JP3419982B2 - 欠陥が少なく時効性に優れる缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、製缶加工時に欠陥発生
が少なくかつ時効性に優れた缶用鋼板及びその製造方法
に関するものである。

【０００１】通常２ピース缶用鋼板は転炉で溶製された
未脱酸の溶鋼をＡｌで脱酸を行うＡｌキルド鋼で製造さ
れている。このようなＡｌ脱酸鋼では、脱酸時に添加し
たＡｌと溶鋼中の酸素が反応したり、脱酸後に鋼中に残
留したＡｌがスラグや空気中等の酸素によって酸化して
アルミナが生じる。このアルミナは固いので圧延や加工
等で破砕されずに鋼板に塊状で残存し、製缶時に割れや
疵等の欠陥発生の原因となる。そこでこれらのアルミナ
にに対してスラグ中や雰囲気中の酸素の制御による溶鋼
中のＡｌの酸化によるアルミナの生成防止や、溶鋼中へ
のガスやフラックスの吹き込みによる溶鋼中のアルミナ
の浮上促進による低減と、溶鋼中へのＣａの添加によっ
てアルミナを圧延・加工時に破砕されやすいカルシウム
アルミネートへ形態制御することによる無害化が行われ
てきた。

【０００２】しかし、Ａｌで脱酸を行っている限りはア
ルミナの生成は皆無にはできず、除去も不十分である。
また、Ｃａ添加による方法もＣａは高価であるとともに
歩留まりがきわめて悪いために合金コストが高くなり、
また介在物にアルミナを含有するので冷却時に介在物中
に固いアルミナが部分的に晶出し、圧延等によっても破
砕されずに残り欠陥が発生する。さらに、Ｃａを添加し
て生成するカルシウムアルミネートは肥大化しやすく、
このような介在物が浮上しきれず残留した場合には欠陥
となる。これらの問題を解決するためにはＡｌ以外の元
素で脱酸することが考えられ、特公昭４８−２９００５
号公報に見られるようにＡｌもＳｉも全く添加せずにＴ
ｉのみで脱酸する方法があるが、この場合Ｍｎのみによ
る脱酸のためにＴｉ添加前の溶鋼中酸素は非常に高い値
となり、この様な溶鋼にＴｉを添加すると粒径の大きな
チタン酸化物が多量に生成して溶鋼中に残存し、これは
アルミナと同様に固く破砕されにくいので欠陥となる。

【０００３】そこで、特公平２−９６４６号公報に見ら
れるようにＴｉ添加前にＡｌを添加して予備脱酸を行
い、溶鋼酸素を低減した後にＴｉを添加する方法があ
る。

【０００４】上記のごとき方法ではＡｌを添加している
ので多量のアルミナが生成してそのまま残留したり、ア
ルミナを含有する複合介在物が生成して冷却時に介在物
中の一部にアルミナが晶出し、この部分が圧延等によっ
ても破砕されずに残り欠陥が発生する。また、Ａｌは脱
酸力が強いので酸素のコントロールが不安定である。さ
らに、Ｔｉを添加した際にＴｉと溶鋼中の酸素との反応
によって生成したチタン酸化物の一部は複合介在物とな
るが、この複合酸化物はアルミナを含むために冷却時に
介在物中に晶出するアルミナが破砕されずに残り欠陥が
発生する。一方、生成したチタン酸化物の大部分は粒径
が大きくかつ、破砕されにくいチタン酸化物となって溶
鋼中に存在し、その一部は浮上しきれずに残留して欠陥
となる等の課題がある。

【０００５】また、一般の低炭素Ａｌキルド鋼では、Ｎ
による時効を防ごうとして熱延工程で７５０℃を越える
高温巻取を行うと、鋼中のＣが炭化物として粗大析出
し、これが局部電池を生成して腐食の起点になるため、
７５０℃以上の高温巻取は実施されていなかった。この
ため、Ｎの析出固定が十分でなく、連続焼鈍により焼鈍
が施される場合、固溶Ｎによる時効が抑えきれないのが
実状であった。

