JPS6360296A - 耐錆性に優れた表面処理鋼板の製造方法 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は耐錆性に優れた低コストな表面処理鋼板に関す
るものである。特に無塗装状態での耐錆性に優れ、また
溶接性も良好であることから、無塗装で使用される電気
製品部品、例えばテレビ等のシャシ−又５ガロン缶等の
金属缶用途にも適用できる。

（従来の技術） 従来無塗装状態での耐錆性（以降裸耐錆性と称す）に優
れた素材として片面当りのＺｎ付着量が一般的にＬｏｇ
／ｎ−ｒ以上のＺｎメッキ鋼板、又はＺｎ−Ｎｉ合金メ
ッキ鋼板（以降Ｚｎメッキ鋼板と称す）等が知られてお
り、又金属缶用素材として片面当りのＳｎメッキ量が５
ｇ＃ｒｌ”以上の厚メッキぶりき（以降ぶりきと称す）
も使用されてきた。

Ｚｎメッキ鋼板はＺｎメッキ層が厚く確かに探射錆性に
優れるが、コストが高く、さらにメッキ層が厚いため溶
接性が必ずしも良好ではなかった。実際の用途としては
例えば家庭電化製品のシャシ−等部品があり、これらは
当然室内で使用されるため、要求される探射錆性のレベ
ルが、自動車等室外で使用される素材と比較すれば低く
Ｚｎメッキ量をさらに低減可能ではあるが、低コスト、
良好な溶接性を合せ持つＺｎメッキ量が片面当り１０ｇ
／　ｒｌ以下の領域では耐錆性等特性が低下し使用に耐
えなかった。

又前述した金属缶用のぶりきは、Ｓｎが基本的に鋼板を
防食する作用を持たないため、探射錆性が必ずしも十分
でなく、又Ｓｎは高価な金属であるため、コストも高か
った。そしてこの金属缶用途の場合でも、家庭用電気製
品の例と同様に片面当り５ｇ／ｍ以下のＺｎメッキ鋼板
では探射錆性が不十分である。

（発明が解決しようとする問題点） このように探射錆性に優れ、かつ溶接性等加工性にも優
れた低コストな表面処理鋼板が関係業界より強く要望さ
れているが現状ではこの要求に応じ得る素材は供給でき
なかった。本発明はこれら要望に応え得る高性能かつ低
コストな表面処理鋼板を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段、作用）本発明はこの趣
旨から耐錆性に優れたＺｎと溶接性に優れ、各種腐食環
境下で安定なＮｉを適切に組み合せ、さらに製造工程を
工夫することで、裸耐錆性に優れ、かつ溶接性等加工性
にも優れた低コストな表面処理鋼板を製造可能となした
ものである。

本発明のポイントは特にそのメッキ層の構成。

及び製造方法にある。すなわち鋼板上に順にＮｉ及びＺ
ｎをそれぞれ片面当り６　、０ｇ／　ｍ以下、４　、０
ｇ／　ｍ以下重層被覆した後、２００℃以上の処理温度
で加熱処理を施すことで、少なくともＮｉ及びＺｎの一
部を合金化させ、メッキ層表面にＮｉ及びＺｎをそれぞ
れ２０ｇ／　ｒｒ？以下含有するＺｎ−Ｎｉ合金層を形
成させることが本発明表面処理鋼板のポイントであり、
さらに電解クロメート処理を施すことで、最表面に金属
クロム換算で片面当り５〜１００ｍｇ／　ｍのクロメー
ト皮膜層を形成することもできる。

本発明をさらに詳しく説明する。鋼板は大気環境下に於
いて水酸化鉄、すなわち赤錆が発生し易く、これを防止
するための手法としてＺｎ等の金属をメッキする手法が
あり一般的である。特にＺｎは電気化学的にＦｅ素地を
防食する効果があり、すなわちＺｎはＦｅよりもイオン
化傾向が大きく、電位的にＦａよりも卑であるため、Ｆ
ｅが腐食する前にＺｎ自身が腐食され、Ｆａの腐食を抑
制する。これに対し別種のメッキ金属として一般的なＳ
ｎ及びＮｉは両者共大気環境下ではＦｅよりもイオン化
傾向が小さく電位的にＦｅよりも貴であるためＺｎのよ
うなＦｅ素地の防食効果はない。従って一般的に探射錆
性が要求される用途にはＺｎメッキ鋼板が使用される例
が多いが、単なるＺｎメッキ鋼板はＺｎが非常に活性な
金属でＺｎ自身の腐食速度が速いため、本発明用途例と
して示したような主として室内等比較的弱い腐食環境で
使用される場合でも、十分な探射錆性を確保するために
は鋼板片面当り少なくとも１０ｇ／耐以上の被覆量が必
要である。

