JPS6083786A - 溶接性にすぐれた電気亜鉛メツキ鋼板の製造方法 - 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〕 本発明は溶接性にすぐれた電気亜鉛メッキ鋼板の製造法
に関するものである。

〔従来技術〕

近年、自動車の耐久性が北米等で法制化されると共にプ
レス加工用の亜鉛メッキ鋼板の需要が大きくなりつつあ
る。亜鉛メッキ鋼板は従来から建材用に使用されてきた
が、プレス成形を行なって自動車部品に使用するには１
）材質（加工性）に優れている、ＩＩ）メッキ密着性に
すぐれている、１１１）点溶接性に優れている、ことが
必要である。

亜鉛メッキ鋼板は冷延鋼板に比べ溶接性が劣るが、目付
量が少ないほど溶接性が向上する方向にある。そのため
薄メッキの容易な電気メツキ鋼板が多用される傾向にあ
る。しかし電気メツキ法ではメッキ層表面が活性なため
溶接性に不利であり、溶接性向上が望まれている。電気
メツキ分野では通常の亜鉛メッキ以外に、塗装密着性、
塗装耐食性の向上を目的として例えば、特公昭５８−３
６０７０号のごとく、Ｚｎ−Ｆｅ　、　Ｚｎ　Ｎｉ　、
　Ｚｎ　Ｃｏ　Ｍｏ系などの合金メッキ製品およびこれ
らの２層メッキ製品の開発も行なわれているが溶接性の
面で未だ充分な性能が確保されていないため、一層の溶
接性向上が望才れている。更に、最近は生産性向上を目
的として高電流密度（６０Ａ／ｄｔ／以上）で高速。

高効率の電気メッキを行なうことが一般化している。一
方、市場ニーズに応えて、塗装耐食性、耐大あき性、塗
装密着性、溶接性、プレス成形性などの諸特性の向上を
目的として種々の亜鉛系合金メッキ鋼板の開発が進めら
れており、自動車分野では既に一部に使用されている。

亜鉛系合金メッキ鋼板はもとより通常の亜鉛メッキ鋼板
においても６０Ａ／ｄイ以上の高電流密度でメッキを行
なった場合、溶接性が劣化する傾向にある。

亜鉛メッキ鋼板の溶接不良は、周知のごとく、亜鉛を含
有するメッキ層が、溶接時の発熱により、溶接チップ（
電極）に溶解付着、又はチップ先端が部分的に溶損した
り、唾鉛との合金層を形成し通電特性を損なうことにな
り、溶接不良につながるものである。

特に電気メツキ鋼板は溶融メッキ鋼板に比べ、メッキ層
表面が活性なため薄メッキの割には溶接性が劣る問題が
ある。これは、電気メツキ鋼板の場合、溶融メッキ鋼板
と異なり、メッキ後の熱履歴がないことおよび電析のた
めにメッキ浴中でカソード還元処理を受けることから、
メッキ層表面皮膜が活性となり溶接性に不利な状態にあ
るためと推定される。特に、亜鉛を含有する亜鉛系合金
メッキ鋼板、および６０Ａ／ｄ、ｒｆ以上の高電流密度
でメッキを施した亜鉛メッキ鋼板はメッキ層表面がより
活性のため、溶接性の劣化が著しく、溶接性向上が望ま
れている。

〔発明の目的〕

本発明はこのような難点を有利に解決するためになされ
たものであり、その特徴とするところは亜鉛メッキ後、
メッキ層表面に不活性皮膜を形成ぜしめる溶接性に優れ
た亜鉛メッキ鋼板の製造法に関するものである。ここで
述べる不活性皮膜とは溶接時、電極チップとメッキ層と
の熱的相互拡散又は金属化合物生成反応を抑制する効果
のある皮膜を意味し、逆に、これらの反応を抑制しない
か又は促進する作用のある場合を活性皮膜と定義する。

本発明者等は、揮々の基礎的研究から溶接チップ（電極
）とメッキ金属（亜鉛又はその他の合金元素）との反応
が激しいこさを知った。この反応を防ぐためにメッキ層
中成分（亜鉛才たは合金成分）からなる酸化膜をメッキ
層表面に形成し、電極チップきメッキ層との直接反応を
抑制すれば溶接性向上効果があることを見い出した。

本発明はこうした基本的原理の知見に基すいてなされた
発明であり、その骨子は、（１）酸素１％以上の雰囲気
中において、亜鉛メッキ鋼板を５０〜２００℃未満て３
０秒以上加熱することを特徴とする溶接性にすぐれた電
気亜鉛メッキ鋼板の製造むことを特徴とする溶接性にす
ぐれた電気亜鉛メッキ鋼板の製造方法である。

