JP3685430B2 - 深絞り性および耐ネックしわ性に優れた２ピース容器用鋼板およびその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２ピース缶の製造に代表される絞り、しごきおよび引き延ばし加工、それに続く縮径成形により製造される缶用材料として利用される鋼板およびその製造方法に関するもので、特に、鋼板製造分野、製缶分野において、絞り性および耐ネックしわ性が良好で、かつ高生産性にて製造できる極薄容器材料およびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
飲料缶、食品缶などの製造分野では２ピース缶と呼ばれる、底と胴部を−体成形した容器の製造量が増加しつつある。この２ピース缶は絞り成形工程を経て製造されるが、内容量との兼ね合いで、缶径に対し缶高さの高い缶が必要となる場合が少なくない。このため、ＤＩ缶やＤＴＲ缶に代表されるように、しごきまたは引き延ばしなどにより缶壁高さを高くする方法が採られる。しかし、缶高さをより高くするため、しごきや引き延ばしの加工率を高めると割れが発生する。また、たとえ必要な缶高さが得られたとしても、絞りおよびしごきや引き延ばし加工により材料が硬化しているため、製造された缶胴の開口部に缶蓋を捲き締める目的で缶開口部の径を縮める加工（ネック加工）において、しわの発生が著しくなる（耐ネックしわ性の劣化）という問題が起きる。これらを回避するには、絞り加工においてより深い絞りを行い、缶高さをかせぐことが有利である。
【０００３】
一般に、深い絞り成形を行うには、ランクフォード値が高いことが必要とされ、特開昭５９−６７３２２号公報に示すように、含有Ｃ、Ｎを低減し、さらにＴｉ、Ｎｂなどを添加した、いわゆるＩＦ鋼が適用されている。しかし、従来のＩＦ鋼をそのまま容器材料に適用した場合、ＴｉやＮｂ添加により形成する微細な炭窒化物や固溶Ｔｉ、Ｎｂが、鋼板の再結晶温度を上昇させるため冷間圧延後の再結晶焼鈍温度を一般的なアルミキルド鋼より高くせねばならず、容器に利用されるような厚さ０．３ｍｍ以下の薄手材料においては、焼鈍時にヒートバックルと呼ばれる鋼板の腰折れが発生し生産効率が低下するため実用化されていない。
【０００４】
Ｔｉ添加量を低減し、再結晶温度の上昇を抑えると共に、固溶Ｃを残存させることによる焼き付け硬化性を狙った鋼板が、特開昭５３−１１４７１７号公報、特開平７−３１６７１９号公報などで開発されている。しかし、これらの鋼板では薄手容器材料で問題となる耐ネックしわ性に対する考慮がなされていない。特開平５−２８７４４３号公報ではＴｉ添加によるＩＦ化により塗装焼き付け時の硬化を抑止し、ネック加工部を軟質に保つことで耐ネックしわ性の劣化を避けている。しかし、この鋼板においては通常の２Ｐ缶の缶胴部形成時のしごきや、引き延ばしといつだ強加工による材料の加工硬化挙動、および加工硬化による耐ネックしわ性の劣化についての考慮がなされていない。
【０００５】
ヒートバックル対策としては、焼鈍時には目的の板厚より厚い鋼板を通板し、その後再冷延（２ＣＲ）を施し目的とする板厚を得る方法が実用化されている。この方法は缶強度を確保する観点で、本来軟質となる極低炭素ＩＦ綱の適用による強度低下分を加工硬化により補うため都合のより製造法であるが、絞り、しごきや引き延ばしに加え、２ＣＲによる加工も重なるため、耐ネックしわ性は顕著に劣化する。
【０００６】
一般にしわ発生については自動車用鋼板などのプレス成形においてｒ値や降伏応力の影響などが検討されているものの、深い絞りとしごきや引き延ばしという大きな加工を受けた後の材料における縮径時のしわ発生については、これを抑制する有効な手段はこれまでに見いだされていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は高い絞り性を有し、かつ
１）焼鈍工程での腰折れによる生産性の低下
２）缶胴の開口部を縮径する際のしわ発生
を回避した、絞りおよびしごきまたは引き延ばし加工を経て製造される２ピース容器に使用される鋼板およびその製造方法を提供することを課題とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者は深絞り性の良好なＴｉ添加極低炭素鋼をベースに、２ＣＲ、絞り、しごき、引き延ばし加工後のネック縮径時のしわ発生抑制について検討する内、Ｔｉの添加量としわ発生に相関があることを知見した。このメカニズムについては明確ではないが、焼鈍後の結晶粒径、集合組織、析出物形態が複合して、主として材料の加工硬化挙動に影響を及ぼすことで、耐ネックしわ性に関与していると考えられる。特に焼鈍後の冷延、絞り、しごき、引き延ばし、縮径における一連の加工においては加工方向が各工程で異なる。このため、いわゆるバウシンガー効果の要素も影響していると考えられる。結晶粒径については粗大なほど、集合組織は｛１００｝面強度が高く、｛１１１｝面強度が低いほど、そして、折出物については粗大かつ密度が低いほど、耐しわ性は向上する。これらの要因と耐しわ性についての関係を検討し、各要因の中でも特に、ＡｌおよびＮとの関連が強いことを知見し、さらに、焼鈍時のヒートバックルを抑制するため比較的低い温度域で焼鈍した場合の２Ｐ缶としての深紋り性と加工性を考慮し、本発明を達成した。耐しわ性が、Ｔｉ、ＡｌおよびＮに影響されることから、さらに詳細な検討を行い、鋼中ＮとＡｌ窒化物として存在するＮの比で、耐しわ性を判別できるとの結果を得た。本発明の要旨とするところは、Ｔｉ添加極低炭素鋼において、Ｔｉの添加に伴い形態が大きく変化する窒化物について、鋼中ＮとＡｌ窒化物として存在するＮの比を限定することで比較的低い温度域の焼鈍においても、ヒートバックルの発生を抑制しながら、２ＣＲ、絞り、しごき、引き延ばし加工後のネック縮径時のしわ発生を抑制しうる鋼板を得ることである。
