JPH02194158A - 合金化処理溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法 - 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） 本発明は耐食性、加工性、溶接性およびめっき皮膜表面
の平滑性に優れた表面処理鋼板、特に、自動車車体防錆
鋼板として好適な塗装後の耐孔あき性を改善した合金化
処理溶融亜鉛めっき鋼板及びその製造方法に関する。

（従来の技術） 近年、自動車車体用鋼板の防錆力向上に対する要求が年
毎に高まりつつある。特に、冬季に融雪塩を散布する北
米において、その要求が非常に強く、最近では車体鋼板
の「耐孔あき１０年保証」が求められている。

「孔あき」とは塗装欠陥部、塗装付き廻りの不十分な部
分、めっき欠陥部或いは疵付部等から腐食が進行して鋼
板に孔食が生じ、場合により貫通腐食が生じる現象をい
う。

ところで、これまでにも自動車車体の防錆力強化策とし
て、例えば、亜鉛或いはＮｉ　−Ｚｎ、　Ｆｅ−Ｚｎ等
の亜鉛系合金を電気めっきした表面処理調板が用いられ
ているが、かかる表面処理鋼板では耐孔あき１０年保証
を満たすまでの防錆力を有していないと言われている。

これら表面処理鋼板は一般にめっき付着量が２０〜３０
ｇ／ｍ”程度のものが多く使用されているが、針孔あき
１０年保証の要求を満たすにはその信販上の付着量が必
要であると言われている。ところが、電気めっき鋼板の
場合には、付着量の増加は製造費を著しく上昇させるの
で、コスト面からその適用が極めて難しい。

一方、溶融亜鉛めっき後、熱処理により拡散合金化処理
した表面処理鋼板、いわゆる合金化処理熔融亜鉛めっき
鋼板（以下［合金化亜鉛めっき調板」と称する）も自動
車をはじめ、家電製品等の分野で広く使用されている。

この合金化亜鉛めっき鋼板の場合には、電気めっき鋼板
に比べて付着量の増加によるコスト上昇は比較的小さく
、また、従来より付着量が４５ｇ／■８程度のものがか
なり使用されてきた経緯もあることから、その付着量を
片面当たり例えば６０ｇ／■３程度にまで厚目付化する
ことで、針孔あき性１０年保証に対応しようとする動き
もある。

ところが、合金化亜鉛めっき鋼板は従来から比較的プレ
ス成形性において難点の多い素材とされており、成形時
にめっき皮膜が鋼板から剥離する現象、いわゆるフレー
キング、パウダリングと称する問題がある。そして、こ
の問題は付着量の増加と共に増大するので、厚目付化は
従来にも増して成形過程におけるトラブルの増加を招く
ことになる。さらには付着量の増化はスポット溶接性の
低下を招く。

このように付着量の増加は、電気めっき鋼板および溶融
めっき鋼板に関わらず副次的な問題を発生させるので好
ましくない、そこで、少ない付着量でも充分な耐食性を
有する表面処理鋼板が開発されれば、その実用的価値は
極めて大きい、特にそれが製造コストが安価である溶融
めっき系のものであれば一層有利である。

このようなことから、熔融めっき系である合金化亜鉛め
っき鋼板の耐食性を向上させるいくつかの方法が提案さ
れている０例えば、特開昭５４−１５９３４０号公報に
は、Ａ？３重量％以下、−ｇおよびＭｎの１種以上を０
．０１〜５重量％含む亜鉛浴中で鋼板をめっきした後、
合金化処理する方法が提案されている。この方法で得ら
れる合金化亜鉛めっき鋼板は、確かにめっき皮膜自体の
耐食性に優れるが、本発明者らの試験結果では、自動車
用電着塗装を施した後のスクラッチ底部における針孔あ
き性に関しては、従来の合金化亜鉛めっき鋼板と比較し
てほとんど改善効果が認められない、このことは、前記
範囲のＭｇおよびＨｎは針孔あき性向上の効果がないこ
と、および針孔あき性は必ずしもめっき皮膜自体の耐食
性とは直接的対応関係の無いことを示している。針孔あ
き性にはめっき皮膜の犠牲防食性、腐食生成物の沈着等
複雑な因子が関与しているためと推定される。

