TWI730341B - 罐用鋼板及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

目的在於提供焊接性及加工後耐蝕性方面優異的罐用鋼板及該製造方法。一種罐用鋼板,在鋼板的至少一個表面,從鋼板側依序具備鐵-鎳擴散層、金屬鉻層及氧化鉻層,前述鐵-鎳擴散層是每鋼板單面的鎳附著量為50 mg/m2 以上且500 mg/m2 以下,且每鋼板單面的厚度為0.060μm以上且0.500μm以下,前述金屬鉻層具有平板狀金屬鉻層、和形成於前述平板狀金屬鉻層的表面的粒狀金屬鉻層,將兩者合計後的每鋼板單面的鉻附著量為60 mg/m2 以上且200 mg/m2 以下,再者前述粒狀金屬鉻層是每單位面積的數量密度為5個/μm2 以上,且具有最大粒徑為150nm以下的粒狀突起,前述氧化鉻層是每鋼板單面的鉻附著量在金屬鉻換算為3 mg/m2 以上且10 mg/m2 以下。

Description

罐用鋼板及其製造方法
本發明涉及焊接罐身等的罐用鋼板及其製造方法。
作為應用於飲料、食品的容器的罐體可長期保管內容物因而使用於世界各地。罐體大致區別為:對金屬板實施引伸(drawing)、引縮(ironing)、拉伸、彎曲加工,將罐底部與罐身部一體成型後,透過上蓋進行捲邊接縫的兩片罐;和將金屬板加工為筒狀,以線縫方式焊接的罐身部與將其兩端以蓋體進行捲邊接縫的三片罐。罐身部在徑長大者方面亦存在為了予以具有罐體強度而被實施焊珠加工者。近年來,對抗鋁罐、PET瓶等的其他素材容器而瞄準設計性的提升,實施罐身部的壓花加工、擴展加工等從而使罐身形狀具有變化的罐體正在開展。
歷來,罐用鋼板方面,雖泛用焊接性及耐蝕性方面優異的鍍Sn鋼板(所謂的馬口鐵),惟近年來,具有金屬鉻層及由氧化鉻與水合氧化鉻所成的層(以下,稱為氧化鉻層)的電解鉻酸鹽處理鋼板(以下,亦稱為無錫鋼(TFS))比馬口鐵便宜且塗料密接性方面優異,故適用範圍逐漸擴大。
現狀,TFS是將為絕緣皮膜之表層的氧化鉻層在緊接著焊接前以機械方式研磨而除去從而可進行焊接。然而,於工業上的生產,研磨後的金屬粉混入內容物的風險、製罐裝置的清掃等維護負荷的增加、金屬粉所致的火災發生的風險等的問題亦多。再者,TFS無法期待如馬口鐵的犧牲防蝕作用,故取決於內容物,需要考量如底鐵在加工部曝露之對於鍍膜的損傷的風險,在加工後實施修補塗抹等的處理。
針對此等TFS的課題,為了將TFS以無研磨進行焊接用的技術例如已提出於專利文獻1。示於專利文獻1的技術為如下的技術:在前階與後階的陰極電解處理之間實施陽極電解處理,從而在金屬鉻層形成多數個缺陷部,透過後階的陰極電解處理,從而將金屬鉻形成為粒狀突起狀。依此技術時,金屬鉻的粒狀突起在焊接時,破壞為表層的焊接抑制因子之氧化鉻層,使得接觸電阻可減低,改善焊接性。
另外,於專利文獻2已揭示如下的技術:在Ni層之上層,設置金屬鉻層及水合氧化鉻層作為不具有粒狀的突起的平板狀層,使得可確保優異的焊接性。
再者,於專利文獻3及專利文獻4,已揭露一種罐用鋼板,使金屬鉻層的粒狀突起小徑化,從而確保耐鏽性、焊接性,同時改善表面外觀。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1:日本特開昭63-186894號公報 專利文獻2:日本特開昭63-238299號公報 專利文獻3:國際公開第2017/098994號公報 專利文獻4:國際公開第2017/098991號公報
[發明所欲解決之問題]
然而,在記載於專利文獻1~4的罐用鋼板方面,雖可改善有關焊接性,惟尤其在罐身部的加工嚴峻的部位,加工後耐蝕性不充分,焊接性與加工後耐蝕性的同時成立方面存在課題。
本發明為鑒於上述實情而創作者,目的在於提供焊接性及加工後耐蝕性方面優異的罐用鋼板及該製造方法。 [解決問題之技術手段]
本發明人為了達成上述目的而銳意進行檢討。此結果,發現在鋼板的表面予以存在鐵-鎳擴散層,並進一步在此上層予以形成具有特定的粒狀突起的金屬鉻層與氧化鉻層,使得可使優異的焊接性與加工後耐蝕性的同時成立。
