JP6052474B1 - 王冠用鋼板、王冠用鋼板の製造方法および王冠 - Google Patents
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Abstract
薄肉化しても十分な強度と成形性を備える王冠用鋼板、その製造方法および王冠を提供する。質量％で、Ｃ：０．００１０％以上０．００５０％未満、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上０．５０％未満、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ａｌ：０．００２％超０．０７０％未満、Ｎ：０．００４０％未満、Ｂ：０．０００５％以上０．００２０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、圧延方向の降伏強度が５００ＭＰａ以上であり、平均ランクフォード値（ｒ）が１．１以上であり、ランクフォード値の面内異方性（Δｒ）が−０．３以上０．３以下である王冠用鋼板。
Description
本発明は、ガラス瓶の栓として用いられる王冠用の鋼板、その製造方法および王冠に関するものである。
清涼飲料水や酒類などの飲料用の容器には古くからガラス瓶が多く用いられており、細口のガラス瓶には王冠と呼ばれる金属製の栓が広く用いられている。一般的に、王冠は薄鋼板を素材としてプレス成形によって製造され、瓶の口を塞ぐ円盤状の部分と、その周囲に設けられた襞状の部分からなり、襞状の部分を瓶の口にかしめることによって瓶を密封する。
王冠が用いられる瓶には、ビールや炭酸飲料など、内圧を生じる内容物が充填されることが多い。このため、温度の変化などで内圧が高まった場合にも、王冠が変形して瓶の密封が破られることがないように、王冠には、高い耐圧強度が必要である。また、素材の強度が十分であっても、成形性に乏しい場合は襞の形状が不均一になり、瓶の口にかしめても十分な密封性が得られない場合が生じるため、成形性に優れていることも必要である。
王冠の素材用の薄鋼板には、主にＳＲ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｒｅｄｕｃｅｄ）鋼板が用いられている。これは、冷間圧延により鋼板を薄くした後に、焼鈍を施し、調質圧延を行うものである。従来の王冠用鋼板の板厚は、一般的に０．２２ｍｍ以上であり、食品や飲料の缶などに用いる軟鋼を素材としたＳＲ材を適用することで十分な耐圧強度と成形性を確保することが可能であった。
近年、缶用鋼板と同様に、王冠用鋼板についてもコストダウンを目的とした薄肉化の要求が高まっている。王冠用鋼板の板厚が０．２０ｍｍ以下になると、従来のＳＲ材で製造した王冠では耐圧強度が不足する。耐圧強度の確保のためには焼鈍のあとに二次冷間圧延を施して、薄肉化に伴う強度の低下を補う加工硬化を利用できるＤＲ（Ｄｏｕｂｌｅ Ｒｅｄｕｃｅｄ）鋼板の適用が考えられるが、二次冷間圧延時の圧下率を大きくすると鋼板が硬質となるため成形性が低下する。王冠成形では、成形初期で中央部がある程度絞られ、その後、外縁部がひだ形状に成形される。成形性が低い鋼板の場合、ひだ形状が不均一となる形状不良が生じることがある。ひだ形状が不均一な王冠は、瓶に打栓されても耐圧強度が得られず内容物の漏洩が生じ、蓋としての役割を果たさないといった問題がある。また、ひだ形状が均一であっても、鋼板強度が低い場合には、耐圧強度不足により王冠が外れる可能性がある。
これまで、薄肉化時の強度と成形性の両者に優れる鋼板を得るために、以下のような技術が提案されている。
特許文献１には、質量％で、Ｎ：０．００４０〜０．０３００％、Ａｌ：０．００５〜０．０８０％を含有し、ＪＩＳ５号試験片による引張試験における０．２％耐力：４３０ＭＰａ以下、全伸び：１５〜４０％、内部摩擦によるＱ−１：０．００１０以上であることを特徴とする板厚０．４ｍｍ以下の缶強度、缶成形性に優れる容器用極薄軟質鋼板が開示されている。
