JP4235247B1 - 製缶用高強度薄鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ＡＳＴＭによる規制をクリアしながら強度と延性を両立させた加工性に優れた製缶用高強度薄鋼板を提供する。
【解決手段】製品板厚ｔが０.１〜０.５ｍｍである製缶用高強度薄鋼板において、質量％で、 Ｃ：０．０４−０．１３、Ｓｉ：０.０１超−０.０３、Ｍｎ：０.１−０.６、Ｐ：０.０２以下、Ｓ：０.０２以下、Ａｌ：０.０１−０.２、Ｎ：０.００１−０.０２、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、鋼組織がフェライト主体のフェライトとマルテンサイトとの複合組織であって、マルテンサイト分率を５％以上、３０％未満とし、マルテンサイト粒径ｄ（μｍ）と製品板厚ｔ(mm)とが、下記式（Ａ）を満たし、３０Ｔ硬度が６０以上であることを特徴とする。
１．０＜(1−EXP(−t＊３．０))＊４／d―――――式（Ａ）
【選択図】図１
【解決手段】製品板厚ｔが０.１〜０.５ｍｍである製缶用高強度薄鋼板において、質量％で、 Ｃ：０．０４−０．１３、Ｓｉ：０.０１超−０.０３、Ｍｎ：０.１−０.６、Ｐ：０.０２以下、Ｓ：０.０２以下、Ａｌ：０.０１−０.２、Ｎ：０.００１−０.０２、を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、鋼組織がフェライト主体のフェライトとマルテンサイトとの複合組織であって、マルテンサイト分率を５％以上、３０％未満とし、マルテンサイト粒径ｄ（μｍ）と製品板厚ｔ(mm)とが、下記式（Ａ）を満たし、３０Ｔ硬度が６０以上であることを特徴とする。
１．０＜(1−EXP(−t＊３．０))＊４／d―――――式（Ａ）
【選択図】図１
Description
本発明は、食缶や飲料缶の素材として用いられる製缶用高強度薄鋼板及びその製造方法に関するものである。ここで高強度薄鋼板とは、引張り強度が５９０ＭＰａ以上の薄鋼板を意味するものである。
製缶用鋼板としては一般的に、製品板厚ｔが０.１〜０.５ｍｍの冷圧薄鋼板が使用されている。製缶用鋼板は高強度となるほど製品板厚ｔを薄くすることができるため、できるだけ高い強度が要求される。
このため従来は、２回冷延法により製缶用高強度薄鋼板を製造するのが一般的であった。この方法は、例えば特許文献１、特許文献２に示されるように、鋼板を１回冷延後に焼鈍したうえ、さらに２回目の冷延を施して硬度を所定の値に調製する方法である。このほか、粗大粒からなる軟質熱延板を冷延する方法なども提案されている。
しかしこれらの従来技術により製造された製缶用高強度薄鋼板は、加工性が極めて低いという欠点を有しており、製缶工程において成形不良を生じ易い。特に最終工程が冷延である場合には成品は延性の低い冷延組織から成るため、この傾向が著しい。また冷延後に歪取り焼鈍を行う方法も提案されているが、鋼板は再結晶させられることはないため、延性が低いままであることは同様である。
従ってこれらの製缶用高強度薄鋼板は曲げ加工を主体とし、延性をあまり要求されない場合には使用できるものの、大きな延性が要求される場合には使用することができない。さらに近年においては缶用素材に薄肉化が急激に進んでいるため、鋼板の延性はますます低下する傾向にあり、食缶や飲料缶のデザイン変化に対応できないという問題がある。このように、製缶用鋼板には強度と延性がともに要求されている。
なお、自動車用鋼板においても強度と延性がともに要求されており、この技術分野においては、特許文献３に示されるように、延性に優れたフェライト相と硬質の析出相との２相（ＤＰ）組織とすることにより、延性と強度とを両立させることが提案されている。しかし自動車用鋼板とは異なり、食缶や飲料缶の鋼板については人体への無害性の観点から、ＡＳＴＭが合金成分を厳しく制限しているため、自動車用鋼板の製法を製缶用高強度薄鋼板に適用することはできない。例えば、特許文献３の発明では１.５〜３.５％のＭｎを含有させて結晶粒を微細化しているが、ＡＳＴＭではＭｎの上限は０.６％と規定されており、規格外となる。
