JP6460295B1 - 鋼板及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

高強度かつ成形性及び外観に優れた缶用鋼板であって、C:0.0010〜0.0035%、Si:0.050%以下、Mn:0.10〜0.50%、P:0.040%以下、S:0.040%以下、Al:0.005%未満、及びN:0.0050%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物であり、フェライト結晶粒の板幅方向長さに対する板厚方向長さの比の平均値が0.70以上であり、降伏強度が500MPa以上であり、圧延方向0〜90°の範囲で、r値の最小値が1.50以上、r値の平均値が1.70以上、r値の最大値と最小値の差が0.50以下であることを特徴とする鋼板。

Description

本発明は、鋼板及びその製造方法に関し、特に、主として缶用鋼板及びその製造方法に関する。
従来から、缶用鋼板は蓋用、胴用、王冠等の用途に用いられている。2ピース胴部などに代表される缶用鋼板の加工では、ネックイン加工でのしわの発生の抑制、缶の座屈強度確保、耳率の抑制などが求められる。このため、特許文献1に記載されているように、缶用鋼板の製造方法に関する技術が研究開発されている。
特開平11−3153456号公報
近年、コストダウンの観点から、缶用鋼板の厚みを0.10mm台まで薄くすることが求められているが、鋼板を薄くすると缶の耐圧強度が低下する。耐圧強度の低下を補うため、鋼板自体の強度を高めることが考えられる。しかし、鋼板の座屈現象により生じるしわの形成を抑制するには、降伏強度が低いほうが好ましいとの知見がある。つまり、薄手化の要求に対し、鋼板の強度を高めるだけではしわの形成を抑制できないため、十分な成形性を確保できない。そこで、強度を確保しながら、しわを形成することのない良好な成形性を有する鋼板を、低コストで製造することが望まれている。
本発明は、このような経緯でなされた発明であり、高強度でかつ成形性及び外観に優れ、さらに鋼板の板幅方向におけるr値のばらつきを低減した缶用鋼板、及びその製造方法を提供する。
本発明者らは、高強度でかつ成形性及び外観に優れ、さらに鋼板の板幅方向におけるr値のばらつきを低減した缶用鋼板を得る方法を鋭意検討した。その結果、鋼板の化学成分を適切に調整し、さらに、冷間圧延後の焼鈍条件を制御することにより、鋼板の特性を制御できることを見出した。本発明は上記の知見に基づき、さらに検討を重ねなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。
(1)質量%で、C:0.0010〜0.0035%、Si:0.050%以下、Mn:0.10〜0.50%、P:0.040%以下、S:0.040%以下、Al:0.005%未満、及びN:0.0050%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物であり、フェライト結晶粒の板幅方向長さに対する板厚方向長さの比の平均値が0.70以上であり、降伏強度が500MPa以上であり、圧延方向0〜90°の範囲において、r値の最小値が1.50以上、r値の平均値が1.70以上、r値の最大値と最小値の差が0.50以下であることを特徴とする鋼板。
(2)圧延方向0〜90°の範囲で、r値の最小値が1.60以上、r値の平均値が1.75以上であることを特徴とする前記(1)の鋼板。
(3)鋼板表面にSnめっき層を有する前記(1)又は(2)の鋼板。
(4)鋼板表面にCrめっき層を有する前記(1)又は(2)の鋼板。
(5)片面又は両面の表面に、さらに樹脂フィルムを有する前記(1)〜(4)のいずれかの鋼板。
(6)前記(1)又は(2)の鋼板の製造方法であって、質量%で、C:0.0010〜0.0035%、Si:0.050%以下、Mn:0.10〜0.50%、P:0.040%以下、S:0.040%以下、Al:0.005%未満、及びN:0.0050%以下を含有し、残部がFe及び不可避的不純物であるスラブに、熱延、酸洗、冷延を施し、得られた冷延鋼板に、下記(1)式を満たす焼鈍温度T、均熱帯を通過する時間t、及び均熱帯での板張力Xにて、焼鈍を施し、その後調質圧延を行うことを特徴とする鋼板の製造方法。
100≦0.027×ln(t)×T×ln(X)≦280 (1)
(ただし、Tは焼鈍温度(℃)、tは焼鈍均熱帯を通過する時間(秒)、Xは均熱帯での板張力(MPa))
(7)鋼板表面にSnめっきを施すことを特徴とする前記(6)の鋼板の製造方法。
