CN113166835A - 罐用钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供具有高强度和优良的加工性的罐用钢板及其制造方法。一种罐用钢板，其具有以质量％计含有C：0.085％以上且0.130％以下、Si：0.04％以下、Mn：0.10％以上且0.60％以下、P：0.02％以下、S：大于0.010％且0.020％以下、Al：0.02％以上且0.10％以下、N：0.0005％以上且0.0040％以下、Nb：0.007％以上且0.030％以下、B：0.0010％以上且0.0050％以下、B的含量(质量％)相对于N的含量(质量％)的比B/N为0.80以上、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成以及含有以面积百分率计为1.0％以上的珠光体的铁素体组织，该罐用钢板的屈服应力为500MPa以上、拉伸强度为550MPa以上、均匀伸长率为10％以上、屈服伸长率为5.0％以下。

Description

罐用钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及罐用钢板及其制造方法。本发明特别涉及适合用于食品罐、饮料罐等中使用的罐容器用材料的罐用钢板及其制造方法，尤其涉及强度和加工性优良的罐用钢板及其制造方法。
背景技术
从近年来降低环境负荷和削减成本的观点出发，要求削减食品罐、饮料罐中使用的钢板的使用量，无论是两片罐还是三片罐，钢板的薄壁化都在进行。另外，不仅是罐身部，而且易开盖这样的罐盖部、罐底部的薄壁化的要求也在增强。
将钢板薄壁化时，罐体强度降低，因此需要使用高强度的钢板。作为高强度的罐用钢板，以往有时使用被称为DR(Double Reduced，二次冷轧)材的钢板。DR材是指在退火后再次进行冷轧(二次轧制)而制造的钢板。DR材虽然强度高，但伸长率低、加工性差，因此，未必能够应用于要求高加工性的罐身加工罐、需要铆接加工的易开盖。
为了应对这样的课题，对于在退火后仅进行平整轧制的SR(Single Reduced，一次冷轧)材而言，需要高强度且加工性优良的罐用钢板。例如，在专利文献1、2中提出了具备加工性的高强度的SR材。
在专利文献1中提出了一种罐用钢板，其特征在于，具有以质量％计为C：0.03～0.13％、Si：0.03％以下、Mn：0.3～0.6％、P：0.02％以下、Al：0.1％以下、N：0.012％以下、并且含有Nb：0.005～0.05％、Ti：0.005～0.05％、B：0.0005～0.005％中的一种以上、余量由铁和不可避免的杂质构成的组成、以及渗碳体率为0.5％以上的铁素体组织，铁素体平均结晶粒径为7μm以下，烤漆处理后的拉伸强度为450～550MPa，总伸长率为20％以上，屈服伸长率为5％以下。
在专利文献2中提出了一种制罐时的深拉性和凸缘加工性以及制罐后的表面性状优良、具有充分的罐强度的制罐用钢板，其特征在于，以重量比含有C：0.020～0.150％、Si：0.05％以下、Mn：1.00％以下、P：0.050％以下、S：0.010％以下、N：0.0100％以下、Al：0.100％以下、Nb：0.005～0.025％，余量由不可避免的杂质和铁构成，实质上为铁素体单相组织，屈服强度为40kgf/mm2以上，平均结晶粒径为10μm以下，板厚为0.300mm以下。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008-274332号公报
专利文献2：日本特开平8-325670号公报
发明内容
发明所要解决的问题
但是，上述现有技术中可以列举下述所示的问题。
