JP4620310B2 - 炭素鋼帯、特にパッケージング用鋼帯の製造方法、およびこうして製造された鋼帯 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、鉄鋼産業に関するものである。特に、飲料および保存食品用などの薄いパッケージングに加工することを目的とした鋼帯の製造に関する。
【０００２】
引き続き薄いパッケージング、特に飲料および食品用の薄いパッケージングに加工することを目的とした、鋼帯を製造する従来の方法は、下記のステップを含む。
【０００３】
炭素鋼スラブの連続鋳造のステップ、
このスラブの鋼帯圧延機での熱間圧延のステップであって、圧延終了温度が当該グレードのＡＲ_３温度より高い熱間圧延のステップ、
こうして得られた熱鋼帯の冷間圧延のステップであって、鋼帯の所望の最終厚みに応じて、単一ステップで行うこともできるし、または熱処理を挟んだ２ステップで行うこともできるステップ、および、
こうして得られた冷鋼帯の、ボックス焼鈍または連続焼鈍による焼鈍のステップ。
【０００４】
実際には、冷間圧延および焼鈍後の最終鋼帯の厚みは、約０．０９〜０．４０ｍｍである。次いでこの鋼帯を、板および／またはブランクに切断し、絞り加工を施して所望のパッケージングを形成する。
【０００５】
この一連の製造工程は長く、別々の設備を使用する必要があるので、エネルギーの観点から経費を要する。特に、鋼帯圧延機でのスラブの圧延は、スラブを高温に再加熱しなければならないので特に経費を要する。さらに、鋼帯圧延機は、大きな投資を要する設備である。
【０００６】
システム全体（連続鋳造設備／再加熱炉／鋼帯圧延機）を、厚み１０ｍｍ未満の薄鋼帯を直接鋳造する設備で代替することによって、この欠点を回避することができる。この解決方法は、文献ＪＰ０９−００１２０７で提案され、この特許は、鋳造設備において２つの内部冷却された逆回転ロール間で、流動状金属から、鋼帯を直接鋳造する方法を教示している。この鋼帯の組成は、パッケージング用鋼の通常のグレードに相当するものである（Ｃ％≦０．１５％、Ｍｎ％≦０．６％、Ｐ％≦０．０２５％、Ｓ％≦０．０２５％、Ａｌ％≦０．１２％、Ｎ％≦０．０１％、Ｏ_{ｔｏｔａｌ}％≦０．００７％、但し、これらすべての含有量は、重量百分率として示したものである）。次いで、こうして鋳造した鋼帯は、酸洗処理、第１冷間圧延処理、再結晶焼鈍処理、および第２冷間圧延処理を受ける。この冷間圧延では、鋼帯が受ける総圧延率は、絞り加工の耳（ｅａｒ）の水準、異方性係数
【数１】

、および面内の異方性Δｒに関して、満足できる結果を望む場合は、８５〜９５％とする。この双ロール鋳造に引き続いて、圧延率２０〜５０％またはそれ以上の軽い熱間圧延を行うことができる。熱鋼帯は、次いで冷間圧延および関連の処理を受けなければならないが、その製造はこのようにより迅速で、より経済的である。しかし、その後焼鈍工程を挟んで２ステップの冷間圧延処理を行う必要があるために、これらの利点が損なわれている。
【０００７】
本発明の目的は、パッケージング、特に飲料缶などの食品用パッケージングの製造に用いられる、冷間圧延鋼帯を得る知られている方法より経済的な方法を提供することである。
【０００８】
この目的のために、本発明の対象は、炭素鋼帯、特にパッケージング用鋼帯を製造する方法であって、
パッケージング用鋼材として用いるのに適当な組成を有する鋼を、流動状金属から直接に厚み０．７〜１０ｍｍの薄鋼帯の形状に鋳造し、
前記鋼帯に、インライン熱間圧延処理を行い、この処理の最後で前記鋼材がオーステナイト領域にあり、
前記鋼帯は、８０〜４００℃／秒の速度で強制冷却を受け、この冷却の最後で前記鋼材がフェライト領域にあり、
前記鋼帯は、圧延率少なくとも８５％で冷間圧延処理を受け、かつ
前記鋼帯は焼鈍処理を受ける。
【０００９】
本発明の対象はまた、上記の方法によって得られることを特徴とする、炭素鋼帯、特にパッケージング用鋼帯である。
【００１０】
理解されるように、本発明は、双ロール鋳造方法を用いるものであり、その後少なくとも１回のインライン熱間圧延ステップ、および鋼帯の特別な冷却が続く。次いで、こうして得られた熱鋼帯を、パッケージング用鋼の製造に適当な特性を与えるために単一の冷間圧延ステップにのみかける（通常の最終スキンパスロールのほかに）。
