JPS6135280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は錫鉄合金被覆鋼板に関し、さらに詳し
くは塗料密着性、ハンダ付性ならびに電気抵抗溶
接性に優れ、缶詰用缶胴体に適した錫鉄合金被覆
薄鋼板に関する。

従来３ピース缶の素材としては、錫メツキ鋼板
であるブリキおよび電解クロム酸処理鋼板ともよ
ばれるテインフリースチールが広く使用されてい
る。ブリキは耐食性、塗料密着性、加工性および
ハンダ付性等に優れ、３ピース缶の素材として好
適であるが、塗装して使用する場合は金属錫層の
耐食性に対する寄与は少なく、しかも錫価格の高
騰などによりコストが高いという問題がある。そ
こで最近は特に炭酸飲料缶やジユース缶等の分野
でテインフリースチールが広く使用されるように
なつてきた。しかしテインフリースチールの表面
皮膜を構成する金属クロム層とその上の水和クロ
ム酸化物層は延性がないため、フランジ加工部等
の加工部分でクラツクを発生し、金属クロムと基
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板である鉄との間に局部電池を形成して、特にコ
カコーラのような鉄溶出型の内容物の場合、鉄の
溶出を促進して孔食を招くという問題がある。こ
の問題を解決するため、最近極めて薄い錫鉄合金
層で被覆された塗装用低炭素鋼薄板が、例えば特
開昭53−23833号などにおいて提案されている。
この種の被覆鋼板は、錫量が極めて少ないため低
コストである。またその錫鉄合金層（主として
FeSn₂層よりなる）は、塗料密着性に優れている
うえに、加工性が金属クロム層などよりも優れて
いるためクラツクが入り難く、さらにコカコーラ
等の中では基板の鉄に対して電位は貴になるが、
その間の電位差は金属クロムと鉄との電位差より
も小さく、しかも錫鉄合金がわずかに溶解する。
従つてこの種の被覆鋼板は、鉄の局部腐食がテイ
ンフリースチールよりも起り難く、しかも低コス
トであるという利点を有する。しかし一方で特に
高速製缶におけるハンダ付性や電気抵抗溶接性に
乏しいため、３ピース缶の素材としての用途に限
界があるという問題を有する。

本発明は従来の錫鉄合金被覆鋼板の問題点に鑑
みなされたものであつて、本発明の目的はハンダ
付性や電気抵抗溶接性に優れた錫鉄合金被覆鋼板
を提供することである。

本発明者等は、錫鉄合金被覆鋼板の製造工程に
おいて、缶胴体ブランクの接合部となるべき部分
に錫鉄合金層の上に金属錫層を形成された錫鉄合
金被覆鋼板によつて上記目的が達成されることを
見出した。

以下本発明について説明する。

本明細書でいう錫鉄合金被覆鋼板は、主として
FeSn₂よりなるごく薄い緻密な錫鉄合金層を主と
する層で少くとも片面が被覆された低炭素薄鋼板
をいい、片面のみが上記層で被覆されている場合
は、他面は通常のブリキ板（錫メツキ鋼板）と同
様の被覆が施されているものをいう。錫鉄合金層
の厚さは錫換算で0.05〜1.0ｇ/cm（片面表示、以
下同じ）であることが好ましい。0.05ｇ/cmより
薄いと耐食性が著しく低下し、一方1.0ｇ/m²より
厚いと加工性が悪くなり、クラツクを生じて加工
部の耐食性を損ね、また非加工部の耐食性向上も
特に期待できず、錫コストの上昇を招くからであ
る。このような錫鉄合金層は低炭素鋼板の表面に
公知の方法により薄い錫メツキを行なつた後、公
知の方法、例えば抵抗加熱、誘導加熱等によつて
該錫を溶融させることによつて形成される。錫鉄
合金層は緻密あつて下地の鉄の露出のないこと
が、孔食防止の見地から望ましい。このような合
金層は、例えば錫イオン濃度の低い弱酸性浴また
は公知のアルカリ浴を使用して錫メツキ時に多量
の水素ガスを発生する条件でメツキすることによ
つて緻密な錫メツキを行なつてから、上記の方法
等によつて錫を溶融させることによつて形成され
る。この場合に表面に微量の金属錫を残しても差
支えない。

