JP6288331B2 - 缶用鋼板およびその製造方法 - Google Patents
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Description
セミ極低炭素鋼をベースに化学成分、冷間圧延条件および焼鈍条件を最適化することで、圧延方向および/または圧延方向から90°方向のヤング率が220GPa以上で、かつ調質度がT3〜T4である缶用鋼板の製造が実現可能であることを見出した。
[1]質量%で、C:0.0050%以上0.0100%以下、Si:0.050%以下、Mn:0.10%以上1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:0.010%以上0.100%以下、N:0.0010%以上0.0050%以下、Nb:0.020%以上0.120%以下を含有し、CおよびNbの含有量が下記式(1)を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、圧延方向および/または圧延方向から90°方向のヤング率が220GPa以上であり、調質度がT3〜T4であることを特徴とする缶用鋼板。
0.4≦(Nb/C)×(12/93)≦2.5・・・(1)
ただし、Nb、Cは含有量(質量%)を示す。
[2]質量%で、C:0.0050%以上0.0100%以下、Si:0.050%以下、Mn:0.10%以上1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:0.010%以上0.100%以下、N:0.0010%以上0.0030%以下を含有し、さらにNb:0.020%以上0.120%以下、B:0.0005%以上0.0070%以下のうちから選ばれる少なくとも1種を含有し、CおよびNbの含有量が下記式(1)を満足し、NおよびBの含有量が下記式(2)を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、圧延方向および/または圧延方向から90°方向のヤング率が220GPa以上であり、
調質度がT3〜T4であることを特徴とする缶用鋼板。
0.4≦(Nb/C)×(12/93)≦2.5・・・(1)
1.0≦(B/N)×(14/11)≦3.5・・・(2)
ただし、Nb、C、B、Nは含有量(質量%)を示す。
[3]前記[1]または[2]に記載の化学成分を有する鋼スラブを、熱間圧延し、酸洗後、85%以上の圧延率で冷間圧延を行い、引き続き、再結晶温度以上780℃以下の温度で焼鈍を行い、次いで、調質圧延を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法。
なお、本明細書において、鋼の成分を示す%は、すべて質量%である。
したがって、本発明の缶用鋼板を用いることで食缶や飲料缶等に使用される缶体の剛性が向上し、鋼板の更なる薄肉化が可能になり、省資源化および低コスト化を達成することができる。
また、本発明の鋼板は、3ピース缶用鋼板として好適に用いることができる。また、本発明の鋼板の適用範囲は、各種金属缶のみならず、缶電池内装缶、各種家電・電気部品、自動車用部品等の幅広い範囲への適用も期待できる。
本発明の缶用鋼板は、成分組成が質量%で、C:0.0050%以上0.0100%以下、Si:0.050%以下、Mn:0.10%以上1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:0.010%以上0.100%以下、N:0.0010%以上0.0050%以下、Nb:0.020%以上0.120%以下を含有し、CおよびNbの含有量が下記式(1)を満足し、残部がFeおよび不可避的不純物からなり、圧延方向および/または圧延方向から90°方向のヤング率が220GPa以上であり、調質度がT3〜T4である。または、質量%で、C:0.0050%以上0.0100%以下、Si:0.050%以下、Mn:0.10%以上1.00%以下、P:0.030%以下、S:0.020%以下、Al:0.010%以上0.100%以下、N:0.0010%以上0.0030%以下を含有し、さらにNb:0.020%以上0.120%以下、B:0.0005%以上0.0070%以下のうちから選ばれる少なくとも1種を含有し、CおよびNbの含有量が下記式(1)を満足し、NおよびBの含有量が下記式(2)を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、圧延方向および/または圧延方向から90°方向のヤング率が220GPa以上であり、調質度がT3〜T4である。