本發明的要旨如以下。 [1] 一種罐用鋼板, 在鋼板的至少一個表面,從鋼板側依序具備鐵-鎳擴散層、金屬鉻層及氧化鉻層, 前述鐵-鎳擴散層是每鋼板單面的鎳附著量為50 mg/m2 以上且500 mg/m2 以下,且每鋼板單面的厚度為0.060μm以上且0.500μm以下, 前述金屬鉻層具有平板狀金屬鉻層、和形成於前述平板狀金屬鉻層的表面的粒狀金屬鉻層,將兩者合計後的每鋼板單面的鉻附著量為60 mg/m2 以上且200 mg/m2 以下,且前述粒狀金屬鉻層是每單位面積的數量密度為5個/μm2 以上,且具有最大粒徑為150nm以下的粒狀突起, 前述氧化鉻層是每鋼板單面的鉻附著量在金屬鉻換算為3 mg/m2 以上且10 mg/m2 以下。 [2] 一種罐用鋼板之製造方法,對冷軋鋼板實施鍍鎳,接著進行退火處理後,使用含有六價鉻化合物、含氟化合物及硫酸或硫酸鹽的水溶液,對鋼板進行前階陰極電解處理,接著進行陽極電解處理,再接著進行後階陰極電解處理。 [3] 一種罐用鋼板之製造方法,對冷軋鋼板實施鍍鎳,接著進行退火處理後,使用含有六價鉻化合物、含氟化合物且除不可避免地混入的硫酸或硫酸鹽以外不含有硫酸或硫酸鹽的水溶液,對鋼板進行前階陰極電解處理,接著進行陽極電解處理,再接著進行後階陰極電解處理。 [對照先前技術之功效]
依本發明時,獲得焊接性及加工後耐蝕性方面優異的罐用鋼板。
本發明的罐用鋼板在鋼板的至少一個表面,從鋼板側依序具備鐵-鎳擴散層、金屬鉻層及氧化鉻層,鐵-鎳擴散層是每鋼板單面的鎳附著量為50 mg/m2 以上且500 mg/m2 以下,且每鋼板單面的厚度為0.060μm以上且0.500μm以下,金屬鉻層具有平板狀金屬鉻層、和形成於平板狀金屬鉻層的表面的粒狀金屬鉻層,將兩者合計後的每鋼板單面的鉻附著量為60 mg/m2 以上且200 mg/m2 以下,且粒狀金屬鉻層是每單位面積的數量密度為5個/μm2 以上,且具有最大粒徑為150nm以下的粒狀突起,氧化鉻層是每鋼板單面的鉻附著量在金屬鉻換算為3 mg/m2 以上且10 mg/m2 以下。
以下,就本發明的各構成,更詳細進行說明。
<鋼板> 成為本發明的罐用鋼板的素材的鋼板的種類方面,不特別限定。一般而言,可使用被使用作為容器材料的鋼板(例如,低碳鋼板、極低碳鋼板)。此鋼板的製造方法、材質等亦不特別限定。從一般的鋼片製造程序,歷經熱間壓延、酸洗、冷軋、退火、調質軋壓等的程序而被製造。
<鐵-鎳擴散層> 本發明的罐用鋼板在鋼板的至少一個表面具有鐵-鎳擴散層。
在本發明,由於使鐵-鎳擴散層存在於鋼板的至少一個表面,使得即使在罐身部的加工嚴峻的部位,在鋼板表面的裂痕產生仍被顯著抑制,或即使產生裂痕仍因鐵-鎳擴散層使得基體鋼的曝露被抑制,因而可使加工後耐蝕性顯著提升。另外,在鋼板表面存在鐵-鎳擴散層的情況下,比起不存在鐵-鎳擴散層的情況,形成於其上層的金屬鉻層的鉻附著量、粒狀突起的每單位面積的數量密度及最大粒徑的控制變容易。為此,於本發明,予以存在鐵-鎳擴散層對於為了確保優異的焊接性而言亦有利。
以下,就由於鐵-鎳擴散層使得加工後耐蝕性在罐身部等的加工嚴峻的部位提升的機制(推定),再詳細進行說明。如敘述於先前技術,接受焊珠加工、壓花加工、擴展加工等的加工的罐身部依該加工度推定為會損傷鋼板表層的鍍膜。尤其擴展加工是罐直徑從數%至數十%被擴罐的極苛刻的加工,裂痕是局部而言被推定為到達鋼板者,基底的鋼板曝露。鍍鉻層單體的情況下,鋼板曝露時,腐蝕以鋼板為陽極、以鍍鉻層的剖面、周邊的表面為陰極而進展。即使在鍍鉻層的下層存在鍍鎳層,單體的鍍鎳層下無法防止裂痕的進展,如同鍍鉻層單體的情況,腐蝕以鋼板為陽極而進展。另外,在鍍鎳層,本來存在針孔,故要將鋼板完全遮蓋需要相當量的附著量,製造成本亦變高。相對於此,本發明的鐵-鎳擴散層是鎳比單體的鍍鎳層更擴散至鋼板深部,即使同樣的裂痕到達至鋼板,上層的鍍鉻層(金屬鉻層及氧化鉻層)與鐵-鎳擴散層的電位差仍小,故維持電化學上相對穩定的狀態,應為加工後耐蝕性方面優異者。
