JPS59205494A - 溶接缶用鋼板の製造法 - 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】 本発明は種々の特性を具備した溶接缶用素材の製造方法
に関するものである。

缶用素材として従来から、鋼板に錫メッキを施したブリ
キ、薄クロムメッキを施したティンフリースチールなど
が広く利用されていることは周知の通シである。これら
缶用素材は各々すぐれた特性を有しているが、近年製缶
方式が多様化するに至り缶用素材に求められる特性も変
化してきているのが実情である。とシわけ、従来のハン
ダ缶のごとき６ピ一ス缶は溶接缶に移行する傾向が強く
、従来の緒特性に加えて溶接性をも具備した缶用素材の
提供が強く求められているのが現状である。

しかるに従来からの缶用素材は次のごとき問題点を有し
ている。すなわちブリキは高価であるばかりでなく、缶
体接合にハンダを使用する場合には、コスト高になる。

また、塗膜下の腐食抵抗も必ずしも太きいものではない
。一方、ティンフリースチールは塗膜下の腐食抵抗は大
きく、塗装適性を壱するが例えばスードロニツタ（商品
名）（６接等の高速シーム溶接は極めて困難である。

そこで本発明者らは高速シーム溶接が可能でしかも高度
の塗装適性をも有する缶用鋼板製造方法の開発をめざし
、広角度から検討した結果溶接缶用素材として、極めて
すぐれた性能を有する缶用材料を安価に製造する方法を
開発するに至った。

すなわち本発明は表面に鉄−錫合金層と、更にその上に
ニッケル層とを有し、１憂れた塗装適性と高速シーム溶
接性を具備する溶接缶用鋼板の製造方法に関するもので
ある。本発明者らは、従来缶用素材として賞月されてき
たブリキの耐食性能に大きく寄与している鉄−錫合金層
に注目し該合金層を用いた溶接缶用鋼板製造方法の開発
に取り組み幾多の実験を繰り返しだ結果、鋼板表面に鉄
−錫合金層を形成しただけでは十分な塗装耐食性能が得
られないこと、塗装耐食性能を向上させるために鉄−錫
合金層の上にクロム水和酸化物を形成せしめたものは、
シーム溶接性能が著しく低下すること、同じく塗装耐食
性能を向上させるために鉄−錫合金層の上にニッケル層
を形成せしめたものは良好なシーム溶接性能、塗装性能
を有することを見いだし、後者すなわち表面に鉄−錫合
金層とその上にニッケル層とを形成せしめた鋼板が溶接
缶用素材として極めて有望であることを認めるに至った
。該鋼板の鉄−錫合金層は常法に従って脱脂酸洗された
めつき原板に錫めっきを施し、その後鍋の融点以上の温
度または融点以下でも約１８゜°Ｃ以上の温度に加熱し
または両方式を組み合わせて加熱し、適当な時間保持す
れば容易に得られ、その適切な合金）※量は、耐食性能
、経済的得失より決定される。すなわち、鉄−錫合金層
量が片面あたり錫量として０．１　ｇ／ｍ２以下では、
その上にニッケル層を形成せしめた後の塗装耐食性能が
著しく低下し、塗膜欠陥部からの板厚方向の腐食が大き
くなる。本発明者らの実験によると、鉄、鉄−；場合金
、ニッケルの酸性溶液中での電位は鉄が最も卑、ニッケ
ルが最もｊ４で、鉄−錫合金がその中間に位１〆ｔし、
鋼板表面にニッケルのみを形成させたＪ：Ｊ、；、合は
ニッケル層のピンホールあるいは外的要因による疵等に
より露出した鉄とニッケルとで形成される局部電池の駆
動力が大きく鉄のアノード溶解速度も大きくなり、その
結果板厚方向の１１Ｓ食が著しく進む。鉄とニッケル層
の間に鉄−錫合金層が存在すると前述の局部電池の５駆
動力が減少し、板厚方向の腐食も抑制されることになる
。鉄−錫合金層量が０．１．！７／ｍ２以下になると板
厚方向の腐食が大きくなるという前述の結果は、この範
囲の鉄−錫合金層量では局部電池駆動力の減少効果が十
分でないゾこめと考えられる。また鉄−錫合金層量が片
面あたり錫量として１．５　ｊｉ　／　ｍ２以上に々る
と、塗装耐食性能の向上は認められず高価な鍋を消費す
る経済的損失が大きくなるばかりでなく、秩−錫合金層
自体の内部応力が大きくなり、加工性能が低下するとい
つだ悪影響も出てくるので好捷しくない。

