JP3135844B2 - 溶接性、耐食性に優れた自動車燃料タンク用防錆鋼板 - Google Patents

溶接性、耐食性に優れた自動車燃料タンク用防錆鋼板

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JP3135844B2 JP08201769A JP20176996A JP3135844B2 JP 3135844 B2 JP3135844 B2 JP 3135844B2 JP 08201769 A JP08201769 A JP 08201769A JP 20176996 A JP20176996 A JP 20176996A JP 3135844 B2 JP3135844 B2 JP 3135844B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の燃料タン
ク用鋼板として優れた溶接性、耐食性を兼備する防錆鋼
板に関する。
【0002】
【従来の技術】自動車の燃料タンクは、車体のデザイン
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溶接でき
る材料であることも重要である。
【0003】これら様々な特性を有する材料として、従
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。
【0004】このPbを使用しない自動車燃料タンク材
料の候補材の一つが、アルミ(Al−Si)めっき鋼板
である。アルミはその表面に安定な強化皮膜が形成され
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。しかしながらアルミめっき鋼板を燃料タンク
材料として使用する際の課題が幾つかある。その一つは
加工性で、アルミめっき鋼板は被覆層と鋼板の界面に生
成する非常に硬質なFe−Al−Siの金属間化合物層
(以下、合金層と称する)のため、この部分を起点とし
てめっき剥離やめっきのクラックを生じやすい。
【0005】この課題に対して本発明者らは特願平7−
329193号において、めっき後の冷却速度、再加熱
により解決できることを示した。もう一つの課題は溶接
性である。すなわちアルミ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が、めっき層のア
ルミが溶接の電極である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Al−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電極の寿命が劣るという課題があ
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記の溶接
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。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、アルミめ
っき鋼板の抵抗溶接性を改善するため種々検討を重ねた
結果、アルミめっき鋼板の表面に、ある特定厚みの樹脂
クロメート皮膜を施すことで溶接性が大幅に改善される
と言うことを知見し、本発明を行ったものである。すな
わち、鋼板に適正な樹脂クロメート皮膜を施すことで、
鋼板の接触抵抗値を高めて、鋼板−鋼板間の発熱を促進
してナゲット形成を容易にし、かつこの皮膜によりアル
ミめっき層とCu電極の反応を抑制して電極の寿命を増
大させることが可能となった。この処理はスポット溶
接、シーム溶接等の抵抗溶接一般に対して効果がある。
表面処理鋼板の後処理としては、無機系のクロメート処
理、リン酸塩処理、有機塗装、酸化処理等種々の処理が
考えられるが、本発明による樹脂クロメート皮膜を有す
るアルミめっき鋼板は、他の処理に比べて際だって優れ
た連続打点性を有する。
【0008】その機構は未だ不明確ではあるが、単なる
樹脂塗布による接触抵抗増大以外の、Crの効果がある
ものと推定している。樹脂クロメート処理はCrを水溶
液として供給するもので、塗膜中のCrの分布が均一に
なっており、このことも溶接性向上に寄与していると考
えられる。また標準的な有機塗装処理である、クロメー
ト処理後の樹脂塗装処理に比べて、一工程で処理が可能
なため、コスト上も有利な処理である。さらには低温で
硬化可能な樹脂を使用することにより、特別な乾燥炉を
必要とせず、従来のクロメート処理設備で処理可能であ
るという利点も有する。
【0009】本発明の要旨とするところは、重量%でS
i:2〜13%を含有し、付着量が片面当り50g/m
2 以下である溶融アルミめっき鋼板の片面または両面
に、膜厚が0.1〜2μmである樹脂クロメート皮膜を
有することを特徴とする溶接性、耐食性に優れた燃料タ
ンク用防錆鋼板である。
【0010】以下本発明を詳細に説明する。まずめっき
層の限定理由を説明する。めっき被覆層中のSi添加量
であるが、この元素は通常合金層を薄くする目的から1
0%程度添加されている。前述したように溶融アルミめ
っきで生成する合金層は非常に硬質で、かつ脆性である
ために破壊の起点となりやすく、鋼板自体の延性をも阻
害する。通常の2〜3μm程度の合金層でも鋼板延性は
3ポイント程度低下する。従ってこの合金層は薄ければ
薄いほど加工に対して有利に働く。Siは2%以上添加
しないとこの合金層低減の効果が薄く、また13%を超
えるとその効果が飽和することに加えてSiが電気化学
的にカソードとなりやすいことからSi量の増加はめっ
き層の耐食性劣化につながる。このためSi量は2〜1
3%に限定する。
【0011】また一般的にめっき付着量が増大すると耐
食性は向上するが、めっき密着性、溶接性は低下する。
種々の溶接を必要とする燃料タンク材に溶融アルミめっ
き鋼板を適用する場合においては、溶接性の確保が重要
であることから付着量の上限を片面50g/m2 とす
る。望ましくは片面40g/m2 以下である。アルミめ
っきのそれ以外の条件については特に限定するものでは
ない。しかし合金層厚みは前述したように薄い方が好ま
しい。
【0012】本発明においては、めっきの後工程で樹脂
クロメート処理を行うものとする。本処理は主として溶
接性を目的としたものであるが、樹脂クロメートは潤滑
性を有するため、加工性も向上する利点もある。樹脂ク
ロメートの限定理由であるが、樹脂クロメート中にはそ
の他に耐食性向上の目的からシリカ、クロメートの黄色
さを低下させる目的からリン酸等を添加することが可能
である。
【0013】樹脂クロメート皮膜の膜厚は、0.1〜2
μmに限定する。0.1μm以下では樹脂として健全な
膜を形成することが不可能で、一方2μmを超える皮膜
では、抵抗値が増大しすぎて電極と鋼板、あるいは鋼板
