JP3002445B1 - 接合特性に優れた自動車燃料タンク用溶融Sn系めっき鋼板 - Google Patents
接合特性に優れた自動車燃料タンク用溶融Sn系めっき鋼板Info
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Abstract
に優れた自動車燃料タンク用溶融Sn系めっき鋼板を得
る。 【解決手段】 鋼板間の接触抵抗値が0.1〜8mΩで
ある溶融Sn系めっき鋼板。さらに、有効発熱比が0.
2以上である溶融Sn系めっき鋼板。
Description
特に抵抗溶接性、半田、ロウ付け性に優れ、従って自動
車生産ラインにおいて、高い連続生産性を実現する自動
車燃料タンク材料を提供するものである。
に合わせて最後に設計されることが通常で、その形状は
近年益々複雑になる傾向にある。また燃料タンクは自動
車の重要保安部品であるため、その使用材料には、優れ
た深絞り特性は勿論のこと、成型後の衝撃による割れが
無いことも要求される。これに加えて、フィルター目詰
まりに繋がるような腐食生成物の生成が無く、孔あき腐
食の懸念の無い材料で、しかも容易に安定して接合でき
る材料であることも重要である。
来よりターンシートと称されるPb−Sn合金めっき鋼
板(特公昭57−61833号公報)が主に使用されて
きた。この材料はガソリンに対して安定な化学的性質を
持ち、かつめっきが潤滑性に優れるためプレス成形性に
優れ、またスポット溶接やシーム溶接性、半田性にも優
れている。これ以外にも亜鉛めっき鋼板に厚クロメート
処理を施した鋼板も使用されており、Pb−Sn合金程
ではないが、やはり優れた加工性、耐食性、接合性を有
している。しかし近年環境への負荷という意味からPb
を使用しない材料が希求されている。
料の候補材の一つとして、Sn系めっき鋼板がある。S
nは表面に安定な酸化皮膜が形成されるため、ガソリン
を始めとして、アルコールやガソリン等が劣化したとき
に生じる有機酸に対しても耐食性が良好である。また、
Pbと同様、軟質な金属であり、加工時に潤滑作用を有
することも知られている。その一方、Snは一般の環境
ではFeよりも貴な電位にあり、ピンホールや加工疵等
から地鉄が溶出しやすいという欠点を有している。本発
明者らは、この課題を適正量のZn添加により解決した
(特開平8−269733号公報)。
やパイプを接合する必要や、燃料の漏れの無いよう、周
囲をシーム溶接する必要があり、材料側には良好で、連
続生産を妨げない安定した接合性が要求される。ところ
が、Sn系めっき鋼板は、スポット溶接やシーム溶接等
の抵抗溶接は可能であるものの、めっき層のSnが溶接
電極であるCuと合金化しやすいという性質を有するた
めに、電極先端がSn−Cu系金属間化合物に転化して
いき、この金属間化合物は脆性であるため次第に欠損し
ていって十分な発熱が得られなくなり、電極の寿命が劣
るという課題があった。この課題は特にスポット溶接時
に顕著となるもので、スポット溶接時の電極寿命が極端
に短くなっていた。
性の課題を解決することで、Pbを使用せず、有機物環
境における優れた耐食性を備える、新しい燃料タンク用
防錆鋼板を提供するものである。
性、半田、ロウ付け性に及ぼす材料側の諸因子について
詳細に検討し、表面の接触抵抗値を適正に制御すること
で、良好な抵抗溶接性、半田、ロウ付け性を得られるこ
とを知見した。更にこの接触抵抗値を達成するための適
正なめっき表面粗度、表面皮膜量を見出した。更に、鋼
板−鋼板間で有効に発熱することが、連続溶接性に大き
く寄与することも明らかにし、本発明を完成させたもの
である。
用され、溶接電極もCuであるが、缶用材料の場合に
は、スポット溶接ではなくシーム溶接であるうえ、板厚
が薄く、また鍛接状態の接合であるため、溶接に必要な
熱量は非常に小さい。かつSnの付着量も非常に小さい
ため、このような問題は生じない。自動車燃料タンクと
