JPH0266148A - 耐フレーキング性に優れた多層めっき鋼板 - 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） この発明は、プレス成形性に優れためっき鋼板、より具
体的には、プレス成形時の自由変形破壊によるパウダリ
ングと、高面圧摺動による焼きつきに起因するめっき皮
膜のブレーキングがなく、特に張出し、深絞り、摺動等
が複雑に関与する加工を受ける自動車車体用素材として
好適な多層めっき鋼板、に関する。

（従来の技術） 自動車外装材などに広く使用される耐食性鋼材のひとつ
に亜鉛系合金めっき鋼板がある。これは鋼材に亜鉛めっ
き（電気めっき、溶融めっき、真空蒸着めっき等）を施
した後、熱拡散処理してめっき層をＦｅ−Ｚｎ合金化し
て得られるものである。

この亜鉛系合金めっき鋼板は優れた耐食性を持ち、特に
亜鉛めっきを溶融めっき法で施す場合は、比較的安価に
量産できるため、多くの産業分野で賞用されている。

しかしながら、自動車外装材のように、複雑で高度の成
形加工を受ける部材の素材としては、次に述べるような
問題がある。

上記のように、この種のめっき鋼板は、亜鉛めっきを施
した後、熱拡散処理によって合金化することに特徴があ
る。Ｆｅ　−Ｚｎ合金相は、合金化度によって、η相、
ぐ相、δ、相、「相等の数種の組み合わせから成る。　
Ｆｅ含有量が低い程、軟質のη相、ζ相が多くなり、跪
いδ１相、ｒ相は少なくなる０合金化がすすみ過ぎため
っき皮膜ではＦｅ含有量の高いδ１相の比率が高（なり
、皮膜が跪くなって第１図（ａ）に示すようなパウダリ
ング（プレス成形の際に皮膜表層部が微粉状に剥離して
いく現象）が起こりやすいことが知られている。

上記のパウダリングを少なくする対策のひとつとして、
合金化層中のζ相と６１相の比率（Ｘ線回折強度）を測
定し、その比が０．１０〜１．５０の範囲にある場合に
加工性（耐パウダリング性）が優れたものとする判定法
が特公昭５５−３３４６４号公報に開示されている。自
由変形剥離が支配的な加工の場合には、上記公報に記載
されるとおり、ζ（Ｘ線回折強度）／δ、（Ｘ線回折強
度）＜０．１０では、めっき層の跪さからパウダリング
が著しく多くなり、この比がＯ，１０以上になると、め
っき層が軟質化してパウダリングが少なくなる。

ところが、耐パウダリング性の改善だけを目的として、
Ｆｅ　−Ｚｎ合金皮膜の軟質化を図るために合金化層の
Ｆｅ含有量を下げていくと、η相やζ相の比率が高くな
り、皮膜の表面摺動摩擦係数（その測定法については後
述する）が上昇し、プレス成形の際に金型との焼きつき
による表面剪断力によって合金めっき層が母材鋼板との
界面から剥離する、いわゆるブレーキング現象（第１図
（ｂ））が生じる。

第２図は、従来の合金化溶融亜鉛めっき鋼板のめっき皮
膜の合金化度（Ｆｅ含有量）と、皮膜の表面摺動摩擦係
数（μ）との関係を調査した結果を示すグラフである。

ここで、表面摺動摩擦係数（μ）は、次のようにして求
める。

第３図が、μを求める試験法の概念図である。

まず、めっき鋼板からダイスとポンチで打抜き加工した
浅いカップ型の試験片１を作製する。これを試験するめ
っき面を下にして、第３図のようにダイス２（工具＠　
５ＫＤＩＩ製、硬度ＨＲｃ　５０　、粗さＲ０□−０，
６μｍとなるようにエメリー研摩紙＃６００でクロス状
に目立て）の上に載せ、上から荷重Ｐ　　（５００ｇ）
をかける。この状態でダイス２を左右にスライド（１０
ｍｍストロークで１往復）させ、試験片１に発生する水
平方向の力Ｆをロードセル３で測定する。このとき、試
験片１とダイス２の潤滑には、粘度１５ｓｃｔ（４０°
Ｃ）の冷延＃ｉｉｌ板用防錆油（出光石油■製ＳＫ油）
を使用した。めっき面の表面摺動摩擦係数μは、μ＝Ｆ
／Ｐで算出される。

