CN107109559B - 瓶盖用钢板及其制造方法以及瓶盖 - Google Patents

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Abstract

提供一种即便在进行薄壁化而使用时也具有充分的强度和成型性的瓶盖用钢板及其制造方法以及瓶盖。该瓶盖用钢板具有下述成分组成，以质量％计含有C：0.010％以上0.025％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.05％以上0.50％以下、P：0.050％以下、S：0.005％以上0.050％以下、Al：0.020％以上0.070％以下、N：小于0.0040％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。关于210℃、15分钟的热处理后的屈服强度，轧制方向的屈服强度为550MPa以上，轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度为轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值以下。

Description

瓶盖用钢板及其制造方法以及瓶盖
技术领域
本发明涉及在作为玻璃瓶的瓶塞的瓶盖的材料中所用的钢板及其制造方法以及瓶盖。
背景技术
一直以来，清凉饮料、酒类等饮料用的容器多使用玻璃瓶，细口的玻璃瓶广泛使用了被称为瓶盖的金属制的瓶塞。通常，瓶盖是以薄钢板作为原材料并通过模压成型而制造的，包括堵住瓶口的圆盘状的部分、和设置于其周围的褶状的部分，通过将褶状的部分紧固于瓶口，从而将瓶密封。
对作为瓶盖原材料的薄钢板来说，所需要的特性可以举出强度和成型性。在使用瓶盖的瓶中多填充啤酒、碳酸饮料等会产生内压的内容物。需要在内压因温度变化等而升高的情况下也不发生瓶盖变形而使瓶的密封被打破的强度。另外，即使原材料的强度足够，在缺乏成型性的情况下褶的形状也会变得不均匀，有时即便紧固于瓶口也无法获得充分的密封性。
作为瓶盖原材料的薄钢板主要使用了SR(Single Reduced)钢板(一次冷轧钢板)。SR钢板通过在利用冷轧将钢板变薄后实施退火、并进行调制轧制而制造。以往，瓶盖的原材料的板厚为0.20mm以上，通过应用以食品或饮料的罐等中所用的低碳钢为原材料的SR材料，能够确保充分的强度和成型性。
但是，近年来，与罐用钢板同样地，对于瓶盖的原材料来说以降低成本为目的的薄壁化的要求也正在提高。若瓶盖的原材料的板厚小于0.20mm，则在现有的SR钢板的情况下强度不足。为了确保强度，考虑应用在退火之后实施二次冷轧的DR(Double Reduced)钢板(二次冷轧钢板)。但是，若增大二次冷轧率，则成型性降低，会发生瓶的密封不良。
基于上述情况，迄今为止提出了以下的技术以获得强度和成型性两者均优异的钢板。
在专利文献1中公开了一种罐强度、罐成型性优异的容器用极薄软质钢板，其特征在于，以重量％计含有N：0.0040～0.0300％、Al：0.005～0.080％，0.2％屈服点：430MPa以下，总伸长率：15～40％，基于内部摩擦的Q-1：0.0010以上。
在专利文献2中公开了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％，在轧制方向截面以面积率计包含0.01～1.00％的晶粒的延伸率为5.0以上的晶粒。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2001-49383号公报
专利文献2：日本特开2013-28842号公报
发明内容
发明所要解决的课题
但是，在上述现有技术中可以举出以下所示的问题。
专利文献1中记载的钢板由于软质且含有大量的N，因而为了获得所需强度需要增大二次冷轧率。若增大二次冷轧率，则各向异性也变大，加工性受损。
专利文献2中记载的钢板也与专利文献1中记载的钢板同样，由于N的含量多，因而难以兼顾对瓶盖的原材料所要求的强度和加工性。
本发明是鉴于上述情况进行的，其目的在于解决上述现有技术的问题，提供一种即便在进行薄壁化而使用时也具有充分的强度和成型性的瓶盖用钢板及其制造方法以及瓶盖。
用于解决课题的方案
本发明人为了解决上述课题进行了深入研究。结果发现，通过将钢成分、热轧条件、退火条件和二次冷轧条件(DR条件)最佳化，从而可得到具备充分的强度和成型性的瓶盖用钢板。
本发明是基于上述技术思想完成的，其要点如下。
[1]一种瓶盖用钢板，其具有下述成分组成，以质量％计含有C：0.010％以上0.025％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.05％以上0.50％以下、P：0.050％以下、S：0.005％以上0.050％以下、Al：0.020％以上0.070％以下、N：小于0.0040％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，关于210℃、15分钟的热处理后的屈服强度，轧制方向的屈服强度为550MPa以上，轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度为轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值以下。
