JPS6141789A - 溶接缶用薄目付錫めつき鋼板 - 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） 本発明は、鋼板表面と錫めっき層との間に旧−Ｓｎ合金
めっき層を有する溶接性に優れた溶接缶用薄目付錫めっ
！！錆鋼板関するものである。

〈従来技術とその問題点〉 食缶用の素材としては、従来一般にブリキと称される錫
めっ°き鋼板が広く用いられてきた。この缶胴の接合方
式としては、以前は半田による接合方式が採用されてい
たが、半田に含まれる鉛の毒性の問題から、近年純錫半
田が使用されるようになった。しかし、純錫半田は接合
時の騙れ性が劣ることから、半田接合の技術上の問題が
あり、更に高価な純錫半田を使用することによる製造コ
ストの上昇の問題があった。

一方、近年食品容器は例えばポリエチレン、アルミニウ
ム、ガラス、紙などの低価格競合材料の進出に直面して
おり、上記の如き高価な錫を付若量２．８〜１１．２　
ｇ／＊２の如く厚くめっきをしたブリキ缶は製造コスト
が高いので、耐食性には格段すぐれた特性を有している
とはいえ、苦しい競合的立場を強いられて来た。

ブリキ缶の上記欠点を解消する目的で、最近半田接合法
に変って、缶胴を電気抵抗溶接によって接合する方式が
発展し、昔及するようになって来た。そのためには電気
抵抗溶接に適した缶用素材が必要である。

従来から用いられている缶用材料としては、上記ブリキ
のほかにクロムタイプのティンフリースティールがある
。これは電解クロメート処理を施し、表面に金属クロム
とクロム水和酸化物層を形成したものであるが、表面に
存在する厚いクロム水和酸化膜が高電気抵抗物質である
ために、溶接性が悪く、溶接部の強度不足を生じ、経済
性にはすぐれているが、溶接缶用素材としては適当でな
い。

その他、従来の缶用材料がいずれも溶接缶用素材として
不適切であることから、種々の試みが提案されている０
例えば、アメリカのナショナルスティール社によって発
表された「ニッケルライトｊに代表されるニッケルめっ
き鋼板があるが、これは鋼板上に約０．５３／ｍ２の目
付量のニッケルめっきを施した上表面に在来のクロメー
ト処理を施したもので、塗料の密着性が劣るために広く
用いられるには至っていない。

更に、他の１つには、アメリカ・ジョーンズ会ローリン
ースティール社によって発表されたｒティンアロイ」に
代表されるものである。これは約０．８　　ｇ／■２の
薄目付の錫めっきを溶錫処理し溶接性が不十分である。

電気抵抗溶接に適する缶用素材の具備すべ３要件として
は、溶接性と塗装後の耐食性がすぐれたものであること
が要求される。この要件を具体的に説明すると、溶接の
際に十分の溶接強度があり、しかも溶接部にいわゆる「
散りｊなどの溶接欠陥を生じない適正溶接電流範囲を有
していることであり、また塗膜の有する耐食性を十分活
すことができる塗膜のｖＥ着性を有していることである
。

〈発明の目的） 本発明の目的は、溶接缶用素材の上記従来の欠点を解消
し、上記溶接缶用素材として具備すべ！！要件を兼備す
る食缶用素材を提供することにある。

〈発明の構成〉 すなわち１本発明は鋼板表面に片面当り５〜２５０　ｒ
ａｇ／腸２の旧−Ｓｎ合金めっき層を有し、その上に４
５０〜１５００　ｍｇ／ｍ２のＳｎめっき層を有し、さ
らにその上に金属クロム換算で、５〜３０　ｍｇ／腸２
のクロム水和酸化物、あるいはクロム水和酸化物と金属
クロムからなるクロメート被膜層を宥する溶接性に優れ
た溶接缶用薄目付錫めっき鋼板を提供するものである。