【０００６】本発明はこのような課題を解決するために
なされたものであり、鋼中の介在物を微細でかつ、部分
的に固い晶出相がなく介在物全体が変形・破砕しやすい
組成の介在物にコントロールし、低コストで介在物欠陥
を少なくして、さらにＴｉを用いてＮをＴｉＮとして析
出固定して固溶Ｎを２ｐｐｍ以下に低減するため、時効
によるストレッチャーストレインが発生しないなどの時
効性に優れた缶用鋼板及びその製造方法を提供すること
にある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明では、鋼中の介
在物を微細でかつ、部分的に固い晶出相がなく介在物全
体が変形・破砕しやすい組成の介在物にコントロール
し、低コストで介在物性欠陥の少なく時効性に優れた缶
用鋼板およびその製造方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、 （１）重量％で、 Ｃ ：０．０１〜０．１０％、 Ｓｉ：０．００１〜０．１０％、 Ｍｎ：０．０５〜１．０％、 Ｐ ：０．００１〜０．０５０％、 Ｓ ：０．００１〜０．０３０％、 Ｎ ：０．０００５〜０．００８０％、 Ｔｉ：０．０２〜０．０３０％ かつＴｉ（％）＞３．
４３Ｎ（％）、 固溶Ｎ：２ｐｐｍ以下 を含有し、残部鉄および不可避的不純物よりなり、鋼中
の介在物にアルミナを含まないチタン系酸化物、マンガ
ン系酸化物、シリコン系酸化物を主成分の複合酸化物系
介在物としたことを特徴とする欠陥が少なく時効性に優
れた缶用鋼板、及び （２） 精錬後の溶鋼を真空脱ガス処理及び／又はＳ
ｉ、Ｍｎの１種又は２種を添加して鋼中酸素量を３００
ｐｐｍ以下に脱酸した後、Ｔｉを添加して請求項１記載
の成分の鋼とし、この鋼を連続鋳造−熱間圧延の後、６
００℃〜７５０℃で巻取って、ついで脱スケール処理、
冷間圧延後、６５０℃〜９００℃で連続焼鈍を施し、め
っき工程を経て固溶Ｎ：２ｐｐｍ以下の缶用鋼板とする
欠陥が少なく時効性に優れた缶用鋼板の製造方法、並び
に （３） 精錬後の溶鋼を真空脱ガス処理及び／又はＳ
ｉ、Ｍｎの１種又は２種を添加して鋼中酸素量を３００
ｐｐｍ以下に脱酸した後、化学組成がＴｉ：１０〜７５
％、残りＦｅ、Ｍｎ、Ｓｉの１種〜３種及び不可避的不
純物からなる合金を添加することを特徴とする請求項２
記載の欠陥が少なく時効性に優れた缶用鋼板の製造方法
にある。

【０００９】本発明者らは種々の組成の介在物を人工的
に合成して鋼中に埋め込み、実験室的に圧延実験を行っ
た。その結果介在物中にアルミナを含まないチタン酸化
物、マンガン酸化物、シリコン酸化物を主成分とする組
成の介在物とすれば、融点が低く、冷却時に高融点で固
い晶出相が生成せず、圧延等によって微細に破砕される
ことを知見した。

【００１０】このような介在物を分散させた鋼を実験室
的に溶製、鋳造し、通常の方法で熱間圧延、酸洗、冷間
圧延、焼鈍、調質圧延、めっきを行って固溶Ｎ量０〜１
０ｐｐｍを含有する鋼板とし、製缶を行ったが一部の鋼
板で割れ等の欠陥が発生した。この欠陥の部分の調査を
行った結果、欠陥部には伸延した介在物が検出され、そ
の大きさを測定して鋳片での大きさに換算するといずれ
も５０μｍより大きかったことが判った。さらに詳細に
調査すると鋼板の固溶Ｎ量により欠陥が発生する限界の
介在物の大きさが異なり、固溶Ｎ量が２ｐｐｍを越える
鋼板では、５０μｍで割れが発生するが、固溶Ｎ量が２
ｐｐｍ以下の鋼板では、６０μｍまでは割れが発生しな
いことが確認された。

【００１１】以上のことより、固溶Ｎ：２ｐｐｍ以下と
あいまって、６０μｍ以下の介在物であれば欠陥となら
ないことが推測されたため、６０μｍ以下のアルミナを
含まないチタン酸化物、マンガン酸化物、シリコン酸化
物を主成分とする組成の介在物のみを分散させた鋼を実
験室的に溶製、鋳造し、通常の方法で熱間圧延、酸洗、
冷間圧延、焼鈍、調質圧延、めっきを行って固溶Ｎ：２
ｐｐｍ以下の鋼板とし、製缶を行ったところ、時効性が
良好であり、欠陥が発生しないことが確認できた。

