JP3852138B2 - 冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法 - Google Patents
冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、省エネルギー化、圧延ロールの長寿命化及び酸洗コスト低減を目的に、低温仕上熱間圧延（フェライト域仕上圧延）を施しても、２ピースあるいは３ピース缶用鋼板等の使途に有用な深絞り性に優れた鋼板を得ることができ、かつ、缶体として加工を施した際にリジングが発生しない、缶用鋼板用素材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
種々の缶のなかでも特に２ピース缶に使用される冷延鋼板には、その特性として優れた深絞り性が要求される。深絞り性向上のためには、鋼板の機械的特性として、高いｒ値（ランクフォード値）が必要である。そのような深絞り用冷延鋼板には、Ar3 変態点以上で熱間圧延を施したのち、冷間圧延により最終板厚の薄板とし、しかる後に再結晶焼鈍を施して製造する冷延鋼板が一般的に使用されていた。
【０００３】
近年、かかる冷延鋼板においては、熱延工程の省エネルギー、歩留まり向上による低コスト化を目的として、Ar3 変態点以下で仕上圧延を終了することが試みられるようになった。しかし、実際にAr3 変態点以下で仕上圧延を終了すると、「リジング」と呼ばれる特異な現象を生じ易くなるところに問題があった。
【０００４】
このリジングとは、薄板に引張りや深絞り等の変形を加えたとき、圧延方向に沿って細かい筋状のしわを生ずる現象であり、一般に17％Crステンレス鋼のようなフェライト系ステンレス鋼では、「日本金属学会会誌Vol.31,No.4(1967),p.519 」や「日本金属学会会誌Vol.31,No.6(1967),p.717 」に開示されているようによく知られている現象である。
【０００５】
従来、このリジングの発生はステンレス鋼特有のものと思われていたが、一般の冷延鋼板でもAr3 変態点以下で仕上圧延を終了する場合に発生し易いことが知られるようになった。これらの缶用鋼板、ステンレス鋼板や自動車用鋼板等は、機械的性質の他に表面の平滑さ、美麗さもまた重要な特性であり、このようなリジングが生じた場合には製品として致命的な欠陥になってしまうことがある。
【０００６】
このような観点から、リジングの発生原因及び発生機構について、鋼組成や製造方法等の種々の見地から研究が進められているが、未だ統一された見解は出されていない。また、リジングの抑制手段としては、「鉄と鋼Vol.77,No.8(1991)p.84 」や「鉄と鋼Vol.78,No.4(1992)p.124」に開示されるような対策、すなわち、粗圧延パス間時間を長くするとか、熱延板焼鈍あるいはパス間焼鈍をするといった手段が提案されてきたが、これらの方法は、低コストで薄鋼板を製造することを前提としている深絞り用冷延鋼板の製造に適用しようとする場合においては、適正かつ効率的な手段を提供するものではなかった。
【０００７】
更に、特開昭６３−１２１６２３号公報には、耐リジング性と化成処理性に優れる冷延鋼板の製造方法に関し、Ｃ、Ｎ、Ｓ量とTi量とが特定の関係になる鋼を熱間圧延する際、仕上温度を600 〜800 ℃とし、かつ少なくとも１パスを潤滑油を用いて仕上げ、引き続き圧下率50〜95％で冷間圧延し、次に再結晶焼鈍する方法が開示されている。しかしながら、この方法では少なくとも１パスを潤滑油を用いながら圧延する必要があるため、圧延時にスリップ等の問題が生じ、生産性が著しく低下するおそれがあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、深絞り用冷延鋼板の素材となる熱延鋼板のコロニーに着目し、そのコロニーの状態を規制することにより、熱間圧延工程の生産性の低下なく製造することのできる、耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法を提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、冷延鋼板の耐リジング性及び深絞り性を改善すべく鋭意研究を重ねた結果、以下のように、その素材である熱延鋼板を限定することにより、耐リジング性に優れた深絞り用冷延鋼板が製造可能となることを見出した。
すなわち、
Ｃ：0.0005〜0.0150wt％、
Si：0.10wt％以下、
Mn：0.1 〜0.6 wt％、
Ｐ：0.02wt％以下、
Ｓ：0.02wt％以下、
Al：0.015 〜0.15wt％及び
Ｎ：0.02wt％以下
を基本成分として含み、残部はFe及び不可避的不純物の組成よりなり、かつ
平均結晶粒径ｄが35μm 以下、平均コロニーサイズが80μm 以下及び下記に示すコロニー内の方位集中度Ｓが0.8 以下であることを特徴とする冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材である。
記
Ｓ＝Ｘ20゜／Ｘ30゜
ここに、
Ｘ30゜：隣接する結晶粒間の方位差が30°以内のコロニー面積
Ｘ20゜：Ｘ30゜のうち、隣接する結晶粒間の方位差が20°以内のコロニー面積
そこで、次に発明者らは、上記の構成になる缶用鋼板用素材の有利な製造方法について検討を重ねた。その結果、以下の構成になるこの発明を開発するに至ったのである。
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）Ｃ： 0.0005 〜 0.0150wt ％、
