JPH04124296A - 高耐食性表面処理鋼板 - Google Patents

高耐食性表面処理鋼板

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JPH04124296A
JPH04124296A JP24307390A JP24307390A JPH04124296A JP H04124296 A JPH04124296 A JP H04124296A JP 24307390 A JP24307390 A JP 24307390A JP 24307390 A JP24307390 A JP 24307390A JP H04124296 A JPH04124296 A JP H04124296A
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JP
Japan
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layer
steel sheet
plating layer
resistance
plating
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Application number
JP24307390A
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English (en)
Inventor
Seiji Bando
坂東 誠治
Nobukazu Suzuki
鈴木 信和
Satoshi Ikeda
聡 池田
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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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、自動車や家電製品等として好適な高耐食性
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、自動車用鋼板の耐食性(耐孔あき腐食性。
耐外面錆性)に対する要求は年を追って高度化してきて
おり、従来から用いられてきた“単なる冷延鋼板”に代
わって“亜鉛メッキ鋼板ゞや“亜鉛系合金メッキ鋼板”
を使用する傾向が一般化しつつある。
ところが、冬季の道路凍結を防止するために岩塩散布が
実施される地域等の如き腐食性物質と接触しがちな環境
下では、上述のようなメ・ツキ鋼板を用いた場合でもそ
のメッキ付着量を過分にしないと十分な耐食性を得られ
ないことが指摘されていた。しかし、メッキ付着量を多
くするとプレス加工時のメッキ層の粉状剥離(パウダリ
ング)及び片状剥l1l(フレーキング)が生じやすく
なるため、プレス作業性が著しく阻害されるという問題
があった。
そこで、このような問題に対処すべく、メッキ鋼板にク
ロメート処理と防錆塗装とを施した金属有機複層被覆鋼
板が案出されている。
もっとも、その初期過程での提案は特公昭45−242
30号公報にみられるような“ジンクリッチ系塗装を施
した防錆鋼板”に関するものであり、耐食性向上レベル
が未だ十分ではない上、塗膜中に含まれるZn末がプレ
ス加工時に剥離するという問題があって耐パウダリング
性も所望レベルにまで改善させ得るものではなかった。
そのため、これに次いで亜鉛系メッキ鋼板上にクロメー
ト皮膜と有機複合シリケート皮膜の2層を施して成る複
層被覆鋼板が提案された(特開昭57−108212号
、特開昭58−224174号、特開昭6017487
9号等)。しかし、これらの複層被覆鋼板は塗膜中にZ
n末のような金属粉末を含まないために耐パウダリング
性は大幅に改善されるものの、やはり現在の自動車用鋼
板に要求されている耐食性のレベルに達してはいなかっ
た。
このようなことから、最近ではクロメート皮膜や有機皮
