JPH04154996A - ＤＩ缶用Ｎｉめっき鋼板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、飲料缶などに用いられる缶用材で、製缶に
際して缶胴をＤ＆Ｉ（トロウィング及アイアニング）方
式で加工されるＤＩ缶用の表面処理鋼板に関する。

［従来技術］ 食缶では、胴体に天地を付けた３ピースと、地と胴体と
が一体成形されこれに天を付けた２ピ一ス缶とが使われ
ている。２ピ一ス缶には絞り加工によって作られる底の
浅いものと、絞り・しごき加工によって作られる底の深
いいわゆるＤＩ缶とがあり、後者は飲料缶に多く使用さ
れている。特に、内容物が炭酸飲料の場合など、炭酸ガ
スの発生により内圧が大気圧よりも高くなるので、３ピ
一ス缶よりも薄い材料で十分に強度を確保することがで
き、又開缶時に外部からの汚染物の吸い込みが無く衛生
的である等の利点がある。その反面、材料には極めて苛
酷な成形性が要求される。

即ち、ＤＩ削加工は先ず平坦な板をカップ状に絞り、そ
の後ダイス径を三段階に少しづつ狭めながらしごき加工
を加える。この結果、成形後の缶胴は元の板の約三分の
−の厚さとなる。このＤＩ缶用の材料としては、アルミ
板と表面処理鋼板とが使われており、後者の場合表面処
理層は、成形後も缶内腐食に対して鋼板を保護する役割
を果たさなければならない。成形後、缶内塗装が施され
るが、スチール缶では鉄溶出が極微量であっても、これ
にともなっていわゆる金物の匂いが発生するので、缶内
塗装も二度がけを施すなどの対策が採られている。

このため、従来から、ＤＩ缶用表面処理鋼板としてはめ
っき量の多いＳｎめっき鋼板が用いられて来ている。Ｓ
ｎは軟らかい金属で、成形に対して延びも良く又ダイス
噛りなどの事故を起こすことも稀であり、且つ、缶内容
物に対する鋼板の防食性能も優れ、缶内飲料に無害で、
匂いを付けることもなく、その上、歴史の長い半田缶に
おける実績もある。缶用材として更に要求される特性に
印刷性と外面の耐食性とがあり、このためにも充分なＳ
ｎめっき量が必要とされてきた。

しかし、Ｓｎは資源が偏在しており、多量に用いること
には問題があるので、近年ではＳｎの使用量を減らすこ
とが試みられている。例えば、特開昭５８−３７１９４
号公報では、冷延鋼板の両面にＮｉをめっきし、この処
理鋼板の片面にＳｎをめっきし更に電解クロム処理層を
設けて耐食性を付与した容器用鋼板が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ＤＩ削加工受けるとＮｉめつき皮膜は延
ばされて欠陥部が生じることが避けられない。このよう
な部分では、ＮｉとＦｅの電位差による電池が形成され
るので、Ｎ】めつき層があっても缶内面の鉄溶出や缶外
面の腐食が十分には抑制されないと言う問題が残されて
いた。

