CN103717770B - 高强度高加工性罐用钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强度高加工性罐用钢板及其制造方法。含有C：0.001%～0.080%、Si：0.003%～0.100%、Mn：0.10%～0.80%、P：0.001%～0.100%、S：0.001%～0.020%、Al：0.005%～0.100%、N：0.0050%～0.0150%、B：0.0002%～0.0050%，剩余部分由Fe和不可避免的杂质形成。在压延方向截面中，以面积率计含有0.01%～1.00%的延伸率为5.0以上的晶粒。这种罐用钢板通过将钢坯再加热温度设为1200℃以上，热轧后以小于650℃的温度进行卷取，进行一次冷轧，接着，以均热温度680～760℃、均热时间10～20秒钟进行连续退火，以20%以下的压延率进行二次冷轧而得到。

Description

高强度高加工性罐用钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及高强度且具有高加工性的罐用钢板及其制造方法。
背景技术
饮料罐、食品罐所使用的钢板中，对于盖、底、3片罐的罐身、拉深罐等中使用被称为DR（DoubleReduced）材的钢板。退火后再次进行冷轧的DR材与仅进行压延率小的调质压延的SR（SingleReduce）材相比、容易减薄板厚，而通过使用薄的钢板能够降低成本。
制造DR材的DR法是通过在退火后实施冷轧而产生加工固化，因此可以制造薄且硬的钢板。然而，另一方面，利用DR法制造的DR材缺乏延展性，因此与SR材相比加工性差。
由3片构成的食品罐、饮料罐的罐身材料，在成型为筒状后，为了绕紧盖、底，对两端实施凸缘加工。因此，罐身端部要求良好的伸长率。
另一方面，作为制罐素材的钢板需要与板厚所对应的强度，DR材的情况下，为了确保制薄所获得的经济效果，需要SR材以上的拉伸强度（约520MPa以上）。
以往使用的DR材中，难以兼具上述那样的加工性和强度，因此在食品罐、饮料罐的罐身材料中主要使用SR材。然而，现在为了从降低成本的观点出发减薄板厚，即使对食品罐、饮料罐的罐身材料中也期待使用DR材，DR材的扩大应用的需要在日益增加。
应上述需求，在专利文献1中公开有通过将低碳钢中的固溶N量设为一定量以上并规定总伸长值和兰克福特值而得的凸缘加工性优异的DR材。
在专利文献2中公开有通过规定低碳钢中的固溶N量和固溶C量而得的凸缘加工性优异的DR材。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2007-177315号公报
专利文献2:日本特开2002-294399号公报
发明内容
然而，上述现有技术均存在问题。
在专利文献1中虽然公开有在将压延方向的总伸长值以X表示，平均兰克福特值以Y表示时，满足X≥10%且Y≥0.9、或X＜10%且Y≥－0.05X＋1.4的关系的DR钢板，但根据焊接条件，仍然会产生HAZ软化（Heat-AffectedZonesoftening），产生凸缘裂纹。
在专利文献2所述的制造方法中，连续退火工序中需要进行过时效处理，因此制造成本过大。
本发明是鉴于该情况而完成的，因此，本发明的目的在于提供一种适合作为盖、底和3片罐身等的材料的高强度高加工性罐用钢板及其制造方法。
本发明的发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究。其结果，获得了以下发现。
为了兼具加工性和强度，有效的是添加适当的量的N而赋予强度，并且，将退火后的二次冷轧率限制于适当的范围而确保加工性。
此外，若热轧前的钢坯再加热温度低，则铸造后析出的AlN的再溶解不能充分进行，若热轧后的卷取温度高，则析出的AlN变得过多。无论在哪种情况下，承担强度的固溶N均不足，因此钢坯再加热温度、卷取温度也需要限制在适当的温度范围。
而且，通过将退火温度和退火时间限制在适当的范围，可以实现强度和加工性的良好平衡。
本发明是基于以上发现而完成的，其要旨如下所述。
［1］一种高强度高加工性罐用钢板，其特征在于，以质量%计含有C：0.001%～0.080%、Si：0.003%～0.100%、Mn：0.10%～0.80%、P：0.001%～0.100%、S：0.001%～0.020%、Al：0.005%～0.100%、N：0.0050%～0.0150%、B：0.0002%～0.0050%，剩余部分由Fe和不可避免的杂质形成，并且，在压延方向截面中，以面积率计包含0.01%～1.00%的晶粒延伸率为5.0以上的晶粒。
