JP2005029809A - 溶接性及び耐内容物性に優れた容器用表面処理鋼板 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属容器用材料として使用される表面処理鋼板、とりわけ、缶胴を溶接によって作製する場合に、めっき皮膜を研削除去することなく溶接が可能であり、且つ、Ｓｎとの反応性が高い内容物との耐食性に優れる表面処理鋼板の提供。
【解決手段】鋼板の上にクロムメッキ皮膜を金属クロム換算で１０〜２００ｍｇ／ｍ２、クロム酸化物皮膜として５〜３０ｍｇ／ｍ２からなるクロメート皮膜を施したティンフリースチールの溶接部近傍となる部分１０ｍｍに、クロメート皮膜と鋼板との間に、粒系０．１〜２．０μｍ、高さ０．１〜５．０μｍ、面積率で３０％以下、付着量として２０ｍｇ／ｍ２以上の粒状Ｓｎ皮膜を施し、特に、缶内面側の溶接部分以外を前述の粒状Ｓｎの付着量を３０ｍｇ／ｍ２以下に制限することによって無研削溶接性を確保し、且つ錫との反応が問題となる内容物に対しても使用可能とする。
【選択図】 図１
【解決手段】鋼板の上にクロムメッキ皮膜を金属クロム換算で１０〜２００ｍｇ／ｍ２、クロム酸化物皮膜として５〜３０ｍｇ／ｍ２からなるクロメート皮膜を施したティンフリースチールの溶接部近傍となる部分１０ｍｍに、クロメート皮膜と鋼板との間に、粒系０．１〜２．０μｍ、高さ０．１〜５．０μｍ、面積率で３０％以下、付着量として２０ｍｇ／ｍ２以上の粒状Ｓｎ皮膜を施し、特に、缶内面側の溶接部分以外を前述の粒状Ｓｎの付着量を３０ｍｇ／ｍ２以下に制限することによって無研削溶接性を確保し、且つ錫との反応が問題となる内容物に対しても使用可能とする。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属容器用材料として使用される表面処理鋼板、とりわけ、缶胴を溶接によって作製する場合に、めっき皮膜を研削除去することなく溶接が可能であり、且つ、耐内容物性に優れる表面処理鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属容器用に使用される表面処理鋼板としては、Ｓｎをめっきしたぶりき系めっき鋼板とＣｒを薄めっきしたティンフリースチールに大別されており、缶胴を溶接して使用する飲料用３ピース缶にはぶりき系めっき鋼板が主流となっている。一方、１８リットル缶やペール缶では無塗装で使用するものがあり、これらについては、ティンフリースチールの溶接部を研削して溶接する場合が多く、近年では、ティンフリースチールの溶接性を改善した素材も開発され実用化されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
これらの溶接性を改善したティンフリースチールとしては、下地にＳｎを島状あるいは粒状にめっきするもの、等では、金属Ｃｒ層とＣｒ水和酸化物層との間に錫をめっきするものが提案されている（例えば、特許文献５参照）。しかしながら、これらＳｎを用いた溶接改善ティンフリースチールでは、１００〜２００ｍｇ／ｍ２程度の金属錫が存在するため、無塗装の缶では、内容物によってはＳｎとの反応が起って内容物の変色あるいは錆発生等の問題が生じる場合がある。また、塗装・樹脂被覆した場合でも強腐食性内容物に対しては、めっき皮膜中のＳｎの存在によって、耐食性が劣化する場合がある。
【０００４】
Ｓｎを使用しないで金属Ｃｒめっき層の形態を凹凸化することによって接触抵抗を低減し溶接性を改善するタイプ（例えば、特許文献６参照）もあるが、特殊な溶接機が必要であることとめっき皮膜性能がティンフリースチールより劣る等の問題があった。
【０００５】
また、鋼板の溶接部分のみにＳｎめっきを施した後、ティンフリースチールと同等のめっき皮膜を全面に施すことによって溶接可能とするタイプ（例えば、特許文献７〜９参照）や、鋼板に金属クロムめっきを施した後に、ストライプ状にＳｎめっきした後全面にクロム酸化物を形成させるタイプ（例えば、特許文献１０〜１２参照）があるが、何れも通常の平滑なＳｎめっきを施すものであるため、凹凸効果による接触抵抗低減がなく、溶接性が劣り、また、Ｓｎが全面に被覆されてしまうため、Ｓｎ酸化物による密着性低下が生じるため、問題があった。
【０００６】
更には、缶内面側を通常のティンフリースチール、缶外面側をティンフリースチールの下地に粒状Ｓｎめっきを施した表裏異種タイプの溶接缶用表面処理鋼板（例えば、特許文献１３参照）もあるが、完全に表裏異種のめっきを施すことは特殊な片面めっき設備が必要であり、また、溶接性が両面に下地粒状Ｓｎめっきを施したティンフリースチールよりも劣っているため実用性に乏しいものであった。
【０００７】
【特許文献１】
特公平２−１６３９７号公報
【特許文献２】
特開平２−２９８２７７号公報
【特許文献３】
特公平６−９６７９０号公報等
【特許文献４】
特開平２−２９８２７７号公報
【特許文献５】
特開平５−２３０６９４号公報
【特許文献６】
特公平３−６９９９９号公報
【特許文献７】
特開昭６３−２１６９９７号公報
【特許文献８】
特開昭６３−２６２４９５号公報
【特許文献９】
特開平１−１８４２９７号公報
【特許文献１０】
特開昭６２−７４０９４号公報
【特許文献１１】
特開昭６３−５３２８９号公報
【特許文献１２】
特開昭６３−２６２４９６号公報
【特許文献１３】