专利文献1中记载的技术仅能应用于拉伸强度至550MPa为止的钢板，无法应对进一步的薄壁化。另外，作为铆接加工性所要求的均匀伸长率不充分。此外，对于专利文献2所记载的技术而言，存在无法兼顾拉伸强度550MPa以上的高强度化和充分的伸长率这样的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供具有高强度和优良的加工性的罐用钢板及其制造方法。
用于解决问题的方法
为了实现上述的目的，本发明的主旨如下所述。
(1)一种罐用钢板，
其具有：以质量％计含有C：0.085％以上且0.130％以下、Si：0.04％以下、Mn：0.10％以上且0.60％以下、P：0.02％以下、S：大于0.010％且0.020％以下、Al：0.02％以上且0.10％以下、N：0.0005％以上且0.0040％以下、Nb：0.007％以上且0.030％以下、B：0.0010％以上且0.0050％以下、B的含量(质量％)相对于N的含量(质量％)的比B/N为0.80以上、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成；以及
含有以面积百分率计为1.0％以上的珠光体的铁素体组织，
所述罐用钢板的屈服应力为500MPa以上、拉伸强度为550MPa以上、均匀伸长率为10％以上、屈服伸长率为5.0％以下。
(2)如(1)所述的罐用钢板，其中，B的含量以质量％计大于0.0020％且为0.0050％以下。
(3)如(1)或(2)所述的罐用钢板，其中，在上述成分组成的基础上，以质量％计还含有选自Ti：0.005％以上且0.030％以下、Mo：0.01％以上且0.05％以下中的一种以上。
(4)一种罐用钢板的制造方法，其是上述(1)～(3)中任一项所述的罐用钢板的制造方法，其包括：
将具有上述成分组成的钢坯在1100℃以上的加热温度下进行加热的加热工序；
将上述加热工序后的钢坯在热终轧温度为830℃以上且940℃以下的条件下进行热轧的热轧工序；
将通过上述热轧工序得到的热轧板在400℃以上且低于550℃的卷取温度下卷取的卷取工序；
对上述卷取工序后的热轧板进行酸洗的酸洗工序；
将上述酸洗工序后的热轧板在轧制率为85％以上的条件下进行冷轧的冷轧工序；
将通过上述冷轧工序得到的冷轧板在退火温度为720℃以上且780℃以下的条件下进行退火的退火工序；和
将通过上述退火工序得到的退火板在延伸率为0.5％以上且5.0％以下的条件下进行轧制的平整轧制工序。
发明效果
本发明的罐用钢板具有高强度和优良的加工性。根据本发明，食品罐、饮料罐等中使用的钢板的进一步薄壁化成为可能，能够实现节约资源化和低成本化。
具体实施方式
以下，对本发明的罐用钢板的成分组成、钢板组织、钢板特性、制造方法依次进行说明。需要说明的是，本发明不限定于以下的实施方式。
首先，对本发明的罐用钢板的成分组成进行说明。成分组成的说明中，表示各成分的含量的％是指质量％。需要说明的是，将本发明的罐用钢板也简称为钢板。
C：0.085％以上且0.130％以下
C是除了有助于屈服应力和拉伸强度的提高以外、还通过珠光体的形成而有助于屈服伸长率的降低和均匀伸长率的提高的重要元素。通过将C含量设定为0.085％以上，能够使钢板组织中的珠光体的面积百分率为1.0％以上、使钢板的屈服应力为500MPa以上、使拉伸强度为550MPa以上。C含量优选为0.100％以上。另一方面，C含量超过0.130％时，固溶C增加，由此屈服伸长率增大，均匀伸长率也降低。因此，C含量需要设定为0.130％以下。C含量优选为0.125％以下。
Si：0.04％以下
大量添加Si时，由于表面富集而使表面处理性劣化，耐腐蚀性降低，因此需要将含量设定为0.04％以下。Si含量优选为0.03％以下。另一方面，Si有助于屈服应力、拉伸强度的提高，因此，优选添加0.01％以上。
