JPH06104918B2 - リン酸塩処理性および耐食性に優れた冷延鋼板 - Google Patents

リン酸塩処理性および耐食性に優れた冷延鋼板

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JPH06104918B2
JPH06104918B2 JP63253277A JP25327788A JPH06104918B2 JP H06104918 B2 JPH06104918 B2 JP H06104918B2 JP 63253277 A JP63253277 A JP 63253277A JP 25327788 A JP25327788 A JP 25327788A JP H06104918 B2 JPH06104918 B2 JP H06104918B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、リン酸塩処理性および耐食性を改善した冷
延鋼板、特に表面上に金属ニッケルとニッケル酸化物
(NiO)およびニッケル水和酸化物(Ni(OH)2)とを粒子
状に析出させることによって、リン酸塩処理性および耐
食性を改善した冷延鋼板に関するものである。
〔従来の技術〕
自動車用あるいは家庭電気器具用に大量に使用されてい
る冷延鋼板は、塗装処理して使用されることが多く、そ
の場合、塗装前処理としてリン酸塩処理が行なわれる場
合が多い。この処理は、リン酸塩結晶を鋼板表面に析
出、付着させることにより、その上に塗装を行なった場
合の塗料密着性と耐食性とを高めようとする目的で行な
われ、リン酸塩を含む溶液を被処理鋼板に塗布すること
からなる。
この場合のリン酸塩結晶の析出機構は、基本的には、リ
ン酸塩処理をすることによってアノード部位において鉄
が溶出し、一方カソード部位において、水素イオンの還
元反応によってpHが上昇し、これによってリン酸塩がカ
ソード部位に析出成長すると言われている。
一方、リン酸塩処理性、つまりリン酸塩処理によって生
成する化成皮膜の形成性は、リン酸塩結晶の析出速度お
よび結晶形態の観点から評価されるもので、皮膜形成が
鋼板表面で均一に且つ可及的速やかに進行すること、さ
らに、結晶形態が緻密で、微細であることをもって、リ
ン酸塩処理性が優れていると評価している。
従って、リン酸塩処理方法の手順の中の表面調整工程に
おいて、チタン系コロイドを鋼板表面に吸着させたり、
リン酸塩処理液中にNi,Coなどの重金属イオンを添加
し、鋼板表面に均一に且つ可及的速やかに置換析出させ
る方法が、処理方法の側で広く研究され改善されてい
る。
一方、鋼板を処理してリン酸塩処理性を向上させるため
の従来技術として、例えば特公昭56-43392号には、Al,T
i,Cr,Mn,Co,Ni,Zn,Zr,Mo,Snの一種または二種以上を含
む錯化剤を含有するアルカリ性水溶液で鋼板を陰極また
は陽極で電解処理して、金属または金属化合物からなる
皮膜を金属イオンとして5〜500mg/m2鋼板表面に形成さ
せた後、その鋼板を化成処理する方法が開示されてい
る。その中で、鋼板の製造方法としては焼鈍前の電解洗
浄工程の適用が示されている。
また、特開昭56-116883号には、冷延鋼板表面上に金属
ニッケルを0.3〜10mg/dm2付着させること、特開昭56-11
6887号には、鋼板表面にTi,Mn,Ni,Co,Cu,Mo,Wの中から
選ばれた一種または二種以上の金属を0.001〜0.5g/m2
する冷延鋼板が開示されている。これらは、鋼板表面に
析出した金属がカソード部位あるいはアノード部位とな
り、鋼板表面の反応性が高められる結果、リン酸塩結晶
析出が促進されることを狙ったものである。すなわち、
カソード部位とアノード部位の電位差を利用して表面の
反応性をたかめ、一方、カソード部位およびアノード部
位の分布状態を規制して析出するリン酸塩結晶の結晶形
態の改善を図ろうとするものである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、前述した特公昭56-43392号に記載されて
いる従来技術では、リン酸塩処理直前に施すことにより
効果が認められたが、焼鈍前のアルカリ洗浄に適用した
