JPH03153883A - 潤滑性、耐食性および塗装適合性に優れた複層めつき鋼板 - Google Patents

潤滑性、耐食性および塗装適合性に優れた複層めつき鋼板

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JPH03153883A
JPH03153883A JP1294380A JP29438089A JPH03153883A JP H03153883 A JPH03153883 A JP H03153883A JP 1294380 A JP1294380 A JP 1294380A JP 29438089 A JP29438089 A JP 29438089A JP H03153883 A JPH03153883 A JP H03153883A
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plating
steel sheet
layer
galvanized
plating layer
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JP1294380A
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Masaru Sagiyama
勝 鷺山
Seiji Yoshida
由田 征史
Masaki Kawabe
正樹 川辺
Satoshi Ando
聡 安藤
Tadashi Ono
尾野 忠
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/10Electroplating with more than one layer of the same or of different metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D5/00Electroplating characterised by the process; Pretreatment or after-treatment of workpieces
    • C25D5/60Electroplating characterised by the structure or texture of the layers
    • C25D5/615Microstructure of the layers, e.g. mixed structure
    • C25D5/617Crystalline layers

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、プレス成形時における潤滑性に優れ、且つ
、耐食性および塗装適合性の良好な複層めっき鋼板に間
するものである。
〔従来の技術〕
自動車の車体は、海岸地域や、冬期における道路上の氷
雪を塩で融解するような寒冷地域などにおいて、腐食性
の激しい塩素イオンを含有する腐食媒体に接する等、厳
しい腐食環境にさらされる。
このような腐食環境下においても耐食性を有する自動車
車体用防錆鋼板として、従来から亜鉛めっき鋼板または
亜鉛合金めっき鋼板が使用されている。
しかしながら、亜鉛合金めっき鋼板には、その製造設備
が複雑になる問題がある。これに対して、亜鉛めっき鋼
板は、簡単な設備で製造し得る長所を有している。なお
、めっき量が同一の亜鉛合金めっき鋼板に比べて、亜鉛
めっき鋼板の耐食性は、相対的に低いが、これは亜鉛め
っき層のめっき量を増すことにより解決し得る。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、亜鉛めっき鋼板には、次のような問題が
ある。即ち、亜鉛めっき層の硬度が低いために、亜鉛め
っき鋼板をプレス成形したときに、成形加工に従って亜
鉛めっき層が変形して、プレス金具との接触面積率が大
になる。この結果、プレス成形時における亜鉛めっき鋼
板の摩擦係数は、冷延鋼板および亜鉛合金めっき鋼板よ
りも高い。
