CN104245985B - 高强度高加工性钢板及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高强度高加工性钢板，以钢板质量％计，含有：C：大于0.020％且低于0.040％、Si：0.003％以上且0.100％以下、Mn：0.10％以上且0.60％以下、P：0.001％以上且0.100％以下、S：0.001％以上且0.020％以下、A1：0.005％以上且0.100％以下、N：大于0.0130％且低于0.0170％，余量由Fe及不可避免的杂质构成，该钢板在轧制方向的拉伸强度为520MPa以上、埃氏值为5.0mm以上，且至少在将成为罐内面的一侧具有树脂薄膜层。
Description
技术领域
本发明涉及适用于易开盖用钢板的适合的高强度高加工性钢板及其制造方法。
背景技术
在饮料罐或罐头所用的钢板中，盖部或底部、三片罐的罐体、拉伸罐等有时使用被称为DR(Double Reduce)材料的钢板。通过在退火后再次进行冷轧的DR法所制造的DR材料，与仅通过轧制率小的调质轧制制造的SR(Single Reduce)材料相比，更容易将板厚度变薄。因此，通过使用DR材料，可以降低制罐成本。另一方面，根据DR法，由于是通过在退火后再次进行冷轧而产生加工硬化，所以虽然能制造既薄又硬的钢板，但相反与SR材料相比其加工性较差。
作为饮料罐或罐头的盖，广泛使用容易开罐的EOE(Easy Open End：易开盖)。在制造EOE时，需要通过伸出加工使铆钉成形以用于安装勾挂手指的翼片。另一方面，作为制罐材料的钢板需要与板厚度相对应的强度，在DR材料的情况下，为了确保做薄带来的经济效果，需要约520MPa以上的拉伸强度。在现有的DR材料中，很难兼顾上述的加工性与强度，因此，EOE逐渐使用了SR材料。但是，现在根据降低成本的观点，对于EOE使用DR材料的要求也在变高。
在这样的背景下，在专利文献1中公开了一种铆钉成形性优异的易开盖的罐盖用钢板及其制造方法，所述罐盖用钢板的特征在于，碳的含量为0.02％以下，硼的含量为0.010～0.020％的范围内；该制造方法的特征在于，在压下率30％以下进行二次冷轧。另外，在专利文献2中公开了一种DR材料，其特征在于，时效处理后的平均兰克福特值为1.0以下，该文献还记载了该DR材料对EOE的铆钉成形性优异。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3740779号公报
专利文献2：国际公开第2008/018531号
发明内容
发明要解决的课题
但是，上述现有技术均存在问题。即，适用的罐盖的直径越大则钢板需要越大的强度，但是专利文献1记载的钢板由于碳含量少，所以要得到较大的强度，需要增加氮的含量。然而，由于该钢板含有一定量以上的硼，所以如果氮的含量变大，会导致高温延展性降低，连续铸造时会产生板坯裂纹。因此，专利文献1记载的钢板无法适用于大直径的EOE。
另一方面，专利文献2记载的钢板通过减少平均兰克福特值而实现了良好的铆钉成形性。但是，只有通过接近圆柱状的伸出加工来成形铆钉的情况该方法才能发挥效果，在通过接近球状的伸出加工来成形铆钉的情况下，铆钉成形性不充分。因此，希望提供一种拉伸强度为520MPa以上且埃氏值为5.0mm以上的高强度高加工性钢板。
本发明是鉴于上述课题而创进行的，其目的在于，提供一种高强度高加工性钢板及其制造方法，可得到拉伸强度为520MPa以上且埃氏值为5.0mm以上的高强度高加工性钢板。
解决课题的方法
本发明的发明人等反复进行深入研究的结果发现，为了兼顾钢板的加工性与强度，将碳的含量限制在适当的范围以防止加工性降低，并通过增加氮的含量来确保强度，并且将退火后的二次冷轧率限制在适当范围内的方式很有效。本发明的发明人等还发现，如果热轧后的卷取温度较高，则析出的渗碳体会变得粗大，局部延伸会降低，因此，需要将卷取温度也限制在适当的温度范围内。并且，本发明的发明人等发现，通过将适当厚度的树脂薄膜层设置在将成为罐内面的一侧，会使伸出加工的铆钉成形性显著提升。
