JP5900712B2 - 缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
[1]成分組成として、質量%で、C:0.0005%以上0.0030%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.50%以上1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:0.01%以上0.04%以下、N:0.0010%以上0.0050%以下、B:0.0005%以上0.0050%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、硬さ(HR30T)が56以上で平均ヤング率が215GPa以上である缶用鋼板。
[2]さらに、成分組成として、質量%で、Ti:0.005%以上0.020%以下を含有し、硬さ(HR30T)が56以上で平均ヤング率が215GPa以上である[1]に記載の缶用鋼板。
[3][1]または[2]に記載の成分組成を有する鋼スラブを、熱延時の仕上げ温度800〜950℃として熱間圧延した後、巻取温度500〜700℃にて巻取り、85%以上の圧下率で冷間圧延し、焼鈍温度680〜780℃にて焼鈍し、5〜15%の圧下率で二次冷間圧延を行う缶用鋼板の製造方法。
Cは低いほど、冷間圧延および焼鈍工程において集合組織が発達し、特に平均ヤング率の向上に重要なγファイバーが発達する。このため、上限を0.0030%とする必要がある。一方、Cは鋼板の硬さ上昇や焼鈍板の結晶粒微細化に寄与する元素であり、この効果を得るためにCを0.0005%以上とする必要がある。なお、硬さの確保の観点から、Cは0.0010%以上とすることが好ましい。
Siは多量に添加すると、表面濃化により表面処理性が劣化し、耐食性が低下する。このため、Siは0.05%以下とする必要がある。好ましくはSiは0.02%以下である。
Mnは、本発明において重要な元素であり、固溶強化により鋼板の硬さを向上させる効果や、熱延板の結晶粒微細化を通じて集合組織を発達させ、平均ヤング率を向上させる効果がある。また、MnSを形成することで、鋼中に含まれるSに起因する熱間延性の低下を防止する効果がある。この効果を得るためにはMnは0.50%以上とする必要がある。さらに本発明でMnは、絞り加工やしごき加工などの製缶時の加工の際の加工硬化を促進することにより、缶体のデント強度を向上させる効果がある。このため好ましくはMnは0.60%超である。より好ましくはMnは0.65%以上である。一方、Mnが1.00%を超えると、焼鈍時に集合組織が発達しにくくなり、特に(111)[1−21]方位が低下して、平均ヤング率が低下する。このため、上限を1.00%とする。
Pは、多量に添加すると、過剰な硬質化や中央偏析により成形性が低下し、また耐食性が低下する。このため、Pの上限は0.030%とする。好ましくはPは0.020%以下である。
Sは、鋼中で硫化物を形成して、熱間延性を低下させる。よって、Sの上限は0.020%とする。好ましくはSは0.015%以下である。
Alは、脱酸剤として添加される元素である。また、NとAlNを形成することにより、鋼中の固溶Nを減少させ、成形性や耐時効性を向上させる効果を有する。この効果を得るためには、Alを0.01%以上とする必要がある。しかし、過剰に添加しても、上記効果が飽和するだけでなく、アルミナなどの介在物が増加して成形性が低下する。このため、Alの上限は0.04%とする必要がある。なお、AlNではなくBNが生成すると細粒化に有効に働くBが低下して、硬さが低下する。このため、優先的にAlNを生成させる観点から、[Al]/[B]>0.6とすることが好ましく、[Al]/[B]≧6.0とすることがさらに好ましい。
NはAlやB等と結合して窒化物や炭窒化物を形成し、硬さを上昇させる。一方で、Nは熱間延性を低下させるため、少ないほど好ましい。また、Nが多量に添加されると、集合組織の発達が阻害され、平均ヤング率が低下する。このため、上限を0.0050%とする。好ましくはNは0.0035%以下である。上述したように、Nは低いほうが好ましい。しかし、0.0010%未満であると、集合組織への効果が飽和するだけではなく、窒化物による硬さ上昇効果が得られなくなる。このため、下限は0.0010%とする。
BはAr3変態点を下げることで熱延板の結晶粒を微細化し、集合組織の発達を促す効果や、焼鈍工程での粒成長を抑制する効果がある。また、焼鈍板の結晶粒を微細化することで硬さを向上させる効果がある。これらの効果を得るためには、下限を0.0005%とする必要がある。好ましくは下限は0.0010%である。一方、0.0050%を超える場合、BNやFe−B化合物として析出しやすくなり、上記の効果が得られなくなる。このため、上限を0.0050%とする必要がある。好ましくは、Bは0.0035%以下である。