［2］一种高强度高加工性罐用钢板的制造方法，其特征在于，通过将如下的钢进行连续铸造而制成钢坯，将钢坯再加热温度设为1200℃以上而进行热轧后，以小于650℃的温度进行卷取，接着，进行一次冷轧，接着，以均热温度680～760℃、均热时间10～20秒钟进行连续退火，接着，以20%以下的压延率进行二次冷轧，上述钢以质量%计含有C：0.001%～0.080%、Si：0.003%～0.100%、Mn：0.10%～0.80%、P：0.001%～0.100%、S：0.001%～0.020%、Al：0.005%～0.100%、N：0.0050%～0.0150%、B：0.0002%～0.0050%，剩余部分由Fe和不可避免的杂质形成。
应予说明，本说明书中，表示钢的成分的%全部为质量%。
根据本发明，可以得到拉伸强度为520MPa以上且断裂伸长率为7%以上的高强度高加工性罐用钢板。
其结果，通过提高原板（钢板）的加工性，能够在3片罐的凸缘加工时不产生裂纹地利用薄的板厚的DR材进行制罐，实现罐用钢板的大幅度薄壁化。
具体实施方式
以下，详细地说明本发明。
本发明的罐用钢板是拉伸强度为520MPa以上且断裂伸长率为7%以上的高强度高加工性罐用钢板。并且，这种钢板能够通过使用含有0.0050%～0.0150%的N的钢，将热轧前的钢坯再加热温度、热轧后的卷取温度、退火温度、退火时间和二次冷轧率设定为适当的条件而制造。
对本发明的罐用钢板的成分组成进行说明。
C:0.001%～0.080%
若C量大于0.080%，则加工性变差，冷轧性也下降。此外，铸造时容易产生亚包晶裂纹，有可能增加钢坯修整等成本。因此，C量设为0.080%以下。另一方面，若C量小于0.001%，则晶粒的粗大化变得显著，在加工部产生表面粗糙不良的危险性增大。因此，C量设为0.001%～0.080%。
Si:0.003%～0.100%
若Si量大于0.100%，则引起表面处理性的下降、耐腐蚀性变差等问题，因此，上限设为0.100%。另一方面，若小于0.003%，则精炼成本变过大，因此，下限设为0.003%。
Mn:0.10%～0.80%
Mn具有防止S所致的热轧中的赤热脆性、使晶粒微细化的作用，在确保所希望的材质方面是必需的元素。为了发挥这些效果，需要至少添加0.10%以上。另一方面，若过量地添加Mn，则耐腐蚀性变差，此外，钢板会过度硬质化，因此，上限设为0.80%。
P：0.001%～0.100%
P是使钢硬质化，使加工性变差，同时使耐腐蚀性也变差的有害元素。因此，上限设为0.100%。另一方面，使P小于0.001%时，脱P成本变得过大。因此，下限设为0.001%。
S：0.001%～0.020%
S是在钢中作为夹杂物而存在，导致加工性下降、耐腐蚀性变差的有害元素。因此，上限设为0.020%。另一方面，使S小于0.001%时，脱S成本变得过大。因此，下限设为0.001%。
Al:0.005%～0.100%
Al是制钢时作为脱氧剂的必需元素。若添加量少，则脱氧变得不充分，夹杂物增加，加工性变差。若含量为0.005%以上，则可以视为能够充分进行脱氧。另一方面，若含量大于0.100%，则会增加氧化铝簇等所致的表面缺陷的产生频率。因此，Al量设为0.005%～0.100%。
N:0.0050%～0.0150%
在本发明的罐用钢板中，一方面抑制二次冷轧率而确保伸长率，另一方面通过提高N量而实现高强度。若N量小于0.0050%，则不能得到用于得到通过钢板薄壁化而获得的显著的经济效果所需的拉伸强度520MPa。因此，N量设为0.0050%以上。另一方面，若N量大于0.0150%，则变得过度硬质，难以在确保加工性的状态下以二次冷轧制造薄的钢板。因此，N量设为0.0150%以下。
B:0.0002%～0.0050%
B具有抑制焊接部附近的热影响部的晶粒成长，防止因局部强度下降所致的凸缘加工时的裂纹的效果。为了充分地得到这种防止裂纹的效果，B量需要为0.0002%以上。另一方面，即使大于0.0050%也不能期望进一步的效果且成本变高。因此，将B量设为0.0002%～0.0050%。
剩余部分为Fe和不可避免的杂质，但也可以含有公知的焊接罐用钢板中通常所含的成分元素。例如，可以根据目的而含有Cr：0.10%以下、Cu：0.20%以下、Ni：0.15%以下、Mo：0.05%以下、Ti：0.3%以下、Nb：0.3%以下、Zr：0.3%以下、V：0.3%以下、Ca：0.01%以下等成分元素（各个元素成分范围包含0%）。
