JP5956605B2 - リング型プルトップの製造方法およびリング型プルトップのための保護層が提供された鋼板の利用 - Google Patents

リング型プルトップの製造方法およびリング型プルトップのための保護層が提供された鋼板の利用 Download PDF

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Description

本発明は、請求項１の前提部分によるリング型（形態）プルトップまたはリング型プルトップを備えた缶を製造するための保護層が提供された鋼板の利用に関する。本発明はさらに、請求項２の前提部分による保護層が提供された鋼板のリング型プルトップの製造方法に関する。
器具を必要とせずに簡単に開けることができる缶は、食品および飲料の包装のために非常に人気がある。このような缶は、指で引き上げ可能なタブにより缶の材料に設けられたノッチ線に沿って引き剥がすことができるリング型プルトップを特徴とする。プルタブによってノッチ線に沿って引き開けることができるリング型プルトップを備えた金属製の飲料缶は、例えば、ＥＰ０３８１８８８Ａに記載されている。
リング型プルトップを備えたこのような缶は、通常では耐食性保護層が提供されたアルミ板または鋼板で製造される。比較して安価であるため、コーティング（被覆）された鋼板はアルミに勝るいくつかの利点を有する。しかし、鋼板のリング型プルトップはアルミ板のリング型プルトップよりも、それを引き開けるのに大きな力を必要とする。
ＤＥ３５１２６８７Ｃ２は、容易に開けることができる缶トップ（上蓋）のための鋼板の製造方法を開示する。これによって、ノッチ線領域の残留金属壁厚を過剰に減らすことなく缶を容易に開けることが可能なリング型プルトップを備えた缶が製造できる。この目的で、ＤＥ３５１２６８７Ｃ２は、Ｃ（炭素）含有量が０．０１質量％から０．０５１質量％、合金成分のＳｉ（ケイ素）含有量が０．０１質量％から０．０２質量％、Ｍｎ（マンガン）含有量が０．３２質量％から０．３５質量％、Ｐ（リン）含有量が０．０１８質量％から０．０２２質量％、Ａｌ（アルミニウム）含有量が０．０７質量％から０．０９質量％の鋼材の使用を提案する。この鋼材はまず熱間圧延され、続いて冷間圧延後に焼鈍処理され、さらに第２の冷間圧延ステップが施される。その冷間圧延後に鋼材は洗浄され、溶融錫浴で錫メッキされ、続いてリング型プルトップの製造のために仕上げ加工される。
鋼板からリング型プルトップを製造する他の方法は、ＤＥ２０１０６３１とＤＥ４２４０３７３Ａ１に記載されている。そこでは、鋼板または鋼帯に複数のリング型プルトップのための線がまず切り欠かれ、続いてスコアが入れられた鋼板または鋼帯が保護層によってコーティングされ、さらにリング型プルトップが切り込まれる。鋼板のラッカーコーティング、錫メッキ若しくはクロムメッキ、またはＤＥ４２４０３７１Ａ１が提案するような鋼板または鋼帯に積層されるプラスチックフィルムが保護層として考慮できる。このような保護層は、鋼板または鋼帯の片面または両面に提供でき、それから製造される缶が侵襲的な食品または飲料を包装するためにも使用できるように鋼帯または鋼板に高腐食安定性が提供される。
ＥＰ０３８１８８８Ａ ＤＥ３５１２６８７Ｃ２ ＤＥ２０１０６３１ ＤＥ４２４０３７３Ａ１
本発明は、ノッチ線の残留壁厚が一定である場合、従来技術で知られる鋼板のリング型プルトップの場合よりも小さな引き剥がし力で済むリング型プルトップを製造するための鋼板を利用可能にすることを目的とする。
この目的は、請求項１によるリング型プルトップの製造に利用される保護層が提供された鋼板の使用、および、請求項２によるリング型プルトップの製造方法によって達成される。請求項１と請求項２の使用と方法の好適な実施例は従属項で開示されている。