[2]一种瓶盖用钢板的制造方法，其为上述[1]所述的瓶盖用钢板的制造方法，该制造方法包括下述工序：热轧工序，对钢坯进行热轧，以卷取温度530℃以上590℃以下进行卷取；一次冷轧工序，在上述热轧工序后进行冷轧；退火工序，在上述一次冷轧工序后，以退火温度650℃以上720℃以下进行退火；和二次冷轧工序，在上述退火工序后，以轧制率25％以上40％以下进行二次冷轧。
[3]一种瓶盖，其由上述[1]所述的瓶盖用钢板构成。
[4]一种瓶盖用钢板的制造方法，该制造方法包括下述工序：热轧工序，对钢坯进行热轧，以卷取温度530℃以上590℃以下进行卷取，该钢坯具有下述成分组成，以质量％计含有C：0.010％以上0.025％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.05％以上0.50％以下、P：0.050％以下、S：0.005％以上0.050％以下、Al：0.020％以上0.070％以下、N：小于0.0040％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；一次冷轧工序，在上述热轧工序后进行冷轧；退火工序，在上述一次冷轧工序后，以退火温度650℃以上720℃以下进行退火；和二次冷轧工序，在上述退火工序后，以轧制率25％以上40％以下进行二次冷轧，关于210℃、15分钟的热处理后的屈服强度，轧制方向的屈服强度为550MPa以上，轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度为轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值以下。
发明的效果
根据本发明，可得到即便在进行薄壁化而使用时也具有充分的强度和成型性的瓶盖用钢板。能够兼顾钢板的强度与瓶盖成型性，能够实现瓶盖的薄壁化。
具体实施方式
下面，对本发明进行详细说明。需要说明的是，只要没有特别声明，则以下的％是指质量％。
本发明的钢板具有特定的成分组成，关于210℃、15分钟的热处理后的屈服强度，轧制方向的屈服强度为550MPa以上，轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度为轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值以下。其结果，具备充分的强度和成型性，可得到能够进行薄壁化而使用的瓶盖。
成分组成
对本发明的成分组成进行说明。
C：0.010％以上0.025％以下
C是通过将含量规定在最佳范围内从而有助于兼顾强度和加工性的元素。若C含量小于0.010％，则基于固溶C的强化量小，因而强度变得不足。另一方面，若C含量超过0.025％，则所成型的瓶盖的褶的形状变得不均匀，形状变得不良。由此，C含量为0.010％以上0.025％以下。
Si：0.10％以下
若Si含量过剩，则会对成型性造成不良影响，因而不优选含有超过0.10％。由此，Si含量为0.10％以下。从提高钢板强度的方面出发，优选为0.02％以上0.10％以下。
Mn：0.05％以上0.50％以下
若Mn含量低于0.05％，即便在降低S含量的情况下也难以避免热脆性，在连续铸造时会产生表面破裂等问题。另一方面，Mn也与Si同样地，在含有超过0.50％时会对成型性造成不良影响。由此，Mn含量为0.05％以上0.50％以下。
P：0.050％以下
若P含量超过0.050％，则会引起钢的硬质化及耐蚀性的降低。由此，P含量为0.050％以下。
S：0.005％以上0.050％以下
S在钢中与Mn结合而形成MnS，通过大量析出，从而使钢的热轧性降低。若S的含量超过0.050％，则该影响变得显著。另一方面，为了使S含量小于0.005％，脱硫成本会过大。由此，S含量为0.005％以上0.050％以下。
Al：0.020％以上0.070％以下
Al是作为脱氧剂添加的元素。另外，与钢中的N形成AlN，使钢中的固溶N减少。若Al含量小于0.020％，则作为脱氧剂的效果不充分，会导致凝固缺陷的产生。另一方面，在二次冷轧大的情况下，大量的Al会成为成型性降低的主要原因。若Al含量超过0.070％，则在瓶盖成型时褶的形状变得不均匀，引起形状不良。由此，Al含量为0.020％以上0.070％以下。
N：小于0.0040％
若N的含量为0.0040％以上，则钢板硬质化，使成型性变差。由此，N的含量小于0.0040％。优选为0.0035％以下。
上述必要成分以外的剩余部分为铁和不可避免的杂质。
机械性质
接着，对本发明的瓶盖用钢板的机械性质进行说明。
对于瓶盖用钢板，要求具有瓶盖不会因瓶的内压而脱落的强度。基于该情况，以往所使用的瓶盖用钢板的板厚为0.20mm以上。但是，薄壁化的要求正在提高，在使板厚低于0.20mm的薄壁化时，需要比目前更大的强度。在钢板的轧制方向的屈服强度小于550MPa时，无法对上述薄壁化的瓶盖赋予充分的强度，耐压强度不足。因此，轧制方向的屈服强度为550MPa以上。