Mn：0.10％以上且0.60％以下
Mn通过固溶强化而有助于屈服应力、拉伸强度的提高，不仅如此，还促进珠光体的生成。由此，加工硬化得到促进，能够得到550MPa以上的拉伸强度，而且能够得到5.0％以下的屈服伸长率和10％以上的均匀伸长率。为了得到这样的效果，需要将Mn含量设定为0.10％以上。Mn含量优选为0.30％以上。另一方面，Mn的含量超过0.60％时，不仅对珠光体生成的贡献饱和，而且由于过度的固溶强化而使均匀伸长率降低。因此，Mn含量的上限需要设定为0.60％。Mn含量优选为0.55％以下。
P：0.02％以下
大量含有P时，由于过度的硬质化、中央偏析而使加工性降低，而且，耐腐蚀性降低。因此，P含量的上限设定为0.02％。另一方面，P有助于屈服应力、拉伸强度的提高，因此，P含量优选设定为0.005％以上。P含量更优选为0.010％以上。
S：大于0.010％且0.020％以下
S在钢中形成硫化物而使热轧性降低。因此，S含量设定为0.020％以下。S含量为0.010％以下时，根据罐的内容物而存在点蚀的可能性，因此，S含量需要设定为大于0.010％。
Al：0.02％以上且0.10％以下
Al作为脱氧元素有用，通过形成氮化物而有助于屈服伸长率的降低。因此，Al需要含有0.02％以上。Al含量优选为0.03％以上。另一方面，过量含有Al时，氧化铝大量产生并残留在钢板内，从而使加工性降低，因此，Al含量需要设定为0.10％以下。Al含量优选为0.08％以下。
N：0.0005％以上且0.0040％以下
N以固溶N的形式存在时，屈服伸长率增加、加工性降低，因此，N含量需要设定为0.0040％以下。N含量优选为0.0035％以下。另一方面，难以稳定地使N的含量小于0.0005％，制造成本也增高，因此，N含量的下限设定为0.0005％。
Nb：0.007％以上且0.030％以下
Nb是通过铁素体晶粒的微细化、碳化物的形成而使屈服应力和拉伸强度提高的重要元素，为了得到这样的效果，Nb含量需要设定为0.007％以上。Nb含量优选为0.010％以上。另一方面，含有超过0.030％的Nb时，再结晶温度变得过高，难以兼顾拉伸强度和均匀伸长率。因此，Nb含量的上限需要设定为0.030％。Nb含量优选为0.026％以下。
B：0.0010％以上且0.0050％以下、B/N：0.80以上
B与N形成BN而使固溶N减少，具有使屈服伸长率降低的效果。除此以外，通过以固溶B的形式存在而使铁素体晶粒微细化，有助于屈服应力的提高，因此，B含量需要设定为0.0010％以上。B含量优选大于0.0020％。此外，若B没有相对于N含有一定以上，则得不到这样的效果，因此，B与N的含量的比[B的含量(质量％)相对于N的含量(质量％)的比]B/N需要设定为0.80以上。B/N优选为1.00以上，更优选为1.20以上。B/N的上限没有特别规定，从容易发挥更良好的拉伸特性的观点出发，B/N优选设定为5.00以下，更优选设定为3.00以下。另外，即使过量含有B，不仅上述的效果饱和，而且均匀伸长率降低，除此以外，各向异性劣化而加工性降低，因此，B含量的上限需要设定为0.0050％。B含量优选为0.0040％以下。
本发明的罐用钢板可以设定为含有上述成分、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成。
另外，本发明的罐用钢板优选在上述成分组成的基础上还含有选自Ti：0.005％以上且0.030％以下、Mo：0.01％以上且0.05％以下中的一种以上。
Ti：0.005％以上且0.030％以下
