CN107250413B - 瓶盖用钢板、瓶盖用钢板的制造方法及瓶盖 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种即使薄壁化也具有足够的强度和成型性的瓶盖用钢板、其制造方法及瓶盖。所述瓶盖用钢板具有下述成分组成：以质量％计，含有C：0.0010％以上且低于0.0050％、Si：0.10％以下、Mn：0.05％以上且低于0.50％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、Al：大于0.002％且低于0.070％、N：低于0.0040％、B：0.0005％以上且0.0020％以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，所述瓶盖用钢板的轧制方向的屈服强度为500MPa以上，平均兰克福特值(r)为1.1以上，兰克福特值的面内各向异性(Δr)为－0.3以上且0.3以下。

Description

瓶盖用钢板、瓶盖用钢板的制造方法及瓶盖
技术领域
本发明涉及用作玻璃瓶的盖的瓶盖用钢板、其制造方法及瓶盖。
背景技术
对于清凉饮料水、酒类等的饮料用容器而言，自古以来大多使用玻璃瓶，细口的玻璃瓶中广泛使用被称为瓶盖(crown cap)的金属制的盖。通常，瓶盖以薄钢板为原材料通过压制成型来制造，包括堵塞瓶口的圆盘状的部分和设于其周围的褶皱状部分，通过将褶皱状的部分压接(crimp)于瓶口而密封瓶。
使用瓶盖的瓶中大多填充有啤酒、碳酸饮料等产生内压的内容物。因此，对瓶盖要求很高的耐压强度，使其即使在内压因温度变化等而增高时瓶盖也不变形而破坏瓶的密封。另外，即使原材料的强度足够，在成型性不足的情况下，褶皱的形状也不均匀，即使压接于瓶口，也会发生无法得到足够的密封性的情况，因此也要求成型性优异。
用作瓶盖的原材料的薄钢板主要使用SR(Single Reduced)钢板。该钢板通过冷轧使钢板减薄后，实施退火，并进行调质轧制。以往的瓶盖用钢板的板厚通常为0.22mm以上，通过应用以食品、饮料的罐等所使用的软钢作为原材料的SR材料，能够确保足够的耐压强度和成型性。
近年来，与罐用钢板一样，对于瓶盖用钢板，以成本降低为目的的薄壁化的要求正在增加。在瓶盖用钢板的板厚为0.20mm以下时，利用以往的SR材料制造的瓶盖的耐压强度不足。为了确保耐压强度，可以考虑应用如下DR(Double Reduced)钢板，所述DR钢板在退火后实施二次冷轧且可利用对伴随薄壁化的强度降低进行补偿的加工硬化，但当增大二次冷轧时的压下率时，钢板变硬，因此成型性降低。在瓶盖成型中，在成型初期，中央部被一定程度地拉深，然后，外缘部被成型为褶皱形状。在成型性低的钢板的情况下，有时发生褶皱形状不均匀的形状不良。褶皱形状不均匀的瓶盖存在如下问题：即使压盖于瓶上也无法得到耐压强度，发生内容物的泄漏，不能起到作为盖的作用。另外，即使褶皱形状均匀，在钢板强度低的情况下，瓶盖也可能由于耐压强度不足而脱落。
目前为止，为了得到薄壁化时强度和成型性两者优异的钢板，提出了以下这样的技术。
专利文献1中公开了一种板厚0.4mm以下且罐强度、罐成型性优异的容器用极薄软质钢板，其特征在于，以质量％计，含有N：0.0040～0.0300％、Al：0.005～0.080％，利用JIS5号试验片进行的拉伸试验中的0.2％耐力为430MPa以下，总伸长率为15～40％，内部摩擦产生的Q-1为0.0010以上。
