JP5195271B2 - 錫めっき鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ぶりき（電気錫めっき鋼板）に代表される錫めっき鋼板およびその製造方法に関する。

一般に、ぶりき鋼板は、熱間圧延、冷間圧延、焼鈍の処理が行われた後、調質圧延にて材質および表面性状が調整され、その後めっきラインで錫めっきが施されて製造される。

ぶりきは表面が脆く、表面が削れやすいという特徴を持っている。このため、ぶりき材が通過するラインでは、削られた粉が堆積し、通過材の表面をさらに削ったり、堆積した粉が製品に付着するといった問題がある。このような問題を避けるため、定期的に清掃し、堆積した粉を取り除く必要がある。削られた粉は、ぶりき表層の油、化成処理皮膜、錫めっきなどの混成成分で、スマッジと呼ばれる。スマッジが多く発生するぶりき材を通板すると、短時間で清掃が必要となったり、製品へ粉が付着する危険性が高くなる。スマッジは、ぶりきの歴史とともに存在する問題であり、スマッジを少なくすること、つまり耐スマッジ性の改善が求められている。

このようなスマッジの問題に対しては、めっき処理方法の調整によって、めっき層構造の最適化を図ることにより改善する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、スマッジは、表層の油分量が少ないと顕著に発生しやすくなることが知られており（非特許文献１）、油分量には十分気を配る必要がある。
特開昭６１−１０４０９９号公報 「ぶりきとティンフリー・スチール」東洋鋼鈑株式会社 アグネ １９７０

しかしながら、表面を適正に制御して耐スマッジ性を改善する試みは、一定の効果を得てはいるものの、スマッジ問題を解消したわけではない。特に、製缶メーカーの塗装工程などでは、耐スマッジ性が著しく問題となる場合がある。塗装後は、表面が保護されるため、スマッジ発生の心配はなくなるが、その途中段階が問題となる。すなわち、片面を塗装するために熱処理を加えた場合、塗装面は保護されるので問題はないが、非塗装面は、熱処理の影響で表面の油が揮発し、酸化錫が増加した状態となる。酸化錫は脆く、酸化錫の増加は耐スマッジ性に悪影響を及ぼす。そのため、油がなく、酸化錫が増加した表面は、耐スマッジ性が著しく劣ることとなる。したがって、特許文献１のように初期の酸化錫量を低くしたり、非特許文献１に従って十分な塗油を行っていたとしても、塗装工程で、酸化錫が増加し、油が揮発してしまえば、ほとんど効果がなくなる。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、耐スマッジ性に優れた錫めっき鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明者らは、表面の状態によらず、耐スマッジ性が良好になる解決方法を見出すべく検討を重ねた。その結果、めっき原板（下地鋼板）の表面粗さ（Ｒａ）を大きくすると、耐スマッジ性が良好になることを見出した。しかし、表面粗さ（Ｒａ）は、製品の外観や溶接性などにも影響し、製品規格ともなっているため、表面粗さ（Ｒａ）のみの変更で耐スマッジ性を十分なものとすることが困難であることが判明した。そこで、さらに検討を重ねた結果、めっき原板の表面粗さ（Ｒａ）のみではなく、粗さピークの形状も重要であることを知見し、本発明を完成するに至った。

すなわち、本発明は、被めっき面の表面粗さ形状が、１．０＞Ｒｓｋ≧０、Ｒａ≧０．２μｍ（ただし、Ｒａ＞０．４μｍの範囲を除く）を満たす下地鋼板の上に錫めっきを形成してなることを特徴とする錫めっき鋼板、および、下地鋼板の被めっき面の表面粗さ形状を、１．０＞Ｒｓｋ≧０、Ｒａ≧０．２μｍ（ただし、Ｒａ＞０．４μｍの範囲を除く）を満たすように調整し、その後、その下地鋼板の上に錫めっきを形成することを特徴とする錫めっき鋼板の製造方法を提供する。
ただし、Ｒｓｋは、幅方向に測定した表面スキューネスを示し、Ｒａは算術平均粗さを示す。

