JPH0433872B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

〔産業上の利用分野〕 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、溶接性に優れた電解
クロマート処理鋼板に関するものである。 〔従来の技術〕 鋼板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
ることから飲料缶などの食缶、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。容器缶分野で最も需要の多
い飲料缶では、このような電解クロメート処理鋼
板は、絞り加工による２ピース缶用、あるいは、
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。特に接着缶においては、飲料缶の缶種比率
のトツプとなつている。ところで、近時、スイス
のスードロニツク社が開発したワイヤー抵抗シー
ム溶接機に端を発し、スードロニツクタイプの抵
抗シーム溶接機が急速に普及し、溶接缶が市場に
登場するようになつた。この溶接缶は、接合部
の強度が大きいため信頼性が高い、蓋、底板と
の巻締めが容易である、全周に印刷ができる、
鋼材使用量が節減できる、等の利点を備え、急
速な勢いで需要が拡大している。そしてこのた
め、溶接缶用の安価な材料に対する要求が高まつ
ている。現状の電解クロメート処理鋼板は溶接性
が極めて劣るために、溶接缶用材料として使用さ
れていない。しかし、缶用材料として最も安価で
あることから、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
て継目部である缶胴の縦縁部の重ね合せ部を溶接
する場合、上層としてのクロム水和酸化物層が絶
縁皮膜となるため、接触抵抗値（静的抵抗値）が
高い。 接触抵抗値は、溶接時には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となると考
えられており、接触抵抗値が高い場合には、溶接
電流の通電域が狭く、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、10²〜10⁵オーダーと他の溶接缶用表面処
理鋼板に比べて極端に高い。従つて、溶接開始直
後の溶接電流値は低く、一定時間経過後に初めて
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たり、溶接部にブロー
ホール等の溶接欠陥が生ずると言われている。こ
のため、従来電解クロメート処理鋼板を溶接する
場合、溶接部分のクロメート処理皮膜を研磨等に
よつて除去しなければならず、このために多くの
手間を要していた。 このような問題を解決する方法として、特開昭
57−143492号「溶接用テインフリー」あるいは特
開昭55−48406号「溶接性に優れたクロムめつき
鋼板の製造方法」等が開示されているが、いずれ
も製造工程が複雑で、製造コストが高いという問
題を有している。 また、特開昭55−31124号「溶接性に優れたク
ロムメツキ鋼板」或いは特開昭56−119796号「溶
接性に優れたクロムメツキ鋼板」等も開示されて
いるが、これらはいずれも製造工程上はさほど問
題はないものの、クロム付着量が低い範囲に限定
されていることから耐食性能に対する不安が残
り、実用化には到つていない。 本発明はこのような現状に鑑みなされたもの
で、電気抵抗シーム溶接に対し、優れた溶接性を
有する溶接缶電解クロメート処理鋼板の提供をそ
の目的とする。 〔問題を解決するための手段〕 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
和酸化物層の抵抗値が高いからであり、具体的に
は、溶接電流の通電域が狭いため（溶接電流が流
れやすい部分と、流れにくい部分が電極ロール間
にはつきり現れる）、局部的に電流が集中し、そ
の結果、鋼板の局部的な異常発熱によつてチリが
発生し、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が生
じることによるものである。 このような事実に基づき、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
接性を改善すべく検討を重ね、この結果、接触抵
抗値を低下させた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、先に特願昭60
−192614号（特開昭62−54096号）として提案し
た。 この方法により効果が現れた原因は、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、チリの発生が低減したためである。このよ
うに、接触抵抗値を低下させることで電解クロメ
ート処理鋼板の溶接性を向上させるのが、改善方
法に一つの流れである。 さて、抵抗シーム溶接による接合原理を考える
と、被溶接体に溶接電流を流した時に被溶接体の
抵抗によつてジユール熱が発生し、これにより鋼
が融着、あるいは接触面どうしが鍛接することに