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％，在轧制方向截面中，以面积率计，含有0.01～1.00％的晶粒的伸长率(elongation rate)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，在将上述现有技术应用于瓶盖用钢板的薄壁化的情况下，均存在无法确保作为瓶盖的性能的问题。专利文献1所记载的钢板为软质，且含有大量N，因此，在为了得到需要的强度而增大二次冷轧压下率时，各向异性也增大，损害成型性。另外，专利文献2所记载的钢板也一样，N的含量多，因此难以兼顾瓶盖所要求的耐压强度和成型性。
本发明是鉴于上述课题而完成的，其目的在于提供一种即使薄壁化也具备足够强度和成型性的瓶盖用钢板、其制造方法及瓶盖。
用于解决课题的方案
[1]一种瓶盖用钢板，其具有下述成分组成：以质量％计，含有C：0.0010％以上且低于0.0050％、Si：0.10％以下、Mn：0.05％以上且低于0.50％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、Al：大于0.002％且低于0.070％、N：低于0.0040％、B：0.0005％以上且0.0020％以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，所述瓶盖用钢板的轧制方向的屈服强度为500MPa以上，下式(1)所示的平均兰克福特值(r)为1.1以上，下式(2)所示的兰克福特值的面内各向异性(Δr)为－0.3以上且0.3以下，
r＝101.44/(145.0×E×10-6－38.83)2－0.564···(1)
式中，
E＝(E0+2E45+E90)/4···(2)
E0、E45、E90：相对于轧制方向分别为0°、45°、90°方向的杨氏模量(MPa)，
Δr＝0.031－4.685×10-5×ΔE···(3)
式中，ΔE＝(E0－2E45+E90)/2···(4)。
[2]如上述[1]所记载的瓶盖用钢板，其板厚为0.20mm以下。
[3]一种瓶盖用钢板的制造方法，该方法包括：对具有上述[1]所述的成分组成的钢坯进行热轧，在精轧后以30～80℃/秒的冷却速度进行冷却，在570～670℃的温度下进行卷取，进行一次冷轧，在620～720℃的温度下进行退火，以大于20％且50％以下的压下率进行二次冷轧。
[4]一种瓶盖，其是对上述[1]或[2]所述的瓶盖用钢板进行成型而得到的。
发明效果
根据本发明，可以提供一种即使薄壁化也具备足够强度及成型性的瓶盖用钢板、其制造方法及瓶盖。
具体实施方式
本发明的瓶盖用钢板具有下述成分组成：以质量％计，含有C：0.0010％以上且低于0.0050％、Si：0.10％以下、Mn：0.05％以上且低于0.50％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、Al：大于0.002％且低于0.070％、N：低于0.0040％、B：0.0005％以上且0.0020％以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，所述瓶盖用钢板的轧制方向的屈服强度为500MPa以上，平均兰克福特值(r(＝101.44/(145.0×E×10-6－38.83)2－0.564))为1.1以上，兰克福特值的面内各向异性(Δr(＝0.031－4.685×10-5×ΔE))为－0.3以上且0.3以下。以下，对本发明的瓶盖用钢板进行说明。
首先，对本发明的瓶盖用钢板的成分组成进行说明。含量的单位“％”全部为“质量％”。
〔C的含量：0.0010％以上且低于0.0050％〕
即使将C(碳)的含量设为低于0.0010％，也不会得到特别的效果，反而精炼成本变得过高。另一方面，在含有大量C时，平均兰克福特值(r)降低，且如后面叙述的那样损害瓶盖的成型性。特别是在C的含量为0.0050％以上时，成型后的瓶盖的褶皱形状变得不均匀，导致形状不良。因此，C的含量设为0.0010％以上且低于0.0050％。
