JPH03287788A - プレス成形性、化成処理性、溶接性に優れた亜鉛系めっき鋼板 - 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、プレス成形性、化成処理性、溶接性に優れた
亜鉛系めっき鋼板に関するものである。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課Ｂ）亜鉛め
っき鋼板のプレス成形性を向上させる方法としては、例
えば、特開昭６２−１８５８８３号公報記載の如く、め
っき鋼板表面に電解クロメート処理を施し、ＣｒｚＯａ
の酸化物皮膜を生成せしめる方法や、特開昭６２−１９
２５９７号公報記載の如く、鉄亜鉛合金めっきを施す方
法等の亜鉛系めっき鋼板上に硬い皮膜を形成し、プレス
時のめっきとダイスのかじりを防止してプレスの潤滑性
の向上をはかることが開示されている。

又、特開平１−１３６９５２号公報記載の如く、めっき
鋼板の表面に有機潤滑皮膜や潤滑油等の有機物を塗布ま
たは被覆し、プレス成形性を向上させることが開示され
ている。

しかしながら、このような製品は自動車ユーザー等の使
用において、以下のような不十分な点がある。

自動車ユーザーでの使用工程の概略は、鋼板を油で洗浄
する工程、プレス工程、脱脂工程、化成処理工程、塗装
工程からなっており、電解クロメート処理銅板の場合は
、化成処理工程で化成処理皮膜が形成せず、また潤滑油
や潤滑皮膜などを塗布した鋼板の場合には、洗浄工程で
油が落ちるので十分な潤滑性能を発揮せず、さらには、
化成処理前の脱脂工程に負荷がかかりコストが高くなる
。また一方、亜鉛系めっき鋼板に鉄亜鉛合金フラッシュ
めっきを施したものは、電解クロメート処理に比較して
鋼板のコストが高くなるという問題点があり、低コスト
で、化成処理が可能で、脱脂等の工程に負荷をかけず、
プレス成形性に優れる亜鉛系めっき鋼板の開発が望まれ
ている。又、溶接性向上については、従来特にその対策
が講ぜられたことはな（、プレス成形性、化成処理性と
相俟って溶接性の向上も強く望まれている。

本発明はこのような要求を有利に解決し得る亜鉛系めっ
き鋼板を提供することを目的とするものである。

（発明が解決しようとする課Ｈ） 本発明の要旨とするところは、Ｚｎ酸化物３〜５００　
ｇ／　ｒｒｆ　（Ｚｎとして）　、Ｍｎ酸化物５〜５０
０ｍ／ｒｒｆ（Ｍｎとして）及びその他酸化物からなる
皮膜を表面に被覆してなるプレス成形性、化成処理性、
溶接性に優れた亜鉛系めっき鋼板にある。

本発明の対象とする亜鉛系めっき鋼板とは、例えば溶融
めっき法、電気めっき法、蒸着めっき法、溶射法などの
各種の製造方法によるものがあり、めっき組成としては
純Ｚｎの他、ＺｎとＦｅ、　ＺｎとＮｉ。

ＺｎとＡｆ、ＺｎとＭｎ、　ＺｎとＣｒ、　ＺｎとＴｉ
、　ＺｎとＭｇなどＺｎを主成分として、耐食性などの
諸機能の向上のためＦｅ、Ｎｉｌ　Ｃｏｔ　Ｎ＋　Ｐｂ
＋　Ｓｎ、　ＳＪ　Ｃｕ、ＴＩ、Ｓｌｌ　　Ｂ　＋Ｐ、
Ｎ、Ｓ、Ｏ等の１種ないし２種以上の合金元素および不
純物元素を含み、また、５ｉｆｔ、　ＮｚＯｘなどのセ
ラミックス微粒子、Ｔｉｅ、、　ＢａＣｒＯ４などの酸
化物、アクリル樹脂などの有機高分子をめっき層中に分
散させたものがあり、めっき層の厚み方向で単一組成の
もの、連続的あるいは層状に組成が変化するものがあり
、さらに多層めっき鋼板では、最上層に、めっき組成と
しては純Ｚｎの他、ＺｎとＦｅ、　ＺｎとＮｉ、　Ｚｎ
とｊｌＪ、ＺｎとＭｎ、　ＺｎとＣｒ、　ＺｎとＴｉ。

