JPH09277439A - 耐食性、プレス成形性、および、抵抗溶接性に優れる有機複合めっき鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、良好な端面耐食性と溶接性、及び
プレス時の成形性を兼ね備える有機複合めっき鋼板を提
供する。 【解決手段】 めっき層を構成する金属が亜鉛−鉄合金
または、亜鉛−ニッケル合金、または亜鉛−クロム合金
であるめっき鋼板の両面に、クロム化合物を主体とする
化学処理を施し、そのうち片面の上に、防錆顔料５〜４
０容量％、および、導電性材料として鉄化合物と球状金
属粒子の混合物１〜４０容量％、および、有機樹脂３５
〜９４容量％よりなる、厚み０．５〜２０μｍの塗膜を
形成することを特徴とする有機複合めっき鋼板。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高いプレス成形性
と、抵抗溶接による良好な連続溶接性を兼ね備え、か
つ、耐食性が高い鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、自動車部材等の製造は、冷延鋼
板、またはめっき鋼板を溶接により接合した後に、複数
の工程による塗装を施す。自動車部材の例で言えば、塗
装工程は、化成処理、電着塗装、１回以上の中塗り、及
び上塗りの各工程よりなり、化成処理、電着塗装、およ
び、中塗りは、車体の防錆のために必要な工程である。
塗装に先立って鋼板を接合するのは、塗装後は鋼板表面
の導電性が失われ、抵抗溶接方式による部材の接合・組
立が不可能となるからである。従来の技術において、鋼
板接合製品の組立後に塗装する場合、製造現場では、組
立後の部材全体を処理できるサイズの塗装・処理装置を
各工程毎に備えねばならず、製造コストに対する大きい
負担となっている。また多数の工程で排出される揮発溶
剤、廃液を、各工程毎に処理する必要があることもコス
ト負担となっている。

【０００３】近年、この問題を解決するため、めっき鋼
板にあらかじめ防錆顔料を含有する有機塗膜を形成した
有機複合めっき鋼板が発明されている。該有機複合めっ
き鋼板は、プレス成形し、抵抗溶接により組み立てた後
の表面処理として、美観のために上塗りを施すだけで良
い。従って、鋼板を利用して製品を製造する現場におい
て、工程省略による設備および排出物の最小限化によ
り、製造コストの削減が可能となるものである。

【０００４】元来絶縁体である有機皮膜を有する有機複
合被覆鋼板を、抵抗溶接可能とするため、従来は、金属
粒子をはじめとする導電性物質を塗膜に添加する手法が
とられてきた。例えば、特開昭５５−１７５０８号公報
では、鋼板表面にＺｎ含有塗膜を形成している。また、
耐食性を向上させるために塗膜に防錆顔料を添加した
り、塗膜表面の摺動抵抗を低下させるために塗膜中にワ
ックス添加した塗膜（特開昭６２−７３９３８号公報）
なども提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の有機複合めっき鋼板は、導電性顔料を含有するとはい
え、有機塗膜なしのめっき鋼板と比較して溶接性が低
い。また、多量の添加成分を塗膜中に含有するがため
に、プレス加工などに伴う強いしごきにより塗膜が剥離
しやすく、結果的に塗膜の防食性能が著しく失われると
いう問題もある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋼材の表面に
防錆顔料および導電性顔料粒子を含有する有機樹脂塗膜
を形成した有機複合めっき鋼板において、該鋼板を合金
化溶融亜鉛めっき層を有する鋼材の少なくとも片面に、
クロム化合物を含有する防錆処理層を形成し、さらにそ
の上に防錆顔料５〜４０容量％、および、導電性材料と
して鉄化合物と球状金属粒子の混合物１〜４０容量％、
および、有機樹脂３５〜９４容量％よりなる、厚み０．
５〜２０μｍの塗膜を形成することを特徴とするものと
することで、優れたプレス成形性、抵抗溶接性、端面耐
食性を実現する。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明では、鋼板上のめっきとし
て、亜鉛−鉄合金または、亜鉛−ニッケル合金、または
亜鉛−クロム合金などの亜鉛系合金電気めっきを採用し
ている。これは、純亜鉛めっきと比較して、めっき金属
の融点が高いので、電気抵抗溶接において、溶接チップ
との間で合金化が起こしにくく、チップの損耗を抑制し
て連続溶接性を向上させる。また、めっき層の耐食性が
高く、鋼板の腐食による赤錆の発生を犠牲防食効果によ
り防止しながら、めっき層の錆である白錆も発生しにく
いという利点がある。クロム化合物含有防錆処理層は、
クロム含有成分が金属の表面を不働態化することで、特
に鋼板の切断端面の耐食性を向上させる。この層は、電
解クロメート処理、ロールコート、スプレー塗布など公
知の方法のうち任意の手段で形成して良い。

