JP4760455B2

JP4760455B2 - 平均ｒ値が高く、面内異方性の小さい冷延鋼板およびその製造方法

Info

Publication number: JP4760455B2
Application number: JP2006063854A
Authority: JP
Inventors: 暢子峰地; 英子安原; 玲子杉原; 正井上
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-09
Filing date: 2006-03-09
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2026-03-09
Also published as: JP2007239036A

Description

本発明は、特に乾電池缶用として好適な、平均r値が1.2以上と高く、-0.15≦Δr≦0.15で面内異方性の小さい冷延鋼板およびその製造方法に関する。

冷延鋼板を乾電池缶に加工する方法としては、深絞り加工およびしごき加工を適宜組み合わせた方法が用いられる。例えば、絞りカップに加工後、しごき加工を施すDI加工、絞りカップに加工後、引張りと曲げ曲げ戻し加工し、さらに必要に応じしごき加工を施すストレッチドロー加工、何段階かの絞り加工を施した後、しごき加工を施す多段絞り加工などの方法を挙げられる。

乾電池缶の加工においては、加工後の缶円周方向の缶高さが不揃いにならないようにする、すなわち耳の発生を抑制することが要求される。耳の高さは冷延鋼板のr値(ランクフォード値)の面内異方性Δrと良い相関があり、Δrが0に近づくと、耳の高さは低くなることが一般的に知られている。したがって、耳の発生を抑制するためには、冷延鋼板のΔrを0にすることが望ましいが、一般的には、-0.15≦Δr≦0.15であれば耳の発生は問題とならない。また、乾電池缶は深絞り加工によって製造されるので、1.2以上の高い平均r値が要求される。

冷延鋼板のΔrを小さくするために、通常は冷間圧延時の圧下率を高める手段が採られる。しかし、高圧下率側ではΔrの圧下率依存性が大きくなり、Δrにバラツキが発生しやすくなったり、高圧下率による圧延負荷の増大を招くので、90%未満の圧下率で製造されることが望まれている。

また、乾電池缶を深絞り加工する際にストレッチャー・ストレインと呼ばれるしわの発生に起因する缶形状の劣化を防止するために、乾電池缶用の冷延鋼板には耐ひずみ時効性に優れていることが求められている。さらに、加工時の肌荒れを抑制するために、結晶粒径が微細であることも必要である。

深絞り加工に適した冷延鋼板としては、従来からIF鋼(Interstitial Free Steel)が実用化されている。中でも、Ti-Nbを複合添加することで侵入型の固溶CおよびNを低減して高r値化を図り、さらにΔrが小さく、加工時に耳の発生が問題とならない乾電池缶用の冷延鋼板が、特許文献1や特許文献2に開示されている。
特開2000-160289号公報特開2003-119547号公報

しかしながら、本発明者らが、特許文献1や特許文献2に記載のTi-Nbが複合添加された冷延鋼板について検討したところ、Ti量あるいはN量が多いために、各種めっきのめっき不良の原因となりやすいTiNが粗大に析出することが知見された。乾電池缶用鋼板には、必要に応じて、Niめっき、Snめっき、Crめっき、あるいはそれらの合金めっきが施されるが、TiNは非常に硬質であることから、TiNが粗大に析出することにより鋼板表面を不均質にするため、めっき不良の原因となる。

本発明は、90%未満の圧下率で冷間圧延を行い、平均r値が1.2以上と高く、-0.15≦Δr≦0.15で面内異方性の小さく、加工時の肌荒れやめっき不良が起こり難い冷延鋼板およびその製造方法を提供することを目的とする。

上記の目的は、質量%で、C:0.0100〜0.0200%、Si:0.02%以下、Mn:0.15〜0.25%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.070%、Nb:0.010〜0.015%、Ti:0.025〜0.035%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とするr値≧1.2で、-0.15≦Δr≦0.15の平均r値が高く、面内異方性の小さい冷延鋼板により達成できる。

本発明の冷延鋼板は、例えば、質量%で、C:0.0100〜0.0200%、Si:0.02%以下、Mn:0.15〜0.25%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.070%、Nb:0.010〜0.015%、Ti:0.025〜0.035%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼片を、直接あるいは1050〜1300℃の温度に再加熱後、Ar₃変態点以上の圧延終了温度で熱間圧延し、次いで酸洗後、圧下率80〜88%で冷間圧延を施し、連続焼鈍ラインで再結晶温度〜800℃の焼鈍温度で焼鈍し、調質圧延する方法により製造できる。

本発明により、90%未満の圧下率で冷間圧延を行い、平均r値が1.2以上と高く、-0.15≦Δr≦0.15で面内異方性の小さく、加工時の肌荒れやめっき不良が起こり難い冷延鋼板を製造できるようになった。本発明の冷延鋼板は、乾電池缶用として好適である。