スマッジの直接的な発生原因は、ロールなどによる鋼板表面の擦過である。油が耐スマッジ性に有効なのは、鋼板表面の潤滑性が上がることで擦過の程度が弱まっているためと考えられている。また、表面粗さ（Ｒａ）が高いほど耐スマッジ性が良好になるのは、Ｒａが高くなると、物体との接触点が少なくなるためと考えられる。したがって、表面粗さ形状に着目すると、物体による擦過を受けたときに、表面が削れにくい形状が好ましいと考えられる。

そこで、本発明者らは、擦過を受けた部分の疵付き状態を詳細に調べた。その結果、擦過による疵が観察された部分は、粗さピークの頂点のみでなく、頂点近傍まで及んでいることが明らかとなった。また、擦過の程度は、擦過の初期の部分より、後続の部分のほうが酷くなっている様子が観察された。このことは、擦過により発生したスマッジが、研磨剤的な役割を果たしているためではないかと考えた。すなわち、物体との接触は、その初期においては点接触に近い状態であると考えられるが、スマッジを巻き込むことで、擦過幅が増大し、面接触となると同時に、擦過程度が酷くなるという仮説を立てた。この仮説から、粗さ形状を考慮した場合、粗さピークの深さや分布のみではなく、ピークの形状に着目する必要があるという考えに至った。

具体的には、例えば、鋭いピーク形状と、なだらかなピーク形状では、擦過性に差異が生ずるのではないかと考えた。擦過後の表面は、ピーク近傍も疵付いている様子が観察されたが、この場合、鋭いピーク形状であれば、擦過される範囲が狭くなると考えられる。なぜならば、より高い位置にある部分ほど削られやすいからである。鋭いピーク形状であれば、なだらかなピーク形状よりも高い位置に相当する部分の面積が少なくなるはずである。

このようなピーク形状を表す粗さの指標としては、Ｒｓｋ（スキューネス）やＲｋｕ（クルトシス）がある。Ｒｓｋは、粗さ曲線が、下に凸の形状であればＲｓｋ＞０となり、上に凸の形状であればＲｓｋ＜０となり、Ｒｓｋが大きいほど、より尖ったピーク形状となる。

そこで、本発明者らは、調質圧延条件を様々に振って、耐スマッジ性に影響を及ぼすと考えられるＲｓｋ、Ｒｋｕ、Ｒａが異なる種々の表面粗さ形状のめっき原板（下地鋼板）を作製し、これらめっき原板を用いて錫めっき鋼板を作製して、表面粗さ形状と耐スマッジ性との関係を調査した。

その結果、Ｒａが高いほど耐スマッジ性に優れることが確認された。また、ＲｓｋはＲａが０．２μｍ以上あれば、Ｒｓｋの増加にともない、耐スマッジ性が向上し、０．２μｍ未満の場合は、Ｒｓｋが増加しても耐スマッジ性が向上しない場合があることが確認された。Ｒｋｕについては明確な傾向が認められなかった。

さらなる調査の結果、Ｒａが低い場合は、Ｒｓｋの値に関わらず、擦過痕が全面に観察された。一方、Ｒａが高い領域では、擦過痕はピーク周辺に多く、Ｒｓｋの増加にともなって、擦過面積が小さくなっていることが確認された。

この結果は、以下のことを示していると考えられる。すなわち、ある粗さ形状のめっき原板を用いて錫めっき鋼板を製造した場合、Ｒａが小さい場合は、原板粗さピーク（山）と谷の高さレベルが近くなり、ピークの尖り形状が有効に効かない。つまり、谷部が錫で埋め尽くされて、山と谷の差がほとんどなくなってしまった状態と推定される。逆にＲａが大きい場合は、粗さピーク（山）と谷の高さレベルが大きく異なるため、山の形状が効いてくる。すなわち、谷部には擦過が及ばず、山部にのみ擦過が起こるが、この場合は、山の形状が尖っているほど、擦過面積が小さくなるということである。ピークの尖り形状の指標であるＲｋｕは、その値が大きくなると、山部のピークは尖るが、谷部の断面積も小さくなるため、錫で埋め尽くされやすくなる。その結果、明瞭な傾向が見られなかったものと解釈することができる。一方Ｒｓｋは、その値が大きくなると、ピークが尖ると同時に、谷部の断面積も大きくなる。このため、Ｒａの高い領域ではＲｓｋの増加に対して耐スマッジ性が良好となる明瞭な傾向を示したものと考えられる。

