(57)【要約】【課題】本発明は、めっき密着性を良好に維持したままで、スポット溶接性を従来より良好にした亜鉛めっき鋼板を提供することを目的としている。【解決手段】亜鉛めっき層のＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４で規定される算術平均粗さ：Ｒａ（μｍ）と、片面当たりのめっき付着量：Ｃｗ（ｇ／ｍ2）との関係が、下記式（１）を満足してなる亜鉛めっき鋼板である。                Ｒａ≧０．０１５Ｃｗ      ……（１）この場合、Ｒａの上限値を好ましくは３．０μｍ、さらに好ましくは２．５μｍとするのが良い。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
亜鉛めっき層のＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４で規定される算術平均粗さ：Ｒａ（μｍ）と、片面当たりのめっき付着量：Ｃｗ（ｇ／ｍ2）との関係が、下記式（１）を満足してなることを特徴とする亜鉛めっき鋼板。
Ｒａ≧０．０１５Ｃｗ      ……（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、亜鉛めっき鋼板に係わり、例えば自動車用防錆鋼板として用いられ、スポット溶接性に特に優れた鋼板に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛系めっき鋼板は、その優れた犠牲防食性のために、自動車用防錆鋼板として国内外を問わず実用化されている。なかでも、溶融亜鉛めっき浴へ連続的に鋼帯を浸漬させて製造できる溶融亜鉛めっき鋼板及び合金化溶融亜鉛めっき鋼板は、いずれも製造コストが低廉で高い耐食性を有するので、現在、自動車用防錆鋼板の主流となっている。
【０００３】
ところで、自動車を製造する工程で問題となる亜鉛系めっき鋼板の特性の一つとして、「スポット溶接性」と称し、電極棒で打点接合する溶接のし易さがある。周知のとおり、このスポット溶接性（以下、単に溶接性ということもある）は、鋼板へのめっき付着量と密接な関係があり、付着量が少ないと溶接性が良い傾向がある。しかしながら、自動車用鋼板として十分な耐食性を発揮するのに必要なめっき付着量を確保すれば、その亜鉛めっき鋼板のスポット溶接性は、めっきの施されていない冷延鋼板等に比べると劣ってしまう。
【０００４】
そこで、亜鉛系めっき鋼板のスポット溶接性の改善に関して、従来から以下に示すようないくつかの提案がなされている。例えば、亜鉛めっき鋼板の表面にＺｎＯを主体とする酸化皮膜を付与することにより、スポット溶接性を改善する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。また、最近では、亜鉛系めっき鋼板を酸やアルカリと接触させることにより、めっき最表面の金属Ｚｎ量及びＡｌ2Ｏ3量を一定範囲に限定した技術（特許文献２参照）、酸化膜量及び酸化膜中のＺｎ含有量とＡｌ含有量との比を一定範囲に限定した技術（特許文献３参照）が提案されている。
【０００５】
しかしながら、上記した従来技術は、主に合金化溶融亜鉛めっき鋼板を対象にした技術である。同じ溶融亜鉛系めっき鋼板であっても、めっき層が主に純亜鉛層からなる溶融亜鉛めっき鋼板とめっき層がＺｎ−Ｆｅ金属間化合物からなる合金化溶融亜鉛めっき鋼板とでは、そのスポット溶接時の溶接挙動が根本的に異なり、上記従来技術を適用しても、溶融亜鉛めっき鋼板の溶接性は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のそれに比べ著しく劣るという問題がある。
【０００６】
