JP2009242857A - 製缶用鋼板の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】鋼成分は、質量%で、C:0.005%以下、Mn:0.05〜0.5%、Al:0.01〜0.10%、N:0.0010〜0.0070%、B:0.15×N〜0.75×N(原子比では、0.20×N〜0.97×N)を含み、さらに、Nb:4×C〜20×C(原子比では、0.52×C〜2.58×C)、Ti:2×C〜10×C(原子比では、0.50×C〜2.51×C)の1種または2種を含み、残部がFeおよび不可避的不純物元素からなる。上記鋼を、連続鋳造によりスラブとし、Ar3変態点以下の仕上温度で熱間圧延を行い、巻取り、酸洗した後、50〜96%の圧下率で冷間圧延する。
【選択図】なし
Description
2ピース缶は、錫めっき、クロームめっき、金属酸化物被覆処理、化成処理、無機皮膜被覆処理、有機樹脂皮膜被覆処理、塗油などの処理を施した表面処理鋼板に、浅い絞り加工、DWI加工、DRD加工等の加工を施して缶底と缶胴を一体成形し、これに蓋を取りつけた2部品からなる缶である。
3ピース缶は、表面処理鋼板を円筒状または角筒状に曲げて端部同士を接合して缶胴を形成したのち、これに天蓋と底蓋を取りつけた3部品からなる缶である。
また、特許文献3では極低炭素鋼に炭窒化物形成元素であるNb、Ti、Zr、V、Bを添加し、熱間圧延をAr3点以下で行い、冷間圧延した後、再結晶温度以下の温度で焼鈍を行う技術が開示されている。
[1]鋼成分が、質量%で、C:0.005%以下、Mn:0.05〜0.5%、Al:0.01〜0.12%、N:0.0010〜0.0070%、B:0.15×N〜0.75×N(原子比では、0.20×N〜0.97×N)を含み、さらに、Nb:4×C〜20×C(原子比では、0.52×C〜2.58×C)、Ti:2×C〜10×C(原子比では、0.50×C〜2.51×C)の1種または2種を含み、残部がFeおよび不可避的不純物元素からなる鋼を、連続鋳造によりスラブとし、Ar3変態点以下の仕上温度で熱間圧延を行い、巻取り、酸洗した後、50〜96%の圧下率で冷間圧延することを特徴とする製缶用鋼板の製造方法。
[2]前記[1]において、前記巻取りを640〜750 ℃の温度で行うことを特徴とする製缶用鋼板の製造方法。
[3]前記[1]または[2]において、前記冷間圧延後、150〜400 ℃の温度で熱処理を行うことを特徴とする製缶用鋼板の製造方法。
以上のように、鋼板コイルの長手方向での板厚変動を抑制した鋼板が再結晶焼鈍を省略して得られることにより、従来よりも低コストの鋼板製造が可能となり、缶体そのもののコスト低減にも寄与することができる。
本発明者らは、炭窒化物形成元素を添加した極低炭素鋼をAr3点以下の温度で熱間圧延しさらに冷間圧延した際の鋼板コイル長手方向での板厚変動について検討を行うことで、本発明を完成するに至った。以下に本発明を詳細に説明する。
C:0.005%以下
本発明は再結晶焼鈍工程を省略することでコスト低減を図る製缶用鋼板の製造方法である。ただし、冷間圧延後に再結晶させない鋼板は加工硬化によって強度が過剰に高い状態にあり、かつ、延性にも劣るために製缶加工に適さない。そこで、鋼自体に予め強度の低い鋼を用いる必要がある。そのために、鋼成分として固溶強化能が高い炭素を低減した極低炭素鋼を用いる必要がある。Cが0.005%超えであると、冷間圧延後において強度が過剰に高く延性にも劣る状態となり、製缶加工に適さない。よって、Cの含有量は0.005%以下とする。好ましくは、0.003%以下である。尚、鋼自体に予め強度の低い鋼を用いることからすればCの含有量は低いほど望ましいが、Cの含有量を低減するためには脱炭操作に時間を要して製造コストの上昇をまねく。よって、C含有量の下限は0.0005%以上が好ましく、より好ましくは0.0015%以上である。
Mn:0.05〜0.5%
Mn含有量が0.05%未満では、S含有量を低下させたとしてもいわゆる熱間脆性を回避することが困難で、表面割れ等の問題を生ずることがある。一方、0.50%を超えると、変態点が低下しすぎて、変態点以下の圧延を行った場合に望ましい組織を得ることが困難となる。従って、Mn含有量は0.05%以上0.50%以下とする。なお、加工性を特に重要視する場合は0.20%以下とするのが好ましい。
S:0.008%以下(好適条件)
