JPS62139898A - シ−ム溶接性に優れた製缶用表面処理鋼板 - 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） 本発明はシーム溶接性、塗装耐食性に優れた低コストな
製缶用表面処理鋼板に関するものである。

（従来の技術） 従来電解Ｓｎメッキ鋼板（以下ブリキと称す）、電解ク
ロム酸処理鋼板（以下ＴＦＳ　−ＣＴと称す）。

又一部に電解Ｎ１メッキ鋼板（以下ＴＦＳ　−ＮＴと称
す）が知られており、３ピ一ス缶製缶法としてそれぞれ
ハンダ接合、接着接合、シーム溶接等によって製缶され
てきた。

ブリキは従来製缶用素材として最も広く使用されてきた
が、製缶コスト節減の中でＳｎが薄メツキ化され、製缶
法も従来のハンダ付に変りシーム＠凄法が採用され始め
たが、Ｓｎメッキ量が片面当り１５００　ｍｔ）／ｒｒ
１″以下になると塗装耐食性、シーム溶接性共劣化し、
さらにＴＦＳ　−ＣＴは塗膜密着等塗装性能は良好であ
るが、シーム溶接はメッキ増研削処理なしでは不可能で
ある。又シーム溶接缶用素材として一部で使用されてい
るＴＦＳ　−ＮＴはシーム溶接性能が実用可能な範囲で
はあるが十分ではなく、又塗装耐食性も強酸性食品等腐
食性が高い内容物の場合不十分であることから、低コス
トでしかも塗装耐食性、シーム溶接性に浸れた製缶用表
面処理鋼板が要望されている。

（発明が解決しようとする問題点） これに対し、本発明者等は特開昭６０−７５５８６号で
鋼板上に微量Ｎ１メッキ被覆を行った後Ｓｎメッキ層を
重層被覆する手法を、又特願昭５９−１６６９８９号で
鋼板上にＳｎメッキ被覆を施した後さらに微量のＮ１メ
ッキ被覆を形成させる手法等をすでに知見し出、’７．
Ｉｔ　した。又特開昭５７−１６．９０９８号で後者と
類似する被覆構造を持つシーム溶接缶用表面処理鋼板も
すでに知られている。これらは確かに従来の単純な薄Ｓ
ｎメッキ鋼板と比較して、シーム溶接性で効果を有する
が、関係需要家からさらに低コスト、高性能なシーム溶
接缶用素材が求められている。

（問題点を解決するだめの手段及び作用）本発明者はこ
の趣旨より塗膜密着性等塗装性能に優れ、安価なＴＦＳ
　−ＣＴの最大の欠点であった溶接性に関し塗装性能を
損わずに改善することを目的として鋭意研究を行った結
果本発明を完成したのである。

すなわち、本発明は６層４板表面に、下層から項に金属
クロム換算でＩＱ〜２００１ｎ９７靜　のクロムメッキ
層、平均被覆量が２０〜５００　ｍ９／ｍ”で、かつ局
所的な凸部を有するＳｎ又はＣｕ、Ｎｉ　　メツ２層、
さらに金属クロム換算で５〜３０　ｍ９／ｌｒＩ′のク
ロメート被覆層の以上３層から構成されるシーム溶接性
に優れた製缶用表面処理鋼板である。

本発明の特徴はメッキ被覆層構成を鋼板側から順にクロ
ムメッキ層、局所的な凸部を有するＳｎ又はＣｕ、Ｎｉ
層、クロメート被覆層の３Ｎ構造とした点にあり、本発
明表面処理鋼板のメッキ層断面イメージを第１図、第２
図に示すが従来のＴＦＳ　−ＣＴ　　とはクロムメッキ
層とクロメート被覆層の間に局所的な凸部を有するＳＯ
又はＣｕ、Ｎｉ層が存在する点で大きく異なっている。

