JP4234932B2 - 成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は食缶、飲料缶に代表される金属缶に用いられる缶用鋼板及びその製造法に関するものである。すなわち、鋼板製造分野、特に製缶分野において、高生産性にて製造でき、かつ成形性、溶接部の使用特性に優れる極薄容器用鋼板及びその製造方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に鋼板を成形して製品を製造する際には、成形性が良好な鋼板が好まれることはいうまでもない。鋼板から食缶・飲料缶などを製造するいわゆる製缶分野においては、絞り、しごき、張り出し、引き伸ばし、さらに缶胴に缶底、缶蓋を取り付けるために缶胴開口部を広げるフランジ加工などを問題なく行うための加工性が鋼板自体に要求されるのはもちろん、溶接部を成形する必要があるいわゆる３ピース缶の製造においては、溶接部において良好な成形性が求められる。
また、大型容器などでは容器に金属製の取っ手を取り付ける際に溶接を用いる場合が多く、この溶接部での強度、特に疲労強度が問題になる場合もある。
【０００３】
一方、容器用鋼板は低コスト化の観点から薄手化の方向にあり、この場合鋼板の延性、疲労特性は劣化する傾向であるため極薄材でも成形性、強度の良好な鋼板が求められている。また、極薄材は鋼板製造時の連続焼鈍工程においてヒートバックルと呼ばれる鋼板の腰折れを起こし易いため通板性が非常に悪く、生産性が著しく阻害されている。
【０００４】
この課題を解決するため、焼鈍時は板厚を最終製品より厚くして通板し、焼鈍後に再冷延で目標とする板厚を得る、いわゆるＤＲ法（ダブルレデュース法）によるＤＲ材が特開平３−２５７１２３号公報、特開平２−１１８０２６号公報などに開示されている。
【０００５】
しかし、再冷延により材料の延性が著しく劣化するため再冷延率をそれほど高くすることはできず、満足な薄手化ができない状況にある。
また、高い再冷延により過度に硬化した鋼板は、溶接部において溶接時の発熱のため材料の回復、再結晶による材料の軟化が顕著に起き、溶接部近傍への応力集中を大きくし、成形性、疲労特性が劣化する。
【０００６】
さらに、特開平６−４１６８３号公報には、極低炭素鋼にＮｂ，Ｂを添加し結晶粒径を制御することで、溶接時の熱影響部（ＨＡＺ）での割れ抑止、絞り成形性を向上させる技術が開示されている。しかし、この方法では極薄材料の焼鈍通板性およびＨＡＺ部の軟化に及ぼす窒化物、硫化物などの析出物の影響についての考慮がなされていないため、再結晶温度が高く焼鈍温度の十分な低温化が不可能であるため焼鈍工程の通板性が良好でなく、また溶接部の特性改善も不十分である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような容器に用いられる極薄材料を、焼鈍通板性を阻害することなく高生産性で製造することを可能とし、製缶時の成形性、溶接部の成形性を向上させるとともに、使用時に問題となる溶接部での疲労による割れを低減する容器用鋼板及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】
本発明は、素材材質のみならず、フランジ成形または使用時に応力集中が起き易い溶接部の材質が目的に対し適切になるように、素材のＳ量等を適切に設定することで、絞り、しごき、引き伸ばし、張り出しなどの成形性、缶成形時の溶接部のフランジ成形性および使用時の溶接部の疲労強度を向上させるものである。すなわち本発明は、Ｂ添加極低炭素鋼において窒化物、硫化物の形態、種類、量を適切な範囲に制御することにより特性を向上させたものである。
【０００９】
すなわち本発明は以下の構成からなる。
（１）質量％で、
Ｃ ：０．０００３〜０．００３０％、 Ｓｉ：０．０１〜２．００％、
Ｍｎ：０．２〜２．０％、 Ｐ ：０．００５〜０．０８０％、
Ｓ ：０．０２０〜０．０４４％、 Ｎ ：０．０００８〜０．００８０％、
Ａｌ：０．０４０％以下
を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｂ／Ｎ：０．４０〜２．７０、Ａｌ／Ｂ：３０以下であることを特徴とする成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板。
（２）（ＡｌＮとして存在するＮ）／（ＢＮとして存在するＮ）＜０．４０であることを特徴とする前記（１）に記載の成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板。
（３） 鋼中の硫化物について、（Ｃｕ硫化物として存在するＳ）／（Ｍｎ硫化物として存在するＳ）＜０．１０であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板。
