JPH0257697A - 加工性，溶接性に優れた表面処理鋼板 - 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】 く産業上の利用分野〉 この発明は、十分な耐食性や塗装性を有することは勿論
、優れたプレス加工性及びスポット溶接性をも示すとこ
ろの、自動車用防錆鋼板として好適な表面処理鋼板に関
するものである。

〈従来技術とその課題〉 近年、自動車車体の防錆性能に対する要求は一段と厳し
くなってきており、所謂″１０−５−２”の防錆目標（
孔あき腐食１０年保証、外面錆５年保証、エンジンルー
ム内の表面錆２年保証）が掲げられるに至って自動車用
防錆鋼板の更なる防錆性能向上策は緊急の課題となって
いた。

従来、自動車用防錆鋼板としてはｒＺｎ−Ｎｉ合金電気
メッキ鋼板（メッキ付着量：２０〜４０ｇ／ｍ）Ｊｒ　
Ｚｎ　−Ｆｅ合金電気メッキ鋼板（メッキ付着量＝２０
〜４０ｇ／　ｒｄ　）　Ｊ或いはｒＺｎ電気メッキ鋼板
（メッキ付着量：２０〜ｌｏｏｇ／ｒｒｆ）ｊが使用さ
れていたが、上述のような防錆要求の高度化に伴ってメ
ッキの厚目付化が検討された。ところが、電気メッキの
厚目付化は電力大量使用に伴う多大な製造コストアップ
につながるものであることから、自動車用防錆鋼板にも
電気メッキ・鋼板に比較して厚目付が容易である溶融メ
ッキ（溶融亜鉛メッキ、合金化熔融亜鉛メッキ、溶融亜
鉛−アルミニウム合金メッキ）鋼板の採用が検討される
ようになってきた。

しかしながら、溶融メッキ鋼板には次のような問題が指
摘されており、これを自動車用防錆鋼板に適用するには
その克服が不可欠であった。

即ち、「溶融亜鉛メッキ鋼板」や「溶融亜鉛−アルミニ
ウム合金メッキ鋼板」では、プレス加工時にメッキ皮膜
が金型に焼付いて摺動抵抗が増大し部分的にメンキ皮膜
がむしり取られる所謂“フレーキングと称する現象が発
生し、脱落したメッキ層の破片がプレス金型に堆積して
成形品に押し込み疵を作る等のトラブルが生じることが
あった。

また、溶融亜鉛メッキ鋼板を加熱処理することによって
Ｚｎ　−Ｆｅ合金とした「合金化溶融亜鉛メッキ鋼板」
では、合金化度が低い場合には溶融亜鉛メッキ鋼板と同
様のフレーキングの問題が発生し、また合金化度が高い
場合には厳しい加工を受けるとメッキ層が崩壊し粉末状
に剥離・脱落する所謂“パウダリングと称される製品欠
陥が発生して、加工後の耐食性を劣化せしめると同時に
剥離・脱落したメッキ層の破片がプレス金型に堆積して
、やはり成形品に押し込み疵を作る等のトラブルが生じ
がちであった。その上、「合金化溶融亜鉛メッキ鋼板」
では、カチオン電着塗装の際に“電着塗装プツ”と称さ
れる凹凸欠陥が生じ易く、特に約２３０Ｖ以上の電着条
件でこの傾向が強かった。

しかも、「溶融亜鉛メッキ鋼板」、［合金化溶融亜鉛メ
ッキ鋼板Ｊ及び「溶融亜鉛−アルミニウム合金メッキ鋼
板」ともスポット溶接における連続打点の際のチップ寿
命が３００〜３０００点と短い。特に、目付量が増大す
るにつれてスポット溶接機のチップの損傷が激しくなり
、チ・７プをドレッシングする頻度や交換する頻度が高
くなって作業性に問題がある。