ここで第１図はクロムメッキ層３上に凸部を有するＳｎ
又はＣｕ、Ｎｉ　　層ｌの間にはＳｎ又はＣｕ　。

Ｎ１　　が存在しない部分２が存在する不連続被覆−し
た例であり、第２図はクロムメッキ層３上全体をＳｎ又
はＣｕ、Ｎｌ　　層４が被覆しているが、被覆層に部分
的に凹凸がある場合の例である。なお−役のメッキ被覆
に於いて認められるようなメッキ層のピンホール、バラ
ツキ等は本発明に於いても当然存在するが、第１図、第
２図からは省略している。なお５は素地鋼、６はクロン
坑理層である。

従来のＴＦＳ　−ＣＴは金属クロム層及び結晶性、非結
晶性酸化クロムを含んだ水利酸化クロムを主体とするク
ロメート層から構成されており、塗膜密着性、塗装耐食
性には非常に優れた特性を有するが、その欠点はシーム
溶接性が著しく劣ることである。

これはメッキ層が硬くシーム溶接待通電の障害となるク
ロメート層がブリキのようにシーム溶接時の加圧で破壊
されないため、溶接電流の流路が限定され、局部的に集
中して流れることで十分な直接強度を得ようとすると、
局所的な発熱過多によってスプラッシュが不可避的に発
生するからである。Ｓｎメッキ鋼板のシーム溶接性が良
好な理由は、ＴＦＳ　−ＣＴと同様なりロメート被覆が
存在しても、その下に通電性が良好、かつ軟質なβ−８
ｎＪ響が存在するからであるが、本発明者の研究によれ
ば、このＳｎ層はかならずしも鋼板表面を均一に被覆し
ていなくとも、溶接時の鋼板ラップ巾と比較して十分ミ
クロ的に点在していれば良いことがわかった。そしてＳ
ｎに換え、Ｃｕ又はＮ１を使用しても同様な効果が有る
ことを確認したものである。

しかし鋼板上に直接このようなＳｎ、又はＣｕ　。

Ｎｉ　　被覆を施し、クロメート処理する場合Ｓｎ、又
はＣｕ、Ｎｉの被覆量が片面当り５００　＋１１９／ｒ
ｎ′以下に低下すると耐食性が劣るのみでなく、特にＳ
ｎメッキ被覆の場合塗装焼付時の加熱処理で素地鋼と該
被覆層間で固相拡散反応による合金化が進行するため、
実際のシーム溶接時に於いてはクロメート被覆層下に十
分なＳｎヲ確保することは困難であることが判った。

そこで本発明者はさらに鋭意、倹討を進めた結果、鋼板
の最下層にクロムメッキ層を設けた後、中間層として局
所的な凸部を有するＳｎ又はＣｕ　、旧メッキ層そして
クロメート被覆層という三層構１５．２とすることで解
決できることを見い出したものである。すなわちＳｎ又
はＣｕ、Ｎｉ　　メッキ層下に耐食性、均一被覆性に優
れたクロムメッキ層を存在させることによって、特に酸
性環境下での耐食性を向上させると共に特にＳｎメッキ
被覆に於いては塗膜焼付時の加熱処理によるＳｎの素地
鋼との合金化を著しく抑制することが可能であり、結果
として耐食性、／−ム溶接性共著しく改善されるもので
あり、しかも中間層としてのＳｎ又はＣｕ、Ｎｉ層被覆
量が極めて少量で良いため、低コストな製缶用素材とす
ることができる。

さらに本発明では中間層としてのＳｎ又Ｃｕ、Ｎｉの被
覆量は極めて小量で、かつ粒子状に点在した形態を呈す
るため、塗膜密着性等塗装性能に優れたＴＦＳ　−ＣＴ
の特徴をほとんど損わずそのまま維持することが可能で
ある。

このように局所的な凸部を有する粒子状のＳｎ、又はＣ
ｕ、Ｎｉ層がクロムメッキ層とクロメート被覆層との間
に存在することでシーム溶接性が向上するのは粒子状被
榎部において絶縁体であるクロメート被覆層のシーム溶
接性に及ぼす悪影響が援和され、シーム溶接時の通電流
路が十分確昧できることで局部的に過熱を防止すること
ができるためと推定される。