従来、一般のブリキにおいては、缶内の脱酸素状態にお
いて缶内容物に対し、錫が素地鋼板に対し犠牲防食作用
を示すことから、錫を比較的厚くめっきしたものが食缶
用として用いられてきた。

近年、食缶用塗料が発達し、また塗装技術が発達したこ
とに伴い、内外面を塗装した塗装缶が食缶、飲料缶に使
われるようになり、現在では食缶、飲料缶のほとんどが
塗装缶である。したがって、ブリキの錫めっき量は、旧
来のものよりも少なくすることが可能で、缶旧を接合す
るために最低必要量あればよい。

半田接合法の場合、よく知られているように約２．０　
　ｇ／ｍ２の金Ｂ錫が必要である。最近普及してきた電
気抵抗シーム溶接法（スイス・スードロニ７り扛のワイ
ヤーシーム溶接機等）の場合、溶接速度が１５ｍ／分以
下の低速溶接であれば、前述のｒティンアロイ」のよう
な金属錫のないものでも溶接可能であるが、大部分の製
缶メーカー（特に食缶、飲料缶メーカー）は、４０〜６
０ｍ／分の高速溶接機で製缶しており、このような高速
溶接においては０．０５　ｇ／１１２以上の金属錫が必
要なことを発明者らは既に知見している。

したがって、溶接缶用素材としては０．０５３／ｍ２以
上の金ＩＡ錫があればよく、旧来のブリキに比べて高価
な錫を大幅に削減することができる。

ところが、溶接製缶工程は、通常塗装工程の後にあり、
塗装後の焼付処理時に錫と素地鉄が合金化して融点の高
いＦｅＳｎ２となるので、実用上十分な高速溶接性を得
るためには、塗装焼付時の合金化に消費される錫を見込
んで余分に錫をめっきしなければならず、不経済である
。

本発明は、素地鋼と錫めっき層の間に旧−Ｓｎ合金めっ
き層を設けると、Ｎｉ−Ｓｎ合金めっき層が錫めっき層
の合金化を抑制し、錫使用量が削減できるという新たな
知見に基づくものである。

ここで、鋼板表面にＮｉ−５ａ合金めっきを施し、その
上に錫めっきを施した２層めつき゛鋼板の合金化現象に
ついて説明する。第１図に本発明鋼板の合金化現象を校
式的に示した。第１ａ図はめっき直後の状態であり、Ｎ
ｉ−５ａ合金めっき層とＳｎめつＳ層の２層めっき構造
となっている。

Ｓｎ／　（Ｘｉ−Ｓｎ合金めっ！＆）２層めっきでは、
常温でＳｎとＮｉ−５ａ合金とが合金化する現象があり
、めっき後経過時間とともに平衡状態に達する（第１ｂ
図）、その後さらに塗装、焼付処理を行うと焼付処理に
より合金化が起こり、常温で平衡に達したＸｌ−Ｓｎ合
金は、　Ｆｅ−Ｘｌ−Ｓｎ合金となる（！８１Ｃ図）０
以上の合金化現象を実験データを用いてさらに詳細に説
明する。

第２図は上層のＳｎめっき量をＱ、５［１３１ｓ２　と
し、下層の旧−Ｓｎ合金めっき（７０ｖｔ％Ｓｎ）蚤を
種々変えた場合における、めっき後常温における経過時
間と金属Ｓｎ量の関係を示したもので、めっき後時間が
経過するにつれて、ＳｎとＮｉ−５ａ合金が合金化して
、金ＫＡＳｎｍが減少することが分る。また、この常温
での合金化現象は４〜５日で平衡状態に達することが分
る。

第３図は平衡に達した時のＮｉ−５ａ合金めっき量と常
温で合金化したＳＪＩの関係を示したもので、ＳｎとＸ
ｌ−Ｓｎ合金は一定の組成比で合金化することが分る。

第４図は、常温の合金化が平衡に達した後、焼付処理（
２１０℃Ｘ２０分）を行なった場合の焼付による合金化
Ｓｎｉと焼付前の全合金量、すなわち常温で平衡に達し
た合金量（常温合金化Ｓｎｉ＋旧−Ｓｎ合金めっき量）
との関係を示したもので。

