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JP7552960B1 - Surface-treated steel sheet and its manufacturing method - Google Patents

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JP7552960B1
JP7552960B1 JP2024527467A JP2024527467A JP7552960B1 JP 7552960 B1 JP7552960 B1 JP 7552960B1 JP 2024527467 A JP2024527467 A JP 2024527467A JP 2024527467 A JP2024527467 A JP 2024527467A JP 7552960 B1 JP7552960 B1 JP 7552960B1
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chromium
steel sheet
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卓嗣 植野
方成 友澤
祐介 中川
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JFE Steel Corp
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JFE Steel Corp
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Abstract

6価クロムを用いることなく製造することができ、かつ、優れたBPAフリー塗装加工部耐食性を兼ね備えた表面処理鋼板を提供する。鋼板と、前記鋼板の少なくとも一方の面に配されたクロム含有層とを備える表面処理鋼板であって、前記鋼板と前記クロム含有層との界面の近傍に、Oが原子濃度で10%以上含まれる酸素濃化領域が存在し、前記近傍は、Crに対するFeの原子比率が0.7~1.3の範囲にある領域である、表面処理鋼板。The present invention provides a surface-treated steel sheet that can be produced without using hexavalent chromium and that also has excellent corrosion resistance in a BPA-free painted area. The surface-treated steel sheet comprises a steel sheet and a chromium-containing layer disposed on at least one surface of the steel sheet, wherein an oxygen-enriched region containing 10% or more O in atomic concentration exists near the interface between the steel sheet and the chromium-containing layer, and the atomic ratio of Fe to Cr in the vicinity of the interface is in the range of 0.7 to 1.3.

Description

本発明は、表面処理鋼板(surface-treated steel sheet)に関し、特に、BPA(ビスフェノールA)フリー塗装加工部耐食性に優れる表面処理鋼板に関する。本発明の表面処理鋼板は、缶などの容器に好適に用いることができる。また、本発明は、前記表面処理鋼板の製造方法に関する。The present invention relates to a surface-treated steel sheet, and in particular to a surface-treated steel sheet having excellent corrosion resistance in a BPA (bisphenol A)-free painted area. The surface-treated steel sheet of the present invention can be suitably used for containers such as cans. The present invention also relates to a method for manufacturing the surface-treated steel sheet.

Snめっき鋼板(ぶりき)や、ティンフリー鋼板(TFS)は、飲料缶、食品缶、ペール缶、18リットル缶などの各種金属缶の素材として、広く使用されてきた。 Sn-plated steel sheet (tinplate) and tin-free steel sheet (TFS) have been widely used as materials for various metal cans such as beverage cans, food cans, pail cans, and 18-liter cans.

ぶりきやTFSは、さまざまな内容物に対応するために、エポキシ系塗料やPETフィルムなどの有機樹脂被覆を施して使用される。ぶりきやTFSに有機樹脂被覆を施す場合は、6価Crを含む水溶液中で鋼板を電解処理あるいは浸漬処理することで最表面に形成した酸化Cr層が、有機樹脂被覆層との優れた密着性を発揮する。そのため、製缶に伴う鋼板の変形に有機樹脂被覆層の変形も追随し、製缶後もさまざまな内容物に対する耐食性が担保されることとなる。 Tinplate and TFS are used with organic resin coatings such as epoxy paints and PET films to accommodate a variety of contents. When applying an organic resin coating to tinplate or TFS, the steel plate is electrolytically treated or immersed in an aqueous solution containing hexavalent Cr to form a chromium oxide layer on the outermost surface, which provides excellent adhesion to the organic resin coating layer. As a result, the deformation of the organic resin coating layer follows the deformation of the steel plate that accompanies can manufacturing, ensuring corrosion resistance to a variety of contents even after can manufacturing.

一方で、エポキシ系塗料に含まれるBPAが人間に有害な影響がある可能性が示唆されている。そのため、BPAを含有しないポリエステル系樹脂を用いたBPAフリー塗料の開発が進められており(特許文献1、2)、エポキシ系塗料からBPAフリー塗料への置き換えが求められている。しかし、これまでのぶりきやTFSは、エポキシ系塗料に対する密着性と比較し、BPAフリー塗料に対する密着性が乏しいことから、製缶に伴う鋼板の変形にBPAフリー塗料の変形が追随できず、製缶後にさまざまな内容物に対する耐食性が十分に確保できなかった。そのため、各種金属缶へのBPAフリー塗料の適用は進んでいないという現状がある。On the other hand, it has been suggested that the BPA contained in epoxy-based paints may have harmful effects on humans. Therefore, the development of BPA-free paints using polyester-based resins that do not contain BPA is underway (Patent Documents 1 and 2), and there is a demand to replace epoxy-based paints with BPA-free paints. However, compared to their adhesion to epoxy-based paints, conventional tinplate and TFS have poor adhesion to BPA-free paints, so the deformation of the BPA-free paint cannot follow the deformation of the steel plate associated with can manufacturing, and corrosion resistance against various contents after can manufacturing cannot be sufficiently ensured. Therefore, the current situation is that the application of BPA-free paints to various metal cans has not progressed.

さらに近年、環境に対する意識の高まりから、世界的に6価Crの使用が規制される方向に向かっている。そのため、各種金属缶に用いられる表面処理鋼板の分野においても、6価クロムを使用しない製造方法の確立が求められている。Furthermore, in recent years, due to growing environmental awareness, there has been a trend toward restricting the use of hexavalent chromium worldwide. As a result, there is a demand for the establishment of manufacturing methods that do not use hexavalent chromium, even in the field of surface-treated steel sheets used for various metal cans.

6価クロムを使用せずに表面処理鋼板を形成する方法としては、例えば、特許文献3~6で提案されている方法が知られている。これらの方法では、塩基性硫酸クロムなどの3価クロム化合物を含む電解液中で電解処理を行うことによって表面処理層を形成している。 Methods proposed in Patent Documents 3 to 6, for example, are known as methods for forming surface-treated steel sheets without using hexavalent chromium. In these methods, a surface treatment layer is formed by electrolytic treatment in an electrolyte solution containing a trivalent chromium compound such as basic chromium sulfate.

特開2013-144753号公報JP 2013-144753 A 特開2008-50486号公報JP 2008-50486 A 特表2016-501985号公報Special table 2016-501985 publication 特表2016-505708号公報Special table 2016-505708 publication 特開2020-172700号公報JP 2020-172700 A 特開2020-172701号公報JP 2020-172701 A

特許文献3~6で提案されている方法によれば、6価クロムを用いることなく表面処理層を形成することができる。そして、特許文献3~6によれば、前記方法により、エポキシ系塗料との密着性に優れる表面処理鋼板を得ることができる。また、特許文献3、4によれば、エポキシ系塗料を塗装し、変形を施した後でも優れた耐食性を示す表面処理鋼板を得ることができる。According to the methods proposed in Patent Documents 3 to 6, a surface treatment layer can be formed without using hexavalent chromium. According to Patent Documents 3 to 6, the above methods can provide a surface-treated steel sheet that has excellent adhesion to an epoxy-based paint. According to Patent Documents 3 and 4, a surface-treated steel sheet that exhibits excellent corrosion resistance even after being coated with an epoxy-based paint and deformed can be provided.

しかし、特許文献3~6で提案されているような従来の方法で得られる表面処理鋼板は、エポキシ系塗料に対する密着性には優れており、エポキシ系塗装加工部耐食性に優れるものの、BPAフリー塗装加工部耐食性が十分ではなかった。そのため、さまざま内容物への耐食性を確保したまま、従来のエポキシ系塗料をBPAフリー塗料へ置き換えることができなかった。However, surface-treated steel sheets obtained by conventional methods such as those proposed in Patent Documents 3 to 6 have excellent adhesion to epoxy-based paints and excellent corrosion resistance in the epoxy-based paint-processed areas, but the corrosion resistance in the BPA-free paint-processed areas is insufficient. Therefore, it has not been possible to replace conventional epoxy-based paints with BPA-free paints while maintaining corrosion resistance to various contents.

そのため、6価クロムを用いることなく製造することができ、BPAフリー塗装加工部耐食性に優れる表面処理鋼板が求められている。 Therefore, there is a demand for surface-treated steel sheets that can be manufactured without using hexavalent chromium and have excellent corrosion resistance in BPA-free painted areas.

本発明は、上記実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、6価クロムを用いることなく製造することができ、かつBPAフリー塗装加工部耐食性に優れる表面処理鋼板を提供することにある。The present invention has been made in consideration of the above-mentioned circumstances, and its object is to provide a surface-treated steel sheet that can be produced without using hexavalent chromium and has excellent corrosion resistance in the BPA-free painted area.

本発明の発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を行なった結果、次の(1)および(2)の知見を得た。As a result of intensive research into achieving the above-mentioned objective, the inventors of the present invention have come to the following findings (1) and (2).

(1)少なくとも片面にクロム含有層を有する表面処理鋼板において、鋼板とクロム含有層の間に酸素が濃化した領域を存在させることにより、BPAフリー塗装加工部耐食性に優れた表面処理鋼板を得ることができる。 (1) In a surface-treated steel sheet having a chromium-containing layer on at least one side, by creating an oxygen-enriched area between the steel sheet and the chromium-containing layer, a surface-treated steel sheet with excellent corrosion resistance in the BPA-free painted area can be obtained.

(2)上記表面処理鋼板は、硫酸イオンを含有する水溶液と鋼板を接触させ、前記鋼板の表面に前記水溶液が30.0g/m超60.0g/m以下存在する状態で0.10~20.0秒保持した後、3価クロムイオンを0.05mol/L以上含有する電解液中で前記鋼板を陰極電解処理することにより製造することができる。 (2) The above-mentioned surface-treated steel sheet can be produced by contacting a steel sheet with an aqueous solution containing sulfate ions, holding the aqueous solution on the surface of the steel sheet in a state in which more than 30.0 g/ m2 and not more than 60.0 g/ m2 is present for 0.10 to 20.0 seconds, and then subjecting the steel sheet to cathodic electrolysis in an electrolytic solution containing 0.05 mol/L or more of trivalent chromium ions.

本発明は、以上の知見に基づいて完成されたものである。本発明の要旨は次のとおりである。The present invention was completed based on the above findings. The gist of the present invention is as follows:

1. 鋼板と、
前記鋼板の少なくとも一方の面に配されたクロム含有層とを備える表面処理鋼板であって、
前記鋼板と前記クロム含有層との界面の近傍に、Oが原子濃度で10%以上含まれる酸素濃化領域が存在し、
前記近傍は、Crに対するFeの原子比率が0.7~1.3の範囲にある領域である、表面処理鋼板。
1. A steel plate;
A surface-treated steel sheet comprising a chromium-containing layer disposed on at least one surface of the steel sheet,
an oxygen-enriched region containing O at an atomic concentration of 10% or more is present in the vicinity of the interface between the steel sheet and the chromium-containing layer,
The vicinity is a region in which the atomic ratio of Fe to Cr is in the range of 0.7 to 1.3.

2. 前記近傍における前記酸素濃化領域の被覆率が50%以上である、前記1に記載の表面処理鋼板。 2. The surface-treated steel sheet described in 1, wherein the coverage rate of the oxygen-enriched region in the vicinity is 50% or more.

3. 前記クロム含有層のクロム付着量が、片面当たり40.0~500.0mg/mである、前記1または2に記載の表面処理鋼板。 3. The surface-treated steel sheet according to 1 or 2 above, wherein the chromium-containing layer has a chromium coating amount of 40.0 to 500.0 mg/ m2 per side.

4. 前記クロム含有層の酸化クロム付着量が、片面当たり40.0mg/m以下である、前記1~3のいずれかに記載の表面処理鋼板。 4. The surface-treated steel sheet according to any one of 1 to 3 above, wherein the chromium-containing layer has a chromium oxide deposition amount of 40.0 mg/m2 or less per side.

5. 鋼板と、前記鋼板の少なくとも一方の面に配されたクロム含有層とを備える表面処理鋼板の製造方法であって、
前記鋼板を硫酸イオンを含有する水溶液と接触させ、前記鋼板の表面に前記水溶液が30.0g/m超60.0g/m以下存在する状態で0.10~20.0秒保持する鋼板表面調整工程と、
3価クロムイオンを0.05mol/L以上含有する電解液中で前記鋼板を陰極電解処理する陰極電解処理工程とを含む、表面処理鋼板の製造方法。
5. A method for producing a surface-treated steel sheet comprising a steel sheet and a chromium-containing layer disposed on at least one surface of the steel sheet, comprising the steps of:
a steel sheet surface conditioning step of contacting the steel sheet with an aqueous solution containing sulfate ions and holding the aqueous solution on the surface of the steel sheet in a state in which the aqueous solution is present in an amount of more than 30.0 g/ m2 and not more than 60.0 g/ m2 for 0.10 to 20.0 seconds;
and a cathodic electrolysis step of cathodic electrolysis of the steel sheet in an electrolytic solution containing 0.05 mol/L or more of trivalent chromium ions.

6. 前記電解液は、3価クロムイオン源、カルボン酸化合物、および水を混合し、pHを4.0~7.0に調整するとともに、温度を40~70℃に調整することによって調製される、前記5に記載の表面処理鋼板の製造方法。 6. A method for producing a surface-treated steel sheet as described in 5 above, wherein the electrolytic solution is prepared by mixing a trivalent chromium ion source, a carboxylic acid compound, and water, adjusting the pH to 4.0 to 7.0, and adjusting the temperature to 40 to 70°C.

