JPH0382746A - 加工性・塗装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） 本発明は、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およびスポット溶接性を有し、自動
車用防錆鋼板として好適な、加工性・塗装性に優れた表
面処理鋼板に関するものである。

（従来の技術） 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１２年保証）が掲げられるに至って、自動
車用防錆鋼板の一層の防錆性能の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’Ｚｎ−Ｎｉ合金電気
メッキ鋼板（メッキ付着量＝２０〜４０ｇ／ｍ”）　Ｉ
、ｒＺｎ−Ｆｅ合金電気メッキ綱板（メッキ付着量＝２
０〜４０ｇ／ｍ”）ＪあるいはｒＺｎ電気メッキ鋼！ｆ
ｆ（メッキ付着量：２０〜１００　ｇ／ｍ”Ｎ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、
メッキ層の一層の厚目付化が検討された。ところが、こ
のような各種の電気メッキ鋼板の厚目付化は電力の大量
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対しても、電気メッキ
鋼板に比較してコストの著しい上昇を防ぎつつ厚目付化
が容易である溶融亜鉛系メッキ（溶融亜鉛メッキ、合金
化溶融亜鉛メッキ、溶融亜鉛−アルミニウム合金メッキ
等）鋼板の採用が検討されるようになってきた。

しかしながら、溶融亜鉛系メッキ鋼板には次のような問
題が指摘されており、この溶融亜鉛系メッキ鋼板を自動
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
。

すなわち、「溶融亜鉛メッキ鋼板」や「溶融亜鉛−アル
ミニウム合金メッキ鋼板」では、プレス加工時にメッキ
層が金型に焼付いて摺動抵抗が増大し部分的にメッキ層
がむしり取られる現象、所謂“フレーキングと称される
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発生させる等のトラブル
を生しることがあった。

また、溶融亜鉛メッキＨ板を加熱処理することによって
Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層を形成させた「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前述の溶融
亜鉛メッキ銅板と同様に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・脱落する現象、所謂“パウ
ダリングと称される現象が発生して、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て、やはり成形品に押し込み疵を発
生させ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、“クレータリングと称される凹凸欠陥が電着塗膜
の表面に生し易く、特に約２３０ｖ以上の高電圧の電着
条件でこの傾向が強かった。

そこで、溶融亜鉛系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６（ａ）Ｆｅ−
Ｚｎ系合金（Ｚｎ≦４帽１％：以降、本明細書において
、特にことわりが無いかぎり成分割合を表わす「％」は
「重量％Ｊを意味するものとする。）の上層メッキを施
す（特開昭５６−１３３４８８号公報、同５６−１４２
８８５号公報）。

（ｂ）Ｆｅ−Ｐ系合金（Ｐ　：０．０００３〜０．５％
）の上層メッキを施す（特開昭５１２１１５９２号公報
、同６１２５３３９７号公報、同６２−２９０８４号公
報）。

（ｃ）Ｐａ−Ｂ系合金（Ｂ　：Ｏ，００１〜３％）また
はＦｅ−３系合金（Ｓ　＋０．００１〜０．４１％）の
上層メッキを施す（特開昭６２−２５３７９６号公報）
。

（ｄ）Ｚ　ｎまたはＺｎ−Ｎｉ系合金の上層メッキを施
す（特開昭６１−２０７５９７号公報）。

（発明が解決しようとする課Ｈ） しかし、前記の（ａ）〜（Ｃ）に示す如きＦｅ　−Ｚｎ
系合金、Ｆｅ−Ｐ系合金、Ｐｅ−Ｂ系合金等のＰｅ系合
金の上層メッキを施す対策では、得られる鋼板の化或処
理性や耐クレータリング性等の塗装性は向上するものの
、Ｆｅ系合金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」との問題点がある。また
、加工性の面からは、パウダリングやフレーキング等の
現象に対しての改善効果が認められないという問題点も
あり、自動車用防錆鋼板として用いるには適当でない。