そして本発明では各被膜の被覆量、組成、さらに形態等
が溶接性能、塗装性能に及ぼす影響を詳細に調査し、そ
れぞれを最適な範囲に特定している。すなわち鋼板上に
第一層として形成されるクロムメッキ層はその被覆量が
金属クロム換算で１０〜２００　ｍ９／ｄ　　としその
組成は金属クロム単独又は金属クロムを主体に、水和物
を含む結晶性、非結晶性酸化クロムから構成される。第
二層として形成されるＳｎ又はＣｕ、Ｎｉ　　メッキ層
の全体をならした平均被覆量は２０〜５００ｒｎ９／ｍ
２　　とするが第１図及び第２図に示す如く局所的な凸
部を有する不連続な粒子状形態をなす必要があり、好ま
しくは、第１図の如く、素地鋼と不連続に被覆され、そ
の粒形態が粒の高さｈがＱ、００６μｍ以上、粒径ｄが
２μｍ以上でかつ０．１−当り５０ケ以上の粒子分布密
度を有することが望ましい。さらに第二層となるクロメ
ート被覆層は水利酸化クロム、又は水和酸化クロムをを
主体に一部が結晶性、非結晶は酸化クロムから構成され
、被覆量は金属クロム換算で５〜３０　ｍ９／ｒｒ？　
　とする。このような三層構造を有する鋼板はシーム溶
接性、塗装性共十分に満足できることを本発明者は見い
出しだものであるが、次に各被覆層の作用について限定
理由をまじえながら詳細に説明する。

まず第一層のクロムメッキ層は鋼板表面を比較的均一に
被覆しており、耐食性向上に大きく寄与し、特に金属ク
ロムは水素過電圧が太きいため酸性腐食環境下に於ける
耐食性が優れており、特にＳｎ　　メッキ被覆の場合は
さらにその上に被覆するＳｎ　　層が塗装焼付時の加熱
工程で素地鋼と合金化する反応を抑制する役割を持って
いる。その被覆量が金属クロム換算でｌ　Ｏｍ９／ｒｒ
？以下ではこの効果がなく、２００ｍ９７ｍ’以上では
その効果が飽和するばかりか融点が高く、硬い金属クロ
ムの影響よりシーム溶接性が低下する。又、クロムメッ
キ層の組成は金属クロム単独で良いが、実際には金属ク
ロム表面に水和物を含めた結晶性、非結晶性酸化クロム
が存在する場合が多く、通常のクロムメッキ処理で得ら
れるクロムメッキ層であれば良い。又メッキ層中の硫酸
基等添加アニオンに起因する不純物存在量は通常のレベ
ル以下であることは当然である。

次に局所的に凸の形態を持つ粒子状のＳｎ、又はＣｕ、
Ｎｉを被覆するが、この層の役割は王としてシーム溶接
性にあり、全体をならした平均被覆量は２０〜５００■
／ｒｒ？　で良いが、平均被覆量が２０ｍ９／−以下で
は局所的な凸部の粒子状Ｓｎ又ｊ４ｃｕ。

Ｎ１　　被覆量がシーム溶接性上有効に作用しない。

又５ｏ　ｏ　ｍｔｌ／ｌｒ１′以上では効果が飽和する
と共にコストアップになシ、優れた塗膜密着性等特性が
損われる。

そして好ましくは粒子状Ｓｎ又はＣｕ、Ｎｉ　　部の粒
形態を粒の厚さ０．００６μｍ以上、最大粒径を２μｍ
以上、その分布状態を０．１−当り５０ケ以上とすれば
より優れたシーム溶接性を有する製缶用表面処理鋼板と
なる。

Ｓｒ１又はＣｕ、Ｎｉ　　は軟質で導電性に慶れるだめ
、−役にはクロメート被覆層下に多量に連続な被覆とし
て存在するとンーム溶接性に憂れるが、塗膜密着性が良
好で安価なＴＦＳ　−ＣＴの憂れた特性を残すためには
、クロメート被覆下のＳｎ又はＮｉ、Ｃｕを可能な限り
低く抑える必要がある。この点に関し本発明の叩き形態
、分布を有する不連続なＳｎ又はＣｕ　、　Ｎｉ被覆層
は、同一被覆量で全体をならした連続被覆とする場合に
比較して、局部的なＳｎ又はＣｕ、Ｎｉ被覆を当然厚く
することが可能であり、従って薄メッキであっても、ミ
クロ的には厚メツキ部分が点在する状態であるため厚メ
ッキとほぼ同等の効果を持ち、結果的にシーム溶接時の
接触抵抗の低下に伴う溶接電流流路の拡大に大きく寄与
するものである。