本発明は、リング型プルトップの製造のために保護層が提供された鋼板の使用を提案する。そこでは、鋼板は０．１質量％未満の炭素含有量の非合金鋼材または低合金鋼材で製造され、保護層の提供に先立って鋼板には熱処理が施され、その熱処理において、鋼板は７５Ｋ／ｓ（ケルビン／秒）以上、好適には２００Ｋ／ｓ以上の加熱速度で再結晶（およびオーステナイト化）焼鈍処理され、その後に、少なくとも１００Ｋ／ｓの冷却速度で冷却される。この熱処理の後に、鋼板は保護層でコーティングされ、続いて従来式のリング型プルトップの製造のため、またはリング型プルトップを備えた缶の製造のために加工される。以下において鋼板とは鋼材の板状物あるいは帯状物（特にコイル状に巻き上げられたもの）のことである。
本発明のリング型プルトップの製造に最も適した鋼材は、好適には、０．５質量％未満、特には０．４質量％未満のＭｎ（マンガン）、０．０４質量％未満のＳｉ（ケイ素）、０．１質量％未満のＡｌ（アルミニウム）、および０．１質量％未満のＣｒ（クロム）を含んでいる。この鋼材は強度を増加させるためにＢ（ホウ素）及び／又はＮｂ（ニオブ）及び／又はＴｉ（チタン）の合金添加元素を含むことができる。Ｂの添加は好適には０．００１質量％から０．００５質量％の範囲であり、ＮｂまたはＴｉの添加は好適には０．００５質量％から０．０５質量％の範囲である。
鋼板の再結晶焼鈍処理には電磁誘導手段による鋼板の熱処理が特に適していることが判明している。比較試験は、続くリンプ型プルトップの製造において、引き剥がし力に関して、電磁誘導手段によって熱処理された鋼板が最良の結果をもたらすこと、すなわち、最小の引き剥がし力で済むことを証明した。熱処理された鋼板の分析において、冷却処理後に電磁誘導手段による再結晶焼鈍処理された鋼板が、フェライトと、構造成分であるマルテンサイトまたはベイナイトのうち少なくとも１つと、を含んだ多相構造を有することが確認された。構造構成成分の少なくとも８０％、好適には９５％以上がフェライト、マルテンサイト、ベイナイト及び／又は残留オーステナイトで成る本発明に従って処理された鋼板は、容易に開けられるリング型プルトップの製造にための特に適した材料であることが証明された。
リング型プルトップを製造するための本発明の方法を実行するために使用される好適な開始材料は、冷間圧延された薄鋼板または超薄鋼板であり、合金構成成分の質量割合は好適には以下の上限を有する。
Ｃ（炭素） ： ０．１％
Ｎ（窒素） ： ０．０２％
Ｍｎ（マンガン） ： ０．５％
Ｓｉ（ケイ素） ： ０．０４％
Ａｌ（アルミニウム）： ０．１％
Ｃｒ（クロム） ： ０．１％
Ｐ（リン） ： ０．０３％
Ｃｕ（銅） ： ０．１％
Ｎｉ（ニッケル） ： ０．１％
Ｓｎ（錫） ： ０．０４％
Ｍｏ（モリブデン） ： ０．０４％
他の合金成分 ： ０．０５％
残部 ： Ｆｅ（鉄）
この点に関して、薄鋼板とは厚みが３ｍｍ未満のものであり、超薄鋼板とは厚みが０．５ｍｍ未満のものである。低含有量のＭｎ、Ｓｉ、Ａｌ及び／又はＣｒにも拘わらず、そのような合金組成を備えた鋼板は、本発明の熱処理後には、少なくとも５００ＭＰａの非常に高い引張強度を有し、同時に６％以上、通常は１０％以上の破断点伸びを有する。本発明の熱処理後、そのような組成を備えた鋼板は、トップ（上蓋）を比較的小さな引き剥がし力によって容易に開くことができるリング型プルトップの製造に非常に適している。
本発明の例示的１実施例は添付図面を利用して以下で詳細に説明されている。
