JP2713002B2 - 亜鉛系めっき鋼板の製造方法 - Google Patents

亜鉛系めっき鋼板の製造方法

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JP2713002B2 JP4069273A JP6927392A JP2713002B2 JP 2713002 B2 JP2713002 B2 JP 2713002B2 JP 4069273 A JP4069273 A JP 4069273A JP 6927392 A JP6927392 A JP 6927392A JP 2713002 B2 JP2713002 B2 JP 2713002B2
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、溶融亜鉛めっき鋼板、
合金化溶融亜鉛めっき鋼板、電気亜鉛めっき鋼板、Zn
−Ni合金電気めっき鋼板等の亜鉛系めっき鋼板(但し
Zn−Al合金めっき鋼板を除く)の製造方法に関し、
更に詳しくは目付け量が60g/m 以上の所謂厚目付
けの亜鉛系めっき鋼板の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】亜鉛系めっき鋼板は、その優れた耐食性
から、自動車、家電、建材等に広く使用されており、今
後もその需要はますます増大する傾向にある。亜鉛系め
っき鋼板の需要増大に伴って、そのめっき鋼板には、耐
食性以外の様々な性能が求められるようになった。例え
ば、自動車のボディは、プレス成形、スポット溶接によ
る組立、塗装の工程を経て製造されるので、その亜鉛系
めっき鋼板には、プレス成形性、スポット溶接性、塗装
性等も必要になる。また、耐食性に対する要求も依然と
して強く、自動車のボディには、目付量が60g/m
以上の所謂厚目付けの亜鉛系めっき鋼板が使用され始め
た。
【0003】しかし、亜鉛系めっき鋼板は、目付量が多
くなるほど、プレス成形でのパウダリングおよびプレー
キングが顕著となる。そのため、厚目付け亜鉛系めっき
鋼板のプレス成形性は悪い。また、亜鉛系金属は、電気
抵抗が小さく、融点が低いため、厚目付けの亜鉛系めっ
き鋼板は、スポット溶接性も悪い。従って、厚目付けの
亜鉛系めっき鋼板では、プレス成形性およびスポット溶
接性の改善が重要な課題となる。
【0004】亜鉛系めっき鋼板のプレス成形性およびス
ポット溶接性を改善する技術としては、めっき金属中に
アルカリ金属を含有させて、合金化の過程でめっき層表
面にZnOを主体とする酸化膜を形成するものが、特開
平2−263961号公報および特開平2−25896
3号公報に開示されている。また、めっき層表面に固形
潤滑材を塗布してそのプレス形成性を高めた合金化溶融
亜鉛めっき鋼板は、特開平1−136952号公報に開
示されている。更に、特開平3−20476号公報に開
示されているようなリン酸洗亜鉛処理も、亜鉛系めっき
鋼板のプレス成形性を改善する技術として有効と考えら
れる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかし、めっき層表面
に形成したZnO主体の酸化膜は、塗装の前処理として
行うリン酸亜鉛等による化成処理で、結晶の均一性、微
細化を阻害し、化成処理性を悪化させる。固形潤滑剤
は、スポット溶接性を阻害するだけでなく、プレス形成
時に金型に堆積して作業環境を損なうとか、塗装前の脱
脂で脱落して脱脂液を汚染するといった弊害がある。リ
ン酸亜鉛については、通常の付着量(特開平3−204
76号公報では1.9〜4.0g/m)では、スポッ
ト溶接性を悪化させる。従って、いずれの従来技術も、
自動車ボディのような量産を前提とする用途には向かな
い。
【0006】本発明の目的は、厚目付けであるにもかか
わらず、優れたプレス成形性、スポット溶接性および化
成処理性を示し、しかも脱脂等での汚染の危険がない亜
鉛系めっき鋼板製造方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】リン酸亜鉛等のリン酸塩
皮膜を鋼板表面に形成し、加工の際の潤滑膜として使用
する技術は従来から提案されている(特開平3−204
76号公報)。この技術は、厚目付けの亜鉛系めっき鋼
板の場合も、潤滑性の改善には有効であるが、スポット
溶接性に対しては逆効果となり、自動車ボディ等の量産
を前提とするところでは適用困難となる。
【0008】また、本出願人はZn−Ni合金めっき鋼
板のスポット溶接性を改善するために、その鋼板表面に
0.1〜3.0g/m のリン酸塩皮膜を形成する技術
を先に開発しているが(特開昭55−110781号公
報)、この技術では厚目付け及びプレス成形性が考慮さ
れておらず、実際この技術のようなリン酸塩の付着量の
調整だけでは、めっき鋼板が厚目付けの場合は、優れた
プレス成形性及びスポット溶接性が得られない。
【0009】そこで、本発明者は、亜鉛系めっき鋼板が
厚目付けの場合のプレス成形性およびスポット溶接性の
