JP6593574B1 - 容器用鋼板および容器用鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2018年2月9日に、日本に出願された特願2018−022296号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
(2)上記(1)に記載の態様において、前記金属クロム層の付着量は、Cr量で、1.0mg/m2以上350mg/m2以下であってもよい。
(3)上記(1)または(2)に記載の態様において、前記クロム含有層は、硫酸化合物を、S量で、0.10mg/m2以上40mg/m2以下含んでもよい。
(4)上記(1)または(2)に記載の態様において、前記金属クロム層と前記クロム含有層とは、硫酸化合物を、S量で、合計0.5mg/m2以上80mg/m2以下含んでもよい。
(5)本発明の第2の態様に係る容器用鋼板の製造方法は、母材鋼板を複数の化成処理浴で処理して、前記母材鋼板の少なくとも一方の表面上に2層に分離した金属クロム層ならびに当該金属クロム層上の粒状の3価クロム化合物を含む、または粒状の3価クロム化合物および粒状の金属クロムを含むクロム含有層を形成する化成処理工程を有し、前記複数の化成処理浴は、3価クロムイオン0.10〜250g/Lと、硫酸イオン1.0〜250g/Lと、ギ酸イオン1.0〜250g/Lと、ホウ酸イオン1.0〜150g/Lとを含み、前記複数の化成処理浴のpHが3.0以上であり、前記母材鋼板を前記複数の化成処理浴の間で移動させる時に0.1秒以上20秒以下の無電解時間を設ける。
(6)上記(5)に記載の態様において、前記複数の化成処理工程において、前記複数の化成処理浴の温度が、5℃以上90℃未満であってもよい。
(7)上記(5)または(6)に記載の態様において、前記複数の化成処理浴において、前記母材鋼板は、電流密度0.5A/dm2以上50A/dm2以下で、0.05秒以上10秒以下電解処理されてもよい。
(8)上記(5)〜(7)のいずれか一項に記載の態様において、前記複数の化成処理浴は、さらに、塩化物イオン1.0〜100g/Lと、カリウムイオン1.0〜100g/Lと、を含んでもよい。
<容器用鋼板の構成>
まず、本発明の一実施形態に係る容器用鋼板の構成について詳細に説明する。
母材鋼板(以下、単に鋼板と呼ぶ場合がある。)は、本実施形態に係る容器用鋼板の母材である。本実施形態で用いられる鋼板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。かかる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。
鋼板の少なくとも一方の表面上には、金属クロム層が位置している。金属クロム層は、主として金属クロムを含む。金属クロム層は、3価クロム化合物を含まない。金属クロムは、外部雰囲気に接した際にその表面が酸化して不動態を形成し、この結果、優れた化学的安定性を示す。したがって、金属クロム層は、その上層に配置されるクロム含有層とともに、優れた耐食性を示す。
クロム含有層は、金属クロム層上に配置される。そして、クロム含有層は、少なくとも粒状の3価クロム化合物を含み、さらに任意に粒状の金属クロムを含み得る。そして、粒状の3価クロム化合物および粒状の金属クロムの平均粒径は10nm以上100nm以下である。3価クロム化合物は金属クロムと同様に、優れた化学的安定性を有し、容器用鋼板の耐食性を向上させる。さらに、3価クロム化合物を含むクロム含有層が鋼板の最外表面を覆うことにより、塗料密着性を向上させる。そして、クロム含有層は、このような平均粒径が上述したような範囲の粒状の3価クロム化合物または当該3価クロム化合物および金属クロムが堆積して形成されていることにより、優れた光沢を発現しつつ、金属クロム層とともに優れた耐食性を示す。
また、クロム含有層は、3価クロム化合物および金属クロム以外の化合物を含んでもよい。例えば、鉄、鉄化合物、酸化鉄、ニッケル、水酸化ニッケル、スズ、スズ化合物、酸化スズを含んでいてもよい。なお、クロム含有層において、このような3価クロム化合物および金属クロム以外の化合物の含有量は、金属クロムおよび3価クロム化合物の合計の含有量に対しCr換算量で、好ましくは20%以下、より好ましくは10%以下である。これにより、クロム含有層を密に形成することができ、容器用鋼板の耐食性がより一層向上する。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。以下、本実施形態と上述した実施形態との相違点を主として説明し、同様の事項については説明を省略する。
以下に、本実施形態に係る容器用鋼板の各成分等の分析方法について記載する。
(層構成)
