JPH03287784A - プレス成形性、化成処理性、溶接性に優れた亜鉛系めっき鋼板 - 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、プレス成形性、化成処理性、溶接性に優れた
亜鉛系めっき鋼板に関するものである。

（従来の技術及び発明が解決しようとする課題）亜鉛め
っき鋼板のプレス成形性を向上させる方法としては、例
えば、特開昭６２−１８５８８３号公報記載の如く、め
っき鋼板表面に電解クロメート処理を施し、Ｃｒｘ（ｈ
の酸化物皮膜を生成せしめる方法や、特開昭６２−１９
２５９’７号公報記載の如く、鉄亜鉛合金めっきを施す
方法等の亜鉛系めっき鋼板上に硬い皮膜を形成し、プレ
ス時のめっきとダイスのかじりを防止してプレスの潤滑
性の向上をはかることが開示されている。

又、特開平１−１３６９５２号公報記載の如く、めっき
鋼板の表面に有機潤滑皮膜や潤滑油等の有機物を塗布ま
たは被覆し、プレス成形性を向上させることが開示され
ている。

しかしながら、このような製品は自動車ユーザー等の使
用において、以下のような不十分な点がある。

自動車ユーザーでの使用工程の概略は、鋼板を油で洗浄
する工程、プレス工程、脱脂工程、化成処理工程、塗装
工程からなっており、電解クロメート処理鋼板の場合は
、化成処理での化成処理皮膜が形成せず、また潤滑油や
潤滑皮膜などを塗布した鋼板の場合は、洗浄工程で油が
落ちるので十分な潤滑性能を発揮せず、さらには、化成
処理前の脱脂工程に負荷がかかりコストが高くなる。−
方、亜鉛系めっき鋼板に鉄亜鉛合金フラッシュめっきを
施したものは、電解クロメート処理に比較して鋼板のコ
ストが高くなるという問題点があり、低コストで、化成
処理が可能で、脱脂等の工程に負荷をかけず、プレス成
形性に優れる亜鉛系めっき鋼板の開発が望まれている。

又、溶接性向上については、従来特にその対策が講ぜら
れたことはなく、プレス成形性、化成処理性と相俟って
溶接性の向上も強く要求されているところである。

本発明はこのような要求を有利に解決し得る亜鉛系めっ
き網板を提供しようとするものである。

（発明が解決しようとする課題） 本発明の要旨とするところは、Ｚｎ酸化物３〜５００　
ｍｇ／　ｒｒＴ　（Ｚｎとして）　、Ｍｎ酸化物５〜５
００■／ボ（Ｍｎとして）、りん酸とＭｏ酸化物、Ｗ酸
化物、■酸化物の１種又は２種以上を１０００■／ボ以
下（Ｐ、Ｍｏ、Ｗ、Ｖとして）及びその他酸化物からな
る皮膜を表面に被覆してなるプレス成形性、化成処理性
、溶接性に優れた亜鉛系めっき鋼板にある。

本発明が対象とする亜鉛系めっき鋼板とは、例えば溶融
めっき法、電気めっき法、蒸着めっき法、溶射法などの
各種の製造方法によるものがあり、めっき組成としては
純Ｚｎの他、ＺｎとＦｅ、　ＺｎとＮｉ。

ＺｎとＡＪ、ＺｎとＭｎ、　ＺｎとＣｒ、　ＺｎとＴｉ
、　ＺｎとＭｇなどＺｎを主成分として、耐食性など諸
機能の向上のためＦｅ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、　ＡＩ、　Ｐ
ｂ、　Ｓｎ、　Ｓｂ、　Ｃｏ、　Ｔｉ、　Ｓｉ、　　Ｂ
。

Ｐ、Ｎ、Ｓ、Ｏ等の１種ないし２種以上の合金元素およ
び不純物元素を含み、また、Ｓ　１０　ｚ　＋　Ｎ　ｚ
　０３などのセラミックス微粒子、Ｔｉｅ、、　ＢａＣ
ｒＯ４などの酸化物、アクリル樹脂などの有機高分子を
めっき層中に分散させたものがあり、めっき層の厚み方
向で単一組成のもの、連続的あるいは層状に組成が変化
するものがあり、さらに多層めっき鋼板では、最上層に
、めっき組成としては純Ｚｎの他、ＺｎとＦｅ、　Ｚｎ
とＮｉ、　ＺｎとｊＶ、ＺｎとＭｎ、　ＺｎとＣｒ、　
ＺｎとＴｉ＋ＺｎとＭｇなどＺｎを主成分として、耐食
性などの諸機能の向上のため１種ないし２種以上の合金
元素および不純物元素を含み、また、５ｉＯｚ、　Ｎｚ
０３などのセラミックス微粒子、ＴｉＯ□、　ＢａＣｒ
Ｏ４などの酸化物、アクリル樹脂などの有機高分子をめ
っき層中に分散させたものがある。

