JP2009221584A - 高強度缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】C:0.03〜0.10%、Si:0.01〜0.5%、P:0.001〜0.100%、S:0.001〜0.020%、Al:0.01〜0.10%、N:0.005〜0.012%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、Mnf=Mn [質量%]−1.71×S [質量%]とした場合にMnf:0.3〜0.6である。パーライト組織を含まない組織である。好適には、S:0.001〜0.005%および/またはAl:0.01〜0.04%である。C、Nなどの固溶強化元素により固溶強化、P、Mnによる固溶強化および結晶粒微細化強化により、450〜470MPaの降伏強度を得る。また、Sおよび/またはAlの含有量を低く抑えることにより、スラブコーナー部での割れを防ぐ。
【選択図】なし
Description
ただし、単に従来の鋼板を薄肉化すると缶体強度が低下するので、これらの用途には高強度かつ薄手の缶用鋼板が望まれている。
また、CやNを多く含む鋼を溶製しスラブを作製する場合、連続鋳造工程において、スラブ横断面における長辺および短辺の角部(以降スラブコーナー部とする)に割れを生じる場合がある。垂直曲げ型や湾曲型の連続鋳造機では、スラブは高温状態で曲げ変形および曲げ戻し変形(垂直曲げ型のみ)を受ける。CやNを多く含む鋼は高温延性に乏しいので、この変形時に割れを生じるのである。スラブコーナー部に割れが生じると、表面研削等の作業が必要となるため、歩留まりの低下、コスト増のデメリットが生じる。
すなわち、固溶強化、結晶粒微細化強化の複合的な組み合わせに着目し、C、Nなどの固溶強化元素を用いる固溶強化、さらにP、Mnによる固溶強化および結晶粒微細化強化を図る。これにより、450〜470MPaの降伏強度が得られる。また、Sおよび/またはAlの含有量を低く抑えることにより、CやNを多く含むにもかかわらず連続鋳造におけるスラブコーナー部での割れを防ぐことが可能となる。
さらに、上記鋼は800℃超え〜900℃未満の領域で延性が低下するため、連続鋳造においてスラブが曲げ変形あるいは曲げ戻し変形を受ける領域(以降矯正帯とする)でのスラブコーナー温度が、この温度域に入らないように操業することにより、より確実にスラブコーナー割れを防ぐことができる。
以上のように、本発明では、上記知見に基づき成分を管理することで、高強度缶用鋼板を完成するに至った。
[1]質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.01〜0.5%、P:0.001〜0.100%、S:0.001〜0.020%、Al:0.01〜0.10%、N:0.005〜0.012%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、Mnf=Mn [質量%]−1.71×S [質量%]とした場合にMnf:0.3〜0.6であり、パーライト組織を含まない組織であることを特徴とする高強度缶用鋼板。
[2]前記[1]において、質量%で、さらに、S:0.001〜0.005%および/またはAl:0.01〜0.04%を含有することを特徴とする高強度缶用鋼板。
[3]前記[1]または[2]において、210℃、20分の塗装焼付け処理後の降伏強度が450〜470MPaであることを特徴とする高強度缶用鋼板。
[4]前記[1]〜[3]のいずれかに記載の高強度缶用鋼板を製造するにあたり、垂直曲げ型または湾曲型の連続鋳造によりスラブを作製する工程において、スラブに曲げあるいは曲げ戻し変形が加えられる領域におけるスラブコーナー部表面温度を800℃以下または900℃以上とし、冷間圧延後の焼鈍工程において、焼鈍温度をA1変態点未満とすることを特徴とする高強度缶用鋼板の製造方法。
なお、本明細書において、鋼の成分を示す%は、すべて質量%である。また、本発明において、「高強度缶用鋼板」とは、降伏強度が450MPa以上である缶用鋼板である。
詳細には、本発明は、固溶強化元素を用いて固溶強化し、さらに、P、Mnによる固溶強化および細粒化強化を行うことにより、複合強化し強度を上昇させたので、1回の冷間圧延とそれに引き続く焼鈍および調質圧延により、確実に降伏強度が450MPa以上の鋼板が製造できる。その結果、原板(鋼板)の高強度化により、溶接缶を薄肉化しても高い缶体強度を確保することが可能となる。また、連続鋳造工程におけるスラブコーナー部での割れを生じず、安定した製造が可能である。
本発明の缶用鋼板は、降伏強度450MPa以上の高強度缶用鋼板である。C、Nにより固溶強化、P、Mnにより固溶強化、微細化強化することで、従来の降伏強度420MPaの缶用鋼板を凌駕する高強度化が可能となる。
C:0.03〜0.10%
本発明の缶用鋼板においては、連続焼鈍、調質圧延、塗装焼付け後に所定以上の強度(降伏強度450MPa以上)を達成することが必須である。これらの特性を満たす鋼板を製造するに際しては、固溶強化元素としてのC添加量が重要であり、C含有量の下限は0.03%とする。一方、C添加量が0.10%を超えると、S、Al量を後述の範囲に規制してもスラブコーナー部の割れを抑えられなくなるため、上限は0.10%とする。好ましくは0.04%以上0.07%以下である。
Siは固溶強化により鋼を高強度化させる元素であるが、多量に添加すると耐食性が著しく損なわれる。そのため、0.01%以上0.5%以下とする。
Pは固溶強化能が大きい元素であるが、多量に添加すると耐食性が著しく損なわれる。よって、上限は0.100%とする。一方、Pを0.001%未満とするには脱リンコストが過大となる。よって、P量の下限は0.001%とする。
