CN103205657A - 高强度罐用钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有涂装/烧结处理后的屈服应力为500MPa以上的强度的罐用钢板及其制造方法。所述钢板以质量%计，含有C：大于0.02%且在0.10%以下、Si：0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20%以下、S：0.20%以下、Al：0.10%以下、N：0.0120～0.0250%，并且在该N中固溶N为0.0100%以上，余量由Fe及不可避免的杂质构成。通过确保固溶N量的绝对量为一定值以上，并在制罐加工前实施的印刷工序或膜层压工序、干燥/烧结工序等中通过淬火时效和应变时效进行硬化，能够确保高强度的材质。而且，在进行制造时，实施钢坯抽出温度为1200℃以上、终轧温度为(Ar3相变点温度-30)℃以上的热轧，并在650℃以下进行卷取。

Description

高强度罐用钢板及其制造方法
本申请是申请日为2009年4月1日、申请号为200980112164.0（国际申请号为PCT/JP2009/057153）、发明名称为“高强度罐用钢板及其制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及适合作为在焊接等三片加工和DI等二片加工后进行直径形状的缩小或扩大加工的罐用原材的高强度罐用钢板及其制造方法。
背景技术
近年来，为了降低成本，以及为了减少利用资材和减轻环境负荷，正在进行用于使作为原材的钢材(钢板)的制品板厚变薄的制品开发。
另外，由于若使制品板厚变薄则刚性降低，因此为了弥补该刚性降低，还需要谋求钢材的高强度化。但是，在谋求钢材的高强度化时，由于硬质化，因而存在在凸缘加工和缩径加工中产生裂纹的问题。
针对上述情况，目前提出了各种制造方法。
例如，在专利文献1中，提出了在将钢中成分控制在一定范围内的基础上，在(Ar3相变点-30℃)以上实施热轧，并在冷轧后进行连续退火的方法。
但是，在专利文献1的方法中，由于为了不使凸缘加工性、缩径加工性和耐腐蚀性变差而使P为0.02重量%以下、进而使2次冷轧的轧制率为15～30%，因此有效地处理薄的制品是困难的，难以进行生产，而且存在容易发生外观不良的问题。而且，难以稳定地进行制造，需要改善。
另外，在专利文献2中，提出了在将钢中成分和固溶N控制在一定范围内的基础上，在(Ar3相变点-30℃)以上实施热轧，并进行预定的冷却，继而进行卷取、水冷，在进行了冷轧之后进行预定加热曲线的连续退火，从而制造涂装烧结处理后的屈服应力为550MPa以上的罐用钢板的方法。
但是，在专利文献2的方法中，存在如下问题：是半极低碳材料，而且为了确保预定的固溶N而提高连续退火的温度、进而使加热曲线难以严格管理，从而难以进行生产。而且，仅仅通过确保钢中N的80%以上的固溶N，由于钢中N含量的偏差而难以稳定地制造预定强度的钢板，因而需要改善。另外，专利文献2的方法中总延伸率变小，加工性变差。
而且，作为高强度罐用钢板的代表性的制造方法，提出了下述方法，根据退火种类适当地选择使用(例如非专利文献1)。
热轧→酸洗→冷轧→罩式退火(BAF)→第2次冷轧(轧制率：20～50%)
热轧→酸洗→冷轧→连续退火(CAL)→第2次冷轧(轧制率：20～50%)
但是，在上述方法中，由于第2次冷轧中的轧制率高达20～50%，轧制载荷高，因而操作效率降低。而且，由于以提高轧制时的润滑性为目的使用粘度高的各种轧制油，因而存在由轧制油的浓度偏差和部分油附着引起的轧制后外观不良的问题。而且，在轧制率高的情况下，总伸长率变小，加工性变差，而且钢板由于轧制而被拉伸，因此与原材的制造方向和加工方向对应的宽度方向和长度方向的耐力差增大。
对此，可以考虑将第2次冷轧中的轧制率抑制得较低的方法。但是，在降低轧制率的情况下，难以得到所需要的耐力。
专利文献1：日本专利第3108615号公报
专利文献2：日本特开2001-107187号公报
非专利文献1：“わが国における缶用表面処理鋼板の技術史”，日本钢铁协会，平成10年10月30日发行，p.188
