JP2005194559A

JP2005194559A - 溶接缶用クロムメッキ鋼板

Info

Publication number: JP2005194559A
Application number: JP2004000809A
Authority: JP
Inventors: Toshio Senda; 俊雄仙田; Seiji Ieda; 誠司家田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-01-06
Filing date: 2004-01-06
Publication date: 2005-07-21

Abstract

【課題】機械的研削や化学的処理等の溶接前処理をしなくても優れた溶接性を有するとともに、優れた塗料密着性および耐食性を有する溶接缶用クロムメッキ鋼板を提供すること。
【解決手段】鋼板表面の金属クロム層上にクロム水和酸化物を設けた溶接缶用クロムメッキ鋼板であって、前記クロム水和酸化物は金属クロム換算で４〜２５ｍｇ／ｍ^２であり、該鋼板を塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際のインピーダンスが１〜６ｍΩの範囲にあるものとした。
【選択図】なし

Description

本発明は、機械的研削や化学的処理等の溶接前処理をしなくても優れた溶接性を有するとともに、優れた塗料密着性および耐食性を有する溶接缶用クロムメッキ鋼板に関するものである。

従来から、各種の食料缶やオイル缶等には鋼板表面に金属クロムの皮膜を生成したいわゆるクロムメッキ鋼板が広く利用されている。このクロムメッキ鋼板は、特許文献１に示されるように、鋼板素地上に金属クロム層があって、その上をクロム水和酸化物層で覆った構造であり、金属クロム層のピンホールやクラック等はその上のクロム水和酸化物層によって補修されることで優れた塗膜密着性と塗装後耐食性を発揮するものである。

しかしながら、前記クロム水和酸化物層は塗装印刷後の焼付け処理時に脱水変化して強固なクロム水和酸化物層となるため、このクロム水和酸化物層が高電気抵抗性を示し、溶接条件の制御を極めて困難なものとしていた。即ち、缶溶接においてマッシュシーム溶接を行おうとすると、熱源として材料界面の電気抵抗によるジュール発熱を利用しており、前記クロム水和酸化物層は表面抵抗が大きく通電量に対する発熱量が大きくなるため、わずかの通電量の変化でも発熱量への影響が大きくなり溶接条件を著しく狭くするからである。この結果、マッシュシーム溶接型溶接機のような交流電源シーム溶接機による連続溶接で良好な溶接性を得ることは難しいという問題点があった。

そのため、クロムメッキ鋼板を溶接する場合は、前処理として表面にあるクロム水和酸化物層を機械的研削や化学的処理等により除去することが行われているのが普通である。ところが、機械的研削等による前処理は工程増加になるとともに、研削粉による作業環境の悪化や缶内部への金属粉の混入等により缶内容物を損なう等の懸念があった。
特公昭５７−１９７５２号公報

本発明は、上記のような従来の問題点を解決して、機械的研削や化学的処理等の溶接前処理をしなくても良好な溶接が可能となり、同時に優れた塗料密着性および耐食性を発揮することができ、また生産効率の低下や作業環境の悪化等を発生させることのない溶接缶用クロムメッキ鋼板を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の溶接缶用クロムメッキ鋼板は、鋼板表面の金属クロム層上にクロム水和酸化物を設けた溶接缶用クロムメッキ鋼板であって、前記クロム水和酸化物は金属クロム換算で４〜２５ｍｇ／ｍ^２であり、該鋼板を塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際のインピーダンスが１〜６ｍΩの範囲にあることを特徴とするものである。

本発明の溶接缶用クロムメッキ鋼板は、クロム水和酸化物が金属クロム換算で４〜２５ｍｇ／ｍ^２であり、該鋼板を塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際のインピーダンスが１〜６ｍΩの範囲にあるものとしたので、鋼板と電極間のインピーダンスが従来よりも小さく、従って抵抗が低く通電性が良好となって安定した溶接ができることとなり、しかもクロム水和酸化物が所定量存在しているため優れた塗料密着性および耐食性も発揮することとなる。