ＺｎとＭｇなどＺｎを主成分として、耐食性など諸機能
の向上のため１種ないし２種以上の合金元素および不純
物元素を含み、また、５ｉＯｚ、　Ａ７２０３などのセ
ラミックス微粒子、Ｔｉｅ２．　ＢａＣｒ０．などの酸
化物、アクリル樹脂などの有機高分子をめっき層中に分
散させたものがある。

例えば、溶融亜鉛めっき鋼板、蒸着亜鉛めっき鋼板、鉄
−亜鉛合金化溶融亜鉛めっき鋼板、亜鉛を主とするアル
ミニウム、鉄などの合金溶融亜鉛めっき鋼板、めっき層
断面方向で下層が合金化されている合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板（一般にハーフアロイと称する）、片面鉄−亜鉛
合金化溶融亜鉛めっき層、他面溶融亜鉛めっき層からな
るめっき鋼板、これらのめっき層上に電気めっき、蒸着
めっき等により亜鉛、または亜鉛を主成分とし、鉄、ニ
ッケルを含有する金属をめっきした銅板、あるいは、電
気亜鉛めっき鋼板、亜鉛、ニッケ°ル、クロム等合金電
気めっき鋼板等、更に単一合金層又は多層合金電気めっ
き鋼板、亜鉛および亜鉛含有金属の蒸着めっき鋼板等が
ある。その他、５ｉＯｚ、　ＮｚＯ３などのセラミック
ス微粒子、Ｔｉｅ、酸化物微粒子及び有機高分子などを
亜鉛又は亜鉛合金めっき中に分散させた分散めっき鋼板
がある。

このような亜鉛系めっき銅板表面に、前記の如く、Ｚｎ
酸化物とＭｎ酸化物及びその他酸化物からなる皮膜を被
覆して、プレス成形性、化成処理性、溶接性を向上させ
ようとするものである。

（作　用） このような効果を奏しうる理由は以下の如くである。

プレス成形に際しての潤滑性をめっき鋼板に付与するに
は、めっき鋼板表面に硬質の皮膜を形成する方法が有効
である。この点で電解クロメート処理、鉄亜鉛合金めっ
きは有効であるが、前者は化成処理皮膜が形成できず、
後者は処理量が多くコスト高になる。

これらの解決には、めっき綱板表面の硬質皮膜としては
酸化物皮膜であって、かつ化成処理液中で溶解し、化成
処理皮膜を形成できるとともに、皮膜成分が化成処理液
に溶は出しても化成処理に悪影響を与えないものである
ことが必要である。

本発明者らは、このような観点から、亜鉛系めっき鋼板
表面にＭｎ酸化物皮膜を形成すれば良いことを見出した
。Ｍｎ酸化物皮膜はクロメート皮膜と同様ガラス状の皮
膜となり、プレス時にめっきのダイスへのかじりを抑制
し、摺動性を良好とする。さらに、化成処理液には溶解
するためクロメ−ト皮膜と異なり、化成処理皮膜を形成
することができ、また、化成処理液に溶出しても悪影響
はない。

Ｚｎ酸化物は、単独では湿式法でブレス摺動性改善皮膜
を形成し難いが、Ｍｎ酸化物との混晶状態ではブレス摺
動性を著しく向上できる。また、Ｚｎ酸化物も化成処理
皮膜を形成することができ、化成処理液に溶出しても悪
影響はない。

Ｍｎ及びＺｎ酸化物皮膜の構造は明確ではないが、Ｍｎ
−０Ｚｎ−０結合からなるネットワークが主体で、部分
的に−ＯＢ、　ＣＯ３、ＰＯ４基等が結合し、さらには
めっきから供給される金属が置換したアモルファス状の
巨大分子構造であろうと推定している。