接着，对本发明的高强度高加工性罐用钢板的晶粒进行说明。
在压延方向截面中，需要以面积率计包含0.01%～1.00%的延伸率为5.0以上的晶粒。通常，若使用如上所示的N量的钢制作DR材，则压延方向截面中的晶粒的延伸率小于3.0。但是，通过将退火温度和退火时间限制在适当的范围，一部份晶粒的延伸率出现变大。而且，虽然机理尚不明确，但延伸率为5.0以上的晶粒以0.01%以上的面积率存在时，加工性将得到提高。若面积率大于1.00%，则相反地阻碍加工性。基于以上，将延伸率为5.0以上的晶粒的面积率设为0.01%～1.00%。另一方面，延伸率大于50.0的晶粒的提高加工性的效果小，因此更优选将延伸率为5.0～50.0的晶粒的面积率设为0.01%～1.00%。
并且，压延方向截面中的晶粒的延伸率可以通过应用文献“JISG0551”所示的晶粒度的显微镜试验方法，对各个晶粒测定压延长边方向的长度和与压延长边方向成直角的长度，计算其比而求出。此外，根据本发明的钢组成、制造方法，所形成的渗碳体·珠光体，与铁素体粒相比非常小，因此晶粒径、延伸率的测定仅以铁素体晶粒为对象进行。
晶粒的面积率可以通过文献“JISG0555附录1”所示的点算法进行测定。虽然其目的是测定钢材中的非金属夹杂物的面积率，但也可以使用于如上述的特定形状的晶粒的面积率测定。此外，也可以使用显微镜照片和任意的图像解析装置测定面积率。
接着，对本发明的罐用钢板的制造方法进行说明。
本发明的高强度高加工性罐用钢板是通过使用利用连续铸造制造的由上述组成形成的钢坯，将热轧前的钢坯再加热温度设为1200℃以上，进行热轧后以小于650℃的温度卷取，接着，进行一次冷轧，接着，以均热温度680～760℃、均热时间10～20秒钟进行连续退火，接着，以20%以下的压延率进行二次冷轧而制造的。
通常，仅通过一次冷轧难以制成可得到显著的经济效果的薄的板厚。即，以一次冷轧得到薄的板厚，对压延机的负荷过大，因设备能力无法实现。例如，将最终板厚设为0.15mm时，若热轧后的板厚为2.0mm，则将需要92.5%这样大的一次冷轧率。此外，为了减小冷轧后的板厚，也可以考虑在热轧的阶段进行比通常薄的压延，但若增大热轧的压延率，则压延中的钢板的温度下降大，不能得到规定的终轧温度。而且，若减小退火前的板厚，则实施连续退火时，退火中产生钢板的断裂、变形等问题的可能性变大。由于这些理由，本发明中，在退火后实施第二次冷轧，从而得到极薄的钢板。
热轧前的钢坯再加热温度：1200℃以上
若热轧前的钢坯再加热温度小于1200℃，则铸造后析出的AlN的再溶解不能充分进行，承担强度的固溶N量变不足。因此，将热轧前的钢坯再加热温度设为1200℃以上。另一方面，过度的加热将导致能量成本的上升，因此优选为1200～1300℃。
热轧后的卷取温度：小于650℃
若热轧后的卷取温度为650℃以上，则AlN过度析出，承担强度的固溶N量变不足。因此，热轧后的卷取温度设为小于650℃。另一方面，设为过度低的卷取温度则会导致压延速度的下降等成本上升，因此优选为580～620℃。
一次冷轧
一次冷轧率没有特别的限定，但为了最终得到极薄的钢板，一次冷轧的压延率需要一定程度的大。即，由于上述理由，增大热轧率并不优选，二次冷轧率由于后述理由而需要限制。因此，一次冷轧率优选大于85%。另一方面，若一次冷轧率大于92%，则对压延机的负荷过大，因此进一步优选为89～92%。
退火
退火是通过连续退火而进行的，均热温度设为680～760℃，均热时间设为10～20秒钟。若均热温度小于680℃或均热时间小于10秒钟，则压延方向截面中的延伸率为5.0以上的晶粒的面积率将大于1.00%，加工性变不充分。此外，若均热温度大于760℃或均热时间大于20秒钟，则压延方向截面中的延伸率为5.0以上的晶粒的面积率将变得小于0.01%，不能得到提高加工性的效果。
二次冷轧率：20%以下
二次冷轧率设为20%以下。若二次冷轧率大于20%，则加工固化变得过大，不能得到7%以上的断裂伸长率。因此，二次冷轧率设为20%以下。另一方面，若二次冷轧率小于10%，则因采用DR法获得的板厚减小经济效果变小，因此优选为10%～20%。
二次冷轧以后，按照常法进行镀敷等工序，制成罐用钢板。
实施例