例えば、溶融亜鉛めっき鋼板、蒸着亜鉛めっき鋼板、鉄
−亜鉛合金化溶融亜鉛めっき網板、亜鉛を主とするアル
ミニウム、鉄などの合金溶融亜鉛めっき鋼板、めっき層
断面方向で下層が合金化されている合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板（一般にハーフアロイと称する）、片面鉄−亜鉛
合金化溶融亜鉛めっき層、他面溶融亜鉛めっき層からな
るめっき鋼板、これらのめっき層上に電気めっき、蒸着
めっき等により亜鉛、または亜鉛を主成分とし、鉄、ニ
ッケルを含有する金属をめっきした鋼板、あるいは、電
気亜鉛めっき鋼板、亜鉛、ニッケル、クロム等合金電気
めっき鋼板等、更に単一合金層又は多層合金電気めっき
鋼板、亜鉛および亜鉛含有容態の蒸着めっき鋼板等があ
る。その他、５ｉＯｚ　、Ａ７ｚ（ｈなどのセラミック
ス微粒子、ＴｉＯ□酸化物微粒子及び有機高分子などを
亜鉛又は亜鉛合金めつき中に分散させた分散めっき鋼板
がある。

このような亜鉛系めっき鋼板表面に、前記の如く、Ｚｎ
酸化物、Ｍｎ酸化物、りん酸とＭｏ酸化物、Ｗ酸化物、
■酸化物の１種又は２種以上およびその他酸化物からな
る皮膜を被覆することによりプレス成形性、化成処理性
、溶接性を向上させようとするものである。

（作　用） 前記皮膜がかかる効果を奏する理由は以下の如くである
。

プレス成形に際しての潤滑性をめっき鋼板に付与するに
は、めっき鋼板表面に硬質の皮膜を形成する方法が有効
である。この点で電解クロメート処理、鉄亜鉛合金めっ
きは有効であるが、前者は化成処理皮膜が形成できず、
後者は処理量が多くコスト高になる。

これらの解決には、めっき鋼板表面の硬質皮膜としては
、酸化物皮膜であって、かつ化成処理液中で溶解し、化
成処理皮膜を形成できるとともに、皮膜成分が化成処理
液に溶は出しても化成処理に悪影響を与えないものであ
ることが必要である。

本発明者らは、このような観点から、亜鉛系めっき鋼板
表面にＭｎ酸化物皮膜を形成すれば良いことを見出した
。　Ｍｎ酸化物皮膜はクロメート皮膜と同様ガラス状の
皮膜となり、プレス時にめっきのダイスへのかじりを抑
制し、摺動性を良好とする。

さらに、化成処理液には溶解するためクロメート皮膜と
異なり、化成処理皮膜を形成することができ、また、化
成処理液に溶出しても悪影響はない。

Ｚｎ酸化物は、単独では湿式法でプレス摺動性改善皮膜
を形成し難いが、Ｍｎ酸化物との混晶状態ではプレス摺
動性を著しく向上できる。またＺｎ酸化物も化成処理皮
膜を形成することができ、化成処理液に溶出しても悪影
響はない。

Ｍｎ、　Ｚｎ、　　Ｐ系酸化物皮膜の構造は明確ではな
いが、Ｍｎ−０，Ｚｎ−０，Ｐ−０結合からなるネット
ワークが主体で、部分的に−ＯＨ，ＣＯ３、Ｐｏｔ基等
が結合されているが、さらにはめっきから供給される金
属が置換したアモルファス状の巨大分子構造であろうと
推定される。

また、この皮膜は酸化物皮膜のため、油による洗浄工程
や脱脂工程でも溶解しないので、潤滑性能が低下したり
、他の工程に負荷をかけたりすることがない。

この皮膜の密着性や成膜性を良好にするため、はう酸、
硫酸、硝酸、塩酸などの無機酸や、それらからなる塩を
添加することは効果的である。

さらに、この皮膜中には、処理浴中やめっきに含まれる
物質を不純物として含んでいてもよい。

これら不純物としてはＺｎ、　ｊＶ、　Ｃｒ、　Ｃｏ、
　Ｍｎ、　Ｐｂ。

Ｓｎ、　Ｃｕ、　Ｔｉ、　Ｓｉ、　　Ｂ、　　Ｎ、　　
Ｓ、　　Ｐ、　Ｃｊ、　　Ｋ、　Ｎａ。

Ｍｇ、　Ｃａ、　Ｂａ、　Ｉｎ、　　Ｃ，Ｆｅ、　　Ｖ
、　Ｗ、　Ｎｉなどがある。

次に、本発明の皮膜の皮膜量範囲について述べる。

この皮膜の皮膜量としては、プレス成形性を良好とする
には、Ｍｎ酸化物（Ｍｎとして）５１ｇ／ｎ（以上含有
すればよいが、Ｍｎ皮膜量が５００■／ボを越えると化
成処理皮膜の形成が不十分となる。

