JP6070836B2 - 容器用鋼板及び容器用鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、容器用鋼板及び容器用鋼板の製造方法に関する。
本願は、２０１３年５月２１日に、日本に出願された特願２０１３−１０７３０４号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

飲料用や食品用の容器として、ニッケル（Ｎｉ）めっき鋼板、スズ（Ｓｎ）めっき鋼板、スズ系合金めっき鋼板等といった容器用鋼板を製缶した金属容器が多く用いられている。これらの容器用鋼板では、多くの場合、鋼板と塗装又は鋼板とフィルムとの密着性及び耐食性を確保するために、６価クロム酸塩等を用いたクロメートによる防錆処理が施されている。しかしながら、クロメートによる防錆処理に用いられる６価クロムは環境上有害であることから、従来、容器用鋼板に施されていたクロメートによる防錆処理の替わりとして、ジルコニウム（Ｚｒ）−リン（Ｐ）皮膜等の化成処理皮膜を利用した処理が開発されている（例えば、以下の特許文献１を参照。）。

日本国特開２００７−２８４７８９号公報

上記のような容器用鋼板を利用した金属容器を、硫黄（Ｓ）を含むアミノ酸が含まれる肉・野菜などの食品に対して利用した場合、殺菌処理時にこれら食品が加熱される。このとき、硫黄がスズ、鉄（Ｆｅ）等と結合して黒く変色してしまう。この現象は硫化黒変と呼ばれ、これにより金属容器内面の意匠性が低下してしまうという問題がある。

このような硫化黒変に対応するため、従来では、皮膜量が少なくても緻密な皮膜が形成されるクロメートを利用して、金属容器の耐硫化黒変性を実現していた。しかしながら、クロメートに替えてジルコニウム−リン皮膜等の化成処理皮膜を利用した場合、皮膜量を少なくすると、皮膜欠陥が多くなってしまう。そのため、優れた耐食性を発揮するためには、皮膜量を削減することができず、コスト削減が困難であった。

そのため、化成処理皮膜を利用して、耐硫化黒変性とコスト削減との両方を実現可能な技術が、望まれていた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、化成処理皮膜を利用して、耐硫化黒変性及びコストの削減を実現することが可能な、容器用鋼板及び容器用鋼板の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明者は鋭意検討した結果、化成処理皮膜とＳｎめっき層との間に酸化スズ（ＳｎＯｘ）を含む酸化皮膜層を形成することで上記の課題を全て解決できること発見した。そして、その要旨は、以下のとおりである。

（１）本発明の第一の態様は、鋼板と前記鋼板の少なくとも片面に対して、Ｎｉを金属Ｎｉ量で５〜１５０ｍｇ／ｍ^２含有するＮｉめっき又はＦｅ−Ｎｉ合金めっきが施された下地Ｎｉ層と、前記下地Ｎｉ層上に形成され、Ｓｎ−Ｆｅ合金とＳｎ−Ｆｅ−Ｎｉ合金との少なくとも一方及び島状のＳｎを含有し、金属Ｓｎ量で３００〜３０００ｍｇ／ｍ ^２ のＳｎめっき層と、前記Ｓｎめっき層上に形成され、酸化スズを含有する酸化皮膜層と、前記酸化皮膜層上に形成され、金属Ｚｒ量で１〜５００ｍｇ／ｍ^２のＺｒと、Ｐ量で０．１〜１００ｍｇ／ｍ^２のリン酸と、を含有する化成処理皮膜層と、を備え、前記酸化皮膜層は、当該酸化皮膜層の還元に要する電気量が５．５〜１０ｍＣ／ｃｍ^２となる量の前記酸化スズを含有することを特徴とする、容器用鋼板。
（２）上記（１）に記載の容器用鋼板では、前記容器用鋼板の表面に塗料を付着させ焼き付けて塗膜を形成させた後、１時間沸騰させた０．６質量％Ｌ−システイン液を保持する耐熱瓶の口に、前記容器用鋼板を載置して固定し、前記耐熱瓶に蓋をして、前記蓋が下になった状態で１１０℃で３０分間の熱処理を施した後、前記容器用鋼板において前記耐熱瓶と接触していた接触部分の外観観察を行った場合に、当該接触部分の面積の５０％以上で黒変が生じなくてもよい。
（３）本発明の第二の態様は、上記（１）又は（２）に記載の容器用鋼板を製造する方法であって、鋼板の少なくとも片面に対して、Ｎｉめっき又はＦｅ−Ｎｉ合金めっきを施して、Ｎｉを金属Ｎｉ量で５〜１５０ｍｇ／ｍ^２含有する下地Ｎｉ層を形成するステップと、前記下地Ｎｉ層上に金属Ｓｎ量で３００〜３０００ｍｇ／ｍ^２のＳｎめっきを施すステップと、２００℃以上３００℃以下の温度で０．２秒以上２０秒以下溶融溶錫処理を行い、前記Ｓｎめっきと少なくとも一部の前記下地Ｎｉ層とを合金化させて島状のＳｎを含むＳｎめっき層を形成しつつ、当該Ｓｎめっき層の表面を表面酸化させて酸化スズを含有する酸化皮膜層を形成するステップと、１０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下のＺｒイオンと、１０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下のフッ化物イオンと、１０ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下のリン酸イオンと、１００ｐｐｍ以上３００００ｐｐｍ以下の硝酸イオン及び／又は硫酸イオンと、を含み、かつ、温度が５℃以上９０℃未満の化成処理液中で、１．０Ａ／ｄｍ^２以上１００Ａ／ｄｍ^２以下の電流密度により０．２秒以上１５０秒以下の電解処理時間で電解処理を行い、前記酸化皮膜層上に化成処理皮膜層を形成するステップと、を含むことを特徴とする、容器用鋼板の製造方法。

