JPH0366398B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔発明の技術分野〕 この発明は、電気抵抗シーム溶接により製缶さ
れる缶用材料として好適な、溶接性の優れた電解
クロメート処理鋼板およびその製造方法に関する
ものである。 〔従来技術とその問題点〕 鋼板の表面に、下層としての金属クロム層と、
上層としてのクロム酸化物を主体とするクロム水
和酸化物層とからなる皮膜が形成された電解クロ
メート処理鋼板は、優れた塗装性および耐食性を
有し、ブリキに比べて安価であることから、飲料
等の食缶、ペール缶、18缶、オイル缶等の缶用
材料として、広い分野において使用されている。
このような電解クロメート処理鋼板は、従来、絞
り加工による２ピース缶用、および、有機樹脂、
特殊セメント等により継目を接合した接着缶（３
ピース缶）用の材料として使用されているが、継
目を電気抵抗シーム溶接により接合した溶接缶用
の材料としてはあまり使用されていない。その理
由は、電解クロメート処理鋼板の電気抵抗シーム
溶接による溶接性が極めて劣るためである。 しかしながら、近時、強度および信頼性の高
い、溶接缶の需要が高まつていることから、電解
クロメート処理鋼板の溶接性の向上が要求されて
いる。 電解クロメート処理鋼板の電気抵抗シーム溶接
による溶接性が劣る原因は、次の通りである。即
ち、メツキ層を構成する、下層としての金属クロ
ム層および上層としてのクロム水和酸化物層は、
非導電性および非熱伝導性を有している。従つ
て、電気抵抗シーム溶接によつて、缶胴の継目で
ある重ね合せ部分を溶接する場合に、金属クロム
層およびクロム水和酸化物層が絶縁皮膜となるた
め、接触抵抗値が高くなる。 接触抵抗値は、溶接時に局部的な過大電流が流
れるかどうかを評価するための基準であつて、接
触抵抗値が高い場合には、溶接電流の流れる通路
が狭く、従つて、局部的な過大電流が流れやす
い。電解クロメート処理鋼板の接触抵抗値は、
10²〜10⁵μΩであつて他の溶接缶用表面処理鋼板
に比べ極端に高い。従つて、溶接開始直後の溶接
電流値は低く、一定時間経過後に、始めて所定の
溶接電流値となる。この結果、鋼板が局部的に発
熱してチリが発生し、溶接部にブローホール等の
溶接欠陥が生ずる。 このため、電解クロメート処理鋼板を溶接する
場合には、従来、溶接する部分のクロメート処理
皮膜を研摩等によつて除去しなければならず、多
くの手数を必要としていた。 上述した問題を解決する方法として、特開昭57
−143492号において、下記からなる電解クロメー
ト処理鋼板の製造方法が開示されている。 「鋼板の溶接を必要とする部分に水ガラスを塗
布し乾燥した後、その表面にクロムメツキを施
し、水ガラスを剥離した後に溶接する。」 また、特開昭55−48406号において、下記から
なる電解クロメート処理鋼板の製造方法が開示さ
れている。 「クロムめつき鋼板に20％以下の調質圧延を施
して、めつき面に亀裂を生ぜしめ、その無数の亀
裂を介して溶接電流を鋼板に流すことによつて、
溶接性を向上させる。」 しかしながら、前者の方法は、電解クロメート
処理鋼板の溶接する部分に水ガラスを塗布し乾燥
する工程が必要であり、後者の方法は、電解クロ
メート処理鋼板に調質圧延を施す工程が必要であ
つて、このような前処理のために工程が複雑とな
り、製造コストが上昇する問題を有している。 〔発明の目的〕 従つて、この発明の目的は、接触抵抗値が低
く、優れた溶接性を有する、電気抵抗シーム溶接
により製缶される缶用材料として好適な電解クロ
メート処理鋼板およびその製造方法を提供するこ
とにある。 〔発明の概要〕 電解クロメート処理鋼板の溶接性が劣る原因
は、前述したように金属クロム層およびクロム水
和酸化物層の接触抵抗値が高いからである。従つ
