JPS5937746B2 - 表面処理鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は耐腐食性、加工性、スポット溶接性、化成処理
性等にすぐれた表面処理鋼板およびその製造方法に関す
る。

最近、ひとつの表面処理鋼板に対し同時に多くの特性が
要求される例が多発している。

特に自動車車体に用いられる耐腐食性表面処理鋼板につ
いていえば、自動車車体の耐腐食性向上を本来の目的と
しているにもかかわらず加工性、スポット溶接性および
化成処理性等多くの特性が要求されることは周知のとお
りである。この目的に用いられるジンクリッチプライマ
塗布鋼板・・・・・・化成処理性等のすべての特性を満
足することができずその対策に苦慮しているのが現状で
ある。この理由について、例えばジンクリッチプライマ
塗布鋼板は、これまで種々の改良が試られたにもかかわ
らず、その表面処理層すなわち塗膜が塗装下地処理を施
した鋼板面上に単にロールコーティングされて形成され
たものであるから、完全な塗装下地処理法が発明される
に至つていない現状では、強ι功ロエを受けた場合に塗
膜が鋼板から分離し易く、ジンクリツチクライマ塗布鋼
板の本質的欠陥と考えられている。

また、その塗膜は約７０ｗｔ％以上もの亜鉛微粒子、樹
脂成分およびその他の添加成分とで構成されるが、スポ
ット溶接時にこの多量の亜鉛と銅あるいは銅合金からな
る電極壬ツプとが反応し易く、スポット溶接性は劣るも
のである。また溶融亜鉛めつき鋼板、ガルバニールド鋼
板および電気亜鉛めつき鋼においては、亜鉛を主体とす
る最外層がスポット溶接の際に電極チップに融着するた
めスポット溶接性が劣つている。一方、リン酸亜鉛によ
る化成処理において、これらの鋼板は一般に処理液との
反応が不十分なため生成するリン酸塩の皮膜は完全なも
のとなり難いので、十分な化成処理性が得られない。こ
のように従来の耐腐食性表面処理鋼は、金属亜鉛を表面
処理層中に多量に含有させるかあるいは表面処理層の主
体とさせることによつてかなりの耐腐食性を得ているの
であるが、逆にこれに起因とすると考えられる重大な欠
点を有しているのである。本発明の目的は、耐腐食性、
加工性、スポット溶接性、化成処理性等にすぐれた表面
処理鋼板およびその製造方法を提供することにある。

本発明の要旨は、鋼板素地上に形成された亜鉛を含有す
る層の亜鉛が鋼板素地中に拡散浸透することにより生成
した層と、鋼板素地中の主として鉄および亜鉛を含有す
る層上に形成された鉄めつき層中の主として鉄が、亜鉛
を含有する層中にそれぞれ拡散浸透することにより生成
した層と、亜鉛を含有する層の亜鉛が鉄めつき層中に拡
散浸透することにより生成した平均亜鉛濃度が６０％以
下の層とを鋼板素地上に順次有してなる表面処理鋼板に
ある。

本発明の他の要旨は、鋼板表面上に亜鉛を含有する層を
形成させ、次いでその上に鉄めつき層を形成させた後、
熱処理を施して鋼板及び前記各形成層間において金属完
素を拡散浸透させることを特徴とする表面処理鋼板の製
造方法にある。

以下添付図面に基いて本発明を詳細に説明する。第１図
は、本発明の表面処理鋼板の製造方法において表面処理
層の生成過程を示すもので、簡単なため亜鉛を含有する
層が亜鉛単味からなる場合について以下説明する。第１
図ａは熱処理前の状態を示し、鋼板素地１上に亜鉛単昧
からなる層２、その上に鉄めつき層３が形成されている
。