【００１１】
本発明は、以下の説明でより明確に理解されるであろう。
【００１２】
本発明の方法は、通常の組成を有するパッケージングに用いられる、低または超低炭素鋼をベースにした半製品を、厚み０．７〜１０ｍｍ（好ましくは１〜４ｍｍ）の薄鋼帯の形状に鋳造することから出発する。この組成は、存在する主成分に関しては、以下の主要基準を満足するものである。（パーセントは重量パーセントで表わす）０％≦Ｃ≦０．１５％、０％≦Ｍｎ≦０．６％、０％≦Ｐ≦０．０２５％、０％≦Ｓ≦０．０５％、０％≦Ａｌ≦０．１２％、０％≦Ｎ≦０．０４％。さらにこの鋼は、製錬からもたらされる一般の不純物、および、多分、製品の成形時およびパッケージング用鋼としての使用時の特性に悪い影響を与えない、少量の合金元素（特定のパッケージング用鋼では、ホウ素を千分の２〜３％導入することは知られている）を含有しており、残りは鉄である。合金元素は、一般には入れないが、場合によって１％までの範囲の量で任意に入れることができる。これらの元素は、特にＳｉ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｍｏ、およびＣｕである。規制上の理由で、鋼をパッケージング用に用いる時には、特定の合金元素を除外しなければならない。これらの元素は、例えば、スズ、カドミウム、およびヒ素である。
【００１３】
薄鋼帯を流動状金属から直接に連続鋳造することは、長年の間炭素鋼、ステンレス鋼、および他の鉄合金の鋳造に試用された技術である。鉄合金の薄鋼帯鋳造に最も広く用いられ、工業的段階への到達した技術は、いわゆる「双ロール鋳造」技術である。この技術では、流動状金属が、水平な軸を有し逆方向へ回転し内部を冷却した、２本の接近して配置したロールの間に導入される。鋳造スペースの側面は、ロールの平坦な側面に押し付けた耐熱板によって閉鎖されている。各ロール上で固化した金属「シェル」が形成され、ニップ部（ロールの円柱状側方表面間距離が最も小さい領域で、ほぼ所望の鋼帯厚みに相当する）で合わさって固化した鋼帯を形成する。この技術は、２〜３ｍｍの厚みの鋼帯を得ることが可能になるので、本発明には特に推奨され、以下の記述は、この技術に言及するものである。しかし、２枚の移動ベルト間での鋳造など、薄鋼帯の他の直接鋳造方法を用いることも可能である。移動ベルトでは、双ロール鋳造よりわずかに厚い製品の鋳造が可能である。しかし、双ロール鋳造の利点の一つは、必要に応じて、最も進んだ方法でこの処理を実施しいる優れたロールクラウン制御のおかげで、鋼帯の幅方向にきわめて平坦な厚みプロファイルを得ることが可能なことである（例えば、欧州特許第０７３６３５０号公報参照）。
【００１４】
ロールを出た後、鋼帯は、好ましくはガスを注入して不活性にしたエンクロージャなどの領域を通る。この中で、表面のスケールの形成を回避または制限するために、鋼帯を非酸化雰囲気（不活性の窒素またはアルゴン雰囲気、または還元するために少量の水素を含有する雰囲気さえ）にさらす。対策を講じても形成されるスケールを除去するために、表面へのショットまたはドライアイス吹き付け、あるいはブラシによる鋼帯の脱スケール装置を、この不活性領域の下流側に設置することも可能である。鋼帯周囲の雰囲気を不活性化することを求めず、自然にスケールが形成するままにしておき、次いで上記の装置などによってこのスケールを除去する選択肢も可能である。一般に、鋼帯上のスケールの存在は、後続の圧延工程中に、このスケールが鋼帯表面の外皮となる恐れがあるので望ましくない。こうした外皮は、製品の表面仕上品質を悪くする。さらに、スケールは、施すべき圧延力を増大させ、圧延機ロールの表面仕上げを劣化させてしまう。
【００１５】
鋼帯は、不活性化または脱スケール設備があるなら、そこを出た後なるべくすぐに熱間圧延工程にかけ、引き続き強力な冷却を行う。この処理の目的は、
後続の冷間圧延で用いる圧延率と合わせて、所望の厚みを有する完成鋼帯が得られる、３ｍｍ未満（一般に０．９ｍｍ）の厚みを有し、
さらに、引き続いて鋼帯に施す処理と合わせて、鋼帯が、以後この金属を、例えばパッケージング用鋼として利用するのに必要な機械的特性を備えることができる金属構造を有し、かつ
