JPH02170962A - スポット溶接性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法 - 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、スポット溶接性に優れた合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板の製造方法に関するものである。

（従来の技術） 亜鉛めっき鋼板の溶接性を向上させる方法としては、例
えば、特開昭５５−１１０７８３号公報の如くめっき鋼
板表面にＡ　ｆ）　２０　ａ等の酸化物皮膜を生成せし
め、該酸化物の高融点、高電気抵抗を利用し、溶接性を
向上させるとともに、電極チップとめっき金属との接触
を妨げ、チップの溶損を防止して寿命延長を図ることが
開示されている。

また、特開昭５９−１０４４６３号公報の如く、めっき
鋼板の表面に加熱処理により、ＺｎＯ／Ｚｎ比を０．１
〜０．７０にした酸化膜を生成させ同様に溶接性を向上
させることが開示されている。

しかしながら、このような方法においても、未だ工業規
模では満足すべき結果が得られ難く、めっき鋼板におけ
る溶接性の向上が強く要求されている。

（発明が解決しようとする課題） 本発明は従来の適正溶接電流範囲で溶接性の優れた亜鉛
めっき鋼板の製造方法を提供するものである。

（課題を解決するだめの手段） 本発明の特徴とするところは、亜鉛めっき鋼板を製造す
るに際し、めっき浴面上から合金化炉までの雰囲気の酸
素濃度を５％以下にして、めっき表面のＡＩの酸化を抑
制した後、加熱して表面皮膜を生成せしめることにある
。

本発明の対象とする亜鉛めっき鋼板は、溶融めっき法の
製造方法によるものであり、めっき組成としては純Ｚｎ
の他、ＺｎとＦｅ、ＺｎとＮｉ。

ＺｎとＡＩ、ＺｎとＭｎなどＺｎを主成分として、耐蝕
性など諸機能の向上のため１ｔＩｉないし２種以上の合
金元素および不純物元素を含む。

また、ＳｉＯ２，ＡＩ！２０３などのセラミック微粒子
、７１０２などの酸化物、有機高分子をめっき層中に分
散させたものがあり、めっき層の厚み方向で単一組成の
もの、連続的あるいは層状に組成が変化するものがある
。

さらに、複層めっき鋼板では最上層がＦｃやＮｌを主成
分としてＺｎ、Ｐなど各種合金元素を含むものがあり、
Ｚｎ−Ｆｃ等の合金層を表面に生成する合金化溶融亜鉛
めっき鋼板である。

例えば、鉄−亜鉛合金化溶融亜鉛めっき鋼板、亜鉛を主
とするアルミニュウム、鉄などの合金化溶融亜鉛めっき
鋼板、片面鉄−亜鉛合金化溶融亜鉛めっき層、他面溶融
亜鉛めっき層からなるめっき鋼板、片面鉄−亜鉛合金化
溶融亜鉛めっき層、他面鉄からなるめっき鋼板等がある
。

その他、５ｉ０２．Ａｇ２Ｏ３などのセラミック微粒子
、Ｔ　１０２酸化物微粒子および何機高分子などを亜鉛
合金めっき中に分散させた分散めっき鋼板がある。

本発明者らは、亜鉛めっき鋼板の種類の如（ｎＩによら
ず、めっきがＺｎを主成分とする限り、めっき鋼板の表
面に例えば、ＺｎＯを形成させることにより、スポット
溶接において、電極チップ先端にＦｃ、Ｚｎを主成分と
する電極保護金属を生成させ、以って電極チップ寿命を
大幅に改古することを見出した。

従来の上記めっき鋼板においては、ＺｎＯを主体とする
酸化膜を溶接性によいとされるＺｎＯ瓜で、３０〜３０
００ｆｆ１ｇ／ｒｒｉ”　（片面当たり）生成させるこ
とが不安定であった。ここで、ＺｎＯを主体とする酸化
膜とは、酸化物中にＺｎＯの他、例えばめっき層中に含
有する成分元素またはそれらの酸化物などの化合物等を
含有するものでも良い。

