JPH04154997A - ＤＩ缶用Ｎｉ拡散処理鋼板及びその製造方法 - 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］ この発明は、飲料缶などに用いられる缶用材で、製缶に
際して缶胴をＤ＆Ｉ　（トロウィング及アイアニング）
方式で加工されるＤＩ缶用の表面処理鋼板に関する。

［従来技術］ 食缶では、胴体に天地を付けた３ピースと、地と胴体と
が一体成形されこれに天を付けた２ピース缶とが使われ
ている。２ピ一ス缶には絞り加工によって作られる底の
浅いものと、絞り・しごき加工によって作られる底の深
いいわゆるＤＩ缶とがあり、後者は飲料缶に多く使用さ
れている。特に、内容物が炭酸飲料の場合など、炭酸ガ
スの発生により内圧、が大気圧よりも高くなるので、３
ピ一ス缶よりも薄い材料で十分に強度を確保することが
でき、又開缶時に外部からの汚染物の吸い込みが無く衛
生的である等の利点がある。その反面、材料には極めて
苛酷な成形性が要求される。

即ち、ＤＩ加工では先ず平坦な板をカップ状に絞り、そ
の後ダイス径を三段階に少しづつ狭めながらしごき加工
を加える。この結果、成形後の缶胴は元の板の約三分の
−の厚さとなる。このＤＩ缶用の材料としては、アルミ
板と表面処理鋼板とが使われており、後者の場合表面処
理層は、成形後も缶内腐食に対して鋼板を保護する役割
を果たさなければならない。成形後、缶内塗装が施され
るが、スチール缶では鉄溶出が極微量であっても、これ
にともなっていわゆる金物の匂いが発生するので、缶内
塗装も二度がけを施すなどの対策が採られている。

このため、従来から、ＤＩ缶用表面処理鋼板としてはめ
っき量の多いＳｎめっき鋼板が用いられて来ている。Ｓ
ｎは軟らかい金属で、成形に対して延びも良く又ダイス
噛りなどの事故を起こすことも稀であり、且つ、缶内容
物に対する鋼板の防食性能も優れ、缶内飲料に無害で、
匂いを付けることもなく、その上、歴史の長い半田缶に
おける実績もある。缶用材として更に要求される特性に
印刷性と外面の耐食性とがあり、このためにも充分なＳ
ｎめっき量が必要とされてきた。

しかし、Ｓｎは資源が偏在しており、多量に用いること
には問題があるので、近年ではＳｎの使用量を減らすこ
とが試みられている。例えば、特開昭５８−３７１９４
号公報では、冷延鋼板の両面にＮｉをめっきし、この処
理鋼板の片面にＳｎをめっきし更に電解クロム処理層を
設けて耐食性を付与した容器用鋼板が開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、ＤＩ加工を受けるとＮｉめっき皮膜は延
ばされて欠陥部が生じることが避けられない。このよう
な部分では、ＮｉとＦｅの電位差による電池が形成され
るので、Ｎｉめっき層があっても缶内面の鉄溶出や缶外
面の腐食が十分には抑制されないと言う問題が残されて
いた。

この発明はこの課題に対してなされたもので、缶の内面
及び外面に要求される特性に合わせた処理を鋼板に施す
ことによってＳｎの使用量を減じても、鉄の溶出が極め
て少く且つ外面耐食性の良いＤＩ缶に用いられる表面処
理鋼板の提供を目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この目的を達成するための手段は、冷延鋼板の両面にＮ
ｉ量で片面当たり０．０３ｇ／ｍ２以上０．６ｇ／ｍ”
以下のＮｉ拡散層を有し、他面にはこのＮｉ拡散層の上
に０．０１ｇ／ｎ＋”以上０．２ｇ／♂以下のＮｉめっ
き層及びその上に合金化していないＳｎ量で０．５ｇ／
ｍ”以上２．８ｇ／ＩＩ］２以下のＳｎめっき層を有し
、且つ、少なくともＳｎめつき層の上にＣｒ量で片面当
たりｌ　　ｍｇ／ｒｔ？以下のクロメート皮膜を有する
ＤＩ缶用Ｎｉ拡散処３１！Ｊ＃板とこのＤＩ缶用Ｎｉ拡
散処理鋼板を製造する方法であって、その製造方法は、
冷延鋼板の両面に０゜０３　ｇ／ｎ＋”以上０．６ｇ／
ｍ２以下のＮｉめつきを施し、このＮｉめっき鋼板を加
熱してＮｉ拡散層を生成させ、片面のＮｉ拡散層の上に
０．０１ｇ／♂以上０．２ｇ／♂以下のＮｉめっきを施
した後頁に０．５ｇ／／以上２．８ｇ／ｒｒ？以下のＳ
ｎめつきを施しためっき鋼板を作製し、このめっき鋼板
を重クロム酸塩を主体とするクロメート液で処理してＣ
ｒ量で片面当たり１！Ｉ１ｇ／ｌ１１２以下のクロメー
ト皮膜を形成するＤＩ缶用Ｎｉ拡散処理鋼板の製造方法
であるが、冷延鋼板の両面に施すＮｉめつきに替えて、
Ｎｉ量で片面当たり０．０３ｇ／ｌｌＩ２以上０．６ｇ
／♂以下のＮｉ−Ｆｅ合金めつきを施してもよい。

