CN102264923B - 制罐用钢板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及罐用钢板的制造方法，将钢通过连续铸造制成板坯，在粗轧后进行精轧时，以小于Ar3相变点的温度实施精轧下的全轧制量的5％以上且小于50％的热轧，接着，以640～750℃的卷取温度进行卷取，进行酸洗后以88～96％的轧制率进行冷轧，接着，在超过400℃～(再结晶温度-20)℃的温度区域进行退火，所述钢的成分组成以质量％计，含有C：0.005％以下、Mn：0.05～0.5％、Al：0.01～0.10％、N：0.0010～0.0070％、B：0.15×N～0.75×N(B/N为0.15～0.75)，进而含有Nb：4×C～20×C(Nb/C为4～20)、Ti：2×C～10×C(Ti/C为2～10)的一种或两种，剩余部分由Fe及不可避免的杂质元素构成的。通过该制造方法，得到抑制了钢板卷材的长度方向上的板厚变动，并且具备高强度且制罐加工所需的延展性的罐用钢板。

Description

制罐用钢板的制造方法
技术领域
本发明涉及高强度且板厚精度优良的制罐用钢板的制造方法。
背景技术
饮料罐、食品罐、18升罐、桶罐等罐根据其制法(工序)可大致分为两片罐和三片罐。
两片罐由2个部件构成，对实施了镀锡、镀铬、金属氧化物被覆处理、化学转化处理、无机被膜包覆处理、有机树脂被膜包覆处理、涂油等处理的表面处理钢板，实施浅的拉深加工、DWI加工(Drawingand Wall Ironing Process)、DRD加工(Drawing and Redrawing Process)等加工，使罐底和罐体成形为一体，再在其上安装盖子。
三片罐由3个部件构成，将表面处理钢板弯曲成圆筒状或方形筒状，并将端部彼此接合而形成罐体后，在其上安装顶盖和底盖。
这些罐中，原材料成本占罐成本的比例较高。因此，降低罐成本时对钢板的成本降低的要求强。特别是由于近年来的钢板价格的高涨，通过在制罐领域使用板厚比目前薄的钢板而进行降低原材料成本的尝试。此时，为了增强伴随板厚的降低而降低的罐体的强度，寻求强度高的钢板。
例如，在使用板厚0.14～0.15mm的极薄的钢板时，为了确保三片罐的罐体及顶盖、底盖、或两片罐的罐底的耐压强度，至少需要以拉伸强度(TS)计为600MPa～850MPa左右的强度。
目前，极薄且高强度的罐用钢板通过在退火后实施二次冷轧的二次轧制法(Double Reduce法，以下称为DR法)制造。主要通过DR法制造的钢板的强度以TS计为550～620MPa的水平。即，DR法以相对于上述0.14～0.15mm程度的板厚下所需的600MPa～850MPa的强度稍低的水平的强度被实用化。这基于如下理由。
即，DR法由于通过二次冷轧的加工硬化而将钢板强化，所以作为钢的组织的特征，转换密度高。因此，缺乏延展性，且550MPa程度的材料的全伸出(El)为约4％以下、620MPa程度的材料为约2％以下。虽然有一部分具备700MPa程度的强度的钢板的制造例，但由于El为约1％以下时延展性非常差，所以仅在不要求加工性的有限的用途实用。即，它们不能用于三片罐、两片罐的罐体、或顶盖、底盖之类的罐用钢板的主要的用途。
另外，如上述，基于DR法得到的钢板经热轧-冷轧-退火-二次冷轧之类的工序制造。即，相比直至退火结束的通常的工序，工序多，制造成本变高。这样，通过DR法得到的钢板不仅强度不足，而且延展性也差，且制造成本高。
因此，对解决这种现有的DR材料的缺点的方法进行了探讨。
例如，专利文献1中公开有一种罐用钢板的制造方法，其特征在于，在极低碳素钢中添加碳氮化物形成元素即Nb，在Ar3相变点(也称为Ar3点)以下的所谓的α区域进行热轧，且在冷轧后进行退火。但是，通过专利文献1的技术得到的钢板由于为冷轧下的状态，所以延展性差，根据用途而可能不具备足够的加工性。
作为改善这点的技术，专利文献2中公开有如下技术，在极低碳素钢中添加碳氮化物形成元素即Nb、Ti，在Ar3点以下进行热轧，且在冷轧后进行低温退火，由此改善延展性。在此所说的低温退火是指以不产生再结晶的温度进行，因此，用于加热的能量成本降低。