錫鉄合金層またはその上の金属錫層の塗料密着
性を高めるため、その上を0.005〜0.05ｇ/m²（ク
ロム換算）の極めて薄い水和クロム酸化物層によ
つて被覆することがより好ましい。この場合
0.005ｇ/m²より薄いと塗料密着性の効果が薄れ、
0.05ｇ/m²より厚いと加工部の塗料密着性が低下
する。このような水和クロム酸化物層は公知の方
法、例えば電気ブリキの後処理用として使用する
重クロム酸ソーダ浴、あるいはテインフリースチ
ールの製造に使用される無水クロム酸水溶液に硫
酸等の助剤を添加した溶を使用して陰極処理を行
なうことによつて形成される。

このような錫鉄合金層を主とする層が表面に形
成された鋼板は、表面に自由な金属錫の層がない
か、極めて少ないためハンダ付が困難であつて、
生産用製缶ラインにおいてハンダ付缶胴体を製造
することは不可能である。また錫鉄合金層は硬く
て電極とのなじみが悪く、かつ電気伝導性が悪い
ためと思われるが、通常電気抵抗シーム溶接法す
なわち２個の対向するローラ電極間に直接、ある
いは線状電極を介して缶胴成形体の重ね合せ部を
挿入して行なうシーム溶接法によつては、溶融鉄
の飛沫すなわちスプラツシユが溶接部近傍に固着
して補正材料（塗料やプラスチツク粉末あるいは
フイルム等の）による適正な補正を妨げ、また溶
接部に巣が形成される等のため、内容物保存性に
優れた溶接缶胴体を得ることができない。従つて
溶接前に予めブランクの重ね合せ部となるべき端
縁部からミリグカツター等の機械的手段あるいは
化学的溶解手段等によつて錫鉄合金層を除去しな
ければならなかつた。これは上記除去のためのコ
スト高と、補正部分の増大による補正コスト高を
招く。

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本発明の錫鉄合金被覆鋼板Ａは、以上のような
難点を解決したものであつて、第１図または第２
図に示されるように、基材である低炭素薄鋼の圧
延方向（矢印方向）に平行か、もしくは直角方向
に走る金属錫層が錫鉄合金層の上に製造時に形成
されたストライプ部１を有することを特徴とす
る。ストライプ部１は、鋼板Ａの両面に錫鉄合金
層が、形成されている場合は、両面の対向する位
置に形成されることが望ましい。

ストライプ部１近傍の模式断面図である第３−
ａ図および第３−ｂ図において、２は基材である
低炭素薄鋼板を、３は錫鉄合金層を、４は金属錫
層を、５は水和クロム酸化物層を、６は油膜を示
す。第３−ａ図はストライプ部以外の部分７にお
いて金属錫層４がない場合を、第３−ｂ図は該部
分７において金属錫層４が、錫鉄合金層形成時の
加熱不十分等などの原因で若干残留している場合
を示す。残留する錫量が多いと塗料密着性や耐食
性等を低下させるので、その量は該部分７におけ
る全錫量の1/3以下であることが望ましい。スト
ライプ部１における金属錫の厚さは、約１〜12
ｇ/cmであることが望ましい。約２ｇ/m²より少な
いとハンダ付性が低下し、さらに約１ｇ/m²より
少ないと電気抵抗シーム溶接性が乏しくなる。一
方約12ｇ/m²より多くしてもハンダ付性や電気抵
抗シーム溶接性の格段の改善は望めず、かえつて
コストアツプとなるからである。第３−ａ図の場
合は、ストライプ部部１においては金属錫層４の
上に、ストライプ部１以外の部分７において錫鉄
合金層３の上に連続的な水和クロム酸化物層５が
形成されている。１方第３−ｂ図の場合は、両部
分とも金属錫層４の上に連続的な水和クロム酸化
物層５が形成されている。水和クロム酸化物層５
は缶胴体の用途によつては必ずしも存在しなくて
もよいが、通常の用途に対しては、前述の理由に
よつてクロム換算で0.005〜0.05ｇ/m²の厚さで形
成されていることが好ましい。水和クロム酸化物
層５の上の油膜６は、綿実油やジオクチルセバク
ート等よりなり、主として取扱い時の擦り傷防止
等のために静電塗布法等により塗布される。