鉄−錫合金層上にニッケル層を形成させるには、特に限
定するものではないが、例えば公知のニッケルめっき浴
であるワット浴、スルファミン酸浴、ピロリン酸浴等の
いずれの浴によってもよい。浴温と電流密度に関しては
大きな制約はなく本発明者らの実験では、室温から７０
’Ｃ４でいずれの浴温においてもまたＩ　Ａ／　ｄｍ２
〜４０　Ａ／　ｄｍ”のいずれの電流密度においても、
良好なニッケル層が形成された。ただし浴温か高くなる
とニッケルの電析効率が高くなる反面、めっき浴の蒸発
による浴濃度管理の複雑化や加熱費の増大等一長一短あ
るが、上述の範囲内では工業的操業は十分可能である。

鉄−錫合金層上のニッケル層量の適量は、耐食性能、経
済的得失より決定される。該ニッケル層力」が片面あプ
ζす３ｎθ／ｍ２以下では塗装耐食性能が著しく低下し
、主に塗膜欠陥部からの水平方向への腐食が大きくなる
。本発明者らの実験では、表面に鉄−錫合金層のみを形
成せしめた鋼板の塗装耐食性能は塗膜欠陥部からの板厚
方、向の腐食に対しては良好であるが水平方向の塗膜下
腐食拡がりに対しては極めて弱く、表面にニッケル層の
みを形成せしめた鋼板の塗装耐食性能はその逆の傾向が
認められた。す女わち、鉄−錫合金層は耐冷膜下腐食性
能は劣るが電位が鉄に近く鉄の板厚方向の腐食を促進す
る傾向はなく、ニッケル層はその逆の性質を有している
。上述のように鉄−錫合金層上のニッケル層が３７１１
９７ｍ２以下で塗膜欠陥部からの水平方向への腐食が大
きくなるのは、この程度の量ではニッケル層による鉄−
錫合金層の被覆が極めて不完全で、鉄−錫合金層の性質
が支配的になっているためと考えられる。また鉄−錫合
金層上のニッケル量が１５００　ｒｒｖ／ｍ２以上では
、ニッケル消費による経済的損失が大きくなるばかりで
、それに見合うだけの耐食性能の向上は認められず好ま
しくない。以上のように鉄−錫合金層量、ニッケル層量
の適量上限値を決定づける因子は主に経済的得失であり
、従来用いられているクロメート処理のようにシーム溶
接性能を低下せしめるが故に上限値が設定される場合と
異々つでいるのが木きな特徴である。

