JPH04155000A - スポット溶接性に優れた亜鉛―マンガン合金めっき鋼板 - 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、スポット溶接性に優れた亜鉛−マンガン合金
めっき鋼板に関する。

〔従来の技術〕

亜鉛めっき鋼板の溶接性を向−１，−さぜる方法どして
、例えば特開昭６２−２１５２１１号公報には、めっき
鋼板表面に電極保護金属をイリ着させる媒体皮膜を被覆
せしめ、スポット溶接における電極チップの寿命を大幅
に延長しうろことが開示されている。

また特開平２−１１９８３号公報には、めっき鋼板の表
面にＺｎＯを主体とする酸化膜を３０〜３０００　ｍｇ
／ｍ２生成させ、同様に溶接性を向上させることが開示
されている。

〔発明が解決しようどする課題〕

ところで上記それぞれの技術は、電極チップ寿命の改善
は得られるものの、溶接可能な溶接電流範囲の拡大に関
しては必ずしも要求に応え得るものではない。

本発明は上記課題に鑑み、電極チップ寿命の改善と、溶
接電流範囲の拡大に対する要求を有利に解決するスポッ
ト溶接性に優れた亜鉛−マンガン合金めっき鋼板を提供
する。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決する本発明は、 （１）電気亜鉛−マンガン合金めつきと、鉄より融点の
低い元素ｏ、ｏｏ５ｏ〜５％未満からなるスポット溶接
性に優れた亜鉛−マンガン合金めっき鋼板（２）　上記
（１）項において、鉄より融点の低い元素として、Ａ　
ｅ　、Ｎｉ、Ｐ、Ｃｅ、Ｓの１種または２種以」二を０
．００５０〜５％未満としたスポット溶接性に優れた亜
鉛−マンガン合金めっき鋼板 （３）めっき層上層に２１１０を主体とする酸化膜を片
面あたり３０〜３０００ｍｇ／ｍ２生成せしめた上記（
１）または（２）項に記載のスポット溶接性に優れた亜
鉛−マンガン合金めっき鋼板 である。

〔作　用〕

以下本発明を作用と共に詳細に説明する。

本発明の対象とする亜鉛めっき鋼板は、電気めっき法、
蒸着めっき法、溶射法など溶融めつき法を除く各種の製
造方法によるものがあり、めっき組成としては、Ｚｎ中
に１・Ｉｎを５〜９５Ｗｔ％含有したもので、耐蝕性、
密着性などの諸機能の向上のために、１種ないし２種以
」二の合金元素および不可避不純物元素を含み、またＳ
ｉＯ２，Ａ　（１２０２などのセラミックス微粒子、　
Ｔｉ０ｚなどの酸化物、有機高分子をめっき層に分散さ
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
らに複層めつき鋼板では、最上層あるいは中間層、最下
層として、ＦｅやＮｉを主成分としてＺｎやＰなどの各
種元素を含むものがある。

例えば電気亜鉛−マンガン合金め一ンき鋼板など、さら
にこれらの単一めっき層また（Ｊ複数のめっき層、およ
びこれらのめっき層上に有機皮膜を被覆しためっき鋼板
、亜鉛および亜鉛含有金属の蒸着めっき鋼板がある。

その他５ｉＯｚ　、Ａ　ｌ　２０．などのセラミックス
微粒子。

Ｔｉｅｚ酸化物微粒子および高分子などを亜鉛合金めっ
き層中に分散させた分散めっき鋼板がある。

ＺｎＯを主体とする酸化膜とは、酸化物中にＺｎＯのほ
か例えばめっき層中に含有する成分元素、またはそれら
の酸化物などの化合物等を含有してもよい。また電気化
学的な方法で酸化膜を形成する場合においては、処理液
が含有する成分、あるいは化合物を含んでもよい。

めっき層とＡ　ｅ、Ｎｉ、Ｐ、Ｃｅ、Ｓの１種または２
種以上とからなることによる電極チップ寿命の改善およ
び適性溶接電流範囲が拡大する、すなわち溶接性が向上
する理由について以下述べる。