特開平５−２３０６９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実状に鑑み、金属容器用材料として使用される表面処理鋼板、とりわけ、缶胴を溶接によって作製する場合に、めっき皮膜を研削除去することなく溶接が可能であり、且つ、Ｓｎとの反応性が高い内容物との耐食性に優れる表面処理鋼板を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの課題に対して、鋼板の上にクロムメッキ皮膜を金属クロム換算で１０〜２００ｍｇ／ｍ２、クロム酸化物皮膜として５〜３０ｍｇ／ｍ２からなるクロメート皮膜を施したティンフリースチールの溶接部近傍となる部分１０ｍｍに、クロメート皮膜と鋼板との間に、粒径０．１〜２．０μｍ、高さ０．１〜５．０μｍ、面積率で３０％以下、付着量として２０ｍｇ／ｍ２以上の粒状Ｓｎ皮膜を施し、特に、缶内面側の溶接部分以外を前述の粒状Ｓｎの付着量を３０ｍｇ／ｍ２以下に制限することによって無研削溶接性を確保し、且つ錫との反応が問題となる内容物に対しても使用可能とするものである。
【００１０】
本発明の要旨は、以下の通りである。
【００１１】
（１） 鋼板の上にクロムメッキ皮膜を金属クロム換算で１０〜２００ｍｇ／ｍ２、クロム酸化物皮膜として５〜３０ｍｇ／ｍ２施したティンフリースチールの缶外面側全面と缶内面側となる面の溶接部となる板端から１０ｍｍまでの位置に、クロメート皮膜と鋼板との間に、粒径０．１〜２．０μｍ、粒高さ０．１〜５．０μｍ、面積率で３０％以下、付着量として２０ｍｇ／ｍ２以上の粒状Ｓｎ皮膜を施し、缶内面側の溶接部分１０ｍｍ以外は前述の粒状Ｓｎの付着量が３０ｍｇ／ｍ２以下であることを特徴とする溶接性及び耐内容物性に優れた容器用表面処理鋼板。
【００１２】
（２） 鋼板の上にクロムメッキ皮膜を金属クロム換算で１０〜２００ｍｇ／ｍ２、クロム酸化物皮膜として５〜３０ｍｇ／ｍ２施したティンフリースチールの溶接部となる板端から１０ｍｍまでの位置に、１０〜２００ｍｇ／ｍ２のクロメート皮膜と鋼板との間に、粒径０．１〜２．０μｍ、粒高さ０．１〜５．０μｍ、面積率で３０％以下、付着量として２０ｍｇ／ｍ２以上の粒状Ｓｎ皮膜を施し、溶接部分１０ｍｍ以外は前述の粒状Ｓｎの付着量が３０ｍｇ／ｍ２以下であることを特徴とする溶接性及び耐内容物性に優れた容器用表面処理鋼板。
【００１３】
（３） 上記（１）または（２）に記載の容器用表面処理鋼板の缶外面側のみに、更に、溶接部近傍を除いて、塗装皮膜を０．５〜２０μｍ膜厚で被覆した溶接性及び耐内容物性に優れた片面塗装鋼板。
【００１４】
（４） 上記（３）に記載の容器用表面処理鋼板の缶内面側に、更に、溶接部近傍を除いて、樹脂皮膜を５〜２００μｍ膜厚で被覆した溶接性及び耐内容物性に優れた片面塗装鋼板。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参酌して本発明の詳細について説明する。
【００１６】
図１、図２は本発明表面処理鋼板の断面構造の概念例を示す図である。本発明での皮膜は鋼板３の両面に一般的なティンフリー皮膜層として、金属クロム層２とクロム酸化物層１を施したものに対して、缶内面側の鋼板両端の溶接部５と缶外面側全面において、図１に示すように、上記鋼板３と金属クロム層２との間に粒状のＳｎめっき層４を形成させた構造から成るもの、並びに、図２に示すように粒状Ｓｎめっき層４を鋼板両面とも溶接部５の部分のみに施したものである。また、皮膜の上に更に、塗装や樹脂を被覆する際に、熱処理が加わって、不可避的に鋼板と粒状Ｓｎめっき層との間にＳｎ−Ｆｅ合金層が微量形成されていても良い。
【００１７】
これら本発明での皮膜の付着量範囲について述べる。先ず、鋼板３と金属クロム層２との間に施す粒状Ｓｎめっき層４であるが、めっき量としての下限は、最低限の溶接性を確保可能な量として１０ｍｇ／ｍ２好ましくは２０ｍｇ／ｍ２が下限である。上限は、コストと生産性の点から１ｇ／ｍ２程度であるが、ティンフリースチールの外観と同じレベルでは１００〜３００ｍｇ／ｍ２程度が好ましい。また、粒状Ｓｎの形態については、粒径として０．１〜１０μｍ、粒高さとして０．１〜１０μｍが実用範囲であるが、実際には粒径は０．１〜２．０μｍ、粒高さは０．１〜５μｍが好ましい。Ｓｎ粒の分布としては鋼板面積率で１〜５０％、好ましくは１〜３０％、さらに好ましくは５〜３０％である。この場合の下限は溶接性で決まり、上限は外観とコストで決まり、缶外面側の粒状Ｓｎは耐内容物性では問題とはならないため、コストと外観から５００ｍｇ／ｍ２までが好ましい。これらの粒状Ｓｎを施す範囲については、溶接機や溶接条件、缶形状、板厚、更には、溶接部の補修被覆の方法等によって変化するが、一般的には鋼板の端から５〜１０ｍｍ程度であり、それ以外の部分については、缶内面側はＳｎと反応する特殊な内容物に対して３０ｍｇ／ｍ２以下が好ましく、特に、反応性の高い内容物に対しては更に低い付着量が要求される場合もある。
【００１８】
次に、金属クロム層とクロム酸化層とからなるティンフリー皮膜層（クロメート皮膜層）の付着量の限定範囲について述べる。金属クロム層２の下限は耐食性から、最低でも１ｍｇ／ｍ２以上は必須であり、上限は溶接性から、好ましくは１０〜２００ｍｇ／ｍ２の範囲となる。また、クロム酸化物層１については、密着性から１ｍｇ／ｍ２が下限となり、上限は溶接性と外観から５０ｍｇ／ｍ２であり、実用的には、５〜３０ｍｇ／ｍ２の範囲が好ましい。
【００１９】
