JP3225088B2 - 溶接缶用クロムめっき鋼板 - Google Patents

溶接缶用クロムめっき鋼板

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、容器として使用される
金属缶の缶胴を溶接により製造するための鋼板に関する
ものである。より詳しくは缶胴がCrめっき鋼板の溶接
により成型される時に、缶内容物および製缶環境の金属
粉汚染の原因となり、かつ溶接部補修塗装で缶体に付与
される有機皮膜の密着性を阻害する要因となるような、
溶接のための鋼板の機械的研削あるいは化学的処理など
の溶接前処理を必要とせず、溶接部の必要十分な強度
と、優れた塗装密着性ならびに耐食性を持ち、なおかつ
生産性が高く、経済性に優れた缶体を得られる鋼板に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】油脂等の容器に用いられるガロン缶は、
Crめっき鋼板を用いて作られるが、従来は、Crめっ
き鋼板はそのままでは、一般に用いられるマッシュシー
ム型缶胴溶接機(以下「溶接機」とする)によって溶接
できなかった。これは、「材料とプロセス」第4巻第1
616頁に発明者らが述べたように、Crめっき鋼板の
表面が高電気抵抗性を示すCr水和酸化物により覆われ
ているために、交流電源シーム溶接機では連続溶接が困
難であるためである。
【0003】そのため、従来Crめっき鋼板を溶接する
に際しては、溶接作業の直前に溶接該当部の表面を研削
除去する方法が一般的に用いられてきた。しかしこの方
法によると、研削粉による作業環境の悪化や、製品であ
る缶内部への研削粉の混入などにより、缶内容物を損う
等の懸念があった。更に、研削部分の幅制御上の問題な
どから、多くの場合、研削後に研削部分のいわゆる耳切
りにより、鋼板の一部を切断除去しなければならなかっ
た。これは工程増加になる他、材料歩留りにも直接多大
な悪影響を及ぼしていた。
【0004】また、研削された部分は、下地鉄が露出
し、あるいはさらにその下地鉄が部分的に酸化された状
態になり、その後の補修塗装における塗膜の密着性は、
Crめっき鋼板ほど良好ではなくなる。そのため、補修
塗装を行った場合にも、塗膜の剥離、塗膜下腐食などの
問題を常に内包していた。また、当然ながら、補修塗装
を行わない場合には、研削部は腐食が極めて速やかに進
行した。
【0005】Crめっき鋼板に溶接性を付与させる試み
は、Crめっき層を粒状に析出させたり、Snめっき層
をCrめっき鋼板上に析出させる等の方法が公知であ
る。
【0006】粒状Cr層を用いる溶接性の改善方法は、
発明者らの提案、例えば特開平3−229897等に代
表されるもので、この提案はCrめっき工程のみで製品
が製造できる点、即ち、Cr以外の異種金属による別処
理を必要としない点がコスト的に優れている。しかし、
色調を通常のCrめっき鋼板と同一にするためには、上
記提案に示されるように、電気めっき条件を管理しなけ
ればならないという制約があった。
【0007】またCrめっき上にSnを析出させる場合
は、Cr水和酸化物層除去のために特殊な処理を必要と
する上に、Snめっき層上の塗膜密着性が低下しやすい
等の操業上、品質管理上の問題があり、一般にクリア塗
装で用いられる事の多いガロン缶用途では広く用いられ
ていない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記に述べ
た従来のCrめっき鋼板を用いた溶接による缶体成形の
方法の問題点、具体的には研削粉の飛散による製缶環境
および缶内容物の汚染などの問題点を解消し、溶接補修
塗装部の塗膜密着性が高く、信頼性の高い缶体を得られ
る缶胴を製造し得る鋼板を提供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】発明者らは、Crめっき
鋼板を材料として、缶胴を溶接で成型する缶体製造方法
について、通常の溶接部事前研削による溶接法の問題点