て、十分な溶接強度を得るためには、溶接電流を
高めなければならず、この結果、鋼板の局部的な
異常発熱によつてチリが発生し、溶接性にブロー
ホール等の溶接欠陥が生ずる。 本発明者等は、電解クロメート処理鋼板の電気
抵抗シーム溶接による溶接性を改善すべく鋭意研
究を重ねた結果、先に、電解クロメート処理鋼板
の製造に当り、鋼板を陰極電解クロメート処理す
る途中において少なくとも１回陽極電解処理を施
し、金属クロム層およびクロム水和酸化物層の表
面に、多数の粒状または角状の突起を形成するこ
とによつて接触抵抗値を低下させ、かくして、溶
接性の優れた電解クロメート処理鋼板を製造する
方法を開発し、特許出願（特願昭60−192614号）
をした。 上述の方法によれば、電気抵抗シーム溶接によ
る溶接に当り、接触抵抗値が低下し、鋼板の局部
的な異常発熱が軽微となつて、チリの発生は低減
したが、未だ必ずしも十分とは云えなかつた。 そこで、本発明者等は、更に溶接性を向上さ
せ、チリが発生するまで溶接電流を高めなくても
十分な溶接強度が得られる方法を開発すべく鋭意
研究を重ねた結果、鋼板の表面上にニツケル皮膜
を形成し、このようなニツケル皮膜の形成された
鋼板を陰極電解クロメート処理し、前記陰極電解
クロメート処理の途中において、少なくとも１回
陽極電解処理を施せば、電解クロメート処理鋼板
を溶着させ得る下限電流値が下がり、従つて、チ
リが発生するまで溶接電流を高めなくても、十分
な溶接強度が得られることを知見した。 この発明の電解クロメート処理鋼板は、上記知
見に基づいてなされたものであつて、鋼板の少な
くとも１つの表面上に形成された、10〜500mg／
m²の量のニツケル層と、前記ニツケル層の上に形
成された。20〜200mg／m²の量の金属クロム層と、
前記金属クロム層の上に形成された、金属クロム
換算で３〜30mg／m²の量のクロム水和酸化物層と
からなり、前記金属クロム層および前記クロム水
和酸化物層は、その表面に多数の粒状または角状
の突起を有していることに特徴を有するものであ
る。 〔発明の構成〕 次に、この発明を図面を参照しながら説明す
る。第１図は、この発明の電解クロメート処理鋼
板の皮膜断面を模式的に示す図である。鋼板１の
両表面上にはニツケル層２が形成され、ニツケル
層２の上には金属クロム層３が形成され、金属ク
ロム層３の上にはクロム水和酸化物層４が形成さ
れている。金属クロム層３の表面には、多数の粒
状または角状の突起５が形成されており、この突
起５によつて、最上層のクロム水和酸化物層４
は、突起状に形成されている。 鋼板１の表面上にニツケル層２が形成されてい
ることによつて溶接性が向上する理由は、次のよ
うに推定される。即ち、ニツケルは、加熱圧着性
に優れ、一方、クロムは、加熱圧着性に劣る。従
つて、電気抵抗シーム溶接によつて電解クロメー
ト処理鋼板を溶接するに当り、金属クロム層３お
よびクロム水和酸化層４が形成された鋼板１の融
着に、ニツケル層２の加熱圧着が加わることによ
り、その溶接性が向上する。 金属クロム層３に形成された突起５およびその
表面の突起状のクロム水和酸化物層４によつて、
電気抵抗シーム溶接による溶接性が良好になる理
由は、次のように推定される。 (1) 電気抵抗シーム溶接のために鋼板の両側端部
が重ね合わされた際、突起５によつてその接触
面積が大になるため通電性が向上する結果、溶
接電流が流れやすくなる。 (2) 最上層のクロム水和酸化物層４は、金属クロ
ム層３に形成された突起５に沿う突起状である
から、外圧によつて亀裂が生じやすい。この結
果、溶接のために鋼板の両側端部を圧接した際
に、クロム水和酸化物層４に亀裂が生じて、溶
接電流が流れやすくなる。 この発明において、鋼板１の少なくとも１つの
表面上に形成されるニツケル層２の量は、10〜
500mg／m²とすべきである。ニツケル層２の量が
