JP5434603B2 - 表面性状に優れる缶用鋼板用原板及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、表面性状に優れた缶用鋼板用原板とその製造方法に関するものである。

ＪＩＳ Ｇ３３０３−２００２で規定される調質度がＴ−１〜Ｔ−３の軟質缶用鋼板には、鋼中の固溶Ｃ濃度を極力減少させた極低炭素鋼（ＩＦ鋼）が使用されることがある。ＩＦ鋼を使用する場合には、調質度の調整のため、鋼中に固溶強化元素（Ｍｎ、Ｐ等）が添加される。このように成分調整された鋼に、熱間圧延、冷間圧延を経て、連続焼鈍を施した後、調質圧延を施して、缶用鋼板用原板が製造される。

しかしながら、上記のように、Ｍｎを０．３〜０．６質量％と比較的高めに含有するＩＦ鋼の圧延においては、時として、調質圧延距離の増加に伴い、圧延ロールの粗度が急激に上昇することがあった。ロール粗度が上昇すると、調質圧延後の鋼板粗度も上昇してしまい、錫めっき後に、光沢不良の問題が引き起こされる。この問題を防止するためには、ロール交換頻度を増加せざるを得ず、生産性が低下する原因となっていた。

本発明者らが調査したところ、Ｍｎを０．３〜０．６質量％含有するＩＦ鋼は、連続焼鈍工程の加熱処理中に、鋼板表面にマンガン酸化物が形成されることが明らかとなった。したがって、圧延距離の増加に伴いロール表面粗度が上昇するのは、連続焼鈍中に鋼板表面に生成したマンガン酸化物が、ロールにピックアップされたことに由来するものと考えられる。

即ち、連続焼鈍時に鋼表面に形成される酸化物の生成量を抑制するか、又は、調質圧延前に表面に存在する酸化物を除去することができれば、ロールの表面粗度上昇が抑制され、結果として、鋼板粗度が安定化するものと期待される。

連続焼鈍時に鋼表面に形成されるマンガン酸化物の生成量を抑制する方法として、特許文献１では、鋼中のＳ濃度を適正範囲に制御することが検討されている。この方法は、鋼中に存在するＭｎをＭｎＳとして固定化することで、連続焼鈍時における固溶Ｍｎの表面濃化を抑制するものである。但し、ＭｎＳが形成されることによって、鋼中に固溶しているＭｎ濃度が減少するため、鋼板の強度低下等、材質が変化する危険性がある。

また、特許文献２では、連続焼鈍後の鋼表面に存在するＳｉ、Ａｌ酸化物を除去するために、酸洗槽を含む表面清浄装置を備え、その後に、調質圧延することで表面光沢に優れる冷延鋼板を製造する方法が提案されている。この方法によると、調質圧延ロールへのＳｉ、Ａｌ酸化物の付着が防止できることが予想されるが、表面清浄装置を新設する費用がかかることや、工程が増えることによる生産性の低下が懸念される。

特許文献３では、連続焼鈍後の鋼表面に形成されるＳｉ酸化物が、その後の合金化溶融亜鉛めっき工程において、ＦｅとＺｎの合金化を阻害するという問題に対して、連続焼鈍時のガス雰囲気中の酸素分圧を制御することにより、Ｓｉ酸化物を鋼材内部に形成する手法が提示されている。この手法は、焼鈍時の酸素分圧を制御することにより、鋼板の表面酸化状態を制御できることを示すものである。

特開２００５−２４０１４３号公報 特開平７−６０３０５号公報 特開２００４−３１５９６０号公報

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、工程を増やすことなく、また、成分調整を行うことなく、表面性状に優れた缶用鋼板用原板を製造して提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決する手段を鋭意検討した結果、連続焼鈍後の鋼板表面に生成するマンガン酸化物量を２ｍｇ／ｍ²以下とすることにより、表面性状に優れた缶用鋼板用原板を得ることができることを見出した。

