JP2619440B2 - 加工性と塗装性に優れた表面処理鋼板 - Google Patents

加工性と塗装性に優れた表面処理鋼板

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は、りん酸塩処理性やカチオン電着塗装性など
の塗装性と加工性に優れた表面処理鋼板であって、特に
自動車車体に好適な表面処理鋼板に関するものである。
<従来技術およびその問題点> 従来、北米、カナダなどのいわゆる塩害地帯における
自動車車体の腐食防止を目的に、種々の表面処理鋼板が
使用されている。
自動車車体用表面処理鋼板に要求される諸性能は、り
ん酸塩処理性、塗装性、塗装後耐食性、裸耐食性、溶接
性、加工性、表面性状など多岐にわたっている。しか
し、従来の表面処理鋼板は一長一短があり、これらのも
のの短所の解消や各種の新しい表面処理が研究され、開
発されている。
特に、Znめっき、Zn系合金めっき鋼板は優れた犠牲防
食作用を有しているため、自動車車体の内面の穴あき防
止用に大量に使用されているが、りん酸塩処理性、カチ
オン型電着塗装性およびプレス加工性が必ずしも十分と
はいえず、これらの特性を改良することが望まれてい
る。
ことに近年、自動車車体の外面の外面錆防止対策が進
められており、そのため、上述したりん酸塩処理性、カ
チオン型電着塗装性およびプレス加工性などの向上が特
に重要となる。
また、自動車車体の外面に冷延鋼板や表面処理鋼板の
非めっき面が使用される場合にも、上述したりん酸塩処
理性、カチオン型電着塗装性およびプレス加工性などは
より良い性能のものが望ましい。
冷延鋼板や表面処理鋼板の非めっき面においても、処
理条件やプレス金型如何によってはりん酸塩処理性やプ
レス加工性に不良が発生する場合もあり、このような冷
延鋼板や表面処理鋼板の非めっき面にめっきなどの表面
処理を施すことによって性能の向上、および安定化を図
ることができれば、大きなメリットが得られる。
Zn系めっき鋼板の欠点であるカチオン型電着塗装性や
耐水2次密着性を改良させる方法としては、Zn系めっき
鋼板にFeめっきを行なうことが、例えば特開昭57−6719
5号、同57−198293号、同58−34192号公報等に開示され
ているが、純粋なFeめっきではりん酸塩の結晶核発生が
遅れるため、りん酸塩処理性は不良である。
また、本発明者らは、特開昭59−211592号公報におい
て、Fe−Pめっきによるりん酸塩処理性およびカチオン
型電着塗装性の向上について既に開示した。しかしなが
ら、このFe−Pめっきを行った場合、たしかにPの効果
は認められるものの、改良効果が十分でない場合があっ
た。
<発明の目的> 本発明は、上述した従来技術の問題点を解消し、りん
酸処理性、カチオン型電着塗装性やプレス加工性等に優
れた、加工性と塗装性に優れた表面処理鋼板を提供する
ことにある。
<発明の構成> 本発明者らは、上述したFe系めっきを利用したりん酸
塩処理性、カチオン型電着塗装性の向上について鋭意研
究を重ね、また、プレス加工性に及ぼす改良効果につい
ても鋭意研究を重ねた結果、Fe系めっきにO、さらには
Pを含有させることによりこれらの性能が向上すること
を知見し、本発明に至ったものである。
すなわち、本発明の第1の態様によれば、少なくとも
一方の面に、O含有率が0.2〜5.0wt%のFe−Oめっき層
を0.01g/m2以上設けてなることを特徴とする加工性と塗
装性に優れた表面処理鋼板が提供される。
また、本発明の第2の態様によれば、少なくとも一方
の面に、O含有率が0.2〜5.0wt%、P含有率が0.003〜
5.0wt%のFe−O−Pめっき層を0.01g/m2以上設けてな
ることを特徴とする加工性と塗装性に優れた表面処理鋼
板が提供される。
また、本発明の第3の態様によれば、少なくとも一方
の面に、下層としてZnまたはZn系合金めっき層を、上層
としてO含有率が0.2〜5.0wt%で、付着量が0.5g/m2
上のFe−Oめっき層を設けてなることを特徴とする加工
性と塗装性に優れた表面処理鋼板が提供される。
また、本発明の第4の態様によれば、少なくとも一方