まず、金属クロム層およびクロム含有層の境界は、X線光電子分光法(XPS)を用いて容器用鋼板の深さ方向における結合エネルギーのスペクトルを取得し、得られた結合エネルギーのスペクトルのピークに基づき決定することができる。すなわち、容器用鋼板の深さ方向におけるスペクトルのCrおよび3価クロム化合物の結合エネルギーのピークを断定し、Crのピークのみが認められる層が金属クロム層であり、3価クロム化合物または3価クロム化合物およびCrのピークが認められる層がクロム含有層であると定義することができる。Crのピークのみが認められるスペクトルと、3価クロム化合物または3価クロム化合物およびCrのピークが認められるスペクトルと、が認められる場合が、金属クロム層とクロム含有層とが2層に分離した状態である。結合エネルギーのピークの断定は、例えば、ピークの曲率の符号が変化した点が、結合エネルギーの位置にピークが認められると断定することができる。
クロム含有層中に存在し得る粒状の金属クロムおよび3価クロム化合物の平均粒径は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)によりクロム含有層の表面の画像を得て、当該表面画像中に存在する粒状の金属クロムおよび3価クロム化合物について、複数個、例えば100個を特定して粒径を測定し、その粒径を平均することにより得られる。ここで用いる平均粒径とは、拡大率50000倍で得られた表面画像中で、粒径1nm以上の粒の平均粒径である。
表面に露出した金属クロム層中の粒状の金属クロムの平均粒径を測定するには、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)により金属クロム層の表面の画像を得て、当該表面画像中に存在する粒状の金属クロムについて、複数個、例えば100個を特定して粒径を測定し、その粒径を平均することにより得られる。ここで用いる平均粒径とは、拡大率50000倍で得られた表面画像中で、粒径1nm以上の粒の平均粒径である。
しかし、金属クロム層が表面に出ている表1の比較例a6、a8では平均粒径は、観察できないほど小さく、測定できなかった。
次に、本実施形態に係る容器用鋼板の製造方法について、詳細に説明する。本実施形態に係る容器用鋼板の製造方法は、鋼板を複数の化成処理浴で処理して、前記鋼板の少なくとも一方の表面上に2層に分離した金属クロム層ならびに当該金属クロム層上の粒状の3価クロム化合物を含む、または粒状の3価クロム化合物および粒状の金属クロムを含むクロム含有層を形成する化成処理工程を有する。複数の化成処理浴は、3価クロムイオン0.10〜250g/Lと、硫酸イオン1.0〜250g/Lと、ギ酸イオン1.0〜250g/Lと、ホウ酸イオン1.0〜150g/Lと、を含み、複数の化成処理浴のpHが3.0以上である。鋼板を複数の化成処理浴の間で移動させる時に0.1秒以上20秒以下の無電解時間を設ける。
なお、複数の化成処理浴の温度は、界面における複数の化成処理浴の反応性を高めるとともに、金属クロム層およびクロム含有層の付着効率を向上させるため、鋼板の表面温度よりも高いことが好ましい。
電解処理の間に0.1秒以上20秒以下の無電解時間を設ける必要がある。無電解時間を設けることにより、2層の分離した金属クロム層およびクロム含有層を形成することができる。0.1秒未満では2層分離の効果が不十分であり、20秒超では電解処理時間が長くなる場合がある。
なお、粒状の金属クロムおよび3価クロム化合物の合計の析出量は、電流密度および処理時間により制御することができる。また、金属クロム層の付着量とクロム含有層の付着量との比についても、電流密度により制御することができる。すなわち、電解処理において、電流密度が大きいほど、析出する金属クロム量の比率が大きくなり、金属クロム層の比率が増加する。なお、同様にして電流密度を制御することにより、クロム含有層中における金属クロム量と3価クロム化合物量との比率についても同時に制御することが可能である。そして、電流密度を調節しつつ処理時間を変更することにより、金属クロムおよび3価クロム化合物の合計の析出量が制御される。
まず、試験に用いる鋼板(母材鋼板)を用意した。鋼板は、一般的な容器用として用いられる鋼板を用いた。
また、金属クロム層およびクロム含有層の境界は、各容器用鋼板の断面試料を作成し、X線光電子分光法(XPS)を用いて容器用鋼板の深さ方向におけるCrおよび3価クロム化合物の結合エネルギーのスペクトルを取得し、Crのピークのみが認められる層が金属クロム層であり、3価クロム化合物または3価クロム化合物およびCrのピークが認められる層がクロム含有層である、と定義した。また、クロム含有層における粒状の3価クロム化合物および金属クロムの平均粒径は走査型電子顕微鏡(SEM)での表面観察を行った。走査型電子顕微鏡の拡大率を50000倍とし、各粒状の3価クロム化合物および金属クロムの粒径1nm以上の粒を100個特定し、これらより平均粒径を測定、算出することにより行った。なお、表中の化合物についての「−」は、その化合物を含有していないことを示す。また、表1の比較例a6およびa8の平均粒径についての「−」は、平均粒径が観察できないほど小さく測定できなかったため、「−」で示した。表1の比較例a9およびa10の金属クロム層の金属Cr量についての「−」は、金属クロムを含有していなかったので金属クロム層を確認できなかったことを示す。