Si ： 0.10wt ％以下、
Mn ： 0.1 〜 0.6 wt ％、
Ｐ： 0.02wt ％以下、
Ｓ： 0.02wt ％以下、
Al ： 0.015 〜 0.15wt ％及び
Ｎ： 0.02wt ％以下
を基本成分として含み、残部は Fe 及び不可避的不純物の組成になるスラブを、 1200 ℃以下に加熱後、（Ａ r 3 変態点＋ 150 ℃）〜（Ａ r 3 変態点＋ 50 ℃）で粗圧延し、ついで仕上圧延中に加工−再結晶を２回以上繰り返し、Ａ r 3 変態点以下で仕上圧延を終了し、仕上げ圧延終了後、 0.5 秒以内に 70 ℃ /s 以上の冷却速度で 750 ℃以下まで冷却することを特徴とする冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法。
（２）前記スラブが、前記基本成分に加えて、
Ti：0.001 〜0.020 wt％及び
Nb：0.001 〜0.020 wt％
の少なくとも１種を含有することを特徴とする上記（１）に記載の冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法。
（３）前記スラブが、前記基本成分に加えて、
Ｂ：0.0001〜0.0030wt％
を含有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の基礎となった研究結果を述べる。
Ｃ：0.002 wt％、Si：0.01wt％、Mn：0.2 wt％、Ｐ：0.01wt％、Ｓ：0.005 wt％、Al：0.04wt％、Ｎ：0.002 wt％及びNb：0.005 wt％を含有し、残部はFe及び不可避的不純物の組成よりなるシートバーを1200℃に加熱−均熱後、1050℃で１パス圧延後、700 〜Ar3 変態点の温度域で50〜90％の圧下率にて２パス圧延した後、700 ℃，１時間のコイル巻取処理を施した。引き続き90％の冷間圧延を施した後、750 ℃−20s の再結晶焼鈍を施した。
【００１１】
図１に、冷延鋼板の耐リジング性に及ぼす熱延鋼板のコロニー内の方位集中度及びコロニーサイズの影響を示す。なお、リジング評価指数は、JIS ５号引張試験片に加工した冷延鋼板に15％引張歪を与えたものを目視により評価して求めた。リジング評価指数が２以下のものは実用上問題のないリジングレベルである。また、コロニー内の方位集中度は、Electron Back Scattering Diffraction Patern にて板厚断面の鋼板の結晶方位を各結晶ごとに測定し、隣接する結晶粒間の方位差が20°以内及び30°以内の結晶粒群をそれぞれコロニーとみなし、その面積の比にて求めた。すなわち、コロニー内の方位集中度Ｓは、Ｓ＝Ｘ20゜／Ｘ30゜、但しＸ30゜：隣接する結晶粒間の方位差が30°以内のコロニー面積、Ｘ20゜：Ｘ30゜のうち、隣接する結晶粒間の方位差が20°以内のコロニー面積、とした。この図１からわかるように、冷延鋼板の耐リジング性は、フェライト域熱延鋼板のコロニー内の方位集中度に強く依存し、コロニー内の方位集中度Ｓが0.8 以下で、かつコロニーサイズが80μm 以下の場合に耐リジング性に優れた缶用冷延鋼板が製造可能となる。
【００１２】
発明者らは、以上の実験結果を基に種々検討した結果、以下のようにこの発明を定めたのである。
(1) 鋼成分
(a) Ｃ：0.0005〜0.0150wt％
Ｃは少なければ少ないほど深絞り性が向上するので好ましいが、その含有量が0.015 wt％以下ではさほど悪影響を及ぼさないので0.015 wt％以下と限定した。一方、Ｃ量が0.0005wt％より少ないと、結晶粒が粗大化し、目的の粒径の熱延鋼板が得られないし、冷延・焼鈍後の結晶粒も粗大化し、絞り加工時に鋼板表面の肌荒れが生じる危険性があるために、下限を0.0005wt％とした。
(b) Si：0.10wt％以下
Siは、鋼を強化する作用があり、所望の強度に応じて必要量を添加させるが、その添加量が0.10wt％を超えると鋼板が過度に硬質化し、かつ深絞り性が劣るので0.10wt％以下と限定した。
(c) Mn：0.1 〜0.6 wt％
Mnは、不純物であるＳによる熱延中の赤熱脆性を防止するために必要な成分であり、そのために0.1 wt％以上が必要であるが、一方で0.6 wt％を超えるとスラブ圧延中に割れを生じたり、鋼板が過度に硬質化するために0.1 〜0.6 wt％の範囲に限定した。
【００１３】
(d) Ｐ：0.02wt％以下
Ｐは、鋼を強化する作用があり、所望の強度に応じて必要量を添加させるが、その添加量が0.02wt％を超えると深絞り性が劣るので、0.02wt％以下と限定した。
(e) Ｓ：0.02wt％以下
Ｓは、熱延中の赤熱脆性を生じさせる不純物成分であり、極力少ないことが望ましいが、不可避的に含有される成分でもあるため、上限を0.02wt％とした。
【００１４】
(f) Al：0.015 〜0.15wt％
Alは脱酸を行い、炭窒化物形成成分の歩留まり向上のために添加されるが、その含有量が0.015 wt％未満だと添加効果がなく、一方0.15wt％を超えて添加しても、より一層の脱酸効果は得られないため、0.015 〜0.15wt％に限定した。
(g) Ｎ：0.02wt％以下
Ｎは、少なければ少ないほど深絞り性が向上するので好ましいが、その含有量が0.02wt％以下ではさほど悪影響を及ぼさないので、0.02wt％以下に限定した。
【００１５】
上記の基本成分に加えて、この発明では、Ti、Nbの一種以上又は／及びＢを含有させることが可能である。
(h) Ti：0.001 〜0.02wt％
