WO2016056627A1 - 化成処理鋼板及び化成処理鋼板の製造方法 - Google Patents

化成処理鋼板及び化成処理鋼板の製造方法 Download PDF

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平野 茂
光 立木
偉男 柳原
誠 河端
横矢 博一
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新日鐵住金株式会社
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    • C25D9/08Electrolytic coating other than with metals with inorganic materials by cathodic processes

Definitions

  • the present invention relates to a chemical conversion treated steel sheet and a method for producing a chemical conversion treated steel sheet.
  • ⁇ Corrosion may occur due to continuous use of metal.
  • various techniques have been proposed to prevent corrosion generated in metal. Proposed techniques include a technique for plating a metal plate and a technique for performing various surface treatments on the surface of the metal plate or plating.
  • a Ni-plated steel plate, a Sn-plated steel plate, a Sn-based alloy plated steel plate, or the like is used for manufacturing a metal container for the purpose of preserving beverages and foods.
  • container steel sheets Sn-plated steel sheets or Sn-based alloy-plated steel sheets as steel sheets for metal containers (hereinafter referred to as container steel sheets) for the purpose of preserving beverages and foods
  • the surface of a plated steel plate is often subjected to chemical conversion treatment with hexavalent chromium. Chemical conversion treatment using a solution containing hexavalent chromium is called chromate treatment.
  • Patent Document 1 discloses a steel plate for containers having a chemical conversion treatment film containing Zr, phosphoric acid, a phenol resin, and the like.
  • This invention is made
  • the present invention adopts the following means in order to solve the above problems and achieve the object.
  • a chemical conversion treated steel sheet according to one aspect of the present invention is formed on a steel sheet, an Fe—Sn alloy layer formed on at least one surface of the steel sheet, and the Fe—Sn alloy layer.
  • the chemical conversion coating layer may contain the Zr compound in an amount of metal Zr of 0.08 mg / m 2 or less.
  • the chemical conversion coating layer may contain the Zr compound in an amount of metal Zr of 0.06 mg / m 2 or less.
  • the chemical conversion film layer contains the Zr compound in an amount of metal Zr of 0.02 mg / m 2 or more. Also good.
  • the chemical conversion film layer may contain the phosphate compound in an amount of P of 4 mg / m 2 or less.
  • the chemical conversion coating film layer may contain the phosphate compound in an amount of P of less than 1 mg / m 2. .
  • the chemical conversion film layer contains 0.03 mg / m 2 or more of the phosphoric acid compound in the amount of P. Also good.
  • one measurement point on the outermost surface of the chemical conversion coating layer is 4 in an environment of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 80%.
  • the average value of ⁇ YI obtained for the measurement points included in the unit area of the outermost surface may be less than 1.7.
  • the total Sn content of the Fe—Sn alloy layer and the Sn layer is 0. It may be 5 to 13 g / m 2 .
  • the surface of the chemical conversion treated film layer may not be coated with a film or paint.
  • a method for producing a chemical conversion treated steel sheet includes: a plating step of forming a Sn plating layer containing 0.1 to 15 g / m 2 of Sn on the surface of a steel sheet; A molten tin treatment step of forming an Fe—Sn alloy layer and an Sn layer by performing a molten tin treatment on the Sn plating layer, Zr ions of 10 ppm or more and less than 500 ppm, and 10 to 20000 ppm of F ions, In a chemical conversion treatment solution containing 10 to 3000 ppm of phosphate ions and a total of 100 to 30000 ppm of nitrate ions and sulfate ions and having a temperature of 5 ° C.
  • Electrolytic treatment is performed under the conditions of current density and electrolytic treatment time of 0.05 to 10 seconds, or immersion treatment is carried out in the chemical conversion treatment solution for an immersion time of 0.2 to 100 seconds.
  • Ri having a chemical conversion treatment step of forming a chemical conversion coating layer on the Sn layer.
  • the chemical conversion treatment solution contains 100 ppm or more and less than 500 ppm of Zr ions, 100 to 17000 ppm of F ions, and 20 to 2000 ppm of phosphate ions, A total of 1000 to 20000 ppm of nitrate ions and sulfate ions may be contained.
  • FIG. 1A and FIG. 1B are explanatory views schematically showing a layer structure when the chemical conversion treated steel sheet according to this embodiment is viewed from the side.
  • the chemical conversion treated steel sheet 10 includes a steel sheet 103, a Fe—Sn alloy layer 105a, a Sn layer 105b, and a chemical conversion film layer 107.
  • the Fe—Sn alloy layer 105a, the Sn layer 105b, and the chemical conversion coating layer 107 may be formed on one side of the steel plate 103 as shown in FIG. 1A, or as shown in FIG. 1B.
  • 103 may be formed on both sides.
  • the steel plate 103 is used as a base material of the chemical conversion treated steel plate 10 according to the present embodiment. It does not specifically limit about the steel plate 103 used by this embodiment, It is possible to use the well-known steel plate 103 used as a steel plate for containers.
  • the manufacturing method and material of the steel plate 103 are not particularly limited, and the steel plate 103 is manufactured from a normal steel slab manufacturing process through known processes such as hot rolling, pickling, cold rolling, annealing, and temper rolling. Can be used.
  • the thickness of the steel plate 103 is preferably 0.05 to 1 mm in view of practicality and economy when used as a steel plate for containers.
  • Fe-Sn alloy layer 105a and Sn layer 105b An Fe—Sn alloy layer 105a is formed on the steel plate 103, and an Sn layer 105b is formed on the Fe—Sn alloy layer 105a.
  • the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b are barrier-type plating layers.
  • the barrier-type plating layer uses Sn, which is an electrochemically noble metal than Fe constituting the steel plate 103, which is the base material, and forms a metal film of Sn on the surface of the steel plate 103 to reduce the corrosion factor. It is a plating layer that prevents corrosion of the steel sheet 103 without acting on the base material.
  • the Fe—Sn alloy layer 105a is formed on at least one surface of the steel plate 103, and the Sn layer 105b is formed on the Fe—Sn alloy layer 105a.
  • the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b are formed by performing a molten tin treatment in a state where an Sn plating layer (not shown) is formed on the steel plate 103, thereby forming an Sn plating layer (not shown). Is formed by alloying with a part of steel plate 103 Fe.
  • the Sn plating layer (not shown) in this embodiment may be comprised only from Sn, and may contain an impurity and a trace element in addition to Sn.
  • the Sn plating layer (not shown) is formed in order to ensure the corrosion resistance and weldability of the chemical conversion treated steel sheet 10.
  • Sn not only has high corrosion resistance, but also an Sn alloy formed by molten tin processing exhibits excellent corrosion resistance and weldability.
  • the Fe—Sn alloy layer 105a is formed on the steel plate 103, and the Sn layer 105b is formed on the Fe—Sn alloy layer 105a.
  • the total Sn content of the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b is 0.1 to 15 g / m 2 per side in terms of metal Sn amount.
  • the total Sn content of the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b needs to be 0.1 g / m 2 or more per side in terms of the amount of metal Sn.
  • the total Sn content of the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b exceeds 15 g / m 2 per side in terms of the amount of metallic Sn, the above-described effects due to Sn are saturated.
  • the total Sn content of the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b exceeds 15 g / m 2 per side in terms of the amount of metal Sn. Therefore, the total Sn content of the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b is set to 15 g / m 2 or less per side in terms of the amount of metal Sn.
  • the total Sn content of the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b is more preferably 0.5 to 13 g / m 2 per side in terms of the amount of metal Sn.
  • the total Sn content of the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b is 0.5 to 13 g / m 2 per side in terms of metal Sn, so that the corrosion resistance of the chemical conversion treated steel sheet 10 is suitably improved by Sn. In addition, the manufacturing cost can be further reduced.
  • the ratio of the thicknesses of the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b is not particularly limited, and the total content of the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b may be the above Sn content.
  • the Fe—Sn alloy layer 105a contains 0.001 to 100 g / m 2 of Fe in terms of the amount of metallic Fe. In addition to Sn and Fe, the Fe—Sn alloy layer 105a may contain inevitable impurities that are mixed in in trace elements or manufacturing processes. In the Fe—Sn alloy layer 105a, the total amount of Fe metal Fe and Sn metal Sn contained is 50 mass% or more. Preferably, in the Fe—Sn alloy layer 105a, the total amount of Fe metal Fe and Sn metal Sn contained is 70% by mass or more.
  • the Sn layer 105b may be composed of only Sn, and may contain 0.001 to 6 g / m 2 Fe in terms of metal Fe in addition to Sn. In addition, the Sn layer 105b may contain inevitable impurities that are mixed in in trace elements or manufacturing processes.
  • the proportion of Sn in the Sn layer 105b is 50% by mass or more in terms of the amount of metal Sn. Preferably, the proportion of Sn in the Sn layer 105b is 70% by mass or more in terms of the amount of metallic Sn.
