JP3108615B2 - フランジ加工性およびネック成形性に優れる溶接缶用鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主としてぶりき
（電気錫めっき）やティンフリースチールなどの表面処
理を施して使用される溶接缶用鋼板の製造方法に係り、
とくに0.13〜0.20ｍｍの極薄板厚に適用して好適な溶接
缶用鋼板の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】飲料缶、18リットル缶、ペール缶などは
その製造工程から２ピース缶と３ピース缶に大別でき
る。このうち、３ピース缶は、２ピース缶とくにＤＩ
（Ｄｒａｗｉｎｇ ａｎｄ Ｉｒｏｎｉｎｇ）缶のよう
に強加工を行わないために、缶胴への美術的印刷が可能
であり、意匠性の点で優れている。この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、端部を接合し
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。３ピース缶の接合方法として
は、従来から、はんだ付け、樹脂接着、溶接などが採用
されてきたが、最近では、接合代を少なくでき、鋼板歩
留りを向上させることが可能な、溶接による接合が主流
になってきている。そして、この接合法を適用した溶接
缶の代表的な製造工程は、切り板（シート）−塗装、印
刷、焼付け−製胴（円筒成形）−溶接−ネック加工−フ
ランジ加工−ふたの巻き締めからなり、このうちネック
成形は、ふた材のコストを下げるために、小径化を図っ
て胴頂部に対し口絞り加工を行う工程であり、またフラ
ンジ加工は、溶接した缶胴に蓋をつけるために、缶胴の
両端部に直径方向外側に向かって延出するフランジ部を
形成する工程である。

【０００３】この溶接接合３ピース缶（以下、単に「溶
接缶」と略記する。）の製造面における最近の動向とし
て、製造コストの低減の観点からの素材板厚の薄肉化
と、製缶の生産性向上の観点からの素材の板取り方法の
変更が挙げられる。まず、素材板厚の薄肉化とは、板厚
0.13〜0.20ｍｍ程度までの極薄化のことをいう。このた
め、板厚減少に伴う溶接缶の胴部の耐圧強度（パネリン
グ強度）を確保するために、素材に求められる強度は高
くなる。具体的には、缶サイズによっても変動するが、
缶胴の軸に垂直方向の降伏強度ＹＳが概ね62kg/mm²以上
が必要であるされ、この値を下回る場合には、特にコ−
ヒ−缶のような陰圧缶では、缶の内圧と外圧の差により
缶胴部が内側に座屈したり、外からの応力により変形し
やすくなるため、不良缶となる危険性が高くなる。ま
た、素材の板取り方法の変更とは、鋼板の圧延方向が缶
の円周方向と平行になるような従来の板取り方法（従来
板取り法）から、鋼板の圧延方向が缶胴の軸方向に平行
となるような板取り方法（新板取り法）への変更のこと
をいう。この板取り方法を採用すれば、缶サイズ（高
さ）に対する自由度が高まり、印刷作業の効率化も可能
となるなど、生産性を向上に大きな効果が期待される。

【０００４】ところで、このような、製缶業界の動向に
対応すべく、製缶素材となる鋼板についても多くの研究
が行われてきた。特に上述した板厚の薄肉化に対する技
術は、例えば、特開昭51-131413 号公報に開示されてい
る。この方法は、焼鈍後の２次冷間圧延、いわゆるダブ
ルレデユ−ス（以下、単に「ＤＲ」と略記する。）を適
用して鋼板の硬さを確保することによって板厚の減少を
はかるものであり、鋼板がＤＲ後に過度に硬くならない
ように熱間圧延後の巻取温度を制御し、鋼中の固溶Ｎを
AlＮとして固定化することで対処している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭51-131413 号公報記載の鋼板を溶接缶用の素材に用
いた場合には、Ｃ含有量が0.052 wt％以上もあるので、
鋼板の接合時に溶接部が焼き入れ硬化により母材よりも
著しく硬くなり、同時に延性も劣化する。そのため、溶
接後のフランジ加工時に、相対的に軟質な溶接熱影響部
（ＨＡＺ）に歪みが集中して、フランジ割れと呼ばれる
欠陥が生じ破断する危険があった。この傾向は、鋼板の
厚み減少指向のもとでは、一層不利になっていた。その
上、上記特開昭51-131413 号公報に記載の技術のような
過度のＤＲ処理を行った鋼板では、材質特性の異方性が
大きく、特に圧延直角方向の延性に乏しく、このため
に、圧延直角方向に引張応力がかかる新しい板取り法を
採用した場合に、溶接部の硬化と相まって、フランジ割
れが一層危惧されていた。そのうえ、ＤＲ処理により材
料が過剰に加工硬化して、ネック成形時に、”ネックし
わ”とよばれるしわが発生し、製缶時に外観不良として
処理されてしまうという問題もあった。

