JPH01136952A - プレス成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、プレス加工などの成形加工時に必要とされる
めっき層の耐パウダリング性および耐フレーキング性に
優れた厚目付の合金化溶融亜鉛めっき鋼板に関するもの
である。

（従来の技術） 合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、溶融亜鉛めっき鋼板をめ
っき後加熱して素地鋼板の鉄をめっき層中に拡散させ、
鉄〜亜鉛合金化するものであるが、亜鉛めっき鋼板に比
較して塗装耐食性・溶接性が優れているため、自動車、
建材、家電製品等の材料として広く利用されている（特
開昭６２−１２４２６６号、特開昭６２−１３０２６８
号等）。

（発明が解決しようとする問題点） 近年、耐食性に対する要求が益々強くなり、厚目付の合
金化溶融亜鉛めっき鋼板が要望されている。しかし、合
金化溶融亜鉛めっき鋼板は、上述したように熱拡散処理
で製造するため、鉄素地界面近傍では目付量の増加につ
れて、鉄濃度の高いＦｅ”Ｚｎ合金相（ｒ相やｒ１相の
金属間化合物であるが、ここではη相として呼ぶことと
する）の生成量が増大することになる。このため、地鉄
との界面にＦｅ濃度が高くて脆いη相が生成し易く、目
付量の増加とともにその厚さが増加することになる。

一方、めっき層の表面近傍では、Ｆｅｆｉ度の比較的低
いＦｅ”Ｚｎ合金相（ζ相）やＦｅが固溶したままの純
亜鉛相（η相）が残存し易くなり、その厚さも増加し易
くなる。このため、厚目付になると通常の目付ｆｆｌ（
４５ｇ／ｍ以下）の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の有する
特徴である　δ、相生体のめっき層構造となり難くなる
。

Ｆ相が厚くなると、プレス加工時にめっき層が剥離し易
く、所謂パウダリングが生起し、製品に押し疵等が発生
し、歩留低下あるいは型洗浄の頻度増加等による能率低
下の実害が出る。

一方、η相あるいはζ相がめつき層表面に多く残存する
と、これらの合金相は比較的軟質なためプレス加工時に
型かじりが生じ易く、所謂フレーキングとなって金型ビ
ード部付近に堆積したり、型ダイスの中に落下したりす
るため、これもまたプレス工程の歩留低下や作業性を低
下する。

以上に述べたプレス加工時の問題を考えると、合金化溶
融亜鉛めっき鋼板の理想的なめっき層構造は、地鉄界面
からめっき層表面までＦｅａ度勾配のなく、均一な　δ
□相から構成されていることが望ましいが、熱拡散処理
で合金化するかぎり極めて困難である。

目付１４５ｇ／ｒｒｆ未満の低目付量の合金化溶融亜鉛
めっき鋼板の場合、　δ１主体の理想型に近いめっき層
を製造することは比較的容易であり、これまで実用に供
されてきている。しかし、４５ｇ／　ｒｎ’以上の厚目
付型の場合には、プレス工程での耐パウダリング性、耐
フレーキング性のいずれも満足できる合金化溶融亜鉛め
っき鋼板は従来にはなく、強く開発が要望されている。

（発明の目的） 本発明は、上述した問題点を有利にかつ確実に解決する
合金化溶融亜鉛めっき鋼板を提供するものである。

（問題点を解決するための手段） 上記問題点を解決するための第一の本発明は。

Ｆｅ：　８〜１２％、Ａｌ：　０．０５〜０．３％、残
部Ｚｎからなる組成であって、かつ地鉄界面のη相が１
．３μｍ以下、目付量４５〜９０ｇ／　ｒｄの合金化溶
融亜鉛めっき層を少なくとも片面に有し、さらにそのめ
っき層表面に潤滑剤を塗布したことを特徴とするプレス
成形性、特に耐パウダリング性および耐ブレーキング性
に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板である。