以下に、本発明の詳細を説明する。

1)成分(以下の「%」は、「質量%」を表す。)
C:本発明者らは、Nb-Ti添加鋼において、C量を0.0100%以上とすることによりΔr≒0となる適正冷間圧下率を低くできる、すなわち比較的低い圧下率で面内異方性を小さくできることを知見した。しかし、過度にCを含有すると硬質化による加工性の劣化や耐ひずみ時効性の劣化を招くため、C量の上限は0.0200%とする。

Si:Si量が0.02%を超えると硬質化やめっき性の劣化を招く。したがって、Si量は0.02％以下とする。

Mn:MnはSによる熱間圧延中の赤熱脆性を防止するのに有効な元素であるため、Mn量は0.15%以上とする必要がある。一方、Mn量が0.25%を超えると連続鋳造中にMnSが析出して熱間脆性による鋼片割れ(鋳片割れともいう)を招くため、Mn量の上限は0.25%とする。

P:P量が0.02%を超えると加工性を低下させるため、P量の上限は0.02%とする。

S:S量が0.015%を超えると熱間圧延中に赤熱脆性を引き起こしたり、連続鋳造中にMnSが析出して熱間脆性による鋼片割れを招くため、S量の上限は0.015%とするが、少ないほど好ましい。

N:N量が0.004%を超えると固溶Nによる加工性の劣化を招くため、N量の上限は0.004%とする。Nを過剰に鋼中に含むと、硬質で粗大なTiN析出物が増え、めっき性の観点から好ましくないため、より望ましくは0.002%以下とする。

Al:Alは鋼の脱酸に必要な元素であるため、Al量を0.020%以上とする必要がある。一方、Al量が0.070%を超えると介在物が増加して表面欠陥が発生しやすくなるため、Al量の上限は0.070%とする。

Nb:Nbは鋼中の固溶Cを炭化物として析出させることで、固溶Cによる深絞り性の劣化を抑制する。このような観点から、Nb量は0.010%以上とする。しかし、0.015%を超えると再結晶温度を上昇させ、800℃を超える高い焼鈍温度で焼鈍する必要があるので、Nb量の上限は0.015%とする。

Ti:Tiは、Nbと同様、鋼中の固溶Cを炭化物として析出させることで、固溶Cによる深絞り性の劣化を抑制する。このような観点から、Ti量は0.025%以上とする。しかし、0.035%を超えると再結晶温度を上昇させ、800℃を超える高い焼鈍温度で焼鈍する必要があり、好ましくない。さらに、硬質で粗大なTiNの析出を抑制することが望ましいため、Ti量の上限は0.035%とする。

残部は、Feおよび不可避的不純物である。

2)製造条件
上述したように、本発明の冷延鋼板は、例えば、上記のように成分が調整された鋼片を、直接あるいは1050〜1300℃の温度に再加熱後、Ar₃変態点以上の圧延終了温度で熱間圧延し、次いで酸洗後、圧下率80〜88%で冷間圧延を施し、連続焼鈍ラインで再結晶温度〜800℃の焼鈍温度で焼鈍し、調質圧延して製造される。

連続鋳造法などによって製造された鋼片は、直接あるいは若干加熱してから熱間圧延されたり、いったん冷却後再加熱して熱間圧延される。再加熱する場合の加熱温度は1050〜1300℃の範囲にする必要があるが、これは、1050℃未満では熱間圧延の圧延終了温度をAr₃変態点以上とすることが困難になりやすく、1300℃を超えると鋼片表面に生成する酸化物量が多くなり、表面欠陥が発生しやすくなるためである。

熱間圧延の圧延終了温度は、圧延後の結晶粒径を均一にし、かつ熱間圧延後の異方性を小さくするため、Ar₃変態点以上にする必要がある。なお、Ar₃変態点は、従来公知の方法で求めればよく、例えばフォーマスタ試験装置により試験片を加熱後、冷却中の熱膨張率の変化を観察することにより求めることができる。

熱間圧延後の鋼板は、表面に形成されたスケールを除去するために酸洗後、-0.15≦Δr≦0.15とするために80〜88%の圧下率で冷間圧延される。このとき、酸洗は常法で行えばよい。また、本発明の成分組成を有する鋼板では、圧下率が80〜88%以外だとΔrが増大し、-0.15≦Δr≦0.15とならなくなる。

冷間圧延後の鋼板は、連続焼鈍ラインで再結晶温度〜800℃の焼鈍温度で焼鈍される。焼鈍温度の上限を800℃としたのは、これより高い温度では結晶粒が粗大になり、加工時に肌荒れが発生しやすくなるためである。焼鈍の均熱時間は、特に規定する必要はないが、材料特性の安定性を確保する上で30秒程度以上とし、長時間焼鈍してもコストアップとなるだけなので180秒以下とすることが好ましい。なお、再結晶温度は、ビッカース硬度および組織観察によって次のように求めた。すなわち、冷間圧延後の試験片に750〜840℃の温度範囲で、30℃ピッチで温度を変え、各温度で45秒間保持後空冷し、JIS Z 2244に準拠してビッカース硬度測定を行い、再結晶の進行に伴う急激な硬度低下が止まる周辺の温度において組織観察し、100%再結晶が完了している最低温度を再結晶温度とした。