上述の態様によれば、化成処理皮膜層とＳｎめっき層との間に酸化皮膜層を形成することによって、化成処理皮膜を利用して、耐硫化黒変性及びコストの削減を実現することが可能となる。

本発明の実施形態における容器用鋼板について模式的に示した説明図である。 同実施形態における容器用鋼板について模式的に示した説明図である。 酸化皮膜層における酸化スズの含有量の測定方法について説明するための説明図である。 酸化皮膜層における酸化スズの含有量の測定方法について説明するための説明図である。 耐硫化黒変性の評価方法の流れの一例について説明するための流れ図である。 耐硫化黒変性の評価方法について説明するための説明図である。 同実施形態における容器用鋼板の製造方法の流れの一例について説明するための流れ図である。 酸化スズ量と黄色度（ＹＩ）の関係をプロットした図である。 耐硫化黒変性の評価結果と黄色度（ＹＩ）の関係をプロットした図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜容器用鋼板の構成について＞
まず、図１Ａ及び図１Ｂを参照しながら、本発明の実施形態における容器用鋼板の構成について詳細に説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、本実施形態における容器用鋼板を側方から見た場合の構成について模式的に示した説明図である。

本実施形態における容器用鋼板１０は、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、鋼板１０１と、下地Ｎｉ層１０３と、Ｓｎめっき層１０５と、酸化皮膜層１０７と、化成処理皮膜層１０９と、を備える。下地Ｎｉ層１０３、Ｓｎめっき層１０５、酸化皮膜層１０７及び化成処理皮膜層１０９は、図１Ａに示したように鋼板１０１の一方の表面にのみ形成されていてもよいし、図１Ｂに示したように鋼板１０１の互いに対向する二つの表面に形成されていてもよい。

［鋼板１０１について］
鋼板１０１は、本実施形態における容器用鋼板１０の母材として用いられる。本実施形態で用いられる鋼板１０１については特に限定されるものではなく、通常、容器材料として用いられる公知の鋼板を使用することが可能である。これらの公知の鋼板の製造方法や材質についても特に限定されるものではなく、通常の鋼片製造工程から、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、調質圧延等の公知の工程を経て製造されたものでよい。

［下地Ｎｉ層１０３について］
鋼板１０１の表面上には、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、下地Ｎｉ層１０３が形成される。下地Ｎｉ層１０３は、少なくともＮｉを金属Ｎｉ量で５〜１５０ｍｇ／ｍ^２含有する、Ｎｉ又はＦｅ−Ｎｉ合金からなるＮｉ系のめっき層である。この下地Ｎｉ層１０３は、鋼板１０１に対してＮｉめっき又はＦｅ−Ｎｉ合金めっきが施されることで、形成される。

Ｎｉ又はＦｅ−Ｎｉ合金からなるＮｉ系のめっき層は、塗料密着性、フィルム密着性、耐食性、溶接性を確保するために形成される。Ｎｉは、高耐食金属であるため、Ｎｉめっきにより、後述する溶融溶錫処理時に形成されるＦｅとＳｎとを含む合金層の耐食性を、向上させることが可能である。Ｎｉによる合金層の塗料密着性、フィルム密着性、耐食性、溶接性の向上効果は、下地Ｎｉ層１０３における金属Ｎｉ量が５ｍｇ／ｍ^２以上となる時点から発現し始め、Ｎｉ含有量が多くなるほど合金層の耐食性向上効果は増加する。そのため、下地Ｎｉ層１０３における金属Ｎｉ量を、５ｍｇ／ｍ^２以上とする。

また、下地Ｎｉ層１０３中の金属Ｎｉ量を、１５０ｍｇ／ｍ^２以下とする。これは、下地Ｎｉ層１０３中の金属Ｎｉ量が１５０ｍｇ／ｍ^２超過の場合には、塗料密着性、フィルム密着性、耐食性、溶接性の向上効果が飽和するだけでなく、Ｎｉは高価な金属であるために、１５０ｍｇ／ｍ^２超過のＮｉをめっきすることは、経済的に不利だからである。

なお、下地Ｎｉ層１０３の金属Ｎｉ量は、更に好ましくは、５〜１００ｍｇ／ｍ^２である。

また、Ｎｉ拡散めっきを行う場合には、Ｎｉめっきをした後に、焼鈍炉で拡散処理が行われ、Ｎｉ拡散層が形成される。Ｎｉ拡散処理の前後あるいは同時に、窒化処理を行なっても良い。窒化処理を行なった場合でも、本実施形態における下地Ｎｉ層１０３としてのＮｉの効果及び窒化処理層の効果を、共に発揮することができる。

ＮｉめっきやＦｅ−Ｎｉ合金めっきの方法としては、例えば、一般的に電気めっき法において行なわれている公知の方法を利用することが可能である。

［Ｓｎめっき層１０５について］
下地Ｎｉ層１０３上には、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、ＳｎめっきによりＳｎめっき層１０５が形成される。Ｓｎめっき層１０５は、少なくともＳｎを金属Ｓｎ量で３００〜３０００ｍｇ／ｍ^２含有するめっき層である。