［作用］ ＤＩ缶では、前述したように加工によって板厚は約三分
の−に減じる。このとき、板の表面はその面積が板厚減
少に応じて拡がるので、表面のめっき皮膜は不均一にな
りがちである。成形された缶の内面は化成処理を施され
た後缶内面塗料が塗布される。この化成処理は塗料の密
着を高めるための塗装前処理であって、欠陥のない均一
な処理皮膜が要求される。

Ｓｎめっき鋼板の場合を考えると、この処理皮膜の均一
性を阻害するものに、５ｎ−Ｆｅ合金とＳｎ酸化物とが
ある。何れも硬くて脆く、これらが存在すると塗料の密
着性が低下するので、その生成を抑制する工夫がなされ
てきたものである。

即ち、５ｎ−Ｆｅ合金に対してはＳｎめっき層の下にＮ
ｉやＣｒのめっき層を設け、Ｓｎの酸化に対してはクロ
メート処理を施す等の対策である。

ＤＩ加工時には摩擦や変形による発熱のため、Ｓｎめっ
き層があると融点の低いＳｎはその一部或いは全部が合
金化するし、Ｓｎの酸化も避けられない。Ｓｎめっき量
が多い場合には、これらの反応を起こさずに金属Ｓｎと
して残る量も多く、Ｓｎの良い特性が発揮されるが、Ｓ
ｎめつき量が減少するにしたがい、上記の反応物の影響
が大きくなってくる。発明者らの研究によると、Ｓｎめ
っき量が０．１ｇ／ｍ２より少なくなると負の影響が目
立ってくる。缶内への鉄溶出は、鋼板になされた表面処
理とＤＩ加工後に施される缶内面塗膜との相乗効果によ
って抑制されるので、内面側は僅かな量のＳｎをめっき
するよりも相乗効果を大きくした方がよい。

鋼板表層をＮｉ拡散層とすると、表層の耐食性が改善さ
れ鉄が溶出し難くなる。同時に、Ｎｉ拡散層は塗料密着
性が良く缶内塗料との相乗効果が大きくなる。又、Ｎｉ
めつき層よりもＤＩ加工時に亀裂を生じ鋼素地が露出す
る傾向は少なく、拡散層上部と鋼素地の間の電位差もＮ
ｉとのそれより小さく且つ深さ方向への電位は連続的に
遷移するので、電池の形成による鉄溶出の促進は軽減さ
れる。Ｎｉ拡散層に燐酸化成処理を施し、エポキシ塗料
を塗布した試験片を腐食溶液に浸漬し溶出しな鉄量を調
べた結果を第１図に示す。Ｎｉ拡散層量が多いほど鉄溶
出量は減じるが、その減じ方はＮｉ拡散層が０．０３ｇ
／♂までは急激であり、その後徐除に減じ、０．６ｇ／
♂を超えてはほぼ一定となる。したがって、Ｎｉ拡散層
量を０．０３ｇ／ｍ２以上０．６　ｇｈｒ？以下とする
と効率的に鉄溶出を抑制することが出来る。