また製品板厚ｔを０.１〜０.５ｍｍと薄くすると、自動車用鋼板において発現するような伸び改善が得られない。これは極薄材においては板厚が薄いためにマルテンサイトとフェライト界面の応力集中が起こり易いためと考えられる。しかもＡＳＴＭをクリアできるように合金成分を低減させると、マルテンサイトの粒径が大きくなる。これらの理由により、自動車用鋼板のＤＰ技術を製缶用高強度薄鋼板に適用し、強度と延性とを両立させることは不可能であった。
特公昭３８−８５６３号公報
特開平８−５０３９号公報
特開２００４−２８５３６６号公報
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、ＡＳＴＭによる規制をクリアしながら強度と延性を両立させた加工性に優れた製缶用高強度薄鋼板を提供することを目的とするものである。なお、ＡＳＴＭによる缶用鋼板の合金成分の規制上限値は次の通りである。
Ｃ：０.１３％、Ｍｎ：0.6０％、Ｐ：０.０２０、Ｓ：０.０３％、Ｓｉ：０.０２０％、Ｃｕ：０.６０％、Ｎｉ：０.１５％、Ｃｒ：０.１０％、Ｍｏ：０.０５％、Ａｌ：０.２０％、その他：０.０２％。
Ｃ：０.１３％、Ｍｎ：0.6０％、Ｐ：０.０２０、Ｓ：０.０３％、Ｓｉ：０.０２０％、Ｃｕ：０.６０％、Ｎｉ：０.１５％、Ｃｒ：０.１０％、Ｍｏ：０.０５％、Ａｌ：０.２０％、その他：０.０２％。
上記の課題を解決するためになされた請求項１の発明は、製品板厚ｔが０.１〜０.５ｍｍである製缶用高強度薄鋼板において、質量％で、
Ｃ：０．０４−０．１３、
Ｓｉ：０.０１超−０.０３、
Ｍｎ：０.１−０.６、
Ｐ：０.０２以下、
Ｓ：０.０２以下、
Ａｌ：０.０１−０.２、
Ｎ：０.００１−０.０２、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、
鋼組織がフェライト主体のフェライトとマルテンサイトとの複合組織であって、
マルテンサイト分率を５％以上、３０％未満とし、
マルテンサイト粒径ｄ（μｍ）と製品板厚ｔ(mm)とが、下記式（Ａ）を満たし、
３０Ｔ硬度が６０以上であることを特徴とするものである。
１．０＜(1−EXP(−t＊３．０))＊４／d―――――式（Ａ）
Ｃ：０．０４−０．１３、
Ｓｉ：０.０１超−０.０３、
Ｍｎ：０.１−０.６、
Ｐ：０.０２以下、
Ｓ：０.０２以下、
Ａｌ：０.０１−０.２、
Ｎ：０.００１−０.０２、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、
鋼組織がフェライト主体のフェライトとマルテンサイトとの複合組織であって、
マルテンサイト分率を５％以上、３０％未満とし、
マルテンサイト粒径ｄ（μｍ）と製品板厚ｔ(mm)とが、下記式（Ａ）を満たし、
３０Ｔ硬度が６０以上であることを特徴とするものである。
１．０＜(1−EXP(−t＊３．０))＊４／d―――――式（Ａ）
また請求項２の発明は、製品板厚ｔが０.１〜０.５ｍｍである製缶用高強度薄鋼板において、質量％で、
Ｃ：０．０４−０．１３、
Ｓｉ：０.０１超−０.０３、
Ｍｎ：０.１−０.６、
Ｐ：０.０２以下、
Ｓ：０.０２以下、
Ａｌ：０.０１−０.２、
Ｎ：０.００１−０.０２、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、
鋼組織がフェライト主体のフェライトとマルテンサイトとの複合組織であって、
マルテンサイト分率を５％以上、３０％未満とし、