いうような、高い防錆力と強度を求められる用途におい
て、板厚、めっき付着量を高くする必要があり、かつス
ポット溶接を多用するような用途であるため、電極材料
と反応しやすいSn系めっきにおいては、電極とSnと
の反応という問題が生じる。
っき後の表面粗度の制御が抵抗溶接性に対して重要であ
ることを知見した。一般に、表面処理鋼板の接触抵抗値
は最表面の酸化皮膜、あるいは化成皮膜等の後処理皮膜
に依存する。しかしめっき層の表面粗度が過大である
と、その接触抵抗に寄与する表面皮膜の生成が不均一に
なる、あるいは板−板間の凸部同士が接触するとその個
所の表面皮膜が破壊され、十分な発熱が得られなくなる
等により、抵抗溶接性が大きく低下する。
定義される有効発熱比が高いほど、抵抗溶接性に優れる
との知見も得た。これは溶接のナゲットは板−板間の発
熱で生成し、電極損耗は電極−板間の発熱で生成するた
め、鋼板間の抵抗値の比率が高いほどナゲット形成に対
して有効に働くものと考えられる。本発明はこのような
知見に基づくもので、その要旨とするところは、次のよ
うなものである。
み、12.6kgf/mm2 の面圧をかけたときの電極
間の接触抵抗値が0.1〜8mΩであることを特徴とす
る、抵抗溶接性に優れた自動車燃料タンク用溶融Sn系
めっき鋼板。 (2)接触抵抗値が0.1〜3mΩであることを特徴と
する前記(1)記載の抵抗溶接性と半田、ロウ付け性に
優れた自動車燃料タンク用溶融Sn系めっき鋼板。
で、かつ鋼板表面に化成処理または/および樹脂皮膜を
片面当たり合計で2g/m2 以下有することを特徴とす
る、前記(1)に記載の抵抗溶接性に優れた自動車燃料
タンク用溶融Sn系めっき鋼板。(4) 下記の式で定義する有効発熱比が0.2以上であ
ることを特徴とする、前記(1)または(3)に記載の
抵抗溶接性に優れた燃料タンク用溶融Sn系めっき鋼
板。 有効発熱比=板−板間接触抵抗/全接触抵抗
有し、その付着量が金属Cr換算で10〜100mg/
m2 であることを特徴とする、前記(3)に記載の抵抗
溶接性に優れた燃料タンク用溶融Sn系めっき鋼板。 (6)めっき付着量が片面当たり10〜70g/m2 で
あることを特徴とする、前記(1)〜(5)に記載の溶
接特性に優れた燃料タンク用溶融Sn系めっき鋼板。 (7)Sn系めっき層中のZn量が1〜40%であるこ
とを特徴とする、前記(1)〜(6)に記載の溶接特性
に優れた燃料タンク用溶融Sn−Zn系めっき鋼板にあ
る。
抗値の限定理由を説明する。先述したように、燃料タン
ク材という用途で、Sn系めっきを使用した際には、特
にスポット溶接の電極寿命に対して接触抵抗の制御が非
常に重要となる。接触抵抗値の測定は、測定条件によっ
てかなり異なってくるため、本発明においては、4mm
φ、フラット電極を使用し、加圧158kgf(面圧1
2.6kgf/mm2 )とした。これはスポット溶接に
おいて、CF電極4.5mmφで加圧200kgfに相
当する条件である。この条件で測定したときの接触抵抗
が0.1mΩ未満であると、めっき中のSnと電極のC
uが容易に合金化し、電極が鋼板に溶着しやすい。
熱が大きすぎて電極とめっき中Snの反応がやはり起こ
りやすくなる。抵抗溶接性という観点からは、接触抵抗
値は0.1〜8mΩが望ましいが、燃料タンク材として
要求される接合特性としてもう一つ、半田、ロウ付け性
がある。半田とロウの定義はやや曖昧であるが、ここで
は融点450℃以上の金属をロウ、融点がそれ以下の金
属を半田と称する。この特性にも同じく接触抵抗値が大
きく影響する。
抵抗値は小さいほうが望ましく、接触抵抗値が3mΩ超
であると、半田、ロウ付け性が大きく阻害される。そこ
で本発明において、抵抗溶接性を求めるときには接触抵
抗値を0.1〜8mΩとし、抵抗溶接性と半田、ロウ付
け性を両立させるときには、接触抵抗値を0.1〜3m
Ωとすることが望ましい。
