JP4564289B2 - 加工後表面被覆膜損傷の少ない高剛性缶用鋼板及びその製造方法 - Google Patents
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Description
これらの缶容器や構造材の強度を確保する為、缶胴部や蓋部や構造部品に加工時にビード加工やエンボス加工等変形加工を施す必要がある。これらの場合、一般に極薄鋼板の表面にはメッキ処理や塗装やラミネート等の樹脂被覆が施されているが、ビード加工やエンボス加工等の変形加工を施すとこれらの被覆金属や被覆樹脂が損傷を受けたり、鋼板との密着性が劣化し、耐食性やその皮膜機能が劣化する傾向がある。
又、パイナップル缶等の果実缶では一般に錫メッキを施したブリキが塗装を施さずに用いられるが、この場合も缶加工時のビード加工やエンボス加工により、ビード加工部で錫メッキ層に微小な亀裂が生じて鉄が露出し錫−鉄間の局部電池効果により錫溶出が極度に進み、缶内錫濃度を押し上げ缶寿命を短くする懸念がある。
又、電気部品や建築内装部品、自動車部品等へプレコート鋼板やラミネート鋼板や表面処理鋼板などのような、事前に被覆膜を付与した鋼板が適用される場合にも同様の問題を有する。部品のパネル剛性確保のため、エンボス加工や波板加工が施されることが一般的であるが、その場合にも、加工部で被覆膜の損傷が生じる懸念がある。
このような、変形加工時の表面皮膜への損傷の為、樹脂被覆鋼板や表面処理鋼板の適用範囲が大きく制約されたり、被膜を二重構造にしたり、潤滑油付与等の補助的な加工性改善対策が必要となり、コストアップや生産性低下が生じている。
たとえば、缶容器用素材の場合には生産性を損なわずに硬質材を得る方法として、上工程では同一の素材を準備し、できるだけ下工程での条件変更により材質を造り分ける方法、すなわち焼鈍後の再冷延の圧下率を高める方法(DCR法)が一般に用いられ、特公平7−109010号公報などでその技術が開示されている。しかし、この方法では加工による転位強化を利用するため通常の固溶強化などに比べると延性の劣化が大きく缶成形の際のフランジ成形性が劣るなどの不具合も発生し易い。
まず、成分について説明する。成分はすべて質量%である。
焼鈍前のC量の上限は、加工性の劣化を回避するために必要であり、C:0.0800%以下とする。好ましくは0.0600%以下、さらに好ましくは0.040%以下である。窒化により焼鈍後にCと同様の性質を有するNを増量させる本発明鋼では強度確保などの観点で必要となるC含有量は低くても構わない。C:0.0050%以下でも必要な強度確保が可能であり、0.0020%以下でも構わないし、0.0015%以下とすれば窒化量との兼ね合いもあるが通常の容器材料では規格外の極軟質材の製造も可能となる。
Pは強度調整のために添加されるが多すぎると加工性が劣化するため0.10%以下とする。
Sは熱間延性を劣化させ、鋳造や熱間圧延の阻害要因となるので0.05%以下とする。
Alは脱酸のために添加される元素であるが、高いと鋳造が困難となる、表面の疵が増加するなどの害があるため2.0%以下とする。
窒化の方法や窒化前の表面処理、さらには窒化後の何らかの処理等により、表と裏の窒素分布または硬度分布を変化させることは比較的容易であるが、本発明ではそのような表裏異表層の鋼板についても対象とする。これは片面のみでも本発明が目的とする成型時の表面被膜の損傷低減効果を得ることが可能だからである。
「表層1/4厚さのN量」は鋼板を研磨し、相当の部位のみを残存させた後、分析を行なうことで測定するものとする。同様に「中心層1/4厚さのN量」は両表面を研磨除去し相当部位のみについての分析値を使用する。
注意を要するのは各圧痕跡間の距離であるが、通常ビッカース硬度測定は圧痕の大きさに応じて最も近くにある圧痕と適当な距離を離す必要があるため、図2のように板表面の方向に適当な距離をずらしていくことで各圧痕跡間の距離を適当に保つことが可能となる。また、板表面に近い部位では板表面の影響が問題となるが、これは同等の材質を持つ鋼板を重ねて結束したものの断面硬度を測定した値を用いるものとする。
分析値および硬度分布は、成分元素の局所的な偏析や組織の不均一等により通常多少のばらつきが生ずるが、異常値を除外できる程度の適当な数量の試行により決定されるものとする。
窒化によるNの増加量や焼鈍後のN量は本発明の重要規定要件である。
本発明では特に鋼板の表層部と中心層部のN量に差をつけることを特徴とする。この差は(表層1/4厚さのN量)−(中心層1/4厚さのN量)で規定し、この値を10ppm以上、好ましくは40ppm以上、さらに好ましくは100ppm以上、さらに好ましくは1000ppm以上、さらに好ましくは2000ppm以上、さらに好ましくは3000ppm以上とする。
