CN106133167B

CN106133167B - 罐用钢板及其制造方法

Info

Publication number: CN106133167B
Application number: CN201580016388.7A
Authority: CN
Inventors: 斋藤勇人; 须藤干人; 小岛克己; 中丸裕树
Original assignee: NKK Corp
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2014-03-28
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2018-11-16
Anticipated expiration: 2035-03-23
Also published as: MY179722A; US10851434B2; KR20160137610A; JP5900712B2; TWI537397B; PH12016501615A1; CN106133167A; JPWO2015146137A1; WO2015146137A1; TW201544603A; US20170107592A1; PH12016501615B1; KR101887434B1

Abstract

本发明的目的在于提供一种具有足够硬度且罐身部对外压的压曲强度优异的罐用钢板及其制造方法。所述罐用钢板具有如下成分组成，以质量％计含有C：0.0005％以上且0.0030％以下、Si：0.05％以下、Mn：0.50％以上1.00％以下、P：0.030％以下、S：0.020％以下、Al：0.01％以上且0.04％以下、N：0.0010％以上且0.0050％以下、B：0.0005％以上且0.0050％以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，所述罐用钢板的硬度(HR30T)为56以上，且平均杨氏模量为215GPa以上。

Description

罐用钢板及其制造方法

技术领域

本发明涉及适于食品、饮料罐所使用的罐容器材料的罐用钢板及其制造方法。特别涉及适合作为二片罐用钢板的罐身部对外压的压曲强度优异的罐用钢板其及制造方法。

背景技术

从近年来降低环境负荷和削减成本的观点考虑，要求降低用于食品、饮料罐的钢板的使用量，无论是二片罐、三片罐，均在进行钢板的薄壁化。伴随着钢板的薄壁化，罐体的强度和刚性降低。因此会引起下述问题：即，在制罐、搬运工序及市场上的操作时作用的外力所导致的罐体变形、在内容物的加热灭菌处理等中因罐内部压力的增减所导致的罐身部的压曲变形。

目前，为了提高该耐压曲变形性，进行了钢板的高强度化。但是，在因钢板的高强度化而硬度增加时，成型性降低，在罐身部成型后进行的缩颈加工和接下来进行的凸缘成型中，存在缩颈褶皱和凸缘断裂的发生率增加这样的成型性的问题。因此，钢板的高强度化未必适合作为解决伴随钢板薄壁化的压曲变形问题的方法。

罐身部的压曲变形是由于罐身部板厚薄壁化所导致的罐体刚性变差而产生的。因此，为了提高耐压曲变形性(也称为镶板强度(paneling strength))，可以考虑提高钢板本身的杨氏模量来提高刚性的方法。特别是对于经过深冲加工而成型的二片罐而言，成型后的罐身的圆周方向并不是钢板的特定方向，因此，通过平均地提高钢板面内的杨氏模量，能够提高耐压曲变形性。

另外，铁的杨氏模量与钢板的结晶位向有很强的相关性，特别是通过轧制而扩展的<110>方向与轧制方向平行的结晶位向群(α纤维)能够提高轧制直角方向的杨氏模量。另外，<111>方向与板面法线方向平行的结晶位向群(γ纤维)能够将相对于轧制方向为0°、45°、90°方向的杨氏模量提高至约为220GPa。另一方面，在钢板的结晶位向未显示出向特定位向的取向的情况下，即集合组织为无规的钢板的杨氏模量约为205GPa。

作为通过使钢板的杨氏模量(弹性模量)提高来实现罐体刚性提高的技术，例如在专利文献1中公开了一种高刚性容器用钢板，其是以重量％计，含有C：0.0020％以下、P：0.05％以下、S：0.008％以下、Al：0.005～0.1％、N：0.004％以下、及Cr、Ni、Cu、Mo、Mn、Si中的一种或两种以上且总计为0.1～0.5％，余量由Fe及不可避免的杂质构成的轧制钢板，且呈现晶粒的长径相对于短径之比平均为4以上的加工组织，最大弹性模量为230000MPa以上。根据专利文献1，公开了以下内容：将含有上述化学成分的钢进行冷轧退火，然后以50％以上的压下率进行二次冷轧，形成强轧制集合组织，提高相对于轧制方向为90°方向的杨氏模量，由此提高钢板的刚性。