一方、上記（ｄ）に示したＺｎまたはＺｎ−Ｎｉ系合金
の上層メッキを施す対策は特にメッキ層の加工性の改善
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゛’
Ｚｎメッキ”または”Ｎｉ含有量が３０％以下のＺｎ　
　Ｎｉ系合金メッキ”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ｒ”Ｎｉ含有量が３０％以下のＺｎ−Ｎｉ合金
メッキ”とはη相とＴ相との２相から構成され、適度な
延性を有するものであるＪとしているが、η相とＴ相と
の２相からなるＺｎ−Ｎｉ合金メッキとはＮｉ含有量が
１０％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」νｏ１．３１　（１９８０）
　、　ｋｌＯ，第５１２頁や、「鉄と鋼Ｊ　Ｖｏｌ、６
６（１９８０）、　Ｎａ　７　、第７７１頁を参照され
たい）、この対策は結局Ｎｉ含有量が１０％を下回るＺ
ｎ−Ｎｉ系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メッキまたはη＋γの２相から
威るＺｎ−Ｎｉ系合金メッキを上層メッキとして施す対
策では、確かにこの上層には延性があるが故にパウダリ
ングの抑制効果は得られるかもしれないが、その表面は
Ｚｎリッチな層となるためブレス成形時に、金型との間
の摺動抵抗の増加による擬似焼付現象、いわゆるカジリ
現象が発生してメッキ層のフレーキングを生じ易いとの
間題があり、その意味からは加工性の改善対策として十
分なものではなかった。したがって、ＺｎまたはＺｎ−
Ｎｔ系合金の上層メッキを施す対策によっても、所望の
自動車用防錆＠板を得ることはできなかったのである。

ここに、本発明の目的は、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、十分な耐食性を有し
、加工性・塗装性に優れた表面処理銅板を提供すること
にある。

（課題を解決するための手段） 本発明者らは、上記課題を解決するため種々検討を重ね
た。その結果、自動車用防錆鋼板鋼板として所望の防錆
性能を付与するには、従来の手段と同様に、やはり鋼板
表面に溶融亜鉛系メッキを施すことが重要であることを
知見した。

しかし、この溶融亜鉛系メッキ層は、プレス加工時の摺
動特性が高く、このままではフレーキングの発生を防止
することができない。

そこで、この摺動特性の低下を目的として、前述の溶融
亜鉛系メッキの上層として、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキを施
すことにより、優れた耐プレス摺動性並びに耐クレータ
リング性を付与することができることを、本発明者らは
知見したのである。

なお、特開昭５６−１３３４８８号公報ならびに同５６
１４２８８５号公報に開示されているように、従来より
Ｆｅ含有量が６０％以上のＺｎ　−Ｆｅ合金メッキがカ
チオン電着塗装性（耐クレータリング性）に優れている
とされている。しかし、これらの技術はＺｎ　−Ｆｅ合
金メッキ単体として検討された結果であって、特に溶融
亜鉛系メッキの上層メッキとして検討されたものではな
い。

さらに、従来よりＺｎ　−Ｆｅ系の上層メッキとしては
、特開昭５５−７３８８号公報に開示されているように
、鉄含有量が１〜６０％の鉄含有亜鉛メッキ層を亜鉛メ
ッキ層または複合亜鉛メッキ層の上層メッキとして施す
ことによる、裸耐食性および塗装後メッキ鋼板の耐食性
を改善すべく、メッキ層の大部分は合金化を施されてい
ない通常の亜鉛メッキ層で構成し、化成処理皮膜または
塗膜との界面を形成するメッキ層の上層部のみを鉄含有
率１〜６０％のＺｎ　−Ｆｅ合金メッキ層とする２層の
メッキ層である。

特に、下層の亜鉛メッキ層または複合亜鉛メッキ層は、
その実施例においても示されているように電気メッキで
あり、溶融亜鉛メッキを対象としていない。また、当然
のことながら合金化溶融亜鉛メッキも対象とされていな
い。