を解決すべく、鋼板の表面粗度とマッシュシーム溶接性
との関係を研究し、本発明をなすに至った。
【0010】即ち、炭素含有量、Crめっき層の付着量
と共に、溶接性との関係の観点からは従来管理されてい
なかった鋼板の表面粗さについて、比較的巨視的な範囲
と極微細な範囲について同時に管理した鋼板を用いるこ
とにより、健全な溶接部外観と十分な溶接強度、並びに
優れた塗膜密着性と塗装後耐食性を兼備した缶体を得る
ことが出来ることを見出した。
【0011】かくして本発明によれば、炭素含有率が
0.2重量%以下であり、最表層に金属Cr量換算で3
0mg/m2 以下のCr水和酸化物層、その下に300mg/m
2 以下の金属Cr層を持ち、該最表層のカットオフ波長
(Lc)0.8mmでの中心線平均粗さRaが0.05
〜1.5μmの範囲内にあり、かつ少なくとも鋼板の片
面についてLcが1μmの時にRaが5nm以上である
ことを特徴とする溶接缶用Crめっき鋼板が提供され、
上記目的が達成される。
【0012】Crめっき鋼板を用いて、マッシュシーム
溶接機により、ぶりきと同様の缶胴溶接を行おうとする
と、材料界面での接合が起き始める最低溶接電流の値
と、溶接部が溶融飛散して急冷される事でできる髭状突
起の溶接欠陥いわゆるスプラッシュが発生する溶接上限
電流とが極めて近接あるいは逆転し、健全な溶接部を得
ることが極めて困難であった。この溶接電流最大値と最
小値の差が、溶接可能電流範囲(ACR)であるが、C
rめっき層が粒状析出していない、従来のCrめっき鋼
板ではこれが非常に小さいかあるいは全く得られず、非
常に不安定であるため、実用にはならなかった。また、
Crめっき層が粒状析出しているものでは、その金属C
rおよびCr水和酸化物付着量及び粒状析出金属Cr層
の数値範囲およびその製造方法が極めて限定されたもの
になっていた。
【0013】マッシュシーム溶接は、その溶接のための
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、それゆえ、ある材料のACRが非常に狭
い場合は、溶接工程におて入荷ロット毎に溶接電流など
の溶接条件を変更せねばならず、その間は生産を止めな
ければならないため、事実上商業生産に用いることはで
きない。これがACRの広い材料が求られる所以であ
る。ここで、材料のACRは、溶接される材料同士の界
面接触抵抗および、溶接重ね合せ部のオーバーラップ幅
の精度によって変化する。
【0014】ACR判定時に溶接電流上限の指標とな
る、マッシュシーム溶接における最も重要な溶接欠陥で
あるスプラッシュは、溶接電流による発熱が過大にな
り、溶接界面近傍の材料が溶融し、その際、主に電極加
圧力等によって、溶融金属が外部に押出され、急冷凝固
する事により生成する。Crめっき鋼板の表面には、そ
のめっき反応の特性上、常に電気抵抗の高いCr水和酸
化物層が存在するために、ぶりき等に比べて界面接触抵
抗が高くなり、投入溶接電流当りの発熱量は大きくな
る。この事は、Crめっき鋼板においては、ぶりきに比
較して小さな電流値の変化で大きな発生熱量の変化が起
ることを意味する。これに加えて、Crめっき鋼板の表
面はぶりき等のSnめっきの鋼板に比べて摩擦が大き
く、治具との滑り性が悪い。即ち溶接に先立つ筒型成型
時に、治具とのひっかかり等の影響でオーバーラップの
精度にばらつきが出やすい。
【0015】発明者らは、このCrめっき鋼板特有の鋼
板の微細構造による接触抵抗の変化と、オーバーラップ
幅の不安定性について鋭意研究し、鋼板表面のCrめっ
き層の付着量及びその極微細な表面粗度を一定の範囲に
管理する事により、材料間の界面および材料と電極間の
界面の接触抵抗値を連続溶接に好適な状態に安定させ、
かつ大幅にオーバーラップ幅の安定性を向上させ得る事
を見出し、実用的に溶接性が十分に確保されるような、
それらの数値の範囲を限定することに成功した。
【0016】
【構成】以下に、本発明の構成を詳述する。本発明の鋼
板の炭素含有率は0.20重量%以下、好ましくは0.
