JP2002030406A

JP2002030406A - プレス成形性及びアルカリ洗浄性に優れた燃料タンク用アルミ系めっき鋼板

Info

Publication number: JP2002030406A
Application number: JP2000213770A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Taketsu; 博文武津; Shinichi Kamoshita; 真一鴨志田; Yukihiro Morita; 幸弘守田; Shigeyasu Morikawa; 茂保森川; Keiji Izumi; 圭二和泉; Masaaki Kondo; 正顕近藤
Original assignee: Toyota Motor Corp; Nisshin Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-07-14
Filing date: 2000-07-14
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【目的】耐カジリ性の改善に有効な樹脂皮膜の膨潤・
溶解を防止し、成形性及び耐食性に優れた燃料タンク用
アルミ系めっき鋼板を提供する。【構成】このアルミ系めっき鋼板は、Ｓｉ：５〜１３
％のＡｌ−Ｓｉめっき層、膜厚：０．１〜５．０μｍの
アルカリ可溶性樹脂皮膜、付着量：０．１〜３．０ｇ／
ｍ²でｐＨ８．０以下の水溶性油膜が鋼板表面に順次形
成されている。樹脂皮膜は、アクリル樹脂，ウレタン樹
脂等のアルカリ可溶性樹脂塗料を塗布し、焼き付けるこ
とにより形成される。樹脂皮膜の上に形成される油膜に
は、石油系鉱物オイル，動植物系オイル，合成オイル等
のベースオイルに防錆剤，粘稠剤，酸中和剤，凝集水分
散剤等を適宜配合した水溶性潤滑油が使用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、過酷な加工に耐え、内
面及び外面共に優れた耐食性が要求される燃料タンク用
素材として好適なアルミ系めっき鋼板に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車用燃料タンクは、鋼板をプレス成
形して製造されるため、加工性を重視して溶融Ｐｂ−Ｓ
ｎめっき鋼板が従来から使用されている。溶融Ｐｂ−Ｓ
ｎめっき鋼板製の燃料タンクは、燃料による内面腐食や
塩害等による外面腐食に対しても抵抗力がある。しか
し、環境負荷物質を軽減する観点からＰｂを使用しない
材料の提供が望まれていることに応じ、環境負荷物質を
含まないＡｌ又はＡｌ−Ｓｉめっきを施したアルミめっ
き鋼板が燃料タンク用素材として使用され始めている。
ところが、アルミ系めっき鋼板を燃料タンク形状にプレ
ス成形すると、下地鋼に達するカジリ疵が発生しやす
い。カジリ疵の発生は、樹脂被覆を設けることにより改
善される（特開平６−３０６６３８号公報）。また、最
表層に樹脂皮膜を形成したアルミ系めっき鋼板をシーム
溶接して燃料タンクを製造することも知られている（特
開平１０−６７２３５号公報）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、有機樹脂でコ
ーティングしたアルミ系めっき鋼板を所定形状にプレス
成形したハーフをシーム溶接して燃料タンクを組み立て
るとき、溶接時の熱で有機樹脂が分解して悪臭を発し、
作業性が悪化する。また、燃料タンクへのプレス成形は
伸び，圧縮等が複合された複雑な塑性変形を伴う加工で
あるため、鋼板表面に残存している樹脂皮膜の膜厚にバ
ラツキが生じる。膜厚のバラツキは、シーム溶接性を変
動させる原因となり、溶接部の強度等が安定しなくな
る。そこで、本発明者等は、有機樹脂としてアルカリ可
溶性樹脂を採用し、鋼板表面に形成されている樹脂皮膜
をシーム溶接に先立ってアルカリ洗浄で除去することを
提案した（特願平１１−１９１４７７号）。この場合、
樹脂皮膜が除去された鋼板がシーム溶接されることか
ら、有機樹脂に由来するトラブルが軽減される。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は，先願で提案し
たアルカリ可溶性樹脂を用いた皮膜形成法を更に改良し
たものであり、ｐＨが規定された水溶性油膜をアルカリ
可溶性樹脂に組み合わせることにより、樹脂皮膜の膨潤
に起因するプレス成形性の低下を防止し、アルカリ洗浄
によって樹脂皮膜を容易に除去できる燃料タンク用アル
ミ系めっき鋼板を提供することを目的とする。本発明の
燃料タンク用アルミ系めっき鋼板は、その目的を達成す
るため、Ｓｉ：５〜１３質量％のＡｌ−Ｓｉめっき層、
膜厚：０．１〜５．０μｍのアルカリ可溶性樹脂皮膜、
付着量：０．１〜３．０ｇ／ｍ²でｐＨ８．０以下の水
溶性油膜が鋼板表面に順次形成されていることを特徴と
する。