(8)鋼板表面にCrめっきを施すことを特徴とする前記(6)の鋼板の製造方法。
(9)片面又は両面の表面に、さらに樹脂フィルムを被覆することを特徴とする前記(6)〜(8)のいずれかの鋼板の製造方法。
本発明によれば、高強度でかつ成形性及び外観に優れた缶用鋼板、及び高強度でかつ成形性及び外観に優れ、さらに鋼板の板幅方向におけるr値のばらつきを低減した缶用鋼板を製造する方法を提供することができる。
アルミニウムの含有量と結晶のアスペクト比との関係を示す図である。 結晶のアスペクト比と最小r値との関係を表す図である。 (1)式の値と最小r値との関係を表す図である。 (1)式の値と(最大−最小)r値との関係を表す図である。 めっき及び/又は樹脂フィルムを有する鋼板の模式図である。
以下では、発明の実施形態について説明する。
一般的に、高い強度を得るためにはC量を多くすることが有効であるが、C量が多くなると、r値が低くなる。r値は、引張変形した際の、板厚方向のひずみ量に対する幅方向のひずみ量の比であり、成形性(深絞り性)を表す指標の一つである。一般に、r値は大きいことが好ましい。r値が大きいとは、幅方向のひずみ量よりも板厚方向のひずみ量が小さいことを意味し、板厚を減少させずに深絞り成形を行うことが可能となる。高いr値を得るためには、C量を少なくすることが有効であるが、C量を少なくすると強度を確保することが困難となる。
C量を少なくして高強度を得るためには、Mn等の合金添加、あるいは高い圧延率で調質圧延を行うことが考えられる。しかし、合金添加は高コストとなり、調質圧延率を高くしすぎると、異方性が悪化して最大r値と最小r値の差が大きくなり、安定した成形性を得られない。したがって、高強度と高r値を両立することは難しい。
本実施形態では、C量を抑えながら固溶Nを活用することで、コストを増やすことなく、また鋼板の異方性を高めることなく、高強度と高r値を両立している。
具体的には、強度を確保するための固溶Cを残すために、Ti、NbまたはB等を添加しない。さらに、Alの添加を少なくすることにより、NがAlNとなることを抑制し、強度を確保するための固溶Nを残す。これにより、高強度と高r値を両立している。
以下、本実施形態について、さらに詳細に説明する。はじめに、鋼板の成分について説明する。以下、「%」は「質量%」を意味する。
[C:0.0010〜0.0035%]
Cは、強度を確保するために添加される元素である。C量が0.0010%未満では、必要な強度が確保できない。C量が0.0035%を超えると、必要なr値を確保できない。このため、C量は、0.0010%以上0.0035%以下であり、適切な強度の確保する観点から、0.0015%以上0.0035%以下とすることが好ましい。
[Al:0.005%未満]
Alは、通常、鋼の脱酸に用いられる元素である。本実施形態の鋼板においては、鋼中のNをAlNにすることなく固溶Nとするために、その添加量は極力少なくする。鋼板中のAlの含有量が0.005%未満であれば、鋼中の固溶NをほぼAlNにすることなく、Nの固溶強化が得られる。また、Al量が0.005%未満であれば、良好なフェライト結晶粒のアスペクト比が得られる。鋼板中のAlを極力少なくするため、本実施形態では、後述のMnにより脱酸を行う。好ましいAl量は0.003%以下であり、より好ましくは0.002%以下である。
[Si:0.050%以下]
Siは、強度確保に有効な元素であり、また、脱酸にも有効であるが、本実施形態では必須の元素ではない。Si量が0.050%を超えると、熱延工程でスケール模様と呼ばれる表面欠陥が発生し、外観が損なわれるので、Si量は0.050%以下とする。脱酸、強度確保の効果を得るためには、0.005%以上含有させることが好ましい。このため、Si量は、0.005%以上0.050%以下が好ましく、耐食性の観点から、0.005%以上0.030%以下がより好ましい。
[Mn:0.10〜0.50%]
Mnは、Sによる熱間割れを防止して外観を安定させる上で有効な元素である。また、本実施形態ではAlに変わる脱酸元素であるので、0.10%以上含有させる。Mnの過度の添加は、耐食性を悪化させ、鋼板の硬質化による冷間圧延性、成形性を悪化させ、外観に悪影響を与えるため、0.50%以下とする。このため、Mn量は、0.10%以上0.50%以下である。
[P:0.040%以下]
Pは、鋼を硬質化させ、加工性を悪化させる元素である。また、成形不良をひきおこし、外観にも悪影響を与えるため、含有量は0.040%以下とする。より成形性を確保するには、0.020%以下とするのが好ましい。Pの含有量は0でもよいが、脱りんコスト及び時間の都合から、0.001%以上含有してもよい。