本発明によれば、6価クロムを使用することなく、BPAフリー塗装加工部耐食性に優れる表面処理鋼板を提供することができる。本発明の表面処理鋼板は、容器等の材料として好適に用いることができる。According to the present invention, it is possible to provide a surface-treated steel sheet having excellent corrosion resistance in the BPA-free painted area without using hexavalent chromium. The surface-treated steel sheet of the present invention can be suitably used as a material for containers, etc.

以下、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な実施形態の例を示すものであって、本発明はこれに限定されない。The following is a detailed description of a method for implementing the present invention. Note that the following description is merely an example of a preferred embodiment of the present invention, and the present invention is not limited thereto.

本発明の一実施形態における表面処理鋼板は、鋼板の少なくとも片面に、クロム含有層を有する表面処理鋼板である。本発明においては、前記クロム含有層と前記鋼板の間に、酸素が濃化した領域が存在することが重要である。以下、前記表面処理鋼板の構成要件のそれぞれについて説明する。 The surface-treated steel sheet in one embodiment of the present invention is a surface-treated steel sheet having a chromium-containing layer on at least one side of the steel sheet. In the present invention, it is important that an oxygen-enriched region exists between the chromium-containing layer and the steel sheet. Each of the constituent elements of the surface-treated steel sheet is explained below.

[鋼板]
前記鋼板としては、とくに限定されることなく任意の鋼板を用いることができるが、缶用鋼板を用いることが好ましい。前記鋼板としては、例えば、極低炭素鋼板または低炭素鋼板を用いることができる。前記鋼板の製造方法についてもとくに限定されず、任意の方法で製造された鋼板を用いることができるが、通常は冷延鋼板を使用すればよい。前記冷延鋼板は、例えば、熱間圧延、酸洗、冷間圧延、焼鈍、および調質圧延を行う、一般的な製造工程により製造することができる。
[Steel plate]
The steel sheet is not particularly limited and any steel sheet can be used, but it is preferable to use a steel sheet for cans. The steel sheet can be, for example, an ultra-low carbon steel sheet or a low carbon steel sheet. The manufacturing method of the steel sheet is also not particularly limited and any steel sheet manufactured by any method can be used, but usually a cold-rolled steel sheet can be used. The cold-rolled steel sheet can be manufactured by a general manufacturing process that includes, for example, hot rolling, pickling, cold rolling, annealing, and temper rolling.

前記鋼板の成分組成は特に限定されないが、本発明の範囲の効果を損なわない範囲でC、Mn、P、S、Si、Cu、Ni、Mo、Al、および不可避的不純物を含有してもよい。その際、前記鋼板としては、例えば、ASTM A623M-09に規定される成分組成の鋼板を好適に用いることができる。The composition of the steel sheet is not particularly limited, but may contain C, Mn, P, S, Si, Cu, Ni, Mo, Al, and unavoidable impurities within a range that does not impair the effects of the present invention. In this case, the steel sheet may preferably have a composition as specified in ASTM A623M-09, for example.

本発明の一実施形態においては、質量%で、
C :0.0001~0.13%、
Si:0~0.020%、
Mn:0.01~0.70%、
P :0~0.15%、
S :0~0.050%、
Al:0~0.20%、
N :0~0.040%、
Cu:0~0.20%、
Ni:0~0.15%、
Cr:0~0.10%、
Mo:0~0.05%、
Ti:0~0.020%、
Nb:0~0.020%、
B :0~0.020%、
Ca:0~0.020%、
Sn:0~0.020%、
Sb:0~0.020%、
および残部のFeおよび不可避的不純物からなる成分組成を有する鋼板を用いることが好ましい。上記成分組成のうち、Si、P、S、Al、およびNは含有量が低いほど好ましい成分であり、Cu、Ni、Cr、Mo、Ti、Nb、B、Ca、SnおよびSbは、任意に添加し得る成分である。
In one embodiment of the present invention, in weight percent:
C: 0.0001 to 0.13%,
Si: 0 to 0.020%,
Mn: 0.01 to 0.70%,
P: 0 to 0.15%,
S: 0 to 0.050%,
Al: 0-0.20%,
N: 0 to 0.040%,
Cu: 0 to 0.20%,
Ni: 0 to 0.15%,
Cr: 0 to 0.10%,
Mo: 0-0.05%,
Ti: 0 to 0.020%,
Nb: 0 to 0.020%,
B: 0 to 0.020%,
Ca: 0-0.020%,
Sn: 0 to 0.020%,
Sb: 0 to 0.020%,
and the balance being Fe and unavoidable impurities. Of the above-mentioned composition, the lower the content of Si, P, S, Al, and N, the more preferable the components are, and Cu, Ni, Cr, Mo, Ti, Nb, B, Ca, Sn, and Sb are components that may be added as desired.

前記鋼板の板厚は特に限定されないが、0.60mm以下であることが好ましい。一方、前記板厚の下限についてもとくに限定されないが、0.10mm以上とすることが好ましい。なお、ここで「鋼板」には「鋼帯」を包含するものと定義する。The thickness of the steel plate is not particularly limited, but is preferably 0.60 mm or less. On the other hand, the lower limit of the thickness is not particularly limited, but is preferably 0.10 mm or more. Here, "steel plate" is defined to include "steel strip".

[クロム含有層]
前記鋼板の少なくとも一方の面にはクロム含有層が存在する。前記クロム含有層を構成する成分は特に限定されないが、金属クロムとクロム化合物を含むことができる。前記クロム化合物としては、特に限定されることなく任意のクロム化合物を含むことができる。前記クロム化合物としては、例えば、酸化クロム、炭化クロム、硫化クロム、窒化クロム、塩化クロム、臭化クロム、およびホウ化クロムからなる群より選択される少なくとも1つを含むことができる。また、前記クロム含有層は、前記金属クロムおよびクロム化合物に加え、不純物を含有していてもよい。前記不純物としては、後述する電解液中に不純物として混入したNi、Cu、Sn、Znなどの金属元素が挙げられる。前記金属元素は、典型的には金属状態で前記クロム含有層中に存在すると考えられるが、化合物として存在していてもよい。
[Chromium-containing layer]
A chromium-containing layer is present on at least one surface of the steel sheet. The components constituting the chromium-containing layer are not particularly limited, but may include metallic chromium and a chromium compound. The chromium compound may include any chromium compound without being particularly limited. The chromium compound may include, for example, at least one selected from the group consisting of chromium oxide, chromium carbide, chromium sulfide, chromium nitride, chromium chloride, chromium bromide, and chromium boride. The chromium-containing layer may contain impurities in addition to the metallic chromium and the chromium compound. Examples of the impurities include metal elements such as Ni, Cu, Sn, and Zn that are mixed as impurities in the electrolytic solution described below. The metal elements are typically considered to be present in the chromium-containing layer in a metallic state, but may also be present as compounds.

本発明の一実施形態におけるクロム含有層は、金属クロムとクロム化合物を構成する元素の合計含有量が90原子%以上であることが好ましい。ここで、前記合計含有量は、Fe以外の全元素の合計原子数に対する、金属クロムとクロム化合物を構成する元素の合計原子数の比率をパーセンテージで表したものである。In one embodiment of the present invention, the chromium-containing layer preferably has a total content of elements constituting metallic chromium and chromium compounds of 90 atomic % or more. Here, the total content is expressed as a percentage of the ratio of the total atomic number of elements constituting metallic chromium and chromium compounds to the total atomic number of all elements other than Fe.

前記合計含有量は、クロム含有層に含まれる金属クロムと、クロム化合物を構成する元素それぞれの含有量(原子%)をX線光電子分光法(XPS)により測定し、合計することにより求めることができる。XPSによる含有量の測定においては、各元素に対応するピークの積分強度から、相対感度係数法により当該元素の含有量(原子比率)を算出することができる。The total content can be determined by measuring the content (atomic %) of each of the elements constituting the chromium compound and the metallic chromium contained in the chromium-containing layer by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and adding them up. In measuring the content by XPS, the content (atomic ratio) of each element can be calculated by the relative sensitivity coefficient method from the integrated intensity of the peak corresponding to each element.

例えば、炭化クロム(Cr)の含有量は、281.0eV付近に現れるCの1sの炭化物のピークの積分強度から求めることができる。例えば、前記ピークの積分強度から算出されるC含有量(Fe以外の全元素の合計に対する原子比率)が6原子%であった場合、Crの含有量は、6×(2+3)/3=10原子%となる。 For example, the content of chromium carbide ( Cr2C3 ) can be determined from the integrated intensity of the C 1s carbide peak appearing near 281.0 eV. For example, when the C content (atomic ratio to the total of all elements other than Fe) calculated from the integrated intensity of the peak is 6 atomic %, the Cr2C3 content is 6 x (2 + 3) / 3 = 10 atomic %.

酸化クロムについては、576.7eV付近に現れるCrの2pの酸化物のピークの積分強度から、Crの含有量を求めることができる。また、579.2eV付近に現れるCrの2pの酸化物部のピークの積分強度から、CrOの含有量を求めることができる。 For chromium oxide, the Cr2O3 content can be determined from the integrated intensity of the Cr 2p oxide peak appearing near 576.7 eV. Also, the CrO3 content can be determined from the integrated intensity of the Cr 2p oxide peak appearing near 579.2 eV.

同様に、他のクロム化合物についても、例えば、以下に挙げるピークの積分強度を用いて含有量を求めることができる。
・硫化クロム(Cr):162.3eV付近に現れるSの2pの硫化物のピーク
・窒化クロム(CrN):397.3eV付近に現れるNの1sのピーク
・塩化クロム(CrCl):199.8eV付近に現れるClの2pのピーク
・臭化クロム(CrBr):69.1eV付近に現れるBrの3dのピーク
・ホウ化クロム(CrB):188.2eV付近に現れるBrの1sのピーク
Similarly, the contents of other chromium compounds can be determined using, for example, the integrated intensities of the peaks listed below.
Chromium sulfide ( Cr2S3 ): S 2p sulfide peak appearing around 162.3 eV Chromium nitride (CrN): N 1s peak appearing around 397.3 eV Chromium chloride ( CrCl3 ): Cl 2p peak appearing around 199.8 eV Chromium bromide ( CrBr3 ): Br 3d peak appearing around 69.1 eV Chromium boride (CrB): Br 1s peak appearing around 188.2 eV

一方、金属クロムの含有量は、573.8eV付近に現れるCrの2pのピークの積分強度からCr含有量を算出し、前記クロム含有量から、クロム化合物として含まれるCr原子の含有量を差し引くことにより求められる。On the other hand, the metallic chromium content is determined by calculating the Cr content from the integrated intensity of the Cr 2p peak appearing around 573.8 eV and subtracting the content of Cr atoms contained as chromium compounds from the chromium content.

以上の方法で得られた金属クロムの含有量と、クロム化合物を構成する各元素の含有量を足し合わせることにより、金属クロムとクロム化合物を構成する元素の合計含有量を求めることができる。 By adding the content of metallic chromium obtained by the above method and the content of each element that constitutes the chromium compound, the total content of metallic chromium and the elements that constitute the chromium compound can be calculated.

なお、前記合計含有量は、クロム含有層の厚みの中間位置における値を指すものとする。前記中間位置の決定は以下の手順で行うことができる。まず、クロム含有層を、その最表面からスパッタしつつ、上述した方法で金属クロムとクロム化合物を構成する元素の合計含有量と、Fe含有量を測定する。そして、測定された金属クロムとクロム化合物を構成する元素の合計含有量とFe含有量とが等しくなった位置(深さ)と、クロム含有層の最表面との中間(1/2)の位置を前記中間位置として決定する。The total content refers to the value at the intermediate position in the thickness of the chromium-containing layer. The intermediate position can be determined by the following procedure. First, the chromium-containing layer is sputtered from its outermost surface, and the total content of the elements constituting the metallic chromium and the chromium compound and the Fe content are measured by the above-mentioned method. Then, the intermediate position is determined to be the position (depth) halfway between the outermost surface of the chromium-containing layer and the position where the measured total content of the elements constituting the metallic chromium and the chromium compound and the Fe content are equal.

上記XPSによる測定には、例えば、アルバックファイ社製の走査型X線光電子分光分析装置PHI X-toolを使用することができる。X線源はモノクロAlKα線、電圧は15kV、ビーム径は100μmφ、取出角は45°とし、スパッタ条件はArイオンを加速電圧1kV、スパッタレートはSiO換算で1.50nm/minとすればよい。 The above-mentioned XPS measurement can be performed using, for example, a scanning X-ray photoelectron spectrometer PHI X-tool manufactured by ULVAC-PHI, Inc. The X-ray source is a monochrome AlKα ray, the voltage is 15 kV, the beam diameter is 100 μmφ, the take-off angle is 45°, and the sputtering conditions are Ar ion with an acceleration voltage of 1 kV and a sputtering rate of 1.50 nm/min in terms of SiO2 .

前記クロム含有層を構成する成分の空間構造は特に限定されず、例えば、クロム含有層の中で別個の層として分離していてもよいし、クロム含有層全体にわたって混合していてもよい。すなわち、前記クロム含有層を構成する成分の空間構造は、別個の層および混合した層の一方または両方を含有することができる。The spatial structure of the components constituting the chromium-containing layer is not particularly limited, and may be, for example, separated as separate layers in the chromium-containing layer, or may be mixed throughout the chromium-containing layer. In other words, the spatial structure of the components constituting the chromium-containing layer may contain one or both of separate layers and mixed layers.