また、別の方法としては多量の八２（３〜２２重量％）
を含む亜鉛浴中でめっきを行い、その後、合金化処理す
る方法が特開昭５４−１５９３４０号公報に開示されて
いる。　　Ａｌは針孔あき性の改善において効果が認め
られるものの、このような高濃度のＡｌの存在下では合
金化の進行が極めて不均一に起こるため、合金化処理後
のめっき皮膜表面が著しい凹凸を呈し、実用に耐えない
、一般に亜鉛浴中のＡｌ濃度が０．１５重量％を超える
と、合金化処理後のめっき皮膜表面粗さは中心線平均粗
さ（以下ｒＲａ」と記する）で３μ−を超え、その後ス
キンパスロールで圧下しても２μ−以下とはならず、こ
の合金化亜鉛めっき鋼板は鮮映性に劣る。

なお、「鮮映性Ｊとは塗装仕上げ後の鋼板の表面が美麗
で写像に歪みがなく、鮮やかに見える性質をいう、この
鮮映性は塗装前の鋼板の表面粗さに大きく影響される。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の課題は、付着量を増大することなく、また、め
っき皮膜表面を損なうことな（、合金化亜鉛めっき鋼板
の耐食性、特に塗装後の針孔あき性を改善することにあ
る。

本発明の目的は、耐食性、加工性、溶接性およびめっき
皮膜表面の平滑性に優れた、特に自動車車体防錆鋼板と
して好適な合金化亜鉛めっき鋼板およびその実用的な製
造方法を提供することにあ（課題を解決するための手段
） 上記のようにＡｌを多量に添加すると、合金化処理後の
めっき皮膜表面は著しい凹凸を呈し、その合金化亜鉛め
っき鋼板は鮮映性が著しく劣る他、表面粗さゆえにプレ
ス加工時には摺動抵抗が増して成形に全く耐えることが
できない、さらには合金化が不均一に生じ、めっき皮膜
表面に部分的にＺｎ相が残存しやすくなるので耐ブリス
ター性も低下する。Ａｉはこのような問題を発生させる
が、その一方では耐孔あき性を改善する優れた効果があ
る。

そこで本発明者らは、Ａ／のもつ効果を利用して合金化
亜鉛めっき鋼板の耐孔あき性を改善する方向で検討を行
い、上記のような問題のない合金化亜鉛めっき鋼板とそ
の製造方法を見出した。

即ち、鋼板表面に研磨、圧延、ショツトブラスト等で一
定量の歪み（残留応力）を付与し、この歪みを消失させ
ることなく多量のＡＩｌを含む亜鉛めっき浴でめっきを
行い、合金化処理する方法で合金化亜鉛めっき鋼板を製
造すれば、めっき皮膜表面が平滑な合金化亜鉛めっき鋼
板が得られ、そのめっき鋼板は耐孔あき性に優れるとと
もに加工性および鮮映性にも優れることが判明したので
ある。

ここに本発明の要旨は、下記の■および■にある。

■鋼板の少なくとも片面に、重量％で、ＡＩ！、：０．
５〜１０％、Ｆｅ：８〜２８％を含有し、残部が亜鉛お
よび不可避不純物からなるめっき層を有し、めっき層の
表面粗さが中心線平均粗さで２μ−以下であることを特
徴とする合金化処理溶融亜鉛めっき鋼板。

■鋼板の少なくとも片面に、絶対値が０．５〜３０ｋｇ
／−１１の残留応力を付与した後、０．３〜１０重量％
のＡｆを含み、残部が亜鉛および不可避不純物からなる
めっき浴中でめっきを行い、次いで合金化処理を施すこ
とを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。