特許文献２には、質量％で、Ｃ：０．００１〜０．０８０％、Ｓｉ：０．００３〜０．１００％、Ｍｎ：０．１０〜０．８０％、Ｐ：０．００１〜０．１００％、Ｓ：０．００１〜０．０２０％、Ａｌ：０．００５〜０．１００％、Ｎ：０．００５０〜０．０１５０％、Ｂ：０．０００２〜０．００５０％を含有し、圧延方向断面において結晶粒の展伸度が５．０以上である結晶粒を面積率にして０．０１〜１．００％含むことを特徴とする高強度高加工性缶用鋼板が開示されている。
しかしながら、上記従来技術を王冠用鋼板の薄肉化に適用した場合、いずれも王冠としての性能が確保できない問題点を抱えている。特許文献１に記載の鋼板は、軟質であり、Ｎを多く含有するため、必要な強度を得るために二次冷間圧下率を大きくすると異方性も大きくなり、成形性が損なわれる。また、特許文献２に記載の鋼板も同様に、Ｎの含有量が多いため、王冠に求められる耐圧強度と成形性を両立することは難しい。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、薄肉化しても十分な強度と成形性を備える王冠用鋼板、その製造方法および王冠を提供することにある。
［１］質量％で、Ｃ：０．００１０％以上０．００５０％未満、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上０．５０％未満、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ａｌ：０．００２％超０．０７０％未満、Ｎ：０．００４０％未満、Ｂ：０．０００５％以上０．００２０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、圧延方向の降伏強度が５００ＭＰａ以上であり、以下の式（１）で表される平均ランクフォード値（ｒ）が１．１以上であり、以下の式（２）で表されるランクフォード値の面内異方性（Δｒ）が−０．３以上０．３以下である王冠用鋼板。
ｒ＝１０１．４４／（１４５．０×Ｅ×１０−６−３８．８３）２−０．５６４ ・・・（１）
ここで、
Ｅ＝（Ｅ０＋２Ｅ４５＋Ｅ９０）／４ ・・・（２）
であり、Ｅ０、Ｅ４５、Ｅ９０：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率（ＭＰａ）である。
Δｒ＝０．０３１−４．６８５×１０−５×ΔＥ ・・・（３）
ここで、ΔＥ＝（Ｅ０−２Ｅ４５＋Ｅ９０）／２ ・・・（４）
である。
ｒ＝１０１．４４／（１４５．０×Ｅ×１０−６−３８．８３）２−０．５６４ ・・・（１）
ここで、
Ｅ＝（Ｅ０＋２Ｅ４５＋Ｅ９０）／４ ・・・（２）
であり、Ｅ０、Ｅ４５、Ｅ９０：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率（ＭＰａ）である。
Δｒ＝０．０３１−４．６８５×１０−５×ΔＥ ・・・（３）
ここで、ΔＥ＝（Ｅ０−２Ｅ４５＋Ｅ９０）／２ ・・・（４）
である。
［２］板厚が０．２０ｍｍ以下である前記［１］に記載の王冠用鋼板。
［３］前記［１］に記載の成分組成を有する鋼スラブを熱間圧延し、仕上圧延後に冷却速度３０〜８０℃／ｓで冷却し、５７０〜６７０℃の温度で巻き取り、一次冷間圧延を行い、６２０〜７２０℃の温度で焼鈍を行い、２０％超５０％以下の圧下率で二次冷間圧延を行う王冠用鋼板の製造方法。
［４］前記［１］又は［２］に記載の王冠用鋼板を成形してなる王冠。
本発明によれば、薄肉化しても十分な強度および成形性を備える王冠用鋼板、その製造方法および王冠を提供することができる。