本発明者らは、電気亜鉛−マンガン合金めっき鋼板のめ
っきと、Ｆｅより融点の低い元素として例えばＡ　Ｉ　
、Ｎｉ、Ｐ、Ｃｅ、Ｓの１種または２種以上からなるこ
と、またはそのめっき層表面にＺｎＯを主体とする酸化
膜を形成させることにより、−層スポット溶接における
電極チップ寿命の大幅な延長と、溶接可能な電流範囲の
大幅な拡大を可能とすることが出来ることを見出した。

ずなわら本発明においては、上記のごとき低融点成分か
らなるめつき層の表面に、ＺｎＯを主体とする酸化膜を
被覆ぜしめてスポット溶接をすることにより、その溶接
熱によって先ずめっき金属が溶融状態となるが、このめ
っき金属が電極チップに直接接触すると、電極チップ組
成の銅とめっき組成の亜鉛が選択的に反応し、低融点の
銅−亜鉛合金層を形成して電極チップが損耗し、寿命を
短くすることになる。

この溶融状態のめっき金属は、上記めっき鋼板の表面に
被覆せしめたＺｎＯ皮膜により電極チップとの接触を断
たれ、めっき金属の電極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て主として鉄−亜鉛合金となり、
これがＺｎＯ皮膜の亀裂部を通して、或いはＺｎＯ皮膜
と一緒に電極チップ先端部へ移行し堆積して電極チップ
の保護膜、すなわち電極保護金属となり、溶接を継続し
ても保護膜の厚み、形状には大きな変化がなく、常時良
好な溶接ができる。

この保護皮膜は、電極チップ先端形状を凸型に保つ効果
をもち、電極チップが軟化損傷する過程において低電流
で溶接ができ、電極チップ寿命を延長することができる
。

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：　２０〜６
０’）（ｉ　、　Ｚｎ：　’↓０〜８０％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、Ｏｒなどのめっき鋼板の化成処理など表
面処理生成物の成分、およびＣｕなどの電極チップの成
分を含むことがある。

すなわち電極チップ先端部に、Ｆｅ、　Ｚｎを主成分と
する電極保護金属を生成させるＺｎＯ皮膜をめっき層表
面に被覆せしめ、溶接熱によりめっき金属と鋼板との合
金を上記ＺｎＯ皮膜を通じて、あるいは皮膜と一緒に電
極チップ上に生成させつつ溶接するものである。従っで
、電極チップとめっき層Ｚｎ成分との反応抑制、電極保
護金属の生成促進。

および電極チップ上への１１１着性の促進が電極チップ
寿命改善の程度に大きく影響を与えることになる。

電極保護金属の生成は、溶融めっき金属中への地鉄のＦ
ｅ拡散によるが、これはめっき金属成分により大きく異
なる。Ｆｅより融点の高い成分がめつき金属とともに存
在する場合、電極保護金属の生成は容易ではない。

一方Ｆｅより融点の低い成る種の成分がめつき金属と共
存する場合、電極保護金属の生成は容易となることを見
出した。また電極保護金属が生成される過程で、電極保
護金属成分のＦｅ濃度が高くなり、融点を高め、電極保
護金属の粘性を大きく低下させるため、電極保護金属の
電極チップへの移行が抑制される。このような場合にお
いても、めっきとＦｅより融点の低い成分が存在するこ
とにより、Ｆｅ　−Ｚｎ合金からなる電極保護金属の粘
性を大きく下げることが可能となり、電極保護金属の電
極チップへの移行が容易となる。

さらに電極保護金属の粘性の改善は、電極チップと被溶
接材との溶着現象を避けるうえで有効となり、溶接可能
な電流範囲の拡大を可能とすることを見出した。

このようにしてＦｅより低融点の成分がめつき層と共存
する亜鉛−マンガンめっき鋼板において、そのめっき層
表面にＺｎＯ皮膜を生成せしめることにより、溶接ＩＩ
）能な電流範囲の拡大と電極チップ寿命の大幅な拡大が
可能となる。