前述したように鉄−錫合金層は、例えば錫めっき後の加
熱処理により得ることができるが、通常のぶりき製造設
備において錫めっきした錫をすべて鉄と合金化させるこ
とは極めて困難であり、完全合金化を目指せば目指すほ
ど加熱費が増大するのが実状で逼る。例えば加熱溶融処
理条件を同一にして錫目付量が２．８９／ｍ２とり、　
６９／ｒｎ２の（易めっき鋼板に鉄−錫合金層を形成さ
せた場合、前者で０、８１／　７ｍ２形成するのに対し
後者では０゜５ｇ／ｍ２しか形成しないといったように
、鉄−錫合金層の上に若干の合金化していない錫が残存
する。こういった最表面に合金化していない錫を有する
銅（用板にニッケルめっきを施すとめつき後室温で保管
するだけで、ニッケルー錫合金が形成され、本発明者ら
の実験によるとこのように形成されたニッケルー錫合金
はブーム溶接性能を著しく低下せしめる性質を有してい
ることが認められた。すなわち、錫めっき後加熱処理し
て錫量として０．６’、９／ｍ２の鉄−錫合金層とその
上に０゜１９７ｍ２の合金化していない錫量４とを有す
る鋼板を得、そのままニッケルめっきを行なった場合と
酸性溶液中に浸漬して合金化していない錫を俗解除去し
た後にニッケルめっきを行なった場合とでシーム溶接性
能を調べたところ前者は後者に比べて著しく該性能が劣
ることが明らかとなり、寸だ該試験片表面のＸ線回析分
析によシ前者にニッケルー錫合金相が形成されているこ
とも確認された。更に本発明者らは、脱脂、酸洗された
鋼板上に直接ニッケルー錫合金めっきを施しシーム溶接
性能を調べたとこる良好ガ結果は得られなかった。以上
の結果より本発明者らは理由は明らかではないが、ニッ
ケルー錫合金層はシーム溶接性能を阻害し、したがって
鉄−錫合金層上にニッケル層を形成さぜる場合、ニッケ
ルめっき前に合金化してい々い錫を可能な限９除去して
おくことが望捷しいと結論するに至った。

そしてニッケルめっき前に存在する合金化していガい錫
量が０．０５　ｇ／ｍ”以上ではシーム溶接性能の点で
実用的でないことも明らかにした。

鉄−錫合金層上に残存する合金化していない錫を除去す
るには、該鋼板を酸性溶液中に浸漬し、または該溶液中
で陽極処理する方法、あるいは該鋼板をアルカリ性溶液
中に浸漬し、または該溶液中で陽極処理する方法のいず
れによってもよい。

上記酸性溶液としては、硫酸塩酸、硝酸等の酸の１釉類
巣独または２種類以上を混合した溶液がよいが、目的が
合金化していない錫を除去することであるからギ酸、ク
エン酸、シュウ酸等の有機酸溶液でもよく、また該酸性
溶液濃度は合金化していない錫の除去すべき量、設備規
模、廃液処理能力等に左右されるもので特に規定するも
のではない。該酸性溶液温度は室温から８０℃のいずれ
の温度でもよいが、８０℃以上では蒸発が激しくなり好
甘しくない。また該酸性溶液中で陽極処理する場合の電
流密度は０．ＩＡ／ｄｍ２から３０　Ａ　／　ｄｍ２の
範囲がよく、０．　Ｉ　Ａ　／　ｄｍ２以下では処理時
間が著しく長くなり、５０　Ａ　／　ｄｍ２以上では摺
電圧が著しく高くなシ好ましくない。

また上記アルカリ性溶液としては、水１波化ナトリウム
、水酸化カリウム、炭酸ナトリウム、炭畦佼カリウム等
のアルカリ・０１８類単独捷たは２１重類以上を混合し
た溶液かよい。該アルカリ性浴液浪Ｐｉは前述と同（＊
に特に規定するものではなく、７Ｍ１゜度は室幅から８
０°Ｃ捷でかよく、また陽・１匈λ処玉川する場合の′
−流密度は０．　Ｉ　Ａ　／ｄｍ２から３０　Ａ／ｄｍ
２；５；よい。