（４） 前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の容器用鋼板を製造する方法において、冷間圧延後の焼鈍温度を６９０℃以下とすることを特徴とする成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず成分について説明する。成分はすべて質量％である。
Ｃは、一般に加工性などの点から低い方が好ましく、上限を０．００３０％とする。特に、時効性が小さく良好な延性が必要な場合は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を招くので、下限を０．０００３％とする。
【００１１】
Ｎは、本発明における重要な要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０．００８０％とする。後述のＢの添加が比較的少ない場合には固溶Ｎの残存による時効性が問題となることがあるため、時効性を小さくするには０．００３０％以下とすることが好ましい。さらに真空脱ガス処理を十分に行うことにより０．００２０％以下にすれば、窒化物の形成が少なくなり、特に成形性が向上する。窒化物が過度に少なくなると溶接部の特性が劣化してしまうため、下限を０．０００８％とすることが好ましい。
【００１２】
Ｂは窒化物形態に影響を及ぼし溶接熱影響部の材質を変化させるとともに、適度な添加により鋼板の再結晶温度を低下させ、より低温での焼鈍を可能とすることで焼鈍通板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、過剰な添加は溶接部を過度に硬質にし、加工性を劣化させると共に再結晶温度を上昇させる。そのため焼鈍温度を高める必要が生じ、結果としてヒートバックルが発生しやすくなる。
重要な点はＮとの比であり、Ｂ／Ｎで０．４０〜２．７０、好ましくは０．６０〜２．００とする。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、Ｂ添加極低炭素鋼中で、ＡｌＮとして存在するＮと、ＢＮとして存在するＮの比が０．４０未満、好ましくは０．２０以下であることが望ましい。
【００１３】
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。
またＢＮ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中のＢ量を分析し、これを全量ＢＮとしてＮ量に換算した値である。
【００１４】
この様に窒化物を制御するにはＡｌ、Ｂ添加量およびその比、窒化物の析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／Ｂ：３０以下、好ましくは２０以下、Ａｌ：０．０４０％以下、好ましくは０．０２０％以下とすることで、鋼中に過剰に存在する固溶Ｎが窒化物を析出する際に、ＡｌよりＢと優先的に結合することで、窒化物の種類と量の好ましい制御が可能となる。
【００１５】
本発明では窒化物と並んで硫化物の形態を制御することが、特に溶接部の特性向上には重要となる。主要な硫化物はＭｎＳである。このためＳは０．０２０％以上、好ましくは０．０３０％以上、さらに好ましくは０．０３５％以上とする。これより少ないと硫化物の量が減ると同時に、硫化物が不安定となり溶接時の熱影響で形態が好ましくないものとなり溶接部の特性が劣化する。上限は、鋼板製造過程における熱間加工性などの観点から０．０４４％とした。
【００１６】
またＭｎは０．２〜２．０％とする。これより少ないと硫化物が不安定となり溶接時の熱影響で形態が好ましくないものとなり、また、これより多いと固溶Ｍｎ増加のため母材材質および溶接熱影響部が過度に硬質となり、加工性を劣化させる。
【００１７】
さらに鋼中の硫化物についてＣｕ硫化物の形成を抑制することも重要である。一般に熱間圧延性との関連から鋼中のＳは硫化物として固定しておく必要がある。本発明鋼ではＳはＭｎＳとして固定しておくことが重要である。本発明では（Ｃｕ硫化物として存在するＳ）と（Ｍｎ硫化物として存在するＳ）の比を０．１０未満とするのが望ましい。これはＣｕ硫化物が微細に析出し鋼板の再結晶温度を上昇させるのみならず、ＢおよびＡｌ窒化物との複合析出物を形成し、窒化物形態が好ましからざるものとなるためである。
【００１８】
こで（Ｃｕ硫化物として存在するＳ）とは、鋼板を電解抽出して得た残渣中のＣｕ量を定量し、Ｃｕ／Ｓ＝２／１としてＳ量に換算したもの、（Ｍｎ硫化物として存在するＳ）とは、鋼板を電解抽出して得た残渣中のＭｎ量を定量し、Ｍｎ／Ｓ＝１／１としてＳ量に換算したものである。
【００１９】
また特に制限するものではないが、Ｏは鋼中でＳｉ，Ａｌ，ＭｎおよびＦｅさらにはＣａ，Ｍｇなど微量元素を含有する酸化物として存在し、適当な量だけ存在することで窒化物の析出核として有効に働き、窒化物制御に好ましい効果を有する。しかし一方で、過剰な鋼中Ｏは酸化物を粗大化させ加工時の割れ起点となり、製品品質を著しく劣化させるため、０．００１０〜０．００７０％が望ましい範囲である。
【００２０】