【０００６】そこで、本発明の目的は、上記した従来の
技術が抱えていた問題を解決した溶接缶用鋼板の製造技
術を提案することにあり、缶体の薄肉化に耐える強度を
有し、かつ鋼板の圧延方向が缶胴の軸方向に平行となる
ような板取り方法も可能な、異方性が少なく（圧延直角
方向の伸びが大きく）、しかもフランジ加工、ネック成
形などの缶成形で欠陥が発生しない溶接缶用鋼板の製造
技術を提案することにある。本発明の他の目的は、降伏
強度ＹＳが62kg/mm²以上、圧延方向と直角方向との伸び
の差が３％以下、溶接による溶接部と母材軟化部との硬
さの差がＨｖで１５以下の特性を有する溶接缶用鋼板の
製造技術を提案することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記の問題
を解決すべく鋭意研究した結果、十分な強度と小さな異
方性（大きな圧延直角方向伸び）を確保し、かつ溶接部
の硬さ上昇を抑制するためには、Ｃ量を低減し、Ｎを添
加することが極めて有効なことを見出した。すなわち、
Ｎ添加により、鋼板は強化されるにもかかわらず、溶接
部は硬質化せず、溶接部の成形性は損なわれないことを
見出した。また、前記成分系の素材を用い、焼鈍後のＤ
Ｒ圧下率を強度確保に必要な最小限に抑えることによ
り、溶接熱影響部における顕著な軟化（溶接部と母材軟
化部との硬さの差の増大）が抑制されるとともに圧延直
角方向の延性が劣化しないことを見出した。本発明はこ
のような知見に基づいて構成されたものであり、その要
旨とするところは次のとおりである。

【０００８】(1) Ｃ：0.010 wt％以下、 Si：0.04wt％以下、 Mn：0.1 〜1.2 wt％、 Ｐ：0.02wt％以下、 Ｓ：0.01wt％以下、 Al：0.005 〜0.020 wt％、 Ｎ：0.01〜0.03 wt％ を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼片
を、1050〜1300℃に加熱後、圧延終了温度（Ａr_３変態
点−３０℃）以上で熱間圧延し、700 〜450 ℃の温度範
囲で巻き取り、その後、酸洗を経て、圧下率８０％以上
で冷間圧延し、800℃以下の再結晶温度範囲で連続焼鈍
し、次いで、１５〜３０％の圧下率で２次冷間圧延する
ことにより、降伏強度ＹＳが62kg/mm ^２ 以上、圧延方向
と直角方向との伸びの差が３％以下となる鋼板を製造す
る、ことを特徴とするフランジ加工性およびネック成形
性に優れる溶接缶用鋼板の製造方法。

【０００９】

【発明の実施の形態】次に、本発明における上記要旨構
成についてその限定理由を含めて説明する。まず、成分
組成について説明する。 Ｃ：0.010 wt％以下 Ｃは、ＤＲ後の鋼板を硬質化させ、製缶性やネック加工
性を劣化させ、また溶接部の顕著な硬質化によりフラン
ジ加工時にＨＡＺ割れを生じさせる有害な元素である。
Ｃ含有量が0.010 wt％を超えると、その悪影響が顕著に
なるので0.010wt％以下とする。なお、Ｃ量が極端に低
くくなると、缶強度を確保するために高圧下率のＤＲを
施すことになり、圧延直角方向の延性が劣化して、新し
い板取り法ではフランジ割れが多発するようになるの
で、Ｃ量は0.0010wt％以上含有していることが望まし
い。また、加工性の改善という観点では0.0030wt％以下
が望ましい。

