JP3369658B2 - 焼付け硬化性、耐時効性およびノンイヤリング性に優れた高強度高加工性製缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、高い加工性と焼付け
硬化性を有するため、製缶後の使用時において極めて優
れた缶強度を有し、しかも常温で保管される際の時効劣
化が小さく、また、絞り加工が行われた際の耳の発生が
少ない特性、すなわちノンイヤリング性を有する高強度
高加工性製缶用鋼板およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】硬質缶用素材は、例えば特公昭38−8563
号公報に記載されているような、２回冷間圧延法で製造
されるのが一般的であり、その硬質化（高強度化）の大
半を、いわゆる加工強化によってはかっていた。これ
は、１次冷間圧延後に焼鈍を施し、その後、目標とする
硬さになるまで冷間での圧下を加える方法である。この
方法は、加工による強化であるため、硬さ（強度）が増
加する一方で、延性の劣化が激しく加工自体が困難であ
り、仮に加工が可能であっても缶としての信頼性に乏し
いものであった。実際の製造に当たっても、２次冷間圧
延で表面欠陥を生じ易くて、歩留りの低下などの問題を
生じ、この問題は、２次冷間圧延での圧下率の上昇と共
に増大する傾向にある。さらに、その強化法による強度
が本質として熱的に不安定であることも問題であった。
例えば、鋼板を３ピースの溶接缶などに適用した場合
は、溶接熱影響部（ＨＡＺ部）が軟化する傾向を示すた
め、接合部で十分な強度が得られない不利があった。

【０００３】これに対して、例えば特開昭59−50125 号
公報には、高温焼鈍を行って低温変態組織の利用によっ
て高強度化をはかる方法が示されているが、２相域での
焼鈍を行うために偏折に基づく層状組織の発生が避けら
れないため、製缶工程、製缶後の使用時に割れ発生等の
不具合が発生していた。さらに、１回の高圧下率冷間圧
延および低温焼鈍の組合わせでは、面内異方性が大きく
なり、用途によっては使用に際しての障害となってい
た。

【０００４】また、製缶工程にあっては、缶種によらず
成形時の加工負荷の低減、工具磨耗の低減、形状凍結性
の向上が不可欠であり、降伏点応力が低い、いわゆる低
降伏比の素材が要求されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたところをま
とめると、製缶用鋼板としては、次の諸特性を具備する
ことが肝要である。 目標とする高強度が得られる。 良好な延性を有する。 低降伏比である。 塗装・焼付けによる強度増加がある。 室温時効による材質劣化がない。 面内異方性が小さい。 従って、この発明の目的は、上記の各特性を有する製缶
用鋼板およびその有利な製造方法を提供しようとするも
のである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記目的に
鑑み、従来はあまり用いられていない２相域焼鈍を積極
的に利用することを検討し、成分組成、熱間圧延、冷間
圧延および焼鈍条件を最適化することで上記の各特性を
確保し得ることを見出した。

【０００７】すなわち、この発明は、Ｃ：0.08〜0.15wt
％、Si：0.10wt％以下、Mn：0.05〜1.20wt％、Al：0.02
0 〜0.150 wt％、Ｐ：0.015 〜0.150 wt％、Ｓ：0.010
wt％以下およびＮ：0.0050wt％未満を含み、残部鉄およ
び不可避的不純物の成分組成を有し、平均粒径が15μm
以下のフェライト相に平均粒径が10μm 以下のパーライ
ト相が均一に分散した、孤立分散状の混合組織よりな
り、引張り強さ：40kgf/mm² 以上および伸び：15％以上
で、板厚が0.25mm以下である焼付け硬化性、耐時効性、
ノンイヤリング特性に優れた高強度高加工性製缶用鋼板
である。ここで、上記混合組織はベイナイトを10％以下
の範囲で含むことができる。