Sは特に本発明の鋼板特性に影響を及ぼすことはない。しかし、S量が0.008%超えになると、N量が0.0044%を超えて添加される場合、多量に発生したMnSを析出核にして窒化物および炭窒化物であるBN,Nb(C,N),AlNが析出し熱間延性を低下させる。したがって、S量は0.008%以下とすることが望ましい。
Al:0.01〜0.12%
Al量が0.01%未満では脱酸効果が十分に得られない。また、NとAlNを形成することにより鋼中の固溶Nを減少させる効果も十分に得られなくなる。一方、0.12%を超えるとこれらの効果が飽和するのに加え、アルミナ等の介在物を生じやすくなる。よって、Al量は0.01%以上0.12%以下とする。
N:0.0010〜0.0070%
Nを0.0010%未満にすると、鋼板の製造コストが上昇し、安定的な製造も困難になる。また、本発明では、後述のようにBとNの比が重要であるが、N量が少ないと、BとNの比を一定範囲に保つためのB量の制御が困難になる。一方、Nが0.0070%超えでは、鋼の熱間延性が劣化する。これは、N量が0.0070%より大きくなると、BN,Nb(N,C),AlNなどの窒化物および炭窒化物が析出することで脆化が起るためで、特に連続鋳造時にスラブ割れが発生する危険性が増す。スラブ割れが発生すると、スラブ割れの部分についてコーナー部の切断やグラインダーでの研削作業の工程が必要となり、多くの労力とコストがかかるために生産性を大きく阻害する。よって、N量は0.0010%以上0.0070%以下とする。好ましくは、0.0044%以下である。
B:0.15×N〜0.75×N
Bは、本発明において鋼板の特性に対して大きな影響力をもつ重要な元素である。
本発明は再結晶焼鈍工程を省略することでコスト低減を図る製缶用鋼板の製造方法であるため、(1)鋼に極低炭素鋼を用い、(2)炭窒化物形成元素を添加し、(3)熱間圧延をAr3点以下の温度で行う。しかし、こうした条件で製造した鋼板では、鋼板コイル長手方向での板厚均一性が劣るという問題があった。そこで、本発明では、この現象に関して詳細に検討した結果、鋼にBを適量添加することで、鋼板コイル長手方向での板厚均一性を良好に保てるとの知見に至った。これは、以下の機構に基づくものであると考えられる。まず、鋼板コイル長手方向での板厚の不均一性は、熱間圧延鋼板の段階で発生していた。これは、炭窒化物形成元素を添加した極低炭素鋼は、Ar3点においてオーステナイトからフェライトに変態する際に変形抵抗が不連続に変化するため、熱間圧延スタンド間で変態が生じると、スタンド間張力、圧延荷重の変動が生じ、結果、板厚の変動をもたらすと考えられる。Bを添加することでこのような変形抵抗の不連続な変化が抑制され、板厚均一性が改善すると考えられる。つまり、本発明で重要な点は、Bの添加量を適切に規定し変形抵抗の不連続な変化が抑制することにある。検討の結果、Bの添加量はBNを形成するNの添加量と適切な関係で添加することが必要で、こうした効果を得るためには質量比で0.15×N以上のBの添加が必要であることがわかった。一方、質量%で0.75×N以上のBを添加すると上記の効果が飽和することに加え、コストの上昇を招く。よって、Bの添加量は0.15×N〜0.75×N(原子比では、0.20×N〜0.97×N)とする。
Nb:4×C〜20×C(原子比では、0.52×C〜2.58×C)、Ti:2×C〜10×C(原子比では、0.50×C〜2.51×C)の1種または2種
Nbは炭窒化物形成元素であり、鋼中のC、Nを析出物として固定することで鋼の強度を低下させる効果がある。その効果を十分に発揮させるために、質量比で4×C以上の添加量が必要である。一方、Nb添加量が多すぎると、固溶Cを減少させる働きが飽和することに加え、Nbは高価であることから生産コストも上昇する。そのため、Nb量を20×C以下に抑える必要がある。よって、Nb量は質量比で4×C〜20×C(原子比では0.52×C〜2.58×C)の範囲とする。
Tiは炭窒化物形成元素であり、鋼中のC、Nを析出物として固定することで鋼の強度を低下させる効果がある。その効果を十分に発揮させるために、質量比で2×C以上の添加量が必要である。一方、Ti添加量が多すぎると、固溶Cを減少させる働きが飽和することに加え、Tiは高価であることから生産コストも上昇する。そのため、Ti量を10×C以下に抑える必要がある。よって、Ti量は質量比で2×C〜10×C(原子比では0.50×C〜2.51×C)の範囲とする。
Si:0.020 %以下
