JPH0637712B2

JPH0637712B2 - 溶接缶用電解クロメート処理鋼板

Info

Publication number: JPH0637712B2
Application number: JP60192614A
Authority: JP
Inventors: 博英古屋; 浩樹岩佐; 豊文渡辺; 繁雄神原
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1985-08-31
Filing date: 1985-08-31
Publication date: 1994-05-18
Anticipated expiration: 2009-05-18
Also published as: JPS6254096A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は溶接性に優れた溶接缶用電解クロメート処理鋼
板、具体的には、電気抵抗シーム溶接により製缶される
溶接缶用電解クロメート処理鋼板に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

鋼板表面に金属クロム及びクロム酸化物を主体とするク
ロム水和酸化物の皮膜を形成した電解クロメート処理鋼
板（TFS-CT）は、優れた塗装性、耐食性を有し、ブリキ
に比して安価でもあることから、飲料等の食缶関係、ペ
ール缶、１８缶、オイル缶等の雑缶関係等、広い分野
で使用されている。従来、この種の鋼板を用いる缶材
は、主に絞り加工による２ピース缶や有機樹脂あるいは
特殊セメントを用いる接着缶（３ピース缶）として実用
化されているが、溶接缶としての利用割合は非常に小さ
い。これは電解クロメート処理鋼板が極めて溶接性に劣
るメッキ鋼板であるためである。

しかし昨今の製缶では、接合強度及び信頼製が高い接合
法が要求され、このため溶接接合が製缶溶接で大きなウ
エイトを占めるようになってきており、現在用いられて
いる電解クロメート処理鋼板では、その悪い溶接性ゆえ
に用途拡大が困難な状況にある。このように溶接性が乏
しい主な原因は、電解クロメート処理鋼板の表面皮膜に
あり、メッキ層を構成する金属クロム層及びクロム酸化
物を主体とするクロム水和酸化物層の非導電性と非熱伝
導性のために、溶接電流によって発生する熱の発熱形態
が不均一となり、鋼が局部的に発熱し、チリ、ブローホ
ール等の溶接欠陥を生じ易いからである。

このため従来では、あえて通常の電解クロメート処理鋼
板を溶接するような場合には、溶接部となるクロメート
処理皮膜を研磨除去してから溶接するという煩雑な方法
を採らざるを得ない。また、この他にも電解クロメート
処理鋼板の溶接性を確保するため以下のような提案がな
されている。

(イ) 鋼板の溶接を必要とする部位に水ガラスを塗布、乾
燥した後、この鋼板表面にクロムメッキを施し、水ガラ
スを剥離して溶接する（特開昭５７−１４３４９２
号）。

(ロ) クロムメッキ鋼板に２０％以下の調質圧延を施して
その面に亀裂を生じさせると、その無数の亀裂を介して
溶接電流が地鉄部に流れ良好なスードロニック溶接等を
行うことができる（特開昭５５−４８４０６号）。

しかしこれらの方法は、溶接を行うに当りクロメート処
理鋼板に何らかの前処理を施すというものであるため、
工程の簡素化、製缶コストという面で大きな問題があ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者らは、上記のような従来の問題に鑑み、溶接前
の特別な前処理を行うことなく優れた溶接性（抵抗シー
ム溶接性）が得られる溶接缶用電解クロメート処理鋼板
について検討を加えた。その結果、金属クロム層表面
が、鋼板全面に亘る総ての結晶方位面上において多数の
粒状若しくは角状の突起を有する製造を持つ電解クロメ
ート皮膜が極めて優れた溶接性を示すことを見い出し、
本発明を完成させたものである。

すなわち本発明は、鋼板表面に目付量５〜２００mg/m²
の金属クロム層と、その上部に金属クロム換算で目付量
３〜１５mg/m²のクロム酸化物を主体とするクロム水和
酸化物層とを有し、前記金属クロム層表面が、鋼板全面
に亘る総ての結晶方位面上において多数の粒状若しくは
角状の突起を有する製造としたことをその基本的特徴と
する。