  • the steel plate 103 on which the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b are formed is used as a steel plate for containers for storing acidic contents such as acidic fruits
  • the surface on the side in contact with the acidic contents is subjected to a coating treatment. Is not given.
  • Sn layer 105b and the acidic content are in direct contact, Sn in the Sn layer 105b is eluted and easily reacts with O 2 contained in the content. This prevents the acidic contents themselves from being oxidized.
  • SnO produced by the reaction of Sn and O 2 is a compound having a yellow color.
  • the surface of the steel plate 103 on which the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b are formed turns yellow (yellows) with the formation of SnO. If yellowing occurs, the contents may be misunderstood as corrupt, which is not preferable. Therefore, the present inventors conceived that the chemical conversion film layer 107 is formed on the Sn layer 105b in order to suppress yellowing of the surface of the steel plate 103 on which the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b are formed. did.
  • the present inventors When the chemical conversion treatment film layer 107 containing Zr is formed on the Sn layer 105b, the present inventors gradually turn yellow when the chemical conversion treatment film layer 107 adheres to a predetermined amount or more. I found out that Therefore, the present inventors have conducted further studies and have found the chemical conversion treated steel sheet 10 that can suppress yellowing of the chemical conversion coating layer 107 itself containing Zr and maintain a good appearance. That is, in the present invention, the chemical conversion film 107 containing Zr is formed on the Sn layer 105b with an adhesion amount within a specific range.
  • the chemical conversion film layer 107 is formed on the Sn layer 105b.
  • the chemical conversion coating layer 107 is a composite coating layer mainly composed of a Zr compound.
  • the amount of metal Zr is 0.01 to 0.1 mg / m 2 per side and the amount of P is 0.01 to 5 mg per side. / M 2 phosphate compound.
  • a Zr film containing a Zr compound and a phosphoric acid film containing a phosphoric acid compound are formed on the Sn layer 105b, a certain degree of effect on corrosion resistance and adhesion can be obtained. Not enough. However, as in the present embodiment, the Zr compound and the phosphoric acid compound are present in a partially mixed state in the chemical conversion coating layer 107, so that two coatings are formed as described above. It is possible to obtain superior corrosion resistance and adhesion than in the case of the above.
  • the Zr compound contained in the chemical conversion coating layer 107 according to the present embodiment has a function of improving corrosion resistance, adhesion, and processing adhesion.
  • Examples of the Zr compound according to the present embodiment include Zr oxide, Zr phosphate, Zr hydroxide, Zr fluoride, and the like, and the chemical conversion film layer 107 contains a plurality of the above Zr compounds.
  • a preferred combination of Zr compounds is Zr oxide, Zr phosphate, and Zr fluoride.
  • the upper limit of the content of the Zr compound is preferably 0.08 mg / m 2 or less per side in terms of metal Zr, and more preferably 0.06 mg / m 2 or less per side in terms of metal Zr. Further, the lower limit value of the content of the Zr compound is preferably 0.02 mg / m 2 or more per side in terms of the amount of metal Zr.
  • the chemical conversion treatment film layer 107 further includes one or more phosphate compounds in addition to the Zr compound described above.
  • the phosphoric acid compound according to this embodiment has a function of improving corrosion resistance, adhesion, and processing adhesion.
  • Examples of the phosphoric acid compound according to the present embodiment include phosphoric acid formed by a reaction between a phosphoric acid ion and a compound contained in the steel plate 103, the Fe—Sn alloy layer 105a, the Sn layer 105b, and the chemical conversion coating layer 107. Fe, phosphoric acid Sn, phosphoric acid Zr, etc. are mentioned.
  • the chemical conversion film layer 107 may contain one or more of the above phosphoric acid compounds.
  • the corrosion resistance, adhesion and work adhesion of the chemical conversion treatment steel sheet 10 are improved. Specifically, when the content of the phosphoric acid compound in the chemical conversion coating layer 107 is 0.01 mg / m 2 or more per side in terms of P amount, practically suitable corrosion resistance, adhesiveness, adhesion such as processing, and Yellowing resistance is ensured. On the other hand, as the content of the phosphoric acid compound increases, the corrosion resistance, adhesion and processing adhesion also improve. However, if the content of the phosphoric acid compound exceeds 5 mg / m 2 per side in terms of P amount, The yellowing due to the change with time of the treatment film layer 107 becomes remarkable. Accordingly, chemical conversion coating layer 107 according to this embodiment, the phosphate compound having per surface 0.01mg / m 2 ⁇ 5mg / m 2 in the P content.
  • the upper limit of the content of the phosphoric acid compound is preferably 4 mg / m 2 or less per side in terms of P amount, and more preferably less than 1 mg / m 2 per side in terms of P amount.
  • the lower limit of the content of the phosphoric acid compound is preferably 0.03 mg / m 2 or more per side in terms of P amount.
  • the chemical conversion treatment film layer 107 may contain inevitable impurities that are mixed in during the manufacturing process. Moreover, when the chemical conversion treatment film layer 107 contains Cr, the upper limit of the Cr content is 2 mg / m 2 .
  • the chemical conversion steel sheet 10 according to the present embodiment exhibits excellent yellowing resistance by having the chemical conversion film 107 described above.
  • the chemical conversion treated steel sheet 10 when the chemical conversion treated steel sheet 10 is stored in an environment of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 80% for 4 weeks, from the YI value (yellowness) of the chemical conversion treated steel sheet after storage, the YI value of the chemical conversion treated steel sheet before storage
  • the value obtained by subtracting (hereinafter referred to as ⁇ YI value) is 1.7 or less. That is, the ⁇ YI value when stored for 4 weeks in an environment of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 80% is 1.7 or less.
  • the YI value is a numerical value of the tristimulus value of color (perceived sensitivity of red, blue, and yellow perceived by the human eye). The higher the YI value is on the positive side, the darker the yellow, and the negative side The higher the value, the deeper the bluish white. Therefore, when the ⁇ YI value is a positive amount by storage in the above environment, it indicates that the yellowness has increased, and when the ⁇ YI value is a negative amount, the yellowness is decreased and the blueness is reduced. Indicates increased.
  • the YI value is calculated by substituting tristimulus values X, Y, and Z obtained using a whiteness difference meter into the following equation (1).
  • YI value 100 (1.28X-1.06Z) / Y (1)
  • the chemical conversion treated steel sheet 10 according to the present embodiment has a ⁇ YI value of 1.7 or less before and after storage when stored for 4 weeks in an environment of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 80%. That is, when the yellowness of the chemical conversion treated steel sheet 10 after being stored for 4 weeks in an environment of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 80% is compared with the yellowness of the chemical conversion treated steel sheet 10 before storage, It is difficult to perceive an increase in yellowness (yellowing). Therefore, the chemical conversion treated steel sheet 10 according to the present embodiment does not change the yellowness of the appearance over time, and can maintain a good appearance for a long time. In the present embodiment, the ability to maintain a good appearance for a long time is called yellowing resistance.
  • the chemical conversion treated steel sheet 10 according to this embodiment has excellent yellowing resistance and corrosion resistance. Therefore, even when the surface of the chemical conversion treatment film layer 107 is not covered with a film or paint, the chemical conversion treatment steel plate 10 can be used as a steel plate for containers.
  • the chemical conversion steel sheet 10 has the Fe—Sn alloy layer 105a on the steel sheet 103, the Sn layer 105b on the Fe—Sn alloy layer 105a, and the chemical conversion film layer 107 on the Sn layer 105b.
  • the steel sheet 103 and the Fe—Sn alloy layer 105a are in contact with each other, and no other layer is provided between the steel sheet 103 and the Fe—Sn alloy layer 105a.
  • the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b are in contact with each other, and no other layer is provided between the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b.
  • the Sn layer 105b and the chemical conversion treatment film layer 107 are in contact with each other, and no other layer is provided between the Sn layer 105b and the chemical conversion treatment film layer 107.
  • the amount of metallic Sn in the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b can be measured by, for example, a fluorescent X-ray method.
  • a calibration curve related to the amount of metal Sn is created in advance using a sample with a known amount of metal Sn, and the amount of metal Sn is relatively specified using the created calibration curve.
  • the amount of metal Zr and the amount of P in the chemical conversion coating layer 107 can be measured by a quantitative analysis method such as fluorescent X-ray analysis, for example. Further, what kind of compound is present in the chemical conversion coating layer 107 can be specified by performing an analysis by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). .
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • the measuring method of each component amount as described above is not limited to the above method, and a known measuring method can be applied.
  • YI value yellowness
  • SCI including specularly reflected light
  • measurement conditions it is important to perform measurement under certain conditions such as a light source, humidity, and temperature.