【０００５】樹脂皮膜は、アクリル樹脂，ウレタン樹脂
等のアルカリ可溶性樹脂塗料を塗布し、焼き付けること
により形成される。樹脂塗料には、ポリエチレン等の合
成樹脂粉末を１〜２５質量％の割合で配合してもよい。
樹脂皮膜の形成に先立って、耐食性及び塗膜密着性を改
善するためアルミ系めっき鋼板をクロメート処理又は燐
酸クロメート処理してもよい。樹脂皮膜の上に形成され
る油膜には、石油系鉱物オイル，動植物系オイル，合成
オイル等のベースオイルに防錆剤，粘稠剤，酸中和剤，
凝集水分散剤等を適宜配合した水溶性潤滑油が使用され
る。油膜は、ｐＨ８．０以下で、好ましくは１〜４０ｃ
Ｓｔ（４０℃）の粘度に調整される。

【０００６】

【実施の形態】本発明に従ったアルミ系めっき鋼板は、
Ｓｉ：５〜１３質量％のＡｌ−Ｓｉめっき層が下地鋼の
表面に形成されている。下地鋼としては、良好な成形性
が要求されることから深絞り性に優れた極低炭素Ｔｉ添
加鋼が好ましい。Ａｌ−Ｓｉめっき層はめっき原板を溶
融アルミめっき浴に浸漬することによって形成される
が、成形性にとって有害なＡｌ−Ｆｅ系合金層がめっき
層形成時に生成しやすい。Ａｌ−Ｆｅ系合金層の生成
は、Ａｌ−Ｓｉめっき層に５質量％以上のＳｉを含ませ
ることにより抑制される。しかし、１３質量％を超える
過剰量のＳｉは、却ってＡｌ−Ｓｉめっき層の密着性が
低下する原因となる。Ａｌ−Ｓｉめっき層は、抵抗溶接
性を阻害しない範囲で燃料タンク用途に要求される耐食
性を確保するため好ましくは８〜２０μｍの層厚で形成
される。

【０００７】Ａｌ−Ｓｉめっき層の上に、必要に応じて
クロメート皮膜又は燐酸クロメート皮膜が形成される。
皮膜形成には、反応型，塗布型，電解型、何れの処理方
法も採用可能である。クロメート皮膜又は燐酸クロメー
ト皮膜は、Ｃｒ換算５〜１００ｍｇ／ｍ²の付着量で形
成することが好ましい。耐食性改善効果はＣｒ換算５ｍ
ｇ／ｍ²の付着量で顕著になるが、１００ｍｇ／ｍ²を超
える過剰量では抵抗溶接性が低下する。クロメート皮膜
又は燐酸クロメート皮膜に無機ゾルを分散させるとき、
耐食性及び塗膜密着性が一層向上する。

【０００８】樹脂皮膜の形成には、アクリル樹脂，ウレ
タン樹脂等のアルカリ可溶性樹脂が使用される。なかで
も、ウレタン系の樹脂皮膜は、延性及び強度に優れてい
る。樹脂皮膜は、燃料タンク形状にアルミ系めっき鋼板
をプレス成形する際の耐カジリ性を改善するため、０．
２μｍ以上の膜厚で設けられる。膜厚が０．２μｍに達
しないと、プレス成形時にカジリ疵が発生しやすくな
る。しかし、５．０μｍを超える過剰に厚い樹脂皮膜で
は、抵抗溶接ができなくなる。