このような金属クロム層表面に突起を有する電解クロメ
ート鋼板の製造方法として、特開昭５９−１００２９１
号が提案されているが、こ技術は接着缶用としての電解
クロメート処理鋼板に言及することにとどまり、また、
必ずしも鋼板の総ての結晶方位面上に多数の突起を形成
させることを条件としたものではない。本発明は、上記
突起と溶接性との関係、さらには鋼板全面に亘る総ての
結晶方位面上に上記突起を多数形成させることが優れた
溶接性を得る上で不可欠の条件であることを見い出し、
これに基づきなされたものである。

従来の電解クロメート処理鋼板をスードロニック型の抵
抗シーム溶接する場合、外層のクロム酸化物が絶縁皮膜
となり、缶胴縦縁部分のラップ部における接触抵抗を高
くする。したがって溶接開始直後の溶接電流は低く、一
定時間経過後に始めて一定の溶接電流値を示すようにな
る。このために発熱が不均一となり、鋼が局部的に発熱
し、チリを発生したり、溶接ナゲット部に不都合な空洞
（ブローホール）を生じさせる。このような溶接時に局
部的に過大電流が流れるかどうかの評価をするのに接触
抵抗値（静的抵抗値）が知られている。すなわち、接触
抵抗の高い材料では溶接電流の通路が狭く、局部的な過
大電流が流れ易いのである。通常の電解クロメート処理
鋼板では上記接触抵抗が１０²から１０⁵オーダーと他の
溶接缶用表面処理鋼板に比して極端に大きい。

本発明者等はこのような点に鑑み電解クロメート処理鋼
板の接触抵抗を下げるという方向で種々検討を行った結
果、基本的に、電解クロメート皮膜を構成する金属クロ
ム層に、粒状や角状の突起（金属クロム）が均一な分
布、具体的には鋼板全面に亘るあらゆる結晶方位面上に
おいて多数分布するよう形成された皮膜構造とすること
により、接触抵抗を２桁まで低下させ得ることが判っ
た。そして、それに伴い接触開始直後の溶接電流低下は
ほとんどなく、瞬時に一定溶接電流値を示すようにな
り、局部的な異常発熱も軽微になり良好なシーム溶接部
を安定して得られることが判明した。

第１図はこのような本発明の皮膜構造の断面を模式的に
示すもので、(1)は鋼板、(2)は金属クロム層、(3)はク
ロム水和酸化物層であり、金属クロム層(2)の表面には
多数の突起(4)が形成されている。そして、この金属ク
ロムの突起(4)のために、その上のクロム水和酸化物層
(3)もその突起に沿った起伏を呈している。

そして、このような皮膜構造により上記したような良好
な溶接性が得られるのは、第１図に示すような皮膜構造
の鋼板面どうしが重ね合されるため接触面積が大になる
ことから導電性が向上し、溶接電流が流れ易くなったた
めと推定される。さらに、このような作用に加え金属ク
ロム層(2)に沿ったクロム水和酸化物層(3)が凹凸状であ
るため外圧により亀裂を生じ易くなっており、このため
皮膜面どうしを圧接させた際、金属クロムの突起上にあ
るクロム水和酸化物層に容易に亀列が生じ、溶接電流が
流れ易くなることによるものと推定される。

以下、本発明の皮膜構造を具体的に説明する。

電解クロメート処理皮膜は、鋼板面上に形成される金属
クロム層(2)と、その上のクロム酸化物を主体とするク
ロム水和酸化物層(3)とからなっているが、このうち金
属クロム層(2)は５〜２００mg/m²、クロム水和酸化物層
(3)は金属クロム換算値で３〜１５mg/m²の付着量とされ
る。

金属クロム及びクロム酸化物は抵抗溶接の面からは少な
い方が望ましく、できるならば多数の突起状金属クロム
を形成するのに必要な目付量を確保し、かつ耐食性に支
障をきたさない最少の目付量に管理することが好まし
い。金属クロム(2)の金属クロム量が２００mg/m²超で
は、金属クロムの突起による効果が金属クロム過多によ
る溶接性の低下により打ち消され、溶接性の向上は望め
なくなる。また金属クロム量が５mg/m²未満となると皮
膜に十分な耐食性が期待できなくなる。クロム水和酸化
物層(3)のクロム酸化物量に関しても同様であり、その
付着量が金属クロム換算で１５mg/m²を超えると、クロ
ム酸化物層に亀列が入りにくくなり、特に高速製缶の場
合の溶接性が低下してしまう。また付着量が３mg/m²を
下回ると耐食性に問題を生ずる。