さらに第二の発明は、Ｆｅ：　８〜１２％、Ａｌ：　０
．０５〜０．３％、残部Ｚｎからなる組成であって、か
つ地鉄界面のη相が１．３μｍ以下、目付量４５〜９０
ｇ／　ｒｆの合金化溶融亜鉛めっき層の上に、　Ｆｅ：
　６０％以上、残部Ｚｎからなる合金めっき層を０．２
〜５ｇ／　ｒｒｒ生成せしめた２層めっき層を少なくと
も片面に有し、さらにそのめっき層表面に潤滑剤を塗布
したことを特徴とするプレス成形性、特に耐パウダリン
グ性および耐フレーキング性に優れた合金化溶融亜鉛め
っき鋼板である。

（作　用） 従来の合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、目付量が４５ｇ／
ｒｎ’未満で製造することによりδ、主体の合金相を形
成することは容易であった。生成する合金相の制御方法
としては、例えば、浴中Ａｌｆｉ度、浴温度、浸漬板ｙ
度５合金化炉温度などで行なわれている。しかしながら
、目付ｆｉｔ４５ｇ／ｒｒｌ”以上の厚目付の合金化溶
融亜鉛めっき鋼板を製造する場合、前述した如く、　δ
□主体のめっき層とすることは困難であり、事実上不可
能といえる。しかして、めっき層構造とプレス特性につ
いて種々検討した結果、めっき層組成をＦｅ′ａ度８〜
１２％、Ａ　１　？ａ度０．０５〜０．３％とし、かつ
ｒ層厚１．３μｍ以下とすることで、耐パウダリング性
が著しく向上することを見出した。しかし、耐フレーキ
ング性をも確保するには、めっき層表面の合金相形態が
重要であり、特に軟質な合金相であるζ相、η相の抑制
が必要となる。この表層のめっき層を最適に確保するに
は、製造条件範囲が極めて狭く、事実上困難との見解に
到った。

そこで、広範囲に検討した結果、めっきプロセスを根本
的に改造するか、もしくは、めっき表層への簡易な後処
理により性能を大幅に改善できることを見出した。前者
の場合、設備コストが大きい欠点があり、後者の場合は
簡便である上に、コスト的にも有利に解決できる利点が
あり、この後処理として、潤滑剤を付与することが効果
的である。さらには、鉄濃度の高い上層めっきを被覆し
た上に、さらに潤滑剤を付与することがより効果的であ
る。これらの後処理の適用で、容易にまた確実にプレス
成形性を向上せしめることが可能である。

次に、さらに詳しく述べることとする。

めっき層組成としてＦｅ濃度は、８〜１２％が最適であ
る。８％未満では、ｒ層厚は比較的少なく有利であるが
、めっき表層にη相が残存し易くなるため、耐フレーキ
ング性が低下すると同時に、合金化溶融亜鉛めっき鋼板
の特徴である塗装耐食性や溶接が劣下するので好ましく
ない、一方、１２％を越えるＦｅ濃度の場合、η相やζ
相が低減するため、耐フレーキング性には有利となるが
、反面、η相が著しく厚く成長するため、耐パウダリン
グ性が劣下し、過酷なプレス成形に耐えなくなる。

また、Ａｌ濃度は、０．０５〜０．３％が最適である。

０．０５％未満の場合は１通常の連続溶融めっきライン
で製造した場合、合金化反応速度が著しく大きいため、
めっき層内におけるＦａ濃度勾配が大きくなり易い。こ
のため１合金化炉温度が低いと、Ｆｅ濃度が８％未満と
なり、η相がめつき表面に多量に残存し易くなるため前
述したように品質上の問題がある。また、合金化温度が
高くなると、過度に合金化が進行し易いため、η相を１
．３μ膳以下に抑制できなくなる。このため、所定のめ
っき層の組成、ｒ層厚を確保することが困難となる。