  • the YI value it is preferable to measure the YI values at a plurality of measurement points such as 20 arbitrary points per 1 m 2 and use the average value.
  • said measurement point represents the several measurement point of the outermost surface part of arbitrary chemical conversion treatment film layers 107 on one side.
  • the measurement points are at least 10 cm apart. Specifically, if it is a large plate of 1 m ⁇ 1 m, it is preferable to sample a measurement point and sample and measure a point separated by 10 cm or more from that point.
  • FIG. 2 is a flowchart for explaining an example of the flow of the method for manufacturing the chemical conversion treated steel sheet according to the present embodiment.
  • Pretreatment process In the method for manufacturing the chemical conversion treated steel sheet 10 according to the present embodiment, first, a known pretreatment is performed on the steel sheet 103 as necessary (step S101).
  • an Sn plating layer (not shown) is formed on the surface of the steel plate 103 (step S103).
  • the formation method of Sn plating layer (not shown) is not specifically limited, The well-known electroplating method, the method of immersing the steel plate 103 in molten Sn, etc. can be used.
  • a molten tin treatment (reflow treatment process) is performed (step S104).
  • the Fe—Sn alloy layer 105 a and the Sn layer 105 b are formed on the surface of the steel plate 103.
  • the molten tin treatment is performed by forming an Sn plating layer (not shown) on the steel sheet 103, heating to 200 ° C. or higher, once melting the Sn plating layer (not shown), and then rapidly cooling.
  • Sn in the Sn plating layer (not shown) located on the steel plate 103 side is alloyed with Fe in the steel plate 103 to form the Fe—Sn alloy layer 105a, and the remaining Sn is Sn layer. 105b is formed.
  • the chemical conversion treatment film layer 107 is formed on the Sn layer 105b by cathodic electrolysis treatment or immersion treatment (step S105).
  • the chemical conversion treatment film layer 107 is formed by cathodic electrolytic treatment or immersion treatment.
  • a chemical conversion treatment solution is used.
  • the chemical conversion treatment liquid according to this embodiment includes 10 ppm or more and less than 500 ppm of Zr ions, 10 ppm or more and 20000 ppm or less of F ions, 10 ppm or more and 3000 ppm or less of phosphate ions, and a total of 100 ppm or more and 30000 ppm or less of nitrate ions and sulfate ions. And including.
  • the nitrate ion and the sulfate ion only need to be contained in the chemical conversion treatment liquid in a total of 100 ppm to 30000 ppm, and both the nitrate ion and the sulfate ion may be contained in the chemical conversion treatment liquid. Only one of nitrate ion and sulfate ion may be contained in the chemical conversion treatment liquid.
  • the chemical conversion treatment solution is preferably 100 ppm or more and less than 500 ppm of Zr ions, 100 ppm or more and 17000 ppm or less of F ions, 20 ppm or more and 2000 ppm or less of phosphate ions, and a total of 1000 ppm or more and 20000 ppm or less of nitrate ions and sulfate ions, It is preferable to contain.
  • the concentration of Zr ions By setting the concentration of Zr ions to 100 ppm or more, it is possible to more reliably prevent a decrease in the amount of Zr attached. Moreover, the cloudiness of the chemical conversion treatment film layer 107 accompanying precipitation of phosphate can be more reliably prevented by setting the concentration of F ions to 100 ppm or more. Similarly, by setting the concentration of phosphate ions to 20 ppm or more, it is possible to more reliably prevent the clouding of the chemical conversion treatment film layer 107 accompanying the precipitation of phosphate.
  • the total concentration of nitrate ions and sulfate ions 1000 ppm or more, it is possible to more reliably prevent a decrease in the adhesion efficiency of the chemical conversion coating layer 107. If the total concentration of nitrate ions and sulfate ions is less than 1000 ppm, the Zr content in the chemical conversion coating layer 107 decreases due to the low deposition efficiency of Zr ions, which is not preferable. On the other hand, if the total concentration of nitrate ions and sulfate ions exceeds 20000 ppm, it is not preferable because the Zr content in the chemical conversion coating layer 107 becomes excessive due to the high deposition efficiency of Zr ions. .
  • the manufacturing cost of the chemical conversion treatment film layer 107 can be more reliably reduced by setting the upper limit value of each component of the chemical conversion treatment liquid as described above.
  • the pH of the chemical conversion solution is preferably in the range of 3.1 to 3.7, more preferably around 3.5.
  • nitric acid or ammonia may be added as necessary.
  • the temperature of a chemical conversion liquid is 5 degreeC or more and less than 90 degreeC. When the temperature of the chemical conversion treatment liquid is less than 5 ° C., the formation efficiency of the chemical conversion treatment film layer 107 is poor and not economical, which is not preferable.
  • the temperature of the chemical conversion treatment liquid is 90 ° C. or higher, the structure of the chemical conversion treatment film layer 107 to be formed is non-uniform, and defects such as cracks and microcracks are generated. Since it is the starting point, it is not preferable. In addition, it is preferable to satisfy
  • the temperature of the chemical conversion treatment liquid is preferably higher than the surface temperature of the steel plate 103 on which the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b are formed.
  • the current density during the electrolytic treatment is preferably 0.5 A / dm 2 or more and 20 A / dm 2 or less.
  • the current density is less than 0.5 A / dm 2
  • the current density is more than 20 A / dm 2
  • the amount of the chemical conversion treatment film layer 107 becomes excessive, and the chemical conversion treatment film layer 107 having insufficient adhesion among the formed chemical conversion treatment film layers 107.
  • it is not preferable because it may be washed away (peeled off) in a washing step such as washing with water after electrolytic treatment.
  • the time for the electrolytic treatment is preferably 0.05 seconds or more and 10 seconds or less.
  • the electrolytic treatment time is less than 0.05 seconds, the adhesion amount of the chemical conversion treatment film layer 107 decreases, and desired performance cannot be obtained, which is not preferable.
  • the electrolytic treatment time exceeds 10 seconds, the amount of the chemical conversion treatment film layer 107 is excessive, and among the formed chemical conversion treatment film layers 107, the chemical conversion treatment film layer 107 with insufficient adhesion is formed. Since it may be washed away (peeled off) in a washing step such as washing with water after the electrolytic treatment, it is not preferable.
  • the chemical conversion treatment film layer 107 can also be formed by an immersion treatment using a chemical conversion treatment solution.
  • the chemical conversion treatment film layer 107 is formed by the immersion treatment, the steel plate 103 having the Fe—Sn alloy layer 105a and the Sn layer 105b is immersed in the chemical conversion treatment solution for 0.2 to 100 seconds.
  • the immersion time is less than 0.2 seconds, the amount of the chemical conversion film 107 is not sufficient, which is not preferable.
  • the immersion time is longer than 100 seconds, the amount of the chemical conversion treatment film layer 107 is excessively increased, and the chemical conversion treatment film layer 107 with insufficient adhesion is washed by water washing or the like after the electrolytic treatment. This is not preferable because it may be washed away (peeled) in the process.
  • tannic acid may be further added to the chemical conversion treatment solution.
  • the tannic acid reacts with Fe in the steel sheet 103 to form a film of Fe tannic acid on the surface of the steel sheet 103.
  • a film of Fe tannate is preferable because it improves rust resistance and adhesion.
  • the solvent for the chemical conversion treatment liquid for example, deionized water, distilled water or the like can be used.
  • the electrical conductivity of the chemical conversion solution solvent is preferably 10 ⁇ S / cm or less, more preferably 5 ⁇ S / cm or less, and further preferably 3 ⁇ S / cm or less.
  • the solvent of the said chemical conversion liquid is not limited to this, It is possible to select suitably according to the material to melt
  • a Zr source for example, a Zr complex such as H 2 ZrF 6 can be used.
  • Zr in the Zr complex as described above is present in the chemical conversion solution as Zr 4+ due to a hydrolysis reaction accompanying an increase in pH at the cathode electrode interface.
  • Such Zr ions form a compound such as ZrO 2 or Zr 3 (PO 4 ) 4 by a dehydration condensation reaction with a hydroxyl group (—OH) present on the metal surface in the chemical conversion solution.
  • the chemical conversion steel sheet 10 according to the present embodiment is manufactured by performing the processing in such a flow.
  • the chemical conversion treatment steel plate and the method for manufacturing the chemical conversion treatment steel plate according to the embodiment of the present invention will be specifically described with reference to examples.
  • the Example shown below is an example of the manufacturing method of the chemical conversion treatment steel plate and chemical conversion treatment steel plate which concern on embodiment of this invention, Comprising: The manufacturing method of the chemical conversion treatment steel plate and chemical conversion treatment steel plate which concern on embodiment of this invention is shown.
  • the present invention is not limited to the following examples.
