JP2672869B2 - リフロー処理を必要としない高耐食性ぶりきの製造方法 - Google Patents

リフロー処理を必要としない高耐食性ぶりきの製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 <産業上の利用分野> 本発明は缶等に用いられるぶりきの製造方法に関し、
さらに詳しくはリフロー処理を必要としない高耐食性ぶ
りきの製造方法に関する。
<従来の技術> ぶりきと称せられるSnめっき鋼板は古くから食缶、飲
料缶等に用いられてきた。ぶりきの製造方法は溶融めっ
き法と電気めっき法がある。溶融めっき法は溶融したSn
中に鋼板を浸漬した後引き上げ、気体絞り等によりめっ
き量を調整するものであり鏡のような光沢を持つめっき
量の多いぶりきが作られる。電気めっき法は、スズ酸ソ
ーダを用いるアルカリ法、硫酸第一スズとフェノールス
ルフォン酸を用いるフェロスタン法および塩化第一スズ
と食塩、フッ化ソーダを用いるハロゲン法があるが、い
ずれもこれらの薬剤の水溶液中で鋼板を陰極電解して電
気めっきし、さらにリフロー(溶錫)処理して光沢をだ
すもので、比較的少ないめっき量のぶりきが高速で製造
される。省コストを狙ったSnめっき量の低減、製造速度
の向上から現在ではぶりきのほとんどは電気めっき法で
製造されている。
<発明が解決しようとする課題> 溶融めっき法は溶融Snによる鏡のような光沢と耐食性
の良いFeSn2合金がめっきと同時に形成されるが、浸漬
−絞り工程でめっきされるためめっき量の多いものしか
できず、また製造速度も遅い。このため、近年では特殊
なもののめっき以外にはほとんど使用されなくなってい
る。
電気めっき法は#100(11.2g/m2)以下のぶりきを高
速(300〜600m/min)でめっきでき、めっき量の制御が
容易でありめっきの均一性にも優れており、特に最近急
増している#10(1.12g/m2)以下の薄目付ぶりきは全て
電気めっき法で製造されている。しかし電気めっき法で
は、電気めっきのままでは無光沢で付着力の弱いめっき
層であるため必ずリフロー(溶錫)処理がめっき後に施
される。
リフロー処理はめっきされた鋼板をSnの融点以上に加
熱し、めっきされたSnを溶融させて光沢をだすととも
に、FeSn2合金層を形成させて耐食性を向上させる。リ
フロー処理は電気抵抗加熱による方法と電気誘導加熱に
よる方法が用いられているが、いずれも設備が大きく、
かつ高額であり設備投資費がかさむ欠点がある。電気め
っき法は溶融めっき法に比べて高速にめっきできるが、
それでもめっき浴の電導度や電析状態からめっきできる
電流密度には制限があり600m/min以上でめっきするため
にはめっき槽を多数並べなければならず、設備が巨大か
つ非常に高額なものとなってしまう。
また、リフロー設備も現在の技術では高速化ができな
いので、従来の技術では600m/min以上の高速でぶりきを
製造することはできない。
リフロー装置を用いないぶりきを製造する方法として
溶融塩を用いる方法が考えられている。ソ連特許109486
によれば、SnCl2−KCl,SnCl2−KCl−ZnCl2またはSnCl2
−ZnCl2浴を用いて200〜500℃、電流密度50〜100A/dm2
でSnめっきする方法が開示されており、232℃以上ではS
nは溶融状態でめっきされることからリフロー装置がな
くてもぶりきが製造できる。しかしこの方法では、溶融
塩めっき浴中での鋼板上Sn置換析出反応が激しいため、
電気めっきで通電する電気量よりも多くSnがめっきされ
るのでSnめっき量を正確に制御することができない。こ
のことは薄目付ぶりきでは重大な問題となる。また、置
換析出したSnにより形成されるFeSn2合金は耐食性に劣
る欠点がある。
本発明は、上記問題点を解決して、リフロー処理を用