従って、亜鉛めっき鋼板の潤滑性は低く、亜鉛めっき鋼
板をプレス成形したときに、鋼板に割れの生ずる問題が
ある。
上述した問題を解決する手段として、従来、プレス成形
時に、亜鉛めっき鋼板の表面上に、高粘度潤滑油(Pr
olube )を塗布して、潤滑性を高めることが行な
われている。しかしながら、このような高粘度潤滑油の
塗布には、作業場を汚染したり、塗装のための前処理時
における鋼板表面の洗浄が困難になる等の問題がある。
亜鉛めっき鋼板の摩擦係数に関し、rPlstingl
 5urface Finishing J 1989
年3月号P、62〜69には、下記が開示されている。
即ち、亜鉛めっき鋼板の表面上に通常の綱板防錆油(旧
11 oil)を塗布す・ると、亜鉛めっき層の結晶配
向性により摩擦係数が次のように変化する。 Ba5a
l depositのとき、即ち亜鉛めっき層の結晶が
(0001)面に配向しているときの摩擦係数は0.1
9であって高いが、Pyramidal deposi
tのとき、即ち亜鉛めっき層の結晶が(l0TX )面
(但し、X=1.2.3.4)に配向しているときの摩
擦係数は0.13であって低い。
亜鉛めっき鋼板の表面上に高粘度潤滑油を塗布したとき
の摩擦係数は0.11であるから、上述した亜鉛めっき
層の結晶の(IOIX)面の配向が維持できれば、鋼板
防錆油の塗布によって、高粘度潤滑油の塗布と同程度の
潤滑性が得られる。
しかしながら、亜鉛めっき層の結晶の配向性は、電流密
度などのめっき条件により簡単に変化する。
従って、めっきすべき鋼板の板幅などに対応して、めっ
き条件を変化させることが不可欠な、工業的規模による
亜鉛めっき鋼板の製造においては、亜鉛めっき層の結晶
の< IOr! )面の配向を維持することは、極めて
困難である。
従って、この発明の目的は、上述した問題を解決し、プ
レス成形時における潤滑性に優れ、且つ、耐食性および
塗装適合性の良好な複層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〕
本発明者等は、プレス成形時における潤滑性に優れ、且
つ、耐食性および塗装適合性の良好なめっき鋼板を開発
すべく、鋭意研究を重ねた。その結果、鋼板の少なくと
も一方の表面上に、所定めっき量の下層としての亜鉛め
っき層を形成し、亜鉛めっき層の上に、所定めっき量の
上層としてのクロム、マンガン、鉄、コバル、トおよび
ニッケルの少なくとも1つからなるめっき層を形成すれ
ば、プレス成形時における潤滑性に優れ、且つ、耐食性
および塗装適合性の良好なめっき鋼板が得られることを
知見した。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって
、この発明の複層めっき鋼板は、鋼板の25から150
 g/nfの範囲内の、下層としての亜鉛めっき層と、
前記下層としての亜鉛めっき層の、クロム、マンガン、
鉄、コバルトおよびニッケルのうちの少なくとも1つか
らなるめっき層とからなることに特徴を有するものであ
る。
この発明において、鋼板の少なくとも1つの表面上に形
成される下層としての亜鉛めっき層は、鋼板に優れた耐
食性を付与する機能を有している。
亜鉛めっき層の形成は、現在工業的に広く普及されてい
る電気めっき法または溶融めっき法の何れの方法で行な
ってもよい、電気めっき法によってめっき層を形成する
場合のめっき浴は、硫酸塩浴。
塩化物浴および硫酸塩と塩化物との混合浴のいずれかを
使用する。溶融めっき法によってめっき層を形成する場
合のめっき浴は、一般に使用されているめっき浴のいず
れを使用してもよい。
下層としての亜鉛めっき層のめっき量は、鋼板の片面当
り25から150 g/rdの範囲内とすべきである。
めっき量が鋼板の片面当り25 g/rrf未満では、
特に自動車車体用防M綱板として、所望の耐食性が得ら
れない、一方、めっき量が鋼板の片面当り1 s Og
/rdを超えると、亜鉛めっき層の形成を電気めっき法
によって行なった場合には、めっき結晶が粗大化する結
果、亜鉛めっき層の上に上層めっき層を均一に形成する
