JP3139325B2 - レーザ溶接性に優れたZn−Ni系合金めっき鋼板 - Google Patents

レーザ溶接性に優れたZn−Ni系合金めっき鋼板

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JP3139325B2 JP07097758A JP9775895A JP3139325B2 JP 3139325 B2 JP3139325 B2 JP 3139325B2 JP 07097758 A JP07097758 A JP 07097758A JP 9775895 A JP9775895 A JP 9775895A JP 3139325 B2 JP3139325 B2 JP 3139325B2
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    • B23K2103/00Materials to be soldered, welded or cut
    • B23K2103/02Iron or ferrous alloys
    • B23K2103/04Steel or steel alloys

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ重ね溶接性に優
れたZn−Ni系合金めっき鋼板、特に自動車用防錆鋼
板として好適なZn−Ni系合金めっき鋼板に関する。
【0002】
【従来の技術】従来から自動車用の表面処理鋼板として
Znめっき鋼板が用いられているが、Znめっき鋼板は
Znの腐食速度が比較的速いため、長時間の防錆効果を
期待するには厚目付のめっきが必要となる。そこで、Z
nめっき層の活性を抑制するために、Znめっき中にN
iまたはFeを添加して合金化させたZn−Ni合金め
っき鋼板またはZn−Fe合金めっき鋼板が実用化さ
れ、特にZn−Ni合金電気めっき鋼板は、有機複合皮
膜で被覆した場合に非常に優れた耐食性が得られるた
め、広く使用されている。
【0003】しかし、これら従来の表面処理鋼板のめっ
き層はいずれもZn系であるために、総じて溶接性が劣
るという問題がある。Zn系めっき層による溶接性の低
下という問題は従来より種々議論されているが、その主
たるものは以下の通りである。まず、スポット溶接性に
関しては、めっき層中のZnが現在電極として多用され
ているCuと合金を形成し易いため、電極表層部に形成
された脆い合金層の離脱により電極の損耗が激しく、ド
レッシングなしで連続して溶接可能な打点数(連続打点
数)が冷延鋼板に比べて低いという欠点がある。またア
ーク溶接に関しては、アーク熱によりめっき層から多量
の亜鉛蒸気が発生し、これが溶接金属内に閉じ込められ
ること等に起因して、ビード内にブローホールやビード
表面がへこんだり或いはビードを貫通する欠陥(ピット
と呼ばれる欠陥)が多数発生し、ビードの荒れが悪化す
ることが知られている。
【0004】そして、レーザ重ね溶接の場合にもこのよ
うなビードの荒れが生じ、これを効果的に抑えることは
困難であった。このレーザ溶接におけるビードの荒れの
現象を図1に基づいて説明すると、図1(a)に示すよ
うにレーザ溶接はレーザビーム5によるキーホール溶接
であるが、溶接時にZn系めっき鋼板1a,1bの重ね
部のめっき層2a,2bから低融点・低沸点の亜鉛が激
しく蒸発する。そして、この亜鉛蒸気の圧力により溶融
池3で溶融している鋼がスパッタ4として吹き飛ばされ
たり或いは溶鋼中に亜鉛蒸気が浸入することにより、図
1(b)に示すようにビード6に多数のブローホール7
やピットを発生させることになる。したがって、レーザ
溶接法によるZn系めっき鋼板の重ね溶接はビードの欠
陥が多く、一般には適用できないものとされていた。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このようなレーザ溶接
における問題を解決するため、特開平4−231190
号では前処理工程で予めZn系めっきを加熱除去した
後、レーザ重ね溶接を行う方法が、また、特開平3−1
65994号では予めめっき鋼板の重ね面にレーザを吸
収する材料を塗布しておく方法が開示されているが、い
ずれの方法も工程が2つ以上必要であり、生産性及びコ
スト面での実用性に欠けている。したがって本発明の目
的は、特別な工程を経ることなくそのままレーザ溶接し
た場合にも、溶接欠陥が少なく且つ溶接部外観の優れた
Zn−Ni系合金めっき鋼板を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、レーザ溶