いることなく光沢のある耐食性の良いぶりきを安価に製
造する方法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> 上記目的を達成するために、本発明によれば、Ni量30
〜150mg/m2のNi拡散処理した鋼板に、Snの塩化物とNa、
KおよびLiの塩化物の一種または二種以上からなる溶融
塩浴を用いて温度232〜350℃で電気Snめっきを行うこと
を特徴とするリフロー処理を必要としない高耐食性ぶり
きの製造方法が提供される。
また、本発明によれば、総Ni量5〜50mg/m2のNi、Ni
−Fe、Ni−Sn、Ni−P、およびNi−Bの一種または二種
以上からなるフラッシュめっき処理した鋼板に、Snの塩
化物とNa、KおよびLiの塩化物の一種、または二種以上
からなる溶融塩浴を用いて温度232〜350℃で電気Snめっ
きを行うことを特徴とするリフロー処理を必要としない
高耐食性ぶりきの製造方法が提供される。
さらに、電気Snめっきを行う前に、前記Ni拡散処理ま
たはフラッシュめっき処理した鋼板を陽極電解するのが
好ましい。
以下に本発明をさらに詳細に説明する。
本発明者らはNi系処理した鋼板に、Snの塩化物とNa,K
およびLiの塩化物の一種または二種以上からなる溶融塩
浴を用いて温度232〜350℃で電気めっきすることにより
リフロー装置を用いないで耐食性の良いぶりきが製造で
きることを見出した。
一般に、溶融塩浴中でSnの融点(232℃)以上でめっ
きすれば、Snは溶融状態で鋼板上に析出するのでめっき
と同時にリフローがかかったことになり従来の電気めっ
き法で必要であったリフロー設備が不要となる。しか
し、溶融塩浴中ではSnはFeよりも貴であるので鋼板を溶
融塩浴に浸漬するだけでSnは鋼板上に置換析出する。こ
のため、通常の鋼板では通電した電気量以上にSnがめっ
きされるのでめっき量の制御が極めて困難であり、また
置換析出したSnは密着力が弱くかつ鋼板との間に質の良
くない合金を形成するので耐食性も劣化する。したがっ
て、溶融塩浴を使ってSnめっきすればリフロー設備は不
要となるが耐食性の良いぶりきはできない。
本発明者らはNi系処理した鋼板を使うことにより溶融
塩浴浸漬時のSn置換析出を抑制し、耐食性の良いぶりき
が製造できることを新たに見出した。本発明において、
Ni形処理は、鋼板にNi系めっきをした後熱処理してNiを
鋼中へ拡散させるNi拡散処理、または少量のNi系めっき
をしただけのフラッシュめっき処理である。NiはFeより
も早くSnと合金化反応するが、生成する合金は非常に緻
密であるため、一旦形成されればこれがSn置換反応のバ
リヤーとして働きSnの置換析出を抑制する。また、この
Ni−Snを主体とする合金層は耐食性に優れているのでぶ
りきの耐食性も向上する。
Ni拡散処理は、めっきされたNiが熱拡散により鋼板中
へ深く入るので表面での緻密な合金層形成による耐食性
向上、Sn置換析出抑制だけでなく鋼板表層自体の耐食性
も向上させるのでより好ましい。Ni拡散処理の場合、Ni
量は30〜150mg/m2である。Ni量が30mg/m2未満であると
熱拡散で鋼板中へ拡散するぶん鋼板表面のNi濃度が低く
なりすぎSnとの合金が緻密でなくなり、Sn置換析出抑制
効果が不十分となって耐食性が良くない。
Ni量が150mg/m2超ではSnの置換析出を抑制する効果は
十分であるが形成される合金層中のNi濃度が高くなりす
ぎ脆くなって加工した場合に、合金層に亀裂が入り耐食
性がかえって損なわれる。Ni拡散処理を行なう方法とし
ては通常の電気Niめっきした後にガス炉・電気炉等で熱
処理すればよい。電気NiめっきのかわりにNi−Fe,Ni−S
n,Ni−P,Ni−B等のNi系合金電気めっきまたは無電解め
っきあるいはNi塩(硝酸Ni,塩化Ni等)の水溶液の塗布
でもよい。