以上述べてきた片面は、製缶に際して缶の内面となる側
であり、他面は缶の外面となる。飲料缶に多く使用され
るＤＩ缶では冷却保存されることが多く、湿度の高い地
域では大気中水蒸気も直ぐに凝結し筒外面を濡らすばか
りでなく、流れ落ちた水が缶底を湿潤状態に置くことも
ある。このような用途に対しては、鋼板表面にＮｉを拡
散しておくと、内面の場合と同様、鋼板表層の耐食性が
改善される。この場合、腐食に対する効果が明瞭に現れ
るＮｉ拡散層の量は０．０３ｇ／♂以上であり、０．６
ｇ／ｍ２を超えて増やしてもその効果は余り変わらない
。

Ｎｉめっき層は被覆による防食性能に加え、加工時の５
ｎ−Ｆｅ合金の生成を抑制し加工後のＳｎめっき層の均
一性を維持する。第２図はＮｉめっき層の均一性維持作
用を示したもので、Ｎｉ拡散層の上に種々の付着量でＮ
ｉをめっきし、その上にＳｎめつきを施して試験片とし
、この試験片をＤＩ加工した後、表面の８０の付着量分
布をＸ線マイクロアナライザーによって測定した結果で
ある。

測定条件は、プローブ電流１．０Ｘ１０−６Ａ、プロー
ブ径は２μｍ、測定面積２００μｍ×２００μｍで視野
的測定点は１００×１００点、収集時間は各測定点につ
いて０．１秒である。

Ｓｎ付着量の多い点は５ｎ−Ｌα線の強度が大きいこと
から、各測定点の強度を平均しこの平均値の１／１０以
下の強度を示す点はＳｎ付着量が少ない皮膜不完全部と
判断した。分布はこの皮膜不完全部が少ない場合が均一
分布、多い場合が不均一分布とし、図では、Ｓｎ被覆不
完全部の多さを縦軸に、Ｎｉめっき量を横軸に表示した
。

Ｎｉめっき量の増加と共に８０被覆不完全部は減るが、
Ｎｉめっき量が０．０１ｇ／ｍ２に近ずくと急に減じ、
その後段々に緩やかになり０．２ｇ／ｒｒ？では減じ切
っている。即ち、Ｎｉめっき層のＳｎめっき層を均一に
保つ効果は、Ｎｉめっき量が０．０１ｇ／ｍ２以上０．
２ｇ／ｍ２以下で最も効率良く発揮される。Ｓｎめっき
層がＤＩ加工後も均一であることは、加工が無理無く行
われたことであり、又、加工後の耐食性もよくなる。

ＤＩ加工では、外面の皮膜が硬いとダイスの噛りゃ材料
表面の損傷を惹き起こす。即ち、外面には加工の容易さ
が特に要求される。Ｓｎめっき層は軟質で延性にも富み
且つ外面の耐食性や印刷性も良いので、他面には再上層
めっき層にＳｎめっき層を設ける。この場合、Ｓｎめっ
き層の量がｏ、５ｇ／ｍ２程度に増えると、ＤＩ加工時
の表面損傷は殆ど皆無となり、２．８ｇ／ｍ”を超えて
増やしてもその効果は変わらない。

クロメート皮膜は、印刷塗料の付着性を低下させるＳｎ
の酸化物の生成を抑制するほか耐食性にも寄与する。し
かしこの皮膜は硬くて加工性を害するので、その量を限
定する必要がある。Ｃｒ量で片面当たりｌ　　ｍ　ｇ　
／　ｍ２以下とするとＤＩ加工時の噛りゃ表面損傷も起
こさなくなる。

冷間圧延された鋼板は、一般に７００℃前後の熱処理と
調質圧延とによって、機械的性質が調整される。熱処理
前の鋼板にＮｉめつきを施しておき、この熱処理を利用
してＮ１拡散層を形成する事も出来る。しかし、利用す
る熱処理の処理温度が低い場合、例えば過時効処理の場
合などでは、Ｎｉめっきに替えてＮｉ−Ｆｅ合金めつき
を施すと確実にＮｉ拡散層を得る事が出来る。

このＮｉめつき或いはＳｎめっきは、一般に行われてい
る方法で施ずことができ　Ｎｉ拡散層及びＳｎめっき層
の付着量の作用については既述した通りであるが、Ｎｉ
拡散層を両面に設ける場合限定した範囲内であれば表裏
等量ても又１差があってもよい。