なお、本明細書における「Ｓｎめっき」とは、金属スズによるめっきだけでなく、金属スズに不可逆的不純物が混入したものや、金属スズに微量元素が添加したものも含む。Ｓｎめっきの方法は、特に規制されるわけではないが、例えば、公知の電気めっき法を用いることが好ましい。溶融したＳｎに鋼板を浸漬してめっきする方法等を用いてもよい。

上記のＳｎめっきによるＳｎめっき層１０５は、耐食性と溶接性を確保するために形成される。Ｓｎは、それ自体が高い耐食性を有していることから、金属スズとしても、また、以下で説明する溶融溶錫処理によって形成される合金としても、優れた耐食性及び溶接性を発揮する。

Ｓｎの優れた耐食性は、金属Ｓｎ量が３００ｍｇ／ｍ^２以上から顕著に向上し、Ｓｎの含有量が多くなるほど、耐食性の向上の度合いも増加する。従って、Ｓｎめっき層１０５における金属Ｓｎ量を、３００ｍｇ／ｍ^２以上とする。また、耐食性向上効果は、金属Ｓｎ量が３０００ｍｇ／ｍ^２超過となると飽和するため、経済的な観点から、Ｓｎ含有量を、３０００ｍｇ／ｍ^２以下とする。

また、電気抵抗の低いＳｎは軟らかく、溶接時に電極間でＳｎが加圧されることにより広がり、安定した通電域を確保できることから、特に優れた溶接性を発揮する。この優れた溶接性は、金属Ｓｎ量が１００ｍｇ／ｍ^２以上あれば発揮される。また、上記の優れた耐食性を示す金属Ｓｎ量の範囲では、この溶接性の向上効果は、飽和することはない。以上のような理由から、優れた耐食性および溶接性を確保するために、金属Ｓｎ量を３００ｍｇ／ｍ^２以上３０００ｍｇ／ｍ^２以下とする。

なお、Ｓｎめっき層１０５の金属Ｓｎ量は、更に好ましくは、３００〜２０００ｍｇ／ｍ^２である。

上記のようなＳｎめっきの後に、溶融溶錫処理（リフロー処理）が行なわれる。溶融溶錫処理を行なう目的は、Ｓｎを溶融して下地の鋼板１０１や下地Ｎｉ層１０３と合金化させ、Ｓｎ−Ｆｅ又はＳｎ−Ｆｅ−Ｎｉ合金層を形成させ、合金層の耐食性を向上させるとともに、島状のＳｎ（島状スズ）からなるＳｎ合金を形成させることにある。この島状のＳｎ合金は、溶融溶錫処理を適切に制御することで形成することが可能である。また、適切に制御した溶融溶錫処理により、Ｓｎめっき層１０５の表面（下地Ｎｉ層１０３との界面とは逆側の表面）が酸化されていき、後述する酸化皮膜層１０７がＳｎめっき層１０５上に形成される。

［酸化皮膜層１０７について］
Ｓｎめっき層１０５上には、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、酸化スズを含有する酸化皮膜層１０７が形成される。この酸化皮膜層１０７は、当該酸化皮膜層１０７の還元に要する電気量が０．３〜１０ｍＣ（ミリクーロン）／ｃｍ^２となる量の酸化スズを含有する。Ｓｎめっき層１０５上にこのような酸化皮膜層１０７を形成することで、容器用鋼板１０の耐硫化黒変性を向上させることができる。

硫化黒変は、金属Ｓｎと硫黄Ｓとが反応し、黒色のＳｎＳが生成することで発生する。従って、Ｓｎめっき層を有する容器用鋼板の場合、食品等の容器保持物に含まれる硫黄ＳがＳｎめっき層中の金属Ｓｎと反応することで生じる。そのため、Ｓｎめっき層１０５上に酸化錫を含む酸化皮膜層１０７を形成することで、硫黄原子ＳのＳｎめっき層１０５界面までの拡散を抑制することが可能となり、耐硫化黒変性が向上する。その結果、酸化皮膜層１０７上への化成処理皮膜層の付着量を削減した場合であっても、優れた耐硫化黒変性を実現することができる。

上記のような耐硫化黒変性は、酸化皮膜層１０７が有する酸化スズの含有量（酸化スズ量）が、酸化皮膜層１０７の還元に要する電気量０．３ｍＣ／ｃｍ^２に相当する量以上となった場合から顕著に発現する。従って、酸化皮膜層１０７が含有する酸化スズの量は、酸化皮膜層１０７の還元に要する電気量０．３ｍＣ／ｃｍ^２に相当する量以上とする。一方、酸化スズを含む酸化皮膜は脆い皮膜であり、付着量が多くなりすぎると、酸化皮膜層１０７上に形成される化成処理皮膜層１０９が剥離しやすくなる。従って、酸化皮膜層１０７と化成処理皮膜層１０９との密着性との観点から、酸化皮膜層１０７が含有する酸化スズの量は、酸化皮膜層１０７の還元に要する電気量１０ｍＣ／ｃｍ^２に相当する量以下とする。酸化皮膜層１０７の金属Ｓｎ量は、更に好ましくは、５．５〜１０ｍＣ／ｃｍ^２に相当する量である。

なお、酸化皮膜層１０７の還元に要する電気量の測定方法については、以下で改めて説明する。

従来、Ｓｎめっきの施された容器用鋼板の耐硫化黒変性はＣｒを含む皮膜を利用することで実現していた。そのため、Ｃｒを用いることなく耐硫化黒変性を実現する技術については不明な点が多かった。しかしながら、本実施形態では、Ｓｎめっき層１０５上に上記のような金属Ｓｎ量の酸化スズを含む酸化皮膜層１０７を形成することで、Ｃｒを用いることなく簡便に耐硫化黒変性を向上させることが可能となった。