Tiは、鋼中の固溶Ｃを炭化物として析出固定させて低減し、固溶Ｃによる深絞り性劣化を防止する効果がある。その添加量が0.001 wt％以下では添加効果がなく、一方、0.02wt％を超えて添加しても、それ以上の効果は得られず、逆に深絞り性劣化につながるので、0.001 〜0.02wt％に限定した。
(i)Nb ：0.001 〜0.02wt％
Nbは、鋼中の固溶Ｃを炭化物として析出固定させて低減し、固溶Ｃによる深絞り性劣化を防止する効果がある。その添加量が0.001 wt％未満では添加効果がなく、一方0.02wt％を超えて添加してもそれ以上の効果は得られず、逆に深絞り性劣化につながるので、0.001 〜0.02wt％に限定した。
(j) Ｂ：0.0001〜0.0030wt％
Ｂは、鋼の耐二次加工脆性の改善のために添加されるが、その添加量が0.0001wt％未満では添加効果がなく、一方0.0030wt％を超えて添加すると、逆に深絞り性劣化につながるので、0.0001〜0.0030wt％に限定した。
【００１６】
(2) 熱延鋼板のコロニー内の方位集中度
熱延鋼板のコロニー内の方位集中度は、この発明において最も重要であり、冷延−焼鈍後の耐リジング性を改善するためは、熱延鋼板のコロニー内の方位集中度を0.8 以下にする必要がある。すなわち、熱延板にてコロニー内の方位集中度が0.8 より高い場合は、たとえ鋼成分及び冷延−焼鈍条件を変化させても、優れた耐リジング性は得られない。
【００１７】
なお、コロニー内の方位集中度の規制による耐リジング性改善の効果に関しては、以下のように考えられる。
発明者らは、フェライト域熱延材の耐リジング性に関して、種々の検討を行った結果、耐リジング性に最も影響を与える因子として、熱延板で形成されているコロニー（隣接する結晶粒間の方位差が数十度以内の結晶粒群）であることを、Electron Back Scattering Diffraction Patern を用いた研究により明らかにした。そして、耐リジング性を改善するためには、コロニー内の結晶粒をランダムにすることが最も有効であることを見出した。そのコロニー内の結晶粒のランダム化の程度をコロニー内の方位集中度：Ｓで表せることを種々の実験により見出し、
Ｓ＝Ｘ20゜／Ｘ30゜
ここに、
Ｘ30゜：隣接する結晶粒間の方位差が30°以内のコロニー面積
Ｘ20゜：Ｘ30゜のうち、隣接する結晶粒間の方位差が20°以内のコロニー面積
とした。
【００１８】
なお、フェライト域熱延板に形成されるコロニーをランダム化するためには、コロニー内の結晶粒をランダム化することが必要である。発明者らは種々の実験により、仕上圧延中において加工−再結晶を２回以上繰り返すことにより、コロニー内の結晶粒がランダム化することを見出した。このような仕上圧延中において加工−再結晶を２回以上、繰り返すためには、仕上圧延機のパス間で再結晶を起こす必要がある。通常の熱間圧延工程ではパス間の時間が短いため、パス間で再結晶を起こすのは困難である。しかしながら、例えば仕上圧延中に１パス空圧延することにより、パス間で再結晶が起こる時間が確保され、仕上圧延中において加工−再結晶を２回以上繰り返すことが可能となる。
【００１９】
(3) 熱延鋼板の平均コロニーサイズ
熱延鋼板の平均コロニーサイズもまた、この発明において重要であり、冷延−焼鈍後の耐リジング性を改善するためは、熱延鋼板の平均コロニーサイズをを80μm 以下にする必要がある。すなわち、詳細な機構は不明であるが熱延板にて平均コロニーサイズが80μm より大きい場合は、たとえ鋼成分及び冷延−焼鈍条件を変化させても、優れた耐リジング性は得られない。なお、フェライト域熱延板に形成されるコロニーをサイズを80μm 以下にするためには、粗圧延の温度の低下および高圧下にて行うことが有効であり、そのための粗圧延終了温度は1100℃以下好ましくは1000℃以下である。また粗圧延時の圧下率も重要であり好ましくは粗最終パスを25％以上の圧下率にて行うことが好ましい。
【００２０】
(4) 熱延鋼板の平均結晶粒径
深絞り加工を施すような２ピース缶では、イヤリング性が小さいこと、すなわち、深絞り加工後の耳発生が少ないことが重要視される。このイヤリングが発生した部分は缶の深絞り成形後に切り捨てる必要があるために、このイヤリング性が大きいと、材料歩留まりが悪くなるばかりか、場合によっては必要な成形高さが得られず、成形品全体を破棄しなければならなくなる。したがって、深絞り成形時に発生するイヤリングは極力小さいことが望ましい。
ところで、イヤリングの高さは冷延鋼板のｒ値面内異方性：Δｒ（＝（ｒ0 ＋ｒ90−ｒ45）／２）（ｒ0 ，ｒ90，ｒ45はそれぞれ圧延方向に０°，90°，45°方向のｒ値）と良い相関があり、Δｒ＝０であればイヤリング高さは０になることが知られている。ここに、Δｒを０に近づけるには、仕上げ圧延終了後、0.5 秒以内に熱延鋼帯の水冷を開始し、70℃/s以上の冷却速度で急冷し、少なくとも750 ℃以下まで冷却して、熱延板の結晶粒径を35μm 以下に微細化することにより、冷延・焼鈍・更に調質圧延後の製品板のΔｒ値が小さくなることを見いだした。したがって、この発明では熱延板の平均結晶粒径を35μm 以下とし、熱間圧延の際は、後述するように仕上げ圧延終了後、0.5 秒以内に熱延鋼帯の水冷を開始し、70℃/s以上の冷却速度で急冷し、少なくとも750 ℃以下まで冷却することが好ましい。
【００２１】
(5) 熱間圧延工程
