JPS63186860A - 耐錆性、溶接性に優れた表面処理鋼板の製造方法 - Google Patents

耐錆性、溶接性に優れた表面処理鋼板の製造方法

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JPS63186860A
JPS63186860A JP1675787A JP1675787A JPS63186860A JP S63186860 A JPS63186860 A JP S63186860A JP 1675787 A JP1675787 A JP 1675787A JP 1675787 A JP1675787 A JP 1675787A JP S63186860 A JPS63186860 A JP S63186860A
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plating
alloy
layer
weldability
steel sheet
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JP1675787A
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Kazuya Ezure
江連 和哉
Ryosuke Wake
和気 亮介
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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) 本発明は耐錆性、溶接性に優れた低コストな表面処理鋼
板とその製造法に関するものである。
本発明表面処理鋼板は無塗装状態での耐錆性及び溶接性
に優れ、かつ表面色調、光沢がSnめっき鋼板と同等以
上に良好であることから、溶接缶等の金属缶用素材、さ
らに冷蔵庫等家電製品素材に適している。
(従来の技術) 飲料缶、食缶、又はエアーゾル缶、1st缶用等の素材
としては、ブリキ、TFS、又、最近は溶接製缶用素材
として、極力薄メツキ量化する事でコストダウンを図っ
たN1メッキ鋼板(特公昭57−61829号公報)、
Ni/Sn二層メッキ鋼板(特公昭61−195989
号公報)等が開発され実用に供されている。しかし、ブ
リキについては、高価な錫を多量に使用する為に価格が
高いこと、又、TFSは、価格が安いが、皮膜を研削し
ないと溶接出来ないこと等の問題があり、上記した溶接
缶用新素材が出現した。
しかし、後者のN1メッキ鋼板、Sn/Ni二層メッキ
鋼板等については、低コストを指向した為、薄メツキ化
されておシ、耐錆性の不足が現実の問題となシ始めてい
る。又、薄メッキである為に、限られた内容物(例えば
、飲料缶、魚肉油漬等、腐食の弱い一部食缶)にしか適
用出来ない等の問題がある。
又、冷蔵庫、テレビ等家電製品の素材として従来片面当
りのZnめっき量が209/ni以上のZnめっき鋼板
、zn系合金めっき鋼板が使用されてきたが、これらは
室内で使用されるため、要求される耐錆性のレベルが、
自動車等室外で使用される製品の素材と比較すれば低い
ものの、低コスト、かつ良好な溶接性を合せ持つZnめ
っき量が片面当り1097m2以下では耐錆性が低下し
、使用に耐えなかった。そしてさらにZnめっき鋼板特
有の無光沢な表面であることから、ぶりきのような光沢
の有る表面色調を望む需要家の要望に対応することが困
難でありだ。
(発明が解決しようとする問題点) この様に、低コストで、且つ、溶接性、耐蝕性(耐錆性
も含む)に優れた容器用新素材と出現したNiメッキ鋼
板、Ni/Sn二層メッキ鋼板等についても耐錆性の不
足の問題がある他、薄メッキなるが故の耐蝕性不足もあ
り、関連業界からは、更に浸れた耐蝕性を有し、溶接製
缶が可能な素材の供給が求められている。
さらに家電製品素材としても同様に耐錆性等の耐食性及
び溶接性に優れた低コストな素材供給が要望されている
本発明は、関連業界から要望されている低コストで、且
つ、溶接性、耐蝕性(耐錆性も含む)に優れ九新素材を
提供しようとするものである。
(問題点を解決するための手段、作用)本発明者等はこ
の趣旨から鋭意検討を行い各種腐食環境で安定なN1、
耐錆性に優れたZnさらに溶接性、又表面色調、光沢に
優れたSnを適切に組み合せ、かつ加熱処理によるめっ
き層の合金化処理を施すことで、無塗装状態の耐錆性、
溶接性に優れた表面色調、光沢が良好な表面処理鋼板を