酸化皮膜層１０７は、上記のように、Ｓｎめっき層１０５における島状Ｓｎを形成させるための溶融溶錫処理を適切な温度で適切な時間実施することで、形成することができる。ここで、島状とは、下地層の表面が、上層によって完全に覆われておらず、部分的に下地層が露出した状態をいう。すなわち、「島状のＳｎめっき層」とは、合金めっきを含む下地Ｎｉ層の表面が、Ｓｎめっき層によって完全に覆われておらず、部分的に露出した状態をいう。Ｓｎめっき層１０５及び酸化皮膜層１０７を適切に形成させることが可能な溶融溶錫処理は、Ｓｎめっき後に、電気抵抗加熱や高周波誘導加熱等により０．２秒以上２０秒以下で２００℃以上３００℃以下に昇温加熱し、金属光沢が得られ次第、冷水等で室温付近（例えば、５０℃程度）まで急速冷却することで行なわれる。

［化成処理皮膜層１０９について］
酸化皮膜層１０７上には、図１Ａ及び図１Ｂに示したように、化成処理皮膜層１０９が形成される。化成処理皮膜層１０９は、金属Ｚｒ量で１〜５００ｍｇ／ｍ^２のＺｒと、Ｐ量で０．１〜１００ｍｇ／ｍ^２のリン酸と、を少なくとも含有する（換言すれば、Ｚｒ成分とリン酸成分と、を少なくとも含有する）、ジルコニウム化合物を主体とする複合皮膜層である。

上記のＺｒ成分及びリン酸成分がそれぞれ単独でＺｒ皮膜およびリン酸皮膜として形成された場合、耐食性や密着性に関してある程度の効果は認められるものの、十分な実用性能は発揮できない。しかしながら、本実施形態における化成処理皮膜層１０９のように、化成処理皮膜層１０９をＺｒ成分とリン酸成分とが複合した複合皮膜とすることで、優れた実用性能を発揮することが可能である。

本実施形態における化成処理皮膜層１０９に含まれるＺｒ成分は、耐食性及び密着性、更には加工密着性を向上させる機能を有する。本実施形態におけるＺｒ成分は、例えば、酸化ジルコニウムやリン酸ジルコニウムの他に、水酸化ジルコニウム、フッ化ジルコニウム等といった複数のＺｒ化合物から構成される。このようなＺｒ成分は、耐食性及び密着性に優れるため、化成処理皮膜層１０９に含有されるＺｒ成分の量が多くなるほど、容器用鋼板１０の耐食性及び密着性が向上する。

具体的には、化成処理皮膜層１０９として酸化皮膜層１０７上に付着するＺｒ成分の含有量が金属Ｚｒ量に換算して１ｍｇ／ｍ^２以上となると、実用上問題ないレベルの耐食性と塗装等密着性が確保される。一方、Ｚｒ成分の含有量の増加に伴い、耐食性及び塗装等密着性の向上効果も増加するが、Ｚｒ成分の含有量が金属Ｚｒ量に換算して５００ｍｇ／ｍ^２を超えると、化成処理皮膜層１０９が厚くなりすぎて化成処理皮膜自体の密着性（主に凝集破壊起因）が低下するとともに、電気抵抗が上昇して溶接性が低下する。また、Ｚｒ成分の含有量が金属Ｚｒ量で５００ｍｇ／ｍ^２を超えると、化成処理皮膜の付着ムラが外観ムラとなって発現することがある。従って、本実施形態における容器用鋼板１０においては、Ｚｒ成分の含有量（すなわち、Ｚｒの含有量）は、金属Ｚｒ量で１ｍｇ／ｍ^２〜５００ｍｇ／ｍ^２とする。Ｚｒ成分の含有量は、より好ましくは、金属Ｚｒ量で２〜５０ｍｇ／ｍ^２である。

また、上記の化成処理皮膜層１０９は、上述したＺｒ成分に加えて、１種又は２種以上のリン酸化合物で形成されたリン酸成分をさらに含む。

本実施形態におけるリン酸成分は、耐食性及び密着性、更には加工密着性を向上させる機能を有する。本実施形態におけるリン酸成分は、下地（鋼板１０１、下地Ｎｉ層１０３、Ｓｎめっき層１０５、酸化皮膜層１０７）やＺｒ成分と反応して形成されるリン酸鉄、リン酸ニッケル、リン酸スズ、リン酸ジルコニウム等の１種のリン酸化合物、又はこれら２種以上のリン酸化合物からなる複合成分から構成される。このようなリン酸成分は、耐食性及び密着性に優れるため、形成されるリン酸成分の量が多くなるほど、容器用鋼板１０の耐食性及び密着性が向上する。

具体的には、化成処理皮膜層１０９におけるリン酸成分の含有量がＰ量に換算して０．１ｍｇ／ｍ^２以上となると、実用上問題ないレベルの耐食性と塗装等密着性とが確保される。一方、リン酸成分の含有量の増加に伴い、耐食性及び塗装等密着性の向上効果も増加する。しかしながら、リン酸成分の含有量がＰ量に換算して１００ｍｇ／ｍ^２を超えると、化成処理皮膜層１０９が厚くなりすぎて化成処理皮膜自体の密着性（主に凝集破壊起因）が低下するとともに、電気抵抗が上昇して溶接性が低下する。また、リン酸成分の含有量がＰ量で１００ｍｇ／ｍ^２を超えると、化成処理皮膜の付着ムラが外観ムラとなって発現することがある。従って、本実施形態における容器用鋼板１０においては、リン酸成分の含有量は、Ｐ量で０．１ｍｇ／ｍ^２〜１００ｍｇ／ｍ^２とする。リン酸成分の含有量は、より好ましくは、Ｐ量で０．５〜３０ｍｇ／ｍ^２である。