施されるクロメート被覆層はＴＦＳ　−ＣＴのクロメー
ト被覆層と同様に特に塗膜密着性、さらに塗膜下の酸素
還元反応抑制による塗膜下腐食抑制の効果を肩しており
、その組成は通常のＴＦＳ　−ＣＴと同様で良く、水和
酸化クロムを主体に、結晶性、非結晶性クロム、さらに
場合によって一部は金属クロムから構成されるものであ
り、その被覆量が金属クロム換算で５ｍ９／ｒｒ？以下
では塗膜密着性等塗装性能が低下し、又３０　ｍ９７　
ｍ”以上では／−ム、＠接性が低下する。なおこのクロ
メート被覆層のミクロ的な分布状態は特に限定しないが
、粒子状Ｓｎ、又はＣｕ部とその谷間部に於いて分布状
態を変え、特に谷間の領域により多くクロメート被覆層
が存在する状態がシーム溶接性上好ましい。

次に本発明表面処理鋼板の製造方法について説明する。

本発明ではまず表面清浄化した冷延鋼板にクロムメッキ
層を形成するが、その被覆方法は全く限定しない。一般
的には無水クロム酸溶液にアニオンとして硫酸イオン、
フッ素イオン、Ｃｆ等ハロゲンイオンを添加した電解液
中でのカソード電解法が合理的であり、ＴＦＳ　−ＣＴ
製造に工業的に実施されている方法で良い。又カソード
電解に引き続きアノード電解処理を施しても良く、さら
にクロムメッキ量は本発明限定範囲内であれば、鋼板の
表裏で異なる差厚メッキとしても良い。

Ｓｎ又はＣｕメッキ層又はＮ１メッキ層を被覆するが一
般的には電気メツキ法が経済的であり、Ｓｎメッキ浴は
いわゆるフェロスタン浴、ハロゲン浴、アルカＩＪ　Ｍ
等が使用でき、Ｃｕメッキ浴は硫酸浴、ピロリン酸浴等
を、さらにＮｉメッキ浴はいわゆるワット浴等を用いれ
ば良く、特に限定しない。そして本発明の特徴である局
所的に凸の形態を有する粒子状のメッキ形態とする方法
は例えばいわゆるストライクメッキ浴を用い、各処理浴
中の金属イオン濃度を下げ、かつ高い電流密度でメッキ
する方法、そして例えばＳｎメッキに於いては一般に用
いられる光沢添加剤を変化させる方法、又陰極電流密度
を低下させ、Ｓｎメッキの光沢範囲をはずれだ領域でメ
ッキする方法、さらにＳｎメッキ後いわゆるリフロー処
・理的な加熱処理を加える方法等考えられるが、本発明
特許請求の範囲に示す形態が得られる手法であれば全く
限定しない。なおこのＳｎ又はＣｕ、Ｎｉ　　被値量も
鋼板の表裏で異なる差厚メッキとしても良い。

本発明は続いて最表面に不働態化処理としてクロメート
処理を施すが、これはＴＦＳ　−ＣＴのクロメート処理
として工業的に実施されている方法で十分であり、一般
にはアニオンを添加しない無水クロム酸浴中、又は硫酸
イオン、フッ素イオン等を少量添加した無水クロム酸浴
中等でのカンード還元処理が適用できる。又本発明に於
いても学会等で公知であるクロメート被覆層中の共析ア
ニオンを低減、除去する各種手法を適用可能であること
は言うまでもない。

