JPH0328394A - 自動車用鋼材 - 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、塗装密着性及び耐食性に優れた自動車用鋼材
に関する。

〔従来の技術］ 自動車用鋼板や自動車用部品等の材料として、普通鋼に
亜鉛めっきしたもの（以下、これを亜鉛めっき鋼板で総
称する）が従来から使用されていた． 鋼板表面に形成された亜鉛めっき層は、塗装密着性を確
保すると共に、鋼板の耐食性を向上させるものである．
しかし、自動車部品等の組立てに当たり亜鉛めっき鋼板
をスポット溶接するとき、めっき層の亜鉛とスポット溶
接用電極の銅とが合金化し易い。この合金化によって電
極中の銅が侵食され、スポット溶接用電極の寿命が短く
なる。

その結果、スポット溶接用電極を頻繁に取り替える必要
が生じ、組立て作業のコストを上昇させる原因となる。

この問題を解消するため、Ｚｎ−Ｆｅ，Ｚｎ−Ｎｉ，Ｚ
ｎ−Ｇｏ合金等の亜鉛合金をめっきする方法が採用され
るようになった。これら亜鉛合金のめっき層は、亜鉛単
独のめっき層に比較して、銅と亜鉛との合金化反応が合
金成分によって抑えられ、スポット溶接用電極の銅を侵
食することが少なく、溶接作業性を向上させることがで
きる。

また、亜鉛合金のめっき層は、亜鉛単独に比較して優れ
た耐食性を示す。その結果、めっき目付量を少なくする
ことができ、めっき鋼板の製造コストが低減される． これらの理由により、現在では、自動車用ｍ板や自動車
用部品等の材料として、普通鋼に亜鉛合金をめっきした
鋼板、すなわち亜鉛合金めっき鋼板が主として使用され
るようになってきている．〔発明が解決しようとする課
題〕 しかしながら、この亜鉛合金めっき鋼板といえども、使
用環境によっては材料の耐食性が十分でない。たとえば
、鋼板によっては、赤錆が流れ、見栄えを損なう．また
，過酷な腐食環境に晒された場合、鋼板に孔が開き、部
材の機能を果たし得なくなるという問題がある． この欠点を克服して自動車用鋼板，自動車用部材等とし
ての耐食性を確保するためには、めっき目付量の増加が
要求される．たとえば、自動車用鋼板，自動車用部材等
に使用される鋼板の亜鉛又は亜鉛合金の目付量は、当初
２０ｇ／ｍ”程度であったものが、上述した問題のため
４５ｇ／ｍ”となり、更に現在では目付量６０ｇ／ｍ”
に増量している。

しかし、目付量６０ｇ／ｍ”のめっき鋼板であっても、
融雪剤が銘面に散布される寒冷地等の腐食環境の厳しい
条件下で使用される場合には、耐食性が十分であるとは
いえない。また、亜鉛及び亜鉛合金のめつき目付量を増
やすことは、製造コストを上昇させる原因ともなる。

そこで、本発明は、このような問題を解消すべく、めっ
きされる下地である基材に関する研究の結果完成された
ものであり、めっき目付量を格別に増やす必要なく、自
動車用鋼材の塗装密着性及び耐食性を改善することを目
的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の自動車用鋼材は、その目的を達成するため、基
材としてＣｒ６．０〜１３．０重量％を含有する鉄基合
金鋼を使用し、この表面に亜鉛又は亜鉛合金のめっき層
を形威したものである。