接による重ね溶接継手部の機械的特性及び溶接部外観性
が優れたZn−Ni系合金めっき鋼板を得るために種々
の実験を行った結果、鋼板板厚tとZn−Ni系合金め
っき層のめっき付着量Mとの比を特定の範囲に限定する
ことにより、溶接欠陥が少なく且つ溶接部外観の優れた
Zn−Ni系合金めっき鋼板が得られることを見い出し
た。本発明はこのような知見に基づきなされたもので、
その特徴とするところは、Zn−Ni系合金めっき層を
有し、該Zn−Ni系合金めっき層の片面当りのめっき
付着量をM(g/m2)、鋼板板厚をt(mm)とした
時、M≦25t,M≧5を満足する、レーザ溶接性に優
れたZn−Ni系合金めっき鋼板である。
【0007】
【作用】以下、本発明の詳細と限定理由を説明する。本
発明では、Zn−Ni系合金めっき鋼板のレーザ溶接性
の良否を、溶接継手部の強度と溶接部の外観性の面で評
価した。溶接継手部の強度は外部荷重を負担するという
面で溶接部に必須の条件であり、また、溶接部の外観性
は気密性の確保と製品外観の美麗さという面で重要であ
る。本発明者らが行った実験を以下に示す。板厚0.8
〜2.3mmの鋼板の片面または両面に、片面当り80
g/m2以下のめっき付着量でZn−Ni系合金めっき
を施し、このめっき鋼板をめっき面がどうしが重ね合わ
さるように2枚密着して重ね、この重ね部を出力3kW
でレーザ溶接した。また、比較のため非めっき鋼板につ
いても同様の条件でレーザ重ね溶接した。溶接後、溶接
部に内在するブローホール欠陥をX線透過試験法により
調べ、溶接長1m当たりのブローホール個数を計数し
た。また溶接継手部の強度については、図2に示す引張
剪断試験片の引張強度を測定した。溶接部の外観性につ
いては、ピットと呼ばれる溶接部の凹み及び溶接部を貫
通する欠陥の溶接長1m当たりの個数を目視で計数する
ことにより評価した。
【0008】図3および図4は、板厚0.8mm、めっ
き付着量0〜40g/m2の供試材について調べたブロ
ーホール発生個数、継手強度(非めっき鋼板の溶接継手
強度との強度比)及びピット発生個数を示している。こ
れによれば、ブローホール発生個数はめっき付着量の増
加とともにほぼ直線的に増加し、同時に継手強度も低下
するが、めっき付着量が20g/m2以下の供試材では
非めっき鋼板の略80%以上という優れた継手強度が得
られている。この結果から、Zn−Ni系めっき層が存
在するとレーザ溶接によってブローホールが発生するも
のの、めっき付着量が20g/m2以下であればその寸
法が0.2mm程度と小さいため、継手強度の低下が少
なかったものと推定される。
【0009】一方、めっき付着量が20g/m2を超え
ると継手強度が大幅に低下するという結果が得られた。
継手強度の低下は、ブローホールの増加もさることなが
ら、ピットの発生に深く関係していると考えられる。こ
れは、めっき付着量が20g/m2以下ではピットは皆
無であるが、20g/m2を超えるとピットが発生して
いるからである。図5および図6は、板厚2.3mm、
めっき付着量0〜80g/m2の供試材について調べた
ブローホール発生個数、継手強度(非めっき鋼板の溶接
継手強度との強度比)及びピット発生個数を示してい
る。これによれば、めっき付着量の増加とともにブロー
ホール発生個数は増加し、同時に継手強度も低下する
が、めっき付着量が57g/m2以下の供試材では非め
っき鋼板の略80%以上という優れた継手強度が得られ
ている。しかし、めっき付着量が57g/m2を超える
と、ピットの発生とともに継手強度が大幅に低下する結
果が得られた。
【0010】図7は、図3〜図6で得られたデータも含
め、めっき付着量M(g/m2)と鋼板板厚t(mm)
との比M/tと継手強度(非めっき鋼板の溶接継手強度
との強度比)及びピット発生個数との関係を示してい
る。これによれば、めっき付着量M及び板厚tに拘わり
なく、M≦25tの時に優れた継手強度が得られ且つピ
ットの発生もなく良好な外観性状を呈することが明らか
となった。以上の実験結果から、本発明ではめっき付着
量M(g/m2)と鋼板板厚t(mm)との関係をM≦
25tと規定した。一方、めっき付着量の下限値は耐食
性の観点から規定され、片面当りの付着量が5g/m2
未満では耐食性が劣るため、めっき付着量Mは5g/m
2以上と規定した。なお、本発明ではM≦25t、M≧
5の条件を満足すれば、合金めっき層の成分(例えば、
めっき層中のNi含有量やZn、Ni以外の第3成分の
有無)や有機皮膜の有無に拘りなく所望の効果が得られ