【０００８】有機塗膜は、塗膜中の防錆顔料の作用によ
り鋼板の耐食性を増加させつつ、抵抗溶接を実現するた
めに必要な導電性を有する。塗膜の膜厚は、片面あたり
０．５μｍ〜２０μｍが望ましい。膜厚０．５μｍ未満
では耐食性に劣り、膜厚２０μｍを超えると、有機塗膜
層の電気抵抗が増加して溶接性が低下する。鋼板の溶接
性を重視する場合は、塗膜の膜厚は０．５〜５μｍ、耐
食性を重視する場合は、塗膜の膜厚は５〜２０μｍの範
囲が望ましい。塗膜を形成するのは、鋼板の片面のみと
する。塗膜のある面は、抵抗溶接の際、スパークなどの
現象が発生しやすいので溶接電極の損耗が激しく、結果
として連続溶接性を悪化させる。本発明では、片面には
塗膜が存在しないので、溶接電極の損耗が抑制され、連
続溶接性の悪化を防止する。

【０００９】塗膜中の防錆顔料である、クロム酸ストロ
ンチウム、クロム酸カルシウム、クロム酸亜鉛、クロム
酸バリウム、クロム酸アンモニウム、および、重クロム
酸アンモニウムは、いずれもクロム酸塩なので、前述の
クロム化合物含有防錆処理層と同様に、クロム含有成分
が金属の表面を不働態化することで、特に鋼板の切断端
面の耐食性を向上させる。塗膜中の含有量が５容量％未
満では防錆効果が薄く、４０容量％を超えると、塗膜凝
集力が低下し鋼板表面との密着性が悪化する。また、通
電経路を阻害し、溶接性を低下させる。溶接性を重視す
る場合は、防錆顔料の含有量が５〜２０容量％、耐食性
を重視する場合は１０〜４０容量％が望ましい。

【００１０】塗膜中の導電性材料である、球状金属粒
子、および、鉄化合物粒子は、スポット溶接の際に塗膜
中で相互に接触することで、溶接電流の経路となる。詳
しくは、スポット溶接の際に鋼板が溶接電極により加圧
される時、導電性材料が塗膜を一部破壊して相互に接触
することで、溶接電極からめっき面に至る通電経路が確
保されることになる。

【００１１】リン化鉄、シリコン／鉄合金、マンガン／
鉄合金、および、コバルト／鉄合金などの鉄化合物の粒
子は、形状がいびつなために上記の塗膜破壊の効果が大
きい。しかしながら一方で、鋼板のプレス成形の際に、
塗膜がプレス型にかじりやすいという欠点を有する。本
発明では、導電性材料として球状の金属粒子を併用する
ことで、型かじりを改善した。すなわち、形状がいびつ
な鉄化合物は、鋭敏な先端が非常に狭い面積で型に接触
するためかじりの起点となり易いが、球状金属粒子は、
プレス型との接触がなめらかでかじりを生じにくくさせ
る効果がある。球状金属粒子の材料としては、ステンレ
ス、ニッケル、亜鉛等が使用可能である。球状金属粒子
のみでは、溶接の際に通電経路を確保する効果が低い。
従って、導電性材料は、金属粒子と鉄化合物とを併用す
ることが肝要である。

【００１２】塗膜中の金属粒子／鉄化合物の重量比は、
１／９〜９／１が好ましい。この比率が１／９未満では
プレス成型時に型かじりを防止する効果が小さく、９／
１を超えると溶接性が低下する。また、金属粒子／鉄化
合物の混合物の塗膜中の含有量は、１容量％未満では溶
接性向上効果が薄く、４０容量％を超えると、塗膜凝集
力が低下するために鋼板表面との密着性が低下する。

【００１３】鋼板が、特に厳しい成形加工を施される場
合、塗膜中の有機潤滑剤として、ポリオレフィン系化合
物、および、カルボン酸エステル化合物、のうち、少な
くとも１種類を塗膜中に含有することで、塗膜の摩擦抵
抗値を低下させ、成形時の型かじりを軽減することが可
能である。ただし、配合量が多いと、塗膜凝集力が低下
し、塗膜と鋼板表面との密着性が低下するため、密着性
を重視する場合は、配合量１０容量％以下が望ましい。