【０００８】また、この発明は、Ｃ：0.08〜0.15wt％、
Si：0.10wt％以下、Mn：0.05〜1.20wt％、Al：0.020 〜
0.150 wt％、Ｐ：0.015 〜0.150 wt％、Ｓ：0.010 wt％
以下およびＮ：0.0050wt％未満を含む鋼素材に、仕上げ
温度：850 〜930 ℃で熱間圧延を施した後、１ｓ以内に
冷却速度が50℃／ｓ以上の冷却を開始し、540 ℃以下40
0 ℃以上の温度域で巻取り、酸洗後に、圧下率：70〜90
％の冷間圧延を施して0.25mm以下の板厚とし、その後、
（Ac₁ ＋10℃）〜（Ac₁ ＋50℃）でかつ850 ℃以下の温
度域に20ｓ以上保持してオーステナイト量を10〜50％の
範囲に制御し、しかる後、70℃／ｓ以上の冷却速度で40
0 ℃以下300 ℃以上の温度域まで冷却し、次いで該温度
域に20〜60ｓ保持することを特徴とする、焼付け硬化
性、耐時効性、ノンイヤリング特性に優れた高強度高加
工性製缶用鋼板の製造方法である。

【０００９】さらに、この発明においては、上記鋼板ま
たは鋼素材がさらにNi：0.050 〜0.50wt％、Cu：0.050
〜0.50wt％およびＢ：0.0005〜0.0030wt％のいずれか少
なくとも１種を含有することが可能である。

【００１０】

【作用】以下に、この発明における各限定理由につい
て、成分組成から順に述べる。 Ｃ；0.08〜0.15wt％ 強度を確保するには0.08wt％、より望ましくは0.100 wt
％以上の含有が必要である。一方、上限としては、溶接
性を考慮して0.15wt％以下に規制する。なお、Ｃの含有
量は、最終的に適性な２相組織及びその所望の分布形態
を得るための条件に従うことが好ましい。具体的には、
焼鈍の均熱時に、オーステナイト相の比率が10〜50％と
なるように制御することが重要であり、この制御に与え
るＣ含有量の影響は大きい。

【００１１】Si；0.10wt％以下 Siは２相組織を得るのには有利な成分である一方、表面
清浄性を劣化させるため0.10wt％以下とした。なお、下
限は0.01wt％程度であるが、さらに低減することによる
大きなデメリットはない。製錬技術とのかねあいで決定
さるべきものである。

【００１２】Mn；0.05〜1.20wt％ Mnは通常の焼鈍において微細分散組織を得るのに必要で
あり、この発明で対象とする極薄鋼板においては、通常
のガスジェット冷却であっても、比較的大きな冷却速度
を確保できるため、Mnは0.05wt％程度の含有で目標とす
る微細分散組織を得ることができる。一方、含有量が1.
20wt％をこえると、Mn自体の鋳造偏析に起因する層状組
織が最終的に改善されずに、さらに冷間圧延性が低下す
るため、上限を1.20wt％とした。

【００１３】Ｐ；0.015 〜0.150 wt％ Ｐは強度の増加に有効であり、しかも安価であることか
ら材質的に望ましい成分であるが、0.150 wt％をこえる
と、偏析に起因した層状組織をより強めるため、上限を
0.150 wt％とした。一方、下限は脱Ｐに要するコストア
ップ要因も加味し、材質の改善効果が得られる0.015 wt
％とした。

【００１４】Ｓ；0.010 wt％以下 Ｓは缶における耐食性の劣化をまねく上、層状組織の発
生を促進するため、低減することが望ましい。Ｓの低減
による材質改善の効果は、鋼板の強度が高い場合におい
てより顕著である。そこで、上記の悪影響が小さくなる
Ｓ量とＳ量の低減に伴うコストアップの兼ね合いから、
0.010 wt％以下、望ましくは0.007 wt％以下とする。