10mg／m²未満では、加熱圧着性の向上効果が不十
分であり、一方、ニツケル層２の量が500mg／m²
を超えると加熱圧着性の向上効果が飽和し、不経
済になる。ニツケル層２は、鋼板１の両表面上に
形成してもまたは一方の表面上のみに形成しても
よい。 この発明において、ニツケル層２の表面上また
は鋼板１の表面上に形成される金属クロム層３の
量は20〜200mg／m²とし、金属クロム層３の上に
形成されるクロム水和酸化物層４の量は、金属ク
ロム換算で３〜30mg／m²とすべきである。金属ク
ロム層３の量が20mg／m²未満では、皮膜の耐食性
が不十分となり、一方、金属クロム層３の量が
200mg／m²を超えると、金属クロムが過多になつ
て、溶接性および耐食性のより以上の向上が得ら
れなくなる。安定操業の面から好ましい金属クロ
ム層３の量は、30〜200mg／m²である。クロム水
和酸化物層４の量が金属クロム換算で３mg／m²未
満では、皮膜の耐食性が不十分となり、一方、ク
ロム水和酸化物層４の量が金属クロム換算で30
mg／m²を超えると、溶接性が低下する。 突起５は、金属クロム層３の表面全部に、平面
的にみて、粒状または角状に形成されていること
が必要である。突起５が広い板状であつたり、特
定部分に集中して形成されていては、所期の効果
は期待できない。 次に、この発明の電解クロメート処理鋼板の製
造方法について述べる。 この発明においては、鋼板１に陰極電解クロメ
ート処理を施す前に、鋼板１の少なくとも１つの
表面上に、10〜500mg／m²の量のニツケル層２を
形成する。このようなニツケル層２は、例えば、
鋼板１をニツケルメツキ浴中において陰極電解処
理することによつて形成することができる。使用
するニツケルメツキ浴は、硫酸ニツケルを主体と
するWatt浴、ホウフツ化ニツケル浴、スルフア
ミン酸ニツケル浴等のような一般的なメツキ浴で
よく、特定のメツキ浴に限定されるものではな
い。また、これらのメツキ浴によつてニツケルメ
ツキを施した後に熱処理し、ニツケルを鋼中に拡
散させてもよい。 ニツケル層２は、上述のようなメツキに限ら
ず、イオンプレーテイングや真空蒸着等の手段に
よつて形成してもよい。 上述のようにしてニツケル層２の形成された鋼
板１を、電解クロメート処理浴中において、陰極
電解クロメート処理を施す。陰極電解クロメート
処理の方法には、大別して次の２つの方法があ
る。 (a) 無水クロム酸、クロム酸塩及び重クロム酸塩
の少なくとも１つを主成分とし、且つ、F^-お
よびSO₄ ^2-を含む処理浴中において、鋼板に陰
極電解クロメート処理を施して、鋼板の表面上
に下層としての金属クロム層と、上層としての
水和クロム酸化物層とを同時に形成することか
らなる、いわゆる１液法と呼ばれている方法。 (b) 上述のSO₄ ^-2を含む第１処理浴中において、
鋼板に第１陰極電解クロメート処理を施して、
鋼板の表面上に下層としての金属クロム層のみ
を形成し、次いで、上述の処理浴中からSO₄ ^-2
を除いた第２処理浴中において、金属クロム層
が形成された鋼板に第２陰極電解クロメート処
理を施して、前記金属クロム層の上にクロム水
和酸化物層を形成することからなる、いわゆる
２液法と呼ばれている方法。 電解クロメート処理において、金属クロムを十
分に析出させるためには、SO₄ ^-2の存在が必要で
あるが、SO₄ ^-2を含有する処理浴を使用してクロ
メート処理を行なつた場合、上層としてのクロム
水和酸化物層中にSO₄ ^-2が混入するという問題が
ある。このSO₄ ^-2は、水洗しても完全に除去する
ことが難しく、皮膜中に残留した場合には、腐食
または塗装密着性不良等の原因となりやすい。２
液法によれば、上述のようなクロム水和酸化物層
中へのSO₄ ^-2の混入を防止することができる。 本発明においては、上述した１液法による陰極