前記クロム含有層のクロム付着量は特に限定されない。しかし、前記クロム含有層のクロム付着量が過剰であると、表面処理鋼板を加工する際にクロム含有層内で凝集破壊を引き起こす場合がある。そのため、BPAフリー塗装加工部耐食性をより安定的に確保するという観点からは、前記クロム含有層のクロム付着量を、片面当たり500.0mg/m以下とすることが好ましく、450.0mg/m以下とすることがより好ましい。一方、BPAフリー塗装加工部耐食性をさらに向上させるという観点からは、前記クロム含有層のクロム付着量を、片面当たり40.0mg/m以上とすることが好ましく、50.0mg/m以上とすることがより好ましい。ここで、前記「クロム付着量」は、様々な形態で存在するクロムの合計付着量を指す。 The chromium deposition amount of the chromium-containing layer is not particularly limited. However, if the chromium deposition amount of the chromium-containing layer is excessive, cohesive failure may occur in the chromium-containing layer when the surface-treated steel sheet is processed. Therefore, from the viewpoint of more stably ensuring the corrosion resistance of the BPA-free painted part, the chromium deposition amount of the chromium-containing layer is preferably 500.0 mg/m 2 or less per side, and more preferably 450.0 mg/m 2 or less. On the other hand, from the viewpoint of further improving the corrosion resistance of the BPA-free painted part, the chromium deposition amount of the chromium-containing layer is preferably 40.0 mg/m 2 or more per side, and more preferably 50.0 mg/m 2 or more. Here, the "chromium deposition amount" refers to the total deposition amount of chromium present in various forms.

なお、前記クロム付着量は、蛍光X線分析法により測定することができる。より具体的には、以下の手順で前記クロム付着量を測定する。まず、蛍光X線装置を用いて、表面処理鋼板におけるCr量(全Cr量)を測定する。次いで、蛍光X線装置を用いて、クロム含有層を形成する前の鋼板またはクロム含有層を剥離した後の鋼板におけるCr量(原板Cr量)を測定する。全Cr量から原板Cr量を差し引いた値を、クロム含有層のクロム付着量とする。なお、クロム含有層の剥離には、例えば、市販されている塩酸系などのクロムめっき剥離剤が使用できる。The amount of chromium attached can be measured by X-ray fluorescence analysis. More specifically, the amount of chromium attached is measured by the following procedure. First, the amount of Cr (total Cr amount) in the surface-treated steel sheet is measured using an X-ray fluorescence device. Next, the amount of Cr (original sheet Cr amount) in the steel sheet before the chromium-containing layer is formed or in the steel sheet after the chromium-containing layer is peeled off is measured using an X-ray fluorescence device. The value obtained by subtracting the original sheet Cr amount from the total Cr amount is the amount of chromium attached in the chromium-containing layer. For example, a commercially available hydrochloric acid-based chromium plating stripper can be used to strip the chromium-containing layer.

[酸化クロム付着量]
前記クロム含有層中には酸化クロムが存在してもよい。酸化クロムの存在位置は特に限定されない。Oの存在位置は例えば走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)に付属のエネルギー分散型X線分光(EDS)や波長分散型X線分光(WDS)による組成分析や、3次元アトムプローブ(3DAP)による3次元組成分析で確認することができる。
[Chromium oxide deposition amount]
Chromium oxide may be present in the chromium-containing layer. The location of the chromium oxide is not particularly limited. The location of O can be confirmed by, for example, composition analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) or wavelength dispersive X-ray spectroscopy (WDS) attached to a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), or by three-dimensional composition analysis using a three-dimensional atom probe (3DAP).

前記クロム含有層の酸化クロム付着量は特に限定されない。しかし、前記クロム含有層の酸化クロム付着量が過剰であると、表面処理鋼板を加工する際にクロム含有層中の酸化Crを起点に凝集破壊を引き起こし、BPAフリー塗装加工部耐食性が劣化する場合がある。そのため、BPAフリー塗装加工部耐食性をより安定的に確保するという観点からは、前記クロム含有層の酸化クロム付着量は、片面当たり40.0mg/m以下であることが好ましく、35.0mg/m以下であることがより好ましい。一方、クロム含有層は酸化クロムをまったく含まなくてもよい。したがって、クロム含有層の酸化クロム付着量の下限は特に限定されず、片面当たり0.0mg/mであってよい。 The amount of chromium oxide attached to the chromium-containing layer is not particularly limited. However, if the amount of chromium oxide attached to the chromium-containing layer is excessive, cohesive failure may occur starting from the Cr oxide in the chromium-containing layer when the surface-treated steel sheet is processed, and the corrosion resistance of the BPA-free painted part may deteriorate. Therefore, from the viewpoint of more stably ensuring the corrosion resistance of the BPA-free painted part, the amount of chromium oxide attached to the chromium-containing layer is preferably 40.0 mg/m 2 or less per side, more preferably 35.0 mg/m 2 or less. On the other hand, the chromium-containing layer may not contain chromium oxide at all. Therefore, the lower limit of the amount of chromium oxide attached to the chromium-containing layer is not particularly limited, and may be 0.0 mg/m 2 per side.

なお、前記酸化クロム付着量は、蛍光X線分析法により測定することができる。より具体的には以下の手順で前記酸化クロム付着量を測定する。まず、表面処理鋼板のCr量(全Cr量)を測定する。次いで、前記表面処理鋼板に、90℃の7.5N-NaOH中に10分間浸漬させるアルカリ処理を施して、酸化クロムを除去する。前記アルカリ処理後の表面処理鋼板を十分に水洗した後、再び、蛍光X線装置を用いてCr量(アルカリ処理後Cr量)を測定する。全Cr量からアルカリ処理後Cr量を差し引いた値を、前記クロム含有層の酸化クロム付着量とする。The amount of chromium oxide attached can be measured by X-ray fluorescence analysis. More specifically, the amount of chromium oxide attached is measured by the following procedure. First, the Cr amount (total Cr amount) of the surface-treated steel sheet is measured. Next, the surface-treated steel sheet is subjected to an alkali treatment in which it is immersed in 7.5N-NaOH at 90°C for 10 minutes to remove the chromium oxide. After the surface-treated steel sheet is thoroughly washed with water after the alkali treatment, the Cr amount (amount of Cr after alkali treatment) is measured again using an X-ray fluorescence device. The value obtained by subtracting the amount of Cr after alkali treatment from the total Cr amount is determined as the amount of chromium oxide attached in the chromium-containing layer.

前記クロム含有層は、非晶質であってもよく、結晶性であってもよい。すなわち、前記クロム含有層は、非晶質および結晶相の一方または両方を含有することができる。後述する方法で製造されるクロム含有層は、一般的には非晶質を含有しており、さらに結晶相を含有している場合もある。クロム含有層の形成メカニズムは明らかではないが、非晶質が形成される際に部分的に結晶化が進むことで、非晶質と結晶相の両者を含むクロム含有層となると考えられる。結晶領域の面積率は特に限定されないが、前記クロム含有層を表面方向から観察した際、30%以下であることが好ましい。一方、結晶領域は存在しなくてもよいため、前記結晶領域の面積率の下限は0%であってよい。The chromium-containing layer may be amorphous or crystalline. That is, the chromium-containing layer may contain one or both of the amorphous and crystalline phases. The chromium-containing layer manufactured by the method described below generally contains an amorphous phase, and may also contain a crystalline phase. The mechanism of formation of the chromium-containing layer is not clear, but it is believed that the chromium-containing layer contains both the amorphous and crystalline phases as a result of partial crystallization progressing when the amorphous phase is formed. The area ratio of the crystalline region is not particularly limited, but it is preferably 30% or less when the chromium-containing layer is observed from the surface direction. On the other hand, since the crystalline region may not exist, the lower limit of the area ratio of the crystalline region may be 0%.

クロム含有層中の結晶領域は、表面処理鋼板から下地鋼板部分を除去してクロム含有層単層試料を作製し、該クロム含有層単層試料を表面側からTEMやSTEMで観察することで確認できる。前記クロム含有層単層試料の作製法は特に限定されないが、例えば下地鋼板側からAr等のイオンビームを照射し、鋼板をイオンミリングすることで作製できる。イオンビームでクロム含有層単層の領域を作製する場合には、加速電圧を5kV以下で、入射角度を下地鋼板に対して1度~5度の範囲でイオンビームを照射することで、数μm以上のクロム単層領域の視野が確保できる。この際、クロム含有層底面部も多少ミリングされ、クロム含有層の膜厚が薄くなる事もあるが、結晶領域の面積率の測定結果には影響を与えない。 The crystalline region in the chromium-containing layer can be confirmed by removing the base steel sheet from the surface-treated steel sheet to prepare a chromium-containing layer single layer sample, and observing the chromium-containing layer single layer sample from the surface side with a TEM or STEM. The method for preparing the chromium-containing layer single layer sample is not particularly limited, but for example, it can be prepared by irradiating an ion beam such as Ar from the base steel sheet side and ion milling the steel sheet. When preparing the chromium-containing layer single layer region with an ion beam, the ion beam is irradiated with an acceleration voltage of 5 kV or less and an incidence angle in the range of 1 degree to 5 degrees relative to the base steel sheet, thereby ensuring a field of view of the chromium single layer region of several μm2 or more . At this time, the bottom surface of the chromium-containing layer is also milled to some extent, and the film thickness of the chromium-containing layer may become thin, but this does not affect the measurement result of the area ratio of the crystalline region.

クロム含有層中の結晶領域の面積率は、TEMで測定することができる。具体的には、まず、TEMの制限視野回折(selected area diffraction)により、前記クロム含有層の回折パターンを取得する。次いで、前記回折パターン中の回折スポットの全てについて暗視野像を取得し、暗視野像で輝度が高く表示される領域を結晶領域とする。得られた結晶領域の面積を画像処理により算出し、制限視野絞り(selected area aperture)内のクロム含有層の面積で除することで結晶領域の面積率を算出する。面積率の算出には、例えば、image-J等の画像解析ソフトウェアを利用することができる。The area ratio of the crystalline regions in the chromium-containing layer can be measured by TEM. Specifically, a diffraction pattern of the chromium-containing layer is first obtained by selected area diffraction of the TEM. Then, dark-field images are obtained for all the diffraction spots in the diffraction pattern, and the regions that appear with high brightness in the dark-field image are defined as crystalline regions. The area of the obtained crystalline regions is calculated by image processing, and the area ratio of the crystalline regions is calculated by dividing the area of the chromium-containing layer within the selected area aperture. Image analysis software such as Image-J can be used to calculate the area ratio.

前記クロム含有層には、Cが含有されていてもよい。クロム含有層中のC含有量の上限は特に限定されないが、Crに対する原子比率として、50%以下であることが好ましく、45%以下であることがより好ましい。クロム含有層はCを含んでいなくてもよく、したがって、クロム含有層に含まれるCのCrに対する原子比率の下限は特に限定されず、0%であってよい。The chromium-containing layer may contain C. The upper limit of the C content in the chromium-containing layer is not particularly limited, but the atomic ratio to Cr is preferably 50% or less, and more preferably 45% or less. The chromium-containing layer may not contain C, and therefore the lower limit of the atomic ratio of C to Cr contained in the chromium-containing layer is not particularly limited and may be 0%.

クロム含有層中のCの含有量はXPSで測定することができる。すなわち、クロム含有層中のCの含有量は、最表層からSiO換算で0.2nmの深さ以上までスパッタし、Cr2pとC1sのナロースペクトルの積分強度を相対感度係数法で原子比率として定量化し、C原子比率/Cr原子比率を算出すればよい。前記XPSの測定には、例えば、アルバックファイ社製の走査型X線光電子分光分析装置PHI X-toolを使用することができる。X線源はモノクロAlKα線、電圧は15kV、ビーム径は100μmφ、取出角は45°とし、スパッタ条件はArイオンを加速電圧1kV、スパッタレートはSiO換算で1.50nm/minとすればよい。 The C content in the chromium-containing layer can be measured by XPS. That is, the C content in the chromium-containing layer can be measured by sputtering from the outermost layer to a depth of 0.2 nm or more in terms of SiO2 , quantifying the integrated intensity of the narrow spectrum of Cr2p and C1s as an atomic ratio by the relative sensitivity coefficient method, and calculating the C atomic ratio/Cr atomic ratio. For the measurement of the XPS, for example, a scanning X-ray photoelectron spectrometer PHI X-tool manufactured by ULVAC-PHI, Inc. The X-ray source is a monochrome AlKα ray, the voltage is 15 kV, the beam diameter is 100 μmφ, and the take-off angle is 45°, and the sputtering conditions are Ar ion with an acceleration voltage of 1 kV and a sputtering rate of 1.50 nm/min in terms of SiO2 .

クロム含有層にCが含有されるメカニズムは明らかではないが、鋼板にクロム含有層を形成する工程で、電解液中にカルボン酸化合物を含有する場合、カルボン酸化合物が分解し、皮膜に取り込まれると考えられる。The mechanism by which C is incorporated into the chromium-containing layer is unclear, but it is thought that if a carboxylic acid compound is contained in the electrolyte during the process of forming a chromium-containing layer on the steel sheet, the carboxylic acid compound decomposes and is incorporated into the film.

クロム含有層中のCの存在位置は特に限定されない。Cの存在位置は例えば走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡(TEM)に付属のエネルギー分散型X線分光(EDS)や波長分散型X線分光(WDS)による組成分析や、3次元アトムプローブ(3DAP)による3次元組成分析で確認することができる。The location of C in the chromium-containing layer is not particularly limited. The location of C can be confirmed, for example, by composition analysis using energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) or wavelength dispersive X-ray spectroscopy (WDS) attached to a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM), or by three-dimensional composition analysis using a three-dimensional atom probe (3DAP).

