JPH04293760A - 溶接性に優れた溶融亜鉛メッキ鋼板の製造法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、スポット溶接性に優
れた溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法に関するものである
。

【０００２】

【従来技術とその課題】溶融亜鉛メッキ鋼板の溶接性を
向上させる手段として次の方法が提案されている。 ａ）　メッキ鋼板表面にＡｌ２　Ｏ３　酸化物層を形成
し、該酸化物の高融点，高電気抵抗を利用して溶接性を
向上させると共に、電極チップとメッキとの接触を防い
でチップの溶損を防止し電極寿命を延ばす方法（特開昭
５５−１１０７８３号）， ｂ）　メッキ鋼板表面の加熱処理によりＺｎＯ／Ｚｎ比
が　０．１〜０．７０の酸化皮膜を形成させ、この酸化
物の高電気抵抗を利用して溶接性を向上させる方法（特
開昭５９−１０４４６３号）， ｃ）　アルカリ処理によりメッキ表面のＡｌ２　Ｏ３　
酸化物層を除去すると共に、雰囲気を調整してＺｎＯ主
体の表面皮膜を形成せしめ、この酸化物の高電気抵抗を
利用して溶接性を向上させる方法（特開平２−２６３９
６９号）。

【０００３】しかしながら、これらの溶接性向上手段は
全て亜鉛メッキ鋼板を加熱処理を前提としていて、合金
化処理亜鉛メッキ鋼板を製造する際の加熱処理工程を利
用して実施されるものであり、従って合金化処理を行わ
ない溶融亜鉛メッキ鋼板に対して適用できるものではな
かった。しかも、一般に“合金化処理を行わない溶融亜
鉛メッキ鋼板”は冷延鋼板等のようなメッキが施されて
いないものは言うに及ばず、同一亜鉛目付量の電気亜鉛
メッキ鋼板と比較しても溶接性が劣り、特に目付量が大
きくなるほどこの差が顕著に認められることが知られて
いるにもかかわらず、従来、このような“合金化処理を
行わない溶融亜鉛メッキ鋼板”に関する溶接性改善手段
は殆ど知られていなかった。

【０００４】しかるに、最近、需要者における強いコス
ト削減指向を反映して、電気亜鉛メッキ鋼板並みの溶接
性を備えた溶融亜鉛メッキ鋼板が望まれているが、これ
らの要望に十分応じ切れないのが現状であった。

【０００５】このようなことから、本発明が目的とした
のは、電気亜鉛メッキ鋼板並みの良好な溶接性を示す純
亜鉛溶融メッキ鋼板を工業的規模でコスト安く製造し得
る手段を確立するすることであった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記目的
を達成すべく、まず溶融亜鉛メッキ鋼板が溶接性に劣る
原因に関する基礎的な検討を行った。即ち、第１に、同
一目付の“純亜鉛溶融メッキ鋼板”と“純亜鉛電気メッ
キ鋼板”とについて同一条件の下でスポット溶接試験を
行い（使用電極は一般的なＣｕ−Ｃｒ電極とした）、連
続打点後の電極チップ形状の変化状況を比較した。この
結果、溶融亜鉛メッキ鋼板を打ったチップの方が先端の
損傷が激しくてチップ径が大きくなると共に、局部的に
非常に大きなＣｕ−Ｚｎ合金層が発達しており、これが
溶接性劣化の主要原因となっていることが判明した。そ
のため、今度は電極チップと直接的に接触する溶融亜鉛
メッキ鋼板表面並びに純亜鉛電気メッキ鋼板表面の組成
を調査した結果、純亜鉛電気メッキ鋼板と異なって溶融
亜鉛メッキ鋼板表面の方はＡｌ２　Ｏ３　の濃化により
Ａｌ被覆率が非常に高くなっており、これに起因して表
面の接触抵抗（電極チップを接触した際の電気抵抗）は
純亜鉛電気メッキ鋼板に比べて溶融亜鉛メッキ鋼板の方
が著しく高いことが明らかとなった。