膜の特性改善に関する研究は勿論、これに加えて最下層
の亜鉛系メッキ鋼板自体の更なる特性改善に向けた検討
が種々の観点からなされるようになってきた。そして、
その結果として、例えばNi含有率が9〜20%(以降
、成分割合を表わす%は重量%とする)のN1−Zn(
γ層)合金メッキ上にクロメート処理層と導電性塗料層
を複層させた表面処理鋼板(特開昭58−210192
号)、γ相Nj−Zn合金メッキ層上にFe含有率が1
0〜40%のFe −Zn合金メッキ層とクロメート処
理層と導電性顔料層とを複層させた表面処理鋼板(特開
昭58−210190号)。
Ni含有量が1〜3%のNi−Zn合金メッキ層上にク
ロメート処理層と高分子被覆層とを複層させた表面処理
鋼板(特開昭61−84381号)がそれぞれ提案され
ている。
更に、例えば特開昭63−203778号等として、Z
nもしくはZn合金メッキ中にSi、 PJl等の酸化
物、炭化物、窒化物等の5ml以下の微粒子を分散させ
ることによりメッキ皮膜自体の特性改善を図ると共に、
そのメッキ面上にクロメート処理層と有機塗膜を形成し
た表面処理鋼板も提案されている。
確かに、これらの技術により一段と優れた耐食性を発揮
する鋼板が確保されるようになったが、前記各提案の技
術によって改善される“耐食性”とは“耐孔あき性”を
主体とするものであり、本発明者等の検討によると、前
記各表面処理鋼板も“耐外面錆性”については自動車用
鋼板として必ずしも十分な性能を有していないことが明
らかになった。
ここで、「耐外面錆性」とは、自動車外装外面側の塗膜
が石ハネ、傷ツキ等によって損傷を受けた場合に住じる
“塗膜のフクレ等の生じにくさ”を示す性能であること
は言うまでもない。
勿論、耐外面錆性に照準を合わせたメッキ鋼板について
の提案も種々提案されているが、その場合でも耐外面錆
性と耐孔あき性の両性能、並びにこれらに加えてプレス
加工性をも十分に満足する表面処理鋼板は未だ見出され
ていないのが現状であった。
このようなことから、本発明が目的としたのは、耐孔あ
き性及び耐外面錆性が共に優れ、更にプレス加工性も良
好で、自動車用鋼板等としても十分に満足できる高耐食
性表面処理鋼板を実現することであった。
〈課題を解決するための手段〉 本発明は、上記目的を達成すべ(数多くの実験を繰り返
しながら重ねられた本発明者等の研究結果に基づいて完
成されたものであり、 「第1図に示す如く、鋼板の両面に a) Znメッキ層又はNi含有率が10%以下である
η相を有するZn−Ni系合金のメッキ層:10〜50
g/ g 。
b)リン酸亜鉛皮膜層二0.1〜5g/ボ。
の複層をこの順序で備えしめて優れた謝礼あき性は勿論
、良好な耐外面錆性及びプレス加工性を確保すると共に
、その後の十分な塗装処理を意図する一方の面を除いた
他方の面には、更にa)クロメート処理層二Cr量で3
0〜300mg/ rd 。
b)保護樹脂皮膜層=0.2〜2.0趨の複層をこの順
序で設けて謝礼あき性の一層の強化を図った点」 に特徴を有し、また、 「第2図に示す如く、鋼板の両面に“Znメッキ層又は
Ni含有率が10重量%以下であってη相を有するZn
 −Ni系合金のメッキ層”を10〜50g/ rdの
目付量で設けることにより優れた謝礼あき性と良好な耐
外面錆性とを確保すると共に、その一方の面には更に0
.5〜3.OIMi厚の“脱膜型固形潤滑皮膜層”を設
けて優れたプレス加工性をも確保し、かつ他方の面に a)クロメート処理層二〇r量で30〜300mg/ 
rl 。
b)保護樹脂皮膜層:0.2〜2.0mの複層をもこの
順序で設けて謝礼あき性の一層の強化を図った点」 にも特徴を有するものである。
ここで、前記rZn又はZn −Ni系合金」とは、純
Zn及びZn −Ni合金は勿論のこと、これらに耐食
性改善元素たるCOを0.3%以下の範囲で含むものを
も意味するものとする。
前記「リン酸亜鉛皮膜層」は、公知のリン酸亜鉛処理に
よって形成されたもので十分であり、その形成に当って