一方、Ａ１濃度が０．３％　を越えて高くなると、Ａｌ
による合金化反応の抑制効果が大き過ぎるため、合金化
炉の能力がない場合、生焼けと称する金属光沢がめつき
層表面に残る。また、合金化炉の温度を高めて完全な合
金化処理を行うと、Ｆｅ濃度が高くなり易く、特に合金
化炉を出てから冷却途中での合金化反応が著しく進行す
るため、ｒ層厚が増大し耐パウダリング性が劣下するこ
とになる。

このため、操業上の最適範囲が極めて狭くなり、Ｆｅ濃
度を最適範囲に確保することが困難となる。

ｒ層厚に関しては、１．３μｍ以下であれば、めっき層
の密着性が充分確保されるため、過酷なプレス成形にお
いても、めっき剥離を生じない、とりわけ、プレスのビ
ード部などにみられるように。

高面圧下でダイスとの摺動を伴う部分においては、めっ
き表面と、ダイスとの摩擦抵抗応力による剪断変形応力
が増大するため、極めて高いめっき密着力が必要となる
。このめっき密着力を確保するには、ｒ層厚が重要で、
１．３μｌを越える厚さになると、過酷なプレス成形に
耐えられなくなり、パウダリング状またはフレーキング
状にめっき剥離することとなる。このｒ層厚の抑制は、
めっき層Ａｌ濃度、浸漬板温度、合金化炉温度を最適に
組み合わせることで可能である。

本発明の目的とする、過酷な成形加工条件下における耐
パウダリング性・耐ブレーキング性を確保するには、前
記めっき層形態を制御するのみでは不十分で、とりわけ
目付量が増大するにつれて、めっき剥離し易くなり実用
上問題となる。この補完的技術として、前述した後処理
が有効である。

特に、めっき層表面とダイスとの摩擦抵抗を軽減するこ
とが重要で、潤滑剤を付与することが効果的である。

潤滑剤としては、高粘度系のものがよく、特に、常温で
固体となっている固体潤滑剤が効果的である。低粘度系
の潤滑油では効果がなく、高面圧下でも潤滑効果を保持
できる樹脂類やワックス類が有効であり、付着量として
は、潤滑剤の種類にもよるが０．１〜２ｇ／　ｎｒ径程
度充分である。　０．１ｇ／ｌｒｒ未満では、金型ダイ
スとめっき層との凝着を防止できず、性能を発揮できな
い、一方、２ｇ／ｒｒｉ’を越えて塗布しても、性能向
上効果が飽和するので、コスト的に不利となる上、金型
に潤滑剤が異常に堆積したりして、作業環境を損なうな
ど二次的な不利益が生ずるので好ましくない。

潤滑剤の選定にあたっては、市販の各種潤滑剤を適用で
きるが、特に、防錆性、脱脂性、耐ブロッキング性、速
乾性など、多方面からの検討が必要であるが、ここでは
、脂肪酸エステル類を鉱油などの溶剤または水に溶解し
たり分散させて塗布するタイプが有利である。その他、
ワックス・パラフィン類およびアルカリ石鹸または金属
石鹸類、高級脂肪酸およびそれらのエステル、または誘
導体、各種ポリマー、界面活性剤を主体とする高潤滑性
を有するものなどをあげることができる。

これらの潤滑剤の塗布方法としては、潤滑剤の粘度、融
点などを考慮して、既に周知の方法を適用できる。例え
ば、ローラー塗布法、スプレー塗布法、デイツプ塗布法
、バーコード法、カーテンフローコート法などがあげら
れる。なお、塗布する場合には、めっき鋼板を予熱した
り、潤滑剤の塗布液を適当な温度に加温したりすること
により、より均一に塗布することが容易となる。塗布後
は必要に応じて、熱風などで乾燥し、コイル状に巻き取
ることができる。

ところで、潤滑剤を付与してプレス時の型かじりを改善
する方法は一般に知られているが、本発明は、合金化溶
融亜鉛めっき鋼板に適用し、かつそのめっき層の構造を
特定することで、過酷なプレス成形時に発生するパウダ
リングまたはフレーキングを確実に防止することにある
。前記に示した、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層
の組成および「相部を最適範囲に確保した上で、潤滑剤
をその表層に適用することが、本発明の目的を達成する
ために必要であり、それらのいずれもが、本発明範囲を
満たすことが必要条件となる。