マルテンサイト粒径ｄ（単位μｍ）と製品板厚ｔ(mm)とマルテンサイト硬さ(Hv)とが、下記式（Ｂ）を満たし、
３０Ｔ硬度が６０以上であることを特徴とするものである。
１．０＜｛(1−EXP(−t＊３．０))＊２４００／Hv｝／ｄ―――――式（Ｂ）
Ｃ：０．０４−０．１３、
Ｓｉ：０.０１超−０.０３、
Ｍｎ：０.１−０.６、
Ｐ：０.０２以下、
Ｓ：０.０２以下、
Ａｌ：０.０１−０.２、
Ｎ：０.００１−０.０２、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、
鋼組織がフェライト主体のフェライトとマルテンサイトとの複合組織であって、
マルテンサイト分率を５％以上、３０％未満とし、
マルテンサイト粒径ｄ（単位μｍ）と製品板厚ｔ(mm)とマルテンサイト硬さ(Hv)とが、下記式（Ｂ）を満たし、
３０Ｔ硬度が６０以上であることを特徴とするものである。
１．０＜｛(1−EXP(−t＊３．０))＊２４００／Hv｝／ｄ―――――式（Ｂ）
また請求項３のように、鋼組成中にさらに、質量％で、
Ｍｏ：０.０５以下、
Ｎｉ：０.１５以下、
Ｃｒ：０.１０以下、
Ｖ：０.０２以下、
Ｂ：０.０２以下、
Ｎｂ：０.０２以下、
Ｔｉ：０.０２以下、
の１種または2種以上を含有させて焼き入れ性を向上させることができる。
Ｍｏ：０.０５以下、
Ｎｉ：０.１５以下、
Ｃｒ：０.１０以下、
Ｖ：０.０２以下、
Ｂ：０.０２以下、
Ｎｂ：０.０２以下、
Ｔｉ：０.０２以下、
の１種または2種以上を含有させて焼き入れ性を向上させることができる。
請求項４は請求項１〜３の何れかに記載の製缶用高強度薄鋼板の製造方法の発明であって、仕上げ温度Ar3以上で熱間仕上げ圧延を行い、その後７５０℃以下の温度で巻き取った後、冷延率８０％以上で冷間圧延を行い、焼鈍工程においてAr1以上、８７０℃以下の温度にて3分以下保持した後、７５０℃から４００℃の温度域を１００℃/秒以上の冷却速度として３００℃以下まで冷却することを特徴とするものである。
なお、請求項４の発明では請求項５のように、熱間仕上げ圧延の仕上げ温度がAr3以上、９２０℃以下であり、その後の冷却工程における８５０℃から６００℃までの平均冷却速度が２０℃/秒以上であり、巻き取り温度が５５０℃以下であることが好ましい。
請求項１〜２の発明によれば、製品板厚ｔに対応させてマルテンサイト粒径ｄを制御したので、ＡＳＴＭによる規制をクリアしながら、強度と延性を両立させた製缶用高強度薄鋼板を得ることができる。なお請求項２の発明は、製品板厚ｔとともにマルテンサイト硬さＨｖを考慮してマルテンサイト粒径ｄを制御したもので、強度と延性をより高いレベルで両立させることができる。
請求項３の発明によれば、マルテンサイトの析出を促進する合金元素を添加したことにより焼き入れ性が改善されたり、強度不足を補う合金元素を添加したことにより、強度を高めることができる。なお缶はリサイクルされて再利用されるが、請求項３の合金成分中には、リサイクル工程において障害となる元素（除去しにくい元素）は含まれていない。
請求項４、５の発明によれば、冷間圧延を２回繰り返すことなく、請求項１〜３に記載のようにマルテンサイト粒径ｄが制御された製缶用高強度薄鋼板を効率良く製造することができる。
本発明の製缶用高強度薄鋼板は、質量％で、Ｃ：０．０４−０．１３、Ｓｉ：０.０１超−０.０３、Ｍｎ：０.１−０.６、Ｐ：０.０２以下、Ｓ：０.０２以下、Ａｌ：０.０１−０.２、Ｎ：０.００１−０.０２を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有するものであるから、先ず各成分の数値限定の理由を説明する。
Ｃ：０．０４〜０．１３％