次に本発明の具体的実施例について説明する。

（実施例） 実施例１ 通常の方法で表面清浄化した鋼板に（１）に示す条件で
金属クロム換算で５０　Ｉｎ９／　ｒｎ″のクロムメッ
キ層を形成し、水洗後（２）に示す条件で局所的な凸部
を有するＳｎメッキを全体にならした平均被覆量として
５ｏｍ９／ｎｔ電気メッキした。そして水洗後引き続き
（３）に示す条件で金属クロム換算で１５　ｍ９／ｎ？
のクロメート処理層を形成後、水洗、湯洗し共試料とし
た。ここで各被覆量はそれぞれ片面当りとし、又局所的
臼・地を有するＳｎの不連続被覆層は粒子状形態を有し
、凸部の最大Ｓｎ厚が０．０１２〜０．０１８μ■、最
大粒径が２〜１０μ口、かつ該粒子状部の分石密度が０
．１　ｍＡ当り６０−１５０個であり、凸部間のＳｎ厚
は０．０００５−０．００１μｍであり部分的にばＳｎ
が付着していない部分もあった。

なおこの状態は走査型電子顕微鏡及びＦＰＭＡを用いて
求めた。なお粒径、粒の厚さは第１図に示すように求め
た。

実施例２ 実施例１に於いてクロムメッキ層及び全体をならしたＳ
ｎメッキ層の平均被覆量をそれぞれ７０ｍ９／ｍ″、８
０　ｍ９／ｉとした実施例で、ｓｎメッキ方法は（４）
に示す条件で実施した。なおＳｎメッキ層凸部のＳｎ厚
は０．０１６〜０．０２４７１ｍ、最大粒径が５〜１つ
μｍ、かつ該粒子状部の分布密度は０．１−当り１００
〜３００個であった。その他項目は実施例１と同じとし
た。

実施例 実施例１に於いて全体をならしたＳｎメッキ層の平均被
覆量を２００ｍ９／ｍ’とした実施例であり、Ｓｎメッ
キ層凸部のＳｎ厚は０．０４２〜０．０８０μｍ、最大
粒径が５〜１４μｍ、かつ該粒子状部の分布密度は０．
１−当り２００〜４００個であった。その他項目は実施
例１と同じとした。

実施例４ 実施例１に於いてＳｎメッキ条件を（１）に替えて（５
）に示す条件とした実施例で、その他条件は実施例１と
同じとした。不連続Ｓｎ被覆層の状態は実施例１と同様
であった。

比較例１ 実施例１に於いて全体をならしたＳｎメッキ層の平均被
覆量を１０ｍ９／ｙ）？とした比較例でその他項目は実
施例１と同じ、なおＳｎメッキ被覆は実施例１と同様に
局部的凸部を有する形態を呈したが、粒子状形態を持つ
凸部のＳｎ厚が０．０３〜０．０６μｍであり、最大粒
径は２〜５μｍ、該粒子状部の分布密度が０．１−尚り
３０〜５０個であった。

比較例２ 実施例１に於いて、Ｓｎメッキ条件を（１）に替えて（
６）に示す条件とし、局部的凸部を持たない平滑な表面
とした比較例で、Ｓｎメッキ被覆量は５５０ｍ９７ｍ”
であった。その他条件は実施例１と同じ比較例３ 実施例１に於いて、クロムメッキ層の被覆量を２、５０
　ｕｔ９／　ｒｒｔ″とした比較例でその他項目は実施
例１と同じ 比較例４ 実施例１に於いてクロムメッキ層の被覆量ヲ１５ｍ９／
ｒｒ？　　とじた比較例でその他項目は実施例１と同じ 比奴例５ 実施例１に於いてクロメート層の被覆量を３５ｍ９　／
　ｍ’とした比較例でその他項目は実施例１と同じ 比奴例６ 実施例１に於いてクロメート層の被覆量を３ｍ９／ｍ”
　とした比較例でその他項目は実施例１と同じ 実施例５ 実施例１に於いてＳｎメッキに換えて（７）に示す条件
で局所的な凸部を有するＣｕメッキ被覆を形成させた実
施列で、全体をならした平均被覆量は５０ｍ９／ｍ’　
であり、又局所的凸部のＣｕメッキ被覆厚は０．０１μ
ｍであった。その他項目は実施例１と同じ。

実施例６ 実施例１に於いてＳｎメッキに換えて（８）に示す条件
で局所的な凸部を有するＮ１メッキ被覆を形成させた実
施例で、全体をならした平均被覆量は６０１１１９／　
ｍ”であり、又局所的凸部の１４１メツキ被覆厚は０、
ＯＯ７μ口であった。その也項目は実施例１と同じ。