上記クロム含有層には、Feが含有されていてもよい。クロム含有層中のFe含有量の上限は特に限定されないが、Crに対する原子比率として、100%以下であることが好ましい。クロム含有層はFeを含んでいなくてもよく、したがって、前記Crに対する原子比率の下限は特に限定されず、0%であってよい。クロム含有層中のFeの含有量は、Cの含有量と同様、XPSにより測定することができる。原子比率の算出にはCr2pとFe2pのナロースペクトルを用いればよい。The chromium-containing layer may contain Fe. The upper limit of the Fe content in the chromium-containing layer is not particularly limited, but it is preferable that the atomic ratio to Cr is 100% or less. The chromium-containing layer may not contain Fe, and therefore the lower limit of the atomic ratio to Cr is not particularly limited and may be 0%. The Fe content in the chromium-containing layer can be measured by XPS, as with the C content. The atomic ratio can be calculated using narrow spectra of Cr2p and Fe2p.

上記クロム含有層にFeが含有されるメカニズムは明らかではないが、鋼板にクロム含有層を形成する工程で、鋼板に含まれるFeが電解液に微量に溶解し、Feが皮膜に取り込まれると考えられる。The mechanism by which Fe is incorporated into the chromium-containing layer is not clear, but it is thought that during the process of forming the chromium-containing layer on the steel plate, a small amount of Fe contained in the steel plate dissolves in the electrolyte, and the Fe is incorporated into the coating.

上記クロム含有層には、Cr、O、Fe、C以外には、水中に含まれるK、Na、MgおよびCa、水溶液中に含まれるSn、Ni、Cu、Zn等の金属不純物や、S、N、Cl、Br等が含まれる場合がある。しかし、それらの元素が存在すると、BPAフリー塗装加工部耐食性が低下する場合がある。そのため、Cr、O、Fe、C以外の元素の合計は、Crに対する原子比率として、3%以下であることが好ましく、まったく含有しない(0%)ことがより好ましい。上記元素の含有量は、特に限定されないが、例えば、Cの含有量と同様にXPSで測定することができる。 In addition to Cr, O, Fe, and C, the chromium-containing layer may contain metal impurities such as K, Na, Mg, and Ca contained in the water, Sn, Ni, Cu, and Zn contained in the aqueous solution, as well as S, N, Cl, Br, etc. However, the presence of these elements may reduce the corrosion resistance of the BPA-free painted part. Therefore, the total of elements other than Cr, O, Fe, and C is preferably 3% or less in atomic ratio to Cr, and more preferably none (0%). The content of the above elements is not particularly limited, but can be measured by XPS in the same way as the content of C, for example.

[酸素濃化領域]
本発明の表面処理鋼板には、前記鋼板と前記クロム含有層との界面の近傍(以下、前記近傍を界面近傍領域ということもある)に、Oが原子濃度で10%以上含まれる酸素濃化領域が存在する。ここで界面近傍領域は、Crに対するFeの原子比率が0.7~1.3の範囲にある領域を指す。このように、界面近傍領域内に酸素濃化領域が存在することにより、優れたBPAフリー塗装加工部耐食性を実現することができる。BPAフリー塗装加工部耐食性をさらに向上させるという観点からは、前記界面近傍領域における前記酸素濃化領域の被覆率が、50%以上であることが好ましく、70%以上であることがより好ましい。前記界面近傍領域における前記酸素濃化領域の被覆率の上限は特に限定されず、100%であってよい。なお、以降の説明において、酸素濃化領域とは、前記界面近傍領域内に存在する領域のみを指すものとする。
[Oxygen enriched region]
In the surface-treated steel sheet of the present invention, an oxygen-enriched region containing O at an atomic concentration of 10% or more exists in the vicinity of the interface between the steel sheet and the chromium-containing layer (hereinafter, the vicinity may be referred to as the interface vicinity region). Here, the interface vicinity region refers to a region in which the atomic ratio of Fe to Cr is in the range of 0.7 to 1.3. In this way, the presence of the oxygen-enriched region in the interface vicinity region can realize excellent corrosion resistance of the BPA-free paint-processed part. From the viewpoint of further improving the corrosion resistance of the BPA-free paint-processed part, the coverage of the oxygen-enriched region in the interface vicinity region is preferably 50% or more, more preferably 70% or more. The upper limit of the coverage of the oxygen-enriched region in the interface vicinity region is not particularly limited and may be 100%. In the following description, the oxygen-enriched region refers only to the region existing in the interface vicinity region.

上記のように酸素濃化領域を設けることによりBPAフリー塗装加工部耐食性が向上する理由について、以下、説明する。The reason why the corrosion resistance of the BPA-free painted parts is improved by providing an oxygen-enriched area as described above is explained below.

まず、6価Cr浴や3価Cr浴から形成される一般的なクロム含有層は、金属クロムや酸化クロムで構成されている。このようなクロム含有層を備える表面処理鋼板は、一般的に、表面に有機樹脂被覆を形成した後、缶などに加工される。しかし、金属クロムは加工性に乏しいため、加工に伴う鋼板の変形にクロム含有層が完全には追随できず、その結果クロム含有層の上に存在する有機樹脂被覆にダメージが加わる。そしてその結果、加工後の耐食性が低下する。First, a typical chromium-containing layer formed from a hexavalent chromium bath or a trivalent chromium bath is composed of metallic chromium or chromium oxide. Surface-treated steel sheets with such a chromium-containing layer are generally processed into cans and the like after an organic resin coating is formed on the surface. However, because metallic chromium has poor workability, the chromium-containing layer cannot completely follow the deformation of the steel sheet that accompanies processing, resulting in damage to the organic resin coating present on the chromium-containing layer. As a result, corrosion resistance after processing is reduced.

そこで、従来の表面処理鋼板においては、酸化クロムを最上層に設けることで加工後の耐食性を担保していた。すなわち、酸化クロムはエポキシ系塗料との密着性に優れるため、金属クロムが下地鋼板の変形に追随できていなくても、クロム含有層とエポキシ系塗料とが強固に密着し、エポキシ系塗料による被覆性を製缶後も保つことができる。Therefore, in conventional surface-treated steel sheets, chromium oxide was provided as the top layer to ensure corrosion resistance after processing. In other words, because chromium oxide has excellent adhesion to epoxy-based paints, even if the metallic chromium cannot follow the deformation of the base steel sheet, the chromium-containing layer and the epoxy-based paint adhere firmly, and the coating properties of the epoxy-based paint can be maintained even after can making.

しかし、このような従来の表面処理鋼板は、BPAフリー塗料に対する密着性が乏しいことから、BPAフリー塗装を施した場合の加工部耐食性に劣っていた。However, such conventional surface-treated steel sheets had poor adhesion to BPA-free paint, and therefore had poor corrosion resistance in processed areas when BPA-free paint was applied.

これに対して本発明の表面処理鋼板では、上述したように、界面近傍領域内に酸素濃化領域を設けることにより、優れたBPAフリー塗装加工部耐食性を実現している。これは、表面処理鋼板の加工に伴ってクロム含有層中に導入されるひずみが分散し、クロム含有層が鋼板の変形に追随できるようになるのに加えて、酸素濃化領域自体が優れた耐食性を発揮するためであると考えられる。このように、本発明は、塗料との密着性ではなく、クロム含有層自体の変形能向上、および界面の近傍における耐食性向上という従来とはまったく異なる技術的思想に基づくものである。In contrast, the surface-treated steel sheet of the present invention, as described above, provides an oxygen-enriched region in the region near the interface, thereby realizing excellent corrosion resistance in the BPA-free paint-processed area. This is believed to be because the strain introduced into the chromium-containing layer during processing of the surface-treated steel sheet is dispersed, allowing the chromium-containing layer to follow the deformation of the steel sheet, and the oxygen-enriched region itself exhibits excellent corrosion resistance. Thus, the present invention is based on a technical concept that is completely different from the conventional one, which is to improve the deformability of the chromium-containing layer itself and the corrosion resistance near the interface, rather than the adhesion to the paint.

なお、本発明においては、界面近傍領域及び酸素濃化領域を以下のように決定する。まず、クロム含有層と鋼板の両方を含むように5か所の測定領域を選択し、前記測定領域について、3DAPによる三次元組成分析を行うことで、5つのイオンマップを得る。次いで、前記イオンマップを2nm×2nm×2nmのボクセルに分割し、各ボクセルの組成を原子濃度で算出する。そして、Crに対するFeの原子比率が0.7~1.3の範囲にあるボクセルからなる領域を界面近傍領域とする。また、前記界面近傍領域内のボクセルのうち、Oが原子濃度で10%以上であるものからなる領域を酸素濃化領域とする。このように、Crに対するFeの原子比率及びOの原子濃度を、3次元アトムプローブによる3次元組成分析によって測定することで、界面近傍領域及び酸素濃化領域を決定する。なお、界面近傍領域を定義するにあたって、Crに対するFeの原子比率が1.0である位置は、クロム含有層と鋼板との界面であるものとする。すなわち、界面近傍領域はクロム含有層と鋼板との界面を含む。In the present invention, the interface vicinity region and the oxygen-enriched region are determined as follows. First, five measurement regions are selected so as to include both the chromium-containing layer and the steel sheet, and five ion maps are obtained by performing three-dimensional composition analysis by 3DAP on the measurement regions. Next, the ion map is divided into voxels of 2 nm x 2 nm x 2 nm, and the composition of each voxel is calculated in atomic concentration. The interface vicinity region is a region consisting of voxels in which the atomic ratio of Fe to Cr is in the range of 0.7 to 1.3. In addition, the oxygen-enriched region is a region consisting of voxels in the interface vicinity region in which O is 10% or more in atomic concentration. In this way, the interface vicinity region and the oxygen-enriched region are determined by measuring the atomic ratio of Fe to Cr and the atomic concentration of O by three-dimensional composition analysis using a three-dimensional atom probe. In defining the interface vicinity region, the position where the atomic ratio of Fe to Cr is 1.0 is the interface between the chromium-containing layer and the steel sheet. That is, the near-interface region includes the interface between the chromium-containing layer and the steel sheet.

また、本発明においては、被覆率を以下のように定義する。まず、前記イオンマップごとに、界面近傍領域内のボクセル数をI、酸素濃化領域内のボクセル数をOとして、O/I×100の計算式から百分率を算出する。そして、イオンマップごとの前記百分率を平均した値を、界面近傍領域における酸素濃化領域の被覆率と定義する。このように、酸素濃化領域の被覆率は、3次元アトムプローブによる3次元組成分析によって測定する。In addition, in the present invention, the coverage is defined as follows. First, for each ion map, the number of voxels in the near-interface region is defined as I, the number of voxels in the oxygen-enriched region is defined as O, and the percentage is calculated from the formula O/I x 100. The average value of the percentages for each ion map is then defined as the coverage of the oxygen-enriched region in the near-interface region. In this way, the coverage of the oxygen-enriched region is measured by three-dimensional composition analysis using a three-dimensional atom probe.

上記酸素濃化領域には、Cが含有されていてもよい。酸素濃化領域中のCの含有量の上限は特に限定されないが、20原子%以下であることが好ましい。酸素濃化領域はCを含んでいなくてもよく、したがって、酸素濃化領域に含まれるCの下限は特に限定されず、0原子%であってよい。The oxygen-enriched region may contain C. The upper limit of the C content in the oxygen-enriched region is not particularly limited, but is preferably 20 atomic % or less. The oxygen-enriched region may not contain C, and therefore the lower limit of the C contained in the oxygen-enriched region is not particularly limited and may be 0 atomic %.

上記酸素濃化領域には、O、Fe、Cr及びC以外に、Si、Mn等の金属が酸化物として含まれる場合がある。しかし、O、Fe、Cr及びC以外の元素が多く存在すると、BPAフリー塗装加工部耐食性が低下する場合がある。そのような観点から、酸素濃化領域中のO、Fe、Cr及びCの含有量の合計が、70原子%以上であることが好ましい。同様の観点から、酸素濃化領域が、Si及びMnの酸化物を全く含まない(0%)ことが好ましい。上記酸化物の含有量は、例えばXPSで測定することができる。In addition to O, Fe, Cr, and C, the oxygen-enriched region may contain metals such as Si and Mn as oxides. However, if there are many elements other than O, Fe, Cr, and C, the corrosion resistance of the BPA-free painted part may decrease. From this perspective, it is preferable that the total content of O, Fe, Cr, and C in the oxygen-enriched region is 70 atomic % or more. From the same perspective, it is preferable that the oxygen-enriched region does not contain any oxides of Si and Mn (0%). The content of the above oxides can be measured, for example, by XPS.

酸素濃化領域中の各元素の原子濃度は、界面近傍領域及び酸素濃化領域を決定するときと同様に、3DAPによる三次元組成分析によって測定することができる。より具体的には、まず、クロム含有層と鋼板の両方を含むように5か所の測定領域を選択し、前記測定領域について、3DAPによる三次元組成分析を行うことで、5つのイオンマップを得る。次いで、前記イオンマップを2nm×2nm×2nmのボクセルに分割し、各ボクセルの組成を原子濃度で算出する。そして、それぞれのイオンマップについて、酸素濃化領域内のボクセルの組成を平均することで、イオンマップごとの平均組成、すなわち測定領域ごとの平均組成を算出する。最後に、前記測定領域ごとの平均組成をさらに平均することで、酸素濃化領域中の各元素の原子濃度を算出できる。The atomic concentration of each element in the oxygen-enriched region can be measured by three-dimensional composition analysis using 3DAP, as in the case of determining the interface region and the oxygen-enriched region. More specifically, first, five measurement regions are selected to include both the chromium-containing layer and the steel plate, and five ion maps are obtained by performing three-dimensional composition analysis using 3DAP on the measurement regions. Next, the ion map is divided into voxels of 2 nm x 2 nm x 2 nm, and the composition of each voxel is calculated in terms of atomic concentration. Then, for each ion map, the compositions of the voxels in the oxygen-enriched region are averaged to calculate the average composition for each ion map, i.e., the average composition for each measurement region. Finally, the atomic concentration of each element in the oxygen-enriched region can be calculated by further averaging the average composition for each measurement region.

