JPH10219478A - 高温短時間塗装焼き付け後の高速シーム溶接性に優れた溶接缶用鋼板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 錫の融点を超えるような高温で塗料を焼き付
ける際にも実用上十分に良好な高速シーム溶接性と塗装
後の耐食性を発揮する溶接缶用鋼板を提供する。 【解決手段】 鋼板上に、０．１〜２０重量％のニッケ
ルと０．０１〜１０重量％のリンを含有したニッケル、
リン、鉄、錫を含有した１００〜６００ｍｇ／ｍ ² の合
金層を有し、その上層に１００〜１５００ｍｇ／ｍ² の
金属錫めっき層を設け、更にその上層に２〜１５ｍｇ／
ｍ² の金属クロム層と２〜２０ｍｇ／ｍ²の水和酸化ク
ロム層を設ける。これにより、高温短時間塗装焼き付け
後に良好な高速シーム溶接性が発揮される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、塗料を高温短時間
で焼き付ける際に、錫の合金化を抑制し、良好な高速シ
ーム溶接性を有する溶接缶用鋼板に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】金属容器は、大きく２種類に大別され
る。１つは、ビール缶などに代表される、缶胴と缶蓋が
一体化し、イージーオープンエンドと２つの部分にわか
れる２ピース缶であり、一方は、コーヒー缶等にみられ
るような、缶蓋、イージーオープンエンド、缶胴の３つ
の部分にわかれる３ピース缶である。溶接缶は、この３
ピース缶の缶胴を接合する方法としてシーム溶接法を用
いて製缶するものである。溶接缶は、スードロニック社
が開発した高速ワイヤーシーム溶接法が世界中に広まる
につれて、従来の半田缶に代わり急速にその生産が増大
している。溶接缶は、現在、３ピース缶の代表的な缶種
といっても過言ではない。従来より、溶接缶用材料とし
ては、特公昭５６−１６９７８９号公報にみられるニッ
ケルめっき鋼板、特公昭６２−１４２４０号公報にみら
れる薄錫めっき鋼板等が高速シーム溶接可能な材料とし
て広く使用されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】これらの材料は、開発
当初は十分な性能を有していたが、最近では製缶会社で
の使われ方がより厳しくなったため、大幅な性能向上を
要請されている。製缶会社での材料の使い方で大きく変
化したのは、次の２点である。１つは、缶コストの低減
のために材料のゲージダウンを推進してきたことであ
り、もう一方は、塗装工程の合理化を進めてきた点であ
る。従来、塗装工程は切り板での塗装が主流であった
が、生産性の向上を狙い、コイルコートでの塗装が実現
された。切り板塗装では２００℃前後の温度で１０〜２
０分の時間で焼き付けるものである。これに対し、コイ
ルコートでの塗装では、材料はコイルで供給され、ロー
ルで塗装後２７０〜２９０℃の高温で２０秒弱の短時間
で塗料を焼き付けるものである。

【０００４】前記のように、材料の使われ方が大きく変
化したため、上記の材料は次のような問題点を抱えるに
至った。まず、ニッケルめっき鋼板は、コイルコートで
の高温短時間塗装焼き付けには十分に対応できるが、表
面の接触抵抗が比較的高いため、材料の板厚が薄くなる
と、十分な接合強度を有し、かつ溶融した鉄の飛び出
し、（スプラッシュ）が少ない溶接の適正範囲が狭くな
り、実用に供する事が難しくなってくる。これはゲージ
ダウンによるコストダウンに限界があることを示してい
る。