電解クロメート処理の途中において、または、２
液法による陰極電解クロメート処理の、第１陰極
電解クロメート処理の途中において、前記処理浴
と同じ組成の処理浴によつて、少なくとも１回陽
極電解処理を施す。かくして、図面に示すよう
に、ニツケル層２の上に、均一に且つ密に分布さ
れた多数の粒状または角状の突起５を有する、20
〜200mg／m²の量の金属クロム層３と、金属クロ
ム層３の上に金属クロム換算で３〜30mg／m²の量
の突起状のクロム水和酸化物層４とが形成され
る。 上述した陽極電解処理は、陰極電解クロメート
処理によつて金属クロム層が少なくとも10mg／m²
形成された後に行なうことが望ましい。 連続的に配置された複数の縦型めつき槽からな
るめつき装置を使用して鋼帯を連続的に陰極電解
クロメート処理する場合には、鋼帯が、各めつき
槽のシンクロールに断続的に接触することによつ
て、陰極電解クロメート処理も必然的に断続的に
なる。この結果、金属クロム層の表面に前述した
ような突起の生成する傾向があり、陰極電解クロ
メート処理間の間隔が長くなると、突起は不可避
的に生成する。 しかしながら、このようにして生成した突起
は、極めて不均一である。従つて、これによつて
良好な溶接性を期待することはできない。 これに対して、本発明においては陰極電解クロ
メート処理の途中で陽極電解処理を行うため、突
起状の金属クロムが均一に且つ密な状態で形成さ
れる。このような突起状の金属クロムが均一に且
つ密に生成するのは、次のような理由によるもの
と考えられる。すなわち、陽極電解処理が行われ
る前の陰極電解クロメート処理により、鋼板のニ
ツケル層の表面上には、金属クロム層とその上の
クロム水和酸化物層とが生成する。クロム水和酸
化物層はコロイド状であるため、陰極電解クロメ
ート処理の途中において陽極電解処理を行なうこ
とによつて、酸化性の電解液により金属クロム層
の表面は酸化され酸化クロムに変化する。酸化ク
ロムと金属クロムでは格子定数が異なることか
ら、酸化クロム層中には原子配列の乱れた多くの
欠陥部が生成する。この部分の電気抵抗は、酸化
クロムの膜厚が他より薄いか、金属クロム層が露
出しているために低い。従つて、再陰極電解クロ
メート処理時に金属クロムが優先析出するため、
多数の突起状の金属クロムが均一に且つ密に生成
するものと考えられる。 金属クロムの突起を成長させるためには、陽極
電解処理を行つた後、さらに陰極電解クロメート
処理を行う必要があり、これを満たすような位置
において陽極電解処理を行なわなければならな
い。このような陽極電解処理は、突起状の金属ク
ロムを均一に且つ密に形成させるために不可欠な
処理であるが、更に、クロム電解効率を向上させ
る効果を有している。 ２液法の場合には、第１処理浴による陰極電解
クロメート処理の途中において陽極電解処理を行
なうが、これは、金属クロム層の突起を適切に形
成させるためには、金属クロム層の大部分が形成
される第１処理浴による陰極電解クロメート処理
時に陽極電解処理を行なうことが必要とされるか
らである。 陰極電解クロメート処理に当り、低電流密度域
では、ニツケル層上にクロムが析出しにくい。従
つて、陰極電解クロメート処理における電流密度
は、15A／ｄm²以下にならないようにすることが
好ましい。即ち、電流密度が15A／ｄm²以下であ
ると、陽極電解処理を施しても、均一な分布の金
属クロムの突起が得にくい。 陽極電解処理における電気量は、0.01〜５クー
ロン／ｄm²の範囲内であることが好ましい。電気
量が0.01クーロン／ｄm²未満では陽極電解処理の
効果が得られず、一方、電気量が５クーロン／ｄ
m²を超えると金属クロムが溶出する。 この発明の方法は、連続的に配置された複数の
縦型のメツキ槽からなるメツキ装置を使用する場
合には、陰極電解クロメート処理の途中の１つの