なお、本鋼板に適用できる後処理被膜のもう一つの態様
として、上層めっきによる２層めっき化がある。この上
層めっき被覆としては、鉄濃度が６０％以上のＦｅ＝Ｚ
ｎ合金めっき層を目付量で０．２〜５ｇ／ｒｎ’付与し
、かつ、その表層に前記の潤滑剤を被覆せしめることで
、より一層確実に耐パウダリング性と耐フレーキング性
を向上せしめることができる。

上Ｂりめっき被覆については、プレス特性の改善のみな
らず、化成処理性・溶接性・塗装密着性・塗装耐食性な
ど種々の観点から、実用途で要求特性に適合することが
前提となる。本発明の用途分野である自動車、家電、建
材などを考慮すると、Ｆｅを主体とし残部Ｚｎからなる
Ｆｅ”Ｚｎ合金めつき層を上層めっき被膜とすることが
最も得策である。

上層めっき層はビッカース硬度４００程度の極めて硬い
層であり、この被膜が表層に存在することで、金型ダイ
スと下層のめっき層との凝着を抑制でき、耐フレーキン
グ性を改善できる。上層めっき層の厚さは、　０．２〜
５ｇ／ｒｒｒが好ましい。０　、２ｇ／　ｒｎ’未満で
は下層めっき層と金型との凝着を抑制することが不充分
のため、パウダリング性・フレーキング性の改善効果が
小さく、適用効果がない。−方、上層めっき層の目付量
の増加とともに、金型との凝着の防止効果は向上するが
、５ｇ／ｎｆを越えた目付量の上層めっき被膜を適用し
ても、パウダリング性・フレーキング性の改善効果は飽
和する傾向にあることから、コスト的にも不利となるた
め得策でない。

なお、上層めっきの組成は、Ｆｅ６０％未満では密着性
の良い上層被膜とならないので、成形加工時にめっき剥
離する問題があり好ましくない。Ｆｅ組成６０％以上で
あれば、硬くてかつ密着性の良い被膜となり、本発明の
目的とする特性を発揮できることになる。

上層めっきの実施法としては、現状の連続型溶融亜鉛め
っき設備に適用する場合、電気めっき法が有利である。

電気めっき法は１本発明の上層めっきの目付量範囲を最
も確実に、かつコスト的にも有利に実施できる特徴があ
る。また、一般に合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層
は、表面に微細な凹凸が多いことから、これらめっき表
面が極力均一に上層めっきを被覆するには、つきまわり
性に優れた電気めっき法が有利となる。

上層めっきを付与した後、更に潤滑被膜を付与するが、
潤滑被膜の潤滑剤、付着景、被覆方法は前述した条件を
そのまま適用できる。ただし、上層めっきは潤滑被膜の
効果を補助するためのものであるから、成形加工条件が
あまり厳しくない場合は、上層めっきの目付量を本発明
の下限近傍（０，２〜Ｉｇ＃ｒ？）で、一方、成形条件
が厳しくなる場合は、上層めっきの目付量を本発明の上
限近傍（３〜５ｇ／ｒｆ）で適用することがコスト的に
も有利である。

なお、上層めっき層としては、Ｆｅ、　Ｚｎ以外にＮｉ
、Ｃｏ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ａ１．　Ｓｉ、　Ｚｒ、Ｃ
ｕｌＭｏ、　Ｔｉ、Ｐ％Ｃ１Ｓ、Ｂ、Ｐｂ、Ｓｎ、　Ｓ
ｂ等、あるいはこれらの酸化物、窒化物、炭化物等が少
量含有していても、事実上プレス成形面での効果は変わ
らない。