上記のように酸化物形態を好ましく制御するため、または鋼板の母材強度を調整することで溶接部近傍での応力集中を緩和し加工性、疲労強度を向上させるためＳｉ，Ｐなどを添加する。この時の添加量はＳｉ：０．０１〜２．００％、Ｐ：０．００５〜０．０８０％が望ましい。この範囲を外れると固溶体強化のため母材材質が過度に硬質化し加工性が劣化するばかりでなく、酸化物形態の変化、または溶接部が異常に軟化または硬化し、目的とする溶接部の特性が得られなくなる。
【００２１】
一般に絞り成形などを伴う場合に絞り成形性を向上させるため、特定の目的で結晶組織微細化などのために添加されるＴｉおよびＮｂについては、本発明では極力低く抑えることが肝心であり、基本的に添加は行わず、鉄鉱石、製鋼段階で混入されるスクラップや生産上やむを得ない塵、残滓などから鋼中に不可避的に含有する量にとどめる必要がある。一般的にはそれぞれ０．００６％以下が望ましい。この量を超えると鋼板の再結晶温度が上昇し焼鈍工程での通板性が著しく劣化すると共に、溶接部近傍の熱影響により結晶組織が異常に粗大化・軟質化しその部位での応力集中を促進する場合もあり、成形性、疲労強度が製品により大きくばらつく一因となる場合があるので望ましくない。
【００２２】
製造工程での熱履歴等は、特に限定する必要はないが、熱延時のスラブ加熱温度、巻取り温度および冷間圧延後の焼鈍温度の影響が僅かに見られ、熱延時のスラブ加熱温度を１１００℃以上、熱延時の巻取り温度を７３０℃以下、冷間圧延後の焼鈍温度を６９０℃以下とすることで、溶接部の加工性および疲労強度を向上させることができる。この原因は明らかではないが、上記の条件の限定が窒化物の形態の影響または窒化物以外の析出物の形態に影響を与えるため、これらの過度な粗大化を抑制し適当な形態に制御されるためと考えられる。
冷間圧延後の焼鈍温度については６９０℃以下とすることで、ヒートバックルの発生を抑制し焼鈍工程の通板性を向上させることができる。
【００２３】
上述のように、特に窒化物および硫化物形態を制御することで溶接部の加工性、疲労強度が向上するメカニズムは明らかではないが、現象的には溶接部およびその近傍の熱影響部において材料の硬度が適当なものになることで、その部位への応力集中が緩和され好ましい硬化が得られるようになるものと考えられる。
溶接部およびその近傍では溶接時の温度上昇により窒化物および硫化物が溶解し、固溶Ｎ，Ｂ，ＳおよびＭｎが増加すると共に、溶解しきらずに残存する微細な窒化物、硫化物および冷却過程で再析出する微細な窒化物、硫化物等により硬度が決定される。従って、好ましい固溶Ｎ，固溶Ｂ，窒化物形態を得るためには、溶接前の鋼中の窒化物形態を本発明のごとく制御しておくことが必要となるものと考えられる。
【００２４】
薄手容器用鋼板の製造においては容器の強度をもたせるため焼鈍の後、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溶接部の加工性を良好とすると共に、疲労強度を向上させる効果が得られる。しかし前述のように加工硬化した材料は熱影響により軟化しやすいため、加工硬化量は低く抑えることが好ましい。２ＣＲ率としては１０％以下で使用することが適当である。
【００２５】
また耐食性など各種特性向上のために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。鋼板の絞り性や溶接部特性のみならず、二次加工などの加工性、耐食性、各種工程での通板性などを向上させるためにＳｎ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｖ，Ｓｂなどを含有させた場合にも本発明の効果は何ら失われるものではないが、これらの元素は一般には再結晶温度を上昇させ焼鈍通板性を劣化させるので、その悪影響が出ない程度にとどめるべきである。
【００２６】
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）、ニッケル、鉛、アルミなどが施される。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。
【００２７】
【実施例】
まず、下記の実施例における鋼板の加工性の評価について述べる。
加工性の評価はＪＩＳ ５号引張試験片による引張試験により評価した。鋼板製造における圧延方向についての全伸びと圧延方向と０°、４５°、９０°方向のランクフォード値（ｒ値）の下式による平均値で評価した。
｛（０°方向ｒ値)+（９０°方向ｒ値）＋２×（４５°方向ｒ値）｝１／４
【００２８】
溶接部の加工性評価は図１に示すように、通常の３ピース飲料缶の缶胴部の製缶と同様に、四角形の鋼板をシーム溶接で円筒状にし、開口部に円錐状の金型を押し込むことで開口部を押し広げ、開口端に割れが発生するまでの変形量を次式により算定し行った。
｛（割れ発生時の径）−（初期径）｝／（初期径）
【００２９】