在本發明,為了獲得優異的加工後耐蝕性,使鐵-鎳擴散層的每鋼板單面的鎳附著量為50 mg/m2 以上且500 mg/m2 以下。不足50 mg/m2 時加工後耐蝕性不充分,超過500 mg/m2 時不僅加工後耐蝕性的提升效果飽和,製造成本亦變高。鐵-鎳擴散層的每鋼板單面的鎳附著量優選上為70 mg/m2 以上,較優選上200 mg/m2 以上。另外,鐵-鎳擴散層的每鋼板單面的鎳附著量優選上450 mg/m2 以下。
另外,在本發明,為了獲得優異的加工後耐蝕性,使鐵-鎳擴散層的每鋼板單面的厚度為0.060μm以上且0.500μm以下。不足0.060μm時加工後耐蝕性不充分,超過0.500μm時不僅加工後耐蝕性的提升效果會飽和,製造成本亦變高。鐵-鎳擴散層的每鋼板單面的厚度為優選上0.100μm以上,較優選上0.200μm以上。另外,鐵-鎳擴散層的每鋼板單面的厚度為優選上0.46μm以下。
另外,鐵-鎳擴散層的厚度可透過GDS(輝光放電發光分析)測定。具體而言,首先,從鐵-鎳擴散層的表面朝鋼板的內部,進行濺鍍,進行深度方向的分析,求出Ni的強度成為最大值的1/10之濺鍍時間。接著,使用純鐵求出透過GDS之濺鍍深度與濺鍍時間的關係。使用此關係,從先求出的Ni的強度為最大值的1/10之濺鍍時間以純鐵換算算出濺鍍深度,使算出的值為鐵-鎳擴散層的厚度(圖1)。
<金屬鉻層> 本發明的罐用鋼板在上述的鐵-鎳擴散層的表面,具有金屬鉻層。本發明的金屬鉻層具有平板狀金屬鉻層、和形成於平板狀金屬鉻層的表面的粒狀金屬鉻層。
一般的TFS方面的金屬鉻的角色在於抑制成為素材之鋼板的表面曝露而使耐蝕性提升。金屬鉻含量變過少時,有時無法迴避鋼板的曝露,耐蝕性會劣化。
從罐用鋼板的耐蝕性優異之理由而言,本發明中的將平板狀金屬鉻層與粒狀金屬鉻層合計下的每鋼板單面的鉻附著量方面,作成60 mg/m2 以上。另外,從耐蝕性更優異如此的理由而言,70 mg/m2 以上為優選,80 mg/m2 以上較優選。
另一方面,將平板狀金屬鉻層與粒狀金屬鉻層合計下的每鋼板單面的鉻附著量過多時,變成高熔點的金屬鉻覆蓋鋼板整面,在焊接時焊接強度的降低、塵垢的發生變顯著,有時焊接性會劣化。因此,於本發明,從罐用鋼板的焊接性優異之理由而言,將平板狀金屬鉻層與粒狀金屬鉻層合計下的每鋼板單面的鉻附著量作成200 mg/m2 以下。另外,從焊接性更優異之理由而言,180 mg/m2 以下為優選,160 mg/m2 以下較優選。
接著,就為本發明的金屬鉻層之平板狀金屬鉻層、和形成於平板狀金屬鉻層的表面之粒狀金屬鉻層,於以下說明細節。
<平板狀金屬鉻層> 平板狀金屬鉻層主要扮演遮蓋鋼板表面而使耐蝕性提升的角色。
另外,本發明中的平板狀金屬鉻層除一般而言TFS所要求的耐蝕性以外,優選上確保充分的厚度,使得在處理時罐用鋼板彼此不可避免接觸之際,設於表面的粒狀金屬鉻層不會損壞平板狀金屬鉻層使得鋼板曝露。
本發明人等根據如此的觀點,進行罐用鋼板彼此的磨損試驗,調查耐鏽性的結果,發現只要平板狀金屬鉻層的厚度為7nm以上,則耐鏽性方面優異。亦即,平板狀金屬鉻層的厚度是從罐用鋼板的耐鏽性優異的理由而言,7nm以上為優選,從耐鏽性更優異如此的理由而言,9nm以上較優選,10nm以上更優選。
另一方面,平板狀金屬鉻層的厚度的下限雖無特別限定,惟20nm以下為優選,15nm以下較優選。
另外,平板狀金屬鉻層的厚度能以下述方式測定。
首先,將予以形成金屬鉻層及氧化鉻層的罐用鋼板的剖面樣品,以聚焦離子束(FIB)法製作,以掃描透射電子顯微鏡(TEM)在20000倍下進行觀察。接著,以亮場像下的剖面形狀觀察,注目於無粒狀突起而僅存在平板狀金屬鉻層的部分,以透過能量分散型X射線分光法(EDX)之射線分析,從鉻及鐵的強度曲線(橫軸:距離;縱軸:強度)求出平板狀金屬鉻層的厚度。此時,更詳細而言,於鉻的強度曲線,以強度為最大值的20%之點為最表層,以與鐵的強度曲線的交叉點為與鐵的邊界點,使兩點間的距離為平板狀金屬鉻層的厚度。
另外,從罐用鋼板的耐鏽性優異的理由而言,平板狀金屬鉻層的附著量是10 mg/m2 以上為優選,30 mg/m2 以上較優選,40 mg/m2 以上更優選。