【０００７】そして、上記判明事項から、溶融亜鉛メッ
キ鋼板と純亜鉛電気メッキ鋼板の溶接性の差は表面にお
けるＡｌ２　Ｏ３　層の存否によって生じるものであり
、溶融亜鉛メッキ鋼板が溶接性に劣るのは、表面にＡｌ
２　Ｏ３　層が存在するため溶接初期での発熱量が大き
くなってチップ先端で硬くて脆いＣｕ−Ｚｎ合金化が進
み、これがチップ損傷の拡大につながるからであるとの
結論に達した。

【０００８】そこで、溶融亜鉛メッキ鋼板のスポット溶
接性に及ぼすメッキ表面のＡｌ２　Ｏ３　層占有率（表
層のＡｌ被覆率）の影響を把握すべく、表層Ａｌ被覆率
を種々の割合に振ったサンプルについて調査したところ
、「溶融亜鉛メッキ鋼板において表層Ａｌ被覆率が５０
％を超えるとスポット溶接性は著しく劣化するが、　表
層におけるＡｌ被覆率が５０％以下であると同一目付で
純亜鉛電気メッキ鋼板並みの良好なスポット溶接性が確
保される」との知見が得られ、更に「溶融亜鉛メッキ鋼
板表層のＡｌ被覆率を５０％以下とするには、　メッキ
後の鋼板表面を機械的に研削するか、或いはアルカリ洗
浄して表層のＡｌ２　Ｏ３　を除去するのが最も効果的
である」との事項を確認することもできたのである。

【０００９】本発明は、上記知見事項等を基に完成され
たものであり、「鋼板面に溶融亜鉛メッキ層を形成した
後、　該メッキ表面を機械的に研削して表層のＡｌ被覆
率を５０％以下にするか、　或いは該メッキ表面をアル
カリ液に接触させてＡｌ酸化物を除去し表層のＡｌ被覆
率を５０％以下とした後水洗することにより、　更には
機械的研削とアルカリ液処理とを併用することによって
、　優れたスポット溶接性が付与されるようにした点」
に大きな特徴を有している。

【００１０】ここで、本発明法を適用するのが好適な鋼
板は“溶融メッキ法で製造される亜鉛主成分（微量添加
元素としてＡｌ，Ｐｂ，Ｓｂ等が含有される）のメッキ
鋼板であって加熱合金化処理をしていないもの”であり
、所謂“ＧＩ鋼板”と呼ばれる一般的なものである。な
お、浸漬メッキ後の冷却状態の違いから作り分けられる
ところの“ゼロスパングル材”であっても“スパングル
材”であっても構わない。

【００１１】また、本発明法にてメッキ表層のＡｌ被覆
率を５０％以下に限定したのは、先にも述べたが次の理
由による。即ち、メッキ表層のＡｌ被覆率が５０％を超
えると溶接電流の接触抵抗値が大きくなり過ぎ、溶接初
期での発熱量が大きくなってチップ先端で固くて脆いＣ
ｕ−Ｚｎ合金化反応が進み、チップ損傷が大きくなるた
めである。なお、メッキ表層のＡｌ被覆率は、例えばＥ
ＳＣＡ（Ｘ線光電子分光法）にて測定した表層のＺｎ，
Ａｌ，Ｐｂ，Ｏの強度値より各元素の平均自由工程，イ
オン化断面積を求め、これに基づいて算出することがで
きる。従って、確認したＡｌ被覆率をフィ−ドバックす
る等の方法で次に説明するＡｌ２　Ｏ３　層の除去条件
を制御し、Ａｌ被覆率を調整すれば良い。

【００１２】溶融亜鉛メッキ鋼板表層のＡｌ被覆率を５
０％以下にするためには溶融メッキ後の鋼板面をブラシ
等で機械的に研削する方法が有効であり、これによって
メッキ層表面に濃化しているＡｌ２　Ｏ３　層が除去さ
れ、スポット溶接性が向上する。ただ、この手法による
と研削による外観劣化が認められる場合があり、用途が
制限される懸念がないこともない。