〔発明の構成、作用〕

本発明者等は亜鉛メッキ面々電極チップの銅との合金化
反応を抑制するためには、メッキ層の表層を化学的に不
活性にすることを考え、その−っの方法として酸化雰囲
気中でメッキ層を加熱し、メッキ層表面に酸化膜を形成
せしめることにより溶接チップとの反応が激しい金属亜
鉛原子が電極に触れるのを妨げることを考えた。

発明者等の知見によると連続打点性を向上させるには適
正電流範囲が大きいこと、かつ、電極チップの損耗が先
端面において均一に進行することが前提となる。

すなわち、通常の亜鉛メッキ鋼板は冷延鋼板に比べてナ
ゲッＩ・形成し難くかつ、メッキ鋼板とチップとの密着
も起こり易いことから適正電流範囲が狭い。従ってチッ
プの損耗によりチップ先端径が増大すると、相対的に電
流密度が低下するためチップ直下の鋼板部分の発熱が不
充分となる。このためナゲツト形成可能な温度に到達し
ないため、ナゲツト形成しないか、又は、不充分となる
ため、正常な溶接が不可能となり、この時点て連続打点
作業は停止するこきになる。

従ってチップ先端の損耗を極力抑制すると同時に適正電
流範囲を拡大すること、特に適正電流範囲の下限すなわ
ち、ナゲツト形成のための下限電流を低電流側に移行せ
しめることが有効である。

一方、チップ先端の損耗状態も重要で、先端面において
部分的に溶損、欠落することは溶接性を劣化させやすい
ため、電極チップの先端面の損耗が均一に進行すること
が溶接性を確保する上で重要であることを見い出した。

才だ、打点数の増加に伴ない、チップの損耗が進行する
わけであるが先端面の損耗が先端面で均一に進行するか
、あるいは細い網目状のクラックが生成する場合、また
は先端面の外周辺部分が先行して損耗してゆく場合（外
欠型）には比較的溶接性の劣化は小さいことを確認した
。

それに比べて、チップ先端面の中央部が先行して損耗し
てゆく場合（向火型）には溶接性の劣化が特に著しくな
る。

以上述べた知見に基づいて、亜鉛メッキ鋼板の溶接性の
向上技術につき、種々検討した結果、メッキ層表面を熱
処理により改質し、溶接反応に対する不活性皮膜を形成
せしめることが効果的であるこ吉を見い出した。

すなわち不活性皮膜に必要な役割は、第１に溶接熱の発
生および伝達を損なわないこと、第２にナゲツト形成下
限電流を極力低電流側にシフトせしめること、第３に適
正電流範囲の上限、すなわち溶着電流値を高電流側にシ
フトせしめること、第４に、チップ先端の損耗進行を均
−化腰内欠型の損耗進行を抑制することである。

従って不活性皮膜に必要な性質は、第１に適正な電気抵
抗を有して、発熱を促進することによりナゲツト形成を
有利にすること、第２に適度の熱的安定性もあって溶接
時、電極チップとメッキ層との直接々触を抑制するバリ
アー効果を有すること、第３に連続打点時、電極チップ
の先端に付着したり、打点数の増加とともに堆積したり
して、通電特性を損なう性質のないこと、第４に、電極
チップと反応しないか、または反応してもチップの溶損
を促進したり、向火型損耗を生起させないことなどであ
る。

本発明に基き電気亜鉛メッキ鋼板をメッキ後、熱処理す
る場合の条件としては、亜鉛メッキ層を５０〜２００°
Ｃ未満約３０秒以上加熱した場合には酸化物を中心とす
る不活性皮膜がメッキ層表面に形成されて溶接性は向上
することになる。５０℃より低い温度域の加熱では、表
面の酸化が適才ず適当てはないし、２００℃超の加熱で
はメッキ層が軟化して接触物に付着して奸才しくない。

この処理は表面の酸化を目的にするので酸化性雰囲気中
で行なうのが有効て少なくとも酸素は１％以上存在する
必要がある。次に処理時間としては上記熱処理温度であ
れは３０秒以上とれは十分目的とする効果が得られる。

従来、電−気メツキラインでは、メツキリ水洗→乾燥→
塗油の工程で製造されることが基本となっている。従っ
て乾燥工程で加熱を施すわけであるが、この場合は鋼板
表面の付着水分を飛散または蒸発させて、水分を除去し
て防錆性を確保することが目的であり、本発明の場合、
メッキ層表面の酸化膜を形成し、溶接性に有利な表面皮
膜に改質することを目的とする点て基本的に異なると同
時に加熱温度範囲も高いことを必要とする。