は例えば浸漬型、スプレー型等の手法を適宜採用すれば
良い。
また、前記「脱膜型固形潤滑皮膜層」は、アクリル系樹
脂、エポキシ系樹脂、メラミン系樹脂。
フェノール系樹脂等の従来より公知の乾燥もしくは焼付
硬化型塗膜形成成分に、潤滑剤として脂肪酸、脂肪酸エ
ステル、脂肪酸石ケン、金属石ケン。
アルコール、ポリエチレン微粉末、グラファイト。
二硫化モリブデン、フッ素樹脂粉末等の1種以上を配合
したもの等を塗布・乾燥することによって形成すること
ができる。
前記「クロメート処理層」についても、公知のクロメー
ト処理によって形成されたもので十分であり、その形成
に当っては例えば電解クロメート処理、塗布型クロメー
ト処理又は浸漬型クロメート処理等の手法を適宜採用す
れば良い。
そして、前記「保護樹脂皮膜層」の樹脂組成としては、
エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ビニ
ル樹脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂、ポリウレタン樹
脂、フタル酸樹脂等の単独又は変成したものにBaCr
0*等の防錆顔料、FezOz等の着色顔料或いは5i
02等の顔料を必要により含ませた公知のもの等が適用
される。
次に、本発明の高耐食性表面処理鋼板においてメッキ層
の成分組成或いはメ・ツキ目付量等を前記の如くに数値
限定した理由を、その作用と共に詳述する。
く作用〉 ′it己 「−の   」   1 (a)  メッキ層 本発明に係わる複層表面処理鋼板の前記「一方の面」側
は、例えば自動車用鋼板として適用する場合等に外面側
とすることによって特に顕著な効果を発揮するが、この
「一方の面」側に適用されるメッキ層には、十分な耐外
面錆性を確保すべく“Znメッキ又はNi含有率10%
以下のη相を有するZn−Ni合金メッキ”或いはこれ
らに0.3%以下のC。
を含有させた合金メッキが適用されるが、Zn −Ni
系合金メッキの場合にはNi含有率が10%を超えてη
相が無くなると耐外面錆性に劣るようになる。
これは、腐食の進行に伴って生じるNi残渣の局部電池
作用により母材たる鋼板の腐食が促進されるためと考え
られる。なお、後述の実施例での結果からも明らかな如
く、塗膜にかなり広い幅(0,8m程度)で鋼板に達す
るような傷を入れた場合に前記Ni残渣の影響が大きい
また、メッキの目付量が10g/m未満では耐外面錆性
の改善効果が十分でなく、一方、目付量が50g/dを
超えるとコスト上昇に見合うだけの向上効果が確保でき
なくなる。従って、前記「一方の面」側のメッキ目付量
は10〜50g/ rdと限定した。
(bl  リン酸亜鉛皮膜層 上述のように、耐外面錆性についてはメッキ組成の調整
によって良好な性能を確保することができるが、プレス
加工性については、前記Ni含有率の範囲(0〜10%
)ではメッキ層中にη相が析出するので好ましくない。
即ち、η相が析出するとメッキ層の硬度が軟らかくなり
、このためプレス加工時の表面摺動抵抗が高くなって割
れが発生する等の問題が生じる。ところが、上記メッキ
層上にリン酸亜鉛皮膜層を設けることでこの問題の効果
的な解決を図ることができる。
ここで、リン酸亜鉛皮膜の形成量は0.1g/ rd未
満であると十分な表面摺動抵抗の低下効果を確保できず
、一方、該皮膜層の付着量が5g/rrrを超えた場合
にはコスト上昇に見合うだけの効果が期待できなくなる
。従って、前記メッキ層上に設けるリン酸亜鉛皮膜層の
付着量は0.1〜5g/mと限定した。
(C)  脱膜型固形潤滑皮膜層 前記“Znメッキ又はNi含有率10%以下のη相を有
するZn−Ni系合金メッキ鋼板“のプレス加工性につ
いては、上述の如き“リン酸亜鉛皮膜層の形成”という
手段に代えて“脱膜型固形潤滑皮膜層”を設けることに
よっても効果的に解決することができる。そして、リン
酸亜鉛処理の場合には作業性の面からもメッキ綱板の両
面に皮膜層を形成するのが有利であったが、脱膜型固形