上記酸素濃化領域は、非晶質であってもよく、結晶性であってもよい。すなわち、上記酸素濃化領域は、非晶質および結晶相の一方または両方を含有することができる。しかし、耐食性向上の観点からは、酸素濃化領域が非晶質であることが好ましい。酸素濃化領域が非晶質であるか否かは、例えば、前記酸素濃化領域を含む観察用試料を作製し、当該観察用試料をTEM等で観察することで判別できる。すなわち、酸素濃化領域の回折パターンを取得したとき、前記回折パターン中に回折スポットが現れなければ、酸素濃化領域が非晶質である。The oxygen-enriched region may be amorphous or crystalline. That is, the oxygen-enriched region may contain one or both of the amorphous and crystalline phases. However, from the viewpoint of improving corrosion resistance, it is preferable that the oxygen-enriched region is amorphous. Whether the oxygen-enriched region is amorphous or not can be determined, for example, by preparing an observation sample including the oxygen-enriched region and observing the observation sample with a TEM or the like. That is, when a diffraction pattern of the oxygen-enriched region is obtained, if no diffraction spots appear in the diffraction pattern, the oxygen-enriched region is amorphous.

[製造方法]
本発明の一実施形態における表面処理鋼板の製造方法では、以下に説明する方法で、上記特性を備えた表面処理鋼板を製造することができる。
[Production method]
In a method for producing a surface-treated steel sheet according to one embodiment of the present invention, a surface-treated steel sheet having the above-mentioned properties can be produced by the method described below.

本発明の一実施形態における表面処理鋼板の製造方法は、鋼板の少なくとも片面にクロム含有層を有する表面処理鋼板の製造方法であって、鋼板表面調整工程と、陰極電解処理工程を含む。以下、各工程について説明する。The method for producing a surface-treated steel sheet according to one embodiment of the present invention is a method for producing a surface-treated steel sheet having a chromium-containing layer on at least one side of the steel sheet, and includes a steel sheet surface adjustment process and a cathodic electrolytic treatment process. Each process will be described below.

[鋼板表面調整工程]
本発明においては、後述する陰極電解処理に先立って、硫酸イオンを含有する水溶液と鋼板を接触させ、前記鋼板の表面に所定の量の前記水溶液が存在する状態で所定の時間保持する鋼板表面調整工程を実施することが重要である。
[Steel plate surface conditioning process]
In the present invention, prior to the cathodic electrolysis described below, a steel sheet surface conditioning step is performed in which the steel sheet is contacted with an aqueous solution containing sulfate ions and held for a predetermined time in a state in which a predetermined amount of the aqueous solution is present on the surface of the steel sheet. It is important to carry out the process.

水溶液の量:30.0g/m超60.0g/m以下
保持時間:0.10~20.0秒
最終的に得られる表面処理鋼板において、界面近傍領域内に酸素濃化領域を存在させるためには、鋼板表面調整工程において、硫酸イオンを含有する水溶液と鋼板を接触させ、前記鋼板の表面に前記水溶液が30.0g/m超60.0g/m以下存在する状態で0.10秒以上20.0秒以下保持する必要がある。
Amount of aqueous solution: more than 30.0 g/ m2 and not more than 60.0 g/ m2 Holding time: 0.10 to 20.0 seconds In order to cause an oxygen-enriched region to exist in the near-interface region in the finally obtained surface-treated steel sheet, it is necessary to contact the steel sheet with an aqueous solution containing sulfate ions in the steel sheet surface conditioning step and hold the aqueous solution on the surface of the steel sheet in an amount of more than 30.0 g/ m2 and not more than 60.0 g/ m2 for 0.10 seconds or more and not more than 20.0 seconds.

前記鋼板表面調整工程によって界面近傍領域内に酸素濃化領域が形成されるメカニズムは明らかではないが、次のように考えられる。鋼板を硫酸イオンを含有する水溶液と接触させると、該鋼板の表面ではFeの溶解反応と溶存酸素の分解反応が生じ、鋼板表面のpHが上昇する。その際、前記水溶液の量を上記範囲とすると、鋼板上における前記水溶液の厚さが非常に薄くなるため、水溶液中の溶存酸素が増加する。その結果、上記反応がさらに促進される。なお、鋼板上における前記水溶液の存在状態はとくに限定されないが、反応を均一にするという観点からは、前記水溶液は液膜状であることが好ましい。The mechanism by which the oxygen-enriched region is formed in the region near the interface by the steel sheet surface conditioning process is not clear, but it is thought to be as follows. When the steel sheet is brought into contact with an aqueous solution containing sulfate ions, a dissolution reaction of Fe and a decomposition reaction of dissolved oxygen occur on the surface of the steel sheet, and the pH of the steel sheet surface increases. In this case, if the amount of the aqueous solution is within the above range, the thickness of the aqueous solution on the steel sheet becomes very thin, so that the amount of dissolved oxygen in the aqueous solution increases. As a result, the above reaction is further promoted. The state of the aqueous solution on the steel sheet is not particularly limited, but from the viewpoint of making the reaction uniform, it is preferable that the aqueous solution be in the form of a liquid film.

このときpHが上昇した鋼板表面に溶解したFeイオンが存在すると、前記Feイオンが酸化されて酸化Feとなり、鋼板表面に非常に微量に堆積する。のちの陰極電解処理工程においては、堆積した微量の酸化Feが還元されるとともにクロム含有層が形成される。また、メカニズムは明らかではないが、上記の方法で微量に堆積した酸化Feは、のちの陰極電解処理工程で完全に還元されなくとも、その上にクロム含有層を形成することができる。その結果、界面近傍領域内に酸素濃化領域が形成されると推定している。At this time, if dissolved Fe ions are present on the steel sheet surface where the pH has risen, the Fe ions are oxidized to Fe oxide, which accumulates on the steel sheet surface in very small amounts. In the subsequent cathodic electrolytic treatment process, the accumulated trace amount of Fe oxide is reduced and a chromium-containing layer is formed. Although the mechanism is not clear, the Fe oxide accumulated in small amounts by the above method can form a chromium-containing layer on top of it even if it is not completely reduced in the subsequent cathodic electrolytic treatment process. As a result, it is presumed that an oxygen-enriched region is formed in the region near the interface.

より多くの酸素濃化領域を形成し、BPAフリー塗装加工部耐食性をさらに向上させるという観点からは、前記水溶液の量は、32.0g/m以上とすることが好ましく、35.0g/m以上とすることがより好ましい。同様の観点から、前記水溶液の量は、58.0g/m以下とすることが好ましく、55.0g/m以下とすることがより好ましい。 From the viewpoint of forming more oxygen-enriched regions and further improving the corrosion resistance of the BPA-free painted part, the amount of the aqueous solution is preferably 32.0 g/m2 or more , and more preferably 35.0 g/m2 or more . From the same viewpoint, the amount of the aqueous solution is preferably 58.0 g/m2 or less , and more preferably 55.0 g/m2 or less .

また、より多くの酸素濃化領域を形成し、BPAフリー塗装加工部耐食性をさらに向上させるという観点からは、前記保持時間は、0.2秒以上とすることが好ましく、0.3秒以上とすることがより好ましい。同様の観点から、前記保持時間は、18.0秒以下とすることが好ましく、15.0秒以下とすることがより好ましい。From the viewpoint of forming more oxygen-enriched regions and further improving the corrosion resistance of the BPA-free painted part, the holding time is preferably 0.2 seconds or more, and more preferably 0.3 seconds or more. From the same viewpoint, the holding time is preferably 18.0 seconds or less, and more preferably 15.0 seconds or less.

なお、鋼板の表面に存在する水溶液の量は、フィルター式赤外吸収法による水分計で測定することができる。具体的には、フィルター式赤外吸収法による水分計により鋼板表面における吸光度を測定し、予め求めておいた検量線を用いて前記吸光度から水溶液の量を求める。なお、前記検量線は、以下の手順で作成することができる。まず、電子天秤上に鋼板を設置する。前記鋼板上に水溶液をピペットで滴下して鋼板表面全体に液膜を形成する。水溶液を滴下する前の鋼板重量と、水溶液を滴下した後の鋼板重量から、鋼板上に存在する水溶液の重量を求める。得られた水溶液の重量を鋼板の面積で割ることにより、単位面積あたりの水溶液の量を求める。同時に、フィルター式赤外吸収法による水分計により鋼板表面における吸光度を測定する。以上の測定を、水溶液の量を変化させながら複数回実施し、水溶液の量と吸光度の相関を表す検量線を作成する。前記検量線としては、水溶液の量と吸光度の相関を線形近似したものを用いることができる。The amount of the aqueous solution present on the surface of the steel sheet can be measured by a moisture meter using a filter-type infrared absorption method. Specifically, the absorbance on the surface of the steel sheet is measured by a moisture meter using a filter-type infrared absorption method, and the amount of the aqueous solution is calculated from the absorbance using a calibration curve that has been obtained in advance. The calibration curve can be created by the following procedure. First, a steel sheet is placed on an electronic balance. The aqueous solution is dropped onto the steel sheet using a pipette to form a liquid film on the entire surface of the steel sheet. The weight of the aqueous solution present on the steel sheet is calculated from the weight of the steel sheet before the aqueous solution is dropped and the weight of the steel sheet after the aqueous solution is dropped. The amount of the aqueous solution per unit area is calculated by dividing the weight of the aqueous solution obtained by dividing it by the area of the steel sheet. At the same time, the absorbance on the surface of the steel sheet is measured by a moisture meter using a filter-type infrared absorption method. The above measurements are performed multiple times while changing the amount of the aqueous solution, and a calibration curve showing the correlation between the amount of the aqueous solution and the absorbance is created. As the calibration curve, a linear approximation of the correlation between the amount of the aqueous solution and the absorbance can be used.

鋼板表面に存在する水溶液の量を調整する方法は特に限定されず、任意の方法を用いることができる。例えば、リンガーロールで液を絞る方法や、ワイピングなどの方法を用いればよい。There are no particular limitations on the method for adjusting the amount of aqueous solution present on the steel sheet surface, and any method can be used. For example, a method of squeezing the liquid with a wringer roll or a method such as wiping can be used.

前記水溶液の組成はとくに限定されないが、希硫酸などの硫酸水溶液であることが好ましい。ここで、硫酸水溶液とは硫酸の水溶液を意味し、硫酸以外の成分が含まれる場合を包含する。The composition of the aqueous solution is not particularly limited, but it is preferably an aqueous sulfuric acid solution such as dilute sulfuric acid. Here, the aqueous sulfuric acid solution means an aqueous solution of sulfuric acid, and includes cases where components other than sulfuric acid are included.

後述する前処理工程の酸洗処理液として硫酸水溶液を使用する場合には、該酸洗処理液を前記鋼板表面調整工程における水溶液として用いることもできる。なお、酸洗処理液には一般的に、酸洗抑制剤や酸洗促進剤などが添加されているが、これらの成分は酸素濃化領域の形成を特に妨げない。したがって、酸洗処理液に酸洗抑制剤や酸洗促進剤などが添加されていても、その酸洗処理液を前記鋼板表面調整工程における水溶液として用いることができる。When an aqueous sulfuric acid solution is used as the pickling solution in the pretreatment step described below, the pickling solution can also be used as the aqueous solution in the steel sheet surface conditioning step. Pickling solutions generally contain pickling inhibitors and pickling accelerators, but these components do not particularly hinder the formation of oxygen-enriched regions. Therefore, even if a pickling inhibitor or pickling accelerator is added to the pickling solution, the pickling solution can be used as the aqueous solution in the steel sheet surface conditioning step.

前記水溶液に含有する硫酸イオンの濃度の下限は特に限定されないが、3g/L以上であることが好ましく、5g/L以上であることがより好ましい。前記水溶液に含有する硫酸イオンの濃度の上限は特に限定されないが、200g/L以下であることが好ましく、150g/L以下であることがより好ましい。The lower limit of the concentration of sulfate ions contained in the aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 3 g/L or more, and more preferably 5 g/L or more. The upper limit of the concentration of sulfate ions contained in the aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 200 g/L or less, and more preferably 150 g/L or less.

前記水溶液の温度の下限は特に限定されないが、10℃以上であることが好ましく、15℃以上であることがより好ましい。前記水溶液の温度の上限は特に限定されないが、70℃以下が好ましく、60℃以下がより好ましい。The lower limit of the temperature of the aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 10°C or higher, and more preferably 15°C or higher. The upper limit of the temperature of the aqueous solution is not particularly limited, but is preferably 70°C or lower, and more preferably 60°C or lower.

前記鋼板表面調整工程の後は、前記鋼板に付着している前記水溶液を除去するために、水洗を施すことが好ましい。After the steel sheet surface conditioning process, it is preferable to rinse the steel sheet with water to remove the aqueous solution adhering to the steel sheet.

[陰極電解処理工程]
次に、3価クロムイオンを0.05mol/L以上含有する電解液中で鋼板を陰極電解処理する。前記陰極電解処理により、前記鋼板上にクロム含有層を形成することができる。前記3価クロムイオン源としては、3価クロムイオンを供給できる化合物であれば、任意のものを使用できる。前記3価クロムイオン源としては、例えば、塩化クロム、硫酸クロム、および硝酸クロムからなる群より選択される少なくとも1つを使用することができる。
[Cathodic electrolysis treatment process]
Next, the steel sheet is subjected to cathodic electrolysis in an electrolytic solution containing 0.05 mol/L or more of trivalent chromium ions. The cathodic electrolysis can form a chromium-containing layer on the steel sheet. Any compound that can supply trivalent chromium ions can be used as the trivalent chromium ion source. For example, at least one selected from the group consisting of chromium chloride, chromium sulfate, and chromium nitrate can be used as the trivalent chromium ion source.