【００１２】添加するＴｉ濃度を変化させて実験を行っ
た結果、アルミナを含まないチタン酸化物、マンガン酸
化物、シリコン酸化物を主成分とする組成の介在物とす
るには、Ｔｉ濃度を０．０３０％以下とすることが必要
である。これはＴｉが高すぎるとＴｉの脱酸力がＭｎや
Ｓｉに比べて高いのでこれらの酸化物と複合せず、アル
ミナと同様な高融点のチタン酸化物含有量の高い介在物
が生成することによる。一方、Ｔｉの下限を０．００２
％としたのは連続鋳造時に脱酸不足による気泡の発生を
防止するためである。Ｔｉ量は、脱酸に使用された残り
を用いてＮを析出固定するので、このＮの析出固定に必
要な量である鋼中Ｎ量の３．４３倍に、脱酸に必要な
０．００２％を加えた量以上とする。

【００１３】また、アルミナを含まない介在物とするた
めにはＡｌは一切添加せずに不可避的に入る量のみとす
る。Ａｌを添加するとＡｌの脱酸力はＴｉより高いの
で、マンガン酸化物、シリコン酸化物は還元されてしま
い、安定して複合介在物とすることはできない。また、
鋼中にアルミナが生成し、介在物中にアルミナが含まれ
てしまい、融点が高く破砕されにくい介在物となる。

【００１４】次に本発明の製造法について詳述しながら
説明する。

【００１５】まず、転炉で目標とする０．０１〜０．１
０％のＣを含む溶鋼を溶製する。この際、溶鋼中のＣが
目標とするＣ濃度より高い場合には出鋼後に真空脱ガス
装置等による脱炭処理を行い所定のＣ濃度まで低減し、
目標とするＣ濃度より低い場合には出鋼後にＣを添加し
て所定のＣ濃度とする。Ｃ量は、０．０１％よりも低い
と缶としての耐圧強度が不足するので、０．０１％を下
限とし、０．１０％を越えると加工性が劣化し、缶とし
ての加工ができなくなるので、０．１０％を上限とす
る。

【００１６】次に、出鋼した溶鋼中へＭｎ、Ｓｉの１種
又は２種を添加するか、真空脱ガス処理による予備脱酸
を行って溶鋼中の酸素を３００ｐｐｍ以下とする。アル
ミナを介在物中に含ませないためにはＡｌは添加しない
ことが必要であり、Ｆｅ−ＭｎやＦｅ−Ｓｉを添加して
Ｍｎ、Ｓｉにより脱酸を行う。Ｍｎ、Ｓｉの添加量は脱
酸時に添加するＴｉ合金中に含まれるＳｉやＭｎによっ
て増加する量を考慮して添加する。また、ＭｎやＳｉは
脱酸力が弱いので製品によっては目標範囲内では溶鋼中
の酸素を３００ｐｐｍ以下にすることが困難な場合があ
るので、その際には真空脱ガス処理により真空脱酸を行
い酸素を下げる。この際、必要があればＣ源を溶鋼中に
添加してもよい。溶鋼中の酸素が３００ｐｐｍより高く
なると、Ｔｉ合金を多量に添加することが必要になり、
後述するように脱酸時の過飽和度が大きくなり、Ｔｉ添
加時にアルミナと同様の高融点のチタン酸化物が多数生
成し、複合介在物が安定して生成しない。また、これら
が凝集して大きな介在物となる。

【００１７】このようにして溶鋼中の酸素を３００ｐｐ
ｍ以下に調整した溶鋼に、化学組成がＴｉ：１０〜７５
重量％の成分と残部はＦｅ、Ｍｎ、Ｓｉのうち１種から
３種および不可避的不純物とからなる合金を添加して、
Ｔｉを溶鋼成分として０．００２〜０．０３０％含有さ
せる。溶鋼中のＴｉ濃度を０．０３０％以下とすること
でチタン酸化物、マンガン酸化物、シリカを主成分とす
る組成の複合介在物とすることが可能となる。溶鋼中の
Ｔｉ濃度が高すぎるとＴｉの脱酸力がＭｎやＳｉに比べ
て高いのでこれらの酸化物と複合せず、アルミナと同様
な高融点のチタン酸化物が主成分の介在物となる。