潤滑皮膜層の場合には片面のみへの形成も容易であるこ
とから、プレス加工時の潤滑性が特に問題となる“外面
側”等、一方の面だけに設けるのが有利であると言える
脱膜型固形潤滑皮膜形成用の塗料としては、前述した如
く、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂。
メラミン系樹脂、フェノール系樹脂等の従来より公知の
乾燥もしくは焼付硬化型塗膜形成成分に、潤滑剤として
の脂肪酸、脂肪酸エステル、脂肪酸石ケン、金属石ケン
、アルコール、ポリエチレン微粉末、グラファイトニ硫
化モリブデン、フッ素樹脂粉末等の1種以上を配合した
もの等が適用されるが、これによって形成される皮膜層
の厚みが0.5R1未満であると十分な表面摺動抵抗の
低下効果を確保できず、一方、該皮膜層の厚みが3.0
趨を超えた場合にはコスト上昇に見合うだけの効果の向
上が期待できなくなる。従って、前記「−方の面」側(
外面として好適な側)のメッキ層上にリン酸亜鉛皮膜層
に代えて脱膜型固形潤滑皮膜層設ける場合には、該脱膜
型固形潤滑皮膜層の厚みを0.5〜3.0贋に調整する
ことと定めた。
なお、この脱膜型固形潤滑皮膜層は、プレス加工後の塗
装工程においてリン酸亜鉛処理される際、その脱脂工程
で完全に除去されることが必要である。
前記「他方の面」側 (a)  メッキ層 本発明に係わる複層表面処理鋼板の前記「他方の面」側
は、例えば自動車用鋼板として適用する場合等において
内面側とするのが好適であるが、この「他方の面」側に
も前記「一方の面」側と同じ組成のrZnメッキ又は“
Ni含有率が10%以下であってη層を有するZn−N
t合金メッキ”或いはこれに0.3%以下のCoを含有
させた合金メッキ」層が設けられる。これによって謝礼
あき性等の耐食性が確保されることは勿論であるが、画
面に設けられるメッキ層の組成が同じであることからメ
ッキ作業性の面でも非常に有利である。そして、この時
のメッキ目付量は、前記「一方の面」側の場合と同様の
理由により10〜50g/ rr?に調整される。
(b)  リン酸亜鉛皮膜層 プレス加工性改善のため前記「一方の面」側のメッキ層
上にリン酸亜鉛皮膜層を設ける場合には、その作業性面
から「他方の面」側のメッキ層上にも同様のリン酸亜鉛
皮膜層を設けるのが有利であって、これにより「他方の
面」側の特性に格別な悪影響がもたらされないばかりか
、前記「一方の面」側におけると同様、プレス加工性の
面で効果的であると言える。なお、ここでのリン酸亜鉛
皮膜の形成量も、前記「一方の面」側の場合と同様の理
由で0.1〜5g/r&に調整される。
(C1クロメート処理層 前述のように、本発明では鋼板の「他方の面」側にもr
Znメッキ又は“Ni含有率が10%以下であってη層
を有するZn−Ni合金メッキ”或いはこれに0.3%
以下のCOを含有させた合金メッキ」層を設けて耐孔あ
き性等の耐食性を確保する平文てが講じられるが、Zn
 −Ni系合金メッキの場合にはNi含有量が10%以
下であると耐孔あき性の点で多少の難が認められないこ
ともない。そこで、本発明では、この耐孔あき性を更に
改善すべく「他方の面」側のメッキ層上又はその上に設
けたリン酸亜鉛皮膜層上に“クロメート処理層”及び“
保護樹脂皮膜層”が形成される。
ここで、クロメート処理層の形成量がCr量を基準とし
て30mg/ rrr未満では所望の耐孔あき性を確保
することができず、一方、該形成量がCr量で309m
g/ mを超えると電着塗装性を劣化させるようになる
ことから、クロメート処理層の形成量はCr量で30〜
300mg/ mと限定した。
(d)  保護樹脂皮膜層 先にも述べたが、保護皮膜用の樹脂塗料とし7てはエポ
キシ樹脂、ポリエステル樹脂、メラミン樹脂、ビニル樹
脂、スチレン樹脂、アクリル樹脂。
ポリウレタン樹脂、フタル酸樹脂等の単独又は変成した
ものにBaCr O,等の防錆顔料、FezO3等の着
色顔料或いはSiO□等の顔料を必要により含ませた公