ことができず、従って、後述する上層めっき層による潤
滑性向上効果が得られない、そして、めっき量が鋼板の
片面当り150 g/rdを超えると、亜鉛めっき層の
形成を溶融めっき法によって行なった場合には、板幅方
向の亜鉛の付着量分布が顕著に不均一になる結果、プレ
ス成形が困難になる。
下層としての亜鉛めっき層の上に形成される、上層とし
ての、クロム、マンガン、鉄、コバルトおよびニッケル
のうちの少なくとも1つからなるめっき層は、塗装適合
性特に耐クレータリング性を阻害することなく、下層と
しての亜鉛めっき層の潤滑性を向上させる機能を存して
いる。上層としての、クロム、マンガン、鉄、コバルト
およびニッケルのうちの少な(とも1つからなるめっき
層の形成は、上述した金属の融点が何れも高いので、溶
融めっき法では工業的に困難である。従って、電気めっ
き法により、硫酸塩浴、塩化物浴。
硫酸塩と塩化物との混合浴、ホウフッ化物浴等のめっき
浴を使用して行な、う。
上層としての、クロム、マンガン、鉄、コバルトおよび
ニッケルの少なくとも1つからなるめっき層のめっき量
は、鋼板の片面当り1がら1゜g/rrfの範囲内とす
べきである。めっき量が鋼板の片面当りIg/nf未満
では、潤滑性向上効果が得られない、一方、めっき量が
鋼板の片面当り10 g/rrfを超えても、上述した
効果に格別の向上が得られず、逆に耐食性が低下する。
第1図は、上層めっき層のめっき量とその摩擦g/rd
の下層としての亜鉛めっき層を形成し、次いで、下層と
しての亜鉛めっき層の上に、電気めっき法によって、上
層としてのニッケルめっき層を、そのめっき量を変えて
形成し、このようにして得られた複層めっき鋼板の摩擦
係数を測定した。
第1図から明らかなように、上層としてのニッケルめっ
き層のめっき量がIg/nf未満では摩擦係数が高く、
潤滑性向上効果は得られない、一方、前記めっき量が1
0 g/rdを超えると、潤滑性向上効果は飽和し、よ
り以上の向上は得られない。
上層としての、クロム、マンガン、鉄、コバルトおよび
ニッケルの少なくとも1つからなるめっき層は、耐クレ
ータリング性に優れており、下層としての亜鉛めっき層
の耐クレータリング性を低下させることはない。
〔作 用〕
上述したように、鋼板の少なくとも1つの表面上に形成
された下層としての亜鉛めっき層の上に、上層としての
、クロム、マンガン、鉄、コバルトおよびニッケルのう
ちの少なくとも1つからなるめっき層を形成したことに
より、潤滑性が向上する理由は、次のように推定される
前述したように、亜鉛め9き層の硬度は低い。
従って、亜鉛めっき鋼板をプレス成形したときに、亜鉛
めっき層が変形して、プレス金具とのミクロの接触面積
が大になる結果、摩擦係数が高くなって潤滑性が低下す
る。一方、冷延鋼板の硬度および亜鉛合金電気めっき鋼
板の亜鉛合金電気めっき層の硬度は、何れも高い、従っ
て、冷延鋼板または亜鉛合金電気めっき鋼板をプレス成
形したときに、プレス金具とのミクロの接触面積が小さ
いために、摩擦係数は低く、従うて、冷延鋼板および亜
鉛合金電気めっき鋼板の潤滑性は高い。
この発明における上層めっき層の硬度は、下層としての
亜鉛めっき層よりも顕著に高い、従って、プレス成形し
たときに、下層としての亜鉛めっき層は変形するが、上
層めっき層は変形しにくく、めっき層の表面とプレス金
具との接触面積の増大が抑制される。この結果、摩擦係
数が低くなり、優れた潤滑性が発揮される。
上述した推定に従えば、第1図に示したグラフ下層とし
ての亜鉛めっき層の露出部分が多(なるために、成形時
におけるプレス金具との接触面積が大になる結果、亜鉛
めっき調板と同じように摩擦係数が高くなる。しかし、
上層としてのニッケルめっき層のめっき量が増加するに
従って、下層としての亜鉛めっき層の露出部分が減少す
るために、成形時におけるプレス金具との接触面積が小
下層としての亜鉛めっき層を、ニッケルめっき層が十分
に被覆し、亜鉛めっき層の露出部分が無くなる。従って
、プレス成形時に、下層としての亜鉛めっき層が、プレ
ス金具にほとんど接触しなくなるため、摩擦係数は極め