また、Ｆｅより低融点の成分をもつめっきにおいて、Ｚ
ｎＯ皮膜が存在しない場合もＺｎＯによる電極チップど
めっき層Ｚｎ成分との反応が抑制されないが、電極保護
金属の粘性の改善による効果として、溶接可能な電流範
囲の拡大と電極チップ寿命の拡大が可能となる。

すなわちＦｅより低融点の成分をもつめっき鋼板は、溶
接可能な電流範囲の拡大と、電極チップ寿命の拡大を可
能とｒるが、この効果をより高めるためには、めっき層
表面に酸化膜を付与することが有効であることを示す。

このような酸化膜の生成量としては、酸化膜中の片面あ
たりＺｎＯＪｉｌとして、３０〜３０００ｍｇ／ｍ２が
適正であり、３０　ｍｇ／ｍ２未満では効果が十分でな
く、また３０００ｍｇ／ｍ２超になると電気抵抗が大と
なり、電極が軟化変形を生じ易くなり、電極寿命が短く
なり好ましくない。

なおＺｎＯを主体とする酸化膜は、めっぎ鋼板が空気接
触することによって極く僅かに生成するが、このような
酸化膜量では測定も困難なほど少量であり、従って」−
記の作用効果は全く得られず、本発明のごとく意図的に
生成せしめていないので、実質的に酸化膜生成はないと
いう前提である。

また低融点成分としては、Ａ　ｅ、Ｎｕ、Ｐ、Ｃｅ、Ｓ
などがあり、これら成分が１種または２種以上を０．０
０５０〜５％未満の範囲で共存さぜることがｆｉ効とな
る。この値が０．００５０％以下では、電極保護金属の
粘性改善の効果が小さく、実用的な効果が得られない。

−刃金有量が５０６を超えると、電極保護金属の粘性が
逆に大きくなることから、電極保護金属形成による電極
寿命の改善、および適正溶接電流範囲の拡大効果が消滅
するため好ましくない。

第１図は、電気亜鉛−マンガン（１４ｎ：　１５ｗｔ％
）合金めっき層中に、Ｎｉを含有させた場合の適止溶接
電流範囲の拡大に与えるＮｉ含有量の影響を示した図面
である。ここでは １）板厚ＣＬＢｍｍ−二枚重溶接 二枚型溶接鉛−一マンガン金めっき鋼板。

めっき付着量：１１５ρ１５　ｇ／ｍ２３）適正溶接電
流範囲・− 溶着電流（工Ｓ）−ナゲツト形成最小電流値（Ｉｍｉｎ
）としている。

上記の説明および図面からも判るように、電極チップ寿
命の改善は勿論のこと、適正なＮｉ１ｌにおいて、適正
溶接電流範囲の大幅な拡大が可能となる。

しかして前記した低融点元素と亜鉛−マンガンめっき層
とからならしめる方法として、通常の電気めっき洛中に
添加してめっきし、亜鉛−マンガンめっき層中へ含有さ
せる方法、あるいは低融点成分のみを通常の電気亜鉛−
マンガンめっきの前または後工程でめっき［７、（”Ｊ
”−ｊするいずれの方法でもよい。

酸化膜の生成方法としては、めっき後アルカリまたは酸
性溶液中に浸漬酸化する方法、その他アルカリ、中性ま
たは酸性溶液中で電気化学的に酸化する方法なども有効
な手段となる。