陰極電解処理を行う際の電解液の温度は、特に限定されないが、クロム含有層を効率的に形成するために、40℃以上とすることが好ましい。同様の理由から、前記電解液の温度を70℃以下とすることが好ましい。上述した表面処理鋼板を安定的に製造するためという観点からは、陰極電解処理工程において、電解液の温度をモニターし、電解液の温度を40~70℃の温度域に維持することが好ましい。The temperature of the electrolyte when performing the cathodic electrolytic treatment is not particularly limited, but is preferably 40°C or higher in order to efficiently form a chromium-containing layer. For the same reason, it is preferable to set the temperature of the electrolyte to 70°C or lower. From the viewpoint of stably producing the above-mentioned surface-treated steel sheet, it is preferable to monitor the temperature of the electrolyte in the cathodic electrolytic treatment process and maintain the temperature of the electrolyte in the temperature range of 40 to 70°C.

陰極電解処理を行う際の電解液のpHは特に限定されないが、4.0以上とすることが好ましく、4.5以上とすることがより好ましい。また、前記pHは、7.0以下とすることが好ましく、6.5以下とすることがより好ましい。上述した表面処理鋼板を安定的に製造するためという観点からは、陰極電解処理工程において、電解液のpHをモニターし、上記pHの範囲に維持することが好ましい。The pH of the electrolyte when performing the cathodic electrolysis is not particularly limited, but is preferably 4.0 or more, and more preferably 4.5 or more. The pH is preferably 7.0 or less, and more preferably 6.5 or less. From the viewpoint of stably producing the above-mentioned surface-treated steel sheet, it is preferable to monitor the pH of the electrolyte in the cathodic electrolysis process and maintain it within the above pH range.

上記陰極電解処理における電流密度は特に限定されず、所望の表面処理層が形成されるよう適宜調整すればよい。しかし、過度に電流密度が高いと陰極電解処理装置にかかる負担が過大となる。そのため、電流密度は200.0A/dm以下とすることが好ましく、100.0A/dm以下とすることがより好ましい。また、電流密度の下限についても特に限定されないが、過度に電流密度が低いと電解液中で6価Crが生成し、浴の安定性が崩れるおそれがある。そのため、電流密度は5.0A/dm以上とすることが好ましく、10.0A/dm以上とすることがより好ましい。 The current density in the cathodic electrolysis is not particularly limited, and may be appropriately adjusted so that a desired surface treatment layer is formed. However, if the current density is excessively high, the burden on the cathodic electrolysis treatment device becomes excessive. Therefore, the current density is preferably 200.0 A/dm 2 or less, and more preferably 100.0 A/dm 2 or less. In addition, although there is no particular limit to the lower limit of the current density, if the current density is excessively low, hexavalent Cr may be generated in the electrolytic solution, which may cause the stability of the bath to be lost. Therefore, the current density is preferably 5.0 A/dm 2 or more, and more preferably 10.0 A/dm 2 or more.

鋼板に陰極電解処理を施す回数は特に限定されず、任意の回数とすることができる。言い換えると、1また2以上の任意の数のパスを有する電解処理装置を用いて陰極電解処理を行うことができる。例えば、鋼板(鋼帯)を搬送しながら複数のパスを通過させることによって連続的に陰極電解処理を実施することも好ましい。なお、陰極電解処理の回数(すなわち、パス数)を増加させると、それに見合った数の電解槽が必要となるため、陰極電解処理の回数(パス数)は20以下とすることが好ましい。The number of times that the steel sheet is subjected to cathodic electrolysis is not particularly limited and can be any number of times. In other words, cathodic electrolysis can be performed using an electrolytic treatment device having any number of passes, such as one or more. For example, it is also preferable to perform cathodic electrolysis continuously by passing the steel sheet (steel strip) through multiple passes while transporting it. Note that, since increasing the number of cathodic electrolysis treatments (i.e., the number of passes) requires a corresponding number of electrolytic cells, it is preferable to set the number of cathodic electrolysis treatments (number of passes) to 20 or less.

1パスあたりの電解時間は、特に限定されない。しかし、1パスあたりの電解時間が長すぎると、鋼板の搬送速度(ラインスピード)が下がって生産性が低下する。そのため、1パス当たりの電解時間は5秒以下とすることが好ましく、3秒以下とすることがより好ましい。1パスあたりの電解時間の下限についても特に限定されないが、電解時間を過度に短くすると、それに合わせてラインスピードを上げる必要が生じ、制御が困難となる。そのため、1パス当たりの電解時間は0.005秒以上とすることが好ましく、0.01秒以上とすることがより好ましい。The electrolysis time per pass is not particularly limited. However, if the electrolysis time per pass is too long, the conveying speed (line speed) of the steel sheet decreases, and productivity decreases. Therefore, the electrolysis time per pass is preferably 5 seconds or less, and more preferably 3 seconds or less. There is no particular limit to the lower limit of the electrolysis time per pass, but if the electrolysis time is too short, it becomes necessary to increase the line speed accordingly, making control difficult. Therefore, the electrolysis time per pass is preferably 0.005 seconds or more, and more preferably 0.01 seconds or more.

陰極電解処理によって形成されるクロム含有層のクロム付着量は、電流密度と電解時間とパス数の積で表されるトータルの電気量密度で制御することができる。上述したように、クロム付着量が過度に少ないと、BPAフリー塗装加工部耐食性が損なわれ、クロム付着量が過度に多いと加工時にクロム含有層内で凝集破壊を引き起こす場合があるため、より安定的にBPAフリー塗装加工部耐食性を確保するという観点からは、クロム含有層の前記鋼板の片面当たりのクロム付着量を適正な範囲とするようにトータルの電気量密度を制御することが好ましい。ただし、クロム含有層の前記鋼板の片面当たりのクロム付着量とトータルの電気量密度の関係は、陰極電解処理工程に使用する装置の構成で変わるため、実際の電解処理条件は装置に合わせて調整すればよい。The amount of chromium deposited in the chromium-containing layer formed by cathodic electrolysis can be controlled by the total electric charge density, which is the product of the current density, the electrolysis time, and the number of passes. As described above, if the amount of chromium deposited is too small, the corrosion resistance of the BPA-free painted part is impaired, and if the amount of chromium deposited is too large, cohesive failure may occur in the chromium-containing layer during processing. Therefore, from the viewpoint of more stably ensuring the corrosion resistance of the BPA-free painted part, it is preferable to control the total electric charge density so that the amount of chromium deposited per side of the steel sheet in the chromium-containing layer is within an appropriate range. However, since the relationship between the amount of chromium deposited per side of the steel sheet in the chromium-containing layer and the total electric charge density varies depending on the configuration of the device used in the cathodic electrolysis process, the actual electrolysis conditions can be adjusted according to the device.

陰極電解処理を実施する際に使用する陽極の種類は特に限定されず、任意の陽極を使用できる。前記陽極としては、不溶性陽極を用いることが好ましい。前記不溶性陽極としては、Tiに白金族金属および白金族金属の酸化物の一方または両方を被覆した陽極、ならびにグラファイト陽極からなる群より選択される少なくとも1つを用いることが好ましい。より具体的には、前記不溶性陽極としては、基体としてのTiの表面に、白金、酸化イリジウム、または酸化ルテニウムを被覆した陽極が例示される。The type of anode used when performing cathodic electrolysis is not particularly limited, and any anode can be used. It is preferable to use an insoluble anode as the anode. It is preferable to use at least one selected from the group consisting of an anode in which Ti is coated with one or both of a platinum group metal and an oxide of a platinum group metal, and a graphite anode as the insoluble anode. More specifically, examples of the insoluble anode include an anode in which the surface of Ti as a substrate is coated with platinum, iridium oxide, or ruthenium oxide.

上記陰極処理工程では、鋼板へのクロム含有層の形成、液の持ち出しや持ち込み、水の蒸発等の影響で、電解液の濃度は常に変化する。陰極電解処理工程における電解液の濃度変化は、装置の構成や製造条件で変わるため、表面処理鋼板をより安定的に製造するという観点からは、陰極電解処理工程において電解液に含まれる成分の濃度をモニターし、後述する濃度範囲に維持することが好ましい。In the above-mentioned cathodic treatment process, the concentration of the electrolyte constantly changes due to the formation of a chromium-containing layer on the steel sheet, the introduction and removal of the liquid, the evaporation of water, etc. The change in concentration of the electrolyte in the cathodic electrolytic treatment process varies depending on the configuration of the equipment and the manufacturing conditions, so from the perspective of more stable production of surface-treated steel sheets, it is preferable to monitor the concentrations of the components contained in the electrolyte in the cathodic electrolytic treatment process and maintain them within the concentration ranges described below.

上記陰極電解処理工程後の鋼板は少なくとも1回水洗することが好ましい。水洗を行うことにより、鋼板の表面に残留している電解液を除去することができる。It is preferable to rinse the steel sheet at least once after the cathodic electrolytic treatment process. By rinsing with water, the electrolyte remaining on the surface of the steel sheet can be removed.

前記水洗は、特に限定されることなく任意の方法で行うことができる。例えば、浸漬処理を行うための浸漬槽の下流に水洗タンクを設け、浸漬後の鋼板を連続的に水に浸漬することができる。また、浸漬後の鋼板にスプレーで水を吹き付けることによって水洗を行ってもよい。The water washing can be carried out by any method without any particular limitation. For example, a water washing tank can be provided downstream of the immersion tank for carrying out the immersion treatment, and the steel sheet after immersion can be continuously immersed in water. Water washing can also be carried out by spraying water onto the steel sheet after immersion.

前記水洗に用いる水は、特に限定されないが、逆浸透水(RO水)、イオン交換水、および蒸留水の少なくとも一つを用いることが好ましい。前記水洗に用いる水の電気伝導度は特に限定されないが、100μS/m以下であることが好ましく、50μS/m以下であることがより好ましく、30μS/m以下であることがさらに好ましい。The water used for the washing is not particularly limited, but it is preferable to use at least one of reverse osmosis water (RO water), ion-exchanged water, and distilled water. The electrical conductivity of the water used for the washing is not particularly limited, but it is preferably 100 μS/m or less, more preferably 50 μS/m or less, and even more preferably 30 μS/m or less.

前記水洗に用いる水の温度は、特に限定されず、任意の温度であってよい。しかし、過度に温度が高いと水洗設備に過剰な負担がかかるため、水洗に使用する水の温度は95℃以下とすることが好ましい。一方、水洗に使用する水の温度の下限も特に限定されないが、0℃以上であることが好ましい。前記水洗に使用する水の温度は室温であってもよい。The temperature of the water used for the washing is not particularly limited and may be any temperature. However, an excessively high temperature places an excessive burden on the washing equipment, so the temperature of the water used for washing is preferably 95°C or less. On the other hand, the lower limit of the temperature of the water used for washing is not particularly limited, but it is preferably 0°C or higher. The temperature of the water used for the washing may be room temperature.

上記水洗後には、任意に乾燥を行ってもよい。乾燥の方式は特に限定されず、例えば、通常のドライヤーや電気炉乾燥方式が適用できる。乾燥処理の際の温度は、表面処理皮膜の変質を抑制するという観点から、100℃以下とすることが好ましい。なお、下限は特に限定されないが、通常、室温程度である。After the above water washing, drying may be performed as desired. There are no particular limitations on the drying method, and for example, a normal dryer or electric oven drying method can be applied. From the viewpoint of suppressing deterioration of the surface treatment film, it is preferable that the temperature during the drying process be 100°C or less. The lower limit is not particularly limited, but is usually around room temperature.

なお、前記鋼板表面調整工程に先だって、鋼板に対して任意に前処理を施すことができる。前記前処理としては、脱脂、酸洗、および水洗の少なくとも1つを行うことが好ましい。Prior to the steel sheet surface conditioning process, the steel sheet may be pretreated as desired. The pretreatment is preferably at least one of degreasing, pickling, and water washing.

脱脂を行うことにより、鋼板に付着した圧延油や防錆油等を除去することができる。前記脱脂は、特に限定されず任意の方法で行うことができる。脱脂後は鋼板表面に付着した脱脂処理液を除去するために水洗を行うことが好ましい。By degreasing, rolling oil, rust-preventive oil, etc. adhering to the steel sheet can be removed. The degreasing can be carried out by any method without any particular limitation. After degreasing, it is preferable to wash the steel sheet with water to remove the degreasing treatment liquid adhering to the surface of the steel sheet.

酸洗を行うことにより、鋼板の表面に存在する自然酸化膜が除去できるため、のちの鋼板表面調整工程で効果的に表面を調整することができる。前記酸洗は、特に限定されず任意の方法で行うことができる。前記酸洗の後は、鋼板表面に付着した酸洗処理液を除去するために水洗することが好ましい。酸洗処理液に硫酸イオンを含有する水溶液を使用した際には、そのまま前記鋼板表面調整工程に供することが好ましい。By performing pickling, the natural oxide film present on the surface of the steel sheet can be removed, so that the surface can be effectively adjusted in the subsequent steel sheet surface adjustment process. The pickling can be performed by any method without any particular limitation. After the pickling, it is preferable to rinse the steel sheet with water to remove the pickling solution adhering to the surface. When an aqueous solution containing sulfate ions is used as the pickling solution, it is preferable to directly subject the steel sheet to the steel sheet surface adjustment process.