Ti具有将N以TiN的形式固定、使屈服伸长率降低的效果。另外，通过优先地生成TiN而抑制BN的生成，确保固溶B，由此使铁素体晶粒微细化，有助于屈服应力、拉伸强度的提高。此外，通过形成微细的碳化物，也有助于屈服应力和拉伸强度的提高。因此，在含有Ti的情况下，优选含有0.005％以上的Ti。Ti含量进一步优选为0.010％以上。另一方面，含有超过0.030％的Ti时，再结晶温度变得过高，难以兼顾拉伸强度和均匀伸长率。因此，在含有Ti的情况下，Ti含量优选设定为0.030％以下。Ti含量更优选为0.020％以下。
Mo：0.01％以上且0.05％以下
Mo通过铁素体晶粒的微细化、碳化物的形成而有助于屈服应力和拉伸强度的提高。因此，在含有Mo的情况下，优选含有0.01％以上的Mo。Mo含量更优选为0.02％以上。另一方面，含有超过0.05％的Mo时，这样的效果饱和，而且晶界偏析变得过量，均匀伸长率降低。因此，在含有Mo的情况下，Mo含量的上限优选设定为0.05％。
接着，对本发明的罐用钢板的钢板组织进行说明。
珠光体的面积百分率：1.0％以上
通过使珠光体在钢板组织内分散地含有，加工硬化得到促进，由此，可以得到550MPa以上的拉伸强度，而且可以得到5.0％以下的屈服伸长率和10％以上的均匀伸长率，可以得到良好的加工性。为了得到这样的效果，需要将钢板组织中的珠光体的面积百分率设定为1.0％以上。珠光体的面积百分率优选为1.5％以上、更优选为2.0％以上。另外，珠光体的面积百分率优选为10％以下、更优选为5.0％以下。本发明的罐用钢板的组织以铁素体组织作为主相，上述珠光体以外的余量为铁素体组织(铁素体相)。铁素体组织中可以含有粒状的渗碳体。
关于钢板组织的观察中使用的样品，以能够对与钢板的轧制方向平行的垂直断面进行观察的方式从钢板切出，并埋入到树脂中。对样品的观察面进行研磨后，用硝酸乙醇溶液腐蚀而使组织显现，然后，利用扫描电子显微镜对板厚的1/2位置处的钢板组织进行拍摄，通过图像处理测定珠光体的面积百分率。更详细而言，利用扫描电子显微镜以倍率3000倍在随机选择的3个视野中拍摄钢板组织，通过图像处理由各SEM图像测定珠光体的面积百分率，求出其平均值。
接着，对本发明的罐用钢板的钢板特性进行说明。
屈服应力：500MPa以上、拉伸强度：550MPa以上、屈服伸长率：5.0％以下、均匀伸长率：10％以上
为了在薄壁化后的罐体确保充分的罐体强度，需要将钢板的屈服应力设定为500MPa以上、拉伸强度设定为550MPa以上。屈服应力优选为510MPa以上。拉伸强度优选为570MPa以上。屈服应力的上限没有特别限定，从盖的卷曲加工性的观点出发，屈服应力优选为590MPa以下。拉伸强度的上限没有特别限定，从易开盖的开罐性的观点出发，拉伸强度优选为650MPa以下。
为了防止制罐时或制盖时的拉伸变形，需要将屈服伸长率设定为5.0％以下。屈服伸长率优选为4.0％以下。
为了确保罐身的缩颈加工性和凸缘加工性、易开盖的铆接加工性，需要将均匀伸长率设定为10％以上。均匀伸长率优选为12％以上。
此外，优选将断裂伸长率(EL)设定为15％以上。断裂伸长率更优选设定为18％以上。
在本发明中，关于屈服应力、拉伸强度、均匀伸长率、屈服伸长率和断裂伸长率，从轧制方向裁取JIS5号拉伸试验片，施加210℃下20分钟的时效热处理后，依据JIS Z 2241进行评价。关于屈服应力，在具有上屈服点的情况下利用上屈服应力进行评价，在不具有上屈服点的情况下利用0.2％耐力进行评价。均匀伸长率利用JIS Z 2241中的最大试验时总伸长率进行评价。
本发明的罐用钢板的板厚没有特别限定，优选为0.40mm以下。本发明的罐用钢板能够实现极薄的减薄，因此，从节约资源化和低成本化的观点出发，更优选将板厚设定为0.25mm以下。另外，板厚优选为0.10mm以上。