そこで、溶融メッキ鋼板に見られる上記問題を解決すべ
く、以下のような提案がなされた。

（ａ）　　Ｐｅ−Ｚｎ系合金（Ｚｎ≦４０％：以降、成
分割合を表わす％は重量％とする）の上層メッキを施す
〔特開昭５６−１３３４８８号１特開昭５６−１４２８
８５号〕。

（ｂ）Ｒｅ−Ｐ合金（Ｐ　：Ｏ，０Ｏ０３〜０．５％）
の上層メッキを施す〔特開昭５９−２１１５９２号、特
開昭６２−２９０８４号〕。

（ｃ）Ｆｅ−Ｂ合・金（Ｂ　：０．００１〜３％）又は
Ｆｅ−３合金（Ｓ　：０．００１〜０．４１％）の上層
メッキを施す〔特開昭６２−２５３７９６号〕。

（ｄ）　　Ｚｎ又はＺｎ　　Ｎｉ合金の上層メッキを施
す〔特開昭６１．−２０７５９７号〕。

しかし、上記（ａｌ〜（Ｃ）項に示す如きＦｅ　−Ｚｎ
合金。

Ｆｅ−Ｐ合金、Ｐｅ−Ｂ合金等のＦｅ系上層メッキを施
す対策では、化成処理性や耐クレータリング性等の塗装
性は向上するが、Ｆｅ系メッキ固有の問題として「メッ
キ付着量が多い場合に赤錆を発生し易い」との不都合が
指摘された。また、加工性の面からは、パウダリングや
フレーキング等の現象に対して改善効果がないばかりか
、スポット溶接性を劣化すると言う問題もあった。

このスポット溶接性の劣化原因は次のように考えられる
。即ち、一般にスポット溶接の電極チップ材質としてＣ
ｕ　−Ｃｒ合金（Ｃｕ含有量：数％）が用いられるが、
連続スポット溶接の進行に伴ってメッキ皮膜成分のＺｎ
やＦｅ及び母材のＦｅがチップ表面から熱拡散するため
にＣｕ　−Ｚｎ　−Ｆｅの脆い合金となり、それ故にチ
ップの損傷を促進する。

一方、上記ｆｄ１項に示したＺｎ又はＺｎ−Ｎｉ合金の
上層メッキを施す対策は特に加工性の改善を狙ったもの
であるが、ここで言う「加工性の改善」とは「パウダリ
ング性の改善」を意味するものであり、“Ｚｎメッキ”
又は“旧含有率が３０−ｔ％以下のＺｎ−Ｎｉ合金メッ
キ”のような延性のあるメ・ツキを上層メッキとして施
すことを特徴としている。そして、この対策では「“Ｎ
ｉ含有率が３０−ｔ％以下のＺｎ−Ｎｉ合金メッキ”と
はη相とγ相の２相から構成され、適度な延性を有する
ものである」としているが、η相とγ相の２相から成る
Ｚｎ−Ｎｉ合金メッキとはＮｉ含有量が１０−ｔ％を下
回るものであることが学術的に明らかであり　（例えば
「金属表面技術」νｏ１．３１（１９８０）、　Ｎｏ、
１０．第５１２頁や、［鉄と鋼Ｊ　Ｖｏｌ、６６（１９
８０）、　Ｎｏ、７．第７７１頁を参照されたい）、こ
の対策は結局Ｎｉ含を率が１０ｗｔ％を下回るＺｎ−Ｎ
ｉ合金メッキを上層メッキとして施すものである。しか
しながら、Ｚｎメッキ又はη＋γの２相から成るＺｎ−
Ｎｉ合金メッキの上メッキを施す対策では確かに延性が
あるが故にパウダリングの抑制効果は得られるかも知れ
ないが、表面がＺｎリッチな皮膜となるためプレス成形
時に工具との摺動による疑似焼付現象、即ちカジリ現象
が発生してメッキ皮膜のフレーキングを生じ易いとの問
題があり、その意味からは加工性改善対策として十分な
ものではなかった。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、従来の自動車用防錆鋼板に指摘されていた前
記問題点を解消し、十分な耐食性並びに塗装性を有する
ことは勿論、加工性やスポット溶接性にも優れた表面処
理鋼板を提供すべく案出されたものであり、 「第１図に示される如く、鋼板（１）の少なくとも片面
に、溶融亜鉛系メッキの下層（２）と、片面当り０．５
〜２０ｇ／　ｒｄの“γ相単相のＺｎ−旧合金メッキ”
又は“γ相とα相との混相のＺｎ−Ｎｉ合金メッキ”か
ら成る上層（３）とで構成されるメッキ層を設けて表面
処理鋼板を構成することにより、優れた耐プレス摺動性
並びにスポット溶接性をも付与した点」に特徴を有する
ものである。