〔Si的含量：0.10％以下〕
在含有大量Si(硅)时，由于与C相同的原因，损害瓶盖的成型性。因此，Si的含量设为0.10％以下。另外，从提高钢板的强度的观点考虑，Si的含量优选设为0.01％以上。
〔Mn的含量：0.05％以上且低于0.50％〕
Mn(锰)的含量低于0.05％时，即使在降低S的含量的情况下，也难以避免高温脆性，在连续铸造时发生表面裂纹等的问题。因此，Mn的含量设为0.05％以上。另一方面，在含有大量Mn时，由于与C相同的原因，损害瓶盖的成型性。因此，Mn的含量设为低于0.50％。
〔P的含量：0.050％以下〕
在P(磷)的含量超过0.050％时，导致钢板的硬质化、耐腐蚀性的降低。因此，P的含量的上限值设为0.050％。另外，为了使P低于0.001％时脱P成本过高，因此P的含量优选设为0.001％以上。
〔S的含量：0.050％以下〕
S(硫)在钢板中与Mn结合而形成MnS，并大量析出，从而使钢板的热延展性降低。S的含量超过0.050％时，该影响变得明显。因此，S的含量的上限值设为0.050％。另外，为了使S低于0.005％时脱S成本过高，因此S的含量优选设为0.005％以上。
〔Al的含量：大于0.002％且低于0.070％〕
Al(铝)是作为脱氧剂而含有的元素，且与钢中的N形成AlN，使钢中的固溶N减少。在Al含量为0.002％以下时，作为脱氧剂的效果不足，导致发生凝固缺陷。另一方面，在二次冷轧的压下率高的情况下，大量的Al是成型性降低的主要原因。特别是Al含量为0.070％以上时，平均兰克福特值(r)降低，损害瓶盖的成型性。因此，Al的含量设为大于0.002％且低于0.070％。
〔N的含量：低于0.0040％〕
N(氮)的含量为0.0040％以上时，平均兰克福特值(r)降低，损害瓶盖的成型性。因此，使N的含量低于0.0040％。另外，难以使N稳定地低于0.0010％，且制造成本也过高，因此N的含量优选为0.0010％以上。
〔B的含量：0.0005％以上且0.0020％以下〕
通过含有B(硼)，可以抑制热轧后形成粗大晶粒，因此B是本发明钢板高强度化所需要的元素。在B的含量低于0.0005％时，无法充分发挥上述的效果。另一方面，即使B的含量大于0.0020％，也不能期待进一步的效果，成为导致成本增加的主要原因。因此，B的含量设为0.0005％以上且0.0020％以下，优选B的含量为0.0008％以上且0.0015％以下。
余量为Fe及不可避免的杂质。
接着，对本发明的瓶盖用钢板的机械性质进行说明。
本发明的瓶盖用钢板要求瓶盖不会因瓶的内压而脱落的耐压强度。以往使用的瓶盖用钢板的板厚为0.22mm以上，在进行使板厚为0.20mm以下的薄壁化时，需要比以往更高的强度。在钢板的轧制方向的屈服强度低于500MPa时，不能对上述那样的薄壁化的瓶盖赋予足够的耐压强度。因此，轧制方向的屈服强度设为500MPa以上。需要说明的是，屈服强度可以通过“JIS Z 2241”所示的金属材料拉伸试验方法来测定。希望的屈服强度可以通过调整成分组成、调整热轧精轧后的冷却速度、并调整二次冷轧工序中的压下率而得到，500MPa以上的屈服强度可以通过采用上述的成分组成、将热轧精轧后的冷却速度设为30℃/秒以上、并将二次冷轧工序中的压下率设为大于20％而得到。
在瓶盖用钢板被冲裁成圆形的坯料后，通过压制成型而成型为瓶盖。成型后的瓶盖形状主要以褶皱形状的均匀性来进行评价。褶皱形状不均匀时，有时会损害压盖后的密封性，从而导致瓶中内容物的泄漏。瓶盖用钢板的成型性与平均兰克福特值(r)及兰克福特值的面内各向异性(Δr)有密切的关系，当平均兰克福特值(r)低于1.1或兰克福特值的面内各向异性(Δr)低于－0.3或大于0.3时，成型后的褶皱形状变得不均匀。因此，平均兰克福特值(r)设为1.1以上，兰克福特值的面内各向异性(Δr)设为－0.3以上且0.3以下。平均兰克福特值(r)更优选为1.2以上。