て低くなり、これ以上、ニッケルめっき層のめっき量を
増しても、摩擦係数の低下は進まなくなる。
めっき鋼板の表面上に、電着塗装によって塗膜を形成す
ると、電着塗装時に発生し塗膜内に閉じ込められた水素
ガスによって、塗膜にクレータ−が生ずることがある。
このようなりレータ−は、水素ガスの発生が不均一な場
合に生じやすい、この発明の複層めっき鋼板における、
上層としての、クロム、マンガン、鉄、コバルトおよび
ニッケルのうちの少なくとも1つからなるめっき層は、
何れも水素過電圧が低い、従って、電着塗装時に水素ガ
スが均一に発生する“結果、クレータ−の発生が極めて
少なくなり、優れた耐クレータリング性が得られる。
次に、この発明を、実施例により、比較例と対比しなが
ら説明する。
〔実施例〕
板厚0.7−の冷延鋼板に対し、下記Aに示す条件で電
気亜鉛めっきまたは溶融亜鉛めっきを施して、鋼板の一
方の表面上に下層としての亜鉛めっき層を形成し、次い
で、下層としての亜鉛めづき層の上に、下記Bに示す条
件で、電気めっきにより、上層としての、クロム、マン
ガン、鉄5コバルトおよびニッケルのうちの少なくとも
1つからなるめっき層を形成して、第1表に示す本発明
の複層めっき調板の供試体(以下、r本発明供試体Jと
いう)磁l〜54を調製した。
A、下層めっき層のめっき条件 a、電気亜鉛めっき (1)  冷延鋼板   ニアルミキルド鋼(2)  
めっき液流速 =2〜5■/5(3)  めっき液温度
 二60℃ (4)  めっき電流密度:50〜150^/drrf
(5)  めっき時間  :めっき量に応じ適宜調整(
6)  めっき液の組成 Zn5Oa4H1On 440 g/INaxSOs 
   : 2G K/INtSOa・16LO:  5
G g#pi      :  1.8 b、溶融亜鉛めっき (1)  冷延鋼板 二Ti−IF鋼 (2)  めっき設備ニライン内に焼鈍設備を有する連
続溶融亜鉛めっき設備 (3)  めっき浴 :Mを0.14%含有する亜鉛浴
(4)  めっき浴温:460℃ (5)  焼鈍温度 二850℃ なお2、めっき量は、気体絞り法により制御した。
B、上層めっき層のめっき条件 (1)  めっき液流速 :l〜5−八(2)  めっ
き電流密度:5〜100 A/dポ(3)  めっき液
温度 :30〜60℃(4)  めっき時間  :めっ
き量に応じて適宜調整 (5)  めっき液の組成: Feめっき FeSO44HiO: 300 gel(
NHn)tsO4: 120 g/lpH: 1.8 Coめっき CoSO4,711xO: 300 g/
j!HsBOs      :  30  g/lpH
;  3 Niめっき N15Oa・6HzO: 300  g71HzBOs
     :  30  gallpH:   1.8 Crめっき Crys H!304 : 250  g#1 : 2.5  g/1 Mnめっき Mn5Oa・2HxO: 100  gall(NH,
)!504  :  75  gelNH4SCN  
   :  60  gelpH:  5.1 Fe、 Co、 Niの2元系または3元系合金めっき
Fe5Oa−IHzO,Co50a−1hOおよびN1
5O4JHzOのうち、合金成分となる塩の2種または
3種を、合計塩濃度が100〜500 g/lとなるよ
うに配合し、その配合比率を適宜変化させた。
)13BOコ :  30 g/1 ptt   :1.6〜3 Cr −Fe族金合金っき Crz(SOa)s  : 100〜250 g/IF
e族塩  :  20〜300 gall(各成分につ
き)(NHi)xco  :  50〜180811p
i     :  1.2〜2.5 Mn系合金めっき(Mn−Cr2元系を除()MnSO
n・2HxO: 50〜250 g/1(N)14)I
S04  : 50〜250  gallpH71〜5
.5 In −Cr合金めっき Crys  : 20〜200 g/IH1SOa  
: Crysの濃度の100分のIKM口oa:20〜