[S:0.040%以下]
Sは、鋼中に介在物として存在し、延性を低下させる元素である。さらに、表面割れを引き起こし外観不良、耐食性の劣化をもたらすので、含有量は0.040%以下とする。特に良好な耐食性が要求される場合は、0.005%以下とすることが好ましい。Sの含有量は0でもよいが、脱硫コスト及び時間の都合から、0.001%以上含有してもよい。
[N:0.0050%以下]
Nは、固溶強化による鋼板強度の増加に必要な元素である。Nは意図的に添加しなくとも、通常、不純物として0.0010%以上含有され、Al量を低減することにより、Nによる固溶強化は得られるので、下限は規定しない。一方、Nが0.0050%を超えるとr値が低下するので、0.0050%以下とする。強度の観点からNの好ましい下限は0.020%であり、r値の観点から好ましい上限は0.0040%である。
成分の残部はFe及び不純物である。
次に、鋼板の組織について説明する。
本実施形態の鋼板の組織はフェライトと介在物及び/又は析出物とからなる組織であり、フェライト結晶粒の板幅方向の長さに対する板厚方向の長さの比(アスペクト比)が0.70以上である。アスペクト比が大きいことは、圧延による結晶粒のつぶれが少ないことを意味する。
図1に示すように、Alの添加を0.005質量%未満とすることにより、フェライト結晶粒のアスペクト比を0.70以上とすることができる。図2に示すように、アスペクト比を0.70以上に確保することは、特段のN添加を施すことなく最小r値を1.50以上とするための有効手段となる。つまり、Al添加を抑制することは、最小r値を1.50以上とするための有効手段となる。
さらに、アスペクト比を制御することで、鋼板の全伸びを向上させることができる。降伏強度が500MPa以上である高強度の缶用鋼板では一般的に全伸びは小さく、1.0〜2.5%程度であるが、アスペクト比を適正に制御することによって、好ましくは3.0%以上、より好ましくは4.0%以上の全伸びを得ることができる。全伸びは、「JIS Z 2241(2011)」に示される金属材料引張試験方法により測定する。
アスペクト比の測定方法は次のとおりである。
鋼板の板幅中心で、圧延方向に垂直な断面をナイタールエッチングし、光学顕微鏡にて1000倍で拡大観察し、全厚(mm)×0.20mmの視野内にある結晶組織の板厚方向長さ、板幅方向長さを測定し、板厚方向長さ/板幅方向長さをアスペクト比と称する。そして視野における全組織のアスペクト比を算出、平均した値をアスペクト比とする。観察は1視野で行えばよい。
本実施形態の鋼板は、降伏強度が500MPa以上であり、さらに、圧延方向0〜90°の範囲で、r値の最小値が1.50以上、r値の平均値が1.70以上、r値の最大値と最小値の差が0.50以下である。
降伏強度は、缶胴部の座屈強度確保の観点から500MPa以上とする。降伏強度は、「JIS Z 2241(2011)」に示される金属材料引張試験方法により測定する。鋼の成分を前述の範囲とし、後述のとおり、適切な調質圧延を施すことにより、降伏強度を500MPa以上とすることができる。
降伏強度が高くなると、鋼板の座屈現象であるしわが生じやすくなる。そのため、缶用の鋼板においては、r値の制御が重要となる。
降伏強度が500MPa程度である場合は、良好な成形性を確保するためには1.1程度のr値が求められる。また、降伏強度が700MPa程度である場合は、1.5程度のr値が求められる。
一般的な缶用鋼板の成形方法として、圧延方向が缶の円周方向となるように円筒成形する方法(ノーマルグレーン)、圧延直角方向が缶の円周方向となるように円筒成形する方法(リバースグレーン)があり、どちらの向きでも缶が製造される場合があるため、r値の最小値が1.50以上であることが好ましい。
本実施形態の鋼板は、圧延方向に対して0〜90°の範囲で、最小r値が1.50以上、平均r値が1.70以上であるため、降伏強度が700MPaであっても成形時のしわの発生を抑制することができる。最小r値は、好ましくは1.60以上、より好ましくは1.70以上である。平均r値は、好ましくは1.75以上、より好ましくは1.80以上である。r値の最大値は特に規定しないが、実質的には2.50以下である。
また、本実施形態の鋼板は、圧延方向に対して0〜90°の範囲のr値の最大値と最小値の差が0.5以下である。すなわち、面内異方性が小さいので、後述する耳率が良好になり、製缶時の2ピース胴におけるイヤリングが小さくなる。