前記陰極電解処理工程で使用する電解液の調整方法は特に限定されないが、以下に述べるように電解液の調整を行うことで、より長期間安定的に陰極電解処理工程に供することができる。 There is no particular limitation on the method for preparing the electrolyte used in the cathode electrolysis process, but by preparing the electrolyte as described below, it can be used in the cathode electrolysis process stably for a longer period of time.

[電解液の調製]
(i)混合
上記電解液の調製の際は、まず、3価クロムイオン源、カルボン酸化合物、および水を混合して水溶液とすることが好ましい。
[Preparation of electrolyte solution]
(i) Mixing When preparing the above-mentioned electrolytic solution, it is preferable to first mix a trivalent chromium ion source, a carboxylic acid compound, and water to prepare an aqueous solution.

前記3価クロムイオン源としては、3価クロムイオンを供給できる化合物であれば、任意のものを使用できる。前記3価クロムイオン源としては、例えば、塩化クロム、硫酸クロム、および硝酸クロムからなる群より選択される少なくとも1つを使用することができる。As the trivalent chromium ion source, any compound that can supply trivalent chromium ions can be used. As the trivalent chromium ion source, for example, at least one selected from the group consisting of chromium chloride, chromium sulfate, and chromium nitrate can be used.

前記水溶液における3価クロムイオン含有源の含有量は3価クロムイオン換算で0.05mol/L以上であることが必要であり、0.08mol/L以上であることが好ましく、0.10mol/L以上であることがより好ましい。3価クロムイオン含有源の含有量の上限は特に限定されないが、3価クロムイオン換算で1.50mol/L以下であることが好ましく、1.30mol/L以下であることがより好ましい。前記3価クロムイオン源としては、Atotech社のBluCr(登録商標)TFS Aを使用することができる。The content of the trivalent chromium ion source in the aqueous solution must be 0.05 mol/L or more in terms of trivalent chromium ions, preferably 0.08 mol/L or more, and more preferably 0.10 mol/L or more. The upper limit of the content of the trivalent chromium ion source is not particularly limited, but is preferably 1.50 mol/L or less in terms of trivalent chromium ions, and more preferably 1.30 mol/L or less. As the trivalent chromium ion source, BluCr (registered trademark) TFS A from Atotech can be used.

前記カルボン酸化合物としては、特に限定されることなく、任意のカルボン酸化合物を使用できる。前記カルボン酸化合物は、カルボン酸およびカルボン酸塩の少なくとも一方であってよく、脂肪族カルボン酸および脂肪族カルボン酸の塩の少なくとも一方であることが好ましい。前記脂肪族カルボン酸の炭素数は、1~10であることが好ましく、1~5であることがより好ましい。また、前記脂肪族カルボン酸塩の炭素数は、1~10であることが好ましく、1~5であることがより好ましい。前記カルボン酸化合物の含有量は特に限定されないが、0.1mol/L以上であることが好ましく、0.15mol/L以上であることがより好ましい。また、前記カルボン酸化合物の含有量は、5.5mol/L以下であることが好ましく、5.3mol/L以下であることがより好ましい。前記カルボン酸化合物としては、Atotech社のBluCr(登録商標)TFS Bを使用することができる。The carboxylic acid compound is not particularly limited, and any carboxylic acid compound can be used. The carboxylic acid compound may be at least one of a carboxylic acid and a carboxylate, and is preferably at least one of an aliphatic carboxylic acid and a salt of an aliphatic carboxylic acid. The carbon number of the aliphatic carboxylic acid is preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 5. The carbon number of the aliphatic carboxylate is preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 5. The content of the carboxylic acid compound is not particularly limited, but is preferably 0.1 mol/L or more, and more preferably 0.15 mol/L or more. The content of the carboxylic acid compound is preferably 5.5 mol/L or less, and more preferably 5.3 mol/L or less. As the carboxylic acid compound, BluCr (registered trademark) TFS B from Atotech can be used.

前記水溶液を調製するための溶媒としては、水を使用することができる。前記水としては、イオン交換水および蒸留水の少なくとも一方を用いることが好ましい。Water can be used as a solvent for preparing the aqueous solution. It is preferable to use at least one of ion-exchanged water and distilled water as the water.

陰極電解処理工程における陽極での6価クロム生成を効果的に抑制し、上述の電解液の安定性を向上させるため、前記水溶液中にはさらに少なくとも1種のハロゲン化物イオンを含有させることが好ましい。ハロゲン化物イオンの含有量は特に限定されないが、0.05mol/L以上であることが好ましく、0.10mol/L以上であることがより好ましい。また、ハロゲン化物イオンの含有量は、3.0mol/L以下であることが好ましく、2.5mol/L以下であることがより好ましい。前記ハロゲン化物イオンを含有させるには、Atotech社のBluCr(登録商標)TFS C1およびBluCr(登録商標)TFS C2を使用することができる。In order to effectively suppress the generation of hexavalent chromium at the anode in the cathodic electrolytic treatment process and to improve the stability of the above-mentioned electrolyte, it is preferable to further contain at least one type of halide ion in the aqueous solution. The content of the halide ion is not particularly limited, but is preferably 0.05 mol/L or more, and more preferably 0.10 mol/L or more. The content of the halide ion is preferably 3.0 mol/L or less, and more preferably 2.5 mol/L or less. To contain the halide ion, Atotech's BluCr (registered trademark) TFS C1 and BluCr (registered trademark) TFS C2 can be used.

上述の水溶液には、6価クロムを添加しないことが好ましい。陰極電解処理工程においても6価クロムは原理的に形成しないことを確認しているが、仮に陽極などで微量の6価クロムが形成したとしても、ただちに3価クロムに還元されるため、電解液中の6価クロム濃度は増加しない。It is preferable not to add hexavalent chromium to the above-mentioned aqueous solution. It has been confirmed that hexavalent chromium is not formed in principle in the cathodic electrolytic treatment process, but even if a small amount of hexavalent chromium is formed at the anode, it is immediately reduced to trivalent chromium, so the concentration of hexavalent chromium in the electrolyte does not increase.

上述の水溶液は、3価クロムイオン以外の金属イオンを意図的に添加しないことが好ましい。上記金属イオンは限定されないが、Cuイオン、Znイオン、Feイオン、Snイオン、Niイオン等が挙げられ、それぞれ、0mg/L以上40mg/L以下であることが好ましく、0mg/L以上20mg/L以下であることがさらに好ましく、0mg/L以上10mg/L以下であることが最も好ましい。上記金属イオンのうち、Feイオンは、陰極電解処理工程および浸漬工程において上述の電解液中に溶解し、皮膜中に共析することがあるが、BPAフリー塗装加工部耐食性には影響しない。なお、Feイオン濃度は、建浴時に上記範囲とすることが好ましいが、陰極電解処理工程および浸漬工程においても、電解液中のFeイオン濃度を上記範囲に維持することが好ましい。Feイオンは、上記の範囲内で制御すれば、前記クロム含有層の形成を阻害せず、必要な量のクロム含有層を形成することができる。It is preferable that the above-mentioned aqueous solution does not intentionally add metal ions other than trivalent chromium ions. The above-mentioned metal ions are not limited, but include Cu ions, Zn ions, Fe ions, Sn ions, Ni ions, etc., and each is preferably 0 mg/L to 40 mg/L, more preferably 0 mg/L to 20 mg/L, and most preferably 0 mg/L to 10 mg/L. Of the above-mentioned metal ions, Fe ions may dissolve in the above-mentioned electrolyte in the cathodic electrolytic treatment process and the immersion process and co-deposit in the film, but do not affect the corrosion resistance of the BPA-free painted part. It is preferable that the Fe ion concentration is in the above range when the bath is made, but it is also preferable to maintain the Fe ion concentration in the electrolyte in the above range in the cathodic electrolytic treatment process and the immersion process. If the Fe ions are controlled within the above range, the formation of the chromium-containing layer is not inhibited, and the required amount of the chromium-containing layer can be formed.

(ii)pHと温度の調整
次に、前記水溶液のpHを4.0~7.0に調整するとともに、前記水溶液の温度を40~70℃に調整することによって前記電解液を調製することが好ましい。上述したように、長期間安定的に陰極電解処理工程に供するためには、単に3価クロムイオン源とカルボン酸化合物を水に溶解させるだけではなく、上記のとおりpHと温度を適正に制御することが好ましい。
(ii) Adjustment of pH and temperature Next, it is preferable to prepare the electrolytic solution by adjusting the pH of the aqueous solution to 4.0 to 7.0 and adjusting the temperature of the aqueous solution to 40 to 70° C. As described above, in order to stably provide the aqueous solution for the cathodic electrolytic treatment step for a long period of time, it is preferable not only to simply dissolve the trivalent chromium ion source and the carboxylic acid compound in water but also to appropriately control the pH and temperature as described above.

pH:4.0~7.0
前記電解液の調製においては、混合後の水溶液のpHを4.0~7.0に調整することが好ましい。前記pHは、4.5以上とすることがより好ましい。また、前記pHは、6.5以下とすることがより好ましい。
pH: 4.0-7.0
In preparing the electrolytic solution, it is preferable to adjust the pH of the aqueous solution after mixing to 4.0 to 7.0. It is more preferable to adjust the pH to 4.5 or more. It is more preferable to set it to 6.5 or less.

pHの調整には任意の試薬を用いることができる。例えば、pHを下げる場合には、塩酸、硫酸、硝酸等を使用し、pHを上昇させる場合にはアンモニア水等を使用することが好ましい。Any reagent can be used to adjust the pH. For example, it is preferable to use hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, etc. to lower the pH, and ammonia water, etc. to raise the pH.

温度:40~70℃
前記電解液の調製においては、混合後の水溶液の温度を40~70℃に調整することが好ましい。なお、40~70℃の温度域での保持時間は特に限定されない。
Temperature: 40-70°C
In preparing the electrolytic solution, it is preferable to adjust the temperature of the aqueous solution after mixing to 40 to 70° C. The time for which the aqueous solution is kept in the temperature range of 40 to 70° C. is not particularly limited.

以上の手順で得られた電解液は、長期間安定的に陰極電解処理工程に供することができる。なお、上記の手順で製造された電解液は室温で保管することができる。The electrolyte obtained by the above procedure can be stably used for the cathodic electrolysis process for a long period of time. The electrolyte produced by the above procedure can be stored at room temperature.

本発明の表面処理鋼板の用途は特に限定されないが、例えば、食缶、飲料缶、ペール缶、18リットル缶など種々の容器の製造に使用される容器用表面処理鋼板として特に好適である。The uses of the surface-treated steel sheet of the present invention are not particularly limited, but it is particularly suitable as a surface-treated steel sheet for containers used in the manufacture of various containers such as food cans, beverage cans, pail cans, and 18-liter cans.

本発明の効果を確認するために、以下に述べる手順で表面処理鋼板を製造し、その特性を評価した。 In order to confirm the effects of the present invention, surface-treated steel sheets were manufactured using the procedure described below and their properties were evaluated.

(電解液の調製)
まず、表1に示す組成A~Gを有する電解液を、表1に示した各条件で調製した。すなわち、表1に示した各成分を水と混合して水溶液とし、次いで前記水溶液を表1に示したpHおよび温度に調整した。なお、電解液Gは、特許文献4の実施例で使用されている電解液に相当する。pHの上昇にはいずれもアンモニア水を使用し、pHの低下には、電解液A、B、Gでは硫酸、電解液C、Dでは塩酸、電解液E、Fでは硝酸を、それぞれ使用した。
(Preparation of Electrolyte)
First, electrolyte solutions having compositions A to G shown in Table 1 were prepared under the conditions shown in Table 1. That is, each component shown in Table 1 was mixed with water to prepare an aqueous solution, and then the aqueous solution was adjusted to the pH and temperature shown in Table 1. Note that electrolyte solution G corresponds to the electrolyte solution used in the examples of Patent Document 4. Ammonia water was used to increase the pH in all cases, and sulfuric acid was used for electrolyte solutions A, B, and G, hydrochloric acid was used for electrolyte solutions C and D, and nitric acid was used for electrolyte solutions E and F to decrease the pH.

(鋼板に対する前処理)
鋼板としては冷延鋼板を使用した。より具体的には、板厚が0.17mmである缶用鋼板(T4原板)を使用した。前記鋼板に対し、前処理として、電解脱脂、水洗、および酸洗を順次施した。前記酸洗には、表2に示す硫酸イオン濃度の硫酸水溶液を使用し、鋼板を前記水溶液に浸漬することにより酸洗を行った。前記酸洗後の鋼板は、水洗せずに次の鋼板表面調整工程に供した。
(Pretreatment of steel sheets)
A cold-rolled steel sheet was used as the steel sheet. More specifically, a can steel sheet (T4 base sheet) having a sheet thickness of 0.17 mm was used. The steel sheet was subjected to electrolytic degreasing, water washing, and pickling in this order as pretreatment. For the pickling, an aqueous sulfuric acid solution having a sulfate ion concentration shown in Table 2 was used, and the steel sheet was immersed in the aqueous solution to perform pickling. The steel sheet after the pickling was subjected to the subsequent steel sheet surface conditioning step without being washed with water.

(鋼板表面調整工程)
次に、前記酸洗後の鋼板に、表面調整を施した。具体的には、前記鋼板の表面に残存している前記酸洗処理液をリンガーロールで絞ることにより、該酸洗処理液の付着量を表2に「水溶液の量」として示した量に調整した。その後、当該付着量を維持した状態で、表2に示した保持時間の間保持した後、水洗を行って前記酸洗処理液を除去した。
(Steel plate surface conditioning process)
Next, the steel sheet after the pickling was subjected to surface conditioning. Specifically, the pickling solution remaining on the surface of the steel sheet was squeezed out with a wringer roll to remove the pickling solution. The amount of adhesion was adjusted to the amount shown as "amount of aqueous solution" in Table 2. Thereafter, the plate was held for the holding time shown in Table 2 while maintaining the amount of adhesion, and then washed with water to obtain the above pickling solution. The treatment solution was removed.