この発明はこの課題に対してなされたもので、缶の内面
及び外面に要求される特性に合わせた処理を鋼板に施す
ことによってＳｎの使用量を減じても、鉄の溶出が極め
て少く且つＤＩ削加工耐えられる表面処理鋼板の提供を
目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するための手段は、冷延鋼板の片面には
Ｎｉ量で０．０３ｇ／ｍ”以上０．６ｇ／ｍ”以下のＮ
ｉ拡散層を有しこのＮｉ拡散層の上に０．０１ｇ／＋ｎ
２以上０．２ｇ／ｍ”以下のＮｉめつき層を有し、他面
には合金化していないＳｎ量で０．５ｇ／＋ｎ”以上２
．８ｇ／ｍ２以下のＳｎめっき層を有し或いは前記Ｎｉ
拡散層の上に前記Ｓｎめっき層を有し且つ少なくともこ
のＳｎめっき層の上にＣｒ量で片面当たり１ｍｇ／ｍ２
以下のクロメート皮膜を有するＤＩ缶用Ｎｉめっき鋼板
、及び、これらのＤＩ缶用Ｎｉめっき鋼板を製造する方
法であって、製造する方法の一つは、冷延鋼板の片面に
０．０３ｇ／ｍ２以上０．６ｇ／＋ｎ”以下のＮｉめっ
きを施し、このＮｉめっき鋼板を加熱してＮｉ拡散層を
生成させ、このＮｉ拡散層の上に０．０１ｇ／ｍ”以上
０゜２ｇ／ｍ２以下のＮｉめっきを施し、他面には０．
５　ｇ／Ｗ？以上２．８ｇ／ｍ”以下のＳｎめっきを施
しためっき鋼板を作製し、このめっき鋼板をクロム酸塩
を主体とするクロメート液で処理してＣｒ量で片面当た
り１ａｇ／ｍ’以下のクロメート皮膜を形成することを
特徴とするＤＩ缶用Ｎｉめつき鋼板の製造方法であり、
もう一つは、冷延鋼板の両面に片面当たり０．０３ｇ／
ｍ”以上０．６ｇ／ｍ２以下のＮｉめっきを施し、この
Ｎｉめっき鋼板を加熱してＮｉ拡散層を生成させ、この
Ｎｉ拡散層の上に片面には０．０１ｇ／ｍ２以上０．２
ｇ／＋ｎ２以下のＮｉめっきを施し、他面には０．５ｇ
／ｍ″以上２．８ｇ／ｍ２以下のＳｎめっきを施しため
っき鋼板を作製し、このめっき鋼板をクロム酸塩を主体
とするクロメート液で処理してＣｒ量で片面当たり１ｍ
ｇ／ｍ”以下のクロメート皮膜を形成するＤＩ缶用Ｎｉ
めっき鋼板の製造方法であるが、何れの製造方法におい
ても、前記加熱前に行うＮｉめっきに替えてＮｉ量で０
．０３ｇ／＋ｒＰ以上０．６ｇ／ｍ”以下のＮｉ−Ｆｅ
合金めっきを施してもよい。

［作用］ ＤＩ缶では、前述したように加工によって板厚は約三分
の−に減じる。このとき、板の表面はその面積が板厚減
少に応じて拡がるので、表面のめっき皮膜は不均一にな
りがちである。成形された缶の内面は化成処理を施され
た後缶内面塗料が塗布される。この化成処理は塗料の密
着を高めるための塗装前処理であって、欠陥のない均一
な処理皮膜が要求される。

この処理皮膜の均一性を阻害する・ものに、５ｎ−Ｆｅ
合金とＳｎ酸化物とがある。何れも硬くて脆く、これら
が存在すると塗料の密着性が低下するので、その生成を
抑制する工夫がなされてきたものである。即ち、５ｎ−
Ｆｅ合金に対してはＳｎめつき層の下にＮｉやＣｒのめ
っき層を設け、Ｓｎの酸化に対してはクロメート処理を
施す等の対策である。

ＤＩ加工時には摩擦や変形による発熱のため、Ｓｎめっ
き層があると融点の低いＳｎはその一部或いは全部が合
金化するし、Ｓｎの酸化も避けられない。Ｓｎめっき量
が十分に多い場合には、−部のＳｎは反応ぜずに金属Ｓ
ｎとして残り、Ｓｎ金属特有の良い特性が発揮される。

しかし、Ｓｎめっき量が減少するにしたがい、上記の反
応物の影響が大きくなってくる。発明者らの研究による
と、Ｓｎめっき量が０．１ｇ／ｍ２より少なくなると負
の影響が目立ってくる。缶内への鉄溶出は、鋼板になさ
れた表面処理とＤＩ加工後に施される缶内面塗膜との相
乗効果によって抑制されるので、内面側は僅かな量のＳ
ｎをめっきするよりも相乗効果を大きくした方がよい。

Ｎｉは耐食性の良い金属であり、且つ塗料との密着性が
良好である。このため、缶内塗料との相乗効果が大きく
、Ｎｉめっき層が所定の厚さになると鉄溶出を抑制する
作用が顕著に現れてくる。

鋼板表層をＮｉ拡散層とすると、表層の耐食性が改善さ
れ鉄が溶出し難くなるが、このＮｉ拡散層の上にＮｉめ
っき層を設けた場合、前述の所定の厚さは０．０１ｇ／
♂である６Ｎｉ拡散層上にＮｉをめっきし、燐酸化成処
理を施し、エポキシ塗料を塗布した試験片を腐食溶液に
浸漬し溶出した鉄量を調べた結果を第１図に示す。Ｎｉ
めっき量が多いほど鉄溶出量は減じるが、その減じ方は
Ｎｉめっき量が０．０１ｇ／＋ｎ２までは急激であり、
その後徐除に減じ、０．２ｇ／ｍ２を超えてはほぼ一定
となる。したがって、Ｎｉめっき量を０．０１ｇ／ｍ”
以上０　、　’２　ｇｏｄ以下とすると効率的に鉄溶出
を抑制することが出来る。