【０００９】樹脂皮膜には、フッ素樹脂、ポリエチレ
ン，ポリプロピレン等のポリオレフィン樹脂、ＡＢＳ，
ポリスチレン等のスチレン樹脂、塩化ビニル，塩化ヒニ
リデン等のハロゲン化樹脂等の合成樹脂粉末を分散させ
ることもできる。樹脂皮膜の表層から一部が突出するよ
うに合成樹脂粉末を分散させると、プレス成形時の滑り
込み性が一層改善され、カジリ疵の発生が抑えられる。
このような作用は合成樹脂粉末の配合量が１質量％以上
で顕著になるが、２５質量％を超える過剰量では合成樹
脂粉末の分散が困難になり、塗料がゲル化しやすくな
る。樹脂皮膜には、更にシリカ，アルミナ等の無機粉末
を添加することも可能である。無機粉末の添加により、
樹脂皮膜の耐熱性が向上し、連続プレス成形時に金型温
度が上昇しても皮膜の耐カジリ性が改善される。樹脂皮
膜は、塗装前のアルカリ洗浄で除去されるアルカリ可溶
型、或いは成形後の燃料タンクから除去することなくそ
のまま使用するアルカリ不溶型の何れであっても良い。
アルカリ可溶性は、樹脂皮膜中のカルボキシル基の量を
調整することにより自由に変えられる。遊離カルボキシ
ル基の導入程度を示す指標である酸価（樹脂１ｇに含ま
れる酸分（酸基）の中和に必要な水酸化カリウムのｍｇ
数）が４０以上であれば、ｐＨ９．０以上のアルカリ洗
浄液を用いて洗浄するとき、皮膜が５分以内で洗浄・除
去される。アルカリ可溶性は、遊離カルボキシル基の水
素原子をアルカリ金属で一部置換することによっても高
められる。

【００１０】樹脂皮膜の上に、０．１〜３．０ｇ／ｍ²
の付着量で水溶性油膜が設けられる。水溶性油膜のｐＨ
を８．０以下に規制することにより、アルカリ可溶性樹
脂皮膜の膨潤，溶解が防止され、樹脂皮膜形成に起因す
る良好なプレス成形性が維持される。この点、中和，安
定化等のためにアミン類を添加した水溶性油やエマルジ
ョン油ではｐＨが８．０を超えるものもある。ｐＨ値の
高い油は、アルミ系めっき鋼板の保管時に樹脂皮膜を膨
潤・溶解させ、樹脂皮膜に由来するプレス成形性が維持
できない。また、水溶性油膜油膜は、プレス成形時に潤
滑作用を呈するばかりでなく、プレス金型を冷却・洗浄
する作用も呈し、プレス金型への材料の滑り込みを促進
させ、結果としてカジリ疵の発生が大幅に抑制される。
このような作用・効果は、０．１ｇ／ｍ²以上の付着量
で顕著になるが、３．０ｇ／ｍ²を超える付着量ではプ
レス成形後のアルカリ洗浄に使用される洗浄液の汚染を
早めることから好ましくない。油膜は、工場出荷段階で
アルミ系めっき鋼板の表面に形成されているため、樹脂
皮膜が最表層になっているアルミ系めっき鋼板に比較し
てコイリング，ハンドリング時等に滑りがなく、作業性
も改善する。この点、樹脂皮膜を最表層にしたアルミ系
めっき鋼板では、鋼板相互が面接触した状態で滑りやす
いため、コイリング，ハンドリング等の作業に支障をき
たす。