本发明涉及的高强度高加工性钢板的特征在于，以质量％计，含有，C：大于0.020％且低于0.040％、Si：0.003％以上且0.100％以下、Mn：0.10％以上且0.60％以下、P：0.001％以上且0.100％以下、S：0.001％以上且0.020％以下、Al：0.005％以上且0.100％以下、N：大于0.0130％且低于0.0170％，余量由Fe及不可避免的杂质构成，并且至少所述钢板在将成为罐内面的一侧具有树脂 薄膜层，轧制方向的拉伸强度为520MPa以上、埃氏值为5.0mm以上。
优选的树脂薄膜层的厚度在5～100μm的范围内。
本发明涉及的高强度高加工性钢板的制造方法包括：
通过连续铸造将钢做成板坯，将板坯在加热温度设为1150℃以上进行热轧，在600℃以下的温度卷取，接着进行一次冷轧，然后以均热温度600～700℃、均热时间10～50秒钟进行连续退火，再以8.0～15.0％的轧制率进行二次冷轧，通过电解法形成表面处理被膜，然后至少在将成为罐内面的一侧粘贴树脂薄膜，制造轧制方向的拉伸强度为520MPa以上、埃氏值为5.0mm以上的钢板，
所述钢板以质量％计，含有：
C：大于0.020％且低于0.040％、Si：0.003％以上且0.100％以下、Mn：0.10％以上且0.60％以下、P：0.001％以上且0.100％以下、S：0.001％以上且0.020％以下、Al：0.005％以上且0.100％以下、N：大于0.0l30％且低于0.0170％，余量由Fe及不可避免的杂质所构成。
发明的效果
根据本发明的高强度高加工性钢板及其制造方法，可得到拉伸强度为520MPa以上，且埃氏值为5.0mm以上的高强度高加工性钢板。另外，其结果，在EOE的铆钉成形时不会产生裂纹，能够采用板厚较薄的DR材料来制盖，从而可实现EOE用钢板的大幅薄片化。
具体实施方式
以下，对本发明进行详细说明。
本发明的高强度高加工性钢板可适用于拉伸强度为520MPa以上、且埃氏值为5.0mm以上的易开盖用钢板。这种钢板可如下制造：使用含有低于0.040％的碳的钢，将热轧后的卷取温度及二次冷轧率设定为适当的条件，并且在将成为罐内面的一侧粘贴树脂薄膜。以下对本发明的高强度高加工性钢板的成分组成进行说明。
[高强度高加工性钢板的成分组成]
(1)C：大于0.020％且低于0.040％
在本发明的高强度高加工性钢板中，通过将C(碳)含量抑制得较低来发挥高加工性。如果C含量为0.040％以上，则钢板会变得过硬，无法在确保加工性 不变的同时以二次冷轧制造薄钢板。因此，C含量的上限为低于0.040％。另一方面，如果C含量为0.020％以下，则无法得到获得钢板薄片化的显著经济效果所需要的520MPa的拉伸强度。因此，C含量的下限为大于0.020％。
(2)Si：0.003％以上且0.100％以下
如果Si(硅)的含量超过0.100％，则引起表面处理性降低、耐腐蚀性变差等问题。因此，Si含量的上限为0.100％。另一方面，如果Si含量低于0.003％，则精炼成本过大。因此，Si含量的下限为0.003％。Si含量优选为0.003％以上且0.035％以下的范围内。
(3)Mn：0.10％以上且0.60％以下
Mn(锰)是用于防止S(硫)导致的热轧中的红热脆性，具有使晶粒微细化的作用，是确保得到理想材质所必需的元素。为了发挥这些效果，需要添加至少0.10％以上的Mn。另一方面，如果将Mn添加过量，则导致耐腐蚀性变差，或者钢板过度硬质化。因此，Mn含量的上限为0.60％。Mn含量优选为0.19％以上且0.60％以下的范围内。
(4)P：0.001％以上且0.100％以下
P(磷)是使钢硬质化，使加工性变差并且使耐腐蚀性也变差的有害元素。因此，P含量的上限为0.100％。另一方面，P含量低于0.001％时，脱磷成本会过大。因此，P含量的下限为0.001％。P含量优选为0.001％以上0.015％以下的范围内。
(5)S：0.001％以上且0.020％以下
S是在钢中作为夹杂物存在，是使加工性变差并且使耐腐蚀性变差的有害元素。因此，S含量的上限为0.020％。另一方面，S含量低于0.001％时，则脱硫成本会过大。因此，S含量的下限为0.001％。S含量优选为0.007％以上且0.014％以下的范围内。
(6)Al：0.005％以上且0.100％以下
