JPH02263966A

JPH02263966A - 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

Info

Publication number: JPH02263966A
Application number: JP8546389A
Authority: JP
Inventors: Yaichiro Mizuyama; 水山　弥一郎; Takashi Hotta; 堀田　孝; Kazumasa Yamazaki; 一正山崎
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1989-04-04
Publication date: 1990-10-26

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めっき層上層のＦｅ
濃濃度２亢板の製造方法に関するものである。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕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　Ａｊ２２０３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。

本発明はこのような要求を有利に満足するためなされた
ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の特徴とするところは、合金化溶融亜鉛めっき鋼
板の製造において、めっき層のＦｅ濃濃度２亢１〜３％を含有の酸化剤水溶液に浴温を３０〜６０℃と
して、　０．２〜１　０　ｓｅｃ間接触させ、ＺｎＯを
主体とする酸化膜を生成せしめる酸化膜生成処理を行う
ことを特徴とするスポット溶接性に優れためつぎ層上層
のＦｅ濃濃度２亢化溶融亜鉛めっき鋼板の製造方法に関
するものである。

本発明の対象とする亜鉛めっき鋼板は、Ｚｎを主体とす
る防錆機能を持つ下層の上に鉄を多く含有する上層をも
ち、表層にはＦｅ濃濃度２亢あり、その他の成分は特に
規定しない。例えば、鉄−亜鉛合金電気亜鉛めっき鋼板
（以下、電気めっき法で亜鉛又は亜鉛を主体とするＮｌ
。

Ｐｂ，　Ｃｒ等の合金めっきを施してから２００〜５５
０℃に加熱して鉄素地と合金化した合金めっき鋼板も含
む）、蒸着亜鉛めっき鋼板（以下、蒸着亜鉛めっき後、
２００〜５５０℃に加熱して鉄素地と合金化した合金め
っき鋼板も含む）、溶融亜鉛めっき鋼板、鉄−亜鉛合金
溶融亜鉛めっき鋼板、およびこれらのめっきの組合わせ
を上下面に持つ亜鉛めっき鋼板に上層として鉄−亜鉛合
金電気亜鉛めっきを施した鋼板、および片面は鉄面で他
面は鉄−亜鉛合金電気亜鉛めっき、蒸着亜鉛めっき、溶
融亜鉛めっき、鉄−亜鉛合金溶融亜鉛めっき等の上層に
鉄−亜鉛合金電気亜鉛めっきを施した鋼板がある。（電
気亜鉛めっきで上層のめっきをする際には、下層の亜鉛
が上層の浴にわずか溶解すると、電気めっきでめ）きを
行う限り、電析傾向から上記の亜鉛量（１％以上）は意
図せずとも上層に含有されているので鉄−亜鉛合金溶融
亜鉛めっきと表現した。）さらに、これらの上層にＮｉ
，　Ｇｏ，　　Ｐ　　Ｃｒ等を含有させたものである。

本発明者らは、亜鉛めっき鋼板の種類の如何によらず、
めっきがＺｎを主成分とする限り、めっき鋼板の表面に
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Ｆｅ，　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善す
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量で３０〜３００
０ｍｇ／ｒｎ２（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．また、陽極酸化などの電気化学処理におい
て、処理液が含有する成分あるいは化合物を含んでも良
い。

本発明者は亜鉛めっき層表面に、ＺｎＯを主体とする酸
化膜を生成せしめるに、鋼板を酸含有の酸化剤水溶液に
１！触させることで、２ｎ’０を主体とする酸化膜をｚ
ｎＯ　ｆｆｉで３０〜３０００ｍｇ／　ｒｎ’　（片面
当たり）生成させることが容易になり、溶接性に優れた
亜鉛めっき鋼板とすることをみいだした。酸の働きは、
めっき層表面をいくらか溶解してめっき層からＺｎ等の
イオンを供給して、かつ、めっき層に接触する溶液中の
ｐ）ｌを高くするにあり、酸化剤はそのめっき層表面に
て浴中のＺｎ等を酸化してめっき層表面に２ｎＯを主体
とする酸化膜を形成する働きをする。

酸化剤として、１ＩＮＯ３　　：　１〜３％を含有する
ことで、Ｚｎ等を酸化してめっき層表面にＺｎＯを主体
とする酸化膜を形成することができる。

ＨＮＯ３の下限を１％としたのはそれ末・満では酸化が
しにくくなり、酸化膜を生成することができなくなるた
めである。また、）ＩＮＯ３の上限を３％としたのはそ
れを超えて含有しても酸化剤としての効果が飽和し、合
金層表面のＺｎとＦｅを溶解し、特に、Ｆｅを溶解する
ことで、Ｆｅの酸化物の生成が多くなり、ｚｎｏより、
スポット溶接チップ寿命の改善の効果が低くなるためで
ある。