Si含有量が0.020 %を超えると、鋼板の表面性状が劣化し、表面処理鋼板として望ましくないばかりでなく、鋼が硬化して熱間圧延工程が困難化する。従って、Si含有量は0.020 %以下が好ましい。
P:0.020 %以下
P含有量の低減により、加工性の改善と耐食性の改善効果が得られるが、過度の低減は、製造コストの増加につながるため、これらの兼ね合いから、P含有量は0.020 %以下が好ましい。
上記成分の他に、Cr、Cu等の不可避的不純物が含まれるが、これらの成分は特に本発明の鋼板特性に影響を及ぼすことがないため、その他の特性に影響がない範囲で適宜含むことができる。また、鋼板の特性に悪影響を及ぼさない範囲で、上記以外の元素の添加を行なうこともできる。
本発明の製缶用鋼板は、上記化学成分範囲に調整された鋼を、連続鋳造によりスラブとし、Ar3 変態点以下の仕上温度で熱間圧延を行い、巻取り、酸洗した後、50〜96%の圧下率で冷間圧延ことにより得られる。好ましくは、前記巻取りを640〜750 ℃の巻き取り温度で行う。さらに好ましくは、前記冷間圧延後、150〜400 ℃の温度で熱処理を行う。これらについて以下に詳細に説明する。
熱間圧延条件
熱間圧の仕上温度:Ar3変態点以下
熱間圧延の仕上温度は本発明において重要な要件である。本発明で規定した成分の鋼をAr3 変態点以下の仕上温度で熱間圧延を行うことにより、製缶加工に耐える鋼板材質を得ることができる。これは、Ar3変態点以下の熱間圧延を行うことで、熱延鋼板の粒径が十分に粗大となり、冷間圧延での加工硬化が抑制されて冷間圧延後の強度が過剰とならないためであると考えられる。
なお、Ar3 変態点は、熱間圧延時の加工および熱履歴を再現した加工熱処理試験を実施した際の、Ar3変態に伴う体積変化が生じる温度として求めることができる。本発明で規定した鋼成分のAr3変態点は概ね900℃付近であり、仕上温度はこれより低い温度であればよいが、確実にこれを達成するには860℃以下とすることが望ましい。
尚、仕上圧延機入側温度は950 ℃以下とすることにより、熱間圧延を確実にAr3 変態点以下とすることができる上、組織の均一化を図ることができるため、本発明においてはより好ましい。詳細な機構については十分に解明できていないが、仕上げ圧延開始直前のオーステナイト粒径が関係しているものと推定される。スケール疵発生防止の観点から、920 ℃以下にすることがさらに望ましい。
巻取温度:640 〜 750℃(好適条件)
巻取温度は、次工程である酸洗・冷間圧延に支障をきたさないように設定することが必要である。即ち、750 ℃を超える温度で巻き取った場合は、鋼板のスケール厚みが顕著に増大し、酸洗時の脱スケール性が悪化することに加え、鋼板自身の高温強度の低下に伴い、コイルの変形などの問題が生ずる場合がある。一方、640 ℃未満だと、巻取り後の保熱効果が充分でなく、熱延鋼板の粒径が十分に粗大化し難くなる。
酸洗
巻取後の熱延鋼板は、冷間圧延を行う前にスケール除去のため、酸洗を施す。酸洗は常法にしたがって行えばよい。
酸洗後の冷間圧延条件:圧下率50〜96%
酸洗後の冷間圧延は、圧下率を50〜96%とする。圧下率が50%未満だと、結晶組織の不均一となることから、製缶加工を行った際に変形が不均一となり、製品の表面に肌荒れが生じる。また、この冷間圧延は、鋼板の形状・粗度の調整という作用も果たすため、概ね50%以上の圧下を行うことがこれらの点においても必須な条件となる。また、上限は、必要とされる製品の強度と厚み、熱間圧延・冷間圧延の設備能力に依存するものであるが、96%を超えて圧延することは局部延性の劣化も回避することは困難となるので、極めて特殊な用途以外には適用できない。
冷間圧延後の熱処理温度:150〜400 ℃(好適条件)
冷間圧延後に熱処理を行う場合、熱処理の温度は150 〜400 ℃とする。本発明の成分では再結晶温度は概ね730℃以上であるため、150〜400℃では再結晶は起きないが、本発明で規定したC、Nb、N、Bの量的な関係により、上記温度範囲で熱処理を行うことで強度の低下と延性の改善を図ることができる。この現象は、比較的低い温度で軟化が生じることから、こうした温度で拡散が進行しやすいC、Nなどの固溶元素と冷間圧延で導入された転位の相互作用に起因する現象であると考えられる。つまり、本発明で規定したC、Nb、Ti、N、Bの量的な関係によりフェライト相での固溶C、Nが理想的な状態となっていることで、比較的低温で強度の低下と延性の改善が得られるものと考える。