また、溶融亜鉛めっき鋼板のスポット溶接性とめっき層の性状との関係についても、めっき中のＡｌ量とスポット溶接性との関係が過去に調査されている（非特許文献１参照）。そして、溶融亜鉛めっき鋼板のスポット溶接性は、めっき中のＡｌ量と密接な関係があり、Ａｌ量が多くなると、スポット溶接性が劣化することが報告されている。
【０００７】
さらに、めっき密着性及び溶接性に優れた溶融亜鉛めっき鋼板として、めっき皮膜中のＦｅ、Ｐｂ、Ａｌ等の含有量及びめっき表面の粗度を一定範囲の値に限定したものが開示されているが（特許文献４参照）、溶接性の改善策としては、めっきのＡｌ量を一定範囲にすることが記載されているのみである。
【０００８】
一方、近年は、めっき浴に生じるドロス等に起因した溶融亜鉛めっき鋼板の外観品質の低下問題が解決されつつあるため、自動車用防錆鋼板の主流あった合金化溶融亜鉛めっき鋼板に代わり、溶融亜鉛めっき鋼板が自動車用防錆鋼板として採用される機運が高まってきた。該溶融亜鉛めっき鋼板は、合金化処理がないため製造コスト的にもさらに有利であり、今後の自動車用防錆鋼板としての需要の伸びが予想されるからである。従って、前記したように、特性上の問題としてのスポット溶接性の改善が切望されるのである。
【特許文献１】特開昭６３−２３０８６１号公報
【特許文献２】特開平１０−３３０９０２号公報
【特許文献３】特開２０００−７３１８３号公報
【特許文献４】特開２００１−２４７９５１号公報
【非特許文献１】溶接学会論文集  第１４巻  第１号（第４７−５４頁）（１９９６）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のように、溶融亜鉛めっき鋼板のスポット溶接性は、めっき浴中のＡｌ量を低減させてある程度は改善することができる。しかしなから、本来めっき浴中へのＡｌの添加は、めっきの鋼板への密着性を確保するために行われており、ある水準以下にめっき浴中のＡｌ量を低減させると、めっき密着性の劣化を招来する可能性がある。
【００１０】
本発明は、このような実情に鑑み、めっき密着性を良好に維持したままで、スポット溶接性を従来より良好にした亜鉛めっき鋼板を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、溶融亜鉛めっき鋼板の良好なめっき密着性を良好に維持したまま、つまりめっきのＡｌ含有量を従来通りとしてスポット溶接性を改善する手段を鋭意検討した。その結果、これまで十分に検討されていなかった溶融亜鉛めっき層の表面粗度が、スポット溶接性に大きな影響を有し、しかも、適正な表面粗度は溶融亜鉛めっき層のめっき付着量にも依存することを新規に見出し、その知見を基に本発明を完成させたのである。
【００１２】
すなわち、本発明は、亜鉛めっき層のＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４で規定される算術平均粗さ：Ｒａ（μｍ）と、片面当たりのめっき付着量：Ｃｗ（ｇ／ｍ2）との関係が、下記式（１）を満足してなることを特徴とする亜鉛めっき鋼板である。
【００１３】
Ｒａ≧０．０１５Ｃｗ      ……（１）
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、スポット溶接性が劣るという従来からの問題を、めっき密着性を低下させることなく解決し、工業的にきわめて価値の高いスポット溶接性に優れた亜鉛めっき鋼板を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、発明をなすに至った経緯をまじえ、本発明の最良の実施形態を説明する。
【００１６】