Sn系めっき鋼板においては、表面粗度と最表面の皮膜
厚みとがある。表面粗度がRMSで2μm超であると、
表面皮膜の厚みにムラが出来、局部発熱となりやすくな
り、抵抗溶接性に劣る。抵抗溶接性からは低いほうが好
ましく、下限は特に設けない。このとき、表面粗度の指
標としてはRMSを使用するものとする。これはこの指
標を用いたときに最も粗度と溶接性の関係に相関が強く
なるためである。RMSは自乗平均粗さを意味し、ある
区間の粗さ曲線の自乗の積分値を区間長さで除し、平方
根をとったものである。表面粗度の制御はめっき条件、
めっき後の冷却条件、調質圧延等によるものとする。
寄与する何らかの皮膜を付与するものとする。これらは
酸化皮膜、水酸化皮膜、陽極酸化皮膜、化成皮膜、有機
樹脂皮膜等であるが、本発明においては特にその種類及
び製造法を限定するものではない。但し、工業的によく
利用されているのはクロメートに代表される化成皮膜、
あるいは有機樹脂皮膜である。この皮膜量を合計で片面
2g/m2 以下とする。そして、皮膜量と表面粗度との
組合せ効果により抵抗溶接性、半田、ロウ付け性が確保
される。処理の仕方として、片面処理、両面均一処理、
両面不均一処理がありうるが、本発明においては、特に
規定せずどのような処理も可能である。
ず、有効発熱比の定義は前述したとおりである。この値
が0.2未満であると、鋼板−鋼板界面よりも、電極−
鋼板間で発熱しやすく、電極と鋼板の反応は促進され、
連続溶接性に劣る。有効発熱比を制御する因子としては
接触抵抗値の場合と同様に表面粗度と最表面の皮膜厚み
が有する。
ト処理があり、耐食性、溶接性等のバランスのとれた処
理である。この処理を適用する場合には、その付着量を
金属Cr換算で10〜100mg/m2 とする。10m
g/m2 以下では、処理量が不十分で、Sn系めっきの
表面粗度が十分低くても、狙いとする接触抵抗値を得る
ことが困難であり望ましくない。また100mg/m2
超の処理は、外観が黄色くなりやすいこと、接触抵抗値
が過大になりやすいことから、望ましくない。クロメー
ト皮膜の種類として、塗布型、電解型、反応型等あり、
クロメートの組成も無機成分のみのタイプや樹脂を多量
に含有するタイプ等あるが、これらについては特に限定
するものではない。
〜70g/m2 であることが望ましい。一般に、めっき
付着量が増大するほど、電極との反応物質が多いことを
意味し、溶接性は劣化する傾向にある。その一方で、耐
食性はめっき付着量が多いほど有利に働くため、両特性
を満足する付着量は限られる。更に、本発明は、溶融法
によるめっきを前提としているが、溶融めっき法におい
て、極端に薄目付けとすることは困難である。従って望
ましい付着量として、十分な耐食性が得られず、また安
定して外観の優れためっきを行うことも困難になるた
め、付着量の下限は10g/m2 が、また溶接性が劣化
するため上限は70g/m2 が望ましい。
発明は、Sn系めっきとするが、前記した理由によりめ
っき層中にZnを添加することが好ましい。Snは前述
したように、耐食性に優れる金属であるが、母材の鋼板
に対する犠牲防食能がないため、ピンホール等の欠陥、
カジリ等の加工疵から母材の腐食が進展する懸念があ
る。Snめっき中にZnを添加することで、Snに起因
する高い耐食性に加え、犠牲防食能を付与することが可
能で、総合的に極めて高い耐食性を発揮することが可能
となる。
添加量が1%以上必要であり、また多量のZnが存在す
るとZnの偏析が起こりやすく、Znの優先腐食とこれ
による腐食生成物形成という問題が生じる。この理由か
ら、Zn濃度の上限は40%が望ましい。他の成分につ
いては、特に限定するものではない。不純物元素とし
て、微量のFe,Ni等がありうる。また必要に応じ、
Mg,Al,ミッシュメタル,Sb等を添加しても構わ
ない。
ものではない。しかし高度な加工性を要求される部位だ
けに、加工性に優れたIF鋼の適用が望ましく、さらに