  • Example 1 In the following, first, it will be verified how the YI value changes before and after storage for 4 weeks in an environment of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 80% by changing the content of Zr in the chemical conversion coating layer 107. Went. In addition, Zr content and YI value were measured by the above-mentioned method.
  • Example 1 a steel plate generally used as a steel plate for containers was used as a base material, and an Fe—Sn alloy layer and a Sn layer were formed on the steel plate.
  • the total Sn content in the Fe—Sn alloy layer and the Sn layer was 2.8 g / m 2 per side in terms of the amount of metallic Sn.
  • the Zr ion concentration in the chemical conversion solution was changed to produce a plurality of samples having chemical conversion coating layers having different Zr compound contents.
  • the content of the phosphate compound was 3.0 mg / m 2 per side in terms of P amount.
  • the horizontal axis indicates the content of Zr compound (metal Zr amount) in the chemical conversion coating layer
  • the vertical axis indicates the value obtained by subtracting the YI value before storage from the YI value after storage ( ⁇ YI value).
  • ⁇ YI value is 1.7 or less
  • the yellowness associated with storage There was no increase over time. From this result, it was shown by making content of Zr compound in a chemical conversion treatment film layer into a predetermined range that the manufactured chemical conversion steel plate 10 has the outstanding yellowing resistance.
  • the produced chemical conversion steel sheet 10 has excellent yellowing resistance by setting the content of the Zr compound in the chemical conversion film layer within a predetermined range.
  • Example 2 Next, a steel plate generally used as a steel plate for containers was used as a base material, and an Fe—Sn alloy layer and an Sn layer were formed on the steel plate. Table 1 shows the total metal Sn content of the Fe—Sn alloy layer and the Sn layer. Next, a chemical conversion treatment film layer was formed on the Sn layer. Table 1 shows the amounts of metal Zr and P in the chemical conversion coating layer.
  • Each sample produced as described above was measured for corrosion resistance and ⁇ YI values before and after storage for 4 weeks in an environment of a temperature of 40 ° C. and a humidity of 80%. The ⁇ YI value was measured by the method described above.
  • ⁇ Evaluation of corrosion resistance> As the corrosion resistance test solution, 3% acetic acid was used. The chemical conversion treated steel plate of the sample was cut into ⁇ 35 mm and fixed on the mouth of a heat-resistant bottle containing a corrosion resistance test solution. After heat treatment at 121 ° C. for 60 minutes, the degree of corrosion of the sample was evaluated by observing the contact portion between the sample and the corrosion resistance test solution. Specifically, the following 10-step evaluation was performed based on the area of the non-corroded portion with respect to the total area of the contact portion between the sample and the corrosion resistance test solution. In addition, if a score is 5 points or more, it can be used as a steel plate for containers.
  • Corrosion resistance evaluation items are labeled “Very Good” for 10 to 9 points, “Good” for 8 to 5 points, and “Not Good” for 4 points and below.
  • Examples A1 to A12 all had excellent corrosion resistance and yellowing resistance. On the other hand, in Comparative Examples a1 to a3, either one or both of corrosion resistance and yellowing resistance were inferior.
  • Example 3 A steel plate generally used as a steel plate for containers is used as a base material, and a chemical conversion treatment is performed on the Fe—Sn alloy layer and the Sn layer having the metal Sn amount shown in Table 2 below under the conditions shown in Table 3. And a chemical conversion treatment film layer was formed. Each sample was measured for corrosion resistance and yellowing resistance by the same method as described above. The results are shown in Table 4.
  • Examples B1 to B30 all had excellent corrosion resistance and yellowing resistance.
  • Comparative Examples b1 to b9 all had excellent corrosion resistance but were inferior in yellowing resistance.

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Abstract

 この化成処理鋼板は、鋼板と、前記鋼板の少なくとも一方の表面に形成されたFe-Sn合金層と、前記Fe-Sn合金層上に形成され、前記Fe-Sn合金層との合計のSn含有量が金属Sn量で0.1~15g/mであるSn層と、前記Sn層上に形成され、金属Zr量で0.01~0.1mg/mのZr化合物と、P量で0.01~5mg/mのリン酸化合物と、を含有する化成処理皮膜層と、を備える。

