CN113490760A - 罐用钢板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供适于食品、饮料罐中使用的罐容器材料的罐用钢板及其制造方法。本发明的罐用钢板具有如下成分组成：以质量％计含有C：0.010～0.080％、Si：0.05％以下、Mn：0.10～0.70％、P：0.03％以下、S：0.020％以下、Al：0.005～0.020％和N：0.0120～0.0180％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质，Δr为－0.3～0.3。

Description

罐用钢板及其制造方法
技术领域
本发明涉及适于食品、饮料罐中使用的罐容器材料的罐用钢板及其制造方法。本发明特别涉及适于作为DRD(深冲，Draw and Redraw)罐体、瓶盖使用的卡口盖和螺旋盖的罐用钢板及其制造方法。
背景技术
在用于饮料罐、食罐的钢板中，有时在罐盖、罐底、3片罐的主体等中使用被称为DR(二次冷轧、Double Reduced)材料的钢板。DR材料是指一次冷轧后实施退火，之后再次以一定以上的轧制率进行二次冷轧而制造的钢板。与只进行轧制率小的调质轧制的SR(一次冷轧、Single Reduced)材料相比，可以容易地在硬质化的同时减薄板厚。从近年来的降低环境负荷和减少成本的观点出发，要求减少饮料罐、食品罐中使用的钢板的使用量，对容易使钢板薄壁化的DR材料的期望越来越大。
DR材料主要通过加工固化而硬质化，因此通常拉深成型性低。因此，存在以下问题：在EOE(易开盖、Easy－Open End)的铆钉部、3片罐体部的凸缘加工等要求高拉深成型性的部位产生裂纹等不良情况。对此，提出了改善了拉深成型性的钢板。
例如，在专利文献1中公开了一种高强度容器用钢板，以质量％计含有C：0.01～0.05％、Si：0.04％以下、Mn：0.1～1.2％、S：0.10％以下、Al：0.001～0.100％、N：0.10％以下、P：0.0020～0.100％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，拉伸强度TS为500MPa以上且板宽度方向与轧制方向的耐力差为20MPa以下。
另外，例如，在专利文献2中公开了一种高强度钢板，其特征在于，具有如下成分组成，以质量％计含有C：0.010％～0.080％、Si：0.05％以下、Mn：0.10％～0.70％、P：0.03％以下、S：0.020％以下、Al：0.005％～0.070％、N：0.0120％～0.0180％，剩余部分由Fe和不可避免的杂质构成，所含有的上述N中，作为固溶N的N含量为0.0100％以上，铁素体平均粒径为7.0μm以下，自表面起板厚的1/4深度位置的位错密度为4.0×1014m-2～2.0×1015m-2，时效处理后的轧制直角方向的拉伸强度为530MPa以上，伸长率为7％以上。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2009/125876
专利文献2：WO2015/166646
发明内容
在专利文献1记载的技术中，得到了良好的凸缘加工性、颈缩加工性，但是例如在加工成DRD罐体、螺旋盖等时所要求的拉深成型性不足。例如，在将钢板拉深成型成罐体时，理想的是成型后的凸缘部的伸出(凸缘宽度)在罐体圆周方向上均等。要求提供该凸缘宽度的圆周方向变动少、拉深成型性优异的罐用钢板。另外，专利文献1记载的技术中的拉伸强度为640MPa左右，对于以薄壁的产品具有充分的耐压强度而言，钢板强度不足。
同样地，专利文献2记载的技术的拉深成型性也不足。
本发明是鉴于这样的情况而完成的，其目的在于提供拉深成型性优异的高强度的罐用钢板及其制造方法。这里，高强度是指时效处理后的轧制方向的拉伸强度为650MPa以上。