以下具体例により本発明を説明する。板ＪＷ−ｏ、２１
朋のぶりき用原板を５％水酸化ナトリウム（５０℃）中
で１０　Ａ　／ｄｍ２で２秒間型）昨脱脂し、水洗後５
％硫酸（３０℃）中で５秒間酸洗し水洗後辺、下の人が
１１例捷たは比較例で述べる処理を施した。処理後の性
能評価は、塗装耐食性能テストとシーム溶接性能テスト
によった。塗装耐食性能テス）　ｆｄ、エポキシフェノ
ール系ａ料をｓｏ〜６０　ｍｇ　／ｄｍ２塗装した後、
ナイフで塗ｊ１！２に厭状疵をつけ、１５％食塩、１５
％クエン酸水溶液（５０°Ｃ）中に６日間浸漬しその後
塗膜を乾燥させてから粘着テーラ゛により塗膜を剥離さ
せ線状疵からの塗１１非ｙｋｌＪ肉匡巾をｊｌｌ定しこ
れを腐食中とし、更に線状疵の板厚方これを腐食深さと
した。シーム溶接性能テストは、供試料を電気オーブン
により２１０’Ｃで２０分間の空焼を行なった後所定の
寸法に裁断しロール成形しシーム溶接を行なった。溶接
条件は溶接スピｌ’　５０　ｍ　７分、溶接電流周波数
４００　Ｈｚ、加圧力５　ｏ　ｋｇ　ｆ、ラップ代０．
６暇であり、シーム溶接機は電極輪に銅ワイヤーの中間
電極を用いたものである。シーム溶接性能の評価は適正
溶接電流範囲とＨＡＺ（熱影響部ナゲツトを含む）の溶
接方向断面の連続率によった。適正溶接電流範囲の下限
は溶接強度により決定され、溶接部のデュポン衝隼（１
／４　／／φ、５００ｇＸ５Ｑ儂）による剥距割れの有
無によった。上限は溶接部からの溶融金属の飛出しいわ
ゆるチリの程度により決定され、長さ０．５πｍ以上の
チリが溶接長さ１０ぼあたり６個以上観察されれば不可
としだ。ＨＡＺの連続率は、適正溶接電流範囲の上限に
おける溶接ザンプルの溶接部を溶接方向に断面研摩しエ
ツチング液によりＨＡＺを現出させＨＡＺ長さとＨＡＺ
ピッチを測定しくＨＡＺ長さ）÷（溶接長さ）　ｘ　１
００（％）により算出しだ。

ＨＡＺの連続率は溶接部の密封性の目安となり、１００
％に近いほどよい。

（実施例１） フェロメタン浴により０．２．９／ｍ２の錫めっきを行
ない加熱溶融処理により鉄−錫合金層を形成せしめた。

このときの合金化してい々い錫（以下フリー錫と記述す
る。）量は０．０７９７ｍ２であった。

その後４０℃の５％硫酸に５秒間浸漬しフリー錫量を０
．０２’　ｙ／ｍ２とし、４０’Ｃのワット浴により１
Ａ　／　ｄｍ２−５　Ｃ／　ｄｍ２でニッケルめっきし
ニッケル層を１２０　ｍｑ／ｍ２形成セシメタ。

（実施例２） フェロスタン浴により０．５９７ｍ２の錫めっきを行な
い加熱溶融処理により鉄−錫合金層を形成せしめた。こ
のときのフリー錫量は０．０８　、！ｌｉ’／ｍ２であ
った。その後６０℃の６％塩酸中でＩ　Ａ　／ｄｍ２−
１Ｃ／ｄｍ２の陽極処理を行ないフリー錫量を０６０１
ｇ／ｍ２とし、６０℃のワット浴により５　Ａ　／　ｄ
ｍ２−１０　Ｃ／ｄｍ２でニッケルめっきし、ニッケル
層を２７０１ｊｌｔ；）　７ｍ２形成せしめた。

（実施例ろ） フェロスタン浴により　１．３９７ｍ２の錫めっきを行
ない加熱溶融処理により鉄−錫合金層を形成せしめた。

このときのフリー錫量は０．４９７ｍ２であった。その
後６５°Ｃの３％硫酸６％塩酸の混酸中で５　Ａ／ｄｍ
２−７．５　Ｃ／ｄｍ２の陽極処理を行ないフリーｕ　
％　ヲ０．０３９７ｍ２とし、６０°Ｇのワット浴によ
り５　Ａ、／ｄｍ２−２０　Ｃ／ａｍ”でニッケルめっ
きし、−１−１ケル層を５９０ｍり７ｍ２形成せしめた
。

（実施例４） ハロゲン浴により０．４　＆／”２の錫めっきを行々い
加熱溶融処理により鉄−錫合金層を形成せしめた。この
ときのフリー錫量は０．０６　ｊ；ｌ／ｍ２であった。