亜鉛系めっき鋼板を溶接する際に電極で連続打点する時の電極損耗挙動に関しては、一般に、該電極を構成する銅（Ｃｕ）と亜鉛（Ｚｎ）とが反応して、電極先端に脆いＣｕ−Ｚｎ合金を形成し、それが打点中に剥離して電極が虫食い状に浸食され、最終的に電極先端の径が拡大して溶接電流密度が低下し、電極の寿命に至ると考えられている。一方、合金化溶融亜鉛めっき鋼板の場合には、電極先端にＺｎ−Ｆｅ−Ｏ系の酸化物が堆積し、これが電極の保護皮膜となって先端形状を凸状に維持するので、高い溶接電流密度が確保でき、連続打点性に優れるものと考えられている。しかしながら、溶融亜鉛めっき鋼板の場合には、電極先端にそのようなＺｎ−Ｆｅ−Ｏ系の保護皮膜がほとんど形成されないため、迅速に電極先端の径が拡大し、連続打点性が劣るのである。
【００１７】
従って、溶融亜鉛めっき鋼板の連続打点性を改善するには、電極先端の径拡大を抑制するという考え方もあるが、本発明者らは、電極先端が仮に拡大しても、高い電流密度を確保でき、長期にわたってナゲット（溶接部に形成され、溶接金属が碁石状に溶融凝固した部分）の形成能を高く維持できる方法がないか鋭意検討を行った。
【００１８】
その結果、亜鉛めっき層のＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４で規定する算術平均粗さ（記号：Ｒａ（μｍ））と、片面当たりのめっき付着量（記号：Ｃｗ（ｇ／ｍ2））との関係が下記式（１）を満足するように、鋼板へのめっき付着量に応じて適正な粗度を亜鉛めっき層の表面に付与すれば、スポット溶接性を格段に向上できることを見出したのである。
【００１９】
Ｒａ≧０．０１５Ｃｗ      ……（１）
この理由は、以下のように考えられる。
【００２０】
２枚の溶融亜鉛めっき鋼板をスポット溶接で互いに接合する場合、まず通電前の加圧時に、両板の接触で亜鉛めっき層はある程度押し潰される。しかしながら、亜鉛めっき層の表面粗度パターンは消滅しないため、表面粗度が高粗度であるほど電極と亜鉛めっき鋼板との間及び２枚の亜鉛めっき鋼板間において、お互いの接触面積は小さい。引き続き一定電流値で溶接が開始されると、通電初期において、接触面積が小さいほど高電流密度となるので、発熱量が増大し、その結果、亜鉛めっき層の溶融開始が早まり、亜鉛めっき層の排除が早期に完了する。つまり、表面粗度が高いほど、前記ナゲットの形成を早期に開始せしめ、最終的には該ナゲットの形成能を向上させ、連続打点性の向上をもたらす。
【００２１】
さらに、本発明者らは、溶融亜鉛めっき層の付着量が多くなるほど、めっき層が溶融して完全に排除されるまでの所要時間が長くなることを知見した。そして、めっき付着量が多くても、亜鉛めっき層の排除を早期に完了させることについて鋭意研究を重ね、めっき付着量に応じた表面粗度をあらかじめ亜鉛めっき層の表面に付与しておけば良いことを見出した。
【００２２】
つまり、発明者らは、溶融亜鉛めっき鋼板の粗度を高くすれば、たとえ電極の先端径が拡大しても、高いナゲット形成能を維持でき、スポット溶接性を格段に向上できると判断した。そして、スポット溶接性の改善が従来困難と考えられてきためっき付着量の多い溶融亜鉛めっき鋼板でも、良好なスポット溶接性が確保できるようにしたのである。
【００２３】
つまり、本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、溶融亜鉛めっき層のＪＩＳに規定する算術平均粗さ：Ｒａ（μｍ）と、片面当たりのめっき付着量：Ｃｗ（ｇ／ｍ2）との関係が、下記式（１）を満足してなることを特徴とする亜鉛めっき鋼板である。
【００２４】
Ｒａ≧０．０１５Ｃｗ        ……（１）
かかる本発明では、溶融亜鉛めっき層のＲａは、０．０１５Ｃｗ以上の値を有していなければならない。Ｒａが０．０１５Ｃｗ未満では、亜鉛めっき層の排除を早期に完了させ、ナゲット形成開始の時期を早めることによるナゲット形成能向上効果が乏しくなるからである。なお、Ｒａの上限値は、特に規定されないか、Ｒａの値があまり大きいと、溶融亜鉛めっき層に局部的に厚さの薄い部分ができ、耐食性が劣化する場合がある。また、溶融亜鉛めっき層に粗度を付与するロールの損耗が激しくなって、ロール寿命が短くなるという別の問題が生じる場合もある。そのため、本発明の実施に際しては、Ｒａの上限値を好ましくは３．０μｍ、さらに好ましくは２．５μｍとするのが良い。なお、本発明では、算術平均粗さ：Ｒａは、すべてＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に規定されるものである。