スラブ加熱温度は、省エネルギー化のためには、1200℃以下、より好ましくは1100℃以下である。また、粗圧延は（Ar3 変態点＋150 ℃）〜（Ar3 変態点＋50℃）の温度範囲で終了する必要がある。というのは、この温度範囲より低い温度で粗圧延した場合には、その後に、後述する好適な冷却方法を採っても熱延板は粗大な結晶粒となり、コロニーの微細化が達成されないために目的の耐リジング性が得られなくなる。一方、この範囲を超える高温で粗圧延をすると、圧延ロール寿命の短命化につながる。したがって、粗圧延終了温度範囲は（Ar3 変態点＋150 ℃）〜（Ar3 変態点＋50℃）とする必要がある。
また、コロニー内の結晶粒をランダム化するためには、仕上圧延中において加工−再結晶を繰り返すことが重要であるので、仕上圧延中の高温域で高圧下率圧延を施すことが好ましい。また、製品板のΔｒを小さくするためには、仕上げ圧延終了後、0.5 秒以内に熱延鋼帯の水冷を開始し、70℃/s以上の冷却速度で急冷し、少なくとも750 ℃以下まで冷却する必要がある。仕上げ圧延終了から水冷開始までの空冷時間が0.5 秒を超えた場合、あるいは冷却速度が70℃/sより小さい場合は、結晶粒成長が進行し、結晶粒の微細化が達成されない。巻取温度は、650 ℃以上800 ℃以下とするのが好ましい。コロニー内の結晶粒をランダム化するためには、巻取温度を高くして、高温域である程度以上の時間、保持させる必要があり、これにより圧延加工組織が再結晶することでコロニー内の結晶粒がランダム化する。巻取温度が650 ℃より低い場合には、再結晶が進行せず、結晶粒のランダム化が達成されない。一方、巻取温度が800 ℃を超えると、巻取後のスケール成長が著しくなり酸洗性が低下する他、結晶粒が以上に粗大化して材質が劣化したり、耐肌荒れ性が劣化する等の不具合が生じるため上限を800 ℃とした。なお、熱延板の再結晶を促進する仕上圧延後段強圧下は、耐リジング性改善には有効な手段である。また、仕上圧延時に潤滑圧延を施すことは、圧延組織の均一化、圧延荷重の減少に有効であり、この発明を阻害するものではない。
【００２２】
(6) 冷間圧延工程
この工程は、高いｒ値を得るために必須であり、冷延圧下率は80〜95％とすることが好ましい。
(7) 連続焼鈍工程
連続焼鈍は、再結晶終了温度以上の焼鈍温度か必要であるが、焼鈍温度が高すぎると結晶粒が異常に粗大化し、加工後の肌荒れが大きくなる他、缶用鋼板等の薄物材では炉内破断やバックリング発生の危険が大きくなるために750 ℃を上限とすることが望ましい。
【００２３】
(8) 調質圧延
調質圧延の圧下率は、鋼板の調質度により随時決定されるが、ストレッチャーストレインの発生を防止するためには、0.5 ％異常の圧下率で圧延する必要がある。一方、40％を超える圧下率で圧延すると鋼板が過度に硬質化して、加工性が低下する他、ｒ値の低下（深絞り性の劣化）が起こるために、その上限を40％とすることが好ましい。
【００２４】
【実施例】
表１に示す組成になる鋼スラブを1200℃に加熱−均熱後、表２に示す熱延条件にて板厚2.5 mmの熱延鋼帯にした。このとき得られた熱延鋼板のコロニー内の方位集中度も表２に併せて示す。引き続き冷間圧延にて板厚0.25mmの冷延鋼帯とし、750 ℃−20s の再結晶焼鈍を施した。得られた冷延鋼板の材料特性を調査した。
引張特性はJIS ５号引張試験片を使用して測定した。また、ｒ値は15％引張予歪を与えた後、３点法にて測定し、Ｌ方向（圧延方向）、Ｄ（圧延方向に45度方向）及びＣ方向（圧延方向に90度方向）の平均値及びｒ値の異方性を、それぞれ次式により平均ｒ値及びΔｒとして求めた。
平均ｒ値＝（ｒ0 ＋２ｒ45＋ｒ90）／４
ｒ値面内異方性＝（ｒ0 ＋ｒ90−ｒ45）／２）
（ｒ0 ，ｒ90，ｒ45はそれぞれ圧延方向に０°，90°，45°方向のｒ値）
また、耐リジング性は、リジング評価指数を用いて判定し、JIS ５号引張試験片に加工した鋼板に15％引張歪を与えたものを目視により評価して求めた。リジング評価指数が２以下のものは実用上問題のないリジングレベルである。
最終製品の材料特性を表２に示す。この発明に従い製造した冷延鋼板用素材は、冷延鋼板に加工した場合に、比較例に比べ優れた耐リジング性と深絞り性とを有することがわかる。
【００２５】
【表１】
【００２６】
【表２】
【００２７】
【発明の効果】
この発明によれば、熱延鋼板のコロニーを微細化し、かつコロニー内の方位集中度を限定することにより、従来よりも格段に優れた耐リジング性と深絞り性とを有する缶用冷延鋼板の製造が可能となる。なお、この発明の鋼板は、すずめっき鋼板及びティンフリーテチールとしてのみでなく、亜鉛めっき、Niめっき及び塗油鋼板としても用いることができ、また、その用途適用範囲は深絞り加工等の加工を施す食缶及び飲料缶等の各種金属缶のみならず、乾電池内装缶等から各種家電・電位部品及び自動車部品等までと、幅広い範囲での活用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐リジング性に及ぼす熱延鋼板のコロニー内の方位集中度及びコロニーサイズの影響を示す図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、省エネルギー化、圧延ロールの長寿命化及び酸洗コスト低減を目的に、低温仕上熱間圧延（フェライト域仕上圧延）を施しても、２ピースあるいは３ピース缶用鋼板等の使途に有用な深絞り性に優れた鋼板を得ることができ、かつ、缶体として加工を施した際にリジングが発生しない、缶用鋼板用素材の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