更に、実際の缶体としては、本発明皮膜の上に塗装あるいは樹脂皮膜を被覆して使用する場合があり、この場合に使用する塗料並びに樹脂は一般に使用されているものであって、特に限定されるものではない。この場合、塗装並びに樹脂皮膜は、溶接を阻害するため、溶接部近傍、好ましくは１０ｍｍを除いて被覆することが必要である。塗装は、缶の外面側に使用されることが一般的であり、塗料としては、メラミン系、ウレタン系、アクリル系、ポリエステル系、エポキシ系で夫々、溶剤ベースと水性ベースが一般的であり、塗装膜厚も０．５〜２０μｍが通常１回塗装で実施される。一方で、内面耐食性を重視する内容物に対しては、内容物耐食性の必要レベルに応じて内面側に数回塗装される場合もある。また、更に、強腐食性内容物や食品フレーバー性について要求される場合は、内面塗装の代わりに樹脂皮膜をラミネートする場合もあり、樹脂の種類としては、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリエチレンテレフタール系、ポリブチレンテレフタール系、ポリエチレンナフトール系、ポリメチルペンテン系等が用途によって選択され樹脂膜厚は５〜２００μｍが一般的である。
【００２０】
次に、本発明の容器用表面処理鋼板の製造方法について詳細に述べる。
【００２１】
本発明で使用する鋼板は、ごく一般的に使用される低炭素冷延鋼板であり、板厚は０．１〜数ｍｍの範囲で、容器用としては０．２〜０．５ｍｍが一般的である。
【００２２】
本発明での皮膜の形成方法としては、先ず、最初に粒状Ｓｎめっきを行った後にクロムめっきを施す方法が一般的であり、粒状Ｓｎめっきを行った後に、更にリフロー加熱処理によって一部Ｓｎ−Ｆｅ合金層を形成させることも電気錫めっきラインでは可能である。
【００２３】
粒状Ｓｎめっきの状態は図１と図２に示されるように缶内面側の両端部以外は、極力Ｓｎが付着しないようにめっきすることがポイントとなる。
【００２４】
図１の場合は、缶外面側となる面は全面に均一に粒状Ｓｎめっきされ、缶内面側は、溶接部分である両端部分のみ粒状Ｓｎめっきが施されている。これは、片面のみ電気Ｓｎめっきを施すことによって容易に得られ、一般的に用いられるエッジマスク位置を制御することによって、エッジ部分の粒状Ｓｎめっきの回り込み量を変化可能である。
【００２５】
図２の場合は、通常の電気めっき装置では製造が困難であり、分割電極を用いてエッジ部分のみ通電することによって、鋼板の両エッジ部分のみ粒状Ｓｎめっきを施すことが可能となる。この場合も、エッジ電極の位置を制御することによって、粒状Ｓｎの付着範囲を変化することが可能である。
【００２６】
従来の缶用ストライプめっき鋼板の製造方法は、何れも、ストライプ部分めっきを施すためのシール装置が複雑であり、実用化に耐えないものであった。これらに対して、本発明では、現行装置または、シール装置のない部分電極を設けることにより容易に製造可能である。
【００２７】
次に、クロメート皮膜を形成させる方法としては、クロム酸溶液中に硫酸やフッ化物を助剤として添加した浴で陰極電解する方法等が一般的であり、金属クロム層とクロム酸化物層を同時に電解析出させる方法並びに、クロム酸化物層を２回に分けて析出させる方法があるが、特定の方法に限定するものではない。
【００２８】
塗料の塗装方法については、溶接部分の塗料を正確に除く必要があるため、ロールコート方式でリバース塗装が好ましい。焼付けについては、特に限定されるものではなく、一般的な乾燥炉方式や赤外線加熱、誘導加熱等がある。
【００２９】
樹脂皮膜の被覆方法としては、樹脂フィルムを鋼板に貼り付けるフィルムラミネート法や樹脂をフィルム状に直接溶融押出しして鋼板上に貼り付けるＴダイラミネート法が一般的であるが、特に限定されるものではない。
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明の内容を説明する。
【００３０】
（実施例−１）
通常の方法で冷間圧延、及び焼鈍された低炭素冷延鋼板（表面粗度：０．２５μＲａブライト仕様）に通常の方法で脱脂・酸洗を行った後、順に（１）に示す処理条件で粒状Ｓｎめっきを鋼板の片面側全面と反対面側の端部のみに施し、更にその上に（２）に示す条件でクロムめっきを施して本発明の皮膜を形成させたものを各種評価試験に供した。
（１）粒状Ｓｎめっき
▲１▼浴条件
Ｓｎ２＋：５〜１０ｇ／ｌ
ＰＳＡ（フェノールスルフォン酸）：１０〜２０ｇ／ｌ
硫酸：５〜１０ｇ／ｌ
▲２▼めっき条件
浴温度：３５〜４５℃
電流密度：２〜１０Ａ／ｄｍ２ ＊片面は全面めっき、もう一方の面は板端部のみ回り込み電流を制御
（２）クロムめっき
▲１▼浴条件
クロム酸：９０〜１００ｇ／ｌ
硫酸：１．０〜１．５ｇ／ｌ
▲２▼めっき条件
浴温度：４５〜５５℃
電流密度：２０〜５０Ａ／ｄｍ２
【００３１】
（実施例−２）
通常の方法で冷間圧延された低炭素冷延鋼板（表面粗度：０．２５μＲａブライト仕様）に（３）に示す条件で粒状Ｓｎめっきを鋼板の端部のみに施し、更にその上に（２）に示す処理条件でクロムめっきを施して本発明の皮膜を形成させ、各種評価試験に供した。
（３）粒状Ｓｎめっき
▲１▼浴条件
Ｓｎ２＋：５〜１０ｇ／ｌ
ＰＳＡ（フェノールスルフォン酸）：１０〜２０ｇ／ｌ
硫酸：５〜１０ｇ／ｌ
▲２▼めっき条件
浴温度：３５〜４５℃
電流密度：２〜１０Ａ／ｄｍ２ ＊鋼板の端部のみ両面に電極を配置
【００３２】
（実施例−３）
実施例−１、２において、本発明の皮膜を形成させた後に、市販の水性エポキシアクリル塗料を缶内面側の溶接端部１０ｍｍ以外の部分に５μｍ塗装して２１０℃１０分焼付けたものを各種評価試験に供した。
【００３３】
（実施例−４）
実施例−１、２において、本発明の皮膜を形成させた後に、ポリエチレン樹脂を缶内面側の溶接端部１０ｍｍ以外の部分に７０μｍ加熱被覆したものを各種評価試験に供した。
【００３４】
（実施例−５）
実施例−１、２において、本発明の皮膜を形成させた後に、ポリプロピレン樹脂を缶内面側の溶接端部１０ｍｍ以外の部分に１００μｍ加熱被覆したものを各種評価試験に供した。