本発明の趣旨とするところは、以下の通りである。

（１）質量％で、
Ｃ：０．００５％以下、
Ｓｉ：０．０３％以下、
Ｍｎ：０．５０％以上０．６０％以下、
Ｓ：０．０３％以下、
Ｐ：０．０２％以下、
Ｔｉ：０．０１％以上０．０３％以下、
を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる缶用鋼板用原板であって、調質圧延前の鋼板表面のマンガン酸化物量が２ｍｇ／ｍ²以下であることを特徴とする缶用鋼板用原板。

（２）上記（１）に記載の缶用鋼板用原板を製造する製造方法であって、前記調質圧延前の連続焼鈍において、連続焼鈍条件として、（ｉ）加熱温度範囲が６５０℃以上８５０℃未満であり、焼鈍炉内雰囲気が、水素、窒素、水蒸気、及び、炉内雰囲気に含まれる水素−水蒸気平衡反応に起因する微量の酸素からなり、かつ、（ii）加熱温度Ｔ（Ｋ）における酸素分圧Ｐｏ₂（Ｐａ）が下記式（１）を満たすことを特徴とする缶用鋼板用原板の製造方法。
８．６−２６１７６／Ｔ＜ｌｏｇ₁₀（Ｐｏ₂）
＜１１．０−２７６７２／Ｔ ・・・（１）

本発明によれば、調質圧延時の缶用鋼板用原板の表面粗度を安定的に制御することができ、その結果、生産性の低下を防止し、表面光沢に優れる缶用鋼板用原板を製造することが可能となる。

以下に、本発明を詳しく説明する。鋼板の焼鈍作業において、鋼板の表面でＦｅが酸化すると外観が劣化し、また、めっき性も低下してしまう。このような理由で、焼鈍時の雰囲気は、Ｆｅが酸化しないよう還元性ガスが使用され、工業的には、水素−水蒸気を含む窒素ガスを用いることが多い。

しかしながら、このような還元性ガス中においても、Ｆｅよりも酸化し易いＭｎ、Ａｌ、Ｓｉなどの元素は、鋼表面で選択的に酸化されることがある。

本発明者らは、Ｍｎを０．３〜０．６質量％含有するＩＦ鋼を、冷間圧延後、連続焼鈍すると、鋼表面にマンガン酸化物が生成することを明らかにした。さらに調査を進めたところ、焼鈍後に、鋼表面に生成したマンガン酸化物の一部が、調質圧延に用いられるワークロールにピックアップされることが明らかとなった。

したがって、調質圧延後の鋼板粗度が上昇する理由は、ロール交換をせずに調質圧延を続けると、ロール表面に酸化マンガンが堆積し、ロール表面粗度が上昇するためであるということができる。

表１に、焼鈍後に、鋼表面に生成するマンガン酸化物の量と粗度不良率の関係を示す。

ここで、粗度不良とは、調質圧延後の鋼板粗度が、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定する中心線平均粗さＲａが０．５９μｍＲａ以上であることを意味し、粗度不良率とは、調質圧延後のコイルを切り板にした際に粗度不良で格落ちした枚数の比率を示すものである。

鋼表面上に生成するマンガン酸化物の量は、グロー放電発光分光分析装置（ＧＤＳ）を用いて求めた。ＧＤＳで、深さ方向を分析する際には、Ｆｅの発光強度が、最表面から１μｍ深さの発光強度に比べ、５０％の発光強度以下となる領域を鋼表面上とした。なお、ＧＤＳでは、マンガンと酸素を別々にしか測定できないが、計測されたマンガンが酸化物であることは、電子顕微鏡やＸＰＳで確認済みである。

表１から、連続焼鈍後に鋼表面に生成するマンガン酸化物の量が２ｍｇ／ｍ²を超えると、粗度不良材が発生することが読み取れる。したがって、本発明では、連続焼鈍後においても、鋼表面に生成するマンガン酸化物量を２ｍｇ／ｍ²以下に抑制して、調質圧延後に粗度不良材を発生させないことを検討した。

鋼表面のマンガン酸化物量が２ｍｇ／ｍ²以下であれば粗度不良が発生しない原因は不明であるが、圧延時、マンガン酸化物がロールにピックアップされてロール表面粗度が上昇する効果より、ロール表面が磨耗して、ロール粗度が低下する効果の方が勝っているためと想定される。