【００１８】更に、脱酸時の過飽和度を小さくすれば核
生成速度が遅くなり、生成する介在物の個数及び介在物
径が小さくなる。過飽和度はＴｉと酸素の積で決まるの
で、過飽和度を小さくする方法として脱酸合金中のＴｉ
含有量を低くすることと脱酸時の溶鋼中の酸素を低くす
ることが有効である。脱酸合金中のＴｉ含有量が高い場
合には溶鋼中に添加した脱酸合金の周囲にＴｉ濃度の高
い部分が生成して過飽和度が高くなるので、Ｔｉ含有量
の低い脱酸合金を使用する。酸素濃度および合金中Ｔｉ
含有量が低くなるにしたがって介在物径は小さくなり、
酸素を３００ｐｐｍ以下とし、かつ、Ｔｉ含有量が７５
％以下の合金で脱酸することで、最大でも６０μｍ以下
の介在物となる。Ｔｉ含有量が高くなると介在物径が大
きくなるとともに、脱酸時にチタン酸化物の割合の高い
介在物生成し、それが溶鋼中に残存し混在する。Ｔｉ濃
度が低すぎると合金量が多くなりすぎ、溶鋼温度の低下
が起こって溶鋼の凝固や鋳造が困難になったり、添加に
時間がかかり生産性に障害を与える。また、Ｔｉ含有量
が高い場合には少量ずつ添加すると部分的に過飽和度の
高い部分が少なくなり有効である。また、ＴｉをＦｅや
Ｓｉ、Ｍｎとの合金とすることで、Ｔｉの活量を下げる
とともに部分的に濃度の高い領域を減少させるために、
過飽和度が一層減少し、チタン酸化物、マンガン酸化
物、シリカの複合介在物の生成を促進する。

【００１９】最終的に鋼中に含有されるＭｎの含有量
は、０．０５％未満に下げるのは精錬時間が長くなり経
済性を大きく損ねるので、０．０５％を下限とし、１．
０％を越えると鋼板の加工性が大きく劣化し缶としての
加工ができなくなるので、１．０％を上限とする。

【００２０】Ｓｉ量は、０．００１％未満に下げるのは
十分な予備処理等が必要で精錬に大幅なコスト負担をか
け経済性を損ねるので０．００１％を下限とし、０．１
％を越えるとめっきの際にめっき不良が発生し、表面性
状、耐食性を損ねるので０．１％を上限とする。

【００２１】Ｐは、０．００１％未満に下げることは溶
銑予備処理に時間とコストがかかり、経済性を大きく損
ねるので、０．００１％を下限とし、０．０５０％を越
えると加工性が劣化し、缶としての加工に支障をきたす
ので０．０５０％を上限とする。

【００２２】Ｓは、０．００１％未満に下げることは溶
銑予備処理に時間とコストがかかり、経済性を大きく損
ねるので、０．００１％を下限とし、０．０３０％を越
えると加工性・耐食性が劣化し、缶としての加工・性能
に支障をきたすので０．０３０％を上限とする。

【００２３】Ｎは、０．０００５％未満に下げることは
精錬の段階での大幅なコスト上昇を伴い経済性を大きく
損ねるので、０．０００５％を下限とし、０．００８０
％を越えると、Ｎを固溶ＮをなくすためのＴｉ添加量が
多く必要で、本願の目的である介在物の形態制御が不可
能になるので、０．００８０％を上限とする。

【００２４】固溶Ｎ量を少なくするために、ＮをＴｉＮ
として固定するには、前述のように少なくともＴｉ＞
３．４３Ｎとする必要がある。

【００２５】このようにして溶製した溶鋼を通常と同じ
方法でタンディッシュを通して、連続鋳造機で鋳造す
る。さらに、この鋳片は通常と同じ方法で熱間圧延した
後、６００℃〜７５０℃の温度範囲で巻取りを行う。た
だ単にＴｉ量をＮとの当量以上加えても、Ｎは全量Ｔｉ
Ｎとして析出することはないので、巻取温度を６００〜
７５０℃の範囲として固溶Ｎ量を２ｐｐｍ以下とする。
固溶Ｎ量２ｐｐｍ超では、割れの感受性が増し、５０μ
ｍ程度の大きさの介在物でも割れが発生するようになる
とともに、時効性が劣化し、ストレッチャーストレイン
が発生して缶体としての性能を損ねるので、固溶Ｎ量と
しては、２ｐｐｍ以下とする。巻取温度６００℃未満で
はＴｉによるＮの析出固定が不十分で、固溶Ｎが２ｐｐ
ｍを越えて存在するようになり、介在物による割れの感
受性が劣化するとともに、製品での時効性が劣化するの
で６００℃を下限とし、７５０℃を越えると、炭化物が
粗大凝集して耐食性と加工性を損ねるので７５０℃を上
限とする。ついで、脱スケール処理を行う。一般には酸
洗を施すが、機械的にスケール除去を行っても良い。そ
の後、冷間圧延を行い、連続焼鈍を行う。連続焼鈍の温
度は、６５０℃〜９００℃とする。６５０℃未満では再
結晶せず、加工性が劣化するので６５０℃を下限とし、
９００℃を越えると鋼板の高温強度が弱まり、連続焼鈍
炉内で絞りと呼ばれる現象を起こし、破断するなどの問
題が生じやすくなるので９００℃を上限とする。その
後、スキンパス圧延あるいは５〜４０％程度のダブル・
レデュース圧延を施し、クロムめっきあるいは錫めっき
などの表面処理を施し、缶用の鋼板とする。また、表面
に樹脂フィルムを貼り付けた鋼板とすることも可能であ
る。これらの鋼板は２ピース缶用の鋼板として提供され
る。