另外，通常对于DR钢板来说，屈服强度会因轧制面内的方向而产生差异。若与轧制方向成45°的方向的屈服强度超过轧制方向的屈服强度和与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值，则成型性降低。由此，本发明中，轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度为轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值以下。即，由轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值减去轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度之差为0MPa以上。优选为10MPa以上25MPa以下。
需要说明的是，可以利用后述的制造方法来制造如上所述的屈服强度的钢板。
另外，在成型瓶盖时，常对钢板进行烘烤涂布后再进行成型，因而需要对与涂布烘烤相当的处理后的材质进行评价。由此，本发明中，各屈服强度在与210℃、15分钟的涂布烘烤相当的热处理后进行测定，可以应用“JIS Z 2241”中所示的金属材料拉伸试验方法。
瓶盖用钢板的制造方法
下面，对本发明的瓶盖用钢板的制造方法的一例进行说明。
本发明的瓶盖用钢板的制造方法具有下述工序：热轧工序，对具有上述成分组成的钢坯进行热轧，以卷取温度530℃以上590℃以下进行卷取；一次冷轧工序，在上述热轧工序后进行冷轧；退火工序，在上述一次冷轧工序后，以退火温度650℃以上720℃以下进行退火；和二次冷轧工序，在上述退火工序后，以轧制率25％以上40％以下进行二次冷轧。下面，对各工序进行说明。
热轧工序
通过使用转炉等的公知方法，将钢液调整为上述化学成分，通过连续铸造法制成钢坯。接着，对钢坯进行粗热轧。粗轧的方法没有限定，但钢坯的加热温度优选为1200℃以上。接着，进行精轧。从轧制负荷的稳定性的方面出发，精轧温度优选为850℃以上。需要说明的是，此处的精轧温度是指进入精轧机的最终机架时的板温。另一方面，在所需之上提高精轧温度有时会使薄钢板的制造困难。即，在板厚薄的情况下，轧制中的板温降低大，因而难以在保持高板温的状态下进行精轧，变得难以控制。由此，精制温度优选为850℃以上900℃以下。
若热轧工序的卷取温度小于530℃，为了不损害效率而进行操作，需要与此相应降低精轧温度，因而不适合。另一方面，若卷取温度高于590℃，则卷取后析出的AlN量变得过大，牵涉到退火后的细粒化，成型性降低。因此，卷取温度为530℃以上590℃以下。优选为540℃以上580℃以下。
一次冷轧工序
优选在一次冷轧工序前除去表层氧化皮。对表层氧化皮的除去方法没有特别限定，可以应用酸洗或物理除去等各种常规方法，可以通过酸洗良好地除去。对酸洗时的条件也没有特别限定，只要能够通过常规方法进行酸洗即可。
为了制造极薄材料，一次冷轧的轧制率优选为85％以上。但是，若轧制率过大，则对轧制机的负荷过大，轧制本身有时也变得困难。因此，轧制率优选为94％以下。
退火工序
退火温度若超过720℃，则在连续退火中容易发生热变形(heat buckle)等通板故障，因而不优选。若退火温度小于650℃，则重结晶变得不完全，材质变得不均匀。因此，退火温度为650℃以上720℃以下。需要说明的是，对退火工序中的均热时间没有特别限定，为了可靠地得到重结晶组织，优选为10秒以上，为了防止过大的晶粒生长，优选为50秒以下。
二次冷轧(DR轧制)工序
通过二次冷轧使退火后的钢板高强度化。若二次冷轧的轧制率小于25％，则无法获得足以确保瓶盖的耐压性的强度。另外，若二次冷轧的轧制率超过40％，则轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度与轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值之差以正值变大，会损害成型性。由此，二次冷轧的轧制率为25％以上40％以下。
通过以上工序，得到本发明的高强度钢板。即使对此处得到的钢板进行镀敷或化学转化处理等表面处理，也不会失去发明的效果。
实施例
利用转炉对钢进行熔炼，并进行连续铸造，由此得到钢坯，该钢具有表1所示的成分组成，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成。将所得到的钢坯加热至1250℃后，以轧制开始温度1150℃、精轧温度860℃进行热轧，以表2所示的卷取温度进行卷取。接着，在利用酸洗除去氧化皮后，以表2所示的一次冷轧率进行一次冷轧，在连续退火炉中以表2所示的退火温度进行退火，以表2所示的二次冷轧率进行二次冷轧(DR轧制)，得到板厚0.15～0.18mm的钢板(水平1～9)。对于所得到的钢板的两个面，每个面实施100mg/m2的镀Cr，得到无锡钢板。
对于如上得到的钢板，利用以下的方法进行了特性评价。
屈服强度
在进行了与210℃、15分钟的涂布烘烤相当的热处理后，进行拉伸试验。拉伸试验使用JIS5号尺寸的拉伸试验片，根据“JIS Z 2241”进行，测定轧制方向的屈服强度、轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度、轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度。
瓶盖成型性
使用所得到的钢板而成型出瓶盖，评价瓶盖成型性。使用直径37mm的圆形坯料，通过模压加工成型为“JIS S 9017”(废除标准)中记载的3种瓶盖尺寸(外径32.1mm、高度6.5mm、褶数21)。通过目视进行评价，将褶的大小全部统一的情况评价为◎，将褶的大小基本统一的情况评价为○，将褶的大小不统一的情况评价为×。需要说明的是，上述评价中，将目视判定时褶的宽度(宽度)的最大值为最小值的1.5倍以上的情况判断为不统一。