第３−ｃ図および第３−ｄ図は、片面Ｂがスト
ライプ部１を有する錫鉄合金層を主とする層より
なり、他面Ｃが通常の錫メツキ鋼板（ブリキ）の
表面層（すなわち金属錫層４が均一に形成されて
いる）よりなる場合を示し、第３−ｃ図は第３図
−ａ図に、第３−ｄ図は第３−ｂ図に対応する。
これらの板は、通常面Ｃが未塗装で金属錫層を露
出した状態で使用される。面Ｃにおける金属錫層
の厚さは約１〜12ｇ/m²であることが好ましい。
また錫鉄合金層３の厚さは、両面ともほとんど同
じである。

第１図および第２図に示される本発明の錫鉄合
金被覆鋼板Ａは、連続錫メツキラインでストリツ
プ状で製造されたものをシート状に切断した所謂
ブリキサイズ（例えば750mm×950mm）のものを示
す。これより第４図に示されるような溶接缶胴体
８、あるいは第５図に示されるようなハンダ付缶
胴体９を形成するためには、まず点線（第１図、
第２図）に沿つて切断して所定の寸法のブランク
１０を作製しなければならない。ブランク１０の
缶胴体８または９の溶接部１１またはハンダ付部
１２となるべき端縁部１０ａにおいて、金属錫が
溶接またはハンダ付が可能となる厚さで附着して
いることが必要なのであるから、当然端縁部１０
ａはストライプ部１によつて形成される。従つて
端縁部１０ａはストライプ部１の中央線１ａに沿
つて切断されることによつて形成されるのが好ま
しいことになる。従つてストライプ部１の巾は、
溶接の場合は重ね合せ部の巾の２倍以上、ハンダ
付の場合はフツクシームに必要な端縁部巾の２倍
以上であればよいことになる。通常ストライプ部
１の巾は約３〜20mmで好結果が得られる。ただし
側辺部に位置するストライプ部１′の巾はその約
1/2でよい。なおブランク切断時に鋼板Ａの周囲
４辺をトリミングする場合は、このトリミング代
（約２〜５mm）を上記巾に加えておく必要があ
る。またストライプ部１の中央線１ａ間の距離
は、ブランク端縁部１０ａの端縁間のそれと等し
いことが望ましい。

ストライプ部１を基板の圧延方向に平行に形成
するか（第１図）、直角方向に形成する（第２
図）かは、主として基材である低炭素薄鋼板の延
性によつて定められる。すなわち缶胴体をフラン
ジ加工、２重巻締を行なうさいフランジ部に破れ
が発生することがある。ところで低炭素薄鋼板
は、圧延平行方向のほうが圧延直角方向よりも延
性が大きい。従つて主としてフランジ部の破れ防
止の見地からストライプ部は、基板の延性が乏し
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い場合は圧延方向に直角に、基板の延性が十分に
ある場合は圧延方向に平行か直角に形成される。

電気抵抗溶接のさい、表面に露出した錫鉄合金
層は溶接を阻害するが、金属錫層と地鉄との間に
介存する錫鉄合金層はその阻害の程度が少ない理
由は次のように考えられる。表面の錫鉄合金層は
固有電気抵抗が比較的大きい上にローラ電極（通
常特に缶内面側のものは小径である）との接触面
積が小さいので電極表面部での電気抵抗が大きく
なつて発熱量が増大し、その発熱を小径のローラ
電極は吸収しきれないので、スプラツシユ発生等
が起る。一方表面が金属錫の場合は、その固有電
気抵抗が小さいので、電極表面部での発熱量は比
較的小さい。錫鉄合金層はごく薄い層として電気
良導体である金属錫層と地鉄との間に比較的広い
面積で存在する場合は、その全体的電気抵抗は小
さく溶接性に大きな悪影響を及ぼさない。

本発明の錫鉄合金被覆鋼板は、例えば次のよう
にして製造される。

脱脂、酸洗された低炭素鋼ストリツプは、公知
の方法好ましくはメツキ時鋼面にかなりの水素ガ
スの発生をもたらすようなメツキ条件（例えば低
電流密度）あるいは錫メツキ浴例えば公知のアル
カリ浴で、錫鉄合金層中の錫量に相当する量のご
く薄い錫メツキを施される。次いで圧延方向に平
行または直角方向のストライプ部のみに錫メツキ
が行なわれるのであるが、これは例えば次のよう
にして行なわれる。