焼付による合金化Ｓｎ量は焼付前の全合金量の１層２乗
に逆比例することが分る。

焼付後の合金層はＦｅ−旧−Ｓｎ合金であり、焼付時に
素地鉄が拡散することにより合金化が進んだものと考え
られる。

Ｓｎ／（Ｎｉ−Ｓｎ合金めっき）２暦めっき鋼板を溶接
缶用材料として用いる場合の全合金量５ｎｆｉは第５図
に示した如く、常温での合金化Ｓｎ量（８３図のＹｌ）
と焼付処理時の合金化Ｓｎ量（第４図のＹ２）の和とな
り、旧−Ｓｎ量の過当な範囲ではＮｉ−５ａ合金めっき
層によってＳｎめっき暦の合金化が抑制されることがわ
かる。

先行技術として特開昭５８−１８４７９４号ｒ高耐食性
マット仕上げ製缶用表面処理鋼板」に開示されるところ
では、該発明はｒ鋼板の両面に片面当り０．０１〜２．
８　　ｇ／■２のニッケル被覆層、またはニッケル・錫
２元合金被ｍ層を設け、該被覆層の上層にあって、少な
くとも片側面猫被ｍＷをｆｆ１層させた後、リフロー処
理を行わず、クロメート処理層を形成させたことを特徴
とする高耐食性マット仕上げ製缶表面処理鋼板」であり
、ニッケル・錫２元合金被１！暦を使った場合は第１ａ
図に示した本発明鋼板と同じ構成となる。

ここで、該発明鋼板におけるニッケル被￥ｎ層、または
ニッケル・錫２元合金被Ｗｌ暦の役割は、従来のりフロ
ーブリキのＦｅＳｎ２合金の代替であり、これによりり
゛フロー処理を省略してもリフローブリキと同等の耐食
性を得ることを最大の特徴としている。

また、塗装焼付の場合は、「錫層の下層にあらかじめニ
ッケルまたはニッケル書錫２元合金被覆層を介在せしめ
ると、ニッケルと鉄の合金化のスピードが鉄−錫合金層
の形成より早いため１耐食性に有利であるとしている。

これに対し、本発明鋼板における旧−Ｓｎ合金めっきの
役割は、上層のＳｎめっき暦の合金化を抑制して高速溶
接性に必要な０．０５３層ｍ２以上の金属Ｓｎを効率よ
く確保するためのものであり、また塗装を必須条件とし
ており、特定の範囲のＮｉ−Ｓｎ合金めっき量において
Ｓｎめっき層の合金化が抑制されるという新たな知見に
基づくものであり、上記発明とは使用する目的と得られ
る効果が全く異なったものである。

また、上記発明は、実施例に示される如く＃５０ブリキ
（Ｓｎ：　　５．８　ｇ／ｍ２　）以上という従来の厚
目付ブリキを対象としているのに対し、本発明は塗膜の
防食性億により必要な耐食性を持たせているので、＃　
１５　（Ｓｎ：１．８８　ｇ＃＋２　）以下の薄目付ブ
リキでよく、高速溶接性に必要十分なＳｎを付着させた
溶接缶用薄目付ブリキに関するものであり、上記発明と
は技術思想が全く異なったものである。

本発明者らは既に特願昭５９−００１０９４号「高速溶
接性、耐食性に優れたシーム溶接缶用表面処置鋼板ｊに
て本発明と同様の鋼板を提示しているが、本発明者らは
塗膜性能と錫の合金化についてこの後さらに詳しい研究
を重ねた結果、耐食性はほとんど塗膜に負うべきもので
あること、およびＳｎめっき居と旧−Ｓｎ合金めっき層
は、めっき後経過時間とともに常温で合金化することを
新たに見い出し、十分合金化が生じた後に、さらに塗装
焼付処置をした試料の合金化を調べたところ、好ましい
付着量範囲の旧−５ｎ合金めっき居は、効果的にＳｎ合
金化を抑制するという新規な知見に基づき本発明に到達
したものである。