の面に、下層としてZnまたはZn系合金めっき層を、上層
としてO含有率が0.2〜5.0wt%、P含有率が0.003〜5.0
wt%で、付着量が0.5g/m2以上のFe−O−Pめっき層を
設けてなることを特徴とする加工性と塗装性に優れた表
面処理鋼板が提供される。
以下に本発明の表面処理鋼板について、詳細に説明す
る。
本発明におけるFe−Oめっき層もしくはFe−O−Pめ
っき層中には、Oが0.2〜5.0wt%含有されるのが好まし
い。以下にその理由を述べる。
第1図に、Fe−Oめっき層中のO含有率と、りん酸塩
処理における結晶核の初期核発生数との関係を示す。こ
のFe−Oめっき層はPを0.2wt%含有したものと、Pを
全く含まないものとを用いた。なお、初期核発生数と
は、ここではりん酸塩処理後5秒後におけるりん酸塩の
結晶核の発生数をSEM写真により数えた値とした。
同図から明らかなように、Fe−Oめっき層中のO含有
率によってりん酸塩処理結晶核数が変化し、O含有率が
0.2wt%以上で結晶核数が著しく多くなることがわか
る。好ましくは1.0wt%以上がよい。O含有率が約5wt%
を超えると結晶核がみられなくなり、かえってりん酸塩
処理性は劣化する。O含有率は、好ましくは4.0wt%以
下がよい。
O含有率が高くなりすぎると、かえってりん酸塩処理
性が劣化するのは、以下の理由によるものと思われる。
すなわち、第2図にX線回折によるFe−Oめっき層の
同定結果を示す。同図中、横軸はX線回折角を示し、縦
軸は任意強度を示す。
同図から明らかなように、Fe−Oめっき層はα−Feが
主体であるが、Fe3O4の弱いピークが存在することか
ら、Fe−Oめっき層中のOの少なくとも一部はFe3O4
あることがわかる。このFe3O4のようなFe−O化合物が
分散されてくると、これらがカソードとして機能するた
めにミクロセルが多数でき、りん酸塩処理反応が促進さ
れ、りん酸塩処理性が改良されるものと考えられる。た
だし、Fe−Oめっき層中のO含有率が高くなりすぎる
と、Fe−O化合物により表面がおおわてしまうため、か
えってりん酸塩処理性が劣化するものと思われる。
次に、上述のFe−Oめっき層中にPを添加することに
より、りん酸塩処理性の初期結晶核をさらに増加させる
ことができる。
P添加の効果は、0.2〜5.0wt%の範囲のいずれのO含
有率のFe−Oめっき層についても認められ、P含有率0.
003〜5.0wt%の範囲においてりん酸塩結晶を小さくする
効果がある。P含有率は、より好ましくは0.05〜1.0wt
%がよい。
Pは酸溶解性を向上させるためにりん酸塩処理性が向
上するものと考えられる。
本発明ではFe−Oめっき層に対して、さらにPを添加
したものについて限定したが、P以外にも同族元素のA
s、Sb、BiやB、Cr、Ni、Co等を含有させてもよい。
これらのFe−Oめっき層またはFe−O−Pめっき層を
鋼板上に直接施す場合には、付着量は0.01g/m2以上必要
である。0.01g/m2未満の場合には、鋼板表面を均一に被
覆することができないため、上述の効果は小さい。
より好ましくは0.01g/m2以上がよい。
このように少量の付着量でも効果を発揮するのは、り
ん酸塩処理結晶の内の性能のよいZn3Fe(PO4・4H2O
(Phosphophyllite)を形成するのに必要なFe2+が素地
鋼より供給されるためである。
ところで、ZnまたはZn系合金めっき鋼板にりん酸塩処
理を施すと、生成するりん酸塩皮膜は性能の劣るZn3(P
O4・4H2O(Hopeite)が生成するため、3コート後
の耐水2次密着性や塗装後耐食性に劣る。また、カチオ
ン型電着塗装時の耐クレーター性に劣る。
そこで、ZnまたはZn系合金めっき鋼板の表面に、本発
明のFe−OめっきもしくはFe−O−Pめっきを施すこと
により、品質の良いZn2Fe(PO4・4H2O(Phosphophy
llite)のりん酸塩皮膜を形成させることができる。従
って、耐水2次密着性や塗装後耐食性、カチオン型電着
塗装時の耐クレーター性に優れたものになる。そのため