【００１０】Si：0.04wt％以下 Siは、多量に添加すると表面処理性の劣化、耐蝕性の劣
化等を生じさせる元素であるので、その上限を0.04wt％
とする。なお、特に優れた耐蝕性が要求される場合には
0.02wt％以下の含有量が好適である。

【００１１】Mn：0.1 〜1.2wt ％ Mnは、Ｓによる熱間割れを防止するのに有効な元素であ
り、Ｓ量に応じて添加することにより効果が発揮され
る。またMnは、結晶粒を微細化する作用も有する。これ
らの効果を発揮するためには少なくとも0.1 wt％以上の
添加が必要であるが、多量に添加すると、耐蝕性が劣化
する傾向を示すとともに、鋼板を硬質化させフランジ加
工性、ネック加工性を劣化させるためにその上限を1.2
wt％とした。なお、より良好な成形性が要求される用途
では0.80wt％以下とすることが望ましい。

【００１２】Ｐ：0.02wt％以下 Ｐは、鋼を硬質化させ、フランジ加工性やネック加工性
を劣化させると同時に、耐蝕性をも劣化させる元素であ
る。その影響は0.02wt％を超えると顕著になるので、0.
02wt％以下、好ましくは0.01wt％以下とする。

【００１３】Ｓ：0.01wt％以下 Ｓは、鋼中で介在物として存在し、鋼板の延性を減少さ
せ、さらに耐蝕性を劣化させる元素であるので、0.01wt
％以下、好ましくは0.005wt ％以下とする。

【００１４】Al：0.005 〜0.020 wt％ Alは、鋼の脱酸に必要な元素である。その量が、0.005
wt％未満では脱酸が不十分となり、介在物によるフラン
ジ加工性の劣化およびネック加工性の劣化を招くので、
0.005 wt％以上の添加が必要である。しかし、過多に添
加すると、AlＮの析出量が増えて固溶Ｎによる固溶強化
効果が減少し、それに伴い缶体強度を確保するのに必要
なＤＲ圧下率が過大となり、その結果、延性の劣化、圧
延方向異方性の増大および溶接部の極端な軟質化などに
よるフランジ割れの発生を招くので、その上限を0.020
wt％とする。なお、材質の安定性からは、0.008 〜0.01
5wt％の範囲とするのが望ましい。

【００１５】Ｎ：0.01〜0.03wt％ Ｎは、溶接部の硬さ上昇を招くことなく強度を高めるの
に有用な元素であり、本発明において重要な元素であ
る。Ｎ含有量が0.01wt％未満では、十分な固溶強化効果
が得られず、必要な缶体強度を確保するためにＤＲ圧下
率を高くすると、前述した理由によりフランジ加工性が
劣化する。したがって、その下限を0.01wt％とする。一
方、Ｎ含有量が多過ぎると鋼板が著しく硬質化し、スラ
ブ内部の健全性も低下して、かえってフランジ加工性や
ネック加工性を劣化させるため、その上限を0.03wt％と
する。なお、製造工程を考慮した材質の安定性という観
点から、0.012 〜0.025wt ％の範囲が好適である。

【００１６】次に製造条件の限定理由について説明す
る。 スラブ加熱温度：1050〜1300℃ スラブ（一般には連続鋳造スラブ）の加熱温度が1050℃
未満では、次工程の熱延において、十分に高い熱延終了
温度を確保することが困難となる。一方、加熱温度が13
00℃を超えると最終的に鋼板の表面性状が劣化するた
め、その上限を1300℃とする。なお、固溶状態のＮを安
定して確保し、強度を安定させるためには1200〜1280℃
の温度範囲とするのが好適である。