そこで、本発明者らは、さらに検討を重ね、溶融亜鉛系
メッキ、特に合金化溶融亜鉛メッキを施した場合、メッ
キ層の表面はミクロ的には凹凸のある表面を有している
ことが、Ｆｅの合金化度とともに、カチオン電着塗装性
が劣る原因の一つであることを知見したのである。この
ような合金化溶融亜鉛メッキ層の電着塗装性を改善する
手段として、Ｚｎ　−Ｆｅ合金メッキの上層メッキを施
す手段について種々検討した結果、合金化溶融亜鉛系メ
ッキ層上のミクロ的凹凸へのＺｎ　−Ｆｅ合金電気メッ
キのつきまわり性も影響し、Ｆｅ含有量が３０％以上６
０％未満のＺｎ−Ｆｅ合金メッキを施すことが有効であ
ることを見い出して、本発明を完成した。

すなわち、第１図に示される如く、少なくとも鋼板１の
片面に、溶融亜鉛系メッキの下層２と、付着量が片面当
り０．５〜２０ｇ／−であって、“Ｆｅ含有量が３０重
景気以上６０重量％未満のＺｎ　−Ｐｅ合金メッキ”の
上層３とで構成されるメッキ層を有する表面処理鋼板を
構成することにより、優れた耐プレス摺動性等の加工性
、並びに塗装性を付与することができることを知見して
、本発明を完成した。

ここに、本発明の要旨とするところは、少なくともその
片面に、溶融亜鉛系メッキの下層と、付着量が片面当り
０．５〜２０ｇ／ｌであって、Ｆｅ含有量が３０重景気
以上６０重量％未満のＺｎ　−Ｆｅ合金メッキの上層と
を有することを特徴とする加工性・塗装性に優れた表面
処理鋼板である。

さらに、上記の本発明においては、前記下層の溶融亜鉛
系メッキは、合金化溶融亜鉛メッキであることか好適で
ある。

（作用） 以下、本発明を作用効果とともに詳述する。

本発明において、下層である「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」には、溶融亜鉛メッキ
、合金化溶融亜鉛メッキ（例えば合金化度がメッキ層の
平均Ｆｅ含有量で５〜１５％のもの）、さらには溶融亜
鉛−アルミニウム合金メッキ　（例えばＡＱ含有量：４
〜６０％）等が包含される。

ここで、合金化溶融亜鉛メッキの合金化度はパウダリン
グ防止の点から、メッキ層の平均Ｐｅ含有量で１２％以
下とすることがさらに望ましい。

なお、溶融メッキ法については、従来から用いられてい
るように、溶融した亜鉛または亜鉛系合金中に鋼板を浸
漬し、合金化溶融亜鉛メッキの場合には、さらに直ちに
加熱して合金化処理すればよく、何らの制限をも必要と
しない。

また、メッキ付着量は、耐食性を充分に確保するという
観点から、２０〜１２０　ｇ／−程度が望ましい。

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ついて、プレス加工時において、
このメッキ層の摺動特性が高いために生ずるメッキ層の
フレーキングの防止、およびカチオン電着塗装時のクレ
ータリング（下層として合金化溶融亜鉛メッキを用いた
場合に特に目立つ）への対策を目的に、Ｐｅ含有量が３
０％以上６０％未満のＺｎ−Ｆｅ合金メッキを片面当り
０．５〜ｂこのように、本発明において、上層のＺｎ−
Ｆｅ合金メッキ層のＦｅ含有量とメッキ付着量とをそれ
ぞれ制限する理由を説明する。

Ｐｅ：３０σｐ上６００−′′ Ｚｎ　−Ｐｅ合金メッキは、Ｆｅ含有量が３０％以上で
は、主に「相が主体となりＦｅ含有量が４０％以上で徐
々にα相があられれ、６０％以上ではα相が主体となる
とされている。したがって、本発明のＦｅ含有量の範囲
、すなわちＦｅ含有量が３０％以上６０％未満の範囲に
おいては、上層メッキは主としてｒ相よりなる。この「
相よりなるめっき層は硬度が高く、メッキ層の摺動特性
が向上して金型との間の摩擦係数の低下をもたらすため
、プレス加工時にメッキ層の金型への擬似焼付現象が卯
制されて、フレーキングに対し、極めて有利になる。