【００１５】Al；0.020 〜0.150 wt％ Alは脱酸剤として、介在物を低減するために含有し、0.
020 wt％以上の含有によって十分な鋼の清浄化が達成さ
れる。しかし過剰の含有は鋼の異常硬化や表面欠陥の発
生につながり、缶用鋼板の用途としては不適当であるた
め、0.150 wt％以下とする。

【００１６】Ｎ；0.0050wt％未満 Ｎは固溶強化元素として用いられるが、0.0050wt％以上
の含有は、焼付け硬化特性を向上するものの、耐時効特
性を劣化するため、上限を0.0050wt％未満、望ましくは
0.0030wt％以下に規制する。

【００１７】また、Ni、ＢおよびCuはいずれも、組織を
均一、微細化する点で同じ効果があり、この発明におい
ては、上記成分に加え、Ni、CuおよびＢのいずれか少な
くとも１種を、それぞれの範囲で添加することが可能で
ある。 Cu；0.050 〜0.50wt％ Cuは鋼の延性を阻害することなしに鋼を強化できるとと
もに、鋼の変態点を低下させることによって、熱間圧延
仕上げ温度の規制を緩和し、焼鈍時の２相域焼鈍をより
容易にする効果がある。この効果を発揮させるには0.05
0 wt％以上の含有が必要であるが、この効果は0.50wt％
をこえると飽和し、それを超える含有は鋼の溶製コスト
の上昇につながるので、0.050 〜0.50wt％の範囲とし
た。

【００１８】Ni；0.050 〜0.50wt％ NiもCuと同様に鋼の変態点を低下させる効果があり、組
織の細粒化を介して、材質の改善に寄与することから、
Cuと同様の理由により添加の範囲を規制する。特に、表
面の美麗さが要求される場合は、0.10〜0.50wt％の範囲
で添加することが望ましい。なお、このNi添加の効果
は、単独添加およびCuとの複合添加のいずれにおいても
同様に得られるものである。

【００１９】Ｂ；0.0005〜0.0030wt％ Ｂは熱間圧延における巻取り温度が低くてもＮを固定す
る、従来知られている効果に加え、２相域の高温焼鈍を
行った場合にも組織の異常な成長を防ぎ、また焼鈍後に
急速冷却を行った場合でもＮが固溶状態で残存するのを
抑制して、材質の時効劣化を防止する効果がある。この
ような効果の発揮には0.0005wt％は必要であり、一方過
剰に添加すると機械的特性の内面異方性が大きくなるた
め、0.0030wt％以下にする。なお、Ｂ添加効果はNiおよ
びCuとの同時添加においても発揮される。

【００２０】この発明に従う製缶用鋼板は、上記成分組
成に加えて、平均粒径が15μm 以下のフェライト相に平
均粒径が10μm 以下のパーライト相が均一に分散した、
孤立分散状の混合組織を有することが肝要である。すな
わち、フェライト相の平均粒径が15μm をこえると、２
次冷間圧延後のノンイヤリング特性が著しく劣化するこ
とに加え、この発明の重要な特性である、焼き付け硬化
性および耐時効性の向上を両立することが難しくなる。
この原因については不明であるが、粒界に偏析するＣ等
の侵入型固溶元素の挙動の変化に基づくものと考えられ
る。また、パーライトの均一かつ微細な分散も加工性と
時効特性に影響を及ぼす。すなわち、パーライトの平均
粒径が10μm をこえると、加工性の劣化、特に局部延性
の劣化が顕著となる。さらに、上記フェライト相にパー
ライト相が均一に分散した混合組織は、フェライト相に
パーライト相が孤立に分散していることが肝要である。
なぜなら、フェライト相にパーライト相が孤立に分散し
ていない場合は、板厚方向で機械的特性が不連続に変化
するため、加工性が劣化するからである。なお、強度と
加工性の観点から、第２相の組織はパーライトのみとす
ることが望ましいが、強度の向上を狙って、ベイナイト
を混入させる場合は、その体積比率が10％以下であれ
ば、材質劣化は生じない。