熱処理は300℃〜1000℃の範囲が好ましく、冷延鋼板
の焼鈍工程等が利用できる。
Niフラッシュめっき処理の場合、Ni量は5〜50mg/m2
である。Ni量が5mg/m2未満であると形成される合金層が
緻密でなくSn置換析出抑制効果が不十分となって耐食性
が良くない。Ni量が50mg/m2超であるとSnの置換析出を
抑制する効果は十分であるが形成される合金層中のNi濃
度が高くなりすぎ脆くなって加工した場合に合金層に亀
裂が入り耐食性がかえって損なわれる。Niフラッシュめ
っき処理はNi,Ni−Fe,Ni−Sn,Ni−P,Ni−Bの一種また
は二種以上からなる電気めっきまたは無電解めっきであ
ればよく、Snめっきの前に行なうと脱脂、酸洗等のめっ
き前処理が共用できるので好都合である。
溶融塩浴は塩化物のものが融点が低く(例えば、80wt
% SnCl2−20wt%kClで176℃)、かつ取扱が容易であり
電気めっきに適している。Snイオンの供給源としてSnCl
2を用い、融点降下剤、伝導助剤としてKCl,NaCl,LiClの
一種または二種以上を用いる。
これら塩化物の配合比は、特に限定はないがSnCl2
好ましい浴中mol%は50〜90%の範囲である。めっきの
温度は232〜350℃である。
めっきの温度が232℃未満ではめっきされたSnは固体
であり、光沢がないのでリフロー処理を省略することが
できない。めっき温度が350℃超になるとリフロー処理
は省略できるものの合金の成長速度が早くなり、合金が
表面に達するようになって光沢がなくなるばかりでなく
浴が発煙し始めるので好ましくない。
めっきの電流密度の好ましい範囲は20〜300A/dm2であ
る。溶融塩浴では従来の電気めっき法に比べて電流密度
を高くでき高速でぶりきを製造できる利点があり、100A
/dm2以上であれば薄目付ぶりきを600m/min以上で製造で
きる。電流密度は浴の撹拌が強いほど高くできるが、あ
まり高くすると鋼板が電気抵抗により発熱して浴温度を
上げてしまうので好ましくない。
本発明の溶融塩浴は、空気中の酸素により浴中のSn2+
イオンがSn4+に酸化されてオキシ塩化Snとなり浴が劣化
するので、本溶融塩電気めっきは非酸化性雰囲気中で行
なうことが望ましい。また、鋼板は酸洗後水洗乾燥した
のちめっき浴温度にまで予熱することが望ましい。これ
はめっき温度よりも低い温度の鋼板が浴中に入ると鋼板
表面で溶融塩の凝固が起こってめっきむらが生じるため
である。この予熱を空気中で行なうと鋼板表面にFe酸化
物ができめっきを阻害するので鋼板の予熱も非酸化性雰
囲気中で行なうことが望ましい。
鋼板が溶融塩浴に入ってからめっき電流が通電される
までの浸漬時間が長いとSn置換析出量が多くなり耐食性
が劣るのでめっき浴中の浸漬時間は1秒以下とすること
が望ましい。
鋼板が溶融塩浴に入った後めっき電流が通電される直
前に陽極電解処理すると、めっき前浸漬時間中に置換析
出したSnが溶解除去でき直ちに電気Snめっきされるので
耐食性の良いぶりきが製造できる。陽極電解処理は置換
析出したSnが完全に除去できるように電流密度および時
間を定めればよい。
溶融塩電気Snめっきされた鋼板は直ちに水洗(水洗は
高圧の流水で行なうことが好ましい)され、通常のぶり
きの製造の場合と同様にクロメート等の後処理および塗
油を行なって製品となる。
<実施例> 以下に本発明を実施例に基づき具体的に説明する。
(実施例1) Ni系処理として下記の(A),(B),(C)の方法
を用い、N2−H2ガス雰囲気中で(D),(E),(F)
の溶融塩浴を用い電気Snめっきを行ない表1に示す条件
でぶりきを作成した。なお、陽極には溶融Snを用いた。
また、鋼板はめっき温度以上に予熱してからめっきを行
ない、めっき前の陽極処理は鋼板を陽極としてめっき浴
中で行なった。
