JPH03126888A - 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】 〈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／　ｒｒｆ）
　ＪｒＺｎ−Ｆｅ合金電気メッキ鋼板（メッキ付着量＝
２０〜４０ｇ／　ｒｒｒ）　Ｊ或いはｒＺｎ電気メッキ
鋼板（メッキ付着量：２０〜１００ｇ／ｒｒｒ）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、合金化溶融亜鉛メッキ、熔融
亜鉛−アルミニウム合金メ・ツキ）′ａＦｉ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、「溶融亜鉛メッキ付着量」や「溶融亜鉛−アル旦
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ッキ皮
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
Ｚ、ｎ−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、
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“電着塗装ブツ″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
ッキ鋼板コ及び「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点と比較的短い。特に、日付量
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、チッ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）　　Ｆｅ−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、特開昭５６−１４２８
８５号〕。

（ｂｌＦｅ−Ｐ合金（、Ｐ　：Ｏ，０００３〜０．５％
）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Ｆ
ｅ−３合金（Ｓ：０．００１〜０．４１％）の上層メッ
キを施す〔特開昭６２−２５３７９６号〕。

（ｄｌ　　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〜（Ｃ１項に示す如きＦｅ　−Ｚｎ
合金。

Ｆｅ−Ｐ合金、Ｆｅ−Ｂ合金等のＦｅ系上層メッキを施
す対策では、化戒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、合金化度の低い
合金化溶融亜鉛メッキ鋼板ではフレーキングに対して多
少の抑制効果が認められるものの、パウダリング現象に
対して改善効果がないばかりか、スポット溶接性が良好
でない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、。

“Ｚｎｎメッキ又は“Ｎｉ含有率が３０ｗｔ％以下のＺ
ｎ−Ｎｉ合金メッキ２のような延性のあるメッキを上層
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「“Ｎｉ含有率が３０−ｔ％以ｒのＺｎ−Ｎｉ
合金メンキ”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相から戒るＺｎ−Ｎｉ合金メッキとはＮｆ含有量が
１０ｗｔ％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Ｊ　Ｖｏｌ、３１（１９
８０）、　Ｎｏ、１０．第５１２頁や、「鉄と鋼Ｊ　Ｖ
ｏｌ、６６（１９８０）、　Ｎｏ、７．第７７１頁を参
照されたい）、この対策は結局Ｎｉ含有率が１０ｗｔ％
を下回るＺｎ−Ｎｉ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メンキ又はη＋γの２
相から成るＺｎ−Ｎｉ合金メッキの上層メッキを施す対
策では、この上層メッキ層が比較的良好な延性を有して
いるためにパウダリングの抑制効果は得られるかも知れ
ないが、逆に比較的良好な延性を示すが故にメッキ皮膜
の硬さがＨｖ１５０未満でしかない上記“表面がＺｎリ
ッチな皮膜（上層メッキ）＃のため、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（１１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／ｍの“メッキ皮膜の硬さがＨｖ１５０以上の
Ｚｎ−Ｎｉ系合金メンキ”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ＡＩ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、“メッキ皮膜の硬さがＨｖ１５Ｑ以上”のＺｎ−
Ｎｉ系合金メッキを片面当り０．５〜２０ｇ／　ｒｄ施
すことを特徴としているが、このＺｎ−Ｎｉ系合金メッ
キは、メッキ皮膜の硬度が上昇するに伴って摺動特性を
向上する作用が増して摩擦係数の低下をもたらし、特に
メッキ皮膜の硬さがＨｖ１５０以上になると前記作用が
一段と顕著になって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ため、フレーキ
ングに対して非常に有利となる。

ただ、同じＺｎ　−Ｎｉ系合金メッキであっても“メッ
キ皮膜の硬さがＨｖ１５０未満のもの”では摺動時の摩
擦係数が非常に大きく、フレーキングに対しては十分な
改善効果が発揮されない。

また、メッキ皮膜の硬さがＨｖ１５０以上のＺｎ−Ｎｉ
系合金メッキは、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？８
接の進行につれてメッキ中のＰｅやＺｎがスポット溶接
チップ（Ｃｕ−数％Ｃｒ合金、Ｕ、○８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
、Ｚｎ−Ｎｉ系合金メッキの場合には、Ｎｉ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。