05重量%以下の低炭素鋼又は極低炭素鋼(C<0.0
1重量%)とする。これは、この領域が缶用材料とし
て、加工性と製品の強度とのバランスが取りやすいから
であり、Ys,Yp,r,Δr等、溶接缶胴成型に必要
な機械的特性を安定して得ることができる領域である。
【0017】また本発明においては、めっき鋼板原板と
して、所定のCrめっきを施すことが可能であるなら
ば、例えば鋼板最表面にNiめっきを施した後に熱拡散
処理によりNi拡散層を形成させたような表面調整原板
を用いることもできるし、同様にCrめっき層と原板の
間に、Ni,Zn,Sn,Fe等の金属あるいはこれら
金属の合金めっき、金属とP等との合金めっきを単層あ
るいは複数層挿入する事もできる。
【0018】本発明で鋼板表面に300mg/m2 以下、好
ましくは30〜200mg/m2 の目付量の金属Cr層を、
更にその上に金属Cr換算で30mg/m2 以下、好ましく
は2〜20mg/m2 の付着量のCr水和酸化物層を設ける
のは、従来Crめっき鋼板製缶が用いられてきた用途に
ついて、十分な塗膜密着性及び耐食性を得るためであ
る。
【0019】本発明において、Crめっきを施された鋼
板最表層の表面粗度について、カットオフ波長(Lc)
1μmでの中心線平均粗さRaが5nm以上、好ましく
は10〜100nmであり、かつカットオフ波長(L
c)0.8mmでの中心線平均粗さRaが0.05〜
1.5μm、好ましくは0.1〜1.0nmの範囲内に
ある。この領域において、Crめっき鋼板を材料として
缶胴を形成する際に、溶接部に先立つ被溶接部分の研削
などの前処理を必要とせず、溶接部のスプラッシュ発生
が軽微で、美麗かつ強固な溶接部を形成でき、かつ十分
な強度が得られる。
【0020】これは、主に大きいオーダーでの表面粗さ
の管理により溶接機でのCrめっき鋼板の成型性及び治
具との滑り性が安定し、かつ極微細構造についての表面
粗度の管理により、接触抵抗値が、マッシュシーム溶接
に好適な範囲に入るためと推定される。
【0021】本発明の表面粗度領域のうち、特にカット
オフ波長0.8mmの表面粗度についは、公知の文献、
例えばSALAHADIN ANIKらの研究(DOC.No.:III-563-77, 1
977MEETING OF INTERNATIONAL INSTITUTE OF WELDING I
N COPENHAGEN)等によれば、接触抵抗が逆に増加する領
域にあるが、これらの研究は溶接中に材料の水平移動が
無いスポット溶接についてのものであり、本発明を完成
する過程において本発明者が見出した上述の知見によれ
ば、スポット溶接での接触抵抗値と溶接性の関係が、必
ずしもマッシュシーム溶接における場合とは一致しない
ことを示している。
【0022】また、カットオフ波長(LC)1μmでの
表面粗度については、従来の粒状析出Cr層を持つCr
めっき鋼板に関する公知の技術において、粒状あるいは
角状に析出した金属Crの接触抵抗低減効果にのみ着目
していたのに対し、下地鉄層の表面微細構造の影響も含
めて、めっき層最表層の表面粗度を一定範囲におくこと
により、高電気抵抗のCr水和酸化物膜の破壊効果によ
ると考えられる鋼板間の接触抵抗低減効果を得る事が出
来るという発見に基づくものである。
【0023】本発明において規定する極微細粗さパラメ
ータの測定方法としては、3次元形状測定用走査型電子
顕微鏡や走査型トンネル顕微鏡(STM)、原子間力顕
微鏡(AFM)等の走査型プローブ顕微鏡システム(S
PM)による方法が利用できる。具体的には鋼板の表面
上の任意の5点につき、カットオフ波長1μmでRaを
測定し、その測定値がいずれも5nm以上であれば良
い。
【0024】カットオフ波長0.8mmにおける表面粗
度の管理についても同様であり、一般に利用される粗さ
測定機による測定結果が鋼板上の任意の5点で本発明の
範囲内にあればよい。
【0025】このような粗度を有する鋼板は冷間圧延及
び焼鈍後調質圧延で使用される圧延ロール表面の粗度
を、ショットブラストの粒度分布管理や、レーザー表面
加工での粗度パターン制御により所定の範囲に制御した