【００１３】そこで、溶融メッキ後の鋼板面をアルカリ
液で洗浄してメッキ表層部のＡｌ酸化物を化学的に除去
し、水洗・乾燥する方法が推奨される。この手法による
と、溶融亜鉛メッキ鋼板表層のＡｌ被覆率をコントロ−
ルし易いため、該Ａｌ被覆率を５０％以下に調整するの
が一層容易となり、しかも著しい外観劣化を招く恐れも
なくなる。勿論、一旦メッキ面を機械的に研削してから
アルカリ液処理を実施しても構わない。

【００１４】その際のアルカリ液としては、ＮａＯＨ，
ＫＯＨ等の何れのアルカリを成分とした溶液でも構わな
いが、より一般的なＮａＯＨ溶液が適当であると言える
。ＮａＯＨ溶液では、その濃度を　０．５〜１００ｇ／
Ｌ（リットル）　に調整するのが好適である。なぜなら
、ＮａＯＨ濃度が０．５ｇ／Ｌ未満であると液温を上げ
ても十分にメッキ表層のＡｌ２　Ｏ３　層を落とすこと
が困難であり、一方、ＮａＯＨ濃度が１００ｇ／Ｌ　を
超えた場合にはエッチング力が強すぎて外観異常を起こ
したり、或いは水洗時に処理液を十分に落とし切れずに
耐食性の劣化等を起こすことが懸念されるためである。

【００１５】溶融亜鉛メッキ表層のＡｌ２　Ｏ３　層を
落とすにはアルカリ液の温度にも留意すべきであって、
好ましくは１５〜８０℃に調整するのが良い。アルカリ
液の温度が１５℃未満であるとメッキ表層のＡｌ２Ｏ３
　層を十分に落とすことが困難であり、一方、８０℃を
超える温度ではやはりエッチング力が強すぎて外観異常
を起こす恐れがある上、高濃度，高アルカリ液の使用は
衛生面からも好ましくないからである。

【００１６】溶融亜鉛メッキ表面をアルカリ液に接触さ
せ洗浄する手法としては、液噴霧法や浸漬法等の何れを
採用しても差支えはない。また、一旦、アルカリ液によ
る処理を実施した後は、耐食性等の向上のためにメッキ
表面上にクロメ−ト処理を施しても良い。改善されたス
ポット溶接性がクロメ−ト処理によってそれほど劣化す
ることはなく、アルカリ液による処理がなされてさえい
れば同一目付の純亜鉛電気メッキ鋼板並みの溶接性を確
保することができる。

【００１７】以上の手法にてメッキ表層のＡｌ被覆率を
コントロ−ルすることにより、溶接性に優れた溶融亜鉛
メッキ鋼板を工業的に安定して提供することが可能とな
る。なお、溶融亜鉛メッキ表層のＡｌ被覆率を５０％以
下にする手段としては、上記以外にも「亜鉛浴中のＡｌ
量をコントロ−ルする方法」や「浸漬メッキ後の冷却ス
ピ−ドをコントロ−ルする方法」等が考えられるが、こ
の場合には溶接性以外の性能面での問題、例えばＡｌ被
覆率を下げるために浴中Ａｌ量を下げると鋼板／メッキ
界面のＡｌ供給量が減少しメッキ剥離が発生するとの問
題や、冷却スピ−ドを上げて表層のＡｌ被覆率を下げよ
うとするとスパングル材が製造できない等の問題があり
、メッキ操業面でコントロ−ルすることは実際上困難で
ある。

【００１８】続いて、本発明の効果を実施例によって説
明する。

【実施例】まず、次に示す各亜鉛メッキ鋼板（何れも板
厚は　０．８ｍｍ）を準備した。 （Ａ）　溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＩ）：両面目付６０／
６０溶融亜鉛メッキ鋼板， （Ｂ）　電気亜鉛メッキ鋼板（ＥＧ）：両面目付６０／
６０純亜鉛電気メッキ鋼板。