(a) 圧延方向に平行の場合： 第６図、第７図において、錫メツキ槽１３で
前述の薄い錫メツキが行なわれた低炭素鋼スト
リツプA′は、次の錫メツキ槽１４でストライ
プ部１にのみ垂直方向に錫メツキを施される。
錫メツキ槽１４の陽極（錫電極）１５と陰極で
ある低炭素鋼ストリツプA′との間には陰極に
可及的接近して、かつストライプ部１に対向す
る部分を除いて複数の遮蔽板１６が設けられて
いる。従つてメツキ電流はストライプ部１にの
み流れるので、ストライプ部１が他部よりも厚
く錫メツキされる。

(b) 圧延方向に直角の場合： 薄い錫メツキが行なわれた低炭素鋼ストリツ
プA′は第８図、第９図に示される錫メツキ槽
１７でストライプ部１に水平方向に錫メツキさ
れる。陽極１８と陰極である低炭素鋼ストリツ
プA′との間に、低炭素鋼ストリツプA′に近接
して複数の水平方向に細長い透孔１９ａが穿設
された遮蔽板１９が設けられている。透孔１９
ａの巾（進行方向の距離）は、ストライプ部１
の夫より若干短かく、透孔１９ａ間の距離はス
トライプ部１間の夫と等しく定められている。
従つてストライプ部１が透孔１９ａに対向する
位置に達する毎に同期してメツキ電流を流せ
ば、ストライプ部１のみが選択的に錫メツキさ
れる。錫メツキ槽が１箇では錫メツキ量が不十
分の場合は、錫メツキ槽を複数設けらればよ
い。なおこの場合は、ストライプ部１とそれ以
外の部分７との境界の錫メツキ量の分布状態
は、第３図−ａ図、第３−ｂ図の模式図のよう
にシヤープではなく、よりなだらかなものとな
る。

以上のようにして錫メツキが施されたストリツ
プA′は次いで公知の方法により加熱されて錫鉄
合金層を形成される。この加熱の条件（温度と時
間）は、第１回の錫メツキによつて形成されたご
く薄い錫層はすべて合金化するが、第２回の錫メ
ツキによつてストライプ部１に新たに形成された
錫層は合金化しない条件であることが望ましい。
しかし現実には完全にこの条件を満たすことは困
難であり、若干この条件を外れることがある。こ
の場合条件が強い（適正条件よりも温度が高いか
時間が長い）と、ストライプ部１に新たに形成し
た錫層の一部または全体が合金化して、自由な金
属錫量が減つてハンダ付性もしくは溶接性が阻害
されるおそれがある。一方条件が若干弱い場合
は、第３−ｂ図のようにストライプ部１以外の部
分７にも若干金属錫が残るが、この場合は前記の
ような問題はなく、塗料密着性等に与える影響も
比較的軽微である。合金化処理後、必要に応じ公
知の浴で（ただし処理条件、特にクローン量は通
常のブリキやテインクリースチールの場合と異な
る）水和クロム酸化物層を形成された後、さにそ
の上に微量の油膜を塗付される。以上のようにし
て製造された本発明の錫鉄合金被覆鋼板は、スト
ライプ部を除いて缶用塗料を塗装（所謂マージン
塗装）された後、缶胴成形体に形成され、側面接
合部をハンダ付または電気抵抗溶接されて缶胴体
となる。

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本発明の錫鉄合金被覆鋼板は、錫鉄合金層を主
とする層で被覆された面のブランクの側面接合部
となるべき端縁部が自由な金属錫層で十分に被覆
されているので、そのままの状態でハンダ付や電
気抵抗溶接が可能であり、端縁部以外の部分は薄
い錫鉄合金層を主とする層によつて形成されてい
るので塗料密着性や耐食性に優れ、しかも低コス
トであるという利点を有する。以下本発明の実施
例について説明する。

実施例 １ 厚0.23mm、硬度（ロツクウエル30T）54、巾
855mmの冷延鋼ストリツプを常法により脱脂、酸
洗した後、次の条件で両面均一に第１回目の錫メ
ツキ（錫メツキ量0.09ｇ/m²）を行なつた。