本发明人等为了解决上述问题而进行了深入研究。其结果是本发明人等新发现着眼于钢板所具有的r值的面内各向异性Δr对罐用钢板的拉深成型性带来的影响，如果钢板的Δr为－0.3～0.3，则能够得到优异的拉深成型性。另外，本发明人等发现通过使钢成分、板坯加热、热轧、卷绕、一次冷轧、退火和二次冷轧的各条件为规定的范围内，能够提供Δr为－0.3～0.3的罐用钢板。然后，基于该见解而完成了本发明。
应予说明，在本说明书中，“r值”是指表示塑性应变比的兰克福特值。另外，在本说明书中，“Δr”可以根据后述的式子来算出。
本发明是基于以上的见解而完成的，其要旨如下。
(1)一种罐用钢板，具有如下成分组成，
以质量％计含有C：0.010％～0.080％、Si：0.05％以下、Mn：0.10％～0.70％、P：0.03％以下、S：0.020％以下、Al：0.005％～0.020％和N：0.0120％～0.0180％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质；
r值的面内各向异性Δr为－0.3～0.3。
(2)根据上述(1)记载的罐用钢板，其中，除上述成分组成以外，以质量％计含有Ti：0.005～0.020％、Nb：0.005～0.020％、Mo：0.01～0.05％、Cr：0.04～0.10％、B：0.0005～0.0060％、Ca：0.0010～0.01％、Ni：0.05～0.15％和Cu：0.05～0.20％中的一种以上。
(3)一种罐用钢板的制造方法，具有如下工序：将具有上述(1)或(2)记载的成分组成的板坯加热到1180℃以上的工序；将经加热的板坯在终轧温度820℃以上进行热轧的工序；将经热轧的热轧板在超过640℃且700℃以下进行卷绕的工序；将经卷绕的热轧板以85％以上的轧制率进行一次冷轧的工序；将经一次冷轧的冷轧板在620℃～690℃进行退火的工序和将经退火的退火板以轧制率超过20％且40％以下进行二次冷轧的工序。
根据本发明，能够提供r值的面内各向异性Δr为－0.3～0.3、拉深成型性优异的高强度的罐用钢板。通过使用本发明的罐用钢板，可以以板厚薄的DR钢板进行制罐、制盖，可以实现资源节约化和低成本化，在工业上发挥显著的效果。
具体实施方式
以下，详细说明本发明。本发明的罐用钢板的特征在于，具有如下成分组成：以质量％计含有C：0.010％～0.080％、Si：0.05％以下、Mn：0.10％～0.70％、P：0.03％以下、S：0.020％以下、Al：0.005％～0.020％和N：0.0120％～0.0180％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质；
r值的面内各向异性Δr为－0.3～0.3。
而且，本发明的罐用钢板可以通过如下方式来制造：将具有上述成分组成的板坯加热到1180℃以上，在终轧温度820℃以上进行热轧后，在超过640℃且700℃以下进行卷绕，以85％以上的轧制率进行一次冷轧，在620℃～690℃进行退火，以轧制率超过20％且40％以下进行二次冷轧。
首先，对本发明的罐用钢板的成分组成进行说明。
C：0.010％～0.080％
C是提高强度的重要元素，通过设为0.010％以上，有助于高强度、具体而言使时效处理后的轧制方向的拉伸强度为650MPa以上。优选C量为0.020％以上。另一方面，如果C量超过0.080％，则r值的面内各向异性Δr低于－0.3，拉深成型性降低，因此需要将C量的上限设为0.080％以下。优选C量为0.040％以下。
Si：0.05％以下
Si如果大量添加，则由于Si的表面富集而表面处理性劣化，耐腐蚀性降低，因此需要将Si量设为0.05％以下，优选为0.03％以下。另一方面，Si有助于提高拉伸强度，所以Si的下限优选设为0.01％。
Mn：0.10％～0.70％