ここで、「溶融亜鉛系メッキ」は鋼板に所望の防錆性能
を付与する上で欠かせないものであるが、この「溶融亜
鉛系メッキ」は溶融亜鉛メッキ、合金化溶融亜鉛メッキ
（例えば合金化度がＦｅ含有割合で５〜１５％のもの）
及び溶融亜鉛−アルミニウム合金（例えばＭ含有割合＝
４〜６０％）メッキ等の何れであっても良い。

上記のように、本発明は、少なくとも片面に溶融亜鉛系
メッキを施した鋼板において、プレス加工時におけるメ
ッキの摺動特性が高いが故のメッキのフレーキング防止
、スポット溶接性における連続打点時のチップ電極の寿
命向上、及びカチオン電着塗装時のクレータリング（合
金化溶融亜鉛メッキ鋼板等に目立つ）への対策を目的と
して、γ相単相”又は“γ相＋α相の混相”のＺｎ−Ｎ
ｉ合金メッキを片面当り０．５〜２０ｇ／　ｍ施すこと
を特徴としている°が、このＺｎ−Ｎｉ合金メッキは、
旧含有率が１０〜１６％でＴ単相（Ｎｉ５Ｚｎｚ＋又は
ＮｘＪｎｚｚ）を、またＮｔ含有率が１６〜８０％で〔
γ相＋Ｚｎを固溶したα相］の２相を示す。そして、Ｔ
単相又は〔γ＋α〕　２相構造ではメッキ皮膜の硬度の
上昇に伴ってメッキの摺動特性が向上して摩擦係数が低
下し、プレス加工時にメッキ皮膜が金型工具へ焼付くの
を抑制する効果を発揮するのでフレーキングに対して非
常に有利である。

これに対して、η相を有する〔η（−γ〕　２相或いは
η相単相のＺｎ−Ｎｉ合金メッキでは、η相が柔らかい
が故にメッキの摺動特性として摩擦係数が上昇するので
フレーキングには不利である　（例えば「鉄と鋼」“８
７−３４１７頁を参照されたい）。

また、Ｔ単相又は〔Ｔ＋α〕　２相のＺｎ−Ｎｉ合金メ
ッキは他のＺｎメッキやＺｎ　−Ｆｅ合金メッキと比較
して連続スポット溶接に有利である。なぜなら、前述し
たように、一般に、連続スポット溶接の進行につれてメ
ッキ中のＦｅやＺｎがスポット？容接チ。

プ（Ｃｕ−数％Ｃｒ合金、八１２０１分散Ｃｕ）を構成
するＣｕ中に拡散する傾向があり、脆いＣｕ−Ｚｎ或い
はＣｕ　−Ｆｅ合金を形成してチップの形状面れの原因
を作って連続打点性の寿命を低下させがちであるが、Ｚ
ｎ　−Ｎｉ合金メッキの場合には、旧がＣｕ中に拡散す
ることによってＦｅ、　Ｚｎの拡散を抑制し前記脆い合
金の形成を防ぐので、チップの損傷が少なくなり連続打
点性の向上をもたらすからである。