溶接部の強度は図２に示すように、二枚の四角形の鋼板をちり発生直前の溶接電流にてスポット溶接し、引張試験を行った際の最大荷重から評価した。接部の疲労強度は図１と同様に成形した円筒状の溶接缶胴から溶接部を中央に有する幅２０mmの短冊を図３のように切り出し、片ぶりの引張疲労試験を行い、１０００万回の繰り返しに耐える最大荷重から評価した。
【００３０】
加工性および溶接部の特性は本発明範囲内でも本発明条件の値により変動し、また本発明で特に限定しない成分や製造条件によっても影響を受けるため、それらの絶対値によって本発明の効果を示すことは適当でない。そのため後述の各例においては本発明で特に限定しない成分や製造条件をほぼ一定にした材料において相対比較により本発明の効果を示すこととした。すなわち、同一の例において特定の特性については相対比較で特性の優劣を判断し、◎：非常に良好、○：良好、△：従来並み、×：劣悪とした。
【００３１】
ヒートバックルについては同一板厚、同一幅の冷延コイルを再結晶温度＋４０℃で同一の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、○：発生せず、△：僅かに発生、×：顕著に発生とした。
【００３２】
発明の効果は、上の４点について総合的に判定し、◎：非常に良好（発明鋼）、○：良好（発明鋼）、△：一部の特性が良好（発明鋼）、×：従来並み（比較鋼）とした。
【００３３】
（実施例１）
基本成分がＣ：０．００２％、Ｓｉ：０．１％、Ｍｎ：０．５％、Ｐ：０．０１％であり、これに加え表１に示す成分を含有し、残部が実質的にＦｅである鋼を２５０mm厚のスラブに鋳造の後、スラブ加熱温度１１５０℃、巻取り温度６５０で２．０mm厚の熱延板を製造し、酸洗、９２％の冷間圧延、６７０℃１分の焼鈍後、２％のスキンパス圧延を行い０．１６mmの鋼板を製造し評価を行った。
表２から明らかなように、本発明の範囲内で製造されたものは鋼板の加工性、溶接部の特性、さらに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。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
（実施例２）
基本成分がＣ：０．００２％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．９％、Ｐ：０．０２％、Ａｌ：０．０２％、Ｎ：０．００２％、Ｂ：０．００２％、Ｂ／Ｎ＝０．９、Ａｌ／Ｂ＝８〜１２であり、さらに表３に示す成分を含有し、残部が実質的にＦｅである鋼について２５０mm厚のスラブに鋳造の後、スラブ加熱温度は表３に示す温度とし、巻取り温度６２０℃で２．２mm厚の熱延板を製造し、酸洗、９３％の冷間圧延、６７０℃１分の焼鈍後、３％のスキンパス圧延を行い０．１５mmの鋼板を製造し、評価を行った。
表４から明らかなように、本発明の範囲内で製造されたものは鋼板の加工性、溶接部の特性、さらに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。
【００３７】
【表３】
【００３８】
【表４】
【００３９】
（実施例３）
基本成分がＣ：０．００２％、Ｓｉ：０．０２％、Ｐ：０．０１％、Ａｌ：０．０１％、Ｎ：０．００２％、Ｂ：０．００２２％、Ｂ／Ｎ：０．９、Ａｌ／Ｂ：８〜１２であり、さらに表５に示す成分を含有し、残部が実質的にＦｅである鋼について評価を行った。製造条件は実施例１と同様である。
表６から明らかなように、本発明の範囲内で製造されたものは鋼板の加工性、溶接部の特性、さらに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。
【００４０】
【表５】
【００４１】
【表６】
【００４２】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、絞り、張り出し、引き伸ばし加工を経て成形される容器、および溶接部を有する容器の溶接に起因する成形不良および使用中の破壊を低減することができる。さらに、本発明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】溶接部の加工性を評価する方法を示す図である。
【図２】溶接部の強度を測定する方法を示す図である。
【図３】溶接部の疲労強度を測定する方法を示す図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は食缶、飲料缶に代表される金属缶に用いられる缶用鋼板及びその製造法に関するものである。すなわち、鋼板製造分野、特に製缶分野において、高生産性にて製造でき、かつ成形性、溶接部の使用特性に優れる極薄容器用鋼板及びその製造方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に鋼板を成形して製品を製造する際には、成形性が良好な鋼板が好まれることはいうまでもない。鋼板から食缶・飲料缶などを製造するいわゆる製缶分野においては、絞り、しごき、張り出し、引き伸ばし、さらに缶胴に缶底、缶蓋を取り付けるために缶胴開口部を広げるフランジ加工などを問題なく行うための加工性が鋼板自体に要求されるのはもちろん、溶接部を成形する必要があるいわゆる３ピース缶の製造においては、溶接部において良好な成形性が求められる。