加えて、スポット溶接時の加圧時には２００〜３００ｋ
ｇの荷重が電極チップを介してかかるが、メッキ皮膜硬
度がＨｖ１５０以上になるとチップとメッキとの馴染み
を阻害し、ＺｎやＦｅ等の拡散を防止することができる
。

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
皮膜硬度がＨｖ１５０以上のＺｎ−Ｎｉ系合金メッキは
η相を有する比較的軟質のＺｎ−Ｎｉ合金メッキよりも
クレータの発生する電圧が高い。

なお、Ｚｎ−Ｎｉ系合金メッキたるメッキ上層の目付量
を０．５〜２０ｇ／ｎ（と限定したのは、該日付量が０
．５ｇ／−未満では所望の耐ブレス摺動性、スボット溶
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／−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。

また、本発明上層メッキたるＺｎ−Ｎｉ系合金メッキ（
メッキ皮膜硬ＪＦｉｊ：Ｈｖ１５０以上）ではＣｏ、　
Ｃｒ。

Ｍｎ、　Ｆｅ、　Ｃｄ、　Ｃｕ＋　Ｉｎ、　Ａｇ、　Ｐ
ｂ＋　Ｓｎ、　Ｍｏの１種又は２種以上を０．０１〜１
％含有することができ、これによっても本発明の効果は
何ら損なわれることがない。特にＣＯについては、Ｚｎ
−Ｎｉ合金メッキ液原料としてのＮｉＳＯ４中に不可避
的に１％程度は含有されていて、合金メッキ皮膜中にも
０．２％程度は含有されるのが普通である。つまり、こ
れが上層メッキをｒＺｎ−Ｎｉｉ合金メッキ」と表わし
た理由でもある。

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：０．８Ｂの“溶融亜鉛メッキ鋼板”及び“
合金化の異なる合金化熔融亜鉛メッキ鋼板”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　　　ｌ　　　表 次に、上記各溶融メッキ鋼板に脱脂、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Ｎｉ
″”濃度とｌｎ２＋７Ｍ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０〜２０ｇ／ｎ？の目
付量で各種メッキ硬さの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。

ビード・ハ・・ト　ノｉ 第２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２図（ｂ）で示すようなビフド側壁
部におけるメッキのパウダリング及びフレーキングをセ
ロハン粘着テープでチエツクすると共に、第２図（Ｃ）
で示す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」については ■・・・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多 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。

△・・・メッキ剥離片の付着小。

×・・・メッキ剥離片の付着多 で表示した。

攪勉豊辻坦査 メッキ面と工具面との摺動特性調査には、第３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。

五進ヱ上痘捜牲坦査 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７１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
．８＋ｎｎ＋）以下の時点をもって連続打点の寿命とし
た。

塗装置星査 浸漬型リン酸亜鉛処理（日本バーカ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
、カチオン電着塗料く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。

盟呈虹ｆｌ引牲麦 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、更にメラく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　１５０ｍｍ。

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。

塗股皇豊二凰査 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１ｆ１間隔のゴバン目を入れたものについて、ｌＯＯ
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６合金化溶融亜鉛メッキ
”又は“溶融亜鉛メッキ”及び″５％Ｍ−Ｚｎ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Ａｉ
ｌ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
“メッキ皮膜硬さ：Ｈ■１５０以上のＺｎ−Ｎｉ合金メ
ッキを”０．５〜２０　ｇ／　ｒｒｒの目付量で施せば
、同様に優れた加工性、スポット溶接性、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。

〈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、自動車用防錆鍛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、ビード付ハツト成形試験の概要説明図であり
、第２図ｆａｌは成形工程を、そして第２図（ｂｌ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・・・硬さがＨｖ１５０以上のＺｎ−Ｎｉ合金メッキ
層。

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“メッキ皮膜の硬さ
   がＨｖ１５０以上のＺｎ−Ｎｉ系合金メッキ”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。