浴組成： 硫酸錫 40ｇ/ フエノールスルフオン酸（60％液として）
40ｇ/ エトキシ化αナフトールスルフオン酸
５ｇ/ 溶 温 45℃ 電流密度 ７A/dm² 次いで第６図、第７図に示される錫メツキ槽に
よつて、両面とも次の条件で圧延方向に平行にス
トライプ部にのみ第２回目の錫メツキ（錫メツキ
量2.5ｇ/m²）を行なつた。

溶組成： 硫酸錫 40ｇ/ フエノールスルフオン酸（60％液として）
40ｇ/ エトキシ化αナフトールスルフオン酸
５ｇ/ 浴 温 45℃ 電流密度 30A/dm² ストライプ部の巾は20mm、その間隔（中央線間
の距離）は170mmであつた。

続いて、これを直接通電抵抗加熱法により、錫
の融点以上の温度に0.6秒加熱した後、水中で急
冷した。形成された錫鉄合金層の厚さは錫換算
0.08ｇ/m²であつて、ストライプ部に２回目の錫
メツキによつて電着された錫は全部自由な金属錫
として残つた。

次にこれを30ｇ/、50℃の重クロム酸ソーダ
水溶液中で電流密度10A/dm³で陰極処理して、表
面に0.015ｇ/m²（クロム換算）の水和クロム酸化
物層を形成し、さらにその上に4.5mg/m²の綿実油
を静電塗布した後、長さ824mmに切断した。

以上の錫鉄合金被覆鋼板の缶内面となるべき側
にフエノールエポキシ塗料を50mg/dm²の厚さで
マージン塗装焼付し、外面側をマージン印刷し
た。これより巾（圧延直角方向）170mm、長（圧
延平行方向）108mmのブランクを作製し、常法に
より製缶ラインでハンダ付法により缶胴体を作製
し、底端部を巻締め、オレンジジユースを充填密
封し、この96缶を６ケ月間室温で貯蔵したが、塗
膜剥離、孔食、水素膨脹、フレーバその他の点に
おいて異常は全くみられなかつた。

比較例 １ ストライプ部に２回目の錫メツキを行なわない
点を除いては、実施例１と全く同じ条件で、従来
の錫鉄合金被覆鋼板を作製し、これを実施例１と
同様にしてハンダ付法によつて缶胴体を作製しよ
うとした。しかしフツクシーム部はハンダ付入り
が不良で密封可能な缶の製造は不可能であつた。

実施例 ２ 実施例１と同様にして、巾125mm、長206mmのブ
ランクを作製し、これを丸めてストライプ部が重
ね合せ部（巾0.4mm）となるようにして缶胴成形
体を作製した後、重ね合せ部を直径110mm（上ロ
ール）、および62mm（下ロール）の対向する２個
の溝付ローラ電極の間に巾2.1mmの線状銅電極を
介して挿入し、30m/minの速度で、加圧力55Kg
の下に、250Hz、6.7kAの電流を通して、電気抵
抗シーム溶接を行なつた。スプラツシユの発生は
ほとんどなく、美麗健全な溶接部が得られた。こ
の缶胴体の溶接部内面にエポキシ樹脂粉体を約50
μｍの厚さで均一に塗着して補正した後、底端部
を巻締め、ガラスクリーナを充填・密封した。こ
の96缶を６ケ月室温貯蔵の結果、実用上のトラブ
ルは発生しなかつた。

比較例 ２ ストライプ部に２回目の錫メツキを行なわない
点を除いては、実施例１と全く同じ条件で、従来
の錫鉄合金被覆鋼板を作製し、これを実施例２と
同様にして電気抵抗溶接法によつて缶胴体を作製
しようとした。しかしいかなる溶接条件でもスプ
ラツシユの発生が著るしいか、溶接部の強度が不
十分で満足な缶胴体を得ることができなかつた。

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実施例 ３ 厚さ0.23mm、硬度（ロツクウエル30T）54、巾
715mmの冷延鋼ストリツプを、下記の点を除いて
は実施例１と同様に処理して、片面Ｂに錫鉄合金
層を主とする層にストライプ部が形成されてお
り、他面Ｃに10ｇ/m²の厚さの均一な金属錫層を
含む層が形成された第３−ｄ図の構成の錫鉄合金
被覆鋼板を作製した。

