JPS59104463A - 溶接性に優れた溶融亜鉛メツキ鋼板の製造方法 - 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】 近年、自動車の耐久性が北米等で法制化されると共に、
自動車の車体には亜鉛メッキ鋼板の使用が増えつつある
。亜鉛メッキ鋼板は、昔から屋根板等の建材には使用さ
れてきたものであるか、プレス成形を行なって使用する
自動車の部品として使用するには、ｌ）材質（加工性）
に優れていること、２）プレス成形時に、メッキ層がは
くシしにくい密着性にすぐれたものであること、３）点
溶接性に優れたものであること等が特に問題になる。本
願発明は、溶融亜鉛メッキ法でめっきする場合の亜鉛面
の特にメッキ密着性にすぐれて、かつ点溶接性に優れた
溶融亜鉛メンキ鋼板を製造する方法に関するものである
。

溶融法による亜鉛メッキ鋼板には、メッキ面の種類とし
て、いわゆる亜鉛メッキ（ｇａｌｖａｎｉＺｅｄ　）し
たものと、亜鉛メッキ後地鉄と反応させて合金化したも
の（ｇａｌｖａ’ｎｅａｌｅｄ　、以下アロイと略称）
とがある。後者は点啓接性にすぐれているが、前者（は
、銅電極との反応が激しく銅電極の損耗が激しいので連
続打点性が問題になる。

このように連続打点性が悪い亜鉛メッキ面を持った製品
にはｌ）片面にメッキして他面は鉄面のもの、２）両面
にメンキしであるもの、３）片面に亜鉛メッキ、他面が
アロイになったものの３種類が使われている。これらの
鋼板のメッキ層は、特にメッキ厚が６０７７　ｚｎ２以
上に厚くなると加工時の密着性を良くすることがむずか
しくなる。密着性を良くするためＫは種々の方法がある
が、その一つとして亜鉛をメッキした後に加熱炉中を通
過させてメッキ層中のＡＩＶ、の分布を改良すると同時
に、鉄と亜鉛との合金層を改質させて密着性を良ぐする
方法がある。また、研削型の片面亜鉛メッキ、及び３）
の一方の面が亜鉛、他方の面がアロイの製品は、亜鉛メ
ッキ面の他方の面をメッキ浴の直後に設けた加熱炉中で
加熱して鉄と亜鉛の合金を形成する必要がある。このよ
うな場合、メッキ直後のメッキ面には溶融状態の亜鉛が
数秒間以上存在することになる。

このようなプロセスの製造法を行なった場合には、特に
点溶接機の電極チップの寿命は短がいことを発明者等は
知った。

これを改善して、点溶接性を極めて良くする方法を開発
するために種々研究した結果、本願発明に至ったもので
あり、その骨子は、溶融亜鉛メッキ鋼板の製造において
、亜鉛メッキ後に設けた加熱炉の入側において、更に必
要らｆ″Ｌは出側の数カ所において、水又は水溶液を塗
布することを特徴とするめっき密着性と、点溶接性に優
れた溶融亜鉛メッキ鋼板の製造法である。

発明者等は、亜鉛メッキ面と電極テップの銅との化学反
応を抑制するためには、亜鉛の表層を化学的に不活性に
することが必要と考え、その一つの方法として表層に融
点の高い亜鉛の酸化物を発達させて銅との反応が激しい
金属亜鉛原子が電極に直接的に触れることを妨げること
を考えた。メッキした亜鉛層が、溶融状態の才ま数秒以
上続く場合には、亜鉛の表面層には、浴中に微量に添加
するＡ℃が濃化する。ＡＡの表層濃度が大きくなると電
極と亜鉛層の反応が激しくなる傾向があることを知った
。Ａｉｌ濃度の増加につれて亜鉛の酸化が抑制されると
も言われておシ、酸化亜鉛層の表層での形成を妨げるこ
とも考えられ、そのメカニズムは明らかでないが表層の
Ａ！濃度を低下させることが必要であることを知った。