以下本発明の内容を詳細に説明する。

本発明において、Ｎｉ−５ｎ合金めっきの目的はＳｎめ
っきの合金化抑制であり、付着量は５〜２５０ｍｇ／ｌ
ｒｒ’である。付着量が５ｍｇ／ｒｎ’未満ではＳｎめ
っきの合金化を抑制する効果が不十分であり、また２５
０腸ｇ／ゴを越えるとＳｎめっきの合金化抑制効果がな
くなり、かえってＳｎの合金化が増加して不経済となる
。Ｎｉ−３ｎめっきの組成は、通常の電気めっきによっ
て得られる組成範囲によって得られる範囲内のものであ
れば良いが、好ましくはＳｎ含有率６０〜８０重量％で
ある。

Ｎｉ−５ｎ合金めっきは、塩化物−弗化物浴、硫酸塩−
弗化物浴、ビロリン酸塩浴、塩化物浴等通常用いられて
いる電気めっき浴で良い。

本発明においては、Ｎｉ−５ｎ合金めっき層上に４５０
〜１５００ｍｇ／　ｒｎ”（７）Ｓ　ｎめっきを施す。

Ｓｎめっき量が４５０ｍｇ／ｍ’未満ではＮｉ−５ｎ合
金めっきによる合金化抑制効果を最大に利用しても塗装
空焼後に高速溶接に必要な０．０５ｇ／ｒｎ’以上の金
属Ｓｎを残すことはできない、また、１５００纏ｇ／　
ｒｎ’を越えると、必要以上の金属Ｓ’ｎを残すことに
なり経済的なデメリットが生ずる。

Ｓｎめっキハフェロスタン浴、ハロゲン浴、アルカリ浴
、ホウ弗化浴等の通常の電気Ｓｎめっき浴を用いれば良
い。

本発明では、Ｗ４板表面にＮｉ−３ｎ合金めっき、その
上にＳｎめっきを施した後、さらに塗料密着性、塗装後
耐食性の向上を目的としてクロメート処理を行う、クロ
メート被膜量は金属クロム換算テ５〜３０ｍｇ／ｍ’、
好ましくは、５〜２０菖ｇ／ｍ’である。クロメート被
膜はクロム水和酸化物のみで構成されても良く、また金
属クロムとクロム水和酸化物とから構成されても良い。

クロメート被膜量が、５ｍｇ／ｍ’未満では塗料密着性
向上、塗装後耐食性向上効果がなく、また３　０　ｍｇ
／　ｍ’をこえると塗料密着性向上、塗装後耐食性向上
効果は十分であるが溶接性が劣化する。

すなわちクロメート被膜は高電気抵抗物質であるので、
局所的な発熱を起しやすく、３０ｍｇ／ｍ’をこえると
「散り」を発生し、十分な強度のナゲツトを形成でき゛
なくなる。

また、金属クロムとクロム水和酸化物でクロメート被膜
を構成させる場合、金属クロム量は１５厘ｇ／ゴ以下、
好ましくはｌＯ膳ｇ／　ｔｎ’以下とする。金属クロム
が存在すると塗料ｖＥ着性は向上するが、金属クロムは
高融点金属であるので、１５Ｉ１ｇｌｒｒｒ′以下でな
ければ溶接性を阻害する。

クロメート被膜は、クロム水和酸化物のみで構成する場
合、無水クロム酸、クロム酸塩、亜クロム酸塩の水溶液
、あるいはこれらの混合水溶液を用い、浸漬法、スプレ
ー法、電解法などの方法により形成させれば良い、また
金属クロムとクロム水和酸化物から構成されるクロメー
ト被膜を形成させるには、上記の水溶液に陰イオン（Ｓ
０４２−、Ｆ−等）を適量添加した浴を用い、陰極電解
処理を行えば良く、陰極電解条件（電流密度、浴温度、
液濃度）を適切に選択することにより、金属クロム量を
任意に制御することができる。