Ｃは缶用鋼板に必要な強度を確保するために、０．０４％以上とする。しかし０．１３％を超えるとＡＳＴＭをクリアできないので、Ｃは０．０４〜０．１３％の範囲に限定した。より好ましくは，目的とする鋼板の強度レベルにもよるが，Ｃ量が多くなると得られるマルテンサイトの強度が高くなる傾向になるため，伸びと強度をバランスよく両立させるためには，Ｃ量は，０．０４以上、０．０７未満であることが好ましい。
Ｃは缶用鋼板に必要な強度を確保するために、０．０４％以上とする。しかし０．１３％を超えるとＡＳＴＭをクリアできないので、Ｃは０．０４〜０．１３％の範囲に限定した。より好ましくは，目的とする鋼板の強度レベルにもよるが，Ｃ量が多くなると得られるマルテンサイトの強度が高くなる傾向になるため，伸びと強度をバランスよく両立させるためには，Ｃ量は，０．０４以上、０．０７未満であることが好ましい。
Ｓｉ：０.０１超−０.０３％
Ｓｉは、熱間圧延および冷間圧延における変形抵抗を増加させる元素であり、強度を確保するためには０.０１％を超える量を含有させることが必要であり、より好ましくは０.０１５％以上とする。上限はＡＳＴＭの定める０.０３％とした。
Ｓｉは、熱間圧延および冷間圧延における変形抵抗を増加させる元素であり、強度を確保するためには０.０１％を超える量を含有させることが必要であり、より好ましくは０.０１５％以上とする。上限はＡＳＴＭの定める０.０３％とした。
Ｍｎ：０.１−０.６％
Ｍｎは、Ｓによる熱間割れを防止し、熱延板の強度増加を抑制しつつ、冷延鋼板の強度を増加させ、さらに結晶粒を微細化する有用な元素であり、少なくとも０.１％を含有させる必要がある。Ｍｎを０.１％以上含有させることにより、巻取温度での保熱または巻取り温度から徐冷程度の熱履歴でも比較的短時間に、マルテンサイト変態を生じやすくなる。上限はＡＳＴＭの定める０.６０％とした。より好ましくは，目的とする強度レベルにもよるが，Ｍｎは固溶強化元素であるため，添加量の増大により強度を向上させる傾向にあるため，伸びと強度を両立させるためには０．１以上、０．５未満であることが好ましい。
Ｍｎは、Ｓによる熱間割れを防止し、熱延板の強度増加を抑制しつつ、冷延鋼板の強度を増加させ、さらに結晶粒を微細化する有用な元素であり、少なくとも０.１％を含有させる必要がある。Ｍｎを０.１％以上含有させることにより、巻取温度での保熱または巻取り温度から徐冷程度の熱履歴でも比較的短時間に、マルテンサイト変態を生じやすくなる。上限はＡＳＴＭの定める０.６０％とした。より好ましくは，目的とする強度レベルにもよるが，Ｍｎは固溶強化元素であるため，添加量の増大により強度を向上させる傾向にあるため，伸びと強度を両立させるためには０．１以上、０．５未満であることが好ましい。
Ｐ：０．０２％以下
Ｐは、鋼板の延性を低下させる元素であり、また、Ｐは鋼中で偏析する傾向が強く、偏析に起因した脆化をもたらす。このため、Ｐはできるだけ低減することが好ましく、本発明ではその上限を０．０２％とした。この上限はＡＳＴＭの定める値と一致する。
Ｐは、鋼板の延性を低下させる元素であり、また、Ｐは鋼中で偏析する傾向が強く、偏析に起因した脆化をもたらす。このため、Ｐはできるだけ低減することが好ましく、本発明ではその上限を０．０２％とした。この上限はＡＳＴＭの定める値と一致する。
Ｓ：０．０２ ％以下
Ｓは、鋼中では介在物として存在し、鋼板の延性を低下させ、さらには耐食性の劣化をもたらすため、できるだけ低減することが好ましく、本発明では本発明ではその上限を０．０２％とした。この上限はＡＳＴＭの定める値と一致する。
Ｓは、鋼中では介在物として存在し、鋼板の延性を低下させ、さらには耐食性の劣化をもたらすため、できるだけ低減することが好ましく、本発明では本発明ではその上限を０．０２％とした。この上限はＡＳＴＭの定める値と一致する。
Ａｌ：Ａｌ：０.０１−０.２％
Ａｌは、脱酸剤として作用し、鋼の清浄度を向上させ、また、組織を微細化する作用を有する有用な元素である。このような効果を得るためには０．０１％以上含有させることが望ましい。またその上限はＡＳＴＭの定める０．２％とした。