ゆえに、適正なＭｎ酸化物皮膜量は、Ｍｎとして５■／
ボ以上５００■／ポ以下である。

次にこの皮膜の密着性、成膜性等を向上させるため、り
ん酸とＭｏ酸化物、Ｗ酸化物、■酸化物のＩＷｉ又は２
種以上を１０００ｍｇ／ｒ４以下（Ｐ、Ｍｏ。

Ｗ、■として）混在させるものであるが、このようにす
ることによりＭｎ酸化物皮膜の構造が均一化し、成膜性
が向上して潤滑性を向上し、プレス成形性が一層向上す
るものと認められる。しかし１０００■／ｍｌ超になる
と化成処理性が劣化することがあり好ましくなく、下限
は存在していればよい。

又、Ｚｎ酸化物の混在により、溶接性が向上するもので
あるが、このような酸化物皮膜の生成量としては、酸化
物皮膜中のＺｎ量（片面当たり）として３〜５００ｍ１
ｇ／ｉｆとするものである。３■／ポ未満では効果がな
く、又５００■／イ超になると、電気抵抗が大となり、
チップが軟化変形を生じ昌くなり、チップ寿命が短命に
なるので好ましくない、即ち溶接等においては、その加
熱により、めっき金属が溶融状態となり、次いで銅板と
の合金化へと進行するが、先のめっき金属が溶融状態の
とき電極チップと直接接触すると、チップ組成の銅とめ
っき組成の亜鉛が選択的に反応し、硬く脆い銅−亜鉛合
金層を形成して、チップが損耗し、電極チップ寿命を短
命にすることになる。

この溶融状態のめっき金属は、前記めっき鋼板表面に生
成せしめた酸化物皮膜により、チ・ンプとの接触を断た
れ、めっき金属のチップとの直接接触による溶損等を防
止するとともに、さらに、溶融状態のめっき金属が鋼板
の鉄と合金化され、主として鉄−亜鉛合金となり、これ
が酸化物皮膜の亀裂部等を通して、あるいは酸化物皮膜
と一緒に電極チップ先端部へ付着し、堆積してチップの
保護金属膜となり、理由は明確ではないが、溶接を継続
しても保護膜の厚み、形状等には変化がなく、常時良好
な溶接ができ、かっ、チップの損傷も防止できる。ここ
で、電極保護金属とは、めっき金属と地鉄との合金を主
体とするもので、平均濃度として、Ｆｅ：２０〜６０％
、Ｚｎ：４０〜８０％程度の場合が多いが、一般にＦｅ
濃度の高い方が好ましく、特に、高濃度Ｚｎ部分が局部
的に存在するような場合は好ましくない。また、電極保
護金属はめっき金属の成分、Ｍｎ、　　Ｓなどの鋼板成
分、およびＣｕなどの電極チップの成分を含むことがあ
る。

また、この電極保護金属膜は、チップ先端形状を凸状に
保つ効果を有するので、チップが同程度に軟化損傷した
場合でも、低電流で溶接ができ、チップ保護膜をチップ
先端表面の５０％以上の面積に付着させると、電極チッ
プ寿命を大幅に延長することができる。すなわち、亜鉛
めっき表面に電極保護金属を付着させるＺｎＯを主体と
する酸化物皮膜を生成せしめ、溶接熱によりめっき金属
と鋼板との合金を上記酸化物皮膜を通して、あるいは、
酸化物皮膜と一緒に該電極保護金属を電極チップへ付着
させつつ溶接するものである。

Ｍｎ酸化物がＺｎ酸化物と複合して皮膜形成していても
、上記Ｚｎ酸化物と同様に溶接性改善効果が認められる
。　Ｍｎ−Ｚｎの複合酸化物の電気抵抗がそれほど大き
くならないことによるものと推察している。

りん酸およびＭｏ、　Ｗ、　　Ｖ酸化物等は本発明の組
成範囲内ならば溶接性に影響を及ぼさない。

かくして、ＭｎとＺｎの酸化物およびりん酸、Ｍｏ。

Ｗ、■酸化物等を主体とする皮膜を亜鉛系めっき鋼板上
に同時に形成させることにより、プレス成形性と溶接性
をともに向上でき、化成処理も可能となる。

このような酸化物皮膜の生成方法としては、例えば過マ
ンガン酸カリウム１〜７０　ｇ／ｉ！、硝酸亜鉛１００
〜８００ｇ／Ａ、りん酸１〜６０ｇ／！、Ｍｏ酸及びそ
の塩類、Ｗ酸及びその塩類、■酸及びその塩類をそれぞ
れ選択して用いるが、１〜６０ｇ／ｌで十分である。こ
の他エツチング剤としては例えば、硫酸、硝酸、過塩素
酸等の１種又は２種以上を添加することが有効である。