【０００５】一方、薄錫めっき鋼板は、金属錫の融点が
低く、軟質であるため溶接性が良好なのでゲージダウン
にはある程度対応できるが、コイルコート塗装の高温短
時間塗装焼き付けにより錫の合金化が従来の切り板塗装
焼き付け時よりも大幅に進むため、残存する金属錫が少
なくなり、溶接性の低下を招いている。良好な高速シー
ム溶接性を確保するには、塗装焼き付け後に合金化して
いない金属錫を確保することが必須条件である。この金
属錫を塗装焼き付け後に残存させるためにこれまで多大
の努力が払われてきたが、コイルコートでの高温短時間
塗装焼き付けでも金属錫が残存するという溶接缶用材料
はまだ開発されていない。本発明者は、高温短時間の塗
装焼き付け条件でも錫の合金化が進行せず、高速シーム
溶接性に充分な金属錫を確保できる高速シーム溶接性に
優れた溶接缶用鋼板の提供を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】コイルコートでの高温短
時間塗装焼き付け後に、良好な高速シーム溶接性を有す
る本発明の溶接缶用鋼板は、鋼板上に、ニッケル、リ
ン、鉄、錫を含有した合金層を有し、その上層に金属錫
めっき層を設け、更にその上層に金属クロム層と水和酸
化クロム層を有することを特徴とする。ニッケル、リ
ン、鉄、錫を含有した合金層は、０．１〜２０重量％の
ニッケルと０．０１〜１０重量％のリンを含有し、その
合金層量が１００〜６００ｍｇ／ｍ² であることが好ま
しい。又、合金層の上層に存在する金属錫めっき層は島
状の形態を呈し、そのめっき量が１００〜１５００ｍｇ
／ｍ² であることが望ましい。最上層のクロム、クロメ
ート層に関しては、２〜１５ｍｇ／ｍ² の金属クロム層
とクロム換算で２〜２０ｍｇ／ｍ² の水和酸化クロム層
であることが好ましい。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に本発明について詳細に説明
する。まず本発明の基板としての鋼板は、通常容器用に
用いられるものでよく、特に規制するものではない。本
発明のポイントは、高温短時間の塗装焼き付けで錫の合
金化を抑制する合金層にある。通常の錫めっきを施した
ぶりきでは、リフロー処理により鉄、錫系の合金層が生
成する。又、これまで開発された薄錫めっき鋼板では、
下地処理としてニッケル系の処理を施すために、リフロ
ー処理によって緻密なニッケル、鉄、錫系の合金層が生
成している。緻密なニッケル、鉄、錫の合金層は耐食性
の面からは有利であるが、これら両者の合金層とも、錫
の融点を超えるような高温に短時間でも保持された場
合、基板の鋼板と上層の金属錫の相互拡散が起こり、上
層の錫めっき層は殆ど合金化してしまい、高速シーム溶
接に必須な金属錫が残存しないという結果になる。

【０００８】そこで、錫の融点を超えるような高温で
も、鋼板と上層の錫めっき層の相互拡散を抑制し、耐食
性の良好な緻密な合金層を生成させるためには、種々の
検討を重ねた結果、合金層中にニッケルとリンを含有さ
せれば良いことが判明した。合金層中のニッケルの役割
は、緻密な合金層を生成し耐食性を向上させることであ
る。又、合金層中のリンの役割は、鉄と錫の相互拡散の
バリヤー層として作用するものである。ニッケルの含有
量が０．１重量％未満では緻密な合金層を形成するのに
十分ではなく、その含有量が２０重量％を超えると、鉄
と錫の相互拡散が進行し、高速シーム溶接性の低下が起
こるようになる。このような理由から、ニッケルの含有
量は、０．１〜２０重量％に規制する。

【０００９】リンの含有量が０．０１重量％未満では、
相互拡散のバリヤー層として作用する効果が小さく、高
温での塗装焼き付け後に金属錫を残存させるのは難し
い。一方、リンの含有量が１０重量％を越えるようにな
ると、相互拡散のバリヤー層としての効果が飽和すると
ともに、合金層の加工性が低下してくるため、ネックイ
ン加工等の製缶加工により合金層にクラックが発生し、
耐食性に悪影響を与えるようになる。

【００１０】以上の理由から、ニッケル、リン、鉄、錫
を含有する合金層中のリンの含有量は０．１〜１０重量
％と規制する。このニッケル、リン、鉄、錫を含有する
合金層の形成方法については特に規制するものではない
が、例えば、工業的にはニッケルとリンの合金めっき、
あるいは、ニッケル、鉄およびリンの合金めっきあるい
はニッケル−リン処理を行い、その後錫めっきを施し
て、リフロー処理により形成しても良い。あるいは、ニ
ッケル、リン、鉄、錫の合金めっきを行い、その後に錫
めっきを行っても良い。

【００１１】ニッケル、リン、鉄、錫を含有する合金層
量については、１００ｍｇ／ｍ² 未満では、鉄、錫の相
互拡散のバリヤーとなる作用が小さく、耐食性の観点か
らも十分ではない。又、その合金層量が６００ｍｇ／ｍ
² を越えると、加工性が劣化し、製缶加工時にクラック
が発生するとともに、経済的なデメリットが発生するの
で好ましくない。ニッケル、リン、鉄、錫を含有する合
金層の量は１００〜６００ｍｇ／ｍ² に規制する。