Ａｌは、脱酸剤として作用し、鋼の清浄度を向上させ、また、組織を微細化する作用を有する有用な元素である。このような効果を得るためには０．０１％以上含有させることが望ましい。またその上限はＡＳＴＭの定める０．２％とした。
Ｎ：０.００１−０.０２％
Ｎは、固溶強化、歪時効硬化により鋼板の強度（降伏強さおよび引張強さ）を上昇させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには０．００１％以上を含有させる必要がある。また０.０２％を越えて含有させると、スラブ割れや鋼板の内部欠陥の増加を招くので好ましくない。
Ｎは、固溶強化、歪時効硬化により鋼板の強度（降伏強さおよび引張強さ）を上昇させる作用を有する元素であり、このような効果を得るためには０．００１％以上を含有させる必要がある。また０.０２％を越えて含有させると、スラブ割れや鋼板の内部欠陥の増加を招くので好ましくない。
本発明では上記の基本的な鋼組成に更に、質量％で、Ｍｏ：０.０５以下、Ｎｉ：０.１５以下、Ｃｒ：０.１０以下、Ｖ：０.０２以下、Ｂ：０.０２以下の１種または2種以上を含有させることができる。これらは何れも鋼板の焼き入れ性を向上させるための成分であり、強度増加に有効であるが、その上限はＡＳＴＭにより上記のように制限されている。これらの成分の添加は必須ではないが、目的とする強度が高い場合には適宜添加することが望ましい。過剰の添加はフェライトを抑制して延性の低下に繋がるので、その意味からも上記の範囲が適切である。
また本発明では上記の基本的な鋼組成に更に、質量％で、Ｎｂ：０.０２以下、Ｔｉ：０.０２以下の１種または2種を含有させることができる。これらは何れも析出強化元素であり、強度増加を図るうえで有効である。これらの成分の上限値もＡＳＴＭにより上記のように制限されている。上記した焼き入れ性を向上させるための成分と、析出強化成分とは単独で用いても、併用してもよい。
本発明の製缶用高強度薄鋼板は、上記した鋼組成を有し、製品板厚ｔが０.１〜０.５ｍｍのものである。製品板厚ｔが０.１ｍｍ未満では現行の技術では製缶が困難であり、０.５ｍｍを越えるものは薄鋼板の概念を外れるので、製品板厚ｔを０.１〜０.５ｍｍとした。より好ましくは、製品板厚ｔは０.１〜０.３ｍｍの範囲である。
本発明の製缶用高強度薄鋼板は、鋼組織がフェライト主体のフェライトとマルテンサイトとの複合組織である。フェライトは鋼板の加工性を高めるための必須の相であり、これを主相とする。一方、マルテンサイトは鋼板の強度を高めるために本発明において必須の相であり、これらフェライトとマルテンサイトとの２相組織とすることによって、延性と強度とを両立させる。
なおマルテンサイト分率は、５％以上３０％未満とすることが好ましい。マルテンサイトが５％未満であると強度が不足し、３０％を越えると相対的にフェライト分率が低下して加工性が低下するからである。
本発明の製缶用高強度薄鋼板では、マルテンサイト粒径ｄ（μｍ）を製品板厚ｔ(mm)との関係で制御し、請求項１の発明では下記式（Ａ）を満たすようにする。
１．０＜(1−EXP(−t＊３．０))＊４／d―――――式（Ａ）
後述の実施例１の表２について、横軸に板厚、縦軸にマルテンサイト粒径をとって伸びが５％以上のものを合格として○、５％未満を不合格として×としてプロットしたものが図１で、合否の境界を自然対数で近似したものが前述の式（Ａ）である。すなわち、製品板厚ｔが０.１ｍｍに近づくとマルテンサイト粒径ｄの上限は１μmに近づき、製品板厚ｔが０．３ｍｍに近づくとマルテンサイト粒径ｄの上限は２．５μmに近づく。このように製品板厚ｔを考慮してマルテンサイト粒径ｄの上限を規制したのは、製品板厚ｔに比較して硬質のマルテンサイト粒径ｄが大きくなると、加工性が低下するためである。