これに対しＺｎメッキ鋼板の探射錆性を向上させる手法
としてＺｎ−Ｎｉ合金、又Ｚｎ−Ａ１合金等を電気メッ
キないし溶融メッキ法で被覆させる手法で公知であり、
自動車車体用、又建材用等として既に使用されている。

これら合金メッキ鋼板はその製造条件管理、例えばこれ
らは複雑な組成のメッキ浴を使用するため製造時のメッ
キ浴管理等に多大のコストを要し、さらに電気メッキな
いし溶融メッキ法を用いるため、コストの低減化、溶接
性等加工性向上のために全被覆量として片面当りＬｏｇ
／ｍ以下にメッキ量を低下させると、メッキ層のピンホ
ール等欠陥部発生が回避できず、探射錆性が低下する。

なお溶融メッキ法で片面当りの全被覆量を１０ｇ／ｎ−
ｒ以下とすることは事実上困難でもある。

又これら合金メッキ鋼板は硬く、脆い金属間化合物を形
成し易いので、張り出し成形等加工を施すとメッキ層に
クラックが発生し、探射錆性等特性の低下を避けること
は困難である。

このように従来のＺｎメッキ鋼板では片面当りの全被覆
量としてＬｏｇ／ｍ以下では十分な特性を推持すること
が困難であった。同様にＳｎメッキ鋼板、Ｎｉメッキ鋼
板でも先に述べたように特に片面当りの被覆量がＬｏｇ
／　ｒｄ以下では不可避的に発生するメッキ層ピンホー
ル部等でＦｅ素地の腐食が発生し裸耐錆性は不十分であ
る。

本発明はこの問題を解決すべく、鋭意研究に取り組み本
発明に敗ったものであり、そのポイントを要約すればメ
ッキ層表面上に加熱処理にてＮｉとＺｎを合金化したＺ
ｎ−Ｎｉ合金層を設ける点にある。

すなわち探射錆性に優れたＺｎ−Ｎｉ合金層を電気メッ
キ又は溶融メッキ等ではなくＮｉ、Ｚｎを重層被覆し、
加熱による合金化処理で得る点にあり、Ｎｉ及びＺｎの
被覆バランス及び熱処理条件の変更によって、第１図に
示すように最表面のみＺｎ−Ｎｉ合金層としその下層に
耐食性に優れ、かつ加工性、溶接性等特性向上に寄与す
る金属Ｎｉ層を残留させる場合、又は第２図に示すよう
に全量をＺｎ−Ｎｉ合金層とする場合等様々なメッキ皮
膜構成を持つ表面処理鋼板を容易に得ることができる。

さらに少なくとも表層に形成するＺｎ−Ｎｉ合金層の成
分比率を容易に変更することも可能であり、前述したメ
ッキ皮膜構造と共にその用途によって適時選択すれば良
い。

なお本発明表面処理鋼板のメッキ皮膜構成は、Ｎｉ及び
Ｚｎを重層被覆し、加熱処理にて少なくとも表層にＺｎ
−Ｎｉ合金層が形成されるものであれば第１図、第２図
の例以外であっても全て本発明の範囲に包含されるもの
であり、例えば、最表面に未合金のＺｎが残留する場合
、又第１図に示した金属Ｎｉが残留する場合に鋼板の金
属Ｎｉ層の間にＦｅ−Ｎｉ拡散浸透層が存在していても
良く、さらに使用するメッキ原板の種類、例えば予めＮ
ｉ等を熱拡散処理することで表層にＮｉ等の拡散浸透層
を形成したメッキ原板を用い本発明処理を実施すること
もできる。