第１図ｂは熱処理後の状態を示し、亜鉛単味からなる層
２中の一部の亜鉛元素は鋼板素地１方向および鉄めつき
層３方向に拡散浸透し、逆に鋼板素地１中および鉄めつ
き層３中の主として鉄は亜鉛単味からなる層２中へ拡散
浸透し、亜鉛と鉄の両元素は鋼板素地１と亜鉛単味から
なる層２との接触界面および亜鉛単味からなる層２と鉄
めつき層３との接触界面において相互に拡散浸透する。
その結果、２つの接触界面は実質上消失した状態となる
が、表面処理層の生成過程から６層（鋼板素地１中に亜
鉛単味からなる層２中の亜鉛が拡散浸透することにより
生成した層）、８層（亜鉛単味からなる層２中に鋼板素
地１中および鉄めつき層３中の鉄が拡散浸透することに
より生成した層）、Ｏ層（鉄めつき層３中に亜鉛単味か
らなる層２中の亜鉛が拡散浸透することにより生成しん
層）と区別されるべき３層が形成される。第２図は、こ
のようにして製造された本発明の表面処理鋼板について
、従来の耐腐食性表面処理鋼板である溶融亜鉛めつき鋼
板、ガルバニールド鋼板を比較材として表面処理層断面
における亜鉛および鉄両元素の濃度分布をＸ線マイクロ
アナライザーを用いて線分析した結果を示す。

この図より比較材である溶融亜鉛めつき鋼板、ガルバニ
ールド鋼板は表面から鋼板素地方向にかけての亜鉛、鉄
両元素の濃度が１００〜８０ｗｔ％，Ｏ〜２０ｗｔ％で
あるが、本発明材は表面近傍では比較材よりも亜鉛濃度
が低く、逆に鉄濃度は高い。また表面処理層の厚み方向
中央部での亜鉛、鉄両元素の濃度は本発明材と比較材と
で大差がないが、鋼板素地近傍では本発明材の方が亜鉛
濃度が高く、逆に鉄濃度は低い。本発明の表面処理鋼板
に関しては亜鉛単味からなる層および鉄めつき層の厚み
、亜鉛、鉄両元素の相互的拡散浸透を促進するための熱
処理条件（ヒートサイクル）などを適宜変えることによ
つて、その全表面処理層の厚み、４，８，０各層の厚み
および平均亜鉛濃度を広範囲に変化させ得るが、これら
を変化させて耐腐食性、加工性、スポツト溶接性、化成
処理性などの特性を調べた結果、両者に深い関係がある
ことが判つた。

第３図は全表面処理層の厚みおよび平均亜鉛濃度と耐腐
食性（表面処理鋼板の板厚が１．０能のものについてＪ
ＩＳＺ２３７ｌによる２０００時間塩水噴露試験を行な
い、鋼板厚の減少量を測定し、これが少ないものを耐腐
食性が良好であるとした）との関係を示すものであるが
、これによれば全表面処理層の厚みが厚い程、また平均
亜鉛濃度が高い程、耐腐食性が改善されることが判る。

また第４図は全表面処理層または６層の厚みとプレス加
工性との関係を示すものであり、全表面処理層に関して
はその厚みが２４μｍ以下の場合にプレス加工性はほぼ
良好であり、２４μｍ以上の場合に劣化する傾向がある
。

また６層に関してはその厚みが４μｍ以下の場合にほぼ
満足すべき結果を示し、４μｍ以上では劣化することが
判る。６層が殆んど存在していないものについても同様
にプレス加工したが、表面処理層が鋼板素地との接触界
面から分離した。

なお第４図において縦軸の加工性の評価数字は以下に注
釈するように大きい程加工性が良好なることを示す。加
工性評価数字 ５ プレス疵、パウダリング、分離が全くなし。

加工性評価数字 ４プレス疵、パウダリング、分離がわ
ずかに発生。

加工性評価数字 ３プレス疵、パウダリング、分離がか
なり発生するがほぼ満足できる。

加工性評価数字 ２ プレス疵、パウダリング、分離が多量に発生して成品と
して不可。

加工性評価数字 １ プレス疵、パウダリング、分離が全面に発生して成品と
して不可。

第５図は全表面処理層の厚みおよび平均亜鉛濃度とスポ
ツト溶接性（１対のＣｕ−Ｃｒ系合金製電極千ツプでド
レツシングすることなくナゲツトの形成が不能になるま
で連続的にスポツト溶接を行ない、ナゲツトの形成が不
能になる溶接点数で比較評価して溶接点数が多い程スポ
ツト溶接性が良好であるとした。

）との関係を示すものであるが、スポツト溶接性は全表
面処理層の厚みが薄く、平均亜鉛濃度が低い程改善され
ることが判る。第６図はＯ層の厚みおよび平均亜鉛濃度
とスポツト溶接性との関係を示すものであるが、平均亜
鉛濃度６０ｗｔ％を境にしてこれ以下ではＯ層の厚みが
厚い程、これ以上ではＯ層の厚みが薄い程、スポツト溶
接性が改善されることが判る。またＯ層の平均亜鉛濃度
と化成処理性との関係について、リン酸亜鉛による化成
処理の後、塗装してその塗膜の密着性を調べたが、平均
亜鉛濃度が６０ｗｔ％以下の場合にすぐれた密着性が得
らｊれることが判つた。