１．０＜(1−EXP(−t＊３．０))＊４／d―――――式（Ａ）
後述の実施例１の表２について、横軸に板厚、縦軸にマルテンサイト粒径をとって伸びが５％以上のものを合格として○、５％未満を不合格として×としてプロットしたものが図１で、合否の境界を自然対数で近似したものが前述の式（Ａ）である。すなわち、製品板厚ｔが０.１ｍｍに近づくとマルテンサイト粒径ｄの上限は１μmに近づき、製品板厚ｔが０．３ｍｍに近づくとマルテンサイト粒径ｄの上限は２．５μmに近づく。このように製品板厚ｔを考慮してマルテンサイト粒径ｄの上限を規制したのは、製品板厚ｔに比較して硬質のマルテンサイト粒径ｄが大きくなると、加工性が低下するためである。
また請求項２の発明では、上記（Ａ）式の４／ｄを２４００／Hvとし、置き換えた式全体をマルテンサイト粒径ｄ（μｍ）で割った下記式（Ｂ）を満たすようにする。
１．０＜｛(1−EXP(−t＊３．０))＊２４００／Hv｝／ｄ―――――式（Ｂ）
後述の実施例２の表３について、製品板厚ｔ(mm)＝０．２２ｍｍの場合で横軸にマルテンサイトの超微小ビッカース硬度、縦軸にマルテンサイト粒径をとって伸びが５％以上のものを合格として○、５％未満を不合格として×としてプロットしたものが図２で、合否の境界を自然対数で近似したものが前述の式（Ｂ）である。
ここでHvはマルテンサイト超微小ビッカース硬度であり、測定方法は例えば島津製作所製ＨＭＶ−１ＡＤにて測定荷重を組織にあわせて１０ｇ以下として測定される硬度である。超微小ビッカース硬度Hvが３００よりも大きくなるとマルテンサイト粒径ｄの上限は上式で規定される値よりも小さくなることとなる。
１．０＜｛(1−EXP(−t＊３．０))＊２４００／Hv｝／ｄ―――――式（Ｂ）
後述の実施例２の表３について、製品板厚ｔ(mm)＝０．２２ｍｍの場合で横軸にマルテンサイトの超微小ビッカース硬度、縦軸にマルテンサイト粒径をとって伸びが５％以上のものを合格として○、５％未満を不合格として×としてプロットしたものが図２で、合否の境界を自然対数で近似したものが前述の式（Ｂ）である。
ここでHvはマルテンサイト超微小ビッカース硬度であり、測定方法は例えば島津製作所製ＨＭＶ−１ＡＤにて測定荷重を組織にあわせて１０ｇ以下として測定される硬度である。超微小ビッカース硬度Hvが３００よりも大きくなるとマルテンサイト粒径ｄの上限は上式で規定される値よりも小さくなることとなる。
３０Ｔ硬度はＪＩＳ２２４１の３０Ｔに基づいて評価するもので、３０Ｔ硬度が６０未満だと缶の胴部に用いた場合に強度不足となるため６０以上が必要であり、後述の１００℃/秒以上の冷却速度や３００℃以下まで冷却により達成する。上限は特に定めないが、現状の急冷によって達成できる３０Ｔ硬度の上限は９０程度であり、これを上限と見る。尚、より好ましくは伸びと強度のバランスから６５〜８５である。
以下に本発明の製缶用高強度薄鋼板の製造方法を説明する。
本発明の製缶用高強度薄鋼板は、基本的に熱延、巻取り、冷延、焼鈍、急冷の工程を経て製造されるもので、熱延をできるだけ低温で行うことによって熱延板の結晶粒径を小さくし、これを８０％以上の高い冷延率で冷延することによって結晶粒径を小さくし、焼鈍工程でオーステナイト変態を生じさせ、急冷速度を適切に制御することによって微細なマルテンサイトを発生させる。
本発明の製缶用高強度薄鋼板は、基本的に熱延、巻取り、冷延、焼鈍、急冷の工程を経て製造されるもので、熱延をできるだけ低温で行うことによって熱延板の結晶粒径を小さくし、これを８０％以上の高い冷延率で冷延することによって結晶粒径を小さくし、焼鈍工程でオーステナイト変態を生じさせ、急冷速度を適切に制御することによって微細なマルテンサイトを発生させる。
