JP4630268B2 - 異型缶用鋼板 - Google Patents
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(1)エキスパンド加工において缶胴溶接部には衝撃的な引張り応力が生じる。そのため、溶接が外れない、破胴しない強靭な溶接接合力が必要である。
(2)エキスパンド、ネックドイン加工を施すことで缶胴高さ(以下、缶高さと略す)が大きく変化してはならない。その特性を得るには加工方向のランクフォード値(以下r値という)を低く安定的に維持しなければならない。
(3)エキスパンド加工後の缶体に歪み時効起因の外観不良、特にSt−Stを生じさせないような遅時効性が必要である。具体的にはエキスパンド加工によって円筒缶の缶高さは低くなり、ネックドイン加工では缶高さが高くなる形状変化を伴う。成型精度を一定に保つためには缶高さ変動を極力小さくする必要がある。加えてボトル缶胴にはSt−Stに類する外観不良が出やすく遅時効性は重要である。
1)鋼成分について(質量%)
<C:0.02〜0.07%>
C量は本発明の重要な構成要素である。加工性を良好に保ち、かつ溶接軟化に起因した応力集中による破壊を回避するにはC量の上下限範囲を限定する必要がある。まずC量下限については0.02%未満の極低炭素域にBAF、連続焼鈍によらず固溶C量が極めて多くなる範囲が存在する。この固溶CはC時効を生じてSt−St(加工に伴う外観不良)を発生させる原因となる。加えて0.02%未満の極低炭素鋼では溶接部が焼入れされず軟化が進む危険性が高い。従ってエキスパンド加工において缶胴溶接部に衝撃的な引張り応力が生じても破胴しない溶接接合力を得るにはC量の下限を0.02%に限定することが重要である。一方、C量が0.07%超ではセメンタイト粒子が鋼板に微細、多量に析出するため結晶粒成長の抑制作用が強くなり二次冷延、調質圧延による鋼板の硬質化と脆化が進んでエキスパンド破胴、ネックドインしわ、フランジ割れ発生などの危険性が高まる。加えて溶接時に散りが発生しやすくなり缶内面の塗装に穴を開けて缶内面腐食の原因ともなるのでC量の上限は0.07%としなければならない。
<Si:0.005〜0.05%>
鋼板の熱処理により表面に濃化しやすい元素なので少ないことが望ましい。表面処理性の劣化にともなう耐食性低下は0.05%超で著しくなる。ASTM規格の上限は0.020%となっており、耐食性に配慮する場合は0.05%上限で極力少なめにすることが望ましい。一方、Siの鋼板表面濃化はFe拡散の障害となって熱処理時のスケール生成を抑える働きがある。特に熱延後の酸洗デスケーリング性を良好に保ちスケール系表面疵を発生させないためには0.005%を下限とする必要がある。
<Mn:0.1〜1.5%>
S起因の表面疵を回避するためMnの下限を0.1%にする。SはFeと結合して熱延温度で融解し鋼板割れの原因となる低融点化合物の生成するためである。一方、多量のMnは結晶粒を細粒化してランクフォード値を小さくする効果を有するので多いほど望ましいが、反面、Si同様に熱処理時に鋼板の表面に濃化しやすい元素でもあるため耐食性劣化を招く。従ってその上限を1.5%とする。表面疵、加工性を優れた形で発揮させるには0.15〜0.7%の範囲が望ましい。
<P:0.04%以下>
粒界に偏析し、鋼板を硬く脆くする元素でエキスパンドやフランジ出しなどの加工性を悪化させる元素である。特にPは0.04%超でその影響が強くなるので上限を0.04%としなければならない。少ないほど好ましくエキスパンド加工による破胴抑制には0.015%以下が望ましい。
<S:0.02%以下>
SとFeが結合し熱延温度で融解し鋼板割れの原因となる低融点化合物の生成する元素である。この害を回避するには0.02%以下とする必要がある。またSはP同様に粒界に偏析し、鋼板を硬く脆くする元素でもある。本発明のような加工性重視の用途には0.01%以下が好ましい。
<Al:0.005〜0.1%>
製鋼溶製時の脱酸剤として使われる。添加量が0.005%未満になると不十分な脱酸となり鋼中に介在物が増えてエキスパンド加工、フランジ加工の割れ、ネックドイン加工のシワなどが発生する。一方、0.1%を越えるとアルミナ系の表面疵が増えて歩留りが悪化する。尚、材質の安定化という視点からAl量を考えると0.02〜0.07%が好ましい。
<N:0.003超〜0.007%>