また、大型容器などでは容器に金属製の取っ手を取り付ける際に溶接を用いる場合が多く、この溶接部での強度、特に疲労強度が問題になる場合もある。
【０００３】
一方、容器用鋼板は低コスト化の観点から薄手化の方向にあり、この場合鋼板の延性、疲労特性は劣化する傾向であるため極薄材でも成形性、強度の良好な鋼板が求められている。また、極薄材は鋼板製造時の連続焼鈍工程においてヒートバックルと呼ばれる鋼板の腰折れを起こし易いため通板性が非常に悪く、生産性が著しく阻害されている。
【０００４】
この課題を解決するため、焼鈍時は板厚を最終製品より厚くして通板し、焼鈍後に再冷延で目標とする板厚を得る、いわゆるＤＲ法（ダブルレデュース法）によるＤＲ材が特開平３−２５７１２３号公報、特開平２−１１８０２６号公報などに開示されている。
【０００５】
しかし、再冷延により材料の延性が著しく劣化するため再冷延率をそれほど高くすることはできず、満足な薄手化ができない状況にある。
また、高い再冷延により過度に硬化した鋼板は、溶接部において溶接時の発熱のため材料の回復、再結晶による材料の軟化が顕著に起き、溶接部近傍への応力集中を大きくし、成形性、疲労特性が劣化する。
【０００６】
さらに、特開平６−４１６８３号公報には、極低炭素鋼にＮｂ，Ｂを添加し結晶粒径を制御することで、溶接時の熱影響部（ＨＡＺ）での割れ抑止、絞り成形性を向上させる技術が開示されている。しかし、この方法では極薄材料の焼鈍通板性およびＨＡＺ部の軟化に及ぼす窒化物、硫化物などの析出物の影響についての考慮がなされていないため、再結晶温度が高く焼鈍温度の十分な低温化が不可能であるため焼鈍工程の通板性が良好でなく、また溶接部の特性改善も不十分である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような容器に用いられる極薄材料を、焼鈍通板性を阻害することなく高生産性で製造することを可能とし、製缶時の成形性、溶接部の成形性を向上させるとともに、使用時に問題となる溶接部での疲労による割れを低減する容器用鋼板及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】
本発明は、素材材質のみならず、フランジ成形または使用時に応力集中が起き易い溶接部の材質が目的に対し適切になるように、素材のＳ量等を適切に設定することで、絞り、しごき、引き伸ばし、張り出しなどの成形性、缶成形時の溶接部のフランジ成形性および使用時の溶接部の疲労強度を向上させるものである。すなわち本発明は、Ｂ添加極低炭素鋼において窒化物、硫化物の形態、種類、量を適切な範囲に制御することにより特性を向上させたものである。
【０００９】
すなわち本発明は以下の構成からなる。
（１）質量％で、
Ｃ ：０．０００３〜０．００３０％、 Ｓｉ：０．０１〜２．００％、
Ｍｎ：０．２〜２．０％、 Ｐ ：０．００５〜０．０８０％、
Ｓ ：０．０２０〜０．０４４％、 Ｎ ：０．０００８〜０．００８０％、
Ａｌ：０．０４０％以下
を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｂ／Ｎ：０．４０〜２．７０、Ａｌ／Ｂ：３０以下であることを特徴とする成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板。
（２）（ＡｌＮとして存在するＮ）／（ＢＮとして存在するＮ）＜０．４０であることを特徴とする前記（１）に記載の成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板。
（３） 鋼中の硫化物について、（Ｃｕ硫化物として存在するＳ）／（Ｍｎ硫化物として存在するＳ）＜０．１０であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板。
（４） 前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の容器用鋼板を製造する方法において、冷間圧延後の焼鈍温度を６９０℃以下とすることを特徴とする成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板の製造方法。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
まず成分について説明する。成分はすべて質量％である。
Ｃは、一般に加工性などの点から低い方が好ましく、上限を０．００３０％とする。特に、時効性が小さく良好な延性が必要な場合は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を招くので、下限を０．０００３％とする。
【００１１】