r値は、圧延方向に対して0°、45°、90°で測定されることが多いが、本実施形態における最小r値、最大r値、平均r値は、圧延方向0〜90°の範囲で1°刻みでr値の測定を行い、得られた値から求める。
r値は走査型電子顕微鏡を用いたEBSD(Electron Backscater
Diffraction、電子線後方散乱回折)法により得られた結晶方位データを基に算出した。
次に、本実施形態の鋼板の製造方法ついて説明する。
本実施形態においては、鋼の成分を上述のとおり調整し、熱間圧延、巻取り、冷間圧延の後の焼鈍工程において、結晶粒成長を促進し、フェライト結晶粒のアスペクト比を適性に制御する。これにより、合金元素及びNを多量添加することなく、高強度および高r値を、低コストで両立することができる。
焼鈍は、たとえば、連続焼鈍により行うことができる。焼鈍温度は低すぎると未再結晶の状態になり鋼が硬質化し、高すぎると鋼が軟質化して操業に支障をきたすため、700〜800℃とすることが好ましい。
また、焼鈍においては、均熱帯温度(T)、均熱帯通板時間(t)、均熱帯通板時の張力(X)に関する(1)式
0.027×ln(t)×T×ln(X) (1)
(ただし、Tは焼鈍温度(℃)、tは焼鈍均熱帯を通過する時間(秒)、Xは均熱帯での板張力(MPa))
で導かれる値が、100以上280以下を満たすように実施し、r値をコントロールする。
図3に示すように、(1)式の値を100以上とすることにより、最小r値を1.50以上とすることができる。また、図4に示すように、(1)式の値を280以下とすることにより、最大r値と最小r値の差を0.50以下とすることができる。
さらに、(1)式の値を上記の範囲とすることによって、鋼板の板幅方向のr値のばらつきを小さくすることができる。板幅方向のr値のばらつきは、鋼板の中央部および鋼板幅方向における両端から10mmの位置の3箇所において、上記の測定方法に基づき、各箇所の平均r値を測定して求める。
均熱帯通板時間は、(1)式を満たす範囲で、25〜60秒とするのが好ましい。また、均熱帯での板張力は、(1)式を満たす範囲で、5〜25MPaとするのが好ましい。
続いて、焼鈍後の鋼板に調質圧延を施す。調質圧延には、たとえば、2スタンドのテンパーパスミルを用いることができる。調質圧延の圧延率は、鋼板の降伏強度を500MPa以上とするために、18%以上とする。圧延率の上限は特に規定しないが、40%が調質圧延設備上の圧延率の上限に近く、これ以上圧延率を大きくしても降伏強度の増加は見込めない目安の値である。
その後、必要に応じて鋼板表面にSn、Cr等のめっきを施してもよい。めっきを施した後、鋼板表面の片面又は両面に、樹脂フィルムを貼り付けてもよい。
図5は、めっき及び/又は樹脂フィルムを有する鋼板の模式図である。(a)はめっきのみ、(b)は樹脂フィルムのみ、(c)はめっき及び樹脂フィルムを有する形態である。図5では鋼板の片面にのみめっき及び/又は樹脂フィルムを備える例を示しているが、鋼板の両面に備えてもよい。また、片面はめっきのみ、もう一方の面はめっき及び樹脂フィルムを備える等、両側が異なる構成であってもよい。
以上説明したとおり、本実施形態では、Alの含有量を少なくしてAlN生成を抑制することで、フェライト結晶粒のアスペクト比を制御する。さらに、均熱帯温度、均熱帯通板時間、均熱帯通板時の張力を組み合わせた焼鈍条件を適切に制御することにより、結晶粒の成長をコントロールして高r値を達成し、r値の最大値と最小値の差を小さくし、さらには板幅方向におけるr値のばらつきを小さくすることができる。
また、Alの含有量を少なくすることで固溶Nが残留し、高強度が確保できる。
その結果、高強度かつ成形性及び外観に優れた缶用鋼板を得ることができる。特に0.2mm未満の厚さの缶用鋼板においても、高強度を有しながら、成形性及び外観に優れたものとすることができる。また、主として、2ピース胴部用途に要求される缶用鋼板のゲージダウン(薄手化)がなされても、「高強度化(缶座屈強度確保)」、「ネックイン加工でのしわの発生の抑制」、「低い耳率」を満足させることができる。
本実施形態において鋼板の板厚は特に限定されないが、缶用鋼板の板厚は、一般的に、0.12〜0.18mm程度である。
[実施例1]
表1に示す成分の冷延鋼板に、表2に示す焼鈍温度、均熱帯通板時間、均熱帯での板張力で焼鈍を施し、さらに調質圧延を施し、板厚0.14〜0.16mmの缶用鋼板を製造した。