Nは本発明の重要な構成要素である。強い固溶強化元素であり時効性を高めてSt−St発生頻度を増加させる元素のため、従来はこの特性を弱めることに注力しできるだけ低減することが望ましいとされた。一方、本発明ではBと併用することによって溶接缶製造プロセスに応じて有用な効果のみが活用できることを新規に見出した。即ち鋼板中のNはBN析出物となっており遅時効なのでエキスパンド加工においてSt−St発生がない。一方、溶接熱で軟化されやすい溶接部とその近傍ではBNが再固溶して局所的な固溶N強化が図れるため溶接部近傍の破胴がなくなる。さらにNの多量添加が安定した低r値確保に働きエキスパンド加工による缶高さ変動が少なくなるという正に溶接缶加工に即した知見である。Nは集合組織制御により圧延方向および板幅方向のr値を極めて低くさせる効果を有しているが、このようなNの好ましい効果を利用するには0.003%超の添加が必須である。一方、0.007%を越えて添加しても集合組織制御の効果は飽和し、Nが本来有している有害面が強くなるので好ましくない。従ってN量は0.003%超から0.007%とする。なおB添加に伴うコスト増を考慮すれば0.003%超から0.004%が好適な範囲である。
<B:0.001〜0.01%>
NにはN時効があり、これを効果的に抑えるにはB添加が必要である。一方、B添加は合金コストアップになるのでSt−St抑制など本発明の目的を達成するだけの量を添加すればよい。これは本発明においてB/Nの関係を明確にしたことより量制御が可能になった。本発明の重要な構成要素であるNの効果を減ずることなくBを使用する場合、その量は下限が0.001%であり、上限が0.01%である。
<B/N:0.3〜1.5>
Bは本発明にとってC、Nに次いで重要な構成要素であり、その効果は製缶後のSt−St発生を抑えることにある。このようなBの望ましい効果を発揮させるにはN量との関係においてB/N:0.3〜1.5の範囲である。0.3未満では固溶Nが残留して遅時効性が弱まりSt−St発生が著しくなる。一方、1.5超ではSt−St発生はないが固溶Bによる鋼板強化が強まり、かつコスト増を招くため本発明の目的を外れる。
<鋼板のr値:0.8以下>
0.003%超のN添加および高い一次圧延率と連続焼鈍を組み合せた本発明の製造条件を適用すれば0.8以下のr値を有し製缶精度に優れた異型缶用鋼板を得ることができる。異型缶に適した材質はr値に支配されており、前述したように缶胴部がエキスパンド加工時に受ける引張り方向、即ち板取方向がノーマルグレインの場合は圧延方向のr値を0.8以下、またリバースグレインの場合には板幅方向のr値が0.8以下とすることが必要である。本発明において、圧延方向または板幅方向のr値を0.8以下とすることにより溶接缶をエキスパンド、ネック加工する際の缶高さの変動は実用上問題ないほどに抑制できる結果、缶精度が向上しシール性に優れた好適な溶接缶が得られる。尚、エキスパンド加工では缶の一部が変形し薄肉化するがその部分は加工硬化しているので缶体強度の維持に支障はない。
2)製造条件について
本発明の成分を有するスラブを圧延、熱処理する製造工程は通常の薄板製造プロセスのままで好適である。スラブは連続鋳造後に速やかに熱延挿入するダイレクト圧延でも、一旦常温まで冷却して1100℃以上に再加熱し熱間圧延することも可能でありその手段を問わない。但し一次圧延率(冷間圧延による圧下率)での高圧下および連続焼鈍による熱処理はr値を低めに抑えるために必ず適用されなければならない。
<熱間圧延温度:850〜950℃>
圧延可能な温度にあるスラブを出口温度が850〜950℃で仕上げ圧延する。850℃下限はAr3変態点を確保するためで、変態点以下圧延となった部分の鋼板は軟化して均一材質が失われ、ひいては冷間圧延での破断、形状不良の誘因となる。一方、950℃を超えた圧延は著しいスケール生成と圧延ロールの表面劣化を伴うため鋼板にスケール疵を多発させる危険性が極めて高い。
<捲取温度>
圧延後、500〜750℃の範囲で捲きとる。500℃以上とするのは捲取り後の自己焼鈍により圧延組織の残留が無いようにするためで、冷間圧延性が向上し連続焼鈍にとって望ましい鋼板形状が得られるためである。一方、750℃以下としたのはこれ以上の温度では酸洗での脱スケール性にとって好ましくないスケールが生成するためである。自己焼鈍および脱スケール性に配慮した望ましい捲取り温度範囲は580〜680℃である。
<酸洗>