【００２１】次に、製造条件について、各工程毎に説明
する。 １）熱間圧延仕上げ温度 仕上げ温度が850 ℃未満となると、層状組織が発達し
て、加工性が劣化するとともに、材質の均一性も劣化す
る。一方、仕上げ温度が930 ℃をこえると、母板の組織
が粗大化し、最終製品の組織も粗大化する。従って、仕
上げ圧延温度は850 ℃以上、930 ℃以下とした。

【００２２】２）冷却条件 熱間圧延後の１ｓ以内に冷却を開始しないと、組織が粗
大化して、最終製品の強度が低下する上、加工性も劣化
する。同様に、冷却速度が50℃／ｓ未満であると、最終
製品の段階で十分な強度を得ることができないため、50
℃／ｓ以上とする。

【００２３】３）熱間巻取り温度 熱間圧延における巻取り温度も母板組織の微細化を介し
て最終製品の強度および加工性に影響を及ぼす。すなわ
ち、巻取り温度を540 ℃以下とすることで、均一な材質
と優れた強度および加工性を有する材料が製造できる
が、400 ℃未満では、その効果がほぼ飽和してしまうの
に反して、コイル形状の劣化などの操業上の問題が発生
するため、熱間巻取り温度は540 ℃以下、400 ℃以上と
した。

【００２４】４）冷間圧延圧下率 冷間圧延での圧下率を70％以上とすることで、焼鈍後に
微細かつ均一な組織を得ることができる。一方、圧下率
が90％をこえると、鋼板の機械的特性の異方性が増加す
るため、90％以下とする。

【００２５】５）焼鈍温度および均熱時間 焼鈍温度は、この発明の重要な要件の一つであり、（Ａ
ｃ₁ ＋10℃）〜（Ａｃ ₁ ＋50℃）かつ850 ℃以下の温度
域に20ｓ以上保持し、均熱時のオーステナイト量を10％
〜50％とすることによって、焼鈍後に均一かつ微細な組
織で第２相を均一に分布させることができる。均熱時の
オーステナイト量を10〜50％の範囲に制御するには、焼
鈍温度とともに均熱時間を制御することも重要であり、
少なくとも20ｓ以上の均熱時間を確保しないと安定した
材質が得られず、特に時効性が大きく変動する。

【００２６】６）冷却速度 上記焼鈍後は、400 ℃以下300 ℃以上の温度域まで冷却
する。その際の冷却速度は、強度および時効性を制御す
る上で重要である。すなわち、７０℃／ｓ以上の冷却速
度とすることで強度の増加とともに望ましい焼き付け硬
化特性を得ることができる。なお、上限については特に
規制はしないが、例えばガスジェット冷却で達成される
範囲であれば全く問題はない。

【００２７】７）冷却停止温度 冷却停止温度は焼き付け硬化性を確保する上で重要であ
り、４００℃以下まで急冷することにより必要とする量
の焼き付け硬化が得られる。詳細な理由は不明である
が、４００℃以下まで急冷することによって、冷却途中
でのパーライト変態を抑制できるためと推定される。

【００２８】８）３００℃以上の温度域での保持時間 急冷停止後、３００℃以上の温度域に適性な時間で保持
することによって、焼付け硬化量を大きく損なうことな
く、室温での時効劣化を抑制することができる。この適
性な保持時間は、20〜60ｓの範囲である。

【００２９】

【実施例】

実施例１ 表１に示す成分組成の鋼を転炉にて溶製した後、表２に
示す条件で熱間圧延、冷間圧延、そして焼鈍を行った
後、0.50％の調質圧延、次いで錫めっきを行い、引張特
性・焼き付け硬化特性・耐時効特性について調査した結
果を表３に示す。ただし、Ｊ鋼については比較のために
従来の２回冷間圧延法により製造した。なお、２次冷間
圧延率は、全て30％とした。

