JPH03197659A - 合金化亜鉛めっき鋼板 - 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］ 本発明は、加工時のめっき剥離性および塗装後の塗膜耐
水密着性の両特性が良好な合金化亜鉛めっき鋼板に関す
るものである。

［従来の技術］ 亜鉛めっき鋼板は、防錆効果が優れているところから、
建材用その他の用途で広く使用されている。特にめっき
皮膜中のＦｅ含有量を高めて合金化した合金化亜鉛めっ
き鋼板は、耐食性、溶接性、塗装性等が優れている為、
自動車や家電製品等への用途拡大が図られている。尚本
発明における合金化亜鉛めっき鋼板とは、溶融亜鉛めつ
き合金化処理鋼板は勿論のこと、電気亜鉛めっきを始め
とする種々のめっきを施した後の熱処理によってめっき
層を合金化処理した鋼板をも含む趣旨である。

しかしながら上記合金化亜鉛めっき鋼板は、合金めつき
層目体の強度が低く脆いものである為、プレス加工に際
して該合金めつき層が粉末状に剥離する現象（以下パウ
ダリングと呼ぶことがある）が発生し易いという欠点が
ある。特に近年では防錆力強化の為にめつき層の厚目付
化が指向されており、目付量の増大とともにパウダリン
グ現象が顕著になるので、パウダリングそのものを抑制
する技術の開発が望まれている。

上記パウダリングを抑制する技術の一環として、例えば
特開昭５９−１７３２５５号公報、同６１−２２３１７
４号公報等に見られる様に、合金化の過程を制御して合
金化所要時間を比較的長くする方法が提案されている。

しかしながら合金化に要する時間を長くするには、ライ
ンスピードを低下させる必要があり、生産性の低下は避
けられず、これらの方法は実操業に通したものとは言え
ない。またこれらの技術から生じる生産性低下の対応策
として、例えば合金化炉の炉長を延長することも考えら
れるが、膨大な改良設備費が要求されることになるので
根本的な解決策とはなり得ない。

一方めっき層中のＦｅ濃度を高めることによって耐パウ
ダリング性を改善する技術も提案されている（例えば特
開昭５９−２００７４９号公報。

同５８−１３０２６４号公報等）、シかしながらこうし
た技術では、良好な耐パウダリング性を得ることのでき
るＦｅ濃度範囲が極めて狭い領域に限られ、操業条件の
変動やめっき付着量の不均一等に原因して良好な耐パウ
ダリング性を安定して維持することは困難である。また
Ｆｅ濃度を高くすれば、合金化反応を通常よりも過剰に
進行させる必要があることから、高温合金化処理や低速
通板を実施することが不可欠となり、これらの実施はコ
ストアップを惹起することにもなる。

こうした技術背景のもとで、本発明者らは、レーザービ
ームの如き高密度エネルギービームを照射してダル仕上
げしたロールを用いて鋼板を圧延し、これに合金化亜鉛
めつきを施すことによって、耐パウダリング性の優れた
合金化亜鉛めりき鋼板を提案し、先に特許出願した（特
願昭６３−２９７１１４号）。

［発明が解決しようとする課！！！］ 上記技術によって耐パウダリング性は改善されたものの
、得られた合金化亜鉛めっき鋼板は塗装後の塗膜耐水密
着性が低下するという欠点があることが判明した。

現在、合金化亜鉛めっき鋼板は、自動車等の外板が主な
需要分野となっている。この様な用途では、外板の裏面
側は耐パウダリング性が良好なことが要求されるが、表
面側は耐パウダリング性以上に塗膜耐水密着性を始めと
する良好な塗装性能が要求される。従って、特に上記用
途で使用される合金化亜鉛めっき鋼板では、耐パウダリ
ング性と塗膜耐水密着性の両特性を具備している必要が
ある。

本発明はこうした状況のもとになされたものであって、
その目的は、加工時の耐パウダリング性と塗装後の塗膜
耐水密着性の両特性が良好な、自動車等の外板として最
適な合金化亜鉛めっき鋼板を提供することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明とは、高密度エネルギービ
ームによるダル仕上げロールによって一方面側を圧延す
ると共に、ショツトブラスト法。

放電加工法または研削加工法のいずれかの方法によフて
表面仕上げしたロールを用いて他方面側を圧延した素地
鋼板の両表面に、合金化亜鉛めっき層を形成したもので
ある点に要旨を有する合金化亜鉛めっき鋼板である。

［作用］ 本発明者らはかねてより耐パウダリング特性に及ぼす合
金化めっき処理条件全般について、素地鋼板の表面性状
との関係を含めて検討を進めてきた。そして素地鋼板の
表面性状が耐パウダリング特性に重大な影響を与えると
の知見が得られ、この知見に基づき素地鋼板の表面性状
について更に研究を重ね、先の発明を完成した。