本発明者らは、亜鉛めっき鋼板を製造するに際し、めっ
き浴面上から合金化炉までの雰囲気の酸素濃度を５％以
下にして、めっき表面のＡｌの酸化を抑制した後、例え
ば４５０℃以上に加熱し、亜鉛めっき層上層に表面皮膜
を生成せしめることを見出した。

又、合金化処理中の加熱後又は冷却中あるいは、双方で
露点を３０℃以上にすることにより、より確実に酸化膜
を生成することができる。特に表面の合金層を単体にす
ることによって表面皮膜を生成せしめることが有利にで
きることも見出した。

表面の合金層を単体にすることは加熱速度を速くして、
δ１相を表面に生成させることができ、そのときの加熱
速度は４２０℃までの加熱速度は任意でよいが、加熱途
中の４２０℃からの加熱速度を１０℃／ｓｅｅ以上と速
くして、５３０℃以上の合金化温度まで加熱することに
よって、表面皮膜を生成せしめることができる。

加熱速度を１０℃／ｓｅｃ未満と遅い速度にするとζ相
からδｌ相に変態する経過をたどるために、ζ相、δ１
相で保持することが好ましい。

表面のζ相はＺｎとＦｅ５．５〜６．２％を含む合金で
あり、表面のδ１相はＺｎとＦ　ｅ　７．０〜１１．４
％を含む合金である。めっき層全体としては、地鉄との
界面のγ柑がＦｅ濃度が高いので、合金層のＦｅ濃度は
高くなる。

表面だけのＦｅ濃度は；Ａ１１定しにくいので、表面の
Ｆｅ濃度を測定する変わりに、Ｘ線回折を行い、以下の
δ　指標を求め、表面のζ相、ζ十δ１相、δ１相を識
別できる。

６１指標はＸ線回折でＣｕをターゲットとして、電圧４
５ｋＶ、電流１５ｈＡで、回折角２θの４１，８゜４２
．３°、　４３．２°に出現するＸ線の強度をそれぞれ
ζ　、δ　、η　として測定し、６１指Ｗ−ＸＸ δ　／（ζ　＋δ　＋η　）で求める。表面がζｘ　　
　　　　　　ｘｘｘ 相１１ｔ体でδ　指標は０．５未満、ζ＋δｌ相で０．
５以上〜０．６未満、δ１相で０．８以上とする。

ところで、めっき浴面上から合金化炉までの雰囲気の酸
素濃度を５％以下にして、めっき表面のＡｌ１の酸化を
抑制した後、冷却中の雰囲気の露点を３０℃以上に、１
！！整して、亜鉛めっき層上層に表面皮膜を生成せしめ
ることは、めっきした鋼板がめつき浴上に出たとき、め
っき表面のＡＩの酸化を抑制するために雰囲気の酸素濃
度を５９６以下にすることで達成できる。

雰囲気の酸素濃度を５９６以下にすることは、５９６を
超えて酸素が存在するとＺｎめっき洛中に含まれるＡｇ
の酸化を抑制できず、Ａｇ２Ｏ３として表面に生成し、
以降の溶接性に６効なＺｎＯを主体とする表面皮膜が生
成しにくくなるためである。

Ｚｎめっき洛中に含まれるＡｆｆは酸化し易く、表面に
Ａ　Ｉ　２０　ａとして生成してしまうと、表面のＡｇ
２Ｏ３によって、Ｚｎと０の反応を抑制してＺｎＯにな
らないことから、ＺｎＯ生成の妨害物としてのＡｇ２Ｏ
３の生成を抑えることが重要である。

つぎに、合金化が完了した時点で、合金化炉中又は冷却
中あるいは双方の露点を３０℃以上とすることで、Ｚｎ
Ｏを主体とする表面皮膜を生成せしめることができる。

合金化炉中および冷却中の露点を３０℃以上とすること
が望ましいのは、それ未満では、加熱のみとほとんど変
らない。

その状況を作るには、できるだけ高温から、ここでは合
金化完了時点の温度からが望ましく、冷却することが有
効であり、露点は高い方が良い。

そのためには、水を、そのまま噴射することにより、露
点３０℃の雰囲気として、ＺｎＯを主体とする酸化膜を
生成することができる。

なお、ＺｎとＮｌ、ＺｎとＡＩ、ＺｎとＭｎなどＺｎを
主成分とするめっきであれば、合金化後、酸化皮膜を生
成することによって、溶接性の良い鋼板とすることがで
きる。