本発明の表面処理鋼板は、その表面処理層が３層より構
成され、この３種の個々の有する特性の相加によつては
じめて耐腐食性、加工性、スポツト溶接性、化成処理性
等の特性がすぐれたものに５なるわけであるが、本発明
者等は上記の表面処理層と上記の特性との関係を更に詳
細に検討した結果、本発明により得られた表面処理鋼板
の表面処理層を表１に示す数値範囲に規定するのが特に
好ましいことを確認した。

これまでは亜鉛を含有する層が亜鉛単味からなる層の場
合について述べてきたが、亜鉛のみでなく亜鉛以外の元
素をも表面処理層中に含有させることによつて本発明の
効果を更に向上させることもできる。

第７図は表面処理層中に亜鉛とアルミニウムとを含有さ
せ、表面処理層中における平均亜鉛濃度と平均アルミニ
ウム濃度との加算値を６５ｗｔ％としたときのＡｌの重
量／Ａｌ＋Ｚｎの重量（図中、１はＡｌの重量／Ａｌ＋
Ｚｎの重量＝０，２は０．０１，３は０．１０の場合を
示す）と耐腐食性（ＪＩＳＺ２３７ｌによる塩水噴霧試
験を行なつて、試験時間毎に腐食減量を測定し、耐腐減
量が小さい程、耐腐食性が良好であるとした）との関係
を示すものであるが、耐腐食性はアルミニウムを含有さ
せることによつて改善されることが明らかである。

このような効果は鉄、ニツケル、クロム、銅、すず、コ
バルト、モリブデン等の各金属元素においても認められ
、効果が認められた上記金属元素を１種以上混合して含
有させても各元素による効果は損われることなく、むし
ろ効果が相乗的にあられれる例もあつた。また鉄、ニツ
ケル、クロム、コバルト、モリブデン等の各元素は表面
処理層中に含有されて、スポツト溶接時の電極寿命を延
長させる効果も有することが判つた。しかしながらアル
ミニウム、鉄、ニツケル、クロム、銅、すず、コバルト
、モリブデン等の金属元素群のうちから選ばれた１種以
上の金属元素の表面処理層中での平均濃度と平均亜鉛濃
度との加算値は、表１に示した亜鉛単味の場合の平均亜
鉛濃度値を越えない範囲とし、しかも亜鉛以外の元素の
重量／亜鉛十亜鉛以外の元素の重量が０．３を越えない
範囲とするのが好ましい。また表面処理層中に亜鉛以外
の金属元素を含有させる方法について下記の（１），（
１！），０１ｉ），および（Ｖ）の方法を比較検討した
。

（１）鋼板表面上にまずＺｎ単味からなる層を付着・形
成させ、さらにこの上にＺｎ以外の金属元素群から選ば
れた１種以上からなる層を付着・形成させた後に鉄めつ
き層を付着・形成させ、拡散浸透を促進するための熱処
理を行う方法。

（ｉｌ）鋼板表面上にまずＺｎ以外の金属元素群から選
ばれた１種以上からなる層を付着・形成させ、この上に
Ｚｎ単味からなる層を付着・形成させた後に鉄めつき層
を付着・形成させ、拡散浸透を促進するための熱処理を
行う方法。Ｑｌｌ）鋼板表面上にＺｎ単昧からなる層を
付着・形成させ、この上にＦｅとＺｎ以外の金属元素群
から選ばれた１種以上との合金あるいは複合物からなる
層を付着・形成させた後に鉄めつき層を付着・形成させ
、拡散浸透を促進するための熱処理を行う方法。

４Ｖ鋼板表面上に、Ｚｎ以外の金属元素群から選ばれた
１種以上とＺｎとの合金あるいは複合物からなる層を付
置．形成させた後に鉄めつき層を付着・形成させ、拡散
浸透を促進するための熱処理を行う方法。

その結果、（１），（Ｉｉ），０１Ｄの各方法は製造工
程が複雑で設備費がかさみ製造単価の上昇をまねき易い
ことあるいは現状では技術的困難を伴なうことなどの問
題があるのに対し、（Ｖの方法は上記４つの方法のなか
では製造工程が比較的簡素で設備費および製造単価が安
く、技術的にも容易であることなどが明らかになつた。