第２図は、この方法で、市販の多数の合金化溶融亜鉛鋼
板について表面摺動摩擦係数を測定した結果である０図
示のとおり、かなりのバラツキはあるが、めっき層のＦ
ｅ含有量が低くなるに伴ってμは顕著に上昇している。

めっき表面のμが高いということは、滑りが悪いという
ことであり、プレス成形の際にダイスやポンチとの間で
焼きつきを生じやすく、ブレーキングが発生し易いとい
うことである。つまり、単に合金化層中のＦｅ含有量を
下げて、前記のことδ。

の比を０．１０以上とし、耐パウダリング性を改善する
だけでは、プレス加工性の総合的改善には不十分なので
ある。実際のプレス加工では、塑性変形の際に必ず金型
（ポンチ、ダイス、ビード等）との摺動があるから、か
かる摺動の際に金型との焼きつきを防止するための何ら
かの対策が必要である。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の目的は、Ｆｅ−Ｚｎ合金化層を有する亜鉛めっ
き鋼板であって、塑性変形破壊によるパウダリングと、
高面圧摺動による焼きつきに起因するブレーキングとが
ともに少ない、即ち、耐パウダリング性と耐ブレーキン
グ性とを兼備するプレス成形性に極めて優れためっき鋼
板を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の要旨は、「母材鋼板の少なくとも片面に、Ｆｅ
含有量が１２重量％以下のＦｅ　−Ｚｎ合金の下層皮膜
と、その上に形成されたＦｅ含有量が５０重量％以上の
Ｆｅ系またはＦｅ−Ｚｎ系合金からなり表面摺動摩擦係
数が０．２２以下の上層皮膜とを有する耐ブレーキング
性に優れた多層めっき鋼板」にある。

第４図は、本発明のめっき鋼板の概念を示す一部断面模
式図である０図示のように、本発明の多層めっき鋼板は
、母材鋼板４の上にＦｅ系またはＦｅ−Ｚｒ＋系合金皮
膜（下層皮膜）５があり、その上にＦｅ５０重量％以上
のＦｅ系またはＦｅ　−Ｚｎ系合金皮膜（上層皮膜）６
がある。この上層皮膜は、表面摺動摩擦係数が０，２２
以下の皮膜である。

母材鋼板４は、通常の亜鉛めっき鋼板の母材となる冷延
鋼板または熱延鋼板であり、その材質には特に制約はな
い。一般的には、プレス成形性のよい低炭素Ａｌキルド
鋼、極低炭素Ｔｉ、Ｎｂ添加鋼、ＯＣＡ脱炭Ａｌキルド
鋼、遅時効性ＲＢＨ綱などが使用される。

下層皮膜５は、亜鉛を溶融めっき、電気めっき、真空蒸
着めっきなどの任意の方法でめっきした後に適宜の熱処
理を施して形成する。熱処理は亜鉛めっき後、引き続い
て同ライン内で行ってもよく、また別工程としてバッチ
処理してもよい。下層皮膜の付着量は防食効果を確保す
るため、およそ２０ｇ　／　ｍ　２以上とするのが望ま
しい、上限は、主として経済的な面からおよそ１００ｇ
／ａ＋”程度とする。

下層皮膜の合金化度、即ちＦｅ含有量の調整は、熱拡散
処理の条件（加熱温度、加熱時間）を変えることによっ
て行うことができる。温度を高く、または時間を長くす
れば、母材鋼板から亜鉛めっき層に拡散するＦｅの量は
多くなり、Ｆｅ−Ｚｎ合金化が進む。本発明では、皮膜
中の平均Ｆｅ含有量が１２重量％以下、望ましくは８〜
１０重量％、になるように、熱処理の条件を設定する。

本発明のめっき鋼板は、上層皮膜を有するのであるが、
後述するようにこの上層皮膜は表面摺動摩擦係数の小さ
い硬質のものであるから、クラックを生じやすく、それ
自体は耐パウダリング性の改善には余り寄与しない、従
って、耐パウダリングの向上のために、下層皮膜のＦｅ
含有量を規制する必要がある。

