JP4231420B2

JP4231420B2 - 溶接性に優れた溶接缶用鋼板およびその製造方法

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Publication number: JP4231420B2
Application number: JP2004009219A
Authority: JP
Inventors: 慶一郎鳥巣; 秀司船方; 晶弘神野; 幸一野口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2009-02-25
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: JP2005199317A

Description

本発明は、溶接缶用素材である溶接缶用鋼板およびその製造方法に関するものである。

従来、鋼板を用いた製缶、特に飲料缶の加工においては、絞り加工やしごき加工で底部と胴部を作り、蓋を取り付ける２ピース缶と、通電発熱による溶接加工で胴部を作り、底部と蓋を取り付ける３ピース缶が幅広く使用されている。この３ピース缶を製造するにあたっては、溶接速度を上げて生産性を向上させる方法が主流であり、現在では５００缶／分を超える速度で製缶が可能な溶接機も出現している。

一方、溶接速度が上がると通電時間は減少するため、素材である金属表面のミクロな凹凸（以下、表面プロフィルと記述）が溶接性に影響するようになることが知られている。しかしながら、溶接缶用鋼板の製造にあたっては耐食性、及び色調、光沢度といった外観の面から表面プロフィルの管理がされることはあるが、溶接性の管理指標としては、未だ明確な規定はない。

耐食性や外観を制御するための表面プロフィル管理指標には、Ｒａが広く用いられている。Ｒａとは、一定長さを触針式の粗度計で測定したときに検出される凹凸の算述平均であり、ＪＩＳに規定されている一般的な粗度の基準である。しかし、Ｒａは大まかな粗さの指標であり、特定の性能を厳しく管理する場合は、別の表面プロフィルの指標を用いることがある。例えば、乱反射による鋼板の光沢度低減のために、単位長さ当たりの山の数を示すＰＰＩを規制したり、耐食性向上のために単位長さ当たりの最大の山高さを示すＲｍａｘを規制したりする場合である。

高速化した溶接に耐えうる表面プロフィルを規定する場合も、一般的なＲａでは不十分であることが容易に想像でき、さらには溶接加工の方向を加味して表面プロフィルの測定方法まで考慮する必要もあると考えられる。
特開平１１−１９７７０４号公報（特許文献１）には凹凸のピーク数管理による溶接性改善の出願が見られる。しかしながら、特開平１１−１９７７０４号公報に開示された表面プロフィル付与方法は一般的な調質圧延ロールの転写によるものではなく、工業的な適用が難しい面があった。また、表面プロフィルの測定方向について言及された例もこれまでになかった。

特開平１１−１９７７０４号公報

本発明は、上記の従来技術の欠点を改善し、高速の溶接にも十分耐えうる表面プロフィルを付与された鋼板およびその製造方法を提供するものである。

本発明者らは、上記の課題を解決するために、溶接缶用鋼板の表面プロフィルをＰＰＩ、及びＲｍａｘを指標として管理、最適化することで、高速の通電溶接加工でも優れた製缶性が確保できることを知見し、本発明を完成した。
その要旨とするところは、
（１）Ｃ方向、及びＬ方向ＰＰＩ（カットレベルを１０μｉｎｃｈ）が、（Ｃ方向ＰＰＩ）×（Ｌ方向ＰＰＩ）≧４００００を満足することを特徴とする溶接性に優れた溶接缶用鋼板。

（２）鋼板のＣ方向、及びＬ方向Ｒｍａｘが５μｍ以下であることを特徴とする前記（１）記載の溶接性に優れた溶接缶用鋼板。（３）鋼板表面に１５００ｍｇ／ｍ² 以下のＳｎを存在せしめられたことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の溶接性に優れた溶接缶用鋼板。
（４）前記（１）〜（３）の鋼板を製造するに際し、調質圧延に使用するロール表面のＣ方向、及びＬ方向ＰＰＩを、カットレベル１０μｉｎｃｈで２５０以上とすることを特徴とする溶接性に優れた溶接缶用鋼板の製造方法にある。

以下、本発明の鋼板について説明する。まず、缶用鋼板の製造工程中、本発明に重要な役割を持つ調質圧延について説明する。調質圧延は鋼板に予歪を与え、製缶加工後の降伏点伸びによるストレッチャーストレインと呼ばれる外観不良を防止する工程であるが、同時に圧延ロールの粗度を鋼板に転写させて、種々の表面プロフィルを作り込む役割も担っている。