亜鉛又は亜鉛合金のめっき層は、電気めっき或いは溶融
めっきの何れの方法でも形成することができる．しかし
、耐食性に優れた鉄基合金鋼を基材として使用している
ため、めっき目付量を軽減することができる。すなわち
、２０ｇ／ｍ’以下の少ないめっき目付量でも十分な耐
食性を示すことから、電気めっき法が有利である． なお、めっき層を形成する亜鉛合金としては、Ｚｎ−Ｆ
ｅ，Ｚｎ−Ｎｉ，Ｚｎ−Ｃｏ合金等がある。また、本願
明細書でいう自動車用鋼材とは、車体に代表される鋼板
，各種部品に使用される鋼材を包含する意味で使用して
いる． 〔作用１ 本発明においては、めっき層の下地となる基材として、
Ｃｒ６．０〜１３．０重量％を含有する鉄基合金鋼を使
用している．この基材に含まれているＣｒによって、鋼
の耐食性が向上するばかりでなく、亜鉛又は亜鉛合金の
めっき層による防食作用も優れたものとなる．そのため
、めっき目付量を軽減することができ、製造コストの面
からも有利なものとなる． Ｃｒ含有による耐食性の向上は、基材である合金鋼のＣ
ｒ含有量が高いほど優れたものとなる．しかし、鋼中の
Ｃｒ濃度が１３６０重量％を超えると、製造コストが高
くなり、しかもめっき層の基材に対する密着性が劣化す
る。また、自動車用鋼板，自動車用部材等として使用す
る場合に、所定形状に加工・成型することが必要とされ
るが、Ｃｒ濃度の上昇に伴い加工・成型も困難になる。

この点から、自動車用鋼板，自動車用部材等として十分
な耐食性が得られる範囲で、Ｃｒ含有量の上限を１３．
０重量％と定めた。

一方、鋼中のＣｒ濃度が６．０重量％よりも低い場合、
亜鉛又は亜鉛合金のめっきを行った後の耐食性は、通常
の亜鉛めっき鋼板或いは亜鉛合金めっき鋼板と大差なく
、鋼中にＣｒを含有させることによって得られる特性が
発揮されない。この点から、Ｃｒ含有量の下限を６．０
重量％に定めた． また、亜鉛又は亜鉛合金のめっきを、めっき目付量２０
ｇ／ｍ”以下で行う． 一般的には、Ｃｒを含有している鋼材をめっきの下地と
して使用すると、不動態皮膜が鋼材の表面に生じている
ため、めっき層の密着性を確保することは困難であると
考えられている。しかし、６．０〜１３．０重量％程度
のＣｒ含有量では、めっきに先立って行われる通常の脱
脂、酸洗等の前処理によって、亜鉛又は亜鉛合金めっき
層の密着性を十分に確保することができる． この亜鉛又は亜鉛合金のめっき層は、通常の塗料を使用
した塗装や電着塗装を行ったときに、優れた塗装密着性
を呈する。

亜鉛或いは亜鉛合金をめっきした鋼板においては、亜鉛
の犠牲溶解によって鋼板の腐食が抑制され、所与の耐食
性が得られるものである。そのため、亜鉛或いは亜鉛合
金が溶解した後では、下地の金属鉄が露出し、短期間に
下地鋼が腐食して、赤錆を発生する。

そこで、本発明者等は、Ｃｒ含有鉄基合金鋼に亜鉛めっ
きを行った場合の鋼板の腐食に関する検討を重ねた結果
、亜鉛の犠牲溶解による犠牲防食作用に加えて、亜鉛の
腐食生成物による腐食抑制作用が働いていることを見出
した．この亜鉛の腐食生成物による腐食抑制は，ｔｒ４
板表面に付着した亜鉛の腐食生成物が腐食過程における
陰極反応である酸素還元反応を抑制すること、亜鉛の腐
食生成物の解離に起因したｐＨ緩衝等によって得られる
ものと推察される． これらの作用は、Ｃｒ含有鉄基合金鋼を自動車用鋼板，
自動車用部材等として使用する場合に特に有効である．
すなわち、陰極反応の抑制作用とｐＨ緩衝作用によって
、基材であるＣｒ含有鉄基合金鋼が腐食性の環境に晒さ
れないため、基材の腐食が進行することがない． これに対し、亜鉛めっき鋼板或いは亜鉛合金めっき鋼板
の場合には、亜鉛の腐食生成物による陰極反応の抑制作
用及びｐＨ緩衝作用があったとしても僅かなものであり
、下地鋼である普通鋼は腐食を起こす璋墳に容易に晒さ
れる． また、自動車用鋼板，自動車用部材等としての鋼材は、
一般的に塗装した状態で使用される。この場合、本発明
の鋼材では、亜鉛の腐食生成物が塗膜とめっき層との間
に残存し、容易に流出することかない。そのため、上述
した亜鉛の腐食生成物による腐食抑制作用は一層顕著な
ものとなる。