【０００９】
この具体的な手段としては、
（１）重量％で、
Ｃ：０．００２％以下、
Ｎ：０．００４％以下、
Ｔｉ：０．０２〜０．０４％、
Ｏ：０．００１〜０．００７％、
Ａｌ：０．０１３〜０．０３０％
を含み、（ＡｌＮとして存在するＮ）／（鋼中Ｎ）≦０．２としたことを特徴とする深絞り性および耐ネックしわ性に優れた２ピース容器用鋼板。
【００１０】
（２）Ａｌ／Ｔｉ：１以下、Ａｌ：０．０２％以下としたことを特徴とする上記（１）記載の２ピース容器用鋼板。
【００１２】
（３） 重量％で
Ｃ：０．００２％以下、
Ｎ：０．００４％以下、
Ｔｉ：０．０２〜０．０４％、
Ｏ：０．００１〜０．００７％、
Ａｌ：０．０１３〜０．０３０％
を含むスラブを鋳造し、熱間圧延におけるスラブ加熱温度を１１００℃以下として、鋼板中のＮ量を（ＡｌＮとして存在するＮ）／（鋼中Ｎ）≦０．２となるようにすることを特徴とする２ピース容器用鋼板の製造方法。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１４】
まず、本発明で規定した鋼板成分について説明する。成分はすべて重量％である。
【００１５】
Ｃは、容器の製造過程における絞り性、しごき性、引き延ばし性、縮径時の耐ネックしわ性、フランジ成形性などの点から低い方が好ましく、上限を０．００２％とする。特に、しごき、引き延ばし、フランジ成形時に延性が良好な材質が必要な場合は、０．００１５％以下まで低減すれば、特性を大幅に向上させることが可能である。しかし、過剰な低減はコストの上昇を招くばかりでなく、鋼板を軟質にし缶強度不足まねくので、下限を０．０００３％とする。
【００１６】
Ｎは本発明における重要な用件である窒化物の形成を制御する上で、重要な元素である。多量に含有すると窒化物が多量に生成し、本発明の目的を達成できないため、上限を０．００４％とする。真空脱ガス処理を十分に行うことにより０．００２％以下にすれば、窒化物の形成が少なくなり、目標特性が向上する。
【００１７】
Ｔｉは炭窒化物を形成し固溶Ｃ、Ｎを低減することで鋼板の深絞り性を格段に向上させ、窒化物形態に影響を及ぼし耐ネック成形性を向上させるので本発明においては必須元素として添加される。しかし過剰な添加は深絞り性、耐ネックしわ性を劣化させるとともに再結晶温度を上昇させ焼鈍温度上昇の必要が生じヒートバックルを発生しやすくなる。添加コストも考慮し０．０２〜０．０４％とする。
【００１８】
本発明での重要な条件が窒化物の種類と量の制御であり、Ｔｉ添加極低炭素鋼中で、ＡｌＮとして存在するＮと鋼中に存在するＮの比が、０．２以下であることが必要である。ここでＡｌＮとして存在するＮとは、鋼板をヨウ素アルコール溶液中で溶解した時の残滓を水酸化ナトリウム水溶液で溶解した溶液中のＡｌ量を分析し、これを全量ＡｌＮとしてＮ量に換算した値である。
【００１９】
この様に窒化物を制御するにはＡｌ、Ｔｉ添加量およびその比、窒化物の折出核となる酸化物すなわち鋼中Ｏの含有量、製造工程全般にわたる熱履歴が重要となる。Ａｌ：０．０１３〜０．０３０％、好ましくはさらにＡｌ／Ｔｉ：１以下、Ａｌ：０．０２％以下とすることで、鋼中に過剰に存在する固溶Ｎが窒化物を折出する際に、ＡｌよりＴｉと優先的に結合することで窒化物の種類と量の制御が可能となる。また、Ｏは０．００１〜０．００８％が窒化物制御に有効である。これは鋼中Ｏは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｍｎ、Ｔｉの酸化物として存在するが、適当な量だけ存在することで窒化物の折出核として有効に働き、好ましい窒化物制御が可能となると思われる。しかし、過剰な鋼中Ｏは酸化物を粗大化させ２Ｐ缶のような極薄加工で割れ起点となり製品品質を著しく劣化させるため、上限を０．００７％とする。
【００２０】
製造工程での熱履歴としては、熱延時のスラブ加熱温度の影響が大きく、この温度を１１００℃以下と制限することでさらに、深絞り性、耐ネックしわ性が向上させることができる。この原因は明らかではないが、窒化物が粗大化するなど窒化物の形態の影響または窒化物以外の折出物形熊の影響と考えられる。
【００２１】
前述のように容器の製造においては容器の強度をもたせるため焼純の後、２ＣＲ圧延し加工硬化により硬質化させた鋼板を用いる場合もあるが、この様な鋼板においても本発明法によれば深絞り性、耐ネックしわ性の向上効果が得られる。また、鋼板強度を高めるため、２ＣＲでなく、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｐなどの強化元素を添加しても、また二次加工性を高めるためのＢ添加、耐食性など各種特性向上のための元素添加をした場合にも本発明の効果が失われるものではない。
【００２２】
通常、本発明鋼板は表面処理鋼板用の原板として使用されるが、表面処理により本発明の効果はなんら損なわれるものではない。缶用表面処理としては通常、錫、クロム（ティンフリー）などが施される。また、近年使用されるようになっている有機皮膜を貼ったラミネート鋼板用の原板としても発明の効果を損なうことなく使用できる。
【００２３】
【実施例】
本発明の評価は表１に示す各成分の鋼について、通常の熱延、冷延、焼鈍の後、硬質調整のために３０％の２ＣＲを施した鋼板で行った。鋼ａ、ｄが本発明の成分範囲の鋼であり、鋼ｂ、ｃ、ｅが比較鋼である。即ち、鋼ｂはＣの含有量が高く、また（ＡｌＮとして存在するＮ）／（鋼中Ｎ）の比が０．２を超えており、鋼ｃはＴｉの含有量が低く、そして、鋼ｅは（ＡｌＮとして存在するＮ）／（鋼中Ｎ）の比が０．２を大幅に超えていて本発明で規定する成分範囲から外れる。
【００２４】
【表１】