以上の方法で、Ｚｎ０Ｑで３０〜３０００ａ＋ｇ／ｒｒ
ｆの酸化膜を生成し、スポット溶接性に優れた合金化溶
融亜鉛めっき鋼板とすることができる。

第１図は溶融亜鉛めっき鋼板を４８０℃で合金化したと
きの、めっき浴面上から合金化炉までの雰囲気の酸素濃
度を１〜２１％に変化させ、亜鉛めっき層上層に表面皮
膜を生成せしめたときの酸素濃度と、ＺｎＯを主体とす
る酸化皮膜との関係を示す図である。

このように、雰囲気の酸素濃度を５％以下にすることに
よって、多くのＺｎＯを主体とする表面皮膜が生成し、
スポット溶接性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板とす
ることができる。

図は両面ＡＳ；溶融鉄−亜鉛合金化めっき鋼板、１」付
ｍ　：　４５／４５　（ｇ　／ｎｆ＞　、加熱速度＝５
℃／ｓｅｅ　、合金化温度：４８０℃、冷却速度＝３０
℃／ｓｅｅ。

冷却時の露点＝１００℃で示した。

このような酸化膜の生成量としては、酸化膜中のＺｎ０
ｆｆｌ（片面当たり）として、３０〜３０００＋ｎｇ／
ゴで３０ｍｇ／ｒｒｒ未満では効果がなく、また３００
０ｆｆ１ｇ／は超になると、電気抵抗が人となり、チッ
プが軟化変形を生じ易（なり、チップ寿命が短命になり
好ましくない。

即ち溶接等においては、その加熱によりめっき金属が溶
融状態となり、次いで鋼板との合金化へと進行するが、
先のめっき金属が溶融状態のとき電極チップと直接接触
すると、チップ組成の銅とめっき組成の亜鉛が選択的に
反応し、硬く脆い銅−亜鉛合金層を形成して、チップが
損耗し、電極チップ寿命を短命にすることになる。

この溶融状聾のめっき金属は、前記めっきｎ４板表面に
生成せしめた酸化膜により、チップとの接触を断たれ、
めっき金属のチップとの直接接触による溶損等を防止す
るとともに、さらに、溶融状態のめっき金属が鋼板の鉄
と合金化され、主として鉄−亜鉛合金となる。

これが酸化膜の亀裂部等を通して、あるいは酸化膜と一
緒に電極チップ先端部へ付着し、堆積してチップの保護
金属膜となり、理由は明確でないが、溶接を継続しても
保護膜の厚み、形状等には変化がなく、常時良好な溶接
ができ、かつ、チップの損傷も防止できる。

ここで、電極保護金属とは、めっき金属と地鉄との合金
を主体とするもので、平均濃度として、Ｆ　ｃ：２０〜
ＧＯ％、Ｚｎ：４０〜８０％程度の場合が多いが、一般
にＦａａ度の高い方が好ましく、特に高濃度Ｚｎ部分が
局在するような場合は好ましくない。

また、電極保護金属はめっき金属の成分、Ｍｎ。

Ｓなどの鋼板成分、Ｃｒなどのめっき＃Ａ数の化成処理
など表面処理生成物の成分およびＣｕなどの電極チップ
の成分を含むことがある。

また、この電極保護金属膜は、チップ先端形状を凸状に
保つ効果を有するので、チップが同程度に軟化損傷した
場合でも、低電流で溶接ができ、チップ保護膜をチップ
先端表面の５０％以上の面積に付着させると、電極チッ
プ寿命を大幅に延長することができる。

すなわち、亜鉛めっき表面に電極保護金属を付着させる
ＺｎＯを主体とする酸化膜を生成せしめ、溶接熱により
、めっき金属と鋼板との合金を上記酸化膜を通して、あ
るいは酸化膜と一緒に該電極保護金属を電極チップへ付
着させつつ、溶接するものである。