Ａｊ２の濃化を妨げる方法として溶融亜鉛の表面に水滴
を吹きつけて急冷しＡ℃の表層への拡散を少なくするこ
とが効果あることを知見した。メッキ密着性を向上させ
るためメッキ直後に加熱処理した場合、メッキ表面にＡ
℃が濃化し、不活性化が抑制されるため溶接性が著しく
劣化する。そこで加熱炉の入ｆｌｌＫて水又は水溶液を
塗布し、メッキ層表面を急冷すればｈＲの表面濃化が抑
制されて、メッキ表面の不活性化が促進されるのではな
いかと考えた。なお、Ａ℃の表面濃化を抑制し、かつ不
活性化を促進するには加熱炉の出側でも水又は水溶液を
塗布することによシ効果的で、望ましくは炉内において
も吹きつけることは、よシ好ましい。このようにして亜
鉛の表層を早期て冷却し、次いで板温を加熱（本明細書
において保熱を含む）することにょシＡ℃の表層への濃
化は抑制されて、電極との反応に不活性なメッキ表面が
形成され、溶接性を向上てきるとともに、メッキ密着性
を改善する効果がある。

吹きつける水溶液としては、水単独でもよいが、亜鉛層
の酸化を促進する薬剤の水溶液であれば更に好筐しい。

例えば各種金属塩化合物の一種又は二種以上を含有せし
めた水溶液であればよい。

金属塩化合物としては各種金属の塩化物類、硫酸塩類、
硝酸塩類、水酸化物類、リン酸塩類、炭酸塩類、ホウ酸
類などがあげられる。その細氷溶性もしく（１水分散件
のある各種化合物であればよい。丑だ金属塩類以外にア
ンモニウム基を有する水溶性基部や水溶性有機化合物（
例えばクエン酸、／ユウ酸なとの有機酸類もしくζこれ
らの塩類やエチレングリコールなどの水溶ｉ生有機物な
と）をはじめ、各種酸類やアルカリ類なども、これらの
一種もしｌ；Ｊ２種以上を含有せしめることは有効であ
る。これらの薬剤を飽和溶解度以内の範囲で溶解せしめ
ることが望せしいが、溶解度以上の場合でも均一分散状
態であれば特にメッキ外観全損なうこともないのでさし
つかえない。一般には５重量％以下の低濃度で顕著な効
果がみられ、本発明の目的を達成できる。

なお、水溶液の粘度、安定性、塗布時の均一塗布性など
を向上させることを目的として、各種添加剤や界面活性
剤などを適宜添加せしめることは不発明を有効に適用す
る上で好ましいものである。

更に各種金属又は金属酸化物などの微細粉末を混合分散
せしめた水溶液も有効である。またここでいう加熱炉は
、亜鉛メッキ後の鋼板の冷却速度を放冷よシかなシ遅い
速度に冷却するような機能を持゛った断熱性と蓄熱性の
よい保熱炉又は、燃料を燃やしたシミ気又は高周波など
によシ加熱できる機能を持った加熱炉等をさし、この中
を通過する鋼板は、強制的に加熱されるか又は４３５℃
以上の比較的高温に保持されることが好ましい“。密着
性を向上させると同時に溶接性を向上させるに充分な不
活性皮膜を形成するには水又は水溶液（以下単に水溶液
という）を塗布後、４３５℃以上の温度で５　ｓｅｃ以
上加熱処理することが必要である。

４３５℃未満ではメッキ密着性の改善効果がみられず好
ましくない。４３５℃以上の場合、メッキ密着性の改善
効果があるが、Ａ２の表面濃化によシ溶接性を損なうた
め水溶液を塗布し急冷する必要がある。この水溶液の塗
布によりＡＥの表面濃化が抑制されると同時に水溶液中
の成分がメッキ表面の不活性化を促進することになるた
め、溶接性に有利な表面状態となると考えられる。一方
、加熱時間が５　ｓｅｃ未満ではメッキ密着性の改善効
果がないばかりか、溶接性を改善するに充分な不活性皮
膜が形成され難いので好ましくない。５　ｓｅｃ以上保
持すればメッキ密着性と溶接性の向上効果が認められ、
品質確保のために有利となる。

なお、本願発明とゼロスパングル処理とは以下の点で異
なるものである。すなわちゼロスノくングル処理剤の場
合は、凝固時の結晶核を多数生成し、結晶を微細化する
ととが目的である。従ってメッキ直後においてガスワイ
ピング法などによシ目付量制御を行なった後から、メッ
キ層表面が凝固を開始する直前までの範囲において、ス
プレー法などにより塗布するものであシ、しか、も塗布
温度域が限定され、融点以上でかつ融点近傍でなけれダ
効来が小さい。具体的には４３０℃以下、更に確実にゼ
ロスパングルを達成するにＦ１４２５℃以下融点直上ま
での温度域での塗布が好ましい。

一方本発明の場合は、第１にメッキ層表面へのＡＥの波
絞濃化を抑制すること、第２にメッキ層表面を不活性状
態にすることを目的とするものでアシ必ずしもゼロスパ
ングル化を達成する必要かなく表面外観なども異にする
。