本発明に係る王冠用鋼板は、質量％で、Ｃ：０．００１０％以上０．００５０％未満、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上０．５０％未満、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ａｌ：０．００２％超０．０７０％未満、Ｎ：０．００４０％未満、Ｂ：０．０００５％以上０．００２０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、圧延方向の降伏強度が５００ＭＰａ以上であり、平均ランクフォード値（ｒ（＝１０１．４４／（１４５．０×Ｅ×１０−６−３８．８３）２−０．５６４））が１．１以上であり、ランクフォード値の面内異方性（Δｒ（＝０．０３１−４．６８５×１０−５×ΔＥ））が−０．３以上０．３以下である。以下、本発明の王冠用鋼板について説明する。
始めに、本発明に係る王冠用鋼板の成分組成について説明する。含有量の単位「％」は全て「質量％」である。
〔Ｃの含有量：０．００１０％以上０．００５０％未満〕
Ｃの含有量を０．００１０％未満としても格別の効果は得られず、却って精錬コストが過大となる。一方、Ｃを多く含むと平均ランクフォード値（ｒ）が低下し、後述するように王冠の成形性が損なわれる。特に、Ｃの含有量が０．００５０％以上であると、成形した王冠の襞の形状が不均一になり、形状不良となる。よって、Ｃの含有量は０．００１０％以上０．００５０％未満とする。
Ｃの含有量を０．００１０％未満としても格別の効果は得られず、却って精錬コストが過大となる。一方、Ｃを多く含むと平均ランクフォード値（ｒ）が低下し、後述するように王冠の成形性が損なわれる。特に、Ｃの含有量が０．００５０％以上であると、成形した王冠の襞の形状が不均一になり、形状不良となる。よって、Ｃの含有量は０．００１０％以上０．００５０％未満とする。
〔Ｓｉの含有量：０．１０％以下〕
Ｓｉを多く含むとＣと同様の理由により、王冠の成形性が損なわれる。よって、Ｓｉの含有量は０．１０％以下とする。また、鋼板の強度向上の観点から、Ｓｉの含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。
Ｓｉを多く含むとＣと同様の理由により、王冠の成形性が損なわれる。よって、Ｓｉの含有量は０．１０％以下とする。また、鋼板の強度向上の観点から、Ｓｉの含有量は０．０１％以上とすることが好ましい。
〔Ｍｎの含有量：０．０５％以上０．５０％未満〕
Ｍｎの含有量が０．０５％を下回ると、Ｓの含有量を低下させた場合でも熱間脆性を回避することが困難になり、連続鋳造時に表面割れなどの問題が生じる。よって、Ｍｎの含有量は０．０５％以上とする。一方、Ｍｎもまた多く含むとＣと同様の理由により、王冠の成形性が損なわれる。よって、Ｍｎの含有量は０．５０％未満とする。
Ｍｎの含有量が０．０５％を下回ると、Ｓの含有量を低下させた場合でも熱間脆性を回避することが困難になり、連続鋳造時に表面割れなどの問題が生じる。よって、Ｍｎの含有量は０．０５％以上とする。一方、Ｍｎもまた多く含むとＣと同様の理由により、王冠の成形性が損なわれる。よって、Ｍｎの含有量は０．５０％未満とする。
〔Ｐの含有量：０．０５０％以下〕
Ｐの含有量が０．０５０％を超えると、鋼板の硬質化や耐食性の低下が引き起こされる。よって、Ｐの含有量の上限値は０．０５０％とする。また、Ｐを０．００１％未満とするためには脱Ｐコストが過大となるため、Ｐの含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。
Ｐの含有量が０．０５０％を超えると、鋼板の硬質化や耐食性の低下が引き起こされる。よって、Ｐの含有量の上限値は０．０５０％とする。また、Ｐを０．００１％未満とするためには脱Ｐコストが過大となるため、Ｐの含有量は０．００１％以上とすることが好ましい。
〔Ｓの含有量：０．０５０％以下〕
Ｓは、鋼板中でＭｎと結合してＭｎＳを形成し、多量に析出することで鋼板の熱間延性を低下させる。Ｓの含有量が０．０５０％を超えるとこの影響が顕著となる。よって、Ｓの含有量の上限値は０．０５０％とする。また、Ｓを０．００５％未満とするためには脱Ｓコストが過大となるため、Ｓの含有量は０．００５％以上とすることが好ましい。