【００１１】油膜形成には、石油系鉱物オイル，動植物
系オイル，合成オイル等のベースオイルに防錆剤，粘稠
剤，酸中和剤，凝集水分散剤等を適宜配合することによ
り調製される。沸点が異なる複数のベースオイルを配合
すると、油乾きも防止される。防錆剤には、スルホネー
ト，カルボン酸，酸化ワックス，油溶性インヒビタ等が
ある。粘稠剤には、ワックス，各種ゲル等がある。酸中
和剤には、塩基性スルホネート，アミン系化合物，過塩
基性金属化合物等がある。凝縮水分散剤には、石鹸，ス
ルホネート，各種界面活性剤等がある。油は、油膜の粘
度が１〜４０ｃＳｔ（４０℃）となるように調整され
る。１ｃＳｔ（４０℃）未満の粘度では、アルミ系めっ
き鋼板上で油膜の保持力が不足し、耐カジリ性に十分な
効果を発揮しない。逆に４０ｃＳｔ（４０℃）を超える
粘度では、プレス金型に対する洗浄効果が不充分で、塗
装前のアルカリ洗浄時に油膜の除去が困難になる。

【００１２】樹脂皮膜の上に油膜を設けたアルミ系めっ
き鋼板は、樹脂皮膜及び油膜の複合作用によって優れた
プレス成形性をもち、カジリ疵の発生なく燃料タンク形
状にプレス成形される。そのため、プレス成形起因の損
傷もＡｌ−Ｓｉめっき層に発生しがたく、Ａｌ−Ｓｉめ
っき層本来の優れた耐食性を活用される。したがって、
有機酸を含む劣化ガソリンや粗悪なアルコール含有燃料
に接する環境であっても内面腐食が抑制され、耐久性に
優れた燃料タンクとなる。

【００１３】

【実施例】板厚０．８ｍｍの極低炭素Ｔｉ添加鋼板に片
面当りめっき付着量４０ｇ／ｍ²でＳｉ含有量９質量％
のＡｌ−Ｓｉめっき層を形成した後、反応型燐酸クロメ
ート処理液を用いてＣｒ換算２０ｍｇ／ｍ²の付着量で
燐酸クロメート皮膜を形成した。次いで、表１に示す条
件下でアルカリ可溶性樹脂皮膜及び水溶性油膜を形成し
た。

【００１４】

【００１５】塗油後の各アルミ系めっき鋼板から試験を
切り出し、次の成形試験，腐食試験，抵抗溶接試験，ア
ルカリ洗浄試験に供した。〔成形試験〕連続プレス成形時の温度上昇を想定して８
０℃に加温した金型をもちい、径４０ｍｍのポンチで直
径９２ｍｍの試験片を絞り比２．３で筒状に成形した。
２０枚の試験片を連続成形し、最後２０枚目に当たる成
形品で最も過酷な加工を受けた側壁部のクロメート皮膜
を観察し、成形試験前後における蛍光Ｘ線強度差により
クロメート皮膜の損傷程度を測定した。損傷程度２０％
以下を◎，２０〜４０％を○，４０〜６０％を△，６０
％以上を×として評価した。

【００１６】〔アルカリ洗浄試験〕成形後の試験片をｐ
Ｈ１１．０，温度５０℃の苛性ソーダ水溶液に３０秒浸
漬した後、水洗した。試験片表面に油が残っていると水
洗時の濡れ性が悪くなるので、水濡れによりアルカリ洗
浄による油除去程度が判る。試験片の表面全域が水で十
分に濡れたものを○，一部にでも水弾きが検出されたも
のを×としてアルカリ洗浄性を評価した。

【００１７】〔腐食試験〕成形試験と同様に最後２０枚
目に当たる成形品を用い、アルカリ洗浄でアルカリ可溶
性樹脂皮膜及び水溶性油膜を除去した後、燃料タンクの
内面腐食環境を想定した温度５０℃の試験液に浸漬し，
１週間ごとに試験液を取り替えながら９週間浸漬した
後，腐食減量を測定した。試験液としては、蟻酸３５０
ｐｐｍ含有水を等量のガソリンと混合した試験液Ａ及び
メタノール８５質量％，ガソリン１５質量％及び蟻酸３
５０ｐｐｍを混合した試験液Ｂを使用した。腐食減量
０．５ｇ／ｍ²以下を○，０．５〜０．８ｇ／ｍ²を△，
０．８ｇ／ｍ²以上を×として耐食性を評価した。