改善を目指して、リン酸塩の使用法について種々検討し
た。その結果、亜鉛系めっき鋼板の欠点であるスポット
溶接性の悪さを増長するはずのリン酸塩が、その付着量
を従来レベルより低い0.2g/m 超1.0g/m
未満に抑えることで、逆にそのスポット溶接性を改善
し、更に、そのような少量でもプレス成形性の改善に大
きな効果があり、化成処理においても、緻密で均一な処
理被膜を形成することが知見された。また、このリン酸
塩にアルカリ金属を加えること、およびリン酸塩処理液
のpHを2〜6に規定することで、これらの効果が一層
高まることも知見された。
【0010】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、Zn−Al合金めっき鋼板を除き、且つ目付け
量が60g/m 以上である亜鉛系めっき鋼板のめっき
層の表面を、アルカリ金属元素を0.01〜100g/
リットル含み、且つpHが2〜6のリン酸亜鉛処理液に
より処理して、その表面に0.2g/m 超1.0g/
未満のリン酸塩を析出させることを特徴とする亜鉛
系めっき鋼板の製造方法要旨とする。
【0011】
【作用】リン酸塩は、本来は電気抵抗が大きく、高融点
でもある。このリン酸塩を亜鉛系めっき鋼板のめっき層
表面に適度の厚さで付着させれば、めっき層の電気抵抗
が小さく、融点が低いというスポット溶接面での弱点が
補われ、厚目付けの場合も、優れたスポット溶接性が確
保される。このためには、リン酸塩の付着量を1.0g
/m 未満に制限する必要があり、1.0g/m 以上
では、電気抵抗が高くなりすぎ、溶接性がかえって悪化
する。逆に、0.2g/m 以下では、スポット溶接性
が充分に改善されず、プレス成形の際の潤滑膜としての
効果も小さい。また、0.2g/m 超1.0g/m
未満の付着量により、化成処理の際に緻密で均一な処理
被膜が形成される。これは、めっき層の表面に付着され
たリン酸塩がまばらに存在することによって化成処理の
際の結晶核になるためと考えられる。従って、リン酸塩
の付着量は0.2g/m 超1.0g/m 未満とし
た。
【0012】なお、亜鉛系めっき鋼板の化成処理性を高
めることを目的として、そのめっき鋼板の表面に5〜1
00mg/m (0.001〜0.1g/m )のリ
ン酸亜鉛を付着させる技術は特開昭63−45383号
公報に記載されているが、このような少量の付着量で
は、亜鉛系めっき鋼板が厚目付けの場合のスポット溶接
性及びプレス成形性は確保されない。
【0013】リン酸塩にLi,Na,K等のアルカリ金
属を含有させると、プレス成形性、スポット溶接性およ
び化成処理性が更に上がる。その理由は定かではない
が、例えば、アルカリ金属の添加によりリン酸塩被膜が
緻密かつ均一になることなどが考えられる。アルカリ金
属の効果は、リン酸塩処理液中にアルカリ金属を0.0
1g/リットル以上添加することで認められ、好ましく
は1g/リットル以上である。上限については、コスト
面から100g/リットルとする。このとき、リン酸塩
処理液のpHを2〜6に規定すると、アルカリ金属の添
加による効果が更に向上する。この理由は、生成したリ
ン酸塩皮膜が、このpH範囲内で、より緻密になるため
と考えられる。
【0014】なお、Zn−Al合金めっき鋼板にリン酸
亜鉛処理を行う場合に、アルカリ金属とフッ素の化合物
を処理液に添加する技術は特開昭60−204889号
公報に記載されているが、この技術は蓄積Alをフッ化
物と反応させて、そのAlを不溶性沈殿物として除去す
るものであり、厚目付けの亜鉛系めっき鋼板のプレス成
形性およびスポット溶接性を改善する本発明とは、構成
及び作用効果が相違する。この技術との無用な混同を避
けるために、本発明では対象亜鉛系めっき鋼板からZn
−Al合金めっき鋼板から除外した。
【0015】図1は、KPOを100g/リットル
加えたアルカリ金属添加のリン酸亜鉛処理液にHPO
を添加して、そのpHを変化させたときの、生成皮膜
の原子吸光光度法による分析結果を示す。pHが6以下
で生成皮膜のK/P(皮膜中のカリウム量とリン量の
比)が1近傍になり、6超とでは明らかに生成皮膜が異
なる。これは、化学式1で示されるリン酸の解離に関係
しており、図1の場合、pHが6以下のときはKH
が生成していると考えられる。
【0016】
【化1】 HPOの解離(25℃) HPO=HPO +H pK=2.15 HPO=HPO 2−+H pK=7.20 HPO 2−=PO 3−+H pK=12.35
【0017】リン酸塩被膜は、両面めっき鋼板の一方の
面に形成することもできる。片面めっき鋼板の場合は、
当然そのめっき面のみにリン酸塩被膜が形成される。
【0018】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。
【0019】目付量を60g/mとした厚目付けの両
面合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA60/60)および