【００２５】
さらに、本発明では、溶融亜鉛めっき層のめっき付着量を特に限定するものではないが、自動車用防錆鋼板として通常付与される片面あたり３０〜１５０ｇ／ｍ2が好適である。加えて、本発明は、溶融亜鉛めっき鋼板を対象としたものであるが、めっき浴中にＡｌ以外の元素、例えば、溶融亜鉛めっき鋼板の耐食性向上を目的としてＭｇ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ等の元素が添加されたものは、これら元素の添加を制限するものでなく、これら元素を含有した溶融亜鉛めっき鋼板も本発明の範疇である。さらに加えて、溶融亜鉛めっき鋼板には、めっきの濡れ性を確保する目的で、めっき浴中にＰｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｓｎ等の元素を添加する場合もあるが、これら元素を含む溶融亜鉛めっき鋼板も本発明の範疇である。
【００２６】
また、かかる本発明では、素材の鋼種も特に制限するものではなく、自動車用鋼板として使用されている冷延鋼板、熱延鋼板等であれば良く、機械的特性、鋼中成分、製造方法等を特に限定するものではない。
【００２７】
このような本発明に係る溶融亜鉛めっき鋼板を製造する方法も特に限定するものではない。算術平均粗さ：Ｒａ（μｍ）とめっき付着量：Ｃｗ（ｇ／ｍ2）との関係が、上記（１）式を満足するものを製造できれば、如何なる方法を採用しても良いからである。具体的な一例としては、素材に連続溶融亜鉛めっき装置で溶融亜鉛めっきを施した後に、そのめっき付着量に応じて、上記（１）式に基づきめっき層の表面粗度を決め、その表面粗度を付与できる調質圧延ロールを用いて圧延する方法を挙げておく。
【００２８】
なお、本発明に係る溶融亜鉛めっき鋼板を製造するに際しては、めっき層を形成する方法について特に限定されるものではなく、公知のめっき方法のいずれも適用して良い。めっき浴の浴温は、通常用いられる条件である４５０〜４９０℃程度とすれば良く、鋼板のめっき浴中への侵入板温は、４５０〜５００℃程度とすれば良い。また、良好なめっき密着性を確保するには、Ｆｅ−Ａｌ金属間化合物量を十分に生成させることが必要であるので、めっき浴中のＡｌ濃度としては通常用いられている０．１３〜０．２２質量％程度とするのが好適である。
【実施例】
【００２９】
以下、実施例に基づき、本発明をさらに詳細に説明する。
【００３０】
素材として板厚０．８ｍｍの極低炭素鋼板を用い、連続溶融亜鉛めっき装置（ライン）にて溶融亜鉛めっきを施した。その際、めっき浴中のＡｌ濃度は０．１７０質量％、めっき浴の温度は４６０℃、めっき浴中への鋼板の侵入板温は４７０℃とした。めっき付着量は、通常通り、ガスワイピング装置からのガス吹き付け量により一定になるよう調整した。また、溶融亜鉛めっきを施した後に、めっき付着量に応じてめっき層の表面に付与する粗度を前記（１）式に基づき決定し、連続溶融亜鉛めっきラインに設けてある調質圧延装置で、その粗度を付与できるロールを用いて、溶融亜鉛めっき層の表面に種々の表面粗度を付与した。片面当たりのめっき付着量：Ｃｗの値、０．０１５×Ｃｗの値及び溶融亜鉛めっき層の表面粗度Ｒａの値を表１に一括して示す。めっき付着量は、得られた溶融亜鉛めっき鋼板をインヒビターとしてＳｂＣｌ3を添加した５質量％塩酸に溶解し、溶解液をＩＣＰ（誘導結合プラズマ発光分光分析法）を用いて分析して求めた。算術平均粗さ：Ｒａは、先端径が５μｍの触針式粗度計を用いてカットオフ値０．８ｍｍ、評価長さ４ｍｍとして測定した。