【００１７】熱間圧延終了温度：（Ａr₃変態点−３０
℃）以上 熱間圧延終了温度は、後続工程における冷間圧延性のほ
か、製品特性を良好にするために、（Ａr₃変態点−３０
℃）以上とすることが必要である。すなわち、圧延終了
温度が（Ａr₃変態点−３０℃）未満では、最終的な製品
の金属組織が粗粒化して、製缶時に肌荒れが生じやすく
なる。また、圧延終了温度が低温になるとリジング現象
が発生し、成形加工後の外観不良が生じやすくなる。従
って、熱間圧延終了温度は（Ａr₃変態点−３０℃）以上
とする。なお、熱間圧延終了温度の上限は特に定めない
が、熱延ワ−クロ−ルの寿命等を考慮して、1050℃未満
とするのが望ましい。

【００１８】巻き取り温度：450 〜700 ℃ 巻き取り温度が低過ぎると熱延板の形状が劣化し、次工
程の酸洗、冷間圧延の操業にに支障をきたすため、その
下限を450 ℃とする。一方、高くなり過ぎると熱延母板
の段階で窒化アルミが析出し、強化に十分な固溶Ｎを確
保することができなくなる。また、熱延母板中にカ−バ
イドが凝集した組織が形成され、これが鋼板の耐蝕性に
悪影響を与える。さらに、鋼板表面に生じるスケ−ル厚
の増大に伴い酸洗性が劣化する。これらの不具合を回避
するためにはその上限を700 ℃とする必要がある。な
お、好ましくは５００〜６５０℃の温度範囲がよい。

【００１９】冷間圧下率：８０％以上 冷間圧下率が８０％未満では焼鈍後に組織の充分な細粒
化が得られないため下限を８０％とする。なお、本発明
のように極低炭素鋼を素材とした鋼板で、組織の充分な
微細化を達成するためには、冷延圧下率は８５％以上に
するのが望ましい。また、圧下率の上限については特に
定める必要はなく、熱間圧延、冷間圧延の設備列の能力
で規制される。

【００２０】焼鈍温度：800 ℃以下の再結晶温度 鋼板中に未再結晶組織が残存すると、製缶時の成形性不
良、外観不良等を招くので焼鈍により再結晶処理を施す
必要がある。しかし、焼鈍温度を過度に高めると連続焼
鈍時にヒートバックルや板破断等の欠陥を生じる危険性
が増すのみでなく、異常な結晶粒成長により、外観特性
の劣化を招く危険性が高くなるので、焼鈍温度は800 ℃
以下の再結晶温度域で行う必要がある

【００２１】２次冷延の圧下率：１５〜３０％ 焼鈍後の２次冷間圧延は、溶接缶の耐圧強度いいかえれ
ば鋼板の降伏強度を確保するために必要であり、とくに
従来材と比べて比較的軟質な極低炭素鋼を素材に用いる
本発明の場合には、２次冷延の圧下率は少なくとも１５
％は必要である。一方、この圧下率が３０％を超える
と、材質特性の異方性が大きくなり、新板取り法（鋼板
の圧延方向が缶胴の軸方向に平行となるような板取り
法）におけるフランジ加工性やネック加工性を顕著に劣
化させる。また、２次冷間圧延による圧下率が大き過ぎ
ると、製缶時の溶接によって、歪みの開放量が大きくな
り、溶接熱影響部における軟化が著しくなるために、フ
ランジ割れが発生し易くなる。従って、その上限を３０
％とした。なお、２次冷間圧延圧下率は２５％以下に抑
えることが望ましい。