前記残留応力は、鋼板の少なくとも片面を０．０１〜２
　ｇ／−”研磨する方法で付与するのが望ましい。

（作用） 以下、本発明について詳細に説明する。

まず、本願第１発明の合金化亜鉛めっき鋼板の皮膜組成
および表面粗さを前記のように限定する理由について述
べる。

へ乏二〇、５〜１０％ めっき層中のＡｌは耐孔あき性の向上に有効であるが、
その含有量が０．５％より少ないと耐孔あき性の改善が
不十分であり、一方、１０％を超えると効果が飽和する
ばかりでなく、溶融めっき時にドロスの増加や高浴温化
によって操業性が低下する。また、Ａｌ含有量が１０％
を超えると、合金化処理後のめっき皮膜表面が粗くなり
、Ｒａで２μ−以下を確保するのが困難となり、後述す
るような品質上の問題が発生する。

Ｆｅ：８〜２８％ めっき層中のＰａは、合金化処理時の加熱温度および時
間を制御することで調整することができる。

即ち、加熱温度を高く、時間を長くとれば合金化反応が
促進されるのでＦｅ含有量が多くなり、一方、加熱温度
を低く、時間を短くするとＦｅ含有量が少なくなる。

Ｐｅ含有量が８％未満では未合金化部を生じ、塗装後の
耐ブリスター性が劣る。２８％を超えると耐孔あき性が
著しく低下する他、耐パウダリング性も低下し、プレス
加工時にめっき皮膜の剥離が生じやすくなる。

めっき層の残部は、亜鉛および不可避不純物である。不
純物としては、亜鉛精錬時におけるｐｂ、Ｃｄ５５ｄの
他、めっき槽構造物の腐食によるＮｉ％Ｃｒ等があり、
これらは通常総量で０．０００５〜０．００５％程度含
まれる。

なお、ＡＩ！、およびＦｅの含有量は、いずれもＺｎ、
ｒｅおよびＡ１の３元素の合計量に対する重量百分率で
ある。

めっき層の表面粗さ：Ｒａで２μ−以下めっき層の表面
粗さがＲａで２μ−を超えると、鮮映性が著しく低下す
る他、局部的にめっき付着量のムラを生じるため十分な
耐孔あき性を発揮できない、さらには摺動抵抗が増すた
めプレス加工時に成形割れが発生しやすくなる。

上記のようなめっき層は、鋼板の片面だけに有していて
もよく、また両面に有していてもよい。

以上述べた皮膜組成のめっき層を有し、そのめうき層の
表面がＲａで２μ−以下である本願第１発明の合金化亜
鉛めっき鋼板は、次の方法で製造することができる。

即ち、鋼板の少なくとも片面に、絶対値が０．５〜３０
ｋｇ／ａｍ”の残留応力を付与した後、０．３〜ｌＯ重
量％のＡｌを含み、残部が亜鉛および不可避不純物から
なるめっき浴中でめっきを行い、次いで合金化処理する
方法である。

鋼板表面に一定量の残留応力を付与してから溶融めっき
を行えば、合金化処理後のめっき皮膜表面をＲａで２ｐ
輪以下とすることができる。これは、残留応力を付与し
ないで、即ち、通常の焼鈍済の鋼板を多量のＡ２を含む
溶融亜鉛めっき浴でめっきした場合、鋼板表面にめっき
時に形成されるＦｅ−Ａｌ系合金層の安定性に著しいゆ
らぎが生じ、その結果、Ｆｅ　−Ｚｎの合金化反応に局
部的にムラが生じるために、合金化処理後の皮膜表面が
粗くなるが、鋼板表面に残留応力を付与すると、鋼板表
面における転位が増大し、これによりＦｅ−Ａｌ系合金
層が安定に形成されて、Ｆｅ　−Ｚｎの合金化反応が均
一に起こるから皮膜表面が粗くならない。

前記残留応力は、種々の方法で鋼板表面に付与すること
ができる０例えば、鋼板表面を砥粒入りナイロンブラシ
、バフロール、ワイヤーブラシ等で研磨する方法、鋼板
表面にショツト粒を投射する方法、鋼板をロールで軽圧
下する方法等である。

この中でも研磨で付与する方法が簡単である。研磨で残
留応力を付与する場合は、鋼板表面を０．０１〜２　、
／醜ｚ研磨してやれば、所定の残留応力を付与すること
ができる。