得られた鋼板について、前述の方法で、フェライト結晶粒のアスペクト比、降伏強度、最小r値、平均r値、及び最大r値と最小r値の差を測定した。また、以下の手順により、しわ、耳率、成形性、及び外観の評価を行った。
しわ評価は、製缶後の缶形状を目視観察して、その有無を確認することにより行い、しわが無い場合を“G”(Good)、しわが有る場合を“P”(Poor)とした。
耳率は、鋼板からφ124mmの円盤を打ち抜き、ポンチ及びダイスを用い円柱状のφ60mmのカップを作成し、その全周の高さを測定し、ばらつきを算出したものである。カップ全周の360点における高さを測定して平均値を算出し、(最大値−最小値)/平均値×100を耳率と定義し、5%以下を合格とした。
成形性の評価は、成形後の加工品の割れやねじれを目視確認することで行い、割れやねじれが無い場合を“G”(Good)、割れやねじれが有る場合を“P”(Poor)とした。
外観の評価は、鋼板の表面を目視観察し、疵や模様の有無を確認し、疵や模様が無い場合を“G”(Good)、疵や模様が有る場合を“P”(Poor)とした。
Figure 0006460295
Figure 0006460295
本実施形態による缶用鋼板は、しわ評価および耳率の評価に優れ、成形性、外観にも優れた性能を示した。
[実施例2]
表1、表2のNo.5、No.12の鋼板について、板幅方向でのr値のばらつきを測定した。r値のばらつきは、鋼板の中央部、両端からそれぞれ10mmの位置の3箇所で、実施例1と同様に平均r値を測定し、3箇所の平均r値の最大値、最小値の差で評価した。
結果を表3に示す。本実施形態によれば、板幅方向におけるr値のばらつきが低いことが確認できた。
Figure 0006460295
以上、実施例を用いて本発明の実施形態について説明したが、本発明は、以上の実施形態には限定されることは無く、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適応可能なことは勿論のことである。
1 鋼板
2 Sn又はCrめっき層
3 樹脂フィルム

Claims (9)

  1. 質量%で、
    C :0.0010〜0.0035%、
    Si:0.050%以下、
    Mn:0.10〜0.50%、
    P :0.040%以下、
    S :0.040%以下、
    Al:0.005%未満、及び
    N :0.0050%以下
    を含有し、残部がFe及び不可避的不純物であり、
    フェライト結晶粒の板幅方向長さに対する板厚方向長さの比の平均値が0.70以上であり、
    降伏強度が500MPa以上であり、
    圧延方向0〜90°の範囲で、r値の最小値が1.50以上、r値の平均値が1.70以上、r値の最大値と最小値の差が0.50以下である
    ことを特徴とする鋼板。
  2. 圧延方向0〜90°の範囲で、r値の最小値が1.60以上、r値の平均値が1.75以上であることを特徴とする請求項1に記載の鋼板。
  3. 鋼板表面にSnめっき層を有する請求項1又は2に記載の鋼板。
  4. 鋼板表面にCrめっき層を有する請求項1又は2に記載の鋼板。
  5. 片面又は両面の表面に、さらに樹脂フィルムを有する請求項1〜4のいずれか1項に記載の鋼板。
  6. 請求項1又は2に記載の鋼板の製造方法であって、
    質量%で、
    C :0.0010〜0.0035%、
    Si:0.050%以下、
    Mn:0.10〜0.50%、
    P :0.040%以下、
    S :0.040%以下、
    Al:0.005%未満、及び
    N :0.0050%以下
    を含有し、残部がFe及び不可避的不純物であるスラブに、熱延、酸洗、冷延を施し、
    得られた冷延鋼板に、下記(1)式を満たす焼鈍温度T、均熱帯を通過する時間t、及び均熱帯での板張力Xにて、焼鈍を施し、
    その後調質圧延を行う
    ことを特徴とする鋼板の製造方法。
    100≦0.027×ln(t)×T×ln(X)≦280 (1)
    (ただし、Tは焼鈍温度(℃)、tは焼鈍均熱帯を通過する時間(秒)、Xは均熱帯での板張力(MPa))
  7. 鋼板表面にSnめっきを施すことを特徴とする請求項6に記載の鋼板の製造方法。
  8. 鋼板表面にCrめっきを施すことを特徴とする請求項6に記載の鋼板の製造方法。
  9. 片面又は両面の表面に、さらに樹脂フィルムを被覆することを特徴とする請求項6〜8のいずれか1項に記載の鋼板の製造方法。
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