【００２６】

【実施例】２７０トン転炉で表１に示す合金組成の脱酸
用合金を用いて、同表に示す成分の鋼を溶製した。この
溶鋼を連続鋳造し鋼塊となした。得られた鋼の成分及び
塊中の介在物の組成を合わせて表１に示す。ついで、熱
間圧延を行った。その際の仕上圧延、巻取りは、表２に
示す温度で行った。ついで、酸洗、冷間圧延を行った
後、表２に示す温度で焼鈍を行った。焼鈍の後、一部の
ものについては、ＤＲ圧延（ダブルレデュース圧延）を
施した。ついでクロムめっきおよびすずめっきを施し、
さらに一部のものについては、表裏面にポリエチレンテ
レフタレート樹脂フィルムを貼り付け、缶用鋼板となし
た。鋼中の固溶Ｎは内部摩擦法により測定した。

【００２７】得られた缶用鋼板を用いて、３段深絞りに
より成形した絞り缶と絞りとしごきを加えたＤＩ缶を製
造し、この時の割れが発生した欠陥率を調査した。その
結果を表２に示すが、本発明鋼では、比較鋼に比べて欠
陥率が少なくなっていることがわかる。また、缶底に発
生するストレッチャーストレインの有無を調査したが、
本願発明鋼では、ストレッチャーストレインの発生がな
く、時効性についても優れた性能を示すことが確認され
た。

【００２８】

【表１】

【００２９】

【表２】

【００３０】

【発明の効果】本発明によって、製缶時の欠陥発生の少
なく、時効性に優れた缶用鋼板の製造が可能となった。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｃ２１Ｄ 9/46 Ｃ２１Ｄ 9/46 Ｋ Ｃ２２Ｃ 38/14 Ｃ２２Ｃ 38/14

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 重量％で、 Ｃ ：０．０１〜０．１０％、 Ｓｉ：０．００１〜０．１０％、 Ｍｎ：０．０５〜１．０％、 Ｐ ：０．００１〜０．０５０％、 Ｓ ：０．００１〜０．０３０％、 Ｎ ：０．０００５〜０．００８０％、 Ｔｉ：０．００２〜０．０３０％かつＴｉ（％）＞３．
   ４３Ｎ（％）、 固溶Ｎ：２ｐｐｍ以下 を含有し、残部鉄および不可避的不純物よりなり、鋼中
   の介在物中にアルミナを含まないチタン系酸化物、マン
   ガン系酸化物、シリコン系酸化物が主成分の複合酸化物
   系介在物を有することを特徴とする欠陥が少なく時効性
   に優れた缶用鋼板。
2. 【請求項２】 精錬後の溶鋼を真空脱ガス処理及び／又
   はＳｉ、Ｍｎの１種又は２種を添加して鋼中酸素量を３
   ００ｐｐｍ以下に脱酸した後、Ｔｉを添加して請求項１
   記載の成分の鋼とし、この鋼を連続鋳造−熱間圧延の
   後、６００℃〜７５０℃で巻取って、ついで脱スケール
   処理、冷間圧延後、６５０℃〜９００℃で連続焼鈍を施
   し、めっき工程を経て固溶Ｎ：２ｐｐｍ以下の缶用鋼板
   とする欠陥が少なく時効性に優れた缶用鋼板の製造方
   法。
3. 【請求項３】 精錬後の溶鋼を真空脱ガス処理及び／又
   はＳｉ、Ｍｎの１種又は２種を添加して鋼中酸素量を３
   ００ｐｐｍ以下に脱酸した後、化学組成がＴｉ：１０〜
   ７５％、残りＦｅ、Ｍｎ、Ｓｉの１種〜３種及び不可避
   的不純物からなる合金を添加することを特徴とする請求
   項２記載の欠陥が少なく時効性に優れた缶用鋼板の製造
   方法。