金属クロム層(2)に形成される突起(4)は、板状に広い範
囲に形成されるものではなく、平面的にみて粒状あるい
は角状のものである。このような突起(4)は、鋼板自体
の結晶方向の影響を受けて特定の結晶面にのみ集中して
形成されても本発明の目的とする効果は期待できず、こ
のため鋼板全面に亘る総ての結晶方位面に多数形成され
る程度の均一な分布性が必要とされる。

なお、このような金属クロムの突起は鋼板両面または片
面に適宜形成させることができる。

次に、以上のような電解クロメート処理鋼板の製造方法
の一例について説明する。

本発明の電解クロメート処理鋼板は、鋼板を一液法によ
り断続電解で電解クロメート処理（陰極電解処理）する
とともに、その陰極電解処理の途中で少なくとも１回陽
極電解処理を行うことにより製造することができる。す
なわち鋼板を複数パスの陰極電解処理により電解クロメ
ート処理する所謂、縦型処理設備の場合には、例えば複
数パスの陰極電解処理の途中で少なくとも１つのパスに
おいて陽極電解処理を行うことにより製造することがで
きる。

電解クロメート処理鋼板を製造するには、無水クロム
酸、クロム酸塩及び重クロム酸塩の少なくとも１つを主
成分とし、かつその中にＦ^-及び／又はＳＯ₄ ^2-を含む電
解液中において鋼板を陰極にして陰極電解処理（断続電
解処理）を行う。

電解クロメート処理には、一般に一液法と二液法という
２種類の処理法があるが、二液法ではクロム酸化物の付
着量が多くなり過ぎ、クロム酸化物の付着量を上述した
１５mg/m²以下に抑えることが難しい。

電解クロメート処理の所謂縦型設備は連続的に配置され
る複数の処理槽を有しており、このような設備で電解ク
ロメート処理される鋼板は、各処理槽のシンクロールへ
の接触により必然的に断続処理となる。そして上記のよ
うな金属クロム層の突起は、このような断続処理によっ
て生成する傾向があり、また断続時間がある程度長くな
ると不可避的に生成する。しかし、このようにして生成
した突起は極めて不均一なものとなる。すなわち、この
ような突起の生成は、被処理鋼板の結晶方位の影響を受
け、特定の結晶面（例えば（００１）面）にのみ形成さ
れる。その結果、このような突起状の金属クロムがほと
んど形成されていない電解クロメート処理鋼板に比べる
と接触抵抗はある程度低下するものの良好な溶接性は何
ら期待できない。

これらに対して本発明では、断続電解による陰極処理の
途中で陽極処理を行うため突起状の金属クロムが均一に
しかも密な状態で形成されるものであり、その詳細なメ
カニズムは必ずしも明らかではないが、基本的には次の
ような理由によるものと考えられる。すなわち、陽極処
理が行われるまで、あるいは陰極電解処理が中断される
までの陰極電解処理により、鋼板上には金属クロム層と
その上にクロム水和酸化物層が生成する。クロム水和酸
化物層はコロイド状であるため、陰極電解が中断すると
酸化性の電解液により金属クロム表面は酸化され酸化ク
ロムに変化する。酸化クロムと金属クロムでは格子定数
が異なることから酸化クロム層中には原子配列の乱れた
欠陥部が点在し、この部分は酸化クロム膜厚が他より薄
いか、金属クロムが露出しているため電気抵抗が低く、
再陰極電解時に金属クロムが優先析出するため突起状の
金属クロムが生成するものと考えられる。そして陰極電
解中断時の陽極処理は、酸化クロム層中の原子配列の乱
れた欠陥部を中断だけの場合よりも多く生成させる効果
があるために、あらゆる結晶方位面上に多数の突起状の
金属クロムが生成するものと考えられる。

金属クロムの突起(4)を成長させるためには、陽極処理
を行った後、さらに陰極処理を行う必要があり、これを
満たすような位置に陽極処理を導入しなければならな
い。さらに、陽極処理を一連の陰極処理のできるだけ早
い時期の処理途中で行うことにより金属クロム突起の成
長と分布の均一化を図ることができる。なお、上記陽極
処理は金属クロム突起を広く形成させるため本発明にお
いて不可欠な処理であるが、クロム電解効率も向上させ
る効果も有している。