Al(铝)是制钢时作为脱氧材料所需要的元素。如果Al含量少，则脱氧不充分，夹杂物增加，加工性变差。Al含量只要在0.005％以上，就能够充分进行脱氧。另一方面，如果Al含量大于0.100％，则由氧化铝簇等导致的表面缺陷的产生频率增加。因此，Al含量为0.005％以上且0.100％以下。
(7)N：大于0.0130％且低于0.0170％
本发明的高强度高加工性钢板中，虽然降低了C含量但是提高了N(氮)含 量，来确保强度。由N带来的强化对伸出加工性的影响较小，所以可以无损埃氏值而将钢板高强度化。如果N含量为0.0130％以下，则无法得到罐盖所需要的强度。另一方面，如果添加大量N，则热延展性变差，在连续铸造中会产生板坯的裂纹。因此，N含量的上限为0.0170％。
(8)其它成分
除上述成分以外，余量为Fe(铁)及不可避免的杂质，可以含有在公知的焊接罐用钢板中通常含有的成分元素。例如，根据目的可含有：Cr(铬)：0.10％以下、Cu(铜)：0.20％以下、Ni(镍)：0.15％以下、Mo(钼)：0.05％以下、Ti(钛)：0.3％以下、Nb(铌)：0.3％以下、Zr(锆)：0.3％以下、V(钒)：0.3％以下、Ca(钙)：0.01％以下等成分元素。
[高强度高加工性钢板的特性]
以下对本发明的高强度高加工性钢板的机械性质进行说明。
本发明的高强度高加工性钢板的拉伸强度为520MPa以上。如果拉伸强度低于520MPa，则为了确保作为制盖材料的钢板的强度，而无法将钢板做薄到获得显著经济效果的程度。因此，拉伸强度为520MPa以上。需要说明的是，上述拉伸强度可以通过文献“JISZ2241”所示的金属材料拉伸试验方法测定。
本发明的高强度高加工性钢板的埃氏值为5.0mm以上。如果埃氏值低于5.0mm，则在铆钉成形时会产生裂纹。因此，埃氏值为5.0mm以上。埃氏值通过文献“JIS Z2247”所示的埃氏值试验方法测定。在铆钉成形时，对钢板施加的加工的方式为伸出加工，可认为是朝与板面平行的所有方向的拉伸变形。为了评价钢板对于该加工的变形能力，需要做同样的伸出加工试验，以单纯的单轴拉伸试验的总伸长率值或兰克福特值无法评价。
[高强度高加工性钢板的表面包覆]
以下对本发明的高强度高加工性钢板的表面包覆进行说明。
铆钉成形通过伸出加工进行，对将成为罐外面的一侧实施伸出加工。因此，在进行加工时，工具接触作为罐内面的一侧使钢板变形。通过将树脂薄膜夹在该工具和钢板之间使其接触，提升工具和钢板之间的润滑性。由此，提升了伸出加工的均匀性，能够有效地防止裂纹的产生。此外，将树脂薄膜不只夹在工具和钢板之间，更适合将树脂薄膜覆盖于钢板表面，有助于提高耐腐蚀性。
作为树脂薄膜，没有特别限定，可以使用各种热塑性树脂或热固化性树 脂。例如可以是聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、离聚物等烯烃类树脂薄膜、或聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚酯薄膜、或尼龙6、尼龙66、尼龙11、尼龙12等聚酰胺薄膜、聚氯乙烯薄膜、聚偏二氯乙烯薄膜等热塑性树脂薄膜的未拉伸或经过二轴拉伸而成的薄膜。
对钢板粘贴树脂薄膜时使用粘接剂的情况下，优选使用聚氨酯类粘接剂、环氧类粘接剂、酸改性烯烃树脂类粘接剂、共聚聚酰胺类粘接剂、共聚聚酯类粘接剂(厚度：0.1～5.0μm)等。并且也可以对钢板一侧或树脂薄膜一侧涂布热固性涂料，将其作为粘接剂，涂布的厚度在0.05～2.0μm的范围内。另外，也可以单独或组合使用两种以上的苯酚环氧、氨基-环氧等改性环氧涂料、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、氯乙烯-乙酸乙烯酯共聚物皂化物、氯乙烯-乙酸乙烯酯-顺丁烯二酸酐共聚物、环氧改性乙烯基涂料、环氧氨基改性乙烯基涂料、环氧苯酚改性乙烯基涂料等改性乙烯基涂料、丙烯酸类涂料、苯乙烯-丁二烯类共聚物等合成橡胶类涂料等热塑性或热固性涂料。
树脂薄膜层的厚度优选为5～100μm的范围内。如果树脂薄膜的厚度低于5μm，则伸出加工时容易断裂，很可能不能发挥充分的效果。如果树脂薄膜的厚度超过100μm，则使钢板变形量增加的效果变大，容易产生钢板裂纹。