TiはNと優先的に窒化物を作ることでBN生成を抑制し、細粒化に有効に働くBを確保する効果がある。また、TiNやTiCのピン止め効果により熱延板の結晶粒を微細にすることで集合組織の発達を促し、平均ヤング率を向上させる効果がある。このため、Tiは0.005%以上を含有することが好ましい。Tiを含有させることによる熱延板の結晶粒を微細にする効果はMnが0.6%超の場合により顕著になるため、Mnが0.6%超の場合にTiを含有させることが特に好ましい。Nの固定の観点から、Tiは0.008%以上とすることがさらに好ましい。一方、過剰に含有する場合、窒化物や炭化物が粗大に生成しピン止め効果が失われ、細粒化効果が得られなくなる。このため、上限を0.020%とすることが好ましい。
製缶工程や搬送工程でのハンドリングなどで荷重を受けた際の塑性変形を防止するためには、鋼板を硬質化させることが必要である。このため、ロックウェルスーパーフィシャル硬さ(HR30T)を56以上とする必要がある。好ましくは58以上である。硬さの上限は特に定めないが、過度の硬さの向上は成形性を低下させ、製缶後の缶体の形状が不均一になることで、缶体のデント強度やパネリング強度が低下したり、フランジ加工にて割れが発生したりするため、硬さは70以下とすることが好ましい。より好ましくは66以下である。なお、本発明において、硬さ(HR30T)は後述の実施例に記載の方法により求める。本発明の硬さを実現するために、本発明の成分組成とし、熱延時の仕上げ温度、巻取温度を所定温度とすることにより熱延板のフェライト粒径を微細化し、焼鈍温度を所定温度として再結晶をさせつつ、焼鈍板でのフェライト粒径の粗大化を抑制し、所定の圧下率での二次冷間圧延を行えばよい。
2ピース缶のように、絞り加工を施す容器では、製缶後の缶胴方向が鋼板の特定の方向に定まらない。このため、鋼板面内方向のヤング率を平均的に向上させることで、缶胴部の座屈強度を向上させることが出来る。本発明においては圧延方向のヤング率(E[L])、圧延方向から45°方向のヤング率(E[D])、圧延直角方向のヤング率(E[C])から(E[L]+2E[D]+E[C])/4として算出される平均ヤング率を215GPa以上とすることで、この缶胴部の座屈強度向上効果が得られる。さらに好ましくは225GPa以上である。また、特に上限は定めないが、硬さとの両立の観点からは230GPa以下とすることが好ましい。なお、本発明において、平均ヤング率は後述の実施例に記載の方法により求める。本発明の平均ヤング率を実現するために、本発明の成分組成とし、熱延時の仕上げ温度、巻取温度を所定温度とすることにより熱延板のフェライト粒径を微細化して冷間圧延工程での集合組織の発達を促進し、焼鈍温度を所定温度として再結晶後のγファイバーを主とした集合組織を発達させればよい。また、二次冷間圧延後も集合組織を維持し高い平均ヤング率を得る観点から、二次冷間圧延圧下率を15%以下とする。
熱延時の仕上げ温度が、950℃よりも高くなると、熱延板の粒径が粗大になり、集合組織の発達を阻害する。これと共に、熱延板の粒径が粗大になることで焼鈍板の粒径が粗大になり、硬さが低下する。これらのため、熱延時の仕上げ温度は950℃以下とする。一方、熱延時の仕上げ温度が800℃未満となると、Ar3変態点以下の圧延となり、粗大粒の生成や圧延組織の残存により、集合組織が発達しなくなる。このため、熱延時の仕上げ温度は800℃以上とする。好ましくは熱延時の仕上げ温度は850℃以上である。なお、熱間圧延に先立つスラブ加熱温度は特に規定する必要はない。ただし、Tiを含有する場合は、スラブ中に存在する粗大なTiCやTiNを再溶解させる観点から、スラブ加熱温度を1100℃以上とすることが好ましい。
巻取温度が700℃を超えると、熱延板の粒径が粗大になることで焼鈍板の粒径が粗大になり、硬さが低下する。加えて、熱延板の粒径が粗大になることで集合組織の発達は阻害され、平均ヤング率が低下する。このため、巻取温度は700℃以下とする。巻取温度は好ましくは650℃以下であり、さらに好ましくは600℃以下である。巻取温度が低すぎる場合は、CやNの析出が十分に起こらず、固溶CやNが多量に残存して、冷間圧延工程および焼鈍工程での集合組織の発達が阻害される。このため、巻取温度は500℃以上とする。
冷間圧延の圧下率は、集合組織の発達による平均ヤング率向上と細粒化による硬さとを所定の値とするために、85%以上とする。圧下率が85%未満では、集合組織が十分に発達せず、平均ヤング率が低下することに加え、結晶粒が粗大化して所定の硬さが得られない。なお、集合組織の発達の観点から、好ましくは圧下率は88%以上である。