Description

化成処理鋼板及び化成処理鋼板の製造方法
 本発明は、化成処理鋼板及び化成処理鋼板の製造方法に関する。
 本願は、2014年10月9日に、日本に出願された特願2014-207921号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
 金属を継続的に使用することにより、腐食が発生する場合がある。金属に発生する腐食を防止するために、従来から様々な技術が提案されている。提案されている技術としては、金属板に対してめっきを施す技術や、金属板又はめっきの表面に対して各種の表面処理を行う技術が挙げられる。
 ここで、飲料や食品の保存を目的とした金属容器の製造には、Niめっき鋼板、Snめっき鋼板又はSn系合金めっき鋼板等が用いられている。
 Niめっき鋼板、Snめっき鋼板又はSn系合金めっき鋼板を、飲料や食品の保存を目的とした金属容器用の鋼板(以下、容器用鋼板という)として用いる場合、鋼板と塗装又はフィルムとの密着性及び耐食性を確保するために、めっき鋼板の表面に6価クロムによる化成処理が施されることが多い。6価クロムを含む溶液を用いた化成処理を、クロメート処理という。
 しかしながら、クロメート処理に用いられる6価クロムは環境上有害であることから、従来容器用鋼板に施されていたクロメート処理の代替として、Zr-リン皮膜等の化成処理皮膜が開発されている。例えば下記特許文献1には、Zr、リン酸及びフェノール樹脂等を含む化成処理皮膜を有する容器用鋼板が開示されている。
日本国特開2007-284789号公報
 Snめっき鋼板の表面に上記特許文献1に開示されている化成処理皮膜が形成された化成処理鋼板を、酸性果実などの酸性内容物を貯蔵するための容器用鋼板として用いる場合には、化成処理皮膜の表面に塗装が施されずに、化成処理皮膜と内容物とが直接接触する状態で用いられる。化成処理皮膜の表面に塗装が施されないことにより、Snめっき鋼板から溶出したSnと内容物中のOとが反応を起こし、内容物の酸化を防止することができるためである。
 しかしながら、本発明者らによる検討の結果、表面に塗装が施されない化成処理皮膜は、経時変化により黄色に変色する(黄変する)ため、その外観が劣化するという問題があることを知見した。
 また、Snめっき鋼板の表面に上記特許文献1に開示されている化成処理皮膜が形成された化成処理鋼板を容器用鋼板として用いる場合には、更なる耐食性を有することが望まれている。
 本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、優れた耐黄変性及び耐食性を有する化成処理鋼板及び化成処理鋼板の製造方法を提供することを目的とする。
 本発明は、上記課題を解決して、係る目的を達成するために以下の手段を採用する。
(1)本発明の一態様に係る化成処理鋼板は、鋼板と、前記鋼板の少なくとも一方の表面に形成されたFe-Sn合金層と、前記Fe-Sn合金層上に形成され、前記Fe-Sn合金層との合計のSn含有量が金属Sn量で0.1~15g/mであるSn層と、前記Sn層上に形成され、金属Zr量で0.01~0.1mg/mのZr化合物と、P量で0.01~5mg/mのリン酸化合物と、を含有する化成処理皮膜層と、を備える。
(2)上記(1)に記載の化成処理鋼板において、前記化成処理皮膜層が、金属Zr量で0.08mg/m以下の前記Zr化合物を含有してもよい。
(3)上記(2)に記載の化成処理鋼板において、前記化成処理皮膜層が、金属Zr量で0.06mg/m以下の前記Zr化合物を含有してもよい。
(4)上記(1)~(3)の何れか一態様に記載の化成処理鋼板において、前記化成処理皮膜層が、金属Zr量で0.02mg/m以上の前記Zr化合物を含有してもよい。
(5)上記(1)~(4)の何れか一態様に記載の化成処理鋼板において、前記化成処理皮膜層が、P量で4mg/m以下の前記リン酸化合物を含有してもよい。
(6)上記(1)~(5)の何れか一態様に記載の化成処理鋼板において、前記化成処理皮膜層が、P量で1mg/m未満の前記リン酸化合物を含有してもよい。
(7)上記(1)~(6)の何れか一態様に記載の化成処理鋼板において、前記化成処理皮膜層が、P量で0.03mg/m以上の前記リン酸化合物を含有してもよい。
(8)上記(1)~(7)の何れか一態様に記載の化成処理鋼板において、前記化成処理皮膜層の最表面における1測定点について、温度40℃、湿度80%の環境下で4週間貯蔵した前後の黄色度の変化量をΔYIと定義したとき、前記最表面の単位面積に含まれる前記測定点について得られた前記ΔYIの平均値が、1.7未満であってもよい。
(9)上記(1)~(8)の何れか一態様に記載の化成処理鋼板において、前記Fe-Sn合金層及び前記Sn層の合計の前記Sn含有量が、金属Sn量で、0.5~13g/mであってもよい。
(10)上記(1)~(9)の何れか一態様に記載の化成処理鋼板において、前記化成処理皮膜層の表面が、フィルム又は塗料で塗装されていなくてもよい。
(11)本発明の一態様に係る化成処理鋼板の製造方法は、鋼板の表面に、金属Sn量で、0.1~15g/mのSnを含有するSnめっき層を形成するめっき工程と、前記Snめっき層に溶融溶錫処理を行うことにより、Fe-Sn合金層及びSn層を形成する溶融溶錫処理工程と、10ppm以上500ppm未満のZrイオンと、10~20000ppmのFイオンと、10~3000ppmのリン酸イオンと、合計で100~30000ppmの硝酸イオン及び硫酸イオンと、を含み、温度が5℃以上90℃未満である化成処理液中で、0.5~20A/dmの電流密度及び0.05~10秒間の電解処理時間の条件下で電解処理を行い、あるいは、前記化成処理液中で0.2~100秒間の浸漬時間で浸漬処理を行うことにより、前記Sn層上に化成処理皮膜層を形成する化成処理工程と、を有する。
(12)上記(11)に記載の化成処理鋼板の製造方法において、前記化成処理液が、100ppm以上500ppm未満のZrイオンと、100~17000ppmのFイオンと、20~2000ppmのリン酸イオンと、合計で1000~20000ppmの硝酸イオン及び硫酸イオンと、を含有してもよい。
 上記各態様によれば、優れた耐黄変性及び耐食性を有する化成処理鋼板及び化成処理鋼板の製造方法を提供することができる。
鋼板の片面にFe-Sn合金層、Sn層及び化成処理皮膜層が形成された化成処理鋼板の一例を模式的に示した説明図である。 鋼板の両面にFe-Sn合金層、Sn層及び化成処理皮膜層が形成された化成処理鋼板の一例を模式的に示した説明図である。 化成処理鋼板の製造方法の流れの一例を示した流れ図である。 実施例1の結果を示すグラフである。
 以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本実施形態において、同様の構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
<化成処理鋼板の構成について>
 まず、図1A及び図1Bを参照しながら、本発明の実施形態に係る化成処理鋼板の構成について詳細に説明する。図1A及び図1Bは、本実施形態に係る化成処理鋼板を側方から見た場合の層構造を模式的に示した説明図である。
 本実施形態に係る化成処理鋼板10は、図1A及び図1Bに示したように、鋼板103と、Fe-Sn合金層105aと、Sn層105bと、化成処理皮膜層107と、を備える。なお、Fe-Sn合金層105a、Sn層105b及び化成処理皮膜層107は、図1Aに示したように、鋼板103の片面に形成されていてもよいし、図1Bに示したように、鋼板103の両面に形成されていてもよい。
[鋼板103について]
 鋼板103は、本実施形態に係る化成処理鋼板10の母材として用いられる。本実施形態で用いられる鋼板103については特に限定されず、容器用鋼板として用いられる公知の鋼板103を使用することが可能である。鋼板103の製造方法や材質についても特に限定されず、通常の鋼片製造工程から、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、調質圧延等の公知の工程を経て製造された鋼板103を用いることが可能である。
 鋼板103の板厚は、容器用鋼板として用いる場合の実用性及び経済性を鑑み、0.05~1mmが好ましい。
[Fe-Sn合金層105a及びSn層105bについて]
 鋼板103上にはFe-Sn合金層105aが形成され、Fe-Sn合金層105a上にはSn層105bが形成される。Fe-Sn合金層105a及びSn層105bは、バリア型のめっき層である。バリア型のめっき層とは、母材である鋼板103を構成するFeよりも電気化学的に貴な金属であるSnを用い、鋼板103の表面にSnの金属膜を形成することで腐食因子を母材に作用させないようにして、鋼板103の腐食を抑制するめっき層である。
 以下では、図1A及び図1Bを参照しながら、本実施形態に係るFe-Sn合金層105a及びSn層105bの例について、具体的に説明する。
 図1A及び図1Bに示すように、Fe-Sn合金層105aは鋼板103の少なくとも片面に対して形成され、Sn層105bはFe-Sn合金層105a上に形成される。詳細は後述するが、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bは、鋼板103上にSnめっき層(不図示)を形成した状態で溶融溶錫処理を行うことにより、Snめっき層(不図示)の一部が鋼板103のFeと合金化することで、形成される。
 なお、本実施形態におけるSnめっき層(不図示)は、Snのみから構成されていてもよく、Snに加えて不純物や微量元素を含有してもよい。
 Snめっき層(不図示)は、化成処理鋼板10の耐食性と溶接性を確保するために形成される。Snは、Sn自体が高い耐食性を有しているだけでなく、溶融溶錫処理により形成されるSn合金も、優れた耐食性及び溶接性を発揮する。
 Snめっき層(不図示)を形成した後に溶融溶錫処理を行うことにより、鋼板103上にFe-Sn合金層105aが形成され、Fe-Sn合金層105a上にSn層105bが形成される。