より接合が起こる。従つて、抵抗が大きければ少
ない電流で接合温度に到達することができて有利
である。そこで本発明者等は、前述の改善法とは
逆の発想に立ち、接触抵抗値が高くても優れた溶
接性を有する電解クロメート処理鋼板を得べく検
討を重ねた結果、金属クロム層が粒状または角状
の突起状金属クロムが存在しない完全に板状であ
る時に溶接性が向上することを見い出した。 本発明はこのような知見に基づきなされたもの
で、その基本的特徴は、鋼板表面に付着量10〜
500mg／m²のNi層が形成され、該Ni層上に付着量
60〜200mg／m²の金属クロム層と、さらにその上
に金属クロム換算で付着量３〜20mg／m²のクロム
水和酸化物層とが形成され、前記金属クロム層及
びクロム水和酸化物層が、粒状または角状の突起
を有しない平板状層であることにある。 以下、本発明を図面を参照しながら説明する。
第１図は、本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したものである。鋼板１の表
面にはNi層２が形成され、該Ni層２状には金属
クロム層３、さらにその上に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はその表面
に粒状または角状の突起が形成されていない。従
つて、クロム水和酸化物層４にも突起が形成され
ていない。 本発明鋼板の溶接性が向上するのは、前記のよ
うに金属クロム層が完全に板状であることと、鋼
板表面のNi層との相乗効果によるものである。 鋼板表面にNi層を持たず、金属クロム層に突
起が全く形成されていない電解クロメート処理鋼
板の接触抵抗は10³〜10⁵μΩと非常に大きいが、
溶接性は向上することがわかつた。これは皮膜が
板状に均一であるために、溶接の加圧時に皮膜が
均一に破壊されていき、この結果溶接電流の局部
集中が抑制され、チリが発生しにくくなつたため
と考えられる。 一般的に電解クロメート処理は縦型設備を利用
して行われる。この設備は連続的に配置される複
数の処理層を有しており、このような設備で電解
クロメート処理される鋼板は、各処理槽のシンク
ロークへの接触により必然的に断続処理となる。
金属クロム層の突起は、このような断続処理によ
つて生成する傾向があり、また断続時間がある程
度長くなると不可避的に生成する。そして、この
ようにして生成した突起は極めて不均一なものと
なる。すなわち、このような突起の生成は被処理
鋼板の結晶方位の影響を受け、特定の結晶面（例
えば（001）面）にのみ形成される。従つて、従
来の断続処理による電解クロメート処理鋼板に
は、少なからず突起が形成されていると考えたほ
うがよい。このように部分的に突起が形成された
電解クロメート処理鋼板の接触抵抗値は、本発明
鋼板のような突起をもたない電解クロメート処理
鋼板に比べて低いが、溶接性は劣ることが確認さ
れた。 これは、突起のある部分とない部分が混在する
不均一な皮膜であるために、溶接の加圧通電時に
突起のある所で溶接電流が流れ易く、突起のない
部分で流れにくくなり、溶接電流の局部集中化を
生じ易いためと考えられる。このように電解クロ
メート処理鋼板の溶接性は、接触抵抗値だけで評
価することはできず、皮膜の形態の影響も受ける
ものである。 鋼板表面にNi層を形成することによつて溶接
性が向上するのは次の２つの理由による。第１
に、明確な理由は明らかではないが、鋼板表面に
Ni層を設けることにより、その上に形成される
金属クロム層に突起が形成されなくなり、均一な
板状の金属クロム層が得られるためである。 従来から行われている電解クロメート処理、特
に縦型設備を使用した断続処理による電解クロメ
ート処理では、通常の処理条件において或る意味
で必然的に突起が形成されるものであり、このよ
うな電解クロメート処理においては、強制的に突
起を形成させようとする処理を除き、金属クロム
層の突起そのものに着目し、これを意識的にコン
トロールするようにした例は見当らない。このよ
うな電解クロメート処理において、その処理条件
の選択だけで突起の形成を確実に防止しようとす
ることは難しいが、本発明のようにNi層を設け
ることにより、仮りに電解クロメート処理条件が
比較的突起形成を促進するようなものであつたと
しても、均一板状金属クロム層を確実に形成する
ことができる。 尚、突起の形成のない金属クロム層を確実に形
成させる電解クロメート処理としては、連続陰極
処理（例えば横型設備による処理）があるが、現
状の電解クロメート処理の主流は縦型設備による
断続陰極処理であり、本発明は縦型、横型設備に
かかわらず、電解クロメート処理によつて突起を
形成させないためにNi層を必須とする。 第２に、Niは加熱圧着性に優れ、一方クロム
は、加熱圧着性に劣つている。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、金属クロム層およびクロム水和酸
化物層が形成された鋼板の融着に、Ni層の加熱
圧着が加わることにより、その溶接性が向上す
る。接触抵抗は、Ni層があるなしに拘らず10³〜
10⁵μΩと非常に高い。 本発明鋼板において、鋼板表面に形成される