本実施形態における容器用鋼板１０では、上記のような化成処理皮膜層１０９の下層に酸化皮膜層１０７を形成するため、例えば金属Ｚｒ量が２ｍｇ／ｍ^２等のような低底皮膜量とした場合であっても、優れた耐硫化黒変性を実現することができる。その結果、化成処理皮膜層１０９の付着量をより削減することが可能となるため、コストの削減を実現することが可能となる。

このようなＺｒ成分及びリン酸成分を含む化成処理皮膜層１０９は、電解処理（例えば、陰極電解処理）により形成される。電解処理により上記の化成処理皮膜層を形成するためには、形成する化成処理皮膜の種類に応じて、化成処理液中の成分を決定することが必要である。具体的には、１０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下のＺｒイオンと、１０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下のフッ化物イオン（Ｆ⁻）と、１０ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下のリン酸イオンと、１００ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下の硝酸イオン及び／又は硫酸イオンとを含む化成処理液を利用する。また、必要に応じて、これらの化成処理液に対して、更にフェノール樹脂等を添加してもよい。

この化成処理液の温度は、５℃以上９０℃未満とする。化成処理液の温度が５℃未満である場合には、皮膜の形成効率が悪くなって経済的ではなく、好ましくない。また、化成処理液の温度が９０℃以上である場合には、形成される皮膜組織が不均一であり、欠陥、割れ、マイクロクラック等が発生する。その結果、緻密な皮膜形成が困難となり、腐食等の起点となるため、好ましくない。

このような電解処理は、１．０Ａ／ｄｍ^２以上１００Ａ／ｄｍ^２以下の電流密度により、０．２秒以上１５０秒以下の電解処理時間で、実施される。電流密度が１．０Ａ／ｄｍ^２未満である場合には、化成処理皮膜層の付着量の低下を招くとともに、長電解処理時間が必要となることによる生産性の低下を招くため、好ましくない。また、電流密度が１００Ａ／ｄｍ^２超過である場合には、化成処理皮膜層の付着量が所要量を超え、かつ、飽和する。場合によっては、電解化成処理後の水洗等による洗浄工程で付着不十分な皮膜が洗い流される（剥離する）など、経済的ではない。また、電解処理時間が０．２秒未満である場合には、皮膜付着量の低下を招き、耐食性や塗装密着性等が低下することがあるため好ましくない。電解処理時間が１５０秒超過である場合には、皮膜付着量が所要量を超え、かつ付着量が飽和してしまう。場合によっては、電解化成処理後の水洗等による洗浄工程で付着不十分な皮膜が洗い流される（剥離する）など、経済的ではない。

また、ｐＨは３．１〜３．７の範囲が好ましく、より好ましくは３．５前後である。また、ｐＨの調整には、必要に応じて、硝酸あるいはアンモニア等を加えてもよい。

上記のような電解電流密度及び通電時間で電解処理を行うことにより、鋼板表面に適切な付着量の皮膜を形成することができる。

なお、本実施形態における化成処理皮膜層の形成にあたっては、電解処理に用いる酸性溶液中に、更にタンニン酸を添加してもよい。酸性溶液中にタンニン酸を添加することで、上記の処理中にタンニン酸が鋼板の鉄（Ｆｅ）と反応することとなり、鋼板の表面にタンニン酸鉄の皮膜を形成する。このタンニン酸鉄の皮膜は、耐錆性及び密着性を向上させるため、必要に応じて、タンニン酸を添加した酸性溶液中で、化成処理皮膜層の形成を行ってもよい。

また、化成処理皮膜層の形成に用いられる酸性溶液の溶媒としては、例えば、蒸留水等を使用することができる。しかしながら、本実施形態における酸性溶液の溶媒は、上記のものに規制されず、溶解する材料や形成方法および化成処理皮膜層の形成条件等に応じて、適宜選択することが可能である。但し、安定的な工業生産性、コスト、環境面から蒸留水を用いることが好ましい。

また、本発明の化成処理層の形成に用いられる化成処理液においては、例えば、Ｈ_２ＺｒＦ_６のようなＺｒ錯体をＺｒの供給源として使用することが可能である。上記のようなＺｒ錯体中のＺｒは、カソード電極界面におけるｐＨの上昇により加水分解反応にてＺｒ^４＋となって化成溶液中に存在する。このようなＺｒイオンは、化成処理液中で更に速やかに反応し、ＺｒＯ_２やＺｒ_３（ＰＯ_４）_４といった化合物となって、金属表面に存在する水酸基（−ＯＨ）と脱水縮合反応等にてＺｒ皮膜を形成することが可能となる。また、化成処理液にフェノール樹脂を添加するに際しては、フェノール樹脂をアミノアルコール変性させることで、水溶性を持たせても良い。