両面電気亜鉛めっき鋼板(EG60/60)をアルカリ
脱脂後、その両面にリン酸亜鉛処理を行った。めっき鋼
板の板厚は0.8mm、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の合
金化度はFe9.1%である。リン酸亜鉛処理において
は、BT3300(日本パーカライジング社製)を30
g/リットルに調合し、浸漬温度35℃で、浸漬時間を
3〜30秒の範囲内で調整することにより、リン酸亜鉛
の付着量をコントロールした。また、一部のリン酸亜鉛
処理液には、アルカリ金属添加のために、LiHPO
,NaHPO,KHPOをそれぞれ20g/
リットル加えた。処理液のpHは3〜4とした。
【0020】リン酸亜鉛処理を終えためっき鋼板のプレ
ス成形性(表面潤滑性)、スポット溶接性および化成処
理性を調査した。プレス成形性(表面潤滑性)は、バウ
デン摩擦試験を表1の条件で行ない、摺動30回までの
最大摩擦係数を調査することで評価した。スポット溶接
性は、表2の条件でスポット溶接を繰り返したときの連
続打点性〔ナゲット径が(板厚の1/2乗)×4を下回
る打点数〕を調査することで評価した。化成処理性は、
PB−L3080(日本パーカライジング社製)による
化成処理をその標準条件で行った後、その結晶の大きさ
及びスケの有無をSEM観察し、またクロム酸溶解重量
法によりリン酸亜鉛付着量(C.W.)を測定すること
で評価した。結晶の評価基準は ◎ 結晶サイズ 〜3μm スケ無し ○ 〃 3 〜10μm 〃 △ 〃 10〜30μm 〃 × 〃 30〜 μm スケ有り とした。調査結果を表3および表4に示す。比較のため
に、薄目付け品(GA30/30およびEG20/2
0)の結果も示す。
【0021】
【表1】
【0022】
【表2】
【0023】
【表3】
【0024】
【表4】
【0025】めっき層表面に0.2g/m 超1.0g
/m 未満のリン酸塩を付着させた製品は、厚目付けで
あるにもかかわらず、薄目付け品に匹敵する優れた潤滑
性、スポット溶接性及び化成処理性を有し、アルカリ金
属の添加により、これらの性能が更に改善される。これ
に比して、リン酸塩の付着量が0.2g/m 以下のも
のは、潤滑性が劣るのは勿論のこと、スポット溶接性も
悪い。リン酸塩の付着量が1.0g/m 以上のもの
は、潤滑性のみが良好で、スポット溶接性および化成処
理性は悪い。このことから、0.2g/m 超1.0g
/m 未満のリン酸塩皮膜は、スポット溶接性改善の効
果のあることが分かる。また、リン酸塩の付着量を0.
2g/m 超1.0g/m 未満に抑えることで化成処
理性が改善されるのは、前述したように、リン酸塩がま
ばらに存在することによって化成処理の際の結晶核にな
るためである。リン酸塩の付着量が1.0g/m 以上
になると、今度は逆に化成処理の際に表面が殆ど溶解せ
ず、化成処理反応が起きにくくなって、化成処理結晶が
充分できなくなる。
【0026】次に、リン酸亜鉛処理液におけるアルカリ
金属量およびpHの各影響を、同様の試験により調査し
た結果について説明する。
【0027】リン酸亜鉛処理液のpH調整には、H
およびKOH,LiOH,NaOHを用いた。ま
た、処理液中のアリカリ金属量の調整は、KH
,LiHPO,NaHPOの添加により行
った。母材がGAの場合の調査結果を表5に、またEG
の場合の調査結果を表6に示す。表5および表6に見る
とおり、リン酸亜鉛処理液へのアルカリ金属の添加は、
特に、生成皮膜の摩擦係数低減に寄与する。しかし、処
理液のpHが2〜6の範囲に管理されていないと、処理
液中のアルカリ金属量が充分でも摩擦係数の低減効果が
小さく、化成処理性の改善効果も小さい。
【0028】
【表5】
【0029】
【表6】
【0030】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の亜鉛系めっき鋼板の製造方法は、厚目付けの亜鉛系め
っき鋼板に対して、優れたプレス成形性、スポット溶接
性および化成処理性を付与することができる。また、固
形潤滑剤を塗布した場合に問題となるような汚染の危険
を回避することができる。従って、自動車のボディの如
き量産品の素材の製造に特に適する。
【図面の簡単な説明】
【図1】リン酸亜鉛処理液のpHと生成皮膜のK/P
(皮膜中のカリウム量とリン量の比)との関係を示す図
表である。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Zn−Al合金めっき鋼板を除き、且つ
    目付け量が60g/m 以上である亜鉛系めっき鋼板の
    めっき層の表面を、アルカリ金属元素を0.01〜10
    0g/リットル含み、且つpHが2〜6のリン酸亜鉛
    理液により処理して、その表面に0.2g/m 超1.
    0g/m 未満のリン酸塩を析出させることを特徴とす
    る亜鉛系めっき鋼板の製造方法。
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