以下に、本発明の好ましい形態を示す。

本発明の溶接缶用クロムメッキ鋼板は、鋼板表面の金属クロム層上にクロム水和酸化物を設けた溶接缶用クロムメッキ鋼板であり、金属クロム層とクロム水和酸化物を有する点は従来のクロムメッキ鋼板と基本的に同様である。また、前記鋼板は例えば炭素含有率が１０〜１４００ｐｐｍの一般的なクロムメッキ用薄板鋼板が有利であり、その表面粗度はＲａ：０．０５〜３．５０μｍの範囲であることが好ましいが特にこだわるものではない。更に、鋼板の表面に形成される金属クロム層は、３０〜２００ｍｇ／ｍ^２、好ましくは４０〜１５０ｍｇ／ｍ^２の範囲である。

そして、本発明では金属クロム層上に形成されるクロム水和酸化物は、金属クロム換算で４〜２５ｍｇ／ｍ^２、好ましくは４〜２０ｍｇ／ｍ^２の範囲であり、更にまた該鋼板を塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際のインピーダンスが１〜６ｍΩ、好ましくは２〜４ｍΩの範囲にある点に特徴を有するものである。これは、本発明者が溶接可能な条件と鋼板のインピーダンスとの関係に着目し研究した結果、鋼板表面のインピーダンスを所定のものとすることにより良好な溶接ができることを見出し、本発明を完成するに至ったからである。なお、本発明でいう鋼板表面のインピーダンスとは、塗装印刷後の焼付け熱処理後における値を意味する。

ここで、金属クロム層上に形成されるクロム水和酸化物を金属クロム換算で４〜２５ｍｇ／ｍ^２としたのは、４ｍｇ／ｍ^２未満では十分な塗料密着性および耐食性を確保することが難しくなり、一方、２５ｍｇ／ｍ^２を超えると鋼板のインピーダンスを所定のものにコントロールすることが困難となるからである。また、該鋼板を塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際のインピーダンスを１〜６ｍΩの範囲としたのは、１ｍΩ未満の場合は溶接に必要な最低限の抵抗がなくなって溶接することが難しくなり、一方、６ｍΩを超えると抵抗が大きく通電性が悪くなって安定した溶接をすることが難しくなるからである。

本発明のクロムメッキ鋼板では、塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際の鋼板表面のインピーダンスを１〜６ｍΩの範囲内のものとしたが、鋼板表面の性状を観察すると金属クロム層上にクロム水和酸化物が島状に分布したものとなっている。ここでいう島状に分布したとは、クロム水和酸化物が鋼板表面の全面を覆うのではなく、ランダムな形状でかつ各々が独立した形状のクロム水和酸化物が任意の場所に分布しているという意味であり、クロム水和酸化物の分布していない個所は金属クロム層が直接に露出した状態となっている。
なお、前記のようにインピーダンスを所定のものとするには、メッキ工程においてメッキの目付け量をコントロール等することにより、任意のものとすることができる。例えば、メッキ時に鋼板表面の結晶粒界上の活性度が高いことを利用して、金属クロム量に１〜１０μｍの長さ当たりに２〜１００ｎｍの高低差をつけた上に、必要量のクロム水和酸化物を構成することによりクロム水和酸化物を分布させて製造することができる。この方法によれば、金属クロム層の微細なピンホールを封孔するクロム水和酸化物の役割を損なうことなく、クロム水和酸化物を島状に点在させた状態となり、良好な溶接性と塗装密着性、耐食性が得られることとなる。

図１は、熱処理後における従来のクロムメッキ鋼板と本発明のクロムメッキ鋼板のインピーダンス（ｍΩ）と圧力（ｋｇ）の関係を示すグラフである。鋼板を缶用にするためマッシュシーム溶接を行うときの溶接圧力は約６０ｋｇであるが、従来のクロムメッキ鋼板では溶接を良好に行うことができなかったのに対し、本発明のクロムメッキ鋼板では溶接を安定して、かつ良好に行うことができた。これら鋼板表面のインピーダンスを測定したところ、本発明のものが１〜６ｍΩの範囲内であるのに対し、従来のものは６ｍΩより大きく、６ｍΩを境界値として明確に差別することができた。従って、本発明では鋼板を塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際のインピーダンスを所定値の範囲とすることで良好な溶接を実現したのである。