【００２５】
縮径限界率＝（初期径−しわ発生径）／（初期径）・・・・・・（１）
ヒートバックルについては連続焼鈍ラインを通板した際の、ヒートバックル発生の有無で判定した。
【００２６】
試験結果および判定結果を表２に示す。表２から明らかなように本発明の範囲内で製造された発明鋼ａ、ｄは深絞り性（ＬＤＲ）、耐ネックしわ性、耐ヒートバックル性のすべてに良好な特性が得られている。一方、比較鋼ｂ、ｃ、ｅは、深絞り性、耐ネックしわ性、耐ヒートバックル性のいずれかが劣っていた。
【００２７】
【表２】

【００２８】
【発明の効果】
以上述べたごとく本発明によれば、深い絞り成形が可能となるため、より缶高さの高い缶を得ることができる。同じ缶高さであれば、しごき、および引き延ばし加工量を小さくすることができるため、ネック縮径時のしわ発生率を低減することができる。また、本発明鋼は同じ絞り、しごき、および引き延ばし加工とした場合でも耐ネックしわ性が良好となる。さらに、本発明鋼は従来材より低い焼鈍温度でも良好な特性を示すことから、ヒートバックルの発生を回避でき、極薄容器材料の高効率な製造が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】スラブ加熱温度が異なる材料について、限界縮径率に及ぼす（ＡｌＮとして存在するＮ）／（鋼中Ｎ）の影響を示すグラフである。

Claims (3)

1. 重量％で、
   Ｃ：０．００２％以下、
   Ｎ：０．００４％以下、
   Ｔｉ：０．０２〜０．０４％、
   Ｏ：０．００１〜０．００７％、
   Ａｌ：０．０１３〜０．０３０％
   を含み、（ＡｌＮとして存在するＮ）／（鋼中Ｎ）≦０．２としたことを特徴とする深絞り性および耐ネックしわ性に優れた２ピース容器用鋼板。
2. Ａｌ／Ｔｉ：１以下、Ａｌ：０．０２％以下としたことを特徴とする請求項１記載の２ピース容器用鋼板。
3. 重量％で
   Ｃ：０．００２％以下、
   Ｎ：０．００４％以下、
   Ｔｉ：０．０２〜０．０４％、
   Ｏ：０．００１〜０．００７％、
   Ａｌ：０．０１３〜０．０３０％
   を含むスラブを鋳造し、熱間圧延におけるスラブ加熱温度を１１００℃以下として、鋼板中のＮ量を（ＡｌＮとして存在するＮ）／（鋼中Ｎ）≦０．２となるようにすることを特徴とする２ピース容器用鋼板の製造方法。

Images