付与する残留応力は、圧縮応力（負の応力）でも引張応
力（正の応力）でもかまわないが、重要なのは絶対値が
０．５　ｋｇ／＋ｇ−”以上の残留応力を鋼板表面に付
与することである。これより少ないと、合金化処理後の
皮膜表面がＲａで２μ−を趨えることになる。一方、３
０ｋｇ／■■８を超える残留応力を付与しても、Ｒａで
２ｐ−以下の皮膜を得ることができるが、残留応力によ
る効果が飽和する他に、めっき時に合金層が形成されや
すく、ドロスの発生が著しくなるから上限は３０ｋｇ／
ｓ■１とするのがよい、望ましいのは、絶対値が２〜２
０ｋｇ／ｉｕｅ”の残留応力を付与することである。

第１表は、後述する実施例と同じ組成の焼鈍済鋼板（焼
鈍後の残留応力が負の応力で０．３ｋｇ／ａｍ”である
鋼Ｆｉ）を使用し、これに研磨、圧延、シッットブラス
トにて歪みを与え、残留応力を大きくした後、実施例と
同じ条件で熔融めっきおよび合金化処理を行った合金化
亜鉛めっき鋼板の皮膜表面粗さを測定したものである。

第１表 （以下、余白） 第　１　表（続き） 第１表より、いずれの歪み付与方法に係わらず、０．５
ｋｇ／ａｍ”以上の残留応力を付与してやれば、合金化
処理後の皮膜表面粗さがＲａで２μ−以下となること、
および３０ｋｇ／ｓ−”を超える残留応力を付与しても
、効果が飽和することがわかる。また、阻ｌに示す焼鈍
ままのもの、および阻１０に示す残留応力の付与量が少
ないものでは、合金化処理後の皮膜表面粗さがＲａで２
μ−を超えることがわかる。

本発明において、残留応力がめつき時に消失していれば
、平滑化の効果が得られないので、めっきを施す段階ま
で残留応力を維持する必要がある。

このため、連続式亜鉛めっきラインでは、次のようにし
てめっきするのが望ましい。

ライン内で焼鈍を行いめっきする鋼板では、焼鈍により
残留応力が消失するので、焼鈍後、例えばスナウト部で
残留応力を付与してからめっきするのがよい、焼鈍済の
鋼板を使用する場合は、前記のようにスナウト部で残留
応力を付与してもよ（、或いは、ラインに搬入する前に
予め残留応力を付与し、ライン内では残留応力が消失し
ない５００〜６００°Ｃの低い温度、いわゆるフルハー
ドサイクルに設定して鋼板を通板させてめっきするのが
よい。

めっき浴は、Ａｆｆｉを０．３〜１０重量％含み、残部
が亜鉛および不可避不純物からなるものを使用する。

＾ｌは皮膜中に富化する傾向にあるので、浴中のＡｆｆ
ｉｉ１１１度が０．３重量％でも、Ａｎ含有量が０．５
重量％以上の皮膜を確保することができる。一方、浴中
のＡＩｌ濃度が１０重量％を超えると操業性が低下する
以外に、前記のような品質面での問題が発生する。

めっき後は、皮膜中のＦｅ含有量が８〜２８重量％とな
るように合金化する０合金化は、ライン内で行ってもよ
く、ライン外で行ってもよい、ライン内では、めっき槽
直上に設けられたガルバニール炉で、めっき後の鋼板を
５００〜５５０°Ｃ（材料温度）の温度域に加熱して行
うことができる。ライン外では、バッチ炉でめっき後の
鋼板を３５０〜３８０°Ｃ（同）の温度域に加熱して行
うことができる。

次に、実施例により本発明を更に説明する。

（実施例） 素材鋼板として、Ｃ：０．０１２％、Ｓｉ：０．０１％
、Ｍｎ：０．１３％、Ｐ’：０．０１１％、Ｓ　：０．
００９％、Ｓｏｌ　、１／！　：０．０３％を含有する
焼鈍済み冷延鋼板（板厚：０．８−■）を用い、これを
２３０ｍｍ長さＸ　ｌｏｏｍ−幅の試料に裁断した後、
一部の試料はそのままで、残りの試料は砥粒入りナイロ
ンブラシで表面を研磨して歪みを与え、残留応力を大き
くしてから有機溶剤にて洗浄を行った。