以上説明したような本実施形態における容器用鋼板１０は、酸化皮膜層１０７上への化成処理皮膜層の付着量を削減した場合であっても、優れた耐硫化黒変性を示す。例えば、容器用鋼板１０の表面に塗料を付着させ焼き付けて塗膜を形成させた後、１時間沸騰させた０．６質量％Ｌ−システイン液を保持する耐熱瓶の口に、塗膜の形成された容器用鋼板１０を蓋として載置して固定し、１１０℃で３０分間の熱処理を施す。この場合、熱処理後の塗膜の形成された容器用鋼板１０において、耐熱瓶と接触していた接触部分の外観観察を行うと、本実施形態における容器用鋼板１０は、接触部分の面積の５０％以上で黒変が生じない程度の優れた耐硫化黒変性を示す。

＜成分含有量の測定方法について＞
ここで、下地Ｎｉ層１０３中の金属Ｎｉ量や、Ｓｎめっき層１０５中の金属Ｓｎ量は、例えば、蛍光Ｘ線法によって測定することができる。この場合、金属Ｎｉ量既知のＮｉ付着量サンプルを用いて、金属Ｎｉ量に関する検量線をあらかじめ特定しておき、同検量線を用いて相対的に金属Ｎｉ量を特定する。金属Ｓｎ量についても同様に、金属Ｓｎ量既知のＳｎ付着量サンプルを用いて、金属Ｓｎ量に関する検量線をあらかじめ特定しておき、同検量線を用いて相対的に金属Ｓｎ量を特定する。

酸化皮膜層１０７の還元に要する電気量は、本実施形態における容器用鋼板１０を、窒素ガスのバブリング等の手段によって溶存酸素を除去した０．００１ｍｏｌ／Ｌの臭化水素酸水溶液中で０．０５ｍＡ／ｃｍ^２の定電流で陰極電解し、得られる電位−時間曲線から求めることが可能である。以下、この還元に要する電気量の測定方法について、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら、簡単に説明する。

図２Ａ及び図２Ｂは、酸化皮膜層における酸化スズの含有量（酸化スズ量）の測定方法について説明するための模式図である。図２Ａに示したように、酸化スズ量の測定では、まず、溶存酸素を除去した上記濃度の臭化水素酸水溶液（ＨＢｒ水溶液）が保持された電解処理浴を準備する。この電解処理浴に対し、陽極と、測定試料（すなわち、容器用鋼板１０）が設けられた陰極と、を設置する。ここで、陽極及び陰極の材質については特に限定されるものではないが、例えば、陽極及び陰極として白金電極を用いることができる。また、試験片そのものを陰極として用いることも可能である。

次に、０．０５ｍＡ／ｃｍ^２の定電流で陰極電解処理を行い、電位−時間曲線の測定を行う。ここで、得られた電位−時間曲線の測定チャート（以下、単にチャートとも称する。）のフルスケールの長さＬ_ＦＳ（単位：ｍｍ）と、フルスケールのチャートの送り速度Ｔ_ＦＳ（単位：ｓｅｃ）とを、予め特定しておく。

図２Ｂは、得られる測定チャートを模式的に示している。得られたチャートにおいて、図２Ｂに示したように、電位軸側の接線及び時間軸側の接線のそれぞれを特定し、互いの接線の交点の位置を特定する。この交点から電位軸まで降ろした垂線の長さを、図２Ｂに示したように、チャート長さＬ（単位：ｍｍ）とする。

酸化皮膜層１０７を還元するために要する電気量（単位：ｍＣ／ｃｍ^２）を、酸化スズ量Ｑと称することとすると、酸化スズ量Ｑは、以下の式１０１で算出することができる。ここで、下記の式１０１において、Ｉは、電流密度（単位：ｍＡ）であり、Ｓは、試料の面積（単位：ｃｍ^２）であり、Ｔは、酸化皮膜層１０７を完全に除去する（すなわち、酸化皮膜層１０７を完全に還元する）のに要した時間（単位：ｓｅｃ）である。また、酸化皮膜層１０７を完全に除去するのに要した時間Ｔは、フルスケールの長さＬ_ＦＳと、フルスケールのチャートの送り速度Ｔ_ＦＳと、測定チャートから求めたチャート長さＬとを利用して、以下の式１０２で算出することができる。従って、以下の式１０１及び式１０２を利用することで、酸化スズ量Ｑを算出することができる。

また、化成処理皮膜層１０９中の金属Ｚｒ量及びＰ量は、例えば、蛍光Ｘ線分析等の定量分析法により測定することが可能である。

なお、上記のような各成分量の測定方法は上記の方法に限定されるものではなく、その他の公知の測定方法を適用することが可能である。

＜肉眼による耐硫化黒変性の評価方法について＞
次に図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、耐硫化黒変性の評価方法について、詳細に説明する。図３Ａは、耐硫化黒変性の評価方法の流れの一例について説明するための流れ図である。図３Ｂは、耐硫化黒変性の評価方法について説明するための説明図である。

本実施形態における耐硫化黒変性の評価方法では、試料の表面にゴールド色の塗料（Ｖａｌｓｐｅｒ社製、２８Ｓ９３ＭＢ）を付着させ、焼き付けて塗膜を形成する（ステップＳ１０１）。なお、試料としては、上記の方法により、鋼板の表面に下地Ｎｉ層、Ｓｎめっき層、酸化皮膜層、化成処理皮膜層を形成した容器用鋼板を用いる。