需要说明的是，平均兰克福特值(r)可以通过“JIS Z 2254”的附录JA所示的方法进行评价，并以下式(1)来表示。该平均兰克福特值(r)可以通过“JIS Z 2254”的附录JA所示的方法测定各方向的杨氏模量，并根据以下式(2)表示的平均杨氏模量(E)求得。另外，兰克福特值的面内各向异性(Δr)以非专利文献1(P.R.Mould,T.E.Johnson Jr,“Rapidassessment of cold-rolled low-carbon steel sheets”,Sheet Metal Industries,Vol.50,1973,328-332页)中所示的下式(3)来表示。该兰克福特值的面内各向异性(Δr)可以通过“JIS Z 2254”的附录JA所示的方法测定各方向的杨氏模量，并根据以下式(4)表示的杨氏模量的面内各向异性(ΔE)求得。
r＝101.44/(145.0×E×10-6－38.83)2－0.564···(1)
式中，E＝(E0+2E45+E90)/4···(2)
E0、E45、E90：相对于轧制方向分别为0°、45°、90°方向的杨氏模量(MPa)。
Δr＝0.031－4.685×10-5×ΔE···(3)
式中，ΔE＝(E0－2E45+E90)/2···(4)。
希望的平均兰克福特值(r)可以通过调整成分组成、并调整热轧时的卷取温度而得到，1.1以上的平均兰克福特值(r)可以通过设为上述的成分组成、并将热轧时的卷取温度设为670℃以下而得到。
另外，希望的兰克福特值的面内各向异性(Δr)可以通过调整热轧精轧后的冷却速度、并调整退火温度及二次冷轧工序中的压下率而得到，－0.3以上且0.3以下的兰克福特值的面内各向异性(Δr)可以通过将热轧精轧后的冷却速度设为80℃/秒以下、将退火温度设为620℃以上、并将二次冷轧工序中的压下率设为50％以下而得到。
接着，对本发明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通过如下方式制造：对包含上述成分组成的钢坯进行热轧，在精轧后以冷却速度30～80℃/秒进行冷却，在570～670℃的温度下卷取，进行一次冷轧，在620～720℃的温度下进行退火，并以大于20％且50％以下的压下率进行二次冷轧。
在制造本发明的瓶盖用钢板时，通过使用转炉等的公知方法，将钢水调整为上述化学成分，例如，通过连续铸造法制成钢坯。接着，优选在加热下对坯料进行粗轧。粗轧的方法没有限定，优选坯料的加热温度为1200℃以上。
从轧制负荷的稳定性的观点考虑，热轧工序的精轧温度优选为850℃以上。另一方面，不必要地提高精轧温度有时难以进行薄钢板的制造。具体而言，精轧温度优选设为850～960℃的温度范围内。
在热轧工序的精轧后，冷却速度低于30℃/秒时，铁素体在冷却中过度生长，二次冷轧后的钢板的轧制方向的屈服强度低于500MPa，因此不优选。另一方面，当精轧后的冷却速度设为大于80℃/秒时，兰克福特值的面内各向异性(Δr)低于－0.3，各向异性过大，损害成型性。因此，热轧工序中精轧后的冷却速度优选设为30～80℃/秒，冷却速度更优选为30～55℃/秒。冷却优选在精轧后4.5秒钟以内开始，更优选在3.0秒钟以内开始。需要说明的是，精轧后的冷却速度表示从冷却开始到卷取的平均冷却速度。