リング型プルトップの平面図である。 図１のリング型プルトップのＡ−Ａ線に沿った断面図である。 ノッチ線に沿ってリング型プルトップを引き開けるのに要する引き剥がし力の典型的な曲線を示す概略図である。 使用されている鋼板の引張強度に対するリング型プルトップの引き開けに要する引き剥がし力を示す。 本発明のリング型プルトップのために使用される鋼板の再結晶熱処理のための典型的な熱処理曲線（時間ｔ秒に対する鋼板の温度Ｔ）を示す概略図である。
連続的に鋳込みされてコイル状に巻き上げられ、以下の組成の鋼材で成る熱間圧延鋼帯が、本発明に従ってリング型プルトップを製造できる鋼板の製造に使用された。
Ｃ（炭素） ： 最大０．１％
Ｎ（窒素） ： 最大０．０２％
Ｍｎ（マンガン） ： 最大０．５％、好適には０．４％未満
Ｓｉ（ケイ素） ： 最大０．０４％、好適には０．０２％未満
Ａｌ（アルミニウム） ： 最大０．１％、好適には０．０５％未満
Ｃｒ（クロム） ： 最大０．１％、好適には０．０５％未満
Ｐ（リン） ： 最大０．０３％
Ｃｕ（銅） ： 最大０．１％
Ｎｉ（ニッケル） ： 最大０．１％
Ｓｎ（錫） ： 最大０．０４％
Ｍｏ（モリブデン） ： 最大０．０４％
Ｖ（バナジウム） ： 最大０．０４％
Ｔｉ（チタン） ： 最大０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｎｂ（ニオブ） ： 最大０．０５％、好適には０．０２％未満
Ｂ（ホウ素） ： 最大０．００５％
他の合金成分および不純物： 最大０．０５％
残部 ： Ｆｅ（鉄）
この種の鋼板は当初に冷間圧延処理によって５０％から９６％の厚み減少率（圧延率）により最終厚を約０．５ｍｍにされ、続いて誘導炉内で誘導加熱手段によって再結晶焼鈍処理された。
この場合、ｆ＝２００ｋＨｚの周波数で５０ｋＷの電力である誘導コイルが、例えば、サンプルサイズ２０×３０に対して使用された。典型的な熱処理曲線は図５に図示されている。図５の熱処理曲線によれば、鋼帯は、典型的には約０．５秒から１０秒である非常に短い加熱時間ｔＡ内に、Ａ１温度（Ｔ（Ａ１）＝約７２５℃）を超える最高温度Ｔｍａｘにまで加熱された。最高温度Ｔｍａｘは強磁性相転移（Ｔｆ＝約７７０℃）の相転移温度Ｔｆ以下である。続いて鋼帯の温度は、約０．７５秒から１秒の焼鈍処理時間ｔＧの間、Ａ１温度以上に維持された。この焼鈍処理時間ｔＧの間、鋼帯は最高温度Ｔｍａｘ、例えば７５０℃からＡ１温度（約７２５℃）にまで少々冷却された。続いて、鋼帯は、例えば水冷システムまたは空冷システムの助けによる流体冷却プロセスによって、冷却時間約０．２５秒間で室温（約２３℃）にまで冷却された。必要であれば４０％まで厚みを減少させる追加の冷間圧延ステップが冷却プロセス後に実行できる。
そのように処理された鋼板は、その後、強度と破断点伸びに関して検査された。比較試験は、破断点伸びの百分率が全ての場合に６％を超え、一般的には１０％以上であり、引張強度は少なくとも５００ＭＰａであり、多くの場合に６５０ＭＰａさえも超えたことを示した。
クレム（Ｋｌｅｍｍ）によるカラーエッチングは、本発明により処理された鋼板が、軟質相としてフェライト、硬質相としてマルテンサイトおよび利用可能ならベイナイトを特徴とする合金構造を有することを確認した。
比較試験では、再結晶誘導焼鈍処理において、加熱速度が２００Ｋ／ｓから１２００Ｋ／ｓであり、再結晶焼鈍処理された鋼帯が１００Ｋ／ｓ以上の冷却速度で冷却されるならば、強度と延性に関する最良の結果が達成されることがさらに判明した。冷却システムに関しては、３５０Ｋ／ｓから１０００Ｋ／ｓの冷却速度が有利である。なぜなら、この場合には精巧な水冷システムは不要であり、冷却プロセスは空気のような冷却ガスで実施できるからである。しかし物性に関する最良の結果は、１０００Ｋ／ｓを超える冷却速度を備えた水冷システムを使用することで達成された。