另外，专利文献2中公开了一种高强度罐用钢板，其特征在于，以质量％计，含有C：0.003％以下、Si：0.02％以下、Mn：0.05～0.60％、P：0.02％以下、S：0.02％以下、Al：0.01～0.10％、N：0.0010～0.0050％、Nb：0.001～0.05％、B：0.0005～0.002％，余量由Fe及不可避免的杂质构成，且在板厚中央部，({112}<110>位向的累积强度)/({111}<112>位向的累积强度)≥1.0，与轧制方向成90°方向的拉伸强度为550～800MPa，与轧制方向成90°方向的杨氏模量为230GPa以上。

专利文献3中公开了一种罐用钢板，其罐身部对外压的压曲强度高且成型性及成型后的表面性状优异，所述罐用钢板的特征在于，以质量％计，含有C：0.0005％以上且0.0035％以下、Si：0.05％以下、Mn：0.1％以上且0.6％以下、P：0.02％以下、S：低于0.02％、Al：0.01％以上且低于0.10％、N：0.0030％以下、B：0.0010％以上且B/N≤3.0(B/N＝(B(质量％))/10.81)/(N(质量％)/14.01))，余量由Fe及不可避免的杂质构成，且具有钢板的1/4板厚处的板面的(111)[1-10]～(111)[-1-12]位向的平均累积强度f为7.0以上的组织，且E_AVE≥215GPa、E₀≥210GPa、E₄₅≥210GPa、E₉₀≥210GPa、-0.4≤△r≤0.4，轧制方向截面的铁素体平均结晶粒径为6.0～10.0μm。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-212353号公报

专利文献2：日本特开2012-107315号公报

专利文献3：日本特开2012-233255号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，上述现有技术中可以举出下述所示的问题。对于专利文献1中公开的技术而言，存在由于进行50％以上的高压下率的二次轧制，因而缩颈成型性和凸缘成型性降低的问题。而且，由于只有轧制集合组织良好生长，各向异性增大，因此存在平均杨氏模量降低的问题。对于专利文献2中公开的技术而言，虽然通过进行恢复退火能够获得焊接罐所要求的程度的成型性，但存在无法适用于如用于二片罐的成型时的深冲加工、减薄拉深加工这样要求更严格的成型性的用途的问题。对于专利文献3中公开的技术而言，虽然能够获得优异的耐压曲强度，但存在未必能够获得可以对抗制罐工序、运送工序及在市场上操作时作用的外力所导致的罐体变形的足够的钢板硬度的问题。

即，不存在具备提高可以对抗罐体变形的足够的硬度和罐体刚性为目的的高杨氏模量的钢板及其制造方法。

本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种具有足够的硬度，且罐身部对外压的压曲强度优异的罐用钢板及其制造方法。

用于解决课题的方案

本发明人等为了解决上述课题而进行了深入研究。其结果发现，通过将化学成分、热轧条件、冷轧条件、退火条件及二次冷轧条件最优化，能够实现HR30T硬度为56以上，平均杨氏模量为215GPa以上，具有可对抗罐体变形的足够的硬度，且罐体部对外压的压曲强度优异的罐用钢板的制造，并基于该见解完成了本发明。本发明的主旨如下。

[1]一种罐用钢板，其中，作为成分组成，以质量％计含有C：0.0005％以上且0.0030％以下、Si：0.05％以下、Mn：0.50％以上且1.00％以下、P：0.030％以下、S：0.020％以下、Al：0.01％以上且0.04％以下、N：0.0010％以上且0.0050％以下、B：0.0005％以上且0.0050％以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，