知のもの等が適用されるが、この保護樹脂皮膜層の厚み
が0.2m未満であると十分な耐孔あき性が確保できず
、一方、該厚みが2.0Imを超えると電着塗装性やス
ポット溶接性の劣化を招くことから、保護樹脂皮膜層の
厚みは0.2〜2.0顯と限定した。
続いて、本発明の効果を実施例によって更に具体的に説
明する。
〈実施例〉 実施例 1 板厚:0.8mの鋼板を準備し、これを以下の通りに処
理して複層表面処理鋼板を得た。
即ち、まず鋼板を脱脂、酸洗処理した後、第1表に示す
硫酸浴(一部についてはCoイオンも添加)を用いた電
気メッキプロセスにてZn”とNi2+の濃度をコント
ロールすることでNi含有量率を変化させ、また電気量
をコントロールすることにより目付量を変化させて、N
i含有量の異なる電気Znメッキ鋼板又はZn−Ni系
合金電気メッキ鋼板を得た。
第   1   表 次いで、このメッキ鋼板を水洗し乾燥してがら、スプレ
一方式のリン酸亜鉛処理を施すことにより両面にリン酸
亜鉛皮膜層を形成させた。
次に、リン酸亜鉛皮膜層を形成させた鋼板を再度水洗し
乾燥してから、内面を想定した側については塗布型クロ
メート処理液を塗布し、焼付乾燥した。なお、クロメー
ト処理液の塗布時には、ローコーターのピックアンプロ
ール及びアプリケータロールの周速比とタッチ圧力を変
化させ、かつクロメート処理液濃度も変化させてクロメ
ート処理層の形成量(Cr付着量)を調整した。
更に、クロメート処理後の鋼板面に保護樹脂皮膜を形成
させるため、ロールコータ−法にてクリヤー塗料を塗布
した。なお、保護樹脂皮膜の膜厚管理は、樹脂中溶剤量
の調整やアプリケーターロール及びピックアップロール
の周速比等の調節によって行った。
そして、このようにして製造された複層表面処理鋼板に
ついて、耐外面錆性、謝礼あき性、プレス摺動性、電着
塗装性の調査を行った。
これらの結果を第2表に示した。
ここで、前記各調査は次の要領で実施した。
耐外 錆性の−顧 A)塗装板試験片の作成。
リン酸亜鉛処理(P B L−3020(日本パー力う
イジング社商品名))−カチオン電着塗装(U2O5(
日本ペイント社商品名):2(hem)−中・上塗り:
それぞれメラミンアルキッド樹脂35gl110B)塗
装板試験片に第3図の如きノコ刃を用いたクロスカット
を入れる。
C)屋外暴露テスト(週に2回の5ZNa C1散布を
行いながら1年間実施)。
D)塗膜のフクレ幅(第3図で示すクロスカットからの
片側最大クリープ幅)を測定して耐外面錆性を評価。
なお、潤滑性向上のために外面を想定した側に形成され
ている脱膜型固形潤滑皮膜層は、上記リン酸亜鉛処理工
程中の脱脂工程で完全に除去された。
謝礼あき性の評価 アルカリ脱脂後の無塗装板試験片の裏面とエツジ部をポ
リエステルチーブでシールして下記サイクルの“孔あき
腐食促進試験(LJ(クル:24hr)”を施し、20
0サイクル後における腐食部の最大侵食深さをポイント
マイクロメーターで測定して評価。
塩水噴霧(6hr)−乾燥(50℃で2hr)−湿潤(
95L50℃で16hr)。
ブ上久1尤性Ω靜貞 メッキ面と工具面との摺動性調査には、第4図に示すよ
うなハ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。
■塗装ユ評1 例えば自動車のトランクリッドやボンネット等の如き機
器類の内側であっても、その開放時には塗装仕上り性が
人目について製品の評価にもつながる。そこで、実施例
に係る表面処理鋼板の両面ともに電着塗装の仕上がり具
合を目視観察し、5段階(◎・・・優、○・・・良、△
・・・可、×・・・劣、××・・・不可)に評価した。
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等に対す
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。
天JJLu 実施例1におけると同様の鋼板及び硫酸浴(第1表に示