【００１２】次にニッケル、リン、鉄、錫の合金層の上
層には、金属錫めっき層が存在する。錫の融点を超える
ような高温で塗料を焼き付ける際に、鋼板と錫めっき層
の間で相互拡散が起こり合金化が進行する。この合金化
を抑制するために上記のニッケル、リンを含有した合金
層が存在するが、完全に錫と鉄の合金化を抑制すること
はできないので、金属錫めっき量は少なくても１００ｍ
ｇ／ｍ² が必要である。金属錫量が１００ｍｇ／ｍ² 未
満では、高温短時間塗装焼き付け後に良好な高速シーム
溶接性に必要な金属錫量が残存しない。又、金属錫層が
１５００ｍｇ／ｍ² を超える場合は、高速シーム溶接性
に必要な金属錫の残存する効果が飽和するとともに経済
的なデメリットが発生する。

【００１３】更に、鉄と錫の相互拡散は鋼板の断面方向
に進行するので、錫めっき層の形態は島状にすることに
よって、島状錫の頂上には合金化していない金属錫が残
存しやすくなる。以上の理由より、ニッケル、リン、
鉄、錫合金層の上層には、島状の形態をした金属錫層が
１００〜１５００ｍｇ／ｍ² 存在すればよい。島状の錫
めっき層の形成方法も特に規制するものではないが、例
えば錫めっき後にリフロー処理を行い錫をはじかせて島
状の錫層を形成しても良い。又、電析時に島状に錫をめ
っきしても、何らかまわない。

【００１４】更に、金属錫めっき層の上層に良好な塗料
密着性を確保するという目的で金属クロム層と水和酸化
クロム層を設ける。錫めっき鋼板の塗料密着性は、電解
クロム酸鋼板に比べて一般に良くないといわれている。
この理由は、保管時あるいは塗装焼き付け時に脆い錫酸
化膜層が生成し、それが凝集破壊を起こすからである。
錫酸化膜層の成長を防ぐためには、錫金属の表面を金属
クロム層で被覆することが有効である。錫めっき層上の
金属クロム量が２ｍｇ／ｍ² 未満の場合は、錫表面の被
覆が十分でなく保管時あるいは塗装焼き付け時に錫酸化
膜層が成長し、良好な塗料密着性を得ることが難しい。
一方、金属クロム量が１５ｍｇ／ｍ² を越える場合は、
良好な塗料密着性を確保するという効果が飽和する。
又、水和酸化クロム層ほどではないが、金属クロムは、
高融点で硬質のため、高速シーム溶接性という観点から
も１５ｍｇ／ｍ² を越えないことが望ましい。

【００１５】金属クロム層の上層には水和酸化クロム層
が存在するが、これは塗料との界面での良好な密着性を
確保するために必要である。水和酸化クロム層の量が２
ｍｇ／ｍ² 未満では金属クロム層を十分に被覆できず、
良好な密着性を確保するのが困難である。又、水和酸化
クロム層は、絶縁体であるため高速シーム溶接性を大き
く劣化させる原因となる。そのため水和酸化クロム層の
量が２０ｍｇ／ｍ² を越える場合は、溶接性が劣化し、
溶接缶が高速で製缶できなくなる。これらの理由から、
水和酸化クロム層の量は２〜２０ｍｇ／ｍ² と規制す
る。このようにして、コイルコートなどの高温短時間で
塗料を焼き付ける塗装方法でも、良好な高速シーム溶接
性を発揮する溶接缶用鋼板が得られる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例について述べる。 （実施例１）板厚０．１８ｍｍの容器用鋼板を、８０℃
で５％水酸化ナトリウム中で電解脱脂し、常温の１０％
硫酸中で電解酸洗を行い、鋼板表面を活性化させた。そ
の後に浴温５０℃の硫酸ニッケル２５０ｇ／ｌ、次亜リ
ン酸１５０ｇ／ｌ、水溶液中に浸漬し、無電解めっきで
ニッケル、リン合金めっきを行った。合金めっき量は浸
漬時間で調整した。その後水洗して、フェノールスルホ
ン酸錫めっき浴中で錫めっきを施し、島状錫を形成させ
るためフラックスを塗布しないで速やかにリフロー処理
を行った。錫めっき量は、電解時の供給クーロン数で調
整した。そして、温度４５℃のクロム酸１００ｇ／ｌ、
硫酸イオン１ｇ／ｌ水溶液中で電解し、金属クロムと水
和酸化クロム層を形成させた。金属クロム、水和酸化ク
ロム量とも電解時の供給クーロン数で調整するととも
に、水和酸化クロム量については電解が終了し、水洗ま
での溶解時間を調整して制御した。