【００３０】ここで、引張り特性はJIS ５号試験片で評
価した。また、焼付け硬化特性は同様にJIS ５号試験片
を用いて、２％予歪みを付加後、210 ℃×20min の時効
処理を行い時効処理前後の変形応力の増加量で評価し
た。耐時効特性は無歪みで100℃で30min の時効処理を
行い、引張試験を行った際の降伏点伸びの量で評価し
た。なお、この種鋼板には、焼付け硬化量（ＢＨ）が５
kgf/mm² 以上、耐時効性として降伏点伸びの発生が２％
以下であることが必要である。

【００３１】

【表１】

【００３２】

【表２】

【００３３】

【表３】

【００３４】以上の結果から明らかなように、この発明
に従う組成の鋼を用いて、所定の加工熱処理を行うこと
によって、高強度かつ高延性の鋼板が得られることがわ
かる。さらに、発明鋼は従来鋼に比して大きな焼付け硬
化特性を有しているにもかかわらず、時効処理後の降伏
点伸びの回復は小さく、耐時効特性に優れていること、
そしてイヤリングの小さいことが明らかである。また、
製缶用鋼板にとって有害な表面疵の発生もない。発明鋼
板の場合の組織は体積比率に差はあるのものの、いずれ
も微細なフェライト地にパーライトが微細に分散した望
ましいものであった。なお、発明鋼板の平均フェライト
粒径は10〜14μm 、平均パーライト粒径は５〜９μm で
あった。

【００３５】一般に缶の種類としては、いわゆる３ピー
ス缶と２ピース缶が知られているが、上記の機械的性質
を有する鋼板を用いて、市販の３５０ｇ缶に相当する缶
を成形し種々の調査を行った。すなわち、 i) ＤＩ缶 ・良好な延性は製缶の絞り工程をより容易にする（発明
鋼板では、成形時の皺発生頻度が約70％に低減され
た）。 ・発明鋼板は時効性が小さいため、製缶時の絞り工程が
安定化する。 ・面内異方性が小さいので製缶時に耳の発生が少なく、
歩留りが向上する。 ・低降伏応力であるため、歪みの伝播が全体的により均
一となる。 ・焼付け硬化性を有しているため、最終的な缶自体の強
度が高い。

【００３６】ii)３ピース缶 ・発明鋼の場合は時効性が小さいため、製缶の絞り工程
が安定化する。 ・低降伏応力であるため、歪みの伝播が全体的により均
一となる。 ・焼付け硬化性を有しているため、最終的な缶自体の強
度が高い。

【００３７】比較材として、従来の製法に従って２次冷
間圧延のみにて加工硬化させた材料では、高温で比較的
長時間の熱処理などが施されると、急激な強度の低下を
伴う場合があった。

【００３８】また、従来の２次冷延材（大部分の強化を
冷間圧延に依存している）では、材質のばらつきが大き
く、最終的な缶の強度においても、ばらつきの大きな要
因となった。しかし、発明鋼板では、焼鈍後の冷間圧延
は不要であり、鋼組成および焼鈍条件を制御すれば、極
めて高い精度で材質を制御可能である。

【００３９】実施例２ 表１に示した鋼Ａを用いて、表４に示す種々の条件で２
５＃ぶりきを製造し種々の調査を実施例１と同様に行っ
た。その調査結果を表５に示す。なお、２次冷間圧延率
は15％で一定とした。

【００４０】

【表４】

【００４１】

【表５】

【００４２】実施例３ 表１に示した鋼Ｂ（発明鋼）とＪ（比較鋼）を冷間圧延
および焼鈍条件を発明範囲内で変えて強度を調整し、原
板厚み0.240 mmとして350 ml飲料缶に成形して、ボトム
耐圧試験および耐軸荷重強度の調査を実施した。その
際、成形後に170℃×20min の焼付け塗装処理を行っ
た。その結果を表６に示すように、発明鋼は原板の強度
が比較材よりも低いにもかかわらず、最終的な耐圧力強
度は比較材より大きな値を示した。