これに対して、Ｆｅ含有量が３０％未満である場合、メ
ッキ層はδ８、ζ、η相等からなり、メッキ層の硬度が
低下して摺動特性が低下するために、フレーキングが多
発する。また、Ｆｅ含有量が６０％以上の場合、メッキ
層はα相が主体となり、やはりメッキ層の硬度が低下し
てフレーキングが多発するとともに、下層である溶融亜
鉛系メッキ層に対して、上層のほうが電気化学的に責に
なってしまうために、本来下地である鋼板に対して作用
すべき、下層の溶融亜鉛系メッキ層中のＺｎの犠牲防食
作用が、上層のＺｎ　−Ｆｅ合金メッキ層に対して作用
してしまい、腐食の進行時には、耐食性の確保の主体で
ある下層の溶融亜鉛系メッキ層の消耗を早めて赤錆の発
生を助長することになり、成品の耐食性を劣化させるの
である。

また、主に「相からなるＺｎ　−Ｆｅ合金メッキ層の耐
クレータリング性は溶融亜鉛系メッキ層、特に合金化溶
融亜鉛メッキ層に比べて優れており、上層メッキとして
施すことにより、合金化溶融亜鉛系メッキ鋼板の耐クレ
ータリング性をも改善することができる。一方、Ｆｅ含
有量が３０％未満では「相に６１相やη相が混入するこ
とが原因であるのか詳細は不明であるが、耐クレータリ
ング性は低下し、合金化溶融亜鉛メッキ鋼板と同じレベ
ルになってしまう。

そこで、本発明においては、上層のＺｎ−Ｆｅ合金メッ
キ層のＦｅ含有量を３０％以上６０％未満と制限したの
である。

なお、電着塗装性に関して、従来の結果との差違の原因
については明瞭ではないが、Ｐｅ含有量をｒ３０％以上
６０％未満」とすることによって、合金化溶融亜鉛メッ
キの凹凸表面へのＦｅ　　Ｚｎ合金電気メッキのつきま
わり性が向上するため、Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層を上層
として設けることにより、下層である合金化溶融亜鉛系
メッキ層の表面の凹凸等の形状を是正するためであると
考えられるが、詳細は不明である。

７召り橿【あエニ鐘ａＣ 一方、メッキ付着量について０．５〜２０ｇ／ｍ”とし
たのは、０．５　ｇ／ｍ”未満では、所望の耐ブレス拝
動性等の加工性、および塗装性の改善効果を離合するこ
とができず、一方２０ｇ／ｍ２を越えてもより路上の改
善効果は得られずに経済的な不利を招くたけだからであ
る。

なお、上層であるＺｎ−Ｐｅ合金メッキ層の形成方法は
、従来から知られているように、電気メッキ法を用いれ
ばよく、何ら制限を要さないことはいうまでもない。

なお、本発明において、溶融亜鉛系メッキの下層とＺｎ
　−Ｆｅ合金メッキの上層とは、鋼板の片面だけでなく
、両面に設けてもよいことはいうまでもなく、得られる
表面処理鋼板に要求される加工性・塗装性の他、耐食性
やコストの観点から適宜選択すればよい。

さらに、本発明を実施例を用いて詳述するが、これはあ
くまでも本発明を例示するものであり、これにより本発
明が限定されるものではない。

実施例 まず、Ｆｉ厚：　０　、８ｍｍの“溶融亜鉛メッキ鋼板
”および゛合金化度の異なる合金化溶融亜鉛メッキ測板
”と第１表に示すようなＺｎ　　Ｐｅ系合金電気メッキ
液とを準備した。

第１表 次に、前記の各溶融亜鉛系メッキ剥離片に脱脂、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Ｆｅ”濃度とＺｎ”濃度とを変化させて電気メッ
キを行うことにより、前記の各溶融メッキ鋼板に、さら
に０〜２０ｇ／ｍ”の付着量でＰｅ含有量が２０〜８０
％のＺｎ−Ｆｅ合金メッキを施した。

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、メッキ層のパウダリング性およびフレーキング性を
チエツクするためのビード付ハツト底形試験、メッキ面
と工具面との間の摺動特性調査、塗装性調査、塗膜密着
性調査および塗膜密着性調査をそれぞれ実施した。