場合、安定した向上効果が認められなかった。特にめつ
き液中に圧延油および鉄などの不純物が混入した場合顕
著であり、しかも、処理液が新しい場合においては、処
理後の焼鈍によって金属または金属化合物が拡散などの
変化をするため、工業的にリン酸塩処理性を安定して得
ることは不可能であった。
また、特開昭56-116883号および特開昭56-116887号の従
来技術においては、前述した析出金属の分布状態が鋼の
鉄に対してアノード部位およびカソード部位を形成する
必要上、鉄板上を不連続に分布しなければならないと記
載されているのみで、付着量の範囲が非常に広い。従っ
て、従来技術に基づいて各種実験を実際に試みたとこ
ろ、リン酸塩処理性の向上効果が認められる条件はかな
り狭い範囲に限定された。しかも、リン酸塩処理性の優
れた条件で製造した鋼板は、貯蔵中に表面が錆び易い傾
向にあった。これは、金属ニッケルが付着した冷延鋼板
表面は、析出した金属ニッケルの局部電池の作用効果が
極めて強く、リン酸塩処理性に対して作用するだけでな
く、貯蔵中の冷延鋼板表面の鉄の酸化作用、即ち、表面
の錆び発生に対しても作用しており、耐食性が極めて劣
悪になっていた。
従って、この発明の目的は、前述した課題を解決し、優
れたリン酸塩処理性および耐食性を発揮する冷延鋼板を
提供することにある。
〔課題を解決するための手段および作用〕
本発明者は、各種めっき条件、特にニッケルめっき条件
を変更させ、安定したリン酸塩処理性を発揮し、しか
も、十分な耐食性を持った冷延鋼板の製造条件を検討し
た。すなわち、冷延鋼板表面を被覆しているニッケルの
付着量、分布状態、組成等の表面状態とリン酸塩処理性
および耐食性の関係を検討した。その結果、鉄より貴な
金属であるニッケルおよびニッケル酸化物が鋼板表面に
析出すると、カソード部位であるニッケルおよびニッケ
ル酸化物の粒径と分布状態によって、リン酸塩結晶の析
出速度と結晶形態が強く影響され、付着量と分布密度に
よってリン酸塩結晶の均一性が影響されるとの知見が得
られた。しかも、金属ニッケルのみの皮膜からなる冷延
鋼板よりも、金属ニッケルとニッケル酸化物の皮膜とか
らなる冷延鋼板の方が、耐食性ばかりでなくリン酸塩結
晶の結晶形態も良好であるとの知見も得られた。
この発明は、上述した知見に基づいてなされたものであ
って、冷延鋼板表面に、ニッケル粒子の密度が1m2あた
り1×1012〜5×1014個である、全ニッケル量が1〜50
mg/m2のニッケルめっき皮膜を形成し、前記ニッケル粒
子は、金属ニッケルと、その表層に付着した0.0009〜0.
03μmの厚さのニッケル酸化物およびニッケル水和酸化
物とからなり、且つ、前記ニッケル粒子の直径は、0.00
1〜0.3μmであることに特徴を有するものである。
次に、この発明の冷延鋼板について図面を参照しながら
説明する。
第1図は、この発明の冷延鋼板上のニッケル粒子を示す
鋼板の透過型電子顕微鏡写真、第2図は同じ冷延鋼板の
表面をESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Ana
lysis)によって測定した結果を示すグラフである。
第1図に示すように、粒子状に観察されるのがニッケル
粒子であり、鋼板表面を不連続ではあるが均一に覆って
いる。しかも、このニッケル粒子は、第2図に示すESCA
結果から解るように、表層がニッケル酸化物およびニッ
ケル水和酸化物、内層が金属ニッケルからなっている。
さらに詳細に説明すると、ニッケル酸化物およびニッケ
ル水和酸化物からなる層の最表層は、ニッケル水和酸化
物で、内層に入るに連れてニッケル酸化物から成り立っ
ている。
金属ニッケルおよびニッケル酸化物およびニッケル水和
酸化物からなるニッケル粒子の全ニッケル量を1〜50mg
/m2の範囲に限定したのは以下の理由による。ニッケル
粒子の全ニッケル量1mg/m2未満であると、ニッケル粒子
は、1m2あたり1×1012個が確保されなくなり、鋼板表
面においてカソードとしての役割が不足し、良好なリン
酸塩処理性が得られなくなる。一方、ニッケル粒子の全
ニッケル量が50mg/m2を越えると、例えニッケル粒子の
直径を大きくしても、鋼板表面がニッケルで殆んど覆わ