種々の缶のなかでも特に２ピース缶に使用される冷延鋼板には、その特性として優れた深絞り性が要求される。深絞り性向上のためには、鋼板の機械的特性として、高いｒ値（ランクフォード値）が必要である。そのような深絞り用冷延鋼板には、Ar3 変態点以上で熱間圧延を施したのち、冷間圧延により最終板厚の薄板とし、しかる後に再結晶焼鈍を施して製造する冷延鋼板が一般的に使用されていた。
【０００３】
近年、かかる冷延鋼板においては、熱延工程の省エネルギー、歩留まり向上による低コスト化を目的として、Ar3 変態点以下で仕上圧延を終了することが試みられるようになった。しかし、実際にAr3 変態点以下で仕上圧延を終了すると、「リジング」と呼ばれる特異な現象を生じ易くなるところに問題があった。
【０００４】
このリジングとは、薄板に引張りや深絞り等の変形を加えたとき、圧延方向に沿って細かい筋状のしわを生ずる現象であり、一般に17％Crステンレス鋼のようなフェライト系ステンレス鋼では、「日本金属学会会誌Vol.31,No.4(1967),p.519 」や「日本金属学会会誌Vol.31,No.6(1967),p.717 」に開示されているようによく知られている現象である。
【０００５】
従来、このリジングの発生はステンレス鋼特有のものと思われていたが、一般の冷延鋼板でもAr3 変態点以下で仕上圧延を終了する場合に発生し易いことが知られるようになった。これらの缶用鋼板、ステンレス鋼板や自動車用鋼板等は、機械的性質の他に表面の平滑さ、美麗さもまた重要な特性であり、このようなリジングが生じた場合には製品として致命的な欠陥になってしまうことがある。
【０００６】
このような観点から、リジングの発生原因及び発生機構について、鋼組成や製造方法等の種々の見地から研究が進められているが、未だ統一された見解は出されていない。また、リジングの抑制手段としては、「鉄と鋼Vol.77,No.8(1991)p.84 」や「鉄と鋼Vol.78,No.4(1992)p.124」に開示されるような対策、すなわち、粗圧延パス間時間を長くするとか、熱延板焼鈍あるいはパス間焼鈍をするといった手段が提案されてきたが、これらの方法は、低コストで薄鋼板を製造することを前提としている深絞り用冷延鋼板の製造に適用しようとする場合においては、適正かつ効率的な手段を提供するものではなかった。
【０００７】
更に、特開昭６３−１２１６２３号公報には、耐リジング性と化成処理性に優れる冷延鋼板の製造方法に関し、Ｃ、Ｎ、Ｓ量とTi量とが特定の関係になる鋼を熱間圧延する際、仕上温度を600 〜800 ℃とし、かつ少なくとも１パスを潤滑油を用いて仕上げ、引き続き圧下率50〜95％で冷間圧延し、次に再結晶焼鈍する方法が開示されている。しかしながら、この方法では少なくとも１パスを潤滑油を用いながら圧延する必要があるため、圧延時にスリップ等の問題が生じ、生産性が著しく低下するおそれがあった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の問題を有利に解決するもので、深絞り用冷延鋼板の素材となる熱延鋼板のコロニーに着目し、そのコロニーの状態を規制することにより、熱間圧延工程の生産性の低下なく製造することのできる、耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法を提案することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、冷延鋼板の耐リジング性及び深絞り性を改善すべく鋭意研究を重ねた結果、以下のように、その素材である熱延鋼板を限定することにより、耐リジング性に優れた深絞り用冷延鋼板が製造可能となることを見出した。
すなわち、
Ｃ：0.0005〜0.0150wt％、
Si：0.10wt％以下、
Mn：0.1 〜0.6 wt％、
Ｐ：0.02wt％以下、
Ｓ：0.02wt％以下、
Al：0.015 〜0.15wt％及び
Ｎ：0.02wt％以下
を基本成分として含み、残部はFe及び不可避的不純物の組成よりなり、かつ
平均結晶粒径ｄが35μm 以下、平均コロニーサイズが80μm 以下及び下記に示すコロニー内の方位集中度Ｓが0.8 以下であることを特徴とする冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材である。
記
Ｓ＝Ｘ20゜／Ｘ30゜
ここに、
Ｘ30゜：隣接する結晶粒間の方位差が30°以内のコロニー面積
Ｘ20゜：Ｘ30゜のうち、隣接する結晶粒間の方位差が20°以内のコロニー面積
そこで、次に発明者らは、上記の構成になる缶用鋼板用素材の有利な製造方法について検討を重ねた。その結果、以下の構成になるこの発明を開発するに至ったのである。
すなわち、この発明の要旨構成は次のとおりである。
（１）Ｃ： 0.0005 〜 0.0150wt ％、
Si ： 0.10wt ％以下、
Mn ： 0.1 〜 0.6 wt ％、
Ｐ： 0.02wt ％以下、
Ｓ： 0.02wt ％以下、
Al ： 0.015 〜 0.15wt ％及び
Ｎ： 0.02wt ％以下
を基本成分として含み、残部は Fe 及び不可避的不純物の組成になるスラブを、 1200 ℃以下に加熱後、（Ａ r 3 変態点＋ 150 ℃）〜（Ａ r 3 変態点＋ 50 ℃）で粗圧延し、ついで仕上圧延中に加工−再結晶を２回以上繰り返し、Ａ r 3 変態点以下で仕上圧延を終了し、仕上げ圧延終了後、 0.5 秒以内に 70 ℃ /s 以上の冷却速度で 750 ℃以下まで冷却することを特徴とする冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法。
（２）前記スラブが、前記基本成分に加えて、