ところで、本発明の下層である合金化溶融亜鉛めっき層
の組成として、Ｆｅ、　Ａｌのみを規定したが。

他の成分であるＰｂ、　Ｃｄ、　Ｓｎ、Ｉｎ、　ＬＬ、
　Ｓｂ、　Ａｓ、　Ｂｉ、Ｍｇ、　Ｌａ、　Ｃｅ、　Ｔ
ｉ、　Ｚｒ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、　Ｃｒ、　Ｍｎ、　Ｐ、
　Ｓ等が少量添加されたり、あるいは不可避的に混入し
ても、本質的には本発明の効果は変わらない。

一方、本発明の下層である合金化溶融亜鉛めっき層の目
付量としては、４５〜９０ｇ／　ｒｄが適用できる範囲
である。４５ｇ／ｒｆ未満では、従来の技術で耐パウダ
リング性、耐フレーキング性ともに満足できる合金化溶
融亜鉛めっき鋼板の製造は可能であるため１本発明の優
位性は小さい。他方、　９０ｇ／ｒｒｒを越えると、Ｆ
相部が１．３μｍ以下のめっき層を製造できないため、
上層めっきや潤滑被膜を付与しても、本発明の目的とす
る性能を発揮することができない。

なお１本発明のめっき層は、目付量４５〜９０ｇ／　ｒ
ｄを両面に有する厚めつき両面めっき鋼板の場合には、
両面に適用することが好ましい、一方１片面が４５〜９
０ｇ／　ｒｄで他面で４５ｇ／ｒｒｒ未満の差厚めつき
鋼板の場合には、厚目付の片面のみに適用することもで
きる。さらに、片面めっき鋼板で他面が鉄面の場合は、
勿論めっき面である片面のみに適用するものである。

（実施例） 次に本発明の実施例を比較例とともにあげる。

めっき用素材としては、連続鋳造法で製造された超深絞
り用の極低炭素型Ｔｉ−Ｎｂ添加鋼（０，８ｔｘ１２０
０ｗ／コイル）を使用し、無酸化炉型の連続溶融めっき
ラインにおいて、通板速度は６０〜７０ｍ／ａ＋ｉｎで
めっきを行い、ガスワイピング法で所定の目付量に制御
し、続いてめっき直後に合金化熱処理炉により、連続的
に合金化処理した。なお、めっき層中Ａ１組成は、めっ
き浴中Ａｌ濃度、浸漬板温度、浴温度で、まためっき層
中Ｆａ組成は、合金化熱処理炉の温度条件を適当に選定
して製造した。ここではいづれも、両面めっきで１等目
付量、等組成のものを製造した。

なお、ラインの後方出側において、電気めっきによる上
層めっきを行った。めっき浴は通常知られている硫酸系
めっき浴を使用し、めっき浴中のＺｎ／Ｆｅイオン比と
電流密度により、上層めっき組成と目付量を制御した。

なお、上層めっきを施さない場合は、上層めっきタンク
を水張りして通板した。上層めっき後は水洗したのち、
熱風乾燥した。潤滑剤は、別の潤滑剤塗布ラインにおい
て。

ロールコート法により所定の付着量を塗布したのち、約
７０度で熱風乾燥処理した。なおここで適用した潤滑剤
は１日本パー力ライジング（株）から市販されているエ
ステル系のＸコート（商品名）である。

次に合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層の加工性試験
方法およびｒ相の測定方法について説明する。

（１）耐パウダリング性試験 試験用めっき鋼板を８０φのクーポンを打ち抜いて、ポ
ンチ直径６０ｍｍ、ダイス肩半径３Ｒの円筒絞り加工を
行ったあと、絞られたカップの外側胴壁　　□面をテー
プテストを行い、テープの黒化度によりパウダリング性
を相対評価した。

（良）　Ｏ−０−Δ　−×　（劣） （０，０は実用上問題がないと判定） （２）耐フレーキング性試験 試験用めっき鋼板を１５Ｗ　Ｘ　５００　Ｌに切り出し
て。

角ビードによる引っ張り成形試験を行った。ビード形状
は、突き出し高さＨ＝　５　ａｎ、幅Ｄ＝６ｍｌ−で肩
部半径は２Ｒである。試験に使用した角ビードの基本形
状を第１図に示す。