【００３５】
（実施例−６）
実施例−１、２において、本発明の皮膜を形成させた後に、ポリエチレンテレフタレート樹脂を缶内面側の溶接端部１０ｍｍ以外の部分に４０μｍ加熱被覆したものを各種評価試験に供した。
【００３６】
（比較例−１）
実施例−１において粒状Ｓｎめっき層をなしとして、一般のティンフリースチールとした比較例である。
【００３７】
（比較例−２）
実施例−１において粒状Ｓｎめっきを鋼板両面に施したものであり、他の条件は全て実施例−１と同じである。
【００３８】
（比較例−３）
缶内面側を比較例−１と同じティンフリースチール、缶外面側を比較例−２と同じ粒状Ｓｎめっきを下地に全面施したティンフリースチールの表裏異種めっきであり、夫々のめっき条件は、実施例−１と同じである。
【００３９】
（比較例−４）
実施例−２において鋼板端部の粒状Ｓｎめっき層を平滑とした比較例である。平滑Ｓｎめっきの条件は（４）に示す。
（４）平滑Ｓｎめっき
▲１▼浴条件
Ｓｎ２＋：２０〜３０ｇ／ｌ
ＰＳＡ（フェノールスルフォン酸）：１０〜２０ｇ／ｌ
光沢剤：５〜１０ｇ／ｌ
▲２▼めっき条件
浴温度：３５〜４５℃
電流密度：２〜１０Ａ／ｄｍ２ ＊鋼板の端部のみ両面に電極を配置
【００４０】
（比較例−５）
実施例−３において粒状Ｓｎめっきを鋼板両面に施したものであり、他の条件は全て実施例−３と同じである。
【００４１】
（比較例−６）
実施例−４において粒状Ｓｎめっきを鋼板両面に施したものであり、他の条件は全て実施例−４と同じである。
【００４２】
（比較例−７）
実施例−５において粒状Ｓｎめっきを鋼板両面に施したものであり、他の条件は全て実施例−５と同じである。
【００４３】
（比較例−８）
実施例−６において粒状Ｓｎめっきを鋼板両面に施したものであり、他の条件は全て実施例−６と同じである。
【００４４】
以上、本発明実施例、比較例を以下に示す（ａ）〜（ｄ）の評価テストに供し、特性を比較した。
【００４５】
（ａ）溶接性
スードロニック溶接機を用い、溶接速度１８ｍ／分、ラップ幅０．８ｍｍ、加圧力５０Ｋｇ、で実施し、溶接強度とチリ発生について評価した溶接適正電流範囲で５００Ａ以上を◎、２００〜５００Ａを○、０〜２００Ａを△、適正範囲なしを×とした。
【００４６】
（ｂ）耐食性Ｉ（裸）
めっき鋼板の溶接部を除く内面側を適当な大きさに切り出し（３０×２０ｍｍ程度）、試験片の半分が溶液に浸漬されるようにガラス瓶に強アルカリ液を入れて、５０℃で３〜６ヶ月浸漬試験を実施し、試験後の試験片表面を目視によって評価した。評価は、変化がないものを◎、やや変色しているものを○、変色しているものを△、錆が発生しているものを×とした。
【００４７】
（ｃ）耐食性ＩＩ（塗装・樹脂被覆）
めっき鋼板の溶接部を除く内面側を適当な大きさに切り出し（φ５０ｍｍ程度）、エリクセン加工５ｍｍ施した後、試験片の凸部が溶液に浸漬されるように密閉ガラス瓶に強腐食液を入れて、４０℃で１ヶ月浸漬試験を実施し、試験後の試験片表面を目視によって評価した。評価は、変化がないものを○、皮膜が浮いているものを△、錆が発生しているものを×とした。
【００４８】
（ｄ）塗料密着性
めっき鋼板表面に市販のエポキシフェノール系塗料を塗装したものを２枚ナイロンフィルムで熱圧着によって貼り合わせ、Ｔピール引張り試験を実施した。評価は、引張り強度が１０Ｋｇ／１０ｍｍ以上のものを◎、１〜５Ｋｇ／１０ｍｍを○、１Ｋｇ／１０ｍｍ以下を×とした。
【００４９】
以上、テスト結果を表１にまとめて示した。
【００５０】
表１に示すように、本発明の実施例１〜６はいずれも評価テストの特性は優れたものとなっていた。これに対して、比較例１〜８についての評価テストの特性は（ａ）〜（ｄ）の内のいずれかが劣っていた。
【００５１】
【表１】
【００５２】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、ティンフリースチールのように溶接部分を研磨しなくても良好な溶接性とティンフリースチールに近い外観を保持し、且つ、強アルカリのようなＳｎを溶解するような内容物に対しても耐食性に優れる表面処理鋼板の供給を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による皮膜構成概念の一例を示す図である。
【図２】本発明による皮膜構成概念の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ クロム酸化物めっき層
２ 金属クロムめっき層
３ 鋼板
４ 粒状Ｓｎめっき
５ 溶接部
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属容器用材料として使用される表面処理鋼板、とりわけ、缶胴を溶接によって作製する場合に、めっき皮膜を研削除去することなく溶接が可能であり、且つ、耐内容物性に優れる表面処理鋼板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属容器用に使用される表面処理鋼板としては、Ｓｎをめっきしたぶりき系めっき鋼板とＣｒを薄めっきしたティンフリースチールに大別されており、缶胴を溶接して使用する飲料用３ピース缶にはぶりき系めっき鋼板が主流となっている。一方、１８リットル缶やペール缶では無塗装で使用するものがあり、これらについては、ティンフリースチールの溶接部を研削して溶接する場合が多く、近年では、ティンフリースチールの溶接性を改善した素材も開発され実用化されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００３】