る。
【0011】
【実施例】板厚がそれぞれ0.8mm、1.0mm、
1.6mm、2.3mmの炭素鋼板の両面に、めっき付
着量5.0〜60.0g/m2のZn−Ni系合金めっ
きを施して供試材を製造し、これらの供試材2枚を密着
して重ね、出力3kWでレーザ溶接を行った。また、比
較のために板厚0.8mmの非めっき材についても同様
の条件でレーザ溶接を行った。溶接後、各供試材の溶接
部についてブローホール発生個数、継手強度及びピット
発生個数を調べ、また、各供試材の耐食性試験を行っ
た。
【0012】ブローホール発生個数については、X線透
過試験法により溶接長1m当たりの個数を調べた。継手
強度は図2に示した試験片の引張強度を求め、非めっき
鋼板の継手強度との比で表わした。継手強度比が80%
以上の場合を良好とし、80%未満を不良とした。ピッ
ト欠陥については、目視により溶接長1m当たりのピッ
ト数量により評価し、ピットが発生した場合を不良、発
生しなかった場合を良好とした。耐食性に関しては「湿
潤→乾燥→塩水噴霧」かりなる複合腐食サイクル試験
(60サイクル)で最大腐食深さを測定し、非めっき鋼
板である比較例1の最大腐食深さを100として、各共
試材の最大腐食深さ比をとり、その値によって耐食性を
評価した。最大腐食深さ比が70%を超える場合を不良
とし、70以下の場合を良好とした。
【0013】上記試験の結果を表1に示す。同表におい
て、比較例1および比較例2は、非めっきか若しくはめ
っき付着量が5g/m2未満の例であり、これらはめっ
き無し若しくはめっき付着量が少ないためにブローホー
ル、ピット等の溶接欠陥が少なく継手強度も良好である
が、耐食性が著しく劣っている。比較例3〜比較例6
は、いずれも鋼板板厚tとめっき付着量Mとの関係がM
>25tのものであり、これらは耐食性は良好であるも
ののピットが発生しており、継手強度が著しく低下して
いる。これら比較例に対し、M≦25tの関係を満足す
る本発明例1〜6は、継手強度の低下に殆ど影響しない
ブローホール欠陥は発生していたものの、ピットの発生
は無く、継手強度が良好でかつ耐食性も良好である。
【0014】
【表1】
【0015】
【発明の効果】以上述べた本発明のZn−Ni系合金め
っき鋼板によれば、耐食性に優れ、しかも、特別な工程
を経ることなくそのままレーザ重ね溶接した場合でも、
溶接欠陥が少なく、継手強度および溶接部外観性に優れ
た溶接部を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】レーザ溶接によるブローホール発生状況を示す
説明図
【図2】重ね継手の引張試験片の形状を示す図面
【図3】板厚0.8mmのZn−Ni系合金めっき鋼板
をレーザ重ね溶接した場合のめっき付着量とブローホー
ル発生個数との関係を示すグラフ
【図4】板厚0.8mmのZn−Ni系合金めっき鋼板
をレーザ重ね溶接した場合のめっき付着量と継手強度お
よびピット発生個数との関係を示すグラフ
【図5】板厚2.3mmのZn−Ni系合金めっき鋼板
をレーザ重ね溶接した場合のめっき付着量とブローホー
ル発生個数との関係を示すグラフ
【図6】板厚2.3mmのZn−Ni系合金めっき鋼板
をレーザ重ね溶接した場合のめっき付着量と継手強度お
よびピット発生個数との関係を示すグラフ
【図7】めっき付着量Mと鋼板板厚tとの比(M/t)
と継手強度およびピット発生個数との関係を示すグラフ
【符号の説明】
1a,1b…Zn系めっき鋼板、2a,2b…めっき
層、3…溶融池、4…スパッタ、5…レーザビーム、6
…ビード、7…ブローホール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 樺沢 真事 東京都千代田区丸の内一丁目1番2号 日本鋼管株式会社内 (56)参考文献 特開 昭58−117890(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23C 30/00 B23K 26/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Zn−Ni系合金めっき層を有し、該Z
    n−Ni系合金めっき層の片面当りのめっき付着量をM
    (g/m2)、鋼板板厚をt(mm)とした時、 M≦25t M≧5 を満足することを特徴とするレーザ溶接性に優れたZn
    −Ni系合金めっき鋼板。
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