Mn具有通过固溶强化而提高钢板的拉伸强度的效果、通过形成MnS而防止由钢中所含的S引起的热轧性降低的效果。为了得到该效果，需要添加0.10％以上的Mn。特别是从钢板的高强度化的观点出发，优选添加0.20％以上的Mn，进一步优选为0.50％以上。另一方面，如果Mn超过0.70％，则面内各向异性劣化。因此，Mn量设为0.70％以下。优选Mn量为0.65％以下。
P：0.03％以下
P如果大量添加，则由于过度的硬质化、P向钢板中央部偏析而拉深成型性降低，另外，耐腐蚀性降低。因此P量的上限设为0.03％。优选P量为0.02％以下。应予说明，将P量减少到小于0.01％伴随冶炼成本等成本的增加。因此，从经济性的观点出发，优选将P量设为0.01％以上。
S：0.020％以下
S在钢中形成硫化物，降低热轧性，降低热轧的加工性。因此，S量的上限设为0.020％以下。优选S量为0.015％以下。应予说明，如果S量为0.008％以上，则不管罐的内容物如何，都可以防止点蚀，因此S量优选设为0.008％以上。
Al：0.005％～0.020％
Al是作为脱氧剂而添加的元素。为了得到该效果，需要添加0.005％以上的Al。在钢中过量存在Al的情况下，与N结合而形成AlN，减少钢中的固溶N，结果是钢板的拉伸强度降低。因此，Al量需要设为0.020％以下。Al量优选为0.008％～0.019％，更优选为0.011％～0.016％。Al量优选为0.008％以上，更优选为0.011％以上，优选为0.019％以下，更优选为0.016％以下。
N：0.0120％～0.0180％
N作为固溶强化元素，有助于钢板的高强度化。为了该效果，作为N量需要添加0.0120％以上。另一方面，如果大量添加N，则r值的面内各向异性Δr显著降低，拉深成型性降低，因此N量的上限设为0.0180％。优选N量为0.0135％～0.0165％。N量优选为0.0135％以上，优选为0.0165％以下。
本发明的罐用钢板将包含以上各成分且剩余部分为Fe和不可避免的杂质的成分组成作为基本成分。
根据需要，本发明的罐用钢板除上述基本成分以外，可以含有Ti：0.005％～0.020％、Nb：0.005％～0.020％、Mo：0.01％～0.05％、Cr：0.04％～0.10％、B：0.0005％～0.0060％、Ca：0.0010％～0.01％、Ni：0.05％～0.15％和Cu：0.05％～0.20％中的一种以上。
Ti：0.005％～0.020％
Ti作为析出强化元素，有助于钢板的高强度化。为了该效果，优选添加0.005％以上的Ti。另一方面，如果大量添加Ti，则钢板的各向异性过大，因此Ti量优选设为0.020％以下。
Nb：0.005％～0.020％
Nb作为析出强化元素，有助于钢板的高强度化。为了该效果，优选添加0.005％以上的Nb。另一方面，如果大量添加Nb，则钢板的各向异性过大，因此优选设为0.02％以下。
Mo：0.01％～0.05％
Mo作为析出强化元素而起作用，另外，通过将组织细粒化，有助于钢板的高强度化。为了该效果，优选添加0.01％以上的Mo。但是，即使大量添加Mo，效果也饱和，所以Mo量优选设为0.05％以下。
Cr：0.04％～0.10％
Cr作为析出强化元素，有助于钢板的高强度化。为了该效果，优选添加0.04％以上的Cr。在大量添加Cr的情况下，成为粗大的析出物而高强度化的效果饱和，因此Cr量优选设为0.10％以下。
B：0.0005％～0.0060％
B通过细粒化而有助于钢板的高强度化。为了该效果，优选添加0.0005％以上的B。即使大量添加B，不仅效果也饱和，而且钢板的r值的面内各向异性Δr的绝对值变大，因此B量优选设为0.0060％以下。
Ca：0.0010％～0.01％
Ca具有将硫化物微细化而提高热轧性的效果。另外，Ca具有以下效果：通过Ca与S结合，使生成化合物MnS的Mn的量减少且使有助于固溶强化的Mn量的比例增加，有助于钢板的高强度化。因此，优选添加0.0010％以上的Ca。即使大量添加Ca，不仅效果也饱和，有时成为粗大的夹杂物而拉深成型性劣化。因此，Ca量优选设为0.01％以下。