以上本発明実施例、比較例、及び従来例とじてクロムメ
ッキ層、クロメート処理層の被覆量が金ｐＪ　りｏ　ム
換算でそれぞれ９０　）Ｎ９　／　ｍ”、１５　ｍ９　
／　ｒｎ２のＴＦＳ　−ＣＴを以下の（Ａ）　、　（Ｂ
）に示す評価テストに供した。

（Ａ）シーム浴接性テスト 各試片を缶胴に成形した後製缶用シーム溶接機を使用し
て、缶胴接合部のラップ巾０．４．、加圧力４５に９ｔ
、製缶速度４５　ｍｐｍの条件で、浴接２次電流を変化
させることによって調査した。そして評価は良好な浴接
が可能な溶接２次電流範囲で表示した。

適正浴接２次電流の下限値は溶接部の強度の下限で、父
上限値はスプラッシュ発生の上限で決定したが溶接部の
強度は衝撃テスト及び溶接部に■形のノツチを入れペン
チで引きさく引きさきテストにより判定し、シーム溶接
部の外観は目視で散りの有無等より判定した。なおシー
ム溶接性テストに供した試片は全て電気エアオープン中
で２１０℃、２０分の生焼を行った。

（Ｂ）　Ｔピール強度テスト 供試材に製缶用エポキノ・フェノール塗料をロールコー
トし、２０５℃で１０分間焼付処理し、さらに１９０℃
で１０分間追焼金行った。そして塗装板を巾５調、長さ
５０ｆｆ＋＋＋＋の短柵状に切断した後間−素材の塗装
面を合せて、その間にナイロン系接着フィルムをはさみ
、２００℃で３０秒間予熱の後、５　Ｋｑの加圧力で１
０秒間圧着し、急冷した。この接着板を９０゛Ｃの０．
４％クエン酸中に７２時間浸漬後両端を開き引張試験機
でＴピール強度を測定し、腐食液中に長時間浸漬した後
の塗膜密度強度を測定した。なお塗１摸密着強度は剥離
に到るまでの最大値として、５喘巾当りの引張強度Ｋｇ
で示した。

以上のテスト結果を第−表に示す。本発明例はいずれも
十分実用可能なシーム溶接性を有すると共に、経時劣化
後の塗膜密着性もＴＦＳ　−ＣＴに近い性能を示すのに
対し、比較例はシーム溶接性、又は塗膜密着性に於いて
本発明実施例より劣っており、又ＴＦＳ　−ＣＴはシー
ム溶接が事実上不可能であった。

第−表 （Ａ）ノーム溶接性テスト：溶接適性２次電流範囲溶接
電流下限〜溶接電流上限 （発明の効果） 本発明によって従来シーム溶接が不可能であったＴＦＳ
　−ＣＴのシーム溶接性を、その優れた塗膜密着性等を
維持しつつ実用可能な範囲にまで向上させることが可能
となり、低コスト、高性能なシーム浴接缶用素材供給に
大きく寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明による製缶用表面処理鋼板の
メッキ層断面概念図である。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）鋼板表面に、下層から順に金属クロム換算で１０〜
   ２００ｍｇ／ｍ＾２のクロムメッキ層、平均被覆量が２
   ０〜５００ｍｇ／ｍ＾２で、かつ局所的な凸部を有する
   Ｓｎ又はＣｕ、Ｎｉメッキ層、さらに金属クロム換算で
   ５〜３０ｍｇ／ｍ＾２のクロメート被覆層の以上３層か
   ら構成されるシーム溶接性に優れた製缶用表面処理鋼板
   。 ２）Ｓｎ又はＣｕ、Ｎｉメッキ層の形態が、粒子状の不
   連続被覆層であって、その粒の厚さ ０．００６μｍ以上、最大粒径２μｍ以上で該粒子状の
   分布密度が０．１ｍｍ＾２当り５０個以上の粒部を有す
   る特許請求の範囲第１項記載のシーム溶接性に優れた製
   缶用表面処理鋼板。