本発明の表面処理鋼板の表面処理層は、もちろん鋼板の
表裏両面に形成させても良く、また表、裏面それぞれに
要求される特性に応じて、その層の厚みおよび亜鉛濃度
又はアルミニウム、鉄、ニツケル、クロム、銅、すず、
コバルト、モリブデン等の金属元素群のうちから選ばれ
た１種以上の濃度を変えることも可能である。

以下、実施例により本発明を更に説明する〇実施例 １
化学組成がＣ：０．０７ｗｔ％，Ｍｎ：０．３２ｗｔ％
，残部Ｆｅおよび不可避的不純物よりなる低炭リ云ド鋼
板を母材とする板厚１．０ｍｍの冷延鋼板に１平方メー
トル当り片面６２９の金属亜鉛を溶融亜鉛めつきし、亜
鉛めつき層を形成させたのち、１平方メートル当り片面
４０ｇの鉄を電気めつきし鉄めつき層を形成させた。

その後水洗および乾燥を十分に行なつて、箱型焼鈍炉に
導き、雰囲気：ＨＮガス（水素ガス２０ｖ０１％十窒素
ガス８０ｖ０１）、温度：３９０℃、熱処理時間：約１
時間の熱処理を行なつた。その結果得られた表面処理層
は表１に規定する範囲であることを確認した。

さらに下記の方法で耐腐食性、加工性、スポツト溶接性
および化成処理性を試験した結果、表２に示す如く従来
の耐腐食性表面処理鋼板に比べ各特性とも非常にすぐれ
たものであつた。試験方法 Ｏ耐腐食性： ＪＩＳＺ２３７ｌによる塩水噴霧試験を ２０００時間連続して行つた後、腐食生成物を除去し板
厚の減少が最も大きいところの板厚を測定し、板厚の減
少量で比較評価した。

Ｏ加工性： 自動車メーカが保有するプレス成形機を用いて実際に乗
用車のフロントフエンダ部をプレス加工し、これによる
プレス疵、表面処理層の分離、パウダリング等の発生程
度を比較評価した。

評価の方法○スポツト溶接性： 上記の溶接条件で各試験材ごとに１対の電極チツプで連
続的に溶接し、ナゲツト形成が不能になるまでの溶接点
数で比較評価した。

Ｏ化成処理性 化成処理性の評価方法として、一般的には化成処理後塗
装してその塗装密着性を調べる方法がとられる。

ここでもこれを採用することとし、市販のボンデライト
３１１２およびボンデライ３３００（日本パーカライジ
ング（株）製）による化成処理をスプレー方式で２分間
行つた後、市販のパワーコート９６００（日本ペイント
（株）製）によるアニオン型電着塗装を２００Ｖ，３分
間の条件で行ない、さらに塗膜の焼付を行つた。これを
塗装密着性の評価方法として一般的に実施されている耐
衝撃試験に供し、塗膜に亀裂が入る最小高さで比較評価
した。実施例 ２ 化学組成がＣ：０．０５ｗｔ７０，Ｍｎ：０．２９ｗｔ
％，Ａｌ：０．０４０ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる低炭アルミキルド鋼を母材とする板厚０
．８ＴＩＬｍの冷延鋼板に亜鉛一鉄合金（亜鉛８８ｗｔ
％，鉄１２ｗｔ％）を均一層状に１平方メートル当り片
面５５９の割合で付着・形成させ、これに鉄めつき層を
１平方メートル当り片面４０ｆ１の割合で付着・形成さ
せた後、箱型焼鈍炉に導き、雰囲気：ＨＮガス（水素ガ
ス１０ｖ０１％十窒素ガス９０ｖ０１％）、温度：４０
０℃、熱処理時間：約１時間の熱処理を行つた。

その結果、この場合の表面処理層も表１に規定する範囲
であり、特性についても表３に示す如く、Ｃ，Ｆ型、先
端径５１Ｌｍφ本発明の目的を十分に満足するものであ
つた。