〔実施例〕

以下、実施例により、本発明を具体的に説明する。

一実施例１一 Ｃｒ含有量を変化させた各種の鉄基合金鋼を使用し、電
気亜鉛めっきをした後の耐食性を調査した。なお、本実
施例においては、亜鉛のめっき目付量を２　０　ｇ／ｍ
”の一定値に維持した．腐食試験は、ＪＩＳ　　２２３
７１に規定されている塩水噴霧試験により行った。そし
て、赤錆の発生量が面積率で５０％になるまでの塩水噴
露時間を測定した。

第１図は、このようにして得られた赤錆発生傾向とＣｒ
含有量との関係を示すグラフである．なお、腐食試験に
使用した鉄基合金鋼の成分・組成を第１表に示す． 第１図から明らかなように、下地である鉄基合金鋼のＣ
ｒ含有量が高いほど、赤錆の発生が少なくなっている．
また、赤錆発生面積率５０％を示す試験時間は．Ｃｒ含
有量６重量％を境として急激に長くなっていることが判
かる．このように、鉄基合金鋼に亜鉛めっきを行うこと
によって、従来の亜鉛めっき鋼板よりも格段に優れた耐
食性が得られる． 第１表　使用した合金鋼の成分・組成（重量％）一実施
例２一 第２図は、実施例１で使用した合金鋼と同じ成分・組成
の合金鋼を用いて、塩乾湿複合サイクル試験を行った結
果を示す。なお、塩乾湿複合サイクル試験は、３．５％
ＮａＣＩ２の塩水を３５℃で１５分間試験片に噴霧する
工程、相対湿度２０〜３０％の乾燥雰囲気に１時間保持
する乾燥工程、次いで５０℃で相対湿度９０〜９５％の
湿潤雰囲気に３時間保持する湿潤工程を１サイクルとし
て繰り返す試験である。また、亜鉛のめっき目付量は、
実施例１と同様に２０ｇ／ｍ”の一定値に保った。

腐食試験の評価は、実施例１と同様に赤錆発生面積率５
０％で判定し、それまでに至るサイクル数で表した．結
果を、第２図に示す。

第２図から明らかなように、下地のＣｒ含有量が高くな
るほど、赤錆の発生が少なくなり、赤錆発生面積率５０
％を示す試験サイクル数はＣｒ含有量６重量％を境とし
て急激に増加していることが判かる。

参考のために、亜鉛めっき鋼板において亜鉛のめっき目
付量を変化させ、同様に塩乾湿複合サイクル試験を行っ
た。そして、赤錆発生面積率５０％を示す試験サイクル
数をカウントし、その結果を第３図に示す。第３図から
、亜鉛のめつき目付量が増加するほど，耐食性が向上し
ていることが判かる。

ここで、第２図と第３図とを比較すると、めっき目付量
４０ｇ／ｍ”及び８０ｇ／ｍ”の亜鉛めっき鋼板に相当
する耐食性を、めっき目付量２０ｇ／ｍ”で鉄基合金鋼
に亜鉛めっきしたもので得ようとすれば，それぞれ下地
鋼のＣｒ含有量を７％及び９％にすれば良いことが判か
る。このように、本発明によるとき、めっき下地鋼とし
ての基材の耐食性を向上することによって、亜鉛の目付
量が軽減され、製造コストの面から有利なちのとなる． 一実施例３一 第２表は、亜鉛合金をめっきした鉄基合金鋼に対して塩
乾湿複合サイクル試験を行い、２０サイクル目の赤錆発
生面積率を測定した結果を表したものである．なお、め
っき目付量は、何れの試験片においても約Ｌｏｇ／ｍ”
とした。この試験においては、約１０サイクル目で金属
亜鉛は消失しており、亜鉛の腐食生成物のみが鋼板の表
面に付着していた。

第２表　赤錆発生率とＣｒ含有量との関係第２表から明
らかなように、Ｃｒを６重量％未満含有する鉄基合金鋼
では、腐食が激しく進行している。これに対し、６重量
％以上のＣｒを含有する鉄基合金鋼にあっては、Ｃｒ含
有量の増加と共に耐食性が向上している。