【００１４】有機被膜は溶剤型、水溶性型いずれでも良
く、例えはエポキシ樹脂、アルキド樹脂、オイルフリー
ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、アクリルエチレン樹
脂、メラミン樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、ポ
リカーボネート樹脂などのうち、１種類または２種類以
上の混合物が使用できる。必要に応じて防錆顔料、硬化
剤、着色顔料、あるいはプレス加工性を一段と向上させ
る潤滑剤等の各種添加剤を加えても良い。

【００１５】被覆方法は、ロールコート、スプレーコー
ト、カーテンフローコートなどの公知のいずれの方法で
あっても良い。さらに、上記の成分に加え、着色顔料、
体質顔料、潤滑剤などを塗膜中に添加しても良い。これ
ら添加物が塗膜中に占める割合は５０容量％未満が望ま
しい。これにより、塗膜の凝集力、および、鋼材との密
着性が確保され、プレス成形加工における塗膜の剥離や
かじりを抑制できる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明の実施例を示す。表１における
バインダー樹脂として、エポキシ樹脂を用いた。鋼板に
施すめっきは、電気亜鉛めっき、または、Ｚｎ−Ｎｉ、
Ｚｎ−Ｆｅ、Ｚｎ−Ｃｒなどの亜鉛系合金電気めっきで
ある。クロム化合物含有防錆処理層、および、塗膜層
は、バーコートにより形成した。また、下記試験のう
ち、耐食性試験は、シャー切断した有機複合鋼板に、自
動車補修用ウレタン塗料をスプレー塗装し、乾燥膜厚５
０μｍとしたものを用いた。その他の試験は、表２に示
す構成の有機複合鋼板をそのまま用いた。

【００１７】

【表１】

【００１８】

【表２】

【００１９】（１）耐食性試験 次のようなサイクル腐食試験を１００サイクル実施し、
板厚０．７ｍｍの試験片切断端面における白錆および赤
錆の発生面積率を調査した。 塩水噴霧：１時間、乾燥：６０℃、３．５時間、
湿潤：５０℃、湿度９０％、３．５時間 試験サンプルの構成と試験結果は表２の通り。表２よ
り、本発明の実施例が高い端面耐食性を有することがわ
かる。塗膜中の防錆顔料含有量の少ない例１は、端面錆
面積率が５０％以上となり、耐食性が低かった。例２８
はめっきとしてＺｎめっきを用いたため、端面に白錆が
多く発生した。例３２は、塗膜の厚みが薄すぎたために
端面耐食性が低い。

【００２０】（２）溶接性試験 スポット溶接による、試験板の連続溶接性を調査した。
試験方法として、まず、適正溶接電流範囲を求め、しか
る後に、限界連続溶接打点数を求めた。適正溶接範囲
は、以下の手順で求めた。 原板：板厚０．７ｍｍの普通鋼に所定の表面処理を施
し、２枚一組で使用 電極：オバラ株式会社Ｔ−１６Ｄ（材質記号ＤＨＯ
Ｍ）を使用 電極間加圧力：２００ｋｇｆ 溶接パターン：下記の｛ ｝内の加圧・通電パターン
をスポット溶接の１サイクルに設定 ｛加圧開始→（０．５秒間）→所定電流値の電流値を印
加（０．２秒間）→加圧力解放｝ 適正溶接電流範囲：の溶接パターンに従い、溶接電
流値を０．５ＫＡずつ変化させ、ナケゲット径４ｍｍ以
上を確保できる最低電流値を下限電流値、試験板と電極
との間に強い溶着を生じる最低電流値を上限電流値と定
義。適正溶接電流範囲は下限電流値と上限電流値の間。

【００２１】限界連続溶接打点数とは、必要なナゲット
径を確保できる連続溶接打点数の上限のことであり、以
下の手順で求めた。 原板：板厚０．７ｍｍの普通鋼に所定の表面処理を施
し、２枚１組で使用 電極：オバラ株式会社Ｔ−１６Ｄ（材質記号ＤＨＯ
Ｍ）を使用 電極間加圧力：２００ｋｇｆ 溶接パターン：次の｛ ｝内の加圧・通電パターンを
スポット溶接の１サイクルとする。｛加圧開始→（０．
５秒間）→所定電流値の電流値を印加（０．２秒間）→
加圧力解放｝ 溶接電流値：先に求めた適正溶接電流範囲の中間値＝
（下限電流値＋上限電流値）／２ 限界連続溶接打点：〜の条件で２枚組の試験片を
連続溶接。打点速度は１点／３秒。試験片間に形成され
るナゲットの直径４ｍｍ未満とならない最大連続打点数
が限界連続打点数。