Ｎｉ拡散層は、前述した鋼板表層の耐食性改善に加えて
、鋼とＮｉめっき層との機械的性質及び化学的性質を連
続的に遷移させる作用をする。加工に際しては、鋼とＮ
ｉめっき層との急激な機械的性質の変化が避けられるの
で、Ｎｉめっき層の剥離や亀裂が少なく皮膜欠陥が大幅
に減少する。

又、電気化学的には、深さ方向への電位が連続的に遷移
するので、Ｎｉ−Ｆｅ電池の形成による鉄溶出の促進も
軽減される。しかし、Ｎｉ拡散層のこのような効果は拡
散層量がＮｉ量で０．０３ｇ／♂以上ないと顕著ではな
く、又、０．６ｇ／ｍ”を超えて厚くしても効果は余り
変わらない。

以上述べてきた片面は、製缶に際して缶の内面として使
用する側であり、他面は缶の外面となる。ＤＩ加工では
、外面の皮膜が硬いとダイスの噛りゃ材料表面の損傷を
惹き起こす。即ち、外面には加工の容易さが特に要求さ
れる。Ｓｎめっき層は軟質で延性にも富み且つ外面の耐
食性や印刷性も良いので、他面には再上層めっき層にＳ
ｎめっき層を設ける。この場合、Ｓｎめっき層の量が０
．５ｇ／ｍ”程度に増えると、ＤＩ加工時の表面損傷は
殆ど皆無となり、２．８ｇ／ｍ’を超えて増やしてもそ
の効果は変わらない。

飲料缶に多く使用されるＤＩ缶では氷水で冷やされるこ
ともあり、缶側下部や缶底では常に濡れた状態に置かれ
ることもある。このような用途に対しては、鋼板表層に
Ｎｉを拡散しておくと、内面の場合と同様、鋼板表層の
耐食性が改善される。同時に、５ｎ−Ｆｅ合金の生成を
抑制するのでＳｎが有効に使われる。この場合、腐食に
対する効果が明瞭に現れるＮｉ拡散層の量は０．０３ｇ
／Ｉｎ２以上であり、０．６ｇ／ｍ”を超えて増やして
もその効果は余り変わらない。

クロメート皮膜は、印刷塗料の付着性を低下させるＳｎ
の酸化物の生成を抑制する他耐食性にも寄与する。しか
しこの皮膜は硬くて加工性を害するので、その量を限定
する必要がある。Ｃｒ量で片面当たり１ｍｇ／＋ｎ”以
下とするとＤＩ加工時の噛りゃ表面損傷も起こさなくな
る。

冷間圧延された鋼板は、一般に７００℃前後の熱処理と
調質圧延とによって、機械的性質が調整される。熱処理
前の冷延鋼板にＮｉめっきを施しておくと、この熱処理
を利用してＮｉ拡散層を形成させる事も出来る。しかし
、利用する熱処理の処理温度が低い場合、例えば過時効
処理の場合などでは、Ｎｊめっきに替えてＮｉ−Ｆｅ合
金めっきを施すと確実にＮｉ拡散層を得る事が出来る。

このＮｊめっき或いはＳｎめっきは、一般に行われてい
る方法で施すことができ、Ｎｉ拡散層及びＳｎめっき層
の付着量の作用については既述した通りであるが、Ｎｉ
拡散層を両面に設ける場合限定した範囲内であれば表裏
等量でも又量差があってもよい。

クロメート皮膜についても、一般に用いられている浸漬
用クロメ−）・処理液を用いることができ、皮膜量を限
定するには、処理時間を短くすればよい。なお、−船釣
な浸漬法で処理する場合は両面処理となって、Ｎｉ拡散
層の上にも施されるがＣｒ１Ｌで１．　ｍｇ／　ｒｎ２
ｄ下てあれば特に問題はなく、この場合耐食性にも若干
寄与することにもなる。

［実施例コ 厚さ０２８ｎＩ１１の冷延鋼板の両面にＮｉをめっきし
７００℃で２０秒の熱処理を行ってＮｉ拡散層としたも
の、及びＮｉ−Ｆｅ合金めっきを施し５００℃前後で１
時間の熱処理を行いＮｉ拡散層としたものについて調質
圧延を行った後、片面にＮｉめっき及びその上にＳｎめ
っきを施し最後に浸漬法でクロメート処理を行った。こ
れらの処理は、実施例としてこの発明の範囲内の条件、
比較例として範囲外の条件及び従来の両面にＮｉめつき
を施し片面の上にＳｎめっきを施した条件とについて行
い、比較できるようにした。処理した試験片について、
ＤＩ加工を行い加工の容易さを調べな。その後内面につ
いては、脱脂洗浄した後、一般に使用される燐酸系処理
液を用いて化成処理を施し、この上にエポキシ系缶内面
塗料を１００ｍｇ／ｄ♂塗布し、２０５℃で１０分間焼
き付けた後、Ｆｅ溶出試験を行い品質を評価した。外面
にＮｉ拡散層を設けたものについては、塗装を施さずに
湿潤試験を行い外面耐食性を評価した。