縦型めつき槽において陽極電解処理を施すことに
より実施することができる。また、水平型のメツ
キ槽からなるメツキ装置を使用する場合には、陰
極電解クロメート処理の途中において供給電流を
一時逆転し、陽極電解処理を施す等の方法により
実施することができる。 〔発明の実施例〕 次に、この発明を実施例により、比較例と対比
しながら詳述する。 厚さ0.22mmの冷延鋼板の両面を脱脂、酸洗し次
いで水洗した後、前記冷延鋼板を、下記に示すニ
ツケルメツキ浴を使用し、陰極電解処理して、そ
の両表面にニツケル層を形成した。次いで、ニツ
ケル層が形成された冷延鋼板を、下記に示す第１
電解クロメート処理浴を使用し、または、下記第
１電解クロメート処理浴および第２電解クロメー
ト処理浴を使用して陰極電解クロメート処理し、
前記陰極電解クロメート処理の途中において、第
１電解クロメート処理浴と同じ組成を有する処理
浴によつて陽極電解処理を施して、第１表に示す
ニツケル付着量およびクロム付着量を有するこの
発明にかかる電解クロメート処理鋼板の供試体
（以下、“本発明の供試体”という）No.１〜12と、
本発明の範囲外の方法による比較用電解クロメー
ト処理鋼板の供試体（以下、“比較用供試体”と
いう）No.１〜７とを調製した。各浴の組成および
処理条件を下記に示す。 (1) ニツケルメツキ浴 組成…NiSO₄：240ｇ／ NICl₂：45ｇ／ ホウ酸：30ｇ／ 浴温…50℃ PH…2.8 電流密度：2A／ｄm² (2) 第１電解クロメート処理浴 組成…CrO₃：175ｇ／ Na₂SiF₆：５ｇ／ Na₂SO₄：0.9ｇ／ 浴温…45℃ 電流密度…30A／ｄm² 通電時間…0.3秒 無通電時間…0.3秒 全通電時間…1.5秒 (3) 第２電解クロメート処理浴 組成…CrO₃：50ｇ／、 NH₄F：２ｇ／ 浴温…40℃ 電流密度…30A／ｄm² 通電時間…0.3秒 無通電時間…0.3秒 全通電時間…0.9秒 上述のようにして調製した本発明の供試体No.１
〜12および比較用供試体No.１〜７について、接触
抵抗値およびチリを発生せず且つ十分な強度が得
られる適正溶接電流範囲を、以下に述べる試験に
よつて調べ、その結果を第１表に併せて示した。 (1) 接触抵抗値 供試体を205℃の温度で23分間加熱し、この
ように加熱された１枚の供試体の両面に＃25ス
ズめつき鋼板を重ね、これを接触抵抗測定機の
上下の銅チツプ間に挾み、その抵抗を測定す
る。次に、上記の加熱された２枚の供試体をそ
の表面と裏面とが接するように重ね、そして、
重ね合わされた供試体の両面に、上記と同じよ
うに＃25スズめつき鋼板を重ねてその抵抗を測
定する。このようにして測定された、２枚重ね
の供試体の値から１枚の供試体の値を差し引い
た値を接触抵抗値とした。 (2) 適正溶接電流範囲 供試体を205℃の温度で23分間加熱し、この
ように加熱された２枚の供試体を下記条件によ
り抵抗溶接し、十分な溶接強度が得られる溶接
電流値の下限と、チリが発生しない溶接電流値
の上限との間の溶接電流の範囲を適正溶接電流
範囲として求めた。 溶接速度：19.2m／分 溶接部のラツプ幅：0.4mm 溶接部の加圧力：60Kg．ｆ 溶接電源の周波数：200Hz 第１表から明らかなように、鋼板の表面上に
ニ

〔発明の効果〕

以上述べたように、この発明によれば、接触抵
抗値が低く、極めて優れた溶接性を有する、電気
抵抗シーム溶接により製缶される缶用材料として
好適な電解クロメート処理鋼板を、容易に製造す
ることができる工業上優れた効果がもたらされ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の電解クロメート処理鋼板の
皮膜の断面を模式的に示す図、第２図はこの発明
の電解クロメート処理鋼板の金属クロム層の金属