所述罐用钢板的硬度(HR30T)为56以上，且平均杨氏模量为215GPa以上。

[2]如[1]所述的罐用钢板，其中，作为成分组成，以质量％计还含有Ti：0.005％以上且0.020％以下，

[3]一种罐用钢板的制造方法，该方法包括：将热轧时的精轧温度设为800～950℃，对具有[1]或[2]所述的成分组成的钢坯进行热轧，然后以卷取温度500～700℃进行卷取，以85％以上的压下率进行冷轧，以退火温度680℃～780℃进行退火，并以5～15％的压下率进行二次冷轧。

发明的效果

使用本发明的罐用钢板能够容易地制造出兼具有足够的强度和足够的刚性的罐体，所述罐体是制罐工序、搬运工序所要求的硬度和罐身部对外压的压曲强度高于制罐及饮料工厂所设定的基准值(约1.5kgf/cm²)的罐体。由此，可以进一步实现钢板的薄壁化，能够实现节省资源和低成本化，在工业上具有显著的效果。另外，本发明的钢板的适用范围并不局限于各种金属罐，也可以期待应用于干电池内装罐、各种家电/电气部件、汽车用部件等广泛的范围。

具体实施方式

以下，对本发明的详细情况进行说明。首先，对成分组成的限定原因进行说明。需要说明的是，只要没有特别说明，表示各成分元素的含量的“％”指“质量％”的意思。

C：0.0005％以上且0.0030％以下

C(碳)含量越低，在冷轧和退火工序中集合组织就越发达，特别是对于提高平均杨氏模量重要的γ纤维发达。因此，需要将上限设为0.0030％。另一方面，C是提高钢板的硬度、有助于退火板的晶粒微细化的元素，为了获得该效果，需要将C设在0.0005％以上。需要说明的是，从确保硬度的观点考虑，优选C含量设为0.0010％以上。

Si：0.05％以下

大量添加Si(硅)时，会由于表面富集而导致表面处理性变差，耐腐蚀性降低。因此，需要将Si设为0.05％以下，优选将Si设为0.02％以下。

Mn：0.50％以上且1.00％以下

Mn(锰)在本发明中是重要的元素，具有通过固溶强化来提高钢板硬度的效果、通过热轧板的晶粒微细化使集合组织良好生长而提高平均杨氏模量的效果。另外，通过形成MnS，具有防止因钢中含有的S所导致的热轧性降低的效果。为了获得该效果，需要将Mn设为0.50％以上。进而，在本发明中，Mn具有通过促进深冲加工、减薄拉深加工等制罐加工时的加工硬化而提高罐体的凹陷强度的效果。因此，优选Mn超过0.60％。更优选Mn为0.65％以上。另一方面，如果Mn超过1.00％，则在进行退火时难以使集合组织良好生长，特别是(111)[1-21]位向降低，平均杨氏模量降低。因此，将Mn的上限设为1.00％。

P：0.030％以下

如果大量添加P(磷)，会由于过度的硬质化、中央偏析而导致使成型性降低，并且耐腐蚀性变差。因此，将P的上限设为0.030％，优选将P设为0.020％以下。

S：0.020％以下

S(硫)在钢中形成硫化物而使热轧性降低。因此，将S的上限设为0.020％，优选将S设为0.015％以下。

Al：0.01％以上且0.04％以下

Al(铝)是作为脱氧剂而添加的元素。另外，通过与N形成AlN而使钢中的固溶N减少，具有提高成型性、耐时效性的效果。为了获得该效果，需要将Al设为0.01％以上。但是，如果过量地添加，不仅上述效果饱和，而且氧化铝等夹杂物也会增加，成型性降低。因此，需要将Al的上限设为0.04％。需要说明的是，如果不生成AlN而生成BN，则对细粒化有效地发挥作用的B降低，硬度降低。因此，从使其优先生成AlN的观点考虑，优选设为[Al]/[B]＞0.6，更优选设为[Al]/[B]≥6.0。