当热轧工序的卷取温度设为低于570℃时，为了不损害效率地进行操作而需要降低精轧温度，因此不优选。另一方面，在卷取温度高于670℃时，卷取后析出的AlN量过多，导致退火后的细粒化，平均兰克福特值(r)降低。因此，热轧工序的卷取温度优选为570～670℃，更优选为600～650℃。接下来，根据需要进行酸洗。酸洗只要能够除去表层氧化皮即可，不需要特别限定条件。另外，也可以使用机械性除去等方法来代替酸洗。
一次冷轧工序的压下率没有特别限定，但为了使二次冷轧后的钢板的板厚为0.20mm以下，优选为85～94％。
退火(热处理)工序在620～720℃的温度下进行。当退火温度超过720℃时，在连续退火时容易发生热翘曲等板通过不良的情况，因此不优选。当退火温度低于620℃时，再结晶不完全，材质不均匀。因此，退火(热处理)工序优选在620～720℃的温度下进行，更优选在650～720℃的温度下进行。
本发明的瓶盖用钢板可以通过退火后的二次冷轧得到需要的屈服强度。二次冷轧的压下率为20％以下时，无法得到确保瓶盖耐压性的足够的屈服强度。另外，在二次冷轧的压下率大于50％时，各向异性过大，损害成型性。因此，二次冷轧的压下率优选设为大于20％且50％以下，二次冷轧的压下率更优选为大于20％且40％以下。
对于如上所述得到的冷轧钢板而言，随后根据需要，通过例如电镀对钢板表面实施镀锡、镀铬、镀镍等镀敷处理而形成镀敷层，制成瓶盖用钢板。需要说明的是，由于镀敷等表面处理的膜厚相对于板厚足够小，因此对瓶盖用钢板的机械特性的影响为可忽视的水平。
如以上的说明，本发明的瓶盖用钢板即使薄壁化也可以具有足够的强度及成型性。
另外，本发明的瓶盖是使用上述瓶盖用钢板成型的。瓶盖主要由堵塞瓶口的圆盘状的部分和设于其周围的褶皱状的部分组成。本发明的瓶盖可以在冲裁成圆形的坯料后通过压制成型而成型。本发明的瓶盖由具有足够的屈服强度且成型性优异的钢板制造，因此，即使薄壁化，作为瓶盖的耐压强度也优异，还具有减少随使用所带来的废弃物的排放量的效果。
实施例
本实施例中，首先，用转炉熔炼含有表1所示的成分组成、且余量由Fe及不可避免的杂质构成的钢，并进行连续铸造，由此得到了钢坯。对这里得到的钢坯再次加热至1250℃后，在轧制开始温度1150℃下进行热轧，并在表2所示的精轧温度、冷却速度、卷取温度下进行卷取。在热轧后实施了酸洗。接着，以表2所示的压下率进行一次冷轧，在表2所示的退火温度下进行连续退火，接着以表2所示的压下率实施二次冷轧。对得到的钢板连续地实施通常的镀Cr，得到了无锡钢板。
对以上得到的钢板进行了210℃、15分钟的相当于涂装烘烤的热处理，然后进行了拉伸试验、平均兰克福特值r的测定及兰克福特值的面内各向异性Δr的测定。拉伸试验使用JIS5号尺寸的拉伸试验片按照“JIS Z 2241”进行，测定了轧制方向的屈服强度。下式(1)所示的平均兰克福特值(r)使用“JIS Z 2254”的附录JA所记载的固有振动法测定。另外，下式(2)所示的兰克福特值的面内各向异性(Δr)使用“JIS Z 2254”的附录JA所记载的固有振动法测定各方向的杨氏模量，再通过下式(3)算出。
r＝101.44/(145.0×E×10-6－38.83)2－0.564···(1)
式中，E＝(E0+2E45+E90)/4···(2)
E0、E45、E90：相对于轧制方向分别为0°、45°、90°方向的杨氏模量(MPa)。
Δr＝0.031－4.685×10-5×ΔE···(3)
式中，ΔE＝(E0－2E45+E90)/2···(4)。
使用得到的钢板成型为瓶盖，并对瓶盖成型性进行了评价。使用直径37mm的圆形坯料，通过压制加工成型为“JIS S 9017”(废除标准)中记载的3种瓶盖的尺寸(外径32.1mm，高度6.5mm，褶皱数21)。通过肉眼观察进行评价，将褶皱大小完全一致的情况评价为○，将褶皱大小不一致的情况评价为×。