まず熱延は、熱間仕上げ圧延の仕上げ温度をAr3以上として行う。冷延鋼板の粒径を微細化するためには熱延板の結晶粒の微細化が効果的であり、このためには熱延温度はできるだけ低くすることが好ましく、９２０℃以下とすることが好ましい。しかし熱延温度がAr3以下となるとフェライト−オーステナイトの２相域での圧延となるために熱延板の表層に粗大粒が発生してしまい、その後の工程においてマルテンサイト粒径ｄの微細化ができなくなるから、熱間仕上げ圧延温度はAr3以上、９２０℃以下とすることが好ましい。
この熱延鋼板は冷却され巻き取られるが、冷却工程における８５０℃から６００℃までの平均冷却速度が２０℃/秒以上であることが好ましい。これは熱延鋼板の結晶の粒径を細かくするためには、８５０℃から６００℃までの冷却速度が重要であるからである。この温度域における平均冷却速度が２０℃/秒よりも遅いと、粒径が大きくなるため、その後に微細化させることができなくなる。巻取り温度は７５０℃以下、好ましくは５５０℃以下とする。巻取り温度がこれよりも高くなると熱延段階においてフェライトとパーライトの層状組織が形成されて均一性が損なわれるため、その後に冷延や焼鈍を行っても加工性が低下するためである。
巻き取られた鋼板は次に冷延により０.１〜０.５ｍｍの範囲内の所望板厚に加工されるが、本発明においてはこの冷間圧延における冷延率を８０％以上という大きな値とする点が重要である。この冷延率が８０％未満であると焼鈍時のフェライト粒径が大きくなってしまい、マルテンサイトを所定の細かさにすることができない。なお冷延ミルの性能上、冷延率を９５％以上とすることは困難であるから、冷延率は８０〜９５％の範囲内、好ましくは８３〜９３％とする。
次の焼鈍と急冷は、フェライトとマルテンサイトとの複合組織を得るために重要な工程である。焼鈍工程においては冷延鋼板がAr1以上、８７０℃以下の温度にて3分以下保持される。保持温度がAr1以下であると焼鈍工程においてオーステナイト変態が起こらないので、急冷してもマルテンサイトを出すことができない。しかし保持温度が８７０℃以上となると焼鈍時の再結晶が進みすぎてフェライトが粗粒となり、マルテンサイトを所定の大きさ以下とすることができなくなる。なお保持時間を3分以下としたのは、再結晶の進行を抑制するためである。
最後の急冷工程では、７５０℃から４００℃の温度域を１００℃/秒以上の冷却速度として３００℃以下まで冷却することによって、フェライト中に微細なマルテンサイトを析出させる。冷却速度がこれよりも遅いとマルテンサイトが形成されない。また１００℃/秒以上の冷却速度で冷却する温度範囲を７５０℃から４００℃としたのは、最も効率的にマルテンサイトを析出させるためであり、急冷開始温度が７５０℃よりも低いとフェライトの成長が進んでマルテンサイトの微細化が困難となる。また少なくとも４００℃まで急冷を行わないと、マルテンサイトが生成されずに強度不足となる。このようにして３００℃以下にまで冷却すれば結晶構造は安定し、フェライト中に微細なマルテンサイト粒が分散した本発明の製缶用高強度薄鋼板を得ることができる。なお４００℃以下の温度域での冷却速度は任意である。
このようにして製造された製缶用高強度薄鋼板は請求項１、２に記載したマルテンサイト粒径ｄを備え、強度と延性を両立させることができる。しかも合金成分はＡＳＴＭを満足しており、食缶や飲料缶の素材として安心して用いることができる。以下に本発明の実施例を示す。
表１に示す成分の鋼を溶製し、表２に示す製造条件にて製造した鋼板Ａ１〜Ｓ１について、マルテンサイトの状態、式（Ａ）の左辺の計算結果、３０Ｔ硬度、伸びについて評価を行った。
ここでマルテンサイトの状態についてはレペラーエッチングにてマルテンサイトを同定し、１０００倍の光学顕微鏡にて０．２μｍ×０．２μｍの視野を少なくとも１００視野に渡って画像解析を実施してマルテンサイト分率を求める。またマルテンサイト粒径は同様の測定で円相当直径を算出し平均化する。