接着，对本发明的罐用钢板的制造方法进行说明。可以利用以下记载的条件制造罐用钢板。需要说明的是，对于通过以下的制造方法制造的罐用钢板，可以适当进行实施镀Sn、镀Ni、镀Cr等的镀覆工序、化学转化处理工序、层压等树脂膜被覆工序等工序。
加热温度：1100℃以上
将具有上述成分组成的钢坯在1100℃以上的加热温度下进行加热(加热工序)。热轧前的钢坯加热温度过低时，生成粗大的氮化物，加工性有可能降低，因此将钢坯的加热温度设定为1100℃以上。钢坯的加热温度优选为1150℃以上。在含有Ti的情况下，钢坯的加热温度进一步优选为1200℃以上。另外，从得到更良好的表面状态的观点出发，钢坯的加热温度优选为1280℃以下。
终轧温度：830℃以上且940℃以下
对于上述加热工序后的钢坯，在热终轧温度为830℃以上且940℃以下的条件下实施热轧(热轧工序)。热轧的终轧温度(热终轧温度)高于940℃时，热轧板中的铁素体晶粒粗大化，冷轧、退火、平整轧制后的铁素体晶粒粗大化，屈服应力和拉伸强度降低。此外，氧化皮的生成被促进，表面性状有可能变差。因此，将热终轧温度的上限设定为940℃。热终轧温度的上限优选为920℃。另一方面，热轧的终轧温度低于830℃时，在热轧中形成粗大的Nb碳化物，屈服应力、拉伸强度降低。因此，将热终轧温度的下限设定为830℃。热终轧温度的优选下限为850℃。
卷取温度：400℃以上且低于550℃
将通过上述热轧工序得到的热轧板在400℃以上且低于550℃的卷取温度下卷取(卷取工序)。卷取温度为550℃以上时，热轧板中的渗碳体粗大化而变得稳定，在退火时以未溶解的形式残留，珠光体百分率降低。另外，Nb碳化物等合金碳化物粗大化，屈服应力和拉伸强度降低。因此，卷取温度需要设定为低于550℃。卷取温度优选为530℃以下。另一方面，卷取温度低于400℃时，Nb等的合金碳化物的析出被抑制，屈服应力和拉伸强度降低，因此，将卷取温度的下限设定为400℃。卷取温度优选为470℃以上。然后，对卷取工序后的热轧板进行酸洗(酸洗工序)。酸洗条件没有特别限定。
轧制率：85％以上
在轧制率为85％以上的条件下对上述酸洗工序后的热轧板实施冷轧(冷轧工序)。通过冷轧，退火后的铁素体晶粒微细化，屈服应力和拉伸强度提高。为了得到该效果，将冷轧的轧制率设定为85％以上。上述轧制率优选为87％以上。冷轧的轧制率的上限没有特别限定，从得到更良好的加工性的观点出发，冷轧的轧制率优选设定为93％以下。
退火温度：720℃以上且780℃以下
在退火温度为720℃以上且780℃以下的条件下对通过上述冷轧工序得到的冷轧板实施退火(退火工序)。为了得到高的拉伸强度、大的均匀伸长率和小的屈服伸长率，在退火过程中生成珠光体是重要的。因此，需要将退火温度设定为720℃以上。退火温度优选为730℃以上。另一方面，退火温度超过780℃时，Nb碳化物等合金碳化物粗大化，而且铁素体晶粒也粗大化，屈服应力和拉伸强度降低。因此，需要将退火温度的上限设定为780℃。退火温度优选为760℃以下。从材质的均匀性的观点出发，退火方法优选为连续退火。退火时间没有特别限定，优选设定为15s以上。从铁素体晶粒的细粒化的观点出发，退火时间优选为60s以下。
平整轧制的延伸率：0.5％以上且5.0％以下
在延伸率为0.5％以上且5.0％以下的条件下对通过上述退火工序得到的退火板实施轧制(平整轧制工序)。通过退火后的平整轧制，进行表面粗糙度的调整、板形状的矫正，并且向钢板导入应变，由此使屈服应力提高，使屈服伸长率降低。为了得到这样的效果，将平整轧制的轧制率(延伸率)的下限设定为0.5％。延伸率优选为1.2％以上。另一方面，延伸率大于5.0％时，应变被过量导入，均匀伸长率降低，因此，将延伸率的上限设定为5.0％。延伸率优选为3.0％以下。
实施例1
以下，对本发明的实施例进行说明。本发明的技术范围不限定于以下的实施例。