そして本発明では鋼板の表／Ｍで、Ｎｉ及びＺｎ被覆量
ないし被覆バランスを自由に変えることができ、この場
合、例えば、鋼板の表側は第１図に示すメッキ構成とな
し、裏側は第２図に示す構成となすことが可能であり、
又鋼板の片側面はＺｎメッキ処理を省略し、一方の面の
み本発明のメッキ構成とするような場合も当然含まれる
。

次に本発明の効果を具体的に説明する。本発明法によっ
て得られた表面層にＺｎ−Ｎｉ合金層を有する鋼板と同
様な組成のＺｎ−Ｎｉ合金層を電気メツキ法で被覆した
鋼板の探射錆性を塩水噴霧試験で比較調査した結果を第
３図に示す。図中Ｏ印は本発明法によるもので、・印は
比較例によるものである。なお比較例は特開昭５６−３
５７９０で示される手法によって作製したものであるが
この場合本発明例、電気メツキ法による比較例共Ｚｎ−
Ｎｉ合金層中のＮｉ重量％は１０〜３０％であり１本発
明例ではＺ　ｎ　−Ｎ　１合金層下に０．２〜１．０ｇ
／ｍ２の金属Ｎｉ層が存在しており。

又比較例は鋼板上に同量のＮｉメッキを行った後Ｚｎ−
Ｎｉ合金メッキを重層被覆したものである。第３図より
特に全被覆量５　、０ｇ／　ｍ以下の領域では、本発明
例の探射錆性が優れていることが明らかである。このよ
うな本発明法に従い加熱による合金化処理で得られたＺ
ｎ−Ｎｉ合金皮膜と電気メッキ法等従来手法で得られた
Ｚｎ−Ｎｉ合金皮膜ではその特性が大きく異なり、これ
は本発明法によって得られたメッキ皮膜にピンホール等
欠陥が少なく、耐錆性に優れることを裏付けるものであ
る。特に第３図に示した本発明実施例ではＺｎ−Ｎｉ合
金層下に未合金の金属ＮｉＭが存在しており、メッキ層
のピンホール等欠陥の減少に寄与し、又張り出し加工等
成形加工後の特性向上にも役立つのである。

なお本発明と逆の順序でＮｉ及びＺｎを被覆する場合も
本発明者は当然検討を行ったが、この場合鋼板上にまず
Ｚｎメッキ後、引き続きＮｉメッキを施すわけで、加熱
処理によってＺｎ−Ｎｉ合金層は形成されるものの、鋼
板界面に硬く、脆いＦｅ−Ｚｎ合金層が形成されるため
、張り出し成形等加工を施した後の探射錆性等特性が劣
る。そしてＺｎメッキ上にＮｉを電気メッキする際Ｚｎ
メッキ層の溶解現象が発生し、安定した製造が難かしい
等の欠点もある。

従って本発明では鋼板上にＮｉ及びＺｎを被覆する順番
としてまずＮｉを被覆し、引き続きＺｎを被覆すること
を必須としている。

以上本発明の効果について説明したが、本発明で得られ
るメッキ皮膜構成は前述したように少なくとも表層にＺ
ｎ−Ｎｉ合金層を有することは共通するが、Ｎｉ、　Ｚ
ｎの被覆量又加熱処理条件の変更で自由に設定でき、そ
の用途、例えばテレビシャシ−等家庭電化製品部品、Ｉ
ＩＩＩＱ缶等金属缶用途、その他本発明表面処理鋼板が
使用される用途によって適時選択すれば良い。

次に本発明表面処理鋼板の製造方法、限定理由について
説明する。

本発明表面処理鋼板に使用する鋼板は通常の冷延鋼板が
一般的であるが、予めＮｉ等の拡散浸透処理を施した鋼
板を用いてもよい。

本発明ではこれらのメッキ原板上にまずＮｉメッキを施
し、引き続きＺｎメッキを施す。これらの処理方法は特
に限定しないが、電気メツキ法が合理的であり、この場
合それぞれ公知の処理浴が使用できる。なおＮｉ又はＺ
ｎ中にＣｏ、　Ｐ、Ｓ、　Ｆｅの一種又は二種以上を合
金量として、Ｎｉ又はＺｎ層中に２０ｗｔ％以下含有さ
せても良い。