Sは高炉原料由来の不純物であるが、鋼中のMnと結合してMnSを生成する。高温において粒界にMnSが析出すると、脆化の原因となる。一方で、強度確保のためにはMn添加は必要である。なので、S量を低くしてMnS析出を抑え、スラブコーナー部での割れを防ぐ必要がある。従って、S量の上限は0.020%とする。好ましくは、0.005%以下である。また、Sを0.001%未満とするには脱硫コストが過大となる。よって、S量の下限は0.001%とする。
Alは、脱酸剤として作用し、鋼の清浄度を高くするために必要な元素である。しかし、Alは鋼中のNと結合してAlNを形成する。これはMnSと同様、粒界に偏析して高温脆性の原因となる。本発明においては、強度を確保するためにNを多く含むので、脆化を防ぐためにAlの含有量を低く抑える必要がある。よって、Al量の上限は0.10%とする。好ましくは、0.04%以下である。一方で、Al量が0.01%未満となるような鋼では、脱酸不足となる可能性がある。従って、Al量の下限は0.01%とする。
Nは固溶強化に寄与する元素である。固溶強化の効果を発揮させるためには、0.005%以上添加するのが望ましい。一方、多量に添加すると、熱間延性が劣化し、S量を上述の範囲に規制してもスラブコーナー割れが避けられなくなる。よって、N含有量の上限は0.012%とする。
Mnは固溶強化により鋼の強度を増加させ、結晶粒径も小さくする。しかし、MnはSと結合してMnSを形成するので、固溶強化に寄与するMn量は、添加Mn量からMnSを形成しうるMn量を差し引いた量と見なされる。MnとSの原子量比を考慮すると、固溶強化に寄与するMn量はMnf=Mn [質量%] −1.71× S [質量%]と表すことができる。結晶粒径を小さくする効果が顕著に生じてくるのはMnfが0.3以上であり、目標強度を確保するには少なくとも0.3のMnfが必要とされる。よって、Mnfの下限は0.3に限定する。一方、Mnfが過剰であると耐食性が劣る。よって、上限は0.6に限定する。
本発明の上記成分組成を有する鋼の高温延性を調査したところ、800℃超え〜900℃未満において延性の低下がみられた。より確実にスラブコーナー割れを防止するために、連続鋳造の操業条件を調整し、矯正帯でのスラブコーナー部表面温度が上記の温度域から外れるようにすることが望ましい。すなわち、矯正帯におけるスラブコーナー部表面温度が800℃以下または900℃以上となるように連続鋳造を行い、スラブを作製する。
焼鈍工程後は、調質圧延、めっき等を常法に従い行う。
次いで、得られた鋼スラブを1250℃の温度で再加熱した後、880℃〜900℃の仕上げ圧延温度範囲で熱間圧延し、巻取りまで20〜40℃/sの平均冷却速度で冷却し、580〜620℃の巻取り温度範囲で巻取った。次いで、酸洗後、90%以上の圧下率で冷間圧延し、厚さ0.17〜0.2mmの缶用鋼板を製造した。
得られた缶用鋼板を15℃/secで加熱し、表1に示す焼鈍温度で20秒間の連続焼鈍を行った。次いで、冷却後、3%以下の圧延率で調質圧延を施し、通常のクロムめっきを連続的に施して、ティンフリースチールを得た。
また、常温延性を評価するため、切り欠き引張試験も行った。鋼板を平行部の幅12.5mm、平行部の長さ60mm、標点距離25mmの引張り試験片に加工し、平行部中央両側に深さ2mmのVノッチを付与して引張試験に供した。破断伸び5%以上を合格:○とし、5%未満を不合格:×とした。
さらに、上記熱処理後、鋼板断面を研磨し、ナイタルで結晶粒界をエッチングした上で、光学顕微鏡により組織観察を行った。
得られた結果を条件と併せて表1に示す。
一方、比較例のNo.9、10は、それぞれMnf、Nが少ないため、強度が不足している。また、No.11、12はそれぞれS、Alの量が多いため、No.13、14はそれぞれ上部矯正帯、下部矯正帯におけるスラブコーナー部表面温度が本発明範囲外の800℃超え〜900℃未満の領域に入っているため、スラブコーナー部での割れを生じた。No.15は焼鈍温度がA1変態点以上のため、常温にてパーライトを含む組織となっており、常温延性が不足している。
Claims (4)
- 質量%で、C:0.03〜0.10%、Si:0.01〜0.5%、P:0.001〜0.100%、S:0.001〜0.020%、Al:0.01〜0.10%、N:0.005〜0.012%を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる組成を有し、Mnf=Mn [質量%]−1.71×S [質量%]とした場合にMnf:0.3〜0.6であり、パーライト組織を含まない組織であることを特徴とする高強度缶用鋼板。
- 質量%で、さらに、S:0.001〜0.005%および/またはAl:0.01〜0.04%を含有することを特徴とする請求項1に記載の高強度缶用鋼板。
- 210℃、20分の塗装焼付け処理後の降伏強度が450〜470MPaであることを特徴とする請求項1または2に記載の高強度缶用鋼板。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の高強度缶用鋼板を製造するにあたり、垂直曲げ型または湾曲型の連続鋳造によりスラブを作製する工程において、スラブに曲げあるいは曲げ戻し変形が加えられる領域におけるスラブコーナー部表面温度を800℃以下または900℃以上とし、冷間圧延後の焼鈍工程において、焼鈍温度をA1変態点未満とすることを特徴とする高強度缶用鋼板の製造方法。
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