Ｎは、本発明における重要な要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０．００８０％とする。後述のＢの添加が比較的少ない場合には固溶Ｎの残存による時効性が問題となることがあるため、時効性を小さくするには０．００３０％以下とすることが好ましい。さらに真空脱ガス処理を十分に行うことにより０．００２０％以下にすれば、窒化物の形成が少なくなり、特に成形性が向上する。窒化物が過度に少なくなると溶接部の特性が劣化してしまうため、下限を０．０００８％とすることが好ましい。
【００１２】
Ｂは窒化物形態に影響を及ぼし溶接熱影響部の材質を変化させるとともに、適度な添加により鋼板の再結晶温度を低下させ、より低温での焼鈍を可能とすることで焼鈍通板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、過剰な添加は溶接部を過度に硬質にし、加工性を劣化させると共に再結晶温度を上昇させる。そのため焼鈍温度を高める必要が生じ、結果としてヒートバックルが発生しやすくなる。
重要な点はＮとの比であり、Ｂ／Ｎで０．４０〜２．７０、好ましくは０．６０〜２．００とする。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、Ｂ添加極低炭素鋼中で、ＡｌＮとして存在するＮと、ＢＮとして存在するＮの比が０．４０未満、好ましくは０．２０以下であることが望ましい。
【００１３】
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。
またＢＮ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中のＢ量を分析し、これを全量ＢＮとしてＮ量に換算した値である。
【００１４】
この様に窒化物を制御するにはＡｌ、Ｂ添加量およびその比、窒化物の析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／Ｂ：３０以下、好ましくは２０以下、Ａｌ：０．０４０％以下、好ましくは０．０２０％以下とすることで、鋼中に過剰に存在する固溶Ｎが窒化物を析出する際に、ＡｌよりＢと優先的に結合することで、窒化物の種類と量の好ましい制御が可能となる。
【００１５】
本発明では窒化物と並んで硫化物の形態を制御することが、特に溶接部の特性向上には重要となる。主要な硫化物はＭｎＳである。このためＳは０．０２０％以上、好ましくは０．０３０％以上、さらに好ましくは０．０３５％以上とする。これより少ないと硫化物の量が減ると同時に、硫化物が不安定となり溶接時の熱影響で形態が好ましくないものとなり溶接部の特性が劣化する。上限は、鋼板製造過程における熱間加工性などの観点から０．０４４％とした。
【００１６】
またＭｎは０．２〜２．０％とする。これより少ないと硫化物が不安定となり溶接時の熱影響で形態が好ましくないものとなり、また、これより多いと固溶Ｍｎ増加のため母材材質および溶接熱影響部が過度に硬質となり、加工性を劣化させる。
【００１７】
さらに鋼中の硫化物についてＣｕ硫化物の形成を抑制することも重要である。一般に熱間圧延性との関連から鋼中のＳは硫化物として固定しておく必要がある。本発明鋼ではＳはＭｎＳとして固定しておくことが重要である。本発明では（Ｃｕ硫化物として存在するＳ）と（Ｍｎ硫化物として存在するＳ）の比を０．１０未満とするのが望ましい。これはＣｕ硫化物が微細に析出し鋼板の再結晶温度を上昇させるのみならず、ＢおよびＡｌ窒化物との複合析出物を形成し、窒化物形態が好ましからざるものとなるためである。
【００１８】
こで（Ｃｕ硫化物として存在するＳ）とは、鋼板を電解抽出して得た残渣中のＣｕ量を定量し、Ｃｕ／Ｓ＝２／１としてＳ量に換算したもの、（Ｍｎ硫化物として存在するＳ）とは、鋼板を電解抽出して得た残渣中のＭｎ量を定量し、Ｍｎ／Ｓ＝１／１としてＳ量に換算したものである。
【００１９】
また特に制限するものではないが、Ｏは鋼中でＳｉ，Ａｌ，ＭｎおよびＦｅさらにはＣａ，Ｍｇなど微量元素を含有する酸化物として存在し、適当な量だけ存在することで窒化物の析出核として有効に働き、窒化物制御に好ましい効果を有する。しかし一方で、過剰な鋼中Ｏは酸化物を粗大化させ加工時の割れ起点となり、製品品質を著しく劣化させるため、０．００１０〜０．００７０％が望ましい範囲である。
【００２０】
上記のように酸化物形態を好ましく制御するため、または鋼板の母材強度を調整することで溶接部近傍での応力集中を緩和し加工性、疲労強度を向上させるためＳｉ，Ｐなどを添加する。この時の添加量はＳｉ：０．０１〜２．００％、Ｐ：０．００５〜０．０８０％が望ましい。この範囲を外れると固溶体強化のため母材材質が過度に硬質化し加工性が劣化するばかりでなく、酸化物形態の変化、または溶接部が異常に軟化または硬化し、目的とする溶接部の特性が得られなくなる。
【００２１】