Ti：0.001 〜0.020 wt％及び
Nb：0.001 〜0.020 wt％
の少なくとも１種を含有することを特徴とする上記（１）に記載の冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法。
（３）前記スラブが、前記基本成分に加えて、
Ｂ：0.0001〜0.0030wt％
を含有することを特徴とする上記（１）または（２）に記載の冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の基礎となった研究結果を述べる。
Ｃ：0.002 wt％、Si：0.01wt％、Mn：0.2 wt％、Ｐ：0.01wt％、Ｓ：0.005 wt％、Al：0.04wt％、Ｎ：0.002 wt％及びNb：0.005 wt％を含有し、残部はFe及び不可避的不純物の組成よりなるシートバーを1200℃に加熱−均熱後、1050℃で１パス圧延後、700 〜Ar3 変態点の温度域で50〜90％の圧下率にて２パス圧延した後、700 ℃，１時間のコイル巻取処理を施した。引き続き90％の冷間圧延を施した後、750 ℃−20s の再結晶焼鈍を施した。
【００１１】
図１に、冷延鋼板の耐リジング性に及ぼす熱延鋼板のコロニー内の方位集中度及びコロニーサイズの影響を示す。なお、リジング評価指数は、JIS ５号引張試験片に加工した冷延鋼板に15％引張歪を与えたものを目視により評価して求めた。リジング評価指数が２以下のものは実用上問題のないリジングレベルである。また、コロニー内の方位集中度は、Electron Back Scattering Diffraction Patern にて板厚断面の鋼板の結晶方位を各結晶ごとに測定し、隣接する結晶粒間の方位差が20°以内及び30°以内の結晶粒群をそれぞれコロニーとみなし、その面積の比にて求めた。すなわち、コロニー内の方位集中度Ｓは、Ｓ＝Ｘ20゜／Ｘ30゜、但しＸ30゜：隣接する結晶粒間の方位差が30°以内のコロニー面積、Ｘ20゜：Ｘ30゜のうち、隣接する結晶粒間の方位差が20°以内のコロニー面積、とした。この図１からわかるように、冷延鋼板の耐リジング性は、フェライト域熱延鋼板のコロニー内の方位集中度に強く依存し、コロニー内の方位集中度Ｓが0.8 以下で、かつコロニーサイズが80μm 以下の場合に耐リジング性に優れた缶用冷延鋼板が製造可能となる。
【００１２】
発明者らは、以上の実験結果を基に種々検討した結果、以下のようにこの発明を定めたのである。
(1) 鋼成分
(a) Ｃ：0.0005〜0.0150wt％
Ｃは少なければ少ないほど深絞り性が向上するので好ましいが、その含有量が0.015 wt％以下ではさほど悪影響を及ぼさないので0.015 wt％以下と限定した。一方、Ｃ量が0.0005wt％より少ないと、結晶粒が粗大化し、目的の粒径の熱延鋼板が得られないし、冷延・焼鈍後の結晶粒も粗大化し、絞り加工時に鋼板表面の肌荒れが生じる危険性があるために、下限を0.0005wt％とした。
(b) Si：0.10wt％以下
Siは、鋼を強化する作用があり、所望の強度に応じて必要量を添加させるが、その添加量が0.10wt％を超えると鋼板が過度に硬質化し、かつ深絞り性が劣るので0.10wt％以下と限定した。
(c) Mn：0.1 〜0.6 wt％
Mnは、不純物であるＳによる熱延中の赤熱脆性を防止するために必要な成分であり、そのために0.1 wt％以上が必要であるが、一方で0.6 wt％を超えるとスラブ圧延中に割れを生じたり、鋼板が過度に硬質化するために0.1 〜0.6 wt％の範囲に限定した。
【００１３】
(d) Ｐ：0.02wt％以下
Ｐは、鋼を強化する作用があり、所望の強度に応じて必要量を添加させるが、その添加量が0.02wt％を超えると深絞り性が劣るので、0.02wt％以下と限定した。
(e) Ｓ：0.02wt％以下
Ｓは、熱延中の赤熱脆性を生じさせる不純物成分であり、極力少ないことが望ましいが、不可避的に含有される成分でもあるため、上限を0.02wt％とした。
【００１４】
(f) Al：0.015 〜0.15wt％
Alは脱酸を行い、炭窒化物形成成分の歩留まり向上のために添加されるが、その含有量が0.015 wt％未満だと添加効果がなく、一方0.15wt％を超えて添加しても、より一層の脱酸効果は得られないため、0.015 〜0.15wt％に限定した。
(g) Ｎ：0.02wt％以下
Ｎは、少なければ少ないほど深絞り性が向上するので好ましいが、その含有量が0.02wt％以下ではさほど悪影響を及ぼさないので、0.02wt％以下に限定した。
【００１５】
上記の基本成分に加えて、この発明では、Ti、Nbの一種以上又は／及びＢを含有させることが可能である。
(h) Ti：0.001 〜0.02wt％
Tiは、鋼中の固溶Ｃを炭化物として析出固定させて低減し、固溶Ｃによる深絞り性劣化を防止する効果がある。その添加量が0.001 wt％以下では添加効果がなく、一方、0.02wt％を超えて添加しても、それ以上の効果は得られず、逆に深絞り性劣化につながるので、0.001 〜0.02wt％に限定した。
(i)Nb ：0.001 〜0.02wt％
Nbは、鋼中の固溶Ｃを炭化物として析出固定させて低減し、固溶Ｃによる深絞り性劣化を防止する効果がある。その添加量が0.001 wt％未満では添加効果がなく、一方0.02wt％を超えて添加してもそれ以上の効果は得られず、逆に深絞り性劣化につながるので、0.001 〜0.02wt％に限定した。
(j) Ｂ：0.0001〜0.0030wt％