次いで、これら試料を溶融めっきシュミレータ−を用い
て、２５％Ｈｚ　＋　Ｎ　ｔの雰囲気中で５００〜７５
０℃の温度に加熱した後、浴温が４７０’Ｃで０．１〜
１８重量％のＡＩｌを含む亜鉛めっき浴中へ５秒間浸漬
してめっきを行い、付着量を調整した後、５００℃で合
金化処理を行った。

合金化処理後の試料については、皮膜表面粗さを測定し
た後、下記の条件でリン酸塩化成処理とカチオン電着塗
装を施した。

〔リン酸塩化成処理条件〕

自動車用浸漬タイプのリン酸亜鉛化成処理液（日本バー
力ライジング社製：　ＰＢＬ３０８０）を用い、液温４
３°Ｃで１２０秒処理。

〔カチオン電着塗装条件〕

自動車用の通常のカチオン電着塗料（日本ペイント社製
Ｕ−８０）を電圧２００■、電着時間３分で塗装、その
後、塗装焼付を１８０℃で３０分実施。

塗膜厚：２０μ− こうして得られた塗装後の試料の外観を目視で評価した
後、その表面に素地に達するスクラッチ傷を入れ、乾燥
繰り返し試験を行った。

乾燥繰り返し試験は、試料を液温か３５℃の５％ＮａＣ
ｌ水溶液中に１時間浸漬、６０℃の熱風で１時間乾燥を
交互に繰り返すものであり、これを２００日行い、傷を
つけた部分における穴あき深さとブリスター幅を測定し
た。

これらの結果を、めっき前後の残留応力、めっき組成、
付着量とともに第２表にまとめて示す。

（以下、余白） 試料Ｎａ１ｌ〜１４、試料Ｎａ１７〜２０および試料Ｎ
ｌ１２３〜２６は本発明例である。これらは、いずれも
めっき皮膜表面がＲａで２μ−以下き平滑で、しかも穴
あき深さおよびブ′リスター幅も小さく耐食性に優れて
いる。これに対して、めっき前の残留応力、めっき組成
の一方又は両方が本発明で規定する範囲外のものは、め
っき皮膜表面がＲａで２ｕ鴎を超え鮮映性に劣るか、耐
食性に劣るかのいずれかである（試料Ｎ１ｋｌ−１０、
試料Ｎａ１５〜１６、試料漱２１〜２２、試料ＮｃＬ２
７〜３３）。

（発明の効果） 以上説明した如く、本発明の合金化亜鉛めっき鋼板は、
針孔あき性に優れるとともに皮膜表面が平滑であり、塗
装後の鮮映性および加工性にも優れるから特に自動車車
体防錆鋼板として好適である。

また、この合金化亜鉛めっき調板は、鋼板表面に残留応
力を付与してめっきするという簡単な方法で製造するこ
とができるので、製造費を大きく上昇させることがない
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）鋼板の少なくとも片面に、重量％で、Ａｌ：０．
   ５〜１０％、Ｆｅ：８〜２８％を含有し、残部が亜鉛お
   よび不可避不純物からなるめっき層を有し、めっき層の
   表面粗さが中心線平均粗さで２μｍ以下であることを特
   徴とする合金化処理溶融亜鉛めっき鋼板。
2. （２）鋼板の少なくとも片面に、絶対値が０．５〜３０
   ｋｇ／ｍｍ＾２の残留応力を付与した後、０．３〜１０
   重量％のＡｌを含み、残部が亜鉛および不可避不純物か
   らなるめっき浴中でめっきを行い、次いで合金化処理を
   施すことを特徴とする合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造
   方法。
3. （３）鋼板の少なくとも片面を０．０１〜２ｇ／ｍ＾２
   研磨して残留応力を付与することを特徴とする請求項（
   ２）の合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法。