Ｎｉ及びＺｎの被覆量をそれぞれ６．０ｇ／％以下、４
．０ｇ／ｒ＆以下と規定したのはこれ以上被覆量を増加
させても本発明の効果が飽和し、特性向上が望めないば
かりかメッキ厚が増大することで溶接性等特性が低下し
、そしてコスト高になるからである。

本発明では下限は特に規定しないが、実用的な探射錆性
を保つには、Ｎｉ、　Ｚｎの被覆量は片面当りそれぞれ
０．２ｇ／ｒ＆、０．１ｇ／ｎ？以上が望ましい、又本
発明表面処理鋼板のメッキ層構成は当然Ｎｉ及びＺｎの
被覆バランスで変化する１本発明ではこの被覆バランス
は特に規定しないが、望ましくは、　Ｎｉ、　Ｚｎの被
覆量の比、すなわちＺｎ被覆量／Ｎｉ被覆量を１０〜１
００％の範囲にすることが望ましく、これ以上２口被覆
量を増大すると活性な金属であるＺｎの性質が　　　１
強くなり、探射錆性がむしろ低下する場合もある。

なお前述したように本発明法を鋼板片面のみに適用し、
反対面はＮｉのみ、又はＺｎメッキのみとしでも良いし
、さらにはメッキを全く省略することも可能である。

Ｎｉ及びＺｎを重層被覆複本発明では引き続き２００℃
以上の加熱温度で熱処理を施し、少なくともＮｉ及びＺ
ｎの一部を合金化し、メッキ層表面にＮｉ及びＺｎをそ
れぞれ４０ｇ／　ｒ＆以下含有するＺｎ−Ｎｉ合金層を
形成するが本発明ではこの加熱処理条件、方法は全く限
定せず、例えばぶりき製造工程で一般に実施されるいわ
ゆる゛リフロー処理、又冷延鋼板の焼鈍処理工程の利用
等誘導加熱法、抵抗加熱法、直接加熱法等の加熱方法が
考えられる。又加熱処理を施す環境、雰囲気は全く限定
せず、大気雰囲気中、又はＮ２等不活性ガス雰囲気中で
実施できる。

加熱処理条件として２００℃以上の温度での加熱と限定
したのは、これ以下の処理温度ではＮｉ、　Ｚｎ間の合
金化速度が著しく低下し、必然的に処理時間が長くなる
ため、加熱雰囲気によっては表面層に酸化皮膜が成長し
特性が劣化すると伴に製造工程の能率が低下するからで
ある０本発明では加熱温度の下限は特に設けていないが
、実用的には８００℃程度以下での加熱が望ましく、こ
れはこの温度以上だとＮｉ、　Ｚｎの合金化速度が速く
、合金化程度を制御することが困難であり、又素地鋼板
の機械的特性も低下し実用に耐えなくなるためである。

本発明は続いて最表面に不働態化処理としてクロメート
処理を施しても良いが、これはＴＦＳ−ＣＴのクロメー
ト処理として工業的に実施されている方法で十分であり
、一般にはアニオンを添加しない無水クロム酸浴中、又
は硫酸イオン、フッ素イオン等を少量添加した無水クロ
ム酸浴中等でのカソード還元処理が適用できる。又本発
明に於いても学会等で公知であるクロメート被覆層中の
共析アニオンを低減、除去する各種手法を適用可能であ
ることは言うまでもない。

又リン酸塩処理、いわゆるボンデ処理等公知の後処理を
適用しても良く本発明では限定しない。

次に本発明の具体的実施例について説明する。

（実施例１） 通常の方法で表面清浄化した鋼板に（１）に示す条件で
鋼板両面に片面当り０．５〜７．０ｇ／ｍ２のＮｉを電
気メッキし、引き続いて（２）に示す条件で片面当り０
．２〜５．０ｇ／ｎ（のＺｎを電気メッキした。　Ｎｉ
、　Ｚｎを重層被覆後の加熱処理は（３）及び（４）に
示す条件で実施し、そのＮｉ及びＺｎ被覆量又加熱方法
は第１表中にまとめて示す。

そして試験サンプルの一部はそのまま評価テストに供し
、残りは引き続き（５）に示す条件で電解クロメート処
理して表面に金属クロム換算で片面当り１０〜４０＋＋
＋ｇ／　ｒｄのクロメート皮膜層を形成した。