そして、このような缶用鋼板は、上記成分組成を有する鋼スラブに、熱間圧延し、酸洗後、圧延率85%以上の冷間圧延を行い、次いで、再結晶温度以上780℃以下の温度で焼鈍を行い、調質圧延を行うことで製造可能となる。これらは、本発明の最も重要な要件である。
0.4≦(Nb/C)×(12/93)≦2.5・・・(1)
1.0≦(B/N)×(14/11)≦3.5・・・(2)
ただし、Nb、C、B、Nは含有量(質量%)を示す。
C:0.0050%以上0.0100%以下、Nb:0.020%以上0.120%以下
CおよびNbは、本発明において最も重要な役割を有する元素である。熱間圧延時に固溶Nbによるγ粒の再結晶抑制効果により熱延板の結晶粒が細粒化し、再結晶焼鈍時のγファイバー再結晶粒の核生成サイトとなる熱延板の結晶粒界面積が増大する。その結果、γファイバーが発達し、圧延方向、圧延方向から45°、圧延方向から90°のそれぞれのヤング率を高めることができる。
また、NbCの析出物増量による鋼板組織の微細化および析出強化を利用することで鋼板を硬質化することができる。
そして、Cは0.0050%以上0.0100%以下、Nbは0.020%以上0.120%以下とすることで圧延方向および/または圧延方向から90°のヤング率を220GPa以上かつ調質度がT3〜T4の缶用鋼板を得ることができる。
Cが0.0050%未満では、NbCの析出量が減少し、鋼板組織の微細化および析出強化効果を充分に得ることができず、目的の調質度を得ることができない。Cが0.0100%超えでは、フェライト中にCが固溶しマトリックスが過度に硬質化して成形性が悪化する。また、Nbが0.020%未満では熱延板結晶粒を充分に細粒化させることができない。Nbが0.120%を超えると、再結晶完了温度を過度に上昇させ、特に薄物材が多い缶用鋼板では連続焼鈍工程などで工業的に生産することが困難となる。
さらに、本発明においては、CおよびNbの含有量が下記式(1)を満足するものとする。
0.4≦(Nb/C)×(12/93)≦2.5・・・(1)
ただし、Nb、Cは含有量(質量%)を示す。
(Nb/C)×(12/93)が0.4未満では、NbCによる細粒化および析出強化効果が不充分であり、かつ、目的の調質度を得ることができない。(Nb/C)×(12/93)が2.5超えでは、固溶Nbのsolute drag効果による再結晶遅延が過度になり、製造が困難であることやNbCの粗大化によるピン止め効果の減少でフェライト粒径が粗大化し、結晶粒細粒化効果が得られない。
Siは多量に添加すると、鋼板の表面処理性の劣化および耐食性の低下の問題が発生するため、0.050%以下、好ましくは0.020%以下とする。
Mnは、鋼中に含まれる不純物のSに起因する熱間延性の低下を防止するため、0.10%以上の添加が必要である。また、MnはAr3変態点を低下させる元素の一つであり、熱間圧延仕上げ圧延温度を低下させることができため、熱間圧延時にγ粒の再結晶粒成長を抑制し、さらに変態後のα粒を微細化できる。一方で、Mnは固溶Cと相互作用して再結晶集合組織形成に影響を及ぼし、Mn添加量の増加に伴い、γファイバーへの集積を低下させる作用もある。従って、これらを考慮し1.00%以下とする。Mnが1.00%超えでは、圧延方向から90°方向のヤング率が220GPa未満となり、さらに鋼板が過度に硬質化し、ロールフォーム性などの製缶特性が低下する。以上より、Mnは0.10%以上1.00%以下とする。
Pは、多量に添加すると、鋼の硬質化、耐食性の低下を引き起こす。よって、Pの上限は0.030%とする。
Sは、鋼中でMnと結合してMnSを形成し多量に析出することで鋼の熱間延性を低下させる。よって、Sは0.020%以下とする。
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を減少させる効果を有する。しかし、Alの含有量が0.010%未満では、十分な脱酸効果や固溶N低減効果が得られない。一方、0.100%を超えると、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するため好ましくない。よって、Alは0.010%以上0.100%以下とする。