如上所述，在希望得到制品板厚薄的罐用钢板的情况下，没有能够兼顾强度和生产率的制造方法，因而现状是期望这样的制造方法。
本发明是鉴于上述情况而完成的，目的在于提供具有涂装/烧结处理后的屈服应力YP为500MPa以上的强度的罐用钢板及其制造方法。发明内容
本发明如下。
[1]一种高强度罐用钢板，其特征在于，以质量%计，含有C：大于0.02%且在0.10%以下、Si：0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20%以下、S：0.20%以下、Al：0.10%以下、N：0.0120～0.0250%，并且在该N中固溶N为0.0100%以上，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
[2]如[1]所述的高强度罐用钢板，其特征在于，表面具有镀层。
[3]一种高强度罐用钢板的制造方法，其特征在于，对钢坯实施钢坯抽出温度为1200℃以上、终轧温度为比Ar3相变点温度低30℃的温度以上的热轧，在650℃以下进行卷取，并在酸洗之后实施冷轧，然后进行连续退火，所述钢坯以质量%计，含有C：大于0.02%且在0.10%以下、Si：0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20%以下、S：0.20%以下、Al：0.10%以下、N：0.0120～0.0250%，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
[4]如[3]所述的高强度罐用钢板的制造方法，其特征在于，在所述连续退火之后，进行轧制率为10%以上且小于20%的第2次冷轧。
[5]如[3]或[4]所述的高强度罐用钢板的制造方法，其特征在于，将所述连续退火的均热温度设为Ar1相变点温度以上。
[6]如[3]～[5]中任一项所述的高强度罐用钢板的制造方法，其特征在于，在所述连续退火或所述第2次冷轧之后，实施镀敷处理。
另外，在本说明书中，表示钢的成分的%，全部为质量%。而且，在本发明中，“高强度罐用钢板”是指具有涂装/烧结处理后的屈服应力YP为500MPa以上的强度的罐用钢板。
另外，本发明的高强度罐用钢板以罐用原材为对象。而且，不论有无表面处理，均可实施镀锡、镀镍锡、镀铬(所谓的无锡镀)或有机包覆等，可以应用在极广范围的用途中。
另外，对于钢板的厚度没有特殊限制，但从最大限度地活用本发明而得到效果的方面出发，优选板厚为0.3mm以下，更优选为0.2mm以下。特别优选为0.170mm以下。
具体实施方式
本发明人为了解决上述问题而进行了深入研究。结果得到以下见解。
发明人发现，通过以低碳材料作为成分组成，确保固溶N量的绝对量为一定值以上，并在制罐加工前实施的印刷工序或膜层压工序、干燥/烧结工序等中通过淬火时效和应变时效进行硬化，能够确保高强度的材质。
如上所述，在本发明中，通过基于上述见解控制成分，从而制成了高强度罐用钢板。
下面详细地说明本发明。
本发明的高强度罐用钢板是具有涂装/烧结处理后的屈服应力YP为500MPa以上的强度的罐用钢板。
而且，在本发明中，通过使用低碳材料，确保固溶N量的绝对量为一定值以上，进而通过涂装烧结处理后的时效硬化不进行2次冷轧或进行低轧制率的2次冷轧，能够提高罐用钢板的生产率，且高强度化成为可能。另外，不进行2次冷轧，即连续退火后实施约1%的表面光轧而得到的罐用钢板，涂装/烧结处理后的总伸长率El为20%以上。另外，以10%以上且小于15%的轧制率进行2次冷轧的罐用钢板，涂装/烧结处理后的总伸长率El超过10%。
对本发明的容器用钢板的成分组成进行说明。
C：超过0.02%且在0.10%以下
C是通过固溶强化使钢的强度增加的有效的元素，但另一方面形成碳化物，使钢板的延展性降低，进而使加工性降低。C成分多时，使2次冷轧后的钢板硬质化，从而使制罐性和缩径加工性变差。另外，由于焊接部的显著的硬质化，成为在凸缘加工时产生HAZ裂纹的元素。若C超过0.10%，则这些影响变得显著，因此使C为0.10%以下。另一方面，若C成分变得极低，则存在必须在2次冷轧的轧制率为20%以上的强压下才能确保强度的问题，因此使C含量大于0.02%。优选C为0.03%以上且0.05%以下。