１時間沸騰させた０．６質量％Ｌ−システイン液を、耐熱瓶２０１（ＳＣＨＯＴＴ社製、１００ｍＬ耐熱瓶、０１７２６０−１００Ａ）の中に封入する（ステップＳ１０２）。

耐熱瓶の口に、Ｏリング２０２、パッキンシリコンゴム２０３、ステップＳ２０１で作成した試料２０４（４２Φ）、パッキンシリコンゴム２０５の順番で載置・固定する（ステップＳ１０３）。

耐熱瓶に蓋２０６（柴田化学株式会社製、ＧＬ４５、内径４５Φ、外径５５Φ）をし、蓋が下になるように均熱炉に入れる（ステップＳ１０４）。

均熱炉において、耐熱瓶を１１０℃で３０分間の熱処理を行う（ステップＳ１０５）。

耐熱瓶を均熱炉から取り出し、試料とＬ−システイン液との接触部分における黒変度合いを肉眼により観察する（ステップＳ１０６）。

＜ＹＩによる耐硫化黒変性の評価方法について＞
ＪＩＳ Ｋ−７３７３によって定められるＹＩ（Ｙｅｌｌｏｗｎｅｓｓ Ｉｎｄｅｘ）により耐硫黒変性を評価する場合には、上記のステップＳ１０１において、試料２０４の表面にゴールド色の塗料（Ｖａｌｓｐｅｒ社製、２８Ｓ９３ＭＢ）を付着させ、焼き付けることにより塗膜を形成する。

肉眼による耐硫化黒変性の評価方法と、ＹＩによる耐硫化黒変性の評価方法とでは、ステップＳ１０２〜１０５は共通である。

ＹＩによる耐硫化黒変性の評価方法では、上記のステップＳ１０６において、Ｌ−システイン液との反応後の試料の黄色度を分光測色計により測定する。ここで、黄色度の測定には、ＪＩＳ Ｚ−８７２２条件ｃに準拠した分光測色計を用いれば良く、測定方式としては表面性状の影響を受けにくいＳＣＩ（正反射光を含む）測定で行う。
測定条件としては、光源、湿度、温度など、一定の条件下で測定を行う必要がある。

以上、図１Ａ〜図３Ｂを参照しながら、本実施形態における容器用鋼板１０の構成について、詳細に説明した。

＜容器用鋼板の製造方法について＞
次に、図４を参照しながら、本実施形態における容器用鋼板１０の製造方法について、詳細に説明する。図４は、本実施形態における容器用鋼板の製造方法の流れの一例について説明するための流れ図である。

本実施形態における容器用鋼板１０の製造方法では、まず、鋼板１０１に対してＮｉめっき又はＦｅ−Ｎｉ合金めっきを施すことで、下地Ｎｉ層１０３が形成される（ステップＳ２０１）。

次に、下地Ｎｉ層１０３の形成された鋼板１０１に対して、Ｓｎめっきを実施する（ステップＳ２０３）。その後、溶融溶錫処理（リフロー処理）により、島状Ｓｎを含むＳｎめっき層１０５を形成しつつ、表面酸化により酸化皮膜層１０７を形成する（ステップＳ２０５）。

その後、酸化皮膜層１０７上に、電解処理により化成処理皮膜層１０９を形成する（ステップＳ２０７）。

このような流れで処理が行われることで、本実施形態における容器用鋼板１０が製造される。

以下、実施例及び比較例を示しながら、本発明における容器用鋼板及び容器用鋼板の製造方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明における容器用鋼板及び容器用鋼板の製造方法のあくまでも一例であって、本発明における容器用鋼板及び容器用鋼板の製造方法が以下に示す実施例に限定されるものではない。

（実施例）
容器用の鋼板として一般的に用いられる鋼板を利用し、この鋼板に対して、公知の方法によりＮｉめっき及びＳｎめっきを順に施した。続いて、下記の表１に示した条件で溶融溶錫処理を行ってＳｎめっき層及び酸化皮膜層を形成した後、下記の表１に示した条件で化成処理皮膜層を形成した。

形成した下地Ｎｉ層における金属Ｎｉ量及びＳｎめっき層における金属Ｓｎ量は、蛍光Ｘ線法により測定し、下記の表２に示した。また、酸化皮膜層の酸化スズ量は、図２Ａ及び図２Ｂを参照しながら説明した方法により測定し、下記の表２に示した。また、化成処理皮膜層における各成分量は、蛍光Ｘ線分析法により測定し、下記の表２に示した。

耐硫化黒変性の評価では、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら説明した方法により、各水準の試料の耐硫化黒変性を肉眼により評価した。各水準の試料において、耐熱瓶と接触していた接触部分の外観観察を行い、接触部分における、黒変が生じた部分の占める割合（面積比）により、１〜１０点の評点をつけた。この評価方法において、評点が８点以上の場合（つまり、接触部分の５０％以上で黒変が生じなかった場合）、容器用鋼板として優れた耐硫化黒変性を示す。

１０点：黒変の生じた部分の面積が１０％未満
９点：黒変の生じた部分の面積が１０％以上、３０％未満
８点：黒変の生じた部分の面積が３０％以上、５０％未満
７点：黒変の生じた部分の面積が５０％以上、６０％未満
６点：黒変の生じた部分の面積が６０％以上、６５％未満
５点：黒変の生じた部分の面積が６５％以上、７５％未満
４点：黒変の生じた部分の面積が７５％以上、８５％未満
３点：黒変の生じた部分の面積が８５％以上、９０％未満
２点：黒変の生じた部分の面積が９０％以上、９５％未満
１点：黒変の生じた部分の面積が９５％以上