NはAlやNb等と結合して窒化物や炭窒化物を形成し、熱間延性を害するため少ないほど好ましい。また、Nは固溶強化元素の一つであり、多量に添加すると鋼板の硬質化につながり伸びが著しく低下して成形性を悪化させる。一方で、操業上安定して0.0010%未満とすることは困難であり、製造コストも上昇する。以上より、Nは0.0010%以上0.0050%以下とする。さらに、Bを添加する場合のNの上限は、下記のようにBNとして析出させた上で固溶Bの効果を効率よく得るため、0.0030%とする。
NおよびBは、CおよびNbと同様に本発明において重要な役割を有する元素である。BはBNが析出するために必要な量以上に添加された場合、熱間圧延時に過剰に添加されたBが結晶粒界に固溶Bとして偏析し、結晶粒の粒成長を抑制するためγ粒の再結晶抑制効果により熱延板の結晶粒が細粒化し、再結晶焼鈍時のγファイバー再結晶粒の核生成サイトとなる熱延板の結晶粒界面積が増大する。その結果、γファイバーが発達し、圧延方向、圧延方向から45°、圧延方向から90°のそれぞれのヤング率を高めることができる。このような結晶粒の微細化効果を発揮させるためには、BNを析出させた上でさらに固溶BとしてBを存在させることが必要であり、本発明者らが行った種々の試験の結果から、Bは0.0005%以上必要であるとの知見を得た。以上より、本発明では0.0005%をBの下限とする。一方、固溶Bの増加は連続焼鈍工程における再結晶完了温度を過度に上昇させ、炉内破断やバックリングの発生の危険が大きくなる。このため、0.0070%をBの上限とする。Nは不可逆的に混入する不純物である。N量が高くなるほどこれを固定するためのBの添加量をふやさなければならない。B添加量の大幅な増加はコストアップにつながるので、Nの上限は0.0030%とする。
さらに、本発明においては、NおよびBの含有量が下記式(2)を満足するものとする。
1.0≦(B/N)×(14/11)≦3.5・・・(2)
ただし、B、Nは含有量(質量%)を示す
(B/N)×(14/11)が1.0未満では、固溶Bによる熱延板の細粒化効果が不充分であり、(B/N)×(14/11)が3.5超えでは、固溶Bによる再結晶遅延が過度になり、製造が困難となる。
圧延方向および/または圧延方向から90°方向のヤング率が220GPa以上
圧延方向または圧延方向から90°方向が缶胴部の周方向になるようにロールフォームが施される容器において、缶胴部の剛性を高める観点から、圧延方向および/または圧延方向から90°方向のヤング率を220GPa以上とする。220GPa以上とすることで、パネリング強度が顕著に向上し、鋼板の薄肉化に伴う、内容物の加熱殺菌処理等における缶外部の圧力の増減による缶胴部の座屈変形を防ぐことができる。圧延方向のみ、圧延方向から90°方向のみ、圧延方向と圧延方向から90°方向の両方、のいずれかが220GPa以上であってもかまわないが、ヤング率が最も高い方向が缶胴部の周方向になるようにロールフォームを施すのが好ましい。
なお、圧延方向および/または圧延方向から90°方向のヤング率は、横振動型の共振周波数測定装置により測定することができる。
内容物の加熱殺菌処理等の処理時に缶外部の圧力の増減による缶胴部の座屈変形は、鋼板のヤング率を高めることによって防ぐことができる。しかし、缶の落下、自動販売機内の搬送装置との接触および缶の積み重ね等による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。一方、過度な硬質化は、ロールフォーム性などの製缶特性を著しく低下させる。以上から、調質度はT3〜T4とする。なお、本発明において、調質度がT3〜T4とは、缶用鋼板として用いられるブリキやティンフリー鋼の硬さを示す指標であり、JIS G3303およびJIS G3315では、ロックウェル硬度(HR30T)でT3が57±3、T4が61±3と規定されている。
本発明の缶用鋼板は、上記組成からなる鋼スラブを、熱間圧延し、酸洗後、85%以上の圧延率で冷間圧延を行い、引き続き、再結晶温度以上780℃以下の温度で焼鈍を行い、調質圧延を行うことで製造される。