【００２２】

【実施例】次に本発明を実施例により説明する。表１に
示す成分組成を含み、残部が実質的にFeからなる鋼を転
炉で溶製し、この鋼スラブを表１に示す条件で熱間圧
延、冷間圧延、連続焼鈍および２次冷間圧延を行い、最
終仕上げ板厚を0.17mmとした。その後、ハロゲンタイプ
の電気錫めっきラインにて25番相当（2.8 ｇ／ｍ² ）の
錫めっきを連続的に施してぶりきに仕上げた。このよう
にして得られた錫めっき鋼板を供試材として、硬さＨＲ
30Ｔ、圧延方向（Ｌ方向）とそれに直角な方向（Ｃ方
向）の引張強度と伸びを測定した。また、製缶後の評価
として溶接影響部の硬度Ｈv と母板硬度Ｈv との差、ネ
ックしわ発生率、フランジ割れ発生率の調査を行った。
ここに、ネックしわ発生率の調査は、製缶機により従来
板取り法及び新板取り法により市販190 ｇ缶と同径の缶
胴部（内径５４ｍｍ）を成形した後に、実験室のネッカ
−（口絞り加工機）により１段ネックを行った際のネッ
クしわ発生を目視検査により評価した。また、フランジ
割れ発生率の調査は、開口端部をトリム後、円錐台状の
パンチを開口端に挿入しながら、実缶のフランジ加工と
同程度の加工率に至るまで開口端の径を広げる試験を行
い、割れの発生の有無を調査した。なお、上記ネックし
わ、フランジ割れそれぞれの発生率は、 発生率＝（ネックしわ又はフランジ割れ発生缶数）／
（試験ｎ数＝１０００）×１００（％） により求めた。その結果を表２に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】

【表２】

【００２５】表２から判るように、本発明法に従えば、
硬さＨＲ30Ｔが68以上で、Ｌ方向、Ｃ方向の降伏強度が
いずれも６２Kg/mm²以上を満たすので、板厚0.17ｍｍま
で薄肉化しても十分な缶体強度を確保できる。また、本
発明法に従って製造した鋼板は、固溶Ｎを利用して強度
を向上させ、ＤＲ圧下率を低減できるので、溶接部と母
材の硬度差ΔＨｖが従来法によるものよりも著しく小さ
くすることが可能となり、従来板取り法、新板取り法の
いずれの板取り法であってもフランジ割れは全く発生せ
ず、また、ネックしわも全く発生しなかった。これに対
し、従来例13では固溶Ｃ量が多く鋼板自体が硬質である
ためにネックしわが発生したり、溶接後の焼き付け硬化
により溶接部で著しく硬質化が起こってしまうために、
フランジ割れが発生した。従来例14、15ではＤＲ圧下率
が高すぎるために、ネックしわ発生率、フランジ割れ発
生率ともに高くなった。さらに、従来例16は、ネックし
わ発生率、フランジ割れ発生率共に比較的良好である
が、ＤＲ圧下率が低いために、十分な缶体強度が得られ
なかった。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明法によれ
ば、降伏強度ＹＳが62kg/mm²以上、圧延方向と直角方向
との伸びの差が３％以下という良好な面内異方性を有
し、しかも、溶接による溶接部と母材軟化部との硬さの
差がＨｖ１５以下の優れた特性を有する溶接缶用鋼板が
製造可能となる。また、これらの特性により、従来の板
取り法はもちろんのこと、鋼板の圧延方向が缶胴の軸方
向に平行となる新板取り法によっても、ネックしわおよ
びフランジ割れが発生せず、しかも素材を薄肉化しても
十分な缶体強度を得ることが可能となる。したがって、
本発明によれば、製缶工程の生産性とコストを飛躍的に
向上させることが可能となり、産業の進歩への寄与は極
めて大きいものが期待できる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平６−116682（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21D 9/46 - 9/48 C21D 8/02 - 8/04 C22C 38/00 - 38/60

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｃ：0.010 wt％以下、 Si：0.04wt％以下、 Mn：0.1 〜1.2 wt％、 Ｐ：0.02wt％以下、 Ｓ：0.01wt％以下、 Al：0.005 〜0.020 wt％、 Ｎ：0.01〜0.03 wt％ を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼片
   を、1050〜1300℃に加熱後、圧延終了温度（Ａr_３変態
   点−３０℃）以上で熱間圧延し、700 〜450 ℃の温度範
   囲で巻き取り、その後、酸洗を経て、圧下率８０％以上
   で冷間圧延し、800℃以下の再結晶温度範囲で連続焼鈍
   し、次いで、１５〜３０％の圧下率で２次冷間圧延する
   ことにより、降伏強度ＹＳが62kg/mm ^２ 以上、圧延方向
   と直角方向との伸びの差が３％以下となる鋼板を製造す
   る、ことを特徴とするフランジ加工性およびネック成形
   性に優れる溶接缶用鋼板の製造方法。