Ni：0.05％～0.15％
Ni通过固溶强化、细粒化而有助于钢板的高强度化。为了该效果，优选添加0.05％以上的Ni。在大量添加Ni的情况下，表面性状的劣化显著，因此Ni量优选设为0.15％以下。
Cu：0.05％～0.20％
Cu通过固溶强化、细粒化而有助于钢板的高强度化。为了该效果，优选添加0.05％以上的Cu。在大量添加的情况下，表面性状的劣化显著，因此Cu量优选设为0.20％以下，更优选设为0.15％以下。
接下来，对本发明的罐用钢板的材质特性进行说明。
r值的面内各向异性Δr：－0.3～0.3
为了在良好的拉深成型性的基础上成型出DRD罐体、瓶盖，需要r值的面内各向异性的指标即Δr为－0.3～0.3。这里，Δr由Δr＝(r0+r90－2·r45)/2的公式表示。Δr越偏离上述范围，r值的各向异性越大，在拉深成型时凸缘部的所谓“耳朵”越大，因此不能得到良好的形状。即，如果Δr偏离上述范围，则拉深成型后的凸缘部的宽度的变动变大，因此无法在罐用钢板中实现均匀的凸缘宽度的形状的健全的拉深成型。
Δr优选为－0.25～0.25。
时效处理后的轧制方向的拉伸强度：650MPa以上
为了确保DRD罐体、瓶盖的耐压强度，优选将钢板的轧制方向的拉伸强度设为650MPa以上。通过将拉伸强度设为650MPa以上，即使将钢板薄壁化也能够确保充分的耐压强度。在DR材料的情况下，通常与轧制直角方向相比，轧制方向的拉伸强度低，因此在本说明书中以轧制方向的拉伸强度进行评价。另外，罐用钢板大多是烧结涂装后使用，因此在本说明书中，以相当于烧结涂装的210℃、10分钟的时效处理后的特性进行评价。在使板厚特别薄的情况下，优选将钢板的轧制方向的拉伸强度设为680MPa以上。另一方面，在过度高强度化的情况下，成型时褶皱等成型不良的发生变得显著，因此优选将拉伸强度设为800MPa以下。
接下来，对本发明的罐用钢板的制造方法进行说明。
本发明的罐用钢板可以通过以下工序来制造：将具有上述成分组成的板坯加热到1180℃以上的工序，将经加热的板坯在终轧温度820℃以上进行热轧的工序，将经热轧的热轧板在超过640℃且700℃以下进行卷绕的工序，将经卷绕的热轧板以85％以上的轧制率进行一次冷轧的工序，将经一次冷轧的冷轧板在620℃～690℃进行退火的工序和将经退火的退火板以轧制率超过20％且40％以下进行二次冷轧的工序。
加热温度：1180℃以上
如果热轧前的板坯的加热温度过低，则AlN的一部份未熔解，固溶N量降低，拉伸强度降低。因此，在加热板坯的工序中，需要1180℃以上的加热温度。优选加热温度为1200℃以上。加热温度的上限不特别规定，但是如果为1300℃以下，则容易避免由氧化皮引起的表面缺陷，因此上限优选设为1300℃。
终轧温度：820℃以上
如果热轧工序的终轧温度小于820℃，则上述的Δr成为规定范围外的值，拉深成型性恶化。因此，终轧温度需要设为820℃以上。优选的终轧温度为860℃以上。终轧温度的上限不特别限定，但是如果为930℃以下，则能够得到更微小的粒径的钢板，因此优选。
卷绕温度：超过640℃且700℃以下
如果卷绕工序的卷绕温度为640℃以下，则钢中的渗碳体的生成不足，在固溶C过量的状态下实施下一工序的一次冷轧，因此上述Δr成为规定范围外的值，拉深成型性恶化。因此，卷绕温度需要超过640℃。优选的卷绕温度为650℃以上。另一方面，如果卷绕温度超过700℃，则热轧板的粒径变得粗大，因此最终的钢板的粒径也粗大，拉伸强度降低。因此，卷绕温度需要设为700℃以下。优选的卷绕温度为680℃以下。
这里，在冷轧之前，可以根据需要进行酸洗。应予说明，酸洗条件不特别规定，只要能够除去热轧板的表层氧化皮即可。因此，根据常规方法进行酸洗即可。
一次冷轧率：85％以上
为了使退火后的铁素体粒径微细化、提高拉伸强度，一次冷轧工序的轧制率需要设为85％以上。该轧制率优选为86％以上。另一方面，如果轧制率为91.4％以下，则容易将上述Δr控制得小，因此优选。进一步优选将一次冷轧和后述的二次冷轧的轧制率合计的总冷轧率设为90.5％以下，更优选设为90.0％以下。