<粒狀金屬鉻層> 粒狀金屬鉻層為形成於上述的平板狀金屬鉻層的表面的具有粒狀突起之金屬鉻層,主要扮演使罐用鋼板彼此的接觸電阻降低而使焊接性提升的角色。接觸電阻降低的推定的機制如以下。
遮蓋於金屬鉻層之上的氧化鉻層為非導體皮膜,故電阻比金屬鉻層電阻大,成為焊接的抑制因子。使粒狀突起形成於金屬鉻層的表面時,由於焊接之際的罐用鋼板彼此的接觸時的表面壓力,使得粒狀突起破壞氧化鉻層,成為焊接電流的通電點,接觸電阻大幅降低。另一方面,粒狀金屬鉻層的粒狀突起過少時,有時焊接時的通電點減少而變成無法降低接觸電阻致使在焊接性方面劣化。
於本發明,粒狀金屬鉻層具有每單位面積的數量密度為5個/μm2 以上且最大粒徑為150nm以下的粒狀突起。
從罐用鋼板的焊接性優異之理由而言,粒狀突起的每單位面積的數量密度作成5個/μm2 以上。從焊接性更優異之理由而言,10個/μm2 以上為優選,20個/μm2 以上較優選,30個/μm2 以上更優選,50個/μm2 以上特優選,100個/μm2 以上最優選。
另外,粒狀突起的每單位面積的數量密度之上限在每單位面積的數量密度過高時有時對色調等造成影響,從罐用鋼板的表面外觀更優異的理由而言,10000個/μm2 以下為優選,5000個/μm2 以下較優選,1000個/μm2 以下更優選,800個/μm2 以下特優選。
另外,本發明人等發現在金屬鉻層的粒狀突起的最大粒徑過大時,對罐用鋼板的色相造成影響,成為褐色模樣,有時表面外觀劣化。此包括如下的理由:粒狀突起吸收短波長側(藍色系)的光,該反射光衰減,因而呈現赤茶色系的顔色;粒狀突起將反射光散射,使得整體的反射率減低因而變暗。
所以,本發明中,使粒狀金屬鉻層的粒狀突起的最大粒徑為150nm以下。據此,罐用鋼板的表面外觀優異。此原因應在於,粒狀突起小徑化,使得短波長側的光的吸收被抑制,或反射光的散射被抑制。從罐用鋼板的表面外觀更優異的理由而言,粒狀金屬鉻層的粒狀突起的最大粒徑是100nm以下為優選,80nm以下較優選,50nm以下更優選。最大粒徑的下限雖不特別限定,惟10nm以上為優選。
另外,粒狀突起的粒徑及每單位面積的數量密度的測定能以下述方式測定。
在予以形成金屬鉻層及氧化鉻層的罐用鋼板的表面,進行碳蒸鍍,透過萃取印模法製作觀察用樣品,之後,利用掃描透射電子顯微鏡(TEM)以20000倍拍攝相片,將拍攝的相片使用軟體(商品名:ImageJ)二值化而進行影像解析,從而從粒狀突起所佔的面積倒算,作為真圓換算求出粒徑及每單位面積的數量密度。另外,粒狀突起方面,使高度10nm以上的突起為粒狀突起。另外,使每單位面積的數量密度為5視野的平均值,粒狀突起的最大粒徑作成以20000倍進行5視野攝影下的觀察視野中的粒徑的最大值。
另外,金屬鉻層(將平板狀金屬鉻層與粒狀金屬鉻層進行合計下的每鋼板單面)的附著量、及後述的氧化鉻層的鉻換算的附著量能以下述方式測定。
首先,就予以形成金屬鉻層及氧化鉻層的罐用鋼板,使用螢光X射線裝置,測定鉻含量(全鉻含量)。接著,就罐用鋼板,進行予以浸漬於90℃的6.5N-NaOH中10分鐘的鹼性處理後,再次使用螢光X射線裝置,測定鉻含量(鹼性處理後鉻含量)。使鹼性處理後鉻含量為金屬鉻層的附著量。
接著,計算(鹼溶性鉻含量)=(全鉻含量)-(鹼性處理後鉻含量),使鹼溶性鉻含量為氧化鉻層的鉻換算的附著量。
<氧化鉻層> 本發明的罐用鋼板在金屬鉻層的表面進一步具備氧化鉻層。
於鋼板的表面,氧化鉻是與金屬鉻同時析出,主要扮演使耐蝕性提升的角色。從確保罐用鋼板的耐蝕性的理由而言,本發明中的氧化鉻層是每鋼板單面的鉻附著量為金屬鉻換算下3 mg/m2 以上。
另一方面,氧化鉻層比起金屬鉻,導電率劣化,量過多時在焊接時成為過大的電阻,有時引起塵垢、濺痕的發生及伴隨過融接之吹氣孔等的各種焊接缺陷,罐用鋼板的焊接性劣化。
為此,於本發明,從罐用鋼板的焊接性優異之理由而言,氧化鉻層是每鋼板單面的鉻附著量為金屬鉻換算下10 mg/m2 以下。從焊接性更優異之理由而言,8 mg/m2 以下為優選,6 mg/m2 以下更優選。