従来の方法で得られるものより平坦な幅方向プロファイルを有する、鋼帯を得ることである。
【００１６】
この結果を実現するために、２つの製造方法を提案する。
【００１７】
第１の方法によれば、鋼帯に単一の熱圧延ステップを行い、鋳鋼のＡｒ_３温度より高い温度で、言い換えるとオーステナイトの領域で終了する。この熱間圧延は、最小圧延率２０％で行い、この最小圧延率は５０％より高いことが好ましい。この熱間圧延の目的は２つある。
【００１８】
鋳造後の鋼帯のコアに存在する恐れのある気孔を閉鎖すること。
【００１９】
固化微細組織を「破壊する」こと。
【００２０】
特に、比較的大きい粗さを有するロールを鋳造時に用いた場合に、鋼帯の表面に存在する可能性のある突起を平坦化することによって、鋼帯の表面仕上げを改良すること。この粗さは、ロールと、固化したシェルとの間の伝熱を最適化するために有利になるものである。
【００２１】
この単一熱間圧延ステップは、鋼帯を、単一圧延機スタンドを通すことによって行うことができる。鋼帯を、２つまたは複数の圧延機スタンドを通すことによって、もっとゆっくりと行うこともできる。例えば、第１のスタンドで、気孔を閉鎖するためだけに十分な程度の圧延率を鋼帯に施し、次いで第２段階で大部分の圧下を施して、熱間圧延の他の２つの機能を実施する。重要なポイントは、スタンドまたは連続した複数のスタンドを通すこのパスまたはこれら複数のパスによって引き起こされる総圧延率、および最後のスタンドを通った後の鋼帯の温度が、前記の範囲または数値内にあることである。
【００２２】
これらの方法の第２の方法によると、熱間圧延を、再加熱処理および場合によって脱スケール処理によって分けられた２つの段階で行う。これらのステップの第１ステップは、圧延率２０〜７０％で、鋳鋼帯のオーステナイト領域またはフェライト領域で行われる。この第１ステップの機能は、第１の方法の単一熱間圧延ステップの機能と同じであり、鋼帯を、１つまたは複数の連続する圧延機スタンドを通すことによって行うことができる。鋼帯がオーステナイト領域にある場合は、鋼帯の全幅を均一に変形させるために弱い力が必要なので、最終鋼帯厚みが薄いものを得たい場合は、この第１圧延ステップは、フェライト領域で行うことが好ましい。しかし、この第１熱間圧延ステップをいくつかのスタンドで行う場合は、その第１ステップを、気孔を閉鎖することを主な目的として、例えば比較的軽い圧延によってオーステナイト領域で開始し、残りの圧下が実施されるフェライト領域でステップを終了することが考えられる。この第１熱間圧延ステップの後、鋼帯がまだフェライト領域に入っていない場合は、冷やしてフェライト領域に入れ（必要なら若干は強制冷却の助けを借りて）、次いで再加熱熱処理を施す。これにより、鋼帯は、オーステナイト領域、したがってＡｒ_３を超える温度に戻される。このようにして、鋼帯に追加の相変化を引き起こし、結果として金属構造の結晶粒は一層精製される。次いで、オーステナイト領域で、圧延率１０〜３０％で第２熱間圧延ステップを行う。この第２熱間圧延は、第１熱間圧延で引き起こしたかもしれない幾何学的欠陥（平坦性不良、反りなど）を修正する主要な機能を有する。中間の再加熱は、インダクタ中を鋼帯を通過させることによって行うことができる。速度２００ｍ／分で走行中の厚み０．７５ｍｍおよび幅８５０ｍｍの鋼帯に対して、温度を１００℃上昇させたければ、１．０４ＭＷの電力が必要である。したがって、５００ｋＨｚで動作する縦フラックスソレノイドインダクタを用いる場合は、その効率は通常約４５％であり、約２ｍ（作業領域１．５ｍを含めて）の長さのインダクタが、この用途に適当である。鋼帯の厚みが薄い場合は、例えば、「Ｈｉｇｈ ｆｌｕｘ ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆａｓｔ ｈｅａｔｉｎｇ ｏｆ ｓｔｅｅｌ ｓｅｍｉ−ｐｒｏｄｕｃｔ ｉｎ ｌｉｎｅ ｗｉｔｈ ｒｏｌｌｉｎｇ」（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＸＩＩＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，Ｂｉｒｍｉｎｇｈａｍ，１９９６年６月）の文献に記載の横フラックス誘導加熱技術を使用することができる。しかし、一般に、より通常の他の技術、制御された雰囲気でのマッフル炉、または放射管などを用いて、この再加熱を行うことができる。