更に、Ｚｎ−Ｎｉ合金メッキの耐クレータリング性は合
金化溶融亜鉛メッキ鋼板に比較して優れており、特にγ
相又はＴ＋α相から成るＺｎ−Ｎｉ合金メッキはη相を
有するＺｎ−Ｎｉ合金メッキよりもクレタの発生する電
圧が低い。

なお、Ｚｎ−Ｎｉ合金メッキたるメッキ上層の目付量を
０．５〜２０ｇ／ＩＴ？と限定したのは、該目付量が０
．５ｇ／ｍ”未満では所望の耐プレス摺動性、スポット
溶接性及び塗装性改善効果を確保することができず、一
方、上記目付量が２０ｇ／ｒｄを超えてもより以上の改
善効果は得られずに経済的な不利を招くからである。

続いて、この発明を実施例によって更に具体的に説明す
る。

〈実施例〉 まず、板厚：　０　、８　龍の“溶融亜鉛メッキ鋼板”
及び“合金化の異なる合金化溶融亜鉛メッキ鋼板”と第
１表に示すようなＺｎ−Ｎｉ系合金電気メッキ液を準備
した。

第　　　１　　　表 次に、上記各溶融メ・７キ鋼板に脱脂、酸洗処理を施し
た後、第１表に示したメッキ液を用いると共に、そのＮ
　ｉ　”　”　？７１ｒ度とＺｎ２＋濃度を変化させて
電気メッキを行うことにより、溶融メッキ層上にＯ〜２
０ｇ／ｒｄの目付量でη、η＋γｌ　　７１　１＋αの
各相を有するＺｎ−Ｎｉ合金メッキ層を施した。

次いで、このようにして作成された表面処理鋼板につい
て、メッキのパウダリング性及びフレキング性をチエツ
クするためのビード付ハツト成形試験、メッキ面と工具
面との摺動特性調査、スポット溶接性調査、塗装性調査
、塗膜密着性調査及び塗膜密着性調査をそれぞれ実施し
た。

これらの結果を第２表に示す。

なお、前記各試験及び調査は次の要領で実施した。

ビートイ・ハフト′ノ゛ 第１図（ａ）に示すビード付のハツト成形によって得た
成形品について、第１図（ｂ）で示すようなピッド側壁
部におけるメッキのパウダリング及びフレキングをセロ
ハン粘着テープでチエツクすると共に、第１図（Ｃ）で
示ず如く金型ビード部に堆積した金属粉を同様にテープ
チエツクした。そして、その評価は、「金型ビード部へ
のメッキ剥離片の付着状況」についてｌよ ◎・・・メッキ剥離片の付着なし。

○・・・メッキ剥離片の付着微小。

△・・・メッキ剥離片の付着小。

×・・・メッキ剥離片の付着釜 で表示し、また「成形品の壁部のテープ剥離状況」につ
いても、同じく ◎・・・メッキ剥離片の付着なし。

○・・・メッキ剥離片の付着微小。

△・・・メンキ剥離片の付着小。

×・・・メッキ剥離片の付着多 で表示した。

摺」琲υＵ凰査 メッキ面と工具面との摺動特性調査には、第２図に示す
ような、バウデン試験を改良した“改良バウデン試験法
”によりメッキ面の摩擦係数を求める方法を採用し、そ
れによって摺動特性を評価した。

スボソ１鉗」ｌ且査 スポット溶接性の試験は、、ＣＦ型電極（Ｃｕ−Ｃｒ合
金製）を用い、加圧カニ　２００　ｋｇ−ｆ、スクイズ
時間：２０”、通電時間：１０′、保持時間：１５〜及
び溶接電流：１１ｋＡで、１点／１秒で１分間に２０打
点のピッチなる条件で連続打点性のテストを行い、ナゲ
ツト径が４　（ｔ　（＝　３．６ｍｍ、但しｔは板厚で
０．８ｍｍ）以下の時点をもって連続打点の寿命とした
。