Si：0.10%以下
Si是通过固溶强化使钢的强度增加的元素，但大量的添加会产生表面处理性变差、耐腐蚀性变差等问题，因此将Si限定为0.10%以下。另外，特别是要求优良的耐腐蚀性时，优选使Si为0.02%以下。
Mn：1.5%以下
Mn是对于利用S防止热裂有效的元素。而且，通过根据S量适当添加Mn，能够得到防止裂纹的效果。为了发挥上述效果，优选添加0.20%以上的Mn。另外，Mn还具有使结晶粒微细化的作用。另一方面，若大量添加，则耐腐蚀性显示出变差的倾向，而且使钢板硬质化至需要以上，从而使凸缘加工性、缩径加工性变差，因此使其上限为1.5%。优选Mn为0.20%以上且0.30%以下。
P：0.20%以下
P使钢显著地硬质化，但还使凸缘加工性和缩径加工性变差，而且显著地使耐腐蚀性变差。因此，在本发明中，将P限定为0.20%以下。优选P为0.001%以上且0.018%以下。
S：0.20%以下
S在钢中以夹杂物的形式存在，是使钢板的延展性减少、进而使耐腐性变差的元素。因此，使S为0.20%以下。优选S为0.001%以上且0.018%以下。
Al：0.10%以下
Al与固溶N结合而形成AlN，具有降低固溶N量的效果。而且，Al含量的增加导致再结晶温度的上升，需要将退火温度设为高温。在高温退火中，由于形成AlN，固溶N量降低，时效硬化量降低，因此导致钢板强度的降低。在低碳材料的情况下，在Al含量超过0.10%时这种现象变得显著。因此，将Al限定为0.10%以下。另外，从在钢的熔炼工序中稳定操作的观点出发，优选使Al为0.020%以上。优选Al为0.020%以上且0.060%以下。
N：0.0120～0.0250%
N是使时效硬化性增加的元素，在本发明中积极地含有。认为在低碳材料的情况下含有0.0120%以上的N时，时效硬化性显著增加。另一方面，N含量超过0.0250%时，轧制原材(钢坯)上产生裂纹缺陷的危险性显著增大。因此，将N限定为0.0120%以上且0.0250%以下。
罐用钢板(冷轧钢板)的固溶N：0.0100%以上
为了确保作为本发明特征的大的时效硬化性，需要使罐用钢板(冷轧钢板)中的固溶N量为0.0100%以上。这在本发明中是最重要的要素。
本发明的冷轧钢板，优选在将热轧板酸洗后冷轧，然后进行连续退火，并根据需要进行第2次冷轧而制造，但在该连续退火工序中AlN存在析出倾向，因此重要的是控制罐用钢板(冷轧钢板)中的固溶N量不低于0.0100%。另外，在本发明中，通过通常实施的利用溴代酯(bromoester)溶解处理后的提取分析求出成为AlN的N量(以下称为N asAlN)，将从总N量中减去N as AlN而得到的值作为固溶N量。
另外，优选上述的固溶N量和固溶C量总计为0.0150%以上。固溶C量还可以根据内耗测定或从总C量中减去从钢板中提取的析出物中的C量而求出。
余量为Fe和不可避免的杂质。
除上述成分以外的余量为Fe和不可避免的杂质。而且，作为不可避免的杂质，例如可以容许Sn：0.01%以下。
下面对本发明的高强度罐用钢板的制造方法进行说明。
本发明的高强度罐用钢板通过以下的方法得到。首先，将由上述组成构成的钢水通过使用了转炉等的通常公知的熔炼方法熔炼，通过连铸法等通常公知的铸造方法制成轧制原材(钢坯)。然后，使用这些轧制原材，通过热轧制成热轧板。此时，使钢坯抽出温度为1200℃以上，使终轧温度为(Ar3相变点温度-30)℃以上(优选为Ar3相变点温度以上)。接着，在650℃以下进行卷取，实施酸洗后，进行冷轧，再实施连续退火。进而根据需要，实施轧制率为10%以上且小于20%(优选10%以上且小于15%)的第2次冷轧。另外，还可以实施镀敷处理。
下面详细地进行说明。
钢坯抽出温度：1200℃以上
为了使罐用钢板的固溶N量为0.0100%以上，将钢坯插入加热炉进行加热，使从加热炉抽出的温度为1200℃以上。这是为了促进AlN的分解，确保预定量的固溶N量。优选将钢坯插入保持在该温度的加热炉中进行加热。
终轧温度：(Ar3相变点温度-30℃)以上