れるため、鋼板表面全体がカソード部位となって良好な
リン酸塩処理性が得られなくなる。
ニッケル粒子表面のニッケル酸化物およびニッケル水和
酸化物量を0.0009〜0.03μmの厚さに限定したのは以下
の理由による。ニッケル粒子のニッケル酸化物およびニ
ッケル水和酸化物量が0.0009未満であると、ニッケル酸
化物およびニッケル水和酸化物からなる層が薄くなり過
ぎるため、金属ニッケルと鋼板の鉄との局部電池の作用
効果が極めて強く、リン酸塩処理性が劣るだけでなく貯
蔵中の冷延鋼板表面の鉄の酸化作用、即ち、表面の錆び
発生に対しても作用し、耐食性が極めて劣悪になる。一
方、ニッケル酸化物およびニッケル水和酸化物量が0.03
μmを越えると、ニッケル酸化物が半伝導性の性質があ
ったとしても、金属ニッケルと鋼板の鉄との局部電池の
作用効果が弱くなって、良好なリン酸塩処理性が得られ
ない。また、原因は不明であるが、ニッケル酸化物およ
びニッケル水和酸化物量が増えると、冷延鋼板の加工性
が劣って来る傾向にある。
次いで、ニッケル粒子の直径と粒子の密度を限定した理
由を以下に述べる。
ニッケルの粒子の大きさと密度は、ニッケルめっき前の
冷延鋼板の表面の状態、例えば、表面の酸化物の組成と
量、ニッケルめっき液の種類および電解時間等の処理時
間によって決定されるもので、限定した直径および粒子
の密度を外れると、リン酸塩処理性か大巾に劣ってく
る。従って、ニッケル粒子の直径は、0.001〜0.3μmの
範囲に限定した。特に、ニッケル粒子の密度が、1×10
12個未満になると、カソード部位のニッケル粒子とアノ
ード部位の鋼板の鉄との局部電池の作用効果が弱くなっ
て、緻密なリン酸塩結晶の成長が認められなくなる。一
方、5×1014を越えると、アノード部位の占有率が減少
し、リン酸塩結晶生成を抑制し、皮膜にスケ(付着量不
足)などのムラが発生し、緻密な結晶の成長が認められ
なくなる。
次に、ニッケル粒子の付着方法の一例について述べる。
素材としては、アルミキルド連鋳材の冷間圧延帯を連続
焼鈍ラインで焼鈍した後、調質圧延したものを使用す
る。本発明の適用は、ここに述べるものだけでなく、広
く自動車用、家電用として使用されている冷延鋼板全般
におよぶことはいうまでもない。従って、例えば、通常
の連続焼鈍を行なった場合、還元性雰囲気で最終冷却が
行なわれるので、めっき前処理なしで直接ニッケルめっ
きを施すこともできる。また、水冷熱水冷、気水冷却な
どの酸化性雰囲気で冷却を行なうような冷延鋼板の製造
方法を取った場合、前処理として硫酸あるいはオキシカ
ルボン酸等を含む酸性溶液中で陰極電解処理を施した
後、ニッケルめっきを施すこともできる。ニッケルめっ
きは、公知のニッケルめっき方法、例えば、電気めっき
や置換めっきなどのいずれでも適用できるが、電気めっ
きの方が粒子の直径が小さく、密度が大であり、置換め
っきに比べ高速生産性の点で有利である。
さらに、本発明の重要因子は、ニッケル粒子が金属ニッ
ケルおよびニッケル酸化物およびニッケル水和酸化物か
らなることである。このためには、ニッケルめっき後、
水洗し、直ちにリン酸アルカリ、炭酸アルカリ等の弱ア
ルカリ性の溶液中で浸漬または陽極処理するか、あるい
はニッケルめっき後充分水洗した後、90℃以上の温度で
乾燥してもよい。さらには、電気めっきにおいて、電解
途中で陰極界面のpHが上昇し水和酸化物が析出するよう
pHコントロール剤、例えば、硝酸イオンまたは硝酸塩を
添加したニッケルめっき液でニッケルめっきを行っても
良い。
次に、本発明を実施例および比較例によってさらに詳し
く説明する。
〔実施例1〕 アルミキルド連鋳材の冷間圧延帯を連続焼鈍ラインで焼
鈍した後、圧下率1%で調質圧延を行なった板厚1.0mm
の冷延鋼板を通常の脱脂、酸洗を行なった後、以下に述
べる条件でニッケルめっきを行なった。
浴組成: 120g/l NiSo4・6H2O 20g/l NiCl2・6H2O 15g/l H3BO3 pH: 3.1 浴 温: 50℃ 電流密度: 3A/dm2 処理時間: 0.3sec 引き続いて、水洗後、50℃の5g/lのNaOHおよびNa3PO4
混合水溶液中で5A/dm2の陽極電解処理を行ない水洗、乾