本発明の鋼板は包装用鋼材としての使用に非常に適している。例えばリング型プルトップを備えた保存食品缶または飲料缶用のリング型プルトップは、熱処理した鋼板から製造できる。包装体の耐食性に関する条件は食品産業において特に厳格であるため、例えば、熱処理後および可能であれば冷間圧延工程後に、電解錫メッキまたはクロムメッキによる金属および耐食性コーティングされた本発明に従って製造された鋼板を使用するのが有利である。しかし、他のコーティングプロセス、例えば、亜鉛メッキまたはラッカー処理、あるいはプラスチックフィルムによる積層を利用することも可能である。この場合には、必要に応じてコーティングは鋼板の片面または両面に適用できる。
強度と延性に関して、本発明のリング型プルトップの製造に使用される鋼板は自動車産業で知られる複相鋼材に比肩する。しかし、自動車産業で知られる複相鋼材と比較して、本発明のリング型プルトップの製造に使用される鋼板は、特に大きく減少した製造コスト並びに大きく減少した合金濃度および大きく減少した合金成分数を特徴としており、その結果、合金成分の拡散による包装食品の汚染が効果的に防止できる。
保存食品缶や飲料缶のリング型プルトップは、上述の形態で製造され、熱処理された鋼帯または板状鋼板から製造された。続いて、鋼帯または鋼板は片面または両面が保護表面層でコーティングされた。保護層は、例えばラッカー処理または亜鉛メッキの手段で提供できる。保護層は、例えば電解コーティングプロセスで提供できる例えば錫またはクロムなどの金属コーティングで成る。しかし、積層プロセスよって片面または両面において鋼板の表面に提供されるラッカーまたはプラスチックフィルムの１以上のコーティングであってもよい。
保護層の提供後に図１と図２で図示するタイプのトップ（上蓋）を得るために、上蓋が鋼板から切り出され、スコア（切欠き）が提供される（すなわちスコア線が提供される）。
図１および図２で図示された円形トップ１は、ロックシーミング（抱え継ぎ）の手段で缶の円筒体にトップを固定させるフランジ縁部領域２を含む。フランジ縁部領域２は、本質的に水平に延出する環状遷移領域３に隣接し、垂直下方に曲げられた部分４に隣接する。部分４は、略水平に延出する中央領域６に隣接する溝形押縁部５で終結する。中央領域６は全周にわたって連続的に延びているスコア線７によって包囲されている。スコア線は、有利には直線または傾斜ノッチ線底部と、５０μｍから１００μｍの残留壁厚と、を有した三角形状断面または台形断面で材料壁が薄くなったノッチ線で成る。スコア線７は、スコア線７に沿ってトップ１の外側領域２、３、４から中央領域６を分離させることでリング型プルトップを引き剥がさせる。
プルリング１２を備えたプルタブ８はリベット９によって中央領域６に固定されている。リベットはトップから形成されている（すなわちトップの材料で形成されている）。プルタブ８を保持するために凹部１０が中央領域６に提供されている。プルタブ８は、そのプルリング１２によって引き上げることができ、プルリング１２の反対側に位置するプルタブ８の尖った端部１１は、まずノッチ線に局所的開口を提供するように、ノッチ線７を押し開ける。ノッチ線７は、リング型プルトップの中央領域６が外側領域から分離され、開口部がリング型プルトップに提供されるように、プルタブ８のプルリング１２を指で引っ張ることで円形周囲全体に沿って最終的に開かれる。