このような水溶液にめっき鋼板を浸漬するか、水溶液を
散布するか、又は水溶液中でめっき鋼板を陰極として電
解処理することにより確実に所望の酸化物皮膜を生成さ
せることができる。

このようにして酸化物皮膜を生成させると、酸化物皮膜
中へめっき層及びめっき層中の合金金属の一部等がその
他酸化物として混入する。

（実施例） 次に本発明の実施例を比較例と共に、第１表に示す。

注１）めっき鋼板の種類：ＡＳ：合金化溶融亜鉛めっき
鋼板（Ｆｅ：　１０％、ｊＶ：０．２５％、残Ｚｎ）　
。

ＥＧ：電気亜鉛めっき鋼板、ＧＩ：溶融亜鉛めっきａ板
（Ａｊ：０．３％、　Ｆｅ：　　０．８％、　Ｐｂ：　
　ｏ、　１％、残Ｚｎ）、ＨＡ：半合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板（Ｆｅ：　　５％、Ａｆ：Ｑ、３％、残Ｚｎ）　
、　ｔｌｉｊｌ板厚はいずれも０．８　ｗｍの普通鋼。

注２）プレス成形性（摩擦係数） サンプルサイズ：　１７ｍ＋Ｘ　３００ｗｍ、引張り速
度：　５００　ｍｍ／ｍｉｎ　、角ビード肩Ｒ：１．０
／３．０ｍｍ、摺動長：２００ｍｍ、塗油：ノックスラ
スト５３０Ｆ４０．Ｉｇ／ポの条件で、面圧を１００〜
６００ｋｇｆＯ間で数点試験を行い、弓き抜き加重を測
定し、面圧と引き抜き加重の傾きから摩擦係数を求めた
。

注３）化成処理性 化成処理液には５０５０００　（日本ペイント社製）を
用い、処方どうり脱脂、表面調整を行った後化成処理を
行った。化成処理皮膜の判定は、ＳＥＭ（２次電子線像
）により、均一に皮膜が形成されているものはＯ２部分
的に皮膜形成されているものはΔ、皮膜が形成されてい
ないものは×と判定した。

注４）製造条件は、過マンガン酸カリウム１〜７０　ｇ
＃、硝酸亜鉛１００〜８００ｇ／ｆ、りん酸１〜６０ｇ
／ｌとＭｏ酸、Ｗ酸、■酸の１種又は２種以上を１〜６
０　ｇ／ｌ、エツチング削として硫酸５ｇ／ｌからなる
水溶液中でめっき鋼板を陰極として電解処理（５〜ＩＯ
Ａ／ｄｍ”。

１．０〜１．５秒）して酸化物皮膜を生成させた。

注５）溶接条件 溶接条件は下記による。

１）加圧カニ２５０ｋｇｆ ２）初動加圧時間：４０Ｈｒ ３）通電時間：１２）１ｒ ４）保持時間：５Ｈｒ ５）溶接電流１１ｋＡ ６）　チップ先端径：５．０φ（円錐台頭型）７）電極
寿命終点判定：溶接電流の８５％でのナゲツト径が３．
６　ｗｎを確保できる打点数８）電極材質：　Ｃｕ−Ｃ
ｒ　　（一般に用いられているもの） 溶接は、めっき鋼板の片面を上、他面を下として、２枚
重ね合わせて連続打点数をとった。

注６）　酸化物の測定はＧＤＳ　（グロー放電分光法人
ＩＣＡＰ（イオンプラズマ発光分析法）により行った。

（発明の効果） 本発明によれば、プレス成形においては摺動性を冷延鋼
板並以上に向上し、かつ化成処理皮膜も形成可能とする
ことができ、又溶接性をも向上することができる。これ
によって、従来より低コストで、またユーザーの工程に
おける負荷を低減でき、生産性を向上させることができ
るなどの優れた効果が奏せられる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｚｎ酸化物３〜５００ｍｇ／ｍ＾２（Ｚｎとして）、
   Ｍｎ酸化物５〜５００ｍｇ／ｍ＾２（Ｍｎとして）、り
   ん酸とＭｏ酸化物、Ｗ酸化物、Ｖ酸化物の１種又は２種
   以上を１０００ｍｇ／ｍ＾２以下（Ｐ，Ｍｏ，Ｗ，Ｖと
   して）及びその他酸化物からなる皮膜を表面に被覆して
   なるプレス成形性、化成処理性、溶接性に優れた亜鉛系
   めっき鋼板。