下層皮膜の合金化がすすみ過ぎてＦｅの含有量が１２重
量％を超えると、跪いＦｅ−Ｚｎ金属間化合物（δ１相
、ｒ相）が多（なり、厳しいプレス深絞り加工やプレス
ピード部通過の際の曲げ−曲げ戻し変形によってめっき
層の表面近傍が微細粉状になって脱離する前記のパウダ
リングが発生する。

脱離した微粉は金型に付着堆積し、金型と被加工材との
間の摩擦を高め、プレス枚数の増加とともにかじり型焼
きつきを発生させ、高面圧摺動が付加されるとやがては
めっき皮膜が母材鋼板との界面から細片状に剥離するブ
レーキングを起こし始める。下層皮膜のＦｅ含有量を制
限して耐パウダリングを持たせることは、ブレーキング
の防止にも役立つのである。

下層皮膜を上記のように、Ｆｅ含有量の低い軟質のもの
にすることは、上層皮膜を含めた全皮膜層の延性（加工
性）を確保することにも役立つ。

上層皮膜６は、前記の高面圧摺動による金型との焼つき
を防ぎ、ブレーキングを防止するため、表面摺動摩擦係
数（μ）０．２２以下、望ましくは０．２０以下のもの
とする。表面摺動摩擦係数が０．２２を超える皮膜では
、ブレーキング防止の効果が期待できない。この皮膜は
、Ｆｅ含有量が５０重量％以上のＦｅ系またはＦｅ　−
Ｚｎ系合金めっきによって得られる。

Ｆｅ系めっきとは、純鉄、またはＲｅをベースとして少
量のＣｏ、　Ｃｒ、、Ｍｎ、　Ｍｏ、、Ｎｉ５Ｓｒ＋、
　Ｃｄ、　Ｐｂ、　Ｉｎ。

Ｃｕ、、Ｔ１、Ｔｉ、Ｂｉ、Ｓｉ、、Ｂ、ＳＳＰ、、Ａ
ｌ、Ｍｇ、　Ｃａ。

Ｂａ等の元素の１種以上を含むものである。また、Ｆｅ
−Ｚｎ系合金めっきとは、Ｐａ　−Ｚｎ二元合金めつき
およびこれに前記の元素の１種以上を少量含存するもの
である。いずれの場合も、Ｆｅ含有量を５０重量％以上
としなければ、μを０．２２以下にするのが困難である
。

皮膜形成方法としては、ＣＶＤ、ＰＶＩ）、イオンブレ
ーティング法、イオンスパッタリング法などの乾式皮膜
形成法、或いは電解もしくは無電解めっきのような湿式
法のいずれも採用できるが、実住産用には後者が望まし
い。皮膜厚や組成の制御という面からは、電気めっき法
が最も優れている。電気めっきは、Ｆｅ”、ｐ　ｅ　ｊ
　４を主成分とする硫酸塩、塩化物の酸性水溶液に電気
伝導度を改善するための硫酸ナトリウム、硫酸マグネシ
ウム、硫酸アンモニウム、硫酸アルミニウム等、ｐｌ＋
緩衝荊としての硼酸、酢酸ナトリウム等、更に、Ｆｅイ
オンの安定化剤としてのクエン酸、酒石酸、ＥＤＴＡ、
ＴＧＡ　、　ＰＥＧ等、を含む浴を用いて行うのがよい
。

Ｚｎの含有量は、Ｚｎ”の硫酸塩、塩化物を適宜添加し
て行うことができる。

上層皮膜の表面摺動摩擦係数μを、より望ましい０．２
０以下にするためには、上記のめっき浴にＩｐｐａ＋以
上のサッカリンナトリウム、チオ尿素の１種以上を添加
するのが効果的である。これによって、皮膜の硬さが増
し、μが小さくなる。

上層皮膜６の厚さは１、付着量でおよそ０．１〜ｌ。

ｇ／＋ｓ”の範囲でよい、　０．１　ｇ／ｖａ”より少
ないと、この皮膜の存在理由が乏しくなる。また、この
皮膜自体には防錆効果は殆ど期待できず、専ら表面摺動
摩擦係数を下げる効果を発揮するものであるから、その
付着量は１０ｇ／ｍ”程度までに止めてよい。