【００１７】このようにして作製した本発明例と比較例
の明細を表１に示す。ここで、最初に蛍光Ｘ線法にて全
錫量を測定した後、５％水酸化ナトリウム水溶液中で陽
極電解し、残った合金錫量を同じく蛍光Ｘ線法で測定
し、その差を金属錫量とした。金属錫量は水酸化ナトリ
ウム溶液中で陽極電解により溶解した錫量である。又、
クロム量については全クロム量を蛍光Ｘ線法で測定した
後、ｐＨを１０に調整した炭酸ナトリウム水溶液中で陽
極電解し、残ったクロム量を蛍光Ｘ線法で測定し、その
差を金属クロム量とした。水和酸化クロム量は、全クロ
ム量から金属クロム量を差し引いて求めた。

【００１８】これらの本発明例と比較例の性能を以下の
項目で評価した。 （１）溶接性 各種の本発明例と比較例の試験片を２９０℃まで１８秒
で昇温させ、その後に２００℃で９分と１８０℃で９分
の追い焼きを行った。その後にワイヤースピード７０ｍ
／分の高速シーム溶接機でラップ代０．４ｍｍで溶接
し、適正溶接範囲を求めた。適正溶接範囲は、溶接電流
が大きすぎるために溶融金属の飛び出し、即ちスプラッ
シュの発生しない溶接電流を上限とし、溶接部を引き裂
くピール試験において充分な接合強度が得られる溶接電
流を下限として求めた。表１に溶接性を評価した結果を
示すが、評価基準は以下の基準によった。 ◎；適正溶接範囲が充分に広く、良好な溶接性を有する
レベル。 〇；適正溶接範囲は狭いが、実用的には問題ないレベ
ル。 △；適正溶接範囲が狭く、実用に供する事ができないレ
ベル。 ×；適正溶接範囲が存在しないレベル。

【００１９】（２）塗装後耐食性 各種の本発明例と比較例の試験片に缶用のエポキシフェ
ノール系塗料を６０ｍｇ／ｄｍ² 塗布し、その後２９０
℃まで１８秒で昇温させ塗装の焼き付けを行い、続いて
２００℃で９分と１８０℃で９分の追い焼きを行った。
その後に５０×５０ｍｍにカットし、端面、裏面をラッ
カーでシールした。塗装面にカッターで鉄面に達するク
ロスカット傷を入れ、試験片を作成した。作成した試験
片を脱気していない１．５％クエン酸と１．５％塩化ナ
トリウム混合水溶液５００ｍｌの中に浸漬し、５０℃で
９６時間放置した。試験後速やかに試験片を取り出し、
テーピング剥離を行い、塗装後の耐食性を評価した。評
価結果を表１に示すが、評価基準は、以下の基準によっ
た。 〇；クロスカット部近傍で塗膜剥離がなく、その他の塗
装部でも点状腐食の認められないレベル。 △；クロスカット近傍の塗膜が０．２〜０．５ｍｍ剥離
しており、その他の塗装部にも点状の腐食が若干認めら
れる。 ×；クロスカット近傍の塗膜が０．５ｍｍ以上剥離し、
その他の塗装部にも多くの点状腐食が認められる。

【００２０】（３）実缶試験 各種の本発明例と比較例の試験片に缶用のエポキシフェ
ノール系塗料を溶接部を除いて６０ｍｇ／ｄｍ² 塗布
し、その後２９０℃まで１８秒で昇温させ塗装の焼き付
けを行い、続いて２００℃で９分と１８０℃で９分の追
い焼きを行った。その後に、ワイヤースピード７０ｍ／
分の高速シーム溶接機でラップ代０．４ｍｍで溶接し、
溶接部はオルガノゾル系の塗料で補修し、溶接缶の胴を
作製した。胴をダブルネックイン加工をするとともにア
ルミ製のイージーオープンエンドを巻き締め、内容物と
してコーヒーとオレンジジュースを充填し、電解クロム
酸処理鋼板の塗装板で作製した蓋を巻き締めた。このよ
うにして、作製した実缶を３８℃で１２ケ月保管し、鉄
の内容物中への溶出量を測定した。測定結果を表１に示
す。鉄の溶出量は、コーヒーに関しては、０．４ｐｐｍ
以下を良好と考え、オレンジジュースに関しては０．６
ｐｐｍ以下を良好と考えた。表１の総合的評価から明ら
かなように、本発明の鋼板は、高温短時間塗装焼き付け
後の高速シーム溶接性に優れるとともに、実用的な耐食
性に関しても優れている。