これらの処理或いは試験の詳細は次のようであった。

Ｎｉめっき： Ｎ　ｉ　ＳＯ４・６Ｈ２０２４０ｇ／、ＣＮｉＣｆｆ１
２・６Ｈ２０４５ｇ／ｐ Ｈ８８Ｏ３３０ｇ／ｌ ｐＨ２，６ 浴温　　　　　　　　　　　５０°Ｃ Ｎｉ−Ｆｅ合金めつき： Ｎ　ｉ　ＳＯ４・６Ｈ２０２４０ｇ／ｊＩＦ　ｅ　ＳＯ
４・７　Ｈ２０４５ｇ／Ｊｉ’Ｈ３ＢＯｓ　　　　　　
　　３０ｇ／ρｐＨ３，５ 浴温　　　　　　　　　　　４５℃ Ｓｎめつき： Ｓｎ”　　　　　　　　　　３０ｇ／ρ遊離酸（Ｈ２Ｓ
○４換算）１３ｇ＃’ 光沢剤　　　　　　　　　　５ｇ／ρ 浴温　　　　　　　　　　　４０°Ｃ クロメート処理： Ｎ　８２Ｃｒ　２０７　　　　２０ｇ／ｌ浴温　　　　
　　　　　　　５０℃ ｐＨ５，５ 処理時間　　　　　　　　　　１秒 ＤＩ加工は、先ず直径１２３市のブランクを打抜き、カ
ッピングプレスで内径７２ＩＩＩ＋φ、高さ３６　ｍ１
１のカップに成形し、次いでこのカップをＤＩマシーン
に装入してリドロウ加工及び三段階のアイアニング加工
を行い、最終的に缶内径５２．０論−１缶高１３０　＋
ｕ＋の缶を成形した。このとき、ポンチスピードは３０
■■／分、ストローク６００　ａｍ、クーラントは４０
℃〜１００℃で循環使用した。加工のし易さは１００缶
を連続製缶し不良缶の発生の有無で評価した。

鉄溶出試験では、ＤＩ加工後の試験材の中に腐食液２０
０ｍｊｌを入れ鉄溶出を強制した。腐食液はクエン酸１
．５％と食塩１．５％含む水溶液で、腐食温度は３８℃
であり、９６時間後にこの腐食液に溶出した鉄の量を測
定した。鉄溶出量がｌｌ１ｇ／ρ未満を◎、１■／ρ以
上１．５■／ｐ未満を○、１．５ｍｇ／４以上２．０ｍ
ｇ／４１未満をΔ、２．０ｍｇ／ｊｉ以上を×、で各々
評価した。

湿潤試験では、湿度８０％、温度５０℃の雰囲気に１０
時間曝した後、缶の底部外面を観察した。その結果を、
全く変化の認められないものを◎、変化が僅かに認めら
れるものを○、小さな赤錆が疎に点在しているものをΔ
、小さな赤錆が全体に散在しているものを×、として評
価した。

供試材及び試験の結果を第１表に示す。

表中、試験片ＮＱ、１乃至１０で、試験片Ｎａ２．３．
７及び８は、Ｎｉ−Ｆｅ合金めつきを施してＮｉ拡散層
を形成させたものであり、他は、Ｎｉめっきを施してＮ
ｉ拡散層を形成させたものである。何れのＮｉ拡散層の
形成条件においても、実施例では加工性及び耐食性とも
に満足な結果が得られた。

しかし比較例では、内面のＮｉ拡散層或はＮｉめっき量
の各々少なすぎる試験片Ｎα１１及び１２では鉄溶出試
験で劣り、Ｓｎめつき量の各々少な過ぎる試験片Ｎ［Ｌ
ｉ２では加工時の不良缶発生があると共に湿潤試験にも
劣る。又、クロメート被膜の多過ぎる試験片Ｎ［Ｌ　１
４では加工時に不良缶発生とともにダイスも疵付けた。