【００４３】ここで、ボトム耐圧試験は缶底部に静水内
圧を油圧にて負荷し、缶底部がバックリングを生ずる臨
界の圧力を評価した。また耐軸荷重強度は缶を軸方向に
圧縮する際の座屈強度である。

【００４４】

【表６】

【００４５】なお、発明鋼板は、缶表面に有機樹脂皮膜
を付加する用途に対しても十分に適応するものであり
（この場合は表面処理をSnではなくCrめっきとすること
が好ましい）、特に発明鋼板が熱的に安定であること
は、例えばフィルム付着加工時の熱処理に対して材質の
劣化や変動がない点で優れている。

【００４６】

【発明の効果】この発明によれば、高い加工性と焼付け
硬化性を有し、しかも常温での時効劣化が小さく、さら
にノンイヤリング性を有する高強度高加工性製缶用鋼板
を提供でき、従って製缶後の使用時において極めて優れ
た缶強度を有する製品の製造が可能となる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−182225（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−337049（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−235250（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−62486（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−39736（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−173946（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−105932（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 38/00 - 38/60 C21D 8/02

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｃ：0.08〜0.15wt％、Si：0.10wt％以下、 Mn：0.05〜1.20wt％、Al：0.020 〜0.150 wt％、 Ｐ：0.015 〜0.150 wt％、Ｓ：0.010 wt％以下および Ｎ：0.0050wt％未満を含み、残部鉄および不可避的不純
   物の成分組成を有し、平均粒径が15μm 以下のフェライ
   ト相に平均粒径が10μm 以下のパーライト相が均一に分
   散した、孤立分散状の混合組織よりなり、引張り強さ：
   40kgf/mm² 以上および伸び：15％以上で、板厚が0.25mm
   以下である焼付け硬化性、耐時効性、ノンイヤリング特
   性に優れた高強度高加工性製缶用鋼板。
2. 【請求項２】混合組織はベイナイトを10％以下の範囲で
   含む請求項１に記載の高強度高加工性製缶用鋼板。
3. 【請求項３】鋼板は、さらにNi：0.050 〜0.50wt％、C
   u：0.050 〜0.50wt％およびＢ：0.0005〜0.0030wt％の
   いずれか少なくとも１種を含有する成分組成を有する請
   求項１または２に記載の鋼板。
4. 【請求項４】Ｃ：0.08〜0.15wt％、Si：0.10wt％以下、 Mn：0.05〜1.20wt％、Al：0.020 〜0.150 wt％、 Ｐ：0.015 〜0.150 wt％、Ｓ：0.010 wt％以下および Ｎ：0.0050wt％未満を含む鋼素材に、仕上げ温度：850
   〜930 ℃で熱間圧延を施した後、１ｓ以内に冷却速度が
   50℃／ｓ以上の冷却を開始し、540 ℃以下400℃以上の
   温度域で巻取り、酸洗後に、圧下率：70〜90％の冷間圧
   延を施して0.25mm以下の板厚とし、その後、（Ac₁ ＋10
   ℃）〜（Ac₁ ＋50℃）でかつ850 ℃以下の温度域に20ｓ
   以上保持してオーステナイト量を10〜50％の範囲に制御
   し、しかる後、70℃／ｓ以上の冷却速度で400 ℃以下30
   0 ℃以上の温度域まで冷却し、次いで該温度域に20〜60
   ｓ保持することを特徴とする、焼付け硬化性、耐時効
   性、ノンイヤリング特性に優れた高強度高加工性製缶用
   鋼板の製造方法。
5. 【請求項５】鋼素材は、さらにNi：0.050 〜0.50wt％、
   Cu：0.050 〜0.50wt％およびＢ：0.0005〜0.0030wt％の
   いずれか少なくとも１種を含有する請求項４に記載の高
   強度高加工性製缶用鋼板の製造方法。