【００２１】

【表１】

【００２２】（実施例２）板厚０．１３ｍｍの容器用鋼
板を、８０℃で５％水酸化ナトリウム中で電解脱脂し、
常温の１０％硫酸中で電解酸洗を行い、鋼板表面を活性
化させた。その後に浴温５０℃の硫酸ニッケル２４０ｇ
／ｌ、リン酸１５０ｇ／ｌ、次亜リン酸カリウム９０ｇ
／ｌ、水溶液中で電解し、ニッケル、リン酸塩めっきを
行った。めっき量は供給クーロン数で調整した。その後
水洗して、塩化酸錫めっき浴中で錫めっきを施し、島状
錫を形成させるためフラックスを塗布しないで速やかに
リフロー処理を行った。錫めっき量は、電解時の供給ク
ーロン数で調整した。そして、温度４５℃のクロム酸１
００ｇ／ｌ、フッ化アンモニウム２．９ｇ／ｌ水溶液中
で電解し金属クロムを析出させ、続いて４５℃のクロム
酸１５０ｇ／ｌ、珪フッ化ナトリウム５．０ｇ／ｌ水溶
液中で水和酸化クロム層を形成させた。金属クロム、水
和酸化クロム量とも電解時の供給クーロン数で調整する
とともに水和酸化クロム量については電解が終了し、水
洗までの溶解時間を調整して制御した。

【００２３】このようにして作製した本発明例と比較例
の明細を表２に示す。ここで錫、クロムに関するめっき
量の分析方法と作製した本発明例と比較例の評価項目は
実施例１と同じである。但し、加熱および塗料焼き付け
は３１０℃まで２１秒で昇温させ、その後１８０℃で１
１分、１９０℃で８分で追い焼きを行うという条件で行
った。性能特性の評価結果も併せて表２に示す。鉄の溶
出量は、コーヒーに関しては、０．５ｐｐｍ以下を良好
と考え、オレンジジュースに関しては０．８ｐｐｍ以下
を良好と考えた。表２の総合的評価から明らかなよう
に、本発明の鋼板は、高温短時間塗装焼き付け後の高速
シーム溶接性に優れるとともに、実用的な耐食性に関し
ても優れている。

【００２４】

【表２】

【００２５】

【発明の効果】本発明の溶接缶用鋼板は、ニッケル、リ
ン、鉄、錫を含有した合金層を有し、その上層に金属錫
めっき層を設け、更にその上層に金属クロム層と水和酸
化クロム層を有しているので、錫の融点を超えるような
高温で塗料を焼き付ける様な場合でも、実用上十分良好
な高速シーム溶接性を有し、塗装後の耐食性に関しても
良好な性能が確保されている。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼板上に、ニッケル、リン、鉄、錫を含
   有した合金層を有し、その上層に金属錫めっき層を設
   け、更にその上層に金属クロム層と水和酸化クロム層を
   有することを特徴とする高温短時間塗装焼き付け後の高
   速シーム溶接性に優れた溶接缶用鋼板。
2. 【請求項２】 鋼板上に、０．１〜２０重量％のニッケ
   ルと０．０１〜１０重量％のリンを含有したニッケル、
   リン、鉄、錫合金層を有し、その合金層量が１００〜６
   ００ｍｇ／ｍ² であることを特徴とする請求項１記載の
   溶接缶用鋼板。
3. 【請求項３】 金属錫めっき層が島状の形態を呈し、そ
   のめっき量が１００〜１５００ｍｇ／ｍ² であることを
   特徴とする請求項１または２記載の溶接缶用鋼板。
4. 【請求項４】 ２〜１５ｍｇ／ｍ² の金属クロム層とク
   ロム換算で２〜２０ｍｇ／ｍ² の水和酸化クロム層を有
   することを特徴とする請求項１，２または３記載の溶接
   缶用鋼板。