退火温度：620℃～690℃
为了确保拉深成型性，需要在退火中充分再结晶。为此，在对一次冷轧工序中得到的冷轧板进行退火的工序中，退火温度需要设为620℃以上。另一方面，如果退火温度过高，则铁素体粒径粗大化，拉伸强度降低。因此，退火温度需要设为690℃以下。退火温度优选为640℃以上，优选为680℃以下，更优选为640℃～680℃。应予说明，退火时间优选设为10秒以上。另外，退火方法不限定，但是从材质的均匀性的观点出发，优选采用连续退火法。进而，退火后的冷却条件不特别限定，但是从通过固溶C的作用而高强度化的观点出发，进一步优选退火后在500℃到300℃的温度范围以50℃/秒以上的冷却速度进行冷却。
二次冷轧率：超过20％且40％以下
上述的退火后得到的退火板通过二次冷轧而被高强度化，被加工成板厚薄的钢板。为了使时效处理后的钢板的轧制方向的拉伸强度为650MPa以上，需要使二次冷轧工序的轧制率超过20％。优选的轧制率为22％以上。另一方面，如果二次冷轧率过高，则拉深成型性恶化。因此，轧制率需要设为40％以下。特别是在要求高拉深成型性的情况下，优选将轧制率设为35％以下。
通过以上，可以得到本发明的罐用钢板。即使对这里得到的钢板进行镀覆、化成处理等表面处理，也不会失去发明的效果。
实施例
将含有表1所示的钢符号A～V的成分且剩余部分由不可避免的杂质和Fe构成的钢熔炼，得到钢坯。将得到的钢坯在表2所示的条件下加热后进行热轧、卷绕，通过酸洗除去氧化皮后进行一次冷轧，在连续退火炉中在各退火温度下进行退火。对得到的退火板以各二次冷轧率进行二次冷轧，得到板厚0.12～0.22mm的钢板(钢板符号1～29)。
[表1]
表1
钢符号 C Si Mn P S Al N 其他 备注
A 0.032 0.01 0.25 0.011 0.011 0.016 0.0151 - 发明例
B 0.020 0.02 0.30 0.014 0.012 0.016 0.0139 - 发明例
C 0.039 0.01 0.14 0.009 0.013 0.010 0.0163 - 发明例
D 0.040 0.01 0.50 0.013 0.010 0.018 0.0121 - 发明例
E 0.026 0.01 0.70 0.009 0.008 0.008 0.0175 - 发明例
F 0.080 0.01 0.38 0.010 0.009 0.019 0.0136 - 发明例
G 0.012 0.01 0.23 0.013 0.010 0.014 0.0152 - 发明例
H 0.046 0.01 0.24 0.014 0.011 0.016 0.0136 - 发明例
1 0.023 0.01 0.63 0.014 0.009 0.018 0.0157 - 发明例
J 0.033 0.01 0.52 0.011 0.010 0.016 0.0158 - 发明例
K <u>0.084</u> 0.01 0.36 0.013 0.012 0.014 0.0142 - 比较例
L 0.005 0.01 0.23 0.014 0.011 0.015 0.0147 - 比较例
M 0.033 0.01 0.23 0.008 0.012 0.013 <u>0.0191</u> - 比较例
N 0.035 0.01 0.36 0.010 0.008 <u>0.080</u> <u>0.0032</u> - 比较例
O 0.032 0.01 0.23 0.012 0.011 0.018 0.0156 Ti：0.009 发明例
P 0.035 0.01 0.23 0.016 0.011 0.014 0.0150 Nb：0.014 发明例
Q 0.029 0.01 0.25 0.016 0.013 0.016 0.0147 Mo：0.03 发明例