これらの溶接性を改善したティンフリースチールとしては、下地にＳｎを島状あるいは粒状にめっきするもの、等では、金属Ｃｒ層とＣｒ水和酸化物層との間に錫をめっきするものが提案されている（例えば、特許文献５参照）。しかしながら、これらＳｎを用いた溶接改善ティンフリースチールでは、１００〜２００ｍｇ／ｍ２程度の金属錫が存在するため、無塗装の缶では、内容物によってはＳｎとの反応が起って内容物の変色あるいは錆発生等の問題が生じる場合がある。また、塗装・樹脂被覆した場合でも強腐食性内容物に対しては、めっき皮膜中のＳｎの存在によって、耐食性が劣化する場合がある。
【０００４】
Ｓｎを使用しないで金属Ｃｒめっき層の形態を凹凸化することによって接触抵抗を低減し溶接性を改善するタイプ（例えば、特許文献６参照）もあるが、特殊な溶接機が必要であることとめっき皮膜性能がティンフリースチールより劣る等の問題があった。
【０００５】
また、鋼板の溶接部分のみにＳｎめっきを施した後、ティンフリースチールと同等のめっき皮膜を全面に施すことによって溶接可能とするタイプ（例えば、特許文献７〜９参照）や、鋼板に金属クロムめっきを施した後に、ストライプ状にＳｎめっきした後全面にクロム酸化物を形成させるタイプ（例えば、特許文献１０〜１２参照）があるが、何れも通常の平滑なＳｎめっきを施すものであるため、凹凸効果による接触抵抗低減がなく、溶接性が劣り、また、Ｓｎが全面に被覆されてしまうため、Ｓｎ酸化物による密着性低下が生じるため、問題があった。
【０００６】
更には、缶内面側を通常のティンフリースチール、缶外面側をティンフリースチールの下地に粒状Ｓｎめっきを施した表裏異種タイプの溶接缶用表面処理鋼板（例えば、特許文献１３参照）もあるが、完全に表裏異種のめっきを施すことは特殊な片面めっき設備が必要であり、また、溶接性が両面に下地粒状Ｓｎめっきを施したティンフリースチールよりも劣っているため実用性に乏しいものであった。
【０００７】
【特許文献１】
特公平２−１６３９７号公報
【特許文献２】
特開平２−２９８２７７号公報
【特許文献３】
特公平６−９６７９０号公報等
【特許文献４】
特開平２−２９８２７７号公報
【特許文献５】
特開平５−２３０６９４号公報
【特許文献６】
特公平３−６９９９９号公報
【特許文献７】
特開昭６３−２１６９９７号公報
【特許文献８】
特開昭６３−２６２４９５号公報
【特許文献９】
特開平１−１８４２９７号公報
【特許文献１０】
特開昭６２−７４０９４号公報
【特許文献１１】
特開昭６３−５３２８９号公報
【特許文献１２】
特開昭６３−２６２４９６号公報
【特許文献１３】
特開平５−２３０６９５号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記実状に鑑み、金属容器用材料として使用される表面処理鋼板、とりわけ、缶胴を溶接によって作製する場合に、めっき皮膜を研削除去することなく溶接が可能であり、且つ、Ｓｎとの反応性が高い内容物との耐食性に優れる表面処理鋼板を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、これらの課題に対して、鋼板の上にクロムメッキ皮膜を金属クロム換算で１０〜２００ｍｇ／ｍ２、クロム酸化物皮膜として５〜３０ｍｇ／ｍ２からなるクロメート皮膜を施したティンフリースチールの溶接部近傍となる部分１０ｍｍに、クロメート皮膜と鋼板との間に、粒径０．１〜２．０μｍ、高さ０．１〜５．０μｍ、面積率で３０％以下、付着量として２０ｍｇ／ｍ２以上の粒状Ｓｎ皮膜を施し、特に、缶内面側の溶接部分以外を前述の粒状Ｓｎの付着量を３０ｍｇ／ｍ２以下に制限することによって無研削溶接性を確保し、且つ錫との反応が問題となる内容物に対しても使用可能とするものである。
【００１０】
本発明の要旨は、以下の通りである。
【００１１】
（１） 鋼板の上にクロムメッキ皮膜を金属クロム換算で１０〜２００ｍｇ／ｍ２、クロム酸化物皮膜として５〜３０ｍｇ／ｍ２施したティンフリースチールの缶外面側全面と缶内面側となる面の溶接部となる板端から１０ｍｍまでの位置に、クロメート皮膜と鋼板との間に、粒径０．１〜２．０μｍ、粒高さ０．１〜５．０μｍ、面積率で３０％以下、付着量として２０ｍｇ／ｍ２以上の粒状Ｓｎ皮膜を施し、缶内面側の溶接部分１０ｍｍ以外は前述の粒状Ｓｎの付着量が３０ｍｇ／ｍ２以下であることを特徴とする溶接性及び耐内容物性に優れた容器用表面処理鋼板。
【００１２】
（２） 鋼板の上にクロムメッキ皮膜を金属クロム換算で１０〜２００ｍｇ／ｍ２、クロム酸化物皮膜として５〜３０ｍｇ／ｍ２施したティンフリースチールの溶接部となる板端から１０ｍｍまでの位置に、１０〜２００ｍｇ／ｍ２のクロメート皮膜と鋼板との間に、粒径０．１〜２．０μｍ、粒高さ０．１〜５．０μｍ、面積率で３０％以下、付着量として２０ｍｇ／ｍ２以上の粒状Ｓｎ皮膜を施し、溶接部分１０ｍｍ以外は前述の粒状Ｓｎの付着量が３０ｍｇ／ｍ２以下であることを特徴とする溶接性及び耐内容物性に優れた容器用表面処理鋼板。
【００１３】
（３） 上記（１）または（２）に記載の容器用表面処理鋼板の缶外面側のみに、更に、溶接部近傍を除いて、塗装皮膜を０．５〜２０μｍ膜厚で被覆した溶接性及び耐内容物性に優れた片面塗装鋼板。
【００１４】
（４） 上記（３）に記載の容器用表面処理鋼板の缶内面側に、更に、溶接部近傍を除いて、樹脂皮膜を５〜２００μｍ膜厚で被覆した溶接性及び耐内容物性に優れた片面塗装鋼板。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図を参酌して本発明の詳細について説明する。