本発明では上記目的を達成するため、メッキ直後からメ
ッキ鋼板の温度が４３５℃まで冷却される温度範囲にお
いて、前述の水溶液を、スプレー法などによシ塗布する
ことが必要である。しかも加熱処理を施すことによシメ
ソキ密着性と溶接性の向上効果を期待するものである。

水溶液の塗布条件について、更に詳細に言及すると、第
１の目的である八２の表面濃化を抑制するためには、板
温か４３５℃以上のできるだけ高い時に塗布することが
効果的で、メッキ層表面を極力急冷してＡ２の拡散速度
を低下させることが肝要である。メッキ層表面が急冷さ
れればメッキ層内部が溶融状態でもｐ、Ｘの表面濃化を
抑制する効果がある。更に本発明をよシ効果的に適用す
るには加熱炉の入・出側において合わせて２力所以上の
位置で水溶液を塗布することが望ましい。

つぎに第２の目的であるメッキ層表面の不活性化を促進
するためには水溶液を塗布して、板温か２５０℃に冷却
されるまでの冷却時間を極力長くすることがメッキ層表
面の不活性化に有効である。

我々の知見では最低３０ｓｅｃ以上保持することが好ま
しいが特に限定はしない。不活性化されたメッキ層表面
は表面皮膜構造に関する詳細は不明であるが、亜鉛およ
び塗布した水溶液中の成分からなる酸化物もしくは含水
酸化物と推定される。表面を不活性化するには、この皮
膜の量および均質性を向上させることが肝要で、このた
めには、第１に表面のＡ℃濃度を抑制することが重要で
ある。

ＡＥ　ｎ亜鉛の酸化反応を著しく抑制するため好ましく
ない。このためメッキ浴中のＡ２濃度をメノキ密着性を
損なわない範囲で極力低下させることが望捷しい。ちな
みにＡ℃濃度。、ｏ７〜０．１７ｗｔ％Ｃ範囲が好まし
く、本発明の水溶液塗布とを組み合わせれば一層効果的
である。

第２にメッキ後、水溶液を塗布し、加熱処理を施してか
らのちメッキ鋼帯の冷却洒程においては、板温４００−
７２５０℃の温度範囲を極力長時間保持することが望ま
しい。４００’Ｃ超ではＡ℃の表面濃化が促進されるた
め、かえって不活性化が抑制されて好ましくない。一方
２５０　℃未満ではメッキ層の酸化速度が著しく小さく
なシ事実上不活性化の効果を示さなり。従って上記温度
範囲を保持すればＡβの表面濃化が／Ｊ＼さい上に、メ
ッキ層の酸化速度を充分保持できるため表面の不活性化
を効果的に達成できる。しかも水又は水溶液中の成分が
この温度範囲でメッキ層表面の不活性化を促進する効果
が大きい。

なお亜鉛メツキラインにおいて連続的に本発明を適用す
る場合は、上記温度範囲の保持時間を長く保持するため
加熱炉又は保温炉などを利用したシすることも望ましい
。また炉内において雰囲気をよシ酸化性にしたシ、炉内
で本発明の水溶液を塗布したシしてメッキ表面の不活性
化を促進すればよシ確実に本発明を達成できる。

−１方本明細書は、通常の亜鉛メッキについて主として
言及しているがメッキ浴中に、Ｍｇ、ＡＩ、Ｍｎ、Ｔ１
、Ｎ１、Ｃｏ、、８ｉ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｃｄ％　Ｃ
ｕ１　Ｆｅ、Ｃａ。

Ｏｒ　、　Ｎａ’、　Ｌｉ　’ｌｘどの合金成分を含有
した合金亜鉛メッキ分野にも適用可能であり、これらは
全て本発明に包含され、特に亜鉛浴中に亜鉛の酸化速度
を向上させる元素例えばＬｉ、Ｎａ、、に、などを適宜
添加した場合、本発明は一層効果的である。

更に、本発明を適用した亜鉛メッキ鋼板を陽極的に電解
酸化処理を施し、メッキ表面に不活性皮膜を形成させる
方法はよシ一層確実に溶接性を向上でき本発明の効果を
向上せしめる点で利点がある。