上記の捲取り温度で製造されれば酸洗条件に格別の規制はなく、通常条件としての塩酸または硫酸による酸洗が可能である。
<冷間圧延:85〜95%>
連続焼鈍前に施される冷間圧延を一次圧延として、その範囲を85〜95%とする。この一次圧延率は一般の冷延鋼板に施される60〜80%に比べて高い値である。本発明のような低r値を必要とする溶接缶用鋼板においては一次圧延率が高いほど好ましく、その効果はr値を低くする集合組織が発達することで得られる。従って90%以上の一次圧延率を適用して安定した低r値が得られるようにすることが望ましい。
<連続焼鈍:600〜720℃>
本発明はこれまでの円筒型溶接缶と異なりエキスパンド加工および厳しいネック加工などの二次成型が施される。従って溶接後の円筒缶には優れた二次加工性が付与されなくてはならない。それには冷間圧延で生じた硬く脆い圧延組織を完全に無くすことが大切であり必ず再結晶焼鈍以上で焼鈍しなければならない。前述の一次圧延率85〜95%であれば600℃以上において再結晶組織が確実に得られる。一方、720℃を越える焼鈍を施すと冷却後の鋼板組織に硬い再結晶粒が混在するようになり二次加工において割れ、しわ発生の危険性が増す。また連続焼鈍炉内の鋼板の高温強度が低下することによる炉内絞り、炉内破断の危険性も増す。均熱時間は15〜60秒とした。これは15秒未満では600℃焼鈍においても完全な再結晶組織確保に不安があるためで、逆に60秒以上では再結晶後の粒成長が進んで均一かつ低r値の確保が困難となるためである。焼鈍後に一旦300〜500℃に冷却しその温度で1〜2分過時効処理することは二次加工性の向上に好ましい。
<調質圧延:1〜10%>
調質圧延の圧下率は鋼板の加工硬化手段として用いる。その最適な範囲は1〜10%である。即ち薄い鋼板や缶サイズの大きい用途であれば3ピース缶胴のパネリング強度(大気圧に抵抗する缶強度)を確保するために圧下率を10%近くにし、一方、エキスパンド加工率が高くネック加工も厳しい溶接缶であれば圧下率を1%に近い条件で使い分ければよい。本発明の知見によれば圧下率が10%を超えると強い硬質化に伴う延性低下や強度の異方性が認められ、溶接缶のフランジ加工性、ネック加工性が劣化する板取り方向が生まれる。また圧下率の下限が1%未満になるとSt−St発生の危険性が高まり、鋼板の表面粗度、平坦度のコントロールも困難になる。工業生産として安定した調質圧延を施すには1.3%〜8%が望ましい。
図2に示すように、N量(mass%)を0.003超〜0.007%とすることにより、r値を0.8以下に安定化させることができ、また、図3に示すように、r値が本発明範囲の0.8以下で、Δ缶高さ(=円筒缶高さ−エキスパンド加工缶高さ(mm))を3.2mm以下の範囲とし、缶高さのバラツキが少なく均一化させることができることが分かる。
Claims (2)
- 質量%で、
C:0.02〜0.07%、
Si:0.005〜0.05%、
Mn:0.1〜1.5%、
P:0.04%以下、
S:0.02%以下、
Al:0.005〜0.1%、
N:0.003超〜0.007%、
B:0.001〜0.01%を含有し、
B/N:0.3〜1.5なる関係を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物の鋼組成からなり、圧延方向および板幅方向のうちの少なくとも一方のランクフォード値(r値)が0.8以下であることを特徴とする異型缶用鋼板。 - 質量%で、
C:0.02〜0.07%、
Si:0.005〜0.05%、
Mn:0.1〜1.5%、
P:0.04%以下、
S:0.02%以下、
Al:0.005〜0.1%、
N:0.003超〜0.007%、
B:0.001〜0.01%を含有し、
B/N:0.3〜1.5なる関係を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物の鋼組成からなる鋼スラブを、仕上げ圧延出口温度:850〜950℃で熱間圧延した後、500〜750℃の範囲で捲取り、一次圧延率を85〜95%とした冷間圧延を施し、再結晶温度以上となる600〜720℃の温度範囲で15〜60秒間均熱する連続焼鈍を行い、引き続き二次圧延率1〜10%の調質圧延を行うことを特徴とする圧延方向および板幅方向のうちの少なくとも一方のランクフォード値(r値)が0.8以下の異型缶用鋼板の製造方法。
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