(陰極電解処理工程)
次に、前記鋼板に対して、表2に示す条件で陰極電解処理を施した。なお、陰極電解処理の際の電解液は表1に示したpHと温度に保持した。陰極電解処理時の電流密度は40A/dmとし、電解時間とパス数は適宜変化させた。陰極電解処理時の陽極としては、基体としてのTiに酸化イリジウムをコーティングした不溶性陽極を使用した。陰極電解処理を行った後は、電気伝導度が100μS/m以下の水で水洗し、ブロワーを用いて室温で乾燥を行った。
(Cathodic electrolytic treatment process)
Next, the steel sheet was subjected to cathodic electrolysis under the conditions shown in Table 2. The electrolytic solution during cathodic electrolysis was maintained at the pH and temperature shown in Table 1. The current density during cathodic electrolysis was 40 A/ dm2 , and the electrolysis time and number of passes were appropriately changed. As the anode during cathodic electrolysis, an insoluble anode formed by coating iridium oxide on a Ti substrate was used. After cathodic electrolysis, the steel sheet was washed with water having an electrical conductivity of 100 μS/m or less, and dried at room temperature using a blower.

得られた表面処理鋼板のそれぞれについて、上述した方法でクロム含有層の前記鋼板の片面当たりのクロム付着量、前記鋼板の片面当たりの酸化クロム付着量を測定した。また、得られた表面処理鋼板のそれぞれについて、上述した方法で、Crに対するFeの原子比率が0.7~1.3の範囲にある領域を前記鋼板と前記クロム含有層との界面の近傍として決定した。そして、当該近傍における、Oが原子濃度で10%以上含まれる酸素濃化領域を上述した方法で決定することにより、前記酸素濃化領域の有無を判定した。さらに、前記酸素濃化領域の被覆率を上述の方法で測定した。測定結果は表3に示す。For each of the obtained surface-treated steel sheets, the amount of chromium deposited per side of the chromium-containing layer and the amount of chromium oxide deposited per side of the steel sheet were measured by the method described above. Furthermore, for each of the obtained surface-treated steel sheets, the area in which the atomic ratio of Fe to Cr was in the range of 0.7 to 1.3 was determined as the vicinity of the interface between the steel sheet and the chromium-containing layer by the method described above. Then, the presence or absence of the oxygen-enriched area was determined by determining, by the method described above, an oxygen-enriched area in the vicinity where O was contained at an atomic concentration of 10% or more. Furthermore, the coverage of the oxygen-enriched area was measured by the method described above. The measurement results are shown in Table 3.

なお、いずれの実施例においても、陰極電解処理によって得られたクロム含有層には、金属クロムに加え、酸化クロム、炭化クロムなどのクロム化合物が含まれていた。前記クロム含有層における金属クロムとクロム化合物を構成する元素の合計含有量は90質量%以上であった。また、酸素濃化領域には、Si及びMnの酸化物が含まれないことが確認された。また、前記酸素濃化領域は、非晶質で構成されていることが確認された。In each of the examples, the chromium-containing layer obtained by cathodic electrolysis contained chromium compounds such as chromium oxide and chromium carbide in addition to metallic chromium. The total content of the elements constituting the metallic chromium and chromium compounds in the chromium-containing layer was 90 mass% or more. It was also confirmed that the oxygen-enriched region did not contain oxides of Si and Mn. It was also confirmed that the oxygen-enriched region was composed of an amorphous material.

(BPAフリー塗装加工部耐食性)
次に、得られた表面処理鋼板のそれぞれについて、以下に述べる手順でBPAフリー塗装加工部耐食性を評価した。
(Corrosion resistance of BPA-free painted parts)
Next, the corrosion resistance of the BPA-free painted portion of each of the obtained surface-treated steel sheets was evaluated according to the procedure described below.

まず、表面処理鋼板の表面にBPAフリー塗料を塗装してBPAフリー塗装鋼板を作製した。前記BPAフリー塗料としては、缶内面用ポリエステル系塗料(BPAフリー塗料)を使用した。塗装においては、表面処理鋼板の表面に前記BPAフリー塗料を塗布した後、180℃で10分間の焼付を行った。塗装の付着量は60mg/dmとした。 First, a BPA-free paint was applied to the surface of the surface-treated steel sheet to prepare a BPA-free painted steel sheet. A polyester-based paint for the inner surface of a can (BPA-free paint) was used as the BPA-free paint. In the painting, the BPA-free paint was applied to the surface of the surface-treated steel sheet, and then the sheet was baked at 180°C for 10 minutes. The coating weight was 60 mg/ dm2 .

得られたBPAフリー塗装鋼板に下地鋼板まで貫通するクロスカットを施し、次いで、エリクセン試験機を用いてクロスカットの交点部を中心に高さ4mmの張り出しを形成し、試験片とした。A cross cut was made in the obtained BPA-free painted steel sheet, penetrating all the way to the base steel sheet, and then an Erichsen testing machine was used to form a protrusion 4 mm high centered on the intersection of the cross cut to prepare a test specimen.

次いで、前記試験片を用いて、以下の手順で耐食性試験を行った。まず、試験液を入れたテフロン(登録商標)製容器に試験片を浸漬し、蓋をかぶせた。その状態で、温度121℃で1時間のレトルト処理を施した。その後、容器から試験片を取り出し、水洗して試験液を除去した後、ブロワーで乾燥させた。Next, a corrosion resistance test was conducted using the test specimens according to the following procedure. First, the test specimens were immersed in a Teflon (registered trademark) container containing test liquid and covered with a lid. In this state, they were subjected to a retort treatment at a temperature of 121°C for one hour. The test specimens were then removed from the container, washed with water to remove the test liquid, and then dried with a blower.

乾燥後の試験片に対してテープ剥離を2回実施した後、試験片の表面をマイクロスコープなどで観察し、塗膜剥離面積や錆などの変色面積を目視評価し、5段階で評点付けした。1が最も劣位で、5が最も優れる性能である。同じ評価を1水準あたり2つのサンプルで評価し、評点の相加平均値を算出し、BPAフリー塗装加工部耐食性の指標とした。実用上、従来のTFSと同等以上の評点であれば、BPAフリー塗装加工部耐食性に優れるものとして評価できるが、従来のTFSと同等以上の評点かつ評点が3.0以上であればより好ましい。After drying, the test specimens were subjected to tape peeling twice, and then the surfaces of the test specimens were observed using a microscope or similar tool. The areas of peeled paint and areas of discoloration such as rust were visually evaluated and scored on a 5-point scale, with 1 being the poorest and 5 being the best performance. The same evaluation was performed on two samples per level, and the arithmetic mean of the scores was calculated and used as an index of the corrosion resistance of the BPA-free painted parts. In practice, a score equal to or higher than that of conventional TFS can be evaluated as excellent in corrosion resistance of the BPA-free painted parts, but a score equal to or higher than that of conventional TFS and a score of 3.0 or higher is more preferable.

なお、表面処理鋼板を缶に用いた場合の内容物による腐食環境の違いを模擬するために、上記耐食性試験は、下記(1)~(4)の組成を有する4つの試験液を用いて実施した。評価結果を表4に示す。In order to simulate the difference in the corrosive environment depending on the contents when the surface-treated steel sheet is used in a can, the above corrosion resistance test was carried out using four test solutions having the following compositions (1) to (4). The evaluation results are shown in Table 4.

(1)システイン
・リン酸二水素ナトリウム:3.56g/L
・リン酸水素二ナトリウム12水和物:14.52g/L
・Lシステイン塩酸塩一水和物:0.5g/L
(1) Cysteine sodium dihydrogen phosphate: 3.56 g/L
Disodium hydrogen phosphate dodecahydrate: 14.52 g/L
L-cysteine hydrochloride monohydrate: 0.5 g/L

(2)乳酸
・乳酸:22.5g/L
(2) Lactic acid/lactic acid: 22.5g/L

(3)クエン酸
・クエン酸:19.2g/L
・L(+)-アスコルビン酸:3.92g/L
(3) Citric acid Citric acid: 19.2 g/L
L(+)-ascorbic acid: 3.92 g/L

(4)食塩+酢酸
・食塩:18.7g/L
・酢酸:30g/L
(4) Salt + acetic acid / salt: 18.7 g / L
Acetic acid: 30g/L

表4に示した結果から明らかなように、本発明の条件を満たす表面処理鋼板は、いずれも6価クロムを用いずに製造することが可能であり、かつ、従来のTFSと同等以上の優れたBPAフリー塗装加工部耐食性を兼ね備えていた。ただし、(4)食塩+酢酸の試験液でのレトルト処理は、非常に過酷な腐食環境にあるため、従来のTFSと同様、本発明の条件を満たす表面処理鋼板の評点は、3.0未満だった。したがって、特に酢酸を含む内容物に対して本発明の表面処理鋼板を適用する際は、BPAフリー塗料による塗装をダブルコートとすることや、レトルト処理条件を適正化することなど、従来のTFSを使用する際と同様の注意を払うことに留意する必要がある。As is clear from the results shown in Table 4, all of the surface-treated steel sheets satisfying the conditions of the present invention can be manufactured without using hexavalent chromium, and have excellent corrosion resistance of the BPA-free painted parts equal to or greater than that of conventional TFS. However, (4) retort treatment with a test solution of salt + acetic acid is an extremely severe corrosive environment, so the surface-treated steel sheets satisfying the conditions of the present invention, like the conventional TFS, received a score of less than 3.0. Therefore, when applying the surface-treated steel sheets of the present invention to contents that contain acetic acid in particular, it is necessary to take the same precautions as when using conventional TFS, such as double-coating the BPA-free paint and optimizing the retort treatment conditions.

Figure 0007552960000001
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Figure 0007552960000002
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Figure 0007552960000003
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Figure 0007552960000004
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Claims (7)

鋼板と、
前記鋼板の少なくとも一方の面に配されたクロム含有層とを備える表面処理鋼板であって、
前記鋼板と前記クロム含有層との界面の近傍に、Oが原子濃度で10%以上含まれる酸素濃化領域が存在し、
前記近傍は、Crに対するFeの原子比率が0.7~1.3の範囲にある領域である、表面処理鋼板。
A steel plate,
A surface-treated steel sheet comprising a chromium-containing layer disposed on at least one surface of the steel sheet,
an oxygen-enriched region containing O at an atomic concentration of 10% or more is present in the vicinity of the interface between the steel sheet and the chromium-containing layer,
The vicinity is a region in which the atomic ratio of Fe to Cr is in the range of 0.7 to 1.3.
前記近傍における前記酸素濃化領域の被覆率が50%以上である、請求項1に記載の表面処理鋼板。 The surface-treated steel sheet according to claim 1, wherein the coverage of the oxygen-enriched region in the vicinity is 50% or more. 前記クロム含有層のクロム付着量が、片面当たり40.0~500.0mg/mである、請求項1に記載の表面処理鋼板。 The surface-treated steel sheet according to claim 1 , wherein the chromium-containing layer has a chromium coating amount of 40.0 to 500.0 mg/ m2 per side. 前記クロム含有層のクロム付着量が、片面当たり40.0~500.0mg/mThe chromium coating amount of the chromium-containing layer is 40.0 to 500.0 mg/m per side. 2 である、請求項2に記載の表面処理鋼板。The surface-treated steel sheet according to claim 2 . 前記クロム含有層の酸化クロム付着量が、片面当たり40.0mg/m以下である、請求項1~のいずれか一項に記載の表面処理鋼板。 The surface-treated steel sheet according to any one of claims 1 to 4 , wherein the chromium-containing layer has a chromium oxide coating amount of 40.0 mg/ m2 or less per side. 鋼板と、前記鋼板の少なくとも一方の面に配されたクロム含有層とを備える表面処理鋼板の製造方法であって、
前記鋼板を硫酸イオンを含有する水溶液と接触させ、前記鋼板の表面に前記水溶液が30.0g/m超60.0g/m以下存在する状態で0.10~20.0秒保持する鋼板表面調整工程と、
3価クロムイオンを0.05mol/L以上含有する電解液中で前記鋼板を陰極電解処理する陰極電解処理工程とを含む、表面処理鋼板の製造方法。
A method for producing a surface-treated steel sheet comprising a steel sheet and a chromium-containing layer disposed on at least one surface of the steel sheet, the method comprising the steps of:
a steel sheet surface conditioning step of contacting the steel sheet with an aqueous solution containing sulfate ions and holding the aqueous solution on the surface of the steel sheet in a state in which the aqueous solution is present in an amount of more than 30.0 g/ m2 and not more than 60.0 g/ m2 for 0.10 to 20.0 seconds;
and a cathodic electrolysis step of cathodic electrolysis of the steel sheet in an electrolytic solution containing 0.05 mol/L or more of trivalent chromium ions.
前記電解液は、3価クロムイオン源、カルボン酸化合物、および水を混合し、pHを4.0~7.0に調整するとともに、温度を40~70℃に調整することによって調製される、請求項に記載の表面処理鋼板の製造方法。 The method for producing a surface-treated steel sheet according to claim 6 , wherein the electrolytic solution is prepared by mixing a trivalent chromium ion source, a carboxylic acid compound, and water, adjusting the pH to 4.0 to 7.0, and adjusting the temperature to 40 to 70° C.
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