更にメッキ後、加熱合金化処理などにょシ鋼板の片面又
は両面を加熱してメッキ浴温以上に加熱して、少なくと
も片面に亜鉛メンキ層を有するメッキ製品を製造する場
合は、鋼板が加熱炉に入る直前、更に望ましくは直後に
おいて、水溶液を塗布し、肩の表面濃化を抑制しかつ不
活性皮膜の生成を促進することによシ、溶接性の向上を
達成できる。

この種のメッキ製品は特に溶接性が劣化しゃすい傾向が
あるので本発明を適用することは極めて効果的である。

この場合には加熱合金化処理炉によシ、鋼板を積極的に
加熱し、一般には板温か５００〜５８０℃まで上昇する
ためヒートサイクルが通常と異なるのみで、水溶液の塗
布条件に関する詳細についてはすでに述べてきた通シで
あり、本発明を有効に適用できる。

なお前述した通）、本発明ではゼロスパングル化を達成
することばできない。従ってゼロスパングル化が必要あ
れば加熱炉の出側において、鋼板の冷却途中においてゼ
ロスパングル化に有効な温度まで冷却された時点でゼロ
スパングル化に有効な薬剤を塗布することにょシゼロス
パングル（ｔｆ達成できる。ゼロスパングル薬剤の適用
条件、適用方法は通常の場合と全く同様で差支えない。

なお、よシ確実にゼロスパングル化を達成するためには
、浴中Ｐｂ　ｆ：　０．０７重量％以下に極力低下せし
めることが有効で、この場合にはゼロスパングル薬剤の
適用は不要である。

本発明を適用後、上記方法でゼロスパングル化を行なっ
ても本発明の目的であるメッキ密着性、溶接性などの品
質を劣化させないので問題はない。

本願発明の効果としては特に溶接性の向上の他に、亜鉛
の表層が不活性化することによってプレス加工時の型か
じり性が一段と向上する効果もある。また裸の耐食性、
化成処理性、塗装耐食性、塗装密着性なども劣化させな
いばかりか、むしろ同等以上に向上させる効果もあシ望
ましいものである。

次に本発明の実施例を比較例とともに述べる。

ゼンジミア−型の溶融亜鉛メツキラインにおいて、鋼板
（連続鋳造法によるＴｉ添加低炭Ａｆｌキルド鋼）をメ
ッキ浴から引き上げ後、ガスワイピング法によシ目付量
を調整後、つづいて燃焼ガスによシ、加熱炉に導入し、
所定の加熱処理を施して２・ら炉から取シ出し、冷却速
度を調整しながらコイル状に捲きとった。なお加熱炉前
後の数カ所に配置したスプレー装置によシ水溶液を塗布
し、製造した。

図面に基づき本発明の適用例を詳細に述べると、第１図
は溶融メツキラインへの適用例を示す模式図である。１
はメッキ鋼帯、２はジンクロール、３はガスフィピング
ノズル、４１．４２．４３ハスプレー装置、５は加熱炉
、６は調整冷却炉、７は水冷槽、８は捲取シ装置である
。なお塗布する水溶液はスプレー装置４Ｌ４２．４３の
３カ所のうち適当にユカ所以上を選択して実施した。一
方、メッキ鋼帯の片面を亜鉛メッキ、他面をアロイ層と
する場合は加熱炉５によシ他面側の炉温をよ）高温に維
持して、加熱合金化処理を行なう方法をとった。

またメッキ鋼帯の冷却速度につめては、加熱炉５、調整
冷却炉６の雰囲気温度を調整して、２５０′Ｃまでの冷
却時間を制御した。更に捲き取った銅帯のうち、一部の
コイルについては別工程において箱型焼鈍炉で加熱処理
を施した。

次に上記の如く製造された本発明のメッキ鋼板の溶接性
の試験結果を比較例とともに第１表に示す。なお溶接性
は点溶接にて連続打点性試験を行ない、ナゲツト径が確
保できる打点数にて評価した。溶接条件は下記条件によ
る。

１）加圧力　　　　２５０今 ２）初期加圧時間　２２　Ｈ２ ３）通電時間　　　８　Ｈ２ ４）保持時間　　　５Ｉ（Ｚ ５）溶接電流　　　１３ＫＡ ６）板厚　　　　　０．８Ｍ ７）チップ先端径　６５φ（円錐台頭型）８）ナゲツト
径　　３．６芯を下限とする。