另外,氧化鉻層的附著量的測定方法如上述。
本發明的罐用鋼板具備上述說明的鐵-鎳擴散層、金屬鉻層及氧化鉻層作為必須的構成要件即可,依目的,亦可任意具備此以外的遮蓋層如無機化合物層、潤滑化合物層、有機樹脂層等作為最上層、中間層。
接著,就本發明的罐用鋼板的製造方法進行說明。
本發明的罐用鋼板的製造方法(以下,亦僅稱為「本發明的製造方法」)是對冷軋鋼板實施鍍鎳,接著進行退火處理後,使用含有六價鉻化合物、含氟化合物及硫酸或硫酸鹽的水溶液,對鋼板,進行前階陰極電解處理,接著進行陽極電解處理,再接著進行後階陰極電解處理。或者,亦可使用不含有硫酸或硫酸鹽的水溶液。亦即,對冷軋鋼板實施鍍鎳,接著進行退火處理後,使用含有六價鉻化合物、含氟化合物且除不可避免地混入的硫酸或硫酸鹽以外不含有硫酸或硫酸鹽的水溶液,對鋼板,進行前階陰極電解處理,接著進行陽極電解處理,再接著進行後階陰極電解處理。於以下,就本發明的製造方法進行說明。
首先,在本發明,對冷軋鋼板實施鍍鎳,接著進行退火處理。據此,使鐵-鎳擴散層形成於鋼板表面。對退火前的冷軋鋼板實施鍍鎳層,在退火時與鋼板的再結晶同時使鎳熱擴散於鋼板內部而予以形成鐵-鎳擴散層。另外,在退火前實施鍍鎳層的情況下,鍍鎳層的鎳附著量方面非特別限定者,為了滿足上述的鐵-鎳擴散層的鎳附著量及期望的厚度,鍍鎳層的鎳附著量優選上為50 mg/m2 以上,70 mg/m2 以上較優選。鎳附著量之上限方面雖亦非特別限定者,惟從製造成本的觀點而言,500 mg/m2 以下為優選。
接著,予以形成鐵-鎳擴散層後,在鐵-鎳擴散層的表面,形成金屬鉻層及氧化鉻層。金屬鉻層及氧化鉻層的形成是使用含有六價鉻化合物、含氟化合物及硫酸或硫酸鹽的水溶液,對鋼板,進行前階陰極電解處理,接著以既定的條件進行陽極電解處理,再接著以既定的條件進行後階陰極電解處理。
一般而言,在包含六價鉻化合物的水溶液中的陰極電解處理,在鋼板表面發生還原反應,析出金屬鉻,在其表面析出為往金屬鉻之中間生成物之水合氧化鉻。此水合氧化鉻是斷續地進行電解處理,或在六價鉻化合物的水溶液中長時間浸漬,使得不均勻地溶解,在之後的陰極電解處理形成金屬鉻的粒狀突起。
本發明中,在陰極電解處理的空隙進行陽極電解處理,使得鋼板整面且多發地金屬鉻溶解,成為在之後的陰極電解處理形成的金屬鉻的粒狀突起的起點。平板狀金屬鉻層在為在陽極電解處理前進行的陰極電解處理之前階陰極電解處理析出,粒狀金屬鉻層(粒狀突起)在為在陽極電解處理後進行的陰極電解處理之後階陰極電解處理析出。
個別的析出量能以各電解處理的電解條件進行控制。
以下,就在使金屬鉻層及氧化鉻層形成於鐵-鎳擴散層的表面之際使用的水溶液及電解處理條件,詳細進行說明。
<水溶液> 用於本發明的製造方法的水溶液含有六價鉻化合物、含氟化合物及硫酸或硫酸鹽。或者,只要含有六價鉻化合物、含氟化合物,則亦可為除不可避免地混入的硫酸或硫酸鹽以外不含有硫酸或硫酸的水溶液。
在水溶液中含有硫酸或硫酸鹽的情況下,水溶液中的含氟化合物及硫酸以往氟化物離子、硫酸根離子及硫酸氫根離子解離的狀態存在。此等作用為與於陰極電解處理及陽極電解處理中進行的存在於水溶液中的六價鉻離子的還原反應及氧化反應相關的觸媒,故一般而言,添加於鍍鉻層浴作為輔助劑。
另外,使用於電解處理的水溶液含有含氟化合物及硫酸,使得可將獲得的罐用鋼板的氧化鉻層的金屬鉻換算的附著量控制於既定範圍內。在含有六價鉻離子之浴中,進行陰極電解處理,使得與金屬鉻層一起在最表層生成氧化鉻層。已知在添加於浴中的輔助劑增加時,表層的氧化鉻層減少。此理由雖非明顯,惟原因應在於,具有在浴浸漬中負離子將氧化鉻層化學溶解的功效,負離子量變多,使得生成的氧化量減少。
含於水溶液中的六價鉻化合物方面,雖不特別限定,惟舉例如三氧化鉻(CrO3 )、重鉻酸鉀(K2 Cr2 O7 )等的重鉻酸鹽、鉻酸鉀(K2 CrO4 )等的鉻酸鹽等。
水溶液中的六價鉻化合物的含量在Cr量方面,0.14~3.0 mol/L為優選,0.30~2.5 mol/L較優選。