は溶接後の溶接気密性、二次加工性等を確保するために
Bを数ppm添加した鋼板が望ましい。また鋼板の製造
法としては通常の方法によるものとする。鋼成分は例え
ば転炉−真空脱ガス処理により調節されて溶製され、鋼
片は連続鋳造法等で製造され、熱間圧延される。熱間圧
延、またそれに続く冷間圧延の条件は鋼板の深絞り性に
影響を与える。特に優れた深絞り性を付与するには、熱
延時の加熱温度を1150℃程度と低めに、また熱延の
仕上げ温度は800℃程度と低めに、巻き取り温度は6
00℃以上と高めに、冷延の圧下率は80%程度と高め
にすると良い。
するものではない。Sn系めっきの前処理として、Ni
等のプレめっきを施すことも可能である。また、溶融め
っき方法として大きくフラックス法と、ゼンジマー法が
あるが、どちらの製造法でも製造可能である。さらに、
めっき後の後処理として、クロメート等の化成処理、有
機樹脂被覆以外に、溶融めっき後の外観均一化処理であ
るゼロスパングル処理、めっきの改質処理である焼鈍処
理、表面状態、材質の調整のための調質圧延等があり得
るが、本発明においては特にこれらを限定せず、適用す
ることも可能である。
明する。 (実施例1)表1に示す成分の鋼を通常の転炉−真空脱
ガス処理により溶製し、鋼片とした後、通常の条件で熱
間圧延、冷間圧延、連続焼鈍工程を行い、焼鈍鋼板(板
厚0.8mm)を得た。この鋼板の一部にワット浴でN
iめっきを1g/m2 施した後、フラックス法でSn−
Znめっきを行った。フラックスはZnCl2 水溶液を
ロール塗布して使用し、Znの組成は0〜60%まで変
更した。浴温は280℃とし、めっき後エアワイピング
によりめっき付着量を調整した。こうして製造しためっ
き鋼板を種々の粗度を有するロールで調質圧延して表面
粗度を調節した。この鋼板に数種類の後処理を施した。
後処理の種類と組成を表2に示す。
し、その付着量の表示方法は、以下のようにした。 クロメート皮膜:金属Cr量をg/m2 で表示 化成処理A;シリカ量をg/m2 で表示 化成処理B,樹脂皮膜:皮膜の全体量をg/m2 で表
示 2層皮膜:それぞれの層ごとに〜に示す方法で、
上層/下層の順に表示これらの燃料タンクとしての性能
を評価した。このときの評価方法は下に記述した方法に
よった。めっき条件と性能評価結果を表3に示す。
を加圧したときの電極間の電気抵抗を測定し、接触抵抗
値とした。また、同時に鋼板−鋼板間の電気抵抗も測定
し、鋼板−鋼板間抵抗/全抵抗により、有効発熱比を算
出した。鋼板の端子を接続する部分はめっき、後処理皮
膜を研削し、n=5の平均値をそれぞれ求めた。
た。表示は表裏の平均値とした。 (3)プレス加工性評価 油圧成形試験機により、直径50mmの円筒ポンチを用
いて、絞り比2.3で成形試験を行った。このときのシ
ワ抑え圧は500kgで行い、成形性の評価は次の指標
によった。
が4√tを切った時点までの連続打点数を評価した。片
面塗装の際には、重ね合わせたときに樹脂面が片方の鋼
板は内側、もう片方は外側となるようにして評価した。
し、フラックスはZnCl2 水溶液系のものを使用し
た。一定量の半田をフラックスに浸漬し、取り出した後
試験片上に乗せ、加熱したPbの上に静かに正置して加
熱した。一定時間経過後、試験片を引き上げ、面像解析
装置にて半田広がり面積を測定した。
験機により、フランジ幅20mm、直径50mm、深さ
25mmの平底円筒絞り加工した試料に、試験液を入れ
て、シリコンゴム製リングを介してガラスで蓋をした。
この試験後の腐食状況を目視観察した。なお片面処理材
の試験面は処理面とした。
っきの場合、赤錆を発生しやすく、耐食性にやや劣る。
番号11のようにZn量が多すぎても、Znに起因する
白錆を発生しやすくなる。また番号15のように付着量
が厚い場合には、抵抗溶接性がやや劣化する。番号16
のように、クロメート付着量が少ない場合もやや溶接性