陰極電解処理における電流密度は１０Ａ/dm²以下になら
ないようにするこが好ましい。すなわち、電流密度が１
０Ａ/dm²以下では陽極処理を施しても均一な分布の金属
クロム突起は得にくい。また陽極処理電気量は０．０１
〜５クーロン／dm²、望ましくは０．１〜５クーロン／d
m²で選択するのが好ましい。陽極処理電気量が０．１ク
ーロン／dm²未満、特に０．０１クーロン／dm²未満の場
合、陽極処理した効果はあまり見られず、一方、５クー
ロン／dm²を超えると金属クロムが溶出するため好まし
くない。

なお、上記方法は所謂、縦型処理設備で実施する場合に
は、陽極処理途中で１つのパスで陽極処理を行う等の方
法で実施できるが、所謂横型処理設備でも陰極電解中に
供給電流を一時逆転して陽極処理を行う等の方法で実施
することができる。

〔実施例〕次に本発明の実施例を説明する。

縦型処理設備により以下に示すような条件で製造した電
解クロメート処理鋼板を２１０℃×１０分空焼した後、
スードロニック溶接機に供し、その溶接性を調べた。ま
た、これとは別に、金属クロム層の透過電子顕微鏡写真
により突起状金属クロムの生成状況を観察するととも
に、Ｃｒの付着量と２０５℃×２３分空焼後の接触抵抗
も測定した。その結果を第１表に示す。また、金属クロ
ム層の透過電子顕微鏡写真を第２図(a)〜(h)に示す。第
２図の各図と実施例及び比較例との対応関係は以下の通
りである。なお、これら写真の鋼板について、直径が20
〜30nm以上である金属クロムの突起の密度を計数した。
その結果を以下に併せて示す。

また第３図は実施例等で得られた結果をもとに陽極処理
位置と接触抵抗との関係を示したものである。

・比較例(1)(2)(3) ０．２２mm厚の冷延鋼板（T4CA相当）を常法に従い脱脂
酸洗し水洗した後、下記の第一液中で電流密度５Ａ/dm²
（比較例(1)）、２５Ａ/dm²（比較例(2)）、３０Ａ/dm²
（比較例(3)）の各電解条件にて通電時間：０．３秒、
無通電時間：０．３秒、全通電時間：１．２秒の陰極電
解を行い、水洗した後、下記第二液中で下記条件にて陰
極電解を行い、水洗し乾燥した。

第一液ＣｒＯ₃ ：１７５０／Ｎａ₂ＳｉＦ₆：５ｇ／Ｎａ₂ＳＯ₄：０．９ｇ／浴温：４５℃ 第二液ＣｒＯ₃：５０ｇ／ＮＨ₄Ｆ：２ｇ／浴温：４０℃ 電流密度：３０Ａ/dm² 通電時間：０．３秒無通電時間：０．３秒全通電時間：０．９秒・比較例(4) 比較例(1)(2)(3)と同様の浴条件、処理手順により、第
一液中で電流密度：２５Ａ/dm²、通電時間：０．３秒、
無通電時間：０．３秒、全通電時間：１．５秒の陰極電
解のみ行い、水洗した後、第二液中で前述と同様の処理
を施し、電解クロメート処理鋼板を製造した。

・比較例(5) 比較例(1)〜(3)と同様の浴条件、処理手順で第一液中、
電流密度：５Ａ/dm²、通電時間：０．３秒、全通電時
間：１．２秒の断続陰極電解を行うに当り、第２パスに
おいて１Ａ/dm²の電流密度で処理時間：０．３秒の陽極
処理を１回施し、前述の第二液中で陰極電解を行い、電
解クロメート処理鋼板を製造した。

・実施例(1)(2)(3) 比較例(1)〜(4)の第一液と同様の浴条件で、電流密度：
２５Ａ/dm²、通電時間：０．３秒、全通電時間：０．９
秒（実施例(1)），１．２秒（実施例(2)），１．５秒
（実施例(3)）の断続陰極電解を行うに当り、第２パス
において１Ａ/dm²の電流密度で処理時間：０．３秒の陽
極処理を１回施し、電解クロメート処理鋼板を製造し
た。