另外，专利文献3中公开有如下技术，在极低碳素钢中添加碳氮化物形成元素即Nb、Ti、Zr、V、B，在Ar3点以下进行热轧，且冷轧后在再结晶温度以下的温度下进行退火。
专利文献1：日本特开平4-280926号公报
专利文献2：日本特开平8-41549号公报
专利文献3：日本特开平6-248339号公报
专利文献1～3的背景技术中共通的特征在于，钢使用极低碳素钢，进而添加碳氮化物形成元素，在Ar3点以下的温度下进行热轧。但是，以这种条件制造的钢板中，存在钢板卷材长度方向的板厚均一性劣化的问题。
另外，专利文献2和专利文献3中，通过进行不伴随再结晶的退火，得到高强度的钢板，其中进行的热轧在Ar3点以下进行40％或50％以上的轧制，该情况下，即使是不伴随再结晶的退火，也不能得到本发明中成为目标的TS600MPa～850MPa的强度。
发明内容
本发明是鉴于这样的情况而创立的，其目的在于，提供一种罐用钢板的制造方法，抑制了钢板卷材的长度方向上的板厚变动，并且具备高强度且制罐加工所需的延展性。
本发明的主旨如下。
[1]一种制罐用钢板的制造方法，其特征在于，将钢通过连续铸造制成板坯，在粗轧后进行精轧时，以小于Ar3相变点的温度实施精轧下的全轧制量的5％以上且小于50％的热轧，接着，以640～750℃的卷取温度进行卷取，进行酸洗后以88～96％的轧制率进行冷轧，接着，在超过400℃～(再结晶温度-20)℃的温度区域进行退火，所述钢的成分组成以质量％计，含有C：0.005％以下、Mn：0.05～0.5％、Al：0.01～0.10％、N：0.0010～0.0070％、B：0.15×N～0.75×N(B/N为0.15～0.75)，进而含有Nb：4×C～20×C(Nb/C为4～20)、Ti：2×C～10×C(Ti/C为2～10)的一种或两种，剩余部分由Fe及不可避免的杂质元素构成。
根据本发明，得到具备高强度且制罐加工所需的延展性且抑制了钢板卷材的长度方向上的板厚变动的钢板。
具体实施方式
下面，对本发明进行详细说明。
本发明者对钢板卷材长度方向上的板厚变化进行了研究，由此完成本发明，其中，上述钢板卷材为在Ar3点以下的温度下对添加了碳氮化物形成元素的极低碳素钢进行热轧、进而进行冷轧时的钢板卷材。以下详细说明本发明。
首先，对钢成分的限定理由分别进行叙述。
另外，本发明中，表示钢的成分的％均为质量％。
C：0.005％以下
本发明是通过进行不伴随再结晶的退火而得到具备高强度且具备延展性的钢板的罐用钢板的制造方法。因此，作为钢成分需要使用降低了使延展性劣化的碳的极低碳素钢。如果C超过0.005％，则成为在延展性方面劣化的状态，不适于制罐加工。因此，C的含量设为0.005％以下。优选为0.003％以下。另外，C的含量越低越优选，但为了降低C的含量而在脱碳操作时耗费时间，这导致制造成本上升。因此，C含量的下限优选为0.0005％以上，更优选为0.0015％以上。
Mn：0.05～0.5％
Mn含量小于0.05％时，即使降低S含量，也难以避免所谓的热脆性，往往产生表面裂纹等问题。另一方面，如果超过0.5％，则相变点过度降低，在进行相变点以下的轧制时难以得到所希望的组织。因此，Mn含量设为0.05％以上且0.5％以下。另外，在特别重视加工性时，优选设为0.20％以下。
S：0.008％以下(优选条件)
S对本发明的钢板特性没有特别影响。但是，如果S量超过0.008％，则添加N量超过0.0044％时以大量产生的MnS为析出核，作为氮化物及碳氮化物的BN、Nb(C、N)、AlN析出，使热延展性降低。因此，S量优选设为0.008％以下。
Al：0.01～0.10％
若Al量小于0.01％则不能充分得到脱氧效果。另外，由于与N形成AlN，不能充分得到使钢中的固溶N减少的效果。另一方面，如果超过0.10％，则不仅这些效果饱和，而且也容易产生铝等夹杂物。因此，Al量设为0.01％以上且0.10％以下。
N：0.0010～0.0070％