【００１８】〔抵抗溶接試験〕Ｃｒ−Ｃｕ合金電極を用
い、試験片を２枚重ねてスポット溶接した。溶接条件
は、各試験片について予め求められた適正電流及び適正
荷重を採用した。溶接打点数の増加に応じて電極へのめ
っき層中Ａｌの付着，電極先端の損耗による電流密度の
低下等のため溶接できなくなるので、溶接打点数から試
験片の抵抗溶接性が判る。溶接打点数２０００打点以上
を◎，１０００〜２０００打点を○，１０００打点以下
を×として抵抗溶接性を評価した。

【００１９】表２の調査結果にみられるように、本発明
に従ってアルカリ可溶性樹脂皮膜及び水溶性油膜を形成
した試験番号１〜１２では、Ａｌ−Ｓｉめっき層の保管
時に樹脂皮膜の膨潤や溶解がなく、何れも優れた耐カジ
リ性を呈した。プレス加工した後でアルカリ洗浄するこ
とにより、粘度の高い油膜を形成した試験番号７を除
き、アルミ系めっき鋼板からアルカリ可溶性樹脂皮膜及
び水溶性油膜が完全に除去されたため、溶接条件も安定
化し、耐食性に優れた燃料タンクが得られた。

【００２０】これに対し、試験番号１４は樹脂皮膜が薄
く、試験番号１７，１９は塗油量が不足するため、成形
試験時にカジリが発生し、耐食性が低下した。樹脂皮膜
の厚い試験番号１５では、表面抵抗が高すぎ、抵抗溶接
が不良になった。試験番号１６は、水溶性油膜のｐＨが
高いため、樹脂皮膜の膨潤，部分溶解及び成形時のカジ
リが発生し，耐食性が低下した。

【００２１】この対比から明らかなように、アルカリ可
溶性樹脂皮膜の上にｐＨ８．０以下の水溶性油膜を形成
することによって、プレス成形性に寄与する樹脂皮膜の
性能が維持され、燃料タンクに成形された後でもアルミ
系めっき鋼板本来の優れた耐食性が活用される。また、
アルカリ洗浄によってアルカリ可溶性樹脂皮膜及び水溶
性油膜が完全に除去されるため、溶接条件も安定化し、
耐食性及び強度安定性に優れた燃料タンクが得られる。

【００２２】

【００２３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の燃料タ
ンク用アルミ系めっき鋼板は、Ａｌ−Ｓｉめっき層上に
アルカリ可溶性樹脂皮膜及びｐＨ８．０以下の水溶性油
膜を設けることにより、耐カジリ性の改善に有効な樹脂
皮膜の膨潤・溶解を防止し、Ａｌ−Ｓｉめっき層に損傷
を発生させることなく燃料タンク形状にプレス成形でき
る。また、アルカリ洗浄によってアルカリ可溶性樹脂皮
膜及び水溶性油膜が完全に除去されるため、溶接条件も
安定化して強度安定性が向上し、過酷な腐食雰囲気に曝
される条件下においても、耐久性に優れた燃料タンクが
得られる。

フロントページの続き (72)発明者鴨志田真一大阪府堺市石津西町５番地日新製鋼株式会社技術研究所内 (72)発明者守田幸弘大阪府堺市石津西町５番地日新製鋼株式会社技術研究所内 (72)発明者森川茂保大阪府堺市石津西町５番地日新製鋼株式会社技術研究所内 (72)発明者和泉圭二大阪府堺市石津西町５番地日新製鋼株式会社技術研究所内 (72)発明者近藤正顕愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 4K027 AA02 AA22 AB01 AB02 AB05 AB26 AB48 AC82 AE03 4K044 AA02 AB02 BA10 BA21 BB04 BC02 BC05 CA11 CA53 CA62

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｓｉ：５〜１３質量％のＡｌ−Ｓｉめっ
き層、膜厚：０．１〜５．０μｍのアルカリ可溶性樹脂
皮膜、付着量：０．１〜３．０ｇ／ｍ²でｐＨ８．０以
下の水溶性油膜が鋼板表面に順次形成されていることを
特徴とするプレス成形性及びアルカリ洗浄性に優れた燃
料タンク用アルミ系めっき鋼板。