〔実　施　例〕

つぎに本発明の実施例を比較例とともに第１表に挙げる
。

なお第１表における諸条件は次の通りである。

注１＝めっき鋼板の内容 １）全て電気亜鉛−マンガン合金の両面めっき鋼板。、 ２）鋼板厚さはいずれも０．８ｍｍの普通鋼板。

３）実施例３と比較例３は、Ｚｎ−Ｍｎめっきを下層と
し、Ｆｅを８５ｗｆ、％含有したＺｎ−Ｆｅめっきを、
３　ｇ／ｍ２上層めっきした二層型の電気亜鉛めっき鋼
板。

ｑ）実施例５は蒸着亜鉛−マンガン合金めっき鋼板の場
合である。

注２＝ 酸化膜生成処理方法は、めっき後Ｚｎ（ＮＯ３）。

・６Ｈ２０水溶液に浸漬する方法で行った。処理口 浴＜７）１１　度Ｇｅｔ、Ｚｎ（ＮＯｘ）ｚ・６Ｈ２０
：６００ｇ／　ｌ　、　ＨＮＯ３：０．５　ｍｌ！／　
Ｉ！、浴温は５０℃とし、酸゛化膜量を処理時間０〜１
０秒で制御した。

注３：酸化物中のＺｎＯ測定 めっき層表面をＧＤ３分析（グロー放電発光分析法）し
て得た［０］強度から換算して求めたＺｎＯＪｌ、　Ｚ
ｎＯの換算は、ＺｎＯ厚さの異なる標準試料から求めた
ＧＤＳの［０］強度とＺｎＯ厚さとの関係から推定する
方法を用いた。

注４：溶接条件 溶接条件は下記による。

１）加圧力　　　：　２５０　Ｋｇｆ ２）初期加圧時間：　１１０　Ｈｚ ３）通電時間　　：　１２　Ｈｚ ４）保持時間　　：５１１ｚ ５）板組合わせ　：二枚重ね溶接 ６）電極チップ寿命テスト溶接電流、１ＩＫＡ７）チ・
シブ先端径：５．０φ（円錐台頭型）８）適正溶接電流
範囲の評価　＝工ｓ　−ｌｍ１ｎ■Ｓ：電極チップが溶
着する溶接ｍ流 Ｉｍｉｎ　：ナゲット径が３．６φとなる溶接電流９）
電極寿命終点判定： 溶接電流の８５％でのナゲツト径が３．６ｍｍを確保で
きる打点数 １０）電極材質：Ｃｕ−Ｃｒ（一般に用いられている材
質の電極） 電極寿命溶接は、めっき鋼板の片面を上とし、他面を下
として２枚重ね合わせて１点／２秒の速度で２０点連続
溶接、３０秒休止の繰り返しとした。

本実施例から明らかなように、本発明の合金めっき鋼板
では、電極り命打点数は９０００回以上と、従来に比較
して飛躍的に増加している。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく本発明の合金めっき鋼板はスポット
溶接性に優れ、その連続打点数を増加させ得るので、従
ってそれだけ電極チップを取り替えることなく長時間の
溶接が可能となり、電極の耐久性を向上させることがで
きる。さらに適正溶接電流の範囲ら従来材と同等のレベ
ルが維持され、溶接性も良好であるなど、溶接部の品質
の確保ならびに溶接作業の生産性の向上に優れた効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は電気亜鉛−マンガン合金めっき層中にＮｉを含
有させた場合の適正溶接電流範囲とＮｉ含有量との関係
を示した図面である。 代理人　弁理士　秋　沢　政　光 他　１名 ！　６

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電気亜鉛−マンガン合金めっきと、鉄より融点の
   低い元素０．００５０〜５％未満からなるスポット溶接
   性に優れた亜鉛−マンガン合金めっき鋼板。
2. （２）鉄より融点の低い元素としてＡｌ、Ｎｉ、Ｐ、Ｃ
   ｅ、Ｓの１種または２種以上を０．００５０〜５％未満
   とした請求項（１）記載のスポット溶接性に優れた亜鉛
   −マンガン合金めっき鋼板。
3. （３）めっき層上層にＺｎＯを主体とする酸化膜を片面
   あたり３０〜３０００ｍｇ／ｍ＾２生成せしめた請求項
   （１）または（２）記載のスポット溶接性に優れた亜鉛
   −マンガン合金めっき鋼板。