ
とになる。また谷部2aの深さｄの更に好ましい範囲は３
〜８μｍであり、この範囲内であれば耐パウダリング効
果が最も顕著に現われる。

一方谷部2aの溝幅ｗ（前記第３図参照）と前記深さｄ
との関係も重要であり、溝幅ｗと深さｄの比（w/d）は
下記（１）式を満足するのが好ましい。

同一深さで比較するとw/dの値が小さくなるほど谷部2
aの形状はシャープになり、合金化の不均一反応が生成
しにくくなってζ相の存在が低下して耐パウダリング特
性の向上効果は小さくなる。この様な不都合を回避する
にはw/dの値は２を超えるのがよい。これに対し、w/dの
値が10以上となると、平地部3aがめっき表面まで合金化
しても谷部2aでは表面に金属亜鉛が残存し、塗装性，溶
接性を損なうことになる。尚w/dの値の更に好ましい範
囲は３〜８程度である。

本発明者らは、上記発明が完成された後も、合金化亜
鉛めっき鋼板の特性について検討を重ねてきた。その結
果、上記発明によって合金化亜鉛めっき鋼板の耐パウダ
リング性が改善されたものの、得られた合金化亜鉛めっ
き鋼板は塗装後の塗膜耐水密着性が低下することが判明
した。

第１表は合金化めっき層（めっき付着量30g/m²）の構
造と塗膜耐水密着性の関係を示したものである。尚第１
表中の塗膜残存率は、カチオン電着塗装（20μｍ）した
後温水浸漬し（40℃×240時間）、その後1mmの基盤目状
にカットを入れてテーピングしたときの残存率である。

第１表から明らかな様に、δ_１＋ζの混合相の場合
は、δ_１単相の場合に比べて塗膜耐水密着性が低下して
いるのが判る。

自動車等の外板の表面側は、水分等の腐食作用によっ
て塗膜が素地鋼板から剥離して発錆に至ることがあり、
外観を著しく損なうことになるので、塗膜耐水密着性は
上記の様な外板の表面側に要求される重要な特性があ
る。ところが表面側については、レーザダル仕上げロー
ルで調質圧延してから合金化亜鉛めっき層を形成する
と、該めっき層は第５図（Ｂ）に示した如くδ_１＋ζの
混合相となり、混合相はδ_１単層のめっき層に比べて第
１表に示した如く塗膜耐水密着性が低下する。これはδ
_１＋ζ混合相中のζ相の鉄濃度がδ_１相に比べて低く、
塗装前の燐酸塩処理によってδ_１＋ζ混合相上に生成す
る燐酸亜鉛結晶中の鉄濃度がδ_１単相上に生成する燐酸
亜鉛結晶中の鉄濃度よりも低くなり、塗膜直下において
は水分と塗膜の反応に基づいて生成するアルカリ成分に
よる腐食が進行し易くなり、δ_１＋ζ混合相の方が塗膜
耐水密着性が劣化するものと考えられる。

そこで本発明者らは、塗膜耐水密着性が要求される表
面側はδ_１単相とすべきであるとの着想を得、前記第１
表の結果をも考慮しショットブラスト表面仕上げロール
で表面側を圧延すればよいとの結論に達した。尚ショッ
トブラスト法の他放電加工法や研削加工法等によって表
面仕上げしたロールによって圧延した素地鋼板であって
も、その上に形成される合金化亜鉛めっき層はδ_１単相
となることから、これらの方法によっても同様の効果が
得られた。また表面側の表面仕上げはダル仕上げまで至
らなくとも上記効果が得られるが、型かじり防止等を考
慮すればダル仕上げであることが好ましい。

一方、自動車の外板の裏面側は、ドアー下部のヘム部
にみられる如く、水分が逃げにくい袋状の構造となって
おり、腐食が主に裏面側から進行して遂には穴あきにな
ることが多く、また塗装されることがないことから、高
耐食性であることが要求される。こうしたことからコス
ト面も加味して、表面側のめっき付着量を例えば30g/m²
程度の薄目付とするのに対し、裏面側では例えば60g/m²
程度の厚目付とするのが一般的である。この様な裏面側
については、レーザダル仕上げロールを用いて圧延した
後、該裏面側のめっき付着量を厚目にすれば、耐パウダ
リング性を良好にできると共に、自動車等の外板におけ
る裏面側としての要求に応じることができる。

こうしたことから、本発明者らは、高密度エネルギー
ビームによるダル仕上げロールによって一方面側を圧延
すると共に、ショットブラスト法，放電加工法または研
削加工法のいずれかの方法によって表面仕上げロールを
用い他方面側を圧延した素地鋼板の両表面に合金化亜鉛
めっきを施せば、自動車等の外板として最適な合金化亜
鉛めっき鋼板が得られることを見出し、本発明を完成し
た。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、
下記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前
・後記の趣旨に徴して設計変更すること、例えば溶融亜
鉛めっきの代りに電気亜鉛めっきを施すこと等はいずれ
も本発明の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例］ 片面レーザ／片面ショット材（本発明材）、両面レー
ザ材（比較材）および両面ショト材（参考材）の夫々を
用いて、溶融亜鉛めっき処理および合金化処理を下記の
条件で実施し、Ｖ字曲げ試験による耐パウダリング特性
および温水浸漬による塗膜耐水密着性を評価した。

＜めっき条件および合金化処理条件＞ 素地鋼板 ：片面レーザ／片面ショット材
（深さｄ＝５μm,溝幅35μｍ） 両面レーザ材（深さｄおよび溝幅はと同じ） 両面ショット材 ストリップサイズ :0.8^t×1219^w（mm） めっき浴中A1濃度:0.13％ めっき浴温度 :460℃ 合金化温度 :600℃ ラインスピード :100m/分 めっき層Fe濃度 :11％ 結果は第１図に示す通りであり、下記の様に判断でき
る。

即ち本発明材、比較材および参考材の３者について比
較検討すると両面レーザ材（比較材）は薄目付側の塗膜
耐水密着性が他の２者に比べて劣り、また両面ショット
材は厚目付側の耐パウダリング性が他の２者に比べて劣
る。これに対し本発明材では、塗膜耐水密着性および耐
パウダリング性の双方とも優れたレベルに達しており、
本発明の効果は明白である。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば。従来技術で述べた様
な生産性低下等の不都合を発生させることなく、耐パウ
ダリング性および塗膜耐水密着性の両特性が良好な合金
化亜鉛めっき鋼板が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種素材鋼板を用いた合金化亜鉛めっき鋼板に
おける耐パウダリング性と塗膜耐水密着性を比較して示
したグラフ、第２図は高密度エネルギービームを用いた
ダル仕上げロールの表面形状を示す説明図、第３図は第
２図のダル仕上げロールを用いて粗面化した鋼板の表面
形状を示す説明図、第４図はレーザ材とショト材のめっ
き剥離を比較して示すグラフ、第５図はレーザ材とショ
ット材の合金化処理後のめっき層断面を模式的に示す図
である。 １……クレータ、２……環状凸部 ３……平坦部（非加工部） 1a……台地部、2a……環状凹部（谷部） 3a……平地部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高密度エネルギービームによるダル仕上げ
   ロールによって一方面側を圧延すると共に、ショットブ
   ラスト法，放電加工法または研削加工法のいずれかの方
   法によって表面仕上げしたロールを用いて他方面側を圧
   延した素地鋼板の両表面に、合金化亜鉛めっき層を形成
   したものであることを特徴とする合金化亜鉛めっき鋼
   板。