 Fe-Sn合金層105a及びSn層105bの合計のSn含有量は、金属Sn量で片面当たり0.1~15g/mである。
 Snは、優れた加工性、溶接性及び耐食性を有し、Snめっき後に溶融溶錫処理を行うことで、化成処理鋼板10の耐食性を更に向上させるとともに、化成処理鋼板10の表面外観(鏡面外観)をより好ましくすることが可能である。上述の効果を奏するためには、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bの合計のSn含有量が、金属Sn量で片面当たり0.1g/m以上必要である。
 一方、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bの合計のSnの含有量が、金属Sn量で片面当たり15g/mを超過すると、Snによる上述の効果は飽和する。また、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bの合計のSnの含有量が、金属Sn量で片面当たり15g/mを超過すると、経済的に好ましくない。そのため、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bの合計のSnの含有量を、金属Sn量で片面当たり15g/m以下とする。
 Fe-Sn合金層105a及びSn層105bの合計のSnの含有量は、金属Sn量で片面当たり0.5~13g/mがより好ましい。Fe-Sn合金層105a及びSn層105bの合計のSnの含有量が、金属Sn量で片面当たり0.5~13g/mであることにより、Snにより化成処理鋼板10の耐食性が好適に向上するとともに、製造コストをより削減することが可能となる。
 なお、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bの厚みの比は特に限定されるものではなく、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bの合計で、上記のSn含有量であればよい。
 Fe-Sn合金層105aは、金属Fe量で、0.001~100g/mのFeを含有する。また、Fe-Sn合金層105aは、Sn及びFe以外に、微量元素や製造工程などで混入してしまう不可避的不純物を含んでもよい。
 Fe-Sn合金層105aにおいて、含有するFeの金属Fe量及びSnの金属Sn量の合計が、50質量%以上である。好ましくは、Fe-Sn合金層105aにおいて、含有するFeの金属Fe量及びSnの金属Sn量の合計が、70質量%以上である。
 Sn層105bは、Snのみから構成されていてもよく、Snに加えて、金属Fe量で0.001~6g/mのFeを含有してもよい。また、Sn層105bは、微量元素や製造工程などで混入してしまう不可避的不純物を含んでもよい。
 また、Sn層105bでSnが占める割合は、金属Sn量で50質量%以上である。好ましくは、Sn層105bでSnが占める割合は、金属Sn量で70質量%以上である。
 Fe-Sn合金層105a及びSn層105bが形成された鋼板103を、酸性果実等の酸性内容物を貯蔵するための容器用鋼板として用いる場合、酸性内容物と接触する側の面には塗装処理が施されない。Sn層105bと酸性内容物とが直接接触することにより、Sn層105b中のSnが溶出して、内容物に含まれるOと反応しやすくなる。これにより、酸性内容物自身が酸化することが防止される。
 しかしながら、SnとOとが反応することで生成されるSnOは、黄色を有する化合物である。そのため、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bが形成された鋼板103の表面は、SnOの形成に伴い、黄色に変色する(黄変する)。黄変が生じると、内容物が腐敗していると誤解される可能性があるため、好ましくない。そのため、本発明者らは、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bが形成された鋼板103表面の黄変を抑制するために、化成処理皮膜層107をSn層105b上に形成することを想到した。
 本発明者らは、Zrを含む化成処理皮膜層107をSn層105b上に形成する場合に、化成処理皮膜層107の付着量が所定量以上となると、化成処理皮膜層107自体が次第に黄変してしまうことを知見した。
 そこで、本発明者らは、更なる検討を行い、Zrを含む化成処理皮膜層107自体の黄変をも抑制し、良好な外観を維持することが可能な化成処理鋼板10を知見した。
すなわち、本発明では、Sn層105b上に、付着量が特定の範囲であり、Zrを含有する化成処理皮膜層107が形成される。
[化成処理皮膜層107について]
 図1A及び図1Bに示したように、Sn層105b上に化成処理皮膜層107が形成される。化成処理皮膜層107は、Zr化合物を主体とする複合皮膜層であり、金属Zr量で片面当たり0.01~0.1mg/mのZr化合物と、P量で片面当たり0.01~5mg/mのリン酸化合物と、を少なくとも含有する。
 Zr化合物を含有するZr皮膜、リン酸化合物を含有するリン酸皮膜の2つの皮膜を重ねてSn層105b上に形成した場合、耐食性や密着性に関してある程度の効果は得られるが、実用的には十分ではない。しかしながら、本実施形態のように、化成処理皮膜層107中でZr化合物とリン酸化合物とが部分的に混合した状態で存在していることにより、上述のように2つの皮膜が重ねて形成されている場合よりも、優れた耐食性や密着性を得ることができる。
 本実施形態に係る化成処理皮膜層107に含まれるZr化合物は、耐食性、密着性、及び加工密着性を向上させる機能を有する。本実施形態に係るZr化合物としては、例えば、酸化Zr、リン酸Zr、水酸化Zr、及びフッ化Zr等が挙げられ、化成処理皮膜層107は、上述のZr化合物を複数含有する。好ましいZr化合物の組合せは、酸化Zr、リン酸Zr、フッ化Zrである。
 化成処理皮膜層107に含まれるZr化合物の含有量が、金属Zr量で片面当たり0.01mg/m以上の場合には、実用上好適な耐食性、塗装等密着性及び耐黄変性が確保される。
 一方、Zr化合物の含有量の増加に伴い、耐食性、密着性及び塗装等密着性が向上する。しかしながら、Zr化合物の含有量が、金属Zr量で片面当たり0.1mg/mを超えると、化成処理皮膜層107の経時変化に伴う黄変性が顕著となる。従って、本実施形態に係る化成処理皮膜層107は、Zr化合物を、金属Zr量で片面当たり0.01mg/m~0.1mg/m有する。
 Zr化合物の含有量の上限値は、好ましくは、金属Zr量で片面当たり0.08mg/m以下であり、更に好ましくは、金属Zr量で片面当たり0.06mg/m以下である。
 また、Zr化合物の含有量の下限値は、好ましくは、金属Zr量で片面当たり0.02mg/m以上である。
 Zr化合物の含有量を上記の範囲とすることで、より優れた耐食性、密着性、塗装等密着性及び耐黄変性を得ることができる。
 化成処理皮膜層107は、上述したZr化合物に加えて、1種又は2種以上のリン酸化合物をさらに含む。
 本実施形態に係るリン酸化合物は、耐食性、密着性、及び加工密着性を向上させる機能を有する。本実施形態に係るリン酸化合物の例としては、リン酸イオンと鋼板103、Fe-Sn合金層105a、Sn層105b及び化成処理皮膜層107に含まれる化合物とが反応して形成されるリン酸Fe、リン酸Sn、リン酸Zr等が挙げられる。化成処理皮膜層107は、上述のリン酸化合物を1種含んでもよく、2種以上含んでもよい。
 化成処理皮膜層107に含まれるリン酸化合物の量が多いほど、化成処理鋼板10の耐食性、密着性及び加工密着性が向上する。具体的には、化成処理皮膜層107におけるリン酸化合物の含有量が、P量で片面当たり0.01mg/m以上の場合には、実用上好適な耐食性、密着性、加工等密着性及び耐黄変性が確保される。
 一方、リン酸化合物の含有量が増加するのに伴い、耐食性、密着性及び加工密着性も向上するが、リン酸化合物の含有量が、P量で片面当たり5mg/mを超えると、化成処理皮膜層107の経時変化に伴う黄変性が顕著となる。従って、本実施形態に係る化成処理皮膜層107は、リン酸化合物をP量で片面当たり0.01mg/m~5mg/m有する。
 リン酸化合物の含有量の上限値は、好ましくは、P量で片面当たり4mg/m以下であり、更に好ましくは、P量で片面当たり1mg/m未満である。
 また、リン酸化合物の含有量の下限値は、好ましくは、P量で片面当たり0.03mg/m以上である。リン酸化合物の含有量を上記の範囲とすることで、より優れた耐食性、密着性、加工密着性及び耐黄変性を得ることができる。
 なお、化成処理皮膜層107は、上述のZr化合物及びリン酸化合物の他に、製造工程などで混入してしまう不可避的不純物を含んでもよい。また、化成処理皮膜層107がCrを含有する場合には、Crの含有量の上限は2mg/mである。
 本実施形態に係る化成処理鋼板10は、上述の化成処理皮膜層107を有することで、優れた耐黄変性を示す。例えば、化成処理鋼板10を、温度40℃かつ湿度80%の環境下で4週間貯蔵する場合に、貯蔵後の化成処理鋼板のYI値(黄色度)から、貯蔵前の化成処理鋼板のYI値を減じた値(以下、ΔYI値という)は、1.7以下である。すなわち、温度40℃かつ湿度80%の環境下で4週間貯蔵する場合の、ΔYI値が、1.7以下である。
 YI値は、色彩の三刺激値(人の目が感じる赤・青・黄の知覚感度)を数値化した値で、YI値がプラス側に高い値を示す程黄色が濃くなり、マイナス側に高い値を示す程青白色が濃くなる。従って、上記環境下における貯蔵によって、△YI値がプラスの量の場合は、黄色度が増加したことを示し、△YI値がマイナスの量の場合は、黄色度が減少し、青白色度が増加したことを示す。
 なお、YI値は、測白色差計を用いて得られた三刺激値X,Y,Zを、下記(1)式に代入することで計算される。
  YI値=100(1.28X-1.06Z)÷Y ・・・(1)