には、Fe−OめっきもしくはFe−O−Pめっきの付着量
は0.5g/m2以上、好ましくは1.5g/m2、さらに好ましくは
2.5g/m2以上必要である。これはりん酸塩処理時に約1g/
m2程度のめっき層の溶解が起るためであり、付着量が少
ないほどHopeiteが生成しやすくなるためである。
第3図は、Ni含有率8wt%、付着量20g/m2のZn−Ni合
金電気めっき鋼板にFe−OめっきもしくはFe−O−Pめ
っきを施した場合のプレス加工性に与える改良効果を示
した図である。プレス加工性は、エリクセンカップ試験
機を使用し、ポンチ径33mm、しわ押さえ圧300kgにて限
界絞り比(L.D.R.)を求めた。
同図から明らかなように.Ni含有率8wt%のZn−Ni合金
電気めっき鋼板では限界絞り比は著しく不良であるが、
このZn−Ni合金めっき層上にFe−Oめっきを施した場
合、限界絞り比の向上がみられ、O含有率が多くなると
さらに向上することがわかる。また、Fe−O−Pめっき
を施した場合は、同じO含有率であってもFe−Oめっき
よりさらに限界絞り比が向上することがわかる。
なお、下層としてZnまたはZn系合金めっきを施すの
は、Znの犠牲防食性機能が必要なためでいあるので、犠
牲防食性のないFe−OまたはFe−O−Pめっきの付着量
は少ない方が望ましく、9g/m2以下が適当である。
<実施例> 以下に、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明
する。
常法に従って電解脱脂、酸洗を行なった冷延鋼板に以
下の(1)に示す条件でFe−OめっきおよびFe−O−P
めっきを施した。
Znめっき、Zn−Niめっき、Zn−Feめっき、合金化溶融
Znめっき層を下層とした場合には、通常の浸漬脱脂後、
0.1%HCl、5secの軽酸洗を行なった後に、同様に(1)
に示す条件でFe−OおよびFe−O−Pめっきを行なっ
た。
なお、Znめっき、Zn−Niめっき、Zn−Feめっき、合金
化溶融Znめっきについては、一般的な方法で製造された
ものを用いた。
FeめっきにOを含有させるために、Feめっき液中には
Fe3+を含有させる。この液を使用してpH、浴温、電流密
度を変えることにより、O含有率を変化させることがで
きる。
(1)めっき浴組成 (1−1)Fe−Oめっき浴組成 FeCl2・nH2O 180g/ FeCl3・6H2O 20g/ KCl 180g/ (1−2)Fe−O−Pめっき浴組成 FeCl2・nH2O 180g/ FeCl3・6H2O 20g/ KCl 180g/ NaH2PO2・H2O 0.01〜5g/ (1−3)電解条件 pH 1.0〜2.5 浴温 25〜85℃ 電流密度 5〜150A/dm2 (2)りん酸塩処理 ディップ型の比較例としてグラノジンSD−2000(日本
ペイント製)を用いて、常法によりりん酸塩処理を行な
った。
(3)りん酸塩処理皮膜量 5%クロム酸溶液による溶解減量法により測定した。
(4)P比 常法により、X線回折のPhosphophylliteとHopeiteの
ピーク高さより求めた。
(5)りん酸塩結晶サイズ ×1000のSEM写真により平均的な結晶サイズを測定し
た。
(6)初期結晶核数 りん酸塩処理5sec後のりん酸塩処理結晶数をSEM写真
により数えた。
(7)カチオン型電着塗装の耐クレーター性 パワートップU−30(日本ペイント製)を使用し、ク
イックスタートにて電圧300Vに電着塗装を行ない、180
℃、30分間焼付け後、クレーター状欠陥個数を評価し
た。
(8)耐水2次密着性 りん酸塩処理液:グラノジン SD−2000(日本ペイント
製) カチオン型電着塗装:パワートップU−30(日本ペイン
ト製)20μm 中塗り:アミラックチッピングシーラー N3(関西ペイ
ント製)35μm 上塗り:ネオアミラック B002(関西ペイント製)35μ
m 上記の3コート塗装後、50℃の脱イオン水に10日間浸
漬し、引き上げ後10分間以内に2mm角の碁盤目を100個カ
ットし、テープ剥離した。その塗膜残存率により評価し
た。
(9)塗装後耐食性 りん酸塩処理液:グラノジン SD−2000(日本ペイント