(1) ストリツプのＣ面側に対向する第６図、第７
図の遮蔽板１６を取除いて第２回目の錫メツキ
を行なつた。さらにストライプ部の錫メツキ量
が2.5ｇ/m²となつた後は、Ｃ面側のみを錫メツ
キした（Ｂ面側へのメツキの回り込みを防ぐた
めの遮蔽材をストリツプ端部に設けて）。

(2) ストライプ部の間隔を238mmとした。

(3) ストリツプの切断長を821mmとした。

以上の錫鉄合金被覆鋼板のＢ面側に常法により
ホワイトコーチング（150mg/dm²）、印刷、仕上
ワニスをマージン塗布焼付し、Ｃ面側は無塗装と
して、238mm（圧延直角方向）×117mm（圧延平行
方向）のブランクを作製し、Ｃ面が内面となるよ
うにしてハンダ付法により缶胴体を作製し、底端
部を巻締めミカンを充填密封した。この96缶を６
ケ月間室温で貯蔵したが異常は全くみられなかつ
た。また外面従来の錫メツキ鋼板に印刷したもの
と同様に美麗であつた。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の錫鉄合金被覆鋼
板の実施例の平面図、第３−ａ図、第３−ｂ図、
第３−ｃ図及び第３−ｄ図は第１図および第２図
の−線に沿う断面図であつて、被覆状態の異
なる本発明の実施例、第４図は溶接缶胴体の斜視
図、第５図はハンダ付缶胴体の斜視図、第６図は
本発明の錫鉄合金被覆鋼板を製造すをための装置
の１例の概略側面断面図、第７図は第６図の−
線に沿う平面断面図、第８図は本発明の錫鉄合
金被覆鋼板を製造するための装置の他の例の概略
側面断面図、第９図は第８図の−線からみた
正面図である。 Ａ……錫鉄合金被覆鋼板、１……ストライプ
部、２……低炭素鋼板、３……錫鉄合金、４……
金属錫、５……水和クロム酸化物層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 低炭素鋼板の少なくとも片面に錫鉄合金層を
   主とする層が形成された錫鉄合金被覆鋼板におい
   て、該層はその上に該低炭素鋼板の圧延平行方向
   または圧延直角方向に形成された金属錫層よりな
   るストライプ部を有することを特徴とする錫鉄合
   金被覆鋼板。 ２ 錫鉄合金層を主とする層の錫鉄合金層は、
   FeSn₂を主成分とし、かつ錫量換算で0.05〜1.0
   ｇ/m²の厚さを有する特許請求の範囲第１項記載
   の錫鉄合金被覆鋼板。 ３ ストライプ部の金属錫層の厚さが１〜12ｇ/
   m²である特許請求の範囲第１項記載の錫鉄合金被
   覆鋼板。 ４ ストライプ部の巾が３〜20mmである特許請求
   の範囲第１項記載の錫鉄合金被覆鋼板。 ５ 低炭素鋼板の少なくとも片面に錫鉄合金層を
   主とする層が形成された錫鉄合金被覆鋼板におい
   て、該層はその上に該低炭素鋼板の圧延平行方向
   または圧延直角方向に形成された金属錫層よりな
   るストライプ部を有し、かつ水和クロム酸化物層
   で被覆されていることを特徴とする錫鉄合金被覆
   鋼板。 ６ 錫鉄合金層を主とする層の錫鉄合金層は、
   FeSn₂を主成分とし、かつ錫量換算で0.05〜1.0
   ｇ/m²の厚さを有する特許請求の範囲第５項記載
   の錫鉄合金被覆鋼板。 ７ ストライプ部の金属錫層の厚さが１〜12ｇ/
   m²である特許請求の範囲第５項記載の錫鉄合金被
   覆鋼板。 ８ 水和クロム酸化物層の厚さがクロム層換算で
   0.005〜0.05ｇ/m²である特許請求の範囲第５項記
   載の錫鉄合金被覆鋼板。 ９ ストライプ部の巾が３〜20mmである特許請求
   の範囲５項記載の錫鉄合金被覆鋼板。