硬度はＪＩＳ２２４１の３０Ｔに基づいて評価する。３０Ｔ硬度が６０未満だと前述のように缶の胴部に用いた場合に強度不足となるため６０以上を合格とする。伸びはＪＩＳＺ２２４１のＪＩＳ５号片に基づいて材質試験を行い、前述のように伸びが５％以上のものを合格とし、５％未満を不合格とした。
表２から、成分および熱延〜冷延、焼鈍で所定の条件を満足し式（Ａ）を満足した鋼はマルテンサイト粒径が小さく、伸びが確保されていることがわかる。
表１に示す成分の鋼を表３に示す製造条件にて製造した鋼板Ａ２１〜Ｑ２２について、マルテンサイトの状態、式（Ｂ）の左辺の計算結果、マルテンサイト極微笑ビッカース硬度、３０Ｔ硬度、伸びについて評価を行った。
尚、各種評価方法は実施例１と同様の方法および基準にて実施した。
尚、各種評価方法は実施例１と同様の方法および基準にて実施した。
表３から、熱延〜冷延、焼鈍で所定の条件を満足し式（Ｂ）を満足した鋼はマルテンサイト粒径が小さく、伸びが確保されていることがわかる。
Claims (5)
- 製品板厚ｔが０.１〜０.５ｍｍである製缶用高強度薄鋼板において、質量％で、
Ｃ：０．０４−０．１３、
Ｓｉ：０.０１超−０.０３、
Ｍｎ：０.１−０.６、
Ｐ：０.０２以下、
Ｓ：０.０２以下、
Ａｌ：０.０１−０.２、
Ｎ：０.００１−０.０２、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、
鋼組織がフェライト主体のフェライトとマルテンサイトとの複合組織であって、
マルテンサイト分率を５％以上、３０％未満とし、
マルテンサイト粒径ｄ（μｍ）と製品板厚ｔ(mm)とが、下記式（Ａ）を満たし、
３０Ｔ硬度が６０以上であることを特徴とする製缶用高強度薄鋼板。
１．０＜(1−EXP(−t＊３．０))＊４／d―――――式（Ａ） - 製品板厚ｔが０.１〜０.５ｍｍである製缶用高強度薄鋼板において、質量％で、
Ｃ：０．０４−０．１３、
Ｓｉ：０.０１超−０.０３、
Ｍｎ：０.１−０.６、
Ｐ：０.０２以下、
Ｓ：０.０２以下、
Ａｌ：０.０１−０.２、
Ｎ：０.００１−０.０２、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる鋼組成を有し、
鋼組織がフェライト主体のフェライトとマルテンサイトとの複合組織であって、
マルテンサイト分率を５％以上、３０％未満とし、
マルテンサイト粒径ｄ（単位μｍ）と製品板厚ｔ(mm)とマルテンサイト硬さ(Hv)とが、下記式（Ｂ）を満たし、
３０Ｔ硬度が６０以上であることを特徴とする製缶用高強度薄鋼板。
１．０＜｛(1−EXP(−t＊３．０))＊２４００／Hv｝／ｄ―――――式（Ｂ） - 鋼組成中にさらに、質量％で、
Ｍｏ：０.０５以下、
Ｎｉ：０.１５以下、
Ｃｒ：０.１０以下
Ｖ：０.０２以下、
Ｂ：０.０２以下、
Ｎｂ：０.０２以下、
Ｔｉ：０.０２以下、
の１種または2種以上を含有させたことを特徴とする請求項１〜２の何れかに記載の製缶用高強度薄鋼板。 - 請求項１〜３の何れかに記載の製缶用高強度薄鋼板の製造方法であって、
仕上げ温度Ar3以上で熱間仕上げ圧延を行い、その後７５０℃以下の温度で巻き取った後、冷延率８０％以上で冷間圧延を行い、焼鈍工程においてAr1以上、８７０℃以下の温度にて3分以下保持した後、７５０℃から４００℃の温度域を１００℃/秒以上の冷却速度として３００℃以下まで冷却することを特徴とする製缶用高強度薄鋼板の製造方法。 - 熱間仕上げ圧延の仕上げ温度がAr3以上、９２０℃以下であり、その後の冷却工程における８５０℃から６００℃までの平均冷却速度が２０℃/秒以上であり、巻き取り温度が５５０℃以下であることを特徴とする請求項４に記載の製缶用高強度薄鋼板の製造方法。
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