その概要は下記の通りである。

例えば連続溶融亜鉛めっきラインでは、冷延鋼板を素地
鋼板として、そのまま溶融亜鉛めっきラインに送入され
るか、場合によりては、要求材質等の観点から、焼鈍お
よび調質圧延を経た後溶融亜鉛めっきラインに送入され
る。こうした冷延圧延および調質圧延においては、成形
加工時に生じる型かじり（素地鋼板の金型への焼付きを
ともなったむしれ状の損傷）を防止するため、ダル仕上
げロールで圧延して表面粗さを調整するのが通例であり
、このダル仕上げには従来よりショツトブラスト法や放
電加工法が採用されてきた。しかしながらこれらの方法
で仕上げたダル仕上げロールを用いて圧延した鋼板では
型かじり性と塗装鮮映性（塗膜表面に物体を写した時の
像の鮮明度）を両立させることが困難である。そこでこ
の両者を両立させるという観点から、レーザビームの如
き高密度エネルギービームでダル仕上げされた圧延ロー
ルを使用して素地鋼板表面に特異な形状の凹凸を形成す
る技術が開発されるに至った。

即ちロールを回転させながら該ロール表面に向けてたと
えばパルスレーザを照射すると、第２図（＾３　、　（
Ｂ）に示す様にレーザ照射部の金属が溶融してクレータ
１が形成され、その周りには溶融した金属が盛り上って
環状の凸部２が形成される。該クレータ１や凸部２のロ
ール円周方向形成ピッチは、ダル仕上げ時におけるロー
ルの回転速度とパルスレーザの照射周期を変えることに
よって任意に調整することができ、またロール軸方向の
形成ピッチはロール１回転毎のレーザ照射装置の移動距
離によって自由に調整することができる。またクレータ
１の直径や深さ、凸部２の幅や高さは、パルスレーザの
エネルギーや照射時間によフて変えることができる。そ
してこの様な方法で表面にクレータ１や凸部２を無数に
形成したダル仕上げロールによって鋼板を圧延すると、
第３図（＾）。

（Ｂ）に示す如くロールＲの凸部２は鋼板Ｐの表面に食
い込んで環状凹部（谷部）２ａが形成されると共に、こ
の部分の金属はクレータ１方向へ盛り上がる様に流れ込
み、略円形状の台地部１ａが形成され、凸部２より外側
における未加工（即ちレーザエネルギーが与えられなか
った部分）の平坦面３で押し付けられた鋼板Ｐの面は平
坦な平地部３ａとなる。かくして得られる鋼板の表面は
、略円形の台地部１ａとこれをとり囲む谷部２ａ。

および台地部１ａより若干低めの平地部３ａを有するも
のとなる。

そしてこの様な表面形状の鋼板においては、環状谷部２
ａが成形加工時の潤滑油溜および切削粉捕捉部としての
機能を果たして型かじり防止効果を発揮し、且つ従来の
ショツトブラスト粗面化鋼板に比べて平坦面が多く乱反
射も抑えられるので鮮映性も非常に優れたものとなる。

本発明者らは、レーザダル仕上げロールおよびショツト
ブラストダル仕上げロールの夫々を用いて圧延した鋼板
をめっき素材鋼板として用い、該鋼板に合金化溶融亜鉛
めっきを施した後のバクダリング特性について調査した
。即ち上記各鋼板に溶融亜鉛めっきを施した後直ちに合
金化熱処理を施した合金化溶融めっき鋼板について、角
度６０”の７字曲げ試験を行ない、そのときのめつき剥
離量を比較した。その結果を第４図に示すが、この結果
から明らかな様にレーザダル仕上げロールで圧延した鋼
板（以下レーザ材と呼ぶ）を用いたものはショツトブラ
ストダル仕上げロールで圧延した鋼板（以下ショツト材
と呼ぶ）を用いたものに比べてめっき剥離が低減してお
り、バクダリング抑制効果が認められた。

こうした理由について本発明者らは完全に解明し得た訳
ではないが次の様に考えることができた。

第５図はレーザ材とショツト材の合金化処理後のめっき
層断面を模式的に示す図である。第５図に示す如くショ
ツト材ではδ！相（ＦｅＺｎ７相）が全面均一に生成し
ているのに対し、レーザ材ではδ１相にζ相（ＦｅＺｎ
＋ｓ相）が分散して存在している。即ちショツト材では
表面はその凹凸が小さく比較的平滑であるところから、
めっき層はほぼ均一となり合金化反応の進行も均一に起
こるためδ、相単相が生成する。一方レーザ材では、表
面の谷部２ａにおいてめっき層が局部的に厚くなり、そ
こでは合金化反応の進行が遅くなるため谷部２ａに対応
しためつき層部分の６１相に比べてＦｅ濃度の低いζ相
がδ、相に混在することになる。モしてδ１相の硬さは
約３００（Ｈｖ）であるのに対し、ζ相は約２００（Ｈ
ｖ）と軟質であることから、７字曲げ加工の際に６１相
中に分散しているζ相の部分が優先的に変形して加工歪
を緩和する。こうしたことが、δ１相が均一に生成して
いるショツト材に比べてζ相の混在しているレーザ材の
方が耐バクダリング特性に優れたものとなる原因と考え
られる。