缶用鋼板の調質圧延は通常、２つの圧延スタンドを持つ圧延機にて行われる。鋼板は入側の♯１スタンドに組み込まれた粗度の粗いダルロールによって伸び率を与えられ、次に出側の♯２スタンドに組み込まれた粗度の低いスクラッチロールによって、♯１スタンドで付与されたダルの高粗度を潰されて缶用鋼板としての適正粗度に仕上げられる。

ここでダルロールとは、ショットダル加工機内で鋼粒を吹き付けて仕上げられる凹凸の激しいロールのことであり、粗度が約１〜２μｍＲａ程度、かつ吹き付け加工のために凹凸はロール幅方向、周方向ともにランダムに生成している。これに対し、スクラッチロールとは砥石研磨により仕上げられたロールであり、ロールを回転させながら研磨するため、研磨目と呼ばれる凹凸は物理的にロール幅方向にのみ存在している。

缶用鋼板の調質圧延の♯２スタンドに使用するスクラッチロールは、鋼板の耐食性や外観から０．１〜０．４μｍＲａに仕上げられるのが一般的であるが、これはロール幅方向に測定した粗度の値であり、先の理由から周方向には粗度はほとんど付与されていないことに注意が必要である。
このような２対のロールで順次圧延加工を受けた結果、鋼板表面にはロール幅方向にはダルとスクラッチが転写したプロフィル、ロール周方向にはダルが転写したプロフィルが主に存在することになる。

次に、本発明に係わる鋼板の表面プロフィルの１態様を図１に示す。
図１のように、母材となる鋼板には必要に応じて各種のメッキや表面処理が施されるが、例えばＳｎの付着量が１５００ｍｇ／ｍ² 以下であるような薄い被膜であるため、母材表面のプロフィルが表面処理後もそのまま残存している場合が多い。

次に、本発明の最大の特徴である、表面プロフィルの条件について説明する。
製缶における通電溶接の良否は、母材同士のミクロな凹凸が溶接極輪の進行方向に何点で接触しているかに左右されることが知られており、適正なＲｍａｘの下ではミクロな凹凸の接触個数はＰＰＩと同じか、または比例関係にある。従って、鋼板をＣ方向に製缶溶接する場合は従来のＣ方向のみのＰＰＩ測定でよいが、Ｌ方向に製缶溶接する場合は鋼板のＬ方向のＰＰＩこそが溶接に大きく影響する因子であり、これまで一般的に行われてきたＣ方向の測定だけでは極めて不十分である。

ここで、Ｌ方向とは鋼板製造における圧延方向（圧延ロールの周方向）を指し、Ｃ方向とはＬ方向に直角な板幅方向（圧延ロールの幅方向）を指す。前述のように、鋼板のＬ方向にはスクラッチロールによる転写がないため、Ｒａ、Ｒｍａｘ、ＰＰＩなどの表面粗度の測定は従来Ｃ方向のみで行われることが多く、Ｌ方向の測定に着目したことが今回の発明につながった。

また、製缶溶接は数ミリの幅をもって行われるため、表面プロフィルの測定は二次元的な線状の評価ではなく、三次元的な面状の評価が望ましい。つまりＬ方向に溶接する場合でも、Ｌ方向（縦）とＣ方向（横）の掛け算（面）としての評価が重要である。発明者らは、上記の事実に着目し、鋼板の表面プロフィルとして（Ｃ方向ＰＰＩ）×（Ｌ方向ＰＰＩ）を４００００以上に規定することが有効であることを知見した。さらに、Ｒｍａｘを５μｍ以下に規定することが望ましいことを知見した。

この範囲で溶接性が向上する理由は定かではないが、全く凹凸のない鏡面状のプロフィルでは溶接時の接触面積が大きくなることで電気抵抗が下がり、溶接に必要な発熱のために高い溶接電流を付加しなければならなくなることや、表面の凹凸が激しく、数点でしか接触していない場合は局部的かつ急激な発熱により溶けた母材が周囲に飛散し、スパッタと呼ばれる溶接不良が発生したり、溶接強度が不足したりすることなどから、母材同士の凹凸が接触する個数、つまり面で評価したＰＰＩの適正な下限値が４００００であるものと思われる。