クロメート皮膜についても、一般に用いられている浸漬
用クロメート処理液を用いることができ、皮膜量を限定
するには、処理時間を短くして長引かさなければよい。

なお、−船釣な浸漬法で処理する場合は両面処理となっ
て、Ｎｉ拡散層の上にも施されるがＣｒ量で１　　ｍｇ
／♂以下であれば特に問題はなく、この場合耐食性にも
若干寄与する。

［実施例コ 厚さ０．２８ｍｍの冷延鋼板の両面にＮｉをめっきし７
００℃で２０秒の熱処理を行ってＮｉ拡散層としたもの
、或はＮｉ−Ｆｅ合金めっきを施し、５００℃前後で１
時間熱処理を行いＮｉ拡散層としたものについて、調質
圧延を行った後、片面にＮｉめっき及びその上にＳｎめ
つきを施し最後に浸漬法でクロメート処理を行った。こ
れらの処理は、実施例としてこの発明の範囲内の条件、
比較例として範囲外の条件及び従来例の条件とについて
行い、比較できるようにした。処理した試験片について
、ＤＩ加工を行い加工の容易さを調べた。その後内面に
ついては、脱脂し、一般に使用される燐酸系処理液を用
いて化成処理を施し、この上にエポキシ系缶内面塗料を
１００ｍｇ／ｄ♂塗布し、２０５℃で１０分間焼き付け
た後、Ｆｅ溶出試験を行い品質を評価し、外面について
は、塗装を施さずに湿潤試験を行い評価した。

これらの処理或いは試験の詳細は次のようであった。

Ｎｉめっき： ＮｉＳＯ４・６Ｈ２０２４０ｇ＃Ｉ Ｎ　ｉ　Ｃ４１２・６　Ｎ２０　　　４５ｇ／１１ＨＳ
Ｂ０．　　　　　　　　３０ｇ／１１ｐＨ２，６ 浴温　　　　　　　　　　・　５０℃ Ｎｉ−Ｆｅ合金めっき： ＮｉＳＯ４・６Ｈ２０２４０ｇ＃ ＦｅＳＯ４・７Ｈ２０４５ｇ／Ａ ＨｓＢＯｉ　　　　　　　　３０ｇ／ρｐＨ３，５ 浴温　　　　　　　　　　　　４５℃ Ｓｎめっき： Ｓｎ”　　　　　　　　　　　３０ｇ／４１遊離酸（Ｎ
２　ｓｏ４換算）　　１３ｇ／Ａ光沢剤　　　　　　　
　　　　’３ｇ／１１浴温　　　　　　　　　　　　　
４０℃クロメート処理： Ｎａ２　Ｃｒ２０７　　　　　　２０ｇ＃１浴温　　　
　　　　　　　　　５０℃ ｐＨ５，５ 処理時間　　　　　　　　　　　１秒 ＤＩ加工は、先ず直径１２３龍のブランクを打抜き、カ
ッピングプレスで内径７２醜簡φ、高さ３６　ｍｍのカ
ップに成形し、次いでこのカップをＤＩマシーンに装入
してリドロウ加工及び三段階のアイアニング加工を行い
、最終的に缶内径５２．０ｍｍ、缶高１３０鰭の缶を成
形した。このとき、ポンチスピードは３０龍／分、スト
ローク６００　ｍ＋ｎ、クーラントは４０℃〜１００℃
で循環使用した。加工のし易さは１００缶を連続製缶し
不良缶の発生の有無で評価した。

鉄溶出試験では、ＤＩ加工後の試験材の中に腐食液２０
０ｍＡを入れ鉄溶出を強制した。腐食液はクエンＭ１．
５％と食塩１．５％含む水溶液で、腐食温度は３８℃で
あり、９６時間後にこの腐食液に溶出した鉄の量を測定
した。鉄溶出量が１ｍｇ／、ｆｆ未満を◎、１　ｍｇ　
／　４以上１．５ｍｇ／Ａ未満を○、１．５ｍｇ／Ｊ）
以上２．０■／１未満をΔ、２．０ｍｇ／ρ以上を×、
で各々評価した。