低コストで製造可能となしたものでおる。
本発明の要点は鋼板表面に鋼板側から順にNi 、 Z
n、 Snを三層に被覆し、引き続き実施する加熱処理
でめっき層の一部を合金化させることで、少なくとも表
層にSn−Zn二元合金層又はSn−Zn−Ni三元合
金層を形成する点にある。このSn−Zn二元合金層、
又はSn−Zn−Ni三元合金層の存在は優れた耐錆性
、溶接性を具備させる点から本発明の必須要件となるも
のである。
以下本発明をさらに詳しく説明する。鋼板は大気環境下
に於いて水酸化鉄、すなわち赤銅を発生し易く、これを
防止するための手法としてZn等の金践をめっきする手
法があり一般的である。特にZnは電気化学的に鋼素地
を防食する効果、すなわち犠牲防食作用があり、これは
ZnはFeよりイオン化傾向が大きいため、Feが腐食
する前にZnが腐食され、Fsの腐食を抑制するからで
ある。しかし白錆と呼ばれる白色を呈するZnの腐食生
成物が形成されるため、赤錆発生こそ抑制されても外観
上問題になる場合が多く、さら[Znは活性な金属であ
るため片面当り10 g/m以下の薄めつきではZnの
消耗が速く比較的早期に赤錆も発生するようになる。
これに対し別種のめつき金属として一般的なSn及びN
1は両者共大気環境下ではFeeよりもイオン化傾向が
小さく、znのようなFe素地の犠牲防食効果はない。
従って片面当り1097m2以下の薄めつきではめつき
層にピンホールが存在fるため、このピンホール部で赤
錆が発生することが避けられない。
このように従来鋼板の発錆を防止するために用いられる
Zn 、 Sn 、 Niはそれぞれ単独では、特に片
面当りのめつきil 1017m2以下に於いて、十分
な耐錆性を期待することはできない。
これらめっき鋼板の耐錆性を向上させる手法としてZn
−N1 、 Zn−At等の合金を電気めつき法ないし
溶融めっき法で被覆する手法があり、一部実用化されて
いるが、これら合金めっき鋼板は複雑な組成のめっき浴
を使用するため製造管理に多大のコストを要し、さらに
片面当りのめつき被覆量が10 、!i’ 7m2以下
では耐錆性が必ずしも十分ではない。この観点から本発
明者は特、頚昭61−202679号公報で鋼板表面か
ら順にNi 、 Znを被覆し、熱処理でZn−N1二
元合金層を形成させる手法、さらに昭和61年12月2
3日特許出願した「耐食性溶接性、かつ化学薬品性に優
れた容器用表面処理鋼板の製造法」において鋼板表面か
ら順にNi 、 Sn、 Znを被覆し、熱処理でZn
−Sn二元合金層又はZn−8n−Ni三元合金層を形
成させる手法を考案し、片面当りのめっき被覆量が10
.!i’/m 以下でも良好な耐錆性を得ることに成功
した。しかし前者では熱処理で得られfc、 Zn−N
i二元合金層の耐錆性は良好であるが、浴接性は実用可
能な範囲であるものの必ずしも土1分とは言えず、又後
者は本発明のめつき構成とZn、Snの被覆量が逆にな
りた類似のめつき構成であシ、耐錆性、溶接性共に良好
で十分実用可能であるものの、最表層にZnが存在する
ため、加熱による合金化処理後めっき層表層はどZn1
Jツチな組成となり、表面外観はSnめっき鋼板、いわ
ゆるぶりきの光沢ある表面と比較し7て必ずしも優れて
いるとは言えない。これに対し本発明は最表層にSnが
存在するため、加熱によってSn及びZnが合金化した
後のめつき層表層のZn濃度が比較的低いため、片面当
り2.8g/m 以下のSnめっき量でも、光沢ある良
好な外観が得られ、かつSn−Zn合金層又はSn−Z
n−Ni合金層の下層はどZn濃度が高いため耐錆性等
の特性にも優れている。このように本発明によって鋼板
表面から順にNi 、 Zn、 Snを三層に被覆後加
熱処理で合金化した場合と、鋼板表面から順にNi 、
 Sn 、 Znを三層に被覆後加熱処理で合金化した
場合ではめっき層表層に形成されたSn−Zn合金層、
又はSn−Zn−Ni合金層中のめっき層深さ方向のZ
n濃度分布が異なり、この状況を模式的に第1図で示し
た。
本発明はこのようにめっき層深さ方向のZn濃度分布が
下層はどZn IJノツチあるような耐錆性、溶接性、
さらに表面外観等にも優れたSn−Zn合金ないしSn
−Zn−N1合金を形成することを必須とするが、本発
明表面処理鋼板のめっき層構成は各金属種の被覆量、又
加熱処理条件によって様々な態様があり、その用途に応
じて合金層組成を含めて適時選択可能である。
本発明によって得られるめっき層構成の例を第2図〜第
5図に示す。図中には示していないが、最表面に未合金