以上の検討結果から、めっき原板（下地鋼板）の粗さ形状を、Ｒａ≧０．２μｍかつＲｓｋ≧０の条件を満たすことにより、耐スマッジ性に優れた錫めっき鋼板が得られることを見出した。

本発明によれば、調質圧延後の下地鋼板のパラメータの一つであるスキューネス（Ｒｓｋ）と算術平均粗さ（Ｒａ）を所定の値に制御することで、スマッジの発生を著しく低減した耐スマッジ性の優れた錫めっき鋼板を得ることができる。これにより、ぶりき鋼板に代表される錫めっき鋼板の表面欠陥を防止することができるとともに、めっきラインや、出荷後の客先でのプロセスラインにおけるスマッジ起因の汚れや欠陥の発生を防止することができるので、生産性も向上する。

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
代表的な錫めっき鋼板であるぶりき鋼板用の原板（下地鋼板）は、通常、熱間圧延、冷間圧延により所定の厚みに圧延された後、焼鈍により加工ひずみの影響を除去して、調質圧延により機械的性質の調整および表面粗さの調整が行われる。

図１は、本発明の表面粗さ形状を得るために用いられる調質圧延機の構成例を示す概略図である。この調質圧延機は、２つの圧延機（以下、圧延スタンドと呼ぶ）５を有する２スタンド連続式の調質圧延機として構成されている。各圧延スタンド５は、一対のワークロール２とそれらを支える一対のバックアップロール３がハウジング４内に収容されてなる４段式のものである。調質圧延されるめっき原板となる鋼板１は左方から右方に向かって連続的に供給されて圧延される。圧延はドライ（潤滑油を供給しない状態）あるいはウエット（調質圧延液を供給する状態）で行われる。

ぶりき鋼板の製造プロセスでは、このような２スタンド連続式の調質圧延機が一般的であるが、スタンド数は２スタンドに限られるものではない。また、調質圧延機は、連続焼鈍ライン内に設置されたものでも、焼鈍ラインとは別のライン内に設置されたものでもよい。

本実施形態では、調質圧延後の鋼板１の表面粗さにつき鋼板表面二次元プロフィールを接触式粗さ計により測定する。測定距離は助走区間を除き４ｍｍ以上（カットオフ値である０．８ｍｍの５倍）であることが望ましい。測定方向は幅方向とするが、長手方向（圧延方向）にも同様に測定するとなお良い。幅方向測定位置は、少なくとも板幅中央付近であることが望ましい。生産の余裕により測定数を増加することには問題はない。長手方向測定位置は、コイルの先端部付近、または尾端部付近であることが望ましいが、同じく生産の余裕により測定数を増加することには問題はない。

以上のようにして測定した表面プロフィールを、ＪＩＳ Ｂ０６０１（および付随するＪＩＳ規格 ＪＩＳ Ｂ０６３２、Ｂ０６３３、Ｂ０６５１など）に基づき粗さパラメータを求める。通常、算術平均粗さＲａは客先より範囲が指定されている。本発明ではＲａに加えてスキューネスＲｓｋも同時に求める。

Ｒａを客先より指定された範囲に制御しつつ、高Ｒｓｋとなるように調質圧延条件を調整することが重要である。ぶりき用原板である下地鋼板の調質圧延は、材質条件、硬度（ＳＲ：一回冷延材、ＤＲ：二回冷延材）等の条件により、スタンド数やその表面粗さ（Ｒａおよび、ダル／円筒研磨）の組み合わせ、ドライ（無潤滑）／ウエット（調質圧延油供給）等、調質圧延条件は種々異なるので、それぞれの条件につき調整することが必要である。