した組成)を準備し、これらを用いて同じ〈実施例1の
場合と同様にNi含有量の異なる電気Znメッキ鋼板又
はZn −Ni系合金電気メッキ鋼板を得た。
次に、このメッキ鋼板を水洗し乾燥してから、内面を想
定した側については塗布型クロメート処理液を塗布し、
焼付乾燥した。なお、クロメート処理液の塗布時には、
実施例工の場合と同様、ローコーターのピックアップロ
ール及びアプリケクロールの周速比とタッチ圧力を変化
させ、かつクロメート処理液濃度も変化させてクロメー
ト処理層の形成量(Cr付着量)を調整した。
次いで、クロメート処理後の鋼板面に保護樹脂皮膜を形
成させるため、実施例1におけると同じ手法でクリヤー
塗料を塗布した。
一方、外面を想定した側のメッキ層上には脱膜型固形潤
滑皮膜層を形成したが、該脱膜型固形潤滑皮膜層は、ロ
ールコータ−法にて塗料(メラミンアルキッド樹脂にフ
ッ素樹脂粉末を配合したもの)を塗布し、焼付乾燥する
方法によって形成させた。なお、前記脱膜型固形潤滑塗
料の塗布時には、ロールコータ−のビックアンプロール
及びアプリケータロールの周速比とタッチ圧力を変化さ
せ、かつ固形潤滑剤(フッ素樹脂粉末)の濃度をも変化
させて脱膜型固形潤滑皮膜層の形成量を調整した。
そして、このようにして製造された複層表面処理鋼板に
ついて、耐外面錆性、謝礼あき性、ブレス摺動性、電着
塗装性の調査を行ったが、これら各調査は実施例1の場
合と同じ要領で実施し、た。
これらの結果を第3表に示した。
第3表に示される結果からも、本発明に係る表面処理鋼
板は、耐外面錆性、謝礼あき性、ブレス摺動性及び電着
塗装性の何れについても優れた性能を有していることが
確認できる。
く効果の総括〉 以上に説明した如(、この発明によれば、謝礼あき性や
耐外面錆性等の耐食性は勿論のこと、プレス加工性並び
に電着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、自動車用或いは家電製品用等の防錆
鋼板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図及び第2図は、本発明に係わる表面処理鋼板のそ
れぞれ別の例を説明した概略構成図である。 第3図は、耐外面錆性の評価手法の説明図である。 第4図は、改良型ハウデン試験法の概要説明図である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鋼板の一方の面に a)Znメッキ層又はNi含有率が10重量%以下であ
    ってη相を有するZn−Ni系合金のメッキ層:10〜
    50g/m^2、 b)リン酸亜鉛皮膜層:0.1〜5g/m^2、の複層
    をこの順序で備え、かつ他方の面に a)Znメッキ層又はNi含有率が10重量%以下であ
    ってη相を有するZn−Ni系合金のメッキ層:10〜
    50g/m^2、 b)リン酸亜鉛皮膜層:0.1〜5g/m^2、c)ク
    ロメート処理層:Cr量で30〜300mg/m^2、
    d)保護樹脂皮膜層:0.2〜2.0μm の複層をこの順序で備えて成ることを特徴とする高耐食
    性表面処理鋼板。
  2. (2)鋼板の一方の面に a)Znメッキ層又はNi含有率が10重量%以下であ
    ってη相を有するZn−Ni系合金のメッキ層:10〜
    50g/m^2、 b)脱膜型固形潤滑皮膜層:0.5〜3.0μmの複層
    をこの順序で備え、かつ他方の面に a)Znメッキ層又はNi含有率が10重量%以下であ
    ってη相を有するZn−Ni系合金のメッキ層:10〜
    50g/m^2、 b)クロメート処理層:Cr量で30〜300mg/m
    ^2、c)保護樹脂皮膜層:0.2〜2.0μm の複層をこの順序で備えて成ることを特徴とする高耐食
    性表面処理鋼板。
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