【００１６】
図１、図２は本発明表面処理鋼板の断面構造の概念例を示す図である。本発明での皮膜は鋼板３の両面に一般的なティンフリー皮膜層として、金属クロム層２とクロム酸化物層１を施したものに対して、缶内面側の鋼板両端の溶接部５と缶外面側全面において、図１に示すように、上記鋼板３と金属クロム層２との間に粒状のＳｎめっき層４を形成させた構造から成るもの、並びに、図２に示すように粒状Ｓｎめっき層４を鋼板両面とも溶接部５の部分のみに施したものである。また、皮膜の上に更に、塗装や樹脂を被覆する際に、熱処理が加わって、不可避的に鋼板と粒状Ｓｎめっき層との間にＳｎ−Ｆｅ合金層が微量形成されていても良い。
【００１７】
これら本発明での皮膜の付着量範囲について述べる。先ず、鋼板３と金属クロム層２との間に施す粒状Ｓｎめっき層４であるが、めっき量としての下限は、最低限の溶接性を確保可能な量として１０ｍｇ／ｍ２好ましくは２０ｍｇ／ｍ２が下限である。上限は、コストと生産性の点から１ｇ／ｍ２程度であるが、ティンフリースチールの外観と同じレベルでは１００〜３００ｍｇ／ｍ２程度が好ましい。また、粒状Ｓｎの形態については、粒径として０．１〜１０μｍ、粒高さとして０．１〜１０μｍが実用範囲であるが、実際には粒径は０．１〜２．０μｍ、粒高さは０．１〜５μｍが好ましい。Ｓｎ粒の分布としては鋼板面積率で１〜５０％、好ましくは１〜３０％、さらに好ましくは５〜３０％である。この場合の下限は溶接性で決まり、上限は外観とコストで決まり、缶外面側の粒状Ｓｎは耐内容物性では問題とはならないため、コストと外観から５００ｍｇ／ｍ２までが好ましい。これらの粒状Ｓｎを施す範囲については、溶接機や溶接条件、缶形状、板厚、更には、溶接部の補修被覆の方法等によって変化するが、一般的には鋼板の端から５〜１０ｍｍ程度であり、それ以外の部分については、缶内面側はＳｎと反応する特殊な内容物に対して３０ｍｇ／ｍ２以下が好ましく、特に、反応性の高い内容物に対しては更に低い付着量が要求される場合もある。
【００１８】
次に、金属クロム層とクロム酸化層とからなるティンフリー皮膜層（クロメート皮膜層）の付着量の限定範囲について述べる。金属クロム層２の下限は耐食性から、最低でも１ｍｇ／ｍ２以上は必須であり、上限は溶接性から、好ましくは１０〜２００ｍｇ／ｍ２の範囲となる。また、クロム酸化物層１については、密着性から１ｍｇ／ｍ２が下限となり、上限は溶接性と外観から５０ｍｇ／ｍ２であり、実用的には、５〜３０ｍｇ／ｍ２の範囲が好ましい。
【００１９】
更に、実際の缶体としては、本発明皮膜の上に塗装あるいは樹脂皮膜を被覆して使用する場合があり、この場合に使用する塗料並びに樹脂は一般に使用されているものであって、特に限定されるものではない。この場合、塗装並びに樹脂皮膜は、溶接を阻害するため、溶接部近傍、好ましくは１０ｍｍを除いて被覆することが必要である。塗装は、缶の外面側に使用されることが一般的であり、塗料としては、メラミン系、ウレタン系、アクリル系、ポリエステル系、エポキシ系で夫々、溶剤ベースと水性ベースが一般的であり、塗装膜厚も０．５〜２０μｍが通常１回塗装で実施される。一方で、内面耐食性を重視する内容物に対しては、内容物耐食性の必要レベルに応じて内面側に数回塗装される場合もある。また、更に、強腐食性内容物や食品フレーバー性について要求される場合は、内面塗装の代わりに樹脂皮膜をラミネートする場合もあり、樹脂の種類としては、ポリエチレン系、ポリプロピレン系、ポリオレフィン系、ポリアミド系、ポリエチレンテレフタール系、ポリブチレンテレフタール系、ポリエチレンナフトール系、ポリメチルペンテン系等が用途によって選択され樹脂膜厚は５〜２００μｍが一般的である。
【００２０】
次に、本発明の容器用表面処理鋼板の製造方法について詳細に述べる。
【００２１】
本発明で使用する鋼板は、ごく一般的に使用される低炭素冷延鋼板であり、板厚は０．１〜数ｍｍの範囲で、容器用としては０．２〜０．５ｍｍが一般的である。
【００２２】
本発明での皮膜の形成方法としては、先ず、最初に粒状Ｓｎめっきを行った後にクロムめっきを施す方法が一般的であり、粒状Ｓｎめっきを行った後に、更にリフロー加熱処理によって一部Ｓｎ−Ｆｅ合金層を形成させることも電気錫めっきラインでは可能である。
【００２３】
粒状Ｓｎめっきの状態は図１と図２に示されるように缶内面側の両端部以外は、極力Ｓｎが付着しないようにめっきすることがポイントとなる。
【００２４】
図１の場合は、缶外面側となる面は全面に均一に粒状Ｓｎめっきされ、缶内面側は、溶接部分である両端部分のみ粒状Ｓｎめっきが施されている。これは、片面のみ電気Ｓｎめっきを施すことによって容易に得られ、一般的に用いられるエッジマスク位置を制御することによって、エッジ部分の粒状Ｓｎめっきの回り込み量を変化可能である。
【００２５】
図２の場合は、通常の電気めっき装置では製造が困難であり、分割電極を用いてエッジ部分のみ通電することによって、鋼板の両エッジ部分のみ粒状Ｓｎめっきを施すことが可能となる。この場合も、エッジ電極の位置を制御することによって、粒状Ｓｎの付着範囲を変化することが可能である。
【００２６】
従来の缶用ストライプめっき鋼板の製造方法は、何れも、ストライプ部分めっきを施すためのシール装置が複雑であり、実用化に耐えないものであった。これらに対して、本発明では、現行装置または、シール装置のない部分電極を設けることにより容易に製造可能である。
【００２７】
次に、クロメート皮膜を形成させる方法としては、クロム酸溶液中に硫酸やフッ化物を助剤として添加した浴で陰極電解する方法等が一般的であり、金属クロム層とクロム酸化物層を同時に電解析出させる方法並びに、クロム酸化物層を２回に分けて析出させる方法があるが、特定の方法に限定するものではない。