将含有表1所示的成分组成，剩余部分由Fe和不可避免的杂质形成的钢在转炉中进行熔炼，通过连续铸造法得到钢坯。对所得的钢坯以表2所示的条件进行再加热，以表2所示的条件进行热轧，实施一次冷轧。热轧的终轧温度设为890℃，热轧后实施酸洗。接着，一次冷轧后，以表2所示的条件进行连续退火，接着，以表2所示的条件实施二次冷轧。
对通过以上而得到的钢板的两面连续实施镀Sn，得到单面Sn附着量2.8g/m2的锡钢片。
[表1]
[表2]
对通过以上而得到的镀敷钢板（锡钢片）进行210℃、20分钟的相当于烤漆的热处理后，进行拉伸试验。拉伸试验是使用JIS5号尺寸的拉伸试验片，测定压延直角方向的拉伸强度和断裂伸长率。
此外，使用实施了相当于烤漆的热处理的钢板，通过缝焊（SeamWelding）进行外径52.8mm的罐身成型，将端部进行颈缩加工（NeckForming）至外径为50.4mm后，进行凸缘加工至外径为55.4mm，评价凸缘裂纹产生的有无。罐身成型是设为190g饮料罐尺寸，沿着钢板压延方向进行焊接的。颈缩加工是通过模具缩颈方式（Die-neckProcessing）进行的，凸缘加工是通过旋转凸缘方式（Spin-flangeProcessing）进行的。在凸缘加工部产生裂纹时评价为×，未产生裂纹时评价为○。
此外，提取镀敷钢板的样品，测定压延方向截面中的延伸率为5.0以上的晶粒的面积率。压延方向截面中的晶粒的延伸率是将钢板的垂直截面进行研磨，通过硝酸乙醇熔液蚀刻使晶界出现后，应用利用文献“JISG0551”所述的直线试验线切断法，对各个晶粒进行测定。
所得的结果示于表3。
[表3]
由表3可知，在本发明例No.1～5中，强度优异，达到作为极薄的罐用钢板所需的拉伸强度520MPa以上。此外，加工性也优异，具有盖、3片罐身的加工所需的7%以上的断裂伸长率。
另一方面，在比较例No.6中，C含量过多，因此二次冷轧导致加工性受损，断裂伸长率不足。在比较例No.7中，不包含B，因此焊接热影响部极端地软质化，凸缘加工中产生裂纹。在比较例No.8中，钢坯再加热温度过低，因此铸造后析出的AlN未充分溶解，此外，在比较例No.9中，卷取温度过高，因此过量地析出AlN，因此作为AlN存在的N量均过多，拉伸强度不足。在比较例No.10中，N含量过少，因此拉伸强度不足。在比较例No.11中，连续退火的均热温度过低，因此延伸率为5.0以上的晶粒的面积率变得过大，断裂伸长率不足。在比较例No.12中，连续退火的均热温度过高，在比较例No.13中，连续退火的均热时间过长，因此延伸率为5.0以上的晶粒的面积率均变得过小，断裂伸长率不足。在比较例No.14中，二次冷轧率过大，因此加工固化变得过大，断裂伸长率不足。
产业上的可利用性
本发明的罐用钢板具有520MPa以上的拉伸强度、7%以上的断裂伸长率，能够以薄的板厚得到。因此，最适合作为用于以低成本制造罐盖、罐底、3片罐身等的材料。

Claims (2)

1.一种高强度高加工性罐用钢板，其特征在于，以质量％计含有C：0.001％～0.080％、Si：0.003％～0.100％、Mn：0.10％～0.80％、P：0.001％～0.100％、S：0.001％～0.020％、Al：0.005％～0.100％、N：0.0060％～0.0150％、B：0.0002％～0.0050％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质形成，
并且，在压延方向截面中，以面积率计包含0.01％～1.00％的晶粒延伸率为5.0以上的晶粒。
2.一种高强度高加工性罐用钢板的制造方法，其特征在于，通过将如下的钢进行连续铸造而制成钢坯，将钢坯再加热温度设为1200℃以上而进行热轧后，以小于650℃的温度进行卷取，接着，进行一次冷轧，接着，以均热温度680～760℃、均热时间10～20秒钟进行连续退火，接着，以20％以下的压延率进行二次冷轧，
所述钢以质量％计含有C：0.001％～0.080％、Si：0.003％～0.100％、Mn：0.10％～0.80％、P：0.001％～0.100％、S：0.001％～0.020％、Al：0.005％～0.100％、N：0.0060％～0.0150％、B：0.0002％～0.0050％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质形成。
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