図３は、リング型プルトップ全体を引き剥がすための前述の力Ｆ（ニュートン）の典型的な曲線を示す。この力はノッチ線に沿った引き剥がし距離Ｄの関数として示されている。プルタブ８がまず引き上げられたときノッチ線７を局所的に破断するのに必要な力は、スコア破壊力または開口力Ａ（スコア破壊）と呼ばれる。プルタブ８を引くことでノッチ線７を完全に開くのに必要な力は破断力またはスコア破断力Ｂ（スコア破断）と呼ばれる。中央領域６を引き剥がすことでリング型プルトップに開口部を完全に空けるように中央領域６を外側縁部領域から分離するため、引き剥がし力Ｃ（引き剥がし）と呼ばれる作用力も最終的には必要である。
現在まで、ノッチ線の領域の残留壁厚が一定であるなら、引張強度が増加するとリング型プルトップを開くのに要する力は減少すると考えられてきた。図４は、直径７３ｍｍのカバーと、厚み０．２２ｍｍの鋼板の、２つの異なる残留壁厚ＳＲ（ＳＲ＝７５μｍおよびＳＲ＝６０μｍ）のリング型プルトップの製造に使用される鋼板の引張強度に対する（最大）スコア破断力Ｂ（最大スコア破断）の典型的な曲線を示す。
本発明により製造されたリング型プルトップで実施された比較試験の過程で、スコア破断力には他の影響を及ぼす変動因子も存在することが判明した。例えば、スコア破断力は使用される鋼板の炭素含有量にも大きく依存する。使用される鋼板の炭素含有量が少なければ少ないほど、スコア破断力は大きくなる。さらに、本発明に従って熱処理された鋼板がリング型プルトップを製造するのに使用されると、リング型プルトップを開くのに要する力、特に最大スコア破断力は小さいことが判明した。本発明に従ってリング型プルトップを製造するのに使用される鋼板は、硬質構造相として少なくともマルテンサイトを含む多相構造を有する。リング型プルトップが開かれるときこの硬質マルテンサイト相が初期の材料破壊を引き起こすことでスコア破断力を大きく減少させると考えられる。残留壁厚が６０μｍで、鋼板の引張強度が５００ＭＰａであるとき、本発明に従って製造されたリング型プルトップは最大スコア破断力を、例えば４０Ｎ未満の範囲で有する。
本発明は図面で示す実施例に限定されることはない。それらは単に本発明の詳細な説明のために提供されている。本発明に従ったリング型プルトップの製造に提案されている鋼板は、異なる意匠のリング型プルトップの製造にも同様に適しており、リング型プルトップを有する缶の製造にも適している。例えば引き剥がし部分がトップから完全に外れず、プルタブと共に缶の内部に単に押し込まれる形態のリング型プルトップを本発明に従って製造することも可能である。さらに、リング型プルトップは異なる形状を有することもでき、例えば楕円形でもよく、ノッチ線も同様に異なる形状、例えば、楕円形または螺旋形や渦巻き状であってもよい。

Claims (9)

  1. Ｃ含有量が０．１質量％未満、
    Ｍｎ含有量が０．４質量％未満、
    Ｓｉ含有量が０．０４質量％未満、
    Ａｌ含有量が０．１質量％未満、
    Ｃｒ含有量が０．１質量％未満、
    残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、炭素を含有した非合金または低合金鋼材製の冷間圧延された鋼板で成る缶用リング型プルトップであって、
    前記鋼板は、フェライトと、構造構成成分であるマルテンサイト、ベイナイトおよび／または残留オーステナイトのうちの少なくとも１つと、を含む多相構造を有し、
    前記鋼板は少なくとも５００ＭＰａの引張強度と、５％以上の破断点伸びと、を有し、
    前記鋼板は、保護層によりコーティングされている、
    ことを特徴とする缶用リング型プルトップ。
  2. 以下の工程により、リング型プルトップを製造する方法であって、
    Ｃ含有量が０．１質量％未満、