その後６０℃の５％水酸化ナトリウム溶液中で１　Ａ　
／ｄｍ２−４　Ｃ／　ｄｍ２の陽極処理を行ないフリー
錫量を０．０２　ｊ；ｌ／ｍ２とし、５０°Ｃのスルフ
ァミン酸浴により４　Ａ　／　ｄｍ２−４　Ｃ／　ｄｍ
２でニッケルめっきし、ニッケル層を７０ｍシ／ｍ２形
成せしめた。

（実施例５） アルカリ浴により０．８　ｇ／　ｍ２の錫めっきを行な
い加熱溶融処理により鉄−錫合金層を形成せしめた。

このときのフリー錫量は０．１５．９量ｍ２であった・
その後５０℃の３％水酸化カリウム溶液中で２Ａ／ｄｍ
２−５　Ｃ／ｄｍ２の陽極処理を行ないフリー錫を０、
０１　ｙ／ｍ２とし、４０°Ｃのスルファミン酸浴によ
り、２　Ａ　／　ｄｍ２−２　Ｃ／　ｄｍ２でニッケル
めっきしニッケル層を４５　ｍ９　／　ｍ２形成せしめ
た。

（実施例６） フェロスタン浴によＩ）　Ｄ、　７９量ｍ２の錫めっキ
ヲ行ない２００°Ｃで５秒予熱した後、加熱溶融処理に
より鉄−錫合金層を形成せしめた。このときのフリー錫
量は０．０７９７ｍ２であった。その後６０℃の５％塩
酸に４秒間浸漬しフリー錫量を［１０１ｇ／ｍ２とし、
５０℃のピロリン酸浴によ、ｊ：ｌ　３　Ａ　／ｄｍ２
−１８　Ｃ／ｄｍ２でニッケルめっきしニッケル層を４
５０　Ｔｎ９７ｍ２形成せしめた。

（実施例７） フェロスタン浴により０．６９７ｍ２の錫めっきを行な
い加熱溶融処理により鉄−錫合金層を形成せあった。そ
の後７５℃の１０％水酸化ナトリウム溶液中でＩ　Ａ／
　ｄｍ２−２　Ｃ／ｄｍ２の陽極処理を行ないフリー錫
を０．０２　、！７／ｍ２とし、４０　’Ｃのワット浴
により２０　Ａ／　ｄｍ２−６０　Ｃ／ｄｍ２でニッケ
ルめっきしニッケル層を１３５０　Ｉｎ９７ｍ２形成せ
しめた。

（比較例１） フェロスタン浴によりり、　２９７ｍ２の錫めっきを行
ない加熱溶融処理により鉄−錫合金層を形成せしめた。

このときのフリー錫量はｏ、　１３　ｇ／ｍ２であった
。その後６０℃の５％硫酸に１０秒間浸漬しフリーＳ４
量を０．、　Ｄ　’１ｇ／ｍ２とし、５０’Ｃのスルフ
ァミン酸浴により４　Ａ／　ｄｍ２−４　Ｃ／ｄｍ２で
ニッケルめっきしニッケル層を７０　ｍ９７ｍ２形成せ
しめた。

（比較例２） フェロスタン浴にょｌ）　０．５　ｉ　７ｍ２の錫めっ
キヲ行ない加熱溶融処理によシ鉄−錫合金鳩を形成せし
めた。このときのフリー錫量は０．０８　ｇ／ｍ２であ
った。その後６０℃のワット浴により５Ａ／ｄｍ２−１
０　Ｃ／ｄｍ２テニッケルめっキシニッケル層２７゜Ｉ
ｎ９７ｍ２形成せしめた。

（比較例ろ） フェロスタン浴により０．８ｇ／ｍ２の錫めっきを行な
い加熱溶融処理により鉄−錫合金層を形成せしめた。こ
のときのフリー錫量は０−１５　ｊＪ　７ｍ２であった
。その後４０°Ｃのスルファミン酸浴にょす２Ａ／ｄｍ
２−２　Ｃ／ｄｒｒ＋２でニッケルめっきしニッケル層
を４５　ｍ９量ｍ２形成せしめた。