尚レーザダル仕上げロールで圧延した素地鋼板の表面性
状は下記の条件を満足するのが好ましい。

まず前記谷部２ａの深さｄ（前記第３図参照）は２〜１
０μｍとするのが好ましい、該深さｄが２μｍ未満であ
ると谷部２ａと平地部３ａにおけるめっき付着量に大き
な差異がなくなり、合金化の不均一反応が起こりにくく
なってζ相の存在が極端に低下し耐バクダリング特性向
上効果がノＪｚさくなる。これに対し深さｄが１０μｍ
より大きくなると谷部２ａのめっき付着量が大幅に増大
し過ぎてしまい、平地部３ａがめつき層表面まで合金化
しても谷部２ａでは表面に金属亜鉛が残存し、塗装性、
溶接性を損なうことになる。また谷部２ａの深さｄの更
に好ましい範囲は３〜８μｍであり、この範囲内であれ
ば耐バクダリング効果が最も顕著に現われる。

一方谷部２ａの溝幅Ｗ（前記１ａ３図参照）と前記深さ
ｄとの関係も重要であり、溝幅Ｗと深さｄの比（Ｗ／ｄ
）は下記（１）式を満足するのが好ましい。

２＜−＜１０　　　　　　・・・＜１）同−深さで比較
するとｗ／ｄの値が小さくなるほど谷部２ａの形状はシ
ャープになり、合金化の不均一反応が生成しにくくなっ
てζ相の存在が低下して耐パウダリング特性の向上効果
は小さくなる。この様な不都合を回避するにはｗ／ｄの
値は２を超えるのがよい。これに対し、ｗ　／　ｄの値
が１０以上となると、平地部３ａがめつき表面まで合金
化しても谷部２ａでは表面に金属亜鉛が残存し、塗装性
、溶接性を損なうことになる。尚Ｗ／ｄの値の更に好ま
しい範囲は３〜８程度である。

本発明者らは、上記発明が完成された後も、合金化亜鉛
めっき鋼板の特性について検討を重ねてきた。その結果
、上記発明によって合金化亜鉛めっき鋼板の耐パウダリ
ング性が改善されたものの、得られた合金化亜鉛めっき
鋼板は塗装後の塗膜耐水密着性が低下することが判明し
た。

第１表は合金化めっき層（めっき付着量３０ｇ／ｍ”）
の構造と塗膜耐水密着性の関係を示したものである。尚
第１表中の塗膜残存率は、カチオン電着塗装（２０μ１
１）シた後温水浸漬しく４０℃ｘ２４０時間）、その後
１ｍｍの基盤目状にカットを入れてテーピングしたとき
の残存率である。

第　　　１　　　表 第１表から明らかな様に、δ１中この混合相の場合は、
６１単相の場合に比べて塗膜耐水密着性が低下している
のが判る。

自動車等の外板の表面側は、水分等の腐食作用によって
！！膜が素地鋼板から剥離して発錆に至ることがあり、
外観を著しく損なうことになるので、！！！膜耐水密着
性は上記の様な外板の表面側に要求される重要な特性が
ある。ところが表面側については、レーザダル仕上げロ
ールで調質圧延してから合金化亜鉛めっき層を形成する
と、該めっき層は第５図（Ｂ）に示した如くδ１中この
混合相となり、混合相はδ、単層のめつき層に比べて第
１表に示した如く塗膜耐水密着性が低下する。これはδ
、＋ζ混合相中のζ相の鉄濃度が６！相に比べて低く、
塗装前の燐酸塩処理によりてδ、＋ζ混合相上に生成す
る燐酸亜鉛結晶中の鉄濃度がδ凰単相上に生成する燐酸
亜鉛結晶中の鉄濃度よりも低くなり、塗膜直下において
は水分と塗膜の反応に基づいて生成するアルカリ成分に
よる腐食が進行し易くなり、δ１＋ζ混合相の方が塗膜
耐水密着性が劣化するものと考えられる。