焼鈍後は、鋼板形状や表面粗さを整えることを目的として調質圧延を行う必要があるが、調質圧延の伸長率は通常の範囲である0.3〜2.0%の範囲とすることが好ましい。

また、焼鈍後の鋼板には、必要に応じて、Niめっき、Snめっき、Crめっきあるいはそれらの合金めっきを施すこともできる。

表１に示す成分組成の鋼No.1〜4を溶製し、連続鋳造法で鋼片(鋳片)とした。この鋼片を1250℃に加熱後、これらの鋼についてAr₃変態点以上である900℃の圧延終了温度で熱間圧延し、酸洗後、表2に示す圧下率で冷間圧延し、連続焼鈍ラインで表2に示す再結晶温度以上の焼鈍温度で、45秒間保持の焼鈍を行った後、0.5%の伸長率で調質圧延を施して鋼板No.1〜4の試料を作製した。なお、冷間圧延の圧下率が小さい場合の方が再結晶温度は高くなるため、本検討では各鋼について、最も低い圧下率(圧下率：70%)の材料について、前述の方法で再結晶温度を求めた。表2に示す再結晶温度は、本検討における各鋼成分の最高の再結晶温度を示す。

そして、得られた試料について、次の方法で平均r値、Δr、結晶粒径を求めた。
平均ｒ値、Δr：得られた鋼板の試料から圧延方向に対して0°、45°、90°方向にJIS13号B引張試験片を採取し、JIS Z 2241にしたがって0°、45°、90°方向のr値であるr₀、r_45、r₉₀を測定し、平均r値=(r₀+r₉₀₊2r₄₅)/4、Δr=(r₀+r₉₀-2r₄₅)/2の式を用いて算出した。
結晶粒径：得られた鋼板の試料のフェライト組織の平均結晶粒径をJIS G 0552に記載の切断法に準じて測定した。乾電池缶に加工しても肌荒れが生じないために、結晶粒径は10.0μm以下であることが好ましい。

結果を表2に示す。本発明である鋼板No.3、4では、いずれも90%未満の圧下率、800℃以下の焼鈍温度で、1.2以上の高い平均r値、-0.15≦Δr≦0.15の小さい面内異方性が得られ、平均結晶粒径は10.0μm以下であった。また、図1に示したように、本発明範囲内の成分組成にすることにより、冷間圧延時の圧下率80〜88%でΔrを±0.15以下にできることがわかる。

さらに、光学顕微鏡により、本発明鋼板である鋼板No.3、4(圧下率：80%)について、各々20個づつのTiNの析出物について長径および短径を測定し、各鋼板について平均のTiNの長径および短径を求めた。ここで、長径とは測定対象である析出物の最大径であり、短径とは測定対象である析出物の最小径である。(平均の長径、平均の短径)は、鋼板No.3では(5.2μm、2.2μm)、鋼板No.4では(7.0μm、3.0μm)であった。また、各々の鋼板での(長径の最大値、短径の最大値)を求めたが、鋼板No.3では(6.0μm、2.2μm)、鋼板No.4では(4.7μm、1.9μm)であった。上記サイズでは、鋼板表面を不均質としてめっき不良の要因にはならないことを確認している。なお、今回用いた比較例は、TiおよびN含有量が上記本願発明鋼板とほぼ同じであるが、これらに関しても同様の観察を行い、TiNの析出物の長径、短径に関しては、本願発明鋼板と大きな差がないことを確認している。

冷間圧延時の圧下率とΔrの関係を示す図である。

Claims

質量%で、C:0.0100〜0.0200%、Si:0.02%以下、Mn:0.15〜0.25%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.070%、Nb:0.010〜0.015%、Ti:0.025〜0.035%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなることを特徴とするr値≧1.2で、-0.15≦Δr≦0.15の平均r値が高く、面内異方性の小さい冷延鋼板。
質量%で、C:0.0100〜0.0200%、Si:0.02%以下、Mn:0.15〜0.25%、P:0.02%以下、S:0.015%以下、N:0.004%以下、Al:0.020〜0.070%、Nb:0.010〜0.015%、Ti:0.025〜0.035%を含み、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼片を、直接あるいは1050〜1300℃の温度に再加熱後、Ar₃変態点以上の圧延終了温度で熱間圧延し、次いで酸洗後、圧下率80〜88%で冷間圧延を施し、連続焼鈍ラインで再結晶温度〜800℃の焼鈍温度で焼鈍し、調質圧延することを特徴とするr値≧1.2で、-0.15≦Δr≦0.15の平均r値が高く、面内異方性の小さい冷延鋼板の製造方法。