（３）鋼板抵抗加熱法（ぶりきりフロー処理装置使用）
（４）ガス加熱法（冷延鋼板焼鈍工程利用）（実施例２
） 実施例１に施いて鋼板の片面はＺｎメッキを省略しＮｉ
メッキのみとした実施例で、その他項目は実施例１と同
じ。

（比較例１） 実施例１に施いて鋼板両面共Ｎｉメッキ処理を省略し、
実施例１の（２）に示す条件で鋼板両面上に片面当り５
．０ｇ／ｍ２のＺｎメッキ処理を施した比較例であり、
実施例１の（３）に示す加熱処理を施す場合及び加熱処
理を省略した場合の２例について作製した。

（比較例２） 実施例１に於いて（３）及び（４）に示す加熱処理を省
略した比較例であり、その他項目は実施例１と同じ。

（比較例３） 通常の方法で表面清浄化した鋼板表面に直接、又は実施
例１の（１）に示す条件で１片面当り１．０ｇ／−のＮ
ｉメッキを施した後（６）に示す条件でＮｉ含有率が１
０〜２０％のＺｎ−Ｎｉ電気合金メッキを、片面当り５
．０ｇ／ｍ２被覆し、さらに実施例（１）に同じ電解ク
ロメート処理を施した鋼板 なお従来例として片面当りのＳｎメッキ量が７．８ｇ／
イの電気メッキぶりき（＃７５ＥＴと略記）を同時にテ
ストした。

以上本発明実施例比較例及び従来例を以下に示す（Ａ）
、（Ｂ）の評価テストに供し特性を比較した。

（Ａ）塩水噴霧テスト 探射錆性を調査するため、供試材をそのまま、及びエリ
クセン試験器で５ｍｍの張り出し加工を施して塩水噴霧
テストした。塩水噴霧テストは５％食塩水を３５℃で７
２時間スプレーした後の発錆状況を目視評価した。評価
基準はＯ赤錆、白錆発生無、０赤錆発生無又は白錆発生
小、Δ赤錆発生小又は白錆やや大、×赤錆発生中又は白
錆発生大、＊赤錆発生大とした。

（Ｂ）シーム溶接性テスト 各試片を同胴状に成形した後製缶用シーム溶接機を使用
して、缶胴接合部のラップ巾２．０ｍｍ、加圧力４５ｋ
ｇｔ、製缶速度３０ｍｐｍの条件で、溶接２次電流を変
化させることによって調査した。そして評価は溶接適性
電流範囲及び溶接部の外観、強度を総合的に判断し、次
の評価基準で判定した。◎良好な溶接性、０十分実用可
能、Δ実用的な溶接不可、Ｘ溶接不能。

以上テスト結果を第１表にまとめて示すが、本発明実施
例で、本発明限定範囲を満足する素材は優れた探射錆性
、溶接性を示すが、本発明実施例で限定範囲外のもの及
び比較例従来例はいずれかの特性に劣っている。

（発明の効果） 本発明は従来のＺｎメッキ鋼板等と比較して薄メッキで
あるにもかかわらず優れた探射錆性を有するため、良好
な溶接性等その他特性と合せて無塗装で表面処理鋼板を
使用する用途に安価は素材を供給することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の表層にＺｎ−Ｎｉ合金層、下層にＮｉ
層を残存させた場合の断面説明図、第２図は全量をＺｎ
−Ｎｉ合金層とした場合の断面説明図、第３図は本発明
法と比較例における錆発生面積率と全メッキ量との関係
を示す。 第１図 第２図 １：Ｎｉ層 ２：Ｚｎ−Ｎｉ合金層 ３：クロメート層 ４：鋼板 ：、ｉ　　３　　図 全メ、キ貢

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼板表面から順に、Ｎｉ及びＺｎをそれぞれ片面当り６
   ．０ｇ／ｍ＾２以下、４．０ｇ／ｍ＾２以下重層被覆し
   た後、２００℃以上の温度で加熱処理を施こすことで、
   少くともＮｉ及びＺｎの一部を合金化させＺｎ−Ｎｉ合
   金層を形成させたことを特徴とする耐錆性に優れた表面
   処理鋼板の製造方法。