一般に絞り成形などを伴う場合に絞り成形性を向上させるため、特定の目的で結晶組織微細化などのために添加されるＴｉおよびＮｂについては、本発明では極力低く抑えることが肝心であり、基本的に添加は行わず、鉄鉱石、製鋼段階で混入されるスクラップや生産上やむを得ない塵、残滓などから鋼中に不可避的に含有する量にとどめる必要がある。一般的にはそれぞれ０．００６％以下が望ましい。この量を超えると鋼板の再結晶温度が上昇し焼鈍工程での通板性が著しく劣化すると共に、溶接部近傍の熱影響により結晶組織が異常に粗大化・軟質化しその部位での応力集中を促進する場合もあり、成形性、疲労強度が製品により大きくばらつく一因となる場合があるので望ましくない。
【００２２】
製造工程での熱履歴等は、特に限定する必要はないが、熱延時のスラブ加熱温度、巻取り温度および冷間圧延後の焼鈍温度の影響が僅かに見られ、熱延時のスラブ加熱温度を１１００℃以上、熱延時の巻取り温度を７３０℃以下、冷間圧延後の焼鈍温度を６９０℃以下とすることで、溶接部の加工性および疲労強度を向上させることができる。この原因は明らかではないが、上記の条件の限定が窒化物の形態の影響または窒化物以外の析出物の形態に影響を与えるため、これらの過度な粗大化を抑制し適当な形態に制御されるためと考えられる。
冷間圧延後の焼鈍温度については６９０℃以下とすることで、ヒートバックルの発生を抑制し焼鈍工程の通板性を向上させることができる。
【００２３】
上述のように、特に窒化物および硫化物形態を制御することで溶接部の加工性、疲労強度が向上するメカニズムは明らかではないが、現象的には溶接部およびその近傍の熱影響部において材料の硬度が適当なものになることで、その部位への応力集中が緩和され好ましい硬化が得られるようになるものと考えられる。
溶接部およびその近傍では溶接時の温度上昇により窒化物および硫化物が溶解し、固溶Ｎ，Ｂ，ＳおよびＭｎが増加すると共に、溶解しきらずに残存する微細な窒化物、硫化物および冷却過程で再析出する微細な窒化物、硫化物等により硬度が決定される。従って、好ましい固溶Ｎ，固溶Ｂ，窒化物形態を得るためには、溶接前の鋼中の窒化物形態を本発明のごとく制御しておくことが必要となるものと考えられる。
【００２４】
薄手容器用鋼板の製造においては容器の強度をもたせるため焼鈍の後、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溶接部の加工性を良好とすると共に、疲労強度を向上させる効果が得られる。しかし前述のように加工硬化した材料は熱影響により軟化しやすいため、加工硬化量は低く抑えることが好ましい。２ＣＲ率としては１０％以下で使用することが適当である。
【００２５】
また耐食性など各種特性向上のために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。鋼板の絞り性や溶接部特性のみならず、二次加工などの加工性、耐食性、各種工程での通板性などを向上させるためにＳｎ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃａ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ｖ，Ｓｂなどを含有させた場合にも本発明の効果は何ら失われるものではないが、これらの元素は一般には再結晶温度を上昇させ焼鈍通板性を劣化させるので、その悪影響が出ない程度にとどめるべきである。
【００２６】
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）、ニッケル、鉛、アルミなどが施される。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。
【００２７】
【実施例】
まず、下記の実施例における鋼板の加工性の評価について述べる。
加工性の評価はＪＩＳ ５号引張試験片による引張試験により評価した。鋼板製造における圧延方向についての全伸びと圧延方向と０°、４５°、９０°方向のランクフォード値（ｒ値）の下式による平均値で評価した。
｛（０°方向ｒ値)+（９０°方向ｒ値）＋２×（４５°方向ｒ値）｝１／４
【００２８】
溶接部の加工性評価は図１に示すように、通常の３ピース飲料缶の缶胴部の製缶と同様に、四角形の鋼板をシーム溶接で円筒状にし、開口部に円錐状の金型を押し込むことで開口部を押し広げ、開口端に割れが発生するまでの変形量を次式により算定し行った。
｛（割れ発生時の径）−（初期径）｝／（初期径）
【００２９】
溶接部の強度は図２に示すように、二枚の四角形の鋼板をちり発生直前の溶接電流にてスポット溶接し、引張試験を行った際の最大荷重から評価した。接部の疲労強度は図１と同様に成形した円筒状の溶接缶胴から溶接部を中央に有する幅２０mmの短冊を図３のように切り出し、片ぶりの引張疲労試験を行い、１０００万回の繰り返しに耐える最大荷重から評価した。
【００３０】