如果将N设为小于0.0010％，则钢板的制造成本上升，且也难以稳定地制造。另外，本发明中，如后述，B和N之比很重要，如果N量少，则难以进行用于将B和N之比保持在一定范围内的B量的控制。另一方面，若N超过0.0070％，则钢的热延展性劣化。这是由于，如果N量大于0.0070％，则因BN、Nb(N、C)、AlN等氮化物及碳氮化物析出而引起脆化，特别是在连续铸造时，产生板坯裂纹的危险性增加。如果产生板坯裂纹，则需要对于板坯裂纹的部分进行角部的切断及利用磨床的研磨作业的工序，耗费大量劳力和成本，所以大大阻碍了生产性。因此，N量设为0.0010％以上且0.0070％以下。优选为0.0044％以下。
B：0.15×N～0.75×N
B是本发明中对钢板的特性带来大幅影响的重要的元素。本发明中，(1)钢使用极低碳素钢，(2)添加碳氮化物形成元素，(3)在Ar3点以下的温度下进行热轧。但是，在以这样的条件制造的钢板中，存在钢板卷材长度方向上的板厚均一性劣化的问题。因此，本发明中，对该现象进行了详细探讨，其结果得到下述见解，通过在钢中适量添加B，良好地确保钢板卷材长度方向上的板厚均一性。这认为是取决于以下的机构。首先，钢板卷材长度方向上的板厚的不均一性在热轧钢板的阶段发生。这认为是，添加了碳氮化物形成元素的极低碳素钢由于在Ar3点下从奥式体转变为铁素体时变形阻力不连续地变化，所以在热轧台间发生相变时，台间产生张力、轧制载荷发生变动，其结果带来板厚变动。认为通过添加B来抑制这种变形阻力的不连续的变化，改善板厚均一性。即，本发明中重要的点在于，适宜地规定B的添加量来抑制变形阻力的不连续的变化。探讨的结果可知，B的添加量需要按与形成BN的N的添加量适当的关系进行添加，为了得到这样的效果，需要添加以质量比计0.15×N以上的B。另一方面，如果以质量％计添加0.75×N以上的B，则不仅上述的效果饱和，而且还会导致成本上升。因此，B的添加量设为0.15×N～0.75×N(B/N为0.15～0.75)。
Nb：4×C～20×C、Ti：2×C～10×C的一种或两种
Nb为碳氮化物形成元素，以析出物的形式固定钢中的C、N，由此具有降低固溶C、N并促进后述的退火中的回复的效果。为了充分发挥该效果，需要以质量比计4×C以上的添加量。另一方面，如果Nb添加量过多，则不仅使固溶C减少的作用饱和，而且由于Nb价格高昂，所以使生产成本升高。因此，需要将Nb量抑制在20×C以下。因此，Nb量设为以质量比计4×C～20×C(Nb/C为4～20)的范围。
Ti为碳氮化物形成元素，以析出物的形式固定钢中的C、N，由此具有降低固溶C、N并促进后述的退火中的回复的效果。为了充分发挥该效果，需要以质量比计2×C以上的添加量。另一方面，如果Ti添加量过多，则不仅使固溶C减少的作用饱和，而且由于Ti价格高昂，所以也使生产成本升高。因此，需要将Ti量抑制在10×C以下。因此，Ti量设为以质量比计2×C～10×C(Ti/C为2～10)的范围。
另外，上述以外的剩余部分由Fe及不可避免的杂质构成。作为不可避免的杂质，例如也可以在不损害本发明的作用效果的范围内含有以下的元素。
Si：0.020％以下
如果Si含量超过0.020％，则钢板的表面性状劣化，不仅作为表面处理钢板不理想，而且钢硬化进而难以进行热轧工序。因此，Si含量优选为0.020％以下。
P：0.020％以下
通过降低P含量，得到加工性的改善和耐腐蚀性的改善的效果，但过度降低导致制造成本的增加，因此，从上述方面的均衡出发，P含量优选为0.020％以下。
除上述成分以外，还含有Cr、Cu等不可避免的杂质，但这些成分对本发明的钢板特性没有特别影响，因此，可以在对其它特性没有影响的范围内适宜含有。另外，也可以在给钢板的特性带来不良影响的范围内进行上述以外的元素的添加。
其次，对有关制造条件的限定理由进行叙述。
本发明的制罐用钢板，将调整为上述化学成分范围的钢通过连续铸造制成板坯，在进行粗轧后进行精轧时，在小于Ar3相变点的温度下进行精轧下的全轧制量的5％以上且小于50％的热轧。其次，以640～750℃的卷取温度进行卷取，且进行酸洗后，以88～96％的轧制率进行冷轧，并在超过400℃～(再结晶温度-20)℃的温度区域进行退火。下面对其进行详细说明。