また、基材が６重量％未満のＣｒを含有する鉄基合金鋼
では、金属亜鉛が消失すると同時に、亜鉛による防食作
用が無くなり、直ちに赤錆が発生した。これに対し、６
重量％以上のＣｒを含有する鉄基合金鋼では、金属亜鉛
が消失しても、鋼板の腐食は依然として抑制されている
。これは、亜鉛の腐食生成物が鋼板の表面に付着・残存
していることに起因するものと考えられる。

一実施例４− 第３表は、実施例１〜３で使用したものと同じ鉄基合金
鋼に亜鉛めっきを施した後、電着塗装を行い、塩水噴霧
試験２００時間が経過したときの耐食性を調査した結果
を表したものである。耐食性の評価は、疵部及び切断端
面の腐食状況によって判定した． 第３表から明らかなように、Ｃｒを６重量％以上含有す
る鉄基合金鋼に亜鉛めっきした材料では、疵部及び切断
端面からの腐食は、白錆流れのみが観察された。この白
錆は、亜鉛めっき層の腐食によるものであり、下地鋼の
腐食によるものではない。他方、６重量％未滴のＣｒを
含有する鉄基合金鋼では、白鎮流れと共に赤錆も観察さ
れており、下地鋼が腐食されたことを示している．碁盤
目テープを使用して塗装の剥離を行った塗膜密着性試験
の結果を示す．第４表に示されているように、電着塗装
後の塗膜密着性は亜鉛めっきによって向上している． 第４表　電着塗装後の塗膜密着性 このように、本発明の鋼材は、亜鉛めっき後に塗装を行
った場合においても、非塗装材と同様に優れた耐食性を
呈している． また、第４表は、電着塗装した鋼板に対して、なお、以
上の例においては、めっき下地となる基材として、Ｃｒ
を含有する鉄基合金鋼を使用した．しかし、Ｃｒの外に
Ｎｉ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｔｉ等を添加するとき、更に耐食性
の向上が図れる．或いは、これらの添加元素を、Ｃｒに
代えて合金化した鋼材を使用することも出来る． また、自動車用鋼板，自動車用部材等として使用する場
合、スポット溶接等の電気抵抗溶接を必要とする箇所に
亜鉛合金めっきを施した鋼材を使用して、亜鉛と銅との
合金化反応を抑制し、それ以外の箇所に亜鉛めっきを施
した鋼材を使用することも出来る。

［発明の効果］ 以上に説明したように、本発明においては、めっき下地
の基材として耐食性の良好なＣｒ６．０〜１３．０重量
％を含有する鉄基合金鋼を使用することにより、亜鉛又
は亜鉛合金のめっき目付量を少なくしても、十分な耐食
性を呈する鋼材が得られる。そのため、製造コストを低
減することができ、安価な自動車用鋼板，自動車用部材
等として使用される鋼材を提供することが可能となる．
また、自動車用鋼板，自動車用部材等の用途の外にも、
従来亜鉛めっき鋼板が使用されている分野で使用するこ
とができる．また、過酷な腐食環境にさらされるような
用途においても、たとえば亜鉛のめっき目付量を増やし
たり、或いはＣｒ含有量の高い鉄基合金鋼を基材として
使用することによって、使用目的に対応した十分な耐食
性を持つ鋼材となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は赤錆発生の抑制に与えるＣｒ含有量の影響を塩
水噴霧試験で測定した結果を表したグラフ、第２図は同
じく塩乾湿複合サイクル試験で測定した結果を表したグ
ラフ、第３図は亜鉛のめっき目付量と赤錆発生状況との
関係を塩乾湿複合サイクル試験で調べた結果を表したグ
ラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｒ６．０〜１３．０重量％を含有する鉄基合金
   鋼製の基材と、該基材の表面に形成された亜鉛又は亜鉛
   合金のめっき層からなることを特徴とする塗装密着性及
   び耐食性に優れた自動車用鋼材。
2. （２）請求項１記載の亜鉛又は亜鉛合金のめっき層が電
   気めっき法により形成されたものであり、且つめっき目
   付量が２０ｇ／ｍ＾２以下であることを特徴とする自動
   車用鋼材。