【００２２】試験サンプルの構成と試験結果は表２の通
り。溶接性に関して、本発明の実施例はいずれも、連続
溶接打点数１０００点以上という優れた溶接性を示し
た。通常、連続溶接打点数が増加すると、溶接電極が損
耗して鋼板との接触面積が拡大し、その結果、溶接電流
の電流密度が低下し、やがて溶接不可能となる。本発明
の実施例は、塗膜がない面に接する電極が損耗しにくい
ので、溶接電流密度が低下しにくく、連続溶接性が良好
であった。この時の溶接電極の例９は塗膜中の導電成分
の量が不足するために連続溶接打点が１０００点に達し
なかった。例６は塗膜中の過剰な防錆顔料が塗膜中の通
電を阻害した。例１９は、導電性成分として球状ステン
レス粒子のみを用いたため、溶接性が低下した。例３７
の連続溶接性が低いのは有機塗膜が鋼板の両面に存在す
るためである。例２８は、めっき層が純Ｚｎで、Ｚｎ−
Ｎｉ合金などに比べ融点が低いので溶接電極と合金化し
やすく、電極損耗が激しいため溶接性が低い。例３６は
塗膜厚みが過剰である。

【００２３】（３）成形性試験 プレス加工における塗膜のかじり、剥離を調べるため、
次の試験を実施した。プレス成形のビードを模した金型
で鋼板を挟み、荷重を掛けつつ一定速度で引き抜き、塗
膜の損傷を調べるものである。 ・サンプル引き抜き巾：３０ｍｍ ・金型：片側がφ４ｍｍ円筒、反対側が平板 ・押しつけ荷重：５００ｋｇ ・引き抜き速度：２００ｍｍ／ｍｉｎ ・塗油：なし ・塗膜損傷評価：かじり、剥離の有無

【００２４】試験サンプルの構成と試験結果は表２の通
り。成形性に関して、本発明の実施例はいずれも、金型
とのかじりなしという優れた成形性を示した。例２３
は、樹脂量が少なく密着性に劣るために塗膜の剥離を生
じた。また、例１６は、球状ステンレス粒子を含まず、
金型との間にかじりが生じた。例２０はステンレス粒子
の形状が非球状であるためにかじりを生じた。例２２
は、ステンレス粒子の粒子径が過大であるために、金型
との摩擦で塗膜から脱落し、かじりを生じた。

【００２５】

【発明の効果】以上のように、有機複合めっき鋼板のめ
っき層成分を亜鉛系合金電気めっきとし、有機塗膜中の
防錆顔料、および、導電性材料の割合を特定し、かつ、
導電性材料を鉄化合物と球状金属粒子の混合物とするこ
とで、耐食性、溶接怯、および、プレス成形性に優れた
有機複合めっき鋼板を得ることができた。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 めっき層を構成する金属が亜鉛−鉄合金
   または、亜鉛−ニッケル合金、または亜鉛−クロム合金
   であるめっき鋼板の両面に、クロム化合物を主体とする
   化学処理を施し、さらにそのうち片面に、塗料全固形分
   に対して５〜４０容量％のクロム系防錆顔料、１〜４０
   容量％の導電性材料、および、３５〜９４容量％の熱硬
   化性樹脂および架橋材からなる有機樹脂を必須成分とす
   る塗膜を、０．５〜２０μｍの厚みで形成することを特
   徴とする耐食性、溶接性、プレス成形性に優れる有機複
   合めっき鋼板。
2. 【請求項２】 請求項１記載の導電性材料が、球状の金
   属粒子、および、鉄化合物粒子の混合物であることを特
   徴とする耐食性、溶接性、プレス成形性に優れる有機複
   合めっき鋼板。
3. 【請求項３】 請求項２記載の球状金属粒子が、平均粒
   子径が１〜３０μｍの球状ステンレス粒子であることを
   特徴とする耐食性、溶接性、プレス成形性に優れる有機
   複合めっき鋼板。