Ｓは、鋼板中でＭｎと結合してＭｎＳを形成し、多量に析出することで鋼板の熱間延性を低下させる。Ｓの含有量が０．０５０％を超えるとこの影響が顕著となる。よって、Ｓの含有量の上限値は０．０５０％とする。また、Ｓを０．００５％未満とするためには脱Ｓコストが過大となるため、Ｓの含有量は０．００５％以上とすることが好ましい。
〔Ａｌの含有量：０．００２％超０．０７０％未満〕
Ａｌは、脱酸剤として含有させる元素であり、また鋼中のＮとＡｌＮを形成し、鋼中の固溶Ｎを減少させる。Ａｌ含有量が０．００２％以下であると脱酸剤としての効果が不十分であり、凝固欠陥の発生を招く。一方、二次冷間圧延の圧下率が高い場合には、多量のＡｌは成形性低下の要因となる。特に、Ａｌ含有量が０．０７０％以上であると、平均ランクフォード値（ｒ）が低下し、王冠の成形性が損なわれる。よって、Ａｌの含有量は０．００２％超０．０７０％未満とする。
Ａｌは、脱酸剤として含有させる元素であり、また鋼中のＮとＡｌＮを形成し、鋼中の固溶Ｎを減少させる。Ａｌ含有量が０．００２％以下であると脱酸剤としての効果が不十分であり、凝固欠陥の発生を招く。一方、二次冷間圧延の圧下率が高い場合には、多量のＡｌは成形性低下の要因となる。特に、Ａｌ含有量が０．０７０％以上であると、平均ランクフォード値（ｒ）が低下し、王冠の成形性が損なわれる。よって、Ａｌの含有量は０．００２％超０．０７０％未満とする。
〔Ｎの含有量：０．００４０％未満〕
Ｎの含有量が０．００４０％以上であると平均ランクフォード値（ｒ）が低下し、王冠の成形性が損なわれる。よって、Ｎの含有量は０．００４０％未満とする。また、Ｎを安定して０．００１０％未満とすることは困難であり、製造コストも過大となるため、Ｎの含有量は０．００１０％以上とすることが好ましい。
Ｎの含有量が０．００４０％以上であると平均ランクフォード値（ｒ）が低下し、王冠の成形性が損なわれる。よって、Ｎの含有量は０．００４０％未満とする。また、Ｎを安定して０．００１０％未満とすることは困難であり、製造コストも過大となるため、Ｎの含有量は０．００１０％以上とすることが好ましい。
〔Ｂの含有量：０．０００５％以上０．００２０％以下〕
Ｂを含有させることによって熱間圧延後の粗大粒の形成を抑えることが可能であるため、Ｂは本発明の鋼板の高強度化に必要な元素である。Ｂの含有量が０．０００５％未満では上記の効果が十分に発揮されない。一方、Ｂの含有量が０．００２０％を超えてもさらなる効果は期待できず、コストが増える要因となる。よって、Ｂの含有量は０．０００５％以上０．００２０％以下とする。好ましくは、Ｂの含有量は０．０００８％以上０．００１５％以下である。
Ｂを含有させることによって熱間圧延後の粗大粒の形成を抑えることが可能であるため、Ｂは本発明の鋼板の高強度化に必要な元素である。Ｂの含有量が０．０００５％未満では上記の効果が十分に発揮されない。一方、Ｂの含有量が０．００２０％を超えてもさらなる効果は期待できず、コストが増える要因となる。よって、Ｂの含有量は０．０００５％以上０．００２０％以下とする。好ましくは、Ｂの含有量は０．０００８％以上０．００１５％以下である。
残部はＦｅおよび不可避的不純物とする。
次に、本発明に係る王冠用鋼板の機械的性質について説明する。
本発明の王冠用鋼板には、瓶の内圧に対して王冠が外れる事が無いような耐圧強度が求められる。従来用いられてきた王冠用鋼板の板厚は０．２２ｍｍ以上であったが、板厚を０．２０ｍｍ以下とする薄肉化にあたっては従来よりも大きな強度が必要となる。鋼板の圧延方向の降伏強度が５００ＭＰａ未満であると、上記のような薄肉化した王冠に十分な耐圧強度を付与することが不可能である。したがって、圧延方向の降伏強度は５００ＭＰａ以上とする。なお、降伏強度は「ＪＩＳ Ｚ ２２４１」に示される金属材料引張試験方法により測定できる。所望の降伏強度は、成分組成を調整し、熱間圧延の仕上げ後の冷却速度を調整し、二次冷間圧延工程における圧下率を調整することで得ることができ、５００ＭＰａ以上の降伏強度は、上記の成分組成とし、熱間圧延の仕上げ後の冷却速度を３０℃／ｓ以上とし、二次冷間圧延工程における圧下率を２０％超とすることで得ることができる。