 ここで、ΔYI値が1.7超過の場合には、対象物が黄変したことを知覚することができる。一方、本実施形態に係る化成処理鋼板10は、温度40℃かつ湿度80%の環境下で4週間貯蔵する場合の、貯蔵前後のΔYI値が1.7以下である。つまり、温度40℃かつ湿度80%の環境下で4週間貯蔵した後の化成処理鋼板10の黄色度と、貯蔵前の化成処理鋼板10の黄色度とを比較した場合に、化成処理鋼板10の黄色度の増加(黄変)を知覚することは難しい。そのため、本実施形態に係る化成処理鋼板10は、外観の黄色度が経時的に変化せず、良好な外観を長期間維持することが可能である。
 なお、本実施形態では、良好な外観を長期間維持することができる性能を、耐黄変性という。
 上述のように、本実施形態に係る化成処理鋼板10は、優れた耐黄変性及び耐食性を有する。そのため、化成処理皮膜層107の表面をフィルムまたは塗料で被覆しない場合でも、化成処理鋼板10を容器用鋼板として用いることが可能である。
<化成処理鋼板10の層構造について>
 化成処理鋼板10は、上述のように、鋼板103上にFe-Sn合金層105aを有し、Fe-Sn合金層105a上にSn層105bを有し、Sn層105b上に化成処理皮膜層107を有する。つまり、化成処理鋼板10において、鋼板103とFe-Sn合金層105aとは接しており、鋼板103とFe-Sn合金層105aとの間に別の層を有さない。同様に、化成処理鋼板10において、Fe-Sn合金層105aとSn層105bとは接しており、Fe-Sn合金層105aとSn層105bとの間に別の層を有さない。さらに、化成処理鋼板10において、Sn層105bと化成処理皮膜層107とは接しており、Sn層105bと化成処理皮膜層107との間に別の層を有さない。
<成分含有量の測定方法について>
 ここで、Fe-Sn合金層105a及びSn層105b中の金属Sn量は、例えば、蛍光X線法によって測定することができる。この場合、金属Sn量既知の試料を用いて、金属Sn量に関する検量線をあらかじめ作成し、作成した検量線を用いて相対的に金属Sn量を特定する。
 化成処理皮膜層107中の金属Zr量及びP量は、例えば、蛍光X線分析等の定量分析法により測定することが可能である。また、化成処理皮膜層107中にどのような化合物が存在しているかについては、X線光電子分光測定法(X-ray Photoelectron Spectroscopy:XPS)による分析を行うことで、特定することが可能である。
 なお、上記のような各成分量の測定方法は上記の方法に限定されず、公知の測定方法を適用することが可能である。
<YI値の測定方法について>
 上記のYI値(黄色度)の測定は、JIS Z-8722条件cに準拠した分光測色計を用いれば良く、測定方式としては表面性状の影響を受けにくいSCI(正反射光を含む)測定で行うことができる。また、測定条件としては、光源、湿度及び温度など、一定の条件下で測定を行うことが重要である。
 なお、YI値の測定に際しては、例えば、1mあたり任意の20点など、複数の測定点でのYI値を測定して、その平均値を利用することが好ましい。ここで、上記の測定点は、片面で任意の化成処理皮膜層107の最表面部の複数の測定点を表す。また、測定点は、少なくとも10cm以上離れた点とすることが好ましい。具体的には、1m×1mの大板であれば、測定点をサンプリングし、その点から10cm以上離れた点をサンプリングし、測定することが好ましい。
<化成処理鋼板の製造方法について>
 次に、図2を参照しながら、本実施形態に係る化成処理鋼板10の製造方法について、詳細に説明する。図2は、本実施形態に係る化成処理鋼板の製造方法の流れの一例について説明するための流れ図である。
 [前処理工程]
 本実施形態に係る化成処理鋼板10の製造方法では、まず、必要に応じて、鋼板103に対して公知の前処理が実施される(ステップS101)。
 [めっき工程]
 その後、鋼板103の表面にSnめっき層(不図示)を形成する(ステップS103)。Snめっき層(不図示)の形成方法は特に限定されず、公知の電気めっき法や、溶融したSnに鋼板103を浸漬する方法等を用いることができる。
 [溶融溶錫処理(リフロー処理工程)工程]
 Snめっき層(不図示)を形成した後、溶融溶錫処理(リフロー処理)を行う(ステップS104)。これにより、鋼板103の表面にFe-Sn合金層105aおよびSn層105bを形成する。
 溶融溶錫処理は、鋼板103上にSnめっき層(不図示)を形成した後に、200℃以上に加熱し、Snめっき層(不図示)を一旦溶融させ、その後急冷することにより行われる。この溶融溶錫処理により、鋼板103側に位置するSnめっき層(不図示)中のSnが鋼板103中のFeと合金化して、Fe-Sn合金層105aが形成され、残部のSnがSn層105bを形成する。
 [化成処理工程]
 その後、陰極電解処理又は浸漬処理により、Sn層105b上に化成処理皮膜層107を形成する(ステップS105)。
 化成処理皮膜層107は、陰極電解処理又は浸漬処理により形成されるが、いずれの場合でも化成処理液を用いる。本実施形態に係る化成処理液は、10ppm以上500ppm未満のZrイオンと、10ppm以上20000ppm以下のFイオンと、10ppm以上3000ppm以下のリン酸イオンと、合計で100ppm以上30000ppm以下の硝酸イオン及び硫酸イオンと、を含む。
 なお、硝酸イオン及び硫酸イオンは、化成処理液に両イオンの合計で100ppm以上30000ppm以下含まれていればよく、硝酸イオンと硫酸イオンとの両イオンが化成処理液に含まれていてもよいし、硝酸イオンと硫酸イオンとのいずれか一方のみが化成処理液に含まれていてもよい。
 化成処理液は、好ましくは、100ppm以上500ppm未満のZrイオンと、100ppm以上17000ppm以下のFイオンと、20ppm以上2000ppm以下のリン酸イオンと、合計で1000ppm以上20000ppm以下の硝酸イオン及び硫酸イオンと、を含むことが好ましい。
 Zrイオンの濃度を100ppm以上とすることで、Zrの付着量低下をより確実に防止することが可能となる。また、Fイオンの濃度を100ppm以上とすることで、リン酸塩の沈殿に伴う化成処理皮膜層107の白濁をより確実に防止することができる。
 同様に、リン酸イオンの濃度を20ppm以上とすることで、リン酸塩の沈殿に伴う化成処理皮膜層107の白濁をより確実に防止することができる。
 硝酸イオンと硫酸イオンとの合計の濃度を1000ppm以上とすることで、化成処理皮膜層107の付着効率の低下をより確実に防止することができる。
 硝酸イオンと硫酸イオンとの合計の濃度が1000ppm未満である場合には、Zrイオンの付着効率が低いことに起因して、化成処理皮膜層107中のZr含有量が少なくなるため、好ましくない。一方、硝酸イオンと硫酸イオンとの合計の濃度が20000ppmを超過すると、Zrイオンの付着効率が高いことに起因して、化成処理皮膜層107中のZr含有量が過剰に多くなるため、好ましくない。
 なお、化成処理液の各成分の上限値を上記のような値とすることで、化成処理皮膜層107の製造コストをより確実に削減することができる。
 化成処理液のpHは3.1~3.7の範囲が好ましく、より好ましくは3.5前後である。化成処理液のpHの調整には、必要に応じて、硝酸あるいはアンモニア等を加えてもよい。なお、電解処理に用いる化成処理液と浸漬処理に用いる化成処理液とのいずれの場合であっても、上述の化成処理液のpHの条件を満たすことが好ましい。
 化成処理液の温度は、5℃以上90℃未満であることが好ましい。化成処理液の温度が5℃未満である場合には、化成処理皮膜層107の形成効率が悪く、経済的ではないため、好ましくない。また、化成処理液の温度が90℃以上である場合には、形成される化成処理皮膜層107の組織が不均一であり、割れ、マイクロクラック等の欠陥が発生しこれらの欠陥が腐食等の起点となるため、好ましくない。なお、電解処理に用いる化成処理液と浸漬処理に用いる化成処理液とのいずれの場合であっても、上述の化成処理液の温度の条件を満たすことが好ましい。
 なお、化成処理液の温度を、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bが形成された鋼板103の表面温度よりも高くすることにより、界面における化成処理液の反応性が高まるため、化成処理皮膜層107の付着効率が向上する。そのため、化成処理液の温度は、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bが形成された鋼板103の表面温度よりも高いことが好ましい。
 [電解処理により化成処理皮膜層107を形成する場合]
 電解処理を行う際の電流密度は、0.5A/dm以上20A/dm以下であることが好ましい。電流密度が0.5A/dm未満である場合には、化成処理皮膜層107の付着量が低下するとともに、電解処理時間が長くなる場合があるため、好ましくない。また、電流密度が20A/dm超過である場合には、化成処理皮膜層107の付着量が過剰になり、形成された化成処理皮膜層107のうち、付着が不十分な化成処理皮膜層107が、電解処理後の水洗等による洗浄工程で洗い流される(剥離する)可能性があるため、好ましくない。
 電解処理を行う時間(電解処理時間)は、0.05秒以上10秒以下であることが好ましい。電解処理時間が0.05秒未満である場合には、化成処理皮膜層107の付着量が低下し、所望の性能が得られないため好ましくない。一方、電解処理時間が10秒超過である場合には、化成処理皮膜層107の付着量が過剰になり、形成された化成処理皮膜層107のうち、付着が不十分な化成処理皮膜層107が、電解処理後の水洗等による洗浄工程で洗い流される(剥離する)可能性があるため、好ましくない。
 [浸漬処理により化成処理皮膜層107を形成する場合]
 本実施形態に係る化成処理皮膜層107は、化成処理液を用いた浸漬処理により形成することもできる。浸漬処理により化成処理皮膜層107を形成する場合には、Fe-Sn合金層105a及びSn層105bを有する鋼板103を上述の化成処理液に0.2~100秒間浸漬させる。
 浸漬時間が0.2秒未満の場合には、化成処理皮膜層107の付着量が十分ではないため、好ましくない。一方、浸漬時間が100秒超の場合には、化成処理皮膜層107の付着量が過剰に多くなることに加え、付着が不十分な化成処理皮膜層107が、電解処理後の水洗等による洗浄工程で洗い流される(剥離する)可能性があるため、好ましくない。