〈実施例〉 次に本発明を実施例および比穀例につき具体的に説明す
る。

（実施例１） ブリキ原板を電解脱脂、酸洗した後、塩化物−フッ化物
浴を用いて浴温度７０℃、電流密度１０Ａ／ｄｒｎ’　
テＳ　ｎ含有率７０重量％、付；１１　ｆｆｚ　８０　
ｍｇ／ゴのＮｉ−Ｓｎ合金めっきを行い、さらにフェロ
スタン浴にて付着１７００　ｍｇ／　ｍ″のＳｎめっき
を行った。その後、クロム酸１５ｇ／窒、Ｈ２５０４０
，１２ｇ／ａ　（７）浴を用い、電流密度１５Ａ／ｄｍ
’−１’クロメート処理を行った。

（実施例２） ブリキ原板を電解脱脂、酸洗した後、塩化物−フッ化物
浴を用いて浴温度６５℃、電流密度２０＾／ｄｎＴ′テ
ｓｎ含有率７６重量％、付着量１５０ｍｇ／ｒｎ’のＮ
ｆ−Ｓｎ合金めっきを行い、さらにハロゲン浴にて付着
１６００ｍｇ／ｌｎ’のＳｎめっきを行った。その後３
０ｇ／、の重クロム酸ナトリウム浴を用い電流密度１０
　Ａ／ｄｒｒｒ′でクロメート処理を行った。

（実施例３） ブリキ原板を電解脱脂、酸洗した後、硫醜塩−フッ化物
浴を用いて浴温度６５℃、電Ｉｉ、密度１５八／ｄｒｎ
”　テＳ　ｎ含有率７３重量％、付Ｒ４ＪＬ５５　ｍｇ
／ばのＮｉ−Ｓｎ合金めっきを行い、さらにフェロスタ
ン浴にて付着１８００ｍｇ／ｒｎ’のＳｎめっきを行っ
た。その後クロム酸２０ｇ／、　、　Ｉ（２Ｓ　ｏｆ、
　ｏ。

１８ｇ／ｕの浴を用い、電流密度２０Ａ／ｄｒｒｒ’で
クロメート処理を行った。

（実施例４） ブリキ原板を電解脱脂、酸洗した後、塩化物−フッ化物
浴を用いて浴温度７０℃、電流密度１０Ａ／ｄｒｎ’　
テＳ　ｎ含有率７３１景％、付着１１２００　ｍｇ／ｍ
″のＮｉ−Ｓｎ合金めっきを行い、さらにフェロスタン
浴にテｌ　ＯＯＯ＋ｉｇ／　ｒｎ’ｃｌｌ）Ｓ　ｎめっ
きを行った。その後、クロム酸１５ｇ／ａ　、　Ｈ２Ｓ
　０４０．１３ｇ／、の浴を用いて電流密度１０　Ａ／
ｄｎｆでクロメート処理を行った。

（比較例１） ブリキ原板を電ＩＩｓ脱脂、酸洗した後、ハロゲン浴に
より６００ｍｇ／　ｒｒｒ’ノｓ　ｎめっきを行った。

その後クロム酸１５ｇ／窒、　Ｈ２Ｓ　０４０．１２ｇ
７ｇの′浴を用い、電流密度１５　Ａ／ｄｍ’でクロメ
ート処理を行った。

（比較例２） ブリキ原板を電解脱脂、酸洗した後、硫酸塩−フッ化物
浴を用いて浴温度７５℃、電流密度５Ａ／ｄｌＴｆ’テ
ｓｎ含有率６４％、付ｆｉ、１３００ｍｇ／　ｍ”ｃＦ
）Ｎｉ−Ｓｎ合金めっきを行い、さらにフェロスタン浴
にて付着１１４００ｍｇ／　ｍ″のＳｎめっきを行った
。その後３０ｇ／、の瓜りロム酸ナトリウム浴を用いて
電流密度５　Ａ／ｄｒｎ’でクロメート処理を行った。