さらに酸化剤として、にＭｎＯ４、Ｃａ　（Ｃ４！０）
　２゜に２Ｃｒ２０７　、にＮＯ３、Ｎａ［１０３、Ｃ
４０２、ＮａＮＯｓ　、Ｚｎのイオンの補給剤として、
Ｚｎ　（ＮＯ３）２等を添加することにより、表面皮膜
の生成が促進される。

鋼板と１１１４と　ｌｌＮＯ３の酸含有の水溶液を接触
させる方法としては浸漬、スプレーによる噴射等いずれ
の方法でもよい。また、浸漬、スプレーによる噴射をし
てから、例えば、表面に乾燥加熱ガスを吹きつけたり、
鋼板を約１００℃以下に加熱すれば、より薄い溶液でも
水分の蒸発により濃縮液となり、かつ、高温で反応する
ので効果的に処理することができる。

かくして、酸化膜生成処理を行うことで生成した酸化膜
等の組成はＺｎＯを主体として、Ｆｅの酸化物、Ｚｎお
よびＦｅの水酸化物で、単体でも混合していても、かつ
Ａｎ等の不純物を含んでいてもかまわない。しかし、表
面皮膜としての特性で表面を均一に覆う被膜がよくて皮
膜の抵抗が低いＺｎＯが多いことが望ましい。

ＺｎＯを主体とする酸化膜を生成せしめるに、酸として
、）ｌｃｆｆｉ　　（塩酸）１〜３％とすることで、酸
化剤水溶液のｐＨが４以下であればめっき層表面の活性
化に寄与する。ＩＩ　ＣＭの下限を１％としたのはそれ
未満では合金層表面を溶解してＺｎイオンとすることで
酸化膜を生成することができなくなるためである。また
、その上限を３％としたのはそれを超えると表面のＺｎ
とＦｅが溶解しすぎて、皮膜が多く生成しすぎて、抵抗
が大きくなり、溶接時の電極チップとの抵抗発熱により
、電極チップ径の拡大による溶接性劣化の原因になるか
らである。

酸化剤としてＨ（４が好ましいのは理由は明らかではな
いが、１１Ｃ２の場合、Ｃｌイオンがめつき層中の亜鉛
を選択的に溶かしてＺｎイオンにすることが考えられる
。

処理浴には処理量と共にめっき中のＦｅやＺｎ。

不純物としてのＭｎ、　　＾ｌ　、　Ｐ、Ｓｉ等が溶は
比すことがある。これらの中でＺｎイオンは、あらかじ
め浴中に添加しておくとＺｎイオンをめっき層中から溶
かして、供給する必要性が少なくなるので、より短時間
でＺｎＯの析出が起こり、好ましいが、他の不純物はで
きるだけ少量に抑制することが望ましい。特に、Ｆｅは
１　ｇ／ｌを超えて含有すると表面にＦｅの酸化物、水
酸化物が生成して表面が黄変して、鋼板表面の商品品位
を悪化させるとともに、Ｆｅの酸化物、水酸化物が抵抗
皮膜となり、スポット溶接チップ寿命が劣化する。、Ｆ
ｅイオン濃度を規定するものではないが、できるだけ低
くすることが望ましい。

ＺｎＯを主体とする酸化膜を生成せしめるに、鋼板をＩ
Ｃ交：１〜３％、ＨＮＯ３：　１〜３％を含有の酸化剤
水溶液に浴温を３０〜６０℃とし、０．２〜１０ｓｅｃ
間接触処理をさせ、酸化膜生成処理を行うこととした。

処理浴温を３０〜６０℃とし、下限を３０℃としたのは
、めっき表面のＺｎ等を溶解して、酸化を容易にするた
めであり、それ未満では反応速度が遅く、表面皮膜を得
にくいためである。

また、上限を６０℃としたのは、反応が進行しすぎて、
溶解量が多くなり過ぎめっき層が薄くなり、亜鉛めっき
鋼板の耐蝕性を損なうためである。もちろん、反応は時
間が短いとき温度を高くすることで同じになり、温度が
６０ｔを超えても、時間を短くすればよいが、時間を短
くしたときの温度を高温に制御することが困難なため、
温度は６０℃以下が望ましい。

そのために、ライン速度との兼ね合いによるが、浸漬、
またはスプレー等の接触処理時間を０．２〜１０　ｓｅ
ｃとしたのは、０．２ｓｅｃ未満では酸化膜生成処理が
不十分で、溶接性が向上しないためであり、１０ｓｅｃ
を超えて処理しても酸化膜の生成は飽和して、しかも、
めっき表層の２ｎ等を溶解しすぎ、めっき層が薄くなり
、亜鉛めっき鋼板の耐蝕性を損なうためである。