    Ｍｎ含有量が０．４質量％未満、
    Ｓｉ含有量が０．０４質量％未満、
    Ａｌ含有量が０．１質量％未満、
    Ｃｒ含有量が０．１質量％未満、
    残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる、炭素を含有した非合金または低合金鋼材製の冷間圧延された鋼板を準備し、
    電磁誘導により７５Ｋ／ｓ以上の加熱速度で前記鋼板を加熱することにより、前記鋼板を再結晶焼鈍処理し、
    前記再結晶焼鈍処理後に少なくとも１００Ｋ／ｓの冷却速度で前記鋼板を冷却し、
    冷却後に得られた前記鋼板は少なくとも５００ＭＰａの引張強度と、５％以上の破断点伸びと、を有し、
    前記鋼板を保護層によりコーティングし、
    前記鋼板を前記リング型プルトップに加工処理する、
    ことを特徴とする方法。
  3. 前記再結晶焼鈍処理および前記冷却処理の後、前記鋼板は、フェライトと、構造構成成分であるマルテンサイト、ベイナイト及び／又は残留オーステナイトのうちの少なくとも１つと、を含む多相構造を有する、
    ことを特徴とする請求項２記載の方法。
  4. 前記多相構造の８０％以上が、構造構成成分であるフェライト、マルテンサイト、ベイナイト、及び／又は残留オーステナイトで成る、
    ことを特徴とする請求項３記載の方法。
  5. 前記鋼板は、Ｂ及び／又はＮｂ及び／又はＴｉを含有する低合金鋼材で製造され、Ｂの含有量は０．００５質量％未満、Ｎｂの含有量は０．０５質量％未満およびＴｉの含有量は０．０５質量％未満である、
    ことを特徴とする請求項２から４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 前記鋼板が前記再結晶焼鈍処理後に冷却される前記冷却速度は、５００Ｋ／ｓ以上である、
    ことを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 前記再結晶焼鈍処理および前記冷却処理の後に、前記鋼板はＳｎ、Ｃｒ、Ａｌ、ＺｎまたはＺｎ／Ｎｉの保護層でコーティングされる、
    ことを特徴とする請求項２記載の方法。
  8. 前記鋼板は以下の上限の質量百分率の合金成分を含んだ低合金鋼材で製造されることを特徴とする請求項１に記載のリング型プルトップ：
    Ｎ ： ０．０２％
    Ｍｎ ： ０．４％
    Ｓｉ ： ０．０４％
    Ａｌ ： ０．１％
    Ｃｒ ： ０．１％
    Ｐ ： ０．０３％
    Ｃｕ ： ０．１％
    Ｎｉ ： ０．１％
    Ｓｎ ： ０．０４％
    Ｍｏ ： ０．０４％
    Ｖ ： ０．０４％
    Ｔｉ ： ０．０５％、
    Ｎｂ ： ０．０５％、
    Ｂ ： ０．００５％
    他の合金成分： ０．０５％
  9. 前記鋼板は以下の上限の質量百分率の合金成分を含んだ低合金鋼材で製造されることを特徴とする請求項２から７のいずれか１項に記載の方法：
    Ｎ ： ０．０２％
    Ｍｎ ： ０．４％
    Ｓｉ ： ０．０４％
    Ａｌ ： ０．１％
    Ｃｒ ： ０．１％
    Ｐ ： ０．０３％
    Ｃｕ ： ０．１％
    Ｎｉ ： ０．１％
    Ｓｎ ： ０．０４％
    Ｍｏ ： ０．０４％
    Ｖ ： ０．０４％
    Ｔｉ ： ０．０５％、
    Ｎｂ ： ０．０５％、
    Ｂ ： ０．００５％
    他の合金成分： ０．０５％
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