得られた容器用鋼板からφ35mmの円形の試験片を切り出し、採取した。得られた試験片を3%酢酸を入れた耐熱瓶の口に乗せて固定した後、121℃で60分の熱処理を行った。耐食性試験液が試験片に触れる耐熱瓶の口の面積に対する、腐食した面積の割合で耐食性を評価した。より詳細には、試験片が試験液と接触する面積に対する腐食面積の割合に従い、以下の1〜10点の評点をつけた。なお、かかる耐食性試験において、評点が5点以上のものが、容器用鋼板として使用することが可能である。
2点:80%以上90%未満
3点:70%以上80%未満
4点:60%以上70%未満
5点:50%以上60%未満
6点:40%以上50%未満
7点:30%以上40%未満
8点:20%以上30%未満
9点:10%以上20%未満
10点:10%未満
得られた容器用鋼板について、光沢度計の測定角度を20°とし、光沢度測定を行い、光沢度を得た。光沢度は、JIS Z 8741に準拠した方法で測定することができる。容器用鋼板としての商品の外観は、光沢度が15以上を良好、15未満を不良と判断した。
表1の3価クロム化合物が含まれていない比較例a6、a8において、耐食性が高い値を示したが、これは実験室での測定結果であり、実際の使用では、周囲環境により耐食性が悪くなり、このような高くない値を示す可能性がある。
まず、試験に用いる鋼板(母材鋼板)を用意した。鋼板は、一般的な容器用として用いられる鋼板を用いた。
また、得られた容器用鋼板について、上記のように耐食性および光沢度(外観)を評価した。結果を表4に合わせて示す。なお、表4中の化合物についての「−」は、その化合物を含有していないことを示す。
まず、試験に用いる鋼板(母材鋼板)を用意した。鋼板は、一般的な容器用として用いられる鋼板を用いた。
また、得られた容器用鋼板について、上記のように耐食性および光沢度(外観)を評価した。結果を表6に合わせて示す。
Claims (8)
- 母材鋼板と、
金属クロム層と、
クロム含有層と、
を有し、
前記金属クロム層は、前記母材鋼板の少なくとも一方の表面上に位置し、
前記クロム含有層は、前記金属クロム層上に位置し、粒状の3価クロム化合物を含み、または粒状の3価クロム化合物および粒状の金属クロムを含み、
前記金属クロム層および前記クロム含有層は、前記母材鋼板の上に2層に分離して配置され、
前記クロム含有層において、前記3価クロム化合物および前記金属クロムの平均粒径が10nm以上100nm以下であり、
前記クロム含有層の付着量は、Cr量で、1.0mg/m2以上100mg/m2以下である、
ことを特徴とする容器用鋼板。 - 前記金属クロム層の付着量は、Cr量で、1.0mg/m2以上350mg/m2以下であることを特徴とする請求項1に記載の容器用鋼板。
- 前記クロム含有層は、硫酸化合物を、S量で、0.10mg/m2以上40mg/m2以下含むことを特徴とする請求項1または2に記載の容器用鋼板。
- 前記金属クロム層と前記クロム含有層とは、硫酸化合物を、S量で、合計0.5mg/m2以上80mg/m2以下含むことを特徴とする請求項1または2に記載の容器用鋼板。
- 母材鋼板を複数の化成処理浴で処理して、前記母材鋼板の少なくとも一方の表面上に2層に分離した金属クロム層ならびに当該金属クロム層上の粒状の3価クロム化合物を含む、または粒状の3価クロム化合物および粒状の金属クロムを含むクロム含有層を形成する化成処理工程を有し、
前記複数の化成処理浴は、3価クロムイオン0.10〜250g/Lと、硫酸イオン1.0〜250g/Lと、ギ酸イオン1.0〜250g/Lと、ホウ酸イオン1.0〜150g/Lとを含み、
前記複数の化成処理浴のpHが3.0以上であり、
前記母材鋼板を前記複数の化成処理浴の間で移動させる時に0.1秒以上20秒以下の無電解時間を設ける、
ことを特徴とする容器用鋼板の製造方法。 - 前記化成処理工程において、前記複数の化成処理浴の温度が、5℃以上90℃未満であることを特徴とする請求項5に記載の容器用鋼板の製造方法。
- 前記複数の化成処理浴において、前記母材鋼板は、電流密度0.5A/dm2以上50A/dm2以下で、0.05秒以上10秒以下電解処理されることを特徴とする請求項5または6に記載の容器用鋼板の製造方法。
- 前記複数の化成処理浴は、さらに、塩化物イオン1.0〜100g/Lと、カリウムイオン1.0〜100g/Lと、を含むことを特徴とする請求項5〜7のいずれか一項に記載の容器用鋼板の製造方法。
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