Ni層２の付着量（片面当り）は10〜500mg／m²と
する。Ni層２の付着量が10mg／m²未満では、加
熱圧着性の向上効果が不十分であるとともに、金
属クロム層を板状に形成させることの確実性がな
くなる。一方、Ni層を500mg／m²を超えて付着さ
せてもそれ以上の加熱圧着性向上効果は期待でき
ず、却つて不経済となる。このようなNi層２は、
例えば、鋼板１をNi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Ni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、前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。 上記Ni層２の上部に形成される金属クロム層
３の付着量は60〜200mg／m²とする。一般に、金
属クロム層はその付着量が少ない程、溶接性に有
利であるとされている。しかし、金属クロム層の
付着量が少ないと皮膜の耐食性が不十分となると
ともに、均一な板状皮膜が得にくくなり、結局、
金属クロムの突起が形成された場合と同様、溶接
電流の流れ易い部分と流れにくい部分とが生じ、
逆に溶接性が劣化してしまう。このような理由か
ら、本発明では均一な板状皮膜を得るための付着
量の下限として60mg／m²と規定する。一方、付着
量が200mg／m²を超えると、金属クロムが過多に
なり、それ以上の耐食性向上が望めないばかりで
なく、逆に溶接性が悪化してしまう。 また、この金属クロム層３の上に形成されるク
ロム水和酸化物層４の付着量は、金属クロム換算
で３〜20mg／m²とする。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、付着量が金属クロ
ム換算で20mg／m²を超えると、溶接性が低下す
る。以上の観点から、クロム水和酸化物層４の付
着量は３〜15mg／m²が好ましい。 〔実施例〕 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、下記に示すニツケルメツキ浴
を使用し、陰極電解処理して鋼板両面にNi層を
形成した。次いで、このNi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それ
ぞれ陰極電解クロメート処理し、電解クロメート
処理鋼板を製造した。また比較例としてNi層を
形成させない電解クロメート処理鋼板を同様のク
ロメート処理浴を用いて製造した。 得られた各供試材について下記試験条件により
接触抵抗および溶接性を調べた。その結果を処理
条件および皮膜付着量とともに第１表に示す。 なお、第１表中の比較例５は第１電解クロメー
ト処理浴で1.5秒連続処理したものである。 (A) 処理条件 (1) ニツケルメツキ浴 ●組成…NiSO₄：240ｇ／ ●浴温…50℃ NiCl₂：45ｇ／ ●pH…2.8 ホウ酸：30ｇ／ ●電流密度…2A／dm² (2) 第１電解クロメート処理浴 ●組成…CrO₃：175ｇ／ ●浴温…45℃ Na₂SiF₆：５ｇ／ ●電流密度…30A／dm² Na₂SO₄：0.9ｇ／ ●通電時間：0.3秒 ●無通電時間：0.3秒 (3) 第２電解クロメート処理浴 ●組成…CrO₃：50ｇ／ ●浴温…40℃ NH₄F：２ｇ／ ●電流密度…30A／dm² ●通電時間：0.3秒 ●無通電時間：0.3秒 (B) 試験条件 (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挟み、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) 溶接性 スードロニツク溶接機を使用して、重ね合
わされた２枚の供試体を溶接し、溶接可能適
性電流範囲の広さ、溶接外観、溶接強度を総
合的に評価した。評価基準は次の通りであ
る。 ◎：著しく良好 ○：比較的良好 △：やや劣る ×：著しく劣る

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、極めて優れ
た溶接性を有し、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
鋼板を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電解クロメート処理鋼板の断
面構造を模式的に示すものである。第２図は実施
例中本発明例(3)における金属クロム層の金属組織
を示す電子顕微鏡拡大写真（10000倍）である。
第３図は実施例中比較例(1)における金属クロム層
の金属組織を示す電子顕微鏡拡大写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋼板表面に付着量10〜500mg／m²のNi層が形
   成され、該Ni層上に付着量60〜200mg／m²の金属
   クロム層と、さらにその上に金属クロム換算で付
   着量３〜20mg／m²のクロム水和酸化物層とが形成
   され、前記金属クロム層及びクロム水和酸化物層
   が、粒状または角状の突起を有しない平板状層で
   あることを特徴とする溶接缶用電解クロメート処
   理鋼板。