N：0.0010％以上且0.0050％以下

N(氮)与Al、B等结合而形成氮化物、碳氮化物，从而使硬度提高。另一方面，由于N使热轧性降低，因此含量越少越好。而且，如果大量添加N，则会阻碍集合组织的良好生长，平均杨氏模量降低。因此，将上限设为0.0050％，更优选将N设为0.0035％以下。如上所述，N越低越好。但是，N低于0.0010％时，不仅对集合组织的效果饱和，而且也无法获得氮化物带来的硬度增加效果。因此，将下限设为0.0010％。

B：0.0005％以上且0.0050％以下

B(硼)通过降低Ar3相变点而使热轧板的晶粒微细化，具有促进集合组织良好生长的效果、抑制退火工序中的晶粒生长的效果。另外，具有通过使退火板的晶粒微细化而使硬度提高的效果。为了获得这些效果，需要将下限设为0.0005％，优选将下限设为0.0010％。另一方面，在超过0.0050％的情况下，容易作为BN、Fe-B化合物而析出，无法获得上述的效果。因此，需要将上限设为0.0050％，优选B为0.0035％以下。

除了上述成分组成以外，还优选含有以下的元素。

Ti：0.005％以上且0.020％以下

Ti(钛)通过优先与N形成氮化物而抑制BN生成，具有确保对于细粒化有效地发挥作用的B的效果。另外，利用TiN、TiC的钉扎效果(pinning effect)使热轧板的晶粒微细化，从而具有促进集合组织良好生长、提高平均杨氏模量的效果。因此，优选含有Ti 0.005％以上。通过含有Ti而使热轧板的晶粒微细化的效果在Mn含量超过0.6％的情况下变得更明显，因此特别优选在Mn超过0.6％的情况下含有Ti。从N的固定的观点考虑，更优选将Ti设为0.008％以上。另一方面，在过量地含有Ti的情况下，粗大地生成氮化物、碳化物而失去钉扎效果，无法获得细粒化效果。因此，优选将上限设为0.020％。

余量为铁及不可避免的杂质。

接着，对本发明的材质特性进行说明。

硬度(HR30T)：56以上

为了防止因制罐工序、搬运工序中的操作等中承受负载时的塑性变形，需要使钢板硬质化。因此，需要将洛氏表面硬度(Rockwell superficial hardness)(HR30T)设为56以上，优选为58以上。硬度的上限没有特别限定，但过度提高硬度会使成型性降低，制罐后的罐体形状变得不均匀，从而降低罐体的凹陷强度、镶板强度降低、在凸缘加工时发生断痕，因此优选将硬度设为70以下，更优选为66以下。需要说明的是，在本发明中，硬度(HR30T)根据下面叙述的实施例中记载的方法求出。为了实现本发明的硬度，可以设为本发明的成分组成，通过将热轧时的精轧温度、卷取温度设为给定温度而将热轧板的铁素体粒径微细化，将退火温度设为给定温度并进行再结晶，抑制退火板中铁素体粒径的粗大化，进行给定的压下率的二次冷轧。

平均杨氏模量：215GPa以上

如二片罐，对于实施深冲加工的容器而言，制罐后的罐身方向不限于钢板的特定的方向。因此，通过平均地提高钢板面内方向的杨氏模量，可以提高罐身部的压曲强度。在本发明中，通过使根据轧制方向的杨氏模量(E[L])、与轧制方向成45°方向的杨氏模量(E[D])、轧制直角方向的杨氏模量(E[C])作为(E[L]+2E[D]+E[C])/4而计算出的平均杨氏模量为215GPa以上，能够获得该罐身部的压曲强度提高效果。更优选为225GPa以上。另外，特别是上限没有特别限定，但从兼顾硬度的观点考虑，设为230GPa以下。需要说明的是，在本发明中，平均杨氏模量通过下面叙述的实施例中记载的方法求出。为了实现本发明的平均杨氏模量，可以设为本发明的成分组成，通过将热轧时的精轧温度、卷取温度设为给定温度而使热轧板的铁素体粒径微细化，促进冷轧工序中的集合组织的良好生长，将退火温度设为给定温度，使再结晶后的以γ纤维为主的集合组织良好生长。另外，从在二次冷轧之后仍保持集合组织，且获得较高的平均杨氏模量的观点考虑，将二次冷轧的压下率设为15％以下。