のβ−8n層が残留する場合、そしてNiめっき層と素
地鋼の界面にN1−Fe合金層が形成される場合又めっ
き層中に微量の金属Znが残留する場合等も含まれ、さ
らに場合によってはめっき層全景がSn−Zn−Nl三
元合金層となる場合も当然包含されるものである。なお
本発明ではめっき層構成から当然のようにZn−Nf合
金層又Sn−N1合金層が形成される場合もあり、これ
らはそれぞれ耐錆性、耐薬品性向上に寄与するものであ
るが、Zn/Nl及びSn/Ni間の合金化反応速度と
比較してSn/Zn間の合金化反応速度が大きいため、
Sn/Zn間の合金化反応が優先して起るものと推定さ
れる。本発明では最表面にクロメート処理等の不動態化
処理を施すことも当然可能であるが第2図〜第5図の例
では省略している。
そして本発明では鋼板の表/裏で各めっき金属の被覆量
ないし被覆バランスを自由に変えることができ、さらに
本発明を鋼板の片面のみに施し、他面は従来公知な例え
ばSnめっき層のみとすることも可能である。
本発明はこのようにめっき層深さ方向のZn濃度分布が
下層はどリッチであるようなSn−Zn合金層、又はS
n−Zn−Ni合金層を有するが、Niの存在も必須で
ある。N1は第2図〜第5図の例に示したように加熱処
理による合金化処理後も金FANiが残留する場合、又
はN1 、 Zn 、 Snのめっき被覆バランス、加
熱処理条件によっては金属N1層が存在せず、全て合金
化したZn−N1合金、Sn−Zn−Ni合金等の形で
存在する場合もあるが、いずれの場合もNiは耐酸性等
耐食性に優れた金属であることから、本発明表面処理鋼
板の優れた耐錆性等の特性確保のため必要である。
次に本発明限定理由について製造方法の説明をまじえな
がら以下に説明する。
まず使用する鋼板は通常の低炭素冷延鋼板が一般的であ
るが、予めN1等の拡散処理を施した鋼板、又数多のC
r、Ni等を含む鋼板を用いても良い。これら鋼板上に
本発明ではまず片面当り0.1〜5.01/m2のNl
めつきを施す。Niめつき処理方法は特に限定しないが
、公知のワット浴等を用いた電気めっき法が合理的であ
る。
そしてNiめっき量は片面当り0.117m 以下では
Nlめっきを施す意義が消滅し耐錆性向上等の効果が期
待できず、又5.017m 以下では耐錆性向上効果が
飽和し、これ以上の特性向上が望めないと共にコストア
ップとなるため片面当り0.1〜5.017m2に限定
する。なおNiめつき中にZn、Co、P、S、Fel
の一種又は二種以上を20重量%以下含有させることも
できる。
次に引き続き片面当、90.05〜1.517m  の
Znめっきを施すが、これもZnめつき方法は特に限定
しないが、公知の処理浴を用いた電気めっき法が合理的
である。Znめつき量は片面当り0、05117m2以
下では、Sn/N1間の合金化現象を士1分防止できず
、硬くもろい金属間化合物であるSn−Ni合金層が多
量に生成することで加工後の耐錆性、又溶接性等の特性
が低下し、又1、517m2以上では後に述べるSnめ
っき量との量的なバランスが関係するが、加熱処理後形
成される合金層中のZn含有量の増大、未合金の金属Z
nの残留等の影響でZn特有の腐食生成物である白錆の
発生が抑制できなくなり、耐錆性等の特性がむしろ低下
する。従ってZnめつき量は片面当り0.05〜1.5
97m  と限定する。なおznめっき中にpb等不可
避的な不純物以外にNi、Co、P、S、Feの一種又
は二種以上を10重is以下含有させることもできる。
引き続き片面当p 0.05〜2.8717m  のS
nめっきを施すが、そのめっき方法については特に限定
せず、公知の酸性めっき浴、アルカリ性めっき浴等を用
いた電気めっき法が合理的である。
Snめっき量は片面当り0.0597m2以下ではSn
めつきを施す実質的意味が消滅し、耐錆性、溶接性等特
性が低下する。又片面当り2.8 !j/m2以上では
特性のこれ以上の向上が望めないばかシでなく、塗膜密
着性等塗装性能はむしろ低下し、さらにコストアップと
なる。従ってSnめっき量は片面当り0.05〜2.8
 g/m  と限定するが、本発明ではZn及びSnの
被覆R・バランスはZn≦28nの関係を満足させるこ
とが望ましい。
すなわちSnめっき量に対し下層に存在するZnめっき
の被覆量が不適尚に多過ぎると、大気環境下に於けるめ
っき層腐食によりて前述した白錆が発生するからであり
、本発明者等の検討結果ではZnめっき量は少なくとも