熱延鋼板の結晶粒微細化や析出物分布の均一性の観点から、最終仕上圧延温度は860〜950℃、巻取温度は500〜640℃の範囲が好ましい。最終仕上圧延温度が、950℃よりも高くなると、圧延後のγ粒粒成長がより激しく起こり、それに伴う粗大γ粒により変態後のα粒の粗大化を招く場合がある。また、860℃より低い場合は、Ar3変態点以下の圧延となり、α粒の粗大化を招く場合がある。巻取温度が640℃よりも高くなると、Nb系析出物の析出量は多くなるが、析出物粒径が粗大化し、析出物のピン止め効果を減少させてα粒径が粗大化する場合がある。また、500℃より低い温度域ではNb系析出物の析出量が減るため、ピン止め効果でα相を微細化できない場合がある。
より好ましくは、最終仕上圧延温度は860〜930℃、巻取温度は500〜600℃の範囲である。
続く酸洗工程は、表層スケールが除去できればよく、特に条件は規定しない。通常行われる方法により、酸洗することができる。
圧延率:85%以上
冷間圧延の圧延率は、本発明が規定する調質度を達成するために85%以上とする。85%未満では、結晶粒が粗大化して材質が軟化する。圧延率を85%以上としてひずみエネルギーを鋼板に多く蓄えることで、熱間圧延時に析出せずに固溶して残存しているNbを析出サイトとし、次工程の焼鈍時に多数のサイトに微細なNb系析出物を析出させてピン止め効果による結晶粒微細化を実現することができる。
焼鈍温度:再結晶温度以上780℃以下
焼鈍方法は、材質の均一性と高い生産性の観点から連続焼鈍法が好ましい。連続焼鈍における焼鈍温度は、再結晶温度以上であることが必須であるが、焼鈍温度が高すぎると結晶粒が粗大化し、材質が軟質化するほか、缶用鋼板などの薄物材では、炉内破断やバックリングの発生の危険が大きくなる。このため、焼鈍温度の上限は780℃とする。
調質圧延伸張率:0.5〜5%(好適条件)
調質圧延の伸張率は、鋼板の調質度により適宜決定されるが、ストレッチャーストレインの発生を抑えるために、0.5%以上の伸張率で圧延するのが好ましい。一方、伸張率5%以上を超える伸張率で圧延すると、鋼板が硬質化することによる加工性の低下と伸びの低下を引き起こす。よって、上限は5%とするのが好ましい。
以上より得られた鋼板に対して、以下の方法で特性評価を行った。
外圧強度の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、加圧チャンバー内部の加圧を、空気導入バルブを介してチャンバーに0.016MPa/sで加圧空気を導入することで行った。チャンバー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。限界座屈圧力、つまり外圧強度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1.5kgf/cm2以上を有すればよいとされている。これより、外圧強度が1.5kgf/cm2以上(0.147MPa以上)のものを一重丸(○)、外圧強度が1.5kgf/cm2(0.147MPa)未満のものをバツ(×)としてそれぞれ表示した。
一方、比較例では、上記特性のいずれか一つ以上が劣っている。また、表2において、実験No.7、18、28は、未再結晶となったため、鋼板の特性評価および缶体特性調査は行わなかった。
Claims (2)
- 質量%で、C:0.0050%以上0.0100%以下、
Si:0.050%以下、
Mn:0.10%以上1.00%以下、
P:0.010%以下、
S:0.010%以下、
Al:0.010%以上0.100%以下、
N:0.0010%以上0.0050%以下、
Nb:0.020%以上0.120%以下を含有し、
CおよびNbの含有量が下記式(1)を満足し、残部はFeおよび不可避的不純物からなり、
圧延方向および圧延方向から90°方向のヤング率が220GPa以上であり、
調質度がT3〜T4であることを特徴とする缶用鋼板。
2.1≦(Nb/C)×(12/93)≦2.5・・・(1)
ただし、Nb、Cは含有量(質量%)を示す。 - 請求項1に記載の缶用鋼板の製造方法であって、鋼スラブを、熱間圧延し、酸洗後、85%以上の圧延率で冷間圧延を行い、引き続き、再結晶温度以上780℃以下の温度で焼鈍を行い、次いで、調質圧延を行うことを特徴とする缶用鋼板の製造方法。
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