本発明では加熱処理を繍す場合メツキー水洗後、連続的
に加熱処理を施すことが工程上または能率的にも有利で
ある。しかもメッキ直後ではメッキ層表面はメッキ浴中
てカソード電解処理を施されているため、水酸化物また
は含水酸化物を主体とする比較的不安定で、経時変化し
易い活性な皮膜となっている。このためメッキ直後で速
やかに加熱処理を施すことが、安定で不活性なメッキ層
表面皮膜を形成するために、より容易で有利となる。

この熱処理により、メッキ層表面皮膜（Ｍ−ＯＲ系。

Ｍはメッキ層中Ｚｎおよびその他の合金元素を示す。）
が加熱変化され、その一部がＭ−０系の酸化物に変化す
るとともにこれら酸化膜の皮膜量も増加し、溶接性の向
上効果をもたらすことになると考えられる。

なお、通常の乾燥熱処理（一般には５０℃以下）てはメ
ッキ直後と言えども充分な酸化処理効果がないため溶接
性向上効果はほとんどない。才た常温付近（３５℃以下
）において塗油後でも、長時間経時（２４Ｈｒ以上）す
れば、Ｍ　−０ｆ−Ｉ系からＭ−Ｏ系へのメッキ表面皮
膜の改質効果は認められるが、酸化膜が充分形成されな
いため溶接性向上効果は小さい。

本発明による加熱処理により形成された不活性皮膜を定
量するため、中性溶液中（０，０５Ｍホウ砂、ｐＨ＝７
．６５）において定電流カン−１・還元法（５０μＡ　
／ｃＡ　）によりめた結果、従来のものは４〜７ｍ　ｃ
　／　ｃａに対して、本発明を適用した場合には９＋ｎ
　ｃ　／　ｃ４−１００　ｍ　ｃ　／　ｃｒＩ７で不活
性皮膜が増加していた。なお従来のものを塗油後３力月
問屋内に経時させたところ製造直後に比べて不活性皮膜
量の増加は２　ｍ　ｃ　／　ｃａ以下であった。一方、
これらの材料につき点溶接ての連続打点性を比較したと
ころ、３力月経時させたものは従来のものとほとんど差
異が認められないが、本発明を適用したものは、従来の
ものに比べて連続打点数が１．５倍以上確実に向上した
。

以上の知見から、本発明による溶接性向上効果は、前述
の如く加熱処理によりメッキ層表面皮膜を改質すると同
時に不活性皮膜量を増加せしめることにあると推定され
る。

この処理の態様としては、ルーズコイルに巻いたコイル
を箱型炉で加熱すれば、加熱及び冷却が迅速に行なえる
と共に雰囲気ガスとの接触がよい。

従って亜鉛と地鉄との合金化が表面まで進行しないよう
な条件にて本発明の目的を達する条件を見い出すことが
可能である。それに対してタイトコイルの才まで処理を
する場合は、板−板間に雰囲気ガスが才わりにくいこと
、温度の上昇が遅いものの、上記加熱条件範囲で効果は
依然としてみられる。又加熱炉中を連続的にコイル状あ
るいは、銅帯として通し、上記のごとき熱処理を施すこ
とができる。

この熱処理による効果を更に高めるには、処理炉中に水
蒸気水分を吹込むか、又は鋼板面に水を散布する。これ
は表面の酸化皮膜又は水酸化皮膜の生成を促進して効果
的である。こうした処理による効果を一層効果的に進行
するためには、吹きつける水としては水単独でもよいが
亜鉛層の酸化を促進する薬剤の水溶液であれば更に好ま
しい。例えば、無機塩類、Ｔｉ、ＡｊＥ、Ｎｉ、　Ｆｅ
、　Ｓｉ。

Ｍｎ、　Ｎａ％に、　Ｃｏ％Ｗ、　Ｍｏ、　Ｃａ、　Ｂ
、　Ｂｅ％Ｚｎの各元素の一種又は二種以上含有する無
機系金属塩類が好ましく、これら各種金属の塩化物類、
硫酸塩類、硝酸塩類、水酸化物、リン酸塩類、炭酸塩類
、ホウ酸塩類などがあげられる。その低水溶性もしくは
水分散性のある各種化合物であればよい。また金属塩類
以外にアンモニウム基を有する水溶性塩類や水溶性有機
化合物（例えばクエン酸やシュー酸などの有機酸類もし
くはこれらの塩類やエチレングリコールなどの水溶性有
機物など）をはじめ各種酸類やアルカリ類などもこれら
の一種もしくは二種以上を含有せしめることは有効であ
る。これらの薬剤を飽和溶解度以内の範囲で溶解せしめ
ることが望才しいが、溶解度以上の場合でも均一分散状
態であれば、特にメッキ外観を損なうこともないのでさ
しつかえない。一般には５重量％以下の低濃度で顕著な
効果がみられるものがよい。