 なお、本実施形態に係る化成処理皮膜層の形成にあたっては、化成処理液中に、更にタンニン酸を添加してもよい。化成処理液にタンニン酸を添加することで、タンニン酸が鋼板103中のFeと反応し、鋼板103の表面にタンニン酸Feの皮膜を形成する。タンニン酸Feの皮膜は、耐錆性及び密着性を向上させるため、好ましい。
 化成処理液の溶媒としては、例えば、脱イオン水、蒸留水等を使用できる。化成処理液の溶媒の好ましい電気伝導度は10μS/cm以下で、さらに好ましくは5μS/cm以下、さらに好ましくは3μS/cm以下である。ただし、上記化成処理液の溶媒は、これに限定されず、溶解する材料や形成方法及び化成処理皮膜層107の形成条件等に応じて、適宜選択することが可能である。ただし、安定的な各成分の付着量安定性に基づく工業生産性、コスト、環境面から、脱イオン水または蒸留水を用いることが好ましい。
 Zrの供給源としては、例えば、HZrFのようなZr錯体を使用することが可能である。上記のようなZr錯体中のZrは、カソード電極界面におけるpHの上昇に伴う加水分解反応により、Zr4+として化成処理液中に存在する。このようなZrイオンは、化成処理液中で金属表面に存在する水酸基(-OH)と脱水縮合反応をすることによりZrOやZr(PO等の化合物を形成する。
 [後処理工程]
 その後、必要に応じて、Fe-Sn合金層105a、Sn層105b及び化成処理皮膜層107の形成された鋼板103に対して、公知の後処理が実施される(ステップS107)。
 このような流れで処理が行われることで、本実施形態に係る化成処理鋼板10が製造される。
 以下に、実施例を示しながら、本発明の実施形態に係る化成処理鋼板及び化成処理鋼板の製造方法について、具体的に説明する。なお、以下に示す実施例は、本発明の実施形態に係る化成処理鋼板及び化成処理鋼板の製造方法の一例であって、本発明の実施形態に係る化成処理鋼板及び化成処理鋼板の製造方法が、下記の例に限定されるものではない。
(実施例1)
 以下では、まず、化成処理皮膜層107におけるZrの含有量を変化させて、温度40℃、湿度80%の環境下に4週間貯蔵した前後で、YI値がどのように変化するかについて、検証を行った。なお、Zr含有量及びYI値は、上述の方法によって測定した。
 実施例1では、容器用鋼板として一般的に用いられる鋼板を母材として利用し、鋼板上にFe-Sn合金層及びSn層を形成した。Fe-Sn合金層及びSn層における合計のSn含有量は、金属Sn量で片面当たり2.8g/mであった。その上で、化成処理液中のZrイオン濃度を変化させて、Zr化合物の含有量が互いに異なる化成処理皮膜層を有する、複数の試料を製造した。ここで、各試料において、リン酸化合物の含有量は、P量で片面当たり3.0mg/mであった。
 得られた結果を、図3に示した。
 図3において、横軸は、化成処理皮膜層におけるZr化合物の含有量(金属Zr量)を示し、縦軸は、貯蔵後のYI値から貯蔵前のYI値を減じた値(ΔYI値)を示している。図3から明らかなように、Zr含有量が、金属Zr量で片面当たり0.01~0.10mg/mである場合には、ΔYI値が1.7以下であり、貯蔵に伴う黄色度の継時的な増加は見られなかった。
 この結果から、化成処理皮膜層中のZr化合物の含有量を所定の範囲とすることで、製造された化成処理鋼板10が優れた耐黄変性を有することが示された。
 この結果から、化成処理皮膜層中のZr化合物の含有量を所定の範囲とすることで、製造された化成処理鋼板10が優れた耐黄変性を有することが示された。
(実施例2)
 次に、容器用鋼板として一般的に用いられる鋼板を母材として利用し、鋼板上にFe-Sn合金層及びSn層を形成した。Fe-Sn合金層及びSn層の合計の金属Sn含有量を、表1に示した。次に、Sn層上に化成処理皮膜層を形成した。化成処理皮膜層の金属Zr量及びP量を、表1に示した。
 以上のようにして製造された各試料について、耐食性と、温度40℃、湿度80%の環境下における4週間の貯蔵の前後でのΔYI値とを測定した。ΔYI値は、上述の方法で測定した。
 <耐食性の評価>
 耐食性試験液は、3%酢酸を用いた。試料の化成処理鋼板をφ35mmに切り出して、耐食性試験液を入れた耐熱瓶の口に乗せて固定した。121℃で60分の熱処理を行った後、試料と耐食性試験液との接触部分を観察することにより試料の腐食度合いを評価した。具体的には、試料と耐食性試験液との接触部分の全面積に対する、腐食していない部分の面積により、以下の10段階評価を行った。なお、評点が5点以上であれば、容器用鋼板として使用することが可能である。
  10点:100%~90%以上
   9点:90%未満~80%以上
   8点:80%未満~70%以上
   7点:70%未満~60%以上
   6点:60%未満~50%以上
   5点:50%未満~40%以上
   4点:40%未満~30%以上
   3点:30%未満~20%以上
   2点:20%未満~10%以上
   1点:10%未満~0%以上
 耐食性評価の項目には、10点~9点を「Very Good」、8点~5点を「Good」、4点以下は「Not Good」と標記した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1に示したように、実施例A1~A12では、いずれも優れた耐食性及び耐黄変性を有していた。一方、比較例a1~a3では、耐食性と耐黄変性とのいずれか一方または両方が劣っていた。
(実施例3)
 容器用鋼板として一般的に用いられる鋼板を母材として利用し、以下の表2に示した金属Sn量を有するFe-Sn合金層及びSn層上に、表3に示した条件で化成処理を行い、化成処理皮膜層を形成した。各試料について上述と同様の方法で耐食性及び耐黄変性を測定した。
 結果を表4に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 表4に示したように、実施例B1~B30では、いずれも優れた耐食性及び耐黄変性を有していた。一方、比較例b1~b9では、いずれも優れた耐食性を有していたが、耐黄変性が劣っていた。
 以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
 上記一実施形態によれば、優れた耐黄変性及び耐食性を有する化成処理鋼板及び化成処理鋼板の製造方法を提供することができる。
  10  化成処理鋼板
 103  鋼板
 105a Fe-Sn合金層
 105b Sn層
 107  化成処理皮膜層

Claims (12)

  1.  鋼板と;
     前記鋼板の少なくとも一方の表面に形成されたFe-Sn合金層と;
     前記Fe-Sn合金層上に形成され、前記Fe-Sn合金層との合計のSn含有量が金属Sn量で0.1~15g/mであるSn層と;
     前記Sn層上に形成され、金属Zr量で0.01~0.1mg/mのZr化合物と、P量で0.01~5mg/mのリン酸化合物と、を含有する化成処理皮膜層と;
    を備える
    ことを特徴とする、化成処理鋼板。
  2.  前記化成処理皮膜層が、金属Zr量で0.08mg/m以下の前記Zr化合物を含有する
    ことを特徴とする、請求項1に記載の化成処理鋼板。
  3.  前記化成処理皮膜層が、金属Zr量で0.06mg/m以下の前記Zr化合物を含有する
    ことを特徴とする、請求項2に記載の化成処理鋼板。
  4.  前記化成処理皮膜層が、金属Zr量で0.02mg/m以上の前記Zr化合物を含有する
    ことを特徴とする、請求項1~3の何れか1項に記載の化成処理鋼板。
  5.  前記化成処理皮膜層が、P量で4mg/m以下の前記リン酸化合物を含有する
    ことを特徴とする、請求項1~4の何れか1項に記載の化成処理鋼板。
  6.  前記化成処理皮膜層が、P量で1mg/m未満の前記リン酸化合物を含有する
    ことを特徴とする、請求項1~5の何れか1項に記載の化成処理鋼板。
  7.  前記化成処理皮膜層が、P量で0.03mg/m以上の前記リン酸化合物を含有する
    ことを特徴とする、請求項1~6の何れか1項に記載の化成処理鋼板。
  8.  前記化成処理皮膜層の最表面における1測定点について、温度40℃、湿度80%の環境下で4週間貯蔵した前後の黄色度の変化量をΔYIと定義したとき、
     前記最表面の単位面積に含まれる前記測定点について得られた前記ΔYIの平均値が、1.7未満である
    ことを特徴とする、請求項1~7の何れか1項に記載の化成処理鋼板。
  9.  前記Fe-Sn合金層及び前記Sn層の合計の前記Sn含有量が、金属Sn量で、0.5~13g/mである
    ことを特徴とする、請求項1~8の何れか1項に記載の化成処理鋼板。
  10.  前記化成処理皮膜層の表面が、フィルム又は塗料で塗装されていない
    ことを特徴とする、請求項1~9の何れか1項に記載の化成処理鋼板。
  11.  鋼板の表面に、金属Sn量で、0.1~15g/mのSnを含有するSnめっき層を形成するめっき工程と;
     前記Snめっき層に溶融溶錫処理を行うことにより、Fe-Sn合金層及びSn層を形成する溶融溶錫処理工程と;
     10ppm以上500ppm未満のZrイオンと、10~20000ppmのFイオンと、10~3000ppmのリン酸イオンと、合計で100~30000ppmの硝酸イオン及び硫酸イオンと、を含み、温度が5℃以上90℃未満である化成処理液中で、0.5~20A/dmの電流密度及び0.05~10秒間の電解処理時間の条件下で電解処理を行い、あるいは、前記化成処理液中で0.2~100秒間の浸漬時間で浸漬処理を行うことにより、前記Sn層上に化成処理皮膜層を形成する化成処理工程と;
    を有する
    ことを特徴とする、化成処理鋼板の製造方法。
  12.  前記化成処理液が、
     100ppm以上500ppm未満のZrイオンと;
     100~17000ppmのFイオンと;
     20~2000ppmのリン酸イオンと;
     合計で1000~20000ppmの硝酸イオン及び硫酸イオンと;
    を含有する
    ことを特徴とする、請求項11に記載の化成処理鋼板の製造方法。
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