加工性および溶接部の特性は本発明範囲内でも本発明条件の値により変動し、また本発明で特に限定しない成分や製造条件によっても影響を受けるため、それらの絶対値によって本発明の効果を示すことは適当でない。そのため後述の各例においては本発明で特に限定しない成分や製造条件をほぼ一定にした材料において相対比較により本発明の効果を示すこととした。すなわち、同一の例において特定の特性については相対比較で特性の優劣を判断し、◎：非常に良好、○：良好、△：従来並み、×：劣悪とした。
【００３１】
ヒートバックルについては同一板厚、同一幅の冷延コイルを再結晶温度＋４０℃で同一の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、○：発生せず、△：僅かに発生、×：顕著に発生とした。
【００３２】
発明の効果は、上の４点について総合的に判定し、◎：非常に良好（発明鋼）、○：良好（発明鋼）、△：一部の特性が良好（発明鋼）、×：従来並み（比較鋼）とした。
【００３３】
（実施例１）
基本成分がＣ：０．００２％、Ｓｉ：０．１％、Ｍｎ：０．５％、Ｐ：０．０１％であり、これに加え表１に示す成分を含有し、残部が実質的にＦｅである鋼を２５０mm厚のスラブに鋳造の後、スラブ加熱温度１１５０℃、巻取り温度６５０で２．０mm厚の熱延板を製造し、酸洗、９２％の冷間圧延、６７０℃１分の焼鈍後、２％のスキンパス圧延を行い０．１６mmの鋼板を製造し評価を行った。
表２から明らかなように、本発明の範囲内で製造されたものは鋼板の加工性、溶接部の特性、さらに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。
【００３４】
【表１】
【表２】
（実施例２）
基本成分がＣ：０．００２％、Ｓｉ：０．０１％、Ｍｎ：０．９％、Ｐ：０．０２％、Ａｌ：０．０２％、Ｎ：０．００２％、Ｂ：０．００２％、Ｂ／Ｎ＝０．９、Ａｌ／Ｂ＝８〜１２であり、さらに表３に示す成分を含有し、残部が実質的にＦｅである鋼について２５０mm厚のスラブに鋳造の後、スラブ加熱温度は表３に示す温度とし、巻取り温度６２０℃で２．２mm厚の熱延板を製造し、酸洗、９３％の冷間圧延、６７０℃１分の焼鈍後、３％のスキンパス圧延を行い０．１５mmの鋼板を製造し、評価を行った。
表４から明らかなように、本発明の範囲内で製造されたものは鋼板の加工性、溶接部の特性、さらに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。
【００３７】
【表３】
【表４】
（実施例３）
基本成分がＣ：０．００２％、Ｓｉ：０．０２％、Ｐ：０．０１％、Ａｌ：０．０１％、Ｎ：０．００２％、Ｂ：０．００２２％、Ｂ／Ｎ：０．９、Ａｌ／Ｂ：８〜１２であり、さらに表５に示す成分を含有し、残部が実質的にＦｅである鋼について評価を行った。製造条件は実施例１と同様である。
表６から明らかなように、本発明の範囲内で製造されたものは鋼板の加工性、溶接部の特性、さらに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。
【００４０】
【表５】
【表６】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明によれば、絞り、張り出し、引き伸ばし加工を経て成形される容器、および溶接部を有する容器の溶接に起因する成形不良および使用中の破壊を低減することができる。さらに、本発明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】溶接部の加工性を評価する方法を示す図である。
【図２】溶接部の強度を測定する方法を示す図である。
【図３】溶接部の疲労強度を測定する方法を示す図である。
Claims (4)
- 質量％で、
Ｃ ：０．０００３〜０．００３０％、 Ｓｉ：０．０１〜２．００％、
Ｍｎ：０．２〜２．０％、 Ｐ ：０．００５〜０．０８０％、
Ｓ ：０．０２０〜０．０４４％、 Ｎ ：０．０００８〜０．００８０％、
Ａｌ：０．０４０％以下
を含み、残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなり、かつ、Ｂ／Ｎ：０．４０〜２．７０、Ａｌ／Ｂ：３０以下であることを特徴とする成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板。 - （ＡｌＮとして存在するＮ）／（ＢＮとして存在するＮ）＜０．４０であることを特徴とする請求項１に記載の成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板。
- 鋼中の硫化物について、（Ｃｕ硫化物として存在するＳ）／（Ｍｎ硫化物として存在するＳ）＜０．１０であることを特徴とする請求項１または２に記載の成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の容器用鋼板を製造する方法において、冷間圧延後の焼鈍温度を６９０℃以下とすることを特徴とする成形性及び溶接部の特性に優れた容器用鋼板の製造方法。
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