なお、各特性の試験方法は、実施例１に同様とした。実
施例 ３化学組成がＣ：０．０３ｗｔ％，Ｍｎ：０．２
７ｗｔ％，Ａｌ：０．０３１ｗｔ％、残部Ｆｅおよび不
可避的不純物からなる低炭アルミキルド鋼を母材とする
板厚０．７ｍｕの冷延鋼板に、亜鉛−ニツケル複合めつ
き層（亜鉛：８５ｗｔ％，Ｎｉ：１５ｗｔ％）を電気め
つき法を用いて１平方メートル当り片面４０９の割合で
付着・形成させ、さらにこの上に鉄めつき層を１平方メ
ートル当り片面３０ｇの割合で付着・形成させた後、こ
れを箱型焼鈍炉に導き、雰囲気：ＨＮガス（水素ガス１
０ｖ０１７０＋窒素ガス９０ｖ０１％）、温度：３８０
℃、熱処理時間：約１時間の熱処理を行つた。

その結果、表面処理層は表１に規定する範囲であり、表
面処理層中におけるニツケルの重量／亜鉛＋ニツケルの
重量は０．３以下であることを確認した。

またその特性も表４に示す如く、本発明の目的を十分に
満足するものであり、耐腐食性は実施例１，２の結果よ
りも良好であつた。なお、各特性の試験方法は実施例１
に同様とした。実施例 ４ 化学組成がＣ；０．０２ｗｔ７０，Ｓｉ：０．０２ｗｔ
％，Ｍｎ：０．２８ｗｔ％，Ａｌ：０．０５５ｗｔ％、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる低炭アルミキル
ド鋼を母材とする板厚１．０ｍ１Ｌの冷延鋼板に特開昭
５１−１４３５３４号公報による方法を用いてアルミニ
ウム分散亜鉛の複合めつき層（ＺｎとＡｌとの複合物か
らなる層）を１平方メートル当り約５０９（うち８９が
Ａｌとする）の割合となるように付着・形成させた後、
電解液を除去するために水洗した。

この後１平方メートル当り約３５ｇの鉄めつき層を付着
・形成させた後再び水洗し、十分乾燥してこれを箱型焼
鈍炉中に導き、雰囲気：ＨＮガス（水素ガス１０ｖ０１
％十窒素ガス９００１７０）、温度：３９０℃、熱処理
時間：約１時間の熱処理を行つた。その結果、表面処理
層は表１に規定する範囲であり、その特性についても表
５に示す如く本発明の目的を十分に満足するものであつ
た。

なお、各特性の試験方法は実施例１に同様とした。以下
詳述した如く本発明により得られた表面処理鋼板は、そ
の表面処理層が、比較的に平均亜鉛濃度が低い６層と、
比較的に平均亜鉛濃度が高い８層と、比較的に平均亜鉛
濃度が低いＯ層の３層で構成され、３層のそれぞれが有
する特性の相加によつて耐腐食性のみならず加工性、ス
ポツト溶接性、化成処理性等の特性がすぐれているとい
う利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の表面処理鋼板の製造方法において表
面処理層の生成過程を示す図、第２図は本発明の表面処
理鋼板および従来の表面処理鋼板の表面処理層断面にお
ける亜鉛および鉄両元素の濃度分布を示す図、第３図は
、全表面処理層の厚みおよび平均亜鉛濃度と耐腐食性と
の関係を示す図、第４図は、全表面処理層または６層の
厚みとプレス加工性との関係を示す図、第５図は、全表
面処理層の厚みおよび平均亜鉛濃度とスポツト溶接性と
の関係を示す図、第６図はＹＯ層の厚みおよび平均亜鉛
濃度とスポツト溶接性との関係を示す図、第７図は、表
面処理層中における平均亜鉛濃度と平均アルミニウム濃
度との加算値を６５ｗｔ％としたときのＡｌの重量／Ａ
ｌ＋Ｚｎの重量と耐腐食性との関係を示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼板素地上に形成された亜鉛を含有する層の亜鉛が
   鋼板素地中に拡散浸透することにより生成した層と、鋼
   板素地中の主として鉄および亜鉛を含有する層上に形成
   されよ鉄めつき層中の主として鉄が、亜鉛を含有する層
   中にそれぞれ拡散浸透することにより生成した層と、亜
   鉛を含有する層の亜鉛が鉄めつき層中に拡散浸透するこ
   とにより生成した平均亜鉛濃度が６０％以下の層とを鋼
   板素地上に順次有してなる表面処理鋼板。 ２ 鋼板表面上に亜鉛を含有する層を形成させ次いでそ
   の上に鉄めつき層を形成させた後、熱処理を施して鋼板
   および前記各形成層間において金属元素を拡散浸透させ
   ることを特徴とする表面処理鋼板の製造方法。