接下来，对本发明的罐用钢板的制造方法的一个例子进行说明。

本发明的罐用钢板优选通过下述方法制造：将热轧时的精轧温度设为800～950℃，对具有上述成分组成的钢坯进行热轧，然后在卷取温度500～700℃下进行卷取，以85％以上的压下率进行冷轧，在退火温度680～780℃下进行退火，再以5～15％的压下率进行二次冷轧。

热轧时的精轧温度：800～950℃

热轧时的精轧温度高于950℃时，热轧板的粒径变得粗大，阻碍集合组织的良好生长。与此相随，热轧板的粒径变得粗大，因此退火板的粒径也变得粗大，硬度降低。因此，将热轧时的精轧温度设为950℃以下。另一方面，热轧时的精轧温度低于800℃时，成为Ar3相变点以下的轧制，因粗大晶粒的生成、轧制组织的残留而使集合组织变得不发达。因此，将热轧时的精轧温度设为800℃以上。热轧时的精轧温度优选为850℃以上。需要说明的是，不需要对热轧之前的钢坯加热温度进行特别限定。但是，在含有Ti的情况下，从使存在于钢坯中的粗大的TiC、TiN再熔融的观点考虑，优选将钢坯加热温度设为1100℃以上。

卷取温度：500～700℃

卷取温度超过700℃时，由于热轧板的粒径变得粗大，因此退火板的粒径变得粗大，硬度降低。而且，由于热轧板的粒径变得粗大，因此集合组织的良好生长受到阻碍，平均杨氏模量降低。因此，卷取温度设为700℃以下。卷取温度优选为650℃以下，更优为600℃以下。在卷取温度过低的情况下，C、N的析出不够充分，固溶C、N大量残留，冷轧工序和退火工序中的集合组织的良好生长受到阻碍。因此，卷取温度设为500℃以上。

优选在进行上述卷取之后且冷轧之前除去表层氧化皮。例如，可以通过酸洗或物理性除去来除去表层氧化皮。酸洗或物理性除去可以分别单独进行，也可以组合进行。酸洗条件只要能去除表层氧化皮即可，对条件没有特别限定。可以通过常用方法进行酸洗。

冷轧的压下率：85％以上

为了使集合组织良好生长所带来的平均杨氏模量提高和细粒化所带来的硬度为给定的值，将冷轧的压下率设为85％以上。压下率低于85％时，集合组织不够发达，不仅平均杨氏模量降低，而且晶粒将粗大化，无法获得给定的硬度。需要说明的是，从集合组织的良好生长的观点考虑，压下率优选为88％以上。

退火温度：680℃～780℃

从再结晶和晶粒生长所带来的集合组织良好生长的观点出发，退火温度设为680℃以上。退火温度过高时，晶粒变得粗大，而且NbC也粗大化，硬度降低。因此，退火温度设为780℃以下。优选为750℃以下。需要说明的是，从使集合组织良好生长来提高杨氏模量的观点考虑，优选以均热时间设为10秒钟以上的条件进行退火。另外，退火方法没有特别限定。但从材质均匀性的观点考虑，优选连续退火法。

二次冷轧的压下率：5～15％

在二次冷轧中进行加工硬化，由此使钢板的硬度增加。其结果是可以防止因制罐工序、搬运工序中的操作等而承受负载时的塑性变形。因此，将压下率设为5％以上。优选为超过5.0％，更优选为6.0％以上。过大的压下率的二次冷轧因明显的加工性降低、各向异性变差而导致平均杨氏模量降低。因此，压下率设为15％以下。优选压下率为12％以下。