【００２３】
したがって、直前に説明した２つの方法には、鋼帯について行う圧延を、オーステナイト相で終えるということが共通している。すなわち、Ａｒ_３温度より高い温度で完了する。どちらのケースでも、本発明による方法では、速度８０〜４００℃／秒、好ましくは１００〜３００℃／秒の強制冷却ステップを含む、鋼帯の冷却を引き続いて行う。この冷却は、鋳鋼のフェライト領域で完了し、一般に巻取温度に近い温度に鋼帯をもってゆく。その目的は、巻取り前および鋼帯がコイル形状にある間に、結晶粒径が過度に成長することを避けるためである。一般に、この巻取温度は７５０℃未満である。アルミニウムキルドグレードについては、巻取温度は、多かれ少なかれ窒化アルミニウムの析出に有利なように、約５５０℃または６００℃または７００℃を選択することができる。
【００２４】
所望の鋼帯特性を確実に得るためには、この強制冷却が、鋼帯の全幅にわたって均一に行われることが重要である。所与の瞬間の、鋼帯全幅の一点とその他の点との温度差の望ましい最大値は、１０℃であろう。冷却速度が高い場合は、この均一性を保証することが一層困難になるので、これが最大速度４００℃／秒を推奨する理由である。しかし、冷却が所望の金属の有効性を確実に発揮させるためには、最小速度８０℃／秒が必要である。こうした冷却速度は、特に、高圧ジェットを用いて水をスプレーすることにより、または水／空気または同様な混合物（アトマイゼーション）をスプレーすることによって得ることができる。この強制冷却は、オーステナイト領域で鋼帯の圧延直後に開始することもできるが、鋼帯がゆっくり冷えた後（約１０℃／秒、これは、開放空気に単に放置するだけで実現することができる）、かつフェライト領域に入った、したがってＡｒ_３を下回った後、初めて開始することを勧める。これは、オーステナイトからフェライトへの相変化に伴う結晶粒の精製を十分に利用しており、一方、オーステナイト領域で急速冷却を開始すると、微細構造の均質性に実質的に有害である。しかし、この加速冷却は、好ましくは、Ａｒ_３−１０℃を下回る温度で開始してはならないという点にも注意が必要である。
【００２５】
一般に、巻取り前に急速冷却を用いると、パッケージング用鋼の場合に特に望ましくない、鋼帯外皮の粗い結晶粒の存在が防止される。これが、冷間圧延後、パッケージング用鋼の最終特性が、非常に高いレベルの均質性を持たなければならない理由である。
【００２６】
次いで、巻き取られ次いでほどかれた鋼帯は、少なくとも８５％、好ましくは９０％を超える圧延率で冷間圧延処理を受ける。冷間圧延は、一回の圧延、すなわち単一ステップで十分に実施することができ、上記文献ＪＰ０９−００１２０７の場合（２回の圧下を伴う冷間圧延）のように、中間に焼鈍を挟んだ２ステップの必要はない。知られている方法によって得られたものに匹敵する絞り加工性が得られ、それにより、２回圧下冷間圧延に頼る必要なしに、知られている方法より０．０９ｍｍ薄い鋼帯厚みを実現することができる。通常以上に薄い鋼帯を得ることを望まない場合は、冷間圧延時の圧延率を小さくして通常の厚みを得ることができ、より経済的である。もちろん、さらに薄い厚みまたはさらに高い機械的性質を得たい場合は、鋼帯を２回圧下冷間圧延にかけることができる。
【００２７】
一つの目安として、鋳造後の初期厚みに応じた鋼帯の最終厚み、ならびに熱間圧延ステップ（選択した方法に応じて１または２ステップで）および冷間圧延時に施した圧延率の例を表１に示す。
【表１】

【００２８】
冷間圧延後、機械的特性を与えるために、鋼帯は通常の（ボックスまたは連続）焼鈍を受ける。通常、この焼鈍に引き続き、脱スケール処理、塗装処理、および／またはスキンパスローリング処理を受ける。
【００２９】