（比較例４） フェロメタン浴により１．３　ｊｊ／ｍ２の錫めっきを
行々い加熱溶融処理により鉄−錫合金層を形成せしめた
。このときのフリー錫量は０．４９量ｍ２であった。そ
の後５０℃の３％水酸化カリウム溶液中で２　Ａ／ｄｍ
２−１０　Ｃ／ｄｍ２の陽極処理を行ないフリー／４量
を０．０６．！ｉ’／ｍ２とした。

（比較例５） ６０’Ｃのワット浴によ’）　５　Ａ／ｄｍ２−１０　
Ｃ／ｄｍ２でニッケルめっきを行ないニッケル層を２７
，０ｍ９７ｍ２形成ぜしめた。

（比較例６） ハロゲン浴によシ０．７ｇ／ｍ２の錫めっきを行ない加
熱溶融処理により鉄−錫合金層を形成せしめた。このと
きのフリー錫量は０．１　ｇ／ｍ２であった。

（比較例７） フェロスタン浴により０．５９７ｍ２の錫めっキヲ行な
い加熱溶融処理によシ鉄−錫合釡層を形成せしめた。こ
のときのフリー錫量は０．０８　ｊＪ／ｍ２であった。

その後重クロム酸ナトリウム３ｏｇ／Ｌ４０℃の浴中で
５　Ａ／ｄｍ２−５　Ｃ／　ｄｍ２の陰極クロメート処
理を行ないクロム水和酸化物層を７ｒｎ９量ｍ２形成せ
しめた。

以上の実施例および比較例において目付量はすべて片面
あたりの数字であり、各種処理およびめっきは鋼板の両
面を同様に行なっている。またニッケルめっき浴として
のワット浴組成は硫酸ニッケル２４０　ｉ／ｌ、塩化ニ
ッケル４５　ｇ／ＩＪはう酸５０ｊ；Ｉ／ｌ、スルファ
ミン酸浴組成はスルファミン酸ニッケル３００９／ｌ、
はう酸３０　ｇ／Ｌ　　ピロリン酸浴組成は塩化ニッケ
ルろｏ　ｇ７１．　ピロリン酸カリウム８０　ｇ／ｌで
ある。

上記の実施例および比較例で作成した鋼板を塗装耐食性
能テストとシーム溶接性能テストに供した結果を表−１
に示す。これから明らかなように、本発明の製造方法に
よる鋼板は優れた塗装耐食性能とブーム溶接性能を兼ね
備えている。

一 代理人　弁理士　　吉　島　　　　寧　、・玲で、；

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）錫めっきされた鋼板を加熱して片面あたり錫量と
   して０．１〜１．５９７ｍ２の鉄−錫合金層を形成させ
   た後、表層の金属錫をほとんど除去し、その後にニッケ
   ルめっき浴により片面あたり３〜１５００　ｍ９７ｍ２
   のニッケル層を形成せしめることを特徴とする溶接缶用
   鋼板の製造方法。
2. （２）前記製造方法において、ニッケルめっきする直前
   の鉄と合金化していない金属錫量を片面あたり０．０５
   　、ｐ／ｍ２以下にすることを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の溶接缶用鋼板の製造方法０
3. （３）硫酸、塩酸、硝酸等の酸の１種類単独または２種
   類以上を混合した酸性溶液中に浸漬し、または該溶液中
   で陽極処理することにより、合金化していない金属錫を
   除去することを特徴とする特許６１１１求の範囲第１項
   または第２項に記載の溶接缶用鋼板の製造方法。
4. （４）水酸化す）　ＩＪウム、水酸化カリウム等のアル
   カリの１種類単独または２種類以上を混合したアルカリ
   性溶液中に浸漬し、または該溶液中で陽極処理すること
   により、合金化していない金属錫を除去することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項寸だは第２項に記載の溶接
   缶用鋼板の製造方法。