第１表 ＊；ＤＩ加工後ダイスに多くの疵が見られた。

従来例では、加工時の不良缶発生とダイス疵の他、内外
面とも耐食性に劣る結果となっている。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば缶内面相当面は鋼板表
層の耐食性を改善し且つ中間層として優れたＮｉ拡散層
の上に耐食性と塗料密着性の良いＮｉめっき層があり、
缶外面相当面はＤＩ加工に必要な軟らかいＳｎめっき層
が、又、特に外面耐食性の要求される用途に対してはＳ
ｎめっき層とＮｉ拡散層との複合層となっている。この
ため、各々の面に要求される条件或いは用途に個別に適
した特性が発現される。したがって、Ｓｎ量は少なくて
もＤＩ缶用材として内外面ともに十分な耐食性を維持し
ながら、優れたＤＩ成形性を具備している。このように
、表裏で各々に適した性能を発揮し、且つ省資源を実現
したこの発明の効果は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の詳細な説明するためのＮｉめっき量
と鉄溶出量との関係を示す図である。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷延鋼板の片面にＮｉ量で０．０３ｇ／ｍ＾２以
   上０．６ｇ／ｍ＾２以下のＮｉ拡散層を有しこのＮｉ拡
   散層の上に０．０１ｇ／ｍ＾２以上０．２ｇ／ｍ＾２以
   下のＮｉめっき層を有し、他面には合金化していないＳ
   ｎ量で０．５ｇ／ｍ＾２以上２．８ｇ／ｍ＾２以下のＳ
   ｎめっき層を有し、且つ、少なくともこのＳｎめっき層
   の上にＣｒ量で片面当たり１ｍｇ／ｍ＾２以下のクロメ
   ート皮膜を有することを特徴とするＤＩ缶用Ｎｉめっき
   鋼板。
2. （２）冷延鋼板の片面に０．０３ｇ／ｍ＾２以上０．６
   ｇ／ｍ＾２以下のＮｉめっきを施し、このＮｉめっき鋼
   板を加熱してＮｉ拡散層を生成させ、このＮｉ拡散層の
   上に０．０１ｇ／ｍ＾２以上０．２ｇ／ｍ＾２以下のＮ
   ｉめっきを施し、他面には０．５ｇ／ｍ＾２以上２．８
   ｇ／ｍ＾２以下のＳｎめっきを施しためっき鋼板を作製
   し、このめっき鋼板を重クロム酸塩を主体とするクロメ
   ート液で処理してＣｒ量で片面当たり１ｍｇ／ｍ＾２以
   下のクロメート皮膜を形成することを特徴とするＤＩ缶
   用Ｎｉめっき鋼板の製造方法。
3. （３）冷延鋼板の両面にＮｉ量で片面当たり０．０３ｇ
   ／ｍ＾２以上０．６ｇ／ｍ＾２以下のＮｉ拡散層を有し
   、片面はこのＮｉ拡散層の上に０．０１ｇ／ｍ＾２以上
   ０．２ｇ／ｍ＾２以下のＮｉめっき層を有し、他面には
   合金化していないＳｎ量で０．５ｇ／ｍ＾２以上２．８
   ｇ／ｍ＾２以下のＳｎめっき層を有し、且つ、少なくと
   もこのＳｎめっき層の上にＣｒ量で片面当たり１ｍｇ／
   ｍ＾２以下のクロメート皮膜を有することを特徴とする
   ＤＩ缶用Ｎｉめっき鋼板。
4. （４）冷延鋼板の両面に片面当たり０．０３ｇ／ｍ＾２
   以上０．６ｇ／ｍ＾２以下のＮｉめっきを施し、このＮ
   ｉめっき鋼板を加熱してＮｉ拡散層を生成させ、このＮ
   ｉ拡散層の上に片面には０．０１ｇ／ｍ＾２以上０．２
   ｇ／ｍ＾２以下のＮｉめっきを施し、他面には０．５ｇ
   ／ｍ＾２以上２．８ｇ／ｍ＾２以下のＳｎめっきを施し
   ためっき鋼板を作製し、このめっき鋼板を重クロム酸塩
   を主体とするクロメート液で処理してＣｒ量で片面当た
   り１ｍｇ／ｍ＾２以下のクロメート皮膜を形成すること
   を特徴とするＤＩ缶用Ｎｉめっき鋼板の製造方法。
5. （５）冷延鋼板の片面又は両面に施すＮｉめっきに替え
   てＮｉ量で０．０３ｇ／ｍ＾２以上０．６ｇ／ｍ＾２以
   下のＮｉ−Ｆｅ合金めっきを施す請求項２又は請求項４
   記載のＤＩ缶用Ｎｉ拡散処理鋼板の製造方法。