（比較例３） ブリキ原板を電解脱脂、酸洗した後、塩化物−フッ化物
浴を用いて浴温度７０℃、電流密度ｌＯＡ／ｄｍ″でＳ
ｎ含有率７０Ｉ！！１％の付着１１９０　ｍｇ／ゴのＮ
ｉ−Ｓｎ合金めっきを行い、さらにフェロスタン浴を用
いて６５０ｍｇ／ｒｎ’のＳｎめっきを行った。さらに
クロム酸２０ｇ／ｉ　、　Ｈ２Ｓ　０４　Ｇ。

１８ｇ／ｕ　（７）浴を用いて電流密度２０Ａ／ｄｍ’
でクロメート処理を行った。

以上のように処理した鋼板の性能を以下の方法で評価し
た。

（１）溶接性 上記鋼板をめっき後１０日以上経過させたのち、２１０
℃Ｘ２０分の焼付処理を行った。この鋼板を溶接速度４
０ｍ／分、接旧加圧力４０Ｋｇｆ、オーバーラツプ巾０
．４１でシーム溶接を行い、「散り」を発生せず、かつ
十分な強度を有するナゲツトが形成される溶接ＴＬ流範
囲（適正溶接電流範囲）を求めた。

（２）塗料密着性 上記鋼板をめっき後１０日以上経過させたのち、エポキ
シフェノール系塗料を５０　＋＊ｇ／ｄｒｒｒ′塗装し
、２１０℃ＸＩＯ分×２回焼付した後、中央にクロスカ
ットを入れ、　１．５％Ｎ　ａ　Ｃｌと　１．５％クエ
ン酸の混合浴液中に９６時間浸漬し、テープ利殖試験で
塗料の密着性を評価した。

（３）塗装後耐食性 上記鋼板をめっき後１０日以上経過させたのち、（２）
と同じ塗装・焼付処理を行った後、空気飽和したトマト
ジュース中に５５℃で１８日間浸漬し、板面の腐食状態
で塗装後の耐食性を評価した。

上記の各鋼板についての諸計画を示した表１から明らか
なように、本発明鋼板（実施例１〜４）は比較例１〜３
に対し適正溶接型範囲が広く優れた溶接性を示し、また
塗装密着性、塗装後耐食性とも良好なことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図、第１ｂ図および第１Ｃ図は本発明の合金化現
象を示す線図で第１ａ図はめつき直後、第１ｂ図は常温
合金化平衡状態、第１Ｃ図は焼付処理後を示す。 第２図はＳｎ／（Ｎｉ−Ｓｎ合金め・き）２暦め’　Ｆ
ＩＧ、　　Ｉａき鋼板のめっき後経過時間と金属Ｓｎ減
量を示す金Ｓｎｉを示すグラフである。 ＦＩＧ、　　１ｂ　　　　　ＦＩＧ、　　１ｃＦＩＧ、
２ ｄ’＞−＞％ＵＭＭＡ晴間　（、ｍ弱３）ＦＩＧ、３ り　■ Ｎｉ−５ｎｅ金０７０量（ｍ９７ｍ”）ＦＩＧ、４ 現付前の金喀ンを量（ψ局７設） ＦＩＧ、　　５

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋼板表面に片面当り５〜２５０ｍｇ／ｍ＾２のＮｉ−Ｓ
   ｎ合金めっき層を有し、その上に４５０〜１５００ｍｇ
   ／ｍ＾２のＳｎめっき層を有し、さらにその上に金属ク
   ロム換算で５〜３０ｍｇ／ｍ＾２のクロム水和酸化物、
   あるいはクロム水和酸化物と金属クロムからなるクロメ
   ート被膜層を有することを特徴とする溶接缶用薄目付錫
   めっき鋼板。