この差がこれより小さいと本発明が目的とする加工性が得られない。また(表層1/4厚さのN量)の上限は6000ppmとする。表層1/4厚さの上限が6000ppmということは、本発明の通常の条件では最表面のN量は10000ppm以上となる場合もあり、メッキ不良など表面の問題が起きやすくなるためである。
そして、窒化によりN含有量を高めるが、その増加量は板厚平均で3000ppm以下とする。通常の製造工程を想定すれば板厚平均でこれを超えて増加している場合は、板表面のN量は非常に高い値となりメッキ性などの阻害要因となる。好ましくは2000ppm以下、さらに好ましくは1000ppm以下、さらに好ましくは500ppm以下、さらに好ましくは200ppm以下とする。窒化処理前のN量やその他の鋼成分によっては100ppm以下でも十分な効果を得ることができる。
上述と同様にこの差は(表層1/4厚さの鋼板断面平均硬度)−(中心層1/4厚さの鋼板断面平均硬度)で規定し、この値を10ポイント以上、好ましくは20ポイント以上、さらに好ましくは30ポイント以上とする。この差がこれより小さいと本発明が目的とする加工性が得られない。また(表層1/4厚さの鋼板断面最高硬度)−(中心層1/4厚さの鋼板断面平均硬度)で規定することもできる。この場合はこの値を20ポイント以上、好ましくは30ポイント以上、さらに好ましくは40ポイント以上とする。
本発明の窒化処理は、冷延後の再結晶焼鈍と同時またはその後に、再結晶焼鈍と連続して行なうことが生産性の観点からは好都合であるが、特に限定するものではない。焼鈍の方法はバッチ式または連続焼鈍を問わずに適用が可能である。ただし窒化処理の生産性および窒化材のコイル内材質の均一性の観点からは、連続焼鈍法がはるかに有利である。
また本発明が規定するように、表内層の材質を制御し大きな効果を得るには、窒化時間およびその後の熱履歴が長時間化するのは不利となることからも、少なくとも窒化処理は連続焼鈍設備で行なわれることが好ましい。特別な理由がない場合は連続焼鈍材に適用されるものとする。特に連続焼鈍工程において炉中の雰囲気を部分的に制御し、前半で再結晶、後半で窒化する工程は生産性や材質の均一性、窒化状態の制御のし易さなど多くのメリットがある。
窒化雰囲気は体積比で窒素ガスを10%以上、さらに好ましくは20%以上、さらに好ましくは40%以上、さらに好ましくは60%以上含み、必要に応じて水素ガスを90%以下、さらに好ましくは80%以下、さらに好ましくは60%以下、さらに好ましくは20%以下含み、さらに必要に応じてアンモニアガスを0.02%以上含んだものとする。
また、通常の焼鈍においては窒素ガスと水素ガスを主体とした雰囲気中で窒化しないような条件で焼鈍が行なわれるが、当業者であれば上に述べたアンモニアガスの混入に限らず、露点の変更やわずかな微量ガスの混入、ガス比率の変更などにより窒化が起きる条件に変更することも適当な試行の後に可能である。少なくとも焼鈍を含む熱処理により窒化したことが現在の分析能力によって検知できるものを本発明の対象とする。
また、再冷延圧下率の上昇は鋼板の加工性を劣化させるので、缶強度を付与する目的に限定すれば本来好ましい方法ではない。好ましくは10%以下、より好ましくは5%以下、さらに好ましくは3%以下とする。再冷延の時期は、生産性の観点から好ましい再結晶焼鈍と窒化処理を連続的に行なう工程においては窒化処理の後になるが、再結晶焼鈍と窒化処理を別の工程で行なう場合には、窒化処理の前に行なうことも可能である。
そして、この効果は対象材の板厚や変形を起きる際の外力、内圧や容器の形状などの条件が絡んで、本発明で規定する表層と中心層の差を意識した窒化量および窒化条件と相まって、非常に効果的に加工時の表面被膜の損傷低減効果性が発現するためではないかと推定される。
また、近年使用されるようになっている有機皮膜を被覆したラミネート鋼板としては、たとえばPETラミネート、ポリプロピレン、ナイロン等の被覆が可能である。事前に塗装被覆した鋼板としては、エポキシ系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、ビニルオルガノゾル系樹脂、もしくはその2種以上の混合樹脂による塗膜による被覆が例として挙げられるが、本発明の効果を損なうことなく使用できる。
ここで、パネル剛性比較試験法は次の方法を採用した。
まず、長さ100mm、幅40mmの試験片を試験片長手方向を圧延方向となるサンプル:Lと試験片幅方向が圧延方向となるサンプル:Cをそれぞれ2枚ずつ準備する。