再結晶および粒成長による集合組織の発達の観点から、焼鈍温度は680℃以上とする。焼鈍温度が高すぎると、結晶粒が粗大となり、また、NbCも粗大化して、硬さが低下する。このため、焼鈍温度は780℃以下とする。好ましくは、750℃以下である。なお、集合組織を発達させてヤング率を向上させる観点から、均熱時間を10秒以上で焼鈍を行うことが好ましい。また、焼鈍方法は特に限定されない。ただし、材質の均一性の観点から、連続焼鈍法が好ましい。
二次冷間圧延にて、加工硬化させることにより鋼板の硬さを上昇させる。その結果、製缶工程や搬送工程でのハンドリングなどで荷重を受けた際の塑性変形を防止することができる。このため、圧下率を5%以上とする。好ましくは5.0%超であり、さらに好ましくは6.0%以上である。過大な圧下率での二次冷間圧延は、著しい加工性の低下や異方性の劣化により平均ヤング率が低下する。このため、圧下率は15%以下とする。好ましくは圧下率は12%以下である。
圧延方向に対して0°、45°、90°方向を長手方向として10×35mmの試験片を切り出し、横振動型の共振周波数測定装置を用いて、American Society for Testing Materialsの基準(C1259)に従い、各方向のヤング率(GPa)を測定し、(E[L]+2E[D]+E[C])/4により平均ヤング率を算出した。
JIS Z 2245のロックウェル硬さ試験方法に準拠して、JIS G 3315に規定された位置におけるロックウェルスーパーフィシャル30T硬さ(HR30T)を測定した。
得られた鋼板に対して、表面処理としてクロムめっき(ティンフリー)処理を施した後、有機皮膜を被覆したラミネート鋼板を作製した。このラミネート鋼板を円形に打抜いた後、深絞り加工、しごき加工等を施して、飲料缶で適用されている2ピース缶と同様の缶体を成形し、測定に供した。測定方法は以下のとおりである。缶体を加圧チャンバーの内部に設置し、加圧した。加圧チャンバー内部の加圧は、空気導入バルブを介してチャンバーに1秒当たり0.016MPaずつ加圧空気を導入し、缶が座屈した時点で加圧を停止した。チャンバーの内部の圧力の確認は、圧力ゲージ、圧力センサ、その検出信号を増幅するアンプ、検出信号の表示、データ処理などを行う信号処理装置を介して行った。座屈圧力は座屈に伴う圧力変化点の圧力とした。一般的に、加熱殺菌処理による圧力変化に対して、外圧強度は0.15MPa超が必要とされている。これより、外圧強度が0.16MPaより高いものを◎、外圧強度が0.15MPaより高く0.16MPa以下のものを○、外圧強度が0.15MPa以下のものを×(不合格)とした。
デント試験
座屈強度の測定と同様の缶体を作製し、以下の方法でデント強度を測定した。缶胴部中央に対して、先端半径5mm、長さ40mmの圧子を、圧子の長さ方向を缶高さ方向と平行にして、その状態で圧子を缶胴部に対して垂直に押込み、押込み量と押込み荷重を測定して、座屈する荷重、即ち、押込み量に対する押込み荷重の傾きが低下し、一定となる直前の荷重を読み取りデント強度とした。デント強度が75N以上であれば非常に良好なので◎、70N以上75N未満であれば良好であるので○、70N未満ではデント強度不足のため×(不合格)とした。
Claims (3)
- 成分組成として、質量%で、C:0.0005%以上0.0030%以下、Si:0.05%以下、Mn:0.50%以上1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:0.01%以上0.04%以下、N:0.0010%以上0.0050%以下、B:0.0005%以上0.0050%以下を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、硬さ(HR30T)が56以上で平均ヤング率が215GPa以上である缶用鋼板。
- さらに、成分組成として、質量%で、Ti:0.005%以上0.020%以下を含有し、硬さ(HR30T)が56以上で平均ヤング率が215GPa以上である請求項1に記載の缶用鋼板。
- 請求項1または2に記載の缶用鋼板の製造方法であって、
鋼スラブを、熱延時の仕上げ温度800〜950℃として熱間圧延した後、巻取温度500〜700℃にて巻取り、85%以上の圧下率で冷間圧延し、焼鈍温度680〜780℃にて焼鈍し、5〜15%の圧下率で二次冷間圧延を行う缶用鋼板の製造方法。
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