湿潤試験では、湿度８０％、温度５０℃の雰囲気に１０
時間曝した後、缶の底部外面を観察した。その結果を、
全く変化の認められないものを◎、変化が僅かに認めら
れるものをＯ１小さな赤錆が疎に点在しているものをΔ
、小さな赤錆が全体に散在しているものをＸとして評価
した。

供試材及び試験の結果を第１表に示す。

表中、試験片Ｎ［Ｌｌ乃至８で、試験片阻２．３．６及
び８は、Ｎ　１−Ｆｅ合金めっきを施してＮｉ拡散層を
形成させたものであり、他は、Ｎｉめっきを施してＮｉ
拡散層を形成させたものである。

何れのＮｉ拡散層の形成条件においても、実施例では加
工性及び耐食性ともに満足な結果が得られた。

第１表 ネ；Ｄ■加工後ダイスに多くの疵が見られた。

しかし比較例では、内面のＮｉ拡散層の少な過ぎる試験
片ＮＯ，９は鉄溶出試験で劣り、外面ＯＮｉめっき量の
少な過ぎる試験片Ｎ［Ｌ　１０は湿潤試験にも劣り、外
面Ｓｎめっき量の少な過ぎる試験片Ｎｏ。

１１では加工時の不良缶発生があると共に湿潤試験にも
劣る。又、クロメート被膜の多過ぎる試験片ＮＬ１２で
は加工時に不良缶発生とともにダイスも疵付けた。

従来例では、加工時に不良缶が発生しダイスも疵付ける
とともに、内外面とも耐食性に劣る結果であった。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば缶内面相当面が鋼板表
層の耐食性を改善し且つ塗料密着の良いＮｉ拡散層であ
り、缶外面相当面はＮｉ拡散層の上にＮｉめっき層とＳ
ｎめっき層との複合層となっているので、各々の面に要
求される条件或いは用途に個別に適した特性が発現され
る。このため、Ｓｎ量は少なくてもＤＩ缶用材として内
外面ともに十分な耐食性を維持しながら、優れたＤＩ成
形性を具備している。このように、表裏で各々に適した
性能を発揮し且つ省資源を実現したこの発明の効果は大
きい。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の詳細な説明するためのＮｉ拡散層量
と鉄溶出量との関係を示す図、第２図はＮｉめっき量と
Ｓｎ被覆不完全部との関係を示す図である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷延鋼板の両面にＮｉ量で片面当たり０．０３ｇ
   ／ｍ＾２以上０．６ｇ／ｍ＾２以下のＮｉ拡散層を有し
   、その片面には、このＮｉ拡散層の上に０．０１ｇ／ｍ
   ＾２以上０．２ｇ／ｍ＾２以下のＮｉめっき層及びその
   上に合金化していないＳｎ量で０．５ｇ／ｍ＾２以上２
   ．８ｇ／ｍ＾２以下のＳｎめっき層を有し、且つ少なく
   ともこのＳｎめっき層の上にＣｒ量で片面当たり１ｍｇ
   ／ｍ＾２以下のクロメート皮膜を有することを特徴とす
   るＤＩ缶用Ｎｉ拡散処理鋼板。
2. （２）冷延鋼板の両面に片面当たり０．０３ｇ／ｍ＾２
   以上０．６ｇ／ｍ＾２以下のＮｉめっきを施し、このＮ
   ｉめっき鋼板を加熱してＮｉ拡散層を生成させ、片面の
   Ｎｉ拡散層の上に０．０１ｇ／ｍ＾２以上０．２ｇ／ｍ
   ＾２以下のＮｉめっきを施した後、更に０．５ｇ／ｍ＾
   ２以上２．８ｇ／ｍ＾２以下のＳｎめっきを施しためっ
   き鋼板を作製し、このめっき鋼板を重クロム酸塩を主体
   とするクロメート液で処理してＣｒ量で片面当たり１ｍ
   ｇ／ｍ＾２以下のクロメート皮膜を形成することを特徴
   とするＤＩ缶用Ｎｉ拡散処理鋼板の製造方法。
3. （３）冷延鋼板の両面に施すＮｉめっきに替えてＮｉ量
   で片面当たり０．０３ｇ／ｍ＾２以上０．６ｇ／ｍ＾２
   以下のＮｉ−Ｆｅ合金めっきを施す請求項２記載のＤＩ
   缶用Ｎｉ拡散処理鋼板の製造方法。