使用所成型的瓶盖的耐压试验
利用与上述同样的方法成型出瓶盖。接着，在瓶盖的内侧成型出氯乙烯制衬垫，对市售啤酒瓶进行加盖，使用Glassline Corporation制造的安全密封测试仪(Secure SealTester)测定了瓶盖脱落的内压。
将显示出与现有的瓶盖同等或更高的耐压强度的情况评价为○，将未达到现有的瓶盖的耐压强度的情况评价为×。
将如上得到的结果示于表3。
[表1]
(质量％)
C Si Mn P S Al N
水平1 0.019 0.01 0.22 0.015 0.010 0.057 0.0034
水平2 0.025 0.01 0.30 0.019 0.013 0.035 0.0029
水平3 0.011 0.02 0.25 0.016 0.020 0.031 0.0030
水平4 0.020 0.01 0.48 0.021 0.015 0.046 0.0031
水平5 0.022 0.03 0.41 0.018 0.019 0.069 0.0027
水平6 0.019 0.01 0.28 0.020 0.020 0.061 0.0038
水平7 0.009 0.02 0.24 0.012 0.010 0.040 0.0030
水平8 0.015 0.01 0.35 0.013 0.015 0.046 0.0032
水平9 0.021 0.03 0.40 0.021 0.011 0.031 0.0033
[表2]
[表3]
由表3可知，对作为本发明例的水平1～6的钢板来说，轧制方向的屈服强度为550Mpa，且轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度为轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值以下，瓶盖成型性和耐压强度均良好。
另一方面，作为比较例的水平7的钢板由于C的含量过少，因而轧制方向的屈服强度小于550Mpa，耐压强度不足。作为比较例的水平8的钢板由于退火温度过低，因而与轧制方向成45°的方向的屈服强度超过轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值，瓶盖成型性差。由于瓶盖的形状不良，因此密封性不足，耐压强度也变小。作为比较例的水平9的钢板由于二次冷轧率过小，因而轧制方向的屈服强度小于550Mpa，瓶盖成型性差，耐压强度不足。

Claims (4)

1.一种瓶盖用钢板，其具有下述成分组成，以质量％计含有C：0.010％以上0.025％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.05％以上0.50％以下、P：0.050％以下、S：0.005％以上0.050％以下、Al：0.020％以上0.070％以下、N：小于0.0040％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，
关于210℃、15分钟的热处理后的屈服强度，
轧制方向的屈服强度为550MPa以上，
轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度为轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值以下。
2.一种瓶盖用钢板的制造方法，其为权利要求1所述的瓶盖用钢板的制造方法，
该制造方法包括下述工序：
热轧工序，对钢坯进行热轧，以卷取温度530℃以上590℃以下进行卷取；
一次冷轧工序，在所述热轧工序后进行冷轧；
退火工序，在所述一次冷轧工序后，以退火温度650℃以上720℃以下进行退火；和
二次冷轧工序，在所述退火工序后，以轧制率25％以上40％以下进行二次冷轧。
3.一种瓶盖，其由权利要求1所述的瓶盖用钢板构成。
4.一种瓶盖用钢板的制造方法，该制造方法包括下述工序：
热轧工序，在精制温度850℃以上900℃以下对钢坯进行热轧，以卷取温度530℃以上590℃以下进行卷取，该钢坯具有下述成分组成，以质量％计含有C：0.010％以上0.025％以下、Si：0.02％以上0.10％以下、Mn：0.05％以上0.50％以下、P：0.050％以下、S：0.005％以上0.050％以下、Al：0.020％以上0.070％以下、N：小于0.0040％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成；
一次冷轧工序，在所述热轧工序后以85％以上94％以下的轧制率进行冷轧；
退火工序，在所述一次冷轧工序后，以退火温度650℃以上720℃以下进行退火；和
二次冷轧工序，在所述退火工序后，以轧制率25％以上40％以下进行二次冷轧，
关于210℃、15分钟的热处理后的屈服强度，
轧制方向的屈服强度为550MPa以上，
轧制面内的与轧制方向成45°的方向的屈服强度为轧制方向的屈服强度和轧制面内的与轧制方向成90°的方向的屈服强度的平均值以下。
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