如上所述，可以得到具有足够硬度、且罐身部对外压的压曲强度优异的罐用钢板。

实施例1

熔炼具有表1所示的钢符号A～S的成分组成的钢，得到了钢坯。将得到的钢坯按照表2所示的条件进行加热，然后进行热轧，通过酸洗除去氧化皮，然后进行冷轧，在连续退火炉中进行均热时间15秒钟的退火。接着，实施二次冷轧，得到了板厚0.220mm的钢板(钢板符号1～28)。

用以下的方法对以上得到的钢板进行了特性评价。

平均杨氏模量的评价

将相对于轧制方向为0°、45°、90°方向作为长度方向，切出10×35mm的试验片，使用横振动型的共振频率测定装置，根据美国材料与试验协会(American Society forTesting Materials)的基准(C1259)测定各方向的杨氏模量(GPa)，通过(E[L]+2E[D]+E[C])/4计算出平均杨氏模量。

硬度(HR30T)

根据JIS Z 2245的洛氏硬度试验方法测定了JIS G 3315规定的位置的洛氏表面30T硬度(HR30T)。

制罐后的罐体的压曲强度

对得到的钢板实施了镀铬(无锡)处理作为表面处理，然后制作了包覆有有机被膜的层压钢板。将该层压钢板冲裁成圆形，然后实施深冲加工、减薄拉深加工等，成型为与饮料罐所适用的二片罐相同的罐体，供于测定。测定方法如下所述。将罐体设置在加压室的内部进行加压。对于加压室内部的加压而言，经由空气导入阀以每1秒钟0.016MPa向加压室导入加压空气，在罐发生压曲的时刻停止加压。加压室内部的压力的确认经由压力表、压力检测器、将其检测信号放大的放大器、进行检测信号的显示、数据处理等的信号处理装置来进行。屈曲压力为伴随屈曲的压力变化点的压力。通常，对于加热灭菌处理所产生的压力变化，外压强度需要为超过0.15MPa。由此，将外压强度高于0.16MPa的罐评价为◎，将外压强度高于0.15MPa且为0.16MPa以下的罐评价为○，将外压强度为0.15MPa以下的罐评价为×(不合格)。

凹陷试验(Denting test)

制作与压曲强度测定相同的罐体，用以下方法测定了凹陷强度。对于罐身部中央，使顶端半径为5mm且长度为40mm的压头的长度方向与罐高方向平行，在该状态下，将压头相对于罐身部垂直地压入，测定压入量和压入负载，发生屈曲的负载，即，压入负载相对于压入量的斜率降低，读取刚刚变成恒定之前的负载，将其作为凹陷强度。凹陷强度为75N以上时，是非常良好的，因此评价为◎，70N以上且低于75N时，是良好的，因此评价为○，如果低于70N，则凹陷强度不足，因此评价为×(不合格)。

将结果示于表3。

表3

*下划线为本发明范围外

本发明例的HR30T均为56以上，且平均杨氏模量均为215GPa以上，凹陷强度为70N以上，罐体的压曲强度优异。另一方面，对于比较例而言，上述特性中的任一项以上较差。

Claims

1.一种罐用钢板，其中，作为成分组成，以质量％计含有C：0.0016％以上且0.0030％以下、Si：0.05％以下、Mn：0.50％以上且1.00％以下、P：0.030％以下、S：0.020％以下、Al：0.01％以上且0.04％以下、N：0.0010％以上且0.0050％以下、B：0.0005％以上且0.0050％以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，所述Al及B的含量比[Al]/[B]为6.0以上且25.0以下，

所述罐用钢板的硬度HR30T为56以上，且平均杨氏模量为215GPa以上。

2.如权利要求1所述的罐用钢板，其中，作为成分组成，以质量％计还含有Ti：0.005％以上且0.020％以下。

3.一种罐用钢板的制造方法，该方法包括：将热轧时的精轧温度设为800～950℃，对具有权利要求1或2所述的成分组成的钢坯进行热轧，然后以卷取温度500～700℃进行卷取，以85％以上的压下率进行冷轧，以退火温度680℃～780℃进行退火，并以5～15％的压下率进行二次冷轧。