另外，使用成型的瓶盖进行了耐压试验。作为耐压试验，将氯乙烯制衬垫成型于瓶盖的内侧，压盖于市售的啤酒瓶上，使用Secure Pak公司制造的Secure Seal Tester测定了瓶盖脱落的内压。将显示出与现有的瓶盖同等以上的耐压强度的情况评价为○，将未到达现有的瓶盖的耐压强度的情况评价为×。将得到的结果示于表3。
根据表3，作为本发明例的水平1～11的钢板的轧制方向的屈服强度为500MPa，且平均兰克福特值为1.1以上，兰克福特值的面内各向异性为-0.3以上且0.3以下，瓶盖成型性及耐压强度均良好。另一方面可知，作为比较例的水平12的钢板的C含量过多，因此，平均兰克福特值低于1.1，瓶盖成型性差，耐压强度也不足。可知，水平13的钢板的Mn含量过多，因此，平均兰克福特值低于1.1，瓶盖成型性差，耐压强度也不足。可知，水平14的钢板的Al含量过多，因此，平均兰克福特值低于1.1，瓶盖成型性差，耐压强度也不足。可知，水平15的钢板的N含量过多，因此，平均兰克福特值低于1.1，瓶盖成型性差，耐压强度也不足。另外可知，水平17的钢板的热轧后的卷取温度过高，因此，平均兰克福特值低于1.1，瓶盖成型性差，耐压强度也不足。
另外可知，作为比较例的水平16的钢板的B含量过少，因此，轧制方向的屈服强度低于500MPa，耐压强度不足。可知，水平19的钢板的二次冷轧的压下率过小，因此，轧制方向的屈服强度低于500MPa，耐压强度不足。可知，水平21、22、25的钢板的热轧工序中精轧后的冷却速度过慢，因此，轧制方向的屈服强度低于500MPa，耐压强度不足。
另外可知，作为比较例的水平18的钢板的退火温度过低，因此，兰克福特值的面内各向异性为过大的负值，瓶盖成型性差，耐压强度也不足。可知，作为比较例的水平20的钢板的二次冷轧的压下率过大，因此，兰克福特值的面内各向异性为过大的负值，瓶盖成型性差，耐压强度也不足。可知，水平23、24的钢板的热轧工序的冷却速度过快，因此，兰克福特值的面内各向异性为过大的负值，瓶盖成型性差，耐压强度也不足。

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：0.0010％以上且低于0.0050％、Si：0.10％以下、Mn：0.05％以上且低于0.50％、P：0.050％以下、S：0.050％以下、Al：大于0.002％且低于0.070％、N：低于0.0040％、B：0.0005％以上且0.0020％以下，余量由Fe及不可避免的杂质构成，
所述瓶盖用钢板的轧制方向的屈服强度为500MPa以上，
下式(1)所示的平均兰克福特值(r)为1.1以上，
下式(3)所示的兰克福特值的面内各向异性(Δr)为－0.3以上且0.3以下，
r＝101.44/(145.0×E×10-6－38.83)2－0.564···(1)
式中，
E＝(E0+2E45+E90)/4···(2)
E0、E45、E90：相对于轧制方向分别为0°、45°、90°方向的杨氏模量(MPa)，
Δr＝0.031－4.685×10-5×ΔE···(3)
式中，ΔE＝(E0－2E45+E90)/2···(4)。
2.根据权利要求1所述的瓶盖用钢板，其板厚为0.20mm以下。
3.一种瓶盖用钢板的制造方法，该方法包括：对具有权利要求1所述的成分组成的钢坯进行热轧，在精轧后以30～80℃/秒的冷却速度进行冷却，在570～670℃的温度下进行卷取，进行一次冷轧，在620～720℃的温度下进行退火，以大于20％且50％以下的压下率进行二次冷轧。
4.一种瓶盖，其是对权利要求1或2所述的瓶盖用钢板进行成型而得到的。
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