なお溶接時はメッキ鋼板の片面を上側、他面を下側とし
て２枚のメッキ鋼板を重ね合わせて連続打点試験に供し
た。

試験結果によると、本発明による実施例の亜鉛メッキ鋼
板は比較例に比べ優れた溶接性が認められる。

注１．　メッキ浴組成両面メッキの場合二人β＝０．１
８％、Ｆｅ＝０．０３％、Ｐｂ＝０．０６％、浴温４７
０℃。他面合金化処理の場合：　Ａｎ＝０．１１％、Ｆ
ｅ　＝　０．’０４％、ＰＩ）＝　−０−０４、％、浴
温４８０℃。

注２９両面メッキの場合は加熱炉を４５０℃とし、調整
冷却炉を併用して冷却時間を保持した。なお他面合金化
処理の場合は加熱炉の雰囲気温度を片面側は６００℃、
他面側は８５０℃に調整して、加熱処理した（雰囲気は
酸化性）。

注３．　スプレー塗布条件：ノズル・・・共立合金■製
６ｔＫＦ−工ｓ　、巾方向にピッチ５０Ｍで配列し１５
０　Ｍの距離でスプレーした（液圧２．５　％−／　ｃ
ｍ２．空気圧４　Ｋ１７ｃｍ２．塗布量８０　ｃｃ、／
’ｍ２）。両面メッキは両面に、他面合金化処理は片面
゛のみに水溶液をスプレー塗布した（メッキ鋼帯温度４
２３℃）。

注４．加熱時間とはメッキ直後で水溶液を塗布してから
加熱炉にて４３５℃以上に保持される時間を示し、調整
冷却時間は冷却過程において板温が４００℃から２５０
″ｃｔで冷却するに要する時間を示す。

注５．　メッキ厚板の化学組成：　Ｃ！＝０．００５．
５ｉ＝０．０２、　Ｐ＝０．０２０、　Ｍｎ　＝　０．
２０　％Ｓ　＝　０．００５、　Ｔｉ＝０．０５、Ａｆ
ｉ＝Ｏ４０３（ｗｔ％）。

注６．　　、ＥＳＯＡ分析：　Ｄｕ　ＰＯＮＴ　６５０
試料面をＡｒスパッタリング（２分）後、Ｚｎ　（ＬＭ
Ｍ　）、Ａｆｉ　（２Ｓ１／２　）の光電子強度（Ｏ８
Ｐ　）を測定して表面皮膜（酸化膜）組成を比較。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施態様の一例を示す説明図である
。 １・・・メッキｆｉ帯、２・・・ジンクロール、３・・
・ガスフィピングノズル、４１．４２，４３・・・スプ
レー装置、５・・・加熱炉、６・・・調整冷却炉、７・
・・水冷槽、８・・・捲取り装置。 特許出願人　新日本製鐵株式會社 代理人　　　弁理士　井上雅生 手続補正書 昭和　　年　　　　　願第　　　　号 ３、　補正をする者 事件との関係　特許出願人 ぶｖｌ　東京都千代田区大手町二丁目６番３号ブリカナ
　　（６ＳＳ）新日本製鐵株式會社氏　　名（名称） 代表者　　武　　１）　　豊 ４、代理人〒２４０−０１ ６　補正により増加する発明の数　なし「２、特許請求
の範囲 （１）酸素１％以上存在する雰囲気中で、１１ツユ＋−
’：１（Ｊｌｚを　２００℃以上４００　’Ｏ以下ニ３
０秒以り加熱することを特徴とする溶接性にすぐれた亜
鉛メッキ鋼板の製造方法。 （２、特許請求の範囲（１）の製造方法において、加熱
時鋼板表面に水を散布するか、又は水蒸気を炉中にふき
込むことを特徴とする溶接性にすぐれた亜鉛メッキ鋼板
の製造方法。」

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶融メッキ後、水又は水溶液を塗布し、次いで保熱
   又は加熱処理して、メッキ表面に不活性皮膜を生成する
   ことを特徴とする密着性と溶接°性に優れた溶融亜鉛メ
   ッキ鋼板の製造方法。 ２、水又は水溶液を塗布後、４３５℃以上で５秒以上の
   保熱又は加熱処理を行なう特許請求の範囲第１項記載の
   製造方法。 ３、　メッキ浴中のｈｌｌ濃度を０，０７〜○、１７重
   量Ｌ３≦に調整して溶融メンキする特許請求の範囲第１
   項記載の製造方法。 ４、第１項記載の製造方法において、保熱又は加熱処理
   後、速やかに冷却し、冷却過程において、酸化雰囲気中
   で４００℃から２５０℃の温度範囲を３０ｓｅｃ以上保
   持することを特徴とする溶接性に優れた溶融亜鉛メッキ
   鋼板の製造方法。