含於水溶液中的含氟化合物方面,雖不特別限定,惟舉例如氫氟酸(HF)、氟化鉀(KF)、氟化鈉(NaF)、氟矽酸(H2 SiF6 )及/或其鹽等。氟矽酸的鹽方面,舉例如氟矽酸鈉(Na2 SiF6 )、氟矽酸鉀(K2 SiF6 )、氟矽酸銨((NH4 )2 SiF6 )等。
水溶液中的含氟化合物的含量在F量方面,優選為0.02~0.48 mol/L,0.08~0.40 mol/L較優選。
水溶液中的硫酸或硫酸鹽的含量在硫酸根離子量(SO4 2- 量)方面,優選為0.0001~0.1 mol/L,0.0003~0.05 mol/L較優選,0.001~0.05 mol/L更優選。另外,硫酸鹽方面,雖不特別限制,惟舉例如如硫酸鈉、硫酸銨等。
水溶液中的硫酸根離子與含氟化合物併用,從而使金屬鉻層的附著的電解效率提升。水溶液中的硫酸根離子的含量在上述範圍內,使得可容易將在後階陰極電解處理中析出的金屬鉻的粒狀突起的最大粒徑控制於恰當的範圍。
再者,硫酸根離子亦影響在陽極電解處理中的金屬鉻的粒狀突起的產生地點的形成。水溶液中的硫酸根離子的含量在上述範圍內,使得金屬鉻的粒狀突起不易過度變微細或粗大,較容易獲得恰當的數量密度。
除(來自原料)不可避免地混入水溶液中的硫酸或硫酸鹽以外,不含有硫酸或硫酸鹽的情況下,水溶液中的氟化物離子對浸漬時的水合氧化鉻的溶解及陽極電解處理時的金屬鉻的溶解造成影響,對在之後的陰極電解處理析出的金屬鉻的形態造成大的影響。然而,氟化物離子是比起硫酸,水合氧化鉻的溶解、陽極電解處理時的金屬鉻的溶解的功效弱。為此,由於水合氧化鉻量的增大、粒狀金屬鉻微細化,故接觸電阻容易變高。因此,在本發明,從接觸電阻減低尤其從板-板間的接觸電阻的觀點,比起在硫酸未添加的浴進行製造,在添加硫酸之浴進行製造較優選。
另外,三氧化鉻等的原料是硫酸在工業的生產過程不可避免地混入,故使用此等原料的情況下,水溶液中不可避免地混入硫酸。於水溶液中不可避免地混入的硫酸的混入量是不足0.001 mol/L為優選,不足0.0001 mol/L較優選。
另外,前階陰極電解處理、陽極電解處理及後階陰極電解處理中,僅使用一種類的水溶液為優選。
另外,各電解處理中的水溶液的液溫是20~80℃為優選,40~60℃較優選。
<前階陰極電解處理> 在前階陰極電解處理,使金屬鉻層(平板狀金屬鉻層與粒狀金屬鉻層)及氧化鉻層析出。此時,從產生適切的析出量之觀點及確保平板狀金屬鉻層的適切的厚度的觀點,前階陰極電解處理的電荷密度(電流密度與通電時間的積)是20~50 C/dm2 為優選,25~45 C/dm2 較優選。
另外,電流密度(單位:A/dm2 )及通電時間(單位:sec.)是根據上述的電荷密度酌情設定。
另外,前階陰極電解處理可不為連續電解處理。亦即,前階陰極電解處理亦可為工業生產上分為複數個電極而電解從而不可避免地存在無通電浸漬時間的斷續電解處理。斷續電解處理的情況下,優選上總共的電荷密度為上述範圍內。
<陽極電解處理> 陽極電解處理扮演使在前階陰極電解處理析出的金屬鉻層溶解並形成粒狀金屬鉻層的粒狀突起的產生地點的角色。此時,在陽極電解處理的溶解過強時,有時產生地點減少而粒狀突起的每單位面積的數量密度減少,或不均勻地溶解進展而在粒狀突起的分布方面產生變異性。
透過前階陰極電解處理及陽極電解處理而形成的金屬鉻層主要為平板狀金屬鉻層。要使平板狀金屬鉻層的厚度為是優選的範圍之7nm以上,前階陰極電解處理及陽極電解處理的後的金屬鉻含量方面確保50 mg/m2 以上為優選。
從以上的觀點,在本發明,陽極電解處理的電荷密度(電流密度與通電時間的積)超過0.3 C/dm2 且不足5.0 C/dm2 為優選。陽極電解處理的電荷密度是超過0.3 C/dm2 且3.0 C/dm2 以下較優選,超過0.3 C/dm2 且2.0 C/dm2 以下更優選。
另外,電流密度(單位:A/dm2 )及通電時間(單位:sec.)是根據上述的電荷密度酌情設定。