【００２８】
塗料の塗装方法については、溶接部分の塗料を正確に除く必要があるため、ロールコート方式でリバース塗装が好ましい。焼付けについては、特に限定されるものではなく、一般的な乾燥炉方式や赤外線加熱、誘導加熱等がある。
【００２９】
樹脂皮膜の被覆方法としては、樹脂フィルムを鋼板に貼り付けるフィルムラミネート法や樹脂をフィルム状に直接溶融押出しして鋼板上に貼り付けるＴダイラミネート法が一般的であるが、特に限定されるものではない。
【実施例】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明の内容を説明する。
【００３０】
（実施例−１）
通常の方法で冷間圧延、及び焼鈍された低炭素冷延鋼板（表面粗度：０．２５μＲａブライト仕様）に通常の方法で脱脂・酸洗を行った後、順に（１）に示す処理条件で粒状Ｓｎめっきを鋼板の片面側全面と反対面側の端部のみに施し、更にその上に（２）に示す条件でクロムめっきを施して本発明の皮膜を形成させたものを各種評価試験に供した。
（１）粒状Ｓｎめっき
▲１▼浴条件
Ｓｎ２＋：５〜１０ｇ／ｌ
ＰＳＡ（フェノールスルフォン酸）：１０〜２０ｇ／ｌ
硫酸：５〜１０ｇ／ｌ
▲２▼めっき条件
浴温度：３５〜４５℃
電流密度：２〜１０Ａ／ｄｍ２ ＊片面は全面めっき、もう一方の面は板端部のみ回り込み電流を制御
（２）クロムめっき
▲１▼浴条件
クロム酸：９０〜１００ｇ／ｌ
硫酸：１．０〜１．５ｇ／ｌ
▲２▼めっき条件
浴温度：４５〜５５℃
電流密度：２０〜５０Ａ／ｄｍ２
【００３１】
（実施例−２）
通常の方法で冷間圧延された低炭素冷延鋼板（表面粗度：０．２５μＲａブライト仕様）に（３）に示す条件で粒状Ｓｎめっきを鋼板の端部のみに施し、更にその上に（２）に示す処理条件でクロムめっきを施して本発明の皮膜を形成させ、各種評価試験に供した。
（３）粒状Ｓｎめっき
▲１▼浴条件
Ｓｎ２＋：５〜１０ｇ／ｌ
ＰＳＡ（フェノールスルフォン酸）：１０〜２０ｇ／ｌ
硫酸：５〜１０ｇ／ｌ
▲２▼めっき条件
浴温度：３５〜４５℃
電流密度：２〜１０Ａ／ｄｍ２ ＊鋼板の端部のみ両面に電極を配置
【００３２】
（実施例−３）
実施例−１、２において、本発明の皮膜を形成させた後に、市販の水性エポキシアクリル塗料を缶内面側の溶接端部１０ｍｍ以外の部分に５μｍ塗装して２１０℃１０分焼付けたものを各種評価試験に供した。
【００３３】
（実施例−４）
実施例−１、２において、本発明の皮膜を形成させた後に、ポリエチレン樹脂を缶内面側の溶接端部１０ｍｍ以外の部分に７０μｍ加熱被覆したものを各種評価試験に供した。
【００３４】
（実施例−５）
実施例−１、２において、本発明の皮膜を形成させた後に、ポリプロピレン樹脂を缶内面側の溶接端部１０ｍｍ以外の部分に１００μｍ加熱被覆したものを各種評価試験に供した。
【００３５】
（実施例−６）
実施例−１、２において、本発明の皮膜を形成させた後に、ポリエチレンテレフタレート樹脂を缶内面側の溶接端部１０ｍｍ以外の部分に４０μｍ加熱被覆したものを各種評価試験に供した。
【００３６】
（比較例−１）
実施例−１において粒状Ｓｎめっき層をなしとして、一般のティンフリースチールとした比較例である。
【００３７】
（比較例−２）
実施例−１において粒状Ｓｎめっきを鋼板両面に施したものであり、他の条件は全て実施例−１と同じである。
【００３８】
（比較例−３）
缶内面側を比較例−１と同じティンフリースチール、缶外面側を比較例−２と同じ粒状Ｓｎめっきを下地に全面施したティンフリースチールの表裏異種めっきであり、夫々のめっき条件は、実施例−１と同じである。
【００３９】
（比較例−４）
実施例−２において鋼板端部の粒状Ｓｎめっき層を平滑とした比較例である。平滑Ｓｎめっきの条件は（４）に示す。
（４）平滑Ｓｎめっき
▲１▼浴条件
Ｓｎ２＋：２０〜３０ｇ／ｌ
ＰＳＡ（フェノールスルフォン酸）：１０〜２０ｇ／ｌ
光沢剤：５〜１０ｇ／ｌ
▲２▼めっき条件
浴温度：３５〜４５℃
電流密度：２〜１０Ａ／ｄｍ２ ＊鋼板の端部のみ両面に電極を配置
【００４０】
（比較例−５）
実施例−３において粒状Ｓｎめっきを鋼板両面に施したものであり、他の条件は全て実施例−３と同じである。
【００４１】
（比較例−６）
実施例−４において粒状Ｓｎめっきを鋼板両面に施したものであり、他の条件は全て実施例−４と同じである。
【００４２】
（比較例−７）
実施例−５において粒状Ｓｎめっきを鋼板両面に施したものであり、他の条件は全て実施例−５と同じである。
【００４３】
（比較例−８）
実施例−６において粒状Ｓｎめっきを鋼板両面に施したものであり、他の条件は全て実施例−６と同じである。
【００４４】
以上、本発明実施例、比較例を以下に示す（ａ）〜（ｄ）の評価テストに供し、特性を比較した。
【００４５】
（ａ）溶接性
スードロニック溶接機を用い、溶接速度１８ｍ／分、ラップ幅０．８ｍｍ、加圧力５０Ｋｇ、で実施し、溶接強度とチリ発生について評価した溶接適正電流範囲で５００Ａ以上を◎、２００〜５００Ａを○、０〜２００Ａを△、適正範囲なしを×とした。
【００４６】
（ｂ）耐食性Ｉ（裸）
めっき鋼板の溶接部を除く内面側を適当な大きさに切り出し（３０×２０ｍｍ程度）、試験片の半分が溶液に浸漬されるようにガラス瓶に強アルカリ液を入れて、５０℃で３〜６ヶ月浸漬試験を実施し、試験後の試験片表面を目視によって評価した。評価は、変化がないものを◎、やや変色しているものを○、変色しているものを△、錆が発生しているものを×とした。