在本发明中，为了有效地抑制AlN的析出，进而不发生各向异性和加工性的变差，使热轧中的终轧温度为(Ar3相变点温度-30℃)以上。终轧温度低于(Ar3相变点温度-30℃)时，AlN的析出变得显著，固溶N减少，发生各向异性和加工性的变差。而且，优选终轧温度为Ar3相变点以上。
另外，优选在终轧后通过水冷进行强制冷却。由此，能够抑制AlN的析出。
卷取温度：650℃以下
为了抑制N被Al固定，使卷取温度为650℃以下。卷取温度超过650℃时，AlN析出量显著增加，固溶N减少，结果不能得到作为目标的时效硬化性。而且，为了稳定地得到高的时效硬化性，更优选使卷取温度为600℃以下。
另外，在本发明中，优选在卷取后卷材状态下进行空冷或水冷。在水冷的情况下，生产率提高成为可能，但为了钢板的板宽方向和长度方向的材质的均匀性，优选进行空冷。
酸洗、冷轧
对如上制得的热轧板进行酸洗、冷轧，制成冷轧板。酸洗只要根据常法用盐酸、硫酸等酸除去表面锈皮即可。冷轧率也根据常法设定，板厚越薄冷轧率越高。
连续退火的均热温度：600℃以上(优选条件)
在连续退火工序中，优选在600℃以上的温度范围内进行均热。均热温度为600℃以上时，再结晶的进行快，冷轧中导入的加工应变不残留，延展性高，适合冲压加工。而且，在Ar1相变点以上进行均热时，能进一步提高强度，因此优选。在Ar1相变点以上进行均热时，推测部分地成为珠光体组织对强度有贡献。
另外，只要在该温度范围内即可，没有必要特别地保持为一定的温度。从操作的稳定性出发，有10s以上的均热相当时间就足够。
优选在连续退火后进行约1%的表面光轧，进行表面粗糙度和硬度的调整。
经以上的工序得到的冷轧钢板，成为涂装/烧结处理后的总伸长率El为20%以上且加工性极优良的罐用钢板。
连续退火后，可以进一步实施轧制率为10%以上且小于20%的第2次冷轧。该第2次冷轧以进一步高强度化为主要目的。通过使轧制率为10%以上，能够实现进一步高强度化。通过使轧制率小于20%，能确保伸长率(涂装/烧结处理后的总伸长率El为8%以上～15%以下)且不使加工性变差地得到上述高强度化的效果。特别是，通过使第2次冷轧的轧制率为10%以上且小于15%，能够确保涂装/烧结处理后的总伸长率El超过10%。
通过使轧制率小于20%，能确保伸长率且不使加工性变差地得到上述高强度化的效果。实施了轧制率为10%以上且小于20%的第2次冷轧的冷轧钢板，成为涂装/烧结处理后的总伸长率El为8%以上～15%以下、具有优良的加工性且强度极高的罐用钢板。轧制率优选为10%以上且小于15%，得到涂装/烧结处理后的总伸长率El为10%以上的冷轧钢板。
经以上的工序得到冷轧钢板。然后，通过制罐加工前(冲压加工前)的涂装/烧结处理制成硬质材料，在应用于板厚为0.3mm以下的极薄钢板时能更有效地发挥其优越性。另外，通过上述工序制造的冷轧钢板，成为固溶N量为0.0100%以上、涂装/烧结处理后的屈服应力YP为500MPa以上的高强度罐用钢板。而且，本发明的罐用钢板能够得到大的伸长率，因此加工性优良。
本发明的罐用钢板，通过固溶N而得到大的时效硬化性。因此，涂装/烧结处理后的屈服应力YP为500MPa以上，能够有利于钢板的薄壁化。另外，本发明的冷轧钢板，通过有效地利用固溶N的作用，在镀敷后的回流处理后强度也增加，而且在冲压成形后的涂装烧结工序时也发生显著的时效硬化现象，能够带来罐体强度的飞跃性的增加。
在本发明中，可以在如上得到的冷轧钢板的表面(至少单面)上形成镀层，制成镀敷钢板。表面上形成的镀层可以采用应用于罐用钢板的任意镀层。作为镀层，可以例示镀锡、镀铬、镀镍、镀镍铬。另外，在上述镀敷处理后涂装、粘贴有机树脂膜等也没有任何问题。
实施例1
将由表1所示的成分构成的钢在转炉中熔炼，通过连铸法制成钢坯。然后，对这些钢坯在表2所示的条件下进行热轧，制成板厚为2.0mm的热轧板。接着，对如上得到的热轧板实施利用酸洗的脱锈皮处理，进而实施冷轧，在表2所示的条件下进行连续退火以及部分进行2次轧制，制成终轧板厚为0.17mm的冷轧钢板。
表1
Figure BDA00002987324300111
表2
Figure BDA00002987324300112
*：连续退火后进行轧制率为1.1%的表面光轧。
对于这样得到的冷轧钢板，进行固溶N量的测定，以及在烧结硬