次に、鋼成分の限定理由について述べる。以下、％は、質量％を意味する。

Ｃ：
鋼中に固溶Ｃが残存すると、製缶業者での塗装焼付け時に時効が起き、製缶加工でストレッチャーストレインやフルーティングが発生する。本発明においては、ＮｂやＴｉを用いて炭化物を形成し、固溶Ｃ量を減らしているものの、そのために必要なＮｂやＴｉ量を削減してコストを抑えるために、Ｃ量は０．００５％以下とした。好ましくは、０．００３％以下である。下限は、好ましくは、０．０００５％、より好ましくは、０．００１％である。粗度不良材は、主に、極低炭素鋼で発生する特徴があるので、本発明で対象とする鋼材は、極低炭素鋼である。

Ｓｉ：
Ｓｉは、多量に含有すると、表面処理性の劣化、耐食性の劣化等の問題が生じるので、上限を０．０３％とする。特に、優れた耐食性が要求される場合は、０．０２％以下とする。

Ｍｎ：
Ｍｎは、鋼中に固溶して鋼材強度を上昇させる元素である。０．５０％未満では十分な強度上昇効果が得られない。一方、Ｍｎ添加量が多くなると、靭性が低下してしまうので、０．６０％を上限とする。したがってＭｎ添加量は、０．５０％以上０．６０％以下とする。好ましくは、０．５３％以上０．５７％以下である。

Ｓ：
Ｓは、介在物として存在し、鋼板の延性を減少させ、更に、耐食性を劣化させる元素である。また、固溶強化元素であるＭｎと結合すると、強化量が減少するので、上限を０．０３％とする。

Ｐ：
Ｐは、結晶粒界に偏析し延性の低下をもたらすので、０．０２％以下とする。

Ｔｉ：
Ｔｉは、鋼中の固溶Ｃを炭化物として捕足し、非時効性を向上する元素である。このためには、Ｔｉを０．０１％以上含有することが必要である。但し、含有量が多いとコストアップに繋がるので、０．０３％以下とした。好ましくは、０．０１５％以上０．０２５％以下である。

本発明の缶用鋼板用原板については、上記成分以外は、Ｆｅ及び不可避的不純物からなることが好ましい。不可避的不純物としては、原料及びスクラップから混入する、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｚｎ等が考えられる。

次に、本発明の表面性状に優れる缶用鋼板用原板の製造方法について説明する。この原板は、上述した成分組成を有する鋼を溶製し、鋼スラブとした後、熱間圧延と冷間圧延し、その後、連続焼鈍し、調質圧延を行う工程を経て製造される。この時の冷間圧延までの製造条件と調質圧延については、特に規定する必要がなく、従来公知の条件で行えばよい。

連続焼鈍条件については、次のように規定する必要がある。即ち、焼鈍炉内雰囲気を、実質的に、水素、窒素、及び、水蒸気からなり、かつ、加熱温度Ｔ（Ｋ）における酸素分圧Ｐｏ₂（Ｐａ）が下記式（１）を満たす雰囲気とする。
８．６−２６１７６／Ｔ＜ｌｏｇ₁₀（Ｐｏ₂）
＜１１．０−２７６７２／Ｔ ・・・（１）

焼鈍炉内の酸素分圧は、炉内ガス中に含まれる水素−水蒸気の平衡反応によって決定され、めっき性への影響を考慮し、Ｆｅにとって還元性である必要がある。Ｆｅ酸化物が生成する酸素分圧は、文献（O. Kubaschewski and C. B. Alcock，“Metallurgical Thermochemistry”，Pergamon Press (1979)）に記載されているＦｅ酸化物の標準生成エネルギー、ΔＧの値を用い、ΔＧ＝ＲＴｌｎ（Ｐｏ₂）から求まる（Ｒは気体定数）。したがって、Ｐｏ₂は、１０^11.0-27672/TＰａ未満であることが要求される。