また図２は、一般的なティンフリースチール（ＴＦＳ）の熱処理前（焼付けなし）と熱処理後（焼付けあり）におけるインピーダンス（ｍΩ）の変化を示すグラフであるが、この場合は熱処理後においてインピーダンスが約２ｍΩ増加していることが確認された。また、熱処理前のインピーダンスでは従来の鋼板と本発明の鋼板とを明確に区別する条件を見出し難く、従って、本発明でいうインピーダンスは鋼板を塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際の数値で規定する必要がある。

図３は、鋼板のインピーダンスを測定する装置の概略図を示すものである。引張試験機を利用し、鋼板のサンプルとして６０ｍｍ×７０ｍｍを用いて、６０ｍｍ側を重ね合わせ辺とし、また銅ワイヤとして１．６ｍｍ径の丸銅線を圧縮したものを用いて実際の溶接機に近いものとしてある。そして、前記サンプル鋼板を上下一対のロール間に挟んで、加圧（６０ｋｇｆ）しながらサンプル鋼板の低抵抗値、ＬＣＲ値の順に各電気量を測定し、サンプル鋼板のインピーダンスを測定することができる。

以上に詳述したように、従来は表面にあるクロム水和酸化物を機械的研削や化学的処理等の前処理により除去し、鋼板表面あるいは金属クロム層を露出させることで溶接可能電流範囲（ＡＣＲ）を大きくして安定した溶接を行えるようにするとともに、溶接強度を高めていた。しかしながら、このような前処理を行うことは工程増加になり生産効率が劣るうえに生産コストも高くなり、更には研削粉による作業環境の悪化や缶内部への金属粉の混入等により缶内容物を損なう等の懸念も有していた。これに対して本発明では、鋼板を塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際のインピーダンスを１〜６ｍΩの範囲にあるものとしており、鋼板表面と電極間のインピーダンスが低く通電性が良好となって安定した溶接が行われ十分な強度の溶接部を得ることができることとなる。一方、表面にある島状のクロム水和酸化物により優れた塗料密着性および耐食性も確保できることとなる。

表１に示されるような条件でクロムメッキ処理を行い、機械的研削等の前処理を行うことなくクロム水和酸化物の層表面積比を所定の範囲内にあるものとしたクロムメッキ鋼板を得た。得られたクロムメッキ鋼板を塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際のインピーダンスを測定した結果は、いずれも１〜６ｍΩの範囲内にあることが確認できた。また、得られたクロムメッキ鋼板の溶接性（ＡＣＲ、スプラッシュ、溶接部強度）を観察した結果、いずれも優れた溶接性を確認することができた。なお、溶接性の特性は塗装印刷後の焼付け処理の後に行った。
［溶接性の評価］
・ＡＣＲは溶接電流範囲が５％以上を○とした。
・スプラッシュは溶接部にスプラッシュの発生のないものを○とした。
・溶接部強度は試験片の引張試験において溶接部破断が生じないものを○とした。
一方、比較例として従来方法により得られるクロムメッキ鋼板を同様にしてインピーダンスを測定した結果は、いずれもインピーダンスが７ｍΩで本発明の範囲外であり、また溶接性（ＡＣＲ、スプラッシュ、溶接部強度）にも劣るものであった。

クロムメッキ鋼板のインピーダンス（ｍΩ）と圧力（ｋｇ）の関係を示すグラフである。ＴＦＳの熱処理前（焼付けなし）と熱処理後（焼付けあり）におけるインピーダンス（ｍΩ）の変化を示すグラフである。鋼板のインピーダンスを測定する装置を示す概略図である。

Claims

鋼板表面の金属クロム層上にクロム水和酸化物を設けた溶接缶用クロムメッキ鋼板であって、前記クロム水和酸化物は金属クロム換算で４〜２５ｍｇ／ｍ^２であり、該鋼板を塗装印刷後の焼付けを行い次いで溶接する際のインピーダンスが１〜６ｍΩの範囲にあることを特徴とする溶接缶用クロムメッキ鋼板。