[高强度高加工性钢板的制造方法]
接着，对本发明的高强度高加工性钢板的制造方法进行说明。
本发明的高强度高加工性钢板如下制造：使用通过连续铸造所制造的由上述组分构成的钢板坯，将板坯再加热温度设为1150℃以上进行热轧，之后在600℃以下的温度卷取，接着进行一次冷轧，然后以均热温度600～700℃、均热时间10～50秒进行连续退火，再以8.0～15.0％的轧制率进行二次冷轧，在通过电解法形成表面处理被膜之后，至少在将成为罐内面的一侧粘贴树脂薄膜。
通常只进行一次冷轧很难达到有显著经济效果的薄板厚度。即，通过一次冷轧得到较薄的板厚度，对轧机的负荷过大，就设备能力来说是不能实现的。例如，在要将最终板厚度设为0.15mm的情况下，如果使热轧后的板厚度为2.0mm，则需要92.5％这样大的一次冷轧率。另外，为了使冷轧后的板厚度减小，虽然也可考虑在热轧的阶段轧制得比平常更薄，但如果使热轧的轧制率增大，则轧制中的钢板的温度会降低过多，无法达到给定的精轧温度。另 外，如果退火前的板厚度减小，则在实施连续退火的情况下，在退火中产生钢板断裂或变形等问题的可能性变大。由于这些原因，在本发明中，优选在退火后实施第二次的冷轧(二次冷轧)，得到极薄的钢板。
如果热轧后的卷取温度超过600℃，则所形成的珠光体组织会变得粗大，这会成为脆性断裂的起点，导致局部伸长率降低，很难得到5.0mm以上的埃氏值。因此，热轧后的卷取温度优选设为600℃以下，更优选为550～600℃的范围内。
如果连续退火的均热温度低于600℃或均热时间低于10秒钟，则再结晶会不充分，很难得到5.0mm以上的埃氏值。另一方面，如果均热温度超过700℃或均热时间超过50秒钟，则再结晶导致的晶粒成长过大，很难得到拉伸强度520MPa。因此，理想的连续退火在均热温度600～700℃、均热时间10～50秒钟的条件下进行。
如果二次冷轧率超过15.0％，则二次冷轧导致的加工硬化过大，很难得到5.0mm以上的埃氏值。因此，二次冷轧率优选为15.0％以下。另一方面，如果二次冷轧率低于8.0％，则很难达到罐盖所需要的强度。因此，二次冷轧率的下限优选为8.0％。
在二次冷轧的后，通过电解法形成表面处理被膜。作为被膜，可以应用广泛用于罐盖的马口铁或无锡薄钢板的电解镀锡被膜、或电解铬酸处理被膜等。通过设置这些被膜，可提高树脂薄膜与钢板的密合性。
在形成表面处理被膜后，至少在将成为罐内面的一侧粘贴树脂薄膜。作为粘贴的方法，可以是将钢板加热使树脂薄膜热熔接的方法、或使用粘接剂粘贴的方法等。
[实施例]
将含有表1所示成分组成且余量为Fe及不可避免的杂质的钢用转炉熔制，通过连续铸造得到钢坯。将所得到的钢坯进行再加热后，以表2所示的条件实施热轧。热轧的精轧温度为880℃，轧制后实施酸洗。接着以轧制率90％进行一次冷轧后，以表2所示的条件实施连续退火及二次冷轧。在如上得到的钢板的两面连续实施电解铬酸处理，得到单面铬附着量为100mg/m2的无锡薄钢板。而且，将共聚比12mol％的间苯二甲酸共聚聚对苯二甲酸乙二醇酯薄膜层压于两面，得到树脂包覆钢板。层压是以一对橡胶辊夹着加热至245℃的钢板和薄膜，将薄膜熔接于金属板，在通过橡胶辊后1秒钟以内进行水冷。此时，钢板的进给速度为40m/min，橡胶辊的夹持长度为17mm。夹持长度为橡胶辊和钢板相接的部分的输送方向的长度。将薄膜层的厚度示于表1。
对通过以上所得到的树脂包覆钢板进行拉伸试验。拉伸试验根据文献“JISZ2241”所示的金属材料拉伸试验方法，使用JIS5号尺寸的拉伸试验片，测定了拉伸强度。另外，对于得到的树脂包覆钢板进行了埃氏试验。埃氏试验根据文献“JIS Z2247”所示的埃氏试验方法，使用90mm×90mm的试验片来测定埃氏值(产生贯穿裂纹的伸出高度)。另外，使用得到的树脂包覆钢板将EOE翼片安装用铆钉成形，并评价了铆钉成形性。铆钉成形通过三阶段的压制加工来进行，在伸出加工之后进行缩径加工而形成直径4.0mm、高度2.5mm的球头状铆钉。将在铆钉部分产生裂纹的情况评价为×，将未到达裂纹处于前一阶段的在厚度方向产生收缩的情况评价为○，将未产生裂纹或厚度方向收缩的情况评价为◎。将得到的结果示于表3。