另外,陽極電解處理可不為連續電解處理。亦即,陽極電解處理亦可為工業生產上分為複數個電極而電解從而不可避免地存在無通電浸漬時間的斷續電解處理。斷續電解處理的情況下,優選上總共的電荷密度為上述範圍內。
<後階陰極電解處理> 如上所述,在陰極電解處理,予以析出金屬鉻層及氧化鉻層。尤其,在後階陰極電解處理,以上述的粒狀金屬鉻層的粒狀突起的產生地點為起點,予以生成粒狀金屬鉻層的粒狀突起。此時,電流密度及電荷密度過大時,有時粒狀金屬鉻層的粒狀突起急劇成長,粒徑變粗大。
從以上的觀點,後階陰極電解處理的電流密度不足60.0 A/dm2 不足為優選。後階陰極電解處理的電流密度是不足50.0 A/dm2 較優選,不足40.0 A/dm2 更優選。下限雖不特別限定,惟10.0 A/dm2 以上為優選,15.0 A/dm2 以上較優選。
另外,從與上述同樣的理由,後階陰極電解處理的電荷密度不足30.0 C/dm2 為優選。後階陰極電解處理的電荷密度是25.0 C/dm2 以下較優選,7.0 C/dm2 以下更優選。下限雖不特別限定,惟1.0 C/dm2 以上為優選,2.0 C/dm2 以上較優選。
另外,通電時間(單位:sec.)是依上述的電流密度及電荷密度而酌情設定。
另外,後階陰極電解處理可不為連續電解處理。亦即,後階陰極電解處理亦可為工業生產上分為複數個電極而電解從而不可避免地存在無通電浸漬時間的斷續電解處理。斷續電解處理的情況下,優選上總共的電荷密度為上述範圍內。
在本發明,可在後階陰極電解處理後,以氧化鉻層的量的控制及改質等為目的,進行以無電解使鋼板浸漬於包含六價鉻化合物之水溶液中的浸漬處理,或亦可使用第2液的鍍鉻層浴而進行電解處理(第2電解處理)。即使進行如此的浸漬處理、第2電解處理,仍不會對平板狀金屬鉻層的厚度、以及粒狀金屬鉻層的粒狀突起的每單位面積的數量密度、最大粒徑,造成任何影響。
含於使用於上述的浸漬處理、第2電解處理的水溶液中的六價鉻化合物方面,雖不特別限定,惟舉例如三氧化鉻(CrO3 )、重鉻酸鉀(K2 Cr2 O7 )等的重鉻酸鹽、鉻酸鉀(K2 CrO4 )等的鉻酸鹽等。 實施例
於以下,舉實施例具體說明本發明。然而,本發明非限定於此等者。
對以0.22mm的板厚製造的調質度T4CA的鋼板,實施一般的脫脂及酸洗。
接著,為了予以形成鐵-鎳擴散層,實施鍍鎳層,之後進行退火處理。鍍鎳層是使用由硫酸鎳(NiSO4 ・6H2 O)250g/L、氯化鎳(NiCl2 ・6H2 O)45g/L、硼酸(H3 BO3 )30g/L所成的瓦特浴,以浴溫60℃、pH4.5、電流密度10 A/dm2 的條件進行電鍍,調整電解時間從而使鎳附著量變化。之後,對實施鍍鎳層的鋼板,進行退火處理。退火條件是設為示於表1的條件,使鎳附著量與退火條件變化,從而使含於鐵-鎳擴散層的鎳的附著量、和鐵-鎳擴散層的厚度變化。另外,作為比較,亦設定不實施鍍鎳層而進行退火處理並在退火處理後實施鍍鎳層如此的不予以形成期望的鐵-鎳擴散層的條件。
接著,為了予以形成金屬鉻層及氧化鉻層,將示於表2的水溶液在流動池透過泵浦以100mpm相當予以循環,使用鉛電極,以示於表1的條件實施電解處理,製作為TFS的罐用鋼板。
另外,使第1電解處理(前階陰極電解處理、陽極電解處理及後階陰極電解處理的一連串的電解處理)為標準條件,就一部分進行第1電解處理後,進一步進行第2電解處理。製作後的罐用鋼板是進行水洗,利用鼓風機以室溫進行乾燥。
就製作的罐用鋼板,透過螢光X射線分析,進行在鐵-鎳擴散層的鎳附著量的測定。
另外,鐵-鎳擴散層的厚度是透過GDS測定。GDS的測定條件如以下。另外,鐵-鎳擴散層的厚度的算出方法是如在上述說明(圖1參照)。 裝置:理學公司製GDA750 陽極內徑:4mm 分析模式:高頻低電壓模式 放電電力:40W 控制壓力:2.9hPa 檢測器:光電倍增管 檢測波長:Ni=341.4nm 另外,測定在製作的罐用鋼板的金屬鉻層的附著量及氧化鉻層的金屬鉻換算的附著量。測定方法是如上述。再者,就金屬鉻層的粒狀金屬鉻層,測定粒狀突起的每單位面積的數量密度及最大粒徑。另外,測定方法如上述。