【００４７】
（ｃ）耐食性ＩＩ（塗装・樹脂被覆）
めっき鋼板の溶接部を除く内面側を適当な大きさに切り出し（φ５０ｍｍ程度）、エリクセン加工５ｍｍ施した後、試験片の凸部が溶液に浸漬されるように密閉ガラス瓶に強腐食液を入れて、４０℃で１ヶ月浸漬試験を実施し、試験後の試験片表面を目視によって評価した。評価は、変化がないものを○、皮膜が浮いているものを△、錆が発生しているものを×とした。
【００４８】
（ｄ）塗料密着性
めっき鋼板表面に市販のエポキシフェノール系塗料を塗装したものを２枚ナイロンフィルムで熱圧着によって貼り合わせ、Ｔピール引張り試験を実施した。評価は、引張り強度が１０Ｋｇ／１０ｍｍ以上のものを◎、１〜５Ｋｇ／１０ｍｍを○、１Ｋｇ／１０ｍｍ以下を×とした。
【００４９】
以上、テスト結果を表１にまとめて示した。
【００５０】
表１に示すように、本発明の実施例１〜６はいずれも評価テストの特性は優れたものとなっていた。これに対して、比較例１〜８についての評価テストの特性は（ａ）〜（ｄ）の内のいずれかが劣っていた。
【００５１】
【表１】
【発明の効果】
以上述べたように本発明は、ティンフリースチールのように溶接部分を研磨しなくても良好な溶接性とティンフリースチールに近い外観を保持し、且つ、強アルカリのようなＳｎを溶解するような内容物に対しても耐食性に優れる表面処理鋼板の供給を可能とするものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による皮膜構成概念の一例を示す図である。
【図２】本発明による皮膜構成概念の一例を示す図である。
【符号の説明】
１ クロム酸化物めっき層
２ 金属クロムめっき層
３ 鋼板
４ 粒状Ｓｎめっき
５ 溶接部
Claims (4)
- 鋼板の上にクロムメッキ皮膜を金属クロム換算で１０〜２００ｍｇ／ｍ２、クロム酸化物皮膜として５〜３０ｍｇ／ｍ２施したティンフリースチールの缶外面側全面と缶内面側となる面の溶接部となる板端から１０ｍｍまでの位置に、クロメート皮膜と鋼板との間に、粒径０．１〜２．０μｍ、粒高さ０．１〜５．０μｍ、面積率で３０％以下、付着量として２０ｍｇ／ｍ２以上の粒状Ｓｎ皮膜を施し、缶内面側の溶接部分１０ｍｍ以外は前述の粒状Ｓｎの付着量が３０ｍｇ／ｍ２以下であることを特徴とする溶接性及び耐内容物性に優れた容器用表面処理鋼板。
- 鋼板の上にクロムメッキ皮膜を金属クロム換算で１０〜２００ｍｇ／ｍ２、クロム酸化物皮膜として５〜３０ｍｇ／ｍ２施したティンフリースチールの溶接部となる板端から１０ｍｍまでの位置に、１０〜２００ｍｇ／ｍ２のクロメート皮膜と鋼板との間に、粒径０．１〜２．０μｍ、粒高さ０．１〜５．０μｍ、面積率で３０％以下、付着量として２０ｍｇ／ｍ２以上の粒状Ｓｎ皮膜を施し、溶接部分１０ｍｍ以外は前述の粒状Ｓｎの付着量が３０ｍｇ／ｍ２以下であることを特徴とする溶接性及び耐内容物性に優れた容器用表面処理鋼板。
- 請求項１または２に記載の容器用表面処理鋼板の缶外面側のみに、更に、溶接部近傍を除いて、塗装皮膜を０．５〜２０μｍ膜厚で被覆した溶接性及び耐内容物性に優れた片面塗装鋼板。
- 請求項３に記載の容器用表面処理鋼板の缶内面側に、更に、溶接部近傍を除いて、樹脂皮膜を５〜２００μｍ膜厚で被覆した溶接性及び耐内容物性に優れた片面塗装鋼板。
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|---|---|---|---|
| JP2003192738A JP2005029809A (ja) | 2003-07-07 | 2003-07-07 | 溶接性及び耐内容物性に優れた容器用表面処理鋼板 |
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| JP2003192738A JP2005029809A (ja) | 2003-07-07 | 2003-07-07 | 溶接性及び耐内容物性に優れた容器用表面処理鋼板 |
Publications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016501985A (ja) * | 2012-11-21 | 2016-01-21 | タタ、スティール、アイモイデン、ベスローテン、フェンノートシャップＴａｔａ Ｓｔｅｅｌ Ｉｊｍｕｉｄｅｎ Ｂｖ | パッケージング用途のための鋼基材に適用されるクロム−酸化クロムコーティング及び前記コーティングを製造する方法 |
-
2003
- 2003-07-07 JP JP2003192738A patent/JP2005029809A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016501985A (ja) * | 2012-11-21 | 2016-01-21 | タタ、スティール、アイモイデン、ベスローテン、フェンノートシャップＴａｔａ Ｓｔｅｅｌ Ｉｊｍｕｉｄｅｎ Ｂｖ | パッケージング用途のための鋼基材に適用されるクロム−酸化クロムコーティング及び前記コーティングを製造する方法 |
| JP2016505708A (ja) * | 2012-11-21 | 2016-02-25 | タタ、スティール、アイモイデン、ベスローテン、フェンノートシャップＴａｔａ Ｓｔｅｅｌ Ｉｊｍｕｉｄｅｎ Ｂｖ | パッケージング用途のための鋼基材に適用されるクロム−酸化クロムコーティング及び前記コーティングを製造する方法 |
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