ところで、ＺｎＯを主体とする酸化膜の生成条件として
、鋼板をＩｌｌ　：　１〜３％、　ＨＮＯ３：　１〜３
％を含有の酸化剤水溶液に浴温を３０〜６０℃として、
　０．２〜１０　ｓｅｃ間接触させ、ＺｎＯを主体とす
る酸化膜を生成せしめるに酸化膜生成処理を行うことで
達成できる。第１図はＨＮＯ３濃度１％、２％、ＨＣｆ
ｌ濃度１％、２％の酸化膜生成処理液中で時間を変えて
酸化膜生成処理を行ったときの処理時間とＺｎＯを主体
とする酸化膜量の関係であるが、ＨＮＯ３濃度、）ＩＣ
ＪＩ濃度が高くなるとＺｎＯ量は多くなり、また、時間
が長くなると２ｎＯ量が増加する傾向を示す。

このように、ＺｎＯを主体とする酸化膜は酸化膜生成処
理を行うことで容易に生成することが明らかである。

このような酸化膜の生成量としては、酸化膜中のＺｎＯ
量（片面当たり）として、３０〜３０００ｍｇ／ｒｎ’
で３０Ｂ／ｒｎ’未満では効果がなく、又３０００ｍｇ
／ｒｎ”超になると、電気抵抗が大となり、チップ軟化
変形を生じ易くなり、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
通釈的に反応し、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。

この溶融状態のめっき金属は、前記めっき鋼板表面に生
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−亜鉛合金となり、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、めっき金属と地峡との合金を主体とするもので、
平均濃度として、Ｆｅ　：　２０〜６０％、２ｎ：４０
〜８０％程度の場合が多いが、一般にＦｅ濃度の高い方
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、電極保護金属はめりき金属の
成分、Ｍｎ、　Ｓなどの鋼板成分、Ｃｒなとのめっき鋼
板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
き後、また、めっき層を合金化する場合には、合金が完
了した後、めっき層のＦｅ濃濃度２冗行うことで、２ｎＯを主体とする酸化膜が確実に生成す
る。その具体的な方法としては、例えば、合金化溶融亜
鉛めっき鋼板に、Ｆｅ濃濃度２冗は、ライン内でコイル
に巻き取る前に酸化膜生成処理液に浸漬し、あるいは、
スプレーで噴射し、水洗、乾燥して達成できる。または
、ライン外で、コイルを巻き戻しながら、酸化膜生成処
理液に浸漬、あるいは、スプレーで噴射して、水洗、乾
燥、さらに、コイルに巻き取ることで、確実に生成させ
ることができる。このさいに前述の如く、浸漬あるいは
スプレー噴射の後、例えば表面に乾燥加熱ガスを吹きつ
けたり、鋼板を約１００℃以下に加熱すれば、効果的に
酸化膜生成反応を行うこともできる。

（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・両面＾Ｓ−Ｅ　：合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき
層の上層として鉄−亜鉛合金層（Ｆｅ：９０％、Ｚｎ：１０％の組成で３１厚）を電気
めっきした製品・片面＾Ｓ−Ｅ　：合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき
層の片面にのみ、上層として鉄一亜鉛合金層（Ｆｅ：９０％、Ｚｎ：１０％の組成で３
１厚）を電気めっきした製品鋼板厚は、いずれも０．８ｎ＋ｍの普通鋼。

注２：＃Ｌ化膜生成処理方法記号は以下の処理方法を示す。

Ａ：酸化剤水溶液中に表中に記載されている時間浸漬処
理をした。

Ｂ：酸化剤水溶液を表中に記載されている時間ノズルよ
り鋼板全面にスプレーした。

ＣＡＢと同様にスプレーした後、表面に　１００℃の加
熱空気を吹きつけて、水分を蒸発させた。

注３：酸化物中のＺｎＯの測定５％沃素メチルアルコール溶液で、めっき層のみ溶解し
、抽出残漬を混合融剤（ｔｉｌｌ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ＺｎＯ量に喚算。

注４：溶接条件溶接条件は下記による。

１　加圧カニ２５０ｋｇｆ２　初期加圧時間：４０Ｈｚ３　通電時間：１２Ｈｚ４　保持時間：５Ｈｚ５　溶接電流二１１に＾ａ）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８５％でのナゲツト径が３．６
１を確保できる打点数８）電極材′Ｊｔ：　Ｃｕ　−Ｃｒ　（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、適性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図は酸化膜生成処理液中で時間を変えて酸化膜生成
処理を行ったときの処理時間とＺｎＯ量の関係を示す図
である。他４名

Claims

【特許請求の範囲】

１　合金化溶融亜鉛めっき鋼板の製造において、めっき
層のＦｅ濃度２０％超の上層にＨＣｌ：１〜３％、ＨＮ
Ｏ＿３：１〜３％を含有の酸化剤水溶液に浴温を３０〜
６０℃として、０．２〜１０ｓｅｃ間、接触させ、酸化
膜生成処理を行うことを特徴とするスポット溶接性に優
れためっき層上層のＦｅ濃度２０％超の合金化溶融亜鉛
めっき鋼板の製造方法。