次に、下記の表３に示した条件で、各水準の試料を製造した。試料の各成分量については、上記表２の場合と同様に測定を行い、上記表２と同様の方法で肉眼により耐硫化黒変性を評価した。得られた結果を、下記の表４に示す。

次に、下記の表５に示した条件で、各水準の試料を製造した。試料の各成分量については、上記表２及び表４の場合と同様に測定を行い、上記表２及び表４と同様の方法で肉眼により耐硫化黒変性を評価した。得られた結果を、下記の表６に示す。

ここで、表１及び表２に示した各実験例は、主に容器用鋼板の製造時における各条件に着目して実験を行ったものであり、表３及び表４に示した各実験例は、主に製造された容器用鋼板の特性に着目して実験を行っている。表５及び表６に示した各実験例は、溶融溶錫処理時間を変化させることにより、酸化スズの付着量を変化させて実験を行ったものである。
上記表１〜表６から明らかなように、上記の硫化黒変性の評価試験により、本発明の鋼板は、優れた耐硫化黒変性を有することが明らかになった。

次に下記の表７に示した条件で、各水準の試料を製造した。酸化スズの付着量については上記表２、表４、表６と同様の方法で測定を行った。耐硫化黒変性の評価は、上記表２、表４、表６に示した肉眼による評価方法に加え、ＹＩによる評価方法により行った。得られた結果を表８及び図５Ａ、図５Ｂに示す。

表８及び図５Ａ、図５Ｂから明らかなように、ＹＩの数値は、肉眼による官能的な評価結果とよく対応しており、ＹＩは硫化黒変による表面の色彩変化を定量的に示すための指標として適用可能であることが分かった。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はこれらの例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明によれば、化成処理皮膜層とＳｎめっき層との間に酸化皮膜層を形成することによって、化成処理皮膜を利用して、耐硫化黒変性及びコストの削減を実現することが可能となる。

１０ 容器用鋼板
１０１ 鋼板
１０３ 下地Ｎｉ層
１０５ Ｓｎめっき層
１０７ 酸化皮膜層
１０９ 化成処理皮膜層

Claims (3)

1. 鋼板と、
   前記鋼板の少なくとも片面に対して、Ｎｉを金属Ｎｉ量で５〜１５０ｍｇ／ｍ^２含有するＮｉめっき又はＦｅ−Ｎｉ合金めっきが施された下地Ｎｉ層と、
   前記下地Ｎｉ層上に形成され、Ｓｎ−Ｆｅ合金とＳｎ−Ｆｅ−Ｎｉ合金との少なくとも一方及び島状のＳｎを含有し、金属Ｓｎ量で３００〜３０００ｍｇ／ｍ ^２ のＳｎめっき層と、
   前記Ｓｎめっき層上に形成され、酸化スズを含有する酸化皮膜層と、
   前記酸化皮膜層上に形成され、金属Ｚｒ量で１〜５００ｍｇ／ｍ^２のＺｒと、Ｐ量で０．１〜１００ｍｇ／ｍ^２のリン酸と、を含有する化成処理皮膜層と、
   を備え、
   前記酸化皮膜層は、当該酸化皮膜層の還元に要する電気量が５．５〜１０ｍＣ／ｃｍ^２となる量の前記酸化スズを含有する
   ことを特徴とする、容器用鋼板。
2. 前記容器用鋼板の表面に塗料を付着させ焼き付けて塗膜を形成させた後、１時間沸騰させた０．６質量％Ｌ−システイン液を保持する耐熱瓶の口に、塗膜の形成された前記容器用鋼板を載置して固定し、前記耐熱瓶に蓋をして、前記蓋が下になった状態で１１０℃で３０分間の熱処理を施した後、塗膜の形成された前記容器用鋼板において前記耐熱瓶と接触していた接触部分の外観観察を行った場合に、当該接触部分の面積の５０％以上で黒変が生じない
   ことを特徴とする、請求項１に記載の容器用鋼板。
3. 請求項１又は２に記載の容器用鋼板を製造する方法であって、
   鋼板の少なくとも片面に対して、Ｎｉめっき又はＦｅ−Ｎｉ合金めっきを施して、Ｎｉを金属Ｎｉ量で５〜１５０ｍｇ／ｍ^２含有する下地Ｎｉ層を形成するステップと、
   前記下地Ｎｉ層上に金属Ｓｎ量で３００〜３０００ｍｇ／ｍ^２のＳｎめっきを施すステップと、
   ２００℃以上３００℃以下の温度で０．２秒以上２０秒以下溶融溶錫処理を行い、前記Ｓｎめっきと少なくとも一部の前記下地Ｎｉ層とを合金化させて島状のＳｎを含むＳｎめっき層を形成しつつ、当該Ｓｎめっき層の表面を表面酸化させて酸化スズを含有する酸化皮膜層を形成するステップと、
   １０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下のＺｒイオンと、１０ｐｐｍ以上１００００ｐｐｍ以下のフッ化物イオンと、１０ｐｐｍ以上３０００ｐｐｍ以下のリン酸イオンと、１００ｐｐｍ以上３００００ｐｐｍ以下の硝酸イオン及び／又は硫酸イオンと、を含み、かつ、温度が５℃以上９０℃未満の化成処理液中で、１．０Ａ／ｄｍ^２以上１００Ａ／ｄｍ^２以下の電流密度により０．２秒以上１５０秒以下の電解処理時間で電解処理を行い、前記酸化皮膜層上に化成処理皮膜層を形成するステップと、
   を含む
   ことを特徴とする、容器用鋼板の製造方法。

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