化试验前后进行拉伸试验。
(i)固溶N量的分析
通过化学分析对冷轧钢板中的N量进行分析，另外，通过利用溴代酯溶解处理后的提取分析，求出以AlN形式存在的N量。冷轧钢板中的固溶N量使用{(冷轧钢板中的N量)-(以AlN形式存在的N量)}的值。
(ii)拉伸试验
从这些冷轧钢板的宽度方向的中央部沿着轧制方向裁取JIS13号-B拉伸试验片，以应变速度十字头速度：10mm/s实施拉伸试验，测定屈服应力YP和总伸长率El。另外，拉伸试验在制品化后1天之内实施。将拉伸试验片作为JIS13号-B试验片，是为了尽量减少在标距外断裂的现象。
(iii)烧结硬化性试验
从这些冷轧钢板的宽度方向的中央部沿着轧制方向裁取JIS13号-B拉伸试验片，施加2%的拉伸预应变后暂时除去载荷，实施相当于210℃×20分钟的涂装烧结处理的热处理。在该试验的前后进行(ii)所示的拉伸试验。
将上述结果示于表3。
表3
Figure BDA00002987324300121
根据表3，作为本发明例的No.1、4、5和6，在涂装/烧结处理后具有足够的屈服应力YP和总伸长率El，例如充分地实现了3片加工所需的强度和加工性。
另外可知，轧制率为10%且进行了2次冷轧的No.6的本发明例，尽管进行了2次冷轧，但涂装/烧结处理后的总伸长率El为12%，确保超过了10%。
另一方面，比较例No.2和3，分别屈服应力YP不足，不具有3片加工所需的强度和加工性，因此不能实施预定的加工。
如上根据本发明，能够得到具有涂装/烧结处理后的屈服应力YP为500MPa以上的强度的高强度罐用钢板。
另外，在本发明中，作为低碳材料，(1)含有预定的N量作为成分，(2)使钢坯抽出温度为1200℃以上，使钢坯铸造时生成的AlN分解，(3)通过在650℃以下卷取热轧卷材，抑制AlN的析出，由此，确保冷轧钢板的固溶N量的绝对量为一定值以上，进而通过涂装烧结处理后的时效硬化，不进行2次冷轧，或者进行低轧制率的2次冷轧，从而提高生产率，且罐用钢板的高强度化成为可能。
而且，本发明的不进行2次冷轧、即连续退火后实施约1%的表面光轧而得到的高强度罐用钢板，涂装/烧结处理后的总伸长率El为20%以上。另外，进行了2次冷轧的高强度罐用钢板，通过使2次冷轧率为优选范围10%以上且小于15%，涂装/烧结处理后的总伸长率El能够超过10%。
产业上的利用可能性
本发明的罐用钢板，通过成形后的涂装烧结处理，屈服应力大大上升，罐体强度随之大幅上升，因此能够大大有助于钢板的薄壁化。

Claims (6)

1.一种高强度罐用钢板，其特征在于，以质量%计，含有C：大于0.02%且在0.10%以下、Si：0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20%以下、S：0.20%以下、Al：0.10%以下、N：0.0120～0.0250%，并且在该N中固溶N为0.0100%以上，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
2.如权利要求1所述的高强度罐用钢板，其特征在于，表面具有镀层。
3.一种高强度罐用钢板的制造方法，其特征在于，对钢坯实施钢坯抽出温度为1200℃以上、终轧温度为比Ar3相变点温度低30℃的温度以上的热轧，在650℃以下进行卷取，并在酸洗之后实施冷轧，然后进行连续退火，所述钢坯以质量%计，含有C：大于0.02%且在0.10%以下、Si：0.10%以下、Mn：1.5%以下、P：0.20%以下、S：0.20%以下、Al：0.10%以下、N：0.0120～0.0250%，余量由Fe及不可避免的杂质构成。
4.如权利要求3所述的高强度罐用钢板的制造方法，其特征在于，在所述连续退火之后，进行轧制率为10%以上且小于20%的第2次冷轧。
5.如权利要求3或4所述的高强度罐用钢板的制造方法，其特征在于，将所述连续退火的均热温度设为Ar1相变点温度以上。
6.如权利要求3～5中任一项所述的高强度罐用钢板的制造方法，其特征在于，在所述连续退火或所述第2次冷轧之后，实施镀敷处理。
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