100  g/l Zn −Fe合金めっき ZnSO44H10 FeSOa411zO Na、5O4 CHsCOONa・3H*O H : 175  gall : 325  gall :  30  g/1 20  gall 1.2 Zn−Ni合金めっき Zn5Oa4HzO: 175 g/lN15Oa・6
)(go   : 325 g/INazSO4:  
60 g/l ρ)I       :  1.2 比較のために、前述した冷延鋼板に対し電気めっきを施
して、第2、表に示すこの発明の範囲外のめっき層を有
する比較用めっき鋼板の供試体(以下、「比較用供試体
」という)Ilk11〜7を調製した。
上述した本発明供試体ht〜54および比較用供試体N
111〜7の各々について、潤滑性、耐クレータリング
性および耐食性を、以下に述べる性能試験によって評価
した。評価結果を、第1表および第2表に併せて示す。
(1〕  潤滑性: 供試体の表面に潤滑油を塗布し、第2図に示す装置によ
り摩擦係数を測定し、得られた摩擦係数を潤滑性とした
。摩擦係数測定装置は、第2図に示すように、その上面
に試験片lが載置される水平移動可能なスライドテーブ
ル2と、スライドテーブル2上の試験片lをその上方か
ら押さえる工具3と、工具3と対称位置の、スライドテ
ーブル2の下方に設けられた、スライドテーブル2の下
面に接するローラ4を有するスライドテーブル支持台5
と、スライドテーブル支持台5に取り付けられた第10
−ドセル6と、スライドテーブル2の水平移動方向の端
部に設けられた第20−ドセル7とからなっている0、 スライドテーブル支持台5を上方に押し上げて、スライ
ドテーブル2上の試験片1を工具3に、垂直力Nで接触
させると共に、スライドテーブル2を試験片1と共に外
力FでIn/winの速度により水平移動させる。この
水平移動時の垂直力Nと外力F即ち−に−によって摩擦
係数を算出する。
(2)  耐クレータリング性 供試体の各々から、70X150−のサイズの試験片を
採取し、採取した試験片の各々に対して、日本パーカラ
イジング■製の燐酸塩処理液(PB3080 )を使用
し燐酸塩処理を施して、試験片の表面上に燐酸塩被膜を
形成し、次いで、関西ペイント■製の塗料(ニレクロン
#9411)を使用し、下記条件により電着塗装を施し
て、燐酸塩被膜の上に厚さ20nの塗膜を形成した。
(1)  印加電圧:  280V (2) 陽極と陰極との面積比=l:1(3)  通電
方法: 瞬時通電 (4)  通電時間: 3分間 上記により塗膜を形成したときに、塗膜に生じたクレー
タ−の数によって、耐クレータリング性を評価した。評
価基準は、次の通りである。
A:試験片中央部の直径40閤の円内に発生したクレー
タ数が10個以内 B:上記クレータ数が11−100個 C:上記クレータ数が101個以上 (3)  耐食性 耐食性に関しては、耐穴あき性および耐外観錆性を、以
下に述べる性能試験によって評価した。
(a)  耐穴あき性 耐クレータリング性試験で述べたと同様な薬液を使用し
、燐酸塩被膜の上に電着塗装による厚さ20−の塗膜の
形成された試験片を調製し、得られた試験片にカットを
入れた0次いで、カットの入れられた試験片に対し、塩
水噴霧、乾燥、塩水浸漬および乾燥を1サイクルとする
、1サイクル24時間の複合サイクル腐食試験を60サ
イクル施した。このような複合サイクル腐食試験の施さ
れた試験片の塗膜および腐食生成物を除去した後、試験
片に生じた最大腐食深さを測定し、得られた測定値によ
って、耐穴あき性を評価した。評価基準は、次の通りで
ある。
A:最大腐食深さが0.1−未満 B:      # 0.1〜0.2−未満C:   
   # 0.2〜0.4■未満D:      −0
,4■以上 伽) 耐外観錆性 耐クレータリング性試験で述べたと同様な薬液を使用し
、燐酸塩被膜の上に電着塗装による厚さ10−の塗膜の
形成された試験片を調製し、得られた試験片に更に厚さ
35nの中塗り塗装およびその上に厚さ35nの上塗り
塗装を施した後、カットを入れた0次いで、カットの入
れられた試験片を、1年間大気下で暴露し、この間、1
週間に2回、試験片に対して5XNaαを散布した1次