Ｐｏ₂を１０^8.6-26176/TＰａ超とした理由は、１０^8.6-26176/TＰａ以下であると、前述したように、焼鈍中に、Ｍｎ酸化物が、鋼表面で２ｍｇ／ｍ²以上生成してしまうのに対し、１０^8.6-26176/TＰａ超では、鋼表面でのＭｎ酸化物生成量を２ｍｇ／ｍ²以下に抑えられるからである。

これは、焼鈍中の酸素分圧が大きくなると、鋼中への酸素の拡散量が大きくなり、鋼材内部でＭｎ酸化物が形成され、その分、鋼表面でのＭｎ酸化物量が低減するためであると推定される。

ここで、前記式（１）における加熱温度（Ｔ）の範囲は、６５０℃以上８５０℃未満が好ましい。連続焼鈍工程は、鋼を再結晶する工程であり、６５０℃未満では、実質的に十分な再結晶が起こらず、また、８５０℃以上では、鋼帯の炉内破断が起きることがある。

質量％で、Ｃ：０．００１％、Ｓｉ：０．０３％、Ｍｎ：０．５％、Ｓ：０．０２％、Ｐ：０．０２％、及び、Ｔｉ：０．０２％を含有する鋼スラブを溶製し、続いて、熱間圧延し、冷間圧延した後、電解洗浄した鋼板を供試鋼とした。供試鋼について、種々のガス雰囲気で焼鈍を行い、鋼板表面に生成するマンガン酸化物量を求めた。

再結晶のための焼鈍条件（焼鈍温度及び焼鈍時の酸素分圧）は、表２に示す通りであり、焼鈍温度の保持時間は４０ｓとした。焼鈍時の雰囲気ガスは、実質的に、窒素、水素、及び、水蒸気からなり、水蒸気量を制御することにより、焼鈍時の酸素分圧（Ｐｏ₂）を変化させた。焼鈍後、鋼板表面に生成するマンガン酸化物の量は、グロー放電発光分光分析装置（ＧＤＳ）を用いて求めた。

評価結果（表面マンガン酸化物量）を、同じく、表２に示す。表２に示す通り、焼鈍後の鋼板表面に生成するマンガン酸化物の量が２ｍｇ／ｍ²以下となるのは発明例であって、比較例では、２ｍｇ／ｍ²超となる。したがって、発明例で製造した鋼板は、焼鈍後の調質圧延工程において、調質圧延ロールへのマンガン酸化物付着量が少なく、表面性状に優れるものである。

前述したように、本発明によれば、調質圧延時の缶用鋼板用原板の表面粗度を安定的に制御することができ、その結果、生産性の低下を防止し、表面光沢に優れる缶用鋼板用原板を製造することが可能となる。よって、本発明は、缶用鋼板用原板製造産業において利用可能性が高いものである。

Claims (2)

1. 質量％で、
   Ｃ：０．００５％以下、
   Ｓｉ：０．０３％以下、
   Ｍｎ：０．５０％以上０．６０％以下、
   Ｓ：０．０３％以下、
   Ｐ：０．０２％以下、
   Ｔｉ：０．０１％以上０．０３％以下、
   を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる缶用鋼板用原板であって、調質圧延前の鋼板表面のマンガン酸化物量が２ｍｇ／ｍ²以下であることを特徴とする缶用鋼板用原板。
2. 請求項１に記載の缶用鋼板用原板を製造する製造方法であって、前記調質圧延前の連続焼鈍において、連続焼鈍条件として、（ｉ）加熱温度範囲が６５０℃以上８５０℃未満であり、焼鈍炉内雰囲気が、水素、窒素、水蒸気、及び、炉内雰囲気に含まれる水素−水蒸気平衡反応に起因する微量の酸素からなり、かつ、（ii）加熱温度Ｔ（Ｋ）における酸素分圧Ｐｏ₂（Ｐａ）が下記式（１）を満たすことを特徴とする缶用鋼板用原板の製造方法。
   ８．６−２６１７６／Ｔ＜ｌｏｇ₁₀（Ｐｏ₂）
   ＜１１．０−２７６７２／Ｔ ・・・（１）