【００１９】次いで、表１に示したように、これら亜鉛
メッキ鋼板面を合成樹脂ブラシで研削し（一部を除く）
、更に表１の条件でＮａＯＨ水溶液に浸漬処理して（こ
れも一部を除く）表層のＡｌ２　Ｏ３　層の除去を図っ
た。なお、ＮａＯＨ水溶液への浸漬処理後は水洗し乾燥
したが、複数試料のうちの１つについては直ちにＣｒＯ
３　液にてクロメ−ト処理（Ｃｒ付着量１０ｍｇ／ｍ２
）してから、温度５０℃，湿度９５％ＲＨ以上の湿潤条
件にて３日間放置し、スパングル状態、黒変状態等の外
観変化を観察した。

【００２０】

【表１】

【００２１】次に、上記処理（表１に示した処理）後の
各亜鉛メッキ鋼板について、メッキ表層のＡｌ被覆率を
調査すると共に、スポット溶接試験を実施して溶接性を
評価した。

【００２２】なお、Ａｌ被覆率は、ＥＳＣＡにて表層の
Ｚｎ，Ａｌ，Ｐｂ，Ｏの強度値を測定し、これを基に各
元素の平均自由工程，イオン化断面積から計算にて求め
た。

【００２３】また、溶接性は チップ形状：ＣＦ型（先端径５ｍｍφ，　材質Ｃｕ−Ｃ
ｒ），加圧力：２００ｋｇｆ， 初期加圧時間：３０Ｈｚ， 通電時間：１０Ｈｚ， 保持時間：５Ｈｚ， 溶接電流値：８．５ｋＡ， なる条件にてスポット溶接を実施し、１００打点毎に引
張試験を行い、ナゲット内破断を起こすまでの連続打点
数を調査して評価した。

【００２４】これらの試験結果を、外観変化の観察結果
と共に表１に併せて示す。なお、外観の観察結果は「○
：外観変化なし」，「×：外観変化あり」で表示した。

【００２５】また、図１として、 イ）　　無処理のＧＩ（溶融亜鉛メッキ鋼板），ロ）　
　ＧＩ（溶融亜鉛メッキ鋼板）のＮａＯＨ濃度３０ｇ／
Ｌ　，液温５０℃，浸漬時間５秒でアルカリ処理したも
の， ハ）　　ＧＩ（溶融亜鉛メッキ鋼板）の合成樹脂ブラシ
で表面研削したもの， ニ）　　無処理のＥＧ（電気亜鉛メッキ鋼板），につい
ての表面抵抗値（荷重１０ｋｇ／ｃｍ２で銅チップを加
重したときの鋼板とチップ間の電気抵抗値），スポット
溶接連続打点数の調査結果を整理して示した。なお、こ
の際に用いた亜鉛メッキ鋼板はこの実施例で準備した前
述のものであり、図１中の「基準」とは目標とするＥＧ
（電気亜鉛メッキ鋼板）の連続打点数域を示している。

【００２６】表１及び図２に示される結果からも明らか
なように、本発明法に従って処理された溶融亜鉛メッキ
鋼板は、同一目付の純電気亜鉛メッキ鋼板並みに優れた
溶接性能が確保される上、外観面でも十分に満足できる
ことが分かる。

【００２７】

【効果の総括】以上に説明した如く、この発明によれば
、スポット溶接性に優れた溶融亜鉛メッキ鋼板を低コス
トで安定製造す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】

【図１】各種亜鉛メッキ鋼板についての表面抵抗値及び
スポット溶接連続打点の調査結果を示したグラフである
。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　鋼板面に溶融亜鉛メッキ層を形成した
   後、該メッキ表面を機械的に研削して表層のＡｌ被覆率
   を５０％以下にすることを特徴とする、スポット溶接性
   に優れた溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】　　鋼板面に溶融亜鉛メッキ層を形成した
   後、該メッキ表面をアルカリ液に接触させてＡｌ酸化物
   を除去し表層のＡｌ被覆率を５０％以下とし、続いて水
   洗することを特徴とする、スポット溶接性に優れた溶融
   亜鉛メッキ鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】　　鋼板面に溶融亜鉛メッキ層を形成した
   後、該メッキ表面を機械的に研削してからアルカリ液に
   接触させてＡｌ酸化物を除去し表層のＡｌ被覆率を５０
   ％以下とし、続いて水洗することを特徴とする、スポッ
   ト溶接性に優れた溶融亜鉛メッキ鋼板の製造方法。