いで、試験片のカット片側における最大ふ(れ幅を測定
し、得られた測定値によって、耐外観錆性を評価した。
評価基準は、次の通りである。
A:最大ふくれ幅がl−未満 B:     # 1〜2■未満 C:      l 2〜2.5−未満D:     
 l 2.5m以上 第1表および第2表において、潤滑油は、潤滑性試験の
ために供試体の表面上に塗布した油であり、「a」およ
び「b」は、下記を表わす。
a:鉱油系鋼板防錆油(NOX RUST 530F4
0パーカー興産■製) b:高粘度潤滑油(FRRROCOTE 161−MA
L−11cL−1クエーカー■製) 第2表から明らかなように、単層の亜鉛めっき層からな
り、その表面に鋼板防錆油を塗布した比較用供試体魔1
は、摩擦係数が高く潤滑性が悪かった。めっき層が複層
であっても、上層としてのニッケルめっき層のめっき量
が本発明の範囲を外れて少なく、その表面に鋼板防錆油
を塗布した比較用供試体階2は、摩擦係数が高く潤滑性
が悪かった。また、上層としてのニッケルめっき層のめ
っき量が本発明の範囲を外れて多い比較用供試体Nα3
は、耐穴あき性および耐外観錆性が何れも悪かった。
めっき層が複層であっても、上層がZn −Fe合金め
っき層である比較用供試体N114および上層がZn−
Ni合金めっき層である比較用供試体N[L5は、何れ
も耐クレータリング性が悪かった。また、めっき層が複
層であっても、下層としての亜鉛めっき層のめっき量が
本発明の範囲を外れて低い比較用供試体階6は、耐穴あ
き性および耐外観錆性が何れも悪かった。
なお、単層の亜鉛めっき眉からなっていても、その表面
に高粘度潤滑油を塗布した比較用供試体Nl17は、摩
擦係数が低く潤滑性は良好であつたが、高粘度潤滑油の
ために、作業場が汚染し且つ塗装のための前処理時にお
ける鋼板表面の洗浄が困難になる問題が生じた。
これに対して、第1表から明らかなように、本発明供試
体ht〜54は、何れも、潤滑油として鋼板防錆油を使
用したにもかかわらず摩擦係数が低く潤滑性に優れ且つ
耐クレータリング性も良好であった。耐食性としての耐
穴あき性および耐外観錆性は、本発明供試体阻34およ
び35がやや劣っていたが、その外の本発明供試体は、
何れも良好であった。
〔発明の効果〕
以上述べたように、この発明の復層めっき鋼板によれば
、プレス成形時における潤滑性に優れ、且つ、耐食性、
および、塗装適合性特に耐クレータリング性が良好であ
って、自動車車体用防錆鋼板として優れた特性が発揮さ
れる、工業上有用な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
第1図は上層めっき層のめっき量と摩擦係数との関係を
示すグラフ、第2図は摩擦係数測定装置の概略正面図で
ある。図面において、 l・・・試験片、     2・・・スライドテーブル
、3・・・工具、      4・・・ローラ、5・・
・支持台、     6.7・・・ロードセル。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 鋼板の少なくとも1つの表面上に、電気めつき法ま
    たは溶融めつき法によつて形成された、めつき量が前記
    鋼板の片面当り25から150g/m^2の範囲内の、
    下層としての亜鉛めつき層と、前記下層としての亜鉛め
    つき層の上に、電気めつき法によつて形成された、めつ
    き量が前記鋼板の片面当り1から10g/m^2の範囲
    内の、上層としての、クロム、マンガン、鉄、コバルト
    およびニッケルのうちの少なくとも1つからなるめつき
    層とからなることを特徴とする、潤滑性、耐食性および
    塗装適合性に優れた複層めつき鋼板。
JP1294380A 1989-11-13 1989-11-13 潤滑性、耐食性および塗装適合性に優れた複層めつき鋼板 Pending JPH03153883A (ja)

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