しかして、前記の如き酸化膜の生成方法としては、めっ
き浴面上から合金化炉までの雰囲気の酸素濃度を５％以
ドにして、めっき表面のＡｊ？の酸化を抑制した後、加
熱によりＺｎＯを主体とする表面皮膜を生成せしめるに
は、酸素を遮断する処置を行い、又雰囲気の露点を調整
して、例えば水蒸気を噴射し、また水を鋼板に直接噴射
し、亜鉛めっき層上層に表面皮膜を生成せしめることで
、合金層表面にＺｎＯを主体とする酸化皮膜を確実に生
成する。

その具体的な方法としては、例えば、連続溶融めっきの
場合には、ライン内で亜鉛めっきを施こす際に、めっき
浴面上から合金化炉までを酸素を遮断するために覆いを
設け、例えば窒素を流して、雰囲気の酸素濃度を低くし
て合金化し、合金化が完了した時点で酸化が開始するよ
うにすることによって、雰囲気の露点を、ｍ！！して表
面皮膜を生成することで達成できる。

（実　施　例） つぎに本発明の実施例を比較例とともに第１表に挙げる
。

注１：めっき鋼板の種類 両ＡＳ　：溶融鉄−亜鉛合金化めっき鋼板片ＡＳ　二片
面が溶融鉄−亜鉛合金化めっき層で他面は鉄 ＡＳＧＩ　　：片面が溶融鉄−亜鉛合金化めっき層で他
面は溶融亜鉛めっき層 鋼板厚は、いずれも０．８市の普通調 性２二酸化膜生成条件 酸化膜生成条件の方法は両面ＡＳ、片面ＡＳ、ＡＳＧＩ
の場合、連続溶融亜鉛めっきライン内で合金化炉があり
、その合金化炉で処理したもの。

冷却速度は合金化温度から３００℃までの範囲の値であ
る。

冷却時の露点で１００℃は水を鋼板に直接噴射して得ら
れる。

注３＝酸化物中のＺｎＯ測定 ５９６沃素メチルアルコール溶液で、めっき層のみ溶解
し、抽出残渣を混合融剤（硼酸１炭酸ナトリウム３）で
融解した後、塩酸で溶液化してＩＣＰで分析した亜鉛量
をＺｎ０Ｑに換算。

注４＝溶接条件 溶接条件は下記による。

１）加　圧　カニ２５０ｋｇｆ。

２）初期加圧時間二４０１１ｚ。

３）通電時間：　１２１１ｚ。

４）保持時間：５１１ｚ。

５）溶接電流：　１１ｋＡ。

６）チップ先端径：５．０φ（円錐台頭型）、７）電極
寿命終点判定：溶接電流の８５９６でのナゲツト径が３
．６ｍｍを確保できる打点数、８）電極材質：Ｃｕ−Ｃ
ｒ（一般に用いられているもの）。

溶接はめっき鋼板の片面を上、他面を下として、２枚重
ね合わせて連続打点数をとった。

（発明の効果） かくすることにより、スポット溶接において、連続打点
数を増加し、それだけチップを取り替えることなく長時
間溶接でき、チップの耐久性を向上させることができる
。

また、溶接による生産性を向上させることができ、かつ
、適正溶接電流範囲も従来材と同レベルであり、溶接性
も良好である等の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶融亜鉛めっき鋼板を４８０℃で合金化したと
きの、めっき浴面上から合金化炉までの雰囲気の酸素濃
度とＺｎＯを主体とする酸化皮膜との関係を示す図表で
ある。 代　理　人　　弁理士　　茶野木　立　夫１０　　　　
が　　　２０ 酸漿１度Ｃ％）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 亜鉛めっき鋼板を製造するに際し、めっき浴面上から合
   金化炉までの雰囲気の酸素濃度を５％以下にして、めっ
   き表面のＡｌの酸化を抑制した後、加熱してＺｎＯを主
   体とする表面皮膜を生成せしめることを特徴とするスポ
   ット溶接性に優れた合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方
   法。