另外,就獲得的罐用鋼板,進行以下的評價。 (1) 鍍層遮蓋性 從製作的罐用鋼板切出樣品,將5%硫酸銅溶液以30℃予以浸漬1分鐘。之後,水洗、予以乾燥,以螢光X射線裝置分析銅的析出量。依銅的析出量,依下述基準評價鍍層的遮蓋性。實用上,「◎◎」、「◎」或「○」時,可評價為平板狀態下的鍍層遮蓋性方面優異者。另外,鍍層遮蓋性不良的情況下,保管製造後的罐用鋼板之際的初級防鏽性方面劣化,故作為罐用鋼板實用上成為問題。
◎◎:不足20 mg/m2 ◎:20 mg/m2 以上且不足30 mg/m2 ○:30 mg/m2 以上且不足40 mg/m2 △:40 mg/m2 以上且不足60 mg/m2 ×:60 mg/m2 以上 (2) 加工後耐蝕性 從製作的罐用鋼板將樣品以按壓深度4mm進行埃裏克森加工,之後,將評價用樣品,在氣溫40℃、相對濕度80%的恒溫恒濕庫內予以歷時7日。之後,從將埃裏克森加工部以光學顯微鏡進行低倍觀察的相片,透過影像解析,確認生鏽面積率,依下述基準進行評價。實用上,「◎◎」、「◎」或「○」時,可評價為耐鏽性方面優異者。 ◎◎:生鏽不足1% ◎:生鏽1%以上且不足2% ○:生鏽2%以上且不足5% △:生鏽5%以上且不足10% ×:生鏽10%以上 (3) 焊接性 就製作的罐用鋼板,設想塗抺燒結程序而實施210℃×10分的熱處理,測定接觸電阻。首先,將罐用鋼板的樣品,在膜層積裝置,以輥子加壓4 kg/cm2 、板進給速度40mpm、輥子通過後的板的表面溫度為160℃的條件予以通板,接著,在批量爐中進行後加熱(到達板溫210℃下保持120秒)。之後,與熱處理後的樣品予以重疊,以將DR型1質量%Cr-Cu電極加工為頂端徑6mm、曲率R40mm的電極夾住,加壓力1 kgf/cm2 方面保持15秒後,進行10A的通電,測定板-板間及板-電極間的接觸電阻。測定10點,使平均值為接觸電阻值,依下述基準進行評價。實用上,「◎◎」、「◎」或「○」時,可評價為焊接性方面優異者。 ◎◎:接觸電阻100μΩ以下 ◎:接觸電阻超過100Μω且500μΩ以下 ○:接觸電阻超過500μΩ且1000μΩ以下 △:接觸電阻超過1000μΩ且3000μΩ以下 ×:接觸電阻超過1000μΩ 分別將各製造條件及評價結果示於表1-1及表1-2,將用於電解處理的水溶液示於表2。
Figure 02_image001
Figure 02_image003
Figure 02_image005
如可從示於上述表1的結果判明,得知本發明例焊接性及加工後耐蝕性方面皆優異。
[圖1] 圖1為就透過GDS之鐵-鎳擴散層的深度方向的分析結果的一例進行繪示的圖。

Claims (3)

  1. 一種罐用鋼板, 在鋼板的至少一個表面,從鋼板側依序具備鐵-鎳擴散層、金屬鉻層及氧化鉻層, 前述鐵-鎳擴散層是每鋼板單面的鎳附著量為50 mg/m2 以上且500 mg/m2 以下,且每鋼板單面的厚度為0.060μm以上且0.500μm以下, 前述金屬鉻層具有平板狀金屬鉻層、和形成於前述平板狀金屬鉻層的表面的粒狀金屬鉻層,將兩者合計後的每鋼板單面的鉻附著量為60 mg/m2 以上且200 mg/m2 以下,且前述粒狀金屬鉻層是每單位面積的數量密度為5個/μm2 以上,且具有最大粒徑為150nm以下的粒狀突起, 前述氧化鉻層是每鋼板單面的鉻附著量在金屬鉻換算為3 mg/m2 以上且10 mg/m2 以下。
  2. 一種罐用鋼板之製造方法,對冷軋鋼板實施鍍鎳,接著進行退火處理後,使用含有六價鉻化合物、含氟化合物及硫酸或硫酸鹽的水溶液,對鋼板進行前階陰極電解處理,接著進行陽極電解處理,再接著進行後階陰極電解處理。
  3. 一種罐用鋼板之製造方法,對冷軋鋼板實施鍍鎳,接著進行退火處理後,使用含有六價鉻化合物、含氟化合物且除不可避免地混入的硫酸或硫酸鹽以外不含有硫酸或硫酸鹽的水溶液,對鋼板進行前階陰極電解處理,接著進行陽極電解處理,再接著進行後階陰極電解處理。
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