また、この皮膜は酸化物皮膜のため、油による洗浄工程
や、脱脂工程でも溶解しないので、潤滑性能の低下や、
他の工程に負荷をおよぼさない。

この皮膜の密着性や成膜性を良好にするためにりん酸、
はう酸、硫酸、硝酸、塩酸などの無機酸や、それらから
なる塩を添加することは効果的である。

さらに、この皮膜中には、処理浴中やめっきに含まれる
物質を不純物として含んでいてもよい。

これら不純物としてはＺｎ、　ＩＪ、　Ｃｒ、　Ｃｏ、
　Ｍｎ、　Ｐｂ。

Ｓｎ、　Ｃｕ、　Ｔｉ＋　Ｓｔ、　　Ｂ、　　Ｎ、　　
Ｓ、　　Ｐ、　ｌｊ、　　Ｋ、　Ｎａ。

Ｍｇ、　Ｃａ、　Ｂａ、　Ｉｎ、　　Ｃ，Ｆｅ、　　Ｖ
、　Ｗ、　Ｎｉなどがある。

次に、本発明の皮膜の皮膜量範囲について述べる。

この皮膜の皮膜量はブレス成形性を良好とするには、Ｍ
ｎ酸化物（Ｍｎとして）５■／ボ以上有すればよいが、
皮膜量が５００■／ボを越えると化成処理皮膜の形成が
不十分となることがある。

ゆえに、適正なＭｎ酸化物皮膜量は、Ｍｎとして５■／
ボ以上５００■／ボ以下である。

次に溶接性を向上するためにＺｎ酸化物を混入する。こ
の酸化物の生成量としては、酸化物皮膜中のＺｎ量（片
面あたり）として、３〜５００■／ボとする。３■／ポ
未満では効果がなく、又５００■／ｒｒｆ超になると、
電気抵抗が大となり、チップが軟化変形を生じ易くなり
、チップ寿命が短命になるので好ましくない。即ち溶接
等においては、その加熱により、めっき金属が溶融状態
となり、次いで、鋼板との合金化へと進行するが、先の
めっき金属が溶融状態のとき電極チップと直接接触する
と、チップ組成の銅とめっき組成の亜鉛が選択的に反応
し、硬く脆い銅−亜鉛合金層を形成して、チップが損耗
し、電極チップ寿命を短命にすることになる。

この溶融状態のめっき金属は、前記めっき鋼板表面に生
成せしめた酸化物皮膜により、チップとの接触を断たれ
、めっき金属のチップとの直接接触による溶損等を防止
するとともに、さらに、熔融状態のめっき金属が鋼板の
鉄と合金化され、主として鉄−亜鉛合金となり、これが
酸化物皮膜の亀裂部等を通して、あるいは、酸化物皮膜
と一緒に電極チップ先端部へ付着し、堆積してチップの
保護金属膜となり、理由は明確ではないが、溶接を継続
しても保護膜の厚み、形状等には変化がなく、常時良好
な溶接ができ、かつチップの損傷も防止できる。ここで
電極保護金属とは、めっき金属と地鉄との合金を主体と
するもので、平均濃度としてＦｅ：２０〜６０％、Ｚｎ
：４０〜８０％程度の場合が多いが、一般にＦｅｌＪ度
の高い方が好ましく、特に、高濃度Ｚｎ部分が局部的に
存在するような場合は好ましくない。また、電極保護金
属はめっき金属の成分、Ｍｎ、　　Ｓなどの綱板成分、
およびＣｕなどの電極チップの成分を含むことがある。

また、この電極保護金属膜は、チップ先端形状を凸状に
保つ効果を有するので、チップが同程度に軟化損傷した
場合でも、低電流で溶接ができ、チップ保護膜をチップ
先端表面の５０％以上の面積に付着させると、電極チッ
プ寿命を大幅に延長することができる。すなわち、亜鉛
めっき表面に電極保護金属を付着させるＺｎＯを主体と
する酸化物皮膜を生成せしめ、溶接熱によりめっき金属
と鋼板との合金を上記酸化物皮膜を通して、あるいは、
酸化物皮膜と一緒に該電極保護金属を電極チップへ付着
させつつ溶接するものである。

Ｍｎ酸化物がＺｎ酸化物と複合して皮膜形成していても
、上記Ｚｎ酸化物と同様に溶接性改善効果が認められる
。Ｍｎ　−Ｚｎの複合酸化物の電気抵抗がそれほど大き
くならないことによるものと推察している。

かくして、ＭｎとＺｎの酸化物を主体とする皮膜を亜鉛
系めっき鋼板上に同時に形成させることにより、プレス
成形性と溶接性をともに向上でき、化成処理も可能とな
る。

次に上記の如きＭｎ酸化物とＺｎ酸化物を生成する方法
の一例について説明する。

過マンガン酸カリウム１〜１０ｇ／ｌ、硝酸亜鉛１００
〜８００　ｇ／Ｉ！、の水溶液中へ亜鉛系めっき鋼板を
浸漬するか又は該水溶液を散布する等により水溶液と接
触させるか、あるいは該水溶液中で亜鉛系めっき鋼板を
陰極電解処理することにより、同時にＭｎ酸化物とＺｎ
酸化物を混合生成させることができる。