Ｂは、鋼の耐二次加工脆性の改善のために添加されるが、その添加量が0.0001wt％未満では添加効果がなく、一方0.0030wt％を超えて添加すると、逆に深絞り性劣化につながるので、0.0001〜0.0030wt％に限定した。
【００１６】
(2) 熱延鋼板のコロニー内の方位集中度
熱延鋼板のコロニー内の方位集中度は、この発明において最も重要であり、冷延−焼鈍後の耐リジング性を改善するためは、熱延鋼板のコロニー内の方位集中度を0.8 以下にする必要がある。すなわち、熱延板にてコロニー内の方位集中度が0.8 より高い場合は、たとえ鋼成分及び冷延−焼鈍条件を変化させても、優れた耐リジング性は得られない。
【００１７】
なお、コロニー内の方位集中度の規制による耐リジング性改善の効果に関しては、以下のように考えられる。
発明者らは、フェライト域熱延材の耐リジング性に関して、種々の検討を行った結果、耐リジング性に最も影響を与える因子として、熱延板で形成されているコロニー（隣接する結晶粒間の方位差が数十度以内の結晶粒群）であることを、Electron Back Scattering Diffraction Patern を用いた研究により明らかにした。そして、耐リジング性を改善するためには、コロニー内の結晶粒をランダムにすることが最も有効であることを見出した。そのコロニー内の結晶粒のランダム化の程度をコロニー内の方位集中度：Ｓで表せることを種々の実験により見出し、
Ｓ＝Ｘ20゜／Ｘ30゜
ここに、
Ｘ30゜：隣接する結晶粒間の方位差が30°以内のコロニー面積
Ｘ20゜：Ｘ30゜のうち、隣接する結晶粒間の方位差が20°以内のコロニー面積
とした。
【００１８】
なお、フェライト域熱延板に形成されるコロニーをランダム化するためには、コロニー内の結晶粒をランダム化することが必要である。発明者らは種々の実験により、仕上圧延中において加工−再結晶を２回以上繰り返すことにより、コロニー内の結晶粒がランダム化することを見出した。このような仕上圧延中において加工−再結晶を２回以上、繰り返すためには、仕上圧延機のパス間で再結晶を起こす必要がある。通常の熱間圧延工程ではパス間の時間が短いため、パス間で再結晶を起こすのは困難である。しかしながら、例えば仕上圧延中に１パス空圧延することにより、パス間で再結晶が起こる時間が確保され、仕上圧延中において加工−再結晶を２回以上繰り返すことが可能となる。
【００１９】
(3) 熱延鋼板の平均コロニーサイズ
熱延鋼板の平均コロニーサイズもまた、この発明において重要であり、冷延−焼鈍後の耐リジング性を改善するためは、熱延鋼板の平均コロニーサイズをを80μm 以下にする必要がある。すなわち、詳細な機構は不明であるが熱延板にて平均コロニーサイズが80μm より大きい場合は、たとえ鋼成分及び冷延−焼鈍条件を変化させても、優れた耐リジング性は得られない。なお、フェライト域熱延板に形成されるコロニーをサイズを80μm 以下にするためには、粗圧延の温度の低下および高圧下にて行うことが有効であり、そのための粗圧延終了温度は1100℃以下好ましくは1000℃以下である。また粗圧延時の圧下率も重要であり好ましくは粗最終パスを25％以上の圧下率にて行うことが好ましい。
【００２０】
(4) 熱延鋼板の平均結晶粒径
深絞り加工を施すような２ピース缶では、イヤリング性が小さいこと、すなわち、深絞り加工後の耳発生が少ないことが重要視される。このイヤリングが発生した部分は缶の深絞り成形後に切り捨てる必要があるために、このイヤリング性が大きいと、材料歩留まりが悪くなるばかりか、場合によっては必要な成形高さが得られず、成形品全体を破棄しなければならなくなる。したがって、深絞り成形時に発生するイヤリングは極力小さいことが望ましい。
ところで、イヤリングの高さは冷延鋼板のｒ値面内異方性：Δｒ（＝（ｒ0 ＋ｒ90−ｒ45）／２）（ｒ0 ，ｒ90，ｒ45はそれぞれ圧延方向に０°，90°，45°方向のｒ値）と良い相関があり、Δｒ＝０であればイヤリング高さは０になることが知られている。ここに、Δｒを０に近づけるには、仕上げ圧延終了後、0.5 秒以内に熱延鋼帯の水冷を開始し、70℃/s以上の冷却速度で急冷し、少なくとも750 ℃以下まで冷却して、熱延板の結晶粒径を35μm 以下に微細化することにより、冷延・焼鈍・更に調質圧延後の製品板のΔｒ値が小さくなることを見いだした。したがって、この発明では熱延板の平均結晶粒径を35μm 以下とし、熱間圧延の際は、後述するように仕上げ圧延終了後、0.5 秒以内に熱延鋼帯の水冷を開始し、70℃/s以上の冷却速度で急冷し、少なくとも750 ℃以下まで冷却することが好ましい。
【００２１】
(5) 熱間圧延工程
スラブ加熱温度は、省エネルギー化のためには、1200℃以下、より好ましくは1100℃以下である。また、粗圧延は（Ar3 変態点＋150 ℃）〜（Ar3 変態点＋50℃）の温度範囲で終了する必要がある。というのは、この温度範囲より低い温度で粗圧延した場合には、その後に、後述する好適な冷却方法を採っても熱延板は粗大な結晶粒となり、コロニーの微細化が達成されないために目的の耐リジング性が得られなくなる。一方、この範囲を超える高温で粗圧延をすると、圧延ロール寿命の短命化につながる。したがって、粗圧延終了温度範囲は（Ar3 変態点＋150 ℃）〜（Ar3 変態点＋50℃）とする必要がある。