以上に説明した多層めっきは、鋼板の両面に施してもよ
く、また片面だけに施してもよい、耐食性確保のために
、両面にＪｅ　−Ｚｎ合金化めっきを施した後、プレス
成形のときにと一ド側になる面だけに、上層皮膜を形成
させて、その表面摺動摩擦係数を０．２２以下にすると
いうこともを効である。

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明する
。

（実施例） 冷延鋼板（極低炭素Ｔｉ−Ｎｂ添加鋼、厚さ０．７５＋
ｕ＋）を母材として、表に示す各種のめっき綱板（全て
両面めっき）を作製した。

めっきの条件は下記のとおりである。

〔下層皮膜の形成方法〕

■　電気めっき 浴組成　−Ｚｎ５Ｏａ　・７Ｈ２Ｏ：　２００〜４００
　ｇ／　ｌＭｇ５Ｏａ　　：　　５０〜１００ｇ＃！（
ｐＨ：　１．０〜３．０） 浴温　　・・・４０〜７０　　°Ｃ 電流密度・・・２０〜２００　　Ａ／ｄａ”　（定電流
電解）めっき厚は通電時間を変化させて調整。

■　溶融めっき １０〜１００　ｐｐｍの０８を添加したＮ８ガス雰囲気
中で６００　”ＣＸ３０秒の微弱酸化加熱後、Ｈ６２５
％−Ｎ、７５％混合ガス雰囲気中で７５０〜ｂ その後、有効＾ｌが０．１０％の溶融亜鉛浴中に３〜１
０秒浸漬し、Ｎ、ガスワイピングにより付着亜鉛量を調
整。

■　真空蒸着 真空度１０−”Ｔｏｒｒ、の容器内に５００°Ｃの溶融
亜鉛の入ったルツボを置き、その上方ｌＯ〜２０ｃ１の
位置に予め２００’Ｃに加熱した母材鋼板をおいてめっ
き、付着量は蒸着時間をシャッターの開閉で変えること
によって調整。

〔下層皮膜の合金化方法〕

溶融塩（５３χＫＮＯ２−４０χＮａＮＯｓ　　７Ｘ　
ＮａＮ０ｔ）を４００〜６５０℃に加熱し、めっきした
鋼板を浸漬し、保持時間を変えて合金化度を調整。

〔上層皮膜の形成方法〕

■　鉄めっき 浴組成　−Ｆｅ５Ｏａ　・７ｏ、ｏ　：　２００〜５０
０　ｇ／　１（ｐＨ：　１．０〜３．０） （ＮＨａ）２ＳＯ４：　１００　ｇ／ｌサッカリンナト
リウム：　５ｍｇ／　１浴温　　・・・５０〜８０　　
℃ 電流密度・・・２０〜２００　　Ａ／ｄａ”■　Ｆｅ　
−Ｚｎめっき 上記の鉄めっき浴にＺｎ５Ｏｎ　’　７Ｈ！０　：　５
〜１００ｇ／　１を添加して、Ｚｎ含有量を調整。

めっき厚はいずれも通電時間を変化させて調整。

以上によって得た試料について、表面摺動摩擦係数（そ
の測定方法は既述のとおり）、耐パウダリング性、およ
び耐ブレーキング性を調査した。

〔耐パウダリング性の評価〕 第５図に示す円筒絞り法による。即ち、予め洗浄し秤量
した円板状試験片１を、図示のダイス７とポンチ８で潤
滑油を使用して円筒形に絞り加工する。そのとき剥離し
た微粉末を除去した試験片を秤量して、その重ｔｍをも
って耐パウダリング性を評価０重ｌｌ減が小さい程、耐
パウダリング性がよい０本実施例では、重量減が２抛ｇ
以下の場合を耐パウダリング性良好（○）　、２０ｍｇ
を超え５０ｍｇまでをやや良（Δ）、５抛ｇを超える場
合を不良（×）とした。