また、Ｒｍａｘが高いと、鋼板表面のＰＰＩが適正でも周囲より高い凸部により母材同士の接触が妨げられるため、このような影響を防止するための山高さとしてＣ方向、Ｌ方向ともに５μｍ以下が望ましいと考えられる。
Ｒｍａｘを制御するには、ロール研削を行うのに際して、研削の往復回数を所定の回数以上に調節するか、砥石の切り込み量（接触圧）を所定量以下に調整するのが望ましい。

このような表面プロフィルを鋼板に転写させるためには、調質圧延に用いる♯１スタンドのダルロールのＣ方向、及びＬ方向のＰＰＩを少なくとも２５０以上、望ましくは５００以上（いずれもカットレベル１０μｉｎｃｈ）とするのがよい。従来、ダルロールは一般的なＲａのみで管理されることが多かったが、これまで述べた理由により高いＰＰＩのダルロールが必要となったため、その加工条件の検討も併せて行った。ダルロールは鋼粒を吹き付けて仕上げられるが、高いＰＰＩを確保するためには、鋼粒の平均粒径を従来より小さくし、吹付台の往行粗度を従来より遅くすることで安定的に製造できることが判った。

また、別の方法として、ロール表面を酸で荒らし、ＰＰＩを付与することもできる。この方法は、表面を鏡面研磨したロールをクロムメッキ浴層内で陽極酸化し、表面に凹凸を付けた後にクロムメッキを施すものであり、通常のクロムメッキと工程が全く同じであることから作業負荷が小さいこと、電気化学的処理のため微細かつ均一な凹凸が付与できることが利点である。なお、表面の凹凸状態は陽極酸化時間、温度により制御することができる。

このようなロールの加工条件は、加工機やロールの硬度、径、材質などによって大きく左右されるため、全ての場合に高ＰＰＩが確保できるという加工条件を規定することは極めて困難である。従って、本特許では、ショットダル加工、陽極酸化処理のいずれにおいても、ロール表面のＣ方向、及びＬ方向ＰＰＩとして２５０以上であることを規定するものである。

なお、ロールの径が小さく、Ｌ方向のＰＰＩ測定がその曲率のため困難である場合には、樹脂製のシートなどでロール表面のレプリカを採取後、平らな面上に広げて測定する方法が考えられる。
鋼板表面のＳｎは溶接性確保の点から所定量、メッキ等により付与されるのが望ましいが、コスト上の観点から１５００ｍｇ／ｍ² 以下とすることが望ましい。

表１に、種々のＰＰＩ、Ｒｍａｘを有するＳｎメッキ鋼板での高速溶接テストを行った結果を示す。なお、調質圧延には、♯１スタンドにＲａ１．０〜１．２を有するダルロールを、♯２スタンドにＲａ０．２４〜０．２８を有するスクラッチロールを使用した。また、♯１スタンドのダルロールは鋼粒の吹付台往行速度の制御にてＰＰＩを２００〜５００まで変化させたものを用い、♯２スタンドのスクラッチロールは砥石の往復回数を制御しＲｍａｘを変化させたものを用いることで鋼板のＲｍａｘを２．４〜５．６まで変化させた。なお、鋼板鋼種はアルミキルド鋼、鋼板サイズは０．２０×９９７ｍｍを用いた。

本発明の鋼板プロフィルを示す図である。特許出願人新日本製鐡株式会社代理人弁理士椎名彊他１

Claims

Ｃ方向、及びＬ方向ＰＰＩ（カットレベルを１０μｉｎｃｈ）が、（Ｃ方向ＰＰＩ）×（Ｌ方向ＰＰＩ）≧４００００を満足することを特徴とする溶接性に優れた溶接缶用鋼板。
鋼板のＣ方向、及びＬ方向Ｒｍａｘが５μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の溶接性に優れた溶接缶用鋼板。
鋼板表面に１５００ｍｇ／ｍ² 以下のＳｎを存在せしめられたことを特徴とする請求項１または２に記載の溶接性に優れた溶接缶用鋼板。
請求項１〜３の鋼板を製造するに際し、調質圧延に使用するロール表面のＣ方向、及びＬ方向ＰＰＩを、カットレベル１０μｉｎｃｈで２５０以上とすることを特徴とする溶接性に優れた溶接缶用鋼板の製造方法。