また、コロニー内の結晶粒をランダム化するためには、仕上圧延中において加工−再結晶を繰り返すことが重要であるので、仕上圧延中の高温域で高圧下率圧延を施すことが好ましい。また、製品板のΔｒを小さくするためには、仕上げ圧延終了後、0.5 秒以内に熱延鋼帯の水冷を開始し、70℃/s以上の冷却速度で急冷し、少なくとも750 ℃以下まで冷却する必要がある。仕上げ圧延終了から水冷開始までの空冷時間が0.5 秒を超えた場合、あるいは冷却速度が70℃/sより小さい場合は、結晶粒成長が進行し、結晶粒の微細化が達成されない。巻取温度は、650 ℃以上800 ℃以下とするのが好ましい。コロニー内の結晶粒をランダム化するためには、巻取温度を高くして、高温域である程度以上の時間、保持させる必要があり、これにより圧延加工組織が再結晶することでコロニー内の結晶粒がランダム化する。巻取温度が650 ℃より低い場合には、再結晶が進行せず、結晶粒のランダム化が達成されない。一方、巻取温度が800 ℃を超えると、巻取後のスケール成長が著しくなり酸洗性が低下する他、結晶粒が以上に粗大化して材質が劣化したり、耐肌荒れ性が劣化する等の不具合が生じるため上限を800 ℃とした。なお、熱延板の再結晶を促進する仕上圧延後段強圧下は、耐リジング性改善には有効な手段である。また、仕上圧延時に潤滑圧延を施すことは、圧延組織の均一化、圧延荷重の減少に有効であり、この発明を阻害するものではない。
【００２２】
(6) 冷間圧延工程
この工程は、高いｒ値を得るために必須であり、冷延圧下率は80〜95％とすることが好ましい。
(7) 連続焼鈍工程
連続焼鈍は、再結晶終了温度以上の焼鈍温度か必要であるが、焼鈍温度が高すぎると結晶粒が異常に粗大化し、加工後の肌荒れが大きくなる他、缶用鋼板等の薄物材では炉内破断やバックリング発生の危険が大きくなるために750 ℃を上限とすることが望ましい。
【００２３】
(8) 調質圧延
調質圧延の圧下率は、鋼板の調質度により随時決定されるが、ストレッチャーストレインの発生を防止するためには、0.5 ％異常の圧下率で圧延する必要がある。一方、40％を超える圧下率で圧延すると鋼板が過度に硬質化して、加工性が低下する他、ｒ値の低下（深絞り性の劣化）が起こるために、その上限を40％とすることが好ましい。
【００２４】
【実施例】
表１に示す組成になる鋼スラブを1200℃に加熱−均熱後、表２に示す熱延条件にて板厚2.5 mmの熱延鋼帯にした。このとき得られた熱延鋼板のコロニー内の方位集中度も表２に併せて示す。引き続き冷間圧延にて板厚0.25mmの冷延鋼帯とし、750 ℃−20s の再結晶焼鈍を施した。得られた冷延鋼板の材料特性を調査した。
引張特性はJIS ５号引張試験片を使用して測定した。また、ｒ値は15％引張予歪を与えた後、３点法にて測定し、Ｌ方向（圧延方向）、Ｄ（圧延方向に45度方向）及びＣ方向（圧延方向に90度方向）の平均値及びｒ値の異方性を、それぞれ次式により平均ｒ値及びΔｒとして求めた。
平均ｒ値＝（ｒ0 ＋２ｒ45＋ｒ90）／４
ｒ値面内異方性＝（ｒ0 ＋ｒ90−ｒ45）／２）
（ｒ0 ，ｒ90，ｒ45はそれぞれ圧延方向に０°，90°，45°方向のｒ値）
また、耐リジング性は、リジング評価指数を用いて判定し、JIS ５号引張試験片に加工した鋼板に15％引張歪を与えたものを目視により評価して求めた。リジング評価指数が２以下のものは実用上問題のないリジングレベルである。
最終製品の材料特性を表２に示す。この発明に従い製造した冷延鋼板用素材は、冷延鋼板に加工した場合に、比較例に比べ優れた耐リジング性と深絞り性とを有することがわかる。
【００２５】
【表１】
【表２】
【発明の効果】
この発明によれば、熱延鋼板のコロニーを微細化し、かつコロニー内の方位集中度を限定することにより、従来よりも格段に優れた耐リジング性と深絞り性とを有する缶用冷延鋼板の製造が可能となる。なお、この発明の鋼板は、すずめっき鋼板及びティンフリーテチールとしてのみでなく、亜鉛めっき、Niめっき及び塗油鋼板としても用いることができ、また、その用途適用範囲は深絞り加工等の加工を施す食缶及び飲料缶等の各種金属缶のみならず、乾電池内装缶等から各種家電・電位部品及び自動車部品等までと、幅広い範囲での活用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】耐リジング性に及ぼす熱延鋼板のコロニー内の方位集中度及びコロニーサイズの影響を示す図である。
Claims (3)
- Ｃ：0.0005〜0.0150wt％、
Si：0.10wt％以下、
Mn：0.1 〜0.6 wt％、
Ｐ：0.02wt％以下、
Ｓ：0.02wt％以下、
Al：0.015 〜0.15wt％及び
Ｎ：0.02wt％以下
を基本成分として含み、残部はFe及び不可避的不純物の組成になるスラブを、 1200 ℃以下に加熱後、（Ａ r 3 変態点＋ 150 ℃）〜（Ａ r 3 変態点＋ 50 ℃）で粗圧延し、ついで仕上圧延中に加工−再結晶を２回以上繰り返し、Ａ r 3 変態点以下で仕上圧延を終了し、仕上げ圧延終了後、 0.5 秒以内に 70 ℃ /s 以上の冷却速度で 750 ℃以下まで冷却することを特徴とする冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法。 - 前記スラブが、前記基本成分に加えて、
Ti：0.001 〜0.02wt％及び
Nb：0.001 〜0.02wt％
の少なくとも１種を含有することを特徴とする請求項１記載の冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法。 - 前記スラブが、前記基本成分に加えて、
Ｂ：0.0001〜0.0030wt％
を含有することを特徴とする請求項１又は２記載の冷延−焼鈍後の耐リジング性及び深絞り性に優れる缶用鋼板用素材の製造方法。
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