と鋼板の導通が妨げられて溶接自体が不可能となるため
である。樹脂クロメート処理は、片面あるいは両面に塗
布することが可能であるが、最適膜厚は片面、両面若干
異なる。一般的に溶接時の発熱量は重ねた鋼板間の接触
抵抗に依存するため、両面に1μm以上の樹脂クロメー
ト処理を行うと、鋼板間には2μm以上の樹脂クロメー
ト皮膜が存在することになり、やはり鋼板間の導通を妨
げる。従って両面塗装の際には、1μm以下の皮膜であ
ることが望ましく、片面の場合には重ねたときの樹脂面
が内側と外側になるように使用することが望ましい。
【0014】本発明において樹脂クロメート皮膜の組成
は特に定めないが、樹脂/クロムの硬化後重量比率が異
なると皮膜の性能は変化する。例えば樹脂/クロムが小
さいと、適正な接触抵抗値が得られずに溶接性に劣る傾
向がある。一方樹脂/クロムが大きいと、耐食性が劣
り、また溶接性もやや劣化する。従って樹脂/クロムの
硬化後重量比率値は2〜16程度が好ましい。
【0015】本発明において使用可能な樹脂は、例えば
アクリル酸または/及びメタアクリル酸エステル、カル
ボン酸ビニルエステル、ビニルエーテル、スチレン、ア
クリルアミド、アクリロニトリル、ハロゲン化ビニルな
どのエチレン系不飽和化合物及びエポキシ、ウレタン、
ポリエステル等がある。前述したように、これらの中で
もとりわけ従来のクロメート設備を使用するような場合
には低温焼付けの可能なエマルジョンタイプの樹脂が望
ましい。また樹脂中に例えば少量の潤滑剤、防錆顔料等
を添加することは何ら本発明の趣旨を損なうものではな
い。
【0016】溶融アルミめっき鋼板の後処理としては、
樹脂クロメート以外に、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。使用するめっき原板の組成も
特に限定するものではない。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。
【0017】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600℃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。
【0018】次に実施例により本発明をさらに詳細に説
明する。
【実施例】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、冷延工程を行い、冷延鋼板(板厚0.8mm)を
得た。これを材料として、溶融アルミめっきを行った。
溶融アルミめっきは無酸化炉−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
660℃とし、めっき浴組成としては基本的にAl−2
%Feとし、これにSiを添加した。この浴中のFeは
浴中のめっき機器やストリップから供給されるものであ
る。こうして製造したアルミめっき鋼板に表2に示す浴
を標準組成として樹脂クロメート処理を行った。同時に
表2中の(樹脂量+クロム酸量)を一定にして、樹脂/
クロム酸を変化させた浴も使用した。膜厚はリンガーロ
ールによって調節し、80℃の温風にて乾燥、製膜を行
った。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は下記に示した方法に
より、めっき条件と性能評価結果を表3及び表4に示
す。
【0019】
【表1】
【0020】
【表2】
【0021】(1)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。
【標準基準】
〇:成形可能で、めっき層の欠陥無し △:成形可能で、めっき層に僅かに疵発生 ×:成形可能で、めっき層に剥離発生
【0022】(2)溶接性評価 下記に示す溶接条件でスポット溶接を行い、ナゲット系
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内側と外側
となるようにして評価した。
【溶接条件】
溶接電流:10KA 加圧力:200kg 溶接時
間:12サイクル 電極径:6mm
【評価基準】
〇:連続打点1200点超 △:連続打点400〜1200点 ×:連続打点400点未満
【0023】(3)耐食性評価 ガソリンに対する耐食性を評価した。方法は油圧成型試
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。
【試験条件】
試験液:ガソリン+蒸留水10%+蟻酸200ppm 試験期間:40℃で3ケ月放置
【評価基準】
〇:赤錆発生0.1%未満 △:赤錆発生0.1〜5%または白錆発生有り ×:赤錆発生5%超または白錆顕著
【0024】表4に示すように、めっき中のSiが少な
すぎると(比較例23)合金層が成長しすぎて加工時に
めっき剥離が発生する。また逆にSiが多すぎると(比
較例24)、耐食性が劣化する。またアルミめっきの付
着量が多すぎると(比較例25)、溶接部が劣化する。
皮膜厚が薄すぎても(比較例26)、また厚すぎても
(比較例27,28)、良好な溶接性は得られない。め
っき組成、付着量、良好な樹脂クロメート条件で製造し
たときには、プレス加工性、溶接性、外観、耐食性全て
に優れた溶融アルミめっき鋼板が得られる。但し樹脂/
クロムが低いとき、及び高いときには(実施例19,2
2)、溶接性にやや劣り、樹脂/クロムを適正な値にす
ることが望ましい。
【0025】
【表3】
【0026】
【表4】
【0027】
【発明の効果】本発明は、自動車燃料タンク材料として
必要な耐食性、プレス加工性を兼備し、かつこれまでの
課題であった溶接性も獲得した溶融アルミめっき鋼板を
提供するもので、今後Pb系材料が環境問題で使用が困
難となったときの新しい燃料タンク材として非常に有望
であり産業上の寄与も大きい。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 伸義 福岡県北九州市戸畑区飛幡町1番1号 新日本製鐵株式会社 八幡製鐵所内 (56)参考文献 特開 平9−235661(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 28/00 B05D 7/14 B32B 15/08 C23C 2/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%でSi:2〜13%を含有し、付
    着量が片面当り50g/m2 以下である溶融アルミめっ
    き鋼板の片面または両面に、膜厚が0.1〜2μmであ
    る樹脂クロメート皮膜を有することを特徴とする溶接
    性、耐食性に優れた燃料タンク用防錆鋼板。
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