差５ぼＵ」嚢 浸漬型リン酸亜鉛処理（日本バー力ライジング社製のパ
ルボンド３０２０　（商品名〕による処理）を施した後
、カチオン電着塗料（関西ペイント社製のエレクトロン
９４５０　（商品名〕）に浸漬し、各設定電圧で急激に
通電を行い、クレータリングの発生する電圧を求めるこ
とにより電着塗装性を評価した。

票又」ｊｏｌｌ」森 塗装後耐食性については、リン酸亜鉛処理及び電着塗装
を施した後、更にメラミンアルキッド系の中塗り及び上
塗りを施した塗装板（７０ｍｍ　Ｘ　１５０ｍｎ＋。

総合膜厚１００μｍ）にクロスカットを入れ、これを半
年間屋外暴露テスト（この間、週２回の塩水散布を実施
）して“クロスカット部からの赤錆発生具合”及び“ク
ロスカット部からの塗膜のクリープ幅”を求めて評価し
た。なお、塗装後耐食性は◎・・・赤錆なし ○・・・赤錆僅かに発生。

△・・・赤錆発生少 ×・・・赤錆発生大 で表示した。

除膜密着性調査 カチオン電着塗装、中塗り、上塗りの塗装を施した後、
５０℃の温水（イオン交換水）中に１０日間浸漬してか
ら１　＋ｎ間隔のゴバン目を入れたものについて、１０
０マスのテープ剥離テストを実施し、この時の塗膜の残
存率でもって塗膜密着性を評価した。

前記第２表に示される結果からも明らかなように、本発
明に係る表面処理鋼板は何れの特性調査においても優れ
た成績を示しており、最近の自動車用防錆鋼板に対する
厳しい要求をも十分に満足するのに対して、本発明で規
定する条件を満たさない比較鋼板は十分な特性を有しな
いことが分かる。

なお、ここではメッキ第１層が“合金化溶融亜鉛メッキ
”又は“溶融亜鉛メッキ”及び″５％ＡＩＬＺｎ合金メ
ッキ”の例について説明したが、これに代えて例えばＡ
Ａを４〜６０％含む溶融亜鉛−アルミニウム合金メッキ
を施したものについても、その上層として本発明に係る
γ相単相又は〔γ＋α〕２相のＺｎ−Ｎｉ合金メッキを
０．５〜２０ｇ／％の目付量で施せば、同様に優れた加
工性、スポット溶接性２塗装性を備えた表面処理が得ら
れることは言うまでもない。

く効果の総括〉 以上に説明した如く、この発明によれば、耐食・防錆性
は勿論、プレス加工性、スポット溶接性並びに塗装性等
の緒特性が共に優れた表面処理鋼板を提供することがで
き、自動車用防錆鋼板等に適用してその性能を更に向上
させることが可能となるなど、産業上極めて有用な効果
がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る表面処理鋼板の概略構成図であ
る。 第２図は、ビード付ハフト成形試験の概要説明図であり
、第１図（ａ）は成形工程を、そして第２図（ｂ）及び
第２図（Ｃ１はそれぞれセロハンテープ評価部を示して
いる。 第３図は、改良型バウデン試験法の概要説明図である。 図面において、 １・・・鋼板。 ２・・・溶融メッキ（溶融亜鉛メッキ、溶融亜鉛合金メ
ッキ、溶融亜鉛−アルミニウム合金メッキ）層。 ３・・・“γ相”又は“γ＋αの混相”から成るＺｎ−
Ｎｉ合金メッキ相。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼板の少なくとも片面に、溶融亜鉛系メッキの下層と、
   片面当り０．５〜２０ｇ／ｍ＾２の“γ相単相のＺｎ−
   Ｎｉ合金メッキ”又は“γ相とα相との混相のＺｎ−Ｎ
   ｉ合金メッキ”から成る上層とで構成されるメッキ層を
   設けて成る、プレス加工性並びにスポット溶接性に優れ
   た表面処理鋼板。