特に本発明で規定したBの添加条件による影響が大きく、BとNがBNを形成して固溶Nが低下すること、固溶Bが粒界に偏析することにより粒界へのC、Nの偏析を妨げること、マトリクス中で冷間圧延によって導入された転位をC、Nが固着していた状態から熱処理により固着が開放されること、これらにより強度の低下と延性の改善が得られたものと考えられる。このような改善効果が期待できる下限の温度は150 ℃である。一方、温度が400℃以上となると、冷間圧延での歪エネルギー蓄積の大きな一部の結晶粒で優先的に回復が進行しはじめ、製缶加工を行った際に変形が不均一となり、製品の表面に肌荒れが生じる。これより、冷間圧延後の熱処理温度を150〜400℃とする。なお、強度、延性を安定して得るためには200 〜350 ℃の範囲が好ましい。尚、熱処理時間については、本発明で推定される元素から固溶元素が転位を離脱するのに十分は時間であればよく、特に限定しないが、概ね10〜90sの範囲にすることが好ましい。
表1に示す種々の鋼を溶製してスラブとし、加熱温度1100〜1250℃で加熱した後、表1に示す仕上げ温度で熱間圧延し、巻取り温度680℃で巻き取った。次いで、酸洗した後、圧延率90%で冷間圧延した。
以上により得られた鋼板に対して、板厚変動を評価した。板厚変動は、冷間圧延後の板厚を冷間圧延設備に設置したX線板厚計により鋼板コイル長手の全長について測定し、平均板厚に対する変動率で評価し、変動率は製品として許容できる±3%以下のものを合格として○で示し、±3%超えのものを不合格として×で示した。
また、表1において、熱間圧延の仕上げ温度は本発明で規定したAr3変態点以下であるものを○、本発明で除外したAr3変態点超えであるものを×とした。
以上により得られた結果を条件と併せて表1に示す。
以上により得られた鋼板に対して、板厚変動を評価した。板厚変動は、冷間圧延後の板厚を冷間圧延設備に設置したX線板厚計により鋼板コイル長手の全長について測定し、平均板厚に対する変動率で評価した。評価結果を表2に示す。変動率は製品として許容できる±3%以下のものを合格として○で示し、±3%超えのものを不合格として×で示した。
次いで、上記鋼板に対して、表2に示す熱処理温度で30sの熱処理を行った。その後、2種の表面処理を行った。一方は表面にCrめっきを行ったティンフリースチール(以下、TFSと称す)としさらにPET樹脂フィルムをラミネートした。もう一方は、表面にSnめっきを行ったぶりきとした。
TFSにPET樹脂フィルムをラミネートしたものは、絞り比2.2のDRD缶に加工し、缶胴部および缶底部で肌荒れを目視判定で評価した。評価は、優、良、不可の限度見本との比較で行った。ここで、優は肌荒れが生じないもの、良は肌荒れが若干生じるが実用上の許容範囲であるもの、不可は肌荒れが実用上許容できないレベルで生じたものである。評価結果は優を○、良を△、不可を×とした。得られた結果を表2に示す。
また、ぶりきとしたものは直径52mmの溶接缶とし、拡張率6%および8%のフランジ加工を行い、フランジ割れの発生を評価した。評価結果は、6%および8%のフランジ加工で割れが生じないものを○、8%のフランジ加工で割れが生じても、6%では割れが乗じないものを△、6%および8%のいずれでもフランジ加工で割れが生じたものを×とした。得られた結果を表2に示す。
そして、さらに、請求項2および請求項3に規定した条件を満足することにより、実缶成型においての肌荒れ、フランジ割れの抑制はより一層良好となっているのがわかる。
Claims (3)
- 鋼成分が、質量%で、C:0.005%以下、Mn:0.05〜0.5%、Al:0.01〜0.12%、N:0.0010〜0.0070%、B:0.15×N〜0.75×N(原子比では、0.20×N〜0.97×N)を含み、さらに、Nb:4×C〜20×C(原子比では、0.52×C〜2.58×C)、Ti:2×C〜10×C(原子比では、0.50×C〜2.51×C)の1種または2種を含み、残部がFeおよび不可避的不純物元素からなる鋼を、連続鋳造によりスラブとし、Ar3変態点以下の仕上温度で熱間圧延を行い、巻取り、酸洗した後、50〜96%の圧下率で冷間圧延することを特徴とする製缶用鋼板の製造方法。
- 前記巻取りを640〜750 ℃の温度で行うことを特徴とする請求項1に記載の製缶用鋼板の製造方法。
- 前記冷間圧延後、150〜400 ℃の温度で熱処理を行うことを特徴とする請求項1または2に記載の製缶用鋼板の製造方法。
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