热轧条件：以小于Ar3相变点的温度进行精轧下的全轧制量的5％以上且小于50％的热轧时的条件在本发明为重要的条件。本发明中，冷轧后的最终的板厚以0.14～0.15mm左右为目标，至少形成为0.18mm以下。因此，考虑冷轧下的负荷时，热轧钢板的板厚优选为3.0mm以下。在为该程度的热轧钢板的板厚的情况下，在热轧钢板的全宽度方向要将精轧温度确保在Ar3相变点以上时，根据情况，在温度容易降低的板宽边缘部、和温度较难降低的板宽中央部产生温度差，难以得到均一的材质。在这一点上，如果小于温度较低的Ar3相变点，则宽度方向上的温度差可相对降低，且材质也可以均一化。因此，除精轧下的全轧制量的5％以上且小于50％的热轧以外，在Ar3相变点以上进行。但是，在小于Ar3相变点的热轧时，存在钢板卷材长度方向上的板厚均一性劣化的问题。但是，在本发明中，如上所述，通过适量添加B来解决该问题。
另外，本发明中，在精轧时，以小于Ar3相变点的温度进行精轧下的全轧制量的5％以上且小于50％的热轧。这是由于，本发明的目标是使冷轧及不伴随再结晶的退火后的TS为600～850MPa。在精轧中进行小于Ar3相变点的热轧时，热轧钢板的粒径粗大化，热轧钢板的强度有降低的趋势。因此，在冷轧后，另外在不伴随再结晶的退火后，强度也会降低。在精轧中以小于Ar3相变点的温度且为精轧下的全轧制量的50％以上的情况下，该趋势特别明显，不能得到作为本发明目标的TS600～850MPa。
这认为是由于，以小于Ar3相变点的温度进行精轧下的全轧制量的50％以上的精轧时，热轧后的α相成为以通过较高的轧制率导入的应变作为驱动力完全再结晶、粒成长的α相。通过以小于Ar3相变点且精轧下的全轧制量小于50％来抑制该应变引起的再结晶和粒成长，抑制热轧钢板的粒径的粗大化、硬度降低。而且，冷轧后，另外不伴随再结晶的退火后，强度的降低也被抑制，得到作为本发明目标的强度。
另一方面，小于Ar3相变点下的轧制被设为精轧中的全轧制量的至少5％以上。在小于5％的轧制量时，Ar3相变点以上的高温下的轧制以全轧制量的95％以上进行，在板宽方向发生了温度不均一时，板厚、材质发生不均一。
在此，精轧中的全轧制量的5％以上且小于50％的热轧例如如下所述。将通过连续铸造制造的板坯的厚度设为250mm，在通过加热炉对板坯进行再加热后，通过粗轧制成厚度35mm的粗棒，之后进行精轧时，如果将精轧后的板厚设为2.0mm，则精轧的全轧制量由于是从35mm至2.0mm因而是33mm。其中，以小于Ar3相变点进行的全轧制量的小于50％的热轧，由于33mm的50％为16.5mm，所以相当于以小于Ar3相变点进行从小于18.5mm(16.5mm+2mm)的板厚至精轧后的板厚即2.0mm的轧制。另外，以小于Ar3相变点进行的全轧制量的5％以上的热轧，由于33mm的5％为1.65mm，所以相当于以小于Ar3相变点进行从3.65mm(1.65mm+2mm)以上的板厚至精轧后的板厚即2.0mm的轧制。
另外，Ar3相变点可以作为实施再现热轧时的加工及热履历的加工热处理试验时的产生伴随Ar3相变的体积变化的温度求出。本发明中规定的钢成分的Ar3相变点大致在900℃附近，精轧温度只要为比其低的温度即可，但要可靠地实现精轧，优选设为860℃以下。实际的热轧中，对于对象的钢和成分、热履历相同的钢，预先通过上述的方法测定Ar3相变温度，控制冷却水量、轧制速度等，以在小于Ar3相变温度下进行全轧制量的5％以上且小于50％的热轧。
另外，通过将精轧机入口侧温度设为950℃以下，不仅可以将热轧可靠地设为Ar3相变点以下，而且还可以实现组织的均一化，因此，在本发明中更优选。虽然无法充分阐明详细的机构，但推测为与精轧开始前的奥式体粒径有关。从防止氧化皮瑕疵发生的观点出发，更优选设为920℃以下。
卷取温度：640～750℃
卷取温度需要以不对后续工序的酸洗和冷轧带来障碍的方式进行设定。即，在以超过750℃的温度进行卷取时，钢板的氧化皮厚度显著增大，不仅酸洗时的脱氧化皮性恶化，而且伴随钢板自身的高温强度的降低而可能产生卷材变形等问题。另一方面，如果小于640℃，则NbC不会析出，不能实现使延展性劣化的固溶C降低。如上，卷取温度设为640℃以上且小于750℃。