なお、水溶液の粘度、安定性、塗布時の均一塗布性など
を向上させることを目的として各種添加剤や界面活性剤
などを適宜添加せしめることは本発明を有効に適用する
上で好ましいことである。

以上通常の亜鉛メッキに主に言及したがメッキに際し、
Ｍｇ％Ａノ、Ｍｎ、　Ｔｉ、　Ｎｉ、　Ｃｏ、Ｓｉ、Ｓ
ｎ、Ｐｂ、　ｓｂ、　ｃｄ、　Ｃｕ、　Ｆｅ％Ｃａ、　
Ｃｒ、などの合金成分を含有した合金亜鉛メッキにも適
用可能であり、これらも本発明に含まれる。このような
亜鉛合金層は、亜鉛を主体とするもの、又は上記金属が
主体となり、亜鉛が少量の合金メッキ層も当然本発明の
対象となるものである。これら合金メッキの場合、不活
性皮膜の構造は明らかでないが亜鉛及びメッキ層中合金
成分、更には塗布薬剤成分からなる酸化物、含水酸化物
、水酸化物等が形成されていると考えられる。更にこの
ようなメッキ層が単層又は２層以上の多層メッキ鋼板に
適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明の効果としては溶接性の向上の他に、亜鉛の表層
が不活性化するこ吉によってプレス加工時の型かじり性
が一段と向上する効果や、異物の表面付着性が少なくな
る効果もある。また裸の耐食性、化成処理性、塗装耐食
性なども劣化させないばかりか、むしろ同等以上に向上
させる効果もあり望ましいものである。

〔実施例〕

２種類の冷延鋼板に電気メツキラインで両面メッキ（亜
鉛メッキまたは亜鉛系合金メッキ）を施し、当電気メッ
キ鋼板をメッキ直後で水洗後、加熱処理炉により連続的
に熱処理を施した場合とメッキ後水洗、乾燥してから捲
きとり別工程において箱型炉内でルーズコイルに捲いて
バッチ的に加熱処理を施した場合の２種類の方法で熱処
理を施し、溶接性試験に供した。

各熱処理においては、加熱温度、加熱時間を種々変化さ
せて熱処理効果を比較した。一方、連続熱処理において
は燃焼ガス式直火炉を使用し、酸素濃度は３〜１２％で
あった。

試作材の一部は加熱炉入側において水溶液を塗布したも
のも例示した。また箱型熱処理においては、酸素と窒素
の混合ガスを雰囲気とし酸素濃度を種々変化させた。ま
た熱処理材の一部は炉内に水蒸気を吹込み、露点を上げ
て不活性皮膜の生成を促進したものも例示した。

上記各熱処理後、冷却し、圧下率０５〜１．５％のダル
スキンパス圧延をしてから点溶接の連続打点試験に供し
た。

溶接条件は１例として下記条件を示す。

１）加圧力　２５０　Ｋｑｆ ２）初期加圧時間　４０Ｈｚ ３）通電時間　１２Ｉ−１ｚ ４）保持時間　５Ｈｚ ５）溶接電流　１．３ＸＩｏ（ＫＡ）（Ｉｎ：ナゲット
径３．６關となる下限電流） ６）板厚　０．８關 ７）　チップ先端径　ドーム型 先端形状：４０几　６φ 外周形状：８Ｒ１６φ ８）　ナゲツト径　３．６朋を下限として連続打点性を
評価 ９）打点速度　４０打点／分 溶接試験結果を第１表に示す。本発明の適用により溶接
性が大巾に向上する効果が認められる。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）酸素１％以上存在する雰囲気中で、亜鉛メッキ鋼
   板を５０〜２００℃未満で、３０秒以上加熱することを
   特徴とする、溶接性にすぐれた電気亜鉛メッキ鋼板の製
   造方法。 （２、特許請求の範囲（１）の製造方法において、加熱
   時鋼板表面に水溶液を散布するか、又は水蒸気を炉中に
   ふき込むこ吉を特徴とする溶接性にすぐれた電気亜鉛メ
   ッキ鋼板の製造方法。