に劣り、逆に番号27〜31,33のように接触抵抗が
大きく、有効発熱比が高い場合には、抵抗溶接性に特に
優れるが、反面半田性にはやや劣る。これ以外の条件で
は、いずれの特性も優れている。一方番号39〜41の
ように、表面粗度が大きい場合には化成処理の量によら
ず、接触抵抗値が低く、有効発熱比も小さくなる。この
ような時には、抵抗溶接性が劣化する。また番号38の
ように、めっき表層の皮膜量が多すぎるときにも、接触
抵抗値が過大になり、電極と鋼板が溶着しやすくなり、
やはり溶接性に劣る。
の冷延鋼板を材料として、ゼンジマー方式の溶融Sn−
8%Znめっきを行った。溶融Sn−Znめっきは無酸
化炉−還元炉タイプのラインを使用し、焼鈍もこの溶融
めっきライン内で行った。焼鈍温度は800〜850℃
とした。めっき後ガスワイピング法でめっき付着量を調
節した。この際のめっき温度は280℃とした。こうし
て製造したSn−Znめっき鋼板に調質圧延を施して、
表面粗度を調整した。更に、表2の符号α,εの後処理
皮膜を施した。こうして製造した鋼板の燃料タンクとし
ての性能を評価した。このときの評価方法も実施例1の
それと同じである。試料明細と性能評価結果を表4に示
す。
熱比が高い場合には、抵抗溶接性に特に優れるが、反面
半田性にはやや劣る。これ以外の条件では、いずれの特
性も優れている。一方番号10のように、表面粗度が大
きい場合には接触抵抗値が低く、有効発熱比も小さくな
り、抵抗溶接性が劣化する。また番号11のように、め
っき表層の皮膜量が多すぎるときにも、接触抵抗値が過
大になり、電極と鋼板が溶着しやすくなり、やはり溶接
性に劣る。
食性に優れ、更に抵抗溶接性、半田性等の接合特性にも
優れた自動車燃料タンク用材料を提供するものである。
この材料は、実用上の作業性に優れるため、燃料タンク
製造上の効率を向上させるもので、産業上の寄与は大き
い。
Claims (7)
- 【請求項1】 鋼板を2枚重ね、一対の電極で挟み、1
2.6kgf/mm2 の面圧をかけたときの電極間の接
触抵抗値が0.1〜8mΩであることを特徴とする、抵
抗溶接性に優れた自動車燃料タンク用溶融Sn系めっき
鋼板。 - 【請求項2】 接触抵抗値が0.1〜3mΩであること
を特徴とする請求項1記載の抵抗溶接性と半田、ロウ付
け性に優れた自動車燃料タンク用溶融Sn系めっき鋼
板。 - 【請求項3】 鋼板の表面粗度がRMS2μm以下で、
かつ鋼板表面に化成処理または/および樹脂皮膜を片面
当たり合計で2g/m2 以下有することを特徴とする、
請求項1に記載の抵抗溶接性に優れた自動車燃料タンク
用溶融Sn系めっき鋼板。 - 【請求項4】 下記の式で定義する有効発熱比が0.2
以上であることを特徴とする、請求項1または3に記載
の抵抗溶接性に優れた燃料タンク用溶融Sn系めっき鋼
板。 有効発熱比=板−板間接触抵抗/全接触抵抗 - 【請求項5】 めっき表面の処理皮膜中にCrを含有
し、その付着量が金属Cr換算で10〜100mg/m
2 であることを特徴とする、請求項3に記載の抵抗溶接
性に優れた燃料タンク用Sn系めっき鋼板。 - 【請求項6】 めっき付着量が片面当たり10〜70g
/m2 であることを特徴とする、請求項1〜5に記載の
溶接特性に優れた燃料タンク用溶融Sn系めっき鋼板。 - 【請求項7】 Sn系めっき層中のZn量が1〜40%
であることを特徴とする、請求項1〜6に記載の溶接特
性に優れた燃料タンク用溶融Sn−Zn系めっき鋼板。
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- 1998-07-10 JP JP19535798A patent/JP3002445B1/ja not_active Expired - Fee Related
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