王冠用鋼板は円形のブランクに打ち抜かれた後、プレス成形により王冠に成形される。成形後の王冠形状は主に襞の形状の均一性で評価される。襞の形状が不均一であると、打栓後の密封性が損なわれる場合があり、瓶の内容物の漏洩につながる。王冠用鋼板の成形性は平均ランクフォード値（ｒ）およびランクフォード値の面内異方性（Δｒ）と密接な関係にあり、平均ランクフォード値（ｒ）が１．１未満またはランクフォード値の面内異方性（Δｒ）が−０．３未満もしくは０．３超であると成形後の襞の形状が不均一になる。よって、平均ランクフォード値（ｒ）は１．１以上、ランクフォード値の面内異方性（Δｒ）は−０．３以上０．３以下とする。平均ランクフォード値（ｒ）は１．２以上であることがより好ましい。
なお、平均ランクフォード値（ｒ）は「ＪＩＳ Ｚ ２２５４」の付属書ＪＡに示される方法により評価することができ、以下の式（１）で表される。この平均ランクフォード値（ｒ）は、「ＪＩＳ Ｚ ２２５４」の付属書ＪＡに示される方法によって各方向のヤング率を測定し、以下の式（２）で表される平均ヤング率（Ｅ）から求めることができる。また、ランクフォード値の面内異方性（Δｒ）は、非特許文献１（Ｐ．Ｒ．Ｍｏｕｌｄ，Ｔ．Ｅ．Ｊｏｈｎｓｏｎ Ｊｒ，「Ｒａｐｉｄ ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｌｄ−ｒｏｌｌｅｄ ｌｏｗ−ｃａｒｂｏｎ ｓｔｅｅｌ ｓｈｅｅｔｓ」，Ｓｈｅｅｔ Ｍｅｔａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｖｏｌ．５０，１９７３，３２８−３３２ページ）に示される以下の式（３）で表される。このランクフォード値の面内異方性（Δｒ）は、「ＪＩＳ Ｚ ２２５４」の付属書ＪＡに示される方法によって各方向のヤング率を測定し、以下の式（４）で表されるヤング率の面内異方性（ΔＥ）から求めることができる。
ｒ＝１０１．４４／（１４５．０×Ｅ×１０−６−３８．８３）２−０．５６４ ・・・（１）
ここで、
Ｅ＝（Ｅ０＋２Ｅ４５＋Ｅ９０）／４ ・・・（２）
であり、Ｅ０、Ｅ４５、Ｅ９０：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率（ＭＰａ）である。
Δｒ＝０．０３１−４．６８５×１０−５×ΔＥ ・・・（３）
ここで、ΔＥ＝（Ｅ０−２Ｅ４５＋Ｅ９０）／２ ・・・（４）
である。
ｒ＝１０１．４４／（１４５．０×Ｅ×１０−６−３８．８３）２−０．５６４ ・・・（１）
ここで、
Ｅ＝（Ｅ０＋２Ｅ４５＋Ｅ９０）／４ ・・・（２）
であり、Ｅ０、Ｅ４５、Ｅ９０：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率（ＭＰａ）である。
Δｒ＝０．０３１−４．６８５×１０−５×ΔＥ ・・・（３）
ここで、ΔＥ＝（Ｅ０−２Ｅ４５＋Ｅ９０）／２ ・・・（４）
である。
所望の平均ランクフォード値（ｒ）は、成分組成を調整し、熱間圧延時の巻取り温度を調整することで得ることができ、１．１以上の平均ランクフォード値（ｒ）は、上記の成分組成とし、熱間圧延時の巻取り温度を６７０℃以下とすることで得ることができる
また、所望のランクフォード値の面内異方性（Δｒ）は、熱間圧延の仕上げ後の冷却速度を調整し、焼鈍温度および二次冷間圧延工程における圧下率を調整することで得ることができ、−０．３以上０．３以下のランクフォード値の面内異方性（Δｒ）は、熱間圧延の仕上げ後の冷却速度を８０℃／ｓ以下とし、焼鈍温度を６２０℃以上とし、二次冷間圧延工程における圧下率を５０％以下とすることで得ることができる。