なお、試験片は、ビードの押さえ荷重１００〜３００ｋ
ｇｆの範囲で数段階の荷重でテストし、引っ張り速度５
００１１１Ｉ１分で連続的に３００ｗ＋ｍだけ長手方向
に引っ張った後、ビードに接する面側をテープテストし
、その黒化度から耐フレーキング性を判定した。

なお、テープテストの前に表面に付着する防錆油や潤滑
剤を洗浄するため、アセトン溶液中に静かに浸漬し、溶
剤脱脂した後、風乾してからテープティトに供した。

耐フレーキング性の評価は、押さえ荷重の高い領域まで
めっき剥離の生じないものを良好とし、低荷重において
も容易にフレーキングするものを低ランクに評価した。

（良）Ｏ−０−Δ　−×　（劣） （０，０は実用上問題がないと判定） （３）ｒ相の定量 合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき層のｒ相の定量方法
は種々あるが、ここでは最も簡単に測定できる定電位電
解剥離法を採用した。即ち、Ｚｎ５Ｏ，・７Ｈ，Ｏ：　
１００ｇ／ｌ、ＮａＣ１：　２００ｇ／ｌからなる電解
液中で、電流密度２０ｍＡ／　ａＪでサンプルを陽極と
して定電流電解し、Ｓ、Ｃ，Ｅ、を参照電極として電位
の時間変化を記録計を連続記録し、めっきの溶解が完了
して鉄素地電位に達するまで剥離する。ｒ相部は、鉄素
地電位から３００ｍＶはど卑な電位に現れる電位ステッ
プ点から鉄電位に達するまでの電気量から算出した。な
お、本方法で測定されるめっき層を固定するため、本溶
液中において、定電流電解において現れる電気ステップ
近傍の電位であるところの一８２０ｏ＋Ｖ　ｖｓ　Ｓ、
Ｃ，Ｅで定電位電解を行い、鋼板表面に残留するめっき
層がＸ線回折により測定したところ、大部分がｒ１相で
あり、場合により一部ｒ相のピークが検出された。しか
しここでは、便宜上ｒ相として総称することとした。

第１表に、本試験結果を比較例とともに示す。

（発明の効果） 以上説明したように１本発明のめっき鋼板は、耐パウダ
リング性・耐フレーキング性とともに著しく向上し１合
金化溶融亜鉛めっき鋼板の用途を拡大し、工業的に大き
な効果を発揮し得るものである。また、今後益々、合金
化溶融亜鉛めっき鋼板の使用部位の増加につれて、過酷
な成形条件下で使用されることが予想され、本発明はこ
れらの用途において、確実かつ安価に性能を発揮できる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、耐フレーキング性試験の角ビードおよびダイ
スを示す、横断面説明図である。 １・・・ポンチ、２・・・ダイス、３・・・試験片。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｆｅ：８〜１２％、Ａｌ：０．０５〜０．３％、
   残部Ｚｎからなる組成であって、かつ地鉄界面のΓ相が
   １．３μｍ以下、目付量４５〜９０ｇ／ｍ＾２の合金化
   溶融亜鉛めっき層を少なくとも片面に有し、さらにその
   めっき層表面に潤滑剤を塗布したことを特徴とするプレ
   ス成形性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。
2. （２）Ｆｅ：８〜１２％、Ａｌ：０．０５〜０．３％、
   残部Ｚｎからなる組成であって、かつ地鉄界面のΓ相が
   １．３μｍ以下、目付量４５〜９０ｇ／ｍ＾２の合金化
   溶融亜鉛めっき層の表面に、Ｆｅ：６０％以上、残部Ｚ
   ｎからなる合金めっき層を０．２〜５ｇ／ｍ＾２生成せ
   しめた２層めっき層を少なくとも片面に有し、更にその
   表層に潤滑剤を塗布したことを特徴とするプレス成形性
   に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板。