[表3]
※No.10的钢板由于在连续铸造中产生板坯裂纹，所以未实施以后的工序。
如表3所示，发明例的No.1～6的钢板强度优异，实现了作为极薄的罐用钢板所需要的520MPa以上的拉伸强度。另外，加工性也很优异，具有EOE加工所需要的5.0mm以上的埃氏值。另外，即使进行铆钉成形也不会产生裂纹或厚度方向收缩。与之相对，比较例No.7、9的钢板分别由于C及N的含量过少，所以拉伸强度不够。比较例8的钢板由于C含量过多，所以通过二次冷轧影响其加工性，埃氏值不够，在铆钉成形时产生裂纹。
另外，比较例No.10的钢板由于N含量过多，所以在连续铸造中产生板坯裂纹。另外，比较例No.11的钢板由于热轧后的卷取温度过高，所以因局部伸长率降低而埃氏值不够，在铆钉成形中产生裂纹。比较例No.12的钢板由于连续退火的均热温度过低，所以再结晶不充分，埃氏值不够，在铆钉成形中产生裂纹。另外，比较例No.13的钢板由于连续退火的均热温度过高，所以晶粒成长过大，拉伸强度不够。比较例No.14的钢板由于连续退火的均热时间过短，所以再结晶不充分，埃氏值不够，在铆钉成形中产生裂纹。
此外，比较例No.15的钢板由于连续退火的均热时间过长，所以粒成长过大，拉伸强度不够。比较例No.16的钢板由于二次冷轧率过小，所以拉伸强度不够。比较例No.17的钢板由于二次冷轧率过大，所以加工硬化过大，埃氏值不够，在铆钉成形中产生裂纹。在权利要求1、3的发明例且权利要求2的比较例的No.18的钢板由于覆盖在钢板表面的树脂薄膜的厚度过薄，所以在铆钉成形中无法充分发挥其效果，在到达裂纹的前一阶段产生厚度方向的收缩。权利要求1、3的发明例且权利要求2的比较例的No.19的钢板由于覆盖在钢板表面的树脂薄膜的厚度过厚，所以在铆钉成形中钢板的变形量增大，在到达裂纹的前一阶段产生厚度方向的收缩。
如上可以确认，根据发明例的钢板，可得到拉伸强度为520MPa以上、且埃氏值为5.0mm以上的高强度高加工性钢板。
以上对应用本发明人创立的发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于由本实施方式所公开的本发明的一部分记载。即，本领域技术人员等基于本实施方式所实施的其它实施方式、实施例、及运用技术等都包含于本发明的范围。
工业实用性
根据本发明，可提供一种拉伸强度为520MPa以上且埃氏值为5.0mm以上的高强度高加工性钢板。
Claims (2)
1.一种高强度高加工性钢板，其以质量％计，含有：
C：大于0.020％且低于0.040％、Si：0.003％以上且0.100％以下、Mn：0.10％以上且0.60％以下、P：0.001％以上且0.100％以下、S：0.001％以上且0.020％以下、Al：0.005％以上且0.100％以下、N：大于0.0130％且低于0.0170％，余量由Fe及不可避免的杂质构成，
所述钢板至少在将成为罐内面的一侧具有厚度在5～100μm范围内的树脂薄膜层，且轧制方向的拉伸强度为520MPa以上、埃氏值为5.0mm以上。
2.一种高强度高加工性钢板的制造方法，该方法包括：
通过连续铸造将钢做成板坯，将板坯在加热温度设为1150℃以上进行热轧，在600℃以下的温度卷取，接着进行一次冷轧，然后以均热温度600～700℃、均热时间10～50秒钟进行连续退火，再以8.0～15.0％的轧制率进行二次冷轧，通过电解法形成表面处理被膜，然后至少在将成为罐内面的一侧粘贴厚度在5～100μm范围内的树脂薄膜，制造轧制方向的拉伸强度为520MPa以上、埃氏值为5.0mm以上的钢板，
所述钢板以质量％计，含有：
C：大于0.020％且低于0.040％、Si：0.003％以上且0.100％以下、Mn：0.10％以上且0.60％以下、P：0.001％以上且0.100％以下、S：0.001％以上且0.020％以下、Al：0.005％以上且0.100％以下、N：大于0.0l30％且低于0.0170％，余量由Fe及不可避免的杂质所构成。
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