{Ni系処理(A)} NiSO4・6H2O:240g/L、NiCl2・6H2O:45g/L、H3BO3:30g
/Lからなるめっき浴を用い温度50℃、電流密度20〜50A/
dm2でNiめっきを行ない、非酸化性雰囲気中で700℃×30
秒の熱処理を行ない、Niめっきの全てを鋼板中へ拡散浸
透させた。
{Ni系処理(B)} NiSO4・6H2O:240g/L、NiCl2・6H2O:45g/L、H3BO3:30g
/Lからなるめっき浴を用い温度50℃、電流密度20〜50A/
dm2でNiフラッシュめっきを行なった。
{Ni系処理(C)} NiSO4・6H2O:110g/L、NiCl2・6H2O:60g/L、FeSO4・7H
2O:10g/L、H3BO3:10g/Lからなるめっき浴を用い温度60
℃、電流密度10〜30A/dm2でNi−Fe合金フラッシュめっ
きを行なった。
{めっき浴(D)} SnCl2 80mol% KCl 20mol% {めっき浴(E)} SnCl2 70mol% NaCl 30mol% {めっき浴(F)} SnCl2 70mol% KCl 16mol% LiCl 14mol% 上記方法で作成したぶりきの耐食性を次の方法で評価
した。
{ATC試験} 試験片を脱脂した後、5%水酸化ナトリウム溶液中で
陽極的にSnを溶解させ合金層を露出させる。この試験片
と金属Sn板とを連結させ、殺菌・脱気したグレープフル
ーツジュース溶液(冷凍濃縮グレープフルーツジュース
と蒸留水を1対3の割合で混合)に塩化第一錫をSn濃度
が100ppmとなるように添加した試験液中に窒素ガスを通
しながら20時間浸漬し、試験片と金属Sn板の間に流れる
腐食電流を測定した。この腐食電流が小さいほどぶりき
の合金層の耐食性が良いことを表わしている。
各鋼板の諸性能を示した表1から明らかなように、本
発明例はいずれもリフロー装置を用いないで耐食性の優
れたぶりきが製造できることが分かる。
<発明の効果> 本発明は以上説明したように構成されているので、本
発明のぶりきの製造方法によれば、Ni系処理した鋼板
に、Snの塩化物とNa,KおよびLiの塩化物の一種または二
種以上からなる溶融塩浴を用いて温度232〜350℃で電気
Snめっきを行なうことによりリフロー装置を用いなくて
も光沢のある耐食性の良いぶりきが製造できる。
フロントページの続き (72)発明者 木村 肇 千葉県千葉市川崎町1番地 川崎製鉄株 式会社技術研究本部内 (56)参考文献 特開 昭49−123443(JP,A) 特公 昭48−24133(JP,B1) 特公 昭53−18445(JP,B2)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Ni量30〜150mg/m2のNi拡散処理した鋼板
    に、Snの塩化物とNa、KおよびLiの塩化物の一種または
    二種以上からなる溶融塩浴を用いて温度232〜350℃で電
    気Snめっきを行うことを特徴とするリフロー処理を必要
    としない高耐食性ぶりきの製造方法。
  2. 【請求項2】総Ni量5〜50mg/m2のNi、Ni−Fe、Ni−S
    n、Ni−P、およびNi−Bの一種または二種以上からな
    るフラッシュめっき処理した鋼板に、Snの塩化物とNa、
    KおよびLiの塩化物の一種、または二種以上からなる溶
    融塩浴を用いて温度232〜350℃で電気Snめっきを行うこ
    とを特徴とするリフロー処理を必要としない高耐食性ぶ
    りきの製造方法。
  3. 【請求項3】電気Snめっきを行う前に、前記Ni拡散処理
    またはフラッシュめっき処理した鋼板を陽極電解する請
    求項1または2に記載のリフロー処理を必要としない高
    耐食性ぶりきの製造方法。
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