また、所望のランクフォード値の面内異方性（Δｒ）は、熱間圧延の仕上げ後の冷却速度を調整し、焼鈍温度および二次冷間圧延工程における圧下率を調整することで得ることができ、−０．３以上０．３以下のランクフォード値の面内異方性（Δｒ）は、熱間圧延の仕上げ後の冷却速度を８０℃／ｓ以下とし、焼鈍温度を６２０℃以上とし、二次冷間圧延工程における圧下率を５０％以下とすることで得ることができる。
次に、本発明に係る王冠用鋼板の製造方法の一例について説明する。本発明の王冠用鋼板は、上記成分組成からなる鋼スラブを熱間圧延し、仕上圧延後に冷却速度３０〜８０℃／ｓで冷却し、５７０〜６７０℃の温度で巻き取り、一次冷間圧延を行い、６２０〜７２０℃の温度で焼鈍を行い、２０％超５０％以下の圧下率で二次冷間圧延を行うことで製造される。
本発明に係る王冠用鋼板を製造する際は、転炉などを用いた公知の方法により、溶鋼を上記の化学成分に調整し、例えば、連続鋳造法によりスラブとする。続いて、スラブを熱間で粗圧延することが好ましい。粗圧延の方法は限定しないが、スラブの加熱温度は１２００℃以上であることが好ましい。
熱間圧延工程の仕上圧延温度は、圧延荷重の安定性の観点から８５０℃以上であることが好ましい。一方、必要以上に仕上圧延温度を高くすることは薄鋼板の製造を困難にする場合がある。具体的には、仕上圧延温度は８５０〜９６０℃の温度範囲内とすることが好ましい。
熱間圧延工程の仕上圧延後に冷却速度３０℃／ｓ未満とすると、冷却中に過度にフェライトが成長し、二次冷間圧延後の鋼板の圧延方向の降伏強度が５００ＭＰａ未満となるため好ましくない。一方、仕上圧延後の冷却速度を８０℃／ｓ超とすると、ランクフォード値の面内異方性（Δｒ）が−０．３未満となり、異方性が過大となり、成形性を損なう。従って、熱間圧延工程の仕上圧延後の冷却速度は３０〜８０℃／ｓとすることが好ましい。より好ましくは、冷却速度は３０〜５５℃／ｓである。冷却は、仕上圧延後、４．５秒以内、好ましくは３．０秒以内に開始することが好ましい。なお、仕上げ圧延後の冷却速度とは、冷却開始から巻き取りまでの平均冷却速度を示す。
熱間圧延工程の巻取温度を５７０℃より低くすると、能率を損なわずに操業するために仕上圧延温度を低くする必要があるため、好ましくない。一方、巻取温度が６７０℃より高くなると、巻き取り後に析出するＡｌＮ量が過大となり、焼鈍後の細粒化につながり平均ランクフォード値（ｒ）が低下する。従って、熱間圧延工程の巻取温度は５７０〜６７０℃が好ましく、より好ましくは６００〜６５０℃である。引き続き必要に応じて酸洗を行う。酸洗は、表層スケールが除去できればよく、特に条件を限定する必要はない。また、酸洗の代わりに、機械的除去等の方法を用いてもよい。
一次冷間圧延工程の圧下率は特に限定しないが、二次冷間圧延後の鋼板の板厚を０．２０ｍｍ以下にするためには８５〜９４％が好ましい。
焼鈍（熱処理）工程は、６２０〜７２０℃の温度で行う。焼鈍温度を７２０℃超とすると、連続焼鈍においてヒートバックルなどの通板トラブルが発生しやすくなり、好ましくない。焼鈍温度が６２０℃未満であると、再結晶が不完全となり、材質が不均一になる。従って、焼鈍（熱処理）工程は、６２０〜７２０℃の温度で行うことが好ましく、より好ましくは、６５０〜７２０℃の温度で行う。
本発明の王冠用鋼板は、焼鈍後の二次冷間圧延により必要な降伏強度を得ることができる。二次冷間圧延の圧下率が２０％以下であると、王冠の耐圧性を確保するのに十分な降伏強度が得られない。また、二次冷間圧延の圧下率が５０％を超えると、異方性が過大となり、成形性を損なう。よって、二次冷間圧延の圧下率は２０％超５０％以下とすることが好ましい。より好ましくは、二次冷間圧延の圧下率は２０％超４０％以下である。