製) カチオン型電着塗装:パワートップU−30(日本ペイン
ト製)20μm 上記の電着塗装後、クロスカットを施し、塩水噴霧試
験(JISZ2371)を行なった。20日間経過後の傷部のふく
れ幅(mm)により評価した。
(10)プレス加工性 エリクセンカップ絞り試験機を使用し、ポンチ径33
m、しわ押さえ圧300kgにてL.D.R.(限界絞り比)を求め
た。
上記条件にて各試験を行なった結果について表1、2
に示す。表1は、冷延鋼板上にFe−Oめっき層またはFe
−O−Pめっき層を直接設けた場合の実施例と比較例に
ついて示し、表2は、ZnまたはZn系合金めっき鋼板上に
Fe−Oめっき層またはFe−O−Pめっき層を設けた場合
の実施例と比較例について示したものである。
表1、表2から明らかなように、本発明によるO含有
率0.2〜5.0wt%のFe−OめっきまたはO含有率0.2〜5.0
wt%、P含有率0.003〜5.0wt%のFe−O−Pめっきによ
り、りん酸塩処理性が改良されていることがわかる。ま
た、カチオン型電着塗装時の耐クレーター性、塗装後耐
食性、耐水2次密着性、プレス加工性の改良されている
ことがわかる。
<発明の効果> 以上詳述したように本発明によれば、鋼板上にO含有
率が0.2〜5.0wt%のFe−Oめっき層もしくはO含有率が
0.2〜5.0wt%、P含有率が0.003〜5.0wt%のFe−O−P
めっき層を0.01g/m2以上設けることにより、プレス加工
性やりん酸塩処理性等に優れた表面処理鋼板を提供する
ことができるので、自動車車体等に広く適用できるとい
う効果がある。
また、ZnまたはZn系合金めっき鋼板上にO含有率が0.
2〜5.0wt%のFe−Oめっき層もしくはO含有率が0.2〜
5.0wt%、P含有率が0.003〜5.0wt%のFe−O−Pめっ
き層を0.5g/m2以上設けてることにより、プレス加工
性、りん酸塩処理性および電着塗装性等に優れた表面処
理鋼板を提供することができるので、自動車車体等に広
く適用できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、Fe−Oめっき層中のO含有率とりん酸塩処理
後初期(5秒後)のりん酸塩処理結晶核数との関係を示
すグラフである。 第2図は、Fe−Oめっき層のX線回折による同定結果を
示すグラフである。 第3図は、Ni含有率8wt%のZn−Niめっき鋼板におけるF
e−O−Pめっき層が限界絞り比に及ぼす影響を示すグ
ラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−56600(JP,A) 特開 昭49−31549(JP,A)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】少なくとも一方の面に、O含有率が0.2〜
    5.0wt%のFe−Oめっき層を0.01g/m2以上設けてなるこ
    とを特徴とする加工性と塗装性に優れた表面処理鋼板。
  2. 【請求項2】少なくとも一方の面に、O含有率が0.2〜
    5.0wt%、P含有率が0.003〜5.0wt%のFe−O−Pめっ
    き層を0.01g/m2以上設けてなることを特徴とする加工性
    と塗装性に優れた表面処理鋼板。
  3. 【請求項3】少なくとも一方の面に、下層としてZnまた
    はZn系合金めっき層を、上層としてO含有率が0.2〜5.0
    wt%で、付着量が0.5g/m2以上のFe−Oめっき層を設け
    てなることを特徴とする加工性と塗装性に優れた表面処
    理鋼板。
  4. 【請求項4】少なくとも一方の面に、下層としてZnまた
    はZn系合金めっき層を、上層としてO含有率が0.2〜5.0
    wt%、P含有率が0.003〜5.0wt%で、付着量が0.5g/m2
    以上のFe−O−Pめっき層を設けてなることを特徴とす
    る加工性と塗装性に優れた表面処理鋼板。
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