図3で示すように30mmスパンで2点支持し、センター部に応力を加えた時の荷重とたわみ量との関係から算出した最大曲げ強さ応力(σ)の値を算定する。
上記の値をL,Cすべてのサンプルにわたり平均した値を評価指標とした。
最大曲げ強さ応力=最大荷重*試験スパン(30mm)/4/断面係数
断面係数=試験片幅(40mm)*試験前試験片板厚(mm)*試験前試験片板厚
(mm)/6
まず、試験板表面に2.8g/m2 の錫メッキとCDC重クロム酸電解化成処理を施したのち、10mg/dm2 のエポキシフェノール塗料(関西ペイント製99D1465)を塗布し、87mmΦの円筒に加工し、さらに2mm高さ、ピッチ10mmのビード(10周/缶)を円筒円周方向に施した後、55mg/dm2 のエポキシフェノール塗料(関西ペイント製99D1465)を塗装した2.8g/m2 の錫メッキをほどこしたブリキにて製造された缶蓋を巻きつけた。
本発明により、パネル剛性、表面被覆性ともに改善されていることが確認された。なお表2でのN量は窒化後の板厚平均のN量である。
Claims (9)
- 質量%で、
C :0.0800%以下、 N :0.0600%以下、
Si:2.0%以下、 Mn:2.0%以下、
P :0.10%以下、 S :0.05%以下、
Al:2.0%以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなり、(表層1/4厚さのN量)−(中心層1/4厚さのN量):10ppm以上かつ(表層1/4厚さのN量)が6000ppm以下であり、更に、(表層1/4厚さの鋼板断面平均硬度 (Hv) )−(中心層1/4厚さの鋼板断面平均硬度(Hv))≧10、または(表層1/4厚さの鋼板断面最高硬度 (Hv) )−(中心層1/4厚さの鋼板断面平均硬度(Hv))≧20とすることを特徴とする、加工後表面被覆膜損傷の少ない成型性に優れた板厚が0.4mm以下の高剛性缶用鋼板。 - 加工前までに表面に塗装もしくは樹脂被覆を施したことを特徴とする請求項1に記載の板厚が0.4mm以下の高剛性缶用鋼板。
- 加工前までにメッキ処理を施したことを特徴とする請求項1または2に記載の板厚が0.4mm以下の高剛性缶用鋼板。
- 質量%で、
C :0.0800%以下、 N :0.0300%以下、
Si:2.0%以下、 Mn:2.0%以下、
P :0.10%以下、 S :0.05%以下、
Al:2.0%以下
を含有し、残部Feおよび不可避的不純物からなる鋼を、冷延後、再結晶焼鈍と同時に、またはその後、板厚方向のNの増加量の平均値が3000ppm以下となる窒化処理を行って、(表層1/4厚さのNの増加量)が6000ppm以下、かつ(表層1/4厚さのNの増加量)/(中心層1/4厚さのNの増加量)の絶対値が2.0以上とし、更に、(表層1/4厚さの鋼板断面平均硬度 (Hv) )−(中心層1/4厚さの鋼板断面平均硬度(Hv))≧10、または(表層1/4厚さの鋼板断面最高硬度 (Hv) )−(中心層1/4厚さの鋼板断面平均硬度 (Hv) )≧20とすることを特徴とする、加工後表面被覆膜損傷の少ない成型性に優れた板厚が0.4mm以下の高剛性缶用鋼板の製造方法。 - 加工前までに表面に塗装もしくは樹脂被覆を施したことを特徴とする請求項4に記載の板厚が0.4mm以下の高剛性缶用鋼板の製造方法。
- 加工前までにメッキ処理を施したことを特徴とする請求項4または5に記載の板厚が0.4mm以下の高剛性缶用鋼板の製造方法。
- 請求項4〜6のいずれか1項に記載の鋼板を製造するに当たり、再結晶焼鈍と同時に、または再結晶焼鈍後、窒化処理を行うに際し、板温度が550〜800℃の状態でアンモニアガスを0.02%以上含有する雰囲気中に0.5秒以上、360秒以下保持し、窒化処理の後、550℃以上の温度域において温度と時間の積を48000以下または更に窒化処理の後、550℃から300℃までの平均冷却速度を10℃/秒以上とすることを特徴とする、加工後表面被覆膜損傷の少ない成型性に優れた板厚が0.4mm以下の高剛性缶用鋼板の製造方法。
- 請求項4〜7のいずれか1項に記載の鋼板を製造するに当たり、再結晶焼鈍の後、窒化処理の前または後での再冷延率が10%以下であることを特徴とする、加工後表面被覆膜損傷の少ない成型性に優れた板厚が0.4mm以下の高剛性缶用鋼板の製造方法。
- 請求項4〜8のいずれか1項に記載の鋼板を用いて成型したことを特徴とする缶。
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