上記のようにして得た冷延鋼板は、その後、必要に応じて、鋼板表面に、例えば電気めっきにより、錫めっき、クロムめっき、ニッケルめっき等のめっき処理を施してめっき層を形成し、王冠用鋼板とする。なお、めっき等の表面処理の膜厚は、板厚に対して十分に小さいので、王冠用鋼板の機械特性への影響は無視できるレベルである。
以上、説明したように、本発明の王冠用鋼板は、薄肉化しても十分な強度および成形性を有することができる。
また、本発明の王冠は、上述した王冠用鋼板を用いて成形されるものである。王冠は、主に瓶の口を塞ぐ円盤状の部分と、その周囲に設けられた襞状の部分とから構成される。本発明の王冠は、円形のブランクに打ち抜いた後、プレス成形により成形することができる。本発明の王冠は、十分な降伏強度を有し、かつ、成形性に優れた鋼板から製造されるので、薄肉化しても王冠としての耐圧強度に優れており、使用に伴う廃棄物の排出量を減らす効果も有する。
本実施例において、まず、表１に示す成分組成を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼を転炉で溶製し、連続鋳造することにより鋼スラブを得た。ここで得られた鋼スラブに対して、１２５０℃に再加熱した後、圧延開始温度１１５０℃で熱間圧延を行い、表２に示す仕上圧延温度、冷却速度、巻取り温度で巻取った。熱間圧延後には酸洗を施した。次いで、表２に示す圧下率で一次冷間圧延を行い、表２に示す焼鈍温度で連続焼鈍し、引き続き、表２に示す圧下率で二次冷間圧延を施した。得られた鋼板に通常のＣｒめっきを連続的に施して、ティンフリースチールを得た。
以上により得られた鋼板に対して、２１０℃、１５分の塗装焼付け相当の熱処理を行った後、引張試験、平均ランクフォード値ｒの測定およびランクフォード値の面内異方性Δｒの測定を行った。引張試験は、ＪＩＳ５号サイズの引張試験片を用いて、「ＪＩＳ Ｚ ２２４１」に従って行い、圧延方向の降伏強度を測定した。以下の式（１）で表される平均ランクフォード値（ｒ）は「ＪＩＳ Ｚ ２２５４」の付属書ＪＡに記載の固有振動法を用いて測定した。また、以下の式（２）で表されるランクフォード値の面内異方性（Δｒ）は「ＪＩＳ Ｚ ２２５４」の付属書ＪＡに記載の固有振動法を用いて各方向のヤング率を測定し、以下の式（３）を用いて算出した。
ｒ＝１０１．４４／（１４５．０×Ｅ×１０−６−３８．８３）２−０．５６４ ・・・（１）
ここで、
Ｅ＝（Ｅ０＋２Ｅ４５＋Ｅ９０）／４ ・・・（２）
であり、Ｅ０、Ｅ４５、Ｅ９０：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率（ＭＰａ）である。
Δｒ＝０．０３１−４．６８５×１０−５×ΔＥ ・・・（３）
ここで、ΔＥ＝（Ｅ０−２Ｅ４５＋Ｅ９０）／２ ・・・（４）
である。
ｒ＝１０１．４４／（１４５．０×Ｅ×１０−６−３８．８３）２−０．５６４ ・・・（１）
ここで、
Ｅ＝（Ｅ０＋２Ｅ４５＋Ｅ９０）／４ ・・・（２）
であり、Ｅ０、Ｅ４５、Ｅ９０：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率（ＭＰａ）である。
Δｒ＝０．０３１−４．６８５×１０−５×ΔＥ ・・・（３）
ここで、ΔＥ＝（Ｅ０−２Ｅ４５＋Ｅ９０）／２ ・・・（４）
である。
得られた鋼板を用いて王冠に成形し、王冠成形性を評価した。直径３７ｍｍの円形ブランクを使用し、プレス加工により「ＪＩＳ Ｓ ９０１７」（廃止規格）に記載の３種王冠の寸法（外径３２．１ｍｍ、高さ６．５ｍｍ、襞の数２１）に成形した。評価は目視で行い、襞の大きさが全て揃っている場合を○、襞の大きさが不揃いな場合を×と評価した。
また、成形した王冠を用いて耐圧試験を行った。耐圧試験として、王冠の内側に塩化ビニル製ライナーを成形し、市販ビール瓶に打栓してＳｅｃｕｒｅ Ｐａｋ社製Ｓｅｃｕｒｅ Ｓｅａｌ Ｔｅｓｔｅｒを用いて王冠が外れる内圧を測定した。従来の王冠と同等以上の耐圧強度を示した場合を○、従来の王冠の耐圧強度に至らなかった場合を×と評価した。得られた結果を表３に示す。