燥後、以下に示す試験を行ない、その結果を第1表に示
した。
全ニッケル付着量は、蛍光X線方法で測定した。
ニッケル酸化物およびニッケル水和酸化物量は、ESCAを
使用してNiOまたはNi(OH)2の2P3/2のピークが消失する
までのArスパッタリング時間より推定した。
ニッケルの粒子の大きさおよび密度は、ニッケル粒子を
抽出レプリカ方法によって抽出し、透過型電子顕微鏡に
よって調べた。
リン酸塩処理性は市販のリン酸塩処理液(日本パーカラ
イジング社製Bt3030 M)を用いて、15秒処理後のリン酸
塩結晶の初期核数、および、2分処理後の完成リン酸塩
皮膜の結晶サイズを、各々走査型電子顕微鏡によって調
べた。
耐食性は、めっきした冷延鋼板を15×15cm2の大きさで
積み重ね、木板ではさみ帯鋼で締め付けた後、温度30
℃、相対湿度85%の雰囲気中で一ケ月放置し、錆の発生
状態より評価した。
加工性は、通常の摩擦係数測定法により、めっきした冷
延鋼板の摩擦係数を測定した。
〔実施例2〕 ニッケルめっきまでは実施例1と同じで、水洗後、80℃
の温度のリン酸ソーダ系脱脂剤(日本パーカライジング
社製CL-342)中に浸漬し、水洗,乾燥後,実施例1と同
じ試験を行ない、その結果を第1表に示した。
〔実施例3〕 実施例1で使用した冷延鋼板に、以下に述べる条件で置
換ニッケルめっきを行ない、水洗後、100℃の温度の乾
燥機で10分過熱乾燥し、実施例1と同じ試験を行ない、
その結果を第1表に示した。
めっき浴組成: 60 g/l NiCl2・6H2O 40 g/l H3BO3 100g/l NH4Cl pH: 4.0 浴 温: 80℃ 処理時間: 3sec 〔実施例4〕 実施例1で使用した冷延鋼板に、以下の条件でニッケル
めっきを行ない、水洗,乾燥後,実施例1と同じ試験を
行ない、その結果を第1表に示した。
めっき浴組成: 60g/l NiSO4・6H2O 10g/l HiCl2・6H2O 30g/l NH4Cl 3g/l HNO3 pH: 4.7 電流密度: 5A/dm2 処理時間: 0.2sec 〔比較例1〕 実施例1で使用した冷延鋼板にニッケルめっきを施さず
に、実施例1と同じ試験を行ない、その結果を第1表に
示した。
〔比較例2〕 実施例1のニッケルめっき後、水洗,乾燥し、直ちに実
施例1と同じ試験を行ない、その結果を第1表に示し
た。
〔比較例3〕 実施例1で使用した冷延鋼板を通常の脱脂,酸洗を行な
った後、以下に述べる条件でニッケルめっきを行なっ
た。そして、水洗,乾燥後、実施例1と同じ試験を行な
い、その結果を第1表に示した。
浴組成: 240g/l NiSO4・6H2O 45g/l NiCl2・6H2O 30g/l H3BO3 pH: 3.5 浴 温: 50℃ 電流密度: 5A/dm2 処理時間: 0.3sec 第1表から明らかなように、本発明鋼板は、比較例と異
なり、リン酸塩処理性、耐食性および加工性に優れてい
ることがわかる。
〔発明の効果〕
以上説明したように、この発明によれば、リン酸塩処理
性および耐食性に優れた冷延鋼板が得られる産業上有用
な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の冷延鋼板上のニッケル粒子を示す
鋼板の透過型電子顕微鏡写真、第2図は冷延鋼板の表面
をESCA(Electron Spectroscopy for Chemical Analysi
s)によって測定した結果を示すグラフである。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷延鋼板表面に、ニッケル粒子の密度が1
    m2あたり1×1012〜5×1014個である、全ニッケル量が
    1〜50mg/m2のニッケルめっき皮膜を形成し、前記ニッ
    ケル粒子は、金属ニッケルと、その表層に付着した0.00
    09〜0.03μmの厚さのニッケル酸化物およびニッケル水
    和酸化物とからなり、且つ、前記ニッケル粒子の直径
    は、0.001〜0.3μmであることを特徴とする、リン酸塩
    処理性および耐食性に優れた冷延鋼板。
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