对具有表1所示的钢No1～41的成分、余量由Fe和不可避免的杂质构成的钢进行熔炼，得到钢坯。将所得到的钢坯在表2所示的条件下进行加热后，进行热轧、卷取，利用酸洗除去氧化皮，然后进行冷轧，在连续退火炉中进行退火，进行平整轧制，得到罐用钢板(钢板No1～49)。
(屈服应力、拉伸强度、均匀伸长率、屈服伸长率、断裂伸长率的评价)
从上述罐用钢板沿轧制方向裁取JIS5号拉伸试验片，在210℃下20分钟的时效热处理后，依据JIS Z 2241，对屈服应力、拉伸强度、均匀伸长率、屈服伸长率、断裂伸长率进行评价。评价结果记载于表3中。
(珠光体的面积百分率的测定)
关于钢板组织的观察中使用的样品，以能够对与钢板的轧制方向平行的垂直断面进行观察的方式从上述罐用钢板切出，并埋入到树脂中，对样品的观察面进行研磨后，用硝酸乙醇溶液腐蚀而使组织显现。利用扫描电子显微镜以倍率3000倍在板厚的1/2位置处在随机选择的3个视野中拍摄钢板组织，通过图像处理由各SEM图像测定珠光体的面积百分率，求出其平均值。测定结果记载于表3中。
[表1]
Figure BDA0003075936290000131
下划线表示在本发明的范围外。
[表2]
Figure BDA0003075936290000141
下划线表示在本发明的范围外。
[表3]
Figure BDA0003075936290000151
(*).珠光体以外的组织为铁素体。
发明例中，屈服应力均为500MPa以上、拉伸强度均为550MPa以上、均匀伸长率均为10％以上、屈服伸长率均为5.0％以下。因此是均匀伸长率高、屈服伸长率低的高强度的罐用钢板。
另一方面，比较例中，屈服应力、拉伸强度、均匀伸长率、屈服伸长率中的某一项以上较差。

Claims (4)

1.一种罐用钢板，其具有：
以质量％计含有C：0.085％以上且0.130％以下、Si：0.04％以下、Mn：0.10％以上且0.60％以下、P：0.02％以下、S：大于0.010％且0.020％以下、Al：0.02％以上且0.10％以下、N：0.0005％以上且0.0040％以下、Nb：0.007％以上且0.030％以下、B：0.0010％以上且0.0050％以下、B的含量(质量％)相对于N的含量(质量％)的比B/N为0.80以上、余量由Fe和不可避免的杂质构成的成分组成；以及
含有以面积百分率计为1.0％以上的珠光体的铁素体组织，
所述罐用钢板的屈服应力为500MPa以上、拉伸强度为550MPa以上、均匀伸长率为10％以上、屈服伸长率为5.0％以下。
2.如权利要求1所述的罐用钢板，其中，B的含量以质量％计大于0.0020％且为0.0050％以下。
3.如权利要求1或2所述的罐用钢板，其中，在所述成分组成的基础上，以质量％计还含有选自Ti：0.005％以上且0.030％以下、Mo：0.01％以上且0.05％以下中的一种以上。
4.一种罐用钢板的制造方法，其是权利要求1～3中任一项所述的罐用钢板的制造方法，其包括：
将具有所述成分组成的钢坯在1100℃以上的加热温度下进行加热的加热工序；
将所述加热工序后的钢坯在热终轧温度为830℃以上且940℃以下的条件下进行热轧的热轧工序；
将通过所述热轧工序得到的热轧板在400℃以上且低于550℃的卷取温度下卷取的卷取工序；
对所述卷取工序后的热轧板进行酸洗的酸洗工序；
将所述酸洗工序后的热轧板在轧制率为85％以上的条件下进行冷轧的冷轧工序；
将通过所述冷轧工序得到的冷轧板在退火温度为720℃以上且780℃以下的条件下进行退火的退火工序；和
将通过所述退火工序得到的退火板在延伸率为0.5％以上且5.0％以下的条件下进行轧制的平整轧制工序。
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