上記調質圧延条件を調整することにより、めっき原板となる下地鋼板の被めっき面の表面粗さ形状を、Ｒｓｋ≧０、Ｒａ≧０．２μｍを満たすように調整する。これにより、良好な耐スマッジ性を得ることができる。なお、Ｒａ＜０．２μｍの場合にはＲｓｋがＲｓｋ≧０であっても本発明の範囲外であり、本発明の効果が得られないことは言うまでもない。

ダルロールを用いる場合には、ダルロールの表面をポリッシング処理する方法（特開昭６２−２３８００３号公報）、伸び率を非常に大きくとる方法（特開平０３−２８１７５６号公報）、円筒研磨ロールでは、回転処理によりロールの凸部を平らにする方法（特開平０９−２６２６０３号公報）などが公知となっている。

スマッジに対してはＲｓｋ≧０でその値が大きいほど好ましく、その上限は存在しない。しかし、調質圧延において、Ｒｓｋを鋼板表面算術平均粗さＲａと無関係に変化させることは困難であり、製品の鋼板表面粗さが規定されるという観点から、測定時のばらつきを考慮しても、実際にはＲｓｋ＜１．０である。

図１に示す調質圧延機を用いて、板厚０．２ｍｍ、板幅９００ｍｍの低炭素鋼板を調質圧延した。潤滑状態はドライとした。第１スタンドのワークロールはショットダルでロール粗さをＲａ＝０．７〜０．８μｍとし、第２スタンドのワークロールは円筒研磨でロール粗さをＲａ＝０．４〜０．５μｍとした。

表１に示すように、各スタンドの圧延荷重を調整し、調質圧延後の低炭素鋼板コイル先端部、幅方向中央にて、カットオフ０．８ｍｍ、測定距離４ｍｍ、助走および後走０．４ｍｍで幅方向の表面二次元プロフィールを測定し、算術平均粗さＲａおよびスキューネスＲｓｋを求めた。測定は５回ずつ行い、それらの平均値を求めた。これらの測定値を同じく表１に示す。

この全コイルを錫めっきし、上記特許文献１の第１表に記載された条件によりクロメート処理を施した。このめっきライン出側（クロメート処理後）において、スマッジの発生状況を目視により観察した。その結果を同様に表１に示した。表１の「耐スマッジ性」の欄において、○は客先（製缶メーカー）に出荷して問題ない表面状態であることを示し、×は客先より表面品質不良として返品される状態であることを示す。

表１において、めっき原板である低炭素鋼板の表面粗さ形状がＲａ≧０．２μｍかつＲｓｋ≧０を満たす本発明例では、いずれも耐スマッジ性が良好であるのに対し、この条件から外れる比較例では耐スマッジ性が悪いものとなった。以上の結果から、本発明により耐スマッジ性に優れた錫めっき鋼板が得られることが確認された。

本発明の表面粗さ形状を得るために用いられる調質圧延機の構成例を示す概略図。

符号の説明

１；鋼板
２；ワークロール
３；バックアップロール
４；ハウジング
５；圧延機（圧延スタンド）

Claims (2)

1. 被めっき面の表面粗さ形状が、１．０＞Ｒｓｋ≧０、Ｒａ≧０．２μｍ（ただし、Ｒａ＞０．４μｍの範囲を除く）を満たす下地鋼板の上に錫めっきを形成してなることを特徴とする錫めっき鋼板。
   ただし、Ｒｓｋは、幅方向に測定した表面スキューネスを示し、Ｒａは算術平均粗さを示す。
2. 下地鋼板の被めっき面の表面粗さ形状を、１．０＞Ｒｓｋ≧０、Ｒａ≧０．２μｍ（ただし、Ｒａ＞０．４μｍの範囲を除く）を満たすように調整し、その後、その下地鋼板の上に錫めっきを形成することを特徴とする錫めっき鋼板の製造方法。
   ただし、Ｒｓｋは、幅方向に測定した表面スキューネスを示し、Ｒａは算術平均粗さを示す。

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