このようにして酸化物皮膜を生成する際に、めっき層及
びめっき層中の合金金属等の一部が酸化物となり、その
他酸化物として混入する。

上記水溶液中へエツチング剤として硫酸、硝酸、過塩素
酸、りん酸等の１種又は２種以上を１〜５０ｇ／ｌ添加
することにより、生成酸化物皮膜の密着性等を向上させ
ることができ好ましい。

（実施例） 次に本発明の実施例を比較例と共に第１表に示す。

注１）めっき鋼板の種類：ＡＳ：合金化溶融亜鉛めっき
鋼板（Ｆｅ１０％、Ａｊｏ、２５％、残Ｚｎ）　。

ＥＧ：電気亜鉛めっき鋼板、ＧＩ：溶融亜鉛めっき鋼板
［０，３％、Ｆｅ０．８％、Ｐｂ、０．１％。

残Ｚｎ）、ＨＡ：半合金化溶融亜鉛めっき鋼板（Ｆｅ　
５％、Ａ７０．３％、残Ｚｎ）　、　！ｌ！板厚はいず
れも０．８−の普通鋼。

注２）プレス成形性（摩擦係数） サンプルサイズ：　１７ａａＸ３００ｍｍ、引張り速度
：　５００　ｍ１ｍ／ｍｉｎ　、角ビード肩Ｒ：１．Ｏ
／３．０＋ｍｎ、摺動長：２００ｍｍ、塗油：ノックス
ラスト５３０Ｆ４０．Ｉｇ／ボの条件で、面圧を１００
〜６００ｋｇｆＯ間で数点試験を行い、引き抜き加重を
測定し、面圧と引き抜き加重の傾きから摩擦係数を求め
た。

注３）化成処理性 化成処理液には５Ｄ５０００　（日本ペイント社製）を
用い、処方どうり脱脂、表面調整を行った後化成処理を
行った。化成処理皮膜の判定は、ＳＥＭ（２次電子線像
）により、均一に皮膜が形成されているものは○、部分
的に皮膜形成されているものは△、皮膜が形成されてい
ないものは×と判定した。

注４）製造条件は、過マンガン酸カリウム５ｇ／！、エ
ツチング荊（りん酸）１０ｇ／ｌ、硝酸亜鉛３５０　ｇ
／ｌ、液温４０°Ｃの水溶液中でめっき鋼板を陰極とし
て電解処理（８Ａ／ｄｍ”で、電解時間を調整）又は該
水溶液中で浸漬処理して酸化物皮膜を被覆した。

注５）溶接条件 溶接条件は下記による。

１）加圧カニ２５０ｋｇｆ ２）初期加圧時間：４０Ｈｒ ３）通電時間：１２Ｈｒ ４）保持時間：５Ｈｒ ５）溶接電流：１１ｋＡ ６）　チップ先端径＝５．０φ（円錐台頭型）７）電極
寿命終点判定：溶接電流の８５％でのナゲツト径が３．
６ｍを確保できる打点数８）電極材質：　Ｃｕ−Ｃｒ　
　（一般に用いられているもの） 溶接は、めっき網板の片面を上、他面を下として、２枚
重ね合わせて連続打点数をとった。

注６）酸化物の測定はＧＤＳ　（グロー放電分光法）、
ＩＣＡＰ（イオンプラズマ発光分析法）により行った。

（発明の効果） 本発明によれば、プレス成形においては摺動性を冷延鋼
板並以上に向上し、かつ化成処理皮膜も形成可能とする
ことができ、又溶接性をも向上することができる。これ
によって、従来より低コストで、またユーザーの工程に
おける負荷を低減でき、生産性を向上させることができ
るなどの優れた効果が奏される。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｚｎ酸化物３〜５００ｍｇ／ｍ＾２（Ｚｎとして）、
   Ｍｎ酸化物５〜５００ｍｇ／ｍ＾２（Ｍｎとして）及び
   その他酸化物からなる皮膜を表面に被覆してなるプレス
   成形性、化成処理性、溶接性に優れた亜鉛系めっき鋼板
   。