Snめつき量の2倍以下とすることが望ましい。
この二うに本発明では鋼板表面から順にNt。
Zn及びSnを三層に被覆後、本発明の要点であるSn
−Zn二元合金層、又はSn−Zn−N1三元合金Nj
j’e少なくともめつき層表層に形成させるため200
℃以上の温度で加熱処理を施す。本発明ではこの加熱処
理は特に限定せず、公知の抵抗加熱法、誘導加熱法、又
赤外線、高温ガス等による直接加熱法等の手法が適用で
き、めっき層表層のみを加熱する方法等適時好ましいプ
ロセスを適用可能であるが、電気ぶシき製造ラインのフ
ローメルト工程の利用が最も合理的である。
加熱処理を施す環境、雰囲気は全く限定せず、大気雰囲
気中、又N2等不活性ガス雰囲気中で実施できる。加熱
処理条件として200℃以上の温度での加熱と限定した
のは、これ以下の処理温度ではめつき層の合金化速度が
低下し、耐錆性等特性向上に必要なSn−Zn二元合金
又はSn−Zn−Ni三元合金層が十分生成しないから
である。又同様な理由から加熱時間は0.5秒以上必要
である。本発明では加熱温度の上限は特に設けていない
が、実用的には400℃以下の温度での加熱が望ましく
、これはめっき層の合金化速度が早過ぎて、合金化程度
を制御することが困難であり、又特に大気雰囲気中での
加熱では表面に酸化皮膜が生成することで特性が劣化す
るからである。なお本発明の加熱処理では少なくともめ
つき層表層部が200℃以上に加熱されれば良く、鋼板
自体の温度を特に限定するものではない。
本発明は続いて最表面に不働態化処理とじてクロメート
処理を施しても良いが、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及び
重クロム酸ソーダ浴中、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ソード還元
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
る各桟手法を適用可能であることは言うまでもない。
本来本発明はめっき層の構成についての発明であり、特
にクロメート処理について限定するものではないが、実
用上クロメート皮膜の全クロム量は片面当り3〜50η
/m であることが望ましい。
なおりロメート処理以外の例えばリン酸塩処理、いわゆ
るゾンデ処理等公知の後処理を適用しても良く、本発明
では特に限定しない。
(実施例) 次に本発明実施例について説明する。
実施例、1 通常の方法で脱脂・酸洗した低炭素冷延鋼板表面に順に
■に示す条件でNiめっき、■に示す条件でSnめっき
、■に示す条件でZnめっきを施した。各片面当りのめ
っき被覆量は第1表中に示した。そして引き続き電気ぶ
シき製造ラインの70−メルト工程を活用した抵抗加熱
法を用いて鋼板表面温度が260〜290℃で0.5〜
3秒の加熱処理を大気雰囲気中で実施し、めっき層表層
にSn−Zn二元合金層、又はSn−Zn−Ni三元合
金層を形成した。そして■に示す条件で電解クロメート
処理を施し、全Criとして金属Cr換算で片面当り2
0〜25 m97m2のクロメルト皮膜を形成後各種評
価試験に供した。
実施例、2 実施例、1に於いて加熱処理を抵抗加熱法に替えて、電
磁コイルを使用した誘導加熱法とした実施例でその他項
目は実施例1と同じ。
比較例、1 実施例、1に於いてめっき被覆後の加熱処理を省略した
比較例で、その他項目は実施例1と同じ。この場合当然
めっき層表層にSn−2n合金層又はSn−Zn−Ni
合金層は形成されない。
比較例、2 実施例、1に於いてNiめつき処理を省略し、鋼板上に
顔にZnめつき、Snめっきを施した後加熱処理した比
較例で、この場合Sn−Zn合金層は形成されるが、め
っき層構成は本発明と異なる。
比較例、3 実施例、1に於いてZnめっきとSnめっきの被覆層を
逆として、実施例1と同一条件で鋼板上にNiめつき、
snめっき、Znめっきを施した比較例でのその他項目
は実施例1と同じ。この場合めつき層表層にSn−Zn
合金、又はSn−Zn−Ni合金が形成されるが、第1
図で示したようにめつき層深さ方向のzn濃度分布が異
なる。
比較例、4 実施例、lに於いてSnめっき処理を省略し、鋼板上に
順にNiめつき、znめっきを施した後、加熱処理した
比較例で、この場合めっき層表層にZn−Ni合金層が
形成されるが本発明とめっき層構成が異なる。
従来例、1 片面当シのSnめつき量が2.8 、li’ / m2
及び11.217m、そして表面に施したクロメート被