〔耐ブレーキング性〕

第６図に示すビード付ハツト成形法によって評価、試験
片１をと一ド９付の板押さえホルダー１０に載せ、ダイ
ス１１で押さえてポンチ１２でハツト（高さ５５ｍ１１
）状に成形し、試験片のホルダー側表面の粘着テープ剥
離テストによって耐ブレーキング性を判定。本実施例で
は、テープ面に付着している剥離片の量を基準とする相
対評価で、剥離片が殆どない場合を優（◎）、同じく少
量の場合を１（０）、中量の場合をやや不良（Δ）、多
量の場合を不良（×）とした。

次表に各試験片の皮膜構成と上記の評価結果をまとめて
掲げる。

試料阻１〜９は比較例である。Ｎα１から３までは、上
層皮膜を持たないものである。この場合、皮膜のＦｅ含
有量が８〜１０重量％であるために耐パウダリング性に
は問題がない、しかし、表面摺動摩擦係数μが高く耐ブ
レーキング性は甚だしく悪い、比較例のＮ１１４〜９は
上層皮膜を有するため、耐ブレーキング性も幾分改良さ
れているが、上層皮膜のＦｅ含有量が５０重量％に満た
ず、μが大きすぎて耐ブレーキング性の改善は不十分で
ある。

比較例の随５は、下層皮膜のＦｅ含有量が高いために、
耐パウダリング性にも劣る。

（以下、余白） 試料Ｎα１０以降が本発明のめっき鋼板の例である。

下層皮膜のＦｅ含有量は、全て１２重量％以下にしであ
るので、耐パウダリング性には全く問題がない。

上層皮膜はＮα１９がＦｅはぼ１００重景重量ある以外
、Ｆｅ　−Ｚｎ合金で、そのＺｎ含有量は５０重量％以
上であり、μは０．２２以下で耐ブレーキング性は優ま
たは良である。ただ、上層皮膜の厚さ（１１当たりの付
着量）が０．２ｍｇ（ｋｌｏ）、０．５ｍｇ（ｋ１４）
、ｏ、ｓｍｇ（Ｎα１９）のものは、ややμが太き（、
耐ブレーキング性において他の本発明の例よりは劣る。

上層皮膜の付着量を１．Ｏｎ＋ｇ／ｍ”以上にして、μ
を０．２０以下に抑えるのが望ましいと言える。

なお、下層皮膜の形成方法による効果の相違は見られず
、要するに合金化（皮膜のＦｅ含を量）の程度が重要で
あることがわかる。

表の本発明例に相当するめっき鋼板について、化成処理
を行った後、電着塗装を施し、クロスカットを入れた試
験片を作製し、乾湿繰り返しの塩水噴霧による耐食性の
試験を行った。その結果、耐食性においても、従来の合
金化亜鉛めっき鋼板と同等以上の優れたものであること
が確認できた。

（発明の効果） 本発明のめっき鋼板は、厳しいプレス加工条件に曝され
たときの合金化亜鉛系めっき鋼板の難点であったパウダ
リングとブレーキングの両者について、対策を講じたも
のである。その耐食性においても従来の合金化亜鉛系め
っき鋼板と同等以上であるから、従来のこの種のめっき
鋼板の用途には勿論、さらに加工条件の厳しい用途にも
使用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、亜鉛系合金めっき鋼板のパウダリングとブレ
ーキングを説明する概念図である。 第２図は、従来の合金化溶融亜鉛めっき鋼板におけるめ
っき皮膜のＦｅ含有量と表面摺動摩擦係数（μ）との関
係の測定結果である。 第３図は、表面摺動摩擦係数（μ）の測定方法を説明す
る図である。 第４図は、本発明のめっき鋼板を示す一部断面概念図で
ある。 第５図は耐パウダリング性の試験方法、第６図は耐ブレ
ーキング性の試験方法をそれぞれ説明する図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 母材鋼板の少なくとも片面に、Ｆｅ含有量が１２重量％
   以下のＦｅ−Ｚｎ合金の下層皮膜と、その上に形成され
   たＦｅ含有量が５０重量％以上のＦｅ系またはＦｅ−Ｚ
   ｎ系合金から成り表面摺動摩擦係数が０．２２以下の上
   層皮膜とを有する耐ブレーキング性に優れた多層めっき
   鋼板。