なお、前記各試験および調査は次の要領で実施した。

互二」コム１ヱ」迩硼勿＆狡 第２図（ａ）に示ず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（ロ）で示すようなビード側壁
部におけるメッキ層のパウダリング性およびフレーキン
グ性を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時に粘着
テープでチエツクした。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少、 Δ・・・メッキ剥離片の付着少、 ×・・・メッキ剥離片の付着多 で表示し、また「成形品のビード側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、 Ｏ・・・メッキ剥離片の付着微少、 Δ・・・メッキ剥離片の付着少、 ×・・・メッキ剥離片の付着多 で表示した。

措動豊止盪査 メッキ面と工具面との間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
、このようにして求めた摩擦係数の大小によって摺動特
性を評価した。

隻装止胤査 浸漬型リン酸亜鉛処理（日本バー力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（関西ペイント社製のニレクロン９
４１０　（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。

里皇抜傭わ１４翳査 塗装後耐食性については、リン酸亜鉛処理および電着塗
装を施した後、更にメラミンアルキッド系の中塗りおよ
び上塗りを施した塗装Ｆｉ　（７０ｎｕｓＸ１５０１Ｉ
Ｉ１１、総合膜厚１００　Ｍ）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）シて′クロスカント部からの赤錆発生具合
”および“クロスカント部からの塗膜のブリスター幅”
を求めて評価した。なお、塗装後耐食性は ◎・・・赤錆なし、 Ｏ・・・赤錆僅かに発生、 Δ・・・赤錆発生小、 ×・・・赤錆発生大 で表示した。

塗股番看杜姐立 カチオン電着塗装、中塗りおよび上塗りの塗装を実施し
た後、５０゛Ｃの温水（イオン交換水）中に１０日間浸
漬してから１＋＋ｍ間隔のゴバン目を１００マス入れた
ものについて、テープ剥離テストを実施し、このときの
塗膜の残存率（残存したマス目数（１））を用いて、塗
膜密着性を評価した。

これらの試験結果を第２表にまとめて示す。

（以下余白） 第２表に示される結果からも明らかなように、本発明に
かかる表面処理鋼板は何れの特性調査においても優れた
底積を示しており、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例の鋼板は十分な特性を有し
ないことが分かる。

なお、本実施例ではメッキ第１Ｎが“合金化溶融亜鉛メ
ッキ”゛溶融亜鉛メッキ”または°゛５％Ａｌ２−Ｚｎ
合金メッキ”の例について説明したが、これら以外に、
例えばＡＱ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Ｆｅ含
有量が３０％以上６０％未満のＺｎ　−Ｆｅ合金メッキ
を０．５〜２０８／−の付着量で施せば、本実施例と同
様に、加工性・塗装性に優れた表面処理鋼板が得られる
ことは言うまでもない。

（発明の効果） 以上に説明した如く、本発明によれば、十分な耐食・防
錆性は勿論、プレス加工性、スポット溶接性並びに塗装
性等の緒特性も共に優れた表面処理鋼板を提供すること
ができ、自動車用防錆鋼板等に適用してその性能をさら
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； 第２図（ａ）は、ビード付ハフ）成形試験の概略説明図
； 第２１ｊＪ（ｂ）および第２図（Ｃ）は、ビード付ハツ
ト成形試験における粘着テープ評価部を示す概略説明図
：および 第３図は、改良型バウデン試験法の概要説明図である。 １：　鋼板 ２：　溶融亜鉛系メッキ（溶融亜鉛メッキ、合金化溶融
亜鉛メッキまたは溶融亜鉛−アルミニウム合金メッキ）
層 ３：Ｚｎ−Ｆｅ合金メッキ層（Ｐｅ含有量：３０％以上
６０％未満〉

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくともその片面に、溶融亜鉛系メッキの下層
   と、付着量が片面当り０．５〜２０ｇ／ｍ＾２であって
   、Ｆｅ含有量が３０重量％以上６０重量％未満のＺｎ−
   Ｆｅ合金メッキの上層とを有することを特徴とする加工
   性・塗装性に優れた表面処理鋼板。
2. （２）前記下層の溶融亜鉛系メッキは、合金化溶融亜鉛
   メッキである請求項１記載の加工性・塗装性に優れた表
   面処理鋼板。