R 0.030 0.01 0.25 0.012 0.012 0.019 0.0153 Cr：0.08 发明例
S 0.033 0.01 0.25 0.013 0.010 0.009 0.0142 B：0.0024 发明例
T 0.030 0.01 0.33 0.015 0.012 0.015 0.0161 Ca：0.0034 发明例
U 0.028 0.01 0.31 0.019 0.010 0.016 0.0155 Ni：0.09 发明例
V 0.034 0.01 0.30 0.011 0.011 0.017 0.0141 Cu：0.11 发明例
(质量％)
Figure BDA0003233270600000101
时效处理后的轧制方向的拉伸强度
在进行210℃、10分钟的相当于烧结涂装的时效处理后，以拉伸方向成为轧制方向的方式采取JIS Z 2241所规定的5号拉伸试验，根据JIS Z2241评价拉伸强度。
r值的面内各向异性Δr
通过ASTM A623M记载的固有振动法(模块r)对r值的面内各向异性Δr进行测定、评价。
拉深成型性
从得到的钢板以直径160mm冲裁坯料，通过拉深－再拉深成型制作直径82.8mm、高度45.5mm的罐体。进而在罐底实施直径70mm和40mm的条形凸起加工(深度0.5mm、曲率半径1mm)。对于得到的罐体，以15度间距其凸缘宽度进行整周测定。如果凸缘宽度的最大值与最小值之差为1.5mm以下，则作为拉深成型性良好而记为◎，如果超过1.5mm且2mm以下，则作为可以允许拉深成型性而记为○，如果超过2mm，则作为拉深成型性差而记为×。
该试验的详细条件记于以下。
润滑条件：在钢板两面涂布润滑油
第一拉深的拉深比：1.52
第二拉深的拉深比：1.26
各拉深的褶皱抑制压力：0.3MPa
第一拉深时的模头的肩半径：2.5mm
第二拉深时的模头的肩半径：2.5mm
耐压强度
对上述的罐体拧紧盖，从盖侧开孔并在密封下送入空气，测定罐底部弯曲的压力，如果为0.18MPa以上，则记为○，如果小于0.18MPa，则记为×。
将试验结果示于表3。本发明例的r值的面内各向异性Δr均为－0.3～0.3且拉深成型性和耐压强度均优异。另一方面，对于比较例，上述特性中的任意一个以上差。
[表3]
表3
Figure BDA0003233270600000121
※1拉深成型性
◎：1.5mm以下
○：超过1.5mm且2.0mm以下
×：超过2.0mm
※2耐压强度
○：0.18MPa以上
×：小于0.18MPa

Claims (3)

1.一种罐用钢板，具有如下成分组成：以质量％计含有C：0.010％～0.080％、Si：0.05％以下、Mn：0.10％～0.70％、P：0.03％以下、S：0.020％以下、Al：0.005％～0.020％和N：0.0120％～0.0180％，剩余部分为Fe和不可避免的杂质；
r值的面内各向异性Δr为－0.3～0.3。
2.根据权利要求1所述的罐用钢板，其中，除所述成分组成以外，以质量％计含有Ti：0.005～0.020％、Nb：0.005～0.020％、Mo：0.01～0.05％、Cr：0.04～0.10％、B：0.0005～0.0060％、Ca：0.0010～0.01％、Ni：0.05～0.15％和Cu：0.05～0.20％中的一种以上。
3.一种罐用钢板的制造方法，具有如下工序：
将具有权利要求1或权利要求2所述的成分组成的板坯加热到1180℃以上的工序；
将经加热的板坯在终轧温度820℃以上进行热轧的工序；
将经热轧的热轧板在超过640℃且700℃以下进行卷绕的工序；
将经卷绕的热轧板以85％以上的轧制率进行一次冷轧的工序；
将经一次冷轧的冷轧板在620℃～690℃进行退火的工序；和
将经退火的退火板以轧制率超过20％且40％以下进行二次冷轧的工序。
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