【００３１】
さらに比較例６〜８として、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（Ｆｅ含有率：１０質量％）、電気Ｚｎ−Ｎｉめっき鋼板（Ｎｉ含有率：１１質量％）、電気Ｚｎ−Ｆｅめっき鋼板（Ｆｅ含有率：１５質量％）についても評価を行った。以下に示すスポット溶接性（連続打点性）、めっき密着性及び塗装後耐食性の評価結果も表１に併せて示す。
【００３２】
引き続き、上記のようにして得た本発明の鋼板及び本発明の要件を満たさない比較例の鋼板（表１参照）に対して、以下に示す溶接条件でスポット溶接時の連続打点数の調査を行った。なお、連続打点性調査における溶接電流値は、板厚をｔ（ｍｍ）とした時に４√ｔで示されるナゲット径を得るような電流値１１（ｋＡ）及び溶着電流値１２（ｋＡ）の平均値を用い、４√ｔのナゲット径が維持された最大打点数を求めた。３０００点以上の連続打点数が得られれば、その鋼板はスポット溶接性に優れていると判定した。
【００３３】
（溶接条件）
電極の種類    ＣＦ型
電極の先端径  ４．５ｍｍφ
電極の先端角  １２０°
電極の外径    １．５ｍｍφ
電極の材質    Ｃｕ−Ｃｒ
通電時間    １０サイクル
加圧力      １７０ｋｇｆ（１．７ｋＮ）
（加圧条件）
通電前      ３０サイクル
通電後      ７サイクル
アップダウンスロープ    なし
また、めっき密着性に関しても、以下に示す条件でデュポン衝撃試験を行うことで調査した。めっき密着性は、試験後、凸部に対してセロハン粘着テープ剥離を行い、セロハン粘着テープに付着しためっき層の量を蛍光Ｘ線で測定し、亜鉛のカウント数（ｃｐｓ）で評価した。なお、この場合、亜鉛のカウント数が１００ｃｐｓ以下であれば、めっき密着性は特に優れていると判定した。
【００３４】
（試験条件）
荷重      １ｋｇ
落重高さ  ５０ｃｍ
ポンチ径  １／４ｉｎｃｈ
さらに、電着塗装後の耐食性は、化成処理及び電着塗装を施した試験板について、塩水噴霧試験により評価した。ここで、化成処理工程ば、アルカリ脱脂を日本パーカライジング株式会社製のＦＣ−Ｌ４４６０を用い、温度４３℃で、浸漬時間を１２０秒として行い、室温で、スプレー時間を３０秒として水洗を行い、表面調整を日本パーカライジンク株式会社製のＰＬ−４０４０を用い、室温で、スプレー時間を３０秒として行った。なお、化成処理は、日本パーカライジング株式会社製のＰＢ−Ｌ３０２０を用い、温度４３℃で、浸漬時間を１２０秒として行い、室温で、スプレー時間を３０秒として水洗を行い、次いで熱風乾燥の手順で行った。
【００３５】
また、化成処理を施した試験板の表面に、電着塗料として関西ペイント株式会社製のＧＴ−１０ＬＦを用いて、クーロン制御により膜厚が２０μｍとなるように電着塗装を行い、１７５℃×２５分の条件で焼き付け乾燥を行った。このようにして作製した試験板にクロスカットを入れ、ＪＩＳ  Ｚ  ２３７１−２０００の中性塩水噴霧試験に準拠した塩水噴霧試験を行った。この塩水噴霧試験を６００時間行った後の試験板について、以下のクロスカット部の電着塗膜ふくれの基準により電着塗装後の耐食性を評価した。
【００３６】
◎：片側最大ふくれ幅４ｍｍ未満
○：片側最大ふくれ幅４ｍｍ以上５ｍｍ未満
×：片側最大ふくれ幅５ｍｍ以上
これらの試験結果をも表１に併せて示す。
【００３７】
【表１】
2005240110.tif 000002
【００３８】
表１より、本発明の実施例１〜１５では、連続打点数、めっき密着性、塗装後耐食性のいずれについても優れた特性を示し、一方、比較例１〜５では、連続打点数が不十分であることが明らかである。また、比較例６〜８に示す合金めっき鋼板では、本発明のような優れた特性は得られていない。