上で、クロムめっき時の電解電流密度、クロムめっき液
のクロム酸濃度ならびに助剤濃度を適宜制御するなどの
方法により容易に製造することができる。
【0026】本発明における材料としてのCrめっき鋼
板は、その缶体としての用途に合致した性能を満たすも
のであれば、Crめっき層と下地鋼板層の間に、Cr以
外の各種金属あるいは非金属元素の単体、複層、合金、
分散めっき層や、それらと下地鉄あるいは表層Cr層と
の拡散層が形成されていてもかまわない。
【0027】また本発明の最表層Crめっき層のさらに
上層への被覆については、直接溶接が行われない部分に
ついては、どの様な表面処理が行われていても構わな
い。また、ここで溶接部以外は、塗装されていても、未
塗装状態でもかまわない。塗料の性質、塗装あるいは被
覆の手段はどの様な種類のものでもよい。
【0028】
【実施例】以下に、本発明を実施例に基づいて、さらに
具体的に説明する。
【0029】缶胴の製造法 板厚0.12〜0.70mm、炭素含有率0.25〜
0.002重量%のアルミキルド冷延鋼板に、種々の付
着量の金属Cr及び水和酸化Crをめっきし、缶内面相
当部にエポキシフェノール系樹脂を、缶外面相当部分に
エポキシエステル系樹脂を各60mg/dm 被覆した
Crめっき鋼板を用い、スードロニック社製のワイヤー
シームレス溶接機を用いて缶胴を溶接成型した。鋼板の
性状および溶接条件を表1に示した。
【0030】
【表1】
【表2】
【0031】評価方法 上記の缶体について、以下の方法で評価を行った。
【0032】溶接可能電流範囲:種々の溶接電流値にお
いて、溶接部のスプラッシュ発生、ピール(ハイン)テ
ストによる溶接部強度判定、および溶接缶胴のフランジ
成型時の溶接部近傍のクラック発生の有無の目視判定を
総合し、溶接可能電流範囲(ACR)を求め、その中央
値の溶接電流絶対値にたいするACRの比率を求め、5
%以上を良(◎)、3%以上5%未満を可(△)、3%
未満を不可(×)とした。
【0033】缶内金属粉汚染:溶接終了後の缶胴内の溶
接部中央部の左右4cmに渡って、幅15mmのセロフ
ァンテープを貼り、ただちに剥がした後、0.1N H
Cl 50cc中に入れて、10分間煮沸し、原子吸光
分析により、浸出液中のFe, Crを測定した。測定限
界以上のFe,Crが検出されたら×、検出されなけれ
ば◎と評価した。
【0034】塩水噴霧試験:5%NaCl水溶液を用
い、塩水噴霧試験機で溶接補修塗装部に塩水を連続噴霧
し、20日後の赤錆発生面積を計測し、参考例の数値に
対して±20%以内を○、+20%を越えるものを×、
−20%より少いものを◎とした。
【0035】上記の結果を表2に示す。この結果から本
発明の鋼板により所期の目的が達成されることが明らか
である。
【0036】
【0037】
【発明の効果】本発明により、研削粉の飛散による製缶
環境および缶内容物の汚染が無く、溶接補修塗装部の塗
膜密着性が高く、信頼性の高い缶胴の溶接缶体を製造で
きるCrめっき鋼板が提供される。
フロントページの続き (72)発明者 久々湊 英 雄 千葉県千葉市中央区川崎町1番地 川崎 製鉄株式会社千葉製鉄所内 (56)参考文献 特開 昭59−85883(JP,A) 特開 平3−75398(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 11/38

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炭素含有率が0.2重量%以下であり、最
    表層に金属Cr量換算で30mg/m2以下のCr水和酸化
    物層、その下に300mg/m2 以下の金属Cr層を持ち、
    該最表層のカットオフ波長(Lc)0.8mmでの中心
    線平均粗さRaが0.05〜1.5μmの範囲内にあ
    り、かつ少なくとも鋼板の片面についてカットオフ波長
    1μmの時にRaが5nm以上であることを特徴とする
    溶接缶用Crめっき鋼板。
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