そこで本発明者らは、塗膜耐水密着性が要求される表面
側はδ、単相とすべきであるとの着想を得、前記第１表
の結果をも考慮しショツトブラスト表面仕上げロールで
表面側を圧延すればよいとの結論に達した。尚ショツト
ブラスト法の他放電加工法や研削加工法等によって表面
仕上げしたロールによって圧延した素地鋼板であっても
、その上に形成される合金化亜鉛めっき層は６１単相と
なることから、これらの方法によっても同様の効果が得
られた。また表面側の表面仕上げはダル仕上げまで至ら
なくとも上記効果が得られるが、型かじり防止等を考慮
すればダル仕上げであることが好ましい。

一方、自動車の外板の裏面側は、ドアー下部のヘム部に
みられる如く、水分が逃げにくい袋状の構造となってお
り、腐食が主に裏面側から進行して遂には穴あきになる
ことが多く、また塗装されることがないことから、高耐
食性であることが要求される。こうＱたことからコスト
面も加味して、表面側のめっき付着量を例えば３０　ｇ
／ｌａ”程度の薄目付とするのに対し、裏面側では例え
ば６０ｇ／ｍ’程度の厚目付とするのが一般的である。

この様な裏面側については、レーザダル仕上げロールを
用いて圧延した後、該裏面側のめつき付着量を厚目にす
れば、耐パウダリング性を良好にできると共に、自動車
等の外板における裏面側としての要求に応じることがで
きる。

こうしたことから、本発明者らは、高密度エネルギービ
ームによるダル仕上げロールによって一方面側を圧延す
ると共に、シミツトブラスト法。

放電加工法または研削加工法のいずれかの方法によって
表面仕上げロールを用い他方面側を圧延した素地鋼板の
両表面に合金化亜鉛めりきを施せば、自動車等の外板と
して最適な合金化亜鉛めっき鋼板が得られることを見出
し、本発明を完成した。

以下本発明を実施例によって更に詳細に説明するが、下
記実施例は本発明を限定する性質のものではなく、前・
後記の趣旨に徴して設計変更すること、例えば溶融亜鉛
めっきの代りに電気亜鉛めっきを施すこと等はいずれも
本発明の技術的範囲に含まれるものである。

［実施例］ 片面レーザ／片面ショツト材（本発明材）、両面レーザ
材（比較材）および両面ショツト材（参考材）の夫々を
用いて、溶融亜鉛めっ籾処理および合金化処理を下記の
条件で実施し、７字曲げ試験による耐パウダリング性お
よび温水浸漬による塗膜耐水密着性を評価した。

くめつき条件および合金化処理条件〉 素地鋼板　　　　：■片面レーザ／片面ショット材（深
さｄ＝ ５μｇ＋’、溝幅３５μ園） ■両面レーザ材（深さｄ および溝幅は■と同 じ） ■両面ショット材 ストリップサイズ　：　０．Ｂｔｘ　１２１９”　（＋
ａｍ）めっき浴中Ａ１濃度：　０．１３％ めっき浴温度　　　＝４６０℃ 合金化温度　　　　＝６００℃ ラインスピード　　：１００ｍ／分 めっき層Ｆｅ濃度　：１１％ 結果は第１図に示す通りであり、下記の様に判断できる
。

即ち本発明材、比較材および参考材の３者について比較
検討すると両面レーザ材（比較材）は薄目付側の塗膜耐
水密着性が他の２者に比べて劣り、また両面ショツト材
は厚目付側の耐パウダリング性が他の２者に比べて劣る
。これに対し本発明材では、塗膜耐水密着性および耐パ
ウダリング性の双方とも優れたレベルに達しており、本
発明の効果は明白である。

［発明の効果］ 以上述べた如く本発明によれば、従来技術で述べた様な
生産性低下等の不都合を発生させることなく、耐パウダ
リング性お１よび塗膜耐水密着性の両特性が良好な合金
化亜鉛めっき鋼板が実現できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種素材鋼板を用いた合金化亜鉛めっき鋼板に
おける耐パウダリング性と塗膜耐水密着性を比較して示
したグラフ、第２図は高密度エネルギービームを用いた
ダル仕上げロールの表面形状を示す′ｗＡｇＡ図、第３
図は第２図のダル仕上げロールを用いて粗面化した鋼板
の表面形状を示す説明図、第４図はレーザ材とシミツト
材のめっき剥離を比較して示すグラフ、第５図はレーザ
材とショツト材の合金化処理後のめっき層断面を模式％
式％ ｌ・・・クレータ　　　　２・・・環状凸部３・・・平
坦部（非加工部） ｌａ・・・台地部　　　　　２ａ・・・環状凹部（谷部
）３ａ・・・平地部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　高密度エネルギービームによるダル仕上げロールによ
   って一方面側を圧延すると共に、ショットブラスト法，
   放電加工法または研削加工法のいずれかの方法によって
   表面仕上げしたロールを用いて他方面側を圧延した素地
   鋼板の両表面に、合金化亜鉛めっき層を形成したもので
   あることを特徴とする合金化亜鉛めっき鋼板。