酸洗卷取后的热轧钢板为了在进行冷轧前除去氧化皮而实施酸洗。酸洗根据常规方法进行即可。
酸洗后的冷轧条件：轧制率88～96％
酸洗后的冷轧中将轧制率设为88～96％。若轧制率小于88％，则需要将热轧钢板的板厚设为1.6mm以下，即使满足本发明的其它条件，也难以确保热轧钢板的温度均一性。另外，上限依赖于所需的制品的强度和厚度、热轧/冷轧的设备能力，但如果超过96％进行轧制，则难以避免延展性的劣化。
冷轧后的退火：超过400℃～(再结晶开始温度-20)℃以下
热处理(退火)在超过400℃～再结晶开始温度-20℃以下的温度区域进行。本发明的退火的目的是通过将在冷轧中导入的应变释放而使延展性回复。在400℃以下时，不能充分释放应变，且延展性的回复不充分。另一方面，如果为再结晶温度以上，则形成再结晶粒，不能得到作为发明目标的强度。另外，在再结晶温度紧下时，强度相对于温度急剧变化，难以得到遍及钢板整体的均一的强度。因此，作为得到均一的材质的上限的温度设为(再结晶开始温度-20℃)。另外，再结晶后的粒子和仅回复后的粒子可通过光学或电子显微镜进行的观察来识别。从确保强度的观点考虑更优选的上限温度为再结晶开始温度-30℃。本发明的再结晶温度是指表示可以通过基于光学或电子显微镜进行的观察识别再结晶的粒子的温度的再结晶开始温度。
另外，本发明的钢板组成及冷轧条件中，再结晶开始温度大致为650～690℃。退火时的均热时间设为10s以上且90s以下，由此，得到作为本发明的目标的温度。为了以这样的均热时间进行退火，本发明中优选用连续退火炉进行退火。
实施例1
以下，对实施例进行说明。
将含有表1所示的成分的各种钢进行熔炼而制成厚度250mm的板坯，在加热温度1100～1250℃下加热后，通过粗轧制成厚度35mm的粗棒，之后，以表2所示的热轧条件、即精轧温度、小于Ar3相变点下的轧制量(精轧中相对于全轧制量的比例)、卷取温度进行热轧。其次，进行了酸洗后，以表2所示的轧制率进行冷轧，以退火温度进行从均热时间10s到45s的退火。
表1
(质量％)
对于如上得到的钢板，首先评价板厚变动。
板厚变动通过设置在冷轧设备上的X射线板厚计对于钢板卷材长度的全长测定冷轧后的板厚，按相对于平均板厚的变动率进行评价，将变动率达到作为制品可容许的±3％以下的钢板评价为合格并用○表示，将超过±3％的钢板评价为不合格并用×表示。另外，相对于板压变动为3％以下，以JIS Z 2241为基准进行拉伸试验，评价拉伸强度：TS及全伸长：El。在此，对于拉伸强度，将本发明的目的即600MPa以上且850以下的钢板评价为合格并设为○，将除此之外的设为×。对于全伸长：El，将本发明的目的即4％以上的钢板评价为合格并设为○，将除此之外的设为×。
将以上的结果与制造条件一并示于表2。
根据表2，由于满足本发明例规定的条件，从而可以得到抑制板压变动且具备目的的强度和延展性的钢板。
产业实用性
根据本发明，得到具备高强度且制罐加工所需的延展性，且抑制了钢板卷材的长度方向上的板厚变动的钢板。因此，非常有利于制罐业界等产业。

Claims (1)

1.一种制罐用钢板的制造方法，所述制罐用钢板具有600MPa～850MPa的拉伸强度，其特征在于，
将钢通过连续铸造制成板坯，在粗轧后进行精轧时，以小于Ar3相变点的温度实施精轧下的全轧制量的5％以上且小于50％的热轧，接着，以640～750℃的卷取温度进行卷取，进行酸洗后以88～96％的轧制率进行冷轧，接着，在超过400℃～（再结晶温度-20）℃的温度区域进行退火，所述钢的成分组成以质量％计，含有C：0.005％以下、Mn：0.05～0.5％、Al：0.01～0.10％、N：0.0010～0.0070％、B：0.15×N～0.75×N（B／N为0.15～0.75），进而含有Nb：4×C～20×C（Nb／C为4～20）、Ti：2×C～10×C（Ti／C为2～10）的一种或两种，剩余部分由Fe及不可避免的杂质元素构成。
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