覆量が全Cr fl−とじて金属Cr換算で8ダ/m 
2の電気めっきぶシき(それぞれ≠25及びす100ぶ
シきと称する)。
従来例、2 片面sbのZnめっき量が20.597m 、表面に施
したクロメート皮膜量が全Criとして金属Cr換算で
65■/m の電気Znめっき鋼板(EG20と称する
)。
以上本発明実施例、比較例及び従来例を以下に示す囚〜
■)の評価テストに供し特性を比較した。
(4)表面光沢テスト めつき層表面光沢を市販の光沢度計又目視判定によりて
次の4段階に評価した。◎(非常に光沢良好)、○、Δ
、×(光沢はとんど無し) ω)塩水噴霧テスト 裸耐錆性を調査するため供試材をそのまま及びエリクセ
ン試験器で5−の張り出し加工を施して塩水噴霧テスト
した。塩水噴霧テストは5%食塩水を35℃で72時間
スプレーした後の発錆状況を目視評価した。評価基準は
◎赤錆、白錆発生無、O赤錆発生極小又は白錆発生小、
Δ赤錆発生小又は白錆やや犬、×赤錆発生中又は白錆発
生大、×赤錆発生大とした。
(Q 湿潤雰囲気暴露テスト (B)項と同様な試験片を湿潤雰囲気中に暴露すること
で、裸耐錆性を評価した。湿潤雰囲気は70℃に加熱し
た熱水を密閉し゛ヒ状態とし、この雰囲気中に168時
間暴露した後の試験片表面発錆状況を目視評価した。評
価基準は(B)項と同一である。
■) シーム溶接性テスト 各試片を同胞状に成形した後シーム溶接機を使用して、
缶胴接合部のラップ巾20閣、加圧力45kgt、製缶
速度30 mpmの条件で、溶接2次電流を変化させる
ことによって調査した。そして評価は溶接適性電流範囲
及び溶接部の外観9強度を総合的に判断し、次の評価基
準で判定した。◎良好な溶接性、○十分実用可能、Δ実
用的な溶接不可、×靜接不能。
(ト))耐塗膜下脚食性テスト 供試材に製缶用エポキシ・フェノール塗料を乾燥M量で
6 Q Q/dm となるようロールコートシ、205
℃で10分間焼付処理し、さらに190℃で10分間追
焼金行りた。そして塗装面にカッターナイフで傷を付け
た後、クエン酸15 g/13− NaCL 15 j
;l/l (P’ : 2.3)の腐食液中に浸漬し、
50℃で96時間恒温で保ち、表面をテーピングするこ
とで、塗膜剥離状態及び孔食発生等腐食状態を目視及び
光学顕微鏡で評価した。評価はそれぞれ◎非常に良好、
○良好、Δやや劣る、×劣るの4段階とした。
以上テスト結果を第1表にまとめて示すが、本発明実施
例で本発明限定範囲を満足する素材はバランスのとれた
優れた特性を示すが、本発明限定範囲外のもの及び比較
例、従来例はいずれかの特性に劣っている。
(発明の効果) 本発明は従来の電気めっきぶりき、又は電気Znめっき
鋼板と比較為して、薄めつきであるにもかかわらず、容
器用表面処理鋼板として具備すべき裸耐錆性、シーム溶
接性、塗装耐食性等にそれぞれバランス良く優れた性能
を有し、優れた容器用表面処理鋼板を安価に供給し得る
ものである。
特にめっき被覆後の加熱処理工程として電気ぶりき製造
ラインのフローメルト工程を利用すれば、多大の設備投
資なしに合理的、かつ効率的に生産することが可能であ
り、容器用表面処理鋼板製造業そしてその関係需要家双
方に貢献することができる有益な製造方法である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の加熱前段めっき措成の有利性を説明す
る性状図、第2図〜第5図は本発明法により得られる製
品のめっき層構成図である。 第1図 第2[4第3図 第4図    第5図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 低炭素冷延鋼板の表面に鋼板側から順に片面当り0.1
    〜5.0g/m^2のNiめっき、0.05〜1.5g
    /m^2のZnめっき、更にその上層に0.05〜2.
    8g/m^2のSnめっきを施した後200℃以上の加
    熱処理を施すことで少なくともめっき層の一部を合金化
    させ、めっき層表層にSn−Zn二元合金層又はSn−
    Zn−Ni三元合金層を形成させることを特徴とする耐
    錆性、溶接性に優れた表面処理鋼板の製造方法。
JP1675787A 1987-01-27 1987-01-27 耐錆性、溶接性に優れた表面処理鋼板の製造方法 Pending JPS63186860A (ja)

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