熱間圧延機を出る鋼帯の速度は、約２５０ｍ／分以下であるので、この速度は、単一ラインでこの圧延機（したがって鋳造ライン全体）を運転することに適合しており、パッケージング用鋼に１回または複数回の冷間圧延処理、焼鈍処理、および冷間処理を施すことに適合している。パッケージング用鋼の金属スループットは、熱間圧延機のスループットと一致する。こうした処理の例としては、多分焼鈍に引き続いて行われる脱スケールおよびスキンパスローリング以外に、ラッカー塗布、ニス塗り、例えば、共押出、電子衝撃またはプラズマ真空蒸着によるポリマー付着、および電着による金属コーティングが挙げられる。冷間圧延処理を、鋳造および熱間圧延処理とともにインラインで行う場合は、鋼帯の巻取ステップがなくなることを意味する。
【００３０】
本発明の好ましい利用分野は、飲料または保存食品用パッケージングを形成するために、絞り加工に供する鋼帯の製造であるが、本発明が、同様の特性が製造される鋼帯に要求されるような他の目的を対象とした、鋼帯の製造に利用できることは言うまでもない。

Claims (14)

1. パッケージング用の炭素鋼帯を製造する方法であって、
   パッケージング用鋼としての使用に適した組成を有する鋼を、流動状金属から直接に厚み０．７〜１０ｍｍの薄鋼帯の形状に鋳造し、鋼の組成が重量百分率で、Ｃ≦０．１５％、Ｍｎ≦０．６％、Ｐ≦０．０２５％、Ｓ≦０．０２５％、Ａｌ≦０．１２％、Ｎ≦０．０１％、Ｏ _{ｔｏｔａｌ} ≦０．００７％であり、
   前記鋼帯にインライン熱間圧延処理を行い、インライン熱間圧延処理の最後で前記鋼がオーステナイト領域にあり、
   前記鋼帯が８０〜４００℃／秒の速度で強制冷却を受けて、強制冷却の最後で前記鋼がフェライト領域にあり、
   前記鋼帯が少なくとも８５％の圧延率で冷間圧延処理を受け、かつ
   前記鋼帯が焼鈍処理を受ける、方法。
2. 前記鋼帯が、反対方向に回転する２本の内部冷却された水平ロールの間で鋳造されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記熱間圧延処理を、少なくとも２０％の圧延率で単一ステップで行うことを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記熱間圧延処理を、少なくとも５０％の圧延率で単一ステップで行うことを特徴とする、請求項３に記載の方法。
5. 前記熱間圧延処理を２ステップで行い、熱間圧延処理ステップの第１ステップを圧延率２０〜７０％で行い、この第１ステップの後に鋼帯を再加熱して、前記鋼をフェライト領域からオーステナイト領域へ移行させ、次いで第２熱間圧延ステップを圧延率１０〜３０％で行い、該第２ステップの最後に、前記鋼がオーステナイト領域にあることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
6. 前記第１ステップを、前記鋼のフェライト領域で完全に行うことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
7. 前記第１ステップを、一部は前記鋼のオーステナイト領域で行い、一部は前記鋼のフェライト領域で行うことを特徴とする、請求項５に記載の方法。
8. 鋼帯が鋳造された後、鋼帯が、非酸化雰囲気にさらされる領域に通すことを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 鋼帯が、熱間圧延前および／または熱間圧延中に脱スケール処理を受けることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記強制冷却を、１００〜３００℃／秒の速度で行うことを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記強制冷却を、鋼帯が前記鋼のフェライト領域にあるときに開始することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 鋼帯を、強制冷却処理と冷間圧延処理との間で、７５０℃未満の温度で巻取ることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 冷間圧延の圧延率が少なくとも８５％であることを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記冷間圧延を、単一ステップで行うことを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法。