・実施例(4)(5)(6)および比較例(6) 比較例(1)〜(4)の第一液と同様の浴条件で、電流密度：
２５Ａ/dm²、通電時間：０．３秒、全通電時間：１．５
秒の断続陰極電解を行うに当り、第３パス（実施例
(4)）、第４パス（実施例(5)）、第５パス（実施例
(6)）、第６パス（最終陰極電解後）（比較例(6)）にそ
れぞれ１Ａ/dm²の電流密度で処理時間：０．３秒の陽極
処理を１回施し、電解クロメート処理鋼板を製造した。

なお、上記第１表における接触抵抗の測定は以下のよう
にして行った。すなわち、接触抵抗測定用として特別に
比較例(1)〜(5)、実施例(1)〜(3)それぞれの電解クロメ
ート処理を被処理鋼板の片面に施し、他面には＃２５の
すずメッキを施す。２０５℃×２３分空焼した後の電解
クロメート皮膜面どうしを合せて上記鋼板の２枚重ね板
とし、接触抵抗測定機の上下の銅チップ間に挾み、その
抵抗を測定する。したがって上下の銅チップは＃２５メ
ッキされたすず層と接することになる。これにより得ら
れた値から＃２５すずメッキを両面に施した鋼板１枚の
抵抗を差し引いて接触抵抗とした。

溶接性の評価はスードロニック溶接機を使用し、溶接可
能適性電流範囲の広さ、溶接外観、溶接強度による総合
評価であり、その評価については以下の如くである。

◎……著しく良好、△……やや劣る ○……比較的良好、×……著しく劣る第１表によれば、比較例(1)〜(4)のものは接触抵抗が１
０²オーダー以上で溶接性が劣るのに対し、本発明によ
る突起状金属クロムが鋼板全面に亘る総ての結晶方向面
上に多数形成された電解処理鋼板では接触抵抗が１０μ
Ω以下にまで低下し、好ましい溶接性を示している。こ
のように均一な突起状金属クロムを形成させた電解クロ
メート鋼板では溶接性が著しく改善されることは明白で
ある。

なお、比較例(1)はＣｒ目付量が少ないにもかかわらず
接触抵抗が極端に大きくなっているが、これは第一液の
陰極処理電流密度が小さく突起状の金属クロムがほとん
ど形成されていないためと推定される。比較例(2)，
(3)，(4)のようにＣｒ目付量が多くても比較例(1)に比
して接触抵抗が小さいのは特定方位だけではあるが、僅
かに突起状の金属クロムが形成されているためと推定さ
れる。なお、比較例(5)から過度の低電流密度による陰
極処理を行った場合においては陽極処理を施しても効果
がないことがわかる。

また、比較例(6)は陰極電解処理後に陽極電解処理を行
った例（最終パスで陽極電解処理）であり、この場合に
は粒状化が十分でなく、溶接性が劣っている。また、第
３図は実施例等で得られた結果をもとに陽極処理位置と
接触抵抗との関係を示したものであるが、二液法に較べ
一液法で得られた鋼板は１桁台の低い接触抵抗が得られ
ていることが判る。

〔発明の効果〕

以上述べた本発明の電解クロメート処理鋼板によれば、
特別な前処理を施すことなく優れた溶接性を得ることが
でき、この種の表面処理鋼板の用途を大いに拡大するこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の電解クロメート処理鋼板の皮膜断面構
造を模式的に示す説明図である。第２図(a)〜(h)は実施
例における電解クロメート処理鋼板の金属クロム結晶構
造透過電子顕微鏡写真である。第３図は実施例の結果を
もとに陽極処理位置と接触抵抗との関係を示したもので
ある。図において、(1)は鋼板、(2)は金属クロム、(3)はクロ
ム水和酸化物層、(4)は突起である。

フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−100291（ＪＰ，Ａ) 特開昭61−281899（ＪＰ，Ａ) 特公昭57−19752（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼板表面に目付量５〜２００mg/m²の金属
クロム層と、その上部に金属クロム換算で目付量３〜１
５mg/m²のクロム酸化物を主体とするクロム水和酸化物
層とを有し、前記金属クロム層表面が、鋼板全面に亘る
総ての結晶方位面上において多数の粒状若しくは角状の
突起を有していることを特徴とする溶接缶用電解クロメ
ート処理鋼板。