組織を示す10000倍の顕微鏡写真、第３図は従来
の電解クロメート処理鋼板の金属クロム層の金属
組織を示す10000倍の顕微鏡写真である。図面に
おいて、 １…鋼板、２…ニツケル層、３…金属クロム
層、４…クロム水和酸化物層、５…突起。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼板の少なくとも１つの表面上に形成され
   た、10〜500mg／m²の量のニツケル層と、前記ニ
   ツケル層の上に形成された、20〜200mg／m²の量
   の金属クロム層と、前記金属クロム層の上に形成
   された、金属クロム換算で３〜30mg／m²の量のク
   ロム水和酸化物層とからなり、前記金属クロム層
   および前記クロム水和酸化物層は、その表面に多
   数の粒状または角状の突起を有していることを特
   徴とする、溶接性の優れた電解クロメート処理鋼
   板。 ２ 前記鋼板の両表面に、前記ニツケル層、前記
   金属クロム層および前記クロム水和酸化物層が形
   成されていることを特徴とする、特許請求の範囲
   第１項に記載の溶接性の優れた電解クロメート処
   理鋼板。 ３ 前記鋼板の一方の表面に、前記ニツケル層、
   前記金属クロム層および前記クロム水和酸化物層
   が形成され、前記鋼板の他方の表面に、前記金属
   クロム層および前記クロム水和酸化物層が形成さ
   れていることを特徴とする、特許請求の範囲第１
   項に記載の溶接性の優れた電解クロメート処理鋼
   板。 ４ 鋼板の少なくとも１つの表面上に、10〜500
   mg／m²の量のニツケル層を形成し、このようにニ
   ツケル層の形成された鋼板を、電解クロメート処
   理浴中において陰極電解クロメート処理を施し、
   前記陰極電解クロメート処理の途中において前記
   電解クロメート処理浴と同じ処理浴によつて少な
   くとも１回陽極電解処理を施し、かくして、前記
   ニツケル層の上に、多数の粒状または角状の突起
   を有する、20〜200mg／m²の量の金属クロム層と、
   前記金属クロム層の上に、金属クロム換算で３〜
   30mg／m²の量のクロム水和酸化物層とを形成する
   ことを特徴とする、溶接性の優れた電解クロメー
   ト処理鋼板の製造方法。 ５ 前記陽極電解処理を、１種類の電解クロメー
   ト処理浴を使用して、金属クロム層とクロム水和
   酸化物層とを同時に形成することからなる前記陰
   極電解クロメート処理の途中において行なうこと
   を特徴とする、特許請求の範囲第４項に記載の溶
   接性の優れた電解クロメート処理鋼板の製造方
   法。 ６ 前記陽極電解処理を、第１電解クロメート処
   理浴によつて金属クロム層のみを形成し、次い
   で、第２電解クロメート処理浴によつて前記金属
   クロム層の上にクロム水和酸化物層を形成するこ
   とからなる前記陰極電解クロメート処理の、前記
   第１電解クロメート処理浴による処理の途中にお
   いて行なうことを特徴とする、特許請求の範囲第
   ４項に記載の溶接性の優れた電解クロメート処理
   鋼板の製造方法。 ７ 前記鋼板の両表面に、前記ニツケル層、前記
   金属クロム層および前記クロム水和酸化物層を形
   成することを特徴とする、特許請求の範囲第４項
   から第６項のうちの何れか１つに記載の溶接性の
   優れた電解クロメート処理鋼板の製造方法。 ８ 前記鋼板の一方の表面に、前記ニツケル層、
   前記金属クロム層および前記クロム水和酸化物層
   を形成し、前記鋼板の他方の表面に、前記金属ク
   ロム層および前記クロム水和酸化物層を形成する
   ことを特徴とする、特許請求の範囲第４項から第
   ６項のうちの何れか１つに記載の溶接性の優れた
   電解クロメート処理鋼板の製造方法。