表３より、本発明例である水準１〜１１の鋼板は、圧延方向の降伏強度が５００ＭＰａ、かつ平均ランクフォード値が１．１以上、ランクフォード値の面内異方性が−０．３以上０．３以下であり、王冠成形性および耐圧強度のいずれも良好であった。一方、比較例である水準１２の鋼板は、Ｃの含有量が多すぎるため、平均ランクフォード値が１．１未満となり、王冠成形性に劣り、耐圧強度も不足することが分かった。水準１３の鋼板は、Ｍｎの含有量が多すぎるため、平均ランクフォード値が１．１未満となり、王冠成形性に劣り、耐圧強度も不足することが分かった。水準１４の鋼板は、Ａｌの含有量が多すぎるため、平均ランクフォード値が１．１未満となり、王冠成形性に劣り、耐圧強度も不足することが分かった。水準１５の鋼板は、Ｎの含有量が多すぎるため、平均ランクフォード値が１．１未満となり、王冠成形性に劣り、耐圧強度も不足することが分かった。また、水準１７の鋼板は、熱間圧延後の巻取り温度が高すぎるため、平均ランクフォード値が１．１未満となり、王冠成形性に劣り、耐圧強度も不足することが分かった。
また、比較例である水準１６の鋼板は、Ｂの含有量が少なすぎるため、圧延方向の降伏強度が５００ＭＰａ未満となり、耐圧強度が不足することが分かった。水準１９の鋼板は、二次冷間圧下率が小さすぎるため、圧延方向の降伏強度が５００ＭＰａ未満となり、耐圧強度が不足することが分かった。水準２１、２２、２５の鋼板は、熱間圧延工程の仕上圧延後の冷却速度が遅すぎるため、圧延方向の降伏強度が５００ＭＰａ未満となり、耐圧強度が不足することが分かった。
また、比較例である水準１８の鋼板は、焼鈍温度が低すぎるため、ランクフォード値の面内異方性が負に過大となり、王冠成形性に劣り、耐圧強度も不足することが分かった。比較例である水準２０の鋼板は二次冷間圧下率が大きすぎるため、ランクフォード値の面内異方性が負に過大となり、王冠成形性に劣り、耐圧強度も不足することが分かった。水準２３、２４の鋼板は、熱間圧延工程の冷却速度が速すぎるため、ランクフォード値の面内異方性が負に過大となり、王冠成形性に劣り、耐圧強度も不足することが分かった。
Claims (3)
- 質量％で、Ｃ：０．００１０％以上０．００５０％未満、Ｓｉ：０．１０％以下、Ｍｎ：０．０５％以上０．５０％未満、Ｐ：０．０５０％以下、Ｓ：０．０５０％以下、Ａｌ：０．００２％超０．０７０％未満、Ｎ：０．００４０％未満、Ｂ：０．０００５％以上０．００２０％以下を含有し、残部はＦｅおよび不可避的不純物からなる成分組成を有し、
圧延方向の降伏強度が５００ＭＰａ以上であり、
以下の式（１）で表される平均ランクフォード値（ｒ）が１．１以上であり、
以下の式（３）で表されるランクフォード値の面内異方性（Δｒ）が−０．３以上０．３以下であり、
板厚が０．２０ｍｍ以下である王冠用鋼板。
ｒ＝１０１．４４／（１４５．０×Ｅ×１０−６−３８．８３）２−０．５６４ ・・・（１）
ここで、
Ｅ＝（Ｅ０＋２Ｅ４５＋Ｅ９０）／４ ・・・（２）
であり、Ｅ０、Ｅ４５、Ｅ９０：圧延方向に対してそれぞれ０°、４５°、９０°方向のヤング率（ＭＰａ）である。
Δｒ＝０．０３１−４．６８５×１０−５×ΔＥ ・・・（３）
ここで、ΔＥ＝（Ｅ０−２Ｅ４５＋Ｅ９０）／２ ・・・（４）
である。 - 請求項１に記載の王冠用鋼板の製造方法であり、鋼スラブを熱間圧延し、仕上圧延後に冷却速度３０〜８０℃／ｓで冷却し、５７０〜６７０℃の温度で巻き取り、一次冷間圧延を行い、６２０〜７２０℃の温度で焼鈍を行い、２０％超５０％以下の圧下率で二次冷間圧延を行う王冠用鋼板の製造方法。
- 請求項１に記載の王冠用鋼板を成形してなる王冠。
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